KR20140119195A - 안테나 어레이를 위한 장애 보상 매트릭스의 결정 - Google Patents

안테나 어레이를 위한 장애 보상 매트릭스의 결정 Download PDF

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Abstract

안테나 어레이에서 장애 보상을 위한 장애 보상 매트릭스를 결정하는 것이 개시된다. 복수의 위치 중의 각 위치에서 적어도 하나의 널(null)을 형성하는 다중-신호 송신의 복수의 상이한 조합이 결정된다. 각 조합은 N개의 안테나 서브어레이 중 적어도 2개의 안테나 서브어레이로부터 적어도 2개의 동시 신호 송신을 포함하는 다중-신호 송신과, 각각의 위치를 포함한다. 다중-신호 송신의 복수의 상이한 조합과 연관된 신호 특성과 복수의 위치에서의 예상 신호 수신에 근거하여, N개의 안테나 서브어레이 사이에서 장애의 효과를 식별하는 장애 매트릭스가 결정된다. 장애 보상 매트릭스는 장애 매트릭스에 근거하여 결정된다.

Description

안테나 어레이를 위한 장애 보상 매트릭스의 결정{Determination of an impairment compensation matrix for an antenna array}
본 출원은 2012년 2월 13일 출원된 미국 특허 가출원 제61/597903호의 이득을 주장하고, 참조를 위해 그 전체가 본 명세서에 그 전체가 병합된다.
실시예들은 일반적으로 무선 통신에 관한 것이며, 특히 안테나 어레이의 안테나 서브어레이들 사이의 상호 결합(mutual coupling)과 같은 안테나 장애에 대해 보상하는 장애 보상 매트릭스(impairment compensation matrix)의 결정에 관한 것이다.
다중-입력 다중-출력(MIMO) 통신 시스템과 같은 개선된 무선통신 시스템은, 원하는 방사 패턴을 형성하기 위해 안테나 어레이의 복수의 안테나 서브어레이(subarray)로부터의 동시 신호 송신에 점점 더 의존한다. 안테나 서브어레이는 하나 이상의 안테나 엘리먼트로 제조될 수 있다. 이론적으로, 동시에 송신된 신호의 위상 및 크기를 변경하는 것과 같이 동시에 송신된 신호의 신호 특성을 변경함으로써, 로브(lobe) 및 널(null) 중 하나 혹은 둘 다가 원하는 위치에 형성될 수 있다. 송신에서, 방사 패턴 로브는 수신기의 위치에서 에너지를 집중시키는 것이 바람직하고, 널은 다른 수신기들에 의해 보이는 간섭을 감소시키는 것이 바람직하다. 수신할 때, 로브는 원하는 송신기의 신호 강도를 증가시킬 수 있고, 널은 원하지 않는 송신기로부터의 간섭을 제거할 수 있다.
여기서 안테나 장애(antenna impairment)라고 말하는 다중 실제 요소(real-world factor)는, 안테나 어레이의 이상적인 또는 이론적인 송신 특성에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 장애는 송신기와 안테나 어레이의 안테나 서브어레이 사이의 신호 경로에서의 차이, 안테나 서브어레이들의 상호 결합, 접지면 결함(ground plane imperfections), 기계적 내성 차이, 무선 기기 하드웨어의 차이 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 장애는 이상적인 또는 이론적인 안테나 방사 패턴 특성을 변경하므로, 로브 또는 널을 원하는 곳에 정확하게 배치할 수 있는 능력에 영향을 미친다. 이러한 장애는 낮은 시스템 처리량을 야기할 수 있다.
안테나 서브어레이들 사이의 상호 결합과 같은 일부 장애를 제거하거나 최소화하기 위해 상당한 노력이 안테나 설계에 종종 투입된다. 이것은 설계 비용을 증가시키고 안테나 어레이의 설계 시간이 늘어나게 한다. 빈번하게, 상호 결합과 같은 장애를 회피하기 위해 수행되는 설계 변경은, 성능 트레이드오프(tradeoff)를 일으킨다. 이와는 달리, 상호 결합의 효과는 비이상적인 방사 패턴으로 인해, 단순하게 무시될 수 있다. 무선 대역폭 및 시스템 처리량이 점점 중요해짐에 따라, 원하는 방사 패턴을 정확하게 형성하는 것이 점점 더 중요해지고 있다.
실시예들은 다중 서브어레이 안테나를 갖는 안테나 어레이와 관련된 안테나 장애에 대해 보상하는 장애 보상 매트릭스의 결정에 관한 것이다. 장애 보상 매트릭스는 보상 항목, 또는 안테나 서브어레이에 의해 송신 이전의 전처리 단계에서 신호에 적용될 수 있는 보상 엘리먼트를 포함한다. 전처리 단계는 안테나 장애의 영향을 줄이거나 제거하는 보상 엘리먼트에 따라 신호를 변경하여, 정확하고 바람직한 방사 패턴의 발생을 용이하게 한다.
일반적으로, 실시예들은 N개의 안테나 서브어레이를 포함하는 안테나 어레이에서 장애 보상을 위한 장애 보상 매트릭스를 결정하는 것에 관한 것이다. 서브어레이 안테나는 각각이 송신에 대해 동일한 신호를 수신하는 하나 이상의 안테나 엘리먼트를 포함한다. 한 실시예에서, 안테나 서브어레이에서의 각 안테나 엘리먼트는 동일한 안테나 포트에 결합될 수 있다.
복수의 위치 중의 한 위치에서 적어도 하나의 널(null)을 형성하는 다중-신호 송신의 복수의 상이한 조합이 결정된다. 각 조합은 N개의 안테나 서브어레이 중 적어도 2개의 안테나 서브어레이로부터 적어도 2개의 동시 신호 송신을 포함하는 다중-신호 송신과, 적어도 하나의 널이 형성된 위치를 포함한다. 적어도 2개의 동시 신호 송신은 연관된 신호 특성을 갖는다.
다중-신호 송신의 복수의 상이한 조합과 연관된 신호 특성과 복수의 위치에서의 예상 신호 수신(expected signal reception)에 근거하여, N개의 안테나 서브어레이 사이에서 장애의 효과를 식별하는 장애 매트릭스가 결정된다. 이어서 장애 보상 매트릭스가 장애 매트릭스에 근거하여 결정된다.
각각의 안테나 서브어레이와 각 위치에서의 안테나 사이에서의 예상 신호 전송을 식별하는 안테나 매트릭스에 의해, 상기 위치에서의 예상 신호 수신이 정의될 수 있다.
한 실시예에서, 장애의 영향을 식별하는 장애 매트릭스는 각각의 상이한 조합에 대한 선형 방정식을 유도함으로써 결정된다. 각 선형 방정식은 적어도 2개의 동시 신호 송신의 각 신호 송신에 관련된 특정 크기 및 특정 위상을 식별하는 신호 엘리먼트와, 각각의 적어도 2개의 안테나 서브어레이와 각각의 위치에서의 안테나 사이에서의 예상 신호 수신을 식별하는 전파 엘리먼트와, 알려지지 않은 장애 엘리먼트를 나타내는 장애 변수를 포함한다.
복수의 독립적인 선형 방정식이 복수의 상이한 조합에 근거하여 유도될 수 있고, 장애 변수는, 예를 들어 최소 제곱 함수(least mean square funciton)를 사용하여 풀린다. 각 장애 변수는 장애 매트릭스에서 엘리먼트이다. 장애 매트릭스의 역(inverse), 또는 의사-역(pseudo-inverse)이 장애 보상 매트릭스를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
널이 형성된 위치는 안테나 어레이의 신호 수신 영역에 위치한 수신기들에 의해 결정될 수 있다. 한 실시예에서, 널의 위치는 안테나 어레이의 조준에 대한 방향의 관점에서 정의될 수 있다. 한 실시예에서, 수신기는 이동 장치(mobile device)를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 각각의 상이한 조합에 대해, 정보의 블록은 이동 장치로 보내질 수 있고, 정보의 블록은 적어도 2개의 안테나 서브어레이 중 단일 안테나 서브어레이에 의해 생성되는 제1 기준 신호와 적어도 2개의 안테나 서브어레이의 동시 송신에 의해 생성되는 제2 기준 신호를 포함한다. 이동 장치는 제1 기준 신호를 수신하고, 제2 기준 신호를 수신하지 않을 수 있으며, 제1 기준 신호의 수신과 제2 기준 신호의 수신 실패를 나타내는 신호 정보를 제공할 수 있다. 송신기는 적어도 2개의 동시 신호 송신이 상기 위치에 널을 형성함을 나타내는 신호 정보를 수신한다. 이동 장치는 이동 장치의 위치를 제공하도록 요구될 수 있고, 이동 장치의 위치는 널이 형성되어 있는 위치로 식별된다.
