KR20160090591A

KR20160090591A - Adaptive beamforming method and apparatus

Info

Publication number: KR20160090591A
Application number: KR1020150010572A
Authority: KR
Inventors: 오혁준
Original assignee: 광운대학교 산학협력단
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2016-08-01

Abstract

The present invention relates to adaptive beamforming method and apparatus for adaptively switching and operating two antennas according to a scenario after installing a directional beamforming antenna and an omnidirectional antenna at the same time, or adaptively using different antennas for transmission and reception, respectively, so as to be operated as a case of not restricting transmission and reception in a specific direction through beamforming in a wireless communication system, and a case of directing a beam in a specific direction through beamforming coexist.

Description

[0001] ADAPTIVE BEAMFORMING METHOD AND APPARATUS [0002]

본 발명은 다중안테나를 사용하는 무선통신시스템에서 무선통신 환경의 변화에 따라 최적의 성능을 낼 수 있도록 적응적으로 빔을 형성 하는 방법과 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for adaptively forming a beam so as to achieve optimal performance in a wireless communication environment using a multi-antenna wireless communication system.

통신 장비가 발전하고 사용자가 고품질의 통신을 요구함에 따라, 고품질과 광대역 데이터 통신에 대한 수요가 커지면서 사용자 수도 증가하게 되고, 결과적으로 향후 무선통신에서 사용할 주파수 자원이 부족하여져 서로 다른 사용자와 서로 다른 통신시스템들이 비슷한 주파수 대역에서 같이 운용됨으로써 상호 간섭을 야기하게 된다.As the communication equipment develops and users demand high quality communication, the demand for high quality and broadband data communication increases and the number of users increases. As a result, there is a shortage of frequency resources to be used in future wireless communication, Systems are operated together in similar frequency bands, causing mutual interference.

이러한 문제를 해결하는 하나의 방법으로 다중안테나를 사용하여 지향성 빔을 형성함으로써 간섭을 줄이고 신호대잡음비를 증대시킴으로써 무선통신의 품질을 크게 개선할 수 있는 빔형성 기법 및 장치가 사용되고 있다.One solution to this problem is to use a beam forming technique and apparatus that can greatly improve the quality of wireless communication by reducing the interference and increasing the signal-to-noise ratio by forming a directional beam using multiple antennas.

지향성 빔형성은 안테나에 방사돈 에너지가 특정한 방향을 따라서 집중적으로 방사되는 안테나 구현 방식이다. 빔형성의 장점은 통신 신호를 원하는 방향으로만 전달하거나 원하지 않는 방향으로의 송수신을 차단하는 것이다.Directional beamforming is an antenna implementation in which radiation energy is radiated intensively along a specific direction to the antenna. The advantage of beamforming is that it only transmits the communication signal in a desired direction or blocks transmission and reception in an undesired direction.

무선통신 환경이 시간에 따라 변하고 통신을 하는 사용자가 이동할 수도 있으므로 안테나가 지향하는 빔의 방향을 무선통신 환경의 변화에 맞추어 적응적으로 조절해 나가야 한다. 미리 여러 가지 방향에 대하여 빔형성을 해 놓고 원하는 방향에 맞는 빔을 선택하여 사용하는 방법과 실시간으로 원하는 방향으로 빔의 방향을 지속적으로 조정하는 좀 더 적극적인 방법이 있다.Since the wireless communication environment changes with time and the user who performs communication may move, the direction of the beam directed by the antenna must be adaptively adjusted according to the change of the wireless communication environment. There is a method of selecting a beam suitable for a desired direction by forming a beam in various directions in advance and a more aggressive method of continuously adjusting the beam direction in a desired direction in real time.

이러한 빔형성이 항상 긍정적으로 작용하는 것은 아니다. 무선통신시스템의 동작에 있어 이동통신시스템이나 무선랜 시스템과 같이 여러 사용자가 하나의 기지국이나 공유기와 통신을 하는 경우에 특정 사용자에게만 빔을 지향하여 통신을 할 수 없으므로 여러 사용자를 동시에 지원할 수 있는 방법이 요구된다.Such beamforming does not always work positively. In the operation of the wireless communication system, when a plurality of users communicate with one base station or a router, such as a mobile communication system or a wireless LAN system, a beam can not be directed to only a specific user, .

또한 이와 같이 하나의 기지국이나 공유기를 중심으로 여러 사용자가 통신을 하는 경우, 특히 이동통신시스템처럼 사용자가 여러 기지국 사이를 핸드오버를 통하여 이동하며 사용하여야 하는 경우에 기지국이나 공유기는 모든 사용자 또는 인접한 모든 기지국에 전달하여야 하는 특정 정보가 존재할 수 있다. 이러한 경우 빔형성을 통하여 특정 방향으로 지향하여 신호를 송수신 하는 것은 적합하지 못하다.Also, when a plurality of users communicate with each other around a single base station or a router, in particular, when a user moves through a handover between a plurality of base stations, such as a mobile communication system, Specific information to be delivered to the base station may exist. In this case, it is not suitable to transmit and receive signals in a specific direction through beam forming.

예를 들어, 사용자가 최초로 특정 기지국이나 공유기에 연결을 시도하는 경우 기지국과 공유기는 해당 사용자의 위치를 알 수 없으므로 만약 빔형성을 통하여 특정 방향으로 신호를 지향하고 있을 경우 해당 사용자가 기지국이나 공유기에 접근을 할 수 없을 수 있다.For example, if a user first attempts to connect to a particular base station or router, the base station and the router may not know the location of the user. If the user is aiming the signal in a particular direction through beamforming, Access may not be possible.

