KR20060120090A - 다수의 빔 안테나 시스템용 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

무선 노드 내의 안테나 배열은 공통 신호를 포함하는 섹터 셀의 대부분을 커버하는 넓은 빔 및 이동 전화 사용자-특정 신호를 포함하는 오직 섹터 셀의 일부를 커버하는 좁은 빔을 전송하기 위해서 다수의 안테나 엘리멘트를 포함한다. 전송 회로 소자는 안테나 배열과 연결되고, 프로세싱 회로 소자는 전송 회로 소자와 연결된다. 프로세싱 회로 소자는 혼합 빔 실시예에서 사용자-특정 신호 및 공통 신호가 안테나 배열에서 동위상이고 시간-정렬된다는 것을 보장한다. 조향 빔 실시예에서, 프로세싱 회로 소자는 섹터 셀 내의 이동국에서 수신될 때 사용자-특정 신호 및 공통 신호가 시간-정렬되고 제어되는 위상차를 갖는다는 것을 보장한다. 이런 두 가지 실시예에서, 기저대 주파수로부터 무선 주파수로의 그들의 변환에 관련된 공통 신호 및 사용자-특정 신호에서 왜곡이 또한 보상된다. 그리고 조향 빔 실시예에서, 빔 형성 웨이트는 희망하는 이동 전화 사용자로 좁은 빔을 방사하도록 사용될 뿐만 아니라 셀 내의 모든 이동 전화 사용자에 도달하도록 넓은 공통 신호를 향하게 하도록 사용된다.
공통 신호, 사용자-특정 신호, 고정-빔, 조향-빔, 섹터 셀

Description

다수의 빔 안테나 시스템용 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MULTI-BEAM ANTENNA SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 무선 통신 노드에 관한 것이고, 특히, 다수의 빔 안테나 시스템을 사용하는 무선 통신 노드에 관한 것이다.
적응형 안테나 배열은 다양한 셀룰러 통신 시스템, 예컨대 GSM 시스템에 연속적으로 사용되어 왔다. 적응형 안테나 배열은 통상적인 섹터 안테나를 두 개 이상의 가깝게 이격된 안테나 엘리멘트로 교체한다. 안테나 배열은 다른 사용자로의 간섭을 최소화하기 위해서 좁은-빔의 방사된 에너지가 특정 이동 전화 사용자를 향하게 한다. 적응형 안테나 배열은 실질적으로 성능을 향상시키는 GSM ALC TDMA 시스템에 보여지고, 증가된 시스템 캐퍼시티 및/또는 증가된 범위에서 측정되며, 보통 섹터 커버링 안테나와 비교된다.
적응형 안테나는 두 개의 종류로 분류될 수 있는데, 상기 종류는 : 방사된 에너지가 다수의 고정된 방향을 향하게 되는 고정-빔(fixed-beam) 시스템 및 방사된 에너지가 임의의 희망하는 장소를 향하게 되는 조향-빔(steered-beam)이다. 두 가지 유형의 좁은 빔 시스템은 일반적으로 도 2에 도시되고, 이는 또한 섹터 셀을 커버하는 섹터 빔을 도시한다. 적응형 안테나 시스템의 이득은: 사용자를 공간적으 로 (각을 이루게) 분류함으로써 스펙트럼 자원의 효율적인 사용, 효율적인 가격, 증가된 범위 또는 캐퍼시티 및 쉬운 통합이고, 즉, 어떠한 이동 전화 단말기 변화도 단말기 및 기지국 둘 다에서 다수의 안테나를 사용하는 다중 입력 다중 출력(MIMO) 방식과 같은 다른 방식으로서 요구되지는 않는다.
고정 빔은 기저대에서나 무선 주파수(RF)에서 발생될 수 있다. 기저대 발생은 중간 주파수(IF)를 통해 기저대로부터 신호 경로 내의 임의의 신호 왜곡 존재를 추정하여 상쇄하는 교정 유닛(calibration unit)을 필요로 하고 중간 주파수는 배열 내의 각각의 안테나 엘리멘트에 이른다. 중간 주파수 방법은 예컨대, 무선 주파수에서 버틀러 매트릭스(butler matrix)를 사용하여 고정-빔을 발생한다.
몇몇 가정, 예컨대 안테나 엘리멘트가 반파장에 의해 분류되는 동일한 선형 배열 하에서, 도입 파장 전면의 어떤 신호 도달 방향(DOA) 및 안테나 엘리멘트의 출력에서 신호의 위상 이동이 일-대-일 대응한다. 적절하게 전송(또는 수신) 전에 신호를 위상 이동함으로써, 적응형 안테나 시스템은 바람직한 이동 전화 사용자를 향하여(또는 바람직한 이동 전화 사용자로부터) 방사된 에너지를 조향할 수 있는 한편, 동시에 다른 이동 전화 사용자로의 간섭을 최소화할 수 있다. 조향-빔은 기저대로부터 안테나 엘리멘트 그리고 그 역으로의 신호 경로 내의 임의의 신호 왜곡 존재를 추정하여 상쇄하는 교정을 필요로 한다.
시변, 멀티패스 페이딩은 많은 무선 통신 환경에서 수신된 신호의 품질을 심하게 떨어뜨린다. 딥 페이드를 완화시키고 신뢰성 높은 통신을 제공하기 위한 한 방법은 전송된 신호에 용장성 (다이버시티)을 도입하는 것이다. 부가된 용장성은 시간적이거나 공간적인 도메인일 수 있다. 시간적인 (시간) 다이버시티는 채널 코딩 및 인터리빙을 사용하여 구현된다. 공간적인 (공간) 다이버시티는 신호를 공간적으로 분류된 안테나에 전송함으로써 성취되거나 상이한 편향된 안테나(polarized antenna)를 사용함으로써 성취된다. 이와 같은 전략은 각각의 안테나 상의 독립적인 페이딩을 보장한다. 공간적인 전송 다이버시티는 피드백 정보가 수신기에서 전송기로 다시 전송되는지 여부에 따라, 폐쇄-루프 또는 개방-루프 전송 다이버시티 모드로 세분될 수 있다.
적응형 안테나에서, 사용자-특정 데이터 신호는 (고정되는지 조향 가능한지 간에) 좁은 빔을 사용하여 전송된다. 그러나 시스템에-특정하거나 보통인 신호는 일반적으로 섹터 안테나와 같이 넓은 커버링 빔을 갖는 다른 안테나를 통해 전송된다. 통상 보통 신호는 기지국 (일차) 파일럿 신호이다. 파일럿 신호는 모든 무선 이동 전화가 무선 전파 채널을 추정하기 위해 사용하는 공지된 데이터 순서를 포함한다. 이동 전화가 움직임에 따라, 무선 전파 채널 또한 변한다. 양호한 채널 추정은 사용자-특정 데이터를 탐지하기 위해서 중요하기 때문에, 파일럿 신호는 "위상 기준"으로서 사용된다. 빔-특정 제 2 파일럿 신호는 각각의 빔 상에 존재할 수 있고 또한 위상 기준으로서 사용될 수 있다. 이동 전화 사용자 이들의 신호는 동일한 빔으로 전송되고 나서 동일한 제 2 파일럿 신호를 사용한다. 대안으로, 이동 전화-전용 파일럿 신호는 사용자-특정 신호와 같은 동일한 빔으로 전송될 수 있고 위상 기준으로서 사용될 수 있다. 이동 전화 사용자는 위상 기준이 사용되어야만 하는 네트워크에 의해 지시된다.
현재 다수-빔 아키텍처에 몇몇 결점이 있다. 제 1 결점은 비용이다. 무선 주파수에서 좁은 빔을 형성하는 고정-빔 안테나 배열은 구현될 부가적인 섹터 커버링을 필요로 할 수 있다. 하드웨어 복잡성 및 비용은 : (섹터-커버링 안테나에 대한) 빔+1의 수와 같은 공급 케이블 수, 안테나 크기에 의해 결정되는 물리적 웨이트(weight), 안테나 철탑의 높이 및 크기에 관련된다. 상이한 섹터 및 좁은 빔 안테나는 기지국 비용을 상당히 증가시킨다.
제 2 결점은 위상 기준이 부적당하고 서비스 품질(QoS)이 낮아지는 것에 관한 것이다. 섹터 커버링 안테나에 의해 전송되는 제 1 파일럿 신호의 무선 채널 및 좁은 빔을 통해 전송되는 사용자-특정 데이터의 무선 채널은 동일할 필요가 없다. 이동 전화가 위상 기준으로서 제 1 파일럿 신호를 사용하도록 지시된다면, 이동 전화는 사용자-특정 데이터가 제 1 파일럿 신호와 같이 동일한 무선 채널을 필요로 할 것을 기대할 것이다. 그러나 이러한 채널은 다양하다. 결과적으로, 위상 기준이 부적당하고, 탐지 및 디코딩 오류는 증가하며, 서비스 품질이 감소된다.
제 3 결점은 양호하지 않은 자원을 사용하는 것이다. 위상 기준 불일치를 보완하기 위해서, 이동 전화는 위상 기준으로서 빔-특정 제 2 파일럿 신호 또는 사용자-특정 전용 파일럿 신호를 사용하도록 지시될 수 있다. 전자의 경우에, 동일한 빔 내의 모든 사용자는 동일한 파일럿 신호를 사용하는 반면, 후자의 경우에는, 각 사용자가 동일하지 않은 파일럿 신호를 사용한다. 서비스 품질(QoS)은 부가적으로 할당된 자원(예컨대, 전력, 코드 등)이 손실되는 대가로 증진된다. 결과적으로, 보다 적은 전력은 다른 이동 전화 사용자에 사용 가능하여, 반대로 시스템 캐퍼시티 및 데이터 작업량에 영향을 미친다.
