KR20150046118A

KR20150046118A - 빔 탐색, 추적 및 정제를 위해 조닝 맵을 이용하는 방법

Info

Publication number: KR20150046118A
Application number: KR20157006537A
Authority: KR
Inventors: 찬펭 지아
Original assignee: 퀄컴 인코포레이티드
Priority date: 2012-08-17
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2015-04-29
Also published as: US9130611B2; WO2014028837A1; US20140051351A1; CN104584451A

Abstract

본 개시는 무선 통신 디바이스에 관련된다. 실시예에서, 무선 통신 디바이스는 복수의 안테나들을 포함하는 위상 안테나 어레이, 위상 안테나 어레이에 동작가능하게 커플링되고 복수의 안테나들 및 AWV(antenna weight vector)를 제어하도록 구성되는 트랜시버, 구형 조닝 맵을 저장하는 메모리 및 복수의 안테나들의 각각의 안테나에 대해 AWV를 세팅함으로써 트랜시버를 제어하도록 구성되는 빔 제어기를 포함한다.

Description

빔 탐색, 추적 및 정제를 위해 조닝 맵을 이용하는 방법{METHOD OF USING ZONING MAP FOR BEAM SEARCHING, TRACKING AND REFINEMENT}

[0001] 본 개시는 무선 통신들에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 60 GHz 무선 통신들에 관한 것이다.

[0002] 60 GHz 주파수 대역에서의 무선 통신은 그것의 높은 주파수로 인한 큰 경로 손실을 특징으로 한다. 따라서, 송신 및 수신 안테나의 이득은 링크 버짓(budget) 요건을 충족시키기 위해 증가하여야 한다. 높은-이득 안테나는 특정 방향으로 라디오 파들의 상대적으로 좁은 빔을 지향한다. 이것으로 인하여, 위상 안테나 어레이는 적응적 빔포밍을 수행하도록 인스톨된다.

[0003] 60 GHz 주파수 대역은 WPAN(Wireless Personal Area Network)에 대해 이용될 수 있다. 수신기 디바이스(이를테면, 랩탑, 테블릿, 카메라, 셀 폰, PDA 등)가 룸(room) 내에서 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동함에 따라, 이 수신기 디바이스는 하나의 빔으로부터 또 다른 빔으로 스위칭해야 할 수 있다. 그러나, 수신기는 인접한/오버랩핑 빔들이 어떤 방향들로 포인팅(point)하고 있는지를 알지 못한다. 따라서, 수신기는, 어떤 빔이 자신과 연결될 수 있는 빔들 중 최상의 빔인지를 결정할 필요가 있다.

[0004] 본 개시는 무선 통신 디바이스에 관련된다. 실시예에서, 무선 통신 디바이스는 복수의 안테나들을 포함하는 위상 안테나 어레이, 위상 안테나 어레이에 동작가능하게 커플링되고 복수의 안테나들 및 AWV(antenna weight vector)를 제어하도록 구성되는 트랜시버, 구형 조닝 맵(spherical zoning map)을 저장하는 메모리 및 복수의 안테나들의 각각의 안테나에 대해 AWV를 세팅함으로써 트랜시버를 제어하도록 구성되는 빔 제어기를 포함한다.

[0005] 첨부한 도면들은 본 발명의 실시예들의 설명을 돕기 위해 제시되며, 실시예들의 제한으로서가 아닌 단지 실시예들의 예시를 위해 제공된다.
[0006] 도 1은 실시예에 따른 네트워크 제어기 및 사용자 장비를 예시한다.
[0007] 도 2는 예시적 안테나 어레이에 관한 데카르트 및 구형 좌표 시스템들을 예시한다.
[0008] 도 3a는 단위 구(unit sphere)로 표현되는 4x1 구형 조닝을 예시한다.
[0009] 도 3b는 2D 조닝 맵으로 표현되는 4x1 구형 조닝을 예시한다.
[0010] 도 4a는 2D 조닝 맵으로 표현되는 8x1 구형 조닝을 예시한다.
[0011] 도 4b는 8x1 구형 조닝으로의 4x1 구형 조닝의 확장을 예시하는 그래프이다.
[0012] 도 5a는 단위 구로 표현되는 4x4 구형 조닝을 예시한다.
[0013] 도 5b는 2D 조닝 맵으로 표현되는 4x4 구형 조닝을 예시한다.
[0014] 도 6a는 단위 구로 표현되는 8x8 구형 조닝을 예시한다.
[0015] 도 6b는 2D 조닝 맵으로 표현되는 8x8 구형 조닝을 예시한다.
[0016] 도 7은 8x8 구형 조닝으로의 4x4 구형 조닝의 확장을 예시하는 그래프이다.
[0017] 도 8a는 단위 구로 표현되는 16x1 구형 조닝을 예시한다.
[0018] 도 8b는 단위 구로 표현되는 5x5 구형 조닝을 예시한다.
[0019] 도 9a는 3x1로부터 5x1로 변경되는 안테나 어레이 크기에 대한 안테나 가중치 벡터들을 예시한다.
[0020] 도 9b는 4x1로부터 16x1로 변경되는 구형 조닝 크기들에 대한 안테나 가중치 벡터들을 예시한다.
[0021] 도 9c는 1차원으로부터 2차원들로 변경되는 안테나 어레이 크기 및 구형 조닝 크기 둘 모두에 대한 안테나 가중치 벡터들을 예시한다.
[0022] 도 10은 빔폭 예의 그래프를 예시한다.
[0023] 도 11a는 이상적 4x4 구형 조닝의 그래프를 예시한다.
[0024] 도 11b는 2x2 UPA에 의해 구현되는 4x4 조닝의 그래프를 예시한다.
[0025] 도 11c는 3x2 UPA에 의해 구현되는 4x4 조닝의 그래프를 예시한다.
[0026] 도 11d는 3x3 UPA에 의해 구현되는 4x4 조닝의 그래프를 예시한다.
[0027] 도 12는 실시예의 흐름도를 예시한다.

[0028] 다양한 실시예들의 양상들은 다음의 설명 및 관련 도면들에서 개시된다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 대안적 실시예들이 고안될 수 있다. 추가적으로, 다양한 실시예들의 잘 알려져 있는 엘리먼트들은 다양한 실시예들의 관련 세부사항들을 모호하게 하지 않도록 상세하게 설명되지 않거나 또는 생략될 것이다.

[0029] "예시적"이라는 단어는 본원에서 "예, 예시 또는 예증으로서 제공되는"의 의미로 이용된다. "예시적"으로서 본원에 설명되는 임의의 실시예가 반드시 다른 실시예들보다 선호되거나 또는 유리한 것으로 해석되는 것은 아니다. 마찬가지로, "실시예들" 또는 "본 발명의 실시예들"이라는 용어는, 모든 실시예들이 논의되는 특징, 이점 또는 동작 모드를 포함하는 것을 요구하지 않는다.

[0030] 본원에서 이용되는 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 다양한 실시예들의 제한으로 의도되는 것은 아니다. 본원에서 이용되는 바와 같이, 단수 형태들("a", "an" 및 "the")은 문맥에 달리 명백하게 표기되지 않는 한, 복수 형태들을 역시 포함하는 것으로 의도된다. "포함하다(comprises)", "포함하는(comprising)", "포함하다(includes)" 및/또는 "포함하는(including)"이라는 용어들은, 본원에서 이용될 때, 서술된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 하나 또는 둘 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 추가로 이해될 것이다.

[0031] 추가로, 많은 실시예들이, 예를 들어, 컴퓨팅 디바이스의 엘리먼트들에 의해 수행될 동작들의 시퀀스들에 관하여 설명된다. 본원에 설명되는 다양한 동작들이 특정 회로들(예를 들어, 주문형 집적 회로(ASIC)들)에 의해, 하나 또는 둘 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 프로그램 명령들에 의해 또는 이 둘의 결합에 의해 수행될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 추가적으로, 본원에 설명되는 이러한 동작들의 시퀀스는, 실행 시에, 연관된 프로세서로 하여금 본원에 설명되는 기능을 수행하게 할 컴퓨터 명령들의 대응하는 세트가 저장된 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능한 저장 매체의 내에서 전적으로 구현되도록 고려될 수 있다. 따라서, 다양한 실시예들의 다양한 양상들은 다수의 서로 다른 형태들로 구현될 수 있으며, 이들 모두는 청구되는 대상의 범위 내에 있는 것으로 참작된다. 추가적으로, 본원에 설명되는 실시예들 각각에 대해, 임의의 이러한 실시예들의 대응하는 형태는 예를 들어, 설명되는 동작을 수행하도록 "구성된 로직"으로서 본원에 설명될 수 있다.

