KR102252635B1 - 무선 네트워크를 위한 대형 mimo 다수 사용자 빔포밍 및 단일 채널 풀 듀플렉스장치 및 그 방법 - Google Patents

무선 네트워크를 위한 대형 mimo 다수 사용자 빔포밍 및 단일 채널 풀 듀플렉스장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 Nbs 안테나를 갖는 하나 이상의 BS 및 BS의 범위 내의 2 이상의 SC들로서, SC는 Nsc 안테나를 갖고, BS와의 통신을 위해서는 Nsc1 ≤ Nsc 안테나를 사용하고, 하나 이상의 UE들과의 통신을 위해서는 Nsc2 ≤ Nsc 안테나를 사용하는, 상기 2 이상의 SC들을 포함하는 무선 네트워킹 방법 및 장치를 제시하는데; 동시에, BS는 한 주파수 채널에서 다수-사용자 전송 BF를 사용하여 K SC들에게 DL 신호들을 전송하고, SC는 같은 주파수 채널을 사용하여 그것의 범위 내의 하나 이상의 UE에게 DL 신호들을 동시에 전송하고; 동시에, BS는 한 주파수 채널에서 다수-사용자 수신 BF를 사용하여 K SC들로부터 UL 신호들을 수신하고, SC는 같은 주파수 채널을 사용하여 그것의 범위 내의 하나 이상의 UE로부터 UL 신호들을 동시에 수신한다. 게다가, SC들 상의 안테나들을 사용하는 빔포밍이 SC-간 간섭들을 감소시키기 위해 수행된다.

Description

무선 네트워크를 위한 대형 MIMO 다수 사용자 빔포밍 및 단일 채널 풀 듀플렉스장치 및 그 방법{APPARATUS FOR MASSIVE MIMO MULTI-USER BEAMFORMING AND SINGLE CHANNEL FULL DUPLEX FOR WIRELESS NETWORKS AND METHOD THEREOF}
본 출원은 2013년 11월 17일에 제출된 미국 가출원 번호 제61/905,260호의 우선권을 주장한다.
본 출원은 주어진 무선 주파수(Radio Frequency; RF) 대역폭을 통한 처리율을 향상시키기 위한 무선 네트워킹 방법들 및 그 방법들을 구현하는 장치들 및 시스템들에 관한 것으로, 특히, 다수의 RF 체인들(chains) 및 안테나들을 갖는 기지국 내에 빔포밍(beamforming; BF)을 적용시키고, 예를 들어, 피코 셀들과 같은 다음 티어(tier) 내의 기초 노드에서 단일 채널 풀 듀플렉스 라디오들(single channel full duplex radios)을 사용하는 방법들과 관련 장치들 및 시스템들에 관한 것이다.
대형 MIMO 다수 사용자 빔포밍(Massive MIMO multi-user Beamforming; MM-MUBF)은 공간 다중화를 통한 많은 폴드(fold)들에 의해 스펙트럼 효율 및 처리율을 상당히 높일 수 있다. 그러나, RF 체인들 및 안테나들의 개수가 많아지면(안테나가 RF 체인, 전송(Tx), 또는 수신(Rx)에 관련되어 있다는 것이 이해되므로, 이하, 안테나의 개수가 이용되면, 그것은 안테나들 및 관련된 RF 체인들의 개수를 의미하는 것으로 이해되어야 함), 채널 상태 정보(Channel State Information; CSI)를 획득하기 위한 채널 추정시에 오버헤드가 상당해질 것이다. 다수의 채널들을 자주 추정해야 하므로, 실제 데이터 통신을 위해 남은 시간이 줄어들기 때문에, 이 문제점들은 채널 가간섭 시간이 짧으면, 예를 들어, 다수의 안테나들을 갖는 기지국(Base Station; BS)이 빠르게 움직이는 사용자 장치(User Equipment; UE)와 통신하는 경우에 보다 도전적이 된다. 이 문제점은 빠르게 움직이는 UE들의 개수에 의해 더욱 악화된다. 한편, 이 산업은 빠르게 증가하는 데이터 트래픽(traffic)을 만족시키기 위해 소형 셀(Small Cell; SC)들 및 이종 네트워크(Heterogeneous Network; HetNet)를 향해 움직인다. 이상적으로, SC들의 배치는 백홀 네트워크(backhaul network)에의 유선 접속 가능성에 의해 제약되지 않고, 데이터 트래픽 니즈(need)에 의해 결정돼야 한다. MM-MUBF가 많은 SC들에 고성능 무선 백홀을 제공할 수 있기 때문에, 그들은 전원이 공급되는 어느 곳이든 배치될 수 있으므로, MM-MUBF가 이 니즈에 잘 맞는다. BS와 SC들 사이의 채널들은 매우 느리게 변하므로, CSI를 빈번하게 추정할 필요가 없어진다.
