KR20100116632A - 아날로그 빔 조향을 이용하여 신호를 전달하기 위한 방법, 송신 스테이션, 수신 스테이션 및 프리앰블 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신호를 제 2 스테이션으로부터 제 1 스테이션으로 전달하기 위한 방법에 관한 것이고, 스테이션들은 안테나 어레이를 갖는다. 60GHz와 같은 대역들에서의 통신의 경우, 아날로그 빔 조향을 실행하는 것이 바람직하다. 그러나, 단일 메시지에서 모든 빔 형성 가중치들을 계산하는 것이 필요하다. 그러므로, 본 발명은 각각의 신호에 대해, 프리앰블에서, 복수의 트레이닝 심볼들이 포함되고, 각각의 트레이닝 심볼 반복 동안, 수신 스테이션은 복수의 안테나들 중 적어도 하나의 안테나 파라미터를 조정하고 데이터 필드를 수신 및/또는 송신하기 위한 안테나 어레이 상에서 안테나 빔 형성을 위해 적용될 안테나 가중치들의 세트를 계산하기 위하여 결합된 신호를 측정하는 것이 제안된다.

Description

아날로그 빔 조향을 이용하여 신호를 전달하기 위한 방법, 송신 스테이션, 수신 스테이션 및 프리앰블 구조{A METHOD, A TRANSMITTING STATION, A RECEIVING STATION AND A PREAMBLE STRUCTURE FOR COMMUNICATING A SIGNAL USING ANALOG BEAM STEERING}

본 발명은 아날로그 빔 형성(analog beam forming)을 이용하여 신호를 전달하기 위한 방법, 상기 방법을 실행하는 송신 스테이션(transmitting station) 및 수신 스테이션(receiving station), 및 상기 방법에서 이용된 특정한 프리앰블(preamble)에 관한 것이다.

본 발명은 임의의 송신 스킴(scheme) 예를 들면, OFDM, 또는 이와 유사한 스킴에 의한 무선 통신에 관한 것으로서, 특히 밀리미터파 무선 통신(예를 들면, 60GHz 대역 내의)에 대해 관심이 있다.

예를 들면, 60GHz 대역에 기초하는 밀리미터-파 무선 통신과 같은, 일부 애플리케이션들(applications)의 경우, 수 미터보다 더 큰 거리를 넘어서므로, 링크 예산 제한들을 극복하기 위해서는 고-이득 안테나들이 필요하다.

그와 같은 고 이득 안테나들은 방사 빔들(radiation beams)이 전기적으로 지향되는 복수의 안테나들 또는 안테나 요소들을 포함하는 안테나 어레이에 의해 획득될 수 있다. 이들 안테나들 각각 상에서의 신호는 증폭기/감쇠기 및 위상 편이기(phase shifter) 또는 지연 라인(delay line)에 의해 수정된다. 동적 빔 형성의 경우, 증폭기들의 이득들 및 위상 편이기의 위상들이 제어되고 조정될 수 있다. 이는 가중치(weight)들로 칭해지는 복소수들로 모델링(modelling)될 수 있으며, 상기 복소수의 모듈러스(modulus)(또는 절대값)는 고려된 안테나에 전용된 증폭기에 적용되는 이득을 나타내고 복소수의 편각(argument)은 위상 편이기에 적용하기 위한 위상 편이를 나타낸다. 빔 형성은 안테나 어레이가 더욱 방향 지향적이 되도록, 즉, 신호가 지향될 것이라 생각되는 특정 방향에 따라 감도를 증가시키도록 및/또는 예를 들면, 간섭과 상이한 방향을 따라 감도를 감소시키도록 상기 안테나 어레이의 감도 패턴(sensitivity pattern)을 수정하도록 허용한다.

높은 안테나 이득을 필요로 하는 특정한 애플리케이션들의 경우에, 많은 요소들을 포함하는 안테나들이 이용될 수 있다. 그러나, 각각의 개별 안테나 신호에 대하여 고속 아날로그-대-디지털 변환기를 갖는 것은 기본 대역 프로세서에 대한 전력 소비 및 프로세싱 요건들에 대해서 지나치게 과중된다. 그러므로, 아날로그 빔 형성, 즉 안테나 신호들이 아날로그 도메인(domain)에서 수정되고, 추가된 다음, 단지 단일 아날로그-대-디지털 변환기에 의해서 디지털화되는 수신 스테이션 아키텍처(receiving station architecture)를 이용하는 것이 바람직하다. 일부 애플리케이션들에서, 수신 스테이션은 복수의 아날로그 대 디지털 변환기들을 포함하고, 각각의 아날로그 대 디지털 변환기는 복수의 안테나 요소들(가능하면 적은 수의 M의 아날로그-대-디지털 변환기들, 여기서 M<N=안테나 요소들의 수)에 공통된다. 유사하게, 송신 스테이션에서, 단일 디지털 신호(또는 몇몇 디지털 신호들)는 아날로그로 변환되고 다수의 안테나 요소들에 걸쳐 분리된다. 요소들 각각 상에서의 아날로그 신호들은 수신시에서처럼, 개별적으로 수정될 수 있다.

그러나, 수신 스테이션에서 안테나 요소들(N)보다 더 적은 A/D 변환기들(M)을 가질 때, 이는 단지 M의 채널 측정들을 동시에 실행할 수 있더라도, 완전한 채널 측정은 N의 측정들을 필요로 할 것이다.

본 발명의 목적은 단일 프리앰블을 이용하여, 송신 스테이션으로부터 많은 안테나 요소들을 트레이닝(training)하는 것이 가능한 수신 스테이션으로 전달하기 위한 방법을 제안하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 아날로그 빔 형성을 신속하게 구성하기 위한 방법을 제안하는 것이다.

