KR20080079690A

KR20080079690A - 역방향 링크 송신 빔형성을 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20080079690A
Application number: KR1020087017589A
Authority: KR
Inventors: 피터 존 블랙; 밍시 판; 엘리즈 토크고즈
Original assignee: 퀄컴 인코포레이티드
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2008-09-01
Also published as: TWI369864B; JP2012044676A; CN102882577B; US20070142074A1; EP1966910B1; JP2009521194A; ES2448842T3; TW201215007A; EP2120366B1; JP2012130042A; EP2120366A3; WO2007117326A2; JP4965584B2; JP5335943B2; EP1966910A2; JP5356479B2; TWI385944B; KR20100101189A; CN101341671A; WO2007117326A3

Abstract

역방향 링크 송신 빔형성 방법 및 시스템이 기재되어 있다. 일 방법은, 액세스 단말기에서 복수의 안테나를 사용하여, 하나 이상의 기지국으로 신호를 무선 송신하는 단계; 하나 이상의 기지국에서의 역방향 링크 신호 품질을 나타내는 입력을 수신하는 단계; 및 하나 이상의 안테나를 통해 송신될 신호의 위상 및 이득 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함한다. 입력은, 하나 이상의 기지국으로부터 송신된 역방향 전력 제어 (RPC) 값일 수도 있다.

역방향 전력 제어 (RPC), 빔형성, 신호 품질, 이득 적응, 파일럿 전력, 개방 루프, 폐쇄 루프

Description

역방향 링크 송신 빔형성을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REVERSE LINK TRANSMIT BEAM-FORMING}

기술분야

본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것이고, 상세하게는 무선 통신 시스템에서의 빔형성에 관한 것이다.

배경기술

통신 시스템은 기지국과 액세스 단말기 사이의 통신을 제공할 수도 있다. 순방향 링크 또는 다운링크는 기지국으로부터 액세스 단말기로의 송신을 언급한다. 역방향 링크 또는 업링크는 액세스 단말기로부터 기지국으로의 송신을 언급한다. 각 액세스 단말기는, 액세스 단말기가 활성인지 여부 및 액세스 단말기가 소프트 핸드오프 중에 있는지 여부에 종속하여, 주어진 때에 순방향 링크 및 역방향 링크를 통해 하나 이상의 기지국과 통신할 수도 있다.

도면의 간단한 설명

동일한 참조 숫자 및 문자는 동일하거나 유사한 대상을 식별할 수도 있다.

도 1 은 제어기, 기지국 및 액세스 단말기를 포함하는 무선 통신 시스템을 도시한 도면이다.

도 2 는 도 1 의 액세스 단말기에 구현될 수도 있는 송신기 구조 및/또는 프로세스의 일례를 도시한 도면이다.

도 3 은 도 1 의 기지국에 구현될 수도 있는 수신기 프로세스 및/또는 구조의 일례를 도시한 도면이다.

도 4 는 도 1 의 무선 통신 시스템에서 잡음 및 3 명의 액세스 단말기 사용자로부터 송신된 전체 전력의 일례를 도시한 도면이다.

도 5 는 가중치 및 채널 변수를 갖는 송신 빔형성의 일 모델을 도시한 도면이다.

도 6 은 도 1 의 액세스 단말기에 구현될 수도 있는 다중 안테나 송신기를 도시한 도면이다.

도 7 은 도 1 의 액세스 단말기에 구현될 수도 있는 적응 제어 기능을 갖는 다중 안테나 송신기를 도시한 도면이다.

도 8 은 도 1 의 액세스 단말기를 사용하는 방법을 도시한 도면이다.

상세한 설명

본 명세서에 기재된 각 실시형태는 다른 실시형태에 비해 반드시 바람직하다거나 이로운 것은 아니다. 본 개시물의 각종 양태가 도면에 도시되었지만, 이들 도면은 반드시 일정한 비율로 또는 모든 것을 포함하도록 작성된 것은 아니다. 하나의 구조의 컴포넌트는 또다른 구조의 하나 이상의 컴포넌트와 결합되거나, 이 또다른 구조의 하나 이상의 컴포넌트로 대체될 수도 있다. 하나의 방법의 동작은 또다른 방법의 하나 이상의 동작과 결합되거나, 이 또다른 방법의 하나 이상의 동작으로 대체될 수도 있다.

도 1 은 시스템 제어기 (102), 기지국 (104A 내지 104B) 및 복수의 액세스 단말기 (106A 내지 106D) 를 포함하는 무선 통신 시스템 (100) 을 도시한 도면이다. 무선 통신 시스템 (100) 은 임의의 개수의 시스템 제어기 (102), 기지국 (104) 및 액세스 단말기 (106) 를 가질 수도 있다. 본 명세서에 기재된 각종 양태 및 실시형태는 무선 통신 시스템 (100) 에 구현될 수도 있다.

액세스 단말기 (106) 는 이동형이거나 고정형일 수도 있고, 도 1 의 무선 통신 시스템 (100) 의 도처에 분산될 수도 있다. 액세스 단말기 (106) 는, 랩톱 컴퓨터와 같은 컴퓨팅 디바이스에 접속되거나 이러한 컴퓨팅 디바이스에서 구현될 수도 있다. 대안적으로, 액세스 단말기는, PDA (Personal Digital Assistant), 유선 전화기, 무선 전화기, 셀룰러 전화기, 무선 통신 퍼스널 컴퓨터 (PC) 카드, 외장 또는 내장 모뎀 등과 같이, 자급식 (self-contained) 데이터 디바이스일 수도 있다. 액세스 단말기는, 광섬유 또는 동축 케이블과 같은 유선 채널을 통해 또는 무선 채널을 통해 통신함으로써, 사용자에 대해 데이터 접속성을 제공하는 임의의 디바이스일 수도 있다. 액세스 단말기는, 이동국, 액세스 유닛, 가입자 유닛, 모바일 디바이스, 모바일 단말기, 모바일 유닛, 모바일 전화기, 모바일, 원격국, 원격 단말기, 원격 유닛, 사용자 디바이스, 사용자 장비, 핸드헬드 디바이스 등과 같이, 각종 명칭을 가질 수도 있다.

