KR20170092553A

KR20170092553A - 무선 통신 시스템에서 하이브리드 빔포밍을 기반으로 제어 채널을 전송하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20170092553A
Application number: KR1020177014580A
Authority: KR
Inventors: 김기태; 강지원; 이길봄; 김희진; 김동규
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2017-08-11
Also published as: WO2016089122A1; EP3229382A4; US10616907B2; EP3229382A1; CN107005298A; EP3229382B1; CN107005298B; US20180270844A1

Abstract

무선 통신 시스템에서 하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming)을 위한 제어 정보를 전송하는 방법이 제공된다. 기지국은 아날로그 빔에 대한 피드백 정보를 기반으로 복수의 단말을 그룹핑하고, 특정 시간-주파수 자원을 이용하여 각 그룹 내의 단말의 제어 정보를 다중화하여 전송한다. 다양한 방법을 통해 복수의 아날로그 빔에 대한 피드백 정보를 기반으로 복수의 단말을 그룹핑 할 수 있다. 도한, 다양한 방법을 통해 각 그룹 내의 단말의 제어 정보를 다중화 할 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 하이브리드 빔포밍을 기반으로 제어 채널을 전송하는 방법 및 장치

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 시스템에서 하이브리드 빔포밍을 기반으로 제어 채널을 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

3GPP(3rd generation partnership project) LTE(long-term evolution)는 고속 패킷 통신을 가능하게 하는 기술이다. 사용자 및 공급자의 비용 감소, 서비스 품질 향상 및 커버리지와 시스템 용량의 확장 및 향상을 포함하는 LTE의 목적을 위하여 많은 방식들이 제안되어 왔다. 3GPP LTE는 상위 계층의 요구 사항으로써, 비트 당 감소된 비용(cost per bit), 증가한 서비스 유용성(service availability), 유연한(flexible) 주파수 사용, 단순한 구조, 오픈 인터페이스 및 단말의 적절한 파워 소비를 요구한다.

한정된 자원에 대한 효율성을 높이는 방법으로, 송수신기에 다수의 안테나를 장착하여 자원 활용을 위한 공간적인 영역을 추가로 확보함으로써 다이버시티 이득을 취하거나 각각의 안테나를 통해 데이터를 병렬로 전송함으로써 전송 용량을 높이는, 이른바 다중 안테나 기술이 활발하게 개발되고 있다. 다중 안테나 기술에서 SNR(signal-to-noise ratio)를 높이기 위한 방법으로 빔포밍 및/또는 프리코딩이 사용될 수 있다. 빔포밍 및/또는 프리코딩은 송신단에서 피드백 정보를 이용할 수 있는 폐-루프 시스템에서 해당 피드백 정보를 통해 SNR를 최대화하기 위해 사용될 수 있다. 빔포밍은 크게 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍으로 분류될 수 있다.

거대(massive) MIMO(multiple-input multiple-output)는 기지국에 현재보다 매우 많은, 수십 개 이상의 안테나를 장착하여 높은 전송 속도와 더불어 높은 에너지 효율을 얻고자 하는 다중 안테나 기술이다. 기존의 아날로그 빔포밍 및/또는 디지털 빔포밍을 거대 MIMO에 그대로 적용할 경우, 신호 처리의 복잡도 및/또는 하드웨어 구현의 복잡도가 매우 커지거나, 다중 안테나를 이용한 성능 증가의 정도가 미미하고 자원 할당의 유연성이 떨어질 수 있다. 이에 따라 거대 MIMO에서 기존의 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍을 결합한 하이브리드 빔포밍을 사용하는 것이 논의되고 있다.

한편, 하이브리드 빔포밍의 특성상 아날로그 빔의 전송 범위 제약으로 인해 동시에 모든 사용자들에게 제어 채널을 전송하는 것이 어려울 수 있다. 따라서, 아날로그 빔의 제약을 고려한 제어 채널 자원의 스케줄링이 요구될 수 있다.

본 발명의 기술적 과제는 무선 통신 시스템에서 하이브리드 빔포밍을 기반으로 제어 채널을 전송하는 방법 및 장치를 제공하는 데에 있다. 본 발명은 하이브리드 빔포밍을 위한 제어 채널을 전송하는 방법을 제공한다. 본 발명은 빔 스캐닝 프리앰블 기반 피드백 정보를 이용하여 사용자를 그룹핑하는 방법과 제어 채널의 자원을 할당하는 방법을 제공한다. 본 발명은 단말의 제어 채널 획득을 위한 검출 방법을 제공한다. 본 발명은 하이브리드 빔포밍을 위한 기본적인 응용 안테나 구조를 제공한다.

일 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 기지국에 의한 하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming)을 위한 제어 정보를 전송하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 아날로그 빔에 대한 피드백 정보를 기반으로 복수의 단말을 그룹핑하고, 및 특정 시간-주파수 자원을 이용하여 각 그룹 내의 단말의 제어 정보를 다중화하여 전송하는 것을 포함한다.

다른 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 단말에 의한 제어 채널을 검출하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 자신의 선호 빔을 기반으로 시간-주파수 자원을 획득하고, 및 상기 획득한 시작 주파수 자원에서 자신의 제어 채널을 검출하는 것을 포함한다.

하이브리드 빔포밍에서 아날로그 빔의 제약을 고려한 제어 채널의 자원 스케줄링이 효율적으로 수행될 수 있다.

도 1은 셀룰러 시스템을 나타낸다.
도 2는 3GPP LTE의 무선 프레임(radio frame)의 구조를 나타낸다.
도 3은 아날로그 빔포머 및 RF 체인을 포함하는 전송부의 블록도이다.
도 4는 디지털 빔포머 및 RF 체인을 포함하는 전송부의 블록도이다.
도 5는 하이브리드 빔포머를 포함하는 전송부의 블록도이다.
도 6은 하이브리드 빔포밍을 위한 4개의 RF 체인으로 구성된 16개의 ULA 안테나의 구조의 일 예를 나타낸다.
도 7은 빔 경계 벡터 s와 빔 이득 및 스티어링 벡터 t의 빔 패턴의 일 예를 나타낸다.
도 8은 아날로그 빔 쉬프트에 따른 최종 안테나 열 응답의 일 예를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 빔 패턴을 고려한 단말의 그룹핑의 일 예를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말 그룹핑의 일 예를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 채널 다중화의 일 예를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 채널 다중화의 또 다른 예를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 동일한 시간에 수직 방향으로 다수의 아날로그 빔 형성이 가능한 안테나 구조의 일 예를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 동일한 시간에 수평 방향으로 다수의 아날로그 빔 형성이 가능한 안테나 구조의 일 예를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 채널 다중화의 또 다른 예를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming)을 위한 제어 정보를 전송하는 방법을 나타낸다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리앰블을 이용한 선호 섹터 빔 기반으로 제어 채널을 검출하는 방법의 일 예를 나타낸다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 이전 주기에 피드백 한 선호 섹터 빔 기반으로 제어 채널을 검출하는 방법의 일 예를 나타낸다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 채널을 검출하는 방법의 일 예를 나타낸다.
도 20은 본 발명의 실시예가 구현되는 무선 통신 시스템의 블록도이다.