[0032] 도 1은 실시예에 따른 네트워크 제어기(110) 및 사용자 장비(UE)(130)를 예시한다. 네트워크 제어기(110)는 조향가능한(steerable) 안테나 어레이(112), 빔 제어기(114), 트랜시버(116), 센서 모듈(118), ASIC(application specific integrated circuit)(120) 또는 다른 프로세서, 마이크로프로세서, 로직 회로 또는 다른 데이터 프로세싱 디바이스 및 메모리(122)를 포함한다. 메모리(122)는 ROM(read-only memory) 또는 RAM(random-access memory), EEPROM(electrically erasable programmable ROM), 플래시 카드들 또는 컴퓨터 플랫폼들에 공통적인 임의의 메모리로 구성될 수 있다. 메모리(122)는 활성적으로 이용되고 있지 않은 애플리케이션들을 홀딩(hold)할 수 있는 로컬 데이터베이스를 포함할 수 있다. 로컬 데이터베이스는 플래시 메모리 셀일 수 있지만, 당해 기술 분야에 공지된 임의의 보조(secondary) 저장 디바이스, 이를테면, 자기 매체들, EEPROM, 광학 매체들, 테이프, 소프트 또는 하드 디스크 등일 수 있다. 네트워크 제어기(110)의 내부 컴포넌트들은 당해 기술 분야에 공지된 바와 같이, 외부 디바이스들, 이를테면, 안테나(112)에 동작가능하게 커플링될 수 있다.

[0033] UE(130)는 조향가능한 안테나 어레이(132), 빔 제어기(134), 트랜시버(136), 센서 모듈(138), ASIC(140) 또는 다른 프로세서, 마이크로프로세서, 로직회로, 또는 다른 데이터 프로세싱 디바이스 및 메모리(142)를 포함한다. 메모리(122)와 마찬가지로, 메모리(142)는 ROM 또는 RAM, EEPROM, 플래시 카드들, 또는 컴퓨터 플랫폼들에 공통적인 임의의 메모리로 구성될 수 있다. 메모리(122)는 활성적으로 이용되고 있지 않은 애플리케이션들을 홀딩할 수 있는 로컬 데이터베이스를 포함할 수 있다. 로컬 데이터베이스는 플래시 메모리 셀일 수 있지만, 당해 기술 분야에 공지된 임의의 보조 저장 디바이스, 이를테면, 자기 매체들, EEPROM, 광학 매체들, 테이프, 소프트 또는 하드 디스크 등일 수 있다. UE(130)의 내부 컴포넌트들은 당해 기술 분야에 공지된 바와 같이, 외부 디바이스들, 이를테면, 안테나(132)에 동작가능하게 커플링될 수 있다.

[0034] 안테나 어레이(112)는 위상 제어된 안테나 어레이일 수 있다. 대안적으로, 네트워크 제어기(110) 및 UE(130)가 안테나 어레이(112 및 132)를 이용하는 것으로 도시되지만, 다른 하드웨어, 이를테면, 더 많거나 더 적은 안테나들 또는 단일의 고지향성 안테나가 이용될 수 있다.

[0035] 따라서, 다양한 실시예들은 본원에 설명되는 기능들을 수행하기 위한 능력을 포함하는 UE를 포함할 수 있다. 당업자들에 의해 인식될 바와 같이, 다양한 로직 엘리먼트들이 본원에 개시되는 기능을 달성하기 위해 이산 엘리먼트들, 프로세서 상에서 실행되는 소프트웨어 모듈들 또는 소프트웨어와 하드웨어의 임의의 결합에서 구현될 수 있다. 예를 들어, ASIC(120 또는 140) 및 메모리(122 또는 142)는 모두 본원에 개시되는 다양한 기능들을 로딩, 저장 및 실행하기 위해 협력적으로 이용될 수 있고, 따라서, 이러한 기능들을 수행하기 위한 로직은 다양한 엘리먼트들 상에 분산될 수 있다. 대안적으로, 기능은 하나의 이산 컴포넌트에 통합될 수 있다. 따라서, 도 1의 네트워크 제어기(110) 및 UE(130)의 특징들은 단지 예시로서 고려될 것이고, 본 발명은 예시되는 특징들 또는 배열에 제한되지 않는다.

[0036] 동작 중에, UE(130)는 네트워크 제어기(110)에 의해 제어되는 네트워크 영역들로 진입할 수 있거나, 그 영역 내에서 파워 업될 수 있다. UE(130)는 네트워크 제어기(110)에 의해 이루어지는 주기적 비컨 송신에 대해 리스닝하며, 비컨 송신의 수신에 기초하여, 연관 요청 신호를 네트워크 제어기(110)에 송신할 수 있다.

[0037] 60 GHz 주파수 대역에서의 무선 통신은 그것의 높은 주파수로 인한 큰 경로 손실을 특징으로 한다. 따라서, 송신 및 수신 안테나의 이득은 링크 버짓(budget) 요건을 충족시키기 위해 증가하여야 한다. 높은-이득 안테나는 특정 방향으로 라디오 파들의 상대적으로 좁은 빔을 지향한다. 이것으로 인하여, 위상 안테나 어레이는 적응적 빔포밍을 수행하도록 인스톨된다.

[0038] 60 GHz 주파수 대역은 WPAN(Wireless Personal Area Network)에 대해 이용될 수 있다. 수신기 디바이스(이를테면, 랩탑, 테블릿, 카메라, 셀 폰, PDA 등)가 룸(room) 내에서 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동함에 따라, 이 수신기 디바이스는 하나의 빔으로부터 또 다른 빔으로 스위칭해야 할 수 있다. 그러나, 수신기는 인접한/오버랩핑 빔들이 어떤 방향들로 포인팅(point)하고 있는지를 알지 못한다. 따라서, 수신기는, 어떤 빔이 자신과 연결될 수 있는 빔들 중 최상의 빔인지를 결정할 필요가 있다.

[0039] 다양한 실시예들은 빔 방향 및 빔폭(본원에 "구형 조닝(spherical zoning)"으로 지칭됨)을 설명하기 위한 구형 조닝 맵을 생성한다. 다음으로, 다양한 실시예들은 각각의 존에 대해 구현된 최대 이득(본원에서 "조닝의 구현"으로 지칭됨)을 제공하는 위상 안테나 어레이 크기를 선택한다. 마지막으로, 다양한 실시예들은 존 맵핑을 이용하여 최상의 이용가능한 빔(본원에서 "빔 추적 및 정제"로 지칭됨)을 추적한다.

[0040] 위상 안테나 어레이

[0041] 60 GHz 주파수 대역에서의 무선 통신은 그것의 높은 주파수로 인한 큰 경로 손실을 특징으로 한다. 따라서, 송신 및 수신 안테나의 이득은 링크 버짓 요건을 충족시키기 위해 증가하여야 한다. 높은-이득 안테나는 특정 방향으로 라디오 파들의 상대적으로 좁은 빔을 지향한다. 이것으로 인하여, 위상 안테나 어레이는 적응적 빔포밍을 수행하도록 인스톨된다.

[0042] 위상 안테나 어레이에서, 각각의 안테나는 위상 시프터(phase shifter)에 의해 제어된다. 이 위상 시프터들은 안테나 어레이의 방사 패턴(빔)을 제어하기 위해 결합한다.

[0043] 통상적으로, 개별 안테나는 무지향성(omni-directional) 또는 준-무지향성(quasi-omni directional) 방사 패턴을 가진다. 위상 시프터들은 결합된 방사 패턴이 일부 방향들에서 강화(strengthen)되고 일부 다른 방향들에서 제거(cancel)되게 야기하며, 이에 따라서, 원하는 빔을 형성한다.

[0044] 위상 안테나 어레이, 이를테면, 안테나(112)가 M개의 안테나 엘리먼트들을 가진다고 가정하면, 안테나 엘리먼트 m에 있어서, 가중치는

이고, 여기서

은 안테나 엘리먼트 m 상에 대한 위상 시프트이다. 실제적 이유들로 인하여, 위상 시프터는 제한된 분해능을 갖는데, 이는

이 임의적 값들을 취할 수 없다는 것을 의미한다. 예를 들어, 위상 분해능은 4개의 위상들(이는

이 0°, 90°, 180° 또는 270°(즉, 매 90°마다의 위상)일 수 있다는 것을 의미함)로 제한될 수 있거나, 위상 분해능은 8개의 위상들(이는

이 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°또는 315°(즉, 매 45°마다의 위상)일 수 있다는 것을 의미함)로 제한될 수 있다.

