KR20040015042A

KR20040015042A - 통신 시스템에서 다운링크 빔형성 가중치를 추정하는 방법및 장치

Info

Publication number: KR20040015042A
Application number: KR10-2003-7008286A
Authority: KR
Inventors: 페트루스폴; 체말리안토이느; 드피에르데이비드; 윤루이스씨.
Original assignee: 어레이컴, 인코포레이티드
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2001-10-03
Publication date: 2004-02-18
Also published as: WO2002051033A1; DE60141708D1; AU2001296598B2; EP1344332B1; CN1481624A; US6839574B2; US20020090978A1; JP2004516742A; KR100821242B1; AU9659801A; EP1344332A1; CN1242566C

Abstract

다운링크 빔 형성 장치 및 방법을 기재한다. 한 실시예에서, 본 발명에 따른 방법은 복수의 안테나 어레이 요소로부터 업링크(uplink) 통신 신호를 수신하는 단계, 환경의 동작 조건을 선택하는 단계, 그리고 상기 환경의 선택된 상기 동작 조건에 응답하여 다운링크 통신 신호에 사용되는 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 단계를 포함한다.

Description

통신 시스템에서 다운링크 빔형성 가중치를 추정하는 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING DOWNLINK BEAMFORMING WEIGHTS IN A COMMUNICATIONS SYSTEM}

안테나 어레이는 고주파 신호를 송수신하는 통신 시스템에 사용되고 있다. 안테나 어레이는 통상적으로 공간적으로 분리된 복수의 안테나를 포함하며, 셀룰러 시스템(cellular system), 텔레비전 방송, 점대점 시스템, 호출기 시스템(paging system), 의료 분야 등을 포함하는 상이한 무선 분야에 이용될 수 있다.

이러한 시스템에서 안테나 어레이를 사용하는 것은 단일한 안테나를 사용하는 것이 비하여 안테나 성능을 개선시킨다. 수신 신호에 대한 안테나 성능 개선은 개선된 신호 대 잡음비 및 잡음 제거율을 포함할 수 있다. 송신 신호에 대한 안테나 성능 개선은 개선된 지향성(directionality)과 다른 공유 채널 사용자에 대한 더 적은 영향, 보안성 및 감소된 전송 전력 요건을 포함할 수 있다. 안테나 어레이는 신호의 수신에만, 또는 신호의 송신에만 또는 신호의 송수신 모두에 사용될 수 있다.

안테나 어레이 시스템의 통상적인 응용은 무선 통신 시스템이다. 셀룰러 통신 시스템과 무선 국지 루프 시스템을 예로 들 수 있다. 이러한 무선 통신 시스템은 일반적으로 기지국이라 불리는 하나 이상의 통신국과 원격 단말기 및 핸드세트(handset)로 불리는 가입자 단위를 포함한다. 셀룰러 시스템에서의 원격 단말기는 통상 이동 통신인 반면, 무선 국지 루프 시스템에서의 원격 장치는 통상 고정된 지역이다.

안테나 어레이는 일반적으로 기지국에 위치하지만, 사용자의 단말기에 위치할 수 있다. 원격 단말기로부터 기지국으로의 통신은 통상 업링크(uplink)라 하며 기지국에서 원격 단말기로의 통신은 다운링크(downlink)라 한다. 시분할 듀플렉스(time division duplex, TDD) 시스템에서, 원격 단말기와의 업링크 및 다운링크 통신은 동일한 주파수이지만 상이한 시간 슬롯(time slot)에서 일어난다. 주파수 분할 듀플렉스(frequency division duplex, FDD) 시스템에서, 원격 단말기와의 업링크 및 다운링크 통신은 상이한 주파수에서 일어나지만 동시에 일어날 수 있고 아닐 수도 있다.

FDD에서 업링크 및 다운링크 통신 채널에는 상이한 주파수가 사용되므로, 기지국과 원격 단말기 사이의 업링크 및 다운링크 통신 채널에서의 신호 특성이 다를수 있다. 그 차이는 채널이 다중 경로 요소를 가질 때 더욱 명백해진다. 다중 경로 환경에서, 예를 들면 건물 등에 의해 야기되는 산란 및 반사는 진폭 및 위상의 변경 및/또는 통신 시스템의 다중 경로 요소의 변경을 일으킨다. 다중 경로 요소는 상이한 주파수에 대하여 상이하게 행동하며 안테나 어레이에 도달하는 통신 신호는 주파수에 따라 상이하게 행동한다. 이는 업링크 및 다운링크 주파수가 TDD 시스템에서는 동일하므로 FDD 시스템에서 다운링크 빔 형성에 대한 강렬한 도전 의식을 고취시킨다. 따라서, 무선 통신 시스템의 성능은 환경 내에 산란자(scatters)가 있을 때 영향을 받는다.

