KR20120094222A - 재구성 가능한 안테나를 사용하는 기지국에서 인접 기지국 사이의 하향링크 간섭을 제거하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

재구성 가능한 안테나를 사용하는 기지국에서 인접 기지국 사이의 하향링크 간섭을 제거하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전송 안테나 패턴에 관한 것으로 이동통신 시스템에서 네트워크 장치의 전송 안테나 패턴 결정 방법에 있어서 제 1 기지국으로 전송 안테나 패턴 고정을 요청하고 제 2 기지국으로 전송 안테나 패턴 변경을 요청하는 제 1 과정과 제 1 과정 수행 중 상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국으로부터 수신되는 CQI 값을 기반으로 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR 을 결정하는 제 2 과정과 제 1 기지국으로 전송 안테나 패턴 변경을 요청하고 제 2 기지국으로 전송 안테나 패턴 고정을 요청하는 제 3 과정과 제 3 과정 수행 중 상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국으로부터 수신되는 CQI 값을 기반으로 상기 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR 을 결정하는 제 4 과정과 결정된 SINR 값을 기반으로 가장 좋은 성능을 가지는 전송 안테나 패턴을 결정하는 제 5 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

재구성 가능한 안테나를 사용하는 기지국에서 인접 기지국 사이의 하향링크 간섭을 제거하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DOWN LINK INTERFERENCE CANCELATION BETWEEN ADJACENT BASE STATTIONS IN BASE STATION WITH RECONFIGURABLE ANTENNA}
본 발명은 기지국에 대한 것으로, 특히 재구성 가능한 안테나를 사용하는 기지국에서 인접 기지국 사이의 하향링크 간섭을 제거하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 Wi-FI(Wireless-Fidelity), M-WiMax, LTE(Long Term Evolution) 시스템 에서, 실내에서의 데이터 통신의 용량 증대를 위해 주로 소형 및 초소형 기지국에 대한 수요가 증가하고 있다.
실내 전파 환경에서는, 기지국이나 AP(Access Point)의 설치가 간편하고 무선 네트워크 운용에 효과적인 해결책이 필요하나 종래의 고정된 방사 패턴(Radiation Pattern) 또는 고정된 방향성(Polarization)의 안테나는 특정한 설치 위치 및 채널 조건에서만 최적의 성능을 나타내는 문제점이 있다.
그리고, 실내 전파 환경에서 동일 주파수 대역을 사용하는 다수의 기지국이 인접하여 운용될 경우 하향링크 성능은 주로 기지국 간의 간섭에 의해 제약되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 재구성 가능한 안테나를 사용하는 기지국에서 인접 기지국 사이의 하향링크 간섭을 제거하기 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 이동통신 시스템에서 동일 주파수 대역을 사용하는 인접 기지국 간의 간섭상황에서 재구성 가능한 안테나(Reconfigurable Antenna)를 이용하여 2 개 이상의 기지국이 위치하는 환경에서 인접 기지국 간의 하향링크 간섭을 제거하기 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 목적들을 달성하기 위한 제 1 견지에 따르면, 이동통신 시스템에서 네트워크 장치의 전송 안테나 패턴 결정 방법에 있어서 제 1 기지국으로 전송 안테나 패턴 고정을 요청하고 제 2 기지국으로 전송 안테나 패턴 변경을 요청하는 제 1 과정과 제 1 과정 수행 중 상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국으로부터 수신되는 CQI(Channel Quality Indictaor) 값을 기반으로 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR(Signal to Interference and Noise Power Ratio) 을 결정하는 제 2 과정과 제 1 기지국으로 전송 안테나 패턴 변경을 요청하고 제 2 기지국으로 전송 안테나 패턴 고정을 요청하는 제 3 과정과 제 3 과정 수행 중 상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국으로부터 수신되는 CQI 값을 기반으로 상기 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR 을 결정하는 제 4 과정과 결정된 SINR 값을 기반으로 가장 좋은 성능을 가지는 전송 안테나 패턴을 결정하는 제 5 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적들을 달성하기 위한 제 2 견지에 따르면, 이동통신 시스템에서 기지국의 전송 안테나 패턴 결정 방법에 있어서 전송 안테나 패턴 고정을 결정하고 특정 기지국으로 전송 안테나 패턴 변경을 요청하는 제 1 과정과 제 1 과정 수행 중 수신되는 CQI 값을 기반으로 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR 을 결정하는 제 2 과정과 전송 안테나 패턴 변경을 결정하고 상기 특정 기지국으로 전송 안테나 패턴 고정을 요청하는 제 3 과정과 제 3 과정 수행 중 수신되는 CQI 값을 기반으로 상기 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR 을 결정하는 제 4 과정과 결정된 SINR 값을 기반으로 가장 좋은 성능을 가지는 전송 안테나 패턴을 결정하는 제 5 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적들을 달성하기 위한 제 3 견지에 따르면, 이동통신 시스템에서 전송 안테나 패턴을 결정하는 네트워크 장치에 있어서 제 1 기지국 및 제 2 기지국과 통신하기 위한 통신 인터페이스와 제 1 기지국으로 전송 안테나 패턴 고정을 요청하고 제 2 기지국으로 전송 안테나 패턴 변경을 요청하는 제 1 과정을 수행하고, 제 1 과정 수행 중 상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국으로부터 수신되는 CQI 값을 기반으로 