KR20080051999A - Method and system for repeating with spatial division multiplexing - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 단일 안테나를 이용한 기지국과 광중계기 사이의 연결 방법을 간략하게 나타낸 도면,1 is a view briefly illustrating a connection method between a base station and an optical repeater using a single antenna;
도 2는 다중 안테나를 이용하는 기지국과 광중계기 사이의 연결 방법을 간략하게 나타낸 도면,2 is a diagram briefly illustrating a connection method between a base station and an optical repeater using multiple antennas;
도 3은 다중 안테나를 이용하는 기지국과 RF 중계기 사이의 연결 방법을 간략하게 나타낸 도면,3 is a view briefly illustrating a connection method between a base station and an RF repeater using multiple antennas;
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 공간 분할 다중 접속 방식을 이용하는 기지국과 중계기 사이의 연결 구조를 간략하게 나타낸 도면,4 is a diagram schematically illustrating a connection structure between a base station and a repeater using a space division multiple access scheme according to a first embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따라 공간 분할 다중 접속 방식을 이용하는 기지국과 중계기 사이의 연결 구조를 간략하게 나타낸 도면,5 is a diagram schematically illustrating a connection structure between a base station and a repeater using a space division multiple access scheme according to a second embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 공간 분할 다중 접속 방식을 이용한 중계 방법을 설명하기 위한 기지국, 중계기 및 단말기 사이의 신호 흐름도이다.6 is a signal flow diagram between a base station, a repeater, and a terminal for explaining a relay method using a space division multiple access scheme according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 공간 분할 다중 접속 방식을 이용한 중계 방법 및 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 공간 분할 다중 접속 방식을 이용하는 이동통신 시스템에서 기지국과 중계기 사이의 연결 구조 및 중계 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a relay method and system using a space division multiple access scheme. More specifically, the present invention relates to a connection structure and a relay method between a base station and a repeater in a mobile communication system using a space division multiple access scheme.
무선 전송 기술 중에서 다중 안테나를 이용하여 섹터 처리량(Throughput)을 향상시키기 위한 기술들이 많이 연구되었다. 섹터 처리량을 향상시키기 위한 다양한 기술 중 공간 분할 다중 접속(SDM: Spatial Division Multiplexing, 이하 'SDM'이라 칭함) 기법은 다수의 안테나에 각기 다른 신호를 전송하여 멀티플렉싱 이득(Multiplexing Gain)을 획득하는 방법이다.Among wireless transmission technologies, many techniques for improving sector throughput using multiple antennas have been studied. Spatial Division Multiplexing (SDM) is a method of obtaining multiplexing gains by transmitting different signals to multiple antennas among various techniques for improving sector throughput. .
또한, 최근에는 다중 안테나를 직교하거나 상호 간 간섭이 적은 다수의 빔(Beam)을 형성하여, 각각의 데이터 스트림을 실어 전송하는 프리코딩(Precoding) SDM 기법도 용량을 증가시키는 기술로써 많이 사용되고 있다. SDM이나 프리코딩 SDM 기법은 하나의 단말기에 여러 스트림을 전송하거나, 여러 대의 단말기로 데이터 스트림을 동시에 전송할 수 있다. 이와 같은 방식을 공간 분할 다중 접속 방식(SDMA: Spatial Division Multiplexing Access, 이하 'SDMA'이라 칭함)이나 프리코딩 SDMA라고 칭한다. SDMA 방식 또는 프리코딩 SDMA 방식은 하향 링크를 통하여 단말기로 데이터 스트림을 송신하거나, 단말기로부터 상향 링크를 통하여 데이트 스트림을 수신할 때 적용될 수 있다.Recently, a precoding SDM technique for forming multiple beams orthogonal to each other or having low interference with each other and carrying each data stream is also widely used as a technique for increasing capacity. The SDM or precoding SDM scheme can transmit multiple streams to a single terminal or simultaneously transmit data streams to multiple terminals. Such a scheme is called a spatial division multiple access scheme (SDMA: SDMA) or precoding SDMA. The SDMA scheme or the precoding SDMA scheme may be applied when transmitting a data stream to the terminal through the downlink or receiving a data stream from the terminal through the uplink.
SDMA 또는 프리코딩 SDMA를 통하여 최대의 전송 이득을 얻기 위해서는 최대한 다수의 데이터 스트림을 동시에 전송하여야 하며, 이는 다중 전송에 참여하는 단말기들의 수신 신호대 잡음비(SNR: Signal-to-Noise Ratio)가 높아야 가능하다.In order to obtain the maximum transmission gain through SDMA or precoding SDMA, as many data streams as possible must be transmitted at the same time, which is possible only when the signal-to-noise ratio (SNR) of the terminals participating in the multiple transmission is high. .
