KR20200061291A - Hybrid beamforming method for beam-based cooperative transmission, and apparatus for the same - Google Patents

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KR20200061291A
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Abstract

The present invention relates to a hierarchical hybrid beamforming method for beam-based cooperative transmission, to minimize overhead required for the cooperative transmission, and an apparatus for the same. According to the present invention, a system for hybrid beamforming-based cooperative transmission comprises: a centralized processor (CP); access nodes (ANs) connected to the CP; and fronthaul links connecting the CP and the ANs. The CP provides, through the fronthaul link, a first AN with an external precoding matrix for the first AN, among the ANs, extracted from global statistical channel state information (CSI) generated from local statistical CSI collected from the ANs. The first AN can set an RF precoder of the first AN based on the external precoding matrix and can set a digital precoder of the first AN based on local instantaneous valid CSI between the first AN and first terminals to receive a service from the first AN.

Description

빔 기반 협력 전송을 위한 계층적 하이브리드 빔포밍 방법 및 이를 위한 장치{Hybrid beamforming method for beam-based cooperative transmission, and apparatus for the same}A hierarchical hybrid beamforming method for beam-based cooperative transmission and an apparatus therefor {Hybrid beamforming method for beam-based cooperative transmission, and apparatus for the same}

본 발명은 이동통신 시스템에서 빔 기반 협력 전송에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 트래픽 용량 증가를 위해 빔형성(beamforming)이 필요한 고주파수를 사용하는 기지국들을 밀집시켜 배치하는 이동통신 네트워크에서, 간섭 관리 및 협력 전송을 위한 계층적 하이브리드 빔포밍 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to beam-based cooperative transmission in a mobile communication system, and more specifically, interference management and cooperation in a mobile communication network in which base stations using high frequencies requiring beamforming are densely arranged to increase traffic capacity. Hierarchical hybrid beamforming method for transmission and an apparatus therefor.

폭발적으로 증가하는 모바일 트래픽을 이동통신 네트워크에서 수용하기 위해 보다 넓은 대역폭의 확보가 가능한 고주파수(예를 들어, 밀리미터파, 테라헤르쯔) 대역을 사용할 필요성이 높아졌다. 고주파수 대역은 전파 손실(경로 손실, 물체 침투 손실 등)이 심하여 수신 SNR(signal-to-noise ratio)이 저하되는 문제가 있으므로, 특정 방향으로 신호를 집중하여 전송하기 위한 빔형성(beamforming) 기술의 적용이 필수적이다. In order to accommodate explosively increasing mobile traffic in a mobile communication network, there is a high need to use a high frequency (eg, millimeter wave, terahertz) band capable of securing a wider bandwidth. In the high frequency band, there is a problem in that the received signal-to-noise ratio (SNR) is deteriorated due to high propagation loss (path loss, object penetration loss, etc.). Application is essential.

아날로그 빔포밍은 위상 천이기(phase shifter)만으로 신호를 조향 (steering)하기 때문에, 안테나 요소 별로 RF 체인이 요구되지 않아 비용 효율적인 구현이 가능하다. 그러나, 아날로그 빔포밍은 각해상도(angular resolution)가 부정확한 단점이 있다. 한편, 디지털 빔포밍은 디지털 방식으로 신호의 위상과 진폭을 조절하여 빔의 방향을 조절하므로 높은 정확도를 가질 수 있다. 그런, 안테나 별로 ADC(analog-to-digital converter)/DAC(digital-to-analog converter)를 포함하는 RF체인이 필요하여, 대규모의 안테나를 사용하는 경우 하드웨어 복잡도와 전력소비의 증가에 의해 구현이 어려워지는 단점이 있다. Since analog beamforming steers signals using only a phase shifter, an RF chain is not required for each antenna element, so cost-effective implementation is possible. However, analog beamforming has a disadvantage in that angular resolution is inaccurate. On the other hand, digital beamforming can have high accuracy by adjusting the phase and amplitude of the signal digitally to adjust the direction of the beam. However, an RF chain including an analog-to-digital converter (ADC)/digital-to-analog converter (DAC) is required for each antenna, and when a large-scale antenna is used, it is implemented by increasing hardware complexity and power consumption. It has the disadvantage of becoming difficult.

따라서 디지털 빔포밍의 복잡도를 낮추고 아날로그 빔포밍의 정확도를 높일 수 있도록, RF 영역에서 아날로그 빔포밍을 사용하고, 기저대역(baseband)에서는 디지털 빔포밍을 사용하는 하이브리드 빔포밍 기술이 필수적이다.Therefore, in order to lower the complexity of digital beamforming and increase the accuracy of analog beamforming, hybrid beamforming technology using analog beamforming in the RF region and digital beamforming in the baseband is essential.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 계층적 하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송을 위한 중앙 제어기(centralized processor, CP)의 동작 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method of operating a centralized processor (CP) for hierarchical hybrid beamforming based cooperative transmission.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 계층적 하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송을 위한 액세스 노드(access node, AN)의 동작 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention for solving the above problems is to provide a method of operating an access node (AN) for hierarchical hybrid beamforming based cooperative transmission.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은, 계층적 하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송을 위한 시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention for solving the above problems is to provide a system for cooperative transmission based on hierarchical hybrid beamforming.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송을 위한 중앙 제어기(centralized processor, CP)의 동작 방법으로서, 상기 CP에 연결된 액세스 노드(access node, AN)들 각각으로부터 지역적인 통계적 채널 상태 정보(channel state information, CSI)를 수집하여 전역적인 통계적 CSI를 생성하는 단계; 상기 전역적인 통계적 CSI에 기초하여 상기 AN들 중 제1 AN이 서비스를 제공할 제1 단말들의 집합을 구성하는 단계; 상기 제1 AN에 대한 전송 신호 공간과 간섭 신호 공간을 구성하고, 상기 전송 신호 공간과 상기 간섭 신호 공간에 기초하여 상기 제1 AN에 대한 간섭 제어된 전송 신호 공간을 정의하는 외부 프리코딩 행렬을 도출하는 단계; 및 상기 도출된 외부 프리코딩 행렬을 상기 제1 AN에 전송하는 단계를 포함할 수 있다.An embodiment of the present invention for achieving the above object is a method of operating a centralized processor (CP) for hybrid beamforming-based cooperative transmission, from each of access nodes (ANs) connected to the CP Collecting local statistical channel state information (CSI) to generate global statistical CSI; Configuring a set of first terminals to be provided by a first AN among the ANs based on the global statistical CSI; Constructs a transmission signal space and an interference signal space for the first AN, and derives an external precoding matrix defining an interference-controlled transmission signal space for the first AN based on the transmission signal space and the interference signal space To do; And transmitting the derived external precoding matrix to the first AN.

상기 지역적인 통계적 CSI는 상기 AN 들 각각과 단말들 간의 공간적 채널 공분산 행렬(spatial channel covariance matrix)일 수 있다.The regional statistical CSI may be a spatial channel covariance matrix between each of the ANs and terminals.

상기 CP는 상기 AN을 통하여 동기화된 랜덤 액세스 채널(random access channel, RACH) 구간에 대한 설정 정보를 제공하고, 제1 단말은 상기 RACH 구간을 통해서 RACH 신호를 상기 제1 AN으로 전송하고, 상기 제1 AN으로부터 상향링크 파일롯(pilot)을 할당받을 수 있다.The CP provides configuration information for a random access channel (RACH) section synchronized through the AN, and the first terminal transmits a RACH signal to the first AN through the RACH section, and the first 1 An uplink pilot may be allocated from the AN.

상기 제1 단말과 상기 제1 AN간의 지역적인 통계적 CSI는 상기 상향링크 파일롯에 기초하여 측정될 수 있다.The regional statistical CSI between the first terminal and the first AN may be measured based on the uplink pilot.

상기 도출된 외부 프리코딩 행렬에 기반하여 상기 제1 AN의 RF(radio frequency) 프리코더가 설정되며, 상기 제1 AN의 디지털 프리코더는 상기 제1 AN과 상기 제1 단말들간의 지역적인 순시적 유효 CSI를 이용하여 설정될 수 있다.The radio frequency (RF) precoder of the first AN is set based on the derived external precoding matrix, and the digital precoder of the first AN is a local instantaneous between the first AN and the first terminals. It can be set using the effective CSI.

상기 CP의 동작 방법은 성능 모니터링을 수행하는 단계; 상기 성능 모니터링의 결과에 따라, 상기 제1 AN에 대한 간섭 제어된 전송 신호 공간의 크기를 조절하는 단계; 및 상기 조절된 간섭 제어된 전송 신호 공간의 크기에 따라 수정된 외부 프리코딩 행렬을 상기 제1 AN에게 전송하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.The CP operating method may include performing performance monitoring; Adjusting a size of an interference-controlled transmission signal space for the first AN according to the performance monitoring result; And transmitting the modified external precoding matrix according to the size of the adjusted interference-controlled transmission signal space to the first AN.

상기 CP의 동작 방법은 상기 제1 AN에게 데이터를 전달하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 데이터는 상기 AN들 중 상기 제1 AN을 제외한 다른 적어도 하나의 AN과 상기 제1 AN의 협력 전송을 통해서 상기 제1 단말들에게 전송될 수 있다.The method of operating the CP further includes transmitting data to the first AN, and the data is transmitted through a cooperative transmission of at least one AN other than the first AN among the ANs and the first AN. It can be transmitted to the first terminal.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송을 위한 제1 액세스 노드(access node, AN)의 동작 방법으로서, 주변의 단말들에 대한 지역적인 통계적 채널 상태 정보(channel state information, CSI)를 측정하고 측정된 지역적인 통계적 CSI를 중앙 제어기(centralized processor, CP)에게 보고하는 단계; CP로부터 상기 지역적인 통계적 CSI로부터 생성된 전역적 통계적 CSI로부터 도출된 외부 프리코딩 행렬과 상기 제1 AN이 서비스를 제공할 제1 단말들의 집합에 대한 정보를 수신하는 단계; 및 상기 외부 프리코딩 행렬에 기반하여 상기 제1 AN의 RF(radio frequency) 프리코더를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.An embodiment of the present invention for achieving the other object, as a method of operating a first access node (access node, AN) for a hybrid beamforming-based cooperative transmission, local statistical channel state information for the neighboring terminals measuring (channel state information, CSI) and reporting the measured local statistical CSI to a centralized processor (CP); Receiving information on an external precoding matrix derived from the global statistical CSI generated from the local statistical CSI and a set of first terminals to be provided by the first AN from the CP; And setting a radio frequency (RF) precoder of the first AN based on the external precoding matrix.

상기 지역적인 통계적 CSI는 상기 제1 AN 과 상기 주변 단말들 간의 공간적 채널 공분산 행렬(spatial channel covariance matrix)일 수 있다.The regional statistical CSI may be a spatial channel covariance matrix between the first AN and the neighboring terminals.

상기 지역적인 통계적 CSI는 주기적으로 보고되거나, 상기 지역적인 통계적 CSI가 변경될 때 보고될 수 있다.The regional statistical CSI may be reported periodically or when the regional statistical CSI is changed.

상기 지역적인 통계적 CSI가 측정되는 상기 주변 단말들은 일정 값이상의 세기로 상기 제1 AN에서 수신되는 신호를 전송하는 단말로 제한될 수 있다.The peripheral terminals for which the regional statistical CSI is measured may be limited to a terminal transmitting a signal received from the first AN with an intensity of a predetermined value or more.

상기 RF 프리코더가 위상 천이기(phase shifter)들만 포함한 경우, 상기 외부 프리코딩 행렬의 각 원소의 크기는 일정하게 설정되고, 상기 위상천이기들 각각의 위상은 상기 외부 프리코딩 행렬의 각 원소의 위상으로 설정될 수 있다.When the RF precoder includes only phase shifters, the size of each element of the external precoding matrix is set constant, and the phase of each of the phase shifters is the value of each element of the external precoding matrix. It can be set to phase.

상기 제1 AN의 동작 방법은 상기 CP로부터 제공된 동기화된 랜덤 액세스 채널(random access channel, RACH) 구간에 대한 설정 정보를 상기 주변 단말들에게 제공하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 주변 단말들은 상기 RACH 구간을 통해서 RACH 신호를 상기 제1 AN으로 전송하고, 상기 제1 AN으로부터 상향링크 파일롯(pilot)을 할당받을 수 있다.The operation method of the first AN further includes providing configuration information for a synchronized random access channel (RACH) section provided from the CP to the peripheral terminals, and the peripheral terminals are configured to perform the RACH. The RACH signal may be transmitted to the first AN through an interval, and an uplink pilot may be allocated from the first AN.

상기 주변단말들과 상기 제1 AN간의 지역적인 통계적 CSI는 상기 상향링크 파일롯들에 기초하여 측정될 수 있다.The regional statistical CSI between the peripheral terminals and the first AN may be measured based on the uplink pilots.

상기 제1 AN의 디지털 프리코더는 상기 제1 AN과 상기 제1 단말들간의 지역적인 순시적 유효 CSI를 이용하여 설정될 수 있다.The digital precoder of the first AN may be set using a local instantaneous effective CSI between the first AN and the first terminals.

