KR20140129625A - 빔포밍 시스템에서 최적의 송수신 빔 제공 방법 및 장치 - Google Patents

빔포밍 시스템에서 최적의 송수신 빔 제공 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 빔포밍 시스템에서 최적의 송수신 빔 제공 방법에 있어서, 참조 신호를 수신하고, 수신한 참조 신호를 기반으로 최적의 채널 환경을 보장하는 최적의 송수신 빔을 선택하고, 상기 선택한 최적의 송수신 빔과 실제 송수신에 사용하는 송수신 빔 간에 송수신 빔 부조화(mismatch)의 발생 가능성을 판단하고, 상기 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있을 경우, 상기 송수신 빔 부조화의 발생을 사전에 방지하기 위한 사전 보호 동작을 수행한다.

Description

빔포밍 시스템에서 최적의 송수신 빔 제공 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING OPTICAL TRANSMITTING AND RECEIVING BEAM}
본 발명은 통신 시스템에 대한 것으로, 특히 빔포밍 기법을 사용하는 빔포밍 통신 시스템에서의 최적의 송수신 빔을 제공하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
스마트폰 등과 같은 단말의 이용으로 인해 이동통신 사용자들이 사용하는 평균 데이터의 양은 기하급수적으로 증가하고 있으며, 이와 함께 더 높은 데이터 송신률에 대한 사용자들의 요구 또한 지속적으로 늘어나고 있다. 일반적으로 높은 데이터 송신률을 제공하는 방법으로는 더 넓은(wide) 주파수 대역을 사용하여 통신을 제공하는 방법과 주파수 사용 효율을 높이는 방법이 있다. 그러나 후자의 방법, 즉 주파수 사용 효율을 높이는 방법으로 더 높은 평균 데이터 송신률을 제공하는 것은 매우 어려운데, 그 이유는 현 세대의 통신 기술들이 이미 이론적인 한계치에 가까운 주파수 사용 효율을 제공하고 있어서 기술 개량을 통해 그 이상으로 주파수 사용 효율을 높이는 것이 어렵기 때문이다.
따라서 데이터 송신률을 높이는 실현 가능한 방법은 더 넓은 주파수 대역을 통해 데이터 서비스를 제공하는 방향이며, 이때 고려해야 하는 것은 가용 주파수 대역이다. 현재의 주파수 분배 정책 상 1GHz 이상의 광대역 통신이 가능한 대역은 한정적이며, 현실적으로 선택 가능한 주파수 대역은 30GHz 이상의 밀리미터파 대역뿐이다. 이런 높은 주파수 대역에서는 종래의 셀룰러 시스템과 동일한 전력을 사용하는 기지국의 경우 서비스를 제공하는 커버리지가 상당히 감소하게 된다. 이에 따른 문제를 해결하기 위해서 송수신 전력을 좁은 공간에 집중하여 안테나의 송수신 효율을 높이는 빔포밍 기법이 널리 사용된다.
도 1은 빔포밍 시스템에서 기지국과 단말이 최적의 송수신 빔을 선택하는 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 통신 영역(120)은 제1셀(100), 제2셀(102), 제3셀(104)을 포함하고, 기지국(110)은 각 셀마다 복수의 어레이(Array) 안테나들, 즉 Array 0, Array 1)을 사용하여 단말(130)과 데이터를 송수신한다고 가정한다. 이때 기지국(110)은 하향링크 송신(Tx) 빔의 방향을 바꿔가며 데이터를 송신할 수 있고, 단말(130)은 하향링크 수신(Rx) 빔의 방향을 바꿔가며 데이터를 수신할 수 있다.
빔포밍 기법을 사용하여 통신을 수행하는 시스템에서 기지국(110)과 단말(130)은 다양한 송신 빔 방향과 수신 빔 방향 중에서 최적의 채널 환경을 보장하는 송신 빔 방향과 수신 빔 방향을 선택하여 데이터를 송수신하는 특성을 가진다. 이러한 특성은 기지국(110)에서 단말(130)로 데이터를 송신하는 하향링크 채널뿐 아니라 단말(130)에서 기지국(110)으로 데이터를 송신하는 상향링크 채널에서도 동일하게 적용된다.
예를 들어 기지국(110)이 송신 가능한 송신 빔 방향이 N개이고, 단말(130)이 수신 가능한 수신 빔 방향이 M개일 경우, 최적의 채널 환경을 보장하는 최적의 하향링크 송수신 빔 방향(또는 빔)을 선택하는 과정은 다음과 같다. 기지국(110)은 N개의 방향 각각으로 적어도 M번 이상 사전에 약속된 신호, 일례로 참조 신호(Reference signal)를 송신한다. 단말(130)은 N개의 방향에서 송신되는 참조 신호들 각각을 M개 방향의 수신 빔 각각을 이용하여 수신한다. 이 같은 과정에서 기지국(110)은 특정 참조 신호를 적어도 NⅹM번 송신해야 하고, 단말(130) 역시 상기 참조 신호를 NⅹM번 수신하여 수신된 신호들 각각의 수신 강도를 측정해야 한다. 이후 기지국(110)과 단말(130) 각각은 NⅹM번의 측정치 중에서 가장 강한 측정치에 해당하는 송신/수신 빔 방향을 최적의 송수신 빔 방향으로 선택한다.
앞서 설명한 과정에서 특히 기지국(110)이 송신 가능한 모든 빔 방향으로 신호를 한번 이상 송신하고, 단말(130)이 수신 가능한 모든 빔 방향으로 상기 신호를 수신하는 과정은 ‘빔 스위핑(beam sweeping) 과정’이라 하고, 단말(130)이 최적의 송수신 빔 방향을 선택하는 과정은 ‘빔 선택(beam selection) 과정’이라 한다. 또한 여기서는 최적의 하향링크 송수신 빔을 선택하는 과정을 일례로 설명하였으나, 상기와 같은 송수신 빔 선택 과정은 상향링크에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다. 즉 최적의 상향링크 송수신 빔 또한 앞서 설명한 과정과 동일한 과정에 의해 선택된다.
도 2는 빔포밍 시스템에서 기지국이 특정 빔 폭을 가지는 빔을 통해 신호를 송수신하는 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 기지국(210)은 특정 높이(201)의 위치에 설치되어 있으며, 상기 기지국으로부터 송신되는 빔은 사전에 정해진 빔 폭(beam width)을 가진다고 가정한다. 기지국의 빔 폭은 양각(elevation angle)과 방위각(azimuth) 각각에 대해서 정의될 수 있으며, 도 2는 기지국(210)이 특정 양각(203)에 해당하는 빔을 통해 신호를 송수신하는 것을 도시하고 있다.
도 3은 빔포밍 시스템에서 기지국이 하향링크로 송신할 수 있는 송신 빔 영역과 상기 송신 빔을 수신하는 수신 빔 영역의 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 기지국(310)이 도 2에서와 같은 방식으로 35m 높이의 위치에 설치되어 있고, 기지국(310)이 양각과 방위각 각각에 대해 5°의 빔 폭을 가지는 송신 빔을 30°의 각도와 200m의 커버리지(coverage)를 가지는 하나의 섹터(sector) 내에서 송신할 경우를 가정한다.
즉 도 3의 예는 양각과 방위각 각각에 대해 5°의 빔 폭을 가지는 96개의 송신 빔을 이용하여 30°의 각도와 200m의 커버리지를 가지는 하나의 섹터를 구성하는 경우를 도시한 것이다. 기지국(310)이 송신하는 송신 빔은 장애물이 없을 때 부채꼴의 형태를 띄며 퍼져서 전송되나 도 3의 예에서는 편의상 각각의 송신 빔이 직사각형 형태로 지면에 도달하는 것을 가정하여 도시하였다.
도시된 직사각형들 각각은 특정 방위각과 양각을 가지는 송신 빔이 지면에 도달한 96개의 영역을 표현한다. 96개의 송신 빔은 양각이 높을수록 기지국(310)으로부터 더 먼 지역까지 송신되며, 기지국(310)으로부터 더 먼 지역까지 송신되는 송신 빔일수록 더 넓은 지역에 수신된다. 도시된 각 직사각형 안에 적힌 비율(%)은 특정 해당 위치로 송신된 송신 빔이 수신되는 수신 영역이 총 96개의 영역에서 차지하는 면적의 비율을 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이 동일한 양각과 방위각을 가지는 송신 빔이라도 기지국(310)의 경계 영역으로 송신되는 송신 빔은 기지국(310)의 중심부에 가까운 영역으로 송신되는 송신 빔에 비해 매우 넓은 영역에서 수신되는 것을 알 수 있다. 35m의 기지국 높이와 200m의 커버리지를 가정한 도 3의 예에서는 경계 영역으로 송신되는 송신 빔의 수신 영역과 중심 영역으로 송신되는 송신 빔의 수신 영역 간에 최대 480 배 이상의 면적 차이가 발생한다.
빔포밍 시스템에서 단말은 물리적인 공간의 제약과 성능상의 제약, 가격의 제약 등으로 인해 일반적으로 기지국처럼 좁은 빔 폭을 가지는 많은 수의 송수신 빔을 형성하는 것이 어렵다. 도 3의 예에서는 단말(330)이 4개의 수신 빔(빔 1, 빔 2, 빔 3, 빔 4)을 형성하여 기지국(310)의 송신 빔을 수신하는 경우를 가정하여 도시한 것이며, 이 경우 각 수신 빔의 방위각 빔 폭은 대략 90° 정도를 나타내게 된다.
도 3의 예에 나타낸 바와 같이 좁은 양각과 방위각을 가지는 송신 빔을 이용할 경우 많은 수의 송신 빔 영역과 수신 빔 영역이 기지국 커버리지 내에 존재하게 된다. 특히 빔 스위핑 방식으로 송신되는 하향링크 동기 채널 신호와 방송 제어 채널 신호들은 도 3의 예와 같은 좁은 빔 폭의 송신 빔, 즉 좁은 송신 빔을 이용하여 송신할 경우, 기지국(310)은 자신의 커버리지 내에 송신 가능한 모든 빔 방향으로 한번 이상씩 최소 96번 이상 상기 신호들을 반복하여 송신해야 한다. 이와 같이 빔 스위핑 방식으로 하향링크 동기 채널 신호 및 방송 제어 채널 신호들을 송신하는 송신 횟수는 기지국 커버리지 내에서 전송되는 송신 빔 개수에 비례한다. 따라서 하향링크 동기 채널 신호 및 방송 제어 채널 신호들로 인한 송신 오버헤드를 줄이기 위해서는 보다 적은 개수의 송신 빔으로 기지국 커버리지 영역의 통신을 지원하는 방안이 요구되며, 이를 위해서는 좁은 송신 빔 보다는 넓은 빔 폭의 송신 빔을 사용하는 것이 유리하다.
