KR102109606B1 - 빔포밍 기반 무선 백홀 형성 방법, 이를 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 통신 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빔포밍(beamforming)을 통한 기지국 간의 무선 백홀(wireless backhaul) 구현 시에 빔포밍 신호를 기반으로 수신 상태 정보 및, 간섭 정보 또는 위치 정보를 생성하여 무선 백홀을 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 백홀 형성 방법은 소형 셀 기지국이 무선 백홀 형성을 위해 매크로 셀 기지국으로부터 복수의 빔포밍 신호를 수신하는 단계, 상기 소형 셀 기지국에 접속된 단말에 대한 상기 복수의 빔포밍 신호의 간섭 정보 또는 위치 정보를 수집하는 단계, 상기 소형 셀 기지국이 상기 수신된 복수의 빔포밍 신호의 수신 상태 정보 및, 상기 간섭 정보 또는 위치 정보를 기초로 상기 매크로 셀 기지국과의 무선 백홀을 형성하는 단계, 를 포함하여 구현된다.

Description

빔포밍 기반 무선 백홀 형성 방법, 이를 위한 장치 {Methods and apparatus of providing wireless backhaul from beamforming}
본 발명은 무선 통신 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빔포밍(beamforming)을 통한 기지국 간의 무선 백홀(wireless backhaul) 구현 시에 빔포밍 신호를 기반으로 수신 상태 정보 및, 간섭 정보 또는 위치 정보를 생성하여 무선 백홀을 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시 예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
무선 통신(Radio Communication)이 음성 트래픽 위주로 서비스를 제공하던 과거와 달리 멀티미디어 서비스를 제공하는 3G/4G 이동통신의 급속한 발전과 함께 수백 Mbps(Megabytes per second) 이상을 전송하는 백홀 링크가 점차 늘어났으며, 5G 이동통신 등 차세대 이동통신이 등장함에 따라 Gbps(Gigabytes per second) 이상의 무선 전송 필요성이 증대되어 수백MHz 이상의 대역폭 확보가 용이한 밀리미터파 대역의 주파수가 주목을 받고 있고, 이 대역을 활용한 무선 백홀 형성에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
여기서 밀리미터파는 주파수가 30GHz 이상인 전자기파를 의미하며 (30~300GHz), 현재 28GHz, 38GHz, 60GHz, 70GHz 등의 주파수를 5G 이동통신망에 이용할 주파수로 고려하고 있다.
이러한 밀리미터파 대역은 기존의 4G 주파수 대역에 비해 대기 중 전송 손실이 높고 회절성이 떨어져, 일반적으로 다수의 안테나를 이용하여 전파를 원하는 방향으로 집중하는 빔포밍(Beamforming) 기술을 무선 전송에 활용하고 있다.
한편, 이러한 밀리미터파를 활용한 5G 이동통신에서는, 높은 전송 송신 비율과 떨어지는 회절성으로 인해 발생하는 많은 음영 지역을 메우기 위하여 많은 수의 소형 셀(Small cell)을 요구하게 되므로, 설비투자비용(CAPEX)과 영업비용(OPEX)을 고려할 때, 저가형 소형 셀의 필요성이 증대된다.
그러나 상기 소형 셀로부터 매크로 셀(Macro cell)에 데이터를 백홀(Backhaul)하기 위해 유선 전송망을 이용할 경우에는 저가형 소형 셀과는 별도로 유선망 구축에 막대한 비용 문제가 발생한다.
이의 대안으로, 같은 주파수/시간 자원을 활용하면서 빔포밍 기법을 이용하여 매크로 셀 기지국과 소형 셀 기지국 사이의 무선 백홀과, 기지국과 단말 간의 무선 링크를 분리하는 셀프 백홀링(Self-Backhauling) 기술이 주목을 받고 있다.
통상의 무선 백홀에서는, 간섭 방지를 위해 기지국 사이의 백홀링 주파수 대역과 단말에 이용되는 주파수 대역을 다르게 사용하였고, 이 경우 백홀을 위해 일정한 주파수 자원을 할당해야 하므로 소형 셀 기지국의 주파수 용량이 떨어지는 문제점이 있었으나, 밀리미터파 대역의 경우, 빔포밍에 기반한 높은 지향성으로 인해 같은 주파수/시간 자원을 활용하면서 백홀이 가능해진다.
다만, 빔포밍을 기반으로 매크로 셀 기지국과 소형 셀 기지국 사이에 무선 백홀을 구현했다 하더라도, 각 셀과 단말 사이에 간섭 문제가 발생한다.