상기 제1 AN의 동작 방법은 상기 CP로부터 데이터를 수신하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 데이터는 상기 제1 AN과 제2 AN의 협력 전송을 통해서 상기 제1 단말들에게 전송될 수 있다.The operation method of the first AN may further include receiving data from the CP, and the data may be transmitted to the first terminals through cooperative transmission of the first AN and the second AN.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송을 위한 시스템은 중앙 제어기(centralized processor, CP); 상기 CP에 연결된 액세스 노드(access node, AN)들; 및 상기 CP와 상기 AN들을 연결하는 프론트홀 링크들을 포함하고, 상기 CP는 상기 AN들로부터 수집된 지역적인 통계적 CSI로부터 생성된 전역적인 통계적 CSI로부터 도출된 상기 AN들중 제1 AN에 대한 외부 프리코딩 행렬을 상기 프론트홀 링크를 통하여 상기 제1 AN에게 제공하고, 상기 제1 AN은 상기 외부 프리코딩 행렬에 기반하여 상기 제1 AN의 RF 프리코더를 설정하고, 상기 제1 AN과 상기 제1 AN이 서비스를 제공할 제1 단말들간의 지역적인 순시적 유효 CSI에 기반하여 상기 제1 AN의 디지털 프리코더를 설정할 수 있다.A system for cooperative transmission based on hybrid beamforming according to an embodiment of the present invention for achieving the above another object includes a centralized processor (CP); Access nodes (ANs) connected to the CP; And front hole links connecting the CP and the ANs, wherein the CP is an external free of the first AN among the ANs derived from the global statistical CSI generated from the local statistical CSI collected from the ANs. A coding matrix is provided to the first AN through the front hole link, and the first AN sets the RF precoder of the first AN based on the external precoding matrix, and the first AN and the first The digital precoder of the first AN may be set based on a local instantaneous effective CSI between the first terminals to which the AN will provide the service.

상기 지역적인 통계적 CSI는 상기 AN 들 각각과 단말들 간의 공간적 채널 공분산 행렬(spatial channel covariance matrix)일 수 있다.The regional statistical CSI may be a spatial channel covariance matrix between each of the ANs and terminals.

상기 CP와 상기 AN들은 기지국의 기능을 물리 계층(physical layer)에서 기능 분할한 노드들일 수 있다.The CP and the AN may be nodes that have functionally divided a function of a base station in a physical layer.

상기 제1 AN은 상기 CP로부터 전달된 데이터를 상기 제1 AN의 RF 프리코더와 디지털 프리코더를 이용하여 프리코딩된 신호로 변환하고, 상기 프리코딩된 신호를 상기 AN들 중 상기 제1 AN을 제외한 다른 적어도 하나의 AN과의 협력 전송을 통해 상기 제1 단말들에게 전송할 수 있다.The first AN converts data transmitted from the CP into a precoded signal using an RF precoder and a digital precoder of the first AN, and converts the precoded signal to the first AN among the ANs. It may be transmitted to the first terminals through cooperative transmission with at least one other AN.

본 발명의 실시예들에 따르면, PHY 계층에서의 기능 분할을 통해, 낮은 수준 (RF 레벨 또는 Low-PHY)의 기능 분할과 비교하여, 상대적으로 낮은 프론트홀 용량으로 분산 AN들과 CP를 연결할 수 있다. 따라서, 비용 효율적으로 고밀집 분산 AN들을 포함하는C-RAN 시스템이 구축될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, CP는 분산 AN들이 보고하는 지역적인 통계적 CSI를 수집하여 전역 통계적 CSI를 산출하고, 전역 통계적 CSI에 기초하여 도출된 각 AN별 간섭 제어된 전송 공간을 각 AN에게 할당할 수 있다. 한편, 분산된 AN들은 CP에서 정의한 각각의 간섭 제어된 전송 공간 내에서 다시 세밀한 하이브리드 빔포밍을 수행하여 자신이 서비스하는 단말들 간의 간섭을 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따르면, 사용자 중심의 빔 관리 및 클러스터링을 통해 협력 전송에 요구되는 오버헤드가 최소화될 수 있고, 이동통신 네트워크의 구축 비용 절감 효과 및 트래픽 용량 증대 효과를 얻을 수 있다.According to embodiments of the present invention, through the functional division in the PHY layer, compared to the functional division of the low level (RF level or Low-PHY), it is possible to connect the distributed ANs and CP with a relatively low front hole capacity. have. Therefore, a C-RAN system including high-density distributed ANs can be constructed cost-effectively. In embodiments of the present invention, CP collects regional statistical CSI reported by distributed ANs to calculate global statistical CSI, and allocates interference-controlled transmission space for each AN derived based on global statistical CSI to each AN can do. Meanwhile, the distributed ANs can perform detailed hybrid beamforming again in each interference-controlled transmission space defined by the CP to control interference between terminals that they service. Accordingly, according to embodiments of the present invention, overhead required for cooperative transmission can be minimized through user-centered beam management and clustering, and a cost reduction effect and a traffic capacity increase effect of a mobile communication network can be obtained. .

도 1은 하이브리드 빔포밍이 적용되는 송신기 및 수신기의 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 고밀집 도심 환경에서 5G NR 기반 시스템의 셀 배치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 클라우드 무선 액세스 네트워크 (C-RAN)의 아키텍처를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들이 적용되는 고밀집 C-RAN에서의 사용자 중심 클러스터링(user-centric clustering) 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들이 적용되는 고밀집 C-RAN에서의 사용자 중심 빔 관리의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6는 동기화된 RACH 구간 내에서 RACH 슬롯들의 할당 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 RACH 슬롯 내에서의 빔 스위핑 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 동기화된 RACH 구간 내에서 미니-슬롯들이 할당되는 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 중심 빔 관리 절차를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송 시스템을 도시한 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송 시스템에 속한 CP의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송 시스템에 속한 AN의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송 시스템의 동작 절차를 설명하기 위한 순서도이다.
도14는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들을 수행하기 위한 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
1 is a conceptual diagram illustrating the structure of a transmitter and a receiver to which hybrid beamforming is applied.
2 is a conceptual diagram for explaining a cell arrangement of a 5G NR based system in a dense urban environment.
3 is a conceptual diagram for explaining the architecture of a cloud radio access network (C-RAN).
4 is a conceptual diagram illustrating a user-centric clustering concept in a high-density C-RAN to which embodiments of the present invention are applied.
5 is a conceptual diagram illustrating the concept of user-centered beam management in a high-density C-RAN to which embodiments of the present invention are applied.
6 is a conceptual diagram illustrating a method of allocating RACH slots within a synchronized RACH section.
7 is a conceptual diagram illustrating a beam sweeping operation in an RACH slot.
8 is a conceptual diagram illustrating a method of assigning mini-slots within a synchronized RACH interval.
9 is a conceptual diagram illustrating a user-oriented beam management procedure according to an embodiment of the present invention.
10 is a block diagram illustrating a hierarchical hybrid beamforming based cooperative transmission system according to an embodiment of the present invention.
11 is a flowchart illustrating an operation of a CP belonging to a hierarchical hybrid beamforming based cooperative transmission system according to an embodiment of the present invention.
12 is a flowchart illustrating an operation of an AN belonging to a hierarchical hybrid beamforming based cooperative transmission system according to an embodiment of the present invention.
13 is a flowchart illustrating an operation procedure of a hierarchical hybrid beamforming based cooperative transmission system according to an embodiment of the present invention.
14 is a block diagram illustrating a configuration of an apparatus for performing methods according to embodiments of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. The present invention can be applied to various changes and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may be referred to as a first component. The term and/or includes a combination of a plurality of related described items or any one of a plurality of related described items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When an element is said to be "connected" to or "connected" to another component, it is understood that other components may be directly connected to or connected to the other component, but may exist in the middle. It should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, terms such as “include” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 하이브리드 빔포밍이 적용되는 송신기 및 수신기의 구조를 설명하기 위한 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating the structure of a transmitter and a receiver to which hybrid beamforming is applied.

도 1을 참조하면, 디지털 빔포밍은 송신기의 기저대역 부분에 속한 디지털 프리코더(110)에 의해서 기저대역 신호의 위상과 진폭을 변경하는 것에 의해서 수행될 수 있다. 한편, 아날로그 빔포밍은 기저대역 부분으로부터 출력된 신호에 대한 RF 변환을 통해 얻어진 RF 신호의 위상을 아날로그 프리코더(120)의 위상 천이기들을 이용하여 변경하는 것에 의해서 수행될 수 있다.Referring to FIG. 1, digital beamforming may be performed by changing the phase and amplitude of the baseband signal by the digital precoder 110 belonging to the baseband portion of the transmitter. Meanwhile, the analog beamforming may be performed by changing the phase of the RF signal obtained through RF conversion on the signal output from the baseband part using phase shifters of the analog precoder 120.

즉, 앞서 언급된 바와 같이, 디지털 빔포밍의 복잡도를 낮추고 아날로그 빔포밍의 정확도를 높일 수 있도록, RF 영역에서 아날로그 빔포밍을 사용하고, 기저대역(baseband)에서는 디지털 빔포밍을 사용하여, 두 가지 빔포밍 방식을 함께 이용하는 하이브리드 빔포밍 기술이 필수적이다. 한편, 이하에서 아날로그 프리코더는 RF(radio frequency) 프리코더로도 지칭될 수 있다.That is, as mentioned above, to reduce the complexity of digital beamforming and increase the accuracy of analog beamforming, analog beamforming is used in the RF region, and digital beamforming is used in the baseband. Hybrid beamforming technology using a beamforming method is essential. Meanwhile, hereinafter, the analog precoder may also be referred to as a radio frequency (RF) precoder.

도 2는 고밀집 도심 환경에서 5G NR 기반 시스템의 셀 배치를 설명하기 위한 개념도이다.2 is a conceptual diagram for explaining a cell arrangement of a 5G NR based system in a dense urban environment.

도 2에서는 ITU 및 3GPP에서 5G 시스템 평가를 위해 고려되고 있는 고밀집 도심 환경에서의 5G NR 시스템 기반 셀 배치가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 매크로 기지국(200)이 운영하는 하나의 매크로 섹터 셀(210)에는 3개의 마이크로 기지국들(211, 212, 213)이 배치되어 3개의 마이크로 셀들이 운영될 수 있다. 또한, 각각의 셀들에는 다수의 단말(mobile station)들이 위치할 수 있다.FIG. 2 shows a cell arrangement based on 5G NR system in a high-density urban environment that is being considered for 5G system evaluation in ITU and 3GPP. Referring to FIG. 2, three micro base stations 211, 212 and 213 may be arranged in one macro sector cell 210 operated by the macro base station 200 to operate three micro cells. In addition, a plurality of mobile stations may be located in each cell.

폭증하는 모바일 트래픽을 수용하기 위해 매크로 기지국들과 마이크로 기지국들은 모두 밀리미터파를 사용할 수 있다. 3GPP 5G NR 기반 시스템에서는 기지국 중심의 빔 관리가 수행된다. 하나의 기지국이 다수의 단말을 수용하는 것을 고려하면, 기지국 중심의 빔 관리는 타당할 수 있다. 하지만, 단말들의 숫자보다 분산된 기지국들의 숫자가 더 많을 수 있는, 고밀집 네트워크(ultra dense network, UDN)에서는, 사용자 중심의 빔 관리가 보다 효율적일 수 있다.Both macro base stations and micro base stations can use millimeter waves to accommodate explosive mobile traffic. In the 3GPP 5G NR based system, beam management centered on the base station is performed. Considering that one base station accommodates multiple terminals, beam management centered at the base station may be feasible. However, in an ultra dense network (UDN), where the number of distributed base stations may be more than the number of terminals, user-oriented beam management may be more efficient.

도 3은 클라우드 무선 액세스 네트워크 (C-RAN)의 아키텍처를 설명하기 위한 개념도이다.3 is a conceptual diagram for explaining the architecture of a cloud radio access network (C-RAN).

도 3에 도시된 C-RAN 아키텍처에서, 종래 기지국들에서 국부적으로 수행된 베이스밴드 처리가 하나의 클라우드 컴퓨팅 센터로 집합되어(aggregated) 중앙-집중적으로(centrally) 수행될 수 있다. In the C-RAN architecture shown in FIG. 3, baseband processing performed locally in conventional base stations can be performed centrally and aggregated into one cloud computing center.

종래 기지국들과 달리, C-RAN 아키텍처에서 원격 무선 헤드 (Remote Radio Head, RRH)는 RF 및 안테나 기능만을 가질 수 있다. 각 RRH들과 클라우드(310)는 프론트홀 링크들로 연결될 수 있다. 프론트홀 링크는 낮은 신호 전달 지연을 가지고 대용량의 신호들을 원활하게 전달할 수 있는 특성을 가져야 한다. 일반적으로, 프론트홀 링크에는 무선 링크의 전송 속도의 20배에 달하는 용량이 요구된다고 알려져 있다. 한편, 5G 이동통신 시스템이 도입되면서 무선 구간의 전송 속도가 20Gbps까지 올라가면서, 요구되는 프론트홀의 용량은 비용 등의 측면에서 현실적으로 제공되기 어렵다. 요구되는 프론트홀의 용량을 낮추기 위해, 베이스밴드 기능의 일부를 다시 RRH 사이트로 이동시키는 기능 분할(functional split)이 연구되고 있다. 기능 분할은 프론트홀의 용량을 낮출 수 는 있지만, 중앙집중식 신호 처리 등의 기능을 다시 분산시키는 측면이 있어 기능이 분할되는 지점을 면밀히 살펴 선택할 필요가 있다.Unlike conventional base stations, in a C-RAN architecture, a remote radio head (RRH) may have only RF and antenna functions. Each of the RRHs and the cloud 310 may be connected to front hole links. The front-hole link should have a characteristic that can smoothly transmit a large amount of signals with a low signal transmission delay. In general, it is known that a capacity of up to 20 times the transmission speed of a radio link is required for a front-hole link. On the other hand, as the 5G mobile communication system is introduced, the transmission speed of the wireless section increases to 20 Gbps, and the required capacity of the front hole is difficult to be realistically provided in terms of cost. In order to lower the required front hole capacity, a functional split that moves a part of the baseband function back to the RRH site has been studied. Function division can lower the capacity of the front hole, but there is a side to redistribute functions such as centralized signal processing, so it is necessary to carefully select the point where the function is divided.

