KR101501432B1 - Ｃｒａｎ 환경에서 ｔｄｄ 송/수신 전환 시점 제어 방법 - Google Patents

Ｃｒａｎ 환경에서 ｔｄｄ 송/수신 전환 시점 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CRAN에서 DU와 RU에 별도의 부품을 추가하지 않고도 TDD 신호의 송신 및 수신 전환 시점을 정밀하게 제어할 수 있도록 한 CRAN 환경에서 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 CRAN 환경에서 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법은 DU_CPRI_OBSAI_frame_timer와 DU_WiMAX_E-UTRA_frame_timer를 구비한 DU에 RU_CPRI_OBSAI_frame_timer와 RU_WiMAX_E-UTRA_frame_timer를 구비한 RU가 1개 이상 연결되어 있는 CRAN 환경에서 수행되되, DU와 RU가 연결된 상태에서 각 RU가 DU로부터 송신되는 무선 프레임 신호의 경계를 확인하고 이에 의해 자기의 RU_CPRI_OBSAI_frame_timer를 DU_CPRI_OBSAI_frame_timer에 동기시키는 (a) 단계; 각 RU가 DU로부터 전달받은 링크 딜레이 정보에 의거하여 상기 RU_CPRI_OBSAI_frame_timer를 업데이트하는 (b) 단계; 각 RU가 DU로부터 전달받은 CPRI_OBSAI 프레임 타이밍과 WiMAX_E-UTRA 프레임 타이밍 간의 차이 정보에 의거하여 상기 WiMAX_E-UTRA 프레임 타이밍 정보를 업데이트하는 (c 단계 및 각 RU가 DU로부터 전달받은 안테나 캐리어(Axc) 별 송/수신 전환 시점 정보를 자기의 RU_CPRI_frame-timer 및 RU_E-UTRA_frame_timer에 대입하여 TDD 송/수신 전환 시점을 제어하는 (d) 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

ＣＲＡＮ 환경에서 ＴＤＤ 송/수신 전환 시점 제어 방법{method for controlling switching timing of TDD Tx/Rx in cloud radio access network}
본 발명은 CRAN 환경에서 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법에 관한 것으로, 특히 CRAN에서 DU와 RU에 별도의 부품을 추가하지 않고도 TDD 신호의 송신 및 수신 전환 시점을 정밀하게 제어할 수 있도록 한 CRAN 환경에서 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법에 관한 것이다.
최근 기지국 시스템에서는 설비투자 비용(CAPEX: CAPital EXpenditure) 및 운영 비용(OPEX: OPerational expenditure)을 절감함과 더불어 장비 개발의 효율성을 확보하기 위해 기지국 시스템의 디지털신호 처리부(DU; Digital Unit)와 무선신호 처리부(RU; Radio Unit)를 분리하여 구현한 CRAN(Centralized/Cloud Radio Access Network) 구조를 널리 도입하고 있다.
CRAN에서, DU는 통상적으로 국사 내에 별도로 마련된 DU 센터에 집중되는 반면에 RU는 이로부터 멀리 떨어진 서비스 대상 지역에 설치된다. 베이스밴드 I/Q(Baseband I/Q) 신호의 고속 송수신을 위해 DU와 RU는 물리적으로 광 링크나 UTP(Unshielded Twisted Pair) 등으로 연결된다.
현재 DU와 RU 간의 I/Q 데이터 송수신에 가장 많이 사용되는 규격은 CPRI(Common Public Radio Interface)인바, 그 Ver 6.0의 규격은 최대 10,137.6Mbps의 라인 비트 레이트를 지원할 수 있는 것으로 되어 있다.
CPRI와 유사하거나 하위에 있는 규격으로는 CPRI에 앞서 정의된 OBSAI(Open Baseband Remote Radiohead Interface)와 ORI(Open Radio Interface)가 있다. 이하에서는 편의상 CPRI 규격을 예로 들어 설명을 진행하지만, 이에 의해 OBSAI와 ORI의 적용이 배제되지 않음은 당연하다.