무선 통신 시스템 성능에 영향을 미치는 다른 요인은 환경 내에서 동일 주파수 또는 채널을 동시에 사용하는 복수의 원격 단말기가 존재할 때이다. 동일 주파수를 사용하는 개별 소스 또는 원격 단말기의 수효가 증가할수록, 통신 채널에서의 간섭량이 또한 증가한다.

관련 출원

본 출원은 2000년 9월 22일 출원된 "Method and Apparatus For Determining An Operating Condition In A Communication System"이라는 명칭의 출원 번호 제 09/668,664호로서 동시 계류된 출원과 관련이 있다..

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 안테나 어레이를 이용하는 무선 통신 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 일례로 설명하며 첨부한 도면에 의하여 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 기지국의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 낮은 클러터 환경(low clutter environment)에서 동작하는 기지국의 한 실시예를 나타내는 블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 높은 클러터, 낮은 간섭 환경에서 동작하는 기지국의 한 실시예를 나타내는 블록도이다.

도 4는 본 발명에 따른 높은 클러터, 높은 간섭 환경에서 동작하는 기지국의 한 실시예를 나타내는 블록도이다.

도 5는 본 발명에 따른 다운링크 빔 형성 방법의 한 실시예를 나타내는 흐름도이다.

도 6은 본 발명에 따른 환경 조건에 따라 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 한 실시예를 나타내는 흐름도이다.

다운링크 빔 형성 장치 및 방법을 기재한다. 한 실시예에서, 본 발명의 한 실시예에 따른 방법은 복수의 안테나 어레이 요소로부터 업링크 통신 신호를 수신하는 단계, 환경의 동작 조건을 선택하는 단계, 그리고 상기 환경의 선택된 동작 조건에 따라 다운링크 통신 신호에 사용되는 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 단계를 포함한다. 본 발명의 추가적인 장점 및 이점은 이하에서의 상세한 설명, 도면 및 청구범위에 의하여 명확해진다.

본 발명의 한 특징에서, 통신 시스템의 동작 조건 또는 환경에 기초하여 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 방법 및 장치를 기재한다. 다음 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 위하여 여러 특정한 실시예를 기재한다. 하지만, 특정한 실시예가 본 발명을 실시하는데 반드시 필요한 것이 아님은 당업자에게 명백하다. 다른 예에서, 공지의 자료 또는 방법은 본 발명을 모호하게 하는 것을 피하기 위하여 상세하게 설명하지 않았다.

이 명세서 전체를 통하여 "한 실시예" 또는 "어느 실시예"라고 하는 용어는그 실시예와 관련하여 기재한 특징, 구조 또는 특질이 본 발명의 적어도 한 실시예에 포함되어 있음을 뜻한다. 따라서, "한 실시예에서" 또는 "어느 실시예에서"라는 표현은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 더욱이, 특징, 구조 또는 특질은 하나 이상의 실시예에 적절하게 결합될 수 있다.

본 발명의 한 특징에서, 무선 통신 시스템의 기지국은 무선 통신 시스템이 동작하는 환경 또는 조건을 추정할 수 있다. 기지국으로부터 원격 단말기로의 다운링크 통신 신호에 대한 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는데 사용되는 방법은 동작 조건에 따라 추정된다. 예를 들면, 한 실시예에서, 다운링크 빔 형성 가중치는 낮은 클러터, 높은 클러터, 낮은 간섭 또는 높은 클러터, 높은 간섭을 추정하느냐에 따라 상이하게 추정될 수 있다.

한 실시예에서, 기지국은 복수의 안테나 요소를 갖는 안테나 어레이를 포함한다. 업링크 통신 신호는 안테나 어레이의 안테나 요소에 의하여 수신되고 업링크 통신 신호에 대하여 기지국이 낮은 클러터, 높은 클러터, 낮은 간섭 환경 또는 높은 클러터, 높은 간섭 환경에서 동작하는지를 추정하는 처리가 행하여진다. 환경을 추정한 후, 추정된 환경 조건에 기초하여 다운링크 통신에 사용되는 다운링크 빔 형성 가중치를 추정한다.

도 1은 본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 기지국(101)의 한 실시예를 나타내는 블록도이다. 도시한 바와 같이, 기지국(101)은 복수의 안테나 요소(105, 107)를 갖는 안테나 어레이(103)를 포함한다. 설명의 목적으로 도 1에서는 2개의 안테나(105, 107)를 갖는 것으로 도시하였지만, 본 발명에 따라 2개 이상의 안테나를 포함할 수 있음을 알 것이다. 도시한 바와 같이, 업링크 통신 신호(117)가 안테나 어레이(103)의 안테나(105, 107)에 의하여 수신된다. 한 실시예에서, 업링크 통신 신호(117)는 무선 통신 시스템의 하나 이상의 원격 단말기로부터 수신된다.

