KR20140124585A - 무선 통신 시스템에서의 빔 성형장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수평적 차원과 수직적 차원을 동시에 고려하는 이차원 안테나 배열에 의한 M*N개의 빔들에 의해 마크로 서비스 영역을 형성하고, 상기 마크로 서비스 영역에 적어도 하나의 스몰 서비스 영역을 형성하는 이종 망에서 상기 마크로 서비스 영역에서의 신호 송/수신을 지원하는 기지국이 상기 M*N개의 빔들을 성형하는 장치 및 방법을 제안한다.
이를 위해 M*N개의 빔들에 의해 송신될 신호들 중 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에서의 송신 신호에 대해 간섭을 미칠 수 있는 신호를 송신하도록 형성된 적어도 하나의 간섭 예상 빔을 선별하고, 상기 선별한 적어도 하나의 간섭 예상 빔에 의해 송신될 신호로 인한 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에서의 셀 간 간섭을 고려하여 상기 M*N개의 빔들 각각에 대한 빔 성형을 수행한다.

Description

무선 통신 시스템에서의 빔 성형장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BEAMFORMING IN AN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에서의 빔 성형장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 이차원 평면 안테나 배열을 가지는 무선 통신 시스템에서의 빔 성형장치 및 방법에 관한 것이다.
차세대 무선 통신 시스템에서의 핵심적인 통신 기술로서, 거대 다중 안테나 (massive MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)) 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 상기 거대 다중 안테나 기술은 많은 수 (~ 수백 개)의 송신 안테나를 사용하는 기지국에서 MIMO 기술을 기반으로 다중 사용자 (multi-user)를 지원한다.
이론적으로는 송신 빔 성형 이득 (Transmit Beam Forming Gain)은 송신 안테나의 수에 비례한다. 따라서 거대 다중 안테나 시스템은 높은 빔 성형 이득을 이용하므로, 각 송신 안테나에서 낮은 송신 전력을 사용할 수 있어, 그린 커뮤니케이션 (Green Communication)의 주요한 기술로 부각되고 있다.
특히 무선 통신 시스템에서의 셀이 소형화됨에 따라, 이차원 평면 배열 안테나 (planar array antenna)를 사용하는 거대 다중 안테나 시스템 (이하 “평면 거대 다중 안테나 시스템 (planar massive MIMO system)”이라 칭한다)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 상기 평면 거대 다중 안테나 시스템에 의하면, 수평적 차원 (horizontal dimension)과 수직적 차원 (vertical dimension)에서의 이차원 빔 성형과 이차원 공간 분할 다중 접속 (SDMA: Space Division Multiple Access)에 의한 용량을 증가시키는 것이 가능하다.
상기 평면 거대 다중 안테나 시스템은 이차원 빔 성형을 지원한다. 상기 평면 거대 다중 안테나 시스템에 의한 이차원 빔 성형은 전체 셀에 상응한 서비스 영역을 이차원적으로 세밀하게 나누고, 상기 나누어진 각 영역에 대해 선택적으로 신호를 전송하거나 전송하지 않을 수 있다.
그리고 차세대 무선 통신 시스템에서의 또 하나의 핵심적인 통신 기술로서, 스펙트럼 효율 (spectral efficiency)을 증가시킬 수 있는 이종 망 (HetNet: Heterogeneous Networks)에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 상기 이종 망의 일 예로, 마크로 기지국 (macro eNB)에 의한 서비스 영역 (이하 “마크로 서비스 영역 (macro service area)”이라 칭한다)에 적어도 하나의 스몰 기지국 (small eNB)에 의한 서비스 영역 (이하 “스몰 서비스 영역 (small service area)”이라 칭한다)이 중첩되는 형태를 가진다. 즉 상기 마크로 서비스 영역에 상응한 대형 셀 위에 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에 상응한 소형 셀이 중첩되는 구조를 가진다.
하지만 이종 망에서의 스펙트럼 효율의 증가는 마크로 기지국과 스몰 기지국 간의 셀간 간섭 (ICI: Inter-Cell Interference)에 의해 제한된다. 따라서 이종 망에서 스펙트럼 효율의 증가를 위해서는 ICI를 효과적으로 회피하는 기술 개발이 요구된다.
본 발명의 실시 예에서는 무선 통신 시스템에서 내부 셀간 간섭을 회피할 수 있도록 서비스 영역을 구성하는 세부 영역들 별로 선택적인 신호 전송이 이루어지도록 빔 성형을 수행하는 장치 및 방법을 개시한다.
또한 본 발명의 실시 예에서는 이차원 빔 성형에 의해 신호를 전송하는 기지국에서 자신의 서비스 영역 내에 존재하는 임의의 서비스 영역에 대해 음영 지역을 형성하는 장치 및 방법을 개시한다.
또한 본 발명의 실시 예에서는 마크로 서비스 영역에 중첩하여 형성되는 스몰 서비스 영역에 위치하는 단말이 내부 셀간 간섭을 회피하여 하향 링크의 상태를 측정하는 장치 및 방법을 개시한다.
또한 본 발명의 실시 예에서는 평면 거대 다중 안테나 시스템에서 이종 망에 의한 다층 셀간 간섭을 회피하고, 상기 이종 망에서의 전송 용량을 증가시키는 데이터 송/수신장치 및 방법을 개시한다.
본 발명의 실시 예에 따른 수평적 차원과 수직적 차원을 동시에 고려하는 이차원 안테나 배열에 의한 M*N개의 빔들에 의해 마크로 서비스 영역을 형성하고, 상기 마크로 서비스 영역에 적어도 하나의 스몰 서비스 영역을 형성하는 이종 망에서 상기 마크로 서비스 영역에서의 신호 송/수신을 지원하는 기지국이 상기 M*N개의 빔들을 성형하는 방법은, 상기 M*N개의 빔들에 의해 송신될 신호들 중 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에서의 송신 신호에 대해 간섭을 미칠 수 있는 신호를 송신하도록 형성된 적어도 하나의 간섭 예상 빔을 선별하는 과정과, 상기 선별한 적어도 하나의 간섭 예상 빔에 의해 송신될 신호로 인한 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에서의 셀 간 간섭을 고려하여 상기 M*N개의 빔들 각각에 대한 빔 성형을 수행하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 수평적 차원과 수직적 차원을 동시에 고려하는 이차원 안테나 배열에 의한 M*N개의 빔들에 의해 마크로 서비스 영역을 형성하고, 상기 마크로 서비스 영역에 적어도 하나의 스몰 서비스 영역을 형성하는 이종 망에서 상기 M*N개의 빔들을 성형하는 상기 마크로 서비스 영역에서의 신호 송/수신을 지원하는 기지국은, 상기 마크로 서비스 영역에 위치하는 단말들로부터 피드-백 정보를 수신하는 수신부와, 상기 수신부에 의해 수신된 피드 백 정보를 이용하여 상기 M*N개의 빔들에 의해 송신될 신호들 중 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에서의 송신 신호에 대해 간섭을 미칠 수 있는 신호를 송신하도록 형성된 적어도 하나의 간섭 예상 빔을 선별하고, 상기 선별한 적어도 하나의 간섭 예상 빔에 의해 송신될 신호로 인한 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에서의 셀 간 간섭을 고려하여 상기 M*N개의 빔들 각각에 대한 빔 성형을 수행하는 제어부와, 상기 제어부에 의해 수행된 빔 성형을 기반으로 상기 M*N개의 빔들에 의해 신호를 송신하는 송신부를 포함한다.
