KR101971968B1 - 안테나를 구비한 차량을 이용한 통신 성능 향상 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세히는 안테나를 구비하는 차량을 이용하여 단말에 보다 향상된 통신 환경을 제공하는 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일예와 관련된 복수의 안테나를 포함하는 차량 거치식 통신 모듈을 이용한 단말의 데이터 송수신 방법은, 상기 통신 모듈과 유선 데이터 경로를 설정하는 단계; 상기 통신 모듈의 다중 안테나 능력 정보를 이용하여 기지국과 다중 안테나 능력을 협상하는 단계; 및 상기 협상 결과에 따른 다중 안테나 전송 파라미터 및 상기 기지국으로 전송될 상향링크 데이터를 포함하는 데이터 단위(data unit)를 상기 통신 모듈로 전달하는 단계를 포함하되, 상기 데이터 단위는 상기 단말의 매체접속제어 계층(MAC Layer)에서 생성되어 상기 통신 모듈의 물리계층(PHY Layer)에서 무선 신호(RF signal)로 변환되어 상기 복수의 안테나를 통해 상기 기지국으로 전송될 수 있다.

Description

안테나를 구비한 차량을 이용한 통신 성능 향상 방법{METHOD FOR IMPROVING COMMUNICATION PERFORMANCE USING VEHICLE PROVIDED WITH ANTENNAS}
본 발명은 이동 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세히는 안테나를 구비하는 차량을 이용하여 단말에 보다 향상된 통신 환경을 제공하는 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
MIMO(Multi-Input Multi-Output)는 복수개의 송신안테나와 복수개의 수신안테나를 사용하는 방법으로서, 이 방법에 의해 데이터의 송수신 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 무선통신시스템의 송신단 혹은 수신단에서 복수개의 안테나를 사용함으로써 용량을 증대시키고 성능을 향상 시킬 수 있다. 이하 본 문헌에서 MIMO를 '다중 안테나'라 지칭할 수 있다.
다중 안테나 기술에서는, 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않는다. 그 대신 다중 안테나 기술에서는 여러 안테나에서 수신된 데이터 조각(fragment)을 한데 모아 병합함으로써 데이터를 완성한다. 다중 안테나 기술을 사용하면, 특정된 크기의 셀 영역 내에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나, 또는 특정 데이터 전송 속도를 보장하면서 시스템 커버리지(coverage)를 증가시킬 수 있다. 또한, 이 기술은 이동통신 단말과 중계기 등에 폭넓게 사용할 수 있다. 다중 안테나 기술에 의하면, 단일안테나를 사용하던 종래 기술에 의한 이동통신에서의 전송량 한계를 극복할 수 있다.
일반적인 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도가 도 1에 도시되어 있다. 송신단에는 송신 안테나가 NT개 설치되어 있고, 수신단에서는 수신 안테나가 NR개가 설치되어 있다. 이렇게 송신단 및 수신단에서 모두 복수개의 안테나를 사용하는 경우에는, 송신단 또는 수신단 중 어느 하나에만 복수개의 안테나를 사용하는 경우보다 이론적인 채널 전송 용량이 증가한다. 채널 전송 용량의 증가는 안테나의 수에 비례한다. 따라서, 전송 레이트가 향상되고, 주파수 효율이 향상된다. 하나의 안테나를 이용하는 경우의 최대 전송 레이트를 Ro라고 한다면, 다중 안테나를 사용할 때의 전송 레이트는, 이론적으로, 위의 Ro에 레이트 증가율 Ri를 곱한 만큼 증가할 수 있다.
예를 들어, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIMO 통신 시스템에서는, 단일 안테나 시스템에 비해 이론상 4배의 전송 레이트를 획득할 수 있다. 이와 같은 다중 안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90 년대 중반에 증명된 이후, 실질적으로 데이터 전송률을 향상시키기 위한 다양한 기술들이 현재까지 활발히 연구되고 있으며, 이들 중 몇몇 기술들은 이미 3 세대 이동 통신과 차세대 무선랜 등의 다양한 무선 통신의 표준에 반영되고 있다.
다중 안테나 기술은, 다양한 채널 경로를 통과한 심볼 들을 이용하여 전송 신뢰도를 높이는 공간 다이버시티(spatial diversity) 방식과, 다수의 송신 안테나를 이용하여 다수의 데이터 심볼을 동시에 송신하여 전송률을 향상시키는 공간 멀티플렉싱(spatial multiplexing) 방식으로 나눌 수 있다. 또한 이러한 두 가지 방식을 적절히 결합하여 각각의 장점을 적절히 얻을 수 있다.