[0045] ULA(uniform linear array) 안테나가 조향각

로 표시되는 특정 방향을 향하여 높은 이득을 생성하기 위해, 신호들이 자기 자신들을 제거하는 대신에 자기 자신들을 보강(reinforce)하도록 개별 안테나 엘리먼트에 가중치들이 적용된다. ULA 안테나 패턴(즉, 빔) 계산을 수행하기 위해, 각각의 안테나 엘리먼트가 무지향성이라고 가정하기로 하자(여기서, 가중치

임). 수신된 신호는:

로 표현된다.

[0046] 각

로 조향할 때,

는

를

로 변환한다.

[0047] 제한된 위상 분해능을 가지는 ULA 안테나가 주어지면, 빔 b 및 안테나 엘리먼트 m에 있어서, 가중치는:

여기서, Res는 위상들의 수(예를 들어, Res=4는 90°분해능을 의미하고, Res=8은 45°분해능을 의미함)이고, Beam은 빔들의 수이다. 빔 b의 조향각은:

로 표시된다.

[0048] 실시예들은 안테나 엘리먼트가 무지향성 방사 패턴을 가진다고 가정한다. 그러나, 실제로, 안테나 엘리먼트는 일반적으로, 기껏해야 준-무지향성 방사 패턴을 가진다. 이러한 안테나 구현은 다이폴(dipole) 안테나 및 패치(patch) 안테나를 포함한다.

[0049] 실시예들은 또한, 안테나 어레이 포메이션(formation)이 ULA 또는 UPA(uniform planar antenna)이라고 가정한다. 그러나, 구형 조닝의 서로 다른 카테고리를 유도할 안테나 어레이에서의 엘리먼트들의 6각형 배열과 같은 다른 포메이션들이 존재할 수 있다.

[0050] 구형 조닝

[0051] 다양한 실시예들의 구형 조닝은 데카르트(x, y, z) 및 구형(

,

) 좌표 시스템들에 기초한다. 도 2는 예시적 위상 제어된 안테나 어레이(210)에 관한 데카르트 및 구형 좌표 시스템들을 예시한다. ULA 안테나에 있어서, 어레이 엘리먼트들은 x-축 상의 라인에 배치된다. UPA 안테나, 이를테면, 안테나 어레이(210)에 있어서, 어레이 엘리먼트들은 (x-y) 평면 상의 2차원(2D) 어레이에 배치된다. z-축은 천정 방향(zenith direction)에 대응한다. 각도 세타(

)는 z-축으로부터의 편각이고, 각도 파이(

)는 x-축으로부터의 방위각이다. 다양한 실시예들은, 단지 방향만이 필요하기 때문에

이 1인 것으로 가정되어 반경(

)의 측정을 요구하지 않는다.

[0052] 통상적으로, 빔 방향은 좌표들 및 빔폭을 이용하여 설명될 수 있다. 예를 들어, 빔은 방향(

=90°,

=0°) 및 폭(60°x 60°)을 가지는 것으로서 설명될 수 있다. 그러나, 이러한 형태의 설명의 문제점은 불규칙 형상을 가지는 빔을 설명하는 것이 어렵다는 것이다. 또 다른 예에서, 빔은 IEEE 802.15.3c 규격에서 정의되는 조닝 맵을 이용하여 정의될 수 있다. 그러나, 이것 역시 제한들을 가진다.

[0053] 다양한 실시예들은 구형 조닝을 이용하여 빔 방향 및 빔폭을 설명한다. 구형 조닝에서, 한 포인트(예를 들어, 안테나 어레이)로부터의 "모든 방향들"의 구(sphere)는 넘버링된 넌-오버랩핑 존들의 세트로 분할된다. 각각의 존은 방향들의 서브세트이고, 모든 존들의 조합(union)은 모든 방향들에 걸쳐 있으며, 임의의 2개의 존들의 교차점은 엠프티 세트(empty set)이다. 식별의 용이함을 위해, 각각의 존은 존 넘버(zone number)로 식별된다.

[0054] 구형 존들은 다수의 특성들을 가진다. 직사각 분할 대신에, 구형 존들이, 아래에 설명되는 바와 같이, ULA 및 UPA 형성들에 기초하여 생성된다. 구형 조닝은 공간 분할 및 탐색 툴이다. 그것은 구형 존들의 세트를 예시하고, 구형 존들을 넘버링하는 방식을 제공하며, 다양한 입도(granularity)의 유연성을 인에이블하고, 이웃 존들 및 정제(refinement) 존들의 탐색을 인에이블하기 위해 이용된다. 그러나, 구형 조닝은 안테나 엘리먼트들의 수, 위상 분해능 등을 비롯한, 대부분의 안테나 특성들과는 상관없다.

[0055] UPA 포메이션이 주어지면, 구는 x-축을 따라 그리고 y-축을 따라 구형 존들로 슬라이싱된다. 슬라이스들 간의 슬라이싱의 각은 90°이다. 유사하게, 안테나 어레이의 6각 포메이션에 있어서, 구는 0°, 60° 및 120°각들을 따라 슬라이싱될 수 있으며, 6각 안테나 어레이 포메이션에 적합한 구형 조닝을 야기할 수 있다. 따라서, 안테나 포메이션은 단지 ULA 또는 UPA 포메이션 뿐만은 아니다.

[0056] 실시예들은 안테나 엘리먼트들 간의 거리가 λ/2(여기서, λ은 파장임(60 GHz 주파수에 있어서, 파장은 0.5cm이어서, λ/2은 2.5mm임))이라고 가정한다. 실제로, 거리는 약간 더 클 수 있다. 그러나, 보통 이 거리는 너무 클 수 없는데, 그 이유는 결과적 안테나 어레이의 크기가 너무 커질 것이기 때문이다. 거리의 작은 변화는 간단히, 각각의 개별 안테나 엘리먼트 상에 부과되는 추가 가중치 팩터(factor)(또는 위상 시프트 팩터)로 변형(translate)되며, 따라서, 구형 조닝의 설명에 영향을 미치지 않는다.

[0057] 구형 존들은 단위 구로 표현될 수 있는데, 여기서 서로 다른 존들은, 예를 들어, 서로 다른 색들 및/또는 넘버들로 표현된다. 대안적으로, 구형 존들은 (

-

) 평면 상에 2D 조닝 맵으로 표현될 수 있다.

-축은 0으로부터 π까지(또는 0° 내지 180 °)의 범위이고,

-축은 -π로부터 π까지(또는 -180° 내지 180°)의 범위이다.

[0058] 도 3a 및 도 3b는 4x1 구형 조닝의 2개의 서로 다른 표현들을 예시한다. 도 3a는 단위 구(310)로 표현되는 4x1 구형 조닝을 예시하는 반면, 도 3b는 2D 조닝 맵(320)으로 표현되는 4x1 구형 조닝을 예시한다. 각각의 존은 존 넘버에 의해 식별된다. 도 3b의 2D 조닝 맵(320)은 도 3a에서의 단위 구(310)와 동등하다는 점에 주목한다. 즉, 2D 조닝 맵(320)이 구에 감겨졌다면, 그것은 단위 구(310)와 유사한, 4개의 존들로 분할된 구를 나타낼 것이다.

[0059] 1차원 구형 조닝을 생성하기 위해, x-축은 B개의 존들(도 3에서, B는 4임)로 분할된다. ULA 빔 계산에 기초하여, 존 넘버들은

이다. x-축에 대한 조향각

는 :

이다.

따라서, 임의 각(arbitrary angle)

은 존 b에 속하며, 여기서,

이다.

구형 존은 조향각

에 입각(around)한다. 존 0에 있어서,

이고,

이다. 존 1에 있어서,

이고, 존 2에 있어서,

이며, 존 3에 있어서,

이다.

[0060] 구형 조닝 맵들은 또한, 더 큰 어레이들에 대해 생성될 수 있다. 도 4a는 2D 조닝 맵(410)으로 표현되는 예시적 8x1 구형 조닝을 예시한다. 8x1 구형 조닝을 생성하기 위해, 4x1 구형 조닝에 있어서, x-축은 B개의 존들(도 4a에서, B는 8임)로 분할된다. 존 넘버들은

이다. x-축에 대한 조향각

는:

이다.

