KR20240041615A - 셀룰라 기반의 항공기 통신 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 셀룰라 기반의 항공기 통신 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 본 개시의 일측면에 따른 셀룰라 기반의 A2G(Air to Ground) 통신을 위한 지상 기지국의 방법은 항공기에 장착된 단말로부터 상태 정보를 수신하는 단계와 상기 상태 정보에 기반하여 채널 상태 정보를 보정하는 단계와 상기 보정된 채널 상태 정보에 기반하여 빔포밍 정보를 갱신하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 항공기 통신 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 셀룰라 기반의 A2G(Air to Ground) 네트워크에서 추정된 채널 상태 정보를 실시간 비행 상태 정보 및 사전 수집된 지형 정보에 기반하여 보정하고, 보정된 채널 상태 정보를 기반으로 빔포밍 정보를 갱신함으로써 전송 성능을 향상시키는 것이 가능한 셀룰라 기반의 항공기 통신 기술에 관한 것이다.
NR(New Radio)은 2015년 9월 3GPP(3rd Generation Partnership Project) TSG-RAN(Technical Specification Group - Radio Access Network) 워크숍을 시작으로 논의가 시작된 5G system으로써의 채널 모델링을 위한 스터디와 NR을 위한 시나리오 및 요구사항을 만들기 위한 스터디를 진행하였고, 2016년 3월 스웨덴 고텐버그에서 개최된 71차 3GPP RAN Plenary에서 SI(Study Item)로 본격적인 논의가 시작되었다.
2017년 3월 각 워킹 그룹의 스터디를 완료하여 물리계층에서는 TR 38.802가 발간되었고, 2017년 3월 NR을 위한 Rel-15 WI(Work Item)이 승인되어 2018년 6월을 목표로 표준화가 진행되었다.
Rel-15에서는 제어 평면(control plane)의 앵커(anchor)로써 LTE에서 사용되었던 EPC(Enhanced Packet Core)와의 연결을 포함하는 NSA(NonStandalone)와 NR을 위한 완전한 제어 평면을 가지는 SA(Standalone)가 모두 지원되도록 합의되었다.
3GPP NR에서는 ITU의 5G 비전에서 제시한 3대 서비스 시나리오인 초 광대역 데이터 전송 서비스를 지원하기 위한 eMBB(enhanced Mobile Broadband), 고신뢰성(High Reliability 및 저지연(Low Latency) 서비스를 제공하기 위한 URLLC(Ultra Reliable and Low Latency Communication) 및 대규모 사물 통신 서비스를 지원하기 위한 mMTC(massive Machine Type Communication)가 지원되도록 정의되어 있다.
3GPP Rel-18에서는 2021년 12월에 UAV(Unmanned Arial Vehicle) 지원 아이템이 WI로 승인되었고, 2022년 8월부터 활발한 표준화 논의가 이루어질 예정이다.
또한, GPP Rel-18에서는 2022년 3월 NR 기반의 A2G(Air to Ground) 네트워크를 지원하기 위한 아이템을 WI으로 승인하었고, 향후 해당 WI에 대한 표준화 논의가 활발히 진행될 예정이다.
A2G는 기존 항공기 통신 방식과 비교하여 저비용으로 높은 전송 속도와 낮은 전송 지연을 가지는 서비스를 제공할 수 있으며, 이에 따라 통신 사업자와 항공기 업계에서의 A2G 시스템에 대한 관심히 증가하고 있다.
본 발명의 목적은 셀룰라 기반의 항공기 통신 제공 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 셀룰라 기반의 A2G(Air to Ground) 네트워크에서 추정된 채널 상태 정보를 실시간 비행 상태 정보 및 사전 수집된 지형 정보에 기반하여 보정하고, 보정된 채널 상태 정보를 기반으로 빔포밍 정보를 갱신함으로써 전송 성능을 향상시키는 것이 가능한 셀룰라 기반의 항공기 통신 방법 및 그를 위한 장치 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 채널 상태 추정 및/또는 보정 시 시간에 따라 채널 상태가 빠르고 랜덤하게 변하는 소규모 페이딩(small scale fading)을 배제하고 항공기 통신 단말의 위치 변화에 따라 채널 상태 예측이 용이한 대규모 페이딩(Large Scale Fading)을 활용함으로써 상향링크 및/또는 하향링크 통신을 위한 최적의 빔 패턴을 형성하는 것이 가능한 셀룰라 기반의 항공기 통신 방법 및 그를 위한 장치 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 일측면에 따른 셀룰라 기반의 A2G(Air to Ground) 통신을 위한 지상 기지국의 방법은 항공기에 장착된 단말로부터 상태 정보를 수신하는 단계와 상기 상태 정보에 기반하여 채널 상태 정보를 보정하는 단계와 상기 보정된 채널 상태 정보에 기반하여 빔포밍 정보를 갱신하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 방법은 외부 서버로부터 상기 항공기의 이동 경로에 상응하는 지형 정보를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 상태 정보는 비행 상태 정보 및 하향링크 채널 상태 정보를 포함하고, 상기 채널 상태 정보를 보정하는 단계는 상기 비행 상태 정보를 기반으로 예측된 상기 항공기의 이동 경로에 상응하여 추출된 상기 지형 정보에 기반하여 상기 하향링크 채널 상태 정보를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 비행 상태 정보는 속도 정보, 가속도 정보, 고도 정보, 위도 및 경도에 대한 정보, 비행 궤적에 대한 정보, 상기 항공기에 장착된 카메라에 의해 촬영된 이미지 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 빔포밍 정보를 갱신하는 단계는 상기 보정된 상기 하향링크 채널 상태 정보에 기반하여 전송 빔포밍 정보를 갱신하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 방법은 상기 단말로부터 수신되는 레퍼런스 신호에 기반하여 상향링크 채널 상태를 측정하여 상향링크 채널 상태 정보를 생성하는 단계를 더 포함하되, 상기 채널 상태 정보를 보정하는 단계는 상기 비행 상태 정보를 기반으로 예측된 상기 항공기의 이동 경로에 상응하여 추출된 상기 지형 정보에 기반하여 상기 상향링크 채널 상태 정보를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 빔포밍 정보를 갱신하는 단계는 상기 보정된 상향링크 채널 상태 정보를 기반으로 수신 빔포밍 정보를 갱신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 지상 기지국은 빔 형성을 위한 복수의 안테나 엘리먼트로 구성된 어레이 안테나를 구비하고, 상기 갱신되는 빔포밍 정보는 데이터의 송수신에 사용되는 빔 폭에 대한 정보 및 상기 빔의 방향에 대한 정보를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 채널 상태 정보를 보정하는 단계는 상기 이동 경로 및 상기 지형 정보를 기반으로 추정된 대규모 페이딩(Large Scale Fading)을 이용하여 상기 채널 상태 정보를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 채널 상태 정보를 보정하는 단계에서 상기 채널 상태 정보는 데이터 송수신을 위한 자원 할당 후 실제 데이터 전송 또는 수신 시점에 보정될 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따른 셀룰라 기반의 A2G(Aerial to Ground) 통신을 지원하는 지상 기지국은 항공기에 장착된 단말로부터 상태 정보를 수신하는 A2G 통신부와 상기 상태 정보에 기반하여 채널 상태 정보를 보정하는 채널 상태 보정부와 상기 보정된 채널 상태 정보에 기반하여 빔포밍 정보를 갱신하는 빔포밍 조절부를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 지상 기지국은 핵심망을 통해 패킷 데이터 네트워크에 연결된 외부 서버와 연동되고, 상기 지상 기지국은 상기 외부 서버로부터 상기 항공기의 이동 경로에 상응하는 지형 정보를 획득할 수 있다.
