KR100945880B1 - 이동통신시스템에서의 빔분할다중접속시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

이 발명은 이동통신시스템의 셀 내에서 기지국과 단말의 빔을 분할하여 다중접속하도록 하는 빔분할다중접속시스템 및 방법에 관한 것이다.
이 발명에 따른 기지국은, 통신초기단계에서 단말이 전방향성으로 전송하는 단말초기정보를 수신하는 초기단말정보수신부와, 상기 초기단말정보수신부의 단말초기정보로부터 단말의 위치 및 이동속도를 파악하는 단말위치속도파악부와, 상기 단말위치속도파악부로부터 전달되는 단말의 위치 및 이동속도 정보를 기반으로 다운링크빔을 생성하여 각 다운링크빔들의 폭과 방향을 조절하는 다운링크빔발생부와, 상기 다운링크빔발생부에서 생성된 다운링크빔을 위성배열안테나를 사용하여 단말들에게 전송하는 다운링크빔전송부를 포함하고,
이 발명에 따른 단말은, 단말의 현재 위치 및 이동속도를 파악하는 단말위치속도파악부와, 상기 단말의 현재 위치 및 이동속도를 포함한 단말초기정보를 전방향성으로 기지국에게 전송하는 초기단말정보송신부와, 상기 기지국으로부터 다운링크빔을 수신하는 다운링크빔수신부와, 상기 다운링크빔수신부를 통해 수신된 다운링크빔의 방향을 추적하여 업링크빔을 생성하는 업링크빔생성부와, 상기 업링크빔생성부에서 생성된 업링크빔을 상기 기지국에게 전송하는 업링크빔전송부를 포함한다.
빔분할다중접속, BDMA, 셀룰러시스템, 위상배열안테나

Description

이동통신시스템에서의 빔분할다중접속시스템 및 방법 {Beam Division Multiple Access system and method for Mobile communication system}
이 발명은 이동통신시스템의 다중접속(multiple access) 기술에 관한 것으로서, 셀 내에서 기지국과 단말의 빔을 분할하여 다중접속하도록 하는 빔분할다중접속시스템 및 방법에 관한 것이다.
이동통신시스템에서는 한정된 주파수/시간 자원을 사용하여 여러 사용자간의 통신이 이루어져야 한다. 이를 위해서 다중접속(multiple access) 기술이 필요하다. 현재까지 개발된 대표적인 다중접속(multiple access) 기술로는 주파수분할다중접속(FDMA : Frequency Division Multiple Access), 시간분할다중접속(TDMA : Time Division Multiple Access), 코드분할다중접속(CDMA : Code Division Multiple Access), 직교주파수분할다중접속(OFDMA : Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기술 등이 있다.
주파수분할다중접속(FDMA) 기술은 자원을 주파수에 따라 여러 개로 분할하여 각 단말들에게 할당하여 다중접속(multiple access)하게 한다. 시간분할다중접속(TDMA) 기술은 자원을 시간에 따라 나누어 각 단말들에게 할당하여 다중접속(multiple access)하게 한다. 코드분할다중접속(CDMA) 기술은 각 단말들에게 시간과 주파수 상에서 직교하는 코드들을 할당하여 다중접속하게 한다. 직교주파수분할다중접속(OFDMA) 기술은 직교(orthogonal)하는 주파수 자원을 나누어 할당하여자원 사용 효율을 최대로 한다.
이동통신시스템에서는 한정된 주파수/시간 자원을 사용자들이 나누어 사용하며, 주어진 주파수/시간 자원에 따라서 이동통신시스템의 용량(capacity)이 한정된다. 미래의 이동통신시스템은 단말의 수가 증가하고 각 단말이 요구하는 데이터의 양이 증가함에 따라 각 시스템에 요구되는 용량(capacity)이 증가할 것으로 예측된다. 그러나, 각 시스템이 사용할 수 있는 주파수/시간 자원이 한정되어 있으므로 시스템의 용량(capacity)을 늘리기 위해 주파수/시간 자원 이외의 다른 자원을 활용하는 기술 개발이 요구된다.
한편, 시스템의 용량을 늘리기 위한 자원으로서 공간(space) 자원을 나누어 사용하는 공간분할(space division) 방식이 제안되었다.
