WO2014014315A1

WO2014014315A1 - 무선 통신 시스템에서 다중 빔포밍을 위한 전력제어 방법 및 장치

Info

Publication number: WO2014014315A1
Application number: PCT/KR2013/006500
Authority: WO
Inventors: 김태영; 유현규; 설지윤
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2014-01-23
Also published as: US10038480B2; KR101972950B1; US20150195015A1; KR20140012240A

Abstract

본 발명은 빔포밍 기법을 사용하는 무선통신 시스템에서 송신빔의 전력 제어 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따르는 기지국의 전력제어 방법은, 적어도 하나 이상의 부반송파 각각에 대해 사용할 적어도 하나 이상의 송신 빔을 결정하는 단계; 상기 송신 빔에 대한 정보를 기반으로 상기 송신 빔 각각에 대한 출력 이득 조정 값을 결정하는 단계; 및 상기 송신 빔 각각에 대해 상기 출력 이득 조정 값을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 상황에 따라 다른 수의 송신빔을 사용하는 경우 빔 개수와 관계없이 전력 출력 전력 값을 동일하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 다중 빔포밍을 위한 전력제어 방법 및 장치

본 발명은 밀리미터파 대역에서 동작하는 빔포밍 시스템에서, 주파수 경로별 전력 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 사용자에 따라 각각 사용하는 빔 개수가 달라질 수 있는 경우, RF path 별로 출력 이득을 변경하여 안테나의 출력 전력 값을 제어하는 기술에 대한 발명이다.

일반적으로 이동 통신 시스템은 사용자의 활동성을 보장하면서 음성 서비스를 제공하기 위해 개발되었다. 그러나 이동 통신 시스템은 점차로 음성뿐 아니라 데이터 서비스까지 영역을 확장하고 있으며, 현재에는 고속의 데이터 서비스까지 제공하고 있다. 이에 따라 무선 데이터 트래픽 수요는 지속적으로 증가하여, 높은 데이터 전송률을 지원에 대한 니즈가 존재한다.

일반적으로 높은 데이터 전송률 제공 방법으로는 더 넓은 주파수 대역을 사용하는 방법과 주파수 효율성을 개선시키는 방법이 존재한다. 그러나 후자의 경우, 현 세대의 통신기술들이 이미 이론적인 한계치에 가까운 주파수 사용 효율을 제공하고 있어서 기술 개량을 통해 이 이상으로 주파수 사용 효율을 높이는 것이 현실적으로 용이하지 않다. 따라서 넓은 주파수 대역을 사용하는 기술이 주목된다.

현재 이동 통신 셀룰라 시스템에서 사용하고 있는 주파수 대역(<5GHz)에서는 넓은 주파수 대역 확보가 매우 어렵기 때문에 더 높은 주파수 대역에서 이러한 광대역 주파수를 확보해야 할 필요성이 있다. 현재의 주파수 분배 정책 상 1GHz 이상의 광대역 통신이 가능한 대역은 한정적이기 때문에, 30GHz 이상의 밀리미터파 대역을 무선통신에 사용하는 방안이 대두된다.

하지만, 이런 높은 주파수 대역에서는 거리에 따른 신호감쇄가 매우 심하게 발생하는 문제가 발생한다. 구체적으로 설명하면, 무선 통신을 위한 전송 주파수가 높아질수록 전파 경로 손실은 증가하며, 이로 인하여 전파 도달거리는 상대적으로 짧아져 서비스 영역(coverage)의 감소를 초래하게 되는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위하여 전파 경로 손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위한 중요 기술 중 하나가 빔포밍(beamforming) 기술이다.

송신 빔포밍은 일반적으로 다수의 안테나를 이용하여 각 안테나로부터 송신되는 신호를 특정한 방향으로 집중시키는 방법이다. 다수의 안테나가 집합된 형태를 어레이 안테나(array antenna), 어레이 안테나에 포함되어 있는 안테나를 요소 안테나 (antenna element)라 하기로 한다. 송신 빔포밍을 사용하면 신호의 전파 도달 거리를 증가시킬 수가 있고, 또한 해당 방향 이외의 다른 방향으로는 신호가 거의 전송되지 않기 때문에 다른 사용자에게 미치는 간섭이 매우 줄어들게 되는 장점이 있다.

한편, 수신 측에서도 수신 어레이 안테나를 이용하여 수신 빔포밍을 수행할 수 있는데, 수신 빔포밍 또한 전파의 수신을 특정 방향으로 집중시켜 해당 방향으로 들어오는 수신 신호 감도를 증가시키고 해당 방향 이외의 방향으로 들어오는 신호를 수신 신호에서 배제함으로써 간섭 신호를 차단할 수 있는 기술이다.

