KR20170073506A - 기저대역 신호를 빔 공간에 매핑하는 방법 및 장치 - Google Patents

기저대역 신호를 빔 공간에 매핑하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

단일 RF(Radio Frequency) 체인을 사용하는 통신 시스템에서 송신기는 전송할 기저대역 신호들을 생성하고, 안테나의 조향 벡터를 분해하여 서로 직교하는 복수의 빔 베이시스 패턴을 생성하며, 상기 복수의 빔 베이시스 패턴의 기하학적인 정보를 이용하여 상기 기저대역 신호들을 적어도 하나의 기저대역 패턴에 매핑한다.

Description

기저대역 신호를 빔 공간에 매핑하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MAPPING BASEBAND SIGNAL INTO BEAMSPACE}
본 발명은 기저대역 신호를 빔 공간에 매핑하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 통신 시스템에서 기저대역 신호를 빔 공간(혹은 특정 안테나 포트)에 매핑하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 다양한 통신 기술들에서 MIMO(Multiple Inputs Multiple Outputs) 기법을 채택하고 있다. MIMO 기법은 데이터 전송율 증가를 위한 필연적인 방법으로 주파수 효율을 극대화시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 대표적인 예로, 휴대 인터넷 시스템의 IEEE 802.16, 802.20 및 Wibro 시스템의 표준이 있으며, 3GPP(3th Generation Partnership Project)의 LTE(Long Term Evolution)라고 불리는 셀룰러 통신 시스템에서도 MIMO 기법을 채택하였다.
이러한 MIMO 통신 시스템에서의 전송성능은 일반적으로 안테나의 개수에 비례하여 증가하는 형태를 가지게 된다. 따라서 MIMO 성능을 극대화시키기 위해서는 안테나의 개수를 늘려야 하고 이에 따라서 RF(Radio Frequency) 체인의 수 또한 같이 증가하게 된다. 하지만 안테나 개수가 증가하게 되면, 구현의 복잡도가 커지고 또한 시스템의 크기가 커져서, 안테나의 개수를 무작정 늘릴 수 없는 단점이 존재하게 된다. 이러한 제약을 벗어나기 위해서 최근 단일 RF 체인을 이용하여 MIMO 성능을 달성하기 위한 연구가 진행되고 있으며, 대표적인 예로 ESPAR(Electrical Steering Parasitic Array Radiator Antenna)나 부하 변조 안테나(Load Modulation Antenna)를 사용한 단일 RF MIMO 기술이 있다.
이러한 기술은 기존과 대비하여 안테나/RF적인 측면과 기저대역 측면에서 약간 다른 형태를 취한다. 안테나/RF적인 측면에서 살펴보면, 기존 MIMO 기술은 다수의 능동안테나소자를 사용하여 안테나를 구성하지만, 단일 RF MIMO 기술은 하나 혹은 소수의 능동안테나소자와 다수의 기생안테나소자를 사용하여 안테나를 구성한다. 이러한 구조의 장점은 다수의 기생안테나소자를 통해 안테나 개수를 확장하고 이들 사이의 거리를 일반 능동안테나들보다 좁게 배치하여 안테나의 크기를 줄일 수 있다. 또한 단일 RF 체인을 사용하므로 RF 체인이 복잡하지 않고 작은 크기로 구현 가능하다. 물론, 안테나 사이의 거리가 큰 문제가 되지 않고 RF 체인의 복잡도가 주요한 문제가 될 경우에는 부하 변조 안테나를 사용하고 단일 RF 체인을 사용하여 안테나 간격을 늘려서 배치할 수도 있다.
