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KR102306800B1 - 무선 통신시스템의 피드백 정보 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신시스템의 피드백 정보 송수신 장치 및 방법 Download PDF

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KR102306800B1
KR102306800B1 KR1020150074151A KR20150074151A KR102306800B1 KR 102306800 B1 KR102306800 B1 KR 102306800B1 KR 1020150074151 A KR1020150074151 A KR 1020150074151A KR 20150074151 A KR20150074151 A KR 20150074151A KR 102306800 B1 KR102306800 B1 KR 102306800B1
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Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 제공될 5G 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 발명의 실시예들은 빔포밍 MIMO 무선 통신시스템에서 성능 열화없이 복잡도와 오버헤드를 최소화하는 빔 선택 및 피드백 장치와 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템의 단말 장치는, 다수의 송수신빔 조합들 중에서 적어도 하나의 빔 조합을 선택하는 제어부와, 상기 적어도 하나의 빔 조합이 이전의 최적 빔 조합과 동일한지 여부를 지시하는 지시 정보를 포함하는 피드백 정보를 송신하는 송신기를 포함한다.

Description

무선 통신시스템의 피드백 정보 송수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING AND RECEIVING FEEDBACK INFORMATION IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신시스템의 피드백 정보 송수신에 관한 것이다.
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), 및 SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편 빔포밍 및 다중입력 다중출력(Muliple-Input Mulitple-Output, MIMO)를 지원하는 무선 통신 시스템(이하 '빔포밍 MIMO 무선 통신 시스템'이라 칭함)에서는 최적의 빔 조합이 선택되고, 최적의 빔 조합에 대한 정보가 피드백된다. 최적의 빔 조합을 선택함에 있어서 성능의 열화없이 복잡도를 최소화하고, 또한 최적의 빔 조합에 대한 피드백 오버헤드를 줄일 필요가 있다.
따라서 본 발명의 실시예들은 빔포밍 MIMO 무선 통신시스템에서 성능의 열화없이 최적의 빔 조합을 선택함에 있어서 복잡도를 줄이기 위한 장치와 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 실시예들은 빔포밍 MIMO 무선 통신시스템에서 최적의 빔 조합에 대한 선택 결과를 피드백함에 있어서 오버헤드를 줄이기 위한 장치와 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 실시예들은 빔포밍 MIMO 무선 통신시스템에서 성능 열화없이 복잡도와 오버헤드를 최소화하는 빔 선택 및 피드백 장치와 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템의 수신 장치의 동작 방법은 다수의 송수신빔 조합들 중에서 적어도 하나의 빔 조합을 선택하는 과정과, 상기 적어도 하나의 빔 조합이 이전의 최적 빔 조합과 동일한지 여부를 지시하는 지시 정보를 포함하는 피드백 정보를 송신하는 과정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템의 송신 장치의 동작 방법은, 다수의 송수신빔 조합들 중에서 선택된 적어도 하나의 빔 조합이 이전의 최적 빔 조합과 동일한지 여부를 지시하는 지시 정보를 포함하는 피드백 정보를 수신하는 과정을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템의 단말 장치는, 다수의 송수신빔 조합들 중에서 적어도 하나의 빔 조합을 선택하는 제어부와, 상기 적어도 하나의 빔 조합이 이전의 최적 빔 조합과 동일한지 여부를 지시하는 지시 정보를 포함하는 피드백 정보를 송신하는 송신기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템의 기지국 장치는, 다수의 송수신빔 조합들 중에서 선택된 적어도 하나의 빔 조합이 이전의 최적 빔 조합과 동일한지 여부를 지시하는 지시 정보를 포함하는 피드백 정보를 수신하는 수신기를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 채널 용량을 극대화하는 최적의 빔 선택에 있어서 후보군 설정 및 기존의 최적 빔과의 비교를 통하여 복잡도 및 피드백 정보 처리 계산 시간 과정을 최소화한다. 또한, 본 발명의 실시예들은 빔 번호에 대한 플래그 비트를 설정하여, 기존의 빔 재사용 시에는 각 안테나 별 빔 번호를 전송하지 않고, 플래그 1 비트만을 피드백하여 오버헤드를 최소화한다. 또한, 본 발명의 실시예들은 이동성을 가진 무선 빔포밍 MIMO 시스템, 즉 채널이 빠르게 변화하는 상황에서도 빔/자원할당 등의 스케줄링을 위한 시간 지연 최소화하면서 빔 간 핸드오버가 바로 다음 프레임 또는 서브프레임에 수행될 수 있도록 함으로써, 무선 통신 링크 성능 열화를 방지할 수 있으며, 단말에게 안정적인 데이터 레이트를 제공할 수 있다. 또한, 송신 및 수신 측의 안테나가 증가할수록 그리고, 셀 내에 존재하는 단말의 수가 증가할수록 빔 번호에 대한 피드백 정보량이 증가하지만, 본 발명의 실시예들은 상황에 따라 피드백 오버헤드가 최소화될 수 있는 장점이 있으며, 현재 사용되고 있는 WiGig (IEEE 802.11ad) 표준에도 큰 변경 없이 구현이 가능할 수 있다.
본 발명 및 그의 효과에 대한 보다 완벽한 이해를 위해, 첨부되는 도면들을 참조하여 하기의 설명들이 이루어질 것이고, 여기서 동일한 참조 부호들은 동일한 부분들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예들이 적용되는 무선 통신시스템에서 피드백 정보 송수신 동작의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 실시예들이 적용되는 빔포밍 MIMO 시스템의 블록 구성을 보여주는 도면이다.
도 2b는 본 발명의 실시예들이 적용되는 빔포밍 MIMO 시스템의 기지국 및 단말에서 안테나별 다수의 빔 조합이 지원됨을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 명의 실시예들이 적용되는 빔포밍 MIMO 시스템의 기본 구조를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들이 적용되는 빔포밍 MIMO 시스템의 수신 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들이 적용되는 빔포밍 MIMO 시스템의 송신 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 실시예들에 따른 빔포밍 MIMO 시스템에서 빔 선택 및 피드백 동작의 처리 절차의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 6b는 본 발명의 실시예들에 따른 빔포밍 MIMO 시스템에서 빔 선택 및 피드백 동작의 처리 절차의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 장치에 의한 빔 선택 및 피드백 동작의 처리 흐름을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수신 장치에 의한 빔 선택 및 피드백 동작의 처리 흐름을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수신 장치에 의한 빔 선택 및 피드백 동작의 처리 흐름을 보여주는 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예들에 따른 빔포밍 MIMO 시스템에서 최적의 빔 조합에 대한 전력 및 채널 용량 분석 비교의 결과를 보여주는 도면들이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 빔포밍 MIMO 시스템에서 임계값 전송, 빔 선택 및 피드백 동작의 처리 절차의 예를 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 임계값 설정의 예를 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 후보군 정보의 구성을 보여주는 도면이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 임계값 정보의 구성을 보여주는 도면이다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 변경 지시 정보의 구성을 보여주는 도면이다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔 변경 지시 정보의 구성을 보여주는 도면이다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔 변경 지시 정보의 구성을 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예들을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 하기에서는 본 발명의 실시예들에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외의 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면들에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 따라서 본 특허 명세서에서 본 발명의 원리들을 설명하기 위해 사용되어지는 도 1 내지 도 17b는 단지 예시를 위한 것인 바, 발명의 범위를 제한하는 어떠한 것으로도 해석되어져서는 아니될 것이다.
하기에서 설명될 본 발명의 실시예들은 무선 통신 시스템에서 성능 열화없이 최적의 빔 조합 선택 복잡도와 이에 따른 피드백 오버헤드를 최소화한 효율적인 빔 선택 및 피드백 장치 및 방안에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들이 적용되는 무선 통신시스템에서 피드백 정보 송수신 동작의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 기지국 100과 단말 200은 빔포밍을 지원할 수 있다. 예를 들어, 기지국 100은 송신 빔을 이용하여 신호를 송신하고, 단말 200은 수신 빔을 이용하여 상기 신호를 수신할 수 있다. 여기서 기지국 100과 단말 200은 각각 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 기지국 100은 각 안테나별로 다수의 송신 빔들을 지원할 수 있다. 유사하게, 단말 200은 각 안테나별로 다수의 수신 빔들을 지원할 수 있다. 단말 200은 기지국 100으로부터 신호를 수신하고 최적의 송신 빔 및 수신 빔 조합을 선택한다. 다음에, 단말 200은 선택된 최적의 빔 조합에 대한 정보를 기지국 100으로 피드백한다.
빔포밍 시스템에서 최적의 빔 조합을 선택하는 전형적인 방법은 모든 빔 조합에 대하여 채널 용량을 계산한 후 최대값을 가지는 기지국과 단말의 빔 조합을 선택하는 것이다. 하지만, 모든 빔 조합에 대하여 채널 용량을 계산하는 것은, 특히 빔포밍 MIMO 시스템에서는 적절하지 않다. 왜냐하면, 빔포밍 MIMO 시스템에서 안테나 개수가 증가하고 안테나 별 빔 개수가 증가할수록, 복잡도 및 처리 시간의 증가가 크기 때문에, 상기 복잡도와 처리 시간을 줄이기 위한 차선의(sub-optimal) 방법들이 사용되고 있다. 예를 들어, 차선의 방법으로는 기존에 측정된 전력 측정 값을 재사용하는 방법 또는 채널 용량 수식을 간략화하는 방법을 사용될 수 있다. 이러한 방법으로 찾아진 기지국과 단말의 안테나 간 빔 조합에 대한 정보(예; 빔 번호 또는 인덱스)는 매 정해진 주기마다 기지국으로 피드백된다.
도 2a는 본 발명의 실시예들이 적용되는 빔포밍 MIMO 시스템의 블록 구성을 보여주는 도면이다. 도 2b는 본 발명의 실시예들이 적용되는 빔포밍 MIMO 시스템의 기지국 및 단말에서 안테나별 다수의 빔 조합이 지원됨을 보여주는 도면이다.
