KR102546675B1 - 5g 프론트홀을 위한 분리형 기지국 시스템, 이를 이용한 상향링크 제어 신호 압축 방법 및 압축률 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

분리형 기지국 시스템이 사운딩 참조 신호를 압축하는 방법으로서, 제1 시점에 단말로부터 전송된 제1 사운딩 참조 신호를 수신하면, 제1 시점보다 앞선 제2 시점에 단말로부터 전송되어 저장된 제2 사운딩 참조 신호의 값과 제1 사운딩 참조 신호의 값의 변화량을 계산한다. 변화량이 미리 설정한 임계값보다 작으면, 변화량을 제1 사운딩 참조 신호에 삽입하여 상향링크 채널을 통해 CU(Central Unit)으로 전송한다.

Description

5G 프론트홀을 위한 분리형 기지국 시스템, 이를 이용한 상향링크 제어 신호 압축 방법 및 압축률 제어 방법{Separable base station system for 5G fronthaul, uplink SRS compression method and compression rate control method using the same}
본 발명은 5G 프론트홀을 위한 분리형 기지국 시스템, 이를 이용한 상향링크 제어 신호 압축 방법 및 압축률 제어 방법에 관한 것이다.
모바일 네트워크에서 요구되는 데이터 트래픽의 폭증으로 인하여, DU(Digital Unit)과 RU(Radio Unit)가 분리된 기지국의 형태가 4G에서 운영되고 있다. DU와 RU 간에는 CPRI(Common Public Radio Interface)가 사용되고 있다.
4G에서의 CPRI는 20MHz 대역폭을 갖는 LTE 신호를 전송하는데 있어서 2*2 MIMO 구조를 사용하는 경우, CPRI의 전송량은 2.5Gbps 정도가 필요하다. 이와 같은 전송량의 제한은 계속되는 시스템 용량의 증대에 따라 지속적으로 증가하기 때문에, 시스템 용량 및 비용 측면에서 신호 전송의 한계 상황에 다다르게 된다. 특히 LTE에서 5G로 발전하면서, 시스템 대역폭이 5배 가량 증가할 수 있고 안테나 수도 많아지게 되면서 CPRI의 요구 전송률은 수십 Gbps에서 수백 Gbps까지 증가하게 된다.
이와 같이 한정된 CPRI의 대역폭을 계산할 때, 싱글 캐리어 수, TTI, SRS(Sounding Reference Signal) 채널 추정 값 등을 이용하여 계산한다. 이때, SRS 전송으로 인한 상향링크 오버헤드가 최소 21%를 차지함에도 불구하고, SRS는 상향링크 신호가 전송되지 않더라도 채널 추정을 위하여 주기적으로 전송되어야만 한다.
SRS는 LTE에서는 20ms 주기로 전송되고, 5G의 경우에는 빔포밍 등을 위해 5ms와 같이 더 자주 전송되도록 구현되어야 할 필요가 있다. 따라서, SRS 전송에 따른 오버헤드가 LTE보다 더 크게 발생하게 되어 이 오버헤드를 줄이는 기술의 개발이 요구되고 있다. 또한, 프론트홀 인터페이스로 전송되는 데이터를 압축하여 프론트홀 인터페이스의 요구 전송률을 낮추는 기술들이 연구되고 있다.
따라서, 본 발명은 5G에서 SRS 전송 오버헤드를 줄이고, 프론트홀의 압축률과 전송률을 제어하는 5G 프론트홀을 위한 분리형 기지국 시스템, 이를 이용한 상향링크 제어 신호 압축 방법 및 압축률 제어 방법을 제공한다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 복수의 분산 유닛들, 그리고 상기 복수의 분산 유닛들과 연동하는 중앙 유닛으로 구성된 분리형 기지국 시스템에서, 상기 분산 유닛들 각각이 사운딩 참조 신호를 압축하는 방법으로서,
제1 시점에 단말로부터 전송된 제1 사운딩 참조 신호를 수신하는 단계, 상기 제1 시점보다 앞선 제2 시점에 상기 단말로부터 전송되어 저장된 제2 사운딩 참조 신호의 값과 상기 제1 사운딩 참조 신호의 값의 변화량을 계산하는 단계, 상기 변화량이 미리 설정한 임계값보다 작으면, 상기 변화량을 상기 제1 사운딩 참조 신호에 삽입하여 상향링크 채널을 통해 상기 중앙 유닛으로 전송하는 단계를 포함한다.
상기 변화량을 계산하는 단계는, 상기 제1 사운딩 참조 신호의 값에서 상기 제2 사운딩 참조 신호의 값의 차이 값에 대한 절대값으로 계산할 수 있다.
상기 상기 변화량을 계산하는 단계 이후에, 상기 변화량이 상기 임계값보다 크면, 상기 중앙 유닛에서 결정한 압축률에 따라 상기 제1 사운딩 참조 신호를 압축하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 상기 변화량을 계산하는 단계 이후에, 상기 변화량이 상기 임계값보다 크면, 상기 중앙 유닛에서 결정한 압축률에 따라 상기 제1 사운딩 참조 신호를 압축하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 복수의 분산 유닛들, 그리고 상기 복수의 분산 유닛들과 연동하는 중앙 유닛으로 구성된 분리형 기지국 시스템에서, 상기 분산 유닛들이 각각 사운딩 참조 신호를 압축하는 방법으로서,
단말로부터 전송된 사운딩 참조 신호와 신호 채널로 구성된 신호를 수신하는 단계, 상기 사운딩 참조 신호에서 벡터를 확인하고, 확인한 벡터를 토대로 시간 영역에서 무선 채널을 추정하는 단계, 상기 추정한 무선 채널에서 임펄스 응답을 추정하는 단계, 그리고 상기 임펄스 응답에 상기 사운딩 참조 신호에 대한 채널 정보를 삽입하는 단계를 포함한다.