그러나 빔 폭이 넓어질수록 일반적으로 빔포밍 효과는 그에 비례하여 줄어들게 된다. 또한 빔포밍 효과를 높이기 위해 빔 폭을 좁히면 하나의 기지국 커버리지를 지원하기 위해 필요한 송신 빔 개수가 증가하기 때문에 동기 채널 신호 및 방송 제어 채널 신호들로 인한 송신 오버헤드가 증가한다. 이와 같이 빔포밍 효과와 동기 채널 신호 및 방송 제어 채널 신호들로 인한 송신 오버헤드는 서로 트레이드 오프(trade off) 관계를 가진다.
이런 문제를 효과적으로 해결하기 위해 방송 채널 신호를 전송하는데 사용하는 송신 빔의 폭과 사용자 데이터를 전송하는데 사용하는 송신 빔의 폭을 다원화하는 방안이 일반적으로 사용된다. 예를 들어 60°의 각도를 가지는 섹터에서 기지국은 방송 채널 신호를 전송하기 위해 30°의 빔 폭을 가지는 송신 빔을 사용하고, 사용자 데이터를 전송하기 위해 10°의 빔 폭을 가지는 송신 빔을 사용할 수 있다. 이하에서는 넓은 빔 폭을 가지는 송신 빔을 ‘와이드 빔(wide beam)’ 또는 ‘넓은 빔(coarse beam)’이라 정의하고, 좁은 빔 폭을 가지는 송신 빔을 ‘네로우 빔(narrow beam)’ 또는 ‘좁은 빔(fine beam)’이라 정의한다.
단말은 넓은 빔 또는 좁은 빔으로 송신된 하향링크 참조 신호를 이용하여 빔 선택을 수행한다. 또한 단말은 기지국으로부터 데이터를 수신하기 위해 상기 빔 선택 과정에서 선택된 하나 이상의 하향링크 송수신 빔에 대한 정보와 상기 과정에서 측정된 하향링크 무선 채널의 수신 성능을 기지국에게 보고하여야 한다. 이때 상향링크에도 빔포밍이 적용되어야 하므로 기지국과 단말은 상향링크에 대해서도 별도로 빔 선택 과정을 진행하여야 한다.
도 3의 예에서는 하향링크 빔포밍을 일례로 설명하였으나, 도 3의 모든 예는 상향링크에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.
도 4는 빔포밍 시스템에서 하향링크/상향링크에서의 빔 선택 과정과 그 결과를 교환하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 하향링크 빔 선택 과정(420)과 상향링크 빔 선택 과정(430)을 구분하여 도시하였다.
하향링크 빔 선택 과정(420)에서, 기지국(400)은 빔 스위핑 방식으로 하향링크(DL: Downlink) 참조 신호들을 전송하고, 단말(410)은 빔 스위핑 방식으로 상기 하향링크 참조 신호들을 수신한다.(401단계) 단말(410)은 상기 수신한 참조 신호들을 기반으로 최적의 하향링크 송신 빔과 수신 빔(또는 최적의 송수신 빔 쌍)을 선택하고, 상기 선택한 최적의 송수신 빔 쌍에 대한 정보, 일례로 빔 인덱스와 그 무선 채널의 수신 성능을 나타내는 채널 상태 정보(CSI: Channel State Information)를 기지국(400)으로 보고한다.(402단계)
상향링크 빔 선택 과정(430)에서, 단말(410)은 빔 스위핑 방식으로 상향링크(UL: Uplink) 참조 신호들을 전송하고, 기지국(400)은 빔 스위핑 방식으로 상기 상향링크 참조 신호들을 수신한다.(403단계) 기지국(400)은 상기 수신한 참조 신호들을 기반으로 최적의 상향링크 송수신 빔 쌍을 선택하고 상기 선택한 최적의 송수신빔 쌍의 인덱스 정보를 제어 채널, 일례로 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)를 통해 단말(410)에게 보고한다.(404단계)
즉 하향링크에 대한 단말(410)의 빔 선택 결과, 즉 최적의 하향링크 송수신빔 쌍 정보는 상향링크를 통해 기지국(400)으로 전달되어야 하고, 상향링크에 대한 기지국(400)의 빔 선택 결과, 즉 최적의 상향링크 송수신 빔 쌍 정보는 하향링크를 통해 단말(410)로 전달되어야 한다.
단말(410)이 기지국(400)과 최초로 통신을 설정할 때는 하향링크와 상향링크 모두에 대해서 동시에 빔 선택 과정을 수행하여야 한다. 이 경우 단말(410)은 하향링크에 대한 빔 선택 결과를 상향링크를 통해 전달하여야 하나, 상향링크에 대한 빔 선택 과정이 완료되지 않았으므로 단말(410)은 상기 빔 선택 결과를 전달하기 위한 송수신 빔을 결정하기가 어려운 문제가 있다. 마찬가지로 기지국(400)도 상향링크에 대한 빔 선택 결과를 하향링크를 통해 전달하여야 하나, 하향링크에 대한 빔 선택 과정이 완료되지 않았으므로 기지국(400) 역시 상기 빔 선택 결과를 전달하기 위한 송수신 빔을 결정하기가 어려운 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최초 통신 설정 시에는 402단계 및 404단계에서 전송되는 정보를 모든 가능한 송수신 빔 쌍을 이용하여 전송하는 것을 가정할 수 있다.
또한 도시된 빔 선택 과정은 일반적인 이동성을 가진 단말에 대해서는 정상적으로 동작하나 단말의 이동 속도가 매우 빠르거나 갑작스러운 장애물의 출현 등으로 인해, 402단계 및 404단계에서 사용중인 송수신 빔의 성능이 동시에 저하되거나 상기 송수신 빔이 동시에 차단되는 상황이 발생할 수 있다. 이 경우 401단계 및 403단계에서 판단한 최적의 빔 쌍과 402단계 및 404단계에서 실제 송수신에 사용하는 송수신 빔 간의 부조화(mismatch)가 발생하게 되고, 그 결과로 401단계 및 403단계에서 판단한 최적의 빔 쌍을 기지국(400)과 단말(410)로 전달할 방법을 잃게 된다.
도 5a는 빔포밍 시스템에서 단말의 이동 속도 증가 또는 채널 환경의 급격한 변화로 인해 송수신 빔 간의 부조화가 발생하는 예를 도시한 도면이다.
도 5a를 참조하면, 501 지점에 위치한 단말은 최적의 하향링크 송신 빔과 수신 빔의 쌍인 기지국_송신 빔 1과 단말_수신 빔 1을 이용하여 하향링크 통신을 수행하고, 기지국(503)은 최적의 상향링크 송신 빔과 수신 빔의 쌍인 단말_송신 빔 1과 기지국_수신 빔 1을 이용하여 상향링크 통신을 수행한다고 가정한다.
도 5a의 예에서 501 지점에 위치한 단말이 매우 빠른 속도로 502 지점으로 이동하거나 단말 주변의 채널 환경이 급격하게 변화하는 경우 최적의 하향링크 송 수신 빔 쌍(기지국_송신 빔 1, 단말_수신 빔 1)은 더 이상 최적의 송수신 빔이 아니게 된다. 이때 502 지점에서 단말은 하향링크 송수신 빔 선택 과정을 재 수행하여 새로운 최적의 하향링크 송수신 빔 쌍, 일례로 기지국_송신빔 25, 단말_수신 빔 4를 선택할 수 있으나, 이 정보를 501 지점에서 사용하던 최적의 상향링크 송수신 빔 쌍(단말_송신 빔 1, 기지국_수신 빔 1)으로 송신할 경우 기지국(503)은 상기 새로운 최적의 하향링크 송수신 빔 쌍에 대한 정보를 수신하지 못할 수 있다.
마찬가지로 기지국(503)은 502 지점에 위치한 단말에 대해 새로운 최적의 상향링크 송수신 빔 쌍, 일례로 단말_송신 빔 4, 기지국_수신 빔 25를 선택할 수 있으나 이 정보를 501 지점에서 사용했던 최적의 하향링크 송수신 빔 쌍(기지국_송신 빔 1, 단말_수신 빔 1)으로 송신할 경우 502 지점에 위치한 단말은 상기 새로운 최적의 하향링크 송수신 빔 쌍에 대한 정보를 수신하지 못할 수 있다.
도 5b는 빔포밍 시스템에서 장애물의 출현으로 인해 송수신 빔 간의 부조화가 발생하는 예를 도시한 도면이다.
도 5b를 참조하면, 503 지점에 위치한 단말은 최적의 하향링크 송신 빔과 수신 빔의 쌍인 기지국_송신 빔 25와 단말_수신 빔 1을 이용하여 하향링크 통신을 수행하고, 기지국(506)은 최적의 상향링크 송신 빔과 수신 빔의 쌍인 단말_송신 빔 1과 기지국_수신 빔 25를 이용하여 상향링크 통신을 수행한다고 가정한다.
도 5b의 예에서 장애물(504)이 505 지점에 위치한 단말과 기지국(506) 사이의 통신을 방해하는 경우 최적의 하향링크 송수신 빔 쌍(기지국_송신 빔 25와 단말_수신 빔 1)은 더 이상 최적의 송수신 빔이 아니게 된다. 이때 505 지점에 위치한 단말은 하향링크 송수신 빔 선택 과정을 재 수행하여 새로운 최적의 하향링크 송수신 빔 쌍, 일례로 기지국_송신 빔 1, 단말_수신 빔 4를 선택할 수 있으나, 이 정보를 이전에 사용하던 최적의 상향링크 송수신 빔 쌍(단말_송신 빔 1과 기지국_수신 빔 25)으로 송신할 경우 기지국(506)이 이 정보를 수신하지 못할 수 있다.
마찬가지로 기지국(506)은 505 지점에 위치한 단말에 대해 새로운 최적의 상향링크 송수신 빔 쌍, 일례로 단말_송신 빔 4, 기지국_수신 빔 1을 선택할 수 있으나 이 정보를 이전에 사용했던 최적의 하향링크 송수신 빔 쌍(기지국_송신 빔 25와 단말_수신 빔 1)으로 송신할 경우 단말이 상기 새로운 최적의 하향링크 송수신 빔 쌍에 대한 정보를 수신하지 못할 수 있다.
