WO2015064832A1 - 무선 통신 시스템에서 대규모 mimo를 통한 방송 채널 송신 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 대규모 mimo를 통한 방송 채널 송신 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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WO2015064832A1
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WO
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broadcast channel
antenna
antenna elements
dedicated
transmitting
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경수철
박성호
이경행
고현수
김수남
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엘지전자 주식회사
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    • H04W72/046—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource the resource being in the space domain, e.g. beams

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system, and more particularly, to a method and apparatus for transmitting a broadcast channel through a large-scale MIM0 in a wireless communication system.
  • a 3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution (LTE)) communication system will be described in brief.
  • E-UMTS Evolved Universal Mobile Telecom® unicat ions System
  • UMTS Universal Mobile Telecom® unicat ions System
  • LTE Long Term Evolution
  • an E-UMTS is an access gateway located at an end of a user equipment (UE) and a base station (eNode B), an eNB, and an network (E-UTRAN) and connected to an external network; AG)
  • a base station can transmit multiple data streams simultaneously for broadcast service, multicast service and / or unicast service.
  • Sal is set to one of the bandwidth of 1.25, 2.5, 5, 10, 15, 20Mhz, etc. to provide downlink or uplink transmission service to multiple terminals. Different cells may be configured to provide different bandwidths.
  • the base station controls data transmission and reception for a plurality of terminals.
  • the base station transmits downlink scheduling information such as time / frequency domain, encoding, data size, HARQ (Hybr id Automatic Repeat and reQuest) related information, etc. Tells.
  • the base station transmits uplink scheduling information to uplink (UL) data for uplink (UL) data and informs the user equipment of time / frequency domain, encoding, data size, HARQ related information, etc.
  • the core network may consist of an AG and a network node for user registration of the terminal.
  • the AG manages the mobility of the UE in units of a TA Yacking Area including a plurality of cells.
  • a base station transmits a broadcast channel through a massive multi-multiple multi output (MIMO) antenna. Selecting broadcast channel dedicated antenna elements among the antenna elements; And the power applied to the broadcast channel only antenna element, and comprising the step of transmitting i on the broadcast channel by performing a pan-forming using the broadcast channel-only antenna element has is larger than the voltage applied to the remaining antenna elements It is done.
  • MIMO massive multi-multiple multi output
  • the broadcast channel dedicated antenna elements are the entire antenna.
  • transmitting the broadcast channel may include transmitting the broadcast channel by performing beamforming in a vertical direction.
  • the vertical beamforming is characterized in that the angle of the beam is gradually changed in the vertical direction during a predetermined period.
  • the broadcast channel dedicated antenna elements may be grouped on a horizontal axis among the entire antenna elements.
  • the transmitting of the broadcast channel may include performing beamforming in left and right directions to transmit the broadcast channel. Characterized in that it comprises a step.
  • the bump forming in the left and right directions is characterized in that the angle of the bump is gradually changed in the left and right directions for a predetermined period.
  • the broadcast channel dedicated antenna elements are a first broadcast channel dedicated antenna group grouped on a vertical axis among the total antenna elements and a second broadcast channel dedicated antenna grouped on a horizontal axis among the total antenna elements.
  • the antenna group for transmitting the broadcast channel is characterized in that the first broadcast channel dedicated antenna group and the second broadcast channel dedicated antenna group is used periodically.
  • a wireless communication system includes a wireless communication module including a massive MULT (multiple-input multiple-output) antenna; And a processor that selects broadcast channel dedicated antenna elements among all antenna elements of the large-scale MIM0 antenna, and controls the wireless communication modules to transmit the broadcast channel by performing beamforming using the broadcast channel dedicated antenna elements.
  • the processor may control the power applied to the broadcast channel dedicated antenna elements to be greater than the voltage applied to the remaining antenna elements.
  • the processor may control the wireless communication module to transmit the broadcast channel by performing up-down bump forming. Can be. Or, if the broadcast channel dedicated antenna elements are grouped on the horizontal axis of the total antenna elements, the processor performs a horizontal forming
  • the wireless communication modules may be controlled to transmit the broadcast channel.
  • the broadcast channel dedicated antenna elements may include a first broadcast channel dedicated antenna group grouped on a vertical axis among the total antenna elements and a second broadcast channel dedicated antenna group grouped on a horizontal axis among the total antenna elements.
  • the processor is an antenna group for transmitting the broadcast channel, characterized in that the first broadcast channel dedicated antenna group and the second broadcast channel dedicated antenna group periodically used.
  • a broadcast channel can be efficiently transmitted through a large antenna array in a wireless communication system.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an E-UMTS network structure as an example of a wireless communication system.
  • FIG. 2 is a block diagram of a general multi-antenna (MIM0) communication system.
  • MIM0 multi-antenna
  • FIG 3 illustrates an antenna form for massive MIMO.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an antenna tilting method.
  • 5 is a diagram comparing an existing antenna system and an active antenna system.
  • FIG. 6 illustrates an example of forming a terminal specific beam based on an active antenna system.
  • FIG. 7 illustrates an example of an active antenna system applied to a large-scale MIM0 environment.
  • FIG 8 illustrates a method of varying a width for a broadcast channel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a problem in transmitting a broadcast channel using only a predetermined antenna.
  • FIG 10 illustrates antenna selection for broadcast channel transmission according to an embodiment of the present invention. It is an example.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a beam pattern for broadcasting channel transmission according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is another diagram illustrating a beam pattern for broadcasting channel transmission according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is another diagram illustrating a beam pattern for broadcasting channel transmission according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is an exemplary diagram of cell coverage extension in large scale MIM0 according to an embodiment of the present invention.
  • the present specification describes an embodiment of the present invention using an LTE system and an LTE-A system, but this is an example and the embodiment of the present invention can be applied to any communication system corresponding to the above definition.
  • the present specification describes an embodiment of the present invention on the basis of the FDD scheme, but the embodiment of the present invention can be easily modified and applied to the H—FDD scheme or the TDD scheme as an example.
  • MIMXMul t ipl e Input Mul t ipl e-Output
  • MIM0 may be referred to as a “multi-antenna”.
  • the antenna does not rely on a single antenna path to receive one entire message. Instead, the multiplex antenna technology completes the data by merging together data fragments received from multiple antennas. multiple Using antenna technology, it is possible to improve the data rate within a cell area of a specified size or to increase system coverage while guaranteeing a specific data rate. In addition, this technique can be widely used in mobile communication terminals and repeaters. According to the multiple antenna technology, it is possible to overcome the transmission limit in the mobile communication according to the prior art, which used a single antenna.
  • FIG. 2 is a block diagram of a general multi-antenna (MIM0) communication system.
  • Transmitter had a transmitting antenna is installed dog ⁇ ⁇
  • the receiving end has a receiving antenna installed dog N R.
  • the theoretical channel transmission capacity is increased than when the plurality of antennas are used at either the transmitting end or the receiving end.
  • the increase in channel transmission capacity is proportional to the number of antennas. Therefore, the transmission rate is improved and the frequency efficiency is improved.
  • the maximum transmission rate when one antenna is used is R.
  • the transmission rate when using multiple antennas is theoretically the maximum transmission as shown in Equation 1 below.
  • the rate Ro may be increased by the product of the growth rate Ri, where Ri eu is smaller of ⁇ and N ⁇ R.
  • a transmission rate four times higher than a single antenna system may be theoretically obtained. Since the theoretical capacity increase of such a multi-antenna system was proved in the mid 90s, various techniques for substantially improving the data rate have been actively studied to date, and some of these techniques have already been developed for 3G mobile communication and next generation WLAN. It is reflected in various wireless communication standards.
  • the mathematical modeling may be expressed as follows. As shown in FIG. 2, it is assumed that there are N ⁇ transmit antennas and N R receive antennas. First, referring to the transmission signal, when there are N ⁇ transmit antennas, the maximum transmittable information is ⁇ ⁇ , and thus the transmission information may be represented by a vector shown in Equation 2 below.
  • the transmission power can be different.
  • the transmission information of which transmission power is adjusted is represented by a vector.
  • Equation 4 when is expressed using the diagonal matrix ⁇ of transmission power, it is expressed as Equation 4 below.
  • the weight matrix W is applied to the information vector 8 whose transmission power is adjusted.
  • the weight matrix plays a role of properly distributing transmission information to each antenna according to a transmission channel situation.
  • Equation (5) it can be expressed as Equation (5) below by using the vector.
  • ⁇ is the weight between the ⁇ -th transmission antenna and the th information.
  • the W weight matrix is also called the 1 ⁇ precoding matrix.
  • the physical meaning of the rank of the channel matrix is the maximum number that can transmit different information in a given channel. Therefore, the rank of a channel matrix is defined as the minimum number of independent rows or columns, so the tanks of the matrix are larger than the number of rows or columns. It becomes impossible.
  • the tank (rank (H)) of the channel matrix H is limited as shown in Equation 6 below.
  • each of the different information sent using the multi-antenna technology will be defined as' stream 'or simply 1 stream'. Like this 'Stream' may be referred to as a layer (L a y er ).
  • the number of transport streams can then, of course, not be larger than the tank of the channel, which is the maximum number of different information that can be sent. Therefore, the channel matrix H can be expressed as Equation 7 below.
  • a large-scale MIM0 is equipped with more than a hundred antennas in a base station in a form of integrating more antennas in an existing antenna array to obtain a directional radiation pattern and pencil beamforming. Is placed in space, and many small antennas in an array achieve the same performance as a single large antenna. Due to several (eg hundreds of) antenna assemblies, the mechanical problem of a single large antenna can be solved by the electrical problem of feeding a small antenna.
