KR20220060987A - 통신 시스템에서 프리코딩 행렬의 보정 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

통신 시스템의 프리코딩 행렬 보정 기술이 개시된다. 통신 시스템의 단말의 동작 방법으로서, 최상위 액세스 노드에게 제1 상향링크 신호를 전송하는 단계; 상기 최상위 액세스 노드로부터 제1 스케쥴링 시간에 제1 하향링크 신호를 수신하는 단계; 상기 수신한 제1 하향링크 신호에 따른 제1 하향링크 채널 상태를 측정하고, 상기 제1 하향링크 채널 상태를 상기 최상위 액세스 노드로 전송하는 단계; 및 상기 최상위 액세스 노드로부터 상기 제1 스케쥴링 시간에 상기 제1 상향링크 신호에 따른 제1 상향링크 채널 상태와 상기 제1 하향링크 채널 상태에 기반한 제1 프리코딩 행렬을 통하여 데이터를 수신하는 단계를 포함하는, 단말의 동작 방법이 제공될 수 있다.

Description

통신 시스템에서 프리코딩 행렬의 보정 방법 및 장치{METHOD AND APPRATUS FOR CALIBRATED PRECODING MATRIX IN COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 통신 시스템에서 프리코딩 행렬의 보정 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 최소한의 무선 채널을 측정하여 프리코딩 행렬에 대하여 비가역성 보정을 수행하도록 하는 통신 시스템에서 프리코딩 행렬의 보정 기술에 관한 것이다.

최근 초고밀집 네트워크(ultra-dense network, UDN)를 이동통신 시스템의 요소 기술로 적용하기 위한 연구가 여러 이동통신 표준 관련 기관에서 활발히 진행되고 있을 수 있다. 이처럼 초고밀집 네트워크가 주목 받는 이유는 여러 가지가 존재할 수 있다. 그리고, 최근에 주목받은 또 다른 기술로 셀-탈피 대규모 안테나 시스템(cell-free massive MIMO, CFmMIMO)이 있을 수 있다. 셀-탈피 대규모 안테나 시스템은 크게 두 개의 계층을 가지는데 하나는 액세스 노드일 수 있고, 다른 하나는 클라우드 기반 중앙 기지국일 수 있다.

한편, NR(new radio)은 상향링크와 하향링크가 주파수로 구분되어 있지 않을 수 있고, 동일한 주파수 내에서 서로 다른 시간으로 구분하여 통신하는 TDD(time division duplexing)를 기반으로 할 수 있다. 이와 같은 TDD 기반의 통신 기술은 무선 채널이 가지는 가역성(reciprocity)으로 인해 상향링크 혹은 하향링크 채널 중에서 하나의 채널 측정으로 다른 한쪽의 채널을 추정할 수 있다. 이처럼 안테나와 안테나 사이의 순수한 무선 채널은 가역성을 가질 수 있다. 하지만, 송신기와 수신기 사이는 가역성을 가지지 않는 것이 일반적일 수 있다. 이와 같은 송신기와 수신기 사이의 비가역성(non-reciprocity)을 해결하기 위하여 무선 통신 시스템은 상향링크 채널과 하향링크 채널을 두 번 측정할 수 있다. 하지만 무선 통신 시스템이 모든 안테나의 모든 채널을 두 번씩 측정하는 것은 매우 큰 오버 헤드를 유발할 수 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 최소한의 무선 채널을 측정하여 상향링크 채널과 하향링크 채널의 채널 차이가 보정된 프리코딩 행렬을 결정할 수 있도록 하는 통신 시스템에서 프리코딩 행렬의 보정 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 통신 시스템에서 프리코딩 행렬의 보정 방법은, 통신 시스템의 단말의 동작 방법으로서, 최상위 액세스 노드에게 제1 상향링크 신호를 전송하는 단계; 상기 최상위 액세스 노드로부터 제1 스케쥴링 시간에 제1 하향링크 신호를 수신하는 단계; 상기 수신한 제1 하향링크 신호에 따른 제1 하향링크 채널 상태를 측정하고, 상기 제1 하향링크 채널 상태를 상기 최상위 액세스 노드로 전송하는 단계; 및 상기 최상위 액세스 노드로부터 상기 제1 스케쥴링 시간에 상기 제1 상향링크 신호에 따른 제1 상향링크 채널 상태와 상기 제1 하향링크 채널 상태에 기반한 제1 프리코딩 행렬을 통하여 데이터를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 차상위 액세스 노드에게 제2 상향링크 신호를 전송하는 단계; 상기 차상위 액세스 노드로부터 제2 스케쥴링 시간에 제2 하향링크 신호를 수신하는 단계; 상기 수신한 제2 하향링크 신호에 따른 제2 하향링크 채널 상태를 측정하고, 상기 제2 하향링크 채널 상태를 상기 차상위 액세스 노드로 전송하는 단계; 및 상기 차상위 액세스 노드로부터 상기 제2 상향링크 신호에 따른 제2 상향링크 채널 상태와 상기 제2 하향링크 채널 상태에 기반한 제2 프리코딩 행렬을 통하여 데이터를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 차상위 액세스 노드에게 제2 상향링크 신호를 전송하는 단계; 및 상기 차상위 액세스 노드로부터 상기 제2 상향링크 신호에 따른 제2 상향링크 채널 상태로부터 추정된 프리코딩 행렬을 통하여 데이터를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 하향링크 신호는 파일럿 신호이며, 상기 파일럿 신호는 상기 최상위 액세스 노드에 대한 식별 정보를 포함하고, 상기 단말이 상기 파일럿 신호에 포함된 상기 식별 정보를 이용하여 상기 최상위 액세스 노드를 식별하는 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신 시스템에서 프리코딩 행렬의 보정 방법은, 통신 시스템의 액세스 노드의 동작 방법으로서, 통신 시스템의 액세스 노드의 동작 방법으로서, 단말들에 대한 상향링크 채널 상태들을 측정하고, 상기 상향링크 채널 상태들을 기지국으로 전송하는 단계; 상기 기지국으로부터 각각의 단말에 대하여 통신 서비스를 제공할 액세스 노드들의 집합인 단말별 서비스 셋들과 상기 단말별 서비스 셋들 내의 상기 액세스 노드들의 순위 정보들을 수신하는 단계; 상기 단말별 서비스 셋들에 대하여 상기 액세스 노드의 순위가 최상위인 단말별 서비스 셋이 존재하는지 확인하는 단계; 상기 순위가 최상위인 단말별 서비스 셋이 존재하면 상기 순위가 최상위인 단말별 서비스 셋의 제1 단말로 제1 스케줄링 시간에 제1 하향링크 신호를 전송하는 단계; 및 상기 제1 단말로부터 상기 제1 하향링크 신호에 따른 제1 하향링크 채널 상태를 수신하여 상기 제1 단말에 대한 상향링크 채널 상태로부터 추정된 제1 추정 프리코딩 행렬을 보정하여 제1 프리코딩 행렬을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 단말로부터 제1 하향링크 채널 상태를 수신하여 제1 프리코딩 행렬을 결정하는 단계는, 상기 제1 단말에 대한 상기 상향링크 채널 상태를 이용하여 상기 제1 하향링크 채널 상태를 추정하는 단계; 상기 추정된 제1 하향링크 채널 상태를 이용하여 상기 추정된 제1 추정 프리코딩 행렬을 생성하는 단계; 상기 제1 단말로부터 상기 제1 하향링크 신호에 따른 상기 제1 하향링크 채널 상태를 수신하는 단계; 및 상기 제1 하향링크 채널 상태를 이용하여 상기 추정된 제1 추정 프리코딩 행렬을 보정하여 상기 제1 프리코딩 행렬을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 단말별 서비스 셋들에 대하여 상기 액세스 노드의 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋이 존재하는지 확인하는 단계; 상기 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋이 존재하면 상기 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋의 제2 단말로 제2 스케줄링 시간에 제2 하향링크 신호를 전송하는 단계; 및 상기 제2 단말로부터 상기 제2 하향링크 신호에 따른 제2 하향링크 채널 상태를 수신하여 상기 제2 단말에 대한 상향링크 채널 상태로부터 추정된 제2 추정 프리코딩 행렬을 보정하여 제2 프리코딩 행렬을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 단말별 서비스 셋들에 대하여 상기 액세스 노드의 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋이 존재하는지 확인하는 단계; 상기 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋이 존재하면 상기 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋의 제2 단말로부터 획득한 제2 상향링크 채널 상태로부터 제2 하향링크 채널 상태를 추정하는 단계; 상기 추정된 제2 하향링크 채널 상태를 이용하여 추정된 제2 추정 프리코딩 행렬을 생성하는 단계; 및 상기 제1 스케줄링 시간에 상기 추정된 제2 추정 프리코딩 행렬을 이용하여 상기 제2 단말로 데이터를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 실시예에 따른 통신 시스템에서 프리코딩 행렬의 보정 장치는, 액세스 노드로서, 프로세서(processor); 상기 프로세서와 전자적(electronic)으로 통신하는 메모리(memory); 그리고 상기 메모리에 저장되는 명령들(instructions)을 포함하며, 상기 명령들이 상기 프로세서에 의해 실행되는 경우, 상기 명령들은 상기 액세스 노드가, 단말들에 대한 상향링크 채널 상태들을 측정하고, 상기 상향링크 채널 상태들을 기지국으로 전송하고; 상기 기지국으로부터 각각의 단말에 대하여 통신 서비스를 제공할 액세스 노드들의 집합인 단말별 서비스 셋들과 상기 단말별 서비스 셋들 내의 상기 액세스 노드들의 순위 정보들을 수신하고; 상기 단말별 서비스 셋들에 대하여 상기 액세스 노드의 순위가 최상위인 단말별 서비스 셋이 존재하는지 확인하고; 상기 순위가 최상위인 단말별 서비스 셋이 존재하면 상기 순위가 최상위인 단말별 서비스 셋의 제1 단말로 제1 스케줄링 시간에 제1 하향링크 신호를 전송하고; 그리고 상기 제1 단말로부터 상기 제1 하향링크 신호에 따른 제1 하향링크 채널 상태를 수신하여 상기 제1 단말에 대한 상향링크 채널 상태로부터 추정된 제1 추정 프리코딩 행렬을 보정하여 제1 프리코딩 행렬을 결정하는 것을 야기하도록 동작할 수 있다.

