KR20180118070A - 이동무선백홀 네트워크에서의 빔포밍 장치 및 그 방법 - Google Patents

이동무선백홀 네트워크에서의 빔포밍 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

이동무선백홀 네트워크에서 기지국은 고정된 경로에 설정된 간격으로 설치된 각 RU(radio unit)의 커버리지를 복수의 구역으로 분할하고, 상기 각 RU와 고속이동체 단말간 전체 빔 검색을 수행하도록 하여 상기 각 RU의 구역별 RU와 고속이동체 단말간 통신에 사용한 빔 정보를 저장하고 상기 구역별로 빔 사용 통계량을 계산한다. 다음, 상기 각 RU의 구역별로 계산된 빔 사용 통계량을 이용하여 상기 각 RU의 구역별 상기 각 RU와 상기 고속이동체 단말의 활성화 빔을 결정한 후, 상기 각 RU의 각 구역에 상기 고속이동체가 진입하면, 상기 각 RU의 각 구역의 활성화 빔만을 검색하여 빔포밍에 사용할 빔을 선택한다.

Description

이동무선백홀 네트워크에서의 빔포밍 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BEAMFORMING IN MOBILE WIRELESS CONBACKHAUL NETWORK}
본 발명은 이동무선백홀 네트워크에서의 빔포밍 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 자세하게는 이동무선백홀 네트워크의 기지국과 단말에서 빔 사용 빈도에 대한 통계 수치를 바탕으로 빔포밍을 수행하는 빔포밍 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
인터넷을 사용하는 수많은 사용자가 탑승한 고속이동체(KTX 고속철, 기차, 지하철 등)를 위한 이동무선백홀 네트워크에서는 일반적으로 고속이동체 외부에 송수신 안테나를 장착한 고속이동체 단말이 내부 사용자들과 기지국 사이의 이동무선백홀 역할을 하고 고속이동체 내부 사용자 단말들에게는 와이파이(Wi-Fi)나 펨토셀(femto cell) 등의 기술로 서비스를 제공한다. 이는 기지국이 사용자 단말에게 직접 신호 전송 시 고속이동체 외벽으로 인해 발생할 수 있는 전파감쇄를 극복할 수 있고 셀 경계에서 다수의 사용자들이 동시에 핸드오버를 수행함으로 인해 발생할 수 있는 핸드오버 시그널링 오버헤드를 고속이동체 단말이 그룹 핸드오버를 수행함으로써 극복할 수 있다. 뿐만 아니라, 고속이동체 단말의 경우 일반 사용자 단말과는 달리 구현(하드웨어 소형화 등)에 큰 제한이 없기 때문에 구현이 비교적 용이하고, 사용자 단말은 와이파이나 펨토셀 등 상용화된 기술을 이용하여 서비스 받으면 되므로 단말 업그레이드의 필요가 없이 서비스를 제공받을 수 있다.
현재 셀룰러 이동통신을 포함한 대부분의 무선통신시스템이 성능향상을 위해 빔포밍(빔형성, beamforming) 기술을 도입하고 있다. 하지만 고속이동체를 위한 이동무선백홀 시스템의 경우 고속이동체 단말이 이동하는 경로가 고정되어 있고 주위 환경의 변화가 크지 않은 특징이 있기 때문에 이런 특징을 적절히 활용하여 적절한 빔포밍 통신방식을 제공할 수 있다. 하지만 고속이동체를 위한 이동무선백홀 시스템에서 빔포밍 기술을 사용할 때 빔포밍이 고속이동체 단말의 이동속도를 따라가지 못할 경우 수신 신호의 크기가 크게 감쇄되기 때문에 빠른 이동속도로 이동하는 고속이동체 단말과 기지국 간의 빔포밍 통신은 반드시 신속한 빔포밍 수행을 필요로 한다. 특히 넓은 주파수 대역의 활용이 가능한 SHF(Super high frequency)/EHF(Extremely high frequency) 등의 높은 주파수 대역은 전파경로 손실과 대기감쇄 등으로 일반 셀룰러 주파수 대역보다 얇은(sharp) 빔포밍이 필요하고 이런 빔이 고속이동체 단말의 속도를 따라가지 못할 경우 성능 감쇄는 훨씬 심해진다.