이와 같이 송수신 빔 간의 부조화 문제가 발생될 경우 단말과 기지국 각각은 하향링크 및 상향링크에 대해서 새로운 최적의 송수신 빔 쌍을 선택할 수 있다. 그러나 상기 새로운 최적의 송수신 빔 쌍에 대한 정보를 교환하기 위해서는 상기 새로운 최적의 송수신 빔 쌍을 빔 스위핑 과정을 통해 모든 가능한 송수신 빔 쌍을 이용하여 반복 전송해야만 하는 문제가 있으며, 이러한 문제는 상기 새로운 최적의 송수신 빔 쌍에 대한 정보를 교환하는 절차에서 불필요한 지연을 발생시켜 서비스 연속성을 저해한다.
본 발명은 빔포밍 시스템에서 송수신 빔 간의 부조화 문제를 해결하여 기지국 및 단말 각각에게 최적의 송수신 빔을 제공하는 방법 및 장치를 제안한다.
또한 본 발명은 빔포밍 시스템에서 상향링크 및 하향링크의 상호성을 기반으로 송수신 빔 간의 부조화 발생 가능성을 판단하여 송수신 빔포밍 기법을 변경하는 사전보호를 수행하는 방법 및 장치를 제안한다.
또한 본 발명은 빔포밍 시스템에서 송수신 빔 간의 부조화의 발생을 판단하여 상향링크 및 하향링크의 상호성을 기반으로 반응적 복구 동작을 수행하는 방법 및 장치를 제안한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은; 빔포밍 시스템에서 최적의 송수신 빔 제공 방법에 있어서, 참조 신호를 수신하고, 수신한 참조 신호를 기반으로 최적의 채널 환경을 보장하는 최적의 송수신 빔을 선택하는 과정과, 상기 선택한 최적의 송수신 빔과 실제 송수신에 사용하는 송수신 빔 간에 송수신 빔 부조화(mismatch)의 발생 가능성을 판단하는 과정과, 상기 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있을 경우, 상기 송수신 빔 부조화의 발생을 사전에 방지하기 위한 사전 보호 동작을 수행하는 과정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 방법은; 빔포밍 시스템에서 최적의 송수신 빔 제공 방법에 있어서, 참조 신호 및 제어 신호를 수신하고, 수신한 참조 신호 및 제어 신호를 기반으로 최적의 채널 환경을 보장하는 최적의 송수신 빔을 선택하는 과정과, 상기 선택한 최적의 송수신 빔과 실제 송수신에 사용하는 송수신 빔 간에 송수신 빔 부조화(mismatch) 발생을 판단하는 과정과, 상기 송수신 빔 부조화가 발생될 경우, 기 수신한 송수신 빔 정보를 기반으로 새로운 송수신 빔을 선택하는 과정과, 상기 새로운 송수신 빔을 이용하여 단말 식별자 및 상기 최적의 송수신 빔 정보를 포함하는 복구 정보를 전송하는 과정을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치는; 빔포밍 시스템에서 최적의 송수신 빔 제공 장치에 있어서, 참조 신호를 수신하는 수신부와, 수신한 참조 신호를 기반으로 최적의 채널 환경을 보장하는 최적의 송수신 빔을 선택하고, 상기 선택한 최적의 송수신 빔과 실제 송수신에 사용하는 송수신 빔 간에 송수신 빔 부조화(mismatch)의 발생 가능성을 판단하고, 상기 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있을 경우, 상기 송수신 빔 부조화의 발생을 사전에 방지하기 위한 사전 보호 동작을 수행하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 장치는; 빔포밍 시스템에서 최적의 송수신 빔 제공 장치에 있어서, 참조 신호 및 제어 신호를 수신하는 수신부와, 수신한 참조 신호 및 제어 신호를 기반으로 최적의 채널 환경을 보장하는 최적의 송수신 빔을 선택하고, 상기 선택한 최적의 송수신 빔과 실제 송수신에 사용하는 송수신 빔 간에 송수신 빔 부조화(mismatch) 발생을 판단하고, 상기 송수신 빔 부조화가 발생될 경우, 기 수신한 송수신 빔 정보를 기반으로 새로운 송수신 빔을 선택하는 제어부와, 상기 새로운 송수신 빔을 이용하여 단말 식별자 및 상기 최적의 송수신 빔 정보를 포함하는 복구 정보를 전송하는 송신부를 포함한다.
본 발명은 상향링크 및 하향링크 송수신 빔 간의 부조화 발생 가능성을 미리 판단하여 사전 보호 동작을 수행함으로써 송수신 빔 부조화의 발생을 사전에 방지할 수 있다. 또한 송수신 빔 부조화가 발생될 경우에도 상향링크 및 하향링크 각각에 대한 반응적 복구 동작을 수행함으로써 기지국 및 단말 각각에 최적의 송수신 빔을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 빔포밍 시스템에서 기지국과 단말이 최적의 송수신 빔을 선택하는 예를 도시한 도면,
도 2는 빔포밍 시스템에서 기지국이 특정 빔 폭을 가지는 빔을 통해 신호를 송수신하는 예를 도시한 도면,
도 3은 빔포밍 시스템에서 기지국이 하향링크로 송신할 수 있는 송신 빔 영역과 상기 송신 빔을 수신하는 수신 빔 영역의 예를 도시한 도면,
도 4는 빔포밍 시스템에서 하향링크/상향링크에서의 빔 선택 과정과 그 결과를 교환하는 과정을 도시한 도면,
도 5a는 빔포밍 시스템에서 단말의 이동 속도 증가 또는 채널 환경의 급격한 변화로 인해 송수신 빔 간의 부조화가 발생하는 예를 도시한 도면,
도 5b는 빔포밍 시스템에서 장애물의 출현으로 인해 송수신 빔 간의 부조화가 발생하는 예를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 신호 송수신에 사용되는 프레임 구조를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 기지국이 송수신 빔 부조화의 발생 가능성을 판단하고 사전 보호 동작을 수행하는 과정을 도시한 순서도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 기지국이 송수신 빔 부조화의 발생 가능성을 판단하고 반응적 복구 동작을 수행하는 과정을 도시한 순서도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 기지국이 반응적 복구 동작을 수행하는 상세 과정을 도시한 순서도,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 기지국이 반응적 복구 동작을 수행하는 상세 과정을 도시한 순서도,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 단말이 송수신 빔 부조화의 발생 가능성을 판단하고 사전 보호 동작을 수행하는 과정을 도시한 순서도,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 단말이 송수신 빔 부조화의 발생 가능성을 판단하고 반응적 복구 동작을 수행하는 과정을 도시한 순서도,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 단말이 반응적 복구 동작을 수행하는 상세 과정을 도시한 순서도,
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 단말이 시스템 정보를 수신하는 과정을 도시한 순서도,
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 빔포빙 시스템에서 송수신 빔 간의 부조화 문제를 해결하여 단말에게 최적의 송수신 빔을 제공하는 기지국 장치 구조를 도시한 도면,
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 시스템에서 송수신 빔 간의 부조화 문제를 해결하여 기지국에게 최적의 송수신 빔을 제공하는 단말 장치 구조를 도시한 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 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 신호 송수신에 사용되는 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 프레임(frame)(600)은 5ms의 길이를 가지며 5개의 서브프레임(sub-frame)들을 포함한다. 각 서브프레임, 일례로 서브프레임(610)은 기지국이 단말로 하향링크 신호를 송신할 때 사용하는 하향링크(DL) 서브프레임(602)과 단말이 기지국으로 신호를 송신할 때 사용하는 상향링크(UL) 서브프레임(630)으로 구성된다.
하향링크 서브프레임(620)은 스케줄링 영역(602), 동기 채널(SCH: Sync Channel)/방송 채널(BCH: Broadcasting Channel) 영역(604) 및 참조 신호 영역(606)을 포함한다. 상기 스케줄링 영역(602)에서는 스케줄링 정보가 송신되고, 상기 SCH/BCH 영역(604)에서는 SCH 신호와 BCH 신호가 송신되고, 참조 신호 영역(606)에서는 참조 신호가 송신된다. 특히 SCH/BCH 영역(604)은 프레임(600)의 첫번째 서브프레임(610)에만 포함된다.
이하에서는 도 7 내지 도 14를 통해 본 발명의 실시예에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다. 또한 본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서 본 발명에서 제안하는 기지국 및 단말 각각에게 최적의 송수신 빔을 제공하기 위한 방안을 간략히 설명하면 다음과 같다. 본 발명에서 제안하는 최적의 송수신 빔 제공 방안은 사전 보호(Proactive protection) 방식과 반응적 복구(Reactive recovery) 방식으로 구분하여 설명하도록 한다.
(1) 사전 보호 방식
기지국 및 단말은 각각 상향링크 및 하향링크 송수신 빔 간의 부조화 발생 가능성을 판단하고, 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단하면 상향링크 및 하향링크 각각에 대한 사전 보호 동작을 수행한다. 상기 기지국 및 단말 각각이 송수신 빔 간의 부조화 발생 가능성을 판단하는 동작은 후술할 도 7 및 도 11에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
기지국 및 단말은 상기와 같은 송수신 빔 부조화의 발생을 사전에 방지하기 위해 송수신 빔 폭을 넓히거나 송수신 빔의 개수를 늘려서 다이버시티 효과를 증가시키거나, 다른 방안으로 최적의 송수신 빔 선택을 위한 송수신 빔 선택 동작의 주기를 줄이거나 참조 신호의 송신 주기를 줄이는 방법 중 적어도 한가지 방법을 사용할 수 있다.
(2) 반응적 복구 방식
기지국 및 단말은 각각 상향링크 및 하향링크 송수신 빔 간 부조화 발생을 판단하고, 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단하면 상향링크 및 하향링크 각각에 대한 반응적 복구 동작을 수행한다. 상기 기지국 및 단말 각각이 송수신 빔 간의 부조화 발생을 판단하는 동작은 후술할 도 8 내지 도 10 및 도 12 내지 도 14에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
기지국은 송수신 빔 부조화가 발생되면 이를 해결하기 위해 상향링크 및 하향링크의 상호성을 가정하여 수신한 상향링크 송수신 빔 정보를 바탕으로 새로운 하향링크 송수신 빔을 선택하고, 선택한 하향링크 송수신 빔을 이용하여 단말의 식별자 및 최적의 상향링크 송수신 빔 정보를 포함하는 복구 정보를 송신한다. 또한 기지국은 상기 복구 정보에 대한 단말의 응답(ACK: Acknowledgement) 메시지를 수신하거나 송신 가능한 모든 빔 방향으로 상기 복구 정보를 송신할 때까지 상기 동작, 즉 복구 정보를 송신하는 동작을 반복한다.
