KR102457301B1 - 단말의 센서 정보를 통합한 빔 포밍 방법 및 그 단말 - Google Patents

단말의 센서 정보를 통합한 빔 포밍 방법 및 그 단말 Download PDF

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Abstract

이하, 단말에서 빔 포밍하는 방법 및 이를 수행하는 단말이 개시된다. 실시예에 따른 단말의 빔 포밍 방법은 빔 포밍 신호를 획득하는 단계; 빔 포밍 신호에 기초하여, 송수신기 위치에 대응하도록 빔 형성 계수를 계산하는 단계; 단말의 센서 정보를 획득하는 단계; 센서 정보에 기초하여, 채널 파라미터를 추정하는 단계; 및 빔 형성 계수 및 채널 파라미터를 이용하여 최종 빔 형성 계수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

단말의 센서 정보를 통합한 빔 포밍 방법 및 그 단말{Sensor Information Joint Beam-forming Method And Terminal Of Thereof}
이하의 실시예는 단말에서 빔 포밍하는 방법 및 이를 수행하는 단말에 관한 것이다.
고주파수 영역에서의 경로 손실과 직진성의 활용의 극대화를 위하여 송수신기간 송신 빔과 수신 빔을 신호 레벨이 가장 높게 송신 및 수신되도록 방향을 결정하는 것을 빔 포밍(beam-forming) 또는 빔 형성이라 한다. 이를 달성하기 위해서는 빔 포밍을 위한 정보를 획득하는 수단과 획득된 정보로부터 빔 포밍 계수 결정의 수단이 있다.
도 1은 일반적인 이동 통신 환경에서의 빔 포밍의 일례이다.
주파수 대역이 높아짐에 따라 전파는 직진성이 강해지고, 자유 공간에서의 손실이 커지게 된다. 이에, 단말의 효과적인 통신 링크를 설정하기 위해서 빔 포밍을 필수적으로 수행한다.
자유 공간에서의 손실은 프리스(Friis) 방정식에 따라, 안테나 이득을 1이라 가정하고, 아래와 같은 수학식 1의 관계를 가지게 된다.
Figure 112016018309754-pat00001
여기서, L은 손실을 나타내고, f는 주파수, R은 송수신 안테나 간의 거리를 의미한다.
즉, 송수신기 간의 거리 R=100m인 지점에서 주파수가 2GHz일 경우, 78.46dB 정도의 경로 손실이 발생하는 반면, 같은 거리를 기준으로 주파수가 20GHz일 경우, 98.46 dB의 경로 손실이 발생하고, 이에 주파수 대역이 높아짐에 따라 20dB의 추가 손실이 발생함을 알 수 있다.
종래의 빔 포밍에는 여러 방법들이 있으며, 이를 요약하여 아래와 같이 설명 한다.
도 2는 빔 포밍을 위해 송수신기 간의 통신 채널 및 피드백 채널을 이용하여 빔 정보를 획득하는 방법에 관한 것이다.
빔 포밍을 위한 빔 정보를 획득하는 수단으로, 송수신기 간의 통신 채널 및 피드백 채널을 이용하는 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 수신기에서는 송신기가 전송한 신호를 통신 채널을 통해 수신하여 빔의 정보를 추출하고 수신 빔 포밍을 결정한다. 또, 수신 빔의 정보를 피드백 채널을 통해 송신기로 전달하여 송신기의 송신 빔 포밍을 결정하게 된다. 이때, 통신 채널 및 피드백 채널의 유무에 따라 다양한 종래 기술의 빔 포밍 방법들이 있다.
빔 포밍 방법으로, 피드백 채널이 없는 경우엔 통신 채널을 통해 수신된 신호의 세기 만을 통하여 수신 빔의 방향을 결정하고, 송신기에서의 송신 빔은 전 방향으로 결정하는 경우가 있다. 또는, 피드백 채널의 종류에 따라 (빔 포밍 정보의 일체나 일부 또는 Yes/No 등의 1bit 정보 전달을 통해) 빔 포밍을 위한 정보를 송수신기 간에 전달하는 방법이 있다.
도 3은 어레이(Array) 안테나를 이용한 빔 포밍 실시 일례를 도시한 것이다.