따라서, 임의 각

은 존 b에 속하며, 여기서,

이다.

구형 존은 조향각

에 입각한다. 존 0에 있어서,

이고,

이다. 존들 1, 2 및 3에 있어서,

,

및

이다. 존 4에 있어서,

이다. 존들 5, 6 및 7에 있어서,

,

및

이다.

[0061] 도 4b는 8x1 구형 조닝으로의 4x1 구형 조닝의 확장을 예시하는 그래프(420)이다. 존(422)은 4x1 구형 조닝에 속하고, 존(424)은 8x1 구형 조닝에 속한다. 4x1 조닝에서 존 넘버 b₄가 주어지면, 8x1 조닝에서의 대응하는 존 넘버들은

이다. 따라서, 4x1 구형 조닝(422)에서 존 넘버 b₄=1이 주어지면, 8x1 조닝(424)에서의 대응하는 존 넘버들은

이다. 알 수 있는 바와 같이, 이 속성은 계층적 빔 정제 알고리즘들에서 유용하다.

[0062] 조닝 맵들은 또한 2D 안테나 어레이들에 대해 생성될 수 있다. 도 5a 및 도 5b는 4x4 구형 조닝의 2개의 서로 다른 표현들을 예시한다. 도 5a는 단위 구(510)로 표현되는 4x4 구형 조닝을 예시하는 반면, 도 5b는 2D 조닝 맵(520)으로 표현되는 동일한 4x4 구형 조닝을 예시한다. 2D 어레이들에 있어서, 존 넘버들, 예를 들어, 4x4 어레이에서의 존 넘버(3x2)는 2D 이어야 한다는 점에 주목한다.

[0063] 4x4 구형 조닝을 생성하기 위해, x-축 및 y-축은 4개의 존들로 독립적으로 분할된다. 따라서, 존 넘버들은

이다. 조향각(

,

)은:

를 만족시킨다.

따라서, 임의 각(

,

)은 존

에 속하며, 여기서:

이다.

[0064] 모든 존 넘버들이 존재하는 것은 아니라는 점에 주목한다. 예를 들어, 존 넘버(0, 0)는 존재하지 않는다. 이에 따라, 조향각 방정식들은 어떠한 해(solution)도 가지고 있지 않다.

[0065] 조닝 맵들은 또한, 더 큰 2D UPA 어레이들에 대해 생성될 수 있다. 도 6a 및 도 6b는 8x8 구형 조닝의 2개의 서로 다른 표현들을 예시한다. 도 6a는 단위 구(610)로 표현되는 8x8 구형 조닝을 예시하는 반면, 도 6b는 2D 조닝 맵(620)으로 표현되는 8x8 구형 조닝을 예시한다. 4x4 어레이들에 있어서, 모든 존 넘버들이 존재하는 것은 아니다. 구체적으로, 8x8 어레이에 있어서, 존 넘버들 (0,0), (0,1), (0,7), (1,0) 및 (7,0)은 존재하지 않는다.

[0066] 8x8 구형 조닝을 생성하기 위해, x-축 및 y-축은 8개의 존들로 독립적으로 분할된다. 따라서, 존 넘버들은

이다. 임의 각(

,

)은 존

에 속하며, 여기서:

이다.

[0067] 도 7은 8x8 구형 조닝으로의 4x4 구형 조닝의 확장을 예시하는 그래프(710)이다. 4x4 구형 조닝에서의 각각의 존은 8x8 구형 조닝에서 9개의 존들에 대응한다. 4x4 구형 조닝에서 존 넘버

가 주어지면, 8x8 구형 조닝에서의 대응하는 존 넘버들은

이다. 따라서, 4x4 구형 조닝(740)에서 존 넘버

가 주어지면, 8x8 구형 조닝(750)에서의 대응하는 존 넘버들은 이다. 도 7은 또한, 존 넘버 b₄=1에 대한 대응하는 4x1 구형 조닝(720) 및 모든 존 넘버들에 대한 8x1 구형 조닝(730)을 예시한다. 8x1 구형 조닝(730)의 존들(1-3)이 4x1 구형 조닝(720)의 존 넘버 b₄=1과 교차한다는 점에 주목한다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 존들의 수를 증가시키는 것의 효과는 각각의 존이 구의 더 작은 면적을 커버한다는 것이다.

[0068] 다양한 실시예들이 4x1, 8x1, 4x4 및 8x8 구형 조닝들을 상세하게 논의하지만, 구형 조닝들은 임의의 크기일 수 있다. 도 8a는 단위 구(810)로 표현되는 16x1 구형 조닝을 예시한다. 이러한 큰 1차원 구형 조닝은 일반적으로 선호될 수 없는데, 그 이유는 그것이 특정 방향들을 따라 쉽게 오프-정렬(off-align)될 수 있기 때문이다. 따라서, 4x4 구형 조닝이 더 선호될 것이다. 그러나, 16x1 구형 조닝은 빔 정제를 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 8x1 구형 조닝이 16x1 구형 조닝으로 확장될 수 있거나, 8x8 구형 조닝은 16x16 구형 조닝으로 확장될 수 있다.

[0069] 도 8b는 단위 구(820)로 표현되는 5x5 구형 조닝을 예시한다. 홀수로 넘버링된(odd-numbered) 구형 조닝의 특별한 특성들은 x-축, y-축 및 z-축 상에서의 존 분할 라인들을 포함한다. 존들의 조향각은 또한 시프트(shift)된다.

[0070] 일반적

구형 조닝에 있어서, 존 넘버는

이다. 일부 존 넘버들이 존재하지 않을 것이라는 점에 주목한다. 조향각(

,

)은:

를 만족시킨다.

임의 방향(

,

)은 존

에 속하며, 여기서:

이다.

[0071] 존들을 네비게이팅할 때,

의 이웃 존들은

및

이다. 정제 존들에 있어서,

또는

를 2배로 하면서, 조닝 확장 룰(zoning expanding rule)이 적용된다.

[0072] 표 1은 표준-크기 구형 존들의 속성들을 예시한다. 알 수 있는 바와 같이, 1차원 구형 조닝은 공간을 동등하게 분할한다. 2D 구형 조닝은 x-축 및 y-축을 따라 더 넓은 존들을 그리고 z-축을 따라 더 좁은 존들을 가져, 균일하지 않다. 안테나 어레이에 의해 형성되는 실제 빔폭 및 안테나 이득은 도시된 값들과 서로 다를 수 있다는 점에 주목한다.

		꼭지점각 (Apex Angle)	가상 이득 (Hypothetical Gain)
조닝	특별한 방향들의 존 넘버들	존이 동일한 구면의 구형 원추로 변환되면, 꼭지점은 원추의 끝(tip)이고, 꼭지점각은 꼭지점을 정의하는 라인들 사이의 각이다.	안테나가 존에 의해 정의된 방향들을 향해 자신의 모든 에너지를 방사하면, dB 단위로 측정되는 실효 이득은 무지향성 안테나 패턴에 대한 비이다.
4x1 조닝	0-3	83°(일정)	6.0 dB(일정)
8x1 조닝	0-7	58°(일정)	9.0 dB(일정)
4x4 조닝	천정 방향에서 (2,2)	33°(최소)	13.9 dB(최대)
4x4 조닝	x-축 및 y-축 방향들에서 (0,2), (2,0)	55°(최대)	9.4 dB(최소)
8x8 조닝	천정 방향에서 (4,4)	16°(최소)	20.0 dB(최대)
8x8 조닝	x-축 및 y-축 방향들에서 (0,4), (4,0)	33°(최대)	13.8 dB(최소)

[0073] 조닝의 구현

[0074] 구형 존 맵들이 생성되었으면, 다양한 실시예들은 AWV(antenna weight vector)을 각각의 존에 할당한다. 다양한 실시예들은 안테나 어레이에 대한 몇몇 가정들을 수행한다. 첫째, 일반적 안테나 어레이 크기는

(ULA 안테나에 있어서,

은 1과 동일함)이다. 둘째, 존들의 수는 안테나들의 수보다 큰데, 즉,

이고,

이다. 셋째, 위상 분해능은 R=4이다. 마지막으로, AWV는 크기(

)의 벡터이며,

가 된다.

[0075]

조닝을 구현하기 위해, AWV 세팅은 존

에 대한 표준(canonical) 가중치 함수에 의해 정의되며,

가 된다.

