KR20150029639A - 고정된 경로를 이동하는 고속 이동체를 위한 무선 통신 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 기지국 및 단말 간에 신호를 전송하는 방법에 관한 것이다. 특정 위치에 대하여 채널 측정이 이루어진 상태에서, 상기 특정 위치로 단말이 이동할 경우, 미리 측정된 채널 정보를 단말로 전송하는 방법으로, 고정 경로를 이동하거나 경로의 예측이 가능한 단말은, 가까운 미래의 위치를 파악하기 용이하므로, 이러한 특별한 환경을 고려하여, 채널 정보를 보다 효율적으로 송수신하는 방법이다.

Description

고정된 경로를 이동하는 고속 이동체를 위한 무선 통신 시스템{WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM FOR HIGH-SPEED MOVING OBJECT THAT MOVES ALONG FIXED ROUTE}

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 고정된 경로를 따라 고속으로 이동하는 고속 이동체를 위한 무선 통신 시스템에 관한 것이다.

현재는 기존의 3 세대 및 4 세대 이동통신 용량으로는 수용이 불가능한 이러한 모바일 트래픽 폭증에 대비하여 5 세대 이동통신 기술 개발이 필요한 시점이다. 5 세대 이동통신은 기존의 이동통신 방식에 비해 향상된 성능 및 용량을 제공하고자 넓은 주파수 대역을 사용하여 고용량을 제공하고 사용 가능한 주파수 대역을 고려하여 기지국과 단말 통신의 최적 구조를 제공해야 한다. 또한, Macro-Cell 과 Small-Cell 로 구성된 이종망간 네트워크 기술을 이용하여 커버리지 보완 및 확대 효과가 있으며, 멀티밴드를 사용하여 데이터의 처리용량 및 속도를 높일 수 있다.

증가하는 데이터 트래픽을 제어하기 위해 네트워크를 거치지 않고 디바이스 간 직접 통신인 D2D(Device to Device) 기술, 주변 사물을 네트워크로 연결하여 언제, 어디서든 필요한 정보를 전달하거나 얻을 수 있는 M2M(Machine to Machine) / IoT(Internet of Things) 기술이 중요한 기술로 대두되고 있다.

5 세대 이동통신은 기존의 이동통신 방식에 비해 향상된 성능 및 용량을 제공하고자 넓은 주파수 대역을 사용하여 고용량을 제공하고 사용 가능한 주파수 대역을 고려하여 기지국과 단말 통신의 구조를 설계할 수 있다.

이종망간 네트워크 기술을 이용한 커버리지 영역 확대 및 데이터 용량 증대 효과를 기대하며, D2D 기술에 의한 네트워크 트래픽 절감효과와 M2M 기술로 서비스 품질 향상을 기대할 수 있다.

현재 논의되고 있는 4G 셀룰러 통신 시스템은 하나의 기본 프레임을 바탕으로 설계되어 있으며, 주로 저속으로 이동하는 사용자를 타겟팅(targeting) 하여 성능을 최적화 할 수 있도록 설계되어 있다. 이러한 시스템은 350km/h 의 속도로 고속 이동하는 사용자도 지원할 수 있도록 설계는 되어 있지만, 저속의 사용자의 성능과 비교하면 성능이 많이 떨어지는 것이 사실이다. 이러한 셀룰러 통신 시스템을 고속 열차에 그대로 적용한다면, 고속 열차의 속도가 350km/h 인 높은 이동성(high mobility) 때문에, 네트워크와 고속 열차 간의 링크 품질(link quality)은 떨어지며, 충분한 링크 용량도 확보하기 어렵다. 따라서, 향후 고속 열차의 속도가 기술의 발전에 의해 500km/h 를 넘어간다면 성능 열화는 더욱 심해질 것으로 예상되며 탑승객에 대한 무선 데이터 서비스의 품질은 상당히 떨어질 것이다. 또한 매크로 기지국의 용량(capacity)을 고속열차가 일부 사용하는 시나리오가 되어 셀 내의 다른 사용자들의 데이터 통신을 저해하게 된다.

따라서 네트워크와 고속 열차 간의 통신에 무선 통신이 아닌 유선 통신을 이용한 방식이 사용되기도 한다. 예를 들어, 고속 열차가 접촉해 있는 선로를 이용하여 교류 신호를 통해 고속 열차와 네트워크 간의 통신이 수행되기도 하지만 이런 시스템은 선로 자체의 용량이 낮다는 단점이 있고 동시 접속하는 선로의 개수가 2 개로 한정적이라는 물리적 제약으로 더 많은 링크를 만들어 내기 어렵다는 단점이 있다. 마찬가지로 파워 라인(power line)을 이용하여 통신을 수행하는 PLC(Power Line Communication) 방식도 있으나 선로를 이용한 통신 방식과 같은 단점을 가지고 있고, 파워 라인이 없는 열차의 경우 적용할 수 없다는 점이 약점이라고 할 수 있다.

종래의 일반적인 이동형 단말 형태는 사용자가 쉽게 휴대하기 위한 소형의 비교적 낮은 성능 단말이 위주였다. 하지만, 통신 디지털 기기의 사용 증대 및 서비스의 다양화의 추세에 따라 현재는 언제 어디서나 끊김 없는 고속의 데이터 전송에 대한 요구가 더욱 증가하고 있으며, 이에 따라 차량, 열차, 비행기 등 고속 이동체에서도 고속의 데이터 전송에 대한 요구가 증가하고 있다.

종래의 셀룰러 시스템의 경우, 일반적인 차량의 이동 속도 (예, 120km/h)에서도 동작 가능하도록 설계되어 있지만, 주로 저속 이동 단말에 최적화되어 있으며, 일정 수준 이상의 속도에서는 낮은 데이터 전송률을 나타내거나 연결성(Network Connection) 유지 정도만을 보장하고 있다. 또한, 주파수 선택적 특성(Frequency selectivity)가 높은 상황을 고려하여 설계되어 있기 때문에 파일럿 오버헤드가 꽤 높게 설계되어 있다. 이러한 시스템을 고속열차 등과 같은 매우 높은 속도 (예, 350km/h 이상)에 그대로 적용한다면 네트워크와 고속열차간의 링크 품질에 있어 충분한 용량을 확보할 수 없다. 또 하나의 종래 통신 기술 상의 문제는 고속 이동 단말의 송수신 기법 적용에 있어, 개루프 송수신 기법 (Open-loop Transmission)의 적용이다. 저속 환경에서는 개루프 송수신 기법에 비하여 폐루프 송수신 기법(Closed-loop Transmission)의 성능이 월등히 높고, 고속 환경에서는 개루프 송수신 기법의 성능이 훨씬 좋은 것은 일반적으로 잘 알려진 사실이다. 이는 폐루프 송수신 기법이 단말 위치에 따른 정확한 채널 추정에 근간한 송수신 기법인데, 고속에서는 속도에 따른 도플러 쉬프트 (Doppler Shift) 로 말미암아 이러한 채널 추정이 어렵고, 시변 채널 특성으로 인하여 채널 정보 피드백에 대한 오버헤드가 매우 급증하기 때문에 적용이 어렵다. 따라서 고속환경에서는 변복조레벨 등을 결정하기 위한 링크 품질(즉, Link Quality, Channel Quality 등) 추정을 제외한 송수신 기법 상에 대한 채널 추정이 불필요한 개루프 송수신 기법을 통해 공간 다이버시티 성능 (Spatial Diversity) 을 항상시키는 것이 더욱 좋은 성능을 나타내게 된다.

본 발명에서는 이러한 통신 환경에서 고속의 데이터 전송을 보장하기 위한 채널 추정 기법을 제안하고, 관련된 프로세스를 간소화하고, 자원을 효과적으로 줄이는 고정 경로 예측 기반 송수신 기법을 제안한다.

