KR20120000217A - 고속 이동 환경에서 액세스 포인트 그룹화 방법 및 상기 방법을 이용하는 통신 시스템 - Google Patents

고속 이동 환경에서 액세스 포인트 그룹화 방법 및 상기 방법을 이용하는 통신 시스템 Download PDF

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Abstract

고속 이동 환경에서 액세스 포인트 그룹화 방법 및 상기 방법을 이용하는 통신 시스템이 제공된다. 가시선(Line of Sight; LOS) 채널의 존재 여부에 따른 다양한 채널 환경에 대하여 이동 속도가 상이한 사용자들을 그룹화(pairing)하고 빔포밍을 수행함으로써 시스템 용량을 향상할 수 있다. 그리고 고속으로 이동하는 사용자에 대한 채널 정보를 요하지 않으므로 오버헤드를 줄일 수 있다.

Description

고속 이동 환경에서 액세스 포인트 그룹화 방법 및 상기 방법을 이용하는 통신 시스템{METHOD FOR PARING ACCESS POINTS IN HIGH SPEED MOBILE ENVIRONMENT AND COMMUNICATION SYSTEM USING THE METHOD}
본 발명의 실시예들은 고속 이동 환경에서의 통신 방법 및 장치에 관한 것이다.
채널의 코히어런스 타임(coherence time)이 수신단이 채널 정보를 피드백(feedback)하고 프로세싱(processing)하는 시간보다 짧으면 송신단은 채널 정보를 확보할 수 없다. 고속 이동 환경의 경우, 단말의 이동 속도가 높아짐에 따라 채널 페이딩 계수(fading coefficient)가 빠르게 변하고 채널 코히어런스 타임이 짧아지기 때문에 송신단이 채널 정보를 확보하기 어렵다.
본 발명의 일 실시예에 의한 기지국의 통신 방법은, 둘 이상의 액세스 포인트(Access Point)들의 이동 속도 정보 및 상기 둘 이상의 액세스 포인트들과 기지국 사이의 가시선(Line of Sight; LOS) 채널 존재 여부에 대한 정보에 기초하여 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트와 적어도 하나의 제2 레인지의 속도-상기 제1 레인지의 속도는 상기 제2 레인지의 속도보다 빠름-로 이동하는 액세스 포인트를 포함하도록 상기 둘 이상의 액세스 포인트들을 그룹화(pairing)하는 단계; 및 상기 이동 속도 정보 및 상기 가시선 채널 존재 여부에 대한 정보에 따른 액세스 포인트들의 그룹화 결과에 기초하여 송신 빔포밍벡터를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 통신 방법은 상기 둘 이상의 액세스 포인트들로 해당 액세스 포인트의 이동 속도 정보 또는 기지국과 해당 액세스 포인트에 대한 가시선(Line of Sight; LOS) 채널 존재 여부에 대한 정보를 요청하는 단계를 더 포함할 수 있다. 그리고 업링크 채널 또는 속도 측정 장치를 이용하여 상기 이동 속도 정보 또는 상기 가시선(Line of Sight; LOS) 채널 존재 여부에 대한 정보를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 액세스 포인트들을 그룹화하는 단계는 비가시선(Non Line of Sight; NLOS) 채널을 가지는 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트 및 비가시선(Non Line of Sight; NLOS) 채널을 가지는 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트를 그룹화하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 통신 방법은 상기 그룹화된 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 채널 정보를 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 송신 빔포밍벡터를 생성하는 단계는 상기 그룹화된 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 채널 정보를 기초로 상기 그룹화된 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 송신 빔포밍 벡터를 생성하고, 상기 그룹화된 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 채널의 널 벡터(null vector)를 이용하여 상기 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 송신 빔포빙 벡터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 액세스 포인트들을 그룹화하는 단계는 가시선(Line of Sight; LOS) 채널을 가지는 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트 및 가시선(Line of Sight; LOS) 채널을 가지는 둘 이상의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트들을 그룹화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 송신 빔포밍벡터를 생성하는 단계는 상기 그룹화된 액세스 포인트들에 대한 채널들의 시간 및 공간 상관도(time and spatial correlation)를 고려하여 상기 송신 빔포밍 벡터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 액세스 포인트들을 그룹화하는 단계는 가시선(Line of Sight; LOS) 채널을 가지는 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트 및 비가시선(Non Line of Sight; NLOS) 채널을 가지는 둘 이상의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트를 그룹화하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 통신 방법은 상기 그룹화된 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 각도 정보를 추정하기 위하여 상기 그룹화된 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트로 상기 그룹화된 상기 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트의 위치 정보를 요청하는 단계; 및 상기 위치 정보를 기초로 상기 각도 정보를 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 송신 빔포밍 벡터를 생성하는 단계는 상기 그룹화된 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 각도 정보에 기초하여 상기 송신 빔포밍 벡터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 기지국은 둘 이상의 액세스 포인트들의 이동 속도 정보 및 상기 둘 이상의 액세스 포인트들과 기지국 사이의 가시선(Line of Sight; LOS) 채널 존재 여부에 대한 정보를 기초로 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트와 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트를 포함하도록 상기 액세스 포인트들을 그룹화(pairing)하는 액세스 포인트 그룹 형성부; 및 상기 이동 속도 정보 및 상기 가시선 채널 존재 여부에 대한 정보에 기초한 액세스 포인트들의 그룹화 결과에 기초하여 송신 빔포밍벡터를 생성하는 빔포밍 수행부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예 따른 기지국은 상기 둘 이상의 액세스 포인트들로 해당 액세스 포인트의 이동 속도 정보 또는 해당 액세스 포인트에 대한 가시선(Line of Sight; LOS) 채널 존재 여부에 대한 정보를 요청하는 송신부를 더 포함할 수 있다. 그리고 업링크 채널 또는 속도 측정 장치를 이용하여 상기 이동 속도 정보 또는 상기 가시선(Line of Sight; LOS) 채널 존재 여부에 대한 정보를 추정하는 속도 및 가시선 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 액세스 포인트 그룹 형성부는 비가시선(Non Line of Sight; NLOS) 채널을 가지는 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트 및 비가시선(Non Line of Sight; NLOS) 채널을 가지는 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트를 그룹화할 수 있다.
상기 빔포밍 수행부는 상기 그룹화된 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 채널 정보를 기초로 상기 그룹화된 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 송신 빔포밍 벡터를 생성하고, 상기 그룹화된 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 채널의 널 벡터(null vector)를 이용하여 상기 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 송신 빔포빙 벡터를 생성할 수 있다.
상기 액세스 포인트 그룹 형성부는 가시선(Line of Sight; LOS) 채널을 가지는 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트 및 가시선(Line of Sight; LOS) 채널을 가지는 둘 이상의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트들을 그룹화할 수 있다.
상기 빔포밍 수행부는 상기 그룹화된 액세스 포인트들에 대한 채널들의 시간 및 공간 상관도(time and spatial correlation)를 고려하여 상기 송신 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다.
상기 액세스 포인트 그룹 형성부는 가시선(Line of Sight; LOS) 채널을 가지는 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트와 비가시선(Non Line of Sight; NLOS) 채널을 가지는 둘 이상의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트를 그룹화할 수 있다.
