KR20140084821A - 빔포밍 기반 무선 통신시스템의 상향링크 전력 제어 방법 및 장치 - Google Patents

빔포밍 기반 무선 통신시스템의 상향링크 전력 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

빔포밍 기반의 무선 통신시스템에서 상향 링크 전력 제어 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 다른 빔 패턴을 가지는 다수의 송신/수신 빔들을 사용하여 통신하는 무선통신시스템의 단말 장치에서 상향링크 전력을 제어하는 방법은: 기지국에서의 하향링크 송신 빔과 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값이 보상된 상향링크 송신 전력값을 결정하는 과정; 및 상기 결정된 상향링크 송신 전력값에 따라 상향링크 신호를 송신하는 과정을 포함하며, 상기 하향링크 송신 빔은 상기 상향링크 수신 빔에 비해 상대적으로 크기가 다른 빔 이득 및 빔 폭을 갖는다.

Description

빔포밍 기반 무선 통신시스템의 상향링크 전력 제어 방법 및 장치{UPLINK POWER CONTROL METHOD AND APPARATUS IN A BEAMFORMING BASED WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 개시는 무선 통신시스템에 관한 것으로, 특히 빔포밍을 기반으로 하여 동작하는 무선 통신시스템에 관한 것이다.
무선 통신시스템은 지속적으로 증가하는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 방향으로 발전하고 있다. 예를 들어, 무선 통신시스템은 직교주파수분할다중접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA), 다중입력다중출력(Multiple Input Multiple Output, MIMO) 등의 통신 기술을 바탕으로 주파수 효율성(spectral efficiency)을 개선하는 방향으로 기술 개발이 진행되어 왔다.
최근에 스마트폰(smart phone) 및 태블릿(tablet) PC에 대한 수요 증가와 이를 바탕으로 다량의 트래픽을 요구하는 응용 프로그램의 폭발적 증가로 인해 데이터 트래픽에 대한 요구가 더욱 가속화되고 있는데, 주파수 효율성 개선 기술만으로는 폭증하는 무선 데이터 트래픽 수요를 만족시키기에 어려움이 있다. 이에 따라 초고주파 대역을 사용하는 무선 통신시스템에 대한 관심이 급증하고 있다.
초고주파 대역을 통해 무선 통신을 지원하는 시스템을 구현하는 경우, 초고주파 대역의 주파수 특성상 경로손실, 반사손실 등의 전파 손실(propagation loss)이 증가하고, 이러한 전파 손실에 의해 전파의 도달거리가 짧아져 서비스 영역(coverage)이 감소할 수 있다. 이에 따라, 초고주파 대역을 사용하는 무선 통신시스템은 빔포밍(beamforming) 기술을 이용하는 형태로 고려되고 있다. 빔포밍 기술을 이용하게 되면, 전파의 경로손실을 완화하여 전파의 전달 거리를 증가시킴으로써, 서비스 영역을 증대시킬 수 있기 때문이다. 다시 말하면, 초고주파 대역 무선이동 통신시스템은 초고주파 대역에서의 높은 전파 경로 손실을 완화하기 위하여 빔포밍 기술을 사용할 필요가 있으며, 더욱이 데이터와 제어신호 간 불균형을 줄이기 위해 모든 경우에 대하여 빔포밍 기술을 적용할 필요가 있다.
IEEE 802.11ad "Very High Throughput 60GHz"에는 빔포밍 기술로서 섹터레벨 스위프(Sector Level Sweep, SLS) 방식과 빔 미세조정 프로토콜(Beam Refinement Protocol, BRP) 방식이 정의되어 있다. 상기 IEEE 802.11ad 규격은 무선 랜(Wireless LAN, WLAN) 기반의 기술로서 60GHz의 초고주파 대역에서 반경 10~20 미터 내의 매우 작은 서비스 영역을 제공한다. 이때 초고주파 대역에서 발생되는 전파 전달 특성 문제를 해결하기 위해 빔포밍 기술을 사용한다.
상기 SLS 방식은 빔포밍을 수행하려는 STA가 여러 방향으로 동일한 섹터 프레임을 반복하여 송출하고, peer STA는 Quasi-omni 안테나로 각각의 섹터 프레임을 수신한 후, 가장 감도가 좋은 방향에 대하여 피드백을 한다. 이 과정을 통해서 해당 STA은 peer STA에서의 가장 감도가 좋은 방향에 대한 정보를 획득하여 빔포밍을 수행할 수 있다. 상기 BRP 방식은 SLS를 수행한 후 송수신 빔포밍 이득을 향상시키기 위해 두 STA간의 송수신 빔 방향을 더욱 세밀하게 미세 조정하는 기술이다. 일반적으로 두 STA가 SLS을 통해 최적의 송신 빔을 찾을 후, 송신 빔과 가장 잘 맞는 수신 빔을 찾기 위해 BRP를 이용한다. 또한, 반복 과정을 통해 송수신 빔 방향 조합을 미세 조정한다.
반면에, 기존 4G까지의 무선이동 통신시스템에서는 sub-1GHz 또는 1~3GHz 주파수 대역에서 등방성(isotropic) 또는 전방향(omnidirectional) 송수신을 기본으로 하여 제어채널 및 데이터를 송수신하는 구조로 이루어졌다. 단, 특정 채널 조건을 만족하는 사용자에 대하여 일부 자원을 디지털 빔포밍을 통해 할당하는 선택적인 기능을 지원하기도 한다. 기존 셀룰라 시스템에서는 채널 특성에 따라 자연스럽게 발생하는 다중경로전파(multipath propagation) 특성과 복수개의 송수신 안테나를 통한 MIMO와 같은 송수신 다이버시티를 적용하여 추가적인 성능이득을 획득하는 방안에 대한 연구가 진행되었다.
이에 반해, 밀리미터파와 같은 초고주파 대역에서는 위에서 언급한 채널특성과 송수신 빔포밍 적용으로 인하여 채널의 다중경로 전파특성이 줄어들어 빔포밍 이득을 얻을 수 있는 반면 송수신 다이버시티 지원에 어려움이 발생하게 된다. 이에 따라 종래의 연구도 주로 빔포밍을 적용함에 있어 빔포밍 이득을 최대화 하여 수신 신호대잡음비(Signal-to-Noise Ratio, SNR)과 같은 성능지수(performance index)를 최적화하는 빔계수(beamforming weight coefficient) 결정에 한정되었다.
전술한 바와 같은 빔포밍 기술을 사용하는 무선 통신시스템은 빔포밍 이득을 최대화하여 수신 SNR과 같은 성능 지수를 최적화할 수 있다. 그러나 빔포밍 기술을 사용하는 무선 통신시스템은 다중 경로 전파(multipath propagation) 특성이 줄어들어 다이버시티(diversity) 이득을 얻을 수 없는 한계가 있다. 또한, 빔포밍 기술을 사용하는 무선 통신시스템에서는 단말의 이동성이나 채널상황 및 빔에 대한 측정/선택 후 실제 할당 시까지의 지연에 따른 빔 정보 불일치 등으로 인하여 빔포밍에 대한 성능적인 민감도가 발생할 수 있다. 또한, 빔포밍 기술을 사용하는 무선 통신시스템은 빔포밍의 적용에 따라 발생하는 강한 방향성으로 인하여 채널의 페이딩(fading)과 장애물에 대해 민감해질 수 있다. 따라서, 빔포밍 기술을 사용하는 무선 통신시스템에서는 서로 다른 빔 폭과 빔 이득을 가지는 한 개 이상의 빔 패턴을 채널 상황이나 적용하는 자원의 특성을 고려하여 다르게 운용을 하는 경우가 고려되고 있다.
소위 '무선 기가비트(Wireless Gigabit, WiGig)' 기술은 MIMO를 지원하지 않으며, 기본적으로 하나의 무선주파수(Radio Frequency, RF) 경로를 가지고 다수의 RF/안테나 소자를 통한 아날로그 어레이를 통한 빔 포밍을 기반으로 운용된다. 이때 특정 빔 패턴에 대해 여러 방향으로 스위핑(sweeping)을 수행하고 수신측에서 가장 수신 신호가 센 한 개의 빔을 선택하여 피드백함으로써 빔포밍 운용이 이루어진다. 이는 주로 실내에서 이동성이 없이 수 미터 이내의 근접거리에서 일반적으로 가시선(Line-of-Sight, LoS) 채널 경로를 가지는 환경에서 적용이 가능한 기술이다. 수십 km/h의 이동성이나 단말의 빠른 회전을 가지거나 장애물로 인한 비가시거리(Non-Line-of-Sight, NLoS) 경로 특성 또는 채널 페이딩에 의한 급격한 채널상황의 변경이 이루어지는 실외의 무선 이동통신에서는 특정 방향으로의 빔이득을 최대화하면서 지향성을 가지는 좁은 빔 폭의 빔포밍 운용만으로는 사용자 환경에 따른 큰 성능의 열화에 따른 민감도가 증대될 수 있다. 이에 따라, 서로 다른 빔 폭과 빔 이득을 가지는 한 개 이상의 빔 패턴을 채널 상황이나 적용하는 자원의 특성을 고려하여 다르게 운용을 하는 경우를 가정한 시스템이 설계되기도 한다.
그러나, 서로 다른 빔 폭과 빔 이득을 가지는 빔 패턴을 운용하는 경우 각각의 빔 패턴에 따라서 빔 폭과 빔 이득 간의 트레이드오프(trade-off)에 의하여 특정 방향으로의 빔 이득의 차이가 발생하게 되기 때문에, 실제 링크 적응(link adaptation)이나 상향링크 전력제어(uplink power control) 등에 있어서 빔 패턴의 차이에 따른 빔 이득 차이를 보상하는 동작의 고려를 필요로 한다.