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR 을 결정하는 제 2 과정을 수행하고, 제 1 기지국으로 전송 안테나 패턴 변경을 요청하고 제 2 기지국으로 전송 안테나 패턴 고정을 요청하는 제 3 과정을 수행하고, 제 3 과정 수행 중 상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국으로부터 수신되는 CQI 값을 기반으로 상기 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR 을 결정하는 제 4 과정을 수행하고, 결정된 SINR 값을 기반으로 가장 좋은 성능을 가지는 전송 안테나 패턴을 결정하는 제 5 과정을 수행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적들을 달성하기 위한 제 4 견지에 따르면, 이동통신 시스템에서 전송 안테나 패턴을 결정하는 기지국의 장치에 있어서 다른 기지국과 통신하기 위한 백홀 통신부와 전송 안테나 패턴 고정을 결정하고 특정 기지국으로 전송 안테나 패턴 변경을 요청하는 제 1과정을 수행하고, 제 1 과정 수행 중 수신되는 CQI 값을 기반으로 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR 을 결정하는 제 2 과정을 수행하고, 전송 안테나 패턴 변경을 결정하고 상기 특정 기지국으로 전송 안테나 패턴 고정을 요청하는 제 3 과정을 수행하고, 제 3 과정 수행 중 수신되는 CQI 값을 기반으로 상기 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR 을 결정하는 제 4 과정을 수행하고, 결정된 SINR 값을 기반으로 가장 좋은 성능을 가지는 전송 안테나 패턴을 결정하는 제 5 과정을 수행하는 재구성 가능한 안테나 스케줄링부와 결정된 전송 안테나 패턴에 따라 안테나의 전송 패턴을 조절하는 적어도 하나의 공급 및 스위칭부와 결정된 전송 안테나 패턴에 따라 공급되는 신호를 방사하는 적어도 하나의 안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 재구성 가능한 안테나를 사용하는 기지국이 협력적으로 동작하여 상호 간의 간섭을 줄일 수 있는 안테나 방사 패턴을 선택하여 상호 간의 간섭을 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 재구성 가능한 안테나를 구비한 기지국의 블록 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 재구성 가능한 안테나를 구비한 기지국의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 공동 동작 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 실내 전파 환경에서, 다수의 기지국과 단말 사이의 SINR 관계를 설명한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 다른 재구성 가능한 안테나를 사용하는 2 개의 기지국이 독립적으로 동작하는 경우의 SIR(Signal to Interference Ratio) 성능 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 재구성 가능한 안테나를 사용하는 2개의 기지국이 공동 동작을 수행하고 1 안테나 전송시의 12x12=144 패턴 조합에 대한 채널 용량을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 재구성 가능한 안테나를 사용하는 2개의 기지국이 공동 동작을 수행하는 경우의 개선된 SIR을 도시한 도면이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명은 재구성 가능한 안테나를 사용하는 기지국에서 인접 기지국 사이의 하향링크 간섭을 제거하기 위한 방법 및 장치에 관해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 재구성 가능한 안테나를 구비한 기지국의 블록 구성을 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 재구성 가능한 안테나를 구비한 기지국은 MIMO(Multiple Input Multiple Output)를 위한 다수의 안테나 (111, 113, 115, 117)를 구비하고 있다,
상기 다수의 안테나 (111, 113, 115, 117)는 TDD 스위치(121, 122, 123, 124)의 동작에 따라 다수의 공급 및 스위칭부(112, 114, 116, 118)가 제공한 데이터를 전송하거나, 수신한 데이터를 상기 다수의 공급 및 스위칭부(112, 114, 116, 118)로 제공한다.
상기 다수의 공급 및 스위칭부(112, 114, 116, 118)는 스위치 제어부(160)의 제어 신호에 따라 상기 물리적 안테나(111, 113, 115, 117)를 제어하여 상기 제어 신호에 따른 방사 패턴대로 상기 물리적 안테나(111, 113, 115, 117)가 신호를 방사하게 한다.
기저 대역 모뎀(170)은 상위 계층에서 전송된 데이터를 RF 대역 신호로 상향변환하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환하고 처리하여 상기 상위 계층으로 제공한다.
이를 위해, 수신시, 상기 물리적 안테나(111, 113, 115, 117)를 통해 전송되는 신호는 TDD 스위치(121, 122, 123, 124), LNA(Low Noise Amplifier), Filter, RFIC(131, 132), 인터페이스 FPGA(140)을 통해 상기 기저 대역 모뎀(170)으로 제공된다 그리고 송신시, RF 대역 신호는 상기 인터페이스 FPGA(140), RFIC(131, 132), PAM(Power Amplification Module), TDD 스위치(121, 122, 123, 124)를 통해 상기 물리적 안테나(111, 113, 115, 117)로 제공된다.
스마트 안테나(Smart Antenna)의 빔포밍(Beamforming) 기능을 지원하는 기지국의 경우에는 안테나별 RF 경로 간의 상대적인 크기 및 위상차이를 보정(Calibration)할 목적으로 추가적인 병합기(150), RFIC(154), TDD 스위치(153)가 포함될 수 있다.
병합기(150)는 RFIC(154)를 거친 TDD 스위치(153)의 스위칭 신호에 따라 커플러를 온/오프 하여 데이터 또는 신호가 공급 및 스위칭부(112, 114, 116, 118)로 공급되게 한다. 즉, 상기 병합기(150)는 송신 및 수신 보정을 위해 크기 및 위상차이를 추정할 대상의 안테나별 RF 경로를 선택할 수 있다.
