KR102636644B1 - 기지국의 하향링크 빔포밍 장치 및 방법 - Google Patents

기지국의 하향링크 빔포밍 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102636644B1
KR102636644B1 KR1020200026080A KR20200026080A KR102636644B1 KR 102636644 B1 KR102636644 B1 KR 102636644B1 KR 1020200026080 A KR1020200026080 A KR 1020200026080A KR 20200026080 A KR20200026080 A KR 20200026080A KR 102636644 B1 KR102636644 B1 KR 102636644B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
mimo
correlation
antenna
antenna array
Prior art date
Application number
KR1020200026080A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210111044A (ko
Inventor
장재선
송연주
이경용
Original Assignee
주식회사 케이티
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 케이티 filed Critical 주식회사 케이티
Priority to KR1020200026080A priority Critical patent/KR102636644B1/ko
Publication of KR20210111044A publication Critical patent/KR20210111044A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102636644B1 publication Critical patent/KR102636644B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0686—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission
    • H04B7/0691—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission using subgroups of transmit antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0048—Allocation of pilot signals, i.e. of signals known to the receiver
    • H04L5/0051—Allocation of pilot signals, i.e. of signals known to the receiver of dedicated pilots, i.e. pilots destined for a single user or terminal

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

기지국의 하향링크 빔포밍 장치 및 방법이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 하향링크 빔포밍 장치는, 안테나 어레이에 배열된 복수의 제1 단위 안테나를 통해 각각 수신되는 제1 SRS와, 상기 안테나 어레이에 배열된 복수의 제2 단위 안테나를 통해 각각 수신되는 제2 SRS를 구분하여 수집하는 상향링크 SRS 수집부; 상기 제1 SRS와 상기 제2 SRS 간의 상관 정도를 나타내는 제1 코럴레이션 값에 따라 상기 안테나 어레이의 동작 모드를 SISO 모드 또는 MIMO 모드로 결정하는 동작 모드 결정부; 상기 안테나 어레이의 동작 모드가 MIMO 모드로 결정된 경우, 상기 복수의 제1 단위 안테나를 통해 수신된 제1 SRS들 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제2 코럴레이션 값들과, 상기 복수의 제2 단위 안테나를 통해 수신된 제2 SRS들 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제3 코럴레이션 값들에 따라 상기 안테나 어레이의 입출력 개수와 관련된 MIMO 타입을 결정하는 MIMO 타입 결정부; 및 상기 안테나 어레이의 동작 모드와 MIMO 타입에 따라 상기 안테나 어레이의 단위 안테나들을 그룹핑하여 단위 안테나 그룹을 생성하고, 상기 단위 안테나 그룹에서 빔포밍에 사용될 단위 안테나를 선택하여 빔 패턴을 결정하는 빔 패턴 결정부를 포함한다.

Description

기지국의 하향링크 빔포밍 장치 및 방법{Downlink beamforming apparatus and method for base station}
본 발명은 기지국의 하향링크 빔포밍 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 5G 이통 통신 시스템의 기지국과 같이 빔포밍 기술이 적용되는 기지국에서 해당 기지국에 수신되는 상향링크 SRS(Sounding Reference Signal)를 기반으로 하향링크 빔포밍을 수행하는 하향링크 빔포밍 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 5G 이동 통신(5th Generation mobile communication) 기술 또는 5G NR(5G New Radio) 기술에 있어서 빔포밍(beamforming)은, 다수의 안테나 엘리먼트(antenna element)를 이용하여 전파를 특정 방향으로 집중시키는 기술을 말한다.
그러나, 한국 공개특허공보 제10-2017-0019982호, 한국 공개특허공보 제10-2017-0121882호 등에 개시된 바와 같이, CSI-RS(Channel State Information Reference Signal) 신호를 이용하여 빔포밍을 수행하거나 코드북을 기반으로 빔포밍을 수행하는 기존 기술은, 추정된 채널을 미리 생성된 코드북과 대조하여 상기 추정된 채널과 가장 유사한 빔을 형성하기 때문에, 실제 통신 환경이나 통신 상황을 반영하기 어렵고 안테나 이득이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 이동 통신 시스템의 기지국에서 하향링크 채널 추정 과정이나 기지국과 단말이 사전에 가지고 있어야 하는 코드북에 대한 정보 없이 하향링크 빔포밍을 수행할 수 있도록 하면서도 안테나 이득을 개선하는 하향링크 빔포밍 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 하향링크 빔포밍 장치는, 제1 방향으로 배치되는 제1 단위 안테나 및 상기 제1 단위 안테나와 대응하는 위치에 배치되되 제2 방향으로 배치되는 제2 단위 안테나가 각각 복수 개씩 배열된 안테나 어레이를 이용하여, 단말의 상향링크 SRS(Sounding Reference Signal)를 수신하는 기지국의 하향링크 빔포밍 장치로서, 상기 안테나 어레이에 배열된 복수의 제1 단위 안테나를 통해 각각 수신되는 제1 SRS와, 상기 안테나 어레이에 배열된 복수의 제2 단위 안테나를 통해 각각 수신되는 제2 SRS를 구분하여 수집하는 상향링크 SRS 수집부; 상기 제1 SRS와 상기 제2 SRS 간의 상관 정도를 나타내는 제1 코럴레이션(correlation) 값에 따라 상기 안테나 어레이의 동작 모드를 SISO(Single Input Single Output) 모드 또는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 모드로 결정하는 동작 모드 결정부; 상기 안테나 어레이의 동작 모드가 MIMO 모드로 결정된 경우, 상기 복수의 제1 단위 안테나를 통해 수신된 제1 SRS들 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제2 코럴레이션 값들과, 상기 복수의 제2 단위 안테나를 통해 수신된 제2 SRS들 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제3 코럴레이션 값들에 따라 상기 안테나 어레이의 입출력 개수와 관련된 MIMO 타입을 결정하는 MIMO 타입 결정부; 및 상기 안테나 어레이의 동작 모드와 MIMO 타입에 따라 상기 안테나 어레이의 단위 안테나들을 그룹핑하여 단위 안테나 그룹을 생성하고, 상기 단위 안테나 그룹에서 빔포밍에 사용될 단위 안테나를 선택하여 빔 패턴을 결정하는 빔 패턴 결정부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 동작 모드 결정부는, 상기 복수의 제1 단위 안테나를 통해 수신된 제1 SRS들을 합한 제1 신호와, 상기 복수의 제2 단위 안테나를 통해 수신된 제2 SRS들을 합한 제2 신호 간의 코럴레이션 연산을 수행하여 상기 제1 코럴레이션 값을 산출하는 제1 산출부; 및 상기 제1 코럴레이션 값의 절댓값을 0과 1 사이에서 결정되는 제1 임계값과 비교하여, 상기 절댓값이 상기 제1 임계값 이상이면 상기 안테나 어레이의 동작 모드를 SISO 모드로 결정하고, 상기 절댓값이 상기 제1 임계값 미만이면 상기 안테나 어레이의 동작 모드를 MIMO 모드로 결정하는 제1 결정부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 MIMO 타입 결정부는, 상기 복수의 제1 단위 안테나를 통해 수신된 제1 SRS들 중에서 두 개의 제1 SRS를 경우의 수에 따라 차례로 선택하고, 선택된 두 개의 제1 SRS 간의 상관 정도를 나타내는 제2 코럴레이션 값을 산출하는 제2 산출부; 상기 복수의 제2 단위 안테나를 통해 수신된 제2 SRS들 중에서 두 개의 제2 SRS를 경우의 수에 따라 차례로 선택하고, 선택된 두 개의 제2 SRS 간의 상관 정도를 나타내는 제3 코럴레이션 값을 산출하는 제3 산출부; 및 상기 제2 산출부에 의해 산출된 제2 코럴레이션 값들의 절댓값들과 상기 제3 산출부에 의해 산출된 제3 코럴레이션 값들의 절댓값들을 각각 0과 1 사이에서 결정되는 제2 임계값과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 2×2 MIMO, 3×3 MIMO 또는 4×4 MIMO로 결정하는 제2 결정부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 결정부는, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상인 경우, 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 4×4 MIMO로 결정하도록 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 결정부는, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이되, 상기 기지국과 단말 간의 경로 손실(path loss)이 미리 결정된 기준치 이상인 경우, 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 2×2 MIMO로 결정하도록 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 결정부는, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이나 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없는 경우, 또는 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없으나 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상인 경우, 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 3×3 MIMO로 결정하도록 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 결정부는, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없는 경우, 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 2×2 MIMO로 결정하도록 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 빔 패턴 결정부는, 상기 안테나 어레이의 동작 모드가 MIMO 모드로 결정된 경우, 상기 복수의 제1 단위 안테나 및 상기 복수의 제2 단위 안테나 중에서 각각 적어도 일부의 단위 안테나를 그룹핑하여 상기 결정된 MIMO 타입에 대응하는 복수의 단위 안테나 그룹을 생성하는 안테나 그룹 생성부; 및 상기 복수의 단위 안테나 그룹에서 각각 적어도 