KR102278012B1 - 무선 통신 시스템에서 간섭 정렬을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 LTE(Long Term Evolution)와 같은 4G(4th generation) 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G(5th generation) 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 개시에 따른 무선 통신 시스템에서 수신단의 동작 방법은 제1 시간 구간 동안 수신단의 셀(cell)에 속하는 적어도 하나의 송신단과 수신단 간의 채널인 제1 채널을 통해 수신된 신호 및 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 수신단 간의 채널인 제2 채널을 통해 수신된 신호를 포함하는 제1 신호를 수신하는 과정과, 제2 시간 구간 동안 중계국으로부터 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단으로부터 빔포밍(beamforming)이 적용된 제2 신호를 중계국과 수신단 간의 채널을 통해 수신하는 과정과, 상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 더함으로써 획득되는 제3 신호를 디코딩(decoding)하는 과정을 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서 간섭 정렬을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR INTERFERENCE ALIGNMENT IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 개시는 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 구체적으로, 간섭 정렬(interference alignment)을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE(Long Term Evolution) 이후 (Post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(Device to Device communication: D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation, ACM) 방식인 FQAM(Hybrid Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(Non Orthogonal Multiple Access), 및 SCMA(Sparse Code Multiple Access) 등이 개발되고 있다.
무선 통신 시스템에서 간섭 완화를 위해 간섭 정렬(interference alignment) 기법이 이용될 수 있다. 간섭 정렬 기법은 주변에 다수의 간섭원이 존재할 때, 다중 송수신 안테나에 의해 제공되는 전송 공간을 수신하고자 하는 신호인 원하는(desired) 신호와 간섭 신호가 서로 다른 공간을 사용하도록 함으로써 원하는 신호가 차지하는 공간을 제외한 나머지 공간에서 간섭이 정렬되도록 한다.
셀룰러 환경에서 간섭 정렬 기법을 적용함에 있어 가장 큰 문제점 중 하나는 처리 복잡도이다. 통상적으로, 모바일 장치(예를 들면, 단말)는 상대적으로 낮은 정보 처리 능력을 갖는바, 모바일 장치가 간섭 정렬 빔포밍을 위해서 전체 네트워크의 채널 정보들을 요구하고, 또한 채널 정보를 처리해야 한다는 것은 모바일 장치에 오버로드(overload)와 같은 문제점을 야기할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예는 무선 통신 시스템에서 간섭 정렬(interference alignment)을 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다른 실시 예는 무선 통신 시스템에서 반 이중(half-duplex) 중계국을 이용한 간섭 정렬을 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다른 실시 예는 송신단에서 요구되는 데이터 부하를 감소시키면서 간섭 정렬을 달성하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 수신단의 동작 방법은 제1 시간 구간 동안 수신단의 셀(cell)에 속하는 적어도 하나의 송신단과 수신단 간의 채널인 제1 채널을 통해 수신된 신호 및 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 수신단 간의 채널인 제2 채널을 통해 수신된 신호를 포함하는 제1 신호를 수신하는 과정과, 제2 시간 구간 동안, 중계국으로부터 상기 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단으로부터의 신호를 제거하기 위한 빔포밍(beamforming)이 적용된 제2 신호를 중계국과 수신단 간의 채널을 통해 수신하는 과정과, 상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 더함으로써 획득되는 제3 신호를 디코딩(decoding)하는 과정을 포함한다.
본 개시의 다른 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 중계국의 동작 방법은 제1 시간 구간 동안 수신단의 셀(cell)에 속하는 적어도 하나의 송신단과 중계국 간의 채널인 제1 채널을 통해 수신된 신호 및 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 중계국 간의 채널인 제2 채널을 통해 수신된 신호를 포함하는 제1 신호를 수신하는 과정과, 제2 시간 구간 동안 수신단에 의해 수신되는 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단으로부터의 신호를 제거하기 위한 빔포밍이 적용된 제2 신호를 중계국과 수신단 간의 채널을 통해 수신단으로 전송하는 과정을 포함한다.
본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 수신단 장치는 제1 구간 동안 수신단의 셀(cell)에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 수신단 간의 채널인 제1 채널을 통해 수신된 신호 및 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 수신단 간의 채널인 제2 채널을 통해 수신된 신호를 포함하는 제1 신호를 수신하고, 제2 시간 구간 동안 중계국으로부터 중계국으로부터 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단으로부터의 신호를 제거하기 위한 빔포밍(beamforming) 행렬이 적용된 제2 신호를 상기 중계국과 상기 기지국 간의 채널을 통해 수신하는 송수신부와, 상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 더함으로써 획득되는 제3 신호를 디코딩(decoding)하는 제어부를 포함한다.
본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 중계국 장치는 제1 시간 구간 동안 수신단의 셀(cell)에 속하는 적어도 하나의 송신단과 중계국 간의 채널인 제1 채널을 통해 수신된 신호 및 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 중계국 간의 채널인 제2 채널을 통해 수신된 신호를 포함하는 제1 신호를 수신하고, 제2 시간 구간 동안 상기 수신단에 의해 수신되는 상기 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단으로부터의 신호를 제거하기 위한 빔포밍이 적용된 제2 신호를 수신단으로 상기 중계국과 상기 수신단 간의 채널을 통해 전송하는 송수신부를 포함한다.
무선 통신 시스템에서 송신단의 채널 정보와 빔포밍 요구 조건을 제거하면서, 심볼 확장 요구량도 감소시켜 실시간 통신에 적합해진 간섭 정렬(interference alignment)을 위한 장치 및 방법을 제공한다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 상향 통신의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 하향 통신의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 중계국을 포함하는 3-셀 셀룰러 환경을 도시한다.
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 반 이중 릴레이를 이용한 간섭 정렬이 적용된 무선 통신 시스템에서 상향 통신의 개략도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 반 이중 릴레이를 이용한 무선 통신 시스템에서의 상향 통신 채널 환경의 개략도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 반 이중 릴레이를 이용한 무선 통신 시스템에서의 상향 통신과 하향 통신의 개략도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 상향 통신에서 기지국의 동작 흐름도를 도시한다.
도 8은 본 개시의 실시 예에 따른 중계국의 동작 흐름도를 도시한다.
도 9는 본 개시의 실시 예에 따른 하향 통신에서 단말의 동작 흐름도를 도시한다.
도 10은 본 개시의 실시 예에 따른 3셀 클러스터 외부의 간섭 환경이 존재하는 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 11은 본 개시의 실시 예에 따른 클러스터 경계 유저에 의한 간섭이 존재하는 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 12는 본 개시의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 상향 통신의 간섭 정렬(interference alignment) 흐름도를 도시한다.
도 13은 본 개시의 실시 예에 따른 기지국의 기능 블록도를 도시한다.
도 14는 본 개시의 실시 예에 따른 중계국의 기능 블록도를 도시한다.
도 15는 본 개시의 실시 예에 따른 단말의 기능 블록도를 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예들의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 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 개시는 무선 통신 시스템에서 간섭 정렬(interference alignment)을 위한 기술에 대해 설명한다.
이하 설명에서 사용되는 채널 정보를 지칭하는 용어, 망 객체(network entity)들을 지칭하는 용어, 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 발명이 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.
이하 설명의 편의를 위하여, 3GPP LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 규격에서 정의하고 있는 용어 및 명칭들이 일부 사용될 수 있다. 하지만, 본 발명이 상기 용어 및 명칭들에 의해 한정되는 것은 아니며, 다른 규격에 따르는 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다.
다중 셀룰러(cellular) 환경은 상향 통신 과정과 하향 통신 과정으로 구분된다. 상향 통신 및 하향 통신은 각각 IMAC(interfering multiple access channel)과 IBC(interfering broadcast channel)로 모델링될 수 있다. IMAC에 있어서, MAC(multiple access channel)은 한 그룹에 다수의 송신자들이 존재하고, 한 그룹에 대응하는 한 개의 수신자가 있는 환경이다. IMAC은 도 1과 같이 송신자 그룹이 다른 그룹의 수신자에게 주는 간섭도 존재하는 채널을 의미한다. BC(broadcast channel)는 MAC과 반대로, 한 개의 송신자가 있고, 한 개의 송신자에 대응하는 다수의 수신자들이 있는 환경이다. IBC는 도 2와 같이 각 송신자가 다른 수신자 그룹에게 주는 간섭도 존재하는 채널이다.
각 통신 단계에서 발생하는 간섭은 크게 두 종류로 구분될 수 있다. 첫 번째 간섭은 셀 간 간섭(inter-cell interference)으로서, 상향/하향 통신에서 송신자가 다른 셀의 수신자에게 주는 간섭을 의미한다. 두 번째 간섭은 셀 내부 간섭(intra-cell interference)로서, 상향/하향 통신에서 각 송신자 그룹/수신자 그룹 간의 간섭을 의미한다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 상향 통신의 개략도를 도시한다. 구체적으로, 도 1은 한 그룹에 여러 개의 송신자들이 포함되고, 각 그룹에 해당하는 한 개의 수신자가 존재하는 환경으로서, 송신자 그룹이 다른 그룹의 수신자에게 주는 간섭도 존재하는 채널, 즉, IMAC을 예시한다.
도 1에서 도시된 무선 통신 시스템은 제1 셀(cell) 에 위치한 단말들 또는 사용자 장치(user equipment, UE)들 110-1 내지 110-k와, 제2 셀에 위치한 단말들 120-1 내지 120-k, 그리고 제1 셀에 대응하는 커버리지(coverage) 영역에 무선 통신을 제공하는 제1 기지국(base station, BS) 130과 제2 셀에 대응하는 커버리지 영역에 무선 통신을 제공하는 제2 기지국 140을 포함한다.
도 1은 상향(uplink) 통신에 있어서, 제1 셀, 제2 셀에 각각 위치한 여러 단말들이 송신자 그룹을 형성하고, 각각의 셀에 대응하는 기지국은 수신자가 된다. 제1 셀의 그룹에 속하는 단말들 110-1 내지 110-k는 상향 채널(uplink channel) 150을 통해 제1 기지국 130으로 상향 신호를 전송하고, 제2 셀의 그룹에 속하는 단말들 120-1 내지 120-k는 상향 채널 165를 통해 제2 기지국 140으로 상향 신호를 전송한다. 한편, 제1 셀의 그룹에 속하는 단말들 110-1 내지 110-k가 전송하는 신호는 상향 채널 155를 통해 제2 기지국 140으로 전송되어 제2 기지국 140에 대한 간섭, 다시 말해, 셀 간 간섭이 될 수 있다. 마찬가지로 제2 셀의 그룹에 속하는 단말들 120-1 내지 120-k가 전송한 상향 신호는 상향 채널 160을 통해 제1 기지국 130으로 전송되어 제1 기지국 130에 대한 간섭, 다시 말해, 셀 간 간섭이 될 수 있다.
또한, 동일한 셀에 속하는 각각의 단말들이 전송하는 신호는 제1 기지국 130 또는 제2 기지국 140에서의 동일한 셀에 속하는 다른 단말의 신호에 대한 간섭, 다시 말해, 셀 내부 간섭이 될 수 있다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 하향 통신의 개략도를 도시한다. 구체적으로, 도 2는 도 1의 IMAC과 반대로 여러 송신자들이 있고, 각 송신자에 해당하는 여러 수신자 그룹이 있는 환경이다. IBC는 도 2와 같이 각 송신자가 다른 그룹의 수신자 그룹에게 주는 간섭도 존재하는 채널이다.
도 2에서 도시된 무선 통신 시스템은, 셀(cell) 1에 위치한 단말들 110-1 내지 110-k와, 제2 셀에 위치한 단말들 120-1 내지 120-k, 그리고 제1 셀에 대응하는 커버리지 영역에 무선 통신을 제공하는 제1 기지국 130과 제2 셀에 대응하는 커버리지 영역에 무선 통신을 제공하는 제2 기지국 140을 포함한다.