여기서, 상기 제1 단말로부터 제1 하향링크 채널 상태를 수신하여 제1 프리코딩 행렬을 결정하는 경우 상기 명령들은 상기 액세스 노드가, 상기 제1 단말에 대한 상기 상향링크 채널 상태를 이용하여 상기 제1 하향링크 채널 상태를 추정하고; 상기 추정된 제1 하향링크 채널 상태를 이용하여 상기 추정된 제1 추정 프리코딩 행렬을 생성하고; 상기 제1 단말로부터 상기 제1 하향링크 신호에 따른 상기 제1 하향링크 채널 상태를 수신하고; 그리고 상기 제1 하향링크 채널 상태를 이용하여 상기 추정된 제1 추정 프리코딩 행렬을 보정하여 상기 제1 프리코딩 행렬을 결정하는 것을 야기하도록 동작할 수 있다.

여기서, 상기 명령들은 상기 액세스 노드가, 상기 단말별 서비스 셋들에 대하여 상기 액세스 노드의 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋이 존재하는지 확인하고; 상기 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋이 존재하면 상기 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋의 제2 단말로 제2 스케줄링 시간에 제2 하향링크 신호를 전송하고; 그리고 상기 제2 단말로부터 상기 제2 하향링크 신호에 따른 제2 하향링크 채널 상태를 수신하여 상기 제2 단말에 대한 상향링크 채널 상태로부터 추정된 제2 추정 프리코딩 행렬을 보정하여 제2 프리코딩 행렬을 결정하는 것을 더 야기하도록 동작할 수 있다.

여기서, 상기 명령들은 상기 액세스 노드가, 상기 단말별 서비스 셋들에 대하여 상기 액세스 노드의 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋이 존재하는지 확인하고; 상기 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋이 존재하면 상기 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋의 제2 단말로부터 획득한 제2 상향링크 채널 상태로부터 제2 하향링크 채널 상태를 추정하고; 상기 추정된 제2 하향링크 채널 상태를 이용하여 추정된 제2 추정 프리코딩 행렬을 생성하고; 그리고 상기 제1 스케줄링 시간에 상기 추정된 제2 추정 프리코딩 행렬을 이용하여 상기 제2 단말로 데이터를 전송하는 것을 더 야기하도록 동작할 수 있다.

본 발명에 의하면, 사용자 단말에 서비스를 제공하는 액세스 노드들로 이루어진 서비스 셋에 속하는 액세스 노드들 중에서 네트워크 용량 성능에 가장 큰 기여를 하는 최상위 액세스 노드로부터 순차적으로 비가역성 보정을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 최상위 액세스 노드로부터 순차적으로 비가역성 보정을 수행함에 따라 동시에 모든 액세스 노드들에 대하여 비가역성 보정을 수행하는 종래 방법에 비해 계산량을 현저히 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 최상위 액세스 노드로부터 순차적으로 비가역성 보정을 수행함에 따라 모든 액세스 노드들이 동시에 파일럿 신호를 교환하여 비가역성 보정을 수행하는 종래 방법에 비해 파일럿 오염에 의한 오류를 줄일 수 있다.

도 1은 UDN의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 셀-탈피 대규모 안테나 시스템(CFmMIMO)의 제1 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 4는 최상위 액세스 노드들이 파일럿 신호들을 전송하는 방법의 제1 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 5는 통신 시스템에서 프리코딩 행렬의 보정 방법의 제1 실시예를 나타내는 순서도이다.
도 6은 사용자 단말의 프리코딩 행렬의 보정 지원 방법의 제1 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 시뮬레이션을 수행하는 실내의 통신 환경의 제1 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 8은 송신 전력 대비 전송률을 사용하여 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.

제1, 제2 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.

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.

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.

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 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 UDN의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.

도 1을 참조하면, UDN은 폭발적으로 증가하는 모바일 트래픽을 수용할 수 있으며, 이를 위해 UDN은 밀집된 다수의 셀들(예를 들어, 스몰 셀들)로 구성될 수 있다. 고도로 밀집된 셀들을 효율적으로 운영하기 위해, 기지국의 기능 분할과 집중화를 통해 중앙 집중식 신호 처리 및 무선 자원 관리를 제공할 수 있는 C-RAN(cloud-radio access network) 구조를 가지는 UDN이 고려될 수 있다. UDN은 CP(centralized processor), AN(access node), 단말(즉, UE) 등을 포함할 수 있다. CP는 복수의 BN(base node)들로 구성되는 BN 풀(pool)일 수 있다. 즉, CP는 BN들이 중앙 집중화되어 하나의 사이트에 풀(pool) 형태를 이루고 있는 구조일 수 있다. CP는 높은 컴퓨팅 파워를 가지는 범용 프로세서일 수 있다. UDN에서 모뎀 기능은 분할될 수 있다. 예를 들어, 기존 기지국의 일부 기능은 CP에서 수행될 수 있고, 나머지 기능은 AN들에서 수행될 수 있다. 이로 인해, 중앙 집중식 신호 처리 및 자원 관리가 용이할 수 있으며, UDN에서 셀 간 간섭은 효과적으로 제어될 수 있고, 빅데이터 처리도 가능할 수 있다. CP는 프론트홀(fronthaul)(예를 들어, 용량 제한 패킷 기반의 프론트홀)을 통해 AN과 연결될 수 있다. 용량 제한 패킷 기반의 프론트홀은 기존의 용량 제한 직교 프론트홀의 기능을 개선한 프론트홀일 수 있고, 패킷 기반의 통계적 다중화 기능을 지원할 수 있다. 또한, 용량 제한 패킷 기반의 프론트홀은 고밀도로 분산된 AN들로 대용량 트래픽을 비용 및 에너지 효율적으로 전달하는 기능을 수행할 수 있다.