상기 기저 대역 모뎀(170)은 재구성 가능한 안테나 스케줄링부(172)를 포함하고, 자가 구성이 가능한 SON(Self Organization Network)(174)를 포함할 수 있다.
상기 재구성 가능한 안테나 스케줄링부(172)는 다른 기지국과 통신하여 단말에 사용할 안테나 방사 패턴을 결정할 수 있다. 또는 상기 재구성 가능한 안테나 스케줄링부(172)는 다른 네트워크 엔터티의 공동 기지국 동작 관리부로부터 단말에 사용할 안테나 방사 패턴을 제공받아 해당 안테나 방사 패턴을 적용할 수 있다. 그리고, 상기 기지국은 다른 기지국 또는 다른 네트워크 엔터티와 통신하기 위한 백홀 통신부를 포함한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 재구성 가능한 안테나를 구비한 기지국 또는 공동 기지국 동작 관리부를 포함한 네트워크 엔터티의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
상기 도 2를 참조하면, 재구성 가능한 안테나를 구비한 기지국 또는 공동 기지국 동작 관리부는 단말이 보고하는 CQI(Channel Quality Indictaor) 값을 이용하여 수신 SINR(Signal to Interference and Noise Power Ratio)을 획득한다(205 단계), 상기 공동 기지국 동작 관리부는 상기 기지국으로부터 상기 CQI값을 제공받을 수 있다.
이후, 상기 재구성 가능한 안테나를 구비한 기지국 또는 공동 기지국 동작 관리부는 기지국 1의 안테나 패턴을 고정하고 기지국 2의 안테나 패턴을 변경하면서, 획득한 CQI 값을 통해 단말 1,2에 대한 SINR 및 그 차이를 결정한다(210 단계).
이후, 상기 재구성 가능한 안테나를 구비한 기지국 또는 공동 기지국 동작 관리부는 기지국 2의 안테나 패턴을 고정하고 기지국 1의 안테나 패턴을 변경하면서, 획득한 CQI 값을 통해 단말 1,2에 대한 SINR 및 그 차이를 결정한다(215 단계).
만약, 전송 안테나의 수가 미리 결정된 경우이면(220 단계), 재구성 가능한 안테나를 구비한 기지국 또는 공동 기지국 동작 관리부는 2개의 기지국 모두가 1개의 전송 안테나를 사용하는 경우, 2개의 기지국 모두가 2개의 전송 안테나를 사용하는 경우, 1개의 기지국은 1개의 전송 안테나 및 다른 1개의 기지국은 2 개의 전송 안테나를 사용하는 경우를 각각 고려한다(225 단계).
이후, 재구성 가능한 안테나를 구비한 기지국 또는 공동 기지국 동작 관리부는 상기 210 단계 및 215 단계에서 측정된 조합에 대한 2개의 CQI 값을 이용하여 각각의 경우(225 단계)에 따른 SINR을 계산한다(235 단계).
이후, 상기 재구성 가능한 안테나를 구비한 기지국 또는 공동 기지국 동작 관리부는 2개의 기지국에 대한 SINR을 공동으로 고려하여 채널 용량을 최대화하는 패턴을 선택하고 적용한다(240 단계). 이 단계에서, 공동 기지국 동작 관리부는 결정된 패턴을 기지국으로 전송하고, 기지국은 전송받은 패턴을 적용한다.
만약, 전송 안테나의 수가 미리 결정된 경우가 아니면(220 단계), 상기 재구성 가능한 안테나를 구비한 기지국 또는 공동 기지국 동작 관리부는 2개의 기지국 모두가 1개 또는 2개의 전송 안테나를 사용하는 경우를 모두 고려한다(230 단계).
이후, 상기 재구성 가능한 안테나를 구비한 기지국 또는 공동 기지국 동작 관리부는 상기 210 단계 및 215 단계에서 측정된 조합에 대한 2개의 CQI 값을 이용하여 해당 경우(230 단계)에 따른 SINR을 게산한다(235 단계).
이후, 상기 재구성 가능한 안테나를 구비한 기지국 또는 공동 기지국 동작 관리부는 2개의 기지국에 대한 SNIR을 공동으로 고려하여 채널 용량을 최대화하는 패턴을 선택하고 적용한다(240 단계). 이 단계에서, 공동 기지국 동작 관리부는 결정된 패턴을 기지국으로 전송하고, 기지국은 전송받은 패턴을 적용한다.
본 발명의 기술은 전술한 TDD 무선통신 시스템 뿐만 아니라 FDD 무선통신 시스템에서도 적용 가능하다. 본 발명의 기술을 FDD 무선통신 시스템에 적용시키기 위해서는, 상기 도 1에서와 같이 TDD 스위치를 이용한 하나의 송수신 경로 사용 대신에, 송신 경로 및 수신 경로를 분리시키는 것이 필요하다 그리고 상기 송신 경로 및 수신 경로는 각기 다른 주파수 대역 사용이 가능하다.
본 발명에서는 송신 안테나의 수가 1개 또는 2개를 예를 들어 설명하였으나,송신 안테나의 수가 1개 또는 2개 이상의 경우에서도 적용 가능하다. 예를 들어, 송신 안테나의 수가 4개인 경우 또는 송신 안테나의 수가 8개인 경우에서, 재구성 가능한 안테나를 구비한 기지국 또는 공동 기지국 동작 관리부는 2개의 기지국이 각각 1~4 또는 1-8개의 안테나를 사용하는 경우를 고려할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 공동 동작 과정을 도시한 도면이다.