하나의 단위 안테나를 빔포밍에 사용될 단위 안테나로 선택하여 빔 패턴을 결정하는 제3 결정부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 단위 안테나 및 상기 제1 단위 안테나에 대응하는 상기 제2 단위 안테나는, 동일 위치에 배치되되 상호 직교하는 방향으로 신호를 송수신하도록 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 하향링크 빔포밍 방법은, 제1 방향으로 배치되는 제1 단위 안테나 및 상기 제1 단위 안테나와 대응하는 위치에 배치되되 제2 방향으로 배치되는 제2 단위 안테나가 각각 복수 개씩 배열된 안테나 어레이를 이용하여, 단말의 상향링크 SRS(Sounding Reference Signal)를 수신하는 기지국의 하향링크 빔포밍 방법으로서, 상기 기지국이 상기 안테나 어레이에 배열된 복수의 제1 단위 안테나를 통해 각각 수신되는 제1 SRS와, 상기 안테나 어레이에 배열된 복수의 제2 단위 안테나를 통해 각각 수신되는 제2 SRS를 구분하여 수집하는 (a) 단계; 상기 기지국이 상기 제1 SRS와 상기 제2 SRS 간의 상관 정도를 나타내는 제1 코럴레이션(correlation) 값에 따라 상기 안테나 어레이의 동작 모드를 SISO(Single Input Single Output) 모드 또는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 모드로 결정하는 (b) 단계; 상기 안테나 어레이의 동작 모드가 MIMO 모드로 결정된 경우, 상기 기지국이 상기 복수의 제1 단위 안테나를 통해 수신된 제1 SRS들 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제2 코럴레이션 값들과, 상기 복수의 제2 단위 안테나를 통해 수신된 제2 SRS들 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제3 코럴레이션 값들에 따라 상기 안테나 어레이의 입출력 개수와 관련된 MIMO 타입을 결정하는 (c) 단계; 및 상기 기지국이 상기 안테나 어레이의 동작 모드와 MIMO 타입에 따라 상기 안테나 어레이의 단위 안테나들을 그룹핑하여 단위 안테나 그룹을 생성하고, 상기 단위 안테나 그룹에서 빔포밍에 사용될 단위 안테나를 선택하여 빔 패턴을 결정하는 (d) 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계는, 상기 복수의 제1 단위 안테나를 통해 수신된 제1 SRS들을 합한 제1 신호와, 상기 복수의 제2 단위 안테나를 통해 수신된 제2 SRS들을 합한 제2 신호 간의 코럴레이션 연산을 수행하여 상기 제1 코럴레이션 값을 산출하는 (b1) 단계; 및 상기 제1 코럴레이션 값의 절댓값을 0과 1 사이에서 결정되는 제1 임계값과 비교하여, 상기 절댓값이 상기 제1 임계값 이상이면 상기 안테나 어레이의 동작 모드를 SISO 모드로 결정하고, 상기 절댓값이 상기 제1 임계값 미만이면 상기 안테나 어레이의 동작 모드를 MIMO 모드로 결정하는 (b2) 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계는, 상기 복수의 제1 단위 안테나를 통해 수신된 제1 SRS들 중에서 두 개의 제1 SRS를 경우의 수에 따라 차례로 선택하고, 선택된 두 개의 제1 SRS 간의 상관 정도를 나타내는 제2 코럴레이션 값을 산출하는 (c1) 단계; 상기 복수의 제2 단위 안테나를 통해 수신된 제2 SRS들 중에서 두 개의 제2 SRS를 경우의 수에 따라 차례로 선택하고, 선택된 두 개의 제2 SRS 간의 상관 정도를 나타내는 제3 코럴레이션 값을 산출하는 (c2) 단계; 및 상기 (c1) 단계에서 산출된 제2 코럴레이션 값들의 절댓값들과 상기 (c2) 단계에서 산출된 제3 코럴레이션 값들의 절댓값들을 각각 0과 1 사이에서 결정되는 제2 임계값과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 2×2 MIMO, 3×3 MIMO 또는 4×4 MIMO로 결정하는 (c3) 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 (c3) 단계는, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상인 경우, 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 4×4 MIMO로 결정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 (c3) 단계는, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이되, 상기 기지국과 단말 간의 경로 손실(path loss)이 미리 결정된 기준치 이상인 경우, 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 2×2 MIMO로 결정하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 (c3) 단계는, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이나 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없는 경우, 또는 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없으나 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상인 경우, 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 3×3 MIMO로 결정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 (c3) 단계는, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없는 경우, 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 2×2 MIMO로 결정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계는, 상기 안테나 어레이의 동작 모드가 MIMO 모드로 결정된 경우, 상기 복수의 제1 단위 안테나 및 상기 복수의 제2 단위 안테나 중에서 각각 적어도 일부의 단위 안테나를 그룹핑하여 상기 결정된 MIMO 타입에 대응하는 복수의 단위 안테나 그룹을 생성하는 (d1) 단계; 및 상기 복수의 단위 안테나 그룹에서 각각 적어도 하나의 단위 안테나를 빔포밍에 사용될 단위 안테나로 선택하여 빔 패턴을 결정하는 (d2) 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 단위 안테나 및 상기 제1 단위 안테나에 대응하는 상기 제2 단위 안테나는, 동일 위치에 배치되되 상호 직교하는 방향으로 배치된다.
본 발명에 따른 실시예들은, 상술한 동작 또는 방법을 컴퓨터 시스템을 통해 실행하는 컴퓨터 프로그램으로서 기록매체에 기록되는 컴퓨터 프로그램을 이용하여 구현될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이동 통신 시스템의 기지국에 수신되는 상향링크 SRS들의 코럴레이션 값을 기반으로 빔포밍에 사용될 안테나 어레이의 단위 안테나들을 선택하여 빔포밍을 위한 빔 패턴을 결정함으로써, 기지국으로 하여금 하향링크 채널 추정 과정이나 기지국과 단말이 사전에 가지고 있어야 하는 코드북에 대한 정보 없이 하향링크 빔포밍을 수행할 수 있도록 한다.
또한, 기지국에 수신되는 상향링크 SRS들의 코럴레이션 값에 따라 안테나 어레이의 빔 패턴을 적응적으로 변경 가능하게 함으로써, 기지국 주변의 실제 통신 환경이나 통신 상황을 반영하고 기지국의 안테나 이득을 개선할 수 있다.
나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 적용되는 이동 통신 시스템의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 이동 통신 시스템의 기지국에 적용되는 안테나 어레이의 일례를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 하향링크 빔포밍 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 하향링크 빔포밍 방법에 있어서 안테나 어레이의 동작 모드 결정 프로세스를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 하향링크 빔포밍 방법에 있어서 4×4 MIMO 동작을 위한 빔 패턴 결정 프로세스를 나타낸 흐름도이다.
도 6은 빔 패턴 결정을 위한 단위 안테나 그룹 생성 과정을 나타낸 도면이다.
도 7은 빔 패턴이 결정된 안테나 어레이의 일례를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 하향링크 빔포밍 방법에 있어서 3×3 MIMO 동작을 위한 빔 패턴 결정 프로세스를 나타낸 흐름도이다.
도 9는 기지국 접속 단말이 1개일 때의 빔 패턴 결정 프로세스를 나타낸 흐름도이다.
도 10은 빔 패턴 비트맵의 일례를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 하향링크 빔포밍 방법에 있어서 2×2 MIMO 동작을 위한 빔 패턴 결정 프로세스를 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 대한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이들은 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 후술되는 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 어느 한 주체가 어느 한 구성요소를 “포함”한다는 것은, 특별한 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외한다는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1에는 본 발명의 적용되는 이동 통신 시스템의 일례가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 적용되는 이동 통신 시스템은 기지국(10)과, 상기 기지국(10)에 접속하여 통신 서비스를 이용하는 적어도 하나의 단말(20)을 포함한다.
기지국(10)은 5G(5th Generation) 무선 접속망 또는 NR(New Radio) 무선 접속망과 같이 빔포밍(beamforming) 기술이 적용되는 무선 접속망을 구성한다. 이러한 기지국(10)의 커버리지는 기지국과 단말 간 경로 손실(Path Loss)의 기준치(PLTH1, PLTH2, PLTH3)을 고려하여 결정되며, 이러한 경로 손실의 기준치는 적용되는 변조(modulation) 방식에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로, 256QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM, 16QAM, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 순으로 기지국의 커버리지가 커지게 된다.
이러한 기지국(10)의 커버리지 내에 위치한 단말(20)은 무작위 방향으로 상향링크 SRS(Sounding Reference Signal)를 전송하며, 기지국(10)은 다수의 단위 안테나들이 배열된 안테나 어레이를 통해 상향링크 SRS를 수신할 수 있다.
참고로, 본 명세서에서 단말(terminal)은, 이동국(Mobile Station, MS), 이동 단말(Mobile Terminal, MT), 가입자국(Subscriber Station, SS), 휴대 가입자국(Portable Subscriber Station, PSS), 사용자 장치(User Equipment, UE), 접근 단말(Access Terminal, AT) 등을 지칭할 수도 있고, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
도 2에는 이동 통신 시스템의 기지국에 적용되는 안테나 어레이(12)의 일례가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기지국(10)은 제1 방향으로 배치되는 제1 단위 안테나(A) 및 상기 제1 단위 안테나(A)와 대응하는 위치에 배치되되 제2 방향으로 배치되는 제2 단위 안테나(A')가 각각 복수 개씩 배열된 안테나 어레이(12)를 이용하여, 단말(20)의 상향링크 SRS(Sounding Reference Signal)를 수신할 수 있다.
