KR101498940B1

KR101498940B1 - 신호 송수신 상황에 기반한 빔 포밍 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101498940B1
Application number: KR20140033303A
Authority: KR
Inventors: 조용수; 김재환
Original assignee: 중앙대학교 산학협력단
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2015-03-12

Abstract

복수의 안테나 엘레멘트를 이용하여 빔을 빔 형성할 수 있는 빔 형성 장치가 개시된다. 개시된 빔 형성 장치는 형성된 빔과 관련된 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단하고, 신호 송수신 상황이 변경된 경우에 빔을 업데이트한다.

Description

신호 송수신 상황에 기반한 빔 포밍 장치 및 방법{BEAM FORMING APPARATUS AND METHOD BASED ON SIGNAL RECEIVING/TRANSMITTING SITUATION}

하기의 실시예들은 이동통신 분야에 관한 것으로, 구체적으로는 빔을 형성하여 데이터를 송수신하는 통신 기법에 관한 것이다.

5G 이동통신시스템에서는 현재 LTE 대비 1,000배 이상의 전송속도를 요구하고 있다. 이러한 전송속도를 달성하기 위해서 밀리미터 웨이브(mmWave) 대역을 사용한 통신시스템에 대한 연구가 진행되고 있다. 밀리미터 웨이브 대역은 주파수 대역이 넓으며, 직진성이 강하고, 작은 안테나로 첨예한 빔을 형성할 수 있어 높은 전송용량을 제공할 수 있다. 또한 수백 개의 안테나 소자를 가지고 수직과 수평 양 방향의 빔을 형성하는 삼차원 빔포밍이 가능하며, 송신 측과 수신 측의 빔, 즉 SNR을 최대로 하는 한 쌍의 빔을 정렬시켰을 경우 매우 큰 이득을 얻을 수 있다. 따라서 밀리미터 웨이브 통신에서는 빔 트레이닝(beam training), 즉 송신 측과 수신 측의 한 쌍의 최적의 빔을 찾아내는 것은 빔포밍 성능을 최대로 하기 위한 필수적인 과정이다.

일반적으로 빔 트레이닝은 많은 수의 반복 과정을 통하여 이루어지며 개략적으로 송신국과 수신국 안테나 빔 수의 곱에 비례하는 만큼의 시간이 소요된다. 특히 빔 수가 많은 경우에는 많은 시간이 소요되는 단점이 있다. 따라서 효과적인 빔포밍을 수행하기 위해서는 짧은 시간 내에 빔 트레이닝을 수행하는 기술이 필수적으로 요구되어 최근 이에 대한 연구가 이루어지고 있으나 대부분 기지국 관점에서 진행되고 있다.

이동성이 없는 단말기에서는 한 번의 빔 트레이닝의 결과가 오랫동안 지속할 수 있으나, 이동성을 가진 단말기에서는 수신 환경의 변화가 기존 이동 통신시스템의 경우에 비해 매우 심하다. 단말기의 정지 상태에서의 회전(rotation), 단말기의 이동(displacement), 이동 물체에 의한 신호 차단(obstruction), 안테나의 신체 접촉(touch), 또는 각 경우의 복합 형태 등이 그 예이다. 이러한 경우에 기존의 이동통신시스템에서는 그 영향이 미미하였으나, 밀리미터 웨이브 통신시스템의 경우에는 빔폭이 매우 좁으므로 단말의 작은 변화도 빔의 부정합의 요인으로 작용하게 된다.

따라서 이러한 단말의 환경 변화는 수신신호의 급격한 저하를 초래하여 통신이 두절되고 다시 송수신 빔을 트레이닝 해야 하는 결과를 낳게 되는데 전기적인 수신신호의 변화 검출만을 통해서는 단말의 환경 변화를 정확하게 알 수 없다. 일반적으로 빔 트레이닝 과정은 많은 시간이 소요되기 때문에 이를 최소화할 필요가 있으나, 단말기는 기지국과 달리 수신환경에서 많은 변화가 있기 때문에 송신 빔과 수신 빔의 쌍을 갱신하는 빔 정합 과정에 많은 시간을 소비하게 된다.

하기 실시예들의 목적은 단말기들의 신호 송수신 상황을 파악하는 것이다.

하기 실시예들의 목적은 단말기 등의 신호 송수신 상황을 고려하여 효율적으로 빔을 형성하는 것이다.

예시적 실시예에 따르면, 복수의 안테나 엘레멘트를 이용하여 빔을 형성하는 빔 형성부, 상기 형성된 빔과 관련하여 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단하는 상황 판단부 및 상기 판단에 기반하여 상기 형성된 빔을 업데이트할지 여부를 결정하는 제어부를 포함하고, 상기 빔 형성부는 상기 결정에 따라 상기 형성된 빔을 업데이트하는 빔 형성 장치가 제공된다.

여기서, 상기 상황 판단부는 상기 각 안테나 엘레멘트를 이용하여 개별적으로 수신한 신호들의 세기 또는 상기 형성된 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기에 따라서 상기 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단할 수 있다.

그리고, 상기 상황 판단부는 GPS 센서, 자이로 센서, 가속도 센서, 지자기 센서 중에서 적어도 하나의 센싱 결과를 이용하여 상기 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단할 수 있다.

또한, 상기 상황 판단부는 상기 빔 형성 장치의 방향이 변경되었는지 여부, 상기 빔 형성 장치의 위치가 변경되었는지 여부, 또는 수신하는 신호가 차단되었는지 여부 중에서 적어도 하나를 상기 신호 송수신 상황으로 판단할 수 있다.

여기서, 상기 빔 형성 장치의 방향이 변경된 것으로 판단된 경우에, 상기 빔 형성 장치의 방향이 변경된 각도를 추정하는 회전각 추정부를 더 포함하고, 상기 빔 형성부는 상기 추정된 각도에 따라 상기 형성된 빔의 방향을 변경하여 상기 형성된 빔을 업데이트할 수 있다.

그리고, 상기 빔 형성 장치의 위치가 변경된 것으로 판단된 경우에, 상기 빔 형성 장치의 이동 방향을 추정하는 이동 방향 추정부를 더 포함하고, 상기 형성된 빔은 수신 빔 및 송신 빔을 포함하고, 상기 빔 형성부는 상기 이동 방향을 고려하여 상기 수신 빔을 우선적으로 업데이트할 수 있다.

또한, 통신 장치와 상기 빔 형성 장치간의 다중 경로 정보를 저장하는 다중 경로 정보 저장부를 더 포함하고, 수신하는 신호가 차단된 것으로 판단된 경우에, 상기 빔 형성부는 상기 다중 경로 정보를 참조하여 상기 빔의 방향을 업데이트할 수 있다.

또 다른 예시적 실시예에 따르면, 복수의 안테나 엘레멘트를 이용하여 빔을 형성하는 단계, 상기 형성된 빔과 관련하여 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단하는 단계, 상기 판단에 기반하여 상기 형성된 빔을 업데이트할지 여부를 결정하는 단계 및 상기 결정에 따라 상기 형성된 빔을 업데이트하는 단계를 포함하는 빔 형성 방법이 제공된다.

여기서, 상기 판단하는 단계는 상기 각 안테나 엘레멘트를 이용하여 개별적으로 수신한 신호들의 세기 또는 상기 형성된 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기에 따라서 상기 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단할 수 있다.

그리고, 상기 판단하는 단계는 GPS 센서, 자이로 센서, 가속도 센서, 지자기 센서 중에서 적어도 하나의 센싱 결과를 이용하여 상기 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단할 수 있다.

또한, 상기 판단하는 단계는 상기 빔 형성 장치의 방향이 변경되었는지 여부, 상기 빔 형성 장치의 위치가 변경되었는지 여부, 또는 수신하는 신호가 차단되었는지 여부 중에서 적어도 하나를 상기 신호 송수신 상황으로 판단할 수 있다.

여기서, 상기 빔 형성 장치의 방향이 변경된 것으로 판단된 경우에, 상기 빔 형성 장치의 방향이 변경된 각도를 추정하는 단계를 더 포함하고, 상기 빔을 업데이트하는 단계는 상기 추정된 각도에 따라 상기 형성된 빔의 방향을 변경하여 상기 형성된 빔을 업데이트할 수 있다.

그리고, 상기 빔 형성 장치의 위치가 변경된 것으로 판단된 경우에, 상기 빔 형성 장치의 이동 방향을 추정하는 단계를 더 포함하고, 상기 형성된 빔은 수신 빔 및 송신 빔을 포함하고, 상기 빔을 업데이트하는 단계는 상기 이동 방향을 고려하여 상기 수신 빔을 우선적으로 업데이트할 수 있다.

또한, 통신 장치와 상기 빔 형성 장치간의 다중 경로 정보를 저장하고 유지하는 단계를 더 포함하고, 수신하는 신호가 차단된 것으로 판단된 경우에, 상기 빔을 업데이트하는 단계는 상기 다중 경로 정보를 참조하여 상기 빔의 방향을 업데이트할 수 있다.

또 다른 예시적 실시예에 따르면, 기지국으로부터 데이터를 수신하기 위하여 빔을 형성하는 단말기에 있어서, 복수의 안테나를 이용하여 상기 빔을 형성하는 빔 형성부, 상기 단말기의 상기 기지국에 대한 방향을 결정하는 방향 정보 산출부 및 상기 단말기가 정지한 상태인지 여부를 판단하는 움직임 검출부를 포함하고, 상기 빔 형성부는 상기 결정된 상기 단말기의 상기 기지국에 대한 방향 및 상기 단말기가 정지한 상태인지 여부에 따라서 상기 형성된 빔을 업데이트하는 단말기가 제공된다.

여기서, 상기 방향 정보 산출부는 자이로스코프(gyroscope), 가속도 센서(accelerometer), 또는 지자기 센서(geo-magnetic sensor) 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 단말기의 상기 기지국에 대한 방향을 결정할 수 있다.

그리고, 상기 방향 정보 산출부는 상기 단말기의 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw) 각을 쿼터니언(quaternion)으로 변환하고, 상기 변환된 쿼터니언에 칼만 필터를 적용하고, 상기 칼만 필터가 적용된 쿼터니언을 다시 롤, 피치, 요 각으로 변환하여 상기 기지국에 대한 방향을 결정할 수 있다.