이러한 다중 안테나 기술은 단말기에도 적용되고 있는 추세이다. 단말기는 이동 가능 여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)으로 나뉠 수 있다. 다시 이동 단말기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mount terminal)로 나뉠 수 있다.
이와 같은 단말기(terminal)는 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로도 구현되고 있다. 뿐만 아니라, 차량과 연결기능도 제공하여 차량의 스피커와 마이크를 근거리 통신망으로 연결하여 보다 편리한 음성통화 환경을 제공하거나, 단말기의 멀티미디어 파일이 차량의 A/V 시스템을 통해 재생되도록 하는 기술도 상용화되고 있다.
그런데, 통신 성능의 관점에서는 단말기가 차량 내부에 있는 경우 차량의 유리나 금속강판 통과시 약 -20데시벨 정도의 신호 감쇠(In-car penetration loss)가 발생하는 문제점이 있다. 이러한 현상으로 단말기에서 전력 소모가 커질 수 있으며, 무선 통신을 사용한 서비스의 품질이 열화되는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 이동 단말기의 경우 그 크기의 제약으로 전술한 다중 안테나 기술을 구현할 때 다이버시티를 얻기 위한 안테나 배치도 제한되는 문제점이 있다.
본 발명은 차량 내에서 보다 개선된 통신 환경을 제공하기 위한 것이다.
특히, 본 발명은 차량의 리소스를 이용하여 다중 안테나 방식의 무선 통신을 보다 효율적으로 수행할 수 있는 방법 및 이를 수행할 수 있는 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 복수의 안테나를 포함하는 차량 거치식 통신 모듈을 이용한 단말의 데이터 송수신 방법은, 상기 통신 모듈과 유선 데이터 경로를 설정하는 단계; 상기 통신 모듈의 다중 안테나 능력 정보를 이용하여 기지국과 다중 안테나 능력을 협상하는 단계; 및 상기 협상 결과에 따른 다중 안테나 전송 파라미터 및 상기 기지국으로 전송될 상향링크 데이터를 포함하는 데이터 단위(data unit)를 상기 통신 모듈로 전달하는 단계를 포함하되, 상기 데이터 단위는 상기 단말의 매체접속제어 계층(MAC Layer)에서 생성되어 상기 통신 모듈의 물리계층(PHY Layer)에서 무선 신호(RF signal)로 변환되어 상기 복수의 안테나를 통해 상기 기지국으로 전송될 수 있다.
또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 복수의 안테나를 포함하는 차량 거치식 통신 모듈의 데이터 송수신 방법은, 단말과 유선 데이터 경로를 설정하는 단계; 상기 통신 모듈의 다중 안테나 능력 정보를 상기 단말에 전송하는 단계; 상기 단말로부터 기지국과 협상된 다중 안테나 전송 파라미터를 수신하는 단계; 상기 단말로부터 상기 기지국으로 전송될 상향링크 데이터를 포함하는 데이터 단위(data unit)를 수신하는 단계; 상기 데이터 단위를 상기 협상된 다중 안테나 전송 파라미터에 따른 무선 신호로 변환하는 단계; 및 상기 무선 신호를 상기 복수의 안테나를 이용하여 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
아울러, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 복수의 안테나를 포함하는 차량 거치식 통신 모듈을 이용한 단말의 데이터 송수신 방법은, 상기 단말과 상기 통신 모듈간의 유선 데이터 경로가 설정되는 단계; 상기 단말이 상기 통신 모듈의 다중 안테나 능력 정보를 이용하여 기지국과 다중 안테나 능력을 협상하는 단계; 상기 단말이 상기 협상의 결과에 따른 다중 안테나 전송 파라미터를 상기 통신 모듈에 전달하는 단계; 상기 단말이 상기 기지국으로 전송될 상향링크 데이터를 포함하는 데이터 단위(data unit)를 상기 통신 모듈로 전달하는 단계; 상기 통신 모듈에서 상기 데이터 단위를 무선 신호로 변환하는 단계; 및 상기 통신 모듈에서 상기 변환된 무선 신호를 상기 복수의 안테나를 통해 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하되, 상기 데이터 단위는 상기 단말의 매체접속제어 계층(MAC Layer)에서 생성되어 상기 통신 모듈의 물리계층(PHY Layer)에서 무선 신호(RF signal)로 변환될 수 있다.
본 발명에 의하면, 차량에 구비된 복수의 안테나를 이용하여 보다 효율적인 다중 안테나 방식의 통신이 수행될 수 있다.
또한, 차량의 리소스를 이용해 물리계층의 연산 및 무선 신호의 송수신이 수행되어 단말기의 전력이 절약될 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말기, 차량 및 기지국 간의 통신형태의 일례를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말기와 차량이 유선으로 연결되는 경우 계층별 데이터 전송과정의 일례를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말기와 차량이 유선으로 연결되는 경우 기지국과의 데이터 교환 절차의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예로서, 송신단 및 수신단 구조의 일례를 나타내는 블록도이다.