빔 포밍을 위한 빔 정보를 획득하는 수단으로 두 번째는 빔 포밍의 계수를 결정하는 수단인데, 이는 도 3과 같이 어레이 안테나의 안테나 원소(element)별로 곱해지는 계수 c1, c2, ..., cN을 결정하는 방법을 의미한다. 이들 계수의 값에 따라, 합성된 어레이 안테나의 빔의 방향과 빔의 폭이 결정된다.
빔 포밍 계수의 결정을 어레이 안테나의 계수로 한정하여 설명하였지만, 고지향성 안테나의 방향 결정에 대한 포괄적인 의미로 해석하여야 한다. 예를 들면, 혼 안테나(Horn Antenna)와 같은 경우 빔 형성 계수의 결정은 곧 혼 안테나의 방향, 즉, 보어사이트(boresight) 결정을 의미한다.
앞서 설명한 바와 같이, 밀리미터파와 같이 고주파수 영역에서의 경로 손실은 상당하기 때문에, 통신 링크 마진을 위하여는 고지향성 안테나의 사용은 피할 수 없다.
이에, 고지향성 안테나의 사용으로 아래와 같은 문제점들이 발생할 수 있다.
먼저, 초기 통신 링크 셋업 시 빔의 방향을 알 수 없기 때문에, 전방향 검색(search)을 통해 찾는 데에 링크 셋업 시간이 길어질 수 있다.
또한, 직진성이 강한 주파수에 고지향성 안테나 사용으로 통신 링크 주변 환경이나 송수신 단말의 갑작스런 변화에 통신 링크가 끊어질 가능성이 높다. 예를 들면, 단말을 얼굴에 맞대어 통화하는 중에 갑자기 고개를 돌려 얼굴의 방향이 바뀌는 경우 등 많은 경우가 있다.
도 4는 LOS (line of sight) 통신 링크 상황에서 블로킹 현상에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 4(a)와 같이, 송수신기 간의 통신 링크가 설정된 상황에 특정 장애물이 송수신기 사이의 링크를 가리는 경우가 발생할 수 있다.
도 4(a)와 같은 상황으로 인해, 도 4(b)와 같이 송신기(Tx) 및 수신기(Rx)에서의 수신 전력이 변할 수 있다. 수신 전력이 낮게 나타나는 순간이 송수신기 사이에 장애물이 나타나는 시점에 대응한다.
이와 같이, 장애물로 인해 통신 링크 수신 전력이 변하는 현상을 블로킹(Blocking)이라 한다. 블로킹 현상 또한, 고지향성 안테나에서 발생하는 문제점에 해당한다.
실시예에 따르면, 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 단말기의 다양한 센서(모션 센서, 가속 센서, 나침반, GPS 등)로부터 감지되는 정보를 이용하여 빔 포밍에 활용하는 방법을 제공하고자 한다.
또한, 통신 링크 셋업 시, 빔의 검색 시간을 줄일 수 있고, 블로킹 등의 단말에 나타나는 갑작스런 상태 변화에 대해서 통신 링크를 끊김 없도록 유지하는 방법을 제공하고자 한다.
빔 포밍 신호를 획득하는 단계; 상기 빔 포밍 신호에 기초하여, 송수신기 위치에 대응하도록 빔 형성 계수를 계산하는 단계; 단말의 센서 정보를 획득하는 단계; 상기 센서 정보에 기초하여, 채널 파라미터를 추정하는 단계; 및 상기 빔 형성 계수 및 상기 채널 파라미터를 이용하여 최종 빔 형성 계수를 결정하는 단계를 포함하는, 단말의 빔 포밍 방법이 제공될 수 있다.