따라서 본 발명의 실시예들은 빔포밍 기반의 무선 통신시스템에서 상향 링크 전력 제어 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예들은 서로 다른 빔 폭과 빔 이득을 가지는 한 개 이상의 빔 패턴으로 상/하향링크에 대한 송수신을 수행하는 빔포밍 기반 무선 통신시스템에서 서로 다른 송/수신 빔 패턴의 운용에 따른 빔 이득 차이를 고려한 효과적인 전력제어 운용 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 다른 빔 패턴을 가지는 다수의 송신/수신 빔들을 사용하여 통신하는 무선통신시스템의 단말 장치에서 상향링크 전력을 제어하는 방법은: 기지국에서의 하향링크 송신 빔과 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값이 보상된 상향링크 송신 전력값을 결정하는 과정; 및 상기 결정된 상향링크 송신 전력값에 따라 상향링크 신호를 송신하는 과정을 포함하며, 상기 하향링크 송신 빔은 상기 상향링크 수신 빔에 비해 상대적으로 크기가 다른 빔 이득과 빔 폭을 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 서로 다른 빔 패턴을 가지는 다수의 송신/수신 빔들을 사용하여 통신하는 무선통신시스템의 단말 장치에서 상향링크 전력을 제어하는 방법은: 기지국으로부터 기준신호를 수신하는 과정; 상기 기준신호의 수신 신호세기를 측정하는 과정; 상기 측정된 수신 신호세기를 이용하여 상기 기지국과 상기 단말 사이의 하향링크 전파 감쇄 값을 추정하는 과정; 상기 기지국에서 상기 기준신호의 송신을 위해 선택된 하향링크 송신 빔과 상기 단말로부터 송신될 데이터 버스트의 수신을 위해 할당된 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값을 고려하여 상기 전파 감쇄 값을 보상하는 과정; 상기 보상된 전파 감쇄 값을 이용하여 송신 전력값을 결정하는 과정; 및 상기 결정된 송신 전력값에 따라 상기 데이터 버스트를 송신하는 과정을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 서로 다른 빔 패턴을 가지는 다수의 송신/수신 빔들을 사용하여 통신하는 무선통신시스템에서 상향링크 전력을 제어하기 위한 단말 장치는: 기지국에서의 하향링크 송신 빔과 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값이 보상된 상향링크 송신 전력값을 결정하는 전력제어부; 및 상기 결정된 상향링크 송신 전력값에 따라 상향링크 신호를 송신하는 송신부를 포함하고, 상기 하향링크 송신 빔은 상기 상향링크 수신 빔에 비해 상대적으로 크기가 다른 빔 이득과 빔 폭을 갖는다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 서로 다른 빔 패턴을 가지는 다수의 송신/수신 빔들을 사용하여 통신하는 무선통신시스템에서 상향링크 전력을 제어하기 위한 단말 장치는: 기지국으로부터 기준신호를 수신하는 수신부; 상기 기준신호의 수신 신호세기를 측정하는 수신 신호세기 측정부; 상기 측정된 수신 신호세기를 이용하여 상기 기지국과 상기 단말 사이의 하향링크 전파 감쇄 값을 추정하는 전파감쇄 추정부; 상기 기지국에서 상기 기준신호의 송신을 위해 선택된 하향링크 송신 빔과 상기 단말로부터 송신될 데이터 버스트의 수신을 위해 할당된 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값을 고려하여 상기 전파 감쇄 값을 보상하고, 상기 보상된 전파 감쇄 값을 이용하여 송신 전력값을 결정하는 전력제어부; 및 상기 결정된 송신 전력값에 따라 상기 데이터 버스트를 송신하는 송신부를 포함한다.
이와 같이 본 발명의 실시예들은 서로 다른 빔폭과 빔이득을 가지는 한 개 이상의 빔 패턴으로 상/하향링크에 대한 송수신을 수행하는 빔포밍 기반의 무선 통신시스템에서 서로 다른 송/수신 빔 패턴의 운용에 따른 빔이득 차이를 고려하여 상향링크 송신전력을 제어하는 방법 및 장치를 제안하고 있다. 이와 같이 빔이득 차이를 고려하여 송신전력을 제어함으로써 송/수신 성능의 향상을 기대할 수 있고, 또한 보다 효과적인 빔포밍의 운용을 가능하게 한다.
본 발명의 전술한 실시예 및 부가적인 실시예를 더욱 잘 이해하기 위하여, 도면 전체를 통하여 유사한 도면 부호가 대응 부분을 나타내는 이하의 도면과 함께, 실시예에 대한 설명을 참고하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들이 적용되는 빔포밍을 지원하는 기지국 송신단의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 하나의 기지국 섹터 내에서 다수의 송/수신빔을 운용하는 기지국과 다수의 수/송신빔을 지원하는 단말 사이의 통신 시나리오의 일 예를 도시한다.
도 3a는 도 1에 도시된 바와 같은 하이브리드 빔포밍 구조하에서 도 2a에 도시된 바와 같이 기준신호의 송/수신에 사용될 다수의 좁은 폭의 빔을 형성하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3b는 도 1에 도시된 바와 같은 하이브리드 빔포밍 구조하에서 도 2b에 도시된 바와 같이 데이터의 송/수신에 사용될 넓은 폭의 빔을 형성하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들이 적용되는 기지국의 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 각각 본 발명의 실시예들이 적용되는 단말의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 송신전력 제어 동작의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단말의 송신전력 제어 동작의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 기준신호 수신 및 송신전력 제어 동작의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단말의 기준신호 수신 및 송신전력 제어 동작의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예들에 따른 전력제어 동작을 위한 기지국과 단말 사이의 처리 흐름을 보여주는 도면들이다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 실시예들에 따라, 각 섹터 별로 전송되는 신호의 프레임 구조의 일 예와 해당 프레임 구조 안에서 상/하향링크에 대한 기지국과 단말 각각의 서로 다른 송/수신 빔 패턴 운용 동작의 예를 나타내는 도면들이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명될 것이다. 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 다수의 특정 세부 사항들이 상술될 것이지만, 본 발명이 이러한 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 또한 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 주지의 방법, 절차, 컴포넌트, 회로 및 네트워크 등에 대해서는 상세하게 설명되지 않는다는 사실에 유의하여야 한다.
하기에서 설명될 본 발명의 실시예들은 상/하향 링크에 대해 지향성을 가지는 한 개 이상의 빔 패턴의 빔을 운용하는 빔포밍 기반 무선 이동통신 시스템에서 빔포밍 운용을 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 여기서, 빔 패턴은 특정 방향으로 특정 빔폭(beamwidth) 및 빔이득(beamforming gain)을 가지도록 하는 패턴을 의미한다. 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 빔 패턴 변경에 따른 기준신호(reference signal)와 제어/데이터 채널 간의 빔이득 차이 또는 하향링크(downlink, DL) 대비 상향링크(uplink, UL) 송/수신 빔이득 차이에 대한 보상을 통해 효율적인 상향링크 전력제어를 수행하는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다. 하기에서는 먼저 본 발명의 실시예들이 적용되는 빔포밍 기술 및 빔포밍을 지원하는 무선 통신시스템 구성의 예가 설명될 것이다. 다음에, 본 발명의 구체적인 실시예들이 설명될 것이다.
빔포밍을 기반으로 하는 무선 통신시스템은 송신 빔포밍 또는 수신 빔포밍을 지원할 수 있다. 송신 빔포밍은 다수의 안테나를 이용하여 전파의 도달 영역을 특정한 방향으로 집중시켜 지향성(directivity)를 증대시키는 방법이다. 이때 다수의 안테나가 집합된 형태는 안테나 어레이(antenna array), 어레이에 포함되어 있는 안테나는 어레이 엘레먼트(array element)라 불리운다. 이러한 안테나 어레이는 선형 어레이(linear array), 평면 어레이(planar array)를 포함하는 다양한 형태가 될 수 있다. 송신 빔포밍을 사용하면 신호의 지향성 증대를 통해 전송 거리를 증가시킬 수 있고, 또한 해당 방향 이외의 다른 방향으로는 신호가 거의 전송되지 않기 때문에 해당 사용자 외 다른 사용자에 대한 신호 간섭을 크게 줄일 수 있는 이득이 있다.
수신 빔포밍은 수신 안테나 어레이를 이용하여 수신 신호에 대하여 빔포밍을 수행하는 방법이다. 이 수신 빔포밍은 전파의 수신을 특정 방향으로 집중시켜 해당 방향으로 들어오는 수신 신호 감도를 증가시키고, 해당 방향 이외의 방향에서 들어오는 신호를 수신 신호에서 배제함으로써 간섭 신호를 차단하는 이득을 얻을 수 있다.
빔포밍을 지원하는 기지국으로부터 단말로의 빔포밍을 통한 신호 송신은 다음과 같이 수행된다. 기지국은 다수의 빔포밍된 신호를 동시에 또는 연속적으로 스위핑(sweeping)하여 전송한다. 단말은 구현에 따라서 수신 빔포밍을 지원하지 않으면서 전방향으로(omnidirectional) 수신을 하거나, 수신 빔포밍을 지원하되 수신기 구조의 제약으로 특정 빔포밍 패턴을 한 번에 한 가지만 지원하여 수신하거나, 수신 빔포밍을 지원하면서 다수의 빔포밍 패턴을 서로 다른 방향으로 동시에 지원 가능한 구조 등이 가능하다. 수신 빔포밍을 지원하지 않는 단말의 경우, 단말은 기지국의 송신 빔별로 기준신호에 대한 채널품질을 측정하고 이를 보고함으로써, 기지국이 다수 송신빔 중 해당 단말에 최적의 빔을 선택하도록 한다. 수신 빔포밍을 지원하는 단말의 경우, 단말은 수신빔 패턴 별로 기지국의 다수 송신빔에 대한 채널품질을 측정하고, 기지국 송신빔과 단말의 수신빔 조합별로 전체 혹은 상위 몇 개의 결과를 기지국에 보고함으로써, 기지국이 이를 바탕으로 단말에 적절한 송신빔을 할당하도록 한다. 이때 단말에서 동시에 기지국의 여러 개 송신빔을 수신 가능하거나 여러 개의 기지국 송신빔과 단말 수신빔 조합을 지원 가능한 경우, 기지국에서 반복전송 또는 동시 전송을 통한 다이버시티 전송을 고려한 빔 선택을 수행할 수 있다.
도 1은 빔포밍을 지원하는 기지국 송신단의 구성을 보여주는 도면으로, 일 예로 기지국 송신단 물리계층의 블록다이어그램을 도시한다. 일반적으로 빔포밍을 지원하는 무선 이동통신 시스템은 아날로그 빔포밍, 디지털 빔포밍, 또는 이들의 조합을 통한 하이브리드(hybrid) 빔포밍을 통하여 한 개 이상의 빔 패턴의 송신 빔 또는 수신 빔을 운용할 수 있는데, 상기 도 1은 아날로그 빔포밍 및 디지털 빔포밍을 동시에 적용하는 하이브리드 구조를 예로 도시하고 있다.
