KR102034674B1 - 안테나 장치 및 안테나 장치를 이용한 핸드오버 방법 - Google Patents

Abstract

안테나 장치 및 안테나 장치를 이용한 핸드오버 방법이 개시된다. 안테나 장치는 특정 서비스 영역에 복수의 빔을 형성하는 복수의 안테나 소자들을 포함하고, 복수의 안테나 소자들은 복수의 행들로 배치되고 복수의 행들 중 최상위 행은 최하위의 행보다 적은 안테나 소자들을 포함하고 최하위의 행에 포함된 각 안테나 소자들이 형성하는 빔간 이격각은 최상위에 포함된 각 안테나 소자들이 형성하는 빔간 이격각 보다 넓게 구성된다. 따라서, 빔간 간섭을 최소화할 수 있고, 단말의 고속 이동시에도 서비스 단절을 방지할 수 있다.

Description

안테나 장치 및 안테나 장치를 이용한 핸드오버 방법{ANTENNA APPARATUS AND METHOD FOR SWITCHING BAEM USING THE ANTENNA APPARATUS}

본 발명은 무선 통신 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 빔간 간섭을 최소화하면서 넓은 서비스 커버리지를 유지할 수 있는 안테나 장치 및 안테나 장치를 이용한 핸드오버 방법에 관한 것이다.

현재 4G 이동통신 시스템 개발을 목표로 진행중인 LTE(Long Term Evolution)-Advanced 및 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)는 6GHz 미만의 주파수 대역을 사용하는 시스템으로, 상기 주파수 대역에서 최대 100MHz 대역폭을 사용하고, 8×8 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output), 캐리어집성(CA: Carrier Aggregation), 협력 다중점 통신(CoMP: Coordinated Multi-Point transmission) 및 릴레이(relay) 등의 다양한 무선 기술들을 도입하여 최대 1Gbps의 전송 용량을 확보하는 것을 목표로 하고 있다.

한편, 이동통신 사업자를 포함하는 유/무선 서비스 사업자 및 트래픽 예측 조사 단체들의 모바일 데이터 사용량 예측에 따르면, 모바일 데이터 사용량이 2020년에는 현재의 1000배에 이를 것으로 예상하고 있다. 이는 모바일 데이터 사용 비율이 기존의 음성이나 문자 서비스에서 보다 높은 전송율을 요구하는 비디오 서비스로 점차 변화하고 있으며, 기존의 일반적인 휴대폰에서 스마트폰 및 태블릿(tablet) 등과 같은 스마트 단말기의 사용이 기하급수적으로 증가하고 있는 점을 고려할 때 타당한 예측으로 볼 수 있다.

상술한 바와 같이 트래픽 사용량이 기하급수적으로 증가하고, 현재의 셀룰러 주파수 대역에서의 주파수 효율 제고가 한계에 다다름에 따라, 보다 넓은 대역폭 확대가 가능한 10GHz 내지 300GHz에 해당하는 밀리미터파(mmWave) 주파수 대역을 이용하여 새로운 셀룰라 네트워크를 구축하는 방안을 고려할 수 있다.

밀리미터파 주파수 대역을 이동 통신에 사용하는 경우 1GHz 이상의 넓은 대역폭을 획득할 수 있다. 또한, 밀리미터파 주파수 대역을 가지는 신호의 물리적 전파 특성인 직진성에 추가적으로 밀리미터파 주파수 대역을 이용한 통신에 필연적인 빔형성(Beamforming) 기술을 적용함으로써 시간, 주파수, 코드 등과 같은 무선 자원 및 공간 자원까지 이용할 수 있기 때문에 무선 용량을 획기적으로 높일 수 있다.

현재 밀리미터파 주파수 대역을 무선 통신에 활용한 예는 60GHz 주파수 대역을 중심으로 약 10m 내외의 최근거리용 WPAN(Wireless Personal Area Networks) 시스템이나, 70 내지 80GHz 대역에서 무선 백홀(backhaul)용 점대점 통신으로 사용한 경우가 있다. 그러나, 현재 까지는 밀리미터파 주파수 대역을 특정 분야에 제한적으로 사용하고 있는 실정이다.

밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 셀룰러 네트워크(또는 셀룰러 이동통신 시스템)가 구현될 경우, 광대역폭의 주파수 자원사용 및 공간 자원의 재활용을 통해 폭발적으로 증가하는 모바일트래픽의수요를 충족시킬 수 있고, 이에 따라 초고해상도(UD: Ultra-Definition) 영상 서비스 등과 같은 차세대 응용 서비스를 높은 체감 서비스 품질로 손쉽게 제공할 수 있을 것으로 예상된다.

그러나, 현재까지는 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 경우 발생할 수 있는 문제점들에 대한 해결책이 제시되지 못하고 있고, 이로 인하여 밀리미터파 주파수 대역의 사용을 광범위하게 사용하지 못하고 있다.

예를 들어, 밀리미터파 주파수 대역을 이용하여 다중 빔을 형성하는 경우 빔간 간섭 문제나 핸드오버시 단말의 고속 이동으로 인한 서비스 단절 현상이 발생할 수 있기 때문에 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 방법이 요구된다.

상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 빔간 간섭을 최소화 할 수 있는 안테나 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 다중 빔을 이용하여 서비스를 제공하는 이동 통신 시스템에서 빔간 핸드오버시 서비스 단절을 방지할 수 있는 안테나 장치를 이용한 핸드오버 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 목적들은 상기한 목적들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 다른 목적들은 하기의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 안테나 장치는, 특정 서비스 영역에 복수의 빔을 형성하는 복수의 안테나 소자들을 포함하는 안테나 장치로서, 상기 복수의 안테나 소자들은 복수의 행들로 배치되고, 상기 복수의 행들 중 최상위 행은 최하위의 행보다 적은 안테나 소자들을 포함하고, 상기 최하위의 행에 포함된 각 안테나 소자들이 형성하는 빔간 이격각은 상기 최상위에 포함된 각 안테나 소자들이 형성하는 빔간 이격각 보다 넓게 구성된다.

여기서, 상기 복수의 행들 각각에 포함된 안테나 소자들 각각이 형성하는 수평 빔 각도는 모두 동일하도록 구성될 수 있다.

여기서, 상기 복수의 행들 중 최하위 행에 포함된 각 안테나 소자들이 형성하는 빔의 수직 빔 각도는 상기 최상위 행에 포함된 각 안테나 소자들이 형성하는 빔의 수직 빔 각도보다 넓게 구성될 수 있다.

여기서, 상기 안테나 장치는 각 행에 포함된 안테나 소자들 각각이 형성하는 빔의 중심각이 수평으로부터 기울어진 각도가 최상위 행에서 최하위 행으로 갈수록 더 커지도록 각 안테나 소자가 설치될 수 있다.

여기서, 상기 안테나 장치는 각각 복수의 안테나 소자들을 포함하는 제1 행, 제2 행, 제3 행 및 제4 행으로 구성될 수 있고, 상기 제1 및 제2 행에 포함된 각 안테나 소자들의 수평 및 수직 빔 각도는 동일하고, 상기 제 4행에 포함된 각 안테나 소자들의 수직 빔 각도는 상기 제1 및 제2 행에 포함된 각 안테나 소자들의 수직 빔 각도보다 넓게 구성될 수 있다.

