KR20080087086A

KR20080087086A - 복수의 전기통신유닛들과의 통신을 위한 포인트 투멀티포인트 디바이스

Info

Publication number: KR20080087086A
Application number: KR1020087013784A
Authority: KR
Inventors: 마틴 라이세코; 앤드류 로고테티스
Original assignee: 에어스팬 네트워크 인코포레이티드
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-09-30
Also published as: KR101294116B1; US20070135172A1; US7627348B2; WO2007066073A1; GB0611227D0; KR20080089342A; US7953065B2; GB2433177B; DE602006016163D1; KR101292037B1; EP1958348B1; GB0525161D0; US20080198793A1; GB2433176B; EP1958348A1; EP1958351A1; GB2433176A; WO2007066074A1; GB2433177A; EP1958351B1

Abstract

포인트 투 멀티 포인트 디바이스는 다수의 빔 세트들을 이용하도록 동작가능하고, 시간 내의 어떤 지점에서든 한 개의 세트가 이용되고 있다. 이 포인트 투 멀티포인트 디바이스는, 1개 이상의 그룹으로 배열된 다수의 빔의 세트를 발생하는 빔 세트 발생 로직을 구비하고, 각 그룹이 각 세트로부터의 1개의 빔으로 이루어져 있다. 각 그룹 내에서 그 그룹의 빔들이 서로 직교하며, 각 세트 내의 각 빔은 그 세트 내의 다른 빔에 관해서 임의로 발생한다. 무선 네트워크에 있어서의 모든 포인트 투 멀티포인트 디바이스들에 발행된 동기신호를 수신하는 인터페이스가 설치된다. 이 동기신호를 고려해서, 포인트 투 멀티포인트 스위치가 한 개의 빔 세트로부터 다른 빔 세트로 스위칭하는 스위치 시간을 결정하는 빔 스위칭 로직이 이용되고, 이 스위치 시간은 무선 네트워크에 있어서의 모든 포인트 투 멀티포인트 디바이스들에 대해서 동일하다.

포인트 투 멀티포인트, 전기통신, 기지국, 가입자국, 인터페이스

Description

복수의 전기통신유닛들과의 통신을 위한 포인트 투 멀티포인트 디바이스{POINT TO MULTIPOINT DEVICE FOR COMMUNICATION WITH A PLURALITY OF TELECOMMUNICATIONS UNITS}

본 발명은, 복수의 전기통신유닛들과의 무선 통신을 제공하는 무선 네트워크에 이용하는 포인트 투 멀티포인트 디바이스, 그러한 디바이스를 동작시키는 방법, 및 그러한 복수의 포인트 투 멀티포인트 디바이스를 구비한 무선 네트워크에 관한 것이다.

무선 네트워크 내의 포인트 투 멀티포인트 디바이스는 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 그러한 포인트 투 멀티포인트 다바이스는 무선 네트워크 내에서 데이터를 전파하기 위해 사용되는 중계 노드 또는 리피터의 형태를 취한다. 그러한 중계 노드들 또는 리피터들은 일반적으로 무선 네트워크 내에서 수신된 신호들을 증폭 및 포워드(forward)하거나 디코드 및 포워드한다. 포인트 투 멀티포인트 디바이스의 또 다른 예로서는, 셀에 있어서의 중계 노드들 및/또는 다수의 가입자 스테이션들과 무선 링크로 통신하는 무선 네트워크의 셀과 관련된 기지국이 있다.

무선 네트워크 기반 시설은 일반적으로 지리적 영역을 셀이라고 불리는 서로 분리되는 영역들로 세분한다. 동일한 셀 내에 위치된 다수의 가입자 스테이션들(SS)과 무선 신호들을 통해서 통신하는 1개 이상의 기지국(BS)이 각 셀과 관련되어 있다. BS로부터 SS로의 전송로는 포워드 링크 또는 다운링크 통신로로서 알려져 있지만, SS로부터 BS로의 전송로는 리버스(reverse) 링크 또는 업링크 통신로로서 알려져 있다.

하나의 이행에 있어서, BS는 전화망에 접속되고, BS에 의해 제어되는 셀 내의 SS로부터 전화망까지의 중계 메시지에 존재하고 그 반대의 경우에도 존재한다. 이 접근법에 의해, SS에 접속된 전기통신기기의 품목이 전화망에 외부로 거는 통화를 할 수도 있고, 전화망으로부터 내부로 거는 통화를 수신할 수도 있다.

그렇지만, 그러한 무선 전기통신 시스템은 전화 신호들을 이용하는 것에 한정되는 것이 아니라, 광대역 및 주문형 비디오 기술 등의 최근 기술을 지원하기 위해 그리고 인터넷상에 데이터를 전송하기 위해 사용되는 것들과 같은 데이터 신호들 또는 비디오 신호들과 같은 어떤 다른 적정 타입의 전기통신신호를 대신 또는 추가로 처리할 수도 있다.

그러한 무선 네트워크 내에서, 수신된 신호 품질의 척도는, SINR(Signal to Interference and Noise Ratio)이다. 주어진 SINR에 있어서, 수신기(예를 들면, SS에 제공된 수신기)는 데이터 레이트를 최대화하는 적절한 MCS(Modulation and Coding Scheme)을 요구할 수 있고, 동시에 수용가능한 QoS(Quality of Service)를 확보할 수 있다. FER(Frame Error Rate), 즉 에러에서 수신되는 데이터의 블록들의 퍼센티지는, QoS의 척도로서 종종 사용된다. 데이터의 블록이 부정확하게 디코드되 면, 수신기는 데이터를 반송하도록 송신기(예를 들면, SS에서 수신기를 고려할 때 BS에서는 송신기)에 알릴 것이다. 그러한 방식은 허용가능한 QoS를 유지하는데 필요하지만, 데이터 반복은 전체 시스템 스루풋(throughput)을 줄이는 단점이 있다.

셀 섹터화(sectorisation)는 시스템 용량을 증가시키기 위한 잘 알려진 기술이며, 시스템 용량은 동시에 존재하는 유저들을 돕거나 지지하기 위한 네트워크의 능력의 척도이다. 셀 섹터화된 레이아웃에 있어서, 셀 내의 영역은, 이상적인 상황에서는 섹터라고 불리는 다수의 비중첩 영역들로 세분된다. 동일 셀 내의 섹터들은 동일 BS 또는 서로 다른 BS(섹터당 1개)에 의해 서브(serve)된다. 그러한 섹터화된 레이아웃에 있어서, 포인트 투 멀티포인트 다바이스는 전체 기지국 또는 섹터 특정 로직으로 고려될 수도 있고, 물리적으로 분리되는 기지국으로서 또는 전체 셀을 커버하는 기지국의 일부로서 제공되는지 여부가 고려될 수도 있다. 통상, 섹터 내의 방사된 에너지를 한데 모으는 고도의 지향성 안테나를 이용해서 섹터화를 수행한다. 도 1은 각 셀이 3개의 섹터를 포함하는, 7개의 셀들로 구성된 셀룰러 네트워크를 나타낸다. 따라서, 예로, 도 1에 나타낸 셀(10)은 그 셀(10) 내에 설치된 3개의 섹터(30, 40, 50)를 포함하도록 개개의 빔을 제공할 수 있는 기지국(20)에 의해 서브(serve)된다.

일반적으로, BS는 섹터 또는 셀 내의 다수의 SS와 동시에 통신할 필요가 있다. 통상, 그러한 동시 통신은 무선 네트워크의 무선 자원(resource)을 이용하도록 구성될 수 있는 다수의 통신 채널들을 규정함으로써 달성될 수 있다. 예를 들면, "TDMA(Time Division Multiple Acess" 시스템에서, 특정 주파수 채널은 시간 도메 인에서 분할될 수 있어, 다수의 서로 다른 신호들은 서로 다른 시간 슬롯들 내에 전송될 수 있고, 이 시간 슬롯들은 특정 주파수 채널을 이용하는 다수의 통신 채널들을 형성한다. 또 다른 예로서, "FDMA(Frequency Division Multiple Access" 시스템에 있어서, 주파수 대역은 특정 주파수의 다수의 통신 채널들을 형성하도록 분할될 수 있고, 그것에 의해 다수의 신호들이 무선 자원 상에 전송될 수 있다. WiMAX 시스템에 사용되는 등, 결합된 TDMA/FDMA 시스템에 있어서, 시간/주파수 슬롯의 결합을 이용해서 개개의 통신채널들을 정의한다. WiMAX 시스템은 비교적 긴 거리에 걸쳐 높은 스루풋 광대역 접속을 제공하는 IEEE 802.16 표준에 근거를 둔다.

"CDMA(Code Division Multiple Access" 시스템에 있어서, 무선 자원 내에 다수의 통신 채널들을 설립하기 위해 사용될 수 있는 기기의 또 다른 예로서, 특정 주파수 채널 상의 무선 자원 위에서 신호들이 전송될 수 있고, 이 주파수 채널은 그 주파수 채널 상에 전송되는 신호들에 서로 다른 직교 코드들을 인가함으로써 분할될 수 있다. 직교 코드가 인가되는 신호들은 특정 주파수 채널을 이용하는 대응하는 직교 통신 채널 상에 전송되는 것으로 생각될 수 있다.

무선 네트워크에 있어서의 자원들(즉, 채널들)의 총 개수는 제한된다. 시스템 용량을 증가시키기 위해서는, 서로 다른 셀들 및/또는 섹터들에 동일 채널을 이용할 필요가 있다. 이것은 채널 재이용으로서 알려져 있다. 동일 세트의 채널들을 이용하는 이 셀들 또는 섹터들은 코채널(co-channel) 셀들 또는 섹터들로서 알려져 있고, 결과로서 발생한 간섭은 CCI(Co-Channel Interference)라고 칭한다. CCI는 수신된 신호의 품질을 저하시키기 때문에 CCI는 시스템 스루풋에 악 영향을 준다. 다시 도 1을 참조하면, 도 1에서 인접한 섹터들 사이에는 크로스오버(crossover) 영역들이 있다는 점에 유념한다. 이들 위치에 있어서의 CCI는 높을 것이고, 중첩하는 섹터들 상의 서로 다른 채널들을 이용함으로써 회피될 수 있다.

CCI를 경감하기 위한 또 다른 방법은, BS에서 안테나 어레이를 이용하는 것인데, 그러한 안테나 어레이에 대해서는 간행물 "Smart Antennas, Adaptive Arrays, Algorithms, and Wireless Position Location", edited by Dr T S Rappaport, IEEE, NJ 1998의 챕터 3에 기재되어 있고, 그 챕터는 스마트 안테나 및 공간적인 처리에 대해 소개하고 있다. 어드밴스트(advanced)(또는 종래에서는 스마트라고 칭함) 안테나 어레이는 2개 이상의 가까이 간격을 둔 안테나들로 구성되고, 빔포밍(beamforming) 네트워크와 결합하여, 신호 강도가 증가된 좁은 빔이 원하는 SS의 방향으로 형성될 수 있다. 어드밴스트 안테나 어레이는, 유저들 사이의 공간적인 분리를 이용하면, 다른 SS에 대한 간섭도 줄일 수 있다. 안테나 어레이들의 총체적인 이점은, 스펙트럼 자원의 효율적 이용에 의한 시스템 용량의 증가, 즉 CCI의 감소와 함께, 범위가 증가되고 (안테나 어레이 게인에 의한) 신호 강도가 향상된 점이다.