상기 임펄스 응답을 추정하는 단계는,
수신한 상기 신호로부터 신호 채널을 계산하는 단계, 상기 계산한 신호 채널을 시간에 따른 신호 채널 변화 함수로 구하고, 구한 시간에 따른 신호 채널 변화 함수를 시간 영역의 무선 채널로 결정하는 단계, 상기 시간 영역의 무선 채널로부터 시개별 선형 시불변 시스템(Discrete-Time Linear Time-Invariant System)의 주파수 응답을 구하는 단계, 그리고 상기 시개별 변형 시불변 시스템의 주파수 응답에 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform) 또는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행하여, 상기 시간 영역 임펄스 응답을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 무선 통신 네트워크의 분리형 기지국 시스템으로서,
상기 분리형 기지국 시스템은 복수의 분산 유닛들, 그리고 상기 복수의 분산 유닛들과 연동하는 중앙 유닛으로 구성되며 상기 중앙 유닛은, 상기 복수의 분산 유닛들과 각각 연결된 프론트홀의 트래픽 부하를 모니터링하고, 상기 트래픽 부하로부터 프론트홀 데이터 처리량을 계산하는 프론트홀 처리량 계산 모듈, 상기 복수의 분산 유닛들 중 어느 하나의 분산 유닛에 위치한 단말로부터 전송되는 신호를 이용하여 상향링크 채널과 하향링크 채널의 신호대 잡음비를 각각 계산하는 채널 신호대 잡음비 계산 모듈, 그리고 상기 계산한 프론트홀 데이터 처리량과 상기 계산한 신호대 잡음비를 토대로, 상기 단말이 상향링크 채널을 통해 신호를 전송하는 전송률과 상기 단말로 하향링크 채널을 통해 신호를 전송할 프론트홀의 압축률을 결정하는 전송률 결정 모듈을 포함한다.
상기 전송률 결정 모듈은, 상기 상향링크 채널 및 하향링크 채널의 신호대 잡음비를 토대로 상향링크 및 하향링크에 대한 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨을 결정하고, 결정한 MCS를 상기 단말의 전송률로 결정할 수 있다.
상기 전송률 결정 모듈은, 상기 신호대 잡음비를 이용하여 계산한 무선 채널 용량을 계산하고, 상기 무선 채널 용량과 상기 단말의 전송률을 토대로 계산된 신호대 잡음비의 마진을 토대로 신호의 추가 압축을 위한 왜곡 레벨을 계산할 수 있다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 복수의 분산 유닛들, 그리고 상기 복수의 분산 유닛들과 연동하는 중앙 유닛으로 구성된 분리형 기지국 시스템에서, 상기 중앙 유닛이 압축률을 제어하는 방법으로서,
상기 복수의 분산 유닛들과 연결된 프론트홀의 트래픽 부하를 모니터링하고, 상기 트래픽 부하로부터 프론트홀 데이터 처리량을 계산하는 단계, 상기 복수의 분산 유닛들 중 어느 하나의 분산 유닛에 위치한 임의의 단말로부터 전송되는 신호를 이용하여, 상기 단말에 대한 상향링크 채널과 하향링크 채널의 신호대 잡음비를 각각 계산하는 단계, 상기 계산한 프론트홀 데이터 처리량이 미리 설정한 임계값보다 크면, 상기 신호대 잡음비에 대응하여 결정된 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨을 상기 단말의 전송률로 결정하는 단계, 그리고 상기 결정한 단말의 전송률을 토대로 상기 프론트홀의 압축률을 구하는 단계를 포함한다.
상기 프론트홀의 압축율을 구하는 단계는, 상기 신호대 잡음비를 이용하여 계산한 무선 채널 용량을 계산하는 단계, 상기 무선 채널 용량과 상기 단말의 전송률을 토대로 계산된 신호대 잡음비의 마진이 미리 설정된 임계값보다 크면 프론트홀을 통해 전송될 신호를 추가 압축할 왜곡 레벨을 계산하는 단계, 그리고 계산한 왜곡 레벨을 반영하여 상기 프론트홀의 압축률을 구하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 5G에서 하위 레이어 기능 분리로 인한 DU(Distributed Unit)에서 CU(Central Unit)로 전송되는 SRS의 타임 코릴레이션을 이용하여 추가적인 압축 효과를 얻을 수 있으므로, 전송 오버 헤드를 효과적으로 줄일 수 있다.
또한, 밀리미터 파 신호와 같이 시간 영역에서 희소(sparse)한 특성을 가지는 SRS 신호의 경우 추가적인 압축 효과를 얻을 수 있다.
