KR20080014713A - 무선망에서 송신 다이버시티 및 빔형성을 위한 장치 및방법 - Google Patents

무선망에서 송신 다이버시티 및 빔형성을 위한 장치 및방법 Download PDF

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Abstract

복수 개의 가입자국과 통신하는 무선망에 사용하기 위한 기지국이 개시된다. 이 기지국은 복수 개의 송신 안테나를 이용하여 제1 가입자국으로 하향링크 채널을 통해 송신한다. 기지국은 제1 가입자국에서 관찰된 송신 안테나간 상호 관련량에 따라서 송신 다이버시티 방안과 빔형성 방안 중 하나를 이용하여 제1 가입자국으로 송신한다. 또한, 기지국은 제1 가입자국에서 관찰된 안테나/채널 상호 관련량에 따라서 제로 지연과 비제로 지연 중 하나를 갖는 주기적 지연 다이버시티 방안을 이용하여 제1 가입자국으로 송신한다.
무선망, 기지국, 안테나, 상호 관련 , 송신 다이버시티, 빔형성, 주기적 지연 다이버시티

Description

무선망에서 송신 다이버시티 및 빔형성을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMIT DIVERSITY AND BEAMFORMING IN A WIRELESS NETWORK}
본 발명은 일반적으로 무선망에 관한 것으로, 더 구체적으로는 무선 통신 시스템에 사용하기 위한 송신 다이버시티(Diversity) 및 빔형성(Beamforming) 방안에 관한 것이다.
셀룰러망은 그 망의 무선 커버 영역(또는 셀)을 정의하는 일군의 기지국을 포함한다. 기지국(BS)과 가입자국(또는 이동국, 이동 단말기 등) 사이에는 비시선(NLOS) 전파 경로가 존재하는 것이 보통인데, 이는 그 사이에 위치하는 자연물 및 인공물 때문이다. 따라서, 전파는 반사, 회절 및 산란을 통해 전파된다. 하향링크를 통해 가입자국에 (그리고 상향링크를 통해 기지국에) 도달하는 전파는 개별 전파의 위상이 다름에 따른 증감을 경험하게 된다. 이는, 셀룰러 무선망에서 보통 사용하는 높은 캐리어 주파수에서는 상이한 전파 지연에서의 작은 변화로도 개별 전파의 위상이 크게 변하기 때문이다.
가입자국(SS)이 이동중이거나 산란 환경에 변화가 있는 경우에는 복합 수신 신호의 진폭 및 위상에 일어나는 공간적 변이가 레일리(Rayleigh) 페이딩 또는 고 속 페이딩으로 알려져 있는 시간 변이로서 나타나게 된다. 무선 채널의 이러한 시간 변이 속성으로 인해서, 원하는 비트 에러 또는 패킷 에러 신뢰성을 제공하기 위해서는 매우 높은 신호대 잡음비(SNR)가 필요해진다.
통상적인 무선망들은 여러 다이버시티 기법을 이용하여 고속 페이딩 효과에 대처한다. 다이버시티 기법은 수신기(예컨대 가입자국)에 동일한 정보 전달 신호의 다수의 페이딩된 복제물을 제공한다. 각각의 안테나 브랜치에서 독립적인 페이딩이 일어난다고 가정하면, 각각의 브랜치에서 순간 신호대 잡음비(SNR)가 특정 임계치 미만일 확률은 대략 pL이며, 여기서 p는 각각의 안테나 브랜치에서 순간 SNR이 동일 임계치 미만일 확률을 나타낸다.
통상적인 다이버시티 기법들은 일반적으로 공간, 각도, 편극화, 장(field), 주파수, 시간 및 다중 경로 다이버시티의 범주에 속한다. 공간 다이버시티는 다수의 송신 또는 수신 안테나를 이용하며, 이때 다이버시티 브랜치들이 상호 관련(correlation)이 거의 또는 전혀 없는 상태에서 페이딩을 경험하도록 다수의 안테나 간의 공간적 분리를 선택한다. 송신 다이버시티에서는 다수의 송신 안테나를 이용하여 수신기에 동일 신호의 다수의 서로 관련 없는 복제물을 제공한다.
통상적인 송신 다이버시티 방안들은 개방 루프 방안과 폐쇄 루프 방안으로 나눌수도 있다. 개방 루프 송신 다이버시티 방안에서는 수신기로부터의 피드백이 필요 없다. 한 가지 통상적인 폐쇄 루프 송신 다이버시티 방안에서는, 수신기가 수신하는 신호 전력을 최대화하기 위해서 송신기에 적용해야 하는 위상 및 진폭 조정 을 수신기가 계산한다. 선택 송신 다이버시티(SDT)라고 하는 또 다른 통상적인 폐쇄 루프 송신 다이버시티 방안에서는 송신에 사용할 안테나에 대한 피드백을 수신기가 송신기에 제공한다.
송신 다이버시티 방안의 일례로서 알라무티(Alamouti) 2× 1 공간-시간 다이버시티 방안이 잘 알려져 있다. 이 접근에 따르면, 임의의 심볼 기간 중에 2개의 데이터 심볼이 2개의 송신 안테나로부터 동시에 송신된다. 제1 심볼 간격 동안 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)로부터 송신되는 심볼들은 각각 s(1) 및 s(2)로 나타낸다. 그 다음 심볼 기간 동안 안테나(ANT1 및 ANT2)로부터 송신되는 심볼들은 각각 -s*(2) 및 s*(1)로 나타내며, 여기서 -s*(2)는 s(2)의 공액 복소수의 음의 값을 의미하고, s*(1)은 s(1)의 공액 복소수를 뜻한다. 가입자국(SS)에서의 신호 처리를 통해 원래의 신호, 즉 s(1) 및 s(2)가 복구된다. SS 수신기에서의 처리를 위해서는 순간 채널 이득 추정, 즉 g1(ANT1의 경우)과 g2(ANT2의 경우)가 필요함에 주목해야 한다. 따라서, 채널 이득 추정을 위해서는 별도의 파일럿 심볼이 안테나(ANT1 및 ANT2)에 필요하다.
