KR101499384B1 - 위치 추정 서비스 및 데이터 통신을 동시에 지원하는 빔포밍 벡터 조정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

기지국에서 단말로 데이터를 전송하기 위해 사용되는 빔포밍 벡터를 조정하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 기지국은 단말로 단말의 위치를 추정하는 서비스 및 데이터 통신을 제공하는 서비스를 동시에 제공할 수 있다. 상기의 서비스들을 동시에 제공하기 위해 기지국의 전력을 고려해야 할 수 있다. 빔포밍 벡터 조정 방법 및 장치는 상기의 서비스들을 동시에 제공하면서 기지국의 전력 소비를 최소화할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.

Description

위치 추정 서비스 및 데이터 통신을 동시에 지원하는 빔포밍 벡터 조정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ADJUSTING BEAMFORMING VECTOR WHICH PROVIDE JOINT LOCALIZATION AND DATA TRANSMISSION}
기분 분야는 빔포밍 벡터를 제공하는 기술에 관한 것으로, 특히, 기지국 및 단말의 통신 환경에 따라 빔포밍 벡터를 조정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이동 통신 시스템은 정보 사회로의 발전함에 따라 사회, 경제, 문화 활동의 기반 인프라로서의 핵심 기술이 되고 있다. 높은 정보 전송 율과 낮은 전송 오류율을 목적으로 하는 전송 신호를 생성하는 방법 및 다중 안테나를 이용한 빔포밍(beamforming) 방법에 대한 연구가 진행되어 왔다. 이동 통신 시스템의 발전에 따라 이동 통신 시스템은 단순히 데이터 통신을 제공하는 수단이 아닌 다양한 서비스를 제공할 수 있다. 근래에는 통신망에서 이동 단말의 위치를 추정하는 기술이 각광받고 있다. 즉, 실내, 빌딩 숲 속과 같은 GPS 음영지역, 태풍, 지진과 같은 자연 재해를 비롯하여 테러, 가스 유출, 전쟁 등과 같은 대규모 사고로 인한 재난 및 긴급 상황에서 사용자의 위치를 파악하는 기술이 활발히 연구되고 있다.
측위 기술은 사용자 혹은 이동 단말의 위치를 측정하기 위한 기술일 수 있다. 측위 기술은 통신 망의 기지국 수신 신호를 이용하는 네트워크에 기반하는 방식과 이동 단말에 장착된 GPS 수신기 등을 이용하는 단말에 기반하는 방식으로 구분할 수 있다. 또한, 상기의 방식들을 혼합하여 사용하는 혼합 방식도 있을 수 있다.
네트워크에 기반하는 방식은 위치 정확도가 기지국의 셀 크기 및 측정 방식에 따라 차이가 많을 수 있으며, 일반적으로 수백 미터에서 수 킬로미터의 측정 오차를 가질 수 있다. 이에 반해, 단말에 기반하는 방식은 단말에 GPS 수신기와 같은 신호 수신 장치를 추가로 장착해야 할 수 있다. 단말에 기반하는 방식은 네트워크에 기반하는 방식에 비해 위치 정확도가 높을 수 있다. 그러나, 단말에 기반하는 방식은 높은 건물이 밀집된 도심 지역, 산림, 실내 등과 같은 GPS 음영 지역에서 GPS 수신 신호를 제대로 수신하지 못해 위치 추정에 어려움을 겪을 수 있다.
한국공개특허 제10-2007-0069565호(공개일 2005년 12월 28일)에는 이동통신 단말기에 관한 발명이 공개되어 있다. 이동통신 단말기는 무전기용 안테나를 통해 송수신되는 무전기신호 동기를 위한 코드를 발생하는 코드 발생기와, 무전기용 안테나를 통해 입력되는 무전기신호 동기여부를 확인하고 그 결과에 따라 코드 발생기를 제어하는 동조기를 포함하는 무전기 송수신부와, 이동통신망으로부터 긴급구조를 요청한 단말기 식별정보 및 X,Y,Z 좌표 중 두 개의 좌표값을 포함하는 긴급구조 요청메시지를 입력 받는 긴급구조 메시지 수신부와, 긴급구조 메시지 수신부로부터 입력되는 긴급구조 요청메시지에 따라 긴급구조를 요청한 단말기로부터 송출되는 긴급구조용 무전신호를 수신하도록 무전기 송수신부를 제어하는 무전기 제어부와, 무전기 송수신부로부터 긴급구조용 무전신호 동기에 따른 시간지연정보를 입력 받아 긴급구조를 요청한 단말기와의 거리를 계산하는 거리 계산부와, GPS 수신기로부터 입력되는 복수의 GPS 위성신호들을 이용하여 단말기 위치정보를 획득하는 단말위치 획득부와, 단말기 위치정보와 긴급구조를 요청한 단말기와의 거리 및 긴급구조 요청메시지에 포함된 두 개의 좌표값을 통해 긴급구조를 요청한 단말기의 위치를 계산하는 재난단말 위치 처리부를 포함한다.
일 실시예는 빔포밍 벡터를 조정하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
일 실시예는 데이터 전송을 위해 사용되는 소비 전력을 최소화할 수 있는 빔포밍 벡터를 제공하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
일 측면에 있어서, 전자 장치에 의해 수행되는, 빔포밍 벡터에 기반하여 단말로 신호를 전송하는 단계, 상기 전송된 신호에 기반하여 상기 단말의 위치를 추정하는 단계, 상기 빔포밍 벡터에 기반하여 상기 단말로 데이터를 전송하는 단계, 상기 단말로부터 상기 단말이 데이터를 수신한 데이터 레이트에 대한 정보를 수신하는 단계 및 상기 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제의 위치 간의 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내가 아닌 경우 또는 상기 수신한 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트에 비해 더 작은 경우, 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계를 포함하는, 빔포밍 벡터 조정 방법이 제공된다.
상기 신호를 전송하는 단계는 파일럿 구간 및 데이터 전송 구간 중 상기 파일럿 구간 동안 상기 신호를 전송할 수 있다.
상기 단말로 전송되는 신호는 복수일 수 있다.
상기 복수의 신호들은 상기 전자 장치의 복수의 안테나들을 통해 각각 전송될 수 있다.
상기 단말의 위치를 추정하는 단계는 상기 복수의 신호들의 각 도착 시간(Time Of Arrival; TOA)에 기반하여 상기 단말의 위치를 추정할 수 있다.