전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예들은 고주파수를 사용하고 기능 분할이 적용되는 C-RAN 아키텍처에서 프론트홀 사용을 제한하면서 중앙 집중식 신호 및 자원 처리를 최대한 활용할 수 있도록 한다. 이를 통하여, 본 발명의 실시예들은 밀집한 액세스 노드(access node, AN)들의 협력 전송을 통해 사용자 단말에게 고용량 서비스를 제공하는 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, embodiments of the present invention use the high frequency and limit the use of the front hole in the C-RAN architecture to which the function division is applied, so as to make the most of centralized signal and resource processing. Through this, embodiments of the present invention have an object to provide an apparatus and method for providing a high capacity service to a user terminal through cooperative transmission of dense access nodes (ANs).

중앙-집중형 또는 클라우드 무선 액세스 네트워크(C-RAN) 아키텍처에서, 원격 무선 유닛(remote radio unit, RRU)은 안테나에 근접한 위치에서 RF-베이스밴드 변환을 수행하고, 중앙-집중화된 베이스밴드 유닛(baseband unit, BBU)은 베이스밴드(즉, PHY, MAC 및 무선 프로토콜 스택 상의 상위 계층) 처리를 수행한다. 이와 같은 아키텍처는 네트워크 용량을 향상시키고 고급 무선 조정(coordination) 기능을 적용하여 사용자 경험을 향상시키면서 BBU의 베이스밴드 자원을 풀링(pooling)하여 총-소유-비용(TCO)을 줄일 수 있다. 이때, RRU와 중앙-집중식 BBU 간의 연결은 BBU에서 코어 네트워크로의 백홀과 비교하여 프론트홀(fronthaul)이라고 지칭된다. 현재의 C-RAN 아키텍처에서 각 안테나 장치의 디지털화된 시간 영역 샘플 신호들은 RRU와 BBU 간의 프론트홀 링크를 통해 전송되므로, 프론트홀의 용량은 안테나들의 숫자에 비례하여 증가하게 된다. 진화된 5G 네트워크와 차세대 네트워크에서는 대규모 MIMO 및 UDN 기술이 보다 널리 사용되어 스펙트럼 효율성과 네트워크 용량을 현저히 향상시키는 주요한 무선 기능들로 각광 받을 것이다. 따라서, 프론트홀 네트워크 비용을 줄이고, 안테나 및 무선 에지(edge) 노드에 대한 시스템 확장성을 높이는 것이 중요하다. In a central-centralized or cloud radio access network (C-RAN) architecture, a remote radio unit (RRU) performs RF-baseband conversion at a location proximate to the antenna, and the centralized centralized baseband unit ( The baseband unit (BBU) performs baseband (ie, upper layer on the PHY, MAC, and radio protocol stack) processing. Such an architecture can reduce the total cost of ownership (TCO) by pooling the baseband resources of the BBU while improving network capacity and applying advanced radio coordination to enhance the user experience. At this time, the connection between the RRU and the centralized BBU is referred to as a fronthaul compared to the backhaul from the BBU to the core network. In the current C-RAN architecture, since the digitized time domain sample signals of each antenna device are transmitted through the front hole link between the RRU and the BBU, the capacity of the front hole increases in proportion to the number of antennas. In advanced 5G networks and next-generation networks, large-scale MIMO and UDN technologies will be more widely used, and will be spotlighted as major wireless functions that significantly improve spectral efficiency and network capacity. Therefore, it is important to reduce the cost of the front-hole network and increase the system scalability for the antenna and radio edge nodes.

이를 해결하기 위해 무선 프로토콜 스택에 대한 다양한 기능 분할 옵션들이 논의되고 있다. 프론트홀 네트워크 용량 및 지연 요구 사항을 완화하면서 얼마나 많은 기지국 기능들이 사용자에 지역적으로 가까운 위치에 남겨지는 지와 더 많은 처리 이점을 얻을 수 있는 가능성을 위해 얼마나 많은 기능들을 중앙집중화 할 지를 기능 분할이 결정하게 된다. 본 발명의 실시예들은 고밀집 C-RAN의 협력 전송 기능을 유지하면서 프론트홀 부하를 줄이기 위해 ‘물리 계층 기능 분할(intra-PHY Functional Split, iPFS)’을 다루고 있다. To solve this, various function partitioning options for the radio protocol stack are being discussed. Functional partitioning determines how many base station functions remain locally close to the user and how many functions are centralized for the possibility of gaining more processing benefits while alleviating fronthaul network capacity and latency requirements. Is done. Embodiments of the present invention deal with'intra-PHY functional split (iPFS)' to reduce the front-hole load while maintaining the cooperative transmission function of the high-density C-RAN.

기능 분할에 따라 하나의 기지국은 ‘액세스 노드(Access Node, AN)’와 ‘베이스 노드(Base Node, BN)’로 분할될 수 있다. AN들은 ‘모바일 장치 (Mobile Station, MS)’에 근접하게 분산 배치되고, BN들은 중앙-집중화 되어 하나의 사이트에 풀(pool)로 구성되며 이를 ‘중앙 프로세서(Centralized Processor, CP)’라 지칭할 수 있다. According to the function division, one base station may be divided into an'Access Node (AN)' and a'Base Node (BN)'. ANs are distributed in close proximity to'Mobile Station (MS)', BNs are centralized and configured as a pool at one site, which is referred to as'Centralized Processor (CP)'. Can be.

도 4는 본 발명의 실시예들이 적용되는 고밀집 C-RAN에서의 사용자 중심 클러스터링(user-centric clustering) 개념을 설명하기 위한 개념도이다.4 is a conceptual diagram illustrating a user-centric clustering concept in a high-density C-RAN to which embodiments of the present invention are applied.

도 4를 참조하면, 분산된 n(>>2)개의 AN들(AN1, AN2, AN3, ?, ANn)이 유선의 용량 제한 프론트홀 링크들을 통해 CP에 연결되는 C-RAN 시스템이 도시되어 있다. 도 4a에서는, 설명의 편의를 위해서, C-RAN 시스템이 2개의 단말들에 서비스를 제공하는 경우가 도시되어 있다. 이 경우, 사용자 중심의 빔 관리를 통해 빔 제어 오버헤드 및 프론트홀의 사용을 최소화하면서, 분산된 AN들이 참여하는 협력 전송이 용이해질 수 있다. Referring to FIG. 4, a C-RAN system is illustrated in which distributed n(>>2) ANs AN1, AN2, AN3, ?, ANn are connected to a CP through wired capacity limited fronthaul links. . In FIG. 4A, for convenience of description, a case where a C-RAN system provides services to two terminals is illustrated. In this case, cooperative transmission with distributed ANs can be facilitated while minimizing beam control overhead and use of front holes through user-centered beam management.

도 5는 본 발명의 실시예들이 적용되는 고밀집 C-RAN에서의 사용자 중심 빔 관리의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.5 is a conceptual diagram illustrating the concept of user-centered beam management in a high-density C-RAN to which embodiments of the present invention are applied.

도 4와 도 5를 병행참조하면, 사용자 중심의 빔관리를 통한 노드들의 동작은, AN들에 의한 시스템 정보 방송을 통한 동기화된 RACH 자원 할당 및 시그널링, 동기화된 RACH 구간에서의 단말의 빔-스위핑(sweeping), 사용자 중심 클러스터링, 상향링크(uplink, UL) 파일롯을 이용한 트레이닝과 채널 정보 획득, 및 하향링크(downlink, DL) 협력 전송을 통해 수행될 수 있다.4 and 5, the operations of nodes through user-centered beam management include synchronized RACH resource allocation and signaling through system information broadcast by ANs, and beam-sweeping of a terminal in a synchronized RACH section. It can be performed through (sweeping), user-centric clustering, training using uplink (UL) pilots, acquiring channel information, and downlink (DL) cooperative transmission.

CP는 시스템 정보를 방송할 수 있다. 여기서, 시스템 정보는 LTE, LTE-A, 5G NR과 같은 표준에서 정의하는 시스템 운용에 필요한 파라미터들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 시스템 정보는 하향링크/상향링크 설정 정보, 랜덤 액세스 관련 세부 파라미터 정보 등을 포함할 수 있다. 단말들은 이 정보를 획득해야만 셀-탈피 (Cell-Free) 고밀집 클라우드 RAN 동작을 수행할 수 있다. 또한, CP는 분산되어 있는 AN들과 단말들 간의 프레임 동기를 획득하기 위한 물리적인 동기 신호를 AN들을 통하여 제공할 수 있다. CP는 시스템 정보를 방송함에 있어, 커버리지를 확보함과 동시에 방송 오버헤드를 최소화해야 한다. 밀리미터파 주파수 신호의 커버리지를 확보하기 위해, CP는 AN을 통해 지향적 빔을 스위핑하면서 시스템 정보를 전송할 수 있다. CP can broadcast system information. Here, the system information may include parameters required for system operation defined in standards such as LTE, LTE-A, and 5G NR. Specifically, the system information may include downlink/uplink configuration information, detailed parameter information related to random access, and the like. Terminals must acquire this information to perform cell-free high-density cloud RAN operation. Also, the CP may provide physical synchronization signals for obtaining frame synchronization between distributed ANs and terminals through ANs. In broadcasting system information, CP should secure coverage and minimize broadcasting overhead. To secure the coverage of the millimeter wave frequency signal, the CP can transmit system information while sweeping the directional beam through the AN.

도 5를 참조하면, CP는 분산된 AN들(AN1, AN2, AN3, ?, ANn)들이 순차적으로 시스템 정보를 전송하도록 제어하여 시스템 정보 방송의 오버헤드를 줄일 수 있다. 예를 들면, AN1은 프레임 #1(501)에서 시스템 정보를 전송하도록 제어되며, AN2는 프레임 #2(502)에서 시스템 정보를 전송하도록 제어되며, ANn은 프레임 #n(503)에서 시스템 정보를 전송하도록 제어될 수 있다.Referring to FIG. 5, the CP may control the distributed ANs AN1, AN2, AN3, ?, ANn to sequentially transmit system information, thereby reducing the overhead of system information broadcast. For example, AN1 is controlled to transmit system information in frame #1 501, AN2 is controlled to transmit system information in frame #2 502, and ANn is configured to transmit system information in frame #n 503. It can be controlled to transmit.

여기서, 시스템 정보 방송의 오버헤드는 시스템 정보를 전송하기 위해서 사용되는 시간, 주파수, 및 전력 자원을 포함한다. 여기서, 시스템 정보 방송의 오버헤드와 단말이 시스템 정보를 획득하는데 소요되는 시간은 트레이드오프(trade-off) 관계에 있다. 즉, 각각의 AN들이 매 프레임마다 개별적으로 시스템 정보를 방송하면, 오버헤드는 커지지만 단말이 시스템 정보를 빠르게 획득할 수 있다. 한편, 넓은 커버리지를 가지는 센티미터웨이브(cmWave) 주파수 대역을 사용하는 매크로 기지국을 통해 시스템 정보가 전송될 수도 있다. Here, the overhead of system information broadcasting includes time, frequency, and power resources used to transmit system information. Here, the overhead of the system information broadcast and the time required for the terminal to acquire the system information is in a trade-off relationship. That is, if each AN broadcasts system information individually for each frame, the overhead increases but the terminal can quickly acquire the system information. On the other hand, system information may be transmitted through a macro base station using a centimeter wave (cmWave) frequency band having a wide coverage.

한편, CP는 분산된 AN들에게 동기화된 RACH 구간(synchronized RACH duration)을 제공할 수 있다. 분산된 AN들에게 동기화된 RACH 구간을 할당함으로써 RACH 구간과 데이터 전송 구간의 중첩에 의해서 발생되는 AN들간의 간섭이 제거될 수 있다. 이에 대한 구체적인 동작은 단말들의 랜덤 액세스 동작으로서 후술된다. 동기화된 RACH 구간을 할당하는 일 예로서, 도 5에 도시된 바와 같이, CP는 AN들에게 동기화된 RACH 구간을 매 프레임마다 제공할 수 있다. 한편, 각각의 동기화된 RACH 구간은 적어도 하나의 RACH 슬롯을 포함할 수 있다. CP는 동기화된 RACH 구간 내에 적어도 하나의 RACH 슬롯을 다양한 방식으로 할당할 수 있다.Meanwhile, the CP may provide synchronized RACH duration to distributed ANs. By allocating synchronized RACH intervals to distributed ANs, interference between ANs caused by overlapping of RACH intervals and data transmission intervals can be eliminated. A specific operation for this will be described later as a random access operation of the terminals. As an example of allocating a synchronized RACH interval, as shown in FIG. 5, the CP may provide AN with a synchronized RACH interval every frame. Meanwhile, each synchronized RACH section may include at least one RACH slot. The CP may allocate at least one RACH slot in a synchronized RACH interval in various ways.

도 6는 동기화된 RACH 구간 내에서 RACH 슬롯들의 할당 방식을 설명하기 위한 개념도이다.6 is a conceptual diagram illustrating a method of allocating RACH slots within a synchronized RACH section.

도 6를 참조하면, 동기화된 RACH 구간 내에서 RACH 슬롯들은 시간 축으로 배치되거나(경우 (a)), 주파수 축으로 배치될 수 있다(경우 (b)). 도 6에서는 총 L개의 RACH 슬롯들이 하나의 동기화된 RACH 구간 내에 배치되는 예를 도시하고 있다.Referring to FIG. 6, in the synchronized RACH interval, RACH slots may be arranged on the time axis (case (a)) or may be arranged on the frequency axis (case (b)). FIG. 6 shows an example in which a total of L RACH slots are arranged in one synchronized RACH section.

한편, RACH 슬롯은 대응되는 단말이 빔-스위핑 동작을 완료할 수 있는 시간 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어, 단말이 M개의 빔들에 대한 빔 스위핑 동작을 지원할 경우, 빔 #1부터 빔 #M까지의 빔 스위핑 동작을 하나의 RACH 슬롯에서 완료할 수 있다.Meanwhile, the RACH slot may mean a time unit in which a corresponding terminal can complete a beam-sweeping operation. For example, when the UE supports a beam sweeping operation for M beams, a beam sweeping operation from beam #1 to beam #M can be completed in one RACH slot.

도 7은 RACH 슬롯 내에서의 빔 스위핑 동작을 설명하기 위한 개념도이다.7 is a conceptual diagram illustrating a beam sweeping operation in an RACH slot.