상기 빔포밍 수행부는 상기 그룹화된 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 각도 정보에 기초하여 상기 송신 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 액세스 포인트는 기지국으로부터 액세스 포인트들의 그룹화 또는 송신 빔포밍 벡터 생성을 위해 필요한 각종 정보에 대한 요청 및 데이터를 수신하는 수신부; 상기 기지국으로부터의 상기 각종 요청을 분석하여 해당되는 모듈을 제어하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 따라 액세스 포인트의 이동 속도를 추정하는 속도 추정부; 상기 제어부의 제어에 따라 상기 기지국과 상기 액세스 포인트 사이에 가시선(Line of Sight; LOS) 채널이 존재하는지 여부를 확인하는 가시선 채널 존재 여부 확인부; 및 상기 액세스 포인트의 상기 이동 속도 정보 및 상기 가시선 채널 존재 여부에 대한 정보를 상기 기지국으로 피드백하는 송신부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액세스 포인트는 상기 기지국이 상기 액세스 포인트에 대한 각도 정보를 추정하는 데에 이용할 수 있도록 상기 액세스 포인트의 위치 정보를 추정하는 위치 추정부를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제어부의 제어에 따라 상기 기지국과 상기 액세스 포인트 사이의 채널을 추정하는 채널 추정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액세스 포인트는 상기 기지국으로부터 수신한 상기 데이터를 제로포싱(zero-forcing) 기법을 이용하여 디코딩하는 디코딩부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예 의하면, 액세스 포인트가 고속으로 이동하여 해당 채널 정보를 기지국이 확보하기 어려운 경우에도 서로 속도가 상이한 액세스 포인트들을 적절히 그룹화(pairing)하고 빔포밍(beamforming)을 수행함으로써 시스템 용량을 향상할 수 있다. 따라서 데이터를 전송할 때 고속으로 이동하는 액세스 포인트에 대한 채널 정보를 요하지 않으므로 오버헤드(overhead)를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 선형 빔포밍(linear beamforming)을 이용함으로써 빔포밍 과정의 복잡도를 줄일 수 있다. 따라서 고속 이동 환경에 적합한 빔포밍을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 고속 이동 환경에서 가시선(Line of Sight) 채널과 비가시선(Non line of Sight) 채널이 존재할 수 있는 여러 경우에 대해 해당 경우 별 사용자 그룹화 방법 및 빔포밍 방법을 제공함으로써 고속 이동 환경의 다양한 경우에 대하여 통신 성능을 향상할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 저속으로 이동하는 액세스 포인트에 대한 채널 정보 또는 고속으로 이동하는 액세스 포인트에 대한 각도 정보를 기초로 송신 빔포밍을 수행함으로써 빔포밍에 필요한 정보의 양을 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 액세스 포인트들에 대한 채널들의 시간 또는 공간 상관도를 고려하여 송신 빔포밍 벡터를 생성함으로써 빔포밍의 복잡도를 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 이동 환경에서 사용자 그룹화 방법을 이용하는 통신 시스템의 동작 흐름도이다.
도 2는 비가시선(NLOS) 채널 환경에서 액세스 포인트들이 그룹화된 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 비가시선 채널 환경에서 액세스 포인트들의 그룹화 방법이 활용되는 예를 도시한 도면이다.
도 4는 가시선(LOS) 채널 환경에서 액세스 포인트들이 그룹화된 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 가시선(LOS) 채널과 비가시선(NLOS) 채널이 동시에 존재하는 환경에서 액세스 포인트들이 그룹화된 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 가시선 채널 및 비가시선 채널이 동시에 존재하는 환경에서 액세스 포인트들의 그룹화 방법이 활용되는 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 기능블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액세스 포인트의 기능블록도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명의 실시예들은 액세스 포인트가 고속으로 이동하여 해당 채널 정보를 기지국이 확보하기 어려운 경우에 속도가 서로 상이한 액세스 포인트들을 적절하게 그룹화(pairing) 하여 다중 사용자 다중 안테나 신호 처리(MU-MIMO)를 적용함으로써 시스템 용량 개선을 하는 빔포밍 기법에 관한 것이다. 구체적으로, 기지국은 고속으로 이동하는 하나의 액세스 포인트와 저속(상기 고속과 충분히 차이 나는 속도)으로 이동하는 복수의 액세스 포인트들을 그룹화한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 기지국은 차량용 펨토 셀을 지원하기 위한 리모트 라디오 헤드(Remote Radio Head; RRH)일 수 있다. 기지국은 다른 기지국들과 정보 교환을 쉽게 할 수 있도록 광케이블로 연결될 수 있다. 그리고 액세스 포인트는 단말이거나 차량용 펨토 셀에 대응하는 차량형 기지국일 수 있다.
본 발명의 실시예들이 고려하는 환경은 액세스 포인트가 고속으로 이동하는 환경으로 가시선(Line of Sight; LOS) 채널을 갖는 액세스 포인트들만 존재하는 환경, 비가시선(Non Line of Sight; NLOS) 채널을 갖는 액세스 포인트만 존재하는 환경 및 가시선 채널을 갖는 액세스 포인트와 비가시선 채널을 갖는 액세스 포인트가 혼재되어 있는 환경이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 이동 환경에서 사용자 그룹화 방법을 이용하는 통신 시스템의 동작 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 고속 이동 환경에서 사용자 그룹화 방법을 이용하는 통신 시스템은 액세스 포인트(110) 및 기지국(120)을 포함한다. 본 발명의 실시예들에 의한 통신 시스템은 적어도 둘의 액세스 포인트들을 포함하지만, 도 1에서는 편의상 하나의 액세스 포인트(120)에 대한 동작 흐름도를 나타내었다.
도 1을 참조하면, 기지국(120)은 액세스 포인트(110)의 이동 속도 정보 및 가시선(Line of Sight; LOS) 채널 존재 여부에 대한 정보를 액세스 포인트(110)에 요청할 수 있다(121).
여기서, 가시선(LOS) 채널은 액세스 포인트(110)와 기지국(120) 사이에 장애물이 없는 경우이고, 비가시선(Non Line of Sight; NLOS) 채널은 액세스 포인트(110)와 기지국(120) 사이에 장애물이 존재하는 경우를 말한다.
액세스 포인트(110)는 기지국(120)의 요청에 따라, 액세스 포인트(110)의 이동 속도를 측정하고 기지국(120)과 액세스 포인트(110) 사이의 가시선(LOS) 채널 존재 여부를 추정한다(111).
그리고 액세스 포인트(112)는 액세스 포인트(110)의 이동 속도 정보 및 가시선 채널 존재 여부에 대한 정보를 기지국으로 피드백할 수 있다(112).
기지국(120)은 액세스 포인트(120)로부터 수신한 상기 이동 속도 정보 및 상기 가시선 채널 존재 여부에 대한 정보와 적어도 하나의 다른 액세스 포인트로부터 수신한 해당 액세스 포인트에 대한 이동 속도 정보 및 가시선 채널 존재 여부에 대한 정보를 기초로 액세스 포인트들을 그룹화(pairing)한다. 이때, 기지국(120)은 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트와 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트를 포함하도록 액세스 포인트들을 그룹화한다(122).
이때, 기지국(120)은 액세스 포인트들의 이동 속도 정보 및 해당 액세스 포인트들에 대한 가시선 채널 존재 여부에 대한 정보를 액세스 포인트들로부터 수신하지 않고 직접 획득할 수 있다. 다시 말해, 단계(121, 111, 112) 없이 기지국(120)이 업링크 채널 또는 속도 측정 장치 등을 이용하여 상기 이동 속도 정보 및 상기 가시선 채널 존재 여부에 대한 정보를 획득할 수 있다. 기지국(120)은 이러한 방법으로 획득한 상기 이동 속도 정보 및 상기 가시선 채널 존재 여부에 대한 정보를 기초로 액세스 포인트들을 그룹화할 수 있다.
제1 레인지의 속도는 제2 레인지의 속도에 비해 상대적으로 충분히 빠르다. 그리고 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트의 경우, 채널의 코히어런스 타임(coherence time)이 짧아서 기지국(110)이 해당 채널 정보를 알기 어려울 수 있다. 반면 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트의 경우는, 채널의 코히어런스 타임(coherence time)이 충분히 길어서 기지국(110)이 해당 채널 정보를 파악할 수 있다. 따라서 이하에서는 '제1 레인지의 속도'는 '고속'이라 하고, '제2 레인지의 속도'는 저속이라 한다.
그리고 기지국(120)은 그룹화 결과에 따라, 송신 빔포밍 벡터 생성을 위해 필요한 추가적인 정보를 액세스 포인트(120)에 요청할 수 있다(123). 액세스 포인트와 기지국 사이의 채널 정보 또는 액세스 포인트의 위치 정보 등이 예가 될 수 있다.
액세스 포인트(110)는 요청 받은 추가 정보를 측정하여 기지국(120)으로 피드백한다(113, 114).
기지국(120)은 상기 그룹화 결과에 기초하여 송신 빔포밍 벡터를 생성한다(124). 이때, 기지국(120)은 액세스 포인트(110)로부터 피드백 받은 정보를 기초로 송신 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다.
기지국(120)은 상기 생성된 빔포밍 벡터를 이용하여 액세스 포인트(110)로 데이터를 전송한다(125).
액세스 포인트(110)는 제로포싱(zero-forcing) 기법을 이용하여 전송 받은 데이터를 디코딩할 수 있다.
도 2는 비가시선(NLOS) 채널 환경에서 액세스 포인트들이 그룹화된 모습을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하여, 기지국이 비가시선 채널 환경에 있는 복수의 액세스 포인트들로 브로드캐스팅(broadcasting)하는 경우의 액세스 포인트 그룹화 방법 및 상기 그룹화 방법에 따른 통신 방법을 설명한다.
본 발명의 실시예들에서 제안되는 그룹화 방법 및 통신 방법은 기지국 안테나가 임의의 개수인 경우 또는 저속으로 이동하는 액세스 포인트가 임의의 개수인 경우에 대해서도 적용될 수 있으나, 가장 간단한 경우인 고속으로 이동하는 액세스 포인트 및 저속으로 이동하는 액세스 포인트가 하나씩 존재하는 경우에 대해 설명하면 다음과 같다.
기지국(210)은 비가시선 채널을 가지며 고속으로 이동하는 고속 액세스 포인트(230) 및 비가시선 채널을 가지며 고속 액세스 포인트(230)와 이동 속도가 충분히 차이 나는 저속으로 이동하는 저속 액세스 포인트(220)를 그룹화(pairing)한다. 여기서 저속으로 이동하는 저속 액세스 포인트(220)의 경우 채널의 코히어런스 타임(coherence time)이 충분히 길어 기지국(210)이 해당 채널 정보를 얻을 수 있지만, 고속으로 이동하는 고속 액세스 포인트(230)의 경우 채널의 코히어런스 타임이 짧기 때문에 기지국(210)이 해당 채널 정보를 알 수 없다고 가정한다. 기지국(210)은 2개의 안테나(211,212)를, 저속 액세스 포인트(220)는 1개의 안테나(221)를, 고속 액세스 포인트(230)는 2개의 안테나(231,232)를 사용한다고 가정한다.
여기서 제안되는 통신 방법은 도로 주변에 설치된 리모트 라디오 헤드(Remote Radio Head; RRH) 또는 노변 장치(Road Side Unit; RSU) 등이 도로상에 위치한 차량에 데이터를 전송하는 시나리오에 적용될 수 있다. 이 경우 통상적인 경우보다 기지국(210)에서 액세스 포인트들(220,230)까지의 거리가 짧기 때문에 자유도(Degrees of Freedom; DoF)를 증가시키면 전송률이 높아질 수 있다.
상기 그룹화 결과에 따라 간섭을 제어하기 위한 구체적인 빔포밍 방법은 아래와 같다. 두 타임 슬롯(time slots)을 통한 심볼 확장(Symbol Extension)을 가정할 때 저속 액세스 포인트(220)가 받는 신호는 아래 [수학식 1]로 주어진다.
[수학식 1]
Figure pat00001

