KR20070058703A - 시분할 이중화 시스템의 안테나 조절 - Google Patents

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조지 알 주니어 넬슨
제임스 에이 쥬니어 프록터
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아이피알 라이센싱, 인코포레이티드
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Abstract

무선 통신 시스템에서 사용자 장치(UE)와 함께 사용할 수 있는 지향성 안테나를 조향하는 기술에 관한 것이다. 지향성 안테나의 최적 각도 세팅은 업링크와 다운링크에 대하여 상이한 값으로 결정된다. 지향성 세팅은 독립적으로 최적화될 수 있다. 다른 양태에 있어서, 최적의 방향은 인접 기지국(접근점)에서 방사하는 신호로부터 검출되는 간섭 신호 전력을 추정하고 그러한 측정에 기초하여 인접 셀에 대한 간섭을 최소화하는 지향성 세팅을 결정함으로써 결정된다. 안테나 각도 세팅에 있어서의 추가적인 레벨의 세분화는 인접 셀 사이트 기지국의 로딩 및 전환 간섭을 감시하고, 그에 따라서 과도하게 로드된 이웃들에 대한 간섭을 최소화하기 위한 세팅을 결정하기 위한 것이다. 본 발명의 다른 양태는 시스템의 능동적 사용에서 지향성 세팅을 수용하는 획득 모드에 적합하다.
지향성 세팅, 안테나, 각도

Description

시분할 이중화 시스템의 안테나 조절{ANTENNA ADAPTATION IN A TIME DIVISION DUPLEXING SYSTEM}
도 1은 본 발명을 구현하기 위해 사용될 수 있는 시분할 이중화(TDD) 라디오 송수신기의 블록도이다.
도 2는 3가지 상이한 선택가능 모드를 설명하는 안테나 복사 패턴을 나타낸 도이다.
도 3은 전형적인 시나리오에 대하여 업링크와 다운링크에 대한 상이한 전력 레벨을 나타내는 도이다.
도 4는 수신기 신호 강도 및 간섭 신호 강도 측정이 수신기에서 어떻게 취해지는지를 나타내는 도이다.
도 5는 특정의 지정된 시간 슬롯 동안에, 업링크가 다른 시간 슬롯 중의 지향성 세팅을 요구하는 것 및 지정된 비활성 슬롯 중에 측정이 또한 취해질 수 있음을 설명하는, 다운링크 시간 슬롯과 업링크 시간 슬롯의 전형적인 지정을 나타내는 도이다.
도 6은 안테나 위치를 조절하고, 그 다음에 폐루프 전력 제어에 적용할 수 있는 이득 보정을 발생하기 위해 시간 슬롯 경로 손실 계산기가 사용될 수 있는 방법을 나타내는 도이다.
도 7은 다운링크(DL) 안테나 지향 알고리즘의 더 구체적인 흐름도이다.
도 8은 순방향 경로 손실 접속이 전력 레벨 세팅 제어를 위해 어떻게 적용될 수 있는지를 보이는 고레벨 흐름도이다.
도 9는 업링크(UL) 안테나 포인팅 알고리즘의 흐름도이다.
도 10은 시간 슬롯이 업링크 및 다운링크에 대하여 어떻게 규정될 수 있는지를 나타내는 도이다.
도 11A, 11B, 11C 및 11D는 상이한 스위칭 포인트 구성에서 업링크 및 다운링크 슬롯을 할당하기 위한 각종 방법을 나타내는 도이다.
도 12는 어레이 제어기 및 가능한 시간 슬롯 지정을 더 구체적으로 나타내는 도이다.
디지털 셀룰러 시스템, 무선 근거리 통신망(WLAN) 및 블루투스와 같은 개인 영역 네트워크를 비롯한 각종 유형의 무선 데이터 통신 네트워크가 여러가지 상이한 응용들을 위한 이상적인 접속 솔루션으로서 점차 보여지고 있다. 이들 통신 네트워크들은 홈 네트워크 내에서 무선 설비를 구비한 퍼스널 컴퓨터에 대한 액세스, 랩톱 컴퓨터 및 개인 정보 단말기(PDA)에 대한 모바일 액세스 및 비즈니스 응용에서의 강하고 편리한 액세스를 제공하기 위해 사용할 수 있다.
사실상, 현시점에서 전체 랩톱 컴퓨터의 약 10%는 무선 인터페이스 카드를 구비해서 공장으로부터 출하되는 것으로 추정된다. 하나의 추정은 이 비율이 차후 2년 내에 30%로 증가할 것이라는 것이다. 인텔과 같은 일부 마이크로프로세서 제조업체는 무선 능력을 직접 프로세서 칩 플랫폼에 집적하고 있다. 이들 및 다른 창의성(initiative)은 무선 설비를 모든 유형의 컴퓨터에 집적하기 위해 계속될 것이다.
실제로, 일부 사이트에서는 다수의 상이한 네트워크에 동시에 접속할 수 있는 "핫스폿"이 이미 가능하게 되었다. 불행하게도, 수 백은 아니더라도 수 십개의 근접하게 이격된 네트워크들은 간섭이 문제가 되고 있다. 즉, 가장 최근에 나온 무선 표준들이 확산 스펙트럼 라디오 주파수 변조의 형태로, 또는 피변조 서브캐리어에서 코드 분할 다중 접속(CDMA)을 이용하여 강한 시그널링을 제공하기는 하지만, 라디오 스펙트럼의 혼잡(crowding)은 여전히 노이즈를 증가시키고, 그에 따라서 모든 사용자에 대한 성능을 감소시킨다.
하나의 주파수 재사용 인자(factor)를 이용하는 CDMA 네트워크의 용량은 셀간(intercell) 및 셀내(intracell) 간섭에 의해 제한된다. 다중 사용자 검출(Multi User Detection; MUD)과 같은 기술들은 셀내 간섭을 완화하기 위해 사용할 수 있다. 채널 전력(channel power), 코드 워드 및 시간 슬롯과 같은 지식 관리(즉, 강한 라디오 자원 관리(RPM))를 또한 사용할 수 있다.
본 발명에서 가장 관심있는 것 중에서, 신호를 전송하고 수신하기 위한 최적의 방향을 결정하기 위해 지향성, 즉 적응성 안테나를 사용하는 것이 또한 가능하다. 지향성 안테나는 다른 전송 신호와의 간섭을 최소화하기 위해 그러한 신호의 복사 전력에 촛점을 맞추고 있다.
셀간 간섭을 완화하기 위해 사용할 수 있는 하나의 기술은 모바일(리모트) 장치 또는 소위 사용자 장치(UE)에서 지향성 안테나를 사용하는 것이다. 이 기술의 장점을 이해하기 위하여, 인접 기지국 또는 섹터가 중앙 기지국 송수신기(BTS)로부터 UE로 전송되는 순방향 링크 채널의 셀간 간섭을 야기하는 상황을 생각하자. 이들 다운링크(DL) 채널들이 원하는 기지국 또는 섹터의 신호들과 간섭 기지국 또는 섹터의 신호들과의 사이에서 각도 분리(angular separation)를 가지면, UE의 지향성 안테나는 어느 정도의 간섭 억제를 제공할 수 있다. 정확한 억제량은 각도 분리, 안테나의 전후비(front-to-back ratio), 안테나의 빔 폭에 따라서 결정된다.
인접 셀 또는 섹터에 있는 사용자는 업링크(UL) 즉 반대 방향에서 셀간 간섭을 또한 야기한다. 전송된 에너지의 대부분이 원하는 기지국으로 향하고 인접 셀 또는 섹터로부터 멀어지는 방향으로 지향되도록 지향성 안테나가 배치될 수 있다면, 안테나는 업링크에서도 또한 셀간 간섭 억제를 제공할 수 있다. 이 간섭 억제는 원하는 기지국 수신기에서의 간섭 감소로서 나타날 것이다.
그러므로, 지향성 안테나의 사용은 링크 예산(link budget)의 개선에 직접적으로 기여한다. 지향성 안테나는 지향성 모드에서 동작할 때 표준적인 무지향성 안테나에 비하여 추가적인 안테나 이득을 제공한다. 조향(steering)을 위해 사용되는 알고리즘에 따라서, 추가의 이득은 업링크 및 다운링크의 링크 예산에 직접 기여할 수 있다. 지향성 안테나는 또한 국부 산란(local scattering)에 기인하는 페이딩의 효과를 감소시킨다. 안테나의 지향성은 국부 환경에 의해 생성된 경로 구조의 일부 만이 수신기 입력에 도달하게 하여 페이딩의 양을 감소시킨다. 따라서, 바람직한 고속 페이드 여유가 또한 감소된다.
그러나, 지향성 안테나가 가장 효율적으로 되게 하기 위하여, 안테나는 업링크 및 다운링크에 대하여 적당한 방향으로 조향되어야 한다. 패킷 전환된 주파수 분할 이중화(FDD) 시스템에 있어서, 다운링크 및 업링크 모두에 대한 방향은 UL 및 DL 반송파 주파수가 모두 동시에 활성화 되기 때문에 전형적으로 동일해야 한다. 가끔, 양방향에서의 수신을 최적화하기 위해 절충적 방향이 채택된다.
