KR102109918B1 - 무선 통신 시스템에서 안테나 어레이를 사용한 빔포밍 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 안테나 어레이를 사용한 빔포밍 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 LTE(Long Term Evolution)와 같은 4G(4th generation) 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G(5th generation) 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 발명은 무선 통신 시스템에서 빔포밍(beamforming)을 수행하기 위한 것으로, 장치는, 빔 개수를 결정하는 제어부와, 상기 빔 개수 만큼의 안테나 서브셋(antenna subset)을 구성하기 위해, 안테나 어레이(antenna array)들에 대한 경로를 설정하는 통신부와, 적어도 하나의 안테나 서브셋을 통해 적어도 하나의 빔을 형성하는 상기 안테나 어레이들을 포함한다. 또한, 본 발명은 상술한 실시 예와 다른 실시 예들도 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서 안테나 어레이를 사용한 빔포밍 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BEAMFORMING USING ANTENNA ARRAY IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에서 빔포밍(beamforming)에 관한 것이다.
4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE(Long Term Evolution) 시스템 이후(Post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network, cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(Device to Device communication, D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation, ACM) 방식인 FQAM(Hybrid Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(Non Orthogonal Multiple Access), 및 SCMA(Sparse Code Multiple Access) 등이 개발되고 있다.
본 발명의 일 실시 예는 무선 통신 시스템에서 빔포밍(beamforming)을 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시 예는 무선 통신 시스템에서 빔 개수를 조절하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 무선 통신 시스템에서 통신 상황에 적응적으로 빔 개수를 조절하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 무선 통신 시스템에서 신호를 처리하는 회로들 및 안테나 요소(antenna element)들 간 경로를 제어함으로써 빔 개수를 조절하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 무선 통신 시스템에서 서로 다른 편파(polarization)를 가진 다수의 빔들을 형성(forming)하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 무선 통신 시스템에서 서로 다른 편파를 가진 다수의 빔들을 사용하여 최적의 빔을 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍(beamforming)을 수행하는 장치는, 빔 개수를 결정하는 제어부와, 상기 빔 개수 만큼의 안테나 서브셋(antenna subset)을 구성하기 위해, 안테나 어레이(antenna array)들에 대한 경로를 설정하는 통신부와, 적어도 하나의 안테나 서브셋을 통해 적어도 하나의 빔을 형성하는 상기 안테나 어레이들을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍을 수행하는 장치의 동작 방법은, 빔 개수를 결정하는 과정과, 안테나 어레이들로부터 상기 빔 개수 만큼의 안테나 서브셋을 구성하기 위해, 상기 안테나 어레이들에 대한 경로를 설정하는 과정과, 상기 적어도 하나의 안테나 서브셋을 통해 적어도 하나의 빔을 형성하는 과정을 포함한다.
무선 통신 시스템에서 적응적인 경로 설정을 통해 통신 환경에 적합한 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 형성 가능한 빔 패턴들의 예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 장치의 블록 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 장치의 동작 절차를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 안테나 요소(antenna element)의 구조를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 장치의 신호 송신 및 수신을 위한 논리적 구조의 예를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 빔포밍을 위한 경로 제어 및 위상 천이(phase shift)를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 스위치 제어를 통한 송신 및 수신 전환을 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 스위치 제어를 통한 편파 변환을 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 스위치 제어를 통한 안테나 요소의 연결 제어를 도시한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 빔 개수에 따른 신호 송신 절차를 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 안테나 요소 간격 조절에 따른 빔 변화를 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 주파수에 따른 경로 제어를 도시한다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 주파수에 따른 신호 송신 절차를 도시한다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 빔 탐색 절차를 도시한다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 빔 스위핑(beam sweeping)을 도시한다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 그룹1(group)에 속한 장치를 위한 빔의 탐색 절차의 일 예를 도시한다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 그룹2에 속한 장치를 위한 빔의 탐색 절차의 일 예를 도시한다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 그룹2에 속한 장치를 위한 빔의 탐색 절차의 다른 예를 도시한다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 그룹3에 속한 장치를 위한 빔의 탐색 절차의 일 예를 도시한다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 그룹3에 속한 장치를 위한 빔의 탐색 절차의 다른 예를 도시한다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 그룹 별 빔의 탐색을 위한 자원 활용의 예를 도시한다.
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 그룹 별 빔의 탐색을 위한 자원 활용의 다른 예를 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 본 발명은 무선 통신 시스템에서 빔포밍(beamforming)을 위한 기술에 대해 설명한다. 구체적으로, 본 발명은 적응적으로 빔 개수를 조절할 수 있는 빔포밍 기술에 대해 설명한다.
이하 설명에서 사용되는 통신을 수행하는 객체(entity)들을 지칭하는 용어, 안테나를 구성하는 요소들을 지칭하는 용어, 상기 객체에 의해 송신되는 신호들을 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 발명이 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 형성 가능한 빔 패턴(beam pattern)들의 예를 도시한다. 상기 도 1은 장치(device) 110에서 형성 가능한 빔 패턴들을 예시한다. 이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
상기 도 1을 참고하면, 상기 장치 110는 송신 신호 및 수신 신호를 처리하는 신호 처리부 112 및 안테나 어레이(antenna array)들 114-1,114-2를 포함한다. 이때, 상기 장치 110는 (a)에 도시된 바와 같이 상기 모든 안테나 어레이들 114-1,114-2를 통해 1개 빔 101을 형성하거나, (b)에 도시된 바와 같이 각 안테나 어레이 114-1,114-2를 통해 2개의 빔들 103-1 및 103-2를 동시에 형성할 수 있다.
이때, 상기 안테나 어레이들 114-1,114-2 각각에 포함되는 물리적인 안테나 요소(antenna element)들의 개수가 변화하지 아니하므로, 상기 빔 103-1 또는 상기 빔 103-2 중 하나를 형성하기 위해 사용되는 안테나 요소들의 개수는 상기 빔 101을 형성하기 위해 사용되는 안테나 요소들의 개수보다 클 수 없다. 따라서, 상기 빔 101은 상기 빔 103-1 또는 상기 빔 103-2 중에 비해 좁은(narrow) 빔폭(beamwidth)을 가질 수 있다.
즉, 상기 장치 110은 경우에 따라 전체 안테나 어레이들 114-1,114-2을 사용하여 하나의 빔을 형성하거나, 또는, 상기 안테나 어레이들 114-1,114-2 각각을 별도로 사용하여 다수의 빔들을 형성할 수 있다. 이를 통해, 상기 장치 110는 채널 상황에 따라 빔포밍된(beamformed) 다수 개의 출력 포트를 갖는 송신기 또는 다수 개의 입력 포트를 갖는 수신기로 동작하거나, 또는, 빔포밍된 하나의 출력 포트를 갖는 송신기 또는 하나의 입력 포트를 갖는 수신기로 동작할 수 있다. 예를 들어, 상기 장치 110는 빔포밍된 MIMO(multiple input multiple output) 송신 또는 수신을 수행하거나, 또는, 빔포밍된 SISO(single input single output) 송신 또는 수신을 수행할 수 있다.
상기 도 1은 빔의 개수가 1개 또는 2개인 경우를 예시하나, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 장치는 3개 이상의 빔들을 형성할 수 있다. 즉, 상기 장치 110은 3개 이상의 안테나 어레이들을 포함할 수 있으며, 이 경우, 3개 이상의 빔들을 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 장치의 블록 구성을 도시한다. 상기 도 2는 상기 장치 110의 구성을 예시한다. 이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
상기 도 2를 참고하면, 상기 장치는 제어부 210, 통신부 220, 안테나 어레이 집합 230을 포함한다. 상기 통신부 220은 상기 도 1의 상기 신호 처리부를 포함할 수 있고, 상기 안테나 어레이 집합 230은 상기 도 1의 상기 안테나 어레이를 포함할 수 있다.
상기 제어부 210는 상기 장치의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부 210는 상기 통신부 220 및 상기 안테나 어레이 집합 230을 통해 신호를 송신 또는 수신하도록 제어한다. 이를 위해, 상기 제어부 210는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 제어부 210는 신호 송신 또는 수신을 위해 사용할 빔 패턴을 결정할 수 있다. 여기서, 상기 빔 패턴은 빔의 개수, 각 빔의 특성(예: 빔폭, 빔 전력, 편파(polarization) 등)을 포함한다. 예를 들어, 상기 제어부 210는 후술하는 바에 따라 상기 장치가 동작하도록 제어할 수 있다.
상기 통신부 220는 무선 채널을 통해 신호를 송신 및 수신하기 위한 기능들을 수행한다. 즉, 상기 통신부 220는 신호를 처리하기 위한 회로를 포함한다. 예를 들어, 상기 통신부 220은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 통신부 220은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 통신부 220은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 또한, 상기 통신부 220는 기저대역 신호를 RF(radio frequency) 대역 신호로 상향변환한 후 상기 안테나 어레이 집합 230을 통해 송신하고, 상기 안테나 어레이 집합 230을 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 상기 통신부 220는 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(Digital to Analog Convertor), ADC(Analog to Digital Convertor) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 통신부 220는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 통신부 220는 빔포밍을 수행할 수 있다. 상기 빔포밍을 위해, 상기 통신부 220는 상기 안테나 어레이 집합 230 내의 안테나 요소들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따라, 상기 통신부 220는 안테나 제어부 222를 포함한다. 상기 안테나 제어부 222는 상기 제어부 210에 의해 결정된 빔 패턴에 따라 적어도 하나의 빔을 형성하도록 상기 통신부 220 및 상기 안테나 어레이 집합 230에 포함된 안테나 어레이들 간 매핑(mapping) 관계를 제어한다. 예를 들어, 상기 안테나 제어부 222는 적어도 하나의 스위치(switch)를 포함할 수 있다.
상기 안테나 어레이 집합 230은 상기 통신부 220로부터 제공되는 송신 신호를 전파(radio wave)로서 방사(radiation)하고, 수신 신호에 대응하는 전파로부터 발생되는 수신 신호를 상기 통신부 220로 제공한다. 상기 안테나 어레이 집합 230은 다수의 안테나 어레이들 230-1 내지 230-N을 포함한다. 여기서, N은 2 이상의 정수로서, 구체적인 값은 발명의 다양한 실시 예에 따라 달라질 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 안테나 어레이 집합 230은 다수의 안테나 어레이들을 통해 하나의 빔을 형성하거나, 또는, 다수의 안테나 서브셋(subset)들을 통해 다수의 빔들을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 안테나 서브셋은 적어도 하나의 안테나 어레이를 포함한다.
예를 들어, 상기 안테나 어레이 집합 230은 2개의 안테나 어레이들을 포함할 수 있다. 이 경우, 2개의 안테나 어레이들이 하나의 빔을 형성할 수 있다. 또는, 하나의 안테나 어레이를 포함하는 하나의 안테나 서브셋이 하나의 빔을, 다른 하나의 안테나 어레이를 포함하는 다른 하나의 안테나 서브셋이 다른 하나의 빔을 형성할 수 있다.
다른 예로, 상기 안테나 어레이 집합 230은 3개의 안테나 어레이들을 포함할 수 있다. 이 경우, 3개의 안테나 어레이들이 하나의 빔을 형성할 수 있다. 또는, 2개의 안테나 어레이들를 포함하는 하나의 안테나 서브셋이 하나의 빔을, 나머지 하나의 안테나 어레이를 포함하는 다른 하나의 안테나 서브셋이 다른 하나의 빔을 형성할 수 있다. 또는, 하나의 안테나 어레이를 포함하는 하나의 안테나 서브셋이 하나의 빔을, 다른 하나의 안테나 어레이를 포함하는 다른 하나의 안테나 서브셋이 다른 하나의 빔을, 또 다른 하나의 안테나 어레이를 포함하는 다른 하나의 안테나 서브셋이 또 다른 하나의 빔을 형성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 장치의 동작 절차를 도시한다. 상기 도 3은 상기 장치 110의 동작 방법을 예시한다.
상기 도 3을 참고하면, 상기 장치는 301단계에서 빔 개수를 결정한다. 상기 빔 개수는 채널 품질, 반송파(carrier) 주파수, 상대방 장치의 요청 중 적어도 하나에 기초하여 결정될 수 있다. 나아가, 상기 장치는 각 빔의 특성(예: 빔폭, 빔 전력, 편파 등)을 더 결정할 수 있다.
이후, 상기 장치는 303단계로 진행하여 상기 빔 개수만큼의 안테나 서브셋을 통해 상기 빔 개수 만큼의 빔을 형성한다. 즉, 상기 장치는 적어도 하나의 안테나 서브셋을 통해 적어도 하나의 빔을 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 빔 개수가 2개 이상인 경우, 상기 장치는 상기 안테나 어레이들을 2개 이상의 서브셋들로 구분하고, 상기 서브셋들이 서로 다른 빔들을 형성하도록 신호 처리 회로 및 안테나 어레이들 간 경로를 설정한 후, 상기 2개 이상의 빔들을 형성한다. 예를 들어, 상기 경로를 설정하기 위해, 상기 장치는 적어도 하나의 스위치를 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 장치는 하나의 안테나 어레이를 통해 2개 이상의 빔들을 형성할 수 있다. 이때, 상기 2개 이상의 빔들은 상호 간섭을 일으킬 수 있다. 이에 따라, 상기 2개 이상의 빔들 간 상관성(correlation)을 감소시키기 위해, 상기 장치는 하기 도 4와 같은 구조의 안테나 어레이를 채택할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 안테나 요소의 구조를 도시한다. 상기 도 4는 상기 안테나 어레이 집합 230에 포함된 안테나 어레이 230-1의 구성을 예시한다. 상기 도 4를 참고하면, 상기 안테나 어레이 230-1는 다수의 안테나 요소들 440을 포함하며, 하나의 안테나 요소들은 서로 다른 편파 특성(polarization)을 가지는 서브 유닛(sub-unit)들을 포함한다. 예를 들어, 상기 서브-유닛들은 수평 편파 특성(horizontal polarization)을 가지는 제1타입(type) 서브 유닛 442 및 수직 편파 특성(vertical polarization)을 가지는 제2타입 서브 유닛 444을 포함할 수 있다. 상기 제1타입 서브 유닛 442 및 상기 제2타입 서브 유닛 444은 선택적으로 또는 동시에 사용될 수 있다. 다시 말해, 상기 제1타입 서브 유닛 442 및 상기 제2타입 서브 유닛 444은 선택적으로 어느 하나만이 또는 동시에 활성화(enable)될 수 있다. 여기서, 활성화는 신호를 방사하거나, 신호를 수신하는 상태를 의미한다.
