KR20190093019A - 클라우드 무선 접속 네트워크의 수신 간섭 상관도에 따른 신호 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

클라우드 무선 접속 네트워크의 수신 간섭 상관도에 따른 신호 송수신 방법 및 장치 Download PDF

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KR20190093019A
KR20190093019A KR1020180012448A KR20180012448A KR20190093019A KR 20190093019 A KR20190093019 A KR 20190093019A KR 1020180012448 A KR1020180012448 A KR 1020180012448A KR 20180012448 A KR20180012448 A KR 20180012448A KR 20190093019 A KR20190093019 A KR 20190093019A
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최인경
박석환
김준범
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한국전자통신연구원
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Abstract

BBU와 RRH를 연결하는 프론트홀의 용량 한계 및 C-RAN과 동일한 주파수 자원에 존재하는 직접 통신 단말에 의해 발생하는 간섭에 따른 상관성을 고려하여, RRH를 위한 수신 빔형성 행렬 및 양자화 잡음의 공분산 행렬과, C-RAN 내의 사용자 장비를 위한 송신 빔형성 행렬을 이용하여 신호를 처리하는 방법 및 신호를 송신하는 방법이 제공된다.

Description

클라우드 무선 접속 네트워크의 수신 간섭 상관도에 따른 신호 송수신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING AND RECEIVING SIGNAL ACCORDING TO INTERFERENCE CORRELATION OF C-RAN}
본 기재는 클라우드 무선 접속 네트워크에서 직접 통신 단말에 의한 간섭 상관도를 고려하여 신호를 송수신하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
클라우드 무선 접속 네트워크(Cloud Radio Access Network, C-RAN)에서 데이터 유닛(Data Unit, DU) 및 무선 유닛(Radio Unit, RU)는 종래 셀룰러 네트워크와 달리, 지리적으로 이격되어 있다. RU는 무선 접속 지역에 분산 설치되는 저비용 노드로서 사용자 장비(user equipment, UE)와 무선 신호의 송수신을 담당하고, 원격 무선 헤드(Remote Radio Head, RRH)라고도 한다. C-RAN에서 DU는 한 지점에 모여 기저대역 처리 유닛(BaseBand Unit, BBU) 풀(pool)을 구성하고, 클라우드 컴퓨팅 기능의 활용에 의해 BBU 풀에 연결된 모든 RRH에 대응하는 기저대역 신호를 집중식으로 처리한다. RRH의 기능이 무선 신호의 송수신으로 한정되기 때문에 상대적으로 적은 비용으로 시스템이 구축되고 유지될 수 있다. 또한 BBU 풀에서 기지국 간 협력 신호처리가 수행될 수 있으므로 간섭 제어 효과에 따른 주파수 효율 증대, 유연한 자원 할당, 그리고 시스템의 소비 전력 감소 등의 효과가 기대될 수 있다. 상향링크에서 RRH는 UE에서 송신되는 신호를 무선 채널을 통해 수신한 후 적절한 샘플링 및 양자화를 통해 디지털 기저대역 신호를 형성하고, 디지털 기저대역 신호를 프론트홀(fronthaul) 링크를 통해 BBU 풀로 전달한다. BBU 풀과 RRH를 연결하는 프론트홀 링크는 광케이블 또는 무선으로 구현될 수 있다. 프론트홀 링크는 필연적으로 데이터 용량의 한계를 가지므로, 프론트홀을 통해 전달되는 기저대역 신호의 양자화 및 압축은 필수적이다.
한편, 이동 통신 시스템에서 기기간 직접 통신이 가능한 D2D 통신 기술은, 기지국의 부하를 줄이고 저지연(low latency) 통신을 가능하게 할 뿐만 아니라, 주파수 효율, 셀 커버리지 증대, 그리고 UE의 전력 소비 향상을 가져올 수 있는 기술이다. 하지만 동일한 주파수 영역에서 셀룰러 시스템과 D2D 통신이 공존하면, D2D 신호는 셀룰러 시스템의 사용자 및 기지국에게 간섭을 일으켜서 전체 시스템 용량의 열화를 발생시킬 수 있다. 따라서 양 시스템 간의 간섭 제어가 필요하다.
한 실시예는 RRH가 프론트홀의 용량 제한과 직접 통신 단말에 의한 간섭을 고려하여 결정된 변수를 이용하여 신호를 처리하는 방법을 제공한다.
다른 실시예는 BBU가 프론트홀의 용량 제한과 직접 통신 단말에 의한 간섭을 고려하여 결정된 변수를 이용하여 신호를 처리하는 방법을 제공한다.