종래 제안된 공간분할방식으로서, 멀티입력 멀티출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 안테나를 이용한 방식이 있다. 이 MIMO 안테나를 이용한 공간분할방식은 단말에 다수의 송신안테나와 수신안테나를 장착하여 단말이 움직인 공간에 따라 서로 다른 송신안테나와 수신안테나를 이용하여 통신하는 방식으로서, 단말에 장착된 송신안테나와 수신안테나의 개수 중 최소값만큼 그 용량을 증가시킬 수 있다.
그러나, 단말은 휴대용 기기이므로 단말에 장착할 수 있는 안테나의 개수가 한정되기 때문에, 이 종래의 방식으로는 시스템의 용량을 획기적으로 증가시킬 수 없는 문제점이 있다.
다른 공간분할방식으로서, 위성통신에서 사용되는 파라볼릭(parabolic) 안테나를 사용한 공간분할방식이 제안되었으나, 이 방식은 파라볼릭 안테나의 특성상 기지국이 동시에 여러 방향에서 오는 신호를 수신할 수 없고, 안테나의 빔 방향을 적응적으로 변화시킬 수 없는 문제점이 있다.
이 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 위상배열안테나를 이용한 새로운 공간분할방식으로서 이동통신시스템에서의 빔분할다중접속(BDMA : Beam Division Multiple Access) 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 이동통신시스템의 기지국에서의 빔분할다중접속시스템은, 통신초기단계에서 단말이 전방향성으로 전송하는 단말초기정보를 수신하는 초기단말정보수신부와, 상기 초기단말정보수신부의 단말초기정보로부터 단말의 위치 및 이동속도를 파악하는 단말위치속도파악부와, 상기 단말위치속도파악부로부터 전달되는 단말의 위치 및 이동속도 정보를 기반으로 다운링크빔을 생성하여 각 다운링크빔들의 폭과 방향을 조절하는 다운링크빔발생부와, 상기 다운링크빔발생부에서 생성된 다운링크빔을 위성배열안테나를 사용하여 단말들에게 전송하는 다운링크빔전송부를 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따른 이동통신시스템의 단말에서의 빔분할다중접속시스템은, 단말의 현재 위치 및 이동속도를 파악하는 단말위치속도파악부와, 상기 단말의 현재 위치 및 이동속도를 포함한 단말초기정보를 전방향성으로 기지국에게 전송하는 초기단말정보송신부와, 상기 기지국으로부터 다운링크빔을 수신하는 다운링크빔 수신부와, 상기 다운링크빔수신부를 통해 수신된 다운링크빔의 방향을 추적하여 업링크빔을 생성하는 업링크빔생성부와, 상기 업링크빔생성부에서 생성된 업링크빔을 상기 기지국에게 전송하는 업링크빔전송부를 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따른 이동통신시스템의 기지국에서의 빔분할다중접속방법은, 통신초기단계에서 단말이 전방향성으로 전송하는 단말초기정보를 수신하는 초기단말정보수신단계와, 상기 초기단말정보수신단계의 단말초기정보로부터 단말의 위치 및 이동속도를 파악하는 단말위치속도파악단계와, 상기 단말위치속도파악단계에서 파악된 상기 단말의 위치 및 이동속도 정보를 기반으로 다운링크빔을 생성하여 각 다운링크빔들의 폭과 방향을 조절하는 다운링크빔발생단계와, 상기 다운링크빔발생단계에서 생성된 다운링크빔을 위성배열안테나를 사용하여 단말들에게 전송하는 다운링크빔전송단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따른 이동통신시스템의 단말에서의 빔분할다중접속방법은, 단말의 현재 위치 및 이동속도를 파악하는 단말위치속도파악단계와, 상기 단말의 현재 위치 및 이동속도를 포함한 단말초기정보를 전방향성으로 기지국에게 전송하는 초기단말정보송신단계와, 상기 기지국으로부터 다운링크빔을 수신하는 다운링크빔수신단계와, 상기 다운링크빔수신단계를 통해 수신된 다운링크빔의 방향을 추적하여 업링크빔을 생성하는 업링크빔생성단계와, 상기 업링크빔생성단계에서 생성된 업링크빔을 상기 기지국에게 전송하는 업링크빔전송단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
이 발명에 따르면 이동통신시스템에서 주파수/시간 자원뿐만 아니라 공간자원도 효율적으로 분할하여 단말들에게 직교성(orthogonal)의 빔들을 할당하여 다중접속하도록 함으로써, 주파수/시간 자원의 공간재활용(spatial reuse)을 극대화할 수 있고, 기지국의 빔 개수 배만큼 기지국의 시스템 용량을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전방향성의 신호를 전송하지 않기 때문에 셀간 간섭(intercell interference) 문제를 해결하여 셀룰러 시스템에서 나타나는 외곽 사용자들의 성능 저하 문제를 해결할 수 있다.
