KR102088529B1 - 통신 시스템에서 빔 훈련 방법 및 장치 - Google Patents

통신 시스템에서 빔 훈련 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신 시스템에서 빔 훈련 방법 및 장치에 관한 것으로서, 통신 시스템에서 빔 훈련을 위한 네트워크 노드의 방법은, 상대 네트워크 노드와의 채널 링크 성능을 나타내는 적어도 하나의 채널 품질 인자 값을 측정하는 과정과, 상기 측정된 채널 품질 인자 값과 미리 설정된 적어도 하나의 기준 채널 품질 인자 값을 기반으로 빔 훈련 방식을 선택하는 과정과, 선택된 빔 훈련 방식으로 상기 상대 네트워크 노드와의 빔 훈련을 수행하는 과정을 포함하여, 채널 상황에 따라 가장 효율적인 방식으로 서비스를 유지하기 위한 최적의 빔을 찾을 수 있고, 빔 훈련에 소모되는 시간을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

통신 시스템에서 빔 훈련 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR BEAM TRAINING IN COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 빔포밍을 지원하는 통신 시스템에서 빔 훈련 방식에 관한 것이다.
최근, 높은 데이터 전송률을 제공하기 위한 방안으로 30Ghz이상의 초고주파 대역에서의 통신 기술 즉, 밀리미터 웨이브 시스템을 도입하기 위한 연구가 진행되고 있다. 밀리미터 웨이브 시스템에서는 전파 경로 손실이 심각하게 발생하여 셀 커버리지가 상당히 감소하게 되는 단점이 있다. 따라서, 상기 밀리미터 웨이브 시스템에서 전파 경로 손실 문제를 해결하기 위해, 송수신 전력을 좁은 공간에 집중하여 안테나의 송수신 효율을 높이는 빔포밍(Beam Forming) 기술을 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
일반적으로, 빔포밍을 지원하는 통신 시스템에서는 단말과 기지국 각각이 최적의 상향링크 송수신 빔 및 하향링크 송수신 빔을 찾는 빔 훈련 과정을 수행해야 한다. 이를 위해, 802.11ad 표준에서는 최적의 빔을 찾기 위한 빔 훈련 방식에 대한 다양한 빔포밍 프로토콜들을 정의하고 있다. 그러나, 종래에는 다양한 빔포밍 프로토콜들을 적용하기 위한 구체적인 방안을 제시하고 있지 않은 실정이다.
따라서, 본 발명의 실시 예는 빔포밍을 지원하는 통신 시스템에서 채널 상태를 기반으로 빔 훈련 방식을 선택하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 빔포밍을 지원하는 통신 시스템에서 채널 상태를 기반으로 빔 훈련의 반복 수행 여부를 결정하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 실시 예는 빔포밍을 지원하는 통신 시스템에서 빔 훈련 방식을 기반으로 빔 폭의 크기를 적응적으로 조절하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 실시 예는 빔포밍을 지원하는 통신 시스템에서 빔 훈련 방식의 반복 수행 여부를 기반으로 빔 폭의 크기를 적응적으로 조절하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 빔포밍을 지원하는 통신 시스템에서 채널 상태와 서비스 품질을 보장하기 위해 미리 설정된 조건을 기반으로 빔 훈련 방식을 선택하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 통신 시스템에서 빔 훈련을 위한 네트워크 노드의 방법은, 상대 네트워크 노드와의 채널 링크 성능을 나타내는 적어도 하나의 채널 품질 인자 값을 측정하는 과정과, 상기 측정된 채널 품질 인자 값과 미리 설정된 적어도 하나의 기준 채널 품질 인자 값을 기반으로 빔 훈련 방식을 선택하는 과정과, 선택된 빔 훈련 방식으로 상기 상대 네트워크 노드와의 빔 훈련을 수행하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 통신 시스템에서 빔 훈련을 위한 네트워크 노드의 장치는, 상대 네트워크 노드와의 채널 링크 성능을 나타내는 적어도 하나의 채널 품질 인자 값을 측정하는 채널 추정부와, 상기 측정된 채널 품질 인자 값과 미리 설정된 적어도 하나의 기준 채널 품질 인자 값을 기반으로 빔 훈련 방식을 선택하고, 선택된 빔 훈련 방식으로 상기 상대 네트워크 노드와의 빔 훈련을 수행하도록 제어하는 빔포밍 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명에서는 