도 7을 참조하면, 단말의 빔 -스위핑에 사용되는 빔의 최대 개수를 M개로 가정한 경우, 단말은 하나의 RACH 슬롯 내에서 총 M개의 빔을 순차적으로 전송할 수 있다. 빔 스위핑에 사용되는 빔들의 개수는 단말 별로 다를 수 있다. Referring to FIG. 7, when it is assumed that the maximum number of beams used for beam-sweeping of the UE is M, the UE may sequentially transmit a total of M beams within one RACH slot. The number of beams used for beam sweeping may be different for each terminal.

다른 실시예에서, RACH 구간 내에서 RACH 슬롯을 정의하는 대신, RACH 구간을 복수개의 미니-슬롯들로 설정할 수도 있다. 즉, 전술된 실시예들에서는 RACH 슬롯이 단말이 빔-스위핑 동작을 완료할 수 있는 시간 단위로 정의되지만, 단말이 1개의 빔을 전송할 수 있는 시간 단위가 미니-슬롯(즉, RACH 미니 슬롯)으로 정의될 수 있다.In another embodiment, instead of defining an RACH slot within the RACH interval, the RACH interval may be set as a plurality of mini-slots. That is, in the above-described embodiments, the RACH slot is defined as a time unit in which the terminal can complete the beam-sweeping operation, but the time unit in which the terminal can transmit one beam is a mini-slot (ie, RACH mini slot). Can be defined as

도 8은 동기화된 RACH 구간 내에서 미니-슬롯들이 할당되는 방식을 설명하기 위한 개념도이다. 8 is a conceptual diagram illustrating a method of assigning mini-slots within a synchronized RACH interval.

도 8을 참조하면, 동기화된 RACH 구간은 RACH 슬롯의 구분이 없이

Figure pat00001
개의 RACH 미니-슬롯들로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 8, the synchronized RACH section does not distinguish between RACH slots.
Figure pat00001
RACH mini-slots.

전술된 시스템 정보 방송의 경우와 마찬가지로, 설정된 RACH 구간들의 숫자와 단말의 네트워크 진입 시간 간에도 트레이드-오프 관계가 존재할 수 있다. 예를 들면, RACH 구간들에 따른 오버헤드를 줄이기 위해서 RACH 구간들의 간격을 늘릴 수 있다. 예컨대, 도 5에서는 프레임마다 RACH 구간이 존재하지만, RACH 구간이 2개이상의 프레임 마다 존재할 수 있다. 반면, 단말의 네트워크 진입 시간을 줄이기 위해서 하나의 프레임에 2개 이상의 RACH 구간들이 존재할 수 있다.As in the case of the above-mentioned system information broadcasting, a trade-off relationship may exist between the number of set RACH periods and the network entry time of the terminal. For example, in order to reduce the overhead according to the RACH intervals, the intervals of the RACH intervals can be increased. For example, in FIG. 5, an RACH interval exists for each frame, but an RACH interval may exist for two or more frames. On the other hand, two or more RACH intervals may exist in one frame in order to reduce the network entry time of the terminal.

한편, 하나의 RACH 구간에서 분산된 단말들이 랜덤 액세스를 수행할 경우, 충돌이 발생할 수 있다. CP와 AN들은 단말들에 의한 랜덤 액세스의 충돌을 최소화할 수 있는 메커니즘을 제공해야 한다. Meanwhile, when terminals distributed in one RACH section perform random access, a collision may occur. CP and AN should provide a mechanism to minimize collision of random access by terminals.

사용자 중심 빔 관리 절차User-oriented beam management procedure

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 중심 빔 관리 절차가 설명된다. Hereinafter, a user-oriented beam management procedure according to an embodiment of the present invention will be described.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 중심 빔 관리 절차를 설명하기 위한 개념도이다.9 is a conceptual diagram illustrating a user-oriented beam management procedure according to an embodiment of the present invention.

단계(S910)에서, CP는 동기화된 RACH 자원(즉, RACH 구간들(및 RACH 슬롯들))을 설정하고 설정된 RACH 자원에 대한 정보를 시스템 정보에 포함하여 AN들을 통해 단말들에게 전송할 수 있다. 단말들은 AN들을 통해 CP가 방송하는 시스템 정보를 수신하고, 설정된 RACH 구간들에 대한 정보를 확인할 수 있다. In step S910, the CP may set the synchronized RACH resource (that is, RACH intervals (and RACH slots)) and transmit information on the configured RACH resource to the terminals through ANs by including system information. The terminals can receive system information broadcast by the CP through the ANs and check information on the set RACH intervals.

단계(S920)에서, 단말은 설정된 RACH 구간들에 대한 정보에 기초하여, 빔-스위핑을 수행할 수 있다. 이때, 도 6에서 설명된 바와 같이, RACH 구간내에 복수 개의 RACH 슬롯들이 주어진 경우, 단말은 하나의 RACH 슬롯을 선택할 수 있다. 단말이 사용할 RACH 슬롯을 선택하는 것에 의해 단말들 간의 랜덤 액세스 충돌이 시간적으로 또는 주파수적으로 해결될 수 있다. 한편, 빔 기반의 액세스를 가정하면, 둘 이상의 단말이 동일한 RACH 슬롯을 선택하여 랜덤 액세스를 수행하더라도 공간적인 분리가 가능하다. 또는, 서로 다른 단말들이 LTE/NR에서와 같이 직교한 RACH 코드들을 시용하는 코드 분리도 가능하다. 도 8에서 예시된 경우와 같이 RACH 구간이 RACH 슬롯의 구분 없이 미니-슬롯들로 구성된 경우, 단말은 자신의 빔-스위핑에 사용되는 빔들의 개수 M에 따라 M개의 미니-슬롯들로 가상적인 RACH 슬롯을 구성할 수 있고, 가상적으로 생성된 RACH 슬롯을 통해서 빔-스위핑 동작을 수행할 수 있다.In step S920, the terminal may perform beam-sweeping based on the information on the set RACH intervals. At this time, as described in FIG. 6, when a plurality of RACH slots are provided in the RACH section, the UE may select one RACH slot. By selecting the RACH slot to be used by the terminal, random access collisions between the terminals can be resolved in time or frequency. Meanwhile, assuming beam-based access, spatial separation is possible even when two or more UEs perform the random access by selecting the same RACH slot. Alternatively, code separation in which different terminals use orthogonal RACH codes as in LTE/NR is possible. When the RACH section is composed of mini-slots without distinguishing the RACH slot, as illustrated in FIG. 8, the UE virtually performs RACH with M mini-slots according to the number M of beams used for its beam-sweeping. A slot can be configured, and a beam-sweeping operation can be performed through a virtually generated RACH slot.

단계(S930)에서 CP는 분산된 AN들과의 협력을 통해, RACH 구간에서 수신한 신호들의 세기에 기반하여 AN별로 서비스할 후보 단말들을 선택할 수 있다. CP와 AN들의 협력을 통해, AN 별로 수신한 RACH 신호의 수신 강도(예컨대, RSSI(received signal strength indicator) 등)가 측정되고, 수신 강도 순으로 RACH 신호의 송신자들이 정렬(sorted)될 수 있다. 예컨대, AN 별로 수신 강도 N 순위까지의 RACH 신호 송신자들이 정렬된다. 이때 해당 RACH 신호 송신자의 최선의 빔 정보도 기록될 수 있다. CP와 AN들은 상호 협력을 통해, RACH 신호 송신자(즉 단말)들에게 서로 구별되는 상향링크 파일롯들을 할당할 수 있다. CP는 각 AN이 서비스를 제공할 대상 단말들의 리스트를 생성하고, 이에 기반하여 특정 단말에 서비스를 제공할 수 있는 AN들의 리스트(즉, 클러스터링 정보)를 생성할 수 있다. 즉, 단말 별로 서비스를 제공하는 AN들의 클러스터가 구성될 수 있다. 한편, 후술될 상향링크 파일롯에 의한 클러스터링은 정밀한(fine) 클러스터링이라 할 수 있고, 단계(S930)에 의해서 수행되는 RACH에 기반한 클러스터링은 거친(coarse) 클러스터링이라 할 수 있다. 상기한 클러스터링 정보는 각 AN이 수신한 최선의 빔에 대한 정보, 단말들에게 할당된 상향링크 파일롯에 대한 정보(파일롯 시퀀스, 파일롯 전송에 사용될 자원 정보 등)를 포함할 수 있다. CP는 AN들을 통해 상기 클러스터링 정보를 단말들에게 전송할 수 있다. 단말은 상기 CP 및 AN을 통해 수신한 클러스터링 정보에 기초하여, 자신에게 서비스를 제공할 AN들의 클러스터에 대한 정보, 각 AN이 수신한 최선의 빔에 대한 정보, 및 자신에게 할당된 상향링크 파일롯에 대한 정보를 확인할 수 있다. 따라서, 단말은 자신이 동시에 형성할 수 있는 빔들을 통해 할당된 상향링크 파일롯을 주기적으로 전송할 수 있다.In step S930, the CP may select candidate terminals to be serviced for each AN based on the strength of signals received in the RACH section through cooperation with distributed ANs. Through the cooperation of CP and AN, the reception strength (eg, a received signal strength indicator (RSSI)) of the RACH signal received for each AN is measured, and the transmitters of the RACH signal can be sorted in the order of reception strength. For example, RACH signal transmitters up to a reception power N rank are sorted by AN. At this time, the best beam information of the corresponding RACH signal sender can also be recorded. CPs and ANs can allocate uplink pilots that are distinct from each other to RACH signal senders (ie, UEs) through mutual cooperation. The CP may generate a list of target terminals for which each AN will provide a service, and based on this, may generate a list of ANs (that is, clustering information) capable of providing a service to a specific terminal. That is, clusters of ANs providing services for each terminal may be configured. On the other hand, clustering by uplink pilot, which will be described later, may be referred to as fine clustering, and clustering based on RACH performed by step S930 may be referred to as coarse clustering. The clustering information may include information on the best beam received by each AN, and information on uplink pilots allocated to terminals (pilot sequence, resource information to be used for pilot transmission, etc.). The CP may transmit the clustering information to terminals through ANs. The terminal, based on the clustering information received through the CP and AN, provides information on a cluster of ANs to provide services to itself, information on the best beam received by each AN, and an uplink pilot allocated to itself. Information. Accordingly, the terminal can periodically transmit the uplink pilot allocated through beams that it can simultaneously form.

단계(S940)에서 단말에 대한 클러스터에 속한 AN들은 단말이 전송하는 상향링크 파일롯에 대한 협력 수신을 수행하고, 수신된 상향링크 파일롯에 기초하여 단말과 AN들 간의 채널 정보를 획득할 수 있다. 마지막으로, 단계(S950)에서, 단말에 대한 클러스터에 속한 AN들은 획득된 채널 정보에 기초하여 단말에 대한 협력 전송을 수행할 수 있다. In step S940, the ANs belonging to the cluster for the terminal may perform cooperative reception on the uplink pilot transmitted by the terminal, and obtain channel information between the terminal and the ANs based on the received uplink pilot. Finally, in step S950, ANs belonging to the cluster for the terminal may perform cooperative transmission for the terminal based on the obtained channel information.

셀-탈피 고밀집 클라우드 기반 RAN은 CP에 의한 중앙집중식 자원 및 간섭 관리가 용이하나, 분산되어 있는 AN들을 CP와 연결하는 프론트홀의 한계가 고려되어야 한다. 특히, 조밀하게 분산된 AN들을 CP와 연결하는 경우, AN들의 숫자만큼 프론트홀 비용 및 전력 소모가 증가하게 된다. 분산된 AN들 간의 원활한 협력 전송을 가능하게 하고, 프론트홀 요구 용량을 최소화할 수 있도록, 본 발명에서는 PHY 계층의 기능 분할을 고려한다. PHY 계층에서의 기능 분할은 크게 2 가지로 구분할 수 있다. The cell-shedding high-density cloud-based RAN is easy to manage centralized resources and interference by the CP, but the limitation of the front hole connecting the distributed ANs to the CP should be considered. In particular, when densely distributed ANs are connected to the CP, front hole cost and power consumption are increased by the number of ANs. In order to enable smooth cooperative transmission between distributed ANs and to minimize the required capacity of the front hole, the present invention considers the functional division of the PHY layer. Function division in the PHY layer can be roughly divided into two types.

첫 번째 PHY 계층 기능 분할에서, 디지털 빔포밍 기능(예컨대, 디지털 프리코더)이 CP에 배치될 수 있다. 이 경우, 디지털 프리코더를 위한 순시적 (instantaneous) CSI 를 획득하기 위해, 상향링크 파일롯을 이용하여 측정된 순시적 CSI가 CP에 전달되어야 하므로, 프론트홀에 상당한 부하가 발생될 수 있다. 하지만, 순시적인 CSI 정보를 통해 AN들 간의 간섭을 최소화할 수 있다. In the first PHY layer function segmentation, a digital beamforming function (eg, digital precoder) may be placed in the CP. In this case, in order to obtain an instantaneous CSI for the digital precoder, since the instantaneous CSI measured using the uplink pilot must be transmitted to the CP, a significant load may be generated in the front hole. However, interference between ANs can be minimized through instantaneous CSI information.

두 번째 PHY 계층 기능 분할에서, 디지털 프리코더 및 변조 블록이 지역적인(local) AN에 배치되고, 그 상위 PHY 기능들만을 CP에 배치될 수 있다. 이 경우, 디지털 프리코더를 위한 순시적 CSI는 지역적인 AN에서만 요구되므로 프론트홀을 통해 CP로 전달할 필요가 없다. 하지만, AN들 간의 간섭 제어를 수행하는 기능이 CP에서 추가로 요구될 수 있다. In the second PHY layer function division, the digital precoder and modulation block are placed in the local AN, and only the upper PHY functions can be placed in the CP. In this case, the instantaneous CSI for the digital precoder is required only at the local AN, so there is no need to transmit it to the CP through the front hole. However, a function of performing interference control between ANs may be additionally required in the CP.