이 목적을 위해, 본 발명은 제 2 스테이션으로부터 제 1 스테이션으로 신호를 전달하기 위한 방법을 제안하고, 제 1 스테이션은 복수의 안테나들을 포함하는 안테나 어레이를 갖고,

방법은:

(a) 구성 필드(field) 및 데이터 필드를 가지는 각각의 아날로그 신호를 각각의 안테나 상에서 수신하는 단계로서, 상기 구성 필드는 복수회 반복되는 트레이닝 심볼을 포함하는, 상기 각각의 아날로그 신호 수신 단계,

(b) 적어도 두 아날로그 신호들을 결합된 신호로 결합하는 단계로서,

각각의 트레이닝 심볼 반복 동안, 복수의 안테나들의 적어도 하나의 안테나 파라미터를 조정하고 결합된 신호를 측정하는 단계, 및

- 데이터 필드를 수신하기 위한 아날로그 빔 어레이 상에서 아날로그 빔 형성을 위해 적용될 안테나 가중치들의 세트를 계산하는 단계를 포함하는, 상기 적어도 두 아날로그 신호 결합 단계를 포함한다.

이 결과로, 단일 프리앰블의 도움으로, 수신 스테이션, 여기서는 제 1 스테이션은 상이한 트레이닝 심볼들을 수신할 때 자체의 빔 형성 가중치들을 스위칭(switching)으로써 더 많은 채널 측정들을 실행할 수 있고, 이로 인해, 가장 양호한 빔 형성 가중치들을 결정할 수 있다. 트레이닝 심볼들의 수에 따라 이는 심지어 모든 안테나들에 대한 신호들을 측정할 수 있고, 빔 형성 가중치들의 최적의 세트를 계산할 수 있고, 후속하는 데이터그램(datagram)들을 수신하기 위해 가중치들을 이용할 수 있다.

본 발명의 일 예시적인 실시예에서, 구성 필드는 트레이닝 심볼의 반복들의 수의 표시를 포함한다. 이 심볼들의 수는 예를 들면, 미리 결정된다.

또 다른 예에서, 방법은 제 1 스테이션으로부터 제 2 스테이션으로 안테나 어레이의 안테나들의 수를 시그널링(signalling)하는 예비 단계를 포함한다. 이와 같은 경우에, 반복들의 수는 예를 들면, 제 1 스테이션의 안테나들의 수에 기초하여 결정된다.

본 발명은 또한, 각각의 안테나 상에서 복수회 반복된 트레이닝 심볼을 포함하는 구성 필드 및 데이터 필드를 가지는 각각의 아날로그 신호를 수신하기 위한 복수의 안테나들을 포함하는 안테나 어레이,

적어도 두 아날로그 신호들을 결합된 신호로 결합하기 위한 결합 수단,

각각의 트레이닝 심볼 반복 동안 복수의 안테나들의 적어도 하나의 안테나 파라미터를 조정하기 위한 조정 수단,

적어도 하나의 파라미터의 각각의 세팅(setting)에 의해 획득된 결합된 신호를 측정하는 수단, 및

데이터 필드를 수신하기 위한 안테나 어레이 상에서 아날로그 빔 형성을 위해 조정 수단에 적용될 안테나 가중치들의 세트를 계산하기 위한 계산 수단을 포함하는 수신 스테이션에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명의 이전의 양태에 따른 수신 스테이션과 통신하기 위한 송신 스테이션이 제안되고, 송신 스테이션은 복수회 반복된 동일한 트레이닝 심볼들의 시퀀스(sequence)를 포함하는 구성 필드 및 데이터 필드를 가지는 아날로그 신호를 송신하기 위한 송신 수단을 포함하여, 수신 스테이션이 아날로그 빔 형성을 추정하기 위해 각각의 안테나 세팅들에 의한 복수의 측정들을 실행할 수 있도록 한다.

본 발명의 더 부가적인 양태에 따르면, 프리앰블 구조가 제안되고, 프리앰블 구조는 복수회 반복된 동일한 트레이닝 심볼들의 시퀀스를 갖고, 본 발명에 따라 청구된 바와 같은 수신 스테이션이 아날로그 빔 형성을 추정하기 위해 각각의 안테나 세팅들에 의한 복수의 측정들을 실행할 수 있도록 배열된다.

본 발명의 이들 및 다른 양태들은 이후에 기술된 실시예들로부터 명백할 것이며 이들 실시예들을 참조하여 설명될 것이다.

본 발명은 이제 예의 방식으로 첨부 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 기술될 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 두 스테이션들을 포함하는 시스템을 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 도시한 흐름도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리앰블 구조를 포함하는 신호를 나타내는 타임차트.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리앰블 구조를 포함하는 신호를 나타내는 타임차트.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 신호들을 수신할 수 있는 적어도 하나의 제 1 스테이션(100), 및 신호들을 송신할 수 있는 적어도 하나의 제 2 스테이션(200)을 가지는 시스템에서 통신하기 위한 방법에 관한 것이다. 일반적으로, 그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템의 각각의 스테이션은 신호들을 수신하고 송신할 수 있다.

