KR102079511B1 - 기지국용 안테나장치 및 그 장치의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 다중 안테나 빔포밍 기술을 적용하는 환경에서 다수 안테나빔의 빔포밍 방향을 적절하게 분산시킴으로써, 셀 전역에 대한 서비스품질 불균형을 해소하면서 안테나 간 채널 상관관계를 낮추는 효과를 도모할 수 있는 기지국용 안테나장치 및 그 장치의 동작 방법을 개시하고 있다.

Description

기지국용 안테나장치 및 그 장치의 동작 방법{ANTENNA APPARATUS FOR BASE STATION AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 기지국용 안테나장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 안테나 빔포밍 기술을 적용하는 환경에서 다수 안테나빔의 빔포밍 방향을 적절하게 분산시킴으로써, 셀 전역에 대한 서비스품질 불균형을 해소하면서 안테나 간 채널 상관관계를 낮추는 효과를 도모할 수 있는 기지국용 안테나장치 및 그 장치의 동작 방법에 관한 것이다.
이동통신 시스템에서 기지국(base station)과 단말(user equipment) 사이에는 대기가 존재하며 이들 간의 무선신호를 송수신하기 위해 안테나장치는 필수 불가결하다.
한편, 최근에는 기지국이 안테나장치를 운용하는데 있어서, 셀 내의 표적 지역(target area) 방향으로 빔포밍된 다수의 안테나빔을 주사함으로써 표적 지역에 위치한 사용자(단말)에게 집중하여 통신서비스를 제공하는, 다중 안테나 빔포밍 기술이 등장하였다.
도 1을 참조하여 다중 안테나 빔포밍 기술을 채용한 기지국(10)을 설명하면, 다수의 안테나부를 구비한 안테나장치(1)에서는 다수의 안테나부가 셀(C1) 내의 동일한 표적 지역을 향하도록 각 안테나부에 동일한 수직틸팅각을 지정하여, 표적 지역 방향으로 빔포밍된 다수의 안테나빔 예컨대 안테나빔 B1,B2,B3,B4를 주사함으로써, 표적 지역에 위치한 사용자에게 집중하여 통신서비스를 제공할 수 있다.
헌데, 기존의 다중 안테나 빔포밍 기술의 경우, 표적 지역에 위치한 사용자(단말)에게 집중하기 때문에, 표적 지역에 위치한 사용자의 신호대잡음비(SNR : Signal to Noise Ratio)는 높아지는 반면, 표적 지역에서 떨어진 곳에 위치한 사용자의 신호대잡음비(SNR)는 그에 미치지 못하게 되어, 셀(C1) 전역에 대한 서비스품질 불균형이 심화되는 문제점이 있다.
또한, 기존의 다중 안테나 빔포밍 기술의 경우, 동일한 표적 지역을 향해 주사되는 다수의 안테나빔 B1,B2,B3,B4이, 거의 대기 경로로 주사되어 동일한 반사, 굴절, 회절 등의 현상을 겪기 때문에, 다수의 안테나빔 B1,B2,B3,B4 즉 다수의 안테나 간 채널 상관관계(channel correlation)가 클 수 밖에 없다.
이와 같이, 안테나 간 채널 상관관계가 큰 경우, 다수의 안테나 즉 다수 채널을 통해 동일한 데이터 또는 서로 다른 데이터를 전송하는 멀티플렉싱(multiplexing) 기술에 부정적인 영향으로 작용한다.
일 예로는, 다수의 안테나 즉 다수의 안테나빔 B1,B2,B3,B4을 통해 동일한 데이터를 단일 사용자에게 전송하는 경우를 가정할 때, 안테나빔 B1,B2,B3,B4 간 채널 상관관계가 작은 경우라면 다수의 안테나빔 B1,B2,B3,B4에 의한 채널 중 채널 환경이 좋지 않은 채널이 있더라도 채널 환경이 좋은 채널을 이용함으로써 수신 측의 사용자 입장에서는 다양성 이득(diversity gain)을 얻을 수 있지만, 안테나빔 B1,B2,B3,B4 간 채널 상관관계가 큰 경우라면 다수의 안테나빔 B1,B2,B3,B4에 의한 채널이 모두 동일한 채널 환경을 갖기 때문에 사용자 입장에서는 다양성 이득(diversity gain)을 얻을 수 없게 된다.
이에, 본 발명에서는, 다중 안테나 빔포밍 기술을 적용하는 환경에서 다수 안테나빔의 빔포밍 방향을 적절하게 분산시켜, 전술의 문제점 즉 셀 전역에 대한 서비스품질 불균형을 해소하면서 안테나 간 채널 상관관계를 낮출 수 있는 방안을 제안하고자 한다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 도달하고자 하는 목적은 다중 안테나 빔포밍 기술을 적용하는 환경에서 다수 안테나빔의 빔포밍 방향을 적절하게 분산시킴으로써, 셀 전역에 대한 서비스품질 불균형을 해소하면서 안테나 간 채널 상관관계를 낮추는 효과를 도모할 수 있는 기지국용 안테나장치 및 그 장치의 동작 방법을 제안하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 기지국용 안테나장치는, 기지국의 셀에 대하여, 기 지정된 수직틸팅각에 따른 방향으로 빔포밍된 안테나빔을 형성하는 다수의 안테나부; 및 상기 다수의 안테나부 중 적어도 하나의 안테나부에 대한 수직틸팅각을 조정하여, 상기 셀 내에서 상기 다수의 안테나부가 형성하는 안테나빔의 빔포밍 방향이 분산되도록 하는 틸팅각조정부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 틸팅각조정부는, 상기 다수의 안테나부 각각에 대한 수직틸팅각이 기 설정된 특정 틸팅각 간격으로 분산되도록, 상기 다수의 안테나부 각각에 대한 수직틸팅각을 조정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 특정 틸팅각은, 상기 셀과 인접한 간섭 셀이 존재하는 경우, 상기 간섭 셀이 존재하지 않는 경우 보다 작거나 같은 값으로 설정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 특정 틸팅각은, 상기 셀과 인접한 간섭 셀이 존재하는 경우, 지면으로부터 상기 안테나장치가 설치된 높이, 상기 기지국 및 상기 간섭 셀의 인접기지국 간 거리, 및 상기 다수의 안테나부 개수에 기초하여, 설정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 틸팅각조정부는, 상기 다수의 안테나부에 대하여 파악되는 안테나부 간 채널 상관관계에 기초하여, 채널 상관관계가 기 설정된 임계치 이상인 안테나부에 대한 수직틸팅각을 조정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 틸팅각조정부는, 상기 다수의 안테나부에 기준수직틸팅각을 지정한 후 파악되는 상기 안테나부 간 채널 상관관계를 기초로 채널매트릭스를 구성하고, 구성된 채널매트릭스 내 원소 중 채널 상관관계가 상기 임계치 이상인 원소가 있는 경우, 상기 임계치 이상인 원소 중 채널 상관관계가 가장 큰 원소와 관련된 각 안테나부에 대한 수직틸팅각을 상호 특정 틸팅각 간격으로 조정하는 조정절차를 수행하며, 상기 조정절차 수행 후 파악되는 상기 안테나부 간 채널 상관관계를 기초로 채널매트릭스를 구성한 후, 상기 조정절차를 반복 수행할 수 있다.