이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 통신 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(universal terrestrial radio access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(global system for mobile communications)/GPRS(general packet radio service)/EDGE(enhanced data rates for GSM evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE(institute of electrical and electronics engineers) 802.11(Wi-Fi), IEEE 802.16(WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. IEEE 802.16m은 IEEE 802.16e의 진화로, IEEE 802.16e에 기반한 시스템과의 하위 호환성(backward compatibility)을 제공한다. UTRA는 UMTS(universal mobile telecommunications system)의 일부이다. 3GPP(3rd generation partnership project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA(evolved-UMTS terrestrial radio access)를 사용하는 E-UMTS(evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(advanced)는 3GPP LTE의 진화이다.

설명을 명확하게 하기 위해, LTE-A를 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 특징이 이에 제한되는 것은 아니다.

도 1은 셀룰러 시스템을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 셀룰러 시스템(10)은 적어도 하나의 기지국(11; BS; base station)을 포함한다. BS(11)는 특정한 지리적 영역(일반적으로 셀이라고 함)(15a, 15b, 15c)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역(섹터라고 함)으로 나누어질 수 있다. 단말(12; UE; user equipment)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), MT(mobile terminal), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device), PDA(personal digital assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. BS(11)는 일반적으로 UE(12)와 통신하는 고정된 지점을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

UE는 통상적으로 하나의 셀에 속하는데, UE가 속한 셀을 서빙 셀(serving cell)이라 한다. 서빙 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 BS를 서빙 BS라 한다. 셀룰러 시스템은 서빙 셀에 인접하는 다른 셀을 포함한다. 서빙 셀에 인접하는 다른 셀을 인접 셀(neighbor cell)이라 한다. 인접 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 BS를 인접 BS라 한다. 서빙 셀 및 인접 셀은 UE를 기준으로 상대적으로 결정된다.

이 기술은 하향링크(DL; downlink) 또는 상향링크(UL; uplink)에 사용될 수 있다. 일반적으로 DL은 BS(11)에서 UE(12)로의 통신을 의미하며, UL은 UE(12)에서 BS(11)으로의 통신을 의미한다. DL에서 송신기는 BS(11)의 일부분이고, 수신기는 UE(12)의 일부분일 수 있다. UL에서 송신기는 UE(12)의 일부분이고, 수신기는 BS(11)의 일부분일 수 있다.

도 2는 3GPP LTE의 무선 프레임(radio frame)의 구조를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 무선 프레임은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 무선 프레임 내 슬롯은 #0부터 #19까지 슬롯 번호가 매겨진다. TTI(transmission time interval)는 데이터 전송을 위한 기본 스케줄링 단위이다. 3GPP LTE에서 하나의 TTI는 하나의 서브프레임이 전송되는 데에 걸리는 시간과 같을 수 있다. 하나의 무선 프레임의 길이는 10ms이고, 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms일 수 있다.

하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌을 포함하고, 주파수 영역에서 복수의 부반송파를 포함한다. OFDM 심벌은 3GPP LTE가 하향링크에서 OFDMA를 사용하므로 하나의 심벌 구간을 표현하기 위한 것으로, 다중 접속 방식에 따라 다른 명칭으로 불릴 수 있다. 예를 들어, 상향링크 다중 접속 방식으로 SC-FDMA가 사용될 경우 SC-FDMA 심벌이라고 할 수 있다. 자원 블록(RB; resource block)는 자원 할당 단위로 하나의 슬롯에서 복수의 연속하는 부반송파를 포함한다. 상기 무선 프레임의 구조는 일 예에 불과한 것이다. 따라서 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 개수나 서브프레임에 포함되는 슬롯의 개수, 또는 슬롯에 포함되는 OFDM 심벌의 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 3GPP LTE는 노멀(normal) CP(cyclic prefix)에서 하나의 슬롯은 7개의 OFDM 심벌을 포함하고, 확장(extended) CP에서 하나의 슬롯은 6개의 OFDM 심벌을 포함하는 것으로 정의하고 있다.

하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming)의 필요성에 대해서 설명한다. 다중 안테나를 사용한 빔 형성 기술은 크게 빔 형성 가중치 벡터(weight vector) (또는 프리코딩 벡터(precoding vector))를 적용하는 위치에 따라 아날로그 빔 형성 기술(이하, 아날로그 빔포밍)과 디지털 빔 형성 기술(이하, 디지털 빔포밍)로 구분할 수 있다.

도 3은 아날로그 빔포머 및 RF 체인을 포함하는 전송부의 블록도이다. 아날로그 빔포밍은 초기 다중 안테나 구조에 적용된 대표적인 빔 형성 기법이다. 아날로그 빔포밍은 디지털 신호 처리가 완료된 아날로그 신호를 다수의 경로로 분기하고, 각 경로에서의 위상 쉬프트(PS; phase shift)와 전력 증폭(PA; power amplifier) 설정을 통하여 빔을 형성한다. 도 3을 참조하면, 아날로그 빔포밍에서 단일 디지털 신호로부터 파생된 아날로그 신호를 각 안테나에 연결된 PS와 PA가 처리한다. 즉, 아날로그 단에서 복소 가중치(complex weight)를 PS와 PA가 처리한다. 여기에서 RF(radio frequency) 체인은 베이스밴드(baseband) 신호가 아날로그 신호로 변환되는 처리 블록을 의미한다. 아날로그 빔포밍은 PS와 PA의 소자의 특성에 따라 빔의 정확도가 결정되고, 소자의 제어 특성상 협대역 전송 에 유리하다. 한편, 다중 스트림 전송을 구현하기 어려운 하드웨어 구조로 인하여 전송률 증대를 위한 다중화 이득이 상대적으로 작으며, 직교 자원 할당 기반의 사용자별 빔 형성이 어려운 특징이 있다.

