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KR101415670B1 - System and method for assigning beam/polarized wave resource by use of polarized wave characteristics - Google Patents

System and method for assigning beam/polarized wave resource by use of polarized wave characteristics Download PDF

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KR101415670B1
KR101415670B1 KR1020120137163A KR20120137163A KR101415670B1 KR 101415670 B1 KR101415670 B1 KR 101415670B1 KR 1020120137163 A KR1020120137163 A KR 1020120137163A KR 20120137163 A KR20120137163 A KR 20120137163A KR 101415670 B1 KR101415670 B1 KR 101415670B1
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South Korea
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polarization
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beams
small
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KR1020120137163A
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조동호
윤창배
신경섭
노정규
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명에서는 고용량의 전송 기술이 필요한 무선 백홀 네트워크에서, 편파 특성을 이용한 빔/편파 자원 할당 방법에 있어서, 기지국에 접속하려고 하는 다수의 소형 기지국이 밀집해서 존재하는 경우, 빔을 형성하여 소형 기지국으로 서비스 수행 시 편파를 고려하여 전송 파워와 편파 등의 자원을 할당해 최적의 용량 증대를 얻을 수 있도록 한다. 또한, 본 발명에서 제안하는빔 기반의 편파 특성을 고려한 자원할당 방안을 통해 기존의 통신용량에 비해 월등히 증대된 통신용량을 가진 통신 서비스를 가능하게 할 수 있다.In the present invention, in a method of allocating a beam / polarization resource using a polarization characteristic in a wireless backhaul network that requires a high-capacity transmission technique, when a plurality of small base stations to be connected to a base station are densely present, When the service is performed, resources such as transmission power and polarization are allocated in consideration of polarization, so that an optimal capacity increase can be obtained. Also, through the resource allocation scheme considering the polarization-based characteristics of the beam-based system proposed in the present invention, it is possible to realize a communication service having a communication capacity greatly increased compared to the existing communication capacity.

Description

편파 특성을 이용한 빔/편파 자원 할당 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ASSIGNING BEAM/POLARIZED WAVE RESOURCE BY USE OF POLARIZED WAVE CHARACTERISTICS}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a system and method for allocating beam /

본 발명은 빔 기반 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 고용량의 전송 기술이 필요한 무선 백홀 네트워크(wireless back hole network)에서, 기지국(base station)에 접속하려고 하는 다수의 소형 기지국이 밀집해서 존재하는 경우, 빔(beam)을 형성하여 소형 기지국으로 서비스 수행 시 편파(polarized wave)를 고려하여 전송 파워(transmission power)와 편파 등의 자원(resource)을 할당해 최적의 용량 증대를 얻을 수 있도록 하는 편파 특성을 이용한 빔/편파 자원 할당 시스템 및 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a beam-based wireless communication system, and more particularly, to a wireless backhaul network that requires a high-capacity transmission technology, when a large number of small- In this paper, we propose a polarization-based wireless communication system that can achieve optimal capacity by allocating resources such as transmission power and polarization in consideration of a polarized wave when performing a service to a small base station by forming a beam And more particularly, to a system and method for allocating used beam / polarization resources.

일반적으로 스마트 안테나(smart antenna) 기술로도 불리는 빔분할 다중접속(Beam Division Multiple Access, 이하BDMA) 전송기술은 높은 데이터(data) 전송률과 네트워크 변화에 적응하기 위해서 제안되었으며 여러 개의 안테나를 사용한 적응적인 빔포밍기술을 사용하는 다중접속방식이다. In general, a beam division multiple access (BDMA) transmission technique, also referred to as a smart antenna technique, has been proposed in order to adapt to high data rate and network changes. An adaptive It is a multiple access scheme using beamforming technology.

BDMA 전송기술을 사용함으로써 서비스 커버리지(service coverage)를 증가시킬 수 있고, 다중경로 페이딩(multipath fading)에 대응하여 링크(link)의 상태를 향상시킬 수 있으며, 주파수 효율을 증가시킬 수 있다. 특히 빔포밍 기술은 원하는 사용자를 향해서 직접적인 빔(directional beam)을 형성함으로써 적은 전송파워를 사용하면서 수신신호의 파워를 크게 증가시킬 수 있다. By using the BDMA transmission technique, service coverage can be increased, the state of a link can be improved in response to multipath fading, and frequency efficiency can be increased. In particular, the beamforming technique can increase the power of the received signal significantly while using low transmission power by forming a directional beam toward a desired user.

또한 BS(base station)에서 여러 개의 안테나를 사용하여 다수의 directional beam을 형성함으로서 다른 위치에 있는 사용자들에게 다른 데이터를 동시에 전송할 수 있다.Also, by forming multiple directional beams using multiple antennas in a base station (BS), different data can be simultaneously transmitted to users at different locations.

현재 BDMA 전송기술은 셀룰러시스템을 중심으로 BS 간 백홀망과 BS-MS (mobile station)통신에서 연구가 진행중에 있으며 기존 이동통신주파수 대역 뿐만아니라 고주파 대역에서의 사용도 고려되고 있다. Currently, research on BDMA backhaul network and BS-MS (mobile station) communication is underway in the cellular system, and it is considered to use not only the existing mobile communication frequency band but also the high frequency band.

도 1은 BDMA 전송기술기반의 셀룰러 통신 시스템인 적응적 섹터화(adaptive sectorization)의 예로 현재 시스템의 설계와 성능분석을 위해 적응적 섹터화와 빔 디자인(beam design)이 연구되고 있다. BDMA 전송기술기반의 셀룰러 통신시스템의 기지국은 하향링크에서 각 사용자의 위치를 향하여 다수의 빔을 형성할 수 있으며 같은 주파수로 동시에 여러개의 빔을 사용하여 주파수 효율을 극대화 할 수 있다. FIG. 1 is an example of adaptive sectorization, which is a cellular communication system based on BDMA transmission technology. Adaptive sectoring and beam design are studied for design and performance analysis of the present system. A base station of a cellular communication system based on a BDMA transmission technology can form a plurality of beams toward a location of each user in a downlink and can maximize frequency efficiency by using several beams at the same frequency at the same time.

그러나, 셀룰러시스템에서는 단말의 안테나 크기와 개수 그리고 최대 전송파워의 제약조건으로 인하여 단말에서 BDMA 전송기술의 사용이 어렵다. 또한 셀룰러시스템에서 기지국은 단말의 정확한 위치를 실시간으로 파악하는 것이 어렵기 때문에 기지국에서 단말을 향한 정확한 빔형성에 어려움을 겪는다. However, in the cellular system, it is difficult to use the BDMA transmission technique in the UE due to the constraints of the size and number of antennas and the maximum transmission power of the UE. In the cellular system, since it is difficult for the base station to grasp the exact position of the terminal in real time, the base station experiences difficulty in forming an accurate beam toward the terminal.