본 발명은 무선접속 시스템에 관한 것이다. 이하 본 발명의 실시예들은 차량의 자원을 이용하여 효율적인 다중 안테나 방식의 통신 수행 방법들 및 그를 수행하기 위한 장치 구조를 개시한다.
이하의 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.
본 명세서에서 본 발명의 실시예들은 기지국과 단말 간의 데이터 송수신 관계를 중심으로 설명되었다. 여기서, 기지국은 단말과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미를 갖는다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다.
즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. '기지국(BS: Base Station)'은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 억세스 포인트(AP: Access Point), ABS (Advanced BS) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, '단말(Terminal)'은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station), AMS (Advanced MS) 또는 SS(Subscriber Station) 등의 용어로 대체될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802 시스템, 3GPP 시스템, 3GPP LTE 시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예들은 IEEE 802.16 시스템의 표준 문서인 P802.16-2004, P802.16e-2005, P802.16Rev2 및 IEEE P802.16m 문서들과 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 시스템의 표준 문서들(TS: Technical Specification ) 중 하나 이상에 의해 뒷받침될 수 있다.
이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
차량의 자원을 이용한 다중 안테나 기술
본 발명의 일 실시예에서는, 차량의 자원을 이용하여 단말과 기지국에 보다 향상된 통신 환경을 제공하는 방법 및 이를 수행하기 위한 장치가 제공된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말기, 차량 및 기지국 간의 통신형태의 일례를 나타낸 개념도이다.
도 2를 참조하면, 단말(100)은 일반적으로 기지국(300)과 직접 다중 안테나 기술을 통한 무선 통신을 수행하나, 차량(200)에 무선통신 수행에 요구되는 통신 지원모듈(210) 및 다중 안테나 모듈(220)이 구비되는 경우, 단말(100)은 차량의 연산 장치(210) 및 다중 안테나 모듈(220)의 도움을 받을 수 있다.
여기서 차량(200)의 통신 지원모듈(210)은 차량의 일반적인 기능 제어 전반에 관한 기능을 수행하는 전자제어장치(ECU:Electronic control unit)에 포함되는 형태로 구현될 수도 있고, ECU와 별도로 구비될 수도 있다.
통신 지원모듈(210)은 단말이 기지국과의 무선 통신 수행에 있어 따르는 프로토콜과 동일한 프로토콜 또는 그 보다 더 다양한 종류의 프로토콜(즉, 멀티모드)을 지원하는 것이 바람직하며, 프로토콜 계층 모델의 관점에서 적어도 물리계층(PHY Layer)을 포함하는 것이 바람직하다. 물론, 확장된 기능 수행을 위해 매체 접속 제어 계층(MAC Layer)을 더 포함할 수도 있다.
아울러, 통신 지원 모듈(210)은 무선통신 수행에 요구되는 기능 외에, 단말과의 연결을 위한 유/무선 인터페이스를 지원할 수 있다. 유선의 경우 USB 연결이나, 본 기능을 위해 새로이 정의된 스펙의 케이블이 사용될 수도 있다. 무선의 경우, 근거리 통신을 위한 무선 프로토콜(예를 들어, WI-Fi, 블루투스, ZigBee, IrDA, NFC 등)이 사용될 수 있다. 따라서, 무선 연결의 경우 단말과 통신 지원 모듈은, 상호간의 연결을 위해 기지국과의 통신을 위한 모뎀 외에, 추가적으로 그와 동시 사용 가능한 별도의 모뎀을 구비(즉, 멀티 모드로 동작)할 수 있다.
단말(100)과 통신 지원모듈(210)은 상기 인터페이스를 통해 상호간에 미리 정의된 초기 접속 절차를 수행하여 데이터 경로를 설립(data path establishment)할 수 있으며, 여기에는 보안/인증 절차가 포함될 수 있다.
부가적으로, 유/무선 인터페이스는 충전 기능을 포함할 수 있다. 유선 충전은 일반적인 USB 충전방식과 동일하거나 유사한 형태로 수행될 수 있으며, 무선 충전은 무선 유도 충전(Wireless Induction Charging) 방식이 사용될 수 있다.
다중 안테나(220) 모듈은 도 2와 같이 차량(200)의 외부에 노출된 형태로 구비될 수도 있고, 내부에 매립된 형태로 구비될 수도 있으며, 단말기의 안테나 개수와 같거나 더 많은 안테나를 구비하는 것이 바람직하다.
