KR20150025630A - Lte기반 통신시스템에서 빔 형성 방법 및 자원 할당 방법 - Google Patents

Lte기반 통신시스템에서 빔 형성 방법 및 자원 할당 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LTE기반 이동통신시스템에서 빔 형성 방법 및 자원 할당 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LTE기반으로 위성통신과 이동통신이 결합된 다중빔 시스템에서 다중빔 성능을 향상시키기 위한 적응형 위성 다중빔 형성 방법 및 그 방법에 따라 형성된 빔에서 간섭 완화를 달성할 수 있는 자원 할당 방법에 관한 것으로 위성 통신과 지상 통신을 모두 지원하는 통신 서비스를 제공함에 있어서 동일 인터페이스를 갖추되 성능 열화를 줄일 수 있도록 하였으며, 부반송파를 독립적으로 단말에게 할당하여 처리하도록 함으로써 단말의 위치를 고려한 적응형 빔 형성과 형성된 빔의 간섭 완화를 실현하는 자원 할당하는 방법을 제공하여 다중빔의 성능을 향상시키도록 한 효과가 있다.

Description

LTE기반 통신시스템에서 빔 형성 방법 및 자원 할당 방법 {Method for beam forming and resource allocation in LTE based communication system}
본 발명은 LTE기반 이동통신시스템에서 빔 형성 방법 및 자원 할당 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LTE기반으로 위성통신과 이동통신이 결합된 다중빔 시스템에서 다중빔 성능을 향상시키기 위한 적응형 위성 다중빔 형성 방법 및 그 방법에 따라 형성된 빔에서 간섭 완화를 달성할 수 있는 자원 할당 방법에 관한 것이다.
"본 발명은 방송통신위원회의 방송통신인프라원천기술개발사업의 연구결과로 수행되었음. [KCA-2012-12-911-01-201, 지상 이동통신을 위한 2.1GHz 위성 주파수 대역 최적 활용기술 개발]"
LTE기반 통신시스템에서 하향링크 전송 방식은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex) 방식에 기반한 기술이 이용된다.
OFDM 방식은 CP(Cyclic Prefix)와 함께 상대적으로 긴 OFDM 심볼 구간으로 인하여 채널의 주파수 선택성에서 강점을 가진다. OFDM 방식을 이용하지 않을 경우, 주파수 선택적 채널에 의해 생기는 신호 손상을 해결할 필요가 있다. 물론 원칙적으로 일부 수신단의 이퀄라이저를 사용하여 이러한 문제를 해결하는 방법이 제안된 바 있으나, 5MHz보다 큰 대역폭을 사용하는 경우 이퀄라이저의 복잡도가 높아지는 문제가 발생한다.
따라서, OFDM 방식은 5MHz보다 큰 대역폭을 사용하는 경우 큰 장점을 가진다.
LTE기반 통신시스템에서 상향링크 전송 방식은 전송 신호의 낮은 PAPR(Peak to Average Power Ratio)을 위하여 DFTS-OFDM(Discrete Fourier Transform Spread-Orthogonal Frequency Division Multiplex)기반의 단일반송파 전송 방식이 이용된다.
즉, 단일반송파 전송 방식을 이용하면, 전송신호의 PAPR이 더 낮아지기 때문에 전력증폭기의 평균전송전력을 높일 수 있고, 이는 곧 커버리지의 증대 및 단말 전력소비의 감소 효과를 가지게 된다.
최근, 통신 시스템은 지상통신망과 위성통신망의 결합 또는 협력 가능한 위성/지상 통합 시스템으로 진화되고 있다.
이러한 위성/지상 통합 시스템은 위성과 지상의 인터페이스 간 공통성을 가져 기존의 지상 단말을 재사용함으로써 규모의 경제를 실현할 수 있는 장점이 있다. 특히, 차세대 IMT-Advanced(International Mobile Telecommunications-Advanced) 시스템은 LTE기반의 지상 이동통신 시스템을 고려하고 있어 더욱 그러하다.
