KR102465448B1 - 다중 입출력 시스템에서 빔포밍을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

다중 입출력 시스템에서 빔포밍을 위한 방법 및 장치를 개시한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 다중 입출력 시스템에서 양호한 품질의 서비스를 제공함과 동시에 기지국의 무선 자원을 효율적으로 운용하기 위한 빔포밍 방법 및 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.

Description

다중 입출력 시스템에서 빔포밍을 위한 방법 및 장치{Method and Apparatus for Beam Forming in MIMO System}
본 실시예는 다중 입출력 시스템에서 양호한 품질의 서비스를 제공하고 셀 용량을 효율적으로 운용하기 위한 빔포밍 방법 및 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
무선통신 시스템은 지속적으로 증가하는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 방향으로 발전하고 있다. 특히, 고용량 및 고품질의 데이터 송수신에 대한 사용자들의 요구가 점차 증가하면서 다중 입출력 기술(MIMO: Multiple-Input-Multiple-Output)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
종래의 다중 입출력 시스템에서 이용되는 빔포밍(Beamforming) 기술은 기지국의 안테나에서 방사된 전파의 에너지가 공간에서 특정한 방향으로 집중되도록 송/수신 신호를 처리하는 기술을 말한다. 구체적으로, 기지국과 연동된 단말기에 최적의 무선 채널 환경이 형성되도록 단말기의 방향으로 빔을 지향하여 수신레벨을 증대하고, 기지국과 연동되지 않은 단말기의 방향으로는 빔 형성을 최소화하여 각 사용자의 채널 간 간섭을 줄인다.
그러나, 종래의 빔포밍 기술은 커버리지 내에서 전반적으로 양호한 무선통신 환경을 조성하여 서비스 품질을 향상시키는 것을 주된 목적으로 하므로, 빔포밍을 수행함에 있어 무선채널상태에 대한 정보를 기반으로 빔의 송신전력 및 위상을 조절하지만, 트래픽 로드(Traffic Load)는 고려하지 않는다.
이에 따라, 기지국의 무선 자원을 효율적으로 운용하지 못하는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은, 다중 입출력 시스템에서 양호한 품질의 서비스를 제공함과 동시에 기지국의 무선 자원을 효율적으로 운용하기 위한 빔포밍 방법 및 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 다중 입출력 시스템(MIMO System)에서 빔포밍을 사용하는 기지국장치에 있어서, 접속된 복수의 단말장치로부터 획득한 채널상태정보가 기 설정된 임계치 이상인지 여부에 따라 다중 안테나에 의해 형성되는 복수의 빔 레이어(Beam Layer)에 대한 채널상태의 양호여부를 판단하는 채널상태 확인부, 채널상태 확인부에 의해 채널상태가 기 설정된 임계치 이상으로 양호하다고 판단되면, 복수의 빔 레이어 각각에서 발생하는 트래픽 로드를 측정하고, 트래픽 로드에 근거하여 복수의 빔 레이어에 대한 우선순위를 결정하는 우선순위 결정부 및 우선순위에 부여된 기 설정된 가중치에 따라 복수의 빔 레이어가 조정되도록 안테나 제어신호를 생성하는 빔포밍 제어부를 포함하는 기지국장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 다중 입출력 시스템(MIMO System)에서 효율적인 빔포밍을 위한 방법에 있어서, 기지국장치에 접속된 복수의 단말장치로부터 채널상태정보를 획득하는 단계, 채널상태정보가 기 설정된 임계치 이상인지 여부에 따라 다중 안테나에 의해 형성되는 복수의 빔 레이어(Beam Layer)에 대한 채널상태의 양호여부를 판단하는 단계, 채널상태가 양호하면 복수의 빔 레이어 각각에서 발생하는 트래픽 로드를 측정하고, 트래픽 