KR20130017932A - 무선 통신 시스템에서의 적응적 빔포밍 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 최적의 빔 방향을 유지하기 위한 것으로, 단말의 동작 방법은, 기지국에 의해 송신되는 다수의 참고 신호들을 이용하여, 선호하는 송신 빔으로서 제1송신 빔을, 선호하는 수신 빔으로서 제1수신 빔을 결정하는 과정과, 송신 빔의 변경이 필요한지 여부를 판단하는 과정과, 상기 송신 빔의 변경이 필요하면, 상기 선호하는 송신 빔을 제2송신 빔으로 재선택하는 과정과, 상기 제2송신 빔을 지시하는 정보를 포함하는 빔 변경 요청을 상기 기지국으로 송신하는 과정을 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서의 적응적 빔포밍 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ADAPTIVELY BEAM-FORMING IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 초고주파(SHF : Super High Frequency) 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 적응적으로 빔포밍을 수행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
계속적으로 증가하는 무선 데이터 트래픽(traffic) 수요를 충족시키기 위하여, 무선 통신 시스템은 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 방향으로 발전하고 있다. 현재 상용화가 시작되는 4G(4th Generation) 시스템은 데이터 전송률 증가를 위해 주로 주파수 효율성(spectral efficiency)을 개선하는 방향으로 기술 개발을 추구하였다. 그러나, 상기 주파수 효율성 개선 기술 만으로는 폭증하는 무선 데이터 트래픽 수요를 만족시키기 어렵게 되었다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 하나의 방안으로서, 매우 넓은 주파수 대역을 사용하는 것이 있다. 현재 이동 통신 셀룰러(celluler) 시스템에서 사용되는 주파수 대역은 일반적으로 10GHz이하로서, 넓은 주파수 대역 확보가 매우 어렵다. 따라서, 더 높은 주파수 대역에서 광대역 주파수를 확보해야 할 필요성이 있다.
하지만, 무선 통신을 위한 주파수가 높아질수록 전파 경로 손실은 증가한다. 이로 인하여, 전파 도달거리는 상대적으로 짧아지며, 이에 따라 서비스 영역(coverage)이 감소한다. 이를 해결하기 위한, 다시 말해, 전파 경로 손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위한 중요 기술 중 하나로서, 빔포밍(beamforming) 기술이 있다. 상기 빔포밍은 송신 빔포밍 및 수신 빔포밍으로 구분될 수 있다. 상기 송신 빔포밍은 일반적으로 다수의 안테나를 이용하여 전파의 도달 영역을 특정한 방향으로 집중시킨다. 일반적으로, 다수의 안테나가 집합된 형태는 안테나 어레이(antenna array), 어레이에 포함되어 있는 개개의 안테나는 어레이 엘리먼트(array element)라 지칭된다. 상기 송신 빔포밍을 적용하는 경우, 신호의 전송 거리가 증가되며, 동시에, 의도된 방향 이외의 다른 방향으로는 신호가 거의 전송되지 아니한다. 따라서, 다른 사용자에 대한 간섭이 매우 줄어드는 장점이 있다. 수신 빔포밍은 수신측에서 수신 안테나 어레이를 이용하여 전파의 수신을 특정 방향으로 집중시킨다. 이에 따라, 의도된 방향으로 수신되는 신호 감도가 증가하고, 상기 의도된 방향 외의 방향으로 들어오는 신호를 배척함으로써 간섭 신호가 차단된다.
상술한 바와 같이, 넓은 주파수 대역을 확보하기 위해 초고주파, 다시 말해 밀리미터(mm) 웨이브(wave) 시스템의 도입이 예상되며, 이 경우, 전파 경로 손실을 극복하기 위해 빔포밍 기술이 고려되고 있다. 따라서, 사용자가 이동하고, 전파 환경이 변화하는 이동 통신 환경에서 빔포밍을 효과적으로 수행하기 위한 대안이 제시되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 무선 통신 시스템에서 이동 통신 환경에서 빔포밍을 효과적으로 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선 통신 시스템에서 주기적인 빔 획득 절차의 한계를 극복하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 무선 통신 시스템에서 빔 선택 오류에 대응하여 빔 변경 절차를 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 무선 통신 시스템에서 빔 획득 절차를 위한 참고 신호 외 다른 참고 신호를 이용하여 빔 선택 오류의 발생을 인지하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 무선 통신 시스템에서 빔 획득 절차를 위한 참고 신호 외 다른 참고 신호를 이용하여 선호하는 빔을 재선택하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따르면, 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법은, 기지국에 의해 송신되는 다수의 참고 신호들을 이용하여, 선호하는 송신 빔으로서 제1송신 빔을, 선호하는 수신 빔으로서 제1수신 빔을 결정하는 과정과, 송신 빔의 변경이 필요한지 여부를 판단하는 과정과, 상기 송신 빔의 변경이 필요하면, 상기 선호하는 송신 빔을 제2송신 빔으로 재선택하는 과정과, 상기 제2송신 빔을 지시하는 정보를 포함하는 빔 변경 요청을 상기 기지국으로 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2견지에 따르면, 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법은, 서로 다른 송신 빔을 적용한 다수의 참고 신호들을 송신하는 과정과, 상기 참고 신호들을 이용하여 단말에 의해 판단된 상기 단말이 선호하는 송신 빔으로서 제1송신 빔을 지시하는 정보를 수신하는 과정과, 상기 단말이 선호하는 송신 빔이 제2송신 빔으로 변경됨을 알리는 빔 변경 요청을 수신하는 과정과, 상기 제2송신 빔을 상기 단말로의 하향링크 신호를 위한 송신 빔으로서 추가 또는 변경하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3견지에 따르면, 무선 통신 시스템에서 단말 장치는, 기지국에 의해 송신되는 다수의 참고 신호들을 이용하여, 선호하는 송신 빔으로서 제1송신 빔을, 선호하는 수신 빔으로서 제1수신 빔을 결정하고, 송신 빔의 변경이 필요한지 여부를 판단하고, 상기 송신 빔의 변경이 필요하면 상기 선호하는 송신 빔을 제2송신 빔으로 재선택하는 제어부와, 상기 제2송신 빔을 지시하는 정보를 포함하는 빔 변경 요청을 상기 기지국으로 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제4견지에 따르면, 무선 통신 시스템에서 기지국 장치는, 다수의 참고 신호들에 서로 다른 송신 빔을 적용하는 빔포밍부와, 상기 참고 신호들을 이용하여 단말에 의해 판단된 상기 단말이 선호하는 송신 빔으로서 제1송신 빔을 지시하는 정보를 수신하고, 상기 단말이 선호하는 송신 빔이 제2송신 빔으로 변경됨을 알리는 빔 변경 요청을 수신하는 수신부와, 상기 제2송신 빔을 상기 단말로의 하향링크 신호를 위한 송신 빔으로서 추가 또는 변경하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
무선 통신 시스템에서 주기적으로 수행되는 빔 획득 절차 외에 빔 선택 오류에 대응한 빔 변경 절차를 추가적으로 수행함으로써, 순시적 또는 일시적인 빔 불일치 현상에 신속하게 대처할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국 및 단말의 거리에 따른 빔 영역을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 빔 선택 오류가 발생하는 예를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 선호 빔 결정의 예를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 빔 획득 절차 및 빔 변경 절차를 위한 시그널링을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 빔 획득 절차 및 빔 변경 절차를 위한 시그널링을 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 무선 통신 시스템에서 이동 통신 환경에서 빔포밍을 효과적으로 수행하기 위한 기술에 대해 설명한다. 이하 본 발명은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)/OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식의 무선통신 시스템을 예로 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국 및 단말의 거리에 따른 빔 영역을 도시하고 있다.