여기서, 상기 제3 행에 속한 안테나 소자들이 형성하는 빔간 이격각은 상기 제1 및 제2 행에 속한 안테나 소자들의 형성하는 빔간 이격각 보다 넓고, 상기 제4 행에 속한 안테나 소자들이 형성하는 빔간 이격각은 상기 제3 행에 속한 안테나 소자들이 형성하는 빔간 이격각 보다 넓게 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 핸드오버 방법은, 기지국에서 수행되는 핸드오버 방법으로, 단말의 이동 정보를 획득하는 단계와, 상기 획득한 이동 정보에 기초하여 상기 단말에 적용할 후보 협력 빔 집합을 구성하는 단계 및 상기 구성한 후보 협력 빔 집합 정보를 단말에 제공하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 핸드오버 방법은 상기 단말로부터 상기 후보 협력 빔 집합에 대한 측정 정보를 제공받은 단계와, 상기 측정 정보에 기초하여 상기 단말에 적용할 활성 협력 빔 집합을 구성하는 단계 및 상기 구성한 활성 협력 빔 집합 정보를 상기 단말에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 단말의 이동 정보를 획득하는 단계는, 상기 단말이 미리 정의된 메시지에 포함시켜 전송하는 위치 정보에 기초하여 상기 이동 정보를 획득할 수 있다.

여기서, 상기 단말의 이동 정보를 획득하는 단계는, 상기 단말에 특정 물리 채널을 할당하는 단계 및 미리 정의된 주기마다 상기 물리 채널을 통해 상기 단말로부터 전송되는 신호에 기초하여 상기 단말의 이동 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 핸드오버 방법은, 단말에서 수행되는 핸드오버 방법으로, 이동 정보를 기지국에 보고하는 단계와, 상기 기지국으로부터 상기 이동 정보에 상응하는 후보 협력 빔 집합 구성 정보를 수신하는 단계 및 상기 후보 협력 빔 집합에 포함된 빔들을 통해 데이터를 수신하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 이동 정보를 기지국에 보고하는 단계에서는, GPS(Global Positioning System) 정보를 미리 정의된 메시지에 포함시켜 상기 기지국에 전송할 수 있다.

여기서, 상기 이동 정보를 기지국에 보고하는 단계에서는, 상기 기지국으로부터 할당받은 물리 채널을 이용하여 미리 정의된 주기마다 상기 기지국으로 신호를 전송할 수 있다.

여기서, 상기 핸드오버 방법은, 상기 후보 협력 빔 집합에 포함된 빔들에 대한 측정을 수행하는 단계와, 상기 후보 협력 빔 집합의 측정 정보를 상기 기지국에 전송하는 단계와, 상기 기지국으로 상기 측정 정보에 상응하는 활성 협력 빔 집합 구성 정보를 수신하는 단계 및 상기 활성 협력 빔 집합에 포함된 빔들을 통해 데이터를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 안테나 장치 및 안테나 장치를 이용한 핸드오버 방법에 따르면, 밀리미터 주파수 대역을 사용하는 이동 통신 환경에서 안테나 소자의 배치를 최적화함으로써 빔간 간섭을 최소화 하면서 삼차원의 빔을 형성할 수 있다.

또한, 단말의 활성 협력 빔 집합(ACBS)를 구성하기 전까지, 단말의 이동성을 고려하여 후보 협력 빔 집합(CCBS)을 구성하고 구성된 후보 협력 빔 집합을 이용하여 단말에 서비스를 제공하고, 활성 협력 빔 집합이 구성되면 활성 협력 빔 집합을 이용하여 단말에 서비스를 제공함으로써 단말이 고속으로 이동하는 환경에서도 서비스 단절을 방지할 수 있다.

도 1 및 도 2는 이동 통신 시스템에 적용되는 안테나 장치의 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 배치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 도 3에 도시한 안테나 장치가 형성하는 빔의 배치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 통신 시스템의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 6은 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 수행되는 핸드오버 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 수행되는 핸드오버의 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 8은 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 수행되는 핸드오버 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국에서 수행되는 핸드오버 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말에서 수행되는 핸드오버 방법을 나타내는 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

이하에서 기술되는 본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802 시스템, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 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 상기의 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용되는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.

본 출원에서 사용하는 ‘단말’은 이동국(MS: Mobile Station), 사용자 장비(UE: User Equipment), MTC(Machine Type Communication) 디바이스, 이동 단말(MT: Mobile Terminal), 사용자 단말, 사용자 터미널(UT: User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS: Subscriber Station), 무선 기기(Wireless device), 무선 통신 디바이스, 무선송수신유닛(WTRU: Wireless Transmit/Receive Unit), 이동 노드, 모바일 또는 다른 용어들로 지칭될 수 있다.

또한, 본 출원에서 사용하는 '기지국’은 하나의 셀(cell)을 제어하는 제어장치의 의미로 사용된다. 그러나, 실제 무선 통신 시스템에서 물리적인 기지국은 복수의 셀을 제어할 수 있으며, 이와 같은 경우 물리적인 기지국은 본 출원에서 사용하는 기지국을 하나 이상 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 본 출원에서 각 셀마다 다르게 할당되는 파라미터는 각 기지국이 서로 다른 값을 할당하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, '기지국'은 베이스 스테이션(Base Station), 노드-B(Node-B), e노드-B(eNode-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), 전송 포인트 등의 다른 용어로 불릴 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예들에서는 밀리미터파 주파수 대역(예를 들면, 10GHz ~ 300GHz)를 사용하여 새로운 이동통신 네트워크를 구축하는 기술을 제공한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 밀리미터파 주파수 대역에만 한정되는 것은 아니며, 기존의 셀룰러 이동통신 주파수 대역을 사용하는 이동통신 시스템에도 적용될 수 있다.

밀리미터파 주파수 대역을 사용하는셀룰러 네트워크를 구성하기 위해서는, 높은 주파수로 인한 높은 경로 손실(path loss) 문제를 해결해야 하고, 전파 신호의 직진성으로 인하여 장애물에 의해 전파 신호가 봉쇄되어 발생하는 쉐도잉(shadowing) 문제를 해결해야 하며, 넓은 서비스 영역(coverage)을 제공하면서 이동 단말(MS: Mobile Station)을 효율적으로 지원할 수 있어야 한다.

밀리미터파 대역의 주파수를 가지는 신호의 전파 특성인 높은 경로 손실을 극복하기 위해서는, 제한된 송수신 전력 사용을 고려하여 높은 송신 및 수신 안테나 이득을 얻는 것이 필요하다. 이와 같은 요구사항은 기존의 셀룰러 이동 통신 시스템과는 차별화된 밀리미터파 주파수를 이용하는 통신 시스템의 특징으로 볼 수 있다.

일반적으로 하나의 송/수신 빔을 형성하기 위해 다수의 안테나가 필요하며, 이는 일반적으로 안테나의 수가 많을수록 형성되는 송/수신 빔의 폭은 좁아지게 되고 높은 안테나 이득을 획득할 수 있기 때문이다.

한편, 다수의 안테나를 통해 형성된 빔은 미리 설정된 특정 방향으로만 신호를 전달하기 때문에 넓은 지역으로 신호를 전송하기 위해서는 상기 특정 방향 이외의 다른 방향으로 다수의 서로 다른 빔을 형성하여 신호를 전송해야 하며, 이 경우 동시에 같은 주파수 자원을 사용하여 신호를 전달할 수 있다.