또한, 상기 움직임 검출부는 가속도 센서를 이용하여 상기 정지한 상태인지 여부를 판단할 수 있다.

또 다른 예시적 실시예에 따르면, 기지국으로부터 데이터를 수신하기 위하여 빔을 형성하는 단말기의 빔 형성 방법에 있어서, 복수의 안테나를 이용하여 상기 빔을 형성하는 단계, 상기 단말기의 상기 기지국에 대한 방향을 결정하는 단계, 상기 단말기가 정지한 상태인지 여부를 판단하는 단계 및 상기 결정된 상기 단말기의 상기 기지국에 대한 방향 및 상기 단말기가 정지한 상태인지 여부에 따라서 상기 형성된 빔을 업데이트하는 단계를 포함하는 단말기의 빔 형성 방법이 제공된다

여기서, 상기 방향을 결정하는 단계는 자이로스코프(gyroscope), 가속도 센서(accelerometer), 또는 지자기 센서(geo-magnetic sensor) 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 단말기의 상기 기지국에 대한 방향을 결정할 수 있다.

그리고, 상기 방향을 결정하는 단계는 상기 단말기의 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw) 각을 쿼터니언(quaternion)으로 변환하는 단계, 상기 변환된 쿼터니언에 칼만 필터를 적용하는 단계 및 상기 칼만 필터가 적용된 쿼터니언을 다시 롤, 피치, 요 각으로 변환하여 상기 기지국에 대한 방향을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 단말기가 정지한 상태인지 여부를 판단하는 단계는 가속도 센서를 이용하여 상기 단말기가 정지한 상태인지 여부를 판단할 수 있다.

하기 실시예들에 따르면, 단말기들의 신호 송수신 상황을 파악할 수 있다.

하기 실시예들에 따르면, 단말기 등의 신호 송수신 상황을 고려하여 효율적으로 빔을 형성할 수 있다.

도 1은 예시적 실시예에 따른 신호 송수신 상황의 변경을 도시한 도면이다.
도 2는 예시적 실시예에 따른 빔 형성 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 3은 빔 형성 장치가 회전하는 예시적 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 빔 형성 장치가 이동한 예시적 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 빔 형성 장치가 수신하는 신호가 차단되는 예시적 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 빔 형성 장치의 여러 가지 상태 변화를 도시한 도면이다.
도 7은 예시적 실시예에 따른 빔 형성 방법을 단계별로 도시한 순서도이다.
도 8은 빔 형성 장치가 회전한 경우의 빔 형성 방법을 단계별로 도시한 순서도이다.
도 9는 빔 형성 장치가 이동한 경우의 빔 형성 방법을 단계별로 도시한 순서도이다.
도 10은 빔 형성 장치가 수신하는 신호가 차단된 경우의 빔 형성 방법을 단계별로 도시한 순서도이다.
도 11은 예시적 실시예에 다른 단말기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 12는 좌표계에 따른 방향을 도시한 도면이다.
도 13은 예시적 실시예에 따른 방향 정보 산출부의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 14는 예시적 실시예에 따른 빔 형성 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.
도 15는 또 다른 예시적 실시예에 따른 빔 형성 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.

이하, 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 예시적 실시예에 따른 신호 송수신 상황의 변경을 도시한 도면이다. 도 1에서는 기지국(110)이 기지국 빔(120)을 이용하여 빔 형성 장치(130)로 신호를 전송하고, 빔 형성 장치(130)는 단말기 빔(140)을 이용하여 기지국으로부터 신호를 수신하는 예를 설명하나, 본 발명은 빔 형성 장치(130)가 기지국(110)으로 신호를 전송하는 경우에도 적용 가능하다.

이하 빔 형성 장치가 형성하는 빔을 단말기 빔(140)이라고 한다. 단말기 빔(140)은 빔 형성 장치가 신호를 수신하기 위하여 사용하는 수신 단말기 빔 및 빔 형성 장치가 신호를 송신하기 위하여 사용하는 송신 단말기 빔으로 구분될 수 있다. 기지국이 형성하는 기지국 빔(120)과 혼동될 우려가 없는 경우에는, 단말기 빔(140), 수신 단말기 빔, 송신 단말기 빔을 각각 빔, 수신 빔, 송신 빔이라고 한다.

기지국 빔(120)은 신호를 특정한 방향으로 집중하여 송신하고, 단말기 빔(140)은 특정한 방향의 신호를 수신하고, 다른 방향의 간섭은 차단한다. 따라서, 기지국(110)과 빔 형성 장치(130)가 데이터를 송수신하기 위해서는 기지국 빔(120)의 방향과 단말기 빔(140)의 방향은 신호 송수신 경로상에 위치해야 한다. 예를 들어, 만약 기지국(110)과 빔 형성 장치(130)간에 직선 경로로 데이터가 송수신된다면, 기지국 빔(120)은 빔 형성 장치(130)의 방향으로, 단말기 빔(140)은 기지국(110)의 방향으로 형성되어야 한다. 또는, 기지국(110)에서 전송된 신호가 건물 등에 반사되어 빔 형성 장치(130)로 전송되는 경우, 기지국 빔(120)은 기지국(110)에서 건물의 방향으로, 단말기 빔(140)은 빔 형성 장치(130)에서 건물의 방향으로 형성되어야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 기지국(110)과 빔 형성 장치(130)가 신호 송수신 경로에 따라 기지국 빔(120) 및 단말기 빔(140)을 형성하여 데이터를 전송하는 상황을 신호 송수신 상황이라고 할 수 있다.

사용자는 빔 형성 장치(130)를 휴대하여 이동할 수 있다. 따라서, 빔 형성 장치(130)의 위치, 방향은 자주 변경될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 빔 형성 장치(150)의 방향이 변경되면, 수신빔(160)의 방향도 신호 송수신 경로로부터 변경된다. 또한, 빔 형성 장치(170)가 이동하는 경우에도 단말기 빔(180)의 방향도 신호 송수신 경로로부터 변경된다.

도 1에 도시된 바와 같이 빔 형성 장치(130)가 회전, 이동하거나, 신호 송수신을 방해 받은 경우에는 신호 송수신 상황이 변경되었다고 말할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 기지국 빔(120) 및 단말기 빔(140)은 기지국(110) 및 빔 형성 장치(130)의 신호 송수신 상황에 최적화되어 높은 성능을 보일 수 있다. 반면, 기지국(110) 및 빔 형성 장치(130)의 신호 송수신 상황이 변경되면, 종래의 기지국 빔(120) 및 단말기 빔(140)은 변경된 신호 송수신 상황에서는 낮은 성능을 보일 수 있다.

따라서, 기지국(110) 또는 빔 형성 장치(130)는 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단하고, 신호 송수신 상황이 변경되면 기지국 빔(120) 또는 단말기 빔(140)을 업데이트하여 변경된 신호 송수신 상황에 최적화할 수 있다.

일측에 따르면, 신호 송수신 상황은 빔 형성 장치(130)의 회전, 이동, 신호 차단 등으로 인하여 변경될 수 있다. 따라서, 빔 형성 장치(130)는 빔 형성 장치(130)에 탑재된 센서를 이용하여 신호 송수신 상황이 변경 여부를 판단하고, 신호 송수신 상황이 변경된 경우에는 단말기 빔(140)을 업데이트할 수 있다.

도 2는 예시적 실시예에 따른 빔 형성 장치의 구조를 도시한 블록도이다.

예시적 실시예에 따른 빔 형성 장치(200)는 수신부(210), 빔 형성부(220), 상황 판단부(230), 제어부(240), 센서(250), 회전각 추정부(260), 이동 방향 추정부(270), 다중 경로 정보 저장부(280)를 포함할 수 있다.

도 2에서, 빔 형성 장치(200)는 지향성을 가진 빔을 형성하고, 빔의 방향을 제어하여 신호를 송수신할 수 있는 장치이다. 예를 들면, 개인의 핸드폰, 스마트폰, 태블릿, 노트북 등이 빔 형성 장치(200)로 사용될 수 있다.

일측에 따르면, 빔 형성 장치(200)는 복수의 안테나 엘레멘트로 구성된 배열 안테나를 구비하고, 각 배열 안테나를 이용하여 수신한 신호에 가중치를 곱하는 방법을 이용하여 빔을 형성할 수 있다. 이 경우에, 빔 형성부(220)는 신호에 곱해지는 가중치를 산출하여 빔을 형성할 수 있다.

수신부(210)는 가중치가 곱해진 배열 안테나의 출력 신호 및 각 안테나 엘레멘트의 출력 신호를 수신할 수 있다.

상황 판단부(230)는 형성된 빔과 관련하여 빔 형성 장치(200)의 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단한다. 여기서, 신호 송수신 상황은 빔 형성 장치의 방향이 변경되었는지 여부, 빔 형성 장치의 위치가 변경되었는지 여부, 이미 형성된 빔의 방향에 방해물이 위치하여, 방해물에 의해 신호가 차단되는지 여부를 포함할 수 있다.

일측에 따르면, 상황 판단부(230)는 센서(250)의 센싱 결과를 이용하여 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 센서(250)는 GPS 센서, 가속도 센서, 방향 센서 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. GPS 센서는 GPS 신호를 이용하여 단말기의 위치를 센싱하는 센서이고, 가속도 센서는 빔 형성 장치(200)의 방향 및 가속도를 센싱하는 센서이다. 방향 센서는 빔 형성 장치(200)의 방향을 센싱하는 센서로서, 자이로 센서, 지자기 센서, 기울기 센서, 중력 센서 등이 방향 센서로 사용될 수 있다. 여기서, 자이로 센서는 회전하는 자이로스코프를 이용하여 단말기의 기울기를 센싱하는 센서이고, 지자기 센서(terrestrial magnetism sensor)는 지구 자기를 센싱함으로써, 빔 형성 장치(200)의 방향을 센싱하는 센서이다. 또한, 기울기 센서, 중력 센서는 지구의 중력을 이용하여 빔 형성 장치의 기울기를 센싱할 수 있는 센서이다.