바람직하게는, 상기 다수의 안테나부 각각에 대한 수직틸팅각이 기 설정된 특정 틸팅각 간격으로 분산되도록 조정하는 제1조정방식과, 상기 다수의 안테나부에 대하여 파악되는 안테나부 간 채널 상관관계를 기초로 채널 상관관계가 기 설정된 임계치 이상인 안테나부에 대한 수직틸팅각을 조정하는 제2조정방식이 존재하며, 상기 틸팅각조정부는, 상기 기지국에서 다중사용자-다중입출력(Multi User - Multiple Input Multiple Output)으로 동작하는 경우, 상기 제1조정방식을 수행하고, 상기 기지국에서 단일사용자 다중입출력(Single User - MIMO)으로 동작하는 경우, 상기 제2조정방식을 수행할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 관점에 따른 기지국용 안테나장치의 동작 방법에 있어서, 기지국의 셀에 대하여, 기 지정된 수직틸팅각에 따른 방향으로 빔포밍된 안테나빔을 형성하는 다수의 안테나부를 확인하는 안테나부확인단계; 및 상기 다수의 안테나부 중 적어도 하나의 안테나부에 대한 수직틸팅각을 조정하여, 상기 셀 내에서 상기 다수의 안테나부가 형성하는 안테나빔의 빔포밍 방향이 분산되도록 하는 틸팅각조정단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 틸팅각조정단계는, 상기 다수의 안테나부 각각에 대한 수직틸팅각이 기 설정된 특정 틸팅각 간격으로 분산되도록, 상기 다수의 안테나부 각각에 대한 수직틸팅각을 조정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 특정 틸팅각은, 상기 셀과 인접한 간섭 셀이 존재하는 경우, 지면으로부터 상기 안테나장치가 설치된 높이, 상기 기지국 및 상기 간섭 셀의 인접기지국 간 거리, 및 상기 다수의 안테나부 개수에 기초하여, 설정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 틸팅각조정단계는, 상기 다수의 안테나부에 대하여 파악되는 안테나부 간 채널 상관관계에 기초하여, 채널 상관관계가 기 설정된 임계치 이상인 안테나부에 대한 수직틸팅각을 조정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 틸팅각조정단계는, 상기 다수의 안테나부에 기준수직틸팅각을 지정한 후 지정한 후 파악되는 상기 안테나부 간 채널 상관관계를 기초로 채널매트릭스를 구성하고, 구성된 채널매트릭스 내 원소 중 채널 상관관계가 상기 임계치 이상인 원소가 있는 경우, 상기 임계치 이상인 원소 중 채널 상관관계가 가장 큰 원소와 관련된 각 안테나부에 대한 수직틸팅각을 상호 특정 틸팅각 간격으로 조정하는 조정절차를 수행하며, 상기 조정절차 수행 후 파악되는 상기 안테나부 간 채널 상관관계를 기초로 채널매트릭스를 재 구성한 후, 상기 조정절차를 반복 수행할 수 있다.
이에, 본 발명의 기지국용 안테나장치 및 그 장치의 동작 방법은, 다중 안테나 빔포밍 기술을 적용하는 환경에서 다수 안테나빔의 빔포밍 방향을 적절하게 분산시킴으로써, 셀 전역에 대한 서비스품질 불균형을 효과적으로 해소하면서 안테나 간 채널 상관관계를 효과적으로 낮추는 결과를 도출할 수 있다.
도 1은 기존의 다중 안테나 빔포밍 기술을 채용한 기지국에서 다수의 안테나빔을 주사하는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국용 안테나장치를 채용한 기지국에서 다수의 안테나빔을 주사하는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국용 안테나장치의 구성을 보여주는 제어 블록도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국용 안테나장치의 동작 방법을 설명하는 동작 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 기존의 다중 안테나 빔포밍 기술을 채용한 기지국(10)의 경우, 다수의 안테나부를 구비한 안테나장치(1)에서는 다수의 안테나부가 셀(C1) 내의 동일한 표적 지역을 향하도록 각 안테나부에 동일한 수직틸팅각을 지정하여, 표적 지역 방향으로 빔포밍된 다수의 안테나빔 예컨대 안테나빔 B1,B2,B3,B4를 주사함으로써, 표적 지역에 위치한 사용자(단말)에게 집중하여 통신서비스를 제공한다.
이와 같은 기존의 다중 안테나 빔포밍 기술의 경우, 표적 지역에 위치한 사용자의 신호대잡음비(SNR)는 높아지는 반면 표적 지역에서 떨어진 곳에 위치한 사용자의 신호대잡음비(SNR)는 그에 미치지 못하게 되어, 셀(C1) 전역에 대한 서비스품질 불균형이 심화되는 문제점이 있다.
또한, 기존의 다중 안테나 빔포밍 기술의 경우, 동일한 표적 지역을 향해 주사되는 다수의 안테나빔 B1,B2,B3,B4이, 거의 동일한 반사, 굴절, 회절 등의 현상을 겪기 때문에, 다수의 안테나빔 B1,B2,B3,B4 즉 다수의 안테나 간 채널 상관관계가 클 수 밖에 없는 문제점이 발생되고, 이는 곧 멀티플렉싱(multiplexing) 기술에 부정적인 영향으로 작용하게 된다.
이에, 본 발명에서는, 다중 안테나 빔포밍 기술을 적용하는 환경에서 다수 안테나빔의 빔포밍 방향을 적절하게 분산시켜, 전술의 문제점 즉 셀 전역에 대한 서비스품질 불균형을 해소하면서 안테나 간 채널 상관관계를 낮출 수 있는 방안을 제안하고자 하며, 보다 구체적으로는 그 방안을 달성할 수 있는 기지국용 안테나장치를 제안하고자 한다.
이하에서는, 도 2를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국용 안테나장치(100)를 채용한 기지국(10)에서, 어떻게 다수 안테나빔의 빔포밍 방향을 적절하게 분산하는지를 간략하게 설명하도록 한다.
여기서, 기지국(10)은, 단일 개의 셀(또는 섹터)을 가질 수도 있고 다수 개의 셀을 가질 수도 있다. 예컨대, 기지국(10)가 3개의 셀을 갖는다면, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100)는, 3개의 각 셀 별로 구비(설치)되어 운용될 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해, 기지국(10)이 갖는 단일 개의 셀(C1)을 언급하여 설명하겠다.