매크로 셀 기지국 은 소형 셀 기지국에 비하여 상대적으로 넓은 범위에서 전파를 송수신하므로, 매크로 셀 기지국의 관점에서 소형 셀 기지국 및 소형 셀 기지국과 연결된 단말 사이의 거리, 각도의 차이가 크지 않아 빔포밍을 기반으로 전파를 송수신하더라도 간섭이 발생하며, 매크로 셀 기지국이 높은 송신 전력으로 무선 백홀 전파를 방사하는 하향 링크에서 문제가 더욱 심각하다.
즉, 빔포밍을 기반으로 무선 백홀 시 소형 셀 기지국으로부터 하향 링크 신호를 받는 단말에 간섭 요인이 야기된다고 할 수 있다.
한국공개특허공보 제10-2014-0083692호, 2014년 07월 04일 공개 (명칭: 무선 백홀 형성 장치와 무선 백홀 형성 시스템, 및 무선 백홀 형성 방법)
이에 본 발명은, 매크로 셀 기지국과 소형 셀 기지국 사이의 무선 백홀을 위한 빔포밍 시, 소형 셀 기지국으로부터 하향 링크 신호를 받는 단말의 간섭을 최소화할 수 있는 빔포밍 신호를 기반으로 수신 상태 정보 및, 간섭 정보 또는 위치 정보를 생성하여 무선 백홀을 형성하는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 소형 셀 기지국이 무선 백홀 형성을 위해 매크로 셀 기지국으로부터 복수의 빔포밍 신호를 수신하는 단계; 상기 소형 셀 기지국에 접속된 단말에 대한 상기 복수의 빔포밍 신호의 간섭 정보 또는 위치 정보를 수집하는 단계; 상기 소형 셀 기지국이 상기 수신된 복수의 빔포밍 신호의 수신 상태 정보 및, 상기 간섭 정보 또는 위치 정보를 기초로 상기 매크로 셀 기지국과의 무선 백홀을 형성하는 단계;를 포함하는 무선 백홀 형성 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일 양상은, 매크로 셀 기지국이 무선 백홀 형성을 위해 소형 셀 기지국으로 복수의 빔포밍 신호를 송신하는 단계; 상기 매크로 셀 기지국이 상기 소형 셀 기지국으로부터 상기 복수의 빔포밍 신호에 대한 수신 상태 정보 및, 상기 소형 셀 기지국에 접속된 단말에 대한 상기 복수의 빔포밍 신호의 간섭 정보 또는 단말의 위치 정보를 수신하는 단계; 상기 복수의 빔포밍 신호의 수신 상태 정보 및, 상기 간섭 정보 또는 위치 정보를 기초로 상기 복수의 빔포밍 신호 중 하나를 선택하여 상기 소형 셀 기지국과의 무선 백홀을 형성하는 단계;를 포함하는 무선 백홀 형성 방법을 제공한다.
또한 본 발명은, 무선 신호를 송수신하는 무선 송수신부; 상기 무선 송수신부를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 매크로 셀 기지국으로부터 소형 셀 기지국 간에 서로 다른 지향성을 갖는 복수의 빔포밍 신호를 송수신하도록 상기 무선 송수신부를 제어하고, 상기 복수의 빔포밍 신호에 대한 상기 소형 셀 기지국에서의 수신 상태 정보를 확인하는 빔포밍 서치 모듈; 소형 셀 기지국에 접속된 단말에 대한 복수의 빔포밍 신호의 간섭 정보 또는 위치 정보를 수집하는 수집 모듈; 상기 복수의 빔포밍 신호의 수신 상태 정보 및, 상기 간섭 정보 또는 위치 정보를 기초로 상기 복수의 빔포밍 신호 중 하나를 선택하여 상기 매크로 셀 기지국과 소형 셀 기지국 간의 무선 백홀을 형성하는 백홀 형성 모듈을 포함하는 무선 백홀 형성 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 무선망을 이용한 백홀 형성 시, 무선 백홀에 의해 단말에 야기되는 간섭 정보를 체크하고, 이를 고려하여 빔포밍을 수행함으로써, 소형 셀 기지국에 접속된 단말에 야기되는 매크로 셀 기지국으로부터의 무선 백홀에 의한 전파 간섭을 줄일 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 무선 백홀 구현을 위해 단말과 기지국 간의 무선 통신에 동일한 주파수/시간 자원을 활용하더라도 단말에 대한 전파 간섭을 최소화함으로써 안정적인 서비스 제공이 가능하다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시 예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 백홀이 구현되는 무선 통신 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서의 무선 백홀 형성 과정을 나타낸 메시지 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 백홀 형성 장치의 구조를 나타낸 도면이다
도 6은 본 발명에 따른 무선 백홀 형성 방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 제어 상태를 나타낸 모식도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 빔포밍 제어 상태를 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "??quot;, "??quot;, "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용하는 것으로, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 뿐, 상기 구성요소들을 한정하기 위해 사용되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다. 본 발명은 무선 통신 시스템에 있어서, 사용자와의 무선 접속을 처리하는 기지국에 대한 무선 백홀 형성에 관한 것이다.
