KR101554839B1 - 조인트 패턴 빔 섹터화 방법, 및 이를 수행하는 장치들 - Google Patents

Abstract

패턴 안테나, 상기 패턴 안테나를 이용한 공간 분할 방법,및 이를 수행하는 장치들이 개시된다. 일 실시예에 따른 공간 분할 방법은 동일한 방사 패턴을 갖는 안테나들을 포함하는 안테나 어레이를 이용하여 서비스 대상 지역에 상기 안테나 어레이에 대응하는 패턴 섹터를 생성하는 단계와, 상기 안테나들에 기초한 빔포밍을 통해 상기 패턴 섹터에 패턴 빔 섹터들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

조인트 패턴 빔 섹터화 방법, 및 이를 수행하는 장치들{METHOD FOR JOINT PATTERN BEAM SECTORIZATION, AND APPARATUSES OPERATING THE SAME}

아래 실시예들은 패턴 안테나, 상기 패턴 안테나를 이용한 공간 분할 방법,및 이를 수행하는 장치들에 관한 것이다.

Massive MIMO 기술은 기지국 또는 중계기에서 많은 수의 안테나를 사용하는 무선전송기술로서 동일한 빔포밍을 통해 UE 신호들 간의 간섭도 공간적으로 제어하여 동일한 양의 무선자원으로 많은 수의 UE를 동시에 서비스할 수 있고 동시에 UE 당 소모전력을 안테나 수의 역수로 감소시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.

그러나, 이 기술은 기존의 3섹터와 같이 넓은 서비스 대상 지역 안의 개별 UE들 마다 개벌적으로 빔포밍을 적용하게 되면 FDD 방식으로 이 기술을 구현하기 위해 Massive MIMO 채널 상태 정보(channel state information(CSI))를 UE에서 추정하여 기지국으로 피드백하여 기지국이 빔포밍 weight을 결정하는 데 사용하도록 해야 하기 때문에 이 많은 양의 CSI 피드백이 기술의 구현에 큰 난점으로 인식되고 있다. Massive 안테나의 수가 M개이고 단일 안테나를 갖는 UE수가 K인 경우 기존의 섹터화 기술은 M x K개 CSI 피드백을 필요로 한다. 여기서, M은 K보다 큰 정수이다.

이 문제를 해결하기 위한 방법으로서 기존의 3섹터 시스템의 섹터를 다수의 빔 섹터로 분할하고 빔 섹터 안에서 기존의 MU-MIMO 기술로서 빔분할다중접속(BDMA) 기술과 JSDM(Joint Space Division and Multiplexing) 기술이 제시되었다.

이 기술들을 사용할 경우 빔 섹터의 수가 B라고 할 때 Massive MIMO 시스템의 빔포밍을 위해 B x (K/B x K/B) = (K/B) x K개 CSI 피드백만 필요하게 되기 때문에 기존의 시스템보다 M/(K/B)배만큼 CSI 피드백 양이 감소하게 된다.

기존의 BDMA 기술과 JSDM 기술은 전체 서비스 대상 지역을 빔섹터로 분할하여 CSI 피드백량을 감소시키는 데에 효과적인 기술이다.

그러나, 이 기술을 셀룰러 대역에서 구현하기 위한 massive antenna array가 차지하는 공간이 매우 큰 단점을 가지고 있다. 예를 들면, massive antenna array를 사용한 다중 빔 섹터 또는 다중 빔을 Nr x Nc 개의 소자를 갖는 planar array로 구현하기 위해서는 최소한 최소한 Nr x Nc x (λ/2)² 의 공간이 필요하고, 여기에 빔 섹터별 MIMO 기술을 적용하기 위해서는 MIMO 송신안테나 수만큼의 planar 어레이들이 필요하게 된다.

실시예들은 패턴 안테나와 빔포밍 기술을 결합하여 서비스 대상 지역에 공간 분할 전송을 하는 기술을 제공할 수 있다.

일 실시예에 따른 공간 분할 방법은 안테나들을 포함하는 안테나 어레이를 이용하여 서비스 대상 지역에 상기 안테나 어레이에 대응하는 패턴 섹터를 생성하는 단계와, 상기 안테나들에 기초한 빔포밍을 통해 상기 패턴 섹터에 패턴 빔 섹터들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 안테나들은 일정 간격으로 구현될 수 있다.