빔들의 총 수는 존들의 총 수(

)와 동일하다. 존 넘버는 또한 빔 넘버(beam number)로서 이용될 수 있다. 즉, 빔

는 존

에 대한 표준 AWV 세팅에 의해 구현되는 빔으로 표시될 수 있다.

[0076] 도 9a-9c는 예시적 AWV들의 행렬들을 예시한다. 행렬의 각각의 행은 존 넘버에 대한 AWV를 표현한다. 행들의 수는 조닝에서의 존들의 총 수이다. 도 9a는 3x1로부터 5x1로 변경되는 안테나 어레이 크기에 대한 AWV 행렬들을 예시한다. 도 9b는 4x1로부터 16x1로 변경되는 조닝 크기에 대한 AWV 행렬들을 예시한다. 도 9c는 1차원으로부터 2차원으로 변경되는 안테나 어레이 크기 및 조닝 크기 둘 모두에 대한 AWV 행렬들을 예시한다.

[0077] 강조된(highlighted) 가중치들은 변하지 않게 유지된다(이는 빔 정제를 간략화함)는 점에 주목한다. 도 9a에서, 강조된 셀들(910a)은 강조된 셀들(910b)과 동일하다. 도 9b에서, 강조된 셀들(922a)은 강조된 셀들(922b)과 동일하고, 강조된 셀들(924a)은 강조된 셀들(924b)과 동일하며, 강조된 셀들(926a)은 강조된 셀들(926b)과 동일하고, 강조된 셀들(928a)은 강조된 셀들(928b)과 동일하다. 도 9c에서, 강조된 셀들(930a)은 강조된 셀들(930b)과 동일하다.

[0078] 안테나 어레이 크기의 선택

[0079] 존들의 수(B)와 안테나들의 수(M) 사이의 1-1 대응은 보통 존재하지 않을 것이다. 오히려, 안테나들보다 더 많은 존들이 보통 존재할 것이다. 서로 다른 안테나 어레이 크기들에 의한 존들의 구현은 서로 다른 빔폭 및 이득을 생성한다. 예를 들어, 더 작은 안테나 어레이들은 더 넓은 빔폭 및 더 작은 이득은 갖는 빔들을 가지는 경향이 있는 반면, 더 큰 안테나 어레이들은 더 좁은 빔폭 및 더 큰 이득을 갖는 빔들을 가지는 경향이 있다.

[0080] 빔폭은 메인 빔의 반전력(-3dB) 포인트들 사이의 각 또는 최대 이득으로부터의 3dB 손실 내에서의 각이다. 도 10은 빔폭 예의 그래프(1010)를 예시한다. 도 10에서 예시된 예에서, 빔

는 존

를 구현한다. 영역(1020)은 이상적 4x4 조닝을 예시한다. 영역(1030)은 3dB 빔폭을 가지는 2x2 UPA에 의해 제공되는 커버리지를 예시한다. 영역(1040)은 3dB 빔폭을 가지는 3x3 UPA에 의해 제공되는 커버리지를 예시한다. 영역(1050)은 3dB 빔폭을 가지는 4x4 UPA에 의해 제공되는 커버리지를 예시한다.

[0081] AWV들이 계산되었으면, 다양한 실시예들은 주어진 조닝에 대한 최대 구현 이득을 제공하도록 적절한 안테나 어레이 크기를 선택한다. 선호되는 시나리오는, UE가 존재하는 존을 구현하는 빔을 이용하기 위해, UE(130)와 같은 UE에 대해 충분한 구현 이득(이득은 신호의 전력 또는 진폭을 증가시키기 위한 안테나의 능력임)을 제공하는 충분한 안테나들을 가지는 것이다. 구현 이득은, 임의 방향에 있어서, 모든 존들 중 임의의 존에 의해 구현될 수 있는 최상의 이득이다. 이 값은 일반적으로 시뮬레이션들로부터 결정되어야 한다.

[0082] 하계(lower bound)에서, 너무 적은 안테나 어레이 엘리먼트들은 충분한 존들을 생성할 수 없고, 안테나 이득은 낮다. (90°위상 분해능을 가짐), x-축을 따르는

개의 존들 및

개의 안테나 엘리먼트들을 가정하면, 존들의 수는 안테나 세팅들의 특정 수(distinctive number)를 초과할 수 없으며, 즉,

이다. 따라서,

이다. y-축을 따르는

개의 존들 및

개의 안테나 엘리먼트들은 독립적으로 고려될 수 있다.

[0083] 상계(upper bound)에서, 너무 많은 안테나 어레이 엘리먼트들은 좁은 빔폭으로 인한 커버리지 이슈들을 야기한다. 이상적 최대 이득은

이다. 3dB 빔폭 정의가 주어지면, 빔폭 이득은

이다.

[0084] 3가지 안테나 어레이 크기 선택 방법들이 존재한다. 첫째는 보장된 3dB 커버리지로 최고 구현 이득을 가지는 안테나 어레이 크기를 선택하는 것이다. 3dB 커버리지 조건은, 임의의 주어진 방향에 있어서,

이라는 것을 의미한다. 그러나, 일부 경우들에서, 구현된 이득은 값이 더 높을 수 있지만,

와 비교하여 빔폭 이득 미만으로 떨어진다. 둘째는, 3dB 커버리지와 관계없이, 최고 구현 이득을 가지는 안테나 어레이 크기를 선택하는 것이다. 셋째는 빔이 오프-정렬될 가능성이 적도록 가장 넓은 빔들을 가지는 안테나 어레이 크기를 선택하는 것이다. 이러한 경우, 하계 값이 이용될 수 있다.

[0085] 표 2는 예시적 조닝들에 대한 이러한 3개의 방법들의 비교를 예시한다.

[0086] 단일 별표(*)는 가장 넓은 빔들을 나타낸다. 이 실시예의 이점은 빔 정렬을 유지하는 것이 쉽다는 것이다. 2개의 별표(**)는 보장된 3dB 커버리지로 최고 구현 이득을 나타낸다. 이 실시예의 이점은, 단지 서로 다른 방향들 사이에 작은 이득 변화만이 존재한다는 것이다. 3개의 별표(***)는 3dB 커버리지와 관계없이, 최고 구현 이득을 나타낸다. 이 실시예의 이점은 어떤 임의의 방향에서 높은 구현 이득을 제공한다는 것이다.

[0087] 안테나 어레이 크기를 선택하기 위한 다양한 다른 고려사항들이 존재한다. 예를 들어, 송신기 및 수신기의 결합 이득에 대해 20dB의 안테나 이득이 바람직하다. 또한, 넓은 빔은 정렬을 유지하는데 적합하다. 추가로, 적은 수의 존들은 빔포밍에 대한 낮은 MAC(media access control) 오버헤드를 의미한다.

[0088] 실시예들은 또한, 계층적 안테나 어레이를 제공한다. 이러한 어레이는 섹터 스윕(sector sweep)에 대한 넓고 낮은 이득 빔들 및 빔 정제에 대한 좁고 높은 이득 빔들을 이용한다. 예를 들어, 4x4 UPA가 주어지면, 섹터 스윕은 8x1 조닝을 가지는 4x1 ULA에 의해 수행될 수 있고, 4.5dB 이득과 8개의 빔들을 제공한다. 빔 정제는 8x8 조닝을 가지는 풀 4x4 UPA에 의해 수행될 수 있고, 64개의 빔들 및 9.9dB 이득을 제공한다. 대안적으로, 4x4 UPA가 주어지면, 섹터 스윕은 4x4 조닝을 가지는 2x2 UPA에 의해 수행될 수 있고, 4.7dB 이득과 16개의 빔들을 제공한다. 빔 정제는 다시, 8x8 조닝을 가지는 풀 4x4 UPA에 의해 수행될 수 있고, 64개의 빔들 및 9.9dB 이득을 제공한다. 또 다른 예로서, 6x6 UPA가 주여지면, 섹터 스윕은 4x4 조닝을 가지는 3x3 UPA에 의해 수행될 수 있고, 5.8dB 이득을 가지는 16개의 빔들을 제공한다. 빔 정제는 8x8 조닝을 가지는 풀 6x6 UPA에 의해 수행될 수 있고, 64개의 빔들 및 11.0dB 이득을 제공한다.