이러한 빔포밍 기술은 고주파수 대역의 통신 시스템에 적용하기에 유리하다. 전송 주파수가 높아질수록 전파의 파장은 짧아지므로, 반 파장 간격으로 안테나를 구성하는 경우 동일한 면적 내에 더 많은 요소 안테나들로 어레이 안테나를 구성할 수 있기 때문이다. 즉, 고주파수 대역에서 동작하는 통신 시스템은 낮은 주파수 대역에서 빔포밍 기술을 사용하는 것에 비해 상대적으로 더 높은 안테나 이득을 얻을 수 있으므로 빔포밍 기술을 적용하기에 유리하다.

본 발명은 사용자에 따라 각각 사용하는 빔 개수가 달라질 수 있는 빔포밍 시스템에서, 출력값이 고정된 PA(Power Amplifier)를 사용하면서, 동시에 각 RF path 별로 출력 이득을 조절하여, 적은 비용으로 어레이 안테나의 전체 출력 값을 제어할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

보다 구체적으로, 기존 4G 시스템과 같이 고정된 안테나 수에 따라서 고정된 PA(Power Amplifier)가 적용된 송신단 구조와 같이 초고주파수 대역에서 동작하는 빔포밍 시스템을 구성할 경우 각 어레이 안테나에 연결된 PA는 사용되는 다중 빔 개수에 상관 없이 고정된 출력 값을 갖기 때문에 사용되는 RF path 수, 즉 사용하는 다중 빔의 개수에 따라서 방사되는 출력 값에 차이가 발생하게 된다. 많은 수의 다중 빔을 사용할수록 더 큰 전력으로 전송하게 되기 때문에 이를 보상하기 위한 방안이 필요하다.

하나의 방안으로, 어레이 안테나에 연결된 PA의 출력 값을 고정시키지 않고 사용되는 RF path 수에 따라 변경되도록 설정하는 방법을 생각할 수 있다. 하지만, 이런 방법은 PA의 최대 출력 값 및 넓은 출력 값 범위로 인하여 PA 소자의 비용이 증가하게 됨으로 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명에서는 상대적으로 적은 비용으로 사용자 별 서로 다른 다중 빔 개수에 따라 해당 RF path 별 출력 이득을 조절할 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예를 따르는 기지국의 전력 제어 방법은 적어도 하나 이상의 부반송파 각각에 대해 사용할 적어도 하나 이상의 송신 빔을 결정하는 단계; 상기 송신 빔에 대한 정보를 기반으로 상기 송신 빔 각각에 대한 출력 이득 조정 값을 결정하는 단계; 및 상기 송신 빔 각각에 대해 상기 출력 이득 조정 값을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 일 실시예를 따르는 기지국은 단말과 신호를 송수신하는 송수신부; 및 적어도 하나 이상의 부반송파 각각에 대해 사용할 적어도 하나 이상의 송신 빔을 결정하고, 상기 송신 빔에 대한 정보를 기반으로 상기 송신 빔 각각에 대한 출력 이득 조정 값을 결정하며, 상기 송신 빔 각각에 대해 상기 출력 이득 조정 값을 적용하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 일 실시예를 따르는 단말의 전력 제어 방법은, 상향링크 신호 전송에 사용할 적어도 하나 이상의 송신 빔을 결정하는 단계; 상기 송신 빔에 대한 정보를 기반으로 상기 송신 빔 각각에 대한 출력 이득 조정 값을 결정하는 단계; 및 상기 송신 빔 각각에 대해 상기 출력 이득 조정 값을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 본 발명의 일 실시예를 따르는 단말은, 기지국과 신호를 송수신하는 송수신부; 및 상향링크 신호 전송에 사용할 적어도 하나 이상의 송신 빔을 결정하고, 상기 송신 빔에 대한 정보를 기반으로 상기 송신 빔 각각에 대한 출력 이득 조정 값을 결정하며, 상기 송신 빔 각각에 대해 상기 출력 이득 조정 값을 적용하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 기법을 사용하는 무선통신 시스템에서 단말의 통신 방법은, 기지국이 적어도 하나 이상의 부반송파 각각에 대해 사용할 적어도 하나 이상의 송신 빔을 결정하도록 하기 위한 정보를 상기 기지국에게 송신하는 단계; 및 상기 기지국으로부터 출력 이득 조정 값이 적용된 상기 송신 빔에 의한 송신 신호를 수신하는 단계;를 포함하고, 상기 출력 이득 조정 값은 상기 기지국에 의하여 상기 적어도 하나 이상의 부반송파 각각에 대해 사용할 적어도 하나 이상의 송신 빔 각각에 대하여 상기 송신 빔에 대한 정보를 기반으로 결정된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 초고주파 영역에서의 빔포밍 시스템에서, 상황에 따라 각각 사용하는 빔 개수가 달라진다고 하더라도 각 RF path 별로 출력 이득을 조절할 수 있어 어레이 안테나의 전체 출력 값을 효율적으로 제어할 수 있다.

