KR20180062433A - 무선 유닛을 사용하여 신호를 송신하는 방법 - Google Patents
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Abstract
기지국에 연결되어 있는 복수의 RU 중에서, TE와 가장 가까운 제1 RU를 선택하는 단계, 제1 RU와 TE 간의 방향지시 코사인 값을 바탕으로 TE에게 신호를 송신할 때 사용할 RU의 개수를 결정하는 단계, 그리고 신호를 송신할 때 2개의 RU를 사용하는 것으로 결정되면 제1 RU 및 제1 RU와 다른, TE에 인접한 제2 RU에서 각각 빔을 형성하여 신호를 TE에게 송신하고, 신호를 송신할 때 1개의 RU를 사용하는 것으로 결정되면 제1 RU에서 두 개의 빔을 형성하여 신호를 TE에게 송신하는 단계를 포함하는, 기지국의 신호 송신 방법이 제공된다.
Description
본 기재는 기지국이 무선 유닛을 사용하여 단말 장치에게 신호를 송신하는 방법에 관한 것이다.
고속 열차(high speed train, HST) 시스템에서 무선 통신은, 파장이 짧은 밀리미터파 등을 사용하여 가시 경로(Line of Sight, LoS)를 통해 수행된다. 또한 전력 효율을 최대화할 수 있는 배열 안테나(array antenna)가 사용되고 빔형성 기술도 사용될 수 있다.
비면허 대역(Unlicensed Band)을 사용하는 다중 사용자 무선 시스템은, 다른 기기에 미치는 간섭을 줄이기 위해서 무선 신호의 송신 전력을 제한한다. 이를 무선 전력 제한 시스템(power limited system)이라고 한다. 반면, 면허 대역(licensed band)을 사용하는 다중 사용자 무선 시스템의 시스템 용량은 주파수 밴드의 개수에 따라 결정되기 때문에 무선 밴드 제한 시스템이라고 불린다. 따라서 면허 대역을 사용하는 시스템의 설계에서는, 주파수 효율을 증가시키는 것이 가장 중요한 목표이다. 또한 LoS 환경의 무선 통신 시스템이 밀리미터파를 사용하면, 낮은 반사 계수, 회절량 등 때문에 다중 경로가 축소되고, 공간자원 이용률이 낮다.
한 실시예는 기지국의 RU와 TE 간의 위치 관계를 이용하여 송신 빔형성을 통해 신호를 송신하는 방법을 제공한다.
한 실시예에 따르면 기지국이 TE에게 신호를 송신하는 방법이 제공된다. 상기 신호 송신 방법은, 기지국에 연결되어 있는 복수의 RU 중에서, TE와 가장 가까운 제1 RU를 선택하는 단계, 제1 RU와 TE 간의 방향지시 코사인 값을 바탕으로 TE에게 신호를 송신할 때 사용할 RU의 개수를 결정하는 단계, 그리고 신호를 송신할 때 2개의 RU를 사용하는 것으로 결정되면 제1 RU 및 제1 RU와 다른, TE에 인접한 제2 RU에서 각각 빔을 형성하여 신호를 TE에게 송신하고, 신호를 송신할 때 1개의 RU를 사용하는 것으로 결정되면 제1 RU에서 두 개의 빔을 형성하여 신호를 TE에게 송신하는 단계를 포함한다.