또한 번 발명의 실시 예에 따른 수평적 차원과 수직적 차원을 동시에 고려하는 이차원 안테나 배열에 의한 M*N개의 빔들에 의해 마크로 서비스 영역을 형성하고, 상기 마크로 서비스 영역에 적어도 하나의 스몰 서비스 영역을 형성하는 이종 망에서 스몰 서비스 영역에 위치하는 단말이 채널 품질 정보를 보고하는 방법은, 상기 스몰 서비스 영역을 서비스하는 스몰 기지국으로부터 수신한 신호의 전력 (S), 동일 셀 간섭 (I_intra ), 외부 셀간 간섭 (I_int er,NoCoMP ) 및 내부 셀간 간섭 (I_int er,CoMP )을 추정하는 과정과, 상기 추정한 수신 신호 전력 (S), 동일 셀 간섭 (I_intra ), 외부 셀간 간섭 (I_int er,NoCoMP ) 및 내부 셀간 간섭 (I_int er,CoMP )을 사용하여 채널 품질 정보를 구성하는 과정과, 상기 구성한 채널 품질 정보를 상기 스몰 기지국으로 전송하는 과정을 포함하며,
여기서 상기 내부 셀간 간섭 (I_int er,CoMP )은 상기 M*N개의 빔들 중 상기 마크로 서비스 영역을 서비스하는 마크로 기지국에 의해 제공된 간섭 빔 인덱스 집합에 속하지 않는 빔들에 의한 간섭 전력의 평균에 의해 추정함을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 수평적 차원과 수직적 차원을 동시에 고려하는 이차원 안테나 배열에 의한 M*N개의 빔들에 의해 마크로 서비스 영역을 형성하고, 상기 마크로 서비스 영역에 적어도 하나의 스몰 서비스 영역을 형성하는 이종 망에서 상기 스몰 서비스 영역을 서비스하는 스몰 기지국으로 채널 품질 정보를 보고하는 상기 스몰 서비스 영역에 위치하는 단말은, 상기 스몰 서비스 영역을 서비스하는 기지국으로부터 수신한 신호의 전력 (S), 동일 셀 간섭 (I_intra ), 외부 셀간 간섭 (I_int er,NoCoMP ) 및 내부 셀간 간섭 (I_int er,CoMP )을 추정하고, 상기 추정한 수신 신호 전력 (S), 동일 셀 간섭 (I_intra ), 외부 셀간 간섭 (I_int er,NoCoMP ) 및 내부 셀간 간섭 (I_int er,CoMP )을 사용하여 채널 품질 정보를 구성하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 의해 상기 구성한 채널 품질 정보를 상기 스몰 기지국으로 전송하는 송신부를 포함하며,
여기서 상기 내부 셀간 간섭 (I_int er,CoMP )은 상기 M*N개의 빔들 중 상기 마크로 서비스 영역을 서비스하는 종 기지국에 의해 제공된 간섭 빔 인덱스 집합에 속하지 않는 빔들에 의한 간섭 전력의 평균에 의해 추정함을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이종 망을 기반으로 하는 평면 거대 다중 안테나 시스템의 구조를 보이고 있는 도면;
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이종 망을 기반으로 하는 평면 거대 다중 안테나 시스템에서 스몰 서비스 영역에 대한 자원 스케줄링을 수행하는 절차를 보이고 있는 도면;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이종 망을 기반으로 하는 평면 거대 다중 안테나 시스템에서 스몰 서비스 영역의 채널 품질을 측정하는 일 예를 보이고 있는 도면;
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이종 망을 기반으로 하는 평면 거대 다중 안테나 시스템에서 스몰 서비스 영역에 대한 자원 스케줄링을 수행하는 신호 처리 절차를 보이고 있는 도면;
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 대상 단말이 피드 백 정보를 구성하고, 이를 마크로 기지국에게 보고하기 위해 수행하는 제어 흐름을 보이고 있는 도면;
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 대상 단말이 스몰 기지국과의 하향 링크에 대한 채널 품질을 측정하고, 이를 상기 스몰 기지국으로 보고하기 위해 수행하는 제어 흐름을 보이고 있는 도면.
이하 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위한 대표적인 실시 예에 대해 개시할 것이다. 이때 설명의 편의를 위해 정의하고 있는 개체들의 명칭들은 상세한 설명에 있어서 동일하게 사용할 수 있다. 하지만 설명의 편의를 위해 사용된 명칭들이 권리를 한정하는 것은 아니며, 유사한 기술적 배경을 가지는 시스템에 대해 동일 또는 용이한 변경에 의해 적용이 가능함은 물론이다.
뿐만 아니라 하기에서의 상세한 설명에 있어 공지된 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 제안하는 기술적 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 구체적인 설명을 생략할 것이다.
후술될 상세한 설명에서는 마크로 기지국에 의한 서비스 영역 (마크로 서비스 영역)에 적어도 하나의 스몰 기지국에 의한 서비스 영역 (스몰 서비스 영역)이 중첩되어 존재하는 이종 망에서의 간섭을 억제하기 위한 방안에 대해 구체적으로 개시하고 있다. 여기서 스몰 서비스 영역에서 스몰 기지국을 서빙 기지국으로 하는 단말 (이하 ‘대상 단말’이라 칭한다)에서 마크로 기지국으로부터의 신호로 인한 간섭을 억제할 간섭 대상으로 한다. 그리고 상기 마크로 기지국은 이차원 평면으로 배열된 안테나들에 의해 마크로 서비스 영역에 위치하는 단말에 대한 서비스를 지원함을 전제로 하고 있습니다.
후술될 상세한 설명은 마크로 기지국에 의해 송신되는 신호로 인한 대상 단말에서의 간섭을 최소화하기 위해, 상기 마크로 기지국에서 이차원 평면 배열된 안테나들에 대한 빔 성형을 수행하도록 한다. 여기서의 빔 성형은 스몰 서비스 영역을 마크로 기지국의 송신 신호 (하향링크 물리 제어 채널 (PDCCH: Physical Downlink Control Channel), 하향링크 물리 공유 채널 (PDSCH: Physical Downlink Shared Channel) 등)가 수신되지 않는 음영 지역을 형성하기 위해 수행된다.
예컨대 상기 마크로 기지국은 이차원 평면 배열된 안테나들에 의해 수평적 차원과 수직적 차원을 세분화된 빔들 (이하 ‘이차원 패턴 빔’이라 칭한다) 중 적어도 하나의 대상 단말에게 간섭으로 작용할 신호를 송신하게 될 적어도 하나의 빔 (이하 ‘간섭 빔’이라 칭한다)에 의한 신호 송신을 차단하거나 최소의 신호가 송신되도록 빔 성형을 수행한다. 일 예로 빔 성형을 위한 프리코딩 매트릭스의 칼럼 벡터들 중 간섭 빔에 대응한 칼럼 벡터를 해당 간섭 빔에서 신호가 송신되지 못하도록 하는 가중치 값으로 설정한다.
그리고 상기 마크로 기지국은 스몰 서비스 영역 별로 신호를 송신하지 못하는 적어도 하나의 간섭 빔을 구분하는 인덱스 (이하 ‘간섭 빔 인덱스’라 칭한다)에 의해 간섭 빔 인덱스 집합을 구성하고, 이를 해당 스몰 서비스 영역의 스몰 기지국을 통해 대상 단말로 제공하거나 PDCCH 등을 통해 직접 대상 단말로 제공할 수 있다.
다른 예로 상기 마크로 기지국은 간섭 빔 인덱스가 아닌 간섭 가중치 벡터를 구분하는 인덱스 (이하 ‘간섭 가중치 벡터 인덱스’라 칭한다)에 의해 간섭 가중치 벡터 인덱스 집합을 구성하고, 이를 해당 스몰 서비스 영역의 스몰 기지국을 통해 대상 단말로 제공하거나 PDCCH 등을 통해 직접 대상 단말로 제공할 수 있다. 상기 간섭 가중치 벡터 인덱스 집합은 이차원 패턴 빔 중 특정 대상 단말 또는 모든 대상 단말에서의 간섭 빔이 차단되도록 가중치가 설정된 간섭 가중치 벡터 인덱스들의 합 집합이다. 여기서 간섭 빔이 차단되도록 가중치가 설정되었다는 것은 해당 빔을 통해서는 신호 전송이 이루어지지 않도록 가중치가 설정됨을 의미한다.
상기 마크로 기지국이 간섭 빔 인덱스 집합 또는 간섭 가중치 벡터 인덱스 집합을 구성하기 위해, 대상 단말은 이차원 패턴 빔들 중에서 자신에게 간섭을 주는 적어도 하나의 간섭 빔의 인덱스 또는 간섭 빔의 간섭 가중치 벡터를 상기 마크로 기지국에게 보고하도록 할 필요가 있다.
한편 마크로 기지국으로부터 간섭 빔 인덱스 집합 또는 간섭 가중치 벡터 인덱스 집합을 제공받은 대상 단말은 하향 링크의 채널 상태를 측정할 시에 상기 제공 받은 간섭 빔 인덱스 집합 또는 간섭 가중치 벡터 인덱스 집합을 사용하여 간섭 빔에 의해 수신되는 신호로 인한 간섭을 고려하지 않는다. 즉 대상 단말은 마크로 기지국에 의해 송신되는 신호로 인한 간섭을 회피한 채널 상태 정보 (CQI)를 스몰 기지국에 보고할 수 있다.
따라서 스몰 기지국은 내부 셀간 간섭을 회피하여 측정된 CQI를 기반으로 대상 단말에 대한 자원 스케줄링을 제공할 수 있게 된다. 이는 CoMP에서 효율적인 자원 스케줄링이 가능하도록 함으로써, 이종 망에서의 전송 용량을 증가시킬 수 있는 하나의 이유가 될 것이다.
후술될 상세한 설명에서는 편의를 위해 간섭 회피를 위해 간섭 빔 인덱스 및 간섭 빔 인덱스 집합에 의해 구현된 예에 한정하여 설명할 것이다. 하지만 후술될 상세한 설명에서의 상세들이 간섭 가중치 벡터 인덱스 및 간섭 가중치 벡터 인덱스 집합을 사용하여 구현할 경우에도 동일하게 적용될 수 있음은 자명할 것이다.