[0089] 빔 추적 및 정제

[0090] AWV들이 결정되고, 안테나 어레이 크기가 선택되면, 다양한 실시예들은 하나의 빔을 추적하는 UE가 이웃 존으로 이동하고 또 다른 빔을 추적하여야 하는지 여부를 결정하기 위한 수단을 제공한다. 대안적으로, UE는 단지 안테나 어레이에 의해 서비스된 네트워크 영역으로 진입할 수 있거나, 영역에서 파워업될 수 있다. 일반적으로, 빔의 정렬이 오프이고 충분한 이득의 손실이 존재할 때, UE는 이웃하는 존으로 이동하여야 한다. 이것은 UE 이동 또는 셰도윙(shadowing) 때문일 수 있다. 일반적으로, 3dB 이득 손실은 빔 정렬이 오프이며, 따라서, 빔 추적 및 이웃하는 존으로의 가능한 이동이 트리거됨을 함축한다.

[0091] 도 11a-11d는 빔 추적 시 다양한 안테나 어레이 크기들의 효과의 비교를 예시한다. 각각의 도면은 3dB 빔폭을 예시한다. 도 11a는 이상적 4x4 구형 조닝의 그래프(1110)이다. 도 11b는 2x2 UPA에 의해 구현되는 4x4 구형 조닝의 그래프(1120)이다. 이 구성은 가장 넓은 빔들을 가지며, 이에 의해 빔들 사이에 더 많은 오버랩을 제공하고, UE가 이웃의 이웃하는 존으로 이동하는 것을 가능하게 한다. 도 11c는 3x2 UPA에 의해 구현되는 4x4 구형 조닝의 그래프(1130)이다. 이 구성은 보장된 3dB 커버리지로 최고 구현 이득을 제공한다. 도 11d는 3x3 UPA에 의해 구현되는 4x4 구형 조닝의 그래프(1140)이다. 이 구성은 3dB 커버리지와 관계없이, 최고 구현 이득을 제공한다. 빔들 사이에 더 적은 오버랩이 존재하여서, UE는 단지 이웃하는 존들로만 이동하는 경향이 있다.

[0092] UE는 어디로 이동할지, 즉, 어떤 빔/존을 추적할지를 결정할 필요가 있다. 수신기는 이웃하는 존으로 이동할 수 있으며, 이는 UE가 존(b _x , b _y ) 내에 있으면, UE가 존(

, b _y ) 및 존(b _x ,

)으로 이동할 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, UE는 존(1,3)으로부터 존(0,3) 및 (1,2)로 이동할 수 있다. 대안적으로, UE는 이웃의 이웃하는 빔/존으로 이동할 수 있는데, 이는 UE가 존(b _x , b _y ) 내에 있으면, UE가 존(

, b _y ), (b _x ,

) 및 (

,

)으로 이동할 수 있다는 것을 의미한다.

[0093] 빔 추적을 위한 몇몇 알고리즘들이 존재한다. IEEE 802.11ad 표준은 송신기 빔 추적 및 수신기 빔 추적을 허용하는 빔 추적 프로토콜을 제공한다. 이 프로토콜은 다수의 TRN(target reference number) 필드들을 가지는 BRP(beam refinement protocol) 패킷을 이용한다.

[0094] 실시예에서, UE는 이웃 빔들을 추적한다. 이것은 좁은 빔들에 적합하며, 여기서 안테나 어레이 크기는 그것이, 3dB 커버리지와 관계없이, 제공할 수 있는 최고 구현 이득에 따라 선택된다. 4개의 이웃하는 존들 및 현재 존은 트레이닝(train)되며, 이는

가 다음의 존 넘버들: (b _x , b _y ), (

, b _y ) 및 (b _x ,

) 상에서 BRP 패킷 내의 5개의 TRN 필드들과 동일하다는 것을 함축한다. 예를 들어, 도 5b의 조닝 맵(520)을 참조하여, 현재 존(1,2)이 주어지면, UE는 추적할 더 양호한 빔을 발견하기 위해 존들(0,2), (1,1), (1,3) 및 (2,2)를 탐색할 것이다.

[0095] 또 다른 실시예에서, UE는 이웃들의 빔들 및 이웃의 이웃들을 추적한다. 이것은 넓은 빔들에 적합하며, 여기서 안테나 어레이 크기는 그것이 제공할 수 있는 가장 넓은 빔에 따라 선택된다. 이전 실시예에서의 4개의 이웃 존들과 더불어, 8개의 이웃의 이웃 존들이 또한 트레이닝된다. 이것은

가 다음의 존 넘버들: (b _x , b _y ), (

, b _y ), (b _x ,

), (

,

), (

, b _y ) 및 (b _x ,

) 상에서 BRP 패킷 내의 13개의 TRN 필드들과 동일하다는 것을 함축한다. 예를 들어, 도 5b의 조닝 맵(520)을 다시 참조하여, 동일한 현재 존(1,2)이 주어지면, 위에서 리스팅된 4개의 존들과 더불어, UE는 또한 존들(0,1), (0,3), (2,1), (2,3), (3,2), (1,0)을 탐색할 것이다. 어디에도 존 넘버들(-1,2) 또는 (1,4)이 존재하지 않는다는 점에 주목한다.

[0096] UE는 또한 빔 추적을 인보크(invoke)할 때를 결정할 필요가 있다. 일반적으로, 3dB 이득 손실은 빔 정렬이 오프이며, 이에 의해 빔 추적이 트리거됨을 함축한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 3dB 이득 손실이 존재하지 않는 경우에도, UE는 더 양호한 빔(들), 즉, 더 양호한 이득을 가지는 빔(들)을 탐색하기 위해 빔 추적을 주기적으로 수행할 수 있다. 이것이 빔 정제이다.

[0097] IEEE 802.11ad 표준은 섹터 스윕 위상 및 빔 정제 위상을 포함하는 빔 정제를 위한 빔포밍 프로토콜을 제공한다. 섹터 스윕 위상에서, 수신기는 제어 프레임 교환들을 위한, 다수의 빔들(섹터들이라 칭함)을 선택한다. 섹터 빔들은 보통 넓은 빔폭을 가지지만, 낮은 이득을 가진다. 섹터들의 총 수는 MAC 오버헤드에 영향을 미치며, 이에 더 작은 수가 더 양호하다.

[0098] 빔 정제 위상에서, 섹터 빔이 선택되면, 수신기는 데이터 프레임 교환들을 위한 다수의 정제 빔들을 선택한다. 정제 빔들은 보통 좁은 빔폭을 가지지만 높은 이득을 가진다. 더 양호한 빔이 발견되면, 수신기는 자신이 추적하고 있었던 빔 대신에 더 양호한 빔을 추적할 것이다.

[0099] 안테나 이득을 개선하기 위한 다양한 방식들이 존재한다. 빔 정제를 위한 제 1 실시예에서, 안테나 엘리먼트들의 수는 증가될 수 있다. 안테나 어레이 크기의 증가는 곧바로 이상적 최대 이득

를 증가시킨다. 그러나, 안테나 어레이 크기의 증가는 또한 빔폭을 감소시킨다. 원래의 정렬이 빔 에지에 가깝다면, 이 방법은 잘(very well) 작동하지 않을 수 있다. 그러나, 그 경우, 어쨋든 인접한 섹터가 더 양호한 이득을 가질 가능성은 있다. 따라서, 작동을 위해 이 방법의 경우, 원래의 안테나 어레이 크기는 3dB 커버리지를 보장하여야 한다.

[00100] 예로서, 4x4 구형 조닝은 변하지 않게 유지되면서 2x2 UPA가 3x3 UPA로 증가된다고 가정하기로 하자. 이것은 1.1dB 더 높은 이득(즉, 4.7dB로부터 5.8dB로(표 2에 도시됨))을 제공할 것이다.

[00101] 빔 정제에 대한 제 2 실시예에서, 서로 다른 AWV가 시도될 수 있다. 이것은 섹터 빔의 조향각이 원하는 방향과 정렬되지 않을 수 있는 경우 유익할 수 있다. 서로 다른 구형 조닝의 이용은 서로 다른 조향각들을 가지는 존들을 초래(introduce)할 수 있다. 이것은 또한 구형 조닝 크기의 증가를 야기한다.

[00102] 예로서, 3x3 UPA가 변하지 않게 유지되면서 4x4 구형 조닝이 8x8 구형 조닝으로 증가된다고 가정하기로 하자. 이것은 2.4dB 더 높은 이득(즉, 5.8dB로부터 8.2dB로(표 2에 도시됨))을 제공할 것이다. 조닝 크기가 2배로 되면,

는

에 대응할 것이다. 수신기는 9개의 후보 존 넘버들 상에서 빔 정제 프로토콜을 수행할 필요가 있을 것이다.