부가적인 결점은 불요성 및 신호 지연을 고려한다. 이동 전화가 대안적인, 빔당 제 2 파일럿 신호로부터 더 양호한 신호를 수신할 수 있다고 가정하자. 그 결과 네트워크가 제 2 파일럿이 가장 적합한지, 즉 최대 전력에서 수신되는지 주기적으로 검사해야만 한다. 안테나 시스템 및 무선 이동 전화는 몇몇 측정 리포트를 다시 리포트하기 위해서 네트워크에 의해 시그널링되어야만 한다. 새로운 빔이 사용자-특정 데이터를 전송하는데 사용되어야만 한다고 네트워크가 결정한다면, 안테나 시스템은 빔이 변하도록 지시될 것이고, 무선 이동 전화는 위상 기준으로서 대안적인 제 2 파일럿 채널을 사용하여 출발하도록 시그널링된다. 이와 같은 절차는 지연을 야기하고 상당한 신호 오버헤드를 요구한다.
수신기 다이버시티는 광범위하게 오늘날 무선 기반 구조에 사용되고 업링크 커버리지 및 캐퍼시티에 의한 실질적인 이득을 제공한다. 더욱이, 전송 다이버시티는 다운링크 성능을 증진시키기 위해서 사용될 수 있는데 이는 제 3세대 무선 시스템의 주요 특징이 될 수 있다. 그러나 의도된 이동 전화 사용자가 임의의 방향에 위치되었을지라도, 전송 다이버시티 신호는 증가된 간섭을 다른 사용자에 야기하는 셀을 통해 전송된다. 그럼에도, 전송 다이버시티를 더 좁게 결합한다면, 방향 지어진 빔은 상당한 이득을 제공할 수 있다.
상기-확인된 현재 멀티-빔 아키텍처의 결점은 안테나 시스템으로 극복되는데, 상기 안테나 시스템은 섹터 셀을 커버링하는 넓은 빔 내의 공통 신호 및 섹터 셀의 일부만을 커버링하는 좁은 빔 내의 이동 전화-사용자 특정 신호를 전송하기 위한 안테나 배열을 포함한다. 전송 회로 소자는 안테나 배열 및 필터링 회로 소자와 연결된다. 첫째, "혼합 빔" 실시예에서, 필터링 회로 소자는 기저대 주파수로부터 무선 주파수로의 그들의 변환과 관련된 왜곡을 보상하기 위한 공통 신호 및 사용자-특정 신호를 필터링한다. 필터링 회로 소자 및 빔 웨이팅 회로 소자는 사용자-특정 신호 및 공통 신호가 실질적으로 시간-정렬되고, 안테나 배열(바람직하게는 중앙 안테나 엘리멘트)에서 동위상이라는 것을 보장한다. 사용자-특정 신호 웨이트는 이동국의 방향으로 (넓은, 섹터를-커버링하는 빔에 비해서) 좁은 빔을 방사하도록 디자인되어서 각각의 이동 전화는 채널 추정 및 복조에 대한 위상 기준으로서 동일한 공통 신호를 사용할 수 있다.
둘째, "조향 빔" 실시예에서, 필터링 회로소자가 기저대 주파수로부터 무선 주파수로의 그들의 변환과 관련된 왜곡을 보상하기 위한 공통 신호 및 사용자-특정 신호를 필터링한다. 필터링 회로 소자 및 빔 웨이팅 회로 소자는 사용자-특정 신호 및 공통 신호가 시간-정렬되고 셀 내의 각각의 이동 전화 사용자에서 수신될 때, 제어된 위상차를 갖는다. 각각의 이동전화 사용자는 채널 추정 및 복조에 대한 위상 기준으로서 공통 신호를 사용할 수 있다. 상기 위상차는 사용자에 필요로 되는 전송 전력, 방사된 간섭 및 서비스 품질 사이의 양호한 트레이드 오프를 획득하기 위해서 바람직하게 제어된다. 빔 형성 웨이트는 (혼합 빔 실시예에서와 같이) 희망하는 이동 전화 사용자로 좁은 빔을 방사할 뿐만 아니라 셀 내의 모든 이동 전화 사용자에 도달하기 위해서 넓은 공통 신호 빔을 향하게 하도록 사용된다.
예를 들어, 조향-빔 구현에서, 공통 신호를 반송하는 넓은 빔은 안테나 배열 내의 오직 중앙 안테나 엘리멘트로부터 전송된다. 넓은 일반 빔을 발생하기 위해서 중앙 안테나 엘리멘트를 사용하는 것은 희망하는 서비스 품질을 보장하는 목표 값보다 더 작거나 동일하도록 이동 전화 사용자에 의해 수신되는 사용자-특정 신호 및 공통 신호 사이에 제어된 위상차와 상호 관련을 허용한다. 대안으로, 공통 신호를 전송하는 넓은 빔은 안테나 배열 내에 다수의 안테나 엘리멘트를 사용하여 발생될 수 있다. 안테나 엘리멘트는 안테나 배열 설치 동안에 통상 소정의 "주시 방향(look direction)"에 고정되기 때문에, 모든 안테나 엘리멘트는 기저대 신호 프로세싱에 관하여 필요로 되는 특성을 갖는 빔을 형성하도록 사용될 수 있는데, 이는 셀 설계에 의존하여 시간과 바꿀 수 있다. 사용자-특정 신호에 적용된 빔 형성 웨이트는 좁은 빔이 안테나 배열로부터 이동 전화 사용자 쪽으로 조향되는 결과를 가져온다. 사용자-특정 신호 빔 및 공통 신호 빔 둘 다를 향하는 이와 같은 빔을 제공하는 것은 셀 내의 두 가지 신호 유형이 정보 처리 기능을 더 갖도록 한다.
더 상세한, 혼합 빔 실시예의 비-제한적인 예에서, 안테나 배열은 N 안테나 엘리멘트를 포함하는데, 여기서 N은 1보다 큰 홀수인 양의 정수이다. 빔 형성 네트워크는 안테나 배열 및 전송 회로 소자 사이에서 연결된다. 빔 형성 네트워크는 각각의 빔에서 사용자-특정 신호 및 공통 신호를 수신하고, 안테나 배열에 제공되는 N 신호를 발생한다. 빔 형성 네트워크가 N신호를 수신하기 전에, 각각의 신호는 빔에-특정한 전송 필터링 회로 소자를 통과한다. 빔 전송 필터는 중앙 안테나 엘리멘트 출력을 제외하고 빔 형성 네트워크의 모든 출력에서 공통 신호를 캔슬(cancel)한다. 그러나 공통 신호는 동일하거나 거의 동일한 전력 및 위상을 갖는 N 빔 상에 동시에 전송된다.
빔-웨이팅 회로 소자는 각각의 빔에 대응하는 빔 웨이트를 갖는 사용자-특정 신호를 웨이팅하고, 웨이팅된, 사용자-특정 신호를 대응하는 빔 전송 필터에 제공한다. 각 사용자-특정 빔 웨이트는 대응하는 빔에 수신되는 업링크 평균 전력의 함수일 수 있다. 예의 함수는 제곱근이다. 사용자-특정 빔 웨이트는 상대적으로 좁은 빔 내의 방사된 에너지를 안테나 배열로부터 희망하는 이동 전화 사용자로 향하도록 선택된다.
수신 회로 소자는 빔 형성 네트워크 및 신호 프로세서와 연결된다. 신호 프로세서는 수신된 신호를 추정하기 위해서 N 빔 상에 수신되는 신호와 결합하고, 각각의 빔에 대한 평균 업링크 전력을 결정한다. 이러한 평균 업링크 전력은 사용자-특정 빔 웨이트를 결정하도록 사용된다. 혼합 빔 실시예는 전송 다이버시티 분기 및/또는 수신 다이버시티 분기에서 구현될 수 있다.
조향 빔 실시예의 더 상세한 예에서, 안테나 배열은 N 안테나 엘리멘트를 포함하는데, 여기서 N은 짝수 또는 홀수인 양의 정수이다. 필터링 회로 소자는 N 안테나 전송 필터를 포함하는데, 각 안테나 전송 필터는 대응하는 안테나 엘리멘트와 관련된다. 공통 신호 및 사용자-특정 신호는 모든 안테나 엘리멘트로부터 동시에 전송될 수 있다. 사용자-특정 신호는 N 사용자-특정 빔 웨이트와 함께 전송되는데, 각 사용자-특정 빔 웨이트는 N 안테나 엘리멘트 중 하나에 대응한다. 빔-웨이트는 위상-회전에 사용되는 복소수이고 사용자-특정 신호를 증폭한다. 공통 신호는 N 신호 빔 웨이트와 함께 전송되는데, 각각의 공통 신호 빔 웨이트는 N 안테나 엘리멘트 중 하나에 대응한다. 이런 빔 웨이트는 또한 위상-회전에 사용되는 복소수일 수 있고 공통 신호를 증폭할 수 있다. 대안으로, 공통 신호는 중앙 안테나 엘리멘트와 같은 오직 하나의 안테나로부터 전송될 수 있다. 이런 경우에, 다른 안테나 빔에 대한 빔 웨이트는 0으로 설정될 수 있다.