로드에 근거하여 복수의 빔 레이어에 대한 우선순위를 결정하는 단계 및 우선순위에 부여된 기 설정된 가중치에 따라 복수의 빔 레이어가 조정되도록 안테나 제어신호를 생성하는 단계를 포함하는 기지국장치의 빔포밍 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 다중 입출력 시스템에서 기지국장치가 빔포밍을 수행함에 있어, 양호한 품질의 서비스를 제공함과 동시에 기지국장치의 무선 자원을 효율적으로 운용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 무선채널환경의 상태를 고려하여 셀 커버리지 내에서 사용자에게 최적의 서비스 환경을 제공할 수 있다. 아울러, 셀 내의 복수의 빔 레이어로부터 발생하는 트래픽 로드의 양을 측정하여 이를 근거로 빔포밍을 수행함으로써, 기간 및 시간대 별로 변동하는 트래픽 로드에 대응하여 기지국장치의 무선자원 및 채널자원 활용을 최적화하여 서비스 품질을 개선할 수 있는 효과가 있다. 또한, 최적의 트래픽 부하 분산 기능을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 다중 입출력 시스템에서 빔포밍 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 입출력 시스템에서 빔포밍 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기지국장치의 데이터 처리부의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기지국장치의 빔포밍 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어, '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 종래의 다중 입출력 시스템에서 빔포밍 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
종래의 빔포밍 기술은 기지국장치(10)와 단말장치(20) 간의 채널상태정보(CSI: Channel State Information)를 이용하여 최적의 빔을 형성함으로써 단말장치(20)에 양호한 신호를 전송한다. 이러한 종래의 빔포밍 기술은 서비스 품질 향상 측면에서 유효할 수 있으나, 셀(C1) 전체 커버리지 내의 트래픽 로드의 분포 및 기지국 채널 자원에 대해서는 전혀 고려하지 않아 실제 무선 데이터 서비스 측면에서는 효용성이 떨어질 우려가 존재한다.
예를 들어 도 1을 참조하면, 단말장치들(20)은 기지국장치(10)로부터 수신한 참조신호(Reference Signal)를 이용하여 채널상태를 측정하고, 채널상태정보를 기지국장치(10)에 보고한다. 기지국장치(10)는 수신한 채널상태정보를 기초로 셀(C1) 내의 단말장치(20)에 최적의 무선환경을 제공하기 위해 각각의 단말장치(20)가 속한 빔 레이어(Beam Layer)의 송신전력과 위상을 조절하여 빔포밍을 수행한다.
여기서, 빔 레이어는 기지국장치(10)의 안테나부 및 무선송수신부(12)에서 형성하는 복수의 빔 패턴 중 개개의 빔 패턴을 지칭한다. 예컨대 도 1을 참조하면, 기지국장치(10)에 의해 셀(C1) 내에 형성되는 빔 레이어는 총 5개(L1, L2, L3, L4, L5)이다. 이하, 각각의 빔 레이어를 통해 신호를 수신할 수 있는 영역을 빔 레이어 영역이라고 칭한다.
도 1을 참조하면, 각각의 빔 레이어 영역에 속하는 단말장치들의 수가 다를 수 있다. 셀(C1) 내에 영역마다 오피스 지역, 상가 지역 또는 주거 지역 등 영역 별 특성이 다를 수 있기 때문이다.
예를 들어, L1, L4 및 L5 영역에는 기업, 관공서 등이 밀집되어 있고, L2 및 L3 영역에는 주점 등의 유흥가가 밀집되었다고 가정하면, L1, L4 및 L5 영역에서는 주로 주간에 트래픽 로드가 많이 발생할 것이고, L2 및 L3 영역에서는 야간에 발생하는 트래픽 로드가 주간에 비하여 훨씬 많을 것이다. 즉, 빔 레이어 영역의 공간적 특성에 따라 기간 및 시간대 별로 트래픽 로드 발생 패턴이 상이할 수 있다.
