KR101759194B1 - 무선 통신시스템에서 피드백 송신을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

무선 통신시스템에서 피드백 송신을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서 서빙 분산 소형 기지국 후보군을 설정하는 과정과 서빙 분산 소형기지국 후보군에 속하는 분산 소형기지국으로부터 서비스를 제공받을 경우 기대되는 평균 달성 레이트를 최대화하기 위한 피드백 비트를 결정하는 과정을 포함한다.

Description

무선 통신시스템에서 피드백 송신을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR FEEDBACK TRANSMISSION IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에 대한 것으로, 특히, 가상 셀룰러 네트워크 (VCN: Virtual Cellular Network) 통신시스템에서 제한된 피드백의 양을 효율적으로 활용하여 단말의 불완전한 채널 정보로부터 야기되는 성능 손실을 평균적으로 최소화하기 위한 방법 및 장치에 대한 것이다
무선 통신시스템에서 채널 특성은 실시간으로 변하기 때문에 송신단에서 수신단의 채널정보를 파악하고 상황에 맞게 적응하는 경우 통신시스템의 성능을 높일 수 있다.
특히 간섭이 통신 시스템의 성능에 크게 영향을 미치는 다중 사용자 다중 안테나 통신시스템, 셀룰라 통신시스템 등에서는 송신단이 각 단말의 간섭정보를 이용하면 시스템의 성능을 크게 개선시킬 수 있다.
일반적으로, 송신단이 하향링크의 채널정보를 알기 위해서는 단말로부터 하향링크의 피드백 정보를 수신해야 한다.
가상 셀룰러 네트워크 통신시스템 또한 각 단말들로부터의 간섭이 통신시스템의 성능에 영향을 미치게 되므로, 송신단에서 각 단말의 채널정보를 이용하여 간섭으로부터의 성능 저하를 감소시켜야 한다.
하지만 가상 셀룰러 네트워크 통신시스템은 기존의 통신시스템과 달리 여러 분산 소형기지국이 여러 단말들을 공유하여 서비스하기 때문에, 각 단말은 어느 기지국으로부터 서비스를 제공받을지 정해져 있지 않고 간섭원도 어느 분산소형 기지국으로부터 서비스를 제공받는지에 따라 실시간으로 변하게 된다 그리고 각 분산 소형기지국은 서비스를 제공할 단말을 선택할 시 단말들로부터 수신한 불완전한 채널정보를 이용하게 되므로 이러한 통신시스템 특성을 고려한 피드백 기법이 필요하다.
하지만, 기존의 기술은 각 단말마다 서비스를 제공받을 기지국과 간섭원이 정해져 있는 통신시스템의 성능을 높이기 위한 것으로서, 이는 각 기지국이 자신의 신호를 보낼지 간섭원이 될지 정해져 있지 않은 가상 셀룰러 네트워크 통신시스템에서는 적용할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 무선 통신시스템에서 피드백 송신을 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다,
본 발명의 다른 목적은 각 단말마다 서비스를 제공할 송신단과 간섭원이 정해져 있지 않은 가상 셀룰러 네트워크(VCN: Virtual Cellular Network) 통신시스템에서 피드백 정보 송신을 위한 방법 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 가상 셀룰러 네트워크 통신시스템에서 단말이 다수의 채널 정보를 양자화하는 경우, 효율적으로 할당받은 피드백 비트를 분할하여 불완전한 채널 정보로부터의 성능 손실을 평균적으로 최소화 할 수 있는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 가상 셀룰러 네트워크 통신시스템에서 제한된 피드백의 양을 효율적으로 활용하여 사용자 단말로부터의 불완전한 채널 정보로부터 야기되는 성능 손실을 평균적으로 최소화하기 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 목적들을 달성하기 위한 제 1 견지에 따르면, 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서 서빙 분산 소형 기지국 후보군을 설정하는 과정과 서빙 분산 소형기지국 후보군에 속하는 분산 소형기지국으로부터 서비스를 제공받을 경우 기대되는 평균 달성 레이트를 최대화하기 위한 피드백 비트를 결정하는 과정을 포함한다.
본 발명의 목적들을 달성하기 위한 제 2 견지에 따르면, 무선 통신 시스템에서 단말의 장치에 있어서 서빙 분산 소형 기지국 후보군을 설정하고, 서빙 분산 소형기지국 후보군에 속하는 분산 소형기지국으로부터 서비스를 제공받을 경우 기대되는 평균 달성 레이트를 최대화하기 위한 피드백 비트를 결정하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 가상 셀룰러 네트워크 통신시스템에서 제한된 피드백의 양을 효율적으로 활용하여 사용자 단말로부터의 불완전한 채널 정보로부터 야기되는 성능 손실을 평균적으로 최소화할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가상 셀룰러 네트워크 통신시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 피드백 송신과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 동작 과정을 도시한 제 1 메시지 흐름도이다
도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 동작 과정을 도시한 제 2 메시지 흐름도이다
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 동작 과정을 도시한 제 1 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 동작 과정을 도시한 제 2 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 동작 과정을 도시한 제 3 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 분산 소형기지국의 동작 과정을 도시한 흐름도이다
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 중앙 관리부의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 분산 소형기지국의 블록 구성을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 중앙 관리부의 블록 구성을 도시한 면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 피드백 할당 과정을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 성능을 도시한 제 1 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 성능을 도시한 제 2 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 성능을 도시한 제 3 그래프이다
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 기준하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 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.