상기 빔 포밍 신호를 획득하는 단계는, 관측되는 신호 레벨 및 피드백 채널 중 하나를 통해 상기 빔 포밍 신호를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단말의 센서 정보를 획득하는 단계는, 모션 센서, 가속 센서, 나침반, GPS 중 적어도 하나의 센서로부터 상기 센서 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 센서 정보로부터 채널 파라미터를 추정하는 단계는, 상기 단말의 물리적 채널의 변수 및 단말의 무선 채널 환경을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단말의 물리적 채널의 변수 및 단말의 무선 채널 환경을 추정하는 단계는, 상기 센서 정보를 이용하여 상기 단말의 움직임, 위치, 방향(orientation) 중 적어도 하나의 정보를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 최종 빔 형성 계수를 결정하는 단계는, 상기 채널 파라미터를 이용하여 상기 단말의 무선 채널 환경 및 상기 단말의 운동 상태를 획득하는 단계; 및 상기 빔 형성 계수, 상기 무선 채널 환경 및 상기 운동 상태를 종합하여 상기 최종 빔 형성 계수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 최종 빔 형성 계수에 기초하여, 빔 포밍을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 최종 빔 형성 계수를 결정하는 단계는, 상기 빔 형성 계수에 의하여 결정되는 제1 방향으로 메인 빔이 형성되고, 상기 채널 파라미터에 의하여 결정되는 제2 방향으로 보조 빔이 형성되도록, 상기 최종 빔 형성 계수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 최종 빔 형성 계수를 결정하는 단계는, 상기 빔 형성 계수에 의하여 결정되는 제1 방향으로 빔이 형성되도록 최종 빔 형성 계수를 결정하는 단계; 상기 최종 빔 형성 계수를 통한 통신 도중 신호 레벨의 변화를 감지하는 단계; 및 상기 채널 파라미터에 의하여 결정되는 제2 방향으로 상기 빔이 즉시 전환되도록, 상기 최종 빔 형성 계수를 갱신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
빔 포밍 신호를 획득하는 신호 획득부; 상기 빔 포밍 신호를 송수신기 위치에 대응하도록 빔 형성 계수를 계산하는 계산부; 단말의 센서 정보를 획득하는 센서 정보 획득부; 상기 센서 정보로부터 채널 파라미터를 추정하는 추정부; 및 상기 빔 형성 계수 및 상기 채널 파라미터를 이용하여 최종 빔 형성 계수를 결정하는 결정부를 포함하는, 단말이 제공될 수 있다.
실시예에 따르면, 단말기의 다양한 센서(모션 센서, 가속 센서, 나침반, GPS 등)로부터 감지되는 정보를 이용하여 빔 포밍에 활용하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 통신 링크 셋업 시, 빔의 검색 시간을 줄일 수 있고, 블로킹 등의 단말에 나타나는 갑작스런 상태 변화에 대해서 통신 링크를 끊김 없도록 유지할 수 있다
도 1은 일반적인 이동 통신 환경에서의 빔 포밍의 일례이다.
도 2는 빔 포밍을 위해 송수신기 간의 통신 채널 및 피드백 채널을 이용하여 빔 정보를 획득하는 방법에 관한 것이다.
도 3은 어레이(Array) 안테나를 이용한 빔 포밍 실시 일례를 도시한 것이다.
도 4는 LOS (line of sight) 통신 링크 상황에서 블로킹 현상에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 있어서, OSI 7 Layer 상에서 센서들이 활용되는 계층과의 연관 관계에 관한 것이다.
도 6은 일실시예에 있어서, 단말에서 수행되는 빔 포밍 방법의 흐름도이다.
도 7은 일실시예에 있어서, 빔 포밍 방법을 수행하는 단말의 구성을 도시한 블록도이다.
도 8은 일실시예에 있어서, 빔 형성 계수를 결정하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 일실시예에 있어서, GPS를 이용한 채널 파라미터 추정 일례에 관한 도면이다.
도 10은 일실시예에 있어서, 도래각을 이용한 채널 파라미터 추정 일례에 관해 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일실시예에 있어서, 도래각을 이용한 일례에 대한 스냅샷을 도시하고 있다.
도 12는 일실시예에 있어서, 단말의 결정부에서 빔 형성 계수를 결정하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 13은 일실시예에 있어서, 빔 포밍의 일례에 관한 도면이다.
도 14는 일실시예에 있어서, 단말 센서를 이용한 빔 포밍의 일례에 관한 도면이다.
도 15는 일실시예에 있어서, 메인 빔 및 보조 빔을 결정하는 일례에 관한 도면이다.
도 16은 일실시예에 있어서, 빔 방향을 전환하는 실시예에 관한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하도록 한다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 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 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 5는 일실시예에 있어서, OSI 7 계층(Layer) 상에서 센서들이 활용되는 계층과의 연관 관계에 관한 것이다. 자세하게는, OSI 네트워크 7 계층과 단말에 장착된 센서들과, 센서들이 활용되는 계층의 연관 관계를 도시하고 있다.
도 5(a)는 종래 기술에 관한 것으로, 센서(Mobile Sensors)에서 획득한 센서 정보는 단말의 최상위 계층인 어플리케이션(Application) 레이어에서 활용될 수 있다.