기저대역 측면에서 살펴보면, 기존 MIMO 기술은 다수의 능동안테나소자를 사용하기 때문에 기저대역 신호에 대한 I/Q 신호가 각각의 안테나마다 매핑되며 각 신호가 어떤 안테나에 매핑되는지는 성능에 큰 차이를 나타내지 않는다. 이에 반해, 단일 RF MIMO 기술은 RF 체인이 하나 뿐이므로 기저대역 신호가 각각의 안테나마다 매핑되는 방식이 아니라, 하나 혹은 소수의 능동안테나소자와 다수의 기생안테나소자가 생성해내는 전체 안테나 빔 패턴을 분해한 다수의 직교하는 빔에 매핑되며, 이때 기저대역 신호가 매핑되는 빔은 서로 모양이 다르므로 기존과 전송 성능적인 관점에서 차이가 존재한다. 즉, 기저대역 신호를 어떤 빔에 매핑시킬 것인지에 대한 방법이 다양하게 존재하며, 특정한 방법은 전송 성능이 제대로 확보되지 않을 수 있다. 따라서 단일 RF MIMO를 사용하는 경우 적절한 전송 성능을 확보하면서 기저대역 신호를 빔에 매핑하는 방법이 필요하다.
본 발명이 해결하려는 과제는 단일 RF MIMO 환경에서 적절한 전송 성능을 확보하거나 전송 성능을 향상시키면서 기저대역 신호를 빔 공간에 매핑하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 단일 RF(Radio Frequency) 체인을 사용하는 통신 시스템에서 송신기가 기저대역 신호를 빔 공간에 매핑하는 방법이 제공된다. 이 방법은 전송할 기저대역 신호들을 생성하는 단계, 안테나의 조향 벡터를 분해하여 서로 직교하는 복수의 빔 베이시스 패턴을 생성하는 단계, 그리고 상기 복수의 빔 베이시스 패턴의 기하학적인 정보를 이용하여 상기 기저대역 신호들을 적어도 하나의 기저대역 패턴에 매핑하는 단계를 포함한다.
상기 기하학적인 정보는 면적 정보를 포함할 수 있다.
상기 매핑하는 단계는 도달 면적이 넓은 빔 베이시스 패턴 순으로 낮은 안테나 포트 인덱스에 해당하는 기저대역 신호를 매핑하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 매핑하는 단계는 도달 면적이 넓은 빔 베이시스 패턴 순으로 높은 안테나 포트 인덱스에 해당하는 기저대역 신호를 매핑하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기하학적인 정보는 방향 정보를 포함할 수 있다.
상기 매핑하는 단계는 상기 복수의 빔 베이시스 패턴의 방향을 토대로 상기 복수의 빔 베이시스 패턴을 적어도 하나의 빔 베이시스 그룹으로 그룹핑하는 단계, 그리고 상기 적어도 하나의 빔 베이시스 그룹 내 빔 베이시스 패턴들에 셀 공통 신호와 단말 특정 신호들을 매핑하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 셀 특정 신호와 단말 특정 신호들을 매핑하는 단계는 상기 적어도 하나의 빔 베이시스 그룹 내 도달 면적이 가장 넓은 빔 베이시스 패턴에 셀 공통 신호를 매핑하는 단계, 그리고 상기 적어도 하나의 빔 베이시스 그룹 내 상기 도달 면적이 가장 넓은 빔 베이시스 패턴을 제외한 나머지 빔 베이시스 패턴들에 단말 특정 신호를 매핑하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 조향 벡터는 상기 안테나의 기하학적 구조에 따라 결정될 수 있다.
상기 안테나는 ESPAR(Electrical Steering Parasitic Array Radiator Antenna), SPA(Switched Parasitic Array) 및 부하 변조 안테나(Load Modulation Antenna) 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 방법은 매핑된 빔 베이시스 패턴들과 기저대역 신호들의 선형 결합을 통해 최종 빔을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 따르면, 통신 시스템에서 기저대역 신호를 빔 공간에 매핑하는 장치가 제공된다. 이 장치는 전송할 기저대역 신호들을 생성하는 기저대역 신호 처리부, 안테나의 조향 벡터를 분해하여 서로 직교하는 복수의 빔 베이시스 패턴을 생성하고, 상기 복수의 빔 베이시스 패턴의 기하학적인 정보와 상기 기저대역 신호들의 특성을 토대로 상기 기저대역 신호들을 적어도 하나의 기저대역 패턴에 매핑하는 빔 공간 매핑부, 상기 기저대역 신호들을 RF(Radio Frequency) 대역 신호로 변환하는 단일 RF 체인, 그리고 상기 단일 RF 체인으로부터 출력되는 신호를 방사하는 안테나를 포함한다.
상기 기하학적인 정보는 면적 정보를 포함할 수 있다.