본 발명에 따른 제 1 스테이션(100)은 N개의 안테나들(101 내지 10N)을 포함하고, 각각의 안테나는 각각 조정 수단(111 내지 11N)에 접속된다. 이 조정 수단은 수신된 신호의 이득을 조정하기 위한 증폭기들 또는 감쇠기들, 및 자체의 각각의 신호들의 위상을 조정하기 위한 위상 편이기들 또는 지연 게이트(gate)들을 포함할 수 있다. 이 예에서, 이 조정 수단들(111 내지 11N)은 아날로그이며, 프로세싱 유닛(processing unit)(140)에 의해 동적으로 제어된다. 조정 수단은 도 1에 도시된 바와 같이 신호를 결합 수단(120) 예를 들면, 가산기로 공급한다. 가산기(120)는 결합된 아날로그 신호를 출력하고, 그 후에 상기 신호는 아날로그 대 디지털 변환기(Analog to Digital Converter; ADC)(130)에 의해 디지털 신호로 디지털화된다. 프로세싱 유닛(140)은 측정들을 실행하기 위해서 및 디지털 신호를 프로세싱하기 위해서 디지털 신호를 수신한다. 본 발명의 변형에서, 스테이션(100)은 복수의 아날로그 대 디지털 변환기들(130)을 포함할 수 있고, 각각의 아날로그 대 디지털 변환기는 안테나 어레이의 안테나 서브 세트에 공통이다.

도시된 바와 같이, 제 1 스테이션(100)은 또한 동일한 안테나 어레이로, 신호들을 송신할 수 있다. 스위칭 수단(150)은 수신 모드로부터 송신 모드로 스위칭되도록 한다. 송신 모드에서, 스테이션(100)의 송신 체인(transmit chain)은 스위칭 수단(150)에 의해서 안테나 어레이에 접속된다. 송신 체인은 이전에 기술된 수신 체인과 비교할 때, 대칭 구조를 갖는다. 송신 모드에서, 각각의 안테나(101 내지 10N)는 조정 수단(211 내지 21P)에 각각 접속된다. 이 조정 수단(211 내지 21P)은 아날로그일 수 있고 수신 체인의 조정 수단과 유사할 수 있다. 프로세싱 유닛(140)은 안테나들을 동적으로 제어할 수 있다. 이 프로세싱 유닛은 우선적으로 제 2 스테이션에 전송될 디지털 신호를 생성할 수 있다. 이 디지털 신호는 디지털 대 아날로그 변환기(230)에 의해 아날로그 신호로 변환될 수 있고, 그 다음 상기 신호는 디멀티플렉싱(demultiplexing) 수단(220)에 의해 복사되고 조정 수단(211 내지 21P) 및 송신 안테나들(T1 내지 TP) 각각에 공급된다.

제 2 스테이션(200)은 유사한 구조를 갖고 이후에 더 자세하게 기술되지 않을 것이다.

도 1에 도시되는 바와 같이, 모든 스테이션들은 예를 들면, 수신 시의 수신 체인으로부터 송신 시의 송신 체인으로 스위칭되는 동일한 안테나 어레이들을 이용하여, 신호들을 송신하고 수신하기 위한 수단을 포함할 수 있다.

서로 통신하고 있을 때, 스테이션들(100 및 200)은 도 3에 도시된 프리앰블을 가지는 신호를 이용한다. 이 프리앰블은 L로 표기되는 복수의 트레이닝 심볼들을 포함한다. L-심볼은 수신기가 예를 들면, 단일-안테나 시스템에서, 채널을 추정하기 위해 이용할 수 있는 미리 결정된 파형이다. 실제로, 스테이션(100)으로서 수신 스테이션은 조정 수단으로 일부 안테나 파라미터들을 조정할 수 있고, 이들 파라미터들로 신호를 측정할 수 있다. 그러므로, 수신 스테이션은 여러 상이한 안테나 세팅들을 시도할 수 있고, 그 결과들로부터 빔 형성 가중치들을 계산할 수 있다. S-심볼은 송신기에 의해 송신된 또 다른 트레이닝 심볼이고, 이는 수신기가 동기화(802.11에서 긴 프리앰블 및 짧은 프리앰블로 비슷하게 규정된)를 실행하기 위해 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 빔 형성 시스템에서, 송신 스테이션은 도 3의 구조를 갖는 패킷들을 송신하고, 여기서 L-심볼들의 총 수는:

- 표준에 의해 적합한 수, 예를 들면, 1, 2, 4 또는 137로 고정되거나(이 경우, 표시자 필드는 존재하지 않을 수 있다),

- 가변(이 경우, 그 수는 표시자 필드에서 시그널링된다)될 수 있다. 표시자 필드는 신호 필드(낮은 데이터 레이트(rate))와 동일한 변조를 이용하여 송신될 수 있어서, 정확하게 디코딩될 가능성이 매우 높다. 많은 트레이닝 심볼들을 허용하기 위해, 적어도 하나의 완전한 옥텟(octet)이 제공될 수 있어서(값들 0,...,255를 취한다), 이 수로 하여금 표시자 필드를 따르는 L-심볼들의 수를 표시하도록 하는 것이 타당하다. 수신 스테이션이 자체의 현재 빔 형성 가중치들을 테스트할 수 있도록 동기화 심볼 바로 뒤에 제 1 L-심볼이 제공되는 경우 L-심볼들의 총 수는 하나보다 많을 수 있다. 표시자 필드에서의 나머지 옥텟들은 다른 목적들을 위해, 예를 들면, 송신기가 수신기로부터 이후에 수신하고자 하는 L-심볼들의 수를 수신기에 표시하기 위하여 이용될 수 있고, 이때는 송신기 및 수신기로서의 자체의 역할이 반대가 된다.

여기서, 심볼(신호 필드)은 고정된 코딩(coding) 및 변조 방법을 이용하여 송신된다. 상기 방법에서, 송신 스테이션은 심볼을 뒤따르는 데이터 심볼들에 자신이 이용한 코딩 및 변조 방법을 인코딩한다.