여기서 X는 기지국(210)이 송신하는 신호, y는 수신 신호, h는 채널 이득, Z는 잡음(noise)을 뜻한다. (.)는 시간 인덱스(index)를 나타낸다. 위첨자 [.]는 액세스 포인트의 인덱스이고, 채널 이득 h의 아래첨자는 안테나 인덱스를 나타낸다. 구체적으로, h1 [1], h2 [1]는 기지국(210)의 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212) 각각과 저속 액세스 포인트(220) 사이의 채널 이득을 뜻한다. Z는 잡음을 나타낸다.
여기서, 저속 액세스 포인트(220)는 채널 코히어런스 타임이 길다고 가정하였기 때문에 시간 인덱스가 1에서 2로 바뀌어도 채널 이득은 변하지 않는다.
비슷한 방식으로 고속 액세스 포인트(230)가 받는 신호는 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002

여기서 y에 있는 아래첨자는 액세스 포인트의 안테나 인덱스를 나타낸다. hab의 아래첨자 ab에서 a는 해당 액세스 포인트의 안테나 인덱스를, b는 기지국(210)의 안테나 인덱스를 나타낸다. 따라서 각 채널 이득들은 기지국(210)과 고속 액세스 포인트(230) 사이의 2x2 마이모(Multiple-Input Multiple-Output; MIMO) 채널의 채널 이득들이다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 비가시선 채널 환경에서 높은 자유도(DoF)를 달성하기 위해 기지국(210)은 선형 빔포밍(linear beam-forming)을 이용하여 [수학식 3]과 같은 송신 신호 X를 생성할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00003

여기서 u1 [1], u2 [1] 는 각각 저속 액세스 포인트(220)으로 전송하고자 하는 첫 번째 심볼 및 두 번째 심볼을 나타내며, 마찬가지로 u1 [2], u2 [2]는 각각 고속 액세스 포인트(230)로 전송하고자 하는 첫 번째 심볼 및 두 번째 심볼을 나타낸다.
기지국(210)은 위와 같은 송신 신호를 생성하기 위해서는 저속 이동 액세스 포인트(220)에 대한 채널 정보가 필요하다. 따라서 기지국(210)은 저속 이동 액세스 포인트(220)에 대한 채널 정보를 추정할 수 있다. 기지국(210)은 저속 이동 액세스 포인트(220)에게 채널 정보를 추정할 것을 요청할 수 있다. 기지국(210)은 저속 이동 액세스 포인트(220)으로 파일럿을 전송하고 저속 이동 액세스 포인트(220)는 수신한 파일럿을 기초로 채널 정보를 추정할 수 있다. 그리고 저속 이동 액세스 포인트(220)는 추정된 채널 정보를 기지국(210)으로 피드백할 수 있다.
위와 같이 송신 빔포밍을 수행하는 경우 저속 액세스 포인트(220)가 받는 신호는 [수학식 4]와 같다.
[수학식 4]
Figure pat00004