그러나, 시분할 이중화(TDD) 시스템은 안테나 조향에 이를 때에 FDD에 비하여 특정의 장점을 갖는다.
- UE가 하프 듀플렉스이기 때문에, DL 및 UL 포인팅 방향이 다르게 될 수 있고, 이것은 각 경우에 최적의 방향이 선택되게 한다.
- DL 및 UL이 전형적으로 동일 주파수에서 동작하기 때문에, 대부분의 조건하에서, DL과 UL 경로 손실이 동일하게 될 것이다.
- TDD의 프레임 구조는 교호 안테나 방향을 체크하고 안테나 조향 메트릭(metric)을 계산하기 위해 비활성 시간 슬롯을 이용할 수 있도록 구성된다.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 안테나의 최적 방향을 세팅하는 기술에 관한 것이다. 이 시스템은 다수의 상이한 각도 세팅으로 선택될 수 있는 자동 조향가능 안테나를 구비한다. 안테나는 처음에 후보 세팅으로 설정된다. 그 다음에 상기 세팅에서 메트릭이 측정되는데, 메트릭은 예를 들면 후보 세팅에서 수신된 신호의 상대적 품질을 결정함으로써 후보 세팅에서 안테나의 이용도와 관련된다. 그 다음에, 상기 메트릭이 적어도 2개의 상이한 후보 세팅과 최적의 결과에 대하여 취해지거나, 또는 최적의 세팅 결과가 결정된다. 그 다음에, 시스템의 다른 통신 채널에 대하여 최적의 세팅을 위한 다른 메트릭을 이용하여 상기 처리가 반복된다. 구체적으로 말하면, 최적의 세팅은 다운링크 방향에서 동작하는 통신 채널과는 상이한 메트릭을 이용하여 업링크 방향에서 동작하는 통신 채널에 대하여 결정된다. 그러므로, 본 발명은 업링크 및 다운링크 채널에 대하여 상이한 최적의 세팅을 결정할 수 있다.
양호한 실시예에 있어서, 조향가능 안테나에 의해 제공되는 후보 세팅은 적어도 무지향성 모드, 우지향성 모드 및 좌지향성 모드를 포함하고, 더 적은 또는 더 많은 수의 지향성 모드를 가진 안테나를 사용하는 것도 가능하다.
메트릭은 전형적으로 예컨대 파일럿 채널 신호와 같은 적당한 신호를 수신하는 동안에 측정되지만, 예컨대 데이터 페이로드 신호와 같은 다른 유형의 신호에 대하여 또한 취해질 수 있다.
본 발명은 메트릭이 비활성 시간 슬롯 중에 취해질 수 있기 때문에 시분할 이중화(TDD) 시스템에서 특히 유용하다. 또한, 업링크 통신 채널과 다운링크 통신 채널의 조정(coordination)은 전형적인 TDD 시스템에서 임의의 주어진 시간 슬롯에 업링크와 다운링크 중의 어느 하나가 활성으로 되기 때문에 더 쉽게 결정된다.
다른 태양에서, 본 발명은 다른 이득 조정 인자를 선택하기 위해 결정된 최 적 안테나 세팅을 제공한다. 그 다음에, 특수한 결정된 지향성 모드에서 동작하는 시스템과 관련된 경로 손실을 나타내는 이득 조정 인자가 피전송 신호의 전력 레벨을 제어하는 올바른 알고리즘으로서 제공된다. 따라서, 예를 들면, 업링크 및 다운링크 전력 레벨 세팅을 설정하기 위해 사용되는 전형적인 폐루프 전력 제어 알고리즘이 특수한 최적 세팅과 관련된 안테나 이득을 위해 조정된다.
또다른 태양에서, 최적 지향성 세팅은 레지스터, 메모리 또는 기타의 기억 장치에 저장되고, 공지의 지정된 활성 시간 슬롯과 동기하여 판독될 수 있다. 따라서, 안테나가 주어진 시간 슬롯에서 특수한 방향으로 조향되는 것을 필요로 하는 시스템은 다음의 인접 시간 슬롯에서 다른 하나의 최적 방향으로 쉽게 조향될 수 있다.
본 발명의 다른 태양들은 초기 획득 모드(acquisition mode)를 최적화하는 것과 관련된다. 초기 검출 모드에서, 시스템 파라메터들은 무지향성 세팅의 안테나에 대하여 결정된다. 그러나, 추가의 절차 세트는 후속 전송을 위한 최적의 포인팅 각을 결정하기 위해 초기 검출 후에 유리하게 수행된다. 이 상황에서, 무지향성 모드 중에 취한 측정들은 마치 최초의 조사가 지향성 모드에서 수행된 것처럼 최대의 기대 경로 손실(expected path loss)면에서 동일한 감도를 달성하기 위해 조정된다. 감도 개선 인자는 후속 처리 중에 측정하였을 때 무지향성 모드와 지향성 모드 사이의 이득차로서 결정된다. 본 발명의 이러한 태양은 지향성 모드에서의 가외 이득(extra gain)이 시스템에 대하여 더 증가된 커버리지를 제공하기 위해 사용될 수 있게 한다.
본 발명의 전술한 및 기타의 목적, 특징 및 장점들은 첨부 도면에 도시된 본 발명의 양호한 실시예에 관한 이하의 더 구체적인 설명을 통해 명백하게 될 것이다. 첨부 도면에 있어서 동일한 부호는 전체 도면에 걸쳐서 동일한 부분을 나타낸다. 도면들은 정확한 축척 및 중요도를 가지고 작도된 것이 아니며, 그 대신 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것에 중점을 두고 있다.
본 발명의 한가지 양호한 실시예를 설명한다. 이 특수한 실시예는 전기 통신 산업 연합(TIA) T1.3GPP.25 시리즈 명세서에서 규정된 바와 같은 범용 이동 전화 시스템(UMTS) 광대역 코드 분할 다중 접속(W-CDMA)으로서 알려진 셀룰러 무선 통신 시스템과 관련이 있다. 그러나, 본 발명의 원리는 다른 유형의 무선 시스템에도 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
기본 동작
모든 셀룰러 시스템에는 일반적으로 원격 유닛, 즉 사용자 장치(UE)와 통신하는 중앙 기준 송수신기 스테이션(Base Transceiver Station: BTS) 또는 접근점(AP)이 있다. 그러한 모든 시스템은 본래 양방향성이다. 즉 시스템이 BTS로부터 UE(다운링크)로 및 UE로부터 BTS(업링크)로 통신하는 능력을 제공하여야 한다. 업링크 및 다운링크 통신 채널의 이중화(duplexing)는 2가지 중요한 방법으로 수행될 수 있다. 그 방법들은 주파수 분할 이중화(FDD)와 시분할 이중화(TDD)이다. FDD 분할 반송파 주파수는 업링크 및 다운링크 통신을 쉽게 하기 위해 사용된다. 시분할 이중화(TDD)에 있어서는 업링크 및 다운링크 모두에 대하여 동일한 주파수 대역이 사용된다. 그러나, TDD에 있어서, 업링크는 특정의 시간 슬롯 동안에 활성화되고, 다운링크는 다른 시간 슬롯 동안에 활성화된다. 사용자간의 통신 채널은 별도의 시간 슬롯에서 시간 변조된 것일 수도 있고(TDMA) 또는 코드 분할 다중 접속(CDMA)일 수도 있다. 따라서, 접근 방법에 기초를 둔 TDD/CDMA와 TDD/TDMA는 모두 사용중에 있는 것으로 보여진다.
TDD 시스템에서는 양방향으로 동일한 반송파 코드 주파수가 사용되기 때문에, 전파 채널(propagation channel)은 채널의 경로 손실 및 페이딩 통계가 BTS로부터 UE로 및 UE로부터 BTS로의 전송 방향에 있어서 동일하게 될 것이라는 대등한 의미이다.
도 1을 참조하면, 사용자 장치(UE)에서 사용하는 전형적인 TDD/CDMA 유형의 송수신기가 고레벨 다이어그램으로 도시되어 있다. 송수신기는 안테나 서브시스템(10)과 수신기 서브시스템(20) 및 송신기 서브시스템(30)으로 구성된다.
안테나(10)는, 본 발명의 양호한 실시예에 따라서, 지향성 유형의 안테나이다. 그러므로, 안테나는 지향성 제어기(14)를 통하여 접속된 다중 복사 요소(12-1, ..., 12-n)로 구성된다. 지향성 제어기(14)는 제어 입력(16)을 수신하여 안테나 요소(12)의 송신 또는 수신 방향을 설정한다. 지향성 제어기(14)는 스위치, 위상 시프터, 또는 럼프 임피던스(lumped impedance)와 같은 다른 컴포넌트로 구성되고, 안테나 요소(12)의 종합 지향성을 이 기술 분야에서 공지된 다양한 방법으로 조절한다.
TDD 시스템의 경우 바람직하게 송신/수신 스위치(18)로서 생각되는 이중 급전 장치(diplexer)(18)는 수신기(20)와 송신기(30)를 안테나 서브시스템(10)에 접 속한다.