또한, 링크 적응(link adaptation)을 적용할 때, 무선 링크의 품질뿐만 아니라 데이터 신호와 SRS 신호를 고려하여 프론트홀의 압축률을 계산하기 때문에, 무선 자원과 프론트홀 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분리형 기지국 시스템이 적용된 환경의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 물리 계층이 분할된 예시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 SRS 기반 채널 추정 구조에 대한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분리형 기지국 시스템의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 상량링크 제어 신호 압축 방법에 대한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 또 다른 상향링크 제어 신호 압축 방법에 대한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 분리형 기지국 시스템의 구조도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전송률 결정 방법에 대한 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 단말(terminal)은, 이동국(Mobile Station, MS), 이동 단말(Mobile Terminal, MT), 가입자국(Subscriber Station, SS), 휴대 가입자국(Portable Subscriber Station, PSS), 사용자 장치(User Equipment, UE), 접근 단말(Access Terminal, AT) 등을 지칭할 수도 있고, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 기지국(Base Station, BS)은 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드B(Node B), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 접근점, 무선 접근국, 노드B, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이하 도면을 참조로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 5G 프론트홀을 위한 분리형 기지국 시스템, 이를 이용한 상향링크 제어 신호 압축 방법 및 압축률 제어 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분리형 기지국 시스템이 적용된 환경의 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 5G 무선액세스 네트워크(Radio Access Network, RAN)는 주로 집중국에 설치되는 중앙 유닛(Central Unit)(100)과 셀 사이트에 설치되는 분산 유닛(Distributed Unit)(200)으로 분리되어 구성된다. 하나의 CU(100)는 복수의 DU(200)들과 연결되어 분리형 기지국 시스템으로 구성된다. CU(100)와 각각의 DU(200)는 프론트홀 인터페이스를 통해서 연결된다.
프론트홀을 통해 CU(100)와 DU(200) 사이에 송수신되는 신호는 디지털 I/Q 데이터의 형태로 송수신된다. 디지털 I/Q 데이터에는 전송하고자 하는 일반 데이터가 포함될 수도 있고, CU(100)가 DU(200)에 위치한 단말(300)과의 상향링크 채널 추정을 위해 사용하는 사운딩 참조 신호(Sounding Reference Signal)도 포함되어 있다.
단말(300)은 상향링크 데이터를 CU(100)로 전송하지 않더라도, 채널 추정을 위해 주기적으로 CU(100)로 SRS를 전송해야 한다. SRS는 주파수 영역에서 채널을 추정하는 구조를 가지고 있으나, 밀리미터 웨이브(mmWave) 환경에서는 시간 영역에서 신호의 분포가 드문 희소(sparse) 특성을 가진다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 대용량으로 전송되는 상향링크 데이터와는 달리 사운딩 참조 신호의 시간 영역에서의 희소 특성을 이용하여 시간축상에서 사운딩 참조 신호 정보를 압축, 상향링크의 오버헤드를 줄일 수 있는 상향링크 제어 신호 압축 방법에 대해 제안한다. 본 발명의 실시예에서는 분리형 기지국 시스템 중 DU(200)에 구성된 상향링크 제어 신호 압축 시스템(400)을 이용하여 상향링크 제어 신호를 압축하는 것을 예로 하여 설명한다.
또한, CU(100)에는 전송률 결정 시스템(500)이 구비되어 있다. 도 1에 도시한 5G의 환경에서 대역폭과 안테나 수의 증가로 인해, CU(100)와 DU(200)를 연결하는 인터페이스의 요구 전송률이 증가하고 있다. 이에 대한 대안으로 새롭게 표준화된 5G 프론트홀 인터페이스(eCPRI)에서는 CU(100)와 DU(200)의 분할(split) 경계를 이후 설명할 도 2에 도시한 바와 같이 물리 계층의 상위 블록과 하위 블록으로 나누는 것으로 제안하고 있다.
그리고 5G 프론트홀 인터페이스로 전송되는 I/Q 신호나 비트 스트림과 같은 데이터를 압축하여 eCPRI의 전송률을 낮추도록 하고 있다. 이에 따라 본 발명의 실시예에서는 상향링크 제어 신호 압축 시스템(400)이 DU(200)에서 상향링크 신호를 압축하여 CU(100)로 전송하는 기술과 함께, CU(100)에 위치한 전송률 결정 시스템(500)을 이용하여 인터페이스를 통해 전송되는 신호를 압축하여 프론트홀의 전송률을 낮추기 위하여 단말 전송률과 프론트홀 압축률을 결정하는 기술도 제안한다.
먼저, 상향링크 제어 신호 압축 시스템(400)을 설명하기 앞서, 본 발명의 실시예에 따라 eCRRI에서 고려하는 CU(100)와 DU(200)의 경계를 물리 계층의 상위 블록과 하위 블록으로 나눈 물리 계층의 분할 예에 대해 도 2를 참조로 먼저 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 물리 계층이 분할된 예시도이다.
도 2의 (a)에는 하향링크 신호를 처리하는 물리 계층을 상위 블록과 하위 블록으로 나누어 CU(100)와 DU(200)에 구현한 예에 대해 나타내었다. 그리고 도 2의 (b)에는 상향링크 신호를 처리하는 네트워크의 물리 계층을 상위 블록과 하위 블록으로 나누어 CU(100)와 DU(200)에 구현한 예에 대해 나타내었다.
도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 하향링크 신호를 처리하는 물리 계층을, 하향링크 신호에 가드 인터벌을 삽입하는 사이클릭 프리픽스 삽입 블록에서부터 신호를 모듈레이션하는 모듈레이션 블록까지를 하위 블록으로 하여 DU(200)에 위치시키고, 스크램블링 블록에서 암호화하는 코딩 모듈까지를 상위 블록으로 하여 CU(100)에 위치시킨다. 하위 블록과 상위 블록 사이에는 인터페이스(ID)로 연동한다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 하향링크 신호를 처리하는 물리 계층을, 하향링크 신호에 가드 인터벌을 삽입하는 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix) 삽입 블록에서부터 자원 엘리먼트를 맵핑하는 블록까지를 하위 블록으로 하여 DU(200)에 위치시키고, 하향링크 신호를 암호화하는 코딩 모듈에서부터 프리코딩 송신 전력을 확인하는 모듈까지를 상위 블록으로 하여 CU(100)에 위치시킬수도 있다. 하위 블록과 상위 블록은 역시 인터페이스(IID)로 연동한다.