OFDM 시스템에 흔히 이용하는 또 다른 다이버시티 기법으로 주파수 다이버시티가 있다. 주파수 다이버시티를 이용하는 OFDM 시스템의 경우, 특정 가입자국으로의 송신을 위해 할당된 서브캐리어들이 전체 스펙트럼에 걸쳐 균일하게 분포되어 있을 수 있다. 예를 들면, OFDM망이 N=512개 중 64개의 서브캐리어를 제1 가입자국에 할당한다면, OFDM망은 제1 서브캐리어부터 시작해서 매 8번째의 서브캐리어(SC)를 제1 가입자국에 할당할 수 있다(즉, SC1, SC9, SC17,...,SC505). 주파수 다이버 시티 기법은 높은 이동성의 사용자 및/또는 지연에 민감한 서비스에 이용하는 것이 일반적이다.
또 다른 일례로 통상적인 다이버시티 방안이 하이브리드 응답 요청(ARQ)에 의해 제공된다. 하이브리드 ARQ란 송신기가 중복되는 코딩된 정보를 조금씩 증가시키면서 보내는 재송신 방안이다. 하이브리드 ARQ에서는 먼저 송신기가 정보 패킷(P)에 대해 채널 코딩을 실시한후, 그 결과 얻게 되는 코딩된 비트 스트림을 더 작은 서브패킷으로 분할한다(즉, SP1, SP2, SP3, ...). 그러면 송신기는 제1 서브패킷(SP1)을 수신기로 송신한다.
수신기는 먼저 제1 서브패킷(SP1)을 이용하여 전체 정보 패킷(P)을 복호하려는 시도를 한다. 복호에 실패하면 수신기는 서브패킷(SP1)을 저정하고 NACK 신호를 송신기로 보낸다. NACK 신호를 수신한 송신기는 서브패킷(SP2)을 송신한다. 서브패킷(SP2)을 수신한 수신기는 서브패킷(SP2)을 이전에 저장한 서브패킷(SP1)과 조합하고 원래의 정보 패킷(P)을 연계 복호하려는 시도를 한다. 복호에 또다시 실패하면 수신기는 NACK 신호를 보내고, 송신기는 추가 서브패킷(예컨대 SP3, SP4, ...)을 송신한다. 어느 시점에서라도 정보 패킷(P)이 성공적으로 복호되면 수신기는 ACK 신호를 송신기로 보내는데, 그러한 성공적인 복호는, 예를 들면 성공적인 주기적 중복 검사(CRC)에 의해 나타난다.
통상적인 망들은 빔형성 기법을 이용하여 다수의 가입자국에 송신하기도 한다. 가입자국 내의 수신기는 기지국의 송신 안테나에서 각각 사용하기 위한 복소 이득(g0, g1, ..., gP)을 추정한다. 기지국은 이들 가중치를 가입자국으로의 송신에 이용한다. 그러나, 복소 이득을 포함한 피드백 정보는 상당한 오버헤드를 나타내며, 망의 전체적인 시스템 스펙트럼 효율을 저하시킨다.
2006년 1월 6일자로 출원된 "직교 주파수 분할 다중화망에서 주파수 선택성을 송신에 도입하기 위한 방법 및 시스템"이란 제목의 미국 특허 출원 제 11/327,799호(이 출원의 내용을 본 명세서에 참고로 인용함)에는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 무선 통신 시스템에서 인공적으로 다양성을 제공하기 위한 방법과 장치가 개시되어 있다. 상기 출원에 개시되어 있는 방법과 장치에서는, 제1 심볼로부터 복수 개의 지연된 심볼을 발생시키고 상이한 안테나로부터 이들 지연된 심볼을 각각 송신함으로써 인공적으로 다양성을 제공한다. 각각의 지연된 심볼을 상이한 이득 계수에 의해 스케일링할 수도 있다.
적응식 주기적 지연 다이버시티 방안에서는 가입자국의 채널 프로파일, 변위 및 기타 요인에 따라서 가입자국마다 지연값이 다를 수 있다. 예를 들면, 주파수 다이버시티 혜택이 필요한 고속 가입자국에 대해서는 큰 지연값을 선택하고, 주파수 선택적 다중 사용자 스케줄링의 혜택을 받을 가능성이 있는 저속 가입자국에 대해서는 작은 지연값을 채택할 수 있다. 또한, 채널이 이미 충분히 주파수 선택적이라면, 도플러 값이 큰 가입자국을 위한 주파수 다이버시티 모드 송신의 경우에도 작은 지연값이 충분할 수 있다.
(P+1)개의 송신 안테나를 이용하는 적응식 주기적 지연 다이버시티(ACDD) 송 신기를 구현하는 예시적인 기지국의 경우, 각각의 가입자국에 대한 안테나 (ANT1 내지 ANTP) 상의 주기적 지연값을 각각 Dm1, Dm2, DmP로 나타낼 수 있다. 비지연 신호(Dm0=0)를 제1 안테나(ANT0)로부터 송신한다. 더 일반적인 형태로, 상이한 송신 안테나에서 송신되는 신호들에 상이한 복소 이득(g0, g1, ... gP)을 적용할 수도 있다. 상이한 안테나에서 동일한 OFDM 심볼을 송신하면 주파수 선택적 페이딩이 인공적으로 제공된다. 이 주파수 선택성을 통해서 저속 내지 중속 가입자국을 위한 주파수 선택적 다중 사용자 스케줄링을 이용하거나, 고속 가입자국을 위한 주파수 다이버시티를 이용할 수 있다.
적응식 주기적 지연 다이버시티(ACDD)를 이용하는 경우, 가입자국 수신기에서의 수신은 단일 송신 안테나로부터의 다중 경로 송신과 유사하다. 서브캐리어 k 상의 복합 채널 응답 Hmc(k)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007058582076-PAT00001
여기서, Hmn(k)는 안테나 n 상의 가입자국 m에 대한 채널 응답을 나타내며, k는 서브캐리어 지수이다. 이 경우, 복소 안테나 이득(g0, g1, ... gP)은 모두 단위값이라고 가정한다.