본 발명이 해결하려는 과제는 고속이동체를 위한 이동무선백홀 네트워크에서 빠르게 변하는 채널 환경에서 신속한 빔포밍 수행을 가능하게 하는 이동무선백홀 네트워크에서의 빔포밍 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 이동무선백홀 네트워크에서 기지국의 빔포밍 방법이 제공된다. 빔포밍 방법은 고정된 경로에 설정된 간격으로 설치된 각 RU(radio unit)의 커버리지를 복수의 구역으로 분할하는 단계, 상기 각 RU와 고속이동체 단말간 전체 빔 검색을 수행하도록 하여 상기 각 RU의 구역별 RU와 고속이동체 단말간 통신에 사용한 빔 정보를 저장하고 상기 구역별로 빔 사용 통계량을 계산하는 단계, 상기 각 RU의 구역별로 계산된 빔 사용 통계량을 이용하여 상기 각 RU의 구역별 상기 각 RU와 상기 고속이동체 단말의 활성화 빔을 결정하는 단계, 그리고 상기 각 RU의 각 구역에 상기 고속이동체가 진입하면, 상기 각 RU의 각 구역의 활성화 빔만을 검색하여 빔포밍에 사용할 빔을 선택하는 단계를 포함한다.
상기 결정하는 단계는 빔 사용 빈도가 설정된 임계값을 넘는 빔을 활성화 빔으로 설정하고 상기 빔 사용 빈도가 상기 임계 값 이하인 빔을 비활성화 빔으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 임계값은 상기 각 구역별로 동일하게 설정되거나 다르게 설정될 수 있다.
상기 빔 사용 통계량을 계산하는 단계는 상기 구역별 사용되는 RU와 고속이동체 단말의 빔 통계가 수렴될 때까지 상기 각 RU와 고속 이동체간 전체 빔 검색을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전체 빔 검색은 주기적으로 또는 간헐적으로 수행될 수 있다.
상기 빔포밍 방법은 상기 각 RU의 구역별 활성화 빔을 토대로 상기 각 RU의 구역들을 적어도 하나의 그룹으로 그룹핑하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 그룹핑하는 단계는 동일한 활성화 빔을 가지는 인접 구역들을 하나의 그룹으로 그룹핑하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 빔포밍 방법은 상기 각 RU의 구역별 또는 그룹별 상기 고속이동체 단말의 활성화 빔 정보를 상기 고속이동체 단말로 시그널링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 빔포밍 방법은 상기 고속이동체 단말이 상기 각 RU의 각 구역에 진입 시, 진입 통보를 상기 고속이동체 단말로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전송하는 단계는 상기 각 RU의 구역별 상기 고속이동체 단말의 활성화 빔이 변경되는 경우, 상기 진입 통보와 함께 해당 구역의 변경된 활성화 빔 정보를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 따르면, 고정된 경로에 설정된 간격으로 설치된 복수의 RU(radio unit)를 포함하는 이동무선백홀 네트워크에서 고속이동체 단말의 빔포밍 방법이 제공된다. 빔포밍 방법은 각 RU의 구역별 상기 고속이동체 단말의 활성화 빔 정보를 기지국으로부터 수신하는 단계, 상기 고속이동체 단말이 각 RU의 각 구역에 진입하면, 상기 기지국으로부터 진입 통보를 수신하는 단계, 그리고 상기 진입 통보를 수신하면, 해당 RU의 해당 구역의 활성화 빔만을 검색하여 통신에 사용할 빔을 선택하는 단계를 포함하며, 상기 각 구역별 활성화 빔은 상기 각 구역에서의 빔 사용 빈도를 토대로 결정될 수 있다.
상기 수신하는 단계는 상기 각 RU의 구역별 활성화 빔 정보가 변경되면, 상기 진입 통보와 함께 해당 구역의 변경된 활성화 빔 정보를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 빔포밍 방법은 기지국으로의 초기 접속 전 또는 상기 기지국의 제어에 따라 전체 빔 검색을 수행하여 통신할 빔을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 활성화 빔은 해당 구역에서 빔 사용 빈도가 설정된 임계값을 넘는 빔을 포함할 수 있다.
상기 임계값은 구역별로 다르게 설정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 실시 예에 따르면, 이동무선백홀 네트워크에서 고정된 경로에 설정된 간격으로 설치된 복수의 RU(radio unit)를 포함하는 기지국의 빔 포밍 장치가 제공된다. 빔포밍 장치는 프로세서, 그리고 송수신기를 포함한다. 상기 프로세서는 각 RU의 커버리지를 복수의 구역으로 분할하고, 상기 각 RU와 고속이동체 단말간 전체 빔 검색을 수행하도록 하여 상기 각 RU의 구역별 RU와 고속이동체 단말간 통신에 사용한 빔 정보를 저장하고 상기 구역별로 빔 사용 통계량을 계산하며, 상기 각 RU의 구역별로 계산된 빔 사용 통계량을 이용하여 상기 각 RU의 구역별 상기 각 RU와 상기 고속이동체 단말의 활성화 빔을 결정한다. 그리고 상기 송수신기는 상기 각 RU의 구역별 고속이동체 단말의 활성화 빔을 상기 고속이동체 단말로 전송한다.