또 다른 실시예에서, 장애 보상 매트릭스를 결정하기 위한 방법은, 안테나 어레이의 N개의 안테나 서브어레이의 서브셋으로부터 다중-신호 송신의 개시를 포함한다. 각각의 다중-신호 송신은 특정 서브셋에서의 각 안테나 서브어레이로부터의 신호의 동시 송신을 포함하고, 각각의 신호는 적어도 특정 크기 및 위상을 포함하는 신호 특성을 갖는다. 복수의 다중-신호 송신 중 적어도 일부 동안에 널이 형성되는 안테나 어레이의 신호 수신 영역 내의 복수의 위치가 결정된다. 다중-신호 송신의 신호 특성과 복수의 위치에서의 예상 신호 수신에 근거하여, N개의 안테나 서브어레이 사이의 장애의 효과를 식별하는 장애 매트릭스가 결정된다. 장애 매트릭스에 근거하여 장애 보상 매트릭스가 결정된다.
또 다른 실시예에서, 복수의 상이한 널-형성 다중-신호 송신을 결정하는 것을 포함하는, 안테나 어레이에서의 장애의 보상을 위한 장애 보상 매트릭스를 결정하는 방법이 제공된다. 각각의 널-형성 다중-신호 송신은, 복수의 위치 중 한 위치에서 널을 형성하는 N개의 안테나 서브어레이 중 적어도 2개의 안테나 서브어레이로부터의 동시 신호 송신을 포함한다. 복수의 상이한 널-형성 다중-신호 송신에 관련된 신호 특성과 복수의 위치에서의 예상 신호 수신에 근거하여, N개의 안테나 서브어레이 사이에서 장애의 효과를 식별하는 장애 매트릭스가 결정된다. 장애 보상 매트릭스는 장애 매트릭스에 근거하여 결정된다.
또 다른 실시예는 복수의 안테나 포트를 갖는 장치를 포함한다. 각 안테나 포트는 안테나 어레이의 안테나 서브어레이와 통신하도록 구성된다. 상기 장치는 복수의 안테나 포트와 통신 가능하게 결합하는 제어기를 포함한다. 상기 제어기는 복수의 위치 중 한 위치에서 적어도 하나의 널을 형성하는 다중-신호 송신의 복수의 상이한 조합을 결정하도록 구성된다. 각 조합은 N개의 안테나 서브어레이 중 적어도 2개의 안테나 서브어레이로부터 적어도 2개의 동시 신호 송신을 포함하는 다중-신호 송신과 널이 형성되어 있는 위치를 포함한다. 적어도 2개의 동시 신호 송신은 각각 관련 신호 특성을 갖는다. 다중-신호 송신의 복수의 상이한 조합과 관련된 신호 특성과 복수의 위치에서의 예상 신호 수신에 근거하여, N개의 안테나 서브어레이 사이에서 장애의 효과를 식별하는 장애 매트릭스가 결정된다.
다른 장점들 중에서, 여기에 개시된 실시예는 원하는 곳에 로브와 널의 형성을 용이하게 함으로써 시스템 처리량을 증가시키고, 단순화하고 안테나 어레이의 설계 시간을 단축할 수 있다. 본 실시예는 비용, 제조 용이성 및 안테나 어레이의 반복성과 같은 속성을 더 최적화하도록 안테나 엘리먼트의 설계의 선택에 더 큰 자유도를 제공할 수도 있다. 상기 실시예들은 단일 프로세스에서 보상되는, 안테나 어레이 교정과 상호 결합과 같은 다른 장애를 모두 허용한다.
본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 첨부된 도면과 관련한 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명을 읽은 후에, 본 발명의 범위를 이해하고 추가적인 양태를 구현할 수 있을 것이다.
이 명세서에 통합되고 일부로서 형성되는 첨부된 도면은 발명의 여러 양태를 나타내고, 상세한 설명과 함께 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 실시예들이 실시될 수 있는 시스템의 블록도이다.
도 2는 한 실시예를 실시하기에 적절한 추가 구성 요소로 나타낸, 도 1에 도시된 시스템의 블록도이다.
도 3은 한 실시예에 따른 안테나 어레이에 대한 장애 보상 매트릭스를 결정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 한 실시예에 따른 안테나 어레이에 대한 장애 보상 매트릭스를 결정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 한 실시예에 따른 상이한 복수의 매트릭스의 생성을 나타내는 도 1에 도시된 시스템의 블록도이다.
도 6은 도 3에서의 단계를 더욱 상세하게 나타내는 흐름도이다.
도 7은 이동 장치로의 송신에 앞서 신호를 전처리하기 위한 장애 보상 매트릭스의 이용을 나타내는 블록도이다.
도 8은 한 실시예에 따른 장애 보상 매트릭스를 사용하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 장애 보상 매트릭스를 결정하는 시스템의 블록도이다.
도 10은 한 실시예에 따른 이동 장치를 이용하여 장애 보상 매트릭스를 결정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 한 실시예에 따른 무선 유닛으로부터 이동 장치로의 동시 신호 송신을 나타내는 블록도이다.
도 12는 기준 신호의 크기와 위상 조정의 반복 예와 한 실시예에 따른 이동 장치에 의해 크기와 위상 조정의 효과가 어떻게 인식될 수 있는지를 나타내는 그래프이다.
도 13은 여기에 개시된 실시예들의 양태를 구현하기에 적합한 무선 유닛의 블록도이다.
이하 설명하는 실시예는 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 실시예를 실시할 수 있게 하는 필수적인 정보를 나타내고 실시예를 실시하는 최선의 형태를 나타낸다. 첨부한 도면을 고려하여 다음의 설명을 읽을 경우, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 개념을 이해할 것이고, 특히 여기에 언급되지 않은 이러한 개념의 응용을 알 수 있을 것이다. 그러나 이러한 개념과 응용은 발명의 범위 및 첨부한 청구범위 내에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예의 세부 사항으로 들어가기 전에, 실시예들이 실시될 수 있는 환경의 콘텍스트(context)가 제공될 것이다.
도 1은 실시예들이 실시될 수 있는 시스템(10)의 블록도이다. 시스템(10)은 안테나 어레이와 결합하는 무선 유닛(12)을 포함한다. 무선 유닛(12)은 송신을 위해 안테나 어레이(14)로 신호를 생성하고 제공할 수 있는 프로세싱 또는 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다. 비제한적인 예로서, 무선 유닛(12)은 WAP(wireless access point) 또는 E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network) 노드 B(eNodeB) 기지국과 같은 기지국을 포함 할 수 있다.
안테나 어레이(14)는 다중 안테나 서브어레이(16)를 포함한다. 각각의 안테나 서브어레이(16)는 자유 공간으로 에너지를 방출하도록 구성된 하나 이상의 안테나 엘리먼트(element)를 포함한다. 안테나 서브어레이(16)는 안테나 엘리먼트의 구성에 상관없이 임의 개수의 안테나 엘리먼트를 포함할 수 있다. 전형적으로, 각 안테나 서브어레이(16)의 안테나 엘리먼트는 송신을 위한 동일한 신호를 수신한다. 한 실시예에서, 서브어레이 안테나(16)에서의 안테나 엘리먼트는 동일한 안테나 포트(port)에 결합된다. 일부 실시예에서, 각각의 서브어레이 안테나(16)는 안테나 엘리먼트의 열(column)을 포함한다. 종종 안테나 서브어레이(16)는 안테나 어레이(14)에 의해 방출되는 주파수의 대략 반 파장으로, 서로 소정 거리 내에 배치되지만, 본 실시예는 특정 간격으로 한정되지 않는다.
무선 유닛(12)은 다른 무선 유닛(120이나 인터넷과 같은 다운스트림(downstream) 네트워크와 같은 하나 이상의 다른 장치를 나타내는 네트워크(18)에 결합된다. 무선 유닛(12)은 안테나 어레이(14)를 통해 송신하기 위해 네트워크(18)로부터 데이터를 수신할 수 있고, 네트워크(18)를 통해 장치로 통신하기 위해 안테나 어레이(14)를 통해 데이터를 수신할 수 있다.