통신 시스템에서 채널 상태를 기반으로 빔 훈련 방식을 선택하고, 빔 훈련 방식 및 빔 훈련 반복 수행 여부를 기반으로 빔 폭의 크기를 적응적으로 조절함으로써, 채널 상황에 따라 가장 효율적인 방식으로 서비스를 유지하기 위한 최적의 빔을 찾을 수 있고, 빔 훈련에 소모되는 시간을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 시스템에서 네트워크 노드의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 시스템에서 네트워크 노드의 빔포밍 절차를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 빔 훈련 방식 선택을 위한 테이블을 예로 들어 나타내는 도면,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시 예에 따라 적응적으로 변경되는 빔 폭 크기를 예로 들어 나타내는 도면, 및
도 4c는 본 발의 실시 예에 따라 빔 훈련 상대 네트워크 노드의 빔 형태를 나타내는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 설명에서는 빔포밍을 지원하는 통신 시스템에서 채널 상태를 기반으로 빔 훈련 방식을 선택하고, 빔 훈련 방식 및 빔 훈련 반복 수행 여부를 기반으로 빔 폭의 크기를 적응적으로 조절하는 방식에 대해 설명할 것이다. 이하 설명에서, 네트워크 노드는 기지국, 단말, 중계기 등과 같이 네트워크를 구성하고, 빔포밍 안테나를 구비하여 빔 훈련을 수행할 수 있는 모든 기기를 포함하는 의미이다.
이하 본 발명의 실시 예에서는, 종래 802.11ad 표준에서 정의하고 있는 빔포밍 프로토콜들을 예로 들어 설명할 것이다. 예컨대, 이하 본 발명의 실시 예에서는 채널 상황을 기반으로 802.11ad 표준에서 정의된 SLS(Sector Level Sweep), BRP(Beam Refinement Protocol), 및 BT(Beam Tracking) 중 어느 하나의 빔 훈련 방식을 선택하는 것을 예로 들어 설명한다. 그러나, 이하 본 발명의 실시 예들은, 송수신에 이용될 빔을 찾는 다른 방식의 빔포밍 프로토콜에도 적용될 수 있음은 당연하다. SLS는 802.11ad 시스템에서 링크 감지(link detection)를 수행하는 프로토콜로서, 네트워크 노드들이 빔의 방향만을 변경하면서 동일한 정보를 포함하는 프레임을 연속적으로 송수신하고, 성공적으로 수신된 프레임들 중에서 수신 채널 링크의 성능을 나타내는 지표(예: SNR(Signal to Ratio), RSSI(Received Signal Strength Indicator) 등)이 가장 좋은 빔 방향을 선택하는 빔 훈련 방식이다. BRP는 SLS를 기반으로 찾은 빔 방향에서 데이터 전송율을 최대화할 수 있는 빔 방향을 세밀하게 조절하는 프로토콜로서, BRP 프로토콜을 위해 정의된, 빔 훈련 정보와 훈련 결과를 보고하는 정보를 포함하는 BRP 프레임을 이용하여 빔 훈련을 수행한다. 예컨대, BRP는 이전 빔 훈련에 의해 결정된 빔을 이용하여 BRP 프레임을 송수신하고, 성공적으로 송수신된 BRP 프레임의 끝 부분에 포함된 빔 훈련 시퀀스(beam training sequence)를 이용하여 실질적으로 빔 훈련을 수행하는 빔 훈련 방식이다. 즉, SLS에서는 빔 훈련을 위해서 프레임 자체를 이용하나, BRP에서는 빔 훈련 시퀀스만을 이용한다. BT(Beam Tracking)는 데이터를 송신과 빔 훈련을 동시에 수행할 수 있는 프로토콜로서, 데이터 프레임의 PHY 헤더에 빔 훈련 정보를 포함시키고, 데이터 프레임의 끝 부분에 빔 훈련을 위한 시퀀스를 포함시킴으로써, 데이터를 수신함과 동시에 빔 훈련을 수행하는 빔 훈련 방식이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 시스템에서 네트워크 노드의 블록 구성을 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 네트워크 노드는 제어부(100), 송수신부(110), 저장부(120) 및 채널 추정부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(100)는 네트워크 노드의 전반적인 동작을 위한 제어 기능을 수행한다. 제어부(100)는 본 발명의 실시 예에 따라 빔포밍 제어부(102)를 포함하며, 빔포밍 제어부(102)를 통해 채널 상태를 기반으로 빔 훈련 방식을 선택하고, 빔 훈련 방식 및 빔 훈련 반복 수행 여부를 기반으로 빔 훈련에 이용될 빔 폭의 크기를 적응적으로 조절하기 위한 기능을 수행한다.