본 발명에서는 차량 및 열차와 같이 고정되거나 예측 가능한 경로 상을 이동하는 단말에 대하여 이러한 경로 예측성에 기반한 채널 추정 활용을 통해 고속 환경에서도 기존 폐루프 송수신 기법에 비하여 채널 추정 계산 오버헤드 및 이에 대한 피드백 오버헤드를 현저히 줄이는 반면, 성능은 저속에서의 폐루프 송수신 기법의 성능에 준하는 경로 예측 기반 송수신 기법을 제안한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 고정된 경로를 이동하는 고속 이동체를 위한 통신 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 양상으로, 다중 안테나(Multi Input Multi Output; MIMO) 무선 통신 시스템에서 단말이 채널 정보를 활용하는 방법에 있어서, 제 1 위치에서, 하나 이상의 안테나를 포함하는 제 1 안테나부를 이용하여 채널 정보를 측정하는 단계; 상기 제 1 위치로 하나 이상의 안테나를 포함하는 제 2 안테나부의 이동 여부를 확인하는 단계; 및 상기 하나 이상의 안테나를 포함하는 제 2 안테나부가 상기 제 1 위치에 도달할 경우, 상기 제 1 안테나부가 측정한 채널 정보를 상기 제 2 안테나부의 채널 정보로 적용하는 단계;를 포함한다.

더 바람직하게는, 상기 적용된 채널 정보에 기초하여 상기 단말의 제 1 위치에 대한 송수신 기법을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 채널 정보는 고정 경로를 이동하는 단말에 적용된다.

바람직하게는, 상기 단말은, 하나 이상의 안테나를 포함하는 제 3 안테나부를 포함하고, 상기 제 1 안테나부, 제 2 안테나부 및 제 3 안테나부의 간격이 일정할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제 2 안테나부가 상기 미리 정해진 시간 주기를 지나 상기 제 1 위치에 도달할 경우, 상기 제 2 안테나부는 채널 정보 측정을 수행할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제 1 안테나부 및 제 2 안테나부의 안테나 구성이 다를 경우, 상기 제 2 안테나부는 채널 정보 측정을 수행하여 제 2 안테나부의 채널 정보로 적용할 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 제 2 안테나부는, 상기 제 1 위치에 도달한 경우, 채널 정보 측정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

더 바람직하게는, 단말은, 상기 제 2 안테나부에서 측정한 채널 정보 및 상기 수신한 채널 정보를 비교하여, 미리 정해진 오차 범위를 벗어난 경우, 상기 기지국으로 상기 단말이 측정한 채널 정보를 피드백(feedback)하는 단계를 더 포함할 수 있다.

더 바람직하게는, 단말은, 상기 제 2 안테나부에서 측정한 채널 정보 및 상기 수신한 채널 정보를 비교하여, 미리 정해진 오차 범위내인 경우, 상기 기지국으로 상기 수신한 채널 정보가 유효함을 피드백(feedback)하는 단계를 더 포함할 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 기지국으로 피드백하는 것을 미리 정해진 시간동안 반복 수행할 수 있다.

바람직하게는, 상기 채널 정보는 RSSI(Received Signal Strength Indicator), RSRQ(Received Signal Received Quality), RSRP(Received Signal Received Power), CQI(Channel Quality Indicator), PVI(Precoding Vector Index), PMI(Precoding Matrix Indicator), 및 RI(Rank Indicator) 정보 중 적어도 하나 이상이다.

바람직하게는, 상기 채널 정보에 기초하여 송수신 기법을 결정하는 단계는, 단말의 이동 속도에 따라 변조 타입을 결정할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제 1 안테나부 및 상기 제 2 안테나부 중 적어도 하나 이상은, 기지국 또는 네트워크의 명령에 의하여 채널 정보 측정을 수행할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제 1 안테나부 및 제 2 안테나부는 서로 다른 단말의 안테나부일 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상으로, 다중 안테나(Multi Input Multi Output; MIMO) 무선 통신 시스템에서 단말이 채널 정보를 활용하는 방법에 있어서, 제 1 위치에서, 하나 이상의 안테나를 포함하는 제 1 안테나부를 이용하여 채널 정보를 측정하는 단계; 상기 하나 이상의 안테나를 포함하는 제 1 안테나부를 이용하여 측정한 채널 정보를 기지국으로 전송하는 단계; 하나 이상의 안테나를 포함하는 제 2 안테나부가 상기 제 1 위치에 도달할 경우, 상기 기지국으로 전송한 채널 정보를 기지국으로부터 수신하는 단계; 및 상기 수신한 채널 정보를 상기 제 2 안테나부의 채널 정보로 적용하는 단계; 를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 통신 시스템은 상당히 고속으로 이동하는 이동체 내의 사용자들의 통신 효율 및 성능을 현저히 개선할 수 있다.

본 발명에 따르면 단말 및 기지국은 미리 저장된 채널 정보를 활용함으로써 고속 이동체에서 개루프 방식의 송수신으로 폐루프 방식의 송수신과 근사한 성능을 가질 수 있도록 할 수 있다. 더불어 기지국 및 단말의 채널 추정 등에 대한 계산 오버헤드를 줄이고, 나아가 단말의 채널 정보 (Channel Status Information; CSI) 피드백 오버헤드를 감소시킬 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 통신 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2 는 본 발명에서 가정하는 고정 경로 환경의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3 은 일반 차량 도로 상의 이동 차량이 노변 기지국 및 노변 매크로 기지국을 통해 통신하는 예시 도면이다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 미리 저장된 채널 정보를 이용해 고정된 경로를 따라 이동하는 단말과 통신하는 노변 기지국의 예를 도시하는 도면이다.
도 5 는 전위에 있는 안테나에 대한 채널 추정 정보를 후위에 있는 안테나에 대해 적용하는 예시 도면이다.
도 6 은 전위에 있는 안테나에 대한 채널 추정 정보를 후위에 있는 안테나에 대해 적용하는 절차를 나타내는 순서도이다.
도 7 은 특정 위치에서 시불변 채널로 가정하는 환경에서의 단말의 안테나들에 대한 채널 정보 재사용 예시를 나타내는 도면이다.
도 8 은 경로 예측 기반 채널 정보 재사용하는 다중 안테나 구성에 대한 예시이다.
도 9 은 기지국 및 단말이 타 단말에 의해 추정된 채널 정보를 이용하여 송수신하는 예시이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시 형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

통신 시스템의 구성

도 1 은 본 발명에 따른 통신 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.

본 발명에 따른 통신 시스템은 기지국(100), 중계기(150), 단말(180), 네트워크(미도시)를 포함할 수 있다. 통신 시스템을 간략화하여 나타내기 위해 하나의 기지국(100), 하나의 중계기(200), 하나의 단말(300)을 도시하였지만, 본 발명에 따른 무선 통신 시스템은 복수의 기지국, 중계기, 단말을 포함할 수 있다.

도 1 을 참조하면, 기지국(100)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(105), 심볼 변조기(110), 송신기(115), 송수신 안테나(120), 프로세서(125), 메모리(130), 수신기 (135), 심볼 복조기(140), 수신 데이터 프로세서(145)를 포함할 수 있다. 그리고 중계기(150)도 송신(Tx) 데이터 프로세서(155), 심볼 변조기(160), 송신기(165), 송수신 안테나(170), 프로세서(175), 메모리(176), 수신기(177), 심볼 복조기(178), 수신 데이터 프로세서(179)를 포함할 수 있다. 또한 단말 (180)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(182), 심볼 변조기(184), 송신기(186), 송수신 안테나(188), 프로세서(190), 메모리(192), 수신기(194), 심볼 복조기 (196), 수신 데이터 프로세서(198)를 포함할 수 있다.