한편 후술될 상세한 설명에서는 제안하고자 하는 기술적 특징들이 지지될 수 있도록, 마크로 기지국이 대상 단말에 의해 피드 백되는 간섭 빔 인덱스를 사용하여 간섭 빔 인덱스 집합을 구성하고, 상기 구성한 간섭 빔 인덱스 집합을 고려하여 빔 성형을 위해 사용할 프리코딩 매트릭스를 결정 또는 구성하는 구체적인 동작에 대해 구체적으로 개시할 것이다.
예컨대 적어도 하나의 스몰 기지국에 의한 스몰 서비스 영역에 위치하는 적어도 하나의 대상 단말은 마크로 기지국으로부터의 이차원 패턴 빔들에 의한 하향 링크 채널 상태를 추정하고, 이를 기반으로 셀간 간섭을 발생하는 상기 마크로 기지국의 빔을 판단한다. 상기 적어도 하나의 대상 단말은 판단에 의해 결정한 적어도 하나의 간섭 빔 인덱스 등에 의해 구성된 간섭 빔에 관한 정보를 상기 마크로 기지국으로 피드 백한다. 이로써 상기 마크로 기지국은 적어도 하나의 대상 단말에 의한 피드 백 정보를 종합하여 셀간 간섭 회피를 위해 사용하지 않을 간섭 빔 인덱스 집합을 스몰 서비스 영역 별로 결정한다. 하지만 상기 간섭 빔 인덱스 집합을 스몰 서비스 영역 별로 결정하는 것이 아니라 각 대상 단말 또는 마크로 서비스 영역 전체에 대해 결정하는 것도 가능하다. 단지 간섭 빔 인덱스 집합을 결정하는 범위에 따라, 해당 간섭 빔 인덱스 집합을 해당 범위를 달리하여 전파할 수 있도록 하는 기술적인 지원이 필요할 수 있다.
그리고 마크로 기지국에 의해 간섭 빔 인덱스 집합을 제공받은 대상 단말이 내부 셀간 간섭을 회피하여 하향 링크에 대한 채널 품질을 측정하고, 이를 스몰 기지국으로 보고하는 동작에 대해서도 구체적으로 개시할 것이다.
예컨대 마크로 기지국은 스몰 기지국 별 간섭 빔 인덱스 집합을 하향 링크 시그널링 채널을 통해 대상 단말에게 전달한다. 이로써 대상 단말은 마크로 기지국에서 간섭 빔 인덱스 집합에 속하는 빔을 사용하지 않는다는 가정하에서 하향 링크에 대한 CQI를 측정할 수 있다.
마지막으로 스몰 기지국이 대상 단말로부터 보고되는 채널 상태 정보인 CQI를 고려하여 스몰 서비스 영역에서의 대상 단말에 대한 자원을 스케줄링 하는 동작에 대해서도 구체적으로 개시할 것이다.
이하 제안하고자 하는 기술적 특징을 위해 요구되는 개시들을 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이종 망을 기반으로 하는 평면 거대 다중 안테나 시스템의 구조를 보이고 있다.
도 1에서 보이고 있는 평면 거대 다중 안테나 시스템은 이종 망을 기반으로 하고 있음에 따라, 마크로 기지국(11)에 의한 마크로 서비스 영역(10)에 적어도 하나의 스몰 기지국(12)에 의한 스몰 서비스 영역(19)이 분포한다. 상기 마크로 기지국(11)과 상기 적어도 하나의 스몰 기지국(12)은 백본 (backhaul) 망을 통해 연결된다. 여기서, 마크로 기지국(11)과 스몰 기지국(12)이 서로 다른 셀 식별 정보 (cell ID)를 가지는 경우는 LTE-Advanced에서 정의된 CoMP (Coordinated Multiple Point transmission and reception)의 시나리오 3에 해당한다. 그렇지 않고 모든 기지국들, 즉 마크로 기지국(11)과 스몰 기지국(12)이 동일한 셀 식별 정보 (cell ID)를 가질 경우는 LTE-Advanced에서 정의된 CoMP의 시나리오 4에 해당된다. 제안될 실시 예에서 고려하는 이종 망은 상기의 시나리오 3과 시나리오 4를 모두 고려한다.
상기 마크로 기지국(11)은 이차원 평면 배열에 의한 안테나 구조를 가진다. 예컨대 상기 마크로 기지국(11)에서는 수평적 차원에서 배열된
Figure pat00001
개의 송신 안테나와 수직적 차원에서 배열된
Figure pat00002
개의 송신 안테나로 구성되어 총
Figure pat00003
개의 안테나 원소로 이루어진 안테나 구조를 고려하였다. 통상적으로 수평적 차원에서 배열된
Figure pat00004
개의 송신 안테나는 마크로 기지국(11)을 중심으로 한 회전 방향으로 위치하는 단말들을 위한 빔을 형성한다. 일 예로 참조번호 a, b, c 각각에 해당하는 안테나 그룹들의 배열이 수평적 차원에서의 배열에 해당한다.
따라서 상기 마크로 기지국(11)은
Figure pat00005
개의 안테나 원소들에 의해 수평적 차원에서의
Figure pat00006
개 빔과, 수직적 차원에서의
Figure pat00007
개 빔들로 구성된 이차원 패턴 빔들을 형성한다.
그리고 수직적 차원에서 배열된
Figure pat00008
개의 송신 안테나는 마크로 기지국(11)에서 근거리에서 원거리로 방향으로 위치하는 단말들을 위한 빔을 형성한다. 일 예로 참조번호 a, b, c 각각에 해당하는 안테나 그룹 내에서 안테나들의 배열이 수직적 차원에서의 배열에 해당한다.
한편 평면 거대 다중 안테나 시스템에서 마크로 기지국(11)은
Figure pat00009
2D-DFT (discrete Fourier Transform) 프리코딩 매트릭스 (precoding matrix) U를 구성하는
Figure pat00010
크기의 칼럼 벡터로 신호를 프리코딩하여 전송한다. 상기 프리코딩 매트릭스 U를 구성하는 하나의 칼럼 벡터는 하나의 빔 성형 가중치에 해당한다. 상기 빔 성형 가중치를 이용하여 빔 성형 (또는 프리코딩)할 경우, 신호를 전송하기 위한 하나의 빔을 무선 채널에 형성할 수 있다.
따라서 가중치 벡터와 빔은 일대일 관계를 가지며, 빔을 지칭할 경우 그 빔을 형성하는 가중치 벡터를 지칭하는 것과 동일한 의미를 가진다고 할 수 있다.
한편 U를 구성하는
Figure pat00011
개의
Figure pat00012
칼럼 벡터
Figure pat00013
은, 이차원 공간에서 수평적 차원에서
Figure pat00014
개의 직교하는 송신 빔들과 수직적 차원에서
Figure pat00015
개의 직교하는 송신 빔들로 구성된 총
Figure pat00016
개의 직교하는 송신 빔들을 형성한다. 따라서 마크로 기지국(11)의 평면 거대 다중 안테나 시스템에서 형성하는
Figure pat00017
개의 직교하는 송신 빔들은, 전체 셀 영역을 이차원적으로 수평적 차원에서
Figure pat00018
개와 수직적 차원에서
Figure pat00019
개의 영역들로 나눈 소형 영역을 각각 서비스 한다.
따라서 해당 소형 영역을 담당하는 송신 빔을 형성하지 않을 경우 (즉 해당 송신 빔의 가중치를 신호 전송 시에 사용하지 않을 경우), 해당 소형 영역에는 마크로 기지국(11)의 신호가 전송되지 않는다. 이러한 동작을 통해, 스몰 기지국(12)의 소형 셀 영역 (즉 스몰 서비스 영역)에 마크로 기지국(11)의 PDCCH나 PDSCH 등에 의한 신호가 전달되지 않는 음영 지역을 형성할 수 있다. 따라서 스몰 기지국(12)에게서 서비스를 받는 단말 (17, 18)은 마크로 기지국(11)에 의한 간섭을 회피할 수 있다.
도 1을 참조하면, 마크로 기지국(11)은 스몰 서비스 영역(19)과 중첩되지 않는 마크로 서비스 영역(10)에 위치하는 단말들 (13, 14, 15, 16)에 대한 무선 통신 서비스를 제공한다. 이를 위해 상기 마크로 기지국(11)은
Figure pat00020
개의 직교하는 송신 빔들(a, b, c), 즉 이차원 패턴 빔들을 형성하고, 각 송신 빔은 전체 마크로 서비스 영역(10)을 이차원적으로 형성된 수평적 차원에서의
Figure pat00021
개 분할과 수직적 차원에서의
Figure pat00022
개의 분할에 의해
Figure pat00023
개의 소형 영역으로 나누어 무선 통신 서비스를 제공한다.