도 1a 내지 도 1d는 CPRI 규격에 의해 지원될 수 있는 CRAN의 여러 연결 형태를 나타내고 있다. 도 1a는 가장 단순한 구성으로서, 1개의 REC(Radio Equipment Control; 상기한 DU에 해당)와 1개의 RE(Radio Eqiupmnt; 상기한 RU에 해당)가 단일의 CPRI 링크로 연결된 구성을 보이고 있다. 도 1b는 성능 향상을 위해 1개의 REC와 1개의 RE가 복수의 CPRI 링크에 의해 연결된 구성을 보이고 있다. 도 1c는 스타 토폴로지 구성으로서, 1개의 REC에 복수의 RE가 1개 이상의 CPRI 링크로 연결된 구성을 보이고 있다. 도 1d는 체인 토폴로지 구성으로서, 1개의 REC에 1개의 RE가 1개 이상의 CPRI 링크로 연결되고 이 RE에 다른 1개의 RE가 1개 이상의 CPRI 링크로 연결된 구성을 보이고 있다. CPRI 규격에 따르면, 전술한 구성 외에 트리 토폴로지나 링 토폴로지 등의 다양한 구성이 REC와 RE를 연결하는데 사용될 수 있다.
한편, WiMAX 및 E-UTRA TDD(Time Division Duplexing) 환경에서는 다운링크와 업링크 신호의 송/수신 전환 시점이 정밀하게 제어되어야 하는데, DU와 RU가 동일 장소에 함께 설치된 경우에는 TDD 송/수신 전환 시점을 비교적 용이하게 제어할 수 있었다.
그러나 DU와 RU가 서로 먼 거리에 떨어져 있고, 더욱이 1개의 DU에 복수의 RU가 서로 다른 길이를 갖는 케이블에 의해 연결되어 있는 CRAN 환경에서는 DU와 각 RU 사이의 링크 딜레이가 차이나는 등의 제반 사정으로 인하여 TDD 송/수신 전환 시점을 정밀하게 제어하는데 어려움이 있었다. 물론, DU와 모든 RU에 각각 GPS 장비를 구비시켜 TDD 송/수신 전환 시점을 제어할 수도 있으나 이 경우에 제조 비용이 크게 상승할 뿐만 아니라 수십 나노초 이상의 오차를 피할 수 없어서 멀티 홉 환경에서 최대 ±16.276㎱라는 기준을 만족시키기가 어렵다고 하는 문제점이 있었다.
- 10-2006-0097712호 공개특허공보(발명의 명칭 : 무선 기지국에서 무선 장비 제어 노드와 원격 무선 장비노드 간에 통신하기 위한 인터페이스, 장치 및 방법) - 10-2007-0026341호 공개특허공보(발명의 명칭 : 분산된 무선 기지국의 내부 인터페이스를 위한 시동 전절차)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, CRAN에서 DU와 RU에 별도의 부품을 추가하지 않고도 TDD 신호의 송신 및 수신 전환 시점을 정밀하게 제어할 수 있도록 한 CRAN 환경에서 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법을 제공함을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CRAN 환경에서 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법은 DU_CPRI_OBSAI_frame_timer와 DU_WiMAX_E-UTRA_frame_timer를 구비한 DU에 RU_CPRI_OBSAI_frame_timer와 RU_WiMAX_E-UTRA_frame_timer를 구비한 RU가 1개 이상 연결되어 있는 CRAN 환경에서 수행되되, DU와 RU가 연결된 상태에서 각 RU가 DU로부터 송신되는 무선 프레임 신호의 경계를 확인하고 이에 의해 자기의 RU_CPRI_OBSAI_frame_timer를 DU_CPRI_OBSAI_frame_timer에 동기시키는 (a) 단계; 각 RU가 DU로부터 전달받은 링크 딜레이 정보에 의거하여 상기 RU_CPRI_OBSAI_frame_timer를 업데이트하는 (b) 단계; 각 RU가 DU로부터 전달받은 CPRI_OBSAI 프레임 타이밍과 WiMAX_E-UTRA 프레임 타이밍 간의 차이 정보에 의거하여 상기 WiMAX_E-UTRA 프레임 타이밍 정보를 업데이트하는 (c 단계 및 각 RU가 DU로부터 전달받은 안테나 캐리어(Axc) 별 송/수신 전환 시점 정보를 자기의 RU_CPRI_OBSAI_frame_timer 및 RU_WiMAX_E-UTRA_frame_timer에 대입하여 TDD 송/수신 전환 시점을 제어하는 (d) 단계를 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서, 상기 (a) 단계는 무선 프레임 신호의 경계는 DU로부터 송신되는 무선 프레임 신호의 각 하이퍼 프레임마다 나타나는 동기 및 타이밍용 서브채널에 의해 확인하는 것을 특징으로 한다.
RU_CPRI_OBSAI_frame_timer와 RU_WiMAX_E-UTRA_frame_timer는 10㎱ 이내의 오차를 갖는 타이머로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 CRAN 환경에서 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법에 따르면, CRAN에서 DU와 RU에 별도의 부품을 추가하지 않고도 TDD 신호의 송신 및 수신 전환 시점을 정밀하게 제어할 수 있가 있다.