상기 도 1을 참조하면, 송신단은 다수의 채널 부호부들(channel encoders) (111 내지 119), 다수의 변조부들(modulators)(121 내지 129), MIMO 부호부(130), 프리코더(pre-coder)(140), 다수의 무선주파수(Radio Frequency, RF) 경로들(150-1 내지 150-Nf), 아날로그 빔포밍 블록(160) 및 안테나 어레이(170)를 포함한다. 다수의 채널 부호부들(111 내지 119) 전송할 신호를 부호화하고, 다수의 변조부들(modulators)(121 내지 129)은 다수의 채널 부호부들(111 내지 119)에 의해 부호화된 신호들을 변조한다. MIMO 부호부(130)는 다수의 변조부들(121 내지 129)로부터 제공받은 변조 신호들을 부호화하여 다수(예: MT개)의 스트림들을 출력한다. 프리코더(140)는 MIMO 부호부(130)로부터 제공받은 다수의 스트림들을 디지털 빔포밍을 위한 프리코드로 부호화하여 다수(예: Nf개)의 부호화 스트림들을 출력한다.
다수의 RF 경로들(150-1 내지 150-Nf) 각각은 프리코더(140)로부터 제공받은 스트림들을 미리 정해진 전송 방식(예: 직교주파수분할 다중접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)에 따라 처리하여 전송을 위한 RF 신호를 출력한다. 제1 RF 경로(150-1)는 역고속푸리에변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) 연산기(151), 병/직렬 (Parallel to Serial, P/S)변환기(153), 순환전치부호(Cyclic Prefix, CP)삽입기(adder)(155) 및 디지털 아날로그 변환기(Digital to Analog Converter, DAC)(157)를 포함하여 구성된다. IFFT 연산기(151)는 프리코더(140)로부터 출력되는 스트림을 입력하고 이에 대해 역고속푸리에변환 처리하여 시간대역상의 병렬 심볼들을 출력한다. P/S변환기(153)는 IFFT 연산기(151)로부터 출력된 병렬 심볼들을 변환(다중화)하여 시간대역상의 직렬의 신호를 출력한다. CP삽입기(155)는 상기 시간대역상의 직렬의 신호에 순환적 전치부호를 삽입하여 출력한다. DAC(157)는 CP삽입기(155)로부터 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력한다. 다른 나머지 RF 경로들(150-2 내지 150-Nf)은 제1 RF 경로(150-1)의 구성과 동일하게 구성 및 동작한다.
다수의 RF 경로들(150-1 내지 150-Nf) 각각으로부터 출력되는 아날로그 신호는 신호분리부들(155-1 내지 155-Nf) 각각에 의해 다수(예: Na개)의 신호들로 분리된 후 아날로그 빔포밍 블록(160)으로 제공된다. 여기서 Na는 안테나 성분(antenna element)의 수이다. 아날로그 빔포밍 블록(160)은 신호분리부들을 통해 다수의 RF 경로들(150-1 내지 150-Nf)로부터 다수의 신호들을 제공받고, 다수의 안테나 성분에 대한 위상(phase)과 신호세기(amplitude)의 제어를 통해 특정 방향으로 전송되는 빔을 형성한다. 구체적으로, 아날로그 빔포밍 블록(160)은 다수의 안테나 성분에 대한 위상을 제어하기 위한 위상천이기(phase shifter)(161)와, 상기 위상천이기(161)에 의해 위상제어된 각 안테나 성분의 신호들을 결합하는 결합기(163)와, 상기 결합기(163)에 의해 결합된 다수의 안테나 성분에 대한 신호세기를 제어하기 위한 전력증폭기(power amplifier, PA) 및 가변이득증폭기(variable gain amplifier, VGA)(165)를 포함한다. 안테나 어레이(170)는 다수의 안테나 성분들이 그룹핑되어 구성된다. 이러한 구성을 통해 빔포밍 이득이 증가하게 된다.
전술한 바와 같이 빔포밍을 지원하는 기지국 송신단은 아날로그 빔포밍 블록 및 디지털 빔포밍을 동시에 적용하는 하이브리드 구조로 구성될 수 있다. 즉, DAC(157) 이후의 아날로그 빔포밍 블록(160)의 경우 다수의 위상 천이기, 전력 증폭기, 가변 이득 증폭기를 통하여 다수의 안테나 성분에 대한 위상과 신호세기의 제어를 통해 특정 방향으로 전송되는 빔을 형성한다. 이때 일반적으로 다수의 안테나 성분을 그룹화하여 안테나 어레이(170)를 구성함으로써 빔포밍 이득을 증가시킨다. 반면에, 상기 DAC(157) 이전의 다수 IFFT(151)를 포함하는 RF 경로들과, MIMO 부호부(130), 프리코더(140)의 운용을 통하여 추가적인 빔포밍 이득을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 다중 사용자 운용, 주파수 대역 선택적(frequency selective) 할당, 다중빔 형성 등의 기능을 제공할 수 있다. 빔포밍 구조는 도 1에 도시된 바와 같이 구성될 수 있지만, 이와 같은 구성에 제한되는 것이 아니며, 도 1에 도시된 다수 블록들의 변경과 조합을 통하여 여러 가지 형태로 구현될 수 있음에 유의하여야 한다. 또한, 여기서는 기지국 송신단의 물리계층만을 도시하고 있기 때문에, 송신 빔을 선택 및 결정하는 동작을 위한 빔 설정부, 제어부 등의 도시를 생략하고 있지만, 전반적인 송신 빔포밍 동작을 위해서는 이들이 필요하다는 사실은 당해 분야 숙련된 자에게는 자명할 것이다.
상기 도 1에 도시된 기지국 송신단에 대응하는 단말 수신단은 도 1에 도시된 구조의 역으로 구성하는 것이 가능하다. 예를 들어, 수신 안테나 어레이, 아날로그 수신 빔포밍 블록, RF 수신경로, 후복호(post decoding)부, MIMO 복호부, 채널 복조부, 채널 복호부의 순으로 단말 수신단의 물리계층 처리 블록들을 구현할 수 있을 것이다. 이때 RF 수신경로는 아날로그 디지털 변환기(Analog to Digital Converter, ADC), CP제거기(CP remover), 직/병렬(Serial to Parallel) 변환기, 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT) 연산기를 포함하여 구성될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예들은 상기 도 1에 도시된 바와 같이 하이브리드 빔포밍 구조를 가지는 시스템에서 아날로그 빔포밍을 통해 서로 다른 빔폭과 빔이득을 가지는 한 개 이상의 빔을 서로 다르게 운용하는 경우를 고려한다. 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 기준신호/데이터채널/제어채널에 따라서, 또는 단말의 이동성 및 채널특성을 고려하여, 또는 상향링크/하향링크나 송신/수신에 따라서 서로 다르게 운용하는 경우를 고려한다. 이러한 고려하에서 선택된 빔은 특정 방향으로 특정 빔폭과 빔이득을 가지도록 아날로그/디지털 단의 빔포밍 계수를 조절하여 생성하게 된다. 이때 일반적으로 동일한 안테나 입력파워를 가지도록 설정하는 경우 빔폭을 넓게 생성함에 따라 빔의 지향 방향에 대한 최대 빔이득이 작아지는 상관관계를 가지게 된다.
도 2a 및 도 2b는 하나의 기지국 섹터 내에서 다수의 송신빔을 운용하는 기지국과 다수의 수신빔을 지원하는 단말 사이의 통신 시나리오의 일 예를 도시한다. 상기 도 2a을 참조하면, 기지국(Base Station, BS)은 해당 단말(Mobile Station, MS)에 대하여 데이터 송수신을 위한 MCS(modulation and coding scheme) 레벨 설정 및 전력제어를 포함한 링크 적응 운용을 위한 기준신호를 좁은(narrow) 빔폭을 가지는 빔을 이용하여 스위핑하여 전송을 한다. 반면에, 상기 도 2b를 참조하면, 기지국은 넓은(wide) 빔폭을 가지는 빔을 이용하여 해당 단말과 데이터를 송신 또는 수신한다.
도 3a는 도 1에 도시된 바와 같은 하이브리드 빔포밍 구조하에서 도 2a에 도시된 바와 같이 기준신호의 송/수신에 사용될 다수의 좁은 폭의 빔을 형성하는 예를 설명하기 위한 도면이다. 이 도면은 도 1과 같은 빔포밍 구조 하에서 16x1 균일선형어레이(uniform linear array, ULA)에 대하여 이산푸리에변환(Discrete Fourier Transfomr, DFT) 매트릭스(matrix)와 같은 빔계수를 바탕으로 180도 섹터를 파상수(wave number)가 균일하게 16개로 나눠지도록 다수의 기본 단위 빔을 형성한 예를 나타낸다. 이때 각 기본 단위 빔은 특정 방향으로 동일한 최대 빔이득을 가지고, 전체 180도 섹터를 각각의 빔이 동일한 빔이득 범위 내에서 균일하게 지원하도록 형성된 것을 볼 수 있다.
도 3b는 도 1에 도시된 바와 같은 하이브리드 빔포밍 구조하에서 도 2b에 도시된 바와 같이 데이터의 송/수신에 사용될 넓은 폭의 빔을 형성하는 예를 설명하기 위한 도면이다. 이 도면은 상기 도 3a에 대한 설명에서와 같이 형성된 기본 단위 빔으로부터 0도(°) 방향에 대한 기본 단위 빔을 중심으로 인접한 양쪽 2개의 단위 빔을 중첩하여 추가해 나갔을 때의 빔 패턴의 예를 도시한다. 이 예는 선택된 빔을 중첩함에 있어서 아날로그 단에서 전체 안테나에 대한 이득이 동일하도록 중첩되는 빔의 수에 따라서 빔 계수에 대한 정규화(normalization)를 적용한 경우의 예이다. 이러한 정규화의 영향으로 단위 빔의 중첩에 의하여 특정 방향으로의 지향성이 작아지면서 빔폭이 증대되는 효과가 나타나는 반면, 특정 방향으로의 최대 빔이득은 감소하게 된다. 따라서, 실제 시스템을 운용시에는 위와 같은 트레이드오프를 고려하여 중첩되는 단위 빔의 개수를 설정할 필요가 있다. 추가적으로, 중첩된 빔의 빔이득 감소 영향을 고려한 MCS 설정 등의 링크 적응이 수행될 필요가 있다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 실시예들이 적용되는 기지국 및 단말의 구성을 보여주는 도면들이다. 기지국 및 단말은 모두 송신 빔포밍 및 수신 빔포밍을 지원하는 것으로 가정한다. 기지국과 단말은 다수의 빔포밍된 신호를 동시에 또는 연속적으로 스위핑하여 송신하고 수신한다.