기지국에서 다수의 안테나를 사용하여 복수의 빔을 생성할 때, 생성된 빔이 많을수록 제공할 수 있는 시스템의 서비스 용량은 높아지나, 빔간 간섭 역시 증가하기 된다. 특히, 삼차원(3D)으로 빔을 형성할 경우 수평 및 수직 방향으로 개별 빔 영역을 형성할 수 있는데 이때 좁은 빔 폭을 제공하는 안테나를 사용함으로써 보다 많은 빔을 형성할 수 있으나 안테나의 크기가 커지는 문제가 있다. 또한, 빔간 간섭을 제거하기 위해 서로 이웃하는 빔의 중심각을 이격시킬 수 있으나 빔들이 이격되는 영역에서 커버리지 홀(coverage hole)이 발생할 수도 있다.

따라서, 시스템 설계자는 시스템의 용량, 서비스 커버리지, 안테나의 설치 높이 등을 고려하여 사용할 안테나의 빔폭, 빔간 이격 거리 및 안테나 배치 구조 등을 설계해야 한다.

도 1 및 도 2는 이동 통신 시스템에 적용되는 안테나 장치의 일 예를 나타내는 개념도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 안테나는 밀리미터파 주파수를 사용하는 셀룰러 네트워크에서 기지국에 적용될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1은 안테나(110)의 한 면이 120도의 서비스 영역을 담당하고 총 세 면으로 구성되어 전체 셀을 지원하는 안테나의 형상을 예시한 것이고, 도 2는 안테나(120)의 한 면이 60도의 서비스 영역을 담당하고 총 6면으로 구성되어 전체 셀을 지원하는 안테나의 형상을 예시한 것이다.

먼저 도 1을 참조하면, 안테나(110)는 횡단면이 삼각형 형상을 가지도록 구성될 수 있고, 각 면에는 복수의 안테나 소자(111)들이 설치되어 각 면이 120도의 서비스 영역을 담당하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 각 면을 구성하는 안테나 소자(111)들은 복수의 행과 열 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 각 면을 구성하는 안테나 소자(111)들은 도 1에 도시한 바와 같이 3개의 행과 12개의 열로 구성될 수 있고, 각각의 안테나 소자(111)들은 개별적인 빔을 형성할 수 있다.

또한, 안테나(110)는 각 면을 구성하는 개별 안테나 소자(111)들이 형성하는 빔의 수평각 및 수직각을 미리 설정된 각도로 고정시켜 구성할 수 있다. 예를 들어, 상기 개별 안테나 소자(111)가 형성하는 빔의 수평각은 모두 10도씩으로 고정할 수 있다. 또한, 개별 안테나 소자(111)가 형성하는 빔의 수직각은 안테나 소자(111)가 설치된 행에 따라 서로 다른 각도를 가지도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 개별 안테나 소자(111)가 형성하는 빔의 수직각은 각 면의 위에서부터 첫 번째 행에 포함된 안테나 소자들은 10도, 두 번째 행에 포함된 안테나 소자들은 30도, 세 번째 행에 포함된 안테나 소자들은 50도로 빔을 형성하도록 구성할 수 있다.

따라서, 안테나(110)의 한 면이 수평으로 120도의 영역을 지원하기 위해서는, 각 행별로 12개로 구성되는 개별 안테나 소자들에 대해 그 수평각의 중심이 각각 10도씩 이격되도록 개별 안테나 소자들을 배치할 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 안테나(120)는 횡단면이 육각형 형상을 가지며, 각 면에는 복수의 안테나 소자(121)들이 설치되어 각 면이 60도의 서비스 영역을 담당하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 각 면을 구성하는 안테나 소자(121)들은 3행 6열로 구성될 수 있고, 각 행은 6개의 안테나 소자들로 구성되어, 각 면에 총 18개의 안테나 소자(121)들이 배치되도록 구성될 수 있다. 여기서, 각 행을 구성하는 안테나 소자(121)들이 형성하는 빔의 수평각은 도 1에 도시한 안테나 소자(111)들과 마찬가지로 10도로 고정되도록 설치될 수 있다. 또한, 각 안테나 소자(121)들이 형성하는 빔의 수직각은 도 1에 도시한 안테나 소자(111)들과 마찬가지로 각 면의 위에서부터 첫 번째 행에 포함된 안테나 소자들은 10도, 두 번째 행에 포함된 안테나 소자들은 30도, 세 번째 행에 포함된 안테나 소자들은 50도로 빔을 형성하도록 구성할 수 있다.

여기서, 상기한 각 안테나 소자(111, 121)의 수평 및 수직 빔 각도는 반치빔폭(HPBW: Half Power Beam Width)을 기준으로 표시하는 각도이다.

도 1 및 도 2에서는 섹터당 3행 12열 및 섹터당 3행 6열로 안테나 소자를 배치하고, 각 행의 수평-수직 빔 각도로 1행은 10도-10도, 2행은 10도-30도, 3행은 10도-50도로 구성된 경우를 예시하였다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 구성된 안테나의 경우, 동일 행에 속한 안테나 소자들이 형성하는 빔들 중 서로 이웃한 빔들간의 간섭이 심하게 되어 특정 빔이 형성하는 수평 및 수직 각의 중심에서도 낮은 변복조 기술만을 적용할 수 없고, 이로 인해 시스템의 용량이 감소하게 된다.

상기한 바와 같은 현상은 각 안테나에 구비된 복수의 안테나 소자들이 구성하는 행들 중 아래 행으로 갈수록 심화되는데, 이는 부채꼴 형태의 섹터 영역에서 아래 행에 포함된 안테나 소자들이 형성하는 전체 빔 영역이 상위 행을 구성하는 안테나 소자들이 형성하는 전체 빔 영역보다 좁은 영역을 제공하여 아래 행에 포함된 안테나 소자들 각각이 형성하는 빔간 간격이 줄어들기 때문이다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 빔간 간섭을 해결하기 위한 안테나 장치를 제공한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 배치를 설명하기 위한 개념도이다. 또한, 도 4는 도 3에 도시한 안테나 장치가 형성하는 빔의 배치를 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(300)는 도 1에 도시한 바와 같이 안테나 장치의 한 면이 120도의 서비스 영역을 담당하고, 총 세 면으로 구성되어 전체 셀(즉, 3 섹터)을 지원하는 형상으로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(300)는 각 면이 4개의 행으로 구성되고, 각 행은 복수의 안테나 소자들을 포함하며, 각 행에 포함된 안테나 소자들은 각각 개별적인 빔을 형성하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 안테나 장치(300)의 각 면은 위에서부터 제1 행(301) 및 제2 행(302)은 각각 12개의 안테나 소자(311, 312)들로 구성될 수 있고, 제3 행(303)은 10개의 안테나 소자(313)들로 구성될 수 있으며, 제4 행(304)은 6개의 안테나 소자(314)들로 구성될 수 있다.

제1 행(301)을 구성하는 각 안테나 소자(311)는 수평-수직 반치빔폭(HPBW)이 5도-5도로 설정되고 120도의 섹터에 대한 서비스를 제공하기 위해 각 안테나 소자(311)의 빔간 이격각은 10도로 설정될 수 있다. 빔간 이격각은 각 안테나 소자(311)들이 모두 수평을 지향한다고 가정한 경우의 이격각을 의미한다. 또한, 제1 행(301)을 구성하는 안테나 소자(311)들은 도 4에 도시한 바와 같이 안테나의 높이(H)가 50m이고, 커버리지(coverage)가 1000m인 경우를 고려할 때 수직 방향의 빔 중심각을 수평으로터 3도 기울어진 각도로 설정함으로써 그 중심각이 지행하는 위치가 커버리지의 경계에 위치하도록 설정할 수 있다.

