KR20150066630A - 빔 트래킹 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

수신 빔을 트래킹할 수 있는 수신 장치 및 전송 빔을 트래킹 할 수 있는 전송 장치가 개시된다. 수신 장치는 수신 빔의 방향과 인접한 방향의 수신 후보 빔을 선택하고, 수신 빔을 이용하여 수신한 레퍼런스 신호의 품질과, 수신 후보 빔을 이용하여 수신한 레퍼런스 신호의 품질을 비교하고, 비교 결과에 따라 빔 트래킹을 수행한다. 전송 장치는 전송 빔의 방향과 인접한 방향의 전송 후보 빔을 선택하고, 전송 빔을 이용하여 전송한 레퍼런스 신호의 품질과, 전송 후보 빔을 이용하여 전송한 레퍼런스 신호의 품질을 수신 장치로부터 수신한다. 전송 장치는 비교 결과에 따라 빔 트래킹을 수행한다.

Description

빔 트래킹 장치 및 방법{APPRATUS AND METHOD FOR TRACKING BEAM}
하기의 실시예들은 복수의 안테나 엘레멘트를 이용하여 빔을 형성하고, 형성된 빔을 이용하여 데이터를 송수신하는 기술에 관한 것으로, 구체적으로는 빔의 방향을 트래킹하기 위한 것이다.
밀리미터 웨이브 대역으로 칭하여지는 수십 기가 대역에서의 전파는 높은 경로 손실을 겪으며 짧은 파장으로 높은 직진성을 가진다. 이러한 이유로 LOS (Line-of-Sight) 또는 NLOS(Non Line-of-Sight) 성분을 효과적으로 활용할 수 있는 방향성 빔포밍 (directional beamforming) 기술이 용량 향상 및 커버리지 확장에 효과적인 방안으로 제시되었다. 단, 하드웨어의 복잡성으로 인하여 디지탈 빔포밍 (digital beamforming, DBF) 기술보다는 상대적으로 복잡도가 낮은 아날로그 빔포밍 (analog beamforming, ABF) 기술 또는 스위치드 빔포밍 (switched beamforming) 기술이 주로 사용된다.
밀리미터 웨이브 대역에서는 짧은 파장으로 인하여 많은 안테나 소자를 가진 소형 어레이 안테나의 구성이 가능하며, 다수의 안테나 소자를 가진 안테나 어레이를 이용하면 빔의 폭, 즉 HPBW(half power beam width)가 매우 작은 다수 개의 빔을 형성할 수 있다. 이 경우 전송 빔과 수신 빔, 즉 SNR (signal-to-noise ratio)을 최대로 하는 한 쌍의 빔을 정렬시켰을 경우 매우 큰 이득을 얻을 수 있으나, 정확한 빔의 정렬이 이루어지지 않을 경우에는 성능이 크게 열화된다.
스위치드 빔포밍 시스템에서는 통신 초기에 기지국과 단말기 사이의 최적인 빔을 찾는 빔 트레이닝 (training) 과정이 필수적이다. 이 과정에서 기지국과 단말은 가능한 모든 빔 조합 중에서 상향과 하향의 각 링크에서 최적인 TX 빔과 RX 빔의 쌍을 찾으며, 모든 가능한 빔 조합을 테스트하므로 빔 트레이닝 과정은 매우 긴 시간이 소요된다.
단말은 빔 트레이닝 과정을 통해 탐색한 한 쌍의 빔을 사용하여 통신을 개시하나 어떤 요인으로 전력 감쇄를 경험할 때마다 새로운 최적의 송수신 빔 쌍을 유지하는 빔 트래킹 과정을 지속적으로 수행하여야 한다. 본 발명에서 빔 트레이닝은 기지국과 단말 사이의 가능한 모든 빔 조합 중에서 최적인 전송 빔과 수신 빔의 쌍을 찾는 과정을 의미하고, 빔 트래킹은 빔 트레이닝이 이루어진 후에 단말의 회전 또는 이동 등으로 변화가 발생한 경우에 빔을 변화에 맞도록 갱신하는 과정을 의미한다. 스위치드 빔포밍 시스템에서 단말기의 방향 전환으로 발생하는 수신 빔 부정합은 수신 빔 트래킹을 유발하는 가장 큰 요인이며, 단말기가 이동함으로써 발생하는 전송 빔 부정합은 전송 빔 트래킹을 수행하게 하는 요인이다.
하기의 실시예들은 수신 장치가 이동하거나 회전하여 송수신 빔의 방향이 어긋난 경우에도 신속하게 빔을 트래킹하는 것을 목적으로 한다.
예시적 실시예에 따르면, 전송 장치로부터 전송된 레퍼런스 신호를 수신 빔을 이용하여 수신하는 수신부, 상기 수신 빔의 방향과 인접한 방향의 빔을 수신 후보 빔으로 선택하는 후보 빔 선택부, 상기 레퍼런스 신호를 상기 수신 빔을 이용하여 수신한 품질과 상기 레퍼런스 신호를 상기 수신 후보 빔을 이용하여 수신한 품질을 비교하는 비교부 및 상기 비교 결과에 따라서 상기 수신 후보 빔을 상기 수신 빔으로 업데이트하는 빔 트래킹부를 포함하는 수신 장치가 제공된다.
여기서, 상기 품질은 상기 수신된 레퍼런스 신호의 전력값, 상기 수신된 레퍼런스 신호의 SNR, 상기 수신된 레퍼런스 신호의 오류율 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 레퍼런스 신호는 상기 전송 장치가 형성 가능한 복수의 전송 빔들 각각에 대응되고, 서로 직교하는 복수의 레퍼런스 신호들 중에서 선택된 것일 수 있다.
또한, 상기 레퍼런스 신호는 데이터 신호와 멀티플렉싱 되어 상기 전송 장치로부터 전송될 수 있다.
여기서, 상기 수신부는 복수의 수신 빔을 형성하고, 상기 레퍼런스 신호를 상기 복수의 수신 빔 각각을 이용하여 수신하고, 상기 각각 수신한 레퍼런스 신호를 결합할 수 있다.
그리고, 상기 레퍼런스 신호를 전송하는 상기 전송 장치의 전송 빔의 방향을 변경하는 제어 신호를 상기 전송 장치로 전송하는 전송부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수신부는 상기 전송 빔의 방향과 인접한 방향의 전송 후보 빔을 이용하여 제2 레퍼런스 신호를 수신하고, 상기 비교부는 상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질을 비교하고, 상기 전송부는 상기 비교 결과 또는 상기 제1 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질을 상기 전송 장치로 전송하고, 상기 비교 결과 또는 상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질에 따라서 상기 전송 후보 빔은 상기 전송 빔으로 업데이트될 수 있다
또 다른 예시적 실시예에 따르면, 전송 빔을 이용하여 레퍼런스 신호를 수신 장치로 전송하는 전송부를 포함하고, 상기 레퍼런스 신호를 상기 수신 장치의 수신 빔을 이용하여 수신한 품질이 미리 결정된 임계값 미만인 경우에, 상기 레퍼런스 신호는 상기 수신 빔의 방향과 인접한 방향의 수신 후보 빔을 이용하여 수신되고, 상기 수신 후보 빔을 이용하여 수신한 품질에 기반하여 상기 수신 후보 빔은 상기 수신 빔으로 업데이트되는 전송 장치가 제공된다.
여기서, 상기 품질은 상기 수신된 레퍼런스 신호의 전력값, 상기 수신된 레퍼런스 신호의 SNR, 상기 수신된 레퍼런스 신호의 오류율 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 레퍼런스 신호를 전송하는 상기 전송 빔의 방향을 변경하는 제어 신호를 상기 수신 장치로부터 수신하는 수신부를 더 포함할 수 있다.
또한, 수신부, 비교부, 빔 트래킹부를 더 포함하고, 상기 전송부는 상기 전송 빔의 방향과 인접한 방향의 전송 후보 빔을 이용하여 제2 레퍼런스 신호를 전송하고, 상기 수신부는 상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질을 수신하고, 상기 비교부는 상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질을 비교하고, 상기 빔 트래킹부는 상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제3 레퍼런스 신호의 품질에 따라서 상기 전송 후보 빔은 상기 전송 빔으로 업데이트할 수 있다.
또 다른 예시적 실시예에 따르면, 전송 장치로부터 전송된 레퍼런스 신호를 수신 빔을 이용하여 수신하는 단계, 상기 수신 빔의 방향과 인접한 방향의 빔을 수신 후보 빔으로 선택하는 단계, 상기 레퍼런스 신호를 상기 수신 빔을 이용하여 수신한 품질과 상기 레퍼런스 신호를 상기 수신 후보 빔을 이용하여 수신한 품질을 비교하는 단계 및 상기 비교 결과에 따라서 상기 수신 후보 빔을 상기 수신 빔으로 업데이트하는 단계를 포함하는 수신 장치의 동작 방법이 제공된다.
여기서, 상기 품질은 상기 수신된 레퍼런스 신호의 전력값, 상기 수신된 레퍼런스 신호의 SNR, 상기 수신된 레퍼런스 신호의 오류율 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 레퍼런스 신호는 상기 전송 장치가 형성 가능한 복수의 전송 빔들 각각에 대응되고, 서로 직교하는 복수의 레퍼런스 신호들 중에서 선택된 것일 수 있다.
또한, 상기 레퍼런스 신호는 데이터 신호와 멀티플렉싱 되어 상기 전송 장치로부터 전송될 수 있다.
여기서, 상기 레퍼런스 신호를 전송하는 상기 전송 장치의 전송 빔의 방향을 변경하는 제어 신호를 상기 전송 장치로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 전송 빔의 방향과 인접한 방향의 전송 후보 빔을 이용하여 제2 레퍼런스 신호를 수신하는 단계, 상기 제1 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질을 상기 전송 장치로 전송하는 단계를 더 포함하고, 상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질에 따라서 상기 전송 후보 빔은 상기 전송 빔으로 업데이트될 수 있다.
또 다른 예시적 실시예에 따르면, 전송 빔을 이용하여 레퍼런스 신호를 수신 장치로 전송하는 단계를 포함하고, 상기 레퍼런스 신호를 상기 수신 장치의 수신 빔을 이용하여 수신한 품질이 미리 결정된 임계값 미만인 경우에, 상기 레퍼런스 신호는 상기 수신 빔의 방향과 인접한 방향의 수신 후보 빔을 이용하여 수신되고, 상기 수신 후보 빔을 이용하여 수신한 품질에 기반하여 상기 수신 후보 빔은 상기 수신 빔으로 업데이트되는 전송 장치의 동작 방법이 제공된다.
여기서, 상기 품질은 상기 수신된 레퍼런스 신호의 전력값, 상기 수신된 레퍼런스 신호의 SNR, 상기 수신된 레퍼런스 신호의 오류율 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 레퍼런스 신호를 전송하는 상기 전송 빔의 방향을 변경하는 제어 신호를 상기 수신 장치로부터 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전송 빔의 방향과 인접한 방향의 전송 후보 빔을 이용하여 제2 레퍼런스 신호를 전송하는 단계, 상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질을 수신하는 단계, 상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질을 비교하는 단계 및 상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제3 레퍼런스 신호의 품질에 따라서 상기 전송 후보 빔은 상기 전송 빔으로 업데이트하는 단계를 더 포함하는 전송 장치의 동작 방법이 제공된다.