기지국의 RU와 TE 간의 방향지시 코사인과 기지국 RU의 정규화된 배열 안테나 길이 간의 관계에 따라 송신 빔형성을 적용할 RU를 적절히 선택하여 무선 통신 시스템의 주파수 효율을 증대시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 한 실시예에 따른 HST 무선 통신 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 HST 무선 통신 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 4는 한 실시예에 따른 기지국의 신호 송신 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 6는 다른 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 HST 무선 통신 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 4는 한 실시예에 따른 기지국의 신호 송신 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 6는 다른 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 기재의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 기재는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 기재를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 단말(terminal)은, 이동국(mobile station, MS), 이동 단말(mobile terminal, MT), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE), 기계형 통신 장비(machine type communication device, MTC device) 등을 지칭할 수도 있고, MT, MS, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한, 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 중계 노드(relay node, RN), 기지국 역할을 수행하는 진보된 중계기(advanced relay station, ARS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS), 소형 기지국[펨토 기지국(femto BS), 홈 노드B(home node B, HNB), 홈 eNodeB(HeNB), 피코 기지국(pico BS), 매크로 기지국(macro BS), 마이크로 기지국(micro BS) 등] 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
도 1 및 도 2는 한 실시예에 따른 HST 무선 통신 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 1에서 기지국은 디지털 유닛(digital unit, DU) 및 무선 유닛(radio unit, RU)를 포함한다. DU와 RU는 서로 유선으로 연결되고, RU는 분산 어레이 안테나 또는 원격 무선 헤드(remote radio head, RRH)라고 불릴 수 있다. RU는 HST의 선로 주변에 위치할 수 있고, 고속 열차 등의 고속 이동체(또는 단말 장치(terminal equipment, TE))의 RU와 빔형성 송수신을 통해서 통신을 수행할 수 있다. 빔형성 송수신은 송수신 전력을 공간적으로 집중시켜서 전력 효율을 증가시킬 수 있다. 하지만, 빔형성 송수신은 LoS 환경에서 주파수 효율, 즉 시스템 용량을 증가시킬 수는 없다.
유니버설 밀집 네트워크 등의 기지국은 복수의 RU를 포함하고, 지리적으로 분산된 복수의 RU를 이용하여 송수신 신호에 인위적으로 다중 경로 효과를 제공할 수 있다. 한 실시예에 따른 기지국은 적어도 두 개의 RU를 이용하여 하나의 TE와 통신을 수행할 수 있다. 이때 서로 다른 두 개 이상의 RU에서 TE로 전송되는 신호는 서로 간섭될 수 있다. 예를 들어, 직교 주파수 분할 다중화(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 시스템에서 밀리미터파가 사용되면, 두 개 이상의 다중 경로를 통해 수신되는 신호의 지연 차이가 OFDM 심볼의 순환 전치(cyclic prefix, CP) 내에 포함되어야 신호간 간섭이 제거될 수 있다. 하지만, HST 시스템에서 TE는 고속으로 이동하기 때문에 도플러 주파수 편이 때문에 OFDM 심볼의 길이가 짧아지게 되므로 CP를 통한 신호 간 간섭 제거가 어렵다. 즉, OFDM 시스템에 긴 CP가 적용되면, 리던던시(redundancy)로 작용되는 CP 때문에 데이터율이 저하되고 시스템 용량도 저하된다.
도 2를 참조하면, RU(BS-RU)는 TE에 포함된 두 개의 RU(TE-RU1 및 TE-RU2)와 빔형성 송수신을 수행한다. 각 RU에는 배열 안테나가 사용되고, 배열 안테나는 균일 선형 안테나 어레이(uniform linear antenna array)로 가정된다. 이 밖에도 RU에는 원형 어레이(circular array), 입체 어레이, 렌즈 어레이 등 다양한 형태의 배열 안테나가 사용될 수 있다.
BS-RU는 제1 빔()을 TE-RU1에게 송신하고, 제2 빔()을 TE-RU2에게 송신한다. TE-RU1 및 TE-RU2 간 간격은 T이고, TE-RU1과 BS-RU 간의 거리는 D이다. BS-RU의 높이는 H이다. 따라서, BS-RU와 TE-RU1 간의 제1 빔이 수직 방향과 이루는 각도는 이고, BS-RU와 TE-RU2 간의 제2 빔이 수직 방향과 이루는 각도는 이다. 는 방향 지시 코사인(directional cosine)이라고 한다.
BS-RU와 TE-RU1 및 TE-RU2 간의 무선 채널의 채널 매트릭스 H 는 아래 수학식 1과 같이 표현된다.
수학식 1에서 h 1은 BS-RU와 TE-RU1 사이의 채널을 나타내고, h 2는 BS-RU와 TE-RU-2 사이의 채널을 나타낸다. 채널 매트릭스의 하나의 행 벡터(h 1 또는 h 2)의 전치 행렬(transpose matrix)은 아래 수학식 2와 같이 표현된다.
