KR20150027129A

KR20150027129A - 무선 통신을 위한 프리코딩된 신호들의 변환

Info

Publication number: KR20150027129A
Application number: KR1020147036488A
Authority: KR
Inventors: 판텔리스 모노지오우디스; 일야 코리스크; 루오헹 리우; 로버트 소니
Original assignee: 알까뗄 루슨트
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2015-03-11
Also published as: TW201409960A; EP2856556B1; US20130321207A1; WO2013181131A1; JP6023315B2; CN104335419B; TWI483569B; CN104335419A; EP2856556A1; JP2015525516A; KR101691281B1

Abstract

청구된 주제의 실시형태들은 무선 통신을 위해 신호들을 변환하는 방법 및 장치를 제공한다. 장치의 하나의 실시형태는 복수의 제1 포트들 및 제2 포트들을 포함하는 변환기를 포함한다. 각각의 제1 포트는 제1 안테나 어레이 구성의 모드와 연관되고, 각각의 제2 포트는 제1 안테나 어레이 구성에 배치되는 안테나들 중 하나에 통신가능하게 연결되도록 구성가능하다. 이 실시형태는 또한 방위각 변화 정도에 기초하여 제1 안테나 어레이 구성의 모드들의 서브세트를 선택하도록 구성가능한 셀렉터를 포함한다. 이 실시형태는 복수의 제3 포트들 각각을, 모드들의 서브세트 중 하나와 연관되는 제1 포트들 중 하나에 매핑시키도록 구성된 맵퍼(mapper)를 더 포함한다. 제3 포트들 각각은 제2 안테나 어레이 구성의 모드와 연관된다.

Description

무선 통신을 위한 프리코딩된 신호들의 변환{TRANSFORMING PRECODED SIGNALS FOR WIRELESS COMMUNICATION}

관련 출원들에 대한 교차 참조

이 출원은, 2011년 5월 2일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/098,693호에 관련된 것이다.

이 출원은 일반적으로 통신 시스템들, 보다 구체적으로는 무선 통신 시스템들에 관한 것이다.

무선 통신 시스템들은 통상적으로 무선주파수 신호들을 사용하여 송신기들과 수신기들 사이에서 무선 인터페이스를 통해 정보를 전달한다. 예를 들어, 기지국(또는 eNodeB)은, 기지국 및 사용자 장비에서 구현되는 트랜시버들을 사용하여 사용자 장비(UE)와 통신할 수도 있다. 가장 단순한 트랜시버들은 단일 안테나를 사용하여 무선주파수 신호들을 송신 및 수신한다. 하지만, 더욱 진보된 트랜시버들은 무선 인터페이스를 통해 송신되는 신호들의 송신 및 수신을 위해 2개 이상의 안테나를 사용할 수 있다. 예를 들어, 기지국들은 무선 인터페이스를 통해 무선주파수 신호들을 송신 및 수신하기 위해 2, 4, 8, 또는 그 이상의 안테나들의 어레이들을 채용할 수 있다. 사용자 장비는 또한 2 개 이상의 안테나를 구현할 수 있다. 수신기 측 및/또는 송신기 측에서 다수의 안테나들을 채용하는 시스템들은 일반적으로 다중 입력 다중 출력(MIMO; multiple-in-multiple-out) 통신 시스템들이라고 지칭된다. MIMO 시스템들은 또한 단일 사용자 MIMO(SU-MIMO; single-user MIMO) 시스템들 또는 다중 사용자 MIMO(MU-MIMO; multiple-user MIMO) 시스템들로서 구현될 수도 있다.

MIMO 시스템에서의 무선 통신 채널들은 채널 행렬에 의해 정의되는데, 채널 행렬은 수신기 측 안테나들에서 수신되는 신호를 송신 측 안테나들에 의해 송신되는 신호의 함수로서 결정한다. 따라서, 채널 행렬은 송신기 및 수신기 안테나 구성들의 함수일 뿐만 아니라, 송신기와 수신기 사이의 산란 환경의 함수이기도 하다. 채널 행렬의 차원들은 송신기 측 안테나들 및 수신기 측 안테나들의 수에 의해 결정된다. 채널 행렬의 비대각선 요소들에 의해 표현되는 교차 안테나 간섭은, 이론상으로는 채널 행렬을 대각선화하기 위해 송신된 신호들을 프리코딩함으로써 제거될 수 있다. 예를 들어, 다운링크 채널 행렬을 대각선화하는 프리코딩 행렬은, 대칭 채널 행렬에 대해 채널 행렬의 종래의 고유치/고유벡터 분해를 이용하여 또는 비대칭 채널 행렬에 대해 채널 행렬의 특이치 분해를 이용하여 각각의 UE에 대해 결정될 수 있다. 하지만, 각각의 UE에 대해 정밀한 프리코딩 행렬을 정의하는 것은, 다운링크 채널 행렬을 정확하게 결정하기 위해 UE로부터의 충분한 피드백을 요구할 뿐만 아니라, 실시간으로 프리코더들을 컴퓨팅하기 위해 충분한 컴퓨팅 능력도 요구한다. 실제로, 업링크 채널 오버헤드 및 트랜시버 설계에 대한 제약들은 이것을 불가능하게 한다.

그리하여, 종래의 MIMO 시스템들은 프리코딩 행렬들의 미리결정된 양자화된 세트를 포함하는 코드북을 이용한다. 코드북은 특정 안테나 구성 및 비산란 환경에 대해 정의되는 이상적인 채널 행렬을 대각선화하는 프리코딩 행렬들의 세트를 포함한다. 그 후에 송신기는 수신기로부터 수신되는 피드백에 기초하여 프리코딩 행렬들 중 하나를 선정할 수 있다. 예를 들어, UE는, 다운링크를 통해 UE로 송신되는 신호들에 적용할 프리코딩 행렬을 선택하기 위해 사용될 수 있는 채널 상태 정보를 피드백할 수 있다. 예시적인 채널 상태 정보(CSI)는 채널 품질 정보(CQI), 프리코딩 행렬 표시자(PMI), 랭크 표시자(RI), 프리코딩 유형 표시(PTI) 등을 포함한다. CQI는 통상적으로 다운링크 송신을 위해 사용되어야 하는 추천 변조 방식 및 코딩 레이트를 나타내고, RI는 채널의 랭크에 관한 정보를 제공하고 공간 다중화된 시스템들에서 다운링크 송신을 위해 사용되어야 하는 최적 층수를 결정하기 위해 사용될 수 있으며, PMI는, 예컨대, 폐쇄 루프 공간 다중화 시스템들에서 어떤 프리코딩 행렬을 사용해야 할지를 표시한다. 프리코딩 코드북의 차원들은 필요한 피드백을 제공하기 위해 이용가능한 제어 시그널링 오버헤드에 의해 제약된다.

코드북들은 통상적으로 하나의 가정된 안테나 구성, 이를테면 균일한 선형 안테나 어레이(ULA; uniform linear antenna array)에 대해 표준화된다. 예를 들어, 다운링크 상에서, 2, 4, 및 8 TX 안테나들의 균일한 선형 어레이들에 대한 코드북들은 SU-MIMO 및 MU-MIMO를 지원하기 위해 Rel-10 LTE 기술 규격에 대해 표준화되어 있다. 그 표준에 따라 동작하는 eNodeB들 및 UE는, 그들의 실제 안테나 구성들에 상관없이, 무선 인터페이스를 통한 송신을 위해 이들 코드북들을 사용해야 한다. 게다가, DL MIMO에 대한 CSI 피드백 메커니즘 설계는 표준화된 코드북들에 기초하고, 각각의 UE는 자신이 수신한 신호들이 가정된 안테나 구성을 구현하는 eNodeB에 의해 생성된 것이라고 가정한다. 다른 예를 들면, 업링크 상에서, UL SU 또는 MU-MIMO에 대해 UE에 할당된 프리코딩 벡터는, 3세대 파트너십 프로젝트(3GPP; Third Generation Partnership Project)에 의해 확립된 규격에서 정의되는 2 및 4 TX 안테나들에 대한 코드북들에 기초한다. eNodeB는 UE에 의해 사용되는 실제 안테나 구성에 상관없이, 특정된 세트로부터의 코드북을 각각의 UE에 할당할 것이다.

개시된 주제는 상기 설명된 문제점들 중 하나 이상의 영향들에 대처하는 것에 관련된다. 다음은 개시된 주제의 몇몇 양태들의 기본적인 이해를 제공하기 위해 개시된 주제의 간략화된 개요를 제시한다. 이 개요는 개시된 주제의 철저한 개관은 아니다. 그것은 개시된 주제의 핵심적인 또는 중요한 요소들을 식별하기 위해 또는 개시된 주제의 범위를 기술하기 위해 의도된 것이 아니다. 그것의 유일한 목적은 이후에 서술되는 더욱 상세한 설명에 대한 전조로서 간략화된 형태로 몇몇 개념들을 제시하는 것이다.

하나의 실시형태에서, 무선 통신을 위해 신호들을 변환하기 위한 장치가 제공된다. 장치의 하나의 실시형태는 복수의 제1 포트들 및 제2 포트들을 포함하는 변환기를 포함한다. 각각의 제1 포트는 제1 안테나 어레이 구성의 모드와 연관되고, 각각의 제2 포트는 제1 안테나 어레이 구성에 배치되는 제1 복수의 안테나들 중 하나에 통신가능하게 연결되도록 구성가능하다. 장치의 이 실시형태는 또한 각 모드의 방위각 변화 정도에 기초하여 제1 안테나 어레이 구성의 모드들의 서브세트를 선택하도록 구성가능한 셀렉터를 포함한다. 장치의 이 실시형태는 복수의 제3 포트들 각각을, 모드들의 서브세트 중 하나와 연관되는 제1 포트들 중 하나에 매핑시키도록 구성된 맵퍼(mapper)를 더 포함한다. 제3 포트들 각각은 제2 안테나 어레이 구성의 모드와 연관된다.

다른 실시형태에서, 기지국이 제공된다. 기지국의 하나의 실시형태는 제1 안테나 어레이 구성의 안테나 소자들 및 제2 안테나 어레이 구성에 배치되는 복수의 안테나들에 대응하는 복수의 파일럿 신호들을 생성하도록 구성가능한 파일럿 신호 생성기를 포함한다. 기지국의 이 실시형태는 또한 복수의 제1 포트들 및 복수의 제2 포트들을 포함하는 변환 행렬을 포함한다. 각각의 제1 포트는 제1 안테나 어레이 구성의 안테나 소자들 중 하나와 연관되고, 각각의 제2 포트는 제2 안테나 어레이 구성에 배치되는 안테나들 중 하나에 통신가능하게 연결된다. 변환 행렬은, 파일럿 신호들 각각을, 제2 안테나 어레이 구성에서의 안테나들에 의한 송신을 위해 제2 안테나 어레이 구성의 모드들의 선택된 서브세트 중 서로 다른 하나에 매핑시키도록 구성가능하다.