도 4는 디지털 빔포머 및 RF 체인을 포함하는 전송부의 블록도이다. 아날로그 빔포밍과 달리, 디지털 빔포밍은 MIMO 환경에서 다이버시티와 다중화 이득을 최대화하기 위해 베이스밴드 처리를 이용하여 디지털 단에서 빔을 형성한다. 도 4를 참조하면, 프리코딩이 베이스밴드 처리에서 수행됨으로써 빔이 형성될 수 있다. RF 체인은 PA를 포함할 수 있다. 이에 따라 빔 형성을 위해 도출된 복소 가중치가 송신 데이터에 직접적으로 적용될 수 있다. 디지털 빔포밍은 사용자 별로 서로 다르게 빔을 형성할 수 있으므로, 동시에 다중 사용자 빔 형성을 지원할 수 있다. 또한, 디지털 빔포밍은 직교 자원이 할당된 사용자 별로 독립적인 빔 형성이 가능하여 스케줄링 유연성이 높아 시스템 목적에 부합하는 전송단 운용이 가능하다. 또한, 디지털 빔포밍은 광대역 전송 환경에서 MIMO-OFDM과 같은 기술을 적용할 경우, 부반송파 별로 독립적인 빔을 형성할 수 있다. 따라서, 디지털 빔포밍은 시스템 용량 증대와 강화된 빔 이득을 기반으로 단일 사용자의 최대 전송률을 극대화 할 수 있다. 따라서 3G/4G 시스템에서는 디지털 빔포밍 기반의 MIMO 기술이 도입되었다.

표 1은 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍의 성능 이득과 복잡도 관계를 나타낸다.

	빔 형성 정확도 제어 용이성	다중 캐리어 빔 제어	다중 스트림 전송	하드웨어 복잡도(BB 프로세스)	파일럿 및 피드백 오버헤드
아날로그 빔포밍	낮음 (PA/PS 소자 특성과 관계)	불가능 또는 어려움	불가능 또는 어려움	낮음	낮음
디지털 빔포밍	높음	가능	가능	높음	높음

한편, 송수신 안테나의 개수가 크게 증가하는 거대(massive) MIMO 환경이 고려될 수 있다. 일반적인 셀룰러 시스템은 MIMO 환경에 적용되는 최대 송수신 안테나의 개수를 8개로 가정하나, 거대 MIMO 환경에서는 최대 송수신 안테나의 개수가 수십 또는 수백 개 이상으로 증가할 수 있다. 거대 MIMO 환경에서 기존의 디지털 빔포밍이 적용된다면, 수백 개의 송신 안테나에 대한 디지털 신호 처리를 베이스밴드 처리를 통해 수행해야 하므로 신호 처리의 복잡도가 매우 커지고, 송신 안테나의 개수만큼의 RF 체인이 필요하므로 하드웨어 구현의 복잡도가 매우 커진다. 또한, 모든 송신 안테나에 대해 독립적인 채널 추정이 필요하고, FDD(frequency division duplex) 시스템의 경우 모든 안테나로 구성된 거대한 MIMO 채널에 대한 피드백 정보가 필요하므로, 파일럿 및 피드백 오버헤드가 매우 커진다. 반면, 거대 MIMO 환경에서 기존의 아날로그 빔포밍이 적용된다면, 송신단의 하드웨어 복잡도는 상대적으로 낮은 반면, 다수 안테나를 이용한 성능 증가 정도가 미미하고, 자원 할당의 유연성이 떨어진다. 특히, 광대역 전송시 주파수 별로 빔을 제어하기가 매우 어렵다.

따라서 거대 MIMO 환경에서는 빔포밍 기술로 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍 중 어느 하나만을 사용하기보다는, 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍이 결합된 형태의 하이브리드 빔포밍이 요구된다. 즉, 아날로그 빔포밍의 특성에 따라 송신단의 하드웨어 구현의 복잡도를 낮추고, 디지털 빔포밍의 특성에 따라 수많은 개수의 송신 안테나를 이용한 빔 형성 이득이 최대가 될 수 있도록, 하이브리드 타입의 송신단 구조가 필요할 수 있다.

하이브리드 빔포밍에 대해서 설명한다. 상술한 바와 같이, 하이브리드 빔포밍은 거대 MIMO 환경에서 아날로그 빔포밍의 장점과 디지털 빔포밍의 장점을 취할 수 있는 송신단을 구성함에 목적이 있다.

도 5는 하이브리드 빔포머를 포함하는 전송부의 블록도이다. 도 5를 참조하면, 기본적으로 하이브리드 빔포밍은 아날로그 빔포밍을 통해 거친(coarse) 빔을 형성하고, 디지털 빔포밍을 통해 다중 스트림 혹은 다중 사용자 전송을 위한 빔이 형성될 수 있다. 즉, 하이브리드 빔포밍은 송신단의 구현 복잡도 또는 하드웨어 복잡도를 낮추기 위해서 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍을 동시에 취하는 구조를 갖게 된다.

기본적인 하이브리드 빔포머는 RF 체인 별로 N_t ^RF개의 독립적인 송신 안테나를 구비할 수 있다. 따라서 전체 송신 안테나의 개수와 RF 체인 별 송신 안테나의 개수 사이에는 N_t = N_t ^RF * N_RF의 관계가 성립한다. N_RF는 RF 체인의 개수이다. 최종적으로, 각 RF 체인 별로 PS 및 PA를 통과한 신호가 독립적으로 송신 안테나로 보내진다. 수학식 1은 하이브리드 빔포밍의 행렬 연산 형태의 시스템 모델의 일 예를 나타낸다.

<수학식 1>

y_k = H_kF^RFF_k ^BBs_k + z_k

수학식 1에서, y-는 k번째 부반송파에서 수신 신호 벡터(N_r*1), H_k는 k번째 부반송파에서 N_r*N_t 채널, F^RF는 전체 부반송파에서 N_t*N_RF RF 프리코더(전체 부반송파에 대해 동일함), F_k ^BB는 k번째 부반송파에서 N_RF*N_s 베이스밴드 프리코더(부반송파 별로 변경 가능), s_k는 k번째 부반송파에서 송신 신호 벡터(N_s*1), z_k는 k번째 부반송파에서 잡음 신호 벡터(N_r*1)이다. 또한, k는 부반송파 인덱스(k=0,1,2,,...,N_FFT-1), N_FFT는 FFT(fast Fourier transform) 크기, 즉, 전체 부반송파의 개수, N_RF는 전체 RF 체인의 개수이다. N_t는 송신단의 전체 안테나 개수, N_t ^RF는 RF 체인 별 송신 안테나의 개수, N_r는 수신단의 전체 안테나 개수, N_s는 송신 데이터 스트림의 개수이다.

상술한 수학식 1을 부반송파 k에 대해 풀어서 전개하면 수학식 2와 같다.

<수학식 2>

또한, RF 체인 이후 PS와 PA에 의해 생성되는 아날로그 빔포밍의 동등 프리코딩 행렬(equivalent precoding matrix) F^RF는 수학식 3과 같다.