여기서, 백홀(Backhaul)은 기지국과 백본(Backbone)망 사이에 데이터를 모아서 전달하는 것을 의미하는 것으로서, 통상, 무선 통신 시스템의 경우, 기지국과 백본망 간에 유선 또는 무선으로 형성될 수 있다.
여기서, 기지국(base station, BS)은 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
특히, 본 발명은 매크로 셀 기지국의 커버리지 내의 음영지역 또는 통신 집중 지역 등에 소형 셀 기지국이 설치되는 5G 기반 이동통신시스템을 고려한 것으로서, 본 발명에 있어서, 백홀은 상기 매크로 셀 기지국과 소형 셀 기지국 간의 백홀 형성까지 포함한다.
참고로, 상기 매크로 셀 기지국은 통상의 이동 통신 시스템에 적용된 높은 전송 파워와 넓은 커버리지를 갖는 기지국을 의미하며, 소형 셀(Small Cell) 기지국은 매크로 셀에 대비되는 개념으로 매크로 셀 기지국에 비하여 상대적으로 낮은 전송파워와 좁은 커버리지를 갖는 기지국을 의미한다. 이러한 소형 셀 기지국은, 예를 들어, 안테나당 10W급 이하 소출력 기지국 장비, 피코셀(Pico cell), 펨토셀(femto cell), 마이크로셀(micro cell) 등을 통칭한다.
참고로, 상기 소형 셀 기지국은 음영 지역 혹은 기지국 간의 경계 지역, 실내 등에 배치되어, 음영지역의 커버, 고 트래픽 지역에서의 트래픽 분산, 이동통신과 WiFi 등 이종 네트워크 전송 등에 이용된다.
이하 매크로 셀 기지국과 소형 셀 기지국을 포함하는 무선 통신 환경을 기반으로, 본 발명에 따른 무선 백홀 형성 장치 및 방법을 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 백홀이 구현되는 무선 통신 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 한 실시 예에 따른 이동 통신 시스템은 하나 이상의 단말(100)과 소형 셀 기지국(200) 및 매크로 셀 기지국(300)을 포함한다.
단말(100)은 본 발명에 의해 제공되는 무선 통신망에 접속하여 데이터를 송수신하는 사용자 장치를 의미한다. 여기서, 단말(Terminal)은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station), WT(Wireless terminal), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치, D2D 장치(Device-to-Device), 스테이션(STA: Station) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제공하는 무선 통신망에 연결된 장치이면 본 명세서에서 말하는 단말에 해당할 수 있다. 소형 셀 기지국(200) 및 매크로 셀 기지국(300)은 무선 통신 시스템에서 단말(100)에 무선 링크를 제공하며, 소형 셀 기지국(200)과 매크로 셀 기지국(300) 상호간에 무선 백홀을 형성한다.
특히, 소형 셀 기지국(200)은 통신 커버리지 내에 위치한 하나 이상의 단말(100)과의 연결을 수행하고, 상기 하나 이상의 단말(100)과 데이터를 송수신한다. 여기서, 상기 단말(100)을 기준으로 단말(100)로 전송되는 데이터를 하향 링크 신호라 하고, 상기 단말(100)로부터 송신되는 데이터를 상향 링크 신호로 한다.
상기 소형 셀 기지국(200)이 상기 하나 이상의 단말(100)로부터 수신한 하나 이상의 단말(100)의 상향 링크 신호는 상기 무선 백홀을 통해 매크로 셀 기지국(300)으로 전송된 후, 상기 매크로 셀 기지국(300)을 통해서 유선 백홀 및 백본망으로 전달된다. 반대로, 백본망 및 유선 백홀로부터 전달된 하향 링크 신호는 상기 무선 백홀을 통해서 매크로 셀 기지국(300)으로부터 소형 셀 기지국(200)으로 전달된 후, 상기 소형 셀 기지국(200)을 통해서 하나 이상의 단말(100)로 전송된다.
이러한 소형 셀 기지국(200)과 매크로 셀 기지국(300)은 도 5에 도시된 본 발명에 따른 무선 백홀 형성 장치를 구비하고, 이를 통해 무선 백홀을 형성할 수 있다.