[00103] 제 3 실시예에서, 빔 정제에 대한 제 1 및 제 2 실시예들의 결합이 수행될 수 있다. 이것은 존 크기를 증가시키며, 동시에 안테나 어레이 크기를 증가시킬 것이다.

[00104] 예로서, 4x4 구형 조닝이 8x8 구형 조닝으로 증가되고, 3x3 UPA가 6x6 UPA로 증가된다고 가정하기로 하자. 이것은 5.2dB 더 높은 이득(즉, 5.8dB로부터 11.0dB로(표 2에 도시됨))을 제공할 것이다. 이것은, 수신기가 (조닝 크기가 2배로 되는 것으로 인하여) 9개의 후보 존 넘버들 상에서 빔 정제 프로토콜을 수행할 필요가 있지만, 수신기가 3dB 커버리지를 제공하기 위해 원래의 안테나 크기를 요구하지 않는다는 점에서, 빔 정제에 대한 제 2 실시예와 유사하다. 이 실시예는 빔 정제에 대한 3개의 실시예들 중에서 최상의 이득을 제공한다.

[00105] 도 12는 실시예의 예시적 흐름도(1200)를 예시한다. 도 12의 다양한 특징들은 위에서 상세하게 설명되었다. 1210-1230에서, UE의 빔 제어기, 이를테면, 빔 제어기(134)는 복수의 빔들에 대한 AWV를 계산한다. 1210에서, 빔 제어기는 존들의 총 수에 대응하는 빔들의 총 수를 결정한다. 1220에서, 빔 제어기는 대응하는 존 넘버에 기초하여 각각의 빔에 대한 빔 넘버를 세팅한다. 1230에서, 빔 제어기는 존 넘버에 기초하여 AWV를 계산한다. 위에서 논의된 바와 같이, AWV는 존 넘버의 표준 가중치 함수에 의해 정의된다.

[00106] 1240-1270에서, 빔 제어기는 빔 추적 및 정제를 수행한다. 1240에서, 빔 제어기는 이득의 손실에 기초하여 오정렬을 검출한다. 대안적으로, 빔 제어기는 빔 정제를 수행하도록 결정할 수 있다. 1250에서, 빔 제어기는 개선된 정렬 또는 이득을 검출하기 위해 복수의 이웃 빔들을 탐색한다. 1260에서, 빔 제어기는 개선된 이득을 가지는 빔이 발견되었는지 여부를 결정한다. 개선된 이득을 가지는 빔이 발견되지 않았으면, 흐름은 1250으로 리턴한다. 개선된 이득을 가지는 빔이 발견되었으면, 1270에서, 빔 제어기는 개선된 이득을 가지는, 이웃 빔 또는 이웃의 이웃 빔으로 스위칭한다.

[00107] 존/빔 넘버 회전의 효과

[00108] 위상 안테나 어레이가 좌표 시스템의 x-y 평면에 로케이팅되지 않는 경우, 또는 안테나 엘리먼트들이 구현 장애로 인하여 특정 위상 오프셋을 가지는 경우, 특정 빔 넘버를 가지는 빔은 원하는 방향을 향하여 포인팅되지 않을 수도 있다. 이것은 또한, 위상 안테나 어레이의 배향(orientation)이 수신기에 공지되지 않은 경우 발생할 수 있다.

[00109] 조닝 방법은 존 넘버들을 간단히 회전시킴으로써 이 좌표 회전을 쉽게 핸들링할 수 있다. 예를 들어, 수신기 좌표의 천정 방향은 UPA 좌표의 천정 방향과 정렬되지 않을 수도 있다. 구체적으로, 수신기 좌표의 천정 방향이 UPA 좌표 시스템에서 존 넘버(

)와 정렬된다고 가정하기로 하자. 수신기의 좌표 시스템 하에, 존 넘버에 대응하는 AWV는

에 의해 보상될 수 있으며,

여기서

는 표준 가중치 함수이고,

는 교정의 존 넘버이다.

[00110] 결과적으로, 수신기가 수신기의 좌표 시스템에서 존 넘버 b와 정렬되는 빔 방향을 원할 때, AWV는:

이어야 한다.

이 계산은:

임을 보여주며,

여기서,

는,

이고

인 것이다. 천정 방향들이 수신기의 좌표 시스템과 UPA 좌표 시스템 사이에 정렬되면(예를 들어, 둘 모두가 z-축을 따라 정렬됨),

이고,

이고, 회전은 존재하지 않는다는 점에 주목한다.

[00111] 당업자들은 정보 및 신호들이 다양한 서로 다른 기술들 및 기법들 중 임의의 것을 이용하여 표현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 위의 설명 전체에 걸쳐 참조될 수 있는 데이터, 명령들, 커맨드들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들, 및 칩들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기장들 또는 자기 입자들, 광 필드들 또는 광 입자들, 또는 이들의 임의의 결합으로 표현될 수 있다.

[00112] 추가로, 당업자들은 본원에 개시된 실시예들과 관련하여 설명되는 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어 또는 이 둘의 결합들로서 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 상호 호환성을 명확하게 설명하기 위해, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들이 일반적으로 이들의 기능적 관점에서 위에서 설명되었다. 이러한 기능이 하드웨어로 구현되는지, 또는 소프트웨어로 구현되는지는 전체 시스템 상에 부과되는 설계 제한들 및 특정 애플리케이션에 의존한다. 당업자들은 설명된 기능을 각각의 특정한 애플리케이션에 대해 다양한 방식들로 구현할 수 있지만, 이러한 구현 결정들은 다양한 실시예들의 범위를 벗어나게 하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

[00113] 본원에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법들, 시퀀스들 및/또는 알고리즘들은 직접적으로 하드웨어로, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로, 또는 이 둘의 결합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터들, 하드디스크, 이동식(removable) 디스크, CD-ROM, 또는 당해 기술 분야에 공지된 임의의 다른 형태의 저장 매체에 상주할 수 있다. 예시적인 저장 매체는, 프로세서가 저장 매체로부터 정보를 판독하고, 저장 매체에 정보를 기록할 수 있도록 프로세서에 커플링된다. 대안적으로, 저장 매체는 프로세서에 통합될 수 있다.

[00114] 따라서, 실시예는 빔 추적 및 정제를 위한 방법을 구현하는 컴퓨터 판독가능한 매체들을 포함할 수 있다. 따라서, 다양한 실시예들은 예시된 예들에 제한되는 것이 아니고, 본원에 설명된 기능을 수행하기 위한 임의의 수단이 다양한 실시예들에 포함된다.

[00115] 위의 개시는 예시적 실시예들을 나타내지만, 다양한 변화들 및 변경들이 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은 다양한 실시예들의 범위로부터 벗어나지 않으면서 본원에서 이루어질 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 본원에 설명된 다양한 실시예들에 따른 방법 청구항들의 기능들, 단계들 및/또는 동작들이 임의의 특정한 순서로 수행될 필요는 없다. 게다가, 실시예들의 엘리먼트들은 단수형으로 설명되거나 또는 청구될 수 있지만, 단수형으로의 제한이 명시적으로 표기되지 않는 한 복수형이 참작된다.

Claims

무선 통신 디바이스로서,
복수의 안테나들을 포함하는 위상 안테나 어레이;
상기 위상 안테나 어레이에 동작가능하게 커플링되고, 상기 복수의 안테나들 및 AWV(antenna weight vector)를 제어하도록 구성되는 트랜시버;
구형 조닝 맵을 저장하는 메모리; 및
상기 복수의 안테나들의 각각의 안테나에 대해 상기 AWV를 세팅함으로써 상기 트랜시버를 제어하도록 구성되는 빔 제어기를 포함하는,
무선 통신 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 빔 제어기는 복수의 빔들에 대한 AWV를 결정하도록 추가로 구성되는,
무선 통신 디바이스.
제 2 항에 있어서,
상기 빔 제어기는,
존들의 총 수에 대응하는 빔들의 총 수를 결정하고;
존 넘버에 기초하여 빔 넘버를 세팅하고; 그리고
상기 존 넘버에 기초하여 AWV를 계산함으로써, 상기 복수의 빔들에 대한 AWV를 결정하고,
상기 AWV는 상기 존 넘버의 표준(canonical) 가중치 함수에 의해 정의되는,
무선 통신 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 빔 제어기는,
상기 위상 안테나 어레이의 좌표 시스템 정렬이 수신기 디바이스의 좌표 시스템 정렬과 서로 다름을 결정하고; 그리고
상기 구형 조닝 맵의 존 넘버들을 회전시킴으로써 좌표 시스템 정렬의 차를 보상하도록 추가로 구성되는,
무선 통신 디바이스.
제 1 항에 있어서,
존
에 대한 표준 가중치 함수는,