상기 도 3을 참조하면, 공동 기지국 동작 관리부(360)는 기지국(330, 340)에서 재구성 가능한 안테나의 시간에 따라 스캐닝할 패턴 번호를 결정하고, 각 단말(310, 320)로부터 보고된 SINR 값을 취합하여 가용한 안테나 패턴 조합 중 최적의 조합을 판단한다. 여기서, 상기 공동 기지국 동작 관리부(360)는 기지국 내부에 위치할 수 있고, 별도의 네트워크 엔터티로도 존재할 수 있다.
상기 공동 기지국 동작 관리부(360)는 기지국 내부에 위치할 경우, 그 기능은 재구성 가능한 안테나 스케줄링부(172)가 수행할 수 있다. 그리고, 상기 공동 기지국 동작 관리부(360)는 기지국 내부에 위치할 경우, 다른 기지국으로 전송 안테나 패턴 결정 및 적용을 위한 본 발명의 동작을 요청할 수 있다.
상기 공동 기지국 동작 관리부(360)가 별도의 네트워크 엔터티로 존재하는 경우, 상기 공동 기지국 동작 관리부(360)의 동작은 제어부가 그 기능을 수행할 수 있다.
또는 상기 공동 기지국 동작 관리부(360)가 포함된 네트워크 엔터티는 상기 공동 기지국 동작 관리부(360)가 동작시 필요한 데이터 및 정보를 저장할 수 있는 저장부 및 다른 네트워크 엔터티, 특히, 기지국과 통신할 수 있는 통신 인터페이스를 포함하는 것은 물론이다.
상기 공동 기지국 동작 관리부(360)는 필요한 동작을 각각의 기지국에 요청할 수 있다, 예를 들어, 상기 공동 기지국 동작 관리부(360)는 전송 안테나 패턴 고정 또는 전송 안테나 패턴 변경을 기지국에 요청할 수 있고, 그 응답으로 CQI 값 또는 SINR 값을 제공받을 수 있다.
여기서, 단말의 SINR 값은 적용되는 표준 규격에 따라 4~8 비트로 구성된다. 그리고, 상기 공동 기지국 동작 관리부(360)는 스캐닝을 위해 적용해야 할 전송 안테나 패턴 정보를 결정하여 해당 기지국(330, 340)에 전송한다. 본 발명에서 안테나 패턴은 전송 안테나 패턴을 나타낸다.
그리고, 상기 공동 기지국 동작 관리부(360)는 기지국(330, 340)으로부터 현재 적용 중인 전송 안테나 패턴(Tx Ant. Pattern) 정보를 수신할 수 있다. 전송 안테나 패턴 정보는 4 비트 정보로 16개의 안테나 패턴까지 표현 가능하다.
단말에서 측정되어 기지국으로 보고되는 CQI 값을 통해, 기지국은 각 단말에서 측정된 하향링크에서의 수신 SINR 값을 확인할 수 있다. 상기 하향링크 수신 SINR 값은 통신 시스템에 따라서 하기 <표 1>과 같은 특징이 있다.
통신 시스템 하향링크 수신 SINR 값 보고 특징
mWiMax 31 dB range, 1 dB step, SINR -3~28 dB, 매 Frame 간격
LTE 4비트(16 Step, 약 2dB 간격), 수 ~ 수십 ms 간격
IEEE 802.11n CSI Report field, 8비트, SINR -10 dB to 53.75 dB in 0.25 dB steps
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 실내 전파 환경에서, 다수의 기지국과 단말 사이의 SINR 관계를 설명한 도면이다.
상기 도 4를 참조하면. 먼저, (1) 기지국 2는 재구성 가능한 안테나 패턴을 고정한다(예를 들어, 1번 패턴으로 고정한다). 이 상태에서 기지국 1이 재구성 가능한 안테나 패턴 집합을 변경하면서 CQI 값을 통해 단말 1, 2에서의 수신 SINR 차이를 모니터링한다. 여기서 안테나 패턴은 전송 안테나 패턴을 나타내기로 한다.
(1-1) 단말 1은 하기 <수학식 1>을 이용하여 기지국 1의 재구성 가능한 안테나 패턴 변경에 따른 차이(S11)를 CQI 값으로 확인한다.
Figure pat00001
여기서, S11 는 기지국 1의 전송 신호에 의한 단말 1에서의 수신 신호 전력을 나타내고, I12 는 기지국 2의 전송 신호에 의한 단말 1에서의 간섭 신호 전력을 나타내고, Iother1 는 단말 1에서의 수신 간섭 전력(기지국 1과 기지국 2를 제외한 다른 기지국 및 기타 수신 간섭)을 나타낸다.
상기 S11 에서는 기지국 1의 안테나 패턴이 변경됨에 따라 단말 1에서의 기지국 1로부터의 수신 신호전력 차이가 반영된다. 상기 I12 에서는 기지국 2의 안테나 패턴이 고정되어 기지국 2로부터의 단말 1에 대한 간섭 전력이 고정된다.
(1-2) 단말 2는 하기 <수학식 2>를 이용하여 기지국 1의 재구성 가능한 안테나 패턴 변경에 따른 차이(I21)를 CQI 값으로 확인한다.
Figure pat00002
여기서, S22 는 기지국 2의 전송 신호에 의한 단말 2에서의 수신 신호 전력을 나타내고, I21 는 기지국 1의 전송 신호에 의한 단말 2에서의 간섭 신호 전력을 나타내고, Iother2 는 단말 2에서의 수신 간섭 전력(기지국 1과 기지국 2를 제외한 다른 기지국 및 기타 수신 간섭)을 나타낸다.