하기의 실시예에 따르면, 수신 장치가 이동하거나 회전하여 송수신 빔의 방향이 어긋난 경우에도 신속하게 빔을 트래킹할 수 있다.
도 1은 빔 트래킹이 필요한 경우의 구체적 예를 도시한 도면이다.
도 2는 예시적 실시예에 따른 수신 빔 트래킹 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.
도 3은 예시적 실시예에 따른 전송 빔 트래킹 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.
도 4는 URS를 이용하여 수신 빔 트래킹을 수행하는 수신 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 5는 복수의 안테나 어레이를 이용한 소프트 스위칭 빔 트래킹 방법을 프레임별로 설명한 도면이다.
도 6은 단일 안테나 어레이를 이용한 소프트 스위칭 빔 트래킹 방법을 프레임별로 설명한 도면이다.
도 7은 수신 장치의 이동에 따른 전송 빔의 상황 변화를 도시한 도면이다.
도 8은 수신 장치의 이동에 따른 전송 빔의 트래킹 상황을 도시한 도면이다.
도 9는 하드 스위칭 전송 빔 트래킹 방법을 프레임별로 설명한 도면이다.
도 10은 레퍼런스 신호를 전송하는 리소스 블록을 도시한 도면이다.
도 11은 소프트 스위칭 전송 빔 트래킹 방법을 프레임별로 설명한 도면이다.
도 12는 하이브리드 전송 빔 트래킹 방법을 프레임별로 설명한 도면이다.
도 13은 예시적 실시예에 따른 수신 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 14는 예시적 실시예에 따른 전송 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
이하, 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 빔 트래킹이 필요한 경우의 구체적 예를 도시한 도면이다.
도 1의 (a)에서, 기지국(110)은 복수의 기지국 안테나(120)를 이용하여 단말기(130)의 방향으로 전송 빔(121)을 형성한다. 단말기(130)도 기지국(110)의 방향으로 수신 빔(131)을 형성한다. 전송 빔(121)이 단말기(130)의 방향을 향하고, 수신 빔(131)이 기지국(110)의 방향을 향하는 경우 데이터 전송 성능이 극대화 된다.
그러나, 단말기(140)가 회전한 경우, 수신 빔(141)의 방향도 변경된다. 따라서, 수신 빔(141)이 기지국(110)의 방향으로 향하지 않게 되어 데이터 전송 성능이 감소한다. 이 경우 변경된 수신 빔(141)이 다시 기지국(110)의 방향으로 향하도록 수신 빔 트래킹이 필요하다.
도 1의 (b)에서, 기지국(150)은 복수의 기지국 안테나(160)를 이용하여 단말기(170)의 방향으로 전송 빔(161)을 형성한다. 단말기(170)도 기지국(150)의 방향으로 수신 빔(171)을 형성한다. 단말기(180)가 이동한 경우, 전송 빔(161)은 더 이상 단말기(180)의 방향을 향하지 않고, 데이터 전송 성능이 감소한다. 이 경우에, 전송 빔(161)이 이동한 단말기(180)의 방향을 향하도록 전송 빔 트래킹이 필요하다.
이하 본 발명이 이동통신 시스템의 다운 링크에 적용되는 경우를 예로 들어 본 발명을 설명한다. 즉, 이동통신 시스템의 기지국이 전송 장치로 동작하고, 단말기가 수신 장치로 동작할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이동통신 시스템의 업링크에도 적용될 수 있다.
도 2는 예시적 실시예에 따른 수신 빔 트래킹 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.
단계(210)에서 수신 장치는 전송 장치로부터 레퍼런스 신호를 수신한다. 일측에 따르면, 수신 장치는 복수의 수신 안테나를 이용하여 형성한 수신 빔을 이용하여 레퍼런스 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 수신 장치는 스위치드 빔포밍 (switched beamforming) 기술을 이용하여 수신 빔을 형성할 수 있다. 스위치드 빔포밍 기술은 미리 결정된 여러 개의 빔들 중에서 어느 하나의 빔을 수신 빔 또는 전송 빔으로 선택하는 기술이다.
단계(220)에서, 수신 장치는 수신 빔을 이용하여 수신한 레퍼런스 신호의 품질을 미리 결정된 임계값과 비교한다. 여기서, 레퍼런스 신호의 품질은 수신된 레퍼런스 신호의 전력값, 수신된 레퍼런스 신호의 SNR, 수신된 레퍼런스 신호의 오류율 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
만약 수신 빔을 이용하여 수신한 레퍼런스 신호의 품질이 미리 결정된 임계값 이상이라면, 수신 장치는 수신 빔이 전송 장치의 방향으로 향한 것으로 판단하고, 수신 빔을 유지할 수 있다.
그러나, 수신 빔을 이용하여 수신한 레퍼런스 신호의 품질이 미리 결정된 임계값 미만이라면, 수신 장치는 수신 빔의 방향이 전송 장치의 방향으로 향하지 않은 것으로 판단하고, 수신 빔을 트래킹 할 수 있다.
단계(230)에서, 수신 장치는 수신 빔의 방향과 인접한 방향의 빔을 수신 후보 빔으로 선택한다. 또한, 수신 장치는 수신 후보 빔을 이용하여 전송 장치로부터 전송된 레퍼런스 신호를 수신한다.
단계(240)에서, 수신 장치는 수신 빔을 이용하여 레퍼런스 신호를 수신한 품질과, 수신 후보 빔을 이용하여 레퍼런스 신호를 수신한 품질을 비교한다. 수신 장치는 비교 결과에 따라서 수신 후보 빔을 수신 빔으로 업데이트 할 수 있다.
좀더 구체적으로 설명하면, 만약 수신 후보 빔을 이용하여 수신한 품질이 더 우수한 경우에, 수신 장치는 단계(270)에서 수신 후보 빔을 이용하여 수신한 품질을 미리 결정된 임계값과 비교한다. 만약 수신 후보 빔을 이용하여 수신한 품질이 미리 결정된 임계값 이상이라면, 수신 장치는 단계(280)에서 수신 후보 빔을 수신 빔으로 업데이트 한다.
만약 단계(270)에서, 수신 후보 빔을 이용하여 수신한 품질이 미리 결정된 임계값 미만이라면, 수신 장치는 수신 후보 빔을 수신 빔으로 업데이트하기에 부족한 것으로 판단할 수 있다. 이 경우에, 수신 장치는 단계(250)에서 다른 빔을 선택할 수 있는지 판단한다.
만약 단계(240)에서, 수신 빔을 이용하여 수신한 품질이 더 우수한 경우에, 수신 장치는 단계(250)에서 다른 빔을 선택할 수 있는지 판단한다.
단계(250)에서, 아직 모든 빔에 대해서 시도하지 않아, 다른 빔을 선택할 수 있는 것으로 판단된 경우에, 수신 장치는 단계(260)에서 수신 후보 빔을 변경하고 다시 빔 트래킹을 시도할 수 있다.
만약 단계(250)에서 모든 빔에 대해서 시도를 완료한 것으로 판단된다면, 수신 장치는 더 이상 수신 빔 트래킹으로는 데이터 전송 성능을 높일 수 없는 것으로 판단할 수 있다. 이 경우에, 수신 장치는 단계(290)에서 전송 장치의 전송 빔의 방향을 변경하도록 제어하는 제어 신호를 전송 장치로 전송할 수 있다.
도 3은 예시적 실시예에 따른 전송 빔 트래킹 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.
단계(310)에서, 전송 장치는 수신 장치로부터 제어 신호를 수신한다. 여기서, 제어 신호는 수신 빔 트래킹으로는 더 이상 데이터 전송 성능을 높일 수 없으므로, 전송 빔 트래킹을 수행하라는 의미를 포함할 수 있다.
단계(320)에서, 전송 장치는 전송 빔의 방향과 인접한 방향의 빔을 전송 후보 빔으로 선택한다 또한, 전송 장치는 선택된 전송 후보 빔을 이용하여 제2 레퍼런스 신호를 수신 장치로 전송한다.
수신 장치는 제2 레퍼런스 신호를 수신하고, 제2 레퍼런스 신호의 품질을 전송 장치로 전송한다.
단계(330)에서, 전송 장치는 수신 장치로부터 제2 레퍼런스 신호의 품질을 수신한다.
단계(340)에서, 전송 장치는 제2 레퍼런스 신호의 품질과 레퍼런스 신호의 품질을 비교한다.
만약 제2 레퍼런스 신호의 품질이 더 우수한 경우에는 단계(370)에서, 전송 장치는 전송 후보 빔을 전송 빔으로 업데이트 한다.
만약 레퍼런스 신호의 품질이 더 우수한 경우에는 단계(350)에서, 전송 장치는 모든 빔에 대하여 시도하였는지 여부를 판단한다. 아직 모든 빔에 대하여 시도하지 못한 경우에는 단계(360)에서 전송 후보 빔을 변경한다.
만약 모든 빔에 대하여 시도를 한 경우에는 단계(380)에서 전송 장치는 빔 트레이닝을 수행한다.
이하에서는 도 2 내지 도 3에서 개략적으로 설명된, 수신 빔 트래킹 방법과 전송 빔 트래킹 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
1. 수신 빔 트래킹
수신 빔의 수신 성능이 열화되는 것은 수신 빔의 AoA(Angle of Arrival)이 변경되어 수신 빔이 전송 장치의 방향 또는 신호가 전송되는 방향으로 정렬되지 않기 때문이다. 일반적으로, 수신 장치의 방향이 변경되거나, 수신 장치가 이동하는 경우 발생한다. 이 경우, 수신 빔의 트래킹이 필요하다.
수신 빔의 트래킹은 전송 빔의 트래킹 보다 빈번하게 발생하며, 전송 장치로의 피드백 없이 수신 장치 단독으로 수행할 수 있다. 일측에 따르면, 수신 빔의 트래킹은 전송 장치로부터 전송되는 레퍼런스 신호를 이용하여 수행할 수 있다. 일측에 따르면, 레퍼런스 신호는 빔 트래킹을 위하여 별개의 채널로 전송되는 DRS(Dedicated Reference Signal)일 수도 있고, 데이터와 함께 멀티플렉싱 되어 전송되는 URS(UE Specific Reference Signal)일 수도 있다. 여기서, URS는 LTE 시스템에서 널리 사용되고 있는 신호이다.
(1) DRS를 이용한 수신 빔 트래킹
DRS는 빔 트래킹을 위하여 전송 장치로부터 수신 장치로 전송되는 신호로서, 전송 장치는 DRS를 짧은 주기로, 지속적으로 전송할 수 있다. DRS는 데이터 전송과는 무관하게 전송되므로, DRS를 이용하여 빔 트래킹을 수행하면 데이터의 송신이 없는 경우에도 수신 빔의 트래킹이 가능하다.
DRS는 지속적으로, 반복적으로 전송되며, 전송 장치는 여러 개의 DRS를 전송할 수 있다. 전송 장치가 여러 개의 DRS를 전송하는 경우, 각 DRS는 하나의 전송 빔에 일대일 대응된다. 이 경우, 각 DRS는 대응되는 전송 빔을 이용하여 전송된다. 다수의 수신 장치가 동일한 전송 빔을 이용하는 경우에는 다수의 수신 장치가 동일한 DRS를 이용할 수 있다. 다수의 단말이 서로 다른 전송 빔을 사용하는 경우, 다수의 DRS를 동일한 채널 리소스에 할당할 수 있다. 이 경우, DRS는 서로 직교성을 유지하며 할당될 수 있다.
일측에 따르면, 수학식 1과 같이, Chu 시퀀스를 이용하여 빔 간의 직교성을 유지하고, 전송 빔의 ID를 인코딩한 DRS를 전송할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001