하나의 공지된 유형의 스마트 안테나 어레이는 고정된 멀티빔 안테나 어레이 시스템이라고 불리는데, 여기서 미리 결정된 빔 패턴 및 고정된 포인팅 방향을 가진 고정된 빔의 개수를 한정해서 이용한다. 또 다른 유형의 스마트 안테나는 스티어드(steered) 빔, 또는 완전 적응형 안테나 시스템이다. 고정된 멀티빔 시스템과는 달리, 스티어드 빔 시스템은 어떤 방향으로든 그것의 에너지를 방사할 수 있고, 어떤 경우에 있어서는 특정 다른 방향으로는 거의 또는 어떤 간섭(0(nulling))도 확보할 수 없다. 일반적으로, 그러한 스티어드 빔 시스템은 고정된 멀티빔 시스템보다 설계가 더 복잡하다.

BS(또는 좀더 속(屬)과 관련해서는 포인트 투 멀티포인트 디바이스)로부터 특정 SS(또는 좀더 속과 관련해서는 전기통신 유닛)로의 다운링크 통신을 고려해서, BS에서 스마트 안테나 어레이를 이용하면 SS에서의 순간 신호 품질이 향상할 수 있지만, 다운링크 통신에서의 임의의 빔 스위칭(스티어드 빔 시스템에 대해서는, 0(nulling))은 CCI의 랜덤 변화를 이끌어서, SS들이 경험하는 보고된 SINR의 변화를 이끌 것이다. 특정 MCS가 SS에 의해 요청되는 시간과 그 SS가 스케줄되는 시간 사이에는 본래 고유의 지연이 있다. 2가지의 경우 사이의 CCI가 상당히 변화하면, 2개의 가능한 결과가 발생할 수 있다. 우선, 스케줄되었을 때의 SS에서의 SINR은 예상했던 것보다 더 높을 수 있고, 즉 더 나을 수 있다. 그 결과, 요청된 MCS가 너무 비관적이었다. 에러 프리 송신이 더 발생할 것 같지만, 데이터 레이트가 더 높은 다른 MCS가 대신 사용될 수 있다. 또, SS에서의 SINR은 예상했던 것보다 더 낮을 수도 있다. 요청된 MCS는 그 경우에 너무 낙관적이고, 요청된 MCS는 원하는 QoS를 보증할 만큼 충분히 강건하지 않을 수도 있다. 많은 재송신이 발생해서 심각한 시스템 스루풋 열화가 일어나기 때문에, 이 후자의 결과가 더 극적이다.

스티어드 빔 시스템의 설계의 복잡성과, 그러한 스티어드 빔 시스템의 이용으로부터 생길 수 있는 CCI 레벨의 거의 무수한 변화로 인해, 다운링크 통신을 위한 스마트 안테나 어레이를 이용하는 대부분 시스템은 고정된 멀티빔 시스템에 근 거를 두었다. 그러한 하나의 시스템이, 다수의 안테나 빔을 이용해 다수의 모바일로 송신함으로써 공유 다운링크 무선 채널 간섭을 줄이는 기술을 개시하는 US 2005/0064872에 개시되어 있다. 특히, 섹터마다 동시에 일어나는 다수의 직교 빔을 이용하여 다수의 모바일 이용자에게 스케줄링함으로써 CCI의 변경을 변화시키는 돌발 시간을 경감하는 기술이 개시되어 있다. 빔들 가운데 총 기지국 전력이 균등하게 분할된다. 따라서, M개의 동시에 발생하는 빔을 이용하면, 모바일에서의 수신 에너지가 M만큼 감소할 것이다. 이것은 CCI의 변경을 변화시키는 돌발 시간을 경감시키지만, 항상 높은 CCI 레벨을 일으켜서, 시스템 스푸풋에 악영향을 끼친다.

US 2005/0064872에도 기재된 다른 접근방법은 섹터마다 다수의 직교 빔을 보유하는 것이지만, 동시에 1개의 빔만을 이용하는 것이다. CCI의 빠른 변화를 피하기 위해서, 그러한 실시 예에서는 매우 낮은 레이트로 빔이 스위칭되어, 빔이 조사되는 모바일에 대해서 적절히 스케줄된 경우의 동일 SINR을 보고하고 경험할 시간을 제공한다. 그러한 접근방법을 이용하는 경우, 상기 특허는 빔 스위칭의 주파수를 줄이기 위해서 네트워크에 있어서 동기화를 피하는 것이 바람직하다는 것을 나타낸다. 상기 기술된 접근방법의 문제는 빔 스위칭 후에 몇 밀리세컨드 동안, CCI가 빠르게 변화하는 일시적 기간이 있다는 점이다. 느리게 스위칭되는 빔 시스템의 또 다른 단점은 다수의 유저 다양성이 완전히 이용되지 않는다는 점이다. 멀티 유저 다양성은 모든 멀티 유저 무선 통신 시스템에 존재하는 다양성의 고유 형태이다. 상술한 시스템에 있어서, 섹터의 부분들에만 빔이 조사되므로, 섹터의 다른 부분들에는 스케줄된 유저의 신호 품질을 초과하는 신호 품질로 인해 구조상의 페이 딩(fading)를 경험하는 유저들이 있을 수 있지만, 그 시간에 사용할 때 빔이 조사되지 않기 때문에 그 유저보다 앞서서 스케줄될 수 없다. 멀티 유저 다양성은 가장 높은 채널 품질로 유저에게 데이터를 송신하는 것을 시도함으로써 채널들의 품질의 시간 변화 특성을 이용하는 것을 시도하고, 그렇게 함으로써, 스루풋의 관점에서 전체 시스템 성능을 향상시킨다. 그렇지만, 느리게 스위칭되는 빔 시스템을 이용하는 경우에는, 멀티 유저 다양성의 이용을 최상으로 하는 것이 불가능하다.

느리게 스위칭되는 빔 시스템의 또 다른 문제점은, QoS에 악영향을 미칠 수 있는, 빔을 스위칭하는데 걸리는 시간에서 생기는 레이턴시(latency)의 증가이다.

US 6,438,389는 적응형 빔 선택을 지닌 무선 통신 시스템에 대해서 기술하고 있다. 특히, N개의 전혀 다른 빔을 형성하기 위해 전자공학적으로 제어되는 몇 개의 안테나를 갖는 무선 통신 시스템이 기재되어 있고, 각 이동 가입자의 신호 품질에 대해서 N개의 빔의 각각이 주기적으로 계측된다. 2개 이상의 최상의 빔은 신호 품질 척도를 저장 및 비교하는 컴퓨터에 의해 제어되는 스위치들을 이용해서 선택된다. 최상의 빔을 결합해서 품질이 개선된 신호를 생성한다.

US 2004/0235527에는 다수의 안테나 빔 기지국들을 이용해서 통신 채널들의 재이용을 제공하는 시스템에 대해서 기재되어 있다. 이 시스템은 다수의 빔 안테나를 이용해서 실질적으로 중첩하지 않는 안테나 빔을 제공하여 관련된 기지국 주위의 영역에 지향성 무선 신호 커버리지(coverage)를 제공하는 기지국을 갖는다. 신호 셀의 안테나 빔 내의 채널들의 동시 이용은 안테나 빔 분리를 통해서 용이해진다. 셀간 간섭을 줄이는 기술에 대해서도 설명하는데, 여기에서는, 다수의 모델링 및/또는 경험적인 계측에 근거해, "홈(home)" 지기국과 홈 기지국 주위의 기지국 사이의 상호 배타적인 안테나 빔 쌍이 식별된다(identify). 따라서, 홈 기지국의 각 빔에 있어서, 동시에 사용되는 경우의 간섭을 경험하는 주변 기지국의 빔들이 식별된다. 이용가능한 자원, 즉 타임슬롯 또는 주파수들은 그들의 트래픽 필요성에 따라 빔 쌍 중에서 배분되고, GPS 등의 기준 클럭을 이용해서 네트워크의 기지국 사이에서 동기화를 확보하여 서로 간섭하는 빔들이 동시에 사용되지 않는 것을 확보한다.

모델링 가정에 근거해 서로 배타적인 빔들의 테이블을 생성하는 상기 접근방법은 상세하게는 2차원, 어쩌면 3차원의 패스 로스(path loss) 및 섀도우 페이딩 맵(shadow fading map)을 필요로 한다. 그러한 맵은 무선 네트워크에 있어서의 각 가입자국 및 모든 가입자국으로부터의 계측 보고를 통해서만 취득될 수 있다. 이들 맵을 발생하기 위해서 가입자국은 그들의 좌표를 제공해야 할 것이다. 이들 맵을 관리 및 갱신하는 것은 번거로운 메모리 집중 직무이다.

US 2004/0235527(이전에 언급된 종래기술)에 제안된 방식의 또 다른 단점은, 거기에 기재된 다수의 안테나 빔 기지국이 캘리브레이트된(calibrated) 어레이를 필요로 한다는 점인데. 이 어레이는 안테나 소자들로부터 아래 기지국 내의 베이스밴드 처리로의 송신 및/또는 수신 체인에 존재하는 어떤 진폭 및 위상 왜곡을 추정 및 보정하는 캘리브레션 유닛들로 구성된다.

US 6,804,521에는 다수의 빔의 시간 분리를 통해서 멀티 빔 무선 데이터 송신 시스템에 있어서의 크로스 빔 간섭을 줄이는 기술이 기재되어 있다. 다수의 빔 패턴은 다수의 유저 그룹 영역에 대응하도록 셀의 단면이 지리적으로 분리된다. 기지국으로부터 복수의 유저 단말로의 다운링크 송신은, 같은 시간 간격 동안에 인접한 유저 그룹 영역에의 송신이 발생하지 않도록 패턴화된다. 예를 들어, US 6,804,521의 도 8a에 나타낸 바와 같이, T₁으로 표시된 섹터들은 제 1 시간 간격 동안에 그들의 각 다운링크 경로 상에 송신되고, T₂로 표시된 섹터들은 제 2 시간 간격 동안에 그들의 각 다운링크 경로 상에 송신되며, 여기에서 제 2 시간 간격은 제 1 시간 간격과 겹치지 않는다. 그러한 접근방법에 의해 간섭을 줄일 수 있지만, CCI는 동일 채널 상에 동시에 송신하는 섹터들에서 발생할 것이다. 예를 들면, 북동쪽을 가리키는 셀 810에 있어서의 T₂로 표시된 섹터가 북동쪽을 가리키는 셀 802에 있어서의 T₂로 표시된 섹터와 동일한 채널을 이용하면, 이 후자 섹터는 셀 810에 있어서의 상술한 T₂ 섹터로부터의 송신의 결과로서 생긴 CCI를 관측할 것이다.

따라서, 무선 네트워크 내부에서의 CCI의 감소가 한층더 개선된 기술을 제공하는 것이 바람직할 것이다.