상기 S22 에서는 기지국 2의 안테나 패턴이 고정되어 기지국 2에 의한 단말 2에서의 수신 전력이 고정된다. 상기 I21 에서는 기지국 1의 전송 패턴이 변경되어 기지국 1에 의한 단말 2에서의 수신 신호 전력 차이가 반영된다.
이제, (2) 기지국 1은 재구성 가능한 안테나 패턴을 고정한다(예를 들어, 1번 패턴으로 고정한다). 이 상태에서 기지국 2가 재구성 가능한 안테나 패턴 집합을 변경하면서 CQI 값을 통해 단말 1, 2에서의 수신 SINR 차이를 모니터링한다. 여기서 안테나 패턴은 전송 안테나 패턴을 나타내기로 한다.
(2-1) 단말 2는 하기 <수학식 3>을 이용하여 기지국 2의 재구성 가능한 안테나 패턴 변경에 따른 차이(S22)를 CQI 값으로 확인한다.
Figure pat00003
여기서, S22 는 기지국 2의 전송 신호에 의한 단말 2에서의 수신 신호 전력을 나타내고, I21 는 기지국 1의 전송 신호에 의한 단말 2에서의 간섭 신호 전력을 나타내고, Iother2 는 단말 2에서의 수신 간섭 전력(기지국 1과 기지국 2 제외한 다른 기지국 및 기타 수신 간섭)을 나타낸다.
상기 S22 에서는 기지국 2의 안테나 패턴이 변경됨에 따라 단말 2에서의 기지국 2로부터의 수신 신호 전력 차이가 반영된다. 상기 I21 에서는 기지국 1의 안테나 패턴이 고정되어 기지국 1로부터의 단말 2에 대한 간섭 전력이 고정된다.
(2-2) 단말 2는 하기 <수학식 4>를 이용하여 기지국 2의 재구성 가능한 안테나 패턴 변경에 따른 차이(I12)를 CQI 값으로 확인한다.
Figure pat00004
여기서, S11 는 기지국 1의 전송 신호에 의한 단말 1에서의 수신 신호 전력을 나타내고, I12 는 기지국 2의 전송 신호에 의한 단말 1에서의 간섭 신호 전력을 나타내고, Iother1 는 단말 1에서의 수신 간섭 전력(기지국 1과 기지국 2 제외한 다른 기지국 및 기타 수신 간섭)을 나타낸다.
상기 S11 에서는 기지국 1의 안테나 패턴이 고정되어 기지국 1에 의한 단말 1에서의 수신 전력이 고정된다. 상기 I12 에서는 기지국 2의 전송 패턴이 변경되어 기지국 2에 의한 단말 1에서의 수신 신호 전력 차이가 반영된다.
이러한 과정을 통해, 12 개의 안테나 패턴에 대한 S11, S22, I12,+Noise+Iother1, I21+ Noise + Iother2 값 들을 추정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 다른 재구성 가능한 안테나를 사용하는 2 개의 기지국이 독립적으로 동작하는 경우의 SIR 성능 예를 도시한 도면이다.
상기 도 5를 참조하면, 각 단말에서의 수신 전력(S11, S22)만을 기준으로 최대가 되는 재구성 가능한 안테나 패턴을 선택하는 경우로, 기지국 1 패턴 #2 및 기지국 2 패턴 #9 적용 시, 인접 기지국에 의한 간섭(I12, I21)에 의해 저하된 SIR 결과를 도시하고 있다.
(3) 상기 (1),(2) 단계에서 측정된 2 개의 기지국 x 12 패턴 = 24 조합에 대한 2개의 CQI 값을 이용하여, 하기 <표 1>의 동작 상황 경우에 따른 조합에 대한 SINR1, SINR2 값을 계산할 수 있다. 하기 <표 1>은 동작 상황 별 2개의 기지국에서, 재구성 가능한 안테나 패턴 조합 수를 나타낸 것이다.
케이스 번호 동작 상황 패턴 조합 계산 식 조합 수
1 2개의 기지국 모두 1 안테나 전송 12 x12 144
2 2개의 기지국 모두 2 안테나 전송 54 x54 2916
3 1개의 기지국은 1 안테나전송,
다른 1개의 기지국은 2 안테나 전송		 12 x54 648
4 2 개의 기지국모두 1 안테나 전송 또는 2 안테나 전송 고려 (54+12) x (54+12) 4356
상기 <표 1>에서 케이스 1~3은 각 기지국에서 1 안테나 전송 또는 2 안테나 전송 사용 여부에 대한 판단을 먼저 한 경우이며, 케이스 4는 1 안테나 전송 또는 2 안테나 전송 사용 여부를 미리 결정하지 않고 모든 조합에 대해 계산을 수행한 후에 판단을 내리는 경우를 나타낸다.
추가적으로, 케이스 1에 대해서, 24 패턴 조합에 대해 부분 스캔한 후, 시간에 흐름에 따라 초기의 부분 스캔 결과를 이용하여, 확연한 차이를 갖는 소수 후보 패턴 대해서만 정밀 스캔을 수행하여 스캐닝 시간을 절약할 수도 있다.
(4) 2개의 기지국의 SINR을 공동으로 고려하여, (4)에서의 조합에 대해 채널 용량(Channel Capacity) 등에 대한 측정을 최대화하는 패턴을 선택하여 각 기지국에 적용한다. 2개의 기지국에 대한 채널 용량을 최대화하는 경우는 하기 수식과 같다.