즉, 단말이 위성과 지상 서비스를 모두 이용하기 위하여 이중모드 칩을 내장할 필요가 없는 기존의 지상 LTE 칩셋을 그대로 재사용할 수 있도록 하는 방법이 고려된다.
위성/지상 통합 시스템에서, 위성과 지상의 인터페이스를 달리 가지는 경우, 위성 환경에 최적화된 인터페이스를 위성 이동통신 시스템에 적용함으로써, 위성 페이로드의 오버헤드를 줄일 수 있는 장점을 가지게 된다.
다만, 성능 열화와 경제성 간의 트레이드-오프(trade-off)가 발생한다.
본 발명의 목적은 위성 통신과 지상 통신을 모두 지원하는 통신 서비스를 제공함에 있어서 동일 인터페이스를 갖추되 성능 열화를 줄일 수 있도록 한 LTE기반 통신시스템에서 빔 형성 방법 및 자원 할당 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 부반송파를 독립적으로 단말에 할당하여 처리하도록 함으로써 단말의 위치를 고려한 적응형 빔 형성과 형성된 빔의 간섭 완화를 실현하는 자원 할당하는 방법을 제공하여 다중빔의 성능을 향상시키도록 한 LTE기반 통신시스템에서 빔 형성 방법 및 자원 할당 방법을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 위성 기지국이 단말과 통신을 위한 빔을 형성하고 자원을 할당하는 방법에 있어서, RB(Resource Block)가 특정 단말에 할당되는 채널인 경우 적응형 빔을 형성하고 간섭완화를 위한 자원을 할당하는 것을 특징으로 하는 통신시스템에서 빔 형성 및 자원 할당 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 특정 단말에 할당되는 채널은 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel), PUSCH(Physical Uplink Shared Channel), RS(Reference Signal) 또는 PUCCH(Physical Uplink Control Channel) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 적응형 빔을 형성하는 방법은, 상기 단말의 위치를 확인하는 단계; 상기 단말의 위치에 따라 성능을 높이는 가중치 벡터를 계산하는 단계; 및 상기 RB에 상기 가중치 벡터를 적용하여 빔을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 성능은 SINR(Signal to Interference and Noise Ratio) 또는 SNR(Signal to Noise Ratio)을 고려하여 평가되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 적응형 빔을 형성하는 방법은, 동일 주파수를 사용하는 빔 내 지역을 구분하는 단계; 구분한 상기 지역에서 성능을 높이는 가중치 벡터를 계산하는 단계; 및 상기 지역 내에 위치한 단말에 대해 상기 가중치 벡터를 고려한 적응형 빔을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 빔 내 지역을 구분하는 단계는, 빔 내의 단말 분포 또는 트래픽 양을 고려하여 상기 지역을 구분하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 적응형 빔을 형성하는 단계는, 구분한 상기 지역의 수에 맞게 RB를 그룹화하는 단계; 및 그룹화한 상기 RB에 계산한 상기 가중치 벡터를 적용하여 적응형 빔을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 적응형 빔을 형성하는 방법은, 상기 단말로부터 SRS(Sounding Reference Signal) 신호를 수신하는 단계; 수신한 상기 SRS 신호를 통해 상기 단말의 상향링크 신호의 SINR이 최대화되는 RB와 가중치 벡터를 결정하는 단계; 상기 단말에 하향링크 제어채널을 통해 결정한 상기 RB에 대한 정보를 전송하는 단계; 상기 단말로부터 상기 RB로 데이터를 수신하는 단계; 및 상기 단말로부터 상기 가중치 벡터를 통해 형성된 빔을 통해 상향링크 신호를 수신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 RB와 가중치 벡터를 결정하는 단계는, 상기 단말에 할당 가능한 RB를 확인하는 단계; 상기 RB별로 수신된 SRS 신호의 SINR을 최대화하는 가중치 벡터와 최대 SINR을 계산하는 단계; 및 계산한 상기 최대 SINR이 높은 RB를 상기 단말에 우선적으로 할당하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 위성 통신과 지상 통신을 모두 지원하는 통신 서비스를 제공함에 있어서 동일 인터페이스를 갖추되 성능 열화를 줄일 수 있도록 한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 부반송파를 독립적으로 단말에게 할당하여 처리하도록 함으로써 단말의 위치를 고려한 적응형 빔 형성과 형성된 빔의 간섭 완화를 실현하는 자원 할당하는 방법을 제공하여 다중빔의 성능을 향상시키도록 한 효과가 있다.