L-심볼들의 수로 인해, 수신 스테이션은 상이한 L-심볼들을 수신할 때 자체의 빔 형성 가중치들을 스위칭함으로써 채널 측정을 실행할 수 있으므로 가장 양호한 빔 형성 가중치들을 결정할 수 있다. 이는 아래에서 더 자세하게 기술된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 스테이션(100) 및 스테이션(200)과 같은 두 스테이션들 모두가 수신용과 동일한 송신용 안테나를 이용하는 경우, 채널 상호성(channel reciprocity)은 가중치들이 스테이션(100)이 스테이션(200)으로부터 수신하는데 최적화되고 또한 스테이션(100)이 스테이션(200)에 송신하는데 또한 최적화됨을 의미한다. 스테이션들이 송신 및 수신하기 위해 상이한 안테나들을 이용하는 경우, 채널들은 송신 및 수신 체인들의 차이들로 인해 비-상호적이다. 그러나, 이들 차이들은 공지된 방법들로 측정되고 교정될 수 있기 때문에, 채널 상호성은 이 교정의 이용에 의해 보장될 수 있다.

본 발명의 방법의 제 1 실시예에 따르면, 스테이션의 채널 상호성을 가정한 경우, 스테이션 예를 들면, 스테이션(200)이 스테이션(100)과의 통신을 시작하면, 이는 무엇보다도 전방향 송신 패턴을 이용하여 제 1 신호를 송신할 수 있다. 더욱이, 스테이션들(100 및 200)이 자신들의 최적의 빔 형성 가중치들과 서로의 안테나 요소들의 수를 초기에 인지하지 못하는 경우, 송신 스테이션(100)은 자체의 제 1 패킷을 낮은 데이터 레이트로 전송할 것이고, 도 2에서의 단계(S100)에서는 완전 전방향 방사 패턴, 즉, 송신 방향의 부재에 대응하는 송신 빔 형성 가중치들(V ⁽¹⁾ )의 이용이 우선된다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 신호의 표시자 필드(320)에서, 스테이션(200)은 자체의 안테나 요소들의 수(P) 및 자신이 도 3에 L-심볼들로 표기된 얼마나 많은 트레이닝 심볼들을 송신하고 있는지를 표시한다. 스테이션(200)은 수신 스테이션(100)이 갖는 안테나 요소들의 수(N)를 인지하지 않기 때문에, L-심볼들의 수를 임의로 선택해야 한다. 제 1 단계(S100)에서, 스테이션(200)은 K=1을 선택할 수 있다.

단계(S101)에서, 스테이션(100)은 빔 형성 가중치들(

)의 제 1 세트를 갖는 이 패킷을 수신한다. 스테이션(100)은 단지 K=1 트레이닝 심볼들만을 수신하기 때문에, 스테이션(100)은 아직 최적화할 수 없다. 단계(S102)에서, 스테이션(100)은 빔 형성 가중치들(

)을 이용하고 P개의 L-심볼들을 포함하여 송신된 패킷으로 응답하고, 스테이션(100)은 또한 표시자 필드에서 자신이 N개의 안테나 요소들을 가지고 있다고 표시할 수 있다. 스테이션(100)은 더 적은 L-심볼들을 선택할 수 있고, 또한 스테이션(100)은 스테이션(200)이 단계(S103)에서의 수신 동안 수신기 빔 형성을 행할 수 있을 것이기 때문에 이 패킷의 데이터 심볼들에 대하여 다소 높은 데이터 레이트를 선택할 수 있다. 그 결과적인 빔 형성 가중치들을

로 표시하자.

그 다음, 스테이션(200)은 단계(S104)에서 자체의 제 2 패킷을 예를 들면, N개의 L-심볼들로 및 빔 형성 가중치들(

)을 이용하여 송신한다. 스테이션(100)이 현재 송신 빔 형성을 행하고 있고 스테이션(200)이 스테이션(200)의 제 2 패킷의 수신 동안 수신 빔 형성을 행할 수 있어야만 하므로, 데이터 심볼들은 더 높은 레이트로 송신될 수 있다. 실제로, 스테이션(100)은 N개의 L-심볼들이 뒤따를 것임을 인지한다. 그 다음, 각각의 L-심볼에 대하여, 스테이션(100)은 자신의 조정 수단을 각 세팅으로 조정하고, 예를 들면, 신호의 품질(CQI 측정들, 신호 대 잡음비 측정들 등)을 측정함으로써 수신된 신호를 측정할 수 있다. 이렇게 함으로써, 그 다음 스테이션(100)은 빔 형성 가중치들을 계산할 수 있다. 스테이션(100)의 빔 형성의 결과는

이다. 그 다음, 스테이션(100)은 다시 빔 형성 가중치들(

) 등을 갖는 전송된 패킷으로 응답한다.

실행된 계산의 일례는 다음과 같다. n번째 안테나 요소 상에서의 기저 대역 신호가 X(n)으로 표시되고 안테나 요소에 대응하는 복소수(빔 형성 가중치)가 W(n)이라면, 수신된 신호는:

이고,

여기서, N은 수신 스테이션 예를 들면, 스테이션(100)의 안테나 요소들의 수이다.

프리앰블이 K개의 L-심볼들을 포함하면, 수신기는 K개의 상이한 안테나 세팅들에 대한 수신된 신호(A-D 변환기 이후의)를 측정한다. k번째 안테나 세팅 및 n번째 요소에 대응하는 빔 형성 가중치가 W_k(n)으로 표시되고 L-심볼의 수신 동안 n번째 안테나 요소 상에서의 기저 대역 신호가 X(n)이면, k번째 L-심볼 동안 수신된 신호는

이다.