수학식 2에서 a는 경로 감쇠(attenuation)로서, 배열 안테나의 요소 안테나(antenna element)에서 수신 지점까지의 경로 감쇠 값이다. 경로 감쇠는 모든 요소 안테나에서 동일한 것으로 가정된다. d는 첫 번째 요소 안테나에서 수신 지점까지의 거리이고, 는 캐리어 주파수의 파장, 는 캐리어 주파수의 파장을 단위로 정규화된, 수신단의 요소 안테나 간 거리(간격)이고, 은 BS-RU의 배열 안테나의 개수이다.
수신단의 배열 안테나의 크기는 송신단과 수신단 사이의 거리에 비해 무척 작은 것으로 가정된다. 각 변수의 아래첨자 t 는 송신단(transmission end)을 나타낸다.
함수 는 방향 지시 코사인 의 전송 방향으로의 단위 공간 시그니처(the unit spatial signature)라고 한다. 이때 최적의 전송 빔형성(optimal transmit beamforming)은, h의 방향으로 빔이 전송되는 것을 의미한다.
수학식 6이 만족될 때, 채널 매트릭스 H는 두 개의 영이 아닌 특이값(singular value)인 및 (즉, 고유값(eigen value)의 제곱수)를 갖고, 풀 랭크(full rank)가 된다. 이때 채널 매트릭스는 자유도(degree of freedom, DoF) 2를 가질 수 있는 것으로 가정된다.
채널 매트릭스가 풀 랭크이더라도, 특이값들의 크기 분포에 차이가 발생하면 DoF가 2가 될 수 없다. 채널 매트릭스의 특이값의 크기 분포에 차이가 발생할 때를 저급 조건(ill-condition)이라고 한다. 저급 조건을 측정하는 변수는 아래와 같이 유도될 수 있다.
여기서 는 지수(exponential) 함수 특성에 의해 에 따라 결정될 수 있다. BS-RU의 정규화된 배열 안테나의 길이를 라 하고, 수학식 5의 벡터 연산을 수행하면 수학식 6을 얻는다.
채널의 DoF가 2가 되려면, 두 개의 영이 아닌 특이값 및 의 비율이 1이어야 하고, 두 개의 특이값의 비율이 1에 가까운 같은 상태를 고급 조건(well-condition)이라고 한다. 하지만, 일 때 수학식 6은 무한대가 되고 저급 조건이다. 배열 안테나의 요소 안테나 간 간격이 일 때, 수학식 7은 항상 저급 조건이 되고 DoF는 1이 된다.
수학식 7에서 는 송수신 빔의 분해능과 관련되고, 가 커지면 분해능이 작아지므로 작은 차이를 분별해낼 수 있다. 즉, 가 어느 정도 크면(즉, RU가 UE로부터 어느 정도 멀리 떨어져 있음을 의미한다), 이 조금만 커도 수학식 11의 조건을 벗어나게 되므로 DoF는 2가 될 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 HST 무선 통신 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 3을 참조하면, 오른쪽 방향으로 움직이는 TE에게 TE의 왼쪽에 위치하는 BS-RU1 및 TE의 오른쪽에 위치하는 BS-RU2가 각각 신호를 전송한다. TE가 빠른 속도로 이동하면, 하나의 BS-RU에서 송신하는 두 개의 빔의 간격이 좁아지므로, DoF=2가 만족될 수 없다. DoF=2가 만족되지 않으면 도 3의 TE는 TE의 진행방향의 앞뒤에 위치하는 두 개의 BS-RU로부터 각각 하나의 빔을 수신할 수 있다. TE에 포함된 두 개의 RU(TE-RU1 및 TE-RU2)는 각각 독립적인 수신기로서 데이터 신호를 수신할 때 빔형성 기법을 사용하여 간섭 신호를 제거할 수 있다. 또한 각 TE-RU는 복조된 데이터를 다중화할 수 있다.
한 실시예에 따른 기지국은 TE와 BS-RU 간의 거리를 바탕으로 하나의 BS-RU를 통해 TE에게 신호를 송신할지 아니면 두 개의 BS-RU를 통해 TE에게 신호를 송신할지 여부를 결정한다. 아래에서는 도 4를 참조하여 기지국의 신호 송신 방법을 설명한다.
도 4는 한 실시예에 따른 기지국의 신호 송신 방법을 나타낸 흐름도이다.