한편, 본 명세서에서는 편의상, 통신 지원모듈(210) 및 다중 안테나 모듈(220)을 함께 AIMS(Advanced In-vehicle Mobile System)로 통칭하기로 한다.
단말과 AIMS 의 유선 연결
이하에서는, 본 실시예에 따른 단말(100)과 AIMS가 유선 연결되는 경우를 가정하여 설명한다.
유선 연결의 경우, 본 실시예에서는 단말이 통신 지원모듈에 MAC 계층에서 생성된 원본(raw) 데이터 단위(예를 들어, MAC PDU 또는 PHY SDU)를 자신의 PHY 계층을 거치지 않고 직접 통신 지원모듈(210)로 포워딩하고, PHY 계층의 절차는 통신 지원모듈에서 수행되도록 할 것을 제안한다. 이를 위하여, 단말의 MAC 계층과 통신 지원 모듈의 PHY 계층 경계에 서비스 접점(SAP: Service Access Point)를 설정할 것을 제안한다. 즉, 상향링크 전송 시에는 통신 지원모듈의 PHY 계층이 상기 접점을 통해 단말로부터 MAC PDU(PHY SDU)를 넘겨 받아 물리계층 프로세싱을 거쳐 기지국으로 전송되도록 할 수 있다. 반대로, 하향링크 수신 시에는 기지국으로부터 수신된 물리 신호(PHY signal)에 대한 물리계층 프로세싱을 통신 지원 모듈의 PHY 계층이 수행하고, 그 결과로 생성된 PHY SDU (MAC PDU)가 상기 접점을 통해 단말의 MAC 계층으로 전달될 수 있다.
이를 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말기와 차량이 유선으로 연결되는 경우 계층별 데이터 전송과정의 일례를 나타낸다.
도 3에서는 상향링크 전송과정만이 도시되었으나, 그 역순이 하향링크 수신 과정이 되므로, 명세서의 간명함을 위해 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 단말(100)의 MAC 계층(131)에서 생성된 MAC PDU(PHY SDU)가 서비스 접점(231)를 거쳐 통신 지원모듈(210)의 물리계층으로 전달된다. 통신 지원 모듈의 물리계층 전단(232)과 다중 안테나(MIMO) 처리(233)를 거침에 따라 물리계층 말단에서는 무선 신호(RF signal)가 생성되어 다중 안테나(220) 모듈을 통해 기지국으로 전송될 수 있다. 여기서, 물리계층 전단(232)은 다중 안테나 처리(233)의 준비 단계로의 일반적인 PHY 프로세싱이 수행될 수 있으며, 다중 안테나 처리(233)는 MIMO 수행을 위한 코드워드-레이어 맵핑, 프리코딩 등의 과정을 포함한다. 둘의 구분은 예시적인 것으로, 기지국과의 통신에 사용되는 무선 통신 프로토콜의 표준에 따라 이와 상이하게 적용될 수 있음은 물론이다. 한편, 다중 안테나 처리(233) 과정에서는 단말의 다중 안테나 능력(MIMO capability)이 아닌, 차량의 다중 안테나 능력(예를 들어, 차량의 파워 앰플리파이어, 차량에 구비된 다중 안테나 모듈의 Tx/Rx 안테나 개수 등)을 따르는 것이 바람직하다.
이하에서는, 도 4를 참조하여 상술한 통신 방법이 적용된 데이터 교환 절차를 연결 단계부터 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말기와 차량이 유선으로 연결되는 경우 기지국과의 데이터 교환 절차의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 단말은 기지국과 무선 통신에 사용되는 프로토콜에 정의된 절차에 따라 다중 안테나 능력을 협상하고(S401), 그 결과에 따른 다중 안테나 전송 파라미터를 적용하여 다중 안테나 기술을 이용한 데이터 교환을 수행할 수 있다(S402). 이때, 협상의 대상은 단말이 지원가능한 Tx/Rx 안테나의 개수나 파워 앰프 클래스(PA class), 버퍼 사이즈(buffer size) 등이 포함될 수 있다.
이러한 상황에서 단말 사용자가 통신 지원모듈 및 다중 안테나 모듈(AIMS)을 구비한 차량에 승차하여 단말과 AIMS를 유선으로 연결한다(S403). 여기서 유선으로 연결한다고 함은, 케이블을 통한 연결이나 커넥터를 구비한 거치대에 거치함을 의미할 수 있다.
유선 연결에 따라, 단말과 AIMS간에 초기 접속 절차가 수행된다(S404). 초기 접속 절차에서는 단말과 AIMS간에 식별 정보 교환, 보안/인증 절차, 단말과 기지국의 연결 정보(context information) 교환 등이 수행될 수 있다. 여기서 단말의 식별 정보로는 AMSID, 가입자 식별 모듈(Subscriber Identification Module) 정보 등이 포함될 수 있다.