참고로, 상기 무선 백홀은, 하향 링크 및 상향 링크에 대해서 각각 형성될 수 있는데, 본 발명은, 단말(100)에 대한 간섭을 최소화하면서 무선 백홀을 형성하기 위한 것으로서, 이하에서 단말(100)에 대한 간섭이 더 심각하게 발생할 수 있는 하향 링크에 대한 무선 백홀 형성을 기준으로 설명한다. 그러나, 이는 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니며, 본 발명은 필요에 따라서 상향 링크에 대해서도 적용 가능하다.
본 발명에 따른 무선 백홀 형성 장치를 구비한 소형 셀 기지국(200)와 매크로 셀 기지국(300)은 무선 백홀 형성을 위한 빔 방향을 결정하기 위한 빔포밍 과정을 수행한다. 특히, 하향 링크 신호에 대한 무선 백홀을 위하여, 상기 매크로 셀 기지국(300)은 하향 링크 빔포밍을 수행한다.
구체적으로, 상기 매크로 셀 기지국(300)은 서로 다른 방향으로 각각 복수의 빔포밍 신호를 순차적으로 송출하고, 상기 복수의 빔포밍 신호에 대한 피드백 정보를 소형 셀 기지국(200)으로부터 받는다.
이때, 소형 셀 기지국(200)은 매크로 셀 기지국(300)으로부터 훈련 심볼을 포함한 복수의 빔포밍 신호를 수신하고, 수신한 빔포밍 신호를 이용하여 수신 상태 정보를 생성한다. 아울러, 상기 소형 셀 기지국(200)은 자신에 접속된 단말(100)로부터 상기 복수의 빔포밍 신호 각각에 대한 간섭 정보를 수집할 수 있다. 이후, 상기 수신 상태 정보 및 간섭 정보를 기반으로 복수의 빔포밍 신호 중, 하향 링크를 위한 빔포밍 신호를 결정하게 되는데, 본 발명의 일 실시 예에서는, 상기 소형 셀 기지국(200)이 상기 간섭 정보 및 수신 상태 정보를 매크로 셀 기지국(300)으로 피드백하여, 매크로 셀 기지국(300)이 빔포밍 신호를 선택하여 무선 백홀을 형성하도록 할 수 있으며, 본 발명의 다른 실시 예에서는, 상기 소형 셀 기지국(200)이 상기 간섭 정보 및 수신 상태 정보를 기반으로 복수의 빔포밍 신호 중 하나를 선택한 후, 그 선택 정보를 매크로 셀 기지국(300)으로 전송하여 선택 정보에 기반하여 무선 백홀을 형성하도록 할 수 있다.
여기서, 빔포밍은 밀리미터파 대역을 활용하여 이루어질 수 있다.
참고로, 밀리미터파의 경우 투과력이 약하고, 빔폭이 매우 좁아 안테나간의 세밀한 조정을 통해 기지국 간 일대일 연결이 되며, 무선 백홀 구현 시 높은 품질을 얻을 수 있다.
아울러, 소형 셀 기지국(200)은 통신 커버리지에 위치한 단말(100)과의 무선 연결을 수행하고, 연결된 무선 자원을 통해 하향 링크 신호 및 상향 링크 신호를 단말(100)과 송수신한다. 이때, 상기 소형 셀 기지국(200)의 통신 커버리지는 도 1에 일점 쇄선으로 나타낸 영역(200a)이 될 수 있다. 소형 셀 기지국(200)과 단말(100) 간의 무선 링크와, 매크로 셀 기지국(300)과 소형 셀 기지국(200) 간의 무선 백홀은 동일한 주파수/시간 자원을 활용할 수 있다.
아울러, 상기 매크로 셀 기지국(300)은 소형 셀 기지국(200)과 무선 백홀을 형성하여 이를 통해 하향 링크 신호/상향 링크 신호를 송수신하면서, 동시에, 통신 커버리지 내에 위치한 임의의 단말(도시생략)과 무선 링크를 연결하여 하향 링크 신호/상향 링크 신호를 송수신할 수 있다.
매크로 셀 기지국(300)의 통신 커버리지는 도 1에서 점선으로 나타낸 영역(300a)이 될 수 있다.
다음으로 상술한 바와 같은 구조의 무선 통신 시스템에 있어서, 무선 백홀 형성 과정을 도 2 내지 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 백홀 형성 과정을 나타낸 메시지 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 매크로 셀 기지국(300)이 빔포밍 신호를 전송하고, 단말(100)과 소형 셀 기지국(200)이 매크로 셀 기지국(300)이 전송한 빔포밍 신호를 토대로 정보를 생성하여, 무선 백홀을 형성하는 과정을 볼 수 있다.
매크로 셀 기지국(300)은 빔포밍 신호를 방사형으로 전송하고, 이 신호는 빔포밍 신호 범위 내의 소형 셀 기지국(200)과 단말(100)에 도달할 수 있다(S200a, S200b).