도 2a를 참조하면, 기지국 100은 2개의 안테나 Ant.#0, Ant.#1을 구비한다. 단말 200은 2개의 안테나 Ant.#0, Ant.#1를 구비한다. 단말 200의 안테나 Ant.#0은 채널 hOO을 통해 기지국 100의 안테나 Ant.#0으로부터의 신호를 수신한다. 단말 200의 안테나 Ant.#0은 채널 h01을 통해 기지국 100의 안테나 Ant.#1로부터의 신호를 수신한다. 단말 200의 안테나 Ant.#1은 채널 h1O을 통해 기지국 100의 안테나 Ant.#1로부터의 신호를 수신한다. 단말 200의 안테나 Ant.#1은 채널 h11을 통해 기지국 100의 안테나 Ant.#1로부터의 신호를 수신한다. 이와 같이 기지국 100과 단말 200은 빔포밍 2x2 MIMO 시스템을 구성한다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 송신 측(예; 기지국 100)의 안테나 별 빔 개수가 16개이고, 수신 측(예; 단말 200)의 안테나 별 빔 개수가 8개인 것으로 가정한다면, 도 2a의 빔포밍 2x2 MIMO 시스템에서는 16,834개(=16x16x8x8)의 빔 조합에 대하여 측정, 계산, 선택 및 피드백 동작이 수행될 것이다. 상기 시스템에서 안테나 및 빔의 개수가 늘어날수록 계산 및 선택 복잡도와 처리 시간은 더 증가할 것이다. 이러한 복잡도와 처리 시간을 줄이기 위하여, 앞서서 언급한 바와 같이 기존의 전력 측정 값을 재사용하는 방법 또는 채널 용량 수식을 간소화하는 방법 등의 차선의 빔 선택 및 피드백 방법들이 사용될 수 있다.
그러나 이러한 차선의 빔 선택 및 피드백 방법들은 빠르게 변하는 무선 이동 환경에는 적합하지 않다. 왜냐하면, 상기 무선 이동 환경하에서는 바로 다음 프레임 또는 서브프레임에 사용될 최적의 빔을 선택하고, 자원 할당 등을 결정할 필요가 있는데, 차선의 빔 선택 및 피드백 방법들은 최적의 빔을 선택함에 있어서 복잡도 및 처리 시간이 크기 때문이다. 이에 따라, 차선의 빔 선택 및 피드백 방법들은 무선 통신 링크 성능 저하 및 전체적인 데이터 레이트의 감소를 가져올 수 있다.
빔포밍 MIMO 시스템의 수신 측(예; 단말)은 차선의 빔 선택 및 피드백 방법들에 의해 빔을 선택한 후 안테나 별 선택된 빔 정보(예; 번호 또는 인덱스)를 정해진 피드백 정보량의 피드백 정보로서 주기적으로 송신 측(예; 기지국)으로 전송한다. 이러한 피드백 방법은 불필요한 피드백 오버헤드를 발생시킬 수 있으며, 피드백 정보 처리에 발생하는 복잡도 및 처리 시간은 증가시킬 수 있다.
후술되는 본 발명의 실시예들은 빔 선택의 복잡도 및 피드백 정보의 처리 시간 및 피드백 정보량의 오버헤드를 성능 열화없이 최소화하는 빔 선택 / 피드백 장치 및 방법을 제시한다.
본 발명의 실시예들이 적용되는 빔포밍 MIMO 시스템에서는 단말의 이동 또는 채널 환경 등에 의한 외부적인 요소로 기지국과 단말의 안테나 별 최적의 빔이 바뀌게 된다. 이러한 이유로 빔포밍 MIMO 시스템에서는 기지국 및 단말의 각 안테나 별 최적 빔에 대한 정보가 주기적으로 송수신된다. 단말은 측정을 통하여 최적 송수신 빔 조합을 선택하고, 선택 결과에 따른 정보를 기지국으로 피드백한다. 이러한 처리는 빔 간 핸드오버 시, 기지국과 단말이 주기적인 빔 측정을 통하여 항상 최적의 빔을 선택 후 적용함으로써, 끊김 없는 양질의 서비스가 제공되도록 하기 위함이다.
하기에서는 먼저 본 발명의 실시예들이 적용되는 빔포밍 MIMO 시스템의 기본 구조(prototype)가 설명될 것이다(도 3). 다음에, 본 발명의 실시예들이 적용되는 빔포밍 MIMO 시스템의 송신 장치(예; 단말 장치)와 수신 장치(예; 기지국 장치)가 설명될 것이다(도 4 및 도 5). 그 다음에, 본 발명의 실시예들에 따른 빔 선택 및 피드백 동작의 예들이 설명될 것이다(도 6a 내지 도 9, 도 11). 그 다음에, 본 발명의 실시예들에 따른 빔 선택 및 피드백 동작을 위해 빔포밍 MIMO 시스템의 송신 측(예; 기지국)과 수신 측(예; 단말) 사이에서 송수신되는 정보들이 설명될 것이다(도 12 내지 도 17b).
본 발명의 실시예들에 따르면, 빔포밍 MIMO 시스템에서 주기적인 최적의 빔 선택 방법은 빔 후보군 설정과 이에 따른 임계 값을 통한 빔 선택, 수많은 빔 조합에 대한 계산(처리 시간)의 최소화 및 피드백 정보량의 간소화 등을 포함한다.
본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기에 앞서서, 빔포밍 MIMO 시스템에서 전력의 합(power sum) 기반 또는 채널 용량(channel capacity) 기반으로 실제 빔 측정 결과로부터 빔을 선택한 결과를 비교 분석한 도 10a 내지 도 10d를 참조하여 설명하기로 한다. 빔 선택을 위한 측정 동작은 도 2a에 도시된 바와 같은 빔포밍 2X2 MIMO 시스템에서 수행되었다. 기지국 100은 2개의 안테나를 구비하며, 각 안테나들은 16개의 빔을 지원한다. 단말 200은 360도(˚)를 지원하는 2개의 안테나를 구비하며, 각 안테나들은 8개의 빔을 지원한다.
먼저 전력의 합 기반으로 빔을 선택하는 원리를 설명한다.
최적의 빔(best beam) 선택시 다이렉트 및 크로스 전력의 합(direct and cross power sum)을 비교하여 선택하는 방법과 전체 전력의 합으로 선택하는 방법이 있을 수 있다. 전자의 방법과 후자의 방법은 차이가 크지 않기 때문에 후자의 방법을 통하여 최적의 빔이 선택되고 분석되었다. 최대 전력값 대비하여 2% 이내의 모든 빔 조합이 분석되었다. 전체 전력의 합은 다음의 수학식 1과 같이 구해질 수 있다.
Figure 112015051000668-pat00001
여기서 btx0은 송신 안테나#0의 빔 인덱스이고, btx1은 송신 안테나#1의 빔 인덱스이고, brx0은 수신 안테나#0의 빔 인덱스이고, brx1은 수신 안테나#1의 빔 인덱스이다. r은 수신 안테나 인덱스이고, t는 송신 안테나 인덱스이다. m은 사용된 서브캐리어 인덱스이고, Yn은 1024-point 고속 푸리에 변환(FFT, Fast Fourier Transform)을 사용하는 주파수 도메인 시퀀스이다.
다음에 채널 용량 기반으로 빔을 선택하는 원리를 설명한다.
각 안테나 별 잡음 분산(noise variance)를 적용 후 MIMO 채널 용량이 분석된다. 최대 채널 용량 값 대비하여 2% 이내의 모든 빔 조합이 분석되었다. 채널 용량 값은 다음의 수학식 2과 같이 구해질 수 있다.
Figure 112015051000668-pat00002
여기서 btx0은 송신 안테나#0의 빔 인덱스이고, btx1은 송신 안테나#1의 빔 인덱스이고, brx0은 수신 안테나#0의 빔 인덱스이고, brx1은 수신 안테나#1의 빔 인덱스이다. I는 항등 행렬(identity matrix)이다. H는 기지국과 단말 사이에 형성되는 채널 행렬, 즉 주파수 도메인에서의 채널 추정 값(channel estimation value)이다.
Figure 112015051000668-pat00003
는 RTG(Receive/Transmit Transition Gap)에서의 수신 안테나#0의 잡음 분산(noise variance)이다.
Figure 112015051000668-pat00004
는 RTG에서의 수신 안테나#1의 잡음 분산이다.
도 10a를 참조하면, 전력 기반과 채널 용량 기반으로 찾은 최적의 빔 조합 선택 결과가 일치할 확률은 약 66.6%이며, 전력 기반의 최적 빔 조합이 채널 용량으로 찾은 최적 빔 조합 기준으로 2% 내에 존재할 확률은 92.3%로 나타났다. 그리고 전력 기반으로 찾은 최적 빔 조합의 채널 용량 값과 채널 용량으로 찾은 최적 빔의 채널 용량 값 비율의 평균과 분산은 각각 99.5%, 0.92이다. 이는 도시된 바와 같이, 전력 기반과 채널 용량 기반의 최적 빔 선택이 유사하다는 것을 나타낸다.
도 10b를 참조하면, 전력 기반과 채널 용량 기반으로 찾은 최적의 빔 조합 선택 결과가 일치할 확률은 약 72.7%이며, 전력 기반의 최적 빔 조합이 채널 용량으로 찾은 최적 빔 조합 기준으로 2% 내에 존재할 확률은 100%로 나타났다. 그리고 전력 기반으로 찾은 최적 빔 조합의 채널 용량 값과 채널 용량으로 찾은 최적 빔의 채널 용량 값 비율의 평균과 분산은 각각 99.63%, 0.61이다. 이는 도시된 바와 같이, 전력 기반과 채널 용량 기반의 최적 빔 선택이 유사하다는 것을 나타낸다.
도 10c 및 도 10d를 참조하면, 단말의 안테나 방향과 관계없이 전력합과 채널 용량의 경향은 유사하다.
도 3은 본 명의 실시예들이 적용되는 빔포밍 MIMO 시스템의 기본 구조를 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 빔포밍 MIMO 시스템은 송신 장치 5를 포함한다. 송신 장치 5의 MIMO 송신 경로 10은 정보 스트림(information stream) #0과 정보 스트림 #1을 출력한다. 정보 스트림 #0은 믹서 21, 위상 천이기 31 및 전력 증폭기 41을 거쳐 송신 처리된다. 송신 처리된 정보 스트림 #0은 균일의 선형(uniform linear) 송신 어레이 안테나 (array antenna) #0을 통해 MIMO 채널상으로 출력된다. 정보 스트림 #1은 믹서 22, 위상 천이기 32 및 전력 증폭기 42를 거쳐 송신 처리된다. 송신 처리된 정보 스트림 #1은 송신 어레이 안테나 #1을 통해 MIMO 채널상으로 출력된다.