반면에 무선 백홀네트워크의 경우에는 소형 기지국의 위치가 정적이고, 상당히 안정적인 시스템이기 때문에 기지국이 소형 기지국의 위치를 정확하게 파악해서 소형 기지국에게 정확한 빔을 형성할 수 있다. 또한, 소형 기지국의 안테나 크기와 개수에는 큰 제약이 없고, 최대 전송파워도 셀룰러시스템의 단말에 비해서 훨씬 크기 때문에 인프라와 소형 기지국에서 모두 BDMA 전송기술을 사용하는 것이 가능하다. 따라서 무선 백홀네트워크에서는 소형 기지국의 위치에 따라서 빔을 형성하여 사용함으로써 수신신호강도를 크게 증가시킬 수 있다. On the other hand, in the case of the wireless backhaul network, since the position of the small base station is static and is a stable system, the base station can accurately grasp the position of the small base station and form an accurate beam to the small base station. In addition, since there is no restriction on the size and number of antennas of a small base station and the maximum transmission power is much larger than that of a cellular system, it is possible to use the BDMA transmission technology in both the infrastructure and the small base station. Therefore, in the wireless backhaul network, the beam strength can be greatly increased by forming a beam according to the position of the small base station.

다중 안테나 접속기술(MIMO)은 무선 통신에 상당한 발전을 가져온 기술로서, 기존 시스템에서 반사파에 의한 페이딩(fading)의 성능 저하를 역으로 이용하여 페이딩을 이용하여 다중경로이득(diversity gain)을 얻음으로써 무선통신의 성능향상에 기여하였다. 또한, 파일럿 신호(pilot signal)을 이용한 채널정보의 획득은 eigenmode 전력전송, waterfilling을 이용한 멀티플렉싱 등의 전송기술에 적용되어 통신용량의 향상을 가져왔다. Multi-antenna connection technology (MIMO) is a technology that has made considerable progress in wireless communication. By using the degradation of the fading due to the reflected wave in the existing system to obtain multipath gain using fading And contributed to the performance improvement of wireless communication. Also, the acquisition of channel information using a pilot signal has been applied to transmission techniques such as eigenmode power transmission and waterfilling multiplexing, thereby improving communication capacity.

하지만, 이러한 다중안테나 기술의 장점에도 불구하고, 구현에는 어려움이 따르게된다. 기존 다중안테나 연구는 단일 편파안테나를 대상으로 이루어지고 있으며, 이를 구현하기 위해서는 안테나 사이에 λ/2(반파장) 이상의 간격이 필요하다. 이는 공기중에서 일반 셀룰러주파수인 2GHz를 대상으로 했을때 7.5cm에 이르는 크기로, 소형 기지국 혹은 모바일 노드의 크기가 점점 소형화된다는 점을 고려했을때 쉽게 구현하기 힘들다. 이에 따라 이중 편파혹은 그 이상의 편파를 가진 다중안테나기술이 고안되었다. 이 기술은 다중안테나에서 나오는 신호의 방사를 직교하도록 설계하여 편파를 구현하는 것으로서 기존의 다중안테나의 위치 다이버시티에 해당하는 편파다이버시티를 얻을 수 있다. However, despite the advantages of this multi-antenna technique, implementation is difficult. Conventional multi-antenna studies are performed on single-polarized antennas. To achieve this, a gap of more than λ / 2 (half wavelength) is required between the antennas. This is not easy to achieve when considering the fact that the size of a small base station or a mobile node is getting smaller as the size of the air is about 7.5 cm when a general cellular frequency of 2 GHz is targeted. Accordingly, a multi-antenna technique with dual polarization or higher polarization has been devised. This technique realizes polarization by designing the radiation of signals from multiple antennas to be orthogonal, so that polarization diversity corresponding to the position diversity of the conventional multiple antennas can be obtained.

도 2는 위와 같은 편파다중안테나의 예시를 도시한 것이다.FIG. 2 illustrates an example of the above-described polarization multiplexing antenna.

하지만, 도 2에서와 같이 편파를 사용하여 전송을 하는 경우, 신호는 여러 번의 반사와 흩어짐현상을 겪게되고, 이에따라 편파의 직교성이 손상되어 각각 서로의 채널에 영향을 주게된다. 이때, 수평과 수직 편파를 사용한 2ㅧ2 다중안테나 시스템에서 자신의 편파가 아닌 다른 편파로 흘러 들어가는 에너지를 직접 측정하여, 원하는 편파방향의 에너지와 다른 편파방향에서 흘러 들어오는 에너지의 비(XPD: cross-polar dicrimination)를 실험적으로 구할 수 있다. However, when the transmission is performed using the polarization as in FIG. 2, the signal undergoes several reflections and scattering phenomenon, and thus the orthogonality of the polarization is impaired, thereby affecting each other's channel. In this case, in the 2 ㅧ 2 multi-antenna system using horizontal and vertical polarizations, the energy flowing into the other polarized wave is measured directly, and the ratio of the energy in the desired polarization direction to the energy flowing in the other polarization direction (XPD: cross -polar dicrimination) can be obtained experimentally.

[표 1] 은 기존 연구에서 LOS(line of sight)(송수신 단말 사이에 장애물이 없는 경우)와 NLOS(송수신 단말 사이에 장애물이 존재하는 경우)상황에서 XPD의 값을 구한 결과이다.[Table 1] shows the results of XPD in the case of LOS (line of sight) (when there is no obstacle between transmitting and receiving terminals) and NLOS (when obstacle exists between transmitting and receiving terminals).

수직편파Vertical polarization 수평편파Horizontal polarization LOSLOS 16.96 dB16.96 dB 14.50 dB14.50 dB NLOSNLOS 8. 58 dB8. 58 dB 8. 29 dB8. 29 dB

[표 1]에서도 확인할 수 있듯이 편파의 방향에 따라서 그리고 송수신 단말이 처한 상황에 따라서 편파감쇄(depolarization) 현상이 다르게 일어나고 있다. 이러한 편파의 성질을 잘 고려하여 편파의 이득을 극대화 할 수 있도록 설계 되어야 한다. 본 발명에서 고려하는 무선 백홀 네트워크의 경우는 LOS 상황을 고려하기 때문에, 이러한 편파 감쇄현상은 크게 나타나지 않을 것으로 보이나, 이러한 편파 사이의 간섭을 고려하여 시스템을 디자인하는 것이 편파를 사용한 무선 통신시스템의 용량을 극대화하는데 필수 요소이다.As can be seen in [Table 1], the depolarization phenomenon occurs differently depending on the polarization direction and the situation where the transmission / reception terminal is located. It should be designed to maximize the gain of polarization by taking into account the nature of such polarization. In the case of the wireless backhaul network considered in the present invention, considering the LOS situation, such a polarization decay phenomenon is not expected to appear largely. However, designing the system considering the interference between the polarizations is not limited to the capacity of the radio communication system using polarization It is an essential element to maximize.