이 때, 기지국과 가까운 지역에 위치한 단말기는 수신 신호대 잡음비가 높아, SDMA 방식을 적용하는 것은 용이하나, 기지국에서 멀리 떨어진 지역에 위치한 단말기의 수신 신호대 잡음비는 낮아지게 되어, SDMA 방식을 적용하는 것은 용이하지 않다. 이에 따라, 기지국은 셀 내의 일부 영역(기지국과 가까운 영역)에서만 SDMA 방식을 이용할 수 있으므로, 섹터 용량을 증대시키기 위한 본래의 목적에 부합되지 않는다.At this time, the terminal located near the base station has a high reception signal-to-noise ratio, so that it is easy to apply the SDMA method, but the reception signal-to-noise ratio of the terminal located far from the base station is lowered, so it is easy to apply the SDMA method. Not. Accordingly, the base station can use the SDMA method only in a part of the cell (area close to the base station), and thus does not meet the original purpose of increasing the sector capacity.
한편, 이동통신 시스템에서는 셀 내의 음영 지역 해소 또는 커버리지(Coverage)의 확장을 위하여 중계기(Repeater)를 이용한다. 음영 지역에 설치되는 중계기는 수신 신호대 잡음비를 향상시켜 음영 지역을 해소시키고, 기지국의 셀 반경 외부 지역에 설치되는 중계기는 기지국의 커버리지를 확장시킨다.Meanwhile, in the mobile communication system, a repeater is used to solve the shadow area in the cell or to expand the coverage. Repeaters installed in the shadow area improve the received signal-to-noise ratio to eliminate the shadow area, and repeaters installed outside the cell radius of the base station extend the coverage of the base station.
이와 같은 중계기로써 광중계기, RF 중계기, 마이크로 웨이브(Microwave) 중계기 등이 사용된다. 이 때, 중계기와 기지국 사이의 연결은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.As such a repeater, an optical repeater, an RF repeater, a microwave repeater, and the like are used. At this time, the connection between the repeater and the base station may be made in various ways.
도 1은 단일 안테나를 이용한 기지국과 광중계기 사이의 연결 방법을 간략하게 나타낸 도면이다.1 is a diagram briefly illustrating a connection method between a base station and an optical repeater using a single antenna.
단일 안테나를 이용하는 기지국과 음영 지역에 위치한 광중계기(제1 중계기 및 제2 중계기)는 광케이블(Optical Fiber)을 이용하여 연결된다. 여기서, 제1 중계기는 기지국 내의 음영 지역에 설치된 광중계기이며, 제2 중계기는 기지국의 커버리지 확장을 위하여 기지국의 셀 반경 외부 지역에 설치되는 광중계기이다.A base station using a single antenna and an optical repeater (first repeater and second repeater) located in a shadow area are connected by using an optical fiber. Here, the first repeater is an optical repeater installed in a shaded area in the base station, and the second repeater is an optical repeater installed in an area outside the cell radius of the base station to expand the coverage of the base station.
이 때, 기지국의 변복조기는 송출할 RF 신호를 디지털이나 아날로그 신호로 변환한 뒤, 단일 안테나에 연결된 광케이블을 통하여 제1 중계기 및 제2 중계기로 전송한다. 제1 중계기 및 제2 중계기는 수신된 디지털이나 아날로그 신호를 다시 RF 신호로 변환하고, 이를 증폭시켜 담당하는 중계 영역으로 송출한다.At this time, the demodulator of the base station converts the RF signal to be transmitted into a digital or analog signal, and then transmits it to the first repeater and the second repeater through an optical cable connected to a single antenna. The first repeater and the second repeater converts the received digital or analog signal back to an RF signal, amplifies it, and sends the same to the relay area in charge.
도 1과 같이 종래 사용되는 단일 안테나를 이용하는 기지국과 광중계기 사이의 연결 방법에 따라, 다수의 안테나를 이용하여 데이터를 송수신하는 MIMO(Multi-Input Multi-Out) 방식의 기지국과 광중계기 사이의 연결 방법을 추정할 수 있다.According to the connection method between the base station and the optical repeater using a single antenna conventionally used as shown in Figure 1, the connection between the base station and the optical repeater of the MIMO (Multi-Input Multi-Out) method for transmitting and receiving data using a plurality of antennas The method can be estimated.
도 2는 다중 안테나를 이용하는 기지국과 광중계기 사이의 연결 방법을 간략하게 나타낸 도면이다.2 is a diagram schematically illustrating a connection method between a base station and an optical repeater using multiple antennas.
다중 안테나를 이용하는 기지국과 음영 지역에 위치한 광중계기도 광케이블을 이용하여 연결된다. 이 때, 각각의 광중계기는 기지국과 동일한 숫자의 안테나를 포함하여야 하며, 광중계기의 다중 안테나와 기지국의 다중 안테나가 일대일로 매칭되어야 한다.A base station using multiple antennas and an optical repeater located in the shaded area are also connected using an optical cable. At this time, each optical repeater must include the same number of antennas as the base station, and the multiple antennas of the optical repeater and the multiple antennas of the base station must be matched one-to-one.