또한 상기 복구 정보를 송신하는 다른 방안으로 기지국은 단말의 식별자 정보 및 최적의 상향링크 송수신 빔 정보를 포함하는 복구 정보를 하향링크 서브프레임의 제1(primary) 및 제2(secondary) BCH 영역에 설정하여 전송한다.
단말은 송수신 빔 부조화가 발생되면 이를 해결하기 위해 상향링크 및 하향링크의 상호성을 가정하여 수신한 하향링크 송수신 빔 정보를 바탕으로 새로운 상향링크 송수신 빔을 선택하고, 선택한 상향링크 송수신 빔을 이용하여 단말의 식별자 및 최적의 하향링크 송수신 빔 정보를 포함하는 복구 정보를 송신한다. 또한 단말은 상기 복구 정보에 대한 기지국의 ACK 메시지를 수신하거나 송신 가능한 모든 빔 방향으로 상기 복구 정보를 송신할 때까지 상기 동작, 즉 복구 정보를 송신하는 동작을 반복한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 기지국이 송수신 빔 부조화의 발생 가능성을 판단하고 사전 보호 동작을 수행하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 기지국의 하향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성을 판단하는 동작은 특정 서브프레임 n에서 수행된다고 가정한다.
701단계에서 기지국은 단말로부터 상향링크 참조 신호를 수신하고 702단계로 진행한다. 702단계에서 기지국은 상기 수신한 상향링크 참조 신호를 기반으로 주기적 또는 비주기적으로 단말에 대한 상향링크 송수신 빔 선택 동작을 수행하여 최적의 상향링크 송수신 빔을 선택하고 703단계로 진행한다.
703단계에서 기지국은 상기 선택한 최적의 상향링크 송수신 빔과 실제 송수신에 사용하는 상향링크 송수신 빔 간에 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있는지 여부를 확인한다. 일례로 기지국은 송수신 빔 선택 동작의 수행 결과 특정 임계값, 일례로 제1임계값(threshold 1) 이상의 성능을 가지는 최적의 상향링크 송수신 빔이 이전 상향링크 송수신 빔 선택 결과와 다르고, 이전에 선택한 최적의 상향링크 송수신 빔이 특정 임계값, 일례로 제2임계값(threshold 2) 이하의 성능을 가질 경우, 기지국은 상향링크 채널 환경에 급격한 변화가 일어났다고 판단하고 상향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단한다. 여기서는 기지국이 상향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단하는 경우를 일례로 설명하였으나, 이때 기지국은 상호성에 의해 하향링크에도 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단할 수 있다.
또한 기지국은 송수신 빔 선택 동작의 수행 결과 특정 임계값, 일례로 제1임계값(threshold 1) 이상의 성능을 가지는 최적의 상향링크 송수신 빔이 현재 사용중인 상향링크 송수신 빔과 다르고, 현재 사용중인 상향링크 송수신 빔이 특정 임계값, 일례로 제2임계값(threshold 2) 이하의 성능을 가질 경우, 기지국은 상향링크 채널 환경에 급격한 변화가 일어났다고 판단하고 상향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단한다.
또한 기지국은 최적의 상향링크 송수신 빔이 초당 변동되는 빈도가 특정 값, 일례로 K 이상일 경우 또는 단말의 이동 속도가 특정 값, 일례로 v(km/h) 이상일 경우 상향링크/하향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단한다. 상기 단말의 이동 속도는 일례로 GPS(Global Positioning System) 등의 측위 시스템을 기반으로 측정될 수 있으며, 기지국과 단말 사이의 채널 상태 변동 또는 단위 시간 당 핸드오버 회수 등을 기반으로 예측될 수도 있다.
703단계에서 기지국은 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단하면 704단계로 진행하여 하향링크에 대한 사전 보호 동작을 수행한다. 일례로 기지국은 송수신 빔 부조화를 사전에 방지하기 위해 하향링크 송수신 빔의 폭을 넓히거나 송수신 빔의 개수를 늘려서 다이버시티 효과를 증가시킨다. 또한 기지국은 송수신 빔 부조화를 사전에 방지하기 위한 또 다른 방법으로, 최적의 상향링크 송수신 빔 선택을 위한 송수신 빔 선택 동작의 주기를 줄이거나 하향링크 참조 신호의 송신 주기를 줄일 수 있다.
한편 703단계에서 기지국은 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 없다고 판단하면 현재 진행중인 동작을 종료한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 기지국이 송수신 빔 부조화의 발생 가능성을 판단하고 반응적 복구 동작을 수행하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 기지국의 송수신 빔 부조화의 발생 여부를 판단하는 동작은 특정 서브프레임 n에서 수행된다고 가정한다.
801단계에서 기지국을 단말로부터 상향링크 참조 신호 및 제어 신호를 수신하고 802단계로 진행한다. 802단계에서 기지국은 상기 수신한 상향링크 참조 신호 및 제어 신호를 기반으로 주기적 또는 비주기적으로 단말에 대한 상향링크 송수신 빔 선택 동작을 수행하여 최적의 상향링크 송수신 빔을 선택하고 803단계로 진행한다.
803단계에서 기지국은 상기 선택한 최적의 상향링크 송수신 빔과 실제 송수신에 사용하는 상향링크 송수신 빔 간에 송수신 빔 부조화가 발생되었는지 여부를 확인한다. 일례로 기지국은 상기 선택한 최적의 상향링크 송수신 빔이 특정 임계값, 일례로 제3임계값(threshold 3)이상의 성능을 가지고, 하향링크 채널에 대해 단말이 측정하여 보고하는 CSI(Channel Status Information) 정보 혹은 하향링크 채널에 대해 단말이 선택한 최적의 송수신 빔 정보를 특정 시간 동안 수신하지 못한 경우 상향링크/하향링크 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단한다. 또한 기지국은 상기 선택한 최적의 상향링크 송수신 빔이 제3임계값(threshold 3)이상의 성능을 가지고, 단말에게 송신한 제어 신호 또는 데이터에 대한 응답(ACK: Acknowledgement) 메시지를 사전에 정해진 회수 이상 연속해서 받지 못한 경우 상향링크/하향링크 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단한다.
803단계에서 기지국은 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단하면 804단계로 진행하여 하향링크에 대한 반응적 복구 동작을 수행한다. 상기 반응적 복구 동작에 대해서는 후술할 도 9 및 도 10을 통해 보다 상세히 설명할 것이며, 여기서는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.
한편, 803단계에서 기지국은 송수신 빔 부조화가 발생되지 않았다고 판단하면 현재 진행중인 동작을 종료한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 기지국이 반응적 복구 동작을 수행하는 상세 과정을 도시한 순서도이다.
도 9를 참조하면, 기지국이 특정 서브프레임 n에서 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단한 이후 동작을 가정한 것이며, 특히 도 8의 804단계의 반응적 복구 동작을 보다 상세히 설명하도록 한다.
901단계에서 기지국은 상향링크와 하향링크의 상호성을 가정하여 단말로부터 기 수신한 상향링크 송수신 빔 정보를 바탕으로 새로운 하향링크 송수신 빔을 선택하고 902단계로 진행한다. 일례로 기지국은 단말로부터 수신한 상향링크 송수신 빔들 중 가장 수신 성능이 우수한 송수신 빔에 대응하는 하향링크 송수신 빔을 선택한다.
902단계에서 기지국은 상기 선택한 하향링크 송수신 빔을 이용하여 복구 정보를 스케줄링 채널(PDCCH) 또는 제어 채널을 통해 전송하고 903단계로 진행한다. 여기서 복구 정보는 상기 단말의 식별자 및 최적의 상향링크 송수신 빔 인덱스를 포함한다.
903단계에서 기지국은 902단계에서 전송한 복구 정보에 대한 ACK 메시지가 단말로부터 수신되는지 여부를 확인한다. 상기 ACK 메시지가 수신될 경우 기지국은 906단계로 진행하여 진행중인 반응적 복구 동작을 완료한다.
한편, 903단계에서 기지국은 단말로부터 902단계에서 전송한 복구 정보에 대한 ACK 메시지가 수신되지 않을 경우 904단계로 진행한다. 904단계에서 기지국은 송신 가능한 모든 빔 방향으로 복구 정보를 전송하였는지 여부를 판단하고, 상기 복구 정보를 전송하였을 경우 905단계로 진행하여 단말과의 통신 설정 절차를 종료하고 907단계로 진행하여 반응적 복구 동작 또한 종료한다. 그러나 송신 가능한 모든 방향으로 상기 복구 정보를 전송하지 못하였을 경우, 기지국은 901단계로 진행하여 이전에 선택하지 않은 새로운 하향링크 송수신 빔을 선택하고 이후 902 단계 및 903단계를 재 수행한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 기지국이 반응적 복구 동작을 수행하는 상세 과정을 도시한 순서도이다.
도 10을 참조하면, 기지국이 특정 서브프레임 n에서 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단한 이후 동작을 가정한 것이며, 특히 도 8의 804단계의 반응적 복구 동작을 보다 상세히 설명하도록 한다.
1001단계에서 기지국은 하향링크 서브프레임의 제1(primary) BCH 영역에 상기 단말의 식별자 정보 또는 그 정보의 일부를 설정하고 1002단계로 진행한다. 일례로 기지국은 상기 제1 BCH 영역에 포함되는 n비트의 비트맵 중 상기 단말의 식별자에 대응되는 비트를 ‘1’로 설정한다. 1002단계에서 기지국은 상기 설정된 비트맵을 포함하는 제1 BCH 신호를 단말로 송신하고 1003단계로 진행한다.
1003단계에서 기지국은 하향링크 서브프레임의 제2(secondary) BCH 영역에 복구 정보를 설정하고 1004단계로 진행한다. 일례로 기지국은 상기 단말의 식별자를 나타내는 보다 상세한 정보와 최적의 상향링크 송수신 빔의 인덱스 정보를 상기 제2 BCH 영역에 설정한다. 1004단계에서 기지국은 상기 단말의 식별자 정보 및 최적의 상향링크 송수신 빔의 인덱스 정보를 포함하는 제2 BCH 신호를 단말로 송신하고 1005단계로 진행한다.
