(57)【要約】        本発明は、移動通信システムのセル内で基地局と端末とのビームを分割し、多重接続するようにするビーム分割多重接続システム及び方法に関する。        本発明による基地局は、通信初期段階で端末が全方向性で伝送する端末初期情報を受信する初期端末情報受信部と、 初期端末情報受信部の端末初期情報から端末の位置及び移動速度を把握する端末位置速度把握部と、端末位置速度把握部から伝達される端末の位置及び移動速度の情報に基づいてダウンリンクビームを生成し、各ダウンリンク複数のビームの幅と方向の中少なくとも一つを調節するダウンリンクビーム発生部及びダウンリンクビーム発生部で生成されたダウンリンクビームを位相配列アンテナを使用して端末へ伝送するダウンリンクビーム伝送部とを含み、        本発明による端末は、端末の現在位置及び移動速度を把握する端末位置速度把握部と、端末の現在位置及び移動速度を含む端末初期情報を全方向性で基地局へ伝送する初期端末伝送部と、基地局からダウンリンクビームを受信するダウンリンクビーム受信部と、ダウンリンクビーム受信部を通じて受信されたダウンリンクビームの方向を追跡してアップリンクビームを生成するアップリンクビーム生成部及びアップリンクビーム生成部で生成されたアップリンクビームを基地局へ伝送するアップリンクビーム伝送部とを含む。
2010503365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信初期段階において端末が全方向性で伝送する端末初期情報を受信する初期端末情報受信部と、
前記初期端末情報受信部の端末初期情報から前記端末の位置及び移動速度を把握する端末位置速度把握部と、
前記端末位置速度把握部から伝達される端末の位置及び移動速度の情報に基づいて複数のダウンリンクビームを生成し、前記各ダウンリンクビームの幅と方向の中、少なくとも一つを調節するダウンリンクビーム発生部と、
前記ダウンリンクビーム発生部で生成されたダウンリンクビームを位相配列アンテナを使用し、前記端末らへ伝送するダウンリンクビーム伝送部とを含む移動通信システムの基地局におけるビーム分割多重接続システム。
【請求項２】
前記基地局と前記端末との間のビーム分割多重接続通信中、前記端末が伝送する周期的情報を受信し、前記端末位置速度把握部へ伝達する周期的端末情報受信部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の移動通信システムの基地局におけるビーム分割多重重接続システム。
【請求項３】
前記ダウンリンクビーム発生部は、
前記端末が移動する場合、前記ダウンリンクビームの幅を可変することを特徴とする請求項２に記載の移動通信システムの基地局におけるビーム分割多重接続システム。
【請求項４】
前記ダウンリンクビーム発生部は、
前記端末が移動する場合、 前記ダウンリンクビームの方向を可変することを特徴とする請求項２に記載の移動通信システムの基地局におけるビーム分割多重接続システム。
【請求項５】
前記ダウンリンクビーム発生部は、
前記端末が移動する場合、 前記ダウンリンクビームの幅と方向とを可変することを特徴とする請求項２に記載の移動通信システムの基地局における分割多重接続システム。
【請求項６】
端末の現在位置及び移動速度を把握する端末位置速度把握部と、
前記端末の現在位置及び移動速度を含む端末初期情報を全方向性で基地局へ伝送する初期端末情報受信部と、
前記基地局からダウンリンクビームを受信するダウンリンクビーム受信部と、
前記ダウンリンクビーム受信部を通じて受信されたダウンリンクビームの方向を追跡し、アップリンクビームを生成するアップリンクビーム生成部と、
前記アップリンクビーム生成部で生成されたアップリンクビームを前記基地局へ伝送するアップリンクビーム伝送部とを含む移動通信システムの端末におけるビーム分割多重接続システム。
【請求項７】
前記アップリンクビーム伝送部は、
前記端末位置速度把握部で把握された端末の位置及び移動速度の情報を周期的に前記基地局へ伝送することを特徴とする請求項６に記載の移動通信システムの端末におけるビーム分割多重接続システム。
【請求項８】
同一のビームを使用する少なくとも二つ以上の複数の端末は、
前記基地局と多重接続することを特徴とする請求項６に記載の移動通信システムの端末におけるビーム分割多重接続システム。
【請求項９】
通信初期段階で端末が全方向性で伝送する端末初期情報を受信する初期端末情報受信段階と、
前記初期端末情報受信段階の端末初期情報から前記端末の位置及び移動速度を把握する端末位置速度把握段階と、
前記端末位置速度把握段階で把握された前記端末の位置及び移動速度の情報に基づいてダウンリンクビームを生成し、前記各ダウンリンクビームの幅と方向との中、少なくとも一つを調節するダウンリンクビーム発生段階と、