이에 따라, 장치는, 안테나 요소들이 안테나 서브셋 별로 서로 다른 편파 특성의 서브 유닛을 활성화하도록 제어함으로서, 각 안테나 서브셋을 통해 형성되는 빔들 간 간섭을 제거하거나 또는 줄일 수 있다. 예를 들어, 2개의 빔들을 형성하는 경우, 상기 장치는 하나의 안테나 서브셋의 안테나 요소들에서 상기 수평 편파 특성을 가지는 상기 제1타입 서브 유닛 442를 활성화하고, 다른 하나의 안테나 서브셋의 안테나 요소들에서 상기 수직 편파 특성을 가지는 상기 제2타입 서브 유닛 444를 활성화할 수 있다. 이에 따라, 서로 다른 편파 특성을 가지는 2개의 빔들이 형성될 수 있다.
상기 도 4는 상기 안테나 요소 440가 2개의 서브 유닛들 442 및 444를 포함하는 것을 예시한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 안테나 요소 440는 또 다른 편파 특성을 가지는 적어도 하나의 서브-유닛을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 서브 유닛들 442 및 444은 수평 편파 특성 및 수직 편파 특성을 가진다. 그러나, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 서브 유닛들 442 및 444 중 하나는 상기 수평 편파 특성 및 상기 수직 편파 특성 외 다른 편파 특성(예: 원형 편파 등)을 가질 수 있다.
상술한 바와 같은 안테나 어레이 구조를 통해, 본 발명의 다양한 실시 예들은 MIMO 차수(order), 편파 특성, 빔 폭을 변경함으로써, 서로 다른 다양한 모드(mode)들을 지원할 수 있다. 이하, 본 발명은 다양한 모드들로 동작하기 위한 다양한 실시 예들을 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 장치의 신호 송신 및 수신을 위한 논리적 구조의 예를 도시한다. 상기 도 5는 상기 장치 110에서 신호 처리를 위한 회로 및 안테나 어레이의 논리적 구조를 예시한다. 상기 도 5는 2개의 안테나 어레이들이 구비된 경우를 예시한다. 그러나, 3개 이상의 안테나 어레이들이 구비된 경우에도 유사한 구조가 적용될 수 있다.
상기 도 5를 참고하면, 상기 장치는 수평 편파 특성을 가지는 제1타입 서브 유닛들 442-1 내지 442-8, 수직 편파 특성을 가지는 제2타입 서브 유닛들 444-1 내지 444-8, 상기 제1타입 서브 유닛들 442-1 내지 442-8에 대응하는 위상 천이부(phase shifter)들 552-1 내지 552-8, 제2타입 서브 유닛들 444-1 내지 444-8에 대응하는 위상 천이부들 554-1 내지 554-8, 스위치들 562-1 내지 562-8, 전력 증폭기(PA: power amplifier)들 572-1 내지 572-8, 저잡음 증폭기(LNA: low noise amplifier)들 574-1 내지 574-8을 포함한다.
상기 도 5를 참고하면, 상기 장치는 2개의 안테나 어레이들을 포함하며, 각 안테나 어레이는 하나의 기저대역 신호 처리(base band signal processing)가 가능한 디지털 경로(digital path)와 대응된다. 각 안테나 어레이에, 다수의 안테나 요소들이 배열되어 있으며, 각 안테나 요소는 서로 다른 편파 특성을 가지는 2개의 서브 유닛들 442 및 444을 포함한다. 상기 도 5의 경우, 2개의 타입들로서, 수평 편파 특성을 가지는 제1타입 서브 유닛 442 및 수직 편파 특성을 가지는 제2타입 서브 유닛 444으로 구성되는 안테나 요소들이 예시된다.
동일한 편파 특성을 가지는 서브 유닛들은 서로 동일한 채널 전파(propagation) 특성을 가지고 있기 때문에, 빔포밍 전송에 이점을 가진다. 예를 들어, 상기 도 5의 경우, 스위치들 562을 통해, 제1안테나 어레이에 포함된 안테나 요소들에서 제1타입 서브 유닛들 442-1 내지 442-4을 연결시킴으로써, 상기 제1안테나 어레이에 대응하는 디지털 경로#1과 연결된 모든 안테나 요소들의 편파 특성은 수평 편파 특성으로 제어될 수 있다. 제2안테나 어레이에 포함된 안테나 요소들에서 제2타입 서브 유닛들 444-5 내지 444-8을 연결시킴으로써, 상기 제2안테나 어레이에 대응하는 디지털 경로#2와 연결된 모든 안테나 요소들의 편파 특성은 수직 편파 특성으로 제어될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 빔포밍을 위한 경로 제어 및 위상 천이(phase shift)를 도시한다. 상기 도 6a 및 상기 6b는 상기 도 5에 도시된 구조에 기반한 빔포밍을 예시한다.
상기 도 6a 및 상기 도 6b를 참고하면, 장치는 상기 제1타입 서브 유닛들 442-1 내지 442-8, 상기 제2타입 서브 유닛들 444-1 내지 444-8, 상기 위상 천이부들 552-1 내지 552-8, 상기 위상 천이부들 554-1 내지 554-8, 상기 스위치들 562-1 내지 562-8, 상기 전력 증폭기들 572-1 내지 572-8, 상기 저잡음 증폭기들 574-1 내지 574-8을 포함한다. 나아가, 상기 장치는 DAC(digital to analog converter)들 682-1 및 682-2, RF 블록A들 684-1 및 684-2, RF 블록B들 686-1 내지 686-8, 스위치 690를 포함한다.
상기 RF 블록A 684-1 및 상기 RF 블록B 686-1의 조합이 상기 디지털 경로#1을 위한 제1RF 체인을 구성하고, 상기 RF 블록A 684-2 및 상기 RF 블록B 686-2의 조합이 상기 디지털 경로#2을 위한 제2RF 체인을 구성한다. 여기서, 상기 RF 블록A 684-1는 상기 제1RF 체인의 구성 요소들(예: 믹서, 오실레이터, 증폭기, 필터 등) 중 일부를 포함하고, 상기 RF 블록B 686-1은 나머지 일부를 포함한다. 상기 스위치 690는 상기 디지털 경로#1 및 상기 디지털 경로#2와 적어도 하나의 안테나 어레이 간 경로 설정을 제어한다. 상기 스위치 690는 상기 RF 블록A들 684-1 및 684-2의 후단 및 상기 RF 블록B들 686-1 내지 686-8의 전단에 연결되나, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 RF 블록A들 684-1 및 684-2의 전단 또는 상기 RF 블록B들 686-1 내지 686-8의 후단에 연결될 수 있다.
상기 도 6a는 2개의 빔들을 형성하는 경우를 도시한다. 상기 도 6a를 참고하면, 상기 스위치 690는 상기 디지털 경로#1가 제1안테나 어레이와 연결되고, 상기 디지털 경로#2가 제2안테나 어레이와 연결되도록 설정된다. 이때, 상기 위상 천이부들 552-1 내지 552-4을 통해, 다수의 안테나 요소들 간 서로 다른 위상 천이 값들 θ0(Φ1) 내지 θ3(Φ1)이 인가됨으로써, 특정 각도 Φ1으로 송신되는 신호의 세기 또는 이득(gain)을 증가시키는 빔포밍 효과가 얻어질 수 있다. 상기 빔포밍 효과는 신호를 수신하는 경우에도 발생할 수 있다. 상기 제1안테나 어레이와 유사하게, 상기 위상 천이부 554-5 내지 554-8를 통해, 특정 각도 Φ2로 송신 또는 수신되는 신호에 상기 빔포밍 효과를 얻기 위한 위상 천이 값들 θ0(Φ2) 내지 θ3(Φ2)이 적용될 수 있다. 이에 따라, 상기 2개의 빔들에 대한 송신 신호 또는 수신 신호 세기 또는 이득의 증가가 가능하다.
상기 도 6b는 1개의 빔을 형성하는 경우를 도시한다. 상기 도 6b를 참고하면, 상기 스위치 690는 상기 디지털 경로#1가 제1안테나 어레이 및 제2안테나 어레이 모두와 연결되도록 설정된다. 이때, 상기 위상 천이부들 552-1 내지 552-8을 통해, 다수의 안테나 요소들 간 서로 다른 위상 천이 값들 θ0(Φ) 내지 θ7(Φ)이 인가됨으로써, 특정 각도 Φ로 송신되는 신호의 세기 또는 이득을 증가시키는 빔포밍 효과가 얻어질 수 있다. 이때, 상기 도 6b의 경우, 하나의 빔을 형성하기 위해 상기 도 6a의 경우보다 많은 개수의 안테나 요소들이 사용되므로, 더 좁은 빔폭의 빔이 형성될 수 있다.
상기 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 제1안테나 어레이 및 상기 제2안테나 어레이 간, 서로 다른 편파 특성을 가지도록 제어함으로써, 안테나 어레이들 간에 독립적인 채널 형성이 가능하다. 이를 통해, MIMO 전송 방식이 적용될 수 있다. 안테나 어레이들 간 서로 다른 편파 특성을 가지도록 하면, 안테나 어레이들 간 물리적인 거리에 관계없이, 상기 장치는 상기 안테나 어레이들에서 형성되는 빔들 간 독립적인 채널을 형성할 수 있다. 한편, 상기 도 6b에 도시된 바와 같이, 서로 다른 안테나 어레이들 간에 편파 특성을 동일하게 설정하고, 서로 다른 안테나 어레이들에 위치하지만 동일한 편파 특성을 갖는 서브 유닛들을 모두 활용함으로써 단일 빔의 형성에 필요한 위상 천이 값들을 인가함으로써, 2개의 안테나 어레이들에서 하나의 빔이 형성될 수 있다. 이러한 다양한 설정들은 서로 다른 모드들로 정의될 수 있으며, 각 모드의 특징을 정리하면 하기 <표 1>과 같다.
모드-1 모드-2
MIMO 차수 2 1
안테나 어레이들의
편파 특성		 서로 다름 서로 동일
빔폭 상대적으로 넓음
(작은 빔포밍 이득)		 상대적으로 좁음
(높은 빔포밍 이득)
상기 모드-1은 상기 도 1의 (b)에 예시되며, 상기 모드-2는 상기 도 1의 (a)에 예시된다. 상기 모드-1의 경우, MIMO 차수가 높으므로 용량면에서 우수하다. 반면, 상기 모드-2의 경우, 보다 좁은 빔폭의 빔이 형성될 수 있으므로, 빔 이득이 증가한다. 상기 모드-2의 경우, 상기 모드-1 대비 증가된 빔포밍 이득을 활용하여 셀 커버리지 증가 효과가 얻어질 수 있다.
상기 <표 1>에서, 상기 모드-1은 편파 특성이 '서로 다름'으로 정의되었다. 그러나, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 모드 1에서, 안테나 어레이들의 편파 특성을 동일하게 설정될 수 있다. 예를 들어, MIMO 차수가 2인 경우, 장치는 빔포밍 방향을 서로 상이하게 설정함으로써, 안테나 어레이들의 편파 특성을 동일하게 설정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 도 6a 및 상기 도 6b에 도시된 스위치들 562-1 내지 562-8을 제어함으로써, 장치는 편파 특성이 다른 빔들을 형성하거나, 또는, 하나의 빔을 형성할 수 있다. 구체적으로, 2개의 안테나 어레이들에 동일한 편파 특성을 부여한 경우, 안테나 요소 별 위상 천이 값들의 인가를 통해 예리한(sharp)한 빔이 형성될 수 있다. 나아가, 상기 스위치들 562-1 내지 562-8을 제어함으로써, 하기 도 7과 같이 송신-수신 전환이 이루어지거나, 하기 도 8과 같이 각 밤의 편파 특성이 조절되거나, 또는, 하기 도 9와 같이 특정 안테나 요소가 온(on)/오프(off)될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 스위치 제어를 통한 송신 및 수신 전환을 도시한다. 상기 도 7을 참고하면, (a)와 같이, 스위치 562-1은 제1타입 서브 유닛 442-1을 송신 경로와 연결할 수 있다. 이에 따라, 전력 증폭기 572-1에 의해 증폭된 송신 신호는 위상 천이부 552-1을 거쳐 상기 제1타입 서브 유닛 442-1를 통해 수평 편파 특성으로 송신될 수 있다. 또는, (b)와 같이, 상기 스위치 562-1은 상기 제1타입 서브 유닛 442-1을 수신 경로와 연결할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1타입 서브 유닛 442-1을 통해 수신된 수평 편파 특성을 가지는 수신 신호는 위상 천이부 552-1을 거쳐 저잡음 증폭기 574-1에 의해 증폭될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 스위치 제어를 통한 편파 변환을 도시한다. 상기 도 8을 참고하면, (a)와 같이, 스위치 562-1은 제1타입 서브 유닛 442-1을 송신 경로와 연결할 수 있다. 이에 따라, 전력 증폭기 572-1에 의해 증폭된 송신 신호는 위상 천이부 552-1을 거쳐 상기 제1타입 서브 유닛 442-1를 통해 수평 편파 특성으로 송신될 수 있다. 또는, (b)와 같이, 상기 스위치 562-1은 제2타입 서브 유닛 444-1을 상기 송신 경로와 연결할 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 증폭기 572-1에 의해 증폭된 송신 신호는 위상 천이부 554-1을 거쳐 상기 제2타입 서브 유닛 444-1를 통해 수직 편파 특성으로 송신될 수 있다. 또는, (c)와 같이, 상기 스위치 562-1은 상기 제1타입 서브 유닛 442-1 및 상기 제2타입 서브 유닛 444-1 모두를 상기 송신 경로와 연결할 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 증폭기 572-1에 의해 증폭된 송신 신호는 상기 위상 천이부 552-1을 거쳐 상기 제1타입 서브 유닛 442-1를 통해 수평 편파 특성으로 송신되고, 동시에, 상기 위상 천이부 554-1을 거쳐 상기 제2타입 서브 유닛 444-1를 통해 수직 편파 특성으로 송신될 수 있다. 즉, 상기 스위치 562-1이 상기 송신 경로를 2개의 서브 유닛들 442-1 및 444-1 모두에 연결함으로써, 수직 편파 및 수평 편파를 포함하는 이중(dual) 편파 특성의 빔이 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 스위치 제어를 통한 안테나 요소의 연결 제어를 도시한다. 상기 도 9를 참고하면, 스위치 562-1가 송신 경로 및 수신 경로를 서브 유닛들 442-1 및 444-1 중 어느 것과도 연결하지 아니할 수 있다. 이 경우, 상기 서브 유닛들 442-1 및 444-1을 포함하는 안테나 요소는 불활성 상태가 될 수 있다. 채널 품질이 충분히 우수하거나, 또는, 다른 목적으로 인해 일부 안테나 요소만을 사용하는 경우, 상기 도 9와 같은 제어를 통해 일부 안테나 요소들이 불활성화될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 빔 개수에 따른 신호 송신 절차를 도시한다. 상기 도 10은 상기 장치 110의 동작 방법을 예시한다.