나아가 본 발명에 따르면, 상황에 따라 각각 빔 개수가 달라진다고 하더라도 출력값이 고정된 PA(Power Amplifier)를 사용하여 전력을 제어할 수 있어 안테나 설계 비용의 효율성을 달성할 수 있다.

도 1은 셀룰라 대역(5GHz 이하 대역)에서 동작하는 기존 MIMO 통신 시스템의 송신단 구조를 도시하는 도면

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 초고주파 대역에서 동작하는 Hybrid BF 구조 기반의 MIMO 통신 시스템의 송신단 구조를 도시하는 도면

도 3은 초고주파 대역에서 빔포밍을 적용하는 경우, 사용자 별 서로 다른 수의 다중 빔이 동작하는 경우를 설명하기 위한 도면

도 4는 고정된 PA를 사용하여 사용자 별 다른 수의 다중 빔을 지원할 때 발생되는 문제점을 설명하기 위한 도면

도 5는 본 발명의 실시예에 따라, 서로 다른 수의 다중 빔을 사용하는 송신단의 전력 제어 장치의 내부 구조를 도시하는 블록도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라, RF path 개수에 따라 출력 이득 조정 값을 결정하는 송신단의 동작 순서를 도시하는 순서도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라, 상황에 따라 서로 다른 수의 하향 송신 빔을 하향링크 신호 전송에 사용하는 기지국의 내부 구성을 도시하는 블록도.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라, 상황에 따라 서로 다른 수의 상향 송신 빔을 상향링크 신호 전송에 사용하는 단말의 내부 구성을 도시하는 블록도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 셀룰라 대역(5GHz 이하 대역)에서 동작하는 기존 MIMO 통신 시스템의 송신단 구조를 도시한 것이다. 도 1에서 도시되는 바와 같이, 종래의 MIMO 통신 시스템에서 하나의 RF path (100)은 송수신단에 따라 IFFT/FFT 모듈, DAC/ADC 모듈, Mixer등을 포함한다. .

셀룰라 대역(5GHz 이하 대역)에서 동작하는 기존 MIMO 통신 시스템의 송신 안테나(110)들의 개수는 물리적인 안테나 크기 및 동작 주파수 파장에 비례하는 안테나 사이 거리에 의해 제한된다. 예를 들어, 4세대 이동 통신 시스템에서는 최대 8개의 안테나로 구성된 MIMO 시스템이 적용된다. 그리고 종래의 MIMO 통신 시스템은 제한된 안테나 개수와 동일한 개수의 RF path (100)가 해당 안테나와 직접 연결되는 방식으로 구현된다

셀룰라 대역에서 동작하는 종래의 MIMO 이동 통신 시스템에서는 송신 안테나 개수가 고정된다. 고정된 송신 안테나 개수는 이동 통신사의 선호에 따라 결정되고 구현된다. 따라서, 사용되는 안테나 개수에 따라 PA(120)의 최대 출력 값이 미리 결정되게 된다.

예를 들어, 전체 안테나를 통해 방사되는 전력이 P, 사용되는 송신 안테나 개수가 N인 경우, 각 안테나 별 PA(120)의 최대 출력 값은 P/N으로 고정된다. 한편, 종래의 MIMO 통신 시스템에서 PA(120)는 사용되는 사용자 수 및 동시 전송되는 최대 스트림 개수에 관계 없이 항상 동일한 최대 출력 값을 갖는 소자가 사용된다.

참고로, PA의 최대 출력 값 및 출력 전력 범위가 클수록 PA 소자의 가격은 증가한다. 따라서, 낮은 최대 출력 값 및 출력 전력 범위가 작은 PA 소자가 사용되는 것이 바람직한 설계 요구 조건이다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 초고주파 대역에서 동작하는 Hybrid Beamforming(BF) 구조 기반의 MIMO 통신 시스템의 송신단 구조를 설명하기 위한 도면이다.

