SIGNAL TRANSMISSION METHOD AND DEVICE USING BEAMFORMING IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM

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), ... , h_i(θ)]

h_i(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.

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), ... , h_i(θ)]

h(φ) = [h₁(φ), h₂(φ), ... , h_k(φ)]

h_i(θ) = exp(-j*(2π)*(i-1)*d_h*sinθ/λ)

h_k(φ) = exp(-j*(2π)*(k-1)*d_v*cosφ/λ)

H: 채널 매트릭스, i: 1 ~ 수평방향 안테나 요소 개수, d_h: 수평방향 안테나 요소 간격, θ: 빔 수평 방향, λ: 파장, k: 1 ~ 수직방향 안테나 요소 개수, d_k: 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.

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]

v^H(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]

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 = (H^{H *} H)^-1 * H^H

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,...,θ_k)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 H_eff가 생성됨을 도시하고 있는데, 상기 H_eff 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 H_eff를 이용한다면 하기 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.

[수학식7]

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.