상기 도 10을 참고하면, 상기 장치는 1001단계에서 빔 개수를 결정한다. 상기 빔 개수는 채널 품질, 반송파 주파수, 상대방 장치의 요청 중 적어도 하나에 기초하여 결정될 수 있다. 나아가, 상기 장치는 각 빔의 특성(예: 빔폭, 빔 전력, 편파 등)을 더 결정할 수 있다.
이어, 상기 장치는 1003단계로 진행하여 신호 처리 회로 및 안테나 서브셋들 간 경로를 설정한다. 구체적으로, 상기 장치는 다수의 안테나 어레이들을 적어도 하나의 안테나 서브셋으로 구분하고, 각 안테나 서브셋으로 각 빔을 통해 송신될 송신 신호가 공급되도록 상기 경로를 설정한다. 예를 들어, 상기 장치는 적어도 하나의 스위치를 제어함으로써, 상기 경로를 설정할 수 있다. 여기서, 하나의 안테나 서브셋은 적어도 하나의 안테나 어레이를 포함한다.
이후, 상기 장치는 1005단계로 진행하여 신호를 송신한다. 이때, 상기 1003단계에서의 경로 설정에 따라, 상기 1001단계에서 결정된 빔 개수 만큼의 빔이 형성될 수 있다. 이를 위해, 상기 장치는 각 안테나 서브셋을 통해 송신되는 신호에 위상 천이 값들을 인가할 수 있다. 다시 말해, 상기 장치는 각 안테나 서브셋을 통해 송신되는 신호에 상기 위상 천이 값들을 곱할 수 있다. 상기 위상 천이 값들은, 위상 벡터(phase vector), 빔포밍 벡터(beamforming vector), 아날로그 프리코더(analog precoder), 아날로그 프리코딩 벡터(analog precoding vector) 등으로 지칭될 수 있다.
일반적으로, 안테나 어레이를 설계함에 있어서, 송수신 신호의 주파수가 안테나 요소들 간 간격에 영향을 미친다. 따라서, 안테나 어레이의 물리적 형상이 결정되면, 최적의 주파수가 정해진다. 그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 장치는 상술한 바와 같은 안테나 어레이의 구조를 사용하여 반송파 주파수(carrier frequency)에 따라 안테나 요소들 간 간격을 조절할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 안테나 요소 간격 조절에 따른 빔 변화를 도시한다. 상기 도 11은 가변(scalable) 반송파 주파수에 따른 안테나 제어를 예시한다. 상기 도 11에서, (a)는 배치된 안테나 요소들 간 간격에 대응하는 반송파 주파수가 사용되는 경우를, (b)는 배치된 안테나 요소들 간 간격의 2배 간격에 대응하는 반송파 주파수가 사용되는 경우를 예시한다. 예를 들어, 상기 간격의 2배는 반송파 주파수의 1/2에 상응할 수 있다. 구체적으로, 상기 (a)는 반송파 주파수가 60GHz인 경우를, 상기 (b)는 반송파 주파수가 30GHz인 경우에 대응할 수 있다.
상기 도 11의 (a)를 참고하면, 모든 안테나 요소들이 하나의 빔을 형성한다. 채널 품질이 필요한 수준 이상으로 우수한 경우, 장치는 일부 안테나 요소를 불활성화함으로써, 소비 전력을 감소시킬 수 있다. 상기 도 11의 (b)를 참고하면, 절반의 안테나 요소들이 하나의 빔을, 나머지 절반의 안테나 요소들이 다른 하나의 빔을 형성한다. 이때, 상기 절반의 안테나 요소들은 인접한 안테나 요소들을 포함하지 아니하고, 하나 걸러 하나씩, 약 2배의 간격을 가지는 안테나 요소들을 포함한다. 이때, 2개의 빔들은 서로 다른 편파 특성을 가지도록 제어될 수 있다. 채널 품질이 필요한 수준 이상으로 우수한 경우, 상기 장치는 일부 안테나 요소를 불활성화함으로써, 소비 전력을 감소시킬 수 있다. 이때, 상기 장치는 상기 2개의 빔을 모두 활성화시켜 동작을 할 수도 있고, 또는 하나의 빔 만을 활성화시켜 동작을 할 수도 있다. 상기 (a)와 같은 빔포밍을 위한 경로 제어는 하기 도 12a와 같고, 상기 (b)와 같은 빔포밍을 위한 경로 제어는 하기 도 12b와 같다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 주파수에 따른 경로 제어를 도시한다. 상기 도 12a 및 상기 도 12b는 반송파 주파수의 변화에 따라 하나의 빔을 위해 사용되는 안테나 요소들의 개수 및 안테나 요소들 간 간격이 달라지는 경우를 예시한다.
상기 도 12a는 반송파 주파수가 60GHz인 경우를 예시한다. 상기 도 12a을 참고하면, 장치는 수평 편파 특성을 가지는 제1타입 서브 유닛들 442-1 내지 442-8, 수직 편파 특성을 가지는 제2타입 서브 유닛들 444-1 내지 444-8, 상기 제1타입 서브 유닛들 442-1 내지 442-8에 대응하는 위상 천이부들 552-1 내지 552-8, 상기 제2타입 서브 유닛들 444-1 내지 444-8에 대응하는 위상 천이부들 554-1 내지 554-8, 상기 스위치들 562-1 내지 562-8, 상기 전력 증폭기들 572-1 내지 572-8, 상기 저잡음 증폭기들 574-1 내지 574-8, DAC 1282, 60GHz를 위한 RF 블록A 1284, 60GHz를 위한 RF 블록B들 1286-1 내지 1286-8를 포함한다. 상기 도 12a와 같이, 송신 신호는 60GHz를 위한 RF 블록들 1284, 1286-1 내지 1286-8에 의해 처리되며, 다수의 안테나 요소들 간 서로 다른 위상 천이 값들 θ0(Φ) 내지 θ7(Φ)이 인가됨으로써, 빔에 방향성이 부여될 수 있다.
상기 도 12b는 반송파 주파수가 30GHz인 경우를 예시한다. 상기 도 12b를 참고하면, 장치는 수평 편파 특성을 가지는 제1타입 서브 유닛들 442-1 내지 442-8, 수직 편파 특성을 가지는 제2타입 서브 유닛들 444-1 내지 444-8, 상기 제1타입 서브 유닛들 442-1 내지 442-8에 대응하는 위상 천이부들 552-1 내지 552-8, 상기 제2타입 서브 유닛들 444-1 내지 444-8에 대응하는 위상 천이부들 554-1 내지 554-8, 상기 스위치들 562-1 내지 562-8, 상기 전력 증폭기들 572-1 내지 572-8, 상기 저잡음 증폭기들 574-1 내지 574-8, DAC들 1292-1 및 1292-2, 30GHz를 위한 RF 블록A들 1294-1 및 1294-2, 30GHz를 위한 RF 블록B들 1296-1 내지 1296-8를 포함한다. 상기 도 12b와 같이, 하나의 송신 신호는 30GHz를 위한 RF 블록들 1294-1, 1296-1, 1296-3, 1296-5, 1296-7에 의해 처리되며, 다수의 안테나 요소들 간 서로 다른 위상 천이 값들 θ0(Φ1) 내지 θ3(Φ1)이 인가됨으로써, 하나의 빔이 형성된다. 다른 하나의 송신 신호는 30GHz를 위한 RF 블록들 1294-2, 1296-2, 1296-4, 1296-6, 1296-8에 의해 처리되며, 다수의 안테나 요소들 간 서로 다른 위상 천이 값들 θ0(Φ2) 내지 θ3(Φ2)이 인가됨으로써, 다른 하나의 빔이 형성된다. 즉, 상기 도 12b에 도시된 바와 같이, 서로 다른 안테나 어레이들에 포함된 안테나 요소들을 조합한 안테나 서브셋을 통해 빔이 형성될 수 있다.
상기 도 12a 및 상기 도 12b와 같이, 반송파 주파수에 따라 안테나 서브셋이 구성될 수 있다. 상기 도 12a 및 상기 도 12b와 같은 적응적 경로 설정을 위해, 적어도 하나의 스위치가 더 포함될 수 있다. 즉, 상기 도 12a 및 상기 도 12b는 등가적 연결 구조를 예시하며, 경로를 설정하기 위한 적어도 하나의 스위치는 설명의 편의를 위해 생략되었음이 자명하다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 주파수에 따른 신호 송신 절차를 도시한다. 상기 도 13은 상기 장치 110의 동작 방법을 예시한다.
상기 도 13을 참고하면, 상기 장치는 1301단계에서 반송파 주파수에 따라 안테나 서브셋을 결정한다. 다시 말해, 상기 장치는 상기 반송파 주파수에 기초하여 안테나 요소들 간 간격을 결정하고, 상기 간격에 부합하는 안테나 요소들을 조합한 적어도 하나의 안테나 서브셋을 결정한다. 이에 따라, 서로 다른 안테나 어레이들에 속한 안테나 요소들을 포함하는 적어도 하나의 안테나 서브셋이 결정될 수 있다.
이어, 상기 장치는 1303단계로 진행하여 신호 처리 회로 및 상기 안테나 서브셋 간 경로를 설정한다. 구체적으로, 상기 장치는 각 안테나 서브셋으로 각 빔을 통해 송신될 송신 신호가 공급되도록 상기 경로를 설정한다. 예를 들어, 상기 장치는 적어도 하나의 스위치를 제어함으로써, 상기 경로를 설정할 수 있다. 여기서, 하나의 안테나 서브셋은 적어도 하나의 안테나 어레이를 포함한다.
이후, 상기 장치는 1305단계로 진행하여 신호를 송신한다. 이때, 상기 1303단계에서의 경로 설정에 따라, 상기 1301단계에서 결정된 빔 개수 만큼의 빔이 형성될 수 있다. 이를 위해, 상기 장치는 각 안테나 서브셋을 통해 송신되는 신호에 위상 천이 값들을 인가함으로써, 빔포밍을 수행할 수 있다. 다시 말해, 상기 장치는 각 안테나 서브셋을 통해 송신되는 신호에 상기 위상 천이 값들을 곱할 수 있다. 상기 위상 천이 값들은, 위상 벡터, 빔포밍 벡터, 아날로그 프리코더, 아날로그 프리코딩 벡터 등으로 지칭될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 장치는 안테나 어레이들 및 안테나 요소들에 대한 경로 제어를 통해, 다양한 형태의 빔포밍을 수행할 수 있다. 따라서, 상기 장치는 통신 환경에 따라 적응적으로 빔포밍을 수행할 수 있다. 나아가, 상기 장치는 적응적 빔포밍을 사용하여, 보다 효율적인 빔 탐색을 수행할 수 있다. 예를 들어, 2개의 장치들이 통신을 수행하는 경우, 하기 <표 2>와 같은 기준에 따라 빔 탐색이 수행될 수 있다.
장치A 장치B(그룹1의 경우) 장치B(그룹2의 경우) 장치B(그룹3의 경우)
A→B 모드-1 모드-1 모드-1 모드-1

B→A		 모드-1 모드-1
모드-1 모드-2
모드-2 모드-2
상기 <표 2>에서, "A→B"는 장치A에서 장치B로의 링크를, "B→A"는 장치B에서 장치A로의 링크를 의미한다. 상기 장치A가 기지국(base station)이고, 상기 장치B가 단말(terminal)인 경우, "A→B"는 하향링크를, "B→A"는 상향링크를 의미한다. 상기 <표 2>의 '모드-1' 및 '모드-2'는 상기 <표 1>에 설명된 모드들로서, 상기 '모드-1'은 2의 MIMO 차수 및 상대적으로 넓은 빔을 사용하는 상태이고, 상기 '모드-2'는 1의 MIMO 차수 및 상대적으로 좁은 빔을 사용하는 상태이다.