또한, 기지국과 단말의 안테나의 방향이 서로에게 맞추어져 있으므로 안테나의 방사효율도 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 비슷한 위치에 있는 단말들이 하나의 빔을 공용하여 통신하므로 좋은 채널을 가진 단말과 나쁜 채널을 가진 단말이 동시에 같은 기지국에 있으므로써 발생하는 제어채널의 낮은 MCS 레벨 문제나 PAPR 문제들을 해결할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 이 발명의 한 실시예에 따른 이동통신시스템에서의 빔분할다중접속시스템 및 방법을 설명한다.
이 발명은 이동통신시스템 내의 단말들의 위치 정보를 이용하여 시스템의 용량을 증가시키는 방법을 제안하며, 이를 빔분할다중접속(BDMS : Beam Division Multiple Access)이라고 명명한다. 이 발명의 빔분할다중접속 기술은 단말의 위치에 따라 안테나 빔을 분할하여 단말들이 다중접속(multiple access)하도록 하여 시스템의 용량을 획기적으로 증가시킨다.
이 빔분할다중접속은 위상배열안테나(phase array antenna)를 이용한 빔포밍(beam forming)을 통해서 특정 위치로 향하는 빔 패턴을 갖는 빔들을 만듦으로써, 구현할 수 있다. 동일 빔을 함께 사용하는 단말들은 종래의 TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA 등의 다중접속 기술을 적용하여 다중접속하도록 한다.
단말과 기지국이 가시선(LOS : Line Of Sight) 상황에 있을 때 서로의 위치를 정확하게 안다면 서로의 위치를 향하는 빔을 전송하여 주변 단말들에게 간섭(interference)을 주지 않고 통신을 할 수 있다. 하나의 기지국이 동시에 여러 방향으로 향하는 직교의 빔들을 전송할 수 있다면, 이러한 각 빔들을 이용하여 다중접속을 할 수 있다. 특히 셀의 크기가 작은 시스템의 경우 대부분의 단말과 기지국 사이의 통신 경로가 가시선(LOS) 상황이 되기 때문에 이 발명의 빔분할다중접속 기술을 쉽게 적용할 수 있다.
도 1은 이 발명에 따른 빔분할다중접속 기술의 개념을 도시한 한 도면이다. 각 단말들이 기지국으로부터 서로 다른 각도의 위치에 존재하는 경우, 기지국은 각기 다른 각도로 향하는 빔을 전송하여 동시에 여러 단말에게 데이터를 전송한다. 단말이 기지국에 데이터를 보낼 때도 마찬가지로 기지국으로 향하는 빔을 전송한다. 하나의 단말이 하나의 빔을 전용하는 것이 아니라 비슷한 각도의 위치에 있는 단말들이 하나의 빔을 공용하여 기지국과 통신할 수 있으며, 하나의 빔을 공용하는 단말들은 주파수/시간 자원을 나누어 이용한다. 도 1에는 제1사용자(User 1)가 제1빔(Beam 1)을 전용하고, 제2사용자(User 2) 및 제3사용자(User 3)가 제3빔(Beam 3)을 공용하고, 제4사용자(User 4)가 제4빔(Beam 4)을 전용하고, 제5사용자(User 5) 내지 제8사용자(User 8)는 제2빔(Beam 2)을 공용하는 예가 도시되어 있다.