Figure pat00005
여기서, 측정 1은 샤논 정보 이론에 의한 채널 용량(Channel Capacity) 공식에 기반한 수식이다. 상기 <수학식 5>에 사용자별로 가중치를 두는 경우를 고려할 수 있고 하기 수식과 같다.
Figure pat00006
여기서, wight1=1, weight2=0이면, 단말 1만 고려하고, 단말 2는 희생하는 경우이며, 상황별로 단말 1과 단말 2의 우선 순위에 따라 가중치를 다르게 둘 수도 있다. 예를 들어, 셀 가장자리의 단말에 높은 가중치를 부여할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 재구성 가능한 안테나를 사용하는 2개의 기지국이 공동 동작을 수행하고 1 안테나 전송시의 12x12=144 패턴 조합에 대한 채널 용량을 도시한 도면이다.
상기 도 6을 참조하면, Combination number 는 (기지국 1 패턴 # - 1) x 12 + 기지국 2 패턴 # 이고, 공동 최대 Combination Number는 133으로 기지국 1 패턴 #: 12, 기지국 2 패턴 #: 1 에 해당한다. 여기서, #는 Number를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 재구성 가능한 안테나를 사용하는 2개의 기지국이 공동 동작을 수행하는 경우의 개선된 SIR을 도시한 도면이다.
상기 도 7을 참조하면, 기지국 1 패턴 # = 12 이고, 기지국 2 패턴 #= 1 인 경우를 나타낸다. 기지국 1 패턴 #12 및 기지국 2 패턴 #1 적용 시, 인접 기지국에 의한 간섭(I12, I21)이 개선된 SIR 결과를 도시하고 있다.
만약, 단말이 2개 이상의 수신 안테나와 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 수신 기능을 지원하는 경우, 하향링크에서 MIMO 를 위해, 기지국이 2개 이상의 전송 안테나를 사용할 수 있다.
필요에 따라서, 기지국은 MIMO 에서 SISO(Single Input Single Output)으로 전환시, 2개의 안테나가 아니라 1 개의 안테나를 사용할 수 있다.
만약, SISO 에서 2 개의 전송 안테나가 동작하는 경우, 기지국은 동일한 1 개의 스트림 신호에 대해 CDD(Cyclic Delay Diversity)를 적용하여 2개의 전송 안테나로 전송할 수 있다.
하향링크에서 MIMO 를 위해서는, 기지국은 2 개 이상의 전송 안테나를 사용해야 한다. 단말의 상태에 따라 MIMO보다 SISO가 성능 상(Data Throughput 등) 바람직한 경우(예를 들어, 셀 가장자리에 위치한 관계로 SINR이 낮거나, 채널 조건이 적당하지 경우), 기지국은 SISO 모드로 전환할 수 있다.
만약, S11>= I12 이고 S22 >= I12 인 경우를 고려하면, 즉, 단말 1이 기지국 1로부터 수신하는 전력의 세기가 기지국 2로부터 단말 1이 받는 간섭보다 같거나 큰 경우 및 단말 2가 기지국 2로부터 수신하는 전력의 세기가 기지국 2로부터 단말 1이 받는 간섭보다 같거나 큰 경우를 고려하면 다음과 같은 상황이 전개될 수 있다,
만약, 단말 1에서 S11 < I12 인 경우, 즉, 단말 1이 기지국 1로부터 수신하는 전력의 세기가 기지국 2로부터 단말 1이 받는 간섭보다 작은 경우는 단말 1은 기지국 1이 아닌 기지국 2로 접속해야 하는 상황이 발생할 수 있다.
만약, 단말 2에서 S22 < I21 인 경우, 즉, 단말 2가 기지국 2로부터 수신하는 전력의 세기가 기지국 1로부터 단말 2가 받는 간섭보다 작은 경우는 단말 2은 기지국 2가 아닌 기지국 1로 접속해야 하는 상황이 발생할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 <표 2>의 케이스 4와 같이, 2 개의 기지국 모두 1 안테나 전송 또는 2 안테나 전송을 고려하는 경우, (54+12) x (54+12) = 4356의 조합에 대한 계산 수행해야 하므로 제한된 연산 능력으로는 시간 소요가 클 수 있다.
이러한 경우, 각 기지국에서 1개의 전송 안테나 사용 및 2 개의 전송 안테나 사용에 대해 먼저 결정하고, 가능한 조합에 대해 최적의 패턴 조합을 결정하면, 상기 <표 2>의 케이스 1-3에서의 조합의 수와 같이, 연산량에 대한 부담을 덜 수 있다.
SISO 모드에서 각 기지국이 1 개의 전송 안테나 및 2 개의 전송 안테나를 사용할지를 먼저 결정하는 과정에 대해 설명하면 하기와 같다.
인접한 재구성 가능한 안테나를 사용하는 기지국에 대한 간섭이 Noise + Iother 보다 큰 경우, 상기 간섭에 의해 수신 성능이 제한되므로 1 개의 전송 안테나 사용을 통해 상호 간섭 감소를 시도하는 것이 효과적이다.
이러한 구성 하에서, 만약, 단말 1에서 I12 > Noise + Iother1 인 경우, 즉, 기지국 2로부터의 간섭이 큰 경우, 기지국 2는 단말 1로의 간섭을 최소화하기 위해, 1 개의 전송 안테나를 우선적으로 사용한다.