대안으로서, 적응식 주기적 지연 다이버시티 조작을 주파수 영역에서 직접 실행할 수도 있다. 안테나 p로부터 가입자국 m으로 송신되는 서브캐리어 k에 하기 수학식 2로 정의되는 가중치를 적용할 수 있으며, 여기서 DmP는 가입자국 m에 대한 안테나 p 상의 주기적 지연값을 나타낸다.
Figure 112007058582076-PAT00002
OFDM망에서의 자원 분할의 일례로서, 총 512개의 OFDM 서브캐리어를 8개의 군(또는 서브밴브)으로, 즉 각 군에 64개씩 나눌 수 있다. 하나 이상의 이들 서브밴드에 주어진 가입자국을 할당할 수 있다. 적응식 주기적 지연 다이버시티의 예시적인 실시 예로서, 제1 OFDM 심볼의 512개의 서브캐리어를 위상 천이가 없는(즉, 지연이 없는) 제1 안테나로부터 송신하고, 상기 제1 OFDM 심볼의 512개의 서브캐리어를 샘플 기간 1회만큼 지연시켜 제2 안테나로부터 송신할 수 있다. 1회의 샘플 지연의 결과 하기 수학식 3과 같은 가중치가 k번째 서브캐리어에 적용된다.
Figure 112007058582076-PAT00003
제1 캐리어에 2π/N의 위상 천이가 적용되고, 최종 서브캐리어에 2π의 위상 천이가 적용되며, 이때 N=512이다. 따라서, 각각의 서브캐리어에 적용되는 위상 천이는 서브캐리어 지수에 선형적으로 비례한다(즉, 서브캐리어 1로부터 서브캐리어 512까지).
전체 대역폭에 걸쳐 2π/N부터 2π까지 완전한 위상 천이 사이클이 일어남에 주목하기 바란다. 위상 천이는 한 서브캐리어에서 다음 서브캐리어까지 2π/N씩 증가한다. 제2 안테나로부터 송신되는 서브밴드에 적용되는 위상 천이는 2πM/N의 증가율로 일어나며, 여기서 M은 한 서브밴드 내의 서브캐리어의 개수이다. D개의 샘플이 주기적으로 지연되는 경우, 전체 대역폭에 걸쳐 2π/N 부터 2π까지 D 사이클의 위상 천이가 일어난다. 주기적 지연 다이버시티가 제공하는 혜택은 상이한 서브캐리어에 상이한 무작위 위상 천이를 적용함으로써 이룰 수 있다. 수신기가 주파수 다이버시티의 혜택을 얻게 되는데, 왜냐하면 적용되는 무작위 위상 천이에 따라 여러 서브캐리어가 증감되면서 조합되기 때문이다.
주기적 지연 다이버시티뿐만 아니라 공간-시간 다이버시티(STD)와 같은 다른 형태의 송신 다이버시티 방안도 안테나 또는 채널이 서로 관련되어 있는 경우에는 성능 저하를 겪게 되는데, 왜냐하면 이용할 수 있는 채널에 다양성이 거의 또는 전혀 존재하지 않기 때문이다. 또한, 적응식 주기적 지연 다이버시티(ACDD)의 경우 다수의 안테나로부터의 송신이 지연되어 도입되는 주파수 선택성 때문에 송신 다양성이 없는 단일 안테나로부터의 송신에 비해 성능 손실이 일어날 수 있다. ACDD는 실제로 공간 다양성 또는 안테나 다양성을 주파수 다양성으로 바꾸어준다는 사실에 주목해야 한다. 서로 관련된 안테나로 인해서 공간적 다양성 또는 안테나 다양성이 존재하지 않는다면 ACDD가 주파수 다양성을 전혀 생성할 수 없게 된다. 그러나, 다수의 안테나로부터의 송신이 지연되면 주파수 다양성이 없는 주파수 선택성이 생겨 나며, 이는 성능 손실을 가져온다. 안테나의 상호 관련(correlation)은 안테나들이 좁은 간격으로 위치해 있거나, 충분히 흩어져 있지 않거나, 또는 두 경우 모두에 해당할 때 생긴다.
따라서, 적응식 주기적 지연 다이버시티를 실현하는 개선된 무선망이 요구된다. 구체적으로 말하면, 안테나 및 채널이 서로 관련되어 있는 상태에서 성능 손실 없이 적응식 주기적 지연 다이버시티를 실현하는 무선망이 필요하다.
전술한 종래 기술의 결점들을 해결하기 위한 본 발명의 주목적은 복수 개의 가입자국과 통신할 수 있는 무선망에 사용하기 위한 기지국으로서, 복수 개의 송신 안테나를 이용하여 복수 개의 가입자국 중에서 제1 가입자국으로 하향링크 채널을 통해 송신할 수 있는 기지국을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 따르면, 기지국은 복수 개의 송신 안테나가 송신한 하향링크 신호 중 제1 가입자국에서 관찰된 상호 관련량에 따라 송신 다이버시티 방안과 빔형성 방안 중 하나를 선택해 이용하여 제1 가입자국에 송신한다. 기지국은 제1 가입자국에서 관찰된 상호 관련량이 비교적 작으면 송신 다이버시티 방안을 이용해서 제1 가입자국에 송신하고, 제1 가입자국에서 관찰된 상호 관련량이 비교적 크면 빔형성 방안을 이용해서 제1 가입자국에 송신한다.
또다른 바람직한 실시예에, 기지국은 복수 개의 송신 안테나가 송신한 하향링크 신호 중 제1 가입자국에서 관찰된 상호 관련량에 따라 비제로 지연을 갖는 제1 주기적 지연 다이버시티 방안과 제로 지연을 갖는 제2 주기적 지연 다이버시티 방안 중 하나를 선택해 이용해서 제1 가입자국에 송신한다. 또한, 기지국은 제1 안 테나와 제2 안테나로부터 제1 가입자국에 송신할 수 있으며, 제2 안테나로부터 송신되는 신호는 제1 안테나로부터 송신되는 신호에 비해 위상이 천이되어 있다.