실시 예로, 상기 상태 정보는 비행 상태 정보 및 하향링크 채널 상태 정보를 포함하고, 상기 채널 상태 보정부는 상기 비행 상태 정보에 기반하여 예측된 상기 항공기의 이동 경로에 상응하여 추출된 상기 지형 정보에 기반하여 상기 하향링크 채널 상태 정보를 보정하는 하향링크 보정부를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 비행 상태 정보는 속도 정보, 가속도 정보, 고도 정보, 위도 및 경도에 대한 정보, 비행 궤적에 대한 정보, 상기 항공기에 장착된 카메라에 의해 촬영된 이미지 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 빔포밍 조절부는 보정된 상기 하향링크 채널 상태 정보에 기반하여 전송 빔포밍 정보를 갱신하는 전송 빔포밍 정보 갱신부를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 A2G 통신부는 상기 단말로부터 수신되는 레퍼런스 신호에 기반하여 상향링크 채널 상태를 측정하여 상향링크 채널 상태 정보를 생성하는 채널 상태 추정부를 포함하고, 상기 채널 상태 보정부는 상기 비행 상태 정보에 기반하여 예측된 상기 항공기의 이동 경로에 상응하여 추출된 상기 지형 정보에 기반하여 상기 상향링크 채널 상태 정보를 보정하는 상향링크 보정부를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 빔포밍 조절부는 상기 보정된 상향링크 채널 상태 정보에 기반하여 수신 빔포밍 정보를 갱신하는 수신 빔포밍 정보 갱신부를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 지상 기지국은 빔 형성을 위한 복수의 안테나 엘리먼트로 구성된 어레이 안테나를 구비하고, 상기 갱신되는 빔포밍 정보는 데이터의 송수신에 사용되는 빔 폭에 대한 정보 및 상기 빔의 방향에 대한 정보를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 채널 상태 보정부는 상기 이동 경로 및 상기 지형 정보에 기반하여 추정된 대규모 페이딩(Large Scale Fading)을 고려하여 상기 채널 상태 정보를 보정할 수 있다.
실시 예로, 상기 A2G 통신부는 데이터 송수신을 위한 자원을 할당하는 자원 할당부를 포함하고, 상기 채널 상태 보정부는 상기 자원 할당 후 실제 데이터 전송 또는 수신 시점에 상기 채널 상태 정보를 보정할 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에 따른 셀룰라 기반의 A2G(Aerial to Ground) 통신을 위한 지상 기지국에 구비되는 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 A2G 통신을 위한 동작들을 수행하게 하는 명령을 포함하는 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램을 저장하는 비휘발성 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 있어서, 상기 동작들은 항공기에 장착된 단말로부터 상태 정보를 수신하는 단계와 상기 상태 정보에 기반하여 채널 상태 정보를 보정하는 단계와 상기 보정된 채널 상태 정보에 기반하여 빔포밍 정보를 갱신하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에 따른 셀룰라 기반의 A2G(Air to Ground) 통신을 위해 항공기에 장착되는 단말의 방법은 상기 항공기에 구비된 센서와 연동하여 실시간 비행 상태 정보를 생성하는 단계와 지상 기지국으로부터 수신된 하향링크 레퍼런스 신호를 기반으로 하향링크 채널 상태를 추정하여 하향링크 채널 상태 정보를 생성하는 단계와 상기 비행 상태 정보 및 상기 하향링크 채널 상태 정보를 상기 지상 기지국으로 전송하는 단계를 포함하되, 상기 비행 상태 정보에 기반하여 예측된 상기 항공기의 이동 경로에 상응하는 지형 정보에 기반하여 상기 하향링크 채널 상태 정보가 상기 지상 기지국에 의해 보정되고, 상기 보정된 하향링크 채널 상태 정보에 기반하여 상기 지상 기지국의 전송 빔포밍 정보가 갱신될 수 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 실시 예들은 셀룰라 기반의 항공기 통신 제공 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 개시의 실시 예들은 셀룰라 기반의 A2G(Air to Ground) 네트워크에서 추정된 채널 상태 정보를 실시간 비행 상태 정보 및 사전 수집된 지형 정보에 기반하여 보정하고, 보정된 채널 상태 정보를 기반으로 빔포밍 정보를 갱신함으로써 전송 성능을 향상시키는 것이 가능한 셀룰라 기반의 항공기 통신 방법 및 그를 위한 장치 시스템을 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 개시의 실시 예들은 채널 상태 추정 및/또는 보정 시 시간에 따라 채널 상태가 빠르고 랜덤하게 변하는 소규모 페이딩(small scale fading)을 배제하고 항공기 통신 단말의 위치 변화에 따라 채널 상태 예측이 용이한 대규모 페이딩(Large Scale Fading)만을 활용함으로써 상향링크 및/또는 하향링크 통신을 위한 최적의 빔 패턴을 형성하는 것이 가능한 셀룰라 기반의 항공기 통신 방법 및 그를 위한 장치 시스템을 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 개시의 실시 예들은 기존 NR 시스템 구조 변경 없이, A2G 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 도면은 본 발명에 대한 이해를 제공하기 위한 것으로서 본 발명의 다양한 실시형태들을 나타내고 명세서의 기재와 함께 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것이다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 셀룰라 기반의 A2G 네트워크의 구조를 보여준다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 A2G 네트워크 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 지상 기지국에서의 A2G 통신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 지상 기지국에서의 A2G 통신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 항공기 통신 단말의 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 셀룰라 기반의 A2G 네트워크의 구조를 보여준다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 A2G 네트워크 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 지상 기지국에서의 A2G 통신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 지상 기지국에서의 A2G 통신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 항공기 통신 단말의 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 개시의 다양한 예에서, “/” 및 “,”는 “및/또는”을 나타내는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, “A/B”는 “A 및/또는 B”를 의미할 수 있다. 나아가, “A, B”는 “A 및/또는 B”를 의미할 수 있다. 나아가, “A/B/C”는 “A, B 및/또는 C 중 적어도 어느 하나”를 의미할 수 있다. 나아가, “A, B, C”는 “A, B 및/또는 C 중 적어도 어느 하나”를 의미할 수 있다.
본 개시의 다양한 예에서, “또는”은 “및/또는”을 나타내는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, “A 또는 B”는 “오직 A”, “오직 B”, 및/또는 “A 및 B 모두”를 포함할 수 있다. 다시 말해, “또는”은 “부가적으로 또는 대안적으로”를 나타내는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 셀룰라 기반의 A2G 네트워크의 구조를 보여준다.