앞서 설명한 바와 같이, 초고주파 대역에서는 주파수 파장이 짧기 때문에, 셀룰라 대역에서 동작하는 안테나에 비해 동일 면적에 더 많은 개수의 안테나를 배치할 수 있는 장점이 있다. 그리고 이를 이용하여 높은 빔 이득을 얻을 수 있어, 빔포밍 기법을 적용하면 셀룰라 대역에 비해 상대적으로 높은 전파 경로 손실을 보상할 수 있다.

본 발명에서 고려하는 빔포밍 구조인 Hybrid BF 구조는 도 2에 도시된 바와 같이 Analog BF (200, 250)과 Digital BF (220, 270)을 포함한다. 본 발명을 따르면, Analog BF을 이용하여 빔을 형성하여 높은 빔 이득을 얻을 수 있고, Digital BF을 이용하여 다양한 MIMO 선행 기술을 적용하여 추가 전송율 향상을 얻을 수 있다.

본 발명은 적용되는 Hybrid BF 구조에 의해 도 2a 또는 도 2b를 따라 개별적으로 구현될 수 있다. 도 2a와 도 2b의 구조적인 차이점은 하나의 어레이 안테나가 한 개 RF path (230) 혹은 복수 개의 RF path (280)와 연결 되었는지에 의해 구분된다. 도 2a는 하나의 어레이 안테나가 하나의 RF path (230)와 연결된 경우이며, 도 2b는 하나의 어레이 안테나가 복수의 RF path (280)와 연결된 경우이다.

도 1에서 도시된 기존 MIMO 통신 시스템의 송신단은 하나의 RF path(100)가 하나의 안테나(110)와 연결되는데, 본 발명을 따르는 Hybrid BF는 도 2a및 도 2b에서 도시된 바와 같이 Analog BF (200, 250) 가 포함되기 때문에 하나의 RF path (230, 280)가 다수개의 안테나로 구성된 어레이 안테나에 연결될 수 있다. 한편 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명을 따르는 Hybrid BF는 Analog BF(200, 250)에 의해 형성되는 빔을 통해서는 오직 하나의 RF path (230, 280) 신호만 전송될 수 있다.

이때, RF path의 개수는 기지국 별로 다를 수 있으며 미리 결정되어 있다. 하지만, 기존 MIMO 통신 시스템의 안테나와 같이 모든 RF path가 항상 사용되는 것은 아니다. 본 발명을 따르는 Hybrid BF는 특정 시점에 전송되는 사용자의 전송 방법 및 사용자 수에 따라서 일부 RF path 만이 동작될 수 있다. RF path를 사용하기 위해서 각 기지국의 스케쥴러는 미리 설정된RF path 개수를 반영하여 가능한 사용자 및 전송 방법을 선택하고 관련 정보를 전송하여야 한다.

도 2a 및 도 2b에서 어레이 안테나에 연결된 PA(210, 260)의 최대 출력 값은 어레이 안테나를 구성하는 안테나 개수에 반비례하게 된다. 다시 말해, 전체 방사되는 출력 값이 P이고 하나의 어레이 안테나가 N개의 안테나로 구성된 경우, PA(210, 260)의 최대 출력 값은 P/N으로 결정된다. 그런데 앞서 설명한 이유로 낮은 최대 출력 값과 고정된 PA 소자를 사용하는 것이 초고주파 BF 구조에서도 선호된다.

도 3은 초고주파 대역에서 빔포밍을 이용하여 전송하는 경우, 본 발명을 따라 사용자별 서로 다른 수의 다중 빔으로 동작하는 장점을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 어레이 안테나를 이용하여 빔포밍을 제공하는 기지국(300)과 단말(310, 320)을 나타낸 그림이다. 도 3을 참조하면, 기지국(300)은 어레이 안테나를 사용하여 하향 송신 빔의 방향을 바꿔가며 데이터를 전송할 수 있다. 또한 단말(310, 320)도 수신 빔의 방향을 바꿔가며 데이터를 수신할 수 있다.

도 3에서 직접적으로 도시된 것은 아니지만, 빔포밍 기법을 사용하여 통신을 수행하는 시스템에서 기지국(300)과 단말(310,320)은 다양한 송신 빔 또는 수신 빔 중에서 최적의 채널 환경을 확보할 수 있는 방향 및 개수를 선택하여 데이터 서비스를 제공할 수 있다. 이런 과정은 기지국(300)에서 단말(310,320)로 데이터를 전송하는 하향 채널뿐 아니라 단말(310,320)에서 기지국(300)으로 데이터를 전송하는 상향 채널에도 동일하게 적용된다.