본 발명에 따른 무선망은 안테나 및 채널이 서로 관련되어 있는 상태에서 성능 손실 없이 적응식 주기적 지연 다이버시티를 실현한다.
본 발명을 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 일부 단어 및 어구의 정의를 제시하는 것이 바람직할 것이다. "-를 포함한다", "-로 이루어진다" 및 그로부터 파생된 용어들은 제한 없이 포함함을 뜻한다. "또는"은 "및/또는"을 의미하는 포괄적인 용어이다. "-와 연관되어 있다" 및 그로부터 파생된 용어는 -를 포함한다, -에 포함되어 있다, -와 서로 연결되어 있다, -를 함유한다, -에 함유되어 있다, -와 연결되어 있다, -와 결합되어 있다, -와 통신할 수 있다, -와 협동한다, -와 적층되어 있다, -와 나란히 위치한다, -에 인접해 있다, -에 구속되어 있다, -를 갖는다, -의 특성을 갖는다 등의 의미일 수 있다. 그리고 "제어기"란 용어는 적어도 하나의 동작을 제어할 수 있는 임의의 장치, 시스템 또는 그 일부를 의미하며, 그러한 장치는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 적어도 2개의 조합에 의해 구현될 수 있다. 특정 제어기와 연관된 기능은 중앙 집중식이거나 분산식일 수 있으며, 국소적이거나 원격적일 수 있음에 주목하기 바란다. 당업자라면 본 명세서 전반에 걸쳐 제공되는 일부 단어 및 어구의 정의는, 대부분은 아니지만 많은 경우에 그 용어의 이전의 이용뿐만 아니라 미래의 이용에도 적용 된다는 것을 이해할 것이다.
본 발명 및 그 유리한 점을 더 완전히 이해할 수 있도록 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명하겠다. 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시한다.
이하에서 설명할 도 1 내지 도 10과, 본 발명의 원리를 설명하기 위해 본 명세서에서 제시하는 실시 예들은 단지 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 당업자라면 본 발명의 원리는 어떠한 적절하게 구성된 무선망에서도 구현할 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명이 제시하는 새로운 기법에 따르면 안테나 상호 관련에 기초하여 송신 다이버시티 방안과 빔형성 방안 중에서 결정을 한다. 안테나가 서로 관련되어 있지 않은 경우에는 송신 다이버시티 방안을 선택하여 채널 다양성을 이용한다. 하지만, 채널이나 안테나가 서로 관련되어 있는 경우에는 빔형성 방안을 선택하여 빔형성 이득을 이용한다.
한 가지 유리한 실시 예에 따르면, 적응식 주기적 지연 다이버시티(ACDD) 중의 주기적 지연을 채널 및 안테나 상호 관련에 맞게 구성한다. 안테나가 서로 관련되어 있지 않은 경우에는 ACDD 조작으로 다수의 송신 안테나로부터의 송신을 지연시켜 다양성을 이용한다. 하지만, 안테나가 서로 관련되어 있는 경우에는 다수의 송신 안테나로부터 동일 정보를 송신할 때 ACDD 조작으로 지연을 도입하지 않는다. ACDD 조작은 송신 안테나가 서로 관련되어 있는 경우 다수의 안테나로부터 동일 정보가 송신될 때 추가의 빔형성 이득을 제공한다.
도 1은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 무선망(100)을 예시한 도면으로, 이 무선망(100)은 본 발명의 원리에 따라 안테나 상호 관련에 기초하여 송신 다이버시티 방안과 빔형성 방안 중에서 선택한다. 예시된 실시 예에서 무선망(100)은 기지국(BS; 101)과, 기지국(BS; 102)과, 기지국(BS; 103)과, 그 밖의 이와 유사한 기지국(도시 생략)을 포함한다. 기지국(101)은 기지국(102) 및 기지국(103)과 통신한다. 기지국(101)은 인터넷(130) 또는 이와 유사한 IP에 근거한 망(도시 생략)과도 통신한다.
기지국(102)은 자신의 커버 영역(120) 내에 있는 복수 개의 제1 가입자국이 (기지국(101)을 통해) 인터넷(130)에 무선 광대역 접속할 수 있게 한다. 이들 복수 개의 제1 가입자국은 소규모 사업체(SB)에 위치할 수 있는 가입자국(111)과, 사업체(E)에 위치할 수 있는 가입자국(112)과, WiFi 핫스팟(HS)에 위치할 수 있는 가입자국(113)과, 제1 거주지(R)에 위치할 수 있는 가입자국(114)과, 제2 거주지(R)에 위치할 수 있는 가입자국(115)과, 휴대 전화, 무선 노트북 컴퓨터, 무선 PDA 등과 같은 이동형 장치(M)일 수 있는 가입자국(116)을 포함한다.
기지국(103)은 자신의 커버 영역(125) 내에 있는 복수 개의 제2 가입자국이 (기지국(101)을 통해) 인터넷(130)에 무선 광대역 접속할 수 있게 한다. 이들 복수 개의 제2 가입자국은 가입자국(115)과 가입자국(116)을 포함한다. 한 가지 예시적인 실시 예에서 기지국(101-103)은 OFDM 또는 OFDMA 기법을 이용하여 상호 간에, 그리고 가입자국(111-116)과 통신할 수 있다.
기지국(101)은 더 많거나 적은 수의 기지국과 통신할 수 있다. 또한, 도 1에 는 6개의 가입자국만이 도시되어 있지만, 무선망(100)이 추가의 가입자국에 무선 광대역 접속을 제공할 수 있음을 이해할 것이다. 가입자국(115)과 가입자국(116)은 커버 영역(120)과 커버 영역(125)의 경계에 위치해 있음에 주목하기 바란다. 가입자국(115)과 가입자국(116)은 기지국(102)과 기지국(103) 모두와 각각 통신하며, 따라서 당업계에 알려져 있는 바와 같이 핸드오프 모드로 작동하고 있다고 할 수 있다.