도 1은 지상 통신과 위성 통신을 모두 지원하는 통신 서비스를 위성을 통해 제공하기 위한 다중빔 구조를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 고려되는 다중빔 형성을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 형성 및 자원 할당 방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 할당받은 하향링크 프레임 구조를 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 위치에 따라 적응형 빔을 형성하는 구조를 나타낸 블록도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 형성 방법을 나타낸 순서도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 안테나 빔 형성기의 구조를 나타낸 블록도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔 형성 방법을 나타낸 순서도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중빔 위성시스템에서 위성 안테나 빔 형성기의 구조를 나타낸 블록도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중빔 위성시스템에서 위성 안테나 빔 형성기의 구조를 나타낸 블록도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔 형성 방법을 나타낸 순서도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 상량링크에서 적응형 빔 형성 및 자원 할당하는 방법을 나타낸 순서도.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 기지국이 단말의 상향링크 신호의 SINR을 최대화하는 RB와 가중치 벡터를 결정하는 방법을 나타낸 순서도.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 인접 빔 또는 다른 망으로부터의 간섭을 고려하여 최적의 빔을 형성하여 동작하는 다중빔 위성시스템을 나타낸 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
이하의 설명은 지상 시스템과 최대한 공통성을 갖는 3GPP LTE 기반의 개인휴대 위성이동통신 시스템을 예시로 설명하나, 본 발명은 이러한 예시에 한정되지 않으며 한국의 위성 DMB, 유럽의 DVB-SH(Digital Video Broadcasting - Satellite services to Handhelds)와 같이 Repeater, CGC(Complementary Ground Component), ATC(Ancillary Terrestrial Component) 등 특정 지상 보조 장치를 사용하는 위성이동 시스템에서 3GPP, 3GPP2, IEEE 등에서 고려하고 있는 OFDMA, CDMA, WCDMA, TDMA, FDMA 등 기반의 어떠한 지상 접속 규격 및 위성 환경에 최적화된 어떠한 위성 접속 규격과 상관없이 적용 가능하다.
또한, 기존 LTE 무선인터페이스가 하향링크에 최적의 성능을 가질 수 없는 어떠한 이동통신시스템의 하향링크에 적용 가능하다.
도 1은 지상 통신과 위성 통신을 모두 지원하는 통신 서비스를 위성을 통해 제공하기 위한 다중빔 구조를 나타낸 블록도이다. 도 1을 살펴보면, 왼쪽에 도시된 블록도는 주파수 재사용 3인 경우의 다중빔 구조를 나타낸 것이며, 오른쪽에 도시된 블록도는 주파수 재사용 7인 경우의 다중빔 구조를 나타낸 것이다.
이러한 두 가지 경우에서, 스펙트럼 효율은 보다 적은 수의 주파수를 효율적으로 재사용한 왼쪽에 도시된 블록도와 같은 다중빔 구조가 우수하나, 동일 주파수를 사용하는 빔에 의한 간섭이 많이 발생하게 된다.
따라서, 주파수 재사용은 이용할 수 있는 캐리어의 수, 요구되는 빔의 처리량, 위성빔 안테나 패턴 등을 고려해야 한다.
