KR101058968B1 - 안테나 가중치 피드백을 이용하는 모바일 지원 다운링크 빔포밍 - Google Patents

안테나 가중치 피드백을 이용하는 모바일 지원 다운링크 빔포밍 Download PDF

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Abstract

다수의 수신 안테나들(160, 162) 및 하나의 송신 안테나(160)를 갖는 가입자 유닛(104)은, 다수의 송신 안테나들(602, 604, 606, 및 608)을 갖는 기지국(102)에서 이용될 빔포밍 가중치들을 도출한다. 다운링크 빔포밍 가중치들은 기지국(102)으로부터 가입자 유닛(104)으로의 이전의 다운링크 송신으로부터 가입자 유닛에서 도출되고, 업링크 사운딩 신호는 도출된 다운링크 빔포밍 가중치들을 기지국(102)으로 전달하는데 이용된다. (가중치를 갖지 않는)다운링크 안테나 특정 파일럿들은 가입자 장치(104)에서 빔포밍 가중치들을 결정하는데에 이용된다. 데시메이팅된 사운딩 신호들은(사운딩 서브캐리어들의 개수는 적어도 기지국(102)에서의 안테나들의 개수와 동일함) 다수의 유저들이 동시에 사운딩할 수 있게 해준다.
빔포밍, 기지국, 다운링크, 업링크, 가입자 유닛

Description

안테나 가중치 피드백을 이용하는 모바일 지원 다운링크 빔포밍{MOBILE ASSISTED DOWNLINK BEAMFORMING WITH ANTENNA WEIGHT FEEDBACK}
본 발명은 일반적으로 무선 통신에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 기지국들로부터 다수의 수신기 안테나들을 갖는 모바일 장치들로의 다운링크 빔포밍(downlink beamforming)에 관한 것이다.
통신 시스템들은 일반적으로 그들의 통신 파라미터들(예를 들면, 데이터 레이트(data rate), 채널 대역폭, 변조 유형 등)에 의하여 정의된다. 통신 시스템들의 통신 파라미터들은 통신 채널의 특성들과 요구되는 통신의 유형에 따라 선택된다.
모바일 통신 시스템들에서, 통신 유닛들 간의 신호들의 전파는, 통신 채널의 빠르게 변화하는 다중경로 및 페이딩 특성(fading characteristics)에 의해 영향받게 된다. 따라서, 이러한 모바일 통신 시스템들의 통신 파라미터들은, 다중경로 및 페이딩 효과들에 기인하는 채널 이득 및 채널 지연 특성들의 변동을 고려하여 선택된다.
일반적으로 통신 시스템의 통신 파라미터들은 고정되어 있다. 그러나, 모바일 통신 시스템에서 시스템의 성능을 최대화하기 위해서는, 빠르게 변화하는 통신 채널의 현재 상태에 따라 통신 시스템의 통신 파라미터들을 끊임없이 최적화하는 것이 유리하다.
모바일 통신 시스템의 통신 파라미터들을 끊임없이 최적화하기 위해서, 통신 채널들의 특성들에 대한 정확한 실시간 정보가 수집된다. 이 정보는 그 후 처리되어, 현재 채널 특성들에 따라 시스템의 통신 파라미터들이 최적화된다.
1970년대 초반에, 순방향 채널 사운딩 정보(forward channel sounding information)를 결정하기 위한 제안들이 개발되었다. 순방향 채널 사운더(forward channel sounder)를 이용하는 통신 시스템에서, 모바일 유닛은, 업링크에서 알려진 톤(tone) 또는 시퀀스를 기지국(BS)에 전송한다. BS들은 고정된 장소에 있으며, 모바일 기기들 및 나머지 통신 시스템 사이에서 액세스 포인트들의 역할을 하는 고출력 다채널 양방향 라디오들에 대한 매개체(medium)이다. 기지국은 그 후 정보를 처리하여, 두 통신 유닛들 사이의 향후의 통신에 이용하기 위한 요망되는 통신 파라미터들을 다운링크에서 모바일 유닛에 전송한다. TDD 시스템의 경우, 다운링크(DL) RF 채널은 업링크(UL) RF 채널과 유사하고, 따라서 업링크 사운딩 신호를 이용하여 기지국에서 도출될 수 있다.
통신 성능을 증가시키는 공지된 방법은 안테나 "빔포밍"을 이용하는 것이다. 빔포밍은 안테나들의 어레이를 이용한 신호 처리 기술인데, 여기서는, 코디네이트된 안테나들(coordinated antennas)의 위상을 조정하는 것에 의해 방사 패턴의 방향이 제어된다. 신호를 전송할 때, 빔포밍은, 각 안테나의 위상을 조정하여 방사 패턴 내에 피크들(peaks) 및 널들(nulls)을 생성함으로써, 신호가 전송될 방향에서 의 이득을 증가시키는데 이용될 수 있다.
BS들과 통신하는 모바일 유닛의 한 예는, 두 개의 수신 안테나들과 하나의 전송 안테나만을 갖는 모바일 유닛이다. DL 채널 정보는 기지국 안테나들의 다운링크 빔포밍을 적절하게 수행하는 데에 이용된다. TDD 시스템들에서는, 모바일 유닛의 하나의 전송 안테나로부터의 UL 사운딩 신호들은, BS 안테나들로부터의 DL 채널 정보를 모바일 유닛의 비 전송(non-transmitting) 수신 전용 안테나(들)에게 제공하지 않는다. FDD 시스템들에서는, UL 및 DL이 다른 반송 주파수 상에 있기 때문에, UL 사운딩 신호로부터의 추정된 UL 채널 정보는 DL 채널과는 다르다.