안테나 어레이(12)의 단위 안테나들(A, A')은 각각 복수의 안테나 엘리먼트를 포함할 수 있다. 이 경우, 단위 안테나들(A, A')은 다이폴 안테나(dipole antenna)로 구성될 수 있다. 또한, 제1 단위 안테나(예컨대, A00) 및 상기 제1 단위 안테나에 대응하는 제2 단위 안테나(예컨대, A'00)는, 동일 위치에 배치되되 상호 직교하는 방향으로 신호를 송수신하도록 배치될 수 있다.
이러한 안테나 어레이(12)가 32개의 트랜시버(transceiver)로 구성되는 경우, 안테나 어레이(12)는 16개의 제1 단위 안테나(A)와 16개의 제2 단위 안테나(A')를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 하향링크 빔포밍 장치는, 기지국(10)에 설치되거나 기지국(10)과 연동하도록 구성되며, 기지국(10)의 안테나 어레이(12)를 통해 수신되는 상향링크 SRS들(Snij, S'nij)을 이용하여 기지국(10)의 빔포밍을 위한 빔 패턴을 결정하도록 구성된다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 하향링크 빔포밍 장치(100)가 블록도로 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 하향링크 빔포밍 장치(100)는, 일종의 컴퓨터 장치 또는 서버로 구성될 수 있으며, 통신부(102), 입력부(104), 저장부(106) 및 제어부(108) 등을 포함할 수 있다.
통신부(102)는, 유·무선 통신 네트워크를 통해 기지국(10)이나 단말(20), 그 밖의 다른 통신 장치로부터 전송된 데이터를 수신하여 제어부(108)에 전달하거나, 제어부(108)의 제어 신호나 데이터를 기지국(10)이나 단말(20), 그 밖의 다른 통신 장치로 전송하도록 구성된다. 이를 위해, 통신부(102)는 유·무선 통신을 수행하는 통신 모뎀을 포함할 수 있다. 또한, 통신부(102)는 USB 포트, 유선랜 포트 또는 그 밖의 데이터 전송 케이블이 연결되는 다양한 통신 포트 등을 더 포함할 수 있다.
입력부(104)는, 네트워크 운영자 또는 관리자의 명령이나 데이터를 입력받도록 구성된다. 이를 위해, 입력부(104)는 키보드, 조작 버튼 또는 터치 패널 등과 같은 입력 장치를 포함할 수 있다.
저장부(106)는, 하향링크 빔포밍 장치(100)의 동작에 필요한 데이터들을 저장하여 관리하도록 구성된다. 이를 위해, 저장부(106)는 ROM, RAM, EEPROM, 레지스터, 플래시 메모리, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크, 광 데이터 기록장치 등의 다양한 저장 매체들을 선택적으로 포함할 수 있다.
제어부(108)는, 하향링크 빔포밍 장치(100)의 전반적인 동작을 제어하며, 이동 통신 시스템의 기지국에 수신되는 상향링크 SRS들 간의 코럴레이션(correlation) 값을 기반으로 기지국의 안테나 어레이의 동작 모드와 하향링크 빔포밍을 위한 빔 패턴을 결정하도록 구성된다. 이를 위해, 제어부(108)는 제어 로직을 실행하기 위한 범용 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 그 밖의 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 메모리 등의 하드웨어들을 선택적으로 포함할 수 있다. 한편, 제어부(108)는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구성될 수 있다. 즉, 제어부(108)의 제어 로직은 컴퓨터 프로그램으로 구성되어 제어부(108)의 자체 메모리나 저장부(106)에 저장되고, 저장된 컴퓨터 프로그램은 제어부(108)의 하드웨어를 통해 실행되도록 구성될 수 있다.
이러한 제어부(108)는, 기능적으로 구분되는 세부 구성요소들을 포함할 수 있다. 즉, 제어부(108)는 기지국에 수신되는 상향링크 SRS들 간의 코럴레이션 값을 기반으로 기지국의 안테나 어레이의 동작 모드와 빔 패턴을 결정하기 위한 세부 구성요소들로서, 상향링크 SRS 수집부(110), 동작 모드 결정부(120), MIMO 타입 결정부(130) 및 빔 패턴 결정부(140)를 포함한다.
상향링크 SRS 수집부(110)는, 상기 안테나 어레이(12)에 배열된 복수의 제1 단위 안테나(A)를 통해 각각 수신되는 제1 SRS(S)와, 상기 안테나 어레이(12)에 배열된 복수의 제2 단위 안테나(A')를 통해 각각 수신되는 제2 SRS(S')를 구분하여 수집하고, 수집된 제1 SRS(S)들과 제2 SRS(S')들을 신호크기가 큰 순서로 배열하도록 구성된다. 안테나 어레이(12)가 N 개의 트랜시버로 구성된 경우, 안테나 어레이(12)는 N/2개의 제1 단위 안테나(A)와 N/2개의 제2 단위 안테나(A')를 포함하며, 상향링크 SRS 수집부(110)는 N/2개의 제1 단위 안테나(A)를 통해 각각 수신된 N/2개의 제1 SRS(S0 내지 S(N/2-1))와, N/2개의 제2 단위 안테나(A)를 통해 각각 수신된 N/2개의 제2 SRS(S'0 내지 S'(N/2-1))를 수집할 수 있다.
동작 모드 결정부(120)는, 수집된 제1 SRS(S)와 제2 SRS(S') 간의 상관 정도를 나타내는 제1 코럴레이션(correlation) 값에 따라 안테나 어레이(12)의 동작 모드를 SISO(Single Input Single Output) 모드 또는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 모드로 결정하도록 구성된다. 이를 위해, 동작 모드 결정부(120)는 제1 산출부(122) 및 제1 결정부(124)를 포함할 수 있다.
제1 산출부(122)는, 복수의 제1 단위 안테나(A)를 통해 수신된 제1 SRS(S)들을 모두 합한 제1 신호 와, 복수의 제2 단위 안테나(A')를 통해 수신된 제2 SRS(S')들을 모두 합한 제2 신호 를 생성하고, 생성된 제1 신호와 제2 신호 간의 코럴레이션 연산을 수행하여 상기 제1 코럴레이션 값 Co을 산출하도록 구성된다.
일반적으로, 두 신호 간의 코럴레이션 연산은 두 신호 간의 상관 정도 또는 유사도를 확인하기 위한 연산으로서, 일반적으로 두 신호와 관련된 함수들 간의 곱을 한 주기의 신호주기 동안 적분하는 방식으로 수행되며, 코럴레이션 값은 -1에서 +1까지의 값으로 산출된다. 코럴레이션 값의 절댓값이 1에 가까울수록 두 신호 간의 상관 정도 또는 유사도가 높다는 것을 나타내며, 코럴레이션 값의 절댓값이 0에 가까울수록 두 신호 간의 상관 정도 또는 유사도가 낮다는 것을 나타낸다.
제1 결정부(124)는, 상기 제1 코럴레이션 값 Co의 절댓값을 0과 1 사이에서 결정되는 제1 임계값(예컨대, 0.7)과 비교하여, 상기 절댓값이 상기 제1 임계값 이상이면 상기 안테나 어레이의 동작 모드를 SISO 모드로 결정하고, 상기 절댓값이 상기 제1 임계값 미만이면 안테나 어레이(12)의 동작 모드를 MIMO 모드로 결정하도록 구성된다. 즉, 제1 결정부(124)는 제1 SRS(S)와 제2 SRS(S') 간에 유사도가 높으면 해당 신호들 간의 구별이 불가능하거나 불필요하다고 판단하여 안테나 어레이(12)의 동작 모드를 SISO 모드로 결정하고, 제1 SRS(S)와 제2 SRS(S') 간에 유사도가 낮으면 해당 신호들 간의 구별이 가능하거나 필요하다고 판단하여 안테나 어레이(12)의 동작 모드를 MIMO 모드로 결정할 수 있다.
MIMO 타입 결정부(130)는, 안테나 어레이(12)의 동작 모드가 MIMO 모드로 결정된 경우, 상기 복수의 제1 단위 안테나(A)를 통해 수신된 제1 SRS들(S0 내지 S(N/2-1)) 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제2 코럴레이션 값들과, 상기 복수의 제2 단위 안테나(A')를 통해 수신된 제2 SRS들(S'0 내지 S'( N/2-1)) 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제3 코럴레이션 값들에 따라, 상기 안테나 어레이(12)의 입출력 개수와 관련된 MIMO 타입을 결정하도록 구성된다. 이를 위해, MIMO 타입 결정부(130)는 제2 산출부(132), 제3 산출부(134) 및 제2 결정부(136)를 포함할 수 있다.
제2 산출부(132)는, 복수의 제1 단위 안테나(A)를 통해 수신된 제1 SRS들(S0 내지 S(N/2-1)) 중에서 두 개의 제1 SRS를 경우의 수에 따라 차례로 선택하고, 선택된 두 개의 제1 SRS 간의 상관 정도를 나타내는 제2 코럴레이션 값을 산출하도록 구성된다.
제3 산출부(134)는, 복수의 제2 단위 안테나(A')를 통해 수신된 제2 SRS들(S'0 내지 S'( N/2-1)) 중에서 두 개의 제2 SRS를 경우의 수에 따라 차례로 선택하고, 선택된 두 개의 제2 SRS 간의 상관 정도를 나타내는 제3 코럴레이션 값을 산출하도록 구성된다.