도 1a 내지 도 1d는 CPRI 규격에 의해 지원될 수 있는 CRAN의 여러 연결 형태를 나타낸 도면.
도 2는 CPRI 프레임 및 서브채널의 구조도.
도 3은 614.4Mbps의 CPRI 라인 비트 레이트에 대한 베이직 프레임의 구조도.
도 4는 본 발명의 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법이 구현될 수 있는 CRAN 예시도.
도 5는 본 발명의 CRAN 환경에서 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법을 설명하기 위한 타이밍 차트.
도 6은 단일 홉 구성을 갖는 CRAN에서 링크 딜레이 보정을 위한 기준점을 설명하기 위한 도면.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 CRAN 환경에서 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
전술한 바와 같이, DU와 RU는 CRAN에서 범용적으로 사용되는 용어이고, REC와 RE는 CRAN에서 사용되는 인터페이스 중 하나인 CPRI에서 DU와 RU에 대응하여 사용되는 용어인바, 이하에서는 이들을 적절히 혼용하여 본 발명을 설명한다.
잘 알려진 바와 같이, CPRI 규격은 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System), IEEE 표준 802.16-2009에 의거한 WiMAX Forum Mobile System Profile, E-UTRA(Evolved UMTS Terrestrial Radio Access) 및 다른 무선 표준에 적용이 가능한바, 이하에서는 3GPP LTE(Long Term Evolution)의 무선 인터페이스인 E-UTRA를 예로 들어 설명을 진행한다.
도 2는 CPRI 프레임 및 서브채널의 구조도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 1개의 CPRI 무선 프레임(node B frame)의 길이는 10㎳인데, 1개의 CPRI 무선 프레임이 150개의 하이퍼 프레임(hyper frame)으로 이루어지기 때문에 각 하이퍼 프레임의 길이는 66.7㎲이다. 1개의 하이퍼 프레임은 다시 총 256개의 베이직 프레임(basic frame)으로 이루어지는바, 이에 따라 각 베이직 프레임의 길이는 260.42㎱(=1/3.84㎒)이다.
도 3은 614.4Mbps의 CPRI 라인 비트 레이트에 대한 베이직 프레임의 구조도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 사용자 데이터는 디지털 베이스밴드 IQ 스트림의 형태로 CPRI 베이직 프레임 내 IQ 데이터 블록에 실려 전달되는데, RU(RE)는 이를 받아 아날로그 신호로 변환하여 증폭시킨 후 안테나를 통해 공중(단말들)으로 방사한다. CPRI 제어 및 관리(CPRI Control & Management(C&M)) 데이터와 동기 정보는 CPRI 서브채널(구체적으로는 CPRI 베이직 프레임 내의 컨트롤 워드(control word))를 통해 전달되는데, DU(REC)와 RU(RE)에서만 이용될 뿐 LTE 레이어와는 무관하다.
각각의 베이직 프레임은 1개의 컨트롤 워드와 15개의 페이로드로 구성되는데, 하나의 하이퍼 프레임 내의 총 256개의 컨트롤 워드들이 모여서 64개의 서브채널(sub channel)을 형성한다. 1개의 베이직 프레임의 1개의 워드(T)의 길이는 CPRI 링크의 라인 비트 레이트에 따라 달라지는데, CPRI Ver.4.2(2010. 9. 29. 배포)에 따르면 최소 8비트(1바이트)에서 최대 128비트(16바이트)이다.
도 4는 본 발명의 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법이 구현될 수 있는 CRAN 예시도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법이 적용될 수 있는 CRAN은, 예를 들어 1개의 DU(REC)에 복수의 RU(RE)가 연결되어 이루어질 수 있는바, 도 4의 실시예에서는 1개의 DU(REC)에 복수의 RU(RE)가 스타 및 체인 토폴로지에 의해 연결된 구성을 보이고 있다.
DU(REC)에는 각각 CPRI 프레임 생성과 E-UTRA 프레임 생성에 사용되는 DU_CPRI_frame_timer와 DU_E-UTRA_frame_timer가 구비되어 있고, 모든 RU(RE)에도 각각 RU_CPRI_frame_timer와 RU_E-UTRA_frame_timer가 구비되어 있다. DU_CPRI_frame_timer와 DU_E-UTRA_frame_timer 및 RU_CPRI_frame_timer와 RU_E-UTRA_frame_timer는 TDD 송/수신 전환 시점의 정밀 제어를 위해 10㎱ 이내의 오차를 갖는 타이머로 구현되는 것이 바람직하다.
아래의 표 1은 CPRI 무선 프레임 내의 1개의 하이퍼 프레임에 의해 구성되는 64개의 서브채널의 내용을 보인 표이다.