안테나(120, 170 및 188)가 각각 기지국(100), 중계기(150) 및 단말 (180)에서 하나로 도시되어 있지만, 기지국(100), 중계기(150) 및 단말(180)은 복수 개의 안테나를 구비하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기지국(100), 중계기(150) 및 단말(180)은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템을 지원한다. 본 발명에 따른 기지국(100), 중계기(150) 및 단말(180)은 SU-MIMO (Single User-MIMO), MU-MIMO(Multi User-MIMO) 방식 모두를 지원할 수 있다.

하향링크 상에서, 기지국(100)의 송신 데이터 프로세서(105)는 트래픽 데이터를 수신하고, 수신한 트래픽 데이터를 포맷하여 코딩하고, 코딩된 트래픽 데이터를 인터리빙하고 변조하여(또는 심볼 매핑하여), 변조 심볼들( "데이터 심볼들" )을 제공한다. 심볼 변조기(110)는 이 데이터 심볼들과 파일럿 심볼들을 수신 및 처리하여, 심볼들의 스트림을 제공한다.

기지국(100)의 심볼 변조기(110)는, 데이터 및 파일럿 심볼들을 다중화하여 이를 송신기(115)로 전송한다. 이때, 각각의 송신 심볼은 데이터 심볼, 파일럿 심볼, 또는 제로의 신호 값일 수도 있다. 각각의 심볼 주기에서, 파일럿 심볼들이 연속적으로 송신될 수도 있다. 파일럿 심볼들은 주파수 분할 다중화(FDM), 직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 시분할 다중화(TDM), 또는 코드 분할 다중화(CDM) 심볼일 수 있다.

기지국(100)의 송신기(115)는 심볼들의 스트림을 수신하여 이를 하나 이상의 아날로그 신호들로 변환하고, 또한, 이 아날로그 신호들을 추가적으로 조절하여(예를 들어, 증폭 필터링, 및 주파수 업컨버팅(upconverting)하여), 무선 채널을 통한 송신에 적합합 하향링크 신호를 발생시킨다. 이어서, 하향링크 신호는 안테나(12)를 통해 단말로 전송된다.

중계기(150)의 수신 안테나(170)는 기지국(100)으로부터 하향링크 신호를 수신할 수 있다. 중계기(150)의 프로세서(175)는 기지국(100)으로부터 수신한 하향링크 신호를 복조하여 처리한 후, 송신 안테나(170)를 통해 단말(110)로 전송해줄 수 있다. 또한, 중계기(150)의 수신 안테나(170)는 단말(110)로부터 수신한 상향링크 신호를 복조하여 처리한 후, 기지국(100)으로 전송할 수 있다.

단말(180)에서, 안테나(188)는 기지국(100) 또는 중계기(150)로부터의 하향링크 신호를 수신하여 수신된 신호를 수신기(194)로 제공한다. 수신기 (194)는 수신된 신호를 조정하여(예를 들어, 필터링, 증폭 및 주파수 다운컨버팅(downconverting)하여), 조정된 신호를 디지털화하여 샘플들을 획득한다. 심볼 보조기(198)는 수신된 파일럿 심볼들을 복조하여 채널 추정을 위해 이를 프로세서(190)로 제공한다.

또한, 심볼 복조기(196)는 프로세서(190)로부터 하향링크에 대한 주파수 응답 추정치를 수신하고, 수신된 데이터 심볼들에 대해 데이터 복조를 수행하여, (송신된 데이터 심볼들의 추정치들인) 데이터 심볼 추정치를 획득하고, 데이터 심볼 추정치들을 수신(Rx) 데이터 프로세서(198)로 제공한다. 수신 데이터 프로세서(150)는 데이터 심볼 추정치들을 복조(즉, 심볼 디-매핑(demapping)) 하고, 디인터리빙(deinterleaving)하고, 디코딩하여, 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.

심볼 복조기(196) 및 수신 데이터 프로세서(198)에 의한 처리는 각각 기지국(100)에서의 심볼 변조기(110) 및 송신 데이터 프로세서(105)에 의한 처리에 대해 상보적이다.

단말(180)은 상향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(182)는 트래픽 데이터를 처리하여, 데이터 심볼들을 제공한다. 심볼 변조기(184)는 데이터 심볼들을 수신하여 파일럿 심볼들과 함께 다중화하여, 변조를 수행하여, 심볼들의 스트림을 송신기(186)로 제공한다. 송신기(186)는 심볼들의 스트림을 수신 및 처리하여, 상향링크 신호를 발생시키고, 이러한 상향링크 신호는 안테나 (135)를 통해 기지국(100) 또는 중계기(150)로 전송된다.

기지국(100)에서, 단말(180)로부터 상향링크 신호가 안테나(130)를 통해 수신되고, 수신기(190)는 수신한 상향링크 신호를 처리하여 샘플들을 획득한다. 이어서, 심볼 복조기(195)는 이 샘플들을 처리하여, 상향링크에 대해 수신된 파일럿 심볼들 및 데이터 심볼 추정치를 제공한다. 수신 데이터 프로세서(197)는 데이터 심볼 추정치를 처리하여, 단말기(180)로부터 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.

앞에서 언급한 바와 같이, 단말과 기지국 간에는 각 동작을 하는 모듈로 구성되어 있으며, 단말과 기지국 사이의 통신 절차가 여러 단계에 걸쳐서 이루어짐을 알 수 있다. 본 발명에서는 이러한 통신 중, 채널 상태 정보를 단말과 기지국 간에 어떻게 송수신 할 것인지에 대하여 효율적인 방안을 살펴본다. 이를 위해 채널 상태 정보는 무엇이며, 어떻게 획득하는 것인지 알아야 할 필요가 있다.

채널 상태 정보의 획득 - 하향링크 / 상향링크 스케쥴링

단말과 기지국 간에 적절한 데이터 속도를 선택하려면, 즉 실제로는 적절한 변조방식과 채널 코딩율을 선택하려면, 송신기는 무선링크 채널상태에 대한 정보를 알아야 한다. 이러한 정보는 채널에 따른 스케쥴링을 위해서도 필요하다. FDD 기반 시스템의 경우에는 오직 수신기만이 무선링크 채널상태를 정확하게 추정할 수 있다.

원칙적으로, 송신기가 필요로 하는 것은 전송 순간의 채널상태를 반영하는 추정값이다. 따라서 원칙적으로 단말은 미래의 채널상태를 예측 장치로 사용하고 이를 통해 예측한 값을 기지국에 보고할 수 있다. 하지만 이러한 방식은 세부적인 예측 알고리즘과 서로 다른 단말의 이동 속도에 따라 예측 알고리즘이 어떻게 동작하는 지 등이 필요하므로, 대부분의 실제 시스템들은 단순히 측정된 채널상태를 기지국에 보고한다. 이것은 가까운 미래의 상태가 기본적으로 현재의 상태와 비슷하다고 가정하는 매우 단순한 예측 장치로 볼 수도 있다. 따라서 시간 영역에서의 채널의 변화가 빠를수록 링크 적응의 효율은 떨어지게 된다.

하향링크 스케쥴링 동작을 위하여 단말은 시간 및 주파수 영역에서의 하향링크 순시 채널 품질을 알려주는 채널상태 보고(channel status report)를 망에 제공할 수 있다. 예를 들어, 채널 상태는 하향링크에서 전송되는 reference signal 을 측정함으로써 얻을 수 있는데, 이 reference signal 은 수신신호 복조의 목적으로도 사용될 수 있다. 채널 상태 보고를 바탕으로 하향링크 스케쥴러는 스케쥴링 결정에 채널의 품질을 고려하면서 서로 다른 단말로의 하향링크 전송을 위해 자원을 할당할 수 있다. 원칙적으로 단말은 1ms 의 스케쥴링 간격에 180kHz 의 주파수 폭을 갖는 resource block 의 임의의 조합 형태로 자원을 할당 받을 수 있다.