도 2는 하향(downlink) 통신에 있어서, 제1 셀, 제2 셀에 각각 위치한 여러 단말들이 수신자 그룹을 형성하고, 각각의 셀에 대응하는 기지국은 송신자가 된다. 제1 기지국 130은 하향 채널(downlink channel) 250을 통해 제1 셀의 그룹에 속하는 단말 110-1 내지 110-k 각각으로 하향 신호를 전송하고, 제2 기지국 140은 하향 채널 265를 통해 제2 셀의 그룹에 속하는 단말 120-1 내지 120-k 각각으로 하향 신호를 전송한다. 한편, 제2 기지국 140이 하향 채널 260을 통해 제1 셀의 그룹에 속하는 단말 110-1 내지 110-k 각각으로 전송하는 신호는 제1 셀의 그룹에 속하는 단말 110-1 내지 110-k의 입장에서 제2 기지국 140에 의한 간섭, 다시 말해, 셀 간 간섭이 될 수 있다. 마찬가지로 제1 기지국 130이 하향 채널 255를 통해 제2 셀의 그룹에 속하는 단말 120-1 내지 120-k 각각으로 전송하는 하향 신호는 제2 셀의 그룹에 속하는 단말 120-1 내지 120-k의 입장에서 제1 기지국 130에 의한 간섭, 다시 말해, 셀 간 간섭이 될 수 있다.
또한, 동일한 셀에 속하는 각각의 단말들은 제1 기지국 130로부터 동일한 셀에 속하는 다른 단말에 대한 신호를 수신할 수 있으며, 동일한 셀에 속하는 다른 단말에 대한 신호는 간섭, 구체적으로 셀 내부 간섭이 될 수 있다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 중계국을 포함하는 3-셀 셀룰러 환경을 도시한다. 도 3의 무선 통신 시스템은 복수의 기지국들 310-1 내지 310-3과 중계국(relay station, RS) 300을 포함하며, 비록 도시되지는 않았으나 다른 네트워크의 개체(entity)를 포함할 수 있다.
3-셀 클러스터란 3개의 인접 한 셀들의 집합이다. 도 3은 3개의 셀들의 간섭 정렬을 한 개의 중계국 300이 보조하는 방식을 예시한다. 도 3의 예는 일반적으로 가정되는 육각 셀 구조에서 중계국 300이 보조하는 모든 지역들에 균등한 전력 분배가 가능한 위상적 구조이다.
중계국 300은 기지국과 단말 사이에서 신호를 중계하는 장치로, 무선 통신 시스템의 셀 커버리지(cell coverage)를 확장시키고 처리량(throughput)을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 실시 예에 따라 중계국 300은 AF(amplify and forward) 또는 DF(decode and forward) 등의 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, 중계국 300은 필요에 따라 증폭/포워딩뿐만 아니라 수신 신호의 디코딩, 그리고 빔포밍 등 신호 처리 동작을 수행할 수 있다. 또한, 복수 개의 중계국들 간에 중계를 통해 멀티홉(multi-hop) 통신을 수행할 수 있다. 다른 실시 예에서, 중계국 300은 기지국과 협력하여 채널 정보 교환 또는 처리할 수 있으며, 및 기지국과 협력하여 채널 정보를 이용하여 빔포밍을 수행할 수 있다.
중계국의 중계 방식은 전 이중 방식(full-duplex mode)와 반 이중 방식 (half-duplex mode)로 구분될 수 있다. 전 이중 방식은 중계국에서 송신과 수신이 동일한 시간 구간에서 수행되는 중계 방식이며, 반 이중 방식은 송신과 수신이 상이한 시간 구간에서 수행되는 중계 방식이다. 전 이중 방식 중계국의 경우, 중계국의 전송 신호가 다시 중계국 수신 신호로 입력되는 릴레이 에코(relay echo)와 같은 현실적 구현 문제를 가진다. 나아가, 전 이중 방식 중계국을 이용한 간섭 정렬 기법의 경우, 중계국을 이용한다 하더라도 여전히 모바일 장치에서 간소화된 빔포밍을 여전히 요구한다는 점, 또한 송신자의 수가 늘어나면 심볼 확장(symbol extension)이 선형적으로 비례하여 증가하므로 실시간 통신에 있어서 어려움이 있을 수 있다. 또한, 심볼 확장 시간 동안 채널 상태의 변화가 없어야 하므로, 통신 채널 내 매우 긴 상관 시간(coherence time)이 요구된다. 이러한 매우 긴 상관 시간의 요구는 사용자가 이동할 수 있는 셀룰러 환경에서 현실적인 구현에 있어서 어려움을 발생시킬 수 있다.
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 반 이중 중계국을 이용한 간섭 정렬이 적용된 무선 통신 시스템에서 상향 통신의 개략도를 도시한다. 도 4에서 도시된 예시적인 무선 통신 시스템은 제1 셀에 위치한 단말들 또는 사용자 장치(UE)들 110-1 내지 110-k와, 제2 셀에 위치한 단말들 120-1 내지 120-k, 제1 셀에 대응하는 커버리지 영역에 무선 통신을 제공하는 제1 기지국 130과 제2 셀에 대응하는 커버리지 영역에 무선 통신을 제공하는 제2 기지국 140, 및 단말과 기지국 사이를 중계하는 중계국 150을 포함한다.
상향 통신에서 송신단은 제1 셀의 단말들 110-1 내지 110-k 및 제2 셀에 위치한 단말들 120-1 내지 120-k이며, 수신단은 제1 기지국 130과 제2 기지국 140이다.
상향 통신에서 제1 셀의 단말들 110-1 내지 110-k가 전송하는 신호는 제1 셀과 제1 기지국 130 간의 채널 415, 제1 셀과 중계국 150 간의 채널 405, 및 제1 셀과 제2 기지국 140 간의 채널 435을 통해 제1 기지국 130, 중계국 150, 제2 기지국 140로 각각 수신된다. 또한, 제2 셀의 단말들 120-1 내지 120-k가 전송하는 신호는 제2 셀과 제1 기지국 130 간의 채널 430, 제2 셀과 중계국 150 간의 채널 410, 및 제2 셀과 제2 기지국 140 간의 채널 420을 통해 제1 기지국 130, 중계국 150, 제2 기지국 140로 각각 수신된다.
여기서 수신단인 제1 기지국 130과 제2 기지국 140은 제1 페이즈(phase)에서 제1 셀에 속하는 단말들 110-1 내지 110-k와 제2 셀에 속하는 단말들 120-1 내지 120-k로부터 전송된 신호를 수신한다. 이 때, 제1 페이즈에서 채널 430을 통해 제1 기지국 130이 수신하는 제2 셀로부터의 신호는 간섭 신호, 구체적으로 셀 간 간섭 신호가 된다. 마찬가지로, 제1 페이즈에서 채널 435를 통해 제2 기지국 140이 수신하는 제1 셀로부터의 신호는 간섭 신호, 또는 셀 간 간섭 신호가 된다.
제2 페이즈에서, 제1 기지국 130과 제2 기지국 140은 제2 페이즈(phase)에서 중계국 150으로부터 전송된 신호를 각각 수신한다. 즉, 제2 페이즈에서 제1 기지국 130은 중계국 150으로부터 채널 440을 통해 신호를 수신하고, 제2 기지국 140은 중계국 150으로부터 채널 445를 통해 신호를 수신한다. 이 때, 제1 기지국 130과 제2 기지국 140이 중계국 150으로부터 각각 수신하는 신호는 간섭 신호처럼 취급될 수 있다.
반 이중 방식의 릴레이를 이용하는 셀룰러 네트워크 상향 통신에서의 간섭 정렬 기법은 다음과 같다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 반 이중 릴레이를 이용한 무선 통신 시스템에서의 상향 통신 채널 환경의 개략도를 도시한다.
도 5에서는
Figure 112016033674396-pat00001
개의 셀이 존재하고, 각 셀 당
Figure 112016033674396-pat00002
개의 단말들(예를 들면, 단말들 510-1 내지 510-k)이 존재하며, 각 단말은
Figure 112016033674396-pat00003
개의 안테나, 각 기지국(예를 들면, 기지국 570)은
Figure 112016033674396-pat00004
개의 안테나, 그리고 중계국(예를 들면, 중계국 560)은
Figure 112016033674396-pat00005
개의 안테나를 갖는 상향 통신 환경을 고려한다. 기지국
Figure 112016033674396-pat00006
가 서비스하는 셀
Figure 112016033674396-pat00007
의 단말 인덱스들은
Figure 112016033674396-pat00008
이다. 도 5에 도시된 채널 행렬에 대한 정의는 이하의 표 1과 같다.
Figure 112016033674396-pat00009
단말
Figure 112016033674396-pat00010
에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00011
로의 채널 행렬
Figure 112016033674396-pat00012
의 크기는
Figure 112016033674396-pat00013
, 단말
Figure 112016033674396-pat00014
에서 중계국으로의 채널 행렬
Figure 112016033674396-pat00015
의 크기는
Figure 112016033674396-pat00016
, 중계국에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00017
로의 채널 행렬
Figure 112016033674396-pat00018
의 크기는
Figure 112016033674396-pat00019
이다. 여기서,
Figure 112016033674396-pat00020
은 각 단말 당 안테나의 개수,
Figure 112016033674396-pat00021
은 각 기지국 당 안테나의 개수, 그리고
Figure 112016033674396-pat00022
은 중계국의 안테나 개수이다. 도 5에서 채널들 520, 525, 530, 540, 550에 대해 정의한 채널 행렬의 정의는 이하의 표 2와 같다.
Figure 112016033674396-pat00023
기지국
Figure 112016033674396-pat00024
에게 간섭을 주는 다른 셀의 단말들에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00025
로의 채널 행렬
Figure 112016033674396-pat00026
의 크기는
Figure 112016033674396-pat00027
, 기지국
Figure 112016033674396-pat00028
에게 간섭을 주는 단말들에서 중계국으로의 채널 행렬
Figure 112016033674396-pat00029
의 크기는
Figure 112016033674396-pat00030
, 셀
Figure 112016033674396-pat00031
의 단말들에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00032
로의 채널 행렬
Figure 112016033674396-pat00033
의 크기는
Figure 112016033674396-pat00034
, 셀
Figure 112016033674396-pat00035
의 단말들에서 중계국으로의 채널 행렬
Figure 112016033674396-pat00036
의 크기는
Figure 112016033674396-pat00037
이다.
각 단말들로부터의 신호는 아래의 표 3과 같이 열 벡터 형태를 갖는 셀 간 간섭과 셀 간 간섭이 아닌 신호로 구분될 수 있다.
Figure 112016033674396-pat00038
첫 번째 시간 슬롯에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00039
로 수신된 신호는 이하의 수학식 1과 같다.
Figure 112016033674396-pat00040
여기서,
Figure 112016033674396-pat00041
는 첫 번째 시간 슬롯에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00042
로 수신된 신호이고,
Figure 112016033674396-pat00043
는 셀
Figure 112016033674396-pat00044
의 단말들에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00045
로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00046
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00047
에게 간섭을 주는 다른 셀의 단말들에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00048
로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00049
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00050
로 수신되는 셀
Figure 112016033674396-pat00051
의 신호,
Figure 112016033674396-pat00052
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00053
로 수신되는 셀 간 간섭 신호이다.
두 번째 시간 슬롯에서 기지국으로 수신된 신호는 이하의 수학식 2와 같다.
Figure 112016033674396-pat00054
여기서,
Figure 112016033674396-pat00055
는 두 번째 시간 슬롯에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00056
로 수신된 신호,
Figure 112016033674396-pat00057
는 중계국에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00058
로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00059
는 중계국에서 사용되는 빔포밍 행렬,
Figure 112016033674396-pat00060
는 셀
Figure 112016033674396-pat00061
의 단말들에서 중계국으로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00062
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00063
에게 간섭을 주는 단말들에서 중계국으로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00064
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00065
로 수신되는 셀
Figure 112016033674396-pat00066
의 신호,
Figure 112016033674396-pat00067
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00068
로 수신되는 셀 간 간섭 신호이다.
상기 수학식 1과 수학식 2를 더하면, 이하의 수학식 3과 같다.