따라서 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점들을 극복하기 위한 필요성이 존재한다.
간단히 말해서, 본 발명에 따르면, 수신기에서의 적어도 하나의 수신 안테나를 이용하여 n 개의 다운링크 파일럿 신호들을 수신하는 단계를 포함하는, RF 통신 수신기에 대한 방법이 개시되는데, n 개의 다운링크 파일럿 신호들 각각은, n 개의 다운링크 파일럿 신호들을 송신하는 원격 송신기에서의 n 개의 다운링크 송신 안테나들 중 각자의 송신 안테나와 연관되어 있다. 이 방법은, 수신된 n 개의 다운링크 파일럿 신호들에 기초하여, 수신기에서의 적어도 하나의 수신 안테나 내의 각각의 각자의 수신 안테나와, 원격 송신기에서의 n 개의 다운링크 송신 안테나들 내의 각각의 각자의 다운링크 송신 안테나 사이의 각자의 RF 전파 채널을 결정하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 또한, 각각의 각자의 다운링크 RF 전파 채널의 특성에 기초하여, 원격 송신기로부터 수신기로의 각각의 다운링크 데이터 스트림에 대한 n 개의 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터들을 결정하는 단계를 포함하는데, n 개의 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터들 내의 각각의 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터는, n 개의 다운링크 송신 안테나들 내의 하나의 각자의 다운링크 송신 안테나에 적용될 각자의 가중화 팩터에 대응하고, 적어도 하나의 다운링크 데이터 스트림 내의 하나의 각자의 다운링크 데이터 스트림은 원격 송신기에서 수신기로 송신된다. 이 방법은 또한, n 개의 업링크 서브캐리어들 내의 각각의 업링크 서브캐리어 상으로 각자의 변조 신호를 변조하는 단계를 포함하는데, 여기에서 각각의 각자의 변조 신호는 n 개의 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터들 내의 하나의 각자의 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터에 대응하는 각자의 복소수 값을 포함하며, 업링크 서브캐리어들을 송신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 기지국은, 로컬 송수신기에서의 원격 송수신기로부터 업링크 서브캐리어들 상의 복수의 신호들을 수신하도록 적응된 수신기를 포함하는데, 여기에서 복수의 업링크 신호들 내의 각각의 업링크 신호는, 로컬 송수신기에서의 각자의 다운링크 송신 안테나에 적용될 다운링크 송신 안테나 가중치의 표시를 포함하는 각자의 복소수 값에 의해 변조된다. 기지국은, 각각의 각자의 업링크 서브캐리어 상으로 변조된 신호의 각각의 각자의 복소수 값들을 포함하는 복수의 다운링크 송신 안테나 가중치들을, 업링크 서브캐리어들 상의 복수의 신호들을 복조함으로써 추출하도록 적응된 가중치 추출 프로세서를 더 포함한다.
도 1은 예시적인 통신 네트워크를 나타내는 블럭도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 DL, UL, UL 사운딩 및 관련 DL 데이터 전송간의 관계를 나타낸 TDD 플롯.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 TDD FDMA 스킴의 동작 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제2 TDD FDMA 스킴의 동작 흐름도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 기지국 컨트롤러의 블럭도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가중화 유닛을 통한 다수의 기지국 안테나들, 기지국 수신기 및 기지국 안테나 사이의 RF 상호접속을 나타내는 도면.
개별적인 도면들 전체에서 동일한 참조 부호들이 동일하거나 기능적으로 유사한 엘리먼트들을 가리키며 이하의 상세한 설명과 함께 본 명세서의 일부 내에 포함되며 이를 형성하는 첨부 도면들은, 각종 실시예들을 추가로 예시하며, 본 발명에 따른 다양한 원리들 및 이점들 모두를 설명하는 기능을 한다.
요청되는 것으로서, 본 발명의 상세한 실시예가 본원에서 개시된다; 그러나, 개시된 실시예들은 단지, 다양한 형태들로 구현될 수 있는 본 발명의 예임을 이해하여야 한다. 따라서, 본원에서 개시된 특정한 구조적이고 기능적인 세부 묘사들에 제한되는 것으로 이해되면 안 되며, 단지 특허청구범위들의 근거로서, 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 교시하기 위한 대표적인 근거로서 본 발명을, 사실상 임의의 바람직한 상세한 구조 내에서 다양하게 이용하는 것으로 이해해야 한다. 또한, 본원에서 이용된 용어들 및 문구들은 제한하려는 것이 아니라; 오히려, 본 발명의 이해가능한 설명을 제공하는 것이다.
본원에서 이용되는 용어 "a" 또는 "an"은 하나 이상으로 정의된다. 본원에서 이용되는 용어 "복수의(plurality)"는 둘 이상으로 정의된다. 본원에서 이용되는 용어 "또 다른(another)"은 적어도 두 번째 이상으로 정의된다. 본원에서 이용되는 용어 "포함하는(including)" 및/또는 "갖는(having)"은 포함하는(comprising)(즉, 개방어(open language))으로 정의된다. 본원에서 이용되는 것으로서, 용어 "연결된(coupled)"은, 반드시 직접적이며 기계적이지 않더라도, 접속된(connected)으로 정의된다.