앞서 설명한 바와같이 빔을 사용한 스마트 안테나 시스템에서는 사용자에게 어떻게 빔을 할당해 주어야 하는지에 대한 연구가 주로 연구 되어져 왔다. 동적 시간 할당기술은 빔을 시간을 기반으로 할당하여 시스템 용량을 최대화하였고, 임의 빔선택기술은 시스템 용량을 극대화하기 위하여, 전체 시간을 두 구간으로 나누어, 빔형성구간에 사용자의 정보를 수집하여 빔 포밍벡터를 형성한뒤 전송시간에 데이터를 전송하는 방안을 연구하였다. As described above, researches on how to allocate beams to a user in a smart antenna system using beams have been mainly studied. The dynamic time allocation technique maximizes the system capacity by allocating the beams based on time. In order to maximize the system capacity, the arbitrary beam selection technique divides the total time into two sections, collects user information in the beam forming section, We have studied how to transmit data at transmission time after forming a forming vector.

하지만, 이러한 빔자원 할당기술은 전력을 조절하거나, 스위칭시스템을 이용하는 등, 서비스를 받지 못하는 사용자들이 발생하여 효과적인 이득을 얻어내는데 큰 어려움을 겪고있다. 또한 빔자원이 한정된 상황에서, 빔사이의 간격이 좁고 사용자 혹은 소형 기지국이 많이 존재하는경우, 빔의 부엽(side lobe)의 신호가 간섭으로 작용하여, 네트워크의 용량이 급격히 감소하는 문제가 발생한다. However, such a beam resource allocation technique has a great difficulty in obtaining effective benefits due to users who do not receive services, such as adjusting the power or using a switching system. Also, in a situation where beam resources are limited, when a space between the beams is narrow and there are many users or small base stations, a signal of the side lobe of the beam acts as an interference, and the capacity of the network is rapidly reduced .

이와 경우, 편파를 이용하면 자유도(degree of freedom)가 향상되기 때문에, 이러한 간섭문제를 효과적으로 감소 시킬수 있다. 하나의 빔안에서도 여러 개의 편파이득을 얻을 수 있기 때문이다. 하지만, 이러한 상황에서 빔간의 간섭, 편파간의 간섭, 편파감쇄 등의 성질을 모두 고려하여 사용자에게 빔과편파를 할당해줄 수있는 방안에 대한 연구는 아직까지는 전무한 상황이다.In this case, since the degree of freedom is improved by using the polarization, the interference problem can be effectively reduced. This is because several polarization gains can be obtained in one beam. However, in such a situation, there is no research on a method of assigning a beam and a polarization to a user in consideration of all the properties of beam-to-beam interference, polarization-to-interference, and polarization-attenuation.

대한민국 등록특허번호 10-0713155호 등록일자 2007년 04월 24일에는 단일 원형 편파 안테나를 구비한 레이더 시스템에 관한 기술이 개시되어 있다.Korean Patent No. 10-0713155, filed on Apr. 24, 2007, discloses a technique relating to a radar system having a single circularly polarized antenna.

따라서, 본 발명은 고용량의 전송 기술이 필요한 무선 백홀 네트워크에서, 기지국에 접속하려고 하는 다수의 소형 기지국이 밀집해서 존재하는 경우, 빔을 형성하여 소형 기지국으로 서비스 수행 시 편파를 고려하여 전송 파워와 편파 등의 자원을 할당해 최적의 용량 증대를 얻을 수 있도록 하는 편파 특성을 이용한 빔/편파 자원 할당 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
Therefore, in a wireless backhaul network requiring a high-capacity transmission technique, when a large number of small base stations attempting to access a base station are present in a dense state, a beam is formed and a transmission power and a polarization And a method of allocating a beam / polarization resource using polarization characteristics that can obtain an optimal capacity increase by allocating resources such as a beam / polarization resource.

상술한 본 발명은 무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 시스템으로서, 무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 시스템으로서, 각각의 소형 기지국에 맞는 빔포밍벡터를 산출하여 상기 각각의 소형 기지국에 대응되는 다수의 빔을 형성한 후, 각각의 소형 기지국에 할당된 편파를 이용하여 상기 다수의 빔을 각각의 소형 기지국으로 전송하는 기지국과, 상기 기지국으로부터 다수의 빔이 수신되는 경우 자신에 할당된 편파를 이용하여 자신에게 할당된 빔을 추출하여 수신하는 상기 소형 기지국을 포함한다.A beam / polarization resource allocation system in a wireless backhaul network environment, the system comprising: a beam / polarization resource allocation system in a wireless backhaul network environment that calculates a beamforming vector for each small base station, A base station for transmitting the plurality of beams to each of the small base stations using a polarization assigned to each of the small base stations after the plurality of beams are received from the base station, And the small base station extracts and receives the beam allocated to itself.

또한, 상기 기지국은, 상기 각각의 소형 기지국에 각각 대응되게 계산된 전송 파워를 할당하여 상기 편파를 형성시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the base station allocates transmission power calculated corresponding to each of the small base stations to form the polarized wave.

또한, 상기 기지국이 상기 각각의 소형 기지국으로 할당하는 전송파워는, 0보다는 크고 상기 기지국의 최대전송 파워보다는 작도록 설정되는 것을 특징으로 한다.In addition, the transmission power allocated to each small base station by the base station is set to be larger than 0 and smaller than the maximum transmission power of the base station.

또한, 상기 기지국이 상기 각각의 소형 기지국에 할당하는 전송파워의 합은, 상기 기지국의 최대 전송 파워보다는 작도록 설정되는 것을 특징으로 한다.The sum of the transmission power allocated to each small base station by the base station is set to be smaller than the maximum transmission power of the base station.

또한, 상기 기지국은, 상기 소형 기지국의 수에 대응되는 개수로 상기 다수의 빔을 형성하는 것을 특징으로 한다.The base station is characterized in that the plurality of beams are formed in a number corresponding to the number of the small base stations.

또한, 상기 다수의 빔내 각각의 빔은, 같은 너비와 크기를 가지는 것을 특징으로 한다.Also, each of the beams within the plurality of beams has the same width and size.

또한, 상기 기지국과 소형 기지국간 채널 환경은, LOS(line of sight) 환경인 것을 특징으로 한다.In addition, the channel environment between the base station and the small base station is a line-of-sight (LOS) environment.

또한, 상기 기지국은, 다수의 편파 안테나를 이용하여 상기 다수의 빔을 각각의 소형 기지국으로 송신하는 것을 특징으로 한다.The base station may transmit the plurality of beams to each of the small base stations using a plurality of polarized antennas.

또한, 상기 소형 기지국은, 편파 안테나를 이용하여 상기 다수의 빔으로부터 자신에게 할당된 편파를 가지는 빔을 추출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the small base station extracts a beam having a polarization assigned to itself from the plurality of beams using a polarized antenna.

또한, 본 발명은 무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 방법으로서, 기지국에서 각각의 소형 기지국에 맞는 빔포밍벡터를 산출하여 상기 각각의 소형 기지국에 대응되는 다수의 빔을 형성하는 단계와, 상기 기지국에서 상기 각각의 소형 기지국에 대응되는 편파를 할당하는 단계와, 상기 각각의 소형 기지국에 할당된 편파를 이용하여 상기 다수의 빔을 각각의 소형 기지국으로 전송하는 단계와, 상기 각각의 소형 기지국에서 상기 기지국으로부터 다수의 빔이 수신하는 단계와, 상기 각각의 소형 기지국에서 자신에 할당된 편파를 이용하여 자신에게 할당된 빔을 추출하여 수신하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of allocating a beam / polarization resource in a wireless backhaul network environment, the method comprising: calculating a beamforming vector for each small base station in a base station to form a plurality of beams corresponding to each small base station; Allocating a polarization corresponding to each small base station at a base station; transmitting the plurality of beams to each small base station using a polarization assigned to each small base station; Receiving a plurality of beams from the base station; and extracting and receiving a beam allocated to the small base station by using the polarization allocated to the base station.