또 다른 실시형태에서, 무선 통신을 위해 신호들을 변환하는 방법이 제공된다. 방법의 실시형태들은 각 모드의 방위각 변화 정도에 기초하여 제1 안테나 어레이 구성의 모드들의 서브세트를 선택하는 단계, 및 복수의 제1 포트들 각각을, 모드들의 서브세트 중 하나와 연관되는 복수의 제2 포트들 중 하나에 매핑시키는 단계를 포함한다. 제1 포트들 각각은 제2 안테나 어레이 구성의 모드와 연관된다. 방법의 실시형태들은 또한 제2 포트들과 대응하는 복수의 제3 포트들 사이에서 전달되는 신호들을 변환하는 단계를 포함한다. 각각의 제2 포트는 제1 안테나 어레이 구성의 모드들 중 하나와 연관되고, 각각의 제3 포트는 제1 안테나 어레이 구성에 배치되는 복수의 안테나들 중 하나에 통신가능하게 연결되도록 구성가능하다.

개시된 주제는 첨부 도면들과 연계하여 취해진 하기 설명을 참조함으로써 이해될 것이며, 첨부 도면들에서 동일한 참조 부호들은 동일한 요소들을 식별한다.
도 1은 무선 통신 시스템의 제1 예시적인 실시형태를 개념적으로 예시한다;
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 능동 안테나 어레이들의 3개의 예시적인 실시형태들을 도시한다;
도 3은 변환 행렬의 하나의 예시적인 실시형태를 개념적으로 예시한다;
도 4a 및 도 4b는 기지국의 하나의 예시적인 실시형태에서, 각각 다운링크 경로 및 업링크 경로를 개념적으로 예시한다;
도 5는 균일한 원형 어레이의 하나의 예시적인 실시형태를 개념적으로 예시한다;
도 6a 및 도 6b는 N=8 이상적인 등방성 안테나 소자들을 갖는 균일한 원형 어레이들 및 균일한 선형 어레이들의 예시적인 실시형태들에 대해 각각 브로드사이드 및 엔드 파이어 각도들에 대한 어레이 인자를 도시한다;
도 7a는 N=8 소자들의 균일한 원형 어레이에서 적용될 수 있는 가능한 여기 가중치(excitation weight)들을 제공하기 위해 DFT 행렬의 칼럼들이 사용될 때에 발생하는 균일한 원형 어레이 응답을 도시한다;
도 7b는 도 7a에 도시된 동일한 여기 가중치들에 대한 균일한 선형 어레이의 응답을 도시한다;
도 8은 송신을 위해 신호들을 프리코딩하고 변환하기 위한 송신 체인의 하나의 예시적인 실시형태를 개념적으로 예시한다;
도 9는 상이한 차수들의 베셀 함수(Bessel function)를 도시한다;
도 10은 어레이 패턴

의 하나의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 11은 연속 원형 어레이의 하나의 예시적인 실시형태를 개념적으로 예시한다;
도 12a 및 도 12b는 모드 패턴들의 예시적인 실시형태들을 도시한다;
도 13은 짝수의 원형 모드들을 이용한 빔 형성을 도시한다;
도 14는 원형 모드들에 의해 형성되는 지향성 패턴의 빔폭을, 포함되는 모드들의 수의 함수로서 도시한다;
도 15는 특정한 수의 가용 모드들을 생성하기 위해 사용되는 최소 소자 수 및 어레이 직경을 도시한다;
도 16a 내지 도 16c는 무지향성 안테나들에 대한 모드 패턴들의 예시적인 실시형태들을 도시한다;
도 17a 내지 도 17c는 130°빔폭 안테나들에 대한 모드 패턴들의 예시적인 실시형태들을 도시한다;
도 18은 기지국의 하나의 예시적인 실시형태를 개념적으로 예시한다.
개시된 주제는 다양한 변형물들 및 대안적인 형태들이 가능하지만, 그것의 특정 실시형태들이 예로써 도면들에 도시되었고 본 명세서에서 상세하게 설명된다. 하지만, 특정 실시형태들의 본 명세서에서의 설명은 개시된 주제를 개시되는 특정한 형태들로 한정하기 위해 의도된 것이 아니며, 그와는 반대로, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위 내에 있는 모든 변형물들, 등가물들 및 대안물들을 커버하기 위한 것임을 이해해야 한다.

예시적인 실시형태들이 이하 설명된다. 명료함을 위해서, 실제 구현의 모든 특징부들이 이 명세서에서 설명되지는 않는다. 물론 임의의 이러한 실제 실시형태들의 개발에서, 구현마다 다양한, 시스템-관련 및 비지니스-관련 제약들의 준수와 같이, 개발자들의 특정 목표들을 달성하기 위해 수많은 구현-특정 판단들이 이루어져야 했음이 이해될 것이다. 또한, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적이었을지도 모르지만 그럼에도 불구하고 이 개시내용의 이익을 갖는 당업자들에게는 일상적인 일일 것임이 이해될 것이다. 설명 및 도면들은 단지 청구된 주제의 원리들을 예시한다. 그리하여, 비록 본 명세서에 명시적으로 설명되거나 또는 도시되지는 않았지만, 본 명세서에 설명되는 원리들을 구현하고 청구된 주제의 범위 내에 포함될 수도 있는 다양한 배열들을 당업자들이 고안할 수도 있음이 이해될 것이다. 또한, 본 명세서에 언급되는 모든 예들은 주로 발명자(들)에 의해 당업계를 발전시키는 데에 기여되는 개념들 및 청구된 주제의 원리들을 독자가 이해하는 것을 돕기 위해 교육 목적들을 위해 의도되며, 이러한 구체적으로 언급된 예들 및 조건들에 제한되지 않는 것으로 해석되어야 한다.

개시된 주제에 대해 이제 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 다양한 구조들, 시스템들 및 디바이스들은 당업자들에게 주지된 상세사항들에 의해 설명을 모호하게 하지 않게 하기 위해 그리고 오직 설명을 목적으로 도면들에서 개략적으로 도시된다. 그렇기는 하지만, 첨부된 도면들은 개시된 주제의 예시적인 예들을 기술하고 설명하기 위해 포함된다. 본 명세서에 사용되는 단어들 및 구절들은 당업자들에 의한 이들 단어들 및 구절들의 이해와 일치하는 의미를 갖도록 해석되고 이해되어야 한다. 용어 또는 구절의 어떠한 특별한 정의, 즉, 당업자들에 의해 이해되는 바와 같은 통상적인 및 관행적인 의미와는 상이한 어떠한 정의도 본 명세서의 용어 또는 구절의 일관된 용법에 의해 함축되도록 의도되지 않는다. 용어 또는 구절이 특별한 의미, 즉, 당업자들에 의해 이해되는 의미와는 다른 의미를 갖도록 의도되는 경우, 이러한 특별한 정의는 용어 또는 구절에 대한 특별한 정의를 직접적으로 그리고 모호하지 않게 제공하는 정의 방식으로 명세서에 분명히 설명될 것이다. 추가적으로, 본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "또는"은, 달리 표시되지 않는 한(예컨대, "그렇지 않으면" 또는 "또는 대안으로"), 비배타적 "또는"을 지칭한다. 또, 몇몇 실시형태들이 하나 이상의 다른 실시형태들과 조합되어 새로운 실시형태들을 형성할 수 있는 것처럼, 본 명세서에 설명되는 다양한 실시형태들은 반드시 상호 배타적이지는 않다.

폐쇄 루프 다중 입력 다중 출력(CL-MIMO; closed loop multiple-in-multiple-out) 시스템들에서의 기지국들은 사용자 장비에 파일럿 신호들을 송신하는데, 사용자 장비는 수신된 파일럿 신호들에 대한 측정들을 수행하여 채널 상태 정보, 채널 품질 정보 등을 생성할 수 있다. 이들 측정들에 기초하여, 사용자 장비는 프리코딩 행렬들을 선택할 수도 있고, 선택된 프리코딩 행렬들을 표시하는 정보를 포함하는 피드백을 기지국에 송신하여, 기지국이 선택된 프리코딩 행렬들을 후속 다운링크 송신들에 적용할 수 있도록 할 수도 있다. 프리코딩 행렬들은, 사용자 장비가 의미 있는 피드백을 생성할 수 있고 적정량의 오버헤드를 이용하여 피드백을 송신할 수 있도록 표준화된다. 현재 표준들은 균일한 선형 안테나 어레이들(ULA)에 대한 코드북들 또는 프리코딩 행렬들의 세트들을 특정하는데, 균일한 선형 안테나 어레이들은 어레이에서의 각각의 안테나로부터 상이한 파일럿 신호들을 송신한다. 프리코딩 행렬들은 ULA를 고려하여 설계되고, ULA에 적용될 때에 랭크-1 송신을 가정하는 그것의 칼럼들은 방위각을 거의 균일하게 스캔하는 직교 빔들을 초래한다.

상이한 안테나 구성들의 유연한 배치를 지원하는 모듈식 안테나들과 같은 새로운 안테나 기술들은 서비스 제공자들로 하여금 균일한 원형 어레이들 또는 균일한 원통형 어레이들과 같은 다수의 상이한 구성들을 배치하도록 할 수도 있다. 상이한 안테나 구성들은 상이한 강도들 및 약점들을 가지며, 그래서 서비스 제공자들은 상황에 따라 다양한 상이한 구성들을 이용하는 기지국들을 구현할 수도 있다. 하지만, 표준화된 프리코딩 행렬들은 모든 가능한 안테나 배치에 대해 정의되어 있지는 않다. 또한, ULA 뿐만 아니라 안테나 구성들에 대한 프리코딩 행렬들의 추가적인 세트들을 표준화하는 것은, 사용자 장비에서의 산출 요건들을 증가시킬 것이고, 사용자 장비가 서빙 기지국에 의해 사용되고 있는 안테나 구성의 유형을 발견할 수 있기를 요구할 것이다.