안테나 어레이(14)의 다중 안테나 서브어레이(16)로부터 동시에 신호를 전송함으로써, 무선 유닛(12)은 원하는 방사 패턴(20)으로 에너지를 방출할 수 있다. 방사 패턴(20)은 하나 이상의 로브(22) 및 하나 이상의 널(24)을 포함할 수 있다. 로브(22)는 안테나 어레이(14)에 의해 방출된 에너지를 나타내며, 널(24)은 한 위치(26)에서의 에너지의 부족을 나타낸다.
상기 위치(26)는, 근거리(near field)일 때, 안테나 어레이(14)의 조준(boresight)에 대한 방위각과 거리의 관점에서 정의될 수 있고, 원거리(far field)일 때, 안테나 어레이(14)의 조준에 대한 방위각만의 관점에서 정의될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 위치(26)는 수직 도메인에서 결정된 후 앙각(elevation angle)에 의해 특징지어질 수 있다. 따라서 상기 위치(26)와 같이, 여기서 널이 형성되는 위치에 대한 참조는 단일 이산 위치(single discrete location)로 한정되는 것이 아니고, 안테나 어레이(14)의 조준에 대한 방위각 따른 면적 또는 체적을 포함할 수 있다. 일반적으로, 널(24)은 널(24)과 동시에 형성되는 로브(22)에서 방출되는 에너지에 대하여 에너지의 비실질적인 양 또는 완전한 결핍을 포함한다.
무선 유닛(12)은 안테나 서브어레이(16)로부터 송신되는 신호의 신호 특성을 변경함으로써 로브(22) 및 널(24)을 형성할 수 있다. 특히, 크기 및 위상과 같은 신호 특성은, 안테나 서브어레이(16)를 통한 동시 신호 송신이 원하는 방사 패턴(20)으로 형성되도록 변경될 수 있다. 상기 신호 특성은, 몇몇 실시예에서, 복소 계수(complex coefficient)를 통해 정량화될 수 있다. 예를 들어, 이동 장치(도시하지 않음)와 같은 수신기의 위치에서 로브(22)를 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 인접하는 무선 유닛(12)에 의해 보이는 간섭을 감소시키기 위해 인접하는 무선 유닛의 위치에서 널(24)을 형성하는 것이 바람직할 수도 있다. 따라서 정확하게 방사 패턴(20)을 형성하는 능력은 시스템(10)의 시스템 처리량을 증가시킨다.
도 2는 한 실시예를 실시하기에 적합한 추가 구성 요소와 함께 나타낸, 도 1에 도시한 시스템(10)의 블록도이다. 시스템(10)은 하나 이상의 수신기(28-1 ~ 28-4(일반적으로, 수신기 28))를 포함한다. 각각의 수신기(28-1 ~ 28-4)는 각각의 위치(26-1 ~ 26-4(일반적으로 위치 26))에 있고, 안테나 어레이(14)로부터의 신호 송신을 수신할 수 있는 대응하는 안테나를 포함한다. 도 1에 대해 설명한 바와 같이, 널(24)이 형성되어 있는 위치(6)는 면적 또는 체적을 포함하고, 이후 더 상세히 설명하는 바와 같이, 여기서는 안테나 어레이(14)에 의한 특정 신호 송신 동안에 안테나 어레이(14)에 의해 방출되는 에너지는 거의 없다. 예시적인 설명을 위해 4개의 수신기(28)를 나타내고 있지만, 임의의 개수의 수신기(28)가 실시예에서 이용될 수 있다.
수신기(28)는 스펙트럼 분석기(30)와 결합될 수 있는데, 이것은 예를 들어, 특정 지점에서 시간에 맞춰 특정 수신기(28)에 의해 수신된 신호의 스펙트럼을 분석하는 데에 적합한 디지털 수신기를 포함하는, 처리 혹은 계산 장치를 포함할 수 있다. 명확성을 위해 도시하지 않았지만, 하나 이상의 스위치와 같은 추가적인 구성요소가 사용될 수 있고, 또는 다른 실시예에서는, 수신기(28)가 일체형 스펙트럼 분석기(integral spectrum analyzer)(30)를 포함할 수 있다. 따라서 각 수신기(28)는 수신기(28)와 스펙트럼 분석기(30) 모두를 포함할 수 있다. 스펙트럼 분석기(30)는 하나 이상의 네트워크(18)를 통하여 무선 유닛(12)에 결합된다.
도 3은 한 실시예에 따라 안테나 어레이(14)에 대한 장애 보상 매트릭스를 결정하는 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 2와 관련하여 설명될 것이다. 본 실시예에서, 안테나 어레이(14)는 안테나 서브어레이(16-1 ~ 16-3(일반적으로, 안테나 서브어레이 16))를 포함하고 따라서 안테나 서브어레이(16)의 개수 N은 3이다. 그러나 본 실시예들은 특정 개수의 안테나 서브어레이(16)로 한정되는 것은 아니며, 임의 개수의 안테나 서브어레이(16)에 적용성이 있으며, 여기서 개수 N은 2 이상이다.
무선 유닛(12)은 다중-신호 송신의 상이한 복수의 조합(32-1 ~32-4(일반적으로, 조합 32))을 결정하는데, 이것은 복수의 위치(26-1 ~ 26-4)(도 3, 블록 100) 중 적어도 하나의 위치(26)에서 널(24)을 형성한다. 각각의 조합(32)은 N(예를 들어, 본 예에서 N=3)개의 안테나 서브어레이(16) 중 적어도 2개의 안테나 서브어레이(16)로부터의 적어도 2개의 동시 신호 송신을 포함하는 다중-신호 송신을 포함한다. 예를 들어, 조합 32-1은 안테나 서브어레이 16-1, 16-2로부터의 2개의 동시 신호 송신을 포함한다. 마찬가지로, 조합 32-3는 안테나 서브어레이 16-2, 16-3로부터의 2개의 동시 신호 송신을 포함한다. 적어도 2개의 동시 신호 송신은 연관된 신호 특성을 가진다. 따라서, 예를 들어 조합 32-1에 대하여, 안테나 서브어레이 16-1로부터의 신호 송신은, 예를 들어 특정 크기와 위상과 같은, 특정 연관된 신호 특성을 가진다. 마찬가지로, 안테나 서브어레이 16-2로부터의 동시 신호 송신은, 예를 들어 특정 크기와 위상과 같은 특정 연관된 신호 특성을 가진다. 안테나 서브어레이 16-1로부터의 신호 송신에 연관된 신호 특성은, 안테나 서브어레이 16-2로부터의 동시 신호 송신과 연관된 신호 특성과 다를 수 있다.
각각의 조합(32)은 널이 형성되어 있는 적어도 하나의 각각의 위치(26)를 포함한다. 따라서 조합 32는 2개의 서브어레이 안테나 16-1, 16-2로부터의 적어도 2개의 동시 신호 송신과 위치 26-1을 포함한다. 마찬가지로, 조합 32-4는 안테나 서브어레이 16-2, 16-3으로부터의 동시 신호 송신과, 널이 형성되어 있는 위치 26-4를 포함한다.
안테나 서브어레이(16)로부터의 다중-신호 송신의 복수의 다른 조합(32)과 연관된 신호 특성과, 널이 형성되어 있는 각각의 위치(26)에서 수신기(28)에 의한 예상 신호 수신에 근거하여, N개의 안테나 서브어레이(16) 사이에서의 장애 효과를 식별하는 장애 매트릭스가 결정된다(도 3, 블록 102). 장애 보상 매트릭스는 장애 매트릭스에 근거하여 결정된다(도 3, 블록 104).
예시의 목적으로 4개의 조합(32)만이 도시되어 있지만, 여기서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 충분한 개수의 선형 방정식이 장애 매트릭스를 결정하기 위해 유도될 수 있도록, 충분한 개수의 조합(32)이 결정되는 것이 바람직하다. 안테나 어레이(14)의 교정이 알려지지 않은 실시예에서, 상이한 조합(32)의 개수는 적어도 N2의 상이한 조합(32)을 유도하는 데에 충분해야 한다. 도 2에 도시한 예에서, 안테나 어레이(14)의 교정을 알 수 없는 경우, 9개((N=3)2)의 선형 방정식을 유도하기에 충분한 개수의 조합(32)을 결정하는 것이 바람직하다. 안테나 어레이(14)의 교정이 수행된 실시예에서, 상이한 조합(32)의 개수는 N2-N개의 상이한 선형 방정식을 유도하기에 충분해야 한다. 따라서, 도 2에 나타낸 예에 대해, 안테나 어레이(14)의 교정이 수행된 경우, 6개((N=3)2-N)의 선형 방정식을 유도하도록 충분한 개수의 조합(32)이 결정되어야 한다.