그러나, 종래 기술은 대역 외 무선 백홀을 사용하는데, 이는 BS와 SC 사이의 백홀과 UE들과의 통신을 위해 상이한 주파수 범위들이 사용된다는 것을 의미한다. 이는 특히 저주파수들(몇 GHz 이하)에서는 사용 불가능할 수 있는 귀중한 주파수 자원들을 요구하는데, 그들이 사용 가능하더라도, 그들은 UE들과의 데이터 처리율을 높이는데 사용되어야 한다. 이외에, 저주파수 무선 백홀이 선호되는데, 이는 그것이 시선을 요구하지 않고 높은 밀리미터파 주파수들(millimeter wave frequencies)보다 양호한 침투(penetration)를 제공하기 때문이다. 따라서, 대역 내 무선 백홀(BS와 SC들 간에 무선 백홀을 제공하기 위해 UE들과의 통신에 같은 주파수들을 사용하는 것을 의미함)이 선호된다. 이는 SC가 같은 주파수 채널에서 동시에 전송 및 수신을 할 것(단일 채널 풀 듀플렉스(Single Channel Full Duplex; SCFD)로 언급됨)을 요구한다.
BS 및 SC란 용어들은 그러한 무선 장치들에 의해 커버되는 셀 또는 영역 내에서 신호들을 전송 및 수신하는 무선 장치들을 의미하도록 사용될 것이며, 이는 본문으로부터 자명한 것이다. BS란 용어는 SC보다 훨씬 큰 셀 커버리지 영역을 의미하도록 사용된다. 4G LTE 기술에서, 본 출원에서 BS 및 SC 양자는, SC가 BS보다 낮은 티어인, "소형 셀"일 수 있는데, 예를 들어, 4G LTE 기술에서 아래의 BS는 마이크로셀일 수 있고, SC는 피코 셀일 수 있다.
본 발명은 전술된 기술 과제들을 해결하는 실시예들을 제시한다.
도 1a 및 1b는 TDD 네트워크에 대한 다운링크 및 업링크 방향의 네트워크 트래픽을 각각 나타내는 도면.
도 2는 UE가 MFD-SC-IS에 포함돼야 하는지를, BS가 결정하는 흐름도.
도 3은 FDD 네트워크에 대한 다운링크 및 업링크 방향의 네트워크 트래픽을 나타내는 도면.
도 4a 및 4b는 FDD-TDD 네트워크에 대한 다운링크 및 업링크 방향의 네트워크 트래픽을 각각 나타내는 도면.
이제 같은 도면 참조 부호들이 같은 부분들을 의미하는 도면들이 참조될 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예들이 이제 설명될 수 있다. 예시적인 실시예들은 본 발명의 양태들을 나타내기 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석돼서는 안 된다. 예시적인 실시예들이 블럭도 또는 흐름도를 참조하여 설명될 때, 각각의 블럭은 방법 단계 또는 그 방법 단계를 수행하는 장치 요소를 나타낼 수 있다. 구현예에 따라, 대응하는 장치 요소들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 그들의 조합으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, N bs 안테나들을 갖는 하나 이상의 BS, BS 범위 내의 2 이상의 SC들로서, SC는 N sc 안테나들을 갖고, BS와 전송 또는 통신하기 위해서는 N SC1 ≤N SC 안테나들을 사용하고, 하나 이상의 UE들과 수신 또는 통신하기 위해서는 N SC2 ≤N SC 안테나들을 사용할 수 있는 2 이상의 SC, 및 SC 범위 내의 하나 이상의 UE들로서, 각각의 UE는 최대 N ue 안테나들을 갖는, 하나 이상의 UE들을 포함하는 무선 네트워킹 방법, 또는 이 방법을 구현하는 장치로서; 이 방법은 동시에 BS는 한 주파수 채널에서 다수 사용자 전송 BF를 사용하여 K SC들에게 다운링크(DL) 신호들을 전송하고(K>1 및 N bs >K N SC1 ), SC는 같은 주파수 채널을 사용하여 자신의 범위 내의 하나 이상의 UE들에게 DL 신호들을 동시에 전송하고; 동시에, BS는 한 주파수 채널에서 다수 사용자 수신 BF를 사용하여 K SC들로부터 업링크(UL) 신호들을 수신하고(K>1 및 N bs >K N SC1 ), SC는 같은 주파수 채널을 사용하여 자신의 범위 내의 하나 이상의 UE들로부터 UL 신호들을 동시에 수신하는 것을 포함한다. SC 상의 같은 안테나들이 DL 및 UL을 위해 동시에 사용될 수 있는데, 즉, 총 Nsc=Nsc1=Nsc2 개의 안테나들이 있고, 안테나 각각은 Tx 및 Rx 모두를 위해 동시에(예를 들어, 서큘레이터(circulator)를 통해) 사용된다. 도 1은 하나의 BS(1), K=5 SC(2)들, 및 각각의 SC 내의 하나 이상의 UE(3)들을 포함하는 이 실시예의 시분할 듀플렉싱(TDD) 모드에서 동작하는 네트워크의 일례를 나타낸다. 도 1a는 BS-SC 링크(4)들 및 SC-UE 링크(5)들을 포함하는 다운링크 방향의 네트워크 트래픽을 보여주고, 도 1(b)는 UE-SC 링크(6)들 및 SC-BS 링크(7)들을 포함하는 업링크 방향의 네트워크 트래픽을 보여준다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 어느 방향에서든, SC는 같은 주파수 채널에서 동시에 전송 및 수신하도록 요구된다. 이러한 SC는 단일 채널 풀 듀플렉스(SCFD) 모드에서 동작한다고 언급된다. 이 실시예는 MFD-SC(MUBF 단일 채널 풀 듀플렉스 소형 셀)로 언급된다. 풀 듀플렉스 소형 셀은 자가 간섭 상쇄, 즉, 그것의 전송기로부터 Tx 신호들에 의해 유발되는 SC 수신기에 대한 간섭을 상쇄하는 것이 요구된다. 이 자가 간섭 상쇄는 수신기의 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier; LNA)를 포화시키지 않기 위해 LNA 전에 수신된 RF 신호에서 자가 간섭을 감쇄하기 위해 RF 상쇄 신호를 생성하는 RF 필터를 사용하여 수행될 수 있다. 그것은 ADC를 포화시키지 않기 위해 아날로그 기저대역 또는 중간 주파수 (Intermedia Frequency; IF)의 아날로그 상쇄 신호를 생성함으로써 더욱 상쇄될 수 있다. 이 간섭에서 남아있는 것은 디지털 기저대역 신호 처리 기술들로 더욱 상쇄될 수 있다. 이 상쇄 기술들의 조합은 LNA 및 ADC가 포화하지 않게 할 수 있고, 바람직한 데이터 레이트를 달성하기에 충분하게 SINR를 개선시킬 수 있다.