조향 빔 실시예에서, 사용자-특정 빔 형성 웨이트 및 공통 신호 빔 형성 웨이트는 (1) 발생된 간섭이 감소하도록 높은 안테나 이득을 산출하고 (2) 허용 가능한 레벨에서 사용자-특정 신호 및 공통 신호 사이의 위상차를 유지하도록 결정된다. 공통 신호는 셀 내의 모든 이동 전화에 대한 위상 기준 신호이고, 공통 신호 및 사용자-특정 신호 사이의 제어된 위상차는 채널뿐만 아니라 사용되는 전송기 웨이트의 통계에 의해 영향을 받는 자신의 왜곡과 함께 랜덤하게 보여질 수 있다.
조향 빔 실시에에서 안테나 시스템의 수신측에서, 빔 형성 네트워크(전송측 상에서 조향 빔 실시에에 요구되지 않음)는 N 수신 빔을 발생하기 위해서 N 안테나 엘리멘트와 연결될 수 있다. 수신 회로 소자는 빔 형성 네트워크 및 신호 프로세서와 연결된다. 신호 프로세서는 수신된 신호를 추정하기 위해서 N 수신 빔 상에 수신된 신호를 프로세스한다. 신호 프로세서는 사용자당 업링크 채널 통계를 결정하고 대응하는 다운링크 채널 통계를 예측한다. 조향 빔 실시예는 또한 전송 및/또는 수신 다이버시티 분기에 사용될 수 있다.
본 발명은 많은 장점을 제공한다. 첫째, 공통 신호 및 사용자-특정 신호는 분리된 섹터 안테나를 요구하지 않고 전송될 수 있다. 둘째, 제 2 파일럿 신호도 전용 파일럿 신호도 위상 기준으로서 요구되지 않는다. 셋째, 공통 신호 및 사용자-특정 신호는 기저대 출력으로부터의 안테나 엘리멘트로의 이동/프로세싱 결과로서 왜곡됨 없이 전송된다. 넷째, 공통 신호 및 사용자-특정 신호는 (혼합 빔의 경우에) 거의 동위상으로 이동 전화 단말기에서 수신되거나 (조향 빔의 경우에) 몇몇 제어된 임의의 변화를 필요로 하고 시간-정렬되는데, 즉 거의 동일한 채널 지연 프로파일을 필요로 한다. 다섯째, 안테나 배열이 희망하는 이동 전화 사용자를 향하는 좁은 빔 내의 사용자-특정 채널을 방사하기 때문에, 간섭은 공간적으로-분리된 이동 전화 사용자에 억제된다. 여섯째, 빔 형성 및 전송 다이버시티 또는 전송/수신 다이버시티를 결합하는 것은 상당한 이득을 제공한다. 일곱째 장점은 투명성(transparency)이다. 이동 전화 사용자는 안테나 배열의 구현 또는 아키텍쳐를 인식할 필요가 없다. 여덟째, 역방향 호환성은 신속하게 시스템을 통합시킨다. 무선 네트워크 내의 무선 네트워크 제어기에 어떠한 변화도 요구되지 않는다. 마지막으로, 본 발명은 다운링크 빔 형성을 이용할 수 있는 임의의 무선 시스템에 사용될 수 있다.
도 1은 섹터 셀에 전송하는 적응형 안테나 시스템;
도 2는 섹터 빔을 전송하는 기지국, 다수-빔을 전송하는 기지국 및 조향 빔을 전송하는 기지국을 갖는 셀룰러 네트워크;
도 3은 셀룰러 통신 시스템;
도 4는 혼합 빔 실시예에 따르는 안테나 시스템;
도 5A-5D는 동기화된 섹터 커버링 빔 및 좁은 빔에 대한 빔 패턴뿐만 아니라 동기화된 섹터 빔 사이의 상대적인 위상 상쇄에 대한 빔 패턴 및 도달 방향의 함수에 따른 좁은 빔;
도 6A-6B는 수신된 공통 신호 사이의 상대적인 위상 상세 및 이동 전화 방향의 함수로서 수신된 사용자-특정 신호;
도 7은 조향 빔 예의 실시예에 관련된 안테나 시스템;
도 8은 조향 빔 예의 실시예에 관련된 안테나 시스템;
도 9A-9B는 혼합 빔 및 조향 빔 예의 실시예의 성능;
도 10은 혼합-빔, 다이버시티 실시예의 예; 및
도 11은 조향-빔, 다이버시티 실시예의 예.
설명의 목적이지만 이에 국한되지 않는 다음의 설명은 본 발명을 이해하도록 구체적인 세부사항을 설명한다. 그러나 본 발명이 이런 구체적인 세부사항과 거리가 있는 다른 실시예에 실행될 수 있다는 것이 당업자에게 식별될 것이다. 다른 예에서, 널리-공지된 방법, 장치 및 기술 등의 상세한 설명은 불필요한 세부사항은 설명할 필요없이 생략된다. 개별적인 기능 블록들은 하나 이상의 도면에서 도시된다. 당업자는 기능이 개별적인 부품 또는 다기능 하드웨어를 사용하여 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 프로세싱 기능은 프로그래밍이 된 마이크로프로세서 또는 범용 컴퓨터, 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASICs) 및/또는 하나 이상의 디지털 신호 프로세서(DSPs)를 사용하여 구현될 수 있다.
본 발명은 다수의-빔 안테나 시스템에 관한 것이다. 다수-빔 안테나 시스템의 비-제한적인 예는 도 1에서 도시된 바와 같은 적응형 안테나이고, 도 1은 적응형 안테나로부터 전송된 좁은 안테나 빔의 예를 도시하는데, 상기 안테나 빔은 희망하는 이동 전화 기지국이 위치된 섹터 셀 내의 비교적 좁은 영역을 에워싼다. 측 로브(lobe)는 상대적으로 낮고, 좁은 빔에 의해서 다른 이동 전화 및 인접 셀로 야기된 보다 적은 간섭이 존재한다. 게다가, 의도된 무선 이동 전화는 도 1에 도시된 방향 지어진 좁은 빔을 사용하여 더 높은 신호-대 잡음 비율에서 희망하는 전송을 더 수신할 가능성이 있다.
도 2는 하나의 셀에 섹터 빔을 전송하는 기지국, 다른 섹터 셀에 고정된 다수-빔 안테나 패턴을 전송하는 기지국 및 제 2 섹터 셀에 조향 빔을 전송하는 기지국을 갖는 셀룰러 네트워크를 도시한다. 도 1 및 도 2 둘 다는 적응형 안테나가 다운링크 방향에 보다 적은 간섭을 퍼뜨리고 업링크 방향에 공간적인 간섭을 억제한다. 이것은 업링크 및 다운링크 방향에 신호-대-간섭을 증진시키므로, 전체 시스템 성능을 증진시킨다.
셀룰러 시스템(1)의 예는 본 발명이 사용될 수 있는 도 2에 도시된다. 무선 네트워크 제어기(RNC)기지국 제어기(BSC)(4)는 다수의 기지국(8) 및 구름(2)으로 표현된 다른 네트워크와 연결된다. 도시된 기지국(BS1,BS2) 각각은 다수의 섹터 셀을 서비스한다. 기지국(BS1)은 섹터 셀(S1,S2 및 S3)을 서비스하고 기지국(BS2)은 섹터 셀(S4,S5 및 S6)을 서비스한다.
실시예에 국한되지 않는 고정 빔에 따르는 안테나 시스템이 이제 도 4와 함 께 설명된다. 안테나 시스템(10)은 다수의 안테나 엘리멘트(14)를 갖는 안테나 배열(12)을 포함한다. 안테나 배열(12)은 A1,A2,…,AN으로 표시되는 홀수인 정수(N)의 안테나 엘리멘트를 포함한다. 도 4의 예에서, N=3이다. 신호 빔 형성 네트워크(BFN)(16)은 N 좁은 빔을 발생한다. 동일한 빔은 업링크 및 다운링크 둘 다에 사용된다. 빔 형성 네트워크는 다수의 입력, 다수의 출력 포트 장치이다. 각각의 빔 형성 네트워크 포트는 다수-빔 안테나 시스템의 좁은 빔들 중 하나와 대응한다. 빔 형성 네트워크는 활성 컴포넌트 및 비활성 컴포넌트를 포함할 수 있다. 활성 컴포넌트와 함께, 빔은 제조 프로세스 동안 디자인되고 고정된 상태이다. 활성 컴포넌트에 대해서, 빔은 적응형으로 조향될 수 있다. 널리-공지된, 무선 주파수(RF) 범위에서 동작하는, 적합한 비활성 빔 형성 네트워크는 버틀러 매트릭스인데, 상기 네트워크는 동일하게 이격된 안테나 엘리멘트 배열로부터 다수의 좁은 빔을 처리한다.
도 4의 빔 형성 네트워크(16)는 전송 방향 및 수신 방향으로 동작한다. 전송될 신호는 빔-형성 네트워크(16)의 입력 포트 중 하나와 연결되고, 이는 그 결과 신호를 방향 지어서 그것을 모든 안테나 엘리멘트 상에 전송한다. 선택된 입력 포트에 따라, 특정 안테나 엘리멘트에 표시된 각 신호는 특정 위상 회전을 필요로 한다. 전체 결과는 주 로브 또는 빔이 어떤 방향에 발생된다는 것이다. 대안적인 빔 포트가 사용된다면, 빔은 다른 방향으로 나타난다. 요약하면, 안테나 엘리멘트의 출력은 형성된 빔이다.