제 1 관점에서 보면, 본 발명은 복수의 전기통신 유닛들과의 무선 통신을 제공하기 위한 무선 네트워크에 사용하는 포인트 투 멀티포인트 디바이스를 제공하는데, 상기 포인트 투 멀티포인트 디바이스로부터 상기 전기통신 유닛들로의 통신을 위해, 상기 포인트 투 멀티포인트 다바이스가 다수의 빔 세트를 이용하도록 동작하며, 시간 내의 어떤 지점에서든 한 개의 세트가 이용되고, 상기 포인트 투 멀티포인트 디바이스는, 1개 이상의 그룹으로 배열된 다수의 빔 세트를 발생하는 빔 세트 발생 로직 - 각 그룹이 각 세트로부터의 1개의 빔으로 이루어져 있고, 각 그룹 내에서 그 그룹의 빔들이 서로 직교하며, 각 세트 내의 각 빔은 그 세트 내의 다른 빔과 관련해서 임의로 발생하고-과; 상기 무선 네트워크에 있어서의 모든 포인트 투 멀티포인트 디바이스들에 발행된 동기신호를 수신하는 인터페이스와; 상기 동기신호를 고려해서, 상기 포인트 투 멀티포인트 디바이스가 한 개의 빔 세트로부터 다른 빔 세트로 스위칭하는 스위치 시간을 결정하는 빔 스위칭 로직 - 상기 스위치 시간은 상기 무선 네트워크에 있어서의 모든 포인트 투 멀티포인트 디바이스들에 대해서 동일하며-과; 상기 빔 스위칭 로직에 의해 제어되어, 빔 세트들 중 하나를 시간 내의 어떤 지점에서든 생성하여 통신을 형성하는 데이터를 상기 전기통신 유닛들로 송신하는 안테나 어레이를 구비한다.

본 발명에 따른 포인트 투 멀티포인트 디바이스는, 다수의 빔 세트들을 이용하도록 동작하며, 시간 내의 어떤 지점에서든 한 개의 빔 세트만이 이용되고 있다. 다수의 빔 세트들은 1개 이상의 그룹으로 배열되고, 각 그룹은 각 세트로부터의 1개의 빔으로 이루어져 있고, 각 그룹 내의 빔들은 서로 직교하도록 배열되어 있다. 더 나아가서, 빔 세트 발생 로직은 빔들을 발생하도록 구성되어 있어, 각 세트 내의 각 빔은 그 세트 내의 다른 빔들과 관련해서 임의로 발생한다. 또, 빔 스위칭 로직을 이용해서 포인트 투 멀티포인트 디바이스가 한 개의 빔 세트로부터 다른 빔 세트로 스위칭하는 시간을 결정하는데, 이들 시간은 무선 네트워크에 있어서의 모든 포인트 투 멀티포인트 디바이스들에 발행된 동기신호를 고려해서 결정되고 있다. 그 결과, 고정된 수의 빔이 발생하고, 빔 세트 간의 스위칭이 네트워크에 있어서의 다른 포인트 투 멀티포인트 디바이스들과 동기화한다. 따라서, 제한된 수의 서로 다른 CCI 레벨이 관측될 것이다. 그 결과, CCI가 시클로시테이셔너리 처리(cyclostationary process)와 같이 변화할 것이다. 이와 같이, 스위치 시간 사이의 기간 동안, CCI에 의한 간섭은 변화가 없지만, 각 빔 세트 스위칭 후에는 새로운 CCI 레벨로 갑자기 점프한다. 시클로스테이셔너리 처리의 기간은 네트워크에 사용된 각 빔 그룹 내의 빔의 개수의 LCM(Least Common Multiple)과 같다. 이와 같이, 어떤 기지국이 2개의 빔 세트를 생성하면, 네트워크에 있어서의 다른 기지국들이 3개의 빔 세트를 생성하고, LCM은 6이므로, CCI의 통계치는 6번째의 스위칭 시간마다 반복될 것이다.

추가로, 본 발명에 따라, 각 세트 내의 각 빔이 그 세트 내의 다른 빔들과 관려해서 임의로 발생하도록 구성함으로써, 무선 네트워크 내부에서 관측된 평균 CCI가 낮게 된다는 것을 알았다. 한 세트 내의 빔들이 서로 임의로 발생함으로써, 일반적으로, 시간 내의 어떤 지점에서든 상당히 다른 빔 형상들을 갖는 빔들이 사용되게 된다. 총체적으로 무선 네트워크를 고려하면, 각 셀이 같은 방식으로 섹터화되는 경우가 종종 있다. 그러한 각 셀에 본 발명의 포인트 투 멀티포인트 디바이스의 구성을 채용하는 경우, 그것은, 시간 내의 어떤 지점에서든 각 셀 내의 대응하는 섹터들에 대해 사용된 빔들이 일반적으로 서로 비교했을 때 서로 다른 형상을 갖고, 또 서로 비교했을 때 서로 다른 전파 방향을 가질 것이라는 것을 의미한다. 이들 빔들의 서로 다른 형상 및 방향 특성은, 빔 세트 발생 로직이 이용하는 임의의 발생에서 생기고, 빔들이 임의로 발생하지 않는 종래의 시스템과 비교할 때 무선 네트워크 내부에서 관측된 평균 CCI를 낮춘다.

또, 스위치 시간은 무선 네트워크를 가로질러 동기화되기 때문에, 빔 스위칭이 신속하게 발생할 수 있고, 그 결과 멀티 유저 다양성이 최상의 채널 품질을 갖는 전기통신 유닛들에 송신하려고 시도할 때 이용될 수 있다.

게다가, 각 그룹 내부에서 그 그룹의 빔들이 서로 직교하도록 배열함으로써, 취득되는 안테나 게인의 엔벨로프(envelope)는, 한 개의 빔을 이용해서 그 그룹이 커버하는 지리학상의 영역을 커버하는 경우에 달성되는 것보다 큰다는 것을 알았다.

각 빔 세트는 1개 이상의 빔으로 이루어진다. 예를 들면, 포인트 투 멀티포인트 디바이스만이 하나의 주된 방향으로 송신할 필요가 있는 경우, 또는 그것이 전방위의 빔을 발생하는데 이용되는 경우, 각 세트가 단지 한 개의 빔을 포함할 필요가 있다. 각 스위치 시간의 발생 시, 안테나 어레이가 그 결과의 한 개의 그룹에서 다른 빔으로 스위칭할 것이다. 그러나, 다른 실시 예들에 있어서는, 포인트 투 멀티포인트 디바이스가 한꺼번에 다수의 빔, 예를 들어 포인트 투 멀티포인트 디바이스가 기지국인 예에서 기지국이 커버하는 셀의 각 섹터에 대한 빔을 발생하도록 구성되어도 되고, 그러한 경우에 각 세트는 다수의 빔으로 이루어질 것이다. 일 실시 예에 있어서, 세트 내의 빔들의 각각은 서로 다른 통신 채널들을 이용하도록 구성되지만, 다른 실시 예에 있어서는 한 세트 내의 1개 이상의 빔들은, 예를 들어 가능한 이들 빔들의 방향 성질이 이들 빔들이 실제로 중첩하지 않는다는 것을 의미했을 경우에, 같은 통신 채널을 이용할 것이다. 특정 포인트 투 멀티포인트 디바이스에 의해 생성된 세트 내의 빔 각각이 서로 다른 통신 채널들을 이용하더라도, 무선 네트워크에 있어서의 다른 포인트 투 멀티포인트 디바이스들은 특정 포인트 투 멀티포인트 디바이스가 사용하는 통신 채널들의 적어도 일부를 재이용할 것 같으므로, 그 세트 내부의 빔의 임의 발생에 의해 CCI가 전체적으로 낮아지게 될 것이다.

하나의 특정 실시 예에 있어서, 포인트 투 멀티포인트 디바이스는, 복수의 섹터들 내부에서 무선 통신을 제공하고, 각 그룹은 섹터들 중 하나와 관련되어 있다. 따라서, 시간 내의 어떤 지점에서든, 그 그룹 내의 빔들 중 하나가 관련된 섹터에 송신될 것이다.

일 실시 예에 있어서, 포인트 투 멀티포인트 디바이스는, 동작가능한 전기통신 유닛 할당 로직을 더 구비하여, 각 전기통신 유닛에 대해서, 그 전기통신 유닛으로부터 포인트 투 멀티포인트 디바이스에 발행된 리포트 신호에 근거해 빔들의 적어도 하나에 그 전기통신 유닛을 할당한다. 하나의 특정 실시 예에 있어서, 리포트 신호는 전기통신 유닛이 무선 네트워크에 로그 온할 때 포인트 투 멀티포인트 디바이스에 발행되고, 그 세트 내의 빔들 중 하나의 수신을 알리는 리포트 신호는 그때 안테나 어레이에 의해 생성되며, 전기통신 유닛 할당 로직은 리포트 신호에 응답해서 적어도 전기통신 유닛이 수신하는 빔에 전기통신 유닛을 할당한다. 어떤 실시 예들에 있어서는, 그 하나의 식별된 빔에 전기통신 유닛을 할당하는데만 적합하다. 그렇지만, 다른 실시 예들에 있어서는, 예를 들어, 전기통신 유닛이 포인트 투 멀티포인트 디바이스에 매우 가까운 부근에 위치되는 상황에서는, 전기통신 유닛 할당 로직이 관련된 빔의 그룹에 전기통신 유닛을 할당하도록 구성되어도 되므로, 그 그룹 내의 빔들 중 어느 하나로부터 수용가능한 유효 범위(coverage)를 수신할 것 같다.

일 실시 예에 있어서, 전기통신 할당 로직은 또 각 통신 유닛에 요청해서 1개 이상의 리포트 신호들을 제공하도록 미리 결정된 간격으로 배열되고, 각 통신 유닛에 대해서는, 전기통신 유닛 할당 로직이 제공된 1개 이상의 리포트 신호에 응답해서 적어도 한 개의 빔을 선택해서 그 통신 유닛을 할당한다. 따라서, 그러한 접근방법에 의해, 어떤 특정 전기통신 유닛이 할당되는 적어도 한 개의 빔이, 그 전기통신 유닛에 의해 제공된 주기적인 리포트 신호들에 근거해 전기통신 유닛 할당 로직에 의해 규정된 시간 외에 변경될 수 있다.

그 전기통신 유닛들은 고정된(즉, 변화가 없는) 전기통신 유닛들이거나, 또는 모바일 전기통신 유닛들이어도 된다. 전기통신 유닛들이 모바일 유닛들인 경우에는, 일반적으로 리포트 신호들이 고정된 전기통신 유닛들에 필요한 것보다 더 자주 전기통신 유닛 할당 로직에 제공되어야 할 것이다. 본 발명의 하나의 특정 실시 예에 있어서, 전기통신 유닛들은 고정된 유닛들이다.

리포트 신호들은, 다양한 형태를 취할 수 있다. 그렇지만, 일 실시 예에 있어서, 1개 이상의 리포트 신호들은 하나의 빔과 관련된 신호 품질 계측을 제공한다. 전기통신 유닛으로부터 포인트 투 멀티포인트 디바이스로 제공된 신호 품질 계측은 포인트 투 멀티포인트 디바이스로부터 전기통신 유닛으로의 통신을 위해 사용된 빔과 관련될 수 있는 방식이 많이 있다. 하나의 특정 실시 예에 있어서는, 신호 품질 계측은 포인트 투 멀티포인트 디바이스로부터 전기통신 유닛으로의 통신의 블록과 관련되어 있는 전기통신 유닛으로부터 포인트 투 멀티포인트 디바이스로의 통신의 블록에 포함될 것이고, 따라서, 통신의 특정 블록 내부의 신호 품질 계측의 존재로 인해 포인트 투 멀티포인트 디바이스로부터 전기통신 유닛으로의 관련된 통신 블록이 식별됨으로써, 그 통신에 사용되었던 빔이 식별될 것이다.