이하 설명에서는, 보편성을 잃지 않으면서, 간단히 나타내기 위해, 네트워크 내의 각각의 BS, SC 및 UE는 같은 개수의 안테나를 갖고 있고, Nsc= Nscl= Nsc2라고 가정한다. 이 설명은, 설명의 성질은 바꾸지 않으면서, BS들, SC들, 및 UE들의 안테나 개수가 상이하고 N scl <N sc 또는 N sc2 <N sc 하도록 쉽게 수정할 수 있다.
BS에서 K SC들로의 채널은 KN sc xN bs 행렬 Hb _s로 나타내고, SC에서 그것의 UE들로의 채널은 MN ue xN sc 행렬 Hs _u로 나타내고, BS에서 UE들로의 채널은 KMN ue xN bs 행렬 Hb_u로 나타내는데, 여기서, M은 같은 자원 블럭에서 SC에 의해 동시에 제공되는 UE들의 개수이다. 보편성을 잃지 않으면서, 이하의 설명에서 M=1이라고 가정한다.
다운링크 방향에서는, 다수 사용자 전송 BF가 복수의 스트림들로부터의 간섭을 제거 또는 상당히 감소시키면서, 전체의 사용가능한 대역폭에 걸친 전력 게인을 각각의 SC에 제공할 수 있다. 이는 제로 포싱(Zero Forcing; ZF)법, 콘주게이트 빔포밍(Conjugate Beamforming; CB)법, 또는 다른 빔포밍법들을 사용하여 이루어질 수도 있다. ZF는 아래에서 본 실시예들을 설명하기 위해 사용된다. ZF BF로, BF 행렬
Figure 112016050230708-pct00001
은 의사 역행렬이고, SC들이 수신하는 신호 ysc는
Figure 112016050230708-pct00002
로 주어지는데, 여기서 xbs는 BS가 K SC들에게 전송하는 신호이고, nsc는 SC에서의 잡음 벡터이고, Sd는 전형적으로 대각선인 전력 스케일링 행렬이다.
업링크 방향들에서는, 다수 사용자 수신 BF가 BF 행렬
Figure 112016050230708-pct00003
을 갖는 ZF를 사용하여 이루어질 수 있고, BS가 수신하는 신호 ybs는
Figure 112016050230708-pct00004
로 주어지는데, 여기서 xsc는 K SC들이 BS에게 전송하는 신호이고, nbs는 BS에서의 잡음 벡터이고, Su는 전형적으로 대각선인 전력 스케일링 행렬이다.
SCFD에서는, 같은 주파수 대역이 UL 및 DL 모두를 위해 사용된다. 따라서, Tx 및 Rx 체인들의 전달 함수들의 캘리브레이션(calibration) 후, DL 및 UL 채널들은 상호적이라고 고려될 수 있다. 이 채널 상호성은 BF에 필요한 채널 추정에서 오버헤드를 줄이는데 사용될 수 있다. BS는 SC 전송 파일럿 신호들을 가짐으로써 Hb _s를 추정할 수 있다.
다운링크 방향에서는, SC가 UE에 전송하는 중에 BS가 SC(들)에 전송을 하면, BS→SC 전송은 UE에 간섭을 유발한다. 일 실시예는, 이 간섭을 억제하기 위해 널 스페이스 프로 코딩 행렬(null space pro-coding matrix)을 추가함으로써 MFD-SC에 간섭 억제를 추가하는데, 이는 MFD-SC-IS(간섭 억제를 갖는 MFD-SC)라 언급된다. 이는 Nbs가 BS 범위 내의 모든 UE들 상의 안테나들의 총 개수보다 훨씬 클 때 가능하다. 모든 UE들 상의 안테나들의 총 개수가 KN ue 이고, N bs ≫KN ue 라고 가정하고, Hb _ uG = 0(0은
Figure 112016050230708-pct00005
Figure 112016050230708-pct00006
모두 0인 행렬임)을 만족하는
Figure 112016050230708-pct00007
행렬 G를 찾도록 한다. 그리고, 다운링크 방향에서, BF 행렬
Figure 112016050230708-pct00008
((Hb-sG)+는 (Hb-sG)의 의사 역행렬이고, 적어도 N bs >>K( N sc + N ue )임)을 사용하여, SC들이 수신하는 신호 ysc는
Figure 112016050230708-pct00009
로 주어진다. 그러나, Hb - uG=0이기 때문에, BS→SC 전송에 의해 UE가 수신하는 간섭 yuei는
Figure 112016050230708-pct00010
로 주어진다.