빔 형성 네트워크에 각각의 빔 출력은 대응하는 듀플렉스 필터(Dx)(18)와 연결된다. 듀플렉스 필터(18)는 전송기 및 수신기 사이에 높은 격리도를 제공하고 하나의 안테나가 업링크 수신 및 다운링크 전송 둘 다에 대해 사용되도록 한다. 각 빔은 또한 대응하는 듀플렉스 필터(18)와 연결된 대응하는 전송기(Tx)(20)를 갖는다. 전송기(20)는 전형적으로 전력 증폭기, 주파수 업-컨버터 및 널리-공지된 다른 엘리멘트를 포함한다. 각 듀플렉스 필터(18)는 또한 대응하는 수신기(Rx)(22)와 연결되다. 각 수신기(22)는 통상적으로 저잡음 증폭기, 중간 주파수 다운-컨버터, 기저대 다운-컨버터, 아날로그-대-디지털 컨버터 및 널리-공지된 다른 엘리멘트를 포함한다. 수신기(22)로부터의 출력은 신호 프로세서(32)에 제공되는데, 이는 이동 전화 사용자로부터 수신된 신호를 복호화하고, dUL로서 도시되는 출력을 발생한다. 신호 프로세서(32)는 또한 웨이팅 블록(28)으로서 도시되는 바와 같이 사용자-특정 신호에 증폭될 N 빔 웨이트(wn)를 발생한다.
dDL로서 도시된 사용자-특정 신호는 웨이팅 블록(28)에 입력되는데, 상기 블록은 대응하는 빔 웨이트(wn)를 갖는 사용자-특정 신호를 멀티플라잉하기 위해서 N 멀티플렉서(30)를 포함한다. 공통 신호(cDL)는 신호 분리기(29)에 의해 공통 신호의 N 사본으로 분리되지만 이런 예에서는 웨이팅되지 않는다. 각각의 웨이팅된, 사용자-특정 신호 및 공통 신호는 대응하는 합산기(summer)(26)에서 합산되지만, 여기서 각 합산기(26)는 빔들 중 하나와 관련된다. 각 합산기(26)의 출력은 빔 필 터(Fn)(24)로 향하게 되고, 각 빔은 자신의 빔 필터(24)를 갖는다. 각각의 빔 필터(24)의 출력은 그 결과 자신에 대응하는 전송기(20)에 제공된다.
실시예에서, 하나의 안테나 엘리멘트, 중앙 엘리멘트(A2)로부터 발생된 빔은 넓을 것이다. 두 개 이상의 안테나 엘리멘트가 안테나 배열에서 사용될 때, 발생된 빔은 더 좁을 수 있다. 통상적인, 고정-빔 시스템과 대조적으로,
가장 강한 평균 수신 전력을 갖는 단일 업링크 빔이 다운링크에 사용자-특정 신호를 전송하도록 사용되는 통상적인, 고정-빔 시스템과 대조적으로, 사용자-특정 신호는 모든 빔 상의 다운링크에 전송된다.
혼합 빔 실시예의 이득 중 하나는 사용자에 특정한 신호 및 공통 신호가 (1) 기지국 안테나 배열 내의 중앙 안테나 엘리멘트에서, (2) 그들이 각 이동 전화 사용자에 수신될 때 거의 동위상이고 시간-정렬된다는 것이다. 공통 신호의 예, 제 1 일반 파일럿 신호는 전형적으로 측정을 위해서 위상 기준으로서 그리고 이런 이유로 사용되고, 그것은 전형적으로 전체 섹터 셀에 걸쳐서 전송된다. 파일럿 신호는 각 이동 전화 사용자가 무선 전파 채널을 추정하기 위해서 사용하는 공지된 데이터 시퀀스를 포함한다. 이동 전화가 움직임에 따라, 무선 전파 채널 또한 변한다. 채널 내의 변화에 관계없이, (수신된 공통 신호로부터 결정되는) 정확한 무선 채널 추정은 이동국이 좁은 빔에 전송되는 사용자-특정 데이터를 탐지하여 복호화하기 위해서 필요로 된다.
제 1 공통 신호, 페이징 등과 같은 공통 신호는 동일한 전력으로 모든 빔 상 에 동시에 전송된다. 공통 신호는 분리기(29)에 의해 분리되고 대응하는 합산기(26)를 통해 관련된 빔 특정 전송 필터(24)로의 각각의 빔 경로에 적용된다. 각 필터(24)는 혼합 빔 실시예의 한 예에 디자인되어 공통 신호가 안테나 배열(12)의 중앙 안테나 엘리멘트(14)에 의해서만 전송된다. 구현의 한 예에서 필터(24)는 중앙 안테나로의 출력을 제외하고 빔 형성 네트워크(16)의 모든 출력 내의 공통 신호를 캔슬할 수 있고, 이런 경우에 안테나(A2)이다. 각 빔 특정 전송 필터(24)는 기저대 주파수로부터 시작하여 빔 형성 네트워크(16)의 출력에 이르는 무선 체인 내의 왜곡을 보상한다. 전송 필터(24)는 사용자-특정 신호 및 공통 신호가 중앙 안테나 엘리멘트(A2)에서 시간-정렬되고 동위상인 것을 보장하도록 디자인된다.
이런 실시예에서 모든 다운링크 빔 상에 동일한 전력으로 전송되는 공통 신호와 달리, 사용자-특정 신호는 각 다운링크 빔에 적용되는 사용자-특정 빔 웨이트(wn)와 함께 웨이팅된다. 다운링크 빔에 적용되는 각 사용자-특정 전송(wn)은 업링크 평균 수신 전력(pn)의 함수가 되도록 선택된다. 이와 같은 함수의 예는 양의 실수인
Figure 112006032593608-PCT00001
,
Figure 112006032593608-PCT00002
및
Figure 112006032593608-PCT00003
를 갖는 n=1,2,…,N에 대해 표현될 수 있는데, 다음 공식이다.
공식 1 :
Figure 112006032593608-PCT00004
여기서, p1,p2 및 p3은 각각 빔(1,2,3) 상의 평균 업링크 전력을 나타낸다. 평균 업링크 전력은 무선 채널 통계 및 안테나 배열 디자인에 달려 있다. 평균 다 운링크 전력은 거의 평균 업링크 전력과 동일하다고 가정될 수 있다. 하나의 예에서와 같이, 빔 웨이트는 수신된 에너지의 제곱근에 비례하는 바와 같이 선택되는데,
Figure 112006032593608-PCT00005
및
Figure 112006032593608-PCT00006
이다.
빔 형성 네트워크(16), 듀플렉스(18) 및 수신기(22)를 통해 수신되는 업링크 방향 내의 모든 빔들로부터 신호는 복호화된 업링크 신호(dUL)의 추정을 산출하기 위해서 신호 프로세서(32) 내에서 결합된다. 게다가, 각 빔에 대한 평균 업로드 전력(pn)은 상기 등식에 따라 빔 특정 웨이트(wn)를 계산하기 위해서 신호 프로세서(32)에 의해 측정되어 사용된다. 평균 업로드 빔 전력은 희망하는 도입 신호의 무선 환경에서의 도달 평균 각 및 분산에 대한 정보를 제공한다. 도달 평균 방향은 거의 희망하는 신호의 출발 평균 방향과 동일하다.
혼합-빔 실시예의 이런 예는 공통 신호가 안테나 배열(12)의 중앙의, 넓은-커버링 안테나 엘리멘트 상에 전송된다는 것을 보장하고, 상기 사용자-특정 신호는 안테나 배열(12) 내의 모든 안테나 엘리멘트(14)로부터 전송된다는 것을 보장한다. 빔 특정 웨이트(wn)는 방향 지어진 좁은 빔을 통해 희망하는 사용자 쪽으로 방사된 에너지를 향하게 하는데, 이는 상기 이동 전화 사용자로 상기 빔에 의해 야기되는 간섭을 제한한다. 어떠한 분리된 섹터 안테나도 요구되지 않는다. 별도의, 제 2 파일럿 신호가 각 빔 상에 전송될 필요가 없다. 전용 채널 상의 어떤 파일럿도 요구되지 않는다.
도 4의 혼합-빔 실시예의 장점을 설명하기 위해서, 도 5A-5D 내의 그래프는 도달 방향의 함수로서 고정된, 좁은 빔 중 하나 및 섹터 커버링 빔 사이의 상대적인 안테나 이득 및 위상 상쇄를 비교한다. 도 5A 및 5B는 공통 신호를 전송하기 위해서 비-최적화된, 임의의 빔 웨이트를 사용하는데, 이는: 2002년 10월 1일자, The CDG Technology forum의 Martinex-Munoz의 "Nortel Networks CDM Advantages of AABS Smart Antenna Technology"에 약술된 바와 같고, 콘텐츠는 기준에 의해 통합된다. 도 5C 및 5D는 본 발명에 따라 조정되는 빔 특정 전송 필터(24)를 사용하여 공통 신호가 오직 중앙 안테나로부터 전송된다. 상대적인 위상 상쇄는 이동 전화 사용자 위치에서가 아니라 안테나 배열 근처에서 측정된다.