  • the antenna type or antenna array structure of a base station / terminal uses a ULACUni form linear array (ULACUni form) scheme. It has been used in the form of enumeration.
  • the arrangement is usually made up of the same elements arranged regularly, and a plurality of antennas are required to obtain a directed radiation pattern. It is a structure which arrange
  • the determining of the performance of the antenna array is determined by the characteristics and type of operation of the single antenna element forming the antenna array, and the operation of the antenna array according to the resonance frequency, current distribution and radiation pattern of the operation of the single antenna element. Band and characteristics are determined. That is, as shown in Equation 8 below, the characteristic of the antenna array is determined by the characteristic of the element and the number of antenna arrays of the antenna array.
  • the electric field of a uniform form (Uni form array) consisting of a plurality of the same element is equal to the electric field of the unit element located at the origin multiplied by the AF (Array Factor) as shown in Equation 9 below.
  • the large-scale MIM0 is a structure in which an existing antenna array is integrated, and the electric field formed by the large-scale MIM0 depends on the unit antenna and the number of antennas.
  • the radiation pattern of the antenna array is determined by the shape of each antenna element, their direction, the position in space, and the magnitude and phase of the feeding current, and the beam width that is radiated depends on the number of antennas. Steering and breadth are precise. Therefore, the more numerous antennas of the same shape and characteristics are used, the more precise the beamforming becomes. A beam having a very narrow beam width is called a pencil beam. do. Basically, since the large-scale MIM0 has an antenna array structure, it multiplies the phases to transmit a signal based on a specific target.
  • a base station / terminal uses an antenna having a ULA structure, and this is a structure using a plurality of antennas having the same characteristics to have the same radiation beam pattern in all mobile communication service bands.
  • a base station reduces inter-cell interference by using mechanical tilting or electrical tilting, and provides throughput of UEs in a cell, for example, signal to interference plus noise ratio (SINR).
  • SINR signal to interference plus noise ratio
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an antenna tilting method.
  • FIG. 4 shows an antenna structure to which no antenna tilting is applied
  • FIG. 4B shows an antenna structure to which mechanical tilting is applied
  • FIG. 4C shows both mechanical tilting and electrical tilting. An antenna structure is shown.
  • FIG. 5 is a diagram comparing an existing antenna system and an active antenna system (MS).
  • Figure 5 (a) shows an existing antenna system
  • Figure 5 (b) shows an active antenna system.
  • each of the plurality of antenna modules includes RF modules including a power amplifier, that is, active elements, unlike the conventional antenna system, and thus power and phase of each of the antenna modules.
  • RF modules including a power amplifier, that is, active elements, unlike the conventional antenna system, and thus power and phase of each of the antenna modules.
  • the MIM0 antenna structure which is generally considered, considers linear, that is, one-dimensional array antennas, such as ULA universal arrays.
  • a beam that can be generated by beamforming exists in a two-dimensional plane.
  • PAS Passive Antenna System
  • the vertical antennas are tied to one RF model so that beamforming in the vertical direction is impossible, and only the above-described mechanical tilting is applicable.
  • beams that can be generated may be expressed in three-dimensional space in the vertical and horizontal directions, and thus may be referred to as three-dimensional bump forming.
  • 3D beamforming has been made possible by evolving from a 1D array antenna structure to a planar 2D array antenna structure.
  • the three-dimensional beamforming is not only possible when the antenna array is in a planar shape, but the three-dimensional beamforming may be performed even in a ring-shaped three-dimensional array structure.
  • the characteristic of 3D beamforming is that MIM0 process is performed in 3D space due to various antenna arrangements rather than the existing 1D array antenna structure.
  • FIG. 6 is a terminal based on an active antenna system .
  • the example which formed the specific beam is shown. Referring to FIG. 6, it can be seen that the three-dimensional beamforming enables not only the case where the terminal moves to the left and right sides of the base station but also the case where the terminal moves forward and backward.
  • a transmission environment using an antenna structure of an active antenna-based two-dimensional array not only an environment of transmitting from an outdoor base station to an outdoor terminal, but also an environment of an outdoor base station transmitting to an indoor terminal (021, Outdoor to Indoor) And indoor hot spots transmitted by the indoor base station to the indoor terminal.
  • a transmission environment using an active antenna based 2D antenna array may have different channel characteristics from those of a conventional wireless channel environment, for example, a change in shadow / path loss due to a height difference and fading. It is necessary to reflect characteristic changes.
  • a transmission using a precise beam such as pencil beamforming
  • a case where 3D bump forming is useful or not useful may occur depending on the position of the terminal.
  • the beam is precise, such as pencil bump forming, the coverage of the base station is physically narrowed, and a large shadow area may occur.
  • the terminal becomes more complicated in estimating information on channel characteristics, the channel link complexity increases between the terminal and the base station, and the calculation complexity of the terminal increases.
  • the array size is increased by a large MIM0 for precise beam steering, not only the computational complexity of the terminal but also the feedback information amount and the implementation complexity increase rapidly, and the shadow area of the base station increases.
  • the number of antenna ports selected for receiving the broadcast channel is limited, power loss occurs in the active antenna system, the beam gain attenuation due to the small number of antennas, the cell coverage is attenuated, and the broadcast channel reaches the cell boundary region. You won't be able to.
  • the present invention provides an antenna selected by increasing the output range of the PAM dynamic range of the RF modules connected to the antenna port selected for transmitting the broadcast channel, than the RF modules used in other antenna ports.
  • a base station can perform 3D beamforming, which is more precise in proportion to the increase in the number of antennas. It is a structure.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an active antenna system applied to a large-scale ⁇ 0 environment.
  • FIG. 7 illustrates an operation indicating that the base station enables 3D beamforming as an active antenna system is introduced in a large-scale ⁇ 0 environment.
  • elevation bump forming / horizontal beam forming can also be achieved.
  • the base station can minimize the inter-cell interference through the transmission range control within the cell. This allows the beam to tilt in the vertical direction, resulting in a cell-to-cell interface
  • ICK lnter Cel l Interference, Intra Cel l Interference can be overcome.
  • by splitting the beam width of the beamforming 2 It is possible to effectively form a link and transmit / receive data in a situation where the base station / terminal is not secured, for example, LOSCLine Of Sight, and a precise 3D beam can be obtained. It can overcome the shadow area that occurs while using and extend the 3D beam coverage.
  • FIG. 8 illustrates a method of varying beam width for a broadcast channel in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 specifically turns on the power applied to the antenna port to adjust the width using an active antenna system. By turning on / off, the beam width of the radiation pattern formed by the base station antenna is adjusted. That is, the beam width is varied by artificially attenuating the number of antennas used by using the characteristics of the active antenna system.
  • an active antenna system is used to control a 3D beam in a large-scale MIM0 environment, and the number of antennas is selectively controlled by controlling power application, thereby controlling the shape of the radiation beam formed in the base station. Adjust but. Since the number of antennas actually operated decreases, antenna gain is reduced and beam coverage is changed.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a problem in transmitting a broadcast channel using only a predetermined antenna.
  • the beam gain is attenuated to decrease the beam coverage, thereby increasing the shaded area where a signal cannot be received at the cell boundary.
  • the RF structure of an active antenna system connected to each antenna port is the same structure, and the dynamic range is limited because the PAM of the RF modules is composed of the same element. Therefore, the power output from the antenna is reduced, the power received at the receiving end is lowered, so that the shaded area Will increase. Theoretically approach this through equation (10).
  • EIRP is a concept of an effective output of a wireless device, and represents an effective transmission output in consideration of the effect of antenna gain.
  • Pt means the transmitter output power output from the antenna
  • Ga is the antenna gain. If the antenna gain is assumed to be constant, the power output from the transmitting end is proportional to the number of antennas.
  • the size of Pt is determined by the dynamic range of the amplifier.
  • the EIRP has a value of 10 dB smaller since it has 10 times less Pt than the total Pt of the large MIM0. If cell coverage is attenuated using Equation 10 above, attenuation of approximately 10 times sal coverage may be calculated. This means that the transmit power produced at the actual antenna is attenuated, and that the transmit power is attenuated and not enough power is delivered at the seal boundary.
  • 3D panforming is the most optimized structure for the L0S environment.
  • the beam's Hal f-Power Beamwidth HPBW
  • HPBW Hal f-Power Beamwidth
  • a base station uses an active antenna system structure having the same PAM as shown in FIG. 9 to transmit a broadcast channel, a general pattern for transmitting broadcast channel information is formed, but cell coverage is reduced and output power is reduced.
  • the attenuated terminal at the cell boundary may fall into a null state or may not have an environment for communicating with a base station.
  • the base station proposes to use a PAM having a different dynamic range for each predetermined antenna in order to extend the coverage of a broad beam formed from a 3D beam.
  • the power applied to all antenna ports uses a PAM having the same dynamic range at each antenna port, and in the dynamic range where the linearity of the PAM is secured.
  • the 3D beam formed in the antenna is maintained to form a fine beam width.
  • output power is attenuated by only operating the antenna selected for transmission of a broadcast channel using an active antenna system, and thus cell coverage is attenuated.
  • the present invention in a large MIM0 environment, increases the dynamic range of the PAM applied to a specific antenna port used to transmit a wideband channel such as a broadcast channel to secure sufficient beam gain and to extend the sal coverage of the broadcast channel. It is to let.
  • antennas are grouped to transmit broadcast channels in the antenna array, and may be used to transmit other ungrouped control channels and traffic channels when transmitting broadcast channels. This will be described in more detail.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a beam pattern for broadcasting channel transmission according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 illustrates a case where antenna selection is made according to FIG. 10A.