<수학식 3>

F^RF의 RF 체인 별 프리코딩 가중치는 수학식 4와 같다.

<수학식 4>

ULA(uniform linear array) 안테나를 위한 하이브리드 빔의 방사 패턴을 설명한다. ULA 안테나의 열 응답 벡터(array response vector)는 수학식 5와 같다.

<수학식 5>

수학식 5에서, λ는 파장, d는 안테나 간 거리이다. 이하에서 하이브리드 빔포머의 안테나 방사 패턴을 나타내기 위해, 편의상 RF 체인의 개수는 4이고, 각 RF 체인 별 송신 안테나의 개수는 4인 것으로 가정한다.

도 6은 하이브리드 빔포밍을 위한 4개의 RF 체인으로 구성된 16개의 ULA 안테나의 구조의 일 예를 나타낸다. d=λ/2로 가정한다. 이때, 아날로그 빔포밍의 동등 프리코딩 행렬 F^RF는 수학식 6과 같다.

<수학식 6>

또한, 디지털 빔포밍에서 적용할 임의의 랭크 1의 가중치 벡터를 수학식 7로 정의할 수 있다.

<수학식 7>

F^BB = v₁ = [v₁ v₂ v₃ v₄]^T

수학식 6의 아날로그 빔포밍과 수학식 7의 디지털 빔포밍을 적용한 전체 안테나 열 응답 벡터는 수학식 8로 표현될 수 있다. 각 안테나 열 응답에 대한 응답은 전체 벡터 요소의 합으로 나타낼 수 있다.

<수학식 8>

또한, 아날로그 빔포밍의 가중치는 수학식 9와 같이 설정될 수 있다. 이는 아날로그 빔포밍을 통한 보어사이트(boresight) 설정을 위해서 일반적으로 적용될 수 있는 아날로그 빔포밍의 가중치 설정 방법의 일 예이다.

<수학식 9>

수학식 9를 이용하여 수학식 8을 정리하고 이를 일반화하면 수학식 10으로 표현될 수 있다.

<수학식 10>

수학식 10에서, φ는 아랄로그 빔포밍을 결정하는 각도를 나타낸다. 예를 들어, φ=30° 또는 π/6이면, 빔 이득은 θ=30° 또는 π/6에서 빔 이득이 최대가 되는 빔포밍 방향이 설정된다. 또한, 빔 경계 벡터 s는 하이브리드 빔포밍의 전체 유효 범위를 결정하고, 디지털 빔포밍의 범위도 해당 영역에 제한된다.

도 7은 빔 경계 벡터 s와 빔 이득 및 스티어링 벡터 t의 빔 패턴의 일 예를 나타낸다. 도 8은 아날로그 빔 쉬프트에 따른 최종 안테나 열 응답의 일 예를 나타낸다. 즉, 도 8은 디지털 빔포밍을 결정하는 모든 가중치 벡터를 적용한 누적 빔 패턴 결과에 대응한다. 도 8을 참조하면, 유효 빔의 범위가 빔 경계 벡터 s에 의해 제약되는 것을 볼 수 있다.

하이브리드 빔포밍의 기술적 이슈는 다음과 같다.

(1) 아날로그/디지털 빔포밍 설계 최적화 어려움: 디지털 빔포밍은 동일한 시간-주파수 자원을 가지고 사용자 별로 독립적인 빔을 형성할 수 있으나, 아날로그 빔포밍은 동일한 시간-주파수 자원을 가지고 공통적인 빔을 형성해야 하는 한계가 있다. 따라서, RF 체인의 개수에 따른 최대 지원 가능한 랭크의 제약, RF 빔포머로 서브밴드 빔 제어의 어려움 및/또는 빔 형성 분해능(resolution/granularity)의 최적화의 어려움 등의 이슈가 발생할 수 있다.

(2) 공통 신호의 전송 방식 구체화 필요: 동일한 시간-주파수 자원에서 특정 방향으로만 빔을 형성하는 아날로그 빔포밍은 동시에 모든 단말 방향으로 다수의 빔을 형성할 수 없다. 따라서, 셀 내 모든 영역에 분포할 수 있는 모든 단말들에게 DL/UL 제어 채널, 참조 신호(reference signal), 방송 채널, 동기 신호 등을 동시에 전송하지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 단말이 UL 상으로 PRACH(physical random access channel), PUCCH(physical uplink control channel) 및/또는 SRS(sounding RS) 등을 전송할 때에도 문제가 발생할 수 있다.

(3) 아날로그/디지털 빔 결정을 위한 추가 파일럿 및 피드백 설계 필요: 아날로그/디지털 빔에 대한 추정을 수행할 경우, 디지털 빔은 기존의 직교 파일럿 할당 방식을 그대로 이용하여 추정할 수 있지만, 아날로그 빔은 빔 후보의 개수만큼의 시간이 요구된다. 즉, 아날로그 빔의 추정에 소요되는 시간 지연이 큼을 의미하고, 이에 따라 시스템 손실이 발생할 수 있다. 또한, 디지털 빔과 아날로그 빔을 동시에 추정할 경우 복잡도가 크게 증가할 수 있다.

(4) 아날로그 빔 기반 SDMA(spatial division multiple access)와 FDMA 지원 어려움: 디지털 빔포밍이 다중 사용자/스트림을 위하여 자유롭게 빔을 형성할 수 있는 반면, 아날로그 빔포밍은 전체 전송 대역에 대해 동일한 빔을 형성하므로 수행하여 사용자별 또는 스트림별 독립적인 빔 형성이 어렵다. 특히 직교 주파수 자원 할당을 통한 FDMA(e.g. OFDMA) 지원이 어렵기 때문에, 주파수 자원 효율의 최적화가 어려울 수 있다.

상술한 하이브리드 빔포밍의 기술적 이슈 중, 본 발명은 아날로그/디지털 빔 추정 복잡도를 해결하는 방법을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명에 일 실시예에 따라, 하이브리드 빔포밍에서 아날로그 빔포밍의 특성을 고려하여 복수의 단말에 대한 전용 제어 채널을 전송하는 방법을 설명한다. 디지털 빔포밍과 달리 하이브리드 빔포밍에서는 안테나 구성 방법(즉, 아날로그 빔포밍 구성 방법)에 따라 동일 주파수-시간 자원에서 모든 단말로 개별적으로 빔을 생성하는 것이 제한될 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따라, 단말의 아날로그 빔에 대한 피드백 정보를 기반으로 그룹 기반의 전용 제어 채널을 전송하는 방법이 제안될 수 있다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따라, 기지국이 아날로그 빔에 대한 피드백 정보를 기반으로 단말을 그룹핑하고, 특정 시간-주파수 자원에 그룹 내의 단말들의 제어 정보를 다중화하여 전송하는 방법을 설명한다. 아날로그 빔의 특성상 빔포밍 시 시간 구간과 전체 주파수 대역에서 하이브리드 빔포밍을 통해 형성된 최종 빔이 특정 영역 안으로 제한되는 현상을 고려하여, 기지국은 단말의 아날로그 빔에 대한 피드백 정보를 기반으로 단말을 지역 별로 그룹핑 할 수 있다. 이하, 아날로그 빔과 섹터 빔은 서로 혼용되어 사용될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 빔 패턴을 고려한 단말의 그룹핑의 일 예를 나타낸다. 도 9를 참조하면, 복수의 단말이 서비스 커버리지 내에 분포하고 있으며, 각 아날로그 빔 내에 위치한 단말이 하나의 그룹으로 그룹핑 된다. 표 2는 각 아날로그 빔에 대한 단말 그룹핑을 나타낸다.