[수학식 4]를 참조하면 기지국(210)은 저속 액세스 포인트(220)로 두 데이터 스트림들(2 data streams)을 전송할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 전술한 송신 빔포밍에 의할 때 고속 액세스 포인트(230)가 받는 신호는 [수학식 5]와 같다.
[수학식 5]
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007

따라서 고속 액세스 포인트(230)가 [수학식 6]과 같은 행렬을 이용하여 제로포싱 빔포밍(Zero-Forcing Beamforming)을 수행하면, 고속 액세스 포인트(230)는 [수학식 7]과 같은 신호를 얻을 수 된다.
[수학식 6]
Figure pat00008

[수학식 7]
Figure pat00009

[수학식 7]을 참조하면, 기지국(210)은 고속 액세스 포인트(230)로 두 데이터 스트림들(2 data streams)을 전송할 수 있음을 알 수 있다.
따라서 이 경우 기지국(210)은 두 타임 슬롯을 통해 총 네 개의 데이터 스트림들을 전송할 수 있기 때문에 자유도(DoF)는 2(=4/2)가 된다. 이는 시분할다중접속(Time Division Multiple Access; TDMA)의 자유도(DoF) 1보다 크다.
비가시선 채널 환경에서의 다른 실시예로, 기지국(210)은 저속 액세스 포인트(220)의 채널 정보를 이용하여 하나의 타임 슬롯을 통하여 송신 빔포밍을 수행 할 수 있다. 기지국(210)은 저속 액세스 포인트(220)의 채널 정보를 기초로 저속 액세스 포인트(220)에 대한 송신 빔포밍 벡터를 생성하고 저속 액세스 포인트(220)의 채널의 널 스페이스(null space)에 해당하는 널 벡터(null vector)를 이용하여 고속 액세스 포인트(230)에 대한 송신 빔포밍 벡터를 생성할 수 있다. 이 경우 자유도(DoF)는 2가 된다.
지금까지 설명한 통신 방법은 보다 일반적인 경우에도 적용될 수 있다.
첫 번째로 안테나의 개수를 확장하는 경우를 보면 다음과 같다. 기지국이 두 액세스 포인트들을 서비스하는 경우를 고려한다. 기지국이 2N개(N은 자연수)의 안테나를 사용하고 고속으로 이동하는 액세스 포인트 및 저속으로 이동하는 액세스 포인트가 각각 2N개 및 N개의 안테나를 사용하면, 전술한 방법으로 빔포밍을 수행하여 전체 시스템의 자유도(DoF)는 2N이 될 수 있다.
두 번째로 액세스 포인트의 개수를 확장하는 경우를 보면 다음과 같다. 기지국이 K(K는 자연수)개의 액세스 포인트들을 서비스하는 경우를 고려한다. 기지국이 K개의 안테나를 사용하고 고속으로 이동하는 한 개의 액세스 포인트가 K개의 안테나를 사용하고, 나머지 K-1명의 사용자가 1개의 안테나를 사용하면, 역시 전술한 방식으로 빔포밍을 수행하여 전체 시스템의 자유도(DoF)는 K가 될 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예들은 비가시선(NLOS) 채널 환경에서 고속으로 이동하는 하나의 액세스 포인트와 적어도 하나의 저속으로 이동하는 액세스 포인트를 그룹화 하여 고속으로 이동하는 하나의 액세스 포인트에 대한 채널 정보 없이도 빔포밍을 수행함으로써 시분할다중접속(Time Division Multiple Access; TDMA)보다 높은 자유도(DoF)를 얻을 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예들은 기지국과 액세스 포인트의 거리가 짧은 높은 신호 대 잡은 비(Signal to Noise Ratio; SNR) 대역에서 큰 전송률을 보인다.
또한 본 발명의 실시예들은 고속으로 이동하는 하나의 액세스 포인트에 대한 채널 정보를 필요로 하지 않으므로 오버헤드를 줄일 수 있다. 그리고 본 발명의 실시예들은 선형 빔포밍을 이용할 수 있고 이 경우 복잡도가 낮아 고속 이동 환경에 적합하다.
도 3은 비가시선 채널 환경에서 액세스 포인트들의 그룹화 방법이 활용되는 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 인접한 두 셀들(301,302)이 존재하고 각 셀에 대응하는 두 기지국들(310,320)이 존재한다. 두 셀들(301,302)의 가장자리에는 두 액세스 포인트들(하나의 고속 이동 액세스 포인트(330) 및 하나의 저속 이동 액세스 포인트(340))이 존재한다. 고속 이동 액세스 포인트(330)의 채널 정보를 알 수 없기 때문에 기존 방식에서는 한 기지국(310)이 두 액세스 포인트들(330,340)을 지원하기 위해서는 시분할다중접속(TDMA) 방식을 적용한다. 반면 본 발명의 실시예들은 전술한 방법들을 이용함으로써 두 액세스 포인트들(330,340)을 동시에 한 기지국(310)이 서비스할 수 있다. 이 경우 인접한 기지국(320)의 자원을 절약할 수 있다. 즉, 인접한 기지국(320)은 해당 셀 내부에 있는 다른 액세스 포인트(미도시)를 작은 전송 전력으로 서비스할 수 있고, 영역(303)과 같이 셀 브리딩(Cell Breathing)을 수행함으로써 셀 가장자리에 위치한 액세스 포인트들(330,340)로의 간섭을 줄일 수도 있다.
도 4는 가시선(LOS) 채널 환경에서 액세스 포인트들이 그룹화된 모습을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하여, 기지국이 가시선(LOS) 채널 환경에 있는 복수의 액세스 포인트들로 브로드캐스팅(broadcasting)하는 경우의 액세스 포인트 그룹화 방법 및 상기 그룹화 방법에 따른 통신 방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가시선 채널 환경에서의 액세스 포인트 그룹화 방법은 기본적으로 3개 이상의 액세스 포인트들이 존재하고 각 액세스 포인트들은 모두 가시선 채널을 가짐을 가정한다.
전술한 비가시선(NLOS) 채널 환경의 경우와 마찬가지로 가시선 채널 환경의 경우도 기지국 또는 액세스 포인트의 안테나가 임의의 개수인 경우 또는 저속으로 이동하는 액세스 포인트가 임의의 개수인 경우에 적용될 수 있으나, 가장 간단한 경우인 고속으로 이동하는 하나의 액세스 포인트와 저속으로 이동하는 두 개의 액세스 포인트가 존재하는 경우를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 3개의 기지국들(410,420,430)은 고속으로 이동하는 고속 액세스 포인트(440)와 저속으로 이동하는 두 개의 저속 액세스 포인트들(450,460)을 그룹화(pairing)한다. 각 기지국과 각 액세스 포인트들 사이의 채널은 모두 가시선 채널이다. 여기서, 기지국(410)은 2개의 안테나를, 나머지 기지국들(420,340)은 1개씩의 안테나를, 액세스 포인트들(440,450,460)은 2개씩의 안테나를 사용한다고 가정한다. 본 환경에서 중요한 가정은 기지국들(410,420,430)은 액세스 포인트들(440,450,460)의 이동 속도 정보를 제외하고 어느 채널 정보도 알지 못한다는 점이다.
여기서 제안되는 통신 방법은 도로 주변에 설치된 리모트 라디오 헤드(Remote Radio Head; RRH) 또는 노변 장치(Road Side Unit; RSU) 등을 통해 도로상에 위치한 차량들에 데이터를 전송하고, 각 차량들은 가시선(LOS) 채널을 확보할 수 있는 통신 시나리오에 대한 간섭 제어 기법을 제공한다. 또한 차량들이 다수의 안테나를 가지고 있는 환경을 고려할 수 있다.
상기 그룹화 방법에 따라 간섭을 제어하기 위한 구체적인 빔포밍 방법은 아래와 같다. 두 타임 슬롯(time slots)을 통한 심볼 확장(Symbol Extension)을 가정할 때 각 채널들은 [수학식 8]과 같이 주어진다.
[수학식 8]
Figure pat00010

