KR20200012643A - Subarray configuration system and method in massive MIMO - Google Patents

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KR20200012643A
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장재선
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주식회사 케이티
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Abstract

The present invention provides a subarray configuration system in massive multiple input multiple output (MIMO) and a method thereof which can secure coverage. The method, in which a subarray configuration system configures an uplink subarray consisting of a plurality of antenna elements in massive MIMO, maps a first and a second subarray consisting of a plurality of antenna elements and a first and a second transceiver installed in a base station to transceive signals with a plurality of terminals. If uplink reception signal strength received by the first and the second transceiver is higher than or equal to a threshold, merging of the first and the second subarray is determined to allow an uplink signal transferred to a first low-noise amplifier of the first transceiver to enter a second low-noise amplifier of the second transceiver. The second transceiver is mapped to the first and the second subarray to allow the second transceiver of the second subarray to receive an uplink signal received via the first subarray and an uplink signal received via the second subarray.

Description

대규모 MIMO에서의 서브어레이 설정 시스템 및 방법{Subarray configuration system and method in massive MIMO}Subarray configuration system and method in massive MIMO

본 발명은 대규모 MIMO에서의 서브어레이 설정 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for subarray setting in large scale MIMO.

대규모 MIMO(Massive Multiple Input Multiple Output)에서는 다수의 안테나 소자를 활용하여 빔을 생성한다. 빔을 생성하는 방법에 따라, 위상 천이기(phase shifter)를 활용하여 빔을 생성하는 아날로그 빔포밍과 디지털단에서 가중치 벡터(weight vector)를 구하여 빔을 생성하는 디지털 빔포밍, 두 가지 방법을 혼합하여 사용하는 하이브리드 빔포밍 이렇게 크게 세가지로 구분된다. Massive Massive Multiple Input Multiple Output (MIMO) uses multiple antenna elements to generate beams. Depending on the beam generation method, a combination of the two methods, analog beamforming that generates a beam using a phase shifter and digital beamforming that obtains a weight vector from a digital stage, generates the beam Hybrid beamforming used in this way is largely divided into three.

현재 디지털 빔포밍은 단가 및 복잡도의 제약으로 인해 트랜시버 후에 일부 안테나 어레이를 묶은 서브 어레이(subarray) 형태로 구현하고 있다. 서브 어레이는 2∼4개의 안테나 소자로 구성이 되어 있고, 하향 링크/상향 링크 경로가 동일하게 되어 있다. 이와 같이 디지털 빔포밍을 구성하는 경우, 하향 링크는 디지털 단에서 가중치 벡터를 주어 빔포밍을 하지만, 상향 링크는 안테나를 통해 트랜시버로 받은 신호를 OFDM 디모듈레이션을 거친 후 가중치 벡터를 통해 빔포밍 효과를 얻게 된다.Currently, digital beamforming is implemented in the form of a subarray (subarray) in which some antenna arrays are bundled after the transceiver due to cost and complexity constraints. The sub array is composed of two to four antenna elements, and the downlink / uplink paths are the same. In the case of configuring digital beamforming as described above, the downlink performs beamforming by giving a weight vector at the digital stage, but the uplink undergoes OFDM demodulation of the signal received by the transceiver through the antenna and then performs beamforming effect through the weight vector. You get

그러나, 커버리지 경계지점에 있는 원거리 단말의 신호의 경우 트랜시버 입력에 들어오는 SINR(Signal-to-Interface Noise Ratio)이 확보되지 않아, 가중치 벡터를 주더라도 빔포밍 효과를 주지 못한다. 따라서 강전계나 중전계 단말에 대해서는 안테나 소자의 개수에 비례하여 빔포밍 이득을 가질 수 있으나, 약전 또는 커버리지 경계 지점에 있는 단말에 대해서는 안테나 소자의 개수에 비례하여 빔포밍 이득을 가질 수 없어, 커버리지 공백(coverage hole)이 발생하게 된다.However, the signal of the far-end terminal at the coverage boundary is not secured to the signal-to-interface noise ratio (SINR) that enters the transceiver input, and thus does not give a beamforming effect even if a weight vector is given. Therefore, a beamforming gain may be obtained in proportion to the number of antenna elements for a strong electric field or a medium electric field terminal, but a beamforming gain may not be obtained in proportion to the number of antenna elements for a terminal located at a weak point or a coverage boundary. (coverage hole) will occur.

따라서, 본 발명은 대규모 MIMO에서 비대칭적 서브어레이 배열의 적응적인 적용을 통해 커버리지를 확보할 수 있는 대규모 MIMO에서의 서브어레이 설정 시스템 및 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a system and method for subarray setting in large scale MIMO that can secure coverage through adaptive application of an asymmetric subarray arrangement in large scale MIMO.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 MIMO(Multiple Input Multiple Output)에서 서브어레이 설정 시스템이 복수의 안테나 소자들로 구성되는 서브어레이를 설정하는 방법으로서,As a method for setting a subarray composed of a plurality of antenna elements in a subarray setting system in a multiple input multiple output (MIMO), which is one feature of the present invention for achieving the technical problem of the present invention,

복수의 단말들과 신호를 송수신하기 위하여, 복수의 안테나 소자들로 각각 구성되는 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를, 기지국에 설치된 제1 트랜시버와 제2 트랜시버를 매핑하는 단계, 상기 제1 트랜시버 및 제2 트랜시버가 수신한 상향링크 수신 신호 세기가 임계값 이상이면, 상기 제1 트랜시버의 제1 저잡음 증폭기로 전달되는 상향링크 신호가 상기 제2 트랜시버의 제2 저잡음 증폭기로 유입되도록, 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이의 병합을 결정하는 단계, 그리고 상기 제1 서브어레이를 통해 수신한 상향링크 신호와 상기 제2 서브어레이를 통해 수신한 상향링크 신호를 상기 제2 서브어레이의 제2 트랜시버가 수신하도록 상기 제2 트랜시버를 상기 제1 서브어레이 및 제2 서브어레이에 매핑하는 단계를 포함한다.In order to transmit and receive signals with a plurality of terminals, mapping the first and second transceivers, each of which comprises a plurality of antenna elements, to a first transceiver and a second transceiver installed in a base station, the first transceiver And if the uplink received signal strength received by the second transceiver is greater than or equal to a threshold, the uplink signal transmitted to the first low noise amplifier of the first transceiver is introduced into the second low noise amplifier of the second transceiver. Determining a merge of a subarray and a second subarray; and an uplink signal received through the first subarray and an uplink signal received through the second subarray, the second transceiver of the second subarray. And mapping the second transceiver to the first subarray and the second subarray for reception.

상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이의 병합을 결정하는 단계는, 하향링크 신호를 수신하는 서브어레이의 제1 안테나 소자 수와 상향링크 신호를 전송하는 서브어레이의 제2 안테나 소자 수를 비교하는 단계, 상기 제1 안테나 소자 수와 제2 안테나 소자 수가 상이하고 상기 상향링크 수신 신호 세기가 상기 임계값 중 제1 임계값보다 크면, 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 병합하는 것으로 결정하는 단계, 그리고 상기 제1 서브어레이가 연결된 제1 트랜시버의 제1 저잡음 증폭기로 유입되는 상향링크 신호가 상기 제2 서브어레이가 연결된 제2 트랜시버의 제2 저잡음 증폭기로 유입되도록 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the merging of the first subarray and the second subarray may include comparing the number of first antenna elements of a subarray receiving a downlink signal with the number of second antenna elements of a subarray transmitting an uplink signal. In an exemplary embodiment, if the number of first antenna elements and the number of second antenna elements are different and the uplink received signal strength is greater than a first threshold value among the thresholds, the first and second subarrays are determined to be merged. And switching the uplink signal flowing into the first low noise amplifier of the first transceiver to which the first subarray is connected is introduced into the second low noise amplifier of the second transceiver to which the second subarray is connected. have.

상기 상향링크 수신 신호 세기가 상기 제1 임계값보다 작으면, 상기 상향링크 수신 신호 세기가 상기 임계값 중 제2 임계값보다 큰지 확인하는 단계, 상기 상향링크 수신 신호 세기가 상기 제2 임계값보다 크면, 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 병합하는 것으로 결정하는 단계, 그리고 상기 제1 서브어레이가 연결된 제1 트랜시버의 제1 저잡음 증폭기로 유입되는 상향링크 신호가 상기 제2 서브어레이가 연결된 제2 트랜시버의 제2 저잡음 증폭기로 유입되도록 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다.If the uplink received signal strength is less than the first threshold, checking whether the uplink received signal strength is greater than a second one of the thresholds; and the uplink received signal strength is greater than the second threshold. If so, determining that the first sub-array and the second sub-array are merged, and the uplink signal flowing into the first low noise amplifier of the first transceiver to which the first sub-array is connected is connected to the second sub-array. And switching to enter the second low noise amplifier of the second transceiver.