다른 측면에 따르면, 상황 판단부(230)는 수신부(210)가 수신한 신호의 세기를 이용하여 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 상황 판단부(230)는 형성된 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호(배열 안테나의 출력)의 세기에 따라서 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단할 수 있다. 또 다른 예에 따르면, 상황 판단부(230)는 개별 안테나 엘레멘트를 이용하여 수신한 신호(안테나 엘레멘트 각각의 출력)의 세기에 따라서 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단할 수 있다.

제어부(240)는 상황 판단부(230)의 판단에 기반하여 기존에 형성된 단말기 빔을 업데이트할지 여부를 결정한다. 만약 빔 형성 장치(200)의 신호 송수신 상황이 변경되었다면, 제어부(240)는 기존에 형성된 단말기 빔을 업데이트 하는 것으로 결정할 수 있다.

빔 형성부(220)는 상황 판단부(230)의 결정에 따라 기존에 형성된 단말기 빔을 업데이트할 수 있다. 빔 형성부(220)는 기존에 형성된 단말기 빔을 업데이트하여, 변경된 신호 송수신 상황에 빔을 최적화할 수 있다.

이하 도 3 내지 도 5에서는 빔 형성 장치(200)의 신호 송수신 상황이 변경되는 대표적인 3가지 경우 각각에 대하여 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단하는 구성과 빔을 업데이트하는 구성에 대하여 설명한다.

도 3은 빔 형성 장치가 회전하는 예시적 실시예를 도시한 도면이다.

빔 형성 장치(310)가 회전하기 이전에, 빔 형성 장치(310)의 단말기 빔(320)은 신호 송수신 경로의 방향으로 형성된다. 빔 형성 장치(330)가 회전한다면, 빔 형성 장치(330)의 단말기 빔(320)는 신호 송수신 경로로부터 이탈된다.

이 경우에, 형성된 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호(배열 안테나의 출력)의 세기는 감소한다. 또한, 개별 안테나 엘레멘트를 이용하여 수신한 신호(안테나 엘레멘트 각각의 출력)의 세기가 감소하는 패턴은 개별 안테나 엘레멘트에 따라 상이하다.

또한, 회전 전의 GPS 센서의 센싱 결과와 회전 후의 GPS 센서의 센싱 결과는 큰 차이가 없다. 가속도 센서의 센싱 결과도 회전 전과 후가 큰 차이가 없다. 그러나, 회전 전의 방향 센서의 센싱 결과와 회전 후의 방향 센서의 센싱 결과는 큰 차이를 보인다. 여기서, 방향 센서의 센싱 결과의 차이는 빔 형성 장치(310)의 회전 각에 비례할 수 있다.

도 2의 상황 판단부(230)는 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기, 개별 안테나 엘레멘트를 이용하여 수신한 신호들의 세기가 감소하는 패턴, 각 센서의 센싱 결과 등을 고려하여 빔 형성 장치(310)가 회전하였다고 판단할 수 있다.

빔 형성 장치(310)가 회전한 경우, 회전한 빔 형성 장치(330)의 단말기 빔(340)은 신호 송수신 경로가 아니라, 다른 방향으로 형성된다. 따라서, 빔 형성 장치(330)가 회전한 경우에는, 제어부(240)는 단말기 빔(340)을 업데이트하도록 결정하여, 단말기 빔(350)이 신호 송수신 경로를 향하도록 할 수 있다.

빔 형성부(220)는 제어부(240)의 결정에 따라서 기존에 형성된 빔을 업데이트할 수 있다.

일측에 따르면, 회전각 추정부(260)는 빔 형성 장치가 회전하여 방향이 변경된 각도를 추정할 수 있다. 회전각 추정부(260)는 회전 전후의 방향 센서의 센싱 결과의 차이를 이용하여 빔 형성 장치의 방향이 변경된 각도를 추정할 수 있다.

일측에 따르면, 방향 센서의 센싱 결과를 이용하여 추정된 각도는 안테나 축의 방향과는 일치하지 않을 수 있다. 이 경우에, 회전각 추정부(260)는 추정된 각도를 안테나 축에 일치시키는 좌표 변환 과정(Coordinate transformation)을 수행할 수 있다.

빔 형성부(220)는 빔 형성 장치가 회전한 각도를 고려하여, 단말기 빔의 방향을 변경하는 업데이트를 할 수 있다. 일측에 따르면, 단말기 빔의 방향은 안테나 엘레멘트 각각에 곱해지는 가중치에 따라 결정될 수 있다. 이 경우, 빔 형성부는 가중치로 구성된 가중치 벡터에 방향 변경 행렬을 곱하여 업데이트된 가중치 벡터를 생성할 수 있다. 업데이트된 가중치 벡터의 원소들은 각 안테나 엘레멘트에 곱해져 단말기 빔의 방향을 변경시킬 수 있다.

일측에 따르면, 단말기 빔은 수신 단말기 빔과 송신 단말기 빔으로 구분될 수 있다. 수신 단말기 빔은 단말기가 기지국으로부터 신호를 수신하기 위하여 사용하는 빔이고, 송신 단말기 빔은 단말기가 기지국으로 신호를 송신하기 위하여 사용하는 빔이다.

일측에 따르면, 도 3과 같이 빔 형성 장치가 회전한 경우, 제어부(240)는 수신 단말기 빔 만을 업데이트하는 것으로 결정하고, 빔 형성부(220)는 제어부의 결정에 따라 수신 단말기 빔 만을 업데이트할 수 있다.

도 4는 빔 형성 장치가 이동한 예시적 실시예를 도시한 도면이다.

빔 형성 장치(420)가 이동하기 이전에, 빔 형성 장치(420)의 단말기 빔(430)은 기지국(410)과 빔 형성 장치(420)를 연결하는 신호 송수신 경로의 방향으로 형성된다. 빔 형성 장치(420)가 이동하는 경우, 이동 방향은 신호 송수신 경로를 기준으로 2가지로 구분할 수 있다.

첫 번째는 빔 형성 장치(420)가 신호 송수신 경로를 따라 이동하는 것이다(Type I). 이 경우에, 빔 형성 장치(440)의 위치는 변경되나, 단말기 빔(450)의 방향은 신호 송수신 경로의 방향을 유지한다. 따라서, 빔 형성 장치(420)는 단말기 빔(450)의 방향을 변경할 필요가 없다.

이 경우에, 형성된 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호(배열 안테나의 출력)의 세기는 변경되나, 그 변경되는 정도는 크지 않다. 또한, 개별 안테나 엘레멘트를 이용하여 수신한 신호(안테나 엘레멘트 각각의 출력)의 세기가 감소하는 패턴은 서로 유사하다.

또한, 이동 전후의 GPS 센서의 센싱 결과는 큰 차이가 있다. 가속도 센서의 센싱 결과도 이전 전후에 큰 차이가 있다. 그러나, 이동 전후에 방향 센서의 센싱 결과는 큰 차이가 없다.

도 2의 상황 판단부(230)는 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기, 개별 안테나 엘레멘트를 이용하여 수신한 신호들의 세기가 감소하는 패턴, 각 센서의 센싱 결과 등을 고려하여 빔 형성 장치(420, 440)가 신호 송수신 경로를 따라 이동하였다고 판단할 수 있다.

이 경우에, 제어부(240)는 단말기 빔(450)의 방향을 변경 또는 업데이트할 필요가 없다고 판단할 수 있다.

두 번째는 빔 형성 장치(420)가 신호 송수신 경로와 직교하는 방향으로 이동하는 것이다(Type II). 이 경우에, 빔 형성 장치(460)의 위치가 변경되면, 단말기 빔(470)은 신호 송수신 경로로부터 이탈된다. 따라서, 빔 형성 장치(460)는 단말기 빔(470)이 새로운 신호 송수신 경로의 방향을 향하도록 단말기 빔(470)의 방향을 변경할 수 있다.

이 경우에, 형성된 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호(배열 안테나의 출력)의 세기는 빔 형성 장치(420, 460)가 이동함에 따라 감소한다. 또한, 개별 안테나 엘레멘트를 이용하여 수신한 신호(안테나 엘레멘트 각각의 출력)의 세기가 감소하는 패턴은 서로 유사하다.

도 2의 상황 판단부(230)는 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기, 개별 안테나 엘레멘트를 이용하여 수신한 신호들의 세기가 감소하는 패턴, 각 센서의 센싱 결과 등을 고려하여 빔 형성 장치(420, 460)가 신호 송수신 경로와 직교하는 방향으로 이동하였다고 판단할 수 있다.

이 경우에, 제어부(240)는 단말기 빔(450)의 방향을 변경 또는 업데이트할 필요가 있다고 판단할 수 있다.

이동 방향 추정부(270)는 빔 형성 장치(420, 460)의 위치가 변경된 것으로 판단된 경우에, 빔 형성 장치의 이동 방향을 추정할 수 있다. 일측에 따르면, 이동 방향 추정부(270)는 이동 전후의 GPS 센서의 센싱 결과를 이용하여 빔 형성 장치(420, 460)의 이동 방향 및 거리를 추정할 수 있다.

빔 형성부(220)는 빔 형성 장치(460)의 이동 방향 및 거리를 고려하여, 단말기 빔(430, 470)의 방향을 변경하는 업데이트를 할 수 있다.

일측에 따르면, 단말기 빔(430, 470)은 수신 단말기 빔과 송신 단말기 빔으로 구분될 수 있다. 이 경우에, 빔 형성부(220)는 수신 단말기 빔의 방향을 우선적으로 업데이트할 수 있다. 수신부(210)는 업데이트된 수신 단말기 빔을 이용하여 기지국(410)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 만약 업데이트된 수신 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기가 임계값 이상이라면, 수신부(210)는 빔 형성 장치(460)가 기지국 빔의 커버리지를 벗어나지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우에, 빔 형성부(220)는 송신 단말기 빔을 업데이트 할 수 있다.

만약 만약 업데이트된 수신 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기가 임계값 보다 작다면, 수신부(210)는 빔 형성 장치(460)가 기지국 빔의 커버리지를 벗어난 것으로 판단할 수 있다. 이 경우에, 빔 형성 장치(460)는 초기상태로 돌아가 기지국(410)과 빔 트레이닝(beam training)을 수행한다.