도 1을 참조하면, 항공기는 구비된 통신 단말을 이용하여 지상 기지국(Ground Station)에 연결될 수 있으며, 연결된 지상 기지국을 통해 인터넷에 접속하거나 외부 서버에 접속할 수 있다.
이하의 설명에서는, 항공기가 지상 기지국으로 전송하는 신호를 상향링크(uplink 또는 reverse link) 신호라 명하고, 지상 기지국이 항공기로 전송하는 신호를 하향링크(downlink 또는 forward link) 신호라 명하기로 한다.
FDD(Frequency Division Duplex) 방식이 적용된 셀룰라 통신망의 경우 상향링크 신호 전송에 할당되는 주파수 대역과 하향링크 신호 전송에 할당되는 주파수 대역이 상이할 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, TDD(Time Division Duplex) 방식이 적용된 셀룰라 통신망의 경우 상향링크 신호 전송에 할당되는 주파수 대역과 하향링크 신호 전송에 할당되는 주파수 대역은 동일할 수 있다.
항공기와 지상 기지국 사이의 통신에 사용되는 주파수는 기존 셀룰라 기반의 지상 네트워크 통신에 할당된 주파수가 재사용될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 항공기와 지상 기지국 사이의 통신에 사용되는 주파수대역은 기존 셀룰라 통신 주파수 대역과 상이하거나 일부 중첩되게 할당될 수 있다.
일 예로, 셀룰라 통신망은 5G NR(New Radio) 통신망이 적용될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 기존 4G LTE(Long Term Evolution) 통신망 및 현재 표준화가 진행중인 6G 통신망 중 적어도 하나에 적용될 수도 있다.
지상 기지국에 연결된 핵심망(Core Network)은 외부 패킷 데이터 네트워크로의 연결 및 항공기 통신 단말 및 지상 통신 단말과의 세션 관리 기능을 수행할 수 있다.
지상 기지국은 복수의 적응적 빔포밍 안테나(Adaptive Beamforming Antennas)들이 구비되어 채널 추정 상태에 따라 위상 배열 안테나의 빔을 제어함으로써 항공기 통신 단말에 다수의 공간 분리된 빔(spatially separated beams)을 제공할 수 있다.
각각의 지상 기지국은 빔 파라메터(M, P, N)을 가지는 안테나 배열이 적용될 수 있다. 여기서, M은 안테나 어레이의 행(row)의 개수를 의미하고, N은 안테나 어레이의 열(Column)의 개수를 의미한다. P는 편파(Polarization)을 의미한다. 일 예로, 편파 타입은 이중 편파(Dual-Polarization), 교차 편파(Cross-Polarization), 각 안테나 엘리먼트의 빔 패턴은 3GPP TR 38.901의 정의를 따를 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
지상 기지국은 구비된 어레이 안테나를 이용하여 송수신을 위한 빔을 형성할 수 있다.
일 예로, 지상 기지국은 빔의 폭 및 빔의 방향을 제어하여 데이터 송수신을 위한 빔포밍을 수행할 수 있다.
지상 기지국은 항공기 통신 단말 사이의 무선 인터페이스는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
지상 기지국과 항공기 통신 단말 사이의 통신을 위해 7GHz 이하의 대역부터 밀리미터 웨이브(Millimeter waver) 주파수 대역까지 사용될 수 있다.
일 예로, 셀룰라 기반의 A2G 시스템은 700MHz의 캐리어 주파수에서 2x10MHz FDD 주파수가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 당업자의 표준 협약에 따라 캐리어 주파수 및 대역폭은 변경될 수 있다.
지상 기지국은 핵심망(Core Network)에 연결된 인터넷(Internet)을 통해 외부 서버에 접속할 수 있다.
일 예로, 외부 서버는 항공사 별 운영되는 운항 관리 서버를 포함할 수 있다. 지상 기지국은 운항 관리 서버로부터 항공기 별 제원, 비행 계획 및 세부 이동 경로에 대한 정보를 획득할 수 있다.
일 예로, 외부 서버는 해당 항공기의 이동 경로에 상응하는 지형 정보를 제공하는 운항 지원 서버를 포함할 수도 있다. 지상 기지국은 운항 지원 서버로부터 해당 항공기의 이동 경로에 상응하는 지형 정보를 획득하여 내부 메모리에 저장할 수 있다.
항공기에는 지상 기지국과의 통신을 위한 항공기 통신 단말이 구비될 수 있으며, 항공기 통신 단말은 셀룰라 기반의 A2G 통신을 수행할 수 있다.
또한, 항공기에는 기내 연결(Inflight connectivity)을 위한 온보드 유닛(Onboard Unit) 및 접속 포인트(Access Point)가 구비될 수 있다. 비행 중 기내탑승자는 기내 연결 서비스를 통해 지상 단말 또는 인터넷 등에 접속할 수 있다. 일 예로, 접속 포인트는 와이파이 접속 포인트일 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 당업자의 설계에 따라 다른 기내 접속 방식이 사용될 수 있다.
실시 예로, 항공기 통신 단말과 온보드 유닛은 일체형으로 구현될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 항공기 통신 단말은 온보드 유닛과 별도의 장치로 구현되고, 항공기 내부 통신망을 통해 상호 연결될 수 있다.
이하에서는 본 개시의 실시 예에 따른 하향링크 전송 효율을 개선하기 위한 방법에 대해 설명하기로 한다.
항공기 통신 단말은 지상 기지국으로부터 수신되는 레퍼런스 신호에 기반하여 하향링크에 대한 채널 추정을 수행할 수 있다. 여기서, 하향링크 레퍼런스 신호는 CRS(Cell-specific Reference Signal) 및 DMRS(De-Modulation Reference Signal) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
항공기 통신 단말은 하향링크 채널 추정 결과에 기반하여 채널 상태 정보를 생성하고, 생성된 채널 상태 정보를 소정 상향 링크 채널을 통해 해당 지상 기지국으로 전송할 수 있다. 여기서, 채널 상태 정보는 추정된 적어도 하나의 채널 상태 값(또는 채널 상태를 지시하는 사전 정의된 인덱스 값)을 포함할 수 있다.
일 예로, 항공기 통신 단말과 지상 기지국 사이의 통신에 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술이 적용된 경우, 랭크(Rank) 별 채널 상태 값이 채널 상태 정보에 포함될 수 있다. 일 예로, 채널 상태 정보는 채널 품질 지시자(Channel Quality Indicator, CQI), 프리코딩 매트릭스 인디케이터(Precoding Matrix Indicator, PMI) 및 랭크 인디케이터(Rank Indicator, RI), Received Signal Strength Indicator)를 포함할 수 있다.
항공기 통신 단말은 채널 상태 정보를 물리 상향 링크 공유 채널(Physical Uplink Shared Channel, PUSCH), 물리 상향 링크 제어 채널(Physical Uplink Control Channel, PUCCH) 중 어느 하나를 이용하여 지상 기지국에 전송할 수 있다.