상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이의 병합을 결정하는 단계는, 상기 제1 안테나 소자 수와 제2 안테나 소자 수가 동일하고 상기 상향링크 수신 신호 세기가 상기 제2 임계값보다 크면, 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 유지하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the merging of the first subarray and the second subarray may include: if the number of the first antenna elements and the number of the second antenna elements are the same and the uplink received signal strength is greater than the second threshold, the first subarray; And maintaining the subarray and the second subarray.

상기 상향링크 수신 신호 세기가 상기 제2 임계값보다 작으면, 상기 기지국으로 신호를 전송한 단말의 출력이 최대인지 확인하는 단계, 상기 단말의 출력이 최대이면 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 병합하는 것으로 결정하는 단계, 그리고 상기 제1 저잡음 증폭기로 유입되는 상향링크 신호가 상기 제2 저잡음 증폭기로 유입되도록 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다.If the uplink received signal strength is less than the second threshold, checking whether the output of the terminal transmitting the signal to the base station is maximum; if the output of the terminal is maximum, the first subarray and the second subarray Determining to merge and switching the uplink signal flowing into the first low noise amplifier flows into the second low noise amplifier.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 MIMO(Multiple Input Multiple Output)에서 복수의 안테나 소자들로 구성되는 서브어레이를 설정하는 시스템으로서,A system for setting a sub-array composed of a plurality of antenna elements in MIMO (Multiple Input Multiple Output) which is another feature of the present invention for achieving the technical problem of the present invention,

기지국에 설치된 복수의 트랜시버들 각각이 수신한 상향링크 수신 신호 세기를 수집하는 정보 수집 모듈, 그리고 복수의 안테나 소자들로 각각 구성되는 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 제1 트랜시버와 제2 트랜시버에 매핑하고, 상기 상향링크 수신 신호 세기가 임계값 이상이면 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이로 각각 전송된 상향링크 신호가 상기 제2 트랜시버의 저잡음 증폭기로 유입되도록 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 병합하는 서브어레이 세트 결정 모듈을 포함한다.An information acquisition module for collecting the uplink received signal strength received by each of the plurality of transceivers installed in the base station, and a first transceiver and a second transceiver, each of which comprises a first subarray and a second subarray. When the uplink received signal strength is greater than or equal to a threshold, the uplink signals transmitted to the first subarray and the second subarray are introduced into the low noise amplifier of the second transceiver. And a subarray set determination module for merging the two subarrays.

상기 서브어레이 세트 결정 모듈은, 하향링크 신호를 수신하는 서브어레이의 제1 안테나 소자 수와 상향링크 신호를 전송하는 서브어레이의 제2 안테나 소자 수를 비교하고, 상기 제1 안테나 소자 수와 제2 안테나 소자 수가 상이하고 상기 상향링크 수신 신호 세기가 상기 임계값 중 제1 임계값보다 크면, 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 병합하는 것으로 결정할 수 있다.The subarray set determination module compares the number of first antenna elements of a subarray receiving a downlink signal with the number of second antenna elements of a subarray transmitting an uplink signal, and the number of the first antenna elements and the second antenna element. When the number of antenna elements is different and the uplink received signal strength is larger than a first threshold value among the thresholds, it may be determined to merge the first subarray and the second subarray.

상기 서브어레이 세트 결정 모듈은, 상향링크 수신 신호 세기가 상기 제1 임계값보다 작으나 제2 임계값보다 크면 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 병합하는 것으로 결정하며, 상기 제2 임계값은 상기 제1 임계값과 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이의 병합에 따른 이득을 더한 값으로 계산될 수 있다.The subarray set determination module determines that the first subarray and the second subarray are merged when the uplink received signal strength is less than the first threshold but greater than the second threshold. The first threshold may be calculated by adding a gain obtained by merging the first subarray and the second subarray.

상기 서브어레이 세트 결정 모듈은, 상기 제1 안테나 소자 수와 제2 안테나 소자 수가 동일하고, 상향링크 신호를 전송한 단말의 출력이 최대이면, 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 병합하는 것으로 결정할 수 있다.The subarray set determination module merges the first subarray and the second subarray when the number of the first antenna elements and the number of the second antenna elements are the same and the output of the terminal transmitting the uplink signal is maximum. You can decide.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 기지국은, Another aspect of the present invention for achieving the technical problem of the present invention is a base station,

복수의 안테나 소자들을 포함하는 안테나, 상기 복수의 안테나 소자들 중 적어도 둘 이상의 안테나 소자들로 각각 구성되어 있는 복수의 서브어레이들 각각에 매핑되어 있어 상향링크 수신 신호와 하향링크 수신 신호를 증폭하는 복수의 트랜시버, 상기 복수의 트랜시버가 각각 수신한 상향링크 수신 신호 세기가 임계값보다 크면, 상기 서브어레이들 중 적어도 둘 이상의 서브어레이들의 병합을 결정하는 서브어레이 세트 결정 모듈, 그리고 상기 복수의 서브어레이들 중 제1 서브어레이와 제2 서브어레이의 병합이 결정되면, 상기 제1 서브어레이가 매핑된 제1 트랜시버의 제1 저잡음 증폭기가 상기 제2 서브어레이에 매핑되어, 상기 제2 서브어레이의 제2 저잡음 증폭기를 통해 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이로 전송되는 상향링크 신호를 수신하도록 스위칭하는 스위치를 포함한다.An antenna including a plurality of antenna elements, a plurality of antenna elements mapped to each of a plurality of subarrays each configured of at least two antenna elements of the plurality of antenna elements to amplify an uplink reception signal and a downlink reception signal A transceiver, a subarray set determining module for determining merging of at least two or more subarrays of the subarrays if the uplink received signal strengths respectively received by the plurality of transceivers are greater than a threshold; and the plurality of subarrays If a merge of the first subarray and the second subarray is determined, a first low noise amplifier of the first transceiver to which the first subarray is mapped is mapped to the second subarray, so that a second of the second subarray is mapped. Receive uplink signals transmitted to the first and second subarrays through a low noise amplifier. And a switch for switching the lock.

상기 복수의 트랜시버가 각각 수신한 상향링크 수신 신호 세기, 단말 전력 정보, 경로 손실 정보 중 적어도 하나의 정보를 수집하는 정보 수집 모듈을 포함할 수 있다.It may include an information collection module for collecting at least one information of the uplink received signal strength, terminal power information, path loss information received by each of the plurality of transceivers.

상기 복수의 트랜시버는, 상기 상향링크 수신 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기와 하향링크 수신 신호를 증폭하는 제1 파워 증폭기 및 제2 파워 증폭기를 각각 포함하며, 상기 제1 파워 증폭기는 제1 서브어레이에 매핑되고 상기 제2 파워 증폭기는 제2 서브어레이에 매핑되, 상기 저잡음 증폭기는 제1 서브어레이 및 제2 서브어레이에 매핑될 수 있다. The plurality of transceivers include a low noise amplifier amplifying the uplink received signal and a first power amplifier and a second power amplifier amplifying a downlink received signal, respectively, wherein the first power amplifier is mapped to a first subarray. And the second power amplifier is mapped to a second subarray, and the low noise amplifier is mapped to a first subarray and a second subarray.

본 발명에 따르면 디지털 빔포밍을 사용하는 대규모 MIMO 시스템에서 단말의 위치와 무관하게 안테나 소자 수에 비례하여 빔포밍 이득을 가질 수 있다.According to the present invention, a large scale MIMO system using digital beamforming may have a beamforming gain in proportion to the number of antenna elements regardless of the position of the terminal.

도 1은 일반적인 디지털 빔포밍을 사용하는 대규모 MIMO에서의 안테나 시스템의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 대규모 MIMO에서의 서브어레이 설정 시스템의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 서브어레이 설정 방법에 대한 흐름도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 시스템의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나 시스템의 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일반적인 디지털 빔포밍에서의 서브어레이 구조별 커버리지와 본 발명의 실시예에 따른 상향링크의 서브어레이 구조별 커버리지를 비교한 예시도이다.
1 is an exemplary diagram of an antenna system in a large scale MIMO using general digital beamforming.
2 is a structural diagram of a subarray setting system in a large scale MIMO according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a subarray setting method according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are exemplary views of an antenna system according to a first embodiment of the present invention.
5 is an exemplary view of an antenna system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an exemplary diagram comparing coverage by subarray structure and coverage by subarray structure according to an embodiment of the present invention in general digital beamforming according to the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, except to exclude other components unless specifically stated otherwise.