도 5(b)와 같이, 본 발명의 실시예에 적용하면, 센서에서 획득한 센서 정보들이 단말의 하위 3계층인 네트워크(Network), 링크(Link) 및 피지컬(Physical) 계층으로도 전달될 수 있고, 획득한 센서 정보는 기존의 통신 환경에서 통신 채널/피드백 채널에서 활용되는 빔 포밍 방법에도 통합되어 활용될 수 있다.
도 6은 일실시예에 있어서, 단말에서 수행되는 빔 포밍 방법의 흐름도이다.
단계(610)에서 단말은, 빔 포밍 신호를 획득한다.
실시예에서, 빔 포밍 신호는 단말에서 빔 포밍을 수행하기 위해서 기존의 통신 환경에서 수신하는 신호를 포함할 수 있다. 빔 포밍 신호는 수신기(단말)에서 관측한 신호 레벨이나 피드백 채널을 통해 수신될 수 있다.
단계(620)에서 단말은, 빔 포밍 신호에 기초하여, 송수신기 위치에 대응하도록 빔 형성 계수를 계산한다.
실시예에서, 빔 형성 계수는 앞서 도 2 내지 도 3을 통해 설명한 방법을 통해 계산될 수 있다. 예를 들어, 안테나의 안테나 원소 별로 곱해지는 계수의 값에 따라 빔 포밍 계수를 결정하는 등의 방법을 통해 빔 형성 계수를 계산할 수 있다.
단계(630)에서 단말은, 단말의 센서 정보를 획득한다.
해당 단계는, 단계(610)의 빔 포밍 신호를 획득하는 단계와 시계열적으로 상호 관계가 없을 수 있다. 예를 들어, 단계(630)이 먼저 수행될 수도 있고, 단계(610)이 먼저 수행될 수도 있다.
실시예에서, 단말은 모션 센서(자이로 센서), 가속 센서, 나침반, GPS 등의 센서를 통해 감지되는 센서 정보들을 획득할 수 있다. 단말은 스마트폰 등으로, 다양한 센서들을 탑재하고 있다.
단계(640)에서 단말은, 센서 정보에 기초하여, 채널 파라미터를 추정한다.
실시예에서, 센서 정보에 기초하여 채널 파라미터를 추정하는데, 무선 채널의 특성 파라미터의 개념은 물리적인 채널의 변수 및 포괄적으로 송수신 단말의 무선 채널 환경에 대한 추정을 포함할 수 있다.
예를 들어, 가속 센서의 센서 정보를 이용하여 현재 단말의 이동을 감지할 수 있고, 모션 센서의 센서 정보를 이용하여 단말의 운동 및 위치 상태를 추정할 수 있고, 전자 나침반의 센서 정보를 이용하여 단말의 방향(orientation)을 추정할 수 있으며, GPS의 센서 정보를 이용하여 단말의 실제 위치 등 포괄적인 정보를 추정할 수 있다.
단계(650)에서 단말은, 빔 형성 계수 및 채널 파라미터를 이용하여 최종 빔 형성 계수를 결정한다.
실시예에서, 단말의 센서로부터 획득한 무선 채널에 대한 채널 파라미터를 이용하여 단말의 무선 채널 환경 및 단말의 운동 상태를 획득하고, 통신 환경 및 단말의 운동 상태에 대한 정보 및 빔 형성 계수를 종합하여 최종 빔 형성 계수를 결정할 수 있다. 또한, 최종 빔 형성 계수에 기초하여 빔 포밍을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 빔 포밍을 수행하는 방법으로 두 가지 실시예가 제공될 수 있다.
실시예에서, 상기의 빔 형성 계수에 의해 결정되는 제1 방향으로 메인 빔이 형성되고, 채널 파라미터에 의하여 결정되는 제2 방향으로 보조 빔이 형성되도록, 최종 빔 형성 계수를 결정하고, 최종 빔 형성 계수에 기초하여 빔 포밍을 수행할 수 있다.
다른 실시예에서, 빔 형성 계수에 의해 결정되는 제1 방향의 메인 빔 방향으로 빔 포밍을 수행하거나, 채널 파라미터에 의해 결정되는 제2 방향의 보조 빔 방향으로 빔 포밍을 수행할 수도 있다.
빔 형성 계수에 의하여 결정되는 제1 방향으로 빔이 형성되도록 최종 빔 형성 계수를 결정하고, 단말에서 최종 빔 형성 계수를 통한 통신 도중, 신호 레벨의 변화를 감지하는 경우, 새로운 빔을 다시 검색하여 빔 포밍을 수행하지 않고, 단말의 센서에 기초하여 획득한 채널 파라미터에 의하여 결정되는 제2 방향으로 빔의 방향이 즉시 전환되도록, 최종 빔 형성 계수를 갱신할 수 있다.