  • broadcasting is performed using four antenna ports vertically grouped.
  • the channel is transmitted, and the shape of the antenna beam is spread out in a horizontal form by vertical interaction between the transmitted antennas.
  • the coverage of the entire broadcast channel can be extended by performing beamforming in the vertical direction through antenna phase control of the active antenna system. That is, the beamforming for the broadcast channel may be formed in the entire coverage by performing beamforming in the vertical direction by changing the phase in stages.
  • FIG. 12 is another diagram illustrating a beam pattern for broadcasting channel transmission according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 illustrates a case in which antenna selection is performed according to FIG. 10B.
  • a broadcast channel is transmitted using four antenna ports horizontally grouped, and the antenna beam is spread in a vertically spread form through left and right interactions between the transmitted antennas.
  • the coverage of the entire broadcast channel can be extended by performing beamforming in the left and right directions through antenna phase control of the active antenna system. That is, the beamforming for the broadcast channel may be formed in the entire coverage by performing beamforming in the left and right directions by changing the phase in stages.
  • FIG. 13 is another diagram illustrating a beam pattern for broadcasting channel transmission according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 illustrates a case where antenna selection is made according to FIG. 10C.
  • the beam shape has a sphere shape similar to that of one antenna. In this case, it transmits without phase control separately.
  • the coverage extension for the broadcast channel may be smaller than in the case of FIGS. 11 and 12.
  • the outermost antenna may be selected to use the ID ULA antenna structures as shown in FIGS. 11 and 12 or to minimize the interaction between the antennas as shown in FIG.
  • the base station can extend the coverage of the broadcast channel, in particular, the antenna in three cases If the selection technique is applied periodically, it is possible to minimize the unreachable shadow area of the broadcast channel in the cell.
  • FIGS. 11 and 12 when a broadcast channel is transmitted every 10 ms, 40 ms of time is required for all terminals of one sector to receive the broadcast channel through elevation bumping and horizontal bump forming. May be required.
  • the antenna selection of FIG. 11 is applied to the first 40 ms and the antenna selection of FIG. 12 is applied to the second 40 ms. Can be.
  • a shaded area as shown in FIG. 9 may occur.
  • the 3D beamforming environment if accurate beamforming is not performed, it is difficult to form a communication link between the base station and the terminal, so that the amount of information fed back to the base station by the terminal and the amount of computation that calculates the same may increase.
  • the terminal if the beam does not reach the terminal because the 3D range (ca l i brat ion) is not made correctly, the terminal may be in a null (nul l) state.
  • an antenna selected for transmitting a broadcast channel corresponds to 1/4 of the total number of antennas. Since the transmit power is attenuated four times, it is necessary to use a PAM with a four times larger dynamic range to obtain power of the same magnitude as that of the entire antenna in the selected antenna.
  • FIG. 14 is an exemplary diagram of cell coverage extension in large scale MIM0 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 illustrates an example of coverage extension using a PAM having a larger dynamic range than the PAM shown in FIG. 7 in the grouped antenna ports.
  • FIG. 15 illustrates a block diagram of a communication device according to an embodiment of the present invention.
  • the communication device 1500 includes a processor 1510, a memory 1520, an RF modules 1530, a display modules 1540, and a user interface modules 1550.
  • the communication device 1500 is shown for convenience of description and some models may be omitted.
  • the communication device 1500 may further include the necessary modules.
  • some of the hairs in the communication device 1500 can be divided into more granular hairs.
  • the processor 1510 is configured to perform an operation according to an embodiment of the present invention illustrated with reference to the drawings. In detail, the detailed operation of the processor 1510 may refer to the contents described with reference to FIGS. 1 to 18.
  • the memory 1520 is connected to the processor 1510 and stores an operating system, an application, a program code, data, and the like.
  • the RF modules 1530 are connected to the processor 1510 and perform a function of converting a baseband signal into a wireless signal or converting a wireless signal into a baseband signal. For this purpose, the RF modules 1530 perform analog conversion, amplification, filtering and frequency up-conversion or their reverse processes.
  • Display modules 1540 are connected to the processor 1510 and display various information.
  • the display module 1540 can use well-known elements such as, but not limited to, LCDCLiquid Crystal Diplay, Light Emitting Diode (LED), and Organized Light Emitting Diode (0LED).
  • the user interface models 1550 are connected to the processor 1510 and can be configured with a combination of well known user interfaces such as a keypad, touch screen, and the like.
  • each component or feature is to be considered optional unless stated otherwise.
  • Each component or feature may be embodied in a form that is not combined with other components or features. It is also possible to combine some of the components and / or features to form an embodiment of the invention.
  • the order of the operations described in the embodiments of the present invention may be changed. Some configurations or features of one embodiment may be included in another embodiment or may be substituted for components or features of another embodiment. It is obvious that the claims may be combined to form an embodiment by combining claims that do not have an explicit citation relationship in the claims or as new claims by post-application correction.
  • the specific operation described in this document to be performed by a base station may be performed. It can be performed by its upper node. That is, it is apparent that various operations performed for communication with the terminal in a network including a plurality of network nodes including a base station may be performed by the base station or other network nodes other than the base station.
  • a base station may be replaced by terms such as a fixed station, a Node B, an eNode B (eNB), an access point, and the like.
  • An embodiment according to the present invention may be implemented by various means, for example, hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • an embodiment of the present invention may include one or more application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), and FPGAs.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field-programmable logic devices
  • processors controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • an embodiment of the present invention may be implemented in the form of modules, procedures, functions, etc. that perform the functions or operations described above.
  • the software code may be stored in a memory unit and driven by a processor.
  • the memory unit may be located inside or outside the processor, and may exchange data with the processor by various known means.

Abstract

본 출원에서는 무선 통신 시스템에서 기지국이 대규모(massive) MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 안테나를 통하여 방송 채널을 송신하는 방법이 개시된다. 구체적으로, 상기 방법은, 상기 대규모 MIMO 안테나의 전체 안테나 엘리먼트들 중 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들을 선택하는 단계; 및 상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들을 이용하여 빔포밍을 수행하여 상기 방송 채널을 송신하는 단계를 포함하고, 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들에 인가되는 전력은 나머지 안테나 엘리먼트들에 인가되는 전압보다 큰 것을 특징으로 한다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
무선 통신 시스템에서 대규모 MIM0를 통한 방송 채널 송신 방법 및 이를 위한 장치
【기술분야】
[1] 본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서 , 보다 상세하게는, 무선 통신 시스템에서 대규모 MIM0를 통한 방송 채널 송신 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
【배경기술】
[2] 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 일례로서 3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution; 이하 "LTE"라 함) 통신 시스템에 대해 개략적으로 설명한다.
[3] 도 1은 무선 통신 시스템의 일례로서 E-UMTS 망구조를 개략적으로 도시한 도면이다. E-UMTS( Evolved Universal Mobile Teleco瞧 unicat ions System) 시스템은 기존 UMTS(Universal Mobile Teleco薩 unicat ions System)에서 진화한 시스템으로서, 현재 3GPP에서 기초적인 표준화 작업을 진행하고 있다. 일반적으로 E-UMTS는 LTE(Long Term Evolution) 시스템이라고 할 수도 있다. UMTS 및 E-UMTS의 기술 규격 (technical speci f icat ion)의 상세한 내용은 각각 "3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network"의 Release 7과 Release 8을 참조할 수 있다.
[4] 도 1을 참조하면， E-UMTS는 단말 (User Equipment; UE)과 기지국 (eNode B; eNB, 네트워크 (E-UTRAN)의 종단에 위치하여 외부 네트워크와 연결되는 접속 게이트웨이 (Access Gateway; AG)를 포함한다. 기지국은 브로드캐스트 서비스， 멀티캐스트 서비스 및 /또는 유니캐스트 서비스를 위해 다중 데이터 스트림을 동시에 전송할 수 있다.
[5] 한 기지국에는 하나 이상의 셀이 존재한다. 샐은 1.25， 2.5， 5, 10, 15, 20Mhz 등의 대역폭 중 하나로 설정돼 여러 단말에게 하향 또는 상향 전송 서비스를 제공한다. 서로 다른 셀은 서로 다른 대역폭을 제공하도록 설정될 수 있다. 기지국은 다수의 단말에 대한 데이터 송수신을 제어한다. 하향링크 (Downl ink; DL) 데이터에 대해 기지국은 하향링크 스케줄링 정보를 전송하여 해당 단말에게 데이터가 전송될 시간 /주파수 영역， 부호화, 데이터 크기, HARQ(Hybr id Automat ic Repeat and reQuest ) 관련 정보 등을 알려준다. 또한, 상향링크 (Upl ink; UL) 데이터에 대해 기지국은 상향링크 스케줄링 정보를 해당 단말에게 전송하여 해당 단말이 사용할 수 있는 시간 /주파수 영역， 부호화, 데이터 크기， HARQ 관련 정보 등을 알려준다. 기지국간에는 사용자 트래픽 또는 제어 트래픽 전송을 위한 인터페이스가 사용될 수 있다. 핵심망 (Core Network ; CN)은 AG와 단말의 사용자 등록 등을 위한 네트워크 노드 등으로 구성될 수 있다. AG는 복수의 셀들로 구성되는 TA Yacking Area) 단위로 단말의 이동성을 관리한다.