상기 빔 공간 매핑부는 도달 면적이 넓은 빔 베이시스 패턴 순으로 낮은 안테나 포트 인덱스에 해당하는 기저대역 신호를 매핑할 수 있다.
상기 빔 공간 매핑부는 도달 면적이 넓은 빔 베이시스 패턴 순으로 높은 안테나 포트 인덱스에 해당하는 기저대역 신호를 매핑할 수 있다.
상기 기하학적인 정보는 방향 정보를 포함할 수 있다.
상기 빔 공간 매핑부는 상기 복수의 빔 베이시스 패턴의 방향을 토대로, 상기 복수의 빔 베이시스 패턴을 적어도 하나의 빔 베이시스 그룹으로 그룹핑하고, 상기 적어도 하나의 빔 베이시스 그룹 내 빔 베이시스 패턴들에 셀 공통 신호 및 단말 특정 신호들을 매핑할 수 있다.
상기 빔 공간 매핑부는 상기 적어도 하나의 빔 베이시스 그룹 내 도달 면적이 가장 넓은 빔 베이시스 패턴에 셀 공통 신호를 매핑하고, 상기 도달 면적이 가장 넓은 빔 베이시스 패턴을 제외한 나머지 빔 베이시스 패턴들에 단말 특정 신호를 매핑할 수 있다.
상기 안테나는 ESPAR(Electrical Steering Parasitic Array Radiator Antenna), SPA(Switched Parasitic Array) 및 부하 변조 안테나(Load Modulation Antenna) 중 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 빔 공간 MIMO 환경에서 공간 다중화(Spatial Multiplexing)가 가능하도록 프레임을 구성할 수 있어 공간 다중화를 지원하는 프레임워크를 구성할 수 있다. 또한 빔 베이시스의 면적과 방향 정보를 활용하여 전송할 빔 베이시스를 결정하므로, 최대한의 용량을 지원할 수 있게 될 것으로 예상된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 빔 베이시스 패턴에 따른 빔 형상의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기저대역 신호를 빔 공간에 매핑하는 장치를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에 따른 기저대역 신호를 빔 공간에 매핑하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 빔 베이시스 그룹의 그룹핑 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 단말(terminal)은 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, MT, MS, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 중계 노드(relay node, RN), 기지국 역할을 수행하는 진보된 중계기(advanced relay station, ARS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS), 소형 기지국[펨토 기지국(femto BS), 홈 노드B(home node B, HNB), 홈 eNodeB(HeNB), 피코 기지국(pico BS), 메트로 기지국(metro BS), 마이크로 기지국(micro BS) 등] 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 기저대역 신호를 빔 공간에 매핑하는 방법 및 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
일반적으로 단일 RF MIMO에서는 안테나의 조향 벡터(steering vector)를 분해하여 기저대역 신호가 전송될 직교하는 빔 베이시스(basis)들을 생성하고, 이 빔 베이시스에 기저대역 신호를 실어져 전송된다. 이때, 안테나 소자의 조향 벡터는 안테나의 기하학적인 구조에 의해서 결정되는 것이 일반적이며, 안테나의 기하학적인 구조가 변경될 경우에는 조향 벡터 역시 변경된다.
일반적으로 조향 벡터를 분해하면 안테나 개수만큼의 서로 직교하는 빔 베이시스 패턴을 얻을 수 있으며, 직교하는 빔 베이시스 패턴을 얻는 방법은 여러 가지가 있을 수 있다. 대표적인 예로, 선형대수학에서 주로 쓰이는 그람-슈미트(Gram-Schmidt) 프로세스를 이용하면 안테나의 조향 벡터가 안테나 개수만큼의 직교하는 빔 베이시스 패턴으로 분리된다.
이와 같이, 직교하는 빔 베이시트 패턴은 여러 가지 방법에 의해서 정의될 수 있으며, 안테나의 조향 벡터가 결정되면 그람-슈미트 프로세스를 이용하여 바로 계산해 낼 수 있다. 다시 말해, 안테나의 기하학적인 구조가 결정될 경우, 기저대역 신호가 전송될 빔 베이시스 패턴이 이미 결정될 수 있다는 뜻으로 해석될 수 있다.