무선 통신 시스템 (100) 은 다수의 셀에 대한 통신을 제공한다. 각 셀은 하나 이상의 기지국 (104) 에 의해 서비스된다. 또한, 기지국 (104) 은, 기지국 트랜시버 시스템 (BTS), 액세스 포인트, 액세스 네트워크의 일부, MPT (Modem Pool Transceiver), 또는 노드 B 로 지칭될 수도 있다. 액세스 네트워크는, 패킷 교환 데이터 네트워크 (PSDN ; 예를 들어, 인터넷) 와 액세스 단말기 (106) 사이에 데이터 접속성을 제공하는 임의의 네트워크 장비를 언급할 수도 있다. 순방향 링크 (FL) 또는 다운링크는 기지국 (104) 으로부터 액세스 단말기 (106) 로의 송신을 언급한다. 역방향 링크 (RL) 또는 업링크는 액세스 단말기 (106) 로부터 기지국 (104) 으로의 송신을 언급한다.

기지국 (104) 은 상이한 데이터 레이트 세트로부터 선택된 데이터 레이트를 이용하여 액세스 단말기 (106) 로 데이터를 송신할 수도 있다. 액세스 단말기 (106) 는, 기지국 (104) 에 의해 송신된 파일럿 신호의 신호대 간섭 및 잡음비 (SINR) 를 측정하여, 기지국 (104) 이 액세스 단말기 (106) 로 데이터를 송신하는 원하는 데이터 레이트를 결정할 수도 있다. 액세스 단말기 (106) 는 기지국 (104) 으로 데이터 요구 채널 또는 데이터 레이트 제어 (DRC) 메시지를 송신하여, 기지국 (104) 에 원하는 데이터 레이트를 통지할 수도 있다.

시스템 제어기 (102 ; 기지국 제어기 (BSC) 로도 언급됨) 는 기지국 (104) 에 대해 조정 및 제어를 제공할 수도 있고, 또한 기지국 (104) 을 통한 액세스 단말기 (106) 로의 호의 라우팅을 제어할 수도 있다. 또한, 시스템 제어기 (102) 는 이동 전화 교환국 (MSC) 을 통해 일반 전화 교환망 (PSTN) 에 연결될 수도 있 고, 패킷 데이터 서비스 노드 (PDSN) 를 통해 패킷 데이터 네트워크에 연결될 수도 있다.

무선 통신 시스템 (100) 은, 코드 분할 다중 접속 (CDMA); IS-95; TIA/EIA/IS-856 의 "cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification" 에 특정된 바와 같이, HDR (High Data Rate) 로도 언급되는 HRPD (High Rate Packet Data); CDMA 1x EV-DO (EVolution Data Optimized); 1x EV-DV; 광대역 CDMA (WCDMA); UMTS (Universal Mobile Telecommunications System); 시분할 동기 CDMA (TD-SCDMA); 직교 주파수 분할 다중화 (OFDM) 등과 같이, 하나 이상의 통신 기술, 프로토콜 또는 표준을 이용할 수도 있다. 후술되는 실시예의 일부는 이해의 명쾌함을 위해 cdma2000 1x 및 1x EV-DO 를 참조할 수도 있다. 본 명세서에 개시된 개념은 다른 시스템에도 적용가능하고, 본 실시예는 본 출원을 한정하는 것으로 되어 있지는 않다.

도 2 는 도 1 의 액세스 단말기 (106) 에 구현될 수도 있는 송신기 구조 및/또는 프로세스의 일례를 도시한 도면이다. 도 2 에 도시된 기능 및 컴포넌트는, 소프트웨어, 하드웨어, 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로 구현될 수도 있다. 도 2 에 도시된 기능에 부가하여 또는 이들 기능 대신에, 도 2 에 다른 기능이 부가될 수도 있다.

데이터 소스 (200) 는 인코더 (202) 로 데이터를 제공하는데, 이 인코더 (202) 는 하나 이상의 코딩 방식을 이용하여 데이터 비트를 인코딩하여, 코딩된 데이터 칩을 제공한다. 각 코딩 방식은, 순환 잉여 검사 (Cyclic Redundancy Check: CRC), 콘볼루션 코딩, 터보 코딩, 블록 코딩, 다른 타입의 코딩과 같은 하나 이상의 타입의 코딩을 포함할 수도 있고, 또는 코딩을 전혀 이용하지 않는다. 몇몇 코딩 방식은, 자동 재송 요구 (Automatic Repeat Request: ARQ), 하이브리드 ARQ (H-ARQ), 및 IR (Incremental Redundancy) 반복 기술을 이용할 수도 있다. 상이한 타입의 데이터는 상이한 코딩 방식으로 코딩될 수도 있다. 인터리버 (204) 는 코딩된 데이터 칩을 인터리빙하여, 페이딩을 제거하려고 노력한다.

변조기 (206) 는 코딩 및 인터리빙된 데이터를 변조하여, 변조된 데이터를 발생시킨다. 변조 기술의 예로는, 이진 위상 편이 변조 (BPSK) 및 직교 위상 편이 변조 (QPSK) 가 포함된다. 또한, 변조기 (206) 는 변조된 데이터의 시퀀스를 반복할 수도 있고, 또는 심볼 천공 유닛이 심볼의 비트를 천공할 수도 있다. 또한, 변조기 (206) 는 변조된 데이터를 월시 커버 (즉, 월시 코드) 로 확산하여, 데이터 칩을 형성할 수도 있다. 또한, 변조기 (206) 는, 데이터 칩을 파일럿 칩 및 매체 접근 제어 (MAC) 칩과 시분할 다중화 (TDM) 하여, 칩 스트림을 형성할 수도 있다. 또한, 변조기 (206) 는 의사 랜덤 잡음 (PN) 확산기를 이용하여, 하나 이상의 PN 코드 (예를 들어, 단코드 (short code), 장코드 (long code)) 로 칩 스트림을 확산할 수도 있다.