한편, 상향링크 신호를 처리하는 물리 계층은 상향링크 신호에서 사이클릭 프리픽스를 제거하는 블록에서부터 리소스 자원을 맵핑 해제하는 블록까지를 하위 블록으로 하여 DU(200)에 위치시키고, 채널을 추정하는 블록에서부터 디코딩 블록까지를 상위 블록으로 하여 CU(100)에 위치시키는 것을 예로 하여 나타내었다. 하위 블록과 상위 블록은 인터페이스(IU)로 연동한다.
본 발명의 제1 실시예에서는 상향링크 신호 처리를 위한 신호 압축 시스템에 대해 설명하므로, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 CU(100)와 DU(200)에 물리 계층의 상위 블록과 하위 블록이 각각 구현되어 있고, 인터페이스(IU)로 연동하는 것을 예로 하여 설명한다. 그리고 본 발명의 제2 실시예에서는 상향링크와 하향링크 신호 처리를 모두 고려하므로 어느 하나의 형태로 상위 블록과 하위 블록을 구분하여 설명하지 않는다.
다음은 단말(300)에서 전송된 상향링크 신호에서 사운딩 참조 신호(Sounding Reference Signal) 값을 확인하고, 이를 토대로 다양한 형태로 상향링크 신호 중에서 제어 정보 구간을 압축하여 사운딩 참조 신호 전송으로 인한 상향링크 채널의 오버헤드를 줄이는 시스템 및 방법에 대해 도 3 내지 도 5를 참조로 설명한다. 먼저 사운딩 참조 신호 기반 채널 추정 구조에 대해 도 3을 참조로 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사운딩 참조 신호 기반 채널 추정 구조에 대한 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, M개의 안테나 어레이를 구비하고 있는 단말(300)은 미리 설정된 시간 동안 수신한 수신 신호 세기의 변화 값을 측정하고, 측정한 값을 상향링크 신호의 특정 프레임에 사운딩 참조 신호로 삽입하여, 미리 설정된 주기에 따라 DU(200)로 전송한다. LTE에서는 일반적으로 20ms 이상의 주기로 단말(300)이 전송하고 있으나, 5G에서는 빔포밍을 위해 LTE에서 전송하는 주기보다 더 잦은 5ms 주기로 단말(300)이 DU(200)로 전송한다.
여기서, 사운딩 참조 신호가 전송되는 서브 프레임에 대해 도 4를 참조로 함께 설명한다.
도 4는 사운딩 참조 신호가 전송되는 서브프레임의 예시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 사운딩 참조 신호는 서브프레임 내 1 SC-FDMA 심벌을 통해 DU(200)로 전송된다. 서브 프레임을 구성하는 복수개의 심벌 중 마지막 심벌에 사운딩 참조 신호가 전송되는 것으로 나타내었으나 반드시 이와 같이 위치와 개수가 한정되는 것은 아니다.
사운딩 참조 신호는 DU(200)가 주파수 영역에서 단말 채널을 추정하도록 하는 구조를 가지고 있다. 그러나, 밀리미터 웨이브(mmWave) 환경에서 사운딩 참조 신호는 시간 영역에서 희소한 특성을 가진다.
따라서, 일반 상향링크 데이터와는 달리 사운딩 참조 신호의 시간 영역에서의 희소한 특성을 이용하거나, 또는 사운딩 참조 신호 값을 전송한 전송 주기에 따라 인접한 두 사운딩 참조 신호 값 사이에 존재하는 시간 상관(time correlation)을 이용하여 사운딩 참조 신호를 압축할 수 있다. 분리형 기지국 시스템의 DU(200)에서 사운딩 참조 신호를 압축하는 방법에 대해 도 5 및 도 6을 참조로 설명한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 상량링크 제어 신호 압축 방법에 대한 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 또 다른 상향링크 제어 신호 압축 방법에 대한 흐름도이다.
먼저 도 5에 도시된 바와 같이, DU(200)는 복수의 안테나 어레이를 갖는 단말(300)로부터 임의의 안테나 어레이에서 전송되는 제1 사운딩 참조 신호를 수신한다(S100). DU(200)는 제1 사운딩 참조 신호를 전송한 단말(300)이 이전 사운딩 참조 신호 전송 주기에 또 다른 안테나 어레이에서 전송하여 DU(200)에 저장된 제2 사운딩 참조 신호의 값을 확인한다(S110).
DU(200)는 S100 단계에서 수신한 제1 사운딩 참조 신호와 S100 단계 이전에 전송 주기에 따라 단말(300)로부터 수신한 제2 사운딩 참조 신호를 이용하여 사운딩 참조 신호에 시간 상관이 존재하는지 여부를 확인한다(S120).
본 발명의 실시예에서는 사운딩 참조 신호에 시간 상관이 존재하는지 여부를 확인하기 위해 다음 수학식 1을 이용한다.
Figure 112018066939309-pat00001
즉, 이전 사운딩 참조 신호인 제2 사운딩 참조 신호의 값과 현재 사운딩 참조 신호인 제1 사운딩 참조 신호의 값의 차가, 미리 설정된 임계값 보다 작은지 확인하여 사운딩 참조 신호에 시간 상관이 존재하는지 여부를 판단한다(S130). 본 발명의 실시예에서는 두 개의 사운딩 참조 신호 값의 차를 이용하여 시간 상관이 존재하는지 확인하나, 단말의 이동 속도와 사운딩 참조 신호의 전송 주기를 비교하여 시간 상관이 존재하는지 판단할 수도 있다.