이와 같은 연결에 따라, 중계 영역에 위치한 단말기로 SDMA 방식을 이용한 데이터 스트림 전송이 가능하다. 그러나, 이와 같은 연결을 위하여 다수의 안테나 및 다수의 광케이블이 이용됨에 따라, 많은 설치 비용이 소모된다는 문제점이 발생하게 된다.According to this connection, it is possible to transmit the data stream using the SDMA method to the terminal located in the relay area. However, as a plurality of antennas and a plurality of optical cables are used for such a connection, a problem arises in that a large installation cost is consumed.
도 3은 다중 안테나를 이용하는 기지국과 RF 중계기 사이의 연결 방법을 간략하게 나타낸 도면이다.3 is a diagram schematically illustrating a connection method between a base station and an RF repeater using multiple antennas.
RF 중계기를 이용하는 중계 시스템에서 기지국과 RF 중계기 사이의 RF 신호 전송은 무선을 통하여 수행된다. 이에 따라, 중계 시스템 구현에 있어서, 광케이블 의 설치 비용은 절감할 수 있으며, 중계 시스템의 설계도 용이하게 수행할 수 있다.In a relay system using an RF repeater, the RF signal transmission between the base station and the RF repeater is performed over the air. Accordingly, in the implementation of the relay system, the installation cost of the optical cable can be reduced, and the design of the relay system can be easily performed.
다중 안테나를 이용하는 기지국과 음영 지역에 위치한 RF 중계기는 기지국의 다중 안테나와 동일한 숫자의 수신 안테나를 이용하여, 기지국으로부터 RF 신호를 수신한다. 그리고, 수신된 신호를 각각 증폭시킨 뒤, 기지국의 다중 안테나와 동일한 숫자의 송신 안테나를 통하여 중계 영역으로 각각 송출한다. 즉, RF 중계기는 기지국의 다중 안테나 숫자와 동일한 수의 수신 안테나 및 송신 안테나를 포함하여야 한다. 이에 따라, 기지국과 RF 중계기 사이의 연결은 SDMA 방식을 이용한 데이터 스트림의 전송은 가능하며, 광케이블 설치 비용의 절감, 중계 시스템 설계의 용이성 등의 장점이 있으나, 각 중계기가 다수의 안테나를 보유해야함에 따른 설치 비용이 많이 발생하는 문제점을 갖게 된다.The base station using multiple antennas and the RF repeater located in the shadow area receive the RF signal from the base station using the same number of receive antennas as the multiple antennas of the base station. Then, each received signal is amplified and transmitted to the relay region through the same number of transmit antennas as the multiple antennas of the base station. That is, the RF repeater should include the same number of receive antennas and transmit antennas as the number of multiple antennas of the base station. Accordingly, the connection between the base station and the RF repeater can transmit the data stream using the SDMA method, and it has advantages such as the reduction of the installation cost of the optical cable and the ease of design of the relay system, but each repeater must have a plurality of antennas. There is a problem that occurs a lot of installation costs.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 섹터 용량의 증가를 위한 다중 안테나 기지국의 중계 시스템 구현시, 단일 안테나를 사용하는 기지국에서의 중계 시스템 구현에 비하여 경제적 부담이 없으며, 공간 분할 다중 접속 방식을 효율적으로 이용할 수 있는 기지국과 중계기 사이의 연결 구조 및 이를 이용한 중계 방법을 제공한다.In order to solve this problem, the present invention has no economic burden compared to the implementation of the relay system in the base station using a single antenna when implementing the relay system of the multi-antenna base station for increasing the sector capacity, Provided is a connection structure between a base station and a repeater which can be efficiently used, and a relay method using the same.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 중계 시스템은 음영 지역이나 셀의 외부에 위치한 단말기와 무선 통신을 수행하는 중계 시스템으로서, 하나의 중계 안테나를 이용하여 관할하는 중계 영역 내에 위치한 단말기와 무선 통신을 수행하는 하나 이상의 중계기; 및 중계기 수보다 많은 기지국 안테나를 포함하고, 각각의 기지국 안테나는 중계 안테나와 일대일로 대응되어 있되, 각각 상이한 중계 안테나와 대응되어 무선 통신을 위한 신호를 송수신하는 기지국을 포함한다.In order to achieve the above technical problem, the relay system according to the first embodiment of the present invention is a relay system for performing wireless communication with a terminal located outside a shadowed area or a cell, and in a relay area controlled by one relay antenna. One or more repeaters for performing wireless communication with a located terminal; And a base station antenna having more than the number of repeaters, each base station antenna corresponding to the relay antenna one-to-one, each corresponding to a different relay antenna includes a base station for transmitting and receiving signals for wireless communication.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 중계 시스템은 음영 지역이나 셀의 외부에 위치한 단말기와 무선 통신을 수행하는 중계 시스템으로서, 두 개 이상의 중계 안테나를 이용하여 관할하는 중계 영역 내에 위치한 단말기와 무선 통신을 수행하는 하나 이상의 중계기; 및 하나 이상의 중계기의 모든 중계 안테나의 수보다 많은 기지국 안테나를 포함하고, 각각의 기지국 안테나는 하나의 중계 안테나와 일대일로 대응되어 있되, 각각 상이한 중계 안테나와 대응되어 무선 통신을 위한 신호를 송수신하는 기지국을 포함한다.In addition, the relay system according to the second embodiment of the present invention is a relay system for performing wireless communication with a terminal located outside the shadowed area or cell, the terminal and wirelessly located within the relay area jurisdiction using two or more relay antennas One or more repeaters to perform communication; And a base station antenna more than the number of all the relay antennas of the one or more repeaters, each base station antenna corresponding to one relay antenna in one-to-one correspondence, each corresponding to a different relay antenna for transmitting and receiving signals for wireless communication It includes.