실시 예에 따른, 항공기 통신 단말은 해당 항공기의 현재 비행 속도 및 이동 경로에 기반하여 하향링크 채널 상태 정보를 복수의 지상 기지국에 동시에 전송할 수도 있다. 여기서, 복수의 지상 기지국은 현재 비행 경로상에 위치하는 지상 기지국으로 결정될 수 있다.
다른 실시 예에 따른 지상 기지국은 해당 항공기의 현재 비행 속도 및 이동 경로에 기반하여 적어도 하나의 인접 지상 기지국을 선정하고, 선정된 인접 지상 기지국에 항공기 통신 단말로부터 수신된 하향링크 채널 상태 정보를 백홀 링크를 통해 전송하여 공유할 수도 있다.
실시 예에 따른 항공기 통신 단말은 하향링크 채널 상태 정보와 함께(또는 채널 상태 정보를 전송하는 채널과 다른 상향링크 채널을 통해) 항공기의 현재 고도, 현재 비행 속도, 현재 위도 및 경도, 현재 비행 방향, 현재 비행 중인 회랑에 대한 정보 중 적어도 하나가 포함된 실시간 비행 상태 정보를 해당 지상 기지국으로 전송할 수도 있다.
실시 예로, 지상 기지국은 항공기 통신 단말로부터 수신된 하향링크 채널 상태 정보를 기 저장된 지형 정보를 기반으로 재계산하여 보정할 수 있다.
실시 예로, 지상 기지국은 항공기 통신 단말로부터 수신된 하향링크 채널 상태 정보를 기 저장된 지형 정보 및 비행 상태 정보를 기반으로 재계산하여 보정할 수도 있다.
실시 예로, 지상 기지국은 사전 수집된 지형 정보에 기반하여 항공기 비행 경로 상에 신호 감쇄 및 왜곡을 일으키는 장애물이 존재하는지 여부를 식별할 수 있다.
항공기의 비행 속도는 일반 지상 통신에서의 차량이나 사람의 이동 속도보다 현저히 빠르고, A2G 네트워크의 셀 커버리지는 일반 셀룰라 기반의 지상 통신 네트워크에 비해 큰 특징이 있다. 항공기의 예상 이동 경로에 존재하는 지형 지물에 따라 A2G 네트워크의 신호 감쇄 및 왜곡이 심하게 발생될 수 있다.
따라서, 지상 기지국은 항공기의 이동 경로 정보 및 실시간 비행 상태 정보를 기초로 비행 경로를 예측하고, 예측된 비행 경로에 상응하는 지형 지물을 확인하여 하향링크 신호의 신호 감쇄 및 왜곡 정도를 추정할 수 있다. 즉, 지상 기지국은 예측된 비행 경로에 상응하는 지형 지물에 기반하여 대규모 페이딩(large scale fading)을 추정할 수 있다.
지상 기지국은 하향링크에 대해 추정된 신호 감쇄 및 왜곡 정도를 고려하여-즉, 추정된 대규모 페이딩에 기반하여- 항공기 통신 단말로부터 수신된 하향링크 채널 상태 정보를 보정할 수 있다.
지상 기지국은 보정된 하향링크 채널 상태 정보에 기반하여 전송(Tx) 빔포밍 정보를 갱신할 수 있다. 여기서, 전송 빔포밍 정보는 데이터 전송에 사용되는 빔의 폭에 대한 정보 및 해당 빔의 방향에 대한 정보를 포함할 수 있다.
지상 기지국은 하향 링크 데이터 전송을 위한 매 자원 할당 스케줄링 시점에 하향 링크 채널 상태 정보를 보정하여 전송 빔포밍 정보를 갱신할 수 있다.
지상 기지국은 갱신된 전송 빔포밍 정보를 갱신함으로써, 다운 링크 데이터 전송 시 보다 높은 전송 효율-즉, 높은 전송 속도(high throughput) 및 낮은 오류율(low error rate)-를 제공할 수 있다.
이하에서는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 상향링크 전송 효율을 개선하기 위한 방법에 대해 설명하기로 한다.
지상 기지국은 항공기 통신 단말로부터 수신되는 레퍼런스 신호에 기반하여 상향링크에 대한 채널 추정을 수행할 수 있다. 여기서, 상향링크 레퍼런스 신호는 SRS(Sounding Reference Signal) 및 DMRS(De-Modulation Reference Signal) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
지상 기지국은 상향링크 채널 추정 결과에 기반하여 채널 상태 정보를 생성하고, 생성된 채널 상태 정보를 소정 하향 링크 채널을 통해 해당 항공기 통신 단말로 전송할 수 있다. 여기서, 채널 상태 정보는 추정된 적어도 하나의 채널 상태 값(또는 채널 상태를 지시하는 사전 정의된 인덱스 값)을 포함할 수 있다. 일 예로, 항공기 통신 단말과 지상 기지국 사이의 통신에 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술이 적용된 경우, 랭크(Rank) 별 채널 상태 값이 채널 상태 정보에 포함될 수 있다.
다른 실시 예에 따른 지상 기지국은 해당 항공기의 현재 비행 상태 정보 및 사전 계획된 이동 경로에 기반하여 적어도 하나의 인접 지상 기지국에 해당 항공기 통신 단말에 상응하여 추정된 상향링크 채널 상태 정보를 전송하여 공유할 수도 있다.
실시 예에 따른 항공기 통신 단말은 항공기의 현재 고도, 현재 비행 속도, 현재 위도 및 경도, 현재 비행 방향, 현재 비행 중인 회랑 식별자 중 적어도 하나가 포함된 비행 상태 정보를 주기적으로 해당 지상 기지국에 전송할 수 있다.
실시 예로, 지상 기지국은 추정된 상향링크 채널 상태 정보를 기 저장된 지형 정보를 기반으로 재계산하여 보정할 수 있다.
실시 예로, 지상 기지국은 추정된 상향링크 채널 상태 정보를 기 저장된 지형 정보 및 비행 상태 정보를 기반으로 재계산하여 보정할 수도 있다.
실시 예로, 지상 기지국은 사전 수집된 지형 정보에 기반하여 항공기 비행 경로 상에 신호 감쇄 및 왜곡을 일으키는 장애물이 존재하는지 여부를 식별할 수 있다.
항공기의 비행 속도는 일반 지상 통신에서의 차량이나 사람의 이동 속도보다 현저히 빠르므로 항공기의 예상 이동 경로에 존재하는 지형 지물에 따라 상향링크 신호의 신호 감쇄 및 왜곡이 심하게 발생될 수 있다.
따라서, 지상 기지국은 항공기의 이동 경로 정보 및 실시간 비행 상태 정보를 기초로 비행 경로를 예측하고, 예측된 비행 경로에 상응하는 지형 지물을 확인하여 상향링크에 대한 신호 감쇄 및 왜곡 정도를 추정할 수 있다.
