WO2018097411A1 - 무선 통신 시스템에서의 빔포밍을 이용한 신호 전송 방법 및 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서의 빔포밍을 이용한 신호 전송 방법 및 장치 Download PDF

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WO2018097411A1
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base station
terminal
matrix
channel matrix
channel
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PCT/KR2017/002593
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최밝음
황근철
박효열
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삼성전자 주식회사
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0452—Multi-user MIMO systems
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    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station

Definitions

  • the present invention relates to a signal transmission method and apparatus using beamforming in a wireless communication system, and more particularly, to an analog beam selection method using a phase shifter and a signal transmission using limited channel information in a multi-antenna system environment of a wireless communication system.
  • a method and apparatus are disclosed.
  • a 5G communication system or a pre-5G communication system is called a system after a 4G network (Beyond 4G Network) or a system after an LTE system (Post LTE).
  • 5G communication systems are being considered for implementation in the ultra-high frequency (mmWave) band (eg, such as the 60 Gigabit (60 GHz) band).
  • FD-MIMO massive array multiple input / output
  • FD-MIMO massive array multiple input / output
  • FD-MIMO massive array multiple input / output
  • FD-MIMO massive array multiple input / output
  • FD-MIMO massive array multiple input / output
  • Array antenna, analog beam-forming, and large scale antenna techniques are discussed.
  • 5G communication systems have advanced small cells, advanced small cells, cloud radio access network (cloud RAN), ultra-dense network (ultra-dense network) , Device to Device communication (D2D), wireless backhaul, moving network, cooperative communication, Coordinated Multi-Points (CoMP), and interference cancellation
  • cloud RAN cloud radio access network
  • D2D Device to Device communication
  • D2D Device to Device communication
  • CoMP Coordinated Multi-Points
  • Hybrid FSK and QAM Modulation FQAM
  • SWSC Slide Window Superposition Coding
  • ACM Advanced Coding Modulation
  • FBMC Fan Bank Multi Carrier
  • NOMA non orthogonal multiple access
  • SCMA sparse code multiple access
  • IoT Internet of Things
  • IoE Internet of Everything
  • M2M machine to machine
  • MTC Machine Type Communication
  • IT intelligent Internet technology services can be provided that collect and analyze data generated from connected objects to create new value in human life.
  • IoT is a field of smart home, smart building, smart city, smart car or connected car, smart grid, health care, smart home appliances, advanced medical services, etc. through convergence and complex of existing information technology (IT) technology and various industries. It can be applied to.
  • 5G communication technology considers a communication standard in the ultra-high frequency band, but also referred to as a millimeter wave frequency band because the wavelength is less than 10mm in the ultra-high frequency band, that is, the frequency band over 30GHz.
  • the biggest feature in the millimeter wave band is that as the frequency increases, the propagation loss over distance is higher than in the low frequency band. Fortunately, the wavelength is also shortened, so it is possible to overcome the propagation loss by applying beamforming using a high gain analog directional antenna using multiple antennas. Therefore, beamforming design using multiple antennas is an important direction for millimeter wave band communication.
  • phase value according to the desired direction is determined in advance in the storage device and the beam is applied to the antenna element by applying the phase value appropriately according to the direction of the communicating partner.
  • MIMO multiple input multi output
  • the present invention can estimate the channel between the base station and the terminal even in an environment in which an analog beam pattern formation method capable of minimizing interference in consideration of the interference direction and a pilot symbol for channel measurement purpose cannot be used.
  • the present invention provides a method for eliminating interference signals in a digital stage.
  • a signal transmission method of a base station includes: transmitting at least one beam index including direction information of a beam to a terminal through at least one beam; Receiving a preferred beam index determined by the terminal from the terminal; Determining a channel matrix between the base station and the terminal based on the preferred beam index; And transmitting a signal from the base station to the terminal based on the channel matrix.
  • a base station of a wireless communication system includes an antenna for transmitting at least one beam index including direction information of a beam to a terminal through at least one beam; A phase shifter capable of adjusting a beam direction angle of the antenna; And receiving the preferred beam index determined by the terminal from the terminal, determining a channel matrix between the base station and the terminal based on the preferred beam index, and controlling the phase shifter based on the channel matrix to the terminal. It includes a control unit for transmitting a signal.
  • a signal reception method of a terminal includes: receiving at least one beam index including direction information of a beam from a base station through at least one beam; Determining, from the received at least one beam index, a preferred beam index; Transmitting the preferred beam index to the base station; And receiving a signal transmitted from the base station based on the channel matrix determined using the preferred beam index.
  • the terminal of the wireless communication system includes a processor configured to determine a preferred beam index among at least one beam index received from a base station; A transmitter for transmitting the preferred beam index to the base station; And a receiver configured to receive a signal based on a channel matrix determined using at least one beam including the beam index and the preferred beam index from the base station.
  • the present invention improves the beamforming performance of the base station by proposing an analog beam operation method considering a multi-user multi-output (MU-MIMO) environment without additional complexity, and interfering with the digital stage even in an environment where pilot symbols for channel measurement cannot be used. It provides a way to eliminate the signal.
  • MU-MIMO multi-user multi-output
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a beam transmission structure between a base station and a terminal in a wireless communication system.
  • FIG. 2 is a flowchart of a base station signal transmission method in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a method of determining a channel matrix according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a base station signal transmission method in a wireless communication system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates a method of determining an analog beamforming matrix according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a hybrid beamforming process of a base station according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a communication structure between a base station and a terminal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of receiving a terminal signal in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a detailed structure of a terminal according to an embodiment of the present invention.
  • each block of the flowchart illustrations and combinations of flowchart illustrations may be performed by computer program instructions. Since these computer program instructions may be mounted on a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing equipment, those instructions executed through the processor of the computer or other programmable data processing equipment may be described in flow chart block (s). It creates a means to perform the functions. These computer program instructions may be stored in a computer usable or computer readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement functionality in a particular manner, and thus the computer usable or computer readable memory. It is also possible for the instructions stored in to produce an article of manufacture containing instruction means for performing the functions described in the flowchart block (s).
  • Computer program instructions may also be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, such that a series of operating steps may be performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a computer-implemented process to create a computer or other programmable data. Instructions for performing the processing equipment may also provide steps for performing the functions described in the flowchart block (s).
  • each block may represent a portion of a module, segment, or code that includes one or more executable instructions for executing a specified logical function (s).
  • logical function e.g., a module, segment, or code that includes one or more executable instructions for executing a specified logical function (s).
  • the functions noted in the blocks may occur out of order.
  • the two blocks shown in succession may in fact be executed substantially concurrently, or the blocks may sometimes be executed in the reverse order, depending on the corresponding function.
  • ' ⁇ part' used in the present embodiment refers to software or a hardware component such as an FPGA or an ASIC, and ' ⁇ part' performs certain roles.
  • ' ⁇ ' is not meant to be limited to software or hardware.
  • ' ⁇ Portion' may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to play one or more processors.
  • ' ⁇ ' means components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, and processes, functions, properties, procedures, and the like. Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables.
  • components and the 'parts' may be combined into a smaller number of components and the 'parts' or further separated into additional components and the 'parts'.
  • the components and ' ⁇ ' may be implemented to play one or more CPUs in the device or secure multimedia card.
  • ' ⁇ part' may include one or more processors.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating transmission and reception of a beam index between a base station 101 and a terminal 111 in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • the base station 101 transmits beams at various angles to the terminal 111.
  • Each beam may be assigned a beam index from 1 to N times.
  • the terminal 111 may distinguish the received beam through the beam index.
  • the terminal 111 receiving the N beams may measure the power of each beam to be distinguished and determine a beam index having the largest power as the preferred beam index.
  • the terminal 111 transmits the determined preferred beam index to the base station 101.
  • the beam indexes are represented by # 1 to #N for better understanding of the description. However, if the beam index can be distinguished, the display form of the beam index may have any shape.