본 발명의 실시예들은, 통상적으로 송신 안테나들보다 많은 수의 수신 안테나들을 갖는 "SU들(subscriber units)"로 본원에서 칭해지는 모바일 송신기/수신기 장치들을 갖는 FDD 무선 통신 네트워크 및 TDD 무선 통신 네트워크에서의 다운링크 빔포밍을 위한 시스템을 제공한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, SU는, 다운링크 안테나 특정 파일럿 심볼들(downlink antenna specific pilot symbols)에 대한 이전의 다운링크 송신에 기초하여 "BS(base station)"의 송신 안테나들에 적용될 다운링크 빔포밍 가중치들을 결정한다. 일례에서, 다운링크 빔포밍 가중치들은 복소수들(complex numbers)인데, 이들은, 모바일 SU의 각각의 수신 안테나와 기지국의 각각의 송신 안테나 사이의 전파 채널(propagation channel)들에 적응되는 송신 패턴을 형성하도록, 송신된 다운링크 신호들에 적용된다. SU는 결정된 빔포밍 가중치들을 업링크 사운딩 채널을 이용해서 통신한다. BS는, 수신된 사운딩 심볼 서브 캐리어들 상의 신호를 결합하여 각각의 안테나에 대해 BS 가중치들을 결정하고, 그 후 업링크 사운딩 채널 상에서 각각의 SU 수신기 안테나에 대해 대응하는 빔들을 SU로부터 수신된 가중치에 기초하여 형성한다.
도 1은 통신 시스템(100)의 블럭도이다. 제1 통신 유닛(102)은 BS이고, 제2 통신 유닛(104)은 SU이다. BS(102)는, SU(104)로의 통신을 위해, 네 개의 안테나들 BSAnt-0, BSAnt-1 , BSAnt-2, 및 BSAnt-3의 어레이에 동작가능하게 연결된 송신기(106) 및 수신기(108) 양쪽 모두를 포함한다. 가중화 유닛(150)을 통해, 네 개의 안테나들 BSAnt-0, BSAnt-1, BSAnt-2, 및 BSAnt-3의 어레이로 송신기(106) 및 수신기(108)를 연결하는 것이 달성된다. 가중화 유닛(150)의 상호 접속들은 도 6에 도시된다.
도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 가중화 유닛(150)은, 송신 가중화 멀티플라이어들(multipliers) Txw0, Txw1, Txw2, 및 Txw3의 집합 및 수신 가중화 멀티플라이어들 Rxw0, Rxw1, Rxw2, 및 Rxw3의 집합을 포함한다. 가중화 멀티플라이어들 Txw0, Txw1, Txw2, 및 Txw3 중 개별적인 하나의 송신 가중화 멀티플라이어는, 송신기(106) 및 각각의 BS 안테나들 BSAnt-0(602), BSAnt-1(604), BSAnt-2(606), 및 BSAnt-3(608) 각각의 사이에 결합되어 있다. 각 멀티플라이어 Txw0, Txw1, Txw2, 및 Txw3는, 송신 신호를 규정된 복소수 가중치 w0, w1, w2, 및 w3와 각각 곱한다.
마찬가지로, 수신 가중화 멀티플라이어들 Rxw0, Rxw1, Rxw2, 및 Rxw3의 집합은 수신기(108) 및 각각의 BS 안테나들 BSAnt-0(602), BSAnt-1(604), BSAnt-2(606), 및 BSAnt-3(608) 각각 사이에 결합되어 있다. 각 멀티플라이어 Rxw0, Rxw1, Rxw2, 및 Rxw3는, 수신 신호를 규정된 가중치 w0, w1, w2, 및 w3와 각각 곱한다.
BS(102)는 컨트롤러(118)에 의해 제어된다. 컨트롤러(118)는 BS(102) 배후의 브레인(brains)이고, 무선 채널들의 할당을 다루고, SU들로부터의 측정치들을 수신하고, 송신 및 수신 안테나들에 대한 빔포밍 가중치를 설정하고, BS에서 BS로의 핸드오버들을 제어한다. 또한, 반송 주파수들, 주파수 호핑 리스트들(frequency hopping lists), 전력 감소 레벨들, 셀 경계 산출(cell border calculation)을 위한 수신 레벨들과 같은 정보를 포함하는 사이트(site)들에 대한 데이터베이스들은 컨트롤러(118)에 저장되거나, 컨트롤러(118)에 통신가능하게 연결된다.
SU(104)는 두 개의 수신 안테나들 SUAnt-0(160) 및 SUAnt-1(162)에 동작가능하게 연결된 수신기(114)를 포함하고, 또한, 송신 및 수신 안테나 양쪽 모두인 SUAnt-0(160)에 동작가능하게 연결된 송신기(112)를 포함한다. 따라서 BS(102)에서의 네 개의 송신 안테나들 및 SU(104)에서의 2 개의 수신 안테나들이 존재한다. 이 예에서는, 여덟 개의 BS 대 SU 다운링크 전파 채널(각 BS 송신 안테나로부터 각 SU 수신 안테나로의 채널)이 존재한다.
SU(104)는, 무선 통신 신호들의 전송 및 수신을 제어하는 장치 컨트롤러/프로세서(120)의 제어 하에서 동작한다. 수신 모드에서, 장치 컨트롤러(120)는, 송 신/수신 신호 결합기(122)를 통해 수신기(114)에 안테나들 SUAnt-0(160) 및 SUAnt-1(162)을 전기적으로 연결한다. 수신기(114)는 수신된 신호들을 디코딩하고, 이들 디코딩된 신호들을 장치 콘트롤러(120)에 제공한다.