제2 결정부(136)는, 제2 산출부(132)에 의해 산출된 제2 코럴레이션 값들의 절댓값들과 상기 제3 산출부(134)에 의해 산출된 제3 코럴레이션 값들의 절댓값들을 각각 0과 1 사이에서 결정되는 제2 임계값(예컨대, 0.3)과 비교하여, 비교 결과에 따라 안테나 어레이(12)의 MIMO 타입을 2×2 MIMO, 3×3 MIMO 또는 4×4 MIMO로 결정하도록 구성된다. 한편, 본 발명에서 코럴레이션 값들과 비교되는 제1 임계값과 제2 임계값은 해당 신호들 간의 구별 가능성이나 구별 필요성을 고려하여 이론적 또는 실험적으로 결정될 수 있다.
예컨대, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상인 경우, 상기 제2 결정부(136)는 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 4×4 MIMO로 결정하도록 구성될 수 있다. 다만, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이되, 기지국과 단말 간의 경로 손실(path loss)이 기지국에 적용되는 변조 방식과 기지국의 커버리지를 고려하여 결정된 기준치 이상인 경우에는, 제2 결정부(136)는 안테나 어레이의 MIMO 타입을 2×2 MIMO로 결정하도록 구성될 수 있다. 이는 기지국 안테나 동작의 정확성과 효율성을 보장하기 위함이다.
또한, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이나 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없는 경우, 또는 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없으나 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상인 경우, 상기 제2 결정부(136)는 안테나 어레이의 MIMO 타입을 3×3 MIMO로 결정하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없는 경우, 상기 제2 결정부(136)는 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 2×2 MIMO로 결정하도록 구성될 수 있다.
빔 패턴 결정부(140)는, 안테나 어레이(12)의 동작 모드와 MIMO 타입에 따라 상기 안테나 어레이의 단위 안테나들을 그룹핑하여 단위 안테나 그룹을 생성하고, 단위 안테나 그룹에서 빔포밍에 사용될 단위 안테나를 선택하여 빔 패턴을 결정하도록 구성된다. 이를 위해, 빔 패턴 결정부(140)는 안테나 그룹 생성부(142) 및 제3 결정부(144)를 포함할 수 있다.
안테나 그룹 생성부(142)는, 안테나 어레이의 동작 모드가 MIMO 모드로 결정된 경우, 상기 복수의 제1 단위 안테나(A) 및 상기 복수의 제2 단위 안테나(A') 중에서 각각 적어도 일부의 단위 안테나를 그룹핑하여, 상기 결정된 MIMO 타입에 대응하는 복수의 단위 안테나 그룹을 생성하도록 구성된다.
예컨대, 안테나 어레이의 동작 모드가 MIMO 모드로 결정되고 해당 MIMO 타입이 4×4 MIMO로 결정된 경우, 안테나 그룹 생성부(142)는 상기 복수의 제1 단위 안테나(A)에서 두 개의 단위 안테나 그룹을 생성하고, 상기 복수의 제2 단위 안테나(A')에서 두 개의 단위 안테나 그룹을 생성할 수 있다. 또한, 안테나 어레이의 동작 모드가 MIMO 모드로 결정되고 해당 MIMO 타입이 3×3 MIMO로 결정된 경우, 안테나 그룹 생성부(142)는 상기 복수의 제1 단위 안테나(A)에서 두 개의 단위 안테나 그룹을 생성하고 상기 복수의 제2 단위 안테나(A')에서 한 개의 단위 안테나 그룹을 생성하거나, 상기 복수의 제1 단위 안테나(A)에서 한 개의 단위 안테나 그룹을 생성하고 상기 복수의 제2 단위 안테나(A')에서 두 개의 단위 안테나 그룹을 생성할 수 있다. 또한. 안테나 어레이의 동작 모드가 MIMO 모드로 결정되고 해당 MIMO 타입이 2×2 MIMO로 결정된 경우, 안테나 그룹 생성부(142)는 상기 복수의 제1 단위 안테나(A)와 상기 복수의 제2 단위 안테나(A')에서 각각 한 개의 단위 안테나 그룹을 생성할 수 있다.
제3 결정부(144)는, 생성된 복수의 단위 안테나 그룹에서 각각 적어도 하나의 단위 안테나를 빔포밍에 사용될 단위 안테나로 선택하여 빔 패턴을 결정하도록 구성된다.
도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 하향링크 빔포밍 방법에 있어서 안테나 어레이의 동작 모드 결정 프로세스가 흐름도로 도시되어 있다. 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 하향링크 빔포밍 장치(100)의 세부 동작들을 시계열적으로 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 장치(100)의 상향링크 SRS 수집부(110)는, 상기 안테나 어레이(12)에 배열된 복수의 제1 단위 안테나(A)를 통해 각각 수신되는 제1 SRS(S)와, 상기 안테나 어레이(12)에 배열된 복수의 제2 단위 안테나(A')를 통해 각각 수신되는 제2 SRS(S')를 구분하여 수집하고, 수집된 제1 SRS(S)들과 제2 SRS(S')들을 신호크기가 큰 순서로 배열한다(S400).
앞서 언급한 바와 같이, 안테나 어레이(12)가 N 개의 트랜시버로 구성된 경우, 상향링크 SRS 수집부(110)는 N/2개의 제1 단위 안테나(A)를 통해 각각 수신된 N/2개의 제1 SRS(S0 내지 S(N/2-1))와, N/2개의 제2 단위 안테나(A)를 통해 각각 수신된 N/2개의 제2 SRS(S'0 내지 S'(N/2-1))를 수집할 수 있다.
그 다음, 상기 장치(100)의 동작 모드 결정부(120)는, 수집된 제1 SRS(S)와 제2 SRS(S') 간의 상관 정도를 나타내는 제1 코럴레이션(correlation) 값에 따라 안테나 어레이(12)의 동작 모드를 SISO(Single Input Single Output) 모드 또는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 모드로 결정한다(S410 내지 S430).
이 경우, 동작 모드 결정부(120)의 제1 산출부(122)는, 복수의 제1 단위 안테나(A)를 통해 수신된 제1 SRS(S)들을 모두 합한 제1 신호 와, 복수의 제2 단위 안테나(A')를 통해 수신된 제2 SRS(S')들을 모두 합한 제2 신호 를 생성하고, 생성된 제1 신호와 제2 신호 간의 코럴레이션 연산을 수행하여 상기 제1 코럴레이션 값 Co을 산출할 수 있다(S410).
또한, 동작 모드 결정부(120)의 제1 결정부(124)는, 상기 제1 코럴레이션 값 Co의 절댓값을 0과 1 사이에서 결정되는 제1 임계값(Cth1)과 비교하여, 상기 절댓값이 상기 제1 임계값(Cth1) 이상이면 상기 안테나 어레이의 동작 모드를 SISO 모드로 결정할 수 있다(S420). 그 결과, 하향링크 빔포밍 장치(100)는 기지국(10)의 안테나 어레이를 SISO 모드로 동작시킬 수 있다(S430).
반면, 상기 절댓값이 상기 제1 임계값(Cth1) 미만이면, 상기 제1 단위 안테나(A)는 안테나 어레이(12)의 동작 모드를 MIMO 모드로 결정할 수 있다.
그러면, 상기 장치(100)의 MIMO 타입 결정부(130)는, 복수의 제1 단위 안테나(A)를 통해 수신된 제1 SRS들(S0 내지 S(N/2-1)) 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제2 코럴레이션 값들과, 상기 복수의 제2 단위 안테나(A')를 통해 수신된 제2 SRS들(S'0 내지 S'( N/2-1)) 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제3 코럴레이션 값들에 따라, 상기 안테나 어레이(12)의 입출력 개수와 관련된 MIMO 타입을 결정한다(S440 내지 S460).
이 경우, MIMO 타입 결정부(130)의 제2 산출부(132)는, 복수의 제1 단위 안테나(A)를 통해 수신된 제1 SRS들(S0 내지 S(N/2-1)) 중에서 두 개의 제1 SRS를 경우의 수에 따라 차례로 선택하여, 선택된 두 개의 제1 SRS 간의 상관 정도를 나타내는 제2 코럴레이션 값(Cxy)을 산출하고, MIMO 타입 결정부(130)의 제3 산출부(134)는 복수의 제2 단위 안테나(A')를 통해 수신된 제2 SRS들(S'0 내지 S'( N/2-1)) 중에서 두 개의 제2 SRS를 경우의 수에 따라 차례로 선택하여, 선택된 두 개의 제2 SRS 간의 상관 정도를 나타내는 제3 코럴레이션 값(C'xy)을 산출할 수 있다(S440).
그 다음, MIMO 타입 결정부(130)의 제2 결정부(136)는, 제2 산출부(132)에 의해 산출된 제2 코럴레이션 값들의 절댓값들과 상기 제3 산출부(134)에 의해 산출된 제3 코럴레이션 값들의 절댓값들을 각각 0과 1 사이에서 결정되는 제2 임계값(Cth2)과 비교하여, 비교 결과에 따라 안테나 어레이(12)의 MIMO 타입을 2×2 MIMO, 3×3 MIMO 또는 4×4 MIMO로 결정한다.
즉, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상인 경우, 상기 제2 결정부(136)는 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 4×4 MIMO로 결정할 수 있다(S450). 그러면, 상기 장치(100)의 빔 패턴 결정부(140)는 도 5에 도시된 A 프로세스를 수행하게 된다.
또한, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이나 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값이 없는 경우, 또는 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값이 없으나 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상인 경우, 상기 제2 결정부(136)는 안테나 어레이의 MIMO 타입을 3×3 MIMO로 결정할 수 있다(S460). 그러면, 상기 장치(100)의 빔 패턴 결정부(140)는 도 8에 도시된 B 프로세스를 수행하게 된다.