상세히 설명하면, 빔포밍 제어부(102)는 상대 네트워크와 통신하여 서비스를 제공하는 중에 채널 링크의 성능 변화를 감지하고, 채널 링크의 성능을 나타내는 적어도 하나의 채널 품질 추정 값을 기반으로 빔 훈련 수행 여부를 결정하고, 빔 훈련 방식을 선택할 수 있다. 예를 들어, 빔포밍 제어부(102)는 최소 요구 사항이 MCS 레벨 n인 서비스를 제공하는 중에 채널 링크의 성능 변화가 감지되면, 채널 링크의 성능을 나타내는 적어도 하나의 채널 품질 인자를 측정하고, 측정된 채널 품질 인자를 3에 도시된 바와 같이, 미리 저장된 빔 훈련 방식 선택 테이블에 포함된 빔 훈련 수행 조건에 대해 설정된 기준 값(혹은 기준 채널 품질 인자 값)과 비교하여 빔 훈련 수행 여부를 결정할 수 있다. 빔포밍 제어부(102)는 제어부(101)는 측정된 채널 품질 인자 값이 빔 훈련 수행 조건에 대해 설정된 기준 값을 만족할 시, 빔 훈련이 필요한 상황으로 결정하고, 채널 링크 성능을 나타내는 적어도 하나의 채널 품질 인자를 빔 훈련 방식 선택 테이블에 포함된 제 1 빔 훈련 선택 조건 및 제 2 빔 훈련 선택 조건에 대해 설정된 기준 값과 비교하여 SLS, BRP, 및 BT 중 어느 하나의 빔 훈련 방식을 선택할 수 있다. 또한, 빔포밍 제어부(102)는 채널 링크 성능을 나타내는 적어도 하나의 채널 품질 인자 값을 빔 훈련 선택 테이블에 포함된 빔 훈련 반복 조건에 대해 설정된 기준 값과 비교하여, 빔 훈련 반복 수행 여부를 결정할 수 있다. 여기서, 도 3에 도시된 바와 같은 빔 훈련 방식 선택 테이블에서 각 조건들에 대한 기준 값들은 서비스의 요구 품질을 기반으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 빔 훈련 선택 조건에 대한 기준 값들은 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨 n을 만족하는 채널 품질 인자 값들로 설정될 수 있고, 제 2 빔 훈련 선택 조건에 대한 기준 값들은 MCS 레벨 0을 만족하는 채널 품질 인자 값들로 설정될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 채널 링크의 성능을 나타내는 채널 품질 인자로, EVM(Error Vector Magnitude), SINR(Signal to Interference and Noise Ratio), RSSI(Received Signal Strength Indication), PER(Packet Error Rate), 및 Tput(Throughput)을 예로 들어 설명하나, 채널 링크의 성능을 나타내는 다른 채널 품질 인자를 이용할 수도 있다.
추가로, 빔포밍 제어부(102)는 미리 설정된 빔 훈련 주기마다 빔 훈련이 필요한 상황임을 감지하고, 상술한 바와 같은 방식으로 빔 훈련 방식을 선택할 수 있다.