1005단계에서 기지국은 상기 제2 BCH 신호를 통해 전송한 복구 정보에 대한 ACK 메시지가 단말로부터 수신되는지 여부를 확인한다. 상기 ACK 메시지가 수신될 경우 기지국은 1008단계로 진행하여 진행중인 반응적 복구 동작을 완료한다.
한편, 1005단계에서 기지국은 단말로부터 상기 제2 BCH 신호를 통해 전송한 복구 정보에 대한 ACK 메시지가 수신되지 않을 경우 1006단계로 진행한다. 1006단계에서 기지국은 상기 복구 정보의 전송 회수가 미리 설정된 최대 재전송 회수(MAX_ReTX)보다 작은지 확인하고, 복구 정보의 전송 회수가 MAX_ReTX보다 작을 경우 1001단계로 진행하여 1001단계 내지 1004단계를 재 수행한다. 그러나 상기 복구 정보의 전송 회수가 MAX_ReTX보다 크거나 같을 경우 기지국은 1007단계로 진행하여 단말과의 통신 설정 절차를 종료하고 1009단계로 진행하여 반응적 복구 동작 또한 종료한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 단말이 송수신 빔 부조화의 발생 가능성을 판단하고 사전 보호 동작을 수행하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 11을 참조하면, 단말이 상향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성을 판단하는 동작은 특정 서브프레임 n에서 수행된다고 가정한다.
1101단계에서 단말은 기지국으로부터 하향링크 참조 신호를 수신하고 1102단계로 진행한다. 1102단계에서 기지국은 상기 수신한 하향링크 참조 신호를 기반으로 주기적 또는 비주기적으로 하향링크 송수신 빔 선택 동작을 수행하여 최적의 하향링크 송수신 빔을 선택하고 1103단계로 진행한다.
1103단계에서 단말은 상기 선택한 최적의 하향링크 송수신 빔과 실제 송수신에 사용하는 하향링크 송수신 빔 간에 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있는지 여부를 확인한다. 일례로 단말은 송수신 빔 선택 동작의 수행 결과 특정 임계값, 일례로 제4임계값(threshold 4) 이상의 성능을 가지는 최적의 하향링크 송수신 빔이 이전 하향링크 송수신 빔 선택 결과와 다르고, 이전에 선택한 최적의 하향링크 송수신 빔이 특정 임계값, 일례로 제5임계값(threshold 5) 이하의 성능을 가질 경우, 단말은 하향링크 채널 환경에 급격한 변화가 일어났다고 판단하고 하향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단한다. 여기서는 단말이 하향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단하는 경우를 일례로 설명하였으나, 이때 단말은 상호성에 의해 상향링크에도 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단할 수 있다.
또한 단말은 송수신 빔 선택 동작의 수행 결과 특정 임계값, 일례로 제4임계값(threshold 4) 이상의 성능을 가지는 최적의 하향링크 송수신 빔이 현재 사용중인 하향링크 송수신 빔과 다르고, 현재 사용중인 하향링크 송수신 빔이 특정 임계값, 일례로 제5임계값(threshold 5) 이하의 성능을 가질 경우, 단말은 하향링크 채널 환경에 급격한 변화가 일어났다고 판단하고 하향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단한다.
또한 단말은 최적의 하향링크 송수신 빔이 초당 변동되는 빈도가 특정 값, 일례로 K 이상일 경우 또는 단말의 이동 속도가 특정 값, 일례로 v(km/h) 이상일 경우 상향링크/하향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단한다. 상기 단말의 이동 속도는 일례로 GPS 등의 측위 시스템을 기반으로 측정될 수 있으며, 기지국과 단말 사이의 채널 상태 변동 또는 단위 시간 당 핸드오버 회수 등을 기반으로 예측될 수도 있다.
1103단계에서 단말은 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단하면 1104단계로 진행하여 상향링크에 대한 사전 보호 동작을 수행한다. 일례로 단말은 송수신 빔 부조화를 사전에 방지하기 위해 상향링크 송수신 빔의 폭을 넓히거나 송수신 빔의 개수를 늘려서 다이버시티 효과를 증가시킨다. 또한 단말은 송수신 빔 부조화를 사전에 방지하기 위한 또 다른 방법으로, 최적의 하향링크 송수신 빔 선택을 위한 송수신 빔 선택 동작의 주기를 줄이거나 상향링크 참조 신호의 송신 주기를 줄일 수 있다.
한편 1103단계에서 단말은 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 없다고 판단하면 현재 진행중인 동작을 종료한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 단말이 송수신 빔 부조화의 발생 가능성을 판단하고 반응적 복구 동작을 수행하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 12를 참조하면, 단말의 송수신 빔 부조화의 발생 여부를 판단하는 동작은 특정 서브프레임 n에서 수행된다고 가정한다.
1201단계에서 단말은 기지국으로부터 하향링크 참조 신호 및 제어 신호를 수신하고 1202단계로 진행한다. 1202단계에서 단말은 상기 수신한 하향링크 참조 신호 및 제어 신호를 기반으로 주기적 또는 비주기적으로 단말에 대한 하향링크 송수신 빔 선택 동작을 수행하여 최적의 하향링크 송수신 빔을 선택하고 1203단계로 진행한다.
1203단계에서 단말은 상기 선택한 최적의 하향링크 송수신 빔과 실제 송수신에 사용하는 하향링크 송수신 빔 간에 송수신 빔 부조화가 발생되었는지 여부를 확인한다. 일례로 단말은 상기 선택한 최적의 하향링크 송수신 빔이 특정 임계값, 일례로 제6임계값(threshold 6)이상의 성능을 가지고, 상향링크 채널에 대해 기지국이 선택한 최적의 송수신 빔 정보를 특정 시간 동안 수신하지 못한 경우 상향링크/하향링크 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단한다. 또한 단말은 상기 선택한 최적의 하향링크 송수신 빔이 제6임계값(threshold 6)이상의 성능을 가지고, 기지국에게 송신한 제어 신호 또는 데이터에 대한 ACK 메시지를 사전에 정해진 회수 이상 연속해서 받지 못한 경우 상향링크/하향링크 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단한다.
1203단계에서 단말은 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단하면 1204단계로 진행하여 상향링크에 대한 반응적 복구 동작을 수행한다. 상기 반응적 복구 동작에 대해서는 후술할 도 13 및 도 14를 통해 보다 상세히 설명할 것이며, 여기서는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.
한편, 1203단계에서 기지국은 송수신 빔 부조화가 발생되지 않았다고 판단하면 현재 진행중인 동작을 종료한다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 단말이 반응적 복구 동작을 수행하는 상세 과정을 도시한 순서도이다.
도 13을 참조하면, 단말이 특정 서브프레임 n에서 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단한 이후 동작을 가정한 것이며, 특히 도 12의 1204단계의 반응적 복구 동작을 보다 상세히 설명하도록 한다.
1301단계에서 단말은 상향링크와 하향링크의 상호성을 가정하여 기지국으로부터 기 수신한 하향링크 송수신 빔 정보를 바탕으로 새로운 상향링크 송수신 빔을 선택하고 1302단계로 진행한다. 일례로 단말은 기지국으로부터 수신한 하향링크 송수신 빔들 중 가장 수신 성능이 우수한 송수신 빔에 대응하는 상향링크 송수신 빔을 선택한다.
1302단계에서 단말은 상기 선택한 상향링크 송수신 빔을 이용하여 복구 정보를 제어 채널을 통해 전송하고 1303단계로 진행한다. 여기서 복구 정보는 단말의 식별자 및 최적의 하향링크 송수신 빔 인덱스를 포함한다.
1303단계에서 단말은 1302단계에서 전송한 복구 정보에 대한 ACK 메시지가 기지국으로부터 수신되는지 여부를 확인한다. 상기 ACK 메시지가 수신될 경우 단말은 1306단계로 진행하여 진행중인 반응적 복구 동작을 완료한다.
한편, 1303단계에서 단말은 기지국으로부터 1302단계에서 전송한 복구 정보에 대한 ACK 메시지가 수신되지 않을 경우 1304단계로 진행한다. 1304단계에서 단말은 송신 가능한 모든 빔 방향으로 복구 정보를 전송하였는지 여부를 판단하고, 상기 복구 정보를 전송하였을 경우 1305단계로 진행하여 기지국과의 통신 설정 절차를 종료하고 1307단계로 진행하여 반응적 복구 동작 또한 종료한다. 그러나 송신 가능한 모든 방향으로 상기 복구 정보를 전송하지 못하였을 경우, 단말은 1301단계로 진행하여 이전에 선택하지 않은 새로운 상향링크 송수신 빔을 선택하고 이후 1302단계 및 1303단계를 재 수행한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 단말이 시스템 정보를 수신하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 14를 참조하면, 기지국이 복구 정보를 하향링크 서브프레임의 제1 및 제2 BCH 영역에 설정하여 전송할 경우를 가정하며, 이하에서는 단말이 기지국으로부터 상기와 같이 설정하여 전송된 복구 정보를 수신하는 과정에 대해 설명하도록 한다.
1401단계에서 단말은 기지국으로부터 전송되는 하향링크 서브프레임의 제1 BCH 신호를 수신하고 1402단계로 진행한다. 1402단계에서 단말은 수신한 제1 BCH 신호에 복구 대상 비트맵 정보가 포함되었는지 여부를 확인하고, 상기 제1 BCH 신호에 비트맵 정보가 포함되었을 경우 1403단계로 진행한다. 1403단계에서 단말은 상기 제1 BCH 신호에 포함된 비트맵 중 단말의 식별자에 대응되는 비트가 ‘1’로 설정되어 있는지 확인한다.
1403단계에서 단말은 상기 비트맵 중 단말의 식별자에 대응되는 비트가 ‘1’로 설정되어 있을 경우 1404단계로 진행하여 기지국으로부터 전송되는 하향링크 서브프레임의 제2 BCH 신호를 수신한다. 단말은 1405단계로 진행하여 수신한 제2 BCH 신호에 포함된 복구 정보가 단말의 식별자를 포함하는지 여부를 확인하고, 상기 복구 정보가 단말의 식별자를 포함하면 1406단계로 진행한다.
