KR20180064319A - 복수의 ru를 이용한 신호 송신 방법 및 장치 - Google Patents

복수의 ru를 이용한 신호 송신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

UE로부터 수신되는, 복수의 RU에 의해 형성된 송신 빔의 수신 세기에 관한 피드백에 기반하여 복수의 RU 중 적어도 두 개의 RU를 포함하는 RU 세트를 결정하는 단계, RU 세트에 포함된 RU에 관한 정보를 기반으로 미리 결정된 크기의 다이버시티 오더에 대응하는 분산 프리코딩 매트릭스를 결정하는 단계, 그리고 분산 프리코딩 매트릭스에 기반하여 프리코딩을 수행하고 프리코딩 된 신호를 RU 세트를 통해서 UE에게 송신하는 단계를 통해 UE에게 신호를 송신하는 기지국 및 신호 송신 방법이 제공된다.

Description

복수의 RU를 이용한 신호 송신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING SIGNAL USING MULTIPLE RADIO UNIT}
본 기재는 복수의 RU를 이용하여 신호를 송신하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
분산 배열 안테나(distributed array antenna)를 사용하는 빔형성 통신 시스템에서 통신은 대부분 가시 경로(line of sight, LoS)를 따라 수행된다. 주파수 파장이 짧은 밀리미터파가 주로 사용되고, 배열 안테나는 전력 효율을 극대화하기 위해서 빔형성 기술을 이용한다.
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.
한 실시예는 복수의 RU를 이용하여 UE에게 신호를 송신하는 방법을 제공한다.
다른 실시예는 복수의 RU를 이용하여 UE에게 신호를 송신하는 기지국을 제공한다.
한 실시예에 따르면, 기지국이 복수의 무선 유닛(radio unit, RU)를 사용하여 사용자 장비(User Equipment, UE)에게 신호를 송신하는 방법이 제공된다. 상기 신호 송신 방법은, UE로부터 수신되는, 복수의 RU에 의해 형성된 송신 빔의 수신 세기에 관한 피드백에 기반하여 복수의 RU 중 적어도 두 개의 RU를 포함하는 RU 세트를 결정하는 단계, RU 세트에 포함된 RU에 관한 정보를 기반으로 미리 결정된 크기의 다이버시티 오더에 대응하는 분산 프리코딩 매트릭스를 결정하는 단계, 그리고 분산 프리코딩 매트릭스에 기반하여 프리코딩을 수행하고 프리코딩 된 신호를 RU 세트를 통해서 UE에게 송신하는 단계를 포함한다.
상기 신호 송신 방법에서 RU 세트를 결정하는 단계는, 피드백에 대응하는 빔을 송신한 적어도 두 개의 RU를 그룹핑 하는 단계, 그리고 그룹핑된 적어도 두 개의 RU와 UE 간의 채널 매트릭스에 기반하여 RU 세트를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 신호 송신 방법에서 채널 매트릭스에 기반하여 RU 세트를 결정하는 단계는, 채널 매트릭스의 특이값(singular value)의 비율이 1에 가장 가까운 RU 세트를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 신호 송신 방법에서 채널 매트릭스에 기반하여 RU 세트를 결정하는 단계는, 적어도 두 개의 RU에 대응하는 방향 지시 코사인 간의 차이가 0인 RU 세트는 결정에서 제외하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 신호 송신 방법에서 채널 매트릭스에 기반하여 RU 세트를 결정하는 단계는, 채널 매트릭스의 행렬식이 0인 RU 세트는 결정에서 제외하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 신호 송신 방법에서 채널 매트릭스에 기반하여 RU 세트를 결정하는 단계는, 채널 매트릭스의 특이값(singular value)의 비율이 1에 가까운 m개의 RU 세트 중에서 적어도 두 개의 RU에 대응하는 방향 지시 코사인 간의 차이가 0이 아닌 RU 세트를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 신호 송신 방법에서 채널 매트릭스에 기반하여 RU 세트를 결정하는 단계는, 적어도 두 개의 RU에 대응하는 방향 지시 코사인 간의 차이가 0이 아닌 m개의 RU 세트 중에서 채널 매트릭스의 특이값(singular value)의 비율이 1에 가장 가까운 RU 세트를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 신호 송신 방법에서 채널 매트릭스에 기반하여 RU 세트를 결정하는 단계는, 적어도 두 개의 RU에 대응하는 방향 지시 코사인 간의 차이가 0이 아닌 RU 세트 중에서 RU 세트를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 신호 송신 방법에서 채널 매트릭스에 기반하여 RU 세트를 결정하는 단계는, 채널 매트릭스의 행렬식이 0이 아닌 RU 세트 중에서 RU 세트를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 신호 송신 방법에서 피드백은 송신 빔의 식별자 및 송신 빔을 형성한 RU의 식별자를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 복수의 무선 유닛(radio unit, RU)를 사용하여 사용자 장비(User Equipment, UE)에게 신호를 송신하는 기지국이 제공된다. 상기 기지국은 프로세서, 메모리, 및 무선 통신부(radio frequency unit, RF unit)를 포함하고, 프로세서는 메모리에 저장된 프로그램을 실행하여, UE로부터 수신되는, 복수의 RU에 의해 형성된 송신 빔의 수신 세기에 관한 피드백에 기반하여 복수의 RU 중 적어도 두 개의 RU를 포함하는 RU 세트를 결정하는 단계, RU 세트에 포함된 RU에 관한 정보를 기반으로 미리 결정된 크기의 다이버시티 오더에 대응하는 분산 프리코딩 매트릭스를 결정하는 단계, 그리고 분산 프리코딩 매트릭스에 기반하여 프리코딩을 수행하고 프리코딩 된 신호를 RU 세트를 통해서 UE에게 송신하는 단계를 수행한다.