수신기(20)는 수신 증폭기(21), 라디오 주파수(RF) 다운 컨버터(23), 전압 제어 발진기(VCO)(22) 및 동상/직교(I/Q) 복조기(28)로 구성되고, 상기 I/Q 복조기(28)는 위상 시프터(25), 한 쌍의 믹서(26-1, 26-2) 및 한 쌍의 대역 통과 필터(27-1, 27-2)로 구성된다. 수신 증폭기는 이 기술 분야에서 공지된 방법으로 수신 신호를 받아들여서 그 수신 신호를 증폭한 다음에 RF 다운 컨버터(23)에 제공한다.
VCO(20)로부터의 입력 주파수 및 가능하다면 대역 선택 입력(24)이 주어진 때, RF 다운 컨버터(23)는 입력 라디오 에너지를 중간 반송파(IF) 주파수 신호로 시프트한다. I/Q 복조기(28)는 그 다음에 동상(I) 채널 및 직교(Q) 채널 모두에 출력으로서 수신 데이터 심볼을 제공한다.
송신기(30)에 있어서, 송신 데이터 심볼들은 한 쌍의 믹서(31-1, 31-2)와 직교 위상 시프터(32) 및 합산기(33)로 구성된 I/Q 변조기(38)에 공급된다. I/Q 변조기(38)는, 국부 기준 신호가 공급되면, 피변조 신호를 IF 주파수로 RF 업 컨버터(34)에 제공한다. 송신 VCO(35)와 임의의 대역 선택 입력(36)은 그 다음에 IF 신호를 원하는 RF 반송파 주파수로 업 컨버트한다. 그 다음에, 송신 증폭기(37)는 피변조 신호를 이중 급전 장치(18)에 제공하고, 이 때 상기 이중 급전 장치(18)는 송신/수신(T/R) 입력에 의해 제어된다. 레벨 검출기 회로(38)는 송신된 RF 전력 레벨을 검출하기 위해 사용될 수 있다. T/R 입력은 제어 채널에서 기지국에 의해 제공된 시간 슬롯 할당에 따라 제어된다. 일부 시간 슬롯 중에, 이중 급전 장치(18)는 수신 모드로 설정되고(즉, 다운링크가 활성화됨), 다른 시간 슬롯에서는 송신 모드로 설정되며(즉 업링크가 활성화됨), 또다른 시간에서는 개방 상태로 유지된다(비활성 시간 슬롯). 신호 레벨을 검출하는 수신 레벨을 결정하기 위해 유사한 레벨 검출 회로(29)를 또한 이용할 수 있다.
상기 특수한 실시예에 따라서, 안테나 서브시스템(10)은 지향성 제어 입력(16)에 의해 선택가능한 3가지 모드를 갖는다. 도 2를 참조하면, 이 모드들 중의 하나는 무지향성 모드인데, 이 모드에서는 일반적으로 안테나(10)가 모든 아시무탈(asimuthal) 방향에서 비교적 동일한 강도인 무지향성 송신/수신 패턴을 제공하도록 동작한다. 안테나(10)의 제2 모드는 일반적으로 아시무탈 평면의 우측을 향하는 복사 패턴을 제공하는 우측 패턴(41)에 의해 설명된다. 유사하게, 안테나(10)의 제3 세팅은 일반적으로 아시무탈 평면의 좌측을 향하는 안테나 패턴(42)을 제공한다. 따라서, 지향성 제어기(16)에 인가되는 적당한 입력에 의해, 안테나(10)는 상기 3가지 포인팅 모드(무지향, 우측 지향 또는 좌측 지향) 중의 하나로 설정될 수 있다. 이것을 위해 사용될 수 있는 안테나 시스템은 이 기술 분야에서 공지되어 있다. 그 일예는 탄티비 코뮤니케이션즈(Tantivy Communications)가 출원하고 본 출원의 출원인이 양수한 미국 특허 공개 번호 제2003/0048226A1호를 참조할 수 있다. 비록 이 실시예가 단지 3가지의 안테나 모드를 이용하지만, 다른 실시예로서 더 많은 모드를 이용할 수 있다.
도 3은 중앙 기준 송수신기 스테이션(BTS)을 이용하는 셀룰러 무선 환경에서의 전형적인 상황을 도시하고 있다. 사용자 장치(UE)는 특수 셀(39-1)의 하나의 코 너에 가끔 위치된다. 이 상황에서 UE는 전력 레벨 P1을 가진 파일럿 채널 신호 기본 BTS(51-1)를 검출할 수 있다. 그러나, UE는 전력 레벨 P2를 가진 BTS(51-2), 전력 레벨 P3를 가진 BTS(51-3) 및 전력 레벨 P4를 가진 BTS(51-4)와 같이, 다른 인접 BTS와 관련된 신호들을 또한 검출할 수 있다. 그러므로, 이웃하는 BTS(51-2, 51-3, 51-4)는 모두 의도된 BTS(51-1)로부터 신호의 바람직한 수신을 방해할 수 있지만, UE로부터 의도된 BTS(51-1)로의 송신을 또한 방해할 수 있다는 것을 예상할 수 있다. 그러므로, 안테나(10)의 지향성 특성을 고려한 여러가지 솔루션이 전체 시스템 성능을 최적화하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명에 의해 예상되는 알고리즘은 UE에서 측정한 수신 신호 전력 및 간섭 신호 전력의 측정을 이용한다. 이 알고리즘들은 도 4에 도시한 바와 같이 추가의 수신 회로에 의해 제공될 수 있다. 수신 회로(60)는 수신 I 채널(RxI) 및 수신 Q 채널(RxQ)을 취할 수 있고, 상기 채널들을 전형적인 전력 레벨 검출기(61)에 공급한다. RxI 및 RxQ 신호들은 특수 채널을 위하여 활성 CDMA 코드가 공급되는 복조기(62)에 또한 공급될 수 있다. 따라서 복조기(62)는 수신 코드 신호 전력(RCSP)의 측정을 제공한다.
인접 기지국(51-2, 51-3, 51-4)과 관련된 수신 간섭 전력의 추정은 추가적인 복조기(63-1, 63-2, ..., 63-P), 합산 회로(64) 및 감산기 회로(65)에 의해 제공될 수 있다. 즉, BTS(51-1)로부터 비활성 CDMA 코드, 다시 말하면 UE에서 현재 이용하지 않는 채널들의 코드가 인가되는 추가의 복조기를 적용함으로써, 그 셀내 간섭 채널의 상대적인 신호 전력은 합산 회로(64)에서 그들의 합을 취함으로써 개별적으 로 제공된다. 그 다음에, 상기 상대적 신호 전력은 간섭 코드 채널 신호 전력(ICSP)을 추정하기 위해 전체 수신 전력의 추정치로부터 (감산기 회로(65))에 의해 제거된다.
이제, 본 발명이 업링크(UL) 방향과 다운링크(DL) 방향의 모든 특수한 활성 시간 슬롯에 대하여 최적의 안테나 모드 세팅을 선택할 필요가 있다는 것을 알 수 있다. 도 5는 그 상황의 고레벨 다이어그램이다. 다운링크 타이밍도(70)는 업링크 타이밍도(75)와 함께 도시되어 있다. 다운링크 타이밍(70)과 UTMS WCDMA 프레임은 다음과 같이 지정된다. 프레임은 전체 지속 기간이 10 밀리초(ms)이고, 초당 3.84 메가칩(3.84 Mc/s)인 코드 칩 시간(tc)의 2560배인 15개의 시간 슬롯(ts)으로 세분된다. 따라서, 시간 슬롯은 CDMA 확산 코드의 2560개의 칩에 대응한다. 시간 슬롯의 물리적 내용은 소절 5.2.2의 W-CDMA 명세서에서 설명하는 대응하는 길이의 버스트이다. 각각의 시간 슬롯은 업링크(UL)에 또는 다운링크(DL)에 할당될 수 있다. 이러한 유연성 때문에, 시분할 이중화 능력이 다른 환경 및 배치 시나리오에 대하여 채택될 수 있다. 임의의 구성에서, 적어도 하나의 시간 슬롯이 각 프레임의 다운링크용으로 할당되고 적어도 하나의 시간 슬롯이 업링크용으로 할당되어야 한다.
그러므로, 예시적인 상황은 도 5에 도시한 바와 같이 전개되고, 도 5에 있어서 인접 시간 슬롯(71-1, 71-2)은 좌측 모드에서 및 그 다음에 우측 모드에서 연속적으로 최적으로 지시된다. 후속의 시간 슬롯(71-3)은 안테나를 무지향성 세팅으로 함으로써 최적화를 필요로 하고, 그 다음의 시간 슬롯(71-4)(아이들 슬롯 뒤의 것) 은 좌측 모드에서 최적으로 지시될 필요가 있다. 유사하게, 업링크 방향에서, 인접 시간 슬롯(72-1, 72-2, 72-3)은 안테나를 우측 모드, 무지향 모드 및 그 다음에 좌측 모드로 각각 세팅하는 것을 필요로 할 수 있다. 도 5에서 알아야 할 것은 안테나 위치가 각각의 활성 시간 슬롯과 관계되는 것, 및 음영이 없는 부분(71-5, 71-6)과 같은 비활성 시간 슬롯이 본 발명의 알고리즘에 따라서 측정을 행하기 위해 또한 이용될 수 있다는 것을 이해하는 것이다.