상기 빔포밍 벡터 조정 방법은 상기 위치 정확도가 상기 소정의 위치 정확도의 범위 내인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 빔포밍 벡터 조정 방법은 상기 단말이 데이터를 수신한 데이터 레이트가 상기 소정의 데이터 레이트에 비해 더 큰지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 신호는 상기 전자 장치와 상기 단말이 공유하는 파일럿 코드를 포함하는 파일럿 정보 및 상기 빔포밍 벡터 중 적어도 하나를 이용하여 생성될 수 있다.
상기 단말이 데이터를 수신한 데이터 레이트는 상기 단말의 유효 채널 이득 및 상기 전자 장치가 다른 단말을 위해 전송한 신호에 기반하여 계산될 수 있다.
상기 위치 정확도는 상기 빔포밍 벡터와 관련된 피셔 정보 행렬에 기반하여 계산될 수 있다.
상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계는 상기 빔포밍 벡터의 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계는 상기 생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 상기 수신한 데이터 레이트에 관한 함수를 선형화함으로써 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계는 상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계는 메이져리제이션-미니미제이션(majorization-minimization) 알고리즘을 사용하여 상기 수신한 데이터 레이트에 관한 함수 중 컨벡스(convex)가 아닌 부분을 상기 선형화함으로써 상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 전자 장치에 있어서, 빔포밍 벡터에 기반하여 단말로 신호를 전송하는 통신부 및 상기 전송된 신호에 기반하여 상기 단말의 위치를 추정하는 처리부를 포함하고, 상기 통신부는 상기 빔포밍 벡터에 기반하여 상기 단말로 데이터를 전송하고, 상기 단말로부터 상기 단말이 데이터를 수신한 데이터 레이트에 대한 정보를 수신하고, 상기 처리부는 상기 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제 위치 간의 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내가 아닌 경우 또는 상기 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트에 비해 더 작은 경우, 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 상기 빔포밍 벡터를 조정하는, 전자 장치가 제공된다.
또 다른 일 측면에 있어서, 전자 장치에 의해 수행되는 단말에 대한 기지국의 빔포밍 벡터를 생성하는 방법에 있어서, 제1 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계, 양성 반-한정(positive semidefinite)에 대한 슈어 컴플리먼트 조건(Schur complement condition)을 적용하고, 상기 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제의 위치 간의 위치 정확도에 관한 행렬을 생성하는 단계, 상기 생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하는 상기 단말이 상기 기지국으로부터 데이터를 수신한 데이터 레이트에 관한 함수 중 컨벡스(convex)가 아닌 부분을 선형화하는 단계, 상기 위치 정확도에 대한 행렬 및 상기 선형화된 상기 데이터 레이트에 관한 함수에 기반하여 상기 위치 정확도가 소정의 위치 정확도 범위 내인 제1 조건 및 상기 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트 이상인 제2 조건을 만족하는 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계 및 상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 하는 제3 조건을 만족하는 제2 빔포밍 벡터를 생성하는 단계를 포함하는 빔포밍 벡터 생성 방법이 제공된다.
또 다른 일 측면에 있어서, 전자 장치에 있어서, 제1 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 빔포밍 코베리언스 행렬 생성부, 양성 반-한정(positive semidefinite)에 대한 슈어 컴플리먼트 조건(Schur complement condition)을 적용하고, 상기 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제의 위치 간의 위치 정확도에 관한 행렬을 생성하는 위치 정확도 생성부, 상기 생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하는 상기 단말이 상기 기지국으로부터 데이터를 수신한 데이터 레이트에 관한 함수 중 컨벡스(convex)가 아닌 부분을 선형화하는 선형화부, 상기 위치 정확도에 대한 행렬 및 상기 선형화된 상기 데이터 레이트에 관한 함수에 기반하여 상기 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내인 제1 조건 및 상기 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트 이상인 제2 조건을 만족하는 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하고, 상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 하는 제3 조건을 만족하는 제2 빔포밍 벡터를 생성하는 제어부를 포함하는, 전자 장치가 제공된다.
또 다른 일 측면에 있어서, 기지국 및 상기 기지국과 연결된 중앙 유닛을 포함하는 시스템에 의해 수행되는, 상기 기지국이 빔포밍 벡터에 기반하여 단말로 신호를 전송하는 단계, 상기 기지국이 상기 전송된 신호에 기반하여 상기 단말의 위치를 추정하는 단계, 상기 기지국이 상기 빔포밍 벡터에 기반하여 상기 단말로 데이터를 전송하는 단계, 상기 기지국이 상기 단말로부터 상기 단말이 데이터를 수신한 데이터 레이트에 대한 정보를 수신하는 단계 및 상기 중앙 유닛이 상기 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제의 위치 간의 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내가 아닌 경우 또는 상기 수신한 데이터 레이트가 상기 소정의 데이터 레이트에 비해 더 작은 경우, 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록, 상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계를 포함하는, 빔포밍 벡터 조정 시스템이 제공된다.
데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 빔포밍 벡터를 조정하는 장치 및 방법이 제공된다.
데이터 통신을 제공하는 서비스 및 단말의 위치를 추정하는 서비스를 동시에 제공하는 빔포밍 벡터 조정 장치 및 방법이 제공된다.
도 1은 일 예에 따른 단말의 위치를 추정하는 방법을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 빔포밍 벡터 조정 시스템의 구성도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 빔포밍 벡터 조정 방법의 흐름도를 도시한다.
도 4는 일 예에 따른 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 빔포밍 벡터를 조정하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5은 일 예에 따른 두 단말들 간의 거리 차이에 따른 빔포밍 벡터 조정 시스템을 도시한다.
도 6은 일 예에 따른 두 단말들 간의 거리 차이에 따른 기지국들의 평균 소비 전력을 도시한다.
도 7은 일 예에 따른 배치된 기지국들 및 단말기들을 도시한다.
도 8은 일 예에 따른 단말기의 개수에 따른 기지국의 평균 소비 전력을 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따른 전자 장치를 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 전자 장치를 도시한다.
도 11은 일 실시예에 따른 빔포밍 벡터 생성 방법의 흐름도를 도시한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
실시예에는 다양한 변경이 가해질 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 실시예를 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시예는 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일 예에 따른 단말의 위치를 추정하는 방법을 도시한다.
단말의 위치를 추정하는 방법으로 도 1과 같은 네트워크가 고려될 수 있다. 도 1의 네트워크는 복수의 기지국들(A 내지 C) 및 단말 간의 네트워크일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단말은 기지국으로 신호를 전송할 수 있다. 기지국은 신호를 수신한 시각에 기반하여 기지국을 중심으로 하는 가상의 원을 생성할 수 있다. 예를 들어, 복수의 기지국들(A 내지 C)이 단말로부터 신호를 각각 수신한 경우 복수의 기지국들(A 내지 C)은 각 기지국을 중심으로 하는 가상의 원을 각각 생성할 수 있다. 생성된 원들의 교점이 단말의 위치로 추정될 수 있다. 이러한 신호의 전송 도착 시각을 기반으로 단말의 위치를 추정하는 방법을 도착 시간(Time Of Arrival; TOA) 방법이라고 할 수 있다.