1406단계에서 단말은 제2 BCH 신호에 포함된 복구 정보에 포함된 최적의 상향링크 송수신 빔을 실제 전송에 사용할 상향링크 송수신 빔으로 설정하고 1407단계로 진행한다. 1407단계에서 단말은 나머지 시스템 정보(SI: System Information)를 수신한다. 또한 단말은 1402단계에서 수신한 제1 BCH 신호에 복구 대상 비트맵 정보가 포함되지 않았을 경우, 1403단계에서 상기 비트맵 중 단말의 식별자에 대응되는 비트가 ‘1’로 설정되어있지 않을 경우, 1405단계에서 수신한 제2 BCH 신호에 포함된 복구 정보가 단말의 식별자를 포함하지 않을 경우 모두 1407단계로 진행하여 나머지 시스템 정보를 수신한다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 빔포빙 시스템에서 송수신 빔 간의 부조화 문제를 해결하여 단말에게 최적의 송수신 빔을 제공하는 기지국 장치 구조를 도시한 도면이다.
도 15를 참조하면, 기지국(1500)은 송신부(1502), 수신부(1504) 및 제어부(1506)를 포함한다.
먼저 기지국(1500)의 사전 보호 방식을 통한 최적의 송수신 빔을 제공하는 동작은 다음과 같다.
기지국(1500)의 수신부(1504)는 단말로부터 상향링크 참조 신호를 수신하고, 제어부(1506)는 상기 수신부(1504)를 통해 수신한 상향링크 참조 신호를 기반으로 주기적 또는 비주기적으로 단말에 대한 상향링크 송수신 빔 선택 동작을 수행하여 최적의 상향링크 송수신 빔을 선택한다.
기지국(1500)의 제어부(1506)는 상기 선택한 최적의 상향링크 송수신 빔과 실제 송수신에 사용하는 상향링크 송수신 빔 간에 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있는지 여부를 확인한다. 즉 제어부(1506)는 송수신 빔 선택 동작의 수행 결과 제1임계값(threshold 1) 이상의 성능을 가지는 최적의 상향링크 송수신 빔이 이전 상향링크 송수신 빔 선택 결과와 다르고, 이전에 선택한 최적의 상향링크 송수신 빔이 제2임계값(threshold 2) 이하의 성능을 가질 경우, 상향링크 채널 환경에 급격한 변화가 일어났다고 판단하고 상향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단한다. 여기서는 기지국(1500)의 제어부(1506)가 상향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단하는 경우를 일례로 설명하였으나, 이때 제어부(1506)는 상호성에 의해 하향링크에도 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단할 수 있다.
또한 기지국(1500)의 제어부(1506)는 송수신 빔 선택 동작의 수행 결과 특정 임계값, 일례로 제1임계값(threshold 1) 이상의 성능을 가지는 최적의 상향링크 송수신 빔이 현재 사용중인 상향링크 송수신 빔과 다르고, 현재 사용중인 상향링크 송수신 빔이 특정 임계값, 일례로 제2임계값(threshold 2) 이하의 성능을 가질 경우, 상향링크 채널 환경에 급격한 변화가 일어났다고 판단하고 상향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단한다.
또한 기지국(1500)의 제어부(1506)는 최적의 상향링크 송수신 빔이 초당 변동되는 빈도가 미리 설정한 값 K 이상일 경우 또는 단말의 이동 속도가 미리 설정된 속도 v(km/h) 이상일 경우 상향링크/하향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단한다. 이후 제어부(1506)는 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단하면 하향링크에 대한 사전 보호 동작을 수행한다. 즉 기지국(1500)의 제어부(1506)는 송수신 빔 부조화를 사전에 방지하기 위해 하향링크 송수신 빔의 폭을 넓히거나 송수신 빔의 개수를 늘려서 다이버시티 효과를 증가시킨다. 기지국(1500)의 제어부(1506)는 송수신 빔 부조화를 사전에 방지하기 위한 또 다른 방법으로, 최적의 상향링크 송수신 빔 선택을 위한 송수신 빔 선택 동작의 주기를 줄이거나 하향링크 참조 신호의 송신 주기를 줄일 수 있다.
다음으로 기지국(1500)의 반응적 복구 방식을 통한 최적의 송수신 빔을 제공하는 동작은 다음과 같다.
기지국(1500)의 수신부(1504)는 단말로부터 상향링크 참조 신호 및 제어 신호를 수신하고, 제어부(1506)는 상기 수신부(1504)를 통해 수신한 상향링크 참조 신호 및 제어 신호를 기반으로 주기적 또는 비주기적으로 단말에 대한 상향링크 송수신 빔 선택 동작을 수행하여 최적의 상향링크 송수신 빔을 선택한다.
기지국(1500)의 제어부(1506)는 상기 선택한 최적의 상향링크 송수신 빔과 실제 송수신에 사용하는 상향링크 송수신 빔 간에 송수신 빔 부조화가 발생되었는지 여부를 확인한다. 즉 제어부(1506)는 상기 선택한 최적의 상향링크 송수신 빔이 제3임계값(threshold 3)이상의 성능을 가지고, 하향링크 채널에 대해 단말이 측정하여 보고하는 CSI(Channel Status Information) 정보 혹은 하향링크 채널에 대해 단말이 선택한 최적의 송수신 빔 정보를 특정 시간 동안 수신하지 못한 경우 상향링크/하향링크 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단한다. 또한 제어부(1506)는 상기 선택한 최적의 상향링크 송수신 빔이 제3임계값(threshold 3)이상의 성능을 가지고, 단말에게 송신한 제어 신호 또는 데이터에 대한 ACK 메시지를 사전에 정해진 회수 이상 연속해서 받지 못한 경우 상향링크/하향링크 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단한다.
기지국(1500)의 제어부(1506)는 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단하면 하향링크에 대한 반응적 복구 동작을 수행한다. 즉 제어부(1506)는 상향링크와 하향링크의 상호성을 가정하여 수신부(1504)를 통해 단말로부터 기 수신한 상향링크 송수신 빔 정보를 바탕으로 새로운 하향링크 송수신 빔을 선택한다. 여기서 새로운 하향링크 송수신 빔은 단말로부터 수신한 상향링크 송수신 빔들 중 가장 수신 성능이 우수한 송수신 빔에 대응하는 하향링크 송수신 빔이 될 수 있다.
기지국(1500)의 송신부(1502)는 상기 선택한 하향링크 송수신 빔을 이용하여 복구 정보를 스케줄링 채널(PDCCH) 또는 제어 채널을 통해 전송한다. 여기서 복구 정보는 상기 단말의 식별자 및 최적의 상향링크 송수신 빔 인덱스를 포함한다.
기지국(1500)의 수신부(1504)는 앞서 송신부(1502)를 통해 전송한 복구 정보에 대한 ACK 메시지가 단말로부터 수신되는지 여부를 확인한다. 상기 ACK 메시지가 수신될 경우 기지국(1500)은 진행중인 반응적 복구 동작을 완료한다. 그러나 기지국(1500)의 수신부(1504)는 앞서 송신부(1502)를 통해 전송한 복구 정보에 대한 ACK 메시지가 수신되지 않을 경우, 상기 송신부(1502)가 송신 가능한 모든 빔 방향으로 복구 정보를 전송하였는지 여부를 판단하고, 상기 송신 가능한 모든 빔 방향으로 복구 정보를 전송하였을 경우 단말과의 통신 설정 절차와 반응적 복구 동작을 종료한다. 그러나 송신부(1502)가 송신 가능한 모든 방향으로 상기 복구 정보를 전송하지 못하였을 경우, 기지국(1500)은 제어부(1506)를 통해 이전에 선택하지 않은 새로운 하향링크 송수신 빔을 선택하고 송신부(1502)는 선택한 새로운 하향링크 송수신 빔을 이용하여 복구 정보를 재전송한다.
한편 기지국(1500)의 송신부(1502)는 복구 정보를 전송 또는 재전송할 시 단말 식별자 정보를 시스템 정보의 제1(primary) BCH 영역에 포함되는 비트맵을 통해 설정한다. 즉 송신부(1502)는 상기 비트맵 중 상기 단말 식별자에 대응되는 비트를 ‘1’로 설정한다. 또한 송신부(1502)는 상기 단말 식별자 정보와 최적의 송수신 빔 정보를 상기 시스템 정보의 제2(secondary) BCH 영역에 설정하고, 상기 제1 및 제2 BCH 영역이 설정된 상기 시스템 정보를 단말로 송신한다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 시스템에서 송수신 빔 간의 부조화 문제를 해결하여 기지국에게 최적의 송수신 빔을 제공하는 단말 장치 구조를 도시한 도면이다.
도 16을 참조하면, 단말(1600)은 송신부(1602), 수신부(1604) 및 제어부(1606)를 포함한다.
먼저 단말(1600)의 사전 보호 방식을 통한 최적의 송수신 빔을 제공하는 동작은 다음과 같다.
단말(1600)의 수신부(1604)는 기지국으로부터 하향링크 참조 신호를 수신하고, 제어부(1606)는 상기 수신부(1604)를 통해 수신한 하향링크 참조 신호를 기반으로 주기적 또는 비주기적으로 하향링크 송수신 빔 선택 동작을 수행하여 최적의 하향링크 송수신 빔을 선택한다.
단말(1600)의 제어부(1606)는 상기 선택한 최적의 하향링크 송수신 빔과 실제 송수신에 사용하는 하향링크 송수신 빔 간에 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있는지 여부를 확인한다. 즉 제어부(1606)는 송수신 빔 선택 동작의 수행 결과 제4임계값(threshold 4) 이상의 성능을 가지는 최적의 하향링크 송수신 빔이 이전 하향링크 송수신 빔 선택 결과와 다르고, 이전에 선택한 최적의 하향링크 송수신 빔이 제5임계값(threshold 5) 이하의 성능을 가질 경우, 하향링크 채널 환경에 급격한 변화가 일어났다고 판단하고 하향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단한다. 여기서는 단말(1600)의 제어부(1606)가 하향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단하는 경우를 일례로 설명하였으나, 이때 제어부(1606)는 상호성에 의해 상향링크에도 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단할 수 있다.
또한 단말(1600)의 제어부(1606)는 송수신 빔 선택 동작의 수행 결과 특정 임계값, 일례로 제4임계값(threshold 4) 이상의 성능을 가지는 최적의 하향링크 송수신 빔이 현재 사용중인 하향링크 송수신 빔과 다르고, 현재 사용중인 하향링크 송수신 빔이 특정 임계값, 일례로 제5임계값(threshold 5) 이하의 성능을 가질 경우, 단말은 하향링크 채널 환경에 급격한 변화가 일어났다고 판단하고 하향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단한다.
