KR102364641B1 - 빔포밍 통신 시스템의 단말에서 빔 운용 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스 (예를 들어, 스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 헬스 케어, 디지털 교육, 소매업, 보안 및 안전 관련 서비스 등)에 적용될 수 있다. 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 이동 통신 시스템의 단말의 통신 방법은 상기 단말의 상기 단말의 이동 속력 정보를 획득하는 단계; 상기 이동 속력 정보를 기반으로 수신빔 후보군을 결정하는 단계; 및 상기 수신빔 후보군 중 신호 수신을 위한 수신 빔을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

빔포밍 통신 시스템의 단말에서 빔 운용 방법 및 장치 {Method and apparatus for management a beam in a beamforming communication system}
본 명세서의 실시 예는 빔포밍을 이용한 무선 통신 시스템의 단말에서 빔 운용 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본원 발명은 빔포밍 통신 시스템의 단말에서 단말의 상태에 따라 수신 빔 선택을 적응적으로 수행할 수 있는 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술인 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
이와 같은 통신 시스템에서 송수신 성능을 향상시키기 위해 복수개의 안테나를 사용하여 빔포밍을 수행할 수 있다. 이와 같은 빔포밍은 다수의 안테나를 사용하는 Massive MIMO 시스템에서도 수행될 수 있다. 이와 같은 빔포밍을 수행하기 위해서 송신 및 수신 중 적어도 하나에 사용하는 빔을 선택해야 하고, 사용 가능한 빔의 개수가 증가할수록 빔 선택을 위해 최적 빔을 선택하기 위한 측정 및 판단 단계의 복잡도 역시 증가할 수 있다. 따라서 빔 선택을 효과적으로 수행할 수 있는 방법 및 장치가 요구 된다.
본 명세서의 실시 예는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 빔포밍을 사용하는 무선 통신 시스템에서 효과적으로 통신을 수행하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 보다 구체적으로 단말 관련 정보를 기반으로 효과적인 수신 빔을 선택하기 위한 방법 및 장치를 제공할 수 있으며, 이와 같은 방법 및 장치는 단말 관련 정보를 기반으로 빔 선택을 수행함으로써 효과적으로 수행될 수 있다.
상술한 과제를 달성하기 위하여, 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 이동 통신 시스템의 단말의 통신 방법은 상기 단말의 이동 속력 정보를 획득하는 단계; 상기 이동 속력 정보를 기반으로 수신빔 후보군을 결정하는 단계; 및 상기 수신빔 후보군 중 신호 수신을 위한 수신 빔을 결정하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 다른 실시 예에 따르는 이동 통신 시스템의 단말은 송수신부; 및 상기 송수신부와 연결되며, 상기 단말의 이동 속력 정보를 획득하고, 이동 속력 정보를 기반으로 수신빔 후보군을 결정하고, 상기 수신빔 후보군 중 신호 수신을 위한 수신 빔을 결정하는 제어부를 포함한다.
본 명세서의 실시 예에 따르면 빔포밍 무선 통신 시스템에서 신호 송수신 성능이 향상될 수 있다. 보다 구체적으로 단말의 정보를 기반으로 단말이 수신 빔 선택을 위한 빔 후보군을 결정함으로써 보다 효과적인 후보군 선택이 가능하며, 후보군의 숫자를 최적화 함으로써 빔 선택을 위한 측정 및 판단 시간을 줄이 통신 성능 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 통신 시스템의 빔포밍에 따른 수신 이득(gain)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 단말의 활동 상태에 따른 회전 변화 정도를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 명세서의 실시 예에 따른 수신 빔을 결정하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 명세서의 실시 예에 따른 수신 빔을 결정하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 명세서의 실시 예에 따른 단말의 위치 정보를 기반으로 이동 방향 정보를 획득하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 명세서의 실시 예에 따른 단말의 상태를 기반으로 수신 빔 후보군을 결정하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 명세서의 실시 예에 따른 기준 빔 및 수신빔 후보군을 결정하기 위한 도면이다.
도 8은 본 명세서의 실시 예에 따른 단말을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
또한 실시 예에서 설명하는 방법 및 장치예는 각각 배치되는 것이 아니며 일부 실시 예에서 개시되는 특징이 다른 실시 예에서도 적용될 수 있음이 자명하다.