도 2는 이 발명에 따른 빔분할다중접속 기술의 개념을 도시한 다른 도면이다. 각 단말들이 기지국 중심으로 동일 각도의 선상에서 서로 다른 거리의 위치에 존재하는 경우, 기지국은 단말들과의 거리에 따라서 서로 다른 빔을 전송하여 동시에 여러 단말에게 데이터를 전송한다. 도 2에는 제1사용자(User 1)가 제1빔(Beam 1)을 전용하고, 제2사용자(User 2) 및 제3사용자(User 3)가 제3빔(Beam 3)을 공용하고, 제5사용자(User 5) 내지 제8사용자(User 8)가 제2빔(Beam 2)을 공용하는 예가 도시되어 있다.
이 발명의 빔분할다중접속 기술은 위상배열안테나(phase array antenna)를 사용하여 빔을 구성하므로 기지국은 이동통신환경에 맞추어 빔(beam)의 위치, 개수 및 빔 폭(beam width)을 적응적으로 쉽게 변화시킬 수 있고, 따라서 다변하는 이동통신 환경에 신속하게 대응할 수 있다. 또한, 각 빔들은 3차원 상에서 분할될 수 있으므로 주파수/시간 자원의 공간재활용(spatial reuse)을 극대화할 수 있다.
도 3은 이 발명의 빔분할다중접속 기술을 구현하는 기지국시스템과 단말간 타이밍도이다.
먼저, 통신초기단계에서는 기지국과 단말이 서로의 위치를 모르기 때문에 단말은 자신의 위치 및 속도를 파악하고(단계 S31), 파악된 자신의 위치 및 속도 정 보를 전방향성(omnidirectional)으로 기지국에게 전송한다(단계 S32). 이때, 단말은 자신의 위치 및 속도 정보를 기지국에게 전송하기 전에, 후술하는 프레임 구조 중 기지국이 전방향으로 전송하는 프리엠블(preamble) 정보를 입력받아 이를 기반으로 기지국에 대한 정보를 얻은 후, 해당 기지국에게 자신의 위치 및 속도 정보를 전송한다.
기지국은 단말로부터 수신되는 위치 및 속도 정보를 기반으로 다운링크빔의 방향과 폭을 계산하고(단계 S33), 계산된 방향과 폭의 다운링크빔을 단말을 향해 전송한다(단계 S34). 이 다운링크빔을 수신한 단말은 이 다운링크빔의 방향을 추적하여 업링크빔의 방향을 설정하고(단계 S35) 그 방향으로 업링크빔을 전송한다(단계 S36).
단말이 업링크빔을 설정한 후에는 단말과 기지국간에 주기적으로 빔 업데이트(S37)를 수행하는데, 단말은 기지국에게 자신의 위치 및 속도 정보를 주기적으로 보고(reporting)하고, 기지국은 단말의 위치 및 속도 정보를 기반으로 빔의 방향 및 폭을 조절하여, 단말의 움직임에 적응적으로 대응한다.
도 4는 이 발명의 빔분할다중접속 기술을 구현하기 위한 기지국시스템의 구성 블록도이다. 이 기지국시스템은 초기단말정보수신부(41)와, 단말위치속도파악부(42)와, 다운링크빔생성부(43)와, 다운링크빔전송부(44)와, 주기적단말정보수신부(45)를 포함하여 이루어진다.
초기단말정보수신부(41)는 통신초기단계에서 단말이 전방향성으로 전송하는 단말초기정보를 수신하여 단말위치속도파악부(42)로 전달한다.
단말위치속도파악부(42)는 단말초기정보로부터 단말의 위치 및 속도를 파악하여 다운링크빔발생부(43)에게 전달한다. 또한, 주기적단말정보수신부(45)로부터 전달되는 단말의 주기적 정보로부터 단말의 위치 및 속도를 파악하여 다운링크빔발생부(43)에게 전달하기도 한다.
다운링크빔발생부(43)는 단말위치속도파악부(42)로부터 전달되는 단말의 위치 및 속도 정보를 기반으로 다운링크빔을 생성하며, 각 다운링크빔들의 폭과 방향을 조절하여 다운링크빔전송부(44)에게 전달한다.
다운링크빔전송부(44)는 다운링크빔발생부(43)에서 생성된 폭과 방향의 다운링크빔을 위상배열안테나를 사용하여 단말에게 전송한다.