상기 도 1을 참고하면, 빔포밍이 수행되는 경우 기지국(100) 및 단말(110) 간 거리 d(140)에 따라 빔포밍된 신호가 도달하는 영역의 폭 x(130)가 결정될 수 있다. 이에 따라, 상기 단말(110)이 이동할 때 빔 획득 절차를 통해 얻은 최적의 빔 방향이 얼마나 유효할 지에 대한 분석을 통해서, 빔 획득의 동작 주기가 예측될 수 있다. 즉, 상기 도 1과 같이 빔(120)이 형성된 경우, 거리 d(140)만큼 떨어져 위치한 상기 단말(110)은 주위 약 x(130) 정도의 범위에서 상기 빔(120)을 유효하게 수신할 수 있다. 여기서, 상기 빔(120)의 유효 거리인 상기 x(130)의 값은 빔 폭(beam width) 또는 3dB 빔 폭에 따라 결정될 수 있다.
상기 기지국(100)으로부터의 거리가 동일할 때, 빔 폭이 좁을수록 유효 거리는 짧아진다. 예를 들어, 3dB 빔 폭이 10° 혹은 20°인 경우, 상기 단말(110)의 이동 속도가 균일하다면, 상기 기지국(100) 및 상기 단말(130) 간 거리 d(140)에 따라 빔(120)의 유효 거리 x(130)가 계산될 수 있다. 또한, 상기 유효 거리 x(130) 가 계산되면, 상기 단말(110)의 이동 속도에 따라 상기 유효 거리 x(130)를 이동하기 위해 소요되는 시간도 계산될 수 있다. 이하 <표 1>은 주어진 단말의 이동 속도, 유효 거리 및 기지국 및 단말 간 거리에 따라, 유효 거리 만큼을 이동하기 위해 필요한 소요 시간을 계산한 결과를 나타낸다. 이하 <표 1>에서, 주파수 대역은 28GHz로 가정하였다.
기지국 및 단말 간
거리		 유효 거리 소요 시간
30km/h 120km/h
50m 4.3~17.6 m 0.5~2 초 0.13~0.52 초
100m 8.7~35.2 m 1~4 초 0.26~1 초
상기 <표 1>에 나타난 바와 같이, 단말이 120km/h 이상의 고속으로 이동하더라도 유효 거리를 이동하기 위해 최소 수백 msec이 소요된다. 일반적인 통신 시스템의 1개 프레임의 구간은 10msec 이하로 설계되는 것을 고려할 때, 수백 msec의 소요 시간은 상대적으로 매우 긴 시간이다. 또한, 수백 msec는 채널 변화를 적응적으로 고려하여 재전송을 수행하는 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest) 재전송 기법의 재전송 주기를 고려할 때 상대적으로 매우 긴 시간이다. 즉, 단말의 이동으로 인한 선호 빔의 변화율은 채널 변화율보다 느리므로, 빔 획득 절차 주기가 HARQ 재전송 주기보다 긴 것이 시스템 오버헤드 및 효율성 측면에서 적합함을 알 수 있다.
빔 선택 오류는, 빔 획득 절차에서 빔이 잘못 선택된 경우는 물론, 단말의 이동 및 주변 환경 변화로 인해 이전 빔 획득 절차에서 결정된 빔과 현재 선호하는 빔이 상이한 경우를 의미한다. 여기서, 상기 선호하는 빔은 최적의 통신 품질을 보장하는 빔 또는 임계치 이상의 통신 품질을 보장하는 빔을 의미한다. 상기 빔 선택 오류가 발생하면, 안테나 이득이 감소하므로, 수신 신호 세기가 감소하게 되고, 통신 품질의 열화가 야기될 수 있다. 이하 도 2는 상기 빔 선택 오류가 발생될 수 있는 상황들을 보여준다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 빔 선택 오류가 발생하는 예를 도시하고 있다.
상기 도 1을 참고하여 설명한 유효 거리를 이동하기 위한 소요 시간은 동일한 빔 영역의 한쪽 경계에서 반대쪽 경계까지 이동하는 경우의 시간이다. 그러나, 단말이 언제나 동일한 빔 영역의 한쪽 경계에서 반대쪽 경계까지 이동하는 것이 아니므로, 상기 <표 1>에 나타난 소요 시간은 최대 값으로서의 의미를 가진다. 따라서, 단말이 2개의 빔 영역들의 경계를 넘어 이동하는 경우, 상기 소요 시간은 짧아질 것이다. 예를 들어, 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 송신 빔-A(210)의 경계 부근에 위치한 단말(220)이 송신 빔-B(212) 방향으로 이동하는 경우, 이동 속도가 빠르지 아니하더라도, 빔 획득 절차의 동작 주기 경과 전에 상기 단말(220)이 선호하는 빔이 변경이 될 수 있고, 그 결과, 빔 선택 오류가 발생할 수 있다. 여기서, 상기 도 1을 참고하여 판단한 결과에 근거하여, 상기 빔 획득 절차는 HARQ 재전송 주기보다 긴 주기를 가짐을 가정한다.
상기 빔 선택 오류가 발생하는 다른 원인으로, 사용자의 이동이 아닌 주변 환경의 변화가 있다. 즉, 단말이 이동하여 빔 영역을 벗어나지 아니하더라도, 주변에 존재하는 방해물, 예를 들어, 자동차, 건물 등에 의해서 빔 획득 절차 주기 경과 전에 선호하는 빔 방향이 변경될 수 있다. 예를 들어, 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 단말(230)은 송신 빔-C(214)의 영역 내에서 이동하지 아니하였으나, 자동차(240)가 상기 단말(230) 및 상기 기지국(200)의 LOS(Line of Sight) 경로 상에 진입하면, 상기 단말(230)의 선호하는 빔이 변경될 수 있다. 이는, 상기 단말(230)은 LOS 방향의 빔 만이 아닌 NLOS(Non-LOS), 즉, 반사체를 반사해 전파되는 빔 방향을 선호할 수 있음을 가정한 것이다.
상술한 바와 같이, 다양한 경우에 빔 선택 오류가 발생할 수 있다. 상기 빔 선택 오류를 해소하기 위한 가장 직관적이고 간단한 방안은 상기 빔 획득 절차의 주기를 매우 짧게 정의하는 것이다. 하지만, 상기 빔 획득 절차의 주기가 짧아질수록, 불필요한 빔 획득 절차가 빈번하게 수행되며, 동시에, 많은 상향링크 피드백 신호 전송으로 인한 시스템 오버헤드가 증가한다. 또한, 잦은 빔 획득 절차로 인하여, 단말의 전력 소모가 증가될 수 있다. 따라서, 본 발명은 단순히 빔 획득 절차의 주기를 짧게 하는 방안 외에 효과적으로 빔 선택 오류를 해소하기 위한 방안을 제안한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 선호 빔 결정의 예를 도시하고 있다.