기저대역-무선 주파수 (RF) 변환 유닛 (208) 은, 하나 이상의 안테나 (210) 를 통해 무선 통신 링크를 경유하여 하나 이상의 기지국 (104) 으로의 송신을 위해 기저대역 신호를 RF 신호로 변환할 수도 있다. 후술되는 바와 같이, 다수의 안테나 (210) 는 송신 빔형성에 이용될 수도 있다.

도 3 은 도 1 의 기지국 (104) 에 구현될 수도 있는 수신기 프로세스 및/또는 구조의 일례를 도시한 도면이다. 도 3 에 도시된 기능 및 컴포넌트는, 소프트웨어, 하드웨어, 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로 구현될 수도 있다. 도 3 에 도시된 기능에 부가하여 또는 이들 기능 대신에, 도 3 에 다른 기능이 부가될 수도 있다.

하나 이상의 안테나 (300) 는 하나 이상의 액세스 단말기 (106) 로부터 역방향 링크 변조된 신호를 수신한다. 다수의 안테나는 페이딩과 같은 해로운 경로 영향에 대해 공간 다이버시티를 제공할 수도 있다. 각 수신된 신호는 각각의 수신기 또는 RF-기저대역 변환 유닛 (302) 으로 제공되는데, 이 RF-기저대역 변환 유닛 (302) 은 수신된 신호를 컨디셔닝 (예를 들어, 필터링, 증폭, 다운컨버팅) 및 디지털화하여, 이 수신된 신호에 대한 데이터 샘플을 발생시킨다.

복조기 (304) 는 수신된 신호를 복조하여, 복구된 심볼을 제공할 수도 있다. cdma2000 에 있어서, 복조는, (1) 역확산된 샘플을 채널화하여, 그 각각의 코드 채널로 수신된 데이터 및 파일럿을 분리하거나 채널화함으로써, 또한 (2) 복구된 파일럿으로 채널화된 데이터를 간섭성으로 (coherently) 복조하여 복조된 데이터를 제공함으로써, 데이터 송신을 복구하려고 한다.

디인터리버 (306) 는 복조기 (304) 로부터의 데이터를 디인터리빙한다. 디코더 (308) 는 디인터리빙된 데이터를 디코딩하여, 액세스 단말기 (106) 에 의해 송신되는 디코딩된 데이터 비트를 복구할 수도 있다. 디코딩된 데이터는 데이터 싱크 (310) 로 제공될 수도 있다.

도 4 는 도 1 의 무선 통신 시스템에서 잡음 및 3 명의 액세스 단말기 사용자 (사용자 1, 사용자 2, 사용자 3) 로부터 송신된 전체 전력 (전력 분배) 의 일례를 도시한 도면이다. 기지국은 각 사용자에게 특정 송신 전력을 이용하라고 명령할 수도 있는데, 예를 들어 사용자 3 은 잡음과 실질적으로 동일한 전력으로 송신하고; 사용자 2 는 사용자 3 의 전력 + 잡음과 실질적으로 동일한 전력으로 송신하고; 사용자 1 은 사용자 2 의 전력 + 사용자 3 의 전력 + 잡음과 실질적으로 동일한 전력으로 송신한다.

RL 송신 빔형성

도 5 는 2 개의 송신 안테나, 2 개의 수신 안테나, 가중치

,

, 및 채널 응답

,

및

을 갖는 송신 빔형성의 일 모델을 도시한 도면으로, 여기서 첫번째 아래첨자 및 두번째 아래첨자 각각은 송신 안테나 인덱스 및 수신 안테나 인덱스를 표시한다. 도 5 는 2 × 2 안테나 예시만을 나타내지만, 다른 구성은 임의의 개수의 안테나일 수도 있다. 송신 가중 벡터는,

으로 표현될 수도 있고, 여기서

은 다차원 (multiple dimensional) 일 수 있다.

2 × 2 안테나 예시에 대한 유효 채널 계수 벡터

은 송신 가중 벡터

에 기초하여 각 수신 안테나 (300) 에 대해 계산될 수도 있다:

.

송신 가중 벡터

은, 최적 빔형성 (MRT (Maximum Ratio Transmission)) 과 같은 특정 빔형성 기술, 안테나 선택, 및 (동등 이득 결합 (equal gain combining) 을 갖는) 다수의 Tx 안테나에 걸쳐 주기적으로 또는 연속적으로 위상차를 업데이트하는 것에 의해 결정될 수도 있다.

MRT 예시에 있어서, 표준 MRT 가중 벡터는 채널 행렬

의 지배적 우 특이 벡터 (dominant right singular vector ;

) 일 수도 있다:

이고, 여기서

은 지배적 특이값이고,

은 대응하는 좌 특이 벡터 (left singular vector) 이다.

안테나 선택에 있어서, 송신기는 채널 정보 (channel knowledge) 에 기초하여 최고 신호 세기를 갖는 Tx 안테나를 선택할 수도 있다:

.

예를 들어, 액세스 단말기 (106) 는 일 기간 (즉, UpdatePeriod) 동안 단지 안테나 1 을 통해서만 송신할 수도 있고, 그런 다음 단지 안테나 2 를 통해서만 송신할 수도 있다. 이 기간은, 64 슬롯 또는 256 슬롯 (여기서, 하나의 슬롯의 지속기간은 1.666... ms 임) 과 같은 임의의 선택가능한 기간일 수도 있다. 액세스 단말기 (106) 는 역방향 링크 상태의 표시를 관측할 수도 있다. 이러한 표시의 예로는, (a) 기지국 (104) 으로부터 송신된 역방향 전력 제어 (RPC) 비트 (후술됨), 및/또는 (b) 각 UpdatePeriod 중에 측정된 폐쇄 루프 평균 Tx 파일럿 전력이 포함된다. 액세스 단말기 (106) 는, 하위 폐쇄 루프 평균 Tx 파일럿 전력과 연관되는 송신 안테나를 선택하여, UpdatePeriod*2*19 슬롯과 같은 기간 동안 선택된 안테나를 사용할 수도 있다. 그 이후에, 액세스 단말기 (106) 는 전술한 방법을 반복할 수도 있다. 이 방법은 고정형 액세스 단말기 (106) 에 유용할 수도 있다.