R_`, ..., R_K의 수신 직후에, 수신기는

을 계산하고, 수신기는 이 공식을 패킷에서 데이터 심볼들의 수신 동안 빔 형성 가중치들

에 대하여 이용할 것이다. 상기의 예에서, 가중치들(W_k(n))은 직교인 것으로 가정된다.

수신 스테이션이 또한 계산된 빔 형성 가중치들(W)로 채널 측정을 행할 수 있도록, 송신 스테이션이 하나 이상의 L-심볼을 송신하는 것이 바람직하다(이 여분의 심볼은 K=1일 때 필요하지 않다). 이 가중치들은 W ₁ ,...,W _K 에 걸친 공간에서 최적의 빔 형성 가중치들을 제공한다(즉, 빔 형성은 가장 높은 신호 대 잡음비를 제공한다). K=N이고 W ₁,...,W _N이 선형으로 독립적이라면, 그 결과적인 빔 형성 가중치들이 최적화된다. 수신기는 W ₁,...,W _N를 자유롭게 선택한다.

채널이 안정되면, 빔 형성 가중치들(V⁽ⁱ⁾ 및 W⁽ⁱ⁾)은 제한 값들로 신속하게 수렴한다. 그 다음, 스테이션들은 더 이상의 최적화가 필요하지 않기 때문에, 자체의 안테나 요소들의 각각의 수(예를 들면, 단 하나)보다 더 적은 L-심볼들을 요청하도록 선택할 수 있다. 채널 상태들이 변경되는 경우, 스테이션들은 다시 더 많은 L-심볼들을 요청할 수 있다. 각각의 반복 시에, 스테이션은 K 채널 측정들 동안 자신이 이용하는 기저 벡터들을 자유롭게 선택한다. 제 1 기저 벡터가 이전 단계로부터 계산된 최적의 벡터와 동일하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 변형에서, 제 1 스테이션은 다음의 송신 신호에서 다른 스테이션에 의해 이용될 비트 레이트(bit rate)를 표시한다. 비트 레이트는 계산된 안테나 가중치들의 세트에 따라 선택될 수 있다. 예를 들면, L-심볼들의 수가 모든 가능한 세팅들을 테스트하는데 너무 작았기 때문에 계산된 안테나 가중치들이 충분히 정교하지 않으면, 제 1 스테이션은 높은 데이터 레이트보다는 매개 데이터 레이트를 표시할 것이다.

본 발명의 또 다른 변형에서, 송신 스테이션 예를 들면, 스테이션(200)은 수신 스테이션(100)의 안테나들의 수보다 더 많은 L-심볼들을 송신할 수 있다. 예를 들면, 송신 스테이션은 Q의 L-심볼들을 송신할 수 있고, 여기서 Q=NxP이다. 이는 송신 및 수신 안테나 세팅들 둘 모두를 테스트하기 위해 이용될 수 있다. 스테이션(200)은 N의 L-심볼의 지속기간과 동일한 미리 결정된 기간 예를 들면, T에 따라 변하는 상이한 안테나 세팅들로 L-심볼들을 송신할 수 있다. 스테이션(100)은 예를 들면, 매 L-심볼마다 변하는 상이한 안테나 세팅들로 L-심볼들을 수신한다.

세팅 변경은 각각의 스테이션이 보다 적은 횟수로 변화되도록 실행될 수 있다. 예를 들면, 스테이션들(100 및 200) 둘 모두가 동일한 수의 안테나들을 가지고 있다면, 이들은 자체의 각 세팅들을 매 두 L-심볼마다 아웃-페이징된(out-phased) 예를 들면, 서로에 관하여 직각 위상(quadrature)으로 변경할 수 있다.

그 다음, 수신 스테이션(100)은 송신 안테나 가중치들 및 수신 안테나 가중치들을 계산할 수 있고, 적어도 송신 안테나 가중치들을 스테이션(200)에 송신할 수 있어서 스테이션(200)이 다음의 송신에서 그들을 이용할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 송신 스테이션은 Q의 L-심볼들의 시퀀스를 전송할 수 있고, 여기서 예를 들면, Q=N + P이다. 이는 송신 및 수신 안테나 세팅 이 둘 모두를 테스트하기 위해 이용될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 수신 트레이닝 위상(Rx 트레이닝)을 형성하는 N의 제 1 L-심볼들 동안, 송신 스테이션은 자체의 현재 최적의 안테나 세팅(제 1 송신에서 전방향 안테나 세팅이 선택될 수 있다)으로 L-심볼들을 송신할 수 있고, 송신 트레이닝 위상(Tx 트레이닝)을 형성하는 P개의 지난 L-심볼들 동안, 송신 스테이션은 상이한 변화하는 안테나 세팅들로 L-심볼들을 송신할 수 있다. 수신 측 상에서, 수신 트레이닝 위상의 N개의 제 1 L-심볼들 동안, 수신 스테이션은 상이한 변화하는 안테나 세팅들로 L-심볼들을 수신할 수 있고, 수신 트레이닝 위상의 P개의 지난 L-심볼들 동안, 수신 스테이션은 자체의 현재 최적의 안테나 세팅으로 L-심볼들을 수신할 수 있다. 수신 스테이션은 송신 스테이션이 수신된 신호 전력을 최대화하기 위해 이용해야 하는 빔형성 가중치들을 계산할 수 있다. 그 다음, 다음의 메시지에서, 수신 스테이션은 이들 가중치들을 송신 스테이션으로 피드백(feed back)할 수 있다.

송신 트레이닝 위상 동안 안테나 세팅들은 여러 기준에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 각각의 L-심볼은 상이한 송신 가중치들(Tk)(즉, 지정된 트레이닝 행렬(T)의 k번째 열로 승산될 수 있다. 실제로, 안테나 어레이의 각각의 안테나 요소(n)는 T(n, k)가 k번째 트레이닝 L-심볼의 송신에서 n번째 안테나 요소의 송신 가중치인 트레이닝 행렬의 계수들(T(n, k))에 의해 조정된다. 예를 들면, Hadamard 행렬이 이용될 수 있다.

