JP6203719B2

JP6203719B2 - 混合アナログ／デジタルビームフォーミングのための方法及び装置

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Publication number: JP6203719B2
Application number: JP2014524945A
Authority: JP
Inventors: シュアンフェン・ハン; ブルーノ・クレルクス
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2011-08-11
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: CN103748850B; KR101839812B1; CN103748850A; JP2014527754A; WO2013022321A2; WO2013022321A3; US20130039401A1; KR20130017567A; EP2742661A2; US10056957B2; EP2742661A4

Description

本発明は、無線通信システムに関し、特に、無線通信システムにおける混合アナログ／デジタルビームフォーミングを使用するシステムのための方法及び装置に関する。

マルチＧｂｐｓ（ｍｕｌｔｉ−Ｇｂｐｓ）無線通信システムを設計するために、６０ＧＨｚの周波数帯域を使用しようとする努力は、主に広い無免許周波数帯を採用することによって進められており、これを利用すれば、非圧縮ＨＤ（ＨｉｇｈＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）マルチメディアのような高い帯域幅が必要なアプリケーションプログラムのサポートが可能である。

現在の多重アンテナ無線通信システムは、低い搬送波周波数帯域（５ＧＨｚ）におけるデジタルビームフォーミング（ＤＢＦ：ＤｉｇｉｔａｌＢｅａｍＦｏｒｍｉｎｇ）構造をベースとする。このような構造で、それぞれのアンテナは自らのＡＦＥ（ＡｎａｌｏｇＦｒｏｎｔＥｎｄ）チェーンを有し、各ＡＦＥチェーンはデジタル基底帯域とアナログＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）ドメインとの間の変換を行い、送信機はＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−ＡｎａｌｏｇＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）を含み、受信機はＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）を含む。

６０ＧＨｚ帯域で、無線通信システムは、８つ以上のアンテナセットを有することができるが、高いコスト及びＡＦＥに求められる大きな電力消費のため、デジタルビームフォーミングは実用的な具現が困難である。

そして、これを解決するための混合ＡＳ（ＡｎｔｅｎｎａＳｅｌｅｃｔｉｏｎ）／ＤＢＦ方式も、アンテナセット又はビームフォーミングによる利得が提供されないため、性能低下が大きい問題点がある。

従来の技術の上記問題点を解決するために、本発明の目的は、混合アナログ／デジタルビームフォーミングのための方法及び装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、混合アナログ／デジタルビームフォーミングシステムにおける性能低下を防止するための方法及び装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、混合アナログ／デジタルビームフォーミングシステムにおける全ての端末が１つのシンボルで同じアナログビームフォーミングプリコーダを使用する際、第１端末に固定されたアナログビームフォーミングプリコーダによるアナログビームフォーミングの位相差を第１端末を除いた他の端末に対して補償するためのデジタルビームフォーミングプリコーダを提供する方法及び装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の第１見地によれば、移動通信システムにおける送信機の混合アナログ／デジタルビームフォーミング方法であって、予め決められた変調レベルによってコーディング及び変調された変調シンボルを並列シンボルストリームに変換する段階と、前記並列シンボルストリームで、第１受信機に送信される第１副搬送波に対して最適化されたアナログビームフォーミングプリコーダを第２受信機に送信される第２副搬送波に対して補償するために決定されたデジタルビームフォーミングプリコーダを前記第２副搬送波に掛けてデジタルビームフォーミングを行う段階と、時間領域のシンボルを生成するために、デジタルビームフォーミングを行った並列シンボルストリームに対してＩＦＦＴ演算を行う段階と、ＩＦＦＴ演算を行った時間領域のシンボルを直列時間領域のシンボルに変換する段階と、前記直列時間領域のシンボルにＣＰ（ＣｙｃｌｉｃＰｒｅｆｉｘ）を挿入する段階と、ＣＰを挿入したシンボルに対してＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−ＡｎａｌｏｇＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）変換を行ってアナログ信号に変換する段階と、少なくとも１つのＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）の経路を介して送信される前記第１副搬送波に対して最適化されたアナログビームフォーミングプリコーダを前記アナログ信号に掛けることによってアナログビームフォーミングを行う段階と、を含むことを特徴とする。

上記目的を達成するための本発明の第２見地によれば、移動通信システムにおける混合アナログ／デジタルビームフォーミングを行う送信機の装置であって、予め決められた変調レベルによってコーディング及び変調された変調シンボルを並列シンボルストリームに変換する直列並列部と、前記並列シンボルストリームで、第１受信機に送信される第１副搬送波に対して最適化されたアナログビームフォーミングプリコーダを第２受信機に送信される第２副搬送波に対して補償するために決定されたデジタルビームフォーミングプリコーダを前記第２副搬送波に掛けてデジタルビームフォーミングを行うプリコーダと、時間領域のシンボルを生成するために、デジタルビームフォーミングを行った並列シンボルストリームに対してＩＦＦＴ演算を行うＩＦＦＴ部と、ＩＦＦＴ演算を行った時間領域のシンボルを直列時間領域のシンボルに変換する並列直列部と、前記直列時間領域のシンボルにＣＰ（ＣｙｃｌｉｃＰｒｅｆｉｘ）を挿入するＣＰ挿入部と、ＣＰを挿入したシンボルに対してＤＡＣ変換を行ってアナログ信号に変換するＤＡＣ部と、少なくとも１つのＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）経路を介して送信される前記第１副搬送波に対して最適化されたアナログビームフォーミングプリコーダを前記アナログ信号に掛けることによってアナログビームフォーミングを行うＲＦ部と、を含むことを特徴とする。