상기 도 3을 참고하면, 기지국(300)은 빔 획득을 위해 송신 빔 방향을 순차적으로 변경하며 다수의 참고 신호(reference signal)들을 송신한다. 여기서, 상기 참고 신호는 미리 약속된 시퀀스(sequence)로 구성된 신호로서, 프리앰블(preamble), 미드앰블(midamble), 훈련 신호(training signal) 등으로 지칭될 수 있다. 상기 단말(310)은 서로 다른 빔 방향으로 송신된 참고 신호들을 수신하고, 각 참고 신호에 대한 신호의 세기를 측정한다. 상기 단말(310)은 측정된 신호 세기들을 비교한 후, 가장 큰 신호 세기를 가지는 송신 빔을 선택한다. 이로 인해, 최적의 송신 빔이 결정된다.
또한, 상기 단말(310)은 최적의 수신 빔을 결정할 수 있다. 최적의 수신 빔을 결정하고자 하는 경우, 참고 신호는 상기 기지국(300)의 송신 빔 개수 및 상기 단말(310)의 수신 빔 개수의 곱만큼 반복적으로 송신되어야 한다. 즉, 상기 단말(310)은 결정된 송신 빔이 적용된 참고 신호에 대하여 수신 빔을 변경하며 반복 수신하고, 각 수신 빔에 대응되는 신호 세기들을 측정한 후, 가장 큰 신호 세기를 가지는 수신 빔을 선택한다. 상술한 바와 같은 수신 신호 세기 측정 및 비교를 통해서, 선호하는 송/수신 빔 쌍(pair)이 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 도 3의 경우, 본 발명은 송신 빔-E(322) 및 수신 빔-B(332)가 가장 큰 수신 신호 세기를 가지는 선호하는 송/수신 빔 쌍으로 선택되었음을 가정한다.
상기 송신 빔-E(325) 및 상기 수신 빔-B(323)가 최적의 송/수신 빔으로 결정되면, 상기 단말(310)은 상기 기지국(300)으로 선호 송신 빔 정보로서 상기 송신 빔-E(325)를 알리는 정보를 피드백한다. 이후, 데이터 전송 시 혹은 다음 빔 획득 절차가 진행되기 전에 선호하는 송/수신 빔 쌍이 변경된 경우, 즉, 빔 선택 오류가 발생한 경우, 상기 단말(310)은 선호하는 송/수신 빔 쌍을 다시 선택하고, 상기 기지국(300)으로 재선택된 송신 빔을 알려주어야 한다. 하지만, 상기 기지국(300)이 상기 재선택된 송신 빔을 즉시 적용할 수 있을지 여부가 불확실하며, 재선택된 송신 빔에 상응한 수신 빔의 재선택이 필요하다. 따라서, 재선택된 송신 밤 적용의 불확실성 및 상기 수신 빔 재선택의 필요성을 해소하기 위해, 추가적인 제어 신호 교환이 필요하다. 따라서, 상기 기지국(300) 및 상기 단말(310)은 추가적인 제어 신호의 교환을 통해 재선택된 송신 빔의 적용 여부를 명확하게 파악하고, 재선택된 송신 빔에 대응되는 수신 빔을 재선택할 수 있다.
추가적으로, 본 발명은 상기 추가적인 제어 신호의 교환을 제거하여 시그널링 오버헤드를 줄이기 위한 다른 실시 예를 제안한다. 상기 추가적인 제어 신호의 교환을 제거하기 위한 방안은 수신 빔의 선호도가 유지되는 범위에서 송신 빔을 재선택하는 것이다. 상기 단말(310)의 수신 빔은 상기 기지국(300)의 송신 빔에 비하여 넓은 빔 폭을 가지는 것이 일반적이다. 따라서, 하나의 선호하는 수신 빔에 대하여, 다수의 선호하는 송신 빔들이 존재할 수 있다. 다시 말해, 수신 빔 대 송신 빔의 관계는 1 대 다(多)의 관계일 수 있다. 예를 들어, 상기 도 3의 경우, 본 발명은 수신 빔 및 송신 빔의 대응관계가 하기 <표 2>와 같다고 가정한다.
송신 빔 수신 빔
A A
B F
C B
D A
E B
F B
G C
H C
상기 <표 2>에 나타난 바와 같이, 상기 단말(310)은 수신 빔-A(331)에 대하여 송신 빔-A(321), D(324)를 선호하고, 수신 빔-B(332)에 대하여 송신 빔-C(323), E(325), F(326)를 선호하고, 수신 빔-C(333)에 대하여 송신 빔-G(327), H(328)를 선호하고, 수신 빔-F(336)에 대하여 송신 빔-F(326)를 선호한다.
상기 단말(310)은 빔 획득 절차 시, 각 송신 빔 별로 가장 수신 신호 세기가 큰 수신 빔을 결정하여 송/수신 빔 쌍 목록을 생성한다. 예를 들어, 상기 송/수신 빔 쌍 목록은 상기 <표 2>와 같을 수 있다. 이에 따라, 빔 선택 오류를 판단한 상기 단말(310)은 현재 사용 중인 수신 빔을 포함하는 송/수신 빔 쌍 중에서 가장 신호 세기가 큰 빔 쌍을 선택한다. 그리고, 상기 단말(310)은 재선택된 송신 빔 정보로서 선택된 빔 쌍에 포함된 송신 빔을 알리는 정보를 상기 기지국(300)으로 피드백한다. 이 경우, 수신 빔은 변경이 되지 아니하므로, 상기 단말(310)의 동작에 있어서 재선택된 송신 빔이 적용되는지 여부가 큰 문제가 되지 아니하며, 수신 빔 재선택이 필요하지 아니하다.
상기 도 3를 참고하여 구체적인 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 상기 <도 3>에서 빔 획득 절차를 통해 결정된 송/수신 빔 쌍은 송신 빔-E(325) 및 수신 빔-B(323)이다. 이때, 상기 빔 획득 절차 중, 상기 단말(310)은 송/수신 빔 쌍 목록을 생성 및 저장한다. 이후, 상기 단말(310)은 상기 빔 획득 절차를 위한 참고 신호 외 다른 참고 신호를 이용하여 빔 선택 오류의 발생을 인지한다. 예를 들어, 상기 빔 획득 절차를 위한 참고 신호 외 다른 참고 신호는 다른 목적 또는 다른 단말의 빔 획득 절차를 위해 전송되는 참고 신호들을 포함할 수 있다. 즉, 상기 기지국(300)은 상기 단말(310)의 빔 획득 절차 외에도, 다른 목적 또는 다른 단말을 위한 빔 획득 절차를 위하여 참고 신호들을 송신한다. 다른 목적 또는 다른 단말을 위한 빔 획득 절차를 위하여 참고 신호들을 이용하는 경우, 상기 단말(310)은 매 프레임 적어도 하나의 참고 신호들을 수신할 수 있다.
상기 빔 선택 오류의 인지 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기 단말(310)은 상기 참고 신호들을 이용하여 송/수신 빔 쌍 목록을 새로이 생성하고, 상기 수신 빔-B(323)를 포함하는 송/수신 빔 쌍들 중에서 가장 큰 신호 세기를 가지는 빔 쌍을 검색한다. 검색 결과, 검색된 빔 쌍이 상기 빔 획득 절차를 통해 결정된 송/수신 빔 쌍과 상이하면, 상기 단말(310)은 빔 선택 오류가 발생함을 판단한다. 이 경우, 상기 단말(310)은 재선택된 송신 빔의 정보로서 상기 검색된 빔 쌍에 포함된 송신 빔을 나타내는 정보를 상기 기지국(300)으로 피드백한다. 이를 통해, 상기 단말(310)은 재선택된 송신 빔의 적용 여부 확인 및 수신 빔의 재선택 없이 상기 기지국(300)의 신호를 수신할 수 있다.