상기 <표 2>와 같은 기준에 따라 빔 탐색을 수행함으로 인해, 그룹 별로 빔 탐색의 구체적인 절차가 달라질 수 있다. 상기 <표 2>에 나타나지 아니하였으나, 장치A는 모드-2로 동작하고, 장치B는 모드-1로 동작하는 빔 탐색도 수행될 수 있다. 예를 들어, 빔 탐색은 하기 도 14와 같이 수행될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 빔 탐색 절차를 도시한다. 상기 도 14는 상기 빔 탐색 절차를 제어하는 장치로서 '기지국'을, 상기 상기 빔 탐색 절차에 참여하는 다른 장치로서 '단말'을 예시한다. 그러나, 상기 도 14에 도시된 절차는 하나의 단말 및 다른 다수의 단말들에도 적용될 수 있다. 상기 도 14의 절차를 수행하는 단말은 상기 장치 110일 수 있다.
상기 도 14를 참고하면, 상기 단말은 1401단계에서 기지국과의 채널 전력을 측정한다. 이때, 상기 단말은 모드-1 또는 모드-2로 동작한다. 상기 채널 전력의 측정과 함께, 상기 단말은 기지국에 대한 최적의 빔 방향을 결정한다. 즉, 상기 단말은 가능한 빔 방향들을 수신 빔들로 스위핑(sweeping)하고, 각 빔 방향에서 측정된 채널 전력들 중 최대의 채널 전력을 확인한다. 상기 채널 전력은 신호 세기, 채널 품질 등으로 대체될 수 있다. 즉, 상기 단말은 미리 약속된 값의 신호를 사용하여 상기 채널 전력을 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 신호는 기준 신호(reference signal), 동기 신호, 프리앰블(preamble), 비콘(beacon) 신호, 파일럿 신호(pilot) 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이어, 상기 단말은 1403단계로 진행하여 측정된 채널 전력을 기준으로 상향링크 전송을 위한 단말 그룹을 선택한다. 예를 들어, 상기 단말 그룹은 그룹1, 그룹2, 그룹3으로 분류될 수 있다. 상기 채널 전력 및 각 그룹과의 대응 관계는 미리 정의될(predefined) 수 있다. 예를 들어, 상기 대응 관계를 판단하기 위한 2개의 임계값들이 미리 정의될 수 있다. 이 경우, 상기 채널 전력이 제1임계값을 초과하면 상기 그룹1이 선택되고, 상기 채널 전력이 상기 제1임계값 이하이고, 제2임계값을 초과하면 상기 그룹2이 선택되고, 상기 채널 전력이 상기 제2임계값 이하이면 상기 그룹3이 선택될 수 있다. 다른 예로, 상기 단말은 하기 <표 3>과 같은 기준으로 상기 그룹1, 상기 그룹2, 상기 그룹3 중 하나를 선택할 수 있다.
그룹 조건
그룹1 Pref-Poffset-Pmode > Pthreshold
그룹2 Pref-Poffset+6-Pmode > Pthreshold
그룹3 Pref-Poffset+12-Pmode > Pthreshold
상기 <표 3>에서, Pref는 단말에서 측정된 기지국의 하향링크 신호에 대한 전력 크기, Poffset은 단말 및 기지국 간 전력 증폭기 크기 차이(예: 12dB), Pmode는 상기 하향링크 신호에 대한 전력 측정 시 사용된 모드에 대응하는 오프셋(offset), Pthreshold는 기준 신호 수신에 필요한 최소의 신호 전력을 의미한다. 예를 들어, 상기 하향링크 신호에 대한 전력 측정 시 상기 모드-1이 사용된 경우, 상기 Pmode는 0dB일 수 있다. 또는, 상기 하향링크 신호에 대한 전력 측정 시 상기 모드-2가 사용된 경우, 상기 Pmode는 6dB일 수 있다. 상기 Poffset은, 본 절차와 별도로, 상기 기지국으로부터 단말로 제어 신호를 통해 제공될 수 있다. 즉, 상기 단말은 상기 단말 및 상기 기지국 간 전력 증폭기 크기 차이를 알리는 제어 정보를 수신하거나, 또는, 상기 기지국의 전력 증폭기 크기를 알리는 제어 정보를 수신하고, 상기 Pmode를 계산할 수 있다.
상기 1403단계에서 상기 그룹1이 선택된 경우, 상기 단말은 1405단계로 진행하여 모드-1을 선택한다. 다시 말해, 상기 단말은 다수의 빔들을 동시에 형성하는 모드로 동작한다. 이를 위해, 상기 단말은 다수의 안테나 서브셋들을 구성하고, 각 안테나 서브셋으로 서로 다른 송신 신호가 공급되도록 경로를 설정한다. 예를 들어, 상기 단말은 상기 도 6a와 같이 경로를 제어할 수 있다.
이어, 상기 단말은 1407단계로 진행하여 상기 그룹1을 위한 상향링크 채널 접속(channel access) 구간에서 자원을 선택한다. 예를 들어, 상기 단말은 상기 상향링크 채널 접속 구간 내의 랜덤 억세스(RA: random access) 용도의 자원 슬롯(slot)들 중 하나를 임의로 선택한다. 또는, 상기 단말은 상기 상향링크 채널 접속 구간 내에서 SP(service period)로 할당된 자원을 기지국으로부터 할당받을 수 있다. 또는, 상기 단말은 용도에 무관하게 자원을 선택할 수 있다. 여기서, 상기 채널 접속 구간은 '피드백(feedback) 자원 구간'이라 지칭될 수 있다.
이후, 상기 단말은 1409단계로 진행하여 선택한 자원 슬롯 내에서 N/2회 기준 신호들을 송신한다. 여기서, 상기 N은 상기 기지국의 빔 방향들의 개수를 의미한다. 다시 말해, 상기 단말은 상기 최적의 빔 방향으로 기준 신호들을 송신하며, 수평 편파 특성의 빔 및 수직 편파 특성의 빔을 동시에 사용한다. 이때, 상기 단말은 상기 기지국의 빔 및 채널 정보를 함께 송신할 수 있다. 예를 들어, 상기 기준 신호 및 상기 기지국의 빔 및 채널 정보는 하나의 패킷으로서 송신될 수 있다. 또는, 상기 단말은 상기 기준 신호의 송신과 별도로 상기 기지국의 빔 및 채널 정보를 송신할 수 있다. 이때, 기지국은 모드-1로 동작하며, 전체 빔 방향들 중 절반을 수평 편파 특성의 수신 빔들로, 나머지 절반을 수직 편파 특성의 수신 빔들로 스위핑한다. 이에 따라, 상기 기지국은 상기 단말에 대한 최적의 빔 방향을 결정할 수 있다.
상기 1403단계에서 상기 그룹2가 선택된 경우, 상기 단말은 1411단계로 진행하여 모드-2를 선택한다. 다시 말해, 상기 단말은 하나의 빔을 형성하는 모드로 동작한다. 이를 위해, 상기 단말은 안테나 요소들 전체 또는 일부를 하나의 안테나 서브셋으로 구성하고, 상기 안테나 서브셋으로 하나의 송신 신호가 공급되도록 경로를 설정한다. 예를 들어, 상기 단말은 상기 도 6b와 같이 경로를 제어할 수 있다. 이때, 상기 단말은 사용할 편파 특성을 결정한다. 예를 들어, 상기 채널 전력 측정 시 다수의 편파들이 사용된 경우, 상기 단말은 상대적으로 큰 전력 값이 측정된 편파를 선택할 수 있다.
이어, 상기 단말은 1413단계로 진행하여 상기 그룹2를 위한 상향링크 채널 접속 구간에서 자원을 선택한다. 예를 들어, 상기 단말은 상기 상향링크 채널 접속 구간 내의 랜덤 억세스 용도의 자원 슬롯들 중 하나를 임의로 선택한다. 또는, 상기 단말은 상기 상향링크 채널 접속 구간 내에서 SP로 지정된 자원을 기지국으로부터 할당받을 수 있다. 또는, 상기 단말은 용도에 무관하게 자원을 선택할 수 있다.
이후, 상기 단말은 1415단계로 진행하여 선택한 자원 슬롯 내에서 N×LMS회 기준 신호들을 송신한다. 여기서, 상기 N은 상기 기지국의 넓은 빔 방향들의 개수를 의미하며, 상기 LMS는 상기 단말의 넓은 빔 및 좁은 빔 간 빔폭 차이에 기초한 파라미터로서, 하나의 넓은 빔에 대응하는 좁은 빔의 개수를 의미한다. 즉, 상기 단말은 상기 모드-2로 동작함으로써 상기 채널 전력 측정 시보다 상대적으로 좁은 빔을 통해 상기 기준 신호들을 송신할 수 있다. 따라서, 넓은 빔을 사용하여 선택된 최적의 빔 방향의 범위를 스위핑하기 위해, 상기 단말은 상기 넓은 빔을 사용하는 경우보다 더 많은 횟수로 상기 기준 신호들을 송신해야 한다. 다시 말해, 상기 단말은 상기 최적의 빔 방향의 범위 내에서 기준 신호들을 송신하며, 수평 편파 특성의 빔 또는 수직 편파 특성의 빔 중 하나를 사용한다. 이때, 상기 단말은 상기 기지국의 빔 및 채널 정보를 함께 송신할 수 있다. 예를 들어, 상기 기준 신호 및 상기 기지국의 빔 및 채널 정보는 하나의 패킷으로서 송신될 수 있다. 또는, 상기 단말은 상기 기준 신호의 송신과 별도로 상기 기지국의 빔 및 채널 정보를 송신할 수 있다. 이때, 기지국은 모드-1로 동작하며, 전체 빔 방향들을 수평 편파 특성의 수신 빔 및 수직 편파 특성의 수신 빔 모두를 사용하여 스위핑한다. 이에 따라, 상기 기지국은 상기 단말에 대한 최적의 빔 방향을 결정할 수 있다.
상기 1403단계에서 상기 그룹3이 선택된 경우, 상기 단말은 1417단계로 진행하여 모드-2를 선택한다. 다시 말해, 상기 단말은 하나의 빔을 형성하는 모드로 동작한다. 이를 위해, 상기 단말은 안테나 요소들 전체 또는 일부를 하나의 안테나 서브셋으로 구성하고, 상기 안테나 서브셋으로 하나의 송신 신호가 공급되도록 경로를 설정한다. 예를 들어, 상기 단말은 상기 도 6b와 같이 경로를 제어할 수 있다. 이때, 상기 단말은 사용할 편파 특성을 결정한다. 예를 들어, 상기 기지국의 하향링크 채널 전력 측정 시 다수의 편파들이 사용된 경우, 상기 단말은 상대적으로 큰 전력 값이 측정된 편파를 선택할 수 있다.
이어, 상기 단말은 1419단계로 진행하여 상기 그룹3을 위한 상향링크 채널 접속 구간에서 자원을 선택한다. 예를 들어, 상기 단말은 상기 상향링크 채널 접속 구간 내의 랜덤 억세스 용도의 자원 슬롯들 중 하나를 임의로 선택한다. 또는, 상기 단말은 상기 상향링크 채널 접속 구간 내의 SP로 지정된 자원을 기지국으로부터 할당받을 수 있다. 또는, 상기 단말은 용도에 무관하게 자원을 선택할 수 있다.
이후, 상기 단말은 1421단계로 진행하여 선택한 자원 슬롯 내에서 N×LMS×LBS회 기준 신호들을 송신한다. 여기서, 상기 N은 상기 기지국의 넓은 빔 방향들의 개수를 의미하며, 상기 LMS는 상기 단말의 넓은 빔 및 좁은 빔 간 빔폭 차이에 기초한 파라미터로서, 하나의 넓은 빔에 대응하는 좁은 빔의 개수를 의미하고, 상기 LBS는 상기 기지국의 넓은 빔 및 좁은 빔 간 빔폭 차이에 기초한 파라미터로서, 하나의 넓은 빔에 대응하는 좁은 빔의 개수를 의미한다. 다시 말해, 상기 단말은 상기 최적의 빔 방향의 범위 내에서 서로 다른 방향의 좁은 빔들을 사용하여 기준 신호들을 송신하며, 수평 편파 특성의 빔 또는 수직 편파 특성의 빔 중 하나를 사용한다. 이때, 상기 단말은 상기 기지국의 빔 및 채널 정보를 함께 송신할 수 있다. 예를 들어, 상기 기준 신호 및 상기 기지국의 빔 및 채널 정보는 하나의 패킷으로서 송신될 수 있다. 또는, 상기 단말은 상기 기준 신호의 송신과 별도로 상기 기지국의 빔 및 채널 정보를 송신할 수 있다. 이때, 기지국은 모드-1로 동작하며, 전체 빔 방향들을 수평 편파 특성의 수신 빔 및 수직 편파 특성의 수신 빔 모두를 사용하여 스위핑한다. 단, 상기 1415단계와 달리, 상기 기지국은 전체 안테나 요소들을 통해 상기 수평 편파 특성의 수신 빔 및 상기 수직 편파 특성의 수신 빔을 형성한다. 즉, 상기 기지국은 이중(dual) 편파 특성의 빔들을 형성한다. 이에 따라, 상기 기지국은 상기 단말에 대한 최적의 빔 방향을 결정할 수 있다.
상기 도 14를 참고하여 설명한 실시 예에 따르는 경우, 기지국 및 단말의 모드, 빔 탐색을 위한 오버헤드(overhead)를 정리하면 하기 <표 4>와 같다.
링크 기지국 모드 단말 모드 요구되는 빔 탐색 자원량 수신신호세기[dB]
하향링크 모드-1 모드-1 N×M Pref

상향링크		 모드-1 모드-1 N/2×KGroup -1×(1+PrRA) Pref-Poffset
모드-1 모드-2 N/2×LMS×KGroup -2×(1+PrRA) Pref-Poffset+6
모드-2 모드-2 N/2×LMS×LBS×KGroup -3×(1+PrRA) Pref-Poffset+12
상기 <표 4>에서, N은 기지국의 빔 방향 개수, M은 단말의 빔 방향 개수, KGroup-1은 그룹1에 속한 단말 개수, KGroup-2는 그룹2에 속한 단말 개수, KGroup-3은 그룹3에 속한 단말 개수, LMS는 단말의 하나의 넓은 빔에 대응하는 좁은 빔 개수, LBS는 기지국의 하나의 넓은 빔에 대응하는 좁은 빔 개수, PrRA는 초기 접속하는 단말의 랜덤 억세스 시도 확률을 의미한다.