上記目的を達成するための本発明の第３見地によれば、移動通信システムにおける受信機の動作方法であって、送信機が送信した基準信号を測定する段階と、前記基準信号の測定値に基づいて前記受信機に対するデジタルビームフォーミングプリコーダ及びアナログビームフォーミングプリコーダを決定する段階と、前記デジタルビームフォーミングプリコーダ及びアナログビームフォーミングプリコーダを示す情報を前記送信機にフィードバックする段階と、を含むことを特徴とする。

上記目的を達成するための本発明の第４見地によれば、移動通信システムにおける受信機の装置であって、送信機と情報を送受信するモデムと、前記モデムを介して前記送信機が送信した基準信号を測定し、前記基準信号の測定値に基づいて前記受信機に対するデジタルビームフォーミングプリコーダ及びアナログビームフォーミングプリコーダを決定し、前記デジタルビームフォーミングプリコーダ及びアナログビームフォーミングプリコーダを示す情報を前記送信機にフィードバックする制御部と、を含むことを特徴とする。

下記の発明を実施するための具体的な内容について記載する前に、本特許文献全般にわたって用いられた単語及び句について定義することは利点がある。「含む」、「構成する」のような用語及びそれらの派生語は制限なく含むことを意味する。「又は」という用語は「及び／又は」という意味を含み、用語「関連付けられた」、「ともに関連付けられた」だけでなくそれらの派生語は、「含む」、「内に含まれる」、「互いに関連する」、「含む」、「含まれる」、「接続される」、「結合される」、「通信可能である」、「協力する」、「挟まれる」、「並置する」、「隣接する」、「縛られる」、「持つ」、「特性を持つ」のような意味を含む。そして、用語「制御機」は少なくとも１つの動作を制御する部分、ある装置、システムを意味する場合がある。ここで、１つの装置は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせで具現され得る。ある特定の制御器に関連する機能も、ローカルまたは遠隔に集中化または分散化され得る。特定の単語及び句に対する定義は、本明細書全般にわたって提供され、当業者であれば、ほとんどの場合ではないが、多くの場合、そのような定義がそのように定義された単語及び句に対する従来の使用だけでなく、将来にも適用されるということを理解すべきである。

本発明は、混合アナログ／デジタルビームフォーミングシステムで、全ての端末が１つのシンボルで同じアナログビームフォーミングプリコーダを使用する際、第１端末に固定されたアナログビームフォーミングプリコーダによるアナログビームフォーミングの位相差を第１端末を除いた他の端末に対して補償するデジタルビームフォーミングを行うことによって、他の端末も最適化されたビームフォーミング効果を得ることができる利点がある。

本発明及び本発明の利点に対する完全な理解のために、下記の説明は各部分を示す図面の参照とともに提供される。
本発明の様々な実施形態による混合アナログ／デジタルビームフォーミングのための送信機を示すブロック図である。本発明の他の実施形態による混合アナログ／デジタルビームフォーミングのための送信機を示すブロック図である。本発明のさらに他の実施形態による混合アナログ／デジタルビームフォーミングのための送信機を示すブロック図である。本発明のさらに他の実施形態による混合アナログ／デジタルビームフォーミングのための送信機を示すブロック図である。本発明のさらに他の実施形態による混合アナログ／デジタルビームフォーミングのための送信機を示すブロック図である。本発明の実施形態によるＲＦチェーンの数がアンテナの数と同じ場合の例を示す図である。本発明の様々な実施形態によるＲＦチェーンの数がアンテナの数より小さい例を示す図である。本発明の他の実施形態によるＲＦチェーンの数がアンテナの数より小さい例を示す図である。本発明の実施形態による基地局の動作過程を示すフローチャートである。本発明の実施形態による端末のブロック構成を示す図である。本発明の実施形態による端末の動作を示す図である。

本発明文書において、以下で説明される図１乃至１１、そして様々な実施形態は、本発明の原則を説明することのみを目的として使用されたものであって、いかなる形態でも本発明の範囲を制限するためのものではない。当業者は、上記本発明の原則がある形態のシステム及び装置に適合するように整列されて具現され得るということを理解することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付された図面を参照して詳しく説明する。なお、本発明を説明するに当たって、関連する公知の機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に不明確にする可能性があると判断された場合、その詳細な説明は省略する。また、以下で記載される用語は、本発明における機能を考慮して定義された用語であって、これはユーザ、運用者の意図または慣例などによって異なることがある。したがって、その定義は本明細書全般にわたる内容に基づいて行われるべきである。