도 1은 통신 시스템의 빔포밍에 따른 수신 이득(gain)을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면 빔포밍 시스템에서 송신기는 빔포밍을 위한 송신 빔을 결정하여 신호를 전송할 수 있으며, 수신기는 수신 빔을 결정하여 신호를 수신할 수 있다. 본 명세서의 실시 예에 따르면 단말의 수신 빔 선택에 따라 빔포밍에 따른 이득이 달라질 수 있다.
고주파 시스템의 경우 심각한 경로 손실(path loss)로 인해 빔포밍 시스템이 필수적이다. 빔포밍 시스템에서는 선택된 빔에 따라 채널이 달라지기 때문에 단말의 성능이 다르다. 단말이 최적 성능을 가지기 위해서는 정해진 빔들 중 최적 수신 빔을 선택하는 것이 바람직하다. 이를 위해 단말은 정해진 빔들에 대해 수신 감도를 측정하고 비교하여 단말 수신 빔을 결정한다.
식별번호 100에서 단말의 위치를 기반으로 각 각도에 대응하는 빔 인덱스가 숫자로 도시되며, 참조를 위한 각도가 표시된다. 실시 예에서 각 빔 인덱스 선택에 따른 수신 이득이 표시된다. 상기 표시된 빔 인덱스는 정면(bore sight)를 기준으로 한 것이며, 보다 구체적으로 실시 예에서 인덱스 0을 선택할 경우 수신 이득이 가장 증가하고, 도면상 외부에 표시되는 인덱스의 빔을 선택하는 경우 빔포밍에 따른 수신 이득이 떨어진다.
이와 같이 수신 이득이 최적화 되기 위한 빔을 선택하기 위한 동작을 단말이 수행할 수 있다. 보다 구체적으로 일정 숫자의 수신빔 후보군을 선택하고 해당 후보군의 빔을 사용했을 때의 수신 이득을 판단하여, 후보군 내에서 최대의 이득을 가지는 빔을 선택할 수 있다. 이때 후보군의 숫자가 늘어나면 보다 많은 수신 빔에 대해서 이득을 측정할 수 있는 장점이 있으나 측정 시간이 늘어남에 따라 단말의 상태 변경에 효과적으로 대응하기 어려울 수 있다. 특히 고속 이동하거나, 단말이 위치하는 각도가 자주 변경되는 단말의 경우 이와 같이 최적 빔을 선택하기 위한 시간이 길어질 경우 후보군에서 측정한 최적 수신 빔과 실질적으로 최대 이득을 가지는 수신 빔 사이의 이득 차이가 발생할 가능성이 있다.
보다 구체적으로 실시 예에서 총 39개의 수신 빔 후보군을 측정하고, 측정을 위한 기준 신호가 각각 10ms마다 전송될 경우 전체 수신 빔 후보군을 측정하기 위한 시간은 390ms가 소요될 수 있다. 이 때 단말이 이동하거나 회전하게 될 경우 선택된 수신 빔이 최적의 성능을 발휘할 수 없게 된다. 다만 이때 수신 빔 후보군을 줄이게 되면 후보군의 빔들 사이에 수신 이득 격차가 커져서 후보군 내의 빔을 빠르게 선택하는 경우에도 수신 성능이 떨어질 수 있다. 따라서 단말의 상태에 따라 수신 빔 후보군 수를 가변하여 빔 결정 시간을 줄이면서도 최적의 수신 빔을 결정하기 위한 수신 빔 후보군 선택 방법이 필요하며, 단말의 속도를 기반으로 수신 빔 후보군 수를 가변적으로 결정하고, 이를 기반으로 최적의 수신빔을 결정하기 위한 결정시간을 줄일 필요성이 있다
도 2는 단말의 활동 상태에 따른 회전 변화 정도를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면 식별번호 200에서 단말의 활동에 따른 회전 속도 및 100ms당 회전 각도가 표시된다. 실시 예에서 단말은 통신이 가능하고 애플리케이션이 설치될 수 있는 전자 장치일 수 있으며, 스마트 폰이 일 예가 될 수 있다. 이와 같은 정보는 밀리미터 신호를 사용하는 통신 시스템의 단말의 동작과 사람의 행태를 기반으로 측정 수 있다.
보다 구체적으로 단말 사용자가 일반적으로 화면을 읽거나 웹 브라우징을 실행하는 경우 회전 속도는 10 내지 18 rpm이고 이 경우 100ms당 6 내지 10도의 각도 변경이 있다.