기호들의 기본적인 표기법(notation)은 비가시선(NLOS) 채널 환경의 경우와 같다. 다만 채널 H[ ij ]의 경우 기지국 j에서 액세스 포인트 i로의 채널을 뜻한다. 즉, i, j가 각각 액세스 포인트 및 기지국의 인덱스를 나타낸다. 그리고 α[ ij ] = exp(j(2πd/λ)cos(Φ[ ij ])), γ[ ij ] = exp(-j(2π(n-1)d/λ)cos(Φ[ ji ]))이며 Φ[ ij ]는 특정 기준 직선과 기지국 j의 첫 번째 안테나와 액세스 포인트 i의 첫 번째 안테나를 연결한 직선이 이루는 각도를 나타낸다. λ는 송신 신호의 파장이다. 고속 액세스 포인트(440)의 속도가 빠르다고 가정하였기 때문에 H[11], H[12], H[31] 채널의 코히어런스 타임(coherence time)은 1이며, 나머지 두 액세스 포인트들(450,460)의 코히어런스 타임은 2라 할 수 있다.
위와 같은 채널 환경에서, 각 기지국들(410,420,430)은 아래와 같이 선형 빔포밍을 수행할 수 있다. [수학식 9]는 각 기지국들이 송신하는 신호를 나타낸다.
[수학식 9]
Figure pat00011

Figure pat00012

Figure pat00013

여기서 X[1]은 기지국(410)의 송신 신호를, X[2]는 기지국(420)의 송신 신호를, X[3]은 기지국(430)의 송신 신호를 나타낸다.
그러면 고속 액세스 포인트(440)가 수신하는 신호는 [수학식 10]과 같다.
[수학식 10]
Figure pat00014

따라서, 고속 액세스 포인트(440)는 [수학식 11]과 같은 행렬을 이용하여 제로포싱(Zero Forcing)을 수행하면 [수학식 12]와 같은 신호를 얻을 수 있다. 즉, 고속 액세스 포인트(440)으로 두 데이터 스트림(data streams)이 전송될 수 있음을 알 수 있다.
[수학식 11]
Figure pat00015

[수학식 12]
Figure pat00016

또한, 저속 액세스 포인트(450)가 수신하는 신호는 [수학식 13]과 같다.
[수학식 13]
Figure pat00017

따라서 저속 액세스 포인트(450)는 [수학식 14]와 같은 행렬을 이용하여 제로포싱을 수행하면 [수학식 15]와 같은 신호를 얻을 수 있다. 즉, 저속 액세스 포인트(450)로 하나의 데이터 스트림이 전송될 수 있음을 알 수 있다.
[수학식 14]
Figure pat00018

[수학식 15]
Figure pat00019

마찬가지로, 저속 액세스 포인트(460)도 하나의 데이터 스트림을 전송 받을 수 있다.
결국, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 방법에 의하면 두 타임 슬롯을 이용하여 4개의 데이터 스트림을 전송할 수 있으므로, 자유도(DoF)는 2임을 알 수 있다. 따라서 자유도(DoF)가 1인 시분할다중접속(TDMA)보다 전송률을 높일 수 있다.
지금까지 설명한 통신 방법은 보다 일반적인 경우에도 적용될 수 있다.
예를 들어 K개의 기지국들과 K개의 액세스 포인트들이 존재하며, 가시선(LOS) 채널만 존재하는 가지는 경우를 생각할 수 있다. 이 경우, 고속으로 이동하는 하나의 고속 액세스 포인트가 1+(K-1)/2개의 안테나를 사용하고, 저속으로 이동하는 K-1개의 저속 액세스 포인트들이 각각 1+(K-2)/2개의 안테나를 사용한다면, 전술한 방법과 유사한 방법으로 빔포밍을 수행하여 총 자유도가 1+(K-1)/2가 될 수 있다.
결국, 전술한 본 발명의 실시예들은 가시선(LOS) 채널 환경에서 고속으로 이동하는 하나의 액세스 포인트와 둘 이상의 저속으로 이동하는 액세스 포인트들을 그룹화 하고, 각 채널들의 시간 및 공간 상관도(time and spatial correlation)를 고려하여 빔포밍을 수행함으로써 시분할다중접속(Time Division Multiple Access; TDMA)보다 높은 자유도(DoF)를 얻을 수 있다. 특히 각 기지국들이 채널 정보 없이도 빔포밍을 수행할 수 있으므로 오버헤드가 줄어든다. 그리고 전술한 방법들은 선형 빔포밍을 이용함으로써 복잡도를 낮출 수 있어 고속 이동 환경에 적합하다.
도 5는 가시선(LOS) 채널과 비가시선(NLOS) 채널이 동시에 존재하는 환경에서 액세스 포인트들이 그룹화된 모습을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하여, 기지국이 가시선(LOS) 채널과 비가시선(NLOS) 채널이 동시에 존재하는 환경에 있는 복수의 액세스 포인트들로 브로드캐스팅하는 경우의 액세스 포인트 그룹화 방법 및 상기 그룹화 방법에 따른 통신 방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가시선 및 비가시선 채널 환경에서의 액세스 포인트 그룹화 방법은 기본적으로 3개 이상의 액세스 포인트들이 존재함을 가정한다.
전술한 비가시선 채널 환경 또는 가시선 채널 환경의 경우와 마찬가지로 가시선 및 비가시선 채널 환경의 경우도 기지국 또는 액세스 포인트의 안테나가 임의의 개수인 경우 또는 저속으로 이동하는 액세스 포인트가 임의의 개수인 경우에 적용될 수 있으나, 가장 간단한 경우인 가시선 채널을 가지며 고속으로 이동하는 하나의 액세스 포인트와 비가시선 채널을 가지며 저속으로 이동하는 두 개의 액세스 포인트들이 존재하는 경우를 설명하면 다음과 같다.
먼저 기지국(510)은 가시선 채널을 가지며 고속으로 이동하는 하나의 고속 액세스 포인트(520)와 비가시선 채널을 가지며 저속으로 이동하는 두 개의 저속 액세스 포인트들(530,540)을 그룹화한다. 기지국(510)은 3개의 안테나를 사용하고 고속 액세스 포인트(520) 및 두 저속 액세스 포인트들(530,540)은 안테나를 하나씩 사용한다. 이와 같이 그룹화를 하였을 경우, 고속 액세스 포인트(520)의 매시간 별 각도 정보만으로도 빔포밍을 수행할 수 있다. 기지국(510)은 고속 액세스 포인트(520)의 위치 정보를 기초로 상기 각도 정보를 얻을 수 있다. 따라서 기지국(510)은 고속 액세스 포인트(520)에게 고속 액세스 포인트(520)의 위치 정보를 요청할 수 있다. 상기 각도 정보는 특정 기준 직선과 기지국(510)으로부터 고속 액세스 포인트(520)으로의 직선이 이루는 각도를 나타낸다.
여기서 설명하는 통신 방법은 기지국을 리모트 라디오 헤드(Remote Radio Head; RRH) 또는 노변 장치(Road Side Unit; RSU)로 가정하고 액세스 포인트를 차량으로 가정할 때, 일반적으로 기지국이 가시선 채널을 확보하기 어렵더라도 차량이 기지국을 가까이서 빠르게 지나감으로써 가시선 채널을 확보할 수 있는 시나리오에 적용될 수 있다. 또한 상대적으로 낮은 속도로 이동하는 액세스 포인트들도 해당 채널 정보를 알기 힘들만큼 충분히 빠른 경우라도 적용될 수 있다.
상기 그룹화 방법에 따라 간섭을 제어하기 위한 구체적인 빔포밍 방법은 아래와 같다. 세 타임 슬롯(time slots)을 통한 심볼 확장(Symbol Extension)을 가정한다.
그러면, 고속 액세스 포인트(520)가 수신하는 신호는 [수학식 16]과 같다. X는 기지국(510)이 송신하는 신호이다.
[수학식 16]
Figure pat00020