또한, 상기 기지국은, 상기 각각의 소형 기지국에 각각 대응되게 계산된 전송 파워를 할당하여 상기 편파를 형성시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the base station allocates transmission power calculated corresponding to each of the small base stations to form the polarized wave.

또한, 상기 기지국이 상기 각각의 소형 기지국으로 할당하는 전송파워는, 0보다는 크고 상기 기지국의 최대전송 파워보다는 작도록 설정되는 것을 특징으로 한다.In addition, the transmission power allocated to each small base station by the base station is set to be larger than 0 and smaller than the maximum transmission power of the base station.

또한, 상기 기지국이 상기 각각의 소형 기지국에 할당하는 전송파워의 합은, 상기 기지국의 최대 전송 파워보다는 작도록 설정되는 것을 특징으로 한다.The sum of the transmission power allocated to each small base station by the base station is set to be smaller than the maximum transmission power of the base station.

또한, 상기 기지국은, 상기 소형 기지국의 수에 대응되는 개수로 상기 다수의 빔을 형성하는 것을 특징으로 한다.The base station is characterized in that the plurality of beams are formed in a number corresponding to the number of the small base stations.

또한, 상기 다수의 빔내 각각의 빔은, 같은 너비와 크기를 가지는 것을 특징으로 한다.Also, each of the beams within the plurality of beams has the same width and size.

또한, 상기 기지국과 소형 기지국간 채널 환경은, LOS 환경인 것을 특징으로 한다. In addition, the channel environment between the base station and the small base station is an LOS environment.

또한, 상기 기지국은, 다수의 편파 안테나를 이용하여 상기 다수의 빔을 각각의 소형 기지국으로 전송하는 것을 특징으로 한다.The base station may transmit the plurality of beams to each of the small base stations using a plurality of polarized antennas.

또한, 상기 소형 기지국은, 편파 안테나를 이용하여 상기 다수의 빔으로부터 자신에게 할당된 편파를 가지는 빔을 추출하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the small base station extracts a beam having a polarization assigned to itself from the plurality of beams using a polarized antenna.

본 발명에서는 고용량의 전송 기술이 필요한 무선 백홀 네트워크에서, 편파 특성을 이용한 빔/편파 자원 할당 방법에 있어서, 기지국에 접속하려고 하는 다수의 소형 기지국이 밀집해서 존재하는 경우, 빔을 형성하여 소형 기지국로 서비스 수행 시 편파를 고려하여 전송 파워와 편파 등의 자원을 할당해 최적의 용량 증대를 얻을 수 있도록 하는 이점이 있다.In the present invention, in a method of allocating a beam / polarization resource using a polarization characteristic in a wireless backhaul network requiring a high-capacity transmission technique, when a large number of small base stations to be connected to a base station exist in a concentrated manner, It is advantageous to allocate resources such as transmission power and polarization in consideration of polarization in performing a service, thereby obtaining an optimal capacity increase.

또한, 본 발명에서 제안하는빔 기반의 편파 특성을 고려한 자원할당 방안을 통해 기존의 통신용량에 비해 월등히 증대된 통신용량을 가진 통신 서비스를 가능하게 하는 이점이 있다.
In addition, through the resource allocation scheme considering the polarization-based characteristics of the beam-based system proposed in the present invention, there is an advantage that a communication service having a communication capacity greatly increased compared to the existing communication capacity can be realized.

도 1은 종래 BDMA 전송기술을 사용한 통신 시스템 구성도,
도 2는 종래 편파를 이용한 다중 안테나 예시도,
도 3은 무선 백홀 네트워크에서 빔의 부엽으로 인한 간섭 개념도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 백홀 네트워크에서 편파를 사용한 빔할당 개념도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 소형 기지국의 개수에 따른 전송실패확률 그래프 예시도.
1 is a diagram illustrating a communication system using a conventional BDMA transmission technology,
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of multiple antennas using conventional polarization,
3 is a conceptual diagram of an interference due to a side lobe of a beam in a wireless backhaul network,
4 is a conceptual diagram of beam allocation using polarization in a wireless backhaul network according to an embodiment of the present invention,
5 is a graph illustrating a transmission failure probability graph according to the number of small base stations according to an embodiment of the present invention;

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, the operation principle of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intentions or customs of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

기존의 셀룰러 통신 시스템은, 전방향성 안테나를 기반으로 사용자들에게 서비스를 지원해 줌으로서 이동성에 효과적으로 반응하며, 간단한 인터넷 검색과 애플리케이션 등의 서비스를 제공하고 있다. 하지만, 셀룰러시스템과 더불어 hot-spot 지역에 대용량의 무선 자원을 서비스해주기 위한 WLAN, 펨토셀(femto cell) 등이 혼재되어 있어 사용자의 혼란 또한 가중되고 있다. 이에, 각 망의 특성을 살리면서 단말 중심의 소형 기지국 협력을 통해 원하는 서비스 용량을 제공하기 위해 다양한 네트워크가 유기적으로 구성되는 새로운 통합적인망을 제공해 줄 필요가 있다. 하지만 이러한 상황에서 WLAN, 펨토셀과 같은 소형셀들을 모두 광케이블로 연결하는데에 한계가 있기 때문에 경제적인 측면에서 무선으로 백홀을 구성하는 것이 필요하다.Conventional cellular communication systems provide services to users based on omnidirectional antennas, thereby effectively responding to mobility and providing services such as simple Internet search and applications. However, users are confused because of the mixed system of WLAN, femtocell, and so on to provide a large amount of wireless resources to the hot-spot area in addition to the cellular system. Therefore, it is necessary to provide a new integrated network in which various networks are organized organically in order to provide a desired service capacity through cooperation of small-sized base stations, while taking advantage of the characteristics of each network. However, in such a situation, it is necessary to construct a backhaul wirelessly from the viewpoint of economy because there is a limitation in connecting all small cells such as WLAN and femtocell to optical fiber.