다른 예로, 상기 단말(310)은 송/수신 빔 쌍 목록을 새로이 생성하지 아니하고, 상기 빔 선택 오류의 발생 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로, 상기 단말(310)은 선호 수신 빔을 적용한 경우 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔을 선택한 후, 상기 송신 빔이 상기 빔 획득 절차를 통해 결정된 송신 빔과 동일한지 확인함으로써 상기 빔 선택 오류의 발생 여부를 판단할 수 있다. 그리고, 상기 선호 수신 빔을 적용한 경우 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔을 나타내는 정보를 상기 기지국(300)으로 피드백한다.
상술한 빔 선택 오류를 판단하는 과정에서, 상기 단말(310)은 상기 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔 및 상기 빔 획득 절차를 통해 결정된 송신 빔이 상이한 경우, 상기 빔 선택 오류를 판단한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 재선택된 송신 빔 및 상기 빔 획득 절차를 통해 결정된 송신 빔이 상이하더라도, 상기 빔 획득 절차를 통해 결정된 송신 빔을 적용한 경우의 신호 세기가 임계치 이상이라면, 상기 단말(310)은 빔 선택 오류가 발생하지 아니하였다 판단할 수 있다. 즉, 상기 단말(310)은 상기 빔 선택 오류의 발생 조건으로서, 상기 빔 획득 절차를 통해 결정된 송신 빔을 적용한 경우의 신호 세기가 임계치 미만인 것을 추가할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 기지국 및 단말은 일정 주기에 따라 참고 신호를 이용한 빔 획득 절차를 수행하고, 동시에, 빔 선택 오류 발생 시 수행되는 빔 변경 절차를 통해 일시적 또는 불규칙적으로 발생가능한 빔 변화를 극복할 수 있다.
이하 본 발명은 상술한 빔 획득 절차 및 빔 변경 절차가 수행되는 경우의 구체적인 실시 예를 설명한다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 빔 변경 절차는 빔 선택 오류가 발생한 경우 수행되거나, 또는, HARQ 초기 전송 또는 재전송이 실패하고 동시에 빔 선택 오류가 발생한 경우 수행될 수 있다. 이하 도 4는 상기 HARQ 전송 실패 및 빔 선택 오류 발생을 상기 빔 변경 절차의 수행 조건으로 하는 실시 예를, 이하 도 5는 빔 선택 오류 발생을 상기 빔 변경 절차의 수행 조건으로 하는 실시 예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 빔 획득 절차 및 빔 변경 절차를 위한 시그널링을 도시하고 있다.
상기 도 4를 참고하면, 401단계에서, 기지국(400)은 서로 다른 송신 빔들을 적용한 참고 신호들을 순차적으로 송신하고, 단말(410)은 서로 다른 수신 빔들을 적용하여 상기 참고 신호들을 수신한다. 즉, 상기 기지국(400)은 다수의 참고 신호들을 송/수신 빔 개수만큼 빔 방향을 변경하면서 반복 전송한다.
이어, 403단계에서, 상기 단말(410)은 상기 참고 신호들을 이용하여 선호하는 빔을 선택하고, 상기 선호하는 빔의 정보를 피드백한다. 다시 말해, 상기 단말(410)은 상기 기지국(400)이 송신한 참고 신호들 각각의 신호 세기를 측정하고, 측정된 신호 세기 중에서 가장 큰 신호 세기를 가지는 빔 방향을 선택하고, 선택된 빔의 인덱스 또는 참고 신호의 인덱스를 상기 기지국(400)으로 피드백한다. 상기 신호 세기는 채널 품질로 대체될 수 있다. 상기 401단계 및 상기 403단계는 일정 주기에 따라 반복적으로 수행될 수 있다. 단, 빔 획득 절차의 주기는 상술한 바와 같이 HARQ 재전송 주기보다는 훨씬 길게 설정되는 것이 바람직하다.
이후, 405단계에서, 상기 기지국(400)은 상기 단말(410)로 데이터를 초기 전송한다. 여기서, 상기 데이터는 HARQ 기법을 적용받는다. 이때, 본 발명은 상기 단말(410)이 초기 전송된 상기 데이터의 디코딩(decoding)을 실패함을 가정한다. 이어, 407단계에서, 상기 디코딩을 실패한 상기 단말(410)은 상기 기지국으로 NACK(Non ACKnowledge)를 송신한다. 통상의 HARQ 기법에 따르면, NACK이 송신된 경우, 기지국은 상기 데이터를 재전송하고, 상기 단말은 초기 전송된 신호 및 재전송된 신호의 결합을 통해서 수신 성능을 향상시킨다. 일반적으로, 디코딩 실패의 원인은 예상된 채널 및 실제 채널의 차이로 인한 신호 변조 및 부호화의 잘못된 선택이다. 또한, 도 2를 참고하여 설명한 바와 같이, 상기 디코딩 실패의 원인은 빔 선택 오류일 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 기지국(400) 및 상기 단말(410)은 재전송에 앞서, 빔 선택 오류의 발생 여부를 판단하고, 빔 선택 오류가 발생한 경우 빔 변경 절차를 수행한다. 본 발명은 빔 선택 오류가 발생하였음을 가정한다.
빔 선택 오류의 발생을 판단한 상기 단말(410)은, 409단계에서, 상기 기지국(400)으로 빔 변경 요청(beam change request)을 송신한다. 상기 빔 변경 요청은 재선택된 송신 빔의 정보, 빔의 변경/추가를 지정하는 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 빔 변경 절차는 상기 빔 획득 절차에 비하여 상대적으로 간이하게 빔 방향을 수정하는 절차로서, 빔의 교체 또는 추가가 이루어진다. 빔 획득 절차 주기가 경과하지 아니하더라도, 다른 목적으로 또는 다른 단말을 위해 참고 신호는 매 프레임 전송되고 있다. 따라서, 상기 단말(410)은 상기 다른 목적을 위한 또는 다른 단말을 위한 참고 신호들을 이용하여 매 프레임마다 선호하는 빔을 결정하고, 빔 선택 오류의 발생 여부를 판단할 수 있다. 이에 따라, 상기 기지국(400)은 상기 단말(410)을 위한 빔 방향을 교체 또는 추가한다. 상기 도 4에 도시된 바와 같이, 빔-B가 빔-C로 교체되거나, 또는 빔-C가 추가될 수 있다.
상기 빔 변경 절차 수행 후, 411단계에서, 상기 기지국(400)은 상기 단말(410)로 데이터를 재전송한다. 이때, 본 발명은 상기 단말(410)이 초기 전송된 신호 및 재전송된 신호의 결합을 통해 상기 데이터의 디코딩을 성공함을 가정한다. 이어, 413단계에서, 상기 디코딩을 성공한 상기 단말(410)은 상기 기지국으로 ACK(ACKnowledge)를 송신한다.
이후, 빔 획득 절차의 주기가 경과하면, 상기 기지국(400) 및 상기 단말(410)은 빔 획득 절차를 수행한다. 즉, 415단계에서, 기지국(400)은 송/수신 빔들 각각을 적용한 참고 신호들을 순차적으로 송신하고, 상기 단말(410)은 서로 다른 수신 빔들을 적용하여 상기 참고 신호들을 수신한다. 그리고, 417단계에서, 상기 단말(410)은 상기 참고 신호들을 이용하여 선호하는 빔을 선택하고, 상기 선호하는 빔을 피드백한다.
