KR101741355B1 - Lte 통신시스템의 커버리지 확장 장치 및 방법 - Google Patents

Lte 통신시스템의 커버리지 확장 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 장치는, 기지국과 사용자 단말 간의 하향링크 또는 상향링크되는 LTE 신호의 기지국정보를 획득하고, 신호세기를 검출하는 LTE정보 취득부와; 상기 LTE 신호를 송수신하는 사용자 단말의 GPS정보를 수신하는 GPS 모듈과; 상기 LTE 신호의 출력을 증폭하는 증폭부; 및 상기 LTE정보 취득부에 의해 획득된 기지국정보 및 신호세기와 상기 GPS 모듈에 의해 수신된 GPS정보에 근거하여 통신 가능한 커버리지인지를 판단하며, 커버리지에 대한 판단결과에 따라 LTE 신호의 이득을 산정하고 산정된 이득에 따라 상기 증폭부를 제어하는 LTE정보 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

LTE 통신시스템의 커버리지 확장 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR EXTENDING COVERAGE IN LTE COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 LTE(Long Term Evolution) 시스템에서 통신서비스 거리를 확장시킬 수 있는 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상, LTE 통신 환경에서 기지국을 중심으로 거리가 멀어질수록 신호 수신 레벨이 저하되고 송신출력이 떨어지게 된다. 즉, 기지국과 단말간의 거리가 가까울수록 수신감도가 우수할 뿐만 아니라 한 번에 보낼 수 있는 데이터 량은 증가하고, 반대로 멀어질수록 수신감도는 떨어지고 데이터 량은 감소한다.
이에 따라 해상 및 산악 지형과 같은 통신 환경이 열악한 환경에서 거리가 멀어질 경우 신뢰성 있는 통신을 보장하기 어렵다.
이러한 문제를 해결하기 위한 종래기술 중 한국공개특허공보 2006-0084761호는 파일럿 신호 추적을 통해 중계기의 커버리지를 조절하는 기술을 개시하고 있다.
그러나 이러한 종래기술은 CDMA 신호에 대해서만 적용될 수밖에 없는 문제점이 있다. 즉, CDMA 신호 내에는 파일럿 신호가 코드로 구분되어 있어서 중계기에서 파일럿 신호의 세기를 검출하는 것은 큰 문제가 되지 않았다.
그러나 직교주파수분할 다중기, 즉 OFDM 시스템에서는 파일럿이 시간/주파수 상으로 흩어져 있기 때문에 파일럿 신호를 검출하기 위해서 높은 복잡도가 요구된다. 즉, OFDM 기반 시스템인 LTE의 경우에는 파일럿 신호 역할을 수행하는 레퍼런스 신호(reference signal)의 주파수 영역 위치가 서브프레임 넘버와 기지국 ID에 따라 변하기 때문에 파일럿의 위치를 알아내기 위한 추가적인 장치가 요구된다.
대한민국 공개특허 제10-2006-0084761호(2006.07.25.)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일반적인 목적은 종래 기술에서의 한계와 단점에 의해 발생되는 다양한 문제점을 실질적으로 보완할 수 있는 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 보다 구체적인 다른 목적은, LTE 통신장치의 통신거리를 증가시켜 통신 환경이 열악한 지역에서도 통신 신뢰성을 보장할 수 있는 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 장치는, 기지국과 사용자 단말 간의 하향링크 또는 상향링크되는 LTE 신호의 기지국정보를 획득하고, 신호세기를 측정하는 LTE정보 취득부와; 상기 LTE 신호를 송수신하는 사용자 단말의 GPS정보를 수신하는 GPS 모듈과; 상기 LTE 신호의 출력을 증폭하는 증폭부; 및 상기 LTE정보 취득부에 의해 획득된 기지국정보 및 신호세기와 상기 GPS 모듈에 의해 수신된 상기 사용자 단말의 GPS 정보에 근거하여 통신 가능한 커버리지인 지를 판단하며, 상기 판단 결과에 따라 상기 증폭부를 제어하여 LTE 신호의 이득을 1dB 크기씩 순차적으로 증가시켜 최대 LTE 송신 출력이 30dBm이 되도록 조절하는 LTE정보 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 장치에 있어서, 상기 LTE정보 처리부는 측정된 신호세기의 평균과 기설정된 기준값과의 