상이한 안테나 어레이 구성들의 배치를 적어도 부분적으로 지원하기 위해, 본 출원은 ULA 프리코딩 행렬들의 표준 세트에 대해 가정되는 (N)개의 선형 어레이 소자들을, 균일한 원형 어레이(UCA)의 (M)개의 원형 모드들에 매핑시키는 변환 소자들의 실시형태들을 설명한다. 하나의 실시형태에서, N<M이고, 각각의 선형 어레이 소자는 UCA에 의해 지원되는 전체 수의 원형 모드들의 서브세트 중 하나에 매핑된다. 원형 모드들의 서브세트는 각 모드의 방위각 변화 정도에 기초하여 선택될 수도 있다. 다운링크 상에서 파일럿 신호들의 송신들을 위해, 파일럿 신호들은 변환 소자의 (N)개의 (가상의 또는 실제의) 입력 포트들에 제공된다. 변환 소자는 (N)개의 입력 포트들 상에서 수신되는 파일럿 신호들을, UCA에서의 안테나들에 통신가능하게 연결되는 (M)개의 출력 포트들에 매핑시키기 위해 N×M 변환 행렬을 적용한다. 선형 어레이 소자들 각각과 연관되는 파일럿 신호들은, 파일럿 신호가 실질적으로 균일한 방위각으로 송신되도록, 예컨대 선택된 임계치 미만인 방위각 변화 정도를 가진 채 송신되도록, UCA의 선택된 원형 모드들 중 하나를 여기시킬 수도 있다. 트래픽 신호들과 같은 다운링크 신호들의 빔형성은, 파일럿 신호들을 송신하기 위해 사용되는 원형 모드들에 상이한 가중치들을 적용함으로써 수행될 수도 있다. (M)개의 안테나들에 의해 수신되는 업링크 신호들은 변환 소자의 (M)개의 입력 포트들로 통신되는데, 변환 소자는 (M)개의 입력 포트들 상에서 수신되는 업링크 신호들을 수신기에 연결되는 (N)개의 (가상의 또는 실제의) 출력 포트들에 매핑시키기 위해 N×M 변환 행렬을 적용한다. 비록 본 명세서에 설명되는 업링크 신호 프로세싱의 실시형태들이 다운링크의 변환 행렬 T를 수반할 수도 있지만, 안테나 신호들이 직접 프로세싱될 수도 있으므로, 행렬 T에 의해 제약되지 않을 수도 있다.

도 1은 무선 통신 시스템(100)의 제1 예시적인 실시형태를 개념적으로 예시한다. 예시된 실시형태에서, 무선 통신 시스템은 하나 이상의 사용자 장비(110)에 대한 업링크 또는 다운링크 무선 접속성을 제공하기 위해 하나 이상의 기지국들(105)을 포함한다. 도 1에 도시된 무선 통신 시스템(100)은 3세대 파트너십 프로젝트(3GPP, 3GPP2)에 의해 합의된 LTE(Long Term Evolution) 표준들 또는 프로토콜들에 따라 동작할 수도 있다. 무선 통신 시스템(100)은 또한 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)에 대한 표준들 또는 프로토콜들에 따라 동작할 수도 있다. 하지만, 본 개시내용의 이익을 갖는 당업자들은, 무선 통신 시스템(100)의 대안적인 실시형태들이 다른 표준들 또는 프로토콜들에 따라 동작할 수도 있음을 이해해야 한다. 예시된 실시형태에서, 기지국들(105) 또는 사용자 장비(110)는 본 명세서에 설명되는 바와 같이, 업링크 또는 다운링크 상에서 폐쇄 루프 다중 입력 다중 출력(CL-MIMO) 통신 기법들을 구현할 수도 있다.

기지국(105)의 예시된 실시형태는 다운링크를 통한 송신을 위해 신호들을 생성하기 위한 기능성을 포함한다. 예를 들어, 기지국(105)은 하나 이상의 파일럿 신호들을 생성하도록 구성될 수 있는 파일럿 신호 생성기(115)를 포함할 수도 있다. 파일럿 신호 생성기(115)는 가정된 안테나 어레이 구성에 배치되는 안테나들에 의한 송신을 위해 파일럿 신호들을 생성하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 파일럿 신호 생성기(115)는 복수의 별개의 직교 파일럿 신호들을 생성할 수도 있고, 그 후에 신호들을, 안테나들의 균일한 선형 어레이에서의 상이한 안테나들과 연관되는 포트들로 공급할 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 기지국(105)은 또한 무선 인터페이스를 통해 데이터 트래픽을 전달하기 위한 신호들을 생성하도록 구성될 수 있는 트래픽 신호 생성기(120)를 포함한다. 트래픽 신호 생성기(120)는 가정된 안테나 어레이 구성에 배치되는 안테나들에 의한 송신을 위해 데이터 트래픽 신호들을 생성하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 트래픽 신호 생성기(120)는 데이터 트래픽 신호들을 생성할 수도 있고, 그 후에 신호들을, 안테나들의 균일한 선형 어레이에서의 상이한 안테나들과 연관되는 포트들로 공급할 수도 있다.

빔형성기(125)가 또한 기지국(105) 내에 구현될 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 빔형성기(125)는, 가중치들을 생성하거나 또는 적용하여 그것의 입력 포트들에서 수신되는 신호들의 진폭 또는 위상을 변형하여 출력 신호들을 생성하는 정적 빔형성기(125)일 수도 있다. 출력 신호들은, (본 명세서에 서술되는 바와 같이, 어쩌면 프리코딩 또는 변환에 추가하여) 안테나 어레이에 제공되어, 안테나 어레이에 의해 송신되는 신호들이 공간 선택성을 생성하는 것에 보강적으로 또는 상쇄적으로 간섭하도록 할 수도 있다. 빔형성 기법들은 당업계에 주지되어 있으며, 명료함을 위해, 청구된 주제에 관련되는 그러한 빔형성 양태들만이 본 명세서에 서술된다. 예시된 실시형태에서, 빔형성기(125)는 안테나들의 균일한 선형 어레이와 같은 가정된 안테나 구성에 기초하여 가중치들을 생성하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 빔형성기(125)는 수신된 파일럿 신호들에 가중치들을 적용하여, 가정된 안테나 구성에서의 상이한 안테나들에 대응하는 빔형성기 출력들 각각이 수신된 파일럿 신호들 중 하나에 대응하는 신호를 수신하도록 할 수도 있다. 다른 예를 들면, 빔형성기(125)는, 가정된 안테나 구성에 의해 특정한 방향에서 데이터 트래픽이 우선적으로 송신되게 할 수신된 데이터 트래픽 신호들에 가중치들을 적용할 수도 있다.

송신될 신호들의 프리코딩은 프리코더(130)에 의해 수행될 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 프리코더(130)는 프리코딩 행렬들의 미리결정된 양자화된 세트를 포함하는 코드북을 사용하거나 또는 그 코드북에 액세스한다. 코드북은 특정 안테나 구성 및 비산란 환경에 대해 정의되는 이상적인 채널 행렬을 대각선화하는 프리코딩 행렬들의 세트를 포함할 수도 있다. 그 후에 기지국(105)은 사용자 장비(110)로부터 수신되는 피드백에 기초하여 프리코딩 행렬들 중 하나를 선정할 수도 있다. 예를 들어, 사용자 장비(110)는, 다운링크를 통해 사용자 장비(110)로 송신되는 신호들에 적용할 프리코딩 행렬을 선택하기 위해 사용될 수 있는 채널 상태 정보를 피드백할 수 있다. 예시적인 채널 상태 정보(CSI)는 채널 품질 정보(CQI), 프리코딩 행렬 표시자(PMI), 랭크 표시자(RI), 프리코딩 유형 표시(PTI) 등을 포함한다. 예시된 실시형태에서, 코드북들은 교차 편파 안테나 어레이 또는 균일한 선형 안테나 어레이와 같은 가정된 안테나 구성에 대해 결정될 수도 있다. 프리코더(130)는 기지국(105)에 의해 구현되는 실제 안테나 구성에 상관없이, 무선 인터페이스를 통한 송신을 위해 신호들을 프리코딩하기 위해 이들 코드북들을 사용할 수도 있다. 게다가, DL MIMO에 대한 CSI 피드백 메커니즘 설계는 표준화된 코드북들에 기초하고, 사용자 장비(110)는, 수신된 신호들이, 가정된 안테나 구성을 구현하는 기지국(105)에 의해 생성되었음을 가정한다. 다른 예를 들면, 업링크 상에서, UL SU 또는 MU-MIMO에 대해 사용자 장비(110)에 할당된 프리코딩 벡터는, 3세대 파트너십 프로젝트(3GPP)에 의해 확립된 규격에서 정의되는 2 및 4 TX 안테나들에 대한 코드북들에 기초한다. 그리하여, 기지국(105)은 사용자 장비(110)에 의해 사용되는 실제 안테나 구성에 상관없이, 특정된 세트로부터의 코드북을 사용자 장비(110)에 할당할 수도 있다.

비록 빔형성기(125) 및 프리코더(130) 둘 다가 도 1에 도시되어 있지만, 본 개시내용의 이익을 갖는 당업자들은, 다양한 대안적인 실시형태들에서 기지국(105)이 빔형성기(125)를 사용하여 빔형성하는 것 또는 프리코더(130)를 사용하여 프로코딩하는 것 중 어느 하나를 구현할 수도 있음을 이해해야 한다. 대안적으로, 기지국(105)은 빔형성 및 프리코딩 둘 다를 구현할 수도 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "빔형성"은, 기지국(105)에 의해 업링크를 통해 수신되는 트래픽 및 파일럿 신호들로부터 추출되는 비교적 장기간 통계적 정보를 사용하여 결정되는 사용자 장비(110)의 위치와 같은 위치를 향한 송신된 다운링크 트래픽 신호의 동위상화(co-phasing)를 지칭할 수도 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "프리코딩"은, 사용자 장비(110)에 의해 업링크를 통해 송신되는 비교적 단기간 정보(예컨대, PMI를 포함하는 피드백)를 사용한 사용자 장비(110)의 위치와 같은 위치를 향한 송신된 다운링크 트래픽 신호의 동위상화를 지칭할 수도 있다. 본 명세서에 설명되는 변환 방법의 실시형태들은 단기간 또는 장기간 구현들에, 예컨대, 빔형성기(125) 또는 프리코더(130)를 포함하거나 또는 두 엔티티들을 포함하는 실시형태에 적용될 수 있다.