한편, 무선 구간의 캐리어 주파수는 1GHz 이상의 대역폭 확보를 통해 대용량 서비스를 제공할 수 있는 밀리미터파 대역이다. 밀리미터파 시스템은 지향성 빔 기반 시스템이다. 전술된 바와 같이, 밀리미터파 시스템에서는 비용 효율적인 하이브리드 빔포밍 기술이 필수적이다. 지향성 빔 기반 시스템에서, 올바른 빔포밍이 수행되면 간섭이 제한될 수 있다.Meanwhile, the carrier frequency of the wireless section is a millimeter wave band capable of providing a large capacity service by securing a bandwidth of 1 GHz or more. The millimeter wave system is a directional beam based system. As described above, in the millimeter wave system, a cost effective hybrid beamforming technique is essential. In a directional beam-based system, interference can be limited if correct beamforming is performed.

따라서, 본 발명의 실시예들은 상기 두 번째 PHY 계층 기능 분할이 반영된 셀-탈피 고밀집 클라우드 기반 RAN에서 AN들의 협력 전송을 통해 단말들에게 서비스를 제공하는 방법 및 그 장치를 제공한다. 본 발명의 실시예들은 계층적 하이브리드 빔포밍에 기반하고 있다. 본 발명의 실시예들에서는 분산된 AN에서 하이브리드 빔포밍을 수행하기 때문에, 본 발명의 실시예들은 PHY 계층 보다 상위의 계층에서의 기능 분할이 반영된 클라우드 기반 RAN에서의 협력 전송에도 적용될 수 있다. Accordingly, embodiments of the present invention provide a method and apparatus for providing services to terminals through cooperative transmission of ANs in a cell-shedding dense cloud-based RAN in which the second PHY layer function division is reflected. Embodiments of the present invention are based on hierarchical hybrid beamforming. In the embodiments of the present invention, since hybrid beamforming is performed in a distributed AN, the embodiments of the present invention can also be applied to cooperative transmission in a cloud-based RAN in which functional division in a layer higher than the PHY layer is reflected.

계층적 하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송 시스템Hierarchical hybrid beamforming based cooperative transmission system

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송 시스템을 도시한 블록도이다. 10 is a block diagram illustrating a hierarchical hybrid beamforming based cooperative transmission system according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 상술한 바와 같이 하나의 기지국 기능은 AN과 BN으로 기능 분할된다. 분산된 AN들 각각에는 대규모(large-scale) 배열 안테나가 장착되고 상기 배열 안테나의 안테나 원소 개수보다는 작은 수의 RF 체인들을 가질 수 있다. 각 RF 체인에 연결되는 다수의 안테나 원소들로 송신되는 신호들의 위상들을 조절하는 위상 천이기들로 구성된 RF 프리코더를 통해 아날로그 빔들이 형성될 수 있다. 또한, 각 AN들은 형성된 아날로그 빔들을 활용하여 빔들 간의 간섭을 제어하는 디지털 프리코더를 포함할 수 있다. 상기한 AN의 하위 PHY 기능들을 제외한 나머지 상위 PHY 기능들, MAC 계층 기능, 및 무선 프로토콜 스택의 상위 계층 기능들은 BN에서 수행되며, 이러한 BN들은 중앙 집중화되어 BN 풀(pool)로 구성될 수 있다. 이러한 BN 풀이 중앙 제어기(Centralized Processor, CP)로 지칭될 수 있다. 분산된 AN들과 중앙 집중화되는 BN들은 프론트홀로 연결된다. RF 수준에서 기능 분할된 기존 RRH를 사용하는 경우와 비교하여, 본 발명의 실시예들에서 고려되는 PHY 계층 기능 분할은 상대적으로 작은 프론트홀 전송 용량만을 필요로 하기 때문에, 프론트홀 전달 신호의 압축이 불필요하거나 가벼운 압축 만으로 프론트홀 전송이 가능해진다. Referring to FIG. 10, as described above, one base station function is functionally divided into AN and BN. Each of the distributed ANs is equipped with a large-scale array antenna and may have fewer RF chains than the number of antenna elements of the array antenna. Analog beams may be formed through an RF precoder composed of phase shifters that adjust phases of signals transmitted to a plurality of antenna elements connected to each RF chain. Further, each AN may include a digital precoder that controls interference between beams by using the formed analog beams. Except for the lower PHY functions of the AN, the upper PHY functions, the MAC layer functions, and the upper layer functions of the radio protocol stack are performed in the BN, and these BNs can be centralized and configured as a BN pool. Such a BN pool may be referred to as a centralized processor (CP). The distributed ANs and the centralized BNs are connected to the front hole. Compared to the case of using the existing RRH functionally divided at the RF level, since the PHY layer functional division considered in the embodiments of the present invention requires only relatively small fronthaul transmission capacity, compression of the fronthaul transmission signal is reduced. Fronthole transmission becomes possible only with unnecessary or light compression.

본 발명의 실시예들에 대한 상세 설명을 위해, AN l(

Figure pat00002
)의 안테나 개수는
Figure pat00003
로 가정되며, RF 체인 수는
Figure pat00004
개로 가정된다. 동시에 서비스되는 단말들의 개수는
Figure pat00005
로 표기되며
Figure pat00006
로 가정된다. 또한, 단말
Figure pat00007
가 동시에 형성할 수 있는 수신 빔들의 개수는
Figure pat00008
로 표시되며,
Figure pat00009
는 단말
Figure pat00010
에 동시에 서비스를 제공할 수 있는 AN들의 최대 숫자로도 이해될 수 있다. 만약 단말
Figure pat00011
가 큰 빔폭을 갖는 하나의 omni 또는 quasi-omni 수신 빔을 사용하는 경우라면, 이 역시 단말
Figure pat00012
를 동시에 서비스하는 AN의 최대 숫자를 제한하기 위해 특정한
Figure pat00013
값을 가정한다.For detailed description of embodiments of the present invention, AN l(
Figure pat00002
) The number of antennas
Figure pat00003
Is assumed, and the number of RF chains is
Figure pat00004
It is assumed to be a dog. The number of terminals served at the same time
Figure pat00005
Is written as
Figure pat00006
Is assumed to be. Also, the terminal
Figure pat00007
The number of beams that can be simultaneously formed is
Figure pat00008
Is indicated by,
Figure pat00009
The terminal
Figure pat00010
It can also be understood as the maximum number of ANs that can simultaneously provide services. If terminal
Figure pat00011
If using a single omni or quasi-omni receiving beam having a large beam width, this is also the terminal
Figure pat00012
To limit the maximum number of ANs serving simultaneously
Figure pat00013
Assume the value.

본 발명에서 달성하고자 하는 목적은 프론트홀을 보다 적게 사용하면서 고밀집 형태로 분산 배치되는 AN들 간의 간섭을 최소화하는 협력 전송을 통해 단말들에게 서비스를 제공하는 것이다. 프론트홀은 분산된 AN들과 CP 간의 채널 상태 정보 및 전송할 데이터의 공유를 위해 사용된다. 분산된 AN들 간의 간섭을 최소화하기 위해서는, 개별 AN에서 측정한 지CSI(즉, 지역적(local) CSI)를 다른 AN들과 공유함으로써 전역의(global) 정확한(perfect) CSI가 확보되어야 한다. 즉, 정확한 전역 CSI 의 확보를 위해서는 로컬 CSI가 빈번하게 프론트홀을 통해 공유되어야 한다. 또한, 분산된 AN들이 참여하는 원활한 협력 전송을 위해서는 단말에게 전송될 데이터가 보다 많은 AN들에게 공유되어야 하며, 이를 위해 보다 많은 프론트홀의 소비가 발생될 수 있다. The object to be achieved in the present invention is to provide services to terminals through cooperative transmission that minimizes interference between ANs distributed in a high-density form while using less front holes. The front hole is used for sharing channel state information and data to be transmitted between distributed ANs and CPs. In order to minimize interference between distributed ANs, a global perfect CSI must be secured by sharing the local CSI (ie, local CSI) measured by individual ANs with other ANs. That is, in order to secure an accurate global CSI, the local CSI must be frequently shared through the front hole. In addition, for smooth cooperative transmission in which distributed ANs participate, data to be transmitted to the terminal must be shared with more ANs, and for this, consumption of more front holes may occur.

상술된 CSI 공유의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 분산된 AN들은 지역적인 통계적 CSI를 측정/추정하여 CP에게 통보할 수 있다(). 이러한 통계적 CSI는, 특정 AN

Figure pat00014
과 모든 단말들의 공간적 채널 공분산(spatial channel covariance) 행렬(즉,
Figure pat00015
)과 같이, 장기적인(long-term) 채널 통계 정보이다. 따라서, 통계적 CSI는 순시적인 채널에 비해 긴 시간 척도에 따라 변하기 때문에 추정하기가 용이하다. 또한, 통계적 CSI는 모든 부반송파들에 걸쳐 균일하기 때문에 모든 부반송파들에 대해 하나의 아날로그 프리코더를 설계하기 위해 활용될 수 있다. In order to solve the above-described CSI sharing problem, distributed ANs according to an embodiment of the present invention may measure/estimate local statistical CSI and notify the CP (). These statistical CSI, specific AN
Figure pat00014
And spatial channel covariance matrices of all terminals (ie,
Figure pat00015
), long-term channel statistics. Therefore, it is easy to estimate because the statistical CSI changes according to a long time scale compared to an instantaneous channel. In addition, since the statistical CSI is uniform across all subcarriers, it can be utilized to design one analog precoder for all subcarriers.

본 발명의 실시예들에서는 각 AN이 공간적 채널 공분산 행렬을 측정/추정할 수 있다고 가정한다. AN l(

Figure pat00016
)은 주기적으로 또는 통계적 CSI가 변경될 때마다 CP에게 통계적 CSI(즉,
Figure pat00017
)를 통보함으로써, CSI 공유에 사용되는 프론트홀 소비를 최소화할 수 있다. 추가적으로, AN
Figure pat00018
에 의한 통계적 CSI의 측정 대상이 되는 단말들의 범위를 제한함으로써, 전체 단말들 대신 제한된 범위의 단말들에 대해서만 통계적 CSI를 측정하고 통보함으로써 프론트홀 소비를 보다 감소시킬 수 있다. 이를 위해, 도 9의 단계(S930)에서 설명한 정보들이 활용될 수 있다.In embodiments of the present invention, it is assumed that each AN can measure/estimate a spatial channel covariance matrix. AN l(
Figure pat00016
) Is the statistical CSI (i.e., the CP) periodically or whenever the statistical CSI changes.
Figure pat00017
), it is possible to minimize the consumption of the front hole used for CSI sharing. Additionally, AN
Figure pat00018
By limiting the range of terminals to be measured by the statistical CSI by, it is possible to further reduce front-hole consumption by measuring and reporting statistical CSI only for a limited range of terminals instead of all terminals. To this end, the information described in step S930 of FIG. 9 may be used.

중앙 제어기(CP)의 동작 방법How the central controller (CP) works

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송 시스템에 속한 CP의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 11 is a flowchart illustrating an operation of a CP belonging to a hierarchical hybrid beamforming based cooperative transmission system according to an embodiment of the present invention.

도 9에서 설명된 바와 같이, CP는 클라우드 RAN의 중앙 제어기로서, 분산된 AN들 각각이 동시에 서비스를 제공할 수 있는 단말들의 수를 결정하는 RF 체인 개수에 대한 정보와, 각각의 단말이 동시에 수신할 수 있는 최대 빔들의 개수에 대한 정보도 가지고 있다. 이하에서는, 상술된 정보를 이미 확보하고 있는 상태에서의 CP의 동작 절차가 설명된다. As illustrated in FIG. 9, CP is a central controller of the cloud RAN, and information on the number of RF chains that determine the number of terminals that can provide services to each of the distributed ANs at the same time, and each terminal simultaneously receives It also has information on the maximum number of beams that can be done. Hereinafter, an operation procedure of the CP in a state where the above-described information is already secured will be described.