또한, 본 발명에 따른 중계 방법은 기지국으로부터 수신되는 데이터 스트림을 관할하는 중계 영역 내에 위치한 단말기로 전송하는 중계기에서의 중계 방법으로서, (a) 기지국에 포함된 다수의 안테나 중 일대일로 연결된 기지국 안테나로부터 파일럿 신호를 수신하여, 관할하는 중계 영역으로 송출하는 단계; (b) 단말기로부터 위치 정보가 포함된 중계 영역 확인 정보를 수신하여, 일대일로 연결된 기지국 안테나로 전송하는 단계; 및 (c) 기지국 안테나로부터 전달되는 데이터 스트림을 공간 분할 다중 접속 방식을 이용하여 송출하는 단계를 포함한다.In addition, the relay method according to the present invention is a relay method in a repeater for transmitting a data stream received from a base station to a terminal located in a relay area that has jurisdiction. Receiving a pilot signal and transmitting the pilot signal to a jurisdiction relay area; (b) receiving relay region identification information including location information from a terminal and transmitting the relay area identification information to a base station antenna connected one-to-one; And (c) transmitting the data stream transmitted from the base station antenna using a spatial division multiple access scheme.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명 이 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. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
또한, 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. In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 공간 분할 다중 접속 방식을 이용하는 기지국과 중계기 사이의 연결 구조를 간략하게 나타낸 도면이다.4 is a diagram schematically illustrating a connection structure between a base station and a repeater using a space division multiple access scheme according to a first embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 기지국과 중계기 사이의 연결 구조에 있어서, 기지국은 N 개의 다중 안테나를 포함하고 있으며, 중계기는 단일 안테나를 포함한다. 그리고, 중계기의 단일 안테나는 기지국의 각 안테나와 일대일로 연결된다. 이에 따라, 기지국은 N 개의 중계기를 수용할 수 있다.In the connection structure between the base station and the repeater according to the embodiment of the present invention, the base station includes N multiple antennas, and the repeater includes a single antenna. The single antenna of the repeater is connected one-to-one with each antenna of the base station. Accordingly, the base station can accommodate N repeaters.
그리고, 공간 분할 다중 접속 방식을 이용하기 위하여 기지국의 안테나와 중계기의 안테나는 하나씩 독립적으로 연결된다. 기지국의 안테나와 중계기의 안테나가 독립적으로 연결됨에 따라, 각 기지국 안테나별 신호는 각 중계기를 간섭하지 않고 전달된다.In order to use the space division multiple access scheme, the antennas of the base station and the antennas of the repeater are independently connected one by one. As the antenna of the base station and the antenna of the repeater are independently connected, signals for each base station antenna are transmitted without interfering with each repeater.
이와 같이 기지국의 안테나와 중계기의 안테나를 독립적으로 연결하기 위하여 광케이블을 이용하고, 중계기는 광중계기를 이용하는 것이 바람직하다. 이 때, 각 안테나별로 다른 주파수를 사용하는 마이크로 웨이브(Microwave) 중계기도, 신호 전송에 있어서 상호 간 간섭이 발생하지 않으므로 사용 가능하다. 그러나, RF 중계기에서는 기지국의 제1 안테나의 RF 신호가 제2 중계기에서도 수신될 수 있으므로, 기지국의 안테나와 중계기의 안테나가 독립적으로 연결되지 않는다. 이에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기지국과 중계기 사이의 연결 구조에 있어서, RF 중계기를 사용하는 것은 바람직하지 않다.As such, it is preferable to use an optical cable to independently connect the antenna of the base station and the antenna of the repeater, and the repeater uses an optical repeater. In this case, a microwave repeater using a different frequency for each antenna may be used since interference does not occur in signal transmission. However, in the RF repeater, since the RF signal of the first antenna of the base station can be received in the second repeater, the antenna of the base station and the antenna of the repeater are not independently connected. Accordingly, in the connection structure between the base station and the repeater according to the first embodiment of the present invention, it is not preferable to use an RF repeater.