상기 기지국에서 프로세서는 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 때, 피드백에 대응하는 빔을 송신한 적어도 두 개의 RU를 그룹핑 하는 단계, 그리고 그룹핑된 적어도 두 개의 RU와 UE 간의 채널 매트릭스에 기반하여 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 기지국에서 프로세서는 채널 매트릭스에 기반하여 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 때, 채널 매트릭스의 특이값(singular value)의 비율이 1에 가장 가까운 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 기지국에서 프로세서는 채널 매트릭스에 기반하여 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 때, 적어도 두 개의 RU에 대응하는 방향 지시 코사인 간의 차이가 0인 RU 세트는 결정에서 제외하는 단계를 더 수행할 수 있다.
상기 기지국에서 프로세서는 채널 매트릭스에 기반하여 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 때, 채널 매트릭스의 행렬식이 0인 RU 세트는 결정에서 제외하는 단계를 더 수행할 수 있다.
상기 기지국에서 프로세서는 채널 매트릭스에 기반하여 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 때, 채널 매트릭스의 특이값(singular value)의 비율이 1에 가까운 m개의 RU 세트 중에서 적어도 두 개의 RU에 대응하는 방향 지시 코사인 간의 차이가 0이 아닌 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 기지국에서 프로세서는 채널 매트릭스에 기반하여 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 때, 적어도 두 개의 RU에 대응하는 방향 지시 코사인 간의 차이가 0이 아닌 m개의 RU 세트 중에서 채널 매트릭스의 특이값(singular value)의 비율이 1에 가장 가까운 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 기지국에서 프로세서는 채널 매트릭스에 기반하여 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 때, 적어도 두 개의 RU에 대응하는 방향 지시 코사인 간의 차이가 0이 아닌 RU 세트 중에서 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 기지국에서 프로세서는 채널 매트릭스에 기반하여 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 때, 채널 매트릭스의 행렬식이 0이 아닌 RU 세트 중에서 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 기지국에서 피드백은 송신 빔의 식별자 및 송신 빔을 형성한 RU의 식별자를 포함할 수 있다.
밀리미터파 등 짧은 파장의 반송파를 이용하는 LoS 환경에서 프리코딩에 기반하여, 주파수 효율을 최대화하고 다이버시티 이득을 획득할 수 있는 신호를 송신할 수 있다.
도 1은 한 실시예에 따른 분산 배열 안테나 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 2는 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 개략도이다.
도 3은 몇 가지
Figure pat00001
및
Figure pat00002
에 대한
Figure pat00003
을 나타낸 그래프이다.
도 4는 한 실시예에 따른 두 개의 클러스터 바운스가 존재하는 빔형성 송수신 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 5는 두 개의 클러스터 바운스가 존재하는 빔형성 송수신 시스템의 무선 채널 매트릭스의 각도 영역 응답을 나타낸 그래프이다.
도 6은 한 실시예에 따른 네 개의 클러스터 바운스가 존재하는 빔형성 송수신 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 7은 네 개의 클러스터 바운스가 존재하는 빔형성 송수신 시스템의 무선 채널 매트릭스의 각도 영역 응답을 나타낸 그래프이다.
도 8은 한 실시예에 따른 기지국 및 UE를 포함하는 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 9는 한 실시예에 따른 기지국의 신호 송신 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10 및 도 11은 한 실시예에 따른 분산 프리코딩 매트릭스의 효과를 나타내는 개념도이다.
도 12는 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, 사용자 장비(user equipment, UE)는, 단말(terminal), 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), 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 1은 한 실시예에 따른 분산 배열 안테나 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 분산된 기지국 무선 유닛(radio unit, RU)(또는 BS-RU)에 의해 분산 배열 안테나 환경이 구성된다. 기지국은 디지털 유닛(digital unit, DU)을 포함하고, RU는 DU와 동일한 위치에 있거나(collocated) 또는 DU와 유선으로 연결되고 분산되어 있다. RU는 원격 무선 헤드(remote radio head, RRH)라고도 한다. RU와 사용자 장비(user equipment, UE) 사이에서는 빔형성 송수신이 수행된다.