도 2에 알 수 있듯이, 본 발명의 기지국용 안테나장치(100)는, 다중 안테나 빔포밍 기술을 채용하며, 이를 위해 다수의 안테나부를 구비하게 된다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 안테나부로서, 빔포밍된 다수의 안테나빔B1,B2,B3,B4을 형성하는 4개의 안테나부, 예컨대 안테나부1,2,3,4를 언급하여 설명하겠다.
이때, 본 발명의 기지국용 안테나장치(100)에 구비된 다수의 안테나부 즉 안테나부1,2,3,4 각각은, 빔포밍 기반으로 동작하여, 기 지정된 수직틸팅각에 따른 방향으로 빔포밍된 안테나빔B1,B2,B3,B4을 형성(주사)하게 된다.
여기서, 도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 기지국용 안테나장치(100)서는, 다수의 안테나부1,2,3,4 중에서 적어도 하나의 안테나부에 대한 수직틸팅각을 조정함으로써, 셀(C1) 내에서 다수의 안테나부1,2,3,4가 형성하는 안테나빔B1,B2,B3,B4의 빔포밍 방향이 분산되도록 한다.
즉, 본 발명의 기지국용 안테나장치(100)는, 안테나부의 수직틸탕각을 조정하는 방식으로, 다수 안테나빔의 빔포밍 방향을 적절하게 분산하여 주사하는 것이다.
이렇게, 셀(C1) 내에서 다수 안테나빔 B1,B2,B3,B4의 빔포밍 방향을 적절하게 분산하게 되면, 셀(C1) 전역에 위치한 사용자의 신호대잡음비(SNR)는 고르게 높아질 수 있게 되어 셀(C1) 전역에 대한 서비스품질 불균형을 해소하는 결과를 이끌 수 있고, 또한 다수 안테나빔 B1,B2,B3,B4의 대기 경로가 상호 달라져 다수 안테나빔 B1,B2,B3,B4 즉 다수의 안테나 간 채널 상관관계를 낮추는 결과를 이끌 수 있다.
물론, 안테나장치 내에서 구비하는 다수의 안테나부 간 물리적인 간격을 넓게 설치함으로써, 본 발명에서 이끌어 내는 전술의 결과(효과)를 이끌어 내는 방안도 생각해 볼 수 있다.
하지만, 이러한 방안은, 안테나장치의 장치적 공간 제약으로 인해, 전술의 결과(효과)를 이끌어 만큼 안테나부 간 간격을 충분히 확보하는 것이 사실상 불가능하기 때문에, 실현 가능성이 매우 낮고 비합리적이다.
이하에서는, 도 3을 참조하여, 전술에서 간략하게 설명한 본 발명의 기지국용 안테나장치(100)에 대해, 보다 구체적인 구성을 언급하여 설명하겠다.
이때, 설명의 편의를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 기지국용 안테나장치(100)가 기지국(10)에 구비되는 것으로 설명하겠다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 안테나장치(100)는, 기지국(10)의 셀(C1)에 대하여, 기 지정된 수직틸팅각에 따른 방향으로 빔포밍된 안테나빔을 형성하는 다수의 안테나부(110)와, 다수의 안테나부(110) 중 적어도 하나의 안테나부에 대한 수직틸팅각을 조정하여, 셀(C1) 내에서 다수의 안테나부(110)가 형성하는 안테나빔의 빔포밍 방향이 분산되도록 하는 틸팅각조정부(120)를 포함한다.
물론, 안테나장치(100)는, 안테나장치(100) 자신이 구비(설치)된 기지국(10)과 연동하기 위한 기지국연동부(130)를 더 포함할 수 있다.
다수의 안테나부(110)는, 다중 안테나 빔포밍 기술을 채용하며, 셀(C1)에 대하여 기 지정된 수직틸팅각에 따른 방향으로 빔포밍된 안테나빔을 형성(주사)한다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 안테나부(110)로서, 빔포밍된 다수의 안테나빔B1,B2,B3,B4을 형성하는 4개의 안테나부, 예컨대 안테나부1,2,3,4를 언급하여 설명하겠다.
이에, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(200)에서는, 셀(C1)에 대하여, 안테나부1에 의해 형성되는 안테나빔B1, 안테나부2에 의해 형성되는 안테나빔B2, 안테나부3에 의해 형성되는 안테나빔B3, 안테나부4에 의해 형성되는 안테나빔B4를 주사함으로써, 셀(C1)에 다수 안테나빔B1,B2,B3,B4가 존재하도록 한다.
이때, 안테나부1,2,3,4 각각의 수직틸팅각을 동일하게 지정한다면, 다수 안테나빔B1,B2,B3,B4이 기존과 같이 동일한 표적 지역 방향으로 빔포밍될 것이다.
하지만, 본 발명의 기지국용 안테나장치(200)에서는, 다수 안테나부1,2,3,4의 수직틸팅각을 조정함으로써, 셀(C1) 내에서 다수 안테나빔B1,B2,B3,B4이 적절하게 분산되도록 한다.
이를 위한 구성이, 후술에서 구체적으로 언급할 틸팅각조정부(120)이다.
틸팅각조정부(120)는, 다수의 안테나부(110) 중 적어도 하나의 안테나부에 대한 수직틸팅각을 조정하여, 셀(C1) 내에서 다수의 안테나부(110)가 형성하는 안테나빔의 빔포밍 방향이 분산되도록 한다.
여기서, 수직틸팅각이란, 도 2에 도시된 바와 같이, 기지국(10)이 설치된 지면을 x축으로 하고 기지국(10)의 수직방향을 y축으로 할 때, 4사분면의 x축에서 y축을 바라보는 각도를 의미한다.
따라서, 수직틸팅각이 큰 안테나부에서 형성하는 빔포밍된 안테나빔일수록 셀(C1)의 중앙 방향을 향하게 되고, 수직틸팅각이 작은 안테나부에서 형성하는 빔포밍된 안테나빔일수록 셀(C1)의 경계 방향을 향하게 될 것이다.
이하에서는, 틸팅각조정부(120)에서 수직틸팅각을 조정하는 실시예에 대해 구체적으로 설명하겠다.
제1실시예의 경우, 틸팅각조정부(120)는, 다수의 안테나부(110) 즉 안테나부1,2,3,4 각각에 대한 수직틸팅각이 기 설정된 특정 틸팅각(d) 간격으로 분산되도록, 안테나부1,2,3,4 각각에 대한 수직틸팅각을 조정할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 틸팅각조정부(120)는, 기준수직틸팅각(ΦS)을 결정한다.