AN은 프론트홀의 용량 부담을 줄이기 위해 모뎀 기능의 일부를 지원할 수 있다. 고밀도로 분산 배치된 AN들은 협력 전송(예를 들어, 협력 통신)을 수행할 수 있으며, 협력 전송을 통해 간섭이 최소화될 수 있다. AN과 단말간의 액세스 링크에 동적 TDD(time division duplex)를 고려한 간섭 채널이 존재할 수 있다. 시/공간적 트래픽 변동을 효과적으로 수용하기 위해 동적 TDD 이중화 동작이 지원될 수 있고, 협력 전송을 통한 간섭 관리 기술은 고밀도로 분산된 AN들과 다수 단말들 간의 송수신에 따라 형성되는 간섭 채널에 적용될 수 있다. 동적 TDD 이중화 동작은 상향링크와 하향링크가 채널 호혜성(reciprocity) 성질을 가지는 것으로 가정하여 수행될 수 있다. 광대역을 지원하는 단말에서 통신 속도는 1Gbps 이상일 수 있다. 다수의 분산된 AN들을 통한 협력 전송은 단말의 위치와 상관없이 일관된 사용자 QoE(quality of experience)를 제공할 수 있다. 하나의 기지국의 기능은 BN과 AN에서 분할되어 수행될 수 있고, 단말에 근접하게 분산 배치된 다수의 AN들은 용량 제한 패킷 기반 프론트홀을 통해 CP와 연결될 수 있다. 프론트홀은 이상적(ideal) 연결 및 비이상적(nonideal) 연결을 모두 지원할 수 있다.

최근 이와 같은 UDN을 이동통신 시스템의 요소 기술로 적용하기 위한 연구가 여러 이동통신 표준 관련 기관에서 활발히 진행되고 있을 수 있다. 이처럼 UDN이 주목 받는 이유는 여러 가지가 존재하는데 먼저 UDN이 네크워크 용량 증대에 유리한 네트워크 구조이기 때문일 수 있다. 다음으로, UDN이 주목 받는 두 번째 이유는 밀리미터파(mmWave)가 도입됨에 따라 전파 도달 거리가 짧아지므로 이러한 환경에서 더 작은 셀과 더 밀도가 높은 네트워크가 유리하기 때문일 수 있다. 그리고, UDN이 주목 받는 세 번째 이유는 셀 경계나 음영 지역에서 원활한 통신 서비스 제공에도 효과적이기 때문일 수 있다.

최근에 주목받은 또 다른 기술로 셀-탈피 대규모 안테나 시스템(cell-free massive MIMO, CFmMIMO)이 있을 수 있다. 셀-탈피 대규모 안테나 시스템은 크게 두 개의 계층을 가지는데 하나는 액세스 노드일 수 있고, 다른 하나는 클라우드 기반 중앙 기지국일 수 있다. 액세스 노드는 하나 혹은 그 이상의 안테나로 이루어진 무선 접속 노드로 접속, 빔 형성, 모뎀 동작과 같은 L1(layer 1) 기능을 제공할 수 있다. 클라우드 기반 중앙 기지국은 다수의 범용 프로세스를 풀(pool) 형태로 탑재할 수 있어 중앙 집중식 신호 처리 및 자원 관리 기능을 제공할 수 있다. 이러한 구조는 여러 액세스 노드들의 간섭 제어와 자원 관리에 더 큰 자유도와 처리 능력을 제공할 수 있다. 이처럼 셀-탈피 대규모 안테나 시스템의 계층적 분할은 하나의 온전한 기능을 가진 셀을 배치하는 구조가 아닐 수 있으며, 이러한 점은 기존 셀 기반 이동통신 시스템과 다르다고 할 수 있다.

한편, NR은 상향링크와 하향링크가 주파수로 구분되어 있지 않을 수 있고, 동일한 주파수 내에서 서로 다른 시간으로 구분하여 통신하는 TDD를 기반으로 할 수 있다. TDD 기반 통신 기술은 일반적으로 대규모 MIMO(massive MIMO) 환경에서 유리할 수 있다. 일반적으로, 이동통신 시스템이 대규모 MIMO와 같이 많은 수의 안테나를 사용하기 위해서 많은 수의 안테나 사이에 채널 품질에 대한 측정 보고가 이루어져야 하는데 당연히 그 정보가 안테나 수에 따라 커지게 될 수 있다. 이것은 무선 네트워크에 큰 오버헤드로 작용하여 네트워크의 성능을 떨어트리는 요인이 될 수 있다. 하지만 TDD 기반 통신 기술은 무선 채널이 가지는 가역성으로 인해 상향링크 혹은 하향링크 채널 중 하나의 채널 측정으로 다른 한쪽의 채널을 추정할 수 있다. 이처럼 무선 채널이 가지는 가역성은 TDD 시스템의 채널 측정의 오버헤드를 크게 줄여 네트워크 용량 증대 효과를 기대할 수 있다.

하지만 안테나와 안테나 사이의 순수한 무선 채널은 채널 가역성 특징을 완벽히 나타내는 반면에 송신기와 수신기 사이의 실질적 채널은 가역성을 띄지 않는 것이 일반적일 수 있다. 무선 통신 노드들은 신호를 송신할 때와 수신할 때 사용되는 RF(radio frequency) 경로가 다를 수 있고, 이 때 사용되는 RF 회로와 안테나 소자는 열에 의해 시간적으로 변화하는 응답 특성을 가질 수 있다. 송수신하고자 하는 신호는 무선 채널뿐만 아니라 이러한 RF 경로도 거치므로 실제 채널은 가역성 특징을 가지지 않을 수 있다. 따라서 무선 통신 노드들은 프리 코딩 매트릭스(pre-coding matrix)를 정확하게 결정할 수 없고, 그 결과 사용자 기기에 높은 전송률을 제공하지 못할 수 있다.

이러한 채널 비가역성 문제를 해결하기 위해 무선 통신 시스템은 높은 오버헤드를 감수하면서 상향링크 채널과 하향링크 채널을 모두 측정하는 방법을 사용할 수 있다. 액세스 노드 혹은 사용자 장비는 이러한 측정을 통해 상향링크 채널과 하항링크 채널에 대한 정보를 모두 가지고 있으므로 전송 시 해당 채널 정보를 바탕으로 보정(calibration)을 진행할 수 있다. 하지만 이동통신 시스템이 모든 안테나의 모든 채널을 두 번씩 측정하는 것은 매우 큰 오버헤드를 유발하므로 적절한 방법이라 할 수 없다.

도 2는 셀-탈피 대규모 안테나 시스템(CFmMIMO)의 제1 실시예를 설명하기 위한 개념도이다

도 2를 참조하면, 셀-탈피 대규모 안테나 시스템은 분산 배치된 대규모의 액세스 노드들(210)이 하나의 중앙 기지국(200)에 연결되어 액세스 노드들(210)보다 훨씬 적은 수의 모든 사용자 단말들(220)에게 동일한 시간/주파수 자원을 통해 통신 서비스를 제공할 수 있다. 여기서, 중앙 기지국(200), 액세스 노드들(210) 및 사용자 단말들(220)은 통신 노드일 수 있다. 통신 노드들 각각은 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.

도 3는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.