본 발명은 이하 도 15 내지 이하 도 20에 도시된 구체적인 예들을 통해 상술한 빔 탐색 절차의 다양한 예들을 설명한다. 이하 도 15 내지 이하 도 20에서, 장치A 110-1은 상기 빔 탐색 절차를 제어하는 노드이다. 예를 들어, 상기 장치A 110-1은 기지국, 장치B 110-2는 단말일 수 있다. 이하 도 15 내지 이하 도 20에서, 상기 장치B 110-2가 하나의 편파를 사용하는 경우, 수평 편파가 선택되는 상황이 예시된다. 그러나, 채널 환경에 따라, 수직 편파가 선택될 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 빔 스위핑을 도시한다. 상기 도 15는 빔 스위핑을 통한 최적 빔 방향들의 결정을 예시한다.
상기 도 15의 (a)를 참고하면, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 서로 다른 편파 특성들의 2개의 빔들을 동시에 형성한다. 그리고, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 모든 빔 방향들을 서로 다른 편파 특성들의 빔으로 스위핑한다. 이때, 상기 장치A 110-1이 기준 신호들을 송신하며, 상기 장치B 110-2는 신호 세기를 측정할 수 있다. 모든 빔 방향의 조합들을 확인하기 위해, 상기 장치A 110-1의 빔 방향 개수(=N) 및 상기 장치B 110-2의 빔 방향 개수(=M)의 곱(=M×N) 만큼의 기준 신호 송신들이 요구된다. 이때, 상기 장치B 110-2가 사용할 수 있는 빔 방향의 개수가 하나의 탐색 구간에서 송신 가능한 기준 신호의 개수보다 클 수 있다. 이 경우, 상기 장치B 110-2는 하나의 탐색 구간에서 일부 빔 방향들을 선택적으로 스위핑할 수 있다. 상기 도 15의 (a)는 상기 도 14의 1401단계의 예로 이해될 수 있다.
상기 도 15의 (a)와 같은 빔 스위핑을 통해, 상기 장치B 110-2는 다양한 빔 조합들에 대한 채널 특성을 파악하고, 최적의 빔 인덱스(index)를 선택할 수 있다. 여기서, 상기 빔 인덱스는 상기 장치A 110-1의 송신 빔 인덱스 및 상기 장치B 110-2의 수신 빔 인덱스 중 적어도 하나를 포함한다. 그리고, 상기 장치B 110-2는 선택된 빔 인덱스에 대한 정보 및 선택된 빔 인덱스를 사용한 경우에 대한 채널 품질 정보를 상기 장치A 110-1로 피드백할 수 있다. 이때 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2 간 채널 상태에 따라, 피드백 정보의 전송 및 수신에 필요한 모드가 달라질 수 있다.
상기 도 15의 (a)에서, 상기 장치A 110-1은 안테나 어레이들을 2개의 안테나 서브셋들로 구분하고, 각 안테나 서브셋을 통해 서로 다른 빔들을 형성한다. 이는, 상기 장치A 110-1의 송신 전력이 충분히 커서, 모드-1로 동작하더라도 셀 경계에 위치한 장치들로 기준 신호들이 도달함을 가정한 것이다. 따라서, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 장치A 110-1은 더 좁은 빔폭을 가지는 하나의 빔들을 통해 상기 기준 신호들을 송신할 수 있다. 이 경우, 기준 신호의 송신 횟수가 더 증가할 수 있다.
상기 도 15의 (b)를 참고하면, 상기 장치A 110-1의 최적 빔 방향 및 상기 장치B 110-2의 최적 빔 방향이 결정된 상황이 도시한다. 이에 따라, 아래와 같은 편파 특성들을 고려한 채널 정보가 결정될 수 있다.
Figure 112015057523181-pat00001
상기 <수학식 1>에서, C11은 상기 장치A 110-1의 수평 편파 빔 및 상기 장치B 110-2의 수평 편파 빔 간 채널 값, C12은 상기 장치A 110-1의 수직 편파 빔 및 상기 장치B 110-2의 수평 편파 빔 간 채널 값, C21은 상기 장치A 110-1의 수평 편파 빔 및 상기 장치B 110-2의 수직 편파 빔 간 채널 값, C22는 상기 장치A 110-1의 수직 편파 빔 및 상기 장치B 110-2의 수직 편파 빔 간 채널 값을 의미한다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 그룹1에 속한 장치를 위한 빔의 탐색 절차의 일 예를 도시한다. 상기 도 16에서, (a)는 상기 도 14의 1401단계에, (b)는 상기 도 14의 1409단계에 대응하는 것으로 이해될 수 있다.
상기 도 16의 (a)를 참고하면, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 서로 다른 편파 특성들의 2개의 빔들을 동시에 형성한다. 그리고, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 모든 빔 방향들을 서로 다른 편파 특성들의 빔으로 스위핑한다. 이때, 상기 장치A 110-1이 기준 신호들을 송신하며, 상기 장치B 110-2는 신호 세기를 측정할 수 있다. 모든 빔 방향의 조합들을 확인하기 위해, 상기 장치A 110-1의 빔 방향 개수(=N) 및 상기 장치B 110-2의 빔 방향 개수(=M)의 곱(=M×N) 만큼의 기준 신호 송신들이 요구된다. 이에 따라, 상기 장치B 110-2는 다수의 빔 방향 조합들에 대한 신호 세기 또는 채널 품질을 측정할 수 있고, 최대의 신호 세기에 대응하는 빔 방향 조합에 속한 수신 빔 방향을 상기 장치A 110-1에 대한 최적의 빔 방향으로 결정할 수 있다. 나아가, 상기 장치B 110-2는 상기 장치A 110-1의 상기 장치B 110-2에 대한 최적의 송신 빔 방향을 결정할 수 있다.
상기 도 16의 (b)를 참고하면, 상기 장치B 110-2는 상기 최적의 빔 방향으로 기준 신호들을 송신한다. 이때, 상기 장치B 110-2는 수평 편파 특성의 빔 및 수직 편파 특성의 빔 모두를 사용하여 상기 기준 신호들을 송신한다. 이에 대응하여, 상기 장치A 110-1은 서로 다른 편파 특성을 가지는 수신 빔들을 형성하고, 전체 빔 방향들 중 절반을 수평 편파 특성의 수신 빔들로, 나머지 절반을 수직 편파 특성의 수신 빔들로 스위핑한다. 따라서, 상기 장치A 110-1이 모든 빔 방향을 스위핑하기 위해 N/2회 기준 신호 송신들이 요구된다. 여기서, 상기 N은 상기 장치A 110-1의 빔 방향들의 개수를 의미한다. 이에 따라, 상기 장치A 110-1는 다수의 빔 방향 조합들에 대한 신호 세기 또는 채널 품질을 측정할 수 있고, 최대의 신호 세기에 대응하는 빔 방향 조합에 속한 수신 빔 방향을 상기 장치A 110-1에 대한 최적의 빔 방향으로 결정할 수 있다.
상기 도 16의 (b)에 도시된 절차에서, 상기 장치B 110-2는 상기 장치A 110-1로 빔 인덱스, 채널 품질 정보 등을 포함하는 피드백 정보를 송신할 수 있다. 즉, 상기 (a)와 같은 절차를 통해, 상기 장치B 110-2는 최적의 빔 방향을 결정하였으므로, 피드백 정보를 상기 최적의 빔을 통해 송신할 수 있다. 상기 장치A 110-1은 어떤 빔 방향으로 상기 피드백 정보를 수신해야 하는지에 알지 못하므로, 상기 (b)와 같이 다수의 빔 방향들을 스위핑한다. 이때, 상기 장치B 110-2에서 어느 하나의 안테나 어레이에서 송신된 신호, 다시 말해, 어느 하나의 편파 특성으로 송신된 신호는 상기 장치A 110-1에 구비된 안테나 어레이들 중 적어도 하나의 안테나 어레이에서 우수한 품질로 수신될 수 있다. 즉, 상기 기준 신호를 이용한 상기 장치A 110-1의 최적 빔 방향 결정 및 상기 피드백 정보 수신은 하나의 절차 내에서 동시에 수행될 수 있다.
상기 도 16의 (c)를 참고하면, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 최적의 빔 방향들을 사용하여 데이터 통신을 수행한다. 이때, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 다수의 빔들을 사용하여 공간 다중화(sptial multiplexing) 전송을 수행할 수 있다. 다시 말해, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 다수의 스트림(stream)들을 동시에 송신할 수 있다. 또는, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 상기 다수의 빔들을 사용하여, 다이버시티(diversity) 전송을 수행할 수 있다. 다시 말해, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 하나의 스트림을 다수의 빔들을 통해 중복 송신할 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 그룹2에 속한 장치를 위한 빔의 탐색 절차의 일 예를 도시한다. 상기 도 17에서, (a)는 상기 도 14의 1401단계에, (b)는 상기 도 14의 1415단계에 대응하는 것으로 이해될 수 있다.
상기 도 17의 (a)를 참고하면, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 서로 다른 편파 특성들의 2개의 빔들을 동시에 형성한다. 그리고, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 모든 빔 방향들을 서로 다른 편파 특성들의 빔으로 스위핑한다. 이때, 상기 장치A 110-1이 기준 신호들을 송신하며, 상기 장치B 110-2는 신호 세기를 측정할 수 있다. 모든 빔 방향의 조합들을 확인하기 위해, 상기 장치A 110-1의 빔 방향 개수(=N) 및 상기 장치B 110-2의 빔 방향 개수(=M)의 곱(=M×N) 만큼의 기준 신호 송신들이 요구된다. 이에 따라, 상기 장치B 110-2는 다수의 빔 방향 조합들에 대한 신호 세기 또는 채널 품질을 측정할 수 있고, 최대의 신호 세기에 대응하는 빔 방향 조합에 속한 수신 빔 방향을 상기 장치A 110-1에 대한 최적의 빔 방향으로 결정할 수 있다. 나아가, 상기 장치B 110-2는 상기 장치A 110-1의 상기 장치B 110-2에 대한 최적의 송신 빔 방향을 결정할 수 있다.
상기 도 17의 (b)를 참고하면, 상기 장치B 110-2는 상기 최적의 빔 방향으로 기준 신호들을 송신한다. 이때, 상기 장치B 110-2는 수평 편파 특성의 빔 및 수직 편파 특성의 빔 중 하나를 사용하여 상기 기준 신호들을 송신한다. 즉, 상기 장치B 110-2는 상기 (a)의 경우보다 좁은 빔을 사용하며, 이에 따라, 상기 넓은 빔을 기준으로 선택된 최적 빔 방향의 범위를 상기 좁은 빔으로 스위핑한다. 이에 대응하여, 장치A 110-1은 전체 빔 방향들을 수평 편파 특성의 수신 빔 및 수직 편파 특성의 수신 빔 모두를 사용하여 스위핑한다. 이 경우, 모든 빔 방향의 조합들을 확인하기 위해, N×LMS회의 기준 신호 송신들이 요구된다. 여기서, 상기 N은 상기 장치A 110-1의 넓은 빔 방향들의 개수를 의미하며, 상기 LMS는 상기 장치B 110-2의 하나의 넓은 빔에 대응하는 좁은 빔의 개수를 의미한다. 이에 따라, 상기 장치A 110-1는 다수의 빔 방향 조합들에 대한 신호 세기 또는 채널 품질을 측정할 수 있고, 최대의 신호 세기에 대응하는 빔 방향 조합에 속한 수신 빔 방향을 상기 장치A 110-1에 대한 최적의 빔 방향으로 결정할 수 있다.
상기 도 17의 (b)에 도시된 절차에서, 상기 장치B 110-2는 상기 장치A 110-1로 빔 인덱스, 채널 품질 정보 등을 포함하는 피드백 정보를 송신할 수 있다. 즉, 상기 (a)와 같은 절차를 통해, 상기 장치B 110-2는 최적의 빔 방향을 결정하였으므로, 피드백 정보를 상기 최적의 빔을 통해 송신할 수 있다. 상기 장치A 110-1은 어떤 빔 방향으로 상기 피드백 정보를 수신해야 하는지에 알지 못하므로, 상기 (b)와 같이 다수의 빔 방향들을 스위핑한다. 이때, 상기 장치B 110-2에서 어느 하나의 안테나 어레이에서 송신된 신호, 다시 말해, 어느 하나의 편파 특성으로 송신된 신호는 상기 장치A 110-1에 구비된 안테나 어레이들 중 적어도 하나의 안테나 어레이에서 우수한 품질로 수신될 수 있다. 즉, 상기 기준 신호를 이용한 상기 장치A 110-1의 최적 빔 방향 결정 및 상기 피드백 정보 수신은 하나의 절차 내에서 동시에 수행될 수 있다.
상기 도 17의 (c)를 참고하면, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 최적의 빔 방향들을 사용하여 데이터 통신을 수행한다. 이때, 상기 장치A 110-1는 다수의 빔들을 형성하고, 상기 장치B 110-2는 하나의 빔을 형성한다. 이에 따라, 상기 장치A 110-1은 다이버시티 송신 및 다이버시티 수신을 수행할 수 있다. 다시 말해, 상기 장치A 110-1은 상기 장치 B 110-2가 전송하는 신호를 다수의 빔들을 통해 중복 수신하거나 또는 상기 장치 B 110-2를 향해서 다수 개의 빔들을 통해 중복 송신할 수 있다. 즉, 상기 장치A 110-1는 하나의 스트림을 다수의 빔들을 통해 중복 송신 또는 수신할 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 그룹2에 속한 장치를 위한 빔의 탐색 절차의 다른 예를 도시한다. 상기 도 18에서, (a)는 상기 도 14의 1401단계에, (b)는 상기 도 14의 1415단계에 대응하는 것으로 이해될 수 있다.