이때, 기준수직틸팅각(ΦS)은, 셀(C1) 전역의 신호대잡음비(SNR) 성능을 최적화시킬 수 있는 표적 지역의 방향을 향하도록 하는 수직틸팅각으로서, 예를 들면 틸팅각조정부(120)는, 기존의 다중 안테나 빔포밍 기술에서 다수 안테나부1,2,3,4에 동일한 표적 지역 방향을 향하도록 동일한 수직틸팅각을 지정하는 방식을 이용하여 기준수직틸팅각(ΦS)을 결정할 수 있다.
틸팅각조정부(120)는, 기준수직틸팅각(ΦS)을 결정하면, 안테나부1,2,3,4 각각에 대하여 기준수직틸팅각(ΦS)을 중심으로 하되 안테나부1,2,3,4 각각의 수직틸팅각이 특정 틸팅각(d) 간격으로 분산되도록 하는, 안테나부별 수직틸팅각(Φn)을 계산한다.
이하에서는, 안테나부1,2,3,4 별로 수직틸팅각(Φn)을 계산하는 과정을 설명하겠다.
먼저, 틸팅각조정부(120)는, 특정 틸팅각(d)을 설정하게 된다.
여기서, 특정 틸팅각(d)을 어떻게 설정할 것인지에 대해서는, 후술에서 구체적으로 언급하겠다.
틸팅각조정부(120)는, 특정 틸팅각(d)을 설정하면, 안테나부1,2,3,4 각각에 대하여 기준수직틸팅각(ΦS)을 중심으로 하되 안테나부1,2,3,4 각각의 수직틸팅각이 특정 틸팅각(d) 간격으로 분산되도록, 다수의 안테나부1,2,3,4 각각에 대한 수직틸팅각을 조정한다.
일 예를 들면, 틸팅각조정부(120)는, 안테나부1,2,3,4 각각에 대하여 기준수직틸팅각(ΦS)을 중심으로 하되 안테나부1,2,3,4 각각의 수직틸팅각이 특정 틸팅각(d) 간격으로 분산되도록, 다음의 수식1에 따라 안테나부별 수직틸팅각(Φn)을 계산할 수 있다.
수식1
Figure 112014125153499-pat00001
여기서, Φn은 n 번째 안테나부에 대하여 분산을 위해 계산한 수직틸팅각이고, Φstand는 기준수직틸팅각(ΦS)을 의미하며, M은 다수의 안테나부(110) 개수에 따른 값으로 다수의 안테나부(110) 개수 N이 짝수개이면 M=N/2, 다수의 안테나부(110) 개수 N이 홀수개이면 M=(N-1)/2로 정의할 수 있다.
전술과 같이 다수의 안테나부(110) 개수 N이 4개로 짝수개이면 M은 2가 된다.
이에, 전술의 수식1에 따르면, 틸팅각조정부(120)는, 안테나부1,2,3,4 각각에 대하여, 기준수직틸팅각(ΦS)을 중심으로 안테나부1,2,3,4 각각에 대하여 수직틸팅각이 특정 틸팅각(d) 간격으로 분산되도록 하는 안테나부별 수직틸팅각(Φ1, Φ2, Φ3, Φ4)를 계산할 수 있다.
이후, 틸팅각조정부(120)는, 전술과 같이 계산한 안테나부별 수직틸팅각(Φ1, Φ2, Φ3, Φ4)를 반영하여, 다수의 안테나부1,2,3,4 각각에 대한 수직틸팅각을 조정할 수 있다.
이때, 안테나부별 수직틸팅각(Φ1, Φ2, Φ3, Φ4) 중에서, M(=2)번째 안테나부에 대하여 계산한 수직틸팅각(Φ2)이 가장 작게 계산되어 안테나부2에서 형성되는 빔포밍된 안테나빔B2가 셀(C1)의 가장 바깥쪽인 경계 방향을 향하게 될 것이고, N(=4)번째 안테나부에 대하여 계산한 수직틸팅각(Φ4)이 가장 크게 계산되어 안테나부4에서 형성되는 빔포밍된 안테나빔B4가 셀(C1)의 가장 안쪽인 중심 방향을 향하게 될 것이다.
즉, 본 발명의 제1실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 안테나부1,2,3,4 각각에 대한 수직틸팅각이 기준수직틸팅각(ΦS)을 중심으로 특정 틸팅각(d) 간격에 따라 분산 조정됨으로써, 안테나부4의 안테나빔B4가 셀(C1)의 중앙 방향을 향하고, 그 다음 안테나부3의 안테나빔B3, 그 다음 안테나부1의 안테나빔B1, 그리고 안테나부2의 안테나빔2가 셀(C1)의 경계 방향을 향하게 될 것이다.
그럼, 이하에서는 본 발명의 제1실시예에서 특정 틸팅각(d)을 어떻게 설정할 것인지에 대해 설명하도록 하겠다.
이때, 특정 틸팅각(d)은, 셀(C1)과 인접한 간섭 셀 예컨대 도 2의 간섭 셀(C2)이 존재하는 경우, 간섭 셀(C2)이 존재하지 않는 경우 보다 작거나 같은 값으로 설정되는 것이 바람직하다.
안테나부1,2,3,4 각각에 대한 수직틸팅각을 특정 틸팅각(d) 간격으로 분산시키는데 있어서, 셀(C1)과 인접한 간섭 셀(C2)이 존재하지 않은 경우라면, 간섭 셀(C2)에 미치는 간섭 및 간섭 셀(C2)로부터의 간섭에서 자유로울 수 있기 때문에, 셀(C1) 이내 라는 전제 하에 특정 틸팅각(d)을 자유롭게 설정(바람직하게는, 최대한 크게 설정)함으로써, 다수 안테나빔B1,B2,B3,B4의 빔포밍 방향이 분산되도록 할 수 있다.
반면, 안테나부1,2,3,4 각각에 대한 수직틸팅각을 특정 틸팅각(d) 간격으로 분산시키는데 있어서, 셀(C1)과 인접한 간섭 셀(C2)이 존재하는 경우라면, 간섭 셀(C2)에 미치는 간섭 및 간섭 셀(C2)로부터의 간섭을 고려하면서 특정 틸팅각(d)을 설정함으로써, 다수 안테나빔B1,B2,B3,B4의 빔포밍 방향이 분산되면서도 간섭 셀(C2)과의 간섭을 최소화할 수 있어야 한다.
따라서, 틸팅각조정부(120)는, 셀(C1)과 인접한 간섭 셀(C2)이 존재하지 않은 경우라면, 셀(C1) 이내 라는 전제 하에 특정 틸팅각(d)을 자유롭게 설정(바람직하게는, 최대한 크게 설정)한다.