도 11을 참조하면, CP는 AN들 각각으로부터 통보받은 지역적 통계적 CSI(

Figure pat00019
)를 수집하여 전역적인 통계적 CSI를 생성할 수 있다(S1110). CP는 AN l(
Figure pat00020
)의 단말 별 통계적 CSI들(
Figure pat00021
)을 내림차순으로 정렬하고, 해당 AN
Figure pat00022
이 제공하는 RF 체인의 숫자(
Figure pat00023
)만큼 가장 높은
Figure pat00024
을 가지는 단말들을 선택하여
Figure pat00025
집합을 구성할 수 있다(S1120). 또한, CP는 동시에 단말
Figure pat00026
에게 서비스를 제공하는 AN들의 집합
Figure pat00027
를 구성할 수 있다. CP가 구성한 집합들은
Figure pat00028
Figure pat00029
를 만족해야 한다. 만약
Figure pat00030
인 경우가 발생하면, CP는 낮은
Figure pat00031
값을 가진 단말의
Figure pat00032
로부터 해당 AN을 제거할 수 있고, 이에 따라 관련된
Figure pat00033
Figure pat00034
이 그 다음으로 높은 다른 단말을 추가할 수 있다. 만약
Figure pat00035
인 경우가 발생하면, CP는 해당 단말
Figure pat00036
의 높은
Figure pat00037
값을 갖는 AN들을
Figure pat00038
에 추가할 수 있고, 이에 따라 관련된
Figure pat00039
에 해당 단말을 추가할 수 있다. 여기서, 후술될 계층적 하이브리드 빔형성을 통해 단말의 위치에 무관하게 단말들 간의 간섭을 해소될 수 있다. 사실, AN의 안테나 개수와 RF 체인들이 충분히 많은 경우, 무선 주파수의 반파장 이상만 이격 되는 단말들의 간섭도 제어될 수 있다. AN의 안테나 및 RF 체인 수가 제한되는 경우, CP는
Figure pat00040
의 유사성에 따라 단말들을 그룹핑하고 동일 그룹에 속한 단말들은 서로 다른 AN이 서비스하도록 할 수 있다. 상기 기능을 통해, CP는 단말
Figure pat00041
를 서비스하는 복수의 AN l (
Figure pat00042
)을 선택할 수 있고, 단말
Figure pat00043
를 위한 데이터를
Figure pat00044
에 속한 AN들에게만 공유할 수 있다. Referring to FIG. 11, CP is a regional statistical CSI (notified from each of the ANs)
Figure pat00019
) To generate a global statistical CSI (S1110 ). CP is AN l(
Figure pat00020
Statistical CSIs for each terminal of)
Figure pat00021
) In descending order, corresponding AN
Figure pat00022
The number of RF chains it provides (
Figure pat00023
Highest)
Figure pat00024
By selecting the terminal having
Figure pat00025
A set can be configured (S1120). In addition, the CP terminal at the same time
Figure pat00026
Of ANs providing services to customers
Figure pat00027
Can be configured. The set composed by CP
Figure pat00028
and
Figure pat00029
Should be satisfied. if
Figure pat00030
If is, CP is low
Figure pat00031
Terminal of value
Figure pat00032
Can remove the corresponding AN from the
Figure pat00033
on
Figure pat00034
Other next higher terminals can be added. if
Figure pat00035
If occurs, CP is the corresponding terminal
Figure pat00036
High
Figure pat00037
ANs with values
Figure pat00038
Can be added to and related accordingly
Figure pat00039
You can add the corresponding terminal to. Here, through hierarchical hybrid beamforming, which will be described later, interference between terminals may be resolved regardless of the location of the terminal. In fact, when the number of antennas and the number of RF chains of the AN is sufficiently large, interference of terminals that are separated by more than half a wavelength of radio frequency can also be controlled. If the number of antennas and RF chains in AN is limited, CP
Figure pat00040
According to the similarity of the UEs, UEs belonging to the same group may be serviced by different ANs. Through the above function, CP is the terminal
Figure pat00041
A plurality of AN l (
Figure pat00042
) Can be selected, terminal
Figure pat00043
Data for
Figure pat00044
It can only be shared with ANs belonging to.

본 발명의 일 실시예에 따른 PHY 기능 분할 클라우드 RAN에서 밀집 배치되는 AN들 간의 간섭 제어는 상기와 같이 제한적으로 프론트홀을 소비하면서, CP에서 수행될 수 있다. CP는 분산 AN들로부터 통보 받은 지역적인 통계적 CSI

Figure pat00045
정보를 수집하여 전역적인 통계적 CSI
Figure pat00046
정보를 구축하고, AN 별 전송 공간을 이웃 AN들과의 간섭을 최소화할 수 있도록 설정하기 위해, 전역적인 통계적 CSI
Figure pat00047
정보 을 활용한 AN 별 외부 프리코딩 행렬(outer precoding matrix)를 계산할 수 있다. 실제로 AN 별 상기한 외부 프리코딩 행렬은 해당 AN의 RF 프리코더의 설정을 위한 정보이며, 해당 AN에서 자신의 RF 프리코더 하드웨어 제약을 반영하여 수정하게 된다.Interference control between ANs densely deployed in the PHY function split cloud RAN according to an embodiment of the present invention may be performed in the CP while consuming the front hole as described above. CP is a regional statistical CSI notified by distributed ANs.
Figure pat00045
Collecting information to provide global statistical CSI
Figure pat00046
To build information and to set the transmission space for each AN to minimize interference with neighboring ANs, the global statistical CSI
Figure pat00047
The outer precoding matrix for each AN using the information can be calculated. Actually, the above-described external precoding matrix for each AN is information for setting the RF precoder of the corresponding AN, and is modified by reflecting the RF constraint of the RF precoder in the corresponding AN.

AN 별 외부 프리코딩 행렬을 도출하는 일 예로서, 저-복잡도의 비-반복적 블록 대각화를 통해 외부 프리코딩 행렬이 도출될 수 있다. 먼저, CP는 AN i이 서비스하는 단말 집합

Figure pat00048
에 속한 단말
Figure pat00049
들에 대하여
Figure pat00050
의 고유 분해(eigen decomposition)를 통해
Figure pat00051
를 획득할 수 있다. 이를 통해, CP는 AN l을 위한 전송 신호 공간
Figure pat00052
과 간섭 공간
Figure pat00053
을 구성할 수 있다(S1130).As an example of deriving an external precoding matrix for each AN, an external precoding matrix may be derived through low-complexity non-repetitive block diagonalization. First, CP is a set of terminals served by AN i
Figure pat00048
Terminals belonging to
Figure pat00049
Against
Figure pat00050
Through eigen decomposition of
Figure pat00051
Can be obtained. Through this, CP can transmit space for AN l
Figure pat00052
And interfering space
Figure pat00053
It can be configured (S1130).

AN l을 위한 전송 신호 공간

Figure pat00054
은 하기 수학식1과 같이 구성될 수 있다.Transmission signal space for AN l
Figure pat00054
May be configured as in Equation 1 below.

Figure pat00055
Figure pat00055

여기서

Figure pat00056
Figure pat00057
집합의
Figure pat00058
번째 원소인 단말의 식별자이며,
Figure pat00059
Figure pat00060
의 랭크
Figure pat00061
보다 작은 개수
Figure pat00062
개의 주요 고유 벡터들로 구성된 행렬이다. 다음으로, AN l을 위한 간섭 신호 공간 간섭 공간
Figure pat00063
은 하기 수학식 2와 같이 구성될 수 있다.here
Figure pat00056
silver
Figure pat00057
Collective
Figure pat00058
It is the identifier of the terminal, the first element,
Figure pat00059
silver
Figure pat00060
Rank
Figure pat00061
Less than
Figure pat00062
A matrix of four major eigenvectors. Next, the interference signal space for AN l
Figure pat00063
May be configured as in Equation 2 below.

Figure pat00064
Figure pat00064

다음으로 단말은, AN 별로 간섭 제어된 전송 신호 공간을 정의하는 외부 프리코딩 행렬을 도출할 수 있다(S1140). 구체적으로,

Figure pat00065
의 특이 분해(singular decomposition)를 통해 획득되는
Figure pat00066
개의 가장 약한 고유 모드(eigen mode)들로 구성되는 왼쪽 고유 공간(eigenspace)은
Figure pat00067
로 표기될 수 있다. 즉,
Figure pat00068
Figure pat00069
의 가장 약한
Figure pat00070
개의 좌측 고유 벡터(eigenvector)들로 구성된다. 다음으로, AN l의 신호 채널
Figure pat00071
Figure pat00072
공간 상으로 투영(projection)하여
Figure pat00073
이 도출되고,
Figure pat00074
의 가장 강한 좌측 고유 벡터들로 구성되는
Figure pat00075
이 도출될 수 있다. 최종적으로, AN l의 단말
Figure pat00076
를 위한 외부 프리코딩 벡터
Figure pat00077
는 하기 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.Next, the UE may derive an external precoding matrix defining an interference-controlled transmission signal space for each AN (S1140). Specifically,
Figure pat00065
Obtained through the singular decomposition of
Figure pat00066
The left eigenspace, consisting of the dog's weakest eigen modes,
Figure pat00067
It can be written as. In other words,
Figure pat00068
The
Figure pat00069
Weakest
Figure pat00070
It consists of the dog's left eigenvectors. Next, the signal channel of AN l
Figure pat00071
To
Figure pat00072
Projection into space
Figure pat00073
Is derived,
Figure pat00074
Consisting of the strongest left eigenvectors of
Figure pat00075
This can be derived. Finally, the terminal of AN l
Figure pat00076
External precoding vector for
Figure pat00077
Can be expressed as Equation 3 below.

Figure pat00078
Figure pat00078

Figure pat00079
에 속한 다른 단말
Figure pat00080
에 대해서도 상기와 같은 절차를 통해
Figure pat00081
가 계산될 수 있다. 상기 프리코딩 벡터들 각각이 열(column)로서 설정된 행렬을 생성하면, AN l을 위한 외부 프리코딩 행렬
Figure pat00082
이 도출될 수 있다. 여기서 고려해야 할 점은 AN l의 전송 공간의 차원 크기 및 프론트홀 용량이다. 상술된 바와 같이, CP는 AN l의 RF 체인 개수
Figure pat00083
만큼의 전송 공간들을 설정하게 되는데, 그 차원 크기를 줄이면 주변 간섭 공간과의 겹침이 줄어들 수 있고 또한 프론트홀 용량을 줄이는 효과도 함께 발생한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르는 CP는 AN l에 연결된 프론트홀의 용량을 초과하지 않도록 AN l의 전송 공간 크기, 즉
Figure pat00084
의 열 벡터들의 개수를 조절할 수 있다(S1150). 또한, CP는 성능 모니터링을 통해 직/간접적으로 간섭이 강하다고 판단되는 경우, 전송 공간 크기를 추가로 줄일 수 있다. 상기 조정에 따라
Figure pat00085
도 수정될 수 있다.
Figure pat00079
Other terminals belonging to
Figure pat00080
Through the same procedure as above
Figure pat00081
Can be calculated. When each of the precoding vectors generates a matrix set as a column, an external precoding matrix for AN l
Figure pat00082
This can be derived. The points to be considered here are the dimension size of the transmission space of AN l and the front hole capacity. As described above, CP is the number of RF chains of AN l
Figure pat00083
As much as the transmission spaces are set, if the dimension size is reduced, overlap with the surrounding interference space can be reduced, and the effect of reducing the front hole capacity also occurs. Accordingly, CP according to an embodiment of the present invention does not exceed the capacity of the front hole connected to AN l, the size of the transmission space of AN l, that is,
Figure pat00084
The number of column vectors of can be adjusted (S1150). In addition, when it is determined that the interference is strong directly or indirectly through the performance monitoring, the CP may further reduce the size of the transmission space. According to the above adjustment
Figure pat00085
Can also be modified.

상기한 바와 같이 CP는 AN l을 위한 외부 프리코딩 행렬

Figure pat00086
를 계산함으로써, AN l 의 전송 부공간을 간섭 신호 공간에 가급적 직교가 되도록 하면서 AN l 의 신호 채널에 맞춰지도록 한다. CP는 전역적인 통계적 CSI 정보에 기반하여 계산된 외부 프리코딩 벡터
Figure pat00087
Figure pat00088
정보와 함께 해당 AN들에게 전달할 수 있다(S1160). 이후, CP는 단말
Figure pat00089
에게 서비스를 제공하는 AN들의 집합
Figure pat00090
에 속한 AN들에게 프론트홀로 통하여 단말
Figure pat00091
에게 전송될 데이터를 공유할 수 있다(S1170).As described above, CP is an external precoding matrix for AN l
Figure pat00086
By calculating, the transmission subspace of AN l is made to be matched to the signal channel of AN l while being orthogonal to the interfering signal space. CP is an external precoding vector calculated based on global statistical CSI information.
Figure pat00087
To
Figure pat00088
The information may be transmitted to the corresponding ANs (S1160). Thereafter, the CP terminal
Figure pat00089
Of ANs providing services to customers
Figure pat00090
Terminal through the front hall to the ANs belonging to
Figure pat00091
Data to be transmitted to the user (S1170).

한편, 도 11에서는 AN l의 전송 공간 크기를 조절하는 단계(S1150)가 단계(S1160) 및 단계(S1170) 이후에 수행되는 것으로 설명되었다. 그러나, 앞서 설명된 바와 같이, 단계(S1170)를 수행 중에도 성능 모니터링을 통해 직/간접적으로 간섭이 강하다고 판단되는 경우, CP는 전송 공간 크기를 추가로 조절할 수 있고 관련 정보를 AN들에게 제공할 수 있다. 즉, 단계(S1170)의 실행 중에도, 필요한 경우 단계(S1150) 및 단계(S1160)이 재실행될 수 있다.Meanwhile, in FIG. 11, it has been described that the step of adjusting the transmission space size of AN 1 (S1150) is performed after steps S1160 and S1170. However, as described above, if it is determined that the interference is strong directly or indirectly through performance monitoring while performing step S1170, the CP can further adjust the transmission space size and provide relevant information to the ANs. Can be. That is, even during the execution of step S1170, if necessary, steps S1150 and S1160 may be re-executed.

한편, 통계적 CSI가 주기적으로 CP에 보고되거나, 통계적 CSI의 변경에 따라 CP에 보고되는 경우, 단계(S1110)부터 다시 시작될 수 있다. 즉, 새로운 전역적인 통계적 CSI에 의해서 외부 프리코딩 행렬이 변경될 수 있다. Meanwhile, when the statistical CSI is periodically reported to the CP or the CP according to the change of the statistical CSI, it may be restarted from step S1110. That is, the external precoding matrix can be changed by the new global statistical CSI.

액세스 노드(AN)의 동작 방법How the access node (AN) works

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송 시스템에 속한 AN의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 12 is a flowchart illustrating an operation of an AN belonging to a hierarchical hybrid beamforming based cooperative transmission system according to an embodiment of the present invention.

도 12에서는, 상기한 도 11에 도시된 절차에 따라 동작하는 CP와 연동하여, 계층적 하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송을 수행하는 AN의 동작 절차가 도시되어 있다. In FIG. 12, an operation procedure of an AN performing hierarchical hybrid beamforming-based cooperative transmission in conjunction with a CP operating according to the procedure illustrated in FIG. 11 is illustrated.