그러나, 종래의 빔포밍 기술은 빔 레이어 영역마다 트래픽 로드 발생 패턴이 상이할 수 있음을 고려하지 않고 단말장치와의 무선채널상태만을 고려하여 빔을 형성하기 때문에 셀 내 단말장치들에게 고르게 고품질의 서비스를 제공할 수 있는 반면, 기지국의 채널자원 및 무선자원을 효율적으로 운용할 수 없다는 한계를 내포한다.
다시 말해, 트래픽 로드가 적은 영역에 속하는 소수의 단말장치에도 빔포밍을 통한 양호한 신호를 전송함으로써, 기지국장치의 채널자원 및 무선자원이 낭비되는 측면이 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들은 이러한 종래 문제점을 해결하기 위해 무선채널상태를 고려함과 동시에 트래픽 부하의 분산 상태를 고려함으로써 셀 전체 용량을 효율적으로 운용하고자 한다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기지국장치 및 기지국장치의 빔포밍 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 입출력 시스템에서 빔포밍 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중 입출력 시스템은 기지국장치(100)와 기지국장치(100)의 셀에 위치하는 다수의 단말장치(200)를 포함할 수 있다. 기지국장치(100)는 단일 개의 셀(또는 섹터)을 가질 수도 있고, 다수 개의 셀을 가질 수도 있다. 도 2에서는 설명의 편의를 위해 기지국장치(100)가 하나의 셀(C1)을 가지는 것으로 가정한다.
본 발명의 실시예에 따른 기지국장치(100)는 데이터 처리부(110)와 안테나 및 무선송수신부(120)를 포함한다. 데이터 처리부(110)는 디지털 신호를 처리하며, 안테나 및 무선송수신부(120)로부터 획득한 정보를 이용하여 빔포밍을 위한 안테나 제어신호를 생성한다. 안테나 및 무선송수신부(120)는 무선신호를 처리하며, 데이터 처리부(110)로부터 수신한 안테나 제어신호에 따라 빔포밍을 수행하여 단말장치(200)들과 신호를 송수신한다.
데이터 처리부(110)와 안테나 및 무선송수신부(120)는 기지국장치(100)에 일체로 구현될 수도 있고, 서로 분리되어 데이터 처리부(110)는 전화국사에 설치되고 안테나 및 무선송수신부(120)는 옥외에 설치되는 형태로 구현될 수도 있다. 서로 분리되어 구현되는 형태에서 데이터 처리부(110)와 안테나 및 무선송수신부(120)는 광 케이블로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 안테나 및 무선송수신부(120)에는 복수의 안테나가 구비되며, 적게는 수십 개에서부터 많게는 수백 개까지 무수히 많은 안테나를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 거대 다중 입출력 시스템(Massive MIMO)에까지 확장 적용될 수 있다.
도 2는 안테나 및 무선송수신부(120)에 의해 형성된 복수의 빔 레이어로 L1', L2', L3', L4' 및 L5'를 예시한다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기지국장치(100)의 데이터 처리부(110)에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기지국장치(100)의 데이터 처리부(110)의 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 데이터 처리부(110)는 제어부(220) 및 메모리(230)를 포함한다. 데이터 처리부(110)와 안테나 및 무선송수신부(120)가 분리되어 구현되는 경우에는 통신 인터페이스(210)를 더 포함할 수 있다. 제어부(220)는 채널상태 확인부(222), 우선순위 결정부(224) 및 빔포밍 제어부(226)를 포함한다.
통신 인터페이스(210)는 데이터 처리부(110)와 안테나 및 무선송수신부(120) 사이를 연결하는 인터페이스로, 예를 들어 CPRI(Common Public Radio Interface)를 포함할 수 있다.