송신 모드에서, 장치 컨트롤러(120)는, 송신/수신 신호 결합기(122)를 통해 송신기(112)를 안테나 SUAnt-0(160)에 전기적으로 연결한다. 장치 컨트롤러(120)는, 메모리(124) 내에 저장되어 있는 명령어들에 따라, 송신기(112) 및 수신기(114)를 동작시킨다.
하나의 실시예에서, SU(104)는, TDD(Time Division Duplex) 또는 FDD(Frequency Division Duplex)를 지원하는 IEEE 802.16e 표준, 3GPP/3GPP2 표준들, 또는 임의의 또 다른 통신 스킴을 이용하여 데이터를 무선적으로 통신할 수 있다. TDD 통신 스킴에 의해 제공되는 바와 같이, UL(uplink) 및 DL(downlink) 채널들은 BS 안테나 캘리브레이션(calibration) 후에 대칭(symmetric)으로 된다.
도 2는 TDD FDMA(Frequency Division Multiple Access) 스킴에 대한 타이밍도를 나타낸다. TDD OFDMA 스킴을 이용하는 통신 시스템에서, 통신 유닛들에는, 신호들의 송신 및 수신을 위한 하나의 주파수 상의 타임 슬롯들이 할당된다.
각 송신 BS 안테나와 각 MS 안테나 사이의 서브캐리어 k에 대한 RF 전파 채널은 표 A에 나타난 바와 같이 표현된다.
Figure 112009026487606-pct00001
여기에서 H는 RF 전파 채널이다.
도 3의 프로세스 흐름도는 본 발명의 제1 실시예를 나타낸다. 프로세스는 단계 300에서 시작하고, 단계 302로 바로 이동하며, 여기서 BS(102)는 데이터 신호를 SU(104)에게 송신하고, 이 후, 단계 304에서 SU(104)가 데이터 신호를 수신한다. SU(104)가 BS(102)에 다시 데이터 신호를 송신하는 것에 의해 응답하기 전에, 단계 306에서 BS(102)는 파일럿 신호를 포함하는 CPS(Common Pilot Signal)를 송신한다. BS(102)에 의해 전송되는 CPS(Common Pilot Signal)는, 하기에 서술되는 바와 같이, 서브캐리어 주파수들을 포함하고, 각각의 BS(102) 송신 안테나에 의해 송신된다.
도 2는 DL, UL, UL 사운딩, 및 관련된 DL 데이터 송신 사이의 관계를 나타낸다. 도 2의 TDD 플롯에서, 제1 프레임(202) 내의 DL 제어 채널은 SU(104)에 대해 UL 사운딩 캐리어들을 할당한다. SU(104)는, 이어지는 UL 프레임(204) 내의 할당된 서브캐리어들 상에서 UL 사운딩 신호를 송신한다. 다음 프레임(206)에서, 또는 처리 지연이 있는 경우 몇몇 프레임들 뒤에서, BS는 수신된 UL 사운딩 신호에 기초하여 DL 빔을 형성한다.
기본적으로, DL 공통 파일럿, 즉, 파일럿 신호 상에서 가중치(빔포밍)를 갖지 않는 DL 파일럿 신호가 존재한다. SU는 모든 BS 안테나로부터의 DL 공통 파일럿들에 기초하여 DB 안테나 가중치들을 산출한다. SU는, 상기 산출된 안테나 가중치들을 포함하는 UL 사운딩 신호를 송신한다. BS는 그 후, DL 빔을 형성하여 UL 사운딩 신호를 통해 통신되는 안테나 가중치들을 이용해 DL 데이터를 송신한다. UL 사운딩 신호들의 통상의 이용에서는, 사운딩 신호 상에 정보가 포함되지 않는다. 즉, 통상의 시스템들 내의 UL 사운딩 신호는 레퍼런스 신호(reference signal)와 유사하다.
Figure 112009026487606-pct00002
wk : BS 안테나-k에 대한 빔포밍 가중치
D : 데시메이션 팩터(decimation factor)
여기에서, 위첨자 H는 켤레 복소수를 나타낸다.
TDD 시스템에서, 개개의 안테나들 사이의 DL RF 전파 채널을 식별하기 위해, UL 서브캐리어들의 부분집합이 각 모바일 송신 안테나로부터 송신된다. 서브캐리어 i는 송신 안테나 0 상에 있고, 서브캐리어 i+D는 송신안테나 1 상에 있고, 서브캐리어 i+2D는 송신안테나 2 상에 있고, 이러한 식으로 계속된다. 데시메이션 팩터는, 이 모바일에 할당된 인접한 사운딩 서브캐리어들 사이의 서브캐리어들의 수이다.
SU(104)는 단계 308에서, 채널 전파 및 시스템 지연에 기인하는 짧은 기간 후에 DL CPS(common pilot signal)를 수신하고, 이 공통 파일럿을 처리한다. SU(104)는 그 후, 단계 310에서 공지된 방식으로 채널 파라미터들을 추정하고, BS 안테나들에게 적용될, BSAnt-0에 대한 다운링크 빔포밍 가중치들 w0, BSAnt-1에 대한 w1, BSAnt-2에 대한 w2, 및 BSAnt-3에 대한 w3을 산출한다.