예를 들어, 하나의 안테나부에서 형성하는 빔포밍된 안테나빔의 안테나 이득이 3db 하락하는 지점에서 다른 안테나부에서 형성하는 빔포밍된 안테나빔의 안테나 이득이 최대가 되도록, 하나의 안테나부 및 다른 안테나부 간 수직틸팅각 간의 간격 즉 특징 틸팅각(d)을 Φ3 dB로 설정할 수 있다.
한편, 틸팅각조정부(120)는, 셀(C1)과 인접한 간섭 셀(C2)이 존재하는 경우라면, 셀(C1) 및 간섭 셀(C2) 간의 간섭을 고려하여 특정 틸팅각(d)을 설정한다.
이는 곧, 다수의 안테나부(110) 즉 안테나부1,2,3,4 중 셀(C1)의 가장 바깥쪽 경계 방향을 향하게 될 M(=2)번째 안테나부의 안테나빔, 즉 전술의 안테나빔B2이 간섭 셀(C2)과의 간섭을 일으키지 않게 하는, 특징 틸팅각(d)을 설정하는 것을 의미한다.
이를 위해, 틸팅각조정부(120)는, 지면으로부터 안테나장치(100)가 설치된 높이(hBS), 기지국(10) 및 간섭 셀(C2)의 인접기지국(미도시) 간 거리(IDS: Inter Site Distance), 및 다수의 안테나부(110) 개수에 기초하여, 특정 틸팅각(d)을 설정할 수 있다.
이때, 기지국(10) 및 간섭 셀(C2)의 인접기지국(미도시) 간 거리(IDS)를 2로 나눈 IDS/2는, 셀(C1)에서 간섭 셀(C2)과의 간섭을 고려해 안테나빔의 주사 방향으로 수용할 수 있는 최대 거리라고 할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 틸팅각조정부(120)는, (C1)과 인접한 간섭 셀(C2)이 존재하는 경우라면, 다음과 같은 수실들을 통해 특정 틸팅각(d)을 설정할 수 있다.
먼저, 전술의 수식1에 따라 계산된, 셀(C1)의 가장 바깥쪽 경계 방향을 향하게 될 M(=2)번째 안테나부2의 수직틸팅각(Φ2)은, 다음의 수식2로 표현될 것이다.
수식2
Φ2= Φstand - Md/2
그리고, IDS/2를 밑변으로 갖고 지면으로부터 안테나장치(100)가 설치된 높이(hBS)를 높이로 갖는 직각삼각형에 대해, 다음과 같은 수식3의 삼각함수식을 정의할 수 있다.
수식3
Figure 112014125153499-pat00002
여기서, hUE는, 지면으로부터 사용자(단말)의 높이를 의미하며, 편의상 0(제로)로 보거나 매우 작은 값으로 설정할 수 있다.
수식3을 특징 틸팅각(d)으로 정리하면, 다음의 수식4를 얻을 수 있다.
수식4
Figure 112014125153499-pat00003
결국, 틸팅각조정부(120)는, 셀(C1)과 인접한 간섭 셀(C2)이 존재하는 경우라면, hBS, IDS, 및 다수의 안테나부(110) 개수에 따른 값 M, 그리고 앞서 결정한 기준수직틸팅각(ΦS)에 기초하여, 전술의 수식3에 따라 특정 틸팅각(d)을 설정할 수 있다.
한편, 안테나소자의 개수가 많으면 많을수록 안테나빔 폭이 좁아지기 때문에, 안테나장치(100) 내 안테나소자가 충분히 많아 안테나빔1,2,3,4의 폭이 충분이 좁게 형성되는 경우라면, 셀(C1)과 인접한 간섭 셀(C2)이 존재하더라도 셀(C1)과 인접한 간섭 셀(C2)이 존재하지 않는 경우와 특정 틸팅각(d)을 동일하게 사용해도 무방하다.
이에, 틸팅각조정부(120)는, 셀(C1)과 인접한 간섭 셀(C2)이 존재하는 경우라면, 다음의 수식5에 따라 특정 틸팅각(d)을 설정하는 것도 가능할 것이다.
수식5
Figure 112014125153499-pat00004
전술한 본 발명의 제1실시예에 따르면, 본 발명의 기지국용 안테나장치(100)는, 다수의 안테나부1,2,3,4 각각에 대한 수직틸팅각을 기준수직틸팅각(ΦS) 중심으로 특정 틸팅각(d) 간격에 따라 분산 조정함으로써, 셀(C1) 내에서 다수의 안테나부1,2,3,4 가 형성하는 안테나빔1,2,3,4의 빔포밍 방향이 분산되도록 할 수 있다.
즉, 본 발명의 제1실시예는, 안테나빔1,2,3,4의 빔포밍 방향을 동일 특정 틸팅각(d) 간격씩 분산시키기 때문에, 셀(C1) 전역에 대한 신호대잡음비(SNR)는 고르게 높여 셀(C1) 전역에 대한 서비스품질 불균형을 해소하는데 보다 효과적일 수 있다.
한편, 틸팅각조정부(120)에서 수직틸팅각을 조정하는 제2실시예를 설명하면, 다음과 같다.
제2실시예의 경우, 틸팅각조정부(120)는, 다수의 안테나부1,2,3,4에 대하여 파악되는 안테나부 간 채널 상관관계(channel correlation)에 기초하여, 채널 상관관계가 기 설정된 임계치(ρth) 이상인 안테나부에 대한 수직틸팅각을 조정할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 틸팅각조정부(120)는, 전술의 제1실시예와 마찮가지로 기준수직틸팅각(ΦS)을 결정한다.
틸팅각조정부(120)는, 기준수직틸팅각(ΦS)을 결정하면, 다수의 안테나부1,2,3,4 각각에 대한 수직틸팅각을 기준수직틸팅각(ΦS)으로 동일하게 지정함으로써, 기존과 같이 안테나부1,2,3,4 각각에 의한 안테나빔1,2,3,4가 동일한 표적 지역 방향을 향하도록 한다.
이후, 틸팅각조정부(120)는, 전술과 같이 다수의 안테나부1,2,3,4에 기준수직틸팅각(ΦS)을 지정한 후 파악되는 안테나부 간 채널 상관관계를 기초로 채널매트릭스(H)를 구성한다.
이때, 틸팅각조정부(120)는, 기지국연동부(130)를 통한 기지국(10)과의 연동에 기반하여, 채널매트릭스(H)를 직접 구성할 수도 있고, 기지국(10)가 구성한 채널매트릭스(H)를 기지국(10)으로부터 획득할 수도 있다.
이하에서는, 설명의 편의 상, 틸팅각조정부(120)가 채널매트릭스(H)를 직접 구성하는 것을 예로서 언급하여 설명하겠다.
보다 구체적으로 설명하면, 틸팅각조정부(120)는, 전술과 같이 다수의 안테나부1,2,3,4에 기준수직틸팅각(ΦS)을 지정한 후, 셀(C1)에 위치한 임의의 타겟 사용자(단말)를 선정한다.