이하, 본 발명은 무선 통신시스템에서 피드백 송신을 위한 방법 및 장치에 대해 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가상 셀룰러 네트워크 통신시스템을 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 가상 ™Q룰러 네트워크 통신시스템은 다수의 분산 소형기지국(110,120,130)이 적어도 하나의 단말(102)을 공유한다. 이 경우, 분산 소형기지국(110, 120, 130)은 고정되어 있거나 혹은 동적으로 위치를 변경할 수 있는 등 다양한 형태를 가지고 있다. 분산 소형기지국(110, 120, 130)은 중앙관리부(140)(CMU: Central Management Unit)에 연결되어 있다.
상기 분산 소형기지국(110,120,130)은 다양한 형태를 가질 수 있고 단말(102)는 여러 분산 소형기지국(110,120,130)으로부터 각기 다른 거리에 위치한다. 이에 따라 단말(102)이 각 분산 소형기지국(110,120,130)으로부터 수신하는 신호에 대한 경로손실(path loss)은 각기 다르다. 상기 중앙관리부(140)는 상기 분산 소형기지국(110, 120, 130)을 제어하고, 상기 분산 소형기지국(110, 120, 130)이 서비스할 단말을 선택할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 피드백 송신과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 먼저 각 단말은 총 B 비트를 이용하여 단말이 수신할 수 있는 모든 채널을 양자화 한다. 이때, 각 단말은 각 분산 소형기지국들로부터의 경로손실을 고려하여 B 비트를 분할하여 각 채널을 해당하는 비트 수에 맞게 양자화 한다(a 단계). 상기 양자화 과정은 하기에서 설명될 것이다.
이후, 각 단말은 임의의 분산 소형기지국으로 상기 단말이 양자화한 총 B비트의 채널 정보를 송신한다. 상기 분산 소형기지국은 단말로부터 피드백 정보를 수신한다(b 단계).
이후, 상기 분산 소형기지국은 수신한 피드백을 백홀을 통해 공유하고(c 단계), 어떤 분산 소형기지국이 어느 단말을 서비스 할지 결정한다. 이러한 과정을 통하여 각 분산 소형기지국은 서비스할 단말을 선택하고 해당 단말에 서비스를 제공한다 (d 단계). 이 경우, 도시되지는 않았지만 중앙 관리부가 어떤 분산 소형기지국이 어떤 단말을 서비스 할지 결정하게 할 수 있다.
본 발명에서, 각 단말은 어떤 분산 소형기지국으로부터 서비스를 제공 받을지를 결정하기 위해서 각 분산 소형기지국마다의 우선 순위 값을 결정한다.
이를 위해, 상기 단말은 전체 분산 소형기지국들을 서빙 분산소형 기지국 후보군과 간섭 분산소형 기지국 후보 군으로 분류한다.
이 경우, 각 단말에서 서빙 분산소형 기지국 후보군 설정을 위한 임계값(Threshold) 설정을 위한 과정은 하기와 같다.
만약, 한 단말이 N개의 분산소형 기지국의 신호를 검출할 수 있다면 기지국의 우선 순위 값 [X1, X2,..., XN] 은 다음과 같이 결정된다.
<수학식 1>
Xn= αnβn
여기서, αn은 n번째 기지국으로부터의 경로손실이고 βn는 n번째 기지국이 가지는 패널티(penalty)로서 기지국의 속성(backhaul 용량 등)에 따라 결정된다. 만약 βn 값이 작을 때에는 n번째 기지국이 서빙 분산소형 기지국 후보군에 속할 확률이 줄어들게 된다.
만약, 하나의 단말에서 여러 분산 소형기지국들이 가지는 기지국 우선순위 값들을 [X1, X2,...,XN] 라고 할 시, 일정값 이상의 값을 가진 분산 소형기지국들을 서빙 분산소형 기지국 후보군(S로 표시)으로 설정한다.
여기서, 가능한 방법의 하나로서는 일정 값 X를 정하고 상기 X를 초과하는 분산 소형기지국 (Xn>X)들을 서빙 분산소형 기지국 후보군으로 정할 수 있다. 이 때 서빙 분산 소형 후보 군은 다음과 같다.
<수학식 2>
S={ n | Xn > X }
다른 한가지 방법으로는 가장 큰 우선 순위값을 가지는 분산 소형기지국의 우선순위 값 대비 다른 분산소형 기지국들의 비율을 구한 뒤 일정 수준 이상(예, 70%)인 분산 소형기지국들을 서빙 분산 소형기지국 후보군으로 지정하는 방법을 고려할 수 있다.
이 때 서빙 분산 소형 후보군은 다음과 같이 구할 수 있다.
<수학식 3>
S={n | Xn / max(X1, X2,..., XN) > 0.7}.
그리고 각 단말이 총 B 비트의 피드백 비트를 결정하는 과정은 다음과 같다.