또다른 방법은 각 시간 슬롯에서 Tx 안테나를 교대로 이용할 수도 있다 (공간 다이버시티).

cdma2000 1x EV-DO 와 같은 시스템에 있어서, 다수의 송신 안테나 (210A 내지 210M ; 도 6 참조) 를 사용하는 액세스 단말기 (106) 에 대한 역방향 링크를 통한 송신 빔형성은 현저한 성능 이득을 야기할 수도 있다. 각 송신 안테나 (210) 에 적용된 복소 이득 또는 위상을 조정함으로써, 유효 송신 빔 패턴이 최적으로 정렬되어, 수신 안테나 (300) 에서 송신된 신호의 동위상 부가를 허용함으로써, 수신된 신호의 SINR 을 최대화할 수도 있다. 이는 특정 데이터 레이트를 달성하도록 액세스 단말기의 요구된 송신 전력에서의 감소를 야기할 수도 있는데, 이는 전체 섹터 스루풋을 증가시키거나, 네트워크 커버리지를 확장하거나, 또는 전체 섹터 스루풋을 증가시키며 네트워크 커버리지를 확장하는데 이용될 수도 있다.

송신 빔형성에 대한 과제는, (송신기에서 각 안테나로부터 송신된) 수신기에서의 신호에 의해 경험되는 정확한 채널의 정보 (이득 및 위상) 를 획득하는 것인데, 이는 빔형성 가중치를 계산하는데 이용된다. 이러한 정보는 순방향 링크를 통한 각 액세스 단말기 (106) 로의 다량의 피드백을 요구할 수도 있고, 이는 순방향 링크 섹터 용량을 현저하게 제한할 수도 있다. 최소 오버헤드를 갖는 송신 빔형성 기술을 발견하여 현저한 성능 개선을 달성하는 것이 바람직할 수도 있다.

도 6 은 도 1 의 액세스 단말기 (106) 에 구현될 수도 있는 다중 안테나 송신기를 도시한 도면이다. 도 6 의 송신기는 2 개 이상의 승산기 (600A 내지 600M), 복수의 전단 처리 유닛 (602A 내지 602M) 및 안테나 (210A 내지 210M) 를 포함한다. 통신 채널을 통해 수신기로 송신될 데이터 심볼 스트림 (즉, 도 6 의 기저대역 처리로부터의 복합 신호) 은

으로 표현될 수도 있다. 슬롯

에서의

번째 안테나에 대한 복소 스케일링은 승산기 (600M) 에 의해 수행되는데, 이 승산기 (600M) 는 복합 신호와 계수(들)

(즉, 가중치) 을 승산한다. 각 안테나 (210) 에서의 전단 처리 유닛 (602) 은 기저대역-무선 주파수 (RF) 변환, 펄스-정형 필터, 자동 이득 제어 (AGC), 및 전력 증폭기를 포함할 수도 있다.

기지국 (104) 의 각 수신 안테나 (300) 에서의 복합 수신 신호는,

[수학식 1]

으로 표시될 수도 있고, 여기서 j 는 수신 안테나 인덱스를 표시하고,

은

번째 안테나로부터 j 번째 수신기로의 채널을 표시하고,

은 원하는 송신 신호를 표시하고,

은 백색 가우스로 가정된 배경 잡음을 표시한다. 송신기가 정확하게 채널을 알고 있는 경우,

은

과 동일하게 설정되고, 이는 신호가 수신기에서 동위상으로 부가되는 것을 허용함으로써, 최대 SINR 을 달성하게 된다.

이 백색 잡음이 아닌 경우, 원하는 액세스 단말기의 신호를 최대화하는 동시에 간섭을 억제함으로써, 수신된 신호 SINR 을 최대화하도록 적응적으로, 또는

의 간섭 공분산 행렬 및

에 기초하여 동적으로,

이 조정될 수 있다. 그러나, 채널 정보에 따라 정확하게 송신 빔형성을 수행하기 위해서, 상당량의 오버헤드 정보가 필요할 수도 있고, 이는 순방향 링크 스루풋에 강한 영향을 줄 수도 있다.

후술되는 방법은 순방향 링크에 대한 현저한 피드백 오버헤드를 초래하지 않으면서 최적 송신 빔 패턴의 양호한 추정치를 제공하도록 시간 계수

을 적응시킬 수도 있다. 이하의 설명은, cdma2000 1x 및 1x EV-DO 시스템과 같은 무선 통신 시스템에서 부가적인 피드백 정보를 필요로 하지 않는 역방향 링크 송신 빔형성 방법을 제안한다.

RPC 에 기초한 송신 빔형성 가중치의 최적화

액세스 단말기 (106) 는 역방향 전력 제어 (RPC) 채널을 통해 하나 이상의 기지국 (104) 에 의해 송신된 정보에 기초하여 송신 빔형성을 수행할 수도 있다. 이 방법은 제로로부터의 평균 RPC 출력의 편차를 적응적으로 최소화하는 것에 기초한다. 전술한 빔형성 이점에 부가하여, 이 방법은 또한 순방향/역방향 링크 불균형을 감소시킴으로써, 지연 민감성 애플리케이션의 용량 및 커버리지를 향상시킬 수도 있다.

RPC 및 역방향 링크 전력 제어는, 발명의 명칭이 "Methods and apparatus for allocation of power to base station channels" 인 공동-양도된 미국특허 제 6,678,257 호, 및 발명의 명칭이 "Methods and apparatus for power allocation on a reverse link power control channel of a communication system" 인 미국특허 제 6,687,510 호에 기재되어 있는데, 이들은 본 명세서에 참조로서 완전히 포함되 어 있다. 또한, RPC 는 전술한 IS-95 표준, cdma2000 표준, 및 EV-DO 표준에 기재되어 있다.