메모리(230)에는 빔포밍을 위한 프로그램 및 빔포밍 파라미터 등 관련 데이터가 저장된다. 본 발명의 실시예에 따라 메모리(230)는 램(Random Access Memory: RAM), 롬(Read Only Memory: ROM), 플래시 메모리, 광 디스크, 자기 디스크, 솔리드 스테이트 디스크(Solid State Disk: SSD) 등의 컴퓨터로 판독 가능한 기록/저장매체일 수 있다.
제어부(220)는 메모리(230)에 저장된 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 마이크로프로세서로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 마이크로프로세서는 명세서에 기재된 동작과 기능을 하나 이상 선택적으로 수행하도록 프로그램될 수 있다. 제어부(220)에 포함된 구성요소들의 동작 및 기능은 하나의 마이크로프로세서에 의해 수행될 수도 있고, 복수 개의 마이크로프로세서가 분담하여 수행하도록 구현될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 마이크로프로세서는 전체 또는 부분적으로 특정한 구성의 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit: ASIC) 등의 하드웨어로써 구현될 수 있다.
이하, 제어부(220)의 구성요소들에 대하여 구체적으로 설명한다.
채널상태 확인부(222)는 접속된 복수의 단말장치로부터 획득한 채널상태정보(Channel State Information: CSI)에 근거하여 다중 안테나에 의해 형성되는 복수의 빔 레이어(Beam Layer)에 대한 채널상태의 양호여부를 판단한다.
여기서, 채널상태정보는 기지국장치(100)와 단말장치(200) 간의 채널 추정과 피드백 과정에 의해 획득될 수 있다. 예를 들어, 주파수 분할 듀플렉스(Frequency Division Duplex: FDD) 시스템의 경우, 기지국장치(100)에서 단말장치(200)로 참조신호(Reference Signal)를 송신하고, 단말장치(200)가 참조신호를 이용하여 무선채널 상태를 측정한 뒤, 채널상태정보를 추정할 수 있다. 추정된 채널상태정보는 기지국장치(100)로 피드백된다.
또 다른 예로, 시분할 듀플렉스(Time Division Duplex: TDD) 시스템의 경우, 단말장치(200)가 단말장치마다 서로 직교하는 참조신호를 기지국장치(100)로 송신하고, 기지국장치(100)는 참조신호를 이용하여 채널을 추정함으로써 채널상태정보를 획득할 수 있다.
채널상태정보에는 채널방향정보 및 채널품질정보(예: SINR, 채널이득 등)가 모두 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 채널상태 확인부(222)는 채널상태정보를 기초로 복수의 빔 레이어 각각의 채널상태가 기 설정된 임계치 이상인지 판단하고, 기 설정된 임계치 이상의 채널상태를 갖는 빔 레이어 수의 전체 빔 레이어 수에 대한 비율이 일정 비율 이상이면, 채널상태가 양호하다고 판단할 수 있다.
예를 들어, BLER(Block Error Rate) < 0.1을 만족하는 MCS(Modulation Coding Scheme) 레벨이 특정 레벨 이상인지 판단하여 특정 레벨 이상인 경우 채널상태가 양호한 것으로 판단할 수 있다. 또 다른 예로, RSRP(Reference Signal Received Power)의 최소값이 소정의 값 이상인 경우 채널상태가 양호한 것으로 판단할 수도 있다. 다만, 본 발명의 실시예가 이러한 예시에 한정되는 것은 아니다.
우선순위 결정부(224)는 채널상태 확인부(222)가 채널상태가 양호하다고 판단하면, 복수의 빔 레이어 각각에서 발생하는 트래픽 로드를 측정하고, 트래픽 로드에 근거하여 복수의 빔 레이어에 대한 우선순위를 결정한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 우선순위 결정부(224)는 트래픽 로드를 비교하여 복수의 빔 레이어 간의 트래픽 로드 편차를 계산하고, 계산된 트래픽 로드 편차에 따라 우선순위를 결정할 수 있다.