만약, 기지국 2 에서 1 개의 전송 안테나를 사용하더라도, 단말 1에 대한 간섭의 변화량(I12 + Noise + Iother1)이 작은 경우, 기지국 2는 2개의 전송 안테나를 사용할 것을 결정한다.
이러한 구성 하에서, 만약, 단말 2에서 I21 > Noise + Iother2 인 경우, 즉, 기지국 1로부터의 간섭이 큰 경우, 기지국 1는 단말 2로의 간섭을 최소화하기 위해, 1개의 전송 안테나를 우선적으로 사용한다.
만약, 기지국 1에서 1개의 전송 안테나를 사용하더라도, 단말 2에 대한 간섭의 변화량(I21 + Noise + Iother2)이 작은 경우, 기지국 1은 2개의 전송 안테나를 사용할 것을 결정한다.
인접한 재구성 가능한 안테나를 사용하는 기지국에 대한 간섭이 Noise + Iother 보다 작거나 비슷한 경우, 상기 Noise에 의해 수신 성능이 제한되므로 간섭 개선에 의한 효과가 크지 않다.
따라서, 기지국은 2개의 전송 안테나를 사용하여 해당 단말에 대한 수신 저력을 증가시키는 것이 바람직하다.
이러한 구성 하에서, 만약, 단말 1에서 I12 <= Noise + Iother1 인 경우, 즉, 기지국 2로부터의 간섭이 작거나 비슷한 경우, 기지국 2는 단말 2로의 수신 전력(S22)를 최대화하기 위해서 2개의 전송 안테나를 사용한다.
이러한 구성 하에서, 만약, 단말 2에서 I21 <= Noise + Iother2 인 경우, 즉, 기지국 1로부터의 간섭이 작거나 비슷한 경우, 기지국 1은 단말 1로의 수신 전력(S11)를 최대화하기 위해서 2개의 전송 안테나를 사용한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 TDD 무선 통신 시스템에서의 동작을 기준으로 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, FDD(Frequency Division Duplex) 무선 통신 시스템에서도 적용이 가능하며 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (24)

  1. 이동통신 시스템에서 네트워크 장치의 전송 안테나 패턴 결정 방법에 있어서,
    제 1 기지국으로 전송 안테나 패턴 고정을 요청하고 제 2 기지국으로 전송 안테나 패턴 변경을 요청하는 제 1 과정과,
    제 1 과정 수행 중 상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국으로부터 수신되는 CQI 값을 기반으로 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR 을 결정하는 제 2 과정과,
    제 1 기지국으로 전송 안테나 패턴 변경을 요청하고 제 2 기지국으로 전송 안테나 패턴 고정을 요청하는 제 3 과정과,
    제 3 과정 수행 중 상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국으로부터 수신되는 CQI 값을 기반으로 상기 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR 을 결정하는 제 4 과정과,
    결정된 SINR 값을 기반으로 가장 좋은 성능을 가지는 전송 안테나 패턴을 결정하는 제 5 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    결정된 전송 안테나 패턴을 적용시키기 위해 상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국으로 결정된 전송 안테나 패턴에 대한 정보를 전송하는 6 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 5 과정은,
    상기 제 1 및 제 2 기지국이 각각 1~N 개의 안테나를 사용하는 경우에
    상기 네트워크 장치가 상기 제 1 단말 및 제 2 단말로부터의 CQI를 기반으로 가장 좋은 성능을 가지는 SINR 값을 이용하여 가장 좋은 성능을 가지는 전송 안테나 패턴을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    CQI를 기반으로 결정된 SINR 값은,
    상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국의 채널용량을 최대화하는 값인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 5 과정은,
    상기 제 1 및 제 2 기지국이 모두 1~N 개의 안테나를 사용하는 경우에
    상기 네트워크 장치가 상기 제 1 단말 및 제 2 단말로부터의 CQI를 기반으로 가장 좋은 성능을 가지는 SINR 값을 이용하여 가장 좋은 성능을 가지는 전송 안테나 패턴을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    CQI를 기반으로 결정된 SINR 값은,
    상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국의 채널용량을 최대화하는 값인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 이동통신 시스템에서 기지국의 전송 안테나 패턴 결정 방법에 있어서,
    전송 안테나 패턴 고정을 결정하고 특정 기지국으로 전송 안테나 패턴 변경을 요청하는 제 1 과정과,
    제 1 과정 수행 중 수신되는 CQI 값을 기반으로 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR 을 결정하는 제 2 과정과,
    전송 안테나 패턴 변경을 결정하고 상기 특정 기지국으로 전송 안테나 패턴 고정을 요청하는 제 3 과정과,
    제 3 과정 수행 중 수신되는 CQI 값을 기반으로 상기 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR 을 결정하는 제 4 과정과,
    결정된 SINR 값을 기반으로 가장 좋은 성능을 가지는 전송 안테나 패턴을 결정하는 제 5 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    자신에 대해 결정된 전송 안테나 패턴을 적용하고 결정된 전송 안테나 패턴을 적용시키기 위해 상기 특정 기지국으로 결정된 전송 안테나 패턴에 대한 정보를 전송하는 6 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제 5 과정은,
    자신 및 특정 기지국이 각각 1~N 개의 안테나를 사용하는 경우에
    상기 제 1 단말 및 제 2 단말로부터의 CQI를 기반으로 가장 좋은 성능을 가지는 SINR 값을 이용하여 가장 좋은 성능을 가지는 전송 안테나 패턴을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    CQI를 기반으로 결정된 SINR 값은,
    상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국의 채널용량을 최대화하는 값인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 제 5 과정은,