[6] 무선 통신 기술은 WCDMA를 기반으로 LTE까지 개발되어 왔지만, 사용자와 사업자의 요구와 기대는 지속적으로 증가하고 있다. 또한， 다른 무선 접속 기술이 계속 개발되고 있으므로 향후 경쟁력을 가지기 위해서는 새로운 기술 진화가 요구된다. 비트당 비용 감소, 서비스 가용성 증대, 융통성 있는 주파수 밴드의 사용, 단순구조와 개방형 인터페이스, 단말의 적절한 파워 소모 등이 요구된다. 【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
[7] 상술한 바와 같은 논의를 바탕으로 이하에서는 무선 통신 시스템에서 대규모 MIM0를 통한 방송 채널 송신 방법 및 이를 위한 장치를 제안하고자 한다.
【기술적 해결방법】
[8] 본 발명의 일 양상인 무선 통신 시스템에서 기지국이 대규모 (mass ive) MIMO(Mul t iple-lnput Mul t iple-Output ) 안테나를 통하여 방송 채널을 송신하는 방법은， 상기 대규모 MIM0 안테나의 전체 안테나 엘리먼트들 중 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들을 선택하는 단계; 및 상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들을 이용하여 범포밍을 수행하여 상기 방송 채널을ᅵ송신하는 단계를 포함하고， 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들에 인가되는 전력은 나머지 안테나 엘리먼트들에 인가되는 전압보다 큰 것을 특징으로 한다.
[9] 여기서, 상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들이 상기 전체 안테나 엘리먼트들 중 세로 축으로 그룹핑된 경우， 상기 방송 채널을 송신하는 단계는, 상하 방향의 빔포밍을 수행하여 상기 방송 채널을 송신하는 단계를 포함하는 단계를 포함할 수 있다. 특히， 상기 상하 방향의 빔포밍은， 소정 주기 동안 빔의 각도가 상하 방향으로 단계적으로 변화하는 것을 특징으로 한다 .
[ 10] 또한， 상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들이 상기 전체 안테나 엘리먼트들 중 가로 축으로 그룹핑될 수도 있으며， 이 경우 상기 방송 채널을 송신하는 단계는 좌우 방향의 빔포밍을 수행하여 상기 방송 채널을 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 물론， 상기 좌우 방향의 범포밍은, 소정 주기 동안 범의 각도가 좌우 방향으로 단계적으로 변화하는 것을 특징으로 한다.
[ 11] 바람직하게는, 상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들은 상기 전체 안테나 엘리먼트들 중 세로 축으로 그룹핑된 제 1 방송 채널 전용 안테나 그룹과 상기 전체 안테나 엘리먼트들 중 가로 축으로 그룹핑된 제 2 방송 채널 전용 안테나 그룹을 포함하고， 상기 방송 채널을 송신하기 위한 안테나 그룹은 상기 제 1 방송 채널 전용 안테나 그룹과 상기 제 2 방송 채널 전용 안테나 그룹이 주기적으로 이용되는 것을 특징으로 한다.
[ 12] 한편， 본 발명의 다른 양상인 무선 통신 시스템에서 송신 장치는， 대규모 (massive) MIM0(Mul t iple-Input Mul t iple-Output ) 안테나를 포함하는 무선 통신 모들; 및 상기 대규모 MIM0 안테나의 전체 안테나 엘리먼트들 중 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들을 선택하고， 상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들을 이용하여 빔포밍을 수행하여 상기 방송 채널을 송신하도록 상기 무선 통신 모들을 제어하는 프로세서를 포함하고， 상기 프로세서는 상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들에 인가되는 전력을 나머지 안테나 엘리먼트들에 인가되는 전압보다 크도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
[ 13] 여기서, 상기 프로세서는， 상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들이 상기 전체 안테나 엘리먼트들 중 세로 축으로 그룹핑한 경우, 상하 방향의 범포밍을 수행하여 상기 방송 채널을 송신하도록 상기 무선 통신 모돌을 제어할 수 있다. 또는， 상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들이 상기 전체 안테나 엘리먼트들 중 가로 축으로 그룹핑하였다면， 상기 프로세서는 좌우 방향의 범포밍을 수행하여 상기 방송 채널을 송신하도록 상기 무선 통신 모들을 제어할 수 있다.
[ 14] 바람직하게， 상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들은 상기 전체 안테나 엘리먼트들 중 세로 축으로 그룹핑된 제 1 방송 채널 전용 안테나 그룹과 상기 전체 안테나 엘리먼트들 중 가로 축으로 그룹핑된 제 2 방송 채널 전용 안테나 그룹을 포함할 수 있고， 이 경우 상기 프로세서는 상기 방송 채널을 송신하기 위한 안테나 그룹으로서， 상기 제 1 방송 채널 전용 안테나 그룹과 상기 제 2 방송 채널 전용 안테나 그룹이 주기적으로 이용하는 것을 특징으로 한다 .
【유리한 효과】
[ 15] 본 발명의 실시예에 따르면 무선 통신 시스템에서 대규모 안테나 어레이를 통하여 방송 채널을 효율적으로 송신할 수 있다.
[ 16] 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며， 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
【도면의 간단한 설명】
[ 17] 도 1은 무선 통신 시스템의 일례로서 E-UMTS 망구조를 개략적으로 도시한 도면.
[ 18] 도 2은 일반적인 다중 안테나 (MIM0) 통신 시스템의 구성도.
[ 19] 도 3은 대규모 (Massive) MIMO를 위한 안테나 형태를 도시한다.
[20] 도 4는 안테나 틸팅 방식을 설명하기 위한 도면이다.
[21] 도 5은 기존 안테나 시스템과 능동 안테나 시스템을 비교하는 도면이다.
[22] 도 6는 능동 안테나 시스템에 기반하여, 단말 특정 빔을 형성한 예를 도시한다.
[23] 도 7은 대규모 MIM0 환경에 적용된 능동 안테나 시스템올 예시하는 도면이다.
[24] 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 방송 채널을 위한 범 폭의 가변 방법을 예시한다.
[25] 도 9는 소정의 안테나만을 이용하여 방송 채널 전송 시 문제점을 예시하는 도면이다.
[26] 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 방송 채널 전송을 위한 안테나 선택의 예시이다.
[27] 도 11은 본 발명의 실시예에 따라 방송 채널 전송을 위한 빔 패턴을 도시하는 도면이다.
[28] 도 12는 본 발명의 실시예에 따라 방송 채널 전송을 위한 빔 패턴을 도시하는 다른 도면이다.
[29] 도 13은 본 발명의 실시예에 따라 방송 채널 전송을 위한 빔 패턴을 도시하는 또 다른 도면이다.
[30] 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 대규모 MIM0 에서 셀 커버리지 확장의 예시도이다.
[31] 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다. 【발명의 실시를 위한 형태】
[32] 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들에 의해 본 발명의 구성， 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적 특징들이 3GPP 시스템에 적용된 예들이다.
[33] 본 명세서는 LTE 시스템 및 LTE-A 시스템을 사용하여 본 발명의 실시예를 설명하지만， 이는 예시로서 본 발명의 실시예는 상기 정의에 해당되는 어떤 통신 시스템에도 적용될 수 있다. 또한， 본 명세서는 FDD 방식을 기준으로 본 발명의 실시예에 대해 설명하지만， 이는 예시로서 본 발명의 실시예는 H— FDD 방식 또는 TDD 방식에도 용이하게 변형되어 적용될 수 있다ᅳ
[34] 이하 MIM0 시스템에 대하여 설명한다. MIMXMul t ipl e— Input Mul t ipl e- Output )는 복수개의 송신안테나와 복수개의 수신안테나를 사용하는 방법으로서， 이 방법에 의해 데이터의 송수신 효율올 향상시킬 수 있다. 즉, 무선 통신 시스템의 송신단 흑은 수신단에서 복수개의 안테나를 사용함으로써 용량을 증대시키고 성능을 향상 시킬 수 있다. 이하 본 문헌에서 MIM0를 '다중 안테나 '라 지칭할 수 있다.
[35] 다증 안테나 기술에서는, 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않는다. 그 대신 다증 안테나 기술에서는 여러 안테나에서 수신된 데이터 조각 ( fragment )을 한데 모아 병합함으로써 데이터를 완성한다. 다중 안테나 기술을 사용하면， 특정된 크기의 셀 영역 내에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나， 또는 특정 데이터 전송 속도를 보장하면서 시스템 커버리지 (coverage)를 증가시킬 수 있다. 또한， 이 기술은 이동통신 단말과 중계기 등에 폭넓게 사용할 수 있다. 다중 안테나 기술에 의하면, 단일 안테나를 사용하던 종래 기술에 의한 이동 통신에서의 전송량 한계를 극복할 수 있다.
[36] 일반적인 다중 안테나 (MIM0) 통신 시스템의 구성도가 도 2에 도시되어 있다. 송신단에는 송신 안테나가 Ντ개 설치되어 있고, 수신단에서는 수신 안테나가 NR개가 설치되어 있다. 이렇게 송신단 및 수신단에서 모두 복수개의 안테나를 사용하는 경우에는， 송신단 또는 수신단 중 어느 하나에만 복수개의 안테나를 사용하는 경우보다 이론적인 채널 전송 용량이 증가한다. 채널 전송 용량의 증가는 안테나의 수에 비례한다. 따라서, 전송 레이트가 향상되고， 주파수 효율이 향상된다 하나의 안테나를 이용하는 경우의 최대 전송 레이트를 R。라고 한다면, 다중 안테나를 사용할 때의 전송 레이트는, 이론적으로， 아래 수학식 1과 같이 최대 전송 레이트 Ro에 레이트 증가율 Ri를 곱한 만큼 증가할 수 있다ᅳ 여기서 Ri는 Ντ와 NR 중 작은 값이다.