도 7은 일실시예에 있어서, 빔 포밍 방법을 수행하는 단말의 구성을 도시한 블록도이다. 실시예에 따른 단말(700)은, 신호 획득부(710), 계산부(720), 센서 정보 획득부(730), 추정부(740) 및 결정부(750)를 포함할 수 있다.
신호 획득부(710)는, 빔 포밍 신호를 획득한다.
실시예에서, 빔 포밍 신호는 단말에서 빔 포밍을 수행하기 위해서 기존의 통신 환경에서 수신하는 신호를 포함할 수 있다. 빔 포밍 신호는 수신기(단말)에서 관측한 신호 레벨이나 피드백 채널을 통해 수신될 수 있다.
계산부(720)는, 빔 포밍 신호에 기초하여, 송수신기 위치에 대응하도록 빔 형성 계수를 계산한다.
실시예에서, 빔 형성 계수는 앞서 도 2 내지 도 3을 통해 설명한 방법을 통해 계산될 수 있다. 예를 들어, 안테나의 안테나 원소 별로 곱해지는 계수의 값에 따라 빔 포밍 계수를 결정하는 등의 방법을 통해 빔 형성 계수를 계산할 수 있다.
센서 정보 획득부(730)는, 단말의 센서 정보를 획득한다.
해당 단계는, 빔 포밍 신호를 획득하는 단계와 시계열적으로 상호 관계가 없을 수 있다. 예를 들어, 빔 포밍 신호를 먼저 획득할 수도 있고, 센서 정보를 먼저 획득할 수도 있다.
추정부(740)는, 센서 정보에 기초하여, 채널 파라미터를 추정한다.
실시예에서, 센서 정보에 기초하여 채널 파라미터를 추정하는데, 무선 채널의 특성 파라미터의 개념은 물리적인 채널의 변수 및 포괄적으로 송수신 단말의 무선 채널 환경에 대한 추정을 포함할 수 있다.
결정부(750)는, 빔 형성 계수 및 채널 파라미터를 이용하여 최종 빔 형성 계수(701)를 결정한다.
이하, 빔 형성 계수를 결정하는 방법에 대해서 자세히 설명하도록 한다.
도 8은 일실시예에 있어서, 빔 형성 계수를 결정하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
센서 정보 획득부(730)는 실시예에서, 단말은 모션 센서(자이로 센서), 가속 센서, 나침반, GPS 등의 센서를 통해 감지되는 센서 정보들을 획득할 수 있다. 단말은 스마트폰 등으로, 다양한 센서들을 탑재하고 있다.
추정부(740)는, 센서 정보에 기초하여, 채널 파라미터를 추정할 수 있는데, 앞서 설명한 바와 같이, 물리적인 채널의 변수와 포괄적인 송수신 단말의 무선 채널 환경에 대해서 추정할 수 있다.
예를 들어, 가속 센서의 센서 정보를 이용하여 현재 단말의 이동을 감지할 수 있고, 모션 센서의 센서 정보를 이용하여 단말의 운동 및 위치 상태를 추정할 수 있고, 전자 나침반의 센서 정보를 이용하여 단말의 방향(orientation)을 추정할 수 있으며, GPS의 센서 정보를 이용하여 단말의 실제 위치 등 포괄적인 정보를 추정할 수 있다.
결정부(750)는, 추정된 채널 파라미터를 이용하여 최종 빔 형성 계수를 결정할 수 있다.
실시예에서, 단말의 센서로부터 획득한 무선 채널에 대한 채널 파라미터를 이용하여 단말의 무선 채널 환경 및 단말의 운동 상태를 획득하고, 통신 환경 및 단말의 운동 상태에 대한 정보 및 빔 형성 계수를 종합하여 최종 빔 형성 계수를 결정할 수 있다. 또한, 최종 빔 형성 계수에 기초하여 빔 포밍을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 빔 포밍을 수행하는 방법으로 두 가지 실시예가 제공될 수 있다.
실시예에서, 상기의 빔 형성 계수에 의해 결정되는 제1 방향으로 메인 빔이 형성되고, 채널 파라미터에 의하여 결정되는 제2 방향으로 보조 빔이 형성되도록, 최종 빔 형성 계수를 결정하고, 최종 빔 형성 계수에 기초하여 빔 포밍을 수행할 수 있다.