"개방 루프" 전력 제어는, 하나 이상의 기지국 (104) 으로부터 수신된 FL 신호의 전력 레벨에 따라 액세스 단말기 (106) 가 그 RL 송신 전력 (TxGainAdjust) 을 조정하는 것을 언급한다.

"폐쇄 루프" 전력 제어는, 기지국 (104) 이 액세스 단말기 (106) 로부터의 RL 신호의 신호 세기를 측정하는 것, RL 신호의 신호 세기와 임계치를 비교하는 것, 및 RPC 비트를 액세스 단말기 (106) 로 송신하는 것을 언급한다. 액세스 단말기 (106) 는 하나 이상의 기지국으로부터의 RPC 비트를 이용하여, 그 평균 RL Tx 파일럿 전력을 증가 또는 감소시킬 수도 있다. "폐쇄 루프" 전력 제어는 "개방 루프" 전력 제어보다 빠를 수도 있다.

도 7 은 도 1 의 액세스 단말기 (106) 에 구현될 수도 있는 적응 제어 기능을 갖는 다중 안테나 송신기를 도시한 도면이다. 도 7 의 송신기는, RPC 채널 필터 기능 또는 유닛 (700), 송신 가중치 적응 제어 기능 또는 유닛 (702), 복수의 승산기 (600A 내지 600M), 전단 처리 유닛 (602A 내지 602M) 및 안테나 (210A 내지 210M) 를 포함한다.

송신 가중치 적응 제어 기능 (702) 은 폐쇄 루프 전력 조정 및 RPC 채널 비트와 같은 정보를 이용하여, 복소 이득 계수 (즉, 가중치)

내지

을 결정할 수도 있다. 복소 이득 계수

내지

은 이득 및 위상 정보 모두를 포함할 수도 있다.

RPC 채널 또는 폐쇄 루프 전력 조정 중 어느 하나를 이용하는 근거는, 이들이 수신 기지국 (104) 에서 인지된 역방향 링크 신호 품질에 관한 부가적인 정보를 제공한다는 것이다. 예를 들어, 0 에 근접한 필터링된 RPC 값은, 액세스 단말기의 송신 전력이 원하는 링크 성능을 달성하기에 적절한 레벨이라는 것을 의미하는 한편, 큰 양의 (positive) 필터링된 RPC 값은, 수신 기지국 (104) 에서의 신호 품질이 너무 낮다는 것을 나타낸다. 유사하게, 폐쇄 루프 전력 조정에서의 큰 증가는, 순시 역방향 링크 상태가 열악하고, 수신 기지국에서의 신호 품질이 너무 낮다는 것을 나타내는 한편, 폐쇄 루프 전력 조정에서의 감소는, 수신 기지국에서의 신호 품질이 요구된 신호 품질보다 높고, 이 경우 다른 액세스 단말기에 대한 간섭을 감소시키기 위해서 파일럿 송신 전력을 낮추도록 액세스 단말기에 명령된다는 것을 나타낸다.

필터링된 RPC

송신 가중치 적응 제어 기능 (702) 은, RPC 필터 기능 (700) 으로부터의 현재의 "필터링된 RPC" 값에 기초하여, 각 안테나 (210) 의 빔형성 가중치를 설정, 결정, 선택, 적응 또는 조정할 수도 있다. 송신 가중치 적응 제어 기능 (702) 은, 필터링된 RPC 값이 가능한 한 제로에 근접하도록 (또는 근접할 때까지) 빔형성 가중치를 조정할 수도 있다. 또한, 필터링된 RPC 값이 음인 경우 (현재 수신된 SINR 이 원하는 임계치보다 양호하다는 것을 의미함), 액세스 단말기 (106) 는 적 응 루프를 정지시킬 수도 있다.

일례로서, "필터링된 RPC" 는,

[수학식 6]

으로 정의될 수도 있고, 여기서

는 무한 임펄스 응답 필터에 대한 상수를 표시하고,

은 이전 슬롯 (

) 의 필터링된 RPC 를 표시하고,

은 활성 세트에서의

번째 셀로부터 현재 슬롯

에서 수신된 RPC 비트를 표시하고,

은 "유효 RPC" 또는 "EffRPC" 를 표시한다. 유효 RPC

의 예로는,

(1) 액세스 단말기의 활성 세트에서의 셀로부터 송신된 모든 RPC 비트의 논리적 OR 함수, 즉 OR-오브-더-다운 (OR-of-the-downs) (여기서, "다운" 은 제로 값을 갖는 RPC 를 언급함); 또는

(2) 단지 서비스 섹터로부터만 송신된 RPC 비트, 즉 단지

만이 포함될 수도 있다.

첫번째 함수

의 이용은, 주어진 타깃 데이터 레이트를 위해 역방향 링크 송신 전력 (예를 들어, Tx 파일럿 전력) 을 최소화하려고 시도한다. 두번째 함수

의 이용은, AT (106) 와 서비스 기지국 (104) 사이의 링크 상태를 최적화하도록 서비스 셀 안테나 (300) 를 향하여 빔을 조종하려고 시도한다. 두번째 함 수

를 이용하는 부가적인 이점은, 상대적인 정적 상태로 AT (106) 의 순방향 링크 및 역방향 링크의 균형화를 도움으로써, 전체 링크 효율을 향상시킨다는 것이다.

누산된 RPC (AccumRPC) 는 UpdatePeriod (예를 들어, 64 슬롯 또는 256 슬롯) 중에 수신되는 누산된 유효 RPC 커맨드이다.

은

번째 UpdatePeriod 의

번째 슬롯 폐쇄 루프 파일럿 Tx 전력의 측정치이다.

(여기서,

≤

).

필터링된 RPC 값은,

으로 계산될 수도 있다.

평균 폐쇄 루프 Tx 파일럿 전력의 측정치가 손쉽게 입수가능하지 않은 경우,

값은 UpdatePeriod 중의 평균 폐쇄 루프 Tx 파일럿 전력의 측정치이다. 액세스 단말기 (106) 는 일 UpdatePeriod 의

와 다음의 UpdatePeriod 의

를 비교할 수도 있다.