도시한 실시예에서, 수신기(109)는 안테나 어레이(103)의 안테나(105, 107)로부터 업링크 통신 신호(117)를 수신하도록 연결되어 있다. 한 실시예에서, 신호 처리기(111)는 수신기(109)에 연결되어 업링크 통신 신호(117)를 수신한다. 한 실시예에서, 기억 장치(113)는 수신기(109)에 연결되어 수신기(109)가 수신한 업링크 통신 신호를 기억하고 신호 처리기(111)는 기억 장치(113)에 연결되어 기억된 통신 신호를 수신한다. 한 실시예에서, 기억 장치(113)는 신호 처리기(111)가 실행 가능한 소프트웨어 명령어를 기록한 기계로 판독 가능한 매체이다.

도 1에 도시한 실시예에 도시한 바와 같이, 신호 처리기(111)는 수신된 업링크 통신 신호(117)를 처리하고 수신된 업링크 통신 신호(117)에 응답하여 환경 추정(115)을 생성한다. 한 실시예에서, 환경 추정(115)은 낮은 클러터 환경, 높은 클러터, 낮은 간섭 환경 또는 높은 클러터, 높은 간섭 환경의 추정일 수 있다.

환경 추정(115)과 같이 본 발명의 실시예들에 이용될 수 있는 환경을 추정하는 다양한 장치, 방법 및/또는 기술들은 전술한 관련 출원에 기재되어 있다.

한 실시예에서, 신호 처리기(111)는 다중링크 통신 신호용으로 사용되는 다운링크 빔 형성 가중치(131)를 추정한다. 한 실시예에서, 빔 형성 가중치(131)를 추정하는데 이용되는 방법 및/또는 기술은 환경 추정(115)에 기초한다. 예를 들면, 한 실시예에서, 낮은 클러터 환경이 환경 추정(115)에서 추정된 경우 다운링크빔 형성 가중치(131)를 추정하는데 제1 기술이 사용된다. 높은 클러터, 낮은 간섭 환경이 환경 추정(115)에서 추정된 경우 다운링크 빔 형성 가중치(131)를 추정하는데 제2 기술이 사용된다. 높은 클러터, 높은 간섭 환경이 환경 추정(115)에서 추정된 경우 다운링크 빔 형성 가중치(131)를 추정하는데 제3 기술이 사용된다.

도 2는 본 발명에 따른 낮은 클러터 환경에서 동작하는 기지국(201)의 한 실시예를 나타내는 블록도이다. 설명을 위한 목적으로 낮은 클러터 환경은 비교적 산란이 거의 없으나 다중 경로를 유발시킬 수 있는 환경에 대응한다. 이러한 환경은 예를 들면 단층 또는 2층 건물로 특징되는 시외 환경(suburban environment)에서 찾을 수 있다. 어떤 경우에는 기지국과 원격 단말기를 한 눈에 볼 수 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 기지국(201)은 원격 단말기(219)로부터 업링크 통신 신호(217)를 수신하는 안테나 어레이(203)를 포함한다. 한 실시예엣, 기지국(203)은 셀룰러 기지국 등의 일부일 수 있으며 원격 단말기는 셀룰러 폰 등의 일부일 수 있는 이동 장치일 수 있다. 하지만, 본 발명은 예를 들면 셀룰러 시스템과 같은 특정한 무선 분야의 형태에 한정되지 않으며 여러 형태의 무선 시스템 및 안테나 어레이를 이용하는 분야에 채용될 수 있음을 주지하여야 한다. 한 실시예에서, 본 발명은 적응형 어레이(adaptive array)가 채용될 수 있는 공간 분할 다중 접속 시스템(spatial division multiple access system, SDMA) 또는 기타 시스템에 유용하다. 예를 들면, 본 발명의 한 실시예는 TDD에 이용될 수 있으며 특히 FDD 통신 시스템 및/또는 다른 무선 통신 구조와 결합되어 이용된다. 더욱이, 본 발명의 여러 요소들 각각 또는 결합은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 결합으로구현될 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 산란자(223)가 환경에 존재하더라도 상대적으로 거의 없으며, 따라서 도 2에 도시한 환경은 낮은 클러터 환경을 나타낸다. 전파(propagation)의 관점에서, 기지국(201)과 원격 단말기(219) 사이의 통신 채널은 양호하다. 한 실시예에서, 기지국(201)은 안테나 어레이(203)를 통하여 업링크 통신신호(217)를 수신한다. 기지국(210)은 업링크 신호(217)를 처리하고 도 2에 낮은 클러터 환경의 추정인 환경 추정(215)을 생성한다. 한 실시예에서, 기지국(210)은 또한 업링크 신호(217)와 환경 추정(215)에 응답하여 다운링크 통신 신호용으로 사용되는 다운링크 빔 형성 가중치(231)를 추정한다.