前記ダウンリンクビーム発生段階で生成されたダウンリンクビームを位相配列アンテナを使用し、端末へ伝送するダウンリンクビーム伝送段階とを含む移動通信システムの基地局におけるビーム分割多重接続方法。
【請求項１０】
前記基地局と前記端末と間のビーム分割多重接続通信中、前記端末が伝送する周期的情報を受信し、前記端末位置速度把握段階へ伝達する周期的端末情報受信段階をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の移動通信システムの基地局におけるビーム分割多重接続方法。
【請求項１１】
前記ダウンリンクビーム発生段階において、前記端末が移動する場合、 前記ダウンリンクビームの幅を可変させることを特徴とする請求項１０に記載の移動通信システムの基地局におけるビーム分割多重接続方法。
【請求項１２】
前記ダウンリンクビーム発生段階において、前記端末が移動する場合、 前記ダウンリンクビームの方向を可変させることを特徴とする請求項１０に記載の移動通信システムの基地局におけるビーム分割多重接続方法。
【請求項１３】
前記ダウンリンクビーム発生段階において、前記端末が移動する場合、 前記ダウンリンクビームの幅と方向とを可変させることを特徴とする請求項１０に記載の移動通信システムの基地局におけるビーム分割多重接続方法。
【請求項１４】
端末の現在位置及び移動速度を把握する端末位置速度把握段階と、
前記端末の現在位置及び移動速度を含む端末初期情報を全方向性で基地局へ伝送する初期端末情報伝送段階と、
前記基地局からダウンリンクビームを受信するダウンリンクビーム受信段階と、
前記ダウンリンクビーム受信段階を通じて受信されたダウンリンクビームの方向を追跡し、アップリンクビームを生成するアップリンクビーム生成段階と、
前記アップリンクビーム生成段階で生成されたアップリンクビームを前記基地局へ伝送するアップリンクビーム伝送段階とを含む移動通信システムの端末におけるビーム分割多重接続方法。
【請求項１５】
前記アップリンクビーム伝送段階は、
前記端末位置速度把握段階で把握された端末の位置及び速度の情報を周期的に前記基地局へ伝送することを特徴とする請求項１４に記載の移動通信システムの端末におけるビーム分割多重接続方法。
【請求項１６】
同一のビームを使用する少なくとも二つ以上の複数の端末は、
前記基地局と多重接続することを特徴とする請求項１４に記載の移動通信システムの端末におけるビーム分割多重接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動通信システムの多重接続(multiple access) 技術に関し, セル内で基地局と端末のビームを分割して多重接続するようにするビーム分割多重接続システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動通信システムでは、限定された周波数・時間資源を使用し、多くの使用者の間の通信が成り立たなければならない。  そのために多重接続(multiple access) 技術が必要である。  
【０００３】
現在まで開発された代表的な多重接続(multiple access) 技術としては、周波数分割多重接続(FDMA : Frequency Division Multiple Access)、時間分割多重接続(TDMA : Time Division Multiple Access)、コード分割多重接続(CDMA : Code Division Multiple Access)、直交周波数分割多重接続(OFDMA : Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 技術等がある。
【０００４】
周波数分割多重接続(FDMA) 技術は、資源を周波数によって幾つかに分割し、各端末に割り当て多重接続(multiple access)するようにする。時間分割多重接続(TDMA) 技術は、資源を時間によって分けて各端末に割り当て多重接続(multiple access)するようにする。コード分割多重接続(CDMA) 技術は、各端末に時間と周波数上で直交するコードを割り当て多重接続するようにする。直交周波数分割多重接続(OFDMA) 技術は、直交(orthogonal)する周波数資源を分けて割り当て資源使用の效率を最大にする。
【０００５】
移動通信システムでは、限定された周波数・時間資源を使用者が分けて使用し、与えられた周波数・時間資源により移動通信システムの容量(capacity)が限定される。未来の移動通信システムは、端末の数が増加して各端末が要求するデータの量が増加することにより、各システムに要求される容量(capacity)が増加すると予測される。しかし、各システムが使うことができる周波数・時間資源が限定されているので、システムの容量(capacity)をふやすために、周波数・時間資源以外の他の資源を活用する技術開発が要求される。