이득 적응

2 개의 안테나 송신기에 있어서, 슬롯

에서의 전체 송신된 신호는,

[수학식 2]

으로 표시될 수도 있고, 여기서

은 제 1 안테나로부터 송신된 전력을 표시하고,

은 제 2 안테나로부터 송신된 전력을 표시하고,

및

은 안테나 1 및 안테나 2 각각으로부터 송신된 신호 위상을 표시한다. [수학식 2] 및 본 명세서의 다른 수학식에 있어서, 변수는 슬롯

또는 시간

의 함수로서 표현될 수도 있고, 예를 들어

은

로서 표현될 수도 있다. 전체 전력을 보존하기 위해서, 2 개의 안테나로부터 송신된 신호 전력 (

및

) 의 합계는 1 이 된다 (2 개의 안테나로부터의 전체 전력은 단일 안테나 경우의 전력과 동일해야 한다).

필터링된 RPC 값에 기초하여 최적 송신 빔 패턴을 획득하기 위해서,

은,

[수학식 3]

으로 적응될 수도 있고, 여기서

은

의 이전값이고,

은 선택된 일정한 단차 크기이고,

은 주어진 안테나 (210) 에 대해 이용된 현재 이득 및 위상뿐만 아니라, 과거 필터링된 RPC 값, (개방 루프 전력 제어로부터의) 현재 TxGainAdjust 의 함수일 수 있다.

의 일례는,

[수학식 4]

일 수 있고, 여기서

은 양 또는 음을 의미한다.

이득 조정/업데이트를 이용한 빔형성은 연속적이거나 주기적일 수도 있다.

위상 적응

이득 적응에 부가하여 또는 이 이득 적응 대신에, 액세스 단말기 (106) 는 각 안테나에서 송신된 신호의 위상을 변경할 수도 있다. 예를 들어, 2 개의 송신 안테나를 갖는 액세스 단말기에 있어서, 액세스 단말기는 2 개의 안테나 (210) 에 의해 송신된 신호의 위상차 (

-

) 를 조정할 수도 있다. 일 방법은, 0 내지 2π 의 전체 공간이 커버되도록, 주기적으로 특정량만큼 위상차를 업데이트할 수도 있다. 변화량은, 안테나 (210A 내지 210M) 에서의 현재 송신 전력뿐만 아니라, 현재의 RPC 값, 과거 필터링된 RPC 값, 폐쇄 루프 파일럿 전력 조정의 측정치인 현재 TxGainAdjust 의 함수로 이루어질 수 있다. 현재 수신된 SINR 이 원하는 레벨보다 훨씬 더 낮은 경우에는, 수신기에서 신호의 보다 간섭성 결합을 야기하는 가중치를 구하여, 업데이트 기간마다 위상차가 특정량만큼 변경될 수 있다. 이 현재 수신된 SINR 이 원하는 레벨보다 높은 경우에는, 위상차는 현재 결합 가중치를 이용하도록 고정되거나 감속 (slow down) 될 수 있다.

위상 적응 루프는 [수학식 3] 에 나타낸 이득 적응 방식과 동시에 또는 순차 적으로 실행될 수도 있다. 대안적으로, 위상 적응은 동등 이득 결합과 함께 이용될 수도 있는데, 즉 액세스 단말기 (106) 는 2 개의 Tx 안테나 (210) 에 걸쳐 동등하게 전체 전력을 분배하고, 제 2 Tx 안테나에 대해

도의 위상차를 적용할 수도 있다:

.

액세스 단말기 (106) 는 2 가지 상이한 접근법, 즉 주기적 업데이트 또는 연속적 업데이트 중 하나를 이용하여 위상 적응을 결정할 수도 있다.

위상 적응 - 주기적 업데이트

액세스 단말기 (106) 는 주기적으로 "위상 스위프" 를 트리거할 수도 있다: 액세스 단말기 (106) 는 (10 개의 위상차와 같은) X 개의 위상차의 개별 세트를 이용하여 양쪽 안테나를 통해 순차적으로 송신하는데, 이 위상차 각각은 0 도부터 360 도까지 (PhaseStep 으로 지칭되는) 20 도 또는 60 도와 같은 Y 도만큼 분리된다. 이들은 단지 예시이고, 임의의 개수의 위상차 및 PhaseStep 이 이용될 수도 있다. 액세스 단말기 (106) 는 (UpdatePeriod 로 지칭되고, 예를 들어 64 슬롯인) 지정된 기간 동안 각 위상차를 이용하여, 평균 Tx 파일럿 전력을 계산할 수도 있다. 이 세트에서의 모든 위상차를 시험한 이후에, 액세스 단말기 (106) 는 최소 측정된 평균 Tx 파일럿 전력을 갖는 위상을 선택하여, 다음의 "위상 스위프" 까지, 예를 들어 (20 도의 PhaseStep 의 예시에 기초한) 10 × 64 × 19 슬롯과 같은 위상 스위프 지속기간보다 긴 시간 동안 그 위상을 이용할 수도 있다. 이 프로세스는 빔 패턴 선택 타입으로 지칭될 수도 있다.

전술한 방법의 변형은, 다른 슬롯마다 안테나를 교체하는 것뿐만 아니라, 위상 스위프 선택사양 중에서 안테나 1 전용 송신 및 안테나 2 전용 송신을 포함할 수도 있다.

위상 대신에, 송신 가중치 적응 제어 기능 (702) 은 전술한 방법에서 상이한 이득의 고정된 세트를 이용할 수도 있다.

위상 적응 - 연속적 업데이트

제 2 접근법에 있어서, 액세스 단말기 (106) 는 LMS (Least Means Square) 알고리즘을 이용하여 연속적으로 위상차를 업데이트할 수도 있다 ("위상을 적응시킬 수도 있다"). 이 업데이트 메커니즘은 2 개의 입력, 즉 (1) 액세스 단말기 (106) 주위의 활성 셀의 RPC 비트, 및/또는 (2) 평균 Tx 파일럿 전력을 이용할 수도 있다. 이는 적응형 빔형성 타입으로 지칭될 수도 있다.