以下、本発明は、混合アナログ／デジタルビームフォーミングのための方法及び装置について説明する。

本発明は、無線通信システムに関し、特に、混合アナログ／デジタルビームフォーミングを使用するシステムで、混合ビームフォーミングの使用による性能低下を防止するための方法及び装置に関する。

６０ＧＨｚ帯域で、無線通信システムは、８つ以上のアンテナセットを有することができるが、高いコスト及びＡＦＥに求められる大きな電力消費のため、デジタルビームフォーミングの実用的な具現は困難であり、これを解決するために、使用可能なアンテナより少ないＡＦＥチェーンを使用する複雑度の低い構造が提案されてきた。

このような構造では、デジタルビームフォーミングに必要な経路の数を減らすために、ＳＳＰ（ＳｐａｔｉａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）がアナログＲＦドメインで使用される。アナログＲＦドメインで最も多く使用されるＳＳＰ技術は、ＡＳ（ＡｎｔｅｎｎａＳｅｌｅｃｔｉｏｎ）方式をベースとする。前記ＡＳ方式は、使用可能なＡＦＥチェーンの数より小さい数のアンテナがデジタルビームフォーミングのために使用され、残りのアンテナは、デジタルビームフォーミングのために使用されない。

しかし、混合ＡＳ／ＤＢＦ方式では、アンテナセット又はビームフォーミングによる利得が提供されないため、性能低下が大きい問題点があるので、本発明は、性能低下を防止する方法及び装置を提供する。そして、本発明は、周波数選択に基づく周波数ドメインスケジューリング利得を得るために、ＦＤＭＡ／ＯＦＤＭＡ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ／ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）を使用することにする。

以下、ＡＦＥチェーンの数をｎ又はＤとし、アンテナの総数をＮとする。そして、複数の端末が上記構造によってサービスを受けると仮定する。そして、本発明では、端末は受信機、基地局は送信機と称することができる。

図１は、本発明の様々な実施形態による混合アナログ／デジタルビームフォーミングのための送信機を示すブロック図である。

上記図１を参照すると、複数のエンコーダ１００，１０２及び複数の変調器１１０，１１２は、予め決められた変調レベルによってコーディング及び変調を行う。ここで、前記複数の変調器１１０，１１２の後には変調された変調シンボルを並列シンボルストリームに変換する直列並列部（図示せず）がそれぞれ位置し得る。

ストリーム１２０は、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−ＩｎｐｕｔＭｕｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）それぞれの並列シンボルストリームに対するＭＩＭＯエンコードを行うＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−ＩｎｐｕｔＭｕｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）エンコーダ１２２を含み、前処理器１２４は、ＭＩＭＯエンコードを行った信号に対して、第１端末に送信される第１副搬送波に対して最適化されたアナログビームフォーミングプリコーダを第２端末に送信される第２副搬送波に対して補償するために決定されたデジタルフェーズオフセットによって示されるビームフォーミングプリコーダを前記第２副搬送波に掛けてデジタルビームフォーミングを行う。前記アナログビームフォーミングプリコーダ及びデジタルビームフォーミングプリコーダは、制御部１７０が決定する。

また、前記制御部１７０は、前記位相シフタ内のスイッチに対するオン／オフを決定して特定のアンテナの使用を決定することができ、特定のアンテナを含む特定のグループ１９５，１９７を決定することができる。

前記制御部１７０は、少なくとも１つのＲＦ経路を介して送信され、アナログフェーズオフセットによって示される前記第１副搬送波に対して最適化されたビームフォーミングプリコーダをＤＡＣが出力したアナログ信号に掛けることによって、アナログビームフォーミングを行うための制御信号を位相シフタ１８０，１８２に送信できる、すなわち、前記位相シフタ１８０，１８２は、前記制御信号に従ってアナログビームフォーミングを行う。

また、前記制御部１７０は、前記位相シフタ１８０，１８２内のスイッチをオン／オフして全体アンテナのうち特定のアンテナセットを選択できる。

複数のＩＦＦＴ部１３０，１３２は、時間領域のシンボルを生成するために、デジタルビームフォーミングを行った並列シンボルストリームに対してＩＦＦＴ演算を行う。

複数のＰＳＣ部（並列直列部）１４０，１４２は、ＩＦＦＴ演算を行った時間領域のシンボルを直列時間領域のシンボルに変換する。

複数のＣＰ挿入部１５０，１５２は、前記直列時間領域のシンボルにＣＰ（ＣｙｃｌｉｃＰｒｅｆｉｘ）を挿入する。

複数のＤＡＣ部１６０，１６２は、ＣＰを挿入したシンボルに対してＤＡＣ変換を行ってアナログ信号に変換する。

上記図面で、それぞれのグループ１９５，１９７は、Ｄ個のアンテナを有し得る。また、第２アンテナから第Ｄアンテナまでのアンテナを介して信号を送信するためのデータ経路は互いに同じである。

