KR20080089522A - 수직 동적 빔 포밍 - Google Patents

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KR20080089522A
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Abstract

적어도 하나의 빔을 이용하여 무선 통신을 송수신하는 무선 통신 시스템이 개시된다. 무선 통신 시스템은 복수의 WTRU와, 적어도 하나의 빔 포밍 안테나와, 적어도 하나의 라디오 네트워크 제어기(RNC)를 포함하고 있다. 안테나는 빔포밍 가능한 안테나이며 안테나로부터 방사되는 빔은 무선 통신 시스템에서의 실제 조건에 따라서 조정 가능하다.

Description

수직 동적 빔 포밍{VERTICAL DYNAMIC BEAM-FORMING}
본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템에서의 빔 포밍에 관한 것으로서, 특히 업링크 및 다운링크 전송에 있어서 무선 송수신 유닛(WTRU)들과 노드 B(Node B)들 사이의 향상된 신호 대 잡음(S/N)비를 달성하기 위한 개선된 빔 포밍 기술에 관한 것이다.
본 출원은 여기서 관련 출원으로서 인용되는 2002년 9월 9일자 출원된 미국 가특허 출원 60/409,972호의 우선권 이익을 향유한다.
무선 통신 시스템은 종래 기술에서 잘 알려져 있다. 현행의 3GPP 규격에 따른 전형의 무선 통신 시스템이 도 1에 도시되어 있다. 일례로서, 도 1에 도시한 네트워크 아키텍처가 범용 이동 통신 시스템(UMTS, Universal Mobile Telecommunications System)의 네트워크 아키텍처이다. UMTS 네트워크 아키텍처는 현행의 공개적으로 이용 가능한 3GPP 규격 문헌에서 상세히 정의되고 있는 Iu라고 알려진 인터페이스를 통해 UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network)과 상호 접속된 코어 네트워크(CN)를 포함한다. UTRAN은 Uu라고 알려진 무선 인터페이스를 통해 3GPP에서 유저 장비(UE)라고 알려진 무선 송수신 유닛(WTRU)에 의해 유저에게 무선 전기 통신(telecommunication) 서비스를 제공하도록 구성된다. UTRAN은 하나 이상의 무선 네트워크 제어기(RNC, radio network controller)와 3GPP에서 노드 B라고 알려진 기지국을 가지며, 이들은 WTRU와 무선 통신하기 위한 지리적 커버리지를 총괄적으로 제공한다. 하나 이상의 노드 B는 3GPP에서 Iub라고 알려진 인터페이스를 경유하여 각 RNC에 접속되어 있다. UTRAN은 상이한 RNC에 접속된 수개 그룹의 노드 B를 가지고 있으며, 도 1에는 2개의 RNC가 도시되고 있다. UTRAN에 하나 이상의 RNC가 마련되는 경우, RNC간 통신은 Iur 인터페이스를 통해 수행된다. 네트워크 콤포넌트 외부의 통신은 Uu 인터페이스를 통해 유저 레벨에서 노드 B에 의해서 그리고 외부 시스템과의 각종 CN 접속을 통해 네트워크 레벨에서 CN에 의해서 수행된다.
일반적으로, 노드 B의 주 기능은 노드 B의 네트워크와 WTRU 사이에서 무선 접속을 제공하는 것이다. 통상 노드 B는 비접속된 WTRU로 하여금 노드 B의 타이밍과 동기를 맞추게 하는 공통 채널 신호를 방사한다. 3GPP에서 노드 B는 WTRU와의 물리적 무선 접속을 수행한다. 노드 B는 Uu 인터페이스를 통해 노드 B에 의해서 전송된 무선 신호를 제어하는 RNC로부터, Iub 인터페이스를 통해 신호를 수신한다.
CN은 그의 정확한 수신지로 정보를 라우팅하는 역할을 한다. 예컨대 CN은 하나의 노드 B를 통해 UMTS에 의해서 수신된 WTRU로부터의 보이스 트래픽(voice traffic)을 일반 전화 교환망(PSTN, Public Switched Telephone Network)으로 라우팅하거나 인터넷 전용 패킷 데이터를 라우팅할 수 있다. 3GPP에서, CN은 6개의 주요 콤포넌트를 가지고 있다. 즉 1) 서빙 범용 패킷 라디오 서비스(GPRS, General Packet Radio Service) 지원 노드, 2) 게이트웨이 GPRS 지원 노드, 3) 경계 게이트웨이(border gateway), 4) 방문자 위치 레지스터(visitor location register), 5) 모바일 서비스 스위칭 센터, 6) 게이트웨이 모바일 서비스 스위칭 센터를 가지고 있다. 서빙 GPRS 지원 노드는 인터넷 등의 패킷 교환 방식 영역으로의 액세스를 제공한다. 게이트웨이 GPRS 지원 노드는 다른 네트워크에 접속하기 위한 게이트 노드이다. 다른 오퍼레이터의 네트워크 또는 인터넷으로 진행하는 모든 데이터 트래픽은 게이트웨이 GPRS 지원 노드를 거친다. 경계 게이트웨이는 네트워크 영역 내의 가입자에 대한 네트워크 외부로부터의 침입자에 의한 공격을 막기 위한 방화벽으로서 기능한다. 방문자 위치 레지스터는 서비스를 제공하는 데 필요한 가입자 데이터의 현재 서비스하고 있는 네트워크 '복사(copy)'이다. 이 정보는 초기에 모바일 가입자를 관리하는 데이터베이스로부터 유래한다. 모바일 서비스 스위칭 센터는 UMTS 단말에서 네트워크로의 '회로 교환 방식' 접속을 담당한다. 게이트웨이 모바일 서비스 스위칭 센터는 가입자의 현재 위치에 의거하여 필요한 라우팅 기능을 수행한다. 게이트웨이 모바일 서비스는 또한 외부 네트워크로부터의 가입자의 접속 요청을 수신하고 관리한다.