상기 도 18의 (a)를 참고하면, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 서로 다른 편파 특성들의 2개의 빔들을 동시에 형성한다. 그리고, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 모든 빔 방향들을 서로 다른 편파 특성들의 빔으로 스위핑한다. 이때, 상기 장치A 110-1이 기준 신호들을 송신하며, 상기 장치B 110-2는 신호 세기를 측정할 수 있다. 모든 빔 방향의 조합들을 확인하기 위해, 상기 장치A 110-1의 빔 방향 개수(=N) 및 상기 장치B 110-2의 빔 방향 개수(=M)의 곱(=M×N) 만큼의 기준 신호 송신들이 요구된다. 이에 따라, 상기 장치B 110-2는 다수의 빔 방향 조합들에 대한 신호 세기 또는 채널 품질을 측정할 수 있고, 최대의 신호 세기에 대응하는 빔 방향 조합에 속한 수신 빔 방향을 상기 장치A 110-1에 대한 최적의 빔 방향으로 결정할 수 있다. 나아가, 상기 장치B 110-2는 상기 장치A 110-1의 상기 장치B 110-2에 대한 최적의 송신 빔 방향을 결정할 수 있다.
상기 도 18의 (b)를 참고하면, 상기 장치B 110-2는 상기 최적의 빔 방향으로 기준 신호들을 송신한다. 이때, 상기 장치B 110-2는 수평 편파 특성의 빔 및 수직 편파 특성의 빔 중 하나를 사용하여 상기 기준 신호들을 송신한다. 즉, 상기 장치B 110-2는 상기 (a)의 경우보다 좁은 빔을 사용하며, 이에 따라, 상기 넓은 빔을 기준으로 선택된 최적 빔 방향의 범위를 상기 좁은 빔으로 스위핑한다. 이에 대응하여, 장치A 110-1은 전체 빔 방향들을 수평 편파 특성의 수신 빔 및 수직 편파 특성의 수신 빔 모두를 사용하여 스위핑한다. 이 경우, 모든 빔 방향의 조합들을 확인하기 위해, N×LMS회의 기준 신호 송신들이 요구된다. 여기서, 상기 N은 상기 장치A 110-1의 넓은 빔 방향들의 개수를 의미하며, 상기 LMS는 상기 장치B 110-2의 하나의 넓은 빔에 대응하는 좁은 빔의 개수를 의미한다. 이에 따라, 상기 장치A 110-1는 다수의 빔 방향 조합들에 대한 신호 세기 또는 채널 품질을 측정할 수 있고, 최대의 신호 세기에 대응하는 빔 방향 조합에 속한 수신 빔 방향을 상기 장치A 110-1에 대한 최적의 빔 방향으로 결정할 수 있다.
상기 도 18의 (b)에 도시된 절차에서, 상기 장치B 110-2는 상기 장치A 110-1로 빔 인덱스, 채널 품질 정보 등을 포함하는 피드백 정보를 송신할 수 있다. 즉, 상기 (a)와 같은 절차를 통해, 상기 장치B 110-2는 최적의 빔 방향을 결정하였으므로, 피드백 정보를 상기 최적의 빔을 통해 송신할 수 있다. 상기 장치A 110-1은 어떤 빔 방향으로 상기 피드백 정보를 수신해야 하는지에 알지 못하므로, 상기 (b)와 같이 다수의 빔 방향들을 스위핑한다. 이때, 상기 장치B 110-2에서 어느 하나의 안테나 어레이에서 송신된 신호, 다시 말해, 어느 하나의 편파 특성으로 송신된 신호는 상기 장치A 110-1에 구비된 안테나 어레이들 중 적어도 하나의 안테나 어레이에서 우수한 품질로 수신될 수 있다. 즉, 상기 기준 신호를 이용한 상기 장치A 110-1의 최적 빔 방향 결정 및 상기 피드백 정보 수신은 하나의 절차 내에서 동시에 수행될 수 있다.
상기 도 18의 (c)를 참고하면, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 최적의 빔 방향들을 사용하여 데이터 통신을 수행한다. 이때, 상기 장치A 110-1는 동일한 편파 특성의 다수의 빔들을 형성하고, 상기 장치B 110-2는 하나의 빔을 형성한다. 이 경우, 상기 도 17의 경우와 비교하여, 빔들 간 독립성은 감소할 수 있으나, 더 우수한 채널 품질을 가지는 빔들을 사용할 수 있는 장점이 있다. 이때, 상기 빔들 간 독립성을 향상시키기 위해, 상기 장치B 110-2는 어느 하나의 빔을 통해 송신되는 신호에 추가적 처리(예: 위상 천이)를 가할 수 있다. 상기 장치A 110-1은 다이버시티 송신 및 다이버시티 수신을 수행할 수 있다. 다시 말해, 상기 장치A 110-1는 하나의 신호를 다수의 빔들을 통해 중복 송신 또는 수신할 수 있다.
상기 도 17 및 상기 도 18의 실시 예들을 참고하면, 데이터 통신 시 상기 장치A 110-1은 서로 다른 편파 특성을 가지는 다수의 빔들을 사용하거나, 또는, 동일한 편파 특성을 가지는 다수의 빔들을 사용할 수 있다. 이를 위해, 상기 도 17 또는 상기 도 18의 (b)에 도시된 과정에서, 상기 장치A 110-1은 빔들의 편파 특성을 다르게 설정할지 또는 동일하게 설정할지를 판단할 수 있다.
구체적으로, 상기 장치A 110-1은 서로 다른 편파의 수신 빔들을 통해 수신된 신호들의 수신 세기들을 측정하고, 신호 세기들 간 차이가 미리 정의된 임계값 이하인 경우, 상기 도 17의 (c)와 같이 서로 다른 편파 특성을 가지는 다수의 빔들을 사용한다. 반면, 신호 세기들 간 차이가 미리 정의된 임계값을 초과하는 경우, 상기 장치A 110-1은 상기 도 18의 (c)와 같이 동일한 편파 특성을 가지는 다수의 빔들을 사용한다. 이때, 사용되는 편파는 더 큰 신호 세기에 대응하는 편파이다. 즉, 서로 다른 편파의 수신 빔들 간 채널 품질 차이가 임계값보다 크면, 상기 장치A 110-1은 편파 특성들 중 상대적으로 우수한 채널 품질에 대응하는 편파 특성을 가지는 적어도 하나의 빔을 사용할 수 있다.
다른 예로, 상기 장치A 110-1는 우선 상기 도 17의 (c)와 같이 서로 다른 편파 특성을 가지는 다수의 빔들을 사용한다. 상기 서로 다른 편파 특성을 가지는 다수의 빔들을 사용 중, 각 편파에 대한 신호 세기들에 따라, 상기 장치A 110-1는 상기 도 18의 (c)와 같이 편파를 조절할 수 있다. 구체적으로, 편파들 간 신호 세기들 간 차이가 미리 정의된 임계값을 초과하는 경우, 상기 장치A 110-1은 상기 도 18의 (c)와 같이 동일한 편파 특성을 가지는 다수의 빔들을 사용할 수 있다. 이때, 사용되는 편파는 더 큰 신호 세기에 대응하는 편파이다. 즉, 서로 다른 편파의 수신 빔들 간 채널 품질 차이가 임계값보다 크면, 상기 장치A 110-1은 편파 특성들 중 상대적으로 우수한 채널 품질에 대응하는 편파 특성을 가지는 적어도 하나의 빔을 사용할 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 그룹3에 속한 장치를 위한 빔의 탐색 절차의 일 예를 도시한다. 상기 도 19에서, (a)는 상기 도 14의 1401단계에, (b)는 상기 도 14의 1421단계에 대응하는 것으로 이해될 수 있다.
상기 도 19의 (a)를 참고하면, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 서로 다른 편파 특성들의 2개의 빔들을 동시에 형성한다. 그리고, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 모든 빔 방향들을 서로 다른 편파 특성들의 빔으로 스위핑한다. 이때, 상기 장치A 110-1이 기준 신호들을 송신하며, 상기 장치B 110-2는 신호 세기를 측정할 수 있다. 모든 빔 방향의 조합들을 확인하기 위해, 상기 장치A 110-1의 빔 방향 개수(=N) 및 상기 장치B 110-2의 빔 방향 개수(=M)의 곱(=M×N) 만큼의 기준 신호 송신들이 요구된다. 이에 따라, 상기 장치B 110-2는 다수의 빔 방향 조합들에 대한 신호 세기 또는 채널 품질을 측정할 수 있고, 최대의 신호 세기에 대응하는 빔 방향 조합에 속한 수신 빔 방향을 상기 장치A 110-1에 대한 최적의 빔 방향으로 결정할 수 있다. 나아가, 상기 장치B 110-2는 상기 장치A 110-1의 상기 장치B 110-2에 대한 최적의 송신 빔 방향을 결정할 수 있다.
상기 도 19의 (b)를 참고하면, 상기 장치B 110-2는 상기 최적의 빔 방향으로 기준 신호들을 송신한다. 이때, 상기 장치B 110-2는 수평 편파 특성의 빔 및 수직 편파 특성의 빔 중 하나를 사용하여 상기 기준 신호들을 송신한다. 즉, 상기 장치B 110-2는 상기 (a)의 경우보다 좁은 빔을 사용하며, 이에 따라, 상기 넓은 빔을 기준으로 선택된 최적 빔 방향의 범위를 상기 좁은 빔으로 스위핑한다. 이에 대응하여, 상기 장치A 110-1은 전체 빔 방향들을 수평 편파 특성의 좁은 수신 빔 및 수직 편파 특성의 좁은 수신 빔 모두를 사용하여 스위핑한다. 이 경우, 모든 빔 방향의 조합들을 확인하기 위해, N×LMS×LBS회의 기준 신호 송신들이 요구된다. 여기서, 상기 N은 상기 장치A 110-1의 넓은 빔 방향들의 개수를 의미하며, 상기 LMS는 상기 장치B 110-2의 하나의 넓은 빔에 대응하는 좁은 빔의 개수를 의미하고, 상기 LBS는 상기 장치A 110-1의 하나의 넓은 빔에 대응하는 좁은 빔의 개수를 의미한다. 이에 따라, 상기 장치A 110-1는 다수의 빔 방향 조합들에 대한 신호 세기 또는 채널 품질을 측정할 수 있고, 최대의 신호 세기에 대응하는 빔 방향 조합에 속한 수신 빔 방향을 상기 장치A 110-1에 대한 최적의 빔 방향으로 결정할 수 있다.
상기 도 19의 (b)에 도시된 절차에서, 상기 장치B 110-2는 상기 장치A 110-1로 빔 인덱스, 채널 품질 정보 등을 포함하는 피드백 정보를 송신할 수 있다. 즉, 상기 (a)와 같은 절차를 통해, 상기 장치B 110-2는 최적의 빔 방향을 결정하였으므로, 피드백 정보를 상기 최적의 빔을 통해 송신할 수 있다. 상기 장치A 110-1은 어떤 빔 방향으로 상기 피드백 정보를 수신해야 하는지에 알지 못하므로, 상기 (b)와 같이 다수의 빔 방향들을 스위핑한다. 이때, 상기 장치B 110-2에서 어느 하나의 안테나 어레이에서 송신된 신호, 다시 말해, 어느 하나의 편파 특성으로 송신된 신호는 상기 장치A 110-1에 구비된 안테나 어레이들 중 적어도 하나의 안테나 어레이에서 우수한 품질로 수신될 수 있다. 즉, 상기 기준 신호를 이용한 상기 장치A 110-1의 최적 빔 방향 결정 및 상기 피드백 정보 수신은 하나의 절차 내에서 동시에 수행될 수 있다.
상기 도 19의 (c)를 참고하면, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 최적의 빔 방향들을 사용하여 데이터 통신을 수행한다. 이때, 상기 장치A 110-1는 서로 다른 편파 특성을 모두 활성화함으로써 하나의 좁은 빔을 형성하고, 상기 장치B 110-2는 하나의 빔을 형성한다. 이 경우, 상기 도 16 내지 상기 도 18의 경우에 대비, 빔 이득이 최대가 될 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 그룹3에 속한 장치를 위한 빔의 탐색 절차의 다른 예를 도시한다. 상기 도 20에서, (a)는 상기 도 14의 1401단계에, (b)는 상기 도 14의 1421단계에 대응하는 것으로 이해될 수 있다.
상기 도 20의 (a)를 참고하면, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 서로 다른 편파 특성들의 2개의 빔들을 동시에 형성한다. 그리고, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 모든 빔 방향들을 서로 다른 편파 특성들의 빔으로 스위핑한다. 이때, 상기 장치A 110-1이 기준 신호들을 송신하며, 상기 장치B 110-2는 신호 세기를 측정할 수 있다. 모든 빔 방향의 조합들을 확인하기 위해, 상기 장치A 110-1의 빔 방향 개수(=N) 및 상기 장치B 110-2의 빔 방향 개수(=M)의 곱(=M×N) 만큼의 기준 신호 송신들이 요구된다. 이에 따라, 상기 장치B 110-2는 다수의 빔 방향 조합들에 대한 신호 세기 또는 채널 품질을 측정할 수 있고, 최대의 신호 세기에 대응하는 빔 방향 조합에 속한 수신 빔 방향을 상기 장치A 110-1에 대한 최적의 빔 방향으로 결정할 수 있다. 나아가, 상기 장치B 110-2는 상기 장치A 110-1의 상기 장치B 110-2에 대한 최적의 송신 빔 방향을 결정할 수 있다.