즉, 기존에 사용되던 고정 빔을 그대로 형성하는 경우, 빔 경계지역의 단말은 신호의 세기가 상대적으로 낮고, 동일 주파수를 사용하는 다른 빔 또는 다른 망에 의한 간섭에 취약한 문제가 발생한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 고려되는 다중빔 형성을 나타낸 블록도이다. 도 2와 같이 형성된 다중빔은 사용자 단말이 이용해야 하는 채널을 제공하여 통신을 가능하게 한다. 예를 들면, 사용자 단말이 이용해야 하는 채널은 하향링크 SCH(Shared Channel) 채널, PBCH(Physical Broadcast Channel) 채널, PDCCH(Physical Downlink Control Channel) 채널, PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel) 채널, PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel) 채널 및 상향링크 PRACH(Physical Random Access Channel) 채널일 수 있다.
도 2를 참조하면, N개의 안테나 피드(201, 202, 203, 204, 205)는 빔이 빔1 영역으로 향하도록 하는 웨이팅(Weighting) 값 W1,i(0<i<N+1)로 구성된 W 1 벡터를 이용하여 빔1을 형성한다. 이와 같이 빔2 내지 빔7 등의 형성이 가능하다.
이러한 경우, 각 빔 경계 지역에 있는 단말은 빔 중심지역보다 신호의 세기가 낮으며, 경계에 위치한 다른 빔 또는 다른 망으로부터의 간섭이 발생할 수 있다.
따라서, 각 단말의 위치에서 최적의 빔을 형성하여 단말의 수신 SINR(Signal to Interference and Noise Ratio)을 높이도록 하는 적응형 빔 형성이 요구되며, 본 발명에서 이하의 설명된 방법을 제안한다.
특히, 이하의 설명된 방법은 특정 단말에 할당되는 채널들에 적용되는데 유리한데, 특정 단말에 할당되는 채널은 PDSCH, PUSCH, RS, PUCCH 채널 등이 해당될 수 있다. 여기서 RS 채널과 PUCCH 채널은 구현에 따라 특정 단말에 할당할 수도 있고, 아닐 수도 있다.
이를 통해 도 3과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 형성 및 자원 할당 방법이 제안된다.
즉, 특정 단말에 할당되는 채널을 위한 RB인지 판단하여(S310), 특정 단말에 할당되는 채널을 위한 RB인 경우 적응형 빔 형성 및 간섭완화 자원을 할당하고(S321), 아닌 경우 고정된 빔 형성 및 자원 할당을 수행한다(S322).
구체적인 예로, 위성 또는 기지국은 PDSCH, PUSCH, RS 또는 PUCCH을 위한 RB인지 판단하여, 그러한 경우 적응형 빔을 형성하고 간섭완화가 가능하도록 자원 할당한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 할당받은 하향링크 프레임 구조를 나타낸 블록도이다. 도 4는 4개의 단말을 예시하고 있으며, 프레임 내에서 각 단말이 일정한 부반송파를 할당받도록 RB가 할당되었으나 시간 및 주파수 축에서 RB가 유연하게 할당되는 것도 고려될 수 있다.
LTE 기반의 인터페이스는 지원하는 대역폭에 따라 12, 25, 50, 100, 150, 200개의 RB를 각 단말에 할당한다.
또한, 바람직하게는, 도 4의 각 단말 또는 단말의 그룹에 따라 최적의 빔을 형성하기 위하여, 각 단말 또는 단말의 그룹에 할당된 RB에 독립적으로 적응형 빔 형성을 하도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 위치에 따라 적응형 빔을 형성하는 구조를 나타낸 블록도이다. 도 5는 빔1에서 도 3과 같이 자원을 할당받는 경우를 예시한 것이다.