본 발명에 따른 알고리즘을 적용한 전반적인 결과는 안테나 위치가 최적화될 뿐만 아니라 보정된 경로 손실 계산이 이루어질 수 있다는 것이다. 구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 시간 슬롯 경로 손실 계산기는 전형적으로 수신 안테나의 무지향성 세팅과 관련된 경로 손실을 제공하기 위해 이용된다. 그러나, 안테나의 이득이 그 지향 모드에 따라 변하기 때문에, 임의의 업링크 경로 손실 추정을 보정하기 위해 안테나 이득 보정 단계(81)가 수행되어야 한다. 따라서, 안테나 위치 세팅이 주어질 때, 안테나 이득 보정(81)은 업링크 경로 손실 추정치를 보정하기 위해 적용될 수 있고, 상기 추정치는 그 다음에 폐루프 전력 제어 알고리즘(82)에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 신호 수신에서의 감도 증가를 제공할 뿐만 아니라 폐루프 전력 제어 처리를 최적화하는 추가의 장점을 제공한다.
도 7은 다운링크(DL) 방향에서 최적의 안테나 세팅을 결정하기 위하여, 즉 기준 송수신기 스테이션(BTS)(W-CDMA 명세서에서 노드 B라고 부르기도 한다)에서 송신한 신호를 사용자 장치에서 수신하기 위하여 이용할 수 있는 단계들의 흐름도를 도시한다.
방법의 제1 단계에서, 시간 슬롯 지정이 획득된다. 이 지정은 도 5와 관련하여 설명한 바와 같은 다운링크에서 지정된 활성 슬롯 및 지정된 비활성 슬롯 모두에 대하여 획득된다. 이것은 처리에 의해 감시해야 할 전체 갯수의 시간 슬롯을 제공한다. 시간 슬롯 지정은 노드 B가 인식하는 조건에 기초하여 현재의 사용자 장치에 적합한 방법으로 노드 B에 의해 또는 다른 중앙 제어기에 의해 전형적으로 행하여진다.
단계 92에서 각각의 감시된 슬롯에 대한 다음 단계는, 단계 94에서 RCSP 및 ICSP를 각각의 안테나 모드에 대하여 측정하는 것이다. 따라서, 안테나(10)는 무지향, 우측 지향 또는 좌측 지향의 3가지 모드의 각 모드로 임시 설정되고 RCSP와 ICSP가 결정된다.
단계 96에서, 안테나의 각 모드에 대한 RCSP 및 ICSP 측정치는 적당한 저역 통과 필터링 및/또는 평균화 계산을 통하여 필터링될 수 있다.
단계 98에서, 사용자 장치(UE)는 그 다음에 상기 측정치에 대한 보고서를 노드 B에 보낸다. 상기 보고서는 활성 시간 슬롯에 대하여 측정한 RCSP와 활성 슬롯 및 비활성 슬롯 모두에 대하여 측정한 ICSP를 적어도 포함한다. 이것은 노드 B가 활성 슬롯의 신호대 간섭비를 결정할 수 있게 한다. 이 정보를 이용하여, 각종 안테나 세팅에 따라 취해진 관측된 신호대 간섭비(SIR)에 기초하여 사용자 장치(UE)에 활성 슬롯을 지정할 수 있다.
이 상태로부터, 단계 102에서는 활성 슬롯과 비활성 슬롯에 대한 RCSP대 ICSP의 비율로서 SIR을 계산함으로써 최적의 포인팅 방향이 결정될 수 있다. 즉, RCSP는 활성 슬롯에 대하여 취해지고, ICSP 측정은 비활성 슬롯으로부터 측정된다(여기에서는 간섭 신호 전력만이 존재한다고 알려져 있다). 이 방법으로, 무지향, 좌측 지향 또는 우측 지향의 최적의 안테나 세팅이 상기 측정으로부터 결정될 수 있다.
다른 안테나 포인팅 방향의 다운링크(DL) 방향에서 RCSP 및 ISCP 활성 슬롯 측정은 예를 들면 중요한 사용자 데이터가 보내지지 않은 시간 동안 적당한 신호에 대하여 취해질 수 있다. 이것은 파일럿 동기화 신호 또는 유사한 신호의 전송 중에 취해질 수 있지만, 측정은 데이터 신호에 대하여 다른 순간에 또한 취해질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
안테나의 지향성 세팅이 주어질 때, 순방향(DL) 경로 손실은 도 8에 도시한 바와 같이 추정될 수 있다. 즉, 이제 주어진 안테나에 대한 이득을 알 수 있다. 이 갱신된 안테나 이득 세팅은 그 다음에 순방향 경로 손실 추정(FPL)을 보정하기 위해 사용될 수 있고, 상기 경로 손실 추정은 그 다음에 단계 106에서 폐루프 전력 제어 알고리즘에서 활용된다. 예로서, 이것은 가끔 업링크의 추정(즉, 역방향 경로 손실)이 다운링크(순방향) 경로 손실 측정에 기초하여 행하여지는 폐루프 전력 제어 알고리즘의 경우이다. 기지국이 그 송신 전력 레벨을 알고 있으면, 원격 유닛에서 (응답 보고로서) 신호를 수신하는 전력 레벨은 얼마나 많은 에너지가 송신 중에 손실되었는지를 계산할 수 있다. 전형적인 전력 제어 알고리즘은 다운링크 측정에 기초하여 업링크, 즉 역방향 경로 손실의 추정을 행하여야 한다. 이 특수한 상황에서, 안테나가 그 각도 세팅에 기초해서 상이한 이득을 가질 것이라고 주어지면, 그 각도 세팅은 나중에 업링크 경로 손실을 보정하기 위해 사용되는 보정된 이득값을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
다른 방법에 있어서, 양방향에 대한 경로 손실의 추정이 보정되어야 한다. 순방향 링크 조정은 안테나 이득의 경로 손실을 보정하기 위해 사용된다. 그 다음에, 역방향 링크 조정은 사용자 장치에서 실제 역방향 링크 전송 전력 레벨 세팅을 보정하기 위해 사용되고, 그 다음에 사용자 장치는 기지국으로의 역송신을 시도한다.
도 9는 사용자 장치가 송신을 위해 사용될 때 업링크에 대한 최적의 포인팅 각도를 결정하기 위해 사용할 수 있는 일련의 단계들의 흐름도이다. 제1 단계(150)에서, 인접 셀 간섭의 측정이 모든 포인팅 각도에 대하여 결정된다. 즉, 인접 BTS(51-2, 51-3, 51-4)의 공통 제어 채널 신호가 모든 포인팅 각도에 대하여 측정된다. 단계 152에서, 송신 중에 인접 BTS(51-2, 51-3, 51-4)에 대한 간섭을 최소화하면서 원하는 BTS(51-1)에 대한 업링크 전력을 최대화하도록 방향이 선택된다. 즉, 단계 150에서, 사용자 장치는 인접 BTS에 대한 역방향 링크 경로 손실을 결정하고, 그 다음에 각각의 가능한 안테나 각도 세팅에 대하여, UE로부터의 전송에 의해 야기된 간섭 레벨을 계산한다. 그 다음에, 인접 BTS(51-2, 51-3, 51-4)에 대한 인접 레벨의 간섭 레벨을 최소화하면서 원하는 기지국(51-1)에 대한 전력을 최대화하는 세팅으로서 전체적인 최적의 세팅이 선택된다. 이 개념은 UMTS W-CDMA에서 사용하는 본 발명의 실시예의 설명과 함께 뒤에서 더 구체적으로 설명할 것이다.
다른 방식에 있어서, 인접 기지국의 기지국 로딩은 단계 154에서 또한 감시 될 수 있다. 즉, 각 기지국은 그 기지국이 상대적으로 얼마나 비지(busy) 상태에 있는지, 즉 얼마나 많은 시간 슬롯이 활성 상태에 있는지를 나타내는 데이터를 주기적으로 방송할 수 있다. 만일, 단계 156에서, 이웃 기지국이 특별히 로드된 것으로 검출되면, 단계 158에서 그 특별한 이웃에 대한 간섭을 감소시키는 결정을 선택한다. 따라서, 예를 들면, 사용자 장치(UE)는 인접 기지국(51-3)이 특별이 비지 상태임을 결정하고 그 시간 슬롯의 대부분을 활성 상태로 지정할 수 있다. 만일 상기 특별한 이웃이 기타의 이웃하는 기지국보다 비교적 더 비지 상태이면, 특히 현재 지정된 기지국이 특별이 비지 상태가 아니면, 비지 상태의 이웃 기지국에 대한 간섭을 감소시키는 결정이 선택될 것이다. 그러므로, 이것은 UE와 원하는 기지국(51-1) 사이의 원하는 링크에 대한 감퇴를 최소화하면서 전체적인 시스템 성능을 개선한다.
다시, 업링크 방향에 있어서도, 경로 손실 계산은 단계 160에서처럼 업링크 및 다운링크 안테나 방향 세팅의 이득차에 대하여 조정되어야 한다.