이에 대응하여, LTE 의 상향링크는 서로 다른 상향링크 전송이 서로 직교하여 분리되는 방식에 기반하고 있으며, 서로 다른 단말에 시간 및 주파수 영역에서의 (TDMA/FDMA 가 결합된) 자원을 할당하는 것이 상향링크 스케쥴러의 임무이다. 스케쥴러는 매 1ms 당 주어진 시간 구간 동안 셀 내에서 어느 단말들이 전송하도록 선택되는지를 결정하며, 각 단말에 대하여 어느 주파수 자원을 사용하여 전송이 이루어지고, 상향링크 데이터 속도(전송포맷(transport format))는 어떻게 선택되는지를 결정한다.

망이 전송에 사용되는 적절한 precoding 행렬을 선택하는 것을 도와주기 위해서, 단말은 하향링크 채널상태에 대한 추정을 바탕으로 원하는 precoding 행렬(PMI) 뿐만 아니라 알맞은 layer 의 개수 (RI)를 보고할 수 있다. 망은 해당 단말에게 전송을 할 때, 단말이 권고한 값을 따를 수도 있고 따르지 않을 수도 있다.

개루프(Open-loop) 공간다중화는 단말로부터의 단말이 원하는 precoding 행렬에 대한 권고에 의존하지 않으며 망으로부터 해당 단말로 어떠한 명시적인 precoding 정보도 시그널링되지 않는다. 따라서, 개루프 공간다중화는 높은 이동성의 환경 및 폐루프 공간다중화에 필요한 상향링크의 추가적인 오버헤드가 용납되지 않는 상황에 적합하다.

앞서 여러 번 언급되었듯이, 하향링크 채널에 따른 스케쥴링을 도와주는 주요 부분으로 단말이 망에 제공해주는 채널상태보고(channel-status report)가 있으며, 망은 이를 바탕으로 스케쥴링 결정을 한다.

비록 채널상태보고라고 불리지만, 그보다는 해당 단말로의 전송을 할 때 사용하였으면 하는 전송 설정 및 관련 파라미터의 권고(recommendation)이다. 단말의 이러한 권고는 일반적으로 하향링크 순시 채널상태를 기반으로 하므로 이를 채널상태보고라 부른다.

채널상태보고는 다음 중 하나 혹은 몇 가지로 구성된다.

· Rank indicator (RI) : 이 지시자는 전송에 사용되는 rank 에 대한 권고 값, 즉 해당 단말로의 하향링크 전송에 사용되길 바라는 layer 의 개수에 대한 정보를 제공한다. RI 는 단말이 공간다중화(spatial-multiplexing) 모드 중 하나로 설정된 경우에만 전송할 필요가 있다. 전체 대역폭에 걸쳐서 하나의 RI 만이 보고된다. 즉 RI 는 주파수 축 상으로 비선택적이다. LTE 에서는 모든 layer 들을 동일한 resource block 집합으로 사용하여 전송하므로, 주파수 축 상으로 다른 전송 rank 는 불가능하다.

· Precoding matrix indicator (PMI) : 이 지시자는 하향링크 전송에 사용되길 바라는 프리코딩 행렬이 무엇인지 알려준다. 보고되는 프리코딩 행렬은 RI 에 의해 알려지는 layer 의 수를 기반으로 정해진다. 프리코딩 행렬에 대한 권고는 주파수 선택적일 수 있다. 즉, 단말은 하향링크 스펙트럼의 서로 다른 부분에 대하여 서로 다른 프리코딩 행렬를 권고할 수 있다. 또한, 망은 단말이 선택해야 하는 권고하는 프리코딩 행렬들에 제한을 가할 수 있다. 이를 소위 코드북 부분집합 제약(codebook subset restriction)이라고 하는데, 이는 사용되는 안테나 설정에서 도움이 되지 않는 프리코딩 행렬에 대한 보고를 피하기 위해서이다.

· Channel quality indicator (CQI) : 이 지시자는 권고된 RI 와 PMI 를 바탕으로 10％ 이하의 BLER(block error rate)로 수신될 수 있는 PDSCH 전송에 대한 가장 높은 MCS(modulation and coding scheme)를 의미한다. 피드백 정보로서 예를 들면 SINR 을 사용하지 않고 CQI 를 사용하는 이유는 서로 다른 단말에서의 수신기 구현을 고려하기 위함이다. 또한 피드백을 SINR 을 사용하지 않고 CQI 를 기반으로 하면 단말에 대한 시험들을 간소화할 수 있다. 즉 만약 단말이 CQI 에서 알려준 MCS(Modulation and coding scheme) 방식에 대하여 수신하였을 때 10％를 넘는 BLER 을 보인다면 이는 단말이 시험을 통과하지 못함을 의미할 수 있다.

RI, PMI 및 CQI 를 합한 조합이 채널상태 보고를 구성한다. 정확히 어떤 정보가 채널상태 보고에 포함되어 있는지는 단말이 설정된 전송모드에 따라 달라질 수 있다.

이러한, 채널상태 정보의 획득 절차는, 매 전송환경마다 측정하는 것이 바람직하나, 단말 동작에 부담이 될 수 있으므로, 이러한 부담을 줄이기 위하여, 특별한 환경 즉, 단말이 고정 경로를 이동하고 있거나, 단말의 이동 경로가 예측되는 상황에 대해서 채널상태 정보를 획득하는 방법이 요구된다. 이하에서는 이러한 고정 경로 이동 단말의 채널 정보 획득 방법을 설명한다.

고정 경로 이동 단말의 특별한 환경

도 2 은 본 발명에서 가정하는 고정 경로 환경의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 열차는 고정된 선로를 이동한다. 상행으로 향하는 열차의 경우 기지국(또는 서버) 2 의 신호를 수신한 후, 기지국(또는 서버) 1 의 신호를 수신하며 이동한다. 하행으로 향하는 열차의 경우는, 기지국(또는 서버) 4 의 신호를 수신한 후, 기지국(또는 서버) 3 의 신호를 수신하며 이동한다. 각 기지국은 노변 기지국(Road side equipment)과 통신할 수 있고 노변 기지국은 열차와 통신할 수 있다.

본 발명에서는 고정된 경로 또는 예측 가능한 경로 상을 이동하는 단말에 대하여, 노변 기지국이 이들 단말을 위해 서비스하는 경우를 가정한다. 이때 고정된 경로의 예로는 기차 선로가 있을 수 있으며, 이러한 경로 환경이 갖는 특징은 다음과 같이 요약할 수 있다.

1) 특별한 경우를 제외하고, 경로가 거의 고정되어 있을 확률이 높다.

기차의 경우, 선로를 따라서 이동할 수 있으며, 선로의 변경이 쉽게 일어나지 않기 때문에, 정해진 선로로 이동함을 예측할 수 있다. 차량의 경우, 차도를 통해서 이동할 수 있으며, 차도가 아닌 길은 차량이 이동하기에 부적합한 환경(포장정도, 도로의 폭 등)일 가능성이 높다.

2) 특별한 경우를 제외하고, 경로 상에서의 단말의 속도 변화가 특정 지점 및/또는 특정 시간에서 고정되어 있을 확률이 높다.

일직선 경로의 경우, 이동에 특별한 제한(예, 신호정지 등)이 없다면, 미리 정해진 속도로 이동하는 것이 예정되어 있으며, 곡선 경로의 경우, 힘의 작용(원심력, 구심력 등)으로 인한 흔들림을 방지하기 위해 일직선 경로보다 느린 속도로 이동함이 예정되어 있다. 따라서, 경로의 특성에 따라 속도 변화를 미리 파악할 수 있다.

3) 단말 주변 환경이 특정 지점 및/또는 특정 시간에서 고정적이거나 예측 가능한 경우가 많다.