37] 【수학식 1】
Figure imgf000008_0001
[39] 예를 들어, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIM0 통신 시스템에서는， 단일 안테나 시스템에 비해 이론상 4배의 전송 레이트를 획득할 수 있다. 이와 같은 다중 안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90 년대 중반에 증명된 이후, 실질적으로 데이터 전송률을 향상시키기 위한 다양한 기술들이 현재까지 활발히 연구되고 있으며， 이들 중 몇몇 기술들은 이미 3 세대 이동 통신과 차세대 무선랜 등의 다양한 무선 통신의 표준에 반영되고 있다.
[40] 현재까지의 다중안테나 관련 연구 동향을 살펴보면 다양한 채널 환경 및 다중접속 환경에서의 다중안테나 통신 용량 계산 등과 관련된 정보 이론 측면 연구， 다중안테나 시스템의 무선 채널 측정 및 모형 도출 연구, 그리고 전송 신뢰도 향상 및 전송률 향상을 위한 시공간 신호 처리 기술 연구 등 다양한 관점에서 활발한 연구가 진행되고 있다.
[41] 다중 안테나 시스템에 있어서의 통신 방법을 보다 구체적인 방법으로 설명하기 위해 이를 수학적으로 모델링 하는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 Ντ개의 송신 안테나와 NR개의 수신 안테나가 존재하는 것을 가정한다. 먼저, 송신 신호에 대해 살펴보면， Ντ개의 송신 안테나가 있는 경우 최대 전송 가능한 정보는 Ντ개이므로, 전송 정보를 하기의 수학식 2와 같은 백터로 나타낼 수 있다.
[42] 【수학식 2】
Figure imgf000009_0001
^1？ ^2： S
[44] 한편， 각각의 전송 정보 N
τ에 있어 전송 전력을 다르게 할 수 있으며， 이때 각각의 전송 전력을 ΡιΊ·'Ί라 하면, 전송 전력이 조정된 전송 정보를 백터로 나타내면 하기의 수학식 3과 같다.
Figure imgf000009_0002
[47] 또한 를 전송 전력의 대각행렬 ^를 이용하여 나타내면 하기의 수학식 4와 같다.
[48] 【수학식 4】
Figure imgf000009_0003
[50] 한편， 전송전력이 조정된 정보 백터 8에 가중치 행렬 W가 적용되어 실제 전송되는 Ντ 개의 송신신호 (transmitted signal) 1' 2' ' ^가 구성되는 경우를 고려해 보자. 여기서, 가중치 행렬은 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 수행한다. 이와 같은 전송신호
V
•^1 -^2： 백터 를 이용하여 하기의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. 여기서 ^는 ζ·번째 송신안테나와 번째 정보 간의 가중치를 의미한다. W 가중치 행렬 (Weight Matrix) 또 1Γ리코딩 행렬 (Precoding Matrix)이라고 불린다.
[51] 【수학식 5】
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0002
[53] 일반적으로， 채널 행렬의 랭크의 물리적인 의미는， 주어진 채널에서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수라고 할 수 있다. 따라서 채널 행렬의 탱크 (rank)는 서로 독립인 (independent) 행 (row) 또는 열 (column)의 개수 중에서 최소 개수로 정의되므로, 행렬의 탱크는 행 (row) 또는 열 (column)의 개수보다 클 수 없게 된다. 수식적으로 예를 들면， 채널 행렬 H의 탱크 (rank(H))는 수학식 6과 같이 제한된다.
[54] 【수학식 6】
[55] rank{n)≤mm{NT,NR)
[56] 또한, 다중 안테나 기술을 사용해서 보내는 서로 다른 정보 각각을 '전송 스트림 (Stream)' 또는 간단하게 1스트림' 으로 정의하기로 하자. 이와 같은 '스트림' 은 레이어 (Layer) ' 로 지칭될 수 있다. 그러면 전송 스트림의 개수는 당연히 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수인 채널의 탱크 보다는 클 수 없게 된다. 따라서， 채널 행렬이 H는 아래 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
[57] 【수학식 7】 [5g] # of streams < rank(n)≤ min(NT， NR )
[59] 여기서 "# of streams"는 스트림의 수를 나타낸다. 한편， 여기서 한 개의 스트림은 한 개 이상의 안테나를 통해서 전송될 수 있음에 주의해야 한다.
[60] 한 개 이상의 스트림을 여러 개의 안테나에 대웅시키는 여러 가지 방법이 존재할 수 있다. 이 방법을 다중 안테나 기술의 종류에 따라 다음과 같이 설명할 수 있다. 한 개의 스트림이 여러 안테나를 거쳐 전송되는 경우는 공간 다이버시티 방식으로 볼 수 있고， 여러 스트림이 여러 안테나를 거쳐 전송되는 경우는 공간 멀티플렉싱 방식으로 볼 수 있다. 물론 그 중간인 공간 다이버시티와 공간 멀티플렉싱의 흔합 (Hybr i d)된 형태도 가능하다.
[61] 이하， 대규모 (Mass ive) MIM0에 관하여 설명한다. 도 3은 대규모 MIM0를 위한 안테나 형태를 도시한다.
[62] 도 3을 참조하면, 대규모 MIM0는 기존의 안테나 어레이에서 더 많은 안테나를 집적한 형태로 기지국에 수백 개 이상의 안테나를 장착하여 지향성 방사 패턴， 펜슬 빔포밍 (penc i l beamforming)을 얻기 위해 안테나를 공간에 배치하고, 한 배열 내에 많은 소형 안테나를 사용해 단일 대형 안테나와 동일한 성능을 얻는 것이다. 여러 개 (예를 들어， 수백개)의 안테나 집적으로 인해서 단일 대형 안테나에서 발생하는 기계적 문제를 소형 안테나를 급전하는 전기적인 문제로 해결 할 수 있는 특징이 있다.
[63] 기존 기지국 /단말이 갖는 안테나 형태 또는 안테나 어레이의 구조는 일반적으로 ULACUni form Linear Array) 방식을 이용하며， 이는 동일한 공진 주파수를 갖는 안테나와 각 엘리먼트 간의 간격을 일정하게 유지하면서 선형 배열 구조로 나열하는 형태로 사용해 왔다. 배열은 일반적으로 규칙적으로 배열된 동일 소자들로 이루어지며， 지향 방사 패턴을 얻기 위해 복수 개의 안테나를 소정 공간에 일정하게 배치하고 이들을 서로 접속하는 구조이다.
[64] 안테나 어레이의 성능을 결정짓는 것은 안테나 어레이를 형성하는 단일 안테나 엘리먼트의 동작 특성 및 종류에 의해서 결정되며， 단일 안테나 엘리먼트가 동작하는 공진 주파수와 전류분포 및 방사패 턴에 따라서 안테나 어레이의 동작 대역 및 특성이 결정 된다. 즉, 아래 수학식 8과 같이ᅳ 안테나 어레이의 특성은 엘리먼트의 특성과 안테나 어레이의 수 안테나간 간격에 의해서 결정된다.
[65] 【수학식 8】
[66]
Figure imgf000012_0001
[67] 또한, 복수 개의 동일한 소자로 구성된 균일 어레이 (Uni form Array)의 전계는 아래 수학식 9와 같이， 원점에 위치한 단위 소자의 전계와 AF(Array Factor )를 곱한 것과 같다.
[68] 【수학식 9】
_ | + a+j{kdcose+ )ᅩ a+j2{kdc se+j3)ᅩ ^+j {N-l )(kdcose+fl )
Figure imgf000012_0002
[69]
[70] 즉， 대규모 MIM0는 기존의 안테나 어레이를 집적한 구조라고 볼 수 있으며， 대규모 MIM0가 형성하는 전계는 단위 안테나와 안테나 수에 의존한다. 또한， 안테나 어레이의 방사 패턴은 각 안테나 소자들의 형태, 그들의 방향, 공간에서의 위치， 그리고 급전하는 전류의 크기와 위상에 따라 결정되며 방사되는 빔 폭은 안테나의 수에 의존적이며, 그 수가 많을수록 빔 조향 및 범 폭은 정밀해진다. 따라서， 동일한 형태， 특성을 갖는 안테나를 무수히 많이 사용할수록 빔포밍은 더욱 정밀해지며, 매우 협소한 빔 폭을 갖는 빔을 펜슬 빔 (penci l beam)이라고 한다. 기본적으로 대규모 MIM0는 안테나 어레이의 구조를 갖기 때문에 특정한 목표물을 기준으로 신호를 전달하기 위해 위상을 곱하게 되는데, 이때 수학식 8과 같이 위상의 값이 안테나 포트 별로 일정하게 증가하여 특정한 목표물이 있는 방향으로 범의 조향이 가능해진다. 기존 샐를러 시스템에서 기지국 /단말은 ULA 구조의 안테나를 사용하며， 이는 모든 이동통신 서비스 대역에서 동일한 방사 빔 패턴 (radiation beam pattern)을 갖도록 동일한 특성을 갖는 안테나를 복수 개 사용한 구조이다.
[71] 이하, 능동 안테나 시스템 (Active Antenna System; S) 및 3 차원 빔포밍에 관하여 설명한다.
[72] 기존 셀를러 시스템에서 기지국은 기계적 틸팅 (mechanical tilting) 흑은 전기적 틸팅 (electrical tilting)을 이용하여 셀 간 간섭을 줄이고, 셀 내 단말들의 쓰루풋 예를 들어 SINR (Signal to Interference plus Noise ratio)의 향상시키는 방안을 사용해 왔다. 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
[73] 도 4는 안테나 틸팅 방식을 설명하기 위한 도면이다. 특히, 도 4의 )는 안테나 틸팅이 적용되지 않은 안테나 구조를 도시하고, 도 4의 (b)는 기계적 틸팅이 적용된 안테나 구조를 도시하며, 도 4의 (c)는 기계적 틸팅과 전기적 틸팅 모두 적용된 안테나 구조를 도시한다.