또 다른 실시예는 프론트홀의 용량 제한과 직접 통신 단말에 의한 간섭을 고려하여 결정된 변수를 이용하여 신호를 송신하는 방법을 제공한다.
한 실시예에 따르면, 클라우드 무선 접속 네트워크(Cloud radio access network, C-RAN) 내의 원격 무선 헤드(Remote Radio Head, RRH)의 신호 처리 방법이 제공된다. 상기 신호 처리 방법은, C-RAN 내의 기저대역 처리 유닛(BaseBand unit, BBU)과 RRH를 연결하는 프론트홀의 용량 한계 및 C-RAN과 동일한 주파수 자원에 존재하는 직접 통신 단말에 의해 발생하는 간섭에 따른 상관성을 고려하여 결정된, 양자화 잡음의 공분산 행렬에 관한 정보를 BBU로부터 수신하는 단계, 그리고 공분산 행렬에 관한 정보에 기반하여 C-RAN 내의 사용자 장비(User Equipment, UE)로부터 수신된 신호를 양자화하고, 양자화된 신호를 BBU에게 전달하는 단계를 포함한다.
상기 신호 처리 방법은, 프론트홀의 용량 한계 및 상관성을 고려하여 결정된 수신 빔형성 행렬에 관한 정보를 BBU로부터 수신하는 단계; 그리고 수신 빔형성 벡터에 관한 정보에 기반하여 수행된 수신 빔형성을 통해 사용자 장비로부터 신호를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 신호 처리 방법에서 수신 빔형성 행렬 및 양자화 잡음의 공분산 행렬은, 프론트홀의 용량 한계를 바탕으로 결정된, 프론트홀의 용량 제한 조건, 사용자 장비의 용량 제한 조건, 및 사용자 장비의 송신 전력 제한 조건을 만족할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 클라우드 무선 접속 네트워크(Cloud radio access network, C-RAN) 내의 기저대역 처리 유닛(BaseBand Unit, BBU)의 신호 처리 방법이 제공된다. 상기 신호 처리 방법은 BBU와 C-RAN 내의 원격 무선 헤드(Radio Remote Head, RRH)를 연결하는 프론트홀의 용량 한계 및 C-RAN과 동일한 주파수 자원에 존재하는 직접 통신 단말에 의해 발생하는 간섭에 따른 상관성을 고려하여, 수신 빔형성 행렬, 송신 빔형성 행렬, 및 양자화 잡음의 공분산 행렬을 결정하는 단계, RRH에게 수신 빔형성 벡터에 관한 정보 및 양자화 잡음의 공분산 행렬에 관한 정보를 전달하는 단계, C-RAN 내의 사용자 장비에게 RRH를 거쳐서 송신 빔형성 벡터에 관한 정보를 전달하는 단계, 그리고 사용자 장비의 신호를 사용자 장비로부터 RRH를 통해 수신하는 단계를 포함한다.
상기 신호 처리 방법에서 프론트홀의 용량 한계를 고려하는 것은, 수신 빔형성 행렬, 송신 빔형성 행렬, 및 양자화 잡음의 공분산 행렬이 프론트홀의 용량 한계를 바탕으로 결정된, 프론트홀의 용량 제한 조건, 사용자 장비의 용량 제한 조건, 및 사용자 장비의 송신 전력 제한 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 것을 포함할 수 있다.
상기 신호 처리 방법에서 C-RAN과 동일한 주파수 자원에 존재하는 직접 통신 단말에 의해 발생하는 간섭에 따른 상관성을 고려하는 것은, 프론트홀의 용량 한계를 결정할 때, 간섭에 의한 간섭 신호가 고려된 총 효과 잡음의 공분산 행렬을 포함시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 신호 처리 방법에서 RRH를 통해 수신되는 사용자 장비의 신호는, 양자화 잡음의 공분산 행렬에 기반하여 RRH에 의해 양자화된 신호일 수 있다.