매시간 변화하는 환경에서 이동하는 단말이더라도, 특정 위치에 있어서 주변 환경의 고정적인 조건이 존재한다. 터널을 통과하는 경우, 다리를 건너는 경우 등은 이동하는 단말에 영향을 주는 부분을 포함할 수 있다. 주변이 폐쇄적인 터널을 통과하는 경우, 단말에서의 송수신 감도가 낮아질 수 있으며, 주변이 개방되어 있는 다리를 건너는 경우, 보다 원활한 송수신이 가능하다.

예측 가능한 경로의 또다른 예로는 일반 차량 도로가 될 수 있다.

도 3 은 일반 차량 도로 상의 이동 차량이 노변 기지국 및 노변 매크로 기지국을 통해 통신하는 예시이다.

이러한 차량 도로의 특징은,

1) 사용자가 선택할 수 있는 경로의 경우의 수가 제한적이다.

도 3 을 참조하면, 사거리에 위치하고 있는 경우 현재 이동하고 있는 방향에서 직진, 좌회전, 우회전, 및 U 턴으로 한정되어 있다. 삼거리의 경우는 3 가지 경우로 이동이 가능하며, 오거리의 경우 5 가지 경우로 이동할 수 있다.

2) 기차 선로와 비교하여 단말의 이동 속도의 변화가 심하지만, 상대적으로 속도는 낮다.

차량은 기차보다 중량이 가볍기 때문에 가속과 감속이 기차에 비해 용이하다. 따라서 짧은 시간동안의 이동 속도 변화의 폭이 기차에 비해 넓다. 또한 차량은 정지 신호로 인하여 이동중에 이동과 정지가 반복되므로, 속도가 기차에 비하여 느릴 수 있다.

3) 단말 주변 환경의 변화가 심하다. 일례로 단말 자체가 정지 상태라도 주변 단말의 이동성에 의한 도플러 스펙트럼이 2Hz 정도가 된다고 알려져 있다.

차도의 특성에 따라서도 환경의 변화가 있다. 차도 폭이 넓은 경우(예, 왕복 10 차선 도로)에는 차량의 이동 속도가 폭이 좁은 경우에 비하여 빠르게 이동하는데 용이할 수 있으며, 반대편 차선에서 이동하는 차량의 속도에 따라 상대적인 속도가 변할 수 있다.

다만, 본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 고정된 경로 즉, 기차 선로 상을 이동하는 단말 즉, 기차 자체에 대하여 노변 기지국과 통신하는 상황을 주로 가정한다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 가정하는 노변 기지국은 노변에 일정 간격으로 구성된 노변 기지국이거나, 노변 주변에 존재하는 일반적인 매크로 기지국일 수 있다. 그 형태로는 일반적인 기지국 (예, 셀룰러 기지국, AP 등의 형태를 포함)이거나 원격 무선 유닛 (Remote Radio Unit) 또는 분산 안테나 유닛 (Distributed antenna Unit) 일 수 있다. 또한 하나 이상의 안테나를 가정하며, 안테나 편파 특성이 동일 편파 (Co-polarized) 이거나 교차 편파 (Cross-polarized) 일 수 있다. 또한, 일반적인 차도 또는 선로이므로 노변 기지국의 안테나는 충분히 틸트(Tilt)되어 반대 차선 또는 선로에 대한 간섭을 최소화한다고 가정한다.

또한 본 발명에서 가정하는 단말은 일반적인 사용자 단말 (예, 스마트폰, 태블릿, 랩탑 컴퓨터 등)을 배제하지 않지만, 주로 안테나 설치에 대한 공간적 제약이 덜한 차량, 기차 등에 설치된 단말을 주로 가정한다.

도 4 은 미리 저장된 채널 정보를 이용하여 고정된 경로를 따라 이동하는 단말과 통신하는 노변 기지국의 예시 도면이다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 기차는 제 1 위치(Pos' ＃1)에서 기지국 또는 노변 기지국과 통신한다. 이후 기차는 제 2 위치(Pos' ＃2) 를 지나 제 3 위치(Pos' ＃3) 로 이동하게 되고, 제 1 위치에서의 기지국과 다른 기지국과 통신하게 된다. 이때, 기차와 통신하는 기지국들은 로컬 서버에 데이터베이스를 가지고 있을 수 있고, 또한 네트워크 서버에 데이터데이스를 가지고 있을 수도 있다.

고정되거나 또는 예측 가능한 경로를 갖는 환경에서 기지국과 특정 지점에서의 채널 환경 (또는 변수)는 고정적이거나 예측 가능하거나 제어 가능할 수 있다. 일례로, 행선지가 고정된 기차의 경우, 이동할 수 있는 경로는 거의 고정되어 있거나 아주 제약적으로 변경될 수 있다. 또한 특별한 경우를 제외하고는 출발과 도착 시간은 일정하다. 따라서 본 발명에서는 이러한 특수한 채널 환경을 활용하도록 한다.

실시예 1 : 특정 위치의 채널 정보 전송

＜ 이동하는 단말의 위치 파악 ＞

단말은 고정된 경로 또는 예측 가능한 경로를 이동한다. 따라서 일반적인 단말의 위치를 파악하는 방법에 비해, 상기의 특별한 환경이 주는 위치 파악의 용이함이 있다.

기지국은 단말의 현재 위치를 파악할 수 있는데, 이를 위해서는 단말이 기지국에 전송하는 신호 또는 위성에 전송하는 신호에 기초하여 단말의 현재 위치를 파악할 수 있다. 또는, 외부 계측 기기(기압계, GPS, 카메라, AP 등)를 이용하여 단말의 위치를 파악하는 것도 가능하다. 실제로는, 단말이 신호를 전송할 당시의 위치를 파악하는 것이지만, 이를 현재의 위치로 추정할 수 있다.

경로가 정해져 있으므로, 이동 방향을 쉽게 결정할 수 있다. 열차의 경우에는 상행인지 하행인지만 알면 이후 시점의 위치를 파악하는데 용이하다. 일반 차량의 경우, 분기점(삼거리, 네거리 등)이 없다면 열차와 같은 환경이지만, 분기점이 있으면 몇 가지 경우를 고려해야 하는 상황이지만, 어디로 이동할 지 예측 불가능한 상황보다는 위치 파악에 용이하다.

단말의 위치를 파악하기 위해서 더 필요한 변수로는 단말의 이동 속도가 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 이동속도 및 속도의 변화는 특정 위치에 정해져 있을 수 있다.

현재 위치, 이동 방향, 이동 속도를 알면, 가까운 미래에 단말의 위치를 파악할 수 있다. 따라서 기지국은 가까운 미래의 단말에 적합한 정보를 전송할 수 있다.

＜ 기지국의 데이터베이스 구축 ＞

노변 기지국(Road side equipment; RSE) 은 자체 데이터베이스 (Local Database) 또는 원격지에 있는 데이터베이스 (Remote Database 또는 Networking Database) 등에 노변 기지국 커버리지 내의 특정 위치 (즉, 기준 위치)들에 대한 미리 측정된 채널 정보 및/또는 그리고 적용할 송수신 기법들을 저장하고 있어야 한다. 또한, 데이터베이스에 저장된 채널 정보는 미리 정해진 시간 간격으로 업데이트 될 수 있다. 이때, 미리 측정해서 알고 있어야 하는 채널 정보는 RSSI(Received Signal Strength Indicator), RSRQ(Received Signal Received Quality), RSRP(Received Signal Received Power), CQI(Channel Quality Indicator), PVI(Precoding Vector Index), PMI(Precoding Matrix Indicator), 및 RI(Rank Indicator) 정보 중 적어도 하나 이상을 포함한다.

데이터베이스에는 저장하고 있는 채널 정보를 단말에 적합하게 신속하게 검색할 수 있도록 일정한 기준으로 구분하여 저장할 수 있다.