마찬가지로 저속 액세스 포인트(530)가 수신하는 신호는 [수학식 17]과 같다.
[수학식 17]
Figure pat00021

그리고 저속 액세스 포인트(540)가 수신하는 신호는 [수학식 18]과 같다.
[수학식 18]
Figure pat00022

기호의 표기법(notation)은 전술한 경우들과 같다. 기지국은 아래와 같이 선형 빔포밍을 수행할 수 있다. [수학식 19]는 기지국(510)이 송신하는 신호를 나타낸다.
[수학식 19]
Figure pat00023

여기서 u1 [1], u2 [1], u3 [1]은 고속 액세스 포인트(520)로 전송하고자 하는 첫 번째 심볼, 두 번째 심볼 및 세 번째 심볼을 나타낸다. u1 [2]는 저속 액세스 포인트(530)로 전송하고자 하는 첫 번째 심볼을, u1 [3]은 저속 액세스 포인트(540)로 전송하고자 하는 첫 번째 심볼을 나타낸다. 그리고 αm [ ij ] = exp(j(2π(m-1)d/λ)cos(Φ[ ij ])), γn [ ij ]= exp(-j(2π(n-1)d/λ)cos(Φ[ ji ]))이며 Φ[ ij ]는 특정 기준 직선과 기지국 j의 첫 번째 안테나와 액세스 포인트 i의 첫 번째 안테나를 연결한 직선이 이루는 각도를 나타낸다. m은 기지국(510) 안테나 인덱스를, n은 고속 액세스 포인트(520)의 안테나 인덱스를 나타낸다. d는 기지국(510) 또는 고속 액세스 포인트(520)의 안테나 간 간격이다.
따라서 송신 빔포밍 벡터는 α에 대한 정보만 있으면 생성할 수 있다. 그리고 α는 고속 액세스 포인트(520)에 대한 각도 정보를 기초로 정해질 수 있다. 그리고 각도 정보는 고속 액세스 포인트(520)의 위치 정보를 이용하여 얻을 수 있다.
이와 같이 기지국(510)이 송신 빔포밍을 수행함으로써 고속 액세스 포인트(520)가 수신하는 신호는 [수학식 20]과 같다.
[수학식 20]
Figure pat00024

고속 액세스 포인트(520)는 기지국(510)으로부터 3개의 데이터 스트림을 수신할 수 있음을 알 수 있다.
저속 액세스 포인트(530)가 수신하는 신호는 [수학식 21]과 같다.
[수학식 21]
Figure pat00025

저속 액세스 포인트(530)는 [수학식 22]와 같은 행렬을 이용하여 제로포싱을 수행하면, 하나의 데이터 스트림을 얻을 수 있다.
[수학식 22]
Figure pat00026

마찬가지로 저속 액세스 포인트(540)이 수신하는 신호는 [수학식 23]과 같이 주어진다.
[수학식 23]
Figure pat00027

저속 액세스 포인트(540)은 [수학식 24]와 같은 행렬을 이용하여 제로포싱을 수행하면 하나의 데이터 스트림을 얻을 수 있다.
[수학식 24]
Figure pat00028