이하 도면을 참조로 하여 대규모 MIMO에서의 서브어레이 설정 시스템 및 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 실시예에 대해 설명하기 앞서, 일반적인 디지털 빔포밍을 사용하는 안테나 시스템에 대해 도 1을 참조로 먼저 설명한다.Hereinafter, a system and method for setting a subarray in large scale MIMO will be described with reference to the accompanying drawings. Before describing an embodiment of the present invention, an antenna system using general digital beamforming will be described with reference to FIG. 1.

도 1은 일반적인 디지털 빔포밍을 사용하는 대규모 MIMO에서의 안테나 시스템의 예시도이다.1 is an exemplary diagram of an antenna system in a large scale MIMO using general digital beamforming.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 사용하는 디지털 빔포밍에서는 모든 안테나 소자(10)들이 트랜시버(20)에 연동되는 구조가 아닌, 안테나 어레이를 일부 그룹화한 서브 어레이(30)에 트랜시버(20)가 연동된다. As shown in FIG. 1, in general digital beamforming, the transceiver 20 is not included in a structure in which all the antenna elements 10 are interlocked with the transceiver 20. Is interlocked.

임의의 단말이 전송한 신호는 여러 개의 트랜시버(20)로 수신되고, 여러 트랜시버(20)가 각각 수신한 신호를 결합하여 이득을 얻게 된다. 이때, 기지국으로부터 근거리에 있는 단말의 경우에는 단말의 출력이 크기 때문에 SINR을 확보할 수 있고, 이를 통해 빔포밍 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 기지국의 커버리지 끝부분에 있는 단말에서 올리는 신호의 경우 트랜시버(20) 입력에 들어오는 SINR이 확보되지 않아, 안테나 소자에 의한 빔 이득을 최대로 갖지 못한다.The signal transmitted by any terminal is received by a plurality of transceivers 20, and the gains are obtained by combining the signals received by the various transceivers 20, respectively. In this case, since the output of the terminal is large in the case of the terminal in the short distance from the base station, it is possible to secure the SINR, thereby obtaining a beamforming effect. However, in the case of a signal raised by the terminal at the coverage end of the base station, the SINR coming into the transceiver 20 is not secured, and thus the beam gain by the antenna element is not maximized.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 단말의 위치와 무관하게 안테나 소자의 수에 비례하여 빔포밍 이득을 갖도록 하는 서브어레이 설정 시스템(100)에 대해 도 2를 참조로 설명한다. 본 발명의 실시예에서는 서브어레이 세트가 하향링크와 동일한 경우, 동일하지 않고 경로별로 상향링크 SINR의 크기에 따라 서로 상이하게 서브어레이 세트를 결정하는 경우로 나누어 설명한다.Therefore, the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 with reference to the sub-array setting system 100 to have a beamforming gain in proportion to the number of antenna elements regardless of the position of the terminal. In the embodiment of the present invention, when the subarray set is the same as the downlink, the description is divided into a case where the subarray sets are different from each other according to the size of the uplink SINR for each path.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 대규모 MIMO에서의 서브어레이 설정 시스템의 구조도이다.2 is a structural diagram of a subarray setting system in a large scale MIMO according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 하나 이상의 프로세서로 동작하는 서브어레이 설정 시스템(100)은 단말 정보 수신 모듈(110) 그리고 서브어레이 세트 결정 모듈(120)을 포함한다. As shown in FIG. 2, the subarray setting system 100 operating with at least one processor includes a terminal information receiving module 110 and a subarray set determination module 120.

단말 정보 수신 모듈(110)은 서브어레이 설정 시스템(100)이 설치되어 있는 기지국이 형성하는 커버리지 내 모든 단말 정보를 수집한다. 여기서 단말 정보는 트랜시버 각각에 대한 수신 SINR, 상향링크 SINR, 단말 전력 정보, 경로 손실 등의 정보를 포함한다. 단말 정보 수신 모듈(110)이 단말 정보를 수집하는 방법은 다양하므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방법으로 한정하지 않는다.The terminal information receiving module 110 collects all the terminal information in the coverage formed by the base station where the subarray setting system 100 is installed. In this case, the terminal information includes information such as reception SINR, uplink SINR, terminal power information, and path loss for each transceiver. Since the terminal information receiving module 110 collects terminal information in various ways, embodiments of the present invention are not limited to any one method.

서브어레이 세트 결정 모듈(120)은 가장 처음 기지국이 구동될 때 임의의 수의 안테나 소자들을 묶어, 복수의 서브어레이 세트들을 형성한다. 이때, 서브어레이들 중 상향링크 신호를 처리하기 위하여 사용되는 안테나 소자 수와 하향링크 신호를 처리하기 위해 사용되는 안테나 소자 수는 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다.The subarray set determination module 120 bundles any number of antenna elements when the first base station is driven to form a plurality of subarray sets. In this case, the number of antenna elements used to process the uplink signal and the number of antenna elements used to process the downlink signal among the subarrays may be the same or different.

서브어레이 세트 결정 모듈(120)은 단말 정보 수신 모듈(110)이 수집한 단말 정보를 토대로 복수의 서브어레이들을 그대로 사용하거나, 복수의 서브어레이들에 포함된 안테나 소자의 수를 가변할 수 있다. 즉, 단말 정보 수신 모듈(110)이 수신한 트랜시버 각각에 대한 수신 SINR과 미리 설정한 임계값을 비교하여, 현재 운용중인 상향링크 신호를 처리하기 위한 서브어레이들을 그대로 유지하며 상향링크 신호를 전송할지 또는 이웃한 적어도 두 개의 서브어레이들을 병합하여 하나의 상향링크 신호를 처리하는 서브어레이로 동작하도록 할지 결정한다.The subarray set determination module 120 may use the plurality of subarrays as they are or change the number of antenna elements included in the plurality of subarrays based on the terminal information collected by the terminal information receiving module 110. That is, the UE information receiving module 110 compares the received SINR for each transceiver received with a preset threshold, and maintains the sub-arrays for processing the currently uplink signal and transmits the uplink signal. Alternatively, it is determined whether to merge at least two neighboring subarrays so as to operate as a subarray processing one uplink signal.

서브어레이 세트 결정 모듈(120)은 이웃한 적어도 두 개의 서브어레이들을 묶어 하나의 서브어레이로 동작하도록 결정하면, 안테나 소자 수가 늘어난 상향링크 서브어레이들이 트랜시버에 매핑하도록 스위치로 제어 신호를 전송한다. 여기서, 서브어레이 세트 결정 모듈(120)은 현재 상향링크 신호를 처리하기 위해 서브어레이들에서 사용되는 안테나 소자 수와 하향링크 신호를 처리하기 위해 서브어레이들에서 사용되는 안테나 소자 수가 동일한지 여부를 확인할 수 있다. 이에 대해서는 이후 상세히 설명한다.When the subarray set determination module 120 determines to bundle at least two neighboring subarrays to operate as one subarray, the subarray set determination module 120 transmits a control signal to the switch so that uplink subarrays having an increased number of antenna elements are mapped to the transceiver. Here, the subarray set determination module 120 determines whether the number of antenna elements currently used in the subarrays to process the uplink signal and the number of antenna elements used in the subarrays to process the downlink signal are the same. Can be. This will be described later in detail.

본 발명의 실시예에서는 설명의 편의를 위해 단말 정보 수신 모듈(110), 그리고 서브어레이 세트 결정 모듈(120)만이 기지국의 서브어레이 설정 시스템(100)에 포함되도록 도시하였으나, 안테나 시스템의 기능을 수행하는 다른 구성 요소들도 포함될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 단말 정보 수신 모듈(110)과 서브어레이 세트 결정 모듈(120)이 모두 RU(Radio Unit)에 위치하는 것을 예로 하여 설명하나, 이후 설명할 도 4에 도시된 바와 같이 단말 정보 수신 모듈(110)은 DU(Digital Unit)에, 서브어레이 세트 결정 모듈(120)은 RU에 위치할 수도 있다.In the embodiment of the present invention, for convenience of description, only the terminal information receiving module 110 and the subarray set determination module 120 are included in the subarray setting system 100 of the base station. Other components may be included. In addition, in the embodiment of the present invention, both the terminal information receiving module 110 and the subarray set determination module 120 are located in a RU (Radio Unit), which will be described as an example. The terminal information receiving module 110 may be located in a digital unit (DU) and the subarray set determination module 120 may be located in an RU.