데이터베이스에 저장되어 기지국에서 활용하는 채널 정보는 기본적으로 단말의 안테나 구성에 따라 구분되어 저장될 수 있다. 이동하는 단말이 몇 개의 안테나로 구성되어 있는지, 안테나의 타입이 무엇인지에 따라 해당 단말에서 요구하는 채널 정보가 다를 수 있기 때문이다.

또한 단말의 이동 속도에 따라 구분되어 저장될 수 있다. 저속에서는 높은 성능을 나타내지만, 고속에서 높은 성능을 나타내기 어려우므로, 이동 속도에 따라 그 채널 상태가 달라질 수 있다. 예를 들어 단말의 이동 속도를 고속, 보통, 저속으로 구분하여 저장할 수 있다.

추가적으로, 해당 정보들은 시간 영역에서 구분되어 저장될 수 있다. 예를 들어, 시간대 및 계절 변화에 따른 교통량 변화는 채널 환경의 변화를 야기하게 되므로 이를 세분화하여 채널 정보를 저장할 수 있다. 또한, 해당 정보들은 기상 상태와 관련하여 구분되어 저장될 수 있다. 예를 들어, 기온, 습도, 풍량 및 강우/강설량 등에 대하여 각각 저장될 수 있다.

실시예 1 - 1 ) 특정 위치의 채널 정보 및 관련 정보를 이동 단말로 전송

본 발명에 적용 가능한 일 실시예에 따르면, 노변 기지국은 단말의 조건별로 해당 위치에서의 채널 정보를 이용하여, 단말이 사용해야 하는 송수신 기법 및 이에 대한 정보를 전송한다.

즉, 다시 말해서, 기지국은 제 1 단말로부터 특정 위치에서 미리 측정되어 있는 채널 정보에 기초하여 단말에 대한 송수신 기법을 결정하고, 제 2 단말이 특정 위치로 이동하는지를 확인한다. 만약 제 2 단말이 특정 위치로 이동할 경우, 특정 위치에 대하여 결정된 송수신 기법 또는 특정 위치에서 미리 측정되어 있는 채널 정보 중 하나 이상을 특정 위치로 이동하는 제 2 단말로 송신하게 된다.

기지국이 제 2 단말로 알려주는 정보는 데이터베이스에 저장된 채널 정보 그 자체가 될 수도 있고, 이를 이용한 송수신 기법 및 관련 정보일 수 있다. 일례로 해당 위치에서의 MCS(modulation and coding scheme), PMI, RI, 전송 모드 등이 될 수 있다. 또한, 데이터베이스에 저장된 채널 정보를 측정한 단말(제 1 단말)과, 기지국으로부터 정보를 수신하는 단말(제 2 단말)은 동일한 단말일 수 있다. 즉, 단말 자신(제 1 단말)이 이전 시점에 측정한 채널 정보를 이후, 해당 위치로 다시 이동한 경우에 기지국으로부터 자신이 측정하였던 채널 정보를 수신할 수도 있다. 여기서, 단말의 조건에 해당하는 정보는 다음 중 적어도 하나가 된다.

A. 기지국 보고 시점의 현재 위치

B. 단말이 채널 정보를 이용할 시점에서의 예상 위치

C. 단말의 이동 속도 또는 이동 방향

D. 단말의 안테나 구성 (안테나 개수, 안테나 타입 등)

E. 현재 날짜 및 시간

F. 단말 인근 기준 지점 또는 그 주변에서의 기상 정보

G. 단말 인근 기준 지점 또는 그 주변의 교통량

기지국에서 송신시 전송 블록의 MCS 레벨을 결정하기 위하여 단말은 기준 신호 (Reference Signal, Pilot Signal 또는 Preamble 등) 로부터 채널의 상태를 추정하여 CQI 를 기지국으로 피드백한다. 기지국은 송신시 채널의 상태에 적합한 MCS 레벨로 전송 블록을 생성한다.

기본적으로, 송신기에게 필요한 것은 전송 순간 시점의 채널상태를 반영하는 추정값이다. 따라서, 원칙적으로 단말은 미래의 채널상태를 예측하는 예측 장치를 사용하고 이를 통해 예측된 값을 기지국에 보고할 수 있다. 하지만 이러한 방식은 세부적인 예측 알고리즘과 서로 다른 단말의 이동 속도에 따라 예측 알고리즘이 어떻게 동작하는지 등이 필요하므로, 대부분의 실제 시스템들은 단순히 측정된 채널상태를 기지국에 보고한다. 이것은 가까운 미래의 상태가 기본적으로 현재의 상태와 비슷하다고 가정하는 매우 단순한 예측 장치로 볼 수도 있다.

제 2 단말은 노변 기지국이 저장된 채널 정보를 쉽고 정확하게 찾을 수 있도록 단말의 이동 속도에 대한 정보를 기지국으로 피드백할 수 있다. 여기서, 이동 속도에 대한 정보는 기준 신호 (Reference Signal, Pilot Signal 또는 Preamble 등)를 통해 추정한 도플러 쉬프트 (Doppler Shift)를 통해 추정한 정보이거나 외부 계측 기기 (예, 관성 센서, 가속도계 등)를 통해 측정한 값일 수 있다. 또 다른 형태로는 GPS 상의 현재 위치에 대한 좌표 값 또는 기지국을 통해 수신한 기준 신호를 통해 추정한 값과 외부 기기를 통해 측정한 값은 다른 경로를 통해 기지국에 보고될 수 있다.

실시예 1 - 2 ) 특정 위치의 채널 정보를 이용한 송수신 기법 결정

본 발명에 적용 가능한 또 다른 실시예에 따르면, 고정된 또는 예측 가능한 경로 상을 이동하는 단말은 특정 위치에 대한 채널 정보를 저장하고 있는 노변 기지국을 통해 그 지점에 대한 제 1 단말의 채널 정보를 미리 수신함으로써 송수신 기법을 결정한다.

앞에서 언급한 실시예와 달리 노변 기지국은 직접 제 2 단말의 송수신 기법을 결정하지 않는다. 다만, 단말이 이를 결정하는데 있어 필요한, 미리 저장된 단말의 조건에 맞는 채널 정보를 해당 단말이 특정 위치로 이동하기 전에 미리 단말에게 전송한다.

다시 말해서, 제 2 단말은 기지국으로부터 특정 위치에 관련된 제 1 단말의 채널 정보를 수신하고, 특정 위치 상에서 채널 추정을 별도로 수행한다. 수신한 채널 정보 및 직접 채널 추정한 결과에 기초하여, 특정 위치 상에서의 송수신 기법을 결정한다.

제 2 단말은 종래 방식대로 채널 추정을 수행한다. 또는 종래 방식대로 채널 추정을 수행하면서 그 주기는 더 길게 설정할 수 있다. 주기를 더 길게 설정함으로써 단말의 채널 추정으로 인한 부담을 줄일 수 있다.

2 단말은 자신이 추정한 채널 정보와 기지국이 전송한 제 1 단말의 채널 정보를 비교하여 채널 정보의 차이가 일정 범위 이내인 경우, 별도의 채널 정보 피드백을 하지 않는다. 또는 기지국이 전송한 제 1 단말의 채널 정보가 유효함(틀리지 않음 또는 그대로 사용해도 됨)을 의미하는 신호를 피드백할 수 있다.

반대로 제 2 단말은 자신이 추정한 채널 정보와 기지국이 전송한 채널 정보를 비교하여 채널 정보의 차이가 일정 범위를 벗어난 경우, 기지국에 기지국이 전송한 채널 정보가 현재의 채널 정보와 다름을 피드백하고, 제 2 단말이 추정한 채널 정보로 갱신하도록 할 수 있다.