상기 신호 처리 방법은 프론트홀의 용량 한계 및 간섭에 따른 상관성을 고려하여, RRH를 통해 수신되는 사용자 장비의 신호를 탐지하기 위한 등화 행렬을 결정하는 단계, 그리고 등화 행렬을 이용하여 RRH로부터 수신되는 사용자 장비의 신호를 탐지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 클라우드 무선 접속 네트워크(Cloud radio access network, C-RAN) 내의 사용자 장비의 신호 송신 방법이 제공된다. 상기 신호 송신 방법은 C-RAN 내의 기저대역 처리 유닛(BaseBand Unit, BBU)과 C-RAN 내의 원격 무선 헤드(Remote Radio Head, BBU)를 연결하는 프론트홀의 용량 한계 및 C-RAN과 동일한 주파수 자원에 존재하는 직접 통신 단말에 의해 발생하는 간섭에 따른 상관성을 고려하여 결정된, 송신 빔형성 벡터에 관한 정보를 RRH를 통해 BBU로부터 수신하는 단계, 그리고 송신 빔형성 벡터에 관한 정보에 기반하여 수행된 송신 빔형성을 통해 RRH에게 신호를 송신하는 단계를 포함한다.
상기 신호 송신 방법에서 송신 빔형성 행렬은, 프론트홀의 용량 한계를 바탕으로 결정된, 프론트홀의 용량 제한 조건, 사용자 장비의 용량 제한 조건, 및 사용자 장비의 송신 전력 제한 조건을 만족할 수 있다.
직접 통신 단말에 의한 간섭과 프론트홀의 용량 제한을 고려하여 신호를 송수신함으로써, C-RAN 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 한 실시예에 따른 최적화 알고리즘을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 한 실시예에 따른 C-LAN 시스템의 성능을 다른 시스템과 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 3은 한 실시예에 따른 BBU를 나타낸 블록도이다.
도 4는 한 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.
도 1은 한 실시예에 따른 최적화 알고리즘을 나타낸 흐름도이다.
도 1에 도시된 한 실시예에 따른 최적화 알고리즘은 모든 사용자의 합 전송률(Sum-rate)을 최대화 할 수 있는 최적의 변수를 도출하기 위한 알고리즘이다. 먼저 아래에서는 합 전송률을 최대화 할 수 있는 변수들을 수학식 전개를 통해 설명한다.
잡음 신호의 복수의 RRH 간 상호 상관성을 고려하기 위해서, NR개(
Figure pat00001
)의 RRH를 통해서 BBU에게 신호를 독립적으로 송신하는 NU,C개(
Figure pat00002
)의 C-RAN 시스템의 셀룰러 사용자(Cellular UE, CUE)가 가정된다. 이때 NU,D개의 D2D 단말(D2D UE, DUE) 쌍이 C-LAN 시스템과 동일한 주파수 대역에서 통신을 수행한다. RRH의 안테나 개수는 nR,i이고, i는 i번째 RRH를 나타낸다. CUE의 안테나 개수는 nU,C,k이고, k는 k번째 CUE를 나타낸다. i번째 RRH와 BBU 사이의 프론트홀 용량은 Ci(bit/symbol)로 가정한다. RRH에서 수신되는 CUE들의 상향링크 신호는 아래 수학식 1과 같다.
Figure pat00003
수학식 1에서
Figure pat00004
는 k번째 CUE와 i번째 RRH 간의 채널을 나타내는 채널 행렬이고,
Figure pat00005
는 빔형성 행렬인
Figure pat00006
에 의해 빔형성된 k번째 CUE의 송신 데이터 벡터이다. 송신 데이터 벡터
Figure pat00007
는 아래 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00008
수학식 2에서
Figure pat00009
는 부호화된 기저대역 신호이고,
Figure pat00010
이다. 그리고 각 CUE의 송신 전력은 아래 수학식 3을 만족해야 한다.
Figure pat00011
또한, 수학식 1에서
Figure pat00012
는 효과 잡음(effective noise)을 나타내고 부가 잡음
Figure pat00013
과 D2D 간섭 신호
Figure pat00014
의 합으로 표현된다. D2D 간섭 신호에서,
Figure pat00015
는 k번째 DUE와 i번째 RRH 간의 채널의 채널 행렬이고,
Figure pat00016
는 k번째 DUE의 송신 벡터이다. k번째 DUE의 송신 전력은 아래 수학식 4와 같고, DUE의 송신 벡터의 공분산 행렬은 아래 수학식 5와 같다.
Figure pat00017
Figure pat00018
따라서, i번째 RRH에서 효과 잡음
Figure pat00019
의 공분산 행렬은 아래 수학식 6과 같다.
Figure pat00020
그리고 모든 RRH에서의 총 효과 잡음(total effective noise)
Figure pat00021
의 공분산 행렬
Figure pat00022
는 아래 수학식 7과 같다.
Figure pat00023
공분산 행렬
Figure pat00024
는, 효과 잡음이 RRH 간, 공간적으로 독립적(
Figure pat00025
)이라 가정하면 아래 수학식 8로 표현될 수 있다.