더욱이, 빔포밍 제어부(102)는 빔 훈련 방식 및 빔 훈련 반복 수행 여부를 기반으로 빔 훈련에 이용될 빔 폭 크기를 적응적으로 변경할 수 있다. 예컨대, 빔포밍 제어부(102)는 송수신 안테나의 빔 폭 크기를 다수 개의 단계로 정의하여, 빔 훈련 방식에 따라 적절한 빔 폭 크기를 결정할 수 있으며, 빔 훈련 방식을 반복 수행할 시에는 최초 빔 훈련에 이용된 빔 폭의 크기보다 작은 빔 폭 크기를 이용함을 결정할 수 있다. 예를 들어, 빔 폭 크기를 2 단계로 정의하는 경우를 가정하면, 빔포밍 제어부(102)는 송수신 안테나의 빔 폭 크기를 도 4a에 도시된 바와 같은 빔 폭 크기(401)를 갖는 제 1 단계의 빔 폭 크기와, 도 4b에 도시된 바와 같은 빔 폭 크기(411)를 갖는 제 2 단계의 빔 폭 크기로 정의할 수 있다. 빔포밍 제어부(102)는 SLS 빔 훈련 및 BRP 빔 훈련시 제 1 단계의 빔 폭 크기를 이용함을 결정할 수 있고, BT 빔 훈련시 제 2 단계의 빔 폭 크기를 이용함을 결정할 수 있다. 또한, 빔포밍 제어부(102)는 SLS 빔 훈련 및/혹은 BRP 빔 훈련을 반복 수행할 시, 제 1 단계의 빔 폭 크기보다 작은 빔 폭 크기를 갖는 제 2 단계의 빔 폭 크기를 반복되는 빔 훈련에 이용함을 결정할 수 있다. 여기서는, 설명의 편의를 위해, 빔 폭 크기를 두 단계로 정의하는 경우를 가정한 것으로서, 빔 폭 크기는 시스템 설계자에 의해 두 개 이상의 단계로 정의될 수 있음은 당연하다. 또한, 상술한 설명에서 SLS 빔 훈련, BRP 빔 훈련, BT 빔 훈련 시에 이용되는 빔 폭 크기는 예시적인 것으로서, 각각의 빔 훈련 시에 이용되는 빔 폭의 크기는 설계 방식에 따라 다르게 설정될 수 있음은 당연하다. 추가적으로, 빔 훈련은 채널 링크 상태 및 시스템 설계자에 의해 설정된 빔 훈련 반복 조건에 따라 다수 번 반복 수행될 수 있으며, 빔포밍 제어부(102)는 빔 훈련 반복 수행이 결정될 때마다, 빔 훈련에 이용될 빔 폭 크기가 이전 빔 훈련에서 이용된 빔 폭 크기보다 작은 크기를 갖도록 결정할 수 있다.
빔포밍 제어부(102)는 선택된 빔 훈련 방식 및 결정된 빔 폭 크기로 빔 훈련을 수행하기 위해, 빔포밍부(112)를 제어하여 결정된 빔 폭 크기로 서로 다른 방향성을 갖는 다수의 송수신 빔을 형성하고, 형성된 송수신 빔을 이용하여 선택된 빔 훈련 방식으로 빔 훈련 신호를 송수신하고, 최적의 송수신 빔을 선택하기 위한 기능을 제어 및 처리한다. 예를 들어, 빔포밍 제어부(102)는 결정된 빔 폭 크기를 갖는 송신 빔 및/혹은 수신 빔을 형성하기 위한 빔포밍 벡터를 생성하고, 생성된 빔포밍 벡터를 빔포밍부(112)로 제공할 수 있다.
송수신부(110)는 제어부(100)의 제어에 따라 다수의 안테나(140-1 내지 140-N)를 통해 신호를 송수신한다. 상기 송수신부(110)는 빔포밍부(112)를 포함하여 구성되며, 도면에 도시되지는 않았으나 다수의 부호화기, 다수의 변조기, 다수의 부반송파 매핑기, 다수의 변조기 및 다수의 RF 송신기를 포함하여 구성된다. 빔포밍부(112)는 제어부(100)로부터 제공되는 빔포밍 벡터를 이용하여 상대 네트워크 노드와의 신호를 송수신하기 위한 빔을 형성할 수 있다. 여기서, 빔포밍부(112)는 디지털 빔포밍, 안테나를 물리적으로 움직이는 빔포밍, 사전에 정의된 각 빔 방향에 대응되는 안테나들, 안테나 묶음들 혹은 안테나 어레이(array)들 중 적어도 하나를 이용하여 제어부(100)로부터 요청되는 송수신 빔을 형성할 수 있다.