단말(100)은 매크로 셀 기지국(300)으로부터 도달한 빔포밍 신호를 기초로 간섭 정보를 생성하고(S202), 생성한 간섭 정보를 단말(100)과 소형 셀 기지국(200) 사이의 무선 링크를 통해 소형 셀 기지국(200)으로 전송한다(S206). 구체적으로, 상기 단말(100)은 복수의 빔포밍 신호에 포함된 훈련 신호를 기준으로 상기 복수의 빔포밍 신호를 인지할 수 있으며, SNR(신호 대 잡음 비, Signal to Noise Ratio) 등을 이용하여 상기 간섭 정보를 생성할 수 있다. 이때, 상기 복수의 빔포밍 신호는 단말(100)이 수신한 하향 링크 신호에 대한 노이즈로 작용한다. 상기 복수의 빔포밍 신호를 전송하는 방식은, 신호를 동시에 전송하거나 순차적(one-by-one)으로 전송하는 것도 가능하다.
소형 셀 기지국(200)은 매크로 셀 기지국(300)으로부터 도달한 빔포밍 신호를 기초로 수신 상태 정보를 생성한다(S204). 여기서, 수신 상태 정보는, 수신 신호 세기를 포함할 수 있다. 소형 셀 기지국(200)은 단말(100)로부터 수신한 간섭 정보와 소형 셀 기지국(200) 자신이 생성한 수신 상태 정보를 매크로 셀 기지국(300)으로 전송한다(S208).
매크로 셀 기지국(300)은 수신한 간섭 정보와 수신 상태정보를 기초로 무선 백홀을 형성할 빔포밍 신호를 선택한다(S210). 매크로 셀 기지국(300)은 선택된 신호를 소형 셀 기지국(200)에 빔포밍하여 무선 백홀을 형성한다(S212).
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 백홀 형성 과정을 나타낸 메시지 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에서, 도 2와 마찬가지로 매크로 셀 기지국(300)이 빔포밍 신호를 전송하고, 단말(100)과 소형 셀 기지국(200)이 매크로 셀 기지국(300)이 전송한 빔포밍 신호를 토대로 정보를 생성하여, 무선 백홀을 형성하는 과정을 볼 수 있다.
구체적으로, 매크로 셀 기지국(300)은 방향을 달리하여 복수의 빔포밍 신호를 순차적으로 전송한다. 이때, 상기 복수의 빔포밍 신호는 방사형으로 전송되어, 이 신호는 소형 셀 기지국(200) 및 상기 소형 셀 기지국(200) 주변에 위치한 단말(100)에 도달된다(S300a, S300b).
단말(100)은 매크로 셀 기지국(300)으로부터 도달한 빔포밍 신호를 기초로 간섭 정보를 생성하고(S302), 단말(100)은 생성한 간섭 정보를 단말(100)과 소형 셀 기지국(200) 사이의 무선 링크를 통해 소형 셀 기지국(200)으로 전송된다(S306).
소형 셀 기지국(200)은 매크로 셀 기지국(300)으로부터 도달한 빔포밍 신호를 기초로 수신상태 정보를 생성한다(S204). 소형 셀 기지국(200)은 단말(100)로부터 수신한 간섭 정보와 소형 셀 기지국(200) 자신이 생성한 수신 상태 정보를 기초로 수신할 빔포밍 신호를 선택한다(S308). 소형 셀 기지국(200)은 선택 정보를 매크로 셀 기지국(300)으로 전송한다(S310).
매크로 셀 기지국(300)은 수신한 선택 정보를 기초로 소형 셀 기지국(200)에 빔포밍하여 무선 백홀을 형성한다(S312).
도 2 및 도 3에 나타낸 실시 예의 경우, 장애물 등이 위치한 비가시(Non-Line-Of-Sight) 환경에서 장애물에 의한 영향을 고려한 빔 수신 상태 및 간섭을 확인하여 최적의 빔포밍을 수행할 수 있다.
또한, 가시 환경에서는 단말(100)의 위치 정보를 기반으로 간섭을 최소화할 수 있는 무선 백홀 형성이 가능하다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 위치 정보를 활용한 무선 백홀 형성 과정을 나타낸 메시지 흐름도이다.
도 4을 참조하면, 매크로 셀 기지국(300)은 빔포밍 신호를 방사형으로 전송하고, 이 신호는 빔포밍 신호 범위 내의 소형 셀 기지국과 단말에 도달한다(S400a, S400b).