이상에서 설명한 서브어레이 설정 시스템(100)을 이용하여 서브어레이를 설정하기 위한 방법에 대해 도 3을 참조로 설명한다.A method for setting a subarray using the subarray setting system 100 described above will be described with reference to FIG. 3.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 커버리지 설정 방법에 대한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a coverage setting method according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 서브어레이 설정 시스템(100)은 안테나 소자들을 미리 설정된 수만큼 묶어 복수의 안테나 소자들을 포함하는 복수의 서브어레이 세트들을 구성한다(S100). 여기서 복수의 서브어레이들 각각에는 복수의 안테나 소자들이 포함되어 있고, 복수의 서브어레이들이 모두 상향링크 신호와 하향링크 신호를 처리한다. 이때, 각각의 서브어레이들에 포함된 안테나 소자 수, 상향링크 신호를 처리하기 위해 사용되는 안테나 소자 수, 그리고 하향링크 신호를 처리하기 위해 사용되는 안테나 소자 수를 어느 하나의 수로 한정하지 않는다.As shown in FIG. 3, the subarray setting system 100 bundles the antenna elements by a predetermined number to configure a plurality of subarray sets including a plurality of antenna elements (S100). Here, each of the plurality of subarrays includes a plurality of antenna elements, and all of the plurality of subarrays process an uplink signal and a downlink signal. In this case, the number of antenna elements included in each subarray, the number of antenna elements used to process an uplink signal, and the number of antenna elements used to process a downlink signal are not limited to any one number.

이때, 기지국은 서브어레이 세트들과 복수의 트랜시버, 스위치, 복수의 BPF(Band Pass Filter)들이 구성되어 있는 RU(Radio Unit)와 빔포밍을 수행하는 DU(Digital Unit)로 구분된다. 여기서, 서브어레이 설정 시스템(100)은 모든 구성 요소가 RU에 포함될 수도 있고, 일부는 RU에 일부는 DU에 포함될 수도 있다.In this case, the base station is divided into a subunit set, a plurality of transceivers, switches, a radio unit (RU) including a plurality of band pass filters (BPFs), and a digital unit (DU) for beamforming. Here, the subarray setting system 100 may include all components in the RU, some may be included in the RU, some may be included in the DU.

기지국은 복수의 서브어레이 세트들을 이용하여 상향링크 신호를 단말에 전송하고, 서브어레이 세트들을 이용하여 하향링크 신호를 단말로부터 수신하기 시작한다. 그러면, 서브어레이 설정 시스템(100)은 트랜시버 각각이 수신한 상향링크 신호에 대한 수신 SINR, 상향 링크 SINR, 단말 출력 정보, 경로 손실 등을 포함하는 단말 정보를 수집한다(S101). The base station transmits an uplink signal to the terminal using a plurality of subarray sets, and starts receiving a downlink signal from the terminal using the subarray sets. Then, the subarray setting system 100 collects terminal information including received SINR, uplink SINR, terminal output information, path loss, etc. for the uplink signal received by each transceiver (S101).

서브어레이 설정 시스템(100)은 단말 정보를 수집하면, 현재의 서브어레이 세트들에 대한 정보를 토대로, 서브어레이 세트 중 하향링크 신호를 처리하기 위하여 사용되는 안테나 소자 수(이하, '제1 서브어레이 세트'라고도 지칭함)들과 상향링크 신호를 처리하기 위하여 사용되는 안테나 소자 수(이하, '제2 서브어레이 세트'라고도 지칭함)들이 동일하게 설정되어 있는지 확인한다(S102). When the subarray setting system 100 collects the terminal information, the number of antenna elements used to process the downlink signal among the subarray sets based on the information on the current subarray sets (hereinafter, 'the first subarray'). The number of antenna elements (hereinafter, also referred to as a 'second sub-array set') used for processing the uplink signal is set to be the same (S102).

S101 단계에서 확인한 제1 서브어레이 세트와 제2 서브어레이 세트가 동일하게 설정되어 있다면, S101 단계에서 수신한 복수의 트랜시버 각각에 대한 상향링크 신호 수신 세기(이하, 상향링크 SINR이라 지칭함)가 제1 임계값보다 큰지 확인한다(S103). 임의의 단말에서 전송하는 상향링크 신호에 대한 응답 신호가 복수의 트랜시버로 동일하게 유입되고, 복수의 트랜시버들이 각각 수신한 수신 신호를 결합하여 이득을 얻게 된다. If the first subarray set and the second subarray set identified in step S101 are set to be the same, the uplink signal reception strength (hereinafter, referred to as uplink SINR) for each of the plurality of transceivers received in step S101 is the first. Check whether it is larger than the threshold (S103). A response signal to an uplink signal transmitted from an arbitrary terminal is equally introduced into a plurality of transceivers, and a plurality of transceivers combine to receive a received signal, respectively, to gain.

따라서, 만약 복수의 트랜시버 각각이 수신한 상향링크 SINR 값이 제1 임계값보다 작은 경우, 서브어레이 설정 시스템(100)은 단말 정보에 포함된 단말 출력 정보를 토대로, 단말 출력이 최대인지 확인한다(S104). 여기서, 서브어레이 설정 시스템(100)이 단말 출력이 최대인지 여부를 확인하는 방법은 여러 방법으로 실행할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방법으로 한정하지 않는다.Therefore, if the uplink SINR value received by each of the plurality of transceivers is smaller than the first threshold value, the subarray setting system 100 checks whether the terminal output is the maximum based on the terminal output information included in the terminal information. S104). Here, the method for confirming whether the subarray setting system 100 is the maximum terminal output can be executed in various ways, and therefore, the embodiment of the present invention is not limited to any one method.

만약 단말 출력이 최대가 아니라면 단말 출력을 증가시키도록 제어 신호를 생성하여 단말에 전송한 후(S108), S101 단계 이후의 절차를 수행한다. 그러나, 단말 출력이 최대라면, 최적의 서브어레이 세트를 계산한다(S105). 즉, 서브어레이 세트에 포함시킬 안테나 소자의 수를 계산한다. 그리고 안테나 소자의 수만큼 인접한 상향링크 서브어레이 세트들에 각각 연결된 트랜시버의 저잡음 증폭기를 동작 여부를 조절하여, 복수의 서브어레이 세트들이 하나의 서브어레이 세트들로 병합되어 상향링크 신호를 처리하도록 한다.If the terminal output is not maximum, the control signal is generated and transmitted to the terminal to increase the terminal output (S108), and then the procedure after step S101 is performed. However, if the terminal output is maximum, the optimal subarray set is calculated (S105). That is, the number of antenna elements to be included in the subarray set is calculated. In addition, by controlling the operation of the low-noise amplifier of the transceiver connected to each adjacent uplink subarray set by the number of antenna elements, the plurality of subarray sets are merged into one subarray set to process the uplink signal.

그리고 계산한 최적의 서브어레이 세트로 상향링크 신호 처리를 위한 서브어레이 세트를 변경한다(S106). 여기서, 서브어레이 설정 시스템(100)이 최적의 서브어레이 세트를 계산하는 방법은 다양하므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방법으로 한정하지 않는다. The subarray set for uplink signal processing is changed to the calculated optimal subarray set (S106). Here, since the subarray setting system 100 calculates the optimal subarray set in various ways, the embodiment of the present invention is not limited to any one method.

한편, S103 단계에서 확인한 결과, 복수의 트랜시버 각각에 대한 수신 SINR이 제1 임계값보다 크면, 서브어레이 설정 시스템(100)은 현재 상향링크 서브어레이 세트를 유지한다. 즉, 상향링크 서브어레이 세트들에 포함된 안테나 소자 수를 변경하지 않는다.On the other hand, as a result of checking in step S103, if the received SINR for each of the plurality of transceivers is greater than the first threshold value, the subarray setting system 100 maintains the current uplink subarray set. That is, the number of antenna elements included in the uplink subarray sets is not changed.

상기 S101 단계에서 확인한 결과, 현재의 제1 서브어레이 세트가 제2 서브어레이 세트와 상이한 경우, 서브어레이 설정 시스템(100)은 복수의 트랜시버 각각에 대한 수신 SINR 값이 제2 임계값보다 큰지 확인한다(S109). 여기서 제2 임계값은 상기 S103 단계의 제1 임계값에 서브어레이 세트 변경에 따른 이득을 더한 값에 해당한다.As a result of checking in step S101, when the current first subarray set is different from the second subarray set, the subarray setting system 100 checks whether the received SINR value for each of the plurality of transceivers is greater than a second threshold value. (S109). Here, the second threshold value corresponds to a value obtained by adding a gain according to a change of a subarray set to the first threshold value in step S103.