상기 일정 간격은 λ/2일 수 있다.

상기 패턴 빔 섹터들을 생성하는 단계는 입력 신호들을 빔포밍하여 상기 패턴 빔 섹터들로 전송될 출력 신호들을 생성하고, 상기 출력 신호들을 상기 안테나들을 통해 상기 패턴 빔 섹터들로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 안테나들 각각의 방사 패턴은 동일할 수 있다.

다른 실시예에 따른 공간 분할 방법은 제1 패턴 안테나의 제1 안테나 어레이와 제2 패턴 안테나의 제2 안테나 어레이를 이용하여 서비스 대상 지역에 상기 제1 안테나 어레이와 상기 제2 안테나 어레이에 대응하는 패턴 섹터를 생성하는 단계와, 상기 제1 안테나 어레이와 상기 제2 안테나 어레이에 포함된 안테나들에 기초한 빔포밍을 통해 상기 패턴 섹터에 동일한 패턴 빔 섹터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 안테나들 각각의 방사 패턴은 동일할 수 있다.

상기 제1 패턴 안테나와 상기 제2 패턴 안테나 사이의 거리는 λ/2보다 길 수 있다.

상기 안테나들 각각은 편파 안테나일 수 있다.

상기 제1 패턴 안테나와 상기 제2 패턴 안테나 사이의 거리는 λ/2보다 짧을 수 있다.

일 실시예에 따른 패턴 안테나는 제1 방사 패턴을 갖는 제1 안테나들을 포함하는 제1 안테나 어레이와, 제2 방사 패턴을 갖는 제2 안테나들을 포함하는 제2 안테나 어레이를 포함하고, 상기 제1 안테나들 각각이 상기 제2 안테나들 각각과 그룹핑되도록 상기 제1 안테나들 간의 간격이 제1 일정 간격을 갖고, 상기 제2 안테나들 간의 간격이 제2 일정 간격을 갖을 수 있다.

상기 제1 일정 간격과 상기 제2 일정 간격은 동일할 수 있다.

상기 제1 일정 간격과 상기 제2 일정 간격은 λ/2일 수 있다.

상기 제1 안테나들과 상기 제2 안테나들 각각은 편파 안테나(polarization antenna)일 수 있다.

일 실시예에 따른 통신 장치는 안테나 어레이를 포함하는 패턴 안테나와, 상기 안테나 어레이에 포함된 안테나들에 기초한 빔포밍을 통해 서비스 대상 지역에 생성된 상기 안테나 어레이에 대응하는 패턴 섹터에 패턴 빔 섹터들을 생성하는 빔포머를 포함할 수 있다.

상기 빔포머는 입력 신호들을 빔포밍하여 상기 패턴 빔 섹터들로 전송될 출력 신호들을 생성하고, 상기 출력 신호들을 상기 안테나들을 통해 상기 패턴 빔 섹터들로 전송할 수 있다.

상기 안테나들 각각의 방사 패턴은 동일할 수 있다.

상기 안테나들은 일정 간격으로 구현될 수 있다.

상기 일정 간격은 λ/2일 수 있다.

다른 실시예에 따른 상기 통신 장치는 안테나 어레이들을 포함하는 패턴 안테나와, 상기 안테나 어레이들 각각에 포함된 안테나들에 기초한 빔포밍을 통해 서비스 대상 지역에 분할된 상기 안테나 어레이들을 각각에 대응하는 패턴 섹터들 각각을 패턴 빔 섹터들로 분할하는 빔포머를 포함할 수 있다.