일 실시 예에 있어서는, 일단 다수의 빔 세트들이 빔 세트 발생 로직에 의해 발생되면, 그 세트들은 변경되지 않는다. 그렇지만, 다른 실시 예에 있어서는, 1개 이상의 미리 결정된 이벤트의 발생시, 다수의 빔 세트들의 발생을 다시 수행하도록 빔 세트 발생 로직이 동작함으로써, 규정된 시간 외에 각 전기통신 유닛에 제공된 서비스의 품질의 이브닝(evening)을 용이하게 한다. 다수의 빔 세트의 발생이 다시 수행될 때마다, 각 세트 내의 각 빔의 또 다른 임의 발생이 일어나기 때문에, 이 처리에 의해 사용된 빔의 형상과, 그들의 주된 전파 방향이 임의로 변경될 것이며, 그 결과 이것은 규정된 시간 외에 각 전기통신 유닛에 제공된 서비스의 품질의 이브닝을 생성할 것이다.

일반적으로는, 무선 네트워크 내에 사용된 다수의 포인트 투 멀티포인트 디바이스들 중에는 다수의 빔 세트의 발생의 재수행을 동기화할 필요가 없을 것이고, 물론 각 포인트 투 멀티포인트 디바이스가 동시에 그러한 처리를 경험하지 않는 것이 바람직하지만, 대신 그것은, 미리 결정된 시간 순간에(미리 결정된 짧은 기간 동안) 전기통신 유닛의 작은 세트가 전체 네트워크에 있어서의 모든 전기통신 유닛을 다시 할당하는 대신에 적절한 빔에 다시 할당되는 경우에 더 적합하다. 빔 재할당이 발생할 때마다, 대량의 컨트롤 시그널링(control signalling)이 수행될 수 있다. 컨트롤 시그널링은 유저 데이터 스루풋을 희생시켜서 이루어진다. 이와 같이, 제공된 서비스의 품질의 이브닝에 있어서의 예상된 개선과 빔 재할당의 주파수 사이에서는 균형을 취해야 한다.

다수의 빔 세트들의 발생의 재수행을 트리거하기 위해 사용되는 1개 이상의 소저의 이벤트는 다양한 형태를 취할 수 있다. 그렇지만, 일 실시 예에 있어서, 1개 이상의 미리 결정된 이벤트는 적어도 미리 결정된 시간 간격의 경과를 포함하고, 이 미리 결정된 시간 간격은 빔 스위칭 로직에 의해 산출된 스위치 시간 사이의 기간보다 더 크다. 물론, 그것은 일반적으로, 미리 결정된 시간 간격은 빔 스위칭 로직에 의해 산출된 스위치 시간 사이의 기간보다 상당히 큰 경우가 일 것이므로, 대체 빔 세트가 발생하기 전의 중요한 시간 기간 동안 빔 세트 발생 로직에 의해 발생한 빔 세트들을 사용함으로써, 전기통신 유닛을 적절한 빔에 재할당하는 것에 기인한 성능에 어떤 영향을 끼치는 것을 줄일 수 있다.

빔 세트 발생 로직은 다양한 방식으로 다수의 빔 세트를 생성하도록 구성될 수 있다. 그렇지만, 일 실시 예에 있어서, 빔 세트 발생 로직은 각 그룹에 대하여: NxN 랜덤 매트릭스를 발생하도록 동작하고, 여기서 N은 그 그룹의 빔을 발생하는데 이용된 안테나 어레이에 있어서의 안테나의 수이며, N은 그 그룹 내의 빔의 개수 이상이며; NxN 랜덤 매트릭스로부터 NxN 단일 매트릭스를 발생하도록 동작하고; NxN 단일 매트릭스의 다른 컬럼을 선택해서 그 그룹 내의 각 빔을 나타내며, 여기서 컬럼 내의 각 엔트리는 관련된 빔을 발생할 때의 안테나 어레이의 특정 안테나가 사용하는 빔 웨이트(beam weight)를 정의한다. 이 처리는 각 그룹에 대해서 반복되고, 각 그룹 내부에서 빔들이 서로 직교하는 것을 확보하기 위한 특히 효율적인 기술을 제공하는 것으로 알려져 있으며, 각 세트 내부에 빔들은 서로에 관해서 임의로 발생한다. 그룹 내의 빔의 개수가 안테나 N의 개수보다 적은 경우, NxN 단일 매트릭스에 있어서의 컬럼의 모두가 필요한 것이 아니며, 이들 컬럼의 어떤 것은 그룹 내의 특정 빔을 정의하도록 선택될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

포인트 투 멀티포인트 디바이스는 다양한 형태를 취해도 된다. 그렇지만, 일 실시 예에 있어서 포인트 투 멀티포인트 디바이스는 기지국이며, 복수의 전기통신 유닛은 복수의 가입자국이고, 기지국으로부터 가입자국으로의 다운링크 통신을 위해, 기지국이 상기 다수의 빔 세트들 이용하도록 동작가능하다. 하나의 특정 실시 예에 있어서, 각 세트는 다수의 빔들을 포함하고, 기지국은 복수의 섹터들 내부에 무선 통신을 제공하며, 각 그룹은 이 섹터들 중 하나와 관련되어 있다.

다른 실시 예에 있어서, 포인트 투 멀티포인트 디바이스는 기지국 섹터 로직이고, 복수의 전기통신 유닛들은 복수의 가입자국이며, 기지국 섹터 로직으로부터 기지국으로의 다운링크 통신을 위해, 기지국 섹터 로직은 하나의 그룹으로 배열된 상기 다수의 빔 세트들을 이용하도록 동작하고, 각 세트는 하나의 빔을 포함한다.

포인트 투 멀티포인트 디바이스와 전기통신 유닛 간의 무선 통신은 다양한 형태를 취할 수 있다. 그렇지만, 일 실시 예에 있어서, 무선 통신은 복수의 프레임으로 구성되고, 다운링크 통신은 적어도 각 프레임의 한 부분 동안 발생하며, 빔 스위칭 로직에 의해 결정된 스위치 시간은 각 프레임의 시작에 대응한다. 다른 실시 예에 있어서, 스위치 시간은 각 프레임의 시작보다는 각 프레임 내의 어떤 다른 지점에 대응하거나, 또는 또 다른 실시 예에 있어서는 이 스위치 시간이 각 프레임에서의 한 지점에 대응하는 것이 아니라 n번째의 프레임마다 한번 발생해도 된다.

하나의 특정 실시 예에 있어서, 무선 통신은 IEEE 802.16 통신이고, 각 프레임은 업링크 통신을 위한 업링크 서브프레임과 다운링크 통신을 위한 다운링크 서브프레임으로 이루어져 있다. 그러한 실시 예에 있어서, 어떤 필요한 리포트 신호들은 관련된 다운링크 서브프레임을 형성하기 위해 사용된 빔의 수신을 확인하기 위해서 업링크 서브프레임에 있어서 가입자국으로부터 기지국으로 발행될 수 있다.

그러한 일 실시 예에 있어서, 업링크 서브프레임은 다운링크 서브프레임과 관련된 시간 또는 주파수로 분리된다.

제 2 국면에서 보면, 본 발명은 복수의 포인트 투 멀티포인트 디바이스를 구비하는 무선 네트워크를 제공하고, 각 포인트 투 멀티포인트 디바이스는 관련된 복수의 전기통신 유닛들과의 무선 통신을 제공하도록 구성되며, 각 포인트 투 멀티포인트 디바이스는 본 발명의 제 1 국면에 따른 포인트 투 멀티포인트이고, 각 포인트 투 멀티포인트 디바이스가 발생한 다수의 빔 세트들은 서로 임의로 발생한다. 그 결과, 포인트 투 멀티포인트 디바이스로부터 관련된 전기통신 유닛으로 통신하기 위한 무선 네트워크 내부에서의 시간 내의 어떤 지점에서든 사용되는 모든 빔들은 서로에 관해서 임의로 발생한다. 또, 무선 네트워크 내의 빔의 어떤 그룹 내부에서는, 그 그룹 내의 각 빔이 그 그룹 내의 다른 빔에 관해서 직교한다. 이전에 설명한 바와 같이, 그러한 접근방법에 의해 무선 네트워크 내부에서 관측된 평균 CCI가 낮아지게 되는 것을 알아냈다.

제 3 국면에서 보면, 본 발명은 복수의 전기통신 유닛들과의 무선통신을 제공하기 위한 무선 네트워크에 사용하는 포인트 투 멀티포인트 디바이스를 동작시키는 방법을 제공하고, 상기 포인트 투 멀티포인트 디바이스로부터 상기 전기통신 유닛들로의 통신을 위해, 상기 포인트 투 멀티포인트 디바이스가 다수의 빔 세트들을 사용하고, 시간 내의 어떤 지점에서든 하나의 세트가 이용되며, 상기 동작방법은, 1개 이상의 그룹으로 배열된 다수의 빔 세트들을 발생하는 스텝 - 각 그룹이 각 세트로부터의 하나의 빔으로 이루어지고, 각 그룹 내부에서 그 그룹의 빔들은 서로에 관해서 직교하며, 각 세트 내부의 각 빔은 그 세트 내의 다른 빔에 관해서 임의로 발생하고-과; 상기 무선 네트워크에 있어서의 모든 포인트 투 멀티포인트 디바이스에 발행된 동기신호를 수신하는 스텝과; 상기 동기신호를 고려해서, 상기 포인트 투 멀티포인트 디바이스가 한 개의 빔 세트로부터 다른 빔 세트로 스위칭하는 스위치 시간을 결정하는 스텝 - 상기 스위치 시간이 상기 무선 네트워크에 있어서의 모든 포인트 투 멀티포인트 디바이스들에 대해서 동일하며-과; 빔 세트들 중 하나를 시간 내의 어떤 지점에서든 생성하여 통신을 형성하는 데이터를 상기 전기통신 유닛들에 송신하도록 안테나 어레이를 제어하는 스텝을 포함한다.

도 1은 종래기술에 따른 무선 네트워크의 블록도다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 사용된 빔 세트와 빔 그룹의 개념을 도시한 도 면이다.

도 3, 4, 및 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 네트워크에 있어서의 다수의 기지국에 의해 서로 다른 프레임에 사용될 수 있는 임의로 발생한 서로 다른 빔의 세트들을 나타낸다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 동기화된 빔 스위칭을 채용한 경우에 추종하는 CCI를 찾는 시클로스테이셔너리 과정(cyclostationary process)의 기간을 나타내는 테이블이다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국의 블록도다.

도 8은 특정 그룹에서 빔들을 발생하기 위해서, 일 실시 예에 있어서 도 7의 기지국의 빔 세트 발생기가 사용하는 방법을 빔의 특정 그룹에 대해서 나타내는 플로우도다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 7의 기지국의 빔 스위칭 로직이 사용하는 빔 스위칭 알고리즘을 나타내는 플로우도다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 특정 빔의 개념을 확인하기 위해서 가입자국이 수행하는 처리를 나타내는 플로우도다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 7의 가입자국 할당 로직이 수행하는 처리를 도시한 플로우도다.

도 12 및 13은 각 그룹에 대한 임의의 직교 빔들과, 각 그룹에 대한 임의의 비직교 빔들을 이용할 때 얻는 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.