일반적으로 이러한 빔 베이시스 패턴들은 각각 빔 형상이 다르게 형성되며 이에 따라서 빔이 도달할 수 있는 영역이 제한될 수 있다. 따라서 기존의 MIMO 방식에서와 같이 일반적인 안테나 어레이(Antenna Array)별로 신호를 매핑할 경우, 특정 신호가 도달하지 않는 경우가 생길 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 빔 베이시스 패턴에 따른 빔 형상의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 안테나의 조향 벡터가 5개의 빔 베이시스 패턴[B0(θ,φ), B1(θ,φ), B2(θ,φ), B3(θ,φ), B4(θ,φ)]으로 분리된 경우, 빔 베이시스 패턴(B0)은 모든 방향에 대해서 전송이 가능하지만, 빔 베이시스 패턴[B0(θ,φ)]을 제외한 나머지 빔 베이시스 패턴[B1(θ,φ), B2(θ,φ), B3(θ,φ), B4(θ,φ)]은 각각 다른 방향을 향하고 있으므로, 특정 방향으로는 전송이 불가능하다. 따라서 빔 베이시스 패턴의 면적에 대한 정보 없이 빔 베이시스 패턴에 신호를 매핑할 경우, 용량(Capacity)에 대한 손실이 있을 수 있다. 도 1에서, θ는 3차원 공간의 특정한 점(x,y,z)을 극좌표계로 나타냈을 때, 정의되는 (r,θ,φ) 중 X-Y축 사이의 공간에서 X축으로부터의 각도로 정의되며, φ 는 Z축으로부터의 각도로 정의된다.
또한 빔 베이시스 패턴[B0(θ,φ), B1(θ,φ), B2(θ,φ), B3(θ,φ), B4(θ,φ)]의 면적에 대한 정보는 안테나의 기하학적인 구조에 따라 변경되므로, 일반적으로 안테나가 형성되었을 경우에는 빔 베이시스 패턴의 면적이 변경되지 않는다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기저대역 신호를 빔 공간에 매핑하는 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참고하면, 기저대역 신호를 빔 공간에 매핑하는 장치(200)는 기저대역 신호 처리부(210), 빔 공간 매핑부(220), 단일 RF 체인(230) 및 안테나부(240)를 포함한다. 그리고 장치(200)는 제어부(250)를 더 포함한다. 이러한 장치(200)는 신호를 전송하고자 하는 송신기에 구현될 수 있다. 예를 들어, 송신기는 기지국 및 단말의 일부일 수 있다. 장치(200)는 적어도 하나의 프로세서에 의해 기저대역 신호 처리부(210), 빔 공간 매핑부(220), 단일 RF 체인(230) 및 제어부(250)의 기능을 수행할 수 있다. 프로세서는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시 예들에 따른 방법이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다.
기저대역 신호 처리부(210)는 전송할 기저대역 신호를 생성한다. 기저대역 신호 처리부(210)가 기저대역 신호를 생성하는 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있는 바 구체적인 설명은 생략한다.
빔 공간 매핑부(220)는 기저대역 신호를 빔 공간에 매핑한다. 빔 공간 매핑부(220)는 사용되는 안테나의 기하학적 구조에 기반하여 조향 벡터가 결정되면, 조향 벡터를 분해하여 안테나 개수만큼의 서로 직교하는 복수의 빔 베이시스 패턴을 생성하고, 복수의 빔 베이시스 패턴들에 기저대역 신호를 매핑한다. 빔 베이시스 패턴이 빔 공간을 나타낸다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 빔 공간 매핑부(220)는 빔 베이시스 패턴의 면적과 방향, 그리고 전송할 기저대역 신호의 특성을 고려하여, 기저대역 신호들을 빔 베이시스 패턴들에 매핑할 수 있다. 그리고 빔 공간 매핑부(220)는 빔 베이시스 패턴들과 공간적으로 다중화하고자 하는 기저대역 신호들의 선형 결합을 통해 무선 공간으로 방사되는 최종 빔을 결정한다.