기지국과 단말간 다운링크빔과 업링크빔이 설정된 후, 단말이 주기적으로 자신의 위치와 속도를 파악하여 주기적 정보로서 기지국에게 전달하는데, 주기적단말정보수신부(45)는 이 단말의 주기적 정보를 수신하여 단말위치속도파악부(42)에게 전달한다.
이렇게 기지국과 단말간 단말의 주기적 정보를 기반으로 다운링크빔과 업데이트빔을 변경함으로써, 빔 업데이트를 수행한다.
도 5는 이 발명의 빔분할다중접속 기술을 구현하기 위한 단말의 구성 블록도이다. 이 단말은 단말위치속도파악부(51)와, 초기단말정보송신부(52)와, 다운링크빔수신부(53)와, 업링크빔생성부(54)와, 업링크빔생성부(55)를 포함하여 이루어진다.
단말위치속도파악부(51)는 GPS 또는 기타 장비를 이용하여 단말의 현재 위치 및 속도를 파악하여 초기단말정보송신부(52)와 업링크빔생성부(55)에게 전달한다.
초기단말정보송신부(52)는 기지국의 위치를 알지 못하기 때문에 자신의 위치 및 속도를 전방향성으로 기지국에게 전송한다.
다운링크빔수신부(53)는 기지국으로부터 다운링크빔을 수신한다.
업링크빔생성부(54)는 다운링크빔수신부(53)를 통해 수신된 다운링크빔의 방향을 추적(tracking)하여 업링크빔을 생성하여, 업링크빔전송부(55)에게 전달한다.
업링크빔전송부(55)는 업링크빔생성부(54)에서 생성된 업링크빔을 전송한다. 업링크빔전송부(55)는 단말위치속도파악부(51)에서 파악된 단말의 위치 및 속도 정보를 주기적 정보로서 기지국에게 전송하여, 단말의 위치와 속도에 따라 다운링크빔과 업링크빔이 업데이트되도록 한다.
이 발명은 단말초기정보의 위치 및 속도를 기준으로 초기 다운링크와 업링크를 설정한 후, 빔 업데이트 과정을 수행함으로써, 기지국 내의 단말이 이동할 때 이를 지원한다. 빔 업데이트 방법으로서, 이 발명에서는 빔폭적응법(BWA : Beam Width Adaptation), 빔트래킹법(BT : Beam Tracking) 및 이 둘을 혼합한 혼합법(BWAT : Beam Width Adaptation and Tracking) 중 한가지 방법을 이용한다.
도 6은 이 발명에 따른 빔업데이트방법의 적용예를 도시한 도면이다.
빔폭적응법(BWA)은 단말의 속도에 따라 빔폭을 가변하여 단말의 이동성을 지원한다. 이 빔폭적응법은 단말의 속도가 빠르면 넓은 빔폭을 할당하여 단말의 속 도가 느리면 좁은 빔폭을 할당하여 단말 이동시 단말의 정확한 위치를 알지 못해도 계속 통신서비스를 지원할 수 있도록 한다. 따라서, 이 빔폭적응법은 단말의 위치 및 속도 정보의 피드백양이 적어도 되는 장점이 있다.
빔트래킹법(BT)은 단말의 이동에 따라 빔의 방향을 가변하는 방법이다. 이 빔트래킹법은 단말이 이동함에 따라 단말의 정확한 위치정보를 기지국에게 피드백해야 하는 단점이 있지만, 빔폭이 일정하므로 빔 관리가 용이한 장점이 있다.
혼합법(BWAT)은 빔폭적응법(BWA)과 빔트래킹법(BT)을 혼합한 방식으로서, 단말의 속도에 따라 빔의 폭과 방향을 동시에 가변시키는 방식으로 두 가지 방법의 장점을 혼합한 방법이다.
종래의 이동통신시스템에서는 빔 분할을 고려한 프레임 구조가 정의되어 있지 않다. 따라서, 이 발명의 빔분할다중접속방법을 이동통신시스템에 적용하기 위해서는 빔 분할을 고려한 새로운 프레임 구조의 정의가 필요하다.