만약 복수의 트랜시버 각각에 대한 수신 SINR 값이 제2 임계값보다 크다면, S105 단계에 따라 최적의 서브어레이 세트를 계산한 후 변경한다. 그러나 트랜시버 각각에 대한 상향링크의 수신 SINR 값이 제2 임계값보다 작다면, 제1 임계값보다 큰지 확인한다(S110). 만약 제1 임계값보다 큰 경우에는 서브어레이 세트를 유지하고(S111), 제1 임계값보다도 작을 경우에는 S105 단계에 따라 최적의 서브어레이 세트를 계산한 후 변경한다.If the received SINR value for each of the plurality of transceivers is greater than the second threshold value, the optimal subarray set is calculated and changed according to step S105. However, if the received SINR value of the uplink for each of the transceivers is less than the second threshold, it is checked whether the first SI is greater than the first threshold (S110). If it is larger than the first threshold value, the subarray set is maintained (S111). If it is smaller than the first threshold value, the optimal subarray set is calculated and changed according to step S105.

이상의 절차를 통해 서브어레이 세트가 계산된 안테나 시스템의 예에 대해 도 4a 및 eh 4b, 그리고 도 5를 참조로 설명한다. An example of an antenna system in which a subarray set is calculated through the above procedure will be described with reference to FIGS. 4A and 4E and 5.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 시스템의 예시도이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나 시스템의 예시도이다.4A and 4B are exemplary views of an antenna system according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an exemplary view of an antenna system according to a second embodiment of the present invention.

먼저, 상향링크 서브어레이 세트에 포함되는 안테나 소자 수를 가변할 수 있는 경우를 나타낸 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같다. 도 4a 및 도 4b를 설명하기 앞서, 본 발명의 실시예에서는 네 개의 트랜시버(210∼240)만을 도시하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다. 그리고, 모든 트랜시버(210∼240)들은 상향링크 신호를 전송하기 위해 각각 4개의 안테나 소자들로 이루어진 서브어레이 세트(310, 320)에 매핑되어 있다고 가정한다.First, as shown in FIGS. 4A and 4B illustrating a case in which the number of antenna elements included in the uplink subarray set can be varied. Before describing FIGS. 4A and 4B, only four transceivers 210 to 240 are illustrated in the embodiment of the present invention, but the present invention is not necessarily limited thereto. In addition, it is assumed that all of the transceivers 210 to 240 are mapped to the subarray sets 310 and 320 each of four antenna elements for transmitting an uplink signal.

도 4a에 도시된 바와 같이, 하향링크 신호의 파워를 증폭하는 파워 증폭기(PA: Power Amplifier)와 상향링크의 수신 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)로 구성된 트랜시버(210∼240)들은 각각 복수의 안테나 소자들이 그룹으로 묶인 서브어레이 세트(310, 320)와 매핑된다. As shown in FIG. 4A, a transceiver 210 to 240 including a power amplifier (PA) that amplifies the power of a downlink signal and a low noise amplifier (LNA) that amplifies an uplink received signal. These are mapped to the subarray sets 310 and 320 in which a plurality of antenna elements are grouped, respectively.

이때, 제1 트랜시버(210)의 저잡음 증폭기(210-2)와 제2 트랜시버(220)의 저잡음 증폭기(220-2)는 제1 스위치(410)에 연결되어 있다. 그리고, 제1 스위치(410)의 일측은 서브어레이 세트 결정 모듈(120)과 연결되어 있다. 이와 마찬가지로, 제3 트랜시버(230)의 저잡음 증폭기(240-3)와 제4 트랜시버(240)의 저잡음 증폭기(240-2)는 제2 스위치(420)에 연결되어 있고, 제2 스위치(420)의 일측은 서브어레이 세트 결정 모듈(120)과 연결되어 있다. In this case, the low noise amplifier 210-2 of the first transceiver 210 and the low noise amplifier 220-2 of the second transceiver 220 are connected to the first switch 410. One side of the first switch 410 is connected to the subarray set determination module 120. Similarly, the low noise amplifier 240-3 of the third transceiver 230 and the low noise amplifier 240-2 of the fourth transceiver 240 are connected to the second switch 420, and the second switch 420. One side of is connected to the subarray set determination module 120.

본 발명의 제1 실시예에서는 두 개의 트랜시버가 하나의 스위치에 연결되어 있는 것을 예로 하여 설명한다. 그리고 서브어레이 세트 결정 모듈(120)에서 결정된 서브어레이 세트에 따라 스위치(410, 420)의 스위칭에 따라, 각각의 트랜시버에 포함된 저잡음 증폭기가 각각 동작하거나, 두 개의 트랜시버 내 저잡음 증폭기 중 하나의 저잡음 증폭기는 동작하지 않고 하나의 저잡음 증폭기만이 동작하도록 한다. 본 발명의 제1 실시예에서는 스위치(410, 420)가 두 개의 저잡음 증폭기에 연결되어 있는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.In the first embodiment of the present invention, two transceivers are connected to one switch. In response to the switching of the switches 410 and 420 according to the subarray set determined by the subarray set determination module 120, the low noise amplifiers included in the respective transceivers operate, or low noise of one of the low noise amplifiers in the two transceivers. The amplifier does not work and allows only one low noise amplifier to operate. In the first embodiment of the present invention, the switches 410 and 420 are connected to two low noise amplifiers as an example, but the present invention is not necessarily limited thereto.

제1 트랜시버(210)와 제3 트랜시버(230)의 파워 증폭기(210-1, 230-1)는 각각 대역 통과 필터(BPF: Band Pass Filter)(510, 530)에 연결되어 복수의 안테나 소자로 이루어져 있는 서브어레이 세트에 연결되어 있다. 그리고 제2 트랜시버(220)와 제4 트랜시버(240)의 저잡음 증폭기(220-2, 240-2)는 스위치(410, 420)를 통해 각각 대역 통과 필터(520, 540)에 연결되어, 서브어레이 세트에 연결된다.The power amplifiers 210-1 and 230-1 of the first transceiver 210 and the third transceiver 230 are respectively connected to a band pass filter (BPF) 510 and 530 to provide a plurality of antenna elements. It is connected to a set of subarrays. The low noise amplifiers 220-2 and 240-2 of the second transceiver 220 and the fourth transceiver 240 are connected to the band pass filters 520 and 540 through the switches 410 and 420, respectively. Is connected to the set.

이러한 구성을 통해, 기존의 디지털 빔포밍 방식으로도 이득이 나올 수 있는 영역의 단말에 대해서는 각각의 트랜시버(210∼240)가 각각 서브어레이 세트에 연결되어 서비스를 제공한다. Through such a configuration, each of the transceivers 210 to 240 is connected to a subarray set to provide a service to a terminal in a region where a gain can be obtained even with a conventional digital beamforming scheme.

그러나, 기존 방식에서의 커버리지 공백이 발생할 가능성이 있는 커버리지 끝부분에 있는 단말에 대해서는, 두 개의 트랜시버를 하나의 트랜시버와 같이 사용되도록 스위치를 제어한다. 이에 대해 도 4b를 참조로 설명한다.However, for a terminal at the end of coverage where a coverage gap may occur in the conventional scheme, the switch is controlled to use two transceivers together with one transceiver. This will be described with reference to FIG. 4B.

도 4b에 도시된 바와 같이, 그리고 스위치(410, 420)의 제어에 의해 제1 트랜시버(210)의 저잡음 증폭기(210-2)가 동작하지 않도록 제어한다. 그리고, 제2 트랜시버(220)의 저잡음 증폭기(220-2)가 제1 스위치(410)를 통해 서브어레이 세트에 연결되어, 제1 서브어레이 세트(310)와 제2 서브어레이 세트(320)의 상향링크 신호를 모두 처리하도록 한다. As shown in FIG. 4B, and by the control of the switches 410 and 420, the low noise amplifier 210-2 of the first transceiver 210 is controlled to not operate. The low noise amplifier 220-2 of the second transceiver 220 is connected to the subarray set through the first switch 410, so that the first subarray set 310 and the second subarray set 320 are connected. Process all uplink signals.