또한 단말(1600)의 제어부(1606)는 최적의 하향링크 송수신 빔이 초당 변동되는 빈도가 미리 설정한 값 K 이상일 경우 또는 단말의 이동 속도가 미리 설정된 속도 v(km/h) 이상일 경우 상향링크/하향링크 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단한다. 이후 제어부(1606)는 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단하면 상향링크에 대한 사전 보호 동작을 수행한다. 즉 단말(1600)의 제어부(1606)는 송수신 빔 부조화를 사전에 방지하기 위해 상향링크 송수신 빔의 폭을 넓히거나 송수신 빔의 개수를 늘려서 다이버시티 효과를 증가시킨다. 단말(1600)의 제어부(1606)는 송수신 빔 부조화를 사전에 방지하기 위한 또 다른 방법으로, 최적의 하향링크 송수신 빔 선택을 위한 송수신 빔 선택 동작의 주기를 줄이거나 상향링크 참조 신호의 송신 주기를 줄일 수 있다.
다음으로 단말(1600)의 반응적 복구 방식을 통한 최적의 송수신 빔을 제공하는 동작은 다음과 같다.
단말(1600)의 수신부(1604)는 기지국으로부터 하향링크 참조 신호 및 제어 신호를 수신하고, 제어부(1606)는 상기 수신부(1604)를 통해 수신한 하향링크 참조 신호 및 제어 신호를 기반으로 주기적 또는 비주기적으로 단말에 대한 하향링크 송수신 빔 선택 동작을 수행하여 최적의 하향링크 송수신 빔을 선택한다.
단말(1600)의 제어부(1606)는 상기 선택한 최적의 하향링크 송수신 빔과 실제 송수신에 사용하는 하향링크 송수신 빔 간에 송수신 빔 부조화가 발생되었는지 여부를 확인한다. 즉 제어부(1606)는 상기 선택한 최적의 하향링크 송수신 빔이 제6임계값(threshold 6)이상의 성능을 가지고, 상향링크 채널에 대해 기지국이 선택한 최적의 송수신 빔 정보를 특정 시간 동안 수신하지 못한 경우 상향링크/하향링크 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단한다. 또한 제어부(1606)는 상기 선택한 최적의 하향링크 송수신 빔이 제6임계값(threshold 6)이상의 성능을 가지고, 기지국에게 송신한 제어 신호 또는 데이터에 대한 ACK 메시지를 사전에 정해진 회수 이상 연속해서 받지 못한 경우 상향링크/하향링크 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단한다.
단말(1600)의 제어부(1606)는 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단하면 상향링크에 대한 반응적 복구 동작을 수행한다. 즉 제어부(1606)는 상향링크와 하향링크의 상호성을 가정하여 수신부(1604)를 통해 기지국으로부터 기 수신한 하향링크 송수신 빔 정보를 바탕으로 새로운 상향링크 송수신 빔을 선택한다. 여기서 새로운 상향링크 송수신 빔은 기지국으로부터 수신한 하향링크 송수신 빔들 중 가장 수신 성능이 우수한 송수신 빔에 대응하는 상향링크 송수신 빔이 될 수 있다.
단말(1600)의 송신부(1602)는 상기 선택한 상향링크 송수신 빔을 이용하여 복구 정보를 제어 채널을 통해 전송하고 1303단계로 진행한다. 여기서 복구 정보는 단말의 식별자 및 최적의 하향링크 송수신 빔 인덱스를 포함한다.
단말(1600)의 수신부(1604)는 앞서 송신부(1602)를 통해 전송한 복구 정보에 대한 ACK 메시지가 기지국으로부터 수신되는지 여부를 확인한다. 상기 ACK 메시지가 수신될 경우 단말(1600)은 진행중인 반응적 복구 동작을 완료한다. 그러나 단말(1600)의 수신부(1604)는 앞서 송신부(1602)를 통해 전송한 복구 정보에 대한 ACK 메시지가 수신되지 않을 경우, 상기 송신부(1602)가 송신 가능한 모든 빔 방향으로 복구 정보를 전송하였는지 여부를 판단하고, 상기 송신 가능한 모든 빔 방향으로 복구 정보를 전송하였을 경우 기지국과의 통신 설정 절차와 반응적 복구 동작을 종료한다. 그러나 송신부(1602)가 송신 가능한 모든 방향으로 상기 복구 정보를 전송하지 못하였을 경우, 단말(1600)은 제어부(1606)를 통해 이전에 선택하지 않은 새로운 상향링크 송수신 빔을 선택하고 송신부(1602)는 선택한 새로운 하향링크 송수신 빔을 이용하여 복구 정보를 재전송한다.
한편 단말(1600)의 수신부(1604)는 제1(primary) 및 제2(secondary) BCH 영역을 통해 상기 복구 정보가 설정된 시스템 정보를 수신하고, 상기 제1 BCH 영역에 복구 대상 비트맵 정보가 포함되어 있는지 여부를 확인한다. 제어부(1606)는 상기 제1 BCH 영역에 복구 대상 비트맵 정보가 포함될 경우, 상기 비트맵 중 단말 식별자에 대응되는 비트를 확인한다. 상기 단말 식별자에 대응되는 비트가 ‘1’일 경우, 제어부(1606)는 상기 제2 BCH 영역에 포함된 복구 정보가 단말의 식별자를 포함하는지 여부를 확인한다. 상기 복구 정보가 단말의 식별자를 포함할 경우, 제어부(1606)는 최적의 송수신 빔 정보가 지시하는 송수신 빔을 실제 송수신에 사용할 송수신 빔으로 설정한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 최적의 송수신 빔을 제공 방법 및 장치는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합의 형태로 실현 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 임의의 소프트웨어는 예를 들어, 삭제 가능 또는 재기록 가능 여부와 상관없이, ROM 등의 저장 장치와 같은 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치, 또는 예를 들어, RAM, 메모리 칩, 장치 또는 집적 회로와 같은 메모리, 또는 예를 들어 CD, DVD, 자기 디스크 또는 자기 테이프 등과 같은 광학 또는 자기적으로 기록 가능함과 동시에 기계(예를 들어, 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체에 저장될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 최적의 송수신 빔 제공 방법은 제어부 및 메모리를 포함하는 컴퓨터 또는 휴대 단말에 의해 구현될 수 있고, 상기 메모리는 본 발명의 실시 예들을 구현하는 지시들을 포함하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계로 읽을 수 있는 저장 매체의 한 예임을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명은 본 명세서의 임의의 청구항에 기재된 장치 또는 방법을 구현하기 위한 코드를 포함하는 프로그램 및 이러한 프로그램을 저장하는 기계(컴퓨터 등)로 읽을 수 있는 저장 매체를 포함한다. 또한, 이러한 프로그램은 유선 또는 무선 연결을 통해 전달되는 통신 신호와 같은 임의의 매체를 통해 전자적으로 이송될 수 있고, 본 발명은 이와 균등한 것을 적절하게 포함한다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 최적의 송수신 빔 제공 장치는 유선 또는 무선으로 연결되는 프로그램 제공 장치로부터 상기 프로그램을 수신하여 저장할 수 있다. 상기 프로그램 제공 장치는 기설정된 컨텐츠 보호 방법을 수행하도록 지시하는 프로그램, 컨텐츠 보호 방법에 필요한 정보 등을 저장하기 위한 메모리와, 상기 최적의 송수신 빔 제공 장치와의 유선 또는 무선 통신을 수행하기 위한 통신부와, 상기 최적의 송수신 빔 제공 장치의 요청 또는 자동으로 해당 프로그램을 상기 송수신 장치로 전송하는 제어부를 포함할 수 있다.