가입자국(111-116)은 인터넷(130)을 통해 음성, 데이터, 비디오, 영상 회의 및/또는 기타 광대역 서비스에 접속할 수 있다. 한 가지 예시적인 실시 예에 따르면 하나 이상의 가입자국(111-116)이 WiFi WLAN의 접속점(AP)과 연관되어 있을 수 있다. 가입자국(116)은 무선 가능 노트북 컴퓨터, PDA, 노트북, 핸드헬드 디바이스, 또는 기타 무선 가능한 장치를 포함하는 임의 개수의 이동형 장치일 수 있다. 가입자국(114 및 115)은, 예를 들면 무선 가능 PC, 노트북 컴퓨터, 게이트웨이, 또는 기타 장치일 수 있다.
도 2는 본 발명의 한 가지 실시 예에 따른 기지국(102)의 선택된 부분들을 예시한 도면이다. 기지국(102)은 P+1 개의 송신 안테나(ANT0 내지 ANTP)를 포함한다. 또한, 기지국(102)은 주기적 지연 블록(210b, 210c 및 210d)을 비롯한 P개의 주기적 지연 블록(210)과, 이득 제어 블록(220a, 220b, 220c 및 220d)을 비롯한 P+1개의 이득 제어 블록(220)과, 주기적 전치 부호(CP) 삽입 블록(230a, 230b, 230c 및 230d)을 비롯한 P+1 개의 CP 삽입 블록(230)을 포함한다.
제1 송신 경로에서 제1 N-샘플 OFDM 심볼의 비지연 복제물이 이득 제어 블 록(220a)에 의해 복소 이득 계수 g0 만큼 증폭된다. CP 삽입 블록(230a)은 이득 제어 블록(220a)의 스케일링된 출력을 수신하고, N-샘플 블록의 마지막 G개의 샘플을 복사한 후, 이들 마지막 G개의 샘플을 N-샘플 블록의 시작부에 첨부함으로써 N+G 개의 샘플을 발생시켜 안테나(ANT0)로 보낸다(IFFT 블록과 같은 송신 경로의 기타 부분들은 간결을 기하기 위해 생략함).
OFDM 심볼은 기지국(102) 내의 나머지 P개의 송신 경로에 대해서도 적용되는데, 단 OFDM 심볼의 다른 P개의 복제물에 대해서는 지연이 적용된다. 예를 들면, 주기적 지연 블록(210b)이 OFDM 심볼을 수신해서 주기적 지연값 Dm1 만큼 그 샘플을 지연시킨다. 이득 제어 블록(220b)이 지연된 OFDM 심볼을 복소 이득 계수 g1 만큼 증폭시킨다. CP 삽입 블록(230b)이 이득 제어 블록(220b)의 지연 및 스케링일된 출력을 수신하고, N-샘플 블록의 마지막 G개의 샘플을 복사한 후, 이들 G개의 샘플을 N-샘플 블록의 시작부에 첨부함으로써 N+G 개의 샘플을 발생시키고 안테나(ANT1)로 보낸다. 따라서, OFDM 심볼의 P+1 개의 복제물이 기지국(102)의 P+1 개의 안테나로부터 송신된다.
도 3은 본 발명의 한 가지 실시 예에 따라 안테나 상호 관련에 기초하여 송신 다이버시티와 빔형성 중에서 선택하는 과정을 예시한 흐름도(300)이다. 먼저, 기지국(102)이 가입자국으로부터 피드백 메시지를 수신하는데(305), 상기 피드백 메시지는 안테나(또는 채널) 상호 관련 정보를 포함하고 있다. 다음으로, 기지국(102)은 피드백 정보로부터 안테나/채널의 상호 관련량(또는 정도)이 큰지 작은 지를 결정한다(310). 예를 들면, 기지국(102)은 측정된 상호 관련 수준을 알고 있는 임계치와 비교함으로써 결정을 할 수 있다. 가입자국에 대한 상호 관련량이 작은 경우, 기지국(102)은 가입자국으로의 하향링크 송신을 위해 송신 다이버시티 방안을 선택한다(315). 그리고 나서 기지국(102)은 선택된 방안에 따라 송신한다(320). 가입자국에 대한 상호 관련 정도가 큰 경우, 기지국(102)은 가입자국으로의 하향링크 송신을 위해 빔형성 방안을 선택한다(325). 그리고 나서 기지국(102)은 선택된 방안에 따라 송신한다(330).
채널/안테나 상호 관련에 기초하여 송신 다이버시티와 빔형성 중에서 선택하는 것 외에도, 본 발명에 따르면 무선망(100)은 채널/안테나 상호 관련에 기초하여 주기적 지연 다이버시티 모드에서 제로 지연과 비제로 지연 중에서 선택할 수 있다. 도 4는 본 발명의 한 가지 실시 예에 따라 무선망(100)이 비제로 주기적 지연 다이버시티(CDD)와 제로 주기적 지연 다이버시티(제로-CDD) 중에서 선택하는 과정을 예시한 흐름도(400)이다. 먼저, 기지국(102)은 안테나(ANT1)로부터의 제1 파일럿 신호(또는 기준 신호)를 송신하고(405), 안테나(ANT2)로부터의 제2 파일럿 신호(또는 기준 신호)를 가입자국(SS; 116)으로 송신한다(410). 다음으로, 가입자국(116)은 파일럿 또는 기준 신호에 대한 채널 상호 관련을 계산하고(415), 기지국(102)에게 안테나 상호 관련 및 위상 정보를 보고한다(420). 그러면 기지국(102)은 채널 상호 관련 정보를 처리하고(425), 채널 상호 관련에 기초해서 1) 하나 이상의 샘플이 지연되는 주기적 지연 다이버시티(CDD) 모드와 2) 제로 주기적 지연 다이버시티(제로-CCD) 중에서 선택한다(430). 마지막으로, 기지국(102)은 선택된 모드에 따라 하향링크를 통해 가입자국(102)에 송신한다(435).