일측에 따르면, 상황 판단부(230)는 기지국의 위치(기지국의 GPS 정보)를 이용하여 빔 형성 장치(420)의 이동 방향이 신호 송수신 방향과 일치하는지 여부를 판단할 수 있다. 만약 상황 판단부(230)가 기지국의 위치를 이용할 수 없는 경우, 상황 판단부(230)는 빔 형성 장치(420)가 신호 송수신 경로와 직교하는 방향으로 이동(Type II)하는 것으로 판단할 수 있다.

도 5는 빔 형성 장치가 수신하는 신호가 차단되는 예시적 실시예를 도시한 도면이다.

기지국(510)과 빔 형성 장치(530)간에는 신호 전송이 가능한 복수의 경로(550, 570)가 존재할 수 있다. 도 5에서는 기지국(510)으로부터 전송된 신호가 빔 형성 장치(520)로 직접 전송되는 직접 경로(LOS: Line Of Sight, 550) 및 전송된 신호가 반사체(560)에 반사되어 빔 형성 장치(520)로 전송되는 반사 경로(570)가 도시되었다.

일반적으로 직접 경로(550)가 가장 우수하므로, 기지국(510)과 빔 형성 장치(520)는 직접 경로를 신호 송수신 경로로 선택하고, 기지국 빔 및 단말기 빔을 형성하여 신호를 송수신할 수 있다.

도 2에서, 다중 경로 정보 저장부(280)는 기지국(510)과 빔 형성 장치(520)간의 다중 경로(550, 570)에 대한 정보를 저장할 수 있다. 이 경우에, 다중 경로(550, 570)에 대한 정보는 각 경로(550, 570)의 방향, 또는 각 경로(550, 550)에 대응되는 단말기 빔(530)에 대한 정보를 포함할 수 있다.

도 5에서, 빔 형성 장치(520)가 회전하거나, 이동하지 않는 경우에도, 사용자의 손(540)과 같은 방해물이 기지국(510)과 빔 형성 장치(520)간의 신호 송수신 경로(550)에 위치할 수 있다. 그 결과, 기지국(510)으로부터의 신호가 차단될 수 있다.

또한, 신호 차단 전후의 GPS 센서의 센싱 결과는 큰 차이가 없다. 신호 차단 전후의 가속도 센서의 센싱 결과도 큰 차이가 없다. 또한, 신호 차단 전후의 방향 센서의 센싱 결과도 큰 차이가 없다.

도 2의 상황 판단부(230)는 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기, 개별 안테나 엘레멘트를 이용하여 수신한 신호들의 세기가 감소하는 패턴, 각 센서의 센싱 결과 등을 고려하여 빔 형성 장치(520)가 수신하는 신호가 차단되었다고 판단할 수 있다.

제어부(240)는 상황 판단부(230)의 판단에 따라서, 형성된 빔을 업데이트할지 여부를 결정한다. 빔 형성부(220)가 다중 경로 정보를 이용할 수 있는 경우에, 빔 형성부(220)는 다중 경로(550, 570) 중에서 이용 가능한 경로(570)에 대한 정보를 이용하여 단말기 빔을 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 빔 형성부(220)는 차단된 경로를 제외한 다른 경로들 중에서 우수한 경로(570)를 변경된 경로로 선택할 수 있다. 빔 형성부(220)는 변경된 경로의 방향, 변경된 경로에 대응되는 단말기 빔에 대한 정보를 참조하여 단말기 빔(530)을 업데이트할 수 있다.

또는 빔 형성부(220)는 다중 경로가 존재한다는 사실을 확인하고, 초기 상태로 돌아가 기지국(510)과 빔 트레이닝을 수행할 수 있다.

만약, 빔 형성부(220)가 다중 경로 정보를 이용할 수 없는 경우에, 빔 형성부(220)는 빔 트레이닝을 수행하지 않을 수 있다.

일측에 따르면, 빔 형성 장치(520)가 단말기 빔을 형성하기 위하여 이용하는 복수의 안테나 엘레멘트들 중에서 일부 엘레멘트만이 신호가 차단될 수 있다. 이 경우에, 빔 형성부(220)는 신호가 차단되지 않은 안테나 엘레멘트에 대해서 위의 과정을 수행할 수 있다.

도 6은 빔 형성 장치의 여러 가지 상태 변화를 도시한 도면이다.

일측에 따르면, 도 1 내지 도 5에서 설명된 빔 형성 장치는 도 6에 도시된 여러 가지 상태를 천이하며 동작하는 상태 기계(State Machine)으로 구현 될 수 있다.

상태(610)에서, 빔 형성 장치는 단말기 빔을 형성하고, 형성된 단말기 빔을 이용하여 기지국으로부터 신호를 수신하거나, 기지국으로 신호를 전송한다. 상태(610)에서, 빔 형성 장치는 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기를 측정할 수 있다. 빔 형성 장치는 상태(610)에서, 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기(

)과 임계값(TP)를 비교할 수 있다. 만약 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기(

)가 임계값(TP) 보다 큰 값이라면, 빔 형성 장치는 상태(610)을 유지할 수 있다.

만약 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기(

)가 임계값(TP) 보다 작은 값이라면, 빔 형성 장치는 상태(620)으로 천이한다. 상태(620)에서, 빔 형성 장치는 빔 형성 장치의 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단한다. 일측에 따르면, 빔 형성 장치는 상기 각 안테나를 이용하여 개별적으로 수신한 신호들의 세기 또는 상기 형성된 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기에 따라서 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단 할 수 있다. 다른 측면에 따르면, 빔 형성 장치는 GPS 센서, 자이로 센서, 가속도 센서, 지자기 센서 중에서 적어도 하나의 센싱 결과를 이용하여 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단할 수 있다.

상태(620)에서, 빔 형성 장치가 회전한 것으로 판단한 경우에, 빔 형성 장치는 상태(630)으로 천이할 수 있다. 일측에 따르면, 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호(배열 안테나의 출력)의 세기가 감소하고, 개별 안테나 엘레멘트를 이용하여 수신한 신호(안테나 엘레멘트 각각의 출력)의 세기가 감소하는 패턴이 개별 안테나 엘레멘트에 따라 상이하면, 빔 형성 장치가 회전한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 회전 전의 GPS 센서의 센싱 결과와 회전 후의 GPS 센서의 센싱 결과가 큰 차이가 없고, 가속도 센서의 센싱 결과도 회전 전과 후가 큰 차이가 없으나, 회전 전의 방향 센서의 센싱 결과와 회전 후의 방향 센서의 센싱 결과는 큰 차이를 보인다면, 빔 형성 장치가 회전한 것으로 판단할 수 있다.

상태(630)에서, 빔 형성 장치는 단말기 빔을 업데이트할 수 있다. 일측에 따르면, 빔 형성 장치는 빔 형성 장치가 회전한 각을 센싱하고, 빔 형성 장치가 회전한 각도를 고려하여, 단말기 빔의 방향을 변경하는 업데이트를 할 수 있다.

상태(620)에서, 빔 형성 장치가 이동한 것으로 판단한 경우에, 빔 형성 장치는 상태(650)으로 천이할 수 있다. 여기서, 빔 형성 장치는 신호 송수신 경로를 따라 이동(Type I)할 수도 있고, 신호 송수신 경로와는 직교하는 방향으로 이동(Type II)할 수 있다. 상태(650)에서, 빔 형성 장치는 빔 형성 장치의 이동 방향을 판단한다.

일측에 따르면, 형성된 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호(배열 안테나의 출력)의 세기는 거의 일정하게 유지되고, 개별 안테나 엘레멘트를 이용하여 수신한 신호(안테나 엘레멘트 각각의 출력)의 세기가 감소하는 패턴이 유사하다면, 빔 형성 장치가 신호 송수신 경로를 따라 이동(Type I)한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 이동 전후의 GPS 센서의 센싱 결과가 큰 차이가 있고, 가속도 센서의 센싱 결과도 이전 전후에 큰 차이가 있으며, 이동 전후에 방향 센서의 센싱 결과가 큰 차이가 없으면, 빔 형성 장치가 신호 송수신 경로를 따라 이동(Type I)한 것으로 판단할 수 있다.

빔 형성 장치가 신호 송수신 경로를 따라 이동(Type I)한 것으로 판단된 경우에, 빔 형성 장치는 상태(660)으로 전이한다. 빔 형성 장치는 단말기 빔을 업데이트하지 않고, 종래의 단말기 빔을 유지한다.

다른 측면에 따르면, 형성된 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호(배열 안테나의 출력)의 세기가 빔 형성 장치가 이동함에 따라 감소하고, 개별 안테나 엘레멘트를 이용하여 수신한 신호(안테나 엘레멘트 각각의 출력)의 세기가 감소하는 패턴이 서로 유사하면, 빔 형성 장치가 신호 송수신 경로와는 직교하는 방향으로 이동(Type II)한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 이동 전후의 GPS 센서의 센싱 결과는 큰 차이가 있으며, 가속도 센서의 센싱 결과도 이전 전후에 큰 차이가 있으나, 이동 전후에 방향 센서의 센싱 결과는 큰 차이가 없으면, 빔 형성 장치가 신호 송수신 경로와는 직교하는 방향으로 이동(Type II)한 것으로 판단할 수 있다.

빔 형성 장치가 신호 송수신 경로와 직교하는 방향으로 이동(Type II)한 것으로 판단된 경우에, 빔 형성 장치는 상태(670)으로 전이한다. 상태(670)에서, 빔 형성 장치는 수신 단말기 빔을 우선적으로 업데이트할 수 있다.

만약 업데이트된 수신 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기가 임계값 이상이라면, 빔 형성 장치는 빔 형성 장치가 기지국 빔의 커버리지를 벗어나지 않아 수신 단말기 빔의 업데이트가 성공한 것으로 판단할 수 있다. 이 경우에, 빔 형성 장치는 송신 단말기 빔을 유지한다.

만약 업데이트된 수신 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기가 임계값 보다 작은 값이라면, 빔 형성 장치는 빔 형성 장치가 기지국 빔의 커버리지를 벗어나, 수신 단말기 빔의 업데이트는 실패한 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 빔 형성 장치는 상태(680)에서 초기 상태로 돌아가 기지국과 빔 트레이닝(송신 빔 업데이트 포함)을 수행할 수 있다.

도 7은 예시적 실시예에 따른 빔 형성 방법을 단계별로 도시한 순서도이다.