도 10은 업링크 방향과 다운링크 방향이 이중화 시스템에서 이용될 수 있는, 즉, 업링크 시간 슬롯과 다운링크 시간 슬롯이 각각의 시간 슬롯(TS) 중에 활성인 시스템에서 이용될 수 있는 하나의 시나리오를 도시한 것이다. 그러나, 다른 구성은 도 11A, 11B, 11C 및 11D에 도시한 것처럼 전형적이고 가능하다. 이 도면들은 각각 대칭 업링크 및 다운링크 할당을 가진 다중 스위칭 포인트 구성, 비대칭 다운링크 및 업링크 할당을 가진 다중 스위칭 포인트 구성, 대칭 다운링크 및 업링크 할당을 가진 단일 스위칭 포인트 구성 및 비대칭 다운링크 및 업링크 할당을 가진 단일 스위칭 포인트 구성에 대한 업링크 및 다운링크 중의 시간 슬롯 할당을 도시하고 있다.
그러므로, TDD 시스템에 있어서, 몇몇 종류의 어레이의 조향은 최적화 안테나 세팅을 구현하기 위해 달성되어야 한다. 어레이의 조향은 만일 소프트웨어가 충분히 고속이면 지향성 제어(16) 입력에 메시지를 전송하는 소프트웨어에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 소프트웨어가 충분히 빠르게 실행할 수 없으면, 소프트웨어의 제어하에 동작하는 하드웨어 상태 머신이 필요할 수 있다. 이 어레이 세팅 보조 처리기(ASCP)는 다음 시간 슬롯에 대한 값을 내포하는 레지스터만큼 간단히 될 수 있다. 그러한 실시예에 있어서, 값들은 정확한 시간에 판독될 것이다.
더 복잡한 ACSP는 설정될 다음 N개의 어레이 위치에 대한 값을 포함하는 다수의 레지스터를 필요로 할 수 있다. 소프트웨어는 시간 슬롯의 실제 도달 이전에 이 레지스터에 기록될 수 있다. 정확한 시간에, ACSP는 안테나 어레이의 제어 입력(16)에 대한 세팅을 제공할 것이다.
더 복잡한 ACSP의 예는 도 12에 도시하였다. 이 다지점(multiposition)은 전술한 제어기와 유사하게 동작하지만, 세팅값을 각각 내포하는 다수의 레지스터들이 다른 시간대에 적용될 수 있게 한다. 이러한 ACSP의 구현은 수신 모드(다운링크)뿐만 아니라 송신(업링크) 지정 시간 슬롯에 대한 레지스터를 포함해서 다수의 레지스터를 구비한다. 어레이 레지스터는 모두 동일한 시간에 즉시 설정될 수 있고, 또는 필요에 따라 개별적으로 수정될 수 있다. 또한, 어레이 레지스터는 소프트웨어의 시간적 구속에 의해 표시된 것처럼 임의의 시간에 기록을 가능하게 하기 위해 이중 버퍼링될 수 있다.
도 12에 도시한 바와 같은 다른 태양은 업링크 시간 슬롯 지정이 다운링크 지정으로부터 고정된 간격만큼 시간적으로 옵셋될 수 있다는 것을 알려준다. 이 환경에서, 이중 급전 장치(18)는 미리 정해진 시간에 송신 모드와 수신 모드 사이에서 항상 절환되도록 설정된다. 도 12의 타이밍도에 도시된 것처럼, 유닛 번호 1로 표시된 특수한 사용자 장치(UE)는 다운링크 방향의 첫번째 표시된 시간 슬롯에서 활성화되고, 업링크 방향으로 그 뒤의 2개의 시간 슬롯에서 활성화된다. 따라서, ACSP 로직은 프레임의 개시시에 교호 시간 슬롯에서 송신 모드와 수신 모드 사이에서 절환되는 것으로 항상 알고 있을 것이다. 따라서, 업링크 및 다운링크 시간 슬롯의 지정에서 약간 더 강한 구조를 채택하는 것은 ACSP 구조를 단순화하는 데에 기여할 수 있다.
UMTS - TDD 의 설명
이제 본 발명이 UMTD-TDD 시스템 환경에서 어떻게 사용될 수 있는지에 대하여 더 구체적으로 설명하겠다. 이하의 설명은 독자들이 그 명세서 및 그 명세서가 규정하는 각종 채널들에 친숙한 것으로 가정한다.
1. 정상 상태
전술한 W-CDMA 명세서에서 규정한 것처럼, 정상 상태의 경우는 CELL_FACH 또는 CELL_DCH이다. CELL_DCH는 UE가 음성 및/또는 데이터 트래픽에 능동적으로 관계되는 상태이다. DL 및 UL 슬롯/코드/전력 할당은 RRM 제어하에 변화될 수 있고, UE는 모바일 장치일 수 있다. CELL_FACH는 UE가 할당된 자원을 갖지 않고, 노이즈 측 정이 RRM에 의해 미래의 할당을 위해 보고되며, UE가 모바일 장치일 수 있는 상태이다.
1.1 다운링크
도 7에 도시되고 이하에서 구체적으로 설명하는 알고리즘 개념은 DL 방향에 있어서 안테나(10)가 신호대 인접 셀/섹터 간섭비(SIR)를 최대화하는 것에 기초하여 조향되는 것을 가정한다. 위에서 간단히 설명한 바와 같이, SIR에 기초한 조향 결정은 활성 슬롯(UE에 대하여 트래픽을 운반하는 것) 및 비활성 슬롯 모두에 대한 원하는 신호(RCSP) 및 인접 셀 간섭(ICSP)의 측정을 필요로 한다. 활성 슬롯에 대한 SIR(즉, RCSP/ICSP) 측정은 UE가 모바일이고 및/또는 슬롯 할당이 인접 섹터 또는 셀에서 변화할 때 최적의 조향 방향을 유지하기 위해 필요하다. 비활성 슬롯에 대한 SIR 측정은 그 슬롯이 미래의 할당에서 활성으로 되어야 하는 경우에 정확한 조향 방향을 제공하기 위해 필요하다. P-CCPCH에 대한 RSCP(수신 신호 코드 전력)의 측정 및 전용 시간 슬롯에 대한 ISCP(간섭 신호 코드 전력)의 측정이 전형적으로 행하여진다.
1.1.1 RX 신호 전력 측정
신호 전력 측정은 다른 RRM 함수 또는 공통 제어 채널 파일럿 전력 신호, P-CCPCH RSCP의 도움으로 UE에 의해 또한 행하여진다. 지향성 UE 안테나의 추가는 P-CCPCH RSCP 측정이 안테나의 모든 가능한 포인팅 방향에서 행하여질 것을 필요로 한다. UE에서 3-모드 안테나를 사용하면, P-CCPCH RSCP 측정은 무지향 모드, 좌측 빔 및 우측 빔 모드에서 행하여져야 한다. P-CCPCH RSCP 측정은 UE가 트래픽 또는 방송 채널에서 데이터(CELL_DCH)를 수신하는 슬롯에서만 행하여진다. 지향성 안테나를 이용할 때, 이 측정은 3개의 빔 위치(무지향, 좌측, 우측) 중의 선택된 하나에 대하여 행하여질 것이다. 다른 2개의 방향에 대한 측정은, 그 방향에서의 SIR이 현재의 방향에 비하여 감퇴될 수 있기 때문에, UE가 데이터를 수신할 필요가 없을 때 P-CCPCH에서 행하여질 수 있다. P-CCPCH가 항상 무지향 모드의 기지국 안테나를 가진 기지국으로부터 보내지기 때문에, 비활성 슬롯 중의 다른 위치에서 P-CCPCH 수신 전력의 측정은 동일한 방향에서 활성 슬롯의 P-CCPCH 수신 전력과 동일하게 될 것이다(슬롯들이 시간적으로 밀접하고, 소량의 평균화가 도 7의 단계 96에서처럼 행하여지는 것으로 가정한다).
1.1.2 셀간 간섭 측정
셀간 간섭 측정은 시간 슬롯 ISCP 측정을 통하여 RRM의 도움으로 UE에 의해 또한 행하여진다. 이 설명을 위하여, ISCP는 셀간 간섭 전력만을 제공하는 것으로 가정한다. 지향성 UE 안테나는 시간 슬롯 ISCP 측정이 안테나의 모든 가능한 포인팅 모드 방향에서 행하여질 것을 필요로 한다. 만일 UE에서 3-모드 안테나(10)를 사용하면, ISCP 측정은 각각의 가능한 간섭 코드에 대하여 무지향, 좌측 빔, 및 우측 빔 모드에서 행하여진다. 활성 슬롯의 측정을 위하여, 측정은 현재의 포인팅 위치에서만 행하여질 수 있다(그러나 안테나의 조향은 활성 채널의 수신자를 혼란시킬 것이다). 정의에 의해, 활성 슬롯의 다른 위치들은 감퇴된 SIR을 가질 것이고, 따라서, 다른 위치에서 데이터(CELL_DCH)를 수신하려는 시도는 성능을 감퇴시키는 경향이 있다.
1.1.3 RX 신호 전력 보고
P-CCPCH RSCP 측정은 전력 제어를 위하여, 및 DL과 UL 시간 슬롯 할당 목적을 위하여 라디오 노드 제어기(RNC)에 주기적으로 보고된다. 3-모드 어레이(10)와 같은 지향성 안테나를 이용할 때, RSCP에 대하여 3개의 다른 측정이 행하여진다. 3개의 측정은 모두 안테나의 미래의 포인팅 방향을 결정할 때 UE에서 사용되지만, 현재 포인팅 방향의 RSCP 측정만이 RNC에 보고된다. 개략적 RSCP 측정은 그 측정치가 (단계 98에서) 보고를 위해 UE에서 사용되기 전에 각종 레벨의 필터링을 받는다(단계 92). 모든 방향에 대한 RSCP 측정은 그것이 보고를 위해 사용되거나 사용되지 않거나에 관계없이, 현재의 구현과 동일한 방법으로 필터링된다. 보고는 현재의 포인팅 방향과 관련된 평균을 사용한다.