우선 N개의 분산 소형기지국이 있고 K개의 단말이 있다고 가정한다. 이때 n번째 분산소형 기지국에서 k번째 단말까지의 채널을
Figure 112012100532918-pat00001
라고 가정한다. 이때 각 단말은 B 비트를 사용하여 각 채널을 양자화 한다.
k번째 단말에서 B비트를 사용하여
Figure 112012100532918-pat00002
를
Figure 112012100532918-pat00003
로 양자화하는데 사용된 비트 수를 각각 b1, b2, b3..라고 한다.
이렇게 피드백된 정보를 각 분산 소형기지국에서 공유했을 때 n번째 분산소형 기지국에서 획득하는 채널 정보는
Figure 112012100532918-pat00004
이 된다.
만약 분산소형 기지국 n이 단말 k에게 서비스를 제공한다고 할 때, 단말 k를 제외한 나머지 단말로의 간섭이 없도록 제로포싱(zeroforcing) 빔포밍을 사용한다고 가정하는 경우, 분산 소형기지국 n이 단말 k에게 서비스를 제공하기 위해 사용하는 빔은 하기와 같다.
<수학식 4>
Figure 112012100532918-pat00005
이 경우, 단말 k가 수신하는 신호는 하기와 같다.
<수학식 5>
Figure 112012100532918-pat00006
여기서, αnk는 분산 소형기지국 n으로부터 단말 k까지의 경로손실이다. 이때 단말 k는 서빙 분산소형 기지국후보군(S) 중 하나의 분산 소형기지국으로부터 서비스를 제공받으므로 기대되는 레이트는 다음과 같다.
<수학식 6>
Figure 112012100532918-pat00007
본 발명은 전술한 레이트를 최대화하고, 이를 반영하는 비트 수를 결정하는 것이고, 이는 하기와 같이 표현될 수 있다.
<수학식 7>
Figure 112012100532918-pat00008
상기 <수학식 7>은 하기에서 전술되는 방법을 이용하여 구한다.
완벽한 채널 정보를 가진 경우 단말 k가 얻을 수 있는 평균 송신속도는 다음과 같이 주어진다.
<수학식 8>
Figure 112012100532918-pat00009
이때, 양자화된 채널 정보로 발생한 송신 속도 손실을 다음과 같이 정의할 수 있다.
<수학식 9>
Figure 112012100532918-pat00010
상기 수학식 9에서 얻어진 값은 하기와 같이 어퍼 바운드(upper bound)될 수 있다.
<수학식 10>
Figure 112012100532918-pat00011
상기 수식에서 (a)는 log(1+x) - log(1+x/(1+y)) < log(1+y) 이기 때문에 성립한다. 그리고 (b)는 젠슨의 비등가 규칙(Jensen’s inequality)를 사용하여 구할 수 있고 이를 정리하면(c)가 된다. (d)는 다음과 같은 식으로 표현될 수 있다.
<수학식 11>
Figure 112012100532918-pat00012
,
(e)는 젠슨의 비등가 규칙과 하기 수식의 속성을 이용하면 구할 수 있다.
<수학식 12>
Figure 112012100532918-pat00013
이 경우, 양자화 오차를 확률적인 모델인 랜덤 백터 양자화 기법을 사용하여 모델링 하여 정리하면 (f) 를 구할 수 있다.
따라서 상기 <수학식 7>은 하기 수학식과 같이 표현될 수 있다.
<수학식 13>
Figure 112012100532918-pat00014
상기 <수학식 13>에서 목적(objective) 함수와 제약(constraint)함수는 볼록(convex) 함수가 되므로 콘벡스 최적화(convex optimization)를 이용하면 상기 <수학식 13>을 해결할 수 있다.
상기 <수학식 13>를 해결하기 위해 라그랑지안(Lagrangian)함수를 하기 수식과 같이 정의한다.
<수학식 14>
Figure 112012100532918-pat00015
KKT 조건(Karush-Kuhn-Tucker condition)에 따르면 최적의 값
Figure 112012100532918-pat00016
는 하기 수식에서 구할 수 있다.
<수학식 15>
Figure 112012100532918-pat00017
상기 <수학식 15>를 해결하면 하기 수식과 같다.
<수학식 16>
Figure 112012100532918-pat00018
상기 <수학식 16>에서 K는 하기 수식과 같다.
<수학식 17>
Figure 112012100532918-pat00019
따라서 상기 <수학식 17>으로부터 좋은 채널(경로손실이 작은 채널)을 더 많은 피드백 비트를 사용하여 양자화 하는 것이 더 좋음을 알 수 있다.
단말은 분산 소형기지국으로부터 서비스를 제공받을 경우, 기대되는 레이트(예, 평균 달성 레이트(average achievable rate))를 최대화 하기 위한 피드백 비트수를 결정한다.
통상적으로 경로손실은 거리의 함수로 주어지므로, 하향링크의 경로손실은 상향링크의 경로손실과 같고, 이는 각 송신단에서 파악할 있다. 따라서, 각 단말이 어떻게 피드백을 분할하였는지를 송신단도 구할 수 있다. 이는 피드백 분할을 위해서 추가적인 시그널링 부하가 없다는 것을 의미한다. 따라서, 주어진 채널 정보를 바탕으로 송신단은 다양하게 단말을 선택할 수 있다.