채널 파라미터들을 추정한 후, SU(104)는, 단계 312에서, 단계 310에서 산출된 안테나 가중치들에 대응하는 복소수 값의 프로덕트(product) 및 채널 응답들(channels responses)의 응답에 대응하는 복소수 값들의 합의 켤레(conjugate)를 변조한 후, 상기에서 정의된 서브캐리어 i 상의 S(i), 서브캐리어 i+D 상의 S(i+D), 서브캐리어 i+2D 상의 S(i+2D), 및 서브캐리어 i+3D 상의 S(i+3D)를 송신한다. 하나의 실시예에서, 변조하는 것은, n개의 업링크 서브캐리어들 내의 각각의 업링크 서브캐리어 상으로 각자의 변조 신호를 변조하는 것을 포함하는데, 여기에서 각각의 각자의 변조 신호는, n개의 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터들 내의 하나의 각자의 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터에 대응하는 각자의 복소수 값을 포함한다. 상술된 바와 같이, 서브캐리어들의 변조는, 원격 송신기로부터 수신기로의 적어도 하나의 각자의 다운링크 데이터 스트림에 대응하는 제1 안테나 가중치를 이용하여 n개의 업링크 서브캐리어들 내의 제1 서브캐리어 상으로 각자의 신호를 변조하고; 원격 송신기로부터 수신기로의 적어도 하나의 각자의 다운링크 데이터 스트림에 대응하는 제m 안테나 가중치에 대응하는 복소수 값을 이용하여 n개의 서브캐리어들 중 제m 서브캐리어를 변조하는 것으로 표현될 수 있는데, 여기서 각각의 업링크 서브캐리어는 데시메이션 팩터에 의해 각각의 다른 업링크 서브캐리어들로부터 분리되며, 여기서 1<m≤n이다. 본 발명의 일부 실시예들의 변조는, n개의 기지국 송신 안테나들과, 송신이 가능한 적어도 하나의 수신 안테나들 내의 수신 안테나 사이의 제1 서브캐리어에 대한 각자의 RF 전파 채널에 대응하는 복소수 값들을 합하여 제1 합계를 생성하고; 제1 합계의 켤레를 산출하고; 제1 다운링크 안테나 가중치를 제1 합계의 켤레에 곱하여 각자의 변조 신호를 생성하고; 제1 서브 캐리어에 대해 각자의 변조 신호를 스케일링(scaling)하는 것으로 또한 기술된다. 일부 실시예들은, 안테나 가중치를 채널 응답들의 합계의 켤레에 곱하기 전에, 안테나 가중치들에 대응하는 복소수 값을 양자화한다. 이 송신은 시간 면에서 동시에 일어나고, SU 안테나 SUAnt-0(160)으로부터만 송신된다. 게다가, 스케일링은 S(i), S(i+D), S(i+2D) 및 S(i+3D)에 대하여 추가되어, 송신 신호의 피크 대 평균 전력 비(peak to average power ratio)를 감소시킬 수 있다.
BS(102)는, 단계 316에서, 하기의 표 2 내에 도시되는 각각의 수신 안테나들에서 신호들을 수신한다.
Figure 112009026487606-pct00003
표 2에서, R0은 BS ant-O 상의 수신된 신호이고, R1은 BS ant-1 상의 수신된 신호이고, R2는 BS ant-2 상의 수신된 신호이고, R3은 BS ant-3 상의 수신된 신호이다.
TDD 시스템들에 대한 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 서브캐리어 i 상의 모든 안테나들 상에 수신된 모든 신호들은 단계 318에서 함께 더해지며, 수신된 신호는 다음과 같이 표현된다:
Figure 112009026487606-pct00004
다음으로, 단계 320에서, SU(104)에 의해 송신된, 표 1에서 정의된 바와 같은 s(i)의 값은, 인코딩된 가중치 값에 대해 해를 구하기 위한 공식에 삽입되어 이하를 산출한다:
Figure 112009026487606-pct00005
단계 322에서, 서브캐리어 i+D 상의 모든 안테나들 상에 수신된 모든 신호들은 함께 더해지고, 수신된 신호는 다음과 같이 표현된다:
Figure 112009026487606-pct00006
단계 324 및 326에서, 서브캐리어들 i+2D 및 i+3D 상의 모든 안테나들 상에서 수신된 모든 신호들은 함께 더해진다. 요약하면,
Figure 112009026487606-pct00007
이며, 여기서 k=0,1,2,3이다.
수신된 신호 r(i+kD)로부터, 빔포밍 가중치들 wk에 대한 위상들은 하기의 공식에 따라 단계 328에서 도출된다:
Figure 112009026487606-pct00008
여기서, Atan()은 아크탄젠트 함수(Arctangent function)이고, Im()는 복소수의 허수부이고, Re()는 복소수의 실수부이다.
도출된 위상 값들은 그 후, 단계 330에서, "동일 이득 빔포밍(equal gain beamforming)"(즉, 빔포밍 가중치들의 진폭은 일정하고 빔포밍 가중치들의 위상은 상기 공식으로부터 도출됨)으로 BS(102)에서, BSAnt-0부터 BSAnt-3까지의 각각의 송신 안테나들에 대해 도출된 가중치 wk를 이용하여 데이터를 SU(104)에 송신하는 데에 이용된다. 프로세스는 단계 332에서 종료된다.
TDD 시스템들에 대한 본 발명의 또 다른 실시예에서, 도 4의 프로세스 흐름도에 도시된 바와 같이, SU(104)는 다시 한번 채널 파라미터들을 추정하고, 도 3의 단계 302에서 행했던 바와 같이, BS ant-0에 대한 다운링크 빔포밍 가중치 w0, BS ant-1에 대한 w1, BS ant-2에 대한 w2, 및 BS ant-3에 대한 w3을 산출한다.