Figure pat00026
하지만, D2D 간섭 신호가 서로 다른 RRH의 수신 신호의 잡음 신호에 포함된다고 가정하면, 공간적으로 독립되어 있지 않으므로, 효과 잡음은 RRH 간 상관되어있고, 공분산 행렬
Figure pat00027
는 아래 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00028
수학식 9에서 k번째 DUE의 RRH에 대한 채널 행렬
Figure pat00029
는 아래 수학식 10과 같다.
Figure pat00030
각 RRH는 상향링크 신호를 수신할 때 아래 수학식 11에 따른 수신 빔형성 행렬을 이용하여 빔형성을 수행할 수 있다.
Figure pat00031
이때, 빔형성된 수신 신호(beamformed received signal)는 아래 수학식 12와 같다.
Figure pat00032
이후 RRH는 빔형성된 수신 신호
Figure pat00033
를 제한된 용량의 프론트홀 링크를 통해 BBU로 보내기 위해서 수학식 13과 같이 양자화를 수행한다.
Figure pat00034
수학식 13에서 양자화 잡음을 나타내는
Figure pat00035
는
Figure pat00036
와 상호 독립인 신호이다. 여기서
Figure pat00037
는 양자화 잡음의 공분산 행렬이고, 양자화 잡음의 공분산 행렬은 프론트홀 압축(즉, 양자화) 및 압축 해제 방식에 따라 결정된다. 빔형성된 수신 신호의 양자화는 점대점 양자화(Point-to-Point(P2P) Quantization) 방식 또는 부가정보 양자화(Side Information(SI) Quantization) 방식에 따라 수행될 수 있다. 점대점 양자화 방식은, BBU가
Figure pat00038
을 각각 독립적으로 압축해제(decompression)할 수 있도록 빔형성된 수신 신호를 양자화하는 방식이다. 부가정보 양자화는 BBU가
Figure pat00039
을 연속적으로 압축해제할 때 신호의 상관성을 바탕으로 이미 압축해제된
Figure pat00040
를 이용하여
Figure pat00041
를 압축해제할 수 있도록 빔형성된 수신 신호를 양자화하는 방식이다. RRH에서 양자화된 신호
Figure pat00042
가, BBU에서 성공적으로 압축해제되기 위해서는, 프론트홀 제한조건(Fronthaul constraint)이 만족되어야 한다. 부가정보 양자화가 적용될 때 프론트홀 용량 한계는 아래 수학식 14와 같다.
Figure pat00043
그리고 수학식 14의 각 변수는 수학식 15와 같다.
Figure pat00044
서로 다른 RRH에서 양자화가 수행될 때 더해지는 양자화 잡음 신호는 서로 독립 분포를 가지므로,
Figure pat00045
로 정의될 수 있다.
수학식 14의 프론트홀 제한조건은 각 RRH의 프론트홀 용량 한계를 모두 합하여 아래 수학식 16과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00046
그리고 수학식 14의 프론트홀 제한 조건은 수학식 16 및 아래 수학식 17에 따른 보조 정리(lemma)를 이용하여 수학식 18과 같이 변환될 수 있다.
Figure pat00047
Figure pat00048
수학식 18에서 최적 행렬
Figure pat00049
은 아래 수학식 19와 같다.
Figure pat00050
한 실시예에 따른 BBU는, 모든 RRH로부터 수신한 양자화된 신호를 압축해제하여 CUE에 의해 송신된 신호를 탐지(또는 복원)하기 위해, 각 CUE에 대해 선형 등화(linear equalization)
Figure pat00051
을 수행한다. 이때
Figure pat00052
이다.
Figure pat00053
는 등화 행렬이고,
Figure pat00054
는 데이터 스트림의 개수이다. k번째 CUE가 획득할 수 있는 용량 Rk는 아래 수학식 20과 같이 주어진다.
Figure pat00055
수학식 20의 각 변수는 아래 수학식 21과 같다.
Figure pat00056
수학식 20의 k번째 CUE의 획득 가능 용량 R k 는 양의 정부호(positive definite Hermitian) 가중 행렬
Figure pat00057
에 대하여 아래 수학식 22를 만족한다.
Figure pat00058
수학식 22의
Figure pat00059
는 평균 자승 오류(mean squared error, MSE) 행렬이다. 아래 수학식 23를 최소로 만드는 선형 등화 행렬
Figure pat00060
와 수학식 22의 하부 경계(lower bound)를 최대로 만드는
Figure pat00061
는 각각 아래 수학식 24와 같다.