【０００６】
一方、 システムの容量を増やすための資源として空間(space) 資源を分けて使用する空間分割(space division) 方式が提案されている。
【０００７】
従来提案された空間分割方式として、マルチ入力マルチ出力(MIMO : Multiple Input Multiple Output) アンテナを利用する方式がある。  MIMO アンテナを利用する空間分割方式は、端末に多数の送信アンテナと受信アンテナを装着し、端末が動いた空間によってお互いに異なる送信アンテナと受信アンテナを利用して通信する方式であり、 端末に装着された送信アンテナと受信アンテナの個数中で最小値分、その用量を増加させることができる。
【０００８】
しかし、端末は携帯用器機なので端末に装着できるアンテナの数が限定されているので、従来の方式ではシステムの容量を画期的に増加させることができない問題点がある。
【０００９】
他の空間分割方式として、衛星通信で使われるパラボラ(parabolic) アンテナを使う空間分割方式が提案された。しかし、このような空間分割方式は、パラボラアンテナの特性上、同時に多くの方向から来る信号を基地局が受信することができず、アンテナのビーム方向を適応的に変化させることができない問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような問題点を解決するための本発明の目的は、位相配列アンテナを利用した新しい空間分割方式として、移動通信システムにおけるビーム分割多重接続(BDMA : Beam Division Multiple Access) システム及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するための本発明による移動通信システムの基地局におけるビーム分割多重接続システムは、通信初期段階で端末が全方向性で伝送する端末初期情報を受信する初期端末情報受信部と、前記初期端末情報受信部の端末初期情報から前記端末の位置及び移動速度を把握する端末位置速度把握部と、前記端末位置速度把握部から伝達される端末の位置及び移動速度の情報に基づいてダウンリンクビームを生成し、各ダウンリンクビームの幅と方向の中、少なくとも一つを調節するダウンリンクビーム発生部と、前記ダウンリンクビーム発生部で生成されたダウンリンクビームを位相配列アンテナを使用し、前記端末らに伝送するダウンリンクビーム伝送部とを含む。
【００１２】
又、本発明による移動通信システムの端末におけるビーム分割多重接続システムは、端末の現在位置及び移動速度を把握する端末位置速度把握部と、前記端末の現在位置及び移動速度を含む端末初期情報を全方向性で基地局へ伝送する初期端末情報受信部と、前記基地局からダウンリンクビームを受信するダウンリンクビーム受信部と、前記ダウンリンクビーム受信部を通じて受信されたダウンリンクビームの方向を追跡してアップリンクビームを生成するアップリンクビーム生成部と、前記アップリンクビーム生成部で生成されたアップリンクビームを前記基地局へ伝送するアップリンクビーム伝送部とを含む。
【００１３】
また、本発明による移動通信システムの基地局におけるビーム分割多重接続方法は、通信初期段階で端末が全方向性で伝送する端末初期情報を受信する初期端末情報受信段階と、前記初期端末情報受信段階の端末初期情報から前記端末の位置及び移動速度を把握する端末位置速度把握段階と、前記端末位置速度把握段階で把握された前記端末の位置及び移動速度の情報に基づいてダウンリンクビームを生成し、各ダウンリンクビームの幅と方向との中、少なくとも一つを調節するダウンリンクビーム発生段階と、前記ダウンリンクビーム発生段階で生成されたダウンリンクビームを位相配列アンテナを使用して端末らへ伝送するダウンリンクビーム伝送段階とを含む。
【００１４】
また, 本発明による移動通信システムの端末におけるビーム多重接続方法は、 端末の現在位置及び移動速度を把握する端末位置速度把握段階と、前記端末の現在位置及び移動速度を含む端末初期情報を全方向性で基地局へ伝送する初期端末情報伝送段階と、前記基地局からダウンリンクビームを受信するダウンリンクビーム受信段階と、前記ダウンリンクビーム受信段階を通じて受信されたダウンリンクビームの方向を追跡し、アップリンクビームを生成するアップリンクビーム生成段階と、前記アップリンクビーム生成段階で生成されたアップリンクビームを前記基地局へ伝送するアップリンクビーム伝送段階とを含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、移動通信システムで周波数・時間資源だけではなく空間資源も效率的に分割し、複数の端末に直交性(orthogonal)のある複数のビームを割り当て多重接続するようにすることで、周波数・時間資源の空間の再活用(spatial reuse)を極大化することができ、基地局のシステム容量を基地局のビームの数分、多くすることができる効果がある。