다른 실시예에서, 빔 형성 계수에 의해 결정되는 제1 방향의 메인 빔 방향으로 빔 포밍을 수행하거나, 채널 파라미터에 의해 결정되는 제2 방향의 보조 빔 방향으로 빔 포밍을 수행할 수도 있다.
빔 형성 계수에 의하여 결정되는 제1 방향으로 빔이 형성되도록 최종 빔 형성 계수를 결정하고, 단말에서 최종 빔 형성 계수를 통한 통신 도중, 신호 레벨의 변화를 감지하는 경우, 새로운 빔을 다시 검색하여 빔 포밍을 수행하지 않고, 단말의 센서에 기초하여 획득한 채널 파라미터에 의하여 결정되는 제2 방향으로 빔의 방향이 즉시 전환되도록, 최종 빔 형성 계수를 갱신할 수 있다.
도 9는 일실시예에 있어서, GPS를 이용한 채널 파라미터 추정 일례에 관한 도면이다.
도 9(a)는 GPS 또는 가속 센서를 이용한 채널 파라미터를 추정하는 방법에 대한 예시이고, 도 9(b)는 도 9(a)의 예시에 대해 실험으로부터 획득한 데이터를 바탕으로 채널 응답 결과의 도플러 및 GPS(또는 가속 센서)의 도플러 결과를 비교한 그래프에 해당한다.
도 9(a)에 의하면, 지도 내에서 DAQ1 부근에 송신기를 설치하고, 이에 대응하는 수신기를 DAQ1부터 DAQ124까지 조금씩 이동시키면서 채널 파라미터를 측정하도록 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 수신기를 DAQ1부터 DAQ124까지 조금씩 이동시키면서 채널 파라미터를 추정하면, 도 9(b)와 같은 결과를 획득할 수 있다. 실시예에서, 채널 응답 결과의 도플러(from Doppler PS)와 GPS의 도플러(from GPS)에 의한 결과가 상호 간 상당 부분 유사함을 확인할 수 있다.
도 10은 일실시예에 있어서, 도래각을 이용한 채널 파라미터 추정 일례에 관해 설명하기 위한 도면이다.
도 10(a)는 채널 파라미터 중 도래각에 대한 추정 일례에 관한 것으로, 도 10(b)는 도 10(a)의 예시에 대한 실험 결과를 표시한 그래프에 해당한다.
도 10(a)에 의하면, 지도 내에서 DAQ1 부근에 송신기를 설치하고, 이에 대응하는 수신기를 DAQ1부터 DAQ66까지 조금씩 이동시키면서 도래각에 대한 채널 파라미터를 측정하도록 한다.
측정 결과, 수신기를 DAQ1부터 DAQ66까지 조금씩 이동시켜 도래각을 측정하면, 도 10(b)와 같은 그래프를 획득할 수 있는데, 도 10(b)는 DAQ1 내지 DAQ66까지 모든 위치에 대해서 추정된 도래각 정보(AoA from PAS)와 실제 GPS를 이용한 위치 기반의 각도 추정치(AoA from GPS)를 도시하고 있으며, 이 두 결과 값은 실질적으로 거의 일치함을 알 수 있다.
도 11은 일실시예에 있어서, 도래각을 이용한 일례에 대한 스냅샷을 도시하고 있다. 실시예에서, 도 10의 실시예에 대한 스냅샷에 해당한다.
도 11(a)는 DAQ1 위치에서의 도래각의 추정 결과를 도시하고 있으며, 도 11(b)는 DAQ7 위치에서의 도래각의 추정 결과이고, 도 11(c)는 DAQ13 위치에서의 도래각의 추정 결과를 나타내고, 도 11(d)는 DAQ19 위치에서의 도래각의 추정 결과를 도시한다. 도 11(e)는 DAQ25 위치에서의 도래각의 추정 결과이고, 도 11(f)는 DAQ39 위치에서의 도래각의 추정 결과에 해당한다.
도 10(b)를 참조하면, 각 위치에 대응하여, 도래각의 변화가 대응함을 확인할 수 있다.
상기의 도 9 내지 도 11을 이용하여, 단말의 센서 정보에 무선 채널에 대한 상당한 정보가 있음을 확인할 수 있고, 센서 정보를 빔 포밍에 활용함으로써 종래기술의 링크 셋업 지연 시간, 단말의 움직임에 의한 통신 링크의 변화 및 블로킹의 문제점에 대한 대비책을 제공할 수 있다.