S130 단계에서 확인한 결과 절대값이 임계값 보다 작으면 사운딩 참조 신호에 시간 상관이 존재하는 것으로 확인하고, DU(200)는 제1 사운딩 참조 신호와 제2 사운딩 참조 신호 사이의 변화량만이 전송되도록 사운딩 참조 신호를 변경한다(S140). 이때, 사운딩 참조 신호가 변화량만을 포함하고 있음을 알리는 압축 여부 정보도 함께 포함한다.
DU(200)는 S140 단계에서 변경한 사운딩 참조 신호를 포함하는 상향링크 신호를 CU(100)로 전송한다(S150). 이와 같은 방식을 이용하면 CU(100)로 전송된 상향링크 신호 내 사운딩 참조 신호가 변화량 정보만을 포함하고 있으므로, 사운딩 참조 신호의 값을 포함하던 기존의 사운딩 참조 신호보다 압축된 효과가 있다.
한편, S130 단계에서 확인한 결과 사운딩 참조 신호에 시간 상관이 존재하지 않는 것으로 확인하면, DU(200)는 CU(100)에서 결정한 압축률에 따라 사운딩 참조 신호를 압축한다(S160). 그리고 압축한 사운딩 참조 신호를 포함하는 상향링크 신호를 CU(100)로 전달한다(S170).
도 5에서는 사운딩 참조 신호에 시간 상관이 존재하는 경우 시간에 따라 변화된 사운딩 참조 신호의 변화량만을 전송하는 예에 대해 설명하였다. 다음은 도 6을 참조로 하여 사운딩 참조 신호에 대한 벡터를 이용하여 시간영역 무선 채널을 추정하여 사운딩 참조 신호를 압축하여 전송하는 방법에 대해 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, DU(200)가 단말(300)로부터 전송되는 사운딩 참조 신호를 수신하면(S200), DU(200)는 사운딩 참조 신호에서 벡터를 확인한다(S210). 기본적으로 사운딩 참조 신호는 주파수 영역에서 여러 개의 심볼로 구성되어 있으며, 여러 개의 심볼은 수학적으로 벡터로 표현될 수 있다. 이때 표현되는 벡터가 S210 단계에서 확인하는 벡터에 해당한다.
예를 들어, 전체 1024개의 OFDM 서브캐리어에 사운딩 참조 신호가 전송된다고 가정하면, 1024개의 심볼이 하나의 벡터를 구성하고, 이 벡터를 통해 전체 주파수 대역에 대한 주파수 영역 채널 특성을 파악할 수 있다. 구체적으로, 사운딩 참조 신호 전송을 통해, 이미 알고 있는 송신 벡터(위상과 진폭) 대비 수신 벡터(위상과 진폭)의 변화를 가지고 채널을 추정할 수 있다
DU(200)는 S210 단계에서 확인한 사운딩 참조 신호의 벡터를 이용하여 기존에 주파수 영역의 채널 추정치가 아닌 시간 영역에서의 무선 채널을 추정한다(S220). 시간 영역에서의 무선 채널을 추정하기 위하여, DU(200)는 무선 채널의 임펄스 응답을 추정한다(S230).
일반적으로, DU(200)가 단말로부터 전송된 신호를 수신한 수신 신호(y)는 신호 채널(h)과 송신 신호(x)의 컨벌루션으로 구성되어 있다(y=h*x). DU(200)가 수신 신호를 수신하면, 신호 채널(h)을 구할 수 있는데, 시간에 따라 반복적으로 수행하면 시간(t) 변화에 따른 h(t) 또는 h[n] 함수를 구할 수 있다. 여기서, h(t)가 본 발명의 실시예에 따라 추정하려는 시간 영역의 무선 채널 값을 의미한다.
DU(200)가 사운딩 참조 신호를 이용하여 주파수 영역 채널을 추정하면, 시개별 선형 시불변 시스템(Discrete-Time Linear Time-Invariant System)의 주파수 응답인 H(k)를 얻는 것과 같다. H(k)를 얻으면 DU(200)는 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform) 또는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 통하여 시간 영역 임펄스 응답인 h[n]을 얻을 수 있다.
밀리미터 웨이브(mmWave)의 채널 특성처럼 시간 영역에서 희소 특성을 갖는 무선 채널의 경우, 시간 영역에서 임펄스 응답이 대부분의 n에 대해서 0의 값을 갖게 된다. 이 경우 0이 아닌 값을 갖는 n과 그 때의 h[n]을 데이터로 전송하는 것이 전체 주파수 응답인 H(k)을 모두 전달하는 것보다 훨씬 더 적은 양의 데이터를 전달하는 효과가 생긴다.
DU(200)는 사운딩 참조 신호가 삽입된 시간 영역의 무선 채널의 임펄스 응답 h(n)을 확인하면, 임펄스 응답에 채널 정보를 삽입한다(S240).
이상의 절차를 통해, DU(200)는 상향링크의 사운딩 참조 신호 데이터를 압축하여, 사운딩 참조 신호를 전송하여 발생하는 전송 오버헤드를 줄일 수 있다. 다음은, 본 발명의 실시예에 따라 분리형 기지국 시스템에서 CU(100)가 인터페이스를 통해 전송되는 데이터를 압축하여 프론트홀의 전송률을 낮추는 방법에 대해 제안한다. 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 CU(100)에서 전송률과 압축률을 결정하는 기능을 전송률 결정 시스템(400)이 수행하는 것으로 예로 하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 분리형 기지국 시스템의 구조도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, CU(100)에 위치한 전송률 결정 시스템(400)은 프론트홀 처리량 계산 모듈(410), 채널 신호대 잡음비 계산 모듈(420), 데이터 전송률 결정 모듈(430), 그리고 전송률 정보 제공 모듈(440)을 포함한다.