한편, 도 3은 서빙 기지국(300)에 두 명의 사용자 (310, 320)이 있는 경우, 사용자가 위치한 지역 및 환경에 따라서 사용자 별로 다른 수의 다중 빔이 동작할 수 있는 경우를 예시한다.

예를 들어, MS-1 (310)는 해당 사용자 주위에 방해물이 없으므로, 서빙 기지국 방향의 빔 하나만을 선호할 것이다. 하지만, MS-2(320)는 장애물 (340)에 의하여 서빙 기지국 방향으로 빔을 수신할 수 없다. 그러나, 인접해 있는 반사체 (350, 352)를 통하여 강한 반사 신호를 수신할 수 있다. 그러므로 반사되어 전송되는 해당 빔들에 대해서 MS-2는 두 가지 빔들을 통해 수신하기를 선호할 수 있다.

이러한 간단한 예를 통하여, 초고주파 대역에서 빔포밍을 이용하여 전송하는 경우 사용자 주변에 위치한 장애물 및 반사체에 의해서 각 사용자 별로 선호하는 빔 방향 및 빔 개수가 다를 수 있음을 확인된다. 즉, 사용자 환경 및 위치에 따라서 사용되는 빔의 개수를 결정하여 전송하는 방법을 따르는 것이 다양한 환경에서 보다 안정적인 수신 성능을 보장하기에 적합한 방식인 것이다.

따라서, 본 발명에서는 다중 빔을 통해 전송할 수 있는 빔포밍 구조에서 다중 빔 개수는 사용자의 위치 및 환경에 따라서 개별적으로 선택 결정되는 것을 전제한다.

도 4는 고정된 PA를 사용하여 사용자 별 다른 수의 다중 빔을 지원할 때 발생되는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

도 4에서는 총 8개의 RF path로 구성된 송신단 구조에서 서로 다른 주파수 자원에 할당된 데이터 버스트(블록 400, 402, 404)가 3개 존재하는 경우를 예시한다 각 데이터 버스트는 선호하는 다중 빔 개수가 다르다. 다시 말해서, 데이터 버스트 1(400)의 경우는 4개의 다중 빔 사용을 선호하고, 데이터 버스트 2(402)는 3개의 다중 빔 그리고 데이터 버스트 3(404)는 하나의 빔 사용을 선호하는 경우이다.

이와 같은 경우, 각 어레이 안테나에 연결된 PA(410, 412, 414)는 사용되는 다중 빔 개수에 상관 없이 고정된 출력 값을 갖기 때문에 RF path 수, 즉 각 데이터 버스트(블록 400, 402, 404)가 사용하는 다중 빔의 개수에 의해 방사되는 출력 값에 차이가 나는 문제점이 발생한다.

본 발명은 위와 같은 문제점, 예를 들어 많은 수의 다중 빔을 사용할수록 더 큰 전송 전력으로 전송하게 되는 문제점 해결을 위한 보상방안을 제안하고자 한다.

이를 위하여 어레이 안테나에 연결된 PA(410, 412, 414)의 출력 값을 고정시키지 않고 사용되는 RF path 수에 따라 변경되도록 설정하는 방안을 고려할 수 있다. 하지만, 이런 방법은 PA(410, 412, 414)의 최대 출력 값 및 넓은 출력 값 범위로 인하여 PA 소자의 비용이 증가하기 때문에 적절하지 않다. 도 4를 통해 제기된 문제점을 상대적으로 적은 비용으로 해결할 수 있는 다른 방법을 고려할 필요가 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라, 서로 다른 수의 다중 빔을 사용하는 송신단의 전력 제어 장치의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.

도 5에서 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예를 따르는 송신단의 전력제어 장치는 아날로그 빔포밍부(500), RF-path 맵핑부(510), 디지털 빔포밍부(520), 스케쥴러(530) 및 전력조정부(540)를 포함한다. 도 5에서 예시하는 BF 구조는 도 2b와 같이 하나의 어레이 안테나가 복수의 RF path (280)와 연결된 경우이며, 해당 기지국에서 구현된 전체 RF path의 개수는 N개이며, 실제 사용되는 RF path 개수는 이보다 적은 수가 사용된다.