액세스 단말기 (106) 는 UpdatePeriod 슬롯마다 위상을 업데이트할 수도 있는데, 여기서

은 PhaseStep 이다:

이고, 여기서

은 UpdatePeriod 인덱스이다.

적응 방식에 대한 입력은 단지 활성 셀의 RPC 비트일 수도 있다.

.

RPC 비트를 이용하는 대신에, 송신 가중치 적응 제어 기능 (702) 은 평균 Tx 파일럿 전력을 이용하여, 위상 적응을 수행할 수도 있다. 송신 가중치 적응 제어 기능 (702) 에 대한 입력은 평균 Tx 파일럿 전력이다:

=

(

인 경우)

=

(

인 경우)

=

(

인 경우).

도 8 은 도 1 의 액세스 단말기 (106) 를 사용하는 방법을 도시한 도면이다. 블록 800 은 액세스 단말기 (106) 에서 복수의 안테나 (210A 내지 210M) 를 사용하여, 하나 이상의 기지국 (104) 으로 신호를 무선 송신한다. 블록 802 는 하나 이상의 기지국 (104) 에서 역방향 링크 신호 품질을 나타내는 입력을 수신한다. 블록 804 는 하나 이상의 안테나 (210A 내지 210M) 를 통해 송신될 신호의 위상 및 이득 중 적어도 하나를 조정한다. 블록 804 이후에, 이 방법은 블록 800 으로 복귀할 수도 있다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 임의의 각종 상이한 기술 및 기법을 이용하여 정보 및 신호가 표현될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 전술한 설명 전체에 걸쳐 언급될 수도 있는 데이터, 명령들, 커맨드, 정보, 신호, 비트, 심볼 및 칩은, 전압, 전류, 전자파, 자계 또는 자기 입자, 광학계 또는 광학 입자, 또는 이들의 임의의 조합으로 표현될 수도 있다.

또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 명세서에 개시된 실시형태와 관련하여 기재된 각종 예시적인 논리 블록, 모듈, 회로, 및 알고리즘 단계가 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로서 구현될 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 하드웨어와 소프트웨어의 교환성을 명백히 예시하기 위해서, 각종 예시적인 컴포넌트, 블록, 모듈, 회로, 및 단계는 일반적으로 그 기능성 면에서 전술되었다. 이러한 기능성이 하드웨어로서 구현되는지 또는 소프트웨어로서 구현되는지는, 전체 시스템에 대한 설계 제약 및 특정 애플리케이션에 종속한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 각 특정 애플리케이션에 대해 상이한 방식으로 전술한 기능성을 구현할 수도 있지만, 이러한 구현 결정은 본 발명의 범위로부터의 벗어남을 야기하는 것으로서 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에 개시된 실시형태와 관련하여 기재된 각종 예시적인 논리 블록, 모듈, 및 회로는, 본 명세서에 기재된 기능을 수행하도록 설계된 범용 프로세서, DSP, ASIC, FPGA 나 다른 프로그램가능 논리 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 개별 하드웨어 컴포넌트, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현 또는 수행될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대안적으로 이 프로세서는 임의의 통상적인 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수도 있다. 또한, 프로세서는, 예를 들어 DSP 와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 임의의 다른 이러한 구성과 같은 컴퓨팅 디바이스의 조합으로서 구현될 수도 있다.

본 명세서에 개시된 실시형태와 관련하여 기재된 알고리즘 또는 방법의 단계는, 하드웨어로, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로, 또는 이 둘의 조합으로 직접적으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈식 디스크, CD-ROM, 또는 임의의 다른 형태의 저장 매체에 존재할 수도 있다. 프로세서가 저장 매체로부터 정보를 판독하고, 또한 정보를 이 저장 매체에 기록할 수도 있도록, 저장 매체가 프로세서에 연결된다. 대안적으로, 저장 매체는 프로세서에 통합될 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC 에 존재할 수도 있다. ASIC 는 사용자 단말기에 존재할 수도 있다. 대안적으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기에서 개별 컴포넌트로서 존재할 수도 있다.

참조를 위해 본 명세서에 표제가 포함되고, 이는 소정의 단락을 지시하기 위한 것이다. 이들 표제는 그 아래에 기재된 개념의 범위를 한정하는 것으로 의도되지는 않고, 이들 개념은 명세서 전체에 걸쳐 다른 단락에서 적용가능할 수도 있다.

개시된 실시형태의 이전의 설명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이들 실시형태에 대한 각종 변형은 손쉽게 명백할 것이고, 본 명세서에 정의된 일반적인 원리는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시형태에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 제시된 실시형태에 한정되는 것으로 의도되는 것이 아니라, 본 명세서에 개시된 원리 및 신규 특징에 부합하는 가장 광범위한 범위를 따르는 것이다.

Claims

액세스 단말기로서,

하나 이상의 기지국들로 신호들을 무선 송신하도록 구성된 복수의 안테나들; 및

입력을 수신하고, 하나 이상의 안테나들을 통해 송신될 신호의 위상 및 이득 중 적어도 하나를 조정하도록 구성된 계수 적응 제어 유닛으로서, 상기 입력은 상기 하나 이상의 기지국들에서의 역방향 링크 신호 품질을 나타내는, 상기 계수 적응 제어 유닛을 포함하는, 액세스 단말기.
제 1 항에 있어서,

상기 입력은 상기 하나 이상의 기지국들로부터 송신된 역방향 전력 제어 (RPC) 값을 포함하고,

상기 계수 적응 제어 유닛은, 상기 RPC 값이 제로에 근접할 때까지, 상기 하나 이상의 안테나들을 통해 송신될 신호의 위상 및 이득 중 적어도 하나를 조정하도록 구성되는, 액세스 단말기.
제 2 항에 있어서,