Figure pat00062
Figure pat00063
한 실시예에 따른 BBU는 각 RRH의 프론트홀 용량 제한 조건과, CUE의 획득 용량 제한 조건과, 각 사용자 전송 전력 제한 조건을 만족하면서 모든 사용자의 합 전송률
Figure pat00064
을 최대로 하기 위해 아래 수학식 25의 최적화 문제를 만족시킬 수 있는 변수 V, U, Ω, 및 L의 최적 값을 계산할 수 있다.
Figure pat00065
수학식 25에서 변수 V는 CUE의 송신 빔형성 행렬이고, U는 RRH의 수신 빔형성 행렬이고, Ω는 RRH의 양자화 잡음의 공분산 행렬이며, L은 BBU의 수신 선형등화 행렬이다. 수학식 25에서 첫 번째 줄은 RRH의 프론트홀의 용량에 관한 제한 조건을 나타낸 수학식 14로부터 도출된 식이고, 두 번째 줄은 k번째 CUE의 용량에 관한 제한 조건을 나타낸 수학식 20으로부터 도출된 식이며, 세 번째 줄은 k번째 CUE의 송신 전력에 관한 제한 조건을 나타낸 수학식 3으로부터 도출된 식이다. 즉, 수학식 25의 최적화 문제를 해결하면, RRH의 프론트홀의 용량 제한, 각 CUE의 용량 제한, 및 각 CUE의 송신 전력 제한을 모두 만족시키며 모든 사용자의 합 전송률을 최대화 할 수 있는 변수 V, U, Ω, L의 최적 값이 계산될 수 있다.
하지만, 수학식 25의 최적화 문제는 비볼록(non-convex) 문제이기 때문에 해를 찾기 어렵다. 따라서 한 실시예에 따르면 수학식 25의 부 최적 해(sub-optimal solution)를 효율적으로 찾기 위해, 연속 볼록 근사법(Successive Convex Approximation, SCA) 기반 접근을 통해 수학식 26의 조건 세트가 도출될 수 있다.
Figure pat00066
수학식 26에서 condition 1은 RRH의 프론트홀 용량 제한에 관한 조건이고 수학식 18 및 수학식 19에 따라 도출된 식이다. condition 2는 CUE의 용량 제한에 관한 조건이고 수학식 22 내지 수학식 24에 따라 도출된 식이다. 한 실시예에 따른 최적화 알고리즘에서는, 최적화 문제에 포함된 변수 세트 {V, U, Ω, L, W, Σ}의 값을 초기화하고, 볼록 최적화(convex optimization) 문제를 계산하여 변수 세트 {V, U, Ω, L, W, Σ}를 업데이트하는 사이클이 반복된다. Condition 3은 CUE의 송신 전력 제한에 관한 조건이고 수학식 3에 의한 식이다. 수학식 26에서 condition 1, condition 2, 및 condition 3은 RRH의 프론트홀의 용량 한계를 바탕으로 결정된 조건들이다. 즉, RRH의 프론트홀의 용량 한계에 의해 프론트홀의 용량 제한 조건, 각 CUE의 용량 제한 조건, 및 각 CUE의 송신 전력 제한 조건이 결정될 수 있다.
도 1을 참조하면, 한 실시예에 따른 BBU는 변수 세트 {V, U, Ω, L, W, Σ}를 초기값 세트 {V o , U o , Ω o , L o , W o , Σ o }로 초기화한다(S110). 변수 V, U, 및 Ω의 초기화는 수학식 26의 condition 3에 의해 수행되고, 변수 L, W, 및 Σ의 초기화는 수학식 19 및 수학식 24에 의해 수행될 수 있다. 그리고 BBU는 초기화된 변수 세트 {V, U, Ω, L, W, Σ}를 이용하여 합 전송률
Figure pat00067
를 계산한다(S120). 다음 BBU는 변수 세트 {V, U, Ω, L, W, Σ}를 업데이트 한다. 초기화된 변수 세트 및 합 전송률에 대한 사이클의 반복 횟수 i는 0이다.
BBU는 수학식 26의 condition 1 내지 3과 수학식 25의 최적화 문제를 만족하는 변수 V 및 Ω를 계산하고, 계산된 변수 V 및 Ω를 업데이트한다(S130). 또한 BBU는 수학식 26의 condition 1 및 2와 수학식 25의 최적화 문제를 만족하는 변수 U 및 Ω를 계산하고, 계산된 변수 U 및 Ω를 업데이트한다(S140). 또한 BBU는 수학식 19 및 수학식 24를 이용하여 L, W, 및 Σ를 업데이트 한다(S150).