도 5를 참조하면, 제1단말(511)은 빔1의 위쪽 경계지역에 위치한다. 즉, 제1단말(511)과 위성간 송수신 신호의 세기를 높이기 위해서는, 제1단말(511)이 빔의 중심이 오도록 빔을 형성하여 한다. 즉, 제1단말(511)이 중심이 되게 빔을 형성하기 위한 웨이팅 벡터(Weight Vector, 가중치 벡터)를 W 1,1 이라 하면, 제1단말(511)로 송신되는 신호만이 이와 같은 빔 형성을 해야 하므로 제1단말(511)에 할당된 RB에 대해서만 W1,1,i(0<i<M-1)의 웨이팅 벡터가 적용된다.
동일하게, 제2단말(512), 제3단말(513), 제4단말(514)에 할당된 RB에 대해서 웨이팅 벡터 W 1,2 , W 1,3 , W 1,4 가 적용된다.
이를 통해 도 6과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 형성 방법이 제안된다.
즉, 단말의 위치를 확인하는 단계(S610), 단말의 위치에 따라 성능을 높일 수 있는 웨이팅 벡터를 계산하는 단계(S620) 및 각 단말에 할당된 RB에 웨이팅 벡터를 적용하여 빔을 형성하는 단계(S630)를 포함하도록 구성된다.
여기서 성능의 예를 들면, SINR이나 SNR이 고려될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 안테나 빔 형성기의 구조를 나타낸 블록도이다. 도 7은 빔1에 대한 적응형 빔 형성을 예시하고 있으나, 동일하게 다른 빔에서도 적용 가능하다.
도 7을 참조하면, 빔1을 위한 통신 신호를 받는 N개의 안테나 피드(711, 712, 713, 714, 715)는 각 피드별로 적응형 빔 형성을 하지 않을 때의 빔1 커버리지를 고려한 웨이팅 벡터 W 1 을 적용하여 적응형 빔 형성이 아닌 경우의 빔을 형성한다.
특정 RB를 할당받은 제i단말인 경우 적응형 빔 형성을 하게 되고, 이 때 제i단말의 위치를 고려한 W1,1,i (0<i<M-1)를 원소로 가지는 웨이팅 벡터 W 1,1 를 적용하기 위해 기존 웨이팅 벡터 W 1 을 고려한 W' 1,1 벡터를 계산한다. W' 1,1 벡터는 아래의 수학식 1로부터 도출된다.
<수학식 1>
Figure pat00001
즉,
Figure pat00002

여기서 수학식 1의
Figure pat00003
연산자는 벡터 간 크로네커(Kronecker) 연산으로서, 아래 식과 같이 W 1,1 의 i번째 element의 값은 W' 1,1 의 i번째 element와 W 1 의 i번째 element의 곱으로 계산된다.
여기서 고려되는 가중치 벡터는 위성 페이로드의 위성 안테나 피드(711, 712, 713, 714, 715)에서 직접 적용될 수 있으며, 지상기반 빔형성 기술이 도입된 위성시스템의 경우에는 지상 지구국에서 적용될 수 있다.
이를 통해 도 8과 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔 형성 방법이 제안된다.
즉, LTE 프레임 내 RB들에 각 단말 데이터를 할당하는 단계(S810). 각 RB별로 할당된 단말을 위한 최적의 빔 형성을 위한 빔 가중치(W' 1,i )를 반영한 LTE 신호를 생성하는 단계(S820) 및 각 안테나 피드에서 고정 빔 형성을 위한 가중치 벡터(W 1 )를 반영하여 LTE 신호를 전송하는 단계(S830)를 포함하도록 구성된다.
여기까지 하나의 빔에서 단말의 위치를 고려하여 단말이 할당된 자원에 특정 적응형 빔 형성방법을 설명하였다. 그러나, 다중빔 환경에서는 하나의 빔 안에서 단말의 위치만을 고려한 적응형 빔 형성방법은 동일 주파수를 재사용하는 다른 빔에 심한 간섭을 야기할 수 있다.