소형 셀 기지국(200)은 매크로 셀 기지국(300)으로부터 도달한 빔포밍 신호를 기초로 수신상태 정보를 생성한다(S402). 수신 상태 정보를 기초로 판단할 때 단말(100)의 위치 정보 상태를 수집하기 용이한 경우(소형 셀 기지국(200) 과 매크로 셀 기지국(300)이 NLOS, 즉 Non-Line-of-Sight 환경이 아닌 경우) 소형 셀 기지국(200)은 단말(100)의 위치 정보 상태를 수집할 수 있다(S404). 여기서 위치 정보는, 단말(100)로부터 전송을 받을 수 있고, 그 밖에 단말(100)의 위치 정보가 존재하는 통신망의 상, 하위 체계 어디서든 수집할 수 있다. 소형 셀 기지국(200)은 수집한 단말(100)의 위치 정보와 소형 셀 기지국(200) 자신이 생성한 수신 상태 정보를 매크로 셀 기지국(300)으로 전송한다(S406).
매크로 셀 기지국(300)은 수신한 단말(100)의 위치 정보와 수신 상태정보를 기초로 단말 방향으로의 빔포밍 신호를 제거(Nulling)한다(S408). 매크로 셀 기지국(300)은 널링(Nulling)한 빔포밍 신호 외의 빔포밍 신호를 전송하며, 이를 이용하여 소형 셀 기지국(200)과 무선 백홀을 형성한다(S410).
다음으로, 상술한 소형 셀 기지국(200) 및 매크로 셀 기지국(300)에 적용된 무선 백홀 형성 장치의 구성 및 동작을 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.
도 5은 본 발명의 일 실시를 위한 무선 백홀 형성 장치의 구조를 나타낸 도면으로, 무선 백홀 형성 장치는 소형 셀 기지국(200) 및 매크로 셀 기지국(300) 내에 구비되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 백홀 형성 장치는 무선 송수신부(10)와, 제어부(20)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 6에 도시된 구성 요소 중, 무선 송수신부(10)는 기지국간 무선 신호를 주고받기 위한 구성이다. 일 실시 예에서, 무선 송수신부(10)는 서로 다른 지향성을 갖는 복수의 빔포밍 신호를 송수신할 수 있다. 또한, 상기 무선 송수신부(10)는 단말(100)이 생성한 간섭 정보를 수신하고, 수신 상태 정보 및 빔포밍 신호에 대한 선택 정보를 송수신할 수 있다. 다른 실시 예에서, 단말(100)의 위치 정보를 송수신할 수 있다.
다음으로, 제어부(20)는 무선 송수신부(10)를 통해 수신한 정보를 확인하고 무선 송수신부(10)를 제어하며, 정보의 생성 및 빔포밍 신호의 선택을 통해 무선 백홀을 형성하기 위한 구성이다.
제어부(20)는 빔포밍 서치 모듈(22), 수집 모듈(24) 및 백홀 형성 모듈(26)을 포함하여 구성될 수 있다.
빔포밍 서치 모듈(22)은 매크로 셀 기지국(300)으로부터 소형 셀 기지국(200) 간에 서로 다른 지향성을 갖는 복수의 빔포밍 신호를 송수신하도록 무선 송수신부(10)를 제어하고, 상기 복수의 빔포밍 신호에 대한 소형 셀 기지국(200)에서의 수신 상태 정보를 확인하기 위한 구성으로서, 상기 복수의 빔포밍 신호에는 훈련심볼이 포함될 수 있다.
수집 모듈(24)은 소형 셀 기지국(200)에 접속된 단말(100)에 대한 복수의 빔포밍 신호의 간섭 정보 또는 위치 정보를 수집하기 위한 구성으로서, 정보 수집을 위해 무선 송수신부(10)를 이용할 수 있으며, 수집한 정보를 백홀 형성 모듈(26)에 제공할 수 있다.
백홀 형성 모듈(26)은 상기 복수의 빔포밍 신호의 수신 상태 정보 및, 상기 간섭 정보 또는 위치 정보를 기초로 상기 복수의 빔포밍 신호 중 하나를 선택하여 매크로 셀 기지국(300)과 소형 셀 기지국(200) 간의 무선 백홀을 형성하기 위한 구성으로서, 특정 방향으로의 빔포밍 신호를 제거(nulling)하거나 선택된 방향으로의 빔포밍 신호 전송을 할 수 있다.
도 6은 상술한 무선 백홀 형성 장치에 의해 이루어지는 무선 백홀 형성 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 무선 백홀 형성 장치는 복수의 빔포밍 신호를 이용한 빔 서칭을 수행한다(S100). 매크로 셀 기지국(300) 내의 무선 백홀 형성 장치는 이 과정에서 방향을 달리하여 복수의 빔포밍 신호를 순차적으로 전송한다. 이때, 상기 복수의 빔포밍 신호는 방사형으로 전송된다. 소형 셀 기지국(200)내의 무선 백홀 형성 장치는 상기 방사형으로 전송된 빔포밍 신호를 수신한다. 상기 빔포밍 신호에는 훈련 심볼이 포함될 수 있다.