빔형성 기법은 송수신 전력을 공간적으로 모아서 사용하기 때문에 전력 효율이 증가될 수 있다. 하지만, 빔형성 기법은 LoS 채널 환경에서 주파수 효율(즉, 시스템 용량)을 증가시키거나 또는 다이터시티 이득을 증가시킬 수 없다. LoS 채널 환경이 아닌 다중 경로 채널에서, 두 경로 신호의 상관성에 차이가 나는 등의 일정 조건이 만족되면 무선 통신 시스템에 공간 차원이 추가적으로 제공(additional spatial dimension)되고 공간 다중화 기법을 통해서 주파수 효율 및 다이버시티 이득이 증가될 수 있다. 따라서, RU와 UE 간 통신에서 간섭을 최소화하고 다이버시티 이득을 최대화하며, 무선자원이용효율 또는 주파수 효율을 증대시키기 위해서 두 개 이상의 RU가 하나의 UE와 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 RU가 하나의 UE와 통신하면, 무선 채널 매트릭스의 랭크(rank)는 2가 된다. 그리고 주파수 효율 및 다이버시티 이득을 증가시키기 위해서 별도의 조건이 더 필요하다. 무선 채널의 채널 매트릭스의 고유값(eigen value) 간의 비율을 조건수(condition number, CN) 값이라고 정의할 때, CN 값이 1보다 훨씬 크다면 자유도(Degree of Freedom, DoF) 이득은 증가하지 않는다. 또한 DoF 이득을 통해 주파수 효율이 증가되었다면, 채널의 조건으로부터 주파수 효율이 증가되었으므로 다이버시티 이득을 추가적으로 얻기는 어렵다.
도 2는 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 두 개의 RU(제1 RU 및 제2 RU)로부터 이동체에 포함된 UE-RU에게 빔형성 송신이 수행되고 있다. 제1 RU는 제1 빔(
Figure pat00004
)을 UE-RU에게 송신하고, 제2 RU는 제2 빔()을 UE-RU에게 송신한다. UE-RU와 RU 간의 거리는 L이고, RU의 높이는 H이다.
아래에서, 본 기재는 배열 안테나를 균일 선형 배열 안테나(Uniform Linear Array Antenna, ULA)로 가정하고 ULA에 관해서 배열 안테나의 수학식을 설명한다. 본 기재는 원형 선형 배열 안테나(Circular Linear Array Antenna, CLA) 또는 사각 평면 배열 안테나(Rectangular Plannar Array Antenna, RPA) 등 임의의 다른 유형의 배열 안테나에도 적용될 수 있으며, 이 경우 아래 기술된 수학식의 표현이 약간 변경될 수 있지만 본 기재는 이에 한정되지 않는다.
따라서, 제2 RU의 제2 빔이 수평 방향(UE의 배열 안테나의 요소 안테나가 배열된 방향)과 이루는 각도는
Figure pat00006
이다.
Figure pat00007
는 방향 지시 코사인(directional cosine)이라고 한다.
Figure pat00008
또한 수신단의 ULA의 요소 안테나의 배열 방향과 송신단의 ULA에서 생성된 빔에 의해 형성된 각도로서 정의될 수 있다.
송신 신호 벡터를 x, 채널 매트릭스를 h라고 하면, 수신 신호 벡터 y는 아래 수학식 1과 같다.
Figure pat00009
수학식 1에서 w는 백색잡음(white noise) 벡터이다. 채널 매트릭스 H 는 아래 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure pat00010
수학식 2에서 h 1은 RU1과 UE 사이의 채널을 나타내고, h 2는 RU2와 UE 사이의 채널을 나타낸다. 도 2의 두 개의 RU 및 UE-RU 사이의 채널 매트릭스의 하나의 행 벡터(h 1 또는 h 2 )는 아래 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure pat00011
수학식 3에서 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,
Figure pat00012
는 캐리어 주파수의 파장,
Figure pat00013
는 캐리어 주파수의 파장을 단위로 정규화된, 수신단의 요소 안테나 간 거리(간격)이고,
Figure pat00014
은 UE-RU의 수신 배열 안테나의 개수이다. 수신단의 배열 안테나의 크기는 송신단과 수신단 사이의 거리에 비해 무척 작은 것으로 가정된다. 각 변수의 아래첨자 r 은 수신단(reception end)을 나타낸다.
수학식 3의 벡터 부분을
Figure pat00015
에 대한 함수
Figure pat00016
로 표시하면 아래 수학식 4와 같다.
Figure pat00017
함수
Figure pat00018
는 방향 지시 코사인
Figure pat00019
에 대한 단위 공간 시그니처(the unit spatial signature)이다.
한 실시예에 따른 최적 수신기(optimal receiver)는 잡음이 섞인 수신 신호(noisy received signal)를 채널 h의
Figure pat00020
방향(즉, 신호 방향(signal direction))으로 투사(project)할 수 있는 수신기이다.
수학식 2 내지 수학식 4에 따른 경로 별 채널 이득 h k 는 수학식 5와 같다.
Figure pat00021
수학식 5에서
Figure pat00022
는 k번째 전송 안테나에서 수신 지점인 첫 번째 요소 안테나까지의 거리이다. 수학식 5에서 h k 는 신호 방향(the signal direction) 또는 공간 시그니처(the spatial signature)라고 한다. 여기서 단위 공간 시그니처 함수
Figure pat00023
의 주기는
Figure pat00024
이다. 아래 수학식 6의 조건이 만족되면, 수학식 2의 채널 매트릭스 H 는 선형독립인 행을 갖는다.