TOA 방법은 신호의 송신기 및 수신기 간의 동기화를 전제로 사용될 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 복수의 기지국들(A 내지 C)이 신호를 단말로 전송할 수 있다. 단말은 복수의 기지국들(A 내지 C)로부터 각각 수신한 신호의 도착 시간(TOA)들에 기반하여 단말의 위치를 추정할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 빔포밍 벡터 조정 시스템의 구성도를 도시한다.
기지국 및 단말 간의 데이터 통신을 제공하는 서비스 및 단말의 위치를 추정하는 서비스가 각각 개별적으로 제공될 수 있다. 또한, 데이터 통신을 제공하는 서비스 및 단말의 위치를 추정하는 서비스가 동시에 제공될 수 있다.
상기의 서비스들을 동시에 제공하기 위해서는 기지국의 많은 전력 소비가 요구될 수 있다. 이러한 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로, 단말에 제공되는 데이터 전송량 및 단말의 위치 추정의 정확도를 함께 고려하는 방법이 이용될 수 있다. 단말의 위치가 정확하게 추정되는 경우 기지국은 빔포밍(beamforming) 기법을 이용함으로써 최소의 전력을 소비하면서 단말에 제공할 수 있는 데이터 레이트(rate)를 증가시킬 수 있다.
빔포밍 벡터 조정 시스템(200)(이하에서 빔포밍 벡터 조정 시스템(200)은 시스템(200)으로 약술된다)은 하나 이상의 장치들로 이루어진 시스템일 수 있다.
일 예에 따르면, 시스템(200)은 중앙 유닛(205) 및 기지국(210)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 빔포밍 벡터 조정 시스템(200)은 복수의 기지국들(210 내지 240)을 포함할 수 있다.
각 기지국은 중앙 유닛(205)과 통신할 수 있다. 상기의 통신은 유선 통신 또는 무선 통신일 수 있다.
기지국(210)은 다중 안테나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 시스템(200)은 δxδ 크기의 지역 내에 NB 개의 기지국들 및 NM 개의 단말들을 포함할 수 있다. δ는 임의의 길이를 나타낼 수 있다. 예를 들어, NB 개의 기지국들은 기지국들(210 내지 240)일 수 있고, NM 개의 단말들은 단말들(252 내지 256)일 수 있다. 시스템(200) 내의 각 단말은 모든 기지국들로부터 데이터를 수신할 수 있다. 또한, 각 단말은 기지국들로부터 수신한 신호를 기반으로 TOA 방법을 사용하여 단말의 위치를 추정할 수 있다.
시스템(200)의 기지국 j의 위치 정보는 하기의 [수학식 1]로 정의될 수 있다. 기지국 j는 시스템(200) 내의 임의의 기지국일 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00001
[수학식 1]에서, PB,j는 기지국 j의 위치 정보를 나타낼 수 있고, xB,j는 기지국 j의 x축의 위치 정보 및 yB,j는 기지국 j의 y축의 위치 정보를 나타낼 수 있다. i 및 j는 1 이상의 정수일 수 있다.
빔포밍 벡터 조정 시스템(200)의 단말 i의 위치 정보는 하기의 [수학식 2]로 정의될 수 있다. 단말 i는 시스템(200) 내의 임의의 단말일 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00002
[수학식 2]에서, PM,i는 단말 i의 위치 정보를 나타낼 수 있고, xM,i는 단말 i의 x축의 위치 정보 및 yM,i는 단말 i의 y축의 위치 정보를 나타낼 수 있다.
기지국 j 및 단말 i 간의 거리는 하기의 [수학식 3]으로 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00003
[수학식 3]에서, dji는 기지국 j 및 단말 i 간의 거리를 나타낼 수 있다.
기지국 j 및 단말 i 간의 각도는 하기의 [수학식 4]로 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00004
[수학식 4]에서,φji는 기지국 j 및 단말 i 간의 각도일 수 있다.
기지국들(210 내지 240)의 각 기지국은 시 분할 다중 접속(Time division multiple access; TDMA) 방식 또는 주파수 분할 다중 접속(Frequency division multiple access; FDMA)방식을 이용하여 통신을 할 수 있다. 기지국(210)과 단말(252)의 통신 채널은 비 선택적 주파수 채널일 수 있다. 통신 채널은 데이터 전송 구간 동안 일정할 수 있다.
단말은 기지국들(210 내지 240)과 동기화될 수 있다. 단말이 기지국들(210 내지 240)과 동기화됨으로써 단말의 위치는 TOA 방법을 이용하여 추정될 수 있다.
기지국(210)은 시 분할 듀플렉스(Time Division Duplex; TDD) 시스템을 기반으로 업링크 트레이닝을 통해 채널 정보를 소유하고 있을 수 있다. 기지국(210)의 채널 정보는 기지국(210)의 빔포밍 벡터를 조정 또는 생성할 수 있는 중앙 유닛(205)으로 전송될 수 있다.
빔포밍 벡터를 조정하는 방법에 대해, 하기에서 도 3 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명된다.
도 3은 일 실시예에 따른 빔포밍 벡터 조정 방법의 흐름도를 도시한다.
단계(310)에서, 기지국(210)은 빔포밍 벡터에 기반하여 단말(252)로 신호를 전송할 수 있다.
기지국(210)이 단말(252)로 정보를 전송하는 구간(T)은 파일럿 구간(TP) 및 데이터 전송 구간(Td)으로 나뉠 수 있다. 파일럿 구간은 단말의 위치를 추정하기 위한 구간 및 채널 정보의 추정을 위한 구간일 수 있다. 데이터 전송 구간은 데이터를 전송하는 구간일 수 있다.
기지국(210)이 빔포밍 벡터에 기반하여 단말(252)로 신호를 전송하는 단계(310)는 파일럿 구간 동안 신호를 전송할 수 있다.
예를 들어, 기지국 j가 전송하는 신호는 하기의 [수학식 5]로 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00005
[수학식 5]에서, xj (p)(t)는 파일럿 구간 내의 t 시각에서 기지국 j가 전송하는 신호일 수 있다. wji는 단말 i에 대한 기지국 j의 빔포밍 벡터일 수 있다. sji (p)(t)는 파일럿 구간 내의 t 시각의 파일럿 정보일 수 있다.