다수의 기지국들로부터 송신된 RPC 비트들을 수신하고, 필터링된 RPC 값을 상기 계수 적응 제어 유닛으로 출력하도록 구성된 RPC 필터 기능을 더 포함하는, 액세스 단말기.
제 3 항에 있어서,

상기 RPC 필터 기능은,

으로 상기 필터링된 RPC 값을 결정하고,

여기서,
는 무한 임펄스 응답 필터에 대한 상수를 표시하고,
은 이전 시간 슬롯 (
) 의 필터링된 RPC 를 표시하고,
은 기지국들의 활성 세트에서의
번째 셀로부터 현재 슬롯
에서 수신된 RPC 비트를 표시하고,
은 유효 RPC 를 표시하는, 액세스 단말기.
제 4 항에 있어서,

상기 유효 RPC 는, 상기 액세스 단말기의 활성 세트에서의 기지국들로부터 송신된 모든 RPC 비트들의 논리적 OR 함수를 포함하는, 액세스 단말기.
제 4 항에 있어서,

상기 유효 RPC 는, 단지 상기 액세스 단말기의 서비스 섹터로부터 송신된 RPC 비트를 포함하는, 액세스 단말기.
제 3 항에 있어서,

상기 RPC 필터 기능은,

으로 상기 필터링된 RPC 값을 결정하고,

여기서,
이고,
≤
인, 액세스 단말기.
제 1 항에 있어서,

상기 입력은 송신 파일럿 전력의 측정치를 포함하는, 액세스 단말기.
제 1 항에 있어서,

상기 입력은 송신 이득 조정값을 포함하는, 액세스 단말기.
제 1 항에 있어서,

상기 계수 적응 제어 유닛은, LMS (Least Means Square) 알고리즘을 이용하여, 상기 하나 이상의 안테나들을 통해 송신될 신호의 위상 및 이득 중 적어도 하나를 연속적으로 조정하도록 구성되는, 액세스 단말기.
제 1 항에 있어서,

상기 입력은 활성 셀들의 역방향 전력 제어 (RPC) 비트들을 포함하고,

상기 계수 적응 제어 유닛은,

; 및

에 의해, 상기 하나 이상의 안테나들을 통해 송신될 신호의 위상을 조정하도록 구성되고,

여기서,
은 PhaseStep 인, 액세스 단말기.
제 1 항에 있어서,

상기 입력은 측정된 평균 송신 파일럿 전력을 포함하고,

상기 계수 적응 제어 유닛은,

; 및

=
(
인 경우)

=

(

인 경우)

=

(

인 경우)

에 의해, 상기 하나 이상의 안테나들을 통해 송신될 신호의 위상을 조정하도록 구성되고,

여기서,
은 PhaseStep 인, 액세스 단말기.
제 1 항에 있어서,

상기 계수 적응 제어 유닛은, 상기 하나 이상의 안테나들을 통해 송신될 신호의 위상 및 이득 중 적어도 하나를 주기적으로 조정하도록 구성되는, 액세스 단말기.
제 13 항에 있어서,

상기 계수 적응 제어 유닛은,

(a) 각 기간에 대해, 2 개 이상의 안테나들 사이의 위상차를 적용하고,

(b) 각 기간 중에 평균 송신 파일럿 전력을 결정하고,

(c) 위상차들의 개별 세트를 이용한 이후에, 최소 평균 송신 파일럿 전력을 갖는 위상차를 선택하여, 상기 선택된 위상차를 이용하도록 구성되는, 액세스 단말기.
제 13 항에 있어서,

(a) 각 기간에 대해, 2 개 이상의 안테나들 사이의 이득차를 적용하고,

(b) 각 기간 중에 평균 송신 파일럿 전력을 결정하고,

(c) 이득차들의 개별 세트를 이용한 이후에, 최소 평균 송신 파일럿 전력을 갖는 이득차를 선택하여, 상기 선택된 이득차를 이용하도록 구성되는, 액세스 단말기.
제 1 항에 있어서,

복수의 승산기들을 더 포함하고,

각 승산기는, 상기 계수 적응 제어 유닛 및 상기 안테나들 중 하나의 안테나의 지정된 신호 경로에 연결되고,

각 승산기는, 상기 계수 적응 제어 유닛으로부터의 복소 이득 계수와 상기 지정된 신호 경로의 신호를 승산하도록 구성되는, 액세스 단말기.
액세스 단말기에서 복수의 안테나들을 사용하여, 하나 이상의 기지국들로 신호들을 무선 송신하는 단계;

상기 하나 이상의 기지국들에서 역방향 링크 신호 품질을 나타내는 입력을 수신하는 단계; 및

하나 이상의 안테나들을 통해 송신될 신호의 위상 및 이득 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 입력은 상기 하나 이상의 기지국들로부터 송신된 역방향 전력 제어 (RPC) 값을 포함하고,

상기 조정 단계는, 상기 RPC 값이 제로에 근접할 때까지, 상기 하나 이상의 안테나들을 통해 송신될 신호의 위상 및 이득 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
제 18 항에 있어서,

다수의 기지국들로부터 송신된 RPC 비트들을 수신하는 단계; 및

상기 다수의 기지국들로부터 송신되는 수신된 RPC 비트들에 기초하여, 필터링된 RPC 값을 발생시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
안테나 선택을 이용하는 빔형성 방법으로서,

제 1 기간 동안 제 1 안테나를 통해 신호를 무선 송신하는 단계;

후속 기간 동안 제 2 안테나를 통해 신호를 무선 송신하는 단계;

(a) 하나 이상의 기지국들로부터 송신된 역방향 전력 제어 (RPC) 비트들 및 (b) 각 기간 중에 측정된 폐쇄 루프 평균 송신 파일럿 전력 중 적어도 하나를 관측하는 단계;

하위 폐쇄 루프 평균 송신 파일럿 전력과 연관되는 안테나를 선택하는 단계; 및

상기 제 1 기간보다 긴 제 2 기간 동안 상기 선택된 안테나를 사용하는 단계를 포함하는, 빔형성 방법.