도 3은 본 발명에 따른 높은 클러터, 낮은 간섭 환경에서 동작하는 기지국(301)을 나타내는 한 실시예의 블록도이다. 설명을 위하여, 높은 클러터 환경은 다중 경로 요소를 유발시킬 수 있는 비교적 대량의 산란자가 존재하는 환경에 상응한다. 그러한 환경의 예로는 큰 빌딩으로 특징되고 전파 환경이 거친 도시 환경이 있다. 시선 전파 조건(line of sight propagation condition)은 높은 클러터 환경에서는 존재하지 않는다. 도시 또는 높은 클러터 환경 전파 채널은 다중 전파 경로를 포함하고 시외 환경과 같은 주 경로(dominant path)를 포함하지 않는다. 따라서, 높은 클러터 환경에서는 들어오는 업링크 신호가 도착시 심각한 확산 각이 생긴다. 설명을 위하여, 낮은 간섭 환경은 동시에 동일 주파수 또는 채널을 사용하는 소스 또는 원격 단말기가 거의 없는 환경에 상응한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 기지국(301)은 원격 단말기(319)로부터 업링크 통신 신호(317)를 수신하는 안테나 어레이(303)를 포함한다. 산란자(323, 325, 327, 329)를 포함하는 대량의 산란자가 상대적으로 존재한다. 비교적 대량의 산란자들은 업링크 통신 신호(317)에 다중 경로를 유발한다. 따라서, 도 3에 도시한 환경은 높은 클러터 환경이다. 또한, 도 3에 도시한 예에는 원격 단말기(319)가 거의 없으므로 낮은 간섭 환경의 예시이다.

한 실시예에서, 기지국(301)은 안테나 어레이(303)를 통하여 업링크 통신 신호(317)를 수신한다. 기지국(301)은 업링크 신호(317)를 처리하여 높은 클러터, 낮은 간섭 환경의 추정인 환경 추정(315)을 생성한다. 한 실시예에서, 기지국(301)은 업링크 신호(317) 및 환경 추정(315)에 응답하여 다운링크 통신 신호에 사용되는 다운링크 빙형성 가중치(331)를 추정한다.

도 4는 본 발명에 따른 높은 클러터, 낮은 간섭 환경에서 동작하는 기지국(410)의 한 실시예를 나타내는 블록도이다. 설명을 위하여, 높은 간섭 환경은 동시에 동일 주파수 또는 채널을 사용하는 대량의 소스 또는 원격 단말기가 존재하는 환경에 상응한다. 이러한 환경의 예로는 혼잡한 도심 또는 공항 환경과 같이 동일 채널을 사용하는 수많은 무선 폰 사용자가 존재하는 환경일 수 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 기지국(401)은 원격 단말기(419, 421)를 포함하는 여러 원격 단말기로부터 업링크 통신 신호(417)를 수신하는 안테나 어레이(403)를 포함한다. 산란자(423, 425, 427, 429)를 포함하는 비교적 대량의 산란자가 존재한다. 대량의 산란자들은 업링크 통신 신호에 다중 경로를 유발한다. 따라서, 도 4에 도시한 환경은 높은 클러터 환경이다. 또한, 도 4에 도시한 예는 원격단말기(419, 421) 2개를 도시하였지만 대량의 원격 단말기이며, 도시한 환경은 높은 간섭 환경의 예시이다.

한 실시예에서, 기지국(410)은 안테나 어레이(415)를 통하여 업링크 통신 신호(417)를 수신한다. 기지국(401)은 업링크 신호(417)를 처리하여 높은 클러터, 높은 간섭 환경의 추정인 환경 추정(415)을 생성한다. 한 실시예에서, 기지국(401)은 업링크 신호(417)와 환경 추정(415)에 기초하여 다운링크 통신 신호용으로 사용되는 다운링크 빔 형성 가중치(431)를 추정한다.

도 5는 기지국으로부터 원격 단말기로의 다운링크 통신 신호용 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 방법에 관한 한 실시예가 도시되어 있다. 도 5에 도시한 흐름도(501)는 전술한 도 1 내지 도 4에 도시한 예와 같이 기지국에 의하여 실행된다. 블록(503)에 나타낸 바와 같이, 업링크 신호는 예를 들면 도 1의 안테나 어레이(103)의 복수의 안테나(105, 107)에 의하여 수신된다. 한 실시예에서, 업링크 신호는 수신기(103)에 제공되고 이어 신호 처리기(111)에 제공된다. 한 실시예에서, 업링크 신호는 기억 장치(113)에 기억되고 이어 신호 처리기(111)에 제공된다. 다른 실시예에서, 업링크 신호는 수신기(109)로부터 직접 수신된다.