최상의 빔 및 공통 신호에 전송되는 사용자-특정 신호 사이의 상대적인 위상 상쇄는 섹터 셀에 대한 전체 도달 각에 걸쳐 0이다. 비-최적화된 빔 웨이트에 대해서, 상대적인 위상 상쇄 및 각 폭은 도달 각에 따라 상당히 변한다. 그러므로 각 폭이 없는 이런 단순한 경우에, 혼합 빔 실시예는 매끄럽고 안정된 섹터 커버링 빔뿐만 아니라 공통 신호 및 사용자-특정 신호 사이의 위상 정렬을 제공한다. 혼합 빔 실시예와 함께, 공통 신호는 위상 상쇄로 인해 등급화하지 않은 채널 추정에 사용될 수 있다. 반면에, 실시예 솔루션 랜덤 빔 웨이트(embodiment solution random beam weights)는 더 큰 위상 상쇄 변화 때문에 품질 등급이 나빠질 것이다.
도 6A 및 도 6B는 5도 내지 10도의 각도 퍼짐에 대한 사용자-특정 신호 및 공통 신호 사이의 이동 전화 단말기에 의해 도시된 바와 같이 상대적인 위상 상쇄의 평균 및 표준 편차를 도시한다. 신호는 도 4의 혼합-빔 예의 실시예를 사용하여 전송된다. 빔 웨이트는 상기
Figure 112006032593608-PCT00007
및
Figure 112006032593608-PCT00008
인 공식 1에 따라 선택된다. 각도 퍼짐에도 불구하고, 위상 상쇄 평균은 영이고, 표준 편차는 상대적으로 작아서, 일반 채널이 채널 추정에 대한 위상 기준으로서 사용될 때, 섹터 셀 내에 모든 이동 전화 단말기에 대한 크지 않은 성능 하락만을 초래한다.
둘째, 국한되지 않는, 조향-빔 환경으로서 이후에 언급될 예시적인 실시예는 도 7에서 도시된 안테나 시스템(40)에 관하여 이제 설명된다. 같은 참조 번호가 도면에 걸쳐 동일한 엘리멘트를 지시한다. 사용자-특정 신호 및 공통 신호 둘 다는 임의의 복소수로서, 빔 형성 웨이트(w1-w3(사용자-특정) 및 v1-v3(공통))를 선택함으로써 웨이팅되고, 사용자-특정 신호 및 공통 신호 둘 다에 대한 결과적인 빔 패턴은 혼합 빔 실시예에 비해 더 유연성을 갖는 임의의 방향으로 조향될 수 있다. 안테나 배열(12)은 짝수 또는 홀수(N)의 안테나 엘리멘트(14)를 포함할 수 있다. 그래서 도시된 세 개의 안테나 엘리멘트(A1-A3)는 단지 예이다.
조향-빔 실시예(40) 내의 빔 형성 네트워크(16)는 전송 방향에 필요하지 않다. 따라서, 빔 형성 네트워크(16)는 듀플렉서(18) 및 수신기(22) 사이에 위치되며, 수신기(22) 및 신호 프로세서(42)에 의해 처리되는 수신된 빔(B1,B2 및 B3)을 형성하기 위해서 사용된다. 전송기(20)에 의해 출력될 신호는 빔 형성 네트워크(16)에 의해 처리되지 않고 대응하는 듀플렉서(18)를 통해 그들의 대응하는 안테나 엘리멘트(14)에 제공된다. 빔 형성 네트워크(16)는 이동 전화 사용자 신호를 수신하기 위한 조향-빔 실시예에 최적이다.
혼합-빔 실시예와는 대조적으로, 각 안테나(An)는 대응하는 안테나에 특정한 전송 필터(Fn)(24)와 직접 관련된다. n번째 안테나 엘리멘트에 전송될 표시된 신호는 첫 번째로 n번째 필터(Fn)(24)를 통과한다. 안테나-특정 전송 필터(24)는 일반 기저대 신호 및 사용자-특정 기저대 신호가 이득, 위상 및 시간에 왜곡 없이 각 안테나에 도달하고, 그렇지 않으면 기저대-대-RF 변환으로부터 결과를 가져올 수 있도록 디자인된다. 사용자-특정 신호에 대한 빔 형성 웨이트와 함께 필터링 회로 소자가 셀에서 각각의 이동 전화 사용자에 수신될 때, 사용자-특정 신호 및 공통 신호가 시간-정렬되고 제어되는 위상차를 갖는다는 것을 또한 보장한다. 이것은 각각의 이동 전화 사용자가 채널 추정 및 복조에 대한 위상 기준으로서 공통 신호를 사용하도록 한다. 혼합 빔 실시예 내의 이동 전화에서 수신된 신호가 거의 동위상이라는 것을 생각해보자. 조향 빔 실시예에서, 각각의 이동 전화에서 수신된 사용자-특정 신호 및 공통 신호 사이의 위상 오류 또는 차는 필요로 되는 전송 전력, 방사된 간섭 및 사용자로의 서비스 품질 사이에 양호한 트레이드 오프를 획득하기 위해서 제어된다.
조향 빔 실시예에서 위상차의 효과는 채널 추정뿐만 아니라 복조될 사용자-특정 신호 둘 다의 잡음 및 간섭에 달려있다. 시스템 관점으로부터, 잡음 및 간섭의 효과가 사용자-특정 신호가 이동 전화 단말기에서 얼마나 잘 복조되고 복호화되는지 조절한다면, 위상차를 최소화하는 것을 감지하지 않을 수 있다. 그러므로 필터 및 빔 형성 웨이트 최적화는 잡음 및 간섭의 효과뿐만 아니라 기대되는 작동 조 건을 고려할 수 있다. 하나의 예시적인 빔 웨이트 최적화 접근은 결과적인 신호 사이의 상호 관계가 실수이고, 그것의 매그니튜드가 최대화되어 웨이트 벡터 상의 기준 제한(norm constraint)을 필요로 하도록 사용자-특정 빔 웨이트를 선택한다. 더 정교한 접근은 상관 계수가 어떤 타겟 값과 동일하다(또는 더 크다)는 것을 보장하는 동안에 빔 웨이트 벡터의 기준을 최소화하는 것이다. 잡음 및 간섭 레벨은 추정되어 계획 파라미터(planning parameters)로서 설정되거나 시스템을 동작하는 동안에 조절될 수 있는 변수로서 고려될 수 있다.
공통 신호는 모든 안테나 엘리멘트에 전송될 수 있다. 그들은 대안적으로 오직 도 8에 도시된 특별한 경우에 중앙 안테나 엘리멘트로 전송될 수 있다. 이것은 예컨대, 공통 신호 빔 웨이트(v1,v3)를 0으로 설정함으로써 성취될 수 있다. 이런 특별한 경우에, 공통 신호(cDL)는 그의 대응하는 합산기(26)를 통해 중앙 안테나 엘리멘트(A2)로의 안테나 엘리멘트 경로 중 오직 하나에 제공된다. 도 7 및 도 8 둘 다의 조향 빔 구현에서, 사용자-특정 신호는 모든 안테나 엘리멘트에 전송되고 대응하는 사용자-특정 빔 웨이트(wn)를 사용하여 웨이팅된다.
빔 형성 웨이트(wn,vn)는 예컨대 위상 회전에 사용되는 복소수일 수 있고, 그들의 개별적인 사용자-특정 신호 또는 공통 신호를 증폭시킬 수 있다. 각 이동 전화 사용자는 자신의 세트 빔 웨이트(wn)를 갖는다. 업링크에 수신된 신호로부터, 신호 프로세서는 셀 내의 이동 전화 사용자의 방향 및 채널 통계를 추정하여, 이런 정보로부터, 셀 내의 모든 이동 전화 사용자가 충분한 신호 길이를 갖는 공통 신호를 수신한다는 것을 보장하는 다운링크에 사용될 넓은 빔 형태로 정한다. 상기 넓은 빔 형태는 빔 웨이트(vn)에 좌우된다. 빔 형태를 디자인하기 위한 여러 방법이 당업자에게 공지된다. 예컨대, Smart Antennas for Wireless Communications:IS-95 and Third Generation CDMA Applications, J.C.Liberti, and T.S.Rappaport, Rentice Hall PTR, 1999를 살펴보자: 결국, 빔 형성 빔 웨이트(wn,vn)는 사용자-특정 신호가 이동 전화 사용자를 특히 가리키도록 하고, 공통 신호는 셀 내의 모든 사용자로 전송되도록 한다.
이런 빔 웨이트는 바람직하게 최적화되어 안테나 배열 이득이 최대화되고, 간섭 퍼짐이 최소화되며, 공통 신호는 셀 내의 모든 이동 전화 사용자에 의해 위상 기준으로서 사용될 수 있다. 빔 웨이트(wn,n=1,2,…,N 및 vn n=1,2,…,N)는 사용자-특정 신호 및 공통 신호에 의해서 경험된 채널 사이의 상관 관계가 실수이도록, 대응하는 매그니튜드가 최대화되어 웨이트 상의 기준 제한을 필요로 하도록 선택될 수 있다. 이런 예의 접근은 다음의 공식(9)에서 설명된다.
다른 빔 형성 웨이트 최적화 기술은 안테나 배열의 이득을 최대화하는 것인데, 이는 이동 전화에서 수신된 공통 신호 및 사용자-특정 신호 사이의 이동 전화에서 위상차 상에 제한을 갖는 발생된 간섭을 최소화함으로써 보여질 수 있다. 다음의 공식(13)은 최적화 문제를 설명한다. 신호 프로세서(42)는 이동 전화 피드백이나 기지국 측정, 공통 신호 및 블록 오류 레이트(BLER), 잡음 레벨 및 간섭 레벨 과 같은 이동국으로부터 가능한 다른 피드백을 위해 사용되는 빔 웨이트에 의해 결정된 다음의 공식(7)에서 주어진 채널 공분산 행렬에 의해서 다운링크 채널의 통계적인 모델에 기초하여 이동 전화에서의 위상 오류를 예측한다.