단일 RF 체인(230)은 기저대역 신호들을 RF 대역 신호로 변환한다. 여기서, 하나의 RF 체인은 DAC(Digital Analog Converter), 필터, 오실레이터 등으로 구현될 수 있다. 한편, 단일 RF 체인(230)은 하나의 RF 체인이 아니라 적은 수의 RF 체인을 의미할 수 있다.
안테나부(240)는 빔 공간 MIMO 신호를 발생시키기 위해, 하나의 능동안테나 소자와 복수의 기생안테나 소자를 포함할 수 있다. 각 기생안테나 소자에는 리액턴스가 인가되어, 최종 빔이 형성된다. 안테나부(240)는 ESPAR, SPA(Switched Parasitic Array), 부하 변조 안테나 등을 통해 구현될 수 있으며, 빔 공간 MIMO를 구현하기 위해 기타 다른 구조를 가질 수 있다.
제어부(250)는 기저대역 신호와 빔 베이시스의 선형결합에 의해 결정되는 최종 방사패턴을 도출하기 위해서, 안테나부(240)를 제어한다. 특히, 제어부(250)는 기생안테나 소자에 달려있는 리액턴스 성분을 제어한다.
안테나부(240)에서 방사되는 빔은 일반적으로 안테나 소자에 흐르는 전류와 전압에 의존하며, 이에 따라 특정한 방사패턴을 도출하기 위해서 각 안테나 소자에 흐르는 전류와 전압을 계산해낼 수 있다.
제어부(250)는 기저대역 신호와 빔 베이시스의 선형결합에 의해 결정되는 최종 방사패턴을 도출하기 위해서, 각 기생안테나 소자에 연결되어 있는 리액턴스 성분을 제어함으로써, 각 기생안테나 소자에 정해진 전류를 흐르게 하여, 해당 방사패턴을 생성할 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기저대역 신호를 빔 공간에 매핑하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3을 참고하면, 빔 공간 매핑부(220)는 안테나의 조향 벡터를 분해하여 안테나 개수만큼의 서로 직교하는 복수의 빔 베이시스 패턴을 생성한다(S310).
빔 공간 매핑부(220)는 빔 베이시스 패턴들의 면적을 토대로, 도달면적이 넓은 빔 베이시스 패턴 순으로 낮은 안테나 포트 인덱스에 해당하는 기저대역 신호를 매핑한다(S320). 각 안테나 포트 인덱스에 해당하는 기저대역 신호들은 상위 계층의 스케줄러에 의해 결정된다. 빔 공간 매핑부(220)는 상위 계층에 의해 결정된 각 안테나 포트 인덱스에 해당하는 기저대역신호들을 빔 베이시스 패턴들의 도달 면적으로 토대로 빔 베이시스 패턴들에 매핑한다.
무선 공간에 방출된 최종 빔을 구성하는 빔 베이시스 패턴이 3차원 공간상에서 각도에 따라 다른 값을 가지게 되므로, 수신기는 송신기에 대한 수신기의 위치 및 주변에 존재하는 반사체, 산란체 등의 환경요인에 의존하여 상황에 따라 많은 빔 베이시스를 수신할 수 있을 수도 있고, 적은 빔 베이시스를 수신할 수 있을 수도 있다. 이때 도 3과 같은 방법으로 기저대역 신호를 빔 베이시스 패턴들에 매핑하는 경우, 수신기가 더 높은 확률로 보다 많은 빔 베이시스 패턴을 받을 수 있으며, 송신기는 SNR이 허용하는 범위 내에서 더 많은 스트림을 공간 다중화를 이용해 전송할 수 있다.
한편, 빔 공간 매핑부(220)는 도달면적이 넓은 빔 베이시스 패턴 순으로 높은 안테나 포트 인덱스부터 전송할 수도 있다. 다만, 일반적으로 통신 규격에서 정의할 때 높은 안테나 포트 인덱스에 대한 기준 신호(Reference Signal)가 낮은 안테나 포트 인덱스에 대한 기준 신호보다 적은 개수로 실릴 수 있기 때문에, 보다 안전하게 전송하기 위해서는 낮은 안테나 포트 인덱스에 해당하는 신호부터 매핑시킨다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 기저대역 신호를 빔 공간에 매핑하는 방법을 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 빔 베이시스 그룹의 그룹핑 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4를 참고하면, 빔 공간 매핑부(220)는 안테나의 조향 벡터를 분해하여 안테나 개수만큼의 서로 직교하는 빔 베이시스 패턴들을 생성한다(S410).