스몰 기지국 (12)은 스몰 서비스 영역(19)에 위치하는 대상 단말들 (17, 18)에 대한 무선 통신 서비스를 제공한다. 상기 대상 단말들 (17, 18)은 마크로 기지국(11)에서 전송되는 수평적 차원에서 m번째 위치에 배열된 N개의 수직 빔들 중에서 선택된 서로 다른 빔에 의해 데이터를 전송 받음을 가정할 수 있다. 즉, 수직적 차원에서의 공간분할 다중접속 (space division multiple access, SDMA)에 의해 데이터를 전송 받음을 가정할 수 있다.
이에 반해, 마크로 서비스 영역(10)에 위치하는 단말 (15)는 마크로 기지국(11)에서 전송되는 수평적 차원에서 m’번째 위치에 배열된 N개의 수직 빔들 중에서 선택된 세 개의 빔들에 의한 공간분할 다중화(spatial multiplexing, SM)에 의해 데이터를 전송 받음을 가정할 수 있다.
그리고 단말들 (16, 17, 18)은 마크로 기지국의 수평적 차원에서 동일한 위치에 있으나 수직적 차원에서 서로 다른 위치에 있는 참조번호 c에 해당하는 빔 그룹을 구성하는 세 개의 수직 빔들에 의해 높은 채널 이득으로 신호를 수신하는 것이 가능하다. 하지만 스몰 서비스 영역(19)에 위치하는 대상 단말들 (17, 18)은 스몰 기지국(12)으로부터 무선 통신 서비스를 받아야 하므로, 상기 마크로 기지국(11)은 상기 대상 단말들 (17, 18)에 영향을 줄 간섭을 최소화하기 위해, 상기 참조번호 c에 해당하는 빔 그룹 내의 빔들 중 상기 대상 단말들 (17, 18)에게 최대 채널 이득 (즉 최대 간섭)을 제공하는 빔을 사용하지 않도록 한다. 즉 해당 간섭 빔을 제로 전력 (zero power) 빔으로 형성한다.
따라서 상기 대상 단말들 (17, 18)은 마크로 기지국(11)으로부터 수신되는 내부 셀간 간섭이 억제된 신호를 수신함으로써, 내부 셀간 간섭이 억제된 신호에 대한 CQI를 계산할 수 있다. 그리고 상기 대상 단말들 (17, 18)은 내부 셀간 간섭이 억제된 신호에 의해 계산한 CQI를 스몰 기지국(12)으로 피드 백할 수 있다. 이로써 상기 스몰 기지국(12)은 상기 대상 단말들 (17, 18)에 대한 자원 스케줄링과 MCS (Modulation and Coding Scheme) 결정 시에 내부 셀간 간섭을 회피하는 효과를 반영할 수 있다. 이는 스몰 기지국(12)의 전송 용량을 증가시키는 하나의 이유가 될 것이다.
한편 상술한 바와 같이 마크로 기지국(11)이 내부 셀간 간섭을 회피한 스케줄링을 수행하기 위해서는 단말들 (13 14, 15, 16, 17, 18, 19), 특히 스몰 서비스 영역(19)에 위치하는 대상 단말들(17, 18)로부터 내부 셀간 간섭으로 작용하는 간섭 빔에 대한 정보 (일 예로 간섭 빔 인덱스)를 피드 백 받아야 한다. 상기 마크로 기지국(11)은 대상 단말(17, 18)로부터 피드 백되는 간섭 빔 인덱스를 취합하여 내부 셀간 간섭을 회피하기 위해, 사용하지 않을 가중치 또는 제로 전력 (zero power) 빔에 의한 간섭 빔 인덱스 집합을 결정할 수 있다.
그리고 상기 마크로 기지국(11)은 결정한 간섭 빔 인덱스 집합을 대상 단말들(17, 18)과 공유함으로써, 상기 대상 단말들(17, 18)이 상기 마크로 기지국(11)에 의해 전달된 양방향 빔 (inactive beam)에 대한 정보를 이용하여 상기 마크로 기지국(11)에 의한 주 간섭이 억제된 CQI를 추정하고, 이를 스몰 기지국(12)으로 피드 백하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이종 망을 기반으로 하는 평면 거대 다중 안테나 시스템에서 스몰 서비스 영역에 대한 자원 스케줄링을 수행하는 절차를 보이고 있다.
도 2를 참조하면, 마크로 기지국은 마크로 서비스 영역에 위치하는 단말들 또는 상기 마크로 서비스 영역에 중첩된 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에 위치하는 대상 단말들에 의해 피드 백되는 정보 (간섭 빔 인덱스 등)를 사용하여 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역 각각에 대한 간섭 빔 인덱스 집합을 결정한다 (200단계).
예컨대 상기 마크로 기지국은 각 스몰 서비스 영역에 위치하는 적어도 하나의 대상 단말로부터 보고되는 간섭 빔 인덱스를 합하여 해당 스몰 서비스 영역에서의 간섭 빔 인덱스 집합을 구성한다. 상기 스몰 서비스 영역 별로 구성된 간섭 빔 인덱스 집합은 상기 마크로 기지국에 의해 해당 스몰 서비스 영역에 위치하는 대상 단말에게 제공된다. 일 예로 마크로 기지국은 구성한 간섭 빔 인덱스 집합을 백본으로 연결된 스몰 기지국을 통해 대상 단말로 제공하거나 PDCCH 등을 통해 대상 단말로 직접 제공될 수도 있다.
한편 상기 마크로 기지국은 간섭 빔 인덱스 집합을 구성하는 간섭 빔에 의한 신호 송신을 대한 차단할 수 있도록, 빔 성형을 위한 프리코딩 매트릭스를 구성하는 칼럼 벡터들 중 상기 간섭 빔에 대응한 칼럼 벡터를 설정한다.
상기 대상 단말은 수신한 신호에서 마크로 기지국으로부터 제공되는 간섭 빔 인덱스 집합을 사용하여 해당 간섭 빔에서 수신되는 신호를 무시하고, 나머지 신호에 의해 하향 링크에 대한 채널 상태를 측정한다 (210단계). 그리고 상기 대상 단말은 상기 측정한 채널 상태에 대응한 CQI를 스몰 기지국으로 보고한다. 즉 상기 대상 단말은 하향 링크에 대한 채널 상태를 측정할 시, 간섭 빔 인덱스 집합을 고려함으로써, 내부 셀간 간섭을 회피한 CQI를 측정할 수 있다.
상기 스몰 기지국은 자신이 무선 통신 서비스를 제공하고 있는 스몰 서비스 영역에 위치하는 대상 단말로부터 보고되는 CQI 정보를 활용하여 상기 대상 단말에 대한 자원을 할당하는 스케줄링을 수행한다 (220단계).
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이종 망을 기반으로 하는 평면 거대 다중 안테나 시스템에서 스몰 서비스 영역의 채널 품질을 측정하는 일 예를 보이고 있다. 도 3에서는 두 개의 스몰 기지국(32, 34)과, 상기 두 개의 스몰 기지국(32, 34)과 백본 망에 의해 연결된 마크로 기지국(33) (이하 ‘소스 마크로 기지국’이라 칭한다)과, 상기 소스 마크로 기지국(33)에 인접한 하나의 주변 마크로 기지국 (Outside of CoMP cell)(35)을 가정하고 있고 있다. 이때 상기 주변 마크로 기지국(35)에 의해 송신되는 신호는 스몰 기지국(32)에 의한 스몰 서비스 영역에 위치하는 대상 단말(31)에게 간섭을 미칠 수 있음을 가정한다. 즉 두 개의 스몰 기지국 (32, 34)와 마크로 기지국(33)은 백본으로 연결되어 있는 하나의 CoMP를 구성하고, 주변 마크로 기지국(35)은 상기 CoMP에 속하지 않음을 가정한다.
도 3을 참조하면, 대상 단말(31)은 수신 신호(36)의 전력과, 동일 셀 간섭, 외부 셀간 간섭 (38) 및 내부 셀간 간섭 (37)에 의해 스몰 기지국(32)과의 하향 링크에 대한 채널 품질을 추정한다. 일 예로 하향 링크에 대해 추정된 채널 품질은 신호 대 잡음 및 간섭 비 (SINR)가 될 수 있다.