프론트홀 처리량 계산 모듈(410)은 프론트홀 트래픽 부하를 모니터링하여 프론트홀의 데이터 처리량을 계산한다. 프론트홀 처리량 계산 모듈(410)이 프론트홀 트래픽 부하를 모니터링하는 방법과, 모니터링한 프론트홀 트래픽 부하를 토대로 현재 프론트홀의 데이터 처리량을 계산하는 방법은 다양한 방법으로 수행할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방법으로 한정하지 않는다.
채널 신호대 잡음비 계산 모듈(420)은 단말(300)에서 전송되는 상향링크 신호를 토대로, 상향링크 채널의 신호대 잡음비를 추정한다. 또한, 채널 신호대 잡음비 계산 모듈(420)은 단말(300)에서 하향링크를 통해 피드백한 채널 정보 또는 채널 상반성(channel reciprocity)를 이용하여 하향링크 채널의 신호대 잡음비를 추정한다. 채널 신호대 잡음비 계산 모듈(420)이 상향링크 채널의 신호대 잡음비와 하향링크 채널의 신호대 잡음비를 다양한 방법으로 추정할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방법으로 한정하지 않는다.
일반적으로 신호의 압축율을 높여 프론트홀의 인터페이스의 전송률을 낮추게 되면 압축된 신호를 복원하였을 때 생기는 왜곡(distortion)이 증가한다. 예를 들어, 상향링크 신호를 전송하는 경우, DU(200)가 단말(300)로부터 수신한 신호를 압축하여 프론트홀을 통해 CU(100)에 전송한다고 가정한다. DU(200)가 신호 압축률을 높여 프론트 전송률을 낮추면, CU(100)에서 수신한 신호는 그만큼 많은 왜곡을 갖게 되고, SDNR(Signal to Distortion plus Noise Ratio)가 낮아지게 된다.
또한, CU(100)가 하향링크 신호를 전송하는 경우에는, 프론트홀의 전송률과 신호 압축률을 고려하여 무선 채널의 품질에 따라 변조 방식이나 오류 정정의 부호화율을 적응시키는 링크 적응(link adaptation)의 적용이 가능하다. 역으로, 링크 적응 결과와 단말의 신호대 잡음 비 정보를 활용하여, 프론트홀의 압축률을 결정할 수 있다.
따라서, 데이터 전송률 결정 모듈(430)은 프론트홀 처리량 계산 모듈(410)이 계산한 프론트홀의 처리량에 따라 단말이 상향링크 채널을 통해 신호를 전송하는 전송률과 단말로 하향링크 채널을 통해 신호를 전송할 프론트홀의 압축률을 결정한다. 이에 대해서는 이후 상세히 설명한다.
전송률 정보 제공 모듈(440)은 데이터 전송률 결정 모듈(430)이 결정한 프론트홀의 압축률 또는 단말(300)의 전송률 정보를 CU(100) 또는 DU(200)로 전달한다.
이상에서 설명한 전송률 결정 시스템(400)이 프론트홀의 압축률과 단말의 전송률을 결정하는 방법에 대해 도 8을 참조로 설명한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전송률 결정 방법에 대한 흐름도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 전송률 결정 시스템(400)은 프론트홀 트래픽 부하를 모니터링하여 프론트홀의 데이터 처리량을 계산한다(S300). 그리고 전송률 결정 시스템(400)은 상향링크 채널과 하향링크 채널에 각각에 대한 신호대 잡음비를 계산한다(S310).
여기서, 전송률 결정 시스템(400)은 단말(300)에서 피드백한 채널 정보를 수신하면, 채널 가역성(channel reciprocity)을 이용하여 하향링크 채널의 신호대 잡음비를 추정할 수 있다. 또한, 단말(300)로부터 전송되는 상향링크 신호를 바탕으로 상향링크 채널의 신호대 잡음비를 추정할 수 있다. 채널 가역성을 이용하여 하향링크 채널의 신호대 잡음비를 추정하는 방법이나, 상향링크 신호를 바탕으로 상향링크 채널의 신호대 잡음비를 추정하는 방법은 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방법으로 한정하여 설명하지 않는다.
프론트홀 처리량과 상향링크 채널의 신호대 잡음비 및 하향링크 채널의 신호대 잡음비가 계산되면, 전송률 결정 시스템(400)은 S300 단계에서 확인한 프론트홀 처리량이 미리 설정한 임계값 이상인지 확인한다(S320). 이는 프론트홀에서 신호를 처리할 수 있는 처리량이 충분할 경우 단말의 전송률을 최대화하고, 처리량이 충분하지 않을 경우 프론트홀의 압축율을 높이고 단말의 전송율을 낮추기 위함이다.
먼저, S320 단계에서 확인한 결과 프론트홀 처리량이 임계값 이상이면, 전송률 결정 시스템(500)은 단말의 전송률을 먼저 계산한다(S330). 단말 전송률을 계산하기 위해, 전송률 결정 시스템(400)은 S310 단계에서 계산한 상향링크 채널의 신호대 잡음비 및 하향링크 채널의 신호대 잡음비를 토대로 상향링크 및 하향링크에 대한 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨을 결정한다.
그리고 결정한 MCS 레벨을 토대로 단말(300)이 채널을 통해 데이터를 전송할 전송 속도인 전송률을 결정한다. 이때, 전송률 결정 시스템(400)은 데이터 전송률 결정 모듈(430)에 미리 저장되어 있는 기준 정보를 이용하여 전송률을 결정하는데, 기준 정보라 함은 단말의 신호대 잡음비에 대응하는 MCS 레벨을 의미한다. 데이터 전송률 결정 모듈(430)에 저장되어 있는 기준 정보는 다음 표 1에 나타낸 예와 같다.