파일럿 정보는 하기의 [수학식 6]으로 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00006
[수학식 6]에서, mji (p)(l)는 기지국 j 및 단말 i 이 공유하는 파일럿 코드일 수 있다. 단말 i를 위한 mji (p)(l)는 다른 단말을 위한 파일럿 코드와 서로 직교성을 가질 수 있다.
g(t-lTs)는 단일 에너지의 펄스 신호일 수 있다. Ts는 심볼 구간일 수 있고, np는 파일럿 구간에서 전송되는 비트 수일 수 있다. 단일 에너지 펄스 신호는 에얼리어싱(aliasing)이 일어나지 않도록 나이퀴스트 정리를 만족하는 심볼 구간을 가지는 펄스일 수 있다. 파일럿 정보는 채널 추정 및 단말(252)의 위치 추정을 위해 사용될 수 있다.
기지국 j가 전송하는 신호는 기지국(210)과 단말(252)이 공유하는 파일럿 코드를 포함하는 파일럿 정보 및 빔포밍 벡터 중 적어도 하나를 이용하여 생성되는 신호일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 신호들이 복수의 기지국들을 통해 각각 단말(252)로 전송될 수 있다.
단말 i가 기지국 j로부터 수신한 신호는 하기의 [수학식 7]로 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00007
[수학식 7]에서, yji (p)(t)는 파일럿 구간 내의 t 시각에서의 단말 i가 기지국 j로부터 수신하는 신호일 수 있다.
ξji는 패스 로스(path loss)일 수 있다. 패스 로스는 채널의 대규모 페이딩(large-scale fading)을 모델링한 파라미터일 수 있다. 예를 들어, 패스 로스는 고층 건물 또는 장애물과 같은 통신 환경에 영향을 주는 음영 효과(shadowing effect)를 고려할 수 있다. 패스 로스는 하기의 [수학식 8]로 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00008
[수학식 8]에서, △는 채널 환경에 따라 기지국(210) 및 단말(252) 간의 거리 별 패스 로스를 조절할 수 있는 기준 거리일 수 있다. η는 패스 로스 지수일 수 있다. 패스 로스 지수는 실험적으로 결정될 수 있다.
[수학식 7]에서, hji는 기지국 j 및 단말 i 간의 컴플렉스 채널 벡터(complex channel vector)일 수 있다. hji는 소규모 페이딩(small-scale fading)을 모델링한 채널일 수 있다. hji*는 hji의 수반 행렬을 나타낼 수 있다.
[수학식 7]에서, τji는 신호의 전송 지연 시간일 수 있다. 전송 지연 시간은 하기의 [수학식 9]로 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00009
[수학식 9]에서, c는 신호의 전송 속도일 수 있다. 전송 지연 시간은 TOA에 의한 지연 시간일 수 있다.
[수학식 7]에서, zji (p)(t)는 평균이 0이고, 양측 전력밀도(two-sided power spectral density)가 N0인 콤플렉스 화이트 가우시안(complex white Gaussian) 잡음일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단말(252)은 기지국(210)이 단말(253)을 위해 전송한 신호를 수신할 수 있다. 단말 i에 수신된 기지국 j가 전송한 단말 k를 위한 신호의 유효 채널 이득은 하기의 [수학식 10]으로 정의될 될 수 있다. 단말 k는 단말 i 이외의 시스템(200) 내의 임의의 단말일 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00010
단계(320)에서, 기지국(210) 또는 중앙 유닛(205)은 전송된 신호에 기반하여 단말(252)의 위치를 추정할 수 있다.
시스템(200)의 기지국들(210 내지 240)의 위치 정보는 단말(252)에게 알려져 있을 수 있다.
단말(252)은 단계(310)에서 파일럿 구간 동안 수신한 신호에 기반하여 단말(252)의 위치를 추정할 수 있다. 예를 들어, 단말(252)은 복수의 기지국들로부터 수신한 신호들에 기반하여 단말(252)의 위치를 추정할 수 있다. 단말(252)의 위치는 복수의 신호들의 각 도착 시간(TOA)에 기반하여 추정될 수 있다.
단말(252)의 위치 정확도는 제곱 위치 에러(Squared Position Error; SPE)를 이용하여 계산될 수 있다.
SPE는 하기의 [수학식 11]로 정의된다.
Figure 112014012396314-pat00011
[수학식 11]에서, pM,i는 실제의 단말 i의 위치일 수 있고,
Figure 112014012396314-pat00012
는 추정된 단말 i의 위치일 수 있다. ρi(W)는 SPE일 수 있다.
[수학식 11]의 SPE는 크라머-라오 경계(Cramer-Rao bound)에 바운드될 수 있다. 따라서, SPE는 하기의 [수학식 12]와 같은 관계를 가질 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00013
[수학식 12]에서, tr{Ji -1(W)}는 크라머-라오 경계일 수 있다. Ji(W)는 피셔 정보 행렬(Fisher information matrix)일 수 있다. 피셔 정보 행렬은 하기의 [수학식 13]과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00014
[수학식 13]에서, Wj는 모든 단말들을 위한 기지국 j의 빔포밍 벡터일 수 있다. 모든 단말들을 위한 기지국 j의 빔포밍 벡터는 하기의 [수학식 14]로 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00015
[수학식 12] 및 [수학식 13]에서, W는 모든 기지국의 빔포밍 벡터를 의미할 수 있다. 모든 기지국의 빔포밍 벡터는 하기의 [수학식 15]로 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00016
[수학식 13]에서, SNRji(Wj)는 기지국 j 및 단말 i 간의 신호 대 잡음비일 수 있다. 기지국 j 및 단말 i 간의 신호 대 잡음비는 하기의 [수학식 16]으로 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00017
[수학식 13]에서, β는 유효 대역폭일 수 있다. 유효 대역폭은 하기의 [수학식 17]로 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00018
[수학식 17]에서, g(f)는 전술된 [수학식 6]의 단일 에너지의 펄스 신호를 퓨리에 변환(Fourier transform)한 신호일 수 있다.