이때, 타겟 사용자(단말)은, 셀(C1) 내에 위치하여, 안테나부1,2,3,4 각각의 안테나빔1,2,3,4를 모두 수신할 수 있는 영역에 있는 사용자(단말)이면 무방할 것이다.
틸팅각조정부(120)는, 임의의 타겟 사용자(단말)로부터 피드백되는 안테나빔(안테나부) 간 채널 상관관계(ρi,j)를 기초로 다음과 같은 채널매트릭스(H)를 구성할 수 있다.
Figure 112014125153499-pat00005
Figure 112014125153499-pat00006
: covariance matrix
여기서, ρi,j는, i번째 안테나부의 안테나빔 및 j번째 안테나부의 안테나부 간의 채널 상관관계를 의미한다.
따라서, 채널매트릭스(H)의 대각 원소인 ρ1,1, ρ2,2 ... ρN,N은, 1일 것이다.
틸팅각조정부(120)는, 구성된 채널매트릭스(H) 내 원소 중 채널 상관관계가 임계치(ρth) 이상인 원소가 있는 경우, 임계치(ρth) 이상인 원소 중 채널 상관관계가 가장 큰 원소와 관련된 각 안테나부에 대한 수직틸팅각을 상호 특정 틸팅각(Δ) 간격으로 조정하는 조정절차를 수행한다.
예를 들어, 채널 상관관계가 임계치(ρth) 이상인 원소 중 채널 상관관계가 가장 큰 원소가 ρ1,3인 경우를 가정하면, 틸팅각조정부(120)는, 해당 ρ1, 3와 관련된 각 안테나부1,3에 대한 수직틸팅각을 상호 특정 틸팅각(Δ) 간격으로 조정하는 조정절차를 수행한다.
이때, 틸팅각조정부(120)는, 다음의 수식6에 따라, 각 안테나부1,3에 대한 수직틸팅각을 상호 특정 틸팅각(Δ) 간격으로 조정할 수 있다.
수식6
Figure 112014125153499-pat00007
Figure 112014125153499-pat00008
수식5에서의 m은 i번째 안테나부를 의미하고 n은 j번째 안테나부를 의미한다.
그 결과, 다수의 안테나부1,2,3,4 중에서, 안테나부2,3의 수직틸팅각은 여전히 기준수직틸팅각(ΦS)으로 유지되고, 안테나부1,3 각각의 수직틸팅각은 상호 특정 틸팅각(Δ) 간격으로 이격 조정될 것이다.
여기서, 특정 틸팅각(Δ)은, 본 발명의 기지국용 안테나장치(100)가 채용된 기지국(10)의 위치에 따라서, 다리, 타워, 건물 등의 건축물이 많아 가시선(Line of Sight)이 확보되지 않는 도심지에 위치한 경우, 가시선이 확보되는 교외지에 위치한 경우 보다, 상대적으로 작은 값인 것이 바람직하다.
틸팅각조정부(120)는, 전술과 같은 조정절차를 수행한 후, 전술한 임의의 타겟 사용자(단말)로부터 피드백되는 안테나부 간 채널 상관관계(ρi,j)를 기초로 채널매트릭스(H)를 다시 구성한다.
그리고, 틸팅각조정부(120)는, 다시 구성된 채널매트릭스(H) 내 원소 중 채널 상관관계가 임계치(ρth) 이상인 원소가 있는 경우, 전술과 같은 방식으로 임계치(ρth) 이상인 원소 중 채널 상관관계가 가장 큰 원소와 관련된 각 안테나부에 대한 수직틸팅각을 상호 특정 틸팅각(Δ) 간격으로 조정하는, 전술의 조정절차를 수행하고, 그 후 전술과 같은 방식으로 채널매트릭스(H)를 다시 구성하는 과정을 반복하게 된다.
한편, 틸팅각조정부(120)는, 다시 구성된 채널매트릭스(H) 내 원소 중 채널 상관관계가 임계치(ρth) 이상인 원소가 없는 경우 즉 채널매트릭스(H) 내 모든 원소의 채널 상관관계가 임계치(ρth) 미만인 경우, 전술의 조정절차를 종료할 수 있다.
전술한 본 발명의 제2실시예에 따르면, 본 발명의 기지국용 안테나장치(100)는, 다수의 안테나부1,2,3,4 중에서 안테나부 간 채널 상관관계가 큰 안테나부(쌍)에 대해서 수직틸팅각을 상호 특정 틸팅각(Δ) 간격으로 조정하는 단계적인 반복 과정을 통해, 셀(C1) 내에서 다수의 안테나부1,2,3,4 가 형성하는 안테나빔1,2,3,4의 빔포밍 방향이 분산되도록 할 수 있다.
즉, 본 발명의 제2실시예는, 안테나부 간 채널 상관관계를 주된 요소로 보고 안테나빔1,2,3,4의 빔포밍 방향을 분산시키기 때문에, 다수의 안테나빔 B1,B2,B3,B4 즉 다수의 안테나부 간 채널 상관관계를 낮추는데 보다 효과적일 수 있다.
따라서, 틸팅각조정부(120)는, 기지국(10)에서 다중 사용자-다중입출력(Multi User - Multiple Input Multiple Output)으로 동작하는 경우, 전술의 제1실시예에 따른 제1조정방식으로 다수의 안테나부1,2,3,4에 대한 수직틸팅각을 조정하는 것이 바람직하다.
이는, 다중 사용자-다중입출력(MU-MIMO)에서 좋은 성능을 내기 위해서는, 서로 비슷한 경로 손실(pathloss)를 갖는 사용자들을 선택해야 하는데, 전술한 본 발명의 제1실시예의 경우 셀(C1) 전역에 대한 서비스품질 불균형을 해소함으로써 결과적으로 셀(C1) 전역에 비슷한 경로 손실을 보장하여, 사용자 선택의 제약이 적어지기 때문이다.
한편, 틸팅각조정부(120)는, 기지국(10)에서 단일 사용자 다중입출력(Single User - MIMO)으로 동작하는 경우, 전술의 제2실시예에 따른 제2조정방식으로 다수의 안테나부1,2,3,4에 대한 수직틸팅각을 조정하는 것이 바람직하다.
이는 단일 사용자 다중입출력(SU-MIMO)에서 좋은 성능을 내기 위해서는, 큰 다양성 이득(diversity gain)을 얻을 수 있어야 하는데, 전술한 본 발명의 제2실시예의 경우 다수의 안테나부 간 채널 상관관계를 낮춤으로써, 다양성 이득(diversity gain)에 유리한 환경을 조성하기 때문이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치는, 다중 안테나 빔포밍 기술을 적용하는 환경에서 다수 안테나빔의 빔포밍 방향을 적절하게 분산시킴으로써, 셀 전역에 대한 서비스품질 불균형을 해소하면서 안테나 간 채널 상관관계를 낮추는 효과를 도모할 수 있다.