Figure pat00025
수학식 6이 만족될 때, 채널 매트릭스 H 는 두 개의 영이 아닌 특이값(singular value)인
Figure pat00026
및
Figure pat00027
(고유값(eigen value)의 제곱수)를 갖고, 풀 랭크(full rank)가 된다. 하지만, 채널 매트릭스 H 가 풀 랭크이더라도, 채널 매트릭스 H 의 자유도(degree of freedom, DoF)가 2가 아니라면 스펙트럼 효율성이 증가하지 않을 수 있다.
즉, 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.
도 2의 두 개의 공간 시그니처
Figure pat00028
및
Figure pat00029
의 사이의 각도
Figure pat00030
는 두 개의 벡터의 내적에 의해 아래 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00031
여기서
Figure pat00032
는
Figure pat00033
에 의해 결정될 수 있고, 수학식 7은 아래 수학식 8과 같이 정리된다.
Figure pat00034
수학식 8의
Figure pat00035
은 수학식 4를 통해
Figure pat00036
및
Figure pat00037
에 대한 함수로 표현될 수 있고, 도 3은 몇 가지
Figure pat00038
및
Figure pat00039
에 대한
Figure pat00040
을 나타낸 그래프이다.
Figure pat00041
은 파장으로 정규화된 전송 요소 안테나 간의 거리(간격)이고,
Figure pat00042
은 수신 배열 안테나의 개수이므로, 정규화된 선형 안테나의 총 길이는
Figure pat00043
이다. 한 실시예에 따르면, 기지국은 수학식 8의
Figure pat00044
이 1에 근사한 값인지를 판단하여 UE에게 데이터를 송신할 적어도 두 개의 RU가 주파수 효율을 최대화하기 위해 적합한 RU인지 여부를 결정할 수 있다.
한편, 채널 매트릭스의 특이값의 제곱은 아래 수학식 9와 같다.
Figure pat00045
수학식 9를 이용하여 조건수(condition number, CN)을 계산하면 수학식 10과 같다.
Figure pat00046
채널의 DoF가 2가 되려면, 두 개의 영이 아닌 특이값
Figure pat00047
및
Figure pat00048
의 비율이 1에 가깝게 되어야 한다. 즉, 두 개의 영이 아닌 특이값은 주파수 효율의 증가를 위해서 서로 비슷한 값을 가져야 한다. 두 개의 특이값의 비율이 1에 가까운 상태(즉,
Figure pat00049
)를 고급 조건(well-condition)이라고 한다. 반대로,
Figure pat00050
일 때 수학식 10은 무한대가 되고 저급 조건이다. 도 3의 그래프에 기반하여, 몇 가지 예시로서 다양한
Figure pat00051
,
Figure pat00052
, 및
Figure pat00053
에서
Figure pat00054
인 채널의 시그니처 변수
Figure pat00055
의 값이 계산될 수 있다. 이때는 채널이 풀 랭크더라도 DoF는 2가 되지 못하고 1이 된다. 예를 들어, 배열 안테나의 요소 안테나 간 간격이
Figure pat00056
일 때, 저급 조건이 되고 DoF는 1이 된다.
한편, 방향 지시 코사인 변수인
Figure pat00057
는 ULA의 전체 길이
Figure pat00058
과 밀접하게 관련된다.
Figure pat00059
를 회피하기 위해서 본 개시에서는 수학식 11과 같은 변수 관계를 설정한다.
Figure pat00060
은 BS-RU 및 UE 사이의 거리를 나타내는, 도 2의 L과 구분된다.
Figure pat00061
수학식 11에서
Figure pat00062
는 송수신 빔의 분해능과 관련된다. 수학식 11의 물리적 의미는 다음과 같다.
Figure pat00063
이 커지면 두 개의 인접한 빔을 구분해내기 위한 분해능이 작아지므로 작은 차이가 분별될 수 있다. 즉,
Figure pat00064
이 어느 정도 크면,
Figure pat00065
이 조금 크더라도
Figure pat00066
이므로 DoF는 2가 될 수 있다.
아래에서는 도 4 내지 도 10을 참조하여 DoF를 최대화하면서(즉, 주파수 효율의 최대화) 동시에 다이버시티 이득을 최대화하기 위한 방법을 설명한다.
도 4는 한 실시예에 따른 두 개의 클러스터 바운스가 존재하는 빔형성 송수신 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이고, 도 5는 두 개의 클러스터 바운스가 존재하는 빔형성 송수신 시스템의 무선 채널 매트릭스의 각도 영역 응답을 나타낸 그래프이다.
도 4에서 송신측 및 수신측에서 보이는 빔은 2개이다. 빔은 클러스터1 및 클러스터2에서 각각 반사(bounce)된후 수신단에 도달한다. 도 5를 참조하면 무선 채널 매트릭스의 각도 영역(angular domain) 응답은 두 개의 피크를 갖고, 따라서 다이버시티 차수(order)는 2이다.
도 6은 한 실시예에 따른 네 개의 클러스터 바운스가 존재하는 빔형성 송수신 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이고, 도 7은 네 개의 클러스터 바운스가 존재하는 빔형성 송수신 시스템의 무선 채널 매트릭스의 각도 영역 응답을 나타낸 그래프이다.