도 1은 일 예에 따른 공간 분할 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 패턴 안테나 구조의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 패턴 안테나에 포함된 안테나 어레이들을 이용하여 패턴 섹터들을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 패턴 안테나 구조를 사용하여 생성된 패턴 섹터들을 나타낸다.
도 5는 도 2에 도시된 패턴 안테나 구조를 사용하여 생성된 패턴 빔 섹터들을 나타낸다.
도 6은 일 실시예에 따라 패턴 섹터를 생성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따라 패턴 빔 섹터를 생성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 복수의 패턴 안테나를 이용한 MU-MIMO 시스템의 일 실시예를 나타낸다.
도 9는 다른 실시예에 따라 복수의 패턴 안테나를 이용한 MU-MIMO 시스템을 나타낸다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 일 예에 따른 공간 분할 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 통신 장치(100)는 일반적으로 단말기들(UE1~UE10)과 통신하는 고정된 지점인 기지국(base station)일 수 있다. 또한, 통신 장치(100)는 노드-B(Node-B), e노드-B(eNode-B), BTS(Base Transceiver System), 또는 액세스 포인트(Access Point) 등으로 불릴 수 있다.

단말기들(UE1~UE10)은 사용자 장비(User Equipment(UE)), 이동국(Mobile Station(MS)), 이동 단말기(Mobile Terminal(MT)), 사용자 단말기(User Terminal(UT)), 무선 단말기, 액세스 단말기(AT), 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(Subscriber Station(SS)), 무선 장치(Wireless device), 무선 통신 장치, 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit(WTRU)), 이동 노드, 또는 모바일 등으로 불릴 수 있다.

통신 장치(100)는 서로 상이한 방사 패턴을 갖는 안테나들(또는 안테나 소자들)을 포함하는 안테나 어레이들을 이용하여 서비스 대상 지역에 패턴 섹터들(PS1 및 PS2)을 생성할 수 있다. 즉, 통신 장치(100)는 서비스 대상 지역을 패턴 섹터들(PS1 및 PS2)로 분할할 수 있다. 이때, 각 패턴 안테나(Ant_1~Ant_M; M은 1보다 큰 자연수)는 안테나 어레이들은 포함할 수 있다. 서비스 대상 지역은 통신 장치(100)가 서비스 가능한(또는 통신 가능한) 단말기들(UE1~UE10)이 위치한 지역이다.

예를 들어, 통신 장치(100)는 서비스 대상 지역을 제1 방사 패턴을 갖는 제1 안테나들을 포함하는 제1 안테나 어레이에 대응하는 제1 패턴 섹터(PS1)과 제2 방사 패턴을 갖는 제2 안테나들을 포함하는 제2 안테나 어레이에 대응하는 제2 패턴 섹터(PS2)로 분할할 수 있다. 제1 방사 패턴과 제2 방사 패턴은 서로 상이할 수 있다. 제1 패턴 섹터(PS1)와 제2 패턴 섹터(PS2)는 인접할 수 있다.

또한, 통신 장치(100)는 안테나 어레이들에 기초한 빔포밍을 통하여 패턴 섹터들(PS1 및 PS2)에 패턴 빔 섹터들(PBS1~PBS6)을 생성할 수 있다. 즉, 통신 장치(100)는 패턴 섹터들(PS1 및 PS2)을 패턴 빔 섹터들(PBS1~PBS6)로 분할할 수 있다.

예를 들어, 통신 장치(100)는 제1 안테나 어레이에 포함된 제1 안테나들에 기초한 빔포밍을 통하여 제1 패턴 섹터(PS1)를 패턴 빔 섹터들(PBS1~PBS3)로 분할할 수 있다. 통신 장치(100)는 제2 안테나 어레이에 포함된 제2 안테나들에 기초한 빔포밍을 통하여 제2 패턴 섹터(PS2)를 패턴 빔 섹터들(PBS4~PBS6)로 분할할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 패턴 섹터(PS1)에 포함되는 적어도 하나의 패턴 빔 섹터(PBS3)와 제2 패턴 섹터(PS2)에 포함되는 적어도 하나의 패턴 빔 섹터(PBS4)는 서로 겹치지 않을 수 있다. 제1 패턴 섹터(PS1)에 포함되는 적어도 하나의 패턴 빔 섹터(PBS3)와 제2 패턴 섹터(PS2)에 포함되는 적어도 하나의 패턴 빔 섹터(PBS4)는 인접할 수 있다.

즉, 통신 장치(100)는 서비스 대상 지역을 패턴 빔 섹터들(PBS1~PBS6)로 구분할 수 있다.