앞서 도 4에 대한 설명에서 검토한 바와 같이, 출력 값이 고정되어 있는 PA 소자를 사용하는 경우, 사용하는 RF path 개수에 따라 다르게 방사되는 출력 값을 보상하기 위한 장치가 필요하다. 그렇다고, 고정된 출력 값을 갖는 PA소자를 사용하는 대신 사용하는 RF path 개수에 따라 다른 출력 값을 내는 PA소자를 사용하는 것은 비용 면에서 적합하지 않는 해결책이다. 따라서, 고정된 출력을 내는 PA(410, 412, 414)를 그대로 사용하면서 상대적으로 적은 비용과 복잡도를 갖는 방안 및 장치를 통해 사용하는 RF path 개수에 따라 출력 값을 변경하는 방법이 바람직한 해결책이다.

본 발명의 실시예를 따르는 도 5의 전력 제어 장치는 위와 같은 설계 요구 사항을 고려하여 Power Adjustment 블록(전력조정부, 540)을 이용하여 아날로그 단이 아닌 디지털 단에서 각 RF path 별로 출력 이득을 변경시킨다. 이를 통하여 도 5의 장치는 RF path 개수 혹은 사용하는 다중 빔 개수에 관계 없이 전체 출력되는 전력 값을 동일하게 설정할 수 있다.

도 5에서 Power Adjustment 블록(540)은 스케쥴러(530)으로부터 해당 시점에서 각 부반송파 별로 사용되는 RF path에 대한 인덱스와 사용하는 전체 RF path 개수에 대한 정보, 그리고 부반송파에 적용할 MIMO 기법 등에 관한 정보 중 적어도 하나 이상을 수신할 수 있다(536). 이후, Power Adjustment 블록(540)은 수신한 정보와 사용하는 MIMO 전송 기법을 바탕으로 해당 RF path 별 적절한 출력 이득 값을 결정할 수 있다.

실시예에 따라, 스케쥴러(530)는 각 부반송파 별로 사용되는 RF path에 대한 인덱스와 사용하는 전체 RF path 개수에 대한 정보, 그리고 부반송파에 적용한 MIMO 기법 등에 관한 정보 등을 결정하기 위하여, 단말로부터 소정의 피드백 정보를 수신할 수 있다.

한편, RF-path Mapper 블록(RF-path 맵핑부, 510)은 스케쥴러(530)로부터 각 부반송파 별 사용하는 전체 RF path 개수와 인덱스에 관한 정보, 그리고 부반송파에 적용할 MIMO 기법 등에 관한 정보 중 적어도 하나 이상을 수신할 수 있다. (534) 이후, RF-path Mapper 블록(510)은 Power Adjustment 블록(540)에서 결정한 출력 이득 값을 해당 전송 데이터 스트림과 연결할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라, RF path 개수에 따라 출력 이득 조정 값을 결정하는 송신단의 동작 순서를 도시하는 순서도이다.

단계 600에서 전력조정부(540)는 스케쥴러(530)로부터 각 부반송파 별로 사용하는 RF path 개수에 대한 정보를 수신한다. k번째 부반송파가 사용하는 RF path 개수가 N개인 경우, 단계 610에서 전력조정부(540)는 k번째 부반송파에 적용된 MIMO 기법이 SU-MIMO 혹은 MU-MIMO 인지 여부를 판단한다.

SU-MIMO 기법인 경우, 단계 620에서 전력조정부(540)는 상기 k번째 부반송파의 인덱스 J인 RF 패스에 대해 출력이득 조정 값을 -10×log₁₀N (dB)로 설정할 수 있다. 이는, 사용되는 전체 RF path 에 대해 출력 값을 동일하게 분배하여 전송하는 것을 의미한다.

반면에, MU-MIMO 기법인 경우, 단계 630에서 전력조정부(540)는 상기 MU-MIMO 기법의 세부내용이 SDMA 혹은 이외 방법, 예를 들어 디지털 프리코더를 사용하는 경우 또는 ZF(Zero Forcing) MU-MIMO 기법인지를 구분한다.

만약 SDMA 방식으로 MU-MIMO를 지원할 경우, 사용되는 RF path는 N개일지라도 하나의 RF path를 이용하여 한 명의 사용자의 데이터가 전송되므로, 단계 640에서 전력조정부(540)는 출력 이득 조정 값을 0(dB)로 설정한다. 그러나 SDMA 방식이 아닌 방법으로 MU-MIMO를 지원할 경우, N개의 RF path를 통하여 데이터가 전송되기 때문에, 단계 650에서 전력조정부(540)는 출력 이득 조정 값을 SU-MIMO와 동일하게 -10×log₁₀N (dB)로 설정할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라, 상황에 따라 서로 다른 수의 하향 송신 빔을 하향링크 신호 전송에 사용하는 기지국의 내부 구성을 도시하는 블록도이다.