  • the base station receiving the preferred beam index through the above process may transmit a signal to the terminal based on this.
  • the base station receiving the signal beam index from the terminal will be described with reference to FIG. 2 for a specific process of transmitting a signal to the terminal.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a base station signal transmission method in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • the base station transmits a beam including a beam index to the terminal.
  • the number of beams may be at least one, as described with reference to FIG. 1.
  • the beam index may include direction information of the beam.
  • the direction information of the beam may mean the direction of the beam transmitted from the base station. For example, if the direction of the beam and the terminal exactly match the position, the angle between the base station and the terminal may be referred to as the direction information of the beam.
  • the base station may receive a preferred beam index transmitted from the terminal.
  • the base station receives a preferred beam index from the terminal through a series of processes from the terminal.
  • the series of processes refers to a method for measuring the power of the beam as described above, the terminal will be described in detail in the operation of the terminal to be described later.
  • the base station determines a channel matrix between the base station and the terminal based on the preferred beam index.
  • the channel matrix is a mathematical representation of the channel formed between the base station and the terminal through which the channel state between the base station and the terminal can be known.
  • step 240 the base station transmits a signal to the terminal based on the channel matrix.
  • the channel state between the base station and the terminal can be estimated based on the preferred beam index received from the terminal without using a separate pilot symbol, the signal can be transmitted more efficiently than in the prior art.
  • FIG. 3 illustrates a method of determining a channel matrix according to an embodiment of the present invention.
  • the channel matrix may be determined based on the beam direction information, the antenna element spacing, and the number of antenna elements.
  • the beam direction information refers to beam direction information included in the beam index, as mentioned above, and ultimately, the angle between the base station and the terminal.
  • Antenna element means a plurality of antenna elements arranged in an antenna of a base station. Referring to FIG. 7 illustrating the configuration of a base station (specifically, described later), one antenna transmits a signal to one communication device, and three antenna elements are combined with each phase shifter. By adjusting the phase of the antenna element of it can be seen that one antenna finally controls the direction of the beam transmitted to the terminal.
  • the antenna element spacing and the number of antenna elements are fixed values according to the initial design values of the base station and may not be variable values.
  • the channel matrix may be determined by the direction information of the beam included in the beam index.
  • the channel matrix may be determined using Equation 1 below.
  • H channel matrix
  • i number of antenna elements
  • d antenna element spacing
  • ⁇ beam direction
  • ⁇ wavelength
  • the channel matrix H may be defined as a 4x1 matrix as follows.
  • the beam direction information included in the beam index may be divided into a horizontal direction and a vertical direction.
  • the complexity of the calculation increases, but the accuracy of the beam direction information can be improved, so that the precision of the channel matrix can be improved.
  • the channel matrix may be determined using Equation 2 below.
  • h ( ⁇ ) [h 1 ( ⁇ ), h 2 ( ⁇ ), ..., h i ( ⁇ )]
  • h ( ⁇ ) [h 1 ( ⁇ ), h 2 ( ⁇ ), ..., h k ( ⁇ )]
  • H channel matrix
  • i 1 to number of horizontal antenna elements
  • d h horizontal antenna element spacing
  • ⁇ beam horizontal direction
  • ⁇ wavelength
  • k 1 to vertical antenna elements
  • d k vertical antenna Element spacing
  • ⁇ beam vertical direction
  • x denotes the kronecker tensor product
  • the horizontal antenna element spacing is 1 mm
  • the vertical antenna element spacing is 2 mm
  • the beam horizontal direction is 30 °
  • the beam vertical direction is If the wavelength is 60 ° and the wavelength is 5 mm, the channel matrix H may be defined as a 16 ⁇ 1 matrix as shown below.
  • the channel matrix may be determined using Equation 1 or Equation 2 in the same manner.
  • the channel matrix is 16x2.
  • the channel matrix will have the form of 16xm.
  • the channel matrix in the case of a plurality of terminals may be estimated through this.
  • a signal is transmitted to the terminal based on the channel matrix determined by the base station.
  • the interference caused by the beam generated between the base station and other terminals is minimized.
  • Analog beamforming means concentrating power at the analog stage of the base station, which can be implemented by changing the phase value of a plurality of antenna elements provided in one antenna.
  • v is a vector of phase values to be applied to each antenna element of the base station antenna. That is, although the analog beam of the first antenna of the base station transmitting the signal to the first terminal forms a channel of h 11 in the direction of the first terminal, the interference signal is also transmitted in the direction of the second terminal, the third terminal, and the fourth terminal. Which is represented by h 12 , h 13 , h 14 .
  • Equation 4 a channel generated by an analog beam made by the base station for the first to fourth terminals is represented by Equation 4 below.
  • the analog beamforming matrix for analog beamforming should be made to be 0 except for the inverse of the channel matrix or the diagonal term of the result matrix as shown in Equation 5 below.
  • the base station may receive a beam index from the terminal to determine the channel matrix. Specifically, the base station may determine the analog beamforming matrix for analog beamforming through Equation 5 below.
  • V (H H * H) -1 * H H
  • a feature of Equation 5 is that the base station determines the analog beamforming matrix based on the preferred beam index fed back by the terminal without using a separate pilot symbol.
  • 4 is a flowchart illustrating a signal transmission method of a base station according to another embodiment of the present invention. 4 illustrates a method of matching a beam direction with a direction of an actual terminal through beam direction correction in a base station.
  • the signal transmission method of the base station according to FIG. 4 is basically similar to the signal transmission method of the base station shown in FIG. However, after step 420, the base station adds a step for correcting beam direction information of the preferred beam index, and the first step is step 430.
  • the base station checks the beam direction information of the preferred beam index in step 430. This is because, for example, when the terminal exists at 54 ° and the beams exist at intervals of 10 °, the beam direction information received by the base station through the preferred beam index may be 50 °.
  • the base station determines the beam direction correction range using the beam direction information. Extending the previous example, since the beam is transmitted at intervals of 10 ° from the base station and the beam direction information received by the base station is 50 °, the beam direction correction range will be 45 ° to 55 ° in this case.
  • the base station derives a plurality of channel matrices within the correction range.
  • the plurality of channel matrices can be derived through Equations 1 and 2 as described above.
  • the base station determines the channel matrix having the best channel state between the base station and the terminal among the plurality of channel matrices as the channel matrix for signal transmission of the base station.
  • a channel matrix for signal transmission may be determined based on channel state information (CQI) fed back from the terminal to the base station.
  • CQI channel state information
  • the channel matrix may be primarily determined through the preferred beam index, and the channel matrix may be corrected based on the channel state information fed back from the terminal to the base station.
  • the base station can accurately recognize that the direction of the terminal is at 54 °.
  • This can reduce the error of the channel matrix caused by the mismatch of the beam direction and the terminal direction, and further reduces the error of the matrix of the analog beamforming and digital beamforming based on the channel matrix analog and digital beams of the base station It can improve the forming efficiency.
  • the base station determines the phase of the analog beam that does not cause interference every time. Doing so can be too complex.
  • the number of antenna elements considered in the mmWave band is very large, it is difficult for the base station to calculate Equation 1 or Equation 2 in a short time.
  • the optimal analog beamforming matrix according to the combination of the direction of the terminals communicating at the same time is stored in advance in the memory unit, and the analog beamforming is performed by inputting the beam direction combination ( ⁇ 1 , ⁇ 2 , ..., ⁇ k ).
  • the mapping table that outputs a matrix it is possible to form an interference-free analog beam without additional complexity.
  • FIG. 5 shows a method of determining an analog beamforming matrix according to this embodiment of the present invention.
  • the control unit of the base station determines the channel matrix H through the antenna element spacing, the beam direction information, and the number of antenna elements.
  • the analog beamforming matrix uses a mapping table stored separately in the memory unit. It is determined directly by the beam direction information only.
  • the complexity of the control is reduced because it is not necessary to go through a complicated calculation process in determining the analog beamforming matrix, and thus the response of the base station can be improved.