이제, 전술한 과정을 이용하여 단말이 피드백 비트를 구하는 과정 및 분산 소형기지국 또는 중앙관리부가, 분산 소형기지국이 서비스를 제공할 단말을 결정하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
우선 분산 소형기지국 A, B, C가 있고, 다수의 단말이 있다고 가정한다. 이 경우, 분산 소형기지국 A는 무선 백홀을 사용한 기지국으로서 백홀 용량이 다른 분산 소형기지국(예를 들어, B, C) 보다 작다고 가정한다.
따라서, 다른 분산 소형기지국들보다 일정 정도의 패널티를 부과한다. 이 때, 패널티 값은 기지국의 속성값[βA, βB, βC] 으로 조절할 수 있다. 예를 들어 [βA, βB, βC] = [0.8, 1, 1]로 설정한다면 기지국 A는 다른 기지국들보다 우선 순위값 결정 시에 0.8이 곱해지는 효과가 있다.
하나의 단말이 분산소형 기지국 A, B, C로부터 획득하는 경로손실값이 [αA, αB, αC] = [1.2, 1, 0.4] 라고 가정하면 상기 단말에서 각 분산 소형기지국의 우선순위 값은 다음과 같이 획득할 수 있다. 상기 경로손실값은 분산소형 기지국이 단말로 송신할 수 있다. 또는 상기 단말이 경로손실값을 측정할 수 있다.
<수학식 18>
[X1, X2, X3] = [α1β1, α2β2, α3β3] = [0.96, 1, 0.4]
이때, 상기 단말은 상기 우선순위 값을 이용하여 서빙 분산 소형기지국 그룹 S를 생성한다.
만약, 상기 단말이 서빙 분산 소형 기지국 그룹을 생성하기 위해서 다음과 같은 규칙 S={n | Xn / max(X1, X2,..., XN) > 0.7}을 이용한다면, 서빙 분산소형 기지국 그룹은 S={1, 2} 가 된다.
상기 단말에게 할당된 피드백 비트수가 16비트라고 할 때 앞서 기술한 피드백 산출 과정을 바탕으로 피드백 비트를 결정하면, 상기 단말은 분산소형 기지국 A, B, C로부터의 채널을 각각 6 비트, 6 비트, 4 비트로 나누면 될 수 있음을 알 수 있다.
이 경우, 분산 소형기지국은 단말들로부터 획득한 피드백을 이용하여 서비스를 제공할 단말을 선택한다. 분산 소형기지국이 서비스를 제공할 단말을 선택하는 과정은 기존의 다양한 방식이 이용될 수 있다 또는 중앙 관리부가 기존의 다양한 방식을 이용하여 분산 소형기지국이 서비스를 제공할 단말을 선택하여 각 분산 소형기지국에 알릴 수 있다. 서빙 분산 소형기지국 그룹에 속하지 않은 분산 소형 기지국은 간섭 분산 소형 기지국이 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 동작 과정을 도시한 제 1 메시지 흐름도이다. 상기 도 3는 중앙 관리부가 서비스를 제공할 단말을 결정하는 경우이다.
상기 도 3을 참조하면, 다수의 분산 소형기지국(320)은 다수의 단말(310)로 기준신호를 포함하는 빔을 송신한다(a 단계),
이후, 단말(310)은 다수의 분산소형 기지국(320)에 대한 채널들을 몇 비트로 양자화 할지 결정하고(b 단계) 피드백을 생성하여(c 단계) 임의의 분산소형 기지국으로 전달한다(d 단계).
이후, 다수의 분산 소형기지국(320)은 수신한 피드백을 공유하고(e 단계), 수신한 피드백을 중앙관리부(330)에 송신한다 (f 단계),
이후, 중앙관리부(330)는 수신한 피드백을 바탕으로 각 분산 소형기지국이 어느 단말에 서비스를 제공할지 결정하고(g 단계), 결정결과를 분산 소형기지국으로 송신한다. 이 과정에서, 상기 결정결과는 공유될 수 있다(h 단계).
이후, 분산 소형기지국(320)은 해당 단말(310)에게 서비스를 제공한다(i 단계).
도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 동작 과정을 도시한 제 2 메시지 흐름도이다. 상기 도 4는 분산 소형기지국이 서비스를 제공할 단말을 결정하는 경우이다.
상기 도 4를 참조하면, 다수의 분산 소형기지국(420)은 다수의 단말(410)로 기준신호를 포함하는 빔을 송신한다(a 단계),
이후, 다수의 단말(410)은 다수의 분산소형 기지국(420)에 대한 채널들을 몇 비트로 양자화 할지 결정하고(b 단계) 피드백을 생성하여(c 단계) 임의의 분산소형 기지국으로 전달한다(d 단계).
이후, 다수의 분산 소형기지국(420)은 수신한 피드백을 공유하고 상기 피드백을 바탕으로 어느 단말에게 서비스를 제공할지 결정한다(e 단계),
이후, 다수의 분산 소형기지국(420)은 결정 결과를 중앙 관리부(430)로 송신한다(f 단계).
이후, 분산 소형기지국(420)은 단말(410)에게 서비스를 제공한다(g 단계).
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 동작 과정을 도시한 제 1 흐름도이다.
상기 도 5를 참조하면, 단말은 분산 소형기지국으로부터 기준신호를 수신한다(505 단계), 또한, 상기 단말은 분산 소형기지국으로부터 경로손실값을 수신할 수 있다(510 단계).