Figure 112016033674396-pat00069
여기서,
Figure 112016033674396-pat00070
는 첫 번째 시간 슬롯에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00071
로 수신된 신호,
Figure 112016033674396-pat00072
는 두 번째 시간 슬롯에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00073
로 수신된 신호이고,
Figure 112016033674396-pat00074
는 셀
Figure 112016033674396-pat00075
의 단말들에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00076
로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00077
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00078
에게 간섭을 주는 다른 셀의 단말들에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00079
로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00080
는 중계국에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00081
로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00082
는 셀
Figure 112016033674396-pat00083
의 단말들에서 중계국으로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00084
은 기지국
Figure 112016033674396-pat00085
에게 간섭을 주는 단말들에서 중계국으로의 채널이고,
Figure 112016033674396-pat00086
는 중계국에서 사용되는 빔포밍 행렬이고,
Figure 112016033674396-pat00087
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00088
로 수신되는 셀
Figure 112016033674396-pat00089
의 신호,
Figure 112016033674396-pat00090
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00091
로 수신되는 셀 간 간섭 신호이다.
기지국
Figure 112016033674396-pat00092
에서 간섭 신호인
Figure 112016033674396-pat00093
가 제거되는 조건은
Figure 112016033674396-pat00094
이고, 이것이 기지국
Figure 112016033674396-pat00095
에서의 간섭 정렬 조건이다. 따라서, 빔포밍 행렬
Figure 112016033674396-pat00096
는 적어도 하나의 간섭원(예: 단말) 및 중계국 간 채널, 중계국 및 수신단(예: 기지국) 간 채널, 적어도 하나의 간섭원(예: 단말)과 수신단(예: 기지국) 간의 채널에 기초하여 결정된다. 구체적으로, 빔포밍 행렬
Figure 112016033674396-pat00097
는 적어도 하나의 간섭원(예: 단말) 및 중계국 간 채널과 중계국 및 수신단(예: 기지국) 간 채널에 기초하여 결정되는 제1 행렬, 및 적어도 하나의 간섭원(예: 단말)과 수신단(예: 기지국) 간의 채널 정보에 기초하여 결정되는 제2 행렬의 곱에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 빔포밍 행렬
Figure 112016033674396-pat00098
는 제1 행렬 및 제2 행렬의 곱에 대한 역 벡터화 연산에 의해 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 모든 기지국
Figure 112016033674396-pat00099
에 대해서 이를 만족하는 빔포밍 행렬
Figure 112016033674396-pat00100
는 이하의 수학식 4와 같다.
Figure 112016033674396-pat00101
여기서,
Figure 112016033674396-pat00102
는 중계국에서 사용되는 빔포밍 행렬,
Figure 112016033674396-pat00103
은 기지국
Figure 112016033674396-pat00104
에게 간섭을 주는 단말들에서 중계국으로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00105
는 중계국에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00106
로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00107
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00108
에게 간섭을 주는 다른 셀들의 단말로부터 기지국
Figure 112016033674396-pat00109
로의 채널이다.
Figure 112016033674396-pat00110
는 행렬에 대한 벡터화(vectorization) 연산자,
Figure 112016033674396-pat00111
는
Figure 112016033674396-pat00112
의 역(inverse) 연산자, 역 벡터화 연산은 벡터를 첫 번째 열부터 차례로 나열하여
Figure 112016033674396-pat00113
행렬로 만드는 연산자이며,
Figure 112016033674396-pat00114
는 전치(transpose) 행렬 연산자,
Figure 112016033674396-pat00115
는 크로네커 곱(kronecker product) 연산자,
Figure 112016033674396-pat00116
는 역 행렬 및 의사 역행렬(pseudo inverse)에 대한 연산자이다.
이에 따라, 빔포밍 행렬
Figure 112016033674396-pat00117
는 이웃 셀의 송신단(상향 통신에서, 이웃 셀의 단말)과 수신단(상향 통신에서, 기지국) 간의 채널 행렬에 중계국과 수신단간의 채널 행렬, 빔포밍 행렬, 및 이웃 셀의 송신단과 중계국 간의 채널 행렬의 곱으로 생성되는 행렬을 더한 결과 영 행렬이 되도록 결정된다. 여기서, 영 행렬은 행렬에 포함되는 모든 값들이 0인 행렬을 의미한다. 단, 영 행렬은 행렬 내의 모든 값들이 반드시 물리적으로 0인 경우뿐만 아니라, 간섭 제거 목적에 따라 일정 기준 값 이하의 값을 갖는 행렬까지 포함한다. 예를 들면, 기준값이 10- 3 인 경우, 10-3 이하의 값들로 구성된 행렬에 대하여 영 행렬로 볼 수 있다.
중계국 빔포밍을 통하면 최종적으로 셀 간 간섭은 제거될 수 있다. 기지국
Figure 112016033674396-pat00118
로 수신되는 셀
Figure 112016033674396-pat00119
의 신호
Figure 112016033674396-pat00120
에 대한 유효 채널은 이하의 수학식 5와 같다.
Figure 112016033674396-pat00121
여기서,
Figure 112016033674396-pat00122
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00123
로 수신되는 셀
Figure 112016033674396-pat00124
의 신호에 대한 유효 채널,
Figure 112016033674396-pat00125
는 셀
Figure 112016033674396-pat00126
의 단말들에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00127
로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00128
는 중계국에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00129
로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00130
는 셀
Figure 112016033674396-pat00131
의 단말들에서 중계국으로의 채널이다.
수신단인 기지국에서 셀 내부 신호를 분리하기 위한 필터를 이하의 수학식 6과 같이 설계하면 셀 내부 신호를 분류해낼 수 있다.
Figure 112016033674396-pat00132
여기서,
Figure 112016033674396-pat00133
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00134
에서 셀 내부 신호를 분리하기 위한 필터,
Figure 112016033674396-pat00135
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00136
로 수신되는 셀
Figure 112016033674396-pat00137
내부 단말들의 신호에 대한 유효 채널이다.
Figure 112016033674396-pat00138
인 경우(
Figure 112016033674396-pat00139
는 각 셀 당 단말의 개수,
Figure 112016033674396-pat00140
은 각 단말당 안테나의 개수,
Figure 112016033674396-pat00141
은 기지국당 안테나의 개수)에는 유효 채널이 정방행렬이 아니기 때문에
Figure 112016033674396-pat00142
는
Figure 112016033674396-pat00143
의 의사 역행렬(pseudo inverse matrix)로 설계될 수 있다. 최종적으로, 이 때 얻을 수 있는 셀 당 자유도는 이하의 수학식 7과 같다.
Figure 112016033674396-pat00144
여기서,
Figure 112016033674396-pat00145
는 셀 당 자유도(degrees-of-freedom, DoF),
Figure 112016033674396-pat00146
는 각 셀 당 단말의 개수,
Figure 112016033674396-pat00147
은 각 단말당 안테나의 개수,
Figure 112016033674396-pat00148
은 기지국당 안테나의 개수이다.
기지국
Figure 112016033674396-pat00149
에서 수신되는 셀
Figure 112016033674396-pat00150
의 단말들의 신호에 대한 채널인
Figure 112016033674396-pat00151
의 채널 행렬 크기는
Figure 112016033674396-pat00152
이고, 시스템 내 간섭이 정렬되었으므로 한 번의 전송 과정 동안 셀
Figure 112016033674396-pat00153
내에서
Figure 112016033674396-pat00154
과
Figure 112016033674396-pat00155
중 작은 수만큼의 경로로 데이터는 간섭 없이 송신 및 수신될 수 있다. 한 번의 전송 과정은 2개의 시간 슬롯을 활용하여 진행되므로, 전송 자유도는
Figure 112016033674396-pat00156
이다.
전송 효율의 척도로서 사용되는 자유도는 이론적으로 채널 용량 수식의 log 함수 앞에 붙는 계수를 가리킨다. 다시 말해, 자유도는 한번 채널을 사용할 때 마다 전송하고 복호될 수 있는 정보량(데이터 심볼 수)이라고 할 수 있다. 반 이중 릴레이를 활용하는 간섭 정렬 기법은 전 이중 릴레이를 활용하는 간섭 정렬 기법보다 자유도가 절반만큼 감소함을 보인다. 그러나, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 간섭 정렬 기법은
Figure 112016033674396-pat00157
인 상황, 즉 기지국당 안테나의 개수
Figure 112016033674396-pat00158
이 각 단말당 안테나의 개수
Figure 112016033674396-pat00159
과 셀 당 단말의 개수
Figure 112016033674396-pat00160
의 곱과 같은 상황에서는 전 이중 릴레이를 활용하는 간섭 정렬 기법과 같은 자유도를 획득할 수 있다.
본 개시에 따른 실시 예는 중계국 빔포밍을 통해 간섭 정렬을 달성하기 때문에 중계국의 안테나 개수를 통해 자원을 확보한다. 완전한 간섭 정렬을 달성하기 위한 중계국 안테나 조건은 이하의 수학식 8과 같다.
Figure 112016033674396-pat00161
Figure 112016033674396-pat00162
는 완전한 간섭 정렬을 달성하기 위한 중계국의 안테나 개수,
Figure 112016033674396-pat00163
는 셀의 개수,
Figure 112016033674396-pat00164
는 각 셀 당 단말의 개수,
Figure 112016033674396-pat00165
은 각 단말당 안테나의 개수,
Figure 112016033674396-pat00166
은 기지국당 안테나의 개수이다.
간섭 정렬을 달성하는 과정에서 송신단에서의 채널 정보 피드백과 채널 정보 처리가 필요하지 않음을 알 수 있고, 한 심볼을 복호하는 데에 단말 수나 셀 수에 관계없이 고정된 2개의 시간 슬롯들만이 이용됨을 알 수 있다. 이는 수신단이 데이터를 빠르게 복호할 수 있고 채널 내 상관 시간 요구량이 짧음을 의미한다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 반 이중 중계국을 이용한 무선 통신 시스템에서의 상향 통신과 하향 통신의 개략도를 도시한다. 도 6에서, (a)는 상향 통신을, (b)는 하향 통신을 도시한다.
상향 통신-하향 통신 이원성 원리를 이용하여 하향 통신에서도 같은 기법을 적용할 수 있다. 이원성 원리는 하향 통신 채널 행렬과 상향 통신 채널 행렬이 호혜관계가 성립할 때(상향 통신 채널 행렬의 복소 공액 전치행렬이 됨) 상향 통신 에서 적용할 수 있는 기법을 하향 통신에서 역의 순서로 진행하면 간섭 정렬을 달성할 수 있음을 나타내는 원리이다.
상향-하향 통신의 채널 행렬 호혜성(reciprocity)을 나타내면 이하의 수학식 9와 같다.
Figure 112016033674396-pat00167
하향 통신에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00168
에서 단말
Figure 112016033674396-pat00169
로의 채널 행렬은 상향 통신에서 단말
Figure 112016033674396-pat00170
에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00171
로의 채널 행렬의 복소 공액 전치 행렬이다.
도 6에서 도시된 바와 같이,
Figure 112016033674396-pat00172
과
Figure 112016033674396-pat00173
가 모두 성립해야 한다. 또한,
Figure 112016033674396-pat00174
집합에 대해서도 동일한 조건을 만족해야 한다.
상술한 조건을 만족시키기 위하여 하향 통신에서의 채널 행렬을 이하의 표 4와 같이 정리할 수 있다.
Figure 112016033674396-pat00175
상기 표 4와 같은 채널 행렬을 정의하면 이하의 수학식 10 내지 14와 같다.
Figure 112016033674396-pat00176
Figure 112016033674396-pat00177
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00178
에서 중계국으로의 채널이며, 상향 통신에서 중계국으로부터 기지국
Figure 112016033674396-pat00179
로의 채널 행렬
Figure 112016033674396-pat00180
의 복소 공액 전치 행렬이다.
Figure 112016033674396-pat00181
Figure 112016033674396-pat00182
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00183
가 셀간 간섭을 유발하는 채널이며, 상향 통신에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00184
에게 간섭을 주는 다른 셀들에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00185
로의 채널 행렬
Figure 112016033674396-pat00186
의 복소 공액 전치 행렬이다.
Figure 112016033674396-pat00187
Figure 112016033674396-pat00188
는 중계국에서 셀
Figure 112016033674396-pat00189
를 제외한 수신단으로의 채널이며, 상향 통신에서 셀
Figure 112016033674396-pat00190
에 포함되지 않은 단말들로부터 중계국으로의 채널 행렬
Figure 112016033674396-pat00191
의 복소 공액 전치 행렬이다.