또한 단말 사용자가 일반적으로 화면을 읽거나 웹 브라우징을 실행하고, 단말의 수직 수평 방향이 변경되는 경우, 회전 속도는 50 내지 68 rpm이고 이 경우 100ms당 30 내지 36도의 각도 변경이 있다. 이는 단말의 화면 표시 모드를 방향에 따라 변경하는 경우에 일어날 수 있다.
또한 단말 사용자가 게임을 플레이 하는 경우, 회전 속도는 120 내지 133 rpm이고, 이 경우 100ms 당 72 내지 80도의 각도 변경이 일어날 수 있다.
이와 같이 사용자의 단말 사용 상태에 따라 단말이 회전할 수 있으며, 단말이 회전할 경우 채널 이 변경되고, 이에 따라 최적 수신 빔이 변경될 수 있다. 다만 이와 같은 시간 동안 수신 빔 변경을 하지 못하는 경우 신호 수신 성능이 열화 될 수 있다. 이와 같이 최적 수신 빔이 변경되는 정도를 고려하여 수신 빔 선택 후보군 숫자를 조절할 수 있다.
도 3은 본 명세서의 실시 예에 따른 수신 빔을 결정하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면 단말은 획득된 정보를 기반으로 최적의 수신 빔을 결정할 수 있다. 보다 구체적으로 명세서의 상세한 실시 예에 따르면 단말의 이동 방향 및 속력 정보를 기반으로 빔 후보군을 결정할 수 있다.
단계 310에서 단말은 이전에 선택된 수신 빔 정보를 획득할 수 있다. 보다 구체적으로 단말은 일정 주기 또는 임의적으로 측정을 수행하여 최적의 빔을 선택하여 신호를 수신할 수 있다. 이 때 단말이 선택한 수신 빔 히스토리를 획득할 수 있다. 보다 구체적으로 단말이 선택한 수신 빔 인덱스 정보를 획득할 수 있으며, 상기 수신 빔 인덱스 정보를 기반으로 상기 수신 빔에 대응하는 위치 및 방향 중 적어도 하나의 정보가 결정될 수 있다. 이와 같이 수신 빔 히스토리 정보를 획득하는 것은 선택된 빔 인덱스 정보와 상기 선택된 빔 인덱스를 결정할 때의 단말의 위치 정보를 함께 수집하는 것을 포함할 수 있다.
단계 315에서 단말은 획득한 정보를 기반으로 단말의 이동 방향 정보를 획득할 수 있다. 보다 구체적으로 단말은 이전에 선택한 빔 정보를 기반으로 단말의 이동 방향 정보를 획득할 수 있으며, 이는 특정 방향을 가지는 추세선의 형태로 파악될 수 있다. 이때 이전에 선택된 빔 정보를 기반으로 단말 위치의 변경 이력을 판단할 수 있으며, 이때 최근 선택된 빔 정보에 대응하는 위치에 가중치를 두는 가중 평균의 방식을 통해 이동 방향 정보를 판단할 수 있다. 실시 예에서 이동 방향 정보를 결정하기 위한 수신 빔 히스토리 정보는 단말의 이동 방향 및 속력 중 적어도 하나를 기반으로 결정될 수 있다.
또한 실시 예에서 단말의 실제 위치 변경 없이 선택된 수신 빔만 변경된 경우 이와 같은 정보를 고려하여 단말의 이동 방향 정보를 획득할 수 있다. 보다 구체적으로 각기 다른 위치에서 선택된 빔 정보를 기반으로 단말의 이동 방향 정보를 결정할 수 있다. 실시 예에서 단말의 이동 방향은 회전 방향 정보를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 단말의 위치가 고정된 상태에서 회전을 수행하는 경우에도 이동 방향이 변경될 수 있다. 따라서 실시 예에서 이동 방향은 회전 방향의 의미를 포함할 수 있다. 이 경우 단말이 선택한 수신 빔 히스토리를 기반으로 회전 방향의 추세를 판단할 수 있고 이를 기반으로 단말이 빔 후보군을 선택할 수도 있다.
단계 320에서 단말은 기준 수신 빔 정보를 획득할 수 있다. 실시 예에서 기준 수신 빔은 단말의 이동 방향과 현재 단말이 선택한 빔을 기반으로 빔 후보군을 선택하기 위한 빔일 수 있다. 보다 구체적으로 단말이 현재 선택된 수신 빔과 상기 이동 방향 정보를 기반으로 결정된 추세선을 기반으로 상기 현재 선택된 수신 빔에 대응하는 위치와 가장 가까운 상기 추세선 상의 빔 인덱스를 기준 수신 빔으로 결정할 수 있다. 또한 동일한 거리에 복수개의 빔 인덱스가 있을 경우 이동 속력을 추가로 고려하여 기준 수신 빔 정보를 획득할 수도 있다.