상기 도 20의 (b)를 참고하면, 상기 장치B 110-2는 상기 최적의 빔 방향으로 기준 신호들을 송신한다. 이때, 상기 장치B 110-2는 수평 편파 특성의 빔 및 수직 편파 특성의 빔 중 하나를 사용하여 상기 기준 신호들을 송신한다. 즉, 상기 장치B 110-2는 상기 (a)의 경우보다 좁은 빔을 사용하며, 이에 따라, 상기 넓은 빔을 기준으로 선택된 최적 빔 방향의 범위를 상기 좁은 빔으로 스위핑한다. 이에 대응하여, 상기 장치A 110-1은 전체 빔 방향들을 수평 편파 특성의 좁은 수신 빔 및 수직 편파 특성의 좁은 수신 빔 모두를 사용하여 스위핑한다. 이 경우, 모든 빔 방향의 조합들을 확인하기 위해, N×LMS×LBS회의 기준 신호 송신들이 요구된다. 여기서, 상기 N은 상기 장치A 110-1의 넓은 빔 방향들의 개수를 의미하며, 상기 LMS는 상기 장치B 110-2의 하나의 넓은 빔에 대응하는 좁은 빔의 개수를 의미하고, 상기 LBS는 상기 장치A 110-1의 하나의 넓은 빔에 대응하는 좁은 빔의 개수를 의미한다. 이에 따라, 상기 장치A 110-1는 다수의 빔 방향 조합들에 대한 신호 세기 또는 채널 품질을 측정할 수 있고, 최대의 신호 세기에 대응하는 빔 방향 조합에 속한 수신 빔 방향을 상기 장치A 110-1에 대한 최적의 빔 방향으로 결정할 수 있다.
상기 도 20의 (b)에 도시된 절차에서, 상기 장치B 110-2는 상기 장치A 110-1로 빔 인덱스, 채널 품질 정보 등을 포함하는 피드백 정보를 송신할 수 있다. 즉, 상기 (a)와 같은 절차를 통해, 상기 장치B 110-2는 최적의 빔 방향을 결정하였으므로, 피드백 정보를 상기 최적의 빔을 통해 송신할 수 있다. 상기 장치A 110-1은 어떤 빔 방향으로 상기 피드백 정보를 수신해야 하는지에 알지 못하므로, 상기 (b)와 같이 다수의 빔 방향들을 스위핑한다. 이때, 상기 장치B 110-2에서 어느 하나의 안테나 어레이에서 송신된 신호, 다시 말해, 어느 하나의 편파 특성으로 송신된 신호는 상기 장치A 110-1에 구비된 안테나 어레이들 중 적어도 하나의 안테나 어레이에서 우수한 품질로 수신될 수 있다. 즉, 상기 기준 신호를 이용한 상기 장치A 110-1의 최적 빔 방향 결정 및 상기 피드백 정보 수신은 하나의 절차 내에서 동시에 수행될 수 있다.
상기 도 20의 (c)를 참고하면, 상기 장치A 110-1 및 상기 장치B 110-2는 최적의 빔 방향들을 사용하여 데이터 통신을 수행한다. 이때, 상기 장치A 110-1는 하나의 편파 특성을 활성화함으로써 하나의 좁은 빔을 형성하고, 상기 장치B 110-2는 하나의 빔을 형성한다. 이 경우, 상기 도 19의 경우와 비교하면, 전력 소비가 감소하는 장점이 있다.
상기 도 19 및 상기 도 20의 실시 예들을 참고하면, 데이터 통신 시 상기 장치A 110-1은 이중 편파 특성을 가지는 빔을 사용하거나, 또는, 하나의 편파 특성을 가지는 빔을 사용할 수 있다. 이를 위해, 상기 도 17 또는 상기 도 18의 (b)에 도시된 과정에서, 상기 장치A 110-1은 다수의 편파 특성들을 사용할지 또는 하나의 편파 특성을 사용할지를 판단할 수 있다.
구체적으로, 상기 장치A 110-1은 서로 다른 편파의 수신 빔들을 통해 수신된 신호들의 수신 세기들을 측정하고, 어느 하나의 빔에 대한 수신 세기가 미리 정의된 임계값 이하인 경우, 상기 도 20의 (c)와 같이 나머지 하나의 편파만을 사용할 수 있다. 반면, 모든 빔에 대한 수신 세기가 상기 임계값을 초과하는 경우, 상기 장치A 110-1은 상기 도 19의 (c)와 같이 다수의 편파 특성들을 동시에 사용할 수 있다.
다른 예로, 상기 장치A 110-1는 우선 상기 도 17의 (c)와 같이 다수의 편파 특성들을 사용한다. 상기 다수의 편파 특성들을 사용 중, 각 편파에 대한 신호 세기들에 따라, 상기 장치A 110-1는 상기 도 20의 (c)와 같이 하나의 편파만을 사용할 수 있다. 구체적으로, 어느 하나의 빔에 대한 수신 세기가 미리 정의된 임계값 이하인 경우, 상기 도 20의 (c)와 같이 나머지 하나의 편파만을 사용할 수 있다.
상술한 빔 탐색 절차는 장치가 속한 그룹에 따라 서로 다르게 진행될 수 있다. 이에 따라, 다수의 그룹들을 고려하여, 장치들은 하기 도 21 또는 하기 도 22와 같은 프레임 구조에 따라 상기 빔 탐색 절차를 수행할 수 있다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 그룹 별 빔의 탐색을 위한 자원 활용의 예를 도시한다.
상기 도 21을 참고하면, 구간 2110에서 다수의 장치들의 하향링크 빔이 결정된다. 즉, 상기 구간 2110에서, 상기 도 15 내지 상기 도 20의 (a)와 같은 동작들이 수행된다. 상기 구간 2110 이후 상기 장치들 각각의 그룹이 결정된다.
이후, 구간 2120에서, 그룹1에 속한 적어도 하나의 장치의 상향링크 빔이 결정된다. 예를 들어, 상기 구간 2120에서, 상기 도 16의 (b)와 같은 동작이 수행될 수 있다. 또한, 상기 구간 2120에서, 적어도 하나의 장치는 빔 탐색 절차를 제어하는 노드(예: 상기 장치A 110-1)로 최적의 하향링크 송신 빔 인덱스, 채널 품질 등을 포함하는 피드백 정보를 송신될 수 있다.
이어, 구간 2130에서, 그룹2에 속한 적어도 하나의 장치의 상향링크 빔이 결정된다. 예를 들어, 상기 구간 2130에서, 상기 도 17 또는 상기 도 18의 (b)와 같은 동작이 수행될 수 있다. 또한, 상기 구간 2130에서, 적어도 하나의 장치는 빔 탐색 절차를 제어하는 노드(예: 상기 장치A 110-1)로 최적의 하향링크 송신 빔 인덱스, 채널 품질 등을 포함하는 피드백 정보를 송신될 수 있다.
이어, 구간 2140에서, 그룹3에 속한 적어도 하나의 장치의 상향링크 빔이 결정된다. 예를 들어, 상기 구간 2140에서, 상기 도 19 또는 상기 도 20의 (b)와 같은 동작이 수행될 수 있다. 또한, 상기 구간 2140에서, 적어도 하나의 장치는 빔 탐색 절차를 제어하는 노드(예: 상기 장치A 110-1)로 최적의 하향링크 송신 빔 인덱스, 채널 품질 등을 포함하는 피드백 정보를 송신될 수 있다.
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 그룹 별 빔의 탐색을 위한 자원 활용의 다른 예를 도시한다. 상기 도 22는 빔 정보 피드백을 위한 구간이 SP 자원 및 랜덤 억세스 자원으로 분할되는 경우를 예시한다.
상기 도 22를 참고하면, 구간 2210에서 스케줄 정보가 장치들로 송신된다. 상기 스케줄 정보는 SP 자원 2232, 2242, 2252에 대한 할당 정보를 포함한다. 상기 구간 2210은 방송 채널을 포함할 수 있다. 상기 스케줄 정보는 시스템 정보의 일부일 수 있다.
이어, 구간 2220에서 다수의 장치들의 하향링크 빔이 결정된다. 상기 하향링크 빔 결정 과정에서, 상기 장치들의 그룹은 정해지지 아니한다. 즉, 상기 구간 2220에서, 상기 도 15 내지 상기 도 20의 (a)와 같은 동작들이 수행된다. 상기 구간 2220 이후 상기 장치들 각각의 그룹이 결정된다.
이후, 구간 2230에서, 그룹1에 속한 적어도 하나의 장치의 상향링크 빔이 결정된다. 예를 들어, 상기 구간 2230에서, 상기 도 16의 (b)와 같은 동작이 수행될 수 있다. 이때, SP 자원 2232을 사용할 수 있는 장치는 SP 자원 2232을 통해, 상기 SP 자원 2232를 사용할 수 없는 장치는 랜덤 억세스 자원 2234를 통해 피드백 정보를 송신한다. 상기 SP 자원 2232는 특정 장치에게 할당되는 자원으로서, 상기 구간 2210에서 전달되는 상기 스케줄 정보에 의해 할당된다.
이어, 구간 2240에서, 그룹2에 속한 적어도 하나의 장치의 상향링크 빔이 결정된다. 예를 들어, 상기 구간 2240에서, 상기 도 17 또는 상기 도 18의 (b)와 같은 동작이 수행될 수 있다. 이때, SP 자원 2242을 사용할 수 있는 장치는 SP 자원 2242을 통해, 상기 SP 자원 2242를 사용할 수 없는 장치는 랜덤 억세스 자원 2244를 통해 피드백 정보를 송신한다. 상기 SP 자원 2242는 특정 장치에게 할당되는 자원으로서, 상기 구간 2210에서 전달되는 상기 스케줄 정보에 의해 할당된다.
이어, 구간 2250에서, 그룹3에 속한 적어도 하나의 장치의 상향링크 빔이 결정된다. 예를 들어, 상기 구간 2250에서, 상기 도 19 또는 상기 도 20의 (b)와 같은 동작이 수행될 수 있다. 이때, SP 자원 2252을 사용할 수 있는 장치는 SP 자원 2252을 통해, 상기 SP 자원 2252를 사용할 수 없는 장치는 랜덤 억세스 자원 2254를 통해 피드백 정보를 송신한다. 상기 SP 자원 2252는 특정 장치에게 할당되는 자원으로서, 상기 구간 2210에서 전달되는 상기 스케줄 정보에 의해 할당된다.
본 발명의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 발명의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(ROM: Read Only Memory), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(CD-ROM: Compact Disc-ROM), 디지털 다목적 디스크(DVDs: Digital Versatile Discs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 상기 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(Local Area Network), WLAN(Wide LAN), 또는 SAN(Storage Area Network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 발명의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 발명의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 발명의 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 발명이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (28)

  1. 빔포밍을 수행하는 장치에 있어서,
    송수신부와,
    상기 송수신부와 연결된 적어도 하나의 프로세서를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 제1 안테나 어레이 및 제2 안테나 어레이를 이용하여 형성할 빔의 개수를 결정하고,
    상기 빔의 개수에 대응하는 적어도 하나의 빔을 이용하여 신호를 송신하도록 제어하며,
    상기 빔의 개수가 1인 경우, 상기 제1 안테나 어레이의 제1 편파 특성과 상기 제2 안테나 어레이의 제2 편파 특성은 동일하며,
    상기 빔의 개수가 2 이상인 경우, 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 편파 특성과 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 편파 특성은 상이한 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 빔의 개수가 1인 경우, 상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이를 사용하여 하나의 빔을 형성하고,
    상기 빔의 개수가 2인 경우, 상기 제1 안테나 어레이를 사용하여 하나의 빔을, 상기 제2 안테나 어레이를 사용하여 다른 하나의 빔을 형성하도록 제어하는 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이에 포함되는 안테나 요소들 각각은, 서로 다른 편파 특성(polarization)의 전파(radio wave)를 생성하는 다수의 서브 유닛(sub-unit)들을 포함하는 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 빔의 개수가 2인 경우, 서로 다른 편파 특성을 가지는 다수의 빔들을 형성하도록 제어하는 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 안테나 어레이의 안테나 요소들은, 반송파 주파수(carrier frequency)에 대응하는 간격을 가지도록 배치되는 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 다른 장치와의 빔 탐색을 위해 사용할 편파 특성, 빔폭, 상기 빔의 개수 중 적어도 하나를 결정하는 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 제1 편파 특성을 가지는 빔으로 빔 방향들의 절반을 스위핑(sweeping) 하고,
    상기 제2 편파 특성을 가지는 빔으로 상기 빔 방향들의 나머지 절반을 스위핑 하도록 제어하는 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 제1 편파 특성을 가지는 빔으로 빔 방향들 전부를 스위핑 하고,
    상기 제2 편파 특성을 가지는 빔으로 상기 빔 방향들 전부를 스위핑 하도록 제어하는 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 제1 편파 특성을 가지는 빔 및 상기 제2 편파 특성을 가지는 빔에 대한 채널 품질 차이가 임계값 이하이면, 상기 제1 편파 특성을 가지는 빔 및 상기 제2 편파 특성을 가지는 빔을 사용하여 데이터 신호를 송신 또는 수신하도록 제어하는 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 제1 편파 특성을 가지는 빔 및 상기 제2 편파 특성을 가지는 빔에 대한 채널 품질 차이가 임계값보다 크면, 상기 제1 편파 특성 및 상기 제2 편파 특성 중에 상대적으로 우수한 채널 품질에 대응하는 편파 특성을 가지는 적어도 하나의 빔을 사용하여 데이터 신호를 송신 또는 수신하도록 제어하는 장치.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 다수의 편파 특성들을 가지는 빔으로 빔 방향들 전부를 스위핑하도록 제어하는 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 다른 장치에 대한 최적의 빔 방향 및 채널 품질을 결정하고, 상기 채널 품질에 기초하여 상기 채널 품질을 포함하는 피드백 정보를 송신하기 위한 편파 특성, 빔폭, 상기 빔의 개수, 상기 피드백 정보의 송신 횟수 중 적어도 하나를 결정하는 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 채널 품질의 결정 시 사용된 제1 빔폭보다 상기 피드백 정보를 송신하기 위한 제2 빔폭이 더 좁은 경우, 상기 제1 빔폭의 범위에서 상기 제2 빔폭을 가지는 송신 빔으로 빔 스위핑하도록 제어하는 장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 채널 품질에 기초하여 판단되는 자원 구간에서 상기 피드백 정보를 송신하도록 제어하는 장치.