[74] 도 4의 (a)와 도 4의 (b)를 비교하면, 기계적 틸팅의 경우 도 4의 (b)와 같이 초기 설치 시 빔 방향이 고정되어 버리는 단점이 있다. 나아가, 전기적 틸팅의 경우 도 4의 (c)와 같이 내부 위상 천이 (phase shift) 모듈을 이용하여 틸팅 각 (tilting angle)을 변경할 수 있지만, 사실상 샐 고정적 틸팅으로 인하여 매우 제약적인 수직 범포밍 (vertical beamforming)만 가능한 단점이 있다.
[75] 도 5은 기존 안테나 시스템과 능동 안테나 시스템 (Active Antenna System; MS)을 비교하는 도면이다. 특히 도 5의 (a)는 기존 안테나 시스템을 도시하고， 도 5의 (b)는 능동 안테나 시스템올 도시한다.
[76] 도 5을 참조하면， 능동 안테나 시스템은 기존 안테나 시스템과 달리 복수의 안테나 모들 각각이 전력 증폭기를 비롯한 RF모들, 즉 능동 (active) 소자를 포함하고 있어, 안테나 모들 각각에 대한 전력 및 위상 조절이 가능한 특징이 있는 시스템이다.
[77] 일반적으로 고려하던 MIM0 안테나 구조는 ULA uni fo l inear array)와 같이 선형적인, 즉 1 차원 어레이의 안테나를 고려하였다. 이러한 1 차원 어레이 구조에서는 빔포밍으로 생성 가능한 빔이 2 차원 평면 내에 존재하게 된다. 이는 기존 기지국의 수동 안테나 시스템 (Pass ive Antenna System ; PAS) 기반 MIMO구조에도 적용된다. PAS 기반 기지국에도 수직 안테나들 및 수평 안테나들이 존재하지만， 수직 안테나들은 하나의 RF모들에 묶여있어 수직방향으로 빔포밍이 불가능하며, 상술한 기계적 틸팅 만이 적용 가능하다.
[78] 그러나, 기지국의 안테나 구조가 능동 안테나 시스템으로 진화하면서 수직 방향의 안테나들에도 독립적인 RF모들이 구현되었으며, 이에 따라 수평 방향뿐만 아니라 수직 방향으로도 빔포밍이 가능하게 되었다. 이를 엘리베이션 빔포밍 (elevat i on beamforming)이라고 지칭한다.
[79] 엘리베이션 범포밍에 따르면， 생성 가능한 빔들은 수직 및 수평방향으로 3차원 공간에 표현될 수 있으므로， 이를 3 차원 범포밍이라 지칭할 수도 있다. 즉， 3 차원 빔포밍은 1 차원 어레이의 안테나 구조에서 평면형태의 2 차원 어레이의 안테나 구조로 진화하며 가능해 진 것이다. 여기서, 3 차원 빔포밍은 안테나 어레이가 꼭 평면 (pl anar ) 형상인 경우에만 가능한 것은 아니고, 링 (r i ng) 형태의 3차원 형태의 어레이 구조에서도 3 차원 범포밍이 가능하다. 3 차원 빔포밍의 특징은 기존 1 차원 어레이의 안테나 구조가 아닌 다양한 형태의 안테나 배치로 인해 MIM0프로세스가 3 차원 공간 상에서 이루어 진다는 것이다.
[80] 도 6는 능동 안테나 시스템에 기반하여, 단말. 특정 빔을 형성한 예를 도시한다. 도 6를 참조하면， 3 차원 빔포밍으로 인하여 단말이 기지국 좌우로 움직일 경우뿐만 아니라 전후로 움직이는 경우까지 범포밍이 가능하므로, 단말 특정 범 형성에 보다 높은 자유도가 제공됨을 알 수 있다.
[81] 나아가, 능동 안테나 기반의 2 차원 어레이의 안테나 구조를 이용한 전송 환경으로는 실외 기지국에서 실외 단말에게 전송하는 환경뿐만 아니라， 실외 기지국이 실내 단말에 대하여 전송하는 환경 (021 , Outdoor to Indoor) 및 실내 기지국이 실내 단말에 전송하는 환경 ( Indoor hot spot ) 둥을 고려할 수 있다. [82] 또한, 능동 안테나 기반의 2차원 안테나 어레이를 이용한 전송 환경으로는 실제 셀 환경을 고려할 경우， 기존 무선 채널 환경과는 다른 채널 특성， 예를 들어 높이 차이에 따른 음영 /경로 손실 변화， 페이딩 특성 변화 등을 반영할 필요가 있다. 특히, 펜슬 빔포밍과 같은 정밀한 빔을 이용한 송신이 이루어질 경우, 단말의 위치에 따라 3D 범포밍이 유용한 경우와 유용하지 않은 경우가 발생할 수 있다. 또한， 펜슬 범포밍과 같이 빔이 정밀해질 경우, 기지국의 커버리지가 물리적으로 좁아지게 되어 음영 지역이 대거 발생할 수 있다.
[83] 이처럼 기지국에서 발생하는 방사형태에 따라 단말은 채널 특성에 대한 정보 추정이 더욱 복잡해지고， 단말과 기지국간에 채널 링크 복잡도가 증가하고, 단말의 계산 복잡도가 증가하게 된다. 특히, 정밀한 빔 조향을 위해 어레이 규모가 대규모 MIM0 만큼 증가될수록 단말의 계산 복잡도뿐만 아니라 피드백 정보량, 구현 복잡도도 급격히 증가하게 될 뿐만 아니라 기지국의 음영 지역이 커지게 된다. 또한, 방송 채널을 수신하기 위해 선택된 안테나 포트수가 제한적이기 때문에, 능동 안테나 시스템에서 전력 손실이 발생하고， 적은 양의 안테나 수에 의한 빔 이득 감쇠, 셀 커버리지가 감쇠하여 셀 경계 영역까지 방송 채널이 도달하지 못하게 된다.
[84] 따라서 본 발명은, 방송 채널을 전송하기 위해 선택되는 안테나 포트에 연결되는 RF 모들의 PAM의 다이나믹 레인지 (dynami c range)를 다른 안테나 포트에서 사용되는 RF 모들보다 출력 범위를 증가시켜서 선택된 안테나포트에 의해서 감쇠되는 셀 커버리지 를 극복하는 기술을 제안한다.
[85] 상술한 바와 같이, 능동 안테나 시스템의 발달로 인하여 기지국은 3D 빔포밍이 가능하며, 이는 기지국에 대규모 ΜΒ Ο 환경이 형성되면서 방사되는 범의 형태는 안테나의 개수가 증가함에 비례해서 더욱 더 정밀해지는 구조이다.
[86] 도 7은 대규모 ΜΙΜ0 환경에 적용된 능동 안테나 시스템을 예시하는 도면이다. 특히， 도 7은 대규모 ΜΙΜ0 환경에서 능동 안테나 시스템이 도입되면서 기지국이 3D 빔포밍이 가능해진 것을 나타내는 동작을 예시한다. ，
[87] 능동 안테나 시스템도입으로 인한 3D 빔포밍이 가능해 짐에 따라 엘리베이션 범포밍 /수평 빔포밍 역시 가능해 질 수 있으며， 앨리베이션 빔포밍을 통해서 기지국은 셀 내에서도 전송 범위 제어를 통한 셀간 간섭을 최소화 할 수 있다. 이는 수직 방향으로 빔을 틸팅할 수 있게 되면서, 샐간 경계면세서 발생하는
ICK lnter Cel l Interference , Intra Cel l Interference)를 극복할 수 있다. 또한, 빔포밍의 빔 폭을 2:절함으로써 기지국 /단말은 범포밍 되지 않는 상황, 예를 들어 LOSCLine Of Sight )가 확보되지 ―않는 상황에서 효과적으로 링크 형성 및 데이터 송수신이 가능하며, 정밀한 3D 빔을 사용하면서 발생하는 음영 지역을 극복 하고, 3D 빔 커버리지를 확장할 수 있다.
[88] 이하에서는, 대규모 MIM0 환경에서 능동 안테나 시스템을 이용하여 방송 채널 커버리지를 확대하는 방법에 대해서 제안한다.
[89] 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 방송 채널을 위한 빔 폭의 가변 방법을 예시한다ᅳ 특히 도 8은 능동 안테나 시스템을 이용하여 범 폭을 조절하기 위해 안테나 포트에 인가되는 전력을 온 /오프 (on/off )함으로써, 기지국 안테나가 형성하는 방사 패턴의 빔 폭을 조절한다. 즉, , 능동 안테나 시스템의 특성을 이용하여 사용하는 안테나 수를 인위적으로 감쇠시켜서 빔 폭을 가변 하는 방식이다.
[90] 본 발명에서는 대규모 MIM0 환경에서 3D 빔을 조절하기 위해 능동 안테나 시스템을 이용하며, 전력 인가 여부를 조절하는 방식으로 안테나 수를 선택적으로 제어하고, 이를 통하여 기지국에서 형성되는 방사 빔의 형상을 조절한다. 다만. 실제 동작하는 안테나의 수가 감소하기 때문에 안테나 범 이득이 감소하고 빔 커버리지가 변화하게 되는 단점이 있다.
[91] 도 9는 소정의 안테나만을 이용하여 방송 채널 전송 시 문제점을 예시하는 도면이다.