단계 325에서 단말은 상기 기준 수신 빔 정보 및 단말의 속력 정보를 기반으로 빔 후보군 정보를 결정할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 단말의 속력 정보는 단말이 측정한 도플러 주파수 값 및 선택된 수심 빔 히스토리 중 적어도 하나를 기반으로 결정될 수 있다. 이와 같이 결정된 속력이 빠를 경우 보다 많은 수의 빔 후보군을 선택할 수도 있으며, 동일한 수의 빔 후보군을 선택할 경우 기준 수신 빔을 기반으로 이동 방향 상으로 배치된 빔 인덱스를 우선적으로 빔 후보군에 포함시킬 수도 있다. 이동 속력이 빠를 때 빔 후보군의 숫자를 늘릴 경우 후보군 내의 빔 인덱스들 사이에 수신 이득의 차이 값이 크지 않고 이에 따라 정교한 선택이 가능하며, 빔 후보군 숫자를 유지하거나 줄일 경우, 후보군 내에서 최적 수신 빔을 보다 빨리 선택할 수 있는 효과가 있다. 또한 실시 예에서 빔 후보군 정보를 결정할 때 단말의 설정 정보 및 실행되는 애플리케이션 중 적어도 하나를 고러하여 빔 후보군을 결정할 수 있다. 보다 구체적으로 단말의 화면 회전이 가능하게 설정된 경우 및 게임과 같은 회전이 많은 애플리케이션을 실행하는 경우 중 적어도 하나의 경우 통상적인 경우와 대비하여 회전이 많을 것으로 판단하고 이를 기반으로 빔 후보군 수를 결정할 수 있다. 이때 예상되는 회전 정도에 따라 빔 후보군 수를 줄여 최적 수신 빔 탐색을 빠르게 진행할 수도 있고, 후보군의 수를 늘려서 보다 정확한 최적 수신 빔 탐색을 수행하도록 진행할 수도 있다.
단계 330에서 단말은 선택된 빔 후보군에서 최적의 수신 빔을 결정할 수 있다. 보다 구체적으로 기지국을 포함한 송신기에서 전송한 신호를 기반으로 최적의 수신 이득을 가지고 오는 수신 빔을 선택할 수 있다.
이와 같이 빔 선택을 함으로써 단말의 이동 속도에 따라 보다 이득이 높은 수신 빔을 결정할 수 있으며, 단말의 연산량도 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 4는 본 명세서의 실시 예에 따른 수신 빔을 결정하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면 단말은 획득된 정보를 기반으로 최적의 수신 빔을 결정할 수 있다. 보다 구체적으로 명세서의 상세한 실시 예에 따르면 단말의 이동 방향 및 속력 정보를 기반으로 빔 후보군을 결정할 수 있다.
단계 410에서 단말은 이전까지 선택되었던 수신 빔 정보를 기반으로 이동 방향 정보를 획득할 수 있다. 보다 구체적으로 단말은 이전에 선택되었던 수신 빔 정보에 대응하는 위치 정보를 기반으로 단말의 이동 방향 정보를 획득할 수 있다. 실시 예에서 단말이 이전에 선택하였던 수신 빔에 대응하는 위치 정보 또는 대응하는 빔 인덱스 정보를 획득하고, 획득한 정보를 기반으로 단말이 이동하는 방향과 대응되는 추세선을 판단할 수 있다.
단계 415에서 단말은 획득한 이동 방향 정보를 기반으로 이동 방향이 변하였는지 판단할 수 있다. 이동 방향이 변경되었는지 판단하는 기준은 이전에 빔 후보군을 선택할 때 사용되었던 추세선과 단계 410에서 획득한 추세선을 비교하여 변화의 값이 기 설정된 값 이상일 경우에 이동 방향이 변경되었다고 판단할 수 있다. 실시 예에서 단말의 이동 속도 및 단말 방향 회전 속도 중 적어도 하나를 기반으로 상기 기 설정된 값을 다르게 적용할 수도 있다.