상기 도 4를 참조하면, 기지국은 수신부(210), 송신부(220), 빔 선택부(230), CINR 추정부(240) 및 UL 버스트 스케줄러(250)를 포함한다. 수신부(210)는 신호 수신 동작을 위한 구성요소로 수신 빔 포밍을 지원한다. 상기 수신부(210)는 도 1에 도시된 송신단 구성요소들에 대응하는 수신단 구성요소들을 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 수신부(210)는 수신 안테나 어레이, 아날로그 수신 빔포밍 블록, RF 수신경로, 후복호부, MIMO 복호부, 채널 복조부 및 채널 복호부를 포함하여 구현될 수 있다. 이때 RF 수신경로는 아날로그 디지털 변환기, CP제거기, 직/병렬 변환기, 고속푸리에변환 연산기를 포함하여 구성될 수 있다. 송신부(220)는 신호 송신 동작을 위한 구성요소로 송신 빔 포밍을 지원하고, 도 1에 도시된 송신단 구성요소들을 포함하여 구성된다. 예를 들어, 송신부(220)는 채널 부호부, 채널 변조부, MIMO 부호부, 프리코더, RF 송신경로, 아날로그 송신 빔포밍 블록, 송신 안테나 어레이를 포함하여 구현될 수 있다.
빔 선택부(230)는 다수의 송신 빔들중에서 특정 방향에 대하여 빔폭 및 빔이득을 가지는 송신 빔을 선택한다. 또한, 빔 선택부(230)는 다수의 수신 빔들중에서 특정 방향에 대하여 빔폭 및 빔이득을 가지는 수신 빔을 선택한다. 여기서 특정 빔을 선택한다는 의미는 도 1에 도시된 바와 같은 아날로그/디지털 단의 빔포밍 계수를 조절함으로써 해당하는 특정 빔이 생성되도록 한다는 의미이다. 예를 들어, 빔 선택부(230)는 기준신호를 송수신하는 경우에는 상대적으로 좁은 빔 폭을 가지는 빔을 선택한다. 다른 예로, 빔 선택부(230)는 데이터를 송수신하는 경우 또는 동기채널/브로드캐스트채널을 송신하는 경우에는 상대적으로 넓은 빔 폭을 가지는 빔을 선택한다. 여기서는 빔 선택부(230)가 기준신호를 송수신하는 경우에 상대적으로 좁은 폭을 가지는 빔을 선택하고, 데이터를 송수신하는 경우 또는 동기채널/브로드캐스트채널을 송신하는 경우에는 상대적으로 넓은 빔 폭을 가지는 빔을 선택하는 예로서 설명하고 있지만, 본 발명의 범위는 이러한 실시예들에 제한되는 것은 아니라는 사실에 유의하여야 한다. 만약, 단말이 상향링크 기준신호(예; 랜덤억세스채널(Random Access Channel, RACH))를 스위핑하여 송신하는 경우, 빔 선택부(230)는 좁은 빔 폭을 가지는 수신 빔들을 가지고 스위핑함으로써 상향링크 기준신호가 수신되도록 한다. 이러한 동작을 통해 빔 선택부(230)는 선호하는 단말 송신 빔 및 기지국 수신 빔을 탐색 및 선택한다.
CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio) 추정부(240)는 단말로부터 수신된 신호의 CINR을 추정한다. 예를 들어, CINR 추정부(240)는 단말로부터 상향링크 기준신호(예; 사운딩(sounding)신호)가 수신될 시 빔 선택부(230)에 의해 선택된 선호하는 단말 수신 빔 및 기지국 송신 빔 페어(pair)에 대한 CINR을 추정한다. 여기서는, 상기 선택된 단말 수신 빔 및 기지국 송신 빔 페어에 대한 CINR을 추정함으로써 수신 채널의 품질을 추정하는 것으로 도시 및 설명하고 있지만, 수신신호세기(Received Signal Strength Indicator, RSSI) 추정 및 이에 대응하는 등가의 추정 방식을 통해서도 수신 채널의 품질을 측정하는 것이 가능할 것이다.
UL 버스트 스케줄러(250)는 CINR 추정부(240)에 의한 추정 결과에 기초하여 상향링크 버스트 전송과 관련된 스케줄링 동작을 수행한다. 예를 들어, UL 버스트 스케줄러(250)는 상향링크 버스트 할당을 위한 MCS 레벨과 같은 상향링크 버스트 전송과 관련된 할당 정보를 생성한다. 또한, UL 버스트 스케줄러(250)는 상향링크 버스트 수신에 사용될 기지국 수신 빔 패턴을 결정한다. 또한, UL 버스트 스케줄러(250)는 단말에서 상향링크 버스트 송신에 사용될 단말 송신 빔 패턴을 결정할 수도 있다. 상기 상향링크 버스트 전송과 관련된 할당 정보, 상향링크 버스트 수신에 사용될 기지국 수신 빔 패턴 및 단말에서 상향링크 버스트 송신에 사용될 단말 송신 빔 패턴은 송신부(220)를 통해 단말로 송신된다.
또한, 상기 송신부(220)는 기지국의 송신 빔 패턴 대비 수신 빔 패턴의 빔 이득 차이값에 대한 정보 또는 기지국의 송신 빔 및 수신 빔 패턴별 빔 이득값에 대한 정보를 단말로 송신한다. 또한, 상기 수신부(210)는 단말의 상향링크 송신 빔과 하향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값에 대한 정보 또는 상향링크 송신 빔과 하향링크 수신 빔 패턴별 빔 이득값에 대한 정보를 단말로부터 수신한다.
상기 도 5를 참조하면, 단말은 수신부(310), 송신부(320), 빔 선택부(330), 수신신호세기 측정부(340), 전파감쇄 추정부(350) 및 전력제어부(360)를 포함한다. 수신부(310)는 신호 수신 동작을 위한 구성요소로 수신 빔 포밍을 지원한다. 상기 수신부(310)는 도 1에 도시된 송신단 구성요소들에 대응하는 수신단 구성요소들을 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 수신부(310)는 수신 안테나 어레이, 아날로그 수신 빔포밍 블록, RF 수신경로, 후복호부, MIMO 복호부, 채널 복조부 및 채널 복호부를 포함하여 구현될 수 있다. 이때 RF 수신경로는 아날로그 디지털 변환기, CP제거기, 직/병렬 변환기, 고속푸리에변환 연산기를 포함하여 구성될 수 있다. 송신부(320)는 신호 송신 동작을 위한 구성요소로 송신 빔 포밍을 지원하고, 도 1에 도시된 송신단 구성요소들을 포함하여 구성된다. 예를 들어, 송신부(320)는 채널 부호부, 채널 변조부, MIMO 부호부, 프리코더, RF 송신경로, 아날로그 송신 빔포밍 블록, 송신 안테나 어레이를 포함하여 구현될 수 있다.
빔 선택부(330)는 다수의 송신 빔들중에서 특정 방향에 대하여 빔폭 및 빔이득을 가지는 송신 빔을 선택한다. 또한, 빔 선택부(230)는 다수의 수신 빔들중에서 특정 방향에 대하여 빔폭 및 빔이득을 가지는 수신 빔을 선택한다. 여기서 특정 빔을 선택한다는 의미는 도 1에 도시된 바와 같은 아날로그/디지털 단의 빔포밍 계수를 조절함으로써 해당하는 특정 빔이 생성되도록 한다는 의미이다. 예를 들어, 빔 선택부(330)는 RACH와 같은 상향링크 기준신호는 스위핑되어 송신되도록 송신 빔들을 선택한다. 다른 예로, 빔 선택부(330)는 사운딩 신호와 같은 상향링크 기준신호와 상향링크 데이터는 선택된 송신 빔을 통해 송신되도록 해당 송신 빔을 선택한다. 또 다른 예로, 빔 선택부(330)는 기지국이 기준신호를 송신하는 경우 또는 동기채널/브로드캐스트채널을 송신하는 경우, 수신 빔 스위핑을 하여 기준신호 또는 동기채널/브로드캐스트채널이 수신되도록 수신 빔들을 선택한다.
수신신호세기 측정부(340)는 기지국으로부터의 기준신호 또는 동기채널/브로드캐스트채널을 수신하고 이들의 수신신호값 또는 수신신호세기 (RSSI)를 측정한다. 전파감쇄 추정부(350)는 상기 측정된 수신 신호값을 이용하여 기지국과 단말 사이의 하향링크 전파 감쇄(path loss)값을 추정한다. 또한, 전파감쇄 추정부(350)는 단말과 기지국의 송신/수신 빔 패턴의 차이에 따른 빔이득만큼 상기 추정된 전파 감쇄 값을 보상한다. 전력제어부(360)는 상기 보상된 전파 감쇄 값을 이용하여 송신 전력값을 결정하고, 상기 결정된 송신 전력값에 따라 상향링크 데이터 버스트의 송신 전력을 제어한다.
상기 도 4 및 도 5에 도시된 구성은 각각 단말의 전파 감쇄 추정과 상/하향링크에 대한 기지국의 송/수신빔 및 단말의 송/수신 빔이득 차이값 보상을 고려하여 상향링크 전력제어 동작을 수행하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 기지국과 단말의 구성이다. 기지국의 송/수신빔 차이값에 대한 정보와, 단말의 송/수신 빔이득 차이값에 대한 정보는 기지국과 단말이 공유할 수 있다. 이를 위해, 수신부(310)는 기지국의 하향링크 송신 빔과 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값에 대한 정보 또는 하향링크 송신 빔과 상향링크 수신 빔의 패턴별 빔 이득값에 대한 정보를 기지국으로부터 수신한다.