Figure 112016033674396-pat00192
Figure 112016033674396-pat00193
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00194
에서 셀
Figure 112016033674396-pat00195
로의 채널이며, 상향 통신에서 셀
Figure 112016033674396-pat00196
의 단말들에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00197
로의 채널 행렬
Figure 112016033674396-pat00198
의 복소 공액 전치 행렬이다.
Figure 112016033674396-pat00199
Figure 112016033674396-pat00200
는 중계국에서 셀
Figure 112016033674396-pat00201
로의 채널이며, 상향 통신에서 셀
Figure 112016033674396-pat00202
의 단말들에서 중계국으로의 채널 행렬
Figure 112016033674396-pat00203
의 복소 공액 전치 행렬이다.
상기 수학식 10 내지 14가 만족되면, 상향 통신에 대한 경우와 동일한 기법을 적용할 수 있고, 이 때 하향 통신을 위한 중계국 빔포밍
Figure 112016033674396-pat00204
설계는 이하의 수학식 15와 같다.
Figure 112016033674396-pat00205
Figure 112016033674396-pat00206
는 하향 통신을 위한 중계국 빔포밍 행렬이며,
Figure 112016033674396-pat00207
는 중계국에서 셀
Figure 112016033674396-pat00208
를 제외한 수신단으로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00209
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00210
에서 중계국으로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00211
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00212
가 셀간 간섭을 유발하는 채널이다.
Figure 112016033674396-pat00213
는 행렬에 대한 벡터화 연산자,
Figure 112016033674396-pat00214
는
Figure 112016033674396-pat00215
의 역 연산자,
Figure 112016033674396-pat00216
는 복소 공액 전치 행렬 연산자,
Figure 112016033674396-pat00217
는 크로네커 곱 연산자,
Figure 112016033674396-pat00218
는 복소 공액 연산자,
Figure 112016033674396-pat00219
는 역 행렬 및 의사 역 행렬에 대한 연산자이다.
빔포밍 행렬
Figure 112016033674396-pat00220
는 송신단(예: 기지국) 및 중계국 간 채널, 중계국 및 간섭을 받는 적어도 하나의 수신단(예: 이웃 셀의 단말) 간 채널, 송신단과 간섭을 받는 적어도 하나의 수신단 간의 채널에 기초하여 결정된다. 구체적으로, 빔포밍 행렬
Figure 112016033674396-pat00221
는 적어도 하나의 송신단 및 중계국 간 채널과 중계국 및 간섭을 받는 적어도 하나의 수신단 간 채널에 기초하여 결정되는 제1 행렬, 및 송신단과 간섭을 받는 적어도 하나의 수신단 간의 채널 정보에 기초하여 결정되는 제2 행렬의 곱에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 빔포밍 행렬
Figure 112016033674396-pat00222
는 제1 행렬 및 제2 행렬의 곱에 대한 역 벡터화 연산에 의해 결정될 수 있다.
구체적으로, 하향 통신을 위한 중계국 빔포밍 행렬
Figure 112016033674396-pat00223
는 송신단(하향 통신에서 기지국)과 이웃 셀의 수신단(하향 통신에서 이웃 셀의 단말) 간의 채널 행렬에 송신단(하향 통신에서 서빙 기지국)과 중계국 간의 채널 행렬, 빔포밍 행렬, 및 중계국과 이웃 셀의 수신단(하향 통신에서 이웃 셀의 단말) 간의 채널 행렬의 곱으로 생성되는 행렬을 더한 결과 영 행렬이 되도록 결정된다. 여기서, 영 행렬은 행렬에 포함되는 모든 값들이 0인 행렬을 의미한다. 단, 영 행렬은 행렬 내의 모든 값들이 반드시 물리적으로 0인 경우뿐만 아니라, 간섭 제거 목적에 따라 일정 기준 값 이하의 값을 갖는 행렬까지 포함한다. 예를 들면, 기준값이 10- 3 인 경우, 10-3 이하의 값들로 구성된 행렬에 대하여 영 행렬로 볼 수 있다.
하향 통신에서는 셀 내부 신호간의 간섭을 분리하기 위한 수신단 필터를 설계하는 대신 송신단 빔포머 설계를 수행할 수 있다. 이 때, 기지국 빔포머 설계를 위하여 수신단인 단말이 채널 정보를 기지국에 피드백 할 수 있으므로, 단말에서는 신호를 분류하는 필터를 설계하지 않고 상향 통신의 경우와 마찬가지로, 단말의 입장에서는 수신단 필터 설계를 위한 채널 정보 처리 능력이 요구되지 않는다. 기지국
Figure 112016033674396-pat00224
에서의 빔포머는 이하의 수학식 16과 같이 설계 될 수 있다.
Figure 112016033674396-pat00225
Figure 112016033674396-pat00226
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00227
에서의 빔포머, 또는 빔포밍 행렬로서, 상향 통신의 경우 기지국
Figure 112016033674396-pat00228
에서 셀 내부 신호를 분리하기 위한 필터
Figure 112016033674396-pat00229
의 복소 공액 전치 행렬이다.
Figure 112016033674396-pat00230
는 하향 통신을 위한 중계국 빔포밍 행렬,
Figure 112016033674396-pat00231
는 하향 통신에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00232
에서 셀
Figure 112016033674396-pat00233
로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00234
는 하향 통신에서 중계국에서 셀
Figure 112016033674396-pat00235
로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00236
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00237
에서 중계국으로의 채널이다.
이 경우, 셀 당 자유도는
Figure 112016033674396-pat00238
가 되며, 이는 상향 통신의 경우와 같은 값을 가진다. 여기서,
Figure 112016033674396-pat00239
는 각 셀 당 단말의 개수,
Figure 112016033674396-pat00240
은 각 단말당 안테나의 개수,
Figure 112016033674396-pat00241
은 기지국당 안테나의 개수이다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 기지국의 동작 흐름도를 도시한다. 도 7은 기지국이 수신단으로 동작하는 경우를 예시한다. 상향통신에서, 송신단은 단말, 수신단은 기지국이 된다.
705 단계에서, 기지국은 제1 시간 슬롯에서 상기 기지국의 서빙 셀(serving cell)에 속하는 적어도 하나의 단말과 상기 기지국 간의 채널을 통해 수신되는 신호와 이웃 기지국의 셀에 속하는 적어도 하나의 단말과 상기 기지국 간의 채널을 통해 수신되는 신호를 포함하는 제1 신호를 수신한다. 여기서, 상기 기지국의 서빙 셀(serving cell)에 속하는 적어도 하나의 단말과 상기 기지국 간의 채널을 통해 수신되는 신호는 원하는 신호이나, 이웃 기지국의 셀에 속하는 적어도 하나의 단말과 상기 기지국 간의 채널을 통해 수신되는 신호는 간섭 신호, 다시 말해, 셀 간 간섭신호가 된다.
710 단계에서, 기지국은 제2 시간 슬롯에서 중계국으로부터 빔포밍(beamforming) 행렬이 적용된 제2 신호를 수신한다. 다시 말해, 기지국은 빔포밍된 제2 신호를 수신한다. 예를 들면, 제2 신호는, 기지국의 서빙 셀에 속하는 단말과 중계국 간의 채널을 통해 수신된 신호에 빔포밍 행렬이 적용된 신호와, 이웃 기지국의 셀에 속하는 단말과 중계국 간의 채널을 통해 수신된 신호에 빔포밍 행렬이 적용된 신호를 포함할 수 있다.
715 단계에서, 기지국은 상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 더함으로써 획득되는 신호를 디코딩한다. 실시 예에 따라, 셀 내부 신호를 분리하기 위한 필터를 적용하고 필터가 적용된 신호를 디코딩할 수 있다.
실시 예에 따라, 기지국은 중계국과 기지국 간의 채널에 대한 정보를 획득하고, 단말과 기지국 간의 채널에 대한 정보 및 중계국과 기지국 간의 채널에 대한 정보를 중계국으로 전송할 수 있다. 예를 들면, 기지국은 단말로부터 기준 신호(reference signal, RS)를 수신하고, 기준 신호를 이용하여 기지국의 서빙 셀에 속하는 단말과 기지국 간의 채널과 이웃 기지국의 셀에 속하는 단말과 기지국간의 채널에 대한 정보를 획득할 수 있고, 중계국으로부터 빔포머 정보와 기지국의 서빙 셀에 속하는 단말과 중계국 간의 채널 및 이웃 기지국의 셀에 속하는 단말과 중계국간의 채널에 대한 정보를 획득할 수 있다. 또한, 기지국은 중계국으로부터 수신된 기준 신호를 이용하여 중계국과 단말 간의 채널에 대한 정보를 획득할 수 있다. 여기서, 기준 신호는 송신측과 수신측에 모두 알려진 신호로서 채널 추정에 이용되는 신호를 의미하며, 파일럿(pilot) 신호로 지칭될 수 있다.
도 8은 본 개시의 실시 예에 따른 중계국의 동작 흐름도를 도시한다.
805 단계에서, 중계국은 송신단으로부터 신호를 수신한다. 상향 통신의 경우, 송신단은 단말이고 수신단은 기지국이 된다. 상향 통신에서 중계국이 수신하는 신호는 기지국의 서빙 셀(serving cell)에 속하는 단말과 상기 중계국 간의 채널을 통해 수신된 신호와, 상기 이웃 기지국의 셀에 속하는 단말과 상기 중계국 간의 채널을 통해 수신된 신호를 포함할 수 있다. 하향 통신의 경우, 송신단은 기지국이고 수신단은 단말이 된다. 하향 통신에서 중계국이 수신하는 신호는 중계국과 상기 서빙 기지국 간의 채널을 통해 수신된 신호와, 중계국과 이웃 기지국 간의 채널을 통해 수신된 신호를 포함할 수 있다.
810 단계에서, 중계국은 빔포밍 행렬을 결정하고 수신된 신호에 적용한다. 빔포밍 행렬은 수신단에 의해 제1 시간 슬롯에서 수신된 신호와 제2 시간 슬롯에서 수신된 신호를 더한 신호로부터 셀 간 간섭 성분이 제거되도록 결정된다.
상향 통신의 경우, 중계국은 단말과 상기 기지국 간의 채널과 이웃 기지국의 셀에 속하는 단말과 상기 기지국간의 채널에 대한 정보 및 상기 중계국과 상기 기지국 간의 채널에 대한 정보를 기지국 또는 단말로부터 수신할 수 있으며, 기지국의 서빙 셀에 속하는 단말과 상기 중계국 간의 채널 및 다른 기지국의 셀에 속하는 단말과 중계국 간의 채널에 대한 정보는 단말들로부터 수신된 기준 신호를 이용하여 추정할 수 있다. 이러한 채널 정보에 기반하여, 중계국은 빔포밍 행렬을 결정할 수 있다. 추가적으로, 수신단 필터 설계를 위하여 중계국 빔포머 정보를 기지국에 전송할 수 있다.
하향 통신의 경우, 중계국은 단말과 서빙 기지국 간의 채널과 단말과 이웃 기지국간의 채널에 대한 정보 및 상기 중계국과 단말 간의 채널에 대한 정보를 단말 또는 기지국으로부터 수신할 수 있으며, 서빙 기지국과 상기 중계국 간의 채널 및 이웃 기지국과 중계국 간의 채널에 대한 정보는 기지국들로부터 수신된 기준 신호를 이용하여 추정할 수 있다. 추가적으로, 송신단 빔포머 설계를 위하여 중계국 빔포머 정보를 기지국으로 전송할 수 있다.
815 단계에서, 중계국은 기지국 또는 단말로 빔포밍이 적용된 신호를 전송한다. 수신단인 기지국 또는 단말은 제1 시간 슬롯에서 수신된 신호 및 제2 시간 슬롯에서 수신된 빔포밍 적용된 신호를 합산하여 디코딩함으로써 간섭 정렬이 수행될 수 있다.
실시 예에 따라, 중계국은 단말 또는 기지국으로부터 채널 추정을 위한 기준 신호를 수신하고 기준 신호를 이용하여 단말 또는 기지국으로부터 중계국 간의 채널에 대한 추정을 수행할 수 있다.
도 9는 본 개시의 실시 예에 따른 단말의 동작 흐름도를 도시한다. 도 9는 단말이 수신단으로 동작하는 하향 통신의 경우를 예시한다.