BBU는 업데이트된 변수 세트 {V, U, Ω, L, W, Σ}를 이용하여 합 전송률
Figure pat00068
를 계산한다(S160). 업데이트된 변수 세트에 따른 합 전송률이 미리 결정된 임계치보다 크거나, 또는 상기 사이클의 반복 횟수 i가 미리 결정된 횟수 N에 다다르면(수렴 체크(convergence check)), BBU는 변수 세트 {V, U, Ω, L, W, Σ}의 업데이트를 종료한다(S170). 이때 BBU는 수렴 체크를 수행할 때, 초기화된 변수 세트에 따른 합 전송률과 업데이트된 변수 세트에 따른 합 전송률의 차이가 미리 결정된 임계치보다 큰지 여부(
Figure pat00069
)를 판단할 수 있다.
하지만, 업데이트된 변수 세트에 따른 합 전송률이 미리 결정된 임계치보다 크지 않고, 상기 사이클이 미리 결정된 횟수보다 작으면, BBU는 업데이트된 변수 세트 {V, U, Ω, L, W, Σ}를 변수 세트 {V o , U o , Ω o , L o , W o , Σ o }로 설정하고, 단계 S130부터 사이클을 반복한다(S180). 이때 업데이트된 변수 세트 {V, U, Ω, L, W, Σ}에 따라 계산된
Figure pat00070
도
Figure pat00071
로 설정된다. 도 1의 알고리즘에서 변수 Σ의 업데이트는 변수 L 또는 W의 업데이트 중에도 가능하다.
이후 BBU는 최적화 알고리즘을 통해 결정된 변수 V에 관한 정보를 CUE에게 전송하고, CUE는 송신 빔형성을 수행할 때 BBU로부터 수신된 변수 V에 관한 정보를 활용할 수 있다. 예를 들면, BBU가 빔형성 행렬 자체를 CUE에게 피드백하면 피드백 오버헤드가 커지므로, BBU는 CUE와 코드북을 공유하고, 최적화 알고리즘을 통해 결정된 변수 V(즉, 송신 빔형성 행렬)에 관한 코드북 인덱스를 CUE에게 피드백할 수 있다. 예를 들어, LTE-A의 프리코딩 매트릭스 지시자(precoding matrix indicator, PMI)와 같이 BBU는 물리 하향링크 제어 채널(physical downlink control channel, PDCCH)를 통해 CUE의 스케줄링 정보와 함께 코드북 인덱스를 CUE에게 피드백 할 수 있다. 최적화 알고리즘을 통해 결정된 변수 U는 RRH가 수신 빔형성을 수행할 때 활용될 수 있고, 변수 Ω는 RRH가 CUE로부터 수신한 신호를 양자화할 때 활용될 수 있으며, 변수 L은 BBU가 CUE의 송신 신호를 탐지하기 위해 선형 등화를 수행할 때 활용될 수 있다. BBU가 수학식 26의 조건을 만족하도록 결정한, 송신 빔형성 행렬, 수신 빔형성 행렬, 양자화 잡음의 공분산 행렬, 및 등화 행렬은 RRH와 CUE 간의 채널이 비교적 일정한 상태를 갖는 동안 유지되며, 채널 변화에 따라 다른 파라미터들과 함께 업데이트 될 수 있다.
도 2는 한 실시예에 따른 C-LAN 시스템의 성능을 다른 시스템과 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 2에서 각 시스템의 환경은, 단일 안테나를 사용하는 RRH, CUE, 및 DUE를 각각 2개씩 포함하고, 각 RRH, CUE, 및 DUE는 100m 반경 내에 균일하게(uniformly) 분포된다. 데이터 스트림은 1개이며, SNR은 20dB인 환경이다. 각 곡선이 나타내는 시스템은 다음과 같다.
- UB for SI/P2P (D2D off) 곡선: D2D 링크가 비활성화되고 부가정보(SI) 양자화 혹은 점대점(P2P) 양자화 기법이 적용된 경우의 합 전송률을 나타낸다. D2D 간섭이 없는 상태이므로 D2D가 혼재된 C-RAN 시스템의 상한으로 볼 수 있다.
- Cutset UB 곡선: D2D가 혼재된 C-RAN 시스템의 합 전송률의 커트셋(cutset) 경계를 나타낸다. 프론트훌 용량 한계가 없는 경우 얻을 수 있는 합 전송률과 RRH의 용량 총합
Figure pat00072
중 작은 값이다.
- SI/P2P quant. (잡음 상관성 미고려(Noise correlation unknown)) 곡선: RRH간 잡음의 상관성이 없는 경우의 합 전송률이다.