이러한 무선 백홀네트워크에서 비교적 큰 용량을 가지는 기지국에서는 빔기반 패턴/편파기술을 사용하여 무선 백홀네트워크의 하위레벨에 존재하는 소형 기지국에게 효과적으로 패턴/편파자원을 할당함으로서 고용량 네트워크의 구현이 가능하도록한다. 이는 3D 증강현실, 실시간 멀티미디어(multimedia) 스트림서비스(stream service)와 같은 거대 트래픽서비스(traffic service)가 요구되는 상황에서 기존의 이동통신 시스템의 용량을 크게 개선하여 양질의 서비스 제공을 가능하게 할것이다In a base station having a relatively large capacity in such a wireless backhaul network, a high-capacity network can be implemented by effectively allocating pattern / polarization resources to a small base station existing at a lower level of a wireless backhaul network using a beam-based pattern / polarization technique. In the situation where a large traffic service such as a 3D augmented reality and a real-time multimedia stream service is required, the capacity of the existing mobile communication system will be greatly improved and a high-quality service can be provided

본 발명에서 제안하는 네트워크는 기지국과 소형 기지국, 그리고 사용자단말로 이루어져있다. 기지국은 유선으로 연결되어 있어 다수의 소형 기지국간의 무선자원을 관리하는 극다중 안테나노드이고, 소형 기지국은 다수의 단말에 엑세스 네트워크를 제공하는 중간 계층의 안테나노드로서, 무선단말은 소형 기지국을 지나 기지국를 거쳐 다른 네크워크와 통신을 수행하게된다. 이런 상황에서 기지국과 소형 기지국사이에는 무선 백홀네트워크가 형성되게 되는데 이러한 무선 백홀망은 앞서 말한 빔기반의 패턴/편파기술을 적용하여 용량을 극대화시킨다. 특히, 편파기술은 하나의 빔안에서, 여러 개의 편파 안테나를 이용하여, 서로 독립적으로 송수신이 가능하도록 만들어진 기술이다. 따라서 같은 주파수, 같은 빔안에 있다고 하더라도, 편파기술을 이용하면 여러 개의 사용자가 동시에 사용할 수 있게 되는 것이다.The network proposed in the present invention comprises a base station, a small base station, and a user terminal. A base station is a multi-antenna node that is connected by wire and manages radio resources among a plurality of small base stations. A small base station is an intermediate node of an intermediate layer that provides an access network to a plurality of terminals. And then communicates with other networks. In this situation, a wireless backhaul network is formed between the base station and the small base station. The wireless backhaul network maximizes the capacity by applying the aforementioned beam-based pattern / polarization technique. Particularly, the polarization technique is a technique that enables transmission and reception independently of each other using a plurality of polarized antennas in one beam. Therefore, even if they are in the same frequency and in the same beam, the use of polarization technology allows multiple users to use it at the same time.

전방향성 안테나가 아닌 빔을 사용한 무선 네트워크에서는 빔을 형성하고 할당하는 문제가 가장 큰이슈로 부각되고 있다. 본 발명에서는 편파를 고려한 빔기반 무선 백홀시스템에서의 편파와 빔의 할당방안을 제안한다. 이때, 기존의 빔을 형성하는 방안 중에서 본 발명에서는 비교적 복잡도가 적은 빔스위칭 시스템을 고려할 수 있다. 이와 같은 어떤 빔을 할당할지 계산하는 시간이 비교적 작고, 정해진 빔을 사용한다는 점에서 비교적 정적인 무선 백홀시스템에 적합한 빔형성 알고리즘으로 판단된다. The problem of forming and assigning beams in wireless networks using beams rather than omnidirectional antennas is becoming the biggest issue. The present invention proposes polarization and beam allocation schemes in a beam-based wireless backhaul system considering polarization. At this time, in the present invention, a beam switching system having relatively low complexity can be considered as a method of forming an existing beam. It is judged that the beam forming algorithm is suitable for a relatively static wireless backhaul system in that the time to calculate such a beam allocation is relatively small and uses a predetermined beam.

또한, 본 발명에서는 빔을 서비스해줄 때, 같은 빔하나를 편파를 이용하여 서비스해줌으로서 하나의 빔안에서 간섭을 최소화할수 있도록 설계 하였으며, 단순히 임계값을 정해놓고 그것을 만족하는 것이 아닌 시스템적인 전송실패확률을 구하여 그 확률이 최소화할수 있도록 설계하였고, 그 성능을 검증하였다.Also, in the present invention, when serving a beam, it is designed to minimize interference within one beam by serving one of the same beams using a polarization, and it is designed not only to satisfy a threshold value but also to satisfy a systematic transmission failure probability And its performance is verified.

본 발명에서는 도 3에 보이는 것과 같은 고정된 빔기반 빔스위칭시스템을 고려한다. 기지국(100)의 고정된 선형 안테나 배열시스템에서는 고정된 개수의 빔(101)을 형성하게 되며, 각각의 빔을 소형 기지국(102)에게 맞게 형성하여 서비스를 제공하게 된다. 이때, 기지국(100)과 소형 기지국(102)의 채널환경은 LOS(line of sight) 환경을 가정하고, 소형 기지국(102)은 이동성이 없다고 가정할 수 있다. In the present invention, a fixed beam-based beam switching system as shown in Fig. 3 is considered. In the fixed linear antenna array system of the base station 100, a fixed number of beams 101 are formed, and each beam is tailored to the small base station 102 to provide service. At this time, it can be assumed that the channel environment of the base station 100 and the small base station 102 is assumed to be a line of sight (LOS) environment, and that the small base station 102 has no mobility.

또한, 각각의 빔은 같은 너비와 크기를 가진다고 가정하고, 소형 기지국(102)은 임의로 형성된다고 가정할 수 있다. 이때, 소형 기지국(102)의 위치가 일단 형성되면 소형 기지국(102)의 위치는 변하지 않기 때문에 각각의 소형 기지국(102)에 맞는 빔포밍 벡터(beam forming vector)를 형성할 수 있다. It is also assumed that each beam has the same width and size, and that the small base station 102 is arbitrarily formed. At this time, since the position of the small base station 102 is not changed once the position of the small base station 102 is formed, a beam forming vector suitable for each small base station 102 can be formed.

하지만, 여기서 발생하는 심각한 문제는 이렇게 형성된 빔간의 간섭이다. 빔의 부엽은 인접한 빔이 서비스를 수행하는데 심한 간섭을 일으킨다. 이를 위해 종래에는 빔스케줄링을 통해 나누어줌으로써 위와 같은 간섭을 해결하고자 하는 시도가 있었다. 그러나, 이와 같은 경우 간섭을 고려한다 하더라도 하나의 빔안에 다수의 소형 기지국이 존재할때는 자신을 서비스해주는 빔자체가 스케줄링의 우선권에서 밀리는 결과를 초래할 수 있다. However, the serious problem that arises here is the interference between the formed beams. The side lobe of the beam causes severe interference in the adjacent beam to perform the service. For this purpose, there has been an attempt to solve the above-mentioned interference by dividing through beam scheduling. However, even if interference is considered in such a case, when there are a plurality of small base stations in one beam, the beam serving itself may be out of the priority of scheduling.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 백홀 네트워크에서 편파를 사용한 빔할당 개념을 도시한 것이다.4 illustrates a concept of beam allocation using polarization in a wireless backhaul network according to an embodiment of the present invention.

즉, 각각의 빔에 의한 간섭이 존재하는 상황에서 기지국(100)에서 효율적으로 소형 기지국(102)에게 빔자원을 모두 줄 수 있는 방법은 위 도 4에서와 같이 편파를 이용하는 방법이 가장 효과적일 수 있다. That is, in the case where there is interference due to each beam, the method of efficiently providing the beam resources to the small base station 102 in the base station 100 may be most effective in the method using the polarization as shown in FIG. 4 have.