905 단계에서, 단말은 제1 시간 슬롯에서 기지국들로부터 제1 신호를 수신한다. 예를 들면, 제1 신호는, 단말과 단말의 서빙 기지국 간의 채널을 통해 수신된 신호와, 단말과 이웃 기지국 간의 채널을 통해 수신된 신호를 포함하고, 제2 신호는, 서빙 기지국과 중계국 간의 채널을 통해 수신된 신호에 상기 빔포밍 행렬이 적용된 신호와, 이웃 기지국과 상기 중계국 간의 채널을 통해 수신된 신호에 상기 빔포밍 행렬이 적용된 신호를 포함한다. 여기서, 단말과 단말의 서빙 기지국 간의 채널을 통해 수신되는 신호는 원하는 신호이나, 단말과 이웃 기지국 간의 채널을 통해 수신되는 신호는 간섭 신호, 다시 말해, 셀 간 간섭 신호가 된다.
910 단계에서, 단말은 제2 시간 슬롯에서 중계국으로부터 빔포밍 적용된 제2 신호를 수신한다. 빔포밍 행렬은, 채널 정보들 특히, 단말과 이웃 기지국 간의 채널, 이웃 기지국과 상기 중계국 간의 채널, 및 상기 중계국과 상기 단말 간의 채널에 대한 정보에 기반하여 결정되며, 단말의 서빙 기지국이 아닌 이웃 기지국으로부터 수신되는 간섭 신호가 제거되도록 결정된다.
915 단계에서, 단말은 제1 신호와 제2 신호를 더함으로써 획득되는 신호에 대해 디코딩을 수행한다. 실시 예에 따라, 셀 내부 신호를 분리하기 위해 송신단인 기지국에서 송신 빔포밍이 적용될 수 있으며, 단말에서는 수신단 필터 설계 없이도 셀 내부 신호를 분리할 수 있다. 하향 통신에서 단말은 중계국 빔포머 설계 및 기지국 빔포머 설계를 위하여 중계국과 단말 간의 채널 정보 및 기지국과 단말 간의 채널 정보를 중계국과 기지국에 전송한다.
반 이중 중계국을 통해 셀룰러 네트워크 내 모든 셀을 커버하기에는 공간적 제약이 현실적으로 존재할 것이므로, 본원에서는 3-셀 클러스터를 고려한다. 3-셀 클러스터란 3개의 셀의 간섭 정렬을 한 개의 중계국이 보조하는 방식으로, 일반적으로 가정되는 육각 셀 구조에서 중계국이 보조하는 모든 지역에 균등한 전력 분배가 가능한 위상적 구조이다. 이는 도 10과 같은 구조를 갖는다.
도 10은 본 개시의 실시 예에 따른 3셀 클러스터 외부의 간섭 환경이 존재하는 무선 통신 시스템을 도시한다. 도 10과 같은 환경에서, 클러스터간 간섭이 존재할 수 있는데, 클러스터 간 간섭이 모두 존재한다고 가정하고 알고리즘을 설계하면 실제 무시할 만한 세기의 간섭 신호마저 빔포밍 계산에 포함되어야 하므로 성능 향상 대비 무선 자원 낭비가 매우 심해진다. 따라서, 부분적으로 강한 간섭 세기만을 고려하고 이러한 단말들을 클러스터 경계 단말이라 한다. 이 때, 중계국이 다른 클러스터에 영향을 미칠 수 있는 간섭은 전력 조절을 통해 제거될 수 있다.
도 11은 본 개시의 실시 예에 따른 클러스터 경계 유저에 의한 간섭이 존재하는 무선 통신 시스템을 도시한다. 도 11에서 새로이 정의된 채널 행렬들(예를 들면, 도 11의 채널 1165, 1170, 1175, 1180에 대한 채널 행렬)은 이하의 표 5와 같다.
Figure 112016033674396-pat00242
간섭 정렬을 위한 빔포밍 설계를 위하여 채널 행렬을 이하의 표 6과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112016033674396-pat00243
기지국
Figure 112016033674396-pat00244
에서 간섭 신호인
Figure 112016033674396-pat00245
가 제거되는 조건은
Figure 112016033674396-pat00246
이고, 이것이 기지국
Figure 112016033674396-pat00247
에서의 간섭 정렬 조건이다. 따라서, 빔포밍 행렬
Figure 112016033674396-pat00248
는 적어도 하나의 간섭원(예: 단말) 및 중계국 간 채널, 중계국 및 수신단(예: 기지국) 간 채널, 적어도 하나의 간섭원(예: 단말)과 수신단(예: 기지국) 간의 채널에 기초하여 결정된다. 구체적으로, 빔포밍 행렬
Figure 112016033674396-pat00249
는 적어도 하나의 간섭원(예: 단말) 및 중계국 간 채널과 중계국 및 수신단(예: 기지국) 간 채널에 기초하여 결정되는 제1 행렬, 및 적어도 하나의 간섭원(예: 단말)과 수신단(예: 기지국) 간의 채널 정보에 기초하여 결정되는 제2 행렬의 곱에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 빔포밍 행렬
Figure 112016033674396-pat00250
는 제1 행렬 및 제2 행렬의 곱에 대한 역 벡터화 연산에 의해 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 모든
Figure 112016033674396-pat00251
에 대해서 간섭 정렬을 위한 릴레이 빔포밍 행렬
Figure 112016033674396-pat00252
를 설계하면 이하의 수학식 17과 같다.
Figure 112016033674396-pat00253
여기서,
Figure 112016033674396-pat00254
는 간섭 정렬을 위한 중계국 빔포밍 행렬이며,
Figure 112016033674396-pat00255
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00256
에게 간섭을 주는 단말들에서 중계국으로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00257
는 중계국으로부터 기지국
Figure 112016033674396-pat00258
로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00259
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00260
에게 간섭을 주는 단말들에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00261
로의 채널이다.
Figure 112016033674396-pat00262
는 행렬에 대한 벡터화(vectorization) 연산자,
Figure 112016033674396-pat00263
는
Figure 112016033674396-pat00264
의 역(inverse) 연산자,
Figure 112016033674396-pat00265
는 전치(transpose) 행렬 연산자,
Figure 112016033674396-pat00266
는 크로네커 곱(kronecker product) 연산자,
Figure 112016033674396-pat00267
는 역 행렬 및 의사 역 행렬에 대한 연산자이다.
이에 따라, 빔포밍 행렬
Figure 112016033674396-pat00268
는 이웃 셀 및 클러스터 경계 근처에 위치한 송신단(상향 통신에서, 이웃 셀 및 클러스터 경계 근처에 위치한 단말)과 수신단(상향 통신에서, 기지국) 간의 채널 행렬에 중계국과 수신단(상향 통신에서, 서빙 셀의 기지국) 간의 채널 행렬, 빔포밍 행렬, 이웃 셀 및 클러스터 경계 근처에 위치한 송신단과 중계국 간의 채널 행렬의 곱으로 생성되는 행렬을 더한 결과 영 행렬이 되도록 결정된다. 여기서, 영 행렬은 행렬에 포함되는 모든 값들이 0인 행렬을 의미한다. 단, 영 행렬은 행렬 내의 모든 값들이 반드시 물리적으로 0인 경우뿐만 아니라, 간섭 제거 목적에 따라 일정 기준 값 이하의 값을 갖는 행렬까지 포함한다. 예를 들면, 기준값이 10- 3 인 경우, 10-3 이하의 값들로 구성된 행렬에 대하여 영 행렬로 볼 수 있다.
이 때, 기지국
Figure 112016033674396-pat00269
에서 수신되는 셀
Figure 112016033674396-pat00270
의 신호에 대한 유효 채널은 이하의 수학식 18과 같다.
Figure 112016033674396-pat00271
Figure 112016033674396-pat00272
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00273
에서 수신되는 셀
Figure 112016033674396-pat00274
의 신호에 대한 유효 채널이며,
Figure 112016033674396-pat00275
는 셀
Figure 112016033674396-pat00276
의 단말들에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00277
로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00278
는 중계국에서 기지국
Figure 112016033674396-pat00279
로의 채널,
Figure 112016033674396-pat00280
는 셀
Figure 112016033674396-pat00281
의 단말들에서 중계국으로의 채널이다.
수신단인 기지국에서 셀 내부 신호를 분리하기 위한 필터 설계는 이하의 수학식 19와 같다.
Figure 112016033674396-pat00282
여기서,
Figure 112016033674396-pat00283
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00284
에서 셀 내부 신호를 분리하기 위한 필터로서,
Figure 112016033674396-pat00285
는 기지국
Figure 112016033674396-pat00286
에서 수신되는 셀
Figure 112016033674396-pat00287
의 신호에 대한 유효 채널이다.
이 역시,
Figure 112016033674396-pat00288
인 경우에는
Figure 112016033674396-pat00289
이 정방행렬이 아니기 때문에
Figure 112016033674396-pat00290
는
Figure 112016033674396-pat00291
의 의사 역 행렬로 설계될 수 있다. 최종적으로 획득할 수 있는 셀 당 자유도는 이하의 수학식 20과 같다.
Figure 112016033674396-pat00292
Figure 112016033674396-pat00293
는 셀 당 자유도,
Figure 112016033674396-pat00294
는 각 셀 당 단말의 개수,
Figure 112016033674396-pat00295
은 각 단말당 안테나의 개수,
Figure 112016033674396-pat00296
은 기지국당 안테나의 개수이다. 이 때 중계국 안테나 요구량은 이하의 수학식 21과 같다.
Figure 112016033674396-pat00297
Figure 112016033674396-pat00298
는 완전한 간섭 정렬을 달성하기 위한 중계국의 안테나 개수,
Figure 112016033674396-pat00299
는 각 셀 당 단말의 개수,
Figure 112016033674396-pat00300
은 각 단말당 안테나의 개수,
Figure 112016033674396-pat00301
은 기지국당 안테나의 개수이다. 하향 통신 단계에서도 이원성 원리가 적용될 수 있다.
도 10 또는 도 11에 도시된 무선 통신 시스템은 3셀 클러스터의 위상 구조를 고려하여 클러스터 경계 단말의 개수가
Figure 112016033674396-pat00302
인 경우를 가정하여 설명되었다. 그러나, 본 개시는 클러스터 경계 단말의 개수가
Figure 112016033674396-pat00303
인 경우에 한정되는 것이 아니며, 클러스터 경계 단말의 개수가
Figure 112016033674396-pat00304
보다 크거나 작은 일반적인 경우에도 적용될 수 있다.
도 12는 본 개시의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 상향 통신의 간섭 정렬을 위한 흐름도를 도시한다. 상향 통신에서 송신단은 단말, 수신단은 기지국이 된다.
1205 단계에서, 송신단 또는 단말은 채널 추정을 위한 기준 신호를 설계 및 전송한다. 즉, 송신단은 기준 신호 구성(configuration)을 결정하고, 결정된 구성에 따라 적어도 하나의 기준 신호를 전송한다. 기준 신호는 채널 추정을 위해 송신단, 중계국, 및 수신단이 공유하는 미리 지정된 신호로서, 실시 예에 따라, 파일럿 신호(pilot signal), 사운딩 신호(sounding signal) 등으로 지칭될 수 있다.
기준 신호는 일정한 주기에 따라 전송되거나 특정 조건이 만족되면 전송될 수 있으며, 어떤 제어 신호 또는 데이터 신호에 포함되어 전송될 수 있다.
1210 단계에서, 중계국은 수신된 기준 신호를 통해 단말과 중계국 간의 채널에 대한 정보를 획득할 수 있다.
또한 1215 단계에서, 기지국은 수신된 기준 신호를 통해 단말과 기지국 간의 채널에 대한 정보를 획득할 수 있다.
1210 단계와 1215 단계는 독립적인 동작으로서 동시에 수행될 수 있으며, 1210 단계와 1215 단계의 순서는 서로 바뀔 수 있다.
1220 단계에서, 기지국은 중계국과 기지국 간의 채널 정보를 획득할 수 있다. 실시 예에 따라, 기지국은 중계국으로부터 수신된 기준 신호를 이용하여 중계국과 기지국 간의 채널에 대한 정보를 획득할 수 있다.