지상 기지국은 상향링크에 대해 추정된 신호 감쇄 및 왜곡 정도를 기반으로 추정된 상향링크 채널 상태 정보를 재계산하여 보정할 수 있다.
지상 기지국은 보정된 상향링크 채널 상태 정보에 기반하여 수신(Rx) 빔포밍 정보를 갱신할 수 있다. 여기서, 수송 빔포밍 정보는 데이터 수신에 사용되는 빔의 폭에 대한 정보 및 해당 빔의 방향에 대한 정보를 포함할 수 있다.
지상 기지국은 상향 링크 데이터 수신을 위한 매 자원 할당 스케줄링 시점에 상향 링크 채널 상태 정보를 보정하여 수신 빔포밍 정보를 갱신할 수 있다.
지상 기지국은 갱신된 수신 빔포밍 정보를 갱신함으로써, 상향링크 데이터 수신 시 보다 높은 수신 효율-즉, 높은 수신 속도(high throughput) 및 낮은 오류율(low error rate)-를 제공할 수 있다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 A2G 네트워크 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, A2G 네트워크(1)는 지상 기지국(Ground Station, 100), 핵심망(Core Network, 200), 패킷 데이터 네트워크(Packet Data Network, 500), 항공사 운항 서버(400), 운항 지원 서버(500) 및 항공기 통신 단말(600) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
지상 기지국(100)은 운항 정보 수집부(110), 지형 정보 수집부(120), A2G 통신부(130), 채널 상태 보정부(140) 및 빔포밍 조절부(150) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
운항 정보 수집부(110)는 핵심망(200) 및 PDN(300)을 통해 항공사 운항 서버(400)에 접속하여 항공사 별 비행 계획 및 이동 경로에 대한 정보를 획득할 수 있다.
지형 정보 수집부(120)는 핵심망(200) 및 PDN(300)을 통해 운항 지원 서버(500)에 접속하여 이동 경로 별 지형 정보를 획득할 수 있다. 일 예로, 지형 정보는 자연 지형에 관한 정보 및 건물 및 인공 구조물에 대한 정보 등이 포함될 수 있다.
A2G 통신부(130)는 무선 인터페이스를 통해 항공기에 탑재된 항공기 통신 단말(600)과 연결되어 신호를 송수신할 수 있다.
A2G 통신부(130)는 신호 송수신에 필요한 상향링크 및/또는 하향링크 자원을 스케줄링하는 자원 할당부(131), 항공기 통신 단말(600)로부터 하향링크에 대한 채널 상태 정보를 수신하는 채널 상태 정보 수신부(132), 할당된 자원에 기초하여 항공기 통신 단말(600)와 데이터를 송수신하는 데이터 송수신부(133) 및 항공기 통신 단말(600)로부터 수신되는 레퍼런스 신호에 기반하여 상향링크 채널 상태를 추정하는 채널 상태 추정부(134)를 포함하여 구성될 수 있다.
채널 상태 보정부(140)는 사전 수집된 운항 정보 및 지형 정보를 기반으로 항공기 통신 단말(600)로부터 수신된 하향링크 채널 상태 정보를 보정하는 하향링크 보정부(141)와 사전 수집된 운항 정보 및 지형 정보를 기반으로 내부 추정된 상향링크 채널 상태 정보를 보정하는 상향링크 보정부(142)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 채널 상태 정보 수신부(132)는 항공기의 현재 비행 상태에 대한 정보를 항공기 통신 단말(600)로부터 수신할 수도 있다. 항공기의 현재 비행 상태 정보는 하향링크 채널 상태 정보와 동일 채널을 통해 수신될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하여, 별도 정의된 다른 채널을 통해 수신될 수도 있다.
실시 예에 따른 채널 상태 보정부(140)는 사전 수집된 항공기의 운항 정보 및 실시간 수집된 항공기의 현재 비행 상태 정보 중 적어도 하나에 기반하여 항공기의 이동 경로를 예측하고, 기 수집된 지형 정보를 참조하여 예측된 이동 경로에 존재하는 지형 지물을 식별할 수 있다. 채널 상태 보정부(140)는 식별된 지형 지물에 기반하여 대규모 페이딩(Large Scale Fading)을 추정하고, 추정된 대규모 페이딩에 기초하여 해당 채널 상태 정보를 적응적으로 보정할 수 있다.
빔포밍 조절부(150)는 채널 상태 보정부(140)에 의해 보정된 채널 상태 정보에 기반하여 빔포밍 관련 파라메터를 갱신할 수 있다.
빔포밍 조절부(150)는 보정된 하향링크 채널 상태 정보에 기반하여 전송 빔포밍 파라메터를 갱신하는 전송 빔포밍 정보 갱신부(151)와 보정된 상향링크 채널 상태 정보에 기반하여 수신 빔포밍 파라메터를 갱신하는 수신 빔포밍 정보 갱신부(152)를 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 개시의 실시 예에 따른 A2G 네트워크는 항공기 비행 경로상에 존재하는 지형 지물을 고려하여 채널 상태를 동적으로 보정하고, 보정된 채널 상태에 기반해 해당 빔포밍 정보를 적응적으로 갱신함으로써, 신호 감쇄 및 왜곡을 최소화할 수 있으며, 이를 통해 항공기와 지상 기지국 사이의 저지연/대용량 데이터 송수신을 가능하게 하는 장점이 있다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 지상 기지국에서의 A2G 통신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
상세하게 도 3은 지상 기지국이 A2G 통신을 위해 전송 빔포밍 정보를 갱신하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 지상 기지국(100)은 항공기 통신 단말(600)로부터 실시간 비행 정보를 수신할 수 있다(S301). 여기서, 실시간 비행 정보는 일정 주기 또는 일정 비행 거리마다 수신될 수 있다.
실시 예에 따른 지상 기지국(100)은 수신된 비행 정보에 기반하여 항공기 통신 단말(600)-즉, 해당 항공기 통신 단말(600)이 탑재된 항공기-의 이동 경로를 예측할 수 있다.
지상 기지국(100)은 항공기 통신 단말(600)에 의해 추정된 하향링크 채널 상태 정보를 주기적으로 수신할 수 있다(S302).
지상 기지국(100)은 항공기 통신 단말(600)에 전송할 하향링크 데이터가 존재하는 경우, 하향링크 데이터 전송을 위한 자원을 할당할 수 있다(S303 내지 S304).
지상 기지국(100)은 해당 항공기의 이동 경로-또는 예측된 이동 경로-에 상응하여 기 수집된 지형 정보가 존재하는 경우, 하향링크 데이터 전송 시점에 예측된 이동 경로와 해당 이동 경로에 상응하는 지형 정보에 기반하여 항공기 통신 단말(600)로부터 수신된 하향링크 채널 상태 정보를 보정할 수 있다(S305 내지 S306).
지상 기지국(100)은 보정된 하향링크 채널 상태 정보에 기반하여 현재 설정된 전송 빔포밍 정보를 갱신할 수 있다(S307).