도 9A 및 9B의 그래프는 다섯 각의 각도 퍼짐을 필요로 하는 혼합-빔 및 조향 빔 예의 실시예의 성능을 도시한다. 도 9A에서, 섹터 안테나와 관련된 혼합 빔 및 조향 빔 둘 다의 안테나 이득은 세 개의 안테나 엘리멘트의 안테나 배열을 가정하여 존재한다. 조향 빔 실시예에 대한 안테나 이득은 거의 섹터 셀에 걸쳐 일정하고 혼합 빔 실시예를 갖는 이득과 같이 높거나 거의 더 높다. 도 9B는 이동국에서 수신된 공통 신호 및 사용자-특정 신호 사이의 상대적인 위상 상쇄를 도시한다. 일반적으로 위상차의 표준 편차는 혼합 빔 실시예에 대해서 더욱 평탄하거나 더 낮다. 그러므로 조향 빔 실시예는 혼합 빔 실시예와 마찬가지로 제공하고 대부분의 경우에 혼합 빔 실시예에 비해 더 양호한 성능을 제공한다.
조향 빔 실시예에 대한 빔 형성 웨이트를 최적화하기 위한 두 개의 상세한 예의 접근이 이제 설명된다. 물론, 다른 웨이트 최적화 접근이 사용될 수 있다.
2N+1을 균일한 선형 안테나 배열 내의 안테나 엘리멘트의 수라고 놓자. 간단하게, 홀수의 안테나 엘리멘트는 표시하기 쉽다고 고려되지만 접근 및 최적화가 이런 경우에 국한되지 않는다. 두 개의 근접 엘리멘트는 λ/2로 나타내지는 파장의 반에 의해 분리된다. 공통 신호(rc) 및 사용자-특정 신호(rd)에 의해 경험된 채널은 다음 공식과 같이 만들어지는데, 이는:
공식 2 :
Figure 112006032593608-PCT00009
공식 3:
Figure 112006032593608-PCT00010
이고,
여기서 v 및 w는 공통 신호 및 사용자-특정 신호, 각각에 대한 전송 안테나 웨이트를 갖는 열 벡터이다. 다수의 전송 안테나로부터 이동 전화로의 신호는 h로 나타내진다. 특히, h는 다음 공식과 같이 만들어지는데, 이는:
공식 4 :
Figure 112006032593608-PCT00011
이고,
여기서, p,θp 및 αp는 전파 경로의 수, p번째 경로의 도달 각(또는 출발 각) 및 p번째 경로의 복소수 경로 이득을 각각 나타낸다. 안테나 배열은 다음의 공식에 의해 주어진 θp에서의 입사각으로부터 응답한다.
공식 5 :
Figure 112006032593608-PCT00012
가정: 도달 각(θp)이 독립적이고, 독립적으로 θ0 평균 및 σθ 2 평방 편차를 갖는 확률 변수가 분포(i.i.d)된다. f(θp|θ0,σθ 2)는 θp의 확률 밀도 함수(pdf)를 나타낸다. θ의 확률 밀도 함수(pdf)는 통상 가우시안, 유니폼, 라플라시안이 되도록 가정된다. 복소수 경로 이득(αp)은 0 평균 및 평방 편차(σθ 2)를 갖는 변i.i.d. 복소수 가우시안 확률 변수이다. 더욱이, 경로 이득 및 도달 각은 고정적으로 독립적이며, 그들의 결합 분포가 다음 공식에 의해 주어진다는 것을 가정한다:
공식 6 :
Figure 112006032593608-PCT00013
이고,
여기서 CN(χ:μ,σ2)는 x가 평균(μ) 및 평방 편차(σ2)를 갖는 복소수 가우시안 확률 변수로서 분포된다는 것을 나타낸다. 보편적으로, 우리는 σ2=1/P라 가정한다.
전용 채널 및 일반 채널 사이의 상관 관계는 다음의 공식에 의해 주어진다:
공식 7 :
Figure 112006032593608-PCT00014
이고,
여기서 R은 채널 편방 편차 행렬을 나타내는데, 이는 다음의 공식에 의해 주어진다:
공식 8:
Figure 112006032593608-PCT00015
이다.
상관 관계는 θ0의 각 및 각도 퍼짐에 달려있다. 오직 예로서, 공통 신호가 중앙 안테나 상에 전송된다고 하자. 이것은 v=[01 xN,1,01 xN]H이다.
전송 안테나 웨이트(w)는 상관 관계(ρ)가 실수이고, 웨이트 상의 기준 제한 이 최소화 되도록 선택될 수 있다. 이것은 다음을 따른다:
공식 9 :
Figure 112006032593608-PCT00016
이고,
여기서 k는 선택된 기준 제한을 실행하기 위해 선택된 양의 실수 값이다.
대응되는 두 개의 0-평균 가우시안 확률 변수(X,Y) 사이의 상대적인 위상(θ)의 확률 밀도 함수(pdf), f(θ)는 J.G.Proakis, Digital communications, 3rd Ed., McGraw-Hill,1995에서 분석적으로 얻어졌는데, 이는
공식 10 :
Figure 112006032593608-PCT00017
이다.
그 후에, 오직-참조된 Proakis 문서에서 보여지는 바와 같다.
공식 11 :
Figure 112006032593608-PCT00018
X 및 Y 각각을 rc 및 rd로 바꾸고, 채널 추정 내의 잡음뿐만 아니라 복조 프로세스 내의 잡음을 계산하면, 전용 채널 및 일반 채널 사이의 상관 계수가 다음 공식으로 주어진다:
공식 12 :
Figure 112006032593608-PCT00019
이 고, 여기서 σc 2,σd 2는 채널 추정 내의 잡음 및 복조될 수신된 사용자-특정 신호 내의 잡음을 나타낸다. 잡음 레벨은 추정될 수 있거나 파라미터로서 취해지고 갱신된다. 위상 상쇄의 표준 편차가 상관 계수에 의해 결정된다는 것이 명백하다. 게다가, PSK 신호화를 위해서, 계수는 또한 비트 오류 확률을 결정했다. 가능한 최적화 처리는 그 후에 교차 상관 계수가 실수이고 매그니튜드가 타겟 값(μtarget)과 같거나 타겟 값(μtarget)보다 크다는 제약을 필요로 하는 w의 기준(norm)을 최소화하는 것인데, 이는 표준 편차 및 비트 오류 확률을 결정한다:
공식 13 :
Figure 112006032593608-PCT00020
이것은 라그랑즈 배수(Lagrange multipliers)를 사용하면 간단하다. 그것은 또한, 다른 제약을 포함하는 것, 예컨대, 임의의 방향으로 퍼지는 간섭을 최소화하는 것을 가능하게 한다.
세 번째 예, 비-제한적인 실시예는 도 10에 도시된 바와 같이 전송 및 수신 다이버시티를 갖는 혼합-빔 실시예를 결합한다. 그러나 혼합-빔 실시예는 오직 전송 다이버시티 또는 수신 다이버시티와 결합될 수 있다. 다이버시티는 다른 극성의 안테나, 공간적인 구분과 함께 구현될 수 있거나 다른 널리 공지된 기술에 의해 구현될 수 있다. 다이버시티 신호가 셀을 통해 전송될 때, 전송 다이버시티 및 빔 형성을 결합하는 것은 간섭을 줄이고, 그렇지 않으면 간섭이 발생한다. 그러므로 다이버시티 이득 및 안테나 이득 둘 다로부터 이득을 얻을 수 있다.
같은 참조 번호는 다음을 제외하고는 이미 상술된 같은 엘리멘트를 지시한다. 도 10의 왼쪽에는 전송 다이버시티 분기(TxDB1)(1) 및 수신 다이버시티 분기(RxDB1)을 포함한다. 도 10의 오른쪽에는 제 2 전송 및 수신 다이버 시트 분기(TxDB2, RxDB2)를 도시한다. 공통 신호 분포 블록(36)은 전송 다이버시티 분기 둘 다에 공통 신호를 분배한다. 유사하게는, 사용자-특정 신호 분배 블록(37)은 전송 다이버시티 분기 둘 다에 특정 신호를 분배한다. 멀티플렉서(34,35)는 복호될 이동 전화 사용자 신호(dUL)뿐만 아니라 빔-특정 빔 웨이트(wn)를 발생하는 신호 프로세서(32)에 의해서 프로세싱되는 모든 수신된 신호를 두 개의 수신된 신호 스트림으로 멀티플렉싱한다.
도 11은 네 번째, 비-제한적인, 예의 실시예를 도시하는데, 상기 실시예는 전송 다이버시티 및 수신 다이버시티 둘 다를 통합하는 조향-빔 실시예이다. 그러나 조향 빔 실시예는 오직 전송 다이버시티 또는 수신 다이버시티와 결합될 수 있다. 다이버시티는 다른 극성의 안테나, 공간적인 구분과 함께 구현될 수 있거나 다른 널리 공지된 기술에 의해 구현될 수 있다. 여러 다이버시티 분기는 도 11에서 식별된다.
발명은 무엇이 현재 장 실용적이고 바람직한 실시예로 고려되는지에 관하여 설명되어온 한편, 본 발명은 개시된 실시예에 국한되지는 않지만 반면, 청구항의 정신 및 범위 내에 포함되는 여러 수정 및 상응하는 배열을 커버할 수 있다는 것이 이해된다.