[수학식 13]에서, Jy(φji)은 기지국 j 및 단말 i의 방향 행렬일 수 있다. 방향 행렬은 하기의 [수학식 18]로 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00019
[수학식 16]에 의하면, 단말 i의 위치를 추정할 때에, 기지국 j로부터 단말 i가 수신한 다른 단말을 위한 신호가 간섭 신호로 취급되지 않을 수 있다. 따라서, 단말 i의 위치를 보다 더 정확하게 추정하기 위해서는 기지국 j가 전송하는 신호의 세기를 높여야 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단말(252)은 기지국(210)로부터 수신한 신호에 기반하여 단말(252)의 위치를 추정할 수 있다. 단말(252)은 추정된 단말(252)의 위치를 기지국(210)으로 전송할 수 있다. 기지국(210) 또는 중앙 유닛(205)은 추정된 단말(252)의 위치를 수신함으로써 단말(252)의 위치를 추정할 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 기지국(210)은 단말(252)로부터 단말(252)의 위치를 추정하기 위한 데이터를 수신할 수 있다. 기지국(210) 또는 중앙 유닛(205)은 수신한 데이터에 기반하여 단말(252)의 위치를 추정할 수 있다.
단계(330)에서, 기지국(210)은 빔포밍 벡터에 기반하여 단말로 데이터를 전송할 수 있다.
기지국(210)이 빔포밍 벡터에 기반하여 단말(252)로 데이터를 전송하는 단계(330)는 데이터 전송 구간 동안 데이터를 전송할 수 있다.
단말(252)은 기지국(210)이 전송한 데이터를 수신할 수 있다. 단말(252)은 단말(252)이 데이터를 수신한 데이터 레이트를 계산할 수 있다.
예를 들어, 단말 i가 기지국 j로부터 수신하는 데이터에 대한 데이터 레이트는 하기의 [수학식 19]로 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00020
[수학식 19]에서, rji(Wj)는 단말 i가 기지국 j로부터 수신하는 데이터에 대한 데이터 레이트일 수 있다. rji(Wj)의 단위는 bits/s/Hz일 수 있다.
[수학식 19]에서, SINRji(Wj)는 신호 대비 간섭 신호 및 잡음 비(signal to interference-plus-noise)일 수 있다. 신호 대비 간섭 신호 및 잡음 비는 하기의 [수학식 20]으로 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00021
즉, 데이터 레이트는 단말 i의 유효 채널 이득 및 기지국 j가 다른 단말을 위해 전송한 신호에 기반하여 계산될 수 있다.
[수학식 20]에서, 기지국 j로부터 단말 i가 수신하는 다른 단말들을 위한 신호들은 모두 간섭 신호로 간주될 수 있다. 따라서, 데이터 레이트를 높이기 위해서는, 간섭 신호를 줄여야 할 수 있다.
단계(340)에서, 기지국(210)은 단말(252)로부터 단말(252)이 데이터를 수신한 데이터 레이트에 대한 정보를 수신할 수 있다.
단계(350)에서, 중앙 유닛(205)은 추정된 단말(252)의 위치 및 단말(252)의 실제의 위치 간의 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내인지 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 단말 i에 대해, 하기의 [수학식 21]이 만족되는 경우, 중앙 유닛(205)는 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내인 것으로 판단할 수 있다. 위치 정확도는 빔포밍 벡터와 관련된 피셔 정보 행렬에 기반하여 계산될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00022
[수학식 21]에서, Qi는 소정의 위치 정확도일 수 있다.
단계(360)에서, 중앙 유닛(205)은 단말(252)이 데이터를 수신한 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트에 비해 더 큰지 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 단말 i에 대해, 하기의 [수학식 22]가 만족되는 경우, 중앙 유닛(205)는 단말 i가 데이터를 수신한 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트에 비해 더 큰 것으로 판단할 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00023
[수학식 22]에서, Ri는 단말 i에 대한 소정의 데이터 레이트일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단말 i는 하나 이상의 기지국들로부터 데이터를 각각 수신할 수 있다. 단말 i가 하나 이상의 기지국들로부터 데이터를 각각 수신하는 경우, 단말 i가 하나 이상의 기지국로부터 데이터를 각각 수신하는 데이터 레이트의 총 합이 단말 i가 시스템(200)으로부터 데이터를 수신한 데이터 레이트일 수 있다.
단계(370)에서, 중앙 유닛(205)은 추정된 단말(252)의 위치 및 단말(252)의 실제의 위치 간의 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내가 아닌 경우 또는 수신한 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트에 비해 더 작은 경우, 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 빔포밍 벡터를 조정할 수 있다.
예를 들어, 단말 i에 대해, 단계(350)의 [수학식 21] 및 [수학식 22] 중 적어도 하나가 만족되지 않는 경우에, 중앙 유닛(205)은 빔포밍 벡터를 조정할 수 있다.
빔포밍 벡터가 하기의 [수학식 23]을 통해 데이터에 대한 전력 소비가 최소화되도록 조정될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00024
빔포밍 벡터를 조정하는 방법에 대해, 하기에서 도 4를 참조하여 상세히 설명된다.
일 실시예에 따르면, 빔포밍 벡터를 조정하는 방법은 단말(252)의 데이터 레이트 및 추정된 단말(252)의 위치를 성능 평가 기준으로 할 수 있다. 즉, 성능 평가 기준을 만족하지 못하는 경우, 빔포밍 벡터가 조정될 수 있다. 조정된 빔포밍 벡터는 데이터 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 조정될 수 있다. 따라서, 빔포밍 벡터는 전술된 [수학식 21], [수학식 22] 및 [수학식 23]의 조건들을 모두 만족해야 할 수 있다.
앞서 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명된 기술적 내용들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 4는 일 예에 따른 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 빔포밍 벡터를 조정하는 방법의 흐름도를 도시한다.
전술된 단계(370)는 하기의 단계들(410 내지 430)을 포함할 수 있다.
단계(410)에서, 중앙 유닛(205)는 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍 벡터의 빔포밍 코베리언스(covariance) 행렬을 생성할 수 있다.
빔포밍 코베리언스 행렬은 하기의 [수학식 24]로 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00025
생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 전술된 [수학식 21]은 하기의 [수학식 25]로 변환될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00026
[수학식 25]에서,
Figure 112014012396314-pat00027
는 하기의 [수학식 26]으로 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00028
생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 전술된 [수학식 22]는 하기의 [수학식 27]로 변환될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00029
생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 전술된 [수학식 23]은 하기의 [수학식 28]로 변환될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00030
[수학식 25], [수학식 26] 및 [수학식 27]에 추가적으로, 빔포링 코베리언스 행렬에 대한 조건이 하기의 [수학식 29] 및 [수학식 30]으로 표현될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00031
Figure 112014012396314-pat00032
[수학식 30]에 따르면, 빔포밍 코베리언스 행렬은 양성 반-한정(positive semidefinite) 행렬일 수 있다.
단계(420)에서, 중앙 유닛(205)는 생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 수신한 데이터 레이트에 관한 함수를 선형화함으로써 로컬(local) 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 빔포밍 벡터에 대한 조건들은 상기의 [수학식 25], [수학식 27], [수학식 28], [수학식 29] 및 [수학식 30]일 수 있다.