저장부(120)는 네트워크 노드의 전반적인 동작에 필요한 각종 데이터 및 프로그램을 저장한다. 본 실시 예에 따라 저장부(120)는 도 3에 도시된 바와 같은 빔 훈련 방식 선택 테이블을 저장할 수 있다. 빔 훈련 방식 선택 테이블은, 빔 훈련 수행 여부를 판단하는데 이용되는 조건을 나타내는 적어도 하나의 기준 값, 빔 훈련 방식을 선택하는데 이용되는 조건을 나타내는 적어도 하나의 기준 값, 빔 훈련 반복 수행 여부를 판단하는데 이용되는 조건을 나타내는 적어도 하나의 기준 값을 포함할 수 있다. 여기서, 빔 훈련 방식을 선택하는데 이용되는 조건은, 빔 훈련 선택 방식의 수에 따라 다수 개의 조건으로 구분될 수 있으며, 이때 빔 훈련 방식 선택 테이블은 다수 개의 빔 훈련 선택 조건 각각에 대한 적어도 하나의 기준 값을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 3개의 빔 훈련 방식을 선택하기 위해, 빔 훈련 방식 선택 테이블에 두 개의 빔 훈련 선택 조건 각각에 대해, 5개의 채널 품질 인자에 대한 기준 값들을 포함할 수 있다.
채널 추정부(130)는 상기 제어부(100)의 제어에 따라 상대 네트워크 노드로부터 수신되는 신호(예: 파일럿 신호, 사운딩 신호, 데이터 신호)를 이용하여 채널 링크 성능을 나타내는 적어도 하나의 채널 품질 인자를 추정하고, 추정된 적어도 하나의 채널 품질 인자를 제어부(100)로 제공한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 시스템에서 네트워크 노드의 빔포밍 절차를 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 네트워크 노드는 201단계에서 서비스 품질에 대한 최소 요구 사항이 MCS 레벨 n인 서비스를 위한 데이터 송수신을 수행한다. 네트워크 노드는 203단계에서 해당 서비스를 위한 데이터 송수신 중에 미리 설정된 빔 훈련 주기가 되는지 여부를 검사한다. 만일, 미리 설정된 빔 주기가 될 시, 네트워크 노드는 하기 211단계로 진행하여 빔 훈련이 필요한 상황임을 판단할 수 있다.
반면, 미리 설정된 빔 주기가 아닐 시, 네트워크 노드는 205단계에서 해당 서비스를 위한 데이터 송수신 중에 링크 변화가 감지되는지 여부를 검사한다. 예를 들어, 네트워크 노드는 서비스를 위한 데이터를 포함하는 신호 수신 세기, 데이터 전송 성공 여부, 데이터 수신 성공 여부, 및 링크 성능을 나타내는 채널 품질 인자 값 등을 기반으로 링크 변화가 감지되는지 여부를 판단할 수 있다.
네트워크 노드는 207단계에서 상대 네트워크 노드와의 채널 링크에 대한 성능을 측정한다. 예를 들어, EVM, SINR, RSSI, PER, 및 Tput 중 적어도 하나를 측정할 수 있다.
이후, 네트워크 노드는 209단계에서 측정된 링크 성능을 기반으로 상대 네트워크와의 채널 상태가 빔 훈련 수행 조건을 만족하는지 여부를 검사한다. 즉, 네트워크 노드는 측정된 채널 링크 성능을 나타내는 채널 품질 인자 값을 빔 훈련 수행 조건에 대해 설정된 기준 값과 비교하여, 빔 훈련 수행 조건을 만족하는지 여부를 검사한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 빔 훈련 수행 조건이 설정된 경우, 네트워크 노드는 채널 링크에 대한 성능으로 PER을 측정하고, 측정된 PER과 빔 훈련 수행 조건에 대해 설정된 PERth1을 비교하여, 측정된 PER값이 PERth1보다 작거나 같을 경우 빔 훈련 수행 조건을 만족하는 것으로 판단하고, 측정된 PER값이 PERth1보다 클 경우 빔 훈련 수행 조건을 만족하지 않는 것으로 판단할 수 있다. PER은 사용자가 경험하는 서비스의 만족도를 구체적으로 나타낼 수 있는 채널 품질 인자 값으로서, 여기서는 PER을 이용하여 빔 훈련 수행 조건을 만족하는지 검사하는 것을 예로 들었으나, 다른 채널 품질 인자 값, 혹은 다수 개의 채널 품질 인자 값들을 이용하여 빔 훈련 수행 조건을 만족하는지 검사할 수 있다. 예를 들어, EVM, SINR, RSSI, PER, Tput 중 적어도 하나를 이용하여 빔 훈련 수행 조건 만족 여부를 검사할 수 있다. 네트워크 노드는 상대 네트워크와의 채널 상태가 빔 훈련 수행 조건을 만족하지 않을 시, 201단계로 되돌아가 이하 단계를 재수행한다.