上記図面で、各チェーンは、送受信モデムである場合がある。

図２は、本発明の他の実施形態による混合アナログ／デジタルビームフォーミングのための送信機を示すブロック図である。

上記図２を参照すると、図２のエンコーダ２００，２０２から位相シフタ２８０，２８２までの構成要素の構造及び動作は、上記図１と同一又は類似であるため、その説明は簡略化のために省略される。ただし、上記図２は、制御部２７０の制御信号によって、ｉ番目のＡＦＥチェーンがｉ番目のアンテナセットに接続される場合である。

この場合は、アンテナ間の空間が相対的に大きいため、空間的相関性（ｓｐａｔｉａｌｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）は無視可能である。上記図２で、シングルユーザの場合は、全ての種類のシングルユーザＭＩＭＯ方式の使用が可能で、多重ユーザの場合はそれぞれのＲＦチェーンが１つのビームを形成する。

図３は、本発明のさらに他の実施形態による混合アナログ／デジタルビームフォーミングのための送信機を示すブロック図である。

上記図３を参照すると、図３のエンコーダ３００，３０２から位相シフタ３８０，３８２までの構成要素の構造及び動作は、上記図１と同一又は類似であるため、その説明は簡略化のために省略される。ただし、上記図３は、制御部３７０の制御信号によって、全てのＲＦチェーンが１つのアンテナセットに接続される場合を示したもので、上記図３は、第１アンテナセットに接続された場合を示したものである。

この場合、高いランク（ＨｉｇｈＲａｎｋ）の送信がシングルユーザのためにサポートされ得る。その理由は、ランク１の送信のためにはシングルユーザに全てのＲＦチェーンが割り当てられなければならないからである。

図４は、本発明のさらに他の実施形態による混合アナログ／デジタルビームフォーミングのための送信機を示すブロック図である。

上記図４を参照すると、図４のエンコーダ４００，４０２から位相シフタ４８０，４８２までの構成要素の構造及び動作は、上記図１と同一又は類似であるため、その説明は簡略化のために省略される。上記図４は、制御部４７０の制御信号によって、全てのＲＦチェーンが互いに異なるアンテナセットに接続される場合を示したもので、それぞれのＲＦチェーンに対するアナログビームフォーミングが互いに異なる方向に設定される。

この場合、高いランク（ＨｉｇｈＲａｎｋ）の送信がシングルユーザのためにサポートされ得る。その理由は、ランクの不足と、ランク１の送信のためにはシングルユーザに全てのＲＦチェーンが割り当てられなければならないからである。多重ユーザの場合はそれぞれのＲＦチェーンが１つのユーザをサポートできる。

図５は、本発明のさらに他の実施形態による混合アナログ／デジタルビームフォーミングのための送信機を示すブロック図である。

上記図５を参照すると、図５のＭＩＭＯエンコーダ５２２からアンテナ５８０，５８２までの構成要素の構造及び動作は、上記図１と同一又は類似であるため、その説明は簡略化のために省略される。

上記図５で、それぞれのＡＦＥチェーンは、アンテナのサブセットに接続されており、ここで、それぞれの副搬送波に対するアナログビーム方向周囲の併合された信号のビーム方向を調節するためにデジタルビームフォーミングが使用される。

上記図５で、Ｎｔ＝Ｄ＊Ｎｔ＿ｓであると仮定する。前記Ｎｔ＿ｓは、各アンテナサブセットにおけるアンテナの数である。

図６は、本発明の実施形態によるＲＦチェーンの数がアンテナの数と同じ場合の例を示す図である。

上記図６を参照すると、全てのアンテナに対してデジタルビームフォーミングが可能で、それぞれの副搬送波に対して、端末は、基地局がデジタルビームフォーミングを行うことができるように、前記端末が特定の副搬送波に対してスケジュールされたことを知らせるとともに、チャネル情報をフィードバックできる。

デジタルビームフォーミングを用いる場合、互いに異なるアンテナからのダウンリンクチャネルの位相差を補償するために、デジタルフェーズオフセットをそれぞれのＲＦチェーンに対してＩＦＦＴの前に選択することができる。上記図面で、端末へ向かう、第２アンテナ及び第３アンテナの間のアナログフェーズシフト（ａｎａｌｏｇｐｈａｓｅｓｈｉｆｔ）、アナログフェーズオフセット、又は位相差は、Δｘである。

図７は、本発明の様々な実施形態によるＲＦチェーンの数がアンテナの数より小さい例を示す図である。

上記図７を参照すると、第１副搬送波（第１端末）に対して、第１アンテナと第２アンテナとの間のダウンリンクチャネル位相差（ＤＬｃｈａｎｎｅｌｐｈａｓｅｇａｐ）を補償するための第１アンテナに対するアナログフェーズオフセット、すなわち、位相差はΔ_１である。そして、前記Δ_１は、全ての副搬送波に対して同じである。