이후, 상기 단말은 서빙 분산 소형기지국 후보군 및 간섭 분산 소형기지국 후보군을 설정한다(515 단계). 상기 515 단계의 과정은 전술한 유도과정을 이용할 수 있다.
이후, 상기 단말은 분산 소형기지국으로부터 서비스를 제공받을 경우, 기대되는 레이트를 최대화하기 위한 비트 수를 결정한다(520 단계). 상기 520 단계의 과정은 전술한 유도 과정을 이용할 수 있다.
이후, 상기 단말은 결정된 비트 수에 따른 피드백을 임의의 분산 소형기지국으로 송신한다(525 단계).
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 동작 과정을 도시한 제 2 흐름도이다.
상기 도 6을 참조하면, 단말은 분산 소형기지국으로부터 기준신호를 수신한다(605 단계), 또한, 상기 단말은 분산 소형기지국으로부터 경로손실 값을 수신할 수 있다(610 단계).
이후, 상기 단말은 서빙 분산 소형기지국 후보군 및 간섭 분산 소형기지국 후보군을 설정한다(615 단계). 이 경우, 상기 단말은 가중치를 반영한 분산 소형기지국의 우선순위값을 이용하여, 임계값보다 큰 우선순위값을 가진 분산 소형기지국을 서빙 분산 소형기지국 후보군으로 설정한다.
이후, 상기 단말은 분산 소형기지국으로부터 서비스를 제공받을 경우, 기대되는 레이트를 최대화하기 위한 비트 수를 결정한다(620 단계). 상기 620 단계의 과정은 전술한 유도 과정을 이용할 수 있다.
이후, 상기 단말은 결정된 비트 수에 따른 피드백을 분산 소형기지국으로 송신한다(625 단계).
전술한 바와 같이, 서빙 분산 소형기지국 후보군 및 간섭 분산 소형기지국 후보군을 설정하는 과정에서 가중치가 고려될 수 있다.
상기 <수학식1>에서 기지국의 우선순위값을 가중치를 고려한 우선순위값으로 재구성하면 하기 수식과 같다.
<수학식 19>
Xn= αnβnWn
상기 수식에서 Wn 은 분산 소형기지국 n에 대한 가중치로서, 상기 가중치는 분산 소형기지국에 대한 서비스 클래스 순위 또는 분산 소형기지국에 대한 연결 우선순위 등을 나타낼 수 있고, 분산 소형기지국이 단말로 미리 송신하거나, 단말이 기 저장하고 있을 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 동작 과정을 도시한 제 3 흐름도이다.
상기 도 7을 참조하면, 단말은 분산 소형기지국으로부터 기준신호를 수신한다(705 단계), 또한, 상기 단말은 분산 소형기지국으로부터 경로손실값을 수신할 수 있다(710 단계).
이후, 상기 단말은 서빙 분산 소형기지국 후보군 및 간섭 분산 소형기지국 후보군을 설정한다(715 단계). 이 경우, 상기 단말은 가중치를 반영한 분산 소형기지국의 우선순위값을 이용하여, 가장 큰 우선순위값을 가지는 분산 소형기지국의 우선 순위값의 일정비율 이상의 분산 소형기지국을 서빙 분산 소형기지국 후보군으로 설정한다.
이후, 상기 단말은 분산 소형기지국으로부터 서비스를 제공받을 경우, 기대되는 레이트를 최대화하기 위한 비트수를 결정한다(720 단계). 상기 720 단계의 과정은 전술한 유도 과정을 이용할 수 있다.
이후, 상기 단말은 결정된 비트 수에 따른 피드백을 분산 소형기지국으로 송신한다(725 단계).
상기 <수학식1>에서 기지국의 우선순위값을 가중치를 고려한 우선순위값으로 재구성하면 상기 <수학식 19>와 같다.
상기 <수학식 19>에서 Wn 은 분산 소형기지국 n에 대한 가중치로서, 상기 가중치는 분산 소형기지국에 대한 서비스 클래스 순위 또는 분산 소형기지국에 대한 연결 우선순위 등을 나타낼 수 있고, 분산 소형기지국이 단말로 미리 송신하거나, 단말이 기 저장하고 있을 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 분산 소형기지국의 동작 과정을 도시한 흐름도이다
상기 도 8을 참조하면, 분산 소형기지국은 기준신호를 포함하는 빔을 송신한다. 상기 분산 소형기지국은 경로손실을 단말로 송신할 수 있다(807 단계).
이후, 상기 분산 소형기지국은 단말로부터 피드백을 수신한다(810 단계).
만약, 중앙 관리부가 단말선택을 결정하는 경우(815 단계), 상기 분산 소형기지국은 수신한 피드백을 상기 중앙 관리부로 송신하고(820 단계), 상기 중앙 관리부로부터 단말 선택 정보를 수신한다(825 단계).
이후, 상기 분산 소형기지국은 선택된 단말들에 대해 서비스를 제공한다(845 단계).
만약, 중앙 관리부가 단말선택을 결정하지 않는 경우(815 단계), 상기 분산 소형기지국은 상기 피드백을 이용하여 분산 소형기지국이 서비스할 단말을 선택하는 과정을 수행한다(830 단계).