한 실시예에서, 무선 유닛(12)은 특정 위치(26)에 널(24)이 형성될 때까지 동시 신호 송신의 신호 특성을 변경할 수 있다. 무선 유닛(12)은 스펙트럼 분석기(30)로부터 수신된 정보에 응답하여 그러한 동시 신호 송신의 신호 특성을 변경할 수 있다. 특히, 스펙트럼 분석기(30)는 각각의 위치(26)에서 수신기(28)에 의해 수신된 에너지의 양을 식별하는 정보를 무선 유닛(12)에 실시간으로 제공할 수 있다. 이러한 정보에 응답하여, 무선 유닛(12)은 특정 수신기(28)로부터 피드백이 각각의 위치(26)에 널(24)이 형성되었음을 나타낼 때까지 신호 특성을 변경할 수 있다.
예시의 목적을 위해 각 조합(32)은 N=3의 안테나 서브어레이(16) 중 2개의 안테나 서브어레이(16)와, 널(24)이 형성되어 있는 단일 위치(26)를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예에서는, 임의의 N개의 안테나 서브어레이(16)(여기서 N은 적어도 2)와, 동시 신호 송신에 의해 널(24)이 형성되어 있는 임의 개수의 위치(26)를 포함할 수 있다.
도 4는 한 실시예에 따른 안테나 어레이(14)에 대한 장애 보상 매트릭스를 결정하는 방법을 설명하는 또 다른 방법을 도시한 흐름도이다. 도 4는 도 2와 관련하여 설명한다. 무선 유닛(12)은 N=3 안테나 서브어레이의 서브셋(subset)으로부터 복수의 다중 신호 송신을 개시시킨다. 따라서 예를 들어, 조합 32는 안테나 서브어레이 16-1, 16-2를 포함하는 N=3 안테나 서브어레이(16)의 서브셋으로부터의 다중-신호 송신을 나타낸다(도 4, 블록 200). 조합 32-4는 안테나 서브어레이 16-2, 16-3을 포함하는 N개의 안테나 서브어레이(16)의 서브셋으로부터의 다중-신호 송신을 식별한다. 각각의 다중 신호 전송은 서브셋에서의 각 안테나 서브어레이(16)로부터 신호의 동시 송신을 포함한다. 각각의 신호는 적어도 특정 위상 및 크기를 포함하는 신호 특성을 갖는다.
무선 유닛(12)은 복수의 다중-신호 송신 중의 적어도 일부 동안에 널(24)이 형성되는 복수의 위치(26)를 결정한다(도 4, 블록 202). 다중-신호 송신의 신호 특성과 상기 위치(26)에서의 예상 신호 수신에 근거하여, 무선 유닛(12)은 N=3 안테나 서브어레이(16) 사이에서 장애의 효과를 식별하는 장애 매트릭스를 결정한다. 다음으로 무선 유닛(12)은 장애 매트릭스에 근거한 장애 보상 매트릭스를 결정한다(도 4, 블록 206).
도 2를 다시 참조하면, 예시의 목적을 위해 4개의 수신기(28)를 나타내고 있지만, 다른 실시예에서는 하나의 위치(26)로부터 다른 위치(26)로 이동하는 단일 수신기(28)가 이용될 수 있다. 예를 들어, 수신기(28)를 포함하는 차량은, 널이 형성될 수 있는 다른 위치(26)에서 신호를 측정하기 위해, 하나의 위치에서 다른 위치로, 일정 시간의 기간 동안 이동할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 추가적인 정보와 조합하여, 상기 조합(32)으로부터 유도된 정보는, 풀렸을 때 N개의 안테나 서브어레이(16) 사이에서 장애의 효과를 식별하는 장애 매트릭스를 정의하는 선형 방정식을 유도하기 위해 사용될 수 있다. 이 프로세스는 도 5와 관련하여 설명될 것이다.
도 5는 한 실시예에 따른 다수의 다른 매트릭스들의 생성을 나타내는 시스템(10)의 블록도이다. 상기 조합(32)의 적절한 개수의 결정 후, 무선 유닛(12)은 상기 조합(32)의 동시 신호 송신과 연관된 신호 특성에 근거하여 송신 신호 매트릭스(33)를 결정하거나 유도한다. 특히, 송신 신호 매트릭스(33)는 복수의 행(34-1 ~ 34-Y(일반적으로, 행 34))을 포함하며, 여기서는 상이한 조합(32)의 개수이다. 각 행(34)은 특정 조합(32)의 각각의 안테나 서브어레이(16)에 대응하는 열(36)을 포함한다. 도 2에 도시된 예와는 반대로, 송신 신호 매트릭스(33)에서 식별된 조합(32)은 N=3 서브어레이(16)로부터의 동시 신호 송신을 포함하며, 따라서 송신 신호 매트릭스(33)는 3개의 열(36-1 ~ 36-3)을 포함한다. 여기서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 각각의 결합은 2개의 상이한 위치에서 널(24)의 동시 형성도 포함한다. 송신 신호 매트릭스(33)에서의 엘리먼트 또는 항목(term)은 각 조합(32)에서의 각 신호 송신과 연관된 신호 특성을 나타내고, 여기서 신호 엘리먼트(signal elements)라고도 한다. 신호 엘리먼트는, 예를 들어, 때때로 가중치라고 하는 복소 계수를 포함할 수 있고, 여기에 각 신호가 곱해진다. 예를 들어, 행 34-1은 신호 엘리먼트 d11, d12 및 d13을 포함한다. 신호 엘리먼트는 안테나 서브어레이 16-1로부터 송신된 신호의 신호 특성을 식별한다. 따라서 한 실시예에서, 신호 엘리먼트 d11은 각 신호가 곱해지는 복소 계수를 포함한다. 상술한 바와 같이, 이러한 신호 특성들은 적어도 특정한 위상과 크기를 포함한다. 신호 엘리먼트 d12는 안테나 서브어레이 16-2로부터 동시에 송신된 신호의 신호 특성을 식별한다. 신호 엘리먼트 d13은 안테나 서브어레이 16-3으로부터 동시에 송신된 신호의 신호 특성을 식별한다. 따라서, 총괄하여, 송신 신호 매트릭스(33)는 6가지 다른 조합(32) 각각에 대해 안테나(16)로부터의 각 신호 송신의 신호 특성을 식별한다. 신호 엘리먼트의 값을 결정하기 위해, 무선 유닛(12)은, 하나 이상의 널(24)이 상기 위치(26)에서 형성되는 것을 스펙트럼 분석기(30)가 식별할 때까지, 상기 조합(32)에서 동시 신호 송신과 연관된 신호 특성을 반복적으로 변경할 수 있다. 스펙트럼 분석기(30)로부터의 이러한 식별 시에, 무선 유닛(12)은 각각의 조합(32)을 결정하고, 각각의 조합(32)과 연관된 동시 신호 송신의 신호 특성을 식별하는 송신 신호 매트릭스(33)에 행(34)을 삽입한다.
전파 매트릭스(propagation matrix)(38)는 각각의 안테나 서브어레이(16)와 널(24)이 형성되어 있는 각 위치(26)에서의 안테나 사이의 예상 신호 전달 함수를 식별한다. 전파 매트릭스(38)의 엘리먼트 또는 항목은, 여기서 "전파 엘리먼트"라고 한다. 각각의 수신기(28)가 근거리에 있을 때, 전파 엘리먼트는 각각의 안테나 서브어레이(16)로부터의 각각의 수신기(28)의 거리뿐만 아니라, 특정 안테나 서브어레이(16)와 각각의 수신기(28) 사이의 각도에 근거한다. 전파 매트릭스(38)는 각 수신기(28)에 대응하는 열(40)을 포함한다. 따라서 이 예에서, 전파 매트릭스(38)는 4개의 열(40-1 ~ 40-4)을 포함하고, 이들 각각은 수신기(28-1 ~ 28-4)에 각각 대응한다. 전파 매트릭스(38)는 각각의 안테나 서브어레이(16)에 대한 열(42)을 포함한다. 따라서, 이 예에서, 전파 매트릭스(38)는 안테나 서브어레이(16-1 ~ 16-3)에 각각 대응하는 3개의 행(42-1 ~ 42-3)을 포함한다. 전파 매트릭스(38)에서의 각각의 전파 엘리먼트는 특정 안테나 서브어레이(16)와 특정 수신기(28) 사이에서의 예상 신호 전송을 기술한다. 따라서, 예를 들면, 전파 엘리먼트 a11은 안테나 서브어레이 16-1과 수신기 28-1 사이의 예상 신호 전송을 식별한다. 전파 엘리먼트 a23은 안테나 서브어레이 16-2와 수신기 28-3 사이에서 예상 신호 전송을 식별한다. 전파 매트릭스(38)의 전파 엘리먼트는 안테나 서브어레이(16)와 수신기(28)와 관련된 편향(plarization)의 효과뿐만 아니라 안테나 서브어레이(16) 사이의 진폭 및 위상 관계도 포함하는 것이 바람직하다.