RNC는 일반적으로 UTRAN의 내부 기능을 제어한다. RNC는 또한 노드 B와의 Uu 인터페이스 접속을 통한 로컬 서비스 콤포넌트와, CN 및 외부 시스템간의 접속을 통한 외부 서비스 콤포넌트(예컨대 국내 UMTS에서 WTRU로부터 행해진 국제 전화)를 가진 통신을 위한 중간 서비스를 제공한다.
통상적으로, RNC는 다수의 노드 B를 감시하고, 노드 B에 의해서 서비스되는 무선 라디오 서비스 커버리지의 지리적 영역 내에서 무선 자원을 관리하며, Uu 인터페이스에 대한 물리적 무선 자원을 제어한다. 3GPP에서 RNC의 Iu 인터페이스는 CN과의 2 개의 접속을 제공한다. 즉 하나는 패킷 교환 방식 영역과의 접속이고 다른 하나는 회로 교환 방식 영역과의 접속이다. RNC의 다른 중요한 기능은 기밀성과 무결성 보호를 포함한다.
RNC는 CN의 요구에 따라 수개의 논리적 기능을 갖는다. 일반적으로 이러한 기능들은 2개의 콤포넌트로 분할된다. 즉 서빙 RNC(S-RNC)와 제어 RNC(C-RNC)로 분할된다. 서비스 RNC(S-RNC)로서, RNC는 CN과 노드 B에 대한 브릿지로서 기능하고, 제어 RNC(C-RNC)로서, RNC는 노드 B의 하드웨어의 구성으로서 기능한다. C-RNC는 또한 데이터 전송을 제어하고 상이한 노드 B 사이에서 혼잡(congestion)을 다룬다. RNC의 제3의 논리적 역할은 드리프트 RNC로서의 역할이다. 드리프트 RNC로서, RNC는 WTRU가 커버리지 영역을 횡단할 때 또 다른 노드 B로 WTRU를 핸드오프하는 역할을 담당한다. RNC와 노드 B는 함께 "내부 루프 전력 제어"와 같이 무선 자원 관리(RRM) 동작을 수행한다. 이것이 근거리-원거리 문제(near-far problem)를 보호하기 위한 특징이다. 일반적으로, 예컨대 수개의 WTRU가 동일 전력 레벨로 송신하면, 노드 B에 가장 근접한 WRTU는 가장 멀리 떨어진 WRTU로부터 신호를 도출할 수가 있다. 노드 B는 상이한 WRTU로부터 수신된 전력을 체크하여 대략 동일 레벨에서 각 WRTU로부터 노드 B가 전력을 수신할 때까지 전력을 증감하도록 WRTU에 명령을 전송한다.
통상 노드 B는 다수의 WTRU에 대한 무선 통신을 제공할 것이다. 노드 B는 통 상 가입자 시스템과의 다중 통신을 동시에 다룰 것이다. 노드 B 용량의 한 가지 척도는 가용 전력 및 대역폭과 같은 것에 의해 정해지는 요소인, 노드 B가 지원할 수 있는 최대 동시 통신수이다.
모든 가입자가 반드시 동시에 노드 B와 통신하지 않으므로, 노드 B는 동시 통신을 위해 그의 용량을 초과하여 최대 가입자에게 무선 통신을 제공할 수 있다. 노드 B에 대한 최대 동시 통신수가 행해지면, 추가 통신을 수행하기 위한 시도는 시스템 비지 신호와 같은 서비스 이용 불가능 표시를 초래한다.
노드 B에 의한 서비스 커버리지는 동시 통신을 다루기 위한 그의 능력에 제한되고, 또한 특정 지리적 영역에도 고유적으로 제한된다. 노드 B의 지리적 범위는 통상 노드 B의 안테나 시스템의 위치와 노드 B에 의한 신호 브로드캐스트의 전력에 의해서 정의된다.
광범위한 지리적 영역에 걸친 무선 서비스를 제공하기 위해, 네트워크 시스템에는 통상 복수 개의 노드 B가 제공된다. 각 노드 B는 안테나 시스템에 의해서 커버되는 전체 지리적 영역의 특정 부분에 걸친 커버리지를 제공하도록 선별적으로 물리적으로 놓여진 안테나 시스템을 구비하고 있다. 이러한 안테나 시스템은 하나의 노드 B 범위를 벗어나 이동할 수 있고 진행 무선 통신의 간섭없이 또 다른 노드 B의 범위로 이동할 수 있는 WTRU에 대한 무선 서비스를 용이하게 제공한다. 이 네트워크에서 노드 B에 의해서 커버된 지리적 영역을 통상 셀이라 하며, 제공된 전화 통신 서비스를 통상 셀룰러 전화 서비스라 한다.