상기 프로세서는 상기 고속이동체 단말이 상기 각 RU의 각 구역에 진입하면, 상기 고속이동체 단말이 진입한 RU의 해당 구역의 활성화 빔만을 검색하여 빔포밍에 사용할 빔을 선택할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 각 RU에서 동일한 활성화 빔을 가지는 인접 구역들을 하나의 그룹으로 그룹핑할 수 있다.
상기 프로세서는 주기적으로 또는 간헐적으로 상기 각 RU와 고속이동체 단말간 전체 빔 검색을 수행하도록 제어할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 고속이동체 단말이 상기 각 RU의 각 구역에 진입 시 진입 통보를 상기 송수신기를 통해 상기 고속이동체 단말로 전송하고, 상기 각 RU의 구역별 상기 고속이동체 단말의 활성화 빔이 변경되는 경우, 상기 진입 통보와 함께 해당 구역의 변경된 활성화 빔 정보를 전송할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고속철을 위한 이동무선백홀 네트워크에서 기지국과 고속이동체 단말이 효율적이고 신속하게 빔포밍을 수행하여 고속으로 이동하는 고속이동체에 고성능의 빔포밍 기술 기반 이동무선백홀 서비스를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고속이동체를 위한 빔포밍 기반 이동무선백홀 네트워크의 개념을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 빔 포밍을 위한 RU의 커버리지 분할을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 활성화 빔과 비활성화 빔의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 빔포밍 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 고속이동체 단말의 빔포밍 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 빔포밍 장치를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 고속이동체 단말의 빔포밍 장치를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 단말(terminal)은 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, MT, MS, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 중계 노드(relay node, RN), 기지국 역할을 수행하는 진보된 중계기(advanced relay station, ARS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS), 소형 기지국[펨토 기지국(femto BS), 홈 노드B(home node B, HNB), 홈 eNodeB(HeNB), 피코 기지국(pico BS), 메트로 기지국(metro BS), 마이크로 기지국(micro BS) 등] 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 이동무선백홀 네트워크에서의 빔포밍 장치 및 그 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고속이동체를 위한 빔포밍 기반 이동무선백홀 네트워크의 개념을 나타낸 도면이다.
고속이동체는 일반적으로 기차, 지하철, 고속철[high-speed train (HST)] 등 차량 내 다수의 인터넷 사용자가 탑승하고 고정선로를 따라 이동하는 차량을 의미하고 일반 도로에서 달리는 자동차, 버스 등도 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 고속철을 위주로 설명하지만 고속철에만 국한되는 것은 아니다. 그리고 아래에서 특별한 언급이 없으면 단말은 고속이동체 단말[vehicular equipment (VE)]를 의미한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 이동무선백홀 네트워크는 크게 DU(digital unit), DU와 연결된 복수의 RU(radio unit), 그리고 고속이동체에 설치된 복수 개의 VE로 이루어지고, 각각의 RU와 VE는 빔 포밍 기술을 이용하여 차량 내부 모바일 인터넷 서비스를 위한 이동무선백홀 통신을 수행한다. 기지국은 적어도 하나의 DU와 각 DU에 연결된 복수의 RU를 포함할 수 있다.
DU는 기지국 제어 장치로서, 복수의 RU와 광 케이블을 통해 연결될 수 있다. DU는 광 케이블을 통해 연결된 복수의 RU를 제어하며, 빔포밍 장치를 포함할 수 있다. DU는 코어망을 통해서 인터넷 망과 연결될 수 있다.
복수의 RU는 각각 고유의 커버리지를 가지며, 해당 커버리지 내의 VE와 빔포밍을 통해 통신을 수행한다.
VE는 고속이동체 내부에 위치하는 적어도 하나의 소형셀(small cell) 기지국 또는 적어도 하나의 와이파이(Wi-Fi) 액세스 포인트(Access Point, AP)와 연결될 수 있으며, 소형셀 기지국 또는 와이파이 AP를 통해 고속이동체 내부의 사용자 단말들과 데이터를 송수신할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 고속이동체를 위한 이동무선백홀에 대해서만 다루기로 한다.