수신된 신호 매트릭스(44)는 조합(32)이 결정되는 시간에 수신기(28)의 각각의 위치에서 수신되는 실제 에너지를 식별한다. 상기 수신된 신호 매트릭스(44)의 엘리먼트 또는 항목은, 여기서 "수신 에너지 엘리먼트"라고 말할 수 있다. 수신 에너지 엘리먼트는 특정 조합(32) 중에 복수의 위치(26) 중 하나 이상의 위치(26)에서 수신된 에너지의 양을 정량화한다. 영(0)의 값은 특정 조합(32) 중에 각각의 위치(26)에서 널(24)의 형성을 나타낸다. 수신 신호 매트릭스(44)는, 수신기(28)의 각 위치(26)에 대한 열(46)을 포함한다. 따라서, 이 예에서, 수신 신호 매트릭스(44)는 수신기(28)의 위치(26-1 ~26-4)에 각각 대응하는, 4개의 열(46-1 ~ 46-4)을 포함한다. 수신 신호 매트릭스(44)는 각 조합에 대한 행(48)을 포함한다. 따라서, 이 예에서, 수신 신호 매트릭스(44)는 송신 신호 매트릭스(33)에서 식별된 6개의 조합(32)에 대응하는 6개의 행(48)을 포함한다. 행 49-1은, 행 34-1에서 식별되는 동시 신호 송신의 조합이 위치 26-1과 26-2에서 널(24)의 형성을 초래하는 것을 나타내고, 반면 에너지는 위치 26-3 및 26-4에서 수신된다. 행 48-2는, 행 34-2에서 식별되는 동시 신호 송신의 조합이 위치 26-1과 26-3에서 널(24)의 형성을 초래하는 것을 나타내고, 반면 에너지는 위치 26-2 및 26-4에서 수신된다.
송신 신호 매트릭스(33), 전파 매트릭스(38) 및 수신 신호 매트릭스(44)에서 결정 및 식별된 정보는 다음 공식에 근거하여 안테나 서브어레이(16) 사이에서 장애의 효과를 식별하는 장애 매트릭스(50)를 결정하는데 사용될 수 있다.
E = (DCA)
여기서, E는 수신 신호 매트릭스(44)를 나타내고, D는 송신 신호 매트릭스(33)를 나타내고, C는 장애 매트릭스(50)를 나타내고, A는 전파 매트릭스(38)를 나타낸다. 장애 매트릭스의 엘리먼트 또는 항목은 여기서는 장애 변수라고 말할 수 있다. 상기 조합(32)이 결정된 후, 송신 신호 매트릭스(33)의 신호 엘리먼트를 알 수 있고, 전파 매트릭스(38)의 전파 엘리먼트를 알 수 있고, 수신 매트릭스(44)의 수신 에너지 엘리먼트를 알 수 있다. 장애 매트릭스(50)의 장애 변수는 알려지지 않는다.
일반적으로, 송신 신호 매트릭스(33)의 신호 엘리먼트와 수신 신호 매트릭스(44)의 수신 에너지 엘리먼트는 측정에 근거하여 결정되고, 전파 매트릭스(38)의 전파 엘리먼트는 안테나 형상과 널(24)이 형성되는 수신기(28)의 위치에 근거하여 결정된다. 한 실시예에서, DCA가 수신 신호 매트릭스(44)의 제로 엘리먼트(zero element)와 동일한 K 선형 방정식들의 세트가 유도된다.
예를 들면, 수신 신호 매트릭스(44)가 4개의 위치(26)에서 12개의 널(24)의 형성을 식별하는 도 5에 도시한 예에서, 다음 형태로 12개의 선형 방정식이 유도될 수 있다.
Figure pct00001
선형 방정식들의 세트는, 장애 매트릭스(50)의 장애 변수의 값을 결정하기 위해, 예를 들어, 최소 평균 제곱 함수(least mean square function) 또는 의사 역함수(pseudo-inverse function)를 사용하여 풀어질 수 있다.
도 5에 도시된 예는 모든 N=3 안테나 서브어레이(16)를 이용하고 있으나, 실시예들은 안테나 서브어레이(16)의 특정 개수로 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 조합(32)이 전체 N=3의 안테나 서브어레이(16) 중 2개의 안테나 서브어레이(16)로부터의 동시 송신을 포함하는 다른 예에서는, 결과적인 송신 신호 매트릭스(33)는 다음을 포함할 수 있다.
Figure pct00002
여기서 영(zero)의 신호 엘리먼트는, 특정 안테나 서브어레이가 각각의 조합(32) 중에 신호를 동시에 송신하지 않는다는 것을 표시한다. 4개의 수신기(28)를 다시 가정하면, 전파 매트릭스(38)는 다음과 같이 나타날 수 있다.
Figure pct00003
수신 신호 매트릭스(44)의 일례는 다음과 같이 이루어질 수 있다.
Figure pct00004
특히 본 예에서, 널(24)은 각각의 조합(32)에 대해 단지 단일 위치(26)에 형성된다. 도 5에 대해 설명한 것과 마찬가지로, 장애 매트릭스(50)는 수신 신호 매트릭스(44), 전파 매트릭스(38) 및 장애 매트릭스(50)와 관련된 상기 결정되고 알려진 값에 근거하여 선형 방정식을 유도함으로써 결정될 수 있다. 선형 방정식의 예는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pct00005
한 실시예에서, 장애 보상 매트릭스는 장애 매트릭스(50)에 근거하여 결정될 수 있다. 장애 보상 매트릭스는, 예를 들어 장애 매트릭스(50)의 역(inverse) 또는 의사-역(pseudo-inverse) 변환을 실행함으로써 결정될 수 있다. 특히, 정규화 역 결합 매트릭스(normalized inverse coupling matrix)로서 B를 정의함으로써, 대각 항목(B11, B22, ...)은 1과 동일하다.
그러므로,
Figure pct00006
따라서, 교정 항목(calibration terms)은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00007
장애 보상 매트릭스 B는 다음과 같이 도시될 수 있다.
Figure pct00008
실제로, 한 실시예에 따라, 안테나 어레이(14)에 의해 송신되는 입력 신호는 보상 장애 매트릭스 B에 의해 곱해질 수 있고, 그 다음에, 상기 교정 벡터(T)에 의해 곱해져서 상호 결합과 같은 장애를 정정하고, 교정을 수행한다.
도 6은 도 3의 단계 102~104를 더 상세히 나타내는 흐름도이다. 선형 방정식은 상이한 조합(32)에 근거하여 유도된다(도 6, 블록 300). 선형 방정식은, 값을 결정하기 위해, 예를 들어 최소 평균 제곱 함수 또는 의사 역함수를 사용하여, 장애 매트릭스(50)의 알려지지 않은 장애 변수 C11 ~ C33에 대해 풀려진다(도 6, 블록 302). 장애 매트릭스(50)의 역이 장애 보상 매트릭스를 결정하기 위해 수행될 수 있다(도 6, 블록 304).
도 7은 이동 장치(58)로의 송신에 앞서, 신호를 전처리하기 위해 장애 보상 매트릭스(56)를 사용하는 것을 나타내는 블록도이다. 본 실시예에서, 무선 유닛(12)은 장애 보상 매트릭스(56)가 저장될 수 있는 메모리(62)에 통신 가능하게 결합되는 전처리기 함수(preprocessor function)(60)를 포함한다. 데이터가 송신용 네트워크(18)로부터 이동 장치(58)에 도달하면, 전처리기 함수(60)는 안테나 서브어레이(16)의 장애를 보상하기 위해 장애 보상 매트릭스(56)에 근거하여 데이터를 전처리한다. 다음으로 무선 유닛(12)은 안테나 어레이(14)를 통해 전처리된 신호를 송신하여, 로브(64)를 포함하는 것과 같은 적절한 안테나 방사 패턴을 형성하고, 이동 장치(58)에 최적화되고 다른 이동 기기에 대해서도 처리한다.