제2 행(302)을 구성하는 각 안테나 소자(312)는 수평-수직 반치빔폭이 5도-5도로 설정되고 수평 방향의 빔간 이격각은 10도로 설정될 수 있다. 또한, 제2 행(302)을 구성하는 안테나 소자(312)들의 수직 방향의 빔 중심각을 수평으로부터 15도 기울어지도록 설정할 수 있다. 여기서, 제2 행(302)을 구성하는 안테나 소자(312)들이 형성하는 빔들간의 이격 거리는 제1 행(301)보다 줄어들 수 있고, 이로 인해 빔간 간섭이 제1 행(301)을 구성하는 안테나 소자(311)들이 형성하는 빔들간의 간섭보다 다소 커질 수 있다.

제3 행(303)을 구성하는 각 안테나 소자(313)는 제1 및 제2 행(302)의 안테나 소자(311, 312)들과 마찬가지로 수평-수직 반치빔폭이 5도-5도로 설정되나, 안테나 소자(313)의 개수를 제1 및 제2 행(302)보다 적은 10개로 구성하고, 각 안테나 소자(313)들간의 수평 방향 중심각 이격 거리를 12도로 확장하고, 수직 방향의 빔의 중심각을 수평으로부터 27도 기울어지도록 설정할 수 있다. 제3 행(303)을 구성하는 안테나 소자(313)들의 개수를 제1 및 제2 행(302)의 안테나 소자 개수보다 줄이고 수평 방향의 중심각 이격 거리를 확장하는 이유는 제3 행(303)을 구성하는 안테나 소자(313)들의 수직 방향 빔 중심각이 27도로 설정됨에 따라 좁아진 빔 영역을 반영하기 위함이다.

제4 행(304)을 구성하는 각 안테나 소자(314)의 수평-수직 반치빔폭은 5도-20도로 설정되고, 각 안테나 소자(314)의 수평 방향의 빔 중심각 이격거리는 20도로 설정되며, 수직 방향의 빔 중심각은 수평으로부터 57도 기울어진 각도로 설정될 수 있다.

도 3에 도시한 안테나 장치(300)에서 각 안테나 소자들이 형성하는 빔은 조정값(예를 들면, 안테나 조정 파라미터)을 통해 빔형성 방향을 조정할 수도 있고, 각 안테나 소자가 형성하는 빔의 방향이 고정되도록 구성될 수도 있다.

각 안테나 소자가 형성하는 빔의 방향이 조정 가능하도록 구성되는 경우, 각 안테나 소자가 형성하는 빔의 방향을 조정하기 위해서는 이에 상응하는 부가적인 디지털 회로를 포함할 수 있고, 각 안테나 소자가 형성하는 빔의 방향을 미리 결정된 방향으로 고정하는 경우에는 빔 방향을 조정하기 위한 부가적인 회로가 필요없기 때문에 상대적으로 안테나를 단순하게 구현할 수 있는 장점이 있다.

도 3에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(300)에서는 안테나 장치(300)가 세 면으로 구성되어 한 면이 120도의 커버리지를 담당하는 경우를 예를 들어 도시하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 도 3에 예시한 안테나 장치(300)의 구조에 한정되는 것은 아니다. 즉, 안테나 장치의 전체적인 형상, 안테나 장치의 각 면을 구성하는 안테나 소자들의 배치, 안테나 소자들의 개수, 각 안테나 소자들이 형성하는 빔의 수평각 및 수직각은 안테나 장치가 설치되는 환경에 따라 다양한 형태로 변경될 수 있다.

또한, 도 3에 도시한 각 안테나 소자들은 다양한 형태의 안테나 소자로 구현될 수 있다. 예를 들어, 각 안테나 소자는 혼 안테나 또는 패치 어레이 안테나(PAA: Patch Array Antenna)로 구현될 수 있다.

일반적으로 다수의 빔을 형성하는 이동통신 시스템에서는, 안테나 소자들이 형성하는 빔의 경계 지역에서 신호를 포함하는 신호 빔의 이득이 저하되거나, 신호 빔이 주변 빔들의 간섭으로 인하여 품질이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해서는 신호 빔과 신호 빔의 주변 빔들이 동시에 단말에게 신호를 전송하는 매크로 다이버시티 전송(MDT: Macro Diversity Transmission) 방법을 사용함으로써 신호 빔의 신호 품질을 향상시킬 수 있다.

매크로 다이버시티 전송 방법은 단말의 이동성을 지원하기 위해 적용될 수 있다.

도 5는 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 통신 시스템의 구성을 나타내는 개념도이다.

도 5를 참조하면, 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 통신 시스템은, 기지국의 기능을 수행하는 중추 기지국(CBS: Central Base Station)(510)과 중계 장치의 기능을 수행하는 적어도 하나의 중계 기지국(RBS: Relay Base Station)(521, 523)을 포함할 수 있고, 중추 기지국(510)과 적어도 하나의 중계 기지국(521, 523)을 이용하여 빔을 연결함으로써 단말(530)에 서비스를 제공할 수 있다.

도 5에서, 중추 기지국(510)과 중계 기지국(521)간의 무선 링크 또는 중추 기지국(510)과 중계 기지국(521)간에는 무선 백홀 링크가 형성될 수 있다. 또한, 단말(530)이 직접적으로 연결되는 중계 기지국(523) 또는 중추 기지국 사이에는 무선 액세스 링크가 형성될 수 있다. 여기서, 각 중계 기지국(521, 523)에서 송신되는 빔들 중 업링크 방향의 빔은 무선 백홀 빔(541)이라 지칭될 수 있고, 하향링크 방향의 빔은 무선 액세스 빔(543)이라 지칭될 수 있다.

도 6은 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 수행되는 핸드오버 방법을 설명하기 위한 개념도로서, 중추 및/또는 중계 기지국들이 협력하여 단말의 이동 경로에 따라 단말에 동적으로 다중 빔들을 형성하여 서로 다른 데이터 또는 동일한 데이터를 송신하면서, 매우 낮은 지연(Latency)으로 빔간 핸드오버를 가능하게 하는 기술인 저지연 분산 빔 시스템(LH-DBS: Low latency Handover-Distributed Beam System, 이하, 'LH-DBS'라 지칭함)를 예시한 것이다.

LH-DBS 기술을 가능하게 하기 위해서는 분산 다중 빔(Distributed Multi-Beam) 기반 다중 플로우/사이트간(Multi-Flow/Inter-Site) MIMO가 지원될 수 있어야 하며, 단말은 LH-DBS를 지원하는 복조 방법을 수행할 수 있어야 하고, 빔 간 고속 핸드오버(또는 빔간 고속 스위칭)가 가능해야 한다. 여기서, LH-DBS를 지원하는 복조 방법은 공지된 기술을 이용할 수 있다.

도 6에서는 제1 중추 기지국(611) 및 제1 중추 기지국(611)과 무선 백홀 링크가 연결된 복수의 제1 중계 기지국(612, 613, 614)을 포함하는 제1 셀(610)과, 제2 중추 기지국(621) 및 제2 중추 기지국(621)과 무선 백홀 링크가 연결된 복수의 제2 중계 기지국(622, 623, 624)을 포함하는 제2 셀(620)이 서로 인접하게 위치하는 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 단말(601)이 특정 경로를 따라 이동하는 경우의 LH-DBS 과정을 나타낸다.