비교, GPS 정보에 근거하여 산출된 사용자 단말과 기지국간의 거리와 기설정된 기준 거리와의 비교 중 적어도 하나를 통해 통신 가능한 커버리지여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 장치에 있어서, 상기 LTE정보 처리부는 상기 커버리지에 대한 판단결과에 따라 LTE 신호의 이득을 기설정된 크기로 순차적으로 증가시켜 최대 LTE 송신출력이 30dBm이 되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 방법은, 기지국과 사용자 단말 간의 하향링크 또는 상향링크되는 LTE 신호의 기지국정보를 획득하고, 신호세기를 측정하는 과정과; 상기 LTE 신호를 송수신하는 사용자 단말의 GPS정보를 수신하는 과정과; 상기 기지국정보, 신호세기, GPS정보 중 적어도 하나에 근거하여 통신 가능한 커버리지인지를 판단하는 과정과; 상기 통신 가능한 커버리지인지에 대한 판단결과에 따라 상기 LTE 신호의 이득을 산정하고 산정된 이득에 따라 상기 LTE 신호를 증폭하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 방법에 있어서, 상기 통신 가능한 커버리지인지를 판단하는 과정은 측정된 신호세기의 평균과 기설정된 기준값과의 비교, GPS 정보에 근거하여 산출된 사용자 단말과 기지국간의 거리와 기설정된 기준 거리와의 비교 중 적어도 하나를 통해 통신 가능한 커버리지여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 방법에 있어서, 상기 커버리지에 대한 판단결과에 따라 LTE 신호의 이득을 기설정된 크기만큼 순차적으로 증가시켜 최대 LTE 송신출력이 30dBm이 되도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 방법에 있어서, 상기 커버리지에 대한 판단결과 LTE 서비스 가능하다고 판단되면 상기 LTE 신호를 증폭 없이 그대로 전송하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 장치에 의하면, 기지국 정보, 신호세기, GPS 정보 등을 활용하여 LTE 신호의 송수신 이득을 증가시켜 통신 커버리지를 적응적으로 증가시킴으로써 기지국과의 거리가 멀거나 통신환경이 열악한 해상이나 산악 지역에서도 신뢰성 있는 LTE 통신을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 시스템의 커버리지 확장장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 시스템의 커버리지 확장 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
LTE 통신 시스템에서 사용자 단말은 기지국으로부터 하향링크(Downlink, DL)를 통해 정보를 수신하고, 사용자 단말은 기지국으로 상향링크(Uplink, UL)를 통해 정보를 전송한다. 기지국과 사용자 단말이 송수신하는 정보는 데이터 및 다양한 제어 정보를 포함하고, 이들이 송수신하는 정보의 종류/용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 시스템의 커버리지 확장장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 커버리지 확장장치(200)는 LTE 신호를 송수신하는 LTE 모듈(100)로부터 사용자 단말로 송수신(하향링크 또는 상향링크) 되는 신호의 커버리지를 확장하는 기능을 수행하며, LTE정보 취득부(210), GPS(Global Positioning System) 모듈(220), LTE정보 처리부(230) 및 증폭부(240)를 포함한다.
상기 LTE정보 취득부(210)는 상기 LTE 모듈(100)로 송수신 되는 신호의 기지국정보를 획득하고, 신호세기를 측정한다.
상기 GPS 모듈(220)은 위성항법장치를 이용하여 위성으로부터 상기 LTE 모듈(100)과 LTE 신호를 송수신하는 사용자 단말(300)의 GPS정보(위치정보)를 수신한다.
상기 LTE정보 처리부(230)는 상기 LTE정보 취득부(210)에 의해 획득된 기지국정보 및 신호세기와 상기 GPS 모듈(220)에 의해 수신된 GPS정보에 근거하여 통신 가능한 커버리지인지를 판단하며, 커버리지에 대한 판단결과에 따라 LTE 송수신 신호의 이득을 산정하고 산정된 이득에 따라 상기 증폭부(240)를 제어한다.
