KR20190048774A - 빔포밍 통신 시스템에서 빔 간섭을 고려한 자동 이득 제어 및 빔 스케줄링 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

빔포밍 통신 시스템에서 빔 간섭을 고려한 자동 이득 제어 및 빔 스케줄링 방법 및 이를 위한 장치를 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 빔포밍 통신 시스템에서 다중 안테나를 갖는 기지국에 있어서, 신호를 송신 및 수신하는 통신부; 및 수의 송신 빔간의 간섭 정보를 수집하고, 상기 간섭 정보에 기반해 동시에 전송하지 않는 송신 빔 조합에 대한 빔 조합 리스트를 생성하여 단말에 송신하도록 제어하는 제어부를 포함하는 기지국을 제공한다.

Description

빔포밍 통신 시스템에서 빔 간섭을 고려한 자동 이득 제어 및 빔 스케줄링 방법 및 이를 위한 장치{Method And Apparatus For Beam Interference Aware Automatic Gain Control and Beam Scheduling in Beamforming Communication Systmes}
본 개시는 초고주파(mmWave) 아날로그 빔포밍 통신 시스템에서 빔 간섭을 고려하여 효율적인 자동 이득 제어를 수행하고, 빔 간섭을 최소화하도록 빔 스케줄링을 수행하는 방법 및 장치에 대한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
mmWave 주파수 대역은 급격한 모바일 트래픽의 증가를 지원하기 위하여 수 GHz 수준의 광대역 주파수를 활용할 수 있다. mmWave 대역을 지원하기 위한 표준 스펙으로는, 60Ghz 주파수 대역의 IEEE 802.11ad (wireless gigabit alliance: WiGiG) 표준이 있으며, 차세대 모바일 5G 통신 표준을 위하여 15Ghz, 28GHz, 38GHz, 44GHz, 70GHz 등의 다양한 주파수 후보군에 대하여 삼성, 노키아, 에릭슨, 도코모, 인텔, 퀄컴 등의 회사에서 활발히 연구 개발을 진행하고 있다.
mmWave 주파수 대역은 기존 주파수 대역에 비하여 큰 경로 감쇄를 가지지만, 전파의 단파장 특성으로 인해, 주어진 물리 공간 내에 다수의 어레이 안테나들을 실장하여 빔포밍(beamforming: BF) 기술을 적용함으로써, 높은 안테나 이득과 무선 통신에 필요한 링크 버짓(link budget)을 확보할 수 있다.
일반적인 이동 통신 시스템의 망 구성은 eNodeB(4G LTE), gNodeB(5G) 기지국과 UE(User Equipment) 단말로 구성되어 있다. 기지국에서는 일정한 세기로 신호를 송출하게 되며, 단말은 자신의 위치에 따라서 특정한 경로 감쇠를 겪은 신호를 수신하게 된다. 일반적으로 가까이 위치한 단말은 강한 세기로 신호를 수신하고, 멀리 위치한 단말은 약한 세기로 신호를 수신하게 된다. 따라서 단말 안테나로 들어오는 신호 세기는 단말 위치에 따른 경로 감쇠에 따라서 다양한 분포를 가지게 된다. 또한 단말이 이동함에 따라서 수신하는 세기는 지속적으로 가변하게 된다.
도 1은 무선 통신 시스템의 수신 장치의 수신단 구조를 나타낸 도면이다.
일반적으로 수신단의 구조는 도 1과 같다. 안테나로 들어온 수신 신호는 LNA, mixer, filter, VGA 와 같은 하드웨어 블록을 거쳐 ADC(Analog-To-Digital)로 들어오게 된다.
ADC 하드웨어의 입력 신호는 dynamic range 동작 범위를 가지고 있다. 이러한 dynamic range는 시스템 설계 시에 모든 사항을 고려하여 결정하게 되는데, 수신 신호의 변조 디코딩에 필요한 SNR(signal-to-noise ratio), ADC 블록에서 생기는 잡음 오차, 신호의 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio), 동기 오차 등과 같은 오차를 고려한 Implementation margin을 고려하여, 이를 모두 수용할 수 있는 범위로 ADC dynamic range를 설정하게 된다.
만약 이러한 ADC 입력 신호의 세기를 적절한 수준으로 유지하지 못하면, 단말의 성능은 크게 저하되게 된다. 예컨대, 신호의 세기가 ADC의 dynamic range보다 큰 경우, overflow가 발생하여 신호의 품질(quality)이 크게 저하되고, 반대로 신호의 세기가 너무 작은 경우, ADC의 양자화(digital quantization) 레벨에 의한 오차로 인하여 역시 신호의 품질이 저하된다. 따라서 단말에서는 자동 이득 제어(AGC; Automatic Gain Control)를 통해 ADC의 입력 신호를 적절한 신호 레벨(Reference Power) 수준으로 유지하는 것이 중요하다.
자동 이득 제어란, 도 1을 참조하면, ADC 출력 신호의 세기를 측정하여 VGA에 피드백하는 방식으로 ADC의 입력을 적절한 수준으로 유지하는 동작을 말한다. 앞서 설명한 바와 같이, 기지국에서는 일정한 세기로 신호를 송출하게 되며, 단말의 위치에 따라 신호의 수신 세기가 가변하게 된다. 따라서, 자동 이득 제어를 수행하기 위해 현재 수신한 신호로부터 신호의 세기를 측정하고, 다음에 들어올 신호가 ADC의 dynamic range 범위 내에서 적절히 수신될 수 있도록, VGA 수치를 계산하여 피드백한다.
mmWave 주파수 대역을 사용하는 5G NR 시스템에서는, 경로 감쇠가 심하기 때문에 기지국 단에서 빔포밍 기술을 사용하게 되고, 기지국 송신 빔 방향에 따라 단말이 수신하는 신호의 세기가 가변하게 된다. 이러한 빔포밍 시스템에서 신호의 품질을 보장하기 위해서, 단말에서 수신하는 신호의 세기가 가변하는 상황에 대응하여 AGC를 수행할 수 있어야 하며, 기지국에서는 송신 빔간 간섭을 줄일 수 있도록 효율적으로 빔 스케줄링을 수행하여야 한다.
본 발명의 실시예들은, 빔포밍 통신 시스템에서 기지국의 송신 빔 방향이 가변하는 경우, 단말이 수신 단의 ADC 입력 신호에 대해서 최적의 자동 이득 제어를 수행할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 빔포밍 통신 시스템에서 기지국이 단말로부터 신호 수신 세기에 대한 빔 피드백 정보를 수신하여 송신 빔간 간섭을 최소화하도록 빔 스케줄링을 수행할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 빔포밍 통신 시스템에서 다중 안테나를 갖는 기지국에 있어서 신호를 송신 및 수신하는 통신부; 및 다수의 송신 빔간의 간섭 정보를 수집하고, 상기 간섭 정보에 기반해 동시에 전송하지 않는 송신 빔 조합에 대한 빔 조합 리스트를 생성하여 단말에 송신하도록 제어하는 제어부를 포함하는 기지국을 제공한다.
상기 통신부는, 다수의 안테나를 통해 다수의 송신 빔에 대한 신호를 송신하고, 단말로부터 각 송신 빔의 수신 세기 정보를 포함하는 빔 피드백 정보를 수신하고, 상기 제어부는, 상기 빔 피드백 정보를 기반으로 다수의 송신 빔간의 간섭 정도를 판단하여 상기 간섭 정보를 수집할 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 빔포밍 통신 시스템에서 다중 안테나를 갖는 기지국에 있어서, 신호를 송신 및 수신하는 통신부; 및 서빙 기지국 및 인접 기지국의 다수의 송신 빔간의 간섭 정보를 수집하고, 상기 간섭 정보에 기반해 상기 인접 기지국과 동시에 전송하지 않는 송신 빔 조합에 대한 빔 조합 리스트를 생성하여 단말에 송신하도록 제어하는 제어부를 포함하는 기지국 을 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 빔포밍 통신 시스템의 단말에 있어서, 기지국으로부터 다수의 송신 빔에 대한 참조 신호(reference signal)를 수신하는 통신부; 및 상기 참조 신호로부터 각 송신 빔의 수신 세기를 개별적으로 측정하여 단말이 수신할 수 있는 송신 빔 조합에 대한 최대 수신 세기를 계산하고, 상기 최대 수신 세기를 이용하여 자동 이득 제어를 수행하는 제어부를 포함하는 단말을 제공한다.
상기 제어부는, 상기 각 송신 빔의 수신 세기를 세기가 센 순서대로 상기 기지국의 안테나 포트의 수만큼 합산하여 상기 최대 수신 세기를 계산할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 기지국으로부터 동시에 전송하지 않는 빔 조합 리스트를 수신하도록 제어하고, 상기 동시에 전송하지 않는 빔 조합 리스트를 참조하여 상기 최대 수신 세기를 계산할 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 빔포밍 통신 시스템의 단말에 있어서, 서빙 기지국 및 인접 기지국으로부터 다수의 송신 빔에 대한 참조 신호(reference signal)를 수신하는 통신부; 및 상기 참조 신호로부터 각 송신 빔의 수신 세기를 개별적으로 측정하여 단말이 수신할 수 있는 송신 빔 조합에 대한 최대 수신 세기를 계산하고, 상기 최대 수신 세기를 이용하여 자동 이득 제어를 수행하는 제어부를 포함하는 단말을 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 빔포밍 통신 시스템에서, 다중 안테나를 갖는 기지국의 동작 방법에 있어서, 서빙 기지국 및 인접 기지국의 다수의 송신 빔간의 간섭 정보를 기반으로 상기 서빙 기지국에서 상기 인접 기지국과 동시에 전송하지 않는 빔 조합 리스트를 생성하는 과정; 상기 빔 조합 리스트를 상기 서빙 기지국 및 인접 기지국이 공유하는 과정; 상기 인접 기지국으로부터 인접 기지국의 빔 스케줄링 정보를 수신하는 과정; 상기 서빙 기지국에서 상기 빔 조합 리스트 및 상기 인접 기지국의 빔 스케줄링 정보를 참조하여 빔 스케줄링을 수행하는 과정을 포함하는 방법을 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 빔포밍 통신 시스템에서, 다중 안테나를 갖는 기지국의 동작 방법에 있어서, 다수의 안테나를 통해 다수의 송신 빔에 대한 참조 신호를 송신하는 과정; 단말로부터 각 송신 빔의 수신 세기 정보를 포함하는 빔 피드백 정보를 수신하는 과정; 상기 빔 피드백 정보를 기반으로 간섭이 높은 송신 빔 조합을 판단하고, 상기 단말의 위치에 따른 해당 송신 빔 조합의 발생 빈도를 기반으로 제약 빔 조합 리스트를 생성하는 과정을 포함하는 방법을 제공한다.
상기 방법은, 상기 제약 빔 조합 리스트를 참조하여, 기지국이 송신하는 송신 빔간의 간섭을 최소화하도록 빔 스케줄링을 수행하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 빔포밍 통신 시스템에서, 다중 안테나를 갖는 기지국의 동작 방법에 있어서, 다수의 안테나를 통해 다수의 송신 빔에 대한 참조 신호를 송신하는 과정; 서빙 셀 내의 다수의 단말로부터 각 송신 빔의 수신 세기 정보를 포함하는 빔 피드백 정보를 수신하는 과정; 상기 다수의 단말별로 수신되는 빔 피드백 정보를 기반으로 다수의 송신 빔간의 간섭을 최소화하도록 빔 스케줄링을 수행하는 과정을 포함하는 방법을 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 빔포밍 통신 시스템에서, 다중 안테나를 갖는 기지국의 동작 방법에 있어서, 다수의 안테나를 통해 다수의 송신 빔에 대한 참조 신호를 송신하는 과정; 단말로부터 각 송신 빔의 수신 세기 정보를 포함하는 빔 피드백 정보를 수신하는 과정; 상기 빔 피드백 정보를 기반으로 다수의 송신 빔간의 간섭 정보에 따른 단말의 SINR(Signal-to-Noise Interference Ratio) 수치를 계산하여 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨을 결정하는 과정을 포함하는 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 기지국이 동시에 송신하는 빔 조합에 대한 정보를 단말에게 미리 전송함으로써, 단말이 효율적으로 자동 이득 제어를 수행할 수 있어 단말을 수신 성능을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 기지국은 단말로부터 수신 세기 정보를 수신하여 서로 간에 간섭이 크게 발생하는 송신 빔 조합에 대한 정보를 얻을 수 있고, 빔간 간섭 정보를 지속적으로 업데이트하여 빔간 간섭 영향도를 분석 및 관리할 수 있으며, 빔 스케줄링 시에 이를 참조하여 빔간 간섭이 최소화되도록 시스템을 운용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 기지국이 자체적으로 단말이 리포트한 정보로부터 빔간 간섭 영향을 분석하여, 빔 간섭 영향을 최소화하도록 동작하는 SON(Self-Organized Network) 동작을 수행하도록 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 무선 통신 시스템의 수신 장치의 수신단 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 LTE/LTE-Advanced 시스템의 자원 블록의 사용 여부에 따른 내부 자원 단위의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 4G LTE/LTE-Advanced 시스템에서 기지국의 신호 전송을 나타낸 도면이다.
도 4는 5G NR mmWave 통신 시스템에서 기지국의 빔포밍 신호 전송을 나타낸 도면이다.
도 5는 5G NR mmWave 통신 시스템에서 기지국의 송신 빔에 따른 단말에서의 수신 세기 변화를 나타낸 도면이다.
도 6은 5G 기지국 안테나의 송신 빔 형상 집합을 예시한 도면이다.
도 7은 기지국 빔 전송에 따른 단말 수신 세기 변화를 예시한 도면이다.
도 8은 Pre-5G 규격의 BRS 전송 주기 설정 및 논리 빔 인덱스 설정 방법을 나타내는 도면이다.
도 9는 Pre-5G 규격의 논리 빔 인덱스 매핑 방법을 나타내는 도면이다.
도 10은 Pre-5G 규격의 BRS 신호의 Beam Sweep 전송을 방법을 예시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 기지국으로부터 BRS 신호를 수신하여 BRSRP를 측정하기 위한 단말에서의 신호 처리 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 12는 BRS 신호 구간의 자원 구성을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국에서 RBS 테이블을 이용하여 beam 스케줄링을 수행하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말에서 BRSRP 정보를 이용하여 자동 이득 제어를 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 ASN 레벨에서 RBS 전송 제약을 기술하는 예를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 기지국의 구성을 나타낸 것이다.
도 17은 본 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 단말의 구성을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
본 개시의 실시예들을 구체적으로 설명함에 있어서, 초고주파(mmWave) 대역 및 빔포밍을 지원하는 다중입력 다중출력(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO) 시스템을 주된 대상으로 할 것이지만, 본 명세서에서 청구하고자 하는 주요한 요지는 유사한 기술적 배경을 가지는 여타의 통신 시스템 및 서비스에도 본 명세서에 개시된 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 적용 가능하다.
빔포밍 시스템에서, 기지국은 각 셀마다 복수의 어레이 안테나들을 사용하여 하향 송신 빔의 방향을 바꿔가며 데이터를 송신할 수 있다. 또한, 단말도 수신 빔 방향을 바꿔가며 데이터를 수신할 수 있다. 빔포밍 통신 시스템에서 기지국과 단말은 다양한 송신 빔의 방향과 수신 빔의 방향 중에서 최적의 채널 환경을 보여주는 송신 빔의 방향과 수신 빔의 방향을 선택하여 데이터 서비스를 제공한다. 이러한 과정은 기지국에서 단말로 데이터를 송신하는 하향 채널뿐 아니라 단말에서 기지국으로 데이터를 송신하는 상향 채널에도 동일하게 적용된다,
본 발명의 실시예에서, 기지국 또는 셀은 일반적으로 사용자 단말과 통신하는 지점을 말하며, 단말은 다중 기지국 상황에서 주변 기지국들 중에서 신호의 세기가 가장 강한 기지국을 서빙 기지국(serving base station)으로 선택하고 서빙 기지국을 통해 제어 신호와 데이터를 송수신한다. 또한, 단말은 그 외의 인접 기지국(neighbor base station)들은 스케줄링 후보 기지국으로 구분하고, 채널의 상황에 따라 서빙 기지국을 변경할 수 있다.
도 2는 LTE/LTE-Advanced 시스템의 자원 블록의 사용 여부에 따른 내부 자원 단위의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 4G LTE/LTE-Advanced 시스템에서 기지국의 신호 전송을 나타낸 도면이다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여, 기존의 4G LTE/LTE-Advanced 시스템에서 단말이 입력 신호의 수신 세기를 측정하는 방법에 대해 설명하고, 이를 기반으로 자동 이득 제어를 수행하는 방법에 대해 설명한다.
LTE/LTE-Advanced 시스템에서 기지국이 단말로 전송하는 무선 자원은 주파수 축 상에서는 자원 블록(Resource Block, RB) 단위로 나누어지며 시간 축 상에서는 서브프레임(이하, subframe과 혼용하여 사용할 수 있다) 단위로 나누어진다. LTE/LTE-Advanced 시스템은 스케줄링을 수행함에 있어서 시간 축에서는 서브프레임 단위로 자원을 할당할 수 있으며 주파수 축에서는 자원 블록 단위로 자원을 할당할 수 있다.
즉, LTE/LTE-Advanced 신호는 OFDM 전송 방식으로 주파수 영역에서 자원 블록 단위로 신호의 전송 유무를 결정할 수 있기 때문에, 시스템의 물리적인 환경 변화가 없더라도 단말이 수신하는 신호의 세기는 지속적으로 바뀌게 된다. 따라서 현재 서브프레임의 전체 수신 신호 세기(Received Signal Strength Indication, RSSI)만을 기준으로 다음 서브프레임의 수신 신호를 위한 VGA 값을 결정할 수 없어 안정적인 AGC 동작이 불가능하다. 예컨대, 서브프레임 #1에서의 자원 블록의 사용량이 30%이고, 서브프레임 #2에서의 자원 블록의 사용량이 80%인 경우, 서브프레임 #1에서의 RSSI를 기준으로 VGA 수치를 계산하여 AGC를 수행한다면, 서브프레임 #2에서는 오버플로우(overflow)가 발생할 수 있다.
도 2를 참조하면, 자원을 할당할 수 있는 최소 단위인 자원 블록은 주파수 영역에서 12개의 서브캐리어로 이루어지며, 서브 프레임은 시간 영역에서 14개의 OFDM 심볼(이하, symbol과 혼용하여 사용할 수 있다) 구간으로 이루어져 총 168개의 고유 주파수 및 시간 위치를 갖는다. 도 2의 각각 고유 주파수 및 시간 위치를 자원 단위(Resource Element, RE)라 하고, 한 개의 서브프레임은 각각 7개의 OFDM 심볼로 이루어진 슬롯(slot) 두 개로 이루어진다.
4G LTE/LTE-Advanced 시스템에서는 일반적으로 도 2와 같이 자원 블록을 사용하지 않더라도 항상 전송되는 CRS(Cell-Specific Reference Signal) 신호를 이용하여 AGC를 수행한다. 도 2를 참조하면, CRS RE는 자원 블록의 사용 유무와 관계 없이(도 2의 Full RB, Empty RB 상황 모두에서) 항상 전송되기 때문에, CRS 신호의 수신 세기는 서브프레임의 자원 블록 사용률과 관계 없이 항상 일정하다. 따라서, 서브프레임 내에 존재하는 CRS 신호의 신호 세기를 이용해 자원 블록이 모두 사용되는 경우를 가정하여 VGA 수치를 계산하고, 이를 다음 서브프레임에 적용한다.
구체적으로, 단말은 Cell ID(PSS, SSS), Antenna Port 개수(PDCCH(Physical Downlink Control Channel) blind decoding)로부터 CRS 수신 위치를 알 수 있고, SIB(Secondary Information Broadcasting)로부터 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel) RE 대비 CRS RE의 신호 세기를 알 수 있다. CRS에 사용된 RE의 수신 세기로부터, 실제 RB 사용율과 관계 없이, 최대 RB 사용율에 해당하는 수신 신호 세기를 얻을 수 있다. 단말은 기지국이 RB를 얼마나 사용할지 미리 알 수 없으므로, 항상 최대로 RB를 사용하여 전송하는 경우를 대비하여 AGC를 수행함으로써, 안정적으로 AGC를 수행할 수 있다.
또한 다중 기지국 상황에서는 CRS가 전송되는 RE 위치를 모두 누적하여, 모든 기지국에서 전송된 수신 신호가 합쳐져서 들어오는 경우에 대하여 AGC 동작을 수행할 수 있다.
4G LTE 시스템에는 도 3과 같이 옴니 안테나로 전송하게 되므로, 단말에게는 서브프레임 별로 CRS 신호의 수신 세기가 크게 변하지 않고 연속성 있는 세기의 신호가 들어오게 된다. 따라서 상기에서 설명한 바와 같이 가까운 이전 서브프레임 구간에서 얻은 CRS 신호 세기 정보를 가지고 단말에 필요한 이득을 계산하여, 이를 다음 서브프레임 구간에 적용하면 안정적인 AGC 동작을 수행할 수 있다.
도 4는 5G NR mmWave 통신 시스템에서 기지국의 빔포밍 신호 전송을 나타낸 도면이다.
도 5는 5G NR mmWave 통신 시스템에서 기지국의 송신 빔에 따른 단말에서의 수신 세기 변화를 나타낸 도면이다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여, 5G NR mmWave 통신 시스템에 대해서 설명한다. 도 4에는 단일 기지국 상황에서, 서브프레임에 따라(시간의 흐름에 따라) 3개의 단말 UE #1(10), UE #2(20), UE #3(30)이 각각 Tx beam #2, Tx Beam #10, Tx Beam #4를 수신하는 경우를 도시하고 있다. 도 5에서는 UE #1을 기준으로 신호의 수신 세기 변화를 도시하고 있다.
초고주파 mmWave 대역은 경로 감쇠가 심하기 때문에, 이를 극복하기 위해서 기지국 단에서(혹은 단말 단에서도) 빔포밍 기술을 사용하게 된다. 따라서 기지국은 도 4와 같이 매 순간 특정 방향의 빔으로 전송하게 된다. 여기서는 간단한 설명을 위하여 기지국이 1개의 단일 빔을 가지는 경우를 가정하여 표현하였으며, 현재 논의된 Pre-5G 표준에서는 최대 8개의 빔을 지원할 수 있도록 되어있다.
결과적으로 단말이 수신하는 신호 세기는 도 5와 같이 기지국 송신빔 방향에 따라서 매번 가변하게 된다. 또한 이러한 빔 방향은 동일 서브프레임 내에서도 채널 별로 symbol 단위로 변할 수 있다. 여기서는 간단한 설명을 위하여 PDCCH, PDSCH 전송이 동일한 상황을 나타내었다. 그리고 현재 논의된 5G 규격에서는 TDD (Time-Division Duplexing) 방식의 self-contained 구조를 가정하고 있으나 (하나의 subframe 내에서 downlink, uplink 공존 가능), 여기서는 역시 설명의 편의를 위하여 downlink 전송만 이루어지는 서브프레임 구조를 나타내었다.
이와 같이 빔 전송 상황이 매번 바뀌기 때문에, 5G 시스템에서, 4G LTE 시스템에서와 같이 모든 서브프레임에서 AGC를 수행할 수는 없으며, 단말은 실제로 전송되는 상황, 즉, 자신의 방향으로 전송하는 기지국 송신 빔에 대해서 최적의 수신 빔을 설정하여 수신한 신호로부터 AGC를 수행하여야 한다.
또한, 5G에서도 4G LTE의 OFDM 전송과 같이 RB의 전송 유무를 결정할 수 있으므로, 전체 RB를 사용하는 경우에 대한 신호 세기를 예측할 수 있는 신호 구간을 이용하여 AGC를 수행해야 한다. 그러나 5G 규격에서는 always-on 신호를 최소화 하는 것을 목표로 하고 있기 때문에, 4G LTE의 CRS와 같이 매 서브프레임마다 항상 전송하는 신호는 존재하지 않는다. 따라서, 본 발명의 실시예들에서는, AGC를 수행하기 위해, 특정 빔의 모든 RB에 대해서 수신 세기 측정이 가능한 신호인 BRS(Beam Reference Signal), BR-RS(Beam Refinement Reference Signal) 또는 CSI-RS(Channel State Indicator Reference Signal) 신호를 사용하는 방안을 제안한다.
도 6은 5G 기지국 안테나의 송신 빔 형상 집합을 예시한 도면이다. 이하에서는 도 6을 참조하여, 5G NR mmWave 통신 시스템에서 송신 빔간 간섭이 일어나는 상황에 대해서 설명한다.
5G 기지국의 송신 빔의 형상은 실제 구현 시에 특정 방향(angle)으로만 완벽하게 격리되어 전송되지는 않으며, 특정 방향으로 main lobe를 가지고 옆으로는 추가적인 side lobe를 가지는 sync 파형의 형상을 가지게 된다. 기지국에서는 antenna element의 phase를 조절하여 특정 방향으로 빔을 틀어서 전송할 수 있다.
이러한 빔 형상(sync 파형)으로 기지국은 coverage 내의 모든 유저를 지원할 수 있어야 하므로, 미리 정의된 다수의 송신 빔 세트를 가지고 이중 하나를 선택하여 전송하게 된다. 이러한 기지국 전송 빔 세트를 모두 표시하면 도 6과 같다. 그림에서 보이듯이 빔간에 서로 orthogonal 하지 않고, 빔의 main lobe끼리 상당한 크기의 세기로 겹치게 배치하게 된다. 이와 같이 빔간의 main lobe가 서로 충분한 세기에서 겹치도록 촘촘하게 빔 세트를 가져가는 이유는 단말이 기지국 주변의 어느 곳에 위치하더라도 최대 신호 세기(0dB 표시)에 비하여 최소한의 감소 수준(-3dB 표시)으로 단말이 신호를 수신할 수 있도록 하기 위함이다. 즉, 도 6과 같이 빔이 촘촘하게 겹치도록 존재하고 단말이 항상 이중에서 최적의 송신 빔을 선택하여 수신하게 되면, 단말이 어떤 방향에 위치하더라도 최대 수신 세기 대비 3dB 이내 감소 수준으로 신호를 수신할 수 있다.
도 6을 참조하면, 이러한 인접한 빔간에는 main lobe 간섭 이외에도 side lobe에 의한 빔 간섭도 가지는 것을 알 수 있다. 즉, 빔 간섭은 모든 빔간에 서로 영향을 미치도록 발생하며, 또한 무시할 수 없는 큰 세기로 발생함을 알 수 있다.
도 7은 기지국 빔 전송에 따른 단말 수신 세기 변화를 예시한 도면이다. 도 7a는 UE #1(10) 및 UE #3(30)에 동시에 beam 전송이 이루어지는 상황을 예시한 것이고, 도 7b는 UE #1(10) 및 UE #2(20)에 동시에 beam 전송이 이루어지는 상황을 예시한 것이다. 도 7c는 UE #1(10), UE #2(20), UE #3(30), UE #4(40)에 동시에 beam 전송이 이루어지는 상황을 예시한 것이다.
앞에서 설명한 바와 같이 5G NR 시스템은 subframe별로 기지국에서 빔 설정을 매번 바꾸게 된다. 이 경우 빔간 간섭으로 인하여, 단말이 수신하는 신호의 세기가 일정하지 않고 가변하게 된다. 예컨대, 도 7을 참조하면, UE #1(10)은 도 7a의 경우와 도 7b의 경우에서 대략 3dB 정도의 신호 세기 차이를 가진다.
도 7a는 단일 빔(Beam#2) 으로 UE #1(10)를 단독으로 전송받는 상황이며, 그림 도 7b는 인접 빔(Beam#1)에 UE #2(20)가 존재하고 기지국에서 UE#1(10), UE#2(20)를 동일 subframe 내에서 전송하는 상황이다. 이 경우 UE#1(10)가 Beam #1, Beam #2의 경계 지역에 위치한다면 단말이 수신하는 세기는 3dB의 차이를 가지게 된다.
따라서, 도 7a와 같이 UE #1(10)이 단순히 자신이 수신하는 빔(Beam#2)만을 고려하여 AGC를 수행하게 되면, 도 7b의 상황이 발생하였을 경우, 2배(3dB)의 세기로 신호를 전달받게 되어서 ADC 블록에서 overflow가 발생하고 결과적으로 디코딩 성능이 크게 저하되는 상황이 발생한다.
현재 Pre-5G 규격에서 기지국은 최대 8개의 빔을 가질 수 있도록 정의되어 있다. 따라서 기지국에서 선택한 임의의 8개의 빔 조합에 대해서 단말이 수신하는 최대 신호 세기를 시뮬레이션 하게 되면, 도 7c와 같이 최대 8개 빔의 main lobe가 겹치는 위치에 UE #1(10)가 위치한 상황에서 발생하게 된다. 단말에서는 최대 2 x 2 MIMO까지 지원 가능하므로 2개의 빔이 같은 방향으로 전송된 상황을 가정하였다. 이 경우 단말 UE #1(10)이 실제로 사용하는 빔(Beam#2) 세기와 비교하여, 9dB 추가된 세기의 신호를 전송받게 된다. 이는 ADC ENOB 기준으로 1.5bit에 해당한다.
또한 단일 기지국의 송신 빔뿐만이 아니라 복수 기지국의 송신 빔까지 고려하게 되면 빔간 간섭은 더욱 커지게 된다.
이상에서는 간단한 LOS(Line-Of-Sight) 환경을 가정하여 설명하였으며, 만약 주 신호가 없는 NLOS(Non-Line-Of-Sight) 환경을 고려하게 되면 빔간 간섭 상황은 훨씬 더 복잡해지게 되며 더 큰 세기로 간섭이 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 기지국이 단말에게 송신빔 조합을 사전에 미리 전달하여, 단말이 매번 빔간 간섭을 고려하여 적절한 VGA를 업데이트하도록 전달하는 방법을 고려해볼 수 있다. 그러나 이러한 방법은 매우 큰 컨트롤 신호 오버헤드를 발생시키고, 또한 기지국의 스케줄링을 단말 전달 시점으로 제한해야 하는 문제가 생긴다.
따라서, 본 실시예에서는, 5G NR에서 빔간 간섭으로 인하여 발생하는 단말의 dynamic range의 과도한 확보 필요성을 없애고 효율적인 하드웨어 설계가 가능하도록 하기 위하여, 빔 전송 조합에 대한 기지국과 단말간의 상호 약속에 대해서 정의하고자 한다. 또한, 5G 요구 사항에는 spectrum efficiency의 최대화 및 cell edge와 같은 경계 지역에서 일정 수준 이상의 전송 속도가 보장되기를 원하고 있으며, 이를 위해서는 intra-eNB 혹은 inter-eNB 간의 빔 간섭을 감소시킬 수 있도록 빔 스케줄링 하는 방안이 필요하다. 본 실시예에서는 기지국이 단말이 전송하는 빔 측정 정보(beam measurement report)로부터 빔 간섭 정보를 지속적으로 업데이트하여, 이러한 빔 간섭 영향을 최소화하도록 빔 스케줄링하는 방안을 제안한다.
상기에서 설명한 바와 같이 5G에서 단말은 기지국 송신빔 방향 및 RB 사용율에 따라서 수신하는 신호의 세기가 가변하게 된다. 따라서 단말의 최적빔에 대해서 전체 RB의 채널 측정이 가능한 신호를 이용하여야 한다. Pre-5G 규격에서 이러한 신호는 BRS, BR-RS, CSI-RS 신호를 예로 들 수 있다. 이하에서는 단말에게 beam search를 수행하도록 주기적으로 전송되는 BRS 신호를 예시로 설명한다.
기지국과 단말은 다수의 beam 중에서 통신에 적합한 일부 beam을 선택하여 데이터를 송수신할 수 있다. 이러한 beam 선택을 위해서 빔포밍(beamforming) 기반 이동 통신 시스템에서는 기지국이 일정한 시간 간격 또는 필요할 때마다 빔포밍된 참조 신호인 BRS를 전송할 수 있다. BRS란, 기지국의 빔 별로 전송되는 참조 신호다.
이렇게 기지국이 모든 beam 또는 일부 beam을 통해서 BRS을 전송하고, 단말이 이를 모든 beam 또는 일부 beam을 통해서 수신하고, BRS를 이용하여 빔 측정 정보를 생성할 수 있다. 이 때, 빔 측정 정보란 기지국의 beam을 통해 전송되는 참조 신호를 단말의 beam을 통해 수신하는 경우, 상기 참조 신호를 측정한 결과를 의미할 수 있으며, 본 실시예에서는 beam을 통해 전송되는 참조 신호를 측정하는 것을 beam을 측정한다고 표현할 수 있다.
예를 들어, 빔 측정 정보에는 기지국이 전송하는 빔의 신호 세기 또는 신호 품질 등이 포함될 수 있다. 이와 같이 참조 신호를 이용해 빔 측정 정보를 생성함으로써, 단말은 기지국이 자신에게 어떤 beam으로 데이터를 전송하고 자신이 이를 어떤 beam으로 수신할 때 통신이 가장 잘 이루어지는지 판단할 수 있다. 또한 단말이 빔 측정 정보를 기지국에게 알려줌으로써 기지국은 단말과 통신을 수행할 때 사용할 beam을 선택할 수 있다.
또한, 단말이 BRS을 측정한 후 서빙 기지국의 beam 보다 주변 기지국의 beam이 더 높은 신호 세기 또는 품질을 제공하는 것으로 판단하면 이를 기지국에게 알려줄 수 있다. 이러한 정보를 수신한 기지국은 단말을 주변 기지국으로 핸드오버(handover) 시키기 위한 동작을 수행할 수 있다. 또한 단말은 서빙(serving) 기지국 및 주변 기지국이 전송한 BRS을 측정한 후 수신 신호 세기가 일정 수준 이상인 기지국의 모임을 형성하고 이를 기지국에게 알려줄 수 있다. 이러한 정보를 수신한 기지국은 단말과 통신을 수행할 때 기지국 모임에 속한 다수의 기지국 중 하나를 선택하여 송수신을 수행할 수 있다.
또한, 단말이 BRS를 측정한 후, 사용 중인 beam pair와 다른 beam pair가 더 높은 신호 세기 또는 품질을 제공하는 것으로 판단하면, 단말은 다른 beam pair를 선택하여 데이터를 송수신할 수도 있다.
도 8은 Pre-5G 규격의 BRS 전송 주기 설정 및 논리 빔 인덱스 설정 방법을 나타내는 도면이다.
도 9는 Pre-5G 규격의 논리 빔 인덱스 매핑 방법을 나타내는 도면이다.
현재 Pre-5G 규격에서 PSS(Primary Synchronization Signal), SSS(Secondary Synchronization Signal), ESS(Extended Synchronization Signal), BRS를 포함한 동기 신호(Synchronization Signal)의 전송 주기는 도 8과 같이 5ms (1 slot), 5ms (1 subframe), 10ms (2 subframe), 20ms (4 subframe) 마다 반복하여 전송할 수 있으며, 따라서 각각 7, 14, 28, 56개의 심볼을 이용하여 안테나 포트 P개에서 동시에 빔을 전송할 수 있다.
구체적으로, 하나의 subframe 이 0.2 ms 이고 radio frame이 10ms 인 경우, 도 8과 같이 BRS의 전송 주기를 설정 할 수 있다. 도 8을 참조하면, Pre-5G 규격에서는 4가지의 configuration을 정의하였으며, 기지국이 전제 BRS를 위한 빔 sweeping을 1 slot, 1 subframe, 2subframes, 4 subframes 동안 하는 경우가 예시되어 있다. 본 실시예에서는, 하나의 subframe이 2 slot으로 이루어 지고 1 slot이 7 OFDM symbol로 이루어 지는 구조를 가정한다. 빔 sweeping이 1 slot으로 설정되어 있고, 기지국이 하나의 안테나를 가지는 경우, 하나의 slot에 해당하는 7 symbol 마다 빔이 바뀌며 전송되므로 총 7개의 빔으로 신호를 전송함을 나타낸다. 만약 기지국이 P개의 안테나를 가지고 있고 해당 P개의 안테나가 각 OFDM symbol에서 동시 전송되는 경우 1 slot 기준 7*P 개의 빔을 sweeping 하는 의미가 된다. 도 8에서 BRS의 주기는 2 bit으로 indication 되며, 해당 신호는 higher layer로 signaling된다. LTE 기준 PBCH를 통해 전송 되는 MIB 내에 해당 2 bit이 indication 되는 방식을 포함한다. 도 8에서 BRS indication bit과 이에 대응하는 BRS transmission period 그리고 각 transmission period에 대응 하는 최대 기지국이 sweeping 할 수 있는 빔 수와 논리 빔 인덱스에 대한 설정의 예시 이다.
도 9는 logical beam index가 OFDM symbol index 와 안테나 포트 index에 의해 mapping 되는 예시를 보여 준다. 시스템은 5ms 단위로 BRS를 전송하는 subframe을 할당하는 것으로 가정한다. 이 경우 BRS transmission period 가 1 slot 인 경우는 하나의 BRS subframe 내에서 2번의 beam sweeping이 이루어 진다. BRS transmission period 가 1 subframe 인 경우는 하나의 BRS subframe 내에서 1번의 beam sweeping이 이루어 진다. BRS transmission period가 2 subframe 인 경우는 10ms 동안의 2 번의 BRS subframe 동안 1 번의 beam sweeping 이 이루어 진다. BRS transmission period가 4 subframe 인 경우는 20 ms 동안의 4 번의 BRS subframe 동안 1번의 beam sweeping 이 이루어 진다.
도 9에서 BRS transmission region의 의미는 5ms 단위의 BRS subframe을 의미하고 각 subframe 에서 각 OFDM symbol (i.e. index i) 및 antenna port index (i.e. index p)에 따른 logical beam index의 mapping 수식의 예이다. NDL symb은 하나의 slot 내에 있는 OFDM symbol 수를 의미하며, LTE 기준 해당 값은 7 이다.
도 10은 Pre-5G 규격의 BRS 신호의 Beam Sweep 전송을 방법을 예시한 도면이다.
도 10에는 전송 주기 10ms(2 subframe)이고, 기지국의 안테나 포트가 4개인 경우가 도시되어 있으며, 이 경우 최대 112개의 빔에 대한 BRS가 전송될 수 있다. 단말은 기지국의 송신 빔이 겹쳐진 상태로 BRS 신호를 수신하게 된다. 여기서 안테나 포트의 신호간에는 최대 8개의 OCC(Orthogonal Cover Code)로 전송되며, 따라서 해당 RB 내 채널이 일정하다면 서로 orthogonal 하게 분리할 수 있다.
또한 단말에서 측정된 빔 세기는 PUCCH 신호로 1개의 최적의 candidate beam 에 대한 BSI (Beam State Information, BSI = BI (Beam Index) + BRSRP (Beam Reference Signal Received Power))를 기지국으로 리포트 할 수 있고, PUSCH 신호로는 최대 4개의 candidate beam까지 BSI를 리포트 할 수 있도록 정의되어있다.
본 실시예에서, BRS 신호를 이용하는 경우를 들어 예시적으로 설명하고 있으나, 이외에도 BR-RS, CSI-RS와 같은 신호를 이용하여 빔에 대한 채널 정보를 얻는 것도 가능하다.
단말은 BRS 신호를 이용하여 자신이 원하는 전송 빔 방향에 대하여 신호 세기를 측정할 수 있다. 그러나 BRS 신호에는 안테나 포트의 빔 신호가 서로 겹쳐있기 때문에 단순한 수신 세기의 합만으로는 정확한 해당 빔의 세기를 알 수 없다. 예컨대, 도 10을 참조하면, 단말의 최적 빔이 1번 빔인 경우, 해당 BRS 신호와 동시에 15, 29, 43 번 빔의 신호까지 수신하게 되어, 4개의 빔에 대한 수신 세기가 측정된다.
또한 앞서 설명한 바와 같이 실제 데이터가 전송되는 PDSCH 신호 구간에서도 하나의 기지국에서 최대 8개의 빔이 겹쳐서 전송될 수 있으며, 따라서 BRS가 전송되는 구간의 수신 세기와 PDSCH가 전송되는 구간의 신호 세기는 단일 기지국 신호로만으로 최대 9dB까지 차이가 발생할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 기지국으로부터 BRS 신호를 수신하여 BRSRP를 측정하기 위한 단말에서의 신호 처리 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 12는 BRS 신호 구간의 자원 구성을 나타낸 도면이다.
이하에서는, 도 11 및 도 12를 참조하여 단말이 beam search 과정에서 BRS 신호의 BRSRP 값을 계산하는 과정을 설명한다.
단말은 BRS 구간에서 자신의 최적 송신 beam 전송 타이밍에 맞추어 자신의 최적 수신 beam 방향으로 세팅하여 신호를 수신하고, 수신 신호로부터 BRS 신호 구간을 추출한다(S1101). 추출된 신호에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)을 수행하여 주파수 영역 신호로 변환하고(S1102), BRS 신호 대역을 추출한다(S1103). 기지국은 다중 안테나를 통해 다수의 송신 beam을 동시에 송신하므로, OCC(Orthogonal Cover Code) 디코딩을 통해 안테나 별(intra-gNB) BRS 신호를 분리한다(S1104).
도 12를 참조하면, BRS 신호가 수신되는 시간 주기에는 BRS 신호 이외에 PSS, SSS, ESS 신호와 같이 BRS 신호가 아닌 주파수 구간도 존재한다. 따라서, 이 때의 BRS 신호 간의 Cross-Correlation을 통해 상관도를 계산하고(S1105), 비어있는 구간(PSS, SSS, ESS 구간)에 대해 보간법을 통해 유추하여 전체 구간 신호를 얻는다(S1106). 과정 S1106을 통해 얻은 전체 구간 신호에 대해 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)을 수행하여 시간 영역 신호로 변환한다(S1107). Multi-cell 환경인 inter-gNB 상황에서는 denoising을 수행하여 인접 셀의 신호 시퀀스에 의한 영향을 제거한다(S1108).
이렇게 얻은 BRS 구간에서의 신호 세기를 누적하여(S1109), 수신단의 VGA 설정을 보상하고(S1110), 해당 기지국 beam에 대한 BRSRP를 측정을 수행한다(S1111). 측정된 BRSRP는 단말에서 자동 이득 제어를 수행하기 위해 이용된다.
도 11에서는 과정 S1105 내지 S1106에서는 보간법을 통해 PSS, SSS, ESS 구간의 세기를 유추하고 있으나, 단순하게 BRS 신호 구간에서 얻은 수신 세기와 비교하여 차지하는 비율을 따져서 유추하는 방법(전체 수신 신호 세기 = BRS 수신 신호 × (100 PRBs / 82 PRBs))을 사용할 수도 있다. 다만, 보간법을 이용하여 해당 구간을 유추하는 것이 더 정확한 수치를 얻을 수 있다.
이하에서는, 단말이 beam search 과정에서 계산한 BRS 신호의 BRSRP 값을 이용하여, 자신의 VGA 값을 업데이트하여 자동 이득 제어를 수행하는 방법에 대해 설명한다.
본 실시예에서 기지국이 Btx개의 beam을 형성하고 이 중 전부 또는 일부를 선택하여 단말과 통신하는 상황을 가정한다. 또한 단말은 Brx개의 beam을 형성하고 이 중 전부 또는 일부를 선택하여 기지국과 통신하는 상황을 가정한다. 따라서 기지국과 단말 사이에는 기지국의 beam과 단말의 beam으로 구성된 총 Btx * Brx개의 beam pair가 존재하게 되고, 단말은 Btx * Brx개의 beam pair에 대한 BRS 수신 신호 세기를 측정하여 수신 신호 세기 측면에서 가장 좋은 beam pair을 선택한다.
본 실시예에서는 기지국이 전송하는 BRS는 LTE의 CRS와 같이 매 서브프레임마다 전송되는 것이 아니라 주기적으로 할당된 서브프레임에서만 전송될 수 있다. 예를 들어, 기지국은 1개의 무선 프레임(frame)에 포함된 하나의 subframe에서 BRS를 전송할 수 있다. 또는 기지국은 1 개의 무선 프레임에 포함된 다수의 subframe에서 BRS를 전송할 수 있다.
또한 기지국은 symbol(또는 다수의 symbol) 단위로 하나의 beam을 통해서 BRS을 전송할 수 있기 때문에 하나의 subframe에서 다수의 beam에 대한 BRS을 전송할 수 있다. 따라서 단말은 Btx * Brx개의 beam pair에 대한 신호 세기를 모두 측정하기 위해서 Btx, Brx, subframe 당 symbol 수 등에 따라서 여러 subframe동안 측정을 수행한다.
도 10에서 BRS가 전송되는 subframe을 BRS subframe, BRS subframe이 할당되는 주기를 BRS 주기, 단말이 Btx * Brx개의 beam pair을 모두 측정하는데 필요한 시간을 풀 스윕 주기(full sweep period)라고 명명할 수 있다. 풀 스윕 주기란, 기지국과 단말이 beam 스위핑을 통해 모든 beam pair를 측정하는데 필요한 시간으로, 이를 beam 전체 측정 주기라 칭할 수 있다. 도 10을 참조하면, BRS 주기는 5ms이고, 풀 스윕 주기는 10ms이다.
본 실시예에서는 기지국이 송신 beam을 스윕하면서 BRS을 전송하고, 단말은 자신의 최적 방향의 수신 beam으로 고정시킨 상태에서 기지국이 전송한 BRS을 수신하는 상황을 예를 들어 설명한다. beam 스윕이란, beam을 변경하며 참조 신호를 전송하는 동작과 beam을 변경하며 참조 신호를 수신하는 동작을 의미할 수 있다.
본 실시예에서는 단말이 풀 스윕 주기 내 2 개의 BRS 서브프레임에서 하나의 beam을 이용해 기지국이 전송하는 BRS를 각각 수신하는 상황을 예를 들어 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 기지국은 다수의 BRS 서브프레임에서 beam을 스윕하면서 BRS를 전송할 수 있으며, 단말은 다수의 BRS 서브프레임에서 하나의 beam을 이용해 BRS를 수신할 수도 있다.
이와 같은 방법을 통해서 단말은 풀 스윕 주기 동안 Btx * Brx개의 beam pair에 대한 BRS 신호 세기를 모두 측정할 수 있다.
먼저 단일 기지국의 상황에서 단말은 자신의 최적 수신 beam 방향으로 설정하고(즉, PDSCH 구간에서의 수신 beam 방향으로 설정), 개별 beam에 대한 수신 세기를 측정하여 단말이 수신할 수 있는 송신 beam 조합에 대한 최대 수신 세기를 계산한다. 최대 수신 세기는, 개별 beam에 대한 수신 세기를 내림차순으로 정렬하여, 세기가 센 순서대로 serving cell의 안테나 포트의 수만큼 합산하여 계산한다. 단말은 이렇게 계산된 최대 수신 세기를 이용하여 자동 이득 제어를 수행할 수 있다. 이를 수식으로 표시하면 아래와 같다.
Figure pat00001
Figure pat00002
여기서 Prx max는 단말이 단일 기지국에서 수신 가능한 최대 수신 파워의 크기를 의미한다. Atx는 기지국 송신 안테나 포트 개수(특정 beam 방향으로 전송하는 array 안테나 그룹)를 의미한다.
Figure pat00003
는 단말 수신 beam을 brx로 기지국 송신 beam을 btx로 설정하여 얻어진 BRSRP를 의미하며, brx 0, brx 1, … ,brx Brx 및 btx 0, btx 1, … , btx Btx 의 beam 순서는 수신 beam을 선순위로 설정하고, BRSRP 세기에 대한 내림차 순으로 정렬되어 있다.
Figure pat00004
가 가장 큰 세기를 가지는 송수신 beam 조합 brx 0 및 btx 0 전송시의 BRSRP며,
Figure pat00005
는 수신 beam을 brx 0로 고정한 상황에서 BRSRP가 두 번째로 가장 센 경우의 송신 beam, 즉 btx 1 송신 beam 전송 시의 BRSRP를 의미한다.
단말은 최대 수신 세기 Prx max를 이용하여 자동 이득 제어를 업데이트한다. 자동 이득 제어는 가능한 해당 최대 수신 신호 세기에 PAPR, channel fading, implementation margin 등에 의한 영향을 추가로 고려하여 수행하며, 이는 다양한 실험을 통하여 고정적 혹은 가변적으로 가져갈 수 있다.
즉, 단일 기지국에서 동시에 전송할 수 있는 송신 beam의 수는 안테나 포트의 수 Atx와 동일하기 때문에, 단말에는 최대 Atx개의 beam이 동시에 수신될 수 있다. 단말에서 수신하는 beam간 간섭이 가장 심한 경우를 고려하여 자동 이득 제어를 수행하여야 안정적인 신호 수신이 가능하다. 따라서, 단말은 풀 스윕 주기 동안 수신되는 모든 beam에 대해서 BRSRP를 측정한 뒤, BRSRP 세기가 센 것부터 안테나 포트의 수만큼 누적하여 수신 가능한 최대 수신 세기 Prx max를 계산하고, 이 수치를 이용하여 다음 풀 스윕 주기에 적용될 이득 제어를 수행한다.
다중 기지국의 상황에서도 동일한 방법을 적용할 수 있다. 본 실시예에서, 단말은 mobility 지원을 위하여 인접 기지국이 전송하는 BRS의 신호에 대해서도 주기적으로 측정을 진행한다. 인접 기지국이 전송하는 beam까지 포함하여 단말의 자동 이득 제어를 수행하면 아래와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00006
Figure pat00007
Atx는 기지국의 송신 안테나 포트 개수를 의미한다. 여기서 C는 단말에서 수신되는 기지국의 총 개수를 나타내며,
Figure pat00008
는 C번째 기지국에서 단말 수신 beam을 brx, 기지국 송신 beam을 btx로 설정했을 경우의 BRSRP를 나타낸다. 이와 같은 방법으로 단말은 다중 기지국 환경에서도 정상적인 자동 이득 제어 레벨을 유지할 수 있게 된다.
즉, 다중 기지국 상황에서는 여러 기지국에서 동시에 beam이 전송되고, 이 때 동시에 전송되는 송신 beam의 수는 단일 기지국에 해당하는 안테나 포트의 수 Aj,tx의 합과 동일하기 때문에, 단말에는 최대 A1,tx + A2,tx + … + AC,tx 개의 beam이 동시에 수신될 수 있다. 마찬가지로 단말에서 수신하는 beam간 간섭이 가장 심한 경우를 고려하여 자동 이득 제어를 수행하여야 안정적인 신호 수신이 가능하므로, 단말은 풀 스윕 주기 동안, 모든 기지국에서 수신되는 모든 송신 beam에 대해서 BRSRP를 측정한 뒤, BRSRP 세기가 센 것부터 다중 기지국의 안테나 포트의 수를 합한 수만큼 누적하여 수신 가능한 최대 수신 세기 Prx max를 계산하고, 이 수치를 이용하여 자동 이득 제어를 수행한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 단말에서는 기지국에서 동시에 전송할 수 있는 송신 beam의 수를 고려하여, 단말이 수신하는 beam간 간섭이 가장 심한 경우를 가정하여 자동 이득 제어를 수행한다. 여기서, 기지국에서 beam간 간섭이 높을 것으로 예측되는 beam 조합에 대해서는 동시에 전송하지 않는 것으로 결정하고, 동시에 전송하지 않는 것으로 판단한 beam 조합에 대해서 단말에 미리 알려주게 되면 단말에서 예측하는 최대 수신 세기 값이 낮아져, 자동 이득 제어 마진을 최소화할 수 있다. 결과적으로 dynamic range를 넓혀 단말에서의 수신 성능이 최적화된다.
예컨대, 도 7b를 참조하면, beam #1과 beam #2의 경계에 위치한 UE #1(10)에는 매우 beam간 간섭이 높게 나타난다. 따라서, 기지국은 자신의 안테나 포트의 beam간섭을 고려하여 이러한 beam간 간섭이 높은 조합(beam #1, beam #2)에 대해 동시에 전송하지 않는 것으로 결정하고, 이를 단말에 미리 전송한다. 단말에서는 이러한 beam 조합(beam #1, beam #2)이 수신되는 경우를 제외하여 최대 수신 세기를 계산한다. 즉, 단말에서 해당 beam 조합을 동시에 수신하는 경우가 발생하지 않을 것이므로, 최대 수신 세기를 계산하는 과정에서, beam #1에 대한 BRSRP 세기와 beam #2에 대한 BRSRP 세기를 합산하는 경우는 제외함으로써 자동 이득 제어 마진을 최소화할 수 있게 된다.
단말은 현재 풀 스윕 주기에서 전체 BRS에 대한 BRSRP 세기를 측정하고, 다음 주기에서의 이득 제어를 수행하므로, 기지국에서는 이러한 동시에 전송하지 않는 beam 조합에 대해 매 주기마다 전송하여 단말에 알릴 수 있다.
본 실시예에서, 단말에 기지국에서 동시에 전송하지 않는 beam 조합에 대한 리스트를 알려주는 경우는, 고주파 기지국과 연관된 LTE 셀에서 단말로 직접 알려주는 경우에 해당될 수도 있고(Non-standalone), SIB(System Information Block) 신호를 통해 서빙 셀 내의 모든 단말에 송신하거나 RRC(Radio Resource Control) 신호를 통해 서빙 셀 내의 특정 단말에 개별 정보를 송신하는 경우에 해당될 수도 있다(Standalone).
본 실시예에서는 단순한 LOS(Line-of-Sight) 환경을 예를 들어 설명하고 있으나, 다중 기지국 혹은 NLOS(Non Line-of-Sight) 환경 혹은 RF 중계기, 광 중계기로 추가적인 전송하는 실제 상황에서도 다양하게 확장하여 적용 가능하다. 예컨대, 다중 기지국에서는 인접 기지국의 송신 beam과 자신의 beam간의 간섭이 높게 나타날 것이라고 예측되는 경우에는 인접 기지국 해당 beam과 동시에 전송하지 않는 것으로 결정하고 이를 단말에 미리 알려줄 수 있다.
이하에서는, 기지국에서 자신이 전송하는 beam에 대해, 간섭이 높은 beam 조합을 예측하는 방법에 대해 설명한다. 본 실시예에서는, 이를 위해 단말이 serving cell 기지국으로 주기적으로 혹은 비주기적(on-demand) 형식으로 전송하는 BSI(Beam Status Information) 혹은 BRI(Beam Refinement Information)과 같은 빔 측정 정보를 이용하는 방법을 제안한다.
Verizon 5G 규격의 경우, 단말은 기지국으로부터 BRS 신호를 수신하면, 단말에서 측정된 beam 세기는 PUSCH 신호로 4개의 최적의 candidate beam 에 대한 BSI 정보(BI + BRSRP)를 기지국으로 리포트 할 수 있도록 정의되어 있다. 이는 본래 기지국에서 단말에 전송할 4개의 candidate beam을 가지게 하기 위함이지만, 다른 의미로 단말의 위치에서 해당 beam들에 대해 BRSRP의 세기가 높게 나타나는 것으로, 4개의 candidate beam 사이에서 서로 간섭이 크게 작용할 것으로 생각할 수 있다.
기지국에서는 단말로부터 beam에 대한 BRSRP 정보를 수신하고, 이를 기반으로 간섭이 높을 것으로 예측되는 송신 beam 조합을 판단한다. 단말의 위치 또는 셀 내에서 해당 송신 beam 조합이 발생하는 빈도를 기반으로, 해당 beam간의 높은 간섭이 자주 발생하게 된다면, 이를 동시에 전송하지 않는 beam 조합으로 결정할 수 있다.
또한, 기지국에서는 서빙 셀 내에 위치한 다수의 단말로부터 beam에 대한 BRSRP 정보를 수신하여, 송신 빔 조합에 따른 BRSRP 세기를 누적적으로 수집하고, 누적 수집된 세기 정보를 통계적으로 분석하여 간섭이 높은 송신 빔 조합을 판단할 수 있다. 기지국에서는 이러한 통계적 분석을 통해, 특정 단말에서 측정된 빔간 간섭 정보를 다수의 단말에 대해 지속적으로 수집함으로써, 특정 시점에서의 정보가 아닌, 자신(기지국)이 갖는 다수의 송신 빔에 대해 송신 빔간 간섭 정보를 판단할 수 있게 된다.
또한, 기지국은 해당 beam 조합을 단말에 알리는 것뿐 아니라, 자신의 제약 beam 조합 RBS(Restricted Beam Set) 리스트에 추가하여 자체적으로 관리할 수 있다. 여기서 RBS 리스트는 기지국이 자신의 서빙 셀 내 셀에서 단말로부터 리포트되는 정보를 기반으로 작성된 것으로, 단말로부터 정보를 수신할 때마다 지속적으로 업데이트될 수 있다. 이는 기지국 고유의 정보로, 기지국에서는 이를 참조하여 beam간 간섭이 최소화되도록 beam 스케줄링을 수행할 수 있다.
또한, RBS 리스트는 단말의 빔 형상 정보 및 단말이 수용 가능한 동적 범위 정보에 따라 별도의 리스트로 관리될 수 있다. 단말이 초기 접속 시 자신이 가지는 수신 빔의 개수 혹은 수신 빔 폭과 같은 정보를 기지국으로 올리게 되면, 기지국에서는 이를 기반으로 단말에 특성에 맞도록 별도의 RBS 테이블을 가지고 운용할 수 있다. 이 경우, 이러한 정보는 이후에 유사한 수신 빔을 가진 단말이 접속 시 특정 RBS 정보를 RRC 레벨에서 해당 단말에게 전송이 가능하게 할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국에서 RBS 테이블을 이용하여 beam 스케줄링을 수행하는 과정을 나타내는 흐름도이다. 이하에서는, 기지국에서 RBS 테이블을 이용하여 beam 스케줄링을 수행하는 과정을, 다중 기지국 상황(1개의 서빙 기지국 및 1개의 인접 기지국을 포함)을 예로 들어 설명한다.
먼저, 단말의 주변에 위치한 서빙 기지국 및 인접 기지국으로부터 BRS 신호가 전송되고(S1301, S1302), 단말은 BRS 신호를 수신한다(S1303). 단말에서는 수신된 BRS 신호를 기반으로, 서빙 기지국 및 인접 기지국에서 송신한 송신 beam에 대해서 BRSRP 세기를 측정한다(S1304).
단말은 다수의 송신 beam에 대한 BRSRP 세기를 포함하는 BSI(Beam Status Information) 혹은 BRI(Beam Refinement Information)과 같은 빔 측정 정보를 서빙 기지국에 전송한다(S1305). Verizon 5G 규격의 경우, 단말에서 측정된 beam 세기는 PUSCH 신호로 기지국에 4개의 최적의 candidate beam 에 대한 BSI 정보(BI + BRSRP)를 리포트한다.
기지국은 단말로부터 빔 측정 정보를 수신하여(S1306), beam에 대한 BRSRP 정보를 수신하고, 이를 기반으로 beam간 간섭 영향도를 분석한다(S1307). 여기에서 BRSRP 정보는 인접 기지국의 송신 beam에 대한 정보를 포함할 수 있다. 기지국에서는 단말로부터 수신한 beam에 대한 BRSRP 정보를 기반으로 간섭이 높을 것으로 예측되는 송신 beam 조합을 판단하고, 단말의 위치 또는 셀 내에서 해당 송신 beam 조합이 발생하는 빈도가 높으면 해당 beam간 간섭 영향도가 높다고 분석할 수 있다.
이러한 beam간 간섭을 설정된 임계값과 비교하여(S1308), beam간 간섭이 높다고 판단되는 경우에는 해당 beam 조합을 자신의 제약 beam 조합 RBS (Restricted Beam Set) 테이블에 추가한다(S1309). RBS 테이블 정보가 인접 기지국의 beam을 포함하는 경우에는 인접 기지국에 RBS 정보를 전달한다(S1310). 인접 기지국에서는 이러한 RBS 정보를 수신하여 자신의 RBS 테이블에 추가한다(S1311).
인접 기지국과 서빙 기지국은 beam 스케줄링 정보를 공유하여(S1312, S1313) RBS 테이블에 포함된 beam 조합이 배제되도록 beam 스케줄링을 수행한다(S1314). 단말이 리포트한 정보를 토대로 판단한 beam간섭이 높은 조합이 인접 기지국의 beam을 포함한다면, 과정 S1312, S1313에서 X2 interface 연결과 같은 기지국간 신호를 통하여 기지국 간에 beam간섭에 대한 정보를 서로 공유할 수 있다. 과정 S1314에서 beam 스케줄링 시에는 real-time 혹은 time-sharing 방식으로 자원을 서로 나눠서 쓰도록 하여, 시스템 관점에서 beam 설정에 따라서 전송 공간에서 발생하는 간섭 영향을 줄이고 결과적으로 전체 성능을 향상시킬 수 있다.
RBS 테이블에는 beam간 간섭이 높은 beam 조합이 포함되어 있기 때문에, 이를 배제하여 beam 스케줄링을 수행함으로써, 서빙 기지국에서는 beam간섭을 최소화하여 데이터를 전송할 수 있고(S1315), 단말에서는 beam간 간섭의 영향이 최소화된 상태로 데이터를 수신할 수 있게 된다(S1316).
본 실시예에서, beam 스케줄링 시에 이러한 간섭이 높은 beam 조합 리스트를 배제하도록 송신 beam을 설정함으로써, 단말에서는 beam간 간섭이 크지 않은 상태로 데이터를 수신할 수 있게 된다. 이와 같이 전송 공간에서 발생하는 beam간 간섭 영향을 줄여서 전송하게 되면, 결과적으로 기지국의 전송 용량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 실시예에 의해, 단말이 전송하는 beam 정보로부터 기지국이 스스로 beam간 간섭을 조절하여 전체적인 망을 구성하는 SON(Self-Organized Network) 동작이 가능해진다.
특히, PDSCH 전송은 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM과 같은 high-order modulation을 사용하므로, 전체 수신 신호의 EVM을 확보하기 위하여 ADC단의 성능을 최대로 얻을 필요가 있다. 따라서 본 실시예와 같이 RBS 리스트를 이용해 송신 빔 조합을 제한함으로써 최대의 수신 성능을 얻을 수 있다.
다만, PDCCH와 같은 제어 신호는 UL HARQ ACK/NACK과 같은 신호를 전송하기 위하여, 몇 개의 subframe의 정보를 모아서 전송할 수 있고, PDSCH 전송과 동일하게 전송하는 beam 조합을 줄이는 것은 상대적으로 큰 제약이 될 수 있다. 이 경우, PDCCH 신호는 BPSK 혹은 QPSK 신호로 전송되므로, 단말 수신부에서 PDCCH 구간에 대해서 수신 신호의 reference level을 낮추어 받거나 (PDSCH의 reference level에서 일정 수준 back-off), 기지국에서 전송 신호 세기를 낮추어 보낼 수 있다. 또한, 이를 위하여 기지국에서는 beam간 간섭 세기의 threshold 조건을 낮추어서 PDCCH 구간에 대해서 별도의 RBS 테이블로 관리할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말에서 BRSRP 정보를 이용하여 자동 이득 제어를 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다. 이하에서는 도 14를 참조하여, 전체 시스템 관점에서 단말이 자동 이득 제어를 수행하는 방법을 구체적으로 설명한다.
먼저, 서빙 기지국에서는 단말이 네트워크에 접속하는 필요한 시스템 정보를 PBCH(Physical Broadcast Channel)로 전송한다(S1401). PBCH는 예컨대, 하향링크 시스템 대역폭, SFN(System Frame Number) 등의 시스템 정보를 포함한다. 단말은 PBCH를 통해 수신한 정보를 통해 기지국의 안테나 포트 수를 확인한다(S1402). 이 때 안테나 포트의 수는 시스템 정보에 명시적으로 포함되어 있지 않을 수 있으며, 단말에서 블라인드 검출(blind detect)하여 안테나 포트 수를 확인할 수 있다.
서빙 기지국에서는 제어 채널이 형성된 단말에 SIB를 전송한다(S1403). 서빙 기지국이 전송하는 SIB에는 서빙 기지국의 RBS 정보가 포함될 수 있다. SIB는 서빙 셀 내의 단말에 공통적으로 적용되는 공용 제어정보로써, 여기에 포함되는 RBS 정보는 단말의 수신 빔 특성을 고려하지 않은 기지국 고유의 정보에 해당한다. 단말은 서빙 기지국으로부터 SIB로 브로드캐스트 된 RBS 정보를 수신하여, 서빙 기지국과 인접 기지국의 RBS 정보를 수신한다(S1405).
이후, 기지국은 단말의 특성을 고려하여 RBS 정보를 최적화할 수 있다. 구체적으로, 단말은 초기 접속 시 단말 수신 안테나 형상을 서빙 기지국에 전송할 수 있다(S1405). 기지국에서는 이러한 정보를 수신하여(S1406) 단말의 수신 빔 특성을 고려하여 단말에 최적화된 별도의 RBS를 운영할 수 있다. 기지국은 이러한 수신 안테나 형상에 따라 최적화된 user-dedicated RBS 정보를 단말에 전달할 수 있다(S1407). 단말에서는 user-dedicated RBS 정보를 수신하여(S1408), 기지국에서 자신(단말)에게 빔 스케줄링 시에 배제하는 빔 조합을 미리 파악한다. 즉, 단말이 초기 접속 시 자신이 가지는 수신 빔의 개수 혹은 수신 빔 폭과 같은 정보를 기지국으로 올리게 되면, 기지국에서는 이를 기반으로 단말에 특성에 최적화된 별도의 RBS 테이블을 운용할 수 있다. 이 경우, 이러한 정보는 이후에 유사한 수신 빔을 가진 단말이 접속 시 특정 RBS 정보를 RRC 레벨에서 해당 단말에게 전송이 가능하게 할 수 있다.
서빙 기지국 및 인접 기지국으로부터 다수의 beam에 대한 BRS가 전송되면(S1409, S1410), 단말은 BRS 신호를 수신하여(S1411) 다수의 beam에 대한 BRSRP를 측정한다(S1402). 다중 기지국 상황에서는 여러 기지국에서 동시에 beam이 전송되고, 단말에는 주변 모든 기지국의 안테나 포트 수를 합한 수의 beam을 동시에 수신할 수 있다. 따라서, 단말은 주변 기지국에서 가능한 beam 조합(조합 내 beam 수는 주변 기지국의 안테나 포트 수를 합한 것과 같음)에 대해 모든 BRSRP 누적치를 계산한다(S1413). S1413에서 계산된 BRSRP 누적치 중에서, S1405, S1409를 통해 단말이 전송받은 RBSP 빔 조합에 해당하는 케이스를 제외하고(S1413), 가장 큰 BRSRP 누적치를 확보한다(S1415). 과정 S1415에서 획득한 BRSRP 누적치는 단말에서 수신할 수 있는 송신 빔 조합에 대한 최대 수신 세기로, 이를 이용하여 자동 이득 제어를 수행한다(S1416).
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 ASN 레벨에서 RBS 전송 제약을 기술하는 예를 나타낸 도면이다.
또한, 기지국의 프로세싱 성능이 충분하다면, 제안하는 빔 간섭을 줄이는 스케줄링 방법을 유저의 실시간 BSI 정보로부터 운용하는 방법도 가능하다. 즉, 기지국은 주기적으로 리포트 되는 단말 별 BSI 정보를 계속 업데이트 관리하면서, 데이터 전송 시 동시에 전송할 단말을 선택할 때 실시간으로 해당 전송 빔 조합 간의 BRSRP 수치를 참조하여 빔간 간섭이 최소화되도록 스케줄링을 결정할 수 있다. 또한 해당 빔 조합에 대한 단말의 BRSRP 수치로부터 단말에서 체감하는 SINR (Signal-to-Noise Interference Ratio) 수치를 예측하여 단말에 전송하는 MCS 레벨을 결정할 수 있다(자신의 빔 방향은 signal 세기, 다른 빔 방향은 interference 세기에 해당).
본 실시예에 의하면, cell planning 이후 단말에서 느끼는 빔간 간섭이 높은 상황이 발생하지 않도록 기지국 시스템에서 이러한 상황을 제약하는 방법으로 정리할 수 있다. 제안한 방법은 단말의 AGC 동작 이외에도 전체 시스템 관점에서 공간을 나누어 간섭이 적은 방향으로 빔 전송을 선택하게 되므로, 결과적으로 전체 시스템 관점에서 용량을 증가시키게 된다.
제안한 방법은 설명의 편의를 위하여 Verizon 5G 규격을 기반으로 설명하였으며, 이후 정해지는 3GPP NR의 세부적인 규격에 따라서 얼마든지 변형하여 적용이 가능하다.
도 16은 본 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 기지국의 구성을 나타낸 것이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 기지국은 통신부(1610)와 제어부(1620)를 포함한다.
통신부(1610)는 단말로 참조 신호 및 데이터 등의 신호를 전송하고 단말로부터의 데이터 및 채널 피드백 정보 등을 수신한다. 구체적으로, 통신부(160)는 다수의 안테나를 통해 다수의 송신 빔에 대한 신호를 단말에 송신하고, 단말로부터 각 송신 빔의 수신 세기 정보를 포함하는 빔 피드백 정보를 수신할 수 있다.
제어부(1620)는 다수의 송신 빔에 대한 신호를 송신하고, 단말로부터 빔 피드백 정보를 수신하도록 통신부(1610)를 제어할 수 있다. 제어부(1620)는 수신한 빔 피드백 정보를 기반으로 다수의 송신 빔간의 간섭 정도를 판단하고, 간섭 정도에 따라 동시에 전송하지 않는 송신 빔 조합을 판단하여 빔 조합 리스트를 생성할 수 있다. 생성된 빔 조합 리스트를 단말에 송신하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(1620)는 다중 기지국 상황에서, 단말로부터 인접 기지국의 송신 빔에 대한 빔 피드백 정보를 수신하면, 수신한 빔 피드백 정보를 기반으로 인접 기지국의 송신 빔과의 간섭 정도를 판단하여, 인접 기지국과 동시에 전송하지 않는 송신 빔 조합에 대한 리스트를 생성하여 단말에 송신하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(1620)에서 단말에 빔 조합 리스트를 송신하는 경우는, 고주파 기지국과 연관된 LTE 셀에서 단말로 직접 알려주는 경우에 해당될 수도 있고(Non-standalone), SIB(System Information Block) 신호를 통해 서빙 셀 내의 모든 단말에 송신하거나 RRC(Radio Resource Control) 신호를 통해 서빙 셀 내의 특정 단말에 개별 정보를 송신하는 경우에 해당될 수도 있다(Standalone).
도 17은 본 실시예에 따른 빔포밍 통신 시스템에서 단말의 구성을 나타낸 것이다.
도 17을 참조하면, 본 실시예에 따른 단말은 통신부(1710)와 제어부(1720)를 포함한다.
통신부(1710)는 기지국이 전송하는 참조 신호 및 데이터 등의 신호를 수신하여 제어부(1720)로 전달한다.
제어부(1720)는 통신부(1710)에서 전달받은 수신 신호들로부터 빔 정보를 확인하고, 참조 신호를 수신하며, 참조 신호에 따른 빔 피드백 정보를 생성할 수 있으며 또 다른 참조 신호를 활용해 데이터 복호를 수행할 수 있다. 빔 피드백 정보는 통신부(1710)를 통해 기지국으로 보고될 수 있다.
또한, 제어부(1720)는 기지국으로부터 수신한 참조신호로부터 각 송신 빔의 수신 세기를 개별적으로 측정하고, 단말이 수신할 수 있는 송신 빔 조합에서 가능한 최대 수신 세기를 계산하여 ADC 입력에 대한 자동 이득 제어를 수행할 수 있다.
또한, 제어부(1720)는 다중 기지국 상황에서, 서빙 기지국뿐 아니라 인접 기지국에서 수신한 참조 신호를 기반으로 인접 기지국의 송신 빔에 대한 빔 피드백 정보를 생성 서빙 기지국으로 송신하도록 제어할 수 있으며, ADC 입력에 대한 자동 이득 제어를 수행하기 위해 인접 기지국의 송신 빔의 수신 세기를 고려할 수 있다.
또한, 제어부(1720)는 기지국으로부터 기지국이 동시에 전송하지 않는 송신 빔 조합이나 인접 기지국과 동시에 전송하지 않는 송신 빔 조합을 수신하면, 이를 참조하여 단말이 수신할 수 있는 송신 빔 조합에서 가능한 최대 수신 세기를 계산할 수 있다.
도 11, 도 13 및 도 14에서는 각 과정들을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 11, 도 13 및 도 14에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정들 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 10은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 11, 도 13 및 도 14에 도시된 흐름도의 각 단계는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: UE #1
20: UE #2
30: UE #3

Claims (27)

  1. 빔포밍 통신 시스템에서 다중 안테나를 갖는 기지국에 있어서,
    신호를 송신 및 수신하는 통신부; 및
    다수의 송신 빔간의 간섭 정보를 수집하고, 상기 간섭 정보에 기반해 동시에 전송하지 않는 송신 빔 조합에 대한 빔 조합 리스트를 생성하여 단말에 송신하도록 제어하는 제어부
    를 포함하는 기지국.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 통신부는,
    다수의 안테나를 통해 다수의 송신 빔에 대한 신호를 송신하고, 단말로부터 각 송신 빔의 수신 세기 정보를 포함하는 빔 피드백 정보를 수신하고,
    상기 제어부는,
    상기 빔 피드백 정보를 기반으로 다수의 송신 빔간의 간섭 정도를 판단하여 상기 간섭 정보를 수집하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    서빙 셀 내의 다수의 단말로부터 수신한 빔 피드백 정보를 누적하고, 상기 다수의 송신 빔간의 간섭 정도를 통계적으로 분석하여 상기 간섭 정보를 수집하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  4. 빔포밍 통신 시스템에서 다중 안테나를 갖는 기지국에 있어서,
    신호를 송신 및 수신하는 통신부; 및
    서빙 기지국 및 인접 기지국의 다수의 송신 빔간의 간섭 정보를 수집하고, 상기 간섭 정보에 기반해 상기 인접 기지국과 동시에 전송하지 않는 송신 빔 조합에 대한 빔 조합 리스트를 생성하여 단말에 송신하도록 제어하는 제어부
    를 포함하는 기지국.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 통신부는,
    다수의 안테나를 통해 다수의 송신 빔에 대한 신호를 송신하고, 단말로부터 상기 인접 기지국의 각 송신 빔의 수신 세기 정보를 포함하는 빔 피드백 정보를 수신하고,
    상기 제어부는,
    상기 빔 피드백 정보를 기반으로 다수의 송신 빔간의 간섭 정도를 판단하여 상기 간섭 정보를 수집하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    서빙 셀 내의 다수의 단말로부터 수신한 빔 피드백 정보를 누적하고, 상기 다수의 송신 빔간의 간섭 정도를 통계적으로 분석하여 상기 간섭 정보를 수집하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  7. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    NSA(Non-Standalone) 방식인 경우 상기 빔 조합 리스트를 4G LTE 셀을 통해 송신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  8. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    SA(Standalone) 방식인 경우 상기 빔 조합 리스트를 SIB(System Information Block)를 통해 서빙 셀 내의 모든 단말에 송신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  9. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    SA(Standalone) 방식인 경우 상기 빔 조합 리스트를 RRC(Radio Resource Control) 신호를 통해 서빙 셀 내의 단말에 개별적으로 송신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  10. 빔포밍 통신 시스템의 단말에 있어서,
    기지국으로부터 다수의 송신 빔에 대한 참조 신호(reference signal)를 수신하는 통신부; 및
    상기 참조 신호로부터 각 송신 빔의 수신 세기를 개별적으로 측정하여 단말이 수신할 수 있는 송신 빔 조합에 대한 최대 수신 세기를 계산하고, 상기 최대 수신 세기를 이용하여 자동 이득 제어를 수행하는 제어부를 포함하는 단말.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 각 송신 빔의 수신 세기를 세기가 센 순서대로 상기 기지국의 안테나 포트의 수만큼 합산하여 상기 최대 수신 세기를 계산하는 것을 특징으로 하는 단말.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 기지국으로부터 동시에 전송하지 않는 빔 조합 리스트를 수신하고,
    상기 제어부는,
    상기 동시에 전송하지 않는 빔 조합 리스트를 참조하여 상기 최대 수신 세기를 계산하는 것을 특징으로 하는 단말.
  13. 빔포밍 통신 시스템의 단말에 있어서,
    서빙 기지국 및 인접 기지국으로부터 다수의 송신 빔에 대한 참조 신호(reference signal)를 수신하는 통신부; 및
    상기 참조 신호로부터 각 송신 빔의 수신 세기를 개별적으로 측정하여 단말이 수신할 수 있는 송신 빔 조합에 대한 최대 수신 세기를 계산하고, 상기 최대 수신 세기를 이용하여 자동 이득 제어를 수행하는 제어부
    를 포함하는 단말.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 각 송신 빔의 수신 세기를 세기가 센 순서대로 상기 서빙 기지국의 안테나 포트의 수와 상기 인접 기지국의 안테나 포트의 수를 합한 수만큼 합산하여 계산하는 것을 특징으로 하는 단말.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 서빙 기지국으로부터 상기 인접 기지국과 동시에 전송하지 않는 빔 조합 리스트를 수신하고,
    상기 제어부는,
    상기 인접 기지국과 동시에 전송하지 않는 빔 조합 리스트를 참조하여 상기 최대 수신 세기를 계산하는 것을 특징으로 하는 단말.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 서빙 기지국으로부터, 상기 서빙 기지국이 동시에 전송하지 않는 빔 조합 리스트인 제1 빔 조합 리스트 및 상기 인접 기지국과 동시에 전송하지 않는 빔 조합 리스트인 제2 빔 조합 리스트를 수신하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 빔 조합 리스트 및 제2 빔 조합 리스트를 참조하여 상기 최대 수신 세기를 계산하는 것을 특징으로 하는 단말.
  17. 빔포밍 통신 시스템에서, 다중 안테나를 갖는 기지국의 동작 방법에 있어서,
    서빙 기지국 및 인접 기지국의 다수의 송신 빔간의 간섭 정보를 기반으로 상기 서빙 기지국에서 상기 인접 기지국과 동시에 전송하지 않는 빔 조합 리스트를 생성하는 과정;
    상기 빔 조합 리스트를 상기 서빙 기지국 및 인접 기지국이 공유하는 과정;
    상기 인접 기지국으로부터 인접 기지국의 빔 스케줄링 정보를 수신하는 과정;
    상기 서빙 기지국에서 상기 빔 조합 리스트 및 상기 인접 기지국의 빔 스케줄링 정보를 참조하여 빔 스케줄링을 수행하는 과정
    을 포함하는 방법.
  18. 빔포밍 통신 시스템에서, 다중 안테나를 갖는 기지국의 동작 방법에 있어서,
    다수의 안테나를 통해 다수의 송신 빔에 대한 참조 신호를 송신하는 과정;
    단말로부터 각 송신 빔의 수신 세기 정보를 포함하는 빔 피드백 정보를 수신하는 과정;
    상기 빔 피드백 정보를 기반으로 간섭이 높은 송신 빔 조합을 판단하고, 상기 단말의 위치에 따른 해당 송신 빔 조합의 발생 빈도를 기반으로 제약 빔 조합 리스트를 생성하는 과정
    을 포함하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제약 빔 조합 리스트를 생성하는 과정은,
    서빙 셀 내의 다수의 단말로부터 수신한 빔 피드백 정보를 누적하고, 상기 다수의 송신 빔간의 간섭 정도를 통계적으로 분석하여 상기 간섭이 높은 송신 빔 조합을 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 제약 빔 조합 리스트를 참조하여, 기지국이 송신하는 송신 빔간의 간섭을 최소화하도록 빔 스케줄링을 수행하는 과정
    을 더 포함하는 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 빔 스케줄링을 수행하는 과정은,
    상기 단말로부터 단말의 빔 형상 정보 및 수용 가능한 동적 범위 정보를 수신하여, 상기 단말의 빔 형상 정보 및 상기 수용 가능한 동적 범위 정보를 이용하여 빔 스케줄링을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 18항에 있어서,
    상기 빔 피드백 정보는,
    상기 단말이 최적 수신 빔으로 고정된 상태에서 측정된 각 송신 빔의 수신 세기를 세기가 센 것부터 설정된 개수만큼 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 빔포밍 통신 시스템에서, 다중 안테나를 갖는 기지국의 동작 방법에 있어서,
    다수의 안테나를 통해 다수의 송신 빔에 대한 참조 신호를 송신하는 과정;
    서빙 셀 내의 다수의 단말로부터 각 송신 빔의 수신 세기 정보를 포함하는 빔 피드백 정보를 수신하는 과정;
    상기 다수의 단말별로 수신되는 빔 피드백 정보를 기반으로 다수의 송신 빔간의 간섭을 최소화하도록 빔 스케줄링을 수행하는 과정
    을 포함하는 방법.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 빔 스케줄링을 수행하는 과정은,
    상기 서빙 셀 내의 다수의 단말로부터 수신한 빔 피드백 정보를 누적하고, 상기 다수의 송신 빔간의 간섭 정도를 통계적으로 분석하여 상기 간섭이 높은 송신 빔 조합을 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 23항에 있어서,
    상기 빔 피드백 정보는,
    상기 단말이 최적 수신 빔으로 고정된 상태에서 측정된 각 송신 빔의 수신 세기를 세기가 센 것부터 설정된 개수만큼 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 빔포밍 통신 시스템에서, 다중 안테나를 갖는 기지국의 동작 방법에 있어서,
    다수의 안테나를 통해 다수의 송신 빔에 대한 참조 신호를 송신하는 과정;
    단말로부터 각 송신 빔의 수신 세기 정보를 포함하는 빔 피드백 정보를 수신하는 과정;
    상기 빔 피드백 정보를 기반으로 다수의 송신 빔간의 간섭 정보에 따른 단말의 SINR(Signal-to-Noise Interference Ratio) 수치를 계산하여 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨을 결정하는 과정
    을 포함하는 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 MCS 레벨을 결정하는 과정은,
    서빙 셀 내의 다수의 단말로부터 수신한 빔 피드백 정보를 누적하고, 상기 다수의 송신 빔간의 간섭 정도를 통계적으로 분석하여 상기 간섭이 높은 송신 빔 조합을 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.


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