반면, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값이 없고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값이 없는 경우, 상기 제2 결정부(136)는 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 2×2 MIMO로 결정할 수 있다. 그러면, 상기 장치(100)의 빔 패턴 결정부(140)는 도 11에 도시된 C 프로세스를 수행하게 된다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에서 코럴레이션 값들과 비교되는 제1 임계값(Cth1)과 제2 임계값(Cth2)은 해당 신호들 간의 구별 가능성이나 구별 필요성을 고려하여 이론적 또는 실험적으로 결정될 수 있다.
도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 하향링크 빔포밍 방법에 있어서 4×4 MIMO 동작을 위한 빔 패턴 결정 프로세스가 흐름도로 도시되어 있다. 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 기지국의 하향링크 빔포밍 장치(100)가 수행하는 세부 동작들을 시계열적으로 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 장치(100)의 빔 패턴 결정부(140)는, 안테나 어레이(12)의 동작 모드와 MIMO 타입에 따라 상기 안테나 어레이의 단위 안테나들을 그룹핑하여 단위 안테나 그룹을 생성하고, 각각의 단위 안테나 그룹에서 빔포밍에 사용될 단위 안테나를 선택하여 빔 패턴을 결정한다.
예컨대, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상인 경우, 상기 MIMO 타입 결정부(130)는 안테나 어레이의 MIMO 타입을 4×4 MIMO로 결정하고, 상기 빔 패턴 결정부(140)는 A 프로세스를 수행하게 된다.
다만, 기지국과 단말 간의 경로 손실(path loss)이 미리 결정된 기준치(PLth) 이상인 경우에는, 상기 MIMO 타입 결정부(130)는 안테나 어레이의 MIMO 타입을 2×2 MIMO로 결정하고, 상기 빔 패턴 결정부(140)는 도 11에 도시된 C 프로세스를 수행할 수 있다(S500). 이 경우, 경로 손실(path loss)의 기준치(PLth)는 기지국(10)에 적용되는 신호 변조 방식에 따라 상이하게 결정될 수 있다.
안테나 어레이의 MIMO 타입이 4×4 MIMO로 결정된 경우, 빔 패턴 결정부(140)는 상기 복수의 제1 단위 안테나(A) 및 상기 복수의 제2 단위 안테나(A') 중에서 각각 적어도 일부의 단위 안테나를 그룹핑하여, 상기 결정된 MIMO 타입에 대응하는 복수의 단위 안테나 그룹을 생성한다.
이를 위해, 빔 패턴 결정부(140)의 안테나 그룹 생성부(142)는, 상기 복수의 제1 단위 안테나(A)에서 두 개의 단위 안테나 그룹을 생성하고, 상기 복수의 제2 단위 안테나(A')에서 두 개의 단위 안테나 그룹을 생성할 수 있다(S510 내지 S550).
즉, 안테나 그룹 생성부(142)는, 복수의 제1 단위 안테나(A)를 통해 수신된 제1 SRS들(S0 내지 S(N/2-1)) 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제2 코럴레이션 값(Cxy)들 중 절댓값이 가장 작은 값을 산출한 두 개의 제1 SRS인 Sx와 Sy를 선택한다(S510),
그 다음, 안테나 그룹 생성부(142)는 상기 Sx와 Sy를 제외한 제1 SRS들 중 상기 Sx와의 코럴레이션 값(Cxn)이, 상기 제1 임계값(Cth1) 이상의 절댓값을 가지는 제1 SRS인 Sn을 확인하고, 해당 Sn을 수신한 단위 안테나들을 그룹핑하여 단위 안테나 그룹 G1을 생성한다(S520).
그 다음, 안테나 그룹 생성부(142)는 상기 Sx, Sy, Sn을 제외한 제1 SRS들 중 상기 Sy와의 코럴레이션 값(Cym)이, 상기 제1 임계값(Cth1) 이상의 절댓값을 가지는 제1 SRS인 Sm을 확인하고, 해당 Sm을 수신한 단위 안테나들을 그룹핑하여 단위 안테나 그룹 G2를 생성한다(S530).
그 다음, 안테나 그룹 생성부(142)는 복수의 제2 단위 안테나(A')를 통해 수신된 제2 SRS들(S'0 내지 S'( N/2-1)) 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제3 코럴레이션 값(C'xy)들에 대해 상기 단계들(S510 내지 S5530)을 수행하여, 단위 안테나 그룹 G'1, G'2를 생성한다(S540).
그 다음, 안테나 그룹 생성부(142)는 단위 안테나 그룹 G1과 G'1의 교집합에 포함되는 단위 안테나들로 최종 단위 안테나 그룹인 Ga와 G'a를 생성하고, 단위 안테나 그룹 G2과 G'2의 교집합에 포함되는 단위 안테나들로 최종 단위 안테나 그룹인 Gb와 G'b를 생성한다. 여기서, 단위 안테나 그룹들 간의 교집합은 안테나 어레이 상에서의 배치 위치를 기준으로 결정되는 것이다.
도 6에는 빔 패턴 결정을 위한 단위 안테나 그룹 생성 과정이 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 최종 단위 안테나 그룹 Ga는, G1의 단위 안테나들 중 G'1의 단위 안테나들과 대응하는 위치에 배치된 단위 안테나들로만 구성된다. 또한, 최종 단위 안테나 그룹 G'a는, G'1의 단위 안테나들 중 G1의 단위 안테나들과 대응하는 위치에 배치된 단위 안테나들로만 구성된다.
마찬가지로, 최종 단위 안테나 그룹 Gb는, G2의 단위 안테나들 중 G'2의 단위 안테나들과 대응하는 위치에 배치된 단위 안테나들로만 구성된다. 또한, 최종 단위 안테나 그룹 G'b는, G'2의 단위 안테나들 중 G2의 단위 안테나들과 대응하는 위치에 배치된 단위 안테나들로만 구성된다.
다시 도 5를 참조하면, 빔 패턴 결정부(140)의 제3 결정부(144)는 기지국에 접속한 단말의 개수를 고려하여 다른 방식으로 빔 패턴을 결정할 수 있다. 즉, 기지국에 접속한 단말이 1개인 경우, 제3 결정부(144)는 도 9에 도시된 D 프로세스를 수행할 수 있다(S560).
반면, 기지국에 접속한 단말이 복수 개인 경우, 제3 결정부(144)는 상기와 같이 생성된 복수의 단위 안테나 그룹(Ga, G'a, Gb, G'b)에서 각각 적어도 하나의 단위 안테나를 빔포밍에 사용될 단위 안테나로 선택하여 빔 패턴을 결정할 수 있다(S570). 예컨대, 제3 결정부(144)는 단위 안테나 그룹 Ga, Gb에 대해 각각, 해당 단위 안테나 그룹의 1 또는 상호 인접한 2 이상의 단위 안테나로 구성 가능한 안테나 배열 패턴들(1X1, 1X2, 1X3, 1X4, 2X1, 2X2 등)을 원소로 하는 안테나 배열 패턴 집합(P)을 생성하고, 단위 안테나 그룹 Ga의 안테나 배열 패턴 집합인 Pa와, 단위 안테나 그룹 Gb의 안테나 배열 패턴 집합인 Pb에 공통적으로 포함된 안테나 배열 패턴 중, 가장 많은 수의 단위 안테나를 포함하는 안테나 배열 패턴을 선택하여 빔 패턴을 결정할 수 있다. 안테나 배열 패턴의 선택시 단말의 경로 손실 등이 고려될 수 있다.
그 결과, 하향링크 빔포밍 장치(100)는 안테나 어레이에 배열된 단위 안테나들 중 상기와 같이 선택된 단위 안테나들을 사용하여 4×4 MIMO 동작을 수행하고, 나머지 단위 안테나들을 MU-MIMO(Multi-User MIMO) 동작에 사용할 수 있다(S580).
도 7에는 빔 패턴이 결정된 안테나 어레이의 일례가 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 빔포밍을 위해 선택된 안테나 어레이의 단위 안테나들(710 내지 740)은 4×4 MIMO 동작에 사용되고, 안테나 어레이의 나머지 단위 안테나들(750)은 MU-MIMO(Multi-User MIMO) 동작에 사용될 수 있다.
도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 하향링크 빔포밍 방법에 있어서 3×3 MIMO 동작을 위한 빔 패턴 결정 프로세스가 흐름도로 도시되어 있다. 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 기지국의 하향링크 빔포밍 장치(100)가 수행하는 세부 동작들을 시계열적으로 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 장치(100)의 빔 패턴 결정부(140)는, 안테나 어레이(12)의 동작 모드와 MIMO 타입에 따라 상기 안테나 어레이의 단위 안테나들을 그룹핑하여 단위 안테나 그룹을 생성하고, 각각의 단위 안테나 그룹에서 빔포밍에 사용될 단위 안테나를 선택하여 빔 패턴을 결정한다.
위에서 언급한 바와 같이, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이나 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값이 없는 경우, 또는 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값이 없으나 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상인 경우, 상기 MIMO 타입 결정부(130)는 안테나 어레이의 MIMO 타입을 3×3 MIMO로 결정하고, 상기 빔 패턴 결정부(140)는 B 프로세스를 수행하게 된다.
예컨대, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이나 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값이 없는 관계로, 안테나 어레이의 MIMO 타입이 3×3 MIMO로 결정된 경우, 상기 빔 패턴 결정부(140)는 상기 복수의 제1 단위 안테나(A) 및 상기 복수의 제2 단위 안테나(A') 중에서 각각 적어도 일부의 단위 안테나를 그룹핑하여, 결정된 MIMO 타입에 대응하는 복수의 단위 안테나 그룹을 생성할 수 있다.