도 3을 참조하면, 통신 노드(300)는 적어도 하나의 프로세서(310), 메모리(320) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(330)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(300)는 입력 인터페이스 장치(340), 출력 인터페이스 장치(350), 저장 장치(360) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(300)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(370)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다. 다만, 통신 노드(300)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(370)가 아니라, 프로세서(310)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(310)는 메모리(320), 송수신 장치(330), 입력 인터페이스 장치(340), 출력 인터페이스 장치(350) 및 저장 장치(360) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.

프로세서(310)는 메모리(320) 및 저장 장치(360) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(310)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(320) 및 저장 장치(360) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(320)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 액세스 노드들(210)은 높은 밀도로 배치되어 UDN 환경을 형성할 수 있고, 사용자 단말들(220)은 액세스 노드들(210) 사이에 배치되어 있을 수 있다. 액세스 노드들(210)은 각각 N개의 안테나를 가지고 있을 수 있고, 액세스 노드들(210)은 M개일 수 있다. 그리고, 사용자 단말들(220)은 각각 하나의 안테나를 가지고 있을 수 있고, 사용자 단말들(220)은 K개일 수 있다. 이와 같은 사용자 단말들(220)은 상향링크 채널 상태 측정을 위하여 파일럿 신호(pilot signal)들을 액세스 노드들(210)로 전송할 수 있다. 이때, m번째 액세스 노드가 수신하는 수신 신호들의 수신 신호 벡터

는 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 여기서,

는 파일럿 신호 벡터일 수 있고,

은 잡음 신호 벡터일 수 있으며,

는 상향링크 채널 행렬일 수 있다.

한편, 액세스 노드들(210) 각각은 수신한 수신 신호들을 분석할 수 있다. 이때 사용자 단말들(220) 각각이 사용한 파일럿 신호들은 상호 직교(orthogonality) 성질을 가진다고 가정할 수 있다. 따라서 액세스 노드들(210)중에서 하나의 액세스 노드가 수신한 다수의 파일럿 신호들은 독립적으로 구분될 수 있고, 이를 통해 정확한 상향링크 채널들을 측정할 수 있다. 즉, 액세스 노드들(210) 각각은 상향링크 채널 행렬

를 정확하게 측정할 수 있다고 가정할 수 있다. 이후에, 액세스 노드들(210)은 사용자 단말들(220)에 대한 채널 상태 정보(channel state information)들을 중앙 기지국에 보고할 수 있다. 이처럼 액세스 노드들(210)의 각각이 중앙 기지국에 보고하는 채널 상태 정보들은 표 1과 같을 수 있다.

사용자 기기 번호	채널 상태 정보
1
2
…	…
K

표 1에서

은 k번째 사용자 단말과 m번째 액세스 노드 사이의 채널 상태 정보일 수 있으며, 상향링크 채널 행렬

의 k번째 열과 같을 수 있다. 중앙 기지국(200)은 액세스 노드들(210)이 보고한 채널 상태 정보들을 바탕으로 사용자 단말들(220)에 연결될 액세스 노드들(210)을 결정할 수 있다. 이때 중앙 기지국(200)이 사용자 단말들(220)에 연결될 액세스 노드들(210)을 결정할 수 있는 방법은 여러 방법이 있을 수 있다. 일예로, 중앙 기지국(200)이 수신 신호 강도(received signal strength indication)들을 이용하여 사용자 단말들(220)에 연결될 액세스 노드들(210)을 결정할 수 있다. 다른 예로, 중앙 기지국(200)이 액세스 노드들(210)과 사용자 단말들(220) 사이의 거리들을 이용하여 사용자 단말들(220)에 연결될 액세스 노드들(210)을 결정할 수 있다. 또 다른 예로, 중앙 기지국(200)이 액세스 노드들(210) 모두가 모든 사용자 단말들(220)을 지원하도록 결정할 수 있다. 중앙 기지국(200)은 이러한 방법들을 통해 사용자 단말들(220)의 각각에게 통신 서비스를 제공하도록 결정된 액세스 노드들(210)의 집합을 서비스 셋(service set)들이라 정의할 수 있다. 예를 들어 서비스 셋 1에 들어있는 액세스 노드들(210)은 사용자 단말 1과 연결되어 데이터를 주고받을 수 있다. 이와 같은 서비스 셋들의 크기는 네트워크에 존재하는 모든 액세스 노드들(210)의 수보다 작거나 같을 수 있다. 또한 액세스 노드들(210)중에서 하나의 액세스 노드는 여러 서비스 셋들에 포함될 수 있다. 서비스 셋들을 결정한 중앙 기지국(200)은 채널 상태 정보들에 기반하여 각 서비스 셋에 포함된 액세스 노드들의 채널 상태들에 대한 채널 상태 순위를 결정할 수 있다. 중앙 기지국(200)이 채널 상태 정보들에 기반하여 채널 상태들을 측정하는 메트릭(metric)의 대표적인 예로 프로베니우스 놈(frobenius norm) 방법이 있을 수 있다. 이때 중앙 기지국(200)은 서비스 셋에 포함되는 액세스 노드들(210) 중에서 최상의 채널 상태를 가지는 액세스 노드를 최상위(most significant) 액세스 노드라고 정의할 수 있다.다음으로, 중앙 기지국(200)은 서비스 셋들과 서비스 셋들 내에 있는 액세스 노드들의 채널 상태에 대한 채널 상태 순위들을 액세스 노드들(220)로 전송할 수 있다. 이에 따라, 액세스 노드들(210)의 각각은 자신이 포함된 서비스 셋들과, 자신이 서비스할 사용자 단말들 및 서비스 셋들에서 자신의 채널 상태 순위들을 알 수 있다. 액세스 노드들(210)은 이와 같은 정보를 기반으로 하향링크 파일럿 신호들을 사용자 단말들(220)로 전송할 수 있다. 이때, 서비스 셋들의 최상위 액세스 노드들이 처음으로 파일럿 신호들을 전송할 수 있다.

도 4는 최상위 액세스 노드들이 파일럿 신호들을 전송하는 방법의 제1 실시예를 나타내는 개념도이다.

도 4를 참조하면, 최상위 액세스 노드들이 파일럿 신호들을 전송하는 방법에서 서비스 셋 1(401)에 포함되는 액세스 노드들(411~413)중에서 최상위 액세스 노드(412)가 처음으로 파일럿 신호를 제1 사용자 단말(431)로 전송할 수 있다. 이때, 서비스 셋 1(401)에 포함되는 다른 액세스 노드들(411, 413)은 파일럿 신호를 전송하지 않을 수 있다. 그리고, 서비스 셋 2(402)에 포함되는 액세스 노드들(413, 417, 418)중에서 최상위 액세스 노드(417)가 처음으로 파일럿 신호를 제2 사용자 단말(432)로 전송할 수 있다. 이때, 서비스 셋 2(402)에 포함되는 다른 액세스 노드들(413, 418)은 파일럿 신호를 전송하지 않을 수 있다. 다음으로, 서비스 셋 3(403)에 포함되는 액세스 노드들(416, 417, 420, 421)중에서 최상위 액세스 노드(420)가 처음으로 파일럿 신호를 제3 사용자 단말(433)로 전송할 수 있다. 이때, 서비스 셋 3(403)에 포함되는 다른 액세스 노드들(416, 417, 421)은 파일럿 신호를 전송하지 않을 수 있다. 여기서, 액세스 노드(413)은 서비스 셋 1(401)와 서비스 셋 2(402)에 동시에 포함될 수 있다. 그리고, 액세스 노드(413)은 서비스 셋 1(401)과 서비스 셋2(402)에서 최상위 액세스 노드가 아닐 수 있다. 이러한 액세스 노드(413)과 유사하게 액세스 노드(417)도 서비스 셋 2(402)와 서비스 셋 3(403)에 동시에 포함될 수 있다. 하지만, 액세스 노드(417)은 액세스 노드(413)과 달리 서비스 셋 2(402)에서 최상위 액세스 노드일 수 있고, 서비스 셋 3(403)에서 최상위 액세스 노드가 아닐 수 있다.