빔포밍 MIMO 시스템은 수신 장치 50을 포함한다. 수신 장치 50은 MIMO 채널상에 출력된 정보 스트림들을 수신 처리한다. MIMO 채널상에 출력된 정보 스트림 #0은 수신 어레이 안테나 #0을 통해 수신된 후 저잡음 증폭기 61, 위상 천이기 71 및 믹서 81을 거쳐 수신 처리된다. 수신 처리된 정보 스트림 #0은 MIMO 수신 경로 90으로 입력된다. MIMO 채널상에 출력된 정보 스트림 #0은 수신 어레이 안테나 #0을 통해 수신된 후 저잡음 증폭기 61, 위상 천이기 71 및 믹서 81을 거쳐 수신 처리된다. 수신 처리된 정보 스트림 #0은 MIMO 수신 경로 90으로 입력된다.
도 4는 본 발명의 실시예들이 적용되는 빔포밍 MIMO 시스템의 수신 장치의 구성을 보여주는 도면이다. 예를 들어, MIMO 시스템의 수신 장치는 도 1에 도시된 단말 200이 될 수 있다.
도 4를 참조하면, 수신 장치는 안테나부 210, 송수신기 220, 제어부 230 및 저장부 240을 포함한다.
안테나부 210은 송수신기 220에 의해 송신 처리된 신호를 무선 채널을 통해 송신하고, 무선 채널상의 신호를 수신한다. 안테나부 210은 빔포밍을 지원하기 위한 다수의 안테나들, 어레이 안테나 또는 안테나 요소(element)들을 포함할 수 있다.
송수신기 220은 송신될 신호를 송신 처리하고, 또한 수신되는 신호를 수신 처리한다. 예를 들어, 송수신기 220은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 데이터 송신 시, 송수신기 220은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 데이터 수신 시, 송수신기 220은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 이때 송수신기 220은 수신된 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, 상기 OFDM 심벌에 대해 FFT(fast Fourier transform) 연산을 수행함으로써 부반송파별 복소 심벌들을 복원할 수 있다. 또한, 송수신기 220은 기저대역 신호를 RF(radio frequency) 대역 신호로 상향 변환한 후 안테나부 210을 통해 송신하고, 안테나부 210을 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 송수신기 220은 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이어(oscillator), DAC(Digital to Analog Convertor), ADC(Analog to Digital Convertor) 등을 포함할 수 있다.
또한, 송수신기 220은 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 게다가, 송수신기 220은 빔포밍을 수행할 수 있다. 빔포밍을 위해, 송수신기 220은 다수의 안테나들 또는 안테나 요소들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다. 송수신기 220은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이러한 송수신기 220은 통신부 또는 송수신부로 지칭될 수 있으며, 경우에 따라서는 송신기와 수신기 또는 송신부와 수신부로 분리되어 도시될 수 있다.
저장부 240은 수신 장치의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 또한, 저장부 240은 제어부 230의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
제어부 230은 상기 단말의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부 230은 송수신기 220을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 제어부 230은 저장부 240에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 제어부 230은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부 230은 통신을 위한 제어를 수행하는 CP(communication processor) 및 응용 프로그램 등 상위 계층을 제어하는 AP(application processor)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 빔 선택 및 피드백 동작을 위해, 제어부 230은 빔측정 모듈 232, 빔선택 모듈 234 및 피드백 정보 생성 모듈 236을 포함한다. 빔측정 모듈 232는 다수의 수신 빔들에 대한 측정 동작을 수행한다. 빔선택 모듈 234는 빔측정 모듈 232에 의한 빔 측정 결과에 기반하여 다수의 송수신 빔 조합들 중에서 최적의 빔 조합을 선택한다. 피드백 정보 생성 모듈 236은 빔선택 모듈 234에 의해 선택된 최적의 빔 조합에 대한 정보를 생성한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신 장치(또는 단말 장치)는 다수의 송수신빔 조합들 중에서 적어도 하나의 빔 조합을 선택하는 제어부 230과, 상기 적어도 하나의 빔 조합이 이전의 최적 빔 조합과 동일한지 여부를 지시하는 지시 정보를 포함하는 피드백 정보를 송신하는 송신기 220을 포함한다.
일 실시예에서, 송신기 220은 상기 이전의 최적 빔 조합이 상기 적어도 하나의 빔 조합과 동일한 경우, 빔이 변경되지 않음을 지시하는 상기 지시정보를 포함하는 상기 피드백 정보를 송신한다.
다른 실시예에서, 송신기 220은 상기 이전의 최적 빔 조합이 상기 적어도 하나의 빔 조합과 동일하지 않은 경우, 빔이 변경되었음을 지시하는 상기 지시정보와 상기 적어도 하나의 빔 조합에 대한 정보를 포함하는 상기 피드백 정보를 송신한다.
일 실시예에서, 제어부 230은 상기 다수의 송수신빔 조합들 중에서 미리 정해진 개수의 적어도 하나의 빔 조합을 선택한다. 일 예로, 상기 개수는 단말에 대해 고정적으로 결정될 수 있다. 다른 예로, 상기 개수는 기지국에 의해 가변적으로 결정될 수 있다. 기지국은 전력에 기반하거나 간섭량 및 채널 품질에 기반하여 상기 개수를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부 230은 상기 다수의 송수신빔 조합들 중에서 미리 정해진 개수의 빔 조합들을 빔 후보군으로 결정한다. 제어부 230은 상기 이전의 최적 빔 조합이 상기 빔 후보군에 포함되는 경우, 상기 빔 후보군 중에서 최대 전력 값을 가지는 빔 조합에 대한 채널 용량 값과 상기 이전의 최적 빔 조합에 대한 채널 용량 값의 차이 값을 결정한다. 제어부 230은 상기 차이 값과 미리 정해진 임계값의 비교 결과에 기초하여 상기 적어도 하나의 빔 조합을 선택한다.
일 실시예에서, 제어부 230은 상기 차이 값이 상기 임계값보다 작은 경우, 상기 이전의 최적의 빔 조합을 상기 적어도 하나의 빔 조합으로 선택한다.
다른 실시예에서, 제어부 230은 상기 차이 값이 상기 임계값 이상인 경우, 상기 빔 후보군에 포함되는 빔 조합들 중 가장 큰 채널 용량 값을 가지는 빔 조합을 상기 적어도 하나의 빔 조합으로 선택한다.
또 다른 실시예에서, 제어부 230은 상기 차이 값이 상기 임계값 이상인 경우, 상기 빔 후보군에 포함되는 빔 조합들 중 최대 전력 값을 가지는 빔 조합을 상기 적어도 하나의 빔 조합으로 선택한다.
일 실시예에서, 상기 임계값은 단말에 대해 고정적으로 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 임계값은 기지국에 의해 가변적으로 결정될 수 있다. 상기 임계값은 전력에 기반하거나 간섭량 및 채널 품질에 기반하여 결정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들이 적용되는 빔포밍 MIMO 시스템의 송신 장치의 구성을 보여주는 도면이다. 예를 들어, MIMO 시스템의 송신 장치는 도 1에 도시된 기지국 100이 될 수 있다.
도 5를 참조하면, 송신 장치는 안테나부 110, 송수신기 120, 제어부 130 미 저장부 140을 포함한다.
안테나부 110은 송수신기 120에 의해 송신 처리된 신호를 무선 채널을 통해 송신하고, 무선 채널상의 신호를 수신한다. 안테나부 110은 빔포밍을 지원하기 위한 다수의 안테나들, 어레이 안테나 또는 안테나 요소(element)들을 포함할 수 있다.
송수신기 120은 송신될 신호를 송신 처리하고, 또한 수신되는 신호를 수신 처리한다. 예를 들어, 송수신기 120은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 데이터 송신 시, 송수신기 120은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 이때 송수신기 120은 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑하고, IFFT(inverse fast Fourier transform) 연산을 통해 OFDM 심벌을 생성할 수 있다. 데이터 수신 시, 송수신기 120은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 또한, 송수신기 120은 기저대역 신호를 RF(radio frequency) 대역 신호로 상향변환한 후 안테나부 110을 통해 송신하고, 상기 안테나부 110을 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 송수신기 120은 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이어(oscillator), DAC(Digital to Analog Convertor), ADC(Analog to Digital Convertor) 등을 포함할 수 있다.
또한, 송수신기 120은 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 게다가, 송수신기 120은 빔포밍(beamforming)을 지원할 수 있다. 빔포밍을 위해, 송수신기 120은 안테나부 110에 포함되는 다수의 안테나들 또는 안테나 요소(element)들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다. 또한, 송수신기 120은 송신되는 다수의 데이터 스트림들에 대해 프리코딩(precoding)을 수행할 수 있다. 이에 따라 송신 장치는 MU-MIMO 통신을 수행할 수 있다. 송수신기 120은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이러한 송수신기 120은 통신부 또는 송수신부로 지칭될 수 있으며, 경우에 따라서는 송신기와 수신기 또는 송신부와 수신부로 분리되어 도시될 수 있다.
저장부 140은 송신 장치의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 또한, 저장부 140은 제어부 130의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
제어부 130은 송신 장치의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부 130은 송수신기 120을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 제어부 130은 저장부 140에 데이터를 기록하고, 저장부 140에 기록되어 있는 데이터를 읽는다. 이를 위해, 제어부 130은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 빔 선택 및 피드백 동작을 위해, 제어부 130은 피드백 정보 수신 모듈 132, 빔 후보군 개수 또는 비율 결정 모듈 134 및 임계값 결정 모듈 136을 포함한다. 피드백 정보 수신 모듈 132는 수신 장치로부터 수신되는 피드백 정보를 수신한다. 빔 후보군 개수 또는 비율 결정 모듈 134는 수신 장치에서 최적의 빔 선택 동작시 사용될 빔 후보군 개수 또는 비율을 결정한다. 임계값 결정 모듈 136은 수신 장치에서 최적의 빔 선택 동작시 사용될 임계값을 결정한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 무선 통신 시스템의 송신 장치(또는 기지국 장치)는 다수의 송수신빔 조합들 중에서 선택된 적어도 하나의 빔 조합이 이전의 최적 빔 조합과 동일한지 여부를 지시하는 지시 정보를 포함하는 피드백 정보를 수신하는 송수신기 120을 포함한다.