[수학식 25]의 위치에 대한 조건은 [수학식 25]에 양성 반-한정인 임의의 행렬(Mi)를 도입하고, 양성-반한정에 대한 슈어 컴플리먼트 조건(Schur complement condition)을 적용함으로써 선형 행렬 불균등 제약(linear inequality constraint)으로 재공식화될 수 있다.
재공식화된 [수학식 25]는 하기의 [수학식 31], [수학식 32], [수학식 33]일 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00033
Figure 112014012396314-pat00034
Figure 112014012396314-pat00035
상기의 조건들을 만족하는 빔포밍 벡터를 찾는 과정에서, [수학식 27] 및 [수학식 29]의 비-컨벡스(non-convex) 제약들이 문제될 수 있다. [수학식 27]은 컨벡스 함수들의 차이로서 기재될 수 있다. 따라서, [수학식 27]의 조건은 메이져리제이션-미니미제이션(majorization-minimization; MM) 알고리즘을 사용함으로써 다루어질 수 있다. MM 알고리즘은 조건의 비-컨벡스 부분을 선형화할 수 있다.
예를 들어, 중앙 유닛(205)은 MM 알고리즘을 사용하여 수신한 데이터 레이트에 관한 함수 중 컨벡스가 아닌 부분을 선형화할 수 있다.
중앙 유닛(205)은 [수학식 29]의 조건을 무시할 수 있다. 다시 말하자면, [수학식 29]의 빔포밍 코베리언스 행렬이 랭크가 1이라는 조건은 빔포밍 벡터를 조정하는데 있어서 고려되지 않을 수 있다.
중앙 유닛(205)은 [수학식 29]를 제외한, 선형화된 [수학식 27], [수학식 28] 내지 [수학식 33]을 만족하는 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 찾을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 중앙 유닛(205)은 MM 알고리즘을 사용하여 단말(252)로부터 수신한 데이터 레이트에 관한 함수 중 컨벡스가 아닌 부분을 선형화함으로써 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성할 수 있다.
단계(430)에서, 중앙 유닛(205)은 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 빔포밍 벡터를 조정할 수 있다.
중앙 유닛(205)은 고유 값 근사(eigen value approximation)를 이용하여 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다. 빔포밍 벡터는 하기의 [수학식 34]로 생성될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00036
[수학식 34]에서,
Figure 112014012396314-pat00037
는 빔포밍 코베리언스 행렬의 가장 큰 고유 값일 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00038
는 가장 큰 고유 값에 대응하는 고유 벡터일 수 있다.
중앙 유닛(205)은 [수학식 34]을 통해 생성된 빔포밍 벡터가 실행이 가능한 벡터인 경우 생성된 빔포밍 벡터를 최종적인 빔포밍 벡터로 결정할 수 있다.
중앙 유닛(205)은 생성된 빔포밍 벡터가 실행이 가능하지 않은 벡터인 경우, 빔포밍 벡터를 스케일링(scaling)할 수 있다. 빔포밍 벡터를 스케일링 하는 방법은 하기의 [수학식 35]로 정의될 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00039
[수학식 35]의 왼쪽의 빔포밍 벡터가 스케일링된 빔포밍 벡터일 수 있다. δinc는 양의 스케일링 인자일 수 있다.
중앙 유닛(205)은 생성된 빔포밍 벡터를 기존의 빔포밍 벡터로 대체함으로써 빔포밍 벡터를 조정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 빔포밍 조정 방법은 전술된 [수학식 21] 내지 [수학식 23]의 조건들에 대하여 실행 가능성을 항상 보장할 수 있다. 따라서, 빔포밍 조정 방법은 분산 안테나 시스템에서, 데이터 통신을 제공하는 서비스 및 단말의 위치를 추정하는 서비스를 동시에 가능하게 할 수 있다. 또한, 빔포밍 조정 방법은 데이터를 전송하는 기지국의 전력 소비를 최소화할 수 있다.
앞서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 기술적 내용들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 5은 일 예에 따른 두 단말들 간의 거리 차이에 따른 빔포밍 벡터 조정 시스템을 도시한다.
일 실시예에 따르면, 도 5와 같이 기지국들(210 내지 240) 및 단말들(252 및 253)이 배치될 수 있다. 기지국들(210 내지 240)은 정사각형의 셀의 각 꼭지점에 위치할 수 있다. 단말(252)는 셀의 중심에 위치할 수 있고, 단말(253)은 x축과 평행하게 움직일 수 있다. 예를 들어, 기지국은 5개의 안테나를 포함할 수 있다.
단말(253)이 움직임으로써 기지국이 소비하는 평균 전력의 변화에 대해, 하기에서 도 6을 참조하여 설명된다.
앞서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 기술적 내용들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 6은 일 예에 따른 두 단말들 간의 거리 차이에 따른 기지국들의 평균 소비 전력을 도시한다.
전술된 도 5의 시스템(200)에서 사용된 파라미터들의 값은 하기의 [표 1]과 같다.
nP = 10
Td/T = 2/3
β = 200kHz
N0 = -121dBm
η = 4
δ = 200
100m에서 패스 로스가 ξ2 = -110dB가 되는 △를 선택
hji = sji(φji), sji(φji) = [1 ej π cos φ ji … ej π( Mj -1) cos φ ji]
시스템(200)이 데이터 통신을 제공하는 서비스만을 제공하는 경우, 두 단말들(252 및 253) 간의 거리가 멀어짐에 따라 기지국의 평균 소비 전력이 감소될 수 있다. 두 단말들(252 및 253)의 거리가 멀어짐에 따라 서로 간에 미치는 간섭 신호의 영향이 감소될 수 있다.
시스템(200)이 위치 추정 서비스만을 제공하는 경우, 두 단말들(252 및 253) 간의 거리가 멀어짐에 따라 기지국의 평균 소비 전력이 증가될 수 있다. 위치 추정 서비스에서, 제1 단말은 제1 단말을 위한 신호뿐만 아니라, 제2 단말을 위한 신호도 제1 단말의 위치를 추정하는데 이용할 수 있다.
시스템(200)이 데이터 통신을 제공하는 서비스 및 위치 추정 서비스를 동시에 제공하는 경우, 기지국은 어느 하나의 서비스만을 제공할 때의 평균 소비 전력에 비해 항상 더 큰 전력을 소비할 수 있다.
앞서 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명된 기술적 내용들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 7은 일 예에 따른 배치된 기지국들 및 단말기들을 도시한다.