図８は、本発明の他の実施形態によるＲＦチェーンの数がアンテナの数より小さい例を示す図である。

上記図８を参照すると、第２副搬送波に対して、第２端末が割り当てられており、第１アンテナと第２アンテナとの間のダウンリンクチャネル位相差はФ_１である。

この場合、第２端末が基地局の第１アンテナ及び第２アンテナから受信する信号は
で、これはθ_２とは異なる。

これは、アナログビームフォーミングが第１端末に合わせられていることを示し、他の方向（例えば、第２端末）に対しては合わせられていないことを示す。

第２端末が基地局の第１アンテナ及び第２アンテナからの信号で整列されたθ_２を得るためには、基地局で第２端末に対するデジタルビームフォーミングを行う際、ＩＦＦＴの前に信号の位相差、又はデジタルフェーズオフセットを下記式のように補償することが必要である。

前記Ф_１、Δ_１は、端末のフィードバック又はあらかじめ定義されたビームフォーミーム方向によって基地局が知ることができる。そして、Ａは、マージ信号の大きさを示す。

すなわち、アナログビームフォーミングプリコーダは、１つのユーザ（例えば、第１端末）に固定されており、アナログビームフォーミングの際、他のユーザ（例えば、第２端末）に対しては第１端末と同じアナログビームフォーミングプリコーダを使用する。

これは、他のユーザ（例えば、第２端末）に対してはアナログビームフォーミングが最適化されていないということを示し、これを補償するために、本発明は、デジタルビームフォーミングの際、他のユーザ（例えば、第２端末）に対する信号位相（ｓｉｇｎａｌｐｈａｓｅ）を補償する。これにより、他のユーザも最適化されたビームフォーミング効果を得ることができる。

そのために、基地局は、Ф_１、Δ_１を知る必要があり、これはフィードバックによって基地局が獲得する、又はビームフォーミング方向によって予め決められた値を基地局が使用することができる。

本発明は、基地局がこの位相差を知っているようにするために、３種の方法を考慮する。

第一の方法は、基地局は、アナログ及びデジタルビームフォーミングのためのプリコーダを予め設定できる。以降、端末は、ダウンリンクビームを測定し、最良のアナログ及びデジタルビームフォーミングプリコーダを選択する。

第二の方法は、端末がアップリンクサウンディング信号を基地局に送信し、前記基地局がアップリンクチャネルを測定できるようにすることである。前記アップリンクチャネルはＴＤＤ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＤｕｐｌｅｘ）システムでは、ダウンリンクチャネルとしても使用される。ここで、前記基地局は、前記アップリンクチャネルを測定した後、端末に最も適合したアナログ及びデジタルビームフォーミングプリコーダを構成できる。

第三の方法は、基地局は、ダウンリンク基準信号を端末に送信し、端末は、前記基準信号を測定し、測定値に基づいてアナログ及びデジタルビームフォーミングプリコーダを決定して前記基地局にフィードバックする。しかし、このようなフィードバックは大きなオーバーヘッドを招く場合がある。

本発明は、上記３種の方法のうち、第二の方法、すなわち、端末のサウンディング信号送信に焦点を合わせる。しかし、他の２種の方法を使用できることは当然である。

第１端末へ向かうデータは、第１副搬送波上で、第２端末へ向かうデータは、第２副搬送波上で送信されると仮定する。そして、アナログビームフォーミングの方向は、第１端末へ向かうと仮定する。そして、デジタルビームフォーミングプリコーダ（［ｄ_１，．．．，ｄ_ｎ］）及びアナログビームフォーミングプリコーダ（[ａ_１，．．．，ａ_Ｎ]）が基地局によって選択される。ＯＦＤＭＡシステムで、１つのシンボルにスケジュールされた全てのユーザは、同じアナログビームフォーミングプリコーダを有する。

しかし、端末の位置は互いに異なるため、基地局は、それぞれの端末に対するデジタルビームフォーミングプリコーダを互いに異なるように選択する。

基地局の第１アンテナを基準とした場合、残りのアンテナからの信号は、前記最初の第１アンテナに合わせて整列されている。そして、全てのアンテナからの信号は第１端末が受信する。

第１副搬送波上の信号を第１端末が受信する際、第１端末が受信する信号はＮ＊ｓ＊Ｃｈ１であると仮定する。ここで、Ｃｈ１は、第１アンテナのダウンリンクチャネルを示す。Ｎは、全体アンテナの数を示す。そして、第２副搬送波上の信号を第２端末が受信する際、第２端末が受信する信号は、Ｘ＊ｓ＊Ｃｈ１であると仮定する。しかし、前記Ｘは実際に正確な値ではなく、Ｘ＊ｓの信号位相もｓと異なる。したがって、Ｘを求める方法が必要である。

基地局がチャネル状態を知っているため、基地局は、それぞれの端末に最も適合したアナログ及びデジタルビームフォーミングプリコーダを決定できる。

基地局は、ｓの代りにｓ／Ｘ＊ｎｏｒｍ（Ｘ）を送信し、端末は、ｓ＊ｎｏｒｍ（Ｘ）＊Ｃｈ１を受信する。他の端末に対して、Ｃｈ＿１は、第１アンテナの当該副搬送波上のチャネルを示す。