Figure 112014035899092-pat00001
한편, DU(REC)와 각 RU(RE)가 CPRI 링크에 의해 연결될 때 각 RU(RE)는 DU(REC)로부터 수신되는 CPRI 프레임의 동기 신호, 예를 들어 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 각 하이퍼 프레임마다 나타나는 싱크 및 타이밍(sync&timing)용 서브채널인 0번 서브채널을 구성하는 동기(sync) 바이트 및 HFN(Hyper Frame Number) 바이트 등에 의해 DU(REC)로부터 송신되는 CPRI 프레임의 신호 경계를 확인한 후에 자기의 RU_CPRI_frame_timer의 시작 시점을 결정함으로써 DU_CPRI_frame_timer와의 사이에서 초기 동기를 유지하게 된다.
도 5는 본 발명의 CRAN 환경에서 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법을 설명하기 위한 타이밍 차트이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 CRAN 환경에서 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법에 따르면, 먼저 DU(REC)는 RU(RE)에서 송출하는 무선 프레임 신호의 프레임 경계를 맞추기 위해 자기와 각 RU(RE) 사이의 링크 딜레이를 사전에 파악한 후에 이를 각 RU(RE)에게 전송(단계 S10)하는데, 이러한 링크 딜레이는 DU(REC)와 RU(RE) 사이를 연결하는 케이블의 종류나 길이 등에 따라 달라질 수 있다.
도 6은 단일 홉 구성을 갖는 CRAN에서 링크 딜레이 보정을 위한 기준점을 설명하기 위한 도면이다. 도 6에 도시한 바와 같이, CPRI 규격에 정의된 케이블(링크) 딜레이 보정용 기준점(reference point)은 장비의 입력 및 출력점, 예를 들어 REC 및 RE의 커넥터가 될 수 있다.
도 6에서, 기준점 R1과 R4는 각각 REC(DU)의 출력점과 입력점을 나타내고, R2와 R3은 각각 RE(RU)의 입력점과 출력점을 나타낸다. 참조 부호 Ra는 안테나를 나타낸다. T12는 REC(DU)의 출력점(R1)으로부터 RE(RU)의 입력점(R2)으로의 다운링크 신호의 딜레이를 나타내고, T34는 RE(RU)의 출력점(R1)으로부터 REC(DU)의 입력점(R2)으로의 업링크 신호의 딜레이이다.
Toffset은 기준점 R2의 입력 신호와 기준점 R3의 출력 신호 사이의 프레임 오프셋이다. 마지막으로 T14는 기준점 R1의 출력 신호와 기준점 R4의 입력 신호 사이의 프레임 타이밍 차이다. 한편, REC(DU)는 각 RE(RU)로부터의 상위 계층 메시지를 통한 보고에 의해 각 RE(RU)의 프레임 오프셋(Toffset)을 미리 알 수 있다.
이와 같이 DU(REC)는 RU(RE)로부터 상위 계층 메시지를 통해 프레임 오프셋(Toffset)을 전달받은 후에 이렇게 전달받은 프레임 오프셋(Toffset)을 이용하여 링크 딜레이(T12 = T34)를 계산하는데, 이러한 링크 딜레이(T12 = T34)는 아래의 수학식 1에 의해 구해질 수 있다.
Figure 112014035899092-pat00002
한편, 도 4에 도시한 실시예와 같이 멀티 홉 구조의 CRAN에서 링크 딜레이를 산출하는 방식도 CPRI 규격에 설명되어 있는바, 본 발명이 CPRI 링크 딜레이 산출 방법에 대한 발명이 아니기에 더 이상의 상세한 설명을 생략한다.
다시 도 5로 돌아가서, DU(REC)로부터 자기의 링크 딜레이 정보를 전달받은 RU(RE)는 링크 딜레이 정보를 반영하여 CPRI 프레임 타이머를 업데이트(단계 S20)한다. 예를 들어, DU(REC)와 임의의 RU(RE) 사이의 링크 딜레이를 50㎲라고 가정할 때, RU(RE)는 이를 반영하여 자기의 CPRI_frame_timer를 50㎲만큼 빠르게 보정한 후에 DU(REC)에 확인 메시지(Ack)를 전송(단계 S30)한다. 이 동작에 의해 RU_CPRI_frame_timer는 DU_CPRI_frame_timer에 10㎱ 이내의 오차를 가지고 동기화되어 동작하는데, DU(REC)는 모든 RU(RE)에 대해 이와 같은 동작을 반복한다.