도 12를 참조하면, AN l은 자신이 측정할 수 있는 모든 단말 k (

Figure pat00092
)의 통계적 CSI 정보
Figure pat00093
를 측정/추정하고 이를 CP에게 보고할 수 있다(S1210). AN l은 프론트홀 소비를 고려하여 통계적 CSI 정보를 주기적으로 또는 통계적 CSI 정보가 변경되는 시점에 보고할 수 있다. 또한, 통계적 CSI 정보가 보고되는 대상 단말들은 수신 신호 세기 등과 같은 정보에 기반하여 제한할 수도 있다. 즉, 일정 값이상의 세기로 수신된 신호를 가진 단말들로 통계적 CSI 정보가 보고되는 대상 단말들이 제한될 수 있다.Referring to FIG. 12, AN l is all terminals k (
Figure pat00092
) Of statistical CSI information
Figure pat00093
Can be measured/estimated and reported to CP (S1210). AN l may report statistical CSI information periodically or at a time when statistical CSI information is changed in consideration of front-hole consumption. In addition, target terminals for which statistical CSI information is reported may be limited based on information such as received signal strength. That is, target terminals for which statistical CSI information is reported may be limited to terminals having a signal received with an intensity higher than a certain value.

AN l은 CP로부터 외부 프리코딩 행렬

Figure pat00094
Figure pat00095
에 대한 정보를 수신할 수 있다(S1220). 단계(S1220)는 앞서 도 11을 참조하여 설명된 CP의 동작 단계(S1160)에 대응되는 AN l의 동작 단계이다.AN l is the outer precoding matrix from CP
Figure pat00094
Wow
Figure pat00095
Information about the may be received (S1220). Step S1220 is an operation step of AN 1 corresponding to the operation step S1160 of the CP described with reference to FIG. 11 above.

AN l은 이제

Figure pat00096
의 차원 수만큼의 RF 체인들을 활성화시키고 해당 RF 체인들에 연결된 위상 천이기들로 구성된 RF 프리코더를 설정할 수 있다(S1230). 위상 천이기들만으로 구성되는 RF 프리코더에 상기
Figure pat00097
을 적용하기 위해서는, CP는
Figure pat00098
의 각 원소의 크기를 각각
Figure pat00099
로 일정하게 설정하고, 각 위상 천이기의 위상은
Figure pat00100
의 각 원소의 위상인
Figure pat00101
으로 설정할 수 있다. 위상 천이기만으로 구성되는 RF 프리코더의 제약을 '일정 진폭(constant modulus: CM)'이라 할 수 있다. 따라서, AN l은 CP로부터 전달받은
Figure pat00102
를 하기 수학식 4에 따라 RF 프리코딩 행렬
Figure pat00103
으로 변경해야 한다.AN l is now
Figure pat00096
It is possible to activate as many RF chains as the number of dimensions and configure an RF precoder composed of phase shifters connected to the RF chains (S1230). Recall the RF precoder that consists of only phase shifters.
Figure pat00097
In order to apply, CP
Figure pat00098
The size of each element of each
Figure pat00099
Set to constant, and the phase of each phase shifter
Figure pat00100
Phase of each element of
Figure pat00101
Can be set to The constraint of the RF precoder composed only of the phase shifter can be referred to as a'constant modulus (CM)'. Therefore, AN l was received from CP
Figure pat00102
RF precoding matrix according to the following equation (4)
Figure pat00103
Should be changed to

Figure pat00104
Figure pat00104

AN l은 수학식 4에 기초하여 도출된

Figure pat00105
에 따라 각 RF 체인의 개별 위상천이기들의 위상들을 설정할 수 있다. AN l is derived based on Equation 4
Figure pat00105
Depending on the phase of each phase shifter of each RF chain can be set.

AN l은 RF 프리코더를 통해 안테나 차원에서 RF 체인 차원으로 차원 축소된 지역적인 순시적(instantaneous) 유효 CSI를 획득할 수 있고, 이에 기반하여 conjugate(maximum-ratio transmission), zero forcing, regularized zero forcing 방식의 선형적 디지털 프리코더를 설정할 수 있다(S1240). AN l can acquire a local instantaneous effective CSI that is dimensionally reduced from the antenna dimension to the RF chain dimension through the RF precoder, and based on this, conjugate (maximum-ratio transmission), zero forcing, and regularized zero forcing A linear digital precoder can be set (S1240).

상술된 바와 같이, AN l은 CP에 의해 전역적인 통계적 CSI로부터 생성된 간섭 제어 RF 프리코더를 설정하고, 자신이 획득한 지역적인 순시적 유효 CSI로부터 생성된 디지털 프리코더를 설정할 수 있다. 이후, AN l은

Figure pat00106
에 속한 단말들에게 전달할 데이터를 CP로부터 수신하고, 수신된 데이터를 상기한 디지털 프리코더 및 RF 프리코더를 이용하여 계층적으로 하이브리드 빔포밍된 신호로 변환하여 송신할 수 있다(S1250). 이후, AN l은 지속적인 채널 측정 모니터링을 통해 CP에게 관측 가능한 모든 단말들의 지역적인 통계적 CSI 및 서비스 중에 있는 단말들의 간섭 성능을 보고할 수 있다(S1260). 이를 통해, AN l은 자신의 활성화된 RF 체인 수와 그에 따른
Figure pat00107
를 CP에 제어에 따라 조정하게 된다. As described above, AN 1 may set the interference control RF precoder generated from the global statistical CSI by the CP and the digital precoder generated from the local instantaneous effective CSI obtained by the CP. After that, AN l
Figure pat00106
The data to be delivered to the terminals belonging to may be received from the CP, and the received data may be converted into a hierarchically hybrid beamformed signal and transmitted using the digital precoder and RF precoder (S1250). Subsequently, the AN l can report the local statistical CSI of all the terminals observable to the CP through the continuous channel measurement monitoring and the interference performance of the terminals in service (S1260). Through this, AN l has the number of active RF chains and accordingly
Figure pat00107
The CP is adjusted according to the control.

한편, AN l이 지역적인 통계적 CSI를 주기적으로 CP에 보고되거나, 지역적인 통계적 CSI의 변경에 따라 CP에 보고되는 경우, 단계(S1210)부터 다시 시작될 수 있다. 즉, 새로운 전역적인 통계적 CSI에 의해서 외부 프리코딩 행렬이 변경될 수 있다 On the other hand, if AN l is periodically reported to the CP, the local statistical CSI, or is reported to the CP according to the change of the local statistical CSI, it may be restarted from step S1210. That is, the external precoding matrix can be changed by the new global statistical CSI.

시스템의 전체 동작 절차The whole operating procedure of the system

이하에서는, 상기와 같은 계층적 하이브리드 빔포밍이 구현된 분산된 AN들(예컨대, AN i 및 AN j)과 하나의 CP가 단말 k에 대한 협력 전송을 수행하는 절차가 설명된다.Hereinafter, a procedure in which the distributed ANs (for example, AN i and AN j) and hierarchical hybrid beamforming in which the hierarchical hybrid beamforming is implemented and one CP perform cooperative transmission for the UE k will be described.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송 시스템의 동작 절차를 설명하기 위한 순서도이다.13 is a flowchart illustrating an operation procedure of a hierarchical hybrid beamforming based cooperative transmission system according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 5 내지 도 9를 통해서 설명된 바와 같이, 단말 k는 CP가 설정한 동기화된 RACH 구간에서 빔 스위핑 방식으로 랜덤 액세스 채널을 전송할 수 있다(S1310). 단말 k의 랜덤 액세스 채널을 수신한 각 AN과 CP는 수신된 랜덤 액세스 채널의 신호 세기에 기초하여 단말 k에게 해당 AN이 서비스를 제공할 수 있는지를 결정하며, 단말 k에게 단말-특정적인 상향링크 파일롯을 할당하게 된다(S1320). 도 13에서는, 단말 k가 AN i 및 AN j와 동시에 연결을 설정하는 경우가 도시되어 있다. 즉, 도 13은 AN i 및 AN j가 단말 k에게 서비스를 제공하는 클러스터로 결정된 경우를 도시하고 있다.First, as described with reference to FIGS. 5 to 9, the terminal k may transmit a random access channel through a beam sweeping method in a synchronized RACH interval set by the CP (S1310). Each AN and CP that have received the random access channel of the terminal k determines whether the corresponding AN can provide the service to the terminal k based on the signal strength of the received random access channel, and the terminal-specific uplink to the terminal k The pilot is allocated (S1320). In FIG. 13, a case is illustrated in which terminal k establishes a connection with AN i and AN j simultaneously. That is, FIG. 13 shows a case in which AN i and AN j are determined as a cluster providing a service to terminal k.

이 후, 단말 k는 할당된 상향링크 파일롯을 주기적으로 전송하게 되고(S1330; 도면단계에서 채널측정은 지울 것), AN i 및 AN j을 포함한 주변 AN들은 단말 k의 상향링크 파일롯에 기반하여 지역적 통계적 CSI를 측정/추정하여 CP에 보고할 수 있다(S1340). CP는 AN들로부터 보고되는 지역적 통계적 CSI를 수집하여 전역적 통계적 CSI를 생성하고, 전역적 통계적 CSI에 기반하여 AN들 간의 간섭을 제어할 수 있는 AN별 외부 프리코딩 행렬을 도출하여 AB들 각각에 전송할 수 있다(S1350). 이때, 집합

Figure pat00108
,
Figure pat00109
Figure pat00110
에 대한 정보도 AN i, AN j, 및 단말 k에게 제공될 수 있다. 한편, CP는 단말 k에게 전송할 데이터를 AN i 및 AN j에게 전달할 수 있다(S1370). 도 13에서 단계(S1370)는 단계(S1360) 이후에 수행되는 것처럼 도시되어 있으나, 단계(S1370)의 수행 순서는 단계(S1360)과는 무관하다. 즉, 단계(S1370)는 단계(S1350) 이전에 수행될 수도 있고, 단계(S1350) 또는 단계(S1350)과 동시에 수행될 수도 있다. Thereafter, the terminal k periodically transmits the allocated uplink pilot (S1330; channel measurement is erased in the drawing step), and neighboring ANs including AN i and AN j are local based on the uplink pilot of the terminal k. Statistical CSI may be measured/estimated and reported to the CP (S1340). CP collects regional statistical CSIs reported from ANs to generate global statistical CSIs, and derives external precoding matrices for each AN that can control interference between ANs based on the global statistical CSIs to each of the ABs. It can be transmitted (S1350). At this time, set
Figure pat00108
,
Figure pat00109
And
Figure pat00110
Information about AN i, AN j, and terminal k may also be provided. Meanwhile, the CP may transmit data to be transmitted to terminal k to AN i and AN j (S1370). In FIG. 13, step S1370 is illustrated as being performed after step S1360, but the execution order of step S1370 is independent of step S1360. That is, step S1370 may be performed before step S1350, or may be performed simultaneously with step S1350 or step S1350.

AN i 및 AN j 각각은 수신된 외부 프리코딩 행렬을 수학식 4에 기반하여 일정 진폭을 가지는 RF 프리코딩 행렬로 변환하여 RF 프리코더를 설정하고, 자신이 획득한 지역적인 순시적 CSI를 이용하여 디지털 프리코더를 설정할 수 있다(S1360). 이는 AN i 및 AN j가 CP로부터 전달받는 외부 프리코딩 행렬이 정의하는 간섭 제어된 각각의 전송 공간 상에서 다시 내부 RF 및 디지털 하이브리드 프리코딩 행렬을 계산함으로써, 자신이 서비스하는 단말들 간의 간섭을 최소화할 수 있는 전송 공간을 재정의하는 것과 같다. AN i 및 AN j 각각은 CP로부터 전달받은 데이터를 상술된 디지털 프리코더와 RF 프리코더를 이용하여 프리코딩된 신호로 변환하여 단말 k에게 전송할 수 있다(S1380). 단말 k는 AN i 및 AN j로부터 동시에 간섭 제어된 데이터를 수신하게 된다. Each of AN i and AN j converts the received external precoding matrix into an RF precoding matrix having a constant amplitude based on Equation 4, sets the RF precoder, and uses the local instantaneous CSI obtained by itself. A digital precoder can be set (S1360). This is to minimize the interference between the terminals that they service by calculating the internal RF and digital hybrid precoding matrix again on each interference controlled transmission space defined by the external precoding matrix that AN i and AN j receive from the CP. It's like redefining the available transport space. Each of AN i and AN j may convert the data received from the CP into a precoded signal using the above-described digital precoder and RF precoder and transmit it to the terminal k (S1380). The terminal k receives interference-controlled data from AN i and AN j simultaneously.

추가적으로, 단말 k는 데이터 수신 과정에서 HARQ 정보를 AN i 및 AN j 에게 피드백하게 되고, AN i 및 AN j 는 간섭 관련 성능 모니터링 정보를 CP에게 전달할 수 있다(S1380). CP는 AN i 및 AN j로부터 전달된 간섭 관련 성능 모니터링 정보에 기초하여 AN 별 전송 공간을 재정의할 수 있다(S1385). Additionally, the terminal k feeds back HARQ information to AN i and AN j in the data reception process, and AN i and AN j can transmit interference-related performance monitoring information to the CP (S1380). CP may redefine the transmission space for each AN based on the interference-related performance monitoring information transmitted from AN i and AN j (S1385).

단말/장치 구성Terminal/device configuration

도14는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들을 수행하기 위한 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.14 is a block diagram illustrating a configuration of an apparatus for performing methods according to embodiments of the present invention.

도 14에서 예시되는 장치는 본 발명의 실시예들에 따른 방법을 수행하기 위한 통신 노드(예컨대, CP, AN, 또는 단말)일 수 있다.The apparatus illustrated in FIG. 14 may be a communication node (eg, CP, AN, or terminal) for performing a method according to embodiments of the present invention.

도 14를 참조하면, 통신 노드(1400)는 적어도 하나의 프로세서(1410), 메모리(1420) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(1430)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(1400)는 입력 인터페이스 장치(1440), 출력 인터페이스 장치(1450), 저장 장치(1460) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(1400)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(1470)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 14, the communication node 1400 may include at least one processor 1410, a memory 1420, and a transceiver 1430 connected to a network to perform communication. In addition, the communication node 1400 may further include an input interface device 1440, an output interface device 1450, a storage device 1460, and the like. Each component included in the communication node 1400 may be connected by a bus 1470 to communicate with each other.