さらに、基地局は、ｓ／Ｘ＊ｎｏｒｍ（Ｘ）＊（Ｃｈ１）’／ｎｏｒｍ（Ｃｈ１）を送信することができ、端末は、ｓ＊ｎｏｒｍ（Ｘ）＊ｎｏｒｍ（Ｃｈ１）を受信する。これは、送信信号でパイロットを復調する必要がないことを意味する。

ここで、Ｘは、併合されたデジタル及びアナログビームフォーミング利得を示す。しかし、この値は第１端末を除いた他の端末にとっては、前記第１端末とは位置が互いに異なるため、実際の値ではない特徴がある。Ｘは、第１端末を除いた他の端末の第１端末とのダウンリンクチャネルの不一致に基づく。

第１端末に対して、デジタルビームフォーミングプリコーダはすべて１になる。なぜなら、アナログビームフォーミングプリコーダは既にダウンリンクチャネルで第１端末に合わせられているからである。

第１アンテナを基準にする位相差をΔ_１，．．．，Δ_Ｎ−１であると仮定した場合、アナログビームフォーミングプリコーダは、
である。

第２端末に対して、第１アンテナを基準にする位相差をФ_１，．．．，Ф_Ｎ−１であると仮定した場合、アナログビームフォーミングプリコーダも
である。

ここで、ｎ＝２、Ｎ−４であると仮定する。

しかし、この場合、デジタルビームフォーミングプリコーダは
である。そして、第２端末が受信する信号は
である。

結果的に、
である。

基地局は、全てのプリコーダ及び端末のチャネル状態をサウンディング信号を介して知っているため、Ｘは基地局が計算することができ、基地局は、Ｘを位相差を整列する際に使用することができる。

図９は、本発明の実施形態による基地局の動作過程を示すフローチャートである。

上記図９を参照すると、基地局は、アナログ及びデジタルビームフォーミングプリコーダを決定する（ステップ９０５）。基地局がアナログ及びデジタルビームフォーミングプリコーダを決定する際、下記の３つの場合が存在し得る。

もし、端末に対する前記アナログ及びデジタルビームフォーミングプリコーダが予め決定されている場合（ステップ９１０）、前記基地局は、端末にダウンリンクビームを送信する（ステップ９３７）。

もし、端末が送信したサウンディング信号を使用する場合（ステップ９１５）、端末が送信したサウンディング信号を受信し（ステップ９３０）、前記サウンディング信号の測定値に基づいて使用するアナログ及びデジタルビームフォーミングプリコーダ値を決定する（ステップ９３５）。

もし、端末のフィードバックを用いる場合（ステップ９２０）、端末が送信したフィードバックに基づいて端末に対するアナログ及びデジタルビームフォーミングプリコーダを決定する（ステップ９２５）。

上記図９に関連する方法は、本発明下で、１つ又はそれ以上のソフトウェアモジュール又は基地局を含む電子装置に保存されたコンピュータプログラム内で１つ又はそれ以上の命令として提供され得る。

図１０は、本発明の実施形態による端末のブロック構成を示す図である。

上記図１０を参照すると、前記端末は、デュプレクサ１００１、受信部１００３、制御部１００５、ビーム選択部１００７、送信部１００９及びサウンディング信号生成部１００８を含んで構成される。

前記デュプレクサ１００１は、デュプレックス方式に従って前記送信部１００９から提供された送信信号をアンテナを介して送信し、アンテナからの受信信号を受信部１００３に提供する。

前記受信部１００３は、前記デュプレクサ１００１から提供された高周波信号を基底帯域信号に変換して復調する。例えば、前記受信部１００３は、ＲＦ処理ブロック、復調ブロック、チャネル復号ブロック及びメッセージ処理ブロックなどを含んで構成されることができる。前記ＲＦ処理ブロックは、前記デュプレクサ１００１から提供された高周波信号を基底帯域信号に変換して出力する。前記復調ブロックは、前記ＲＦ処理ブロックから提供された信号に対するＦＦＴ演算を介して各副搬送波に載せたデータを抽出する。前記チャネル復号ブロックは、復調器、デインターリーバ及びチャネルデコーダなどで構成される。前記メッセージ処理ブロックは、受信信号から制御情報を抽出して前記制御部１００５に提供する。

前記制御部１００５は、前記端末の全般的な動作を制御する。例えば、前記制御部１００５は、前記ビーム選択部１００７及びサウンディング信号生成部１００８を制御する。

前記ビーム選択部１００７は、基地局から基準信号を受信し、前記端末に最も適合したアナログ及びデジタルビームフォーミングプリコーダを決定する。そのために、前記端末は、アナログ及びデジタルビームフォーミングプリコーダセットを予め保存してある場合がある。以降、前記ビーム選択部１００７は、決定したアナログ及びデジタルビームフォーミングプリコーダ又はこれに該当するインデックスを決定できる。