Claims (50)

  1. 안테나 배열과 연결된 이동 전화 사용자-특정 신호 및 전송 회로 소자(20)를 포함하는, 공통 신호 및 섹터 셀의 오직 일부를 커버하는 적어도 하나의 좁은 빔을 포함하는 셀의 대부분을 커버하는 넓은 빔을 전송하기 위한 다수의 안테나 엘리멘트(14)를 갖는 안테나 배열(12)을 포함하는 장치에 있어서,
    사용자-특정 신호 및 공통 신호가 안테나 배열에서 실질적으로 동위상이고, 실질적으로 시간-정렬되는 것을 보장하기 위해서, 전송 회로 소자(20)와 연결된, 회로 소자(24,26,28,29)를 포함하는, 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회로 소자(24,26,28,29)가 구성된 필터링 회로 소자를 포함하여 상기 공통 신호가 오직 상기 안테나 배열 내의 중앙 안테나 엘리멘트로부터 전송되는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 회로 소자(24,26,28,29)는 상기 사용자-특정 신호가 상기 안테나 배열(12) 내의 중앙 안테나 엘리멘트에서 상기 일반 신호와 시간-정렬되고 동위상인 것을 보장하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안 테나 배열을 포함하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 회로 소자가 기저대 주파수로부터 무선 주파수로의 상기 공통 신호 및 상기 사용자-특정 신호 변환과 관련된 상기 공통 신호 및 상기 사용자-특정 신호에서 왜곡을 보상하도록 구성된 필터링 소자(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 안테나 배열(12)이 N이 1보다 큰 양의 정수인, 홀수(N)의 안테나 엘리멘트(14)를 포함하는데:
    상기 사용자-특정 신호 및 상기 공통 신호를 수신하기 위해서 그리고 N 좁은 빔을 발생하기 위해서, 상기 안테나 배열(12) 및 전송 회로 소자(20)와 연결된, 빔 형성 네트워크(16)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 빔 형성 네트워크(16)가 동일하거나 거의 동일한 전력을 갖는 상기 N 빔 상에 동시에 상기 공통 신호를 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 공통 신호를 방사하는 빔 보다 좁은 빔이 상기 사용자의 방향으로 방사되기 위하여, 상기 빔 형성 네트워크(16)가 전력을 갖는 N 빔 상에 동일하게 사용자-특정 신호를 전송하도록 구성되는데, 상기 전력이 N 사용자-특정 빔 웨이트(w), N 빔들 중 하나에 대응하는 각각의 사용자-특정 빔 웨이트를 사용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    각각의 사용자-특정 빔 웨이트가 상기 대응하는 빔 상에 수신된 업링크 평균 신호의 함수에 비례하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    각각의 빔에 대응하고 각각의 웨이팅된 사용자-특정 신호를 대응하는 빔 필터에 제공하는 사용자-특정 신호 빔 필터 웨이트로 상기 사용자-특정 신호를 웨이팅하기 위한 빔 웨이팅 회로 소자(28)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 안테나 엘리멘트로부터 방사된 에너지가 바람직한 이동 전화 사용자로 향하기 위해서 상기 사용자-특정 신호 빔 필터가 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  11. 제 5항에 있어서,
    상기 빔 형성 네트워크와 연결된 수신 회로 소자(22);
    수신된 신호를 추정하기 위해서 N 빔 상에 수신된 신호를 프로세싱하기 위해서 그리고 각각의 빔에 대한 평균 업링크 수신 신호 전력을 결정하기 위해서, 상기 수신 회로 소자(22)와 연결된 신호 프로세서(32)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  12. 제 6항에 있어서,
    이동 전화 사용자-특정 신호를 포함하는 상기 공통 신호 및 상기 섹터 셀의 오직 일부를 커버하는 적어도 하나의 좁은 빔을 포함하는 섹터 셀의 전체를 커버하는 넓은 빔을 전송하기 위해서, 1보다 큰 양의 정수인, 홀수(N)의 안테나 엘리멘트를 각각 포함하는 제 1 및 제 2 안테나 배열(12);
    상기 제 1 안테나 배열과 연결된 제 1 전송 회로 소자(20);
    상기 제 2 안테나 배열과 연결된 제 2 전송 회로 소자(20);
    상기 사용자-특정 신호 및 상기 공통 신호를 수신하기 위해서 그리고 상기 제 2 안테나 배열에 제공되도록 N 좁은 빔을 발생시키기 위해서, 상기 제 1 안테나 배열 및 상기 제 1 전송 회로 소자와 연결된 제 1 빔 형성 네트워크(16);
    상기 제 2 안테나 배열 및 상기 제 2 전송 회로 소자와 연결된 제 2 빔 형성 네트워크(16);
    상기 제 1 안테나 배열 엘리멘트에서 상기 사용자-특정 신호 및 상기 공통 신호가 동위상이고 시간-정렬되는 것을 보장하기 위해서, 상기 제 1 전송 회로 소자와 연결된 제 1 회로 소자(24,26,28,29); 및
    상기 제 2 안테나 배열에서 상기 사용자-특정 신호 및 상기 공통 신호가 동위상이고 시간-정렬되는 것을 보장하기 위해서, 상기 제 2 전송 회로 소자와 연결된 제 2 회로 소자(24,26,28,29)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 빔 형성 네트워크와 연결된 제 1 수신 회로 소자(22);
    상기 제 2 빔 형성 네트워크와 연결된 제 2 수신 회로 소자;
    수신된 신호를 추정하도록 상기 제 1 빔 형성 네트워크로부터 상기 N 빔 상에 수신되고 상기 제 2 빔 형성 네트워크로부터 N 빔 상에 수신되는 신호를 프로세싱하기 위해서, 신호 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  14. 안테나 배열과 연결된 이동 전화 사용자-특정 신호 및 전송 회로 소자(20)를 포함하는, 공통 신호 및 섹터 셀의 오직 일부를 커버하는 적어도 하나의 좁은 빔을 포함하는 섹터 셀의 전체를 커버하는 넓은 빔을 전송하기 위해서 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열(12)을 갖는 장치에 있어서,
    상기 섹터 셀 내의 이동국에서 수신될 때, 상기 사용자-특정 신호 및 상기 공통 신호가 실질적으로 시간-정렬되고, 제어되는 위상차를 갖는다는 것을 보장하기 위해서, 상기 전송 회로 소자에 연결되는 회로 소자(24,26,28,29)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 공통 신호가 상기 안테나 배열 내의 중앙 안테나 엘리멘트로부터만 전송되기 위해서 상기 회로 소자(24,26,28,29)가 구성되는 필터링 회로 소자(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 공통 신호를 반송하는 상기 넓은 빔이 상기 안테나 배열 내의 다수의 안테나 엘리멘트를 사용하여 발생되기 위해서 상기 회로 소자(24,26,28,29)가 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 회로 소자(24,26,28,29)가 기저대 주파수로부터 무선 주파수로의 상기 공통 신호 및 상기 사용자-특정 신호 변환과 관련된 상기 공통 신호 및 상기 사용자-특정 신호에서 왜곡을 보상하도록 구성된 필터링 회로 소자(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  18. 제 14항에 있어서,
    각각의 빔에 대응하고 각각의 웨이팅된 사용자-특정 신호를 대응하는 빔 필터에 제공하는 사용자-특정 신호 빔 필터 웨이트로 사용자-특정 신호 빔 필터 웨이트로 상기 사용자-특정 신호를 웨이팅하기 위한 빔 웨이팅 회로 소자(28)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 안테나 엘리멘트로부터 방사된 에너지가 바람직한 이동 전화 사용자로 향하기 위해서 상기 사용자-특정 신호 빔 필터 웨이트가 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  20. 제 18항에 있어서,
    각각의 빔에 대응하고 각각의 웨이팅된 공통 신호를 대응하는 안테나 전송 필터에 안테나 전송 필터에 제공하는 공통 신호 빔 필터 웨이트로 상기 공통 신호를 웨이팅하기 위한 빔 웨이팅 회로 소자(29)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 안테나 엘리멘트로부터 방사된 에너지가 상기 섹터 셀에 바람직한 형태로 향하기 위해서 공통 신호 빔 필터 웨이트가 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 사용자-특정 신호 및 공통 신호 빔 웨이트가 위상-회전에 사용되는 복소수이고 상기 사용자-특정 신호 및 공통 신호, 각각을 증폭하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  23. 제 18항에 있어서,
    상기 사용자-특정 빔 필터 웨이트는 수신된 신호가 수신되는 각의 함수로서 평균 수신 신호의 복소수 값 측정(complex valued measure)인 평균 공간 서명(average spatial signature)에 일치하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  24. 제 18항에 있어서,
    이동 전화 사용자에 의해 수신된 상기 공통 신호 및 사용자에 특정한 신호 사이의 위상차의 표준 편차가 바람직한 서비스 품질을 보장하는 타겟값보다 더 작거나 타겟값과 동일하기 위해서 상기 사용자-특정 빔 웨이트가 상기 이동 전화 사용자에 할당된 전송 전력을 최소화하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  25. 제 14항에 있어서,
    N 수신된 빔을 발생하기 위해서 N 상기 N 안테나 엘리멘트(14)에 연결되는 빔 형성 네트워크(16);
    상기 빔 형성 네트워크와 연결되는 수신 회로 소자(22);
    수신된 신호를 추정하기 위해서 상기 N 수신 빔 상에 수신된 신호를 프로세싱하기 위해서 그리고 통계적인 상기 수신된 신호를 전파하는 채널을 결정하기 위해서, 상기 수신 회로 소자(22)에 연결되는 신호 프로세서(32)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  26. 공통 신호를 포함하는 섹터 셀의 전체를 커버하는 넓은 빔 및 이동 전화 사용자-특정 신호를 포함하는 상기 섹터 셀의 오직 일부를 커버하는 적어도 하나의 좁은 빔을 전송하기 위해서 N 안테나 엘리멘트(12)를 각각 포함하는 제 1 및 제 2 안테나 배열(14);
    상기 사용자-특정 신호 및 상기 공통 신호를 상기 제 1 안테나 배열에 제공하기 위해서 상기 제 1 안테나 배열에 연결되는 제 1 전송 회로 소자(20);
    상기 사용자-특정 신호 및 상기 공통 신호를 상기 제 2 안테나 배열에 제공하기 위해서 상기 제 2 안테나 배열에 연결되는 제 2 전송 회로 소자(20);
    상기 섹터 셀 내의 이동국에서 수신될 때, 상기 제 1 안테나 엘리멘트로부터 상기 사용자-특정 신호 및 상기 공통 신호가 실질적으로 시간-정렬되고 제어되는 위상차를 갖는 것을 보장하기 위해서, 상기 제 1 전송 회로 소자에 연결되는 제 1 회로 소자(24,26,28,29); 및
    상기 섹터 내의 이동국에서 수신될 때, 상기 제 2 안테나 엘리멘트로부터 상기 사용자-특정 신호 및 상기 공통 신호가 실질적으로 시간-정렬되고 제어되는 위상차를 갖는 것을 보장하기 위해서, 상기 제 2 전송 회로 소자에 연결되는 제 2 회로 소자(24,26,28,29)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 안테나 배열(12)에 연결된 제 1 빔 형성 네트워크(16);
    상기 제 1 빔 형성 네트워크(16)에 연결된 제 1 수신 회로 소자(22)
    상기 안테나 배열(12)에 연결된 제 2 빔 형성 네트워크(16);
    상기 제 2 빔 형성 네트워크(16)에 연결된 제 2 수신 회로 소자(22);
    수신된 신호를 추정하기 위한 상기 제 1 빔 형성 프로세서로부터 상기 N 빔 상에 수신되고 상기 제 2 빔 형성 네트워크로부터 상기 N 빔 상에 수신되는 신호를 프로세싱하기 위해서, 상기 제 1 및 제 2 수신 회로 소자에 연결되는 신호 프로세서(32)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 갖는 안테나 배열을 포함하는 장치.