도 6에서 송신측 및 수신측에서 보이는 빔의 각각 2개이다. 하지만, 각 빔은 무선 채널 상의 클러스터에 의해 2회씩 반사되므로, 모든 빔의 경로 개수는 4이다. 도 7을 참조하면 무선 채널 매트릭스의 각도 영역 응답은 네 개의 피크를 갖고, 따라서 다이버시티 차수는 4이다. 한 실시예에 따르면, 기지국은 빔을 반사시키는 클러스터를 모델링하여 분산 프리코딩 매트릭스를 생성할 수 있다. 기지국은 분산 프리코딩 매트릭스를 사용하여 UE에게 전송할 데이터 심볼에 대해 프리코딩을 수행하고, 프리코딩 된 데이터 심볼을 수신한 UE는 다이버시티 이득을 획득할 수 있다.
도 8은 한 실시예에 따른 기지국 및 UE를 포함하는 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이고, 도 9는 한 실시예에 따른 기지국의 신호 송신 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 10 및 도 11은 한 실시예에 따른 분산 프리코딩 매트릭스의 효과를 나타내는 개념도이다.
도 8을 참조하면, 한 실시예에 따른 기지국(또는 기지국 DU)(100)은 매퍼(110), 빔형성부(120), 프리코딩부(130), 디지털-아날로그 컨버터(Digital to Analog, D/A)(140), 및 제어부(150)를 포함한다. 기지국(100)은 유선 링크(Radio of Fiber, RoF)를 통해 복수의 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 UE(300)에게 전송할 데이터 dD,1-dD,N을 신호 xD,1-xD,K에 매핑한다.
빔형성부(120)는 채널 추정 결과를 바탕으로 송신 빔을 형성한다.
프리코딩부(130)는 송신 빔에 대해 프리코딩을 수행한다.
D/A(140)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 링크를 통해 복수의 RU(200)에게 전달한다.
제어부(150)는 매퍼(110), 빔형성부(120), 프리코딩부(130), 및 D/A(140)을 제어한다. 한 실시예에 따르면 제어부(150)는 분산 프리코딩 매트릭스를 결정하여, 프리코딩부(130)에서 빔형성부(120)에서 형성된 송신 빔에 대한 프리코딩을 수행할 수 있도록 한다. 아래에서는 도 9 내지 도 11을 통해 기지국(100)의 신호 송신 방법을 상세히 설명한다.
도 9를 참조하면, 기지국(100)은 복수의 RU(200)를 통해 전달한 복수의 송신 빔에 관한 피드백을 UE(300)로부터 수신한다(S110). 한 실시예에 따르면, 복수의 RU(200)는 각각 송신 배열 안테나를 사용하여 송신 빔을 형성하고 UE(300)는 송신 빔의 수신 세기를 측정한다. UE(300)는 송신 빔의 수신 세기를 측정하고 미리 결정된 기준에 따라 일부 송신 빔에 관한 피드백을 기지국(100)에게 전달할 수 있다. 피드백은 송신 빔의 식별자와 송신 빔을 형성한 RU의 식별자를 포함할 수 있다.
예를 들어, UE(300)는 미리 결정된 세기보다 큰 크기로 측정된 송신 빔의 식별자(identifier)를 모두 기지국(100)에게 전달할 수 있다. 즉, UE(300)는 수신 전력이 P 이상인 송신 빔의 식별자를 기지국(100)에게 전달할 수 있다. 또는 UE(300)는 미리 결정된 개수의 송신 빔의 식별자를 기지국(100)에게 전달할 수 있다. 예를 들어, UE(300)는 측정된 수신 세기가 가장 큰 순서대로 n개의 빔의 식별자를 기지국(100)에게 전달할 수 있다. 또는 UE(300)는 각 RU의 송신 빔 중 가장 큰 세기를 갖는 송신 빔의 식별자를 기지국(100)에게 전달할 수 있다. 이 경우 피드백에 포함되는 송신 빔의 식별자의 개수는 RU의 개수와 같거나 RU의 개수보다 많을 수 있다.
이후 기지국(100)은 UE(300)로부터의 피드백에 기반하여 복수의 RU(200) 중 UE(300)에게 신호를 송신할 적어도 두 개의 RU를 포함하는 RU 세트를 결정한다(S120). 한 실시예에 따른 기지국(100)은 UE(300)의 피드백에 대응하는 빔을 송신한 적어도 두 개의 RU를 RU 세트로 그룹핑하고, 그룹핑된 RU 세트 중 주파수 효율을 최대화할 수 있는 RU 세트를 결정한다.
한 실시예에 따르면, 기지국(100)은 그룹핑된 각 RU 세트에 포함된 적어도 두 개의 RU와 UE 간의 채널 매트릭스에 기반하여 주파수 효율을 최대화할 수 있는 RU 세트를 결정할 수 있다. UE(300)의 피드백에 대응하는 빔을 송신한 RU가 s개이면 기지국(100)이 2개의 RU를 사용하여 UE(300)에게 신호를 송신할 때 탐색할 RU 세트의 개수는 sC2개이고, 기지국(100)이 3개의 RU를 사용하여 UE(300)에게 신호를 송신할 때 탐색할 RU 세트의 개수는 sC3개이다. 예를 들어, UE(300)에 의해 피드백된 송신 빔을 송신한 RU가 4개이면, RU 세트에 포함될 RU의 개수가 2일 때 기지국(100)은 6개(4C2)의 RU 세트를 탐색하고, RU 세트에 포함될 RU의 개수가 3일 때 기지국(100)은 4개(4C3)의 RU 세트를 탐색한다.