직교 정규 열들을 갖는 행렬은 가중치들의 수신 스테이션 프로세싱을 보조할 수 있기 때문에, 상기 행렬을 이용하는 것이 특히 유용하다는 것이 주목되어야 한다. 실제로, 행렬의 열들은 직교 정규하지 않을 경우, 수신기는 수신 전에 이 행렬을 인지해야만 한다. 그러나, 직교 정규 열들은 모든 방향들로 발하는 패턴들을 생성함으로써, 다른 이웃하는 단말들에 대한 간섭을 발생시킨다. 그러므로 푸리에 행렬을 이용하는 것이 제안된다.

NxK 푸리에 행렬(F)은 다음과 같이 규정된다:

각각의 계수는

이고

N=N1*N2, K=K1*K2, K1>=N1, K2>=N2

n1=n mod N1, n1=0,...,N1-1, n2=floor(n/N1), n2=0,...,N2-1이다.

이 실시예의 일례에서, 안테나 어레이는 직각의 N2xN1에 배열된 N개의 요소들을 포함한다. 이와 같은 경우에, F의 K열들 중 각각의 열은 특정한 방향을 나타내는 빔에 대응하고 즉, K는 빔 지정 레졸루션(beam pointing resolution)을 결정한다.

푸리에 행렬의 주요 장점은 행렬을 구성하기 위해 필요한 파라미터들을 수신 스테이션으로 시그널링하는 것이 용이하다는 것이다.

본 실시예의 변형에 따라, 두 상이한 동작 모드들이 구별된다. 저 레이트로 특정한 발견(discovery) 채널 상에서 전방향 패턴으로 실행될 수 있는 발견 모드 동안, 완전 푸리에 행렬, 즉, K1=N1 및 K2=N2가 선택될 수 있다. 그 다음, N1 및 N2만을 수신 스테이션으로 시그널링하는 것이 필요하다. 발견 모드에서, 두 스테이션들은 서로를 인지하지 않고 어느 빔형성이 최적인지 알지 못한다. 송신 스테이션은 예를 들면, Q=N+P일 때, Q의 L-심볼들의 시퀀스로 상술한 프레임을 전송한다. 이 발견 모드 이후에 최적의 빔 형성이 계산될 때, 두 스테이션들은 데이터 채널과 같은 또 다른 채널로 스위칭될 수 있고, 더 높은 데이터 레이트로 통신을 시작할 수 있다.

이 통신 동안에, 최적의 빔형성을 유지하는 것이 필요하다. 그러므로, 스테이션들은 트래킹 모드(tracking mode)로 진입한다. 이 트래킹 모드에서, 적어도 일부 메시지들의 프리앰블에서, 일부 트레이닝 심볼들이 제공된다. 발견 위상에서와 같은 수의 트레이닝 심볼들을 제공하는 것은 유용하지 않을 수 있는데, 왜냐하면 최적의 빔형성은 공지되어 있는 것으로 간주되기 때문이다. 이 트레이닝 심볼들은 현재 최적의 빔형성 주위의 일부 빔형성 가중치들을 테스트하기 위해 이용된다. 본 실시예의 일례에서, 송신 스테이션은 푸리에 행렬의 특정한 열들에 의해 포인트 방식(pointwise)으로 승산된 현재의 빔형성 벡터와 동일한 행렬을 이용한다. 이는 현재 패턴에 근접하는 로브(lobe)들을 갖는 적합한 패턴들을 제공한다. 이용된 열들은 수신 스테이션이 현재의 트레이닝 행렬을 인지하도록 시그널링되고 새로운 최적의 송신 가중치들의 보다 양호한 추정치를 획득하기 위해 더욱 진보된 프로세싱을 행할 수 있다.

예를 들면, 트래킹 모드 행렬은 작은 어레이 크기로 예를 들면, 작은 어레이 크기에 대하여 K1=N1*4, K2=N2*4, 또는 큰 어레이 크기에 대하여 K1=N1, K2=N2로 선택될 수 있다. 그 다음, 트레이닝 행렬은: 크기 Nx4(또는 Nx8)의 푸리에 행렬로부터 선택된 4(또는 8) 열들을 이용한다. 가중치들의 더욱 양호한 추정치들을 확보하기 위해, N1, N2, K1, K2를 시그널링하는 것만이 필요하다.

현재의 최적의 빔형성 가중치 주위에 단지 로브들의 수를 제한함으로써, 감소된 푸리에 행렬을 선택하는 것이 가능하다. 예를 들면, 빔 트래킹을 위해 F로부터 열들을 선택한다.

트래킹 빔: wopt.*F(:,k1k2).

현재 최적화 빔: (k1,k2)=(0,0).

가장 근접한 4 빔들: (k1,k2)=(0,1), (0,K2-1), (1,0), (K1-1,0).

그 다음의 가장 근접한 4 빔들: (k1,k2)=(1,1), (1,K2-1), (K1-1,1), (K1-1,K2-1).

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 발견 모드 및/또는 트래킹 모드에서의 프리앰블들은 전송 트레이닝 위상만을 포함(및 수신 트레이닝 위상은 포함하지 않음)할 수 있고 즉, L-심볼들의 시퀀스 중에 송신 스테이션이 푸리에 행렬에 따라 빔형성 가중치들을 조정한다. 그 다음, 수신 스테이션에 의한 피드백이 필요하다.