본 발명의 실시 예들의 기술은, 복수의 전기통신 유닛들과 통신할 때 고정된 멀티빔 기술을 이용하는 다양한 서로 다른 포인트 투 멀티포인트 디바이스들에 적용될 수 있고, 따라서 그러한 통신은 포인트 투 멀티포인트 통신이다. 본 발명의 실시 예를 기술할 목적으로, 기지국은 그러한 포인트 투 멀티포인트의 예로서 고려되는데, 이 기지국(BS)은 무선 네트워크의 한 셀 내에 설치되어 그 셀 내부에 설치된 복수의 가입자국(SS)들과 통신한다. 도 2는 3개의 전기통신 셀과 관련해서 무선 네트워크 내부에 설치되는 3개의 BS 105, 135, 165를 개략적으로 도시한 도면이다. 각 셀은 3개의 섹터로 분리되고, 각 기지국은 1개 이상의 안테나 어레이를 이용해서 서로 다른 빔들을 이용하는 섹터들로 송신하도록 구성된다. 따라서, 지지국(105)은 섹터 100에 송신하기 위한 빔, 섹터 110에 송신하기 위한 빔, 섹터 120에 송신하기 위한 빔을 생성할 수 있는 안테나 어레이를 갖는다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 각 기지국은 1개 이상의 그룹으로 배열된 다수의 빔 세트들을 발생할 수 있는 빔 세트 발생 로직을 갖고, 시간 내의 어떤 지점에서든 1개의 세트가 이용된다. 이들 세트들은 세트 A, 세트 B 및 세트 C로서, 도 2에 개략적으로 언급되어 있다. 따라서, BS(105)를 고려하면, 그것의 빔 세트 발생 로직은 빔 A1, A4 및 A7로 이루어진 한 세트를 생성할 것이고, 빔 B1, B4, B7으로 이루어진 또 다른 세트를 생성할 것이며, 또 빔 C1, C4 및 C7로 이루어진 제 3 세트를 생성할 것이다. 시간 내의 어떤 지점에서든, BS(105)이 발생한 빔 세트들 중 하나를 이용해서 3개의 섹터 100, 110, 120으로 BS(105)가 송신될 것이다.

BS 135 및 165는 같은 방식으로 그들의 대응하는 3개의 빔 세트를 생성하도 록 동작한다. 이 빔은 또한 그룹들로 배열되고, 각 그룹은 셀의 특정 섹터와 관련되어 있다. 따라서, 기지국(105)을 다시 고려하면, 3개의 빔 그룹이 발생하는데, 제 1 그룹은 빔 A1, B1, C1로 이루어지고, 제 2 그룹은 빔 A4, B4, C4로 이루어지며, 제 3 그룹은 빔 A7, B7, C7로 이루어진다. 본 발명의 실시 예들에 의하면, 각 그룹 내의 빔들은 서로에 관해서 직교하므로, 이전에 언급한 바와 같이 한 개의 빔을 이용해 그룹이 커버하는 지리학상의 영역을 커버하는 경우에 달성되는 것보다 큰 안테나 게인의 엔벨로프(envelope)가 얻어진다. 또한, 어떤 특정 세트를 고려하면, 그 세트 내의 각 빔은 그 세트 내의 다른 빔들에 관해서 임의로 발생한다. 따라서, 한 예로서 기지국(105)을 고려하면, 빔 A1, A4 및 A7은 빔 B1, B4, B7, 빔 C1, C4, C7와 같이 서로에 관해서 임의로 발생하고, 이것은 어떤 특정 그룹 내에서 빔들이 서로 직교한다고 하는 제한을 관측하면서 행해진다.

각 세트 내의 빔 발생의 램덤 성질로 인해, 각 BS 105, 135, 165에 있어서의 빔 세트 발생 로직이 서로 독립적으로 동작하더라도, 이들 BS가 발생하는 3개의 개별적인 빔 세트는 그 세트 내의 각 빔이 그 세트 내의 어떤 다른 빔에 관해서 임의로 발생하는 증대된 세트를 형성하는 것으로 총체적으로 생각할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 무선 네트워크가 도시된 3개의 BS 105, 135, 165만으로 구성되는 단순한 경우를 고려하면, 빔 A1~A9으로 구성되는 네트워크 와이드(wide) 빔 세트 A, 빔 B1~B9로 구성되는 네트워크 와이드 빔 세트 B, 및 빔 C1~C9로 구성되는 네트워크 와이드 빔 세트 C가 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 어떤 특정 네트워크 와이드 세트에 있어서, 각 빔은 그 세트에서의 어떤 다른 빔에 관해서 임의로 발생 하고, 각 그룹에 대해서, 그 그룹의 빔들은 서로 직교할 것이다.

본 발명의 실시 예들에 의하면, 네트워크에 있어서의 각 기지국 105, 135, 165는 동기신호를 수신하도록 구성되고, 또 그 동기신호에 의존해서 다양한 빔 세트들 간을 스위칭하는 시간을 결정하도록 구성되기 때문에, 무선 네트워크에 있어서의 각 기지국은 동시에 그 빔 세트 간을 스위칭한다. 일 실시 예에 있어서, 그 셀에 있어서의 각 BS와 관련된 SS 간의 통신은 프레임으로 포맷되고, 동기신호는 각 BS가 프레임의 시작부분에서의 그 빔 세트 간을 스위칭하는 것을 보증하기 위해 사용된다. 그러한 스위칭을 달성할 수 있는 방법은 많이 있다. 예를 들면, 각 BS는 각 프레임의 개시부분에서의 그 빔 세트들 간을 스위칭하도록 구성되거나 모든 n번째 프레임만을 스위칭하도록 구성될 수 있다. 또, 각 기지국은 프레임을 통해서 어느 정도 빔 세트들 간을 스위칭하도록 구성되어도 된다. 이것은 예를 들면 각 BS로부터 그 관련된 SS까지의 다운링크 통신이 프레임의 특정 부분 동안 발생하고, 그 프레임의 부분의 개시 시간이 네트워크에 있어서의 모든 BS에 대해서 동일한 경우에 가능하다.

본 발명의 하나의 특정 실시 예에 있어서, 각 BS와 그 관련된 SS 간의 무선 통신은 IEEE 802.16 통신이며, 각 프레임은 SS로부터 그와 관련된 BS로의 업링크 통신을 위한 업링크 프레임과, BS로부터 그와 관련된 SS로의 다운링크 통신을 위한 다운링크 서브프레임으로 이루어진다. IEEE 802.6 통신 표준에 의하면, 업링크 서브프레임은 다운링크 서브프레임에 관한 시간 또는 주파수로 분리될 수 있다. 다운링크 서브프레임은 전체 무선 네트워크를 가로질러 동시에 시작하도록 구성되거나 구성되지 않을 수도 있다.

도 3 내지 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 개개의 프레임에 사용되는 랜덤 빔 세트들의 예를 나타낸다. 이 예에 있어서는, 무선 네트워크가 그 내부에 7개 이상의 BS를 갖는다는 것을 인식하더라도, 7개의 BS와 관련된 패턴들이 도시되어 있다. 이전의 예과 같이, 각 BS 셀은 3개의 분리된 섹터들로 구성되는 것으로 간주한다. 도 3은 프레임 번호 0, 3, 6, 9 등에 대하여 각 BS가 사용하는 빔들을 나타낸다. 도 4는 프레임 번호 1, 4, 7, 10 등에 대하여 사용되는 빔들을 나타내고, 도 5는 프레임 2, 5, 8, 11 등에 대하여 사용되는 빔들을 나타낸다. 따라서, 이 실시 예에 있어서, 도 3은 (전반적인 네트워크 와이드 빔 세트 A를 제공하는 것으로 간주하는)각 기지국에 대한 빔 세트 A를 나타내는 것으로 보여질 수 있고, 도 4는 (네트워크 와이드 빔 세트 B를 형성하는 것으로 간주하는) 각 기지국에 대한 빔 세트 B를 나타내며, 도 5는 (네트워크 와이드 빔 세트 C를 형성하는 것으로 간주하는) 각 BS에 대한 빔 세트 C를 나타낸다. 네트워크 와이드 빔 세트 A, 즉 빔 200, 202, 204, ..., 248, 250, 252에 있어서의 모든 빔은 서로에 관해서 임의로 발생한다. 마찬가지로, 빔 세트 B에 있어서의 모든 빔, 즉 빔 300, 302, 304, ...,348, 350, 352는 서로에 관해서 임의로 발생하고, 마찬가지로, 빔 세트 C의 모든 빔, 즉 빔 400, 402, 404, ...,448, 450, 452는 서로에 관해서 임의로 발생한다. 또한, 각 그룹 내에 있어서, 각 BS 내부의 빔 세트 발생 로직은, 그 그룹 내부의 빔들이 서로 직교하는 것을 보증한다. 따라서, 예를 들어, 빔 202, 302, 402는 서로 직교한다.

그러한 임의로 발생한 빔을 이용하면, 무선 네트워크 내부의 CCI 레벨을 상당히 줄일 수 있다. 이것은, 동일 채널을 이용해서 동시에 브로드캐스트되는 빔들이 송신의 서로 다른 형상 및 서로 다른 주 방향을 갖는다는 사실에 의한 것이고, 이것에 의해 특히 셀들 사이에서 발생하는, CCI의 레벨이 전체적으로 낮아진다. 한 예로서, 그것은, 도 3을 고려하면 각 빔 200, 202, 204, 206, 208, 210, 212이 동일 채널 상에 송신되고, 빔 220, 222, 224, 226, 228, 230, 232가 서로 다른 채널 상에 브로드캐스트되며, 빔 240, 242, 244, 246, 248, 250, 252이 또 다른 채널 상에 브로드캐스트되는 경우일 수 있다. 대표적인 종래기술 시스템에 있어서는, 동일 채널을 이용하는 빔들이 전파의 주된 방향 및 유사한 형상을 가질 것 같고, 이것에 의해 각 섹터 내부에 CCI가 발생한다. 그렇지만, 본 발명의 실시 예들의 기술을 이용하면, 이 CCI 레벨이 상당히 감소하는 것으로 관측된다. 이것은 동일한 채널을 이용하는 각 빔이 나타내는 전파의 서로 다른 빔 형상 및 방향에 의한 것이다(예를 들면 도 3에 있어서의 빔 200, 202, 204, 206, 208, 210, 212를 비교 및 대조).

무선 네트워크 내에서 관측된 CCI 레벨을 감소시키는 것과 함께, 본 발명의 실시 예들은 다른 이점도 발생할 수 있다. 상기에서 설명한 실시 예에 있어서, 각 BS는 하나의 프레임의 기간 동안 한 개의 빔을 이용하여 각 섹터로 송신된다. 그 결과, 데이터 레이트를 더 높게 하고 범위 연장을 더 길게 할 수 있는 최대의 송신 전력을 이용할 수 있다. 이것은 SDMA(Spatial Division Multiple Access) 접근방법과 대조적인데, 여기서 전력은 동시에 송신된 빔들 중에 (일반적으로 균등하게) 분배된다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 빔 스위칭은 각 프레임의 시작부분에서 발생하고, 다수의 SS는 그 프레임 내부에서, 예를 들면 TDMA 원리를 이용해서 스케줄될 것이다. 본 발명의 실시 예에서는 빠른 빔 스위칭을 이용하기 때문에, 멀티 유저 다이버서티(multi-user diversity)를 이용할 수 있다. 무선 멀티 유저 전기통신 시스템에 있어서, 채널 품질은 시간에 따라 변화하고, 이 특성은 빠른 페이딩(fast fading)으로서 알려져 있다. 어떤 미리 결정된 시간 순간에 일부 SS는 다른 것보다 더 나은 채널 조건을 경험할 것이다. 데이터가 가장 높은 채널 품질로 SS에 송신될 수 있으면, (스루풋에서 측정되는) 전체 시스템 성능이 개선될 것이다. 멀티 유저 다이버서티는 이 SS 채널들의 시간 변화 특성을 이용한다. 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 페이딩의 서로 다른 레벨들은 (CCI로 인해) 실제로 인공적으로 발생하고, 그러한 실시 예들은 가장 좋은 채널 품질로 유저 그룹(들)(즉, 특정 빔과 관련된 SS)을 스케줄하려고 시도한다.