도 8은 한 실시예에 따른 장애 보상 매트릭스(56)를 사용하기 위한 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 7과 관련하여 설명될 것이다. 무선 유닛(12)은 이동 장치(58)에 송신하기 위해 네트워크(18)를 통해 데이터를 수신한다. 무선 유닛(12)은 안테나 어레이(14)를 통해 이동 장치(58)로의 송신을 위한 데이터에 근거하여 신호를 생성한다(도 8, 블록 400). 무선 유닛(12)은 장애 보상 매트릭스(56)에 따라 안테나 어레이(14)를 통해 송신하기 전에 신호를 전처리한다(도 8, 블록 402). 무선 유닛(12)은 이동 장치(58)에 안테나 어레이(14)를 통해 전처리된 신호를 동시에 송신한다(도 8, 블록 404).
도 9는 다른 실시예에 따른 장애 보상 매트릭스를 결정하기 위한 시스템의 블록도이다. 본 실시예에서 시스템(66)은, 예를 들어 3개의 안테나 서브어레이(16-1 ~ 16-3)를 포함하는, 안테나 어레이(14)에 통신 가능하게 결합되는 무선 유닛(12)을 포함한다. 본 실시예에서, 수신기(28) 대신에, 무선 유닛(12)을 제어하는 서비스 공급자의 고객에 의해 사용되는 것들과 같은 이동 장치들(68-1 ~ 68-12(일반적으로 이동 장치 68))이 복수의 조합(70)을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 각각의 조합(70)은 복수의 위치(26) 중 각각의 위치(26)에서 널(24)을 형성하는 안테나 어레이(14)로부터의 다중-신호 송신을 포함한다. 따라서 조합 70-1은 위치 26-1에서 널(24)을 형성하는 안테나 서브어레이 16-1, 16-2로부터의 다중-신호 송신을 포함한다. 마찬가지로, 조합 70-4은 위치 26-4에서 널(24)을 형성하는 안테나 서브어레이 16-2, 16-3로부터의 다중-신호 송신을 포함한다. 도 5와 관련하여 앞서 설명한 바와 같이, 적절한 개수의 선형 방정식들이 해당 장애 매트릭스(50)를 결정하기 위해 유도될 수 있도록 조합(70)의 적절한 개수가 결정된다.
도 10은 한 실시예에 따른 이동 장치를 이용하여 장애 보상 매트릭스를 결정하기 위한 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 10은 도 9와 연관하여 설명될 것이며, 먼저, 무선 유닛(12)은 이동 장치 68-1과 같은 특정 이동 장치(68)에 의한 수신을 위해 적어도 2개의 안테나 서브어레이(16-1 ~ 16-3)로부터 적어도 2개의 신호 송신을 동시에 개시한다(도 10, 블록 500). 설명을 위해, 적어도 2개의 신호 송신이 안테나 서브어레이 16-1, 16-2로부터 개시되는 것으로 가정한다. 무선 유닛(12)은, 적어도 2개의 신호 송신이 이동 장치(68-1)의 위치(26)에서 널(24)을 형성한다는 것을 신호 정보가 표시하는지의 여부를 결정한다(도 10, 블록 504). 만일 그렇지 않은 경우, 무선 유닛(12)은 적어도 2개의 신호의 신호 특성을 변경할 수 있고 안테나 서브어레이(16-1, 16-2)로부터의 추가적인 동시 신호 송신을 개시한다(도 10, 블록 506, 500). 만일 블록 504에서, 적어도 2개의 신호 송신이 이동 장치(68-1)의 위치(26)에서 널(24)을 형성한다는 것을 신호 정보가 표시한다고 무선 유닛(12)이 결정하면, 무선 유닛(12)은 송신 신호 매트릭스(33)에서 적어도 2개의 신호 송신과 관련된 신호 특성을 저장할 수 있다(도 10, 블록 508). 무선 유닛(12)은 이동 장치(68-1)의 위치(26)를 이동 장치(68-1)로부터 요구할 수도 있다(도 10, 블록 510). 무선 유닛(12)은 조합(70-1)에서 널(24)이 형성되는 위치로서 이동 장치(68-1)로부터 수신된 위치(26)를 사용할 수 있다.
이러한 프로세스는, 앞서 설명한 바와 같이 충분한 개수의 독립적 선형 방정식을 유도하기 위해 충분한 개수의 위치(26)에서 널(24)을 형성하도록 충분한 개수의 이동 장치(68)에 반복될 수 있다. 이와 같이, 장애 보상 매트릭스는 고객의 이동 장치(68)를 이용함으로써 시스템(66)의 실제 사용 중에 결정될 수 있다.
다른 실시예에서, 무선 유닛(12)은 이동 장치(68-1)의 위치에서 널이 형성되기 전에 이동 장치(68-1)의 위치를 결정할 수 있다. 이것은 다중 이동 기기(68)가 독립적인 선형 방정식이 유도될 수 있는 충분히 상이한 위치에서 선택되도록 하기 위해 바람직할 수 있다. 이러한 실시예에서, 이동 장치(68)가 널이 형성되어 있는 다른 이동 장치(68)로부터 충분히 다른 위치에 있지 않은 것으로, 무선 유닛(12)이 결정한 경우, 무선 유닛(12)은 하나가 충분히 다른 위치에 있는 것으로 식별될 때까지 다른 이동 장치(68)를 쿼리(query)할 것이다.
또 다른 실시예에서, 기준 신호(R1)와 간섭하는 간섭 신호가, 안테나 서브어레이(16)를 통해 송신될 수 있다. 기준 신호(R1)는 간섭 신호가 이동 장치(68-1)의 위치(26)에서 널(24)을 형성하지 않을 때에 (예를 들어, 채널 품질 지수를 통해) 저하된 품질을 갖는 것으로 이동 장치(68-1)에 의해 보고될 수 있다. 이러한 실시예는, 신호가 발생되기 쉽고 원하는 대역폭을 간단히 (예를 들어 일정한 톤) 커버하도록 생성될 수 있으며, 널 되었을 때 이동 장치(68-1)의 성능에 영향을 미치지 않는다는 이점이 있다.
도 11은 한 실시예에 따라, 도 10의 블록 500에서 설명한 바와 같이 무선 유닛(12)로부터 이동 장치(68-1)로의 동시 신호 송신을 나타내는 블록도이다. 이 실시예에서, 무선 유닛(12)은 안테나 서브어레이(16-1)를 통한 송신용 정보의 블록 72와, 안테나 서브어레이(16-2)를 통한 송신용 정보의 제2 블록 74을 생성한다. 블록 72은 R1A 및 R0로 표시된 2개의 기준 신호를 포함한다. 기준 신호 R1B는 블록 74에도 제공된다. 기준 신호 R1A는 기준 신호 R1B의 위상 및 크기에 비해 조정된 기준 및/또는 크기를 가진다. 무선 유닛(12)은 안테나 서브어레이 16-1 및 16-2를 통한 블록 72 및 74를 동시에 각각 송신한다. 이동 장치(68-1)는 블록 72 및 74를 수신하고 블록 72 및 74를 조합한다. 무선 유닛(12)은 이동 장치(68-1)에 쿼리할 수 있고 기준 신호 R1 및 R0의 신호 강도를 식별하는 신호 정보를 요구할 수 있다. 2개의 기준 신호 R0 및 R1의 사용은 페이딩(fading)과 다른 효과로 인한 데이터 손실과, 위상 및 크기 조정에 의해 형성된 널(24) 사이에서 무선 유닛(12)이 구분하는 것을 도울 수 있다. 예를 들어, 이동 장치(68-1)가 기준 신호 R0의 수신을 저장하고 기준 신호 R1의 수신이 없다고 보고하는 경우, 무선 유닛(12)은 기준 신호 R1이 이동 장치(68-1)의 위치(26)에서 널(24)을 형성했다고 추론할 수 있다. 다음으로 무선 유닛은 송신 신호 매트릭스(33)에서 2개의 기준 신호 R1A 및 R1B의 특정 위상 및 크기와 같은 특정 신호 특성을 식별할 수 있다. 이것은 일정 시간에 걸쳐 무선 유닛(12)이, 기준 신호 R1A 및 R1B의 상대적인 위상 및/또는 크기를 변경할 때마다 반복적으로 이동 장치(68-1)에 블록 72 및 74을 보내도록 반복 처리로 될 수 있다. 각각의 반복 이후에, 무선 유닛(12)은 이동 장치(62-1)로부터의 기준 신호 R0 및 R1의 신호 강도에 대한 정보를 요구한다. 이러한 반복은 기준 신호 R1이 수신되지 않는다고 보고될 때까지 계속되고, 따라서 널(24)은 이동 장치(68-1)의 위치(26)에 형성된다.