【００１６】
又、全方向性の信号を伝送しないのでセルの間の干渉(intercell interference) 問題を解決し、セルラー方式で現われる外郭使用者の性能低下問題を解決することができる。
【００１７】
又、基地局と端末のアンテナの方向がお互いに合わせられているのでアンテナの放射效率も極大化することができる效果がある。
【００１８】
又、同じような位置にある複数の端末が一つのビームを共用して通信するので、良好なチャンネルを持つ端末と不良なチャンネルを持つ端末が、同時に同じ基地局にあることで発生する制御チャンネルの低いMCSレベル問題や PAPR 問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるビーム分割多重接続技術の概念を示す一図面である。
【図２】本発明によるビーム分割多重接続技術の概念を示す他の図面である。
【図３】本発明によるビーム分割多重接続技術を具現する基地局システムと端末との間タイミング図である。
【図４】本発明によるビーム分割多重接続技術を具現するための基地局システムの構成ブロック図である。
【図５】本発明によるビーム分割多重接続技術を具現するための端末の構成ブロック図である。
【図６】本発明によるビームアップデイト方法の適用例を示す図面である。
【図７】本発明による時間分割二重(TDD : Time Division Duplexing) ビーム分割多重接続(BDMA)を支援するためのフレーム構造を示す図である。
【図８】、
【図９】、
【図１０】図 7の時間分割二重ビーム分割多重接続(TDD-BDMA) フレームの構造を示す図である。
【図１１】本発明による周波数分割二重(FDD : Frequency Division Duplexing) ビーム分割多重接続(BDMA)を支援するためのフレーム構造を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下では, 添付された図を参照しながら、本発明の望ましい実施例による移動通信システムにおけるビーム分割多重接続システム及び方法について説明する。
【００２１】
本発明による実施例では、移動通信システム内の複数の端末の位置情報を利用してシステムの容量を増加させる方法を提案し、これをビーム分割多重接続(BDMS : Beam Division Multiple Access) と言う。本発明によるビーム分割多重接続技術は、端末の位置によってアンテナビームを分割して複数の端末が多重接続(multiple access)するようにし、システムの容量を画期的に増加させる。
【００２２】
ビーム分割多重接続は、位相配列アンテナ(phase array antenna)を利用したビーム形成(beam forming)を通じて特定位置に向けるビームパターンを持つ複数のビーム を生成することで、具現されることができる。 同一ビームを一緒に使う複数の端末は、従来の TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA などの多重接続技術を適用して多重接続されるようにする。
【００２３】
端末と基地局がエルオーエス(LOS : Line Of Sight) の状況にある場合、お互いの位置が正確にわかると、お互いの位置に向けるビームを伝送して周辺の複数の端末に干渉(interference)を与えずに通信できる。一つの基地局が同時に多くの方向に向かう直交性のある複数のビームを送ることができると、このような各ビームを利用して多重接続ができる。特にセルの大きさが小さなシステムの場合、殆どの端末と基地局との間の通信経路がエルオーエス(LOS)の状況になるので、本発明のビーム分割多重接続技術を容易に適用することができる。
【００２４】
図 1は、本発明によるビーム分割多重接続技術の概念を示す図面である。
【００２５】
各端末が基地局からお互いに異なる角度の位置に存在する場合、基地局は、それぞれ異なる角度に向けるビームを伝送して同時に多くの複数の端末へデータを伝送する。端末が基地局へデータを送る場合も同じく、基地局に向けるビームを伝送する。一つの端末が一つのビームを専用するのではなく同じ様な角度の位置にある複数の端末が一つのビームを共用して基地局と通信することができ、 一つのビームを共用する複数の端末は周波数・時間資源を分けて利用する。 図1には、第1使用者(User 1)は第1ビーム(Beam 1)を専用して、 第2使用者(User 2) 及び第3使用者(User 3)は第3ビーム(Beam 3)を共用して、 第4使用者(User 4)は第4ビーム(Beam 4)を専用して、第5使用者(User 5) ないし第8使用者(User 8)は第2ビーム(Beam 2)を共用する例が示されている。
