KR20100076849A - Ｍｉｍｏ 링크를 구성하는 인빌딩 분산 안테나 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 MIMO 링크를 구성하는 인빌딩 분산 안테나 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 인빌딩 분산 안테나 시스템은, 하향 링크의 경우 복수개의 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 송신하는 기지국과, 기지국이 송신한 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력하는 제1 변환기와, 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력하는 제2 변환기와, 제2 변환기로부터 출력된 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 복수개의 안테나를 통해 전송하는 중계기를 구비한다. 여기서, 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림은 하나의 전송 라인을 통해 전송이 가능한 형태이다.

MIMO, 중계기, 이동통신, 변환기, 안테나 도메인, 병렬 신호 스트림

Description

ＭＩＭＯ 링크를 구성하는 인빌딩 분산 안테나 시스템{INBUILDING DISTRIBUTED ANTENNA SYSTEM CONFIGURING MIMO LINK}

본 발명은 인빌딩 분산 안테나 시스템에 관한 것으로서, 특히 하나의 케이블을 가지고도 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output: MIMO) SM (Spatial Multiplexing) 통신을 가능하게 하는 인빌딩 분산 안테나 시스템에 관한 것이다.

MIMO SM이 가능하기 위해서는 송신기와 수신기 양쪽에 복수 개의 송신 안테나 및 수신 안테나가 필요하다. 예를 들어, 도 1에 도시된 하향링크의 경우 기지국에 설치된 송신기(102)의 송신 안테나도 2개, 단말에 설치된 수신기(104)의 수신 안테나도 2개로, 이를 2x2 MIMO 링크라고 한다. 이 경우 채널 행렬(H)는 수학식 1과 같이 표시된다.

MIMO 링크에서 SM 방식을 사용하여 전송 데이터 속도를 증대시킬 수 있는 능력은 송신 안테나 개수(NTX)와 수신 안테나 개수(NRX) 중 더 작은 것에 의해 제한되며, 또한 이는 복수 개의 안테나 사이에 형성된 채널 행렬(H)의 랭크(rank)에 의해서도 제한된다. 이는 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

도 1은 송신기(102)와 수신기(104)의 양쪽에 2개씩의 안테나가 있는 MIMO 링크의 예를 도시한다.

셀룰러 통신에서 효율적인 커버리지 확보를 위하여 중계기(repeater)가 많이 사용되고 있다. MIMO 통신 링크에 중계기가 도입될 경우에도, MIMO SM 성능을 얻기 위해서는 전체 링크의 랭크가 계속 유지되어야 한다. 예를 들어, 2x2 MIMO 링크의 경우는 랭크가 2로 유지되어야 한다. 이때, 만약 중계기를 활용한 링크가 기존의 단일 입력 단일 출력(Single Input Single Output: SISO) 링크라면 키이-호울(key-hole) 효과에 의하여 전체 링크의 랭크가 1로 떨어지므로, MIMO SM은 불가능하게 된다. 도 2에 이러한 예가 도시되어 있다. 따라서, 전체 링크가 MIMO SM이 가능하기 위해서는 중계기 및 중계기 링크 역시 MIMO 링크를 구성할 수 있어야 한다.

도 2는 송신기(202)와 수신기(204)의 중간에 위치한 SISO 중계기 링크(206)에 의하여 전체 링크의 랭크가 1로 떨어진 통신의 예를 도시한다. 수학식 3은 이를 표시한다.

RF 중계기의 경우, 이는 다음과 같이 해석될 수 있다. 기지국과 RF 중계기 사이의 채널이 MIMO가 되기 위하여 RF 중계기의 수신 안테나가 복수 개이어야 하며, RF 중계기와 단말 사이의 채널이 MIMO가 되기 위하여 RF 중계기의 송신 안테나 역시 복수 개가 되어야 한다.

광 중계기(optical repeater)의 경우, 이는 다음과 같이 해석될 수 있다. 기지국과 광 중계기 사이의 링크는 광섬유 라인으로 되어 있으며, 이 링크는 두 개의 분리된 신호를 전달할 수 있도록 구성되어 있어야 한다. 예를 들어, 파장 분할 다중접속(Wavelength Division Multiplexing: WDM)을 사용한다. 또한, 광 중계기와 단말 사이의 채널이 MIMO가 되기 위하여 광 중계기의 송신 안테나가 복수 개이어야 한다.

도 3은 인빌딩 분산 안테나 시스템에서 MIMO 링크를 구성하기 위하여 리모트 허브 유닛(Remote Hub Unit: RHU)과 리모트 유닛(Remote Unit: RU) 사이에 복수 가닥의 케이블을 사용한 실시 예를 도시한다. 도 3에서 BS는 기지국(Base Station), MHU는 마스터 허브 유닛(Master Hub Unit)을 가리킨다.