도 4와 같이 도시된 기지국과 중계기 사이의 연결 구조에 있어서, 단말기는 기지국 안테나 식별자를 이용하여 현재 위치한 중계 영역을 확인할 수 있다. 예로써, 제1 중계 영역에 위치한 단말기는 제1 기지국 안테나에서 전송되는 파일럿(Pilot) 신호를 제1 중계기를 통하여 수신하게 된다. 그리고, 제2 중계 영역에 위치한 단말기는 제2 기지국 안테나로부터 전송되는 파일럿 신호를 제2 중계기를 통하여 수신하게 된다. In the connection structure between the base station and the repeater illustrated in FIG. 4, the terminal may identify the relay area currently located using the base station antenna identifier. For example, the terminal located in the first relay region receives a pilot signal transmitted from the first base station antenna through the first repeater. The terminal located in the second relay region receives the pilot signal transmitted from the second base station antenna through the second repeater.
다수의 안테나를 포함하는 기지국에서 각각의 안테나를 이용하여 상이한 데이터를 송수신하는 MIMO(Multi-Input Multi-Out) 방식을 이용하기 위하여, 각각의 기지국 안테나는 고유의 파일럿 신호를 송출한다. 이에 따라, 각 중계 영역에 위치한 단말기들은 수신된 파일럿 신호의 전력을 비교하여, 전력이 큰 파일럿 신호가 몇 번째 기지국 안테나 식별자를 포함하고 있는지를 확인한다. 이에 따라, 단말기는 자신이 기지국의 몇 번째 안테나와 연결된 중계기의 영역에 위치하였는지를 확인할 수 있게 된다.In order to use a MIMO (Multi-Input Multi-Out) scheme in which a base station including a plurality of antennas transmits and receives different data using each antenna, each base station antenna transmits a unique pilot signal. Accordingly, the terminals located in each relay region compare the power of the received pilot signal to identify the base station antenna identifier of the pilot signal having the high power. Accordingly, the terminal can check whether it is located in the area of the repeater connected to the antenna of the base station.
여기서, 중계 영역에 속하지 않은 단말기는 각 안테나별 파일럿 신호가 균일 하게 수신되므로, 비중계 영역 즉, 기지국 영역에 위치하여 기지국 안테나로부터 직접 데이터 스트림을 수신함을 확인할 수 있다.In this case, since the pilot signal for each antenna is uniformly received, the terminal not belonging to the relay region may be located in the hydrometer region, that is, the base station region, to receive the data stream directly from the base station antenna.
이 때, 중계 영역의 확인을 위하여, 파일럿 신호가 아닌 다른 단말기와의 동기를 위한 트레이닝(Training) 신호를 이용하는 것도 가능하다.At this time, in order to confirm the relay region, it is also possible to use a training signal for synchronizing with a terminal other than the pilot signal.
자신이 위치한 중계 영역을 확인한 단말기는 확인된 중계 영역에 관한 정보를 포함하는 중계 영역 확인 정보를 생성한 후, 기지국으로 피드백시키고, 피드백 정보를 수신한 기지국은 수신된 중계 영역 확인 정보를 이용하여 공간 분할 다중 접속 방식을 통한 데이터 스트림 전송을 수행한다. 여기서, 기지국 영역에 위치한 단말기도 기지국으로부터 직접 데이터 스트림을 수신함을 표시하는 중계 영역 확인 정보를 기지국으로 피드백한다.After confirming the relay area in which the terminal is located, the terminal generates the relay area confirmation information including information on the identified relay area and feeds it back to the base station, and the base station receiving the feedback information uses the received relay area confirmation information to generate a space. Performs data stream transmission through the division multiple access method. Here, the terminal located in the base station area also feeds back relay area confirmation information indicating that the terminal receives the data stream directly from the base station.
기지국은 다수의 단말기들로부터 수신된 중계 영역 확인 정보를 이용하여 송수신시 상호 간 간섭이 발생하지 않는 안테나별 단말기들을 선택한다. 그리고, SDMA 방식을 이용하여 각각의 안테나별로 선택된 단말기로 데이터 스트림을 동시에 송수신한다.The base station selects terminals for each antenna that do not generate mutual interference during transmission and reception using the relay region identification information received from the plurality of terminals. Then, the data stream is simultaneously transmitted and received to the terminal selected for each antenna using the SDMA scheme.