일 실시예로, 기지국은 셀/섹터 내의 전체 단말들에게 전파 감쇄에 대한 추정 시 적용할 기준신호 송신 대비 상향링크 데이터 수신에 적용되는 빔이득의 차이값들을 브로드캐스트하거나, 각 단말 별로 유니캐스트(unicast) 형태로 알려주는 동작을 수행할 수 있다.
다른 실시예로, 기지국은 단말 별로 기지국에서 적용하는 수신빔 패턴 별로 특정 기지국 기준 송신빔 대비 빔이득 차이값을 단말에 브로드캐스트 또는 유니캐스트 형태로 알려주고, 단말에서 상향링크 전력제어에 적용할 빔패턴을 정기적/비정기적으로 알려주는 방식으로 운용할 수도 있다.
하기의 표 1과 표 2는 기지국에서 단말에 기지국의 수신빔 패턴에 따른 특정 기준 송신빔 대비 빔이득의 차이값을 전달하는 메시지에 포함할 수 있는 정보 테이블의 예들을 나타낸다.
Array Gain Difference against Beam_Type_1 dB
Beam_Type_2 -4.7712
Beam_Type_3 -6.9897
Beam_Type_4 -8.4510
Beam_Type_5 -9.5424
Beam_Type_6 -10.4139
상기 표 1은 Beam_Type_1 대비하여 각 빔들의 이득 차이값을 나타낸다. 예를 들어, Beam_Type_2는 Beam_Type_1 대비하여 -4.7712(dB)의 이득 차이가 있음을 나타내며, Beam_Type_3은 Beam_Type_1 대비하여 -6.9897(dB)의 이득 차이가 있음을 나타내며, Beam_Type_4는 Beam_Type_1 대비하여 -8.4510(dB)의 이득 차이가 있음을 나타낸다.
Array Gain Difference against Beam_Type_(x-1) dB
Delta_Beam_Type_2 -4.7712
Delta_Beam_Type_3 -2.2185
Delta_Beam_Type_4 -1.4613
Delta_Beam_Type_5 -1.0914
Delta_Beam_Type_6 -0.8715
상기 표 2는 인접하는 빔들의 이득 차이값을 나타낸다. 예를 들어, Beam_Type_2는 Beam_Type_1 대비하여 -4.7712(dB)의 이득 차이가 있음을 나타내며, Beam_Type_3은 Beam_Type_2 대비하여 -2.2185(=6.9897-4.7712)(dB)의 이득 차이가 있음을 나타내며, Beam_Type_4는 Beam_Type_3 대비하여 -1.4613(=8.4510-6.9897)(dB)의 이득 차이가 있음을 나타낸다.
위에서 살펴본 바와 같이 기지국의 송신 빔 패턴 대비 수신 빔 패턴의 빔 이득 차이값에 대한 정보를 기지국이 단말로 전달함으로써 기지국과 단말이 공유할 수 있다. 대안으로, 기지국의 송신 빔 및 수신 빔 패턴별 빔 이득값을 기지국이 단말로 전달하여 기지국과 단말이 공유함으로써 기지국의 송신 빔 패턴 대비 수신 빔 패턴의 빔 이득 차이값을 구할 수도 있다. 이러한 경우, 도 5의 수신부(310)는 기지국의 송신 빔 패턴 대비 수신 빔 패턴의 빔 이득 차이값에 대한 정보 또는 기지국의 송신 빔 및 수신 빔 패턴별 빔 이득값에 대한 정보를 기지국으로부터 수신한다.
또한, 단말의 송신 빔 패턴 대비 수신 빔 패턴의 빔 이득 차이값에 대한 정보를 단말이 기지국으로 전달함으로써 기지국과 단말이 공유할 수 있다. 대안으로, 단말의 송신 빔 및 수신 빔 패턴별 빔 이득값을 기지국과 단말이 공유함으로써 단말의 송신 빔 패턴 대비 수신 빔 패턴의 빔 이득 차이값을 구할 수도 있다. 이러한 경우, 도 5의 송신부(320)는 상향링크 송신 빔과 하향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값에 대한 정보 또는 상향링크 송신 빔과 하향링크 수신 빔 패턴별 빔 이득값에 대한 정보를 기지국으로 송신한다.
본 발명의 실시예들에 따른 상향링크 송신 전력제어 동작은 다음과 같이 단말과 기지국의 송/수신 빔 패턴의 차이에 따른 빔 이득을 보상하여 단말의 상향링크 전력제어를 수행한다.
일반적으로 상향링크 송신 전력제어 동작은 다음의 수학식 1 또는 수학식 2에 나타난 바와 같이, 전파 감쇄 보상, 외부 간섭 및 잡음 보상, 그리고 목표 신호 대 간섭 잡음비(target Signal to Interference-plus-Noise Ratio(SINR)) 또는 요구 신호 대 간섭 및 잡음비(Required SINR)를 근거로 결정된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
상기 수학식 1 및 수학식 2에서, P는 이동 단말의 송신 전력을 나타내며, PL은 전파감쇄를 나타내며, NI는 외부 잡음(noise) 및 간섭(interference)을 나타내며, CNR 또는 SINRTarget
Figure pat00004
은 목표 신호 대 간섭 및 잡음비 또는 요구 신호 대 간섭 및 잡음비를 나타낸다.
상기 전파감쇄는 다음의 수학식 3과 같이 단말이 기지국으로부터 하향링크에 대한 등가 등방성 복사 전력(Equivalent Isotropic Radiated Power, EIRP) 값에 대한 정보를 받고, 기지국으로부터 하향링크로 전송된 기준 신호를 통해 측정된 수신 전력값(RSS)을 이용하여 구할 수 있다.
Figure pat00005
상기 수학식 3에서 BSEIRP는 등가 등방성 복사 전력 값을 나타내고, RSS는 기지국으로부터 하향링크로 전송된 기준 신호를 통해 측정된 수신 전력값을 나타낸다.
한편, 본 발명의 실시예들에 따르면, 상/하향링크에 대해 단말과 기지국에서 송/수신 빔포밍 기반으로 운용되는 시스템에서는 실제 기지국의 송신 신호와 단말의 수신 신호에 빔포밍 효과에 따른 빔이득이 반영된다. 이때 전파감쇄를 측정하는데 사용되는 기준신호에 대해 적용된 기지국 송신빔과 단말 수신빔 조합과 실제 상향링크에 대해 데이터를 송수신하는데 사용하는 기지국의 수신빔과 단말의 송신빔 조합의 차이에 따라서 그 송/수신 빔이득 차이값만큼 실제 요구되는 단말의 송신 전력값 대비 차이가 발생하게 된다. 따라서, 빔포밍 기반으로 운용되는 시스템에서 상/하향링크의 송/수신 빔의 차이에 따른 빔이득 차이를 반영한 상향링크 전력제어가 수행될 필요가 있다. 이러한 빔이득 차이값의 반영을 고려한 본 발명의 실시예들에 따른 전파감쇄 수식은 다음의 수학식 4 내지 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
본 발명의 실시예들에 따른 상향링크 송신 전력제어 동작에서는 전파감쇄 값을 2가지 측면에서 보상한다.
첫째, 상기 수학식 5에 나타낸 바와 같이, 기지국에서 상기 기준신호의 송신을 위해 선택된 하향링크 송신 빔의 이득 (
Figure pat00009
Figure pat00010
)과 상기 단말로부터 송신될 데이터 버스트의 수신을 위해 할당된 상향링크 수신 빔의 이득(
Figure pat00011
Figure pat00012
) 사이의 이득 차이 값(
Figure pat00013
Figure pat00014
)을 고려하여 전파 감쇄 값을 보상한다.
둘째, 상기 수학식 6에 나타낸 바와 같이, 상기 단말에서 상기 기준신호의 수신을 위해 선택된 하향링크 수신 빔의 이득(
Figure pat00015
Figure pat00016
)과 상기 데이터 버스트의 송신을 위해 할당된 상향링크 송신 빔의 이득(
Figure pat00017
Figure pat00018
) 사이의 이득 차이 값(
Figure pat00019
Figure pat00020
)을 고려하여 전파 감쇄 값을 보상한다.
이와 같은 보상 동작을 위해, 기지국은 상기 수학식 5에서와 같이 기지국의 기준신호에 적용된 송신빔과 해당 단말로부터 상향링크 데이터를 수신하는 데에 사용할 수신빔의 빔패턴 차이에 따른 송신 빔이득(
Figure pat00021
)과 수신 빔이득(
Figure pat00022
)의 차이값(
Figure pat00023
)을 단말에 알려준다.
그러면, 단말은 기지국으로부터 받은 기지국의 송/수신 빔이득 차이값(
Figure pat00024
)을 고려하고, 추가적으로 기지국의 기준신호를 수신하는 데에 사용한 단말의 수신빔과 상향링크로 데이터를 송신하는데 사용하는 단말의 송신빔의 빔패턴 차이에 따른 송/수신 빔이득 차이값(
Figure pat00025
)을 고려하여 전파 감쇄값을 보상한다. 다음에, 단말은 상기 보상된 전파 감쇄 값을 이용하여 송신 전력값을 결정하고, 상기 결정된 송신 전력값에 따라 상향링크 송신전력을 제어한다.
여기서는 본 발명의 실시예들이 기지국의 송/수신 빔이득 차이값(
Figure pat00026
)과, 단말의 송신빔의 빔패턴 차이에 따른 송/수신 빔이득 차이값(
Figure pat00027
)을 모두 고려하여 상향링크 송신전력을 제어하는 것으로 설명되었다. 그러나, 대안으로, 기지국의 송/수신 빔이득 차이값(
Figure pat00028
)만을 고려하거나, 단말의 송신빔의 빔패턴 차이에 따른 송/수신 빔이득 차이값(
Figure pat00029
)만을 고려하여 상향링크 송신전력을 제어하는 것이 가능하다.