한편, 사용자 단말들(431~433) 각각은 해당하는 최상위 액세스 노드(412,417,420)에서 수신한 파일럿 신호를 기반으로 하향링크 채널 상태를 측정할 수 있다. 그리고, 사용자 단말들(431~433) 각각은 측정한 하향링크 채널 상태를 해당하는 최상위 액세스 노드(412,417,420)에게 전송할 수 있다. 이처럼 최상위 액세스 노드들(412,417,420)은 상향링크 파일럿 신호와 하향링크 파일럿 신호를 교환하는 과정을 통하여 상향링크 채널과 하향링크 채널에 대한 채널 상태 정보들을 획득할 수 있다. 이에 따라, 최상위 액세스 노드들(412,417,420)은 상향링크 채널 정보와 하향링크 채널 정보를 활용하여 프리코딩 행렬을 결정할 수 있다. 이처럼 최상위 액세스 노드들(412,417,420)이 상향링크 채널 정보와 하향링크 채널 정보를 활용하여 프리코딩 행렬을 결정하여 정확한 하향링크 채널 상태 정보를 획득하는 과정은 비가역성 보정이라고 정의할 수 있다.

이처럼 최상위 액세스 노드들(412,417,420)은 다른 액세스 노드들에 앞서 정확한 프리코딩 행렬을 결정할 수 있다. 하지만, 다른 액세스 노드들은 아직 비가역성 보정이 이루어지지 않을 수 있다. 따라서 다른 액세스 노드들(411, 413~416,418,419,421,422)은 상향링크 채널 상태 정보들을 기반으로 하향링크 채널들을 추정할 수 있다. 여기서, 액세스 노드(417)은 서비스 셋 3(403)이 서비스를 제공하는 단말(433)에 대해서 다른 액세스 노드들(411, 413~416,418,419,421,422)과 동일하게 비가역성 보정이 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 액세스 노드(417)은 서비스 셋 3(403)이 서비스를 제공하는 단말(433)에 대해서 다른 액세스 노드들(411, 413~416,418,419,421,422)과 동일하게 상향링크 채널 상태 정보들을 기반으로 하향링크 채널들을 추정할 수 있다. 이때, 가역성 가정에 따라 하향링크 채널은 해당하는 상향링크 채널에 전치(transpose)연산을 수행하면 얻을 수 있다. 이렇게 다른 액세스 노드들(411, 413~416,418,419,421,422)이 추정한 하향링크 채널들은 정확하지는 않을 수 있지만 최상위 액세스 노드들(412,417,420)에 비해 그 오차가 크지 않을 수 있다. 이러한 과정을 통해 모든 액세스 노드들(411~422)은 보정된 혹은 추정된 하향링크 채널 정보를 가지고 있을 수 있고, 이를 바탕으로 프리코딩 행렬을 결정할 수 있으며, 결정된 프리코딩 행렬을 이용하여 데이터를 전송할 수 있다.

이와 같이 한차례 데이터 전송이 이루어진 이후에 다음 스케줄링 시간에 차상위 액세스 노드들(일예로 서비스 셋 1에서는 도면부호 411의 액세스 노드일 수 있고, 서비스 셋 2에서는 도면부호 418의 액세스 노드일 수 있으며, 서비스 셋 3에서는 도면부호 421의 액세스 노드일 수 있음)이 비가역성 보정을 수행할 수 있다. 여기서 스케줄링 시간은 일반적으로 이동통신 시스템에서 사용하는 TTI(transmission time interval)와 같은 시간 단위일 수 있으며, 그 이하의 짧은 시간도 가능할 수 있고, 그 이상의 긴 시간도 가능할 수 있다. 이처럼 차상위 액세스 노드들(일예로, 411, 418, 421)은 해당하는 사용자 단말들(431~433)과 파일럿 신호들을 교환할 수 있으며, 이에 따라 정확한 프리코딩 행렬을 결정하여 데이터를 송수신할 수 있다.

앞서 언급한 서비스 셋들(401~403)과 서비스 셋의 액세스 노드들(411~422)의 채널 상태 순위는 일정 시간 동안 변하지 않는다고 가정할 수 있다. 여기서, 일정 시간은 일예로 상관 시간(coherence time)일 수 있다. 상관 시간은 이동통신 시스템에서 무선 채널의 품질이 정적일 수 있고, 균일한 특성을 가지는 시간 구간을 의미할 수 있다. 따라서 이와 같은 상관 시간 내에 채널은 변화가 없다고 가정할 수 있고, 이처럼 채널의 변화가 없으므로 서비스 셋들(401~403)과 서비스 셋의 액세스 노드들(411~422)의 상태 채널 순위는 변하지 않을 수 있다. 일반적으로 이동통신 시스템은 상관 시간을 최대 도플러 천이(max Doppler shift)의 역수로 나타낼 수 있고, 최대 도플러 천이는 사용자 단말들(431~433)의 속도에 비례할 수 있다.

이통통신 시스템은 서비스 셋들(401~403)과 서비스 셋 내의 액세스 노드들(411~422)의 상태 채널 순위가 일정한 시간 간격을 미리 알 수 있다. 액세스 노드들(411~422)에게 이 시간 간격 정보를 알려주는 방법으로 사용자 단말들(431~433)이 액세스 노드들(411~422)에게 명시적으로 보고하는 방법과 네트워크 운용자가 미리 적절한 값을 결정하여 액세스 노드들(411~422)에게 설정하는 방법 등이 있을 수 있다. 이 때 사용자 단말들(431~433) 혹은 액세스 노드들(411~422)은 상관 시간, 최대 도플러 천이 등과 같은 정보를 이용할 수도 있다.

일 실시예로 중앙 기지국은 서비스 셋들(401~403) 구성 이후에 상관 시간이 도래하면 서비스 셋들(401~403)을 다시 구성하는 가장 처음 단계로 돌아가도록 액세스 노드들(411~422)과 사용자 단말들(431~433)을 제어할 수 있다. 이와 다르게 일 실시예로 네트워크 운용자가 서비스 셋들(401~403) 내의 채널 상태가 좋은 순서대로 최상위 액세스 노드로부터 n개 까지의 액셋스 노드들(411~422)에 대하여 비가역성 보정을 실시할 수 있고, 다시 서비스 셋들(401~403)을 구성하도록 설정할 수 있다. 이때 n개는 서비스 셋들(401~403) 내의 액세스 노드들(411~422)의 수 보다 작거나 같을 수 있으며 n개의 액세스 노드들(411~422)이 보정될 때 서비스 셋들(401~403)의 구성이 바뀌지 않을 수 있다.

위에서 언급한 프리코딩을 진행하기 위해 하향링크 채널 행렬을 결정하는 방법은 다음과 같을 수 있다. 만약 m번째 액세스 노드가 이번 스케줄링 시간에 비가역성 보정이 이루어지지 않는다면 하향링크 채널

은 단순히 상향링크 채널의 전치로 결정할 수 있고 이는 다음 수학식 2로 표현될 수 있다.

이때 하향링크 채널

은 (K×N) 행렬일 수 있으며, 각 행은 m번째 액세스 노드와 각 사용자 단말 사이의 채널을 의미할 수 있다. 만약, m번째 액세스 노드가 이번 스케쥴링 시간에 제1 사용자 단말과 보정을 실시하였다면

의 첫 번째 행을 실제 측정된 하향링크 채널 벡터로 다음 수학식 3과 같이 교체할 수 있다.

수학식 3에서

은 실제 측정된 하향링크 채널일 수 있고,

은 상향링크 채널일 수 있다. 만약 m번째 액세스 노드가 이번 스케줄링 시간에 비가역성 보정을 수행하였다면 m번째 액세스 노드는 수학식 3과 같이 한번의 스케줄링 시간에 하나의 행을 교체할 수 있다.