기지국(105)은 무선주파수 신호들을 송신 또는 수신하기 위한 복수의 안테나들(140)을 포함하는 안테나 어레이(135)에 물리적으로, 전자적으로 또는 통신가능하게 연결될 수도 있다. 비록 빔형성기(125) 또는 프리코더(130)와 같은, 기지국(105)의 표준 컴플라이언트 소자들은 특정한 안테나 구성을 가정할 수도 있지만, 배치된 안테나 어레이(135)는 상이한 구성을 가질 수도 있다. 예를 들어, 표준 컴플라이언트 소자들은 안테나들이 균일한 선형 어레이에 배치되는 것을 가정할 수도 있지만, 실제 배치는 원형 어레이, 원통형 어레이 등을 포함하는 다양한 구성들에 배치되는 안테나들(140)을 사용할 수도 있다. 또한, 본 개시내용의 이익을 갖는 당업자들은 안테나들(140)의 어레이가 임의의 수의 안테나들(140)을 포함할 수도 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 2, 4, 8 및 12개의 안테나들의 어레이들이 다양한 구성들에 종종 배치된다. 사용자 장비(110)는 또한 무선주파수 신호들을 송신 또는 수신하기 위한 다수의 안테나들(도 1에 도시되지 않음)을 구현할 수도 있다.

도 2a, 도 2b 및 도 2c는 능동 안테나 어레이들(200, 205, 210)의 3개의 예시적인 실시형태들을 도시한다. 예시된 실시형태들은 개별 안테나 소자들(215)의 상이한 배열들을 도시한다. 도 2a는 16개의 상호접속된 안테나 소자들(215)을 포함하는 수직 선형 어레이(200)를 도시한다. 도 2b는 8개의 상호접속된 안테나 소자들(215)을 포함하는 수평 선형 어레이(205)를 도시한다. 도 2c는 8개의 상호접속된 안테나 소자들(215)을 포함하는 원형 어레이(210)를 도시한다. 정사각형 또는 직사각형 어레이들(200, 205)은 기차역들 및 공항들과 같은 공공 장소들 내에 또는 건물 외관들에 배치하기에 특히 적합할 수도 있다. 무지향성 또는 지향성 소자들을 갖는 원형 어레이들(210) 또는 원통형 어레이들(도 2a 내지 도 2c에 도시하지 않음)은 극들, 타워들, 가로등 기둥들 등 상에 설치를 위해 특히 적합할 수도 있다. 하지만, 본 개시내용의 이익을 갖는 당업자들은, 도 2a 내지 도 2c에 도시되는 특정한 어레이 구조들, 안테나 소자들(215)의 수들 및 배치 시나리오들이 예시를 위해 의도된 것이며 청구항들에서 명시적으로 설명되는 경우 외에 제한으로 의도되지 않음을 이해해야 한다.

능동 안테나 어레이들(200, 205, 210)의 실시형태들은 상이한 빔형성 능력들을 지원하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 능동 안테나 어레이들(200, 205, 210)의 실시형태들은, 디지털 틸트, 캐리어/밴드마다 차별화된 틸트, 차별화된 업링크/다운링크(UL/DL) 틸트, 유연한 빔 성형 능력, 또는 빔들 사이의 유연한 전력 공유를 갖는 어레이로부터의 다수의 빔들을 갖는 수직 빔형성과 같은 빔형성 능력들을 지원할 수도 있다. 능동 안테나 어레이들(200, 205, 210)에 의해 생성되는 상이한 빔들은 종래의 셀룰러 시스템 레이아웃 내에서 내부 및 외부 커버리지 영역들을 형성할 수도 있다. 능동 안테나 어레이들(200, 205, 210)의 다양한 실시형태들은 본 명세서에 설명되는 빔형성 능력들의 상이한 조합들 뿐만 아니라 다른 빔형성 능력들을 지원할 수도 있다.

도 1을 다시 참조하면, 기지국(105)은 다운링크를 통한 송신을 위한 신호들 또는 업링크를 통해 수신된 신호들을 변환하기 위해 사용될 수 있는 변환 행렬(145)을 구현할 수도 있다. 변환 행렬은 안테나 어레이(135)의 실제 구성 및 빔형성기(125) 또는 프리코더(130)와 같은 기지국(105)의 다른 소자들에 의해 사용되는 가정된 안테나 구성에 기초하여 결정될 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 변환 행렬(145)은 가정된 안테나 어레이의 포트들에 대응하는 신호들을 전달하도록 구성된 포트들의 하나의 세트, 및 안테나들(140)로 그리고 안테나들(140)로부터 신호들을 전달하도록 구성된 포트들의 다른 세트를 포함한다. 본 명세서에 서술되는 바와 같이, 변환 행렬(145)은 가정된 안테나 어레이 구성에 대응하는 가상 포트들로부터 안테나들(140)에 대응하는 포트들로 다운링크 신호들을 매핑시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 변환 행렬(145)은 파일럿 생성기(115)로부터 수신된 파일럿 신호들을, 무선 인터페이스를 통해 송신을 위해 안테나 어레이(135)의 모드들의 선택된 서브세트에 매핑시키도록 구성될 수도 있다. 변환 행렬(145)은 또한 안테나 어레이(135)에 의해 수신된 업링크 신호들을 기지국(105) 내의 수신기(150)의 가상 포트들에 매핑시키도록 구성될 수도 있다.

무선 통신 시스템(100)에서의 사용자 장비(110)는 무선 인터페이스를 통해 신호들을 송신 또는 수신하기 위한 트랜시버 기능성(155)을 포함할 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 사용자 장비(110)는 또한, 예컨대, 기지국(105)에 의해 송신되는 파일럿 신호들의 측정들을 이용하여, 채널 품질 또는 채널 상태 정보를 추정하기 위해 사용될 수 있는 채널 추정기(165)를 포함한다. 사용자 장비(110)는 추정된 채널 품질 또는 채널 상태 정보를 사용하여, 다운링크 송신을 위해 사용될 수도 있는 하나 이상의 프리코딩 행렬들을 식별할 수도 있다. 사용자 장비(110)는 또한 추정된 채널 품질 또는 채널 상태 정보를 사용하여, 채널 상태 정보 또는 프리코딩 행렬들을 표시하는 피드백을 생성할 수도 있다. 피드백은 그 후에 기지국(105)으로 송신될 수도 있다.

도 3은 변환 행렬(300)의 하나의 예시적인 실시형태를 개념적으로 예시한다. 예시된 실시형태에서, 변환 행렬(300)은 M×M 행렬(305)을 구현하는 변환기(305)를 포함하는데, M×M 행렬(305)은 제1 안테나 어레이 구성의 모드들과 연관된 포트들(310)의 제1 세트와, 제1 안테나 어레이 구성에 배치되는 안테나들에 통신가능하게 연결될 수 있는 포트들(315)의 제2 세트 사이에서 신호들을 매핑시킨다. 따라서, 포트들의 수(M)는 제1 안테나 어레이 구성에 배치되는 안테나들의 수와 동일할 수도 있다. 예를 들어, 변환기(305)는 제1 포트들(310)과 제2 포트들(315) 사이에 미리결정된 위상 증분을 적용하는 버틀러(Butler) 행렬 변환을 구현할 수도 있다. 버틀러 행렬 변환의 실시형태들은 제1 포트들(310)에서 적용된 신호들에 응답하여 제1 안테나 어레이 구성의 모드들을 여기시키도록 구성될 수도 있다.

변환 행렬(300)의 예시된 실시형태는 또한 각 모드의 방위각 변화 정도에 기초하여 제1 안테나 어레이 구성의 모드들의 서브세트를 선택하도록 구성가능한 셀렉터(320)를 포함한다. 셀렉터(320)는 논리 소자들을 포함할 수도 있는데, 논리 소자들은, 예컨대, 변환 행렬(300)에 안테나들 또는 디바이스들을 연결하는 것 또는 변환 행렬에 연결된 안테나들의 재구성과 같은 액션들에 응답하여, 셀렉터(320)가 제1 안테나 어레이 모드들의 서브세트를 능동적으로 또는 동적으로 선택하도록 한다. 대안적으로, 셀렉터(320)는 하나 이상의 수동 소자들(이를테면, 스위치들, 퓨즈들, 레지스터들, 또는 선택된 모드들을 표시하는 다른 소자들)을 포함할 수도 있는데, 수동 소자들은, 예컨대, 안테나 어레이 구성들에 기초하여 엔지니어 또는 디자이너에 의해, 동작 또는 배치 이전에 선택된 모드들을 표시하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 균일한 원형 또는 원통형 어레이의 안테나 모드들은 상이한 방위각 변화 정도들을 가질 수도 있는데, 예컨대, 방위각이 0에서부터 2π까지 변화하므로 상이한 모드들은 상이한 최대 및 최소 진폭들 사이에 이를 수도 있다. 따라서, 셀렉터(320)는 미리결정된 임계값 미만이거나 또는 그 정도의 변화 정도를 갖는 그러한 모드들만을 선택하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 미리결정된 임계값은 2 dB과 같은 값으로 설정될 수도 있다. 셀렉터(320)는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 그들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다.

셀렉터(320)는 맵퍼(325)에 통신가능하게 연결될 수도 있는데, 맵퍼(325)는 (셀렉터(320)에 의해 제공되는 신호들에 응답하여) 변환 행렬(300)의 포트들(330)을, 모드들의 선택된 서브세트 중 하나와 연관되는 포트들(310) 중 하나에 매핑시키도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 포트들(330)은 행렬(305)의 포트들(310(1-N))에 매핑될 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 포트들(330(1-N))의 수는 포트들(310(1-M))의 수 또는 포트들(315(1-M))의 수보다 더 작다. 맵퍼(325)는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 그들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다.

도 4a 및 도 4b는 기지국의 하나의 예시적인 실시형태에서, 각각 다운링크 경로(400) 및 업링크 경로(405)를 개념적으로 예시한다. 예시된 실시형태에서, 균일한 원통형 어레이(410)가 무선 인터페이스를 통해 다운링크 신호들을 송신하거나 또는 업링크 신호들을 수신하기 위해 사용된다. 대안적으로, 균일한 원형 어레이가 기지국의 다른 실시형태들에서 구현될 수도 있다. 균일한 원통형 어레이(410)는 원 둘레에 동일한 각도 간격들로 분포되는 (M)개의 안테나 소자들(415)(단지 도 4a 및 도 4b에 숫자에 의해 나타낸 것)을 포함한다. 균일한 원통형 어레이(410)는 M개의 포트들(420, 425)을 사용하여 기지국 내의 다른 소자들과 신호들을 교환하는데, 포트들(420, 425)은 대응하는 안테나 소자들(415)에 통신가능하게 연결된다. 다운링크 경로(400)에서의 포트들(420)은 기지국으로부터 안테나 소자들(415)로 신호들을 전달하기 위해 사용되고, 업링크 경로(405)에서의 포트들(425)은 안테나 소자들(415)로부터 기지국으로 신호들을 전달하기 위해 사용된다.