프리앰블의 구조는 어떠한 송신 스킴(예를 들면, OFDM, 단일 캐리어, 단일 캐리어 블록 송신 또는 일부 다른 방법)이 이용될지라도 이용될 수 있다.

이 방법은 다른 스테이션으로의 피드백 송신을 요구하지 않으면서도 빔 형성 가중치들의 계산을 보장하도록 허용한다. 더욱이, 단일 프리앰블에서, 스테이션들은 최적의 빔 형성 가중치들을 획득할 수 있고, 모든 데이터의 송신 시에 이들 가중치들을 적응시킬 수 있다.

본 명세서 및 청구항들에서 요소 앞의 단어("a" 또는 "an")는 복수의 이러한 요소들의 존재를 배제하지 않는다. 더욱이, 단어 "포함하는(comprising)" 또는 "포함하다(comprise)"는 상기에 기재된 것 이외의 다른 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 청구항들에서의 괄호 내에 참조 부호들의 포함은 이해를 돕도록 의도되고 제한하도록 의도되지 않는다.

본 명세서의 판독으로부터, 당업자들에게는 다른 수정들이 명백할 것이다. 그와 같은 수정들은 무선 통신들의 분야에서 기존에 공지되어 있고 본원에 이미 기술된 특징들 대신에 또는 특징들 이외에 이용되는 다른 특징들을 수반할 수 있다.

100: 제 1 스테이션 101 내지 10N: 안테나들
111 내지 11N: 조정 수단들 120: 가산기
130, 230: 아날로그 대 디지털 변환기 140: 프로세싱 유닛
150: 스위칭 수단 200: 제 2 스테이션
211 내지 21P: 조정 수단들 220: 디멀티플렉싱 수단

Claims (15)