특정 지리적 영역을 커버하기 위한 무선 통신 시스템을 설계하는 데 있어서, 지리적 영역은 셀의 소정 패턴으로 분할될 수 있다. 예컨대 도 2a에 도시한 바와 같이 6각형의 셀이 벌집형 패턴으로 지리적 영역 전체를 커버하도록 6각형의 셀이 정의될 수 있다. 이 시스템에서 각 셀은 360°커버리지를 제공하도록 셀의 중앙에서 안테나를 가진 노드 B를 구비할 수 있다. 도 2b에 도시한 바와 같이 실용상 셀 커버리지의 맵이 어떤 중첩 영역없이 설계될 수 있을지라도, 상상선으로 도시한 인접 셀의 노드 B 안테나로부터의 전송빔은 중첩한다. 이러한 빔의 중첩은 하나의 셀에서 또 다른 셀로 WTRU가 이동할 때 하나의 노드 B에서 또 다른 노드 B로 WTRU에 의해서 행해지는 통신의 "핸드오버"를 가능하게 한다. 그러나, 중첩 노드 B 신호는 WTRU가 중첩 영역에 위치하고 있을 때 다른 노드 B로부터 WTRU에 의해서 수신된 신호를 간섭한다.
서비스 요구에 보다 용이하게 부합하여 간섭을 줄이기 위해, 빔포밍이 사용될 수 있다. 통신에 있어서 빔포밍은 매우 유동한 도구이며, 채널 요건에 가장 잘 부합하는 방식으로 송신, 수신 또는 둘다를 위한 안테나 어레이를 이용함으로써 구현된다. 각각의 안테나에 있어서 신호의 위상 및 진폭은 수신기에서 구조적 패턴을 얻기 위해 정확하게 제어된다.
공지 방법의 빔포밍은 수평 방향으로 빔을 조정하는 것이다. 또한, 종래 기술에 있어서, 신호를 수신하기 위한 와이드 수직빔의 송신 전력 조정 또는 전개를 이용하여 채널 요건에 부합하게 하였다. 이러한 기술은 심각한 다경로 상황에 대처하고 여분의 효율적인 전력 집중을 제공함으로써 과외의 감쇠를 극복하는데 도움을 준다. 빔포밍은 또한 다른 송신원으로부터의 간섭을 다루는데 있어서 유용하였다.
비록 빔포밍이 다수의 이익을 제공할지라도, 이러한 구현예는 해결이 필요한 각종 문제를 야기한다. 예로서 이러한 빔포밍의 구현예는 빔들이 인접셀들을 침범하게 한다. 이러한 침범은 인접셀로/로부터 있을 수 있고 빔포밍이 WTRU에 도달하도록 광범위한 수직빔 콤포넌트를 포함하는 경우 특히 표명된다. 더욱이 물체, 지형 등 또한 와이드 빔의 수직 콤포넌트를 간섭한다.
따라서, 공지의 빔 포밍 구현에 있어서 단점을 없애는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 특히 업링크 및 다운링크 전송에 있어서 무선 송수신 유닛(WTRU)들과 노드 B(Node B)들 사이의 향상된 신호 대 잡음(S/N)비를 달성하기 위한 개선된 빔 포밍 기술을 제공하는 것이다.
본 발명은 적어도 하나의 빔을 이용하여 무선 통신을 송수신하는 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 통신 시스템은 복수 개의 WTRU, 적어도 하나의 빔포밍 안테나, 적어도 하나의 라디오 네트워크 제어기(RNC)를 포함한다. 안테나는 빔포밍이 가능하며 안테나로부터 방사하는 빔은 무선 통신 시스템에서 실제의 조건에 따라서 조정 가능하다.
본 발명은 무선 통신 시스템의 업링크 및 다운링크 전송에 있어서 무선 송수신 유닛(WTRU)간 개선된 신호 대 잡음(S/N)비를 달성하기 위한 빔 포밍 기술 분야에 적용 가능하다.
본 발명의 양호한 실시예를 도면을 참조하여 설명하며 도면에서 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 가리킨다.
무선 송수신 유닛(WTRU)은 유저 장비(UE), 이동국, 고정 또는 이동 가입자 유닛, 페이저, 또는 무선 환경에서 동작 가능한 다른 유형의 장치를 포함하며 이들 에 만 제한되는 것은 아니다. 노드 B는 기지국, 사이트 제어기, 엑세스 포인트 또는 무선 환경에서의 다른 유형의 인터페이스 장치를 포함하며 이들에 만 제한되는 것은 아니다. 여기서 이들 용어는 각각 상호 교환 가능하게 사용 가능하다. 안테나 및 안테나 어레이란 용어는 또한 빔포밍을 형성할 수 있는 안테나를 지칭하도록 여기서 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다.
먼저 도 3과 관련하여, 도 3에는 빔(10)이 안테나(12)로부터 복수 개의 WTRU(14)로 지향되는 종래 기술의 시스템이 도시되고 있다. 빔(10)의 에너지는 도시한 윤곽선에서 정지하지 않으며 실제적으로는 전력 밀도가 감소함에 따라 더 확장한다. 따라서 빔 포밍 안테나(12)를 구비할지라도 빔(10)은 인접 셀을 에워싸므로써 인접 안테나(16)에 대한 간섭을 야기한다. 즉 빔(10)이 송신빔인 경우, 안테나(16)는 안테나(12)로부터 간섭을 수신할 것이다. 마찬가지로 빔(10)이 수신빔인 경우, 안테나(16)로부터의 송신은 안테나(12)에 의한 노이즈에 기여한다.