초기 접속 절차가 완료되면, AIMS는 획득한 단말 식별 정보를 이용하여 기지국과 MIMO 능력 재협상을 수행할 수 있다(S405). 이때, MIMO 능력 재협상은 본 기능을 위해 새로이 정의된 메시지를 통해 수행될 수 있으며, 협상 과정에서 단말의 MIMO 능력이 아닌 AIMS의 MIMO 능력(Tx/Rx 안테나 개수, 파워앰프 클래스, 버퍼사이즈 등)이 기지국에 전달될 수 있다. 물론, 기존의 각 통신 프로토콜에서 정의된 MIMO 능력 협상 메시지를 이용하여 각 파라미터들을 갱신하도록 재협상이 수행될 수도 있다.
협상 절차의 일례로는, AIMS의 MIMO 능력 정보를 포함하는 협상 요청 메시지를 기지국에 전송하면, 기지국이 이를 고려하여 AIMS를 통한 MIMO 방식의 통신에 적용될 MIMO 파라미터를 결정하고, 이를 다시 협상 응답 메시지로 AIMS에 전송하는 방법이 사용될 수 있다.
재협상이 성공적으로 완료되면, AIMS는 선택적으로 단말에 재협상이 완료됨을 지시하는 정보를 전송할 수도 있다(S406).
기지국과의 협상이 완료됨에 따라 상향링크 전송의 경우 단말에서 기지국으로 전송될 RAW 데이터(즉, MAC PDU)가 AIMS로 전달된다(S407). 이때, RAW DATA는 전술한 바와 같이 단말의 MAC 계층과 AIMS의 PHY 계층 사이에 설정된 서비스 접점을 통해 단말에서 AIMS로 전달될 수 있다(S407).
RAW DATA를 획득한 AIMS는 그에 대한 물리계층 처리(PHY Processing)를 수행하여(S408), 다중 안테나 모듈을 통해 기지국으로 전송할 수 있다(S409). 여기서 물리계층 처리는 S405 단계에서 협상된 파라미터에 따라 수행될 수 있다.
하향링크 수신의 경우, 기지국으로부터 전송되는 하향링크 무선 신호가 AIMS의 다중 안테나 모듈을 통해 수신될 수 있다(S410).
하향링크 무선 신호는 AIMS의 PHY 계층에서 물리계층 처리를 거쳐 RAW 데이터로 복원되고(S411), 복원된 RAW 데이터는 다시 서비스 접점을 통해 단말로 전달될 수 있다(S412).
이후 , 단말과 AIMS 사이의 연결이 해제되면(S413), 단말은 다시 기지국과 자신의 MIMO 능력에 따른 재협상을 수행하고(S414), 기지국과 직접 데이터 교환을 수행할 수 있다(S415).
한편, 도 4에서는 AIMS가 단말의 식별정보를 이용하여 기지국과 MIMO 능력 재협상을 수행하는 것으로 기재되었으나, 해당 절차(S405)는 단말이 AIMS를 거치지 않고 수행할 수도 있다. 즉, S404 절차에서 단말은 AIMS의 MIMO 능력 정보를 획득하고, 획득된 AIMS의 능력 정보에 따라 협상을 완료되면 협상 결과를 AIMS에 알린 후 RAW 데이터를 AIMS에 전달할 수도 있다. 그에 따라, AIMS는 협상 결과에 대응되도록 PHY 처리를 수행할 수 있다.
S405단계의 다른 방법으로, 단말과 AIMS 연결과 동시에 서비스 접점을 통한 RAW 데이터 전달 방식을 수행하되, 재협상이 완료되기 전까지는 단말의 MIMO 능력에 맞추어 AIMS의 물리계층 처리가 수행되고, 재협상이 완료된 후부터는 AIMS의 MIMO 능력에 맞추어 물리계층 처리가 수행되도록 할 수도 있다. 예를 들어, 단말이 재협상을 위한 MAC 관리 메시지(MAC management message)를 포함하는 MAC PDU를 생성하고 이를 AIMS로 전달하면, AIMS는 재협상이 완료되기 전까지 단말의 MIMO 능력에 따라 PHY 절차를 수행하여 기지국으로 해당 메시지를 전달할 수 있다. 이후 기지국과 MIMO 능력 협상 절차가 완료되면, 협상된 파라미터에 따라 AIMS에서 PHY계층 처리가 수행될 수 있다.