기지국(100)은 RU 세트에 포함된 적어도 두 개의 RU가 신호를 송신할 RU로서 적합한 세트인지 여부를 결정할 때 수학식 6 및 수학식 10을 사용할 수 있다. RU 세트에 포함된 RU가 2개이면 수학식 2의 채널 매트릭스 H 는 2개의 열 벡터를 갖고, RU 세트에 포함된 RU가 n개이면 수학식 2의 채널 매트릭스 H 는 n개의 열 벡터를 갖는다.
수학식 6은 RU 세트와 UE 간의 채널 매트릭스가 풀 랭크인지 여부를 판단할 때 사용된다. 예를 들어, 기지국(100)은
Figure pat00067
및
Figure pat00068
로부터 계산될 수 있는
Figure pat00069
조건에 기반하여 채널 매트릭스가 풀 랭크인지 여부를 판단할 수 있다(도 2 참조). 기지국(100)은
Figure pat00070
(또는 채널 매트리스의 행렬식이 0(det( H )=0))인 RU 세트는 RU 세트의 결정에서 제외할 수 있다.
변수
Figure pat00071
는 수신단 ULA의 요소 안테나의 배열 선(the line of the array)과 송신단 ULA에 의해 생성된 빔의 방향 사이의 각도로 정의된다. 아래에서는 이러한 변수의 값을 계산하는 한 가지 예시를 설명한다. 한 실시예에 따른 기지국(100)은 RU 세트의 RU와 UE(300) 간의 거리 및 RU의 높이(지상으로부터의 높이 H) 바탕으로 방향 지시 코사인
Figure pat00072
를 계산한다. 이후 기지국(100)은 방향 지시 코사인
Figure pat00073
를 이용하여
Figure pat00074
조건의 충족 여부를 판단할 수 있다.
수학식 10은 RU 세트와 UE 간의 채널이 고급 조건인지 여부를 판단할 때 사용된다. 기지국(100)은 채널 매트릭스 H 의 특이값인
Figure pat00075
및
Figure pat00076
의 비율이 1인지 여부에 따라 RU 세트와 UE 간 채널이 고급 조건인지 여부를 결정할 수 있다. 기지국(100)은 수학식 6 및 수학식 10의 조건을 조합하여 주파수 효율을 최대화할 수 있는 RU 세트를 결정할 수 있다. 예를 들어, 기지국(100)은 채널 매트릭스 H 의 특이값인
Figure pat00077
및
Figure pat00078
의 비율이 1에 가까운 m개의 RU 세트 중
Figure pat00079
을 만족하는 RU 세트(또는 채널 매트릭스의 행렬식이 0이 아닌 RU 세트)를 선택할 수 있다. 채널 매트릭스 H 의 특이값인
Figure pat00080
및
Figure pat00081
의 비율이 1에 가까운 m개의 RU 세트는 1에 가까운 순서대로 선택될 수 있다. 또는 기지국(100)은
Figure pat00082
을 만족하는 m개의 RU 세트(또는 채널 매트릭스의 행렬식이 0이 아닌 RU 세트) 중에서 채널 매트릭스 H 의 특이값인
Figure pat00083
및
Figure pat00084
의 비율이 1에 가장 가까운 RU 세트를 선택할 수 있다. RU 세트는 적어도 두 개의 RU를 포함한다.
이후, 기지국(100)은 미리 결정된 다이버시티 오더를 갖는 분산 프리코딩 매트릭스를 결정한다(S130). 수학식 12는 기지국(100)에 의해 선택된 RU(200)가 2개일 때, UE(300)에게 송신할 데이터 심볼 매트릭스 X=[x1 x2]T 및 프리코딩 된 신호 S=[s1 s2]T간의 관계를 나타낸다.
Figure pat00085
기지국(100)은 수학식 12와 같은 분산 프리코딩 매트릭스를 사용하여 선택된 RU(200)를 통해 UE(300)에게 프리코딩 된 신호를 전송한다(S140). 즉, 데이터 심볼 X의 원소 x1 및 x2는 각각 레이어(layer) 1 및 레이어 2를 통해 UE(300)에게 전송되기 전에, 분산 프리코딩 매트릭스 C에 의해 프리코딩 된다. 아래 수학식 13은 원소 h i,j (i,j=1,2)를 갖는 분산 프리코딩 매트릭스 C의 예시이다.