도 4에 있어서, 도 4에는 본 발명에 따른 시스템(100)이 도시되고 있다. 시스템(100)에서 빔(10)은 개략적으로 도시한 바와 같이 동적으로 하방 틸팅된다. 빔(10)이 동적으로 하방 틸팅됨으로써, 빔(10)은 도 3에 도시한 바와 같이, 인접 안테나(16)를 지향하지 않으나, 통신을 위해 적절한 윤곽선으로 WTRU(14)를 에워싸고 있다. 빔(10)을 동적으로 하방 틸팅하는 것은 안테나(16)로부터/로의 간섭을 완전하게 제거하지 않으나 그것을 크게 감소시킬 것이다. 대부분의 경우, 다운 틸트는 빔이 WTRU(14)를 에워싼 후 실제로 빔을 주위면으로 지향시킬 것이다. 전송에 대해서, 이것은 빔의 에너지 부분이 주위면에 의해서 종종 흡수되고 또 다른 일부 분은 원래의 지향 경로로부터 산란될 것이다. 이것의 전반적인 영향은 임팩트 영역을 통과하는 임의 시점에서의 에너지가 대기에서 그 시점을 통과하여 빔이 전파하는 경우 보다 작다는 것이다. 수신과 관련하여, 이것은 공간의 확장 빔 볼륨이 매우 작은 잡음원으로부터 대부분 수신될 것임을 의미한다.
시스템(100)은 적어도 하나의 라디오 네트워크 제어기(RNC)(18), 적어도 하나의 노드 B(20), 적어도 하나의 빔 포밍 안테나(12), 복수 개의 WTRU(14)를 포함하고 있다. 안테나(12)의 유효 높이는 원하는 임의의 높이일 수 있다. 더욱이 안테나(12)의 유효 높이는 원하는 바대로 오퍼레이터의 선호도에 따라서 정의될 수 있다. 예컨대 일실시예에 있어서, 안테나(12)의 유효 높이는 적어도 20 피트가 바람직하며, 그 유효 높이는 안테나(12)를 에워싸는 소정의 지리적 영역 내에서 해발 이상의 안테나(12) 높이 마이너스 지상 평균 레벨 높이로서 정의된다.
원하는 틸트 정보의 계산과 틸트 시기의 판단은 RNC(18) 또는 노드 B(20)에서 행해질 수 있으나 바람직하게는 RNC(18)에서 행해지는 것이 좋다. RNC(18)가 제어될 노드 B에 관한 지식을 갖고 있기 때문에 RNC(18)에서 이러한 기능을 수행하는 것이 바람직하다. 그러므로 RNC(18)는 틸트 시기를 판정할 수 있고 적절하다면 적어도 부분적으로 특정 빔(10)의 틸팅이 안테나(12) 및/또는 RNC(18)에 의해서 제어되는 다른 안테나에 미칠 수 있는 영향에 적어도 부분적으로 기초해서 원하는 틸트 정보를 동적으로(즉, 실시간으로) 계산할 수 있다. 이것은 또한 RNC(18)로부터 정보 뿐만 아니라 틸트 정보 계산 시 사용될 WTRU로부터의 정보를 계산 가능하게 한다. 틸트 시기의 판단은 오퍼레이터의 선호도에 기초한다. 예컨대 틸트 시기의 판 단은 채널 사용, 전력 용량 레벨, 셀 사이트와 WTRU간의 거리, 장치 감도, 틸트 빔에 대한 인접 셀 사이트의 능력 또는 부족, 네트워크가 알고 있거 제어하는 다른 간섭원에 기초할 수 있다.
RNC(18) 또는 노드 B에서의 틸트 시기의 판단과 원하는 틸트 정보의 계산 수행은 적어도 부분적으로 타이밍 고려 사항에 의존한다. 즉, 틸트 정보의 발행과 실제 빔의 틸팅 간의 반응 시간이 수십초 보다 작게 측정되면, 판단 및 계산은 통상 노드 B(20)에서 행해져야 한다. RNC(18)와 노드 B(20)에서 틸트 정보의 발행간 반응의 차이를 고려하기 위한 양호한 실시예는 RNC(18)에서 범용 자원과 조정 제한을 저속 모드에서 할당함으로써, 노드 B(20)를 자유 상태로 두어 RNC(18)에 의해 설정된 한계 내에서 고속 모드로 빔(10)을 할당하고 조정한다. 이러한 유형의 정렬은 주파수 할당과 관련하여 현재 사용되며 RNC는 가용한 주파수를 RNC에 의해서 제어된 노드 B에 할당한다. 이 때 노드 B는 자유 상태라서 최상으로 여기는 할당된 주파수를 이용하여 RNC의 제어 하에 노드 B의 RNC의 전반적인 뷰에 기초해서 RNC에 의해서 재할당 수행되게 된다.
양호한 실시예에 따라 RNC(18)에 의해서 노드 B(20)에 제공된 원하는 틸트 정보의 일례는 다음과 같다. 즉, 북쪽으로 15도와 40도 사이의 보어축 수평 성분, 수평으로 하방 30도와 상방 15도 사이의 보어축 수직 성분, 180도와 20도 사이의 빔폭, 0dB와 -30dB 사이의 전력 등이 있다. 이와는 달리 일부 제한은 다른 제한 사항에 의거하여 알고리즘적으로 도출 가능하다. 예컨대 RNC(18)에 의해서 공급되는 전력 제한은 수직 빔폭, 수평 빔폭, 수직 빔 보어각, 송신기와 수신기 사이의 거 리, 보고된 수신 전력의 함수로서 계산 가능하다.
원하는 틸트 정보에 따른 빔(10)의 틸팅을 제어하기 위한 회로가 안테나(12)에 근접해서 혹은 일정 거리 떨어져서 위치할 수 있다. 틸트 제어 회로가 안테나(12) 근방에 위치한 경우, 원하는 틸트 정보는 안테나(12)의 로컬 회로로 바로 송신 가능하다. 틸트 제어 회로가 노드 B(20)에서 떨어져 있는 경우, 원하는 틸트 정보는 노드 B(20)로 송신되며, 원하는 틸트 정보에 따라 빔(10)을 조정하기 위한 신호가 생성되어 안테나(12)로 송신된다.