일 실시예에서, 송수신기 120은 상기 이전의 최적 빔 조합이 상기 적어도 하나의 빔 조합과 동일한 경우, 빔이 변경되지 않음을 지시하는 상기 지시정보를 포함하는 상기 피드백 정보를 수신한다.
다른 실시예에서, 송수신기 120은 상기 이전의 최적 빔 조합이 상기 적어도 하나의 빔 조합과 동일하지 않은 경우, 빔이 변경되었음을 지시하는 상기 지시정보와 상기 적어도 하나의 빔 조합에 대한 정보를 포함하는 상기 피드백 정보를 수신한다.
일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 빔 조합은 상기 다수의 송수신빔 조합들 중에서 미리 정해진 개수의 빔 조합을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 개수는 단말에 대해 고정적으로 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 개수는 기지국에 의해 가변적으로 결정될 수 있다. 상기 개수는 전력에 기반하거나 간섭량 및 채널 품질에 기반하여 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 빔 조합은, 상기 이전의 최적 빔 조합이 상기 다수의 송수신빔 조합들 중에서 미리 정해진 개수의 빔 조합들을 포함하는 빔 후보군에 포함되는 경우, 상기 빔 후보군 중에서 최대 전력 값을 가지는 빔 조합에 대한 채널 용량 값과 상기 이전의 최적 빔 조합에 대한 채널 용량 값의 차이 값과 미리 정해진 임계값의 비교 결과에 기초하여 선택된다.
일 예로, 상기 차이 값이 상기 임계값보다 작은 경우, 상기 이전의 최적의 빔 조합이 상기 적어도 하나의 빔 조합으로 선택된다. 다른 예로, 상기 차이 값이 상기 임계값 이상인 경우, 상기 빔 후보군에 포함되는 빔 조합들 중 가장 큰 채널 용량 값을 가지는 빔 조합이 상기 적어도 하나의 빔 조합으로 선택된다. 또 다른 예로, 상기 차이 값이 상기 임계값 이상인 경우, 상기 빔 후보군에 포함되는 빔 조합들 중 최대 전력 값을 가지는 빔 조합이 상기 적어도 하나의 빔 조합으로 선택된다.
일 실시예에서, 상기 임계값은 단말에 대해 고정적으로 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 임계값은 기지국에 의해 가변적으로 결정될 수 있다. 상기 임계값은 전력에 기반하거나 간섭량 및 채널 품질에 기반하여 결정될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 실시예들에 따른 빔포밍 MIMO 시스템에서 빔 선택 및 피드백 동작의 처리 절차의 일 예를 보여주는 도면이다. 예를 들어, 빔 선택 및 피드백 동작의 처리 절차는 도 1에 도시된 기지국 100과 단말 200의 사이에서 수행될 수 있다.
도 6a를 참조하면, S110단계에서 단말 200은 다수의 수신 빔들에 대하여 빔 측정 동작을 수행한다. S120단계에서 단말 200은 빔 측정 결과에 기반하여 다수의 송수신빔 조합들 중에서 적어도 하나의 빔 조합을 선택한다. S130단계에서 단말 200은 선택된 적어도 하나의 빔 조합과 기존(또는 이전의) 최적의 빔 조합을 비교한다.
S140단계에서 단말 200은 상기 선택된 적어도 하나의 빔 조합과 이전의 최적의 빔 조합의 비교 결과에 기반하여 피드백 정보를 생성하고 기지국 100으로 송신한다. 예를 들어, 이전의 최적 빔 조합이 상기 선택된 적어도 하나의 빔 조합과 동일한 경우, 단말 200은 빔이 변경되지 않음을 지시하는 지시정보를 포함하는 피드백 정보를 생성하고, 생성된 피드백 정보를 기지국 100으로 송신한다.
도 6b는 본 발명의 실시예들에 따른 빔포밍 MIMO 시스템에서 빔 선택 및 피드백 동작의 처리 절차의 다른 예를 보여주는 도면이다. 예를 들어, 빔 선택 및 피드백 동작의 처리 절차는 도 1에 도시된 기지국 100과 단말 200의 사이에서 수행될 수 있다.
도 6b를 참조하면, S110단계에서 단말 200은 다수의 수신 빔들에 대하여 빔 측정 동작을 수행한다. S120단계에서 단말 200은 빔 측정 결과에 기반하여 다수의 송수신빔 조합들 중에서 적어도 하나의 빔 조합을 선택한다. S130단계에서 단말 200은 선택된 적어도 하나의 빔 조합과 기존(또는 이전의) 최적의 빔 조합을 비교한다.
S140단계에서 단말 200은 상기 선택된 적어도 하나의 빔 조합과 이전의 최적의 빔 조합의 비교 결과에 기반하여 피드백 정보를 생성하고 기지국 100으로 송신한다. 예를 들어, 이전의 최적 빔 조합이 상기 선택된 적어도 하나의 빔 조합과 동일하지 않은 경우, 단말 200은 빔이 변경되었음을 지시하는 지시정보와 상기 적어도 하나의 빔 조합에 대한 정보를 포함하는 피드백 정보를 생성하고, 생성된 피드백 정보를 기지국 100으로 송신한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 장치에 의한 빔 선택 및 피드백 동작의 처리 흐름을 보여주는 도면이다. 예를 들어, 이 처리 흐름은 도 1에 도시된 단말 200에서 수행될 수 있다. 이 처리 흐름은 단말 200에 의해 선택된 적어도 하나의 빔 조합이 1개인 경우의 예에 해당한다. 여기서 단말 200은 기지국 100의 각 안테나별 최적 송신 빔에 대한 정보를 알고 있다고 가정한다.
도 7을 참조하면, S210단계에서 단말 200은 다수의 수신 빔들에 대하여 빔 측정 동작을 수행한다. S220단계에서 단말 200은 빔 측정 결과에 기반하여 다수의 송수신빔 조합들 중에서 적어도 하나의 빔 조합을 선택한다. S230단계에서 단말 200은 선택된 적어도 하나의 빔 조합과 기존(또는 이전의) 최적의 빔 조합을 비교한다.
이전의 최적 빔 조합이 상기 선택된 적어도 하나의 빔 조합과 동일한 경우, S240단계에서 단말 200은 빔이 변경되지 않음을 지시하는 지시정보를 포함하는 피드백 정보를 생성하고, 생성된 피드백 정보를 기지국 100으로 송신한다.
이전의 최적 빔 조합이 상기 선택된 적어도 하나의 빔 조합과 동일하지 않은 경우, S250단계에서 단말 200은 빔이 변경되었음을 지시하는 지시정보와 상기 적어도 하나의 빔 조합에 대한 정보를 포함하는 피드백 정보를 생성하고, 생성된 피드백 정보를 기지국 100으로 송신한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수신 장치에 의한 빔 선택 및 피드백 동작의 처리 흐름을 보여주는 도면이다. 예를 들어, 이 처리 흐름은 도 1에 도시된 단말 200에서 수행될 수 있다. 여기서 단말 200은 기지국 100의 각 안테나별 최적 송신 빔에 대한 정보를 알고 있다고 가정한다.
도 8을 참조하면, S310단계에서 단말 200은 모든 빔 조합을 정렬한다. 이때 단말 200은 수신 빔 측정 결과에 기초하여 모든 빔 조합을 전력 기반으로 정렬한다.
S315단계에서 단말 200은 다수의 송수신 빔 조합들 중에서 미리 정해진 개수 또는 비율의 빔 조합 후보군을 선택한다. 예를 들어, 다수의 송수신 빔 조합들 중에서 최대 전력값 대비하여 k개의 빔 조합들이 빔 조합 후보군으로 선택될 수 있다. 다른 예로, 다수의 송수신 빔 조합들 중에서 최대 전력값 대비하여 L% 내의 빔 조합들이 빔 조합 후보군으로 선택될 수 있다.
S320단계에서 단말 200은 선택된 빔 조합 후보군에 기존의 최적 빔 조합이 포함되는지 여부를 판단한다. 기존의 최적 빔 조합이 선택된 빔 조합 후보군에 포함되는 것으로 판단된 경우, S325단계로 진행한다. 이와 달리 기존의 최적 빔 조합이 선택된 빔 조합 후보군에 포함되지 않은 것으로 판단된 경우, S350단계로 진행한다.
S325단계에서 단말 200은 빔 조합 후보군 중 최대 전력값을 가지는 1개의 빔 조합에 대한 채널 용량을 계산한다. S330단계에서 단말 200은 계산된 채널 용량값 과 기존 최적 빔에 대한 채널 용량값의 차이값을 계산한다.
S335단계에서 단말 200은 상기 계산된 차이값이 임계값보다 작은지 여부를 판단한다. 차이값이 임계값보다 작은 것으로 판단된 경우에는 S340단계로 진행한다. 이와 달리 차이값이 임계값보다 작지 않은 것으로 판단된 경우에는 S350단계로 진행한다.
S340단계에서 단말 200은 기존의 최적 빔 조합을 새로운 최적 빔 조합으로 결정한다. S345단계에서 단말 200은 빔변경 지시 정보(변경 없음)을 포함하는 피드백 정보를 생성하고, 상기 생성된 피드백 정보를 기지국 100으로 송신한다.
S350단계에서 단말 200은 빔 조합 후보군에 대하여 채널 용량을 계산한다. S355단계에서 단말 200은 가장 큰 채널 용량 값을 가지는 빔 조합을 새로운 최적 빔 조합으로 결정한다. S360단계에서 단말 200은 빔변경 지시 정보(변경있음)와 최적 빔 조합 정보를 포함하는 피드백 정보를 생성하고, 상기 생성된 피드백 정보를 기지국 100으로 송신한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수신 장치에 의한 빔 선택 및 피드백 동작의 처리 흐름을 보여주는 도면이다. 예를 들어, 이 처리 흐름은 도 1에 도시된 단말 200에서 수행될 수 있다.