이후, 상기 분산 소형기지국은 분산 소형기지국 사이에서 상기 단말선택정보를 공유하고 필요 시, 상기 단말선택정보를 상기 중앙 관리부로 보고한다(840 단계),
이후, 상기 분산 소형기지국은 해당 단말에 대해 서비스를 제공한다(845 단계).
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 중앙 관리부의 동작과정을 도시한 흐름도이다.
상기 도 9를 참조하면, 중앙 관리부는 분산 소형기지국으로부터 피드백을 수신한다(905 단계),
이후, 상기 중앙 관리부는 상기 피드백을 이용하여 분산 소형기지국이 서비스할 단말을 선택하는 과정을 수행한다 (910 단계).
이후, 상기 중앙 관리부는 상기 분산 소형기지국으로 단말선택정보를 송신한다(920 단계).
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 분산 소형기지국의 블록 구성을 도시한 도면이다.
상기 도 10를 참조하면, 상기 분산 소형기지국은 다수의 송수신기들(1010-1 내지 1010-N), 다수의 모뎀들(1020-1 내지 1020-N), 저장부(1030) 및 제어부(1040)를 포함하여 구성된다.
상기 다수의 송수신기들(1010-1 내지 1010-N)은 서로 분산하여 설치되며, 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다.
예를 들어, 상기 다수의 송수신기들(1010-1 내지 1010-N) 각각은 RF처리부(1012-1 내지 1012-N)를 포함한다. 상기 RF처리부(1012-1 내지 1012-N)는 기저대역 신호 및 RF 신호 간 변환을 수행한다.
예를 들어, 상기 RF처리부(1012-1 내지 1012-N)는 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(Digital to Analog Convertor), ADC(Analog to Digital Convertor) 등을 포함할 수 있다.
상기 다수의 모뎀들(1020-1 내지 1020-N)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다.
예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 다수의 모뎀들(1020-1 내지 1020-N)은 송신 비트 열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 다수의 모뎀들(1020-1 내지 1020-N)은 상기 다수의 송수신기들(1010-1 내지 1010-N)로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트 열을 복원한다. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 따르는 경우, 상기 다수의 모뎀들(1020-1 내지 1020-N)은 FFT(Fast Fourier Transform) 연산 및 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 더 수행할 수 있다.
상기 도 10의 경우, 상기 모뎀(1020-1 내지 1020-N)은 다수로 도시되었으나, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 다수의 모뎀들(1020-1 내지 1020-N)은 하나의 블럭으로 구성될 수 있다. 이 경우, 하나의 모뎀은 순차적 또는 병렬적으로 상기 다수의 송수신기들(1010-1 내지 1010-N)에 대응하는 신호를 처리한다. 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라, 상기 다수의 모뎀들(1020-1 내지 1020-N) 각각은 대응되는 송수신기(1010-1 내지 1010-N)에 포함될 수 있다. 즉, 상기 다수의 송수신기들(1010-1 내지 1010-N) 각각은 RF처리부(1012-1 내지 1012-N) 및 모뎀(1020-1 내지 1020-N)을 포함할 수 있다.
상기 저장부(1030)는 상기 기지국의 동작을 위한 프로그램, 시스템 정보, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 그리고, 상기 저장부(1030)는 상기 제어부(1040)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
상기 제어부(1040)는 상기 기지국의 전반적인 기능들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(1040)는 상기 다수의 송수신기들(1010-1 내지 1010-N) 및 상기 다수의 모뎀들(1020-1 내지 1020-N)을 제어한다.
상기 제어부(1040)는 기준 신호를 포함하는 빔 및 경로손실을 단말로 송신하고, 단말로부터 피드백을 수신한다.
만약, 중앙 관리부가 단말선택을 결정하는 경우, 상기 제어부(1040)는 수신한 피드백을 상기 중앙 관리부로 송신하고, 상기 중앙관리부로부터 단말선택정보를 수신하고 상기 단말선택 정보를 이용하여 단말들에 대한 서비스를 제공한다.
만약, 중앙 관리부가 단말선택을 결정하지 않는 경우 상기 제어부(1040)는 상기 피드백을 이용하여 각 분산 소형기지국이 서비스를 제공할 단말을 선택하는 과정을 수행한다.
상기 제어부(1040)는 필요 시, 분산 소형기지국 사이에서 상기 단말선택 정보를 공유하거나 상기 단말선택정보를 상기 중앙 관리부로 보고할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시한 도면이다.
상기 도 11을 참조하면, 상기 단말은 RF처리부(1110), 모뎀(1120), 저장부(1130) 및 제어부(1140)를 포함한다.
상기 RF처리부(1110)는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF처리부(1110)는 상기 모뎀(1120)으로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 상기 RF처리부(1110)는 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다.
상기 모뎀(1120)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 모뎀(1120)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 모뎀(1120)은 상기 RF처리부(1110)로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. OFDM 방식에 따르는 경우, 상기 모뎀(1120)은 IFFT 연산 및 FFT 연산을 더 수행할 수 있다.