직교 주파수 분할 다중 방식(OFMDA: Orthogonal Frequency Multiplexing Division Access)에서의 SDM은 주로 부반송파들이 인접되어 밴드(Band)를 이루고 있는 부채널(Subchannel) 구조에서 사용된다. 밴드 부채널 구조는 단말기의 이동 속도가 낮은 영역에서 적용 가능하다. 부반송파들이 떨어져 있는 다이버시티 부채널 구조에서는 부반송파마다 채널 특성이 다르므로 SDM을 사용하기 힘들다. 그러나, 도 4에 따른 구조에서는 이미 각 중계 영역별로 단말기들이 구분되어 있고, 이 는 부채널 구조에 상관없는 구분이므로, SDM이 효율적으로 적용될 수 있다. 즉, 부채널 구조와는 무관하게 SDM이 적용되며, 단말기의 이동 속도에도 강인한 다이버시티 부채널 구조를 사용할 수 있으므로, 이동성(Mobility)에도 강인한 특성을 가지게 된다.SDM in Orthogonal Frequency Multiplexing Division Access (OFMDA) is mainly used in a subchannel structure in which subcarriers are adjacent to form a band. The band subchannel structure is applicable to a region in which the movement speed of the terminal is low. In a diversity subchannel structure in which subcarriers are separated from each other, it is difficult to use SDM because channel characteristics are different for each subcarrier. However, in the structure according to FIG. 4, terminals are already divided according to each relay area, and this is a classification irrespective of the subchannel structure, so that SDM can be efficiently applied. That is, SDM is applied irrespective of the subchannel structure, and since the diversity subchannel structure that is robust to the movement speed of the terminal can be used, the SDM is also robust to mobility.
도 4에 따른 기지국과 중계기 사이의 연결 구조는 기존의 단일 안테나 기지국과 동일하게, 기지국과 각 중계기를 연결함에 있어서 하나의 광케이블이 배선되며, 중계기도 하나의 RF 송수신 모듈이 설치된다. 이에 따라, 기존의 단일 안테나 기지국에서의 중계기 설치 비용과 동일한 비용으로 중계기 설치가 가능하다.The connection structure between the base station and the repeater according to FIG. 4 is the same as a conventional single antenna base station, and one optical cable is wired in connecting the base station and each repeater, and the repeater is also provided with one RF transceiver module. Accordingly, the repeater can be installed at the same cost as the repeater installation cost in the existing single antenna base station.
도 4에 따른 기지국과 중계기 사이의 연결 구조는 중계기가 하나의 안테나만 사용한다. 그러나, 중계기가 다수의 안테나를 포함하고 MIMO 방식을 이용하여 데이터 스트림을 송수신할 수 있다.In the connection structure between the base station and the repeater according to FIG. 4, the repeater uses only one antenna. However, the repeater may include a plurality of antennas and transmit and receive data streams using the MIMO scheme.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따라 공간 분할 다중 접속 방식을 이용하는 기지국과 중계기 사이의 연결 구조를 간략하게 나타낸 도면이다.5 is a diagram schematically illustrating a connection structure between a base station and a repeater using a space division multiple access scheme according to a second embodiment of the present invention.
도 5에는 2 개의 중계 안테나를 사용하는 중계기와 4개의 기지국 안테나를 포함하는 기지국 사이의 연결 구조가 도시되어 있다. 이 때, 각각의 중계 안테나는 기지국 안테나에 각각 연결된다. 즉, 도 5에 도시된 예와 같이 제1 기지국 안테나와 제2 기지국 안테나는 제1 중계기로 연결되고, 제3 기지국 안테나와 제4 기지국 안테나는 제2 중계기로 연결된다.5 shows a connection structure between a repeater using two relay antennas and a base station including four base station antennas. At this time, each relay antenna is connected to the base station antenna, respectively. That is, as shown in the example of FIG. 5, the first base station antenna and the second base station antenna are connected to the first repeater, and the third base station antenna and the fourth base station antenna are connected to the second repeater.
이와 같은 연결 구조를 통하여, 각 중계 영역에 위치한 단말기들은 중계 안테나로부터 전달되는 기지국의 파일럿 신호를 통하여 기지국 안테나 식별자를 확인 함으로써, 자신이 기지국의 몇 번째 안테나와 연결된 중계기의 영역에 위치하였는지 여부와 어떤 안테나를 통하여 기지국으로부터 전달되는 데이터 스트림을 수신하는지 여부를 확인할 수 있다. 이와 같이 단말기에서의 중계 영역 확인이 완료되면, 확인된 중계 영역에 관한 정보를 포함하는 중계 영역 확인 정보를 생성한 후 기지국으로 전송한다.Through such a connection structure, the terminals located in each relay region check the base station antenna identifier through the pilot signal of the base station transmitted from the relay antenna, thereby determining whether they are located in the repeater's area connected to the antenna of which base station. It may be determined whether to receive a data stream transmitted from the base station through the antenna. As such, when the relay region check is completed in the terminal, the relay region check information including the identified relay region information is generated and transmitted to the base station.
광케이블을 통하여 연결된 중계 안테나로부터 중계 영역 확인 정보를 수신한 기지국은 중계 영역별 또는 기지국 안테나별로 단말기를 구분하여, 상호 간 간섭없이 SDMA 방식이 수행될 수 있도록 스케줄링 작업을 수행한다. The base station that receives the relay region identification information from the relay antenna connected through the optical cable classifies the terminal for each relay region or the base station antenna and performs scheduling so that the SDMA scheme can be performed without mutual interference.