섹터 빔 인덱스(아날로그 빔 인덱스)	그룹	단말	PMI 후보
빔 #1	그룹 #1	UE1	{P1, P2}
		UE3
빔 #2	그룹 #2	UE2	{P3, P4, P5}
		UE4
		UE5
빔 #3	그룹 #3	UE6	{P6, P7}
		UE7
빔 #4	그룹 #4	UE8	{P8, P9}
		UE9

표 2를 참조하면, 아날로그 빔 #1의 패턴 내에 위치한 UE1, UE3은 그룹 #1로 그룹핑 되고, 아날로그 빔 #2의 패턴 내에 위치한 UE2, UE4, UE5은 그룹# 2로 그룹핑 되고, 아날로그 빔 #3의 패턴 내에 위치한 UE6, UE7은 그룹 #3으로 그룹핑 되고, 아날로그 빔 #4의 패턴 내에 위치한 UE8, UE9는 그룹 #4로 그룹핑 된다.

지역 별로 단말을 그룹핑 한 이후, 기지국은 그룹 별로 단말의 전용 제어 채널을 다중화하여 동시에 전송할 수 있다. 전용 제어 채널의 구체적인 다중화 방법은 차후에 설명한다. 이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 단말을 그룹핑 하는 다양한 구체적인 방법을 설명한다.

(1) 기지국은 가장 낮은 신호 품질을 갖는 단말을 기준으로 아날로그 빔 및/또는 디지털 빔 폭을 고려하여 단말을 그룹핑 할 수 있다. 기지국은 단말의 그룹핑을 위하여, 기지국으로부터 가장 멀리 있거나 신호 품질이 가장 좋지 않은 단말을 기준으로 아날로그 빔을 조정할 수 있다. 즉 기존의 미리 정의된 아날로그 빔을 단말 그룹핑을 위해서 쉬프트 할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말 그룹핑의 일 예를 나타낸다. 도 10을 참조하면, θ=30°의 아날로그 빔 내에 위치한 UE2, UE4, UE5가 그룹 #2로 그룹핑 되고, UE2는 기지국의 커버리지의 가장자리에 있는 가장자리 UE(edge UE)에 해당한다. 아날로그 빔포밍의 가중치 벡터가 수학식 11로 정의되는 것을 가정한다.

<수학식 11>

또한, 미리 정의된 θ=0°, ±30°, ±60°라고 가정한다. 이때, 단말 그룹핑을 위해 θ=30°의 아날로그 빔을 대해서 +5° 만큼 쉬프트 할 수 있다. 이에 따라, 가장 큰 빔포밍 이득을 필요로 하는 가장자리 단말(즉, UE2)을 위한 적합한 그룹핑이 가능하다.

(2) 기지국은 가장 높은 신호 품질을 갖는 단말을 기준으로 아날로그 빔 및/또는 디지털 빔 폭을 고려하여 단말을 그룹핑 할 수 있다. 기지국은 단말의 그룹핑을 위하여, 기지국으로부터 가장 가까이 있거나 신호 품질이 가장 좋은 단말을 기준으로 아날로그 빔을 조정할 수 있다.

(3) 기지국은 평균 신호 품질을 갖는 단말을 기준으로 아날로그 빔 및/또는 디지털 빔 폭을 고려하여 단말을 그룹핑 할 수 있다. 즉, 아날로그 빔이 형성되는 위치에 따라 단말을 그룹핑 할 수 있다. 예를 들어 아날로그 빔이 수직 방향으로 형성되면 수직 방향으로 단말을 그룹핑 할 수 있고, 수평 방향으로 형성되면 수평 방향으로 단말을 그룹핑 할 수 있다.

이하, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 아날로그 빔 별로 그룹핑 된 단말의 전용 제어 채널을 다중화하는 방법을 설명한다. 상술한 바와 같이 하이브리드 빔포밍에서 동일한 시간에서 커버리지가 제약된 빔이 형성되므로, 아날로그 빔 패턴을 고려하여 그룹핑 된 단말의 제어 채널 역시 아날로그 빔에 연계되어 전송될 필요가 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 채널 다중화의 일 예를 나타낸다. 도 11을 참조하면, 아날로그 빔에 따라 그룹핑 된 단말의 제어 채널이 아날로그 빔에 연관된 특정 서브프레임 또는 시간-주파수 자원에 할당된다. 아날로그 빔 #1에 대응하는 그룹 #1에 속하는 단말의 제어 채널은 서브프레임 #1에서 전송된다. 아날로그 빔 #2에 대응하는 그룹 #2에 속하는 단말의 제어 채널은 서브프레임 #2에서 전송된다. 아날로그 빔 #3에 대응하는 그룹 #3에 속하는 단말의 제어 채널은 서브프레임 #3에서 전송된다. 아날로그 빔 #4에 대응하는 그룹 #4에 속하는 단말의 제어 채널은 서브프레임 #4에서 전송된다. 하이브리드 빔포밍의 특성상 기지국이 특정 시간에 단일한 아날로그 빔만을 형성하므로, 제어 채널이 모두 전송되어야 셀 내 모든 단말들에게 서브프레임 #1-4에서 제어 채널이 전송된다. 따라서 시스템 프레임 단위의 스케줄링 단위가 수반된 전용 제어 채널 전송이 요구된다.

(1) 단말이 아날로그 빔의 인덱스 (또는 ID)를 기지국으로 피드백하므로, 기지국은 아날로그 빔의 인덱스를 기반으로 그룹핑 된 제어 채널 할당 정보를 미리 정의할 수 있다. 예를 들어, 표 3과 같이 아날로그 빔 패턴에 따른 단말의 그룹핑을 기반으로, 제어 채널을 특정 시간 자원(e.g. subframe), 특정 주파수 자원(e.g., frequency band 또는 subband) 또는 특정 시간-주파수 자원에 할당할 수 있다.