도 12는 일실시예에 있어서, 단말의 결정부에서 빔 형성 계수를 결정하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
실시예에 따른, 도 7을 통해 설명한 결정부(750)는 상태 인식부(751), 빔 방향 계산부(752) 및 정보 결합부(753)를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상태 인식부(751)는 단말 센서로부터 무선 채널의 채널 파라미터뿐만 아니라, 단말의 환경 및 운동 상태에 대해서 정보를 획득할 수 있다. 빔 방향 계산부(752)는 센서 정보를 이용하여 빔의 방향을 계산할 수 있다.
정보 결합부(753)는, 채널 파라미터와 단말의 환경 및 운동 상태의 정보를 계산된 빔의 방향과 결합하여 최종 빔 형성 계수를 결정할 수 있다(701).
도 13은 일실시예에 있어서, 빔 포밍의 일례에 관한 도면이다.
도 13(a)의 실시예와 같이 최종 빔 형성 계수를 통해 얻은 방향으로 빔 포밍을 수행할 수 있으며, 단말의 운동 상태 및 통신 환경의 변화가 발생하지 않는 이상 빔 포밍 방향을 유지할 수 있다.
빔 포밍을 수행하는 도중, 단말의 운동 상태가 변하거나, 통신 환경에 변화가 발생하는 경우, 단말은 새로운 빔을 다시 검색하여 빔 포밍을 수행하는 것이 아니라, 도 13(b)와 같이, 방향을 전환하여 빔 포밍을 수행할 수 있다.
예를 들어, 단말의 센서 등을 통해 수집되는 센서 정보, 채널 파라미터를 바탕으로 빔 포밍의 전환될 방향을 결정할 수 있다.
도 14는 일실시예에 있어서, 단말 센서를 이용한 빔 포밍의 일례에 관한 도면이다.
실시예에서, 단말의 센서를 이용하여 주변 환경을 인식함으로써 빔 형성 계수를 결정하는 일례를 도시하고 있다.
도 14의 상황에서 단말의 위치가 장애물들(예컨대 건물들) 사이의 도로(Street canyon)에 있다면, 전파는 도로를 따라 반사 및 굴절을 통해 송수신기에 이를 수 있으므로, 단말의 빔 포밍 방향(1401)을 도시된 바와 같이 도로 변을 따라 결정할 수 있다.
도 15 및 도 16은 최종 빔 형성 계수를 결정하는 일례를 보여준다.
도 15는 일실시예에 있어서, 메인 빔 및 보조 빔을 결정하는 일례에 관한 도면이다.
실시예에서, 최종 빔 형성 계수의 고려 대상이 통신 피드백 채널의 신호 레벨인 경우, 도 15와 같이 최종 빔 형성 계수가 결정될 수 있다.
신호 레벨로부터 획득한 정보를 이용하여 계산된 빔의 방향으로 메인 빔(1501)을 형성할 수 있고, 단말 센서로부터 획득한 방향으로 보조 빔(1502)을 형성하여 빔 포밍의 방향을 결정할 수 있다.
도 16은 일실시예에 있어서, 빔 방향을 전환하는 실시예에 관한 도면이다.
실시예에서, 최종 빔 형성 계수의 고려 대상이 단말의 센서 정보인 경우, 도 16과 같이 최종 빔 형성 계수가 결정될 수 있다.