Figure pat00002

여기서, k는 OFDM 시스템에서 부반송파의 인덱스를 나타내고,
Figure pat00003
이다.
Figure pat00004
는 Chu 시퀀스의 길이를 나타내며 홀수이다.
Figure pat00005
는 루트인덱스로 빔 ID를 구분하는 파라미터이고, b는 루트인덱스에 대응된다.
Figure pat00006
는 루트인덱스의 총 수를 나타낸다. n과 a는 Chu 시퀀스를 주파수 영역에서 순환이동시키는 s를 구성하며, s는 Chu시퀀스를 순환이동시킴으로서 셀 ID와 부어레이 ID를 구분한다.
Figure pat00007
는 셀 ID의 총 수를 나타내고,
Figure pat00008
는 부어레이 ID의 총 수를 나타낸다.
수학식 1에 설명된 DRS를 이용하면 Chu 시퀀스의 특성상 PAPR 성능이 우수하고, 상대적으로 많은 수의 빔 ID 및 부어레이 ID 수를 구분할 수 있다. 또한, 우수한 상관특성으로 다중 빔 및 다중 사용자 환경에서 빔 ID의 구분이 용이하다.
일측에 따르면, 수학식 2와 같이, Chu 시퀀스를 이용하여 빔 간의 직교성을 유지하고, 전송 빔의 ID를 인코딩한 DRS를 전송할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00009