도 5는 본 발명의 한 가지 실시 예에 따라 기지국(102)이 비제로 주기적 지연 다이버시티(CDD)와 제로 주기적 지연 다이버시티(제로-CDD) 중에서 선택하는 과정을 예시한 흐름도(500)이다. 먼저, 기지국(102)이 가입자국(116)으로부터 피드백 메시지를 수신하는데, 상기 피드백 메시지는 안테나(또는 채널) 상호 관련 정보를 포함하고 있다(505). 다음으로, 기지국(102)은 피드백 정보로부터 상호 관련 정도가 큰지 작은지를 결정한다(510). 예를 들면, 기지국(102)은 가입자국(116)에 측정한 상호 관련량을 알고 있는 임계치와 비교함으로써 결정을 할 수 있다. 가입자국에 대한 상호 관련량(또는 정도)이 작은 경우, 기지국(102)은 가입자국(116)으로의 하향링크 송신을 위해 주기적 지연 다이버시티(CDD) 모드 방안에서 비제로 지연값을 선택한다(515). 그리고 나서 기지국(102)은 선택된 방안에 따라 송신한다(520).
가입자국(116)에 대한 상호 관련량(또는 정도)이 큰 경우, 기지국(102)은 가입자국(116)으로의 하향링크 송신을 위해 제로-CDD 모드에서 제로-지연값을 선택한다(525). 기지국(102)은 고정된 위상 천이를 제2 안테나(ANT2)로부터 송신되는 신호에 적용하여, 기지국(102)내 송신기의 조준선으로부터 φ의 각도로 가입자국(116)으로 송신되는 신호들 간의 위상차를 보상한다(530). 그리고 나서 기지국(102)은 선택된 방안에 따라 송신한다(535).
도 6은 본 발명의 한 가지 실시 예에 따라 안테나(ANT1 및 ANT2)로부터 송신되는 신호들의 위상을 일치시키는 위상 조정을 이용해서 기지국(102)에서 가입자국(116)으로 송신하는 과정을 예시한 도면이다. 위상 조정은 도 6에 도시된 바와 같이 송신된 신호의 도착 각도(AoA) 또는 출발 각도(AoD) φ에 좌우된다. φ=0이면 위상 조정이 불필요한데, 왜냐하면 신호들이 동일 위상으로 가입자국(116)에 도달하기 때문이다. 일반적으로 안테나(ANT1)로부터 송신되는 신호에 대해 안테나(ANT2)로부터 송신되는 신호에 하기 수학식 4로 정의되는 위상 천이를 적용한다.
Figure 112007058582076-PAT00004
도 7A는 본 발명의 한 가지 실시 예에 따라 안테나(ANT1)에 대해 안테나(ANT2) 상의 서브캐리어에 적용되는 위상 조정을 이용한 제로 주기적 지연 다양성(제로-CDD)를 예시한 도면이다. 도 7A에서 무선망(100)은 OFDM에 따라, 예를 들면 512개의 서브캐리어를 이용하여 송신하는데, 이들 서브캐리어는 8개의 서브밴드(SB1 내지 SB8)로 나뉘어, 각 서브밴드가 서브밴드를 64개씩 포함한다.
도 7B는 본 발명의 한 가지 실시 예에 따라 각각의 서브밴드 및 각각의 안테나로부터 송신되는 신호들의 위상을 일치시키는 위상 조정을 이용한 제로 주기적 지연 다이버시티(제로-CCD)를 예시한 도면이다. 여기서 주목할 점은 위상 조정은 주파수(즉 파장)의 함수이므로, 서브캐리어 또는 서브밴드가 다르면 상이한 위상 조정을 이용해서 송신 신호의 위상을 일치시켜야 한다는 점이다. 일반적으로 서브밴드 주파수에 반비례하는 위상 천이가 적용되며, i번째 서브밴드에 적용되는 위상 천이는 하기 수학식 5에 의해 정의된다.
Figure 112007058582076-PAT00005
도 8은 본 발명의 한 가지 실시 예에 따라 상향링크 송신으로부터 측정된 채널 상호 관련에 기초하여 기지국(102)이 비제로 주기적 지연 다양성(CDD)과 제로 주기적 지연 다양성(제로-CDD) 중에서 선택하는 과정을 예시한 흐름도(800)이다. 먼저 기지국(102)은 가입자국(116)으로부터 상향링크를 통해 신호를 수신하는데, 수신되는 신호의 예로는 데이터 신호, 파일럿 신호 및 제어 신호가 있다(805). 그리고 나서 기지국(102)은 수신된 신호의 채널 상호 관련 및 상대 위상을 측정한다(810). 기지국(102)은 채널 상호 관련 정보를 처리하고(815), 상향링크 송신으로부터 측정된 채널 상호 관련에 기초하여 하나 이상의 샘플이 지연된 주기적 지연 다이버시티(CDD)나 지연이 없는 제로 주기적 지연 다이버시티(제로-CDD)를 선택한다(820). 또한, 기지국은 상향링크 송신으로부터 측정된 상대 위상 정보에 따라 안테나(ANT1)에 대해 안테나(ANT2)에 위상 천이를 적용할 수도 있다(825). 마지막으로 기지국(102)은 선택된 방안에 따라 가입자국(116)에 하향링크 신호를 송신한다(830).
도 9는 본 발명의 한 가지 실시 예에 따라 하향링크 송신으로부터 측정된 채널 상호 관련에 기초하여 가입자국(116)이 비제로 주기적 지연 다이버시티(CDD)와 제로 주기적 지연 다이버시티(제로-CDD) 중에서 선택하는 과정을 예시한 흐름도(900)이다. 먼저, 기지국(102)은 안테나(ANT1)로부터의 제1 파일럿 신호(또는 기준 신호)를 송신하고(905), 안테나(ANT2)로부터의 제2 파일럿 신호(또는 기준 신 호)를 가입자국(SS; 116)으로 송신한다(910). 다음으로, 가입자국(116)은 파일럿 또는 기준 신호에 대한 채널 상호 관련을 계산 또는 측정하고(915), 상호 관련량을 결정하기 위해 채널 상호 관련 정보를 처리한다(925). 상호 관련량에 기초해서 가입자국(116)은 기지국(102)으로부터의 하향링크 송신을 위해 비제로 CDD나 제로-CCD를 선택한다(930).