빔 공간 매핑부(220)는 빔 베이시스 패턴들의 방향을 토대로, 빔 베이시스 패턴들을 적어도 하나의 빔 베이시스 그룹으로 그룹핑한다(S420). 빔 공간 매핑부(220)는 동일한 방향을 가지는 빔 베이시스 패턴들을 하나의 빔 베이시스 그룹으로 그룹핑할 수 있다.
빔 공간 매핑부(220)는 빔 베이시스 그룹 내 빔 베이시스 패턴들 중에서 도달면적이 가장 큰 빔 베이시스 패턴에는 셀 공통 신호들에 해당하는 기저대역 신호들을 매핑하고(S430), 나머지 빔 베이시스 패턴에는 단말 특정 신호들에 해당하는 기저대역 신호들을 매핑한다(S440).
예를 들면, 도 5에 도시한 바와 같이, 빔 공간 매핑부(220)는 빔 베이시스 패턴[B0(θ,φ), B1(θ,φ), B3(θ,φ)]을 빔 베이시스 그룹(G0)으로 그룹핑하고, 빔 베이시스 패턴[B0(θ,φ), B2(θ,φ), B4(θ,φ)]을 빔 베이시스 그룹(G1)으로 그룹핑할 수 있다. 이때, 빔 베이시스 그룹(G0, G1) 중에서 도달면적이 가장 큰 빔 베이시스 패턴[B0(θ,φ)]에는 셀 공통 신호가 매핑되고, 빔 베이시스 패턴[B1(θ,φ), B3(θ,φ) 또는 B2(θ,φ), B4(θ,φ)]에는 단말 특정 신호가 매핑될 수 있다.
이와 같은 방법으로, 기저대역 신호들을 빔 베이시스 패턴들에 매핑하면, 셀 공통 신호는 모든 방향으로 전파되고, 단말 특정 신호는 특정 방향을 가지는 빔 베이시스 패턴에 실리게 되므로, 단말 특정 신호가 전송되는 빔 베이시스 패턴들을 수신하는 경우에는 수신하는 빔 베이시스 패턴의 수만큼 공간 다중화가 되는 효과를 기대할 수 있다. 또한 빔 베이시스 패턴의 방향을 고려하므로, 잘못된 방향으로의 신호 전송 확률을 줄일 수 있으므로, 셀 성능 향상을 기대할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (18)

  1. 단일 RF(Radio Frequency) 체인을 사용하는 통신 시스템에서 송신기가 기저대역 신호를 빔 공간에 매핑하는 방법으로서,
    전송할 기저대역 신호들을 생성하는 단계,
    안테나의 조향 벡터를 분해하여 서로 직교하는 복수의 빔 베이시스 패턴을 생성하는 단계, 그리고
    상기 복수의 빔 베이시스 패턴의 기하학적인 정보를 이용하여 상기 기저대역 신호들을 적어도 하나의 기저대역 패턴에 매핑하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 기하학적인 정보는 면적 정보를 포함하는 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 매핑하는 단계는 도달 면적이 넓은 빔 베이시스 패턴 순으로 낮은 안테나 포트 인덱스에 해당하는 기저대역 신호를 매핑하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제2항에서,
    상기 매핑하는 단계는 도달 면적이 넓은 빔 베이시스 패턴 순으로 높은 안테나 포트 인덱스에 해당하는 기저대역 신호를 매핑하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 기하학적인 정보는 방향 정보를 포함하는 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 매핑하는 단계는
    상기 복수의 빔 베이시스 패턴의 방향을 토대로 상기 복수의 빔 베이시스 패턴을 적어도 하나의 빔 베이시스 그룹으로 그룹핑하는 단계, 그리고
    상기 적어도 하나의 빔 베이시스 그룹 내 빔 베이시스 패턴들에 셀 공통 신호와 단말 특정 신호들을 매핑하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 셀 특정 신호와 단말 특정 신호들을 매핑하는 단계는 상기 적어도 하나의 빔 베이시스 그룹 내 도달 면적이 가장 넓은 빔 베이시스 패턴에 셀 공통 신호를 매핑하는 단계, 그리고
    상기 적어도 하나의 빔 베이시스 그룹 내 상기 도달 면적이 가장 넓은 빔 베이시스 패턴을 제외한 나머지 빔 베이시스 패턴들에 단말 특정 신호를 매핑하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 조향 벡터는 상기 안테나의 기하학적 구조에 따라 결정되는 방법.