    자신 및 특정 기지국이 모두 1~N 개의 안테나를 사용하는 경우에
    상기 제 1 단말 및 제 2 단말로부터의 CQI를 기반으로 가장 좋은 성능을 가지는 SINR 값을 이용하여 가장 좋은 성능을 가지는 전송 안테나 패턴을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    CQI를 기반으로 결정된 SINR 값은,
    상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국의 채널용량을 최대화하는 값인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 이동통신 시스템에서 전송 안테나 패턴을 결정하는 네트워크 장치에 있어서,
    제 1 기지국 및 제 2 기지국과 통신하기 위한 통신 인터페이스와,
    제 1 기지국으로 전송 안테나 패턴 고정을 요청하고 제 2 기지국으로 전송 안테나 패턴 변경을 요청하는 제 1 과정을 수행하고, 제 1 과정 수행 중 상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국으로부터 수신되는 CQI 값을 기반으로 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR 을 결정하는 제 2 과정을 수행하고, 제 1 기지국으로 전송 안테나 패턴 변경을 요청하고 제 2 기지국으로 전송 안테나 패턴 고정을 요청하는 제 3 과정을 수행하고, 제 3 과정 수행 중 상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국으로부터 수신되는 CQI 값을 기반으로 상기 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR 을 결정하는 제 4 과정을 수행하고, 결정된 SINR 값을 기반으로 가장 좋은 성능을 가지는 전송 안테나 패턴을 결정하는 제 5 과정을 수행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    결정된 전송 안테나 패턴을 적용시키기 위해 상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국으로 결정된 전송 안테나 패턴에 대한 정보를 전송하는 6 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 제 5 과정 수행시 상기 제어부는,
    상기 제 1 및 제 2 기지국이 각각 1~N 개의 안테나를 사용하는 경우에
    상기 네트워크 장치가 상기 제 1 단말 및 제 2 단말로부터의 CQI를 기반으로 가장 좋은 성능을 가지는 SINR 값을 이용하여 가장 좋은 성능을 가지는 전송 안테나 패턴을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    CQI를 기반으로 결정된 SINR 값은,
    상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국의 채널용량을 최대화하는 값인 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 제 5 과정 수행시 상기 제어부는,
    상기 제 1 및 제 2 기지국이 모두 1~N 개의 안테나를 사용하는 경우에
    상기 네트워크 장치가 상기 제 1 단말 및 제 2 단말로부터의 CQI를 기반으로 가장 좋은 성능을 가지는 SINR 값을 이용하여 가장 좋은 성능을 가지는 전송 안테나 패턴을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    CQI를 기반으로 결정된 SINR 값은,
    상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국의 채널용량을 최대화하는 값인 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 이동통신 시스템에서 전송 안테나 패턴을 결정하는 기지국의 장치에 있어서,
    다른 기지국과 통신하기 위한 백홀 통신부와,
    전송 안테나 패턴 고정을 결정하고 특정 기지국으로 전송 안테나 패턴 변경을 요청하는 제 1과정을 수행하고, 제 1 과정 수행 중 수신되는 CQI 값을 기반으로 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR 을 결정하는 제 2 과정을 수행하고, 전송 안테나 패턴 변경을 결정하고 상기 특정 기지국으로 전송 안테나 패턴 고정을 요청하는 제 3 과정을 수행하고, 제 3 과정 수행 중 수신되는 CQI 값을 기반으로 상기 제 1 단말 및 제 2 단말에 대한 SINR 을 결정하는 제 4 과정을 수행하고, 결정된 SINR 값을 기반으로 가장 좋은 성능을 가지는 전송 안테나 패턴을 결정하는 제 5 과정을 수행하는 재구성 가능한 안테나 스케줄링부와,
    결정된 전송 안테나 패턴에 따라 안테나의 전송 패턴을 조절하는 적어도 하나의 공급 및 스위칭부와,
    결정된 전송 안테나 패턴에 따라 공급되는 신호를 방사하는 적어도 하나의 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 재구성 가능한 안테나 스케줄링부는,
    자신에 대해 결정된 전송 안테나 패턴을 적용하고 결정된 전송 안테나 패턴을 적용시키기 위해 상기 특정 기지국으로 결정된 전송 안테나 패턴에 대한 정보를 상기 백홀 통신부를 통해 전송하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 제 5 과정은,
    자신 및 특정 기지국이 각각 1~N 개의 안테나를 사용하는 경우에
    상기 제 1 단말 및 제 2 단말로부터의 CQI를 기반으로 가장 좋은 성능을 가지는 SINR 값을 이용하여 가장 좋은 성능을 가지는 전송 안테나 패턴을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 21항에 있어서,
    CQI를 기반으로 결정된 SINR 값은,
    상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국의 채널용량을 최대화하는 값인 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제 19항에 있어서,
    상기 제 5 과정은,
    자신 및 특정 기지국이 모두 1~N 개의 안테나를 사용하는 경우에
    상기 제 1 단말 및 제 2 단말로부터의 CQI를 기반으로 가장 좋은 성능을 가지는 SINR 값을 이용하여 가장 좋은 성능을 가지는 전송 안테나 패턴을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 23항에 있어서,
    CQI를 기반으로 결정된 SINR 값은,
    상기 제 1 기지국 및 제 2 기지국의 채널용량을 최대화하는 값인 것을 특징으로 하는 장치.
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