고속이동체 내부에는 일반적으로 수많은 인터넷 사용자가 탑승할 수 있어, 고속의 데이터 전송률을 제공할 수 있는 이동무선백홀 기술을 필요로 한다. 따라서 넓은 주파수 대역을 활용하여 고속의 데이터 전송률을 제공할 수 있는 밀리미터파와 같은 고주파가 고려될 수 있고, 이 경우에는 전파의 대기 감쇄 손실을 극복하고 커버리지 확보하기 위한 빔포밍 기술은 거의 필수적이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 빔 포밍을 위한 RU의 커버리지 분할을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 기술은 도 1과 같이 네트워크의 특징 상 VE가 이동하는 경로가 고정되어 있고 주위 환경의 변화가 크지 않은 점을 활용한다. DU는 각 RU의 커버리지를 복수의 구역으로 분할한다. 각 구역은 동일한 간격을 가질 수 있으며, 최소 단위 구역일 수 있다. DU는 RU의 각 구역을 지나가면서 해당 RU와 VE가 통신 시에 사용한 송수신 빔 인덱스(beam index) 정보를 각 구역 별로 저장하고, 구역 별로 빔 사용 빈도를 통계한다. RU는 위치 측정 기술을 활용하여 각 RU의 커버리지를 등간격의 구역들로 분할할 수 있다.
DU는 각 구역 별로 VE와 RU의 빔 인덱스 정보를 저장할 때 최적의 빔 인덱스만 저장할 수도 있지만 준최적(sub-optimal)의 빔 인덱스도 저장하여 빔 사용 빈도를 통계하도록 설정할 수 있다.
또한 DU는 각 구역 별 저장된 빔 인덱스 정보를 토대로 복수의 구역을 그룹핑할 수 있다.
예를 들어, 도 2에서와 같이 DU #d는 연결되어 있는 RU #m의 커버리지를 총 12개의 구역(1~12)으로 분할하고, 각 구역(1~12) 별로 VE가 지나갈 때 RU와 통신하면서 사용한 VE와 RU간의 빔 인덱스 정보를 저장하고, 빔 사용 빈도를 통계한다. 그리고 각 구역(1~12) 별 저장된 VE와 RU의 빔 인덱스 정보를 토대로 12개의 구역(1~12)을 4개의 그룹핑 구역 즉, 그룹핑 구역1 내지 그룹핑 구역4로 그룹핑할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서 RU와 VE의 위치 측정은 일반적으로 GPS(Global Positioning System)를 활용하지만 이 방법에만 국한되지는 않을 수 있다. 또한 GPS의 수신이 어려운 터널과 같은 환경을 고려하여 커버리지 구역 분할을 거리가 아닌 TDoA(Time Difference of Arrival)에 의해 설계할 수도 있다.
예를 들어, 도 2에서는 GPS와 같은 위치 측정 기술을 활용하여 1.2km의 커버리지를 100m를 간격으로 총 12개의 최소 단위 구역으로 분할하였다면 GPS를 수신하지 못하는 구역에서는 VE와 RU간 커버리지 내의 최대 TDoA와 최소 TDoA 구간을 등시간 간격으로 12개의 구역으로 분할할 수도 있다.
DU는 RU와 VE의 각 구역별 사용되는 빔 통계가 수렴하였다고 판단되면, 구역별로 빔 사용 빈도를 토대로 RU와 VE의 활성화 빔과 비활성화 빔을 결정한다. DU는 구역별 VE의 활성화 빔 정보를 VE가 해당 구역을 진입할 때 VE에게 알려준다.
RU와 VE는 송수신 빔 탐색 시 구역 별 활성화 빔만을 검색하여 통신에 사용할 빔을 선택한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 활성화 빔과 비활성화 빔의 일 예를 나타낸 도면으로, 도 3에서는 2차원의 빔으로 도시하였지만 본 발명은 이에 국한되지 않고 3차원 빔포밍에서도 동일하게 적용 가능하다.
도 3에 도시한 바와 같이, DU는 각 구역 별로 VE와 RU 사이에 사용된 빔 인덱스의 빈도를 통계하는데 초기에는 통계량이 적으므로, VE와 RU간 통신 시에 전체(full) 빔 검색을 통해 통신하도록 RU와 VE를 제어한다. 즉 RU와 VE가 각각 총 N1과 N2개의 빔 후보(B1~BN1, B1~BN2)를 가지고 있다면 통신할 빔 결정 시에 총 N1ㅧN2개의 빔 조합을 검색하고, 그 중 최적의 빔 조합을 선택하여 통신한다. 이는 복잡도가 매우 높아 신속한 빔포밍이 어려운 단점이 있고 고속이동체와 같이 고속으로 이동하는 단말의 이동통신 성능을 크게 저하시킨다. 하지만 일반적으로 고속이동체 환경은 주위환경의 변화가 적고 단말의 이동 경로가 고정적이기 때문에 각 구역마다 실질적으로 유용한 빔은 매우 한정적이다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 이러한 특징을 활용하여 VE과 RU에서 사용되는 빔 인덱스를 통계하고 도 3에서와 같이 각 구역에서 빔 통계가 수렴하였을 때 구역 별로 RU와 VE의 활성화 빔과 비활성화 빔을 결정한다. DU는 각 구역별로 빔 사용 빈도가 α% 이하의 빔에 대해서는 비활성화 빔으로 설정하여 빔 검색 시 검색되지 않도록 한다.