비교적 높은 빌딩의 인빌딩 커버리지를 위하여 사용하는 인빌딩 분산 안테나 시스템(distributed antenna system: DAS)의 경우, 이는 다음과 같이 해석될 수 있다. 도 3의 예에서, RHU와 각 층에 위치한 RU 사이의 모든 링크가 MIMO가 되기 위하여 복수 가닥의 케이블(multiple cables)이 필요하며, RU과 단말 사이의 채널이 MIMO가 되기 위하여 RU의 송신 안테나가 복수 개이어야 한다. 이때, 특히 많은 비용을 차지하는 것이 RHU와 각 층의 RU들을 연결하는 케이블이다. MIMO SM이 가능한 시스템(혹은 망)을 구성하기 위하여 복수 가닥의 케이블을 사용하는 것은 경제적인 방법이 아닐 수 있다. 도 3은 인빌딩 분산 안테나 시스템의 하나의 예를 보인 것으로, 모든 인빌딩 분산 안테나 시스템이 반드시 이와 같은 구성을 보이는 것은 아닐 수 있다.

따라서 본 발명은 분산 안테나 시스템에서 복수 가닥의 케이블을 사용하지 않고도, MIMO SM 통신을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 앞에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 아래 설명에 의해 더욱 분명하게 이해될 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 MIMO 링크를 구성하는 인빌딩 분산 안테나 시스템에 있어서, 하향 링크의 경우 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 송신하는 기지국과, 상기 기지국이 송신한 상기 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력하는 제1 변환기 - 여기서, 상기 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림은 하나의 전송 라인을 통해 전송이 가능함 - 와, 상기 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 상기 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력하는 제2 변환기와, 상기 제2 변환기로부터 출력된 상기 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 복수개의 안테나를 통해 전송하는 중계기를 구비하는 것을 일 특징으로 한다.

또한 본 발명은 MIMO 링크를 구성하는 인빌딩 분산 안테나 시스템에 있어서, 상향 링크의 경우 복수개의 안테나를 통해 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 수신하는 중계기와, 상기 중계기가 수신한 상기 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력하는 제1 변환기 - 여기서, 상기 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림은 하나의 전송 라인을 통해 전송이 가능함 - 와, 상기 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 상기 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력하는 제2 변환기와, 상기 제2 변환기로부터 출력된 상기 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 수신하는 기지국을 구비하는 것을 다른 특징으로 한다.

또한 본 발명은 MIMO 링크를 구성하는 인빌딩 분산 안테나 시스템에 있어서, 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력하는 제1 변환기 - 여기서, 상기 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림은 하나의 전송 라인을 통해 전송이 가능함 - 와, 상기 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 상기 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력하는 제2 변환기를 구비하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

변환기는 안테나 도메인 상의 복수 개의 병렬 신호 스트림을 변환 방식(예, FDM 등)을 사용하여 다른 도메인(예, 주파수 도메인 등) 상의 복수 개의 병렬 신호 스트림으로 변환하거나, 이를 다시 반대 방향으로 변환한다. 본 발명은 위와 같은 변환기를 사용함으로써 한 가닥의 케이블(혹은 다른 미디어)를 사용한 경우에도 전체 시스템(혹은 망)을 MIMO SM이 가능한 링크로 구성할 수 있다.

또한 본 발명은 인빌딩 분산 안테나 시스템의 경우, RHU에 안테나 도메인 상의 복수 개의 병렬 신호 스트림을 주파수 도메인 상의 병렬 신호 스트림으로 변환하는 변환기를 설치하고, RU에 주파수 도메인 상의 병렬 신호 스트림을 다시 안테나 도메인 상의 복수 개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 복수 개의 송신 안테나로 매핑하는 변환기를 설치하며, RHU와 RU 사이에는 한 가닥의 케이블을 사용한다.