이 발명의 빔분할다중접속을 위한 프레임은 시간축과 주파수축 외에 빔번호축을 추가하여 3개의 축으로 자원을 할당한다. 이 발명에서 제안하는 빔분할다중접속(BDMA)을 지원하기 위한 프레임은 듀플렉싱 방식이 시간분할듀플렉싱(TDD : Time Division Duplexing) 또는 주파수분할듀플렉싱(FDD : Frequency Division Duplexing)인지에 따라 다르다.
도 7은 이 발명에 따른 시간분할듀플렉싱(TDD : Time Division Duplexing) 빔분할다중접속(BDMA)을 지원하기 위한 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 7의 시간분할듀플렉싱 빔분할다중접속을 위한 프레임은 주파수축과 시간축 및 빔번호축으로 자원을 할당하며, 전방향성의 신호를 전송하기 위한 부분과 직교성의 빔을 이용하여 전송하는 부분으로 나누어져 있다.
전방향성의 신호를 전송하기 위한 부분에는 셀내의 전체 단말이 동시에 받아야 하는 정보를 기록한 프리엠블(preamble)과, 단말이 초기에 기지국과 통신하기 위해 자신의 위치 및 속도정보를 피드백하는 단말초기정보슬롯이 있다. 기지국과 단말간 실제 제어메시지와 데이터들은 각 빔별로 동일한 주파수/시간 자원을 사용하여 전송한다. 도시되지 않았으나, 하나의 프레임 내에서 다운링크 후 업링크가 수행되도록 하여 업/다운 전송의 변경을 최소로 한다. 또한, 각 빔 내에서 다른 사용자간의 다중접속(multiple access)은 기존의 다중접속(TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA) 방식을 사용하도록 한다.
도 8a 내지 도 8c는 도 7의 시간분할듀플렉싱 빔분할다중접속(TDD-BDMA) 프레임의 적용예를 도시한 도면이다.
도 8a는 기지국이 전방향성의 프리엠블을 전송하는 과정을 도시한다.
TDD-BDMA 프레임의 프리엠블 슬롯에는 셀 내의 단말들이 동시에 받아야 하는 프리엠블의 전송이 전방향성으로 이루어진다. 제1사용자(User1) 내지 제8사용자(User8) 및 새로운 단말(NewMS)은 기지국으로부터 동일한 프리엠블을 수신한다. 각 단말들은 이 프리엠블을 이용하여 기지국의 기본정보를 얻으며 기지국과 동기(sync)를 맞춘다.
도 8b는 기지국과 단말간 직교성 빔으로 통신하는 과정을 도시한다.
기지국과 빔이 할당된 단말들이 각 단말에게 할당된 직교성의 빔(orthogonal beam)을 사용하여 주파수/시간 자원을 사용하여 통신한다. 도 8b의 적용예에서는 제1사용자(User1)가 제1빔(beam1)을 사용하여 통신하고, 제2사용자(User2)와 제3사용자(User3)가 제2빔(beam2)을 사용하여 통신하며, 제5사용자(User5) 내지 제8사용자(User8)가 제3빔(beam3)을 사용하여 통신하고, 제4사용자(User4)가 제4빔(beam4)을 사용하여 통신한다.
이 BDMA에서 사용되는 빔은 매우 높은 방향성을 가지고 있으므로 각 빔간에 직교성이 유지되고, 따라서 서로에게 미세한 간섭(negligible interference)만 일으킬 뿐이다.
이전 프레임의 단말초기정보 슬롯을 통해 단말의 초기정보를 보고한 단말은, 기지국으로부터 다운링크빔을 할당받고 다운링크빔의 방향을 트래킹하여 자신의 업링크빔의 방향을 결정한다. 새로운 단말(NewMS)은 아직 기지국이 단말의 위치를 모르고 있는 상태이므로 단말에게 빔을 할당해 주지 못한다.
도 8c는 단말이 기지국에게 단말초기정보를 전송하는 과정을 도시한 도면이다. 기지국으로부터 빔을 할당받지 못한 단말은 단말초기정보 슬롯을 통해 기지국에게 자신의 위치 및 속도 정보를 알려준다. 도 8c의 새로운 단말(NewMS)은 단말초기정보 슬롯에서 기지국에게 자신의 위치를 알려주어, 다음 프레임에서 빔을 할당받을 수 있도록 한다.