한 실시예에서, 블록(505)은 환경을 선택하였음을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 환경을 추정하기 위한 방법 및/또는 기술의 일부 예들은 전술한 관련 출원에 언급되어 있다.

블록(507)은 블록(505)에서 생성된 선택된 동작 조건에 응답하여 한 실시예에서 생성된다. 한 실시예에서, 블록(507)에서 생성된 다운링크 빔 형성 가중치는기지국으로부터 원격 단말기로의 다운링크 통신 신호를 생성하는 본 명세서의 이점을 갖는 당업자에 의하여 이용될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 다운링크 통신 신호용으로 사용되는 다운링크 빔 형성 가중치를 생성하는 방법의 한 실시예를 나타내는 흐름도(601)이다. 블록(603)으로 나타낸 바와 같이, 제1 접근은 낮은 클러터 환경 추정인 경우에 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는데 사용된다. 한 실시예에서, 낮은 클러터 환경이 블록(603)에 따라 추정되는 경우, 업링크 통신 신호로부터 유추된 채널 정보는 다운링크 공간 처리를 위해 사용된다. 한 실시예에서, 블록(605)은 낮은 클러터 환경 추정이 있는 경우 업링크 통신 신호로부터 도달각(angle of arrival, AOA)이 추정되었음을 나타낸다. 한 실시예에서, 다운링크 빔 형성 가중치는 블록(607)에 도시한 바와 같은 추정된 AOA에 기초하여 계산된다.

한 실시예에서, AOA를 추정하는데 공지의 기술을 이용할 수 있다. 본 발명에 따라 이용될 수 있는 공지의 AOA 추정 기술은 예를 들어 지연 및 합산(Delay and Sum) 방법, 캐폰의 방법(Capon's method), MUSIC(Multiple Signal Classification) 및 ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)를 포함한다.

지연 및 합산법은 고전적인 빔 형성 방법 또는 푸리에 방법으로 불린다. 빔 형성자(beamformer)는 임의의 주어진 각(θ)에 대한 공간 표지(spatial signature)인 가중치(w)를 사용한다. 따라서, w = a(θ)이다. 빔 형성자의 출력 전력은 각각의 방위각에 대하여 계산된다. 최대 출력에 대응하는 AOA 는 소스 AOA로 정해진다. 이러한 공지의 기술은 광대역 빔을 생성한다.

공지된 캐폰의 방법은 시야각(look angle)(θ)에서 빔을 형성하는 방법이기는 하지만, 관련이 없는 간섭을 제거(null)하려고 한다. 이는 다음과 같이 시야각의 방향으로 빔이 형성되는 제약에 종속된 출력 전력을 최소화하여 이루어진다.

여기서, y는 출력, w는 가중치 벡터, H는 헤르미션 전치(Hermitian transpose), R_zz는 입력 상관 행렬을 나타낸다. AOA의 함수로서 출력 전력 스펙트럼은 다음과 같이 주어진다.

공지의 MUSIC 기법은 입력 공분산 행렬(covariance matrix)의 고유 구조를 이용하는 고해상도 알고리즘이다. MUSIC은 입사 신호의 수효, AOA, 강도 및 입사 신호 사이의 상호 관계를 추정하는 신호 추정 알고리즘이다. 공분산 행렬의 고유 벡터는 2개의 직교 공간, 즉 신호 공간과 잡음 공간 중 하나에 속한다. 신호의 AOA에 대응하는 방향 벡터(steering vector)는 신호 공간에 속하고 따라서 잡음 공간과 직교한다. 잡음 공간의 고유 벡터에 의하여 펼쳐진 공간에 수직한 가능한 모든 어레이 방향 벡터를 찾음으로써 AOA를 추정한다.

공지의 ESPRIT 기법은 MUSIC에 대한 계산과 기억 장치에 대한 요구를 줄이는 또 다른 공간 기술이다. ESPRIT은 과도한 검색이나 정확한 교정을 필요로 하지 않는다. ESPRIT은 회전이 아닌 고정된 병진 거리에 의하여 서로 이격된 2개의 부공간의 대응 요소를 갖는 2개의 동일한 크기의 동일 부공간으로 분해 가능한 구조를 갖는 어레이 요소를 이용함으로써 장점을 유도한다.

전술한 모든 AOA 기법은 안테나 어레이의 교정, 즉 안테나, 수신기 및 송신기의 연결에 기인한 모든 변수가 제거되었다고 가정한다. 균일한 선형 어레이에 대하여, 특정 입사각(θ)에 대한 업링크용 공간 표지는 다음과 같이 쓸 수 있다.