통신 장치(100)는 기존의 셀 아이디(cell ID) 대신 패턴 빔 아이디(pattern beam ID(PBID))를 전송할 수 있다. PBID는 LTE의 BSID에 해당하는 것으로서, LTE 다운링크 프레임(downlink frame)의 SSS(secondary synchronization symbol) 안에 포함되어 해당 패턴 빔 섹터의 모든 단말기들이 수신한다.

단말기가 수신하고 있는 신호의 PBID를 구분할 수 있기 때문에, 단말기는 종래의 채널 상태 정보(CSI)를 피드백할 필요가 없고 baseband effective 채널에 대한 CSI만 피드백하면 된다.

현재의 LTE 표준에서 BSID를 PBID로 변경하고 빔포머 계수를 제어하는 회로만 추가 구현하면 되기 때문에, 본 발명은 baseband 표준에 대한 기술 의존성이 현저하게 적다.

각 패턴 빔 섹터(PBS1~PBS6) 안에서, 통신 장치(100)는 다운링크의 경우 MU-MIMO 프리코딩(precoding)을 통해 동일 패턴 빔 섹터에 속한 단말기들 사이의 간섭을 제어하며, 업링크의 경우 다중사용자 간섭 제거기를 사용하여 단말기들 사이의 간섭을 제거할 수 있다.

본 발명에서는 패턴 안테나와 빔포밍 기술을 결합하여 서비스 대상 지역에 공간 분할 전송을 구현하는 방법을 JPBS(Joint pattern Beam Sectorization) 기술이라고 명명한다.

도 2는 도 1에 도시된 패턴 안테나 구조의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 패턴 안테나에 포함된 안테나 어레이들을 이용하여 패턴 섹터들을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 2에 도시된 패턴 안테나 구조를 사용하여 생성된 패턴 섹터들을 나타내고, 도 5는 도 2에 도시된 패턴 안테나 구조를 사용하여 생성된 패턴 빔 섹터들을 나타낸다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 패턴 안테나는 Np개의 서로 다른 방사 패턴을 갖는 안테나들이 포함된 그룹을 수직 방향으로 Nv개, 수평방향으로 Nh개를 갖는 구조일 수 있다. 도 2에서는 설명의 편의를 위해 Np = 4인 경우를 도시하였고, 도 2 이하에서는 Np = 4인 경우를 가정하여 설명한다.

패턴 안테나는 복수의 안테나 어레이들(AA_1~AA_4)을 포함할 수 있다. 제1 안테나 어레이(AA_1)는 제1 방사 패턴을 갖는 제1 안테나들(211)을 포함할 수 있다. 제2 안테나 어레이(AA_2)는 제2 방사 패턴을 갖는 제2 안테나들(213)을 포함할 수 있다. 제3 안테나 어레이(AA_3)는 제3 방사 패턴을 갖는 제3 안테나들(215)을 포함할 수 있다. 제4 안테나 어레이(AA_4)는 제4 방사 패턴을 갖는 제4 안테나들(217)을 포함할 수 있다.

제1 방사 패턴, 제2 방사 패턴, 제3 방사 패턴, 및 제4 방사 패턴은 서로 상이하다.

제1 안테나 어레이(AA_1)는 제1 패턴 섹터(PS1)에 대응될 수 있다. 제1 안테나 어레이(AA_1)의 제1 안테나들(211)은 하나의 제1 패턴 섹터(PS1)를 구성할 수 있다. 제1 패턴 섹터(PS1)는 제1 안테나들(211)에 기초한 빔포밍을 통해 패턴 빔 섹터들로 분할될 수 있다. 제1 패턴 섹터(PS1)가 패턴 빔 섹터들로 분할되기 위해, 제1 안테나들(211)은 제1 일정 간격으로 균일하게 배치될 수 있다.

제2 안테나 어레이(AA_2)는 제2 패턴 섹터(PS2)에 대응될 수 있다. 제2 안테나 어레이(AA_2)의 제2 안테나들(213)은 하나의 제2 패턴 섹터(PS2)를 구성할 수 있다. 예를 들어, 제2 패턴 섹터(PS2)는 제2 안테나들(213)에 기초한 빔포밍을 통해 패턴 빔 섹터들로 분할될 수 있다. 제2 패턴 섹터(PS2)가 패턴 빔 섹터들로 분할되기 위해, 제2 안테나들(213)은 제2 일정 간격으로 균일하게 배치된다.