도 9는 이 발명에 따른 주파수분할듀플렉싱(FDD : Frequency Division Duplexing) 빔분할다중접속(BDMA)을 지원하기 위한 프레임 구조를 도시한 도면이 다.
이 주파수분할듀플렉싱 빔분할다중접속(FDD-BDMA) 프레임은 TDD-BDMA와 거의 동일하지만 통신 초기에 단말이 기지국에게 자신의 위치 및 속도를 보고하는 단말초기정보 슬롯이 시간 자원을 분할하여 존재하는 것이 아니라 주파수 자원을 분할하여 존재하는 것이 다르고, TDD-BDMA의 프리엠블 대신에 기지국브로드캐스트가 존재하여 이 주파수 대역을 이용하여 단말이 기지국에 대한 기본적인 정보를 얻고 동기를 맞출 수 있다는 점이 다르다.
즉, FDD-BDMA에서 단말은 TDD-BDMA와는 달리 기지국브로드캐스트를 이용하여 기지국에 대한 정보 및 동기를 맞춘다. 그리고 난 후에는 각 단말에게 할당된 빔을 사용하여 데이터를 전송하고, 마지막으로 단말초기정보 슬롯을 이용하여 각 단말들이 기지국에게 자신의 위치 및 속도 정보를 보고한다.
이상에서 이 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 이 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 이 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
이 발명은 차세대 셀룰러 이동통신시스템의 설계에 적용할 수 있다.
도 1은 이 발명에 따른 빔분할다중접속 기술의 개념을 도시한 한 도면,
도 2는 이 발명에 따른 빔분할다중접속 기술의 개념을 도시한 다른 도면,
도 3은 이 발명의 빔분할다중접속 기술을 구현하는 기지국시스템과 단말간 타이밍도,
도 4는 이 발명의 빔분할다중접속 기술을 구현하기 위한 기지국시스템의 구성 블록도,
도 5는 이 발명의 빔분할다중접속 기술을 구현하기 위한 단말의 구성 블록도,
도 6은 이 발명에 따른 빔업데이트 방법의 적용예를 도시한 도면,
도 7은 이 발명에 따른 시간분할듀플렉싱(TDD : Time Division Duplexing) 빔분할다중접속(BDMA)을 지원하기 위한 프레임 구조를 도시한 도면,
도 8a 내지 도 8c는 도 7의 시간분할듀플렉싱 빔분할다중접속(TDD-BDMA) 프레임의 적용예를 도시한 도면,
도 9는 이 발명에 따른 주파수분할듀플렉싱(FDD : Frequency Division Duplexing) 빔분할다중접속(BDMA)을 지원하기 위한 프레임 구조를 도시한 도면이다.

Claims (16)

  1. 통신초기단계에서 단말이 전방향성으로 전송하는 단말초기정보를 수신하는 초기단말정보수신부와,
    상기 초기단말정보수신부의 단말초기정보로부터 단말의 위치 및 이동속도를 파악하는 단말위치속도파악부와,
    상기 단말위치속도파악부로부터 전달되는 단말의 위치 및 이동속도 정보를 기반으로 다운링크빔을 생성하여 각 다운링크빔들의 폭과 방향을 조절하는 다운링크빔발생부와,
    셀 내에 전방향성의 프리엠블 신호를 전송하고 상기 다운링크빔발생부에서 생성된 다운링크빔을 위성배열안테나를 사용하여 각 단말들에게 전송하는 다운링크빔전송부를 포함한 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 기지국에서의 빔분할다중접속시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기지국과 단말의 빔분할다중접속 통신중 단말이 전송하는 주기적 정보를 수신하여 상기 단말위치속도파악부에게 전달하는 주기적단말정보수신부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 기지국에서의 빔분할다중접속시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 다운링크빔발생부는,
    상기 단말이 이동하면 상기 다운링크빔의 폭을 가변하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 기지국에서의 빔분할다중접속시스템.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 다운링크빔발생부는,
    상기 단말이 이동하면 상기 다운링크빔의 방향을 가변하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 기지국에서의 빔분할다중접속시스템.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 다운링크빔발생부는,
    상기 단말이 이동하면 상기 다운링크빔의 폭과 위치를 가변하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 기지국에서의 빔분할다중접속시스템.