예를 들어, 셀(C1) 내 단말장치(200)의 각 빔 레이어 영역에 대한 분포 상태가 주간에는 도 1의 상태와 같았다가 야간에는 도 2와 같은 상태로 변화하였다고 가정한다. L1', L4' 및 L5'는 오피스 지역 또는 학교 밀집 지역이고 L2'및 L3'는 상가 지역인 경우가 이에 해당할 수 있을 것이다.
이와 같은 예에서, 야간에 각 빔 레이어로부터 발생하는 트래픽 로드의 양이 L2', L3', L5', L4', L1' 순으로 많았다면, 우선순위 결정부(224)는 측정된 트래픽 로드의 양이 많을수록 높은 우선순위를 부여하여 L2'의 우선순위를 가장 높게 결정할 수 있다.
다만, 전술한 예와 같이 트래픽 로드 양이 많은 순서대로 우선순위를 부여할 수도 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 계산된 트래픽 로드 편차에 따라 평균으로부터 소정 편차 이상의 트래픽 로드를 발생하는 빔 레이어를 최우선순위로 결정하고 나머지 빔 레이어들에 대하여는 동일한 순위를 부여할 수도 있다.
이 외에도 우선순위 결정부(224)가 트래픽 로드 편차를 이용하여 우선순위를 결정하는 방법은 셀 영역의 특성 및 무선환경 등에 따라 다양하게 변화할 수 있다.
도 2와 같이 단말장치(200)가 밀집된 빔 레이어 영역일수록 발생하는 트래픽 로드가 많은 것이 일반적이지만, 휴지상태(Idle State)의 단말장치가 많은 경우에는 해당 빔 레이어 영역에 속하는 단말장치의 수가 많더라도 발생하는 트래픽 로드가 다른 빔 레이어 영역에 비해 많지 않을 수도 있다. 예를 들어, 극장이나 공연장과 같이 대규모 인원을 수용하나 단말장치의 사용은 금지하는 시설물들이 존재하는 영역이 이에 해당할 수 있다.
이러한 경우, 측정된 트래픽 로드를 기초로 빔 레이어의 우선순위가 후순위로 결정되었다 하더라도 단말장치 개수가 다른 빔 레이어에 비하여 현저히 많은 경우에는 추후 발생할 트래픽 로드를 대비하여 다른 빔 레이어보다 높은 우선순위를 부여할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 우선순위 결정부(224)는 빔 레이어 별로 해당 레이어의 빔을 수신하는 단말장치의 개수를 확인하여 트래픽 로드 편차 및 단말장치 개수의 상관관계에 따라 우선순위를 결정할 수 있다.
여기서 트래픽 로드 편차 및 단말장치의 개수의 상관관계는 미리 수집된 정보의 통계정보를 이용하여 결정될 수 있다. 우선순위 결정부(224)는 트래픽 로드 편차 및 단말장치 개수의 상관관계에 따라 양호한 서비스 품질을 제공하며 셀 용량을 효율적으로 사용할 수 있도록 우선순위를 결정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 우선순위 결정부(224)는 기간 단위 및 시간대 단위 별로 수집된 셀 내의 트래픽 로드에 대한 기 저장된 통계정보와 측정한 상기 트래픽 로드를 비교하여 측정한 트래픽 로드의 신뢰도를 평가할 수 있다. 개발자들의 테스트나 악성코드 등의 원인으로 트래픽 로드가 급증하는 경우와 사용자에 의해 일반적인 데이터 트래픽이 증가하는 경우를 구분하여 서비스하기 위함이다.
우선순위 결정부(224)는 신뢰도가 기 설정된 임계값보다 작으면 기 저장된 통계정보(예: 월별 및 시간대별 트래픽 로드의 평균 및 표준편차 등)에 근거하여 복수의 빔 레이어에 대한 우선순위를 결정할 수 있다.