이하에서는, 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국용 안테나장치의 동작 방법을 구체적으로 설명하도록 한다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 전술한 도 2 내지 도 3의 참조번호를 언급하여 설명하겠다.
본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 기지국(10)의 셀(C1)에 대하여 빔포밍된 안테나빔을 형성(주사)하는 다수의 안테나부를 확인한다(S100).
이하에서는, 설명의 편의를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 안테나부(110)로서, 빔포밍된 다수의 안테나빔B1,B2,B3,B4을 형성하는 4개의 안테나부, 예컨대 안테나부1,2,3,4를 언급하여 설명하겠다.
본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 기지국(10)에서 다중 사용자-다중입출력(MU-MIMO)으로 동작하는지, 단일 사용자 다중입출력(SU-MIMO)으로 동작하는지 판단한다(S110).
본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 다중 사용자-다중입출력(MU-MIMO)으로 동작하는 것으로 판단하면(S110 ②), 셀(C1)과 인접한 간섭 셀(C2)가 존재하는지 확인하고(S120), 확인 결과에 따라 다른 방식으로 특정 틸팅각(d)를 설정할 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 간섭 셀(C2)이 존재하는 경우, 간섭 셀(C2)이 존재하지 않는 경우 보다 작거나 같은 값으로, 특정 틸팅각(d)을 설정할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은,
본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 기지국(10)에서 다중 사용자-다중입출력(MU-MIMO)으로 동작하는지, 단일 사용자 다중입출력(SU-MIMO)으로 동작하는지와는 무관하게, 기본적으로 기준수직틸팅각(ΦS)을 결정한다.
이후, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 간섭 셀(C2)가 존재하지 않는 경우(S120 No), 셀(C1) 이내 라는 전제 하에 특정 틸팅각(d)을 자유롭게 설정(바람직하게는, 최대한 크게 설정)한다(S130).
예를 들어, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 하나의 안테나부에서 형성하는 빔포밍된 안테나빔의 안테나 이득이 3db 하락하는 지점에서 다른 안테나부에서 형성하는 빔포밍된 안테나빔의 안테나 이득이 최대가 되도록, 하나의 안테나부 및 다른 안테나부 간 수직틸팅각 간의 간격 즉 특징 틸팅각(d)을 Φ3 dB로 설정할 수 있다.
한편, 설명하면, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 간섭 셀(C2)가 존재하는 경우(S120 Yes), 셀(C1) 및 간섭 셀(C2) 간의 간섭을 고려하여 특정 틸팅각(d)을 설정한다(S140).
예를 들어, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 전술한 hBS, IDS, 및 다수의 안테나부(110) 개수에 따른 값 M, 그리고 앞서 결정한 기준수직틸팅각(ΦS)에 기초하여, 전술의 수식4에 따라 특정 틸팅각(d)을 설정할 수 있다.
본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, S130단계 또는 S140단계를 거쳐 특정 틸팅각(d)을 설정하면, 안테나부1,2,3,4 각각에 대하여 기준수직틸팅각(ΦS)을 중심으로 하되 안테나부1,2,3,4 각각의 수직틸팅각이 특정 틸팅각(d) 간격으로 분산되도록, 다수의 안테나부1,2,3,4 각각에 대한 수직틸팅각을 조정한다(S150).
일 예를 들면, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 안테나부1,2,3,4 각각에 대하여 기준수직틸팅각(ΦS)을 중심으로 하되 안테나부1,2,3,4 각각의 수직틸팅각이 특정 틸팅각(d) 간격으로 분산되도록, 전술의 수식1에 따라 안테나부별 수직틸팅각(Φn)을 계산할 수 있다.
이후, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 전술과 같이 계산한 안테나부별 수직틸팅각(Φ1, Φ2, Φ3, Φ4)를 반영하여, 다수의 안테나부1,2,3,4 각각에 대한 수직틸팅각을 조정할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 단일 사용자-다중입출력(SU-MIMO)으로 동작하는 것으로 판단하면(S110 ①), 기준수직틸팅각(ΦS)을 결정하면, 다수의 안테나부1,2,3,4 각각에 대한 수직틸팅각을 기준수직틸팅각(ΦS)으로 동일하게 지정함으로써(S160), 기존과 같이 안테나부1,2,3,4 각각에 의한 안테나빔1,2,3,4가 동일한 표적 지역 방향을 향하도록 한다.
이후, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 전술과 같이 다수의 안테나부1,2,3,4에 기준수직틸팅각(ΦS)을 지정한 후 파악되는 안테나부 간 채널 상관관계를 기초로 채널매트릭스(H)를 구성한다(S170).
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 전술과 같이 다수의 안테나부1,2,3,4에 기준수직틸팅각(ΦS)을 지정한 후, 셀(C1)에 위치한 임의의 타겟 사용자(단말)를 선정한다.
그리고, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 임의의 타겟 사용자(단말)로부터 피드백되는 안테나빔(안테나부) 간 채널 상관관계(ρi,j)를 기초로 채널매트릭스(H)를 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 구성된 채널매트릭스(H) 내 원소 중 채널 상관관계가 임계치(ρth) 이상인 원소가 있는 경우(S180 Yes), 임계치(ρth) 이상인 원소 중 채널 상관관계가 가장 큰 원소와 관련된 각 안테나부에 대한 수직틸팅각을 상호 특정 틸팅각(Δ) 간격으로 조정하는 조정절차를 수행한다(S190).
예를 들어, 채널 상관관계가 임계치(ρth) 이상인 원소 중 채널 상관관계가 가장 큰 원소가 ρ1,3인 경우를 가정하면, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 해당 ρ1, 3와 관련된 각 안테나부1,3에 대한 수직틸팅각을 상호 특정 틸팅각(Δ) 간격으로 조정하는 조정절차를 수행한다.
이때, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 전술의 수식6에 따라, 각 안테나부1,3에 대한 수직틸팅각을 상호 특정 틸팅각(Δ) 간격으로 조정할 수 있다.
본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 전술과 같은 조정절차를 수행한 후(S190), 전술한 임의의 타겟 사용자(단말)로부터 피드백되는 안테나부 간 채널 상관관계(ρi,j)를 기초로 채널매트릭스(H)를 다시 구성한다(S170).