  • the analog beamforming matrix V and the channel matrix H are multiplied to generate H eff .
  • the H eff matrix is used for digital beamforming of a base station to be described later.
  • the digital beamforming matrix used for performing digital beamforming may be determined using Equation 6 below.
  • W digital beamforming matrix
  • V analog beamforming matrix
  • H channel matrix
  • Equation 6 can be expressed as Equation 7 below if H eff shown in FIG. 5 is used.
  • FIG. 6 illustrates a hybrid beamforming process of a base station according to an embodiment of the present invention.
  • the antenna of the base station 601 transmits a beam including a beam index to the terminal and the terminal 611 receiving the received signal is preferred.
  • the beam index is determined and transmitted to the base station 601.
  • the control unit of the base station 601 determines the channel matrix H based on the beam direction information included in the preferred beam index, and applies the beam direction information to the mapping table recorded in the memory unit to perform the analog beamforming matrix. Determine (V).
  • the base station 601 performs analog beamforming using the analog beamforming matrix V, and multiplies the channel matrix H and the analog beamforming matrix V to determine the digital beamforming matrix W. Beamforming can be performed.
  • the terminal 611 may correct the beam direction by feeding back channel state information CQI to the controller of the base station 601.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a communication structure between a base station 701 and terminals 711 and 713 according to an embodiment of the present invention. It is assumed that there are two antennas of the base station 701 and three antenna elements of each antenna.
  • the controller of the base station receives the preferred beam index determined by the terminal from the terminal, determines the channel matrix between the base station and the terminal based on the preferred beam index, and controls the phase shifter based on the channel matrix to the terminal. You can send a signal.
  • the controller may determine a channel matrix based on the direction information of the beam included in the preferred beam index, the interval of the antenna elements, or the number of antenna elements, which may be determined through Equation 1 or 2 described above. .
  • the controller may transmit a signal by controlling a phase shifter based on the digital beamforming matrix and the analog beamforming matrix determined using the channel matrix.
  • the analog beamforming matrix and the digital beamforming matrix may be determined through equations (5) and (6).
  • the controller may check beam direction information of the preferred beam index and determine a beam direction correction range using the beam direction information.
  • a plurality of channel matrices are derived within the beam direction correction range, and a channel matrix having the best channel state between the base station and the terminal among the plurality of channel matrices may be determined as a channel matrix for signal transmission.
  • the controller may determine a channel matrix for signal transmission based on channel state information (CQI) fed back from the terminal to the base station.
  • CQI channel state information
  • the base station 701 transmits only an analog beam to the terminals 711 and 713 through an antenna but does not transmit a separate pilot symbol, and the terminals 711 and 713 are analog beamforming.
  • analog beamforming may be performed by controlling a phase shifter based on an analog beamforming matrix determined by transmitting a beam index to a separately provided memory unit.
  • the controller determines a channel matrix by receiving the beam index and the channel state information (CIQ) from the terminals 811 and 813, and determines the digital beamforming matrix based on the analog matrix from the channel matrix and the memory unit.
  • Digital beamforming may be performed by controlling the phase shifter.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a signal reception method of a terminal according to the present invention.
  • the terminal receives at least one beam index including the direction information of the beam from the base station through the at least one beam.
  • the terminal determines a preferred beam index among the received at least one beam index.
  • the terminal transmits the preferred beam index to the base station.
  • the terminal transmits the preferred beam index. Based on the channel matrix determined using the received signal from the base station.
  • the preferred beam index may determine the beam index having the largest beam power as the preferred beam index by measuring the power of the beam transmitted from the base station in the terminal.
  • the base station loads power on a specific beam at a predetermined time and transmits the power
  • the terminal may determine the beam index corresponding to the most preferred beam direction as the preferred beam index by measuring the power of the corresponding beam.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a detailed structure of a terminal according to the present invention.
  • the terminal 901 includes a processor 911 for determining a preferred beam index among at least one beam index received from a base station; A transmitter 921 for transmitting the preferred beam index to the base station; And a receiver 931 configured to receive a signal based on a channel matrix determined using at least one beam including the beam index and the preferred beam index from the base station.

Abstract

본 개시는 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스 (예를 들어, 스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 헬스 케어, 디지털 교육, 소매업, 보안 및 안전 관련 서비스 등)에 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 신호 전송 방법은 빔의 방향 정보를 포함하는 적어도 하나의 빔 인덱스를 적어도 하나의 빔을 통해 단말로 전송하는 단계, 상기 단말에 의해 결정된 선호 빔 인덱스를 상기 단말로부터 수신하는 단계, 상기 선호 빔 인덱스에 기반하여 상기 기지국과 상기 단말간 채널 매트릭스를 결정하는 단계 및 상기 기지국에서 상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 단말에게 신호를 전송하는 단계를 포함한다. 본 연구는 미래창조과학부 '범부처 Giga KOREA 사업'의 지원을 받아 수행하였다.

Description

무선 통신 시스템에서의 빔포밍을 이용한 신호 전송 방법 및 장치
본 발명은 무선 통신 시스템에서의 빔포밍을 이용한 신호 전송 방법 및 장치에 대한 것으로, 보다 구체적으로 무선 통신 시스템의 다중 안테나 시스템 환경에서 위상 천이기를 이용한 아날로그 빔 선택 방법과 제한적인 채널 정보를 이용한 신호 전송 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 연구는 미래창조과학부 '범부처 Giga KOREA 사업'의 지원을 받아 수행하였다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술인 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
5G 통신 기술에서는 초고주파 대역에서의 통신 규격을 고려하고 있는데 초고주파 대역 즉, 30GHz 이상의 주파수 대역에서는 파장이 10mm 이하이므로 밀리미터 웨이브 주파수 대역이라고도 칭한다.
밀리미터 웨이브 대역에서의 가장 큰 특징은 주파수가 높아짐에 따라 거리에 따른 전파 손실이 낮은 주파수 대역에서보다 높아진다. 다행히도 파장 역시 짧아지므로 다중 안테나를 이용한 고이득 아날로그 지향성 안테나를 이용한 빔포밍(Beamforming)을 적용하여 전파 손실을 극복할 수 있다. 따라서 다중 안테나를 이용한 빔포밍 설계는 밀리미터 웨이브 대역 통신에 있어 중요한 방향이다.
다중 안테나 요소들의 위상을 조절함으로써 인위적으로 방향을 조절할 수 있는데, 원하는 방향에 따른 위상 값은 미리 정하여 저장장치에 넣어놓고 통신하는 상대의 방향에 따라 적절히 위상 값을 안테나 요소에 적용하여 빔을 만든다.
통상적으로 더 높은 데이터 전송률을 얻기 위해 다중 입력 다중 출력 (MIMO, multi input multi output) 기법을 사용한다. 보통 이동성 단말의 안테나 수는 많지 않기에 여러 대의 단말을 동시에 이용하여 더 높은 전송률을 얻을 수 있다. 하지만 여러 대의 단말을 향해 동시에 빔을 형성할 때, 빔 간의 간섭이 발생하게 되고 원하는 전송률을 얻을 수 없다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 간섭 방향을 고려하여 간섭을 최소화할 수 있는 아날로그 빔 패턴의 형성 방법과 채널 측정 목적의 파일럿 심볼을 사용할 수 없는 환경에서도 기지국과 단말간 채널을 추정할 수 있을 뿐만 아니라, 디지털 단에서 간섭 신호를 제거할 수 있는 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 신호 전송 방법은 빔의 방향 정보를 포함하는 적어도 하나의 빔 인덱스를 적어도 하나의 빔을 통해 단말로 전송하는 단계; 상기 단말에 의해 결정된 선호 빔 인덱스를 상기 단말로부터 수신하는 단계; 상기 선호 빔 인덱스에 기반하여 상기 기지국과 상기 단말간 채널 매트릭스를 결정하는 단계; 및 상기 기지국에서 상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 단말에게 신호를 전송하는 단계를 포함한다.