섹터 빔 인덱스(아날로그 빔 인덱스)	그룹	개별 시간 자원 할당(Case-1)	개별 주파수 자원 할당(Case-2)	시간-주파수 자원 할당(Case-3)
빔 #1	그룹 #1	(SF#1, SB#1)	(SF#1, SB#1)	(SF#1, SB#1)
빔 #2	그룹 #2	(SF#2, SB#1)	(SF#1, SB#2)	(SF#2, SB#2)
빔 #3	그룹 #3	(SF#3, SB#1)	(SF#1, SB#3)	(SF#3, SB#3)
...	...	...	...	...

표 3을 참조하면, SF#i는 서브프레임 인덱스를, SB#i는 서브밴드 또는 자원 블록의 시작 인덱스를 나타낸다. 아날로그 빔 #1은 그룹 #1에 대응하고, 아날로그 빔 #2는 그룹 #2에 대응하고, 아날로그 빔 #3은 그룹 #3에 대응한다. 각 그룹에 속한 단말들의 제어 채널이 다중화되어 전송될 수 있다. 각 그룹의 다중화된 제어 채널이 개별 시간 자원에 할당되어 전송되는 경우(케이스 1), 그룹 #1, 그룹 #2 및 그룹 #3의 각각의 다중화된 제어 채널은 서로 다른 시간 자원(각각 SF #1, SF #2, SF #3) 및 동일한 주파수 자원(SB #1)을 통해 전송된다. 각 그룹의 다중화된 제어 채널이 개별 주파수 자원에 할당되어 전송되는 경우(케이스 2), 그룹 #1, 그룹 #2 및 그룹 #3의 각각의 다중화된 제어 채널은 서로 다른 주파수 자원(각각 SB #1, SB #2, SB #3) 및 동일한 주파수 자원(SF #1)을 통해 전송된다. 각 그룹의 다중화된 제어 채널이 개별 시간-주파수 자원에 할당되어 전송되는 경우(케이스 3), 그룹 #1, 그룹 #2 및 그룹 #3의 각각의 다중화된 제어 채널은 서로 다른 시간-주파수 자원(각각 SF #1/SB #1, SF #2/SB #2, SF #3/SB #3)을 통해 전송된다. 한편, 표 에서 서브프레임 인덱스 또는 서브밴드 인덱스는 다중화된 제어 채널의 시작 위치를 나타내며, 각 그룹 별로 다중화된 단말의 개수에 따라 그 크기는 서로 다를 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 채널 다중화의 또 다른 예를 나타낸다. 도 12는 그룹 별로 다중화된 제어 채널이 상술한 표 3에 따라 특정 시간 자원, 특정 주파수 자원 또는 특정 시간-주파수 자원에 할당되어 전송되는 것을 도식화 한 것이다.

일 예로, 아날로그 안테나를 통하여 수직 방향으로 빔포밍을 수행할 경우, 수직 방향에 대한 순서대로 시간-주파수 자원이 할당될 수 있다. 즉, 아날로그 빔에 대한 빔 제약 특성이 수직 방향으로만 나타나므로, 동일한 빔포밍이 적용되는 시간-주파수 자원이 없도록 그룹 별로 제어 채널이 할당되어야 한다. 예를 들어 송신 안테나 구조에서 동시에 여러 방향의 수직 빔을 생성할 수 없다면, 상술한 케이스 1 또는 케이스 3과 같이 각 그룹의 제어 채널을 개별 시간 자원 또는 시간-주파수 자원에 할당할 수 있다. 반면, 동일한 시간에 여러 방향의 수직 빔 생성이 가능하다면, 상술한 케이스 2와 같이 각 그룹의 제어 채널을 개별 주파수자원에 할당할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 동일한 시간에 수직 방향으로 다수의 아날로그 빔 형성이 가능한 안테나 구조의 일 예를 나타낸다. 상술한 바와 같이, 동일한 시간에 동일한 시간에 수직 방향으로 다수의 아날로그 빔 형성이 가능한 경우, 각 그룹의 제어 채널을 개별 시간 자원, 개별 주파수 자원 또는 시간-주파수 자원에 할당할 수 있다.

또 다른 예로, 아날로그 안테나를 통하여 수평 방향으로 빔포밍을 수행할 경우, 수평 방향에 대한 순서대로 시간-주파수 자원이 할당될 수 있다. 즉, 아날로그 빔에 대한 빔 제약 특성이 수평 방향으로만 나타나므로, 동일한 빔포밍이 적용되는 시간-주파수 자원이 없도록 그룹 별로 제어 채널이 할당되어야 한다. 예를 들어 송신 안테나 구조에서 동시에 여러 방향의 수평 빔을 생성할 수 없다면, 상술한 케이스 1 또는 케이스 3과 같이 각 그룹의 제어 채널을 개별 시간 자원 또는 시간-주파수 자원에 할당할 수 있다. 반면, 동일한 시간에 여러 방향의 수평 빔 생성이 가능하다면, 상술한 케이스 2와 같이 각 그룹의 제어 채널을 개별 주파수자원에 할당할 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 동일한 시간에 수평 방향으로 다수의 아날로그 빔 형성이 가능한 안테나 구조의 일 예를 나타낸다. 상술한 바와 같이, 동일한 시간에 동일한 시간에 수평 방향으로 다수의 아날로그 빔 형성이 가능한 경우, 각 그룹의 제어 채널을 개별 시간 자원, 개별 주파수 자원 또는 시간-주파수 자원에 할당할 수 있다.

(2) 그룹 내의 복수의 단말들의 제어 채널은 시간 자원 또는 주파수 자원에 대해 직교 형태로 다중화 될 수 있다. 그룹핑 된 단말들의 제어 채널을 다중화 함에 있어서, 특정 영역 안에 모든 제어 채널이 다중화 되는 것을 의미하는 것은 아니다. 즉, 그룹 내의 복수의 단말들의 제어 채널이 주파수 영역에서 개별 자원 할당을 통해 서로 구분되어 할당될 수도 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 채널 다중화의 또 다른 예를 나타낸다. 도 15를 참조하면, 그룹 #2 내의 단말들(UE 6, UE 7, UE 8)의 제어 채널이 서브프레임 #1에 할당되고, 각 단말의 제어 채널은 주파수 영역에서 개별 자원을 통해 서로 구분되어 할당된다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming)을 위한 제어 정보를 전송하는 방법을 나타낸다.