1.1.4 셀간 간섭 보고
시간 슬롯 ISCP 측정은 순방향 채널(DL) 할당 목적으로 RNC에 주기적으로 또한 보고된다. RNC는 측정할 시간 슬롯을 지정한다. 3-모드 지향성 안테나를 사용할 때, 각각의 시간 슬롯에 있어서 3개의 다른 측정이 ISCP에 대하여 행하여진다. 만일 ISCP 슬롯 보고가 활성 슬롯(UE에서 사용중인 슬롯)을 위한 것이면, 보고된 ISCP 값은 안테나의 현재 포인팅 방향으로부터 취해진 값이다. 만일 ISCP 슬롯 보고가 비활성 슬롯(미래의 지정을 위해 고려중인 슬롯)을 위한 것이면, 보고된 ISCP 값은 최고 SIR을 제공하는 안테나의 방향으로부터 취해진 값이다. 개략적 ISCP 측정은 그 측정치가 보고를 위해 UE에서 사용되기 전에 각종 레벨의 필터링을 받는다. 모든 방향 및 모든 슬롯에 대한 ISCP 측정은 그것이 보고를 위해 사용되거나 사용되지 않거나에 관계없이, 현재의 구현과 동일한 방법으로 필터링된다. 따라서, 보고 단계(단계 98)는 활성 슬롯 ISCP 보고를 위해 현재 포인팅 방향과 관련된 평균, 및 비활성 ISCP 슬롯 보고를 위해 최대 SIR의 방향과 관련된 평균을 사용한다.
1.1.5 활성 슬롯의 포인팅 방향
UE 안테나의 현재 포인팅 방향은 활성 슬롯 또는 모든 포인팅 방향의 슬롯들에 대한 SIR(ISCP에 대한 RSCP의 비)을 계산함으로써 결정된다. 그 다음에, 안테나 위치가 다음 시간 슬롯 바로 전에 최고 SIR의 방향에서의 포인팅을 위해 조정된다. 활성 시간 슬롯에 대하여 보고된 RSCP 및 ISCP 값들은 선택된 방향에 대하여 SIR을 결정하기 위해 사용되는 값이다. 만일 노드 B(지정된 기준 송수신기 스테이션)가 지향성 빔 형성자 안테나를 이용하면, 안테나 조향 알고리즘에 의해 계산된 SIR은, P-CCPCH에 대한 RSCP가 무지향 모드로 송신하는 기지국에서 계산될 것이기 때문에, 순방향 전력 제어의 임계치에 의해 유지되는 SIR과 동일하지 않다는 것을 알아야 한다. 그러나, 지향성 안테나는 인접 셀 간섭을 감소시키기 때문에, 무지향으로 송신하는 노드 B의 포인팅 방향에서의 SIR 추세(trend)는 관련 항목에서 빔 형성자와 함께 송신하는 노드 B의 포인팅 방향에서의 SIR 추세와 동일해야 한다.
1.1.6 비활성 슬롯의 포인팅 방향
UE에 의해 측정된 모든 비활성 DL 슬롯은 독립적인 포인팅 방향을 가질 것이다. 비활성 슬롯의 포인팅 방향은 최고 SIR을 제공하는 방향이다. 만일 비활성 슬롯이 UE에 할당되면, 안테나 위치는 시간 슬롯 바로 전에 최고 SIR의 방향으로 포인팅하도록 조정된다. 이 때 상기 슬롯은 활성 슬롯으로 간주된다.
1.1.7 순방향 경로 손실
도 6과 관련하여 언급한 바와 같이, 지향성 안테나의 통합은 지향성 패턴과 무지향성 패턴간에 이득차가 있기 때문에 순방향 경로 손실의 계산에 영향을 준다. 안테나가 무지향 모드와 지향성 모드 사이에서 전환될 때, 순방향 경로 손실은 이것이 보상되지 않는 한 변화하는 것으로 나타날 것이다. 이 이득차는 무지향 모드에 대하여 측정된 RSCP 및 2개의 지향성 모드 각각에 대하여 측정된 RSCP의 차이에 기초하여 계산될 수 있다. 이 이득차는 무지향 모드와 지향성 모드간의 정확한 이득차가 지향성 안테나에 도달하는 각도에 의존하기 때문에 추정되지 않고 측정되어야 한다.
1.1.8 폐루프 순방향 전력 제어
지향성 안테나의 통합은 안테나 방향이 활성 슬롯에 대하여 변할 때 순방향(DL) 전력 제어에 또한 영향을 준다. 순방향(DL) 전력 제어는 순방향 전력의 단계적 변화, 및 더 중요하게, 위치가 조정될 때 SIR의 단계적 변화를 잠재적으로 보일 것이다. 만일 안테나 위치가 변경되면, 새로운 위치는 현재의 위치(즉, 위치 변화가 행하여지지 않은 경우)보다 더 높은 SIR을 가질 것이다. 안테나 위치가 변경될 때 순방향(DL) 전력 제어 루프에 대하여 전력을 감소시키는 경향이 있을 것이다. 상기 감소는 일부 시구간에서 발생할 것이다. 이 시구간 중에, 링크는 순방향(DL) 전력 제어가 복구될 때까지 목표 SIR(더 나은 링크)에서 동작할 것이다. 또한, 순방향(DL) 전력 제어 루프 조정 기간 중에, 슬롯들에 대한 RCSP의 측정 평균은 그 측정이 P-CCPCH에 대하여 행하여지기 때문에 계속될 수 있고, 그 측정치는 일정한 전력으로 송신된다.
UE가 다수의 다운링크 슬롯을 지정한 경우에, 각 슬롯의 방향은 달라질 수 있다. 각 슬롯의 SIR이 무지향성 안테나에서도 다르기 때문에, 순방향 전력 제어는 링크 성능이 각 슬롯에 대하여 독립적으로 유지되도록 각각의 다운링크(DL) 슬롯에 대하여 한 세트의 변수들을 유지한다. 지향성 안테나 전환 시간은 100ns 미만이고, 따라서 순방향 전력 제어는 만일 각 슬롯이 독립적으로 제어되면 슬롯대 슬롯 방향 변화에 영향을 주지 않을 것이다. 만일 다중 슬롯 할당이 하나의 슬롯으로서 제어되면, 다중 슬롯에 대한 ISCP 및 RSCP 값들은 할당된 모든 슬롯에 대한 절충적 방향을 결정하기 위해 평균화되어야 한다. 그렇지 않으면 순방향(DL) 전력 제어는 안테나 방향 변화를 보상하려고 시도할 것이다.
1.1.9 AGC 어택 시간
TDD 구현에서 수신 증폭기(21; 도 1)와 관련된 자동 이득 제어(AGC) 회로는 FDD 구현에서보다 훨씬 더 큰 전력 과도 현상(power transient)을 받으므로 이러한 전력 과도 현상을 취급하도록 설계되어야 한다. 전력에서의 통상적인 슬롯대 슬롯 변화 외에, UE AGC는 통합된 지향성 안테나에서 수신 신호의 추가적인 단계적 변화를 보일 것이다. 무지향 패턴과 지향 패턴 사이의 이득차 및 더 중요하게 지향성 안테나의 큰 전후비 때문에, UE AGC는 무지향성 안테나에서 발생하는 슬롯대 슬롯 변화 외에도 입력 전력에서 6~8 dB의 변화를 잠재적으로 보일 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, TDD 구현에서의 AGC는 지향성 안테나의 통합에 의해 야기되는 신호 강도의 추가적인 변화를 수용할 수 있어야 한다.
1.2 업링크(UL) 조향
UL은 노드 B에서의 최대 수신 전력에 기초해서, 또는 UE에 의해 야기된 인접 셀 간섭을 최소화시키는 한 세트의 메트릭에 기초해서 조향될 수 있다. 이용가능한 초과 UE 송신 전력에 따라서, UE 조향 알고리즘은 상기 2가지의 조합으로 될 수 있다. UE가 최대 출력 전력에 근접하여 있는 경우, 조향은 노드 B에서 수신 전력을 최대화하는 것에 기초하여야 한다. 그러나, 이용가능한 초과 전력이 있는 경우, 포인팅 방향은 UE에 의해 야기된 인접 셀 간섭을 최소화하는 방식으로 되어야 한다.