일 실시예에 따르면, 도 7과 같이 기지국들(210 내지 240) 및 단말들(252 내지 256)이 배치될 수 있다. 기지국들(210 내지 240)은 정사각형의 셀의 각 꼭지점에 위치할 수 있다. 단말들(252 내지 256)은 셀 내에 임의적으로 위치할 수 있다.
단말의 개수 대비 기지국의 평균 소비 전력에 대해, 하기에서 도 8을 참조하여 설명된다.
앞서 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명된 기술적 내용들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 8은 일 예에 따른 단말기의 개수에 따른 기지국의 평균 소비 전력을 도시한다.
전술된 도 7의 시스템(200)에서 사용된 파라미터들의 값은 전술된 [표 1]과 같다.
시스템(200)이 데이터 통신을 제공하는 서비스만을 제공하는 경우, 시스템(200)이 위치 추정 서비스만을 제공하는 경우 및 시스템(200)이 데이터 통신을 제공하는 서비스 및 위치 추정 서비스를 동시에 제공하는 경우 각각은 단말의 개수가 증가함에 따라 기지국의 평균 소비 전력이 증가할 수 있다. 모든 경우들에서 단말의 개수가 증가함에 따라 기지국의 평균 소비 전력이 증가하는 것은 단말의 개수가 증가함에 따라 단말들 간의 간섭 신호의 조절이 어려워지기 때문일 수 있다.
앞서 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명된 기술적 내용들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 9는 일 실시예에 따른 전자 장치를 도시한다.
전술된 시스템(200)은 하나의 전자 장치(900)에서 구현될 수 있다.
전자 장치(900)는 통신부(910), 처리부(920) 및 저장부(930)를 포함할 수 있다.
전자 장치(100)는 전술된 빔포밍 조정 시스템(200)에 대응할 수 있다. 통신부(910)는 전술된 기지국(210)에 대응할 수 있다. 처리부(920)는 전술된 중앙 유닛(205)에 대응할 수 있다. 시스템(200)의 복수의 기지국들은 전자 장치(900)의 복수의 안테나들에 대응할 수 있다.
저장부(930)는 통신부(910)가 수신한 정보 및 처리부(920)에 의해 생성된 정보를 저장할 수 있다.
따라서, 전술된 실시예들에서 시스템(200)은 전자 장치(900)로 대체될 수 있다. 또한, 기지국(210)은 통신부(910)로 대체될 수 있고, 중앙 유닛(205)는 처리부(920)로 대체될 수 있다. 기지국(210) 및 중앙 유닛(205) 간의 통신은 통신부(910) 및 처리부(920) 간의 통신으로 대체될 수 있다. 말하자면, 시스템(200), 기지국(210) 및 중앙 유닛(205)에 대하여 설명된 기능, 동작 및 구성 등은 전자 장치(900), 통신부(910) 및 처리부(920)에 각각 적용될 수 있다.
예를 들어, 전자 장치(900)의 통신부(910)는 빔포밍 벡터에 기반하여 단말(252)로 신호를 전송할 수 있고, 빔포밍 벡터에 기반하여 단말(252)로 데이터를 전송할 수 있다.
예를 들어, 처리부(920)는 전송된 신호에 기반하여 단말(252)의 위치를 추정할 수 있고, 추정된 단말(252)의 위치 및 단말(252)의 실제의 위치 간의 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내가 아닌 경우 또는 수신한 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트에 비해 더 작은 경우, 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 빔포밍 벡터를 조정할 수 있다.
앞서 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명된 기술적 내용들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 10은 일 실시예에 따른 전자 장치를 도시한다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(1000)는 빔포밍 코베리언스 생성부(1010), 위치 정확도 생성부(1020), 선형화부(1030) 및 제어부(1040)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 빔포밍 코베리언스 생성부(1010), 위치 정확도 생성부(1020), 선형화부(1030) 및 제어부(1040)는 전자 장치(1000)에 포함된 하나의 프로세서에 의해 수행되는 각각의 유닛일 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 전자 장치(1000)는 전술된 중앙 유닛(205) 또는 전자 장치(900)의 처리부(920)에 대응할 수 있다. 즉, 전자 장치(1000)의 빔포밍 코베리언스 생성부(1010), 위치 정확도 생성부(1020), 선형화부(1030) 및 제어부(1040)가 수행하는 각 기능은 중앙 유닛(205) 또는 전자 장치(900)의 처리부(920)가 수행하는 기능으로 이해될 수 있다.
전자 장치(1000)는 제1 빔포밍 벡터를 이용하여 제2 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다. 제2 빔포밍 벡터는 전술된 [수학식 21] 내지 [수학식 23]의 조건들을 만족하는 빔포밍 벡터일 수 있다. 빔포밍 벡터를 생성하는 방법에 대해, 하기에서 도 11을 참조하여 상세히 설명된다.
앞서 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명된 기술적 내용들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 11은 일 실시예에 따른 빔포밍 벡터 생성 방법의 흐름도를 도시한다.
단계(1110)에서, 빔포밍 코베리언스 생성부(1010)는 제1 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성할 수 있다. 제1 빔포밍 벡터는 기지국(210)에 적용된 빔포밍 벡터일 수 있다. 빔포밍 코베리언스 생성부(1010)는 전술된 [수학식 24]를 이용하여 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성할 수 있다.
단계(1110)는 전술된 단계(410)에 대응할 수 있다. 즉, 단계(410)에 대한 설명은 단계(1110)에 대한 설명으로 대체될 수 있다.
단계(1120)에서, 위치 정확도 생성부(1020)는 양성 반-한정에 대한 슈어 컴플리먼트 조건을 적용하고, 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 추정된 단말(252)의 위치 및 단말(252)의 실제의 위치 간의 위치 정확도에 관한 행렬을 생성할 수 있다. 전자 장치(1000)는 추정된 단말(252)의 위치 및 실제의 단말(252)의 위치를 저장할 수 있다.
예를 들어, 생성된 위치 정확도에 관한 행렬은 하기의 [수학식 36]일 수 있다.
Figure 112014012396314-pat00040
단계(1130)에서, 선형화부(1030)는 생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하는 단말(252)이 기지국(210)으로부터 데이터를 수신한 데이터 레이트에 관한 함수 중 컨벡스가 아닌 부분을 선형화할 수 있다. 데이터 레이트에 관한 함수는 전술된 [수학식 27]의 좌측의 함수일 수 있다.
단계(1140)에서, 제어부(1040)는 위치 정확도에 대한 행렬 및 선형화된 데이터 레이트에 관한 함수에 기반하여 위치 정확도가 소정의 위치 정확도 범위 내인 제1 조건 및 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트 이상인 제2 조건을 만족하는 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성할 수 있다. 제1 조건은 전술된 [수학식 31] 내지 [수학식 33]의 조건일 수 있다. 제2 조건은 전술된 선형화된 [수학식 27]의 조건일 수 있다.