즉, 도 4a에서 제1 트랜시버(210)와 제2 트랜시버(220)의 저잡음 증폭기(210-2, 220-2)들이 각각 서브어레이 세트(310, 320)에 연결되어 있던 것을, 제2 트랜시버(220)의 저잡음 증폭기(220-2)가 모두 서브어레이 세트(310, 320)에 연결되도록 제1 트랜시버(210)의 저잡음 증폭기(210-2)의 동작을 중단시킨다. 이를 통해, 제2 트랜시버(220)의 저잡음 증폭기(220-2)는 증가된 서브어레이를 이용하여 망 품질과 커버리지가 확보되도록 한다.That is, in FIG. 4A, the low noise amplifiers 210-2 and 220-2 of the first transceiver 210 and the second transceiver 220 are connected to the subarray sets 310 and 320, respectively. The low noise amplifier 220-2 of the 220 stops the operation of the low noise amplifier 210-2 of the first transceiver 210 so that both are connected to the subarray sets 310 and 320. Through this, the low noise amplifier 220-2 of the second transceiver 220 ensures network quality and coverage by using the increased subarray.

본 발명의 실시예에 따른 도 4a 및 도 4b에서는 제1 스위치(410)와 제2 스위치(420)가 제2 트랜시버(220) 및 제4 트랜시버(240)의 저잡음 증폭기(220-2, 240-2)에 연결되어 있는 것을 예로 하여 도시하였다. 그러나, 제1 스위치(410)와 제2 스위치(420)가 모든 저잡음 증폭기(210-2 ~ 240-2)에 연결되어 있을 수도 있고, 저잡음 증폭기(210-2 ~ 240-2) 앞단에 연결되어 있을 수도 있다.In FIGS. 4A and 4B, the first switch 410 and the second switch 420 may include the low noise amplifiers 220-2 and 240-of the second transceiver 220 and the fourth transceiver 240. 2) is shown as an example. However, the first switch 410 and the second switch 420 may be connected to all of the low noise amplifiers 210-2 to 240-2, or are connected to the front ends of the low noise amplifiers 210-2 to 240-2. There may be.

한편, 상향링크 서브어레이 세트에 포함된 안테나 소자 수를 고정적으로 사용하는 경우를 나타낸 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 트랜시버(610)와 제2 트랜시버(620)는 각각 두 개의 파워 증폭기(610-1, 610-3, 620-1, 620-3)와 하나의 저잡음 증폭기(610-2, 620-2)로 구성되는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 제2 실시예에서는 상향링크 서브어레이 세트에 포함된 안테나 소자 수를 8개로 고정하는 경우를 나타낸 것으로, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, as shown in FIG. 5 illustrating a case in which the number of antenna elements included in the uplink subarray set is fixed, the first transceiver 610 and the second transceiver 620 each have two power amplifiers 610. The configuration of -1, 610-3, 620-1, and 620-3 and one low noise amplifier 610-2 and 620-2 will be described as an example, but is not necessarily limited thereto. In the second embodiment of the present invention, a case in which the number of antenna elements included in the uplink subarray set is fixed to eight is not necessarily limited thereto.

제1 트랜시버(610)의 제1 파워 증폭기(610-1)와 제2 파워 증폭기(610-3)는 각각 4개의 안테나 소자로 이루어진 서브어레이 세트에 연결되도록 구현한다. 제2 트랜시버(620)의 제1 파워 증폭기(620-1)와 제2 파워 증폭기(620-3)도 각각 4개의 안테나 소자로 이루어진 서브어레이 세트에 연결되도록 구현한다. The first power amplifier 610-1 and the second power amplifier 610-3 of the first transceiver 610 are implemented to be connected to a subarray set of four antenna elements, respectively. The first power amplifier 620-1 and the second power amplifier 620-3 of the second transceiver 620 are also implemented to be connected to a subarray set of four antenna elements, respectively.

반면, 제1 트랜시버(610)의 저잡음 증폭기(610-2)는 두 개의 BPF(510, 520)에 연결되어 8개의 안테나 소자에 각각 연결되어 있다. 그리고, 제2 트랜시버(620)의 저잡음 증폭기(620-2)도 두 개의 BPF(530, 540)에 연결되어 8개의 안테나 소자에 각각 연결되어 있다.On the other hand, the low noise amplifier 610-2 of the first transceiver 610 is connected to two BPFs 510 and 520 and is connected to eight antenna elements, respectively. The low noise amplifier 620-2 of the second transceiver 620 is also connected to two BPFs 530 and 540 and is connected to eight antenna elements, respectively.

이와 같은 구성을 통해, 하향링크 신호를 처리하는 서브어레이는 4개의 안테나 소자로 처리하도록 하고, 상향링크 신호를 처리하는 서브어레이는 8개의 안테나 소자로 처리하도록 한다. 따라서, 모든 안테나 소자를 갖는 빔 이득을 갖게 되어 커버리지를 정상적으로 생성할 수 있다.Through such a configuration, the subarray processing the downlink signal is processed by four antenna elements, and the subarray processing the uplink signal is processed by eight antenna elements. Thus, it has a beam gain with all antenna elements, so that coverage can be generated normally.

이상에서 설명한 상향링크의 서브어레이를 적용한 예와 서브어레이 세트를 결정하는 예에 대해 도 6을 참조로 설명한다. An example of applying the uplink subarray described above and an example of determining a subarray set will be described with reference to FIG. 6.

도 6은 본 발명의 일반적인 디지털 빔포밍에서의 서브어레이 구조별 커버리지와 본 발명의 실시예에 따른 상향링크의 서브어레이 구조별 커버리지를 비교한 예시도이다.FIG. 6 is an exemplary diagram comparing coverage by subarray structure and coverage by subarray structure according to an embodiment of the present invention in general digital beamforming according to the present invention.

도 6의 (a)에는 상향링크와 하향링크가 동일 빔포밍 이득을 가질 경우 수신 SINR을 나타낸 예시도이다. 그리고 도 6의 (b)에는 일반적인 디지털 빔포밍에서 서브어레이 구조에 따른 커버리지를 나타내고, 도 6의 (c)에는 본 발명의 실시예에 따른 서브어레이 구조별 커버리지를 나타내었다. 6 (a) is an exemplary diagram illustrating a received SINR when uplink and downlink have the same beamforming gain. FIG. 6 (b) shows the coverage according to the subarray structure in general digital beamforming, and FIG. 6 (c) shows the coverage according to the subarray structure according to the embodiment of the present invention.

서브어레이 구조별 커버리지를 비교하기 앞서, 상향링크 빔포밍 이득과 하향링크 빔포밍 이득이 동일하며, 빔포밍으로만 안테나 이득을 얻을 수 있다고 가정한다. Before comparing the coverage for each subarray structure, it is assumed that the uplink beamforming gain and the downlink beamforming gain are the same, and antenna gain can be obtained only by beamforming.

그리고 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 단말이 23dBm의 출력으로 신호를 송출하고, 기지국에 의해 형성된 커버리지의 경계에서는 169dB의 경로 손실을 갖는다고 가정한다. 단말에서 송출된 신호는 안테나 어레이에 146dBm의 출력으로 유입된다. 그리고 이 신호는 안테나 이득 25dBi를 통해 121dBm이 RU(Radio Unit)에 유입되며, 이 경우 RU가 확인한 수신 SINR은 -5dB라고 가정한다.As shown in FIG. 6A, it is assumed that the terminal transmits a signal with an output of 23 dBm and has a path loss of 169 dB at the boundary of coverage formed by the base station. The signal transmitted from the terminal is introduced into the antenna array with an output of 146dBm. And this signal is introduced into the RU (Radio Unit) 121dBm through the antenna gain 25dBi, in this case it is assumed that the received SINR confirmed by the RU is -5dB.

그러면 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 일반적인 디지털 빔포밍에서는 빔포밍 가중치 벡터 계산을 DU(Digital Unit)에서 구하며, 트랜시버별로 안테나 어레이를 서브어레이만으로 구성하므로, 빔포밍 이득과 결합 이득의 합으로 빔포밍 이득을 갖는다고 볼 수 있다. Then, as shown in (b) of FIG. 6, in general digital beamforming, a beamforming weight vector calculation is obtained from a digital unit (DU), and the antenna array is configured only by a subarray for each transceiver, so that beamforming gain and combined gain It can be said that the sum has a beamforming gain.