RU는 VE가 자신의 커버리지에 진입하면, VE가 진입한 구역의 활성화 빔을 검색하여 통신할 빔을 선택한다.
도 3에서는 N1=10이고 N2=10일 때를 구역 5와 구역 11에서 빔 통계가 수렴하였을 때의 RU와 VE의 활성화 빔과 비활성화 빔을 도시하였다.
도 3을 보면, 구역 5에서 RU의 활성화 빔은 빔(B5, B6)이고, 빔(B5, B6)을 제외한 나머지 빔(B2, B4~B10)은 α%이하의 빔 사용 빈도로 거의 사용되지 않기 때문에 비활성화 빔으로 설정될 수 있다. 또한 VE의 활성화 빔은 빔(B1, B3, B10)이고, 빔(B1, B3, B10)을 제외한 나머지 빔(B2, B4~B10)은 사용 빈도가 낮아 비활성화 빔으로 설정될 수 있다. 구역 11에서 RU의 활성화 빔은 빔(B5, B6)이고, 빔(B5, B6)을 제외한 나머지 빔(B2, B4~B10)은 α%이하의 빔 사용 빈도로 거의 사용되지 않기 때문에 비활성화 빔으로 설정될 수 있다. 또한 VE의 활성화 빔은 빔(B9, B10)이고, 빔(B9, B10)을 제외한 나머지 빔(B3~B10)은 사용 빈도가 낮아 비활성화 빔으로 설정될 수 있다.
이렇게 설정된 비활성화 빔은 RU와 VE에서 빔 검색 시 고려하지 않기 때문에 검색할 RU와 VE의 빔 조합의 수가 크게 줄어들어 신속한 빔 검색 및 빔포밍 통신을 수행할 수 있게 된다.
그리고 구역별로 통계하여 얻은 RU와 VE의 활성화 빔 정보를 바탕으로 복수의 구역이 그룹핑될 수 있다. RU와 VE의 활성화 빔 통계 결과가 동일한 인접 구역 간 그룹핑 수행을 수행할 수 있다. 예를 들어, RU와 VE의 활성화 빔 통계 결과가 구역(1, 2)이 동일하고, 구역(3~5)이 동일하며, 구역(6~8)이 동일하고, 구역(9~12)이 동일하여, 도 2와 같이 12개의 구역(1~12)이 4개의 그룹핑 구역 즉, 그룹핑 구역1 내지 그룹핑 구역4로 그룹핑될 수 있다.
구역의 그룹핑은 DU가 VE에게 그룹핑 구역 별 활성화 빔 정보를 알려주기 위해 필요한 시그널링의 부담을 감소시켜준다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 빔포밍 방법을 나타낸 도면이다.
도 4를 참고하면, DU는 각 RU의 커버리지를 복수의 구역으로 분할한다(S410). DU는 RU와 VE의 위치 측정을 통해 거리에 따라 각 RU의 커버리지를 분할할 수 있고, 위치 측정이 어려운 경우에 다른 방법을 이용하여 커버리지를 분할할 수 있다.
DU는 RU의 커버리지를 지나가면서 해당 RU와 VE가 통신 시에 사용한 송수신 빔 인덱스 정보를 각 구역별로 저장하고, 각 구역별로 RU와 VE의 빔 사용 빈도를 통계한다(S420).
DU는 각 구역 별로 RU와 VE의 빔 통계가 수렴되었을 때, 각 구역별 RU와 VE의 활성화 빔과 비활성화 빔을 결정한다(S430). DU는 임계 값 α을 설정하고, 빔 사용 빈도가 α를 넘는 빔들을 활성화 빔으로 결정하고, 그렇지 않으면 비활성화 빔으로 결정할 수 있다. 임계 값 α는 구역별로 다르게 설정될 수 있으며, 경우에 따라 임의적으로 변경될 수 있다.
DU는 각 구역별 RU와 VE의 활성화 빔을 토대로 구역들을 그룹핑할 수 있다(S440). DU는 RU와 VE의 활성화 빔이 동일한 인접 구역들을 하나의 그룹핑 구역으로 그룹핑할 수 있다. 인접 구역은 위치상으로 연속된 구역을 나타낸다.
DU는 각 구역별 VE의 활성화 빔 정보를 RU를 통해 VE로 시그널링한다(S450). 구역들이 그룹핑 그룹으로 그룹핑된 경우, DU는 그룹핑 구역의 활성화 빔 정보를 RU를 통해 VE로 시그널링한다.