특히 상기 대상 단말(31)은 마크로 기지국(33)으로부터 제공받은 간섭 빔 인덱스 집합을 기반으로 동일 셀 간섭을 추정함으로써, CoMP 내부에서의 셀간 간섭을 회피한 CQI를 추정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이종 망을 기반으로 하는 평면 거대 다중 안테나 시스템에서 스몰 서비스 영역에 대한 자원 스케줄링을 수행하는 신호 처리 절차를 보이고 있다. 도 4에서는 하나의 마크로 서비스 영역에 존재하는 하나의 스몰 서비스 영역에 두 개의 대상 단말들이 존재하는 환경을 가정하고 있다. 하지만 제안된 기술적 특징에 따른 동작이 가정하고 있는 환경에 한하여 적용되는 것은 아니다. 즉 하나의 마크로 서비스 영역에 복수의 스몰 기지국이 존재하거나 각 스몰 기지국이 하나 또는 두 개 이상의 대상 단말이 위치하는 상황을 모두에 대해 공통적으로 적용될 수 있음은 자명할 것이다.
그 외에 마크로 서비스 영역에 인접하여 다른 마크로 서비스 영역이 존재할 수 있으며, 이때 상기 인접하여 존재하는 다른 마크로 서비스 영역에서의 신호가 스몰 서비스 영역에 대한 간섭으로 작용할 수 있음은 물론이다.
도 4를 참조하면, 대상 단말 1과 2 (17, 18)는 마크로 기지국(11)이 이차원 패턴 빔들을 통해 송신하는 신호들을 수신하고, 상기 수신한 신호들을 기반으로 적어도 하나의 간섭 빔 인덱스를 결정한다. 상기 대상 단말 1과 2 (17, 18)은 결정한 적어도 하나의 간섭 빔 인덱스를 기반으로 피드 백 정보를 구성하고, 상기 구성한 피드 백 정보를 상기 마크로 기지국(11)으로 보고한다 (410단계, 412단계).
이에 대한 일 예로 대상 단말이 피드 백 정보를 구성하고, 이를 마크로 기지국에게 보고하기 위해 수행하는 제어 흐름을 도 5에서 보이고 있다. 도 5에서는 이종 망에서 마크로 기지국과 스몰 기지국들은 서로 직교하는 채널 상태 식별자 - 참조 신호 (CSI-RS: Channel State Indicator-Reference Signals)를 전송하는 것을 고려한다. 이는 대상 단말이 마크로 기지국과 스몰 기지국의 하향 링크 채널 상태를 구분하여 추정할 수 있도록 하기 위함이다.
도 5를 참조하면, 대상 단말은 자신이 통신할 대상인 서빙 기지국 (serving eNB)을 결정한다 (510단계). 예컨대 상기 대상 단말은 마크로 기지국(11) 및 스몰 기지국(12)의 직교하는 CSI-RS를 기반으로 각 기지국의 하향 링크 채널 상태를 추정하고, 상기 추정한 결과에 의해 서빙 기지국을 결정할 수 있다. 일 예로 대상 단말은 CSI-RS에 의해 추정한 기지국 별 하향 링크 채널 상태를 고려할 시에 가장 채널 상황이 양호하다고 인정되는 기지국을 서빙 기지국으로 결정할 것이다.
상기 대상 단말은 앞서 결정한 서빙 기지국이 스몰 기지국인지를 판단한다 (512단계). 즉 상기 대상 단말은 자신이 현재 스몰 서비스 영역에 위치하고 있는지를 판단한다. 예컨대 상기 대상 단말은 CSI-RS에 의해 해당 기지국을 식별할 수 있으므로, 서빙 기지국의 결정을 위해 고려한 CSI-RS에 의해 스몰 기지국이 서빙 기지국으로 선택되었는지를 판단할 수 있다.
만약 스몰 서비스 영역이 아닌 마크로 서비스 영역에 위치한다고 판단될 시, 상기 대상 단말은 마크로 기지국에서 요구하는 일반적인 절차에 의해 정의된 자원 스케줄링에 따른 동작을 수행할 것이다.
하지만 스몰 서비스 영역에 위치한다고 판단될 시, 상기 대상 단말은 마크로 기지국으로부터 송신되는 신호로 인한 간섭을 회피하여 스몰 서비스 영역에서의 CQI를 측정하기 위한 하기의 동작을 수행할 것이다.
보다 구체적으로 상기 대상 단말은 스몰 기지국이 서빙 기지국으로 결정될 시, 마크로 기지국에 의해 형성된 이차원 빔들 각각에 대응한 채널 계수 (
Figure pat00024
)를 추정한다 (514단계).
예컨대 대상 단말은 마크로 기지국으로부터 수신되는 CSI-RS를 이용하여, 마크로 기지국과의 하향 링크 채널을 추정한다. 상기 마크로 기지국이 이차원 패턴 빔 (송신 안테나) 별로 직교하는 CSI-RS를 송신할 경우, 대상 단말은 상기 마크로 기지국의 CSI-RS 추정을 통해
Figure pat00025
개의 송신 안테나와 자신의 수신 안테나 간에 형성되는
Figure pat00026
개의 하향 링크들에 대한 채널 벡터
Figure pat00027
를 추정한다.
상기 대상 단말은 추정한 채널 벡터
Figure pat00028
를 이용하여 프리코딩 벡터
Figure pat00029
에 의해 형성된, 이차원 빔 공간에서 수평적 차원에서
Figure pat00030
번째와 수직적 차원에서
Figure pat00031
번째에 위치하는 빔에 의해 수신 가능한 하향링크 채널 응답
Figure pat00032
을 하기 <수학식 1>에 의해 구할 수 있다.
Figure pat00033
상기 <수학식 1>에서는 대상 단말이 하나의 수신 안테나를 사용한다고 가정하였다.
또한, 마크로 기지국에서
Figure pat00034
2D-DFT 프리코딩 매트릭스 U의
Figure pat00035
크기의 칼럼 벡터들로 각각 프리코딩, 즉 빔 성형하여 CSI-RS를 송신할 경우, 대상 단말은 CSI-RS 추정을 통해,
Figure pat00036
개 송신 빔에서 UE의 수신 안테나로의
Figure pat00037
하향링크 채널 벡터
Figure pat00038
를 직접 추정할 수 있다.
상기 대상 단말은 하향링크 채널 벡터
Figure pat00039
에 대한 추정이 완료되면, 상기 추정이 완료된 하향링크 채널 벡터
Figure pat00040
에 의해 최대 함수 값을 갖는 빔 인덱스를 결정한다 (516단계). 예컨대 상기 대상 단말은
Figure pat00041
개의 채널 계수
Figure pat00042
를 입력으로 하는 임의의 함수 f(.)의 결과 값들을 비교하고, 상기 비교에 의해 최대 결과 값을 갖는 빔의 이차원 인덱스 (
Figure pat00043
)를 선택한다. 즉, 함수 f(.)의 결과 값을 최대로 하는 수평 빔의 인덱스
Figure pat00044
과 수직 빔의 인덱스
Figure pat00045
을 구한다.
그 일 예를 하기 <수학식 2>에서 정의하고 있다.
Figure pat00046
여기서, 임의의 함수 f(.)는 채널 계수
Figure pat00047
의 크기인
Figure pat00048
또는 채널 계수
Figure pat00049
에 의해 전송 가능한 데이터 율, 그리고
Figure pat00050
에 의해 수신 가능한 신호 대 잡음 및 간섭 비 (SINR: Signal-to-Interference and Noise Ratio) 등과 같은 함수로 정의할 수 있다.
상기 대상 단말은 앞에서 이차원 패턴 빔 별로 추정한 채널 계수 (
Figure pat00051
)와, 앞에서 결정한 최대 결과 값을 갖는 빔의 이차원 인덱스 (
Figure pat00052
) (이하 ‘최대 결과 빔 인덱스’라 칭한다)를 사용하여 소정 조건을 만족하는 간섭 빔 인덱스를 검출한다 (518단계).
예컨대 상기 대상 단말은 이차원 패턴 빔들을 순차적으로 선택하고, 상기 선택한 빔에 대해 추정한 채널 계수를 사전에 정의된 함수 f(.)에 대입하였을 때의 결과 값 (이하 ‘추정 함수 결과 값’이라 칭한다)이 미리 설정된 임계 값을 만족할 시, 상기 선택한 빔을 간섭 빔이라 판단한다.
일 예로 상기 미리 설정된 임계 값은 최대 결과 빔 인덱스 (
Figure pat00053
)의 빔에 대해 추정한 채널 계수 (
Figure pat00054
) (이하 ‘최대 결과 빔 채널 계수’라 칭한다)의 소정 배수 (
Figure pat00055
)에 의해 결정될 수 있다. 즉 순차적으로 선택된 빔의 추정 함수 결과 값 (
Figure pat00056
)이 최대 결과 빔 채널 계수를 사전에 정의된 함수 f(.)에 대입하였을 때의 결과 값 (이하 ‘최대 추정 함수 결과 값’이라 칭한다) (
Figure pat00057
)의
Figure pat00058
배 이상인 빔의 인덱스를 i번째 스몰 기지국에 속하는 k번째 UE에게 높은 간섭을 주는 마크로 기지국의 셀간 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00059
을 포함시킨다.