도 7에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 기지국은 송수신부(710)와 제어부(720)를 포함할 수 있다.

송수신부(710)는 단말 또는 인접한 기지국과 데이터 또는 신호를 송수신한다. 그리고 제어부(720)는 기지국의 전반적인 동작을 위해 기지국의 각 블록간의 신호 흐름을 제어한다.

특히, 제어부(720)는 본 발명에 따라 하향 송신 빔의 전력을 제어할 수 있다. 구체적으로 제어부(720)는 하향링크 전송에 사용할 적어도 하나 이상의 하향 송신 빔을 결정한다. 즉, 하향링크를 수신할 사용자 환경 및 위치에 따라서 사용되는 빔의 개수 및 방향을 결정하는 스케쥴링을 수행한다.

나아가 제어부(720)는 상기 하향 송신빔 각각에 대해 출력 이득 조정값을 적용하여 사용하게 될 하향 송신 빔 개수에 관계 없이 전체 출력되는 전력 값을 동일하게 설정할 수 있다. 즉, 상기 하향 송신 빔의 개수, 상기 하향 송신 빔 각각에 대한 인덱스, 상기 부반송파에 적용할 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 기법 등을 기반으로 하향 송신 빔 각각에 대해 출력 이득 조정값을 산출하여 이를 하향 송신빔 각각에 대해 적용할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라, 상황에 따라 서로 다른 수의 상향 송신 빔을 상향링크 신호 전송에 사용하는 단말의 내부 구성을 도시하는 블록도이다.

도 8에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 단말은 송수신부(810)와 제어부(820)를 포함할 수 있다.

송수신부(810)는 기지국과 데이터 또는 신호를 송수신한다. 그리고 제어부(820)는 단말의 전반적인 동작을 위해 단말의 각 블록간의 신호 흐름을 제어한다.

특히, 제어부(820)는 본 발명에 따라 상향 송신 빔의 전력을 제어할 수 있다. 구체적으로 제어부(820)는 상향링크 전송에 사용할 적어도 하나 이상의 상향 송신 빔을 결정한다. 즉, 상향링크를 전송할 환경 및 위치에 따라서 사용되는 빔의 개수 및 방향을 결정한다.

나아가 제어부(820)는 상기 상향 송신빔 각각에 대해 출력 이득 조정값을 적용하여 사용하게 될 상향 송신 빔 개수에 관계 없이 전체 출력되는 전력 값을 동일하게 설정할 수 있다. 즉, 상기 상향 송신 빔의 개수, 상기 상향 송신 빔 각각에 대한 인덱스, 상향링크 신호 전송에 적용할 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 기법 등을 기반으로 상향 송신 빔 각각에 대해 출력 이득 조정값을 산출하여 이를 상향 송신빔 각각에 대해 적용할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 단말기는 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 내비게이션(navigation), 디지털 방송 수신기, PMP(Portable Multimedia Player) 등과 같은 휴대용 전자기기 장치를 말한다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims

빔포밍 기법을 사용하는 무선통신 시스템에서 기지국의 전력 제어 방법에 있어서,

적어도 하나 이상의 부반송파 각각에 대해 사용할 적어도 하나 이상의 송신 빔을 결정하는 단계;

상기 송신 빔에 대한 정보를 기반으로 상기 송신 빔 각각에 대한 출력 이득 조정 값을 결정하는 단계; 및

상기 송신 빔 각각에 대해 상기 출력 이득 조정 값을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
제 1항에 있어서,

상기 송신 빔에 대한 정보는 상기 송신 빔의 개수, 상기 송신 빔 각각에 대한 인덱스, 상기 부반송파에 적용할 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 기법에 대한 정보 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
제 2항에 있어서, 상기 출력 이득 조정 값을 결정하는 단계는,

상기 송신 빔의 개수가 N이고, 상기 MIMO 기법이 Single User-MIMO 인 경우, 상기 출력 이득 조정 값을 -10×log₁₀N (dB)로 설정하는 단계인 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
제 2항에 있어서, 상기 출력 이득 조정 값을 결정하는 단계는,

상기 송신 빔의 개수가 N이고, 상기 MIMO 기법이 SDMA(Spatial Division Multiple Access)인 경우, 상기 출력 이득 조정 값을 0(dB)로 설정하는 단계인 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
제 2항에 있어서, 상기 출력 이득 조정 값을 결정하는 단계는,