소형 셀 기지국(200) 내의 무선 백홀 형성 장치는 상기 빔포밍 신호를 기초로 수신 상태 정보를 형성한다(S110).
또한 소형 셀 기지국(200) 내의 무선 백홀 형성 장치는 상기 신호를 기초로 하는 간섭 정보 또는 위치 정보를 수집한다(S120). 소형 셀 기지국(200) 내의 무선 백홀 형성 장치는 상기 수집된 정보를 매크로 셀 기지국(300) 내의 무선 백홀 형성 장치로 송신한다.
무선 백홀 형성 장치는 상기 수신 상태 정보 및, 간섭 정보 또는 위치 정보를 이용하여 빔포밍 신호를 선택한다(S130). 선택은 소형 셀 기지국(200) 내의 무선 백홀 형성 장치와 매크로 셀 기지국(300) 내의 무선 백홀 형성 장치 어느 곳에서도 이루어질 수 있다.
무선 백홀 형성 장치는 상기 선택된 빔포밍 신호를 이용하여 기지국 간의 무선 백홀을 형성한다(S140). 이 과정은 무선 백홀 형성 장치가 선택한 하나 이상의 빔포밍 신호를 전송하는 방식으로 이루어지거나, 단말(100)에 간섭을 야기하는 하나 이상의 빔포밍 신호를 제거하는 방식으로 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 제어 상태를 나타낸 모식도이다.
소형 셀 기지국(200)과 매크로 셀 기지국(300) 간 장애물이 없는 경우 도 4의 메시지 흐름도와 같이 동작할 수 있으며, 매크로 셀 기지국(300)은 단말(100) 방향으로의 빔포밍 신호를 널링한다. 즉, 단말(100)로 향하는 빔포밍 신호의 안테나 이득을 감소시킴으로써, 단말(100)에 상기 빔포밍 신호가 전달되지 않도록 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 제어 상태를 나타낸 모식도이다.
소형 셀 기지국(200)과 매크로 셀 기지국(300) 간 장애물이 있는 경우 도 2 또는 도 3의 메시지 흐름도와 같이 동작할 수 있다.
여기서, 매크로 셀 기지국(300)으로부터 방사되는 복수의 빔포밍 신호 중 일부는 장애물에 의해 소형 셀 기지국(200)으로까지 전달되지 못할 수 있다.
상기 환경에서, 빔포밍 서치를 수행한 결과, 제1 빔포밍 신호(300b)와 제2 빔포밍 신호(300b)가 각각 장애물에 반사된 후 경로가 변경되어 소형 셀 기지국(200)으로 전달되며, 그 수신 상태가 가장 좋다고 가정한다.
이때, 소형 셀 기지국(200)에 접속된 단말(100)은, 더 멀리 떨어져 전송되는 제1 빔포밍 신호(300b) 보다 제2 빔포밍 신호(300b)에 의해 영향을 더 많은 받게 된다. 즉, 단말(100)에서 측정된 간섭 정보는 제1 빔포밍 신호(300b) 보다 제2 빔포밍 신호(300c)에 대해서 더 크게 산출된다.
이 경우, 상기 소형 셀 기지국(200)과 매크로 셀 기지국(300) 사이의 무선 백홀은 제1 빔포밍 신호(300b) 를 선택하여 형성할 수 있다.
본 명세서와 도면에서는 예시적인 장치 구성을 기술하고 있지만, 본 명세서에서 설명하는 기능적인 동작과 주제의 구현물은 다른 유형의 디지털 전자 회로로 구현되거나, 본 명세서에서 개시하는 구조 및 그 구조적인 등가물들을 포함하는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 혹은 하드웨어로 구현되거나, 이들 중 하나 이상의 결합으로 구현 가능하다. 본 명세서에서 설명하는 주제의 구현물은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품, 다시 말해 본 발명에 따른 장치의 동작을 제어하기 위하여 혹은 이것에 의한 실행을 위하여 유형의 프로그램 저장매체 상에 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령에 관한 하나 이상의 모듈로서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 기계로 판독 가능한 저장 장치, 기계로 판독 가능한 저장 기판, 메모리 장치, 기계로 판독 가능한 전파형 신호에 영향을 미치는 물질의 조성물 혹은 이들 중 하나 이상의 조합일 수 있다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 시스템 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 시스템들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
본 발명은, 무선 통신 기술 분야에 적용되어, 다양한 통신 시스템에서 무선 백홀을 구현하기 위한 방법으로 산업상 이용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 무선망을 이용한 백홀 형성 시, 무선 백홀에 의해 단말에 야기되는 간섭 정보를 체크하고, 이를 고려하여 빔포밍을 수행함으로써, 소형 셀 기지국에 접속된 단말에 야기되는 매크로 셀 기지국으로부터의 무선 백홀에 의한 전파 간섭을 줄일 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 무선 백홀 구현을 위해 단말과 기지국 간의 무선 통신에 동일한 주파수/시간 자원을 활용하더라도 단말에 대한 전파 간섭을 최소화함으로써 안정적인 서비스 제공이 가능하다.