무선 통신 시스템의 기지국은 빔의 방향 정보를 포함하는 적어도 하나의 빔 인덱스를 적어도 하나의 빔을 통해 단말로 전송하는 안테나; 상기 안테나의 빔 방향 각도를 조절할 수 있는 위상 천이기; 및 상기 단말에 의해 결정된 선호 빔 인덱스를 상기 단말로부터 수신하고, 상기 선호 빔 인덱스에 기반하여 상기 기지국과 상기 단말간 채널 매트릭스를 결정하며, 상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 위상 천이기를 제어하여 상기 단말에게 신호를 전송하는 제어부;를 포함한다.
무선 통신 시스템에서 단말의 신호 수신 방법은 빔의 방향 정보를 포함하는 적어도 하나의 빔 인덱스를 적어도 하나의 빔을 통해 기지국으로부터 수신하는 단계; 상기 수신된 적어도 하나의 빔 인덱스 중에서, 선호 빔 인덱스를 결정하는 단계; 상기 선호 빔 인덱스를 상기 기지국으로 전송하는 단계; 및 상기 선호 빔 인덱스를 이용하여 결정된 채널 매트릭스에 기반하여, 상기 기지국으로부터 전송되는 신호를 수신하는 단계를 포함한다.
무선 통신 시스템의 단말은 기지국으로부터 수신된 적어도 하나의 빔 인덱스 중에서, 선호 빔 인덱스를 결정하는 처리부; 상기 선호 빔 인덱스를 상기 기지국으로 전송하는 전송부; 및 상기 기지국으로부터 상기 빔 인덱스를 포함하는 적어도 하나의 빔과 상기 선호 빔 인덱스를 이용하여 결정된 채널 매트릭스에 기반한 신호를 수신하는 수신부;를 포함한다.
본 발명은 추가적인 복잡도 없이 다중 사용자 다중 출력(MU-MIMO)환경을 고려한 아날로그 빔 운용기법을 제안하여 기지국의 빔포밍 성능을 향상시키며, 채널 측정 목적의 파일럿 심볼을 사용할 수 없는 환경에서도 디지털 단에서 간섭 신호를 제거할 수 있는 방법을 제공한다.
도 1은 무선 통신 시스템에서 기지국과 단말간 빔 전송 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국 신호 전송 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 채널 매트릭스를 결정하는 방법을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국 신호 전송 방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 아날로그 빔포밍 매트릭스를 결정하는 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 하이브리드 빔포밍 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기지국과 단말간의 통신 구조를 도시한 도면이다.
도 8는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말 신호 수신 방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 단말의 상세 구조를 도시한 도면이다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다. 또한 실시 예에서 '~부'는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서의 기지국(101)과 단말(111)간 빔 인덱스의 전송 및 수신을 도시한 도면이다.
도1을 통해 알 수 있듯이 기지국(101)은 단말(111)에 다양한 각도로 빔을 전송한다. 그리고 각각의 빔은 1부터 N번까지 빔 인덱스가 지정될 수 있다. 상기 빔 인덱스를 통해 단말(111)은 수신된 빔을 구별할 수 있다.
그리고 N개의 빔을 수신한 단말(111)은 구별되는 각 빔의 파워를 측정하고 파워가 가장 큰 빔 인덱스를 선호 빔 인덱스로 결정할 수 있다. 그리고 단말(111)은 상기 결정된 선호 빔 인덱스를 기지국(101)으로 전달한다.
도1에서는 설명의 이해를 돕기 위하여 빔 인덱스를 #1부터 #N까지라고 표시하였지만, 각 빔을 구별할 수 있다면 빔 인덱스의 표시형태는 어떠한 형태를 가지더라도 무방할 것이다.
이와 같은 과정을 통해 선호 빔 인덱스를 수신한 기지국은 이에 기반하여 단말에 신호를 전송할 수 있다.
단말로부터 신호 빔 인덱스를 수신한 기지국이, 이에 기반하여 단말에 신호를 전송하는 구체적인 과정에 대해서는 도 2를 통해 기술하도록 한다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국 신호 전송 방법의 순서도이다.
우선, 210 단계에서, 기지국은 단말에게 빔 인덱스를 포함하는 빔을 전송한다. 이 경우, 빔의 개수는 도 1에서 설명한 바와 같이, 적어도 한 개 이상일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 빔 인덱스에는 빔의 방향 정보가 포함될 수 있다. 여기서 빔의 방향 정보는 기지국으로부터 전송되는 빔의 방향을 의미할 수 있다. 예를 들어, 빔의 방향과 단말이 위치가 정확하게 일치한다면 기지국과 단말이 이루는 각도를 빔의 방향 정보라 할 수 있다.
그리고 기지국은 220 단계에서, 단말로부터 전송되는 선호 빔 인덱스를 수신할 수 있다.
도1에서 도시하고 있는 것처럼 빔 방향 정보를 포함하는 N개의 빔이 단말에게 전송되었다면, 단말로부터의 일련의 처리과정을 통해 기지국은 단말로부터 선호 빔 인덱스를 수신한다. 여기서 일련의 처리과정이란 앞서 설명한 바와 같이 단말이 빔의 파워를 측정하는 방법을 의미하는데, 이에 대한 구체적인 설명은 후술할 단말의 동작에서 자세히 설명하도록 하겠다.
그리고 기지국은 230 단계에서, 선호 빔 인덱스에 기반하여 기지국과 단말간 채널 매트릭스를 결정한다. 채널 매트릭스란 기지국과 단말 사이에 형성된 채널을 수학적으로 표현한 것으로 이를 통해 기지국과 단말간 채널 상태를 알 수 있다.
그리고 기지국은 240 단계에서 상기 채널 매트릭스에 기반하여 단말에게 신호를 전송한다.
종래에는 기지국과 단말간의 채널 상태를 추정하기 위해서는 별도의 파일럿 심볼(Pilot symbol)을 필요로 했다. 따라서, 종래 기술에 따를 경우 채널 상태를 추정하기 위해서는 기지국과 단말간 업링크와 다운링크의 채널이 동일하다는 가정이 필요했다. 뿐만 아니라, 별도의 시간을 통해 파일럿 심볼을 전송하므로 기지국의 데이터 전송률에 손실이 발생할 수 밖에 없었다.
그러나 본 발명에서는 별도의 파일럿 심볼을 이용하지 않고 단말로부터 수신하는 선호 빔 인덱스에 기반하여 기지국과 단말간의 채널 상태를 추정할 수 있게 되므로 종래기술에 비해 효율적으로 신호를 전송할 수 있다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 채널 매트릭스를 결정하는 방법을 도시한 도면이다.
채널 매트릭스는 빔의 방향 정보, 안테나 요소 간격, 안테나 요소 개수에 기반하여 결정될 수 있다. 여기서 빔의 방향 정보는 앞서 언급하였듯이 빔 인덱스에 포함되어 있는 빔 방향 정보를 의미하는 것으로 궁극적으로는 기지국과 단말이 이루는 각도이다.
안테나 요소는 기지국의 안테나에 배치된 복수개의 안테나 요소를 의미한다. 기지국의 구성을 도시(구체적으로는 후술함)한 도7을 살펴보면 하나의 단말(communication device)에 하나의 안테나가 신호를 전송하고 하나의 안테나에는 3개의 안테나 요소가 각각의 위상 천이기와 결합되어 각각의 안테나 요소의 위상을 조절하여 최종적으로 하나의 안테나가 단말에 전송하는 빔의 방향을 제어하는 것을 확인할 수 있다.
도3에서 채널 매트릭스의 결정 요소로 도시하고 있는 3개의 인자 중, 안테나 요소 간격과 안테나 요소 개수는 기지국의 최초 설계값에 따라 고정된 값이고 가변하는 값이 아닐 수 있다는 가정 하에, 본 발명에 따른 채널 매트릭스는 빔 인덱스에 포함되어 있는 빔의 방향 정보에 의해 결정된다고 볼 수 있다.