도 9를 참조하면, S410단계에서 단말 200은 모든 빔 조합을 정렬한다. 이때 단말 200은 수신 빔 측정 결과에 기초하여 모든 빔 조합을 전력 기반으로 정렬한다.
S415단계에서 단말 200은 다수의 송수신 빔 조합들 중에서 미리 정해진 개수 또는 비율의 빔 조합 후보군을 선택한다. 예를 들어, 다수의 송수신 빔 조합들 중에서 최대 전력값 대비하여 k개의 빔 조합들이 빔 조합 후보군으로 선택될 수 있다. 다른 예로, 다수의 송수신 빔 조합들 중에서 최대 전력값 대비하여 L% 내의 빔 조합들이 빔 조합 후보군으로 선택될 수 있다.
S420단계에서 단말 200은 선택된 빔 조합 후보군에 기존의 최적 빔 조합이 포함되는지 여부를 판단한다. 기존의 최적 빔 조합이 선택된 빔 조합 후보군에 포함되는 것으로 판단된 경우, S425단계로 진행한다. 이와 달리 기존의 최적 빔 조합이 선택된 빔 조합 후보군에 포함되지 않은 것으로 판단된 경우, S450단계로 진행한다.
S425단계에서 단말 200은 빔 조합 후보군 중 최대 전력값을 가지는 1개의 빔 조합에 대한 채널 용량을 계산한다. S430단계에서 단말 200은 계산된 채널 용량값 과 기존 최적 빔에 대한 채널 용량값의 차이값을 계산한다.
S435단계에서 단말 200은 상기 계산된 차이값이 임계값보다 작은지 여부를 판단한다. 차이값이 임계값보다 작은 것으로 판단된 경우에는 S440단계로 진행한다. 이와 달리 차이값이 임계값보다 작지 않은 것으로 판단된 경우에는 S450단계로 진행한다.
S440단계에서 단말 200은 기존의 최적 빔 조합을 새로운 최적 빔 조합으로 결정한다. S445단계에서 단말 200은 빔변경 지시 정보(변경 없음)을 포함하는 피드백 정보를 생성하고, 상기 생성된 피드백 정보를 기지국 100으로 송신한다.
S450단계에서 단말 200은 빔 조합 후보군 중에서 최대 전력값을 가지는 빔 조합을 새로운 최적 빔 조합으로 결정한다. S455단계에서 단말 200은 빔변경 지시 정보(변경있음)와 최적 빔 조합 정보를 포함하는 피드백 정보를 생성하고, 상기 생성된 피드백 정보를 기지국 100으로 송신한다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 빔포밍 MIMO 시스템에서 임계값 전송, 빔 선택 및 피드백 동작의 처리 절차의 예를 보여주는 도면이다. 예를 들어, 이 처리 흐름은 도 1에 도시된 기지국 100 및 단말 200에서 수행될 수 있다.
도 11을 참조하면, 기지국 100은 채널 용량 차이의 비교를 위한 임계값과 임계값 변경 플래그(1)을 단말 200으로 송신한다(S510). 임계값 변경 플래그(1)는 임계값 변경이 있음을 지시하는 정보이다.
단말 200은 기지국 100으로부터 수신된 임계값과 임계값 변경 플래그(1)에 기초하여 빔 측정 및 선택 동작을 수행한다(S520). 선택된 빔 조합이 기존의 최적의 빔 조합과 동일한 경우, 단말 200은 빔변경 유무 플래그(0)를 기지국 100으로 송신한다. 빔변경 유무 플래그(0)은 기존의 최적의 빔 조합의 변경이 없음을 지시하는 정보이다.
빔변경 유무 플래그(0)가 수신되는 경우, 기지국 100은 빔 변경없이 기존의 최적의 송신 빔으로 데이터를 송신한다.
기지국 100은 채널 용량 차이의 비교를 위한 임계값 변경 플래그(0)을 단말 200으로 송신한다(S560). 임계값 변경 플래그(0)는 임계값 변경이 없음을 지시하는 정보이다.
단말 200은 기지국 100으로부터 임계값 변경 플래그(0)에 기초하여 기존의 임계값을 이용하여 빔 측정 및 선택 동작을 수행한다(S570). 선택된 빔 조합이 기존의 최적의 빔 조합과 다른 경우, 단말 200은 빔변경 유무 플래그(1)와 빔 변경된 최적의 빔 조합 정보, 즉 기지국 안테나별 최적 빔 인덱스를 기지국 100으로 송신한다. 빔변경 유무 플래그(1)은 기존의 최적의 빔 조합의 변경이 있음을 지시하는 정보이다.
빔변경 유무 플래그(1)가 수신되는 경우, 기지국 100은 피드백받은 변경된 빔으로 데이터를 송신한다(S590).
전술한 도 6a 내지 도 9 및 도 11에 도시된 바와 처리 흐름에 따른 주기적인 빔 선택 및 피드백 동작은 빔 간 핸드오버를 위한 최적의 빔 선택을 위한 것으로, 빔 후보군 설정과 이에 따른 임계 값을 통한 빔 선택, 수많은 빔 조합에 대한 계산(처리 시간) 최소화 및 피드백 정보량의 간소화를 위한 동작을 포함한다. 이러한 본 발명의 실시예들에 따른 빔 선택 및 피드백 동작을 구체적으로 살펴보기로 한다.
(동작 1) 단말 200은 피드백 빔 후보 군을 결정한다(도 7의 S210-S220, 도 8의 S310-S315, 도 9의 S410-S415). 예를 들어, 단말 200은 전력 기반의 다양한 방법으로 피드백 빔 후보 군을 결정할 수 있다. 단말 200은 수신 전력을 항상 측정하고 있기 때문에 이를 이용하여 빔 후보군을 설정한다. 빔 후보군을 설정함에 있어 다음의 방법들이 사용될 수 있다.
(예 1-A) 단말은 단말의 수신 안테나 별 측정된 전력 값의 총합을 기반으로 최대값 대비 L% 내의 빔 조합들 또는 k개 빔 조합들을 빔 후보군으로 선택한다. 예를 들어, 단말의 수신 안테나 별 측정된 전력 값의 총합은 하기의 <수학식 3>과 같이 구해질 수 있다.
Figure 112015051000668-pat00005
여기서 r은 단말 안테나 번호를 나타내고, M 은 단말 안테나 개수를 나타내고, t는 기지국 안테나 번호를 나타내고, N은 기지국 안테나 개수를 나타낸다. 각 기지국 및 단말의 안테나 별 빔 인덱스는 내포된 의미로 별도로 표기하지 않음에 유의하여야 한다.
(예 1-B) 단말은 단말의 수신 안테나 별 측정된 전력 값의 기지국과 단말의 안테나 인덱스가 동일한 경우의 합과 서로 다른 경우의 합을 비교하여 정렬 후 최대값 대비 L% 내의 빔 조합들 또는 k개 빔 조합들을 빔 후보군으로 선택한다. 상황에 따라 서로 교차되어 들어오는 빔이 큰 경우도 존재할 수 있다. 하기의 <수학식 4>는 기지국과 단말의 안테나 인덱스 동일한 경우의 합을 나타내며, <수학식 5>는 기지국과 단말의 안테나 인덱스가 서로 다른 경우의 합을 나타내다.
Figure 112015051000668-pat00006
Figure 112015051000668-pat00007
(예 1-C) 단말은 기지국과 단말의 각 안테나 별 모든 빔 조합의 SINR 계산을 통하여 최대값 대비 L% 내의 빔 조합들 또는 k개 빔 조합들을 빔 후보군으로 선택한다.
(예 1-D) 상기 방법 이외에도 여러 방법이 있을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 단말은 상황에 따라 모든 빔 조합의 계산 결과 최대값 대비 L% 내 또는 k개의 빔 후보군을 설정한다.
일 실시예에서, 빔 후보군의 개수 또는 비율에 대한 값은 단말에 고정 값으로 설정될 수 있다.
다른 실시예에서, 빔 후보군의 개수 또는 비율에 대한 값은 기지국이 결정하여 단말로 제공할 수 있다. 기지국은 단말 관리, 스케줄링 및 채널 상황에 따라 L 값 또는 k 값을 단말로 주기적으로 또는 임의적으로 전송하여 유동적으로 관리할 수 있다. 기지국은 다른 단말과의 간섭 등으로 인하여 단말이 올린 빔 후보군 중에서 단말 간의 간섭, 관리 등을 목적으로 빔을 선택하고, 선택된 빔을 이용한 전송이 가능하다. 단말은 기지국으로부터 수신된 L 값 또는 k 값의 정보를 수신하고, 피드백을 통하여 k개의 빔 후보군을 전송할 수 있다.
빔 후보군 설정을 위한 값인 L% 또는 k개는 다음과 같이 설정될 수 있다.
기지국은 수신신호세기 지시자(RSSI, Received Signal Strength Indicator), 수신신호 기준전력(RSRP, Received Signal Reference Power), 신호대잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio), 신호대간섭 잡음비(SINR, Signal to Interference plus Noise Ratio), 채널품질 지시자(CQI, Channel Quality Inidcator) 등과 같은 수신 신호의 전력 및 간섭의 측정 값을 기반으로 후보군 설정을 위한 L% 또는 k개의 값을 설정할 수 있다. 예를 들어, 상기 측정 값은 기지국이 업링크 채널을 통하여 측정할 수 있다. 다른 예로, 상기 측정 값은 단말에 의해 측정된 후 기지국으로 피드백될 수 있다.
기지국은 상기 측정 값을 기반으로 후보군 설정을 위한 L% 또는 k개의 값을 설정함에 있어 아래의 방법을 따를 수 있다.