다운링크 경로(400)는 (가상 포트들일 수도 있는) N개의 포트들 사이에 분할될 수 있는 트래픽 신호를 생성하는 트래픽 신호 생성기(430)를 포함한다. 빔형성 소자(435)는, 예컨대, 사이드로브(sidelobe) 제어를 위해, 가중치들(WO)의 세트를 생성하거나 또는 가중치들(WO)의 세트를 트래픽 신호에 적용하기 위해 사용될 수도 있다. 그 후에, 빔형성된 신호는 프리코딩 소자(440)를 사용하여 프리코딩될 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 프리코딩 소자들(440)은 이산 푸리에 변환(DFT) 프리코딩 행렬들을 적용할 수 있다. 프리코딩 벡터는 사용자 장비에 의해 제공되는 PMI와 같은 피드백을 이용하여 선택될 수도 있다. 다운링크 경로(400)는 또한 무선 인터페이스를 통해 송신을 위해 파일럿 신호들을 생성하기 위한 파일럿 신호 생성기(445)를 포함한다. 예시적인 파일럿 신호들은 LTE 3GPP R10 규격들에서 정의된 CSI-RS와 같이 표준화된 기준 신호들을 포함할 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 파일럿 신호들은 N개의 안테나들을 포함하는 가정된 안테나 구성을 위해 생성되고, 따라서 N개의 파일럿들이 파일럿 신호 생성기(445)에 의해 생성되고 그 이후에 스트림에 부가된다. 예시된 실시형태에서, 정적 빔형성기(450)는, 가정된 안테나 구성, 예컨대, 균일한 선형 어레이의 N개의 안테나들과 연관되는 포트들에 파일럿 신호들을 적용하기 위해 사용될 수도 있다.

다운링크 경로(400)의 예시된 실시형태는 또한 변환 행렬(455)을 포함하는데, 변환 행렬(455)은 가정된 안테나 구성에 기초하여 생성된 신호들을, 배치된 균일한 원통형 어레이(410)의 안테나 소자들(415)과 연관되는 포트들(420)에 매핑시키기 위해 사용된다. 예를 들어, 변환 행렬(455)은 N개의 데이터 스트림들을 원통형 어레이의 M개의 소자들에 매핑시키는 N×M 변환 행렬(455)일 수도 있다. 변환 행렬(455)은 2π/M의 위상 증분을 갖는 방데르몽드(Vandermonde) 행렬일 수도 있다. 변환 행렬(455)을 사용하는 것은, 기지국으로 하여금 균일한 선형 어레이와 연관되는 DFT 프리코딩 행렬을 사용하여 균일한 원통형 어레이(410)에 의해 송신들을 구동하는 신호들을 생성하도록 한다. 안테나들의 수(M)는 가정된 안테나 구성의 포트들의 수(N)보다 더 크고, 비율 M/N은 설계 파라미터, 통상적으로 2에 가깝다. 하나의 실시형태에서, 변환 행렬(455)은 표준화된 R8 또는 R10 ULA-특정 DFT 프리코딩 행렬들을 지원하도록 설계될 수도 있다. 변환 행렬(455)을 사용하는 것은 또한, 사용자 장비로 하여금 CL MIMO에 대한 PMI 계산을 위한 표준 절차들을 이용하도록 한다. 본 명세서에 서술되는 바와 같이, 파일럿 신호들은, 방위각에 있어서 대략적으로 무지향성 패턴을 갖는 균일한 원통형 어레이(410)의 모드들에 매핑될 수도 있다.

업링크 경로(405)에서, 변환 행렬(455)은 안테나 소자들(415)에 대응하는 M개의 포트들(425)을, 기지국 내의 수신기(460)의 N개의 가상 포트들에 매핑시킨다. 본 명세서에 서술되는 바와 같이, 업링크 수신을 위해 사용되는 각각의 포트(425)는 방위각에 있어서 무지향성 패턴을 갖는다. 그리하여, 변환 신호가 가정된 안테나 구성, 예컨대, 균일한 선형 어레이에서의 안테나들에 의해 수신된 것처럼, 기지국은 N개의 가상 포트들에서 수신되는 변환된 신호에 대해 종래의 수신 동작들을 수행할 수도 있다. 예시적인 수신 동작들은 최대비율 결합(MRC; maximal ratio combining), 최소 평균 제곱 에러(MMSE; minimum mean squared error), 또는 다른 수신 동작들을 포함한다.

도 5는 균일한 원형 어레이(500)의 하나의 예시적인 실시형태를 개념적으로 예시한다. 예시된 실시형태에서, 어레이(500)는 원(510) 둘레에 등간격으로 있는 N개의 안테나 소자들(505)을 포함한다. 예시된 실시형태에서, 앙각(elevation angle)들

이 z 축으로부터 측정되고, 방위각들

이 x 축으로부터 시계 반대 방향으로 측정된다. N개의 소자들(505) 각각은

에 위치되고, 여기서

이고,

은 x 축에 대해 상대적으로 측정된다. 각 소자에 적용되는 여기 가중치는

으로 나타내지고, 각각의 소자(505)는 복소 이득 패턴

을 갖는다. 각도들

에 의해 정의되는 지점 P에서 원거리장 영역(far field region)에 있어서 소자들(505)에 의해 방사되는 파수

를 갖는 평면파의 전계는 다음과 같이 주어진다:

예시된 실시형태에서, 안테나 소자들(505) 각각은 동일한 안테나 패턴

을 갖는다. 하지만, 본 개시내용의 이익을 갖는 당업자들은 대안적인 실시형태들이 상이한 안테나 소자들(505)에 대해 다른 안테나 패턴들을 사용할 수도 있음을 이해해야 한다. 균일한 원형 어레이(500)의 조향 벡터(steering vector)는

에 의해 나타내질 수도 있다.

커버리지-등가 삼각형의 균일한 선형 어레이 구조들에 비하여, 균일한 원형 어레이(500)와 같은 균일한 원형 어레이들은, 특히 밀접 배치된 소자들

에 대해, 증가된 상호 연결뿐만 아니라 증가된 레벨들의 사이드로브들을 겪을 수도 있다. 예를 들어, 도 6a 및 도 6b는 N=8 이상적인 등방성 안테나 소자들을 갖는 균일한 원형 어레이들 및 균일한 선형 어레이들의 예시적인 실시형태들에 대해 각각 브로드사이드 및 엔드 파이어 각도들에 대한 어레이 인자를 도시한다. 이들 예들은 균일한 원형 어레이의 보다 큰 사이드로브들을 도시한다. 이들 예들은 또한 몇몇 각도들에 대해 균일한 원형 어레이에 의해 생성되는 증가된 지향성을 도시한다.

본 명세서에 서술되는 바와 같이, 하나의 가정된 안테나 구성에 대해 생성된 프리코딩 벡터들은 일반적으로 다른 가정된 안테나 구성들에 대해서는 최적이 아니다. 예를 들어, 균일한 선형 어레이에 의해 송신들을 프리코딩하기 위해 사용되는 기존의 표준화된 코드북들은 균일한 원형 어레이에 의한 송신 또는 수신과 호환되지 않을 수도 있다. 균일한 선형 어레이에 대해 생성되는 일원화된 코드북은 DFT 행렬의 칼럼들인 코드워드들을 포함한다:

도 7a는 N=8 소자들의 균일한 원형 어레이에서 적용될 수 있는 가능한 여기 가중치들을 제공하기 위해 DFT 행렬의 칼럼들이 사용될 때에 발생하는 균일한 원형 어레이 응답을 도시한다. 비교를 위해, 도 7b는 도 7a에 도시된 동일한 여기 가중치들에 대한 균일한 선형 어레이의 응답을 도시한다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 응답들의 비교는 DFT 코드북이 균일한 선형 어레이에 대해 설계되었음을 분명히 나타낸다. 균일한 원형 어레이의 응답은 불규칙적이고 무질서한 반면, 균일한 선형 어레이의 응답은 매우 규칙적이고 잘 정돈되어 있다.

도 8은 송신을 위해 신호들을 프리코딩하고 변환하기 위한 송신 체인(800)의 하나의 예시적인 실시형태를 개념적으로 예시한다. 예시된 실시형태에서, 송신 신호들은 균일한 선형 어레이를 가정하여 생성되고, 그 후에 프리코딩을 위해 프리코더(805)에 제공된다. 예를 들어, 프리코더(805)는 N_v개의 안테나 소자들을 갖는 균일한 선형 어레이를 가정하여 생성되는 DFT 프리코딩 행렬들을 사용하여 신호를 프리코딩할 수도 있다. 그 후에, 프리코딩된 신호들은, 가정된 균일한 선형 어레이에서의 가정된 N_v개의 안테나 소자들에 대응하는 N_v개의 가상 포트들(810)에 출력될 수도 있다. 가상 포트들(810)은 변환기(815)에의 인터페이스를 제공한다. 예시된 실시형태에서, 변환기(815)는 데이비스(Davies) 변환을 구현하는데, 데이비스 변환은 UCA 조향 벡터를 방데르몽드 구조를 갖는 ULA 벡터로 변환하는 선형 변환 방법이다. 데이비스 변환은 기존의 코드북들에 의한 폐쇄 루프 프리코딩된 송신을 지원하기 위해 뿐만 아니라 장기간 빔조향 송신들에 대해서도 사용될 수 있다. 빔조향 애플리케이션들에 대해, 시스템 온 칩(SoC; system on chip) 기저대역 계산들은 UCA 기하학에 적응될 필요가 없을 수도 있고, ULA DoA 추정 방법들이 UE-특정 빔 조향 및 널(null) 조향에 대해 용이하게 사용될 수 있다.

예시된 실시형태에서, 변환기(815)는 CL-MIMO의 애플리케이션을 적어도 부분적으로 지원하기 위해, 표준화된 프리코딩 스테이지 이후에 변환(T)을 수행한다. 예를 들어, 변환기(815)는

인 가상 어레이 입력들을 균일한 원형 어레이(825)에서의 안테나 소자들에 대응하는 N개의 물리적 어레이 출력들 또는 포트들(820)로 변환할 수도 있다. 효과적으로, 균일한 원형 어레이(825)는 프리코더(805)에 ULA로서 출현한다. 따라서, 변환기(815)를 구현하는 것은, 벤더(vendor)들로 하여금 기존의 기지국들 또는 프리코더들에 대한 변화들 또는 임의의 표준 변화들 없이 UCA MIMO 솔루션을 제안하도록 할 수도 있다. 사용자 장비는 또한 CL-MIMO 송신 모드들에서 채널 상태 정보(CSI)를 전송하기 위해 LTE 및 UMTS에서 표준화된 코드북들과 같은 기존의 일원화된 코드북들을 재사용할 수도 있다.