구체적으로 채널 매트릭스는 하기의 수학식1을 이용하여 결정될 수 있다.
[수학식1]
H = [h1(θ), h2(θ), ... , hi(θ)]
hi(θ) = exp(-j*(2π)*(i-1)*d*sinθ/λ)
H: 채널 매트릭스, i: 1 ~ 안테나 요소 개수, d: 안테나 요소 간격, θ: 빔 방향, λ: 파장
예를 들어, 안테나 요소가 4개 존재하고, 각 안테나 요소 간격이 1mm이며, 빔 방향이 30°이고, 파장이 5mm라면, 채널 매트릭스 H는 아래와 같이 4x1 행렬로 정의 될 수 있다.
Figure PCTKR2017002593-appb-I000001
한편, 빔 인덱스에 포함되어 있는 빔의 방향 정보를 수평 방향과 수직 방향으로 구분할 수 있다. 이와 같이 수평 방향과 수직 방향으로 구분할 경우, 계산의 복잡성은 증가하겠지만 빔의 방향 정보에 대한 정확성을 향상시킬 수 있어 채널 매트릭스의 정밀성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로 빔 방향 정보가 수평 방향과 수직 방향으로 구분되는 경우 채널 매트릭스는 하기의 수학식 2를 이용하여 결정될 수 있다.
[수학식2]
H = h(θ) ⓧ X h(φ)
h(θ) = [h1(θ), h2(θ), ... , hi(θ)]
h(φ) = [h1(φ), h2(φ), ... , hk(φ)]
hi(θ) = exp(-j*(2π)*(i-1)*dh*sinθ/λ)
hk(φ) = exp(-j*(2π)*(k-1)*dv*cosφ/λ)
H: 채널 매트릭스, i: 1 ~ 수평방향 안테나 요소 개수, dh: 수평방향 안테나 요소 간격, θ: 빔 수평 방향, λ: 파장, k: 1 ~ 수직방향 안테나 요소 개수, dk: 수직방향 안테나 요소 간격, φ: 빔 수직 방향, 여기서 ⓧ는 크로네커의 곱(kronecker tensor product)을 의미한다.
앞선 경우와 유사하게 수평 방향 안테나 요소와 수직 방향 안테나 요소가 4개씩 존재하고, 수평방향 안테나 요소 간격은 1mm이며, 수직방향 안테나 요소 간격은 2mm이고, 빔의 수평 방향은 30°, 빔 수직 방향은 60°이며, 파장이 5mm라면 채널 매트릭스 H는 아래와 같이 16x1 행렬로 정의 될 수 있다.
Figure PCTKR2017002593-appb-I000002
한편, 단말의 개수가 2개가 된다면 채널 매트릭스는 동일하게 수학식1 또는 수학식2를 이용해 결정할 수 있다. 다만, 단말의 2개인 경우에는 기지국과 단말1과 단말2간 채널이 2개 형성되므로 채널 매트릭스는 16x2의 형태가 된다.
동일한 방식으로 단말이 m개라면 채널 매트릭스는 16xm의 형태를 가질 것이다. 본 발명에서는 단말이 1개인 경우만을 상정하여 채널 매트릭스를 결정하는 방법만을 구체적으로 언급하고 있으나, 이를 통해 단말이 복수개인 경우의 채널 매트릭스도 추정할 수 있을 것이다.
이와 같은 방식을 통하여 채널 매트릭스가 결정되었다면 도2에서 도시하고 있는 바와 같이 기지국에서 결정된 채널 매트릭스에 기반하여 단말에 신호를 전송하는데, 본 발명에서는 기지국과 타 단말간에 생성된 빔에 의한 간섭을 최소화하기 위하여 디지털 빔포밍과 아날로그 빔포밍을 동시에 활용하는 하이브리드 빔포밍 방법을 제안한다.
아날로그 빔포밍은 기지국의 아날로그 단에서 파워를 집중 시키는 것을 의미하는데, 이는 하나의 안테나에 마련되어 있는 복수개의 안테나 요소들의 위상값을 변경해서 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 아날로그 빔포밍에 대한 이해를 돕기 위하여 하나의 기지국에 4개의 단말이 존재한다고 가정해보자. 또한, 제1단말에서 피드백한 선호 빔 인덱스에 포함되어 있는 제1단말을 향한 빔 방향은 θ1이고, 제2단말은 θ2, 제3단말은 θ3, 제4단말은 θ4라고 가정해보면, LOS(Line Of Sight) 환경에서 기지국이 제1단말을 대상으로 만든 아날로그 빔에 의해 생성되는 채널은 하기의 수학식3과 같다.
[수학식3]
vH(θ1)[v(θ1) v(θ2) v(θ3) v(θ4)] = [h11 h12 h13 h14]
여기서 v는 기지국 안테나의 각 안테나 요소에 적용될 위상 값으로 이루어진 벡터이다. 즉, 제1단말에 신호를 전송하는 기지국의 제1안테나의 아날로그 빔은 제1단말 방향으로는 h11의 채널을 형성하지만, 제2단말, 제3단말, 제4단말 방향으로도 간섭 신호를 발생시키고 이는 h12, h13, h14로 나타나는 것이다.
수학식3의 개념을 확장하여 기지국이 제1단말 내지 제4단말을 대상으로 만든 아날로그 빔에 의해 생성되는 채널은 하기의 수학식4와 같다.
[수학식4]
Figure PCTKR2017002593-appb-I000003
즉, 일반적인 아날로그 빔 형성 방법으로는 빔 간섭을 제거할 수 없다. 따라서 아날로그 빔 형성을 위한 아날로그 빔포밍 매트릭스는 하기의 수학식5와 같이 채널 매트릭스의 역행렬 혹은 결과 매트릭스의 diagonal term을 제외한 다른 값들은 0이 되도록 만들어야 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기지국은 단말로부터 빔 인덱스를 수신하여 채널 매트릭스를 결정할 수 있다. 구체적으로, 기지국은 하기의 수학식5를 통해 아날로그 빔 형성을 위한 아날로그 빔포밍 매트릭스를 결정할 수 있다.
[수학식5]
V = (HH * H)-1 * HH
V: 아날로그 빔포밍 매트릭스 H: 채널 매트릭스
상기 수학식 5의 특징은 앞서 기지국이 별도의 파일럿 심볼을 사용하지 않고, 단말이 피드백 한 선호 빔 인덱스에 기반하여 상기 아날로그 빔포밍 매트릭스를 결정한다는 것이다.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기지국의 신호 전송 방법을 도시하는 순서도이다. 도4는 기지국에서 빔 방향 보정을 통해 빔 방향과 실제 단말의 방향을 일치하도록 하는 방법을 제시한다.
도4에 따른 기지국의 신호 전송 방법은 기본적으로 도2에서 제시하고 있는 기지국의 신호 전송 방법과 유사하다. 다만, 기지국은 420 단계 이후에, 선호 빔 인덱스의 빔 방향 정보를 보정하기 위한 단계가 추가되었는데, 그 첫 번째 단계가 430 단계이다.
기지국은 430 단계에서 선호 빔 인덱스의 빔 방향 정보를 확인한다. 왜냐하면, 예를 들어 단말이 54°에 존재하고 빔은 10°간격으로 존재하는 경우 선호 빔 인덱스를 통해 기지국이 수신한 빔 방향 정보는 50°가 될 수 있기 때문이다.
그리고 기지국은 440 단계에서 상기 빔 방향 정보를 이용하여 빔 방향 보정범위를 결정한다. 앞선 예를 연장해서 살펴보면 기지국에서 빔이 10°간격으로 전송되고 기지국이 수신한 빔 방향 정보는 50°이므로 이 경우 빔 방향 보정범위는 45° ~ 55°가 될 것이다.
그리고 기지국은 450 단계에서 상기 보정범위 내에서 복수개의 채널 매트릭스를 도출한다. 상기 복수개의 채널 매트릭스는 앞서 살펴본 바와 같이 수학식 1,2를 통해 도출이 가능하다.