더군다나 이러한 빔 지향이 필요하지 않는 상황과 특정 사용자에게 빔을 지향하여야 하는 상황이 동시에 공존한다는 것이다.Furthermore, there is a situation where such a beam direction is not necessary and a situation where a beam is directed to a specific user coexists at the same time.

따라서 본 발명에서는 무선통신시스템에서 빔형성을 통하여 송수신을 특정 방향으로만 한정할 수 없는 경우와 빔형성을 통하여 특정 방향으로의 빔을 지향하여야 하는 경우가 공존할 수 있도록 하는 적응적 빔형성 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, according to the present invention, an adaptive beam forming method capable of coexisting of a case where a transmission / reception can not be limited to a specific direction through beam forming and a case where a beam is directed to a specific direction through beam forming, can coexist in a wireless communication system And an object of the present invention is to provide a device.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.

이러한 목적을 달성하기 위해 제안된 본 발명은 빔형성 지향성 안테나와 무지형성 안테나를 동시에 탑재한 장치와 송신부와 수신부가 각각 두 안테나 사이를 스위칭할 수 있는 스위칭 장치, 통신시나리오에 따라 스위칭 신호를 발생하는 스위칭 제어장치를 포함하는 것을 특성으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus including a beam forming directional antenna and a non-forming antenna, a switching device for transmitting and receiving signals between the two antennas, And a switching control device.

이러한 구성의 본 발명에 의하면 무선통신시스템에서 빔형성을 통하여 송수신을 특정 방향으로만 한정할 수 없는 경우와 빔형성을 통하여 특정 방향으로의 빔을 지향하여야 하는 경우, 매우 간단한 방법으로 두 가지 경우를 모두 지원할 수 있을 뿐만 아니라 송신 시나리오와 수신 시나리오가 서로 상이한 경우에도 빔형성을 통한 지향성 안테나와 무지향성 안테나를 각각의 송수신 시나리오에 맞추어 비대칭으로 적용함으로써 해당 무선통신시스템에서 두 가지 서로 상이한 시나리오의 동시 공존 및 운영을 가능하도록 한다.According to the present invention having such a configuration, in a case where a transmission / reception can not be limited to a specific direction through beam forming in a wireless communication system, and a beam in a specific direction is to be directed through beam forming, It is possible to apply the asymmetric directional antenna and the non-directional antenna according to the respective transmission / reception scenarios through the beam forming, so that the simultaneous coexistence of two different scenarios in the corresponding wireless communication system And operation.

도 1은 기존의 무선통신시스템에 장착되는 일반적인 적응형 빔형성 장치이다. 서로 다른 4개의 방향으로 지향된 방사패턴을 갖는 4개의 빔형성 지향성 안테나(101, 102, 103, 104)를 가지고 있다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 적응형 빔형성 장치이다.1 is a general adaptive beamforming apparatus mounted in a conventional wireless communication system. Directional antennas 101, 102, 103, and 104 having four radiation patterns oriented in four different directions.
2 is an adaptive beam forming apparatus proposed by the present invention.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It can be easily carried out. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에서 제안하는 적응형 빔형성 장치이다. 빔형성을 통한 지향성 안테나(201)와 무지향성 안테나(202)를 모두 장착한다. 특정 사용자와 통신을 하여야 하는 경우 해당 사용자의 방향으의로 빔형성을 위하여 송신부와 수신부 모두 지향성 안테나로 스위치(203, 204)를 이용하여 연결한다. 특정 사용자가 보내오는 데이터를 수신함과 동시에 브로드캐스트할 데이터가 있는 경우 수신부는 그대로 지향성 안테나에 연결한 상태에서 스위치(203)를 이용하여 송신부와 무지향성 안테나를 연결한다. 특정 사용자에게 데이터를 전달함과 동시에 새로운 사용자가 통신을 시도할 경우에 대비하여 수신부를 스위치(204)을 이용하여 무지향성 안테나와 연결한다.2 is an adaptive beam forming apparatus proposed by the present invention. Both the directional antenna 201 and the omnidirectional antenna 202 are mounted through beam formation. When communication with a specific user is required, both the transmitter and the receiver are connected to the directional antenna using the switches 203 and 204 for beam forming in the direction of the user. When there is data to be broadcast at the same time as the data transmitted from a specific user is received, the receiving unit connects the transmitting unit with the omnidirectional antenna using the switch 203 while being connected to the directional antenna. And transmits the data to a specific user. At the same time, the receiver is connected to the omnidirectional antenna using the switch 204 in case a new user tries to communicate.

이와 같이 현재 서비스되는 통신 시나리오에 따라 무지형성 안테나와 빔형성 지향성 안테나를 적응적으로 스위칭하여 사용한다.In this way, the unshaped antenna and the beamforming directional antenna are adaptively switched and used according to the current communication scenario.

어세스 포인트 (AP)는 무선랜 시스템의 공유기와 같이 여러 사용자에게 무선통신서비스를 제공하는 장치를 이야기 한다.An access point (AP) is a device that provides wireless communication services to multiple users, such as a router of a wireless LAN system.

Claims

A beam forming apparatus comprising: a device having a beam forming directional antenna and a non-forming antenna mounted at the same time; a switching device capable of switching between a transmitting and a receiving respectively, respectively; and a switching control device generating a switching signal according to a communication scenario.

The asymmetric beam forming method according to claim 1, wherein a directional antenna is connected to a transmitter by a switch, a non-directional antenna is connected to a receiver by a switch, a directional antenna is connected to a receiver, and a nondirectional antenna is connected to the transmitter.