상기 305 단계에서, 해당 항공기의 이동 경로-또는 예측된 이동 경로-에 상응하여 기 수집된 지형 정보가 존재하지 않는 경우, 지상 기지국(100)은 하향링크 데이터 전송 시점에 예측된 이동 경로에 기반하여 항공기 통신 단말(600)로부터 수신된 하향링크 채널 상태 정보를 보정할 수 있다(S308).
도 4는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 지상 기지국에서의 A2G 통신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
상세하게 도 4는 지상 기지국이 A2G 통신을 위해 수신 빔포밍 정보를 갱신하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 지상 기지국(100)은 항공기 통신 단말(600)로부터 실시간 비행 정보를 수신할 수 있다(S401). 여기서, 실시간 비행 정보는 일정 주기 또는 일정 비행 거리마다 수신될 수 있다.
실시 예에 따른 지상 기지국(100)은 수신된 비행 정보에 기반하여 항공기 통신 단말(600)-즉, 해당 항공기 통신 단말(600)이 탑재된 항공기-의 이동 경로를 예측할 수 있다.
지상 기지국(100)은 항공기 통신 단말(600)로부터 수신되는 레퍼런스 신호에 기반하여 상향링크 채널 상태 정보를 주기적으로 생성할 수 있다(S402).
지상 기지국(100)은 항공기 통신 단말(600)로부터 수신될 상향링크 데이터가 존재하는 경우, 상향링크 데이터 전송을 위한 자원을 할당할 수 있다(S403 내지 S404).
지상 기지국(100)은 해당 항공기의 이동 경로-또는 예측된 이동 경로-에 상응하여 기 수집된 지형 정보가 존재하는 경우, 상향링크 데이터 수신 시점에 예측된 이동 경로와 해당 이동 경로에 상응하는 지형 정보에 기반하여 생성된 상향링크 채널 상태 정보를 보정할 수 있다(S405 내지 S406).
지상 기지국(100)은 보정된 상향링크 채널 상태 정보에 기반하여 현재 설정된 수신 빔포밍 정보를 갱신할 수 있다(S407).
상기 405 단계에서, 해당 항공기의 이동 경로-또는 예측된 이동 경로-에 상응하여 기 수집된 지형 정보가 존재하지 않는 경우, 지상 기지국(100)은 상향링크 데이터 수신 시점에 예측된 이동 경로에 기반하여 생성된 상향링크 채널 상태 정보를 보정할 수 있다(S408).
본 개시에 따른 A2G 네트워크는 가용한 시스템 자원(예를 들어, 대역폭, 시간, 전송 전력 등)을 공유하여 다중 사용자와의 통신을 지원하는 다중 접속(multiple access) 시스템일 수 있다. 다중 접속 시스템의 예로는 CDMA(code division multiple access) 시스템, FDMA(frequency division multiple access) 시스템, TDMA(time division multiple access) 시스템, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 시스템, SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 시스템, MC-FDMA(multi carrier frequency division multiple access) 시스템 등을 포함할 수 있다.
CDMA는 UTRA(universal terrestrial radio access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(global system for mobile communications)/GPRS(general packet radio service)/EDGE(enhanced data rates for GSM evolution)와 같은 무선 기술 표준으로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE(institute of electrical and electronics engineers) 802.11(Wi-Fi), IEEE 802.16(WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술 표준으로 구현될 수 있다. IEEE 802.16m은 IEEE 802.16e의 진화로, IEEE 802.16e에 기반한 시스템과의 하위 호환성(backward compatibility)를 제공한다. UTRA는 UMTS(universal mobile telecommunications system)의 일부이다. 3GPP(3rd generation partnership project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA(evolved-UMTS terrestrial radio access)를 사용하는 E-UMTS(evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(advanced)는 3GPP LTE의 진화이다. 5G NR은 LTE-A의 후속 기술로서, 고성능, 저지연, 고가용성 등의 특성을 가지는 새로운 Clean-slate 형태의 이동 통신 시스템이다. 5G NR은 1GHz 미만의 저주파 대역에서부터 1GHz~10GHz의 중간 주파 대역, 24GHz 이상의 고주파(밀리미터파) 대역 등 사용 가능한 모든 스펙트럼 자원을 활용할 수 있다.
항공기 통신 단말(또는 항공기)에는 GPS(Global Positioning System) 수신기가 구비되어 GPS 위성 신호를 수신 및 복호할 수 있다. 항공기 통신 단말은 GPS 위성 신호로부터 현재 GPS 좌표 정보를 획득하여 지상 기지국에 전송할 수 있다.
실시 예에 따른 항공기 통신 단말은 지상 기지국을 통해 다른 항공기 통신 단말과 통신을 수행할 수도 있다.
또 다른 실시 예에 따른 항공기 통신 단말은 직접 다른 항공기 통신 단말과 통신을 수행할 수도 있다.
항공사 운항 서버는 항공사에 의해 제출된 비행 계획서가 수용 가능한 경우, 출발지 공항 관제소(또는 버티 포트)와 도착지 공항 관제소(또는 버티 포트)에 이륙 시간과 착륙 시간을 예약하고, 출발지와 목적지를 연결하는 회랑을 예약할 수 있다.
항공사 운항 서버는 비행 계획서는 제출 순서 또는 비행 시간에 따라 순차적으로 승인하여 관리할 수 있으며, 이미 예약되어 있는 비행 계획에 대한 중복 예약이 요청된 경우 이를 거절함으로써 비행 계획 수립 단계부터 전략적으로 충돌 관리를 수행할 수 있다.
운항 지원 서버는 비행 중인 기체, 외부 서버 및/또는 기타 관제 센터 등과의 협업을 통해 실시간 항공 교통 흐름 및 긴급 이벤트 발생-예를 들면, 장애물 감지, 비허가 비행체 감지, 기상 악화, 기체 배터리 잔량 부족 등-을 실시간 모니터링할 수 있다. 운항 지원 서버는 실시간 항공 교통 흐름 모니터링 결과 및/또는 이벤트 감지 결과에 기반하여 기체간 충돌 등 사고를 미연에 방지하기 위한 전술적 충돌 관리를 수행할 수도 있다.
운항 지원 서버는 회랑 별 지형 정보를 유지할 수 있으며, 항공기 통신 단말의 요청에 따라 해당 회랑에 상응하는 지형 정보를 제공할 수 있다.