Figure pat00010

Figure pat00011

여기서, k는 OFDM 시스템에서 부반송파의 인덱스를 나타내고,
Figure pat00012
이다.
Figure pat00013
는 Chu 시퀀스의 길이를 나타내며 홀수이다.
Figure pat00014
는 루트인덱스로 셀 ID를 구분하는 파라미터이고, q는 루트인덱스에 대응된다.
Figure pat00015
는 셀 ID의 총 수를 나타낸다.
Figure pat00016
는 빔 탐색 구간으로, 검출과정에서 이 구간 내에서 높은 상관값을 가질 경우 해당 구간에 대응되는 빔 ID와 부 어레이 ID를 검출한다. s는 이 구간을 빔 ID와 부 어레이 ID의 수만큼 구분하는 파라미터이다.
Figure pat00017
는 빔 ID의 총 수를 나타내며
Figure pat00018
는 부어레이 ID의 총 수를 나타낸다.
여기서, 특히
Figure pat00019
이 1보다 큰 자연수가 되도록
Figure pat00020
의 값ㅇ르 결정한다. 이 방법은 시간영역에서 빔 탐색을 수행하므로, 푸리에 변환을 하지 않아 복잡도가 낮고, 채널의 영향을 크게 받지 않는다. 또한, 타이밍 옵셋이 CP 보다 작을 경우 타이밍 옵셋에 의한 영향을 받지 않는 장점이 있다.
DRS를 이용하는 경우, 수신 장치는 단일 수신 안테나 어레이에서 하나의 수신 빔을 이용하여 데이터를 수신할 수 있다. 따라서, 수신 빔의 변경은 하드 빔 스위칭 방법을 사용할 수 있다.
(2) URS를 이용한 수신 빔 트래킹
URS는 전송 장치로부터 수신 장치로 전송되는 데이터를 복조하기 위하여 데이터와 멀티플렉싱되어 데이터와 함께 전송되는 레퍼런스 신호이다. URS를 이용하여 수신 빔 트래킹을 수행하면, 복수 개의 안테나 어레이에서 서로 다른 빔을 이용하여 데이터 수신이 가능하다. 따라서, 각 빔을 이용한 URS의 품질을 개별적으로 측정하거나, 각 빔을 이용하여 수신한 URS 또는 데이터들을 적절히 결합(예를 들면 최대비 결합(Maximal Ratio Combine))하여 성능을 향상시킬 수 있다(소프트 스위칭).
도 4는 URS를 이용하여 수신 빔 트래킹을 수행하는 수신 장치의 구조를 도시한 블록도이다. 예시적 실시예에 따른 수신 장치는 수신 안테나(410), 복수의 안테나 어레이(421, 422), 복수의 빔 포머(431, 432), 복수의 전력 측정부(441, 442), 결합부(450), 복조부(460)를 포함할 수 있다.
각 안테나 어레이(421, 422) 및 빔 포머(431, 432)는 서로 다른 빔을 이용하여 전송 장치로부터 URS를 수신한다.
전력 측정부(441, 442)는 각 빔에 해당하는 수신 전력을 측정한다. URS와 함께 전송된 데이터는 결합부(450)에서 결합되며, 복조부(460)에서 복조된다.
수학식 3은 최대비 결합(Maximal Ratio Combine)되고, 복조된 데이터를 나타낸다.
[수학식 3]
Figure pat00021

Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024

Figure pat00025

Figure pat00026

Figure pat00027

여기서,
Figure pat00028
는 복조된 데이터,
Figure pat00029
는 수신 안테나 입력,
Figure pat00030
는 i 번째 수신 안테나서 수신 빔포밍후의 데이터,
Figure pat00031
는 전송된 데이터를 각각 나타낸다. 또한,
Figure pat00032
는 수신 안테나 입력단의 레퍼런스 신호,
Figure pat00033
는 i 번째 수신 안테나에서 수신 빔포밍 후의 레퍼런스 신호,
Figure pat00034
는 레퍼런스 신호에 실린 송신 신호를 나타낸다.
Figure pat00035
는 i 번째 수신 안테나의 가중치 벡터를 나타내고,
Figure pat00036
는 수신 AoA(Angle of Arrival)에 해당하는 어레이 벡터를 나타낸다.
Figure pat00037
는 채널 상수이고,
Figure pat00038
는 송신 빔포밍 이득을 나타내는 상수이다.
Figure pat00039
는 전송 빔의 가중치 벡터이고,
Figure pat00040
는 송신 AoD(Angle of Departure)에 해당하는 어레이 벡터를 각각 나타낸다.
수학식 4는 각 빔을 이용하여 수신한 URS의 수신 전력을 나타낸다.
[수학식 4]
Figure pat00041