제3 안테나 어레이(AA_3)는 제3 패턴 섹터(PS3)에 대응될 수 있다. 제3 안테나 어레이(AA_3)의 제3 안테나들(215)은 하나의 제3 패턴 섹터(PS3)를 구성할 수 있다. 제3 패턴 섹터(PS3)는 제3 안테나들(215)에 기초한 빔포밍을 통해 패턴 빔 섹터들로 분할될 수 있다. 제3 패턴 섹터(PS3)가 패턴 빔 섹터들로 분할되기 위해, 제3 안테나들(215)은 제3 일정 간격으로 균일하게 배치된다.

제4 안테나 어레이(AA_4)는 제4 패턴 섹터(PS4)에 대응될 수 있다. 제4 안테나 어레이(AA_4)의 제4 안테나들(217)은 하나의 제4 패턴 섹터(PS4)를 구성할 수 있다. 제4 패턴 섹터(PS4)는 제4 안테나들(217)에 기초한 빔포밍을 통해 패턴 빔 섹터들로 분할될 수 있다. 제4 패턴 섹터(PS4)가 패턴 빔 섹터들로 분할되기 위해, 제4 안테나들(217)은 제4 일정 간격으로 균일하게 배치될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 패턴 섹터들(PS1~PS4)은 서로 방사 패턴이 상이한 안테나 어레이들(AA_1~AA_4)을 통해 생성될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 도 4의 패턴 섹터들(PS1~PS4)은 다시 복수의 패턴 빔 섹터들로 분할될 수 있다.

제1 안테나들(211) 각각과 제2 안테나들(213) 각각과 제3 안테나들(215) 각각과 제4 안테나들(217)이 그룹핑되도록, 제1 안테나들(211) 간의 간격이 제1 일정 간격을 갖고, 제2 안테나들(213) 간의 간격이 제2 일정 간격을 갖고, 제3 안테나들(215) 간의 간격이 제3 일정 간격을 갖고, 제4 안테나들(217) 간의 간격이 제4 일정 간격을 갖을 수 있다. 예를 들어, 제1 일정 간격, 제2 일정 간격, 제3 일정 간격, 및 제4 일정 간격은 반파장, 즉 λ/2일 수 있다.

본 발명의 패턴 안테나 어레이 구조를 사용하면 Nv x Nh x (λ/2)²의 면적 안에 Np개 패턴 안테나 어레이를 구현할 수 있으므로 동일한 면적을 사용하여 기존의 안테나 어레이보다 Np배의 패턴 빔 섹터를 구현한다. 이것은 동일한 수의 빔 섹터를 구현하는 데 필요한 안테나 어레이 공간을 최대 1/Np배로 줄일 수 있음을 의미한다.

안테나들(211, 213, 215 및 217) 각각은 편파 안테나일 수 있다.

하나의 패턴 섹터(PS1, PS2, PS3 또는 PS4)를 구성하는 안테나 어레이(AA_1, AA_2, AA_3 또는 AA_4)는 기본 패턴 섹터 어레이(elementary pattern sector array(EPSA))라고 지칭된다.

도 6은 일 실시예에 따라 패턴 섹터를 생성하는 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 일 실시예에 따라 패턴 빔 섹터를 생성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 도 6은 통신 장치(100)의 패턴 빔 섹터 생성을 위한 빔포머와 안테나 결합 구조를 보여준다. W(j)로 대표되는 j용 빔포머 모듈은 K_j 개의 신호를 원소로 갖는 신호 벡터 v(j)를 빔포밍하여 M_j 개의 원소를 갖는 벡터 {x_m(j), m= 1, 2, ..., N_T}를 출력할 수 있다. 여기서, N_T는 패턴 섹터 j로 송신되는 스트림의 수를 나타낼 수 있다. 출력 신호 x_m(j)는 패턴 섹터 j용으로 할당된 EPSA들 중에서 m번째 EPSA를 통해 송신된다.

도 6에서는 패턴 섹터별로 하나씩의 빔포머 모듈을 구현하는 것으로 도시하고 있지만, W(j)가 패턴 섹터 j를 구현하는 빔포머 모듈을 나타낸다는 의미로, 실시예에 따라 모든 패턴 섹터를 하나의 커다란 빔포머로 구현할 수도 있다.