본 실시예의 다른 양상으로, 단말의 MAC 계층과 AIMS의 PHY계층 사이에 SAP를 설정하는 대신, 단말의 PHY계층 말단(즉, 무선 신호 입/출력 단자)에 SAP를 두는 방법이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 단말이 2개의 안테나를 구비하고, AIMS에 4개의 안테나가 구비되는 경우를 가정한다. 단말은 MIMO 전송을 위해 2 개의 스트림에 대한 PHY 처리를 수행하여 PHY계층 말단에서 2개의 안테나를 위한 RF 신호를 생성/출력한다. 2개의 안테나를 위한 RF 신호는 SAP를 통해 AIMS로 전달되고, AIMS는 두 안테나 당 하나의 RF 신호를 중복 전송할 수 있다. 이 경우, 상향링크에서는 단말의 PHY 계층에서 생성된 무선 신호(RF signal)가 AIMS의 다중 안테나 모듈을 통해 반복전송(repeat)되는 효과가 있어 선택이득(selection gain)이나 빔형성이득(beamforming gain)을 얻어 성능이 향상될 수 있다. 반대로 하향링크에서는 다중 안테나 모듈에 구비된 다수의 수신 안테나의 수신 신호를 결합(combining)함으로써 RF 결합 이득을 얻는 효과가 있다.
본 실시예의 또 다른 양상으로, 단말이 AIMS와 초기 접속시 AIMS의 MIMO 능력정보를 획득하여, AIMS의 MIMO 능력정보로 기지국과 MIMO 능력 재협상을 수행한 후, 협상 결과에 따라 물리계층 처리까지 단말이 수행하도록 할 수 있다. 이후 물리계층 말단에 설정된 SAP를 통하여 RF 신호가 AIMS의 다중 안테나를 통해 기지국으로 전송되도록 할 수 있다. 예를 들어, 단말이 2개의 안테나를 구비하고, AIMS에 4개의 안테나가 구비되는 경우를 가정한다. 단말은 일반적인 경우 MIMO 전송을 위해 2 개의 스트림에 대한 PHY 처리(즉, 2개의 코드워드가 2개의 레이어에 맵핑됨)를 수행하나, 4개의 안테나를 이용하도록 기지국과의 재협상을 수행한 경우, 자신의 안테나 개수와 관계없이 상향링크로 전송될 데이터를 4개의 스트림으로 PHY 처리를 수행할 수 있다. 즉, 단말은 4개의 버추얼 안테나를 상정하여 PHY 처리를 수행하게 된다. 단말의 PHY계층 말단에서 생성/출력된 4개의 스트림에 대한 RF 신호는 SAP를 통해 AIMS로 전달되고, AIMS는 네 개의 안테나 각각에 서로 다른 RF 신호를 할당하여 상향링크 전송이 수행되도록 할 수 있다. 즉, 본 방법이 적용되면, 2 코드워드가 4레이어로 맵핑되어 4개의 안테나 포트를 이용한 전송을 수행하게 된다. 하향링크에서도, 기지국은 4개의 스트림으로 RF 신호를 전송하면, AIMS의 다중 안테나가 각 신호를 수신하여 SAP를 통하여 단말의 PHY 계층으로 전달할 수 있다. 단말의 PHY 계층에서는 전달된 신호를 4 개의 스트림에 대한 PHY 처리를 수행하여 하향링크 MAC PDU를 생성할 수 있다.
단말과 통신 지원 모듈의 무선 연결
이하에서는, 본 실시예에 따른 단말(100)과 AIMS가 무선 연결되는 경우를 가정하여 설명한다.
무선 연결의 경우, 본 실시예에서는 가상 가입자 식별 모듈(Virtual SIM) 정보 기반의 통신기법이 제안된다.
본 방법에서는, 사용자가 단말을 가지고 차량 내부에 탑승할 경우, (즉 차량에 구비된 AIMS의 근거리 통신망의 커버리지에 속하게 될 경우), 단말과 AIMS 사이에서 소정의 초기 연결 절차를 수행한 후, 셀룰러 통신을 위한 단말의 SIM 정보가 AIMS로 전달될 수 있다. 이후 단말은 기지국으로 전달될 정보를 근거리 통신을 통해 AIMS로 전달하고, AIMS는 단말의 SIM 정보를 이용하여 기지국과 셀룰러 통신을 수행할 수 있다.
이때, 보다 효율적인 MIMO 통신을 위해 AIMS와 기지국간에 MIMO 능력 재협상이 수행될 수 있으며, 이러한 경우 기지국의 입장에서는 동일한 사용자(동일한 SIM 정보 기반)의 단말이 MIMO 능력만 변경된 것으로 인식할 수 있다. 능력 재협상 메시지에 포함되는 파라미터나 형태는 유선 연결방식에서 전술된 바와 유사하므로, 중복된 기재는 생략하기로 한다.