1225 단계에서, 기지국은 1215 단계에서 획득된 단말과 기지국 간의 채널에 대한 정보 및 1220 단계에서 획득된 기지국과 중계국 간의 채널에 대한 정보를 중계국으로 피드백 한다. 단말과 기지국 간의 채널에 대한 정보 및 기지국과 중계국 간의 채널에 대한 정보는 기지국으로부터 중계국으로 일정한 주기에 따라 전송되거나 특정 조건이 만족되면 전송될 수 있으며, 어떤 제어 신호 또는 데이터 신호에 포함되어 전송될 수 있다.
1230 단계에서, 중계국은 중계국 빔포머, 또는 중계국 빔포밍 행렬을 설계한다. 중계국 빔포밍 행렬은 수신단인 기지국에서 간섭 정렬 조건이 만족되도록 설계되며, 구체적으로 한 시간 슬롯에서 수신된 신호와 다음 시간 슬롯에서 수신된 신호를 합한 신호에서 셀 간 간섭 성분이 제거되도록 결정된다.
1235 단계에서, 중계국과 기지국은 빔포머에 대한 정보를 공유한다. 구체적으로, 중계국은 기지국에게 빔포머에 대한 정보를 전송한다. 중계국은 일정한 주기 또는 빔포밍 행렬이 변경되는 것과 같이 특정 조건이 만족되면 빔포머에 대한 정보를 전송할 수 있다. 이때, 중계국은 빔포밍 행렬의 데이터 전체를 전송하거나, 빔포밍 행렬의 인덱스만을 전송할 수 있다.
1240 단계에서, 중계국은 기지국으로 전송할 신호를 처리한다. 구체적으로, 중계국은 복수의 단말들로부터 수신된 신호에 1230 단계에서 설계된 빔포밍 행렬 또는 프리코딩(precoding)을 적용하고 기지국으로 전송할 신호를 생성한다. 빔포밍 동작은 디지털(digital) 빔포밍 또는 RF(radio frequency) 빔포밍 기법 등에 의해 수행될 수 있다. 실시 예에 따라, 중계국은 단말로부터 수신된 신호를 디코딩(decoding)하고 오류 정정 등을 수행할 수 있으며, 수신된 신호를 증폭시켜 기지국으로 전송할 수 있다.
1235 단계에서의 동작과 1240 단계에서의 동작은 서로 독립적인 동작으로서, 동시에 수행될 수 있으며, 1235 단계와 1240 단계의 순서는 서로 바뀔 수 있다.
1245 단계에서, 기지국은 셀 내부 신호 분리 필터 설계 및 디코딩을 수행한다. 기지국은 중계국으로부터 수신된 빔포머 정보 및 서빙 셀의 단말들과 중계국 간의 채널 정보를 이용하여 분리 필터 설계를 수행할 수 있으며, 서빙 셀에 단말이 하나만 존재하는 경우와 같이 실시 예에 따라 분리 필터 설계를 생략할 수 있다.
기지국은 간섭 정렬을 통해 획득된 신호의 디코딩을 수행할 수 있다. 디코딩은 인코딩, 또는 부호화된 데이터를 인코딩 이전의 데이터로 처리하는 과정으로서, 디코딩 기법으로는 한정없이 다양한 디코딩 기법이 수행될 수 있다. 예를 들면 터보 코딩/디코딩(turbo coding/decoding), LDPC(low density parity check) 코딩/디코딩과 같은 기법들이 이용될 수 있다.
도 12에 도시된 것과 같이, 1245 단계 이후 동일한 과정이 반복될 수 있다.
하향 통신의 경우 이원성의 원리에 의해 도 12에 도시된 단계들과 동일한 동작들이 수행될 수 있으며, 다만, 송신단은 단말 대신 기지국, 수신단은 기지국 대신 단말이 된다.
단말은 일반적으로 기지국 또는 중계국에 비해 낮은 처리 능력을 갖는다. 따라서, 실시 예에 따라 단말이 셀 내부 신호를 분리하기 위해 필터를 설계하는 대신 기지국에서 송신단 송신 빔포머를 설계할 수 있다. 이 경우, 수신단인 단말은 신호를 분류하는 필터를 설계없이도, 즉, 수신단 필터 설계를 위한 채널 정보 처리의 필요 없이 셀 내부 신호를 분리할 수 있다.
도 13은 본 개시의 실시 예에 따른 기지국의 기능 블록도를 도시한다.
이하 사용되는 '~부', '~기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 기지국은 백홀망(backhaul network)와 연결되어 일정한 커버리지 영역 내에 무선 통신을 제공하는 장치로서, 실시 예에 따라, eNB(evolved NodeB), BS(base station), AP(access point)등으로 지칭될 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 기지국은 RF 처리부(RF processing unit) 1310, 기저대역 처리부(baseband processing unit) 1320, 제어부(control unit) 1330, 백홀 통신부(backhaul communication unit) 1340, 및 저장부(storage unit) 1350를 포함할 수 있다.
RF 처리부 1310은 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF 처리부 1310는 기저대역 처리부 1320로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 상기 RF 처리부 1310는 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(Digital to Analog Convertor), ADC(Analog to Digital Convertor) 등을 포함할 수 있다. 상기 도 13에서, 하나의 안테나만이 도시되었으나, 상기 기지국은 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 RF 처리부 1310는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 RF 처리부 1310는 빔포밍을 수행할 수 있다. 상기 빔포밍을 위해, 상기 RF 처리부 1310는 다수의 안테나들 또는 안테나 요소(element)들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다.
기저대역 처리부 1320은 시스템의 물리 계층(physical layer) 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 전송 시, 기저대역 처리부 1320은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역 처리부 1320은 상기 RF 처리부 1310으로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 예를 들어, OFDM(orthogonal frequency domain multiplexing) 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 기저대역 처리부 1320은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT(inverse fast Fourier transform) 연산 및 CP(cyclic prefix) 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역 처리부 1320은 상기 RF 처리부 1310으로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT(fast Fourier transform) 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 기저대역 처리부 1320 및 상기 RF 처리부 1310는 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 기저대역 처리부 1320 및 RF 처리부 1310는 송신부, 수신부, 송수신부, 통신부 또는 무선 통신부로 지칭될 수 있다.
기지국이 수신단인 경우, 기지국의 기저대역 처리부 1320, RF 처리부 1310, 또는 송수신부는 제1 시간 슬롯에서 기지국의 서빙 셀에 속하는 적어도 하나의 단말과 기지국 간의 채널인 제1 채널을 통해 수신되는 신호와 이웃 기지국의 셀에 속하는 적어도 하나의 단말과 기지국 간의 채널인 제2 채널을 통해 수신되는 신호를 포함하는 제1 신호를 수신할 수 있다. 또한, 기지국의 송수신부는 중계국으로부터 빔포밍 행렬이 적용된 제2 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 제2 신호는 기지국의 서빙 셀에 속하는 단말과 중계국 간의 채널인 제3 채널을 통해 수신된 신호에 빔포밍 행렬이 적용된 신호와, 이웃 기지국의 셀에 속하는 단말과 중계국간의 채널인 제4 채널을 통해 수신된 신호에 빔포밍 행렬이 적용된 신호를 포함할 수 있다. 또한, 기지국의 송수신부는 중계국과 기지국 간의 채널인 제5 채널에 대한 정보와 이웃 기지국의 셀에 속하는 단말과 기지국 간의 채널인 제2 채널에 대한 정보를 중계국으로 전송할 수 있다. 또한, 기지국의 송수신부는 중계국으로부터 빔포밍 행렬에 대한 정보 및 서빙 셀에 속하는 단말과 중계국 간의 채널인 제3 채널에 대한 정보를 수신할 수 있으며, 여기서 빔포밍 행렬에 대한 정보는 상향 통신에 있어서 수신단인 기지국이 셀간 내부 신호를 분리하기 위한 필터, 또는 하향 통신에 있어서, 송신단인 기지국의 송신 빔포밍에 이용될 수 있다.
또한, 송수신부는 상향 통신의 경우 하나 이상의 채널 정보들을 이용하여 수신된 신호에 필터를 적용하여 셀 내부 간섭을 제거할 수 있으며, 하향 통신의 경우에 있어서는 송수신 신호에 빔포밍을 적용하여 단말 또는 중계국으로 전송할 수 있다. 상향 통신에 있어서 보다 구체적으로, 송수신부는 수신된 신호에 대한 벡터에 필터 행렬을 적용할 수 있고, 필터 행렬을 적용하여 생성되는 벡터를 제어부 1330에 전달하여 수신신호가 디코딩되도록 한다. 하향 통신에 있어서 보다 구체적으로, 송수신부는 전송하고자 하는 신호에 대한 벡터에 빔포밍 행렬 또는 프리코딩 행렬을 적용할 수 있고, 빔포밍 행렬을 적용함으로써 생성되는 벡터를 RF 신호로 변환하여 전송할 수 있다.
제어부 1330은 기지국의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부 1330은 기저대역 처리부 1320 및 RF 처리부 1310을 통해 또는 백홀 통신부 1340을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 제어부 1330은 저장부 1350에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 제어부 1330은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라, 제어부 1330는 수신된 채널 정보를 이용하여 빔포밍 행렬을 설계할 수 있다. 예를 들어, 제어부 1330은 기지국이 도 7에 도시된 절차를 수행하도록 제어할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제어부 1330의 동작은 다음과 같다.
실시 예에 따라 제어부 1330은 단말 또는 중계국으로부터 수신된 기준 신호를 이용하여 채널 추정을 수행할 수 있다. 채널 추정을 통해 획득된 채널에 대한 정보는 중계국으로 전송되어 서로 공유될 수 있다.
실시 예에 따라 제어부 1330은 기지국에서 수신된 신호를 디코딩할 수 있다. 구체적으로, 제어부 1330는 간섭 정렬을 통해 획득된 신호를 디코딩을 수행할 수 있다. 디코딩은 인코딩, 또는 부호화된 데이터를 인코딩 이전의 데이터로 처리하는 과정으로서, 디코딩 기법으로는 다양한 디코딩 기법이 수행될 수 있다. 예를 들면 터보 코딩/디코딩(turbo coding/decoding), LDPC(low density parity check) 코딩/디코딩과 같은 기법들이 이용될 수 있으며, 디코딩을 수행하기 위해 적어도 하나의 처리 장치를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라 제어부1330은 셀 간 내부 신호를 분리하기 위하여 필터 또는 송신 빔포머를 설계할 수 있다. 필터 또는 송신 빔포머는 중계국으로부터 수신된 빔포밍 행렬 정보와 채널에 대한 정보를 이용하여 결정될 수 있다.
백홀통신부 1340은 네트워크 내 다른 노드들과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공한다. 즉, 백홀통신부 1340는 기지국에서 다른 노드, 예를 들어, 다른 기지국, 코어망 등으로 송신되는 비트열을 물리적 신호로 변환하고, 다른 노드로부터 수신되는 물리적 신호를 비트열로 변환한다. 다양한 실시 예에서, 기지국은 백홀통신부 1340을 통해 이웃 기지국과 통신을 수행함으로써 채널에 대한 정보 또는 프리코딩 행렬을 서로 교환할 수 있으며, 중계국과 백홀망을 통해 연결된 경우 중계국과도 채널 정보 또는 프리코딩 행렬을 교환할 수 있다.
상기 저장부 1350은 기지국의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 특히, 저장부 1350은 제어부 1330의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
도 14는 본 개시의 실시 예에 따른 중계국의 기능 블록도를 도시한다.
중계국은 기지국과 단말 사이에 릴레이 통신을 제공하는 장치로서, 실시 예에 따라 RS(relay station), 릴레이(relay) 등으로 지칭될 수 있다.
상기 도 14을 참고하면, 상기 중계국은 RF 처리부 1410, 기저대역 처리부 1420, 제어부 1430, 저장부 1440를 포함한다.
상기 RF 처리부 1410는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF 처리부 1410는 상기 기저대역 처리부 1420로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 상기 RF 처리부 1410는 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 상기 도 14에서, 하나의 안테나만이 도시되었으나, 상기 중계국은 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 RF 처리부 1410는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 RF 처리부 1410는 빔포밍을 수행할 수 있다. 상기 빔포밍을 위해, 상기 RF 처리부 1410는 다수의 안테나들 또는 안테나 요소들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다.