예를 들어, 기 저장된 통계정보와 측정된 트래픽 로드정보의 일치도가 기 설정된 임계값보다 작으면 우선순위 결정부(224)는 측정된 트래픽 로드정보를 유효하지 않은 것으로 판단하여 기 저장된 통계정보(해당 월 및 해당 시간대의 평균 트래픽 로드)에 근거하여 복수의 빔 레이어에 대한 우선순위를 결정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 제어부(226)는 우선순위에 부여된 기 설정된 가중치에 따라 복수의 빔 레이어가 조정되도록 안테나 제어신호를 생성한다. 구체적으로, 기 설정된 가중치에 따라 복수의 빔 레이어의 송신전력, 위상 및 안테나 이득 중 적어도 하나를 조정하기 위한 상기 안테나 제어신호를 생성할 수 있다.
예를 들어 설명하면, 측정된 트래픽 로드의 양이 많은 빔 레이어의 경우에는 높은 우선순위가 부여될 수 있다. 이에 따라 빔포밍 제어부(226)는 높은 우선순위에 부여된 가중치에 의해 송신전력을 증가시키고, 안테나 이득을 증가시키며, 위상을 조정함으로써 이전보다 더욱 개선된 무선환경을 제공하고 커버리지를 확장할 수 있다.
반대로, 측정된 트래픽 로드의 양이 적은 빔 레이어의 경우에는 낮은 우선순위가 부여될 것이다. 이에 따라 빔포밍 제어부(226)는 낮은 우선순위에 부여된 가중치에 의해 송신전력을 감소시키고, 안테나 이득을 축소시키며, 위상을 조정함으로써 커버리지를 축소하고 우선순위가 높은 다른 빔 레이어에 대한 간섭을 최소화할 수 있다.
이에 따라, 각각의 빔 레이어의 무선환경을 추가적으로 개선하거나, 빔 폭을 조정하여 커버리지를 추가적으로 확장하거나 축소시키는 등의 동작이 가능하다.
향후 차세대 무선통신 시스템은 모바일 데이터 트래픽 폭증에 따라 셀 용량을 증대하기 위하여 셀의 크기를 줄이고, 펨토(Femto) 기지국 등을 조밀하게 설치하는 스몰 셀(Small Cell) 방향으로 진화하고 있다. 스몰 셀 환경에서는 커버리지 반경이 작으므로 커버리지 내에서의 무선채널 환경은 대체적으로 양호할 것으로 예상이 된다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 기지국장치와 같이 트래픽 로드를 고려하여 빔포밍을 수행하는 경우 더욱 효율적으로 네트워크 자원을 운용할 수 있는 효과가 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기지국장치(100)의 빔포밍 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기지국장치의 빔포밍 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 실시예에 따른 기지국장치(100)의 빔포밍 방법에서는 우선 기지국장치(100)에 접속된 복수의 단말장치로부터 채널상태정보를 획득한다(S410).
기지국장치(100)는 단계 S410에서 획득한 채널상태정보에 근거하여 다중 안테나에 의해 형성되는 복수의 빔 레이어에 대한 채널상태가 양호한지 여부를 판단한다(S420).
예를 들어, 채널상태정보를 기초로 복수의 빔 레이어 각각의 채널상태가 기 설정된 임계치 이상인지 판단하고, 기 설정된 임계치 이상의 채널상태를 갖는 빔 레이어 수의 전체 빔 레이어 수에 대한 비율이 일정 비율 이상이면, 채널상태가 양호하다고 판단할 수 있다. 구체적인 채널상태 양호여부 판단과정은 전술한 기지국장치(100)에 대한 설명과 상응하므로 생략한다.
단계 S420의 판단결과, 복수의 빔 레이어들의 채널 상태가 양호하지 않은 경우에 기지국장치(100)는 단말장치(200)들로부터 획득한 채널상태정보에 근거하여 빔포밍을 수행한다(S430). 예를 들어, 단말장치(200)들의 수신 신호의 SINR과 안테나 이득을 개선하도록 빔포밍을 수행할 수 있다.