Claims (36)

  1. 빔포밍 시스템에서 최적의 송수신 빔 제공 방법에 있어서,
    참조 신호를 수신하고, 수신한 참조 신호를 기반으로 최적의 채널 환경을 보장하는 최적의 송수신 빔을 선택하는 과정과,
    상기 선택한 최적의 송수신 빔과 실제 송수신에 사용하는 송수신 빔 간에 송수신 빔 부조화(mismatch)의 발생 가능성을 판단하는 과정과,
    상기 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있을 경우, 상기 송수신 빔 부조화의 발생을 사전에 방지하기 위한 사전 보호 동작을 수행하는 과정을 포함하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사전 보호 동작은 상기 송수신 빔의 빔 폭을 넓히는 동작, 상기 송수신 빔의 개수를 늘리는 동작, 상기 최적의 송수신 빔을 선택하는 빔 선택 동작의 주기를 줄이는 동작, 및 상기 참조 신호의 송신 주기를 줄이는 동작 중 적어도 하나에 해당됨을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 송수신 빔 부조화의 발생 가능성을 판단하는 과정은,
    제1 임계값 이상의 성능을 가지는 상기 최적의 송수신 빔이 이전 송수신 빔과 동일한지 여부를 확인하는 과정과,
    상기 최적의 송수신 빔이 상기 이전 송수신 빔과 동일하지 않을 경우, 상기 이전 송수신 빔이 제2 임계값 이하의 성능을 가지는지 여부를 확인하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이전 송수신 빔이 상기 제2임계값 이하의 성능을 가질 경우, 채널 환경에 급격한 변화가 일어났다고 판단하고 상기 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단하는 과정을 더 포함하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 송수신 빔 부조화의 발생 가능성을 판단하는 과정은, 상기 최적의 송수신 빔이 초당 변동되는 빈도가 미리 설정한 값 이상인지 여부를 확인하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 송수신 빔 부조화의 발생 가능성을 판단하는 과정은, 단말의 이동 속도가 미리 설정한 속도 이상인지 여부를 확인하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 최적의 송수신 빔이 초당 변동되는 빈도가 상기 미리 설정한 값 이상일 경우 또는 상기 단말의 이동 속도가 상기 미리 설정한 속도 이상일 경우 상기 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단하는 과정을 더 포함하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  8. 빔포밍 시스템에서 최적의 송수신 빔 제공 방법에 있어서,
    참조 신호 및 제어 신호를 수신하고, 수신한 참조 신호 및 제어 신호를 기반으로 최적의 채널 환경을 보장하는 최적의 송수신 빔을 선택하는 과정과,
    상기 선택한 최적의 송수신 빔과 실제 송수신에 사용하는 송수신 빔 간에 송수신 빔 부조화(mismatch) 발생을 판단하는 과정과,
    상기 송수신 빔 부조화가 발생될 경우, 기 수신한 송수신 빔 정보를 기반으로 새로운 송수신 빔을 선택하는 과정과,
    상기 새로운 송수신 빔을 이용하여 단말 식별자 및 상기 최적의 송수신 빔 정보를 포함하는 복구 정보를 전송하는 과정을 포함하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 송수신 빔 부조화 발생을 판단하는 과정은,
    상기 최적의 송수신 빔이 제3임계값 이상의 성능을 가지는지 여부를 확인하는 과정과,
    상기 최적의 송수신 빔이 상기 제3임계값 이상의 성능을 가질 경우, 기 전송한 제어 신호 또는 데이터에 대한 응답 메시지의 수신 여부를 확인하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 응답 메시지의 수신 여부의 확인결과, 상기 응답 메시지가 미리 정해진 회수 이상 연속해서 수신되지 않을 경우 상기 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단하는 과정을 더 포함하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 송수신 빔 부조화 발생을 판단하는 과정은,
    상기 최적의 송수신 빔이 제3임계값 이상의 성능을 가지는지 여부를 확인하는 과정과,
    상기 최적의 송수신 빔이 상기 제3임계값 이상의 성능을 가질 경우, 단말이 측정하여 보고하는 채널 상태 정보의 수신 여부를 확인하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수신 여부의 확인결과, 상기 채널 상태 정보가 미리 정해진 시간 동안 수신되지 않을 경우 상기 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단하는 과정을 더 포함하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 송수신 빔 부조화 발생을 판단하는 과정은,
    상기 최적의 송수신 빔이 제3임계값 이상의 성능을 가지는지 여부를 확인하는 과정과,
    상기 최적의 송수신 빔이 상기 제3임계값 이상의 성능을 가질 경우, 기지국이 선택한 최적의 송수신 빔 정보의 수신 여부를 확인하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수신 여부의 확인결과, 상기 기지국이 선택한 최적의 송수신 빔 정보가 미리 정해진 시간 동안 수신되지 않을 경우 상기 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단하는 과정을 더 포함하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 복구 정보에 대한 응답 메시지가 수신되는지 여부를 확인하는 과정과,
    상기 응답 메시지가 수신되지 않을 경우, 상기 복구 정보를 송신 가능한 모든 빔 방향으로 전송하는 과정을 더 포함하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 새로운 송수신 빔을 선택하는 과정은, 상향링크 및 하향링크의 상호성을 기반으로, 기 수신한 상향링크 송수신 빔을 기반으로 새로운 하향링크 송수신 빔을 선택하거나 기 수신한 하향링크 송수신 빔을 기반으로 새로운 상향링크 송수신 빔을 선택하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 복구 정보를 전송하는 과정은,
    상기 단말 식별자의 정보를 시스템 정보의 제1(primary) 방송 채널(BCH: Broadcasting Channel) 영역에 포함되는 비트맵을 통해 설정하고, 상기 단말 식별자 정보와 상기 최적의 송수신 빔 정보를 상기 시스템 정보의 제2(secondary) BCH 영역에 설정하는 과정과,
    상기 제1 및 제2 BCH 영역이 설정된 상기 시스템 정보를 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  18. 제8항에 있어서,
    제1(primary) 및 제2(secondary) 방송 채널(BCH: Broadcasting Channel) 영역이 상기 복구 정보로 설정된 시스템 정보를 수신하는 과정을 더 포함하며,
    상기 시스템 정보를 수신하는 과정은,
    상기 제1 BCH 영역에 복구 대상 비트맵 정보가 포함되어 있는지 여부를 확인하는 과정과,
    상기 제1 BCH 영역에 복구 대상 비트맵 정보가 포함될 경우, 상기 비트맵 중 단말 식별자에 대응되는 비트를 확인하는 과정과,
    상기 단말 식별자에 대응되는 비트가 '1'일 경우, 상기 제2 BCH 영역에 포함된 최적의 송수신 빔 정보가 지시하는 송수신 빔을 실제 송수신에 사용할 송수신 빔으로 설정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 방법.
  19. 빔포밍 시스템에서 최적의 송수신 빔 제공 장치에 있어서,
    참조 신호를 수신하는 수신부와,
    수신한 참조 신호를 기반으로 최적의 채널 환경을 보장하는 최적의 송수신 빔을 선택하고, 상기 선택한 최적의 송수신 빔과 실제 송수신에 사용하는 송수신 빔 간에 송수신 빔 부조화(mismatch)의 발생 가능성을 판단하고, 상기 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있을 경우, 상기 송수신 빔 부조화의 발생을 사전에 방지하기 위한 사전 보호 동작을 수행하는 제어부를 포함하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 사전 보호 동작은 상기 송수신 빔의 빔 폭을 넓히는 동작, 상기 송수신 빔의 개수를 늘리는 동작, 상기 최적의 송수신 빔을 선택하는 빔 선택 동작의 주기를 줄이는 동작, 및 상기 참조 신호의 송신 주기를 줄이는 동작 중 적어도 하나에 해당됨을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는 제1 임계값 이상의 성능을 가지는 상기 최적의 송수신 빔이 이전 송수신 빔과 동일한지 여부를 확인하고, 상기 최적의 송수신 빔이 상기 이전 송수신 빔과 동일하지 않을 경우, 상기 이전 송수신 빔이 제2 임계값 이하의 성능을 가지는지 여부를 확인함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 이전 송수신 빔이 상기 제2임계값 이하의 성능을 가질 경우, 채널 환경에 급격한 변화가 일어났다고 판단하고 상기 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 최적의 송수신 빔이 초당 변동되는 빈도가 미리 설정한 값 이상인지 여부를 확인함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는 단말의 이동 속도가 미리 설정한 속도 이상인지 여부를 확인함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 최적의 송수신 빔이 초당 변동되는 빈도가 상기 미리 설정한 값 이상일 경우 또는 상기 단말의 이동 속도가 상기 미리 설정한 속도 이상일 경우 상기 송수신 빔 부조화의 발생 가능성이 있다고 판단함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
  26. 빔포밍 시스템에서 최적의 송수신 빔 제공 장치에 있어서,
    참조 신호 및 제어 신호를 수신하는 수신부와,
    수신한 참조 신호 및 제어 신호를 기반으로 최적의 채널 환경을 보장하는 최적의 송수신 빔을 선택하고, 상기 선택한 최적의 송수신 빔과 실제 송수신에 사용하는 송수신 빔 간에 송수신 빔 부조화(mismatch) 발생을 판단하고, 상기 송수신 빔 부조화가 발생될 경우, 기 수신한 송수신 빔 정보를 기반으로 새로운 송수신 빔을 선택하는 제어부와,
    상기 새로운 송수신 빔을 이용하여 단말 식별자 및 상기 최적의 송수신 빔 정보를 포함하는 복구 정보를 전송하는 송신부를 포함하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 최적의 송수신 빔이 제3임계값 이상의 성능을 가지는지 여부를 확인하고, 상기 최적의 송수신 빔이 상기 제3임계값 이상의 성능을 가질 경우, 상기 수신부는 기 전송한 제어 신호 또는 데이터에 대한 응답 메시지의 수신 여부를 확인함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 수신부의 상기 응답 메시지의 수신 여부의 확인결과, 상기 응답 메시지가 미리 정해진 회수 이상 연속해서 수신되지 않을 경우 상기 제어부는 상기 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 최적의 송수신 빔이 제3임계값 이상의 성능을 가지는지 여부를 확인하고, 상기 최적의 송수신 빔이 상기 제3임계값 이상의 성능을 가질 경우, 상기 수신부는 단말이 측정하여 보고하는 채널 상태 정보의 수신 여부를 확인함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 수신부의 상기 수신 여부의 확인결과, 상기 채널 상태 정보가 미리 정해진 시간 동안 수신되지 않을 경우 상기 제어부는 상기 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
  31. 제26항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 최적의 송수신 빔이 제3임계값 이상의 성능을 가지는지 여부를 확인하고, 상기 최적의 송수신 빔이 상기 제3임계값 이상의 성능을 가질 경우, 상기 수신부는 기지국이 선택한 최적의 송수신 빔 정보의 수신 여부를 확인함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 수신부의 상기 수신 여부의 확인결과, 상기 기지국이 선택한 최적의 송수신 빔 정보가 미리 정해진 시간 동안 수신되지 않을 경우 상기 제어부는 상기 송수신 빔 부조화가 발생되었다고 판단함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
  33. 제26항에 있어서,
    상기 수신부는 상기 복구 정보에 대한 응답 메시지가 수신되는지 여부를 확인하고, 상기 응답 메시지가 수신되지 않을 경우, 상기 송신부는 상기 복구 정보를 송신 가능한 모든 빔 방향으로 전송함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
  34. 제26항에 있어서,
    상기 제어부는 상향링크 및 하향링크의 상호성을 기반으로, 기 수신한 상향링크 송수신 빔을 기반으로 새로운 하향링크 송수신 빔을 선택하거나 기 수신한 하향링크 송수신 빔을 기반으로 새로운 상향링크 송수신 빔을 선택함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
  35. 제26항에 있어서,
    상기 송신부는 상기 단말 식별자의 정보를 시스템 정보의 제1(primary) 방송 채널(BCH: Broadcasting Channel) 영역에 포함되는 비트맵을 통해 설정하고, 상기 단말 식별자 정보와 상기 최적의 송수신 빔 정보를 상기 시스템 정보의 제2(secondary) BCH 영역에 설정하고, 상기 제1 및 제2 BCH 영역이 설정된 상기 시스템 정보를 전송함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
  36. 제26항에 있어서,
    상기 수신부는 제1(primary) 및 제2(secondary) 방송 채널(BCH: Broadcasting Channel) 영역이 상기 복구 정보로 설정된 시스템 정보를 수신하여, 상기 제1 BCH 영역에 복구 대상 비트맵 정보가 포함되어 있는지 여부를 확인하고, 상기 제1 BCH 영역에 복구 대상 비트맵 정보가 포함될 경우, 상기 비트맵 중 단말 식별자에 대응되는 비트를 확인하고, 상기 단말 식별자에 대응되는 비트가 '1'일 경우, 상기 제2 BCH 영역에 포함된 최적의 송수신 빔 정보가 지시하는 송수신 빔을 실제 송수신에 사용할 송수신 빔으로 설정함을 특징으로 하는 최적의 송수신 빔 제공 장치.
KR1020130048148A 2013-04-30 2013-04-30 빔포밍 시스템에서 최적의 송수신 빔 제공 방법 및 장치 KR102085003B1 (ko)

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