상기 저장부(1130)는 상기 단말의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 시스템 정보, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 그리고, 상기 저장부(1130)는 상기 제어부(1140)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
상기 제어부(1140)는 상기 단말의 전반적인 동작들을 제어한다. 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 제어부(1140)는 분산 소형기지국으로부터 기준 신호를 수신한다, 상기 기준 신호는 상기 분산 소형기지국이 송신하는 빔에 포함되어 있다 그리고 상기 제어부(1140)는 분산 소형기지국으로부터 경로손실값을 수신할 수 있다.
상기 제어부(1140)는 서빙 분산 소형기지국 후보군 및 간섭 분산 소형기지국 후보군을 설정한다
상기 제어부(1140)는 분산 소형기지국으로부터 서비스를 제공받을 경우, 기대되는 레이트를 최대화하기 위한 비트 수를 결정한다
상기 제어부(1140)는 결정된 비트 수에 따른 피드백을 임의의 분산 소형기지국으로 송신한다.
상기 제어부(1140)는 서빙 분산 소형기지국 후보군 및 간섭 분산 소형기지국 후보군을 설정할 시, 가중치를 반영한 분산 소형기지국의 우선순위값을 이용하여, 임계값보다 큰 우선순위값을 가진 분산 소형기지국을 서빙 분산 소형기지국 후보군으로 설정할 수 있다.
상기 제어부(1140)는 서빙 분산 소형기지국 후보군 및 간섭 분산 소형기지국 후보군을 설정할 시, 가중치를 반영한 분산 소형기지국의 우선순위값을 이용하여, 가장 큰 우선순위값을 가지는 분산 소형기지국의 우선 순위값의 일정비율 이상의 분산 소형기지국을 서빙 분산 소형기지국 후보군으로 설정할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 중앙 관리부의 블록 구성을 도시한 면이다.
상기 도 12를 참조하면, 상기 중앙 관리부는 모뎀(1220), 저장부(1230) 및 제어부(1240)를 포함한다.
상기 모뎀(1220)은 다른 기기와 통신하기 위한 모듈로서, 유선처리부 및 기저대역처리부 등을 포함하여 구성된다. 상기 유선처리부는 유선경로를 통해 수신되는 신호를 기저대역신호로 변경하여 상기 기저대역처리부로 제공하고 상기 기저대역처리부로부터의 기저대역신호를 실제 유선 경로 상으로 송신할 수 있도록 유선신호로 변경하여 상기 유선 경로를 통해 송신한다.
상기 제어부(1240)는 상기 중앙 관리부의 전반적인 동작을 제어한다. 상기 제어부(1240)는 상기 모뎀(1220) 및 상기 저장부(1230)의 기능을 제어한다.
상기 제어부는(1240)는 분산 소형기지국을 관리 및 제어하는 기능을 수행한다.
상기 저장부(1230)는 상기 단말의 전반적인 동작을 제어하기 위한 프로그램 및 프로그램 수행 중 발생하는 일시적인 데이터를 저장하는 기능을 수행한다.
상기 제어부(1240)는 분산 소형기지국으로부터 피드백을 수신하고 상기 피드백을 이용하여 각 분산 소형기지국이 서비스를 제공할 단말을 선택하는 과정을 수행한다. 이후, 상기 제어부(1240)는 상기 분산 소형기지국으로 단말선택정보를 송신한다.
본 발명에서 단말은 다수의 분산 소형기지국과의 사이의 채널을 측정한 후, 채널 상태가 더 우수한 채널, 즉, 경로손실이 작은 채널에 더 많은 피드백 비트를 사용한다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 피드백 할당 과정을 도시한 도면이다.
상기 도 13을 참조하면, 단말 k는 서빙 분산소형 기지국후보군(S) 중 하나의 분산 소형기지국으로부터 서비스를 제공받을 시, 기대되는 레이트를 최대화하는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 다수의 분산 소형기지국과의 사이의 채널을 측정한 후, 채널상태가 더 우수한 채널, 즉, 경로손실이 작은 채널에 더 많은 피드백 비트를 사용한다.
도면과 같이, 3개의 분산 소형기지국이 존재하고, 첫 번째 분산 소형기지국의 채널상태가 더 우수한 경우, 총 B비트 중, 가장 많은 비트 수를 b1 에 할당한다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 성능을 도시한 제 1 그래프이다.
상기 도 14을 참조하면, 한 단말이 서비스 받을 수 있는 분산 소형기지국이 4개이고 각각의 경로손실이 [1.2, 1, 0.8, 0.4] 일 때 얻을 수 있는 평균 레이트를 도시하고 있다. 상기 도 13은 각 단말에서 사용하는 총 피드백 수가 16비트 일 경우를 나타낸다. 도면에서 알 수 있듯이 제안한 피드백 분할 기법을 이용하면, 더 큰 송신 속도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 성능을 도시한 제 2 그래프이다.
상기 도 15를 참조하면, 한 단말이 서비스 받을 수 있는 분산 소형기지국이 4개이고 각각의 경로손실이 [1.2, 1, 0.8, 0.4] 일 때 얻을 수 있는 평균 레이트를 도시하고 있다. 상기 도 14는 각 단말에서 사용하는 총 피드백 수가 32비트 일 경우를 나타낸다. 도면에서 알 수 있듯이 제안한 피드백 분할 기법을 이용하면, 더 큰 송신 속도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 성능을 도시한 제 3 그래프이다.