이러한 경우를 고려하여, 다중빔 환경을 고려한 적응형 빔 형성 및 단말의 자원 할당 방법을 아래와 같이 제안한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중빔 위성시스템에서 위성 안테나 빔 형성기의 구조를 나타낸 블록도이다. 도 9는 주파수 재사용 3을 가정한 것으로, 빔3, 5, 7은 같은 주파수를 사용하는 예이다.
위성안테나 패턴 특징으로 인하여 같은 주파수를 재사용하는 빔은 빔간의 간섭으로 일정 간격 이상 떨어져 배치되어야 한다. 따라서 다중빔 위성 시스템은 통상 1보다 큰 주파수 재사용을 한다.
도 9에서 빔1이 적용되는 단말 1, 2, 3(911, 912, 913)의 위치가 각 빔 5, 3, 7의 경계지역에 위치한다. 각 단말이 할당받는 자원에 대해 적응형 빔 형성을 하는 경우 점선으로 표시된 적응형 빔이 형성된다.
그러나, 적응형 빔은 빔간의 간격이 기존의 빔보다 훨씬 줄어들어 단말 1, 2, 3(911, 912, 913) 사이에 동일 주파수 간섭이 강해진다. 즉, 적응형 빔 형성을 통해 각 단말의 위치에 따른 신호의 세기는 강해지지만, 다른 빔으로부터의 간섭이 강해져 성능 열화가 발생한다.
따라서, 다중빔 환경에서 적응형 빔 형성을 위해서 특정 빔만이 아닌 다중빔 환경으로 고려한 적응형 빔 형성 및 간섭을 완화하기 위한 자원 할당이 병행되어야 한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중빔 위성시스템에서 위성 안테나 빔 형성기의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 10에서는 같은 주파수를 사용하는 다중빔들을 여러 개의 지역으로 같은 방식으로 구분하여 그 지역별로 적응형 빔을 형성하고 각 지역별로 특정 RB 그룹만을 같은 방식으로 할당하는 것을 특징으로 하는 다중빔 환경에서 빔간 간섭을 고려한 적응형 빔 형성 및 자원 할당 방법을 보여준다.
즉, 도 10에서 빔 3, 5, 7은 같은 주파수를 사용하고, 빔 1이 구분되는 주파수를, 빔 2, 4, 6이 또 다르게 구분된 같은 주파수를 사용한다.
빔 3, 5, 7은 동일한 방식으로 3개의 지역으로 구분된다. 지역을 구분하는 개수는 시스템 구현 시나리오에 따라 변경될 수 있으나, 설명을 위하여 3개의 지역으로 구분되는 방식을 설명한다.
구분된 지역의 수에 맞게 LTE 프레임의 RB를 그룹화하여 구분된 지역에 RB그룹을 지정한다. 지역 1, 2, 3에 위치한 단말은 미리 그룹화되어 각 지역에 지정된 RB 그룹에 할당된다.
도 10에서, RB는 3개로 그룹화되고, 각 그룹의 RB 개수는 그룹마다 같게 하거나 또는 지역의 트래픽 요구량에 따라 변경이 가능하다.(예를 들어, 트래픽이 많은 지역은 많은 수의 RB를, 트래픽이 적은 지역은 적은 수의 RB를 할당한다. 다만, 그룹마다 조정된 RB 수는 같은 주파수를 사용하는 다수의 빔에 대해 동시에 변경되는 것이 바람직하다.)
상기와 같이 지역구분 및 RB 그룹화를 한 이후, 각 지역별로 성능 향상을 위한 적응형 빔을 형성한다.
즉, 예를 들어 빔 5에서 지역 1은 지역에서의 성능 향상을 위한 빔형성 가중치 벡터 W 5,1 을 지역 1에 지정된 RB에 반영한다. 또한, 지역 2에서는 W5,2를, 지역 3에서는 W5,3을 각각 지역 2, 3에 지정된 RB에 반영하여 적응형 빔을 형성한다.