MFD-SC-IS는 MFD-SC보다 높은 전체 처리율을 달성하는데, 이는 신호 대 간섭 및 잡음비(Signal to Interference Noise Ratio; SINR)가 UE들에 대해서 더 높기 때문이다. 그러나, 이 처리율 게인은 비용이 든다. 간섭 억제 프리 코딩 행렬은 전송 전력에 영향을 줄 수 있고, BS-UE 채널들의 CSI를 추정하기 위해 추가의 오버헤드가 있어야 하는데, 즉, BS가 Hb _u를 추정할 필요가 있다. BS와 UE들 모두가 같은 주파수 채널을 사용하여 전송 및 수신할 수 있으면, 오버헤드를 줄이기 위해 채널 상호성이 사용될 수 있다. 즉, BS는 UE 전송 파일럿 신호들을 가짐으로써 Hb _u를 추정할 수 있다. 전형적으로 고정적인 SC들과 달리, UE들은 빠르게 움직일 수 있으므로, 짧은 BS-UE 채널 가간섭 시간으로 인해 채널 추정이 자주 반복될 필요가 있을 수 있다. 따라서, 도 2에 나타낸 바와 같은 일 실시예에서, BS의 MUBF 전송으로부터 UE로의 간섭이 추정되는데, 즉, BS의 MUBF 전송 하에서의 UE에서의 간섭 전력 Pi가 추정된다(8). 추정된 Pi는 임계치 α에 비교된다(9). 간섭이 요구된 값 α보다 작으면, BS는 이 UE에 대해서 MFD-SC를 사용하는데, 즉, BS는 MFD-SC-IS 프리 코딩 행렬에 이 UE를 포함시키지 않고(10); 한편, 간섭이 요구된 값 α보다 크면, BS는 이 UE에 대해서 MFD-SC-IS를 사용하는데, 즉, BS는 MFD-SC-IS 프리 코딩 행렬에 이 UE를 포함시킨다(11).
MFD-SC 및 MFD-SC-IS 실시예들은 무선 백홀 SC들을 갖는 새로운 셀룰러 구조를 가능하게 한다. BS들은 대형 MIMO MUBF를 사용하기 때문에, 각각의 BS는 공간 다중화에 의해 많은 SC들에게 풀 대역폭 무선 링크를 동시에 제공할 수 있고, BS-UE 링크들보다 높은 SINR을 갖는 BS-SC 링크들을 가질 수 있다. 동시에, BS 상의 각각의 라디오(radio)는 대형 MIMO 전력 게인으로 인해 저전력일 수 있다. MUBF는 다른 노드들에 대한 간섭들을 줄인다. SC는 그것의 범위 내의 UE들에 근접하므로, SC-UE의 SINR은 개선된다. 그 결과, MFD-SC 및 MFD-SC-IS 실시예들이 간단한 TDD 기반 무선 백홀에 걸친 DL 및 UL 방향으로 상당한 처리율 게인을 제공한다는 것을 분석 및 데이터가 보여주는데, 여기서, BS-SC 및 SC-UE 통신들은 시간상 분리되는데, 즉, BS가 SC들에게 DL 데이터를 송신하면, SC들은 전송을 하지 않고, SC들이 UE들에 데이터를 송신하면, BS는 전송을 하지 않고, 역으로, SC들이 BS에 UL 데이터를 송신하면, UE들은 전송을 하지 않고, UE들이 SC들에 데이터를 송신하면, SC들은 전송을 하지 않는다.
분석 및 데이터는 또한, N bs 가 KN sc 보다 상당히 크면, MFD-SC-IS 또는 MFD-SC에서 SC와의 백홀 처리율은 SC들의 처리율과 일치할 수 있으므로, SC들에서 유선 백홀 접속들이 요구되지 않으면서 유선 백홀에 대해 같은 효과가 달성될 수 있다는 것을 보여준다.