Figure pat00086
수학식 13에서
Figure pat00087
및
Figure pat00088
는 각 RU(200)의 UE(300)를 향한 빔이 UE(300)의 배열 안테나의 요소 안테나가 배열된 방향과 이루는 각도이다(도 2 참조). 한 실시예에 따르면, 기지국(100)은 RU(200)로부터 UE(300)로 향하는 송신 빔이 UE(300)의 배열 안테나의 요소 안테나가 배열된 방향과 이루는 각도에 기반하여 분산 프리코딩 매트릭스를 결정할 수 있다. 수학식 13의 분산 프리코딩 매트릭스는 다이버시티 오더 4에 대응하는 매트릭스이고, 기지국(100)은 미리 결정된 크기의 다이버시티 오더에 대응하는 분산 프리코딩 매트릭스를 결정할 수 있다. 분산 프리코딩 매트릭스는 표준 규격에 정의되어 있는 프리코딩 매트릭스 중 하나일 수 있다.
도 9를 참조하면, 기지국(100)은 다이버시티 오더 2에 대응하는 분산 프리코딩 매트릭스를 사용하여, UE(300)가 두 개의 RU(200)로부터 수신된 신호를 도 4의 클러스터 1에서 반사된 신호(지면과 120˚)및 클러스터 2에서 반사된 신호(지면과 -175˚)와 동일한 것으로 해석할 수 있게 한다. 즉, 분산 프리코딩 매트릭스에 의해 다이버시티 오더 2의 신호가 UE(300)에게 전송될 수 있다. 또는, 도 10을 참조하면, 기지국(100)은 다이버시티 오더 4에 대응하는 분산 프리코딩 매트릭스를 사용하여, UE(300)가 두 개의 RU(200)로부터 수신된 신호를 도 6의 클러스터 1에서 반사된 신호(지면과 60˚) 및 클러스터 2에서 반사된 신호(지면과 -175˚)와 동일한 것으로 해석할 수 있게 한다. 즉, 분산 프리코딩 매트릭스에 의해 다이버시티 오더 4의 신호가 UE(300)에게 전송될 수 있다.
도 12는 다른 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 12를 참조하면, 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템은, 기지국(1210)과 UE(1220)를 포함한다.
기지국(1210)은, 프로세서(processor)(1211), 메모리(memory)(1212), 그리고 무선 통신부(radio frequency unit, RF unit)(1213)를 포함한다. 메모리(1212)는 프로세서(1211)와 연결되어 프로세서(1211)를 구동하기 위한 다양한 정보 또는 프로세서(1211)에 의해 실행되는 적어도 하나의 프로그램을 저장할 수 있다. 무선 통신부(1213)는 프로세서(1211)와 연결되어 무선 신호를 송수신 할 수 있다. 프로세서(1211)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(1211)에 의해 구현될 수 있다. 한 실시예에 따른 기지국(1210)의 동작은 프로세서(1211)에 의해 구현될 수 있다.
UE(1220)는, 프로세서(1221), 메모리(1222), 그리고 무선 통신부(1223)를 포함한다. 메모리(1222)는 프로세서(1221)와 연결되어 프로세서(1221)를 구동하기 위한 다양한 정보 또는 프로세서(1221)에 의해 실행되는 적어도 하나의 프로그램을 저장할 수 있다. 무선 통신부(1223)는 프로세서(1221)와 연결되어 무선 신호를 송수신 할 수 있다. 프로세서(1221)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(1221)에 의해 구현될 수 있다. 한 실시예에 따른 UE(1220)의 동작은 프로세서(1221)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 (20)

  1. 기지국이 복수의 무선 유닛(radio unit, RU)를 사용하여 사용자 장비(User Equipment, UE)에게 신호를 송신하는 방법으로서,
    상기 UE로부터 수신되는, 상기 복수의 RU에 의해 형성된 송신 빔의 수신 세기에 관한 피드백에 기반하여 상기 복수의 RU 중 적어도 두 개의 RU를 포함하는 RU 세트를 결정하는 단계,
    상기 RU 세트에 포함된 RU에 관한 정보를 기반으로 미리 결정된 크기의 다이버시티 오더에 대응하는 분산 프리코딩 매트릭스를 결정하는 단계, 그리고
    상기 분산 프리코딩 매트릭스에 기반하여 프리코딩을 수행하고 프리코딩 된 신호를 상기 RU 세트를 통해서 상기 UE에게 송신하는 단계
    를 포함하는 신호 송신 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 RU 세트를 결정하는 단계는,
    상기 피드백에 대응하는 빔을 송신한 적어도 두 개의 RU를 그룹핑 하는 단계, 그리고
    그룹핑된 적어도 두 개의 RU와 상기 UE 간의 채널 매트릭스에 기반하여 상기 RU 세트를 결정하는 단계
    를 포함하는, 신호 송신 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 RU 세트를 결정하는 단계는,
    상기 채널 매트릭스의 특이값(singular value)의 비율이 1에 가장 가까운 RU 세트를 결정하는 단계
    를 포함하는, 신호 송신 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 RU 세트를 결정하는 단계는,
    상기 적어도 두 개의 RU에 대응하는 방향 지시 코사인 간의 차이가 0인 RU 세트는 결정에서 제외하는 단계
    를 더 포함하는, 신호 송신 방법.
  5. 제3항에서,
    상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 RU 세트를 결정하는 단계는,
    상기 채널 매트릭스의 행렬식이 0인 RU 세트는 결정에서 제외하는 단계
    를 더 포함하는, 신호 송신 방법.