두 번째 단계 404에서, SU(104)는 16개의 사운딩 심볼 서브캐리어들을 포함하는 UL 신호를 송신한다. 이들 서브캐리어들은 네 개의 그룹들로 BS 안테나들에 의해 수신되고 처리된다. 예를 들면, BS 안테나 0은 서브캐리어 i, i+D, i+2D, 및 i+3D를 수신하고, BS 안테나 1은 i+4D, i+5D, i+6D, 및 i+7D를 수신하고, 이러한 식으로 계속된다.
Figure 112009026487606-pct00009
wk : BS 안테나-k에 대한 빔포밍 가중치
D : 데시메이션 팩터
단계 406에서, BS(102)에서, 서브캐리어 i에서의 BSAnt-0, 서브캐리어 i+4D에서의 BSAnt-1, 서브캐리어 i+8D에서의 BSAnt-2, 및 서브캐리어 i+12D에서의 BSAnt-3 상으로 수신된 신호가 더해지고, 그 결과로 생긴 결합된 신호는,
Figure 112009026487606-pct00010
이다.
다음으로, 단계 408에서, 바로 위의 서브캐리어 차트로부터의 S(i), S(i+4D), S(i+8D), 및 S(i+12D)는 r0에 대한 공식에 삽입되어 이하의 결과로 된다:
Figure 112009026487606-pct00011
그 후, 단계 410에서, 서브캐리어 i+kD에서 BSAnt-0 상으로 수신된 신호, 서브캐리어 i+(4+k)D에서 BSAnt-1 상으로 수신된 신호, 서브캐리어 i+(8+k)D에서 BSAnt-2 상으로 수신된 신호, 및 서브캐리어 i+(12+k)D에서 BSAnt-3 상으로 수신된 신호도 마찬가지로 결합되어 수신된 신호 rk를 형성한다.
Figure 112009026487606-pct00012
단계 412에서 wk의 위상은 rk로부터 검출된다.
Figure 112009026487606-pct00013
여기서, Atan()은 아크탄젠트 함수(Arctangent function)이고, Im()는 복소수의 허수부이고, Re()는 복소수의 실수부이다. 프로세스는 단계 414에서 종료된다.
FDD 및 TDD 시스템들 양쪽 모두에 대한 본 발명의 또 다른 실시예에서, SU(104)는 다시 한번 채널 파라미터들을 추정하고, 도 3의 단계 302에서 행했던 바와 같이, BS ant-0에 대한 다운링크 빔포밍 가중치 w0, BS ant-1에 대한 w1, BS ant-2에 대한 w2, 및 BS ant-3에 대한 w3를 산출한다.
도 3의 단계 312에서와 같이, 두 번째 스텝에서, SU는 UL 사운딩 서브캐리어들 상에서 안테나 가중치들을 송신한다.
Figure 112009026487606-pct00014
wk : BS 안테나-k에 대한 빔포밍 가중치
D : 데시메이션 팩터
UL 사운드 신호를 수신한 후, BS 수신기는 우선, (상기 그림에 도시되지 않은) UL 사운드 채널 상으로 송신된 레퍼런스 신호들을 이용하거나 또는 공지된 기술을 이용한 다른 UL 데이터 송신을 이용하여, UL 채널 특성들을 추정한다. 그 후, BS 수신기는 하기의 공식에 따라 DL 빔포밍 안테나 가중치 팩터들을 결정한다:
Figure 112009026487606-pct00015
여기서 R0(i+kD)는 서브캐리어 i+kD에서의 BSAnt-0 상의 수신기 신호이고, R1(i+kD)는 서브캐리어 i+kD에서의 BSAnt-1 상의 수신기 신호이고, R2(i+kD)는 서브캐리어 i+kD에서의 BSAnt-2 상의 수신기 신호이고, R3(i+kD)는 서브캐리어 i+kD에서의 BSAnt-3 상의 수신기 신호이다.
Figure 112009026487606-pct00016
는 서브캐리어 i+kD에서 MSAnt-0로부터 BSAnt-0로의 추정된 UL 채널이고,
Figure 112009026487606-pct00017
는 서브캐리어 i+kD에서 MSAnt-0로부터 BSAnt-1로의 추정된 UL 채널이고,
Figure 112009026487606-pct00018
는 서브캐리어 i+kD에서 MSAnt-0로부터 BSAnt-2로의 추정된 UL 채널이고,
Figure 112009026487606-pct00019
는 서브캐리어 i+kD에서 MSAnt-0로부터 BSAnt-3로의 추정된 UL 채널이다.
도출된 가중화 팩터들은 그 후, 단계 330에서, 다운링크 빔포밍으로 BS(102)에서, BSAnt-0부터 BSAnt-3까지의 송신 안테나들 각각에 대해 도출된 가중치
Figure 112009026487606-pct00020
를 활용함으로써 SU(104)에 데이터를 송신하는 데에 이용된다. 프로세스는 단계 332에서 종료한다.
세 개의 실시예들은 하나의 데이터 스트림 하나의 송신에 대한 것인데, 즉, 하나의 BS로부터 하나의 모바일로 빔포밍된 하나의 데이터 스트림이 존재한다. 유사한 접근 방법이 다수의 데이터 스트림들로 확장될 수 있다. 이 경우, 하나의 BS로부터 하나의 SU로, 또는 하나의 BS로부터 다수의 SU들로의 다수의 데이터 스트림들이 동시에 존재한다. 각 데이터 스트림은 서로 다른 빔포밍 가중치들의 집합을 갖는다. 이 경우, SU(104)는 이들 빔포밍 가중치들의 집합을 산출하고, 가중치들을 BS에게 피드백한다.