추세선을 기반으로 이동 방향의 변화가 있을 경우 단계 420에서 이동 방향이 변화한 경우 단계 420에서 단말은 빔 후보군을 결정하기 위한 기준점 위치를 업데이트 할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 기준점은 상기 추세선과 최근에 선택한 수신 빔 사이의 위치 관계를 기반으로 선택된 특정 수신 빔 인덱스에 대응할 수 있다. 보다 구체적으로 최근에 선택된 수신 빔에 대응하는 인덱스와 상기 추세선 상에서 가장 가까운 인덱스에 대응하는 수신 빔을 기준 수신 빔으로 선택할 수 있다. 이동 방향의 변화가 없을 경우 기존의 기준 수신 빔을 그대로 사용할 수 있다.
단계 425에서 단말은 이동 속력 정보를 획득할 수 있다. 이와 같은 이동 속력 정보는 단계 415이전에서도 획득될 수 있다. 이동 속력 정보는 단말이 선택했던 수신 빔의 히스토리를 기반으로 판단할 수도 있으며, 단말의 위치에서 측정된 도플러 주파수 값을 기반으로도 이동 속력 정보를 획득할 수 있다. 실시 예에서 단말의 이동 속력에 따라 도플러 주파수가 달라지며, 이에 따라 상관 시간(time coherence)이 달라질 수 있다.
단계 430에서 단말은 이동 속력이 증가하였는지 여부를 판단할 수 있다. 이동 속력의 증가 여부는 이전 단계에서 빔 후보군을 선택할 때 적용되었던 단말의 이동 속도와의 비교를 통해 결정될 수 있다.
이동 속력이 기 설정된 값 이상으로 증가하였을 경우 단계 435에서 단말은 빔 후보군 숫자를 증가 시킬 수 있으며, 감소하였을 경우 단계 440에서 빔 후보군 숫자를 감소 시킬 수 있다. 또한 실시 예에서 변화가 없는 경우 기존에 사용하였던 빔 후보군 숫자를 유지할 수도 있다.
단계 445에서 단말은 획득한 정보를 기반으로 빔 후보군을 결정할 수 있다. 보다 구체적으로 기준 수신 빔 인덱스에 대응하는 위치에서 인접한 빔 인덱스를 빔 후보군으로 선택할 수 있다. 실시 예에서 이동 방향 및 이동 속력을 기반으로 선택되는 후보군의 인덱스는 달라질 수 있다. 보다 구체적으로 이동 방향 상에 위치하고 상기 기준 수신 빔 인덱스와 떨어진 빔 인덱스 역시 후보군에 포함될 수 있다.
단계 450에서 단말은 후보군의 빔 인덱스를 기반으로 채널 측정을 수행할 수 있고, 가장 이득이 높은 수신 빔을 선택하여 단말의 수신 빔으로 결정할 수 있다.
이와 같이 이동 속력에 따라 후보군 수를 조절할 수 있으며, 이동 속력이 증가하면 상관 시간이 짧아져, 동일 시간 내 빔들의 크기 변화가 커지게 된다. 커진 빔 크기 변화에 대응하기 위해서는 빔 후보군 수를 증가시켜야 단말이 성능을 유지할 수 있다. 반대로 이동 속력이 감소하면 빔 크기 변화가 작아지기 때문에 적은 빔 후보군으로도 단말이 성능을 유지할 수 있다. 빔 관리부에서는 이런 이동 속력과 상관 시간 관계로부터 단말 성능을 보장할 수 범위에서 가능한 적은 빔 후보군 수를 결정할 수 있다.
실시 예에서 단말은 빔 후보군 기준점을 기존과 같이 사용하고, 단말의 이동 속도를 기반으로 빔 후보군 숫자를 결정할 수 있다. 보다 구체적으로 이전에 선택하였거나 기 설정된 기준 빔을 선택하고, 이동 속력을 기반으로 결정된 빔 후보군 숫자를 기반으로 상기 기준빔을 포함하는 수신 빔 후보군을 결정할 수 있다. 또한 실시 예에 따라 기준 빔을 선택하지 않은 경우에도 단말의 이동 속력을 기반으로 결정된 빔 후보군 숫자를 기반으로 빔 후보군을 선택하고, 선택된 빔 후보군에서 최적의 수신 빔을 결정할 수 있다.
이와 같이 본 명세서의 실시 예에 따르면 빔포밍 시스템에서 이동 방향과 이동 속력에 따라 단말 빔 후보군을 최적화할 수 있으며, 최적화된 빔 후보군 내 빔 선택으로 단말은 최적 수신 성능을 보장하면서 빔 결정 시간을 최소화 할 수 있다. 이와 같이 빔 결정 시간을 최소화 함으로써 단말은 빠른 채널 변화에 대응할 수 있다.