이와 같은 프리코딩을 진행하기 위해 액세스 노드들(411~422)이 하향링크 채널 행렬을 결정하는 또 다른 추가적인 방법은 다음과 같을 수 있다. m번째 액세스 노드가

를 결정할 때 최초 행렬을 영(zero) 행렬로 설정 후에 비가역성 보정이 이루어진 행만 교체하는 방식으로 프리코팅 행렬을 결정할 수 있다. 만약 m번째 액세스 노드가 이번 스케쥴링 시간에 제1 사용자 단말(431)과 보정을 실시하였다면

의 첫번째 행을 실제 측정된 하향채널 벡터로 다음 수학식 4와 같이 교체할 수 있다.

수학식 4에서

은 실제 측정된 하향링크 채널일 수 있고, 0은 모든 벡터 요소 값이 0인 (N×1)벡터일 수 있으며,

은 (K×N) 행렬일 수 있다. 이러한 프리코팅 행렬의 결정 방식은 비가역성 보정된 액세스 노드를 하나씩 전송에 추가시키는 방식과 동일할 수 있다. 즉, 이러한 방식은 비가역성 보정 과정을 거친 액세스 노드들이 협력 전송하도록 할 수 있고, 점차적으로 협력 전송에 관여하는 액세스 노드들의 수를 증가시키는 방식과 동일할 수 있다.

앞서 언급한 프리코딩 행렬은 일반적인 이동통신 시스템에서 사용되는 다양한 기법을 사용하여 결정할 수 있다. 일예로 MRT(maximum ratio combining) 혹은 ZF(zero-forcing) 방법이 프리코팅 행렬을 결정하는데 사용될 수 있다. MRT를 이용하여 결정되는 프리코딩 행렬 w는 다음 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

그리고, ZF를 이용하여 결정되는 프리코딩 행렬 w는 다음 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.

이와 같은 비가역성 보정 과정은 스케줄링 시간마다 순차적으로 이루어질 수 있다. 즉, 서비스 셋들(401~403) 내에서 네트워크 성능에 가장 큰 영향을 미치는 최상위 액세스 노드(412,417,420)가 비가역성 보정을 시작하여 다음 액세스 노드들로 진행할 수 있다. 이러한 방식의 장점은 사용자 단말들(431~433)이 수행하는 계산량의 크기를 줄이면서 동시에 성능 열화를 최소화할 수 있다는 점일 수 있다. 또한 이동통신 시스템은 동시 다수 파일럿 신호 전송시 발생할 수 있는 파일럿 오염(pilot contamination)문제도 회피할 수 있다.

여기서, 서비스 셋들(401~403) 내의 하향링크 파일럿 신호의 교환과 비가역성 보정이 이루어지는 액세스 노드들(411~422)의 수는 네트워크 상황에 따라 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어 서비스 셋들(401~403)은 다수의 액세스 노드들(411~422)을 포함하지만 그 중에서 가장 중요한 최상위 액세스 노드들(412,417,420)만 비가역성 보정을 수행할 수 있다. 또는 여러 스케줄링 시간에 걸쳐 서비스 셋들(401~403) 내의 모든 액세스 노드들(411~422)이 차례대로 보정을 수행할 수 있으며, 또는 몇 개의 액세스 노드들만 수행할 수 있다.

도 5는 통신 시스템의 프리코딩 행렬 보정 방법의 제1 실시예를 나타내는 순서도이다.

도 5를 참조하면, 통신 시스템의 프리코딩 행렬 보정 방법에서 사용자 단말은 상향링크 파일럿 신호들을 최상위 액세스 노드와 차상위 액세스 노드에게 전송할 수 있다(S501). 이때, 최상위 액세스 노드는 사용자 단말로부터 상향링크 파일럿 신호를 수신하여 채널 상태를 측정하여 측정된 채널 상태에 따른 채널 상태 정보를 중앙 기지국에 전송하여 상향링크 채널 상태를 중앙 기지국에 보고할 수 있다(S502). 동일하게, 차상위 액세스 노드는 사용자 단말로부터 상향링크 파일럿 신호를 수신하여 채널 상태를 측정하여 측정된 채널 상태에 따른 채널 상태 정보를 중앙 기지국에 전송하여 상향링크 채널 상태를 중앙 기지국에 보고할 수 있다(S503). 이처럼 중앙 기지국은 최상위 액세스 노드와 차상위 액세스 노드로부터 상향링크 채널 상태 정보들을 수신하면 사용자 단말에 서비스를 제공할 액세스 노드들로 이루어진 서비스 셋을 결정할 수 있고, 결정된 서비스 셋에서 채널 상태 순위를 결정할 수 있다. 여기서 사용자 단말에 서비스를 제공하는 서비스 셋을 구성하는 액세스 노드는 최상위 액세스 노드와 차상위 액세스 노드가 있다고 가정할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 액세스 노드들을 포함할 수 있다. 그리고, 여기서 채널 상태 순위는 최상위 액세스 노드의 채널 상태가 최상위일 수 있고, 차상위 액세스 노드의 채널 상태가 차상위일 수 있다. 이후에, 중앙 기지국은 서비스 셋 정보와 채널 상태 순위 정보를 최상위 액세스 노드에게 전송할 수 있다(S504). 또한, 중앙 기지국은 서비스 셋 정보와 채널 상태 순위 정보를 차상위 액세스 노드에게 전송할 수 있다(S505).

한편, 최상위 액세스 노드는 중앙 기지국에서 수신한 서비스 셋 정보와 채널 상태 순위 정보를 통해 자신이 최상위 액세스 노드이며 사용자 단말에 서비스를 제공하는 서비스 셋에 포함되어 있음을 파악할 수 있다. 이에 따라, 최상위 액세스 노드는 첫 번째 스케줄링 시간에 사용자 단말로 하향링크 파일럿 신호를 전송할 수 있다(S506). 그러면 사용자 단말은 최상위 액세스 노드로부터 하향링크 파일럿 신호를 수신하여 채널 상태를 측정할 수 있고, 측정된 하향링크 채널 상태를 최상위 액세스 노드로 전송할 수 있다(S507). 이에 따라, 최상위 액세스 노드는 사용자 단말로부터 수신한 하향링크 채널 상태 정보를 이용하여 상향링크 채널 상태로부터 추정한 하향링크 채널 상태를 이용하여 추정된 프리코딩 행렬에 비가역성 보정을 수행할 수 있고, 비가역성 보정된 프리코딩 행렬를 이용하여 데이터를 사용자 단말로 전송할 수 있다(S508). 이를 좀더 상세히 살펴보면, 최상위 액세스 노드는 사용자 단말에 대한 상향링크 채널 상태를 이용하여 추정된 하향링크 채널 상태를 구할 수 있다. 그리고, 최상위 액세스 노드는 추정된 하향링크 채널 상태를 이용하여 추정된 프리코딩 행렬을 생성할 수 있다. 그리고, 최상위 액세스 노드는 하향링크 채널 상태 정보를 이용하여 추정된 프리코딩 행렬에 비가역성 보정을 수행하여 프리코딩 행렬을 결정할 수 있다. 이후에, 최상위 액세스 노드는 결정된 프리코딩 행렬을 이용하여 데이터를 사용자 단말로 전송할 수 있다.

동일하게, 차상위 액세스 노드는 중앙 기지국에서 수신한 서비스 셋 정보와 채널 상태 순위 정보를 통해 자신이 차상위 액세스 노드이며 사용자 단말에 서비스를 제공하는 서비스 셋에 포함되어 있음을 파악할 수 있다. 이에 따라, 차상위 액세스 노드는 첫 번째 스케줄링 시간에 사용자 단말로 하향링크 파일럿 신호를 전송하지 않을 수 있다. 그리고, 차상위 액세스 노드는 상향링크 채널 상태를 이용하여 하향링크 채널 상태를 추정할 수 있으며, 추정된 프리코딩 행렬를 이용하여 데이터를 사용자 단말로 전송할 수 있다(S509).