상기 기저대역 처리부 1420은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 기저대역 처리부 1420은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역 처리부 1420은 상기 RF 처리부 1410로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 예를 들어, OFDM 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 기저대역 처리부 1420는 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT 연산 및 CP 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역 처리부 1420은 상기 RF 처리부 1410로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다.
상기 기저대역 처리부 1420 및 상기 RF 처리부 1410는 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 상기 기저대역 처리부 1420 및 상기 RF 처리부 1410는 송신부, 수신부, 송수신부 또는 통신부로 지칭될 수 있으며, 중계국의 송수신부는 기지국의 송수신부와 유사한 기능을 수행할 수 있다. 나아가, 상기 기저대역 처리부 1420 및 상기 RF 처리부 1410 중 적어도 하나는 서로 다른 다수의 통신 규격들을 지원하기 위해 다수의 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기저대역 처리부 1420 및 상기 RF 처리부 1410 중 적어도 하나는 서로 다른 주파수 대역의 신호들을 처리하기 위해 서로 다른 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 서로 다른 통신 규격들은 무선 랜(예: IEEE 802.11), 셀룰러 망(예: LTE) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 서로 다른 주파수 대역들은 극고단파(SHF:super high frequency)(예: 2.5GHz, 5Ghz) 대역, mm파(millimeter wave)(예: 60GHz) 대역을 포함할 수 있다.
상기 제어부 1430는 상기 중계국의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부 1430는 상기 기저대역 처리부 1420 및 상기 RF 처리부 1410을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 상기 제어부 1430는 상기 저장부 1440에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 상기 제어부 1430는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부 1430는 통신을 위한 제어를 수행하는 CP(communication processor) 및 응용 프로그램 등 상위 계층을 제어하는 AP(application processor)를 포함할 수 있다.
상기 저장부 1440는 상기 중계국의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 특히, 상기 제어부 1430의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
실시 예에 따라, 중계국의 송수신부 또는 제어부 1430는 AF(amplify and forward) 또는 DF(decode and forward) 등의 기능을 수행하기 위한 증폭기, 디코더 등을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따라, 중계국의 송수신부 또는 제어부 1430는 전 이중 방식 릴레이와 반 이중 방식 릴레이를 수행하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 제어부 1430와 송수신부를 포함하는 중계국의 동작은 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 중계국의 송수신부는 제1 시간 슬롯에서 복수의 송신단들로부터 제1 신호를 수신하고, 제2 시간 슬롯에서 제1 신호에 빔포밍 행렬이 적용된 제2 신호를 수신단으로 전송한다. 빔포밍 행렬은 제어부 1430에 의해 설계 또는 결정되며 수신단에 의해 제1 시간 슬롯에서 수신된 신호와 제2 시간 슬롯에서 수신된 신호를 더한 신호로부터 간섭 성분이 제거되도록 결정된다.
상향 통신의 경우, 송신단은 단말이고 수신단은 기지국이 된다. 제1 신호는, 기지국의 서빙 셀(serving cell)에 속하는 단말과 기지국 간의 채널을 통해 수신된 신호와, 이웃 기지국의 셀에 속하는 단말과 상기 기지국간의 채널을 통해 수신된 신호를 포함하고, 제2 신호는, 상기 기지국의 서빙 셀에 속하는 단말과 상기 중계국 간의 채널을 통해 수신된 신호에 상기 빔포밍 행렬이 적용된 신호와, 다른 기지국의 셀에 속하는 단말과 중계국 간의 채널을 통해 수신된 신호에 상기 빔포밍 행렬이 적용된 신호를 포함한다. 또한, 송수신부는 기지국으로부터 기지국의 서빙 셀에 속하는 단말과 기지국 간의 채널 및 이웃 기지국의 셀에 속하는 단말과 기지국간의 채널에 대한 정보 및 상기 중계국과 상기 기지국 간의 채널에 대한 정보를 수신할 수 있다. 빔포밍 행렬은 획득된 채널에 대한 정보에 기반하여 결정될 수 있으며 예를 들면, 중계국의 제어부 1430에 의해 이웃 기지국의 셀에 속하는 단말과 기지국간의 채널, 이웃 기지국의 셀에 속하는 단말과 중계국간의 채널, 및 채널 중계국과 기지국 간의 채널에 대한 정보에 기반하여 결정된다. 빔포밍 행렬은 수신단인 기지국에서 수신되는 신호에서, 기지국의 서빙 셀 이외의 셀에서 수신되는 신호, 즉 셀 간 간섭 신호가 제거되도록 설계된다.
하향 통신의 경우, 수신단은 단말이고, 송신단은 기지국이 된다. 이 경우 제1 신호는 서빙 기지국과 단말 간의 채널을 통해 수신된 신호와, 이웃 기지국과 단말 간의 채널을 통해 수신된 신호를 포함하고, 상기 제2 신호는 서빙 기지국과 중계국 간의 채널을 통해 수신된 신호에 빔포밍 행렬이 적용된 신호와, 이웃 기지국과 중계국 간의 채널을 통해 수신된 신호에 빔포밍 행렬이 적용된 신호를 포함한다. 빔포밍 행렬은 채널에 대한 정보들에 기반하여 결정될 수 있으며, 예를 들면, 제어부 1430에 의해 단말과 이웃 기지국 간의 채널, 이웃 기지국과 중계국 간의 채널, 및 중계국과 단말 간의 채널에 대한 정보에 기반하여 결정되며, 수신단인 단말에서 이웃 기지국으로부터 수신된 신호가 제거되도록 결정된다. 또한, 송수신부는 빔포밍 행렬에 대한 정보 및 서빙 셀의 단말과 중계국 간의 채널에 대한 정보를 기지국으로 전송할 수 있고, 이는 기지국에서의 셀 내부 신호를 분리하기 위한 송신 빔포밍에 이용된다.
도 15는 본 개시의 실시 예에 따른 단말 장치의 기능 블록도를 도시한다.
실시 예에 따라, 단말은 사용자 장치, 전자 장치, 이동국, UE(user equipment), terminal, MS(mobile station), STA(station)등으로 지칭될 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 상기 단말은 휴대용 전자 장치(portable electronic device)일 수 있으며, 스마트폰(smart phone), 휴대용 단말기(portable terminal), 이동 전화(mobile phone), 이동 패드(mobile pad), 미디어 플레이어(media player), 태블릿 컴퓨터(tablet computer), 핸드헬드 컴퓨터(handheld computer) 또는 PDA(Personal Digital Assistant) 중 하나일 수 있다. 또한, 상기 단말은 상술한 장치들 중 둘 이상의 기능들을 결합한 장치일 수 있다.
상기 도 15를 참고하면, 상기 단말은 RF 처리부 1510, 기저대역처리부 1520, 제어부 1530, 저장부 1540를 포함한다.
상기 RF 처리부 1510는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF 처리부 1510는 상기 기저대역 처리부 1520로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 상기 RF 처리부 1510는 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 상기 도 15에서, 하나의 안테나만이 도시되었으나, 상기 단말은 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 RF 처리부 1510는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 RF 처리부 1510는 빔포밍을 수행할 수 있다. 상기 빔포밍을 위해, 상기 RF 처리부 1510는 다수의 안테나들 또는 안테나 요소들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다.
상기 기저대역 처리부 1520은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 기저대역 처리부 1520은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역 처리부 1520은 상기 RF 처리부 1510로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 예를 들어, OFDM 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 기저대역 처리부 1520는 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT 연산 및 CP 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역 처리부 1520은 상기 RF 처리부 1510로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다.
상기 기저대역 처리부 1520 및 상기 RF 처리부 1510는 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 상기 기저대역 처리부 1520 및 상기 RF 처리부 1510는 송신부, 수신부, 송수신부 또는 통신부로 지칭될 수 있다. 나아가, 상기 기저대역 처리부 1520 및 상기 RF 처리부 1510 중 적어도 하나는 서로 다른 다수의 통신 규격들을 지원하기 위해 다수의 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기저대역 처리부 1520 및 상기 RF 처리부 1510 중 적어도 하나는 서로 다른 주파수 대역의 신호들을 처리하기 위해 서로 다른 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 서로 다른 통신 규격들은 무선 랜(예: IEEE 802.11), 셀룰러 망(예: LTE) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 서로 다른 주파수 대역들은 극고단파(SHF)(예: 2.5GHz, 5Ghz) 대역, mm파(예: 60GHz) 대역을 포함할 수 있다.
상기 제어부 1530는 상기 단말의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부 1530는 상기 기저대역 처리부 1520 및 상기 RF 처리부 1510을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 상기 제어부 1530는 상기 저장부 1540에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 상기 제어부 1530는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부 1530는 통신을 위한 제어를 수행하는 CP 및 응용 프로그램 등 상위 계층을 제어하는 AP를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 제어부 1530는 다양한 실시 예에 따른 단말의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부 1530는 상기 단말이 상기 도 9에 도시된 절차를 수행하도록 제어할 수 있다. 제어부 1530와 송수신부를 포함하는 단말의 동작은 다음과 같다.
하향 통신에서 단말의 송수신부는 제1 시간 슬롯에서 복수의 기지국들로부터 제1 신호를 수신하고, 제2 시간 슬롯에서 중계국으로부터 빔포밍 행렬이 적용된 제2 신호를 수신한다. 단말의 제어부 1530은 상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 더함으로써 획득되는 제3 신호를 디코딩한다. 여기서, 빔포밍 행렬은 중계국의 제어부 1530에 의해 제3 신호로부터 간섭 성분이 제거되도록 결정된다.
예를 들면, 송수신부가 제1 시간 슬롯에서 수신하는 제1 신호는, 단말과 단말의 서빙 기지국 간의 채널을 통해 수신된 신호와, 단말과 이웃 기지국 간의 채널을 통해 수신된 신호를 포함하고, 제2 신호는, 서빙 기지국과 중계국 간의 채널을 통해 수신된 신호에 상기 빔포밍 행렬이 적용된 신호와, 이웃 기지국과 상기 중계국 간의 채널을 통해 수신된 신호에 상기 빔포밍 행렬이 적용된 신호를 포함한다. 빔포밍 행렬은, 채널 정보들 특히, 단말과 이웃 기지국 간의 채널, 이웃 기지국과 상기 중계국 간의 채널, 및 상기 중계국과 상기 단말 간의 채널에 대한 정보에 기반하여 결정되며, 단말의 서빙 기지국이 아닌 이웃 기지국으로부터 수신되는 간섭 신호가 제거되도록 결정된다.
단말의 송수신부는 기지국으로부터 채널 추정을 위한 기준 신호를 수신하고, 송수신부 또는 제어부 1530은 수신된 기준 신호를 이용하여 기지국과 단말간의 채널 추정을 수행할 수 있다. 예를 들면, 단말은 서빙 기지국으로부터 수신된 기준 신호로부터 단말과 서빙 기지국간의 채널에 대한 정보를 획득할 수 있고, 이웃 기지국으로부터 수신된 기준 신호로부터 단말과 이웃 기지국 간의 채널에 대한 정보를 획득 할 수 있다. 또한, 단말의 송수신부는 중계국으로부터 기준 신호를 수신하고, 송수신부 또는 제어부 1530은 수신된 기준 신호로부터 단말과 기지국간의 채널에 대한 정보를 획득할 수 있다.
단말의 송수신부는 획득된 채널에 대한 정보를 기지국 또는 중계국으로 전송할 수 있다. 예를 들면, 단말은 이웃 기지국 및 중계국으로부터 수신되는 기준 신호로부터 이웃 기지국과 단말 간의 채널에 대한 정보 및 중계국과 단말간의 채널 정보를 중계국에 피드백 할 수 있고, 서빙 기지국과 단말 간의 채널 정보 및 중계국과 단말 간의 채널 정보를 서빙 기지국으로 피드백하여 송신 빔포머 설계에 이용하게 할 수 있다. 본 개시의 실시 예들에 따르면, 단말은 채널에 대한 정보를 처리할 필요가 없으므로 채널에 대한 정보를 수신하지 않는다. 다만, 몇몇 무선 통신 시스템에서 단말이 채널 정보를 필요로 하거나 단말이 채널 정보를 처리할 수 있는 능력이 충분한 경우, 단말은 채널에 대한 정보를 기지국 또는 중계국과 교환할 수 있다.