MFD-SC 및 MFD-SC-IS에서는, 종래 기술의 TDD 무선 백홀 SC 네트워크에서는 존재하지 않는 추가적인 간섭들, 즉, SC가 UE로부터 신호를 수신하는 것에 대해 또다른 SC가 BS에게 전송을 하는 것에 의해 유발되는 간섭, SC가 BS로부터 신호를 수신하는 것에 대해 또다른 SC가 UE에게 전송을 하는 것에 의해 유발되는 간섭, 및 BS가 SC들로부터 신호를 수신하는 것에 대해 UE들에서 SC들로의 전송에 의해 유발되는 간섭이 네트워크에 있다. 상기 3가지 간섭 중 마지막은 BS에서 대형 MIMO 수신 BF에 의해 처리될 수 있다. 몇몇의 경우, BS에서 UE의 신호가 SC의 신호보다 훨씬 약하면, 이 UE에서 BS로의 간섭은 무시될 수 있는데, 이것은 전형적으로 UE를 서비스하기 위해 SC를 사용하기 때문이다. SC-SC 간섭들로 언급되는 앞의 두 가지 간섭들은 (a) 시간 슬롯 내에서 MFD-SC에 참여시키는데 SC들을 충분히 떨어트려 놓거나 충분히 떨어져있는 SC들을 선택하거나, (b) 간섭하는 BS-SC-UE 링크들에 대해 상이한 주파수 세그먼트들 또는 부반송파들을 사용하거나, (c) SC들에 의해서 MIMO BF를 사용함으로써 감소시킬 수 있다. 두번째 경우 (b)는 각각의 BS-SC-UE(들) 경로에 상이한 주파수 세그먼트 또는 부반송파들의 세트를 할당하는 것을 더 포함하는 일 실시예인데, 그것은 서로에 대해 상당한 SC-SC 간섭을 유발한다. BS는 여전히, SC가 자신의 UE들과 통신하기 위해 사용하는 주파수와 같은 주파수들을 사용하여 SC와 통신하므로, 각각의 경로는 여전히 전술된 MFD-SC 실시예와 같지만, 이웃하는 BS-SC-UE(들) 경로들은 그들이 상이한 주파수들을 사용하기 때문에 더이상 SC-SC 간섭을 유발하지 않는다. 후자의 경우 (c)는 BS 또는 UE인 수신 노드들에 BF하기 위한 전송 시에 복수의 안테나들을 사용하는 하나 이상의 SC들을 더욱 포함하는 실시예인데, 이것은 의도된 수신기에의 SINR를 높이고 SC-SC 간섭을 감소시킨다.
SCFD가 기능하기 위해, SCFD-SC에서 자가-간섭이 잘 상쇄되야 하는데, 즉, 그것의 수신기 상의 SCFD-SC의 Tx 신호에 의해 유발되는 간섭이 이상적으로는 완전히 상쇄되어야 한다. 그러나, 실제로, 자가-간섭은 완전히 상쇄되지 않는다. MFD-SC 및 MFD-SC-IS 실시예들 상에서의 자가-간섭의 완벽하지 않은 상쇄로 인한 영향이 분석되었고, 그 결과는 자가-간섭이 완벽하게 상쇄되지 않더라도, MFD-SC 및 MFD-SC-IS 실시예들은 (완벽한 자가-간섭 상쇄보다는 낮지만) 간단한 TDD를 통한 DL 및 UL 방향들로의 상당한 처리율 게인을 여전히 제공한다는 것을 보여준다.
MFD-SC 및 MFD-SC-IS 실시예들은 무선 네트워크에서 유선 백홀 SC들 및 무선 백홀 SC들 모두를 사용하도록 선택하는 것, 및 BS-UE 링크가 높은 데이터 레이트를 지원하기에 너무 약한 영역들에서는, BS-UE 및 BS-SC 무선 링크를 평가하여 유선 백홀 SC를 사용할지 또는 무선 백홀 소형 셀을 사용할지를 결정하는 것을 더 포함할 수 있다. 게다가, 무선 백홀 SC가 사용될 수 있는 영역에서는, BS-SC 및 SC-UE 통신들을 위해 SCFD-SC를 사용할지 또는 상이한 주파수 자원 블록(Frequency Resource Block; FRB)들 또는 상이한 FRB들 내의 올모스트 블랭크 서브프레임(Almost Blank Subframe; ABS)들을 사용할지를 결정하기 위해, 배치 및 경로 손실 평가에 대한 분석에 기초하여 BS-UE 간섭들 및 SC-SC 간섭들이 평가된다.