또한, 여기서는 기지국이 기지국의 송/수신 빔이득 차이값을 단말에게 알려주는 것으로 설명하였다. 그러나, 대안으로, 기지국이 송신 빔이득 값과 수신 빔이득 값을 단말에게 알려주면, 단말이 기지국의 송/수신 빔이득 차이값을 구하는 방식도 가능하다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 송신전력 제어 동작의 흐름을 보여주는 도면이다. (611)단계에서, 단말은 기지국에서의 하향링크 송신 빔과 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값이 보상된 상향링크 송신 전력값을 결정한다. 일 실시예로, 기지국의 하향링크 송신 빔과 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값에 대한 정보는 기지국으로부터 수신될 수 있다. 다른 실시예로, 기지국의 하향링크 송신 빔과 상향링크 수신 빔의 패턴별 빔 이득 값에 대한 정보가 기지국으로부터 수신되고, 이후 하향링크 송신 빔과 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값이 구해질 수도 있다. (613)단계에서, 단말은 상기 결정된 상향링크 송신 전력값에 따라 상향링크 신호를 송신한다.
도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단말의 송신전력 제어 동작의 흐름을 보여주는 도면이다. (621)단계에서, 단말은 기지국에서의 하향링크 송신 빔과 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값이 보상된 상향링크 송신 전력값을 결정한다. 일 실시예로, 기지국의 하향링크 송신 빔과 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값에 대한 정보는 기지국으로부터 수신될 수 있다. 다른 실시예로, 기지국의 하향링크 송신 빔과 상향링크 수신 빔의 패턴별 빔 이득 값에 대한 정보가 기지국으로부터 수신되고, 이후 하향링크 송신 빔과 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값이 구해질 수도 있다. (623)단계에서, 단말은 상기 결정된 상향링크 송신 전력값에 상기 단말에서의 하향링크 수신 빔과 상향링크 송신 빔 사이의 이득 차이 값을 보상한다. (625)단계에서, 단말은 상기 결정된 상향링크 송신 전력값에 따라 상향링크 신호를 송신한다.
상기 도 6a 및 도 6b에 도시된 실시예들에서, 상기 하향링크 송신 빔은 상기 상향링크 수신 빔에 비해 상대적으로 좁은 빔 폭을 갖는다. 상기 하향링크 송신 빔은 기지국이 단말로 기준신호의 송신에 사용된 빔을 포함한다. 상기 상향링크 수신 빔은 기지국에서 단말로부터 데이터 버스트의 수신에 사용하기 위한 빔을 포함한다. 단말은 상기 하향링크 송신 빔과 상기 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값에 대한 정보를 기지국으로부터 수신할 수 있다. 상기 하향링크 수신 빔은 단말이 기지국으로부터 송신된 기준신호의 수신에 사용한 빔을 포함한다. 상기 상향링크 송신 빔은 단말이 기지국으로 데이터 버스트의 송신에 사용하기 위한 빔을 포함한다.
일 실시예로, 상기 상향링크 송신 전력값을 결정하는 과정은, 기지국과 단말 사이의 하향링크 전파 감쇄를 추정하는 과정과, 상기 추정된 전파 감쇄 값에 상기 이득 차이 값을 보상하는 과정과, 상기 보상된 전파 감쇄 값을 이용하여 상기 상향링크 송신 전력값을 결정하는 과정을 포함한다. 다른 실시예로, 기지국으로부터 하향링크에 대한 등가 등방성 복사전력 값을 수신하는 과정과, 기지국으로부터 수신된 기준신호의 수신 전력값을 측정하는 과정을 더 포함할 수 있으며, 상기 전파 감쇄 값을 결정하는 과정은, 상기 등가 등방성 복사전력 값과 상기 수신 전력 값을 이용하여 상기 전파 감쇄 값을 추정한다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 기준신호 수신 및 송신전력 제어 동작의 흐름을 보여주는 도면이다. (711)단계에서, 단말은 기지국으로부터 기준신호를 수신한다. (713)단계에서, 단말은 상기 기준신호의 수신 신호세기를 측정한다. (715)단계에서, 단말은 상기 측정된 수신 신호세기를 이용하여 기지국과 단말 사이의 하향링크 전파 감쇄 값을 추정한다. 상기 하향링크 전파 감쇄 값을 추정하는 과정은, 기지국으로부터 수신된 하향링크에 대한 등가 등방성 복사전력 값과 상기 측정된 수신 전력 값을 이용하여 상기 전파 감쇄 값을 추정한다. (717)단계에서, 단말은 기지국에서 상기 기준신호의 송신을 위해 선택된 하향링크 송신 빔과 단말로부터 송신될 데이터 버스트의 수신을 위해 할당된 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값을 고려하여 상기 전파 감쇄 값을 보상한다. 일 실시예로, 기준신호의 송신을 위해 선택된 하향링크 송신 빔과 단말로부터 송신될 데이터 버스트의 수신을 위해 할당된 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값에 대한 정보는 기지국으로부터 수신될 수 있다. 다른 실시예로, 기준신호의 송신을 위해 선택된 하향링크 송신 빔과 단말로부터 송신될 데이터 버스트의 수신을 위해 할당된 상향링크 수신 빔의 패턴별 빔 이득 값에 대한 정보가 기지국으로부터 수신되고, 이후 하향링크 송신 빔과 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값이 구해질 수도 있다. (719)단계에서, 단말은 상기 보상된 전파 감쇄 값을 이용하여 송신 전력값을 결정한다. (721)단계에서, 단말은 상기 결정된 송신 전력값에 따라 상기 데이터 버스트를 송신한다.
도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단말의 기준신호 수신 및 송신전력 제어 동작의 흐름을 보여주는 도면이다. (711)단계에서, 단말은 기지국으로부터 기준신호를 수신한다. (713)단계에서, 단말은 상기 기준신호의 수신 신호세기를 측정한다. (715)단계에서, 단말은 상기 측정된 수신 신호세기를 이용하여 상기 기지국과 상기 단말 사이의 하향링크 전파 감쇄 값을 추정한다. 상기 하향링크 전파 감쇄 값을 결정하는 과정은, 기지국으로부터 수신된 하향링크에 대한 등가 등방성 복사전력 값과 상기 측정된 수신 전력 값을 이용하여 상기 전파 감쇄 값을 결정하는 과정을 포함한다. (717)단계에서, 단말은 상기 기지국에서 상기 기준신호의 송신을 위해 선택된 하향링크 송신 빔과 상기 단말로부터 송신될 데이터 버스트의 수신을 위해 할당된 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값을 고려하여 상기 전파 감쇄 값을 보상한다. 일 실시예로, 기준신호의 송신을 위해 선택된 하향링크 송신 빔과 단말로부터 송신될 데이터 버스트의 수신을 위해 할당된 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값에 대한 정보는 기지국으로부터 수신될 수 있다. 다른 실시예로, 기준신호의 송신을 위해 선택된 하향링크 송신 빔과 단말로부터 송신될 데이터 버스트의 수신을 위해 할당된 상향링크 수신 빔의 패턴별 빔 이득 값에 대한 정보가 기지국으로부터 수신되고, 이후 하향링크 송신 빔과 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값이 구해질 수도 있다. (718)단계에서, 단말은 상기 단말에서 상기 기준신호의 수신을 위해 선택된 하향링크 수신 빔과 상기 데이터 버스트의 송신을 위해 할당된 상향링크 송신 빔 사이의 이득 차이 값을 고려하여 상기 전파 감쇄 값을 보상한다. (719)단계에서, 단말은 상기 보상된 전파 감쇄 값을 이용하여 송신 전력값을 결정한다. (721)단계에서, 단말은 상기 결정된 송신 전력값에 따라 상기 데이터 버스트를 송신한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예들에 따른 전력제어 동작을 위한 기지국과 단말 사이의 처리 흐름을 보여주는 도면들이다. 도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 실시예들에 따라, 각 섹터 별로 전송되는 신호의 프레임 구조의 일 예와 해당 프레임 구조 안에서 상/하향링크에 대한 기지국과 단말 각각의 서로 다른 송/수신 빔 패턴 운용 동작의 예를 나타내는 도면들이다. 이 도면들은 도 9a → 도 9b → 도 9c → 도 9d의 순서로 프레임들이 기지국과 단말 사이에서 송수신되는 예를 보여주고 있다.
상기 도 8a의 (811)단계에서, 기지국은 하향링크(DL)/상향링크(UL)의 송신(TX)/수신(RX)을 위한 서로 다른 빔 방향들에 대한 기지국(BS) 송신(TX)/수신(RX) 빔 패턴 정보를 브로드캐스트 또는 유니캐스트한다. 이때 빔 패턴 정보는 빔폭, 빔이득 등에 대한 정보를 포함한다. (813)단계에서 기지국은 동기채널(Synchronization Channel, SCH), 채널상태정보 기준신호 (Channel State Information Reference Signal, CSI-RS)와 같은 기준신호를 위해 사용된 송신 빔 패턴을 지시(브로드캐스트 또는 유니캐스트)한다. 상기 (811)단계 및 (813)단계의 송신 동작과 관련된 전송신호의 프레임은 도 9a에 도시된 바와 같은 구조(서브프레임#M, DL 서브프레임 911)를 갖는다. (815)단계에서, 단말은 빔 선택을 위한 RACH와 같은 상향링크(UL) 기준신호를 송신한다(도 9a의 서브프레임#M, UL 서브프레임 913). 이때 단말은 송신 빔 스위핑을 하여 상기 상향링크 기준신호를 송신한다. (817)단계에서, 기지국은 좁은 빔폭을 가지는 수신빔 스위핑을 통해 상기 상향링크 기준신호를 수신하고(도 9a의 서브프레임#M, UL 서브프레임 913), 선호하는 단말(MS) 송신(TX) 빔 및 기지국(BS) 수신(RX) 빔을 탐색하고 선택한다.
(819)단계에서, 기지국은 하향링크(DL) 버스트의 송신을 통해 단말에서의 상향링크(UL) 전송을 위한 선호하는 단말(MS) 송신(TX) 빔을 지시한다(도 9b의 서브프레임#L, DL 서브프레임 915). (821)단계에서, 단말은 상기 (819)단계에서 지시된 단말 송신 빔을 이용하여 상향링크(UL) 사운딩(sounding)신호와 같은 빔 선택을 위한 상향링크(UL) 기준신호를 송신한다(도 9b의 서브프레임#L, UL 서브프레임 917).