실시예 2 : 안테나의 채널 측정 정보의 재활용

실시예 2 - 1 : 단말 내 전위 안테나의 채널 측정 정보의 후위 안테나에서의 재활용

이하에서는 본 발명에 적용될 수 있는 또 다른 실시예에 대하여 설명한다. 실시예 1 에서 특정 위치에 대하여 측정한 채널 정보를 예측 가능한 가까운 미래에 적용하는 방법에 대하여 설명하였다. 후술하는 실시예는 상기 언급한 실시예와 구별되는 것이 아니라 동시에 적용 가능하며, 이전 시점에 측정한 채널 정보가 현재 시점에서 큰 변화가 없다면 유효하다는 전제에서, 채널 정보를 재활용하는 방법에 중점적으로 살펴보기로 한다.

도 5 는 전위에 있는 안테나에 대한 채널 추정 정보를 후위에 있는 안테나에 대해 적용하는 예시 도면이다.

단말은 하나 이상의 안테나를 구비하고 있다. 단일 안테나를 가지는 경우에는 본 경우에 해당하지 않으므로, 복수의 안테나를 가지는 경우를 가정한다. 고정 경로를 이동하는 경우, 안테나의 배치가 시간 영역에서 다른 즉, 동일한 신호에 대하여 수신 시간에 차이가 있는 경우, 이러한 시간적 차이를 이용하여 전위 안테나에서 얻은 채널 추정 정보를 후위 안테나에서 재활용한다.

도 5 에 도시된 바와 같이, 설명의 편의를 위하여 단말은 3 개의 안테나를 갖는 기차로 가정한다. 이때, 안테나의 배치는 기차 진행 방향에 대하여 동일한 방향으로 배치되어 있다. 이 경우, 제 1 위치(Pos' ＃1)에서 제 1 안테나부(Ant' ＃1)에 대하여 채널 추정을 수행하고, 수행된 채널 추정 정보는 제 2 위치(Pos' ＃2; 즉, 열차의 머리 끝이 제 2 위치에 온 경우)에서 제 2 안테나부(Ant' ＃2)에 대한 채널 정보로, 또 제 3 위치(Pos' ＃3; 즉, 열차의 머리 끝이 제 3 위치에 온 경우)에서 제 3 안테나부(Ant' ＃3)에 대한 채널 정보로 재활용함으로써 제 2 위치 및 제 3 위치에서 각각 제 2 안테나부, 제 3 안테나부에 대하여 별도의 채널 추정을 수행하지 않더라도 해당 위치에서의 채널 정보를 획득할 수 있도록 한다. 동일한 예로 제 2 위치에서는 제 1 안테나부에 대하여 채널을 추정하고, 이를 제 3 위치에서 제 2 안테나부에 대한 채널 정보로 재활용할 수 있다.

도 6 은 이동하는 단말의 전위 안테나에서 추정한 채널 정보를 후위 안테나에서 활용하는 과정을 나타내는 순서도이다.

도 7 은 특정 위치에서 시불변 채널로 가정하는 환경에서의 단말의 복수의 안테나들에 대한 채널 정보 재활용 예시를 나타내는 도면이다.

도 7 에 도시된 바와 같이, 상세히 설명하기 위해 2 개의 안테나를 갖는 단말을 가정할 때, 단말은 각 제 1 위치 내지 제 4 위치에서 채널 추정을 수행하고, 제 2 위치 및 제 3 위치에서 채널을 기지국으로 피드백하는 상황을 가정한다. 단말은 제 1 위치 (초기 시작 위치)에서 시간 T 에 기지국으로 두 안테나 모두에 대한 채널을 추정하고, 이에 대한 정보를 제 2 위치 또는 시간 T+t1 에 기지국으로 피드백한다. 단말은 다시 제 2 위치에서 시간 T+t1' 에 제 1 안테나부에 대한 채널 추정만을 수행하고, 제 2 안테나부에 대한 정보로 이전 시간에 측정한 제 1 안테나부에 대한 정보를 이용한다. 이 경우, 단말의 제 1 안테나부과 제 2 안테나부는 서로 상관관계가 없다고 가정할 수 있다. 단말은 T+t2 에 추정한 제 1 안테나부에 대한 채널 정보를 기지국으로 피드백할 수 있다. 또는 제 1 안테나부 및 제 2 안테나부에 대해 추정한 채널 정보를 기지국으로 피드백할 수 있다. 이와 같은 과정은 일정 유효 시간 내에 반복될 수 있다. 만약, 유효 시간이 지나면 단말은 가지고 있는 모든 안테나에 대한 채널 추정을 다시 수행할 수 있다. 또한, 기지국 또는 네트워크 명령에 의하여 단말은 모든 안테나에 대한 채널 추정을 다시 수행할 수 있다.

만약, 채널 피드백 주기가 채널 추정 주기보다 훨씬 긴 경우, 단말은 추정한 정보 및 저장하고 있는 정보를 모두 포함하여 가장 최근에 측정되거나 업데이트된 채널 정보에 대한 채널 피드백을 수행할 수 있다.

도 8 은 경로 예측 기반 채널 정보 재사용하는 다중 안테나 구성에 대한 예시이다.

즉, 단말 및 기지국은 특정 위치에서 시간 영역에서 먼저 신호를 수신하는 안테나 또는 안테나 그룹(안테나부)에서 측정한 채널 정보를 그 위치의 다음 시간 영역에서의 안테나 또는 안테나 그룹에서 직접 채널 측정 및 추정한 채널 정보 대신 적용할 수 있다.

이때, 기준 안테나 즉, 직접 채널 추정을 수행해야 하는 대상 안테나에 대하여 추정한 채널 정보는 동일한 안테나 구성을 갖는 것이 바람직하다. 도 7 에 도시된 바와 같이, N * M 의 다중 안테나를 갖는 단말에 있어서 시간 영역에서 채널 추정을 선행하는 안테나는 첫 행에 위치한 N 개의 안테나들(제 1 안테나 그룹, 제 1 안테나부) 이고, 이들에 속한 안테나들은 d1 의 간격만큼 덜어져 있다. 이들 N 개의 안테나들이 기준 안테나가 된다. 즉, 이 경우, N 개의 안테나들로 구성된 M 개의 안테나 그룹들에 대하여 안테나 그룹 내 안테나 간격 (d1) 및 안테나 그룹 간 안테나 간격 (d2) 은 서로 동일하지 않아도 된다. 하지만 채널 재활용에 대한 성능 저하를 최소화하기 위해서는 안테나 그룹 간 안테나 간격 (d2)이 일정한 것이 바람직하며, 이 간격(d2)이 직접 채널 추정 수행 후 채널 추정 정보에 대한 피드백(예, CSI Feedback) 또는 단말에서의 직접 활용 (예, 단말에서 직접 상향링크 전송 방법 결정의 경우) 시간 간격과 정렬이 되어야 한다.

추가적으로, 여기서 의미한 안테나 그룹은 반드시 시간 영역으로 구분되는 것은 아니다. 만약, 동일 시간 영역에 위치하더라도 안테나 구성이 다르거나 안테나 간격이 다른 안테나들과 서로 현저히 다른 경우, 서로 다른 안테나 그룹으로 취급할 수 있다. 일례로, 하나의 안테나 그룹이 S 개의 안테나들로 구성되어 있는 경우, N 의 안테나 중 T 개의 안테나가 다른 성능을 가지는 안테나라면, T 개의 안테나로 구성된 안테나 그룹과 N-T 개의 안테나로 구성된 안테나 그룹으로 별도 취급할 수 있다.

또한, 안테나 그룹 간의 간격(d2)이 충분히 큰 경우, 기준 안테나 그룹에서 추정한 채널 정보가 더 이상 유효하지 않을 수 있다. 미리 정해진 시간을 초과하여, 기준 안테나 그룹의 위치에 도달하기 때문에, 그 시간동안 채널에 변화가 발생할 가능성이 존재하기 때문이다. 이 경우, 전체 안테나 그룹 내의 임의의 안테나 그룹이 기준 안테나 그룹이 될 수 있다.