UL에서 지향성 안테나를 사용하면 UE가 인접 셀에 송신하는 에너지의 양을 최소화함으로써 인접 기지국에서의 셀간 간섭을 완화할 수 있다. 셀간 간섭을 최소화하도록 UL을 포인팅하기 위해 2가지의 알고리즘을 사용할 수 있다. 첫번째 방법은 모든 인접하는 노드 B에서 UE 송신을 측정하고 인접 셀 간섭에 대하여 신호를 최대화하는 방향을 결정하는 것이다. 그러나, 이 방법은 인접하는 노드 B들 뿐만 아니라 노드 B와 UE 사이의 조정을 필요로 한다. 뒤에서 설명하는 두번째의 양호한 알고리즘은 인접하는 기지국으로부터의 순방향 경로 손실을 측정하고 역방향 링크 경로 손실을 추론하기 위해 업링크 경로 손실과 다운링크 경로 손실 사이의 상호 관계에 의존한다. 포인팅 방향은 인접 노드 B 전력에 대한 원하는 노드 B 전력의 비를 최대화하도록 결정될 수 있다. 만일 주파수내 조사 알고리즘이 지향성 안테나를 수용하도록 수정되면, 많은 필요한 계산들이 이미 이용가능하게 된다. 이 알고리즘을 위한 데이터는 UE에서 이용할 수 있고, 노드 B와의 상호 관계를 필요로 하지 않는다.
UL에서 인접 셀 간섭을 최소화할 때 원하는 노드 B에서 수신 전력의 손실을 야기하는 시간들이 있을 것이다. 만일 UE가 최대 경로 손실 근처에서 동작하면, 노드 B에서 수신 전력의 모든 손실은 UE의 성능에 악영향을 줄 것이다. 이 조건하에서, UL은 노드 B에서의 UL 전력을 최대화하기 위해 UE에서의 수신 전력에 대해서만 조향되어야 한다.
1.2.1 RX 신호 전력 측정
UE는 모든 포인팅 방향에서 DL 전력을 측정하고, 상호 관계를 가정하고, 그에 따라서 어떤 UL 수신 전력이 특정 방향에 대하여 노드 B에 있는지를 나타낸다. 모든 포인팅 방향에서 P-CCPCH의 RSCP는 DL 포인팅 알고리즘에 대하여 미리 측정된다. 각각의 포인팅 방향에 대하여, UE는 각각의 포인팅 방향에서의 (RSCP를 통한) 순방향 링크 경로 손실의 측정에 기초하여 그 노드 B에 대한 역방향 링크 경로 손실의 추정치를 계산할 것이다.
1.2.2 셀간 간섭 측정
지정되었지만 아이들 상태인 시간 슬롯 동안에, UE는 인접 기지국의 모든 포인팅 방향에서 DL 전력을 측정하고, 상호 관계를 가정하고, 어떤 UL 수신 전력이 특정의 포인팅 방향의 노드 B에 있는지를 나타낸다. P-CCPCH의 RSCP는 잠재적 통화 채널 전환(handoff)을 위하여 주파수내 조사 중에 인접 노드 B에 대하여 측정되어야 한다. 일단 지향성 안테나가 통합되면, 주파수내 조사는 모든 포인팅 각도에서 인접 노드 B에 대한 RSCP를 또한 고려하여야 한다. 따라서, UL에서 셀간 간섭 측정을 지원하기 위해 필요로 하는 데이터는 조사자(searcher)로부터 얻어질 수 있다. 각각의 인접 노드 B에 있어서, UE는 모든 이용가능한 포인팅 각도에서 역방향 링크 경로 손실을 계산할 것이다. 이 데이터는 UL의 포인팅 방향을 결정하기 위해 사용될 것이다.
1.2.3 포인팅 방향
도 9와 관련하여 설명한 바와 같이, UL에 대하여 2개의 포인팅 방향이 선택될 것이다. 하나의 방향은 노드 B에서 수신 전력을 최대화하는 것에 기초할 것이고, UL의 다른 포인팅 방향은 모든 가능한 포인팅 각도에서 합성 인접 셀/섹터 간섭에 대한 원하는 UL 신호의 비를 계산함으로써 결정될 것이다. 선택된 제2의 UL 방향은 전파 측정(propagation measurement)에 기초하여 인접 셀에 대한 간섭을 최소화하면서 원하는 노드 b에 대한 UL 전력을 최대화하도록 의도된다. 방향이 다른 경우에, UE의 추정된 송신 전력은 최종 방향을 결정하기 위해 사용될 것이다. 만일 UE 송신 전력이 최소 간섭 방향에 대하여 최대치 부근에 있으면, 최종 방향은 최대 수신 전력 방향이 될 것이다.
모든 추정치가 순방향 링크 P-CCPCH의 측정에 기초하기 때문에, 최대 수신 전력 방향 또는 최대 간섭 방향에 대하여 슬롯대 슬롯 의존성이 없다. 그러므로, 모든 업링크 시간 슬롯에 대하여 단지 하나의 업링크 방향이 있을 뿐이다.
간섭 방향의 예시적인 계산치는 표 1에 나타내었다.
UL 안테나 방향 역방향 링크 경로 손실 추정치(dB) 총간섭 전력(dBm) SNR
원하는 노드 B 인접 노드 B1 인접 노드 B2 인접 노드 B3
좌측 133 138 140 145 -135.4 2.4
무지향 133 135 145 135 -131.8 -1.2
우측 138 140 142 138 -134.9 -3.1
표 1에서, 비록 좌측 및 무지향이 노드 B에서 동일한 수신 전력을 제공하지만, 좌측 빔 모드가 인접 노드 B에 대하여 3.5 dB 더 작은 간섭 전력을 제공하기 때문에 좌측 빔 모드가 선택될 것이다. 좌측 및 우측 빔 모드는 간섭 전력에 있어서 대략 동일하지만, 우측 빔 모드는 원하는 노드 B에서 5 dB 더 많은 UL 전력(및 이에 따라서 더 많은 간섭 전력)을 필요로 하고, 따라서 좌측 빔 모드가 더 좋은 선택이다.
추가 레벨의 세분화(sophistication)는 주파수내 조사 중에 노드 B 로딩을 감시하고, 그에 따라서 UL 간섭 계산치를 가중하기 위한 것이다. 예를 들면, 상기 예에서, 인접 노드 B(51-2)는 만일 좌측 빔 모드가 선택되면 무지향 모드에 비하여 간섭에 있어서 5 dB 증가를 보일 것이다. 만일 UE가 노드 B(51-2)의 P-CCPCH를 감시함으로써 노드 B(51-2)가 과도하게 로드되었다고 결정하면, UE는 노드 B(51-2)에서의 간섭 로드를 감소시키기 위해 좌측 빔 모드 대신에 무지향 모드를 잠재적으로 선택할 수 있다.
1.2.4 개루프 전력 제어
역시 도 9와 관련하여 위에서 설명한 것처럼, 개루프 전력 제어(open loop power control)는 이 개루프 전력 제어가 역방향(UL) 경로 손실을 추정하기 위해 순방향(DL) 경로 손실의 정확한 계산에 의존하기 때문에 지향성 안테나의 통합에 의해 영향을 받을 것이다. 이 계산은 UL과 DL의 안테나 이득이 모두 동일하다는 것을 가정한다. 그러나, UL과 DL의 포인팅 방향은 다를 수 있기 때문에, 상이한 이득이 UL과 DL에서 나타날 수 있다. 순방향(DL) 경로 손실 추정치는 섹션 1.1.7에서 설명한 바와 같이 포인팅 위치간의 이득차에 대하여 조정되어야 한다. 이것은 역방향(UL) 링크 전력의 계산시에도 마찬가지이다. 무지향 모드와 지향성 모드간의 이득차는 원하는 노드 B에 대한 UL 전력의 계산시에 보상되어야 한다. 이 이득차는 주파수내 조사중에 수집된 데이터로부터 계산될 수 있다.
1.3 UL 및 DL 포인팅 변화의 조정
노드 B는 그 자신이 빔 형성자를 사용할 수 있기 때문에, UE는 노드 B에서 빔 형성자의 속도보다 더 느린 속도로 UL 및 DL 포인팅 방향을 변경시켜야 한다. DL 및 UL 방향 변경을 특정의 시간 간격에서만 행하는 것도 또한 유리할 수 있다. 만일 노드 B가 빔 형성자를 사용하면, DL 빔은 UL 데이터에 기초하여 결정된다. 만일 UE에서 UL 방향이 변경되면, 노드 B는 그 변경에 기초하여 그 UL 빔을 조정하고 후속적으로 그 DL 빔을 조정할 수 있다. 따라서, UE에서 순방향 전력 제어에 의해 DL에 대하여 계산된 SIR 수들은 새로운 DL 빔 위치에 대하여 더 이상 유효하지 않을 수 있다. DL 포인팅에 대한 SIR 추정치는 이들이 무지향에서 P-CCPCH로부터 취해지기 때문에 서로에 대하여 유효하다. UL UE 포인팅 방향이 조정되는 임의의 시점에서, 만일 노드 B가 빔 형성자를 사용하면 순방향 전력 제어는 조정을 위한 약간의 시간이 필요할 수 있다. 순방향 전력 제어는 만일 DL UE 방향이 변경되면 조정을 위한 약간의 시간을 또한 필요로 할 것이다. 순방향 전력 제어의 과도적인 다운의 수를 유지하기 위하여, UL 및 DL 방향의 변경이 동시에, 및 빔 형성자 업데이트와 순방향 전력 제어 업데이트보다 더 느린 속도로 주기적으로 발생하는 것이 권장된다.