도 5는 본 명세서의 실시 예에 따른 단말의 위치 정보를 기반으로 이동 방향 정보를 획득하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 단계 510에서 단말은 이동 방향 및 이동 속력 정보 중 적어도 하나를 기반으로 결정된 수신 빔 후보군에서 최적의 수신 빔을 결정할 수 있다.
단계 515에서 단말은 단말의 위치 정보를 획득하고, 이를 선택된 수신 빔 인덱스와 매핑시켜 저장할 수 있다.
단계 520에서 단말은 단계 515에서 획득한 위치 정보와 이전에 선택되었던 수신 빔의 위치정보를 비교하여 위치가 변경되었는지 판단할 수 있다. 이는 단말이 이동하지 않고 사용자에 의해 회전될 경우에도 최적의 빔이 변경될 수 있는 바, 단말이 실제로 이동 하였는지 여부를 판단하기 위함이다.
위치가 변경될 경우 단계 525에서 선택된 수신 빔 히스토리에 위치 정보를 함께 저장할 수 있다.
단계 530에서 단말은 수신 빔 업데이트 절차를 수행하고, 이후 선택된 수신빔의 위치 정보를 이전 단계와 같이 저장할 수 있다.
이와 같이 실제로 위치가 변경되었을 경우에 수신 빔 히스토리에 위치 정보를 기록함으로써 단말의 이동 추세선을 단말의 실제 이동 궤적을 보다 유사하게 판단할 수 있다.
도 6은 본 명세서의 실시 예에 따른 단말의 상태를 기반으로 수신 빔 후보군을 결정하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면 단계 610에서 단말은 화면 표시 모드 정보 및 실행되는 애플리케이션 정보 중 적어도 하나를 획득할 수 있다. 보다 구체적으로 표시 모드의 경우 단말의 회전에 따라 화면이 회전하는 모드 정보를 포함할 수 있다. 이와 같이 화면 회전 모드로 단말을 설정하였을 경우, 통상의 단말에 비해 보다 회전이 빈번하게 이루어 질 수 있고, 이에 따라 빔 업데이트를 수행할 수 있어야 한다. 또한 실행되는 애플리케이션 중 화면 회전의 필요 여부, 조작 방법 등을 기반으로 단말의 회전이 빈번한 애플리케이션이 실행되고 있는지를 판단할 수 있다. 보다 구체적으로 게임 애플리케이션이 실행될 경우 통상의 단말에 비해 보다 회전이 빈번하게 이루어 질 수 있다.
단계 615에서 단말은 단계 610에서 획득한 정보의 적어도 일부를 기반으로 빔 후보군 정보를 결정할 수 있다. 보다 구체적으로 회전이 있을 경우 수신 빔 후보군의 숫자를 늘려서 보다 정확한 수신 빔을 결정할 필요성이 있다. 또한 회전이 빈번할 경우 최적의 빔을 찾는데 소요되는 시간을 줄이기 위해 빔 후보군 숫자를 줄일 수 있다. 실시 예에서 이동이 동반되지 않은 상황에서 회전하는 단말을 위해 단말의 회전 여부를 기반으로 수신빔 후보군 정보를 결정할 수 있다.
보다 구체적으로 단말의 회전 속력이 증가하는 경우 상관 시간이 감소하고, 보다 이득이 높은 빔을 선택하기 위해 빔 후보군 수를 늘릴 수 있다. 다만 단말이 필요한 데이터률 기설정된 값 이하일 경우 빔 결정 소요 시간을 줄이는 것이 성능향상에 도움이 될 수 있는 바, 이 경우 단말의 데이터률을 추가로 고려하여 빔 후보군 숫자를 결정할 수 있다.
단계 620에서 단말은 결정된 수신빔 후보군 중 가장 이득이 높은 수신 빔을 결정할 수 있다. 이와 같이 단말의 회전의 빈번함 여부를 단말의 모드 및 실행되는 애플리케이션 중 적어도 하나를 기반으로 결정함으로써 단말의 사용 특성을 고려한 수신 빔 선택을 수행할 수 있다.