【００２６】
図 2は、本発明によるビーム分割多重接続技術の概念を示す他の図である。
【００２７】
各端末が、基地局を中心に同一角度の線上でお互いに異なる距離の位置に存在する場合、基地局は、複数の端末との距離によってお互いに異なるビームを伝送して同時に多くの端末へデータを伝送する。図2には、第1使用者(User 1)は第1ビーム(Beam 1)を専用して、第2使用者(User 2) 及び第3使用者(User 3)は第3ビーム(Beam 3)を共用して、第5使用者(User 5) ないし第8使用者(User 8)は第2ビーム(Beam 2)を共用する例が示されている。
【００２８】
本発明によるビーム分割多重接続技術は、位相配列アンテナ(phase array antenna)を使用してビームを構成するので、基地局は移動通信環境に合わせてビーム(beam)の位置・数及びビーム幅(beam width)を適応的に容易に変化させることができ、したがって、多変する移動通信環境に速かに対応することができる。又、各ビームは3次元上で分割されることができるので周波数・時間資源の空間リサイクル(spatial reuse)を極大化することができる。
【００２９】
図 3は、本発明のビーム分割多重接続技術を具現する基地局ステムと端末と間のタイミング図である。
【００３０】
先ず、通信初期段階では、基地局と端末はお互いの位置が分からないので、端末は、自分の位置及び速度を把握して(段階 S31)、把握された端末の位置及び移動速度の情報を全方向性(omnidirectional)で基地局へ伝送する(段階 S32)。 この場合、端末は、自分の位置及び移動速度の情報を基地局へ伝送する前に、後述するフレーム構造の中、基地局が全方向性で伝送するプリアムブル(preamble) 情報を受け入れ、これに基づいて基地局についての情報を得た後、当該の基地局へ端末の位置及び速度情報を伝送する。
【００３１】
その後、基地局は、端末から受信される位置及び移動速度の情報に基づいてダウンリンクビームの方向と幅を計算する(段階 S33)。 その後、基地局は、方向と幅が計算されたダウンリンクビームを端末へ伝送する(段階 S34)。ダウンリンクビームを受信した端末は、ダウンリンクビームの方向を追跡してアップリンクビームの方向を設定し(段階 S35)、設定された方向へアップリングクビームを伝送する(段階 S36)。
【００３２】
端末がアップリンクビームを設定した後には、端末と基地局との間に周期的にビームアップデート(S37)が行われる。これにより、端末は、基地局へ自分の位置及び移動速度の情報を周期的に報告(reporting)し、基地局は、端末の位置及び移動速度の情報に基づいてビームの方向及び幅を調節して端末の動きに適応的に対応する。
【００３３】
図4は、本発明によるビーム分割多重接続技術を具現するための基地局システムの構成を示すブロック図である。
【００３４】
図4を参照すれば、基地局システムは、初期端末情報受信部(41)、端末位置速度把握部(42)、ダウンリンクビーム生成部(43)、ダウンリンクビーム伝送部(44)及び周期的端末情報受信部(45)を含む。
【００３５】
初期端末情報受信部(41)は、通信初期段階で端末が全方向性で伝送する端末初期情報を受信して端末位置速度把握部(42)へ伝達する。
【００３６】
端末位置速度把握部(42)は、端末初期情報から端末の位置及び移動速度を把握してダウンリンクビーム生成部(43)へ伝達する。又、端末位置速度把握部(42)は、周期的端末情報受信部(45)から伝達する端末の周期的情報から端末の位置及び移動速度を把握してダウンリンクビーム生成部(43)へ伝達することもできる。
【００３７】
ダウンリンクビーム生成部 (43)は、端末位置速度把握部(42)から伝達される端末の位置及び移動速度の情報に基づいてダウンリンクビームを生成し、各ダウンリンクの複数のビームの幅と方向の中で少なくとも一つを調節し、ダウンリンクビーム伝送部(44)へ伝達する。
【００３８】
ダウンリンクビーム伝送部(44)は、位相配列アンテナを通じてダウンリンクビーム生成部(43)から伝達されるダウンリンクビームを端末へ伝送する。
【００３９】
基地局と端末と間にダウンリンクビームとアップリンクビームが設定された後、端末は、周期的に自分の位置と速度を把握して周期的情報として基地局へ伝達する。このような役目は、周期的端末情報受信部(45)が端末の周期的情報を受信して端末位置速度把握部(42)へ伝達することで行われることができる。
【００４０】