그리고 기지국은 460 단계에서 상기 복수개의 채널 매트릭스 중에서 기지국과 단말간 채널 상태가 가장 좋은 채널 매트릭스를 기지국의 신호 전송을 위한 채널 매트릭스로 결정한다.
구체적으로 도출된 복수개의 채널 매트릭스를 통해 기지국과 단말간 채널이 형성되는 경우 단말에서 기지국으로 피드백하는 채널 상태 정보(CQI)에 기반하여 신호 전송을 위한 채널 매트릭스를 결정할 수 있다.
도4에 따른 기지국의 신호 전송 방법을 이용하는 경우 1차적으로 선호 빔 인덱스를 통한 채널 매트릭스를 결정하고, 2차적으로 단말에서 기지국으로 피드백하는 채널 상태 정보에 기반해 채널 매트릭스를 보정할 수 있다.
그러므로 도4에서 제시하고 있는 본 발명의 실시예에 따를 경우 단말이 54° 방향에 존재하고, 기지국의 빔이 10° 간격으로 생성된다고 하더라도 기지국은 단말의 방향이 54°에 있다고 정확하게 파악할 수 있다.
이를 통해 빔 방향과 단말 방향이 일치하지 않음으로 발생할 수 있는 채널 매트릭스의 오차를 줄일 수 있고, 더 나아가 상기 채널 매트릭스에 기반한 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍의 매트릭스의 오차도 줄여 기지국의 아날로그 및 디지털 빔포밍의 효율을 향상 시킬 수 있다.
한편, 수학식1 또는 수학식2를 이용한 채널 매트릭스 결정 방법은 역행렬의 연산이 필요하고 기지국과 통신을 하는 단말들의 방향 또한 시간에 따라 다르므로 기지국에서는 매번 간섭을 발생시키지 않는 아날로그 빔의 위상을 결정하는 것은 복잡도가 지나치게 높아질 수 있다. 또한 mmWave 대역에서 고려하고 있는 안테나 요소의 수는 매우 크므로 기지국에서 수학식1 또는 수학식2를 짧은 시간 안에 연산하기는 어렵다.
따라서 동시에 통신을 하는 단말들 방향의 조합에 따른 최적의 아날로그 빔포밍 매트릭스를 메모리부에 미리 저장하여 놓고 빔 방향 조합(θ1,θ2,...,θk)을 입력으로 하여 아날로그 빔포밍 매트릭스로 출력해주는 맵핑 테이블(mapping table)을 구비하면, 추가적인 복잡도 없이 간섭 없는 아날로그 빔의 형성이 가능하다.
도5에서 이러한 본 발명의 실시예에 따른 아날로그 빔포밍 매트릭스를 결정하는 방법을 도시하고 있다.
기지국의 제어부에서는 도3에서 도시하고 있는 바와 같이 안테나 요소 간격, 빔의 방향 정보, 안테나 요소 개수를 통해 채널 매트릭스(H)를 결정하며, 아날로그 빔포밍 매트릭스는 별도로 메모리부에 저장되어 있는 맵핑 테이블을 이용하여 빔 방향 정보만으로 바로 결정된다.
따라서 아날로그 빔포밍 매트릭스를 결정함에 있어 복잡한 연산과정을 거칠 필요가 없어지므로 제어의 복잡성이 감소되며, 이에 따라 기지국의 응답성도 향상될 수 있다.
도5에서 아날로그 빔포밍 매트릭스(V)와 채널 매트릭스(H)가 곱해져 Heff가 생성됨을 도시하고 있는데, 상기 Heff 매트릭스는 후술할 기지국의 디지털 빔포밍에 활용된다.
일반적으로 디지털 빔포밍에서는 아날로그 빔으로 제거하지 못하는 잔존하는 간섭을 제거할 수 있는데, 디지털 빔포밍의 수행에 활용되는 디지털 빔포밍 매트릭스는 하기의 수학식6을 이용하여 결정할 수 있다.
[수학식6]
W=((V*H)H*(V*H))-1*(V*H)H
W: 디지털 빔포밍 매트릭스, V: 아날로그 빔포밍 매트릭스, H: 채널 매트릭스
상기 수학식6은 도5에서 도시하고 있는 Heff를 이용한다면 하기 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.
[수학식7]
Figure PCTKR2017002593-appb-I000004
도6은 은 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 하이브리드 빔포밍 과정을 도시한 도면이다.
앞선 기재를 바탕으로 도6에 따른 기지국(601)과 단말(611)의 동작을 살펴보면, 기지국(601)의 안테나는 단말로 빔 인덱스를 포함하는 빔을 전송하며 이를 수신한 단말(611)은 선호 빔 인덱스를 결정해 기지국(601)으로 전송한다.
기지국(601)의 제어부는 상기 선호 빔 인덱스에 포함되어 있는 빔 방향 정보에 기반하여 채널 매트릭스(H)를 결정하고, 상기 빔 방향 정보를 메모리부에 기록되어 있는 맵핑 테이블에 적용하여 아날로그 빔포밍 매트릭스(V)를 결정한다.
그리고 기지국(601)은 상기 아날로그 빔포밍 매트릭스(V)를 이용해 아날로그 빔포밍을 수행함과 동시에, 채널 매트릭스(H)와 아날로그 빔포밍 매트릭스(V)를 곱하여 디지털 빔포밍 매트릭스(W)를 결정해 디지털 빔포밍을 수행할 수 있다.
더불어, 최초의 빔 인덱스에 포함되어 있는 빔 방향이 부정확할 수 있으므로 단말(611)은 기지국(601)의 제어부로 채널 상태 정보(CQI)를 피드백하여 빔 방향을 보정할 수 있다.
도7은 본 발명의 실시예에 따른 기지국(701)과 단말(711,713)간의 통신 구조를 도시한 도면이다. 도7 기지국(701)의 안테나는 2개이고 각 안테나의 안테나 요소는 3개인 경우를 가정하고 있다.
구체적으로, 기지국의 제어부는 단말에 의하여 결정된 선호 빔 인덱스를 단말로부터 수신하고, 상기 선호 빔 인덱스에 기반하여 기지국과 단말간 채널 매트릭스를 결정하며, 상기 채널 매트릭스에 기반하여 위상 천이기를 제어하여 단말에 신호를 전송할 수 있다.
제어부는 상기 선호 빔 인덱스에 포함되어 있는 빔의 방향 정보, 상기 안테나 요소의 간격 또는 상기 안테나 요소의 개수에 기반하여 채널 매트릭스를 결정할 수 있는데, 이는 앞서 언급한 수학식 1 또는 2를 통해 결정될 수 있다.
또한 제어부는 상기 채널 매트릭스를 이용하여 결정되는 디지털 빔포밍 매트릭스와 아날로그 빔포밍 매트릭스에 기반하여 위상 천이기를 제어하여 신호를 전송할 수 있다. 상기 아날로그 빔포밍 매트릭스와 디지털 빔포밍 매트릭스는 수학식5와 수학식6을 통해 결정될 수 있다.
또한 제어부는 상기 선호 빔 인덱스의 빔 방향 정보를 확인하고, 상기 빔 방향 정보를 이용하여 빔 방향 보정범위를 결정할 수 있다. 그리고 상기 빔 방향 보정범위 내에서 복수개의 채널 매트릭스를 도출하며, 상기 복수개의 채널 매트릭스 중에서 상기 기지국과 상기 단말간 채널 상태가 가장 좋은 채널 매트릭스를 신호 전송을 위한 채널 매트릭스로 결정할 수 있다.
이 경우, 제어부는 단말에서 기지국으로 피드백하는 채널 상태 정보(CQI)에 기반하여 신호 전송을 위한 채널 매트릭스를 결정할 수 있다.