  9. 제1항에서,
    상기 안테나는 ESPAR(Electrical Steering Parasitic Array Radiator Antenna), SPA(Switched Parasitic Array) 및 부하 변조 안테나(Load Modulation Antenna) 중 하나를 포함하는 방법.
  10. 제1항에서,
    매핑된 빔 베이시스 패턴들과 기저대역 신호들의 선형 결합을 통해 최종 빔을 형성하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  11. 통신 시스템에서 기저대역 신호를 빔 공간에 매핑하는 장치로서,
    전송할 기저대역 신호들을 생성하는 기저대역 신호 처리부,
    안테나의 조향 벡터를 분해하여 서로 직교하는 복수의 빔 베이시스 패턴을 생성하고, 상기 복수의 빔 베이시스 패턴의 기하학적인 정보와 상기 기저대역 신호들의 특성을 토대로 상기 기저대역 신호들을 적어도 하나의 기저대역 패턴에 매핑하는 빔 공간 매핑부,
    상기 기저대역 신호들을 RF(Radio Frequency) 대역 신호로 변환하는 단일 RF 체인, 그리고
    상기 단일 RF 체인으로부터 출력되는 신호를 방사하는 안테나
    를 포함하는 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 기하학적인 정보는 면적 정보를 포함하는 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 빔 공간 매핑부는 도달 면적이 넓은 빔 베이시스 패턴 순으로 낮은 안테나 포트 인덱스에 해당하는 기저대역 신호를 매핑하는 장치.
  14. 제12항에서,
    상기 빔 공간 매핑부는 도달 면적이 넓은 빔 베이시스 패턴 순으로 높은 안테나 포트 인덱스에 해당하는 기저대역 신호를 매핑하는 장치.
  15. 제11항에서,
    상기 기하학적인 정보는 방향 정보를 포함하는 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 빔 공간 매핑부는 상기 복수의 빔 베이시스 패턴의 방향을 토대로, 상기 복수의 빔 베이시스 패턴을 적어도 하나의 빔 베이시스 그룹으로 그룹핑하고, 상기 적어도 하나의 빔 베이시스 그룹 내 빔 베이시스 패턴들에 셀 공통 신호 및 단말 특정 신호들을 매핑하는 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 빔 공간 매핑부는 상기 적어도 하나의 빔 베이시스 그룹 내 도달 면적이 가장 넓은 빔 베이시스 패턴에 셀 공통 신호를 매핑하고, 상기 도달 면적이 가장 넓은 빔 베이시스 패턴을 제외한 나머지 빔 베이시스 패턴들에 단말 특정 신호를 매핑하는 장치.
  18. 제11항에서,
    상기 안테나는 ESPAR(Electrical Steering Parasitic Array Radiator Antenna), SPA(Switched Parasitic Array) 및 부하 변조 안테나(Load Modulation Antenna) 중 하나를 포함하는 장치.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20040192394A1 (en) * 2003-01-31 2004-09-30 Yuuta Nakaya Method and apparatus for controlling array antenna, and computer-readable storage medium
US20060261968A1 (en) * 2005-05-23 2006-11-23 Fujitsu Limited Signal incoming direction estimation apparatus
US20090309799A1 (en) * 2008-06-17 2009-12-17 Fujitsu Limited Single-layer adaptive plane array antenna and variable reactance circuit

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040192394A1 (en) * 2003-01-31 2004-09-30 Yuuta Nakaya Method and apparatus for controlling array antenna, and computer-readable storage medium
US20060261968A1 (en) * 2005-05-23 2006-11-23 Fujitsu Limited Signal incoming direction estimation apparatus
US20090309799A1 (en) * 2008-06-17 2009-12-17 Fujitsu Limited Single-layer adaptive plane array antenna and variable reactance circuit

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