데이비스 변환(DT)은 여기 가중치 및 그것의 푸리에 성분들로부터의 대응하는 패턴

에 합성 절차를 적용한다. UCA 애퍼처(aperture) 분포는 그 후에 위상-모드 여기들이라 불리는 여기 가중치들을 이용하여 조향될 수도 있다. 데이비스 변환의 형태는 안테나(825)의 구조에 의존한다. 하나의 실시형태에서, 안테나(825)는 연속 원형(또는 링) 애퍼처를 가질 수도 있다. 연속 원형 애퍼처에 대한 위상-모드 여기들은 다음과 같이 정의될 수도 있다.

데이비스 변환(DT)

---------------------------------------------------------------------

데이비스 변환은 T=ΛF 이고, 여기서 개별 행렬들 J 및 F는 다음과 같이 정의되며,

여기서

는 차수 m의 제1종 베셀 함수를 나타낸다.

μ= 위상-모드의 최대 차수

---------------------------------------------------------------------

연속 원형 애퍼처는

에 위치된 "소자들"의 연속 분포로서 정의될 수도 있으며, 여기서

는 x 축에 대해 상대적인 것이고 연속적인 각도이다. 예시된 실시형태에서, 연속 분포에 있어서 소자들 각각은 등방성 안테나 패턴

을 갖는다. 하지만, 본 개시내용의 이익을 갖는 당업자들은 대안적인 실시형태들이 다른 안테나 패턴들을 사용할 수도 있음을 이해해야 한다.

연속 원형 애퍼처는 빔형성을 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 여기 가중치들은

에 위치된 타겟 지점을 향한 빔형성을 위해 결정될 수 있다. 필요한 여기 가중치는, 예컨대, 하기 식으로 주어지는 이산 UCA의 패턴의 식을 관찰함으로써 결정될 수 있다:

이 경우의 원거리장 방사 패턴은 하기 식으로 주어진다:

영차 베셀 함수 J₀은 도 6a 및 도 6b에 도시된 경험적인 극좌표 플롯들에 의해 알 수 있듯이, 큰 사이드로브 거동을 표현할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 사이드로브 레벨들은 진폭 테이퍼링에 의해 제어될 수 있다. 비록 수직 패턴의 빔폭이 등가 수평 패턴의 빔폭보다 휠씬 더 클 수도 있지만, 수직 패턴도 또한 베셀-유형 거동을 가질 수도 있다.

연속 원형 애퍼처에 대한 여기 함수

는 주기 2π를 갖는 각도

의 주기 함수일 수도 있으며, 따라서 그것의 복소 푸리에 성분들의 유한 합계로서 표현될 수 있다:

상기 식에서 변수

은 m번째 공간 고조파의 복소 계수를 나타내고, 예시된 실시형태에서 여기 가중치를 나타낼 수 있는 2μ+1개의 고조파들이 존재한다. 공간 고조파들 각각은 어레이 여기의 위상 모드라고 불릴 수도 있다. m번째 위상 모드는 연속 원형 어레이 둘레에 선형 (각도에 있어서) 위상 변화의 m-사이클들에 대해 일정한 진폭에 대응하고, 그래서 연속 원형 어레이 둘레에 매 1 도의 각도 변화에 대해, 대응하는 "소자"로부터 송신되는 신호들에 대한 m 도의 위상 변화가 존재한다. 음의 위상 모드는 반대 방향으로의 위상 변화를 나타낸다. 이산 소자 UCA의 경우의 합계와는 대조적으로, m번째 위상 모드가 어레이를 여기시키고 있을 때에 연속 원형 어레이로부터의 방사 패턴은 하기 식으로 주어질 수도 있는 적분이다:

상기 식에서, 함수

은 차수 m의 제1종 베셀 함수이다. 상기 식은, 여기 가중치

를 적용하는 것이 항

의 존재로 나타내지는 바와 같이 그것의 방위각 변화를 물려받기 위해 결과적인 패턴

을 야기하는 것을 나타낸다. 그리하여, 특정한 방위각 방향을 향한 원하는 빔형성 패턴은 2μ+1개의 원거리장 위상 모드들

에 의해 합성될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 연속 원형 어레이

의 방사 패턴은 그것의 푸리에 성분들로 분해될 수 있고, 각각의 성분은 별도로 여기될 수도 있다.

모든 모드들이 패턴에 있어서 일반적으로 동일한 강도를 제안하지 않을 수도 있고 - 각각의 여기된 모드는 진폭

으로 기여할 수 있음 - 이것은 패턴에 있어서 주파수 또는 앙각 의존성을 도입할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, μ의 값은 하기 식을 만족하도록 선택될 수도 있다:

이 선택은 연속 원형 어레이의 이른바 시정 영역(visibility region)을 바라봄으로써 정당화될 수도 있는데, 이 시정 영역은 ULA의 시정 영역과 동일할 수도 있다. 연속 원형 어레이의 시정 영역은 조향 벡터

의 위상 항에 기초하여 그리고

및

의 상이한 값들에 대해 정의될 수도 있다. 이것은 어레이의 반경에 의존하는

의 연속 원형 어레이 시정 영역을 제공한다.

을 갖는 연속 원형 어레이의 빔조향에 대한 위상-모드 여기의 하나의 예시적인 실시형태는 다음과 같이 나타내진다:

이 식은, 모든 모드들이 원거리장 패턴에 있어서 동일한 진폭으로 여기되고 결과적인 패턴이 하기 식으로 나타내질 수 있음을 나타낸다:

어레이의 반경이

이기 때문에, 시정 영역은

이고, 이 특정 링 애퍼처를 여기시킬 수 있는 최고차 위상 모드는

이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 모드가 증가함에 따라, 베셀 함수는 시정 영역에 있어서 점점 적은 영향을 준다. 예를 들어 위상-모드 6의 제1 피크는 시정 영역의

상한을 지나서 나타나는 한편

는

에 대해 무시해도 될 정도의 값들을 가져온다. 따라서, 여기 가중치

는 패턴에 있어서 대부분의 각도들에 대해 무시해도 될 정도의 분포를 이룬다. 어레이 패턴

표현은 도 10에 도시되어 있고, μ개의 소자들을 갖는 ULA 어레이의 대응하는 표현과 유사하다. 이 경우의 비교는 x 축을 따라 위치되는 ULA에 대해 이루어지며, 제1 소자는 좌표계의 원점에 위치되고, 소자들 간의 간격은

이다.

예시된 실시형태에서, 반경

을 감소시키는 것은 더 작은 μ를 초래하며, 여기될 수 있는 위상 모드들의 수가 제한된다. 이것은

의 거동에 의해 용이하게 설명될 수 있고 -

일 때에, 함수는 무시해도 될 정도의 값들을 가져온다. 몇몇 실시형태들에서,

이 그것의 널들 중 하나에 가까우면, 상당한 반경들을 갖는 연속 원형 어레이들은 제한된 수의 유용한 위상 모드들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 어레이가 하기 식으로 나타내질 수도 있는 위상 모드 m에 의해 여기될 때에

에 위치되는 어레이의 극소한 원호가 원거리장 위상을 생성한다.

타겟 방향이

에 의해 주어지면, 원거리장에 대한 최대 분포는 타겟 각도에서 동위상인 애퍼처의 그러한 부분들에서 기인한다. 도 11은 연속 원형 어레이(1100)의 하나의 예시적인 실시형태를 개념적으로 예시한다. 원(1100) 상에 2개의 지점들(1120, 1125)이 존재하며, 여기서 송신된 평면파들(1105, 1110)은 송신된 모드(예컨대, 공간 고조파)의 방향을 정의하는 라인(1115)에서 교차한다. 지점들(1120, 1125)은 각도들

및

에 위치된다.

다른 실시형태에서, 균일한 원통형 어레이(825)가, 예컨대 도 5에 도시된 바와 같이, N개의 이산 안테나 소자들을 사용하여 형성될 수도 있다. 예를 들어, 균일한 원통형 어레이(825)는 N개의 등방성 소자들로 형성될 수도 있는데, 이 경우에 어레이(825)는 연속 원형 어레이를 균일하게 샘플링하여 초래된 어레이로서 간주될 수도 있다. 위상 모드 여기 원리가 이 실시형태에 적용되지만, 여기될 수 있는 최대 위상 모드 차수 μ는 샘플링 간격(소자간 간격)과 나이퀴스트(Nyquist) 간격의 관계에 의존할 수도 있다. 예를 들어, 위상 모드 차수 μ는

이어야 하고, 최소

개의 소자들이 선택될 수도 있다. 이 경우에, 원통형 안테나 어레이(825)의 소자들 사이의 간격은

일 수도 있다. 이러한 요건을 만족하기 위해, 반경과 소자들의 수 N 간의 관계는 하기 식으로 주어질 수도 있다:

n번째 소자에 대한 m번째 위상 모드 여기 가중치는 하기 식으로 주어질 수도 있다:

이 식에서, 함수

는 소자 좌표들에서 일련의 단위 임펄스 함수들(예컨대, 디랙(Dirac) 함수들)에 대응하는 샘플링 함수이다. 그때 샘플링 함수는 그것의 공간 스펙트럼 성분들의 무한 합계로서 표현될 수도 있다:

마지막 식에서의 여기 가중치는 다음과 같이 주어질 수도 있다:

UCA 여기 가중치의 무한 합 식은, 임의의 샘플링된 함수가 무한대에 걸치는 스펙트럼 성분들을 갖는 것과 동일한 의미에서 샘플링의 결과일 수도 있다. 그때

의 안테나 패턴에 대한 원거리장 패턴 식은 다음과 같이 주어질 수도 있고:

여기서

상기 식에서 첫번째 항은 원하는 원거리장 위상 모드 패턴을 나타낸다. 이 항은 연속 원형 어레이의 원거리장 방사 패턴에 대한 식에 존재하는 유일한 항이다. 추가적인 항들은 보다 고차 왜곡 모드들을 나타낸다. 이들 보다 고차 항들 중에서, 맨 처음 (q=1) 쌍은 보다 높은 영향을 주고, 그것의 진폭은 차수 N-｜m｜의 베셀 함수들을 따른다. 구체적으로, 시정 영역

에 걸쳐 증가하고 있는

의 거동에 의해 명백하듯이, 모든 m 중에서도

이 가장 문제가 된다. 하나의 실시형태에서, 이러한 항에 의해 나타내지는 왜곡에 대항한 보호는

가 무시해도 될 정도가 되도록 소자들의 수 N 을 증가시킴으로써 제공될 수 있다.