상기 저장부 1540는 상기 단말의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 특히, 상기 제어부 1530의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다. 예를 들면, 저장부 1540은 채널 추정을 통해 획득된 채널 정보 또는 기지국 또는 중계국으로부터 수신된 채널 정보를 저장할 수 있다.
본 개시는 단순한 셀룰러 네트워크뿐만 아니라, 이종 네트워크, 펨토셀 등 점점 셀의 밀도가 높아지는 상황에서 필연적으로 발생할 수 밖에 없는 간섭 문제를 해결하고, 본 개시의 실시 예를 적용함으로써 다중 셀 이득을 얻을 수 있으며, 현재 이용되는 기법에 비해 전송률을 높이는 기법으로 활용될 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
그러한 소프트웨어는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는, 적어도 하나의 프로그램(소프트웨어 모듈), 전자 장치에서 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때 전자 장치가 본 개시의 방법을 실시하게 하는 명령어들(instructions)을 포함하는 적어도 하나의 프로그램을 저장한다.
이러한 소프트웨어는, 휘발성(volatile) 또는 (ROM: Read Only Memory)과 같은 불휘발성(non-volatile) 저장장치의 형태로, 또는 램(RAM: random access memory), 메모리 칩(memory chips), 장치 또는 집적 회로(integrated circuits)와 같은 메모리의 형태로, 또는 컴팩트 디스크 롬(CD-ROM: Compact Disc-ROM), 디지털 다목적 디스크(DVDs: Digital Versatile Discs), 자기 디스크(magnetic disk) 또는 자기 테이프(magnetic tape) 등과 같은 광학 또는 자기적 판독 가능 매체에, 저장될 수 있다.
저장 장치 및 저장 미디어는, 실행될 때 일 실시 예들을 구현하는 명령어들을 포함하는 그로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적절한 기계-판독 가능 저장 수단의 실시 예들이다. 실시 예들은 본 명세서의 청구항들 중 어느 하나에 청구된 바와 같은 장치 또는 방법을 구현하기 위한 코드를 포함하는 프로그램, 및 그러한 프로그램을 저장하는 기계-판독 가능 저장 매체를 제공한다. 나아가, 그러한 프로그램들은 유선 또는 무선 연결을 통해 전달되는 통신 신호와 같은 어떠한 매체에 의해 전자적으로 전달될 수 있으며, 실시 예들은 동등한 것을 적절히 포함한다.
상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (28)

  1. 무선 통신 시스템에서 수신단의 동작 방법에 있어서,
    제1 시간 구간 동안, 상기 수신단의 셀(cell)에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 수신단 간의 채널인 제1 채널을 통해 수신된 제1 채널 신호 및 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 수신단 간의 채널인 제2 채널을 통해 수신된 제2 채널 신호를 포함하는 제1 신호를 수신하는 과정과,
    제2 시간 구간 동안, 중계국으로부터 상기 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단으로부터의 신호를 제거하기 위한 빔포밍(beamforming)이 적용된 제2 신호를 상기 중계국과 상기 수신단 간의 채널을 통해 수신하는 과정과,
    상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 더함으로써 획득되는 제3 신호를 디코딩(decoding)하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 신호는, 상기 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 중계국 간의 채널인 제3 채널을 통해 수신된 신호에 상기 빔포밍이 적용된 제3 채널 신호와, 상기 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 중계국 간의 채널인 제4 채널을 통해 수신된 신호에 상기 빔포밍이 적용된 제4 채널 신호를 포함하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    빔포밍 행렬은, 상기 제2 채널, 상기 제4 채널, 및 상기 중계국과 상기 수신단 간의 채널인 제5 채널에 대한 정보에 기반하여 결정되는 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 빔포밍 행렬은, 상기 제2 채널에 대한 행렬에 상기 제5 채널에 대한 행렬, 상기 빔포밍 행렬, 및 제4 채널에 대한 행렬의 곱으로 생성되는 행렬을 더한 결과 영 행렬이 되도록 결정되는 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 적어도 하나의 송신단으로부터 수신된 적어도 하나의 기준 신호(reference signal)로부터 상기 제1 채널과 상기 제2 채널에 대한 정보를 획득하는 과정과,
    상기 중계국으로부터 상기 제3 채널 및 상기 제4 채널에 대한 정보를 수신하는 과정과,
    상기 중계국으로부터 수신된 기준 신호로부터 상기 제5 채널에 대한 정보를 획득하는 과정을 더 포함하는 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 채널에 대한 정보 및 상기 제5 채널에 대한 정보를 상기 중계국으로 전송하는 과정을 더 포함하는 방법.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 제3 신호를 디코딩하는 과정은,
    상기 제3 신호로부터 셀 내부 신호를 분리하기 위한 필터를 상기 제3 신호에 적용하는 과정과,
    상기 필터가 적용된 제3 신호를 디코딩하는 과정을 포함하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 중계국으로부터 상기 빔포밍 행렬 및 상기 제3 채널에 대한 정보를 수신하는 과정을 더 포함하고,
    상기 필터는, 상기 빔포밍 행렬, 상기 제1 채널, 상기 제3 채널, 상기 제5 채널에 대한 정보에 기반하여 결정되는 방법.
  9. 무선 통신 시스템에서 중계국의 동작 방법에 있어서,
    제1 시간 구간 동안 수신단의 셀(cell)에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 중계국 간의 채널인 제1 채널을 통해 수신된 제1 채널 신호 및 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 중계국 간의 채널인 제2 채널을 통해 수신된 제2 채널 신호를 포함하는 제1 신호를 수신하는 과정과,
    제2 시간 구간 동안 상기 수신단에 의해 수신되는 상기 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단으로부터의 신호를 제거하기 위한 빔포밍(beamforming)이 적용된 제2 신호를 상기 수신단으로 상기 중계국과 상기 수신단 간의 채널을 통해 전송하는 과정과,
    상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 더함으로써 획득되는 제3 신호를 디코딩(decoding)하는 과정을 포함하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 신호는, 상기 제1 채널을 통해 수신된 상기 제1 채널 신호에 빔포밍 행렬이 적용된 신호와, 상기 제2 채널을 통해 수신된 상기 제2 채널 신호에 상기 빔포밍 행렬이 적용된 신호를 포함하는 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 수신단으로부터 상기 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 수신단 간의 채널, 및 상기 중계국과 상기 수신단 간의 채널에 대한 정보를 수신하는 과정을 더 포함하는 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 빔포밍 행렬은, 상기 제2 채널, 상기 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 중계국 간의 채널, 및 상기 중계국과 상기 수신단 간의 채널에 대한 정보에 기반하여 결정되는 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 빔포밍 행렬은, 상기 제2 채널에 대한 행렬에 상기 중계국과 상기 수신단 간의 채널에 대한 행렬, 상기 빔포밍 행렬, 및 상기 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 중계국 간의 채널에 대한 행렬의 곱으로 생성되는 행렬을 더한 결과 영 행렬이 되도록 결정되는 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 수신단으로 상기 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 중계국 간의 채널인 제3 채널에 대한 정보 및 상기 빔포밍 행렬에 대한 정보를 전송하는 과정을 더 포함하는 방법.
  15. 무선 통신 시스템에서 수신단 장치에 있어서,
    제1 시간 구간 동안 상기 수신단의 셀(cell)에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 수신단 간의 채널인 제1 채널을 통해 수신된 제1 채널 신호 및 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 수신단 간의 채널인 제2 채널을 통해 수신된 제2 채널 신호를 포함하는 제1 신호를 수신하고, 제2 시간 구간 동안 중계국으로부터 상기 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단으로부터의 신호를 제거하기 위한 빔포밍(beamforming)이 적용된 제2 신호를 상기 중계국과 상기 수신단 간의 채널을 통해 수신하는 송수신부와,
    상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 더함으로써 획득되는 제3 신호를 디코딩(decoding)하는 제어부를 포함하는 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2 신호는, 상기 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 중계국 간의 채널인 제3 채널을 통해 수신된 신호에 상기 빔포밍이 적용된 제3 채널 신호와, 상기 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 중계국 간의 채널인 제4 채널을 통해 수신된 신호에 빔포밍 행렬이 적용된 제4 채널 신호를 포함하는 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 빔포밍 행렬은, 상기 제2 채널, 상기 제4 채널, 및 상기 중계국과 상기 수신단 간의 채널인 제5 채널에 대한 정보에 기반하여 결정되는 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 빔포밍 행렬은, 상기 제2 채널에 대한 행렬에 상기 제5 채널에 대한 행렬, 상기 빔포밍 행렬, 및 제4 채널에 대한 행렬의 곱으로 생성되는 행렬을 더한 결과 영 행렬이 되도록 결정되는 장치.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 적어도 하나의 송신단으로부터 수신된 적어도 하나의 기준 신호(reference signal)로부터 제1 채널과 제2 채널에 대한 정보를 획득하고, 상기 중계국으로부터 상기 적어도 하나의 단말과 상기 중계국 간의 제3 채널 및 제4 채널에 대한 정보를 수신하고, 상기 중계국으로부터 수신된 적어도 하나의 기준 신호로부터 상기 제5 채널에 대한 정보를 획득하는 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 송수신부는, 상기 제2 채널에 대한 정보 및 제5 채널에 대한 정보를 상기 중계국으로 전송하는 장치.
  21. 청구항 16에 있어서,
    상기 제어부는, 제3 신호로부터 셀 내부 신호를 분리하기 위한 필터를 제3 신호에 적용하고, 상기 필터가 적용된 제3 신호를 디코딩하는 장치.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 송수신부는, 상기 중계국으로부터 상기 빔포밍 행렬 및 상기 제3 채널에 대한 정보를 수신하고,
    상기 필터는, 상기 빔포밍 행렬, 상기 제1 채널, 상기 제3 채널 및 상기 제5 채널에 대한 정보에 기반하여 결정되는 장치.
  23. 무선 통신 시스템에서 중계국 장치에 있어서,
    제1 시간 구간 동안 수신단의 셀(cell)에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 중계국 간의 채널인 제1 채널을 통해 수신된 제1 채널 신호 및 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 중계국 간의 채널인 제2 채널을 통해 수신된 제2 채널 신호를 포함하는 제1 신호를 수신하고, 제2 시간 구간 동안 상기 수신단에 의해 수신되는 상기 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단으로부터의 신호를 제거하기 위한 빔포밍(beamforming) 행렬이 적용된 제2 신호를 상기 수신단으로 상기 중계국과 상기 수신단 간의 채널을 통해 전송하며, 상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 더함으로써 획득되는 제3 신호를 디코딩(decoding)하는 송수신부를 포함하는 장치.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 제2 신호는, 상기 제1 채널을 통해 수신된 상기 제1 채널 신호에 상기 빔포밍 행렬이 적용된 신호와, 상기 제2 채널을 통해 수신된 상기 제2 채널 신호에 상기 빔포밍 행렬이 적용된 신호를 포함하는 장치.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 송수신부는, 상기 수신단으로부터 상기 이웃 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 수신단 간의 채널, 및 상기 중계국과 상기 수신단 간의 채널에 대한 정보를 수신하는 장치.
  26. 청구항 24에 있어서,
    상기 빔포밍 행렬은, 상기 제2 채널, 상기 이웃 셀에 속하는 송신단과 상기 수신단 간의 채널, 및 상기 중계국과 상기 수신단 간의 채널에 대한 정보에 기반하여 결정되는 장치.
  27. 청구항 24에 있어서,
    상기 빔포밍 행렬은, 상기 제2 채널에 대한 행렬에 상기 중계국과 상기 수신단 간의 채널에 대한 행렬, 상기 빔포밍 행렬, 및 이웃 기지국의 셀에 속하는 적어도 하나의 송신단과 상기 중계국 간의 채널에 대한 행렬의 곱으로 생성되는 행렬을 더한 결과 영 행렬이 되도록 결정되는 장치.
  28. 청구항 23에 있어서,
    상기 송수신부는, 상기 수신단으로 상기 빔포밍 행렬 및 제1 채널에 대한 정보를 전송하는 장치.
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