도 7은 본 명세서의 실시 예에 따른 기준 빔 및 수신빔 후보군을 결정하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면 식별번호 700과 같이 빔 인덱스가 배치될 수 있다. 실시 예에서 배치된 빔 인덱스는 단말의 실제 위치 또는 방향과 대응될 수 있으며, 인접한 인덱스의 빔과 대응되는 위치 및 방향 중 적어도 하나가 관련될 수 있다. 일 예로 빔 인덱스 상으로 인접한 빔의 경우 실제 최적의 수신 위치가 인접할 수 있다. 다른 예로 빔 인덱스 상으로 인접한 빔의 경우 실제 최적의 수신 방향이 인접할 수 있다. 이와 같이 대응되는 빔 인덱스를 배치함으로써 선택된 수신 빔 인덱스의 히스토리를 기반으로 단말의 이동 방향의 추세와 관련된 정보를 획득할 수 있으며, 이동의 속력과 관련된 정보 역시 획득할 수 있다. 실시 예에서 단말의 속력은 도플러 주파수를 측정하거나 선택된 수신 빔 히스토리를 기반으로 획득될 수 있다.
실시 예에서 이전에 선택된 수신 빔을 식별번호 710과 같이 표시할 후 있다. 이와 같이 이전에 선택된 수신 빔의 위치 정보를 기반으로 단말의 이동 방향 정보를 나타내는 추세선(720)을 결정할 수 있다. 또한 단말은 현재 사용하는 빔 인덱스(730)와 추세선(720)의 위치를 기반으로 기준 수신 빔 인덱스(740)를 결정할 수 있다. 보다 구체적으로 현재 사용하는 빔 인덱스(730)를 추세선(720)상에 투영(projection)하여 기준 수신 빔 인덱스(740)를 결정할 수 있다.
실시 예에서 기준 수신 빔 인덱스(740)는 현재 사용하는 빔 인덱스(730)와 추세선(720) 상에 위치하는 빔 인덱스들 사이의 거리와 이동 방향 중 적어도 하나를 기반으로 선택될 수 있다. 보다 구체적으로 현재 사용하는 빔 인덱스(730)와 가장 가까운 추세선 상의 빔 인덱스를 기준 수신 빔 인덱스(740)로 결정할 수 있으며, 거리가 동일할 경우 추세선의 이동 방향 상에 위치하는 빔 인덱스를 기준 수신 빔 인덱스(740)로 결정할 수 있다.
또한 단말은 기준 수신 빔 인덱스(740)와 후보군 숫자를 기반으로 적어도 하나의 후보군 빔 인덱스(750)를 결정할 수 있다. 실시 예에서 후보군 숫자가 9이며 기준 수신 빔 인덱스(740) 및 주변의 8개의 빔 인덱스를 포함하여 후보군 빔 인덱스(750)로 할 수 있다. 실시 예에서 기준 수신 빔 인덱스(740) 주변에 동일한 거리의 빔 인덱스를 후보군 빔 인덱스(750)로 선택하였으나 추세선(720)의 이동 방향을 기반으로 추세선 상에 위치하는 빔 인덱스들을 후보군 빔 인덱스로 선택할 수 있으며, 이는 기준 수신 빔 인덱스(740)에서 이동 방향으로 보다 멀리 위치하고 있는 수신 빔 인덱스를 포함하도록 선택될 수도 있다.
또한 실시 예 전반에서 단말의 이동 방향은 단말의 회전 방향을 고려할 수 있다. 보다 구체적으로 이전에 선택한 빔 히스토리를 기반으로 결정된 추세선 정보를 통해 단말의 회전 방향을 결정할 수 있다. 또한 단말의 이동 속력과 관련된 정보는 단말이 도플러 주파수 측정을 통해 추정할 수 있다. 이와 같이 단말의 회전 방향과 이동 속도를 기반으로 후보군을 결정함으로써 보다 이득이 높은 빔을 선택할 수 있다.
도 8은 본 명세서의 실시 예에 따른 단말을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 실시 예의 단말은 무선 송수신부(810), 제어부(820) 및 기저대역 처리부(830)를 포함할 수 있다.
무선 송수신부(810)는 신호를 송수신 할 수 있다. 적어도 하나의 안테나를 포함할 수 있으며, 제어부(820)가 결정한 수신 빔 정보를 기반으로 신호를 수신할 수 있다.
기저 대역 처리부(830)는 수신된 신호를 기반으로 반송파 변조 등을 수행할 수 있다.
실시 예의 제어부(820)는 단말의 동작을 제어할 수 있으며, 도플러 주파수 확인 부(822), 빔 운용부(824), 빔 선택부(826) 및 무선 제어부(828) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시 예에서 제어부(820) 각 구성 요소의 동작은 제어부(820) 전체에서 수행될 수 있으며, 이는 적어도 하나의 프로세서에 의해서 실행 될 수 있다. 또한 각 구성 요소를 구별한 것은 설명의 편의를 위한 것으로 각 구성 요소의 동작은 제어부(820)에 수행될 수 있음은 자명하다.