본 명세서에 서술된 바와 같이, 원통형 다모드 어레이는 연속 전류 시트 모델 및 형태

의 패턴 모드들의 합계에 의해 나타내질 수도 있다. 합계는 연속 전류 시트에 의해 달성될 수도 있고 또는 그것은 이산 원통형 N-소자 어레이에 의해 근사화될 수 있다. 이산 어레이들의 경우, 안테나 소자들이 존재하는 정도와 같은 수만큼의 전류 모드들이 확립될 수 있다. 원통형 어레이의 원거리장 패턴은 원통형 모드들 면에서 설명될 수 있지만,

소자간 거리(IED) d를 갖는 등방성 소스들의 선형 어레이의 원거리장 패턴은 다음과 같이 주어질 수도 있고:

여기서

은 소자 n 상의 전류이고,

는 어레이 조준에 대해 상대적인 각도이다. 상기 등식들은 원형 어레이에서의 전류 모드에 의해 취해진 선형 어레이에서의 소자의 역할을 통해, 원형 전류 시트 및 선형 어레이의 패턴들의 유사성을 나타낸다. 선형 어레이 소자들 및 원통형 어레이 모드들의 위상들은 특정한 방위각에서의 선형 위상 진행에 의해 얽매일 수도 있고, 그것은 두 구성들이 적절히 단계적인 경우 sin(nX)/sin(X) 유형의 원거리장 패턴을 야기하는 것으로 나타내질 수 있다. 따라서, 원통형 모드들은 빔형성 및 프리코딩 기법들의 몇몇 실시형태들에 의해 가정되는 가상 선형 어레이 소자들과 동일시될 수도 있다. 원통형 모드들은 또한 가상 소자들로서 고려될 수도 있다.

송신 체인(800)의 실시형태들은 다음 사항을 수행하도록 구성될 수도 있다:

1. 기지국의 포트들(810)과 N-소자 원통형 안테나 어레이(825)의 포트들(820) 사이에 2π/N의 위상 증분을 갖는 N×N 버틀러-유형 행렬(815)은 어레이(825)에 대해 이용가능한 모든 원통형 모드들을 여기시킨다.

2. 이들 모드들의 서브세트(또는 버틀러 행렬 포트들(810)의 서브세트)를 사용하여, 지향성 빔이 설정 방향으로 생성될 수 있다.

3. 포트들(810)의 이러한 서브세트에 DFT 조향 가중치들을 적용하여, 우리는 빔을 360°에 걸쳐 연속적으로 조향하거나 또는 빔을 360°에 걸쳐 N개의 포지션들 중 임의의 것으로 스위칭할 수 있다.

4. 안테나마다의 파일럿들이 버틀러 행렬 포트들(810)의 선택된 서브세트에 적용되는 경우, 사용자 장비는 DFT 프리코딩 행렬(예컨대, LTE의 R8 또는 R10)을 사용하여 유효 PMI를 결정할 수 있다.

5. 파일럿들은 신뢰할 수 있는 채널 추정을 보장하기 위해 동일한 크기를 갖는 버틀러 행렬 포트들(810)에 적용될 수도 있다. 트래픽은 보다 양호한 사이드로브 성능을 위해 테이퍼링될 수 있다. 무시해도 될 정도의 파일럿 트래픽 미스매치를 보장하기 위해 주의해야 한다.

어레이(825)의 원통형 모드들은 이들 모드들의 변화 정도에 기초하여 선택될 수도 있다. 이산 N-소자 어레이의 경우, 원통형 모드들 모두가

형태에 적합한 원거리장 패턴들을 갖는 것은 아니며, 보다 고차 모드들은 프로파일

로부터 상당히 벗어날 수도 있다. 예를 들어, N-소자 어레이에서, 최고차 모드(짝수 N의 경우 N/2 또는 홀수 N의 경우 (N+1)/2)는 π와 동등하거나 또는 π에 근접한 소자 대 소자 위상 변화를 갖는다. 대칭에 의해, 그것의 패턴은 N개의 널들 및 N 개의 피크들로 멀티로브되어야 하고, 따라서 그것이 방위각과 진폭에 있어서 비교적 큰 변화 정도를 갖기 때문에 그것은 균일한 모드로서 사용될 수 없다.

상이한 원통형 모드들의 변화 정도는 어레이(825)의 구성에 기초하여 결정될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 어레이(825)는

에서 등간격으로 있는 소자들을 갖는 반경 R의 원형 어레이이고, 여기서 j=1,2,…,N. 소자 패턴이

이고 소자 상의 전류가

이면, 어레이(825)의 방사 패턴은 다음과 같이 주어진다:

하나의 실시형태에서, 안테나 소자를 나타내는 도전성 원통 앞의 쌍극자의 근사 패턴은 다음과 같이 주어지고:

130deg의 3dB 빔폭을 갖는다. 대안적인 실시형태들에서, 안테나 소자 패턴은 소자 반사기를 성형함으로써 보다 좁게 될 수 있다. 예를 들어, 90°및 75°의 시뮬레이션된 패턴 빔폭들은 반사기 성형에 의해 달성되었다. 원래의 쌍극자 패턴 A₀에 기초한 적절한 빔폭을 갖는 일반적 소자 패턴들이 이러한 평가를 위해 사용된다. 예를 들어,

은 90°빔폭을 제공하고,

은 76°빔폭을 제공한다.

어레이(825)의 모드 패턴들은 상기 등식들을 이용하여 90°소자 패턴을 갖는 예시적인 실시형태에 대해 계산될 수도 있다. K번째 모드에 대한 방사 패턴은 소자간 거리들 0.5λ 및 0.4λ에 대해

,

에 의해 주어지는 전류 분포를 이용하여 계산될 수도 있다:

표 1은 90°소자 패턴:

을 가정하는 하나의 실시형태에 대해 방위각에 대해 모드 크기의 절대 변화(최대-최소)(dB)를 열거한다. 2dB 미만인 방위각 변화 정도를 나타내는 균일한 모드들이 강조되어 있다.

모드 패턴들의 예들은 도 12a 및 도 12b에 도시되어 있다. 예시된 실시형태에서, 보다 낮은 차수 모드들은 거의 일정한 크기를 가지며

패턴을 따르고, 한편 보다 높은 차수 모드들은

패턴으로부터 점점 벗어난다. 방위각에 있어서의 큰 변화 정도를 갖는 모드들은 사이드로브 증가에 기여할 수도 있기 때문에, 이들 모드들은 빔형성에 적합하지 않을 수도 있다. 방위각에 있어서의 큰 변화 정도를 갖는 모드들은 또한 포트마다 기준 신호들이 채용되는 폐쇄 루프 방식들에 적합하지 않을 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 평균 모드 크기들은 d=0.55일 때 모드 수의 함수로서 거의 일정하게 있다. 보다 작은 소자간 거리들은 보다 높은 모드들에 대한 모드 수에 따라 모드 크기에 있어서의 단조 감소를 초래할 수도 있다.

송신 체인(800)은 방위각 변화 정도에 기초하여 가용 모드들을 선택할 수도 있다. 가용 모드들의 수는 어레이(825)에서의 소자들의 수에 비례하고, 어레이(825)의 안테나 소자들 사이의 소자간 거리에 반비례할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 가용 모드들은 모드 변화 임계치 2dB 미만인 변화 정도를 갖는 모드들일 수도 있다. 이 임계치를 사용하면, 표 1은, 8-소자 어레이가 0.5λ에 대해 3개의 균일한 모드들을 가지며, 0.4λ에 대해 5개의 모드들을 갖는 등 하는 것을 나타낸다. 표 1은, 12-소자 어레이가 0.5λ에 대해 7개의 유용한 모드들을 가지며 0.4λ 소자간 거리에 대해 9개의 유용한 모드들을 갖는 것을 나타낸다.

빔형성은 또한 송신 체인(800)을 사용하여 수행될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 그들이 특정한 각도에서 동위상으로(그리고 다른 각도들에서 역위상으로) 부가하는 방식으로 단계적인 모드들을 부가하는 것은, 모드들의 보강 및 상쇄적 간섭에서 기인하는 지향성 패턴을 생성할 수도 있다. 상이한 수의 모드들로 형성되는 정규화된 빔 패턴들이 도 2에 도시되어 있고, 그들의 빔폭은 도 3에 도시되어 있다. 특정한 수의 소자들에 대해 가용 모드들의 완전한 세트는 홀수이다[0, +/-1, +/-2, +/-3...]. 하나의 실시형태에서, 짝수의 모드들, 예컨대 4 및 8은, R8 및 R10의 DFT 프리코딩 세트들을 생성하기 위해 가정되는 출력 포트들의 수에 적합하도록 선택될 수도 있다. 예를 들어, 모드들의 짝수 세트는 완전한 세트로부터 최고 음의 (또는 양의) 모드를 제거함으로써 완전한 세트의 서브세트로서 선정될 수 있으며, 예컨대, 가용 모드들의 완전한 세트가 [-3 -2 -1 0 1 2 3]이면, 짝수 세트는 [-2 -1 0 1 2 3] 일 수도 있다. 모드들의 짝수 서브세트는 비대칭적인데, 이는 어레이 소자들의 수가 작을 때에 더욱 두드러질 수도 있는 미러 패턴 비대칭을 야기한다. 위상 모드들의 무지향성을 위해 치러야할 대가는 비교적 넓은 빔들이며, 무지향성은 그들이 원형 어레이에서의 "엘리먼트 마다의" 파일럿들에 대한 이상적인 선정이도록 한다. R8 코드북에 대응하는 4개의 모드들은 단일 소자 패턴과 유사하게 80°빔폭을 야기할 수도 있다. 8개의 모드들은 14 내지 16개의 소자들을 포함하는 어레이(825)로부터 40°빔폭을 야기할 수도 있다.