상기 도 16을 참조하면, 한 단말이 서비스 받을 수 있는 분산 소형기지국이 4개이고 각각의 경로손실이 [1.2, 1, 0.8, 0.4] 일 때 얻을 수 있는 평균 레이트를 도시하고 있다. 상기 도 15는 각 단말에서 사용하는 총 피드백 수가 64비트 일 경우를 나타낸다. 도면에서 알 수 있듯이 제안한 피드백 분할 기법을 이용하면, 더 큰 송신 속도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서,
    서빙 기지국 후보군을 설정하는 과정과,
    상기 후보군에 속하는 적어도 하나의 서빙 기지국의 적어도 하나의 경로 손실에 기반하여, 상기 적어도 하나의 서빙 기지국에 대응하는 적어도 하나의 피드백 비트의 개수를 결정하는 과정과,
    상기 적어도 하나의 서빙 기지국으로, 상기 결정된 적어도 하나의 피드백 비트의 개수에 따라 피드백을 전송하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    적어도 하나의 기지국에 대한 경로 손실 값을 수신하는 과정을 더 포함하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 후보군을 설정하는 과정은,
    기지국의 우선순위 값을 이용하여, 임계 값보다 큰 우선순위 값을 가진 기지국을 상기 후보군으로 설정하는 과정을 포함하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 후보군을 설정하는 과정은,
    기지국의 우선순위 값을 이용하여, 가장 큰 우선순위 값의 일정 비율 이상의 기지국을 상기 후보군으로 설정하는 과정을 포함하는 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 우선순위 값은 하기 수식과 같은 것을 특징으로 하는 방법.
    <수학식 20>
    Xn= αnβn
    여기서, Xn은 n번째 기지국의 우선순위 값이고, αn 은 n번째 기지국으로부터의 경로손실이고, βn는 n번째 기지국이 가지는 패널티(penalty)이다.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 후보군을 설정하는 과정은,
    가중치를 반영한 기지국의 우선순위 값을 이용하여, 임계 값보다 큰 우선순위 값을 가진 기지국을 상기 후보군으로 설정하는 과정을 포함하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 후보군을 설정하는 과정은,
    가중치를 반영한 기지국의 우선순위 값을 이용하여, 가장 큰 우선순위 값의 일정 비율 이상의 기지국을 상기 후보군으로 설정하는 과정을 포함하는 방법.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 우선순위 값은 하기 수식과 같은 것을 특징으로 하는 방법.
    <수학식 21>
    Xn= αnβnWn
    여기서, Xn은 n번째 기지국의 우선순위 값이고 αn은 n번째 기지국으로부터의 경로 손실이고 βn는 n번째 기지국이 가지는 패널티(penalty)이고, Wn은 n번째 기지국의 가중치이다.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 결정된 피드백 비트의 개수는 상기 적어도 하나의 서빙 기지국과 상기 단말 사이의 채널상태에 비례하는 방법.
  11. 무선 통신 시스템에서 단말의 장치에 있어서,
    서빙 기지국 후보군을 설정하고, 상기 후보군에 속하는 적어도 하나의 서빙 기지국의 적어도 하나의 경로 손실에 기반하여 상기 적어도 하나의 서빙 기지국에 대응하는 적어도 하나의 피드백 비트의 개수를 결정하고, 상기 적어도 하나의 서빙 기지국으로 상기 결정된 피드백 비트의 개수에 따라 피드백을 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    적어도 하나의 기지국에 대한 경로 손실 값을 수신하는 송수신기를 더 포함하는 장치.
  13. 삭제
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    기지국의 우선순위 값을 이용하여, 임계 값보다 큰 우선순위 값을 가지는 기지국을 상기 후보군으로 설정하는 장치.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    기지국의 우선순위 값을 이용하여, 가장 큰 우선순위 값의 일정 비율 이상의 기지국을 상기 후보군으로 설정하는 장치.
  16. 제 14 항 또는 제 15항에 있어서,
    상기 우선순위 값은 하기 수식과 같은 장치.
    <수학식 22>
    Xn= αnβn
    여기서, Xn은 n번째 기지국의 우선순위값이고, αn은 n번째 기지국으로부터의 경로손실이고, βn는 n번째 기지국이 가지는 패널티(penalty)이다.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    가중치를 반영한 기지국의 우선순위 값을 이용하여, 임계 값보다 큰 우선순위 값을 가진 기지국을 상기 후보군으로 설정하는 장치.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    가중치를 반영한 기지국의 우선순위 값을 이용하여, 가장 큰 우선순위 값의 일정 비율 이상의 기지국을 상기 후보군으로 설정하는 장치.
  19. 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
    상기 우선순위 값은 하기 수식과 같은 장치.
    <수학식 23>
    Xn= αnβnWn
    여기서, Xn은 n번째 기지국의 우선순위 값이고 αn은 n번째 기지국으로부터의 경로손실이고 βn는 n번째 기지국이 가지는 패널티(penalty)이고, Wn은 n번째 기지국의 가중치이다.
  20. 제 11항에 있어서,
    상기 결정된 피드백 비트의 개수는,
    상기 적어도 하나의 서빙 기지국과 상기 단말 사이의 채널상태에 비례하는 장치.

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