도 6을 참조하면, 단말(601)이 제1 셀(610)에서 서비스를 제공받다가 제2 셀(620)로 이동하는 경우, 단말(601)은 이동 경로에 따라 중추 기지국 및/또는 중계 기지국들이 형성하는 복수의 무선 액세스 링크를 통해 데이터를 수신하거나 송신할 수 있고, 단말이 이동함에 따라 단말이 사용 가능한 무선 액세스 링크(또는 빔)들이 변경된다.

이하에서는 LH-DBS 방법을 보다 구체적으로 설명한다.

도 7은 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 수행되는 핸드오버의 일 예를 나타내는 개념도이다. 도 8은 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 수행되는 핸드오버 방법을 나타내는 흐름도이다.

먼저, LH-DBS 방법을 설명하는 과정에서 사용되는 용어를 정의한다.

측정 빔 집합(MBS: Measurement Beam Set, 이하 'MBS'라 지칭함)은 단말의 Head CBS가 단말에 통보하는 정보로, 단말이 위치하는 장소를 기반으로 이웃 중추 기지국 및/또는 중계 기지국들이 형성하는 빔 목록을 의미한다. 여기서, Head CBS는 단말의 서빙 중추 기지국을 의미한다.

하향링크 후보 협력 빔 집합(DL CCBS: DownLinkCandidate Cooperated Beam Set, 이하, 'DL CCBS'라 지칭함)은 하향링크 협력 빔 후보 집합을 의미하는 것으로, MBS의 부분집합이 될 수 있다.

하향링크 활성 협력 빔 집합(DL ACBS: DL Active Cooperated Beam Set, 이하 'DL ACBS'라 지칭함)은 LH-DBS에서 미리 설정된 방법에 따라하향링크 상으로 데이터를 전송하는 빔의 집합을 의미하는 것으로, DL CCBS의 부분집합이 될 수 있다.

상향링크 후보 협력 빔 집합(UL CCBS: UpLink CCBS, 이하, 'UL CCBS'라 지칭함)은 상향링크 협력 빔 후보 집합을 의미하는 것으로, DL CCBS와 동일할 수 있고 해당 빔들로 상향링크 동기화를 수행할 수 있다.

상향링크 활성 협력 빔 집합(UL ACBS: UpLink ACBS, 이하 'UL ACBS'라 지칭함)은 LH-DBS에서 미리 설정된 방법에 따라 상향링크 상으로 데이터를 전송하는 빔들의 집합으로, UL CCBS의 부분집합이 될 수 있고 단말과의 왕복지연시간(RTT: Round Trip Time) 값이 만족되는 빔 집합을 의미할 수 있다.

N_RXB은 단말이 동시에 수신할 수 있는 빔의 수를 의미한다.

N_TXB은 단말이 동시에 송신할 수 있는 빔의 수를 의미한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 도 7은 LH-DBS 기능의 수행을 위한 빔들의 논리적 집합을 예시한 것으로, 단말의 이동하기 전에 후보 빔(candidate beam)들과 활성 빔(Active beam)들이 구성되고, 단말의 이동에 따라 후보 빔들 및 활성 빔들이 변경된다.

표 1은 도 7에 도시한 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 셀룰러 네트워크에서 단말의 위치에 따른 빔 집합들을 나타낸 것이다.

예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이 단말(751)이 제1 셀(760)내의 제1 위치(P1)에 있는 경우, 단말(751)은 제1 셀(760)에 위치하는 중추 기지국(CBS1)(761) 및 복수의 중계 기지국(762, 763, 764)이 형성하는 후보 빔들 중 중추 기지국(761) 및 중계 기지국(762)이 형성하는 DL ACBS(Beam1-n, Beam1-1-m)를 이용하여 데이터를 송수신한다.

이후, 단말(751)이 제1 셀(760)에서 제2 위치(P2)로 이동하게 되면, DL ACBS는 중추 기지국(761) 및 중계 기지국(773)이 형성하는 Beam1-n 및 Beam2-5-a로 바뀌게 된다. 또한, 단말(751)이 제2 위치(P2)에서 제1 셀(760), 제2 셀(770) 및 제3 셀(780)의 경계 지점인 제3 위치(P3)로 이동하면 단말(751)이 송수신에 사용하는 DL ACBS 및 UL ACBS는 제1 셀(760)의 중계 기지국(762, 763, 764), 제2 셀(770)의 중계 기기국(772, 773, 774) 및 제3 셀(780)의 중계 기지국(782, 783), 제3 셀(780)의 중추 기지국(781)이 형성하는 복수의 후보 빔들 중 제1 셀(760)의 중계 기지국(764) 및 제2 셀(770)의 중계 기지국(773)에 의해 형성된 활성화 빔들(Beam1-3-r, Beam2-5-a)로 변경된다.

이하에서는 도 7 및 도 8을 참조하여 LH-DBS 기능이 수행되는 과정을 설명한다. 도 8에 도시한 LH-DBS 기능은 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 통신 시스템에 의해 서비스를 제공받는 단말에 의해 수행될 수 있다.

먼저, 단말(751)은 서빙 중추 기지국(761)에게 자신을 등록한다(S801). 이 때, 단말(751)은 자신의 송신 및 수신 빔에 대한 사양인 N_RXB 및 N_TXB 정보를 서빙 중추 기지국(761)에 보고할 수 있다.

도 7 및 도 8에서는 상기한 바와 같이 단말(751)이 서빙 중추 기지국(761)에 자신을 등록한 후, 단말(751)은 중추기지국(761)의 한 빔(Beam1-n)과 중계기지국(762)의 한 빔(Beam1-1-m)을 DL ACBS로 하여 하향링크 서비스를 받고 있다고 가정하며, UL ACBS도 상기 DL ACBS와 동일하다고 가정한다. 따라서, 중추기지국(761)은 Head CBS가 된다.

한편, 단말은 중계 기지국(763)과 중계 기지국(764)으로부터도 빔(Beam1-1-2-o, Beam1-3-q)을 수신할 수 있다. 따라서 단말의 DL CCBS는 Beam1-n, Beam1-1-m, Beam1-1-2-o 및 Beam1-3-q으로 구성될 수 있다.

중추 기지국(761)은 상기한 단말의 DL CCBS 중에서 단말이 보고한 N_RXB와 단말이 측정한 링크 상태 및 DL CCBS에 속한 빔을 형성하는 기지국들의 트래픽 부하 상태들을 판단하여 단말의 DL ACBS를 결정할 수 있다.

한편, 단말이 DL ACBS에 속한 빔들로부터 데이터를 수신하는 세 가지 모드가 있을 수 있다. 즉, DL ACBS에 속한 둘 이상의 빔들로부터 동일한 데이터를 수신하는 단일-플로우(Single Flow) 협력 수신 모드, DL ACBS에 속한 둘 이상의 빔들로부터 서로 다른 데이터를 수신하는 다중-플로우(Multi-Flow) 협력 수신 모드, 및 DL ACBS에 속한 빔이 하나인 경우에 사용되는 일반 수신 모드가 있다.

여기서, DL ACBS이 두 개의 빔으로 구성되는 것으로 가정하면, 단말은 단일-플로우 협력 수신 모드 또는 다중-플로우 협력 수신 모드를 통해 데이터를 수신할 수 있다.