- Proposed SI quant. (잡음 상관성 고려(Noise correlation known)) 곡선: 한 실시예에 따른 C-LAN 시스템의 합 전송률로서, RRH간 잡음 상관성을 이용하여 성능 이득을 얻는다.
종래 상향링크 시스템(SI/P2P quant.)은 커트셋 경계에 비하여 프론트홀의 용량 전 범위에서 상당한 성능 저하가 나타나지만, 서로 다른 RRH의 수신 간섭의 상관도가 고려된 한 실시예에 따른 방식은 프론트홀의 용량이 증가함에 따라 합 전송률이 커트셋 경계의 그것에 접근함을 알 수 있다.
도 3은 한 실시예에 따른 BBU를 나타낸 블록도이고, 도 4는 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
한 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 기능 엔티티(예를 들어, AMF, SMF, UPF 등)는, 컴퓨터 시스템, 예를 들어 컴퓨터 판독 가능 매체로 구현될 수 있다. 도 3을 참조하면, 컴퓨터 시스템(300)은, 버스(320)를 통해 통신하는 프로세서(310), 메모리(330), 사용자 인터페이스 입력 장치(350), 사용자 인터페이스 출력 장치(360), 및 저장 장치(340) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(300)은 또한 네트워크에 결합된 네트워크 인터페이스를 포함할 수 있다. 프로세서(310)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU)이거나, 또는 메모리(330) 또는 저장 장치(340)에 저장된 명령을 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(330) 및 저장 장치(340)는 다양한 형태의 휘발성 또는 비휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리는 ROM(read only memory) 및 RAM(random access memory)를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예는 컴퓨터에 구현된 방법으로서 구현되거나, 컴퓨터 실행 가능 명령이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체로서 구현될 수 있다. 한 실시예에서, 프로세서에 의해 실행될 때, 컴퓨터 판독 가능 명령은 본 기재의 적어도 하나의 양상에 따른 방법을 수행할 수 있다.
도 4를 참조하면, 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템은, RRH(410)와 CUE(420)를 포함한다.
RRH(410)는, 프로세서(processor)(411), 메모리(memory)(412), 그리고 무선 통신부(radio frequency unit, RF unit)(413)를 포함한다. 메모리(412)는 프로세서(411)와 연결되어 프로세서(411)를 구동하기 위한 다양한 정보 또는 프로세서(411)에 의해 실행되는 적어도 하나의 프로그램을 저장할 수 있다. 무선 통신부(413)는 프로세서(411)와 연결되어 무선 신호를 송수신 할 수 있다. 프로세서(411)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(411)에 의해 구현될 수 있다. 한 실시예에 따른 RRH(410)의 동작은 프로세서(411)에 의해 구현될 수 있다.
CUE(420)는, 프로세서(421), 메모리(422), 그리고 무선 통신부(423)를 포함한다. 메모리(422)는 프로세서(421)와 연결되어 프로세서(421)를 구동하기 위한 다양한 정보 또는 프로세서(421)에 의해 실행되는 적어도 하나의 프로그램을 저장할 수 있다. 무선 통신부(423)는 프로세서(421)와 연결되어 무선 신호를 송수신 할 수 있다. 프로세서(421)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(421)에 의해 구현될 수 있다. 한 실시예에 따른 CUE(420)의 동작은 프로세서(421)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 (10)

  1. 클라우드 무선 접속 네트워크(Cloud radio access network, C-RAN) 내의 원격 무선 헤드(Remote Radio Head, RRH)의 신호 처리 방법으로서,
    상기 C-RAN 내의 기저대역 처리 유닛(BaseBand unit, BBU)과 상기 RRH를 연결하는 프론트홀의 용량 한계 및 상기 C-RAN과 동일한 주파수 자원에 존재하는 직접 통신 단말에 의해 발생하는 간섭에 따른 상관성을 고려하여 결정된, 양자화 잡음의 공분산 행렬에 관한 정보를 상기 BBU로부터 수신하는 단계, 그리고
    상기 공분산 행렬에 관한 정보에 기반하여 상기 C-RAN 내의 사용자 장비(User Equipment, UE)로부터 수신된 신호를 양자화하고, 양자화된 신호를 상기 BBU에게 전달하는 단계
    를 포함하는 신호 처리 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 프론트홀의 용량 한계 및 상기 상관성을 고려하여 결정된 수신 빔형성 행렬에 관한 정보를 상기 BBU로부터 수신하는 단계; 그리고
    상기 수신 빔형성 벡터에 관한 정보에 기반하여 수행된 수신 빔형성을 통해 상기 사용자 장비로부터 신호를 수신하는 단계
    를 더 포함하는, 신호 처리 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 수신 빔형성 행렬 및 상기 양자화 잡음의 공분산 행렬은, 상기 프론트홀의 용량 한계를 바탕으로 결정된, 상기 프론트홀의 용량 제한 조건, 상기 사용자 장비의 용량 제한 조건, 및 상기 사용자 장비의 송신 전력 제한 조건을 만족하는, 신호 처리 방법.