도 16을 참조하면, 단계 S100에서 기지국은 아날로그 빔에 대한 피드백 정보를 기반으로 복수의 단말을 그룹핑 한다. 상기 복수의 단말은 상기 복수의 단말 중 신호 품질이 가장 낮은 단말을 기준으로 상기 아날로그 빔에 대한 피드백 정보를 기반으로 그룹핑 될 수 있다. 또는, 상기 복수의 단말은 상기 복수의 단말 중 신호 품질이 가장 높은 단말을 기준으로 상기 아날로그 빔에 대한 피드백 정보를 기반으로 그룹핑 될 수 있다. 또는, 상기 복수의 단말은 상기 복수의 단말 중 평균의 신호 품질을 가지는 단말을 기준으로 상기 아날로그 빔에 대한 피드백 정보를 기반으로 그룹핑 될 수 있다. 상기 복수의 단말을 그룹핑 하는 것은 특정 단말을 기준으로 특정 아날로그 빔을 쉬프트하는 것을 포함할 수 있다. 특정 단말은 상기 신호 품질이 가장 낮은 단말, 상기 신호 품질이 가장 높은 단말 또는 상기 평균의 신호 품질을 가지는 단말 중 어느 하나일 수 있다. 또는, 상기 복수의 단말은 수평 방향 또는 수직 방향으로 그룹핑 될 수 있다. 상기 상기 아날로그 빔의 피드백 정보는 상기 아날로그 빔의 ID 또는 인덱스일 수 있다. 상기 상기 아날로그 빔에 대한 피드백 정보는 상기 복수의 단말로부터 수신될 수 있다.

단계 S110에서, 기지국은 특정 시간-주파수 자원을 이용하여 각 그룹 내의 단말의 제어 정보를 다중화하여 전송한다. 상기 각 그룹 내의 단말의 제어 정보는 상기 아날로그 빔의 단위로 다중화될 수 있다. 상기 아날로그 빔 단위로 상기 각 그룹의 단말의 제어 정보를 위한 상기 특정 시간-주파수 자원이 미리 정의될 수 있다. 상기 특정 시간-주파수 자원은 상기 각 그룹에 대해 서로 다른 시간 자원 및 동일한 주파수 자원이거나, 서로 다른 주파수 자원 및 동일한 시간 자원이거나, 서로 다른 시간 자원 및 서로 다른 주파수 자원에 해당할 수 있다. 상기 아날로그 빔에 의해 특정 방향의 빔포밍이 수행되는 경우, 상기 특정 시간-주파수 자원은 상기 각 그룹에 대해 서로 다른 시간 자원 및 동일한 주파수 자원이거나, 서로 다른 시간 자원 및 서로 다른 주파수 자원에 해당할 수 있다. 또는, 상기 각 그룹 내의 단말의 제어 정보는 직교 형태로 다중화 될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 상술된 도 9 내지 도 15의 실시예 및 그에 대한 설명이 도 16의 실시예에 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 자신의 제어 채널을 검출하는 방법을 설명한다. 단말은 그룹 별로 다중화된 제어 채널에서 자신의 제어 채널을 검출할 때, 자신이 선호하는 섹터 빔을 기반으로 검출을 수행할 수 있다. 즉, 단말은 자신의 제어 채널 검출을 위해서 자신이 선호하는 섹터 빔에 기반한 시간 자원(i.e. 서브프레임) 또는 시간-주파수 자원을 먼저 검출할 수 있다. 단말 자신이 피드백 한 섹터 빔에 대한 ID 또는 인덱스를 기반으로 각 그룹 별로 제어 채널이 다중화 되므로, 선호하는 섹터 빔 선택 시 두 가지 경우를 고려할 수 있다. 즉, 해당 시스템 프레임의 선호 섹터 빔 ID와 피드백 섹터 빔의 ID의 두 가지 경우를 고려할 수 있다.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리앰블을 이용한 선호 섹터 빔 기반으로 제어 채널을 검출하는 방법의 일 예를 나타낸다. 도 17을 참조하면, 단말은 먼저 해당 시스템 프레임의 전용 제어 채널 전송을 위한 프레임 구성을 획득할 수 있다. 예를 들어, 전용 제어 채널 전송을 위한 프레임 구성의 값이 '0111'이면, 서브프레임 #1, #2 및 #3에서 제어 채널 전송이 구성될 수 있다. 단말은 해당 시스템 프레임의 아날로그 빔 프리앰블을 통해 선호 빔을 검출할 수 있다. 도 17의 실시예에서, 아날로그 빔 프리앰블을 통해 빔 #3이 선호되는 것으로 가정한다. 단말은 선호 섹터 빔에 정렬된 서브프레임에서 자신의 제어 채널을 검출할 수 있다. 즉, 단말은 선호 빔인 빔 #3에 대응하는 서브프레임 #3에서 제어 채널 검출을 시도할 수 있다. 만약 단말이 제어 채널 검출에 실패할 경우, 이전 주기에 피드백 한 선호 섹터 빔에 정렬된 서브프레임에서 제어 채널 검출을 시도할 수 있다. 예를 들어, 이전 주기에 피드백 한 섹터 빔 정보가 빔 #1에 대한 정보였다면, 단말은 빔 #1에 대응하는 서브프레임 #1에서 제어 채널 검출을 시도할 수 있다.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 이전 주기에 피드백 한 선호 섹터 빔 기반으로 제어 채널을 검출하는 방법의 일 예를 나타낸다. 도 18을 참조하면, 단말은 먼저 해당 시스템 프레임의 전용 제어 채널 전송을 위한 프레임 구성을 획득할 수 있다. 예를 들어, 전용 제어 채널 전송을 위한 프레임 구성의 값이 '0111'이면, 서브프레임 #1, #2 및 #3에서 제어 채널 전송이 구성될 수 있다. 단말은 이전 주기에 피드백 한 선호 섹터 빔에 정렬된 서브프레임에서 제어 채널 검출을 시도할 수 있다. 예를 들어, 이전 주기에 피드백 한 섹터 빔 정보가 빔 #1에 대한 정보였다면, 단말은 빔 #1에 대응하는 서브프레임 #1에서 제어 채널 검출을 시도할 수 있다. 만약 단말이 제어 채널 검출에 실패한 경우, 단말은 해당 시스템 프레임의 아날로그 빔 프리앰블을 통해 선호 빔을 검출할 수 있다. 도 18의 실시예에서, 아날로그 빔 프리앰블을 통해 빔 #3이 선호되는 것으로 가정한다. 단말은 선호 섹터 빔에 정렬된 서브프레임에서 자신의 제어 채널을 검출할 수 있다. 즉, 단말은 선호 빔인 빔 #3에 대응하는 서브프레임 #3에서 제어 채널 검출을 시도할 수 있다.