Head CBS인 중추 기지국(761)은 해당 단말(751)의 위치를 기반으로 주변 빔들에 대한 정보인 MBS를 구성할 수 있고, 구성된 MBS 정보를 Beam1-n을 통해 단말(751)에게 통보할 수 있다. 여기서, 중추 기지국(761)은 DL ACBS를 구성하는 빔들 중 임의의 빔을 통해 MBS 정보를 전송할 수 있으나, 제어메시지는 일반적으로 신뢰도 높은 MCS(Modulation and Coding Scheme)를 사용하는 것이 전송 신뢰도를 향상시킬 수 있으므로, 자원 사용 효율 측면에서 하나의 빔을 선택하는 것이 바람직하다. 제어 메시지를 전달하는 하나의 빔을 프라이머리 빔(primary beam)이라 지칭한다. 제어 메시지는 상기한 프라이머리 빔 이외에도 DL ACBS에 속한 빔들을 통해 전송될 수도 있다.

중추 기지국(761)이 MBS를 프라이머리 빔을 통해 단말(751)에 전송함에 따라 단말(751)은 중추 기지국(761)로부터 MBS 정보를 수신한다(S803).

단말(751)은 중추 기지국(761)으로부터 수신한 MBS 정보에 기반하여 안테나의 가중치 벡터(Weight Vector)를 조정하여 MBS에 해당하는 빔들을 찾는다. 그리고, 단말(751)은 찾은 빔들에 대해 각 빔의 프리앰블 또는 기준 신호 수신 전력(RSRP: Reference Signal Received Power, 이하, 'RSRP'라 지칭함)을 측정하여 DL CCBS를 갱신한다(S805). 이 때, 단말(751)은 선택적으로 DL CCBS에 새로 추가되는 빔에 대해 현재 DL ACBS를 통해 수신하고 있는 무선 자원(예를 들면, 주파수 및/또는 시간 자원, 이를 자원 블록(RB: Resource Block)이라 함)의 ANIPI(Average noise plus interference power indicator)를 함께 측정할 수도 있으며, 동일한 방향에서 다른 기준 신호의 RSRP를 측정할 수도 있다. 일반적으로 셀룰러 네트워크에서는 셀 별로 기준 신호들을 상호 직교하도록 생성하는데(예를 들면, 기준 신호들이 전송되는 주파수들을 서로 달리 할 수 있음), 하나의 빔 방향에 대해 측정한 가장 높은 RSRP를 갖는 기준신호가 DL CCBS에 추가될 수 있는 빔이고, 동일한 방향에 대해 또 다른 기준 신호 RSRP가 측정되면 이 신호는 가장 높은 RSRP를 갖는 빔에 대해 간섭 신호원으로 판단될 수 있으며, 이를 ANIPI_RS라 하고, 상기한 자원블록에 대한 간섭을 ANIPI_RB라 할 수 있다.

ANIPI는 추가되는 빔 상에서 간섭 신호가 어느 정도인지를 판별할 수 있도록 하는 파라미터로, 추후 중추 기지국(761)이 DL ACBS를 결정하는데 참고자료로 사용할 수 있다. 즉, 측정된 ANIPI가 작을수록 링크의 품질이 우수함을 의미한다.

단말(751)은 상술한 바와 같이 MBS들에 대한 RSRP 측정을 수행하면서 기존의 DL CCBS에 대한 RSRP 측정도 수행한다. 여기서, 단말(751)은 DL CCBS의 측정 결과에 따라 기존 빔들 중 미리 설정된 기준을 만족하지 못하는 빔들을 DL CCBS에서 삭제할 수도 있다.

즉, 단말(751)은 MBS 및/또는 기존의 DL CCBS에 포함된 빔들에 대해 RSRP(또는 ANIPI)를 측정하고, 측정 결과를 미리 설정된 기준값과 비교한 후(S807), 측정 빔의 RSRP가 미리 설정된 기준값 이상의 수신 전력(또는 ANIPI)를 가지는 빔을 DL CCBS에 추가하거나(S809), 기존의 DL CCBS에 포함된 빔들 중 RSRP(또는 ANIPI)가 상기 기준값 미만인 빔들을 DL CCBS에서 삭제할 수 있다(S811). 상술한 바와 같이 DL CCBS는 기준값에 기초하여 구성할 수도 있으나, 측정 RSRP 값들 중 최대 N(여기서, N은 설계 파라미터임)개를 선택하여 DL CCBS를 구성할 수도 있다.

한편, 단말(751)은 DL CCBS가 변동될 때마다 중추 기지국(761)에 보고할 수도 있고, 미리 설정된 주기에 따라 보고할 수도 있다. 여기서, 단말(751)이 미리 설정된 주기에 따라 DL CCBS의 변경을 보고하도록 구성되는 경우에는 타이머(T_rep)의 운용을 통해 단말(751)이 보고 주기를 판단하도록 구성될 수 있다. 즉, 도 8의 단계 S803에서 단말(751)은 타이머(T_rep)를 구동시킨 후, 단계 S813에서 타이머가 만료되었는가를 판단하고, 타이머가 만료된 경우 DL CCBS를 서빙 중추 기지국(761)에 보고하도록 구성될 수 있다(S815).

단계 S815에서 제3 위치(P3)로 이동하는 단말(751)은 RSRP 측정 결과에 기반하여 DL CCBS(도 7의 경우, Beam1-3-r, Beam2-5-a, Beam2-7-e, Beam3-b, Beam3-6-c)를 구성한 후, 구성한 DL CCBS 정보를 프라이머리 빔(Beam1-n)을 통해 중추 기지국(761)에 보고할 수 있고, 이와 병행하여 추가되는 빔인 경우 선택적으로 해당 빔으로 상향링크 동기화를 수행할 수 있다.

한편, 중추 기지국(761)은 단말(751)로부터 보고된 DL CCBS 정보와 기존에 저장된 DL CCBS를 비교하여 DL CCBS의 변동사항을 검사하고, 검사 결과에 기초하여 DL CCBS에서 삭제된 빔들에 대해서는 해당 중추기지국 및/또는 중계기지국들로 하여금 단말(751)과 관련된 자원들을 삭제하도록 하며, DL CCBS에 새로 추가된 빔들에 대해서는 단말(751)을 수용할 수 있는지를 해당 중추 기지국 및/또는 중계기지국에 문의한다.

중추 기지국(761)은 상술한 바와 같이 단말(751)로부터 보고된 DL CCBS에서 단말(751)의 수용이 가능한 빔들을 추출하고, 추출된 빔들의 기준신호 측정값 및 ANIPI 값에 기초하여 단말(751)의 N_RXB 값 이하의 개수를 가지는 DL ACBS를 구성한 후, 구성된 DL ACBS 정보를 단말(751)에 전송한다. 예를 들어, 도 7의 경우 DL ACBS는 Beam1-3-r과 Beam2-5-a로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 Beam1-3-r은 단말(751)의 이동에 따른 다음 프라이머리 빔이 될 수 있다. DL ACBS 정보는 현재 프라이머리 빔인 Beam1-n으로만 전송될 수도 있고, 보다 안전하게 Beam2-5-a로도 단말에 전달될 수도 있다. 이 때, Head CBS는 프라이머리 빔이 Beam1-n으로부터 Beam1-3-r로 변경됨을 함께 단말에 시그널링 할 수 있으며 단말의 하향링크 수신 모드를 통보하게 된다.

단말(751)은 Head CBS(761)으로부터 상기한 바와 같이 구성된 DL ACBS 정보 및 단말의 하향링크 수신 모드 정보를 수신한다(S817).