제어 회로가 안테나(12)에 대해서 로컬 또는 원격 위치하는 지의 여부는 많은 요소의 트레이드오프이며 주로 오퍼레이터의 선호도에 의존한다. 예컨대 안테나(12)의 로컬 회로에 원하는 틸트 정보를 직접 보내는 것은 제어 신호를 국부적으로 생성 가능하게 하며, 이 제어 신호에 의해 안테나는 보다 정확하게 고속으로 동작가능해진다. 그러나 이러한 정렬은 유지하기가 어려운데, 타워(13)의 상부로의 엑세스가 로컬 회로로의 물리적 엑세스가 필요할 때마다 필요하기 때문이다. 제어 회로는 안테나(12)(예, 노드 B)에 대해서 원격으로 놓여지는 경우, 회로는 엑세스하기 보다 쉬어지나, 안테나(12)와 노드 B(20) 사이에서 적절한 제어 신호를 전송하기 위한 수단을 필요로 한다. 예컨대 복수 케이블 또는 하나의 케이블과 다중화 인코딩 및 디코딩 회로가 마련될 수 있다.
수직 디멘존에서 빔의 실제 조정은 빔의 보어 사이트를 조정함으로써 행해진다. 빔의 보어 사이트는 기계적 수단, 전저/전기 수단, 또는 이들의 결합 수단에 의해서 조정 가능하다. 빔의 보어 사이트는 당업자라면 알 수 있는 바와 같이 물리 적 방사 요소, 반사기, 또는 안테나(120의 기생 요소를 조정함으로써 기계적으로 조정 가능하다. 빔의 보어 사이트는 당업자라면 알 수 있는 바와 같이 안테나(12)로부터 방사하는 신호의 위상과 진폭을 조정함으로써 전자적으로 조정 가능하다.
전술한 바와 같이, 기계적 보어 사이트 조정 및 전자/전기적 보어 사이트 조정이 원하는 대로 사용 가능하다. 예컨대 기계적인 조정은 소형 크기의 미세 조정(finer adjustment)을 위해 그리고 전자/전기 조정과 대형 크기의 일반 조정(coarse adjustment)을 위해 사용 가능하다. 또한 한가지 유형의 조정이 수평 디멘존에서 수행되고 또 다른 유형의 조정이 수직 디멘존에서 수행되는 것이 가능하다. RNC(18) 또는 노드 B(20)에 의해서 제공되는 원하는 틸트 정보에 따라 빔(10)을 조정하기 위해 사용되는 조정 유형은 오퍼레이터의 선호도에 기초하고 있다. 사용되는 조정 유형에도 불구하고, 원하는 틸트 정보를 구현하는 적절한 제어 신호는 안테나(12)로 보내져서 빔의 보어 사이트가 RNC(18) 또는 노드 B(20)에서 생성된 틸트 정보에 따라서 조정된다. 그러므로 비록 도 4, 도 6, 도 7에는 기계적 수단이, 도 5, 도 8, 도 9, 도 10에는 전자/전기 수단이 도시되고 있을지라도, 이것은 주로 기계적, 전자적/전기적 혹은 이들의 조합이 본 발명의 구현예로 사용 가능함을 설명하기 위한 목적이다.
수직 방향으로 빔(10)을 동적으로 틸팅함으로써 빔(10)은 도 3 및 도 4의 빔(10)을 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이 수직 디멘존에서 보다 좁아지게 된다. 빔의 조밀화는 수직 디멘존에서 안테나 어레이로부터 방사하는 신호의 위상 및 크기를 조정함으로써 행해진다.
수직 디멘존에서 좁아지는 빔에 의해 송수신 동작에 있어서 추가적인 잡음 이득을 얻게 된다. 즉, 수평 디멘존에 대해서 수직 공간에서의 빔의 제한은 송수신에 대해서 유익하다. 수신기에 대해서 빔이 작아지면 빔으로부터 방사하는 간섭에 대해서 수신기는 덜 영향을 받는다는 것을 의미한다. 송신기에 대해서 빔의 작아지면 의도하는 수신기 영역에서 동일한 전력 밀도를 달성하기 위해 필요한 송신 전력은 더 작아진다는 것을 의미한다. 빔을 좁게 하면 또한 다경로가 되기 쉬운 지역에서 다경로가 거의 일어나지 않게 한다.
일부 환경에서 동일 소스로부터 복수 다경로(다경로 감소가 바람직한 결과가 아닌 경우)를 수신하는 것이 실제로 바람직하다는 것에 주목해야 한다. 이 경우는 예컨대 모든 경로가 신호 페이딩에 의해 동시적으로 방해받지 않으므로 신호를 디코딩하는데 필요한 전력 레벨이 하나의 경로로부터 불충분하고, 다경로가 신호의 강건함에 있어 개선을 제공하는 경우이다. 이것은 송신기에서 의도적으로 수행될 때 공간 다이버시티 전송으로서 지칭되고, 수신기에서 의도적으로 수행될 때 공간 다이버시티 수신으로서 흔히 지칭된다. 빔포밍은 수개의 최상위 경로를 감시하여 이들 사이에서 스위칭하거나 디코딩을 위해 이들을 결합함으로써 이러한 경우에 있어서도 여전히 유용할 수 있다는 것에도 주목해야 한다. 이는 다경로 빔을 인터셉트하기 위해 하나의 빔을 확장하거나 복수개의 수신 빔을 생성함으로서 행해질 수 있다.