결과적으로 총 3개의 타임 슬롯을 이용하여 5개의 데이터 스트림이 전송될 수 있으므로 전체 시스템의 자유도(DoF)는 5/3이 된다. 이는 시분할다중접속(TDMA)의 자유도인 1보다 더 높음을 알 수 있다.
지금까지 설명한 통신 방법은 보다 일반적인 경우에도 적용될 수 있다.
첫 번째로 안테나의 개수를 확장하는 경우를 보면 다음과 같다. 그룹화된 액세스 포인트는 3개로 가정한다. 기지국은 M 개(M≥M1+M2+1)의 안테나를 사용하고, 고속으로 이동하는 액세스 포인트는 하나의 안테나를, 저속으로 이동하는 두 개의 액세스 포인트들은 각각 M1 개 및 M2 개의 안테나를 사용하는 경우, 전술한 방법과 비슷한 방법의 빔포밍을 통하여 전체 시스템은 1+(M1+M2)/3의 자유도를 얻을 수 있다.
두 번째로 액세스 포인트의 개수를 확장하는 경우를 보면 다음과 같다. 그룹화된 액세스 포인트의 개수가 K 개인 경우를 고려한다. 이때, 각 액세스 포인트들은 하나의 안테나를 사용하고, 기지국은 K 안테나를 사용하는 것으로 가정한다. 가시선 채널에서 고속으로 이동하는 하나의 액세스 포인트의 코히어런스 타임이 1이고, 비가시선 채널에서 저속으로 이동하는 K-1개의 액세스 포인트들의 각 코히어런스 타임이 K인 경우 전술한 방법과 비슷한 방법의 빔포밍을 통하여 전체 시스템은 1+(K-1)/K의 DoF를 얻을 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예들은 가시선(Line of Sight; LOS) 채널을 가지는 고속으로 이동하는 하나의 액세스 포인트 및 비가시선(Non Line of Sight; NLOS) 채널을 가지는 둘 이상의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트를 그룹화 하고, 각 채널들의 시간 및 공간 상관도를 고려하여 빔포밍을 수행함으로써 시분할다중접속(Time Division Multiple Access; TDMA)보다 높은 자유도(DoF)를 얻을 수 있다. 특히 기지국이 채널 정보를 알지 못하더라도, 고속으로 이동하는 액세스 포인트에 대한 각도 정보를 가지고 빔포밍을 수행할 수 있으므로 오버헤드가 줄어든다.
도 6은 가시선 채널 및 비가시선 채널이 동시에 존재하는 환경에서 액세스 포인트들의 그룹화 방법이 활용되는 예를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 인접한 두 셀들(601,602)이 존재하고 각 셀에 대응하는 두 기지국들(610, 620)이 존재한다. 기지국들(610,620)은 도로를 따라 배치되어 있다. 두 셀들(601,602)의 가장자리에는 가시선 채널을 가지며 도로를 따라 고속으로 이동하는 액세스 포인트(640)가 존재한다. 그리고 기지국(610)과의 관계에서 비가시선 채널을 가지는 액세스 포인트(630)는 단말일 수 있다. 기존 방법에 의하면 액세스 포인트(630)는 매크로 기지국(미도시)로부터 서비스를 받고 액세스 포인트(640)는 기지국(610)으로부터 서비스를 받는다. 따라서 기지국(610)이 액세스 포인트(640)으로 전송하는 신호는 액세스 포인트(630)에게는 간섭이 될 수 있다. 하지만 본 발명의 실시예들에 따르면 기지국(610)이 두 액세스 포인트들(630,640)을 그룹화하여 함께 서비스할 수 있다. 따라서 액세스 포인트(630)에 대한 간섭을 줄일 수 있다.
지금까지 설명한 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 기능블록도이다. 기지국은 기지국은 차량용 펨토 셀을 지원하기 위한 리모트 라디오 헤드(Remote Radio Head; RRH)일 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국은 수신부(710), 액세스 포인트 그룹 형성부(720), 빔포밍 수행부(730) 및 송신부(740)를 포함한다. 그리고 속도 및 가시선 측정부(750) 또는 각도 추정부(760)를 더 포함할 수 있다.
수신부(710)는 액세스 포인트로부터 각종 정보를 수신한다.
액세스 포인트 그룹 형성부(720)는 둘 이상의 액세스 포인트들의 이동 속도 정보 및 상기 둘 이상의 액세스 포인트들과 기지국 사이의 가시선(Line of Sight; LOS) 채널 존재 여부에 대한 정보를 기초로 고속으로 이동하는 액세스 포인트와 적어도 하나의 저속으로 이동하는 액세스 포인트를 포함하도록 상기 액세스 포인트들을 그룹화(pairing)한다.
빔포밍 수행부(730)는 상기 이동 속도 정보 및 상기 가시선 채널 존재 여부에 대한 정보에 기초한 액세스 포인트들의 그룹화 결과에 기초하여 송신 빔포밍벡터를 생성한다.
송신부(740)는 기지국이 생성한 신호를 액세스 포인트로 전송한다. 그리고 송신부(740)는 둘 이상의 액세스 포인트들로 해당 액세스 포인트의 이동 속도 정보 또는 해당 액세스 포인트에 대한 가시선(Line of Sight; LOS) 채널 존재 여부에 대한 정보를 요청하는
속도 및 가시선 측정부(750)는 이동 속도 정보 또는 가시선(Line of Sight; LOS) 채널 존재 여부에 대한 정보를 추정한다. 이동 속도는 해당 액세스 포인트와의 업링크 채널을 통해서 측정할 수 있고 가시선 채널 존재 여부는 속도 측정 장치를 이용하여 추정할 수 있다. 기지국이 속도 및 가시선 측정부(750)를 포함하는 경우, 액세스 포인트들로 이동 속도 정보 또는 가시선 채널 존재 여부에 대한 정보를 요청하지 않아도 된다.
각도 추정부(760)는 액세스 포인트로부터 수신한 정보를 기초로 기지국과 액세스 포인트 사이에 형성되는 각도를 추정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액세스 포인트의 기능블록도이다. 액세스 포인트는 단말이거나 차량용 펨토 셀에 대응하는 차량형 기지국일 수 있다.
도 8을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 액세스 포인트는 수신부(810), 제어부(820), 속도 추정부(830), 가시선 채널 존재 여부 확인부(840), 위치 추정부(850), 채널 추정부(860), 디코딩부(870) 및 송신부(880)를 포함한다.
수신부(810)는 기지국으로부터 데이터를 수신한다. 그리고 수신부(810)는 기지국이 액세스 포인트들을 그룹화하거나 송신 빔포밍 벡터를 생성하기 위해 필요한 각종 정보에 대한 요청을 수신한다. 액세스 포인트들을 그룹화하는데 필요한 정보는 해당 액세스 포인트의 이동 속도 정보와 가시선 채널 존재 여부에 대한 정보를 포함한다.
제어부(820)는 수신부(810)를 통해 수신한 기지국으로부터 각종 요청을 분석한다. 그리고 제어부(820)는 속도 추정부(830), 가시선 채널 존재 여부 확인부(840), 위치 추정부(850) 및 채널 추정부(860)와 연결되어 있으며, 상기 각종 요청에 따라 해당되는 모듈을 제어한다.
속도 추정부(830)는 제어부(820)의 제어에 따라 액세스 포인트의 이동 속도를 추정한다.
가시선 채널 존재 여부 확인부(840)는 제어부(820)의 제어에 따라 기지국과 상기 액세스 포인트 사이에 가시선(Line of Sight; LOS) 채널이 존재하는지 여부를 확인한다.
위치 추정부(850)는 액세스 포인트의 위치 정보를 추정한다. 액세스 포인트의 위치 정보는 기지국이 액세스 포인트에 대한 각도 정보를 추정하는 데에 이용될 수 있다. 위치 추정부(850)는 제어부(820)의 제어에 따라 동작할 수 있다.
채널 추정부(860)는 기지국과 액세스 포인트 사이의 채널을 추정한다. 채널 추정부(860)는 제어부(820)의 제어에 따라 동작할 수 있다.
디코딩부(870)는 기지국으로부터 수신한 데이터를 제로포싱(Zero Forcing) 기법을 이용하여 디코딩한다.
송신부(880)는 속도 추정부(830), 가시선 채널 존재 여부 확인부(840), 위치 추정부(850) 또는 채널 추정부(860)로부터의 각종 정보들을 기지국으로 피드백한다. 즉, 송신부(880)는 액세스 포인트의 이동 속도 정보, 가시선 채널 존재 여부에 대한 정보, 액세스 포인트의 위치 정보, 또는 해당 채널 정보를 기지국으로 피드백할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 기지국 및 액세스 포인트에 대해 설명하였다. 본 기지국 및 액세스 포인트에는 앞서 도 1 내지 도 6과 관련하여 다양한 실시예를 통하여 상술한 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 액세스 포인트
120: 기지국

Claims (24)