여기서, d는 요소간 거리, λ_u는 업링크 파장, M은 안테나 어레이에 있는 안테나의 수효이다. 한 실시예에서, 다운링크 공간 표지는 업링크 파장(λ_u)을 다운링크 통신 신호에 사용되는 다운링크 파장(λ_d)으로 대체함으로써 얻어진다.

업링크 통신 신호에서, 원격 단말기와 관련된 복수의 AOA 요소가 존재할 수 있다. 한 실시예에서, 각 원격 단말기와 관련된 AOA는 서로 분리되며 다운링크 가중치는 다음과 같이 추정된다. 먼저, 소스의 수효는 예를 들어 AIC(Akalike Information Criteria), MDL(Minimum Descriptive Length) 등과 같은 차수 추정 알고리즘(order estimation algorithm)을 이용하여 추정된다. 다음, 여러 원격 단말기의 업링크 공간 표지는 예를 들어 ILSP(Iterative Least Squares Projection) 방법 등과 같은 공지의 기법을 이용하여 분리된다. 이어 AOA 추정 알고리즘은 추정된 업링크 공간 표지에 적용되고 각각의 원격 단말기와 관련된 AOA가 추정된다. 각 원격 단말기와 관련된 지배적인 AOA를 선택하고, 다음 식을 이용하여 다운링크 빔 형성 가중치를 형성한다.

여기서, w는 다운링크 빔 형성 가중치 벡터이며, A 행렬은 모든 원격 단말기의 다운링크 공간 표시를 포함하며, H는 헤르미션 전치를 나타내며, a_i는 i 번째 원격 단말기의 다운링크 공간 표지이다. 따라서, 본 발명의 한 실시예에서, 최대 전력을 갖는 AOA 성분을 사용하여 다운링크 빔 형성 가중치를 계산한다. 따라서, w_i는 본 발명에 따른 낮은 클러터 환경에서 다운링크 통신 신호용으로 추정되는 다운링크 빔 형성 가중치를 나타낸다.

도 6의 흐름도를 다시 참조하면, 블록(609)은 제2 접근을 이용하여 높은 클러터, 낮은 간섭 환경인 경우에 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 것을 나타낸다. 한 실시예에서, 높은 클러터, 낮은 간섭 환경이 블록(609)에 따라 추정되는 경우, 블록(611)은 업링크 공간 표지를 추정함을 나타낸다. 블록(613)에 따르면, 다운링크 빔 형성 가중치는 업링크 공간 표지에 기초하여 계산된다.

한 실시예에서, 높은 클러터, 낮은 간섭 환경인 경우 업링크 공간 표지는 업링크 통신 신호 AOA로부터 추정되는 것이 아니라, 간섭 신호와 입력 어레이 신호를 관련시킴으로써 추정된다. 따라서, 추정된 업링크 공간 표지는 다음과 같이 추정된다.

여기서,는 추정된 업링크 공간 표지이며, r_zs는 입력 신호 Z와 기준 신호 r과의 상관이다. H는 헤르미션 전치를 나타내고 M은 안테나 어레이의 안테나 수효이다. 한 실시예에서, 높은 클러터, 낮은 간섭 환경인 경우에 다운링크 빔 형성 가중치는 다음과 같이 추정된다.

여기서, wd는 본 발명에 따라서 높은 클러터, 낮은 간섭 환경에서 다운링크 통신 신호용으로 추정된 다운링크 빔 형성 가중치를 나타낸다.

도 6의 흐름도(601)를 다시 참조하면, 블록(615)은 제3 접근을 이용하여 높은 클러터, 높은 간섭 환경 추정이 있는 경우에 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 것을 나타낸다. 한 실시예에서, 높은 클러터, 높은 간섭 환경이 블록(615)에 따라 추정된 경우, 블록(617)은 업링크 최적 가중치를 추정한다. 한 실시예에서, 원하는 원격 단말기의 AOA와 간섭자(interferer)를 업링크 빔 패턴으로부터 추정한다. 블록(619)에 도시한 바와 같이, 한 실시예에서, 다운링크 빔 형성 가중치는공지의 널 확장 기법(null broadening technique)을 이용하여 간섭자를 향하는 널(null)을 확장시킴으로써 추정된다. 따라서, 증가된 전력은 원하는 원격 단말기로 향하고 감소된 전력은 간섭자로 향한다.

예를 들면, 한 실시예에서, 업링크 최적 가중치는 다음에 따라 계산된다.

여기서, w는 업링크 최적 가중치를 나타내는 Mx1 행렬이며, M은 안테나의 수효이다. Rzz는 다음에 따라 계산된 상관 행렬이다

그리고, r_zs는 다음에 따라 계산된 상관 벡터이다.