상기 송신 빔의 개수가 N이고, 상기 MIMO 기법이 SDMA 이외의 것인 경우, 상기 출력 이득 조정 값을 -10×log₁₀N (dB) 로 설정하는 단계인 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
제 5항에 있어서,

상기 MIMO 기법이 ZF(Zero Forcing)인 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
제 1항에 있어서,

단말로부터 상기 적어도 하나의 송신 빔 결정을 위한 정보를 수신하는 단계;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
빔포밍 기법을 사용하는 무선통신 시스템에서 전력을 제어하는 기지국에 있어서,

단말과 신호를 송수신하는 송수신부; 및

적어도 하나 이상의 부반송파 각각에 대해 사용할 적어도 하나 이상의 송신 빔을 결정하고, 상기 송신 빔에 대한 정보를 기반으로 상기 송신 빔 각각에 대한 출력 이득 조정 값을 결정하며, 상기 송신 빔 각각에 대해 상기 출력 이득 조정 값을 적용하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제 8항에 있어서,

상기 송신 빔에 대한 정보는 상기 송신 빔의 개수, 상기 송신 빔 각각에 대한 인덱스, 상기 부반송파에 적용할 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 기법에 대한 정보 중 적어도 하나 이상을 포함하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제 9항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 송신 빔의 개수가 N이고, 상기 MIMO 기법이 Single User-MIMO 인 경우, 상기 출력 이득 조정 값을 -10×log₁₀N (dB)로 설정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제 9항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 송신 빔의 개수가 N이고, 상기 MIMO 기법이 SDMA(Spatial Division Multiple Access)인 경우, 상기 출력 이득 조정 값을 0(dB)로 설정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제 9항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 송신 빔의 개수가 N이고, 상기 MIMO 기법이 SMDA 이외의 것인 경우, 상기 출력 이득 조정 값을 -10×log₁₀N (dB) 로 설정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제 12항에 있어서,

상기 MIMO 기법이 ZF(Zero Forcing)인 것을 특징으로 하는 기지국.
제 8항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 단말로부터 상기 적어도 하나의 송신 빔 결정을 위한 정보를 수신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제 8항에 있어서,

상기 송신 빔에 대한 정보를 수집하는 스케쥴러; 및

상시 스케쥴러로부터 상기 송신 빔에 대한 정보를 수신하여, 상기 송신 빔 각각에 대한 상기 출력 이득 조정 값을 결정하는 전력조정부;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
빔포밍 기법을 사용하는 무선통신 시스템에서 단말의 통신 방법에 있어서

기지국이 적어도 하나 이상의 부반송파 각각에 대해 사용할 적어도 하나 이상의 송신 빔을 결정하도록 하기 위한 정보를 상기 기지국에게 송신하는 단계; 및

상기 기지국으로부터 출력 이득 조정 값이 적용된 상기 송신 빔에 의한 송신 신호를 수신하는 단계;

를 포함하고,

상기 출력 이득 조정 값은 상기 기지국에 의하여 상기 적어도 하나 이상의 부반송파 각각에 대해 사용할 적어도 하나 이상의 송신 빔 각각에 대하여 상기 송신 빔에 대한 정보를 기반으로 결정된 것을 특징으로 하는 단말의 통신 방법.
제 16항에 있어서,

상기 송신 빔에 대한 정보는 상기 송신 빔의 개수, 상기 송신 빔 각각에 대한 인덱스, 상기 부반송파에 적용할 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 기법에 대한 정보 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 단말의 통신 방법.
제 17항에 있어서, 상기 출력 이득 조정 값은,

상기 송신 빔의 개수가 N이고, 상기 MIMO 기법이 Single User-MIMO 인 경우, -10×log₁₀N (dB)로 설정되는 것을 특징으로 하는 단말의 통신 방법.
제 17항에 있어서, 상기 출력 이득 조정 값은,

상기 송신 빔의 개수가 N이고, 상기 MIMO 기법이 SDMA(Spatial Division Multiple Access)인 경우, 0(dB)로 설정되는 것을 특징으로 하는 단말의 통신 방법.
제 17항에 있어서, 상기 출력 이득 조정 값은,

상기 송신 빔의 개수가 N이고, 상기 MIMO 기법이 SDMA 이외의 것인 경우, -10×log₁₀N (dB) 로 설정되는 것을 특징으로 하는 단말의 통신 방법.