본 발명의 실시예에서는 서브어레이를 2 1(C1), 4 1(C2), 8 1(C3)로 가정하며, 트랜시버별로 결합 이득을 통해 복조 가능한 SINR을 -18dB로 가정한다. 여기서, C1은 두 개의 안테나 소자를 하나의 서브어레이로 묶은 것이고, C2는 4개의 안테나 소자를 하나의 서브어레이로 묶은 것이다. 마찬가지로 C3는 8개의 안테나 소자를 하나의 서브어레이로 묶은 것을 의미한다.In the embodiment of the present invention, it is assumed that the subarrays are 2 1 (C1), 4 1 (C2), and 8 1 (C3), and a SINR that can be demodulated through a combined gain for each transceiver is -18 dB. Here, C1 combines two antenna elements into one subarray, and C2 combines four antenna elements into one subarray. Likewise, C3 means that eight antenna elements are bundled into one subarray.

그러면 상기 도 6의 (a)에서 언급한 경로 손실과 동일한 경로 손실을 예로 하면, C1과 C2는 SINR이 각각 -23dB와 -20dB로 -18dB보다 작아 커버리지가 확보되지 않는다. 그러나, 도 6의 (c)에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 서브어레이를 확장하여 이용할 경우, 도 6의 (a)에 도시한 경우보다 커버리지가 5dB 작음을 알 수 있다. 그리고 C2의 경우에는 도 6의 (a)에 도시한 경우 대비 커버리지가 2dB 작아짐을 알 수 있다.Then, taking the same path loss as the path loss mentioned in (a) of FIG. 6, C1 and C2 have SINRs of -23 dB and -20 dB, respectively, so that coverage is not secured. However, as shown in FIG. 6C, when the subarray is extended and used according to the embodiment of the present invention, it can be seen that the coverage is 5 dB smaller than that shown in FIG. 6A. And in the case of C2 it can be seen that the coverage is 2dB smaller than the case shown in (a) of FIG.

이는, 경로 손실이 C2의 167dB, C1의 164dB보다 작은 경우, C3와 동일한 SINR을 확보할 수 있다. 그러나 경로손실이 169dB보다 클 경우, 커버리지 확보가 불가능하게 된다. 따라서, 최대 커버리지가 169dB가 되도록 서브어레이를 구성하여, 단말의 위치와 무관하게 빔포밍 이득을 가질 수 있도록 한다. 이를 표로 나타내면 다음 표 1과 같다.This can secure the same SINR as C3 when the path loss is less than 167 dB of C2 and 164 dB of C1. However, if the path loss is greater than 169dB, coverage cannot be secured. Therefore, the subarray is configured so that the maximum coverage is 169 dB, so that the beamforming gain can be obtained regardless of the position of the terminal. This is shown in Table 1 below.

서브어레이
조건
Subarray
Condition
안테나 이득Antenna gain 제1 수신 SINRFirst Receive SINR 커버리지 확보Coverage 결합 이득Combined gain 제2 수신 SINRSecond Receive SINR
2×12 × 1 7dBi7 dBi -23dB-23 dB ×× 18dB18 dB -5dB-5 dB 4×14 × 1 10dBi10 dBi -20dB-20 dB ×× 15dB15 dB -5dB-5 dB 6×16 × 1 13dBi13 dBi -17dB-17 dB 12dB12 dB -5dB-5 dB

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.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

Claims (16)