단계(1150)에서, 제어부(1040)는 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 하는 제3 조건을 만족하는 제2 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다. 제3 조건은 전술된 [수학식 28]의 조건일 수 있다.
단계(1150)는 전술된 단계(430)에 대응할 수 있다. 즉, 단계(430)에 대한 설명은 단계(1150)에 대한 설명으로 대체될 수 있다.
앞서 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명된 기술적 내용들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
200: 빔포밍 조정 시스템
210: 기지국
252: 단말
900: 전자 장치

Claims (14)

  1. 전자 장치에 의해 수행되는,
    빔포밍 벡터에 기반하여 단말로 신호를 전송하는 단계;
    상기 전송된 신호에 기반하여 상기 단말의 위치를 추정하는 단계;
    상기 빔포밍 벡터에 기반하여 상기 단말로 데이터를 전송하는 단계;
    상기 단말로부터 상기 단말이 데이터를 수신한 데이터 레이트에 대한 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제의 위치 간의 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내가 아닌 경우 또는 상기 수신한 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트에 비해 더 작은 경우, 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계
    를 포함하는, 빔포밍 벡터 조정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호를 전송하는 단계는 파일럿 구간 및 데이터 전송 구간 중 상기 파일럿 구간 동안 상기 신호를 전송하는, 빔포밍 벡터 조정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단말로 전송되는 신호는 복수이고,
    상기 복수의 신호들은 상기 전자 장치의 복수의 안테나들을 통해 각각 전송되는, 빔포밍 벡터 조정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단말의 위치를 추정하는 단계는 상기 복수의 신호들의 각 도착 시간(Time Of Arrival; TOA)에 기반하여 상기 단말의 위치를 추정하는, 빔포밍 벡터 조정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위치 정확도가 상기 소정의 위치 정확도의 범위 내인지 여부를 판단하는 단계
    를 더 포함하는, 빔포밍 벡터 조정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단말이 데이터를 수신한 데이터 레이트가 상기 소정의 데이터 레이트에 비해 더 큰지 여부를 판단하는 단계
    를 더 포함하는, 빔포밍 벡터 조정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신호는 상기 전자 장치와 상기 단말이 공유하는 파일럿 코드를 포함하는 파일럿 정보 및 상기 빔포밍 벡터 중 적어도 하나를 이용하여 생성되는, 빔포밍 벡터 조정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단말이 데이터를 수신한 데이터 레이트는 상기 단말의 유효 채널 이득 및 상기 전자 장치가 다른 단말을 위해 전송한 신호에 기반하여 계산되는, 빔포밍 벡터 조정 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 위치 정확도는 상기 빔포밍 벡터와 관련된 피셔 정보 행렬에 기반하여 계산되는, 빔포밍 벡터 조정 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계는,
    상기 빔포밍 벡터의 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계;
    상기 생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 상기 수신한 데이터 레이트에 관한 함수를 선형화함으로써 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계; 및
    상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 상기 빔포밍 벡터를 조정하는 단계
    를 포함하는, 빔포밍 벡터 조정 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계는 메이져리제이션-미니미제이션(majorization-minimization) 알고리즘을 사용하여 상기 수신한 데이터 레이트에 관한 함수 중 컨벡스(convex)가 아닌 부분을 상기 선형화함으로써 상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는, 빔포밍 벡터 조정 방법.
  12. 전자 장치에 있어서,
    빔포밍 벡터에 기반하여 단말로 신호를 전송하는 통신부; 및
    상기 전송된 신호에 기반하여 상기 단말의 위치를 추정하는 처리부
    를 포함하고,
    상기 통신부는 상기 빔포밍 벡터에 기반하여 상기 단말로 데이터를 전송하고, 상기 단말로부터 상기 단말이 데이터를 수신한 데이터 레이트에 대한 정보를 수신하고,
    상기 처리부는 상기 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제 위치 간의 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내가 아닌 경우 또는 상기 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트에 비해 더 작은 경우, 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 상기 빔포밍 벡터를 조정하는, 전자 장치.
  13. 전자 장치에 의해 수행되는 단말에 대한 기지국의 빔포밍 벡터를 생성하는 방법에 있어서,
    제1 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계;
    양성 반-한정(positive semidefinite)에 대한 슈어 컴플리먼트 조건(Schur complement condition)을 적용하고, 상기 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제의 위치 간의 위치 정확도에 관한 행렬을 생성하는 단계;
    상기 생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하는 상기 단말이 상기 기지국으로부터 데이터를 수신한 데이터 레이트에 관한 함수 중 컨벡스(convex)가 아닌 부분을 선형화하는 단계;
    상기 위치 정확도에 대한 행렬 및 상기 선형화된 상기 데이터 레이트에 관한 함수에 기반하여 상기 위치 정확도가 소정의 위치 정확도 범위 내인 제1 조건 및 상기 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트 이상인 제2 조건을 만족하는 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 단계; 및
    상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 하는 제3 조건을 만족하는 제2 빔포밍 벡터를 생성하는 단계;
    를 포함하는, 빔포밍 벡터 생성 방법.
  14. 전자 장치에 있어서,
    제1 빔포밍 벡터를 이용하여 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하는 빔포밍 코베리언스 행렬 생성부;
    양성 반-한정(positive semidefinite)에 대한 슈어 컴플리먼트 조건(Schur complement condition)을 적용하고, 상기 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하여 추정된 단말의 위치 및 상기 단말의 실제의 위치 간의 위치 정확도에 관한 행렬을 생성하는 위치 정확도 생성부;
    상기 생성된 빔포밍 코베리언스 행렬을 이용하는 상기 단말이 기지국으로부터 데이터를 수신한 데이터 레이트에 관한 함수 중 컨벡스(convex)가 아닌 부분을 선형화하는 선형화부; 및
    상기 위치 정확도에 대한 행렬 및 상기 선형화된 상기 데이터 레이트에 관한 함수에 기반하여 상기 위치 정확도가 소정의 위치 정확도의 범위 내인 제1 조건 및 상기 데이터 레이트가 소정의 데이터 레이트 이상인 제2 조건을 만족하는 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬을 생성하고, 상기 로컬 빔포밍 코베리언스 행렬에 기반하여 상기 데이터의 전송에 대한 전력 소비가 최소화되도록 하는 제3 조건을 만족하는 제2 빔포밍 벡터를 생성하는 제어부
    를 포함하는, 전자 장치.
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