  1. 둘 이상의 액세스 포인트(Access Point)들의 이동 속도 정보 및 상기 둘 이상의 액세스 포인트들과 기지국 사이의 가시선(Line of Sight; LOS) 채널 존재 여부에 대한 정보에 기초하여 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트와 적어도 하나의 제2 레인지의 속도-상기 제1 레인지의 속도는 상기 제2 레인지의 속도보다 빠름-로 이동하는 액세스 포인트를 포함하도록 상기 둘 이상의 액세스 포인트들을 그룹화(pairing)하는 단계; 및
    상기 이동 속도 정보 및 상기 가시선 채널 존재 여부에 대한 정보에 따른 액세스 포인트들의 그룹화 결과에 기초하여 송신 빔포밍벡터를 생성하는 단계
    를 포함하는 기지국의 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 둘 이상의 액세스 포인트들로 해당 액세스 포인트의 이동 속도 정보 또는 해당 액세스 포인트에 대한 가시선(Line of Sight; LOS) 채널 존재 여부에 대한 정보를 요청하는 단계
    를 더 포함하는 기지국의 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    업링크 채널 또는 속도 측정 장치를 이용하여 상기 이동 속도 정보 또는 상기 가시선(Line of Sight; LOS) 채널 존재 여부에 대한 정보를 측정하는 단계
    를 더 포함하는 기지국의 통신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액세스 포인트들을 그룹화하는 단계는
    비가시선(Non Line of Sight; NLOS) 채널을 가지는 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트 및 비가시선(Non Line of Sight; NLOS) 채널을 가지는 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트를 그룹화하는 단계
    를 포함하는 기지국의 통신 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 그룹화된 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 채널 정보를 추정하는 단계
    를 더 포함하는 기지국의 통신 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 송신 빔포밍벡터를 생성하는 단계는
    상기 그룹화된 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 채널 정보를 기초로 상기 그룹화된 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 송신 빔포밍 벡터를 생성하고, 상기 그룹화된 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 채널의 널 벡터(null vector)를 이용하여 상기 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 송신 빔포빙 벡터를 생성하는 단계
    를 포함하는 기지국의 통신 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 액세스 포인트들을 그룹화하는 단계는
    가시선(Line of Sight; LOS) 채널을 가지는 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트 및 가시선(Line of Sight; LOS) 채널을 가지는 둘 이상의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트들을 그룹화하는 단계
    를 포함하는 기지국의 통신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 송신 빔포밍벡터를 생성하는 단계는
    상기 그룹화된 액세스 포인트들에 대한 채널들의 시간 및 공간 상관도(time and spatial correlation)를 고려하여 상기 송신 빔포밍 벡터를 생성하는 단계
    를 포함하는 기지국의 통신 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 액세스 포인트들을 그룹화하는 단계는
    가시선(Line of Sight; LOS) 채널을 가지는 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트 및 비가시선(Non Line of Sight; NLOS) 채널을 가지는 둘 이상의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트를 그룹화하는 단계
    를 포함하는 기지국의 통신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 그룹화된 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 각도 정보를 추정하기 위하여 상기 그룹화된 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트로 상기 그룹화된 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트의 위치 정보를 요청하는 단계; 및
    상기 위치 정보를 기초로 상기 각도 정보를 추정하는 단계
    를 더 포함하는 기지국의 통신 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 송신 빔포밍 벡터를 생성하는 단계는
    상기 그룹화된 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 각도 정보에 기초하여 상기 송신 빔포밍 벡터를 생성하는 단계
    를 포함하는 기지국의 통신 방법.
  12. 둘 이상의 액세스 포인트들의 이동 속도 정보 및 상기 둘 이상의 액세스 포인트들과 기지국 사이의 가시선(Line of Sight; LOS) 채널 존재 여부에 대한 정보를 기초로 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트와 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트를 포함하도록 상기 액세스 포인트들을 그룹화(pairing)하는 액세스 포인트 그룹 형성부; 및
    상기 이동 속도 정보 및 상기 가시선 채널 존재 여부에 대한 정보에 기초한 액세스 포인트들의 그룹화 결과에 기초하여 송신 빔포밍벡터를 생성하는 빔포밍 수행부
    를 포함하는 기지국.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 둘 이상의 액세스 포인트들로 해당 액세스 포인트의 이동 속도 정보 또는 해당 액세스 포인트에 대한 가시선(Line of Sight; LOS) 채널 존재 여부에 대한 정보를 요청하는 송신부
    를 더 포함하는 기지국.
  14. 제12항에 있어서,
    업링크 채널 또는 속도 측정 장치를 이용하여 상기 이동 속도 정보 또는 상기 가시선(Line of Sight; LOS) 채널 존재 여부에 대한 정보를 추정하는 속도 및 가시선 측정부
    를 더 포함하는 기지국.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 액세스 포인트 그룹 형성부는
    비가시선(Non Line of Sight; NLOS) 채널을 가지는 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트 및 비가시선(Non Line of Sight; NLOS) 채널을 가지는 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트를 그룹화하는 기지국.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 빔포밍 수행부는
    상기 그룹화된 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 채널 정보를 기초로 상기 그룹화된 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 송신 빔포밍 벡터를 생성하고, 상기 그룹화된 적어도 하나의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 채널의 널 벡터(null vector)를 이용하여 상기 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 송신 빔포빙 벡터를 생성하는 기지국.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 액세스 포인트 그룹 형성부는
    가시선(Line of Sight; LOS) 채널을 가지는 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트 및 가시선(Line of Sight; LOS) 채널을 가지는 둘 이상의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트들을 그룹화하는 기지국.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 빔포밍 수행부는
    상기 그룹화된 액세스 포인트들에 대한 채널들의 시간 및 공간 상관도(time and spatial correlation)를 고려하여 상기 송신 빔포밍 벡터를 생성하는 기지국.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 액세스 포인트 그룹 형성부는
    가시선(Line of Sight; LOS) 채널을 가지는 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트와 비가시선(Non Line of Sight; NLOS) 채널을 가지는 둘 이상의 제2 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트를 그룹화하는 기지국.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 빔포밍 수행부는
    상기 그룹화된 제1 레인지의 속도로 이동하는 액세스 포인트에 대한 각도 정보에 기초하여 상기 송신 빔포밍 벡터를 생성하는 기지국.
  21. 기지국으로부터 액세스 포인트들의 그룹화 또는 송신 빔포밍 벡터 생성을 위해 필요한 각종 정보에 대한 요청 및 데이터를 수신하는 수신부;
    상기 기지국으로부터의 상기 각종 요청을 분석하여 해당되는 모듈을 제어하는 제어부;
    상기 제어부의 제어에 따라 액세스 포인트의 이동 속도를 추정하는 속도 추정부;
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 기지국과 상기 액세스 포인트 사이에 가시선(Line of Sight; LOS) 채널이 존재하는지 여부를 확인하는 가시선 채널 존재 여부 확인부; 및
    상기 액세스 포인트의 상기 이동 속도 정보 및 상기 가시선 채널 존재 여부에 대한 정보를 상기 기지국으로 피드백하는 송신부
    를 포함하는 액세스 포인트.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 기지국이 상기 액세스 포인트에 대한 각도 정보를 추정하는 데에 이용할 수 있도록 상기 액세스 포인트의 위치 정보를 추정하는 위치 추정부
    를 더 포함하는 액세스 포인트.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 기지국과 상기 액세스 포인트 사이의 채널을 추정하는 채널 추정부
    를 더 포함하는 액세스 포인트.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 수신한 상기 데이터를 제로포싱(zero-forcing) 기법을 이용하여 디코딩하는 디코딩부
    를 더 포함하는 액세스 포인트.
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