여기서 Z는 수신된 업링크 통신 신호를 나타내는 행렬이며, s는 기준 신호이며, M은 안테나의 수효이다.

한 실시예에서, 업링크 최적 가중치(w_[Mx1])를 추정한 후, 당업자에게 공지된 기법을 이용하여 업링크 빔 패턴을 형성한다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 업링크 빔 패턴에 위치한 널은 간섭자에 대응한다. 한 실시예에서, 업링크 빔 패턴에위치한 널은 공지의 기법을 이용하여 확장되고 다운링크 빔 형성 가중치는 본 발명에 따라 높은 클러터, 높은 간섭 환경용으로 결정된다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 빔 패턴에서의 널은 간섭자의 AOA에 대응한다. 따라서, 간섭자의 AOA에서 빔 패턴의 널을 확장시켜 감소된 전력이 다운링크 빔 형성 가중치로부터 생성된 다운링크 통신 신호에 위치한 간섭자로 향하게 된다. 다른 실시예에서, 간섭자로 향하는 전력을 감소시키는 널 확장 기법은 본 발명에 따른 높은 클러터, 높은 간섭 이외의 환경 조건에 사용될 수 있음을 주지하여야 한다.

전술한 설명에서, 요약서에 기재된 것을 포함하여 소정의 예시적인 실시예를 참조하여 본 발명의 장치 및 방법에 관하여 설명하였다. 하지만, 본 발명의 넓은 취지와 범위를 벗어나지 않는 여러 변형 및 변경이 가능함은 명백하다. 따라서, 본 명세서와 도면은 제한적인 것이라 예시적으로 해석되어야 한다. 설명과 요약은 기재된 정확한 형식에 본 발명을 제한하려고 해서는 아니 된다.

다음의 청구 범위에 사용된 항목은 명세서에 기재된 특정 실시예에 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 오히려, 본 발명의 범위는 청구 범위 해석의 확립된 원리에 따라 해석되어져야 하는 다음의 청구 범위에 의하여 전적으로 결정되어야 한다.

Claims

복수의 안테나 어레이 요소(antenna array element)로부터 업링크(uplink) 통신 신호를 수신하는 단계,

환경의 동작 조건을 선택하는 단계, 그리고

상기 환경의 선택된 상기 동작 조건에 응답하여 다운링크 통신 신호에 사용되는 다운링크 빔 형성 가중치(downlink beamforming weight)를 추정하는 단계

를 포함하는 방법.
제1항에서,

상기 환경의 동작 조건은 상기 복수의 안테나 어레이 요소로부터 수신되는 상기 업링크 통신 신호에 응답하여 선택되는 방법.
제2항에서,

상기 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 단계는 낮은 클러터 환경(low clutter environment)이 상기 선택된 동작 조건인 경우에 상기 복수의 안테나 어레이 요소로부터 수신되는 상기 업링크 통신 신호에서 유추된 채널 정보를 이용하는 단계를 포함하는 방법.
제3항에서,

상기 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 단계는 상기 복수의 안테나로부터 수신되는 상기 업링크 통신 신호에서 추정된 도달각(angle of arrival, AOA)을 이용하는 단계를 포함하는 방법.
제2항에서,

상기 다운링크 빔 형성 가중치는 높은 클러터, 낮은 간섭 환경이 상기 선택된 동작 조건인 경우에 상기 복수의 안테나 어레이 요소로부터 수신되는 상기 업링크 통신 신호의 업링크 공간 표지(uplink spatial signature)에 응답하여 추정되는 방법.
제5항에서,

상기 업링크 공간 표지를 추정하는 단계는 상기 수신된 업링크 통신 신호와 기준 신호 사이의 상관(correlation)을 추정하는 단계를 포함하는 방법.
제2항에서,

상기 다운링크 빔 형성 가중치는 높은 클러터, 높은 간섭 환경이 상기 선택된 동작 조건인 경우에 상기 복수의 안테나 어레이 요소로부터 수신되는 상기 업링크 통신 신호의 업링크 최적 가중치(uplink optimal weight)에 응답하여 추정되는 방법.
제7항에서,

상기 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 단계는

상기 복수의 안테나 어레이 요소로부터 수신되는 업링크 통신 신호로부터 상기 업링크 최적 가중치를 추정하는 단계,

원하는 원격 단말기 및 간섭자(interferer)에 대응하는 도달각을 추정하는 단계, 그리고

상기 간섭자로 지향하는 널(null)을 확장시키는 단계

를 포함하는 방법.
복수의 안테나 요소,

상기 복수의 안테나 요소로부터 업링크 통신 신호를 수신하도록 연결되는 수신기, 그리고

선택된 환경의 동작 조건에 응답하여 다운링크 통신 신호에 사용되는 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하도록 연결되는 신호 처리기