운항 지원 서버 해당 비행 계획에 상응하는 운항 안전 정보를 수집하고, 수집된 운항 안전 정보를 해당 지상 기지국 및/또는 해당 항공기 통신 단말에 제공할 수도 있다. 일 예로, 운항 안전 정보는 장애물 및 지형 정보, 기상 정보, 소음 제한 정보, 각종 사고 및 이벤트 정보, 버티 포트 가용 정보 및 실시간 수용량을 포함하는 혼잡도에 관한 정보, 실시간 회랑 운영 상태 정보, 제한 공역 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
운항 지원 서버는 버티 포트 및/또는 회랑 및/또는 개별 기체에 대한 비상 상태 발생 여부를 실시간 모니터링할 수 있다. 일 예로, 비상 상태는 버티 포트 수용 용량 초과 이벤트, 회랑 안전 거리 미확보 이벤트, 회랑(또는 항로) 이탈 이벤트, 도착 지연 이벤트, 출발 지연 이벤트, 충돌 예상 이벤트, 통신 두절 이벤트, 기상 악화 이벤트, 제한 공역 비행 이벤트, 기체 고장 이벤트, 배터리 잔량 부족에 따른 긴급 충전이 필요한 상태임을 지시하는 긴급 충전 이벤트 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
운항 지원 서버는 비상 상태 발생을 감지하면 감지된 비상 상태 이벤트 타입에 따라 사전 정의된 관제용 통신망을 통해 해당 지상 기지국 및/또는 해당 항공기 통신 단말에 소정 경고 알람 메시지를 전송할 수 있다. 여기서, 경고 알람 메시지는 해당 비상 상태에 대한 조치 방법에 관한 정보를 포함할 수도 있다.
운항 지원 서버는 회랑 설계 정보, 회랑 별 장애물 및 지형에 대한 정보, 비상 착륙장에 대한 정보, 지상 기지국에 대한 정보 및 기상 정보 중 적어도 하나를 해당 지상 기지국 및/또는 해당 항공기 통신 단말에 제공할 수 있다.
지상 기지국은 기체에 구비된 각종 센서로부터 수집된 센서 데이터를 A2G 네트워크를 통해 실시간 수집할 수 있다. 지상 기지국은 기체로부터 수집된 센서 데이터에 기반한 학습을 통해 기체의 현재 비행 상태를 추정 및 판단할 수 있다. 일 예로, 센서 데이터는 카메라에 의해 촬영된 이미지 데이터, 측위 데이터, 속도 데이터, 가속도 데이터, 비행 궤적 데이터, 배터리 잔량 데이터 및 비행 고도 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
실시 예로, 기체에 장착되는 카메라는 열화상 카메라, 적외선 센서가 구비된 나이트비전 카메라 및 SVM(Surround View Monitor) 카메라 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
기체에 장착된 카메라에 의해 촬영된 영상은 딥러닝 기반의 의미 분할 네트워크(semantic segmentation network)에 입력될 수 있으며, 딥러닝 기반의 의미 분할 네트워크(semantic segmentation network)는 학습을 통해 전방 장애물, 주변의 다른 기체, 가상 회랑, 기상 상태 등이 식별될 수 있다. 일 예로, 지상 기지국은 기체에 의해 촬영된 영상 데이터를 수신할 수 있으며, 수신된 영상 데이터를 학습하여 기체의 현재 비행 상태를 추정하기 위한 각종 특성 정보를 추출할 수 있다.
지상 기지국은 기체로부터 수신된 센서 데이터에 기반한 학습을 통해 이동 경로를 예측할 수 있을 뿐만 아니라 목적지까지의 도착 지연 시간 또는 조기 도착 시간 등을 추정할 수도 있다.
또한, 지상 기지국은 기체로부터 수신된 센서 데이터에 기반한 학습을 통해 회랑 내 기체의 비행 상태를 추정할 수 있으며, 추정 결과에 기반하여 기체의 항로 이탈 여부 및 이탈 정도를 판단 및 추정할 수 있다.
또한, 지상 기지국은 기체로부터 수신된 센서 데이터에 기반한 학습을 통해 회랑 내 기체의 예상 비행 궤적을 추정할 수도 있다.
또한, 지상 기지국은 회랑의 중심으로부터 예상 비행 궤적의 오차를 산출할 수 있다.
또한, 지상 기지국은 회랑 내 예상 비행 궤적에 기초하여 산출된 궤적 오차에 관한 정보를 해당 기체에 전송할 수도 있다.
기체는 산출된 궤적 오차가 표시된 네비게이션 화면을 구성하여 구비된 화면에 표시할 수 있다. 이때, 네비게이션 화면은 기체가 정해진 항로-즉, 회랑-를 이탈하지 않고, 기체의 비행 궤적이 회랑 중심축을 따라 추종하도록 안내하는 소정 네비게이션 안내 정보를 포함할 수 있다.
또한, 지상 기지국은 기체 별 현재 위치 및 현재 비행 속도를 고려하여 A2G 통신을 위한 최적의 비행 속도를 결정하고, 결정된 비행 속도에 대한 정보를 해당 기체에 제공함으로써, 해당 기체와 지상 기지국 사이의 데이터 전송 효율을 최적화시킬 수 있다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 항공기 통신 단말의 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 항공기 통신 단말은 상기 항공기에 구비된 센서와 연동하여 실시간 비행 상태 정보를 생성할 수 있다(S510)
항공기 통신 단말은 지상 기지국으로부터 수신된 하향링크 레퍼런스 신호를 기반으로 하향링크 채널 상태를 추정하여 하향링크 채널 상태 정보를 생성할 수 있다(S520).
항공기 통신 단말은 비행 상태 정보 및 하향링크 채널 상태 정보를 지상 기지국으로 전송할 수 있다(S530).
실시 예에 따른 지상 기지국은 항공기 통신 단말로부터 수신된 비행 상태 정보에 기반하여 상기 항공기의 이동 경로를 예측하고, 예측된 이동 경로 상응하여 사전 수집된 지형 정보에 기반하여 상기 하향링크 채널 상태 정보를 보정할 수 있다. 연이어, 지상 기지국은 보정된 하향링크 채널 상태 정보에 기반하여 현재 설정된 전송 빔포밍 정보를 갱신할 수 있다.
상술한 도 1 내지 5의 실시 예를 통해, 본 발명은 항공기 통신 단말과 지상 기지국과의 협업을 통해 A2G 네트워크의 전송 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상술한 도 1 내지 5의 실시 예를 통해, 본 발명은 항공기 통신 단말, 외부 서버 및 지상 기지국의 협업을 통해 A2G 네트워크의 전송 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리 및/또는 스토리지)에 상주할 수도 있다.