[92] 도 9를 참조하면， 방송 채널을 전송하기 위해 선택된 안테나만을 이용할 경우， 빔 이득이 감쇠하여 빔 커버리지가 작아져 셀 경계 부분에서는 신호를 수신하지 못하는 음영 지역이 커진 것을 알 수 있다. 각 안테나 포트에 연결되는 능동 안테나 시스템의 RF 구조는 동일한 구조이며, RF모들의 PAM도 동일한 소자로 구성되기 때문에 다이나믹 레인지가 제한적이다. 따라서， 안테나에서 출력되는 전력이 감소되며, 수신단에서 수신하는 전력이 낮아지게 되어 음영 지역이 증가하게 된다. 이를 보다 수학식 10을 통해 이론적으로 접근한다.
[93] 【수학식 10】
EIRP = P X Ga
Figure imgf000017_0001
4ττ
Ρ χ Α
[94]
[95] ¾ ᅵ 수학식 10에서 EIRP는 무선기기의 유효출력의 개념으로써, 안테나 이득의 효과를 함께 고려한 유효 송신출력을 나타내는 수치 이다. Pt는 안테나에서 출력되는 송신기 출력 전력을 의미하며， Ga는 안테나 이득이다. 안테나 이득이 일정하다고 가정할 경우, 송신단에서 출력되는 전력은 안테나 수에 비례하는 것을 의미한다.
[96] 예를 들어 ΙΟΟΤχ의 능동 안테나 시스템이 적용된 대규모 MIM0에서 Pt의 크기는 증폭기의 다이나믹 레인지에 의해서 결정이 된다. 그러나， CRS 포트처럼 방송 채널을 전송하기 위해 선택된 소수의 안테나 (예를 들어, 10개)일 경우， 대규모 MIM0의 전체 Pt에 비해 10배 적은 Pt를 갖기 때문에, EIRP가 10dB 작은 값을 갖게 된다. 위 수학식 10을 이용하여 감쇠되는 셀 커버리지를 계산한다면， 약 10배 샐 커버리지가 감쇠하는 것을 계산할 수 있다. 이는 실제 안테나에서 형성되는 송신 출력이 감쇠함을 의미하고, 송신 출력이 감쇠하기 때문에 씰 경계에서 충분한 전력이 전달되지 않는다는 것을 의미한다.
[97] 3D 범포밍은 L0S 환경에 가장 최적화 되는 구조이다. 안테나 수가 무수히 많이 증가하면서 빔의 HPBW(Hal f-Power Beamwidth)가 매우 협소해질 수 있으며, 이로 인하여 높은 전송 속도와 더불어 낮은 송신 전력 전송을 가능케 한다. 그러나, 기지국과 단말간의 동기 획득이 어려워지고， 빔 틸팅 각도 (beam t i l t ing angle)의 부정확성， 단말의 이동에 따른 채널 복잡도 (channel complexi ty)증가, 간섭 등에 의한 셀 커버리지의 감소 등의 단점도 존재한다. 또한, 안테나 어레이의 구성 및 크기의 차이 그리고 /또는 위치 및 고도 차이로 엘리베이션 빔 제어 범위의 차이가 존재할 수 있으며， 기지국과 단말이 서로 통신 링크 형성이 되지 않을 수도 있다.
[98] 만약, 기지국이 방송 채널을 전송하기 위해 도 9과 같이 동일한 PAM을 갖는 능동 안테나 시스템 구조를 이용할 경우， 방송 채널 정보를 전달하기 위한 범 패턴은 형성 되지만， 셀 커버리지가 작아지고, 출력 전력이 감쇠하여 샐 경계에 있는 단말은 널 (nul l ) 상태에 빠지거나， 기지국과 통신하기 위한 환경을 갖지 못하게 된다.
[99] 따라서， 본 발명에서는, 기지국은 3D 빔에서 형성하는 광역 빔 (broad beam)의 커버리지를 확장하기 위해 소정의 선택된 안테나 별로 다이나믹 레인지가 다른 PAM을 사용하는 것을 제안한다.
[ 100] 구체적으로, 기존 능동 안테나 시스템의 경우， 모든 안테나 포트에 인가되는 전력은 각 안테나 포트에 동일한 다이나믹 레인지를 갖는 PAM을 이용하며， PAM의 선형성 ( l inear i ty)이 확보되는 다이나믹 레인지에서 일정하게 출력 전력을 증가 또는 감소 시키는 방식을 이용하여 안테나에서 형성되는 3D 빔을 유지하여 세밀한 빔 폭을 형성하게 한다. 그러나 기존 대규모 MIM0 환경에서 능동 안테나 시스템을 이용한 방송 채널 전송을 위해 선택된 안테나만 동작 하게 하여 출력 전력이 감쇠하는 현상이 발생하며, 이로 인하여 셀 커버리지가 감쇠한다. 따라서， 본 발명은, 대규모 MIM0 환경에서， 방송 채널과 같은 광대역 채널을 전송하기 위해 사용되는 특정 안테나 포트에 인가되는 PAM의 다이나믹 레인지를 증가시켜 충분한 빔 이득을 확보하고， 방송 채널의 샐 커버리지를 확장시키는 것이다.
[ 101] 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 방송 채널 전송을 위한 안테나 선택의 예시이다. 특히， 도 10에서는ᅳ 안테니— 어레이에서 방송 채널을 전송하기 위해 안테나를 그룹핑하였으며， 방송 채널을 전송할 때 그룹핑되지 않은 다른 제어 채널 및 트래픽 채널을 전송하는데 이용할 수 있다. 이를 보다 구체적으로 설명한다.
[ 102] 도 11은 본 발명의 실시예에 따라 방송 채널 전송을 위한 빔 패턴을 도시하는 도면이다. 특히， 도 11은 도 10의 (a)에 따라 안테나 선택이 이루어진 경우를 도시한다.
[ 103] 도 11을 참조하면， 세로로 그룹핑된 4개 안테나 포트를 이용하여 방송 채널을 전송하며， 전송되는 안테나 간의 상하 상호 작용으로 안테나 빔의 형태가 가로로 넓게 퍼진 형태로 출력된다. 이러한 경우， 능동 안테나 시스템의 안테나 위상 제어를 통해 상하 방향으로의 빔포밍을 수행하여 전체적인 방송 채널의 커버리지를 확장할 수 있다 . 즉， 위상을 단계적으로 변화시켜 상하 방향으로의 빔포밍을 수행함으로써， 전체 커버리지에 상기 방송 채널을 위한 빔이 형성되도록 구현할 수 있다.
[104] 도 12는 본 발명의 실시예에 따라 방송 채널 전송을 위한 빔 패턴을 도시하는 다른 도면이다. 특히, 도 12는 도 10의 (b)에 따라 안테나 선택이 이루어진 경우를 도시한다.
[105] 도 12를 참조하면， 가로로 그룹핑된 4개 안테나 포트를 이용하여 방송 채널을 전송하며, 전송되는 안테나 간의 좌우 상호 작용으로 안테나 빔의 형태가 세로로 넓게 퍼진 형태로 출력된다. 이러한 경우, 능동 안테나 시스템의 안테나 위상 제어를 통해 좌우 방향으로의 빔포밍을 수행하여 전체적인 방송 채널의 커버리지를 확장할 수 있다. 즉, 위상을 단계적으로 변화시켜 좌우 방향으로의 빔포밍을 수행함으로써， 전체 커버리지에 상기 방송 채널을 위한 빔이 형성되도록 구현할 수 있다.
[ 106] 도 13은 본 발명의 실시예에 따라 방송 채널 전송을 위한 빔 패턴을 도시하는 또 다른 도면이다. 특히, 도 13은 도 10의 (c)에 따라 안테나 선택이 이루어진 경우를 도시한다.
[107] 도 13을 참조하면， 그룹핑된 4개의 안테나가 서로 가장 멀리 떨어진 구조로서 , 안테나 간의 상호 작용이 가장 약한 구조이다. 이 구조에서는 빔의 태가 하나의 안테나가 전송하는 형태와 유사한 구의 형태를 지니게 된다. 이 경우는 따로 위상 제어를 하지 않고 바로 전송한다. 다만, 이와 같은 경우, 도 11 및 도 12의 경우보다 방송 채널을 위한 커버리지 확장이 적을 수 있다는 단점이 존재한다.
[108] 특히， 안테나 어레이 구조에서 광역 빔을 형성하기 위해 도 11 및 도 12와 같은 ID ULA 안테나 구조를 사용하거나 도 13과 같이 안테나 간의 상호작용을 최소화 하는 최외각의 안테나를 선택할 수 있다. 상술한 안테나 선택에 의하여， 기지국은 방송 채널의 커버리지를 확장할 수 있으며， 특히， 세 가지 경우의 안테나 선택 기법을 주기적으로 적용한다면, 셀 내 방송 채널의 도달하지 못하는 음영 지역을 최소화할 수 있다.
[ 109] 특히， 도 11 및 도 12의 경우를 가정하면, 10ms 주기로 방송 채널이 송신된다면 하나의 섹터의 모든 단말이 엘리베이션 범포밍 및 수평 범포밍 등을 통하여 방송 채널을 수신하기 위해서는 40ms의 시간이 요구될 수 있다. 이와 같은 경우라면， 첫 번째 40ms의 시간에는 도 11의 안테나 선택을 적용하고， 두 번째 40ms의 시간에는 도 12의 안테나 선택을 적용하는 방식으로， 셀 내 방송 채널의 도달하지 못하는 음영 지역을 최소화할 수 있다.