그리고, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 다시 구성된 채널매트릭스(H) 내 원소 중 채널 상관관계가 임계치(ρth) 이상인 원소가 있는 경우(S180 Yes), 전술과 같은 방식으로 임계치(ρth) 이상인 원소 중 채널 상관관계가 가장 큰 원소와 관련된 각 안테나부에 대한 수직틸팅각을 상호 특정 틸팅각(Δ) 간격으로 조정하는, 전술의 조정절차를 수행하고, 그 후 전술과 같은 방식으로 채널매트릭스(H)를 다시 구성하는 과정(S190->S170)을 반복하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치(100의 동작 방법은, 다시 구성된 채널매트릭스(H) 내 원소 중 채널 상관관계가 임계치(ρth) 이상인 원소가 없는 경우 즉 채널매트릭스(H) 내 모든 원소의 채널 상관관계가 임계치(ρth) 미만인 경우(S180 No), 전술의 조정절차를 종료할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 기지국용 안테나장치의 동작 방법은, 다중 안테나 빔포밍 기술을 적용하는 환경에서 다수 안테나빔의 빔포밍 방향을 적절하게 분산시킴으로써, 셀 전역에 대한 서비스품질 불균형을 해소하면서 안테나 간 채널 상관관계를 낮추는 효과를 도모할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 기지국용 안테나장치의 동작 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 본 발명을 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 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.
본 발명에 따른 기지국용 안테나장치 및 그 장치의 동작 방법에 따르면, 다중 안테나 빔포밍 기술을 적용하는 환경에서 다수 안테나빔의 빔포밍 방향을 적절하게 분산시킴으로써, 셀 전역에 대한 서비스품질 불균형을 해소하면서 안테나 간 채널 상관관계를 낮출 수 있다는 점에서 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.
100 : 기지국용 안테나장치
110 : 다수의 안테나부 120 : 틸팅각조정부
130 : 기지국연동부

Claims (11)

  1. 기지국의 안테나장치에 있어서,
    상기 기지국의 셀에 대하여, 기 지정된 수직틸팅각에 따른 방향으로 빔포밍된 안테나빔을 형성하는 다수의 안테나부; 및
    상기 다수의 안테나부 중 적어도 하나의 안테나부에 대한 수직틸팅각을 조정하여, 상기 셀 내에서 상기 다수의 안테나부가 형성하는 안테나빔의 빔포밍 방향이 분산되도록 하는 틸팅각조정부를 포함하며,
    상기 틸팅각조정부는,
    상기 다수의 안테나부 각각에 대한 수직틸팅각이 기 설정된 특정 틸팅각 간격으로 분산되도록 조정하는 제1조정방식 또는 상기 다수의 안테나부에 대하여 파악되는 안테나부 간 채널 상관관계를 기초로 채널 상관관계가 기 설정된 임계치 이상인 안테나부에 대한 수직틸팅각을 조정하는 제2조정방식으로 상기 다수의 안테나부 중 적어도 하나의 안테나부에 대한 수직틸팅각을 조정하는 것을 특징으로 하는 기지국용 안테나장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 틸팅각은,
    상기 셀과 인접한 간섭 셀이 존재하는 경우, 지면으로부터 상기 안테나장치가 설치된 높이, 상기 기지국 및 상기 간섭 셀의 인접기지국 간 거리, 및 상기 다수의 안테나부 개수에 기초하여, 설정되는 것을 특징으로 하는 기지국용 안테나장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 틸팅각조정부는,
    상기 제2조정방식을 수행하는 경우, 상기 다수의 안테나부에 기준수직틸팅각을 지정한 후 파악되는 상기 안테나부 간 채널 상관관계를 기초로 채널매트릭스를 구성하고,
    구성된 채널매트릭스 내 원소 중 채널 상관관계가 상기 임계치 이상인 원소가 있는 경우, 상기 임계치 이상인 원소 중 채널 상관관계가 가장 큰 원소와 관련된 각 안테나부에 대한 수직틸팅각을 상호 특정 틸팅각 간격으로 조정하는 조정절차를 수행하며,
    상기 조정절차 수행 후 파악되는 상기 안테나부 간 채널 상관관계를 기초로 채널매트릭스를 구성한 후, 상기 조정절차를 반복 수행하는 것을 것을 특징으로 하는 기지국용 안테나장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 틸팅각조정부는,
    상기 기지국에서 다중 사용자-다중입출력(Multi User - Multiple Input Multiple Output)으로 동작하는 경우, 상기 제1조정방식을 수행하고,
    상기 기지국에서 단일 사용자 다중입출력(Single User - MIMO)으로 동작하는 경우, 상기 제2조정방식을 수행하는 것을 특징으로 하는 기지국용 안테나장치.
  7. 기지국의 안테나장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 기지국의 셀에 대하여, 기 지정된 수직틸팅각에 따른 방향으로 빔포밍된 안테나빔을 형성하는 다수의 안테나부를 확인하는 안테나부확인단계; 및
    상기 다수의 안테나부 중 적어도 하나의 안테나부에 대한 수직틸팅각을 조정하여, 상기 셀 내에서 상기 다수의 안테나부가 형성하는 안테나빔의 빔포밍 방향이 분산되도록 하는 틸팅각조정단계를 포함하며,
    상기 틸팅각조정단계는,
    상기 다수의 안테나부 각각에 대한 수직틸팅각이 기 설정된 특정 틸팅각 간격으로 분산되도록 조정하는 제1조정방식 또는 상기 다수의 안테나부에 대하여 파악되는 안테나부 간 채널 상관관계를 기초로 채널 상관관계가 기 설정된 임계치 이상인 안테나부에 대한 수직틸팅각을 조정하는 제2조정방식으로 상기 다수의 안테나부 중 적어도 하나의 안테나부에 대한 수직틸팅각을 조정하는 것을 특징으로 하는 기지국용 안테나장치의 동작 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 셀과 인접한 간섭 셀이 존재하는 경우, 지면으로부터 상기 안테나장치가 설치된 높이, 상기 기지국 및 상기 간섭 셀의 인접기지국 간 거리, 및 상기 다수의 안테나부 개수에 기초하여, 설정되는 것을 특징으로 하는 기지국용 안테나장치의 동작 방법.
  10. 삭제
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 틸팅각조정단계는,
    상기 제2조정방식을 수행하는 경우 상기 다수의 안테나부에 기준수직틸팅각을 지정한 후 지정한 후 파악되는 상기 안테나부 간 채널 상관관계를 기초로 채널매트릭스를 구성하고,
    구성된 채널매트릭스 내 원소 중 채널 상관관계가 상기 임계치 이상인 원소가 있는 경우, 상기 임계치 이상인 원소 중 채널 상관관계가 가장 큰 원소와 관련된 각 안테나부에 대한 수직틸팅각을 상호 특정 틸팅각 간격으로 조정하는 조정절차를 수행하며,
    상기 조정절차 수행 후 파악되는 상기 안테나부 간 채널 상관관계를 기초로 채널매트릭스를 재 구성한 후, 상기 조정절차를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 기지국용 안테나장치의 동작 방법.
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