이를 위해, 빔 패턴 결정부(140)의 안테나 그룹 생성부(142)는, 상기 복수의 제1 단위 안테나(A)에서 두 개의 단위 안테나 그룹을 생성하고, 상기 복수의 제2 단위 안테나(A')에서 한 개의 단위 안테나 그룹을 생성할 수 있다(S810a 내지 S850b).
즉, 안테나 그룹 생성부(142)는, 복수의 제1 단위 안테나(A)를 통해 수신된 제1 SRS들(S0 내지 S(N/2-1)) 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제2 코럴레이션 값(Cxy)들 중 절댓값이 가장 작은 값을 산출한 두 개의 제1 SRS인 Sx와 Sy를 선택한다(S810a),
그 다음, 안테나 그룹 생성부(142)는 상기 Sx와 Sy를 제외한 제1 SRS들 중 상기 Sx와의 코럴레이션 값(Cxn)이, 상기 제1 임계값(Cth1) 이상의 절댓값을 가지는 제1 SRS인 Sn을 확인하고, 해당 Sn을 수신한 단위 안테나들을 그룹핑하여 단위 안테나 그룹 G1을 생성한다(S820a).
그 다음, 안테나 그룹 생성부(142)는 상기 Sx, Sy, Sn을 제외한 제1 SRS들 중 상기 Sy와의 코럴레이션 값(Cym)이, 상기 제1 임계값(Cth1) 이상의 절댓값을 가지는 제1 SRS인 Sm을 확인하고, 해당 Sm을 수신한 단위 안테나들을 그룹핑하여 단위 안테나 그룹 G2를 생성한다(S830a).
한편, 빔 패턴 결정부(140)의 제3 결정부(144)는 기지국에 접속한 단말의 개수를 고려하여 다른 방식으로 빔 패턴을 결정할 수 있다. 즉, 기지국에 접속한 단말이 1개인 경우, 제3 결정부(144)는 도 9에 도시된 D 프로세스를 수행할 수 있다(S840a).
반면, 기지국에 접속한 단말이 복수 개인 경우, 안테나 그룹 생성부(142)는 상기 단위 안테나 그룹 G1 또는 G2에 대응하는 제2 단위 안테나들의 그룹인 G'를 생성할 수 있다(S850a).
그 다음, 제3 결정부(144)는 상술한 바와 같이 생성된 복수의 단위 안테나 그룹 G1, G2, G'에서 각각 적어도 하나의 단위 안테나를 빔포밍에 사용될 단위 안테나로 선택하여 빔 패턴을 결정할 수 있다(S860a). 예컨대, 제3 결정부(144)는 단위 안테나 그룹 G1, G2에 대해 각각, 해당 단위 안테나 그룹의 1 또는 상호 인접한 2 이상의 단위 안테나로 구성 가능한 안테나 배열 패턴들을 원소로 하는 안테나 배열 패턴 집합(P)을 생성하고, 단위 안테나 그룹 G1의 안테나 배열 패턴 집합인 P1와, 단위 안테나 그룹 G2의 안테나 배열 패턴 집합인 P2에 공통적으로 포함된 안테나 배열 패턴 중, 가장 많은 수의 단위 안테나를 포함하는 안테나 배열 패턴을 선택하여 빔 패턴을 결정할 수 있다.
한편, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값이 없으나 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상인 관계로, 안테나 어레이의 MIMO 타입이 3×3 MIMO로 결정된 경우, 상기 빔 패턴 결정부(140)는 복수의 제2 단위 안테나(A')를 통해 수신된 제2 SRS들(S'0 내지 S'( N/2-1)) 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제3 코럴레이션 값(C'xy)들에 대해, 상술한 단계 S810a 내지 S860a에 대응하는 단계들(S810b 내지 S860b)을 수행하여, 안테나 어레이의 빔 패턴을 결정할 수 있다.
그 결과, 하향링크 빔포밍 장치(100)는 안테나 어레이에 배열된 단위 안테나들 중 상기와 같이 선택된 단위 안테나들을 사용하여 3×3 MIMO 동작을 수행하고, 나머지 단위 안테나들을 MU-MIMO(Multi-User MIMO) 동작에 사용할 수 있다(S870).
도 9는 기지국 접속 단말이 1개일 때의 빔 패턴 결정 프로세스를 나타낸 흐름도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 안테나 어레이의 MIMO 타입이 4×4 MIMO 또는 3×3 MIMO로 결정되었으나 해당 기지국에 접속한 단말이 1개인 경우, 하향링크 빔포밍 장치(100)의 빔 패턴 결정부(140)는 빔 패턴 비트맵을 이용하는 D 프로세스를 수행하여 빔포밍을 위한 빔 패턴을 결정할 수 있다.
즉, 빔 패턴 결정부(140)는 Sx를 기준으로 산출된 코럴레이션 값들인 Cxn들과, Sy를 기준으로 산출된 코럴레이션 값들인 Cym들을 각각 N×M 행렬로 치환하고(S900), 치환된 행렬과 빔 패턴 비트맵에 대해 N×M 행렬 AND 연산을 수행한다.
도 10에는 빔 패턴 비트맵의 일례가 도시되어 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 빔 패턴 결정부(140)는 2×4, 2×4 비트맵을 포함하는 빔 패턴 비트맵과, Cxn 또는 Cym에 관한 행렬에 대해 각각 AND 연산을 수행한다.
그 다음, 빔 패턴 결정부(140)는 해당 연산 결과가 가장 큰 빔 패턴을 결정하여, 결정된 빔 패턴에 대응하는 단위 안테나들이 4×4 MIMO 또는 3×3 MIMO 동작을 수행하도록 할 수 있다(S920).
도 11에는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 하향링크 빔포밍 방법에 있어서 2×2 MIMO 동작을 위한 빔 패턴 결정 프로세스가 흐름도로 도시되어 있다. 도 11을 참조하여, 본 발명에 따른 기지국의 하향링크 빔포밍 장치(100)가 수행하는 세부 동작들을 시계열적으로 설명한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 장치(100)의 빔 패턴 결정부(140)는, 안테나 어레이(12)의 동작 모드와 MIMO 타입에 따라 상기 안테나 어레이의 단위 안테나들을 그룹핑하여 단위 안테나 그룹을 생성하고, 각각의 단위 안테나 그룹에서 빔포밍에 사용될 단위 안테나를 선택하여 빔 패턴을 결정한다.
도 4를 참조하여 상술한 바와 같이, 제1 SRS들(S0 내지 S(N/2-1)) 상호 간의 코럴레이션 값인 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값이 없고, 제2 SRS들(S'0 내지 S'( N/2-1)) 상호 간의 코럴레이션 값인 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값(Cth2) 이하의 절댓값을 갖는 값이 없는 경우, 상기 장치(100)의 MIMO 타입 결정부(130)는 안테나 어레이의 MIMO 타입을 2×2 MIMO로 결정하고, 상기 빔 패턴 결정부(140)는 C 프로세스를 수행하게 된다.
안테나 어레이의 MIMO 타입이 2×2 MIMO로 결정된 경우, 빔 패턴 결정부(140)는 상기 복수의 제1 단위 안테나(A) 및 상기 복수의 제2 단위 안테나(A') 중에서 각각 적어도 일부의 단위 안테나를 그룹핑하여, 상기 결정된 MIMO 타입에 대응하는 복수의 단위 안테나 그룹을 생성한다.
이를 위해, 빔 패턴 결정부(140)의 안테나 그룹 생성부(142)는, 상기 복수의 제1 단위 안테나(A)에서 한 개의 단위 안테나 그룹을 생성하고, 상기 복수의 제2 단위 안테나(A')에서 한 개의 단위 안테나 그룹을 생성할 수 있다(S1100 내지 S1150).
즉, 안테나 그룹 생성부(142)는, 복수의 제1 단위 안테나(A)를 통해 수신된 제1 SRS들 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제2 코럴레이션 값(Cxy)들 중 절댓값이 가장 작은 값을 산출한 두 개의 제1 SRS인 Sx와 Sy를 선택한다(S1100),
그 다음, 안테나 그룹 생성부(142)는 상기 Sx와 Sy를 제외한 제1 SRS들 중 상기 Sx와의 코럴레이션 값(Cxn)이, 상기 제1 임계값(Cth1) 이상의 절댓값을 가지는 제1 SRS인 Sn을 확인하고, 해당 Sn을 수신한 단위 안테나들을 그룹핑하여 단위 안테나 그룹 G1을 생성한다(S1110).
그 다음, 안테나 그룹 생성부(142)는 복수의 제2 단위 안테나(A')를 통해 수신된 제2 SRS들 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제3 코럴레이션 값(C'xy)들에 대해 상기 단계들(S1100, S1110)을 수행하여, 단위 안테나 그룹 G'1를 생성한다(S1120).
그 다음, 기지국에 접속한 단말이 1개인 경우(S1130), 상기 하향링크 빔포밍 장치(100)는 단위 안테나 그룹 G1, G'1의 모든 단위 안테나를 사용하여 2×2 MIMO 동작을 수행할 수 있다(S1140).