즉, 편파안테나(104)를 이용하였을 때 다른 편파의 신호는 간섭으로 간주되지 않으므로 신호 및 간섭신호대잡음비(SINR: Signal and Interference-to-Noise Ratio) 성능이 크게 향상되어 결국 시스템 용량의 증대를 가져온다.That is, when the polarized antenna 104 is used, signals of other polarized waves are not regarded as interference, so that the signal and interference-to-noise ratio (SINR) performance is greatly improved and eventually the system capacity is increased .

한편, 본 발명에서는 임의의 소형 기지국(102)이 자신이 선택한 빔을 자신의 신호로 보고, 다른 소형 기지국을 서비스해주는 빔을 간섭신호로 보았을때, 시스템 전체에서의 전송실패확률(outage probability)을 수학적인 방법으로 구하여, 그 값을 최소화하는 알고리즘을 제안한다. 이때, 전자기장을 이용한 편파는 새로운 차원을 제공하여, 스케줄링의 도움 없이 빔을 이용할 수 있게 한다. In the present invention, when an arbitrary small base station 102 sees a beam selected by itself as its own signal and a beam serving as another small base station as an interference signal, the transmission failure probability We propose an algorithm that minimizes the value obtained by mathematical methods. At this time, polarization using an electromagnetic field provides a new dimension, enabling the beam to be used without the aid of scheduling.

예를 들어, 한 빔안에 두 개의 인접한 소형 기지국(102)이 존재한다고 가정해보자. 기존의 편파를 사용하지 않는다면 시간을 쪼개어 두 개의 노드에 전송을 해야하지만, 편파를 사용하면 각각을 한 시각에 동시에 서비스해줄 수 있다. 이때, 각각의 편파 사이에 존재하는 편파감쇄를 고려하고, 빔간의 간섭을 효과적으로 표현하여 최적의빔/편파자원의 할당을 구현하는 것이 필요하다.For example, suppose there are two adjacent small base stations 102 in a beam. If you do not use the existing polarization, you have to split the time and transmit to the two nodes, but with polarization you can service each one at the same time. At this time, it is necessary to consider the polarization attenuation existing between the respective polarized waves and to effectively represent the interference between the beams to realize the allocation of the optimum beam / polarization resources.

본 발명에서 제안하는 BDMA 전송기술 기반의 무선 백홀네트워크 시스템 환경은 총n개의 소형 기지국(102)이 기지국(100)의 서비스 커버리지내에 존재하며 소형 기지국의 집합은 N={1, ... ,n} 으로 정의할 수 있다. In the wireless backhaul network system environment based on the BDMA transmission technology proposed in the present invention, a total of n small base stations 102 exist in the service coverage of the base station 100, and a set of small base stations is N = {1, ..., n }.

이와 같은 경우 자원할당은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 인프라는 총m개의 빔과 p개의 편파를 제공할 수 있고, 따라서 기지국(100)의 빔자원의 집합은

Figure 112012099155646-pat00001
으로 정의될 수 있다. 따라서 무선 백홀네트워크에서 자원할당은 기지국(100)이 소형 기지국i에 전송 파워(transmission power)(
Figure 112012099155646-pat00002
)를 할당하여 빔j의 편파k(
Figure 112012099155646-pat00003
)을 형성하는 것이다. In such a case, the resource allocation can be made as follows. The infrastructure may provide a total of m beams and p polarizations, so that the set of beam resources of the base station 100
Figure 112012099155646-pat00001
. ≪ / RTI > Therefore, the resource allocation in the wireless backhaul network is performed such that the base station 100 transmits transmission power (i. E.
Figure 112012099155646-pat00002
) To assign the polarization k (
Figure 112012099155646-pat00003
).

자원할당시에 인프라가 소형 기지국i로 할당하는 전송파워(

Figure 112012099155646-pat00004
)는 아래의 [수학식1]과, [수학식 2]에서와 같으며, 두 개의 파워 제약(power constraint)를 만족해야한다. At the time of resource allocation, the transmission power allocated by the infrastructure to the small base station i (
Figure 112012099155646-pat00004
Is the same as in Equations (1) and (2) below, and must satisfy two power constraints.

Figure 112012099155646-pat00005
Figure 112012099155646-pat00005

Figure 112012099155646-pat00006
Figure 112012099155646-pat00006

첫 번째 power constraint는 기지국(100)이 각각의 소형 기지국(102)에 할당한 전송 파워 (

Figure 112012099155646-pat00007
)가 0 보다는 크고 기지국(100)의 최대전송 파워
Figure 112012099155646-pat00008
보다는 작아야 한다는 것이다. 두 번째 power constraint는 기지국(100)이 소형 기지국(102)에 할당한 전송파워의 합은 기지국(100)의 최대전송 파워
Figure 112012099155646-pat00009
보다는 작아야 한다는 것이다. The first power constraint is a power constraint that the base station 100 assigns to each small base station 102 the transmit power
Figure 112012099155646-pat00007
) Is greater than 0 and the maximum transmission power of the base station 100
Figure 112012099155646-pat00008
. The second power constraint is that the sum of the transmission power allocated to the small base station 102 by the base station 100 is the maximum transmission power of the base station 100
Figure 112012099155646-pat00009
.

본 발명의 제안방안에서는 기지국(100)과 소형 기지국(102) 사이의 채널은 경로 손실 모델(path loss model)과 안테나 모델을 고려한다. 따라서 대상 소형 기지국(102)에 할당된 빔과 임의의 소형 기지국 i사이의 각도

Figure 112012099155646-pat00010
가 결정되면 간섭 채널의 이득을 구할 수 있다. 따라서 임의의 빔과편파에 파워가 할당 되었을때 그 사이의 각도를 이용하여 자신의 파워와 다른 소형 기지국에 할당된 파워를 계산하여, 채널용량을 구하게 되고 그러한 채널용량을 최대화하는 빔과편파를 할당하게 된다.In the proposed method of the present invention, the channel between the base station 100 and the small base station 102 considers the path loss model and the antenna model. Thus, the angle between the beam assigned to the target small base station 102 and any small base station i
Figure 112012099155646-pat00010
The gain of the interference channel can be obtained. Therefore, when power is allocated to arbitrary beams and polarizations, the power allocated to the small base station is calculated by using the angle between the power and the power, and the channel capacity is obtained. The beam and polarization are allocated to maximize the channel capacity .

한편, BDMA 전송기술에서 안테나모델은 아래와 같은 [수학식 3]으로 표현될 수 있다.Meanwhile, the antenna model in the BDMA transmission technique can be expressed by the following Equation (3).