한편, 도7에 도시되어 있는 바와 같이 기지국(701)은 안테나를 통해 단말(711,713)에게 아날로그 빔만을 전송할 뿐 별도의 파일럿 심볼은 전송하지 않는 것을 확인할 수 있으며, 단말은(711,713)은 아날로그 빔포밍을 위하여 별도로 마련된 메모리부에 빔 인덱스를 전송하여 결정된 아날로그 빔포밍 매트릭스에 기반하여 위상 천이기를 제어하여 아날로그 빔포밍을 수행할 수 있다.
제어부는 단말(811,813)로부터 빔 인덱스와 채널 상태 정보(CIQ)를 피드백 받아 채널 매트릭스를 결정하며 상기 채널 매트릭스와 메모리부에서 출력되는 아날로그 빔포밍 매트릭스에 기반하여 디지털 빔포밍 매트릭스를 결정하고 이에 기반하여 위상 천이기를 제어하여 디지털 빔포밍을 수행할 수 있다.
도8은 본 발명에 따른 단말의 신호 수신 방법의 순서도이다.
우선, 810 단계에서, 단말은 빔의 방향 정보를 포함하는 적어도 하나의 빔 인덱스를 적어도 하나의 빔을 통해 기지국으로부터 수신한다.
그리고 820 단계에서, 단말은 상기 수신된 적어도 하나의 빔 인덱스 중에서, 선호 빔 인덱스를 결정하고, 830 단계에서 단말은 상기 선호 빔 인덱스를 상기 기지국으로 전송하고, 840 단계에서 단말은 상기 선호 빔 인덱스를 이용하여 결정된 채널 매트릭스에 기반하여, 상기 기지국으로부터 전송되는 신호를 수신한다.
선호 빔 인덱스는 단말에서 기지국으로부터 전송되는 빔의 파워를 측정하여 빔 파워가 가장 큰 빔 인덱스를 선호 빔 인덱스로 결정할 수 있다. 기지국은 미리 약속된 시간에 특정 빔에 파워를 실어 전송하고 단말은 해당 빔의 파워를 측정하여 가장 선호하는 빔 방향에 해당하는 빔 인덱스를 선호 빔 인덱스로 결정할 수 있다.
도9는 본 발명에 따른 단말의 상세 구조를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 단말(901)은 기지국으로부터 수신된 적어도 하나의 빔 인덱스 중에서, 선호 빔 인덱스를 결정하는 처리부(911); 상기 선호 빔 인덱스를 상기 기지국으로 전송하는 전송부(921); 및 상기 기지국으로부터 상기 빔 인덱스를 포함하는 적어도 하나의 빔과 상기 선호 빔 인덱스를 이용하여 결정된 채널 매트릭스에 기반한 신호를 수신하는 수신부(931);를 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 또한 상기 각각의 실시 예는 필요에 따라 서로 조합되어 운용할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예 1와 실시예 2, 그리고 실시예3의 일부분들이 서로 조합되어 기지국과 단말이 운용될 수 있다. 또한 상기 실시예들은 LTE 시스템을 기준으로 제시되었지만, 5G 혹은 NR 시스템 등 다른 시스템에도 상기 실시예의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이실시 가능할 것이다.

Claims (15)

  1. 무선 통신 시스템에서 기지국의 신호 전송 방법에 있어서,
    빔의 방향 정보를 포함하는 적어도 하나의 빔 인덱스를 적어도 하나의 빔을 통해 단말로 전송하는 단계;
    상기 단말에 의해 결정된 선호 빔 인덱스를 상기 단말로부터 수신하는 단계;
    상기 선호 빔 인덱스에 기반하여 상기 기지국과 상기 단말간 채널 매트릭스를 결정하는 단계; 및
    상기 기지국에서 상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 단말에게 신호를 전송하는 단계를 포함하는 기지국의 신호 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기지국에서 상기 선호 빔 인덱스를 입력으로 하고 아날로그 빔포밍 매트릭스를 출력으로 하는 맵핑 테이블에 기반하여 아날로그 빔포밍 매트릭스를 결정하고, 상기 아날로그 빔포밍 매트릭스에 기반하여 상기 단말에게 신호를 전송하는 단계를 더 포함하며,
    상기 채널 매트릭스 결정 단계는 상기 선호 빔 인덱스에 포함되어 있는 빔의 방향 정보, 기지국에 배치된 적어도 하나 이상의 안테나 요소 간격 또는 개수에 기반하여 채널 매트릭스를 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국의 신호 전송 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 채널 매트릭스 결정 단계는,
    하기의 수학식8을 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국의 신호 전송 방법.
    [수학식8]
    H = [h1(θ), h2(θ), ... , hi(θ)]
    hi(θ) = exp(-j*(2π)*(i-1)*d*sinθ/λ)
    H: 채널 매트릭스, i: 1 ~ 안테나 요소 개수, d: 안테나 요소 간격, θ: 빔 방향, λ: 파장
  4. 제1항에 있어서,
    상기 채널 매트릭스 결정 단계는,
    하기의 수학식9를 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국의 신호 전송 방법.
    [수학식9]
    H = h(θ) X h(φ)
    h(θ) = [h1(θ), h2(θ), ... , hi(θ)]
    h(φ) = [h1(φ), h2(φ), ... , hk(φ)]
    hi(θ) = exp(-j*(2π)*(i-1)*dh*sinθ/λ)
    hk(φ) = exp(-j*(2π)*(k-1)*dv*cosφ/λ)
    H: 채널 매트릭스, i: 1 ~ 수평방향 안테나 요소 개수, dh: 수평방향 안테나 요소 간격, θ: 빔 수평 방향, λ: 파장, k: 1 ~ 수직방향 안테나 요소 개수, dk: 수직방향 안테나 요소 간격, φ: 빔 수직 방향
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전송 단계는,
    상기 채널 매트릭스를 이용하여 결정되는, 디지털 빔포밍 매트릭스와 아날로그 빔포밍 매트릭스에 기반하여 상기 신호를 전송하는 것을 특징으로 하며,
    상기 아날로그 빔포밍 매트릭스는 하기의 수학식10을 이용하여 결정되며,
    [수학식10]
    V=(HH * H)-1 *HH
    V: 아날로그 빔포밍 매트릭스, H: 채널 매트릭스
    상기 디지털 빔포밍 매트릭스는 하기의 수학식11을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 기지국의 신호 전송 방법.
    [수학식11]
    W=((V*H)H*(V*H))-1*(V*H)H
    W: 디지털 빔포밍 매트릭스, V: 아날로그 빔포밍 매트릭스, H: 채널 매트릭스
  6. 제5항에 있어서,
    상기 채널 매트릭스 결정 단계는,
    상기 기지국에서 상기 선호 빔 인덱스의 빔 방향 정보를 확인하는 단계;
    상기 기지국에서 상기 빔 방향 정보를 이용하여 빔 방향 보정범위를 결정하는 단계;
    상기 기지국에서 상기 빔 방향 보정범위 내에서 복수개의 채널 매트릭스를 도출하는 단계; 및
    상기 기지국에서 상기 복수개의 채널 매트릭스 중에서 상기 기지국과 상기 단말간 채널 상태가 가장 좋은 채널 매트릭스를 신호 전송을 위한 채널 매트릭스로 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 채널 매트릭스 결정 단계는, 상기 복수개의 채널 매트릭스를 통해 상기 기지국과 상기 단말간 채널이 형성되는 경우 상기 단말에서 상기 기지국으로 피드백하는 채널 상태 정보(CQI)에 기반하여 신호 전송을 위한 채널 매트릭스를 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국의 신호 전송 방법.