반면, 단계 S420의 판단결과, 복수의 빔 레이어들의 채널 상태가 양호한 경우에 기지국장치(100)는 복수의 빔 레이어 각각에서 발생하는 트래픽 로드의 양에 근거하여 복수의 빔 레이어에 대한 우선순위를 결정할 수 있다(S440).
예를 들어, 측정한 트래픽 로드들을 비교하여 복수의 빔 레이어 간의 트래픽 로드 편차를 계산하며, 트래픽 로드 편차에 따라 우선순위를 결정할 수 있다. 구체적인 우선순위 결정방법은 전술한 기지국장치(100)에 대한 설명과 상응하므로 생략한다.
단계 S440에서 우선순위가 결정되면, 기지국장치(100)는 우선순위에 부여된 기 설정된 가중치에 따라 복수의 빔 레이어가 조정되도록 안테나 제어신호를 생성할 수 있다(S450).
구체적으로, 기 설정된 가중치에 따라 복수의 빔 레이어의 송신전력, 위상 및 안테나 이득 중 적어도 하나를 조정하기 위한 안테나 제어신호를 생성할 수 있다.
예를 들어 설명하면, 측정된 트래픽 로드의 양이 많은 빔 레이어의 경우에는 높은 우선순위가 부여될 수 있다. 이에 따라 빔포밍 제어부(226)는 높은 우선순위에 부여된 가중치에 의해 송신전력을 증가시키고, 안테나 이득을 증가시키며, 위상을 조정함으로써 이전보다 더욱 개선된 무선환경을 제공하고 커버리지를 확장할 수 있다.
반대로, 측정된 트래픽 로드의 양이 적은 빔 레이어의 경우에는 낮은 우선순위가 부여될 것이다. 이에 따라 빔포밍 제어부(226)는 낮은 우선순위에 부여된 가중치에 의해 송신전력을 감소시키고, 안테나 이득을 축소시키며, 위상을 조정함으로써 커버리지를 축소하고 우선순위가 높은 다른 빔 레이어에 대한 간섭을 최소화할 수 있다.
도 4에서는 각 단계를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 4에 기재된 단계 S410 내지 단계 S450을 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하도록 적용 가능할 것이므로, 도 4는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 4에 기재된 본 실시예에 따른 기지국장치의 빔포밍 방법은 프로그램으로 구현되고 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 본 실시예에 따른 기지국장치의 빔포밍 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예는 다중 입출력 시스템에 적용되어, 양호한 품질의 서비스를 제공함과 동시에 기지국의 무선 자원을 효율적으로 운용하기 위한 빔포밍 방법 및 장치를 제공하는 유용한 발명이다.
100: 기지국장치 110: 데이터 처리부
120: 안테나 및 무선송수신부 210: 통신 인터페이스
220: 제어부 222: 채널상태 확인부
224: 우선순위 결정부 226: 빔포밍 제어부
230: 메모리

Claims (11)

  1. 다중 입출력 시스템(MIMO System)에서 빔포밍을 사용하는 기지국장치에 있어서,
    접속된 복수의 단말장치로부터 획득한 채널상태정보가 기 설정된 임계치 이상인지 여부에 따라 다중 안테나에 의해 형성되는 복수의 빔 레이어(Beam Layer)에 대한 채널상태의 양호여부를 판단하는 채널상태 확인부;
    상기 채널상태 확인부에 의해 상기 채널상태가 상기 기 설정된 임계치 이상으로 양호하다고 판단되면, 상기 복수의 빔 레이어 각각에서 발생하는 트래픽 로드를 측정하고, 셀 내의 트래픽 로드에 대한 기 저장된 통계정보와 측정한 상기 트래픽 로드를 비교하여 측정한 상기 트래픽 로드의 신뢰도를 평가하고, 상기 트래픽 로드 및 평과 결과에 근거하여 상기 복수의 빔 레이어에 대한 우선순위를 결정하는 우선순위 결정부; 및
    상기 우선순위에 부여된 기 설정된 가중치에 따라 상기 복수의 빔 레이어가 조정되도록 안테나 제어신호를 생성하는 빔포밍 제어부
    를 포함하는 기지국장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 채널상태 확인부는,