Figure 112012099155646-pat00011
Figure 112012099155646-pat00011

이때,

Figure 112012099155646-pat00012
는 대상빔의 방향과 다른빔 방향의 각도,
Figure 112012099155646-pat00013
는 신호가 3dB 감쇠되는beam-width,
Figure 112012099155646-pat00014
은 최대 감쇠값, 그리고
Figure 112012099155646-pat00015
은 안테나 이득을 나타낸다. 따라서 안테나 모델의 이득은 빔방향과 다른 빔방향사이의 각도인
Figure 112012099155646-pat00016
에 따라 결정되며 이때 편파와 편파 사이의 간섭은 실험적으로 구해진 XPD 값을 사용하여 모델링한다.At this time,
Figure 112012099155646-pat00012
Is the angle of the beam direction with respect to the direction of the object beam,
Figure 112012099155646-pat00013
Is the beam-width at which the signal is attenuated by 3 dB,
Figure 112012099155646-pat00014
Is the maximum attenuation value, and
Figure 112012099155646-pat00015
Represents the antenna gain. Thus the gain of the antenna model is the angle between the beam direction and the other beam direction
Figure 112012099155646-pat00016
Where the interference between polarization and polarization is modeled using the experimentally obtained XPD value.

도 5는 제안한 방안을 편파의 차원 확장에 따라 시뮬레이션을 수행한 결과를보여준 것이다. FIG. 5 shows a simulation result of the proposed scheme according to the dimension expansion of polarization.

위 도 5의 나타난 결과는, 하나의 120ㅀ섹터안에 랜덤하게 생성되어 존재하는 소형 기지국의 개수증가에 따른 전송실패확률을 나타낸다. 고정된 6개의 빔이 존재할때, 각각의 3dB 각도는 17.5도이며, 3GPP 표준에서 사용하는 빔형성 알고리즘을 사용하였다. 5 shows the transmission failure probability according to an increase in the number of small base stations randomly generated in a 120-sector sector. When there are six fixed beams, each 3dB angle is 17.5 degrees, and the beamforming algorithm used in the 3GPP standard is used.

편파의 이득을 극대화하기 위하여, 빔내에 편파를 지원할 경우는 편파를 이용하여, 서로 겹치지 않게 전송할 수 있다고 가정하였고, 두 개의 겹치지 않는 편파를 갖는 안테나의 경우는 이중 편파안테나로, 세 개의 편파를 갖는 경우 삼중 편파안테나로 표시하였다. In order to maximize the gain of the polarization, it is assumed that the polarization can be transmitted in a non-overlapping manner when polarization is supported in the beam. In the case of an antenna having two non-overlapping polarizations, The triple-polarized antenna is indicated.

위 도 5의 결과에서 알 수 있듯이, 기존의 편파를 고려하지 않은 빔포밍기반의 알고리즘에서는 소형 기지국의 개수가 증가함에 따라서 전송실패확률이 극심하게 증가하는 것을 볼 수 있다. 하지만 편파안테나를 사용함으로서, 사용자의 증가에 따른 전송실패확률의 증가를 크게 완화할 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 제공할 수 있는 차원이 많은 안테나(편파계수가 높은안테나)일수록 밀집된 환경에서의 전송실패확률은 더 효과적으로 낮아지는 것을 확인할 수 있다.As can be seen from the results of FIG. 5, in the beamforming-based algorithm which does not consider the existing polarization, the probability of transmission failure increases drastically as the number of small base stations increases. However, by using the polarized antenna, it can be seen that the increase of the transmission failure probability due to the increase of the users can be greatly alleviated. It can be seen that the probability of transmission failure in a dense environment is more effectively decreased with an antenna having a high dimensionality (an antenna having a high polarization factor).

본 발명에서는 기지국과 소형 기지국으로 이루어진 차세대 무선 백홀시스템에서 빔 선택 알고리즘을 제안하였다. 소형 기지국이 집적되어 있고, 빔이 집적되어야하는 상황에서 빔간의 간섭은 시스템 용량의 간섭을 가지고 온다. 하지만 본 발명의 제안 방안에서는 전자기장 편파시스템을 적용하여, 소형 기지국의 밀도가 높은 상황에서도 효과적인 서비스를 제공할 수 있도록 설계하였다. 기지국이 소형 기지국에 초고주파를 이용하여 전송을 하게되는 무선 백홀네트워크의 특성을 고려하면, 소형 기지국은 고정되어 안정적인 연결을 유지해야 유선을 대신할 백홀네트워크의 역할에 맞는 고용량서비스를 보장할 수 있다. 또한, 현실적인빔의 할당이 이루어지기위해서, 이미 계산된 빔포밍벡터를 사용할 수 있도록 빔스위칭 시스템을 고려하였다. In the present invention, a beam selection algorithm is proposed in a next generation wireless backhaul system including a base station and a small base station. In the situation where small base stations are integrated and the beam has to be integrated, the interference between the beams brings the interference of the system capacity. However, in the proposed method of the present invention, an electromagnetic field polarized wave system is designed to provide an efficient service even in a high density of small base stations. Considering the characteristics of a wireless backhaul network in which a base station transmits a small-sized base station using a very high frequency, a small-sized base station is required to maintain a stable connection so that a high-capacity service corresponding to the role of a backhaul network can be guaranteed. Further, in order to realize realistic beam allocation, a beam switching system is considered so that the already calculated beam forming vectors can be used.

편파시스템을 적용 하였을때, 기존에 할당할 수 있는 자원보다 자유도가 높은 선택권이 주어지게 된다. 간단한 시뮬레이션결과를 통하여 소형 기지국이 임의의 확률로 빔스위칭시스템에 뿌려진 상황에서 가장 가까운 빔을 선택해 편파를 고려하여 빔을 제공하는 시스템이 기존의 단일 편파시스템에 비하여 대략 60% 이상의 효율증대를 보이는 것을 확인하였다. When a polarization system is applied, an option with a higher degree of freedom is given to the resource that can be allocated. Simulation results show that a system that selects a nearest beam and provides a beam considering the polarization in a situation where a small base station is scattered in a beam switching system at an arbitrary probability shows an efficiency increase of about 60% or more as compared with a conventional single polarization system Respectively.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 고용량의 전송 기술이 필요한 무선 백홀 네트워크에서, 편파 특성을 이용한 빔/편파 자원 할당 방법에 있어서, 기지국에 접속하려고 하는 다수의 소형 기지국이 밀집해서 존재하는 경우, 빔을 형성하여 소형 기지국으로 서비스 수행 시 편파를 고려하여 전송 파워와 편파 등의 자원을 할당해 최적의 용량 증대를 얻을 수 있도록 한다. 또한, 본 발명에서 제안하는빔 기반의 편파 특성을 고려한 자원할당 방안을 통해 기존의 통신용량에 비해 월등히 증대된 통신용량을 가진 통신 서비스를 가능하게 할 수 있다.As described above, according to the present invention, in a method of allocating a beam / polarization resource using a polarization characteristic in a wireless backhaul network requiring a high-capacity transmission technique, when a large number of small base stations to be connected to a base station exist in a concentrated manner, Therefore, considering the polarization, it is possible to allocate resources such as transmission power and polarization to achieve optimal capacity increase. Also, through the resource allocation scheme considering the polarization-based characteristics of the beam-based system proposed in the present invention, it is possible to realize a communication service having a communication capacity greatly increased compared to the existing communication capacity.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the scope of the invention should not be limited by the described embodiments but should be defined by the appended claims.