수학식 3, 4를 참조하면, 복수 안테나 어레이를 가진 경우 소프트 스위칭 빔 트래킹을 위해서는 각각의 수신 안테나에서의 레퍼런스 신호를 이용하여 수신 전력을 측정한 후, 수학식 4를 참조하여 채널 상수
Figure pat00042
를 추정한다. 그리고 추정된 채널 상수 값을 이용하여 각각의 빔에서 수신된 데이터를 최대비 결합(수학식 3의 첫 번째 식 참조)하여 신호를 복조할 수 있다.
도 5는 복수의 안테나 어레이를 이용한 소프트 스위칭 빔 트래킹 방법을 프레임별로 설명한 도면이다.
t=k-1(510)에서, 수신 장치는 실선으로 표시된 수신 빔
Figure pat00043
(512)를 이용하여 데이터 및 레퍼런스 신호를 수신하고, 수신된 레퍼런스 신호의 전력을 측정한다. 수신 빔(511, 513)은 활성화 되지 않았다.
t=k(520)에서, 수신 빔
Figure pat00044
(522)에 인접한 수신 후보 빔
Figure pat00045
+1(521)을 이용하여 데이터 및 레퍼런스 신호를 수신하고, 각 빔(521, 522)을 이용하여 수신된 레퍼런스 신호의 전력을 측정한다. 수신 빔(523)은 활성화 되지 않았다.
t=k+1(530)에서, 수신 빔
Figure pat00046
(532)에 인접한 수신 후보 빔
Figure pat00047
-1(533)을 이용하여 데이터 및 레퍼런스 신호를 수신하고, 각 빔(532, 533)을 이용하여 수신된 레퍼런스 신호의 전력을 측정한다. 수신 빔(531)은 활성화 되지 않았다.
t=k+2(540)에서, 수신 빔
Figure pat00048
(543)에 인접하지 않은 빔을 수신 후보 빔(541)로 선택하여 데이터 및 레퍼런스 신호를 수신하고, 각 빔(541, 543)을 이용하여 수신된 레퍼런스 신호의 전력을 측정한다. 수신 빔(542, 544)은 활성화 되지 않았다. t=k+2(540)과 같은 트래킹 절차는 수신한 레퍼런스 신호의 품질이 미리 결정된 임계값 이상인 우수한 수신 후보 빔을 찾을 때까지 진행될 수 있다.
t=k+n(550)에서는 수신 빔 트래킹 절차가 완료되었다. 수신 장치는 빔 +1(551)을 새로운 수신 빔으로 이용하여 데이터 및 레퍼런스 신호를 수신한다. 다른 빔들(552, 553)은 활성화 되지 않았다.
도 6은 단일 안테나 어레이를 이용한 소프트 스위칭 빔 트래킹 방법을 프레임별로 설명한 도면이다.
t=k-1(610)에서, 수신 장치는 실선으로 표시된 수신 빔
Figure pat00050
(612)를 이용하여 데이터 및 레퍼런스 신호를 수신하고, 수신된 레퍼런스 신호의 전력을 측정한다. 빔(611, 613)은 활성화 되지 않았다.
t=k(620)에서, 수신 장치는 수신 후보 빔
Figure pat00051
+1(621)을 이용하여 데이터 및 레퍼런스 신호를 수신하고, 수신된 레퍼런스 신호의 전력을 측정한다. 빔(622, 623)은 활성화 되지 않았다.
t=k+1(630)에서, 수신 장치는 수신 후보 빔
Figure pat00052
-1(633)을 이용하여 데이터 및 레퍼런스 신호를 수신하고, 수신된 레퍼런스 신호의 전력을 측정한다. 빔(631, 632)은 활성화 되지 않았다.
t=k+2(640)에서, 수신 장치는 수신 후보 빔
Figure pat00053
+2 (641)을 이용하여 데이터 및 레퍼런스 신호를 수신하고, 수신된 레퍼런스 신호의 전력을 측정한다. 수신 빔(642, 643, 644)은 활성화 되지 않았다. t=k+2(640)과 같은 트래킹 절차는 수신한 레퍼런스 신호의 품질이 미리 결정된 임계값 이상인 우수한 수신 후보 빔을 찾을 때까지 진행될 수 있다.
t=k+n(650)에서는 수신 빔 트래킹 절차가 완료되었다. 수신 장치는 빔
Figure pat00054
+1(651)을 새로운 수신 빔으로 이용하여 데이터 및 레퍼런스 신호를 수신한다. 다른 빔들(652, 653)은 활성화 되지 않았다.
2. 전송 빔 트래킹
도 7은 수신 장치의 이동에 따른 전송 빔의 상황 변화를 도시한 도면이다.
전송 빔의 AoD(Angle of Departure)는 전송 빔(710)의 방향(720)과 수신 장치(730, 740)의 방향 사이의 각도(731, 741)로 정의된다. 수신 장치(730, 740)가 이동함에 따라서, AoD의 변화(750)가 발생한다.
수신 빔의 AoA(Angle of Arrival)는 수신 장치의 방향(733, 743)과 전송 장치(710)의 방향 사이의 각도(732, 742)로 정의된다. 수신 장치(730, 740)가 이동함에 따라서, AoA도 변경된다.
수신 장치가 위치(730)으로부터 위치(740)으로 이동하는 경우 전송 빔의 AoD(Angle of Departure) 변화에 따라서 전송 이득이 변경되고, AoA(Angle of Arrival)의 변화에 따라서 수신 이득이 변경된다. 즉, 전송 이득 및 수신 이득이 동시에 변경되므로, 수신 장치가 수신한 레퍼런스 신호의 전력은 급격히 감소한다.
전송 빔 트래킹은 수신 장치가 이동 중에 빔의 접경에 위치하여 레퍼런스 신호의 품질이 저하된 경우에, 보다 향상된 품질을 제공할 수 있는 빔으로 스위칭 하기 위하여 전송 빔을 탐색하는 기술이다. 이를 위해서는 전송 빔과 전송 빔의 방향과 인접한 전송 후보 빔의 평균 수신 전력을 지속적으로 추정하여야 한다.
도 8은 수신 장치의 이동에 따른 전송 빔의 트래킹 상황을 도시한 도면이다. 전송 장치는 4개의 빔(810, 820, 830, 840)을 형성할 수 있다. 각 빔(810, 820, 830, 840)에는 해당 빔의 이득이 다른 빔들보다 더 큰 영역(850, 860, 870, 880)이 대응된다.
제1 수신 장치(811)는 현재의 전송 빔(810)으로부터, 제2 수신 장치(812)는 현재의 전송 빔(830)으로부터 동일한 인접 빔(820)의 영역으로 이동할 수 있다. 수신 장치는 빔을 이용하여 전송되는 레퍼런스 신호를 수신하고, 수신된 레퍼런스 신호의 품질을 측정한다. 수신 장치는 레퍼런스 신호의 품질에 기반하여 수신 장치가 전송 빔의 중심으로부터 멀어졌는지 여부를 판단할 수 있다.
만약 수신 장치가 전송 빔의 중심으로부터 멀어진 것으로 판단했다면, 수신 장치는 빔 트래킹을 수행하기 위하여 전송 빔 주위의 전송 후보 빔을 이용하여 레퍼런스 신호를 수신할 수 있다. 수신 장치는 전송 후보 빔을 이용하여 수신한 레퍼런스 신호의 품질에 따라서 전송 후보 빔을 전송 빔으로 업데이트할 수 있다.
이하 (1)DRS를 이용한 전송 빔 트래킹, (2)URS를 이용한 전송 빔 트래킹, (3) 하이브리드 기법을 이용한 전송 빔 트래킹에 대해서 설명하기로 한다.
(1) DRS를 이용한 전송 빔 트래킹
DRS는 빔 트래킹을 위하여 전송 장치로부터 수신 장치로 전송되는 신호로서, 전송 빔 트래킹을 요구하는 수신 장치를 위해 전송 빔 트래킹 구간에 한하여 전송될 수 있다. 전송 장치는 여러 개의 DRS를 전송할 수 있다. 전송 장치가 여러 개의 DRS를 전송하는 경우, 각 DRS는 하나의 전송 빔에 일대일 대응된다. 이 경우,각 DRS는 대응되는 전송 빔을 이용하여 전송된다. 다수의 수신 장치가 동일한 전송 빔을 이용하는 경우에는 다수의 수신 장치가 동일한 DRS를 이용할 수 있다. DRS는 한 프레임에 한 개씩 순차적으로 할당될 수도 있고, 동일한 프레임에 동시에 다수개가 포함될 수도 있다. 후자의 경우 모든 DRS는 직교성을 유지하며 할당되어야 한다. DRS가 할당되는 리소스 등은 전송 장치와 수신 장치간에 미리 알고 있다고 가정한다.
DRS를 이용한 전송 빔 트래킹은 하기의 절차에 따라 수행된다.
1) 수신 장치가 전송 빔 트래킹을 요구한 경우에, 전송 장치는 DRS의 할당에 대한 메시지를 수신 장치로 전송한다. DRS의 할당에 대한 메시지는 각 빔에 해당하는 DRS 채널 리소스의 할당 영역, 빔 인덱스, 각 인덱스에 해당하는 직교 코드의 속성을 알려주는 필드가 포함될 수 있다.
2) 수신 장치는 DRS의 할당에 대한 메시지를 수신하고, 할당된 DRS 채널을 이용하여 각 빔을 이용하여 수신된 레퍼런스 신호의 품질을 측정할 수 있다.
3) 수신 장치는 레퍼런스 신호의 품질을 전송 장치로 피드백한다. 전송 장치는 레퍼런스 신호의 품질을 이용하여 인접 빔으로 스위칭할지 여부를 결정할 수 있다. 여기서, 레퍼런스 신호의 전송 및 품질 측정은 빔 스위칭이 이루어질 때까지 지속적으로 행해질 수 있다.
4) 현재의 전송 빔이나, 전송 후보 빔들 중에서 어느 것도 데이터를 전송하기에 충분하지 않다고 판단된 경우에는 빔 트레이닝 절차를 통하여 전송 빔을 다시 결정할 수 있다.
도 9는 하드 스위칭 전송 빔 트래킹 방법을 프레임별로 설명한 도면이다.
도 9에서는 데이터 전송을 위한 데이터 전송 빔과 레퍼런스 신호를 전송하기 위한 레퍼런스 전송빔이 분리되어 있다. DRS를 사용하여 최적의 빔을 선택할 때까지 데이터 전송은 이전의 데이터 전송 빔을 이용하여 수행된다.
t=k-1(910)에서, 데이터는 빔(912)를 이용하여 전송된다. 인접한 빔들(911, 913)은 활성화 되지 않는다. 이 경우에, 레퍼런스 신호는 빔(915)를 이용하여 전송된다. 인접한 빔들(914, 916)은 활성화 되지 않는다.
t=k(920)에서, 데이터는 빔(922)를 이용하여 전송된다. 인접한 빔들(921, 923)은 활성화 되지 않는다. 레퍼런스 신호는 빔(925) 및 빔(925)에 인접한 후보 빔(924)를 이용하여 전송된다. 인접한 다른 빔(926)은 활성화 되지 않는다.
t=k+1(930)에서, 데이터는 빔(932)를 이용하여 전송된다. 인접한 빔들(931, 933)은 활성화 되지 않는다. 레퍼런스 신호는 빔(935) 및 빔(935)에 인접한 후보 빔(936)를 이용하여 전송된다. 인접한 다른 빔(934)은 활성화 되지 않는다.
t=k+2(940)에서, 데이터는 빔(942)를 이용하여 전송된다. 인접한 빔들(941, 943)은 활성화 되지 않는다. 레퍼런스 신호는 빔(945) 및 빔(945)에 인접한 후보 빔(944)를 이용하여 전송된다. 인접한 다른 빔(946)은 활성화 되지 않는다. 전송 장치는 t=k인 경우와, t=k+1인 경우를 비교하여 새로운 전송 빔을 선택할 수 있다.
t=k+n(950)에서, 전송 빔이 변경된다. 데이터는 빔(951)를 이용하여 전송된다. 다른 빔들(952, 953)은 활성화 되지 않는다. 레퍼런스 신호는 빔(954)를 이용하여 전송되고, 다른 빔들(955, 956)은 활성화 되지 않는다.
t=k+n+1(960)에서, 전송 빔 트래킹 절차가 완료된다. 데이터는 빔(961)를 이용하여 전송된다. 다른 빔들(962, 963)은 활성화 되지 않는다. 레퍼런스 신호는 더이상 전송되지 않고, 모든 빔들이 비활성화된다.
(2) URS를 이용한 전송 빔 트래킹
URS를 이용한 전송 빔 트래킹은 하기의 절차에 따라 수행된다.
1) 수신 장치가 빔 트래킹 요구를 전송한 경우에, 기지국은 두 개의 빔(전송 빔
Figure pat00055
과 전송 후보 빔
Figure pat00056
+1)을 통하여 데이터를 전송할 수 있다. 이 경우에, 수신 장치는 전송 후보 빔
Figure pat00057
+1을 이용하여 수신한 레퍼런스 신호의 품질을 측정한다.
2) 다음 프레임에는 다른 전송 후보 빔
Figure pat00058
-1을 선택하고, 전송 빔
Figure pat00059
와 전송 후보 빔
Figure pat00060
-1을 이용하여 데이터를 전송한다. 수신 장치는 전송 후보 빔
Figure pat00061
-1을 이용하여 수신한 레퍼런스 신호의 품질을 측정한다.
3) 수신 장치는 두 개의 전송 후보 빔들 중에서 레퍼런스 신호의 품질이 우수한 전송 후보 빔의 인덱스를 전송 장치로 전송한다.
4) 전송 장치는 전송 빔
Figure pat00062
와 전송 후보 빔
Figure pat00063
+1을 이용하여 데이터를 전송하며, 수신 장치는 빔 스위칭 여부를 결정한다.
URS를 이용한 전송 빔 트래킹 방법에 있어서, 각 빔에 해당하는 별개의 리소스를 이용하여 데이터를 전송할 수도 있고, 한 개의 리소스 만을 이용하여 데이터를 전송할 수도 있다. 이하 도 10을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 10은 레퍼런스 신호를 전송하는 리소스 블록을 도시한 도면이다.
도 10의 (a)는 한 개의 리소스에 두 빔을 중첩하여 송신하는 경우에 각 빔의 전력 및 데이터의 복조를 수행하기 위한 데이터 및 URS 할당의 한 예이다. 한 리소스 블록에는 데이터 영역과 두 개의 URS 영역(1011~1014, 1015~1018)으로 나누어진다. 데이터 영역은 두 개의 빔 웨이트 벡터의 합인 웨이트 벡터를 사용하여 빔포밍되며, 두 개의 URS 영역은 각 빔의 전력의 분리 측정을 가능하게 하기 위하여 서로 다른 두 개의 웨이트 벡터를 이용하여 빔포밍 된다.
이 경우에, 수신 장치에서의 수신 신호는 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00064