1. 제 2 스테이션(station)으로부터 제 1 스테이션으로 신호를 전달하기 위한 방법으로서, 상기 제 1 스테이션은 복수의 안테나들을 포함하는 안테나 어레이를 갖는, 상기 신호 전달 방법에 있어서:
   (a) 상기 제 1 스테이션에서 구성 필드 및 데이터 필드를 가지는 각각의 아날로그 신호를 각각의 안테나 상에서 수신하는 단계로서, 상기 구성 필드는 복수회 반복된 트레이닝 심볼(training symbol)을 포함하는, 상기 각각의 아날로그 신호 수신 단계,
   (b) 적어도 두 아날로그 신호들을 결합된 신호로 결합하는 단계로서,
   각각의 트레이닝 심볼 반복 동안, 상기 복수의 안테나들의 적어도 하나의 안테나 파라미터(antenna parameter)를 조정하고 상기 결합된 신호를 측정하는 단계, 및
   - 상기 데이터 필드를 수신하기 위한 상기 안테나 어레이 상에서 아날로그 빔 형성을 위해 적용될 안테나 가중치들의 세트를 계산하는 단계를 포함하는, 상기 적어도 두 아날로그 신호 결합 단계를 포함하는, 제 2 스테이션으로부터 제 1 스테이션으로 신호를 전달하기 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 결합된 신호는 측정되기 전에 디지털화되는, 제 2 스테이션으로부터 제 1 스테이션으로 신호를 전달하기 위한 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 안테나 파라미터들은 각각의 안테나 신호의 위상 및 진폭을 포함하는, 제 2 스테이션으로부터 제 1 스테이션으로 신호를 전달하기 위한 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 2 스테이션은 복수의 송신 안테나들을 가지는 송신 안테나 어레이를 포함하고, 상기 방법은:
   상기 제 2 스테이션에서 각각의 트레이닝 심볼 반복 동안 상기 복수의 송신 안테나들의 제 2 스테이션의 적어도 하나의 안테나 파라미터를 조정하는 단계,
   상기 제 1 스테이션에서 송신 안테나 가중치들의 세트 및 수신 안테나 가중치들의 세트를 계산하는 단계, 및
   상기 제 1 스테이션에서 다음의 송신 동안 이용될 상기 송신 안테나 가중치들의 세트를 상기 제 2 스테이션에 전송하는 단계를 추가로 포함하는, 제 2 스테이션으로부터 제 1 스테이션으로 신호를 전달하기 위한 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 2 스테이션은 복수의 송신 안테나들을 가지는 송신 안테나 어레이를 포함하고, 상기 방법은 상기 제 2 스테이션에서 전방향 방사 패턴(omnidirectional radiation pattern)을 이용하여 상기 수신 스테이션과의 통신을 개시하는 단계를 포함하는, 제 2 스테이션으로부터 제 1 스테이션으로 신호를 전달하기 위한 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 스테이션은 다음의 송신 신호에서 상기 제 2 스테이션에 의해 이용될 비트 레이트(bit rate)를 표시하고, 상기 비트 레이트는 상기 결합된 신호의 신호 품질에 따라 선택되는, 제 2 스테이션으로부터 제 1 스테이션으로 신호를 전달하기 위한 방법.
7. 수신 스테이션에 있어서:
   각각의 안테나 상에서 구성 필드 및 데이터 필드를 가지는 각각의 아날로그 신호를 수신하기 위한 복수의 안테나들을 포함하는 안테나 어레이로서, 상기 구성 필드는 복수회 반복된 트레이닝 심볼을 포함하는, 상기 안테나 어레이,
   적어도 두 아날로그 신호들을 결합된 신호로 결합하기 위한 결합 수단,
   각각의 트레이닝 심볼 반복 동안 상기 복수의 안테나들의 적어도 하나의 안테나 파라미터를 조정하기 위한 조정 수단,
   상기 적어도 하나의 파라미터의 각각의 세팅에 의해 획득된 상기 결합된 신호를 측정하는 수단, 및
   상기 데이터 필드를 수신하기 위한 상기 안테나 어레이 상에서 아날로그 빔 형성을 위해 상기 조정 수단에 적용될 안테나 가중치들의 세트를 계산하기 위한 계산 수단을 포함하는, 수신 스테이션.
8. 제 7 항에 청구된 바와 같은 수신 스테이션과 통신하기 위한 송신 스테이션에 있어서,
   구성 필드 및 데이터 필드를 가지는 아날로그 신호를 송신하기 위한 송신 수단으로서, 상기 구성 필드는 복수회 반복된 동일한 트레이닝 심볼들의 시퀀스를 포함하는, 상기 송신 수단을 포함하여, 상기 수신 스테이션이 아날로그 빔 형성을 추정하기 위해 각각의 안테나 세팅들에 의한 복수의 측정들을 실행할 수 있도록 하는, 수신 스테이션과 통신하기 위한 송신 스테이션.
9. 복수회 반복된 동일한 트레이닝 심볼들의 시퀀스(sequence)를 가지는 프리앰블 구조(preamble structure)에 있어서,
   제 11 항에 따른 수신 스테이션이 아날로그 빔 형성을 추정하기 위해 각각의 안테나 세팅들에 의한 복수의 측정들을 실행할 수 있도록 배열되는, 프리앰블 구조.
10. 제 1 스테이션으로부터 제 2 스테이션으로 신호를 전달하기 위한 방법으로서, 상기 제 1 스테이션은 복수의 안테나를 포함하는 안테나 어레이를 갖는, 상기 신호 전달 방법에 있어서:
    (a) 상기 제 1 스테이션에서 상기 안테나 어레이의 각각의 안테나에 대응하는 각각의 아날로그 신호들의 결합에 의해 형성된 결합된 신호를 상기 안테나 어레이에 의해 송신하는 단계로서, 상기 각각의 아날로그 신호들은 구성 필드를 갖고, 상기 구성 필드는 복수회 반복된 트레이닝 심볼을 포함하고, 푸리에 행렬(Fourier matrix)에 기초하여 트레이닝 행렬에 따른 각각의 트레이닝 심볼 반복 동안 상기 복수의 안테나들의 각각의 안테나의 적어도 하나의 안테나 파라미터를 조정하는 서브-단계를 포함하는, 상기 결합된 신호 송신 단계,
    (b) 상기 제 2 스테이션에서 상기 결합된 신호를 수신하고, 각각의 트레이닝 심볼에 대응하는 적어도 하나의 파라미터를 측정하고, 상기 측정된 파라미터들에 기초하는 표시를 상기 제 1 스테이션으로 시그널링(signaling)하는 단계, 및
    (c) 상기 제 1 스테이션에서 상기 측정된 파라미터들에 기초하는 표시로부터 송신 안테나 가중치들의 세트를 계산하는 단계를 포함하는, 제 1 스테이션으로부터 제 2 스테이션으로 신호를 전달하기 위한 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 트레이닝 행렬은 이전에 계산된 송신 안테나 가중치들의 최적의 세트를 푸리에 행렬의 적어도 하나의 열과 포인트 방식(pointwise)으로 승산함으로써 획득되는, 제 1 스테이션으로부터 제 2 스테이션으로 신호를 전달하기 위한 방법.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 측정된 파라미터들에 기초하는 상기 표시는 상기 심볼들의 측정된 파라미터들에 기초하여 빔형성 가중치들을 계산함으로써 획득되는, 제 1 스테이션으로부터 제 2 스테이션으로 신호를 전달하기 위한 방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 스테이션은 상기 푸리에 행렬의 적어도 하나의 파라미터를 송신하여, 상기 제 2 스테이션이 상기 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 상기 푸리에 행렬을 구축할 수 있도록 하는, 제 1 스테이션으로부터 제 2 스테이션으로 신호를 전달하기 위한 방법.
14. 제 10 항에 있어서,
    상기 단계들은 빔형성 가중치들의 최적의 세트가 발견될 때까지 반복되고, 일단 상기 빔형성 가중치들의 최적의 세트가 발견되었다면 상기 제 1 스테이션과 상기 제 2 스테이션 사이의 통신은 상이한 채널로 스위칭(switching)되는, 제 1 스테이션으로부터 제 2 스테이션으로 신호를 전달하기 위한 방법.
15. 신호를 부가적인 무선 스테이션으로 전달하기 위한 수단을 포함하는 무선 스테이션에 있어서:
    복수의 안테나들을 포함하는 안테나 어레이,
    상기 안테나 어레이의 각각의 안테나에 대응하는 각각의 아날로그 신호들의 결합에 의해 형성된 결합된 신호를 상기 안테나 어레이에 의해 송신하기 위한 수단으로서, 상기 각각의 아날로그 신호들은 구성 필드를 갖고, 상기 구성 필드는 복수회 반복된 트레이닝 심볼을 포함하는, 상기 결합된 신호 송신 수단,
    푸리에 행렬에 기초하여 트레이닝 행렬에 따른 각각의 트레이닝 심볼 반복 동안 상기 복수의 안테나들의 각각의 안테나의 적어도 하나의 안테나 파라미터를 조정하기 위한 수단,
    측정된 파라미터들에 기초하는 표시를 상기 부가적인 무선 스테이션으로부터 수신하기 위한 수단으로서, 상기 측정된 파라미터들은 각각의 트레이닝 심볼에 대응하는, 상기 표시 수신 수단, 및
    상기 측정된 파라미터들에 기초하는 상기 표시로부터 송신 안테나 가중치들의 세트를 계산하기 위한 수단을 포함하는, 무선 스테이션.

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