단계(710)에서, 빔 형성 장치는 복수의 안테나 엘레멘트를 이용하여 빔을 형성한다. 일측에 따르면, 복수의 안테나 엘레멘트는 배열 안테나를 구성할 수 있다. 배열 안테나는 안테나 엘레멘트가 배열된 형상에 따라서, URA(Uniform Rectangular Array) 또는 UCA(Uniform Circular Array)로 구분될 수 있다.

단계(720)에서, 빔 형성 장치는 형성된 빔과 관련하여 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단한다. 일측에 다르면, 빔 형성 장치는 형성된 빔을 이용하여 기지국으로부터 신호를 수신할 수 있다. 만약 형성된 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기가 임계값보다 작다면, 빔 형성 장치는 신호 송수신 상황이 변경된 것으로 판단할 수 있다. 일측에 따르면, 신호 송수신 상황이 변경된 경우는, 1)빔 형성 장치가 회전한 경우, 2)빔 형성 장치가 이동한 경우, 3)빔 형성 장치가 수신한 신호가 차단되는 경우 중에서 하나일 수 있다. 단계(720)에서, 빔 형성 장치는 구체적인 신호 송수신 상황을 판단할 수 있다.

단계(730)에서, 빔 형성 장치는 판단된 구체적인 신호 송수신 상황에 기반하여 기존에 형성된 빔을 업데이트해야할지 여부를 결정할 수 있다. 빔 형성 장치는 각각의 구체적인 신호 송수신 상황에 따라서 단말기 빔을 업데이트해야할지 여부를 결정할 수 있다.

또한, 단계(740)에서, 빔 형성 장치는 결정에 따라 형성된 빔을 업데이트할 수 있다.

이하 도 8 내지 도 10에서는 위의 3가지 구체적인 상황에 따라서, 빔 형성 장치가 단말기 빔을 업데이트하는 구체적인 구성에 대해서 설명하기로 한다.

도 8은 빔 형성 장치가 회전한 경우의 빔 형성 방법을 단계별로 도시한 순서도이다.

단계(720)에서 빔 형성 장치가 회전한 것으로 판단한 경우에, 단계(730)에서빔 형성 장치는 단말기 빔을 업데이트 하는 것으로 결정할 수 있다.

일측에 따르면, 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호(배열 안테나의 출력)의 세기가 감소하고, 개별 안테나 엘레멘트를 이용하여 수신한 신호(안테나 엘레멘트 각각의 출력)의 세기가 감소하는 패턴이 개별 안테나 엘레멘트에 따라 상이하면, 단계(720)에서 빔 형성 장치는 빔 형성 장치가 회전한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 회전 전의 GPS 센서의 센싱 결과와 회전 후의 GPS 센서의 센싱 결과가 큰 차이가 없고, 가속도 센서의 센싱 결과도 회전 전과 후가 큰 차이가 없으나, 회전 전의 방향 센서의 센싱 결과와 회전 후의 방향 센서의 센싱 결과는 큰 차이를 보인다면, 단계(720)에서 빔 형성 장치는 빔 형성 장치가 회전한 것으로 판단할 수 있다.

단계(810)에서, 빔 형성 장치는 빔 형성 장치의 방향이 변경된 각도를 추정한다. 일측에 따르면, 빔 형성 장치는 방향 센서의 센싱 결과의 차이를 이용하여 빔 형성 장치의 방향이 변경된 각도를 추정할 수 있다.

일측에 따르면, 방향 센서의 센싱 결과를 이용하여 추정된 각도는 안테나 축의 방향과는 일치하지 않을 수 있다. 따라서, 단계(820)에서, 빔 형성 장치는 추정된 각도를 안테나 축에 일치시키는 좌표 변환 과정(Coordinate transformation)을 수행할 수 있다.

단계(830)에서, 빔 형성 장치는 빔 형성 장치가 회전한 각도를 고려하여, 단말기 빔의 방향을 변경하는 업데이트를 할 수 있다. 일측에 따르면, 빔 형성부는 개별 안테나 엘레멘트를 이용하여 수신한 신호에 곱해지는 가중치를 원소로 포함하는 가중치 벡터에 방향 변경 행렬을 곱하여 업데이트된 가중치 벡터를 생성할 수 있다. 업데이트된 가중치 벡터의 원소들은 각 안테나 엘레멘트에 곱해져 단말기 빔의 방향을 변경시킬 수 있다.

일측에 따르면, 단말기 빔은 수신 단말기 빔과 송신 단말기 빔으로 구분될 수 있다. 이 경우에, 빔 형성 장치는 수신 단말기 빔 만을 우선적으로 업데이트할 수 있다.

도 9는 빔 형성 장치가 이동한 경우의 빔 형성 방법을 단계별로 도시한 순서도이다.

도 9의 단계(910)은 도 7의 단계(720)에 대응되고, 단계(920)은 도 7의 단계(730)에 대응된다.

빔 형성 장치는 신호 송수신 경로를 따라서 이동(Type I)하거나, 신호 송수신 경로와 직교하는 방향으로 이동(Type II)할 수 있다. 단계(910)에서, 빔 형성 장치는 빔 형성 장치의 이동 방향을 추정할 수 있다. 일측에 따르면, 빔 형성 장치는 GPS 센서의 센싱 결과와 기지국의 위치에 대한 정보를 이용하여 빔 형성 장치의 이동 방향을 추정할 수 있다.

일측에 따르면, 형성된 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호(배열 안테나의 출력)의 세기가 크게 변경되지 않고, 개별 안테나 엘레멘트를 이용하여 수신한 신호(안테나 엘레멘트 각각의 출력)의 세기가 감소하는 패턴은 서로 유사하다면, 빔 형성 장치가 신호 송수신 경로를 따라서 이동(Type I)한 것으로 판단할 수 있다.

또는, 이동 전후의 GPS 센서의 센싱 결과에 큰 차이가 있고, 가속도 센서의 센싱 결과도 이전 전후에 큰 차이가 있으며, 이동 전후에 방향 센서의 센싱 결과는 큰 차이가 없는 경우에는 빔 형성 장치가 신호 송수신 경로를 따라서 이동(Type I)한 것으로 판단할 수 있다.

다른 측면에 따르면, 형성된 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호(배열 안테나의 출력)의 세기가 크게 감소하고, 개별 안테나 엘레멘트를 이용하여 수신한 신호(안테나 엘레멘트 각각의 출력)의 세기가 감소하는 패턴이 유사한 경우에, 빔 형성 장치가 신호 송수신 경로와 직교하는 방향으로 이동(Type II)한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 이동 전후의 GPS 센서의 센싱 결과에 큰 차이가 있고, 가속도 센서의 센싱 결과도 이전 전후에 큰 차이가 있으며, 이동 전후에 방향 센서의 센싱 결과에는 큰 차이가 없다면, 빔 형성 장치가 신호 송수신 경로와 직교하는 방향으로 이동(Type II)한 것으로 판단할 수 있다.

단계(920)에서, 빔 형성 장치는 단말기 빔을 업데이트 해야할 지 여부를 결정할 수 있다. 일측에 따르면, 빔 형성 장치가 신호 송수신 경로를 따라서 이동(Type I)한 경우에는 단말기 빔을 업데이트하지 않을 수 있다. 또는, 빔 형성 장치가 신호 송수신 경로와 직교하는 방향으로 이동(Type II)한 경우에는 단말기 빔을 업데이트하는 것으로 결정할 수 있다.

도 9의 단계(930)내지 단계(950)은 도 7의 단계(740)에 대응된다.

일측에 따르면, 빔 형성 장치가 형성하는 단말기 빔은 수신 단말기 빔과 송신 단말기 빔으로 구분될 수 있다.

단계(930)에서, 빔 형성 장치는 수신 단말기 빔을 우선적으로 업데이트한다. 빔 형성 장치는 업데이트된 수신 단말기 빔을 이용하여 기지국으로부터 신호를 수신할 수 있다.

단계(940)에서, 빔 형성 장치는 업데이트된 수신 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기를 임계값과 비교하여 업데이터가 효과가 있는지 여부를 판단할 수 있다. 만약, 업데이트된 수신 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기가 임계값 이상이라면, 빔 형성 장치는 빔 형성 장치가 기지국 빔의 커버리지를 벗어나지 않아 수신 단말기 빔의 업데이트가 성공한 것으로 판단할 수 있다. 이 경우에, 빔 형성 장치는 송신 단말기 빔을 유지할 수 있다.

만약 업데이트된 수신 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기가 임계값 보다 작은 값이라면, 빔 형성 장치는 빔 형성 장치가 기지국 빔의 커버리지를 벗어나, 수신 단말기 빔의 업데이트는 실패한 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 단계(950)에서 빔 형성 장치는 기지국과 빔 트레이닝(송신 단말기 빔 업데이트 포함)을 수행할 수 있다.

도 10은 빔 형성 장치가 수신하는 신호가 차단된 경우의 빔 형성 방법을 단계별로 도시한 순서도이다.

도 10의 단계(1010) 및 단계(1020)은 도 7의 단계(730) 내지 단계(740)에 대응된다.

일측에 따르면, 형성된 단말기 빔을 이용하여 수신한 신호(배열 안테나의 출력)의 세기가 감소하고, 개별 안테나 엘레멘트를 이용하여 수신한 신호(안테나 엘레멘트 각각의 출력)의 세기가 감소하는 패턴은 개별 안테나 엘레멘트에 따라 상이하다면, 단계(720)에서 빔 형성 장치가 수신한 신호가 차단된 것으로 판단할 수 있다.

또한, GPS 센서의 센싱 결과는 큰 차이가 없고, 가속도 센서의 센싱 결과도 큰 차이가 없으며, 방향 센서의 센싱 결과도 큰 차이가 없다면, 단계(720)에서 빔 형성 장치가 수신한 신호가 차단된 것으로 판단할 수 있다.

단계(720)에서 빔 형성 장치가 수신한 신호가 차단된 것으로 판단한 경우에, 단계(1010)에서 빔 형성 장치는 다중 경로 정보가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 만약 다중 경로 정보가 존재하지 않는다면, 빔 형성 장치는 단말기 빔을 업데이트하지 않을 수 있다.