  28. 다수의 안테나 엘리멘트(14)를 포함하는 안테나 배열(12)을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법에 있어서,
    사용자-특정 신호 및 공통 신호가 상기 안테나 배열(12)에서 실질적으로 동위상이고 시간-정렬되는 것을 보장하는 상기 사용자-특정 신호 및 상기 공통 신호를 필터링하는 단계; 및
    상기 공통 신호를 포함하는 섹터 셀 전체를 커버하는 넓은 빔 및 상기 사용자-특정 신호를 포함하는 상기 섹터 셀의 오직 일부를 커버하는 적어도 하나의 좁은 빔을 상기 안테나 배열(12)로부터 동시에 전송하는 단계를 포함하는, 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 안테나 배열(12)에서 중앙 안테나 엘리멘트(14)로부터만 상기 공통 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 프로세싱이 기저대 주파수로부터 무선 주파수로의 상기 공통 신호 및 사용자-특정 신호의 변환과 관련된 상기 공통 신호 및 상기 사용자-특정 신호 내의 왜곡을 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  31. 제 29항에 있어서,
    상기 프로세싱은 상기 사용자-특정 신호가 실질적으로 상기 안테나 배열(12)의 중앙 엘리멘트(14)에서 상기 공통 신호와 시간-정렬되고 동위상인 것을 보장하는 상기 사용자-특정 신호를 웨이팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  32. 제 29항에 있어서,
    상기 안테나 배열(12)이 N이 1보다 큰 양의 정수인 홀수(N)의 안테나 엘리멘트(14)를 포함하는데, 상기 무선 기지국 내의 빔 형성 네트워크가 상기 사용자-특정 신호 및 상기 공통 신호를 수신하고 상기 안테나 배열(12)에 제공될 N 좁은 빔을 발생하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열(12)을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 공통 신호를 방사하는 빔 보다 좁은 빔이 상기 사용자의 방향으로 향하기 위해서, N 사용자-특정 빔 웨이트, 상기 N 빔들 중 하나에 대응하는 각 사용자-특정 빔 웨이트를 사용하여 결정되는 전력을 갖는 상기 N 빔 상에 동시에 상기 사용자에 특정한 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  34. 제 33항에 있어서,
    각 사용자-특정 빔 웨이트가 상기 대응하는 빔 상에 수신된 업링크 신호 전력의 함수에 비례하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  35. 제 33항에 있어서,
    수신된 신호를 측정하기 위해서 상기 N 빔 상에 수신된 신호를 프로세싱하는 단계, 및
    각 빔에 대한 평균 업링크 신호 전력을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  36. 제 33 항에 있어서,
    두 개의 전송 다이버시티 분기 내에서 구현되는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  37. 제 33항에 있어서,
    두 개의 수신 다이버시티 분기 내에서 구현되는데,
    수신된 신호를 추정하기 위해서 상기 두 개의 수신 다이버시티 분기로부터 상기 N 빔 상에 수신된 신호를 프로세싱하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  38. 다수의 안테나 엘리멘트(14)를 포함하는 안테나 배열(12)을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법에 있어서,
    상기 섹터 셀 내의 이동국에서 수신될 때, 사용자-특정 신호 및 공통 신호가 실질적으로 시간-정렬되고 제어되는 위상차를 갖는다는 것을 보장하도록 상기 사용자에 특정한 신호 및 상기 공통 신호를 프로세싱하는 단계, 및
    상기 공통 신호를 포함하는 섹터 셀의 전체를 커버하는 넓은 빔 및 상기 사용자-특정 신호를 포함하는 상기 섹터 셀의 오직 일부를 커버하는 적어도 하나의 좁은 빔을 상기 안테나 배열(12)로부터 동시에 전송하는 단계를 포함하는, 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방 법.
  39. 제 38항에 있어서,
    상기 N 안테나 엘리멘트(14) 중 오직 하나로부터 상기 공통 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  40. 제 38항에 있어서,
    상기 사용자-특정 신호가 상기 N 안테나 엘리멘트(14)로부터 동시에 수신되는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  41. 제 40항에 있어서,
    상기 사용자-특정 신호가 N 사용자-특정 안테나 웨이트(w)를 사용하여 결정되는 전력 및 위상 회전과 함께 전송되는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  42. 제 41항에 있어서,
    상기 안테나 엘리멘트(14)로부터 방사된 에너지가 상기 섹터 셀 내의 바람직한 이동 전화 사용자로 향하기 위해서 상기 사용자-특정 신호 안테나 웨이트가 구 성되는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  43. 제 41항에 있어서,
    상기 공통 신호가 N 안테나 웨이트를 사용하여 결정되는 전력 및 위상 회전과 함께 전송되는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  44. 제 43항에 있어서,
    상기 안테나 엘리멘트로부터 방사된 에너지가 상기 섹터 셀 내에서 바람직한 형태로 향하기 위해서 상기 공통 신호 빔 웨이트가 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  45. 제 43항에 있어서,
    상기 공통 신호 빔 웨이트 및 상기 사용자-특정 신호 빔 웨이트가 위상-회전에 사용되는 복소수이고 상기 사용자-특정 신호 및 공통 신호, 각각을 증폭하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  46. 제 41항에 있어서,
    상기 수신된 신호가 수신되는 각도 함수로서 평균 수신 신호의 복소값 측정인 평균 공간 서명을 일치하도록 상기 사용자-특정 웨이트를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  47. 제 41항에 있어서,
    상기 이동 전화 사용자에 의해 수신된 상기 공통 신호 및 사용자-특정 신호 사이의 위상차의 표준 편차가 희망하는 서비스 품질을 보장하는 타겟값보다 작거나 타겟값과 동일하도록 이동 전화 사용자에 할당된 전송 전력을 최소화하는 상기 사용자-특정 빔 웨이트를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  48. 제 44항에 있어서,
    상기 사용자 특정 신호 및 공통 신호가 N 사용자-특정 신호 빔 웨이트 및 N 공통 신호 빔 웨이트 각각을 사용하여 결정되는 전력과 함께 상기 N 안테나 엘리멘트(14)로부터 동시에 전송되고, 각 사용자-특정 빔 웨이트 및 각각의 공통 신호 빔 웨이트가 N 안테나 엘리멘트들 중 하나에 대응되는데,
    상기 안테나 배열로부터 희망하는 이동 전화 사용자로 방사된 에너지를 향하 게 하는 상기 사용자-특정 빔 웨이트를 선택하는 단계, 및
    상기 안테나 배열로부터 희망하는 형태로 방사된 에너지를 향하게 하는 상기 공통 신호 빔 웨이트를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  49. 제 38항에 있어서,
    상기 프로세싱이 기저대 주파수로부터 무선 주파수로의 상기 공통 신호 및 상기 사용자-특정 신호의 변환에 관련된 상기 공통 신호 및 상기 사용자-특정 신호에서 왜곡을 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
  50. 제 38항에 있어서,
    두 개의 전송 다이버시티 분기에서 구현되는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나 엘리멘트를 포함하는 안테나 배열을 갖는 무선 노드에서 사용하기 위한 방법.
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