패턴 섹터 j용 빔포머 모듈은 도 7에서와 같이 상세히 구현된다.

w(i, j)는 패턴 섹터 j안에 구성되는 i번째 패턴 빔 섹터의 빔포머 가중치(weight)를 나타낼 수 있다. 즉, (i, j)는 패턴 빔 섹터의 식별 번호가 될 수 있다.

신호 매퍼(signal mapper)는 v(j)안의 신호들을 각 패턴 빔 섹터용 빔포머 입력

에 할당한다.

패턴 빔 섹터 (i, j)용 빔포머는 가중치(weight) 벡터 w(i, j)를 사용하여 패턴 빔 섹터 (i, j)로 송신될 신호

를 입력으로 받아 빔포밍하여

를 출력할 수 있다. 이렇게 패턴 빔 섹터 (i, j)로 N_T개의 심볼 스트림이 전송될 수 있다. 상술한 과정이 모든 {i=1, 2, ..., N_j}에 대해 수행되고, x_m(j)는 아래 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

신호 합성기(signal combiner)는 수학식 1의 기능, 즉 각 패턴 빔 섹터용 빔포머 출력 x_m(i, j)들을 더하여 x_m(j)을 출력할 수 있다.

출력 신호 x_m(j)는 m번째 EPSA를 통해 송신될 수 있다.

도 8은 복수의 패턴 안테나를 이용한 MU-MIMO 시스템의 일 실시예를 나타낸다.

도 8에 도시된 바와 같이, 임의의 패턴 빔 섹터 (i, j)에 MU-MIMO 시스템을 구성할 수 있다. 보다 구체적으로, 동일한 패턴 빔 섹터를 구성하는 2개 이상의 EPSA들을 λ/2보다 긴 거리를 갖도록 배치하고 spatial multiplexing을 위해서는 각 EPSA에 서로 다른 심볼이 송신되도록 하고, diversity 전송을 위해서는 해당 패턴 빔 섹터용 EPSA에 모두 동일한 심볼이 송신되도록 한다. 예를 들어, 2개 이상의 EPSA들 각각은 상이한 패턴 안테나에 구현된다.

이러한 구성에서 패턴 빔 섹터 (i, j)안에서 MU-MIMO 송수신을 위한 신호 모델은 다음과 같이 쓰여질 수 있다.

패턴 빔 섹터 (i, j)로 {x_m(j), m= 1, 2, ..., N_T}가 송신될 때, 패턴 빔 섹터 (i, j) 안의 단말기(UE k)에 수신되는 신호 y_k(i, j)는 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

여기서, H_{k ,m}(i, j)은 N_R x M_j 복소 행렬이고, w(i, j)은 M_j x 1 복소 벡터일 수 있다. Massive MIMO 채널과 패턴 빔 섹터 빔포머 가중치(weight)의 곱을

로 정의하면, 수학식 2는 수학식 3과 같이 다시 표현될 수 있다.

따라서, MU-MIMO 수신 신호는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.

여기서,

와

는 수학식 5와 수학식 6과 같이 정의될 수 있다.

MU-MIMO 수신 신호가 수학식 4와 같이 쓰여지므로, MU-MIMO 프리코딩을 위해서는 수학식 5와 같이 표현되는 채널 정보를 수집하여 프리코딩에 사용할 수 있으며, 신호의 검출(detection)을 위해서는 각 단말기(UE) 별로 수학식 3을 바탕으로 신호의 검출(detection) 알고리즘을 적용한다.

도 9는 다른 실시예에 따라 복수의 패턴 안테나를 이용한 MU-MIMO 시스템을 나타낸다.

도 9는 복수의 패턴 안테나를 이용한 MU-MIMO 시스템의 다른 실시예를 나타낸다.

도 9에 도시된 바와 같이, 복수의 패턴 안테나에 포함된 안테나들을 편파 안테나로 구현함으로써, 임의의 패턴 빔 섹터 (i, j)에 MU-MIMO 시스템을 구성할 수 있다.