만약 다중 경로 정보가 존재하는 경우에는, 빔 형성 장치는 다중 경로 중에서 이용 가능한 경로에 대한 정보를 이용하여 단말기 빔을 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 빔 형성 장치는 차단된 경로를 제외한 다른 경로들 중에서 우수한 경로를 변경된 경로로 선택할 수 있다. 빔 형성 장치는 변경된 경로의 방향, 변경된 경로에 대응되는 단말기 빔에 대한 정보를 참조하여 단말기 빔을 업데이트할 수 있다.

도 11은 예시적 실시예에 다른 단말기의 구조를 도시한 블록도이다.

예시적 실시예에 따른 단말기(1100)는 방향 정보 산출부(1110), 움직임 검출부(1120) 및 빔 형성부(1130)를 포함한다. 도 11에 도시된 단말기(1100)는 복수의 안테나를 구비한다. 빔 형성부(1130)는 복수의 안테나를 이용하여 빔을 형성하고, 단말기(1100)는 형성된 빔을 이용하여 기지국으로부터 데이터를 수신하거나, 기지국으로 데이터를 전송 한다.

방향 정보 산출부(1110)는 단말기(1100)의 기지국에 대한 방향을 결정한다. 일측에 따르면, 방향 정보 산출부(1110)는 자이로스코프(gyroscope), 가속도 센서(accelerometer), 또는 지자기 센서(geo-magnetic sensor) 중에서 적어도 하나를 이용하여 단말기(1100)의 기지국에 대한 방향을 결정할 수 있다. 자이로스코프 센서, 가속도 센서 및 지자기 센서는 NED(North East Down) 좌표계에서 정의되는 자세 정보(롤, 피치, 요 각)의 형태로 단말기(1100)의 기지국에 대한 방향을 산출할 수 있다.

도 12는 좌표계에 따른 방향을 도시한 도면이다.

이하 도 12의 (a)를 참고하여 NED 좌표계에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다. NED 좌표계는 지표면에 수평한 평면에서 x축은 북쪽(North) 방향, y축은 동쪽(East) 방향, z축은 수평면에 수직인 하향(Down) 방향으로 표시되는 좌표계로서, 항체의 위치, 속도, 자세 정보를 나타내는데 기준이 되는 좌표계이다. 도 12의 (a)에서는 x축의 방향으로 진행하는 항체가 도시되었으며, 이 경우 롤(roll, 1210)은 이동 방향에 대응되는 축(x 축) 주위의 회전으로 정의되고, 피치(pitch, 1220)는 이동 방향과 수평 방향으로 직교하는 축(y 축) 주위의 회전으로 정의되고, 요(yaw, 1230)는 이동 방향과 수직 방향으로 직교하는 축(z 축) 주위의 회전으로 정의된다.

일측에 따르면, 방향 정보 산출부(1110)는 가속도 센서의 중력 가속도 측정치를 이용하여 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw) 각을 산출할 수 있다. 그리고, 방향 정보 산출부(1110)는 지자기 센서를 이용하여 요 각을 산출할 수도 있다. 또는, 방향 정보 산출부(1100)는 자이로스코프 센서를 이용하여 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw) 각을 산출할 수도 있다. 가속도 센서, 지자기 센서 및 자이로스코프 센서는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)기술을 이용하여 구현될 수 있다.

여기서, 가속도 센서 및 지자기 센서는 정밀도가 낮은 문제점이 있으며, 자이로스코프 센서는 정밀도는 높으나 오차가 누적되는 문제점이 있다. 따라서, 방향 정보 산출부(1100)는 가속도 센서, 지자기 센서 및 자이로스코프 센서의 센싱 결과를 모두 이용하여 단말기의 방향을 결정할 수 있다.

도 12의 (b)는 기지국(1240)에 대한 단말기(1250)의 방향을 나타낸 도면이다. 단말기(1250)가 회전하여 단말기(1250)가 형성한 빔(1280)이 기지국(1240)을 향하지 않는다면, 단말기(1250)는 자신이 회전한 각도를 고려하여 빔(1290)의 방향을 변경할 수 있다.

일측에 따르면, 방향 정보 산출부(1110)는 가속도 센서, 지자기 센서 및 자이로스코프 센서의 센싱 결과로부터 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw) 각을 산출하고, 산출된 롤, 피치, 요 각을 쿼터니언(quaternion)으로 변환할 수 있다. 여기서, 쿼터니언은 동체 좌표계에서 항법 좌표계로의 회전각으로 정의되며, 4개의 매개 변수를 이용하여 표현될 수 있다.

또한, 방향 정보 산출부(1110)는 변환된 쿼터니언에 칼만 필터(Kalman Filter)를 적용하여 정확한 방향을 산출할 수 있다. 칼만 필터를 적용하여 산출된 방향은 쿼터니언의 형태이므로, 방향 정보 산출부(1110)는 산출된 방향을 다시 롤, 피치, 요 각으로 변환할 수 있다.

도 13은 예시적 실시예에 따른 방향 정보 산출부의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.

예시적 실시예에 따른 방향 정보 산출부(1300)는 제1 쿼터니온 변환부(1310), 제2 쿼터니온 변환부(1320) 및 칼만 필터 적용부(1330)를 포함한다.

제1 쿼터니온 변환부(1310)는 자이로 센서(1340)로부터 롤, 피치, 요 각에 대한 정보를 수신한다. 제1 쿼터니온 변환부(1310)는 수신된 롤, 피치, 요 각에 대한 정보를 하기 수학식 1과 같은 쿼터니온

으로 변환할 수 있다.

[수학식 1]

일측에 따르면, 제1 쿼터니온 변환부(1310)는 하기 수학식 2에 따라서 롤, 피치, 요 각에 대한 정보를 쿼터니온

으로 변환할 수 있다.

[수학식 2]

여기서,

는 롤 각에 대한 정보이고,

는 피치 각에 대한 정보이고,

는 요각에 대한 정보이다.

칼만 필터 적용부(1330)는 변환된 쿼터니온을 이용하여 수학식 3과 같은 시스템 다이내믹스(System Dynamics)를 구성한다.

[수학식 3]

여기서,

는 시스템의 잡음이고,

는 지자기 센서(1340) 또는 가속도 센서(1350)의 센싱 결과로 구성된 행렬로서 하기 수학식 4와 같이 정의 된다.

[수학식 4]

여기서, p는 롤 각 정보, q는 피치 각 정보, r은 요 각 정보이다.

제2 쿼터니온 변환부(1310)는 가속도 센서(1350) 또는 지자기 센서(1360)의 센싱 결과를 수신한다. 제2 쿼터니온 변환부(1310)는 지자기 센서(1360)로부터는 요 각에 대한 정보를 수신하고, 가속도 센서(1350)로부터는 롤 각 및 피치 각에 대한 정보를 수신할 수 있다. 제2 쿼터니온 변환부(1310)는 수학식 1 및 수학식 2를 참고하여 수신된 롤, 피치, 요 각에 대한 정보를 쿼터니온

으로 변환할 수 있다.

칼만 필터 적용부(1330)는 쿼터니온

및 쿼터니온

을 이용하여 하기 수학식 5와 같은 칼만 필터의 측정식을 구성할 수 있다.

[수학식 5]

칼만 필터 적용부(1330)는 쿼터니온

및 쿼터니온

로부터 여러 오차 요인들을 제거하여 정확한 쿼터니온 정보를 추정할 수 있다. 칼만 필터 적용부(1330)는 정확히 추정된 쿼터니온을 다시 롤, 피치, 요 각에 대한 정보로 변환하여 단말기의 기지국에 대한 방향을 결정할 수 있다.

일측에 따르면, 칼만 필터 적용부(1330)는 하기 수학식 6을 이용하여 쿼터니온을 롤, 피치, 요 각에 대한 정보로 변환할 수 있다.

[수학식 6]

일측에 따르면, 움직임 검출부(1120)는 관성 센서인 자이로스코프 또는 가속도 센서를 이용하여 단말기(1100)가 정지한 상태인지 여부를 판단할 수 있다. 일측에 따르면, 움직임 검출부(1120)는 가속도 센싱 결과 및 각속도 센싱 결과에 기반하여 단말기(1100)가 정지한 상태인지 여부를 판단할 수 있다.

예를 들어, 움직임 검출부(1120)는 자이로 센서의 센싱 결과 중에서 n번째와 n+W-1 번째 사이의 W개의 가속도 센싱 결과

및 각속도 센싱 결과

를 이용할 수 있다.

일측에 따르면, 움직임 검출부(1120)는 W개의 가속도 센싱 결과

및 각속도 센싱 결과

를 이용하여 움직임 함수의 값을 산출한다. 여기서,

과

은

,

이며, n 번째 비력(specific force) 측정치 벡터와 각속도 측정치 벡터이다(

). 일측에 따르면, 움직임 검출부(1120)는 하기 수학식 7과 같이 가속도 센싱 결과를 중력 가속도와 비교하여 움직임 함수의 값을 산출할 수 있다.

[수학식 7]

여기서,

는 움직임 함수이고,

는 가속도 센서의 측정 잡음의 분산 값이고,

는 가속도 센싱 결과이고,

는 중력 가속도이다.

일측에 따르면, 움직임 검출부(1120)는 산출된 움직임 함수의 값을 임계값과 비교할 수 있다. 움직임 검출부(1120)는 수학식 8과 같이, 산출된 움직임 함수의 값이 임계값 보다 작은 경우에, 단말기가 정지한 상태가 아니라 움직이는 상태인 것으로 판단할 수 있다.

[수학식 8]

여기서,

는 임계값이다.

빔 형성부(1130)는 방향 정보 산출부(1110)에서 결정된 단말기(1100)의 기지국에 대한 방향 및 움직임 검출부(1120)에서 판단된 단말기(1100)가 정지한 상태인지 여부에 따라서 이미 형성된 빔을 업데이트하여 빔의 방향을 변경할 수 있다.

도 14는 예시적 실시예에 따른 빔 형성 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.

단계(1410)에서, 단말기는 복수의 안테나를 이용하여 빔을 형성한다. 일측에 따르면, 단말기는 형성된 빔을 이용하여 기지국으로부터 데이터를 수신할 수도 있고, 기지국으로 데이터를 전송할 수도 있다.