즉, 특정 빔을 구분하는 지역은 다른 빔과의 간섭이 발생하지 않도록(또는 간섭이 적도록) 설계되어, 위치에 따른 신호강도의 세기를 높일 수 있는 적응형 빔이 형성되더라도 다른 빔과의 간섭으로 인한 성능열화를 줄일 수 있게 된다.
따라서 같은 주파수를 사용하는 다른 빔에서 같은 RB에 적용된 빔 형성은 기존 빔과 유사하게 간격이 그대로 유지되어 빔간 간섭이 완화된다.
단말이 각 빔에서 구분된 지역 중 어디에 위치하는지 확인하여야 하며, 확인된 위치에 따라 RB가 할당된다. 단말의 위치를 확인하는 방법은 임의접속 시퀀스의 그룹화, GPS를 통한 위치정보의 전송, 단말에서 인접기지국 하향링크 신호 세기 측정을 통한 위치 파악 또는 위치 정보의 상향링크 전송 등을 통해 가능하다.
이를 통해 도 11과 같은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔 형성 방법이 제안된다.
동일 주파수를 사용하는 빔들 내의 단말 분포 또는 트래픽 양을 고려하여 빔 내 지역을 구분하는 단계(S1110), 각 지역별로 지역내의 빔 성능 최적화를 위한 적응형 빔 형성을 위한 가중치 벡터를 계산하는 단계(S1120), 구분된 지역 수에 맞게 LTE 프레임 RB를 그룹화하는 단계(S1130) 및 각 지역에 할당된 그룹화된 RB들에 각 지역에서 계산된 적응형 빔 형성을 위한 가중치를 고려하여 적응형 빔 형성하는 단계(S1140)를 포함하도록 구성된다.
본 발명은 또한 위성 기지국에서 다른 빔으로부터 오는 간섭의 위치를 파악하여 간섭을 완화하는 빔을 형성하기 위한 적응형 빔 형성 및 자원 할당 방법을 제안한다.
예를 들어, 아래의 수학식 2를 적용하는 방법이 고려된다.
<수학식 2>
Figure pat00004

수학식 2와 같이 i번째 빔의 j 단말의 SINR을 최대화하는 방향으로 적응형 빔 형성 벡터와 할당할 RB를 결정하는 방식은 도 12와 같은 방법으로 제안된다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크에서 적응형 빔 형성 및 자원 할당하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 12를 참조하면, 단말은 위성 기지국에 SRS(Sounding Reference Signal)신호를 전송한다(S1210).
바람직하게는, 단말은 위성 기지국에 SRS 신호를 주기적으로 전송한다. 또한 SRS 신호는 기존 LTE와 달리 채널 및 간섭 추정을 위해 전력제어를 하지 않는다.
위성 기지국은 수신된 SRS 신호를 통해 단말의 상향링크 신호의 SINR이 최대화되는 RB와 가중치 벡터를 결정한다(S1220).
바람직하게는, 위성 기지국은 각 안테나 피드로부터 수신된 SRS신호로부터 각 단말에 대한 상향링크 신호의 SINR이 최대화되는 RB와 가중치 벡터를 결정한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 기지국이 단말의 상향링크 신호의 SINR을 최대화하는 RB와 가중치 벡터를 결정하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 13을 참조하면, 위성 기지국은 위성 안테나 피드별로 SRS 신호를 수신한다(S1310).
위성 기지국은 단말에 할당가능한 RB를 확인한다(S1320).
즉, 위성 기지국은 RBi(0<i<M-1)를 확인하는데, M이 0인지 확인하여 0이 아닌 경우에 다음 단계를 수행한다(S1330).
위성 기지국은 각 RB별로 수신된 SRS 신호의 SINR을 최대화하는 가중치 벡터 및 최대 SINR을 계산한다(S1340).
위성 기지국은 계산된 최대 SINR이 높은 RB를 단말에 우선적으로 할당한다(S1350).