Figure pat00065

Figure pat00066

Figure pat00067

여기서,
Figure pat00068
는 데이터,
Figure pat00069
는 제1 빔을 이용하여 수신한 레퍼런스 신호,
Figure pat00070
는 제2 빔을 이용하여 수신한 레퍼런스 신호를 나타낸다.
Figure pat00071
는 데이터,
Figure pat00072
는 i 번째 전송 빔을 이용하여 전송되는 레퍼런스 신호이다.
Figure pat00073
은 수신 빔포밍 이득을 나타내는 상수이며,
Figure pat00074
는 수신 신호의 방향을 나타내는 어레이 벡터,
Figure pat00075
는 수신단의 가중치 벡터이다.
Figure pat00076
는 전송 빔을 형성하는 가중치 벡터이고,
Figure pat00077
는 전송 후보 빔을 형성하는 가중치 벡터이다.
Figure pat00078
는
Figure pat00079
에 해당하는 어레이 벡터이다.
Figure pat00080
는 전송 빔과 전송 후보 빔을 중첩하여 전송된 신호의 채널 상수이고,
Figure pat00081
은 전송 빔을 이용하여 전송된 신호의 채널 상수,
Figure pat00082
는 전송 후보 빔을 이용하여 전송된 신호의 채널 상수이다.
수학식 5를 참조하면, 각 빔을 이용하여 수신한 레퍼런스 신호의 수신 전력은 개별적으로 측정하고, 데이터를 복조하는 경우에는 각 레퍼런스 신호의 추정치의 합이 데이터 영역의 채널 상수의 추정치로 주어진다. 채널 추정치와 각 빔을 이용하여 수신한 레퍼런스 신호의 수신 전력은 하기 수학식 6과 같이 산출할 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00083

Figure pat00084

Figure pat00085

여기서,
Figure pat00086
는 데이터 복조를 위한 채널 추정치,
Figure pat00087
는 각 빔의 추정 전력을 나타낸다.
도 10의 (b)는 두 개의 리소스에 데이터를 할당한 경우의 리소스 블록 및 URS 구조를 도시한 것이다. 이 경우에는 전송 빔과 전송 후보 빔에 각각 별개의 리소스 블록(1020, 1030)를 할당한다. 각 리소스 블록(1020, 1030)은 URS 영역(1021~1024, 1031~1034)을 포함한다. 각 리소스 블록(1020, 1030)의 데이터 영역에는 같은 데이터가 전송된다.
수신 빔 포밍 이후에 각 리소스 블록의 데이터에 해당하는 수신 신호
Figure pat00088
를 이용하여 최대비 결합한 데이터
Figure pat00089
는 하기 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00090