이 때, 도 4에 따른 기지국과 중계기 사이의 연결 구조에서는 중계 영역에 하나의 안테나만 설치하는 반면, 도 5에 따른 구조는 다중 안테나를 사용하므로, 도 4에 비하여 중계 영역에서의 단말기당 최대 데이터 전송률(Peak Data Rate)을 높일 수 있다.At this time, in the connection structure between the base station and the repeater according to FIG. 4, only one antenna is installed in the relay area, whereas the structure according to FIG. 5 uses multiple antennas, so that the maximum data per terminal in the relay area is larger than that in FIG. 4. It is possible to increase the peak data rate.
여기서, 도 4와 도 5에 따른 기지국과 중계기 사이의 연결 구조에서, 중계 영역에는 기지국 안테나 중 일부의 안테나 신호만이 전송된다. 이 때, 해당 기지국으로부터 서비스를 제공받는 모든 단말기가 수신해야하는 공통 제어 정보가 기지국의 제1 안테나로만 전송되면, 일부 중계 영역의 단말기에서는 공통 제어 정보를 수신하지 못하는 상황이 발생할 수 있다.Here, in the connection structure between the base station and the repeaters according to FIGS. 4 and 5, only some antenna signals of the base station antennas are transmitted to the relay region. At this time, if common control information that should be received by all terminals provided with the corresponding base station is transmitted only to the first antenna of the base station, a situation in which the terminal of some relay region may not receive the common control information may occur.
이와 같은 상황을 방지하기 위하여, 본 발명에 따른 기지국과 중계기 연결 구조에서는 공통 제어 정보를 전송함에 있어서 모든 기지국의 안테나를 이용하여야 한다. 이에 따라, 순환 지연 다이버시티(Cyclic Delay Diversity)에 따라, 모든 기 지국 안테나를 통하여 공통 제어 정보를 순환 지연시켜 전송함으로써, 기지국 영역 및 중계기가 관할하는 중계 영역에 위치한 모든 단말기가 공통 제어 정보를 수신할 수 있도록 한다.In order to prevent such a situation, the base station and repeater connection structure according to the present invention should use the antennas of all base stations in transmitting common control information. Accordingly, the common control information is cyclically delayed and transmitted through all base station antennas according to the cyclic delay diversity, so that all terminals located in the base station area and the relay area controlled by the repeater receive the common control information. Do it.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 공간 분할 다중 접속 방식을 이용한 중계 방법을 설명하기 위한 기지국, 중계기 및 단말기 사이의 신호 흐름도이다.6 is a signal flow diagram between a base station, a repeater, and a terminal for explaining a relay method using a space division multiple access scheme according to an embodiment of the present invention.
도 4 또는 도 5와 같이 다수의 중계기와 광케이블을 이용하여 연결된 기지국에서는 포함된 다수의 안테나를 이용하여 각각의 기지국 안테나 식별자를 포함하는 파일럿 신호를 각각 송출한다(S610).As shown in FIG. 4 or FIG. 5, a base station connected by using a plurality of repeaters and an optical cable transmits pilot signals including respective base station antenna identifiers using a plurality of antennas included (S610).
파일럿 신호는 광케이블을 통해 각 안테나와 일대일로 대응되어 있는 중계기로 전달된다. 중계기에서는 전달된 파일럿 신호를 증폭한 뒤, 중계 영역에 위치한 불특정 단말기로 송출한다. 이 때, 중계기가 다수의 안테나를 포함하는 경우, 중계기에는 안테나 숫자만큼의 파일럿 신호가 전송되고, 기지국 안테나와 일대일로 연결된 중계 안테나를 통하여 증폭된 각각의 파일럿 신호가 송출된다. The pilot signal is transmitted to the repeater that is one-to-one correspondence with each antenna through the optical cable. The repeater amplifies the transmitted pilot signal and transmits it to an unspecified terminal located in the relay region. At this time, when the repeater includes a plurality of antennas, the pilot signal is transmitted as many as the antenna number, and each pilot signal amplified through the repeater antenna connected one-to-one with the base station antenna is transmitted.
파일럿 신호를 송출한 중계기의 중계 영역에 위치하는 단말기는 중계 안테나로부터 송출된 파일럿 신호를 수신한다(S620)The terminal located in the relay region of the repeater that has transmitted the pilot signal receives the pilot signal transmitted from the relay antenna (S620).
파일럿 신호를 수신한 단말기는 수신된 안테나의 파일럿 신호의 전력 값을 비교함으로써, 기지국의 몇 번째 안테나와 연결된 중계기의 영역에 위치하였는지에 관한 정보를 확인한다(S630).Upon receiving the pilot signal, the terminal compares the power values of the pilot signals of the received antennas and checks information regarding the number of antennas of the base station in the area of the repeater (S630).