1.4 타이밍 조정
UE 또는 노드 B 수신에서 경로 구조에 기초한 슬롯 시간의 임의의 타이밍 조정은 지향성 안테나의 통합에 의해 영향을 받을 수 있다. 이것은 무지향성 안테나, 또는 무지향 모드에서 지향성 안테나가 UE 수신기에서 모든 입사 경로(incident path)를 보지만, 지향 모드(좌측 또는 우측)와 결합된 지향성 안테나의 비교적 높은 전후비가 UE에 의해 수신된 경로 구조의 서브셋에서 발생할 수 있다는 사실에 기인한다. 더 나아가서, 경로들 사이의 상대적 진폭은 무지향 모드와 지향 모드 사이에서 변화될 수 있다. 만일 경로 구조에서의 상호 관계를 가정하면, UL에서 UE 포인팅 방향의 임의의 변화는 노드 B 수신기에서 본 경로 구조에 또한 영향을 줄 것이다.
2. 획득(Acquisition)
초기 셀 사이트 선택 중에, UE는 각각의 검출된 노드 B의 P-CCPCH에 대한 RSCP를 계산한다. 지향성 안테나의 통합으로, RSCP는 모든 포인팅 각도에서 측정되어야 한다. 양호한 절차는 셀 사이트의 초기 검출을 무지향 모드에서 수행하고, 그 다음에 각각의 검출된 셀 사이트를 모든 포인팅 각도에서의 측정치로 추가로 한정하는 것이다. 따라서, 초기 검출은 하나의 무지향성 안테나에서의 검출과 동일하다. 그러나, 추가적인 절차의 세트는 각각의 검출된 셀에 대한 최적의 포인팅 각도를 결정하기 위해 초기 검출 후에 수행된다. 특히, 무지향 조사를 위해 사용되는 다중 거주(multi-dwell)(즉, 다수의 시간 슬롯에 걸친) 조사자는 조사가 지향 모드에서 수행된 경우에 갖는 것처럼 최대 경로 손실의 면에서 동일한 감도를 달성하도록 조정된다. 감도 개선은 무지향 모드와 지향 모드간의 절대적 이득차이다. 이것은 지향 모드에서의 초과 이득이 증가된 커버리지를 위해 사용될 수 있게 한다. 초기 획득을 위한 최종 선택은 모든 검출된 셀에 대한 모든 각도에서의 최고 RSCP, 모든 검출된 셀에 대한 모든 각도에서의 최대 순방향 SIR, 추정된 최대 역방향 SIR, 또는 상기 3가지의 조합에 기초하여 행하여질 수 있다. SIR은 순방향 링크 지향을 선택하기 위해 사용될 수 있고, 수신된 전력은 FDD 시스템에서 초기 역방향 링크 포인팅 방향(상호 관계를 가정한다)을 결정하기 위해 사용된다. 이것은 순방향 및 역방향 링크 지향에 기초하여 선택된 절충적 방향이다.
TDD 구현에 있어서, 관심있는 순방향 SIR은 할당된 슬롯 시간에 대하여 순방향 전력 제어에 의해 유지되는 것이다. 이것은 CELL_FACH 이전에 알지 못하기 때문에, 조사자에 의해 계산된 SIR은 개개의 노드 B의 P-CCPCH SIR 측정 또는 노드 B 사이의 RSCP 측정의 비에 기초한 값이 될 것이다. 최고 RSCP로 셀을 사용하면, UE와 노드 B 사이의 경로 손실을 최소화하고, 이것은 다운링크가 최저한(marginal)이고 업링크가 최대 출력 전력(동일한 DL/UL 방향에서) 부근에 있을 때의 조건 하에서 바람직할 수 있다. 통상적인 조건 하에서, 다른 셀들에 대하여 최고의 RSCP 비율로 셀을 선택하면 업링크 및 다운링크가 함께 고려되는 경우에(동일한 DL/UL 방향에서) 최적의 성능을 제공할 가능성이 매우 높다. RSCP의 비율은 정상 상태에서 UL을 조향하기 위해 사용되는 동일한 기준이기 때문에, 노드 B와의 초기 접속을 위하여 이 방향을 사용하면 잠재적인 UL 빔 형성자가 콜 셋업중에 동일한 방향을 유지할 수 있게 하고, 인접 셀에 대한 충격을 최소화시킨다.
따라서, TDD 초기 셀 획득 절차는 다음과 같다.
a. 무지향 모드를 선택한다; 종래 기술의 구현에서처럼 셀들을 획득한다(검출된 세트).
b. 각각의 추가적인 방향(3-모드 안테나에서 좌측 및 우측)에 대하여 각각의 검출된 셀에 대한 RSCP를 계산한다.
c. 각각의 방향 세팅(무지향, 좌측, 우측)을 위하여, 최대 RSCP를 가진 셀간의 비율과, 다른 검출된 셀에 대한 RSCP의 합을 계산한다.
d. 최대 비율을 가진 셀/방향을 선택한다(활성 세트).
3. 핸드오버(Handover)
이상적으로, 셀 재선택은 초기 셀 획득과 동일한 기준에 기초하여야 한다. 각각의 검출된 노드 B의 P-CCPCH RSCP의 측정은 최대 간섭 비율을 이용하여 UL과 DL에 대한 포인팅 방향을 함께 계산하기 위해 사용되어야 한다. 그러나, 핸드오버가 UE에 의해 노드 B에 보고된 RSCP의 측정에 기초하기 때문에, 노드 B는 셀 재선택에 대한 궁극적 제어를 갖는다. 측정 보고 방식의 수정 및 잠재적으로 기지국에서의 셀 재선택 알고리즘 없이, 2가지의 옵션(option)이 있다.
첫번째 옵션은 모든 가능한 포인팅 방향에서 피감시 세트의 P-CCPCH 상에 RSCP를 수집하는 것이다. 보고된 또는 임의의 구성된 측정에 대하여 사용된 RSCP는 그 최상의 포인팅 방향에서 피감시 세트 부재에 대한 RSCP이다. UE는 각 세트 부재와 관련된 포인팅 방향의 이력을 유지하고, 만일 기지국이 새로운 셀에 핸드오버를 지시하면, UE는 새로운 활성 세트 부재와 관련된 방향을 이용한다. 이것은 기지국 알고리즘이 영향받지 않고 UE 안테나에 무관하게 유지될 수 있게 한다. 그러나, 간섭 완화 관점으로부터, 최고 RSCP에 기초하여 선택된 셀은 간섭의 관점으로부터 최상의 것이 아닐 수 있다.
두번째 옵션은 피감시 세트의 P-CCPCH 상에 RSCP를 수집하고 최대 신호대 간섭비에 기초하여 최상의 셀을 계산하는 것이다. 간섭에 기초한 최상의 셀/방향이 최고 RSCP에 기초한 최상의 셀/방향과 상이할 때, 노드 B에 보고된 RSCP 측정은 노드 B가 간섭 관점으로부터 최상의 셀로의 핸드오버를 허용하는 양만큼 바이어스된다. 이것은 UE가 그러한 선택을 수행함으로써 기지국의 수신 전력에서의 임의의 손실을 취급하기 위해 과도한 송신 전력을 가질 때의 조건 하에서만 수행된다.
지금까지 본 발명을 양호한 실시예와 관련하여 특수하게 도시하고 설명하였지만, 당업자라면 첨부된 청구 범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 그 형태 및 상세에 있어서 여러가지로 변화가 가능하다는 것을 알 것이다.
무선 통신 시스템에서 사용자 장치(UE)와 함께 사용할 수 있는 지향성 안테나를 조향하는 기술에 관한 것이다. 지향성 안테나의 최적 각도 세팅은 업링크와 다운링크에 대하여 상이한 값으로 결정된다. 지향성 세팅은 독립적으로 최적화될 수 있다. 다른 양태에 있어서, 최적의 방향은 인접 기지국(접근점)에서 방사하는 신호로부터 검출되는 간섭 신호 전력을 추정하고 그러한 측정에 기초하여 인접 셀에 대한 간섭을 최소화하는 지향성 세팅을 결정함으로써 결정된다. 안테나 각도 세팅에 있어서의 추가적인 레벨의 세분화는 인접 셀 사이트 기지국의 로딩 및 전환 간섭을 감시하고, 그에 따라서 과도하게 로드된 이웃들에 대한 간섭을 최소화하기 위한 세팅을 결정하기 위한 것이다. 본 발명의 다른 양태는 시스템의 능동적 사용에서 지향성 세팅을 수용하는 획득 모드에 적합하다.

Claims (3)

  1. 업링크 통신 채널과 다운링크 통신 채널을 모두 구비한 무선 통신 시스템에서 안테나의 방향을 세팅하는 방법에 있어서,
    안테나를 후보 세팅으로 설정하는 단계와;
    상기 후보 세팅에서의 안테나의 이용도와 관련된 메트릭을 측정하는 단계와;
    적어도 2개의 후보 세팅에 대하여 측정된 메트릭에 기초하여 최적의 세팅을 결정하는 단계와;
    상기 업링크 통신 채널 및 다운링크 통신 채널에 대한 최적의 세팅을 결정하기 위해 상이한 메트릭들을 이용하는 단계
    를 포함하는 안테나 방향 세팅 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 업링크 및 다운링크 채널에 대하여 상이한 최적의 세팅들이 결정되는 것인, 안테나 방향 세팅 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 후보 세팅들은 무지향성 세팅을 포함하는 것인, 안테나 방향 세팅 방법.
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