Figure pat00091

Figure pat00092

Figure pat00093

각 레퍼런스 신호를 수신한 수신 신호는 수학식 5와 같고, 수신 전력은 수학식 6과 같다.
수학식 7을 참고하면, 두 개의 리소스 블록을 사용하는 경우에는 수학식 6을 이용하여 각 레퍼런스 신호의 수신 전력을 측정한 후, 각 빔의 채널 상수를 추정한다. 그리고, 추정된 채널 상수 값을 각 리소스 블록의 데이터 영역에 해당하는 수신 신호에 곱함으로써 최대비 결합을 수행할 수 있다.
도 11은 소프트 스위칭 전송 빔 트래킹 방법을 프레임별로 설명한 도면이다. URS를 이용하는 경우에는 데이터 전송과 레퍼런스 신호 전송이 함께 수행된다.
t=k-1(1110)에서, 데이터 및 레퍼런스 신호는 빔(1112)를 이용하여 전송된다. 인접한 빔들(1111, 1113)은 활성화 되지 않는다.
t=k(1120)에서, 데이터 및 레퍼런스 신호는 빔(1121, 1122)를 이용하여 전송된다. 빔(1123)은 활성화 되지 않는다.
t=k+1(1130)에서, 데이터 및 레퍼런스 신호는 빔(1132, 1133)를 이용하여 전송된다. 빔(1131)은 활성화 되지 않는다.
수신 장치는 t=k(1120)에서는 빔(1121)을 이용하여 전송된 레퍼런스 신호의 수신 전력을 측정하고, t=k+1(1130)에서는 빔(1133)을 이용하여 전송된 레퍼런스 신호의 수신 전력을 측정한다.
t=k+2(1140)에서, 데이터 및 레퍼런스 신호는 빔(1141, 1142)를 이용하여 전송된다. 빔(1143)은 활성화 되지 않는다. 전송 장치는 빔(1121, 1141)과 빔(1133) 중에서 전송 빔을 선택할 수 있다.
t=k+n(1150)에서, 전송 장치는 빔(1151)로 전송 빔을 변경할 수 있다. 이 경우에도 전송 장치는 빔(1151) 및 빔(1152)를 모두 이용하여 데이터 및 레퍼런스 신호를 전송할 수 있다.
t=k+n+1(1160)에서, 빔(1162)를 이용하여 전송한 레퍼런스 신호의 수신 전력이 매우 작다면, 전송 장치는 빔(1162)를 이용한 데이터 전송을 중단할 수 있다. 이 경우에, 데이터 및 레퍼런스 신호는 빔(1161)만을 이용하여 전송된다. 빔(1163)은 비활성화 된다.
t=k+n+2(1170)에서, 전송 장치는 데이터 전송을 중단한다.
(3) 하이브리드 기법을 이용한 전송 빔 트래킹
하이브리드 기법은 DRS와 URS를 결합하여 전송 빔 트래킹을 수행하는 방법이다. 하이브리드 기법에서는 DRS를 이용하여 최적의 전송 후보 빔을 찾은 후, 현재의 전송 빔과 최적의 전송 후보 빔을 이용하여 데이터를 전송한다. 또한 데이터와 멀티플렉싱된 URS를 각 빔을 이용하여 전송하고, 전송된 URS의 수신 전력을 측정한다. 이 방법을 이용하면, 후보 전송 빔을 전송 빔에 인접한 빔에 한정할 필요가 없어 보다 넓은 범위에서의 빔 스위칭을 수행할 수 있다. 또한, 두 개의 빔을 이용하여 데이터를 전송하므로 데이터 전송 성능도 향상된다.
하이브리드 기법을 이용한 전송 빔 트래킹은 하기의 절차에 따라 진행된다.
1) 수신 장치로부터 전송 빔 트래킹 요청을 수신한 경우에, 전송 장치는 DRS를 전송한다. 수신 장치는 DRS의 수신 전력을 측정하여 전송 후보 빔을 선택한다. 수신 장치는 선택된 전송 후보 빔의 ID를 전송 장치로 전송한다.
2) 전송 장치는 DRS의 전송을 중단하고, 전송 빔과 전송 후보 빔을 이용하여 데이터를 전송한다. 수신 장치는 데이터에 멀티플렉싱된 URS의 수신 전력을 측정한다.
3) 수신 장치는 각 빔을 이용하여 전송된 URS의 수신 전력을 이용하여 빔 스위칭 여부를 결정한다
도 12는 하이브리드 전송 빔 트래킹 방법을 프레임별로 설명한 도면이다.
t=k-1(1210)에서, 데이터는 빔(1212)를 이용하여 전송된다. 인접한 빔들(1211, 1213)은 활성화 되지 않는다. 이 경우에, DRS는 빔(1215)를 이용하여 전송된다. 인접한 빔들(1214, 1216)은 활성화 되지 않는다.
t=k(1220)에서, 데이터는 빔(1222)를 이용하여 전송된다. 인접한 빔들(1221, 1223)은 활성화 되지 않는다. DRS는 빔(1225) 및 빔(1224)를 이용하여 전송된다. 인접한 다른 빔(1226)은 활성화 되지 않는다.
t=k+1(1230)에서, 데이터는 빔(1232)를 이용하여 전송된다. 인접한 빔들(1231, 1233)은 활성화 되지 않는다. DRS는 빔(1235) 및 빔(1236)를 이용하여 전송된다. 인접한 다른 빔(1234)은 활성화 되지 않는다.
t=k(1220) 및 t=k+1(1230)에서, 수신 장치는 DRS의 수신 품질을 측정하고, 측정 결과에 따라 전송 후보 빔을 선택한다.
t=k+2(1240)에서, 데이터 및 URS는 빔(1241) 및 빔(1242)를 이용하여 전송된다. 빔(1241)은 전송 후보 빔으로 선택된 빔이다. 빔(1243)은 활성화 되지 않는다. 수신 장치는 각 빔(1241, 1242)을 이용하여 수신한 URS의 수신 품질을 측정할 수 있다.
t=k+n(1250)에서, 데이터 및 URS는 빔(1251) 및 빔(1252)를 이용하여 전송된다. 빔(1253)은 활성화 되지 않는다. 전송 장치 또는 수신 장치는 빔(1251)로 스위칭하기로 결정할 수 있다.
t=k+n+1(1260)에서, 데이터 및 URS는 빔(1261)를 이용하여 전송된다. 빔(1262, 1263)은 활성화 되지 않는다.
t=k+n+2(1270)에서, 전송 장치는 데이터 전송을 중단한다.
위에서는 본 발명이 이동통신 시스템의 다운 링크에 적용되는 경우를 예로 들어 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이동통신 시스템의 업링크에도 적용될 수 있다. 본 발명이 이동통신 시스템의 업링크에 적용되는 경우, DRS는 업링크의 RACH(Random Access Channel)로 대치될 수 있다. 또한, URS는 업링크의 DMRS(DeModulation RS)로 대치될 수 있다.
도 13은 예시적 실시예에 따른 수신 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
예시적 실시예에 따른 수신 장치(1300)는 수신부(1310), 후보 빔 선택부(1320), 비교부(1330), 빔 트래킹부(1340) 및 전송부(1350)를 포함한다.
수신부(1310) 전송 장치(1360)로부터 레퍼런스 신호를 수신한다. 일측에 따르면, 수신 장치(1300)는 복수의 수신 안테나를 이용하여 형성한 수신 빔을 이용하여 레퍼런스 신호를 수신할 수 있다.
비교부(1330)는 수신 빔을 이용하여 수신한 레퍼런스 신호의 품질을 미리 결정된 임계값과 비교한다. 여기서, 레퍼런스 신호의 품질은 수신된 레퍼런스 신호의 전력값, 수신된 레퍼런스 신호의 SNR, 수신된 레퍼런스 신호의 오류율 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
만약 수신 빔을 이용하여 수신한 레퍼런스 신호의 품질이 미리 결정된 임계값 미만이라면, 수신 장치는 수신 빔의 방향이 전송 장치의 방향으로 향하지 않은 것으로 판단하고, 수신 빔을 트래킹 할 수 있다.
후보 빔 선택부(1320)는 수신 빔의 방향과 인접한 방향의 빔을 수신 후보 빔으로 선택한다. 이 경우에, 수신부(1310)는 수신 후보 빔을 이용하여 전송 장치(1360)로부터 전송된 레퍼런스 신호를 수신한다.
비교부(1330)는 수신 빔을 이용하여 레퍼런스 신호를 수신한 품질과, 수신 후보 빔을 이용하여 레퍼런스 신호를 수신한 품질을 비교한다. 빔 트래킹부(1340)는 비교 결과에 따라서 수신 후보 빔을 수신 빔으로 업데이트 할 수 있다.
좀더 구체적으로 설명하면, 만약 수신 후보 빔을 이용하여 수신한 품질이 더 우수한 경우에, 수신 장치는 단계(270)에서 수신 후보 빔을 이용하여 수신한 품질을 미리 결정된 임계값과 비교한다. 만약 수신 후보 빔을 이용하여 수신한 품질이 미리 결정된 임계값 이상이라면, 수신 장치는 단계(280)에서 수신 후보 빔을 수신 빔으로 업데이트 한다.
만약 수신 후보 빔을 이용하여 수신한 품질이 미리 결정된 임계값 미만이거나, 수신 빔을 이용하여 수신한 품질 보다 낮은 값이라면, 수신 장치는 수신 후보 빔을 수신 빔으로 업데이트하기에 부족한 것으로 판단할 수 있다. 이 경우에, 후보 빔 선택부(1320)는 다른 빔을 선택할 수 있는지 판단한다.
만약 모든 빔에 대해서 시도를 완료하여 다른 빔을 선택할 수 없다면, 수신 장치는 전송 빔의 트랙킹을 수행하기로 결정할 수 있다. 이 경우, 전송부(1350)는 전송 장치의 전송 빔의 방향을 변경하는 제어 신호를 전송 장치로 전송할 수 있다.
전송 빔의 트랙킹을 수행하는 경우, 수신부(1310)는 전송 빔의 방향과 인접한 방향의 전송 후보 빔을 이용하여 전송된 제2 레퍼런스 신호를 전송 장치(1360)로부터 수신할 수 있다.
이 경우, 전송부(1350)는 레퍼런스 신호의 품질과, 제2 레퍼런스 신호의 품질을 전송 장치(1360)로 전송할 수 있다. 레퍼런스 신호의 품질과, 제2 레퍼런스 신호의 품질은 전송 장치(1360)에서 비교되어 전송 빔을 업데이트하기 위하여 사용될 수 있다.
도 14는 예시적 실시예에 따른 전송 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
예시적 실시예에 따른 전송 장치(1400)는 수신부(1410), 후보 빔 선택부(1420), 전송부(1430), 비교부(1440) 및 빔 트래킹부(1450)를 포함한다.
수신부(410)는 수신 장치로부터 제어 신호를 수신한다.
후보 빔 선택부(1420)는 제어 신호에 따라 전송 빔의 방향과 인접한 방향의 빔을 전송 후보 빔으로 선택한다 전송부(1430)는 선택된 전송 후보 빔을 이용하여 제2 레퍼런스 신호를 수신 장치로 전송한다.
수신 장치는 제2 레퍼런스 신호를 수신하고, 제2 레퍼런스 신호의 품질을 전송 장치로 전송한다.
수신부(1410)는 수신 장치로부터 제2 레퍼런스 신호의 품질 및 레퍼런스 신호의 품질을 수신한다.
비교부(1440)는 제2 레퍼런스 신호의 품질과 레퍼런스 신호의 품질을 비교한다. 만약 제2 레퍼런스 신호의 품질이 더 우수한 경우에는 빔 트래킹부(1450)는 전송 후보 빔을 전송 빔으로 업데이트 한다.
만약 레퍼런스 신호의 품질이 더 우수한 경우에는 후보 빔 선택부(1420)는 모든 빔에 대하여 시도하였는지 여부를 판단한다. 아직 모든 빔에 대하여 시도하지 못한 경우에는 후보 빔 선택부(1420)는 전송 후보 빔을 변경하고, 빔 트래킹을 다시 시도한다.
만약 모든 빔에 대하여 시도를 한 경우에는 전송 장치는 빔 트레이닝을 수행한다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
　
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110: 전송 장치
120: 전송 안테나
121: 전송 빔
130, 140: 수신 장치
131, 141: 수신 빔