도 13은 짝수의 원형 모드들을 이용한 빔 형성을 도시한다. 예시된 실시형태에서, 4, 8 및 16개의 모드 패턴들을 이용한 빔 형성이 강조되어 있다. 도 14는 원형 모드들에 의해 형성되는 지향성 패턴의 빔폭을, 포함되는 모드들의 수의 함수로서 도시한다. 도 15는 특정한 수의 가용 모드들을 생성하기 위해 사용되는 최소 소자 수 및 어레이 직경을 도시한다.

모드 거동의 다른 관심 양태는 모드 수의 함수로서 방위각 평면에서 상대적인 모드 크기 또는 이득이다. 원통형 어레이의 CL MIMO 애플리케이션의 맥락에서 방위각에 있어서의 낮은 리플(ripple)에 더하여 동일한 크기들의 모드들을 갖는 것이 바람직할 것이다. 모드 크기는 다음과 같이 정의될 수도 있다:

모드 크기들은 도 16a 내지 도 16c 및 도 17a 내지 도 17c에서 상이한 실시형태들에 대해 도시되어 있다. 도 16a는 0.4λ 및 무지향성 소자들에 대한 모드 크기를 도시하고, 도 16b는 0.5λ 및 무지향성 소자들에 대한 모드 크기를 도시하고, 도 16c는 0.55λ 및 무지향성 소자들에 대한 모드 크기를 도시한다. 도 17a는 0.4λ 및 130°빔폭 소자들에 대한 모드 크기를 도시하고, 도 17b는 0.5λ 및 130°빔폭 소자들에 대한 모드 크기를 도시하고, 도 17c는 0.55λ 및 130°빔폭 소자들에 대한 모드 크기를 도시한다. 예시된 실시형태들에서, 무지향성 안테나들의 경우에 상이한 m에 대한 P_m의 확산이 클 수도 있다. 반면에, 좀은 빔 소자에 대해, P_m 변화는 보다 고차 모드들 이외에 작아야 한다.

도 18은 본 명세서에 설명된 것과 같은 프리코더, 빔형성기 또는 변환기를 구현하기 위해 사용되는 기능성의 부분들을 저장하기 위해 사용될 수도 있는 기지국(1800)의 하나의 예시적인 실시형태를 개념적으로 예시한다. 예시된 실시형태에서, 기지국(1800)은 프로세서(1805), 데이터 저장소(1810), 및 입력/출력(I/O) 인터페이스(1815)를 포함한다. 프로세서(1805)는, 예컨대 데이터 저장소(1810)에 또는 다른 위치들에 저장되는 데이터 또는 명령들을 사용하여, 기지국(1800)의 동작을 제어하도록 구성된다. 기지국(1800)에 의해 수행될 수도 있는 동작들의 실시형태들은 도 1 내지 도 17과 연계하여 본 명세서에 설명된다. 하나의 실시형태에서, 데이터 저장소(1810)는 하나 이상의 프리코더들을 나타내거나 또는 하나 이상의 프리코더들을 구현하기 위해 사용될 수 있는 정보(1820), 하나 이상의 빔형성기들을 나타내거나 또는 하나 이상의 빔형성기들을 구현하기 위해 사용될 수 있는 정보(1825), 또는 하나 이상의 변환기들을 나타내거나 또는 하나 이상의 변환기들을 구현하기 위해 사용될 수 있는 정보(1830)를 저장한다. 따라서, 본 개시내용의 이익을 갖는 당업자들은, 본 명세서에 설명된 기법들 또는 디바이스들의 상이한 실시형태들이 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 또는 그들의 조합들로 구현될 수도 있음을 이해해야 한다. 변환기(1830)와 같은 프로세서-실행가능 프로그램들이 프로세서(1805) 상에서 구현될 때에, 프로그램 코드 세그먼트들은 프로세서(1805)와 조합되어 특정 로직 회로들과 유사하게 동작하는 독특한 디바이스를 제공한다.

개시된 주제의 부분들 및 대응하는 상세한 설명은 소프트웨어, 또는 컴퓨터 메모리 내부의 데이터 비트들 상에서의 동작들의 알고리즘들 및 심볼적 표현들 면에서 제시되어 있다. 이들 설명들 및 표현들은, 당업자들이 다른 당업자들에게 그들의 작업의 실체를 효과적으로 전달하기 위한 설명들 및 표현들이다. 알고리즘이라는 용어가 여기서 사용되는 바와 같이 그리고 그것이 일반적으로 사용되는 바와 같이, 알고리즘은 원하는 결과를 야기하는 단계들의 일관성 있는 시퀀스라고 생각된다. 단계들은 물리적 양들의 물리적 조작들을 요구하는 것들이다. 통상적으로, 반드시 그렇지는 않지만, 이들 양들은 저장, 이동, 조합, 비교 및 다르게 조작될 수 있는 광학, 전기적, 또는 자기적 신호들의 형태를 취한다. 주로 보통의 용법의 이유로, 이들 신호들을, 비트들, 값들, 소자들, 심볼들, 문자들, 용어들, 숫자들 등으로서 지칭하는 것이 때로는 편리하다고 판명되었다.

하지만, 이들 및 유사한 용어들 모두는 적절한 물리적 양들과 연관될 것이고 이들 양들에 적용되는 단지 편리한 라벨들에 불과하다는 것을 명심해야 한다. 명확하게 달리 진술되지 않는 한, 또는 서술로부터 명백한 바와 같이, "프로세싱하는" 또는 "컴퓨팅하는" 또는 "계산하는" 또는 "결정하는" 또는 "디스플레이하는" 등과 같은 용어들은, 컴퓨터 시스템, 또는 유사한 전자 컴퓨팅 디바이스(컴퓨터 시스템의 레지스터들 및 메모리들 내부의 물리적, 전자적 양들로서 표현되는 데이터를 조작하고, 그 데이터를 컴퓨터 시스템 메모리들 또는 레지스터들 또는 다른 이러한 정보 저장소 내부의 물리적 양들로서 유사하게 표현되는 다른 데이터로 변환함), 송신 또는 디스플레이 디바이스들의 액션 및 프로세스들을 지칭한다.

또한 개시된 주제의 소프트웨어 구현된 양태들은 통상적으로 몇몇 형태의 프로그램 저장 매체 상에 인코딩되거나, 또는 몇몇 유형의 송신 매체를 통해 구현되는 것에 유의한다. 프로그램 저장 매체는 자기적(예컨대, 플로피 디스크 또는 하드 드라이브) 또는 광학적(예컨대, 콤팩트 디스크 판독 전용 메모리, 또는 "CD ROM")일 수도 있고, 판독 전용 또는 랜덤 액세스일 수도 있다. 유사하게, 송신 매체는 연선 쌍들, 동축 케이블, 광섬유, 또는 당업계에 공지된 몇몇 다른 적합한 송신 매체일 수도 있다. 개시된 주제는 임의의 주어진 구현의 이들 양태들에 의해 제한되지 않는다.

개시된 주제는 본 명세서의 교시들의 이익을 갖는 당업자에게 명백한 다른 등가의 방식들로 변형될 수도 있고 실시될 수도 있듯이, 상기 개시된 특정한 실시형태들은 오직 예시를 위한 것이다. 또한, 하기 청구항들에 설명되는 것 이외에, 본 명세서의 구성 또는 설계의 상세사항들에 대한 어떠한 제한도 의도되지 않는다. 따라서, 상기 개시된 특정한 실시형태들은 변경 또는 변형될 수도 있고 모든 이러한 변화들은 개시된 주제의 범위 내에서 고려된다는 것이 자명하다. 따라서, 본 명세서에서 추구되는 보호는 하기 청구항들에서 설명되는 바와 같다.

Claims

각 모드의 방위각 변화 정도에 기초하여 제1 안테나 어레이 구성의 모드들의 서브세트를 선택하는 단계;
복수의 제1 포트들 각각을, 상기 모드들의 서브세트 중 하나와 연관되는 복수의 제2 포트들 중 하나에 매핑시키는 단계 - 상기 제1 포트들 각각은 제2 안테나 어레이 구성의 모드와 연관됨 -; 및
상기 제2 포트들과 대응하는 복수의 제3 포트들 사이에서 전달되는 신호들을 변환(transforming)하는 단계 - 각각의 제2 포트는 상기 제1 안테나 어레이 구성의 모드들 중 하나와 연관되고, 각각의 제3 포트는 상기 제1 안테나 어레이 구성에 배치되는 복수의 안테나들 중 하나에 통신가능하게 연결되도록 구성가능함 -
를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 신호들을 변환하는 단계는 상기 제2 포트들과 상기 제3 포트들 사이에 미리결정된 위상 증분(phase increment)을 갖는 버틀러(Butler) 행렬 변환을 적용하는 단계를 포함하고, 상기 버틀러 행렬 변환은 상기 제2 포트들에서 적용되는 신호들에 응답하여 상기 제1 안테나 어레이 구성의 모드들을 여기(excite)시키도록 구성가능한 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 안테나 어레이 구성은 균일한 원형 어레이 또는 균일한 원통형 어레이이고, 상기 제2 안테나 어레이 구성은 균일한 선형 어레이인 방법.
제1항에 있어서, 상기 모드들의 서브세트를 선택하는 단계는 상기 제1 안테나 어레이 구성 중에서 방위각 변화 정도의 임계값 미만인 방위각 변화 정도를 갖는 모드들을 선택하는 단계를 포함하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 모드들의 서브세트를 선택하는 단계는 상기 제1 안테나 어레이 구성 중에서 상기 제1 포트들의 수와 동일한 수의 모드들을 선택하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 복수의 제1 포트들 각각을 상기 복수의 제2 포트들 중 하나에 매핑시키는 단계는, 복수의 파일럿 신호들 각각을, 상기 제2 포트들 중에서 상기 제1 안테나 어레이 구성의 모드들의 서브세트와 연관되는 다른 하나에 매핑시키는 단계를 포함하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 복수의 파일럿 신호들 각각이 상기 모드들의 서브세트의 그 연관된 하나를 사용하여 송신되도록 상기 제1 안테나 어레이 구성에 배치되는 상기 복수의 안테나들에 신호들을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 신호들을 매핑시키는 것은, 상기 제2 안테나 어레이 구성에서의 안테나들에 의한 송신을 위해 상기 제2 안테나 어레이 구성의 모드들의 선택된 서브세트에 대응하는 상기 제1 포트들에 빔형성된 또는 프리코딩된 신호들을 매핑시키는 것을 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제3 포트들로부터 상기 제2 안테나 어레이 구성의 안테나들에 의해 수신되는 업링크 신호들을 상기 제2 포트들에 매핑시키는 단계를 포함하는 방법.