한편, 다음 스케줄링 시간이 되면 차상위 액세스 노드는 사용자 단말로 하향링크 파일럿 신호를 전송할 수 있다(S510). 그러면 사용자 단말은 차상위 액세스 노드로부터 송신된 하향링크 파일럿 신호를 수신하여 채널 상태를 측정할 수 있고, 측정된 하향링크 채널 상태를 차상위 액세스 노드로 전송할 수 있다(S511). 이에 따라, 차상위 액세스 노드는 사용자 단말로부터 수신한 하향링크 채널 상태 정보를 이용하여 비가역성 보정을 수행할 수 있고, 보정된 프리코딩 행렬을 이용하여 데이터를 사용자 단말로 전송할 수 있다(S513). 이때, 최상위 액세스 노드는 보정된 프리코딩 행렬를 이용하여 데이터를 사용자 단말로 전송할 수 있다(S512). 여기서, 도 5는 2개의 액세스 노드를 표시하였지만, 이에 한정되지 않으며 더 많은 액세스 노드들을 포함할 수 있다. 한편, 중앙 기지국은 액세스 노드들과 사용자 단말들 사이의 채널을 차례로 파일럿 신호 교환을 통해 보정할 수 있다.

도 6은 사용자 단말의 프리코딩 행렬 보정 지원 방법의 제1 실시예를 나타내는 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 사용자 단말의 프리코딩 행렬 보정 지원 방법에서 처음 채널 보정 과정이 시작되면 사용자 단말은 전방향으로 상향링크 파일럿 신호를 전송할 수 있다(S601). 이후에 사용자 단말은 최상위 액세스 노드로부터 전송하는 하향링크 파일럿 신호를 수신할 수 있다(S602). 이때, 사용자 단말이 수신한 하향링크 파일럿 신호에 파일럿 신호를 전송한 액세스 노드에 관한 정보가 포함되어 있을 수 있다. 이에 따라, 사용자 단말은 하향링크 파일럿 신호를 송신한 최상위 액세스 노드를 확인할 수 있다(S603). 그리고, 사용자 단말은 파일럿 신호를 통해 하향링크 채널 상태를 측정할 수 있다. 이후에 사용자 단말은 측정한 하향링크 채널 상태 정보를 해당 액세스 노드로 피드백할 수 있다(S604). 이때 사용자 단말은 최상위 액세스 노드와 사용자 단말 사이에 제어 정보를 전송하는 무선 채널을 이용하여 하향링크 채널 상태 정보를 전송할 수 있다. 이후에 사용자 단말은 최상위 액세스 노드로부터 하향링크 데이터를 수신할 수 있다(S605). 이로써 하나의 스케줄링 시간이 끝나게 되고 이때 사용자 단말은 비가역성 보정 과정이 사전 정의된 횟수만큼 진행되었는지 확인할 수 있다(S606). 사용자 단말은 비가역성 보정 과정이 사전 횟수에 도달하지 않았다면 하향링크 파일럿 신호를 수신하는 S604 과정으로 돌아갈 수 있고, 사전 횟수에 도달하였다면 채널 보정 과정을 종료할 수 있다. 위에서 설명한 사용자 단말은 1개의 안테나를 가진 사용자 단말일 수 있지만 이에 한정하지 않을 수 있고 다수개의 안테나를 가질 수 있다.

도 7은 시뮬레이션을 수행하는 실내의 통신 환경의 제1 실시예를 나타내는 개념도이다.

도 7을 참조하면, 시뮬레이션을 수행하는 실내의 통신 환경은 3GPP TR38.901에 명시된 실내 환경일 수 있다. 실내 환경은 가로가 50m일 수 있고, 세로가 120m일 수 있다. 그리고, 12개 액세스 노드들(710)이 실내에 20m 간격으로 배치되어 있을 수 있다. 이때 시뮬레이션에 사용된 주파수 대역은 3.5GHz 대역일 수 있고, 액세스 노드들은 4개의 안테나를 가질 수 있으며, 사용자 단말들은 1개의 안테나를 가질 수 있다. 실내에 위치한 사용자 단말들은 3개일 수 있고, -174dBm/Hz의 잡음을 가질 수 있으며, 20MHz의 대역폭을 사용할 수 있다. 그리고, 실내 통신 환경은 NLOS(non-line-of-sight) 환경일 수 있고, 프리코딩으로 매칭된 필터(matched filter)를 사용할 수 있다. RF 가역성 오류(reciprocal error) 모델은 액세스 노드의 각 안테나에서 진폭(amplitue) 오류가 3dB의 표준편차를 가지는 정규분포를 따른다고 가정할 수 있고, 각도(phase) 오류가 50도의 표준 편차를 가지는 정규분포를 따른다고 가정할 수 있다. 시뮬레이션에서 최초 하향링크 채널 행렬 추정은 영 행렬(zero-matrix)을 이용하는 방법이 아닌 상향링크 채널 행렬의 전치를 이용하는 방법을 사용할 수 있다.

도 8은 송신 전력 대비 전송률을 사용하여 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다.

도 8을 참조하면, 송신 전력 대비 전송률을 사용하여 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프에서 실선은 중앙 기지국이 상향링크 채널과 하향링크 채널의 모든 값을 정확하게 알 수 있는 완전 보정에서 송신 전력 대비 전송률을 보여줄 수 있다. 그리고, 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프에서 파선은 하나의 액세스 노드에 대하여 비가역성 보정을 수행한 경우로 거의 완전 보정의 송신 전력 대비 전송률의 그래프와 유사함을 알 수 있다. 다음으로, 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프에서 일점 쇄선은 비가역성 보정을 수행하지 않은 비보정 경우로 완전 보정의 송신 전력 대비 전송률의 그래프에서 많이 이격되어 있으며 성능이 현저히 떨어짐을 알 수 있다. 이처럼 서비스 셋의 최상위 액세스 노드가 비가역성 보정을 수행한 경우에 송신 전력 대비 전송률이 거의 완전 보정에 근접해 있으며 비가역성 보정을 수행하지 않은 경우에 대비하여 현격히 개선되는 것을 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 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. 컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 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 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

또한, 상술한 방법 또는 장치는 그 구성이나 기능의 전부 또는 일부가 결합되어 구현되거나, 분리되어 구현될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 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.

Claims (12)