도 5와 관련하여 도 5에는 동적 수직 빔 포밍의 또 다른 이용이 도시되고 있다. 이 실시예에서, 빔은 WTRU의 앙각의 차이를 보상하기 위해 업 또는 다운 조정 될 수 있다. 빔을 수직으로 조정함으로써, 타겟과의 통신 링크(수신 또는 송신)가 보다 강건해질 수 있고 다른 장치와의 간섭이 줄어들 수 있다.
예컨대 WTRU(40)가 안테나(42)에 대해서 높은 앙각인 경우, 빔(44)은 WTRU(40)를 향해 빔의 윤곽이 지향되도록 상방으로 동적 틸트될 수 있다. 마찬가지로 WTRU(46)가 안테나(42)의 앙각 보다 낮은 앙각인 경우, 빔(44)은 하방으로 동적 틸트될 수 있다.
도 6 및 도 7과 관련하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 널 영역을 분해하기 위해 수직 디멘존에서 빔을 디더링하기 위해 빔의 동적 틸트를 이용하는 것이다. 도 6에는 2개의 안테나(112,114)(즉 복수개의 송신기)로부터의 정규화된 전력 패턴 부분이 도시되고 있다. 이 실시예에서 2 개의 안테나(112,114)는 별개의 노드 B에 속하며 안테나의 빔의 중첩 영역(12)으로 방사 빔 패턴(116,118)으로 표현된 신호들을 송신하고 있다. 묘사된 패턴은 소정의 필드 신호 세기이며 도시된 바와 같이 샤프하게 정의되고 있지 않다. 빔(중첩 영역 120) 사이에서 대부분의 간섭은 디코딩 가능한 형태로 신호를 수신할 수 없는 영역에서 WTRU로 리드되지 않는다. 타이밍이 정확하고, 데이터열에서 사용된 코드의 에러 정정 기능이 충분히 강건하다면, 모든 중첩 영역에서가 아니라 대부분의 WTRU는 송신을 디코딩할 수 있을 것이다. 그러나 영역(122,124)은 간섭이 강건한 디코딩을 가능하게 하지 않는 지역(즉, 널 지역)이다.
이러한 상황의 중요한 형태는 일부 WTRU가 신호의 간섭이 전소의 디코딩을 가능하게 하지 않는 (122), (124)와 같은 위치에 있을 수 있다. 송신 특성에 따라 서 일부 WTRU는 신호를 놓칠 수가 있다. 다른 WTRU가 일부 메시지를 놓쳤는지 그리고 다른 WTRU에게 그의 재전송을 유일하게 요청하는 지를 알기 위해 나중에 시스템에 문의할 것이다.
도 7은 수직 디멘존에서 디더링되는 2 개의 신호(116,118)의 영향을 도시하고 있다. 그러나 하나의 빔 또는 추가 빔이 존재하는 경우 임의 갯수의 빔이 원하는 대로 디더링될 수 있다. 수직 디멘존에서 빔(116,118)을 디더링하면 영역(126)내 (122,124) 부근에서 널을 이동하는 효과가 있다. 널 영역(122,124) 내의 WTRU는 널 영역(122,124) 내에서 공간적으로 유지되지 않는다. 대신에 넓은 물리적 영역(126) 상에서 짧은 지속 기간으로 현재 순시 널(122,124)이 이동 중이다. 전술한 바와 같이 신호가 보어 사이트 제어, 진폭 제어 또는 진폭 제어 및 보어 사이트 제어의 결합을 이용하여 전자/전기적으로 디더링될 수가 있다는 것을 아는 것이 중요하다.
널 영역은 또한 신호가 다경로에 있게 되는 하나의 안테나로부터가 아니라 2 개의 별도의 안테나로부터 방사하는 신호로 인해 발생할 수 있음에 주목해야 한다. 즉, 다경로의 경우 하나 이상의 다경로 신호는 원래의 신호을 중첩할 수가 있어 중첩 영역 내에서 널 영역을 야기할 수가 있다. 이러한 상황에 있어서, WTUR가 전송에 영향을 미치기 충분한 기간 동안 널 영역 내에 유지할 가능성을 줄이기 위해 널영역 부근을 이동하도록 수직 방향으로 디더링할 수 있다.
도 8과 관련하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 공간 다중화를 달성하기위해 수직 디멘존에서 빔을 동적으로 조정하는 것이다. 공간 다중화는 상이한 다중 경로 를 따라 상이한 다중 WTRU에 송신된 상이한 다중 신호의 전송이다. 예컨대 도 8에서, 안테나(142)는 다중 신호(148,144)를 송신하고 있으며, 각각의 신호는 그들 자신의 경로를 가지고 있다. 신호(148)는 WTRU(140)로 전송되고, 신호(144)는 WTRU(146)로 전송된다. 이 실시예에서 빔은 신호(144)에 대한 신호(148)에 의해 그리고 그 역에 의해 야기된 간섭량을 줄이기 위해 좁게 맞추어지는 것이 바람직하다.