안테나 어레이(14)의 방사 특성은 주파수에 따라 다르다. 따라서, 한 실시예에서, 여기에 기재된 실시예들은 신호가 안테나 어레이(14)로부터 공통으로 송신되는 다수의 상이한 주파수에 대해 실행될 수 있어서, 복수의 장애 보상 매트릭스를 생성하게 된다. 따라서, 각각의 상이한 장애 보상 매트릭스가 안테나 어레이(14)의 대역폭 내에서의 상이한 주파수에 대응하는, 복수의 상이한 장애 보상 매트릭스는, 여기에 기재된 메커니즘을 사용하여 결정될 수 있다. 무선 유닛(12)은 특정 송신의 각각의 주파수에 근거하여 신호를 전처리하는 데에 사용하기 위해 특정 장애 보상 매트릭스를 선택할 수 있다.
도 12는 한 실시예에 따른 기준 신호 R1B에 대한 R1A의 크기 및 위상 조정의 반복의 예와, 크기 및 위상의 조정 효과가 이동 장치(68-1)에 의해 어떻게 인식될 수 있는지를 나타내는 그래프(76)이다.
도 13은 여기에 개시된 실시예들의 양태를 구현하기에 적합한 무선 유닛(12)의 블록도이다. 상술한 바와 같이, LTE 또는 LTE-A 시스템의 컨텍스트에서, 무선 유닛(12)은 eNodeB 제어기를 포함할 수 있다. Wi-Fi 시스템의 컨텍스트에서, 무선 유닛(12)은, 예를 들면 WAP를 포함할 수 있다. 무선 유닛(12)은 통신 인터페이스(78) 및 제어기(80)를 포함한다. 통신 인터페이스(78)는, 직접 또는 네트워크(18)를 통해, 다른 무선 유닛(12)으로부터 및 무선 유닛(12)으로 통신을 송수신하는 것뿐만 아니라, 무선 유닛(12)의 무선 커버리지 영역 내에서 이동 장치로부터 및 이동 장치로 통신을 송수신하기 위한 아날로그 및/또는 디지털 구성요소(80)를 일반적으로 포함한다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 무선 유닛(12)의 블록도가 여기에 개시된 것을 완전히 이해하기 위해 필수적이지 않은 많은 특징들을 어쩔 수 없이 생략했다는 것을 이해할 것이다.
제어부(80)의 모든 것이 상세히 나타나지 않았지만, 제어기(80)는, 여기에 기재된 무선 유닛(12)의 일부 또는 모든 기능을 실행하기 위한, 적절한 소프트웨어 프로그래밍 명령어 및/또는 펌웨어로 프로그램된 하나 또는 다수의 범용 또는 전용 프로세서(82) 또는 다른 마이크로컨트롤러를 포함한다. 추가적 또는 대안적으로, 제어기(80)는, 여기에 기재된 무선 유닛(12)의 기능의 일부 또는 전부를 수행하도록 구성된, 다양한 디지털 하드웨어 블록(예를 들어, 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC), 하나 이상의 상용 디지털 또는 아날로그 하드웨어 구성요소, 또는 이들의 조합)(도시하지 않음)을 포함한다. 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 메모리(84)는, 프로세서(82)에 의해 실행되는 경우, 여기에 기재된 모든 또는 일부의 기능을 구현하는 데이터와 프로그램 명령어를 저장하기 위해 프로세서(82)에 의해 사용될 수 있다. 무선 유닛(12)은, 프로세스(82)에서 실행되는 경우, 여기에 기재된 모든 또는 일부의 기능을 구현하는 프로그래밍 명령어를 저장할 뿐만 아니라, 여기에 기재된 기능을 구현하는 데에 필수적이고 및/또는 적합한 데이터를 저장하는 하나 이상의 저장 매체(도시하지 않음)도 포함할 수 있다.본 발명의 한 실시예는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수 있고, 컴퓨터 프로그램 제품은 여기에 기재된 단계를 수행하기 위해 프로세서(82)를 동작시키도록 구성된 프로그램 명령어를 포함한다.
다른 장점들 중에서, 여기에 개시된 실시예에서는 원하는 곳에 로브 및 널의 형성을 용이하게 함으로써 시스템 처리량을 증가시킬 수 있고, 단순화할 수 있고, 안테나 어레이의 설계 시간을 단축할 수 있다. 상기 실시예들은 안테나 어레이의 비용, 제조 용이성 및 반복성과 같은 속성을 더 최적화하기 위해 엘리먼트 설계의 선택에 있어서 더 큰 자유를 제공할 수도 있다. 상기 실시예들은 상호 결합과 같은 안테나 어레이 교정과 상호 결합과 같은 다른 장애를 모두 허용하여, 단일 프로세스에서 보상된다. 상기 실시예들은, 비제한적인 예로서, 평판형 안테나 어레이 및 원형 안테나 어레이를 포함하는 광범위한 다른 안테나 어레이 유형에 적용성이 있다.
본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 개선 및 변형에 대해 알 수 있을 것이다. 이러한 개선 및 변형 모두는 여기에 개시된 개념의 범위와 이하의 청구의 범위 내에서 고려된다.

Claims (21)

  1. N개의 안테나 서브어레이(16)를 포함하는 안테나 어레이(14)에서 장애 보상을 위한 장애 보상 매트릭스(56)를 결정하기 위한 방법으로서,
    복수의 위치(26) 중 각각의 위치(26)에서 적어도 하나의 널(24)을 형성하는 다중-신호 송신의 복수의 상이한 조합(32, 70)을 결정하는 단계;
    다중-신호 송신의 복수의 상이한 조합(32, 70)과 관련된 신호 특성과 복수의 위치에서의 예상 신호 수신에 근거하여, N개의 안테나 서브어레이(16) 사이에서 장애의 효과를 식별하는 장애 매트릭스(50)를 결정하는 단계; 및
    장애 매트릭스(50)에 근거하여 장애 보상 매트릭스(56)를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 각각의 상이한 조합(32, 70)은,
    N개의 안테나 서브어레이(16) 중 적어도 2개의 안테나 서브어레이(16)로부터의 적어도 2개의 동시 신호 송신을 포함하는 다중-신호 송신; 및
    각각의 위치(26)를 포함하고,
    상기 적어도 2개의 동시 신호 송신은 관련된 신호 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 특성은 크기 특성 및 위상 특성을 포함하고, 적어도 2개의 동시 신호 송신 중 각각의 신호 송신은 상이한 관련 크기 및 위상 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    복수의 위치(26)에서 예상 신호 수신은, 각 안테나 서브어레이(16)와 복수의 위치(26) 중의 각 위치(26)에서의 안테나(28) 사이에서 예상 신호 전송을 식별하는 전파 매트릭스(28)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    안테나 어레이(14)를 통해 이동 장치(68)로 동시 송신을 하기 위해 적어도 2개의 신호를 생성하는 단계; 및
    전처리된 신호를 형성하기 위해, 장애 보상 매트릭스(56)에 따라 안테나 어레이(14)를 통해 동시 송신을 하기 전에 적어도 2개의 신호를 전처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    N개의 안테나 서브어레이(16) 사이에서 장애의 효과를 식별하는 장애 매트릭스(50)를 결정하는 단계는, 각각의 상이한 조합(32, 70)에 대한 적어도 하나의 선형 방정식을 유도하는 단계를 더 포함하고,
    적어도 하나의 선형 방정식 각각은,
    각각의 상이한 조합(32, 70)과 연관된 신호 특성을 식별하는 신호 엘리먼트(d);
    적어도 2개의 안테나 서브어레이(16) 각각과 각각의 위치(26)에 위치하는 안테나(28) 사이에서 예상 신호 전송을 식별하는 전파 엘리먼트(a); 및
    알려지지 않은 장애 엘리먼트(c)를 나타내는 장애 변수를 포함하고,
    상기 신호 특성은 적어도 2개의 동시 신호 송신 중의 각 신호 송신과 관련된 특정 크기와 특정 위상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    복수의 상이한 조합(32, 70)에 근거하여 적어도 N2　의 독립 선형 방정식을 유도하는 단계; 및
    장애 변수를 결정하기 최소 평균 제곱 함수 및 의사-역 함수 중 하나를 사용하여 장애 변수를 푸는 단계를 더 포함하고,
    각각의 장애 변수는 장애 매트릭스(50)에서의 엘리먼트(c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    장애 매트릭스(50)에 근거하여 장애 보상 매트릭스(56)를 결정하는 단계는,