[예시적인 기지국 컨트롤러]
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 도 1의 BS 컨트롤러(118)와 같은 BS 컨트롤러(500)를 상세하게 나타내는 블럭도이다. BS 컨트롤러(500)는, 하나의 실시예에서, BS(102) 내에 존재한다. 또 다른 실시예들에서는, BS 컨트롤러(500)는 BS(102)의 외부에 존재하고, BS(102)와 통신가능하게 결합된다. BS 컨트롤러(500)는, 메인 메모리(506)(예를 들면, 휘발성 메모리), 비휘발성 메모리(512), 및 네트워크(100)에 대한 인터페이스를 제공하는 데에 이용되는 네트워크 어댑터 하드웨어(516)에 통신가능하게 연결되어 있는 프로세서(504)를 포함한다. BS 프로세서(504)는 가중치 추출 프로세서로서 기능하고, 업링크 서브캐리어들 상의 신호들을 복조함으로써, 각각의 각자의 업링크 서브캐리어 상으로 변조된 각각의 각자의 복소수 값들을 포함하는 복수의 다운링크 송신 안테나 가중치들을 추출한다.
본 발명의 실시예는, 미래의 네트워킹 메카니즘에 의하거나 또는 현재의 아날로그 및/또는 디지털 기술들을 포함하는 임의의 데이터 통신 연결들을 다루는데 적용될 수 있다. BS(500)는 또한 "MMI"(man-machine interface)(514)를 포함한다. MMI(514)는, 하나의 실시예에서, 하나 이상의 진단 장치(528)를 BS 컨트롤러(500)에 직접적으로 연결하는 데에 이용된다. 시스템 버스(518)는 이들 시스템 구성 요소들을 상호 연결한다.
상술된 바와 같이, BS 컨트롤러(500)는 사운딩 송신기(502)에 연결되어 원격 SU 장치들로의 사운딩 신호들의 송신을 제어한다. BS 컨트롤러(500)는 또한 Tx/Rx 가중화 유닛(150)에 연결되고, 상술된 바와 같이, 각각의 수신 및 송신 안테나들에 적용되는 송신(Tx) 안테나 가중치들 및 수신기(Rx) 안테나 가중치들을 제어한다.
이전의 설명으로부터, 본 발명의 하나의 실시예에서, BS로부터 SU에게 송신되는 오직 하나의 다운링크 데이터 스트림이 존재한다는 것이 이해돼야 한다. 그러나, 또 다른 실시예에서는, (싱글 유저 MIMO 빔포밍으로 공지되며; MIMO는, 기지국 및 SU에서 다수의 송신/수신 안테나들을 포함하는 다중 입력 다중 출력으로서 정의된) 하나의 BS로부터 하나의 SU로; 또는 (멀티 유저 MIMO 빔포밍으로 공지된) 하나의 BS로부터 다수의 SU들로 동시에 송신되는 두 개 이상의 데이터 스트림이 존재한다. 각각의 데이터 스트림에 대해, 기지국 안테나 가중치들의 집합이 존재한다. 따라서, SU 당 두 개의 다운링크 데이터 스트림들이 존재하면, 여덟 개의 가중치 팩터들이 피드백될 필요가 있다. 처음 네 개의 가중치들은 데이터 스트림 1에 대응하고, 다음 4개의 가중치들은 데이터 스트림 2에 대응한다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 대해 완전히 기능적인 컴퓨터 시스템의 정황에서 서술하였지만, 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들은, 실시예들이, 예를 들면, 플로피 디스크, CD ROM, 또는 다른 형태의 기록 가능 매체를 통해, 또는 임의의 유형의 전기적 전송 메카니즘을 통해 프로그램 제품으로서 배포되는 것이 가능한 것임을 알 수 있다.
[제한되지 않는 예들]
본 발명의 특정 실시예들이 개시되었지만, 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 특정 실시예들을 변경시킬 수 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 특정 실시예들에 제한되지 않고, 첨부된 특허청구범위들이, 본 발명의 범주 내에 있는 임의의 모든 이런 응용들, 변형들, 및 실시예들을 포함하는 것이다.