기지국은 TE로부터 수신된 신호의 세기 또는 위치 측정 알고리즘을 사용하여 TE의 위치를 결정하고, TE와 가장 가까운 BS-RU를 선택한다(S110). 기지국은 선택된 BS-RU와 TE 간의 방향지시 코사인 의 값을 계산하고, 방향지시 코사인을 이용하여 TE에게 신호를 송신할 때 사용할 BS-RU의 개수를 결정한다(S120). 예를 들어 기지국은 하나의 BS-RU를 사용하여 TE에게 신호를 송신할 것인지 또는 두 개의 BS-RU를 사용하여 TE에게 신호를 송신할 것인지 결정할 수 있다. 기지국은 신호 송신에 사용할 BS-RU의 개수를 결정할 때 수학식 7을 사용할 수 있다. 기지국은 BS-RU와 TE 간의 방향지시 코사인을 계산할 때, BS-RU의 높이 H, TE-RU1 및 TE-RU2 간 거리 T 등을 사용할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 이 보다 충분히 크다면, 기지국은 두 개의 BS-RU를 사용하여 TE에게 신호를 송신한다(S130). 이 보다 충분히 큰지 여부는 이 의 10% 이하가 되는 등의 구체적인 비율로 결정될 수 있고, 이는 실제 구현에서 변경될 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이때 두 개의 BS-RU는 TE와 가장 가까운 BS-RU와 TE 간의 위치 관계에 따라 결정된다. 예를 들어, TE와 가장 가까운 BS-RU가 도 3의 BS-RU1이면, 나머지 하나의 BS-RU는 TE의 진행 방향의 앞쪽에 위치한 BS-RU2로 결정된다. 또는 TE와 가장 가까운 BS-RU가 도 3의 BS-RU-2이면, 나머지 하나의 BS-RU는 TE의 진행 방향의 뒤쪽에 위치한 BS-RU1으로 결정된다. 즉, 기지국이 두 개의 BS-RU를 사용하여 TE에게 신호를 송신하는 경우, TE에게 신호를 송신하는 BS-RU는 TE의 진행 방향의 앞뒤에 위치한 BS-RU이다. BS-RU1이 송신 빔 1을 사용하여 TE에게 신호를 송신하면, TE-RU1은 수신 빔형성 방식으로 신호를 수신할 수 있다. BS-RU2가 송신 빔 2를 사용하여 TE에게 신호를 송신하면, TE-RU2는 수신 빔형성 방식으로 신호를 수신할 수 있다. 이때 송신 빔 1 및 송신 빔 2에는 각각 다른 데이터가 실릴 수 있다.
이 보다 충분히 크지 않다면, 기지국의 TE와 가장 가까운 BS-RU를 사용하여 TE에게 신호를 송신한다(S140). 이 보다 충분히 크지 않은지 여부는 이 의 80% 이상이 되는 등의 구체적인 비율로 결정될 수 있고, 이는 실제 구현에서 변경될 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.BS-RU2가 TE와 가장 가까운 BS-RU일 때, BS-RU2의 송신 빔 1 및 송신 빔 2를 사용하여 각각 다른 데이터를 TE에게 전달한다. 송신 빔 1은 TE의 TE-RU1에 의해 수신 빔형성 방식으로 수신되고, 송신 빔 2는 TE의 TE-RU2에 의해 수신 빔형성 방식으로 수신될 수 있다.
도 5는 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 한 실시예에 따른 기지국(또는 기지국 DU)(100)은 매퍼(110), 빔형성부(120), 디지털-아날로그 컨버터(Digital to Analog, D/A)(130), 및 제어부(140)를 포함한다. 기지국(100)은 유선 링크(Radio of Fiber, RoF)를 통해 BS-RU(200)와 연결된다. 본 기재에서 기지국(100)은 기지국 DU 및 RU(200)를 포함할 수 있고, 기지국 DU의 기능은 기지국(100)의 기능으로서 설명될 수 있다.
매퍼(110)는 TE(300)에게 전송할 데이터 dD,1-dD,N을 신호 xD,1-xD,K에 매핑한다.