를 포함하는 장치.
제9항에서,

상기 신호 처리기는 상기 복수의 안테나 요소로부터 상기 업링크 통신 신호를 수신하여 상기 환경의 동작 조건을 선택하는 신호 처리를 행하는 장치.
제10항에서,

상기 복수의 안테나 어레이 요소에 연결되며, 상기 복수의 안테나 요소로부터 수신되는 상기 업링크 통신 신호를 기억하는 메모리를 더 포함하는 장치.
제10항에서,

상기 신호 처리기는 낮은 클러터 환경이 상기 선택된 동작 조건인 경우에 상기 복수의 안테나 어레이 요소로부터 수신되는 상기 업링크 통신 신호에서 유추된 채널 정보를 이용하여 상기 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 장치.
제10항에서,

상기 신호 처리기는 높은 클러터, 낮은 간섭 환경이 상기 선택된 동작 조건인 경우에 상기 복수의 안테나 어레이 요소로부터 수신되는 상기 업링크 통신 신호의 업링크 공간 표지에 응답하여 상기 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 장치.
제10항에서,

상기 신호 처리기는 높은 클러터, 높은 간섭 환경이 상기 선택된 동작 조건인 경우에 상기 복수의 안테나 어레이 요소로부터 수신되는 상기 업링크 통신 신호의 업링크 최적 가중치에 응답하여 상기 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 장치.
기계로 판독 가능한, 기억된 명령을 포함하는 기계로 판독 가능한 매체로서,

복수의 안테나 어레이 요소로부터 업링크 통신 신호를 수신하고,

환경의 동작 조건을 선택하며,

상기 환경의 상기 선택된 동작 조건에 응답하여 다운링크 통신 신호에 사용되는 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는

명령을 기억하는 기계로 판독 가능한 매체.
제15항에서,

상기 복수의 안테나 어레이 요소로부터 상기 업링크 통신 신호를 저장하는 명령을 더 포함하는 기계로 판독 가능한 매체.
제16항에서,

낮은 클러터 환경이 상기 선택된 동작 조건인 경우에 상기 복수의 안테나 어레이 요소로부터 수신되는 상기 업링크 통신 신호에서 유추된 채널 정보를 이용하여 상기 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 명령을 더 포함하는 기계로 판독 가능한 매체.
제16항에서,

높은 클러터, 낮은 간섭 환경이 상기 선택된 동작 조건인 경우에 상기 복수의 안테나 어레이 요소로부터 수신되는 상기 업링크 통신 신호의 업링크 신호 표지에 응답하여 상기 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 명령을 더 포함하는 기계로 판독 가능한 매체.
제16항에서,

높은 클러터, 높은 간섭 환경이 상기 선택된 동작 조건인 경우에 상기 복수의 안테나 어레이 요소로부터 수신되는 상기 업링크 통신 신호의 업링크 최적 가중치에 응답하여 상기 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 명령을 더 포함하는 기계로 판독 가능한 매체.
복수의 안테나 요소로부터 업링크 통신 신호를 수신하는 수단,

상기 수신된 업링크 통신 신호를 기억하는 수단,

환경의 동작 조건을 선택하는 수단, 그리고

상기 환경의 선택된 동작 조건에 응답하여 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 신호 처리 수단

을 포함하는 장치.
제20항에서,

상기 환경의 동작 조건을 선택하는 수단은 상기 복수의 안테나 요소로부터 수신되는 상기 업링크 통신 신호에 응답하는 장치.
제20항에서,

상기 복수의 안테나 요소로부터 수신되는 상기 업링크 통신 신호를 기억하는 수단을 더 포함하는 장치.
제20항에서,

상기 신호 처리 수단은 낮은 클러터 환경이 상기 선택된 동작 조건인 경우에 상기 복수의 안테나 어레이 요소로부터 수신되는 상기 업링크 통신 신호에서 유추된 채널 정보를 이용하여 상기 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 장치.
제20항에서,

상기 신호 처리 수단은 높은 클러터, 낮은 간섭 환경이 상기 선택된 동작 조건인 경우에 상기 복수의 안테나 어레이 요소로부터 수신되는 상기 업링크 통신 신호의 업링크 신호 표지에 응답하여 상기 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 장치.
제20항에서,

상기 신호 처리 수단은 높은 클러터, 높은 간섭 환경이 상기 선택된 동작 조건인 경우에 상기 복수의 안테나 어레이 요소로부터 수신되는 상기 업링크 통신 신호의 업링크 최적 가중치에 응답하여 상기 다운링크 빔 형성 가중치를 추정하는 장치.