단계(1420)에서, 단말기는 적어도 하나 이상의 센서로부터 롤, 피치, 요 각에 대한 정보를 수신한다. 일측에 따르면, 단말기는 자이로스코프 센서, 가속도 센서 또는 지자기 센서 중에서 적어도 하나 이상으로부터 롤, 피치, 요 각에 대한 센싱 결과를 수신할 수 있다.

단계(1430)에서, 단말기는 수신한 롤, 피치, 요 각에 대한 정보를 쿼터니언으로 변환할 수 있다.

단계(1440)에서, 단말기는 변환된 쿼터니언에 칼만 필터를 적용하여 정확한 방향을 산출할 수 있다.

단계(1450)에서, 단말기는 칼만 필터가 적용된 쿼터니언을 다시 롤, 피치, 요 각으로 변환하여 기지국에 대한 방향을 결정할 수 있다.

단계(1460)에서, 단말기는 정지한 상태인지 여부를 판단할 수 있다. 일측에 따르면, 단말기는 가속도 센서의 센싱 결과를 이용하여 단말기가 정지한 상태인지 여부를 판단할 수 있다.

단계(1470)에서, 단말기는 단말기의 기지국에 대한 방향 및 단말기가 정지한 상태인지 여부에 따라서 형성된 빔을 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 단말기의 기지국에 대한 방향이 변경된 경우, 단말기는 단말기가 회전한 것으로 판단하고, 단말기의 빔을 트랙킹할 수 있다. 또는 단말기가 이동한 것으로 판단된 경우, 단말기는 단말기의 빔을 트랙킹하거나, 기지국의 빔을 트랙킹하도록 제어할 수 있다. 또는 단말기로부터 기지국까지의 경로가 블록킹(blocking)된 경우에, 단말기는 제2 경로를 탐색할 수도 있다. 형성된 빔을 업데이트하는 구체적인 구성에 대해서는 이하 도 15에서 상세히 설명한다.

도 15는 또 다른 예시적 실시예에 따른 빔 형성 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.

단계(1510)에서, 단말기는 기지국으로부터 수신된 신호를 이용하여 동기(Synchronization), 셀 서치(Cell Search)를 수행한다. 단말기는 빔을 형성하고, 형성된 빔을 이용하여 데이터를 기지국으로 전송하거나, 기지국으로부터 데이터를 수신할 수도 있다.

단계(1521)에서, 단말기는 수신 신호의 세기를 제1 임계치와 비교한다. 여기서, 제1 임계치는 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단할 수 있는 값이다. 만약 수신 신호의 세기가 제1 임계치 이상이라면, 단말기는 블록킹, 회전, 이동 등 단말기의 신호 송수신 상황과 관련된 변경이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다.

만약 수신 신호의 세기가 제1 임계치 미만이라면, 단말기는 단계(1522)에서, 수신 신호의 세기를 제2 임계치와 비교한다. 여기서, 제2 임계치는 제1 임계치보다도 낮은 값으로서, 수신 신호가 블록킹 되었는지 여부를 판단할 수 있는 값이다.

만약 수신 신호의 세기가 제2 임계치 미만이라면, 단말기는 수신 신호가 블록킹된 것으로 판단할 수 있다. 이 경우 단말기는 단계(1531)에서 단말기의 방향이 변경되었는지 또는 단말기가 이동하였는지 여부를 판단할 수 있다.

만약 상황 판단부(230), 방향 정보 산출부(1110) 등이 산출한 방향 변화 값이 방향 임계치 보다 작은 값이라면, 단말기는 해당 단말기의 방향이 변경되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 또한, 상황 판단부(230) 또는 움직임 검출부(1120)의 움직임 검출량이 움직임 임계치 보다 작은 값이라면, 단말기는 해당 단말기가 이동하지 않은 것으로 판단할 수 있다.

만약 단계(1531)에서 단말기의 방향이 변경되거나, 단말기가 이동한 것으로 판단된 경우에는 가속도 센서 또는 자이로 센서의 오류로 인하여 다른 빔으로 트랙킹하여 신호가 잘 수신되지 않는 경우에 해당한다. 따라서, 단말기는 단계(1532)에서 빔 트레이닝을 수행한 후 단계(1533)에서 가속도 센서 또는 자이로 센서 등의 모션 센서에 오류가 발생하였음을 메시지를 통해 사용자에게 알려줄 수 있다.

만약 단계(1531)에서, 단말기의 방향이 변경되지 않거나 또는 단말기가 이동하지 않은 것으로 판단된 경우에는 단말기의 수신 신호가 블록킹된 것으로 판단할 수 있다.

단계(1541)에서, 단말기는 기지국과 단말기 사이에 다중 경로가 존재하는지, 또는 단말기에 다중 경로 정보가 저장되었는지 여부를 판단한다.

만약 다중 경로가 존재하지 않거나 다중 경로 정보가 저장되어 있지 않은 경우에는 단말기는 단계(1545)에서 빔 트랙킹을 중단하고, 단말기 빔을 업데이트하지 않을 수 있다.

만약 다중 경로가 존재하거나, 다중 경로 정보가 저장된 경우에는 단말기는 단계(1542)에서 초기 빔 트레이닝 시에 탐색된 제2 빔에 대한 정보가 존재하는지 여부를 판단한다.

단계(1543)에서, 단말기는 제2 빔으로 빔 트랙킹을 수행하고, 단계(1544)에서는 제2 빔을 이용하여 수신한 수신 신호의 세기를 제1 임계치와 비교한다. 만약 제2 빔을 이용하여 수신한 수신 신호의 세기가 제1 임계치 미만이라면 단말기는 초기 단계로 돌아가고, 수신 신호의 세기가 제1 임계치 이상이라면 단말기는 빔 트랙킹을 중단하고 제2 빔을 이용하여 데이터를 송수신한다.

만약 단계(1522)에서 만약 수신 신호의 세기가 제2 임계치 이상이라면, 단말기는 단말기가 이동하거나 회전한 것으로 판단할 수 있다. 일측에 따르면, 단말기의 회전은 단말기의 이동 보다 훨씬 빈번히 발생하므로, 단말기는 먼저 단말기가 회전한 경우에 대비한 동작을 수행할 수 있다.

단계(1551)에서, 단말기는 방향 정보 산출부(1110) 등으로부터 단말기의 자세 정보 또는 기지국에 대한 단말기의 방향에 대한 정보를 수신하고, 단말기의 방향이 변경되었는지 여부를 판단할 수 있다. 단말기는 방향이 변경된 정도인 방향 변화량을 방향 임계치와 비교하여 단말기가 회전하였는지 여부를 판단할 수 있다.

만약 방향 변화량이 방향 임계치보다 더 큰 값인 경우에, 단말기는 해당 단말기가 회전한 것으로 판단하고, 단계(1552)에서 방향 변화량을 고려하여 수신 빔 트랙킹을 수행한다.

단계(1553)에서, 단말기는 수신 빔 트랙킹된 빔을 이용하여 기지국으로부터 신호를 수신하고, 수신 신호의 세기를 제1 임계치와 비교한다. 만약 수신 신호의 세기가 제1 임계치 이상으로 회복된 경우에는 더 이상의 트랙킹을 수행하지 않고 다시 초기 단계로 복귀한다.

만약 트랙킹된 빔을 이용하여 수신 신호의 세기가 제1 임계치 이하이거나, 단계(1551)에서 단말기가 회전하지 않은 것으로 판단된 경우에, 단말기는 단계(1561)이하에서 단말기가 이동한 경우에 대비한 동작을 수행할 수 있다.

단계(1561)에서, 단말기는 상황 판단부(230) 또는 움직임 검출부(1120) 등을 이용하여 단말기가 이동하였는지 여부를 판단한다.

만약 단말기가 이동하지 않은 경우에는 단말기는 초기 단계로 복귀하며, 단말기가 이동한 경우에는, 단말기는 단계(1562)에서 단말기 빔 트랙킹을 수행한다.

단계(1563)에서, 단말기는 트랙킹된 단말기 빔을 이용하여 수신한 수신 신호의 세기를 제1 임계치와 비교한다. 만약 수신한 수신 신호의 세기가 제1 임계치 이상이라면, 단말기는 다시 초기 상태로 복귀한다.

만약 수신한 수신 신호의 세기가 제1 임계치 미만이라면, 단말기는 단계(1664)에서 기지국 빔 및 단말기 빔을 변경하도록 제어한다. 일측에 따르면, 단말기는 현재 사용하고 있는 기지국 빔의 인접 빔을 우선적으로 선택하여 변경할 수 있다.

단계(1571)에서 단말기는 변경된 기지국 빔을 이용하여 수신한 수신 신호의 세기를 제1 임계치와 비교한다. 만약 변경된 기지국 빔을 이용하여 수신한 수신 신호의 세기가 다시 제1 임계치 이상으로 회복되면, 단말기는 빔 트랙킹을 중지하고 다시 초기 상태로 복귀할 수 있다.

만약 변경된 기지국 빔을 이용하여 수신한 수신 신호의 세기가 제1 임계치 미만이라면, 단말기는 단계(1572)에서 빔 트레이닝을 재수행한다.

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 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 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.