반면, 기지국에 접속한 단말이 복수 개인 경우(S1130), 상기 안테나 그룹 생성부(142)는 단위 안테나 그룹 G1과 G'1의 교집합에 포함되는 단위 안테나들로 최종 단위 안테나 그룹인 Ga와 G'a를 생성한다(S1150). 앞서 언급한 바와 같이, 단위 안테나 그룹들 간의 교집합은 안테나 어레이 상에서의 배치 위치를 기준으로 결정되는 것이다. 즉, 최종 단위 안테나 그룹 Ga는, G1의 단위 안테나들 중 G'1의 단위 안테나들과 대응하는 위치에 배치된 단위 안테나들로만 구성된다. 또한, 최종 단위 안테나 그룹 G'a는, G'1의 단위 안테나들 중 G1의 단위 안테나들과 대응하는 위치에 배치된 단위 안테나들로만 구성된다.
그 다음, 상기 장치(100)의 제3 결정부(144)는, 상기와 같이 생성된 복수의 단위 안테나 그룹(Ga, G'a)에서 각각 적어도 하나의 단위 안테나를 빔포밍에 사용될 단위 안테나로 선택하여 빔 패턴을 결정할 수 있다(S1160). 예컨대, 제3 결정부(144)는 단위 안테나 그룹 Ga에 대해, 해당 단위 안테나 그룹의 1 또는 상호 인접한 2 이상의 단위 안테나로 구성 가능한 안테나 배열 패턴들을 원소로 하는 안테나 배열 패턴 집합(P)을 생성하고, 단위 안테나 그룹 Ga의 안테나 배열 패턴 집합인 Pa에 포함된 안테나 배열 패턴 중, 가장 많은 수의 단위 안테나를 포함하는 안테나 배열 패턴을 선택하여 빔 패턴을 결정할 수 있다. 안테나 배열 패턴의 선택시 단말의 경로 손실 등이 고려될 수 있다.
그 결과, 하향링크 빔포밍 장치(100)는 안테나 어레이에 배열된 단위 안테나들 중 상기와 같이 선택된 단위 안테나들을 사용하여 2×2 MIMO 동작을 수행하고, 나머지 단위 안테나들을 MU-MIMO(Multi-User MIMO) 동작에 사용할 수 있다(S1170).
한편, 본 발명에 따른 실시예들은 컴퓨터 시스템과 이러한 컴퓨터 시스템을 구동하는 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예들이 컴퓨터 프로그램으로 구현되는 경우, 본 발명의 구성요소들은 해당 컴퓨터 시스템을 통해 해당 동작이나 작업을 실행하는 프로그램 세그먼트들이다. 이러한 컴퓨터 프로그램 내지 프로그램 세그먼트들은 컴퓨터로 판독 가능한 다양한 기록매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에는 컴퓨터 시스템이 읽어들일 수 있는 데이터를 기록하는 모든 종류의 매체가 포함된다. 예컨대, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에는 ROM, RAM, EEPROM, 레지스터, 플래시 메모리, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크, 또는 광 데이터 기록장치 등이 포함될 수 있다. 또한, 이러한 기록매체는 다양한 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산 배치되어 프로그램 코드들을 분산 방식으로 저장하거나 실행시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 이동 통신 시스템의 기지국에 수신되는 상향링크 SRS들의 코럴레이션 값을 기반으로 빔포밍에 사용될 안테나 어레이의 단위 안테나들을 선택하여 빔포밍을 위한 빔 패턴을 결정함으로써, 기지국으로 하여금 하향링크 채널 추정 과정이나 기지국과 단말이 사전에 가지고 있어야 하는 코드북에 대한 정보 없이 하향링크 빔포밍을 수행할 수 있도록 한다.
또한, 기지국에 수신되는 상향링크 SRS들의 코럴레이션 값에 따라 안테나 어레이의 빔 패턴을 적응적으로 변경 가능하게 함으로써, 기지국 주변의 실제 통신 환경이나 통신 상황을 반영하고 기지국의 안테나 이득을 개선할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 하향링크 빔포밍 장치 110 : 상향링크 SRS 수집부
120 : 동작 모드 결정부 122 : 제1 산출부
124 : 제1 결정부 130 : MIMO 타입 결정부
132 : 제2 산출부 134 : 제3 산출부
136 : 제2 결정부 140 : 빔 패턴 결정부
142 : 안테나 그룹 생성부 144 : 제3 결정부

Claims (18)

  1. 제1 방향으로 배치되는 제1 단위 안테나 및 상기 제1 단위 안테나와 대응하는 위치에 배치되되 제2 방향으로 배치되는 제2 단위 안테나가 각각 복수 개씩 배열된 안테나 어레이를 이용하여, 단말의 상향링크 SRS(Sounding Reference Signal)를 수신하는 기지국의 하향링크 빔포밍 장치로서,
    상기 안테나 어레이에 배열된 복수의 제1 단위 안테나를 통해 각각 수신되는 제1 SRS와, 상기 안테나 어레이에 배열된 복수의 제2 단위 안테나를 통해 각각 수신되는 제2 SRS를 구분하여 수집하는 상향링크 SRS 수집부;
    상기 제1 SRS와 상기 제2 SRS 간의 상관 정도를 나타내는 제1 코럴레이션(correlation) 값에 따라 상기 안테나 어레이의 동작 모드를 SISO(Single Input Single Output) 모드 또는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 모드로 결정하는 동작 모드 결정부;
    상기 안테나 어레이의 동작 모드가 MIMO 모드로 결정된 경우, 상기 복수의 제1 단위 안테나를 통해 수신된 제1 SRS들 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제2 코럴레이션 값들과, 상기 복수의 제2 단위 안테나를 통해 수신된 제2 SRS들 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제3 코럴레이션 값들에 따라 상기 안테나 어레이의 입출력 개수와 관련된 MIMO 타입을 결정하는 MIMO 타입 결정부; 및
    상기 안테나 어레이의 동작 모드와 MIMO 타입에 따라 상기 안테나 어레이의 단위 안테나들을 그룹핑하여 단위 안테나 그룹을 생성하고, 상기 단위 안테나 그룹에서 빔포밍에 사용될 단위 안테나를 선택하여 빔 패턴을 결정하는 빔 패턴 결정부를 포함하는 하향링크 빔포밍 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동작 모드 결정부는,
    상기 복수의 제1 단위 안테나를 통해 수신된 제1 SRS들을 합한 제1 신호와, 상기 복수의 제2 단위 안테나를 통해 수신된 제2 SRS들을 합한 제2 신호 간의 코럴레이션 연산을 수행하여 상기 제1 코럴레이션 값을 산출하는 제1 산출부; 및
    상기 제1 코럴레이션 값의 절댓값을 0과 1 사이에서 결정되는 제1 임계값과 비교하여, 상기 절댓값이 상기 제1 임계값 이상이면 상기 안테나 어레이의 동작 모드를 SISO 모드로 결정하고, 상기 절댓값이 상기 제1 임계값 미만이면 상기 안테나 어레이의 동작 모드를 MIMO 모드로 결정하는 제1 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하향링크 빔포밍 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 MIMO 타입 결정부는,
    상기 복수의 제1 단위 안테나를 통해 수신된 제1 SRS들 중에서 두 개의 제1 SRS를 경우의 수에 따라 차례로 선택하고, 선택된 두 개의 제1 SRS 간의 상관 정도를 나타내는 제2 코럴레이션 값을 산출하는 제2 산출부;
    상기 복수의 제2 단위 안테나를 통해 수신된 제2 SRS들 중에서 두 개의 제2 SRS를 경우의 수에 따라 차례로 선택하고, 선택된 두 개의 제2 SRS 간의 상관 정도를 나타내는 제3 코럴레이션 값을 산출하는 제3 산출부; 및
    상기 제2 산출부에 의해 산출된 제2 코럴레이션 값들의 절댓값들과 상기 제3 산출부에 의해 산출된 제3 코럴레이션 값들의 절댓값들을 각각 0과 1 사이에서 결정되는 제2 임계값과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 2×2 MIMO, 3×3 MIMO 또는 4×4 MIMO로 결정하는 제2 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하향링크 빔포밍 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 결정부는, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상인 경우, 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 4×4 MIMO로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 하향링크 빔포밍 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 결정부는, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이되, 상기 기지국과 단말 간의 경로 손실(path loss)이 미리 결정된 기준치 이상인 경우, 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 2×2 MIMO로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 하향링크 빔포밍 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 결정부는, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이나 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없는 경우, 또는 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없으나 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상인 경우, 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 3×3 MIMO로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 하향링크 빔포밍 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2 결정부는, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없는 경우, 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 2×2 MIMO로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 하향링크 빔포밍 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 빔 패턴 결정부는,
    상기 안테나 어레이의 동작 모드가 MIMO 모드로 결정된 경우, 상기 복수의 제1 단위 안테나 및 상기 복수의 제2 단위 안테나 중에서 각각 적어도 일부의 단위 안테나를 그룹핑하여 상기 결정된 MIMO 타입에 대응하는 복수의 단위 안테나 그룹을 생성하는 안테나 그룹 생성부; 및
    상기 복수의 단위 안테나 그룹에서 각각 적어도 하나의 단위 안테나를 빔포밍에 사용될 단위 안테나로 선택하여 빔 패턴을 결정하는 제3 결정부를 포함하는 하향링크 빔포밍 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단위 안테나 및 상기 제1 단위 안테나에 대응하는 상기 제2 단위 안테나는, 동일 위치에 배치되되 상호 직교하는 방향으로 신호를 송수신하도록 배치된 것을 특징으로 하는 하향링크 빔포밍 장치.