하기 <수학식 3>은 마크로 기지국의 셀간 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00060
에 포함시킬 빔의 인덱스를 선별하기 위한 일 예를 정의하고 있다.
Figure pat00061
상기 <수학식 3>에 의해 정의된 바는 총
Figure pat00062
개의 이차원 패턴 빔들에 대해서 모두 수행한다.
한편 상기 셀간 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00063
을 결정하는데 필요한 파라미터인
Figure pat00064
는 모든 대상 단말들에게 공통적인 값 또는 대상 단말 별로 서로 다른 값으로 정의할 수 있다. 그리고 파라미터인
Figure pat00065
는 기지국과 대상 단말들이 공유하기 위해, 미리 표준 규격을 통해서 약속하거나, 기지국이 하향 링크 무선 자원 제어 (RRC: Radio Resource Control) 시그널링을 통해 모든 대상 단말들에게 전달할 수도 있다.
상기 대상 단말은 적어도 하나의 간섭 빔 인덱스에 대한 검출이 완료되면, 상기 검출한 간섭 빔 인덱스를 포함하는 피드 백 정보를 구성하고, 상기 구성한 피드 백 정보를 마크로 기지국으로 제공한다 (520단계).
일 예로 대상 단말은 자신 (i번째 스몰 기지국에 속하는 k번째 단말)에게 높은 셀간 간섭을 주는 마크로 기지국의 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00066
를, i번째 스몰 기지국을 경유하여, 마크로 기지국으로 피드백 한다.
상술한 동작에 의해 각 대상 단말(17, 18)로부터 피드 백 정보를 수신한 마크로 기지국(11)은 상기 수신한 피드 백 정보에 포함된 간섭 빔 인덱스의 합 집합에 의해 간섭 빔 인덱스 집합을 결정한다. 이때 상기 마크로 기지국(11)은 간섭 빔 인덱스 집합을 대상 단말 별로 구성하거나, 스몰 기지국(12) 별로 구성하거나 마크로 서비스 영역 내에 위치하는 모든 단말을 대상으로 구성할 수도 있다. 따라서 상기 마크로 기지국(11)은 어떠한 방안에 의해 간섭 빔 인덱스 집합을 구성할 지에 의해, 합 집합을 구할 대상 피드 백 정보의 범위를 달리 적용할 수 있다.
일 예로 마크로 기지국(11)은 대상 단말 별로 간섭 빔 인덱스 집합을 구성할 수 있다. 즉 마크로 기지국(11)은 각 대상 단말(17, 18)로부터 피드 백된 i번째 스몰 기지국에 속하는 k번째 단말에게 높은 간섭을 주는 셀간 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00067
를 이용하여, i번째 스몰 서비스 영역에 높은 간섭을 주는 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00068
를 결정한다.
하기 <수학식 4>는 i번째 스몰 기지국에 속하는 K개의 대상 단말들 각각에 의해 보고된 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00069
의 합 집합에 의해 i번째 스몰 기지국에 대한 간섭 빔 인덱스 집합 (
Figure pat00070
)을 결정하는 예를 보이고 있다.
Figure pat00071
상술한 바에 의해 결정한 간섭 빔 인덱스 집합 (
Figure pat00072
)은 마크로 기지국(11)에 의해 i번째 스몰 기지국(12)을 경유하여 상기 i번째 스몰 기지국을 서빙 기지국으로 하는 대상 단말들(17, 18)에게 전달되거나 마크로 기지국(11)에 의해 i번째 스몰 기지국(12)을 서빙 기지국으로 하는 대상 단말들(17, 18)에서 직접 전달될 수도 있다 (416단계, 418단계).
다른 예로써, 마크로 기지국(11)은 스몰 기지국 별로 간섭 빔 인덱스 집합을 구성할 수 있다. 즉 마크로 기지국(11)은 모든 대상 단말들로부터 피드 백된 셀간 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00073
를 이용하여, 각 스몰 서비스 영역에서 높은 간섭을 주는 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00074
의 합 집합에 의한 전체 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00075
를 결정한다.
다시 말해 마크로 기지국(11)은 i번째 스몰 서비스 영역에서 높은 셀간 간섭을 주는 셀간 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00076
를 이용하여, 전체 스몰 서비스 영역 (I개)에서 높은 셀간 간섭을 주는 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00077
를 결정한다.
일 예로 i번째 스몰 기지국의 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00078
의 합 집합을 결정하고, 상기 결정된 모든 스몰 서비스 영역에서의 합 집합들의 합 집합에 의해 전체 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00079
를 구성한다.
하기 <수학식 5>는 마크로 서비스 영역에 위치하는 I개의 스몰 기지국 각각을 서빙 기지국으로 하는 대상 단말들 각각에 의해 보고된 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00080
의 합 집합에 의해 전체 마크로 서비스 영역에 대한 간섭 빔 인덱스 집합 (
Figure pat00081
)을 결정하는 예를 보이고 있다.
Figure pat00082
상술한 바에 의해 결정한 간섭 빔 인덱스 집합 (
Figure pat00083
)은 마크로 기지국(11)에 의해 i번째 스몰 기지국(12)을 경유하여 상기 i번째 스몰 기지국을 서빙 기지국으로 하는 대상 단말들(17, 18)에게 전달되거나 마크로 기지국(11)에 의해 마크로 서비스 영역에 위치하는 모든 단말들에서 직접 전달될 수도 있다 (416단계, 418단계).
상술한 410단계 내지 418단계에 의해, 마크로 기지국에서 간섭 빔 인덱스 집합을 결정하고, 이를 단말들과 공유하는 동작은 매 TTI 마다 주기적으로 수행되거나, 단말들의 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00084
이 변경될 시에 비주기적으로 수행될 수도 있다.
상술한 바에 의해 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00085
을 수신한 대상 단말(17, 18) 각각은 상기 수신한 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00086
을 고려하여 상기 마크로 기지국(11)에 의한 간섭을 억제하여 서빙 기지국, 즉 스몰 기지국(12)으로부터의 하향 링크에 대한 채널 품질을 추정한다 (420단계, 422단계).
예컨대 마크로 기지국(11)이
Figure pat00087
2D-DFT 프리코딩 매트릭스 U의
Figure pat00088
크기의 칼럼 벡터들로 각각 프리코딩, 즉 빔 성형하여 PDCCH와 PDSCH를 전송하는 것을 고려한다.
이 때 마크로 기지국(11)은 모든 스몰 서비스 영역에 셀간 간섭을 주는 간섭 빔들의 인덱스 집합
Figure pat00089
에 속하는 빔들을 사용하지 않음으로써, 스몰 기지국에 속하는 대상 단말들에게 주는 셀간 간섭을 회피하게 된다. 이러한 간섭 회피 동작으로 인해, 대상 단말들이 겪는 셀간 간섭 량이 감소하게 되어 수신 SINR이 증가하게 될 것이다.
이와 같은 대상 단말의 수신 SINR 증가를 시스템 전송 용량 증가로 연결시키기 위해서는, 데이터를 전송할 대상 단말을 결정하는 스케줄링과 스케줄링된 대상 단말에게 전송할 데이터 열의 MCS를 결정할 때에, 해당 대상 단말의 셀간 간섭이 회피된 수신 SINR을 기반으로 수행되어야 한다.
이를 위해 각 대상 단말은 마크로 기지국으로부터 수신되는 셀간 간섭이 회피된 경우에 대한 CQI를 계산하고, 이를 피드 백함으로써, 이를 바탕으로 마크로 기지국에서 스케줄링과 MCS 결정을 수행하도록 한다.
이에 대한 일 예로 대상 단말이 스몰 기지국과의 하향 링크에 대한 채널 품질을 측정하고, 이를 상기 스몰 기지국으로 보고하기 위해 수행하는 제어 흐름을 도 6에서 보이고 있다.
도 6을 참조하면, 대상 단말은 마크로 기지국에 의해 간섭 빔 인덱스 집합을 제공받는다. 앞에서도 밝힌 바와 같이 상기 간섭 빔 인덱스 집합은 마크로 기지국에 의해 직접 제공되거나 상기 대상 단말의 서빙 기지국인 스몰 기지국을 통해 제공될 수도 있다 (610단계).
상기 대상 단말은 수신되는 신호에 대한 전력 (
Figure pat00090
)을 추정한다 (612단계). 일 예로 상기 대상 단말은 서빙 기지국으로부터 수신되는 신호만을 이용하여 수신 신호 전력 (
Figure pat00091
)을 추정할 수 있다.
예컨대 대상 단말은 서빙 기지국으로부터 수신된 CSI-RS를 통해, 상기 서빙 기지국과의 하향 링크 채널을 추정하고, 상기 추정된 하향 링크 채널에 자신이 선택한 프리코딩 매트릭스 인덱스 (PMI: Precoding Matrix Index)와 랭크 식별자 (RI: Rank Indicator)가 가리키는 프리코딩 벡터를 곱하여, 수신 신호 전력
Figure pat00092
를 추정한다.