従って、基地局と端末との間、端末の周期的情報に基づいてダウンリンクビームとアップリンクビームを変更することで、ビームアップデートが行われることができる。
【００４１】
図 5は、本発明のビーム分割多重接続技術を具現するための端末の構成を示すブロック図である。
【００４２】
図5を参照すれば、端末は、端末位置速度把握部(51)、初期端末情報伝送部(52)、ダウンリンクビーム受信部(53)、アップリンクビーム生成部(54)及びアップリンクビーム伝送部(55)を含む。
【００４３】
端末位置速度把握部(51)は、GPS 又はその他の装備を利用して端末の現在位置及び移動速度を把握し、初期端末情報伝送部(52)とアップリンクビーム 伝送部(55)へ伝達する。
【００４４】
初期端末情報伝送部(52)は、基地局の位置が分からないので端末の位置及び移動速度を含む端末初期情報を全方向性で基地局へ送る。
【００４５】
ダウンリンクビーム受信部(53)は基地局からダウンリンクビームを受信する。
【００４６】
アップリンクビーム生成部(54)は、ダウンリンクビーム受信部(53)を通じて受信されたダウンリンクビームの方向を追跡(tracking)してアップリンクビームを生成し、アップリンクビーム伝送部(55)へ伝達する。
【００４７】
アップリンク伝送部(55)は、アップリンク生成部(54)で生成されたアップリンクビームを伝送する。アップリンク伝送部(55)は、端末位置速度把握部(51)で把握された端末の位置及び移動速度の情報を周期的情報として基地局へ伝送し、端末の位置と速度によってダウンリンクビームとアップリンクビームがアップデートされるようにする。
【００４８】
本発明は、端末の現在位置及び移動速度の情報に基づいて初期ダウンリンクとアップリンクを設定した後、ビームアップデート過程を行うことで基地局内の端末が移動する場合、それを支援する。ビームアップデート方法として、 本発明では、ビーム幅適応法(BWA : Beam Width Adaptation)、ビームトレキング法(BT : Beam Tracking) 及びこれらの二つを混合した混合法(BWAT : Beam Width Adaptation and Tracking) の中、一つの方法を利用する。
【００４９】
図 6は、本発明によるビームアップデイト方法の適用例を示す図面である。
【００５０】
ビーム幅適応法(BWA)は、端末の移動速度によってビーム幅を可変して端末の移動性を支援する。ビーム幅適応法は、端末の移動速度が早い場合は広いビーム幅を割り当て、端末の速度が遅い場合は狭いビーム幅を割り当て、端末が移動する場合、端末の正確な位置が分からない状態であっても継続して通信サービスを支援するようにする。よって、本発明によるビーム幅適応法は、端末の位置及び移動速度の情報のフィードバック量が少なくてよい長所がある。
【００５１】
ビームトレキング法(BT)は、端末の移動によってビームの方向を可変する方法である。ビームトレキング法は、端末が移動することによって端末の正確な位置情報を基地局へフィードバックしなければならない短所があるが、ビーム幅が一定するのでビーム管理が容易な長所がある。
【００５２】
混合法(BWAT)は、ビーム幅適応法(BWA)とビームトレキング法(BT)が混合した方式であり、端末の移動速度によってビームの幅と方向とを同時に可変させることができる二つの方法の長所を混合した方法である。
【００５３】
従来の移動通信システムでは、ビーム分割を考慮したフレーム構造が定義されていない。よって、本発明のビーム分割多重接続方法を移動通信システムに適用するためには、ビーム分割を考慮した新しいフレーム構造の定義が必要である。
【００５４】
本発明によるビーム分割多重接続のためのフレームは、時間軸と周波数軸以外に、ビーム番号軸を追加して 3個の軸に資源を割り当てる。本発明で提案するビーム分割多重接続(BDMA)を支援するためのフレームは、二重方式が時間分割二重(TDD : Time Division Duplexing) であるか、又は周波数分割二重(FDD : Frequency Division Duplexing)であるかによって異なる。
【００５５】
図 7は、本発明による時間分割二重(TDD : Time Division Duplexing) ビーム分割多重接続(BDMA)を支援するためのフレーム構造を示す図面である。
【００５６】
図 7の時間分割二重ビーム分割多重接続のためのフレームは、周波数軸、時間軸及びビーム番号軸に資源を割り当て、全方向性の信号を伝送するための部分と直交性のあるビームを利用して伝送する部分で分けられている。
【００５７】