단말, 통신 지원 모듈 및 기지국 구조
이하, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 상술한 본 발명의 실시예들이 수행될 수 있는 단말, 통신 지원 모듈 및 기지국을 설명한다.
단말과 통신 지원모듈은 상향링크에서는 송신기로 동작하고, 하향링크에서는 수신기로 동작할 수 있다. 또한, 기지국은 상향링크에서는 수신기로 동작하고, 하향링크에서는 송신기로 동작할 수 있다. 즉, 단말 및 기지국은 정보 또는 데이터의 전송을 위해 송신기 및 수신기를 포함할 수 있다.
송신기 및 수신기는 본 발명의 실시예들이 수행되기 위한 프로세서, 모듈, 부분 및/또는 수단 등을 포함할 수 있다. 특히, 송신기 및 수신기는 메시지를 암호화하기 위한 모듈(수단), 암호화된 메시지를 해석하기 위한 모듈, 메시지를 송수신하기 위한 안테나 등을 포함할 수 있다. 이러한 송신단과 수신단의 일례를 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예로서, 송신단 및 수신단 구조의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 좌측은 송신단의 구조를 나타내고, 우측은 수신단의 구조를 나타낸다. 송신단과 수신단 각각은 안테나(5, 10), 프로세서(20, 30), 전송모듈(Tx module(40, 50)), 수신모듈(Rx module(60, 70)) 및 메모리(80, 90)를 포함할 수 있다. 각 구성 요소는 서로 대응되는 기능을 수행할 수 있다. 이하 각 구성요소를 보다 상세히 설명한다.
안테나(5, 10)는 전송모듈(40, 50)에서 생성된 신호를 외부로 전송하거나, 외부로부터 무선 신호를 수신하여 수신모듈(60, 70)로 전달하는 기능을 수행한다. 다중 안테나(MIMO) 기능이 지원되는 경우에는 2개 이상이 구비될 수 있다.
안테나, 전송모듈 및 수신모듈은 함께 무선통신(RF) 모듈을 구성할 수 있다.
프로세서(20, 30)는 통상적으로 이동 단말기 전체의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 상술한 본 발명의 실시예들을 수행하기 위한 콘트롤러 기능, 서비스 특성 및 전파 환경에 따른 MAC(Medium Access Control) 프레임 가변 제어 기능, 핸드오버(Hand Over) 기능, 인증 및 암호화 기능 등이 수행될 수 있다. 이 외에도 각 단의 프로세서는 상술한 실시예들에 개시된 동작 과정의 전반적인 제어 동작을 수행할 수 있다.
전송 모듈(40, 50)은 프로세서(20, 30)로부터 스케쥴링되어 외부로 전송될 데이터에 대하여 소정의 부호화(coding) 및 변조(modulation)를 수행한 후 안테나(10)에 전달할 수 있다.
수신 모듈(60, 70)은 외부에서 안테나(5, 10)를 통하여 수신된 무선 신호에 대한 복호(decoding) 및 복조(demodulation)을 수행하여 원본 데이터의 형태로 복원하여 프로세서(20, 30)로 전달할 수 있다.
메모리(80, 90)는 프로세서(20, 30)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입/출력되는 데이터들의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다. 또한, 메모리(80, 90)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
한편, 기지국 및 중계국은 상술한 본 발명의 실시예들을 수행하기 위한 콘트롤러 기능, 직교주파수분할다중접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 패킷 스케줄링, 시분할듀플렉스(TDD: Time Division Duplex) 패킷 스케줄링 및 채널 다중화 기능, 서비스 특성 및 전파 환경에 따른 MAC 프레임 가변 제어 기능, 고속 트래픽 실시간 제어 기능, 핸드오버(Handover) 기능, 인증 및 암호화 기능, 데이터 전송을 위한 패킷 변복조 기능, 고속 패킷 채널 코딩 기능 및 실시간 모뎀 제어 기능 등이 상술한 모듈 중 적어도 하나를 통하여 수행하거나, 이러한 기능을 수행하기 위한 별도의 수단, 모듈 또는 부분 등을 더 포함할 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 AIMS가 장착되는 대상으로 차량을 가정하였는데, 이는 육로를 바퀴 굴림 방식으로 이동하는 차량에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은 흔히 자동차로 불리는 이동 수단 외에도 복수의 안테나 모듈의 구비가 가능하다면 선박이나 항공기 등에도 적용될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
본 발명은 무선 이동 통신 시스템의 단말기, 차량, 기지국, 또는 기타 다른 장비에 사용될 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 단말이 차량의 리소스를 이용가능한 환경에서 보다 향상된 다중 안테나 방식의 무선 통신을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치에 적용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 복수의 안테나를 포함하는 차량 거치식 통신 모듈을 이용한 단말의 데이터 송수신 방법에 있어서,