MCS 레벨 단말의 신호대 잡음비
1 1dB~3dB
2 3dB~5dB
3 5dB~7dB
4 7dB~9dB
… …
데이터 전송률 결정 모듈(430)이 전송률을 결정하는 예에 대해 표 1을 참조로 설명하면, 채널 신호대 잡음비 계산 모듈(420)이 계산한 상향랑크의 신호대 잡음비가 2dB라면, 데이터 전송률 결정 모듈(430)은 MCS 레벨을 1로 결정한다. 본 발명의 실시예에서는 MCS 레벨과 전송률을 1:1로 매핑하는 것을 예로 하여 설명하므로, 이 경우 데이터 전송률 결정 모듈(430)은 전송률을 1dB로 결정한다.
전송률 결정 시스템(400)은 S330 단계에서 단말의 전송률을 계산하면 상향링크 신호대 잡음비의 마진(R_margin)을 계산한다(S331). 전송률 결정 시스템(400)은 신호대 잡음비의 마진을 다음 수학식 2를 이용하여 계산한다.
Figure 112018066939309-pat00002
여기서, C는 무선 채널 용량으로 'log(1+S/N)'로 계산되고, R_ue는 S230 단계에서 계산된 단말의 전송률을 의미한다.
전송률 결정 시스템(400)은 S331 단계에서 계산한 SNR 마진이 미리 설정한 임계값보다 큰지 확인한다. 만약 SNR 마진이 임계값보다 작다면, S330 단계에서 계산한 전송률을 단말의 전송률로 결정한다(S335).
그러나, SNR 마진이 임계값보다 크다면, SNR 마진만큼 추가로 신호를 압축할 수 있음을 의미한다. 따라서, 전송률 결정 시스템(400)은 왜곡 레벨(D)을 다음 수학식 3을 이용하여 계산한다(S333).
Figure 112018066939309-pat00003
여기서 S는 신호대 잡음비를 계산한 신호 세기이고, N은 신호대 잡음비를 계산한 잡음 세기이다.
S333 단계에서 왜곡 레벨을 계산한 전송률 결정 시스템(400)은, 계산한 왜곡 레벨에 해당하는 전송률로 신호를 압축하여 프론트홀을 통해 전송하도록 프론트홀의 압축률을 계산한다(S334). 여기서, 프론트홀의 압축률(R_frthl)을 다음 수학식 4를 이용하여 계산한다.
Figure 112018066939309-pat00004
여기서, σ2는 분산을 의미한다.
전송률 결정 시스템(400)은 S334 단계에서 프론트홀의 압축률을 계산한 후, S330 단계에서 계산한 단말 전송률을 단말로 전달한다(S335). 또한, S332 단계에서 SNR 마진이 임계값보다 적을 경우에도, S335 단계를 수행한다.
한편, S320 단계에서 확인한 결과, 프론트홀 처리량이 임계값 이하인 경우에는, 전송률 결정 시스템(400)은 프론트홀의 압축률을 높이고 단말의 전송률을 낮추는 것으로 결정한다.
따라서, 전송률 결정 시스템(400)은 프론트홀 처리량을 토대로 프론트홀의 압축률(R_frthl)을 계산한다(S340). 여기서, 프론트홀의 압축률은 프론트홀 용량에 한계가 정해져 있기 때문에, 한계를 맞추기 위하여 프론트홀의 압축률을 임의로 결정하게 된다. 그리고 S340 단계에서 계산한 프론트홀의 압축률에 해당하는 왜곡 레벨을 수학식 5를 이용하여 계산한다(S350).
Figure 112018066939309-pat00005
왜곡 레벨을 계산한 후, 전송률 결정 시스템(400)은 채널 용량(C)을 수학식 6을 이용하여 계산한다(S342).
Figure 112018066939309-pat00006
여기서, S는 신호대 잡음비를 계산할 때 사용한 신호 세기이고, N은 잡음 세기이다.
S342 단계에 따라 채널 용량을 계산하면, 전송률 결정 시스템(400)은 가용한 MCS 레벨 중에서 S342 단계에서 계산한 채널 용량보다 작은 값들 중에 가장 큰 값을 단말 전송률로 결정한다(S343). 그리고 결정한 단말 전송률을 단말(300)에 전송한다(S344).
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (11)

  1. 복수의 분산 유닛들, 그리고 상기 복수의 분산 유닛들과 연동하는 중앙 유닛으로 구성된 분리형 기지국 시스템에서, 상기 분산 유닛들 각각이 사운딩 참조 신호를 압축하는 방법으로서,
    제1 시점에 단말로부터 전송된 제1 사운딩 참조 신호를 수신하는 단계,
    상기 제1 시점보다 앞선 제2 시점에 상기 단말로부터 전송되어 저장된 제2 사운딩 참조 신호의 값과 상기 제1 사운딩 참조 신호의 값의 변화량을 계산하는 단계,
    상기 변화량이 미리 설정한 임계값보다 작으면, 상기 변화량만을 포함하도록 상기 제1 사운딩 참조 신호를 변경하여 상향링크 채널을 통해 상기 중앙 유닛으로 전송하는 단계
    를 포함하는 사운딩 참조 신호 압축 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변화량을 계산하는 단계는,
    상기 제1 사운딩 참조 신호의 값에서 상기 제2 사운딩 참조 신호의 값의 차이 값에 대한 절대값으로 계산하는 사운딩 참조 신호 압축 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상기 변화량을 계산하는 단계 이후에,
    상기 변화량이 상기 임계값보다 크면, 상기 중앙 유닛에서 결정한 압축률에 따라 상기 제1 사운딩 참조 신호를 압축하는 단계
    를 포함하는 사운딩 참조 신호 압축 방법.