  7. 무선 통신 시스템의 기지국에 있어서,
    빔의 방향 정보를 포함하는 적어도 하나의 빔 인덱스를 적어도 하나의 빔을 통해 단말로 전송하는 안테나;
    상기 안테나의 빔 방향 각도를 조절할 수 있는 위상 천이기; 및
    상기 단말에 의해 결정된 선호 빔 인덱스를 상기 단말로부터 수신하고, 상기 선호 빔 인덱스에 기반하여 상기 기지국과 상기 단말간 채널 매트릭스를 결정하며, 상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 위상 천이기를 제어하여 상기 단말에게 신호를 전송하는 제어부;를 포함하는 기지국.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 안테나는 적어도 하나의 안테나 요소; 및
    상기 선호 빔 인덱스를 입력으로 하고 아날로그 빔포밍 매트릭스를 출력하는 맵핑 테이블에 저장되어 있는 메모리;를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 선호 빔 인덱스에 포함되어 있는 빔의 방향 정보, 상기 안테나 요소의 간격 또는 상기 안테나 요소의 개수에 기반하여 채널 매트릭스를 결정하며, 상기 맵핑 테이블에 기반하여 상기 기지국과 상기 단말간 아날로그 빔포밍 매트릭스를 결정하고, 상기 아날로그 빔포밍 매트릭스에 기반하여 상기 위상 천이기를 제어하여 상기 단말에게 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는, 하기의 수학식12를 이용하여 채널 매트릭스를 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국.
    [수학식12]
    H = [h1(θ), h2(θ), ... , hi(θ)]
    hi(θ) = exp(-j*(2π)*(i-1)*d*sinθ/λ)
    i: 1 ~ 안테나 요소 개수, d: 안테나 요소간의 간격, θ: 빔 방향, λ: 파장
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는, 하기의 수학식13을 이용하여 채널 매트릭스를 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국.
    [수학식13]
    H = h(θ) X h(φ)
    h(θ) = [h1(θ), h2(θ), ... , hi(θ)]
    h(φ) = [h1(φ), h2(φ), ... , hk(φ)]
    hi(θ) = exp(-j*(2π)*(i-1)*dh*sinθ/λ)
    hk(φ) = exp(-j*(2π)*(k-1)*dv*cosφ/λ)
    i: 1 ~ 수평방향 안테나 요소 개수, dh: 수평방향 안테나 요소간의 간격, θ: 빔 수평 방향, λ: 파장, k: 1 ~ 수직방향 안테나 요소 개수, dk: 수직방향 안테나 요소간의 간격, φ: 빔 수직 방향
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 채널 매트릭스를 이용하여 결정되는, 디지털 빔포밍 매트릭스와 아날로그 빔포밍 매트릭스에 기반하여 상기 위상 천이기를 제어하여 신호를 전송하는 것을 특징으로 하며, 하기의 수학식14를 이용하여 결정되는 아날로그 빔포밍 매트릭스에 기반하여 상기 위상 천이기를 제어하고,
    [수학식14]
    V=(HH * H)-1 *HH
    V: 아날로그 빔포밍 매트릭스, H: 채널 매트릭스
    하기의 수학식15를 이용하여 결정되는 디지털 빔포밍 매트릭스에 기반하여 상기 위상 천이기를 제어하며,
    [수학식15]
    W=((V*H)H*(V*H))-1*(V*H)H
    W: 디지털 빔포밍 매트릭스, V: 아날로그 빔포밍 매트릭스, H: 채널 매트릭스
    상기 선호 빔 인덱스의 빔 방향 정보를 확인하고, 상기 빔 방향 정보를 이용하여 빔 방향 보정범위를 결정하며, 상기 빔 방향 보정범위 내에서 복수개의 채널 매트릭스를 도출하고, 상기 복수개의 채널 매트릭스 중에서 상기 기지국과 상기 단말간 채널 상태가 가장 좋은 채널 매트릭스를 신호 전송을 위한 채널 매트릭스로 결정하며, 상기 복수개의 채널 매트릭스를 통해 상기 기지국과 상기 단말간 채널이 형성되는 경우 상기 단말에서 상기 기지국으로 피드백하는 채널 상태 정보(CQI)에 기반하여 신호 전송을 위한 채널 매트릭스를 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  12. 무선 통신 시스템에서 단말의 신호 수신 방법에 있어서,
    빔의 방향 정보를 포함하는 적어도 하나의 빔 인덱스를 적어도 하나의 빔을 통해 기지국으로부터 수신하는 단계;
    상기 수신된 적어도 하나의 빔 인덱스 중에서, 선호 빔 인덱스를 결정하는 단계;
    상기 선호 빔 인덱스를 상기 기지국으로 전송하는 단계; 및
    상기 선호 빔 인덱스를 이용하여 결정된 채널 매트릭스에 기반하여, 상기 기지국으로부터 전송되는 신호를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말의 신호 수신 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 선호 빔 인덱스 결정 단계는, 상기 단말에서 수신된 빔의 파워를 측정하여 빔 파워가 가장 큰 빔 인덱스를 선호 빔 인덱스로 결정하며,
    상기 수신 단계는, 상기 채널 매트릭스를 이용하여 결정되는, 디지털 빔포밍 매트릭스와 아날로그 빔포밍 매트릭스에 기반하여, 상기 기지국으로부터 전송되는 신호를 수신하고,
    상기 채널 매트릭스는 상기 선호 빔 인덱스에 포함되어 있는 빔의 방향 정보, 기지국에 배치된 적어도 하나 이상의 안테나 요소 간격 또는 개수에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 단말의 신호 수신 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 채널 매트릭스는 하기의 수학식16을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 단말의 신호 수신 방법.
    [수학식16]
    H = [h1(θ), h2(θ), ... , hi(θ)]
    hi(θ) = exp(-j*(2π)*(i-1)*d*sinθ/λ)
    H: 채널 매트릭스, i: 1 ~ 안테나 요소 개수, d: 안테나 요소 간격, θ: 빔 방향, λ: 파장
  15. 무선 통신 시스템의 단말에 있어서,
    기지국으로부터 수신된 적어도 하나의 빔 인덱스 중에서, 선호 빔 인덱스를 결정하는 처리부;
    상기 선호 빔 인덱스를 상기 기지국으로 전송하는 전송부; 및
    상기 기지국으로부터 상기 빔 인덱스를 포함하는 적어도 하나의 빔과 상기 선호 빔 인덱스를 이용하여 결정된 채널 매트릭스에 기반한 신호를 수신하는 수신부;를 포함하는 단말.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113162668A (zh) * 2020-01-22 2021-07-23 南京捷希科技有限公司 一种调节固定波束的测试系统及测试方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110004802A (ko) * 2009-07-08 2011-01-14 한국전자통신연구원 협력 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 협력 통신 방법
KR20130127376A (ko) * 2012-05-10 2013-11-22 삼성전자주식회사 아날로그 및 디지털 하이브리드 빔포밍을 통한 통신 방법 및 장치
US20150103934A1 (en) * 2013-10-16 2015-04-16 Electronics And Telecommunications Research Institute Method and apparatus for communication in millimeter wave mimo communication environment
KR20160102488A (ko) * 2014-03-24 2016-08-30 엘지전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 하이브리드 빔포밍을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110004802A (ko) * 2009-07-08 2011-01-14 한국전자통신연구원 협력 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 협력 통신 방법
KR20130127376A (ko) * 2012-05-10 2013-11-22 삼성전자주식회사 아날로그 및 디지털 하이브리드 빔포밍을 통한 통신 방법 및 장치
US20150103934A1 (en) * 2013-10-16 2015-04-16 Electronics And Telecommunications Research Institute Method and apparatus for communication in millimeter wave mimo communication environment
KR20160102488A (ko) * 2014-03-24 2016-08-30 엘지전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 하이브리드 빔포밍을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KO, YOUNG-CHAI ET AL.: "Channel Estimation and Analog Beam Selection for Uplink Multiuser Hybrid Beamforming System", EURASIP JOURNAL ON WIRELESS COMMUNICATIONS AND NETWORKING 2016, vol. 2016, no. 1, 2 July 2016 (2016-07-02), XP055588027, ISSN: 1687-1499, DOI: 10.1186/s13638-016-0618-0 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113162668A (zh) * 2020-01-22 2021-07-23 南京捷希科技有限公司 一种调节固定波束的测试系统及测试方法
CN113162668B (zh) * 2020-01-22 2022-08-05 南京捷希科技有限公司 一种调节固定波束的测试系统及测试方法

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