Claims (14)

  1. RF 통신 수신기에서 이용되는 방법으로서,
    적어도 하나의 송신 수신 안테나(transmitting receive antenna)를 포함하는 수신기에서의 적어도 하나의 수신 안테나를 이용하여 n 개의 다운링크 파일럿 신호들을 수신하는 단계 ― 상기 n 개의 다운링크 파일럿 신호들 각각은, 상기 n 개의 다운링크 파일럿 신호들을 송신하는 원격 송신기에서의 n 개의 다운링크 송신 안테나들 중 각 하나의 다운링크 송신 안테나와 연관되어 있음 ―;
    상기 수신된 n 개의 다운링크 파일럿 신호들에 기초하여, 상기 수신기에서의 상기 적어도 하나의 수신 안테나 내의 각각의 수신 안테나와, 상기 원격 송신기에서의 n 개의 다운링크 송신 안테나들 내의 각각의 다운링크 송신 안테나 사이의 각각의 RF 전파 채널을 결정하는 단계;
    각각의 다운링크 RF 전파 채널의 특성에 기초하여, 상기 원격 송신기로부터 상기 수신기로의 각각의 다운링크 데이터 스트림에 대한 n 개의 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터들을 결정하는 단계 ― 상기 n 개의 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터들 내의 각각의 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터는, n 개의 다운링크 송신 안테나들 내의 각 하나의 다운링크 송신 안테나에 적용될 각각의 가중화 팩터에 대응하며, 적어도 하나의 다운링크 데이터 스트림 내의 각 하나의 다운링크 데이터 스트림이 상기 원격 송신기로부터 상기 수신기로 송신됨 ―;
    n 개의 기지국 송신 안테나들과, 상기 원격 송신기에서의 적어도 하나의 송신 수신 안테나(transmitting receive antenna) 사이의 제1 서브캐리어에 대한 각각의 RF 전파 채널에 대응하는 복소수 값들을 합하여 제1 합계를 생성하고,
    상기 제1 합계의 켤레(conjugate)를 산출하고,
    상기 n 개의 다운링크 안테나 가중화 팩터들 중 제1 다운링크 안테나 가중화 팩터와 상기 제1 합계의 켤레를 곱하여 각각의 변조 신호를 생성하고,
    상기 제1 서브캐리어에 대한 각각의 변조 신호를 스케일링(scaling)함으로써,
    각각의 변조 신호를 n 개의 업링크 서브캐리어들 중 제1 업링크 서브캐리어 상으로 변조하는 단계; 및
    상기 수신기에서의 상기 적어도 하나의 송신 수신 안테나를 통하여 상기 제1 업링크 서브캐리어를 송신하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 합계의 켤레를 산출한 후에, 상기 제1 다운링크 안테나 가중화 팩터를 양자화하는 단계를 포함하는 방법.
  3. RF 통신 수신기에서 이용되는 방법으로서,
    수신기에서의 적어도 하나의 수신 안테나를 이용하여 n 개의 다운링크 파일럿 신호들을 수신하는 단계 ― 상기 n 개의 다운링크 파일럿 신호들 각각은, 상기 n 개의 다운링크 파일럿 신호들을 송신하는 원격 송신기에서의 n 개의 다운링크 송신 안테나들 중 각 하나의 다운링크 송신 안테나와 연관되어 있음 ―;
    상기 수신된 n 개의 다운링크 파일럿 신호들에 기초하여, 상기 수신기에서의 상기 적어도 하나의 수신 안테나 내의 각각의 수신 안테나와, 상기 원격 송신기에서의 n 개의 다운링크 송신 안테나들 내의 각각의 다운링크 송신 안테나 사이의 각각의 RF 전파 채널을 결정하는 단계;
    각각의 다운링크 RF 전파 채널의 특성에 기초하여, 상기 원격 송신기로부터 상기 수신기로의 각각의 다운링크 데이터 스트림에 대한 n 개의 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터들을 결정하는 단계 ― 상기 n 개의 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터들 내의 각각의 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터는, n 개의 다운링크 송신 안테나들 내의 각 하나의 다운링크 송신 안테나에 적용될 각각의 가중화 팩터에 대응하며, 적어도 하나의 다운링크 데이터 스트림 내의 각 하나의 다운링크 데이터 스트림이 상기 원격 송신기로부터 상기 수신기로 송신됨 ―;
    가중치 프로덕트(product)들의 n 개의 집합들을 식별하고 ― 상기 가중치 프로덕트들의 n 개의 집합들 각각은 각 n 개의 가중치 프로덕트를 포함하고, 상기 가중치 프로덕트들의 n 개의 집합들 내의 가중치 프로덕트들의 집합 각각은, 상기 원격 송신기에서의 상기 n 개의 다운링크 송신 안테나들 내의 각각의 다운링크 송신 안테나에 의해 수신됨 ―,
    (n*n) 개의 가중치 프로덕트들 각각을 각 서브캐리어와 연관시키고,
    상기 가중치 프로덕트들의 n 개의 집합들 각각 내의 n 개의 가중치 프로덕트 각각을, 상기 n 개의 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터들 내의 각각의 연관된 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터와 연관시키고 ― 상기 가중치 프로덕트들의 n 개의 집합들 각각은, 서로 다른 각각의 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터들과 각각 연관되어 있는 n 개의 가중치 프로덕트들을 포함함 ―,
    상기 가중치 프로덕트들의 n 개의 집합들 내의 각각의 집합을 연관된 각각의 RF 전파 채널과 연관시키고,
    가중치 프로덕트와 연관된 각각의 연관된 서브캐리어에 대한 각각의 연관된 RF 전파 채널의 복소수 값 평가, 및 상기 가중치 프로덕트에 대한 각각의 연관된 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터의 각각의 프로덕트를 결정함으로써 상기 가중치 프로덕트들 각각을 산출하고,
    연관된 가중치 프로덕트를 이용하여 각각의 서브캐리어를 변조함으로써,
    각각의 변조 신호를 각각의 업링크 서브캐리어 상으로 변조하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 수신 안테나 내의 적어도 하나의 송신 수신 안테나를 통해 업링크 서브캐리어들을 송신하는 단계
    를 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 방법은 상기 n 개의 가중치 프로덕트를 산출하기에 앞서 상기 n 개의 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터의 각각을 양자화하는 단계를 더 포함하고,
    상기 n 개의 가중치 프로덕트를 산출하는 것은, 양자화된 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터들인 각각의 연관된 다운링크 송신 안테나 가중화 팩터들을 이용하는 것인 방법.
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