  4. 클라우드 무선 접속 네트워크(Cloud radio access network, C-RAN) 내의 기저대역 처리 유닛(BaseBand Unit, BBU)의 신호 처리 방법으로서,
    상기 BBU와 상기 C-RAN 내의 원격 무선 헤드(Radio Remote Head, RRH)를 연결하는 프론트홀의 용량 한계 및 상기 C-RAN과 동일한 주파수 자원에 존재하는 직접 통신 단말에 의해 발생하는 간섭에 따른 상관성을 고려하여, 수신 빔형성 행렬, 송신 빔형성 행렬, 및 양자화 잡음의 공분산 행렬을 결정하는 단계,
    상기 RRH에게 상기 수신 빔형성 벡터에 관한 정보 및 상기 양자화 잡음의 공분산 행렬에 관한 정보를 전달하는 단계,
    상기 C-RAN 내의 사용자 장비에게 상기 RRH를 거쳐서 상기 송신 빔형성 벡터에 관한 정보를 전달하는 단계, 그리고
    상기 사용자 장비의 신호를 상기 사용자 장비로부터 상기 RRH를 통해 수신하는 단계
    를 포함하는 신호 처리 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 프론트홀의 용량 한계를 고려하는 것은,
    상기 수신 빔형성 행렬, 상기 송신 빔형성 행렬, 및 상기 양자화 잡음의 공분산 행렬이 상기 프론트홀의 용량 한계를 바탕으로 결정된, 상기 프론트홀의 용량 제한 조건, 상기 사용자 장비의 용량 제한 조건, 및 상기 사용자 장비의 송신 전력 제한 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 것을 포함하는, 신호 처리 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 C-RAN과 동일한 주파수 자원에 존재하는 직접 통신 단말에 의해 발생하는 간섭에 따른 상관성을 고려하는 것은,
    상기 프론트홀의 용량 한계를 결정할 때, 상기 간섭에 의한 간섭 신호가 고려된 총 효과 잡음의 공분산 행렬을 포함시키는 것을 포함하는, 신호 처리 방법.
  7. 제4항에서,
    상기 RRH를 통해 수신되는 상기 사용자 장비의 신호는, 상기 양자화 잡음의 공분산 행렬에 기반하여 상기 RRH에 의해 양자화된 신호인, 신호 처리 방법.
  8. 제4항에서,
    상기 프론트홀의 용량 한계 및 상기 간섭에 따른 상관성을 고려하여, 상기 RRH를 통해 수신되는 상기 사용자 장비의 신호를 탐지하기 위한 등화 행렬을 결정하는 단계, 그리고
    상기 등화 행렬을 이용하여 상기 RRH로부터 수신되는 상기 사용자 장비의 신호를 탐지하는 단계
    를 더 포함하는 신호 처리 방법.
  9. 클라우드 무선 접속 네트워크(Cloud radio access network, C-RAN) 내의 사용자 장비의 신호 송신 방법으로서,
    상기 C-RAN 내의 기저대역 처리 유닛(BaseBand Unit, BBU)과 상기 C-RAN 내의 원격 무선 헤드(Remote Radio Head, BBU)를 연결하는 프론트홀의 용량 한계 및 상기 C-RAN과 동일한 주파수 자원에 존재하는 직접 통신 단말에 의해 발생하는 간섭에 따른 상관성을 고려하여 결정된, 송신 빔형성 벡터에 관한 정보를 상기 RRH를 통해 상기 BBU로부터 수신하는 단계, 그리고
    상기 송신 빔형성 벡터에 관한 정보에 기반하여 수행된 송신 빔형성을 통해 상기 RRH에게 신호를 송신하는 단계
    를 포함하는 신호 송신 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 송신 빔형성 행렬은, 상기 프론트홀의 용량 한계를 바탕으로 결정된, 상기 프론트홀의 용량 제한 조건, 상기 사용자 장비의 용량 제한 조건, 및 상기 사용자 장비의 송신 전력 제한 조건을 만족하는, 신호 송신 방법.
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