상기 단말의 일부 안테나 또는 안테나 그룹에 대한 제한적 채널 추정 및/또는 제한적 채널 피드백은 기지국 및 네트워크에 의해 시작될 수 있다. 또는, 특정 단말들에 대하여 규정된 동작일 수 있다.

실시예 2 - 2 : 안테나의 채널 측정 정보의 타 단말 안테나에서의 재활용

본 발명에 적용가능한 또 다른 일 실시예에 따르면, 기지국은 특정 단말을 통해 획득한 채널 정보를 이용하여 그 단말뿐만 아니라 타 단말의 채널 상태를 판단 및 송수신 기법을 결정할 수 있다.

고정되거나 예측 가능한 경로를 이동하는 다수의 동일한 HW 성능을 갖는 단말들이 존재하는 환경을 고려할 때, 동일한 위치에서 기지국 및 각 단말 사이의 채널 환경은 단말 주변의 차량 이동 및 단말의 이동 속도 등이 주요 환경 변화 요인이 될 수 있다. 즉, 단말 주변의 차량 이동으로 인한 채널 변화가 일정 수준 이내로 안정한 상태이고, 단말들의 이동 속도 역시 일정 범위 이내에서 유사하거나 동일한 경우, 동일한 위치에서 각 단말들의 기지국과의 채널 상태는 동일하다고 판단할 수 있다. 이 경우, 기지국은 특정 단말(제 1 단말)에서 측정하고, 피드백함으로써 획득한 해당 단말의 채널 상태를, 동일한 HW 성능을 갖는 타 단말(제 2 단말)이 동일한 위치에 있을 때 역시 동일한 채널 상태라고 추정할 수 있고, 보고된 채널 정보가 측정된 위치로 이동할 단말들로 하여금 기지국이 획득한 채널 정보를 활용하여 각 단말들의 송수신 파라미터 및 기법들을 결정하고 전송할 수 있다.

도 9 은 기지국 및 단말이 타 단말에 의해 추정된 채널 정보를 이용하여 송수신하는 예시이다.

도 9 에 도시된 바와 같이, 제 1 단말 및 제 2 단말이 동일한 경로에 대하여 동일한 속도로 이동하는 경우를 가정한다. 제 1 단말은 제 1 위치에서 채널을 추정(시간 T) 하고, 이에 대한 정보를 기지국으로 피드백한다(시간 T+t1). 하지만, 제 2 단말은 제 1 위치에서 별도의 채널 추정을 하지 않고, 기지국이 전송한, 제 1 단말이 추정하여 피드백한 채널 정보를 이용한다.

기지국은 타 단말의 채널 정보를 이용하는 단말들에게 채널 추정이 필요하지 않거나 제한적임을 알릴 수 있다. 따라서, 기지국은 타 단말의 채널 정보를 이용하는 단말들에 대하여 피드백 채널을 할당하지 않거나 제한된 채널만을 할당할 수 있다.

이와 같은 과정은 일정 유효 시간 내에 반복된다. 만약, 유효 시간이 지나면 타 단말의 채널 정보를 이용하는 단말은 직접 채널 추정을 수행한다. 또한 일정 유효시간이 지나지 않더라도 기지국 또는 네트워크의 명령에 의하여 단말은 직접 채널 추정을 수행할 수 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다.

따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들을 제한하는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명의 실시예들은 고정 경로를 이동하는 단말의 신호 송수신에 적용 가능하다.

Claims (15)

1. 다중 안테나(Multi Input Multi Output; MIMO) 무선 통신 시스템에서 단말이 채널 정보를 활용하는 방법에 있어서,
   제 1 위치에서, 하나 이상의 안테나를 포함하는 제 1 안테나부를 이용하여 채널 정보를 측정하는 단계;
   상기 제 1 위치로 하나 이상의 안테나를 포함하는 제 2 안테나부의 이동 여부를 확인하는 단계; 및
   상기 하나 이상의 안테나를 포함하는 제 2 안테나부가 상기 제 1 위치에 도달할 경우, 상기 제 1 안테나부가 측정한 채널 정보를 상기 제 2 안테나부의 채널 정보로 적용하는 단계;
   를 포함하는 채널 정보 활용 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적용된 채널 정보에 기초하여 상기 단말의 제 1 위치에 대한 송수신 기법을 결정하는 단계를 더 포함하는, 채널 정보 활용 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 채널 정보는 고정 경로를 이동하는 단말에 적용되는 것인, 채널 정보 활용 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 단말은, 하나 이상의 안테나를 포함하는 제 3 안테나부를 포함하고,
   상기 제 1 안테나부, 제 2 안테나부 및 제 3 안테나부의 간격이 일정한, 채널 정보 활용 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 안테나부가 상기 미리 정해진 시간 주기를 지나 상기 제 1 위치에 도달할 경우, 상기 제 2 안테나부는 채널 정보 측정을 수행하는, 채널 정보 활용 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 안테나부 및 제 2 안테나부의 안테나 구성이 다를 경우, 상기 제 2 안테나부는 채널 정보 측정을 수행하여 제 2 안테나부의 채널 정보로 적용하는, 채널 정보 수신 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 안테나부는,
   상기 제 1 위치에 도달한 경우, 채널 정보 측정을 수행하는 단계를 더 포함하는, 채널 정보 수신 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   단말은, 상기 제 2 안테나부에서 측정한 채널 정보 및 상기 수신한 채널 정보를 비교하여, 미리 정해진 오차 범위를 벗어난 경우, 상기 기지국으로 상기 단말이 측정한 채널 정보를 피드백(feedback)하는 단계를 더 포함하는, 채널 정보 활용 방법.
9. 제 7 항에 있어서,
   단말은, 상기 제 2 안테나부에서 측정한 채널 정보 및 상기 수신한 채널 정보를 비교하여, 미리 정해진 오차 범위내인 경우, 상기 기지국으로 상기 수신한 채널 정보가 유효함을 피드백(feedback)하는 단계를 더 포함하는, 채널 정보 활용 방법.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 기지국으로 피드백하는 것을 미리 정해진 시간동안 반복 수행하는, 채널 정보 활용 방법.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 정보는 RSSI(Received Signal Strength Indicator), RSRQ(Received Signal Received Quality), RSRP(Received Signal Received Power), CQI(Channel Quality Indicator), PVI(Precoding Vector Index), PMI(Precoding Matrix Indicator), 및 RI(Rank Indicator) 정보 중 적어도 하나 이상인 것인, 채널 정보 활용 방법.
12. 제 2 항에 있어서,
    상기 채널 정보에 기초하여 송수신 기법을 결정하는 단계는, 단말의 이동 속도에 따라 변조 타입을 결정하는 것을 특징으로 하는, 채널 정보 활용 방법.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나부 및 상기 제 2 안테나부 중 적어도 하나 이상은, 기지국 또는 네트워크의 명령에 의하여 채널 정보 측정을 수행하는, 채널 정보 활용 방법.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나부 및 제 2 안테나부는 서로 다른 단말의 안테나부인, 채널 정보 활용 방법.
15. 다중 안테나(Multi Input Multi Output; MIMO) 무선 통신 시스템에서 단말이 채널 정보를 활용하는 방법에 있어서,
    제 1 위치에서, 하나 이상의 안테나를 포함하는 제 1 안테나부를 이용하여 채널 정보를 측정하는 단계;
    상기 하나 이상의 안테나를 포함하는 제 1 안테나부를 이용하여 측정한 채널 정보를 기지국으로 전송하는 단계;
    하나 이상의 안테나를 포함하는 제 2 안테나부가 상기 제 1 위치에 도달할 경우, 상기 기지국으로 전송한 채널 정보를 기지국으로부터 수신하는 단계; 및
    상기 수신한 채널 정보를 상기 제 2 안테나부의 채널 정보로 적용하는 단계;
    를 포함하는 채널 정보 활용 방법.

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