도플러 주파수 확인 부(822)는 도플러 주파수 측정을 통해 단말의 이동 속도를 판단할 수 있도록 한다.
빔 운용부(824)는 획득한 정보를 저장하고, 수신 빔 후보군을 결정할 수 있는 동작을 수행할 수 있다.
빔 선택부(826) 수신 빔 후보군에서 최적의 수신 이득을 가지는 수신빔을 선택하는 동작을 수행할 수 있다.
무선 제어부(828) 무선 송수신부(810)와 관련된 동작을 제어할 수 있다.
이와 같이 단말은 각 구성요소의 동작에 의해 실시 예 전반의 동작을 수행할 수 있다. 한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (20)

  1. 이동 통신 시스템의 단말의 통신 방법에 있어서,
    상기 단말의 이동 속력 정보를 획득하는 단계;
    상기 이동 속력 정보를 기반으로 수신빔 후보군을 결정하는 단계; 및
    상기 수신빔 후보군 중 신호 수신을 위한 수신 빔을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 수신빔 후보군에 포함되는 빔 인덱스의 개수는 상기 단말의 화면 표시 모드 정보, 또는 상기 단말에 실행되는 애플리케이션 정보를 기반으로 결정되는 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단말이 이전에 선택한 수신빔 정보를 기반으로 상기 단말의 이동 방향 정보를 획득하는 단계를 더 포함하고,
    상기 수신빔 후보군은 상기 단말의 이동 방향 정보를 추가로 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수신빔 후보군을 결정하는 단계는
    상기 이동 방향 정보 및 상기 단말이 최근에 선택한 수신빔 정보를 기반으로 기준 수신빔을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 기준 수신빔을 기반으로 수신빔 후보군을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수신빔 후보군은 상기 기준 수신빔에 대응하는 빔 인덱스에 인접한 수신빔 인덱스들을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 수신빔 후보군은 상기 기준 수신빔에 대응하는 빔 인덱스에서 상기 이동방향 상에 위치하는 수신 빔 인덱스 들을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수신빔 후보군에 포함되는 빔 인덱스의 개수는 상기 이동 속력 정보를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 단말의 이동 방향 정보는 상기 단말이 이전에 선택한 수신빔과 대응하는 위치 변화를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 결정된 수신 빔은 상기 수신빔 후보군 중 가장 수신 이득이 큰 수신빔인 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  11. 이동 통신 시스템의 단말에 있어서,
    송수신부; 및
    상기 송수신부와 연결되며,
    상기 단말의 이동 속력 정보를 획득하고,
    상기 이동 속력 정보를 기반으로 수신빔 후보군을 결정하고,
    상기 수신빔 후보군 중 신호 수신을 위한 수신 빔을 결정하는 제어부를 포함하고,
    상기 수신빔 후보군에 포함되는 빔 인덱스의 개수는 상기 단말의 화면 표시 모드 정보, 또는 상기 단말에 실행되는 애플리케이션 정보를 기반으로 결정되는 단말.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 단말이 이전에 선택한 수신빔 정보를 기반으로 상기 단말의 이동 방향 정보를 획득하고,
    상기 수신빔 후보군은 상기 단말의 이동 방향 정보를 추가로 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 단말.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 이동 방향 정보 및 상기 단말이 최근에 선택한 수신빔 정보를 기반으로 기준 수신빔을 결정하고,
    상기 결정된 기준 수신빔을 기반으로 수신빔 후보군을 결정하는 것을 특징으로 하는 단말.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수신빔 후보군은 상기 기준 수신빔에 대응하는 빔 인덱스에 인접한 수신빔 인덱스들을 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 수신빔 후보군은 상기 기준 수신빔에 대응하는 빔 인덱스에서 상기 이동방향 상에 위치하는 수신 빔 인덱스 들을 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 수신빔 후보군에 포함되는 빔 인덱스의 개수는 상기 이동 속력 정보를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 단말.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 단말의 이동 방향 정보는 상기 단말이 이전에 선택한 수신빔과 대응하는 위치 변화를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 단말.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제11항에 있어서,
    상기 결정된 수신 빔은 상기 수신빔 후보군 중 가장 수신 이득이 큰 수신빔인 것을 특징으로 하는 단말.
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