여기서, 단말의 하향링크 수신 방식은 다중-플로우 협력 수신 모드(S819), 일반 수신 모드(S821) 및 단일-플로우 협력 수신 모드(S823) 중 어느 하나가 될 수 있고, 단말은 수신한 하향링크 수신 모드 정보에 기초하여 하향링크 데이터를 수신한다. 예를 들어, 단말의 하향링크 수신 방식이 다중-플로우 협력 수신 모드인 경우, 단말은 MMSE-SIC 수신 설정을 수행할 수 있고, 일반 수신 모드인 경우, 일반적인 데이터 수신을 위한 설정을 수행할 수 있다. 또한, 단말의 하향링크 수신 방식이 단일-플로우 협력 수신 모드인 경우, 단말은 MRC 수신 설정을 수행한 후 하향링크 데이터를 수신할 수 있다.

한편, 단말(751)은 DL CCBS 빔들에 대해 가능한 언제라도 상향링크 동기화를 수행할 수 있다. 또한, 단말(751)은 중추 기지국으로부터 DL ACBS 정보를 수신하는 경우, DL CCBS를 DL ACBS로 설정하고, DL ACBS에 포함된 빔들에 대해 우선적으로 상향링크 동기화를 수행할 수 있다(S825). 여기서, 단말(751)은 DL CCBS에 대해 상향링크 동기화를 먼저 수행한 경우, 수신한 DL ACBS에 포함된 빔들 중 상향링크 동기화가 수행되지 않은 빔들에 대해 동기화를 수행할 수 있다.

상기한 바와 같이 상향 동기화가 해당 단말(751)로부터 시도된 경우, 해당 중추 기지국 및/또는 중계기지국은 중추기지국(761)에 단말(751)의 상향링크 동기화 과정을 통해 획득된 왕복지연시간 값들을 보고할 수 있다.

Head CBS(761)는 상기한 바와 같이 보고된 왕복지연시간 값들에 기초하여 UL CCBS로부터 최적의 UL ACBS를 결정할 수 있고, 이를 현재의 DL ACBS들을 통해 단말(751)에게 송신할 수 있고, 단말(751)은 Head CBS(761)로부터 UL ACBS 정보를 수신할 수 있고, 수신 정보에 기초하여 UL ACBS를 갱신할 수 있다(S827). 여기서, UL ACBS는 단말(751)로부터 보고된 N_TXB 이하의 값을 가질 수 있다.

이후, 단말은 UL ACBS에 포함된 빔들을 이용하여 상향링크 데이터를 송신할 수 있다(S829).

상술한 바와 같이 구성된 DL ACBS와 UL ACBS는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 단말(751)에서의 DL ACBS를 통한 하향링크 수신은 단일-플로우 협력 수신의 경우 최대비합성법(MRC: Maximal Ratio Combining)과 같은 다이버시티 기법을 사용함으로써 보다 신뢰도가 높은 하향링크 수신 효과를 얻을 수 있으며, 다중-플로우 협력 수신의 경우 MMSE-SIC(Minimum Mean Square Error-Successive Interference Cancellation)와 같은 간섭 제거 수신기 모듈을 통해 서로 다른 데이터를 효과적으로 수신함으로써 수신 주파수 효율을 제고할 수도 있다. 단말(751)로부터의 UL ACBS를 통한 송신은 각기 다른 기지국들을 경유하여 Head CBS에서 선택 다이버시티(selection diversity)와 같은 다양한 기법을 통해 수신 효율을 향상시킬 수 있다.

도 7 및 도 8에 도시한 바와 같은 LH-DBS는 ACBS에 속한 빔들을 이용하여 매크로 다이버시티 전송(MDT) 방식을 수행한다.

그러나, LH-DBS에서 삼차원의 빔을 형성하는 경우 각 빔의 영역이 상대적으로 좁아지게 되어, 단말의 이동 속도가 빠른 경우 단말에 적용할 ACBS를 구성하기도 전에 단말이 신호 빔의 영역을 벗어날 수 있게 되어 단말에 대한 서비스 단절이 발생할 수 있는 문제가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 핸드오버 방법에서는 상기한 바와 같은 서비스 단절 문제를 해결하기 위해 단말에 적용할 ACBS를 구성하기 전에 단말로 전송할 신호 빔의 주변 빔들(즉, CCBS) 중 가용 빔들을 이용하여 매크로 다이버시티 전송을 수행하도록 구성한다. 그리고, CCBS를 이용한 매크로 다이버시티 전송은 ACBS가 구성되기 전까지 지속되고, ACBS 구성이 완료되면 ACBS를 이용하여 매크로 다이버시티 전송을 수행한다.

여기서, 매크로 다이버시티 전송을 적용함으로 인한 자원 낭비를 최소화하기 위해서는 CCBS를 정확하게 구성하는 것이 중요하며, CCBS를 구성하는 중추 기지국이 단말의 이동 정보(예를 들면, 단말의 이동 속도 및 단말의 이동 방향)을 아는 경우 매크로 다이버시티 전송을 수행할 빔들을 최적화 할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국에서 수행되는 핸드오버 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 9를 참조하면, 먼저 기지국은 단말의 이동 정보를 획득한다(S901). 여기서, 단말의 이동 정보는 예를 들어 단말의 이동 속도 및/또는 이동 방향 정보를 포함할 수 있다. 또한, 기지국은 GPS(Global Positioning System) 수신 기능을 구비한 단말이 미리 정의된 메시지에 포함시켜 전송하는 단말의 위치 정보에 기초하여 단말의 이동 정보를 획득할 수도 있고, 단말에 특정 물리 채널을 할당하고 미리 설정된 주기에 따라 단말로부터 할당된 물리 채널을 통해 전송된 신호를 수신하고, 수신된 신호의 DOA(Direction of Arrival) 및/또는 도착 시간을 측정함으로써 단말의 이동 정보를 획득할 수도 있다.

기지국은 획득한 단말의 이동 정보에 기초하여 상기 단말에 적용할 CCBS를 구성한다(S903). 여기서, 기지국은 단말의 이동 속도 및 이동 방향을 고려하여 단말에 전송되는 신호빔의 주변에 형성되는 빔들 중 가용 빔들로 구성된 CCBS를 구성할 수 있다. 또는, 단계 S903에서 기지국은 단말에 적용할 CCBS를 구성하는 대신 단말의 이동 정보에 기초하여 단말에 적용할 MBS를 구성할 수도 있다.

이후, 기지국은 CCBS 구성 정보를 단말에 통보한다(S905). 또는 단계 S903에서 CCBS 대신 MBS를 구성한 경우 기지국은 상기 CCBS 구성 정보 대신 MBS 구성 정보를 단말에 통보할 수도 있다. 또한, 기지국은 구성한 CCBS에 포함되는 각 빔을 형성하는 기지국에게 CCBS 구성 정보를 통보함으로써 해당 기지국들이 상기 단말에 해당 빔을 형성하도록 할 수 있다.

상기한 바와 같이 기지국이 CCBS를 구성하고 단말에 CCBS 구성 정보를 통보하는 경우, 단말은 기지국으로부터 수신한 CCBS 구성 정보에 기초하여 CCBS에 속한 빔들을 통해 신호를 수신할 수 있다. 또한, 단말은 CCBS에 포함된 개별 빔들에 대한 측정(예를 들면, 각 빔의 프리앰블 또는 기준 신호 수신 전력을 측정)을 수행할 수 있고, CCBS 측정 정보를 기지국에 보고할 수 있다.