첫 번째 방법에 따르면, 기지국은 전력 값 기반으로 한 RSSI, RSRP 등의 값을 기준으로 후보군 설정을 위한 값을 설정한다. 예를 들어, 측정된 전력 값이 크다면 채널 상황이 좋다고 판단하여, 후보군 설정 값을 작게 설정한다(예; 1개). 이와 달리, 측정된 전력 값이 작다면 채널 상황이 좋지 않다고 판단하여 후보군 설정 값을 크게 설정한다(예; 2개 이상). 채널 상황이 좋지 않은 경우는 단말이 기지국과 멀리 떨어져 있거나, 건물 등에 가려 단말과 기지국이 비가시선(non-LOS(line of sight)) 상황인 경우를 포함할 수 있다. 이러한 경우 기지국은 안정적인 링크 확보를 위하여 후보군 설정 개수를 1개 이상으로 설정한다.
두 번째 설정 방법에 따르면, 기지국은 간섭의 양 및 채널 품질을 기반으로 후보군 설정을 위한 값을 설정한다. 전력 값에는 옆 안테나 등 다른 곳으로부터 들어오는 간섭이 포함됨에 따라 전력 값은 실제 수신 전력보다 크게 측정될 수도 있다. 그러므로 SINR 의 간섭이 포함된 수신신호 레벨과 채널의 품질을 측정한 CQI 값을 기반으로, 간섭량이 크고 채널 품질이 좋지 않은 경우, 기지국은 안정적인 링크를 확보하기 위하여 후보군 설정 값을 1개 이상으로 설정한다.
전력 값, 간섭의 양 및 채널 품질 값의 크고 작음은 기지국이 설치된 환경에 따라 다를 수 있기 때문에, 실제 사용할 곳에 기지국을 설치한 후 단말을 가지고 실외 테스트를 통한 실측 값을 기반으로, 즉 필드 테스트를 기반으로 후보군 설정 값을 적절하게 설정하여 사용한다.
기지국에 의해 결정되는 빔 조합 후보군 설정을 위한 정보(또는 값)는 도 13 및 도 14b에 도시된 바와 같은 구조를 가질 수 있다.
IEEE 802.11ad 표준, 소위 와이기그(WiGig, Wireless Gigabit)에서는 사용자 특정(user specific)한 엘레멘트(element)를 정의하여 사용할 수 있다. 그러므로 기지국은 빔 조합 후보군 설정을 위한 L% 또는 k개의 값을 전달하기 위하여 도 13에 도시된 바와 같은 후보 빔 엘레멘트 포맷(candidate beam element format)을 사용한다. 도 13에서, 후보 빔 엘레멘트 포맷은 엘레멘트 식별자(element ID) 필드 610, 길이 필드 612 및 후보 빔 필드 614를 포함한다. 후보 빔 필드 614에 빔 조합 후보군 설정을 위한 L% 또는 k개의 값이 포함된다. 엘레멘트 식별자(element ID) 필드 610은 이 엘레멘트 포맷이 후보 빔 엘레멘트 포맷임을 나타낸다. 예를 들어, 엘레멘트 식별자 필드 610은 8비트일 수 있고, 길이 필드 612는 8비트일 수 있고, 후보 빔 필드 614는 2비트일 수 있다.
다른 실시예로서, 기지국은 빔 조합 후보군 설정을 위한 L% 또는 k개의 값을 전달하기 위하여 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같은 IEEE 802.11ad 표준(WiGig)에 정의된 DMG 빔 미세 엘레멘트 포맷(Beam Refinement element format)을 사용할 수 있다. 도 14a에 도시된 바와 같은 포맷의 예비(reserved) 영역 710을 도 14b에 도시된 바와 같이 빔 조합 후보군 설정을 위한 L% 또는 k개의 값을 전달하기 위한 영역(Diff. Threshold) 712로 사용할 수 있다.
이 영역 712는 본 발명의 실시예들에 따른 빔 선택 및 피드백 동작을 위해 사용되는 임계값을 전달하는 영역으로도 사용될 수 있다.
(동작 2) 단말은 선택된 k개의 빔 후보군 내에, 기존에 사용하던 안테나 별 최적의 빔 조합이 포함되어 있는지 여부를 확인한다(도 7의 S230, 도 8의 S320, 도 9의 S420). 이 동작은 빔 후보군 내에 포함되는 빔들의 채널 용량 값들이 비슷하다는 가정하에 1차 필터링 과정을 거치는 단계이다. 빔 조합이 비슷한 경우는 단말이 고정 상태이거나 또는 단말이 동일 빔 방향을 따라 움직이고 있는 상황 등이 포함될 수 있다.
(동작 3) 단말은 k개의 후보군 내에 기존의 최적 빔 조합이 포함되는 경우, k개의 빔 후보군 내에서 최대 전력값을 가지는 1개의 빔 조합을 선택한다.
(동작 4) 단말은 선택된 빔 조합에 대하여 채널 용량을 계산한다(도 8의 S325, 도 9의 S425). 단말은 기지국 및 단말의 안테나 별 모든 빔 조합에 대해서 계산 동작을 수행하는 것이 아니라, 선택된 후보 하나에 대해서만 계산한다. 그러므로 본 발명의 실시예는 모든 빔 조합에 대해서 계산 동작을 수행하는 경우에 비해 계산의 처리 시간을 (1/ 모든 빔 조합의 개수)로 줄일 수 있다. 다음의 <수학식 6>은 채널 용량을 계산하는 수식을 나타낸다. 여기서capacity는 채널 용량을 나타낸다. I 는 항등 행렬(identity matrix)을 나타낸다.
Figure 112015051000668-pat00008
는 잡음 분산을 나타낸다. H 는 기지국과 단말 사이에 형성되는 채널 행렬을 나타낸다. H 는 에르미트(Hermit) 연산자를 나타낸다.
Figure 112015051000668-pat00009
(동작 5) 단말은 계산된 새로운 빔 조합의 채널 용량과 현재 사용하고 있는, 즉 기존의 최적 빔 조합의 차이를 계산한다(도 8의 S330, 도 9의 S430). 이 동작은 채널 용량의 차이 값을 기반으로 빔을 선택하기 위한 필터링 과정 중 하나이다.
(동작 6) 단말은 계산된 새로운 빔 조합의 채널 용량 값과 기존의 최적 빔 조합의 채널 용량 차이 값을 임계 값과 비교한다(도 8의 S335, 도 9의 S435). 이 동작은 빔을 선택하는 2차 필터링 과정이다. 여기서 임계 값은 아래와 같이 기지국에서 단말로 정해진 주기에 맞추어 내려 보내주거나 또는 단말에 고정된 값을 설정 후 사용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 임계 값은 단말에 고정된 값으로 설정될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 임계 값은 기지국에 의해 가변적으로 설정될 수 있다. 기지국은 임계 값을 설정하고, 이 설정된 임계 값에 대한 정보를 도 11에 도시된 바와 같이 주기적으로 단말로 내려준다. 기지국의 스케줄러의 상황에 맞추어 단말은 임계 값을 전달받고 이 값을 빔 선택 및 피드백 동작에 적용한다.
기지국은 임계 값을 전달하기 위하여 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같은 IEEE 802.11ad 표준(WiGig)에 정의된 DMG 빔 미세 엘레멘트 포맷(Beam Refinement element format)을 사용할 수 있다. 도 14a에 도시된 바와 같은 포맷의 예비(reserved) 영역 710의 2비트를 도 14b에 도시된 바와 같이 임계 값을 전달하기 위한 영역(Diff. Threshold) 712로 사용할 수 있다. 단말은 기지국이 보낸 임계 값을 바탕으로 미리 정의된 값에 매핑 후 비교 동작시 사용한다.
일 예로, 임계 값은 4 단계(00, 01, 10, 11)로 설정될 수 있다. 이러한 경우 도 14b에 도시된 포맷을 이용하여 임계 값에 대한 정보의 전달이 가능하다.
다른 예로, 임계 값은 도 12에 도시된 바와 같이 8 단계(000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111)로 설정될 수 있다.
기지국에서의 임계 값 설정은 후보군 개수(또는 비율)의 설정 시와 유사하게 기지국은 전력 또는 간섭 및 채널 품질을 보고 판단하여 임계 값을 설정하고, 설정된 임계 값을 단말로 전송한다.
임계 값을 작게 설정하는 경우는 기존의 채널 용량과 현재의 채널 용량의 차이 값이 작다는 것을 의미한다. 이러한 경우는 CQI 값도 거의 차이가 없기 때문에 단말은 CQI 계산 및 피드백을 생략할 수 있다.
이와 반대로 임계 값을 큰 값으로 설정하는 경우는 채널 상황이 좋지 않은 경우를 의미한다. 채널 품질의 기준이 되는 CQI값과 옆 안테나 등으로부터 들어오는 간섭량의 지표가 되는 SINR 의 추이 변화를 통하여, 지속적으로 CQI 값이 낮아지고 간섭량이 커지게 되면, 채널 상황이 안 좋아지게 된다. 이러한 상황에서는 최적 빔 및 CQI 및 SINR 값 등이 변하게 되므로, 기지국은 단말이 CQI 계산 및 피드백을 하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 임계 값에 따라 CQI 피드백 유무를 판단할 수 있으며, CQI 피드백 오버헤드를 상황에 따라 줄일 수 있다. 도 12는 임계 값을 3비트로 할당하였을 때의 예시 값을 나타낸다. 총 8개의 임계 값 단계가 설정될 수 있다. 도 12에서는 채널 용량의 차이 값이 0.5 단위로 0.5부터 4까지의 8단계로 표현된다. 만약 기지국이 채널 용량 차이 값을 2 (011) 이하로 설정하여 단말로 내려 보내면, 단말은 CQI 값을 기지국으로 피드백하지 않을 수 있다.
(동작 7) 단말은 새로이 선택된 빔 조합의 채널 용량과 기존에 사용된 최적의 빔 조합의 채널 용량의 차이 값이 임계 값보다 작은지 여부를 판단한다(도 8의 S335, 도 9의 S435). 이 동작은 차이 값이 임계 값보다 작은 경우 단말이 기존의 최적 빔을 선택하기 위한 2차 필터링 과정이다.