프로세서(1410)는 메모리(1420) 및 저장 장치(1460) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(1410)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(1420) 및 저장 장치(1460) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(1420)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.The processor 1410 may execute a program command stored in at least one of the memory 1420 and the storage device 1460. The processor 1410 may mean a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), or a dedicated processor on which methods according to embodiments of the present invention are performed. Each of the memory 1420 and the storage device 1460 may be configured as at least one of a volatile storage medium and a non-volatile storage medium. For example, the memory 1420 may be configured as at least one of read only memory (ROM) and random access memory (RAM).

본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.The methods according to the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. Computer-readable media may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination. The program instructions recorded on the computer-readable medium may be specially designed and configured for the present invention or may be known and usable by those skilled in computer software.

컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬, 램, 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of computer-readable media include hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc., as well as machine code such as that produced by a compiler. The hardware device described above may be configured to operate with at least one software module to perform the operation of the present invention, and vice versa.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although described with reference to the above embodiments, those skilled in the art understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. Will be able to.

Claims (20)

하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송을 위한 중앙 제어기(centralized processor, CP)의 동작 방법으로서,
상기 CP에 연결된 액세스 노드(access node, AN)들 각각으로부터 지역적인 통계적 채널 상태 정보(channel state information, CSI)를 수집하여 전역적인 통계적 CSI를 생성하는 단계;
상기 전역적인 통계적 CSI에 기초하여 상기 AN들 중 제1 AN이 서비스를 제공할 제1 단말들의 집합을 구성하는 단계;
상기 제1 AN에 대한 전송 신호 공간과 간섭 신호 공간을 구성하고, 상기 전송 신호 공간과 상기 간섭 신호 공간에 기초하여 상기 제1 AN에 대한 간섭 제어된 전송 신호 공간을 정의하는 외부 프리코딩 행렬을 도출하는 단계; 및
상기 도출된 외부 프리코딩 행렬을 상기 제1 AN에 전송하는 단계를 포함하는,
중앙 제어기(CP)의 동작 방법.
A method of operating a centralized processor (CP) for cooperative transmission based on hybrid beamforming,
Generating local statistical CSI by collecting local statistical channel state information (CSI) from each of access nodes (ANs) connected to the CP;
Configuring a set of first terminals to be provided by a first AN among the ANs based on the global statistical CSI;
Constructing a transmission signal space and an interference signal space for the first AN, and deriving an external precoding matrix defining an interference-controlled transmission signal space for the first AN based on the transmission signal space and the interference signal space To do; And
And transmitting the derived external precoding matrix to the first AN,
How the central controller (CP) works.
청구항 1에 있어서,
상기 지역적인 통계적 CSI는 상기 AN 들 각각과 단말들 간의 공간적 채널 공분산 행렬(spatial channel covariance matrix)인,
중앙 제어기(CP)의 동작 방법.
The method according to claim 1,
The regional statistical CSI is a spatial channel covariance matrix between each of the ANs and terminals,
How the central controller (CP) works.
청구항 1에 있어서,
상기 CP는 상기 AN을 통하여 동기화된 랜덤 액세스 채널(random access channel, RACH) 구간에 대한 설정 정보를 제공하고, 제1 단말은 상기 RACH 구간을 통해서 RACH 신호를 상기 제1 AN으로 전송하고, 상기 제1 AN으로부터 상향링크 파일롯(pilot)을 할당받는,
중앙 제어기(CP)의 동작 방법.
The method according to claim 1,
The CP provides configuration information for a random access channel (RACH) section synchronized through the AN, and the first terminal transmits an RACH signal to the first AN through the RACH section, and the first 1 is allocated an uplink pilot from the AN,
How the central controller (CP) works.
청구항 3에 있어서,
상기 제1 단말과 상기 제1 AN간의 지역적인 통계적 CSI는 상기 상향링크 파일롯에 기초하여 측정되는,
중앙 제어기(CP)의 동작 방법.
The method according to claim 3,
The regional statistical CSI between the first terminal and the first AN is measured based on the uplink pilot,
How the central controller (CP) works.
청구항 1에 있어서,
상기 도출된 외부 프리코딩 행렬에 기반하여 상기 제1 AN의 RF(radio frequency) 프리코더가 설정되며, 상기 제1 AN의 디지털 프리코더는 상기 제1 AN과 상기 제1 단말들간의 지역적인 순시적 유효 CSI를 이용하여 설정되는,
중앙 제어기(CP)의 동작 방법.
The method according to claim 1,
The radio frequency (RF) precoder of the first AN is set based on the derived external precoding matrix, and the digital precoder of the first AN is a local instantaneous between the first AN and the first terminals. Set using the effective CSI,
How the central controller (CP) works.
청구항 1에 있어서,
성능 모니터링을 수행하는 단계;
상기 성능 모니터링의 결과에 따라, 상기 제1 AN에 대한 간섭 제어된 전송 신호 공간의 크기를 조절하는 단계; 및
상기 조절된 간섭 제어된 전송 신호 공간의 크기에 따라 수정된 외부 프리코딩 행렬을 상기 제1 AN에게 전송하는 단계를 추가로 포함하는,
중앙 제어기(CP)의 동작 방법.
The method according to claim 1,
Performing performance monitoring;
Adjusting a size of an interference-controlled transmission signal space for the first AN according to the performance monitoring result; And
The method further includes transmitting an external precoding matrix corrected according to the size of the adjusted interference-controlled transmission signal space to the first AN,
How the central controller (CP) works.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 AN에게 데이터를 전달하는 단계를 추가로 포함하고,
상기 데이터는 상기 AN들 중 상기 제1 AN을 제외한 다른 적어도 하나의 AN과 상기 제1 AN의 협력 전송을 통해서 상기 제1 단말들에게 전송되는,
중앙 제어기(CP)의 동작 방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of transmitting data to the first AN,
The data is transmitted to the first terminals through cooperative transmission of at least one AN other than the first AN among the ANs and the first AN,
How the central controller (CP) works.
하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송을 위한 제1 액세스 노드(access node, AN)의 동작 방법으로서,
주변의 단말들에 대한 지역적인 통계적 채널 상태 정보(channel state information, CSI)를 측정하고 측정된 지역적인 통계적 CSI를 중앙 제어기(centralized processor, CP)에게 보고하는 단계;
CP로부터 상기 지역적인 통계적 CSI로부터 생성된 전역적 통계적 CSI로부터 도출된 외부 프리코딩 행렬과 상기 제1 AN이 서비스를 제공할 제1 단말들의 집합에 대한 정보를 수신하는 단계; 및
상기 외부 프리코딩 행렬에 기반하여 상기 제1 AN의 RF(radio frequency) 프리코더를 설정하는 단계를 포함하는,
제1 액세스 노드의 동작 방법.
A method of operating a first access node (AN) for cooperative transmission based on hybrid beamforming,
Measuring local statistical channel state information (CSI) for neighboring terminals and reporting the measured local statistical CSI to a centralized processor (CP);
Receiving information on an external precoding matrix derived from the global statistical CSI generated from the local statistical CSI and a set of first terminals to be provided by the first AN from the CP; And
And setting a radio frequency (RF) precoder of the first AN based on the external precoding matrix,
Method of operation of the first access node.
청구항 8에 있어서,
상기 지역적인 통계적 CSI는 상기 제1 AN 과 상기 주변 단말들 간의 공간적 채널 공분산 행렬(spatial channel covariance matrix)인,
제1 액세스 노드의 동작 방법.
The method according to claim 8,
The regional statistical CSI is a spatial channel covariance matrix between the first AN and the neighboring terminals,
Method of operation of the first access node.
청구항 8에 있어서,
상기 지역적인 통계적 CSI는 주기적으로 보고되거나, 상기 지역적인 통계적 CSI가 변경될 때 보고되는,
제1 액세스 노드의 동작 방법.
The method according to claim 8,
The regional statistical CSI is periodically reported, or when the regional statistical CSI is changed,
Method of operation of the first access node.
청구항 8에 있어서,
상기 지역적인 통계적 CSI가 측정되는 상기 주변 단말들은 일정 값이상의 세기로 상기 제1 AN에서 수신되는 신호를 전송하는 단말로 제한되는,
제1 액세스 노드의 동작 방법.
The method according to claim 8,
The neighboring UEs on which the regional statistical CSI is measured are limited to UEs that transmit signals received from the first AN with an intensity greater than a certain value.
Method of operation of the first access node.
청구항 8에 있어서,
상기 RF 프리코더가 위상 천이기(phase shifter)들만 포함한 경우, 상기 외부 프리코딩 행렬의 각 원소의 크기는 일정하게 설정되고, 상기 위상천이기들 각각의 위상은 상기 외부 프리코딩 행렬의 각 원소의 위상으로 설정되는,
제1 액세스 노드의 동작 방법.
The method according to claim 8,
When the RF precoder includes only phase shifters, the size of each element of the external precoding matrix is set constant, and the phase of each of the phase shifters is the value of each element of the external precoding matrix. Set to phase,
Method of operation of the first access node.
청구항 8에 있어서,
상기 CP로부터 제공된 동기화된 랜덤 액세스 채널(random access channel, RACH) 구간에 대한 설정 정보를 상기 주변 단말들에게 제공하는 단계를 추가로 포함하고,
상기 주변 단말들은 상기 RACH 구간을 통해서 RACH 신호를 상기 제1 AN으로 전송하고, 상기 제1 AN으로부터 상향링크 파일롯(pilot)을 할당받는,
제1 액세스 노드의 동작 방법.
The method according to claim 8,
Further comprising the step of providing the configuration information for the synchronized random access channel (RACH) interval provided from the CP to the peripheral terminals,
The peripheral terminals transmit the RACH signal to the first AN through the RACH section, and are allocated an uplink pilot from the first AN,
Method of operation of the first access node.
청구항 13에 있어서,
상기 주변단말들과 상기 제1 AN간의 지역적인 통계적 CSI는 상기 상향링크 파일롯들에 기초하여 측정되는,
제1 액세스 노드의 동작 방법.
The method according to claim 13,
The regional statistical CSI between the peripheral terminals and the first AN is measured based on the uplink pilots,
Method of operation of the first access node.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 AN의 디지털 프리코더는 상기 제1 AN과 상기 제1 단말들간의 지역적인 순시적 유효 CSI를 이용하여 설정되는,
제1 액세스 노드의 동작 방법.
The method according to claim 8,
The digital precoder of the first AN is set using a local instantaneous effective CSI between the first AN and the first terminals,
Method of operation of the first access node.
청구항 8에 있어서,
상기 CP로부터 데이터를 수신하는 단계를 추가로 포함하고,
상기 데이터는 상기 제1 AN과 제2 AN의 협력 전송을 통해서 상기 제1 단말들에게 전송되는,
제1 액세스 노드의 동작 방법.
The method according to claim 8,
Further comprising the step of receiving data from the CP,
The data is transmitted to the first terminals through the cooperative transmission of the first AN and the second AN,
Method of operation of the first access node.
중앙 제어기(centralized processor, CP);
상기 CP에 연결된 액세스 노드(access node, AN)들; 및
상기 CP와 상기 AN들을 연결하는 프론트홀 링크들을 포함하고,
상기 CP는 상기 AN들로부터 수집된 지역적인 통계적 CSI로부터 생성된 전역적인 통계적 CSI로부터 도출된 상기 AN들중 제1 AN에 대한 외부 프리코딩 행렬을 상기 프론트홀 링크를 통하여 상기 제1 AN에게 제공하고, 상기 제1 AN은 상기 외부 프리코딩 행렬에 기반하여 상기 제1 AN의 RF 프리코더를 설정하고, 상기 제1 AN과 상기 제1 AN이 서비스를 제공할 제1 단말들간의 지역적인 순시적 유효 CSI에 기반하여 상기 제1 AN의 디지털 프리코더를 설정하는,
하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송을 위한 시스템.
A centralized processor (CP);
Access nodes (ANs) connected to the CP; And
Includes front hole links connecting the CP and the AN,
The CP provides an external precoding matrix for the first AN among the ANs derived from the global statistical CSI generated from the local statistical CSI collected from the ANs to the first AN through the front hole link. , The first AN sets the RF precoder of the first AN based on the external precoding matrix, and the regional instantaneous validity between the first AN and the first terminals to which the first AN will provide service. Setting the digital precoder of the first AN based on the CSI,
System for cooperative transmission based on hybrid beamforming.
청구항 17에 있어서,
상기 지역적인 통계적 CSI는 상기 AN 들 각각과 단말들 간의 공간적 채널 공분산 행렬(spatial channel covariance matrix)인,
하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송을 위한 시스템.
The method according to claim 17,
The regional statistical CSI is a spatial channel covariance matrix between each of the ANs and terminals,
System for cooperative transmission based on hybrid beamforming.
청구항 17에 있어서,
상기 CP와 상기 AN들은 기지국의 기능을 물리 계층(physical layer)에서 기능 분할한 노드들인,
하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송을 위한 시스템.
The method according to claim 17,
The CP and the AN are nodes that functionally divide the function of the base station in a physical layer,
System for cooperative transmission based on hybrid beamforming.
청구항 17에 있어서,
상기 제1 AN은 상기 CP로부터 전달된 데이터를 상기 제1 AN의 RF 프리코더와 디지털 프리코더를 이용하여 프리코딩된 신호로 변환하고, 상기 프리코딩된 신호를 상기 AN들 중 상기 제1 AN을 제외한 다른 적어도 하나의 AN과의 협력 전송을 통해 상기 제1 단말들에게 전송하는,
하이브리드 빔포밍 기반 협력 전송을 위한 시스템.
The method according to claim 17,
The first AN converts data transmitted from the CP into a precoded signal using an RF precoder and a digital precoder of the first AN, and converts the precoded signal to the first AN among the ANs. Transmitting to the first terminal through cooperative transmission with at least one other AN,
System for cooperative transmission based on hybrid beamforming.
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