[ 110] 상술한 바와 같이ᅳ 모든 안테나에 연결된 PAM의 다이나믹 레인지가 동일할 경우， 도 9와 같은 음영 지역이 발생할 수 있다. 또한, 3D 빔포밍 환경에서는 정확한 빔포밍이 이루어지지 않는다면， 기지국과 단말 간의 통신 링크 형성이 수행되기 어려우므로， 단말이 기지국에게 피드백하는 정보의 양 및 이를 산출하는 연산량이 증가할 수도 있다. 또한, 3D 범의 조절 (ca l i brat ion)이 정확히 이루어지지 않아 빔이 단말에게 도달하지 못할 경우， 단말은 널 (nul l ) 상태가 될 수도 있다.
[ 111] 도 10에서 방송 채널을 전송하기 위해 선택된 안테나는 전체 안테나 수의 1/4에 해당한다. 송신 전력이 4배 감쇠하기 때문에， 선택된 안테나에서 전체 안테나에서 얻어지는 송신 전력과 동일한 크기의 전력을 얻기 위한 4배 다이나믹 레인지가 큰 PAM을 사용할 필요가 있다.
[ 112] 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 대규모 MIM0 에서 셀 커버리지 확장의 예시도이다.
[ 113] 특히， 도 14는 그룹핑된 안테나 포트에 PAM을 도 7에서 도시한 PAM 보다 다이나믹 레인지가 큰 PAM을 사용하여 나타낸 커버리지 확장의 예시이다. PAM의 증가에 따라 그룹핑된 안테나의 송신 전력이 전체 안테나 송신 전력과 동일해질 경우， 방송 채널 전송을 위한 빔 이득이 증가하여 셀 경계부분까지 전달 가능하다.
[ 114] 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.
[ 115] 도 15를 참조하면 , 통신 장치 ( 1500)는 프로세서 ( 1510) , 메모리 ( 1520) , RF 모들 ( 1530) , 디스플레이 모들 ( 1540) 및 사용자 인터페이스 모들 ( 1550)을 포함한다. [ 116] 통신 장치 ( 1500)는 설명의 편의를 위해 도시된 것으로서 일부 모들은 생략될 수 있다. 또한， 통신 장치 (1500)는 필요한 모들을 더 포함할 수 있다. 또한, 통신 장치 ( 1500)에서 일부 모들은 보다 세분화된 모들로 구분될 수 있다. 프로세서 (1510)는 도면을 참조하여 예시한 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 수행하도록 구성된다. 구체적으로， 프로세서 (1510)의 자세한 동작은 도 1 내지 도 18에 기재된 내용을 참조할 수 있다.
[ 117] 메모리 (1520)는 프로세서 ( 1510)에 연결되며 오퍼레이팅 시스템 , 어플리케이션， 프로그램 코드， 데이터 등을 저장한다. RF 모들 ( 1530)은 프로세서 (1510)에 연결되며 기저대역 신호를 무선 신호를 변환하거나 무선신호를 기저대역 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 이를 위해, RF 모들 ( 1530)은 아날로그 변환， 증폭， 필터링 및 주파수 상향 변환 또는 이들의 역과정을 수행한다. 디스플레이 모들 (1540)은 프로세서 ( 1510)에 연결되며 다양한 정보를 디스플레이한다. 디스플레이 모들 ( 1540)은 이로 제한되는 것은 아니지만 LCDCLiquid Crystal Di splay) , LED(Light Emi tt ing Diode) , 0LED( Organi c Light Emi tt ing Diode)와 같은 잘 알려진 요소를 사용할 수 있다. 사용자 인터페이스 모들 (1550)은 프로세서 (1510)와 연결되며 키패드, 터치 스크린 등과 같은 잘 알려진 사용자 인터페이스의 조합으로 구성될 수 있다.
[ 118] 이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및 /또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고， 또는 다른 실시예의 대웅하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다 .
[119] 본 문서에서 기지국에 의해 수행된다고 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 그 상위 노드 (upper node)에 의해 수행될 수 있다. 즉， 기지국을 포함하는 복수의 네트워크 노드들 (network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. 기지국은 고정국 (fixed station), Node B, eNode B(eNB), 억세스 포인트 (access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다.
[120] 본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단， 예를 들어， 하드웨어, 펌웨어 (fir薩 are), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(appl icat ion specific integrated circuits), DSPsCdigi tal signal processors) , DSPDs(digital signal processing devices) , PLDs (programmable logic devices) , FPGAs(f ield programmable gate arrays) , 프로세서， 콘트를러， 마이크로 콘트를러， 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
[121] 펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모들, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여， 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
[122] 본 발명은 본 발명의 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서， 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims

【청구의 범위】
【청구항 1】
무선 통신 시스템에서 기지국이 대규모 (mass ive) MIM0(Mul t iple-Input Mul t iple-Output ) 안테나를 통하여 방송 채널을 송신하는 방법에 있어서,
상기 대규모 MIM0 안테나의 전체 안테나 엘리먼트들 중 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들을 선택하는 단계 ; 및
상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들을 이용하여 빔포밍을 수행하여 상기 방송 채널을 송신하는 단계를 포함하고,
방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들에 인가되는 전력은 나머지 안테나 엘리먼트들에 인가되는 전압보다 큰 것을 특징으로 하는,
방송 채널 송신 방법 . .
【청구항 2】
제 1 항에 있어서，
상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들이 상기 전체 안테나 엘리먼트들 중 세로 축으로 그룹핑된 경우, 상기 방송 채널을 송신하는 단계는,
상하 방향의 빔포밍을 수행하여 상기 방송 채널을 송신하는 단계를 포함하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는，
방송 채널 송신 방법 .
【청구항 3]
제 2 항에 있어세
상기 상하 방향의 빔포밍은，
소정 주기 동안 범의 각도가 상하 방향으로 단계적으로 변화하는 것을 특징으로 하는，
방송 채널 송신 방법 .
【청구항 4】
제 1 항에 있어서,
상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들이 상기 전체 안테나 엘리먼트들 중 가로 축으로 그룹핑된 경우, 상기 방송 채널을 송신하는 단계는, 좌우 방향의 빔포밍을 수행하여 상기 방송 채널을 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는，
방송 채널 송신 방법 .
【청구항 5】
제 4 항에 있어서，
상기 좌우 방향의 범포밍은,
소정 주기 동안 빔의 각도가 좌우 방향으로 단계적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 ,
방송 채널 송신 방법 .
【청구항 6】
제 1 항에 있어서,
상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들은,
상기 전체 안테나 엘리먼트들 중 세로 축으로 그룹핑된 제 1 방송 채널 전용 안테나 그룹과 상기 전체 안테나 엘리먼트들 중 가로 축으로 그룹핑된 제 2 방송 채널 전용 안테나 그룹을 포함하고，
상기 방송 채널을 송신하기 위한 안테나 그룹은,
상기 제 1 방송 채널 전용 안테나 그룹과 상기 제 2 방송 채널 전용 안테나 그룹이 주기적으로 이용되는 것을 특징으로 하는,
방송 채널 송신 방법 .
【청구항 7】
무선 통신 시스템에서 송신 장치로서,
대규모 (massive) MIM0(Mul t iple-Input Mul t iple-Output ) 안테나를 포함하는 무선 통신 모들; 및
상기 대규모 MIM0 안테나의 전체 안테나 엘리먼트들 중 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들을 선택하고， 상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들을 이용하여 빔포밍을 수행하여 상기 방송 채널을 송신하도록 상기 무선 통신 모들을 제어하는 프로세서를 포함하고， '
상기 프로세서는， 상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들에 인가되는 전력을 나머지 안테나 엘리먼트들에 인가되는 전압보다 크도록 제어하는 것을 특징으로 하는，
송신 장치 .
【청구항 8]
제 7 항에 있어서,
상기 프로세서는，
상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들이 상기 전체 안테나 엘리먼트들 중 세로 축으로 그룹핑한 경우， 상하 방향의 빔포밍을 수행하여 상기 방송 채널을 송신하도록 상기 무선 통신 모들을 제어하는 것을 특징으로 하는,
송신 장치 .
【청구항 9】
제 8 항에 있어서，
상기 상하 방향의 빔포밍은,
소정 주기 동안 범의 각도가 상하 방향으로 단계적으로 변화하는 것을 특징으로 하는,
송신 장치 .
【청구항 10】
제 7 항에 있어서，
상기 프로세서는,
상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들이 상기 전체 안테나 엘리먼트들 중 가로 축으로 그룹핑한 경우, 좌우 방향의 빔포밍을 수행하여 상기 방송 채널을 송신하도록 상기 무선 통신 모들을 제어하는 것을 특징으로 하는，
송신 장치 .
【청구항 11】
제 10 항에 있어서,
상기 좌우 방향의 범포밍은，
소정 주기 동안 ¾의 각도가 좌우 방향으로 단계적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 , 송신 장치 .
【청구항 12]
제 7 항에 있어서，
상기 방송 채널 전용 안테나 엘리먼트들은,
상기 전체 안테나 엘리먼트들 중 세로 축으로 그룹핑된 제 1 방송 채널 전용 안테나 그룹과 상기 전체 안테나 엘리먼트들 중 가로 축으로 그룹핑된 제 2 방송 채널 전용 안테나 그룹을 포함하고，
상기 프로세서는,
상기 방송 채널을 송신하기 위한 안테나 그룹으로서, 상기 제 1 방송 채널 전용 안테나 그룹과 상기 제 2 방송 채널 전용 안테나 그룹이 주기적으로 이용하는 것을 특징으로 하는，
송신 장치 .
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