도 9와 관련하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 공간 다이버시티를 달성하기 위해 수직 디멘존에서 빔을 동적으로 조정하는 것이다. 공간 다이버시티는 특정 영역에서 동일 WTRU 또는 WTRU 그룹으로 상이한 다중 경로를 통해 송신된 단일 신호의 전송이다. 예컨대 경로(168)가 아니라 경로(164)를 차단하기 충분히 큰 WTRU(166) 앞에 빌딩 구조물(165)이 위치하고 있으면, WTRU(166)는 원하는 대로 임의 수의 경로를 따라 신호가 송신될 수 있을 때 일부 다른 경로 또는 경로(168)의 반사(170)로부터 신호를 여전히 수신할 수 있다. 신호가 전송되는 경로 수가 증가할수록, 반사된 신호가 수신 WTRU(166)에 도달할 여분은 커진다. 공간 다이버시티는 동일 시간대에서 혹은 원하는 대로 상이한 시간대에서 전송된 2 개 이상의 빔으로 수행될 수 있다. 전자는 시간의 경과에 따라 RF 자원을 보다 효율적으로 이용하나 더 많은 장비를 필요로 한다. 그러므로 사용되는 것은 코스트 대 시스템 용량 간의 트레이드오프이다.
도 10과 관련하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 공간 레이어링을 달성하기 위해 수직 디멘존에서 빔을 동적으로 조정하는 것이다. 공간 레이어링은 지리적 영 역 내에서 다중 전송할 수 있는 WTRU가 단일 신호로 데이터를 전송하는 경우 보다 고속의 데이터로 신호를 수신할 수 있도록 단일 지리적 위치로 반사 또는 굴절(코너 부근)을 통해 지향된 상이한 다중 신호를 전송하는 것이다. 예컨대 WTRU(166)가 대량 송신을 수신 중이면, 그 송신에 포함된 데이터는 원하는 대로 하나 이상의 신호(168,164)로 분해될 수가 있다. 이 경우, 하나의 신호(164)는 WTRU(166)가 위치하고 있는 지리적 영역쪽으로 직접 지향될 수 있으나, 임의 갯수의 추가 신호(168)는 반사된 신호(170)가 동일 영역에 도달하도록 전송 가능하다. 이것은 WTRU(166)가 그 전송을 수신할 수 있는 데이터 속도를 크게 증가시킨다.
여기서 기술하고 있는 바와 같이 안테나와 빔의 동적 수직 틸팅은 안테나와 빔의 수평 조정과 관련하여 혹은 단독으로 실시될 수 있다. 더욱이 여기서 기술하고 있는 바와 같이 수직 틸팅은 예컨대 스위치드 빔(즉, 유한 갯수의 위치)과 적응형 빔(즉, RNC에 의해서 정해지는 바와 같이 최적 위치에 있도록 빔의 보어 사이트가 연속해서 갱신되는 빔)으로 수행될 수 있다.
비록 양호한 실시예가 3GPP 시스템과 관련하여 기술되고 있을지라도 빔포밍을 이용하는 어떠한 무선 통신 시스템에도 실시예가 적용 가능하다.
양호한 실시예에 비추어 본 발명이 기술되는 동안 당업자라면 본 발명의 청구 범위에 속하는 다른 변형이 가능함을 인지할 것이다.
도 1은 현재의 3GPP 규격에 따른 무선 통신 시스템이다.
도 2a는 6각형 셀의 소정 패턴으로 지리적 영역이 분할되는 전기 통신 시스템의 지리적 커버리지 영역이다.
도 2b는 인접 셀의 송수신빔이 중첩하는 전기 통신 시스템의 지리적 커버리지 영역이다.
도 3은 노드 B에서 복수 개의 WTRU로 빔이 송신되거나 수신되는 종래의 무선 통신 시스템이다.
도 4는 본 발명에 따른 적어도 하나의 수직 디멘존에서 빔이 동적으로 조정될 수 있는 무선 통신 시스템이다.
도 5는 WTRU의 앙각 변화를 수용하도록 수직 디멘존에서 동적으로 조정되는 빔이다.
도 6은 널 영역을 가진 적어도 하나의 수직 디멘존에서 중첩되는 2 개의 송신빔의 개략도이다.
도 7은 널영역을 브레이크업하기 위해 적어도 하나의 수직 디멘존에서 디더링되는 2개의 송신빔의 개략도이다.
*도 8은 공간 다중화를 제공하기 위해 적어도 수직 디멘존에서 동적으로 조정되는 빔이다.
도 9는 공간 다이버시티 및 시간 다이버시티를 제공하도록 적어도 수직 디멘 존에서 동적으로 조정되는 빔이다.
도 10은 공간 레이어링을 제공하도록 동일 시각에 적어도 하나의 수직 디멘존에서 동적으로 조정되는 한 쌍의 빔이다.

Claims (26)

  1. 무선 통신 시스템에서 빔포밍 안테나의 하나 이상의 빔들을 동적으로 제어하는 방법으로서,
    상기 하나 이상의 빔들이 상기 안테나와 다른 안테나 사이의 간섭을 최소화하기 위해 틸딩되어야 하는 때를 결정하는 단계와;
    상기 결정에 기초하여 상기 하나 이상의 빔들의 각각에 대해 틸트 정보를 동적으로 생성하는 단계와;
    공간 다중화를 달성하기 위해 상기 틸트 정보에 기초하여 수직 디멘존(dimension)에서 상기 하나 이상의 빔들을 조정하는 단계
    를 포함하는 빔포밍 안테나의 하나 이상의 빔들을 동적으로 제어하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 빔은 수평 디멘존에서 추가로 동적으로 조정되는 것인, 빔포밍 안테나의 하나 이상의 빔들을 동적으로 제어하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    기지국이 상기 틸트 정보에 따라서 상기 빔을 동적으로 조정하기 위한 제어 신호들을 생성하는 것인, 빔포밍 안테나의 하나 이상의 빔들을 동적으로 제어하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    라디오 네트워크 제어기(RNC)가 상기 틸트 정보에 기초하여 상기 빔을 동적으로 조정하기 위한 제어 신호들을 생성하는 것인, 빔포밍 안테나의 하나 이상의 빔들을 동적으로 제어하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 빔은 다른 기지국에 대한 간섭과 다른 기지국으로부터의 간섭을 줄이기 위해 하방 틸딩되는 것인, 빔포밍 안테나의 하나 이상의 빔들을 동적으로 제어하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 빔은 복수의 무선 송수신 유닛(WTRU)들 사이의 앙각(elevation)의 변화를 고려하도록 동적으로 조정되는 것인, 빔포밍 안테나의 하나 이상의 빔들을 동적으로 제어하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 빔은 수직 디멘존 및 수평 디멘존에서 상기 빔을 디더링함으로써 조정되는 것인, 빔포밍 안테나의 하나 이상의 빔들을 동적으로 제어하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 빔은 다경로를 따라 다중 신호들을 제공하여 데이터 속도(data rate)를 증가시키기 위하여 조정되며, 그 데이터 속도에서 수신용 WTRU는 상기 신호들 내에 포함된 데이터를 수신할 수 있는 것인, 빔포밍 안테나의 하나 이상의 빔들을 동적으로 제어하는 방법.