상기 도 4를 참고하여 설명한 실시 예에서, 빔 변경 절차는 빔 획득 절차 주기 사이에 HARQ 재전송이 요청되고, 빔 선택 오류가 발생된 경우에 수행된다. 상기 도 4과 같은 실시 예는 초기 전송 시에 발생한 빔 선택 오류를 해결할 수 없다. 따라서, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, HARQ 재전송과 관계없이 빔 선택 오류가 발생하는 경우에 상기 빔 변경 절차가 수행될 수 있다. 이 경우, 데이터의 초기 전송 성능의 향상이 기대된다. 상기 본 발명의 다른 실시 예는 이하 도 5에 도시된 바와 같다.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 빔 획득 절차 및 빔 변경 절차를 위한 시그널링을 도시하고 있다.
상기 도 5를 참고하면, 501단계에서, 기지국(500)은 송/수신 빔들 각각을 적용한 참고 신호들을 순차적으로 송신하고, 단말(510)은 서로 다른 수신 빔들을 적용하여 상기 참고 신호들을 수신한다. 즉, 상기 기지국(500)은 다수의 참고 신호들을 송/수신 빔 개수만큼 빔 방향을 변경하면서 반복 전송한다.
이어, 503단계에서, 상기 단말(510)은 상기 참고 신호들을 이용하여 선호하는 빔을 선택하고, 상기 선호하는 빔을 피드백한다. 다시 말해, 상기 단말(510)은 상기 기지국(500)이 송신한 참고 신호들 각각의 신호 세기를 측정하고, 측정된 신호 세기 중에서 가장 큰 신호 세기를 가지는 빔 방향을 선택하고, 선택된 빔의 인덱스 또는 참고 신호의 인덱스를 상기 기지국(500)으로 피드백한다. 상기 신호 세기는 채널 품질로 대체될 수 있다. 상기 501단계 및 상기 503단계는 일정 주기에 따라 반복적으로 수행될 수 있다. 단, 빔 획득 절차의 주기는 상술한 바와 같이 HARQ 재전송 주기보다는 훨씬 길게 설정되는 것이 바람직하다.
505단계에서, 상기 단말(510)은 상기 기지국(500)으로 빔 변경 요청을 송신한다. 즉, 상기 단말(510)은 빔 획득 절차 주기가 경과하지 아니하더라도, 다른 목적으로, 또는, 다른 단말을 위해 송신되는 참고 신호들을 이용하여 매 프레임마다 선호하는 빔을 결정하고, 빔 선택 오류의 발생을 판단한 후, 빔 변경을 요청한다. 상기 빔 변경 요청은 재선택된 송신 빔의 정보, 빔의 변경/추가를 지정하는 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 기지국(500)은 상기 단말(510)을 위한 빔 방향을 교체 또는 추가한다. 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 빔-B가 빔-C로 교체되거나, 또는 빔-C가 추가될 수 있다.
이후, 빔 획득 절차의 주기가 경과하면, 상기 기지국(500) 및 상기 단말(510)은 빔 획득 절차를 수행한다. 즉, 507단계에서, 기지국(500)은 송/수신 빔들 각각을 적용한 참고 신호들을 순차적으로 송신하고, 상기 단말(510)은 서로 다른 수신 빔들을 적용하여 상기 참고 신호들을 수신한다. 그리고, 509단계에서, 상기 단말(510)은 상기 참고 신호들을 이용하여 선호하는 빔을 선택하고, 상기 선호하는 빔을 피드백한다.
이하 본 발명은 상술한 바와 같이 빔포밍을 수행하는 단말 및 기지국의 동작 및 구성을 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 6을 참고하면, 상기 단말은 601단계에서 빔 획득 절차를 통해 선호 송/수신 빔을 결정한다. 상기 빔 획득 절차는 미리 정의된 시간 간격에 따라 주기적으로 수행된다. 구체적으로, 상기 단말은 기지국에서 서로 다른 송신 빔들을 적용한 참고 신호들을 순차적으로 수신하되, 동일 송신 빔이 적용된 참고 신호들을 서로 다른 수신 빔들을 적용한다. 이를 통해, 상기 단말은 선호하는 송/수신 빔 쌍을 결정한다. 이에 따라, 상기 단말은 상기 기지국으로부터의 하향링크 신호에 상기 선호하는 수신 빔을 적용한다.
상기 선호하는 송/수신 빔 쌍을 결정한 후, 상기 단말은 603단계로 진행하여 선호하는 송신 빔을 지시하는 정보를 기지국으로 피드백한다. 수신 빔은 상기 단말에 의해 사용되므로, 상기 선호하는 수신 빔을 지시하는 정보는 피드백되지 아니한다. 상기 송신 빔을 지시하는 정보는 빔의 인덱스 또는 참고 신호의 인덱스를 포함할 수 있다.
이어, 상기 단말은 605단계로 진행하여 송/수신 빔 쌍 목록을 생성한다. 상기 송/수신 빔 쌍 목록은 각 송신 빔에 대하여 수신 신호 세기를 최대화하는 수신 빔을 선택한 결과를 나타낸다. 예를 들어, 상기 송/수신 빔 쌍 목록은 상기 <표 2>와 같이 구성될 수 있다. 즉, 단말의 수신 빔은 기지국의 송신 빔에 비하여 넓은 빔 폭을 가지는 것이 일반적이므로, 수신 빔 대 송신 빔의 관계는 1 대 다(多)의 관계일 수 있다. 다시 말해, 하나의 수신 빔에 대하여 다수의 선호하는 송신 빔이 존재할 수 있다.
이후, 상기 단말은 607단계로 진행하여 빔 변경이 필요한지 판단한다. 상기 빔 변경이 수행되는 조건은 구체적인 실시 예에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 도 4를 참고하여 설명한 실시 예와 같이, HARQ 기법이 적용된 데이터의 디코딩이 실패하고, 동시에, 빔 선택 오류가 발생한 경우, 상기 단말은 상기 빔 변경이 필요하다고 판단할 수 있다. 다른 예로, 상기 도 5를 참고하여 설명한 실시 예와 같이, 단지 빔 선택 오류가 발생한 경우, 상기 단말은 상기 빔 변경이 필요하다 판단할 수 있다.
상기 빔 선택 오류의 발생 여부를 판단하기 위해, 상기 단말은 상기 단말의 빔 획득 절차를 위한 참고 신호 외 다른 참고 신호들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 단말은 상기 단말의 빔 획득 절차를 위한 참고 신호 외 다른 참고 신호들을 이용하여 송/수신 빔 쌍 목록을 새로이 생성하고, 이미 선택된 선호하는 수신 빔을 포함하는 송/수신 빔 쌍들 중에서 가장 큰 신호 세기를 가지는 빔 쌍을 검색한 후, 검색된 빔 쌍이 상기 빔 획득 절차를 통해 결정된 선호하는 송/수신 빔 쌍과 상이하면, 빔 선택 오류가 발생함을 판단한다. 다른 예로, 상기 단말은 선호 수신 빔을 적용한 경우 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔을 다시 결정한 후, 상기 송신 빔이 상기 빔 획득 절차를 통해 결정된 선호하는 송신 빔과 상이하면, 빔 선택 오류가 발생함을 판단한다. 상기 빔 선택 오류를 판단함에 있어서, 상기 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔 및 상기 빔 획득 절차를 통해 결정된 선호하는 송신 빔이 상이하더라도, 상기 빔 획득 절차를 통해 결정된 송신 빔을 적용한 경우의 신호 세기가 임계치 이상이라면, 상기 단말은 빔 선택 오류가 발생하지 아니하였다 판단할 수 있다. 즉, 상기 빔 선택 오류의 발생 조건으로서, 상기 빔 획득 절차를 통해 결정된 송신 빔을 적용한 경우의 신호 세기가 임계치 미만인 것이 추가될 수 있다.