100 : 기지국 102 : 소형 기지국
104 : 편파 안테나
100: base station 102: small base station
104: polarized antenna

Claims (18)

무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 시스템으로서,
각각의 소형 기지국에 맞는 빔포밍벡터를 산출하여 상기 각각의 소형 기지국에 대응되는 다수의 빔을 형성한 후, 각각의 소형 기지국에 할당된 편파를 이용하여 상기 다수의 빔을 각각의 소형 기지국으로 전송하는 기지국과,
상기 기지국으로부터 다수의 빔이 수신되는 경우 자신에 할당된 편파를 이용하여 자신에게 할당된 빔을 추출하여 수신하는 상기 소형 기지국을 포함하며,
상기 기지국은,
상기 각각의 소형 기지국에 각각 대응되게 계산된 전송 파워를 할당하여 상기 편파를 형성시키고, 다수의 편파 안테나를 이용하여 상기 다수의 빔을 각각의 소형 기지국으로 송신하는 것을 특징으로 하는 무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 시스템.
A beam / polarization resource allocation system in a wireless backhaul network environment,
A beamforming vector corresponding to each small base station is calculated to form a plurality of beams corresponding to the respective small base stations and then the plurality of beams are transmitted to each small base station using the polarization allocated to each small base station A base station,
And a small base station for extracting and receiving a beam allocated to itself by using a polarization assigned to itself when a plurality of beams are received from the base station,
The base station comprises:
Wherein the base station allocates transmission power calculated corresponding to each of the small base stations to form the polarized wave and transmits the plurality of beams to each small base station using a plurality of polarized antennas. Beam / polarization resource allocation system.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 기지국이 상기 각각의 소형 기지국으로 할당하는 전송파워는, 0보다는 크고 상기 기지국의 최대전송 파워보다는 작도록 설정되는 것을 특징으로 하는 무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the transmission power allocated by the base station to each of the small base stations is set to be larger than 0 and smaller than a maximum transmission power of the base station.
제 3 항에 있어서,
상기 기지국이 상기 각각의 소형 기지국에 할당하는 전송파워의 합은,
상기 기지국의 최대 전송 파워보다는 작도록 설정되는 것을 특징으로 하는 무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 시스템.
The method of claim 3,
The sum of the transmission powers allocated to the respective small base stations by the base station,
And is set to be smaller than a maximum transmission power of the base station.
제 1 항에 있어서,
상기 기지국은,
상기 소형 기지국의 수에 대응되는 개수로 상기 다수의 빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 시스템.
The method according to claim 1,
The base station comprises:
And the plurality of beams are formed in a number corresponding to the number of the small base stations.
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 빔내 각각의 빔은,
같은 너비와 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 시스템.
The method according to claim 1,
Each beam in the plurality of beams comprising:
Wherein the bandwidth and the size of the beam / polarization resource allocation in the wireless backhaul network environment are the same.
제 1 항에 있어서,
상기 기지국과 소형 기지국간 채널 환경은,
LOS(line of sight) 환경인 것을 특징으로 하는 무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 시스템.
The method according to claim 1,
The channel environment between the base station and the small-
LOS (line of sight) environment in a wireless backhaul network environment.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 소형 기지국은,
편파 안테나를 이용하여 상기 다수의 빔으로부터 자신에게 할당된 편파를 가지는 빔을 추출하는 것을 특징으로 하는 무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 시스템.
The method according to claim 1,
The small-
And extracting a beam having a polarization assigned to itself from the plurality of beams using a polarized antenna.
무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 방법으로서,
기지국에서 각각의 소형 기지국에 맞는 빔포밍벡터를 산출하여 상기 각각의 소형 기지국에 대응되는 다수의 빔을 형성하는 단계와,
상기 기지국에서 상기 각각의 소형 기지국에 대응되는 편파를 할당하는 단계와,
상기 각각의 소형 기지국에 할당된 편파를 이용하여 상기 다수의 빔을 각각의 소형 기지국으로 전송하는 단계와,
상기 각각의 소형 기지국에서 상기 기지국으로부터 다수의 빔이 수신하는 단계와,
상기 각각의 소형 기지국에서 자신에 할당된 편파를 이용하여 자신에게 할당된 빔을 추출하여 수신하는 단계를 포함하며,
상기 기지국은,
상기 각각의 소형 기지국에 각각 대응되게 계산된 전송 파워를 할당하여 상기 편파를 형성시키고, 다수의 편파 안테나를 이용하여 상기 다수의 빔을 각각의 소형 기지국으로 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 방법.
A method of allocating beam / polarization resources in a wireless backhaul network environment,
Calculating a beamforming vector for each small base station in a base station to form a plurality of beams corresponding to the respective small base stations,
Allocating a polarization corresponding to each of the small base stations at the base station;
Transmitting the plurality of beams to each small base station using a polarization assigned to each small base station;
Receiving a plurality of beams from the base station at each of the small base stations;
And extracting and receiving a beam allocated to the small base station by using the polarization allocated to the small base station,
The base station comprises:
Wherein the mobile station allocates transmission power calculated corresponding to each of the small base stations to form the polarized wave and transmits the plurality of beams to each of the small base stations using a plurality of polarized antennas. Beam / polarization resource allocation method.
삭제delete 제 10 항에 있어서,
상기 기지국이 상기 각각의 소형 기지국으로 할당하는 전송파워는, 0보다는 크고 상기 기지국의 최대전송 파워보다는 작도록 설정되는 것을 특징으로 하는 무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the transmission power allocated by the base station to each of the small base stations is set to be larger than 0 and smaller than a maximum transmission power of the base station.
제 12 항에 있어서,
상기 기지국이 상기 각각의 소형 기지국에 할당하는 전송파워의 합은,
상기 기지국의 최대 전송 파워보다는 작도록 설정되는 것을 특징으로 하는 무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 방법.
13. The method of claim 12,
The sum of the transmission powers allocated to the respective small base stations by the base station,
Wherein the transmission power is set to be smaller than a maximum transmission power of the base station.
제 10 항에 있어서,
상기 기지국은,
상기 소형 기지국의 수에 대응되는 개수로 상기 다수의 빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 방법.
11. The method of claim 10,
The base station comprises:
And forming the plurality of beams in a number corresponding to the number of the small base stations.
제 10 항에 있어서,
상기 다수의 빔내 각각의 빔은,
같은 너비와 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 방법.
11. The method of claim 10,
Each beam in the plurality of beams comprising:
Wherein the bandwidth and the size are the same.
제 10 항에 있어서,
상기 기지국과 소형 기지국간 채널 환경은,
LOS 환경인 것을 특징으로 하는 무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 방법.
11. The method of claim 10,
The channel environment between the base station and the small-
LOS environment in a wireless backhaul network environment.
삭제delete 제 10 항에 있어서,
상기 소형 기지국은,
편파 안테나를 이용하여 상기 다수의 빔으로부터 자신에게 할당된 편파를 가지는 빔을 추출하는 것을 특징으로 하는 무선 백홀 네트워크 환경에서 빔/편파 자원 할당 방법.
11. The method of claim 10,
The small-
And extracting a beam having a polarization assigned to itself from the plurality of beams using a polarized antenna.
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