KR20150095250A - 이종 네트워크에서 하이브리드 다중 안테나를 이용한 사용자 연관 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20150095250A
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황해광
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Abstract

하이브리드 다중 안테나를 이용하는 소형셀을 포함하는 이기종 네트워크에서 기지국과 소형셀을 연관 짓는 방법 및 장치가 제공된다. 소형셀 기지국은 사용자로부터 전송된 파일럿 심볼을 통해 아날로그 빔포밍 된 채널을 추정하고 추정된 채널을 이용하여 아날로그 빔포밍 웨이트와 평균 수신 전력을 업데이트 한다. 중앙 제어기는 이 정보를 전달 받아 매크로 셀과 소형셀 들간의 로드밸런싱을 고려한 사용자 연관을 수행한다.

Description

이종 네트워크에서 하이브리드 다중 안테나를 이용한 사용자 연관 방법 및 장치{User association method and apparatus using hybrid multi antenna in a heterogeneous network}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이브리드 다중 안테나를 사용한 소형셀을 포함하는 이종 네트워크에서 단말의 셀 선택 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 셀룰러 시스템에서는 면적당 전송 효율을 증가시키는 방법의 하나로 LTE (Long Term Evolution) 시스템에서는 데이터 밀집지역에 펨토셀과 같은 소형셀 기지국을 설치하여 데이터 요구량을 만족시키고자 하고 있으며 매크로 기지국과 소형셀 기지국이 혼재하는 형태의 네트워크를 이기종 네트워크 (Heterogeneous Network; HetNet)라고 부른다. 소형셀 기지국은 커버리지의 특성 상 매크로셀 기지국의 커버리지에 포함되는 형태로 이기종 네트워크가 형성되기 때문에 이기종 네트워크에서 환경에서 사용자는 매크로셀 기지국과 소형셀 기지국 중 어느 기지국에 연관될 것인가를 결정해야할 필요성이 존재한다.
이를 결정하는 기준으로 매크로셀 기지국과 소형셀 기지국의 로드밸런싱 (Load Balancing)을 고려한 사용자 연관 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 로드밸런싱 기술은 매크로셀과 소형셀이 사용하는 전력차로 인한 서비스 영역의 비대칭을 해결하여 매크로셀과 소형셀 간의 적절한 사용자 균형을 유지하는 것이다.
소형셀은 매크로셀에 비하여 사용자의 밀도가 작기 때문에 서비스 영역을 정하는데 있어서 기존 매크로셀에서 고려하는 거리에 따른 경로 감쇄 영향 뿐만을 고려하는 것은 소형셀의 서비스 영역을 결정하는데 적합하지 않을 수 있으며 특히 소형셀의 밀도가 높아서 소형셀 간의 간섭을 고려해야할 경우 소형셀에 의한 성능 개선의 여지를 제한할 수 있다.
본 발명은 소형셀 기지국이 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍 단으로 구성된 하이브리드 안테나 구조를 가질 때 각 사용자에 대하여 아날로그 빔포밍을 통해 채널의 통계적인 방향성을 제공하고 이 방향성에 대한 정보를 이용하여 매크로셀과 서로 인접한 소형셀들로 구성된 이기종 네트워크에서 매크로셀과 소형셀에 대한 사용자 연관 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 하이브리드 다중 안테나를 구비한 소형셀 기지국은 각 사용자에 대하여 아날로그 빔 형성 벡터를 반영된 채널을 추정하는 채널 추정부, 추정된 채널 정보를 통해 빔방향성을 추정하고 아날로그 빔 형성 벡터를 결정하는 빔 벡터 결정기, 해당 빔 형성 벡터를 사용하였을 때의 평균 수신 전력 크기를 추정하는 평균 수신 전력 추정부로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 소형셀 기지국과 매크로셀 기지국은 백홀을 통해 중앙 제어부와 연결이 되며 중앙 제어부는 각 소형셀 기지국으로부터 사용자들에 대한 방향성 및 평균 수신 전력 추정 값을 전달 받아 각 기지국들과 사용자의 연관 작업을 수행하는 연관 결정기와 주기적으로 각 사용자에 대한 아날로그 빔 형성 벡터 및 수신 전력 값을 갱신하기 위한 연관 스케쥴러로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 중앙 제어부는 각 사용자에 대하여 소형셀 기지국별 접속비를 결정하며 접속비의 값에 따라 각 사용자와 연관되는 기지국을 변경하고 해당 기지국은 변경된 연관 사용자들에 대하여 스케쥴링을 수행한다.
소형셀의 서비스 영역이 사용자의 평균 채널 방향을 고려하여 소형셀 간의 간섭을 회피하는 비규칙적인 모양으로 결정된다.
소형셀별 접속 비를 이용하여 사용자가 연관될 수 있는 기지국을 다변화함으로써 사용자의 이동성을 반영할 수 있다.
하이브리드 다중 빔포밍을 사용하는 소형셀 기지국에 대해서 사용자의 위치를 반영하여 사용자와 기지국을 연관시키는 방법 및 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 네트워크의 구조를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 중앙 제어기와 소형셀 기지국 및 사용자 간의 흐름을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 제어기의 기능 블록도를 나타낸 것이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다.
도 1은 일 예에 따른 네트워크의 구조를 설명한다.
소형셀 기지국들은 유선의 백홀(backhaul)망을 통하여 중앙 제어부와 연결될 수 있다. 중앙 제어부는 소형셀들이 설치된 해당 매크로셀 기지국 일 수 있으며 매크로셀 기지국이 아닌 다른 장비일 수 있다.
네트워크 내의 사용자들은 매크로셀 혹은 소형셀과 연관될 수 있으며 각 사용자는 하나 이상의 소형셀과 연관될 수 있다. 각 사용자는 연결된 기지국과 데이터 및 채널 추정을 위한 파일럿을 주고 받을 수 있으며 소형셀 기지국은 파일럿을 통해 채널을 추정하고 아날로그 빔포밍 웨이트를 추적할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 중앙 제어기와 소형셀 기지국 및 사용자 간의 신호 전달 및 그에 따른 동작 흐름을 나타낸 것이다. 중앙 제어기는 일정 주기마다 이미 연관되어 있는 소형셀 기지국과 사용자 사이의 아날로그 빔포밍 웨이트 및 평균 수신전력 값의 업데이트를 결정할 수 있다.
소형셀 기지국은 아날로그 빔포밍된 채널을 추정하여 수학식 1의 형태로 평균 수신 전력을 추정할 수 있다.
Figure pat00001
이 때
Figure pat00002
는 i번째 소형셀 기지국과 j번째 사용자 사이에서 추정된 아날로그 빔포밍 웨이트이며
Figure pat00003
는 i번째 소형셀 기지국과 j번째 사용자 사이에서 보이는 채널 값이며
Figure pat00004
는 안테나에서 보이는 잡음이다. 본 발명에 대한 일 예로 하이브리드 다중 안테나는 복수 개의 안테나 포트로 구성될 수 있으며 복수 개의 안테나 포트일 경우 위 수학식 1은 임의의 포트에 대한 수신 신호를 의미할 수 있다.
아날로그 빔포밍 웨이트
Figure pat00005
에 대하여
Figure pat00006
를 최대화 하는
Figure pat00007
는
Figure pat00008
의 고유값 중 최대값에 해당하는 고유벡터로 주어지며 수학식 2의 형태로 추적할 수 있다.
Figure pat00009
수학식 2에서
Figure pat00010
는 업데이트를 위한 스텝 사이즈 (step size)이며 는 업데이트 방향을 나타내는 벡터로
Figure pat00012
에 대하여
Figure pat00013
일 때의 gradient 방향으로 주어진다.
Figure pat00014
수학식 3에서
Figure pat00015
는 i번째 소형셀 기지국과 j번째 사용자 사이의 연관 정도를 나타내며 j번째 사용자는 수학식 3의 조건을 만족하는 한도내에서 복수개의 소형셀 기지국과 연관될 수 있다.
중앙 제어기는 업데이트를 수행할 때 수학식 3의
Figure pat00016
이상인 모든 소형셀 기지국과 사용자의 아날로그 빔포밍 웨이트 및 평균 수신 전력 값의 업데이트를 위해 각 소형셀 기지국과 사용자 간의 스케쥴링을 수행하고 그 결과를 해당 소형셀 기지국 및 사용자에게 전달한다.
소형셀 기지국은 중앙 제어기에서 전달된 스케쥴링 정보를 해당 사용자에게 전달하고 동시에 채널 추정에 사용할 파일럿 심볼에 대한 정보를 전달한다.
해당 사용자로부터 미리 지정된 파일럿 심볼을 수신하여 아날로그 빔포밍된 채널을 추정하고 이로부터 평균 수신 전력 및 아날로그 빔포밍 웨이트를 업데이트 한다.
중앙 제어기는 백홀을 통해 업데이트 된 평균 수신 전력 및 아날로그 빔포밍 웨이트를 전달 받아 소형셀 기지국과 사용자 사이의 연관을 새롭게 결정한다.