상기 빔 변경이 필요하면, 상기 단말은 609단계로 진행하여 선호하는 송신 빔을 재선택하고, 재선택된 선호하는 송신 빔을 알리는 빔 변경 요청을 기지국으로 송신한다. 상기 빔 변경 요청은 상기 재선택된 선호하는 송신 빔의 정보, 빔의 변경/추가를 지정하는 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 상기 단말은 선호하는 수신 빔이 동일한 범위에서 송신 빔을 재선택한다. 즉, 상기 단말은 상기 601단계에서 결정된 선호하는 수신 빔이 적용될 때 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔을 선호하는 송신 빔으로서 재선택한다.
이후, 상기 단말은 611단계로 진행하여 빔 획득 절차의 주기가 경과하였는지 판단한다. 즉, 상기 빔 획득 절차는 미리 정의된 시간 간격에 따라 주기적으로 수행된다. 만일, 상기 빔 획득 절차의 주기가 경과하지 아니하였으면, 상기 단말은 상기 607단계로 되돌아간다. 만일, 상기 빔 획득 절차의 주기가 경과하였으면, 상기 단말은 상기 601단계로 되돌아가 빔 획득 절차를 다시 수행한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 7을 참고하면, 상기 기지국은 701단계에서 빔 획득 절차를 통해 단말의 선호 송신 빔을 결정한다. 상기 빔 획득 절차는 미리 정의된 시간 간격에 따라 주기적으로 수행된다. 구체적으로, 상기 기지국은 서로 다른 송신 빔들을 적용한 참고 신호들을 순차적으로 송신하고, 상기 단말로부터 상기 단말이 선호하는 송신 빔을 지시하는 정보를 수신한다. 이에 따라, 상기 기지국은 상기 단말로의 하향링크 신호에 상기 선호하는 송신 빔을 적용한다.
이후, 상기 기지국은 703단계로 진행하여 상기 단말로부터 빔 변경 요청에 수신되는지 판단한다. 상기 빔 변경 요청은 상기 단말이 선호하는 송신 빔이 변경됨을 알리는 신호로서, 재선택된 선호하는 송신 빔의 정보, 빔의 변경/추가를 지정하는 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 단말의 빔의 변경/추가 지정에 상기 기지국이 구속되는지 여부는 구체적인 실시 예에 따라 달라질 수 있다. 단, 상기 단말의 빔의 변경/추가 지정에 상기 기지국이 구속되더라도, 상기 기지국의 자원 부족으로 빔의 추가가 불가능하면 빔의 변경만이 허용된다. 또한, 상기 빔의 변경/추가를 지정하는 정보가 포함되지 아니하는 경우, 상기 기지국은 언제나 빔의 추가가 가능한지를 우선적으로 판단할 수 있다. 만일, 상기 빔 변경 요청이 수신되지 아니하면, 상기 기지국은 이하 711단계로 진행한다.
반면, 상기 빔 변경 요청이 수신되면, 상기 기지국은 705단계로 진행하여 빔 추가가 가능한지 판단한다. 상기 빔의 추가 여부는 상기 기지국의 RF(Radio Frequency) 자원의 사용 여부에 따라 판단될 수 있다. 즉, 상기 빔의 추가가 가능하기 위해서는, 상기 기지국은 다수의 RF 체인(chain)들을 구비해야하며, 상기 단말로의 하향링크 신호에 적어도 하나의 RF 체인을 추가 할당할 수 있어야 한다. 만일, 상기 빔의 추가가 가능하면, 상기 기지국은 707단계로 진행하여 상기 701단계에서 결정된 선호하는 송신 빔에 상기 빔 변경 요청에 포함된 재선택된 선호하는 송신 빔을 추가한다. 반면, 상기 빔의 추가가 가능하지 아니하면, 상기 기지국은 709단계로 진행하여 상기 701단계에서 결정된 선호하는 송신 빔을 상기 빔 변경 요청에 포함된 재선택된 선호하는 송신 빔으로 교체한다.
이후, 상기 기지국은 711단계로 진행하여 빔 획득 절차의 주기가 경과하였는지 판단한다. 즉, 상기 빔 획득 절차는 미리 정의된 시간 간격에 따라 주기적으로 수행된다. 만일, 상기 빔 획득 절차의 주기가 경과하지 아니하였으면, 상기 기지국은 상기 703단계로 되돌아간다. 만일, 상기 빔 획득 절차의 주기가 경과하였으면, 상기 기지국은 상기 701단계로 되돌아가 빔 획득 절차를 다시 수행한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 단말은 안테나어레이(antenna array)(810), 빔포밍부(820), 수신RF체인(830), 모뎀(840), 송신부(850), 제어부(860)를 포함하여 구성된다.
상기 안테나어레이(810)는 다수의 안테나들의 집합체로서, 다수의 어레이 엘리먼트들을 포함한다. 상기 빔포밍부(820)는 상기 안테나어레이(810)를 구성하는 다수의 안테나들을 통해 수신되는 신호에 대하여 수신 빔포밍을 수행한다. 예를 들어, 상기 빔포밍부(820)는 다수의 증폭기들, 다수의 위상변환기들, 신호 합산기를 포함한다. 즉, 상기 빔포밍부(820)는 상기 다수의 안테나들 각각을 통해 수신된 신호들의 위상을 조절하고, 합산함으로써 수신 빔포밍을 수행한다. 상기 수신RF체인(830)은 RF 대역의 아날로그 수신 신호를 기저대역 디지털 신호로 변환한다. 예를 들어, 상기 수신RF체인(830)은 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), ADC(Analog to Digital Convertor), 필터(filter) 등을 포함할 수 있다.
상기 모뎀(840)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, OFDM(Orthgonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 모뎀(840)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산 및 CP 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 모뎀(840)은 상기 수신RF체인(830)으로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 상기 송신부(850)는 상기 모뎀(840)으로부터 제공되는 송신 신호를 RF 대역 신호로 변환하여 상기 기지국으로 송신한다. 구체적으로 도시되지 아니하였으나, 상기 송신부(850)는 송신 RF 체인, 안테나 등을 포함한다.
상기 제어부(860)는 상기 단말의 전반적인 기능을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(860)는 송신 트래픽 패킷 및 메시지를 생성하여 상기 모뎀(840)으로 제공하고, 상기 모뎀(840)으로부터 제공되는 수신 트래픽 패킷 및 메시지를 해석한다. 특히, 상기 제어부(860)는 빔 획득 절차 및 빔 변경 절차를 수행하도록 제어한다. 상기 빔 획득 절차 및 상기 빔 변경 절차를 위한 상기 제어부(860)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
상기 빔 획득 절차를 위해, 상기 제어부(860)는 기지국에서 서로 다른 송신 빔들을 적용한 참고 신호들을 순차적으로 수신하되, 동일 송신 빔이 적용된 참고 신호들을 서로 다른 수신 빔들을 적용하도록 상기 빔포밍부(820)를 제어한다. 그리고, 상기 제어부(860)는 수신 신호 세기를 최대화하는 기지국의 송신 빔 및 단말의 수신 빔, 즉, 선호하는 송/수신 빔 쌍을 결정한다. 이에 따라, 상기 제어부(860)는 선호하는 송신 빔을 지시하는 정보를 생성하고, 상기 모뎀(840) 및 상기 송신부(850)를 통해 상기 정보를 기지국으로 송신한다. 이후, 상기 제어부(860)는 상기 선호하는 수신 빔으로 수신 빔포밍을 수행하도록 상기 빔포밍부(820)를 제어한다. 상기 빔 획득 절차는 미리 정의된 시간 간격에 따라 주기적으로 수행된다.