    상기 통신 모듈과 유선 데이터 경로를 설정하는 단계;
    상기 단말의 SIM(subscriber identification module) 정보를 상기 유선 데이터 경로를 통해 상기 통신 모듈로 전송하는 단계;
    기지국과의 협상 완료를 지시하는 정보를 상기 통신 모듈로부터 수신하는 단계; 및
    상기 기지국으로 전송될 상향링크 데이터를 포함하는 데이터 단위(data unit)를 상기 통신 모듈로 전송하는 단계;를 포함하되,
    상기 협상은 상기 단말의 SIM 정보 및 상기 통신 모듈의 다중 안테나 능력 정보를 이용하여 상기 통신 모듈에 의해 수행되고,
    상기 데이터 단위는 상기 단말의 매체접속제어 계층(MAC Layer)에서 생성되고, 상기 통신 모듈의 물리계층(PHY Layer)에서 무선 신호(RF signal)로 변환되어 상기 통신 모듈의 복수의 안테나를 통해 상기 기지국으로 전송되는, 데이터 송수신 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터 단위는,
    매체접속제어 프로토콜 데이터 유닛(MAC PDU) 및 서비스 데이터 유닛(SDU)을 포함하는, 데이터 송수신 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터 단위는,
    상기 단말의 매체접속제어 계층과 상기 통신 모듈의 물리계층 사이에 설정된 서비스 접점(SAP)을 통해 상기 단말로부터 상기 통신 모듈로 전달되는 것을 특징으로 하는, 데이터 송수신 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 통신 모듈의 다중 안테나 능력 정보는,
    상기 복수의 안테나의 개수, 파워 앰플 클래스, 및 버퍼 사이즈 중 적어도 하나를 포함하는, 데이터 송수신 방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 기지국이 상기 단말로 전송한 하향링크 데이터를 포함하는 데이터 단위를 상기 서비스 접점을 통하여 상기 통신 모듈로부터 수신하는 단계를 더 포함하는, 데이터 송수신 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 하향링크 데이터를 포함하는 데이터 단위는, 상기 통신 모듈의 물리계층에서 생성되어 상기 단말의 매체접속제어 계층으로 전달되는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 통신 모듈과 상기 유선 데이터 경로를 설정하는 단계는,
    상기 통신 모듈의 다중 안테나 능력 정보를 획득하는 단계를 포함하는, 데이터 송수신 방법.
  8. 복수의 안테나를 포함하는 차량 거치식 통신 모듈의 데이터 송수신 방법에 있어서,
    단말과 유선 데이터 경로를 설정하는 단계;
    상기 단말의 SIM(subscriber identification module) 정보를 상기 단말로부터 수신하는 단계;
    상기 단말의 SIM 정보 및 다중 안테나 능력 정보를 이용하여 다중 안테나 전송 파라미터를 협상하는 단계;
    상기 협상이 완료되면 협상의 완료를 지시하는 정보를 상기 단말로 전송하는 단계;
    상기 단말로부터 기지국으로 전송될 상향링크 데이터를 포함하는 데이터 단위(data unit)를 수신하는 단계;
    상기 기지국과 협상된 다중 안테나 전송 파라미터에 기초하여, 상기 데이터 단위를 무선 신호(RF signal)로 변환하는 단계; 및
    상기 무선 신호를 상기 복수의 안테나를 이용하여 상기 기지국으로 전송하는 단계;를 포함하고,
    상기 데이터 단위는 상기 단말의 매체접속제어 계층(MAC Layer)에서 생성되고, 상기 통신 모듈의 물리계층(PHY Layer)에서 상기 무선 신호로 변환되는, 데이터 송수신 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 데이터 단위는,
    매체접속제어 프로토콜 데이터 유닛(MAC PDU) 및 서비스 데이터 유닛(SDU)을 포함하는, 데이터 송수신 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 다중 안테나 능력 정보는 상기 복수의 안테나의 개수, 파워 앰플 클래스, 및 버퍼 사이즈 중 적어도 하나를 포함하는, 데이터 송수신 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 데이터 단위는,
    상기 단말의 매체접속제어 계층과 상기 통신 모듈의 물리계층 사이에 설정된 서비스 접점(SAP)을 통해 상기 단말로부터 상기 통신 모듈로 전달되는 것을 특징으로 하는, 데이터 송수신 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 상기 단말로 향하는 하향링크 무선 신호를 수신하는 단계;
    상기 하향링크 무선 신호를 물리계층에서 상기 데이터 단위로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 데이터 단위를 상기 서비스 접점을 통해 상기 단말의 매체접속제어 계층으로 전달하는 단계를 더 포함하는, 데이터 송수신 방법.
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