이고,

는 x-축을 따르는 존 넘버를 표현하고,
는 y-축을 따르는 존 넘버를 표현하고,

는 x-축을 따르는 존들의 총 수를 표현하고,
는 y-축을 따르는 존들의 총 수를 표현하고,
는 x-축을 따르는 빔을 표현하고,
는 y-축을 따르는 빔을 표현하고,
은 빔의 반경인,
무선 통신 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 구형 조닝 맵은 단위 구의 2차원 표현을 포함하고,
상기 단위 구의 x-축 및 y-축은 넘버링된 넌-오버랩핑(non-overlapping) 존들의 세트로 분할되는,
무선 통신 디바이스.
제 1 항에 있어서,
존들의 총 수의 조닝 구성은 1차원 또는 2차원 어레이인,
무선 통신 디바이스.
제 7 항에 있어서,
상기 존들의 총 수의 조닝 구성은 4x1, 4x4, 8x1 또는 8x8 중 하나인,
무선 통신 디바이스.
제 1 항에 있어서,
존들의 총 수의 조닝 구성은 6각-형상의 2차원 어레이인,
무선 통신 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 빔 제어기는, 존들의 총 수에 대응하는 빔들의 총 수를 이용하여 섹터 스윕(sector sweep)을 수행하도록 추가로 구성되는,
무선 통신 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 빔 제어기는,
이득의 손실에 기초하여 오정렬을 검출하고; 그리고
개선된 정렬을 검출하기 위해 복수의 이웃 빔들을 탐색하도록 추가로 구성되는,
무선 통신 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 조닝 맵은 제 1 조닝 맵이고,
상기 무선 통신 디바이스는,
상기 메모리에 저장된 제 2 조닝 맵; 및
제 2 복수의 빔들을 더 포함하는,
무선 통신 디바이스.
제 12 항에 있어서,
상기 제 2 조닝 맵의 존들의 총 수는 상기 제 1 조닝 맵의 존들의 총 수보다 큰,
무선 통신 디바이스.
제 12 항에 있어서,
상기 빔 제어기는,
상기 제 2 조닝 맵에 기초하여 상기 AWV를 세팅하도록 추가로 구성되는,
무선 통신 디바이스.
제 12 항에 있어서,
상기 제 2 복수의 빔들은 빔 정제(beam refinement)에 대해 구성되는,
무선 통신 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 위상 안테나 어레이는 60 Ghz 위상 안테나 어레이인,
무선 통신 디바이스.
무선 통신 방법으로서,
AWV(antenna weight vector)를 결정하는 단계;
메모리에 구형 조닝 맵을 저장하는 단계;
위상 안테나 어레이의 복수의 안테나들을 제어하는 단계; 및
상기 복수의 안테나들의 각각의 안테나에 대해 상기 AWV를 세팅함으로써 상기 위상 안테나 어레이에 동작가능하게 커플링된 트랜시버를 빔 제어기에 의해 제어하는 단계를 포함하는,
무선 통신 방법.
제 17 항에 있어서,
복수의 빔들에 대한 AWV를 상기 빔 제어기에 의해 결정하는 단계를 더 포함하는,
무선 통신 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 복수의 빔들에 대한 AWV를 결정하는 단계는,
존들의 총 수에 대응하는 빔들의 총 수를 결정하는 단계;
존 넘버에 기초하여 빔 넘버를 세팅하는 단계; 및
상기 존 넘버에 기초하여 AWV를 계산하는 단계를 포함하고,
상기 AWV는 상기 존 넘버의 표준 가중치 함수에 의해 정의되는,
무선 통신 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 위상 안테나 어레이의 좌표 시스템 정렬이 수신기 디바이스의 좌표 시스템 정렬과 서로 다름을 상기 빔 제어기에 의해 결정하는 단계; 및
상기 구형 조닝 맵의 존 넘버들을 회전시킴으로써 좌표 시스템 정렬의 차를 상기 빔 제어기에 의해 보상하는 단계를 더 포함하는,
무선 통신 방법.
제 17 항에 있어서,
존
에 대한 표준 가중치 함수는,

이고,

는 x-축을 따르는 존 넘버를 표현하고,
는 y-축을 따르는 존 넘버를 표현하고,
는 x-축을 따르는 존들의 총 수를 표현하고,
는 y-축을 따르는 존들의 총 수를 표현하고,
는 x-축을 따르는 빔을 표현하고,
는 y-축을 따르는 빔을 표현하고,
은 빔의 반경인,
무선 통신 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 구형 조닝 맵은 단위 구의 2차원 표현을 포함하고,
상기 단위 구의 x-축 및 y-축은 넘버링된 넌-오버랩핑(non-overlapping) 존들의 세트로 분할되는,
무선 통신 방법.
제 17 항에 있어서,
존들의 총 수의 조닝 구성은 1차원 또는 2차원 어레이인,
무선 통신 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 존들의 총 수의 조닝 구성은 4x1, 4x4, 8x1 또는 8x8 중 하나인,
무선 통신 방법.
제 17 항에 있어서,
존들의 총 수의 조닝 구성은 6각-형상의 2차원 어레이인,
무선 통신 방법.
제 17 항에 있어서,
존들의 총 수에 대응하는 빔들의 총 수를 이용하여 섹터 스윕(sector sweep)을 상기 빔 제어기에 의해 수행하는 단계를 더 포함하는,
무선 통신 방법.
제 17 항에 있어서,
이득의 손실에 기초하여 오정렬을 상기 빔 제어기에 의해 검출하는 단계; 및
개선된 정렬을 검출하기 위해 복수의 이웃 빔들을 상기 빔 제어기에 의해 탐색하는 단계를 더 포함하는,
무선 통신 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 조닝 맵은 제 1 조닝 맵이고,
상기 방법은,
상기 메모리에 제 2 조닝 맵을 저장하는 단계; 및
제 2 복수의 빔들을 설정하는 단계를 더 포함하는,
무선 통신 방법.
제 28 항에 있어서,
상기 제 2 조닝 맵의 존들의 총 수는 상기 제 1 조닝 맵의 존들의 총 수보다 큰,
무선 통신 방법.
제 28 항에 있어서,
상기 제 2 조닝 맵에 기초하여 상기 AWV를 상기 빔 제어기에 의해 세팅하는 단계를 더 포함하는,
무선 통신 방법.
제 28 항에 있어서,
상기 제 2 복수의 빔들은 빔 정제(beam refinement)에 대해 구성되는,
무선 통신 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 위상 안테나 어레이는 60 Ghz 위상 안테나 어레이인,
무선 통신 방법.
무선 통신 디바이스로서,
AWV(antenna weight vector)를 결정하도록 구성되는 로직;
메모리에 구형 조닝 맵을 저장하도록 구성되는 로직;
위상 안테나 어레이의 복수의 안테나들을 제어하도록 구성되는 로직; 및
상기 복수의 안테나들의 각각의 안테나에 대해 상기 AWV를 세팅함으로써 상기 위상 안테나 어레이에 동작가능하게 커플링된 트랜시버를 빔 제어기에 의해 제어하도록 구성되는 로직을 포함하는,
무선 통신 디바이스.
무선 통신 디바이스로서,
AWV(antenna weight vector)를 결정하기 위한 수단;
메모리에 구형 조닝 맵을 저장하기 위한 수단;
위상 안테나 어레이의 복수의 안테나들을 제어하기 위한 수단; 및
상기 복수의 안테나들의 각각의 안테나에 대해 상기 AWV를 세팅함으로써 상기 위상 안테나 어레이에 동작가능하게 커플링된 트랜시버를 빔 제어기에 의해 제어하기 위한 수단을 포함하는,
무선 통신 디바이스.
무선 통신을 위한 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체로서,
AWV(antenna weight vector)를 결정하기 위한 적어도 하나의 명령;
메모리에 구형 조닝 맵을 저장하기 위한 적어도 하나의 명령;
위상 안테나 어레이의 복수의 안테나들을 제어하기 위한 적어도 하나의 명령; 및
상기 복수의 안테나들의 각각의 안테나에 대해 상기 AWV를 세팅함으로써 상기 위상 안테나 어레이에 동작가능하게 커플링된 트랜시버를 빔 제어기에 의해 제어하기 위한 적어도 하나의 명령을 포함하는,
무선 통신을 위한 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체.