또는, 단말이 기지국으로부터 MBS 정보를 수신한 경우에는 도 8에 도시한 바와 같이 MBS에 해당하는 빔들을 찾고, 찾은 빔들에 대해 각 빔의 프리앰블 또는 기준 신호 수신 전력을 측정하여 CCBS를 갱신한 후, CCBS 갱신 정보를 기지국에 제공할 수도 있다.

기지국은 단말로부터 보고된 CCBS 측정 정보(또는 CCBS 갱신 정보)를 획득하고(S907), 획득한 정보에 기초하여 ACBS를 구성한다(S909).

이후, 기지국은 ACBS 구성 정보를 단말에 통보한다(S911). 여기서, 기지국은 도 8에 도시한 바와 같이 ACBS 구성 정보와 함께 하향링크 수신 방식을 단말에 제공할 수 있고, 단말은 제공된 정보에 기초하여 하향링크 데이터의 수신 및 상향링크 동기화와 상향링크를 통한 데이터 전송을 수행할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말에서 수행되는 핸드오버 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 10을 참조하면, 먼저 단말은 자신의 이동 정보를 기지국에 보고한다(S1001). 여기서, 상기 이동 정보는 단말의 이동 속도 및 이동 방향 정보를 포함할 수 있다. 단말은 GPS 수신 기능을 구비한 경우 단말의 GPS 정보가 포함된 메시지를 기지국에 전송할 수를 포함시켜 전송할 수도 있고, 할당 받은 물리 채널을 이용하여 미리 설정된 주기에 따라 특정 신호를 기지국에 전송할 수도 있다.

상기한 바와 같이 단말이 전송한 이동 정보 또는 신호에 기초하여 기지국은 단말의 이동 정보를 획득하고, 획득한 이동 정보에 기초하여 CCBS를 구성한 후, CCBS 구성 정보를 단말에 통보한다. 또는 기지국은 단말의 이동 정보에 기초하여 MBS를 구성한 후, MBS 구성 정보를 단말에 통보할 수도 있다.

단말은 기지국으로부터 CCBS 구성 정보(또는 MBS 구성 정보)를 수신하고(S1003), 수신한 CCBS 구성 정보에 속한 빔들(또는 MBS 구성 정보에 속한 빔들)을 통해 하향링크 데이터를 수신한다(S1005). 여기서, 단말은 CCBS 구성 정보에 속한 개별 빔들에 대한 측정(예를 들면, 각 빔의 프리앰블 또는 기준 신호 수신 전력을 측정)을 수행하거나, 도 8에 도시한 바와 같이 MBS에 속한 개별 빔들에 대한 측정을 수행하여 CCBS를 갱신할 수도 있다.

이후, 단말은 CCBS 측정 정보(또는 CCBS 갱신 정보)를 기지국에 보고한다(S1007).

상기한 바와 같은 단말의 보고에 기초하여 기지국은 ACBS를 구성한 후, ACBS 구성 정보를 단말에 통보할 수 있고, 단말은 이에 상응하여 기지국으로부터 ACBS 구성 정보를 수신할 수 있다(S1009).

이후, 단말은 기지국으로부터 수신한 ACBS 구성 정보에 기초하여 ACBS에 속한 빔들을 통해 하향링크 데이터를 수신할 수 있다(S1011). 여기서, 단말은 도 8에 도시한 바와 같이 기지국으로부터 ACBS 구성 정보와 함께 하향링크 수신 방식을 수신할 수 있고, 이 경우 수신한 하향링크 수신 방식에 기초하여 하향링크 데이터를 수신하고, 상향링크 동기화 및 상향링크를 통한 데이터 전송을 수행할 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110 : 안테나 111 : 안테나 소자
120 : 안테나 121 : 안테나 소자
300 : 안테나 장치 301 : 제1 행
302 : 제2 행 303 : 제3 행
304 : 제4 행 311, 312, 313, 314 : 안테나 소자
510 : 중추 기지국(CBS) 521, 523 : 중계 기지국(RBS)
530 : 단말(MS) 541 : 무선 백홀 빔
543 : 무선 액세스 빔 601 : 단말
610 : 제1 셀 611 : 제1 중추 기지국
612, 613, 614 : 제1 중계 기지국
620 : 제2 셀 621 : 제2 중추 기지국
622, 623, 624 : 제2 중계 기지국
751 : 단말 760 : 제1 셀
761 : 중추 기지국 762, 763, 764 : 중계 기지국
770 : 제2 셀 771 : 중추 기지국
772, 773 : 중계 기지국 780 : 제3 셀
781 : 중추 기지국 782 : 중계 기지국
783 : 중계 기지국

Claims (14)

1. 기지국의 안테나 장치로서,
   360도 전체 영역에 대한 통신 서비스를 지원하는 N개의 평면들; 및
   상기 N개의 평면들 각각에 배치되는 복수의 안테나 소자들을 포함하며,
   상기 N은 3 이상의 정수이고, 상기 N개의 평면들 각각은 360/N도 영역에 대한 상기 통신 서비스를 지원하고, 상기 복수의 안테나 소자들은 상기 N개의 평면들 각각에서 복수의 행들로 배치되고, 상기 복수의 행들 중 최하위의 행은 최상위의 행보다 적은 안테나 소자들을 포함하고, 상기 최하위의 행에 포함된 각 안테나 소자들이 형성하는 빔간 이격각은 상기 최상위의 행에 포함된 각 안테나 소자들이 형성하는 빔간 이격각 보다 넓고, 상기 최상위의 행에 포함된 안테나 소자들에 의해 형성되는 빔들은 상기 기지국의 커버리지 경계 영역으로 지향되고, 상기 복수의 행들 중에서 상기 최상위의 행을 제외한 나머지 행들에 포함된 안테나 소자들에 의해 형성되는 빔들은 상기 기지국의 커버리지 내부 영역으로 지향되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 행들 각각에 포함된 안테나 소자들 각각이 형성하는 수평 빔 각도는 모두 동일한 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 행들 중 상기 최하위의 행에 포함된 각 안테나 소자들이 형성하는 빔의 수직 빔 각도는 상기 최상위의 행에 포함된 각 안테나 소자들이 형성하는 빔의 수직 빔 각도보다 넓은 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 행들에 포함된 안테나 소자들에 의해 형성되는 기울어진 각도는 상기 최상위의 행에서 상기 최하위의 행으로 갈수록 증가하고, 상기 기울어진 각도는 수평 축과 빔의 지향 축(direction axis) 간의 각도인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 안테나 장치는 각각 복수의 안테나 소자들을 포함하는 제1 행, 제2 행, 제3 행 및 제4 행으로 구성되고, 상기 제1 및 제2 행에 포함된 각 안테나 소자들의 수평 및 수직 빔 각도는 동일하고, 상기 제 4행에 포함된 각 안테나 소자들의 수직 빔 각도는 상기 제1 및 제2 행에 포함된 각 안테나 소자들의 수직 빔 각도보다 넓은 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제3 행에 속한 안테나 소자들이 형성하는 빔간 이격각은 상기 제1 및 제2 행에 속한 안테나 소자들의 형성하는 빔간 이격각 보다 넓고, 상기 제4 행에 속한 안테나 소자들이 형성하는 빔간 이격각은 상기 제3 행에 속한 안테나 소자들이 형성하는 빔간 이격각 보다 넓은 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
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