  15. 빔포밍을 수행하는 장치의 동작 방법에 있어서,
    제1 안테나 어레이 및 제2 안테나 어레이를 이용하여 형성할 빔의 개수를 결정하는 과정과,
    상기 빔의 개수에 대응하는 적어도 하나의 빔을 이용하여 신호를 송신하는 과정을 포함하고,
    상기 빔의 개수가 1인 경우, 상기 제1 안테나 어레이의 제1 편파 특성과 상기 제2 안테나 어레이의 제2 편파 특성은 동일하며,
    상기 빔의 개수가 2 이상인 경우, 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 편파 특성과 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 편파 특성은 상이한 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 빔의 개수가 1인 경우, 상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이를 사용하여 하나의 빔을 형성하는 과정과,
    상기 빔의 개수가 2인 경우, 상기 제1 안테나 어레이를 사용하여 하나의 빔을, 상기 제2 안테나 어레이를 사용하여 다른 하나의 빔을 형성하는 과정을 더 포함하는 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이에 포함되는 안테나 요소들 각각은, 서로 다른 편파 특성(polarization)의 전파(radio wave)를 생성하는 다수의 서브 유닛(sub-unit)들을 포함하는 방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 빔의 개수가 2인 경우, 서로 다른 편파 특성을 가지는 다수의 빔들을 형성하는 과정을 더 포함하는 방법.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 안테나 어레이의 안테나 요소들은, 반송파 주파수(carrier frequency)에 대응하는 간격을 가지도록 배치되는 방법.
  20. 청구항 15에 있어서,
    다른 장치와의 빔 탐색을 위해 사용할 편파 특성, 빔폭, 상기 빔의 개수 중 적어도 하나를 결정하는 과정을 더 포함하는 방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 제1 편파 특성을 가지는 빔으로 빔 방향들의 절반을 스위핑(sweeping)하는 과정과,
    상기 제2 편파 특성을 가지는 빔으로 상기 빔 방향들의 나머지 절반을 스위핑하는 과정을 더 포함하는 방법.
  22. 청구항 20에 있어서,
    상기 제1 편파 특성을 가지는 빔으로 빔 방향들 전부를 스위핑 하고,
    상기 제2 편파 특성을 가지는 빔으로 상기 빔 방향들 전부를 스위핑하는 과정을 더 포함하는 방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 제1 편파 특성을 가지는 빔 및 상기 제2 편파 특성을 가지는 빔에 대한 채널 품질 차이가 임계값 이하이면, 상기 제1 편파 특성을 가지는 빔 및 상기 제2 편파 특성을 가지는 빔을 사용하여 데이터 신호를 송신 또는 수신하는 과정을 더 포함하는 방법.
  24. 청구항 22에 있어서,
    상기 제1 편파 특성을 가지는 빔 및 상기 제2 편파 특성을 가지는 빔에 대한 채널 품질 차이가 임계값보다 크면, 상기 제1 편파 특성 및 상기 제2 편파 특성 중에 상대적으로 우수한 채널 품질에 대응하는 편파 특성을 가지는 적어도 하나의 빔을 사용하여 데이터 신호를 송신 또는 수신하는 과정을 더 포함하는 방법.
  25. 청구항 20에 있어서,
    상기 다른 장치로부터 신호를 수신하기 위해, 다수의 편파 특성들을 가지는 빔으로 빔 방향들 전부를 스위핑하는 과정을 더 포함하는 방법.
  26. 청구항 15에 있어서,
    다른 장치에 대한 최적의 빔 방향 및 채널 품질을 결정하는 과정과,
    상기 채널 품질에 기초하여 상기 채널 품질을 포함하는 피드백 정보를 송신하기 위한 편파 특성, 빔폭, 상기 빔의 개수, 상기 피드백 정보의 송신 횟수 중 적어도 하나를 결정하는 과정을 더 포함하는 방법.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 채널 품질의 결정 시 사용된 제1 빔폭보다 상기 피드백 정보를 송신하기 위한 제2 빔폭이 더 좁은 경우, 상기 피드백 정보를 송신하기 위해, 상기 제1 빔폭의 범위에서 상기 제2 빔폭을 가지는 송신 빔으로 빔 스위핑하는 과정을 더 포함하는 방법.
  28. 청구항 26에 있어서,
    상기 채널 품질에 기초하여 판단되는 자원 구간에서 상기 피드백 정보를 송신하는 과정을 더 포함하는 방법.
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Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140225805A1 (en) * 2011-03-15 2014-08-14 Helen K. Pan Conformal phased array antenna with integrated transceiver
JP2017536025A (ja) * 2014-10-17 2017-11-30 華為技術有限公司Ｈｕａｗｅｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 無線通信方法およびシステム
CN107733477B (zh) * 2016-08-12 2020-11-17 华为技术有限公司 一种基于多点协作的波束配置和管理方法
WO2018153492A1 (en) * 2017-02-27 2018-08-30 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Antenna structure for beamforming
KR101861270B1 (ko) 2017-04-05 2018-05-25 에스케이텔레콤 주식회사 빔포밍 제어 방법 및 이를 위한 장치
WO2018208966A1 (en) 2017-05-09 2018-11-15 Ball Aerospace & Technologies Corp. Planar phased array antenna
US10326508B2 (en) 2017-05-11 2019-06-18 Samsung Electonics Co., Ltd. Beam forming method for a transmitting antenna and a device thereof
US10645704B2 (en) * 2017-06-15 2020-05-05 Qualcomm Incorporated Multi-user multiple-input/multiple-output transmissions in millimeter wave systems
EP3469654B1 (en) * 2017-06-27 2020-02-19 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (PUBL) Antenna arrangements for a radio transceiver device
US20190074881A1 (en) * 2017-08-17 2019-03-07 Elwha Llc Electromechanically reconfigurable coherent beamforming
WO2019048033A1 (en) * 2017-09-06 2019-03-14 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) ANTENNA ARRANGEMENT FOR TWO POLARIZATIONS
EP3679626A4 (en) * 2017-10-11 2021-05-26 Wispry, Inc. DEVICES, SYSTEMS AND METHODS FOR A NETWORK OF DIRECTIONABLE ANTENNAs INSENSITIVE TO THE USER
CN109831795B (zh) * 2017-11-23 2022-04-12 华为技术有限公司 随机接入前导序列的发送方法及装置
US10375720B2 (en) 2017-11-23 2019-08-06 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Beam management of a radio transceiver device
KR102421695B1 (ko) * 2017-12-07 2022-07-15 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서 빔을 이용하여 신호를 송신하기 위한 장치 및 방법
KR102572700B1 (ko) 2018-01-03 2023-08-31 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서 복수 개의 셀을 처리하는 기지국 및 그 동작 방법
CN108494446B (zh) * 2018-01-19 2020-12-15 西安电子科技大学 多输入多输出下行异构网络的干扰消除方法
ES2899655T3 (es) * 2018-01-29 2022-03-14 Ericsson Telefon Ab L M Entrenamiento de haces de un dispositivo transceptor de radio
KR102476108B1 (ko) * 2018-03-06 2022-12-12 삼성전자주식회사 안테나 어레이의 빔 인덱스를 결정하기 위한 장치 및 방법
WO2019195047A1 (en) * 2018-04-05 2019-10-10 Sony Corporation Method and apparatus for millimeter-wave mimo mode selection
WO2020025099A1 (en) * 2018-07-30 2020-02-06 Sony Corporation Operating devices in a wireless communication system
JP7422738B2 (ja) * 2018-08-10 2024-01-26 ソニーグループ株式会社 偏波情報共有のための方法
KR102534720B1 (ko) * 2018-10-11 2023-05-22 삼성전자주식회사 Rf 신호를 감지하는 방법 및 이를 수행하는 전자 장치
KR20200046483A (ko) 2018-10-24 2020-05-07 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서의 단말의 동작 방법 및 이를 위한 단말
CN111182561A (zh) * 2018-11-12 2020-05-19 中兴通讯股份有限公司 一种天线阵列的控制方法及系统
DE102019129730A1 (de) * 2018-11-28 2020-05-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Drahtlos-Kommunikationsvorrichtung, welche konfiguriert ist, um eine Strahl-Sweep-Operation durchzuführen und Verfahren zum Betreiben derselben
CN109714085B (zh) * 2019-01-23 2021-02-02 哈尔滨工业大学（深圳） 一种基于双极化mimo的下行noma传输方法
KR20200113856A (ko) * 2019-03-26 2020-10-07 삼성전자주식회사 안테나 집합체를 구비한 전자 장치 및 상기 전자 장치의 전력 백오프 제어 방법
WO2020246825A1 (ko) 2019-06-05 2020-12-10 삼성전자 주식회사 복수의 안테나 모듈들을 제어하는 방법 및 그 전자 장치
US11223404B2 (en) * 2019-06-24 2022-01-11 Avx Antenna, Inc. Beam forming and beam steering using antenna arrays
KR102277866B1 (ko) * 2019-07-05 2021-07-16 서울과학기술대학교 산학협력단 대규모 mimo 시스템의 하이브리드 아날로그 디지털 빔포밍 장치 및 방법
KR20210030732A (ko) 2019-09-10 2021-03-18 한국전자통신연구원 무선 백홀 시스템에서의 무선 자원 관리를 위한 방법 및 장치
WO2021085689A1 (ko) * 2019-11-01 2021-05-06 엘지전자 주식회사 5g 배열 안테나를 구비하는 전자 기기
US11438036B2 (en) * 2019-11-14 2022-09-06 KYOCERA AVX Components (San Diego), Inc. Client grouping for point to multipoint communications
WO2021112543A1 (ko) * 2019-12-05 2021-06-10 주식회사 케이엠더블유 다중 빔 시스템에서 편파를 이용한 공간 다중화 방법 및 장치
CN114070432A (zh) * 2020-08-06 2022-02-18 北京三星通信技术研究有限公司 锁定发射状态的方法及设备
JP2023548171A (ja) * 2020-11-04 2023-11-15 ケーエムダブリュ・インコーポレーテッド 偏波ビームの時間的／空間的分離とチャネル非・可逆性補正のための方法及びこれを用いた多重ビームアンテナ装置
US11647494B2 (en) 2021-03-08 2023-05-09 Qualcomm Incorporated Techniques for dynamically pairing beams
WO2023042942A1 (ko) * 2021-09-17 2023-03-23 엘지전자 주식회사 무선통신 시스템에서 장치의 빔 관련 동작 방법 및 장치
WO2023200379A1 (en) * 2022-04-13 2023-10-19 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Methods and network node for beam management in a wireless communication network

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140313081A1 (en) 2013-04-17 2014-10-23 Nokia Siemens Networks Oy Multiple Beam Formation for RF Chip-Based Antenna Array
US20150009951A1 (en) 2013-07-02 2015-01-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods and apparatus for sounding channel operation in millimeter wave communication systems

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6583760B2 (en) * 1998-12-17 2003-06-24 Metawave Communications Corporation Dual mode switched beam antenna
US6470192B1 (en) * 1999-08-16 2002-10-22 Telefonaktiebolaget Lm Ericcson (Publ) Method of an apparatus for beam reduction and combining in a radio communications system
US6788268B2 (en) * 2001-06-12 2004-09-07 Ipr Licensing, Inc. Method and apparatus for frequency selective beam forming
US7138956B2 (en) * 2002-11-14 2006-11-21 Wifi-Plus, Inc. Apparatus and method for a multi-polarized ground plane beam antenna
US7509146B2 (en) 2005-08-03 2009-03-24 Purewave Networks, Inc. Beamforming using subset of antenna array
US8068872B2 (en) 2005-10-06 2011-11-29 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Signaling support for antenna selection using subset lists and subset masks
CA2542445A1 (en) * 2006-04-07 2007-10-07 Tenxc Wireless Inc. Adaptive multi-beam system
EP2232642A1 (en) * 2007-12-21 2010-09-29 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) An electronic device with an improved antenna arrangement
US8457026B1 (en) * 2009-02-03 2013-06-04 Sibeam, Inc. Enhanced wireless data rates using multiple beams
US8693970B2 (en) * 2009-04-13 2014-04-08 Viasat, Inc. Multi-beam active phased array architecture with independant polarization control
US9520914B2 (en) 2012-06-25 2016-12-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Full-duplex wireless communication system using polarization
US9124318B2 (en) * 2013-03-14 2015-09-01 Qualcomm Incorporated Smart antenna array configuration for multiple-input multiple-output communications
JP5992850B2 (ja) * 2013-03-18 2016-09-14 パナソニック株式会社 アンテナ切換装置
EP3017506A1 (en) 2013-07-04 2016-05-11 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) A multi-beam antenna arrangement
JP6338344B2 (ja) 2013-10-04 2018-06-06 キヤノン株式会社 通信装置、通信装置の制御方法およびプログラム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140313081A1 (en) 2013-04-17 2014-10-23 Nokia Siemens Networks Oy Multiple Beam Formation for RF Chip-Based Antenna Array
US20150009951A1 (en) 2013-07-02 2015-01-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods and apparatus for sounding channel operation in millimeter wave communication systems

Also Published As

Publication number Publication date
US10050681B2 (en) 2018-08-14
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