  10. 제1 방향으로 배치되는 제1 단위 안테나 및 상기 제1 단위 안테나와 대응하는 위치에 배치되되 제2 방향으로 배치되는 제2 단위 안테나가 각각 복수 개씩 배열된 안테나 어레이를 이용하여, 단말의 상향링크 SRS(Sounding Reference Signal)를 수신하는 기지국의 하향링크 빔포밍 방법으로서,
    상기 기지국이 상기 안테나 어레이에 배열된 복수의 제1 단위 안테나를 통해 각각 수신되는 제1 SRS와, 상기 안테나 어레이에 배열된 복수의 제2 단위 안테나를 통해 각각 수신되는 제2 SRS를 구분하여 수집하는 (a) 단계;
    상기 기지국이 상기 제1 SRS와 상기 제2 SRS 간의 상관 정도를 나타내는 제1 코럴레이션(correlation) 값에 따라 상기 안테나 어레이의 동작 모드를 SISO(Single Input Single Output) 모드 또는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 모드로 결정하는 (b) 단계;
    상기 안테나 어레이의 동작 모드가 MIMO 모드로 결정된 경우, 상기 기지국이 상기 복수의 제1 단위 안테나를 통해 수신된 제1 SRS들 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제2 코럴레이션 값들과, 상기 복수의 제2 단위 안테나를 통해 수신된 제2 SRS들 상호 간의 상관 정도를 나타내는 제3 코럴레이션 값들에 따라 상기 안테나 어레이의 입출력 개수와 관련된 MIMO 타입을 결정하는 (c) 단계; 및
    상기 기지국이 상기 안테나 어레이의 동작 모드와 MIMO 타입에 따라 상기 안테나 어레이의 단위 안테나들을 그룹핑하여 단위 안테나 그룹을 생성하고, 상기 단위 안테나 그룹에서 빔포밍에 사용될 단위 안테나를 선택하여 빔 패턴을 결정하는 (d) 단계를 포함하는 하향링크 빔포밍 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 복수의 제1 단위 안테나를 통해 수신된 제1 SRS들을 합한 제1 신호와, 상기 복수의 제2 단위 안테나를 통해 수신된 제2 SRS들을 합한 제2 신호 간의 코럴레이션 연산을 수행하여 상기 제1 코럴레이션 값을 산출하는 (b1) 단계; 및
    상기 제1 코럴레이션 값의 절댓값을 0과 1 사이에서 결정되는 제1 임계값과 비교하여, 상기 절댓값이 상기 제1 임계값 이상이면 상기 안테나 어레이의 동작 모드를 SISO 모드로 결정하고, 상기 절댓값이 상기 제1 임계값 미만이면 상기 안테나 어레이의 동작 모드를 MIMO 모드로 결정하는 (b2) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하향링크 빔포밍 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 복수의 제1 단위 안테나를 통해 수신된 제1 SRS들 중에서 두 개의 제1 SRS를 경우의 수에 따라 차례로 선택하고, 선택된 두 개의 제1 SRS 간의 상관 정도를 나타내는 제2 코럴레이션 값을 산출하는 (c1) 단계;
    상기 복수의 제2 단위 안테나를 통해 수신된 제2 SRS들 중에서 두 개의 제2 SRS를 경우의 수에 따라 차례로 선택하고, 선택된 두 개의 제2 SRS 간의 상관 정도를 나타내는 제3 코럴레이션 값을 산출하는 (c2) 단계; 및
    상기 (c1) 단계에서 산출된 제2 코럴레이션 값들의 절댓값들과 상기 (c2) 단계에서 산출된 제3 코럴레이션 값들의 절댓값들을 각각 0과 1 사이에서 결정되는 제2 임계값과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 2×2 MIMO, 3×3 MIMO 또는 4×4 MIMO로 결정하는 (c3) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하향링크 빔포밍 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 (c3) 단계는, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상인 경우, 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 4×4 MIMO로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하향링크 빔포밍 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 (c3) 단계는, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이되, 상기 기지국과 단말 간의 경로 손실(path loss)이 미리 결정된 기준치 이상인 경우, 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 2×2 MIMO로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하향링크 빔포밍 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 (c3) 단계는, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상이나 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없는 경우, 또는 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없으나 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값의 개수가 1개 이상인 경우, 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 3×3 MIMO로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하향링크 빔포밍 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 (c3) 단계는, 상기 제2 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없고 상기 제3 코럴레이션 값들 중 상기 제2 임계값 이하의 절댓값을 갖는 값이 없는 경우, 상기 안테나 어레이의 MIMO 타입을 2×2 MIMO로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하향링크 빔포밍 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 안테나 어레이의 동작 모드가 MIMO 모드로 결정된 경우, 상기 복수의 제1 단위 안테나 및 상기 복수의 제2 단위 안테나 중에서 각각 적어도 일부의 단위 안테나를 그룹핑하여 상기 결정된 MIMO 타입에 대응하는 복수의 단위 안테나 그룹을 생성하는 (d1) 단계; 및
    상기 복수의 단위 안테나 그룹에서 각각 적어도 하나의 단위 안테나를 빔포밍에 사용될 단위 안테나로 선택하여 빔 패턴을 결정하는 (d2) 단계를 포함하는 하향링크 빔포밍 방법.
  18. 제10항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 방법을 컴퓨터를 통해 실행하는 컴퓨터 프로그램으로서 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램.
KR1020200026080A 2020-03-02 2020-03-02 기지국의 하향링크 빔포밍 장치 및 방법 KR102636644B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200026080A KR102636644B1 (ko) 2020-03-02 2020-03-02 기지국의 하향링크 빔포밍 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200026080A KR102636644B1 (ko) 2020-03-02 2020-03-02 기지국의 하향링크 빔포밍 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210111044A KR20210111044A (ko) 2021-09-10
KR102636644B1 true KR102636644B1 (ko) 2024-02-13

Family

ID=77777315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200026080A KR102636644B1 (ko) 2020-03-02 2020-03-02 기지국의 하향링크 빔포밍 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102636644B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150215793A1 (en) 2012-08-13 2015-07-30 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Enhancing Uplink Measurements for Positioning by Adaptively Using Multi-Antenna Systems
KR101868621B1 (ko) 2010-06-04 2018-06-18 엘지전자 주식회사 단말의 비주기적 사운딩 참조신호 트리거링 기반 ｓｒｓ 전송 방법 및 비주기적 ｓｒｓ를 전송하기 위한 상향링크 전송 전력을 제어 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102350860B1 (ko) * 2015-05-12 2022-01-13 삼성전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 스케줄링 방법 및 장치
KR102410474B1 (ko) * 2017-11-17 2022-06-20 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서 기준 신호 송수신 방법 및 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101868621B1 (ko) 2010-06-04 2018-06-18 엘지전자 주식회사 단말의 비주기적 사운딩 참조신호 트리거링 기반 ｓｒｓ 전송 방법 및 비주기적 ｓｒｓ를 전송하기 위한 상향링크 전송 전력을 제어 방법
US20150215793A1 (en) 2012-08-13 2015-07-30 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Enhancing Uplink Measurements for Positioning by Adaptively Using Multi-Antenna Systems

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210111044A (ko) 2021-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7672408B2 (en) Signal separation device and signal separation method
CN101247207B (zh) 球状解码方法、装置与系统
CN104823508B (zh) 用于低密度扩展调制检测的系统和方法
WO2009066936A1 (en) Codebook for multiple user multiple input multiple output system and communication device using the codebook
CN109547085A (zh) 一种天线选择方法、装置、系统、计算机设备和存储介质
US20100329371A1 (en) Multiple input multiple output (mimo) communication system for feedforwarding interference vector indicator
EP1901446A1 (en) Radio communication device, radio communication method, and radio communication program
Karamalis et al. Selecting array configurations for MIMO systems: An evolutionary computation approach
KR102636644B1 (ko) 기지국의 하향링크 빔포밍 장치 및 방법
CN106411796B (zh) 一种非正交多址接入中多终端信号检测方法及基站
US8059761B2 (en) Detecting in-phase and quadrature-phase amplitudes of MIMO communications
KR101669857B1 (ko) 대규모 다중-입력 다중-출력 통신 시스템에서 채널 추정 및 피드백 방법
US11310083B2 (en) Method and system for selecting important delay taps of channel impulse response
KR102467153B1 (ko) Ofdma 기반 무선 전력 통신 네트워크를 위한 에너지 효율적인 자원 할당 방법 및 그 장치
KR102376810B1 (ko) 인공 잡음을 활용한 보안 성능 향상 방법 및 장치
CN114826837B (zh) 一种信道估计方法、装置、设备及存储介质
CN101828352A (zh) 测试无线通信设备的传输模式的方法
KR20200001397A (ko) 기지국장치 및 기지국장치의 동작 방법
CN101484908B (zh) 涉及无线电信号传输的方法和装置
US10476562B2 (en) Communication device and method
JP5597465B2 (ja) マルチユーザスケジューリング方法およびその装置、ならびにマルチユーザビーム形成方法およびその装置
CN113162661A (zh) 一种波束赋形设备及波束赋形方法
KR101719059B1 (ko) 빔 공간 다중 안테나 시스템에 기반한 빔 변복조 방법 및 장치
KR101428921B1 (ko) 다중 라디오 환경에서 기계학습을 이용한 적응형 전송 방법 및 장치
CN109067483A (zh) 一种利用以往感知时隙数据的最大特征值频谱感知方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant