KR20190080092A - 분산 안테나 구조의 무선 통신 시스템에서 대규모 안테나를 이용하는 신호 전송 방법 - Google Patents

분산 안테나 구조의 무선 통신 시스템에서 대규모 안테나를 이용하는 신호 전송 방법 Download PDF

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KR20190080092A KR1020170182306A KR20170182306A KR20190080092A KR 20190080092 A KR20190080092 A KR 20190080092A KR 1020170182306 A KR1020170182306 A KR 1020170182306A KR 20170182306 A KR20170182306 A KR 20170182306A KR 20190080092 A KR20190080092 A KR 20190080092A
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Abstract

DU(Digital Unit)로 정의되는 중앙 제어 기기가 다수의 RU(Radio Unit)를 제어하는 분산 안테나(distributed antenna) 구조의 다중 셀 무선통신 시스템의 신호 전송방법으로, 상기 DU가 상기 각 RU의 서비스 지역을 셀 중앙 지역과 셀 경계 지역으로 구분하고, 상기 각 RU 서비스 지역 내에 있는 사용자들을 상기 셀 중앙 지역 및 셀 경계 지역 중 어느 하나에 속하도록 결정하는 과정, 상기 DU가 사용 가능한 전송 자원을 상기 셀 중앙 지역 또는 셀 경계 지역에서 사용할 전송 자원으로 구분하여 각 RU에게 서로 중복이 되지 않게 분할하여 할당하는 과정, 상기 DU가 사용자들의 전송 환경과 전송 요구조건을 고려하여 상기 각 RU에 할당된 전송 자원을 상기 각 RU의 사용자들에게 중복이 최소화되도록 할당하는 과정과, 상기 DU가 상기 할당된 전송 자원과 사용자에 대한 전송 환경을 고려하여 단일 또는 다수의 RU를 사용하여 상기 사용자들과 신호를 송수신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 시스템 복잡도가 증가되는 것을 효과적으로 억제하면서도 다수의 사용자 간의 간섭을 최소화하여 무선 신호를 전송할 수 있도록 함으로써, 다수의 사용자에게 요구되는 전송 요구 사항에 맞게 무선 전송 신호를 전송할 수 있다.

Description

분산 안테나 구조의 무선 통신 시스템에서 대규모 안테나를 이용하는 신호 전송 방법 {METHOD FOR SIGNAL TRANSMISSION WITH MASSIVE ANTENNAS IN DISTRIBUTED ANTENNA-STRUCTURED WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 분산 안테나 구조 무선 통신 시스템에서 대규모 안테나를 사용하여 신호를 전송하는 방법에 관한 것이다.
스마트폰 보급에 따른 무선 멀티미디어 서비스의 활성화와 함께 급증하는 비디오 트래픽 발생 등으로 인한 무선 데이터 사용량은 기존의 전송 방식으로 처리가 쉽지 않은 빅데이터(big data) 환경을 조성하고 있다. 특히 셀(cell) 경계 부근에서의 전송 성능을 향상시키는 것이 주요 관심사이다. 인접 셀의 간섭에 의한 성능 저하 문제를 해결하기 위해 기존에는 대규모 안테나 전송 기법을 이용한 협력 전송 연구가 활발히 이루어져 왔다.
종래의 ZF(zero-forcing) 전송 기법을 사용하는 경우, 안테나 수가 매우 많고 공간 상관도가 존재하지 않는 이상적인 환경에서는 채널들이 직교하게 되어 ZF 전송 이득은 종래의 MRT(maximum ratio transmission) 기법의 전송 성능과 비슷하다. 그러나 안테나 수가 제한적이고 공간 상관도가 존재하는 실제 환경에서는 채널 간의 상관도가 존재하여, ZF 전송 이득에 영향을 미치게 된다. 특히, 사용자들이 지리적으로 근접한 위치에 존재할 때, 사용자 채널 간의 상관도가 커서 ZF 전송 이득이 급감하게 된다. 또한 사용자의 요구 사항에 상관없이 모든 대규모 다중 안테나(massive multiple-input multiple output; 이하 m-MIMO)를 사용하면, ZF 빔 형성 복잡도가 매우 커지게 되어 실장(implementation)이 용이하지 못하다. 시간, 주파수 영역에서 간섭을 회피하도록 자원 스케줄링을 하는 간섭 회피 기반의 기술들은 상대적으로 실장 복잡도가 크지 않으면서 간섭을 최소화할 수 있으나, 간섭 회피를 위해 전송 자원을 사용자 한 명만이 사용해야 한다. 따라서 제한된 전송 자원을 사용하는 경우, 서비스를 받을 수 있는 사용자 수가 적어질 수 있다.
최근에 전송 성능을 향상시키기 위하여 DU(Digital Unit)로 정의되는 중앙 제어 기기가 다수의 RU(Radio Unit)를 제어하는 분산 안테나(distributed antenna) 구조의 다중 셀 무선통신 시스템 사용이 고려되고 있다. 또한, 주파수 및 에너지 효율성을 높이기 위한 기술로서 m-MIMIO 시스템의 사용도 고려되고 있다. m-MIMO 시스템은 대규모 안테나의 사용으로부터 높은 자유도(degree of freedoms)를 활용할 수 있고, 여러 공간 다중화 기술을 통하여 높은 통신 용량을 획득할 수 있다. DU-RU 분산 안테나 구조의 다중 셀 무선통신 시스템에서 DU가 m-MIMO 를 사용하는 RU의 이점을 이용하여, 다중 셀(multi-cell) 환경에서 인접 셀 간섭 문제를 효율적으로 해결하면서 사용자의 전송 요구 사항을 만족시킬 수 있다.
본 발명은 DU가 다수의 RU를 제어하는 분산 안테나(distributed antenna) 구조의 다중 셀 무선통신 시스템에서 인접 셀 간섭 문제뿐 아니라 사용자간의 간섭 문제를 효율적으로 회피하면서 다중 사용자에게 신호를 전송하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 DU로 정의되는 중앙 제어 기기가 다수의 RU를 제어하는 분산 안테나(distributed antenna) 구조의 다중 셀 무선통신 시스템의 신호 전송방법으로,
상기 DU가 상기 각 RU의 서비스 지역을 셀 중앙 지역과 셀 경계 지역으로 구분하고, 상기 각 RU 서비스 지역 내에 있는 사용자들을 상기 셀 중앙 지역 및 셀 경계 지역 중 어느 하나에 속하도록 결정하는 과정, 상기 DU가 사용 가능한 전송 자원을 상기 셀 중앙 지역 또는 셀 경계 지역에서 사용할 전송 자원으로 구분하여 각 RU에게 서로 중복이 되지 않게 분할하여 할당하는 과정, 상기 DU가 사용자들의 전송 환경과 전송 요구조건을 고려하여 상기 각 RU에 할당된 전송 자원을 상기 각 RU의 사용자들에게 중복이 최소화되도록 할당하는 과정과, 상기 DU가 상기 할당된 전송 자원과 사용자에 대한 전송 환경을 고려하여 단일 또는 다수의 RU를 사용하여 상기 사용자들과 신호를 송수신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 DU가 상기 각 RU 셀의 전송지역을 셀 중앙 지역과 셀 경계 지역으로 구분하고, 상기 각 RU 셀 서비스 지역 내에 있는 사용자들을 상기 셀 중앙 지역 및 셀 경계 지역 중 어느 하나에 속하도록 결정하는 과정은, 상기 DU가 단일 RU만을 사용하여 사용자 서비스가 가능한 지역을 상기 RU의 셀 중앙 지역으로, 그렇지 못한 지역을 상기 RU의 셀 경계 지역으로 구분하는 과정과, 상기 각 RU가 사용자의 전송 신호를 수신한 환경을 기반으로 상기 사용자를 상기 셀 중앙 지역 또는 셀 경계 지역에 속하도록 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 각 RU가 사용자의 전송 신호를 수신한 환경을 기반으로 상기 사용자를 상기 셀 중앙 지역 또는 셀 경계 지역에 속하도록 결정하는 과정은, 상기 사용자가 상기 다중 셀 무선통신 시스템의 RU i에 처음으로 접속하는 경우, 사용자
Figure pat00001
가 전송한 신호를 상기 RU i가 수신한 신호의 전력
Figure pat00002
이 상기 다중 셀 무선통신 시스템의 다른
Figure pat00003
들에서 수신한 신호의 전력
Figure pat00004
들보다 가장 크면 상기 사용자
Figure pat00005
를 상기 RU i의 서비스 사용자로 결정하고, 상기 전송 신호 세기
Figure pat00006
이 어느 정해진 기준값 이상으로 큰 경우 상기 사용자
Figure pat00007
를 상기 RU i의 셀 중앙 지역에 속하는 사용자로 결정하고, 그렇지 않은 경우 상기 RU i 의 셀 경계 지역에 속하는 사용자로 결정하는 과정, 상기 사용자
Figure pat00008
가 이미 상기 RU i의 셀 중앙 지역에 속한 사용자인 경우, 사용자
Figure pat00009
가 전송한 신호를 상기 RU i가 수신한 신호의 전력
Figure pat00010
이 어느 정해진 기준값
Figure pat00011
보다 작으면 상기 사용자
Figure pat00012
를 상기 RU i의 셀 경계 지역에 속하는 사용자로 결정하고, 그렇지 않으면 상기 사용자
Figure pat00013
를 상기 RU i의 셀 중앙 지역에 속하는 사용자로 계속 유지하는 과정과, 상기 사용자
Figure pat00014
가 이미 상기 RU i의 셀 경계 지역에 속한 사용자인 경우, 사용자
Figure pat00015
가 전송한 신호를 상기 RU i가 수신한 신호의 전력
Figure pat00016
이 어느 정해진 기준값
Figure pat00017
보다 크면 상기 사용자
Figure pat00018
를 상기 RU i의 셀 중앙 지역에 속하는 사용자로 새로 결정하고, 만약 그렇지 않으면, 사용자
Figure pat00019
가 전송한 신호를 상기 RU i에 인접한
Figure pat00020
들에서 수신한 신호의 전력 중 가장 큰 값인
Figure pat00021
이 상기
Figure pat00022
보다 어느 정해진 기준값 이상으로 큰 경우 상기 사용자
Figure pat00023
를 셀 RU j의 셀 경계 지역에 속하는 사용자로 새로 결정하고, 그렇지 않으면 상기 RU i의 셀 경계 지역에 속하는 사용자로 계속 유지하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 DU가 사용 가능한 전송 자원을 상기 셀 중앙 지역 또는 셀 경계 지역에서 사용할 전송 자원으로 구분하여 각 RU에게 서로 중복이 되지 않게 분할하여 할당하는 과정은, 상기 DU가 상기 사용 가능한 전송 자원을 상기 각 RU에 속한 사용자들의 요구 전송 용량, QoS 요구사항, 송수신 안테나 환경을 포함한 전송 조건을 고려하여 상기 각 RU에게 상기 전송 자원을 RU간에 간섭 신호가 발생하지 않도록 분할하여 할당하는 과정과, 상기 DU가 상기 각 RU에게 할당한 전송 자원을 상기 각 RU의 셀 중앙 지역과 셀 경계 지역에 속한 상기 사용자들의 요구 전송 용량, 서비스 품질(QoS) 요구사항, 송수신 안테나 환경을 포함한 전송 조건을 고려하여, 상기 각 RU가 셀 중앙 지역 사용자에게 사용할 수 있는 전송 자원과 셀 경계 지역 사용자에게 사용할 전송 자원으로 서로 중복되지 않게 분할하여 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 DU가 사용자들의 전송 환경과 전송 요구조건을 고려하여 상기 각 RU에 할당된 전송 자원을 상기 각 RU의 사용자들에게 중복이 최소화되도록 할당하는 과정은, 상기 DU가 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항과 전송 환경을 고려하여 기 할당된 다른 사용자들과 중복이 되지 않도록 상기 사용자에게 할당하는 과정과, 상기 DU가 상기 사용자에게 전송 자원을 다른 사용자들과 서로 중복되지 않게 할당 할 수 없는 경우, 기 할당 받은 사용자들과 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 사용자와의 채널 특성을 고려하여 기 할당된 전송 자원을 중복으로 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 DU가 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항, 상기 사용자에 대한 전송 환경을 고려하여 기 할당된 다른 사용자들과 중복이 되지 않도록 상기 사용자에게 할당하는 과정은, 상기 사용자가 한 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항과 전송 환경을 고려하여 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 할당된 전송 자원의 일부를 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 다른 사용자들에게 기 할당된 전송 자원과 중복이 되지 않도록 상기 사용자에게 할당하는 과정, 상기 사용자가 한 RU i 의 셀 경계 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항과 상기 RU i 와 상기 RU i 에 인접한 RU들의 상기 사용자에 대한 전송 환경을 고려하여 상기 사용자를 서비스할 상기 RU i 를 포함한 다수의 RU를 선택하는 과정과, 상기 DU가 상기 RU i 의 셀 경계 지역에 속한 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항과 전송 환경을 고려하여 셀 경계 지역에 할당된 전송 자원의 일부를 셀 경계 지역에 속한 다른 사용자들에게 기 할당된 전송 자원과 중복이 되지 않도록 상기 사용자에게 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 DU가 상기 할당된 전송 자원과 사용자에 대한 전송 환경을 고려하여 단일 또는 다수의 RU를 사용하여 상기 사용자들과 신호를 송수신하는 과정은, 상기 DU가 상기 사용자에게 할당된 전송 자원, 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항과 전송 환경을 고려하여 신호 전송에 사용하기 위해 선택된 RU들의 안테나를 선택하는 과정과, 상기 DU가 상기 할당된 전송 자원, 상기 결정된 안테나, 상기 선택된 RU들의 상기 사용자에 대한 전송 환경을 고려하여 단일 또는 다수의 RU를 사용하는 다중 안테나 기법을 사용하여 상기 사용자들과 신호를 송수신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 DU가 상기 사용자에게 할당된 전송 자원, 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항과 전송 환경을 고려하여 신호 전송에 사용하기 위해 선택된 RU들의 안테나를 선택하는 과정은, 상기 사용자가 한 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항, 상기 사용자에게 할당된 각 전송 자원에서 상기 RU i 의 상기 사용자에 대한 전송 환경, 상기 전송 자원에서 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 다른 사용자들과의 중복 할당 여부를 포함하는 전송 환경을 고려하여 상기 전송 자원에서의 신호 전송에 사용될 상기 RU i 의 안테나를 결정하는 과정과, 상기 사용자가 한 RU i 의 셀 경계 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항, 상기 사용자에게 할당된 각 전송 자원에서 상기 선택된 RU들의 상기 사용자에 대한 전송 환경, 상기 전송 자원에서 셀 경계 지역에 속한 다른 사용자들과의 중복 할당 여부를 포함하는 전송 환경을 고려하여 상기 전송 자원에서의 신호 전송에 사용될 상기 선택된 RU들의 안테나들을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 DU가 상기 할당된 전송 자원, 상기 결정된 안테나, 상기 선택된 RU들의 상기 사용자에 대한 전송 환경을 고려하여 단일 또는 다수의 RU를 사용하는 다중 안테나 기법을 사용하여 상기 사용자들과 신호를 송수신하는 과정은, 상기 사용자가 한 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 RU i 의 상기 결정된 안테나를 사용하여 전송 효율을 최대화하는 다중 안테나 기법을 사용하여 상기 사용자와 신호를 송수신하는 과정과, 상기 사용자가 한 RU i 의 셀 경계 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 결정된 RU들의 안테나들을 사용하는 다중 사용자 다중 안테나 기법을 사용하여 상기 사용자와 신호를 송수신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 DU가 상기 사용자에게 전송 자원을 다른 사용자들과 서로 중복되지 않게 할당 할 수 없는 경우, 기 할당 받은 사용자들과 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 사용자와의 채널 특성을 고려하여 기 할당된 전송 자원을 중복으로 할당하는 과정은, 상기 DU가 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 상기 사용자에게 전송 자원을 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 다른 사용자들의 전송 자원과 중복되지 않게 할당 할 수 없는 경우, 기 할당 받은 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 사용자들 중 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 사용자의 상기 RU i 에 대한 채널 특성과 가장 직교성이 큰 채널 특성을 갖는 사용자의 할당된 전송 자원을 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 사용자에게 중복으로 할당하는 과정과, 상기 DU가 상기 RU i 의 셀 경계 지역에 속한 상기 사용자에게 전송 자원을 셀 경계 지역에 속한 다른 사용자들과 서로 중복되지 않게 할당 할 수 없는 경우, 기 할당 받은 셀 경계 지역에 속한 사용자들 중 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 사용자의 상기 선택된 RU들에 대한 채널 특성과 가장 직교성이 큰 채널 특성을 갖는 사용자의 할당된 전송 자원을 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 사용자에게 중복으로 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 시스템 복잡도가 증가되는 것을 효과적으로 억제하면서도 다수의 사용자 간의 간섭을 최소화하여 무선 신호를 전송할 수 있도록 함으로써, 다수의 사용자에게 요구되는 전송 요구 사항에 맞게 무선 전송 신호를 전송할 수 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 m-MIMO 에 기반한 DU-RU 분산 안테나(distributed antenna) 구조의 다중 셀 무선통신 시스템을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 신호 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전송 자원 할당 과정을 나타낸 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.
이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 대규모 안테나를 이용하는 안테나 구조의 무선의 통신 시스템에서 신호 전송 방법의 예시적인 실시 형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 m-MIMO 에 기반한 DU-RU 분산 안테나(distributed antenna) 구조의 다중 셀 무선통신 시스템을 나타낸 것이다.
본 발명은 DU(digital unit)(100)로 정의되는 중앙 제어 기기가 다수의 RU(radio unit)를 제어하는 분산 안테나(distributed antenna) 구조의 다중 셀 무선통신 시스템을 고려한다. 각각의 RU(200, 210)는
Figure pat00024
개의 m-MIMO 안테나(205, 215)를, 각각의 사용자들(300)은 단일 수신 안테나를 가지는 것으로 가정한다.
사용자들이 전송한 사운딩(sounding reference sequence, SRS) 신호를 상기RU들이 수신하여 상기 DU에게 전달한다. 상기 DU는 모든 사용자들의 SRS 신호 정보를 알고 있기 때문에 상용의 LS(least-square) 추정 방법을 통해서 사용자들의 채널 정보를 획득할 수 있다.
상기 DU가 상기 RU i를 포함한 하나 이상의 RU를 사용하여 상기 사용자
Figure pat00025
에게 신호 전송을 하는 경우, 상기 사용자
Figure pat00026
의 수신 신호
Figure pat00027
는 하기 (수학식 1) 과 같이 나타낼 수 있다.
(수학식 1)
Figure pat00028
여기서
Figure pat00029
은 DU가 제어하는 RU 집합,
Figure pat00030
는 상기 RU j의 상기 사용자
Figure pat00031
에 대한 송신 전력,
Figure pat00032
는 상기 RU j와 상기 사용자
Figure pat00033
간의 신호 경로 감쇠 값,
Figure pat00034
는 크기가
Figure pat00035
인 상기 RU j와 상기 사용자
Figure pat00036
간의 채널 벡터,
Figure pat00037
는 크기가
Figure pat00038
인 RU j의 상기 사용자
Figure pat00039
에 대한 빔포밍 벡터,
Figure pat00040
은 상기 사용자
Figure pat00041
에게 전송할 데이터 심볼,
Figure pat00042
는 상기 RU i에 속한 사용자 집합,
Figure pat00043
은 평균이 0이고 분산이
Figure pat00044
인 백색 가우시안 잡음(additive white Gaussian noise)을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 신호 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명은 DU(Digital Unit)로 정의되는 중앙 제어 기기가 다수의 RU(Radio Unit)를 제어하는 분산 안테나(distributed antenna) 구조의 다중 셀 무선통신 시스템의 신호 전송방법에 있어서,
상기 DU가 상기 각 RU의 서비스 지역을 셀 중앙 지역과 셀 경계 지역으로 구분하고, 상기 각 RU 서비스 지역 내에 있는 사용자들을 상기 셀 중앙 지역 및 셀 경계 지역 중 어느 하나에 속하도록 결정하는 과정(S201),
상기 DU가 사용 가능한 전송 자원을 상기 셀 중앙 지역 또는 셀 경계 지역에서 사용할 전송 자원으로 구분하여 각 RU에게 서로 중복이 되지 않게 분할하여 할당하는 과정(S202),
상기 DU가 사용자들의 전송 환경과 전송 요구조건을 고려하여 상기 각 RU에 할당된 전송 자원을 상기 각 RU의 사용자들에게 중복이 최소화되도록 할당하는 과정(S203),
상기 DU가 상기 할당된 전송 자원과 사용자에 대한 전송 환경을 고려하여 단일 또는 다수의 RU를 사용하여 상기 사용자들과 신호를 송수신하는 과정(S204)을 포함한다.
S201 단계는, 상기 DU가 단일 RU만을 사용하여 사용자 서비스가 가능한 지역을 상기 RU의 셀 중앙 지역으로, 그렇지 못한 지역을 상기 RU의 셀 경계 지역으로 구분하고, 상기 각 RU가 사용자의 전송 신호를 수신한 환경을 기반으로 상기 사용자를 자신의 상기 두 지역 중 한 지역에 속하도록 결정하는 과정이다.
S201 단계를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
S201 단계를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 설명에 앞서 상기 사용자
Figure pat00045
가 전송한 신호를 상기 RU i가 수신한 신호 세기를
Figure pat00046
, 상기 사용자
Figure pat00047
가 전송한 신호를 상기 RU i에 인접한 상기
Figure pat00048
들이 수신한 신호 세기들의 집합을
Figure pat00049
라고 정의한다.
상기 사용자가 상기 다중 셀 무선통신 시스템의 RU i에 처음으로 접속하는 경우, 사용자
Figure pat00050
가 전송한 신호를 상기 RU i가 수신한 신호의 전력
Figure pat00051
이 상기 다중 셀 무선통신 시스템의 다른
Figure pat00052
들에서 수신한 신호의 전력
Figure pat00053
들보다 가장 크면 상기 사용자
Figure pat00054
를 상기 RU i의 서비스 사용자로 결정하고, 상기 전송 신호 세기
Figure pat00055
이 어느 정해진 기준값 이상으로 큰 경우 상기 사용자
Figure pat00056
를 상기 RU i의 셀 중앙 지역에 속하는 사용자로 결정하고, 그렇지 않은 경우 상기 RU i 의 셀 경계 지역에 속하는 사용자로 결정한다.
상기 사용자
Figure pat00057
가 이미 상기 RU i의 셀 중앙 지역에 속한 사용자인 경우, 사용자
Figure pat00058
가 전송한 신호를 상기 RU i가 수신한 신호의 전력
Figure pat00059
이 어느 정해진 기준값
Figure pat00060
보다 작으면 상기 사용자
Figure pat00061
를 상기 RU i의 셀 경계 지역에 속하는 사용자로 결정하고, 그렇지 않으면 상기 사용자
Figure pat00062
를 상기 RU i의 셀 중앙 지역에 속하는 사용자로 계속 유지한다.
상기 사용자
Figure pat00063
가 이미 상기 RU i의 셀 경계 지역에 속한 사용자인 경우, 사용자
Figure pat00064
가 전송한 신호를 상기 RU i가 수신한 신호의 전력
Figure pat00065
이 어느 정해진 기준값
Figure pat00066
보다 크면 상기 사용자
Figure pat00067
를 상기 RU i의 셀 중앙 지역에 속하는 사용자로 새로 결정하고, 만약 그렇지 않으면, 사용자
Figure pat00068
가 전송한 신호를 상기 RU i에 인접한
Figure pat00069
들에서 수신한 신호의 전력 중 가장 큰 값인
Figure pat00070
이 상기
Figure pat00071
보다 어느 정해진 기준값 이상으로 큰 경우 상기 사용자
Figure pat00072
를 셀 RU j의 셀 경계 지역에 속하는 사용자로 새로 결정하고, 그렇지 않으면 상기 RU i의 셀 경계 지역에 속하는 사용자로 계속 유지한다.
S202 단계는 상기 DU가 사용 가능한 전송 자원을 상기 셀 중앙 지역 또는 셀 경계 지역에서 사용할 전송 자원으로 구분하여 각 RU에게 서로 중복이 되지 않게 분할하여 할당하는 과정이다.
상기 DU가 상기 사용 가능한 전송 자원을 상기 각 RU에 속한 사용자들의 요구 전송 용량, QoS 요구사항, 송수신 안테나 환경을 포함한 전송 조건을 고려하여 상기 각 RU에게 상기 전송 자원을 RU간에 간섭 신호가 발생하지 않도록 분할하여 할당한다. 일례로, 상기 DU가 상기 RU i에서 필요한 전체 전송 자원 개수를 (수학식 2)와 같이 계산할 수 있다.
(수학식 2)
Figure pat00073
여기서
Figure pat00074
는 상기 RU i의 지역 r(즉, r=0은 셀 중앙 지역, r=1은 셀 경계 지역)에서 요구되는 전송 자원 개수이며, 이는 (수학식 3)과 같이 계산할 수 있다.
(수학식 3)
Figure pat00075
여기서
Figure pat00076
는 상기 RU i의 지역 r에 속한 m번째 사용자,
Figure pat00077
는 상기 DU가 상기 사용자
Figure pat00078
의 QoS 요구사항을 고려하여 결정한 요구 전송 용량,
Figure pat00079
은 상기 하나의 전송 자원에서 상기 RU i가 상기 사용자
Figure pat00080
에게 서비스 할 수 있는 평균 전송 용량을 나타내며, 이는 (수학식 4)와 같이 계산될 수 있다.
(수학식 4)
Figure pat00081
여기서
Figure pat00082
는 상기 전송 자원 하나의 주파수 대역폭,
Figure pat00083
는 상기 RU i의 평균 빔포밍 이득을 나타내며, 이는 (수학식 5)와 같이 계산될 수 있다.
(수학식 5)
Figure pat00084
여기서
Figure pat00085
은 상기 RU i의 셀 중앙 지역에 속한 사용자의 수,
Figure pat00086
은 셀 경계 지역에 속한 사용자의 수를 나타낸다.
상기 DU는 상기 각 RU에서 요구되는 전송 자원 개수를 기반으로, 상기 RU i에게 (수학식 6)과 같이 전송 자원을 할당할 수 있다.
(수학식 6)
Figure pat00087
여기서
Figure pat00088
는 DU는 상기 RU i와 상기 RU i에 인접한 모든 RU들의 집합, B는 상기 DU가 가용할 수 있는 전체 전송 자원 개수,
Figure pat00089
는 상기 RU 에게 할당하는 전송 자원 개수를 나타낸다.
상기 DU가 상기 각 RU가 사용할 전송 자원을 할당한 후, 상기 DU가 상기 DU가 상기 각 RU에게 할당한 전송 자원을 상기 각 RU의 셀 중앙 지역과 셀 경계 지역에 속한 상기 사용자들의 요구 전송 용량, QoS 요구사항, 송수신 안테나 환경을 포함한 전송 조건을 고려하여, 상기 각 RU가 자신의 셀 중앙 지역 사용자에게 사용할 수 있는 전송 자원과 자신의 셀 경계 지역 사용자에게 사용할 전송 자원으로 서로 중복되지 않게 분할하여 할당한다.
일례로, 상기 DU는 상기 RU i에게 할당한 상기 전송 자원
Figure pat00090
를 상기 RU i의 각 서비스 지역에 속한 사용자들의 전송 요구사항, 송수신 안테나 환경을 고려하여 결정된 전송 자원 개수
Figure pat00091
을 기반으로 상기 RU i의 서비스 지역 r에 속한 사용자에게 사용할 전송 자원을 (수학식 7)과 같이 할당할 수 있다.
(수학식 7)
Figure pat00092
S203 단계는 상기 DU가 사용자들의 전송 환경과 전송 요구조건을 고려하여 상기 각 RU에 할당된 전송 자원을 상기 각 RU의 사용자들에게 중복이 최소화되도록 할당하는 과정으로 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 S203 단계의 전송 자원 할당 과정을 세부적으로 도시한 도면이다.
S301 단계에서, 상기 DU가 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항과 전송 환경을 고려하여 기 할당된 다른 사용자들과 중복이 되지 않도록 상기 사용자에게 할당한다.
상기 사용자가 한 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항과 전송 환경을 고려하여 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 할당된 전송 자원의 일부를 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 다른 사용자들에게 기 할당된 전송 자원과 중복이 되지 않도록 상기 사용자에게 할당한다.
일례로, 상기 DU는 QoS priority가 가장 높은 순서로 셀 중앙 지역에 속한 사용자를 순차적으로 선택하여 상기 각 사용자마다 결정된 전송 자원을 사용자에게 직교하게 할당할 수 있다. 상기 RU i의 셀 중앙 지역에 속한 사용자 중 QoS priority가 q번째로 높은 사용자를
Figure pat00093
로 표시하기로 한다. 상기 DU는 상기 사용자
Figure pat00094
에게 할당해 줄 전송 자원 개수는 (수학식 8)과 같이 계산할 수 있다.
(수학식 8)
Figure pat00095
사용자 QoS priority 순서로 자원을 할당하는 경우, q=1로 하고 상기 RU i의 셀 중앙 지역에서 사용 가능한 전송 자원 중에서 상기 RU i에 대한 순시 채널 이득이 가장 높은 전송 자원
Figure pat00096
개를 하기 (수학식 9)와 같이 상기 사용자
Figure pat00097
에게 할당한다.
(수학식 9)
Figure pat00098
여기서
Figure pat00099
는 상기 RU i의 셀 중앙 지역에서 상기 전송 자원을 직교하게 할당해줄 수 있는 전송 자원 집합,
Figure pat00100
은
Figure pat00101
에 속하는 전송 자원 n에서 상기 RU i와 상기 사용자
Figure pat00102
사이의 채널을 나타낸다. 상기 사용자
Figure pat00103
에게 전송 자원
Figure pat00104
개를 할당한 후, q값을 하나 증가시키고 이미 할당된 상기 전송 자원을 제외한 가용한 전송 자원들을 사용하여 서로 중복되지 않게 할당 할 수 없을 때까지(즉,
Figure pat00105
) 상기 직교 전송 자원 할당 과정을 순차적으로 반복한다.
상기 사용자가 한 RU i 의 셀 경계 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항과 상기 RU i 와 상기 RU i 에 인접한 RU들의 상기 사용자에 대한 전송 환경을 고려하여 상기 사용자를 서비스할 상기 RU i 를 포함한 다수의 RU를 선택한다.
일례로, 상기 DU는 상기 사용자의 전송 요구사항을 만족시킬 때까지 사용자의 수신 신호 세기 큰 RU를 순차적으로 상기 사용자의 전송에 사용할 RU로 추가할 수 있다. RU i의 셀 경계 지역에 속한 m번째 사용자
Figure pat00106
가 상기 RU i에게만 서비스를 받을 때, 필요한 전송 자원 개수는 (수학식 10)과 같이 결정할 수 있다.
(수학식 10)
Figure pat00107
여기서
Figure pat00108
은 상기 RU i가 전송 할 때 상기 사용자
Figure pat00109
의 평균 전송 용량을 나타내며, 이는 수학식 (4)와 같이 계산된다.
만약 상기 사용자
Figure pat00110
의 전송에 필요한 전송 자원 개수
Figure pat00111
가 셀 경계 지역에 할당된 전송 자원 개수
Figure pat00112
보다 크다면, 상기 DU는 상기 사용자
Figure pat00113
의 전송에 상기 RU i만으로 충분하지 않다고 판단하고 사용자의 수신 신호 세기가 RU i 다음으로 큰 RU j를 전송 RU로 추가 선택하고, 필요한 전송 자원을 (수학식 11)과 같이 다시 계산한다.
(수학식 11)
Figure pat00114
여기서
Figure pat00115
는 상기 사용자
Figure pat00116
에게 신호 전송을 하는 RU 집합,
Figure pat00117
은 RU
Figure pat00118
들이 상기 사용자
Figure pat00119
에게 함께 신호를 전송 할 때 상기 사용자
Figure pat00120
의 평균 전송 용량을 나타내며, 이는 (수학식 12)와 같이 계산된다.
(수학식 12)
Figure pat00121
여기서
Figure pat00122
은 셀 경계 지역에 할당된 사용자들의 수를 나타낸다. 상기 사용자
Figure pat00123
의 전송 요구사항을 만족시킬 수 있을 때까지, 상기의 과정을 반복하여 상기 사용자
Figure pat00124
를 서비스하기 위해 필요한 RU들을 선택한다.
상기 사용자의 전송에 필요한 RU들을 선택한 후, 상기 DU가 상기 RU i 의 셀 경계 지역에 속한 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항과 전송 환경을 고려하여 셀 경계 지역에 할당된 전송 자원의 일부를 셀 경계 지역에 속한 다른 사용자들에게 기 할당된 전송 자원과 중복이 되지 않도록 상기 사용자에게 할당한다.
일례로, 상기 DU는 셀 경계 지역에 속한 사용자들 중 QoS priority가 가장 높은 순서로 사용자를 순차적으로 선택하여 상기 각 사용자에게 할당해야 할 전송 자원을 서로 중복되지 않게 할당할 수 있다. 셀 경계 지역에 속한 사용자 중 QoS priority가 q번째로 높은 사용자를
Figure pat00125
로 표시하기로 한다. 사용자 QoS priority 순서로 자원을 할당하는 경우, q=1로 하고 상기 셀 경계 지역에서 사용 가능한 전송 자원 중에서 상기 선택된 RU
Figure pat00126
들에 대한 순시 채널 이득이 가장 높은 전송 자원을 하기 (수학식 13)과 같이 상기 사용자
Figure pat00127
에게 할당한다.
(수학식 13)
Figure pat00128
여기서
Figure pat00129
는 셀 경계 지역에서 상기 전송 자원을 직교하게 할당해줄 수 있는 전송 자원 집합,
Figure pat00130
은
Figure pat00131
에 속하는 전송 자원 n에서 상기 RU j와 상기 사용자
Figure pat00132
사이의 채널을 나타낸다. 상기 사용자
Figure pat00133
에게 전송 자원
Figure pat00134
개를 할당한 후, q값을 하나 증가시키고 이미 할당된 상기 전송 자원을 제외한 가용한 전송 자원들을 사용하여 서로 중복되지 않게 할당 할 수 없을 때까지(즉,
Figure pat00135
) 상기 직교 전송 자원 할당 과정을 순차적으로 반복한다.
S302 단계에서, 상기 DU가 상기 사용자에게 전송 자원을 다른 사용자들과 서로 중복되지 않게 할당 할 수 없는 경우, 기 할당 받은 사용자들과 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 사용자와의 채널 특성을 고려하여 기 할당된 전송 자원을 중복으로 할당한다(S303).
상기 DU가 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 상기 사용자에게 전송 자원을 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 다른 사용자들의 전송 자원과 중복되지 않게 할당 할 수 없는 경우, 기 할당 받은 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 사용자들 중 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 사용자의 상기 RU i 에 대한 채널 특성과 가장 직교성이 큰 채널 특성을 갖는 사용자의 할당된 전송 자원을 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 사용자에게 중복으로 할당한다.
일례로, 상기 DU는 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 셀 중앙 지역에 속한 사용자들 중, QoS priority가 가장 높은 순서로 상기 사용자를 순차적으로 선택하여 상기 각 지역마다 결정된 작은 전송 자원을 사용자에게 중복으로 할당할 수 있다. 상기 RU i의 셀 중앙 지역에 속한 전송 자원을 할당 받지 못한 QoS priority가 q번째로 높은 사용자를
Figure pat00136
라고 할 때, 상기 DU는 이미 할당된 전송 자원 중에서 상기 사용자
Figure pat00137
에 대한 채널 직교성이 가장 높은 전송 자원을 하기 (수학식 14)와 같이 상기 사용자
Figure pat00138
에게 중복으로 할당한다.
(수학식 14)
Figure pat00139
여기서
Figure pat00140
은 상기 RU i의 셀 중앙 지역에서 사용할 수 있는 모든 전송 자원들의 집합,
Figure pat00141
은
Figure pat00142
에 속하는 전송 자원 n에서 상기 사용자
Figure pat00143
에 대한 채널 직교성을 나타낸다. 상기 사용자
Figure pat00144
에게 전송 자원을 중복으로 할당한 후, q값을 하나 증가시키고 모든 사용자가 전송 자원을 할당 받을 때까지 상기 전송 자원 중복 할당 과정을 반복한다.
상기 중복 전송 자원 할당 과정을 위해, 상기 DU는 이미 할당한 전송 자원들에서 상기 사용자
Figure pat00145
에 대한 상기 채널 직교성
Figure pat00146
을 하기 (수학식 15)와 같이 계산한다.
(수학식 15)
Figure pat00147
여기서
Figure pat00148
는 상기 전송 자원 n에 할당된 상기 RU i의 셀 중앙 지역에 속한 사용자들의 집합,
Figure pat00149
는 이에 속하는 l번째 사용자,
Figure pat00150
는 상기 사용자
Figure pat00151
와 상기 사용자
Figure pat00152
의 채널 직교성을 나타내며, 이는 하기 (수학식 16)과 같다.
(수학식 16)
Figure pat00153
상기 DU는 상기 방식으로 이미 할당된 전송 자원들에서 상기 사용자
Figure pat00154
에 대한 채널 직교성을 계산하고, 채널 직교성이 가장 큰 전송 자원을 상기 사용자
Figure pat00155
에게 할당해준다.
상기 DU가 상기 RU i 의 셀 경계 지역에 속한 상기 사용자에게 전송 자원을 셀 경계 지역에 속한 다른 사용자들과 서로 중복되지 않게 할당 할 수 없는 경우, 기 할당 받은 셀 경계 지역에 속한 사용자들 중 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 사용자의 상기 선택된 RU들에 대한 채널 특성과 가장 직교성이 큰 채널 특성을 갖는 사용자의 할당된 전송 자원을 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 사용자에게 중복으로 할당한다.
일례로 상기 DU는 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 셀 경계 지역에 속한 사용자들 중, QoS priority가 가장 높은 순서로 상기 사용자를 순차적으로 선택하여 상기 사용자에게 할당해야 할 전송 자원을 상기 사용자들에게 중복으로 할당할 수 있다. 상기 RU i의 셀 경계 지역에 속한 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 QoS priority가 q번째로 높은 사용자를
Figure pat00156
라고 할 때, 상기 DU는 기 할당된 전송 자원 중에서 상기 사용자
Figure pat00157
와 상기 전송 자원에 기 할당된 한 명 이상의 사용자들의 상기 선택된 RU들에 대한 채널 직교성이 가장 높은 전송 자원을 하기 (수학식 17)과 같이 상기 사용자
Figure pat00158
에게 중복으로 할당한다.
(수학식 17)
Figure pat00159
여기서
Figure pat00160
은 셀 경계 지역에서 사용할 수 있는 모든 전송 자원들의 집합,
Figure pat00161
은
Figure pat00162
에 속하는 전송 자원 n에서 상기 사용자
Figure pat00163
에 대한 채널 직교성을 나타낸다. 상기 사용자
Figure pat00164
에게 전송 자원을 중복으로 할당한 후, q값을 하나 증가시키고 모든 사용자가 상기 전송 자원을 할당 받을 때까지 상기 전송 자원 중복 할당 과정을 반복한다.
상기 중복 전송 자원 할당 과정을 위해, 상기 DU는 기 할당한 전송 자원들에서 상기 사용자
Figure pat00165
에 대한 상기 채널 직교성
Figure pat00166
을 하기 (수학식 18)과 같이 계산한다.
(수학식 18)
Figure pat00167
여기서
Figure pat00168
는 상기 전송 자원 n에 할당된 사용자들의 집합,
Figure pat00169
는
Figure pat00170
에 속하는 l번째 사용자,
Figure pat00171
는 상기 사용자
Figure pat00172
와 상기 사용자
Figure pat00173
의 상기 선택된 RU들에 대한 채널 직교성을 나타내며, 이는 (수학식 19)와 같이 계산 된다.
(수학식 19)
Figure pat00174
여기서
Figure pat00175
은 상기 전송 자원 n에 기 할당된 사용자들과 상기 사용자
Figure pat00176
의 신호 전송에 사용될 모든 RU 집합을 나타낸다. 상기 DU는 상기 방식으로 기 할당된 전송 자원들에서 상기 사용자
Figure pat00177
와 기 할당된 사용자들의 상기 선택된 RU들에 대한 채널 직교성을 계산하고, 상기 채널 직교성이 가장 큰 전송 자원을 상기 사용자
Figure pat00178
에게 중복으로 할당해준다.
다시 도 2를 참조하여, S204 단계를 설명한다.
S204 단계는 상기 DU가 상기 할당된 전송 자원과 사용자에 대한 전송 환경을 고려하여 단일 또는 다수의 RU를 사용하여 상기 사용자들과 신호를 송수신하는 과정이다.
상기 DU가 상기 사용자에게 할당된 전송 자원, 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항과 전송 환경을 고려하여, S301 단계에서 상기 사용자의 신호 전송에 사용하기 위해 선택된 RU들의 안테나를 선택한다.
상기 사용자가 한 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항, 상기 사용자에게 할당된 각 전송 자원에서 상기 RU i 의 상기 사용자에 대한 전송 환경, 상기 전송 자원에서 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 다른 사용자들과의 중복 할당 여부를 포함하는 전송 환경을 고려하여 상기 전송 자원에서의 신호 전송에 사용될 상기 RU i 의 안테나를 결정한다.
일례로, 상기 RU i의 셀 중앙 지역에서 사용 가능한 전송 자원 n에 할당된 사용자의 집합을
Figure pat00179
, 이에 속하는 RU i의 m번째 사용자를
Figure pat00180
라고 표시하기로 한다. 상기 DU는 상기 전송 자원 n의 채널 특성, 중복 할당 여부에 기반하여 실제로 신호를 전송하기 전에 안테나 수에 따른 빔포밍(beam-forming) 이득을 미리 계산하여, 최소의 안테나 수로 상기 사용자
Figure pat00181
의 전송 요구사항을 만족시킬 수 있도록 한다. 상기 DU는 상기 사용자
Figure pat00182
가 받는 간섭을 최소화하기 위해서, 상기 전송 자원 n을 할당 받은 상기 RU i의 셀 중앙 지역에 속한 사용자들간의 간섭을 최소화할 수 있는 상용의 zero-forcing(ZF) 전송 기법을 사용한다고 가정한다. 상기 DU는 상기 전송 자원 n에서 상기 사용자
Figure pat00183
의 전송에 사용할 RU i의 안테나 수를 하기 (수학식 20)과 같이 결정한다.
(수학식 20)
Figure pat00184
여기서
Figure pat00185
는 상기 RU i의 상기 사용자
Figure pat00186
에 대한 순시 채널 이득이 높은 안테나 x개를 사용하였을 때 상기 사용자
Figure pat00187
에 대한 평균 빔포밍 이득,
Figure pat00188
은 상기 사용자
Figure pat00189
의 전송 요구 signal-to-interference noise ratio(SINR), A는 상기 RU i가 사용 가능한 안테나 개수의 집합을 나타낸다. 상기
Figure pat00190
는 (수학식 21)과 같이 계산될 수 있다.
(수학식 21)
Figure pat00191
상기 사용자가 한 RU i 의 셀 경계 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항, 상기 사용자에게 할당된 각 전송 자원에서 상기 선택된 RU들의 상기 사용자에 대한 전송 환경, 상기 전송 자원에서 셀 경계 지역에 속한 다른 사용자들과의 중복 할당 여부를 포함하는 전송 환경을 고려하여 상기 전송 자원에서의 신호 전송에 사용될 상기 선택된 RU들의 안테나들을 결정한다.
일례로, 셀 경계 지역에서 사용 가능한 전송 자원 n에 할당된 사용자의 집합을
Figure pat00192
, 이에 속하는 RU i의 m번째 사용자를
Figure pat00193
라고 표시하기로 한다. 상기 DU는 상기 전송 자원 n의 채널 특성, 중복 할당 여부에 기반하여 실제로 신호를 전송하기 전에 안테나 수에 따른 빔포밍(beam-forming) 이득을 미리 계산하여, 최소의 안테나 수로 상기 사용자
Figure pat00194
의 전송 요구사항을 만족시킬 수 있도록 한다. 상기 DU는 상기 사용자
Figure pat00195
가 받는 간섭을 최소화하기 위해서, 상기 전송 자원 n에 할당된 셀 경계 사용자들간의 간섭을 최소화하는 상용의 zero-forcing(ZF) 전송 기법을 사용한다고 가정한다. 상기 DU는 상기 전송 자원 n에서 상기 사용자
Figure pat00196
의 전송에 사용할 RU i의 안테나 수를 하기 (수학식 22)와 같이 결정한다.
(수학식 22)
Figure pat00197
여기서
Figure pat00198
는 상기 RU i의 상기 사용자
Figure pat00199
에 대한 순시 채널 이득이 높은 안테나를 x개 사용하였을 때 상기 사용자
Figure pat00200
에 대한 평균 빔포밍 이득,
Figure pat00201
은 상기 사용자
Figure pat00202
의 전송 요구 signal-to-interference noise ratio(SINR), A는 RU가 사용 가능한 안테나 개수의 집합을 나타낸다. 상기
Figure pat00203
는 (수학식 23)과 같이 계산될 수 있다.
(수학식 23)
Figure pat00204
여기서
Figure pat00205
는 상기 선택된 RU들이 함께 전송함에 따라 발생하는 빔포밍 이득과 관련된 항이며, 이는 (수학식 24)와 같이 계산될 수 있다.
(수학식 24)
Figure pat00206
안테나를 선택한 후, 상기 DU가 상기 할당된 전송 자원, 상기 결정된 안테나, 상기 선택된 RU들의 상기 사용자에 대한 전송 환경을 고려하여 단일 또는 다수의 RU를 사용하는 다중 안테나 기법을 사용하여 상기 사용자들과 신호를 송수신한다.
상기 사용자가 한 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 RU i 의 상기 결정된 안테나를 사용하여 전송 효율을 최대화하는 다중 안테나 기법을 사용하여 상기 사용자와 신호를 송수신한다.
일례로, 상기 전송 자원 n을 할당 받은 상기 RU i의 셀 중앙 지역에서 속한 m번째 사용자를
Figure pat00207
라고 표시하기로 한다. 상기 DU는 상기 전송 자원 n에서 상기 RU i의 상기 사용자
Figure pat00208
에 대한 채널 이득이 높은 상기
Figure pat00209
개의 안테나만을 사용하여 하기 (수학식 25)와 같이 신호를 발생시킨다.
(수학식 25)
Figure pat00210
여기서
Figure pat00211
는 상기 전송 자원 n에서 상기 사용자
Figure pat00212
와 중복 할당된 상기 RU i의 셀 중앙 지역에서 속한 사용자들간의 간섭을 최소화하는 상기 RU i의 상기 사용자
Figure pat00213
에 대한 빔포밍 벡터를 나타내며, 이는 하기 (수학식 26)과 같이 계산된다.
(수학식 26)
Figure pat00214
여기서
Figure pat00215
는 크기가
Figure pat00216
인 임의의 벡터를 상기 전송 자원 n에 중복 할당된 사용자들의 간섭 채널들에 대한 영 공간(null space)으로 투사(projection) 시키는 크기가
Figure pat00217
인 행렬이며, 이는 하기 (수학식 27)과 같이 계산된다.
(수학식 27)
Figure pat00218
여기서
Figure pat00219
는 크기가
Figure pat00220
인 단위 행렬,
Figure pat00221
는 상기 전송 자원 n에 중복 할당된 사용자들의 크기가
Figure pat00222
인 간섭 채널 행렬을 나타낸다.
상기 사용자가 한 RU i 의 셀 경계 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 결정된 RU들의 안테나들을 사용하는 다중 사용자 다중 안테나 기법을 사용하여 상기 사용자와 신호를 송수신한다. 일례로, 상기 전송 자원 n을 할당 받은 상기 RU i의 셀 경계 지역에서 속한 m번째 사용자를
Figure pat00223
, 상기 사용자
Figure pat00224
의 신호 전송을 위해 선택된 다수의 RU 집합을
Figure pat00225
라고 표시하기로 한다. 상기 DU는 상기 전송 자원 n에서 상기 각 RU의 상기 사용자
Figure pat00226
에 대한 채널 이득이 높은 상기
Figure pat00227
개의 안테나를 사용하여 하기 (수학식 28)과 같이 신호를 발생시킨다.
(수학식 28)
Figure pat00228
여기서
Figure pat00229
는 크기가
Figure pat00230
인 임의의 벡터를 상기 전송 자원 n에 중복 할당된 사용자들의 간섭 채널들에 대한 영 공간(null space)으로 투사(projection) 시키는 크기가
Figure pat00231
인 행렬이며, 이는 하기 (수학식 29)와 같이 계산된다.
(수학식 29)
Figure pat00232
여기서
Figure pat00233
는 상기 전송 자원 n에 중복 할당된 사용자들의 크기가
Figure pat00234
인 간섭 채널 행렬을 나타낸다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : DU
200, 210 : RU
205, 215 : m-MIMO 안테나
300 : 사용자

Claims (10)

  1. DU(Digital Unit)로 정의되는 중앙 제어 기기가 다수의 RU(Radio Unit)를 제어하는 분산 안테나(distributed antenna) 구조의 다중 셀 무선통신 시스템의 신호 전송방법에 있어서,
    상기 DU가 상기 각 RU의 서비스 지역을 셀 중앙 지역과 셀 경계 지역으로 구분하고, 상기 각 RU 서비스 지역 내에 있는 사용자들을 상기 셀 중앙 지역 및 셀 경계 지역 중 어느 하나에 속하도록 결정하는 과정,
    상기 DU가 사용 가능한 전송 자원을 상기 셀 중앙 지역 또는 셀 경계 지역에서 사용할 전송 자원으로 구분하여 각 RU에게 서로 중복이 되지 않게 분할하여 할당하는 과정,
    상기 DU가 사용자들의 전송 환경과 전송 요구조건을 고려하여 상기 각 RU에 할당된 전송 자원을 상기 각 RU의 사용자들에게 중복이 최소화되도록 할당하는 과정과,
    상기 DU가 상기 할당된 전송 자원과 사용자에 대한 전송 환경을 고려하여 단일 또는 다수의 RU를 사용하여 상기 사용자들과 신호를 송수신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 DU가 상기 각 RU 셀의 전송지역을 셀 중앙 지역과 셀 경계 지역으로 구분하고, 상기 각 RU 셀 서비스 지역 내에 있는 사용자들을 상기 셀 중앙 지역 및 셀 경계 지역 중 어느 하나에 속하도록 결정하는 과정은,
    상기 DU가 단일 RU만을 사용하여 사용자 서비스가 가능한 지역을 상기 RU의 셀 중앙 지역으로, 그렇지 못한 지역을 상기 RU의 셀 경계 지역으로 구분하는 과정과,
    상기 각 RU가 사용자의 전송 신호를 수신한 환경을 기반으로 상기 사용자를 상기 셀 중앙 지역 또는 셀 경계 지역에 속하도록 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각 RU가 사용자의 전송 신호를 수신한 환경을 기반으로 상기 사용자를 상기 셀 중앙 지역 또는 셀 경계 지역에 속하도록 결정하는 과정은,
    상기 사용자가 상기 다중 셀 무선통신 시스템의 RU i에 처음으로 접속하는 경우, 사용자
    Figure pat00235
    가 전송한 신호를 상기 RU i가 수신한 신호의 전력
    Figure pat00236
    이 상기 다중 셀 무선통신 시스템의 다른
    Figure pat00237
    들에서 수신한 신호의 전력
    Figure pat00238
    들보다 가장 크면 상기 사용자
    Figure pat00239
    를 상기 RU i의 서비스 사용자로 결정하고, 상기 전송 신호 세기
    Figure pat00240
    이 어느 정해진 기준값 이상으로 큰 경우 상기 사용자
    Figure pat00241
    를 상기 RU i의 셀 중앙 지역에 속하는 사용자로 결정하고, 그렇지 않은 경우 상기 RU i 의 셀 경계 지역에 속하는 사용자로 결정하는 과정,
    상기 사용자
    Figure pat00242
    가 이미 상기 RU i의 셀 중앙 지역에 속한 사용자인 경우, 사용자
    Figure pat00243
    가 전송한 신호를 상기 RU i가 수신한 신호의 전력
    Figure pat00244
    이 어느 정해진 기준값
    Figure pat00245
    보다 작으면 상기 사용자
    Figure pat00246
    를 상기 RU i의 셀 경계 지역에 속하는 사용자로 결정하고, 그렇지 않으면 상기 사용자
    Figure pat00247
    를 상기 RU i의 셀 중앙 지역에 속하는 사용자로 계속 유지하는 과정과,
    상기 사용자
    Figure pat00248
    가 이미 상기 RU i의 셀 경계 지역에 속한 사용자인 경우, 사용자
    Figure pat00249
    가 전송한 신호를 상기 RU i가 수신한 신호의 전력
    Figure pat00250
    이 어느 정해진 기준값
    Figure pat00251
    보다 크면 상기 사용자
    Figure pat00252
    를 상기 RU i의 셀 중앙 지역에 속하는 사용자로 새로 결정하고, 만약 그렇지 않으면, 사용자
    Figure pat00253
    가 전송한 신호를 상기 RU i에 인접한
    Figure pat00254
    들에서 수신한 신호의 전력 중 가장 큰 값인
    Figure pat00255
    이 상기
    Figure pat00256
    보다 어느 정해진 기준값 이상으로 큰 경우 상기 사용자
    Figure pat00257
    를 셀 RU j의 셀 경계 지역에 속하는 사용자로 새로 결정하고, 그렇지 않으면 상기 RU i의 셀 경계 지역에 속하는 사용자로 계속 유지하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
    (여기서
    Figure pat00258
    는 상기 DU에 속한 i번째 RU인 RU i의 m번째 사용자,
    Figure pat00259
    는 상기 사용자
    Figure pat00260
    의 통신에 영향을 주는 상기 RU i에 인접한 RU 들의 집합,
    Figure pat00261
    은 상기 사용자
    Figure pat00262
    가 전송한 신호를 수신한 상기 RU i에서의 신호 세기임.)