단말은 기존의 최적 빔을 선택한다(도 8의 S340, 도 9의 S440). 또한, 단말은 선택 결과에 따라, 새로운 최적 빔이 기존의 최적 빔과 동일하며, 새로 찾은 최적 빔의 변경 유무를 알려주기 위하여 빔 변경 지시 정보로서의 빔 플래그 비트(0 또는 1)를 설정하고, 해당 빔 변경 지시 정보를 송신한다(도 8의 S345, 도 9의 S445). 예를 들어, 빔 변경이 없는 경우 빔 플래그 비트는 (0)으로 설정될 수 있다. 이러한 경우 기존과 동일한 빔이 사용될 예정이기 때문에 기지국 각 안테나 별 빔 정보(또는 인덱스)를 별도로 알려주지 않아도 된다. 이때 빔 인덱스 변경 유무를 알려주는 빔 플래그 1비트만 사용되기 때문에 피드백 정보량은 현저하게 줄어든다.
빔 변경 지시 정보로서의 빔 플래그 비트(0 또는 1)를 위해 도 15b, 도 16b 및 도 17b에 도시된 포맷이 사용될 수 있다.
도 15b 를 참조하면, 도 15a에 도시된 바와 같은 IEEE 802.11ad (WiGig) 표준에서 정의된 기지국 안테나의 빔을 알려주기 위한 섹터 스위프(SSW, Sector Sweep) 피드백 필드(feedback field)의 예비(reserved) 영역 810의 1비트가 빔 플래그 비트 812로 사용된다.
도 16b 를 참조하면, 도 16a에 도시된 바와 같은 IEEE 802.11ad (WiGig) 표준에서 정의된 기지국 안테나의 빔을 알려주기 위한 섹터 스위프(SSW, Sector Sweep) 피드백 필드(feedback field)의 예비(reserved) 영역 910의 1비트가 빔 플래그 비트 912로 사용된다.
도 17b를 참조하면, 도 16a에 도시된 바와 같은 IEEE 802.11ad (WiGig) 표준에서 정의된 빔 미세 프로토콜(BRP, Beam Refinement Protocol) 요청 필드 포맷(request field format)의 예비(reserved) 영역 950의 1비트가 빔 플래그 비트 952로 사용된다.
(동작 8) 단말은 (동작 3)의 1차 필터링에서 k개의 후보군 내에 기존의 최적 빔 조합이 포함되지 않는 경우나, (동작 7)의 2차 필터링에서도 새로운 빔 조합의 채널 용량과 기존의 최적 빔 조합의 채널 용량의 차이 값이 임계 값보다 큰 경우에는 아래의 방법을 따른다.
일 실시예에서, 단말은 k개의 빔 조합에서 가장 큰 전력값을 가지는 빔 조합을 선택한다(도 9의 S450). 단말은 선택 결과에 기초하여 빔 변경 지시 정보로서의 빔 플래그 비트를 설정하고, 기지국 각 안테나별 빔 정보를 기지국으로 피드백한다(S455).
다른 실시예에서, 단말은 k개의 빔 조합 모두에 대하여 채널 용량을 계산하고(도 8의 S350), 이 계산을 통하여 재정렬 후 가장 큰 채널 용량 값을 가지는 빔 조합을 선택한다(S355). 단말은 선택 결과에 기초하여 빔 변경 지시 정보로서의 빔 플래그 비트를 설정하고, 기지국 각 안테나별 빔 정보를 기지국으로 피드백한다(S360).
전술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 동작은 빔포밍을 지원하는 MIMO 시스템에서 최적의 빔을 선택하기 후보군 설정, 기존 사용하는 빔이 새롭게 찾은 빔 후보군 내에 포함 여부 비교, 새롭게 찾은 빔과 기존 사용하던 빔의 채널 용량 차이 비교, 그리고 비교 결과에 따른 피드백 정보량 조절 동작을 포함한다. 이러한 동작은 피드백 정보량을 최소화할 수 있으며, 그 결과 최적의 성능을 유지시킬 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 새로운 빔과 기존에 사용하던 빔의 차이를 비교하기 위한 임계 값을 기지국에서 스케줄링 및 채널 환경 등에 따라 설정하여 주기적으로 단말에 전송할 수 있도록 함으로써, 여러 상황에 맞추어 탄력적으로 운용하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 단말은 현재 WiGig (IEEE 802.11ad) 프레임 포맷의 예비 영역에 피드백 정보로서 빔 플래그 비트만을 포함시켜 전송할 수 있다. 또한 기지국도 WiGig (IEEE 802.11ad) 프레임 포맷의 예비 영역을 이용하여 단말로 임계 값을 알려줄 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 단말은 예외 처리로 빔 후보군으로 설정한 k 개의 빔 내에서 선택 또는 k 개의 빔 후보군 모두 채널 용량 또는 그에 준하는 방법을 통하여 재정렬 빔 조합을 선택 후 피드백 장치를 통하여 빔 플래그 비트와 함께 전송하는 방법을 제안한다.
이러한 본 발명의 실시예들은 차선의 빔 선택 방식이 아닌 채널 용량을 극대화하는 최적의 빔 선택에 있어서 후보군 설정 및 기존의 최적 빔과의 비교를 통하여 복잡도 및 피드백 정보 처리 계산 시간 과정을 최소화한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 빔 번호에 대한 플래그 비트를 설정하여, 기존의 빔 재사용 시에는 각 안테나 별 빔 번호를 전송하지 않고, 플래그 1 비트만을 피드백하여 오버헤드를 최소화한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 이동성을 가진 무선 빔포밍 MIMO 시스템, 즉 채널이 빠르게 변화하는 상황에서도 빔/자원할당 등의 스케줄링을 위한 시간 지연 최소화하면서 빔 간 핸드오버가 바로 다음 프레임 또는 서브프레임에 수행될 수 있도록 함으로써, 무선 통신 링크 성능 열화를 방지할 수 있으며, 단말에게 안정적인 데이터 레이트를 제공할 수 있다.
또한, 송신 및 수신 측의 안테나가 증가할수록 그리고, 셀 내에 존재하는 단말의 수가 증가할수록 빔 번호에 대한 피드백 정보량이 증가하지만, 본 발명의 실시예들은 상황에 따라 피드백 오버헤드가 최소화될 수 있는 장점이 있으며, 현재 사용되고 있는 WiGig (IEEE 802.11ad) 표준에도 큰 변경 없이 구현이 가능할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
본 발명의 특정 측면들은 또한 컴퓨터 리드 가능 기록 매체(computer readable recording medium)에서 컴퓨터 리드 가능 코드(computer readable code)로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 리드 가능 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의해 리드될 수 있는 데이터를 저장할 수 있는 임의의 데이터 저장 디바이스이다. 상기 컴퓨터 리드 가능 기록 매체의 예들은 리드 온니 메모리(read only memory: ROM, 이하 'ROM'이라 칭하기로 한다)와, 랜덤-접속 메모리(random access memory: RAM, 이하 'RAM'라 칭하기로 한다)와, 컴팩트 디스크- 리드 온니 메모리(compact disk-read only memory: CD-ROM)들과, 마그네틱 테이프(magnetic tape)들과, 플로피 디스크(floppy disk)들과, 광 데이터 저장 디바이스들, 및 캐리어 웨이브(carrier wave)들(상기 인터넷을 통한 데이터 송신과 같은)을 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 리드 가능 기록 매체는 또한 네트워크 연결된 컴퓨터 시스템들을 통해 분산될 수 있고, 따라서 상기 컴퓨터 리드 가능 코드는 분산 방식으로 저장 및 실행된다. 또한, 본 발명을 성취하기 위한 기능적 프로그램들, 코드, 및 코드 세그먼트(segment)들은 본 발명이 적용되는 분야에서 숙련된 프로그래머들에 의해 쉽게 해석될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 장치 및 방법은 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합의 형태로 실현 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 임의의 소프트웨어는 예를 들어, 삭제 가능 또는 재기록 가능 여부와 상관없이, ROM 등의 저장 장치와 같은 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치, 또는 예를 들어, RAM, 메모리 칩, 장치 또는 집적 회로와 같은 메모리, 또는 예를 들어 콤팩트 디스크(compact disk: CD), DVD, 자기 디스크 또는 자기 테이프 등과 같은 광학 또는 자기적으로 기록 가능함과 동시에 기계(예를 들어, 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체에 저장될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 제어부 및 메모리를 포함하는 컴퓨터 또는 휴대 단말에 의해 구현될 수 있고, 상기 메모리는 본 발명의 실시 예들을 구현하는 지시들을 포함하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계로 읽을 수 있는 저장 매체의 한 예임을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명은 본 명세서의 임의의 청구항에 기재된 장치 또는 방법을 구현하기 위한 코드를 포함하는 프로그램 및 이러한 프로그램을 저장하는 기계(컴퓨터 등)로 읽을 수 있는 저장 매체를 포함한다. 또한, 이러한 프로그램은 유선 또는 무선 연결을 통해 전달되는 통신 신호와 같은 임의의 매체를 통해 전자적으로 이송될 수 있고, 본 발명은 이와 균등한 것을 적절하게 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 유선 또는 무선으로 연결되는 프로그램 제공 장치로부터 상기 프로그램을 수신하여 저장할 수 있다. 상기 프로그램 제공 장치는 상기 프로그램 처리 장치가 기 설정된 컨텐츠 보호 방법을 수행하도록 하는 지시들을 포함하는 프로그램, 컨텐츠 보호 방법에 필요한 정보 등을 저장하기 위한 메모리와, 상기 그래픽 처리 장치와의 유선 또는 무선 통신을 수행하기 위한 통신부와, 상기 그래픽 처리 장치의 요청 또는 자동으로 해당 프로그램을 상기 송수신 장치로 전송하는 제어부를 포함할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.