  6. 제2항에서,
    상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 RU 세트를 결정하는 단계는,
    상기 채널 매트릭스의 특이값(singular value)의 비율이 1에 가까운 m개의 RU 세트 중에서 상기 적어도 두 개의 RU에 대응하는 방향 지시 코사인 간의 차이가 0이 아닌 RU 세트를 결정하는 단계
    를 포함하는, 신호 송신 방법.
  7. 제2항에서,
    상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 RU 세트를 결정하는 단계는,
    상기 적어도 두 개의 RU에 대응하는 방향 지시 코사인 간의 차이가 0이 아닌 m개의 RU 세트 중에서 상기 채널 매트릭스의 특이값(singular value)의 비율이 1에 가장 가까운 RU 세트를 결정하는 단계
    를 포함하는, 신호 송신 방법.
  8. 제2항에서,
    상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 RU 세트를 결정하는 단계는,
    상기 적어도 두 개의 RU에 대응하는 방향 지시 코사인 간의 차이가 0이 아닌 RU 세트 중에서 상기 RU 세트를 결정하는 단계
    를 포함하는, 신호 송신 방법.
  9. 제2항에서,
    상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 RU 세트를 결정하는 단계는,
    상기 채널 매트릭스의 행렬식이 0이 아닌 RU 세트 중에서 상기 RU 세트를 결정하는 단계
    를 포함하는, 신호 송신 방법.
  10. 제1항에서,
    상기 피드백은 상기 송신 빔의 식별자 및 상기 송신 빔을 형성한 RU의 식별자를 포함하는, 신호 송신 방법.
  11. 복수의 무선 유닛(radio unit, RU)를 사용하여 사용자 장비(User Equipment, UE)에게 신호를 송신하는 기지국으로서,
    프로세서, 메모리, 및 무선 통신부(radio frequency unit, RF unit)를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행하여,
    상기 UE로부터 수신되는, 상기 복수의 RU에 의해 형성된 송신 빔의 수신 세기에 관한 피드백에 기반하여 상기 복수의 RU 중 적어도 두 개의 RU를 포함하는 RU 세트를 결정하는 단계,
    상기 RU 세트에 포함된 RU에 관한 정보를 기반으로 미리 결정된 크기의 다이버시티 오더에 대응하는 분산 프리코딩 매트릭스를 결정하는 단계, 그리고
    상기 분산 프리코딩 매트릭스에 기반하여 프리코딩을 수행하고 프리코딩 된 신호를 상기 RU 세트를 통해서 상기 UE에게 송신하는 단계
    를 수행하는, 기지국.
  12. 제11항에서,
    상기 프로세서는 상기 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 때,
    상기 피드백에 대응하는 빔을 송신한 적어도 두 개의 RU를 그룹핑 하는 단계, 그리고
    그룹핑된 적어도 두 개의 RU와 상기 UE 간의 채널 매트릭스에 기반하여 상기 RU 세트를 결정하는 단계
    를 수행하는, 기지국.
  13. 제12항에서,
    상기 프로세서는 상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 때,
    상기 채널 매트릭스의 특이값(singular value)의 비율이 1에 가장 가까운 RU 세트를 결정하는 단계
    를 수행하는, 기지국.
  14. 제13항에서,
    상기 프로세서는 상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 때,
    상기 적어도 두 개의 RU에 대응하는 방향 지시 코사인 간의 차이가 0인 RU 세트는 결정에서 제외하는 단계
    를 더 수행하는, 기지국.
  15. 제13항에서,
    상기 프로세서는 상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 때,
    상기 채널 매트릭스의 행렬식이 0인 RU 세트는 결정에서 제외하는 단계
    를 더 수행하는, 기지국.
  16. 제12항에서,
    상기 프로세서는 상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 때,
    상기 채널 매트릭스의 특이값(singular value)의 비율이 1에 가까운 m개의 RU 세트 중에서 상기 적어도 두 개의 RU에 대응하는 방향 지시 코사인 간의 차이가 0이 아닌 RU 세트를 결정하는 단계
    를 수행하는, 기지국.
  17. 제12항에서,
    상기 프로세서는 상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 때,
    상기 적어도 두 개의 RU에 대응하는 방향 지시 코사인 간의 차이가 0이 아닌 m개의 RU 세트 중에서 상기 채널 매트릭스의 특이값(singular value)의 비율이 1에 가장 가까운 RU 세트를 결정하는 단계
    를 수행하는, 기지국.
  18. 제12항에서,
    상기 프로세서는 상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 때,
    상기 적어도 두 개의 RU에 대응하는 방향 지시 코사인 간의 차이가 0이 아닌 RU 세트 중에서 상기 RU 세트를 결정하는 단계
    를 수행하는, 기지국.
  19. 제12항에서,
    상기 프로세서는 상기 채널 매트릭스에 기반하여 상기 RU 세트를 결정하는 단계를 수행할 때,
    상기 채널 매트릭스의 행렬식이 0이 아닌 RU 세트 중에서 상기 RU 세트를 결정하는 단계
    를 수행하는, 기지국.
  20. 제11항에서,
    상기 피드백은 상기 송신 빔의 식별자 및 상기 송신 빔을 형성한 RU의 식별자를 포함하는, 기지국.
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