110: 기지국
120: 기지국 빔
130, 150, 170: 빔 형성 장치
140, 160, 180: 단말기 빔

Claims

빔을 형성하여 데이터를 송수신하는 빔 형성 장치에 있어서,
복수의 안테나 엘레멘트를 이용하여 빔을 형성하는 빔 형성부;
GPS 센서의 센싱 결과, 지자기 센서의 센싱 결과, 상기 각 안테나 엘레멘트를 이용하여 개별적으로 수신한 신호들의 세기가 변경되는 패턴이 서로 유사한지 여부, 및 상기 형성된 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기에 따라서 상기 신호 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단하는 상황 판단부; 및
상기 판단에 기반하여 상기 형성된 빔을 업데이트할지 여부를 결정하는 제어부;
를 포함하고,
상기 신호 송수신 상황은 상기 빔 형성 장치의 방향이 변경되었는지 여부, 상기 빔 형성 장치의 위치가 변경되었는지 여부 또는 상기 수신하는 신호가 차단되었는지 여부를 나타내고,
상기 상황 판단부는 상기 형성된 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기가 미리 결정된 제1 임계치 미만이고, 상기 개별적으로 수신한 신호들의 세기가 변경되는 패턴들의 상관값이 미리 결정된 제2 임계치 미만이고, 상기 GPS 센서의 센싱 결과의 변화가 미리 결정된 제3 임계치 미만이고, 상기 지자기 센서의 센싱 결과의 변화가 미리 결정된 제4 임계치 이상인 경우에 상기 빔 형성 장치의 방향이 변경된 것으로 판단하고,
상기 개별적으로 수신한 신호들의 세기가 변경되는 패턴들의 상관값이 상기 제2 임계치 이상이고, 상기 GPS 센서의 센싱 결과의 변화가 상기 제3 임계치 이상이고, 상기 지자기 센서의 센싱 결과의 변화가 미리 결정된 제4 임계치 미만인 경우에 상기 빔 형성 장치의 위치가 변경된 것으로 판단하고,
상기 형성된 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기가 상기 제1 임계치 미만이고, 상기 개별적으로 수신한 신호들의 세기가 변경되는 패턴들의 상관값이 상기 제2 임계치 미만이고, 상기 GPS 센서의 센싱 결과의 변화가 상기 제3 임계치 미만이고, 상기 지자기 센서의 센싱 결과의 변화가 상기 제4 임계치 미만인 경우에 상기 수신하는 신호가 차단된 것으로 판단하고,
이동 방향 추정부는 상기 빔 형성 장치의 위치가 변경된 것으로 판단된 경우에, 상기 빔 형성 장치의 이동 방향을 추정하고,
상기 형성된 빔은 수신 빔 및 송신 빔을 포함하고,
상기 빔 형성부는 상기 결정에 따라 상기 추정된 이동 방향을 고려하여 상기 수신 빔을 우선적으로 업데이트하는 빔 형성 장치.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 빔 형성 장치의 방향이 변경된 것으로 판단된 경우에, 상기 빔 형성 장치의 방향이 변경된 각도를 추정하는 회전각 추정부
를 더 포함하고,
상기 빔 형성부는 상기 추정된 각도에 따라 상기 형성된 빔의 방향을 변경하여 상기 형성된 빔을 업데이트하는 빔 형성 장치.
삭제
제1항에 있어서,
통신 장치와 상기 빔 형성 장치간의 다중 경로 정보를 저장하는 다중 경로 정보 저장부
를 더 포함하고,
수신하는 신호가 차단된 것으로 판단된 경우에,
상기 빔 형성부는 상기 다중 경로 정보를 참조하여 상기 빔의 방향을 업데이트하는 빔 형성 장치.
빔을 형성하여 데이터를 송수신하는 빔 형성 장치의 빔 형성 방법에 있어서,
복수의 안테나 엘레멘트를 이용하여 빔을 형성하는 단계;
GPS 센서의 센싱 결과, 지자기 센서의 센싱 결과, 상기 각 안테나 엘레멘트를 이용하여 개별적으로 수신한 신호들의 세기가 변경되는 패턴이 서로 유사한지 여부, 및 상기 형성된 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기에 따라서 상기 형성된 빔과 관련하여 상기 빔 형성 장치의 방향이 변경되었는지 또는 상기 빔 형성 장치가 상기 형성된 빔을 이용하여 수신하는 신호가 차단되었는지 여부를 판단하는 단계;
상기 판단에 기반하여 상기 형성된 빔을 업데이트할지 여부를 결정하는 단계;
상기 빔 형성 장치의 위치가 변경된 것으로 판단된 경우에, 상기 빔 형성 장치의 이동 방향을 추정하는 단계; 및
상기 결정에 따라 상기 형성된 빔을 업데이트하는 단계
를 포함하고,
상기 송수신 상황이 변경되었는지 여부를 판단하는 단계는,
상기 형성된 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기가 미리 결정된 제1 임계치 미만이고, 상기 개별적으로 수신한 신호들의 세기가 변경되는 패턴들의 상관값이 미리 결정된 제2 임계치 미만이고, 상기 GPS 센서의 센싱 결과의 변화가 미리 결정된 제3 임계치 미만이고, 상기 지자기 센서의 센싱 결과의 변화가 미리 결정된 제4 임계치 이상인 경우에 상기 빔 형성 장치의 방향이 변경된 것으로 판단하고,
상기 개별적으로 수신한 신호들의 세기가 변경되는 패턴들의 상관값이 상기 제2 임계치 이상이고, 상기 GPS 센서의 센싱 결과의 변화가 상기 제3 임계치 이상이고, 상기 지자기 센서의 센싱 결과의 변화가 미리 결정된 제4 임계치 미만인 경우에 상기 빔 형성 장치의 위치가 변경된 것으로 판단하고,
상기 형성된 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기가 상기 제1 임계치 미만이고, 상기 개별적으로 수신한 신호들의 세기가 변경되는 패턴들의 상관값이 상기 제2 임계치 미만이고, 상기 GPS 센서의 센싱 결과의 변화가 상기 제3 임계치 미만이고, 상기 지자기 센서의 센싱 결과의 변화가 상기 제4 임계치 미만인 경우에 상기 수신하는 신호가 차단된 것으로 판단하고,
상기 형성된 빔은 수신 빔 및 송신 빔을 포함하고,
상기 빔을 업데이트하는 단계는 상기 이동 방향을 고려하여 상기 수신 빔을 우선적으로 업데이트하는 빔 형성 방법.
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제8항에 있어서,
상기 빔 형성 장치의 방향이 변경된 것으로 판단된 경우에, 상기 빔 형성 장치의 방향이 변경된 각도를 추정하는 단계
를 더 포함하고,
상기 빔을 업데이트하는 단계는 상기 추정된 각도에 따라 상기 형성된 빔의 방향을 변경하여 상기 형성된 빔을 업데이트하는 빔 형성 방법.
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제8항에 있어서,
통신 장치와 상기 빔 형성 장치간의 다중 경로 정보를 저장하고 유지하는 단계
를 더 포함하고,
수신하는 신호가 차단된 것으로 판단된 경우에,
상기 빔을 업데이트하는 단계는 상기 다중 경로 정보를 참조하여 상기 빔의 방향을 업데이트하는 빔 형성 방법.
기지국으로부터 데이터를 수신하기 위하여 빔을 형성하는 단말기에 있어서,
복수의 안테나를 이용하여 상기 빔을 형성하는 빔 형성부;
상기 단말기의 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw) 각을 쿼터니언(quaternion)으로 변환하고,
상기 변환된 쿼터니언에 칼만 필터를 적용하고,
상기 칼만 필터가 적용된 쿼터니언을 다시 롤, 피치, 요 각으로 변환하여 상기 기지국에 대한 방향을 결정하는 방향 정보 산출부; 및
상기 단말기가 정지한 상태인지 여부를 판단하는 움직임 검출부
를 포함하고,
상기 방향 정보 산출부는 상기 형성된 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기가 미리 결정된 제1 임계치 미만이고, 개별적으로 수신한 신호들의 세기가 변경되는 패턴들의 상관값이 미리 결정된 제2 임계치 미만이고, GPS 센서의 센싱 결과의 변화가 미리 결정된 제3 임계치 미만이고, 지자기 센서의 센싱 결과의 변화가 미리 결정된 제4 임계치 이상인 경우에 상기 빔 형성 장치의 방향이 변경된 것으로 판단하고,
상기 움직임 검출부는 상기 개별적으로 수신한 신호들의 세기가 변경되는 패턴들의 상관값이 상기 제2 임계치 이상이고, 상기 GPS 센서의 센싱 결과의 변화가 상기 제3 임계치 이상이고, 상기 지자기 센서의 센싱 결과의 변화가 미리 결정된 제4 임계치 미만인 경우에 상기 빔 형성 장치의 위치가 변경된 것으로 판단하고,
상기 빔 형성부는 상기 결정된 상기 단말기의 상기 기지국에 대한 방향 및 상기 단말기가 정지한 상태인지 여부에 따라서 상기 형성된 빔을 업데이트하는 단말기.
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제15항에 있어서,
상기 움직임 검출부는 가속도 센서를 이용하여 상기 정지한 상태인지 여부를 판단하는 단말기.
기지국으로부터 데이터를 수신하기 위하여 빔을 형성하는 단말기의 빔 형성 방법에 있어서,
복수의 안테나를 이용하여 상기 빔을 형성하는 단계;
상기 단말기의 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw) 각을 쿼터니언(quaternion)으로 변환하는 단계;
상기 변환된 쿼터니언에 칼만 필터를 적용하는 단계; 및
상기 칼만 필터가 적용된 쿼터니언을 다시 롤, 피치, 요 각으로 변환하여 상기 단말기의 상기 기지국에 대한 방향을 결정하는 단계
상기 단말기가 정지한 상태인지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 결정된 상기 단말기의 상기 기지국에 대한 방향 및 상기 단말기가 정지한 상태인지 여부에 따라서 상기 형성된 빔을 업데이트하는 단계
를 포함하고,
상기 방향을 결정하는 단계는 상기 형성된 빔을 이용하여 수신한 신호의 세기가 미리 결정된 제1 임계치 미만이고, 개별적으로 수신한 신호들의 세기가 변경되는 패턴들의 상관값이 미리 결정된 제2 임계치 미만이고, GPS 센서의 센싱 결과의 변화가 미리 결정된 제3 임계치 미만이고, 지자기 센서의 센싱 결과의 변화가 미리 결정된 제4 임계치 이상인 경우에 상기 빔 형성 장치의 방향이 변경된 것으로 판단하고,
상기 정지한 상태인지 여부를 판단하는 단계는 상기 개별적으로 수신한 신호들의 세기가 변경되는 패턴들의 상관값이 상기 제2 임계치 이상이고, 상기 GPS 센서의 센싱 결과의 변화가 상기 제3 임계치 이상이고, 상기 지자기 센서의 센싱 결과의 변화가 미리 결정된 제4 임계치 미만인 경우에 상기 빔 형성 장치의 위치가 변경된 것으로 판단하는 단말기의 빔 형성 방법.
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제19항에 있어서,
상기 단말기가 정지한 상태인지 여부를 판단하는 단계는 가속도 센서를 이용하여 상기 단말기가 정지한 상태인지 여부를 판단하는 단말기의 빔 형성 방법.
제8항, 제12항, 제14항, 제19항 및 제22항 중에서 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.