그리고, 단말기는 위치한 중계 영역을 기지국으로 통보하기 위하여, 위치한 중계 영역에 대한 정보를 포함하는 중계 영역 확인 정보를 생성한 후(S640), 중계 기로 전송한다. 중계기는 수신된 중계 영역 확인 정보를 광케이블을 이용하여 기지국으로 전달한다(S640).In addition, the terminal generates relay area confirmation information including information on the located relay area in order to notify the base station of the located relay area (S640) and transmits the information to the relay. The repeater transfers the received relay region confirmation information to the base station using the optical cable (S640).
기지국은 피드백된 중계 영역 확인 정보를 통하여, 단말기의 위치 정보 즉, 단말기를 관할하고 있는 중계기의 정보를 확인한다(S650). The base station confirms the position information of the terminal, that is, the information of the repeater in charge of the terminal, through the relayed region confirmation information fed back (S650).
그리고, 기지국은 중계 영역 확인 정보를 이용하여, 송수신시 상호 간 간섭이 발생하지 않는 단말기들을 구분하고(S660), SDMA을 이용하여 단말기로 데이터 스트림을 송신한다(S670).Then, the base station distinguishes terminals that do not generate mutual interference during transmission and reception using the relay region identification information (S660), and transmits a data stream to the terminal using SDMA (S670).
여기서, 중계기가 관할하는 중계 영역에 속하지 않고, 기지국 안테나로부터 직접 데이터 스트림을 수신하는 단말기는 S620 단계에서 기지국 안테나로부터 직접 파일럿 신호를 수신하고, S640 단계에서 기지국으로 직접 중계 영역 정보를 전송하며, S670 단계에서 기지국 안테나로부터 직접 데이터 스트림을 수신한다.In this case, the terminal that does not belong to the relay area that the relay is in control, and receives the data stream directly from the base station antenna receives the pilot signal directly from the base station antenna in step S620, and transmits the relay area information directly to the base station in step S640, S670 In step the data stream is received directly from the base station antenna.
그리고, 도 6에 있어서 S670 단계는 기지국에서 단말기로 데이터 스트림을 전송하는 하향 링크 전송만을 설명하였으나, 상향 링크 전송을 통하여 단말기에서 기지국으로 데이터 스트림을 전송할 수도 있다.6, only the downlink transmission for transmitting the data stream from the base station to the terminal is described in FIG. 6, but the data stream may be transmitted from the terminal to the base station through uplink transmission.
또한, 도 6에 있어서, 파일럿 신호를 전송하는 S620 단계, 중계 영역 정보를 전달하는 S640 단계 및 데이터 스트림을 전송하는 S670 단계에서, 기지국과 중계기 사이에 실선으로 표시된 부분은 광케이블 등의 유선망을 통하여 파일럿 신호, 중계 영역 정보 및 데이터 스트림이 전송되는 것을 의미하며, 중계기와 단말기, 기지국과 단말기 사이의 점선으로 표시된 부분은 무선망을 통하여 파일럿 신호, 중계 영역 정보 및 데이터 스트림이 전송되는 것을 의미한다.6, in step S620 for transmitting a pilot signal, S640 for transmitting relay area information, and S670 for transmitting a data stream, a portion indicated by a solid line between the base station and the repeater is piloted through a wired network such as an optical cable. The signal, the relay region information and the data stream are transmitted. The dotted line between the repeater, the terminal, the base station and the terminal means that the pilot signal, the relay region information and the data stream are transmitted through the wireless network.
그러나, 마이크로 웨이브 중계기를 사용하는 경우, 실선으로 표시된 기지국과 중계기 사이의 파일럿 신호, 중계 영역 정보 및 데이터 스트림 송수신은 무선으로 수행된다.However, when using a microwave repeater, transmission and reception of pilot signals, relay region information, and data streams between the base station and the repeater indicated by solid lines are performed wirelessly.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. The embodiments of the present invention described above are not implemented only through the apparatus and the method, but may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded. Implementation may be easily implemented by those skilled in the art from the description of the above-described embodiments.
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.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다중 안테나를 포함하는 기지국과 중계기를 효율적으로 결합시켜 섹터 용량을 증가시킬 수 있으며, OFDM 전송을 사용하는 이동통신 시스템에서도 부채널 구조에 상관없이 공간 분할 다중 접속 방식을 이용한 데이터 스트림 송수신을 용이하게 구현할 수 있다.As described above, according to the present invention, the sector capacity can be increased by efficiently combining a base station and a repeater including multiple antennas, and even in a mobile communication system using OFDM transmission, regardless of the subchannel structure, the spatial division multiple access Data stream transmission and reception using the scheme can be easily implemented.
또한, 기지국의 용량 증대를 위하여 안테나 수를 증가시키지 않으므로, 종래 하나의 안테나를 포함하는 기지국에서의 중계기 설치시와 비슷한 비용으로 중계 시스템을 구현할 수 있는 경제적 효과도 기대할 수 있다.In addition, since the number of antennas is not increased in order to increase the capacity of the base station, an economic effect of implementing a relay system at a cost similar to that of installing a repeater in a base station including a single antenna can be expected.
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