본 발명을 사용하면, 간단한 변환기 블록을 RHU, RU 등에 사용함으로써 그 사이에 구성되는 케이블 연결을 간단하게 하여 전체 시스템(혹은 망)의 구성을 간단하게 해주는 효과가 있다. 기존의 많은 빌딩에는 이미 한 가닥의 케이블만 설치되어 있으며 추가적인 케이블 설치가 불가능하여 기존의 방법으로는 MIMO SM 링크 형성이 불가능한 경우도 있는데, 본 발명에서 제안된 방식을 사용하면 기존의 이러한 빌딩에서도 간단하게 MIMO SM 링크를 형성할 수 있다. 특히, 인빌딩이 채널 특성상 MIMO SM이 잘 선택되어지는 환경인 것을 고려해보면, 본 발명에서 제안한 방식은 경제적인 구축 비용으로 이동통신 사업자 망의 용량(capacity)를 상당히 증대시켜줄 것으로 기대된다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기 술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 인빌딩 분산 안테나 시스템에서 MIMO 링크를 구성하기 위하여 RHU와 RU에 변환기 블록을 설치하고 그 사이에는 한 가닥의 케이블을 사용한 실시 예를 도시한다. 도 3에서 BS는 기지국(Base Station), MHU는 마스터 허브 유닛(Master Hub Unit), RHU는 리모트 허브 유닛(Remote Hub Unit), RU는 리모트 유닛(Remote Unit), C는 변환기 블록(Converter Block)을 가리킨다. 하향 링크의 경우, 도시된 바와 같이 기지국(BS)은 출력단에, MHU와 RHU는 입력단과 출력단에, RU는 입력단에 변환기 블록(C)이 설치되며, 변환기 블록과 변환기 블록은 하나의 케이블로 연결된다.

하향 링크의 경우, 기지국(BS)은 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 송신한다. 기지국(BS)에 설치된 변환기 블록(C)은 수신된 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력한다. 상기 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림은 하나의 전송 라인을 통해 전송이 가능한 형태이다. 기지국(BS)의 출력단의 변환기 블록(C)과 MHU의 입력단의 변환기 블록(C)은 하나의 케이블을 통해 연결되며, 상기 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호는 이 케이블을 통해 MHU로 전송된다.

MHU로 전송된 신호는 다시 RHU를 경유하여 각 층의 RU로 전송된다. RU의 입력단에 설치된 변환기 블록(C)은 상기 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력한다. RU는 입력단의 변환기 블록(C)으로부터 출력된 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 복수개의 안테나를 통해 전송한다.

본 발명을 사용하면, 간단한 변환기 블록(C)을 RHU, RU 등에 사용함으로써 그 사이에 구성되는 케이블 연결을 간단하게 하여 전체 시스템(혹은 망)의 구성을 간단하게 할 수 있다. 기존의 많은 빌딩에는 이미 한 가닥의 케이블만 설치되어 있으며 추가적인 케이블 설치가 불가능하여 기존의 방법으로는 MIMO SM 링크 형성이 불가능한 경우도 있는데, 본 발명에서 제안된 방식을 사용하면 기존의 이러한 빌딩에서도 간단히 MIMO SM 링크를 형성할 수 있다. 특히, 인빌딩이 채널 특성 상 MIMO SM이 잘 선택되어지는 환경인 것을 고려해보면, 본 발명에서 제안한 방식은 경제적인 구축비용으로 이동 통신 사업자 망의 용량 (capacity)를 상당히 증대시켜줄 것이다.

앞에서는 하향 링크의 경우에 대해 설명했으나, 상향 링크의 경우에 대해서도 본 발명은 동일하게 적용된다. 상향 링크의 경우 RU의 출력단에, MHU와 RHU는 입력단과 출력단에, 기지국(BS)은 입력단에 변환기 블록(C)이 설치되며, 변환기 블록과 변환기 블록은 하나의 케이블로 연결된다. RU의 출력단에 설치된 변환기 블록(C)은 복수개의 안테나를 통해 수신된 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력한다. 그 리고 기지국(BS)의 입력단에 설치되는 변환기 블록(C)은 상기 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 하나의 전송 라인을 통해 수신하여 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력한다. 기지국(BS)은 입력단의 변환기 블록(C)로부터 출력되는 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 수신한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 변환기 블록을 상세히 보여주고 있다. 변환기 블록은 간단하게 안테나 도메인 상의 복수 개의 병렬 신호 스트림을 하나의 전송 케이블을 통해 전송이 가능한, 다른 도메인 상의 복수 개의 병렬 신호 스트림으로 바꿔주는 역할을 한다.

예를 들어, 변환 방식(converting scheme)은 FDM(Frequency Division Multiplexing)이 될 수 있다. FDM에서는 안테나 도메인 상의 복수 개의 병렬 신호 스트림을 케이블 내에서 복수 개의 서로 다른 주파수 도메인 상으로 옮겨주어 병렬 신호를 독립적으로 전송할 수 있도록 해준다. 도 6은 FDM(Frequency Division Multiplexing)을 활용하여 변환기 블록을 설계한 원리를 설명하는 도면이다. 따라서, 여기서는 변환기 블록이 멀티플렉서의 역할을 하게 된다. 기지국(BS)으로부터 단말로 신호가 전달되는 하향 링크의 경우에는, 이러한 멀티플렉서 블록이 분산 안테나 네트워크가 시작되는 부분에 설치가 된다. 그리고, 반대되는 연산을 수행해주는 디멀티플렉서가 각 RU에 설치되어 하나의 케이블(single cable)을 통하여 전달된 복수 개의 신호 스트림을 다시 복수 개의 안테나 포트(antenna port)로 연결해 준다.