본 발명의 실시 예들에 의하면, 전체 네트워크가 동기화되고, 특히 이 네트워크에 있어서의 모든 BS는 공통 동기신호, 예를 들면 공통 외부 클럭이 발생하는 신호를 수신한다. 그 다음에 빔 스위칭이 동기화된 방식으로 발생하고, 일 실시 예에 있어서는 이것은 각 프레임의 시작부분에서 발생하고 있다. 그 결과, 어떤 특정 SS에 의해 관측된 CCI는 프레임의 기간 동안 변화가 없지만, 각 프레임의 시작부분에서는 신규 CCI 레벨로 갑자기 점프한다. 그 결과, CCI는 시클로스테이셔너리 처리(cyclostationary process)를 따른다. 이 시클로스테이셔너리 처리의 기간은 무선 네트워크에 사용된 다양한 빔 세트의 LCM(Least Common Multiple)와 같다. 도 6 은 BSO라고 칭하는 특정 기지국과 관련되어 있지만, 다른 기지국, 즉 BS1 및 BS2가 발행한 동일 채널 상의 빔로 인해 어떤 CCI를 관측하는 특정 SS에 의해 관측된 다양한 CCI 레벨을 나타내는 차트이다. 도 6에 도시한 바와 같이, BS1은 빔 "a"를 이용해서 프레임 0 상에, 빔 "b"를 이용해서 프레임 1 상에, 빔 "c"를 이용해서 프레임 2 상에 송신된 후, 다음 프레임 상에서 빔 "a"로 되돌아간다. BS2는 마찬가지로 이하의 빔 시퀀스 "A, B, C, A 등"을 이용한다. 빔 "a" 및 "A"은 CCI 레벨 "L1"을 발생하는데 기여하고, 빔 "b" 및 "B"은 CCI 레벨 "L2"을 발생하는데 기여하며, 빔 "c" 및 "C"은 CCI 레벨 "L3" 등을 발생하는데 기여한다. 3과 3의 LCM은 3이므로, CCI의 통계치는 제 3 프레임마다 반복된다.

각 BS가 동일 개수의 빔 세트를 생성한다는 것은 필수사항이 아니라는 점에 유점해야 한다. 예를 들면, BS의 한 개의 세트는 도 2를 참조하여 이전에 설명한 것처럼, 그룹마다 3개의 고정된 빔을 생성하지만, 네트워크에 있어서의 다른 BS들은, 그룹마다 2개의 빔을 생성하며, 즉 빔의 2세트를 생성한다. 2와 3의 LCM은 6이므로, 그러한 실시 예에 있어서 CCI의 통계치는 제 6 프레임마다 반복될 것이다.

후에 설명한 것처럼, 일 실시 예에 있어서, 각 SS는 지리학상의 영역인 빔 그룹 내부의 특정 빔과 관련되어 있기 때문에 그 특정 빔이 사용될 때 필요한 예정 시간에 도달한다. 제안된 스케줄링 방식에서의 레이턴시를 최소화하기 위해서, 가능한 낮게 LCM을 유지하지만, 동시에 높은 유저 및 시스템 스루풋을 확보하는 것이 유리하다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국을 도시한 블록도다. 도 7에 나 타낸 이 기지국(490)은 업링크 빔포머 로직(500)에 의해 제어되는 업링크 안테나 어레이(502)를 포함해서 기지국에 의해 커버(cover)된 셀 내부의 SS로부터 기지국(490)에 발행된 신호를 수신한다. 업링크 빔포머 회로(500)는 제어로직(505)에 의해 제어되고, 셀 내부의 SS로부터의 신호들의 수신을 최적화하기 위해서 다수의 공지기술 중 어느 것인가에 따라 업링크 안테나 어레이(502)에 웨이트(weight)를 가하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시 예들에 의하면, 다운링크 빔포머 로직(560)에 의해 제어되는 다운링크 안테나 어레이(562)를 설치해서 한 세트의 빔을 시간 내의 어떤 지점에서든 생성하는데, 여기서 각 세트는 1개 이상의 빔을 포함할 수 있다. 후에 더 상세히 설명하지만, 빔 세트 발생기 로직(530)은 다수의 빔 세트, 이 실시 예에서는 세트 A(540), 세트 B(542), 및 세트 C(544)를 발생하도록 구성되고, 그 후에 그것은 다운링크 빔포머 로직(560)을 구동하는데 이용하는 저장소(535)에 저장된다. 하나의 특정 실시 예에 있어서, 기지국은 다수의 섹터들을 커버하고, 각 섹터에 대해서는 세트 A로부터의 1개의 빔, 세트 B로부터의 1개의 빔 및 세트 C로부터의 한 개의 빔으로 이루어진 빔의 그룹이 할당된다. 그룹 내의 빔들은 서로 직교한다. 따라서, 특정 실시 예에서, 기지국(490)이 그것과 관련된 4개의 섹터를 가졌다면, 각 세트 540, 542, 544는 일반적으로 4개의 빔을 구비하므로, 3개의 빔의 4개의 그룹은 저장소(535) 내부에 저장된다.

세트 540, 542, 544 중 한 세트의 내부의 빔을 시간 내의 어떤 지점에서든 식별하는 세트 정의 정보를 다운링크 빔포머 로직(560)에 발행하기 위한 빔 스위칭 로직(550)이 설치되어 있는데, 이 빔 스위칭 로직(550)은 공통 외부 클럭으로부터 수신된 동기신호(552)에 근거해서 세트들 간을 스위칭하도록 구성된다. 세트 정의 정보는 세트는 일반적으로 어떤 특정 프레임에 대해서 기지국이 출력하는 섹터마다 한 개의 빔을 생성하기 위해서 안테나 어레이(562)의 개개의 안테나에 인가되는 빔 형성 웨이트의 확인을 포함할 것이다. 따라서, 제 1 프레임 중에서, 빔 스위칭 로직(550)은 세트 A(540)에 대해서 정의된 빔 형성 웨이트를 출력하고, 다음 프레임 중에 세트 B(542)와 관련된 빔 형성 웨이트를 출력하며, 그 후에 다음 프레임에서 세트 C(544)와 관련된 빔 형성 웨이트를 출력한다.

네트워크에 SS가 표시되면, 일반적으로 수용가능한 통신 링크를 확인하려고 시도할 것이다. 특히, 수용가능한 통신 링크를 경험했던 프레임의 표시를 다시 기지국으로 보낼 것이다. 이 정보는 일반적으로 안테나 어레이(502)에서 수신된 업링크 통신에 포함될 것이고, 업링크 빔포머 로직(500)을 통해서 수신기(510)에 라우트될 것이다. 이 프레임 확인은 가입자국 할당 로직(520)에 라우트될 것이다. SS 할당 로직(520)은 사용했던 특정 빔 세트를 프레임 번호로부터 식별할 수 있을 것이다. 또한, 수신된 신호에 포함된 섹터 ID는 표시를 수신했던 채널을 식별할 것이고, SS 할당 로직(520)은 관련 그룹 내부의 실제의 어느 빔이 SS에 의해 수신되었는가를 빔 스위칭 로직(550)을 참조해서 결정할 수 있다.

일단 SS 할당 로직이 SS에 의해 어느 빔이 관측되었는지를 판정했을 경우, 그것은 SS 데이터베이스(525) 내부의 SS에 그 빔을 할당한다. 따라서, 기지국(490)과 관련된 각 SS가 사인 온(sign on)함에 따라, 그 SS와 통신하기 위해 사용될 수 있는 빔을 확인하는 SS 데이터베이스(525) 내에 엔트리가 할당될 것이다.

다운링크 프레임 발생기(555)가 기지국(490)과 관련된 SS에 라우트(routed)되는 데이터 트래픽을 수신한다. 다운링크 프레임 발생기(555)는 빔 스위칭 로직(550)으로부터 어느 빔 세트 540, 542, 544가 어떤 특정 지점에서 사용되고 있는지 알고 있고, 또 SS 데이터베이스(525)로부터 어느 SS들이 그 빔과 관련되어 있는지 알고 있다. 따라서, 다운링크 프레임 발생기(555)는 이 정보를 이용해서 어느 빔이 각 SS와 통신하기 위해 사용되어야 하는지에 관한 지식과, 트래픽이 미리 정해져 있는 SS에 따라 트래픽을 스케줄할 것이다. 예를 들면, 데이터 트래픽의 일부가 세트 B(542)로부터의 빔과 관련되어 있는 특정 SS에 대해서 미리 정해져 있지만, 세트 A(540)가 다음 프레임에 대해서 사용되면, 다운링크 프레임 발생기(555)는 빔 세트 B와 관련된 SS에 대한 데이터 트래픽보다 앞서서 세트 A(540)로부터의 빔과 관련되어 있는 SS에 대해서 미리 결정된 데이터 트래픽의 또 다른 패킷을 스케줄할 것이고, 대신 빔 세트 B(542)가 사용될 때까지 그 데이터 트래픽을 다시 보유할 것이며, 그 지점에서는 그 데이터 트래픽이 프레임의 다운링크 부분에 포함되기 위해서 스케줄될 수 있다.

다운링크 서브프레임 자신들은 다양한 방식으로 구성될 수 있다는 것과, 일례로서, 각 서브 프레임의 포맷이 통신이 따르는 특정 표준에 의해 정의될 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 이해할 것이다.

도 7의 빔 세트 발생기(530)는 다양한 방식으로 배열될 수 있고, 만약 1개 이상의 그룹으로 배열된 다수의 빔 세트를 생성하면, 각 그룹은 각 세트로부터의 1 개의 빔을 포함하고, 각 그룹 내에서 그 그룹의 빔들은 서로에 관해서 직교하며, 각 세트 내부에서 그 세트의 빔들은 서로 임의로 발생한다. 도 8은 일 실시 예에 있어서 각 그룹의 빔을 생성하기 위해 수행된 처리를 나타내는 플로우도다.

스텝 600에서는, 각 그룹 내의 빔 B의 개수는 안테나 소자들 N의 개수와 같이(즉, 그 그룹에서 빔들을 생성하기 위해 사용된 어레이(562)에 있어서의 안테나의 개수), 정의된다. 이 실시 예에 의하면, 빔 B의 개수는 안테나 소자 N의 개수 와 같거나 적은 것이 필요하다.

그 후 스텝 610에서, N x N 랜덤 복합 매트릭스 A는 빔 세트 발생기(530)에 의해 발생한다.

단일 매트릭는 조건 U^HU=I를 충족하고, 여기서 I는 아이덴티티(identity) 매트릭스이고, U^H는 U의 컨주게이트(에르미트;Hermitian) 트랜스포스(conjugate transpose)를 나타낸다. U의 컬럼은 정규직교 세트

을 형성하고, 여기서 벡터는 서로 수직이고, 단위 표준은 아래와 같다.

단일 매트릭스의 발생은 종래기술에서는 잘 알려져 있다. 단일 매트릭스 발생 방법의 일례는 SVD(Singular Value Decomposition)이고: 스텝 610에서 발생된 랜덤 N x N 매트릭스 A로부터 개시하면, A의 SVD가 스텝 620에서 행해져서 아래와 같이 산출된다.