    장애 보상 매트릭스(56)을 결정하기 위해, 장애 매트릭스(50)의 역 또는 의사-역 변환을 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    복수의 상이한 조합(32, 70)을 결정하는 단계는,
    각각의 상이한 조합(32, 70)에 대해,
    적어도 2개의 안테나 서브어레이(16)로부터 적어도 2개의 동시 신호 송신을 개시하는 단계; 및
    적어도 2개의 동시 신호 송신이 각각의 위치(26)에서 널을 형성한다는 것을 표시하는 각각의 위치(26)에서의 이동 장치(68)로부터 신호 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    이동 장치(68)로부터 이동 장치(68)의 위치(26)를 요구하는 단계; 및
    이동 장치(68)의 위치를 각각의 위치로서 식별하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 동시 신호 송신을 개시하는 단계는, 이동 장치로 정보(72, 74)의 블록을 보내는 단계를 더 포함하고,
    상기 정보(72, 74)의 블록은, 적어도 2개의 안테나 서브어레이(16)의 단일 안테나 서브어레이(16)에 의해 생성되는 제1 기준 신호(R0)와 적어도 2개의 안테나 서브어레이(16)에 의해 생성되는 제2 기준 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    적어도 2개의 동시 신호 송신이 각각의 위치(26)에서 널(24)을 형성한다는 것을 표시하는 각각의 위치(26)에서의 이동 장치로부터 신호 정보를 수신하는 단계는,
    제1 기준 신호(R0)가 이동 장치(68)에 의해 수신된 것을 나타내는 이동 장치(68)로부터의 제1 신호 정보와, 제2 기준 신호(R1)가 각각이 위치(26)에서 널(24)을 형성한 것을 나타내는 제2 신호 정보를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    복수의 상이한 조합(32, 70)을 결정하는 단계는,
    복수의 상이한 조합(32, 70)의 적어도 일부에 대해,
    적어도 2개의 안테나 서브어레이(16)로부터 적어도 2개의 동시 신호 송신을 개시하는 단계; 및
    반복적으로 실행되는,
    적어도 2개의 동시 신호 송신의 신호 강도를 식별하는 각각의 위치(26)에서의 이동 장치(68)로부터 신호 정보를 수신하고,
    적어도 2개의 동시 신호 송신이 각각의 위치(26)에서 널(24)을 형성하는 것을 신호 정보가 표시할 때까지, 적어도 2개의 동시 신호 송신의 관련 신호 특성을 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    각각의 위치(26)는, 적어도 하나의 널(24)이 검출되는 안테나 어레이(14)와 안테나의 조준에 상대적인 방위각의 항목으로 정의되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    복수의 상이한 장애 보상 매트릭스(56)를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    각각의 상이한 장애 보상 매트릭스(50)는 안테나 어레이(14)의 대역폭 내에서의 상이한 주파수에 대응하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    각각의 위치(26)는 적어도 부분적으로 앙각에 근거하여 정의되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. N개의 안테나 서브어레이(16)를 포함하는 안테나 어레이(14)에서 장애 보상을 위한 장애 보상 매트릭스(56)를 결정하기 위한 방법으로서,
    N개의 안테나 서브어레이(16)의 서브셋으로부터 다수의 다중-신호 송신을 개시하는 단계;
    복수의 다중-신호 송신 중의 적어도 일부 동안에 널(24)이 형성되고, 안테나 어레이(14)의 신호 수신 영역 내의 복수의 위치(26)를 결정하는 단계;
    다중-신호 송신의 신호 특성과, 복수의 위치에서의 예상 신호 수신에 근거하여, N개의 안테나 서브어레이(16) 사이에서 장애의 효과를 식별하는 장애 매트릭스(50)를 결정하는 단계; 및
    장애 매트릭스(50)에 근거하여 장애 보상 매트릭스(56)를 결정하는 단계를 포함하고,
    각각의 다중-신호 송신은 서브셋에서 각각의 안테나 서브어레이(16)로부터의 신호의 동시 송신을 포함하고, 각각의 신호는 적어도 특정 크기 및 위상을 포함하는 신호 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. N개의 안테나 서브어레이(16)를 포함하는 안테나 어레이(14)에서 장애 보상을 위한 장애 보상 매트릭스(56)를 결정하기 위한 방법으로서,
    복수의 상이한 널-형성 다중-신호 송신을 결정하는 단계; 및
    장애 매트릭스(50)에 근거하여 장애 보상 매트릭스(56)를 결정하는 단계를 포함하고,
    각각의 널-형성 다중-신호 송신은,
    복수의 위치(26) 중의 한 위치(26)에서 널(24)을 형성하는 N개의 안테나 서브어레이(6) 중 적어도 2개의 안테나 서브어레이(16)로부터의 동시 신호 송신 단계; 및
    복수의 상이한 널-형성 다중-신호 송신과 관련된 신호 특성과, 복수의 위치(26)에서의 예상 신호 수신에 근거하여, N개의 안테나 서브어레이(16) 사이에서의 장애의 효과를 식별하는 장애 매트릭스(50)를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 각각이 안테나 어레이(14)의 안테나 서브어레이(16)와 통신하도록 구성된, 복수의 안테나 포트; 및
    프로세서(82)를 포함하고 복수의 안테나 포트와 통신 가능하게 결합되는 제어기(80)를 포함하고,
    상기 제어기(80)는
    복수의 위치(26) 중의 각각의 위치(26)에서 적어도 하나의 널(24)을 형성하는 다중-신호 송신의 복수의 상이한 조합(32, 70)을 결정하도록 구성되고,
    다중-신호 송신의 복수의 상이한 조합(32, 70)과 관련된 신호 특성과 복수의 위치에서의 예상 신호 수신에 근거하여, N개의 안테나 서브어레이(16) 사이에서 장애의 효과를 식별하는 장애 매트릭스(50)를 결정하고
    장애 매트릭스(50)에 근거하여 장애 보상 매트릭스(56)를 결정하도록
    구성되고,
    상기 상이한 조합(32, 70) 각각은,
    N개의 안테나 서브어레이(16) 중 적어도 2개의 안테나 서브어레이(16)로부터 적어도 2개의 동시 신호 송신을 포함하는 다중-신호 송신; 및
    각각의 위치(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 프로세서(82)는
    안테나 어레이(14)를 통해 이동 장치(68)로 송신을 하기 위한 신호를 생성하고; 및
    전처리된 신호를 형성하기 위해, 장애 보상 매트릭스(56)에 따라 안테나 어레이(14)를 통해 송신을 하기 전에 신호를 전처리하도록, 더 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    N개의 안테나 서브어레이(16) 사이에서 장애의 효과를 식별하는 장애 매트릭스(50)를 결정하기 위해, 상기 제어기(80)는 각각의 상이한 조합(32, 70)에 대한 선형 방정식을 유도하도록 더 구성되고,
    상기 선형 방정식 각각은,
    상이한 조합(32, 70)의 적어도 2개의 동시 신호 송신 중의 각각의 신호 송신과 연관된 특정 크기 및 특정 위상을 식별하는 신호 엘리먼트(d);
    적어도 2개의 안테나 서브어레이(16) 각각과 각각의 위치(26)에 위치하는 안테나(28) 사이에서 예상 신호 수신을 식별하는 전파 엘리먼트(a); 및
    알려지지 않은 장애 엘리먼트(c)를 나타내는 장애 변수를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제어기(80)는
    복수의 상이한 조합(32, 70)에 근거하여 적어도 N2의 독립 선형 방정식을 유도하고; 및
    장애 변수를 결정하기 최소 평균 제곱 함수 및 의사- 역 함수 중 하나를 사용하여 상기 알려지지 않은 장애 변수를 풀도록 더 구성되고,
    각각의 장애 변수는 장애 매트릭스(50)에서의 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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