다음으로, 가입자국(116)은 비제로 CCD와 제로-CCD 중 어느 것이 선택되었는지를 나타내는 메시지와, 안테나(ANT1)에 대해 안테나(ANT2)로부터의 송신에 적용할 상대 위상에 대한 피드백 정보를 기지국(102)으로 송신한다(935). 그리고 나서 기지국(102)은 가입자국(116)이 지시한 모드를 선택하고, 지시된 위상 천이를 안테나(ANT1)에 대해 안테나(ANT2)에 적용한다(940). 그리고 나서 기지국(102)은 하향링크를 통해 송신한다(945).
도 10은 본 발명의 한 가지 실시 예에 따라 블록 코드에 기초한 송신 다이버시티와 빔형성 중에서 선택하는 과정을 예시한 흐름도(1000)이다. 먼저, 기지국(102)은 가입자국으로부터 피드백 메시지를 수신하며, 이 메시지는 안테나(또는 채널) 상호 관련 정보를 포함하고 있다(1005). 다음으로 기지국(102)은 피드백 정보로부터 안테나/채널의 상호 관련 정도가 큰지 작은지를 결정한다(1010). 가입자국에 대해 상호 관련 정도가 작으면 기지국(102)은 가입자국으로의 하향링크 송신을 위해 SFBC 또는 STBC와 같은 블록 코드에 기초한 송신 다이버시티 방안을 선택한다(1015). 그리고 나서 기지국(102)은 선택된 방안에 따라 송신한다(1020). 가입자국에 대해 상호 관련 정도가 크면 기지국(102)은 가입자국으로의 하향링크 송신 을 위해 빔형성을 선택한다(1025). 그 후 기지국(102)은 선택된 방안에 따라 송신한다(1030).
한 가지 유리한 실시 예에서 기지국(102)은 하이브리드 ARQ ACK/NACK 응답에 기초하여 제로-CDD와 CDD(즉 비제로 CDD) 사이에서 스위칭할 수 있다. 예를 들면, 제로-CDD 모드를 이용하여 제1 하이브리드 ARQ 송신을 행할 수 있다. 하지만, 가입자국(116)으로부터의 부정 응답(NACK) 메시지가 나타내는 바와 같이 에러가 생기면 기지국(102)은 비제로 CDD 모드를 이용하여 후속 하이브리드 ARQ 송신을 보낸다.
상술한 설명에서는 송신 안테나를 2개 사용하는 실시예와 관련하여 본 발명의 세부 사항들을 설명하였지만, 본 발명의 원리는 송신 안테나를 3개 이상 사용하는 경우에도 쉽게 적용할 수 있음에 유의해야한다.
비록 예시적인 실시 예와 관련하여 본 발명을 상세히 설명하였지만 당업자에게라면 다양한 변화와 수정이 가능할 것이다. 본 발명은 후술하는 청구 범위 내에서 그러한 변화와 수정을 포함한다.
도 1은 본 발명의 원리에 따라 안테나 상호 관련에 기초하여 송신 다이버시티 방안과 빔형성 방안 중에서 선택하는 OFDMA 무선망을 예시한 도면
도 2는 본 발명의 한 가지 실시 예에 따른 기지국의 선택된 부분들을 예시한 도면
도 3은 본 발명의 한 가지 실시 예에 따라 송신 다이버시티와 빔형성 중에서 선택하는 과정을 예시한 흐름도
도 4는 본 발명의 한 가지 실시 예에 따라 주기적 지연 다이버시티(CDD)와 제로 주기적 지연 다이버시티(제로-CDD) 중에서 선택하는 과정을 예시한 흐름도
도 5는 본 발명의 한 가지 실시 예에 따라 기지국이 CDD와 제로-CDD 중에서 선택하는 과정을 예시한 흐름도
도 6은 본 발명의 한 가지 실시 예에 따른 기지국으로부터 가입자국으로의 송신을 예시한 도면
도 7A는 본 발명의 한 가지 실시 예에 따라 제1 안테나에 대해 제2 안테나 상의 서브캐리어에 적용되는 위상 천이를 이용한 제로-CDD를 예시한 도면
도 7B는 본 발명의 한 가지 실시 예에 따른 위상 조정을 이용한 제로-CDD를 예시한 도면
도 8은 본 발명의 한 가지 실시 예에 따라 상향링크 송신으로부터 측정된 채널 상호 관련에 기초하여 CDD와 제로-CDD 중에서 선택하는 과정을 예시한 흐름도
도 9는 본 발명의 한 가지 실시 예에 따라 하향링크 송신으로부터 측정된 채 널 상호 관련에 기초하여 가입자국이 CDD와 제로-CDD 중에서 선택하는 과정을 예시한 흐름도
도 10은 본 발명의 한 가지 실시 예에 따라 블록 코드에 기초한 송신 다이버시티와 빔형성 중에서 선택하는 과정을 예시한 흐름도

Claims (21)

  1. 복수 개의 가입자국과 통신할 수 있는 무선망에 사용하고, 복수 개의 송신 안테나를 이용하여 상기 복수 개의 가입자국 중 제1 가입자국으로 하향링크 채널을 통해 송신하는 기지국에 있어서,
    상기 기지국은 상기 복수 개의 송신 안테나에 의해 송신되는 하향링크 신호 중에서 제1 가입자국에서 관찰되는 상호 관련량을 근거로 송신 다이버시티 방안과 빔형성 방안 중에서 선택된 방안을 이용하여 상기 제1 가입자국으로 송신하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기지국은 상기 제1 가입자국에서 관찰되는 상호 관련량이 소정 임계치보다 낮으면 상기 송신 다이버시티 방안을 이용해서 상기 가입자국으로 송신하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기지국은 상기 제1 가입자국에서 관찰되는 상호 관련량이 소정 임계치보다 높으면 상기 빔형성 방안을 이용해서 상기 제1 가입자국으로 송신하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기지국은 상기 복수 개의 송신 안테나에 의해 송신되는 하향링크 신호 중에서 제1 가입자국에서 관찰되는 상호 관련량을 근거로 비제 로(non-zero) 지연을 갖는 제1 주기적 지연 다이버시티 방안과 제로(zero) 지연을 갖는 제2 주기적 지연 다이버시티 방안 중에서 선택된 방안을 이용해서 상기 제1 가입자국으로 송신하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기지국은 상기 제1 가입자국에서 관찰되는 상호 관련량이 소정 임계치보다 낮으면 비제로 지연을 갖는 상기 제1 주기적 지연 다이버시티 방안을 이용해서 상기 제1 가입자국으로 송신하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  6. 제4항에 있어서, 상기 기지국은 상기 제1 가입자국에서 관찰되는 상호 관련량이 소정 임계치보다 높으면 제로 지연을 갖는 상기 제2 주기적 지연 다이버시티 방안을 이용해서 상기 제1 가입자국으로 송신하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기지국은 제1 안테나 및 제2 안테나로부터 상기 제1 가입자국으로 송신하며, 상기 제2 안테나로부터 송신되는 신호는 상기 제1 안테나로부터 송신되는 신호에 비해 위상이 천이된 것을 특징으로 하는 기지국.