    상기 채널상태정보를 기초로 상기 복수의 빔 레이어 각각의 채널상태가 기 설정된 임계치 이상인지 판단하고, 상기 기 설정된 임계치 이상의 채널상태를 갖는 빔 레이어 수의 전체 빔 레이어 수에 대한 비율이 일정 비율 이상이면, 채널상태가 양호하다고 판단하는 것을 특징으로 하는 기지국장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 우선순위 결정부는,
    측정한 상기 트래픽 로드를 비교하여 상기 복수의 빔 레이어 간의 트래픽 로드 편차를 계산하며, 상기 트래픽 로드 편차에 따라 상기 우선순위를 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 우선순위 결정부는,
    상기 빔 레이어 별로 해당 레이어의 빔을 수신하는 단말장치의 개수를 확인하여 상기 트래픽 로드 편차 및 상기 단말장치 개수의 상관관계에 따라 상기 우선순위를 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 우선순위 결정부는,
    상기 신뢰도가 기 설정된 임계값보다 작으면 상기 기 저장된 통계정보에 근거하여 상기 복수의 빔 레이어에 대한 우선순위를 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 빔포밍 제어부는,
    상기 기 설정된 가중치에 따라 상기 복수의 빔 레이어의 송신전력, 위상 및 안테나 이득 중 적어도 하나를 조정하기 위한 상기 안테나 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 기지국장치.
  8. 다중 입출력 시스템(MIMO System)에서 효율적인 빔포밍을 위한 방법에 있어서,
    기지국장치에 접속된 복수의 단말장치로부터 채널상태정보를 획득하는 단계;
    상기 채널상태정보가 기 설정된 임계치 이상인지 여부에 따라 다중 안테나에 의해 형성되는 복수의 빔 레이어(Beam Layer)에 대한 채널상태의 양호여부를 판단하는 단계;
    상기 채널상태가 양호하면 상기 복수의 빔 레이어 각각에서 발생하는 트래픽 로드를 측정하는 단계;
    셀 내의 트래픽 로드에 대한 기 저장된 통계정보와 측정한 상기 트래픽 로드를 비교하여 측정한 상기 트래픽 로드의 신뢰도를 평가하는 단계;
    상기 트래픽 로드 및 평과 결과에 근거하여 상기 복수의 빔 레이어에 대한 우선순위를 결정하는 단계; 및
    상기 우선순위에 부여된 기 설정된 가중치에 따라 상기 복수의 빔 레이어가 조정되도록 안테나 제어신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 기지국장치의 빔포밍 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 채널상태의 양호여부를 판단하는 단계는,
    상기 채널상태정보를 기초로 상기 복수의 빔 레이어 각각의 채널상태가 기 설정된 임계치 이상인지 판단하고, 상기 기 설정된 임계치 이상의 채널상태를 갖는 빔 레이어 수의 전체 빔 레이어 수에 대한 비율이 일정 비율 이상이면, 채널상태가 양호하다고 판단하는 것을 특징으로 하는 기지국장치의 빔포밍 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 우선순위를 결정하는 단계는,
    측정한 상기 트래픽 로드를 비교하여 상기 복수의 빔 레이어 간의 트래픽 로드 편차를 계산하며, 상기 트래픽 로드 편차에 따라 상기 우선순위를 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국장치의 빔포밍 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 빔 레이어를 조정하는 단계는,
    상기 기 설정된 가중치에 따라 상기 복수의 빔 레이어의 송신전력, 위상 및 안테나 이득 중 적어도 하나를 조정하기 위한 상기 안테나 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 기지국장치의 빔포밍 방법.
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