한편, CPRI 규격에서 한 무선 프레임(node B frame)의 길이와 E-UTRA, 즉 LTE 규격에서의 한 무선 프레임의 길이가 모두 10㎳로 동일하다 하더라도 양자 사이의 무선 프레임 경계가 서로 상이할 수 있다. 이를 감안하여 DU(REC)는 CPRI 프레임 타이밍과 E-UTRA 프레임 타이밍 간의 차이 정보를 모든 RU(RE)에 전송(단계 S40)하고, 각 RU(RE)는 이를 이용하여 자기의 E-UTRA 프레임 타이밍 정보를 업데이트(단계 S50)한 후에 DU(REC)에 확인 메시지(Ack)를 전송(단계 S60)한다.
이 동작에 의해 각 RU_E-UTRA_frame_timer는 DU_E-UTRA_frame_timer에 10㎱ 이내의 오차를 가지고 동기화되어 동작하는데, DU(REC)는 모든 RU(RE)에 대해 이와 같은 동작을 반복한다. 이 과정이 완료되면 DU(REC)에 연결된 모든 RU(RE)가 DU(REC)의 DU_CPRI_frame-timer 및 DU_E-UTRA_frame_timer에 동기를 맞춘 RU_CPRI_frame-timer 및 RU_E-UTRA_frame_timer를 가지고 동작하게 된다.
마지막으로, DU(REC)는 안테나 캐리어(Axc) 별로 송수신 전환 시점 정보를 각 RU(RE)에 전송(단계 S70)하고, 각 RU(RE)는 자기의 RU_CPRI_frame-timer 및 RU_E-UTRA_frame_timer를 이용하여 10㎱ 이내의 작은 오차를 가지고 정밀한 TDD 송/수신 전환 시점 제어를 수행하게 된다. 여기에서 하나의 안테나 캐리어(AxC)는 하나의 독립적인 안테나 소자에서 하나의 캐리어의 수신 또는 송신에 필요한 디지털 기저대역 U-평면 데이터의 량을 일컫는다.
이상, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 CRAN 환경에서 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나 이는 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 변형과 변경이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
즉, 전술한 실시예에서는 CPRI 타이머 및 E-UTRA 타이머를 예로 들어 설명을 진행하였으나 OBSAI 타이머 및 WiMAX 타이머에도 적용이 가능할 것이다. 이에 따라 특허청구범위에서 CPRI_OBSAI_frame_timer는 CPRI_frame_timer 또는 OBSAI_frame_timer를 나타내고, WiMAX_E-UTRA_frame_timer 역시 WiMAX_frame_timer 또는 E-UTRA_frame_timer를 나타낸다.

Claims (3)

  1. DU_CPRI_OBSAI_frame_timer와 DU_WiMAX_E-UTRA_frame_timer를 구비한 DU에 RU_CPRI_OBSAI_frame_timer와 RU_WiMAX_E-UTRA_frame_timer를 구비한 RU가 1개 이상 연결되어 있는 CRAN 환경에서 수행되되,
    DU와 RU가 연결된 상태에서 각 RU가 DU로부터 송신되는 무선 프레임 신호의 경계를 확인하고 이에 의해 자기의 RU_CPRI_OBSAI_frame_timer를 DU_CPRI_OBSAI_frame_timer에 동기시키는 (a) 단계;
    각 RU가 DU로부터 전달받은 링크 딜레이 정보에 의거하여 상기 RU_CPRI_OBSAI_frame_timer를 업데이트하는 (b) 단계;
    각 RU가 DU로부터 전달받은 CPRI_OBSAI 프레임 타이밍과 WiMAX_E-UTRA 프레임 타이밍 간의 차이 정보에 의거하여 상기 WiMAX_E-UTRA 프레임 타이밍 정보를 업데이트하는 (c) 단계 및
    각 RU가 DU로부터 전달받은 안테나 캐리어(Axc) 별 송/수신 전환 시점 정보를 자기의 RU_CPRI_OBSAI_frame_timer 및 RU_WiMAX_E-UTRA_frame_timer에 대입하여 TDD 송/수신 전환 시점을 제어하는 (d) 단계를 포함하여 이루어진 CRAN 환경에서 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 무선 프레임 신호의 경계는 DU로부터 송신되는 무선 프레임 신호의 각 하이퍼 프레임마다 나타나는 동기 및 타이밍용 서브채널에 의해 확인하는 것을 특징으로 하는 CRAN 환경에서 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    RU_CPRI_OBSAI_frame_timer와 RU_WiMAX_E-UTRA_frame_timer는 10㎱ 이내의 오차를 갖는 타이머로 이루어진 것을 특징으로 하는 CRAN 환경에서 TDD 송/수신 전환 시점 제어 방법.
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