상기 도 8b의 (823)단계에서, 기지국은 상기 (817)단계에서 선택된 기지국(BS) 수신(RX) 빔을 이용하여 상기 (821)단계에서 송신된 상향링크 기준신호를 수신하고(도 9b의 서브프레임#L, UL 서브프레임 917), 상기 선택된 기지국(BS) 수신(RX) 빔/단말(MS) 송신(TX) 빔 페어(pair)에 대한 채널품질을 추정한다. 일 예로, 상기 선택된 기지국(BS) 수신(RX) 빔/단말(MS) 송신(TX) 빔 페어(pair)에 대한 CINR을 추정함으로써 상향링크 채널품질을 추정할 수 있다. (825)단계에서, 기지국은 상기 추정된 채널품질에 기초하여 상향링크(UL) 버스트 할당을 위한 MCS레벨을 선택 및 스케줄한다.
(827)단계에서, 기지국은 상대적으로 넓은 빔폭을 가지는 송신 빔들을 스위핑하여 동기채널(Synchronization Channel)을 송신한다(도 9c의 서브프레임#N, DL 서브프레임 919). 도 9c의 DL 서브프레임 919에 인접하는 서브프레임 921은 방송채널 프레임이다. (829)단계에서, 기지국은 상대적으로 좁은 빔폭을 가지는 송신 빔들을 스위핑하여 미드앰블(midamble)과 같은 기준신호를 송신한다(도 9c의 서브프레임#N, DL 서브프레임 923). 또한, (831)단계에서, 기지국은 상대적으로 좁은 빔폭을 가지는 송신 빔들을 스위핑하여 상향링크(UL) 버스트 할당 정보를 송신하고, 기지국은 상향링크 버스트 수신에 사용할 기지국(BS) 수신(RX) 빔 패턴을 지시한다. 상기 (831)단계에서, 기지국은 상향링크(UL) 버스트 송신에 사용할 단말(MS) 송신(TX) 빔 패턴을 지시할 수도 있다.
(827)단계에서 송신된 동기채널(도 9c의 서브프레임#N, DL 서브프레임 919) 및 (829)단계에서 송신된 기준신호(도 9c의 서브프레임#N, DL 서브프레임 923)를 수신 빔 스위핑을 통해 수신한 후, (833)단계에서 단말은 상기 수신된 동기채널 또는 기준신호를 이용하여 수신 신호세기를 측정하고 이를 바탕으로 전파감쇄를 추정한다. (835)단계에서, 단말은 이득 차이값이 보상된 상향링크(UL) 송신 전력값을 결정한다. 상향링크(UL) 송신 전력값을 결정하는 동작은 앞서서 언급한 수학식 4 내지 수학식 6에 기재한 바와 같이 기지국 및 단말에서의 송/수신 빔이득 차이값을 고려하여 전파 감쇄값을 보상하고, 보상된 전파 감쇄값을 이용하여 송신 전력값을 결정한다. 예를 들어, 단말은 기지국으로부터 받은 기지국의 송/수신 빔이득 차이값(
Figure pat00030
)을 고려하고, 추가적으로 기지국의 기준신호를 수신하는 데에 사용한 단말의 수신빔과 상향링크로 데이터를 송신하는데 사용하는 단말의 송신빔의 빔패턴 차이에 따른 송/수신 빔이득 차이값(
Figure pat00031
)을 고려하여 전파 감쇄값을 보상한다. 다음에, 단말은 상기 보상된 전파 감쇄 값을 이용하여 송신 전력값을 결정하고, 상기 결정된 송신 전력값에 따라 상향링크 송신전력을 제어한다. (837)단계에서, 단말은 상기 (831)단계에서 지시된 단말(MS) 송신(TX) 빔 패턴의 넓은 빔폭을 가지는 송신 빔을 이용하여 상향링크 버스트를 송신한다(도 9d의 서브프레임#(N+1), UL 서브프레임 927). 이때 상향링크 버스트는 상기 (835)단계에서 결정된 상향링크 송신 전력값에 따라 송신전력이 제어되어 송신된다. 그러면 기지국은 넓은 빔폭을 가지는 수신 빔을 이용하여 상향링크 버스트를 수신한다.
앞서서 언급한 바와 같이, 우선 기지국은 기지국 수신빔과 단말 송신빔 조합에 따라 단말에서 상향링크로 전송하는 기준신호(예; RACH, UL 사운딩)(도 9a의 913, 도 9b의 917)를 바탕으로 상향링크 송/수신에 적합한 기지국 수신빔과 단말 송신빔을 선택하고, 관련 정보를 단말에 피드백한다(도 9b의 915, 도 9c의 925).
다음에, 기지국은 하향링크에 대하여 미드앰블과 같은 기준신호를 통하여 서로 다른 방향으로 상대적으로 좁은 빔폭을 가지는 기본 단위 빔에 매핑되는 파일럿(pilot) 신호를 단말로 송신한다(도 9c의 923). 이에 따라, 단말은 서로 다른 방향으로 기지국에서 전송되는 좁은 빔폭의 각 단위 빔에 매핑되는 파일럿 신호로부터 특정 한 개의 빔 또는 이들의 한 개 이상의 중첩으로 생성되는 빔에 대한 채널품질을 측정하는 것이 가능하다. 이러한 측정 결과를 바탕으로 단말은 하향링크에 대한 CINR 또는 RSSI와 같은 채널품질 메트릭에 대한 순시 또는 시간적인 평균값/분산/표준편차를 측정하여 업데이트하고 예측까지를 수행할 수 있다. 이렇게 구한 채널품질 정보를 바탕으로 단말은 기지국으로부터 피드백 받은 기지국 수신빔과 단말 송신빔의 조합에 대해 동일 방향으로 대응되는 기지국 송신빔과 단말 수신빔의 조합에 대한 전파 감쇄 값을 추정한다.
이후, 기지국은 상향링크 데이터 전송에 대한 버스트 할당 시 동일 상향링크 송수신 방향에 대하여 사용되는 빔패턴을 변경하여 적용하는 것을 알려줄 수 있다. 단말은 기지국의 빔패턴 변경에 따른 빔이득 차이를 고려하여 상기 추정된 전파 감쇄 값을 보상하고, 보상된 전파 감쇄 값에 따라 송신 전력값을 결정하고 결정된 송신 전력값에 따라 상향링크 전력제어를 수행한다. 즉, 상향링크 신호 전송 시 적절한 부반송파별 전력값을 도출하여 상향링크 전력제어를 수행할 수 있다. 추가적으로, 단말은 전파 감쇄 측정에 있어 사용된 단말의 수신빔 패턴과 상향링크 데이터 전송에 사용할 단말의 송신빔 패턴이 다른 경우, 자신의 송/수신 빔패턴 차이에 따른 빔 이득값을 추가적으로 보상하여 상향링크 전력제어를 수행할 수 있다.
한편, 위에서는 기지국이 단말에서 상향링크로 전송하는 기준신호를 바탕으로 상향링크 송/수신에 적합한 기지국 수신빔과 단말 송신빔을 선택하고 선택된 정보를 단말에 피드백하는 예로 설명하였으나 이와 다른 구현이 가능하다. 다른 구현으로, 단말은 상향링크 전송에 대해 동일 방향으로 사용가능한 서로 다른 송신 빔패턴 정보를 기지국에 알려주고, 기지국은 해당 정보를 고려하여 상향링크 데이터 전송을 위한 버스트 할당 시 단말에 대해 특정 송신 빔패턴을 사용하도록 지시할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 서로 다른 빔폭과 빔이득을 가지는 한 개 이상의 빔 패턴으로 상/하향링크에 대한 송수신을 수행하는 빔포밍 기반의 무선 통신시스템에서 서로 다른 송/수신 빔 패턴의 운용에 따른 빔이득 차이를 고려하여 상향링크 송신전력을 제어하는 방법 및 장치를 제안하고 있다. 이와 빔이득 차이를 고려하여 송신전력을 제어함으로써 송/수신 성능의 향상을 기대할 수 있고, 또한 보다 효과적인 빔포밍의 운용을 가능하게 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 서로 다른 빔폭과 빔이득을 가지는 한 개 이상의 빔 패턴으로 상/하향링크에 대한 송수신을 수행하는 빔포밍 기반의 무선 통신시스템에서 서로 다른 송/수신 빔 패턴의 운용에 따른 빔이득 차이를 고려하여 상향링크 송신전력의 제어에 대하여 설명하고 있지만, 본 발명의 범위는 동일한 원리에 따라서 서로 다른 송/수신 빔 패턴의 운용에 따른 빔이득 차이를 고려하여 하향링크 송신전력을 제어하는 경우에도 적용이 가능할 것이다. 또한, 본 발명의 실시예들에서는 기준신호를 송수신하는 경우에 상대적으로 좁은 폭을 가지는 빔을 선택하고, 데이터를 송수신하는 경우 또는 동기채널/브로드캐스트채널을 송신하는 경우에는 상대적으로 넓은 빔 폭을 가지는 빔을 선택하는 예로서 설명하고 있지만, 본 발명의 범위는 이러한 예들에 반드시 제한되는 것은 아니고 서로 다른 송/수신 빔 패턴(빔 이득, 빔폭)을 운용하는 경우에 적용이 가능할 것이다. 그리고 또한, 본 발명의 실시예에 따른 동작은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판단 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM이나 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드 뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 본 발명에서 설명된 기지국 또는 릴레이의 전부 또는 일부가 컴퓨터 프로그램으로 구현된 경우 상기 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체도 본 발명에 포함된다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
210,310: 수신부 220,320: 송신부
230,330: 빔 선택부
240: CINR 추정부
250: UL 버스트 스케줄러
340: 수신 신호세기 측정부
350: 전파감쇄 추정부
360: 전력제어부

Claims (30)

  1. 서로 다른 빔 패턴을 가지는 다수의 송신/수신 빔들을 사용하여 통신하는 무선통신시스템의 단말 장치에서 상향링크 전력을 제어하는 방법에 있어서:
    기지국에서의 하향링크 송신 빔과 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값이 보상된 상향링크 송신 전력값을 결정하는 과정; 및
    상기 결정된 상향링크 송신 전력값에 따라 상향링크 신호를 송신하는 과정을 포함하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 하향링크 송신 빔은 상기 기지국이 상기 단말로 기준신호의 송신에 사용된 빔을 포함하는, 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 상향링크 수신 빔은 상기 기지국에서 상기 단말로부터 데이터 버스트의 수신에 사용하기 위한 빔을 포함하는, 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 상향링크 송신 전력값을 결정하는 과정은,
    상기 결정된 상향링크 송신 전력값에 상기 단말에서의 하향링크 수신 빔 과 상향링크 송신 빔 사이의 이득 차이 값을 보상하는 과정을 더 포함하는, 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 하향링크 수신 빔은 상기 단말에서 상기 기지국으로부터 기준신호의 수신에 사용된 빔을 포함하는, 방법.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 상향링크 송신 빔은 상기 단말에서 상기 기지국으로 데이터 버스트의 송신에 사용하기 위한 빔을 포함하는, 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 하향링크 송신 빔과 상기 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값에 대한 정보 또는 상기 하향링크 송신 빔과 상기 상향링크 수신 빔의 패턴별 빔 이득값에 대한 정보를 상기 기지국으로부터 수신하는 과정을 더 포함하는, 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 상향링크 송신 빔과 상기 하향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값에 대한 정보 또는 상기 상향링크 송신 빔과 상기 하향링크 수신 빔 패턴별 빔 이득값에 대한 정보를 상기 기지국으로 송신하는 과정을 더 포함하는, 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 기지국과 상기 단말 사이의 하향링크 전파 감쇄 값을 추정하는 과정을 더 포함하고,
    상기 상향링크 송신 전력값을 추정하는 과정은,
    상기 추정된 전파 감쇄 값에 상기 이득 차이 값을 보상하는 과정, 및
    상기 보상된 전파 감쇄 값을 이용하여 상기 상향링크 송신 전력값을 결정하는 과정을 포함하는, 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 기지국으로부터 하향링크에 대한 등가 등방성 복사전력 값을 수신하는 과정, 및
    상기 기지국으로부터 수신된 기준신호의 수신 전력값을 측정하는 과정을 더 포함하고,
    상기 전파 감쇄 값을 추정하는 과정은,
    상기 등가 등방성 복사전력 값과 상기 수신 전력 값을 이용하여 상기 전파 감쇄 값을 추정하는, 방법.