前記サウンディング信号生成部１００８は、基地局に送信するサウンディング信号を生成する。

前記送信部１００９は、前記基地局に送信するデータ及び制御メッセージを符号化及び高周波信号に変換して前記デュプレクサ１００１に送信する。例えば、前記送信部１００９は、メッセージ生成ブロック、チャネル符号ブロック、変調ブロック及びＲＦ処理ブロックなどを含んで構成されることができる。前記メッセージ生成ブロックは、前記決定したアナログ及びデジタルビームフォーミングプリコーダ又はこれに該当するインデックス又はサウンディング信号を含むメッセージを生成する。前記チャネル符号ブロックは、変調器、インターリーバ及びチャネルエンコーダなどで構成される。前記変調ブロックは、ＩＦＦＴ演算を介して前記チャネル符号ブロックから提供された信号を各副搬送波にマッピングする。前記ＲＦ処理ブロックは、前記変調ブロックから提供された基底帯域信号を高周波信号に変換して前記デュプレクサ１００１に出力する。

図１１は、本発明の実施形態による端末の動作を示す図である

上記図１１を参照してＣａｓｅ１について説明すると、前記端末は、基準信号を測定する場合（ステップ１１０５）、前記基準信号の測定値に基づいてアナログ及びデジタルビームフォーミングプリコーダを決定する（ステップ１１１０）。以降、決定したアナログ及びデジタルビームフォーミングプリコーダ又はこれに対するインデックスを基地局に送信する（ステップ１１１５）。

Ｃａｓｅ２について説明すると、前記端末が基地局が送信したダウンリンクビームを受信すると（ステップ１１２０）、前記基地局にサウンディング信号を送信する（ステップ１１２５）。この例は、ＴＤＤシステムに関し、基地局が送信のために使用するダウンリンクチャネルと端末が送信のために使用するアップリンクチャネルとが同じ場合を示す。

Ｃａｓｅ３について説明すると、基地局がアナログ及びデジタルビームプリコーダを予め決定している場合、前記端末は基地局が送信したダウンリンクビームを測定し（ステップ１１３０）、前記端末は、測定した値に基づいて基地局が使用するアナログ及びデジタルビームフォーミングプリコーダを決定する（ステップ１１３５）。

上記図１１に関連する方法は、本発明下で、１つ又はそれ以上のソフトウェアモジュール又は端末を含む電子装置に保存されたコンピュータプログラム内で１つ又はそれ以上の命令として提供され得る。

明細書の請求項及び説明による本発明の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって実現され得る。

このようなソフトウェアは、コンピュータ読取可能な記憶媒体に保存され得る。前記コンピュータ読取可能な記憶媒体は、１つ以上のプログラム（ソープウェアーモジュール）を保存し、前記１つ以上のプログラムは、前記装置内の１つ以上のプログラムによって実行される際、前記装置が本発明の方法を実行できるようにする命令を含む。

このようなソフトウェアは揮発性又は不揮発性記憶装置の形態で保存され得る。例えば、前記記憶装置は、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）を例に挙げることができ、削除又は書き換えが可能であるか否かによって、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、メモリチップ、装置又は集積回路を挙げることができる。又は、光学的又は磁気的に読取可能な媒体であるＣＤ、ＤＶＤ、磁気ディスク、磁気テープなどを例に挙げることができる。前記記憶装置及び記憶媒体は、マシン読取可能な記憶装置で、命令を含むプログラムを保存することに適合し、前記命令は実行される場合、本発明の実施形態を具現する。

本発明の実施形態は、明細書の請求項で請求された方法及び装置を具現するためのコードで構成されたプログラム及び前記プログラムを保存するマシン読取可能な記憶媒体を提供する。前記プログラムは、有線又は無線接続を利用する通信信号のような媒体を介して電子的に提供されることができ、本発明の実施形態はこのような側面を含む。

一方、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない限度内で様々な変形が可能である。したがって、本発明の範囲は説明された実施形態に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲のみでなくこの特許請求の範囲と均等なものによって定められるべきである。