일반적으로 단말의 이동 상황이나 채널 변화에 따라 단말/제어 채널의 그룹핑 및 자원 할당에 변화가 발생할 수 있다. 이때 기지국이 업데이트한 단말의 그룹핑 정보를 단말이 바로 획득하지 못하더라도 단말은 블라인드 디코딩을 통해서 자신의 제어 정보를 검출할 수 있다. 그러나, 이러한 경우 블라인드 디코딩의 횟수가 너무 커져 검출이 지연되고 검출 복잡도가 높아질 수 있다. 따라서 단말은 상술한 바와 같이 결정된 섹터 ID를 기반으로 다음 제어 채널 그룹의 제어 채널을 검출할 수 있다.

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 채널을 검출하는 방법의 일 예를 나타낸다.

단계 S200에서, 단말은 자신의 선호 빔을 기반으로 시간-주파수 자원을 획득한다. 상기 선호 빔은 시스템 프레임의 아날로그 빔 프리앰블을 기반으로 검출될 수 있다. 또는, 상기 선호 빔은 이전 주기에 피드백 한 선호 빔 정보를 기반으로 검출될 수 있다. 상기 시간-주파수 자원은 상기 선호 빔에 정렬된 특정 서브프레임일 수 있다. 단말은 시스템 프레임의 제어 채널 전송을 위한 프레임 구성을 획득할 수 있다.

단계 S210에서, 단말은 상기 획득한 시작 주파수 자원에서 자신의 제어 채널을 검출한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 상술된 도 17 및 도 18의 실시예 및 그에 대한 설명이 도 19의 실시예에 적용될 수 있다.

상술한 본 발명의 제안은 하이브리드 빔포밍 구조를 가정하고 기술하였으나, 본 발명의 적용이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 6에서 아날로그 빔포밍 단이 디지털 빔포밍 단으로 대체되는 형태에서도 본 발명이 적용될 수 있다. 즉, 안테나 서브 그루핑(sub-grouping)을 통한 계층적 구조를 가지는 디지털 빔포밍 구조에서도 본 발명이 적용될 수 있다. 또한, 상술한 본 발명의 제안은 기지국이 단말로 신호를 전송하는 하향링크 전송을 기준으로 설명되었으나, 본 발명의 적용이 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 임의의 송신기와 수신기 조합에 대하여 적용할 수 있다. 예를 들어, 단말이 기지국으로 전송하는 상향링크 전송, 단말 간 신호 전송(D2D(device-to-device), V2V(vehicle-to-vehicle), etc.), 혹은 기지국 간 신호 전송(중계, 무선 백홀(wireless backhaul), etc.) 등에도 적용될 수 있다.

도 20은 본 발명의 실시예가 구현되는 무선 통신 시스템의 블록도이다.

기지국(800)은 프로세서(processor; 810), 메모리(memory; 820) 및 송수신부(transceiver; 830)를 포함할 수 있다. 프로세서(810)는 본 명세서에서 설명된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현하도록 구성될 수 있다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(810)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(820)는 프로세서(810)와 연결되어, 프로세서(810)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 송수신부(830)는 프로세서(810)와 연결되어, 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다.

단말(900)은 프로세서(910), 메모리(920) 및 송수신부(930)를 포함할 수 있다. 프로세서(910)는 본 명세서에서 설명된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현하도록 구성될 수 있다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(910)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(920)는 프로세서(910)와 연결되어, 프로세서(910)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 송수신부(930)는 프로세서(910)와 연결되어, 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다.

프로세서(810, 910)은 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(820, 920)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. 송수신부(830, 930)는 무선 주파수 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(820, 920)에 저장되고, 프로세서(810, 910)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(820, 920)는 프로세서(810, 910) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(810, 910)와 연결될 수 있다.

상술한 예시적인 시스템에서, 상술된 본 발명의 특징에 따라 구현될 수 있는 방법들은 순서도를 기초로 설명되었다. 편의상 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로 설명되었으나, 청구된 본 발명의 특징은 단계들 또는 블록들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 다른 단계와 상술한 바와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

무선 통신 시스템에서 기지국에 의한 하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming)을 위한 제어 정보를 전송하는 방법에 있어서,
아날로그 빔에 대한 피드백 정보를 기반으로 복수의 단말을 그룹핑하고; 및
특정 시간-주파수 자원을 이용하여 각 그룹 내의 단말의 제어 정보를 다중화하여 전송하는 것을 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 단말은 상기 복수의 단말 중 신호 품질이 가장 낮은 단말을 기준으로 상기 아날로그 빔에 대한 피드백 정보를 기반으로 그룹핑 되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 단말은 상기 복수의 단말 중 신호 품질이 가장 높은 단말을 기준으로 상기 아날로그 빔에 대한 피드백 정보를 기반으로 그룹핑 되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 단말은 상기 복수의 단말 중 평균의 신호 품질을 가지는 단말을 기준으로 상기 아날로그 빔에 대한 피드백 정보를 기반으로 그룹핑 되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 단말을 그룹핑하는 것은 특정 단말을 기준으로 상기 아날로그 빔을 쉬프트하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 단말은 수평 방향 또는 수직 방향으로 그룹핑 되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 아날로그 빔 단위로 상기 각 그룹의 단말의 제어 정보를 위한 상기 특정 시간-주파수 자원이 미리 정의되며,
상기 특정 시간-주파수 자원은 상기 각 그룹에 대해 서로 다른 시간 자원 및 동일한 주파수 자원이거나, 서로 다른 주파수 자원 및 동일한 시간 자원이거나, 서로 다른 시간 자원 및 서로 다른 주파수 자원에 해당하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 아날로그 빔에 의해 특정 방향의 빔포밍이 수행되는 경우, 상기 특정 시간-주파수 자원은 상기 각 그룹에 대해 서로 다른 시간 자원 및 동일한 주파수 자원이거나, 서로 다른 시간 자원 및 서로 다른 주파수 자원에 해당하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 각 그룹 내의 단말의 제어 정보는 직교 형태로 다중화 되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 아날로그 빔의 피드백 정보는 상기 아날로그 빔의 ID(identifier) 또는 인덱스인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 아날로그 빔에 대한 피드백 정보는 상기 복수의 단말로부터 수신되는 것을 특징으로 하는 방법.
무선 통신 시스템에서 단말에 의한 제어 채널을 검출하는 방법에 있어서,
자신의 선호 빔을 기반으로 시간-주파수 자원을 획득하고; 및
상기 획득한 시작 주파수 자원에서 자신의 제어 채널을 검출하는 것을 포함하는 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 선호 빔은 시스템 프레임의 아날로그 빔 프리앰블을 기반으로 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 선호 빔은 이전 주기에 피드백 한 선호 빔 정보를 기반으로 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 시간-주파수 자원은 상기 선호 빔에 정렬된 특정 서브프레임인 것을 특징으로 하는 방법.