D/A(140)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 아날로그 신호를 무선 주파수(radio frequency, RF) 신호로 변환한다. RF 신호는 유선 링크(200)를 통해 BS-RU(200)에게 전달된다.
제어부(150)는 매퍼(110), 빔형성부(120), 및 D/A(130)을 제어한다.
도 5를 참조하면, 한 실시예에 따른 TE(300)는 두 개의 TE-RU(TE-RU1 및 TE-RU2)를 포함한다. 각 TE-RU 는 신호 (, )를 수신하여 복조한 후, 데이터 및 를 출력한다. 이때 TE(300)는 수신 빔포밍 기술을 사용할 수 있다. 각 데이터를 다중화될 수 있고, 각각 기지국에서 분리한 형태로 수신된다.
도 6는 다른 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 6를 참조하면, 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템은, 기지국(610)과 단말(620)을 포함한다.
기지국(610)은, 프로세서(processor)(611), 메모리(memory)(612), 그리고 무선 통신부(radio frequency unit, RF unit)(613)를 포함한다. 메모리(612)는 프로세서(611)와 연결되어 프로세서(611)를 구동하기 위한 다양한 정보 또는 프로세서(611)에 의해 실행되는 적어도 하나의 프로그램을 저장할 수 있다. 무선 통신부(613)는 프로세서(611)와 연결되어 무선 신호를 송수신 할 수 있다. 프로세서(611)는 본 기재의 실시예에서 제안한 기능, 과정, 또는 방법을 구현할 수 있다. 이때, 본 기재의 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 무선 인터페이스 프로토콜 계층은 프로세서(611)에 의해 구현될 수 있다. 한 실시예에 따른 기지국(610)의 동작은 프로세서(611)에 의해 구현될 수 있다.
단말(620)은, 프로세서(621), 메모리(622), 그리고 무선 통신부(623)를 포함한다. 메모리(622)는 프로세서(621)와 연결되어 프로세서(621)를 구동하기 위한 다양한 정보 또는 프로세서(621)에 의해 실행되는 적어도 하나의 프로그램을 저장할 수 있다. 무선 통신부(623)는 프로세서(621)와 연결되어 무선 신호를 송수신 할 수 있다. 프로세서(621)는 본 기재의 실시예에서 제안한 기능, 단계, 또는 방법을 구현할 수 있다. 이때, 본 기재의 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 무선 인터페이스 프로토콜 계층은 프로세서(621)에 의해 구현될 수 있다. 한 실시예에 따른 단말(620)의 동작은 프로세서(621)에 의해 구현될 수 있다.
본 기재의 실시예에서 메모리는 프로세서의 내부 또는 외부에 위치할 수 있고, 메모리는 이미 알려진 다양한 수단을 통해 프로세서와 연결될 수 있다. 메모리는 다양한 형태의 휘발성 또는 비휘발성 저장 매체이며, 예를 들어, 메모리는 읽기 전용 메모리(read-only memory, ROM) 또는 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM)를 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (1)
- 기지국이 단말 장치(terminal equipment, TE)에게 신호를 송신하는 방법으로서,
상기 기지국에 연결되어 있는 복수의 무선 유닛(radio unit, RU) 중에서, 상기 TE와 가장 가까운 제1 RU를 선택하는 단계,
상기 제1 RU와 상기 TE 간의 방향지시 코사인 값을 바탕으로 상기 TE에게 상기 신호를 송신할 때 사용할 RU의 개수를 결정하는 단계, 그리고
상기 신호를 송신할 때 2개의 RU를 사용하는 것으로 결정되면 상기 제1 RU 및 상기 제1 RU와 다른, 상기 TE에 인접한 제2 RU에서 각각 빔을 형성하여 상기 신호를 상기 TE에게 송신하고, 상기 신호를 송신할 때 1개의 RU를 사용하는 것으로 결정되면 상기 제1 RU에서 두 개의 빔을 형성하여 상기 신호를 상기 TE에게 송신하는 단계
를 포함하는 신호 송신 방법.
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2017
- 2017-11-30 KR KR1020170163707A patent/KR20180062433A/ko unknown
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220368378A1 (en) * | 2021-05-12 | 2022-11-17 | Rockwell Collins, Inc. | Linear induction motor excitation modulation based communication |
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