Claims (6)

  1. 네트워크 내의 각 하이브리드 다중 안테나를 사용하는 소형셀 기지국들이
    각 사용자로부터 전송되는 파일럿 심볼로부터 채널을 추정하고 추정된 채널 값을 이용하여 평균 수신 전력 및 아날로그 빔포밍 웨이트를 업데이트 하는 단계,
    상기 각 소형셀 기지국들이 중앙 제어기에 평균 수신 전력 및 아날로그 빔포밍 웨이트 값을 전달하는 단계,
    중앙 제어기는 전달 받은 평균 수신 전력 및 아날로그 빔포밍 웨이트 값으로부터 소형셀 기지국들과 사용자들과의 연관을 결정을 짓고 이를 다시 소형셀 기지국 및 사용자들에게 알려주는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서 소형셀은 하이브리드 다중 안테나를 이용하여 사용자에 대한 채널의 방향성을 제공하고 이를 활용하여 기지국과 사용자의 관계를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서 중앙 제어기는 주기적으로 평균 수신 전력 및 아날로그 빔포밍 웨이트 업데이트 결정 및 이를 위한 스케쥴링을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서 각 사용자는 복수개의 소형셀 기지국과 연관될 수 있는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서 소형셀은 사용자로부터 아날로그 빔포밍된 채널을 추정하고 추정된 채널 결과를 통해 아날로그 빔포밍 웨이트를 업데이트 하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서 중앙 제어기는 아날로그 빔포밍 웨이트 값과 평균 수신 전력 값으로부터 네트워크의 평균적인 성능을 최적화하는 기지국 및 사용자 연관 조합을 찾는 단계를 포함하고, 상기 최적화 그룹은 상기 복수의 기지국들에서 전송된 사용자들로 이루어진 조합의 성능의 합을 최대화 하는 그룹인 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180129740A (ko) * 2016-12-13 2018-12-05 주식회사 케이티 기지국 저전력 운용 시스템 및 그 방법

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