상기 대상 단말은 서빙 기지국에 의해 전송되는 신호로 인해 스몰 서비스 영역 내에서의 간섭, 즉 동일 셀 간섭
Figure pat00093
를 추정한다 (614단계). 예컨대 상기 동일 셀 간섭
Figure pat00094
는 서빙 기지국에서 공간 다중화 (SM: Spatial Multiplexing)나 SDMA에 의해 동시에 전송되는 다른 데이터 열로부터 발생한다.
일 예로 대상 단말은 서빙 기지국에 대해 추정된 하향 링크 채널에 간섭을 미치는 데이터 열에 대한 전송을 위해 사용된 가중치 벡터를 곱하여, 동일 셀 간섭
Figure pat00095
를 추정할 수 있다.
상기 대상 단말은 동일 CoMP에 속하는 기지국이 아닌 외부에 위치하는 주변 마크로 기지국으로부터 수신하는 외부 셀간 간섭
Figure pat00096
를 추정한다 (616단계). 예컨대 LTE-A Rel-11에서는, 셀간 간섭을 정확히 측정하기 위해, IMR (Interference Measurement Resource)을 정의하였다. 상기 IMR은 제로 전력 CSI-RS를 전송하는 RE들의 집합, 즉 CSI-RS 전송을 위해 할당된 RE들 중에서 CSI-RS를 전송하지 않는 RE의 집합을 의미한다. 따라서 CoMP에 속하는 마크로 기지국과 스몰 기지국은 동일한 IMR에서 CSI-RS를 전송하지 않고, 해당 IMR에서 수신 되는 신호의 크기를 측정함으로써, CoMP 속하지 않는 기지국들로부터 수신되는 간섭 량, 즉
Figure pat00097
를 측정할 수 있다.
상기 대상 단말은 CoMP 내부의 마크로 기지국으로부터 수신되는 신호로 인한 내부 셀간 간섭
Figure pat00098
를 추정한다 (618단계). 이때 대상 단말은 내부 셀간 간섭 회피 기법에 의해 내부 셀간 간섭이 억제된
Figure pat00099
를 정확히 추정할 수 있어야 한다. 이를 위해 상기 대상 단말은 CoMP 내부의 마크로 기지국에 의해 제공된 간섭 빔 인덱스 집합을 이용한다.
예컨대 대상 단말은 CoMP 내부의 마크로 기지국으로부터 수신된 CSI-RS를 통해, 상기 마크로 기지국과의 하향 링크 채널을 추정하고, 상기 추정한 하향 링크 채널에 상기 마크로 기지국이 사용하는 가중치 벡터를 곱하여, 해당 빔에 의한 간섭 전력을 추정할 수 있다.
따라서, 내부 마크로 기지국이 전체
Figure pat00100
개의 송신 빔 중에서 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00101
에 속하는 빔들을 사용하지 않는다는 가정하에, 대상 단말은 하기 <수학식 7>과 같이
Figure pat00102
를 계산한다.
Figure pat00103
여기서,
Figure pat00104
은 내부 마크로 기지국의 (m,n) 번째 빔에 의해 대상 단말이 수신하는 간섭 전력을 의미하며,
Figure pat00105
는
Figure pat00106
집합 원소들의 평균을 의미한다.
따라서 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00107
에 속하지 않는 (m,n) 번째 빔에 의한 간섭 전력의 평균에 의해
Figure pat00108
를 계산한다.
상기 대상 단말은 상술한 단계에서 계산 및 추정된 수신 신호 전력
Figure pat00109
, 동일 셀 간섭
Figure pat00110
, 외부 셀간 간섭
Figure pat00111
및 내부 셀간 간섭
Figure pat00112
을 사용하여 서빙 기지국과의 하향 링크에 대한 채널 품질을 계산한다 (620단계). 즉 상기 대상 단말은 내부 마크로 기지국에 의한 간섭을 회피하여 서빙 기지국으로부터 수신되는 신호에 대한 CQI를 계산한다.
하기 <수학식 7>은 서빙 기지국과의 채널 품질을 대표하는 SINR
Figure pat00113
를 계산하는 일 예를 보이고 있다.
Figure pat00114
여기서
Figure pat00115
은 대상 단말에 의해 수신된 잡음의 정도를 나타낸다.
상기 대상 단말은 계산된 채널 품질에 대한 정보를 서빙 기지국으로 보고한다 (622단계). 이에 대응한 동작으로 도 4에서는 각 대상 단말(17, 18)이 자신이 추정한 CQI를 스몰 기지국(12)으로 보고하는 도시하고 있다 (424단계, 426단계).
상기한 동작에 의해 대상 단말들(17, 18) 각각으로부터 CQI를 보고받은 스몰 기지국(12)은 상기 수신한 CQI를 기반으로 자원 할당을 위한 스케줄링 동작을 수행한다 (428단계).
예컨대 스몰 기지국은 자신을 서빙 기지국으로 하는 대상 단말들(17, 18)을 대상으로, 각 대상 단말들(17, 18)이 피드 백한 내부 셀간 간섭이 회피된 CQI를 바탕으로 스케줄링을 수행한다. 이로써, 상기 스몰 기지국(12)은 대상 단말들(17, 18)에게 해당 CQI에 적합한 MCS로 PDCCH와 PDSCH를 전송할 수 있을 것이다. 단지 마크로 기지국(11)에 의해 결정된 간섭 빔 인덱스 집합
Figure pat00116
에 속하는 빔들은, 스케줄링 시에 할당되지 않도록 함으로서, PDCCH와 PDSCH을 전송할 시에 사용되지 않도록 한다.
따라서
Figure pat00117
에 속하는 빔들이 담당하는 영역에는 마크로 기지국의 신호가 전송되지 않기 때문에, 해당 영역의 스몰 기지국에 속하는 대상 단말들이 겪는 CoMP 내부 셀간 간섭이 충분히 회피될 수 있다.
뿐만 아니라 앞에서 제안한 CoMP 내부 셀간 간섭이 회피된 CQI를 추정하는 기술은, 단말이 셀간 간섭 추정 시에 고려해야 할 간섭 가중치 벡터 집합을, 마크로 기지국에서 수행되는 간섭 회피 기술에 의해 사용되지 않을 가중치 벡터들을 제외하도록, 제한시키는 것이다. 그리고 앞에서 제안한 CQI 추정 기술은, CoMP 내부 간섭 회피 기술에 의한 셀간 간섭 량의 감소를 CQI 추정에 정확히 반영하여, CoMP의 전송 용량을 증가 시킬 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 변형에 의한 실시가 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. 뿐만 아니라 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (25)

  1. 수평적 차원과 수직적 차원을 동시에 고려하는 이차원 안테나 배열에 의한 M*N개의 빔들에 의해 마크로 서비스 영역을 형성하고, 상기 마크로 서비스 영역에 적어도 하나의 스몰 서비스 영역을 형성하는 이종 망에서 상기 마크로 서비스 영역에서의 신호 송/수신을 지원하는 기지국이 상기 M*N개의 빔들을 성형하는 방법에 있어서,
    상기 M*N개의 빔들에 의해 송신될 신호들 중 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에서의 송신 신호에 대해 간섭을 미칠 수 있는 신호를 송신하도록 형성된 적어도 하나의 간섭 예상 빔을 선별하는 과정과,
    상기 선별한 적어도 하나의 간섭 예상 빔에 의해 송신될 신호로 인한 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에서의 셀 간 간섭을 고려하여 상기 M*N개의 빔들 각각에 대한 빔 성형을 수행하는 과정을 포함하는 빔 성형 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 선별하는 과정은,
    상기 마크로 서비스 영역에 위치하는 단말들로부터 피드-백 정보를 수신하는 과정과,
    상기 수신한 피드 백 정보를 기반으로 상기 적어도 하나의 간섭 예상 빔을 선별하는 과정을 포함하는 빔 성형 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 피드 백 정보를 수신하는 과정은,
    상기 마크로 서비스 영역에 위치하는 단말들 중 상기 스몰 서비스 영역에 위치하는 단말에 의해 전송되는 피드 백 정보를 수신하는 과정임을 특징으로 하는 빔 성형 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 피드 백 정보는 상기 M*N개의 빔들 중에서 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에 위치하는 단말에서 셀 간 간섭을 주는 빔을 가리키는 간섭 빔 인덱스임을 특징으로 하는 빔 성형 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 셀 간 간섭을 주는 빔은 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에 위치하는 단말에게 가장 큰 셀 간 간섭을 주는 빔임을 특징으로 하는 빔 성형 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 셀 간 간섭을 주는 빔은 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에 위치하는 단말에게 미리 설정된 임계치 이상의 셀 간 간섭을 주는 빔임을 특징으로 하는 빔 성형 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에 위치하는 모든 단말들로부터 수신한 간섭 빔 인덱스를 사용하여 스몰 서비스 영역 별로 간섭 빔 인덱스 집합을 구성하고, 상기 구성한 간섭 빔 인덱스 집합을 해당 스몰 서비스 영역에 위치하는 단말에게 제공하는 과정을 더 포함하는 빔 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 간섭 빔 인덱스 집합을 매 TTI마다 전송함을 특징으로 하는 빔 형성 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 간섭 빔 인덱스 집합이 변경될 시, 변경된 간섭 빔 인덱스 집합을 전송함을 특징으로 하는 빔 형성 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 빔 성형을 수행하는 과정은,
    상기 선별한 적어도 하나의 빔에 의해 송신될 신호로 인한 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에서의 셀 간 간섭을 고려하여 상기 M*N개의 빔들 각각에 대한 빔 성형 가중치를 결정하는 과정과,
    상기 M*N개의 빔들 각각에 대해 결정한 빔 성형 가중치들을 칼럼 벡터로 하는 빔 성형을 위한 프리 코딩 매트릭스를 구성하는 과정을 포함하는 빔 성형 방법.