여기서 U 및 V는 단일 매트릭스이고, S는 소자들이 A의 싱귤러(singular) 값인 대각선 매트릭스이다. 원하는 단일 빔포밍 매트릭스는 U 또는 V로 설정될 수 있다. 그 후, U 또는 V로부터의 어떤 B 컬럼들은, 그룹 내의 각 빔에 대한 빔 포밍 웨이트를 형성하도록 스텝 630에서 선택된다.

예 : 안테나의 개수 N=3, 빔의 개수 B=3으로 하자, 랜덤 매트릭스 A는 다음과 같이 주어지는 것으로 하자.

SVD는 단일 매트릭스 U를 회복했는데, 그것은 다음과 같다.

이와 같이, 프레임 번호 1에서는 빔 벡터 웨이트 u₁이 이용될 것이다. 프레임 번호 2에서는, 빔 벡터 웨이트 u₂가 사용될 것이고, 프레임 번호 3에서는 빔 웨이트 u₃가 사용될 것이다. 이 빔 웨이트는 다음과 같다.

예를 들면, 프레임 번호 3에서, 데이터에는 0.5022-0.3175i의 가중치가 부여되고, 이 데이터는 제 1 안테나로부터 송신된다. 프레임 넘버 3 중, 데이터에는 또한 -0.4667+0.3333i의 가중치가 부여되고, 이 데이터는 제 2 안테나로부터 송신되며, 최종적으로 데이터에는 -0.5528-0.1121i의 가중치가 부여되고, 이 데이터는 제 3 안테나로부터 송신된다.

상술한 처리는 각 그룹에 대한 빔들의 정의를 산출하고, 이 처리는 빔 세트 발생 로직에 의해 생성된 각 다음 그룹에 대해서 반복된다. 예를 들면, 3개의 섹터로 구성된 기지국(490)에 있어서, 이 처리는 일반적으로 3회 반복되어 빔의 3개의 서로 다른 그룹을 생성할 것이고, 각 섹터에 대해서 하나 생성할 것이다. 스텝 610에서는 N x N 랜덤 복합 매트릭스가 발생하기 때문에, 각 세트 내부에서는 빔들이 서로 임의로 발생한다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 9는 일 실시 예에 따른 도 7의 빔 스위칭 로직(550)의 동작을 나타내는 플로우도이다. 스텝 650에서의 처리의 시작에 따르면, 빔 스위칭 로직(550)은 스텝 655에서 동기화를 기다린다. 이것은 공통 외부 클럭으로부터 경로(552) 상의 동기 신호의 수신시에 달성될 것이다. 그 후, 스텝 660에서, 빔 인덱스 값 b가 1로 설정된다. 그 후, 스텝 665에서는 빔 스위칭 로직(550)이 빔 인덱스 b와 관련된 세트에 대한 빔포밍 웨이트를 다운링크 빔포머 회로(560)에 라우트한다. 따라서, 도 7을 고려하면, 하나의 빔 인덱스 b는 세트 A(540)과 관련되어 있다.

스텝 670에서는, 신규 프레임이 시작되었는지 여부를 판정한다. 그렇지 않다면, 동일 빔 인덱스를 이용해서 다운링크 빔포머 회로(560)에 전달되는 빔포밍 웨이트를 발생한다. 그렇지만, 신규 프레임의 시작 시에, 이 처리는 스텝 675로 진행되고, 여기서 빔 인덱스 b가 증가한다. 그 후, 스텝 680에서는, b가 B보다 큰지, 즉 빔 그룹 내의 빔의 개수보다 큰지 여부를 판정한다. 만약 그렇지 않으면, 이 처리는 스텝 665로 되돌아가고, 여기서 신규 증가한 빔 인덱스를 빔 스위칭 로직(550)이 이용해서 빔포밍 웨이트의 신규 세트를 다운링크 빔포머 회로(560)에 출력한다. 따라서, 도 7을 참조하면, 이것에 의해 신규 빔의 세트가 사용되게 된다.

스텝 680에서는 b가 B보다 크다고 판정하고, 처리가 스텝 660으로 되돌아가는데, 여기서 빔 인덱스는 1로 리셋되고, 그 후에 처리가 계속된다.

상기 예에 있어서, 경로 552 상에 수신된 동기신호만이 처음에 한번 수신될 필요가 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 그렇지만, 다른 실시 예에 있어서는, 각 기지국 내의 스위치 타이밍이 다른 기지국에서의 타이밍에 관해서 드리프트(drift)하기 시작하지 않는다는 것을 보증하기 위해 동기신호가 좀더 자주 수신되어도 된다. 도 9의 처리는 동기신호가 수신될 때마다 반복될 수 있다. 또, 신규 동기신호를 이용해서 스텝 670에서 신규 프레임의 시작의 결정에 영향을 줄 수 있다.

도 10은 기지국(490)이 특정 빔에 SS를 할당할 수 있게 하기 위해서 무선 네트워크 상에 사인 온할 때 SS에서 수행되는 처리를 나타내는 플로우도다. SS는 일반적으로 도 10에 나타낸 것들 이외의 절차를 수행하지만, 도 10은 단순히 특정 빔에 SS를 할당하는데 필요한 스텝들을 나타내도록 되어 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 스텝 700에서는, 사인 온 처리가 시작되거나 재개되고, 그 후 스텝 705에서는 수용가능한 통신 링크와 프레임 번호를 관련시키기 위해서 SS가 다운링크 통신을 모니터한다. 그 후, 스텝 701에서는, SS가 그 특정 프레임 동안에 그것의 존재를 인정한다. 하나의 특정 실시 예에 있어서, 다운링크 서브프레임은 관련된 업링크 서브프레임의 포맷을 확인하는 업링크 맵을 포함한다. SS가 수용가능한 SINR로 그 다운링크 서브프레임을 수신하면, 그것은 기지국에 라우트된 관련 업링크 서브프레임 내에 적정신호를 포함으로써 그것의 존재를 인정할 것이다. 그러한 실시 예에 의하면, 채널 품질이 수용가능한 경우 SS가 프레임 중에 그 존재를 인정하는 것이 중요한데, 왜냐하면 SS가 수용가능하다는 것을 찾아냈던 다운링크 서브프레임을 기지국이 확인할 수 있는 관련 업링크 서브프레임에 신호가 포함되어 있기 때문이다. 그렇지만, 다른 실시 예에 있어서는, 수용가능한 SINR로 수신한 특정 다운링크 서브 프레임을 SS가 기지국에 대해서 확인할 수 있는 다른 메카니즘이 있다는 것을 인식할 것이고, 그 경우에 정보가 동일한 프레임 중에서 기지국으로 돌아가 라우트되는 것이 필요하지 않다. 예를 들면, 대신, SS는 프레임이 정확히 디코드될 때 프레임 번호를 다시 보낼 것이다.

도 7을 참조하여 이전에 설명한 것처럼, 일단 스텝 710에서의 SS에 의해 발 행된 승인을 BS가 수신하면, BS 내부의 SS 할당 로직은 그 SS를 특정 빔에 할당할 수 있고, 알고 있는 것을 문제의 프레임에 사용했으며, 이 정보는 그 SS에 다운링크 통신을 스케줄할 때 다음에 사용하기 위한 SS 데이터베이스(525)에 저장되어 있다.

도 11은 개개의 SS를 특정 빔에 할당하는 것을 주기적으로 갱신하기 위해 사용되는 세분처리를 나타낸다. 스텝 705에서는, 특정 SS가 네트워크에 사인 온하고, 그 후에 스텝 755에서는 도 10을 참조하여 이전에 설명한 서명 처리를 행하여 특정 빔을 SS와 관련시키고, 이 정보는 SS 데이터베이스(525) 내에 저장되어 있다.

그후, 스텝 760에서는, SS 할당 로직(520)이 주기적으로 SS에게 요청해서 고정된 기간 동안 채널 품질을 보고하도록 구성된다. 예를 들면, 기지국이 각 그룹 내에 3개의 빔을 갖는 경우, 기지국은 SS에게 요청해서 3의 배수인 고정된 기간 동안 각 프레임에 대해서 SINR 표시를 제공한다. 특정 실시 예와 같이, 기지국은 SS에게 요청해서 30개의 프레임에 대하여 SINR 값을 제공하고, 따라서 그것은 그룹 내의 3개의 빔의 각각에 대하여 10개의 SINR 값을 제공한다.

그 후, 스텝 765에서는, SS 할당 로직(520)이 SS가 보고하도록 요청되었던 고정된 기간 동안 평균화된 각 다운링크 빔에 대한 SINR 통계치를 산출할 수 있다. 이전의 예를 이용하면, 이 SINR 통계치가 각 빔에 대하여 수신된 10개의 값에 걸쳐 평균화될 수 있다. 그 후, SS 할당 로직(520)은 SS에 최상의 빔, 즉 최상의 SINR 통계치를 갖는 것을 할당할 수 있다. 이것은 스텝 755에서 SS와 본래 관련되었던 동일 빔일 수 있지만, 예를 들어 통신 경로에 영향을 미치는 조건의 변화로 인해 또는 제 1 경우에 있어서 SS가 차선의 선택을 했기 때문에, 실제로는 서로 다른 빔일 수 있다.

스텝 760 및 765는 필요에 따라 주기적으로 반복될 수 있다. 상기 세분 스테이지는 SINR과 특정 SS에 적합한 대응하는 MCS를 산출하기 위해서 BS를 가장 잘 배치하는 방법을 채용하는데, 왜냐하면 BS가 CCI의 기초적인 시클로스테이셔너리 성질의 지식을 지니고 있기 때문이다. P는 CCI의 시클로스테이셔너리 처리의 기간을 나타내면, 평균 SINR은 SS로부터의 모든 P번째의 SINR 리포트를 이용해서 산출된다. 다른 방법에 있어서, SS는 그 자체가 현재와 이전의 SINR 추정치를 평균화함으로써 SINR를 산출하도록 구성될 수 있지만, 이것이 효율적인 접근방법인 경우, SS가 CCI의 기초적인 시클로스테이셔너리 성질에 관한 지식을 가져야 하기 때문에, 정확한 값이, 예를 들어 시클로스테이셔너리 처리가 제 3 프레임마다 반복된다고 가정하면 제 3 값마다 평균화되는 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 실시 예들을 이용하면, 무선 네트워크 내의 특히 효율적인 포인트 투 멀티포인트 통신이 고정된 멀티빔 접근법을 이용해서 달성될 수 있다. 시간 내의 어떤 지점에서든, 한 개의 빔 세트가 사용되고, 그 세트 내의 각 빔을 그 세트 내의 다른 빔에 관해서 임의로 발생한다. 그것에 의해 무선 네트워크 내부의 수용하는 전기통신 유닛들에서 관측된 CCI가 상당히 감소한다는 것을 알았다.