이를 통해, 위성 기지국은 각 빔의 단말의 위치에서 간섭을 고려한 최적의 빔을 형성할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 인접 빔 또는 다른 망으로부터의 간섭을 고려하여 최적의 빔을 형성하여 동작하는 다중빔 위성시스템을 나타낸 도면이다.
다시 도 12를 참조하면, 위성 기지국은 단말이 상향링크 전송할 수 있도록 하향링크 제어채널을 통해 단말 상향링크로 할당된 RB 정보를 전송한다(S1230).
단말은 하향링크 제어채널을 통해 할당받은 상향링크 RB로 데이터를 전송한다(S1240).
위성 기지국은 가중치 벡터를 통해 형성된 수신 빔을 통해 단말로부터 상향링크 신호를 수신한다(S1250).
바람직하게는, 위성 기지국은 수신된 신호를 검파함으로써 단말에서 전송한 데이터를 수신한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (9)

  1. 위성 기지국이 단말과 통신을 위한 빔을 형성하고 자원을 할당하는 방법에 있어서,
    RB가 특정 단말에 할당되는 채널인 경우 적응형 빔을 형성하고 간섭완화를 위한 자원을 할당하는 것을 특징으로 하는 통신시스템에서 빔 형성 및 자원 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 특정 단말에 할당되는 채널은 PDSCH, PUSCH, RS 또는 PUCCH 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 통신시스템에서 빔 형성 및 자원 할당 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적응형 빔을 형성하는 방법은,
    상기 단말의 위치를 확인하는 단계;
    상기 단말의 위치에 따라 성능을 높이는 가중치 벡터를 계산하는 단계; 및
    상기 RB에 상기 가중치 벡터를 적용하여 빔을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템에서 빔 형성 및 자원 할당 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 성능은 SINR 또는 SNR을 고려하여 평가되는 것을 특징으로 하는 통신시스템에서 빔 형성 및 자원 할당 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적응형 빔을 형성하는 방법은,
    동일 주파수를 사용하는 빔 내 지역을 구분하는 단계;
    구분한 상기 지역에서 성능을 높이는 가중치 벡터를 계산하는 단계; 및
    상기 지역 내에 위치한 단말에 대해 상기 가중치 벡터를 고려한 적응형 빔을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템에서 빔 형성 및 자원 할당 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 빔 내 지역을 구분하는 단계는,
    빔 내의 단말 분포 또는 트래픽 양을 고려하여 상기 지역을 구분하는 것을 특징으로 하는 통신시스템에서 빔 형성 및 자원 할당 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 적응형 빔을 형성하는 단계는,
    구분한 상기 지역의 수에 맞게 RB를 그룹화하는 단계; 및
    그룹화한 상기 RB에 계산한 상기 가중치 벡터를 적용하여 적응형 빔을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템에서 빔 형성 및 자원 할당 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적응형 빔을 형성하는 방법은,
    상기 단말로부터 SRS 신호를 수신하는 단계;
    수신한 상기 SRS 신호를 통해 상기 단말의 상향링크 신호의 SINR이 최대화되는 RB와 가중치 벡터를 결정하는 단계;
    상기 단말에 하향링크 제어채널을 통해 결정한 상기 RB에 대한 정보를 전송하는 단계;
    상기 단말로부터 상기 RB로 데이터를 수신하는 단계; 및
    상기 단말로부터 상기 가중치 벡터를 통해 형성된 빔을 통해 상향링크 신호를 수신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템에서 빔 형성 및 자원 할당 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 RB와 가중치 벡터를 결정하는 단계는,
    상기 단말에 할당가능한 RB를 확인하는 단계;
    상기 RB별로 수신된 SRS 신호의 SINR을 최대화하는 가중치 벡터와 최대 SINR을 계산하는 단계; 및
    계산한 상기 최대 SINR이 높은 RB를 상기 단말에 우선적으로 할당하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템에서 빔 형성 및 자원 할당 방법.
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