MIMO(Multiple Input Multiple Output)에서 서브어레이 설정 시스템이 복수의 안테나 소자들로 구성되는 서브어레이를 설정하는 방법으로서,
복수의 단말들과 신호를 송수신하기 위하여, 복수의 안테나 소자들로 각각 구성되는 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를, 기지국에 설치된 제1 트랜시버와 제2 트랜시버를 매핑하는 단계,
상기 제1 트랜시버 및 제2 트랜시버가 수신한 상향링크 수신 신호 세기가 임계값 이상이면, 상기 제1 트랜시버의 제1 저잡음 증폭기로 전달되는 상향링크 신호가 상기 제2 트랜시버의 제2 저잡음 증폭기로 유입되도록, 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이의 병합을 결정하는 단계, 그리고
상기 제1 서브어레이를 통해 수신한 상향링크 신호와 상기 제2 서브어레이를 통해 수신한 상향링크 신호를 상기 제2 서브어레이의 제2 트랜시버가 수신하도록 상기 제2 트랜시버를 상기 제1 서브어레이 및 제2 서브어레이에 매핑하는 단계
를 포함하는 상향링크 서브어레이 설정 방법.
A method for setting a subarray composed of a plurality of antenna elements in a subarray setting system in multiple input multiple output (MIMO)
Mapping a first transceiver and a second transceiver, each of which comprises a first subarray and a second subarray each configured with a plurality of antenna elements, to transmit and receive signals with a plurality of terminals;
If the uplink received signal strength received by the first transceiver and the second transceiver is greater than or equal to a threshold value, the uplink signal transmitted to the first low noise amplifier of the first transceiver is introduced into the second low noise amplifier of the second transceiver. Determining merging of the first subarray and the second subarray; and
The second transceiver receives the first transceiver and the second transceiver so that the second transceiver of the second subarray receives the uplink signal received through the first subarray and the uplink signal received through the second subarray. Step 2 Mapping to Subarrays
Uplink subarray setting method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이의 병합을 결정하는 단계는,
하향링크 신호를 수신하는 서브어레이의 제1 안테나 소자 수와 상향링크 신호를 전송하는 서브어레이의 제2 안테나 소자 수를 비교하는 단계,
상기 제1 안테나 소자 수와 제2 안테나 소자 수가 상이하고 상기 상향링크 수신 신호 세기가 상기 임계값 중 제1 임계값보다 크면, 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 병합하는 것으로 결정하는 단계, 그리고
상기 제1 서브어레이가 연결된 제1 트랜시버의 제1 저잡음 증폭기로 유입되는 상향링크 신호가 상기 제2 서브어레이가 연결된 제2 트랜시버의 제2 저잡음 증폭기로 유입되도록 스위칭하는 단계
를 포함하는 상향링크 서브어레이 설정 방법.
The method of claim 1,
Determining merging of the first subarray and the second subarray may include:
Comparing the number of first antenna elements of the sub-array receiving the downlink signal with the number of the second antenna elements of the sub-array transmitting the uplink signal,
If the number of first antenna elements and the number of second antenna elements are different and the uplink received signal strength is greater than a first threshold value among the thresholds, determining that the first subarray and the second subarray are merged; And
Switching an uplink signal flowing into the first low noise amplifier of the first transceiver to which the first subarray is connected flows into a second low noise amplifier of the second transceiver to which the second subarray is connected;
Uplink subarray setting method comprising a.
제2항에 있어서,
상기 상향링크 수신 신호 세기가 상기 제1 임계값보다 작으면, 상기 상향링크 수신 신호 세기가 상기 임계값 중 제2 임계값보다 큰지 확인하는 단계,
상기 상향링크 수신 신호 세기가 상기 제2 임계값보다 크면, 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 병합하는 것으로 결정하는 단계, 그리고
상기 제1 서브어레이가 연결된 제1 트랜시버의 제1 저잡음 증폭기로 유입되는 상향링크 신호가 상기 제2 서브어레이가 연결된 제2 트랜시버의 제2 저잡음 증폭기로 유입되도록 스위칭하는 단계
를 포함하는 상향링크 서브어레이 설정 방법.
The method of claim 2,
If the uplink received signal strength is less than the first threshold, checking whether the uplink received signal strength is greater than a second one of the thresholds;
If the uplink received signal strength is greater than the second threshold, determining to merge the first subarray with a second subarray; and
Switching an uplink signal flowing into the first low noise amplifier of the first transceiver to which the first subarray is connected flows into a second low noise amplifier of the second transceiver to which the second subarray is connected;
Uplink subarray setting method comprising a.
제3항에 있어서,
상기 제2 임계값은 상기 제1 임계값과 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이의 병합에 따른 이득을 더한 값으로 계산되는 상향링크 서브어레이 설정 방법.
The method of claim 3,
And the second threshold value is calculated by adding a gain obtained by merging the first threshold value with the first subarray and the second subarray.
제3항에 있어서,
상기 상향링크 수신 신호 세기가 상기 제2 임계값보다 크면, 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 유지하는 상향링크 서브어레이 설정 방법.
The method of claim 3,
If the uplink received signal strength is greater than the second threshold, uplink subarray setting method for maintaining the first subarray and the second subarray.
제3항에 있어서,
상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이의 병합을 결정하는 단계는,
상기 제1 안테나 소자 수와 제2 안테나 소자 수가 동일하고 상기 상향링크 수신 신호 세기가 상기 제2 임계값보다 크면, 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 유지하는 단계
를 포함하는 상향링크 서브어레이 설정 방법.
The method of claim 3,
Determining merging of the first subarray and the second subarray may include:
Maintaining the first subarray and the second subarray when the number of the first antenna elements and the number of the second antenna elements are equal and the uplink received signal strength is greater than the second threshold.
Uplink subarray setting method comprising a.
제6항에 있어서,
상기 상향링크 수신 신호 세기가 상기 제2 임계값보다 작으면, 상기 기지국으로 신호를 전송한 단말의 출력이 최대인지 확인하는 단계,
상기 단말의 출력이 최대이면 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 병합하는 것으로 결정하는 단계, 그리고
상기 제1 저잡음 증폭기로 유입되는 상향링크 신호가 상기 제2 저잡음 증폭기로 유입되도록 스위칭하는 단계
를 포함하는 상향링크 서브어레이 설정 방법.
The method of claim 6,
If the uplink received signal strength is less than the second threshold, checking whether the output of the terminal transmitting the signal to the base station is maximum;
Determining that the first subarray and the second subarray are merged when the output of the terminal is maximum; and
Switching an uplink signal flowing into the first low noise amplifier to flow into the second low noise amplifier
Uplink subarray setting method comprising a.
제7항에 있어서,
상기 단말의 출력이 최대가 아니면 상기 단말의 출력이 최대가 되도록 제어 신호를 생성하는 단계
를 포함하는 상향링크 서브어레이 설정 방법.
The method of claim 7, wherein
Generating a control signal to maximize the output of the terminal if the output of the terminal is not maximum;
Uplink subarray setting method comprising a.
MIMO(Multiple Input Multiple Output)에서 복수의 안테나 소자들로 구성되는 서브어레이를 설정하는 시스템으로서,
기지국에 설치된 복수의 트랜시버들 각각이 수신한 상향링크 수신 신호 세기를 수집하는 정보 수집 모듈, 그리고
복수의 안테나 소자들로 각각 구성되는 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 제1 트랜시버와 제2 트랜시버에 매핑하고, 상기 상향링크 수신 신호 세기가 임계값 이상이면 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이로 각각 전송된 상향링크 신호가 상기 제2 트랜시버의 저잡음 증폭기로 유입되도록 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 병합하는 서브어레이 세트 결정 모듈
을 포함하는 상향링크 서브어레이 설정 시스템.
A system for setting a subarray composed of a plurality of antenna elements in a multiple input multiple output (MIMO),
An information collection module for collecting uplink received signal strength received by each of a plurality of transceivers installed in a base station; and
A first subarray and a second subarray each configured of a plurality of antenna elements are mapped to a first transceiver and a second transceiver. When the uplink received signal strength is greater than or equal to a threshold, the first subarray and the second subarray are mapped. A subarray set determination module for merging the first subarray and the second subarray such that an uplink signal transmitted to an array is introduced into a low noise amplifier of the second transceiver;
Uplink subarray setting system comprising a.
제9항에 있어서,
상기 서브어레이 세트 결정 모듈은,
하향링크 신호를 수신하는 서브어레이의 제1 안테나 소자 수와 상향링크 신호를 전송하는 서브어레이의 제2 안테나 소자 수를 비교하고,
상기 제1 안테나 소자 수와 제2 안테나 소자 수가 상이하고 상기 상향링크 수신 신호 세기가 상기 임계값 중 제1 임계값보다 크면, 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 병합하는 것으로 결정하는 상향링크 서브어레이 설정 시스템.
The method of claim 9,
The subarray set determination module,
Comparing the number of first antenna elements of the sub-array receiving the downlink signal with the number of the second antenna elements of the sub-array transmitting the uplink signal,
An uplink that determines that the first subarray and the second subarray are merged when the number of the first antenna elements and the second antenna elements are different and the uplink received signal strength is greater than a first threshold value among the thresholds Subarray setting system.
제10항에 있어서,
상기 서브어레이 세트 결정 모듈은,
상향링크 수신 신호 세기가 상기 제1 임계값보다 작으나 제2 임계값보다 크면 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 병합하는 것으로 결정하며,
상기 제2 임계값은 상기 제1 임계값과 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이의 병합에 따른 이득을 더한 값으로 계산되는 상향링크 서브어레이 설정 시스템.
The method of claim 10,
The subarray set determination module,
If the uplink received signal strength is less than the first threshold but greater than the second threshold, it is determined to merge the first subarray and the second subarray.
And the second threshold value is calculated by adding a gain obtained by merging the first threshold value with the first subarray and the second subarray.
제10항에 있어서,
상기 서브어레이 세트 결정 모듈은,
상기 제1 안테나 소자 수와 제2 안테나 소자 수가 동일하고, 상향링크 신호를 전송한 단말의 출력이 최대이면, 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이를 병합하는 것으로 결정하는 상향링크 서브어레이 설정 시스템.
The method of claim 10,
The subarray set determination module,
If the number of the first antenna element and the number of the second antenna element is the same, and the output of the terminal transmitting the uplink signal is the maximum, the uplink subarray setting system to determine to merge the first subarray and the second subarray .
복수의 안테나 소자들을 포함하는 안테나,
상기 복수의 안테나 소자들 중 적어도 둘 이상의 안테나 소자들로 각각 구성되어 있는 복수의 서브어레이들 각각에 매핑되어 있어 상향링크 수신 신호와 하향링크 수신 신호를 증폭하는 복수의 트랜시버,
상기 복수의 트랜시버가 각각 수신한 상향링크 수신 신호 세기가 임계값보다 크면, 상기 서브어레이들 중 적어도 둘 이상의 서브어레이들의 병합을 결정하는 서브어레이 세트 결정 모듈, 그리고
상기 복수의 서브어레이들 중 제1 서브어레이와 제2 서브어레이의 병합이 결정되면, 상기 제1 서브어레이가 매핑된 제1 트랜시버의 제1 저잡음 증폭기가 상기 제2 서브어레이에 매핑되어, 상기 제2 서브어레이의 제2 저잡음 증폭기를 통해 상기 제1 서브어레이와 제2 서브어레이로 전송되는 상향링크 신호를 수신하도록 스위칭하는 스위치
를 포함하는 기지국.
An antenna comprising a plurality of antenna elements,
A plurality of transceivers mapped to each of a plurality of subarrays each configured of at least two antenna elements of the plurality of antenna elements to amplify an uplink reception signal and a downlink reception signal,
A subarray set determination module for determining merging of at least two or more subarrays of the subarrays when the uplink received signal strengths respectively received by the plurality of transceivers are greater than a threshold; and
When it is determined that a merge of a first subarray and a second subarray of the plurality of subarrays is performed, a first low noise amplifier of the first transceiver to which the first subarray is mapped is mapped to the second subarray, whereby the first subarray is mapped to the second subarray. A switch for switching an uplink signal transmitted to the first subarray and the second subarray through a second low noise amplifier of a second subarray;
Base station comprising a.
제13항에 있어서,
상기 복수의 트랜시버가 각각 수신한 상향링크 수신 신호 세기, 단말 전력 정보, 경로 손실 정보 중 적어도 하나의 정보를 수집하는 정보 수집 모듈
을 포함하는 기지국.
The method of claim 13,
Information collection module for collecting at least one information of the uplink received signal strength, terminal power information, path loss information received by each of the plurality of transceivers
Base station comprising a.
제13항에 있어서,
상기 복수의 트랜시버는,
상기 상향링크 수신 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기와 하향링크 수신 신호를 증폭하는 파워 증폭기를 각각 포함하여 복수의 서브어레이에 각각 매핑되는 기지국.
The method of claim 13,
The plurality of transceivers,
And a low noise amplifier for amplifying the uplink received signal and a power amplifier for amplifying a downlink received signal, each of which is mapped to a plurality of subarrays.
제13항에 있어서,
상기 복수의 트랜시버는,
상기 상향링크 수신 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기와 하향링크 수신 신호를 증폭하는 제1 파워 증폭기 및 제2 파워 증폭기를 각각 포함하며,
상기 제1 파워 증폭기는 제1 서브어레이에 매핑되고 상기 제2 파워 증폭기는 제2 서브어레이에 매핑되, 상기 저잡음 증폭기는 제1 서브어레이 및 제2 서브어레이에 매핑되는 기지국.
The method of claim 13,
The plurality of transceivers,
A low noise amplifier amplifying the uplink received signal and a first power amplifier and a second power amplifier amplifying a downlink received signal, respectively,
The first power amplifier is mapped to a first subarray, the second power amplifier is mapped to a second subarray, and the low noise amplifier is mapped to a first subarray and a second subarray.
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