1. 통신 시스템의 단말의 동작 방법으로서,
   최상위 액세스 노드에게 제1 상향링크 신호를 전송하는 단계;
   상기 최상위 액세스 노드로부터 제1 스케쥴링 시간에 제1 하향링크 신호를 수신하는 단계;
   상기 수신한 제1 하향링크 신호에 따른 제1 하향링크 채널 상태를 측정하고, 상기 제1 하향링크 채널 상태를 상기 최상위 액세스 노드로 전송하는 단계; 및
   상기 최상위 액세스 노드로부터 상기 제1 스케쥴링 시간에 상기 제1 상향링크 신호에 따른 제1 상향링크 채널 상태와 상기 제1 하향링크 채널 상태에 기반한 제1 프리코딩 행렬을 통하여 데이터를 수신하는 단계를 포함하는, 단말의 동작 방법.
2. 청구항 1에 있어서
   차상위 액세스 노드에게 제2 상향링크 신호를 전송하는 단계;
   상기 차상위 액세스 노드로부터 제2 스케쥴링 시간에 제2 하향링크 신호를 수신하는 단계;
   상기 수신한 제2 하향링크 신호에 따른 제2 하향링크 채널 상태를 측정하고, 상기 제2 하향링크 채널 상태를 상기 차상위 액세스 노드로 전송하는 단계; 및
   상기 차상위 액세스 노드로부터 상기 제2 상향링크 신호에 따른 제2 상향링크 채널 상태와 상기 제2 하향링크 채널 상태에 기반한 제2 프리코딩 행렬을 통하여 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하는, 단말의 동작 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   차상위 액세스 노드에게 제2 상향링크 신호를 전송하는 단계; 및
   상기 차상위 액세스 노드로부터 상기 제2 상향링크 신호에 따른 제2 상향링크 채널 상태로부터 추정된 프리코딩 행렬을 통하여 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하는, 단말의 동작 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 하향링크 신호는 파일럿 신호이며, 상기 파일럿 신호는 상기 최상위 액세스 노드에 대한 식별 정보를 포함하고, 상기 단말이 상기 파일럿 신호에 포함된 상기 식별 정보를 이용하여 상기 최상위 액세스 노드를 식별하는 것을 특징으로 하는, 단말의 동작 방법.
5. 통신 시스템의 액세스 노드의 동작 방법으로서,
   단말들에 대한 상향링크 채널 상태들을 측정하고, 상기 상향링크 채널 상태들을 기지국으로 전송하는 단계;
   상기 기지국으로부터 각각의 단말에 대하여 통신 서비스를 제공할 액세스 노드들의 집합인 단말별 서비스 셋들과 상기 단말별 서비스 셋들 내의 상기 액세스 노드들의 순위 정보들을 수신하는 단계;
   상기 단말별 서비스 셋들에 대하여 상기 액세스 노드의 순위가 최상위인 단말별 서비스 셋이 존재하는지 확인하는 단계;
   상기 순위가 최상위인 단말별 서비스 셋이 존재하면 상기 순위가 최상위인 단말별 서비스 셋의 제1 단말로 제1 스케줄링 시간에 제1 하향링크 신호를 전송하는 단계; 및
   상기 제1 단말로부터 상기 제1 하향링크 신호에 따른 제1 하향링크 채널 상태를 수신하여 상기 제1 단말에 대한 상향링크 채널 상태로부터 추정된 제1 추정 프리코딩 행렬을 보정하여 제1 프리코딩 행렬을 결정하는 단계를 포함하는, 액세스 노드의 동작 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1 단말로부터 제1 하향링크 채널 상태를 수신하여 제1 프리코딩 행렬을 결정하는 단계는,
   상기 제1 단말에 대한 상기 상향링크 채널 상태를 이용하여 상기 제1 하향링크 채널 상태를 추정하는 단계;
   상기 추정된 제1 하향링크 채널 상태를 이용하여 상기 추정된 제1 추정 프리코딩 행렬을 생성하는 단계;
   상기 제1 단말로부터 상기 제1 하향링크 신호에 따른 상기 제1 하향링크 채널 상태를 수신하는 단계; 및
   상기 제1 하향링크 채널 상태를 이용하여 상기 추정된 제1 추정 프리코딩 행렬을 보정하여 상기 제1 프리코딩 행렬을 결정하는 단계를 포함하는, 액세스 노드의 동작 방법.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 단말별 서비스 셋들에 대하여 상기 액세스 노드의 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋이 존재하는지 확인하는 단계;
   상기 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋이 존재하면 상기 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋의 제2 단말로 제2 스케줄링 시간에 제2 하향링크 신호를 전송하는 단계; 및
   상기 제2 단말로부터 상기 제2 하향링크 신호에 따른 제2 하향링크 채널 상태를 수신하여 상기 제2 단말에 대한 상향링크 채널 상태로부터 추정된 제2 추정 프리코딩 행렬을 보정하여 제2 프리코딩 행렬을 결정하는 단계를 더 포함하는, 액세스 노드의 동작 방법.
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 단말별 서비스 셋들에 대하여 상기 액세스 노드의 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋이 존재하는지 확인하는 단계;
   상기 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋이 존재하면 상기 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋의 제2 단말로부터 획득한 제2 상향링크 채널 상태로부터 제2 하향링크 채널 상태를 추정하는 단계;
   상기 추정된 제2 하향링크 채널 상태를 이용하여 추정된 제2 추정 프리코딩 행렬을 생성하는 단계; 및
   상기 제1 스케줄링 시간에 상기 추정된 제2 추정 프리코딩 행렬을 이용하여 상기 제2 단말로 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하는, 액세스 노드의 동작 방법.
9. 액세스 노드로서,
   프로세서(processor);
   상기 프로세서와 전자적(electronic)으로 통신하는 메모리(memory); 그리고
   상기 메모리에 저장되는 명령들(instructions)을 포함하며,
   상기 명령들이 상기 프로세서에 의해 실행되는 경우, 상기 명령들은 상기 액세스 노드가,
   단말들에 대한 상향링크 채널 상태들을 측정하고, 상기 상향링크 채널 상태들을 기지국으로 전송하고;
   상기 기지국으로부터 각각의 단말에 대하여 통신 서비스를 제공할 액세스 노드들의 집합인 단말별 서비스 셋들과 상기 단말별 서비스 셋들 내의 상기 액세스 노드들의 순위 정보들을 수신하고;
   상기 단말별 서비스 셋들에 대하여 상기 액세스 노드의 순위가 최상위인 단말별 서비스 셋이 존재하는지 확인하고;
   상기 순위가 최상위인 단말별 서비스 셋이 존재하면 상기 순위가 최상위인 단말별 서비스 셋의 제1 단말로 제1 스케줄링 시간에 제1 하향링크 신호를 전송하고; 그리고
   상기 제1 단말로부터 상기 제1 하향링크 신호에 따른 제1 하향링크 채널 상태를 수신하여 상기 제1 단말에 대한 상향링크 채널 상태로부터 추정된 제1 추정 프리코딩 행렬을 보정하여 제1 프리코딩 행렬을 결정하는 것을 야기하도록 동작하는, 액세스 노드.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 단말로부터 제1 하향링크 채널 상태를 수신하여 제1 프리코딩 행렬을 결정하는 경우 상기 명령들은 상기 액세스 노드가,
    상기 제1 단말에 대한 상기 상향링크 채널 상태를 이용하여 상기 제1 하향링크 채널 상태를 추정하고;
    상기 추정된 제1 하향링크 채널 상태를 이용하여 상기 추정된 제1 추정 프리코딩 행렬을 생성하고;
    상기 제1 단말로부터 상기 제1 하향링크 신호에 따른 상기 제1 하향링크 채널 상태를 수신하고; 그리고
    상기 제1 하향링크 채널 상태를 이용하여 상기 추정된 제1 추정 프리코딩 행렬을 보정하여 상기 제1 프리코딩 행렬을 결정하는 것을 야기하도록 동작하는, 액세스 노드.
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 명령들은 상기 액세스 노드가,
    상기 단말별 서비스 셋들에 대하여 상기 액세스 노드의 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋이 존재하는지 확인하고;
    상기 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋이 존재하면 상기 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋의 제2 단말로 제2 스케줄링 시간에 제2 하향링크 신호를 전송하고; 그리고
    상기 제2 단말로부터 상기 제2 하향링크 신호에 따른 제2 하향링크 채널 상태를 수신하여 상기 제2 단말에 대한 상향링크 채널 상태로부터 추정된 제2 추정 프리코딩 행렬을 보정하여 제2 프리코딩 행렬을 결정하는 것을 더 야기하도록 동작하는, 액세스 노드.
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 명령들은 상기 액세스 노드가,
    상기 단말별 서비스 셋들에 대하여 상기 액세스 노드의 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋이 존재하는지 확인하고;
    상기 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋이 존재하면 상기 순위가 차상위인 단말별 서비스 셋의 제2 단말로부터 획득한 제2 상향링크 채널 상태로부터 제2 하향링크 채널 상태를 추정하고;
    상기 추정된 제2 하향링크 채널 상태를 이용하여 추정된 제2 추정 프리코딩 행렬을 생성하고; 그리고
    상기 제1 스케줄링 시간에 상기 추정된 제2 추정 프리코딩 행렬을 이용하여 상기 제2 단말로 데이터를 전송하는 것을 더 야기하도록 동작하는, 액세스 노드.

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