한편, 변환기 블록은 도 5에 도시된 바와 같이 안테나 도메인을 주파수 도메인으로 바꿔주는 방향 뿐만 아니라 반대 방향의 변환 역시 가능하다. 하향 링크의 경우, 기지국(BS)에서는 안테나 도메인의 병렬 신호 스트림을 주파수 도메인의 병렬 신호 스트림으로 변환해주며, RU에서는 이 주파수 도메인의 병렬 신호 스트림을 다시 안테나 도메인의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 RU의 복수 개의 송신 안테나로 매핑하게 된다.

아울러, 변환 방식이 반드시 FDM으로 제한되는 것은 아니며, TDM(Time Division Multiplexing) 등 다른 다중접속 방식들 모두가 가능할 수 있다.

또한, 위의 설명 및 실시 예에서는 가장 일반적인 예인 인빌딩 분산 안테나 시스템에 대하여 주로 설명하였으나, 본 발명에서 제안한 방식이 반드시 인빌딩 분산 안테나 시스템에 제한되는 것은 아니다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

도 1은 송신기와 수신기의 양쪽에 2개씩의 안테나가 있는 MIMO 링크의 예를 도시한다.

도 2는 중간에 위치한 SISO 중계기 링크에 의하여 전체 링크의 랭크가 1로 떨어진 통신의 예를 도시한다.

도 3은 인빌딩 분산 안테나 시스템에서 MIMO 링크를 구성하기 위하여 RHU와 RU 사이에 복수 가닥의 케이블을 사용한 종래의 구성을 도시한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 인빌딩 분산 안테나 시스템에서 MIMO 링크를 구성한 예를 도시한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 변환기 블록을 도시한다.

도 6은 FDM(Frequency Division Multiplexing)을 활용하여 변환기 블록을 설계한 원리를 설명하는 도면이다.

Claims (8)

1. MIMO 링크를 구성하는 인빌딩 분산 안테나 시스템에 있어서,

   안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 송신하는 기지국과,

   상기 기지국이 송신한 상기 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력하는 제1 변환기 - 여기서, 상기 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림은 하나의 전송 라인을 통해 전송이 가능함 - 와,

   상기 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 상기 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력하는 제2 변환기와,

   상기 제2 변환기로부터 출력된 상기 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 복수개의 안테나를 통해 전송하는 중계기를

   구비하는 것을 특징으로 하는 인빌딩 분산 안테나 시스템.
2. MIMO 링크를 구성하는 인빌딩 분산 안테나 시스템에 있어서,

   복수개의 안테나를 통해 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 수신하는 중계기와,

   상기 중계기가 수신한 상기 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력하는 제1 변환 기 - 여기서, 상기 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림은 하나의 전송 라인을 통해 전송이 가능함 - 와,

   상기 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 상기 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력하는 제2 변환기와,

   상기 제2 변환기로부터 출력된 상기 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 수신하는 기지국을

   구비하는 것을 특징으로 하는 인빌딩 분산 안테나 시스템.
3. MIMO 링크를 구성하는 인빌딩 분산 안테나 시스템에 있어서,

   안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력하는 제1 변환기 - 여기서, 상기 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림은 하나의 전송 라인을 통해 전송이 가능함 - 와,

   상기 다른 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림을 상기 안테나 도메인 상의 복수개의 병렬 신호 스트림으로 변환하여 출력하는 제2 변환기를

   구비하는 것을 특징으로 하는 인빌딩 분산 안테나 시스템.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 다른 도메인은 주파수 도메인인 것을 특징으로 하는 인빌딩 분산 안테나 시스템.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 다른 도메인은 시간 도메인인 것을 특징으로 하는 인빌딩 분산 안테나 시스템.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 변환기와 상기 제2 변환기는 하나의 전송라인을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 인빌딩 분산 안테나 시스템.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기와 하나의 전송라인을 통해 연결되는 다른 중계기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인빌딩 분산 안테나 시스템.
8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 기지국과 상기 중계기는 상기 복수개의 병렬 신호 스트림을 상기 복수개의 안테나로 매핑하는 것을 특징으로 하는 인빌딩 분산 안테나 시스템.

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