여기서, 통신 가능한 커버리지에 대한 판단은 LTE 수신감도는 대략 -95dBm 이하이고, GPS 정보를 통해 사용자 단말로부터 기지국까지의 거리를 환산하여 결정하며, 커버리지에 대한 판단 결과에 따라 송수신 이득을 1dB 크기씩 순차적으로 증가시켜 최대 LTE 송신출력은 30dBm이 되도록 할 수 있다.
상기 증폭부(240)는 상기 LTE정보 처리부(230)의 제어에 따라 설정된 증폭이득만큼 LTE 송수신 신호의 출력을 증폭한다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 시스템의 커버리지 확장장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 시스템의 커버리지 확장 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 먼저, LTE정보 취득부에서 LTE모듈 송수신신호의 기지국 정보를 획득하고 LTE 신호의 세기를 측정한다(S310).
이러한 신호의 세기와 품질을 측정하기 위해 LTE 시스템에서 단말은 레퍼런스(reference) 신호에 대해 RSRP(Reference Signal Received Power)와 RSRQ(Reference Signal Received Quality)를 측정한다.
다음은 RSRP, RSRQ를 이해하기 위해서 필요한 용어들의 정의들이다.
> RSSI-Received Signal Strength Index
> Carrier RSSI: carrier RSSI는 안테나 포트 0에서 reference 심볼을 포함하는 OFDM 심볼들(i.e. 한 슬롯내의 OFDM 심볼 0, 4) 의 평균 수신 전력을 측정한다.
> RSSI는 N개의resource block에 대해서 측정한다.
> Carrier RSSI는 동일 채널(주파수)에 있는 serving & non-serving cell의 신호 세기와 인접 채널 간섭, 열 잡음 등을 포함한다.
> RSRP(Reference Signal Received Power)
> RSRP는 RSSI 처럼 수신 전력을 측정하는 것으로 상세한 정의는 아래에서 설명한다.
> RSRP는 광대역/협대역에서 측정된 LTE 레퍼런스 신호(Reference Signal)의 수신 전력이다.
> RSRP/RSRQ를 측정하기 위해서는 S-Synch 채널의 SINR이 최소 -20dB 이상이어야 한다.
> RSRQ(Reference Signal Received Quality)
> RSRQ는 RSSI와 사용된 resource block의 수도 고려한다.
> RSRQ = (N * RSRP) / RSSI
> RSRQ는 C/I 형태의 측정으로 수신된 reference signal의 품질을 나타낸다.
> RSRQ는 RSRP만으로 안정적인 핸드오버나 cell reselection을 하기에 부족할 경우 추가적인 정보를 제공한다.
LTE 표준안에서는 핸드오버 과정에서 RSRP, RSRQ, 또는 둘 모두를 사용할 수 있도록 유연성을 두고 있다. RSSI/RSRP/RSRQ는 모두 같은 대역폭에서 측정되어야 하고 측정 대역폭은 다음의 2가지가 있다.
> 협대역(Narrowband) N: 62 subcarrier (6 resource blocks)
> 광대역(Wideband) N: 전체 대역폭(20MHz의 경우 100 resource block)
다시 도 3을 참조하면, GPS 모듈에서 사용자 단말의 GPS정보를 수신한다(S320).
다음으로, LTE정보 처리부에서는 S310 과정 및 S320 과정에서 획득된 기지국정보, 신호세기, GPS정보에 근거하여 LTE 통신 서비스가 가능한 커버리지인지를 판단한다(S330). 여기서, LTE 통신 서비스가 가능한 커버리지인지의 판단은 검출된 신호세기의 평균과 기설정된 기준값과의 비교, GPS 정보에 근거하여 산출된 사용자 단말과 기지국간의 거리와 기설정된 기준 거리와의 비교 중 적어도 하나를 통해 이루어질 수 있다. 즉, LTE 통신 서비스가 가능한 커버리지인지의 판단은 검출된 신호세기의 평균과 기설정된 기준값과의 비교, 사용자 단말과 기지국간의 거리와 기설정된 기준 거리와의 비교를 동시에 고려하거나 둘 중 어느 하나를 선택적으로 고려하여 이루어질 수 있다.