종래 기술의 eICIC 셀-간 간섭 제어 기술에서는, SC가 FRB, 예를 들어, 부반송파들의 세트를 사용하여 자신의 범위 내의 UE(들)와 통신하면, BS는 다른 UE들과 통신하는데 ABS를 사용하여, 같은 FRB에서 동시에 SC-UE 통신과 간섭하는 것을 피한다. 본 발명의 일 실시예는 SC가 정확히 같은 주파수들을 사용하여 동시에 전송 및 수신하는 대신, BS-SC 통신 및 SC-UE 통신에 상이한 FRB들 또는 부반송파들을 할당함으로써, 상기 MFD-SC 실시예를 수정한다. 전체 처리율은 MFD-SC에 비해 감소하겠지만, BS 대 UE 간섭 및 SC-SC 간섭들을 억제할 필요가 없어진다. 이것은 여전히 대역-내 무선 백홀로 고려될 수 있는데, 이는 종래 기술 TDD 네트워크에 대해서는 BS-SC 및 SC-SC 통신들에 할당된 FRB들이 모두 같은 주파수 대역에 있을 수 있기 때문이다. 이러한 실시예의 SC는 여전히 자가-간섭 상쇄를 수행해야 할 필요가 있는데, 이는, 주파수 자원들을 낭비하지 않기 위해 주파수 갭(gap) 없이 또는 2개의 세트들 간에 주파수 갭을 매우 작게 하여, SC가 수신하는 제2 FRB(들) 세트 바로 옆에 있는 제1 FRB(들) 세트를 사용하여 SC가 전송할 수 있기 때문이다. 그 결과, 제2 FRB 세트에서 BS 또는 UE로부터 더 약한 신호를 수신하기 위해, SC 수신기는 제1 FRB 세트 내의 SC 전송 신호로부터 강한 간섭을 상쇄해야만 한다. 이 간섭 상쇄는, 제1 FRB(들) 세트에서 간섭 신호를 감쇄하는 RF 상쇄 신호를 생성하는, RF 필터를 사용하여 수행될 수 있다. 그것은 ADC가 포화되는 것을 피하기 위해, 아날로그 대역폭 또는 IF의 아날로그 상쇄 신호를 생성함으로써 더욱 상쇄될 수 있다. 디지털 기저대역에서는, 수신된 신호들이 겹치지 않는 제2 FRB(들) 세트에 있기 때문에, 제1 FRB(들) 세트 내의 부반송파들은 간단히 무시될 수 있다.
또다른 실시예에서는, 다수의 안테나들(예를 들어, Nbs=128)을 갖는 BS가 SC들 내의 UE들에 대한 간섭을 제거하기 위해 SC들에 전송할 때 제1 ABS를 갖는 대형 MIMO MUBF를 사용하고, 하나의 SC가 자신의 UE로부터 신호를 수신할 때 이웃하는 SC로부터의 전송으로 인해 유발되는 SC 대 SC 간섭을 피하기 위해, BS가 대형 MIMO MUBF를 사용하여 SC들로부터 수신을 하면 이웃하는 SC들은 제2 ABS를 사용한다. 제1 ABS는 SC들이 그들의 UE들로 전송할 때 사용되는 FRB(들)에 걸쳐있다. 제2 ABS는 이웃하는 SC들 내의 UE들이 그들의 SC들에 전송할 때 사용되는 FRB(들)에 걸쳐있다.
SC-SC 간섭들을 완화하기 위한 실시예들은 BS, SC들, 및 UE들의 속성들, 채널들의 조건들, 지연 및 지터(jitter)와 같은 데이터 트래픽 요구사항들, 및/또는 주파수 자원들의 사용가능성에 따라 주파수 또는 시간 자원 블록들을 사용하여 서로의 간섭 범위 내에서 SC들을 스케줄링하고 조정하는 것을 더 포함할 수 있다. 작은 지연 또는 작은 지터가 요구되면, 하나의 FRB를 사용하여 BS-SC 간에 연속적인 데이터 전송을 유지하고 또다른 FRB를 사용하여 SC-UE 간에 연속적인 데이터 전송을 유지하는 것이 더욱 유익하다.
BS, SC, 및 UE에 대하여 주파수 분할 듀플렉스(FDD)가 사용되면, 도 3에 나타낸 바와 같이, BS가 제 1 주파수 대역 F1(12)을 사용하여 SC들로부터 MUBF로 UL를 수신할 때는, SC들이 같은 주파수 대역 F1을 사용하여 그들의 UE들로부터 UL을 수신하고, 반대로, 동시에, BS가 제2 주파수 대역 F2(13)를 사용하여 MUBF로 SC들에 DL을 전송할 때는, SC들이 같은 주파수 대역 F2을 사용하여 그들의 UE들에 DL를 전송하도록, MFD-SC 실시예가 수정될 수 있다. 이 실시예의 SC는 2개의 SCFD 라디오들 또는 2개의 SCFD 라디오 세트를 갖는데, 이 중 하나는 F1에서 자가-간섭 상쇄를 수행하고 다른 하나는 F2에서 자가-간섭 상쇄를 수행한다. 이러한 실시예의 BS들, SC들, 및 UE들은 모두 FDD 장치이고, 같은 시간 인스턴스(instance) 내에 도 1a 및 1b의 2개의 시간 인스턴스를 서로 겹쳐놓는 효과가 있다.
또다른 FDD 실시예에서, F1 및 F2의 방향은 SC-UE 링크에서 역전되고, 네트워크 트래픽은 도 4a 및 4b에 나타난 것처럼 시분할을 사용하여 분리된다. 이러한 실시예의 BS들, SC들, 및 UE들은 모두, BS 및 UE는 수신을 위해서는 F1를 사용하고 전송을 위해서는 F2를 사용하지만, SC는 전송을 위해서는 F1를 사용하고 수신을 위해서는 F2를 사용하는 FDD 장치이다. 이 실시예는 BS-UE 및 SC-SC 간섭들을 제거하고 SCFD를 필요로 하지 않는다는 이점을 갖는다. 처리율이 감소하지만, 복잡도 또한 낮아진다. 처리율과 복잡도 간에 다르게 트레이드오프(trade off)함으로서 다른 FDD 및 TDD 조합들이 획득될 수 있다는 것을 당업자는 알 것이다. SC가 복수의 UE들에 전송하거나 복수의 UE들로부터 수신하면, 대역 내의 상이한 주파수들 또는 부반송파들은 각각의 UE에 대해 사용될 수 있음에 유의하도록 한다.