신호 레벨 및 단말의 센서 정보들로부터 획득한 빔의 방향 간의 전환에 대한 실시예를 도시하고 있는데, 예를 들어, 신호 레벨이 블로킹 등으로 인해 약해지는 경우, 단말의 센서 정보를 이용하여 획득한 빔의 방향으로 즉시 전환하여, 단말에서 통신 링크가 끊기지 않도록 할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (16)

  1. 빔 포밍 신호를 획득하는 단계;
    상기 빔 포밍 신호에 기초하여, 송수신기 위치에 대응하도록 빔 형성 계수를 계산하는 단계;
    단말의 센서 정보를 획득하는 단계;
    상기 센서 정보에 기초하여, 채널 파라미터를 추정하는 단계; 및
    상기 빔 형성 계수 및 상기 채널 파라미터를 이용하여 최종 빔 형성 계수를 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 최종 빔 형성 계수를 결정하는 단계는
    상기 빔 형성 계수에 의하여 결정되는 제1 방향으로 메인 빔이 형성되고, 상기 채널 파라미터에 의하여 결정되는 제2 방향으로 보조 빔이 형성되도록, 상기 최종 빔 형성 계수를 결정하는 단계;
    상기 빔 형성 계수에 의하여 결정되는 제1 방향으로 빔이 형성되도록 최종 빔 형성 계수를 결정하는 단계;
    상기 최종 빔 형성 계수를 통한 통신 도중 신호 레벨이 기준 이하로 약해짐을 감지하는 단계; 및
    상기 채널 파라미터에 의하여 결정되는 제2 방향으로 상기 빔이 즉시 전환되도록, 상기 최종 빔 형성 계수를 갱신하는 단계
    를 포함하는,
    단말의 빔 포밍 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 빔 포밍 신호를 획득하는 단계는,
    관측되는 신호 레벨 및 피드백 채널 중 하나를 통해 상기 빔 포밍 신호를 획득하는 단계
    를 포함하는,
    단말의 빔 포밍 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단말의 센서 정보를 획득하는 단계는,
    모션 센서, 가속 센서, 나침반, GPS 중 적어도 하나의 센서로부터 상기 센서 정보를 획득하는 단계
    를 포함하는,
    단말의 빔 포밍 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센서 정보로부터 채널 파라미터를 추정하는 단계는,
    상기 단말의 물리적 채널의 변수 및 단말의 무선 채널 환경을 추정하는 단계
    를 포함하는,
    단말의 빔 포밍 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단말의 물리적 채널의 변수 및 단말의 무선 채널 환경을 추정하는 단계는,
    상기 센서 정보를 이용하여 상기 단말의 움직임, 위치, 방향(orientation) 중 적어도 하나의 정보를 추정하는 단계
    를 포함하는,
    단말의 빔 포밍 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 최종 빔 형성 계수를 결정하는 단계는,
    상기 채널 파라미터를 이용하여 상기 단말의 무선 채널 환경 및 상기 단말의 운동 상태를 획득하는 단계; 및
    상기 빔 형성 계수, 상기 무선 채널 환경 및 상기 운동 상태를 종합하여 상기 최종 빔 형성 계수를 결정하는 단계
    를 포함하는,
    단말의 빔 포밍 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 최종 빔 형성 계수에 기초하여, 빔 포밍을 수행하는 단계
    를 더 포함하는,
    단말의 빔 포밍 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  11. 빔 포밍 신호를 획득하는 신호 획득부;
    상기 빔 포밍 신호를 송수신기 위치에 대응하도록 빔 형성 계수를 계산하는 계산부;
    단말의 센서 정보를 획득하는 센서 정보 획득부;
    상기 센서 정보로부터 채널 파라미터를 추정하는 추정부; 및
    상기 빔 형성 계수 및 상기 채널 파라미터를 이용하여 최종 빔 형성 계수를 결정하는 결정부
    를 포함하고,
    상기 결정부는,
    상기 빔 형성 계수에 의하여 결정되는 제1 방향으로 메인 빔이 형성되고, 상기 채널 파라미터에 의하여 결정되는 제2 방향으로 보조 빔이 형성되도록, 상기 최종 빔 형성 계수를 결정하고,
    상기 빔 형성 계수에 의하여 결정되는 제1 방향으로 빔이 형성되도록 최종 빔 형성 계수를 결정하고,
    상기 최종 빔 형성 계수를 통한 통신 도중 신호 레벨의 변화를 감지하면, 상기 채널 파라미터에 의하여 결정되는 제2 방향으로 상기 빔이 즉시 전환되도록, 상기 최종 빔 형성 계수를 갱신하는,
    단말.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 추정부는,
    상기 단말의 물리적 채널의 변수 및 단말의 무선 채널 환경을 이용하여 상기 단말의 움직임, 위치, 방향 중 적어도 하나의 정보를 추정하는,
    단말.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 결정부는,
    상기 채널 파라미터를 이용하여 상기 단말의 무선 채널 환경 및 상기 단말의 운동 상태를 획득하고,
    상기 빔 형성 계수, 상기 무선 채널 환경 및 상기 운동 상태를 종합하여 상기 최종 빔 형성 계수를 결정하는,
    단말.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 결정부는,
    상기 최종 빔 형성 계수에 기초하여 빔 포밍을 수행하는,
    단말.
  15. 삭제
  16. 삭제
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