  11. 서로 다른 빔 패턴을 가지는 다수의 송신/수신 빔들을 사용하여 통신하는 무선통신시스템의 단말 장치에서 상향링크 전력을 제어하는 방법에 있어서:
    기지국으로부터 기준신호를 수신하는 과정;
    상기 기준신호의 수신 신호세기를 측정하는 과정;
    상기 측정된 수신 신호세기를 이용하여 상기 기지국과 상기 단말 사이의 하향링크 전파 감쇄 값을 추정하는 과정;
    상기 기지국에서 상기 기준신호의 송신을 위해 선택된 하향링크 송신 빔과 상기 단말로부터 송신될 데이터 버스트의 수신을 위해 할당된 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값을 고려하여 상기 전파 감쇄 값을 보상하는 과정;
    상기 보상된 전파 감쇄 값을 이용하여 송신 전력값을 결정하는 과정; 및
    상기 결정된 송신 전력값에 따라 상기 데이터 버스트를 송신하는 과정을 포함하는, 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 단말에서 상기 기준신호의 수신을 위해 선택된 하향링크 수신 빔과 상기 데이터 버스트의 송신을 위해 할당된 상향링크 송신 빔 사이의 이득 차이 값을 고려하여 상기 전파 감쇄 값을 보상하는 과정을 더 포함하는, 방법.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 기지국으로부터 하향링크에 대한 등가 등방성 복사전력 값을 수신하는 과정을 더 포함하고,
    상기 하향링크 전파 감쇄 값을 추정하는 과정은,
    상기 등가 등방성 복사전력 값과 상기 측정된 수신 신호세기를 이용하여 상기 전파 감쇄 값을 추정하는, 방법.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 기준신호의 송신을 위해 선택된 하향링크 송신 빔과 상기 단말로부터 송신될 데이터 버스트의 수신을 위해 할당된 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값에 대한 정보 또는 상기 하향링크 송신 빔과 상기 상향링크 수신 빔의 패턴별 빔 이득값에 대한 정보를 상기 기지국으로부터 수신하는 과정을 더 포함하는, 방법.
  15. 청구항 11에 있어서, 상기 상향링크 송신 빔과 상기 하향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값에 대한 정보 또는 상기 상향링크 송신 빔과 상기 하향링크 수신 빔 패턴별 빔 이득값에 대한 정보를 상기 기지국으로 송신하는 과정을 더 포함하는, 방법.
  16. 서로 다른 빔 패턴을 가지는 다수의 송신/수신 빔들을 사용하여 통신하는 무선통신시스템에서 상향링크 전력을 제어하기 위한 단말 장치에 있어서:
    기지국에서의 하향링크 송신 빔과 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값이 보상된 상향링크 송신 전력값을 결정하는 전력제어부; 및
    상기 결정된 상향링크 송신 전력값에 따라 상향링크 신호를 송신하는 송신부를 포함하는, 장치.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 하향링크 송신 빔은 상기 기지국이 상기 단말로 기준신호의 송신에 사용된 빔을 포함하는, 장치.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 상향링크 수신 빔은 상기 기지국에서 상기 단말로부터 데이터 버스트의 수신에 사용하기 위한 빔을 포함하는, 장치.
  19. 청구항 16에 있어서, 상기 전력제어부는,
    상기 결정된 상향링크 송신 전력값에 상기 단말에서의 하향링크 수신 빔 과 상향링크 송신 빔 사이의 이득 차이 값을 보상하는 동작을 더 수행하는, 장치.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 하향링크 수신 빔은 상기 단말에서 상기 기지국으로부터 기준신호의 수신에 사용된 빔을 포함하는, 장치.
  21. 청구항 19에 있어서, 상기 상향링크 송신 빔은 상기 단말에서 상기 기지국으로 데이터 버스트의 송신에 사용하기 위한 빔을 포함하는, 장치.
  22. 청구항 16에 있어서, 상기 하향링크 송신 빔과 상기 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값에 대한 정보 또는 상기 하향링크 송신 빔과 상기 상향링크 수신 빔의 패턴별 빔 이득값에 대한 정보를 상기 기지국으로부터 수신하는 수신부를 더 포함하는, 장치.
  23. 청구항 16에 있어서, 상기 상향링크 송신 빔과 상기 하향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값에 대한 정보 또는 상기 상향링크 송신 빔과 상기 하향링크 수신 빔 패턴별 빔 이득값에 대한 정보를 상기 기지국으로 송신하는 송신부를 더 포함하는, 장치.
  24. 청구항 16에 있어서, 상기 기지국과 상기 단말 사이의 하향링크 전파 감쇄 값을 추정하는 전파감쇄 추정부를 더 포함하고,
    상기 전력제어부는,
    상기 추정된 전파 감쇄 값에 상기 이득 차이 값을 보상하고, 상기 보상된 전파 감쇄 값을 이용하여 상기 상향링크 송신 전력값을 결정하는, 장치.
  25. 청구항 24에 있어서, 상기 기지국으로부터 하향링크에 대한 등가 등방성 복사전력 값을 수신하는 수신부와,
    상기 기지국으로부터 수신된 기준신호의 수신 신호세기를 측정하는 수신신호세기 측정부를 더 포함하고,
    상기 전파감쇄 추정부는,
    상기 등가 등방성 복사전력 값과 상기 수신 신호세기를 이용하여 상기 전파 감쇄 값을 추정하는, 장치.
  26. 서로 다른 빔 패턴을 가지는 다수의 송신/수신 빔들을 사용하여 통신하는 무선통신시스템에서 상향링크 전력을 제어하기 위한 단말 장치에 있어서:
    기지국으로부터 기준신호를 수신하는 수신부;
    상기 기준신호의 수신 신호세기를 측정하는 수신 신호세기 측정부;
    상기 측정된 수신 신호세기를 이용하여 상기 기지국과 상기 단말 사이의 하향링크 전파 감쇄 값을 추정하는 전파감쇄 추정부;
    상기 기지국에서 상기 기준신호의 송신을 위해 선택된 하향링크 송신 빔과 상기 단말로부터 송신될 데이터 버스트의 수신을 위해 할당된 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값을 고려하여 상기 전파 감쇄 값을 보상하고, 상기 보상된 전파 감쇄 값을 이용하여 송신 전력값을 결정하는 전력제어부; 및
    상기 결정된 송신 전력값에 따라 상기 데이터 버스트를 송신하는 송신부를 포함하는, 장치.
  27. 청구항 26에 있어서, 상기 전력제어부는,
    상기 단말에서 상기 기준신호의 수신을 위해 선택된 하향링크 수신 빔과 상기 데이터 버스트의 송신을 위해 할당된 상향링크 송신 빔 사이의 이득 차이 값을 고려하여 상기 전파 감쇄 값을 보상하는 동작을 더 수행하는, 장치.
  28. 청구항 26에 있어서, 상기 수신부는,
    상기 기지국으로부터 하향링크에 대한 등가 등방성 복사전력 값을 수신하는 동작을 더 수행하고,
    상기 전파감쇄 추정부는,
    상기 등가 등방성 복사전력 값과 상기 측정된 수신 신호세기를 이용하여 상기 전파 감쇄 값을 추정하는, 장치.
  29. 청구항 26에 있어서, 상기 수신부는,
    상기 기준신호의 송신을 위해 선택된 하향링크 송신 빔과 상기 단말로부터 송신될 데이터 버스트의 수신을 위해 할당된 상향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값에 대한 정보 또는 상기 하향링크 송신 빔과 상기 상향링크 수신 빔의 패턴별 빔 이득값에 대한 정보를 상기 기지국으로부터 수신하는 동작을 더 수행하는, 장치.
  30. 청구항 26에 있어서, 상기 송신부는,
    상기 상향링크 송신 빔과 상기 하향링크 수신 빔 사이의 이득 차이 값에 대한 정보 또는 상기 상향링크 송신 빔과 상기 하향링크 수신 빔 패턴별 빔 이득값에 대한 정보를 상기 기지국으로 송신하는 동작을 더 수행하는, 장치.
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