빔 통계가 수렴된 경우에도, DU는 지속적인 정확한 빔 통계를 위해 구역 별로 간헐적으로 전체 빔 검색을 수행하도록 RU와 VE를 제어하여 각 구역의 활성화 빔을 업데이트하고, 그룹핑 구역을 업데이트할 수 있다.
빔 통계는 그룹핑 구역이 아닌 구역 별로 수행하고, 그룹핑 구역들도 지속적인 통계로 빔 통계 결과가 달라짐에 따라 다시 구역으로 분리될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 고속이동체 단말의 빔포밍 방법을 나타낸 도면이다.
도 5를 참고하면, VE는 초기 접속 절차를 통해 기지국에 접속하면 기지국으로부터 하향링크를 통해 RU의 그룹핑 구역별 RU와 VE의 활성화 빔 정보를 획득한다(S510).
VE가 RU의 각 그룹핑 구역으로 진입하면, VE는 DU로부터 RU의 각 그룹핑 구역으로의 진입 통보를 수신한다(S520). 그룹핑 구역의 활성화 빔 정보가 변경된 경우, 진입 통보 시에 변경된 그룹핑 구역의 활성화 빔 정보가 포함될 수 있다. 또한 그룹핑 구역이 변경될 수 있으며, VE가 변경된 그룹핑 구역에 진입하면 진입 통보와 함께 해당 그룹핑 구역의 활성화 빔 정보가 VE로 전송될 수 있다.
VE는 해당 그룹핑 구역의 활성화 빔 정보의 변경 없이 해당 그룹핑 구역으로의 진입 통보를 DU로부터 수신하면(S530), 초기 접속 절차 시에 획득한 해당 그룹핑 구역의 활성화 빔 정보를 검색하여 통신에 사용할 빔을 선택하고(S540, S550), 선택된 빔을 이용하여 RU와 빔포밍 통신을 수행한다(S560).
VE는 해당 그룹핑 구역의 활성화 빔 정보의 변경 정보와 함께 해당 그룹핑 구역으로의 진입 통보를 수신하면(S530), 변경된 활성화 빔 정보를 토대로 빔 검색을 수행하고, 통신에 사용할 빔을 선택할 수 있다(S570, S550).
이와 같이, VE와 RU는 초기 접속 이후부터는 전체 빔 검색이 아닌 활성화 빔만을 검색하여 통신할 빔을 선택하게 된다.
한편, 기지국으로의 초기 접속 절차 전에는 VE는 기지국으로부터 활성화 빔 정보를 수신할 수 없기 때문에, VE는 그룹핑 구역별 RU와 VE의 활성화 빔 정보를 알 수 없다. 따라서 DU는 초기 접속 절차 전에는 그룹핑 구역별 RU와 VE의 활성화 빔 정보를 획득하기 위해 RU와 VE 모두 전체 빔 검색을 수행하도록 하여 빔 통계를 수행한다. 또한 RU와 VE는 초기 접속 절차 전에는 전체 빔 검색을 통해 최적의 빔을 선택하여 초기 접속 및 통신을 수행한다. DU는 각 구역의 빔 통계가 수렴될 때까지 RU와 VE 모두 전체 빔 검색을 수행하도록 하며, RU와 VE 또한 빔 통계가 수렴될 때까지는 전체 빔 검색을 수행하여 최적의 빔을 선택하여 통신을 수행할 수 있다.
빔 통계가 수렴된 후에도 DU는 VE에게 그룹핑 구역 별로 간헐적으로 수 차례 전체 전체 빔 검색을 하도록 제어하여 지속적인 빔 통계를 수행할 수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이 빔 통계는 그룹핑 구역이 아닌 최소 단위에 해당하는 구역별로 수행될 수 있다.
또한 본 발명의 실시 예에 따르면, VE는 핸드오버를 위해 타겟 기지국으로 RACH (Random Access Channel) 프앰블을 전송 시에나 타겟 기지국으로부터 기지국 정보가 포함된 방송 채널(physical broadcast channel, PBCH) 수신 시에 미리 서빙 기지국의 하향링크를 통해 획득한 VE와 타겟 기지국의 RU간의 활성화 빔 정보를 활용할 수 있다. 이 경우, 타겟 기지국에 통계 및 저장되어 있는 VE와 타겟 기지국의 RU 간의 활성화 빔 정보는 인터페이스를 통해 서빙 기지국에 전달되며, VE는 서빙 기지국으로부터 이 정보를 수신할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 빔포밍 장치를 나타낸 도면이다.
도 6을 참고하면, 기지국의 빔포밍 장치(600)는 적어도 하나의 프로세서(610), 송수신기(620) 및 메모리(630)를 포함한다.