  8. 복수 개의 가입자국과 통신할 수 있는 복수 개의 기지국을 포함하는 무선망에 있어서,
    상기 복수 개의 기지국 중 제1 기지국은 복수 개의 송신 안테나를 이용하여 상기 복수 개의 가입자국 중 제1 가입자국으로 하향링크를 통해 송신하고, 상기 제 1 기지국은 상기 복수 개의 송신 안테나에 의해 송신되는 하향링크 신호 중에서 상기 제1 가입자국에서 관찰되는 상호 관련량을 근거로 송신 다이버시티 방안과 빔형성 방안 중에서 선택된 방안을 이용하여 상기 제1 가입자국으로 송신하는 것을 특징으로 하는 무선망.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 기지국은 상기 제1 가입자국에서 관찰되는 상호 관련량이 소정 임계치보다 낮으면 상기 송신 다이버시티 방안을 이용해서 상기 제1 가입자국으로 송신하는 것을 특징으로 하는 무선망.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 기지국은 상기 제1 가입자국에서 관찰되는 상호 관련량이 소정 임계치보다 높으면 상기 빔형성 방안을 이용해서 상기 제1 가입자국으로 송신하는 것을 특징으로 하는 무선망.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제1 기지국은 상기 복수 개의 송신 안테나에 의해 송신되는 하향링크 신호 중에서 상기 제1 가입자국에서 관찰되는 상호 관련량에 따라 비제로(non-zero) 지연을 갖는 제1 주기적 지연 다이버시티 방안과 제로(zero) 지연을 갖는 제2 주기적 지연 다이버시티 방안 중 선택된 방안을 이용해서 상기 제1 가입자국으로 송신하는 것을 특징으로 하는 무선망.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 기지국은 상기 제1 가입자국에서 관찰되는 상호 관련량이 소정 임계치보다 낮으면 비제로 지연을 갖는 상기 제1 주기적 지연 다이버시티 방안을 이용해서 상기 제1 가입자국으로 송신하는 것을 특징으로 하는 무선망.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 기지국은 상기 제1 가입자국에서 관찰되는 상호 관련량이 소정 임계치보다 높으면 제로 지연을 갖는 상기 제2 주기적 지연 다이버시티 방안을 이용해서 상기 제1 가입자국으로 송신하는 것을 특징으로 하는 무선망.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 기지국은 제1 안테나 및 제2 안테나로부터 상기 제1 가입자국으로 송신하며, 상기 제2 안테나로부터 송신되는 신호는 상기 제1 안테나로부터 송신되는 신호에 대해 위상이 천이된 것을 특징으로 하는 무선망.
  15. 복수 개의 가입자국과 통신할 수 있는 무선망에 사용하기 위한, 복수 개의 송신 안테나를 이용해서 기지국으로부터 상기 복수 개의 가입자국 중 제1 가입자국으로 하향링크 채널을 통해 송신하는 방법에 있어서,
    상기 복수 개의 송신 안테나에 의해 송신되는 하향링크 중에서 상기 제1 가입자국에서 관찰되는 상호 관련량을 결정하는 단계와,
    상기 결정된 관련량을 근거로 송신 다이버시티 방안과 빔형성 방안 중 하나를 선택하는 단계와,
    상기 선택된 방안을 이용해서 상기 제1 가입자국으로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 선택 단계에서는 상기 제1 가입자국에서 관찰되는 상호 관련량이 소정 임계치보다 낮으면 상기 송신 다이버시티 방안을 선택하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
  17. 제15항에 있어서, 산기 선택 단계에서는 상기 제1 가입자국에서 관찰되는 상호 관련량이 소정 임계치보다 높으면 상기 빔형성 방안을 선택하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 가입자국으로 상기 하향링크 채널을 통해 송신하기 위해 비제로(non-zero) 지연을 갖는 제1 주기적 지연 다이버시티 방안과 제로 지연(zero)을 갖는 제2 주기적 지연 다이버시티 방안 중 하나를 선택하는 단계와,
    비제로 지연을 갖는 상기 제1 주기적 지연 다이버시티 방안과 제로 지연을 갖는 상기 제2 주기적 지연 다이버시티 방안 중에서 선택된 방안을 이용하여 상기 제1 가입자국으로 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 선택 단계에서는 상기 제1 가입자국에서 관찰되는 상 호 관련량이 소정 임계치보다 낮으면 비제로 지연을 갖는 상기 제1 주기적 지연 다이버시티 방안을 선택하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 선택 단계에서는 상기 제1 가입자국에서 관찰되는 상호 관련량이 소정 임계치보다 높으면 제로 지연을 갖는 상기 제2 주기적 지연 다이버시티 방안을 선택하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
  21. 제20항에 있어서, 제로 지연을 갖는 상기 제2 주기적 지연 다이버시티 방안을 이용해서 제1 안테나 및 제2 안테나로부터 상기 제1 가입자국으로 송신하는 단계를 더 포함하며, 상기 제2 안테나로부터 송신되는 신호는 상기 제1 안테나로부터 송신되는 신호에 비해 위상 천이된 것을 특징으로 하는 송신 방법.
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