100: 단말
200: 소형 셀 기지국
300: 매크로 셀 기지국
10: 무선 송수신부
20: 제어부
22: 빔포밍 서치 모듈
24: 정보 수집 모듈
26: 백홀 형성 모듈

Claims (8)

  1. 소형 셀 기지국이 무선 백홀 형성을 위해 매크로 셀 기지국으로부터 복수의 빔포밍 신호를 수신하는 단계;
    상기 소형 셀 기지국이 접속된 단말에 대한 상기 복수의 빔포밍 신호의 간섭 정보 또는 단말의 위치 정보를 수집하는 단계;
    비가시(Non-Line of Sight) 환경 또는 가시 환경에 따라 상기 소형 셀 기지국이 상기 수신된 복수의 빔포밍 신호의 수신 상태 정보 및, 상기 간섭 정보 또는 상기 위치 정보를 기초로 상기 매크로 셀 기지국과의 무선 백홀을 형성하는 단계;
    를 포함하는 무선 백홀 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 형성하는 단계는
    상기 소형 셀 기지국이 상기 복수의 빔포밍 신호에 대한 수신 상태 정보 및, 상기 간섭 정보 또는 상기 위치 정보를 상기 매크로 셀 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 백홀 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비가시 환경인 경우, 상기 형성하는 단계는
    상기 소형 셀 기지국이 상기 복수의 빔포밍 신호에 대한 수신 상태 정보 및 상기 간섭 정보를 기초로 상기 복수의 빔포밍 신호 중 무선 백홀을 형성할 빔포밍 신호를 선택하는 단계; 및
    상기 소형 셀 기지국이 선택 결과를 상기 매크로 셀 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 백홀 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 빔포밍 신호는 기 설정된 훈련 심볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 백홀 형성 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 수집하는 단계는
    상기 단말로부터 상기 훈련 심볼을 포함하는 빔포밍 신호에 대한 간섭 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 무선 백홀 형성 방법.
  6. 매크로 셀 기지국이 무선 백홀 형성을 위해 소형 셀 기지국으로 복수의 빔포밍 신호를 송신하는 단계;
    상기 매크로 셀 기지국이 상기 소형 셀 기지국으로부터 상기 복수의 빔포밍 신호에 대한 수신 상태 정보 및, 상기 소형 셀 기지국에 접속된 단말에 대한 상기 복수의 빔포밍 신호의 간섭 정보 또는 단말의 위치 정보를 수신하는 단계; 및
    비가시 환경 또는 가시 환경에 따라 상기 매크로 셀 기지국이 상기 복수의 빔포밍 신호의 수신 상태 정보 및, 상기 간섭 정보 또는 상기 위치 정보를 기초로 상기 복수의 빔포밍 신호 중 하나를 선택하여 상기 소형 셀 기지국과의 무선 백홀을 형성하는 단계;
    를 포함하는 무선 백홀 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가시 환경인 경우, 상기 형성하는 단계는
    상기 단말의 위치 정보를 기준으로, 단말 방향으로의 빔포밍을 제거(Nulling)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 백홀 형성 방법.
  8. 무선 신호를 송수신하는 무선 송수신부; 및
    상기 무선 송수신부를 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는
    매크로 셀 기지국으로부터 소형 셀 기지국 간에 서로 다른 지향성을 갖는 복수의 빔포밍 신호를 송수신하도록 상기 무선 송수신부를 제어하고, 상기 복수의 빔포밍 신호에 대한 상기 소형 셀 기지국에서의 수신 상태 정보를 확인하는 빔포밍 서치 모듈;
    소형 셀 기지국에 접속된 단말에 대한 복수의 빔포밍 신호의 간섭 정보 또는 단말의 위치 정보를 수집하는 수집 모듈; 및
    비가시 환경 또는 가시 환경에 따라 상기 복수의 빔포밍 신호의 수신 상태 정보 및, 상기 간섭 정보 또는 상기 위치 정보를 기초로 상기 복수의 빔포밍 신호 중 하나를 선택하여 상기 매크로 셀 기지국과 소형 셀 기지국 간의 무선 백홀을 형성하는 백홀 형성 모듈을 포함하는 무선 백홀 형성 장치.
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