  4. 복수의 분산 유닛들, 그리고 상기 복수의 분산 유닛들과 연동하는 중앙 유닛으로 구성된 분리형 기지국 시스템에서, 상기 분산 유닛들이 각각 사운딩 참조 신호를 압축하는 방법으로서,
    단말로부터 전송된 사운딩 참조 신호와 신호 채널로 구성된 신호를 수신하는 단계,
    상기 사운딩 참조 신호에서 주파수 영역 채널 특성을 파악하는 벡터를 확인하고, 확인한 주파수 영역 채널 특성의 벡터를 토대로 시간 영역에서 무선 채널을 추정하는 단계,
    상기 추정한 무선 채널에서 임펄스 응답을 추정하는 단계, 그리고
    상기 임펄스 응답에 상기 사운딩 참조 신호에 대한 채널 정보를 삽입하는 단계
    를 포함하는 사운딩 참조 신호 압축 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 임펄스 응답을 추정하는 단계는,
    수신한 상기 신호로부터 신호 채널을 계산하는 단계,
    상기 계산한 신호 채널을 시간에 따른 신호 채널 변화 함수로 구하고, 구한 시간에 따른 신호 채널 변화 함수를 시간 영역의 무선 채널로 결정하는 단계,
    상기 시간 영역의 무선 채널로부터 시개별 선형 시불변 시스템(Discrete-Time Linear Time-Invariant System)의 주파수 응답을 구하는 단계, 그리고
    상기 시개별 변형 시불변 시스템의 주파수 응답에 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform) 또는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행하여, 상기 시간 영역 임펄스 응답을 추정하는 단계
    를 포함하는 사운딩 참조 신호 압축 방법.
  6. 무선 통신 네트워크의 분리형 기지국 시스템으로서,
    상기 분리형 기지국 시스템은 복수의 분산 유닛들, 그리고 상기 복수의 분산 유닛들과 연동하는 중앙 유닛으로 구성되며 상기 중앙 유닛은,
    상기 복수의 분산 유닛들과 각각 연결된 프론트홀의 트래픽 부하를 모니터링하고, 상기 트래픽 부하로부터 프론트홀 데이터 처리량을 계산하는 프론트홀 처리량 계산 모듈,
    상기 복수의 분산 유닛들 중 어느 하나의 분산 유닛에 위치한 단말로부터 전송되는 신호를 이용하여 상향링크 채널과 하향링크 채널의 신호대 잡음비를 각각 계산하는 채널 신호대 잡음비 계산 모듈, 그리고
    상기 트래픽 부하로부터 계산한 프론트홀 데이터 처리량과 상기 계산한 상향링크 채널과 하향링크 채널의 신호대 잡음비를 토대로, 상기 단말이 상기 상향링크 채널을 통해 신호를 전송하는 전송률과 상기 단말로 하향링크 채널을 통해 신호를 전송할 프론트홀의 압축률을 결정하는 전송률 결정 모듈
    을 포함하는 분리형 기지국 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전송률 결정 모듈은,
    상기 상향링크 채널 및 하향링크 채널의 신호대 잡음비를 토대로 상향링크 및 하향링크에 대한 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨을 결정하고, 결정한 MCS를 상기 단말의 전송률로 결정하는 분리형 기지국 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전송률 결정 모듈은,
    상기 신호대 잡음비를 이용하여 계산한 무선 채널 용량을 계산하고, 상기 무선 채널 용량과 상기 단말의 전송률을 토대로 계산된 신호대 잡음비의 마진을 토대로 신호의 추가 압축을 위한 왜곡 레벨을 계산하는 분리형 기지국 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전송률 결정 모듈은,
    상기 계산한 왜곡 레벨을 이용하여 상기 프론트홀의 압축률을 결정하는 분리형 기지국 시스템.
  10. 복수의 분산 유닛들, 그리고 상기 복수의 분산 유닛들과 연동하는 중앙 유닛으로 구성된 분리형 기지국 시스템에서, 상기 중앙 유닛이 압축률을 제어하는 방법으로서,
    상기 복수의 분산 유닛들과 연결된 프론트홀의 트래픽 부하를 모니터링하고, 상기 트래픽 부하로부터 프론트홀 데이터 처리량을 계산하는 단계,
    상기 복수의 분산 유닛들 중 어느 하나의 분산 유닛에 위치한 임의의 단말로부터 전송되는 신호를 이용하여, 상기 단말에 대한 상향링크 채널과 하향링크 채널의 신호대 잡음비를 각각 계산하는 단계,
    상기 계산한 프론트홀 데이터 처리량이 미리 설정한 임계값보다 크면, 상기 신호대 잡음비에 대응하여 결정된 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨 중 상기 신호대 잡음비를 이용하여 계산한 무선 채널 용량보다 작은 값들 중 가장 큰 값을 상기 단말의 전송률로 결정하는 단계, 그리고
    상기 결정한 단말의 전송률을 토대로 상기 프론트홀의 압축률을 구하는 단계
    를 포함하는 압축률 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프론트홀의 압축율을 구하는 단계는,
    상기 신호대 잡음비를 이용하여 계산한 무선 채널 용량을 계산하는 단계,
    상기 무선 채널 용량과 상기 단말의 전송률을 토대로 계산된 신호대 잡음비의 마진이 미리 설정된 임계값보다 크면 프론트홀을 통해 전송될 신호를 추가 압축할 왜곡 레벨을 계산하는 단계, 그리고
    계산한 왜곡 레벨을 반영하여 상기 프론트홀의 압축률을 구하는 단계
    를 포함하는 압축률 제어 방법.
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