또, 다수의 빔 세트들은 1개 이상의 그룹으로 배열되고, 각 그룹은 각 세트로부터의 1개의 빔을 포함하고, 각 그룹 내부에는, 그 그룹의 빔들이 서로 직교하고 있다. 직교 빔을 이용하는 이점을, 도 12 및 도 13에 나타낸 시뮬레이션 결과를 참조하여 더 설명할 것이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 한 개의 섹터화된 안테나 시스템을 이용(즉, 섹터에 대해서 1개의 빔을 생성하는)할 때의 안테나 게인(대시선)이 도시되어 있다. 안테나 게인은 각도 변위의 함수로서 표시되어 있다. 예를 들면, 0도에서, 가입자국은 18dBi의 최대의 안테나 게인을 수신할 것이다. 동일 도면에서는, 3개의 랜덤(방향 및 형상에 있어서) 빔을 형성하는 3개의 안테나 소자로 구성된 안테나 어레이의 게인도 도시되어 있다. 이 빔들은 서로 직교하도록 설계되어 있다. 어떤 방향에서든지, 한 개의 섹터화된 안테나 시스템보다 큰 안테나 게인을 산출하는 빔이 있다는 점에 유념해야 한다. 이와 같이, 안테나 어레이 게인은 3개의 빔의 엔벨로프(envelope;최대)이다. 도 13에서는, 빔들이 직교 원리를 충족하지 않는 경우에 안테나 어레이 게인이 도시되어 있다. 이 빔들은 방향 및 형상이 임의적이지만, 불행하게도 한 개의 안테나에 관해서는 개량된 게인을 항상 보증할 수 없다.

더 나아가서, 임의로 발생하고 있는 본 발명의 실시 예들의 빔에 의해(각 그룹 내의 직교에 대한 필요성에 불구하고), 캘리브레이션되지 않은(non-calibrated) 안테나 어레이에 본 발명의 실시 예들의 원리를 사용할 수 있어, 캘리브레이션된 어레이를 이용하는 시스템과 관련된 추가적인 복잡성 및 비용을 피할 수 있다.

여기에서 특정 실시 예에 대해서 기술했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 청구범위 내에서 다양한 변형 및 추가가 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 이하의 종속 청구항들의 특징들과 본 발명의 청구범위로부터 벗어나지 않고 독립 청구항들의 특징들과의 다양한 조합이 가능하다.

Claims

복수의 전기통신 유닛들과의 무선 통신을 제공하기 위한 무선 네트워크에 사용하는 포인트 투 멀티포인트 디바이스로서, 상기 포인트 투 멀티포인트 디바이스로부터 상기 전기통신 유닛들로의 통신을 위해, 상기 포인트 투 멀티포인트 다바이스가 다수의 빔 세트를 이용하도록 동작하며, 시간 내의 어떤 지점에서든 한 개의 세트가 이용되고, 상기 포인트 투 멀티포인트 디바이스는,

1개 이상의 그룹으로 배열된 다수의 빔 세트를 발생하는 빔 세트 발생 로직 - 각 그룹이 각 세트로부터의 1개의 빔으로 이루어져 있고, 각 그룹 내에서 그 그룹의 빔들이 서로 직교하며, 각 세트 내의 각 빔은 그 세트 내의 다른 빔과 관련해서 임의로 발생하고-과,

상기 무선 네트워크에 있어서의 모든 포인트 투 멀티포인트 디바이스들에 발행된 동기신호를 수신하는 인터페이스와,

상기 동기신호를 고려해서, 상기 포인트 투 멀티포인트 디바이스가 한 개의 빔 세트로부터 다른 빔 세트로 스위칭하는 스위치 시간을 결정하는 빔 스위칭 로직 - 상기 스위치 시간은 상기 무선 네트워크에 있어서의 모든 포인트 투 멀티포인트 디바이스들에 대해서 동일하며-과,

상기 빔 스위칭 로직에 의해 제어되어, 빔 세트들 중 하나를 시간 내의 어떤 지점에서든 생성하여 통신을 형성하는 데이터를 상기 전기통신 유닛들에 송신하는 안테나 어레이를 구비한 것을 특징으로 하는 포인트 투 멀티포인트 디바이스.
제 1 항에 있어서,

각 세트는 다수의 빔들로 이루어진 것을 특징으로 하는 포인트 투 멀티포인트 디바이스.
제 2 항에 있어서,

상기 포인트 투 멀티포인트 디바이스는 복수의 섹터들 내에 무선 통신을 제공하고, 각 그룹은 상기 섹터들 중 하나와 관련되어 있는 것을 특징으로 하는 포인트 투 멀티포인트 디바이스.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

각 전기통신 유닛에 대하여, 그 전기통신 유닛으로부터 상기 포인트 투 멀티포인트 디바이스에 발행된 리포트 신호에 근거해 빔들의 적어도 하나에 그 전기통신 유닛을 할당하도록 동작가능한 전기통신 유닛 할당 로직을 더 구비한 것을 특징으로 하는 포인트 투 멀티포인트 디바이스.
제 4 항에 있어서,

상기 리포트 신호는 전기통신 유닛이 상기 무선 네트워크에 로그 온 할 때 상기 포인트 투 멀티포인트 디바이스에 발행되고, 세트 내의 빔들 중 하나의 수신을 전하는 상기 리포트 신호는 그 시간에 안테나 어레이에 의해 생성되며, 상기 전기통신 유닛 할당 로직은 상기 리포트 신호에 응답해서 적어도 전기통신 유닛이 수신한 빔에 전기통신 유닛을 할당하는 것을 특징으로 하는 포인트 투 멀티포인트 디바이스.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 전기통신 유닛 할당 로직은 각 전기통신 유닛에 요청해서 1개 이상의 리포트 신호들을 제공하도록 미리 결정된 간격으로 배열되고, 각 전기통신 유닛에 대해서, 상기 전기통신 유닛 할당 로직이 제공된 1개 이상의 리포트 신호들에 응답하여 적어도 한 개의 빔을 선택해서 전기통신 유닛을 할당하는 것을 특징으로 하는 포인트 투 멀티포인트 디바이스.
제 6 항에 있어서,

상기 1개 이상의 리포트 신호들은 빔과 관련된 적어도 신호 품질 척도를 제공하는 것을 특징으로 하는 포인트 투 멀티포인트 디바이스.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 빔 세트 발생 로직은 1개 이상의 미리 결정된 이벤트의 발생시, 다수의 빔 세트들의 발생을 재수행하도록 동작함으로써, 시간 외에 각 전기통신 유닛에 제공된 서비스의 품질의 이브닝(evening)을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 포인트 투 멀티포인트 디바이스.
제 8 항에 있어서,

상기 1개 이상의 미리 결정된 이벤트는 적어도 미리 결정된 시간 간격의 경과를 포함하고, 상기 미리 결정된 시간 간격은 상기 빔 스위칭 로직에 의해 산출된 스위치 시간 사이의 기간보다 큰 것을 특징으로 하는 포인트 투 멀티포인트 디바이스.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 빔 세트 발생 로직은 각 그룹에 대해서,

N x N 랜덤 매트릭스를 발생하고, 여기서 N은 그 그룹의 빔들을 발생하기 위해 사용된 안테나 어레이 내의 안테나의 수이고, N은 그 그룹 내의 빔들의 개수 이 상이며,

N x N 랜덤 매트릭스로부터 N x N 단일 매트릭스를 발생하고,

N x N 단일 매트릭스의 다른 컬럼을 선택해서 그 그룹 내의 각 빔을 나타내고, 여기서 그 컬럼 내의 각 엔트리는 관련된 빔을 발생할 때 안테나 어레이의 특정 안테나가 사용하는 빔 웨이트를 정의하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 포인트 멀티포인트 디바이스.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 포인트 투 멀티포인트 디바이스는 기지국이고, 상기 복수의 전기통신 유닛들은 복수의 가입자국이며, 상기 기지국으로부터 상기 가입자국으로의 다운링크 통신을 위해, 상기 기지국이 상기 다수의 빔 세트들 이용하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 포인트 투 멀티포인트.
제 11 항에 있어서,

각 세트는 다수의 빔들로 구성되고, 상기 기지국은 복수의 섹터들 내에 무선 통신을 제공하며, 각 그룹은 상기 섹터들 중 하나와 관련되어 있는 것을 특징으로 하는 포인트 투 멀티포인트.
제 1 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 7 항, 제 8 항, 제 9 항, 또는 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 포인트 투 멀티포인트 디바이스는 기지국 섹터 로직이고, 상기 복수의 전기통신 유닛들은, 복수의 가입자국들이며, 상기 기지국 섹터 로직으로부터 상기 가입자국들로의 다운링크 통신을 위해서, 상기 기지국 섹터 로직은 한 개의 그룹으로 배열된 상기 다수의 빔 세트들 이용하도록 동작가능하고, 각 세트는 1개의 빔으로 이루어진 것을 특징으로 하는 포인트 투 멀티포인트.
제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 무선 통신은 복수의 프레임들로 구성되고, 업링크 통신은 적어도 각 프레임의 한 부분 중에서 발생하며, 상기 빔 스위칭 로직에 의해 결정된 스위치 시간은 각 프레임의 시작에 대응하는 것을 특징으로 하는 포인트 투 멀티포인트.
제 14 항에 있어서,

상기 무선 통신은 IEEE 802.16 통신이고, 각 프레임은 업링크 통신을 위한 업링크 서브프레임과 다운링크 통신을 위한 다운링크 서브프레임으로 이루어진 것을 특징으로 하는 포인트 투 멀티포인트.
제 15 항에 있어서,

상기 업링크 서브프레임은 상기 다운링크 서브프레임에 관한 시간 또는 주파수로 분리되는 것을 특징으로 하는 포인트 투 멀티포인트.
복수의 포인트 투 멀티포인트 디바이스들을 구비하는 무선 네트워크로서, 각 포인트 투 멀티포인트 디바이스는 관련된 복수의 전기통신 유닛들과의 무선 통신을 제공하도록 구성되고, 각 포인트 투 멀티포인트 디바이스는 청구항 1 내지 17 중 어느 한 항에 기재된 포인트 투 멀티포인트 디바이스이며, 각 포인트 투 멀티포인트 디바이스가 발생한 다수의 빔 세트들은 서로에 관해서 임의로 발생하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크.
복수의 전기통신 유닛들과의 무선통신을 제공하기 위한 무선 네트워크에 사용하는 포인트 투 멀티포인트 디바이스를 동작시키는 방법으로서, 상기 포인트 투 멀티포인트 디바이스로부터 상기 전기통신 유닛들로의 통신을 위해, 상기 포인트 투 멀티포인트 디바이스가 다수의 빔 세트들을 사용하고, 시간 내의 어떤 지점에서든 하나의 세트를 이용하며, 상기 동작방법은,

1개 이상의 그룹으로 배열된 다수의 빔 세트들을 발생하는 스텝 - 각 그룹이 각 세트로부터의 하나의 빔으로 이루어지고, 각 그룹 내부에서 그 그룹의 빔들은 서로에 관해서 직교하며, 각 세트 내부의 각 빔은 그 세트 내의 다른 빔에 관해서 임의로 발생하고-과,

상기 무선 네트워크에 있어서의 모든 포인트 투 멀티포인트 디바이스에 발행된 동기신호를 수신하는 스텝과,

상기 동기신호를 고려해서, 상기 포인트 투 멀티포인트 디바이스가 한 개의 빔 세트로부터 다른 빔 세트로 스위칭하는 스위치 시간을 결정하는 스텝 - 상기 스위치 시간이 상기 무선 네트워크에 있어서의 모든 포인트 투 멀티포인트 디바이스들에 대해서 동일하며-과,

빔 세트들 중 하나를 시간 내의 어떤 지점에서든 생성하여 통신을 형성하는 데이터를 상기 전기통신 유닛들에 송신하도록 안테나 어레이를 제어하는 스텝을 포함한 것을 특징으로 하는 동작방법.