  4. 제1항에 있어서,
    상기 DU가 사용 가능한 전송 자원을 상기 셀 중앙 지역 또는 셀 경계 지역에서 사용할 전송 자원으로 구분하여 각 RU에게 서로 중복이 되지 않게 분할하여 할당하는 과정은,
    상기 DU가 상기 사용 가능한 전송 자원을 상기 각 RU에 속한 사용자들의 요구 전송 용량, QoS 요구사항, 송수신 안테나 환경을 포함한 전송 조건을 고려하여 상기 각 RU에게 상기 전송 자원을 RU간에 간섭 신호가 발생하지 않도록 분할하여 할당하는 과정과,
    상기 DU가 상기 각 RU에게 할당한 전송 자원을 상기 각 RU의 셀 중앙 지역과 셀 경계 지역에 속한 상기 사용자들의 요구 전송 용량, 서비스 품질(QoS) 요구사항, 송수신 안테나 환경을 포함한 전송 조건을 고려하여, 상기 각 RU가 셀 중앙 지역 사용자에게 사용할 수 있는 전송 자원과 셀 경계 지역 사용자에게 사용할 전송 자원으로 서로 중복되지 않게 분할하여 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 DU가 사용자들의 전송 환경과 전송 요구조건을 고려하여 상기 각 RU에 할당된 전송 자원을 상기 각 RU의 사용자들에게 중복이 최소화되도록 할당하는 과정은,
    상기 DU가 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항과 전송 환경을 고려하여 기 할당된 다른 사용자들과 중복이 되지 않도록 상기 사용자에게 할당하는 과정과,
    상기 DU가 상기 사용자에게 전송 자원을 다른 사용자들과 서로 중복되지 않게 할당 할 수 없는 경우, 기 할당 받은 사용자들과 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 사용자와의 채널 특성을 고려하여 기 할당된 전송 자원을 중복으로 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 DU가 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항, 상기 사용자에 대한 전송 환경을 고려하여 기 할당된 다른 사용자들과 중복이 되지 않도록 상기 사용자에게 할당하는 과정은,
    상기 사용자가 한 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항과 전송 환경을 고려하여 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 할당된 전송 자원의 일부를 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 다른 사용자들에게 기 할당된 전송 자원과 중복이 되지 않도록 상기 사용자에게 할당하는 과정,
    상기 사용자가 한 RU i 의 셀 경계 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항과 상기 RU i 와 상기 RU i 에 인접한 RU들의 상기 사용자에 대한 전송 환경을 고려하여 상기 사용자를 서비스할 상기 RU i 를 포함한 다수의 RU를 선택하는 과정과,
    상기 DU가 상기 RU i 의 셀 경계 지역에 속한 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항과 전송 환경을 고려하여 셀 경계 지역에 할당된 전송 자원의 일부를 셀 경계 지역에 속한 다른 사용자들에게 기 할당된 전송 자원과 중복이 되지 않도록 상기 사용자에게 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 DU가 상기 할당된 전송 자원과 사용자에 대한 전송 환경을 고려하여 단일 또는 다수의 RU를 사용하여 상기 사용자들과 신호를 송수신하는 과정은,
    상기 DU가 상기 사용자에게 할당된 전송 자원, 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항과 전송 환경을 고려하여 신호 전송에 사용하기 위해 선택된 RU들의 안테나를 선택하는 과정과,
    상기 DU가 상기 할당된 전송 자원, 상기 결정된 안테나, 상기 선택된 RU들의 상기 사용자에 대한 전송 환경을 고려하여 단일 또는 다수의 RU를 사용하는 다중 안테나 기법을 사용하여 상기 사용자들과 신호를 송수신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 DU가 상기 사용자에게 할당된 전송 자원, 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항과 전송 환경을 고려하여 신호 전송에 사용하기 위해 선택된 RU들의 안테나를 선택하는 과정은,
    상기 사용자가 한 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항, 상기 사용자에게 할당된 각 전송 자원에서 상기 RU i 의 상기 사용자에 대한 전송 환경, 상기 전송 자원에서 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 다른 사용자들과의 중복 할당 여부를 포함하는 전송 환경을 고려하여 상기 전송 자원에서의 신호 전송에 사용될 상기 RU i 의 안테나를 결정하는 과정과,
    상기 사용자가 한 RU i 의 셀 경계 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 사용자의 요구 전송 용량, QoS 요구사항을 포함하는 전송 요구사항, 상기 사용자에게 할당된 각 전송 자원에서 상기 선택된 RU들의 상기 사용자에 대한 전송 환경, 상기 전송 자원에서 셀 경계 지역에 속한 다른 사용자들과의 중복 할당 여부를 포함하는 전송 환경을 고려하여 상기 전송 자원에서의 신호 전송에 사용될 상기 선택된 RU들의 안테나들을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 DU가 상기 할당된 전송 자원, 상기 결정된 안테나, 상기 선택된 RU들의 상기 사용자에 대한 전송 환경을 고려하여 단일 또는 다수의 RU를 사용하는 다중 안테나 기법을 사용하여 상기 사용자들과 신호를 송수신하는 과정은,
    상기 사용자가 한 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 RU i 의 상기 결정된 안테나를 사용하여 전송 효율을 최대화하는 다중 안테나 기법을 사용하여 상기 사용자와 신호를 송수신하는 과정과,
    상기 사용자가 한 RU i 의 셀 경계 지역에 속한 사용자인 경우, 상기 DU가 상기 결정된 RU들의 안테나들을 사용하는 다중 사용자 다중 안테나 기법을 사용하여 상기 사용자와 신호를 송수신하는 과정을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 DU가 상기 사용자에게 전송 자원을 다른 사용자들과 서로 중복되지 않게 할당 할 수 없는 경우, 기 할당 받은 사용자들과 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 사용자와의 채널 특성을 고려하여 기 할당된 전송 자원을 중복으로 할당하는 과정은,
    상기 DU가 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 상기 사용자에게 전송 자원을 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 다른 사용자들의 전송 자원과 중복되지 않게 할당 할 수 없는 경우, 기 할당 받은 상기 RU i 의 셀 중앙 지역에 속한 사용자들 중 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 사용자의 상기 RU i 에 대한 채널 특성과 가장 직교성이 큰 채널 특성을 갖는 사용자의 할당된 전송 자원을 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 사용자에게 중복으로 할당하는 과정과,
    상기 DU가 상기 RU i 의 셀 경계 지역에 속한 상기 사용자에게 전송 자원을 셀 경계 지역에 속한 다른 사용자들과 서로 중복되지 않게 할당할 수 없는 경우, 기 할당 받은 셀 경계 지역에 속한 사용자들 중 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 사용자의 상기 선택된 RU들에 대한 채널 특성과 가장 직교성이 큰 채널 특성을 갖는 사용자의 할당된 전송 자원을 상기 전송 자원을 할당 받지 못한 사용자에게 중복으로 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
KR1020170182306A 2017-12-28 2017-12-28 분산 안테나 구조의 무선 통신 시스템에서 대규모 안테나를 이용하는 신호 전송 방법 KR20190080092A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112787732A (zh) * 2019-11-08 2021-05-11 半导体元件工业有限责任公司 多链路范围扩展

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