１００エンコーダ
１０２エンコーダ
１１０変調器
１１２変調器
１２０ストリーム
１２２エンコーダ
１２４前処理器
１３０ＩＦＦＴ部
１３２ＩＦＦＴ部
１４０ＰＳＣ部
１４２ＰＳＣ部
１５０ＣＰ挿入部
１５２ＣＰ挿入部
１６０ＤＡＣ部
１６２ＤＡＣ部
１７０制御部
１８０位相シフタ
１８２位相シフタ
１９５グループ
１９７グループ
２００エンコーダ
２０２エンコーダ
２１０変調器
２１２変調器
２２０ストリーム
２２２ＭＩＭＯストリーム
２２４前処理器
２３０ＩＦＦＴ部
２３２ＩＦＦＴ部
２４０ＰＳＣ部
２４２ＰＳＣ部
２５０ＣＰ挿入部
２５２ＣＰ挿入部
２６０ＤＡＣ部
２６２ＤＡＣ部
２７０制御部
２８０位相シフタ
２８２位相シフタ
３００エンコーダ
３０２エンコーダ
３１０変調器
３１２変調器
３２０ストリーム
３２２ＭＩＭＯエンコーダ
３２４前処理器
３３０ＩＦＦＴ部
３３２ＩＦＦＴ部
３４０ＰＳＣ部
３４２ＰＳＣ部
３５０ＣＰ挿入部
３５２ＣＰ挿入部
３６０ＤＡＣ部
３６２ＤＡＣ部
３７０制御部
３８０位相シフタ
３８２位相シフタ
４００エンコーダ
４０２エンコーダ
４１０変調器
４１２変調器
４２０ストリーム
４２２ＭＩＭＯエンコーダ
４２４前処理器
４３０ＩＦＦＴ部
４３２ＩＦＦＴ部
４４０ＰＳＣ部
４４２ＰＳＣ部
４５０ＣＰ挿入部
４５２ＣＰ挿入部
４６０ＤＡＣ部
４６２ＤＡＣ部
４７０制御部
４８０位相シフタ
４８２位相シフタ
５２２ＭＩＭＯエンコーダ
５２４前処理器
５３０ＩＦＦＴ部
５３２ＩＦＦＴ部
５４０ＰＳＣ部
５４２ＰＳＣ部
５５０ＣＰ挿入部
５５２ＣＰ挿入部
５６０ＤＡＣ部
５６２ＤＡＣ部
５８０アンテナ
５８２アンテナ
１００１デュプレクサ
１００３受信部
１００５制御部
１００７ビーム選択部
１００８サウンディング信号生成部
１００９送信部

Claims

移動通信システムにおける送信端装置であって、デジタルビームフォーミングプリコーダをデジタル信号に掛けることによってデジタルビームフォーミングを行う少なくとも１つのプロセッサと、
前記デジタル信号をアナログ信号に変換する少なくとも一つの変換ユニットと、
アナログビームフォーミングプリコーダを用いてアナログ信号のそれぞれから位相遷移された(Ｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｅｄ)信号を生成することによりアナログビームフォーミングを行う複数の位相遷移ユニットと、を含み、
前記複数の位相遷移ユニットのそれぞれは、スイッチを介してアンテナアレイのアンテナ要素(ａｎｔｅｎｎａｅｌｅｍｅｎｔ)に結合された(ｃｏｕｐｌｅｄ)位相遷移器を含み、
前記スイッチのそれぞれは、前記アンテナ要素および前記複数の位相遷移ユニット間のパス構成(ｐａｔｈｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ)を変更する装置。
前記スイッチは、前記位相遷移ユニットが互いに異なるアンテナアレイに接続されるように制御される請求項１に記載の装置。
前記スイッチは、前記位相遷移ユニットが同じアンテナアレイに接続されるように制御される請求項１に記載の装置。
前記スイッチは、前記位相遷移ユニットが互いに異なるアンテナサブセット(Ｓｕｂｓｅｔ)に接続されるように制御される請求項１に記載の装置。
前記送信端装置と通信を行う第１受信端および第２受信端からのサウンディング信号またはフィードバック情報に基づいて、前記デジタルビームフォーミングプリコーダおよび前記アナログビームフォーミングプリコーダを決定する制御部をさらに含む請求項１に記載の装置。
前記フィードバック情報は、コードブックのインデックス、ビームフォーミング行列、ビームフォーミングプリコーダのうち少なくとも１つを含む請求項５に記載の装置。
移動通信システムにおける送信端の動作方法であって、デジタルビームフォーミングプリコーダをデジタル信号に掛けることによってデジタルビームフォーミングを行う過程と、
前記デジタル信号をアナログ信号に変換する過程と、
アナログビームフォーミングプリコーダを用いてアナログ信号のそれぞれから位相遷移された(Ｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｅｄ)信号を生成することによりアナログビームフォーミングを行う過程と、を含み、
前記アナログビームフォーミングは、複数の位相遷移ユニットによって行われ、
前記複数の位相遷移ユニットのそれぞれは、スイッチを介してアンテナアレイのアンテナ要素(ａｎｔｅｎｎａｅｌｅｍｅｎｔ)に結合された(ｃｏｕｐｌｅｄ)位相遷移器を含み、
前記スイッチのそれぞれは、前記アンテナ要素および前記複数の位相遷移ユニット間のパス構成(ｐａｔｈｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ)を変更する方法。
前記位相遷移ユニットが互いに異なるアンテナアレイに接続されるように前記スイッチを制御する過程をさらに含む請求項７に記載の方法。
前記位相遷移ユニットが同じアンテナアレイに接続されるように前記スイッチを制御する過程をさらに含む請求項７に記載の方法。
前記位相遷移ユニットが互いに異なるアンテナサブセット(ｓｕｂｓｅｔ)に接続されるように前記スイッチを制御する過程をさらに含む請求項７に記載の方法。
前記送信端と通信を行う第１受信端および第２受信端からのサウンディング信号またはフィードバック情報に基づいて、前記デジタルビームフォーミングプリコーダおよび前記アナログビームフォーミングプリコーダを決定する過程をさらに含む請求項７に記載の方法。
前記フィードバック情報は、コードブックのインデックス、ビームフォーミング行列、ビームフォーミングプリコーダのうち少なくとも１つを含む請求項１１に記載の方法。