全方向性の信号を伝送するための部分には、セル内の全体端末が同時に受けなければならない情報を記録したプリアムブル(preamble)と、端末が初期に基地局と通信するために自分の位置及び速度情報をフィードバックする端末初期情報スロットとがある。基地局と端末との間、実際制御メッセージとデータは、各ビーム毎に同一の周波数・時間資源を使用して伝送する。示されてはいないが、 一つのフレーム内でダウンリンクの後、アップリンクが行われるようにして、アップ・ダウン伝送の変更を最小にする。又、各ビーム内で異なる使用者の間の多重接続(multiple access)は、既存の多重接続(TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA) 方式を使うようにする。
【００５８】
図 8 ないし図 10は、図 7の時間分割二重ビーム分割多重接続(TDD-BDMA) フレームの適用例を示す図面である。
【００５９】
図 8は、基地局が全方向性のプリアムブルを伝送する過程を示す。
【００６０】
TDD-BDMA フレームのプリアムブルスロットには、セル内の複数の端末が同時に受けなければならないプリアムブルの送信が全方向性で行われる。第1使用者(User1) ないし第8使用者(User8) 及び新しい端末(New_MS)は、基地局から同一のプリアムブルを受信する。各端末は、このプリアムブルを利用して基地局の基本情報を得て基地局と同期(sync)を合わせる。
【００６１】
図 9は、基地局と端末との間、直交性ビームで通信する過程を示す。
【００６２】
基地局とビームが割り当てられた複数の端末は、各端末に割り当てられた直交性のあるビーム(orthogonal beam)と周波数・時間資源を利用して通信する。図 9 の適用例では、第1使用者(User1)が第1ビーム(beam1)を使用して通信し、第2使用者(User2)と第3使用者(User3)が第2ビーム(beam2)を使用して通信し、第5使用者(User5) ないし第8使用者(User8)が第3ビーム(beam3)を使用して通信し、第4使用者(User4)が第4ビーム(beam4)を使用して通信する。
【００６３】
このような BDMAで使われるビームは、非常に高い方向性を持っているので各ビームの間に直交性が維持され、したがって、お互いに微細な干渉(negligible interference)を起こすだけである。
【００６４】
以前のフレームの端末初期情報スロットを通じて端末の初期情報を報告した端末は、基地局からダウンリンクビームを割り当てられ、ダウンリンクビームの方向をトラッキングして自分のアップリンクビームの方向を決める。  新しい端末(NewMS)はまだ基地局が端末の位置が分からない状態なので、端末にビームを割り当てることができない。
【００６５】
図10は、端末が基地局に端末初期情報を伝送する過程を示す図面である。基地局からビームを割り当てられることができなかった端末は、端末初期情報スロットを通じて基地局へ自分の位置及び速度情報を知らせる。図10の新しい端末(New_MS)は、端末初期情報スロットで基地局へ自分の位置を知らせて、次のフレームでビームを割り当て貰うことができるようにする。
【００６６】
図11は、本発明による周波数分割二重(FDD : Frequency Division Duplexing) ビーム分割多重接続(BDMA)を支援するためのフレーム構造を示す図である。
【００６７】
周波数分割二重ビーム分割多重接続(FDD-BDMA) フレームは、TDD-BDMAとほとんど同一であるが、通信初期に、端末が基地局へ自分の位置及び速度を報告する端末初期情報スロットが、時間資源を分割して存在するのではなく、周波数資源を分割して存在するのが異なり、さらにTDD-BDMAのプリアムブルの代りに基地局ブロードキャストが存在して、この周波数帯域を利用して、端末が基地局についての基本的な情報を得て同期を合わせることができるというところが異なる。
【００６８】
すなわち, FDD-BDMAでの端末は、TDD-BDMAとは異なり、基地局ブロードキャストを利用して基地局についての情報及び同期を合わせる。その後、各端末に割り当てられたビームを使用してデータを伝送し、最後には端末初期情報スロットを利用して各端末が基地局へ自分の位置及び速度情報を報告する。
【００６９】
以上で、本発明に係る技術思想を添付した図とともに記述したが、これは、本発明の一番良好な一つの実施例を例示的に説明したことであって、本発明を限定するのではない。又、この技術分野の通常の知識を持つ者なら、誰でも本発明の技術思想の範囲を離脱しない中で、多様な変形及び模倣が可能なのは明白な事実である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、次世代セルラ移動通信システムの設計に適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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