예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (22)
- 셀룰라 기반의 A2G(Air to Ground) 통신을 위한 지상 기지국의 방법에 있어서,
항공기에 장착된 단말로부터 상태 정보를 수신하는 단계;
상기 상태 정보에 기반하여 채널 상태 정보를 보정하는 단계; 및
상기 보정된 채널 상태 정보에 기반하여 빔포밍 정보를 갱신하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
외부 서버로부터 상기 항공기의 이동 경로에 상응하는 지형 정보를 획득하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제2항에 있어서,
상기 상태 정보는 비행 상태 정보 및 하향링크 채널 상태 정보를 포함하고,
상기 채널 상태 정보를 보정하는 단계는,
상기 비행 상태 정보를 기반으로 예측된 상기 항공기의 이동 경로에 상응하여 추출된 상기 지형 정보에 기반하여 상기 하향링크 채널 상태 정보를 보정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제3항에 있어서,
상기 비행 상태 정보는 속도 정보, 가속도 정보, 고도 정보, 위도 및 경도에 대한 정보, 비행 궤적에 대한 정보, 상기 항공기에 장착된 카메라에 의해 촬영된 이미지 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 방법. - 제3항에 있어서,
상기 빔포밍 정보를 갱신하는 단계는,
상기 보정된 상기 하향링크 채널 상태 정보에 기반하여 전송 빔포밍 정보를 갱신하는 단계를 포함하는, 방법. - 제2항에 있어서,
상기 단말로부터 수신되는 레퍼런스 신호를 기반으로 상향링크 채널 상태를 측정하여 상향링크 채널 상태 정보를 생성하는 단계를 더 포함하되,
상기 채널 상태 정보를 보정하는 단계는,
비행 상태 정보에 기반하여 예측된 상기 항공기의 이동 경로에 상응하여 추출된 상기 지형 정보에 기반하여 상기 상향링크 채널 상태 정보를 보정하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제6항에 있어서,
상기 빔포밍 정보를 갱신하는 단계는,
상기 보정된 상향링크 채널 상태 정보에 기반하여 수신 빔포밍 정보를 갱신하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 지상 기지국은 빔 형성을 위한 복수의 안테나 엘리먼트로 구성된 어레이 안테나를 구비하고, 상기 갱신되는 빔포밍 정보는 데이터의 송수신에 사용되는 빔 폭에 대한 정보 및 상기 빔의 방향에 대한 정보를 포함하는, 방법. - 제2항에 있어서,
상기 채널 상태 정보를 보정하는 단계는,
상기 이동 경로 및 상기 지형 정보를 기반으로 추정된 대규모 페이딩(Large Scale Fading)을 이용하여 상기 채널 상태 정보를 보정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 채널 상태 정보를 보정하는 단계에서,
상기 채널 상태 정보는 실제 데이터 전송 또는 수신 시점에 보정되는, 방법. - 셀룰라 기반의 A2G(Air to Ground) 통신을 지원하는 지상 기지국에 있어서,
항공기에 장착된 단말로부터 상태 정보를 수신하는 A2G 통신부;
상기 상태 정보에 기반하여 채널 상태 정보를 보정하는 채널 상태 보정부; 및
상기 보정된 채널 상태 정보에 기반하여 빔포밍 정보를 갱신하는 빔포밍 조절부
를 포함하는, 지상 기지국. - 제11항에 있어서,
상기 지상 기지국은 핵심망을 통해 패킷 데이터 네트워크에 연결된 외부 서버와 연동되고,
상기 지상 기지국은 상기 외부 서버로부터 상기 항공기의 이동 경로에 상응하는 지형 정보를 획득하는, 지상 기지국. - 제12항에 있어서,
상기 상태 정보는 비행 상태 정보 및 하향링크 채널 상태 정보를 포함하고,
상기 채널 상태 보정부는 상기 비행 상태 정보에 기반하여 예측된 상기 항공기의 이동 경로에 상응하여 추출된 상기 지형 정보에 기반하여 상기 하향링크 채널 상태 정보를 보정하는 하향링크 보정부를 포함하는, 지상 기지국. - 제13항에 있어서,
상기 비행 상태 정보는 속도 정보, 가속도 정보, 고도 정보, 위도 및 경도에 대한 정보, 비행 궤적에 대한 정보, 상기 항공기에 장착된 카메라에 의해 촬영된 이미지 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 지상 기지국. - 제13항에 있어서,
상기 빔포밍 조절부는 보정된 상기 하향링크 채널 상태 정보에 기반하여 전송 빔포밍 정보를 갱신하는 전송 빔포밍 정보 갱신부를 포함하는, 지상 기지국. - 제12항에 있어서,
상기 A2G 통신부는 상기 단말로부터 수신되는 레퍼런스 신호에 기반하여 상향링크 채널 상태를 측정하여 상향링크 채널 상태 정보를 생성하는 채널 상태 추정부를 포함하고,
상기 채널 상태 보정부는 비행 상태 정보에 기반하여 예측된 상기 항공기의 이동 경로에 상응하여 추출된 상기 지형 정보에 기반하여 상기 상향링크 채널 상태 정보를 보정하는 상향링크 보정부를 포함하는, 지상 기지국. - 제16항에 있어서,
상기 빔포밍 조절부는 상기 보정된 상향링크 채널 상태 정보에 기반하여 수신 빔포밍 정보를 갱신하는 수신 빔포밍 정보 갱신부를 포함하는, 지상 기지국. - 제11항에 있어서,
상기 지상 기지국은 빔 형성을 위한 복수의 안테나 엘리먼트로 구성된 어레이 안테나를 구비하고, 상기 갱신되는 빔포밍 정보는 데이터의 송수신에 사용되는 빔 폭에 대한 정보 및 상기 빔의 방향에 대한 정보를 포함하는, 지상 기지국. - 제12항에 있어서,
상기 채널 상태 보정부는 상기 이동 경로 및 상기 지형 정보를 기반으로 추정된 대규모 페이딩(Large Scale Fading)을 이용하여 상기 채널 상태 정보를 보정하는 것을 특징으로 하는, 지상 기지국. - 제11항에 있어서,
상기 A2G 통신부는 데이터 송수신을 위한 자원을 할당하는 자원 할당부를 포함하고,
상기 채널 상태 보정부는 상기 자원 할당 후 실제 데이터 전송 또는 수신 시점에 상기 채널 상태 정보를 보정하는 것을 특징으로 하는, 지상 기지국. - 셀룰라 기반의 A2G(Air to Ground) 통신을 위한 지상 기지국에 구비되는 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 A2G 통신을 위한 동작들을 수행하게 하는 명령을 포함하는 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램을 저장하는 비휘발성 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 있어서,
상기 동작들은,
항공기에 장착된 단말로부터 상태 정보를 수신하는 단계;
상기 상태 정보에 기반하여 채널 상태 정보를 보정하는 단계; 및
상기 보정된 채널 상태 정보에 기반하여 빔포밍 정보를 갱신하는 단계
를 포함하는, 저장 매체. - 셀룰라 기반의 A2G(Air to Ground) 통신을 위해 항공기에 장착되는 단말의 방법에 있어서,
상기 항공기에 구비된 센서와 연동하여 실시간 비행 상태 정보를 생성하는 단계;
지상 기지국으로부터 수신된 하향링크 레퍼런스 신호를 기반으로 하향링크 채널 상태를 추정하여 하향링크 채널 상태 정보를 생성하는 단계; 및
상기 비행 상태 정보 및 상기 하향링크 채널 상태 정보를 상기 지상 기지국으로 전송하는 단계
를 포함하되, 상기 비행 상태 정보에 기반하여 예측된 상기 항공기의 이동 경로에 상응하는 지형 정보를 기반하여 상기 하향링크 채널 상태 정보가 상기 지상 기지국에 의해 보정되고, 상기 보정된 하향링크 채널 상태 정보를 기반으로 상기 지상 기지국의 전송 빔포밍 정보가 갱신되는 것을 특징으로 하는, 방법.
Priority Applications (1)
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| KR1020220120844A KR20240041615A (ko) | 2022-09-23 | 2022-09-23 | 셀룰라 기반의 항공기 통신 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템 |
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