본 발명의 선호되는 실시예들에 대한 상기 설명들이 본 발명의 기초적인 새로운 특징들 또는 원리들을 보여주거나, 설명하거나, 나타내고 있지만, 나타낸 것과 같은 방법들, 요소들, 또는 장치들뿐만 아니라 그들의 사용에 대한 세부사항 형태의 다양한 생략들, 대체들, 및 변화들이 본 발명의 취지로부터 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 만들어질 수 있다는 것이 이해된다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명들에 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명의 원리는 여기서 설명된 이점들을 달성하고, 다른 이점들도 달성하고, 또는 다른 목표들도 만족시키도록, 광범위한 방법들, 시스템들, 및 장치들에 적용될 수 있다.

Claims (20)

  1. Nbs 안테나들을 갖는 하나 이상의 기지국들(BS); 및 BS 범위 내의 2 이상의 소형 셀(SC)들로서, SC는 Nsc 안테나들을 갖고, BS와의 통신을 위해서는 Nsc1 < Nsc 안테나들을 사용하고, 하나 이상의 사용자 장치(UE)들과의 통신을 위해서는 Nsc2 ≤ Nsc 안테나들을 사용하는, 상기 2 이상의 SC들을 포함하는, 무선 네트워크를 위한 대형 MIMO 다수 사용자 빔포밍 및 단일 채널 풀 듀플렉스 방법에 있어서,
    상기 BS는 SC가 상향 링크 (UL) 파일럿 신호를 전송하도록 하고, BS에서 SC로의 하향 링크 채널을 추정하기 위해 채널 상호성을 사용함으로써 BS와 둘 이상의 SC들 Hb-s 사이의 채널 매트릭스를 추정하는 단계와;
    동시에, BS가 주파수 채널에서 다수-사용자 전송 빔포밍(BF)를 사용하여 K SC들에게 DL 신호들을 전송하고- K > 1 및 Nbs ≥ K Nsc1 -, SC가 같은 주파수 채널을 사용하여 자신의 범위 내의 하나 이상의 UE들에게 DL 신호들을 동시에 전송하는 단계;
    동시에, BS가 주파수 채널에서 다수-사용자 수신 BF를 사용하여 K SC들로부터 UL 신호들을 수신하고- K > 1 및 Nbs ≥ K Nsc1 -, SC가 같은 주파수 채널을 사용하여 자신의 범위 내의 하나 이상의 UE들로부터 UL 신호들을 동시에 수신하는 단계를 포함하고,
    시분할 듀플렉싱 모드에서 상기 하나 이상의 UE로 DL 신호를 전송하는 단계는 하나의 타임 슬롯에서 제 1 주파수 채널을 사용하고, 상기 UE로부터 상기 수신 UL 신호를 수신하는 단계는 다른 타임 슬롯에서 동일한 제 1 주파수 채널을 사용하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크를 위한 대형 MIMO 다수 사용자 빔포밍 및 단일 채널 풀 듀플렉스 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단일 채널 풀 듀플렉스 모드(Single Channel Full Duplex mode)에서 같은 주파수 채널에서 SC가 DL에서 동시에 UE들에 전송하고 또한 BS로부터 수신하거나 또는 UL에서 동시에 BS로 전송하고 또한 UE들로부터 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    수신기의 저잡음 증폭기 전에 수신된 RF 신호에서 자가-간섭을 감쇄하기 위해, RF 상쇄 신호를 생성하는 RF 필터를 사용하여 자가-간섭을 상쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    아날로그-디지털 변환기 전에 아날로그 기저대역 또는 중간 주파수(intermediate frequency; IF)의 아날로그 상쇄 신호를 생성함으로써 저잡음 증폭기 후에 존재하는 자기-간섭을 상쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    디지털 신호 처리를 사용하여, 아날로그-디지털 변환기 후에 디지털 기저대역에 남아있는 간섭을 상쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    SC 상의 같은 안테나들은 Nsc = Nscl = Nsc2 로 DL 및 UL을 위해 동시에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    BS 대 SC 전송에 널 스페이스 프리-코딩 행렬(null space pre-coding matrix)을 추가함으로써, SC 대 UE 전송에 대한 상기 BS 대 SC 전송의 간섭을 억제하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 BS의 MUBF 전송 하에서의 UE에서의 간섭 전력 Pi 를 추정하는 단계와,
    추정된 Pi 를 임계치 α와 비교하는 단계와; 그리고
    상기 간섭이 요구되는 값 α보다 크면, 상기 BS는 이 UE를 간섭 억제 프리-코딩 행렬에 포함시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제 1 항에 있어서,