적어도 하나의 프로세서(610)는 도 1 내지 도 4를 토대로 설명한 활성화 빔 결정, 빔 검색 및 빔 선택 및 빔포밍 기능들을 구현하도록 동작할 수 있다. 적어도 하나의 프로세서(610)는 DU 및 RU에 분산되어 구현될 수 있다. 또한 적어도 하나의 프로세서(610)는 기지국 내 다른 장치에 구현될 수도 있다.
송수신기(620)는 프로세서(610)와 연결되어 VE와 무선신호를 송신 및 수신한다.
메모리(630)는 프로세서(610)에서 수행하기 위한 명령어를 저장하고 있거나 저장 장치(도시하지 않음)로부터 명령어를 로드하여 일시 저장한다. 프로세서(610)는 메모리(630)에 저장되어 있거나 로드된 명령어를 실행할 수 있다. 또한 메모리(630)는 프로세서(610)의 동작과 관련된 정보를 저장할 수 있다.
프로세서(610)와 메모리(630)는 버스(도시하지 않음)를 통해 서로 연결되어 있으며, 버스에는 입출력 인터페이스(도시하지 않음)도 연결되어 있을 수 있다. 이때 입출력 인터페이스에 송수신기(620)가 연결되며, 입력 장치, 디스플레이, 스피커, 저장 장치 등의 주변 장치가 연결되어 있을 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 고속이동체 단말의 빔포밍 장치를 나타낸 도면이다.
도 7을 참고하면, VE의 빔포밍 장치(700)는 적어도 하나의 프로세서(710), 송수신기(720) 및 메모리(730)를 포함한다.
적어도 하나의 프로세서(710)는 도 1 내지 도 3 및 도 5를 토대로 설명한 빔 검색 및 빔 선택 및 빔포밍 기능들을 구현하도록 동작할 수 있다. 적어도 하나의 프로세서(710)는 VE에 구현될 수 있다.
송수신기(720)는 프로세서(710)와 연결되어 RU와 무선신호를 송신 및 수신한다.
메모리(730)는 프로세서(710)에서 수행하기 위한 명령어를 저장하고 있거나 저장 장치(도시하지 않음)로부터 명령어를 로드하여 일시 저장한다. 프로세서(710)는 메모리(730)에 저장되어 있거나 로드된 명령어를 실행할 수 있다. 또한 메모리(730)는 프로세서(710)의 동작과 관련된 정보를 저장할 수 있다.
프로세서(710)와 메모리(730)는 버스(도시하지 않음)를 통해 서로 연결되어 있으며, 버스에는 입출력 인터페이스(도시하지 않음)도 연결되어 있을 수 있다. 이때 입출력 인터페이스에 송수신기(720)가 연결되며, 입력 장치, 디스플레이, 스피커, 저장 장치 등의 주변 장치가 연결되어 있을 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 이동무선백홀 네트워크에서 기지국의 빔포밍 방법으로서,
    고정된 경로에 설정된 간격으로 설치된 각 RU(radio unit)의 커버리지를 복수의 구역으로 분할하는 단계,
    상기 각 RU와 고속이동체 단말간 전체 빔 검색을 수행하도록 하여 상기 각 RU의 구역별 RU와 고속이동체 단말간 통신에 사용한 빔 정보를 저장하고 상기 구역별로 빔 사용 통계량을 계산하는 단계,
    상기 각 RU의 구역별로 계산된 빔 사용 통계량을 이용하여 상기 각 RU의 구역별 상기 각 RU와 상기 고속이동체 단말의 활성화 빔을 결정하는 단계, 그리고
    상기 각 RU의 각 구역에 상기 고속이동체가 진입하면, 상기 각 RU의 각 구역의 활성화 빔만을 검색하여 빔포밍에 사용할 빔을 선택하는 단계
    를 포함하는 빔포밍 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 결정하는 단계는 빔 사용 빈도가 설정된 임계값을 넘는 빔을 활성화 빔으로 설정하고 상기 빔 사용 빈도가 상기 임계 값 이하인 빔을 비활성화 빔으로 설정하는 단계를 포함하는 빔포밍 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 임계값은 상기 각 구역별로 동일하게 설정되거나 다르게 설정되는 빔포밍 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 빔 사용 통계량을 계산하는 단계는 상기 구역별 사용되는 RU와 고속이동체 단말의 빔 통계가 수렴될 때까지 상기 각 RU와 고속 이동체간 전체 빔 검색을 수행하는 단계를 포함하는 빔포밍 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 전체 빔 검색은 주기적으로 또는 간헐적으로 수행되는 빔포밍 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 각 RU의 구역별 활성화 빔을 토대로 상기 각 RU의 구역들을 적어도 하나의 그룹으로 그룹핑하는 단계
    를 더 포함하는 빔포밍 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 그룹핑하는 단계는 동일한 활성화 빔을 가지는 인접 구역들을 하나의 그룹으로 그룹핑하는 단계를 포함하는 빔포밍 방법.