보다 구체적으로, 패턴 빔 섹터 (i, j)를 위해 수직 편파를 갖는 EPSA와 수평 편파를 갖는 EPSA를 포함하는 복수의 패턴 안테나를 사용하여 복수의 독립적인 심볼 스트림을 송신하는 MU-MIMO 시스템을 구성할 수 있다.

이와 같이 편파 안테나(polarization antenna)를 사용함으로써 2개의 EPSA를 λ/2보다 긴 거리를 갖도록 구현하지 않고도 MIMO 전송을 할 수 있기 때문에 구현을 위한 안테나 집적도가 개선될 수 있다.

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, FPGA(field programmable gate 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.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

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.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

1. 각각이 패턴 안테나들을 포함하는 패턴 안테나 어레이들을 이용하여 서비스 대상 지역에 상기 패턴 안테나 어레이들 각각에 대응하는 패턴 섹터들을 생성하는 단계; 및
   상기 패턴 안테나 어레이들 각각에 포함된 패턴 안테나들에 기초한 빔포밍을 통해 상기 패턴 섹터들 각각에 패턴 빔 섹터들을 생성하는 단계
   를 포함하고,
   상기 패턴 안테나 어레이들 각각의 방사 패턴은 상이하고, 상기 패턴 섹터들 중에서 제1 패턴 섹터에 포함되는 적어도 하나의 패턴 빔 섹터와 상기 패턴 섹터들 중에서 제2 패턴 섹터에 포함되는 적어도 하나의 패턴 빔 섹터는 겹치지 않고, 상기 제1 패턴 섹터와 상기 제2 패턴 섹터는 인접하고, 상기 제1 패턴 섹터에 포함되는 적어도 하나의 패턴 빔 섹터와 상기 제2 패턴 섹터에 포함되는 적어도 하나의 패턴 빔 섹터는 인접한 공간 분할 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 패턴 안테나 어레이들 각각에 포함된 패턴 안테나들은 일정 간격으로 구현되는 공간 분할 방법.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 패턴 빔 섹터들을 생성하는 단계는,
   입력 신호들을 빔포밍하여 상기 패턴 섹터들 각각에 생성된 패턴 빔 섹터들로 전송될 출력 신호들을 생성하고, 상기 출력 신호들을 상기 패턴 안테나 어레이 각각에 포함된 패턴 안테나들을 통해 상기 패턴 섹터들 각각에 생성된 패턴 빔 섹터들로 전송하는 단계
   를 포함하는 공간 분할 방법.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 각각이 패턴 안테나들을 포함하는 패턴 안테나 어레이들; 및
    상기 패턴 안테나 어레이들 각각에 포함된 패턴 안테나들에 기초한 빔포밍을 통해 서비스 대상 지역에 생성된 상기 안테나 어레이들 각각에 대응하는 패턴 섹터들 각각에 패턴 빔 섹터들을 생성하는 빔포머
    를 포함하고,
    상기 패턴 안테나 어레이들 각각의 방사 패턴은 상이하고, 상기 패턴 섹터들 중에서 제1 패턴 섹터에 포함되는 적어도 하나의 패턴 빔 섹터와 상기 패턴 섹터들 중에서 제2 패턴 섹터에 포함되는 적어도 하나의 패턴 빔 섹터는 겹치지 않고, 상기 제1 패턴 섹터와 상기 제2 패턴 섹터는 인접하고, 상기 제1 패턴 섹터에 포함되는 적어도 하나의 패턴 빔 섹터와 상기 제2 패턴 섹터에 포함되는 적어도 하나의 패턴 빔 섹터는 인접한 통신 장치.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 빔포머는 입력 신호들을 빔포밍하여 상기 패턴 섹터들 각각에 생성된 패턴 빔 섹터들로 전송될 출력 신호들을 생성하고, 상기 출력 신호들을 상기 패턴 안테나 어레이들 각각에 포함된 패턴 안테나들을 통해 상기 패턴 섹터들 각각에 생성된 패턴 빔 섹터들로 전송하는 통신 장치.
    
12. 삭제
13. 제10항에 있어서,
    상기 패턴 안테나 어레이들 각각에 포함된 패턴 안테나들은 일정 간격으로 구현되는 통신 장치.
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제

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