S330 과정에 의한 판단결과, LTE 서비스 가능하다고 판단되면 LTE 송수신 신호를 그대로 전송한다(S340). 이 과정은 종래의 일반 LTE 통신 서비스와 동일하며, 송수신 신호의 증폭 없이 그대로 전송한다.
S330 과정에 의한 판단결과, LTE 서비스가 곤란하다고 판단되면 GPS 정보에 의해 산출된 기지국과 사용자 단말 사이의 거리 및 신호세기 정보에 따라 LTE 송수신 신호의 이득을 산정하고(S350), 산정된 이득에 따라 증폭부를 제어하여 LTE 송수신 신호를 증폭한다(S360). 여기서, LTE 송수신 신호의 증폭을 위한 송수신 이득을 예를 들면, 1dB 크기씩 증가시켜 최대 LTE 송신출력은 30dBm이 되도록 할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면 기지국 정보, 신호세기, GPS 정보를 활용하여 LTE 송수신 신호의 이득을 적응적으로 증감시킴으로써 기지국과의 거리가 멀거나 통신환경이 열악한 환경에서도 커버리지를 확장하여 신뢰성 있는 LTE 통신을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부 도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있음은 물론이다.
따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : LTE 모듈 200 : 커버리지 확장장치
210 : LTE정보 취득부 220 : GPS정보 취득부
230 : LTE정보 처리부 240 : 증폭부
300 : 사용자 단말

Claims (7)

  1. LTE 신호의 커버리지를 확장하는 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 장치에 있어서,
    기지국과 사용자 단말 간의 하향링크 또는 상향링크되는 LTE 신호의 기지국정보를 획득하고, 신호세기를 검출하는 LTE정보 취득부;
    상기 LTE 신호를 송수신하는 사용자 단말의 GPS 정보를 수신하는 GPS 모듈;
    상기 LTE 신호를 증폭하는 증폭부; 및
    상기 LTE정보 취득부에 의해 획득된 기지국정보 및 신호세기와 상기 GPS 모듈에 의해 수신된 상기 사용자 단말의 GPS 정보에 근거하여 통신 가능한 커버리지인 지를 판단하며, 상기 판단 결과에 따라 상기 증폭부를 제어하여 LTE 신호의 이득을 1dB 크기씩 순차적으로 증가시켜 최대 LTE 송신 출력이 30dBm이 되도록 조절하는 LTE정보 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 LTE정보 처리부는
    검출된 신호세기의 평균과 기설정된 기준값과의 비교, GPS 정보에 근거하여 산출된 사용자 단말과 기지국간의 거리와 기설정된 기준 거리와의 비교 중 적어도 하나를 통해 통신 가능한 커버리지여부를 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 장치.
  3. 삭제
  4. 기지국과 사용자 단말 간의 하향링크 또는 상향링크되는 LTE 신호의 기지국정보를 획득하고, 신호세기를 측정하는 과정과;
    상기 LTE 신호를 송수신하는 사용자 단말의 GPS정보를 수신하는 과정과;
    상기 기지국정보, 신호세기, GPS정보 중 적어도 하나에 근거하여 통신 가능한 커버리지인지를 판단하는 과정과;
    상기 통신 가능한 커버리지인지에 대한 판단 결과에 따라 상기 LTE 신호의 이득을 1dB 크기씩 순차적으로 증가시켜 최대 LTE 송신 출력이 30dBm이 되도록 조절하는 방식으로 상기 LTE 신호의 이득을 증폭하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 통신 가능한 커버리지인지를 판단하는 과정은
    검출된 신호세기의 평균과 기설정된 기준값과의 비교, GPS 정보에 근거하여 산출된 사용자 단말과 기지국간의 거리와 기설정된 기준 거리와의 비교 중 적어도 하나를 통해 통신 가능한 커버리지여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 방법.
  6. 삭제
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 커버리지에 대한 판단결과 LTE 서비스 가능하다고 판단되면 상기 LTE 신호를 증폭 없이 그대로 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LTE 통신시스템의 커버리지 확장 방법.
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