  8. 제6항에서,
    상기 각 RU의 구역별 또는 그룹별 상기 고속이동체 단말의 활성화 빔 정보를 상기 고속이동체 단말로 시그널링하는 단계
    를 더 포함하는 빔포밍 방법.
  9. 제1항에서,
    상기 고속이동체 단말이 상기 각 RU의 각 구역에 진입 시, 진입 통보를 상기 고속이동체 단말로 전송하는 단계
    를 더 포함하는 빔포밍 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 전송하는 단계는 상기 각 RU의 구역별 상기 고속이동체 단말의 활성화 빔이 변경되는 경우, 상기 진입 통보와 함께 해당 구역의 변경된 활성화 빔 정보를 전송하는 단계를 포함하는 빔포밍 방법.
  11. 고정된 경로에 설정된 간격으로 설치된 복수의 RU(radio unit)를 포함하는 이동무선백홀 네트워크에서 고속이동체 단말의 빔 포밍 방법으로서,
    각 RU의 구역별 상기 고속이동체 단말의 활성화 빔 정보를 기지국으로부터 수신하는 단계,
    상기 고속이동체 단말이 각 RU의 각 구역에 진입하면, 상기 기지국으로부터 진입 통보를 수신하는 단계, 그리고
    상기 진입 통보를 수신하면, 해당 RU의 해당 구역의 활성화 빔만을 검색하여 통신에 사용할 빔을 선택하는 단계
    를 포함하며,
    상기 각 구역별 활성화 빔은 상기 각 구역에서의 빔 사용 빈도를 토대로 결정되는 빔포밍 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 수신하는 단계는 상기 각 RU의 구역별 활성화 빔 정보가 변경되면, 상기 진입 통보와 함께 해당 구역의 변경된 활성화 빔 정보를 수신하는 단계를 포함하는 빔포밍 방법.
  13. 제11항에서,
    기지국으로의 초기 접속 전 또는 상기 기지국의 제어에 따라 전체 빔 검색을 수행하여 통신할 빔을 선택하는 단계
    를 더 포함하는 빔포밍 방법.
  14. 제11항에서,
    상기 활성화 빔은 해당 구역에서 빔 사용 빈도가 설정된 임계값을 넘는 빔을 포함하는 빔포밍 방법.
  15. 제15항에서,
    상기 임계값은 구역별로 다르게 설정되는 빔포밍 방법.
  16. 이동무선백홀 네트워크에서 고정된 경로에 설정된 간격으로 설치된 복수의 RU(radio unit)를 포함하는 기지국의 빔 포밍 장치로서,
    각 RU의 커버리지를 복수의 구역으로 분할하고, 상기 각 RU와 고속이동체 단말간 전체 빔 검색을 수행하도록 하여 상기 각 RU의 구역별 RU와 고속이동체 단말간 통신에 사용한 빔 정보를 저장하고 상기 구역별로 빔 사용 통계량을 계산하며, 상기 각 RU의 구역별로 계산된 빔 사용 통계량을 이용하여 상기 각 RU의 구역별 상기 각 RU와 상기 고속이동체 단말의 활성화 빔을 결정하는 프로세서, 그리고
    상기 각 RU의 구역별 고속이동체 단말의 활성화 빔을 상기 고속이동체 단말로 전송하는 송수신기
    를 포함하는 빔포밍 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 프로세서는 상기 고속이동체 단말이 상기 각 RU의 각 구역에 진입하면, 상기 고속이동체 단말이 진입한 RU의 해당 구역의 활성화 빔만을 검색하여 빔포밍에 사용할 빔을 선택하는 빔포밍 장치.
  18. 제16항에서,
    상기 프로세서는 상기 각 RU에서 동일한 활성화 빔을 가지는 인접 구역들을 하나의 그룹으로 그룹핑하는 빔포밍 장치.
  19. 제16항에서,
    상기 프로세서는 주기적으로 또는 간헐적으로 상기 각 RU와 고속이동체 단말간 전체 빔 검색을 수행하도록 제어하는 빔포밍 장치.
  20. 제16항에서,
    상기 프로세서는 상기 고속이동체 단말이 상기 각 RU의 각 구역에 진입 시 진입 통보를 상기 송수신기를 통해 상기 고속이동체 단말로 전송하고, 상기 각 RU의 구역별 상기 고속이동체 단말의 활성화 빔이 변경되는 경우, 상기 진입 통보와 함께 해당 구역의 변경된 활성화 빔 정보를 전송하는 빔포밍 장치.
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