  9. 적어도 하나의 빔포밍 안테나로서, 상기 안테나로부터 방사하는 적어도 하나의 빔은 적어도 수직 디멘존에서 동적으로 조정될 수 있는 것인, 적어도 하나의 빔포밍 안테나와;
    상기 적어도 하나의 빔을 동적으로 틸팅하는데 사용되는 틸트 정보를 수신하기 위한 수신기
    를 포함하고, 상기 틸트 정보는 상기 빔을 틸팅하는 것이 다른 기지국 상에 영향을 미칠 수 있다는 것을 고려하는 것인, 노드 B.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 안테나는 수평 디멘존에서 그 빔을 추가로 조정하는 것인, 노드 B.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 틸트 정보에 따라서 상기 빔을 조정하기 위한 제어 신호들을 생성하는 것인, 노드 B.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 안테나는 다른 안테나에 대한 간섭과 다른 안테나로부터의 간섭을 줄이기 위해서 그 빔을 하방 틸팅하는 것인, 노드 B.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 안테나는 상기 WTRU들 사이의 앙각(elevation)의 변화를 고려하도록 그 빔을 조정하는 것인, 노드 B.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 안테나는 전송 신호들이 디코딩 가능하지 않은 널(null) 영역들을 분해하기 위하여 그 빔을 조정하는 것인, 노드 B.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 안테나는 적어도 수직 디멘존에서 상기 빔을 디더링함으로써 그 빔을 조정하는 것인, 노드 B.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 안테나는 수직 디멘존 및 수평 디멘존에서 상기 빔을 디더링함으로써 그 빔을 조정하는 것인, 노드 B.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 안테나는 다경로를 따라 다중 신호들을 제공하여 데이터 속도(data rate)를 증가시키기 위하여 그 빔을 조정하며, 그 데이터 속도에서 수신용 무선 송수신 유닛은 상기 신호들 내에 포함된 데이터를 수신할 수 있는 것인, 노드 B.
  18. 적어도 하나의 빔포밍 안테나를 포함하는 노드 B에서, 전송의 신호 대 잡음비를 최적화하기 위하여 상기 적어도 하나의 빔을 동적으로 조정하기 위한 방법으로서,
    상기 적어도 하나의 빔을 동적으로 틸팅하는데 사용되는 틸트 정보를 수신하는 단계로서, 상기 틸트 정보는 상기 빔을 틸팅하는 것이 다른 기지국 상에 영향을 미칠 수 있다는 것을 고려하는 것인, 상기 수신 단계와;
    상기 틸트 정보에 따라서 상기 적어도 하나의 빔을 적어도 수직 방향에서 조정하는 단계
    를 포함하는 적어도 하나의 빔을 동적으로 조정하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    수평 디멘존에서 상기 적어도 하나의 빔을 조정하는 단계를 더 포함하는 적어도 하나의 빔을 동적으로 조정하는 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 틸트 정보에 따라서 상기 빔을 조정하기 위한 제어 신호들을 생성하는 단계를 더 포함하는 적어도 하나의 빔을 동적으로 조정하는 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 안테나는 다른 안테나에 대한 간섭과 다른 안테나로부터의 간섭을 줄이기 위해서 상기 적어도 하나의 빔을 하방 틸팅하는 것인, 적어도 하나의 빔을 동적으로 조정하는 방법.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 안테나는 상기 앙각(elevation)의 변화를 고려하기 위해서 조정되는 것인, 적어도 하나의 빔을 동적으로 조정하는 방법.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 안테나는 전송 신호들이 디코딩 가능하지 않은 널(null) 영역들을 분해하기 위하여 조정되는 것인, 적어도 하나의 빔을 동적으로 조정하는 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 빔은 적어도 수직 디멘존에서 상기 빔을 디더링함으로써 조정되는 것인, 적어도 하나의 빔을 동적으로 조정하는 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 안테나는 수직 디멘존 및 수평 디멘존에서 상기 빔을 디더링함으로써 그 빔을 조정하는 것인, 적어도 하나의 빔을 동적으로 조정하는 방법.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 안테나는 다경로를 따라 다중 신호들을 제공하여 데이터 속도(data rate)를 증가시키기 위하여 그 빔을 조정하며, 그 데이터 속도에서 수신용 무선 송수신 유닛은 상기 신호들 내에 포함된 데이터를 수신할 수 있는 것인, 적어도 하나의 빔을 동적으로 조정하는 방법.
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