  6. 단말의 현재 위치 및 이동속도를 파악하는 단말위치속도파악부와,
    기지국으로부터 전송되는 전방향성의 프리엠블 신호를 이용하여 상기 기지국의 기본정보를 얻고 상기 단말의 현재 위치 및 이동속도를 포함한 단말초기정보를 전방향성으로 상기 기지국에게 전송하는 초기단말정보송신부와,
    상기 기지국으로부터 다운링크빔을 수신하는 다운링크빔수신부와,
    상기 다운링크빔수신부를 통해 수신된 다운링크빔의 방향에 대응하는 업링크빔을 생성하는 업링크빔생성부와,
    상기 업링크빔생성부에서 생성된 업링크빔을 상기 기지국에게 전송하는 업링크빔전송부를 포함한 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 단말에서의 빔분할다중접속시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 업링크빔전송부는 상기 단말위치속도파악부에서 파악된 단말의 위치 및 속도정보를 주기적으로 상기 기지국에게 전송하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 단말에서의 빔분할다중접속시스템.
  8. 제 6 항에 있어서, 동일한 빔을 사용하는 적어도 둘 이상의 단말들은 상기 기지국과 다중접속하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 단말에서의 빔분할다중접속시스템.
  9. 통신초기단계에서 단말이 전방향성으로 전송하는 단말초기정보를 수신하는 초기단말정보수신단계와,
    상기 초기단말정보수신단계의 단말초기정보로부터 단말의 위치 및 이동속도를 파악하는 단말위치속도파악단계와,
    상기 단말위치속도파악단계에서 파악된 상기 단말의 위치 및 이동속도 정보를 기반으로 다운링크빔을 생성하여 각 다운링크빔들의 폭과 방향을 조절하는 다운링크빔발생단계와,
    셀 내에 전방향성의 프리엠블 신호를 전송하고 상기 다운링크빔발생단계에서 생성된 다운링크빔을 위성배열안테나를 사용하여 단말들에게 전송하는 다운링크빔전송단계를 포함한 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 기지국에서의 빔분할다중접속방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 기지국과 단말의 빔분할다중접속 통신중 단말이 전 송하는 주기적 정보를 수신하여 상기 단말위치속도파악단계로 전달하는 주기적단말정보수신단계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 기지국에서의 빔분할다중접속방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 다운링크빔발생단계는,
    상기 단말이 이동하면 상기 다운링크빔의 폭을 가변시키는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 기지국에서의 빔분할다중접속방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 다운링크빔발생단계는,
    상기 단말이 이동하면 상기 다운링크빔의 방향을 가변시키는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 기지국에서의 빔분할다중접속방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 다운링크빔발생단계는,
    상기 단말이 이동하면 상기 다운링크빔의 폭과 위치를 가변시키는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 기지국에서의 빔분할다중접속방법.
  14. 기지국으로부터 전송되는 전방향성의 프리엠블 신호를 이용하여 단말의 현재 위치 및 이동속도를 파악하는 단말위치속도파악단계와,
    기지국으로부터 전송되는 전방향성의 프리엠블 신호를 이용하여 상기 기지국의 기본정보를 얻고 상기 단말의 현재 위치 및 이동속도를 포함한 단말초기정보를 전방향성으로 상기 기지국에게 전송하는 초기단말정보송신단계와,
    상기 기지국으로부터 다운링크빔을 수신하는 다운링크빔수신단계와,
    상기 다운링크빔수신단계를 통해 수신된 다운링크빔의 방향을 추적하여 업링크빔을 생성하는 업링크빔생성단계와,
    상기 업링크빔생성단계에서 생성된 업링크빔을 상기 기지국에게 전송하는 업링크빔전송단계를 포함한 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 단말에서의 빔분할다중접속방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 업링크빔전송단계는 상기 단말위치속도파악단계에서 파악된 단말의 위치 및 속도정보를 주기적으로 상기 기지국에게 전송하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 단말에서의 빔분할다중접속방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 동일한 빔을 사용하는 적어도 둘 이상의 단말들은 상기 기지국과 다중접속하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 단말에서의 빔분할다중접속방법.
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