    BS Nbs상의 안테나의 수는 BS와 SC들 사이의 링크의 처리량을 SC의 총 처리량과 일치시키기 위해 동일한 주파수 자원을 사용하여 서비스되는 모든 SC에서 BS와 통신하기위한 총 안테나 수보다 큰것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상당한 SC-간 간섭을 유발하는 각각의 BS-SC-UE(들) 경로에 상이한 주파수 세그먼트 또는 부반송파들의 세트를 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    SC-간 간섭을 줄이기 위해, 하나 이상의 SC들의 안테나들을 사용하여 BS로부터 UE들로의 DL에서 또는 UE들로부터 BS로의 UL에서 빔포밍하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 빔포밍 프리-코딩 계산은 하나 이상의 상기 SC들에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 빔포밍 프리-코딩 계산은 상기 BS에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    무선 네트워크에서 몇몇의 SC들에 대해서는 유선 백홀을 사용하고 다른 SC들에 대해서는 무선 백홀을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    BS와 SC 간의 무선 링크에 대해서는 하나의 주파수 채널을 사용하고 SC와 UE 간의 무선 링크에 대해서는 다른 주파수 채널을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. Nbs 안테나들을 지원하는 기저대역 및 라디오 주파수 구성요소들을 포함하는 무선 네트워킹을 위한, 무선 네트워크를 위한 대형 MIMO 다수 사용자 빔포밍 및 단일 채널 풀 듀플렉스 장치에 있어서,
    상기 장치는 상기 장치의 범위 내의 2 이상의 SC들과 무선 통신하는데, 여기서, SC는 Nsc 안테나들을 갖고, 상기 장치와의 통신을 위해서는 Nsc1 ≤ Nsc 안테나들을 사용하고, 하나 이상의 UE들과의 통신을 위해서는 Nsc2 ≤ Nsc 안테나들을 사용하고,
    기지국(BS)은 SC가 업 링크 (UL) 파일럿 신호를 전송하도록함으로써 BS와 둘 이상의 SC Hb-s 사이의 채널의 채널 매트릭스를 추정하고, 채널 상호성을 사용하여 BS에서 SC 로의 다운 링크 채널을 추정하고,
    동시에, 상기 장치는 주파수 채널에서 다수-사용자 전송 BF를 사용하여 K SC들에게 DL 신호들을 전송하고- K > 1 및 Nbs ≥ KNsc1 -, SC는 같은 주파수 채널을 사용하여 자신의 범위 내의 하나 이상의 UE들에게 DL 신호들을 동시에 전송하고,
    동시에, 상기 장치는 주파수 채널에서 다수-사용자 수신 빔포밍(BF)을 사용하여 K SC들로부터 UL 신호들을 수신하고- K > 1 및 Nbs ≥ KNsc1 -, SC는 같은 주파수 채널을 사용하여 자신의 범위 내의 하나 이상의 UE들로부터 UL 신호들을 동시에 수신하고,
    상기 하나 이상의 UE로 DL 신호를 전송하는 것은 하나의 타임 슬롯에서 제 1 주파수 채널을 사용하고, UE로부터의 상기 수신 UL 신호는 시분할 듀플렉싱 망의 다른 타임 슬롯에서 동일한 제 1 주파수 채널을 사용하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크를 위한 대형 MIMO 다수 사용자 빔포밍 및 단일 채널 풀 듀플렉스 장치.
  17. Nsc 안테나들을 지원하는 기저대역 및 라디오 주파수 구성요소들을 포함하는 무선 네트워킹을 위한, 무선 네트워크를 위한 대형 MIMO 다수 사용자 빔포밍 및 단일 채널 풀 듀플렉스 장치에 있어서,
    상기 장치는 Nbs 안테나들을 갖는 BS와의 통신을 위해서는 Nsc1 < Nsc 안테나들을 사용하고, 하나 이상의 UE들과의 통신을 위해서는 Nsc2 ≤ Nsc 안테나들을 사용하고;
    2개 이상의 장치들이 BS와 무선통신하고;
    기지국(BS)은 SC가 업 링크 (UL) 파일럿 신호를 전송하도록함으로써 BS와 둘 이상의 SC Hb-s 사이의 채널의 채널 매트릭스를 추정하고, 채널 상호성을 사용하여 BS에서 SC 로의 다운 링크 채널을 추정하고;
    동시에, BS는 주파수 채널에서 다수-사용자 전송 빔포밍(BF)를 사용하여 K 장치들에게 DL 신호들을 전송하고- K > 1 및 Nbs ≥ KNsc1 -, 상기 장치는 같은 주파수 채널을 사용하여 자신의 범위 내의 하나 이상의 UE들에게 DL 신호들을 동시에 전송하고; 그리고 동시에, BS는 주파수 채널에서 다수-사용자 수신 빔포밍(BF)를 사용하여 K 장치들로부터 UL 신호들을 수신하고- K > 1 및 Nbs ≥ KNsc1 -, 상기 장치는 같은 주파수 채널을 사용하여 자신의 범위 내의 하나 이상의 UE들로부터 UL 신호들을 동시에 수신하고; 그리고
    상기 하나 이상의 UE로 DL 신호를 전송하는 것은 하나의 타임 슬롯에서 제 1 주파수 채널을 사용하고, UE로부터의 상기 수신 UL 신호는 시분할 듀플렉스 망의 다른 타임 슬롯에서 동일한 제 1 주파수 채널을 사용하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크를 위한 대형 MIMO 다수 사용자 빔포밍 및 단일 채널 풀 듀플렉스 장치.
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