상기 빔 변경 절차를 위해, 상기 빔 획득 절차 후, 상기 제어부(860)는 송/수신 빔 쌍 목록을 생성한다. 그리고, 상기 제어부(860)는 상기 빔 획득 절차의 주기가 경과하기 전에 빔 변경이 필요한지 판단한다. 상기 빔 변경이 수행되는 조건은 구체적인 실시 예에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 조건은 빔 선택 오류 발생을 포함하며, HARQ 기법이 적용된 데이터의 디코딩 실패를 더 포함할 수 있다. 상기 빔 선택 오류의 발생 여부를 판단하기 위해, 상기 제어부(860)는 상기 단말의 빔 획득 절차를 위한 참고 신호 외 다른 참고 신호들을 이용할 수 있다. 상기 빔 변경이 필요하면, 상기 제어부(860)는 선호하는 송신 빔을 재선택하고, 재선택된 선호하는 송신 빔을 알리는 빔 변경 요청을 기지국으로 송신한다. 상기 빔 변경 요청은 상기 재선택된 선호하는 송신 빔의 정보, 빔의 변경/추가를 지정하는 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제어부(860)는 선호하는 수신 빔이 동일한 범위에서 송신 빔을 재선택한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 9를 참고하면, 상기 기지국은 모뎀(910), 수신부(920), 다수의 송신RF체인들(930-1 내지 930-N), 빔포밍부(940), 안테나어레이(950), 제어부(960)를 포함하여 구성된다.
상기 모뎀(910)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, OFDM 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 모뎀(910)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT 연산 및 CP 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 모뎀(910)은 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 상기 수신부(910)는 단말로부터 수신되는 RF 신호를 기저대역 디지털 신호로 변환한다. 구체적으로 도시되지 아니하였으나, 상기 수신부(920)는 안테나, 수신 RF 체인 등을 포함한다.
상기 다수의 송신RF체인들(930-1 내지 930-N)은 상기 모뎀(910)으로부터 제공되는 기저대역 디지털 신호열(stream)들을 RF 대역의 아날로그 신호로 변환한다. 예를 들어, 상기 다수의 송신RF체인들(930-1 내지 930-N) 각각은 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC(Digital to Analog Convertor), 필터 등을 포함할 수 있다. 상기 기지국은 상기 다수의 송신RF체인들(930-1 내지 930-N)의 개수만큼의 송신 빔들을 동시에 형성할 수 있다.
상기 빔포밍부(940)는 상기 다수의 송신RF체인들(930-1 내지 930-N)로부터 제공되는 송신 신호들에 대하여 송신 빔포밍을 수행한다. 예를 들어, 상기 빔포밍부(940)는 다수의 위상변환기들, 다수의 증폭기들, 신호 합산기를 포함한다. 즉, 상기 빔포밍부(820)는 상기 다수의 송신RF체인들(930-1 내지 930-N) 각각으로부터 제공되는 송신 신호를 상기 안테나어레이(950)에 포함된 상기 다수의 안테나들 개수만큼 분기하고, 각 분기된 신호들의 위상을 조절한다. 또한, 상기 빔포밍부(820)는 동일 안테나로 송신될 신호들을 합산한다. 상기 안테나어레이(950)는 다수의 안테나들의 집합체로서, 다수의 어레이 엘리먼트들을 포함하며, 상기 빔포밍부(940)로부터 제공되는 신호들을 무선 채널로 방사한다.
상기 제어부(960)는 상기 기지국의 전반적인 기능을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(960)는 송신 트래픽 패킷 및 메시지를 생성하여 상기 모뎀(910)으로 제공하고, 상기 모뎀(910)으로부터 제공되는 수신 트래픽 패킷 및 메시지를 해석한다. 특히, 상기 제어부(960)는 빔 획득 절차 및 빔 변경 절차를 수행하도록 제어한다. 상기 빔 획득 절차 및 상기 빔 변경 절차를 위한 상기 제어부(960)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
상기 빔 획득 절차를 위해, 상기 제어부(960)는 상기 모뎀(910)을 제어하여 참고 신호들을 반복적으로 송신하되, 상기 참고 신호들에 서로 다른 송신 빔들을 적용하도록 상기 빔포밍부(940)를 제어한다. 그리고, 상기 제어부(960)는 상기 수신부(920)를 통해 수신되는 피드백 신호를 통해 단말이 선호하는 송신 빔을 확인한다. 이후, 상기 제어부(960)는 상기 단말로의 하향링크 신호에 상기 단말이 선호하는 송신 빔을 적용하도록 상기 빔포밍부(940)를 제어한다. 상기 빔 획득 절차는 미리 정의된 시간 간격에 따라 주기적으로 수행된다.