Claims (22)

  1. 전송 장치로부터 전송된 레퍼런스 신호를 수신 빔을 이용하여 수신하는 수신부;
    상기 수신 빔의 방향과 인접한 방향의 빔을 수신 후보 빔으로 선택하는 후보 빔 선택부;
    상기 레퍼런스 신호를 상기 수신 빔을 이용하여 수신한 품질과 상기 레퍼런스 신호를 상기 수신 후보 빔을 이용하여 수신한 품질을 비교하는 비교부; 및
    상기 비교 결과에 따라서 상기 수신 후보 빔을 상기 수신 빔으로 업데이트하는 빔 트래킹부
    를 포함하는 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 품질은 상기 수신된 레퍼런스 신호의 전력값, 상기 수신된 레퍼런스 신호의 SNR, 상기 수신된 레퍼런스 신호의 오류율 중에서 적어도 하나를 포함하는 수신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레퍼런스 신호는 상기 전송 장치가 형성 가능한 복수의 전송 빔들 각각에 대응되고, 서로 직교하는 복수의 레퍼런스 신호들 중에서 선택된 것인 수신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레퍼런스 신호는 데이터 신호와 멀티플렉싱 되어 상기 전송 장치로부터 전송되는 수신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는 복수의 수신 빔을 형성하고, 상기 레퍼런스 신호를 상기 복수의 수신 빔 각각을 이용하여 수신하고, 상기 각각 수신한 레퍼런스 신호를 결합하는 수신 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레퍼런스 신호를 전송하는 상기 전송 장치의 전송 빔의 방향을 변경하는 제어 신호를 상기 전송 장치로 전송하는 전송부
    를 더 포함하는 수신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수신부는 상기 전송 빔의 방향과 인접한 방향의 전송 후보 빔을 이용하여 제2 레퍼런스 신호를 수신하고,
    상기 비교부는 상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질을 비교하고,
    상기 전송부는 상기 비교 결과 또는 상기 제1 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질을 상기 전송 장치로 전송하고,
    상기 비교 결과 또는 상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질에 따라서 상기 전송 후보 빔은 상기 전송 빔으로 업데이트되는 수신 장치.
  8. 전송 빔을 이용하여 레퍼런스 신호를 수신 장치로 전송하는 전송부
    를 포함하고,
    상기 레퍼런스 신호를 상기 수신 장치의 수신 빔을 이용하여 수신한 품질이 미리 결정된 임계값 미만인 경우에, 상기 레퍼런스 신호는 상기 수신 빔의 방향과 인접한 방향의 수신 후보 빔을 이용하여 수신되고, 상기 수신 후보 빔을 이용하여 수신한 품질에 기반하여 상기 수신 후보 빔은 상기 수신 빔으로 업데이트되는 전송 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 품질은 상기 수신된 레퍼런스 신호의 전력값, 상기 수신된 레퍼런스 신호의 SNR, 상기 수신된 레퍼런스 신호의 오류율 중에서 적어도 하나를 포함하는 전송 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 레퍼런스 신호를 전송하는 상기 전송 빔의 방향을 변경하는 제어 신호를 상기 수신 장치로부터 수신하는 수신부
    를 더 포함하는 전송 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    수신부;
    비교부;
    빔 트래킹부
    를 더 포함하고,
    상기 전송부는 상기 전송 빔의 방향과 인접한 방향의 전송 후보 빔을 이용하여 제2 레퍼런스 신호를 전송하고,
    상기 수신부는 상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질을 수신하고,
    상기 비교부는 상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질을 비교하고,
    상기 빔 트래킹부는 상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제3 레퍼런스 신호의 품질에 따라서 상기 전송 후보 빔은 상기 전송 빔으로 업데이트하는 전송 장치.
  12. 전송 장치로부터 전송된 레퍼런스 신호를 수신 빔을 이용하여 수신하는 단계;
    상기 수신 빔의 방향과 인접한 방향의 빔을 수신 후보 빔으로 선택하는 단계;
    상기 레퍼런스 신호를 상기 수신 빔을 이용하여 수신한 품질과 상기 레퍼런스 신호를 상기 수신 후보 빔을 이용하여 수신한 품질을 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 따라서 상기 수신 후보 빔을 상기 수신 빔으로 업데이트하는 단계
    를 포함하는 수신 장치의 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 품질은 상기 수신된 레퍼런스 신호의 전력값, 상기 수신된 레퍼런스 신호의 SNR, 상기 수신된 레퍼런스 신호의 오류율 중에서 적어도 하나를 포함하는 수신 장치의 동작 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 레퍼런스 신호는 상기 전송 장치가 형성 가능한 복수의 전송 빔들 각각에 대응되고, 서로 직교하는 복수의 레퍼런스 신호들 중에서 선택된 것인 수신 장치의 동작 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 레퍼런스 신호는 데이터 신호와 멀티플렉싱 되어 상기 전송 장치로부터 전송되는 수신 장치의 동작 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 레퍼런스 신호를 전송하는 상기 전송 장치의 전송 빔의 방향을 변경하는 제어 신호를 상기 전송 장치로 전송하는 단계를 더 포함하는 수신 장치의 동작 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전송 빔의 방향과 인접한 방향의 전송 후보 빔을 이용하여 제2 레퍼런스 신호를 수신하는 단계;
    상기 제1 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질을 상기 전송 장치로 전송하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질에 따라서 상기 전송 후보 빔은 상기 전송 빔으로 업데이트되는 수신 장치의 동작 방법.
  18. 전송 빔을 이용하여 레퍼런스 신호를 수신 장치로 전송하는 단계
    를 포함하고,
    상기 레퍼런스 신호를 상기 수신 장치의 수신 빔을 이용하여 수신한 품질이 미리 결정된 임계값 미만인 경우에, 상기 레퍼런스 신호는 상기 수신 빔의 방향과 인접한 방향의 수신 후보 빔을 이용하여 수신되고, 상기 수신 후보 빔을 이용하여 수신한 품질에 기반하여 상기 수신 후보 빔은 상기 수신 빔으로 업데이트되는 전송 장치의 동작 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 품질은 상기 수신된 레퍼런스 신호의 전력값, 상기 수신된 레퍼런스 신호의 SNR, 상기 수신된 레퍼런스 신호의 오류율 중에서 적어도 하나를 포함하는 전송 장치의 동작 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 레퍼런스 신호를 전송하는 상기 전송 빔의 방향을 변경하는 제어 신호를 상기 수신 장치로부터 수신하는 단계를 더 포함하는 전송 장치의 동작 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 전송 빔의 방향과 인접한 방향의 전송 후보 빔을 이용하여 제2 레퍼런스 신호를 전송하는 단계,
    상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질을 수신하는 단계;
    상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제2 레퍼런스 신호의 품질을 비교하는 단계; 및
    상기 레퍼런스 신호의 품질과 상기 제3 레퍼런스 신호의 품질에 따라서 상기 전송 후보 빔은 상기 전송 빔으로 업데이트하는 단계
    를 더 포함하는 전송 장치의 동작 방법.
  22. 제12항 내지 제21항 중에서 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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