Claims (56)

  1. 무선 통신 시스템의 수신 장치의 동작 방법에 있어서:
    다수의 송수신빔 쌍(pair)들 중에서 빔 쌍 후보군을 식별하는 과정, 상기 빔 쌍 후보군은 이전 빔 포밍 절차에서 선택된 이전의 빔 쌍을 포함하고;
    상기 빔 쌍 후보군 중에서 최대 전력 값을 가지는 빔 쌍에 대한 채널 용량과 상기 이전의 빔 쌍에 대한 채널 용량의 차이 값을 결정하는 과정;
    상기 차이 값과 미리 정해진 임계값의 비교 결과에 기초하여 적어도 하나의 빔 쌍을 선택하는 과정; 및
    상기 적어도 하나의 빔 쌍과 상기 이전의 빔 쌍 간의 비교 결과에 기반하여 빔 변경 지시 정보를 포함하는 피드백 정보를 송신하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 피드백 정보를 송신하는 과정은,
    상기 이전의 빔 쌍이 상기 적어도 하나의 빔 쌍과 동일한 경우, 빔이 변경되지 않음을 지시하는 상기 빔 변경 지시 정보를 포함하는 상기 피드백 정보를 송신하는 과정을 포함하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 피드백 정보를 송신하는 과정은,
    상기 이전의 빔 쌍이 상기 적어도 하나의 빔 쌍과 동일하지 않은 경우, 빔이 변경되었음을 지시하는 상기 빔 변경 지시 정보와 상기 적어도 하나의 빔 쌍에 대한 정보를 포함하는 상기 피드백 정보를 송신하는 과정을 포함하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 적어도 하나의 빔 쌍을 선택하는 과정은,
    상기 차이 값이 상기 임계값보다 작은 경우, 상기 이전의 빔 쌍을 상기 적어도 하나의 빔 쌍으로 선택하는 과정을 포함하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 적어도 하나의 빔 쌍을 선택하는 과정은,
    상기 차이 값이 상기 임계값 이상인 경우, 상기 빔 쌍 후보군에 포함되는 빔 쌍들 중 가장 큰 채널 용량을 가지는 빔 쌍을 상기 적어도 하나의 빔 쌍으로 선택하는 과정을 포함하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 적어도 하나의 빔 쌍을 선택하는 과정은,
    상기 차이 값이 상기 임계값 이상인 경우, 상기 빔 쌍 후보군에 포함되는 빔 쌍들 중 최대 전력 값을 가지는 빔 쌍을 상기 적어도 하나의 빔 쌍으로 선택하는 과정을 포함하는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 빔 쌍 후보군은,
    빔 쌍들에 대한 미리 결정된 수의 또는 미리 결정된 비율 중 적어도 하나에 기초하여 식별되는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 빔 쌍 후보군은,
    상기 다수의 송수신 빔 쌍들 중에서 미리 정해진 수 내에서 최대 전력 값에 기반하여 식별되는 방법.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 빔 쌍 후보군은,
    상기 다수의 송수신 빔 쌍들 중에서 미리 정해진 비율 내에서 최대 전력 값에 기반하여 식별되는 방법.
  10. 무선 통신 시스템의 송신 장치의 동작 방법에 있어서:
    다수의 송수신빔 쌍(pair)들 중에서 빔 쌍 후보군으로부터 선택된 적어도 하나의 빔 쌍과 이전 빔 포밍 절차에서 선택된 이전의 빔 쌍 간의 비교 결과에 기반한 빔 변경 지시 정보를 포함하는 피드백 정보를 수신하는 과정,
    상기 빔 쌍 후보군은 상기 이전의 빔 쌍을 포함하고,
    상기 이전의 빔 쌍이 상기 다수의 송수신빔 쌍들 중에서 미리 정해진 개수의 빔 쌍들을 포함하는 상기 빔 쌍 후보군에 포함되는 경우, 상기 적어도 하나의 빔 쌍은, 상기 빔 쌍 후보군 중에서 최대 전력 값을 가지는 빔 쌍에 대한 채널 용량과 상기 이전의 빔 쌍에 대한 채널 용량의 차이 값과 미리 정해진 임계값 간의 비교 결과에 기반하여 선택되는 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 피드백 정보를 수신하는 과정은,
    상기 이전의 빔 쌍이 상기 적어도 하나의 빔 쌍과 동일한 경우, 빔이 변경되지 않음을 지시하는 상기 빔 변경 지시 정보를 포함하는 상기 피드백 정보를 수신하는 과정을 포함하는 방법.
  12. 청구항 10에 있어서, 상기 피드백 정보를 수신하는 과정은,
    상기 이전의 빔 쌍이 상기 적어도 하나의 빔 쌍과 동일하지 않은 경우, 빔이 변경되었음을 지시하는 상기 빔 변경 지시 정보와 상기 적어도 하나의 빔 쌍에 대한 정보를 포함하는 상기 피드백 정보를 수신하는 과정을 포함하는 방법.
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 차이 값이 상기 임계값보다 작은 경우, 상기 이전의 빔 쌍이 상기 적어도 하나의 빔 쌍으로 선택되는 방법.
  14. 청구항 10에 있어서, 상기 차이 값이 상기 임계값 이상인 경우, 상기 빔 쌍 후보군에 포함되는 빔 쌍들 중 가장 큰 채널 용량을 가지는 빔 쌍이 상기 적어도 하나의 빔 쌍으로 선택되는 방법.
  15. 무선 통신 시스템의 수신 장치에 있어서:
    송수신기 및;
    적어도 하나의 제어부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제어부는,
    다수의 송수신빔 쌍(pair)들 중에서 빔 쌍 후보군을 식별하고, 상기 빔 쌍 후보군은 이전 빔 포밍 절차에서 선택된 이전의 빔 쌍을 포함하고,
    상기 빔 쌍 후보군 중에서 최대 전력 값을 가지는 빔 쌍에 대한 채널 용량과 상기 이전의 빔 쌍에 대한 채널 용량의 차이 값을 결정하고,
    상기 차이 값과 미리 정해진 임계값의 비교 결과에 기초하여 적어도 하나의 빔 쌍을 선택하고, 및
    상기 적어도 하나의 빔 쌍과 상기 이전의 빔 쌍 간의 비교 결과에 기반하여 빔 변경 지시 정보를 포함하는 피드백 정보를 송신하도록 구성되는 장치.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어부는,
    상기 이전의 빔 쌍이 상기 적어도 하나의 빔 쌍과 동일한 경우, 빔이 변경되지 않음을 지시하는 상기 빔 변경 지시 정보를 포함하는 상기 피드백 정보를 송신하도록 구성되는 장치.
  17. 청구항 15에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어부는,
    상기 이전의 빔 쌍이 상기 적어도 하나의 빔 쌍과 동일하지 않은 경우, 빔이 변경되었음을 지시하는 상기 빔 변경 지시 정보와 상기 적어도 하나의 빔 쌍에 대한 정보를 포함하는 상기 피드백 정보를 송신하도록 구성되는 장치.
  18. 청구항 15에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어부는,
    상기 차이 값이 상기 임계값보다 작은 경우, 상기 이전의 빔 쌍을 상기 적어도 하나의 빔 쌍으로 선택하도록 구성되는 장치.
  19. 청구항 15에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어부는,
    상기 차이 값이 상기 임계값 이상인 경우, 상기 빔 쌍 후보군에 포함되는 빔 쌍들 중 가장 큰 채널 용량을 가지는 빔 쌍을 상기 적어도 하나의 빔 쌍으로 선택하도록 구성되는 장치.
  20. 청구항 15에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어부는,
    상기 차이 값이 상기 임계값 이상인 경우, 상기 빔 쌍 후보군에 포함되는 빔 쌍들 중 최대 전력 값을 가지는 빔 쌍을 상기 적어도 하나의 빔 쌍으로 선택하도록 구성되는 장치.
  21. 청구항 15에 있어서, 상기 빔 쌍 후보군은,
    빔 쌍들에 대한 미리 결정된 수의 또는 미리 결정된 비율 중 적어도 하나에 기초하여 식별되는 장치.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 빔 쌍 후보군은,
    상기 다수의 송수신 빔 쌍들 중에서 미리 정해진 수 내에서 최대 전력 값에 기반하여 식별되도록 구성되는 장치.
  23. 청구항 21에 있어서, 상기 빔 쌍 후보군은,
    상기 다수의 송수신 빔 쌍들 중에서 미리 정해진 비율 내에서 최대 전력 값에 기반하여 식별되도록 구성되는 장치.
  24. 무선 통신 시스템의 송신 장치에 있어서:
    송수신기 및;
    적어도 하나의 제어부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제어부는,
    다수의 송수신빔 쌍(pair)들 중에서 빔 쌍 후보군으로부터 선택된 적어도 하나의 빔 쌍과 이전 빔 포밍 절차에서 선택된 이전의 빔 쌍 간의 비교 결과에 기반한 빔 변경 지시 정보를 포함하는 피드백 정보를 수신하고,
    상기 빔 쌍 후보군은 상기 이전의 빔 쌍을 포함하고,
    상기 이전의 빔 쌍이 상기 다수의 송수신빔 쌍들 중에서 미리 정해진 개수의 빔 쌍들을 포함하는 상기 빔 쌍 후보군에 포함되는 경우, 상기 적어도 하나의 빔 쌍은, 상기 빔 쌍 후보군 중에서 최대 전력 값을 가지는 빔 쌍에 대한 채널 용량과 상기 이전의 빔 쌍에 대한 채널 용량의 차이 값과 미리 정해진 임계값 간의 비교 결과에 기반하여 선택되도록 구성되는 장치.
  25. 청구항 24에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어부는,
    상기 이전의 빔 쌍이 상기 적어도 하나의 빔 쌍과 동일한 경우, 빔이 변경되지 않음을 지시하는 상기 빔 변경 지시 정보를 포함하는 상기 피드백 정보를 수신하도록 구성되는 장치.
  26. 청구항 24에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어부는,
    상기 이전의 빔 쌍이 상기 적어도 하나의 빔 쌍과 동일하지 않은 경우, 빔이 변경되었음을 지시하는 상기 빔 변경 지시 정보와 상기 적어도 하나의 빔 쌍에 대한 정보를 포함하는 상기 피드백 정보를 수신하는 장치.
  27. 청구항 24에 있어서, 상기 차이 값이 상기 임계값보다 작은 경우, 상기 이전의 빔 쌍이 상기 적어도 하나의 빔 쌍으로 선택되도록 구성되는 장치.
  28. 청구항 24에 있어서, 상기 차이 값이 상기 임계값 이상인 경우, 상기 빔 쌍 후보군에 포함되는 빔 쌍들 중 가장 큰 채널 용량을 가지는 빔 쌍이 상기 적어도 하나의 빔 쌍으로 선택되도록 구성되는 장치.
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