상기 빔 변경 절차를 위해, 상기 수신부(920)를 통해 상기 단말로부터 빔 변경 요청에 수신되면, 상기 제어부(960)는 빔 추가가 가능한지 판단한다. 상기 빔의 추가가 가능하기 위해서, 상기 다수의 송신RF체인들(930-1 내지 930-N) 중 적어도 하나가 상기 단말로의 하향링크 신호에 추가 할당될 수 있어야 한다. 만일, 상기 빔의 추가가 가능하면, 상기 제어부(960)는 상기 단말이 선호하는 송신 빔에 상기 빔 변경 요청에 포함된 재선택된 선호하는 송신 빔을 추가한다. 반면, 상기 빔의 추가가 가능하지 아니하면, 상기 제어부(960)는 상기 단말이 선호하는 송신 빔을 상기 빔 변경 요청에 포함된 재선택된 선호하는 송신 빔으로 교체한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (24)

  1. 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서,
    기지국에 의해 송신되는 다수의 참고 신호들을 이용하여, 선호하는 송신 빔으로서 제1송신 빔을, 선호하는 수신 빔으로서 제1수신 빔을 결정하는 과정과,
    송신 빔의 변경이 필요한지 여부를 판단하는 과정과,
    상기 송신 빔의 변경이 필요하면, 상기 선호하는 송신 빔을 제2송신 빔으로 재선택하는 과정과,
    상기 제2송신 빔을 지시하는 정보를 포함하는 빔 변경 요청을 상기 기지국으로 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신 빔의 변경이 필요한지 여부를 판단하는 과정은,
    HARQ 기법이 적용된 데이터의 디코딩을 시도하는 과정과,
    상기 디코딩이 실패하면, 상기 제1송신 빔이 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔인지 여부를 판단하는 과정과,
    상기 제1송신 빔이 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔이 아니면, 상기 송신 빔의 변경이 필요함을 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 송신 빔의 변경이 필요한지 여부를 판단하는 과정은,
    상기 제1송신 빔이 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔인지 여부를 판단하는 과정과,
    상기 제1송신 빔이 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔이 아니면, 상기 송신 빔의 변경이 필요함을 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송신 빔의 변경이 필요함이 판단되는 조건은, 상기 제1송신 빔 및 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔의 불일치, 데이터 디코딩의 실패, 상기 제1송신 빔 적용 시 수신 신호 세기가 임계치 미만 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 송신 빔의 변경이 필요한지 여부를 판단하는 과정은,
    상기 제1송신 빔이 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔인지 여부를 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1송신 빔이 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔인지 여부를 판단하는 과정은,
    상기 참고 신호를 이용하여 각 송신 빔 및 상기 각 송신 빔이 적용될 때 수신 신호 세기를 최대화하는 수신 빔의 대응 관계를 나타내는 제1빔 목록을 생성하는 과정과,
    상기 단말의 선호하는 송/수신 빔 결정을 위한 참고 신호 외 다른 참고 신호들을 이용하여 제2빔 목록을 생성하는 과정과,
    상기 제2빔 목록에서 상기 제1수신 빔을 포함하는 적어도 하나의 빔 쌍 중 상기 제1송신 빔을 사용한 때보다 큰 수신 신호 세기를 제공하는 상기 빔 쌍이 존재하는지 판단하는 과정과,
    상기 빔 쌍에 포함된 제2송신 빔이 상기 제1송신 빔과 상이하면, 상기 제1송신 빔이 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔이 아님을 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1송신 빔이 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔인지 여부를 판단하는 과정은,
    상기 단말의 선호하는 송/수신 빔 결정을 위한 참고 신호 외 다른 참고 신호들을 이용하여 상기 제1수신 빔에 대하여 수신 신호 세기를 최대화하는 제2송신 빔을 결정하는 과정과,
    상기 제2송신 빔 및 상기 제1송신 빔이 상기 제1송신 빔과 상이하면, 상기 제1송신 빔이 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔이 아님을 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 송신 빔의 변경이 필요한지 여부를 판단하는 과정은,
    상기 제1송신 빔 적용 시 수신 신호 세기가 임계치 미만인지 여부를 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 선호하는 송신 빔을 재선택하는 과정은,
    상기 선호하는 수신 빔이 동일한 범위에서 선호하는 송신 빔을 재선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법에 있어서,
    서로 다른 송신 빔을 적용한 다수의 참고 신호들을 송신하는 과정과,
    상기 참고 신호들을 이용하여 단말에 의해 판단된 상기 단말이 선호하는 송신 빔으로서 제1송신 빔을 지시하는 정보를 수신하는 과정과,
    상기 단말이 선호하는 송신 빔이 제2송신 빔으로 변경됨을 알리는 빔 변경 요청을 수신하는 과정과,
    상기 제2송신 빔을 상기 단말로의 하향링크 신호를 위한 송신 빔으로서 추가 또는 변경하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2송신 빔을 상기 단말로의 하향링크 신호를 위한 송신 빔으로서 추가 또는 변경하는 과정은,
    빔 추가가 가능한지 판단하는 과정과,
    상기 빔 추가가 가능하면,상기 제2송신 빔을 상기 단말로의 하향링크 신호를 위한 송신 빔으로서 추가하는 과정과,
    상기 빔 추가가 가능하지 아니하면, 상기 단말로의 하향링크 신호를 위한 송신 빔을 상기 제2송신 빔으로 변경하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 빔 추가가 가능한지 판단하는 과정은,
    상기 단말로의 하향링크 신호에 적어도 하나의 RF 체인을 추가 할당할 수 있는지 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 무선 통신 시스템에서 단말 장치에 있어서,
    기지국에 의해 송신되는 다수의 참고 신호들을 이용하여, 선호하는 송신 빔으로서 제1송신 빔을, 선호하는 수신 빔으로서 제1수신 빔을 결정하고, 송신 빔의 변경이 필요한지 여부를 판단하고, 상기 송신 빔의 변경이 필요하면 상기 선호하는 송신 빔을 제2송신 빔으로 재선택하는 제어부와,
    상기 제2송신 빔을 지시하는 정보를 포함하는 빔 변경 요청을 상기 기지국으로 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는, HARQ 기법이 적용된 데이터의 디코딩을 시도하고, 상기 디코딩이 실패하고, 상기 제1송신 빔이 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔이 아니면, 상기 송신 빔의 변경이 필요함을 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1송신 빔이 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔이 아니면, 상기 송신 빔의 변경이 필요함을 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 송신 빔의 변경이 필요함이 판단되는 조건은, 상기 제1송신 빔 및 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔의 불일치, 데이터 디코딩의 실패, 상기 제1송신 빔 적용 시 수신 신호 세기가 임계치 미만 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 송신 빔의 변경이 필요한지 여부를 판단하기 위해, 상기 제1송신 빔이 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 참고 신호를 이용하여 각 송신 빔 및 상기 각 송신 빔이 적용될 때 수신 신호 세기를 최대화하는 수신 빔의 대응 관계를 나타내는 제1빔 목록을 생성하고, 상기 단말의 선호하는 송/수신 빔 결정을 위한 참고 신호 외 다른 참고 신호들을 이용하여 제2빔 목록을 생성하고, 상기 제2빔 목록에서 상기 제1수신 빔을 포함하는 적어도 하나의 빔 쌍 중 상기 제1송신 빔을 사용한 때보다 큰 수신 신호 세기를 제공하는 상기 빔 쌍이 존재하는지 판단하고, 상기 빔 쌍에 포함된 제2송신 빔이 상기 제1송신 빔과 상이하면, 상기 제1송신 빔이 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔이 아님을 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 단말의 선호하는 송/수신 빔 결정을 위한 참고 신호 외 다른 참고 신호들을 이용하여 상기 제1수신 빔에 대하여 수신 신호 세기를 최대화하는 제2송신 빔을 결정하고, 상기 제2송신 빔 및 상기 제1송신 빔이 상기 제1송신 빔과 상이하면, 상기 제1송신 빔이 수신 신호 세기를 최대화하는 송신 빔이 아님을 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 송신 빔의 변경이 필요한지 여부를 판단하기 위해, 상기 제1송신 빔 적용 시 수신 신호 세기가 임계치 미만인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 선호하는 수신 빔이 동일한 범위에서 선호하는 송신 빔을 재선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 무선 통신 시스템에서 기지국 장치에 있어서,
    다수의 참고 신호들에 서로 다른 송신 빔을 적용하는 빔포밍부와,
    상기 참고 신호들을 이용하여 단말에 의해 판단된 상기 단말이 선호하는 송신 빔으로서 제1송신 빔을 지시하는 정보를 수신하고, 상기 단말이 선호하는 송신 빔이 제2송신 빔으로 변경됨을 알리는 빔 변경 요청을 수신하는 수신부와,
    상기 제2송신 빔을 상기 단말로의 하향링크 신호를 위한 송신 빔으로서 추가 또는 변경하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제어부는, 빔 추가가 가능한지 판단한 후, 상기 빔 추가가 가능하면,상기 제2송신 빔을 상기 단말로의 하향링크 신호를 위한 송신 빔으로서 추가하고, 상기 빔 추가가 가능하지 아니하면, 상기 단말로의 하향링크 신호를 위한 송신 빔을 상기 제2송신 빔으로 변경하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 빔 추가가 가능한지 판단하기 위해, 상기 단말로의 하향링크 신호에 적어도 하나의 RF 체인을 추가 할당할 수 있는지 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
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