  11. 수평적 차원과 수직적 차원을 동시에 고려하는 이차원 안테나 배열에 의한 M*N개의 빔들에 의해 마크로 서비스 영역을 형성하고, 상기 마크로 서비스 영역에 적어도 하나의 스몰 서비스 영역을 형성하는 이종 망에서 상기 M*N개의 빔들을 성형하는 상기 마크로 서비스 영역에서의 신호 송/수신을 지원하는 기지국에 있어서,
    상기 마크로 서비스 영역에 위치하는 단말들로부터 피드-백 정보를 수신하는 수신부와,
    상기 수신부에 의해 수신된 피드 백 정보를 이용하여 상기 M*N개의 빔들에 의해 송신될 신호들 중 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에서의 송신 신호에 대해 간섭을 미칠 수 있는 신호를 송신하도록 형성된 적어도 하나의 간섭 예상 빔을 선별하고, 상기 선별한 적어도 하나의 간섭 예상 빔에 의해 송신될 신호로 인한 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에서의 셀 간 간섭을 고려하여 상기 M*N개의 빔들 각각에 대한 빔 성형을 수행하는 제어부와,
    상기 제어부에 의해 수행된 빔 성형을 기반으로 상기 M*N개의 빔들에 의해 신호를 송신하는 송신부를 포함하는 기지국.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수신부에 의해 수신되는 피드 백 정보는 상기 마크로 서비스 영역에 위치하는 단말들 중 상기 스몰 서비스 영역에 위치하는 단말에 의해 전송됨을 특징으로 하는 기지국.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 피드 백 정보는 상기 M*N개의 빔들 중에서 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에 위치하는 단말에서 셀 간 간섭을 주는 빔을 가리키는 간섭 빔 인덱스임을 특징으로 하는 기지국.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 셀 간 간섭을 주는 빔은 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에 위치하는 단말에게 가장 큰 셀 간 간섭을 주는 빔임을 특징으로 하는 기지국.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 셀 간 간섭을 주는 빔은 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에 위치하는 단말에게 미리 설정된 임계치 이상의 셀 간 간섭을 주는 빔임을 특징으로 하는 기지국.
  16. 제13항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에 위치하는 모든 단말들로부터 수신한 간섭 빔 인덱스를 사용하여 스몰 서비스 영역 별로 간섭 빔 인덱스 집합을 구성하고, 상기 구성한 간섭 빔 인덱스 집합을 해당 스몰 서비스 영역에 위치하는 단말에게 제공하도록 상기 송신부를 제어함을 특징으로 하는 기지국.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 간섭 빔 인덱스 집합을 매 TTI마다 전송하도록 상기 송신부를 제어함을 특징으로 하는 기지국.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 간섭 빔 인덱스 집합이 변경될 시, 변경된 간섭 빔 인덱스 집합을 전송하도록 상기 송신부를 제어함을 특징으로 하는 기지국.
  19. 제11항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 선별한 적어도 하나의 빔에 의해 송신될 신호로 인한 상기 적어도 하나의 스몰 서비스 영역에서의 셀 간 간섭을 고려하여 상기 M*N개의 빔들 각각에 대한 빔 성형 가중치를 결정하고, 상기 M*N개의 빔들 각각에 대해 결정한 빔 성형 가중치들을 칼럼 벡터로 하는 빔 성형을 위한 프리 코딩 매트릭스를 구성함을 특징으로 하는 기지국.
  20. 수평적 차원과 수직적 차원을 동시에 고려하는 이차원 안테나 배열에 의한 M*N개의 빔들에 의해 마크로 서비스 영역을 형성하고, 상기 마크로 서비스 영역에 적어도 하나의 스몰 서비스 영역을 형성하는 이종 망에서 스몰 서비스 영역에 위치하는 단말이 채널 품질 정보를 보고하는 방법에 있어서,
    상기 스몰 서비스 영역을 서비스하는 스몰 기지국으로부터 수신한 신호의 전력 (S), 동일 셀 간섭 (I_intra ), 외부 셀간 간섭 (I_int er,NoCoMP ) 및 내부 셀간 간섭 (I_int er,CoMP )을 추정하는 과정과,
    상기 추정한 수신 신호 전력 (S), 동일 셀 간섭 (I_intra ), 외부 셀간 간섭 (I_int er,NoCoMP ) 및 내부 셀간 간섭 (I_int er,CoMP )을 사용하여 채널 품질 정보를 구성하는 과정과,
    상기 구성한 채널 품질 정보를 상기 스몰 기지국으로 전송하는 과정을 포함하며,
    여기서 상기 내부 셀간 간섭 (I_int er,CoMP )은 상기 M*N개의 빔들 중 상기 마크로 서비스 영역을 서비스하는 마크로 기지국에 의해 제공된 간섭 빔 인덱스 집합에 속하지 않는 빔들에 의한 간섭 전력의 평균에 의해 추정함을 특징으로 하는 채널 품질 정보 보고방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 M*N개의 빔들 중에서 가장 큰 내부 셀간 간섭 또는 미리 설정된 임계치 이상의 내부 셀간 간섭을 주는 적어도 하나의 빔을 가리키는 간섭 빔 인덱스를 상기 마크로 기지국으로 제공하는 과정을 더 포함하는 채널 품질 정보 보고방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 간섭 빔 인덱스 집합은 매 TTI 마다 또는 변경 시마다 상기 마크로 기지국에 의해 제공됨을 특징으로 하는 채널 품질 정보 보고방법.
  23. 수평적 차원과 수직적 차원을 동시에 고려하는 이차원 안테나 배열에 의한 M*N개의 빔들에 의해 마크로 서비스 영역을 형성하고, 상기 마크로 서비스 영역에 적어도 하나의 스몰 서비스 영역을 형성하는 이종 망에서 상기 스몰 서비스 영역을 서비스하는 스몰 기지국으로 채널 품질 정보를 보고하는 상기 스몰 서비스 영역에 위치하는 단말에 있어서,
    상기 스몰 서비스 영역을 서비스하는 기지국으로부터 수신한 신호의 전력 (S), 동일 셀 간섭 (I_intra ), 외부 셀간 간섭 (I_int er,NoCoMP ) 및 내부 셀간 간섭 (I_int er,CoMP )을 추정하고, 상기 추정한 수신 신호 전력 (S), 동일 셀 간섭 (I_intra ), 외부 셀간 간섭 (I_int er,NoCoMP ) 및 내부 셀간 간섭 (I_int er,CoMP )을 사용하여 채널 품질 정보를 구성하는 제어부와,
    상기 제어부의 제어에 의해 상기 구성한 채널 품질 정보를 상기 스몰 기지국으로 전송하는 송신부를 포함하며,
    여기서 상기 내부 셀간 간섭 (I_int er,CoMP )은 상기 M*N개의 빔들 중 상기 마크로 서비스 영역을 서비스하는 종 기지국에 의해 제공된 간섭 빔 인덱스 집합에 속하지 않는 빔들에 의한 간섭 전력의 평균에 의해 추정함을 특징으로 하는 단말.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 M*N개의 빔들 중에서 가장 큰 내부 셀간 간섭 또는 미리 설정된 임계치 이상의 내부 셀간 간섭을 주는 적어도 하나의 빔을 가리키는 간섭 빔 인덱스를 상기 마크로 기지국으로 제공하도록 상기 송신부를 제어함을 특징으로 하는 단말.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 간섭 빔 인덱스 집합은 매 TTI 마다 또는 변경 시마다 상기 마크로 기지국에 의해 제공됨을 특징으로 하는 단말.
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