네트워크 노드는 상대 네트워크와의 채널 상태가 빔 훈련 수행 조건을 만족할 시, 211단계에서 서비스 품질 저하로 인해 데이터 송수신 빔의 변경이 필요한 상황임을 감지하고, 송수신 빔 변경을 위해 빔 훈련이 필요한 상황임을 결정한다.
이후, 네트워크 노드는 213단계에서 채널 상태가 제 1 빔 훈련 선택 조건을 만족하는지 여부를 검사한다. 즉, 네트워크 노드는 207단계를 통해 측정된 채널 링크 성능을 나타내는 채널 품질 인자 값을 제 1 빔 훈련 선택 조건에 대해 설정된 기준 값과 비교하여, 제 1 빔 훈련 선택 조건을 만족하는지 여부를 검사한다. 여기서, 제 1 빔 훈련 선택 조건에 대한 기준 값들이 MCS 레벨 n의 이용이 가능하도록 하는 최소 값들로 설정된 경우, 네트워크 노드는 측정된 채널 품질 인자 값과 제 1 빔 훈련 선택 조건에 대해 설정된 기준 값의 비교 결과를 기반으로 MCS 레벨 n의 사용 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 빔 훈련 선택 조건이 설정된 경우, 네트워크 노드는 채널 링크에 대한 성능으로 EVM을 측정하고, 측정된 EVM과 빔 훈련 수행 조건에 대해 설정된 EVMth2를 비교하여, 측정된 EVM값이 EVMth2보다 크거나 같을 경우 제 1 빔 훈련 선택 조건을 만족하고, MCS 레벨 n의 이용이 가능한 것으로 판단하고, 측정된 EVM값이 EVMth2보다 작을 경우 제 1 빔 훈련 선택 조건을 만족하지 않고, MCS 레벨 n의 이용이 불가능한 것으로 판단할 수 있다. EVM은 PER과 상관 관계가 높은 채널 품질 인자 값으로서, 사용자가 경험하는 서비스의 만족도를 구체적으로 나타낼 수 있다. 여기서는 EVM을 이용하여 제 1 빔 훈련 선택 조건을 만족하는지 검사하는 것을 예로 들었으나, 다른 채널 품질 인자 값, 혹은 다수 개의 채널 품질 인자 값을 이용하여 제 1 빔 훈련 선택 조건을 만족하는지 검사할 수 있다.
채널 상태가 제 1 빔 훈련 선택 조건을 만족하는 경우, 네트워크 노드는 215단계로 진행하여 BT 빔 훈련 방식을 선택하고, 제 2 단계 빔 폭 크기를 이용함을 결정한다. 여기서, 제 2 단계 빔 폭 크기는, 다수개의 단계로 정의된 빔 폭의 크기들 중에서 두 번째로 큰 크기를 갖는 빔 폭 크기를 의미하는 것으로서, 실시 예에 따라 BT 빔 훈련 방식에 다른 단계의 빔 폭 크기를 이용할 수도 있다. 이후, 네트워크 노드는 217단계로 진행하여 제 2 단계 빔 폭 크기를 갖는 송수신 빔을 이용하여 BT 빔 훈련을 수행하고, 하기 229단계로 진행한다. 이때, 네트워크 노드는 BT 빔 훈련을 통해 상대 네트워크 노드와의 최적의 송수신 빔을 선택할 수 있고, 선택된 송수신 빔을 이용하여 201단계에서 수행한 서비스의 데이터 송수신을 계속적으로 수행할 수 있다.
반면, 채널 상태가 제 1 빔 훈련 선택 조건을 만족하지 않는 경우, 네트워크 노드는 219단계로 진행하여 채널 상태가 제 2 빔 훈련 선택 조건을 만족하는지 여부를 검사한다. 즉, 네트워크 노드는 207단계를 통해 측정된 채널 링크 성능을 나타내는 채널 품질 인자 값을 제 2 빔 훈련 선택 조건에 대해 설정된 기준 값과 비교하여, 제 2 빔 훈련 선택 조건을 만족하는지 여부를 검사한다. 여기서, 제 2 빔 훈련 선택 조건에 대한 기준 값들이 MCS 레벨 0의 이용이 가능하도록 하는 최소 값들로 설정된 경우, 네트워크 노드는 측정된 채널 품질 인자 값과 제 2 빔 훈련 선택 조건에 대해 설정된 기준 값의 비교 결과를 기반으로 MCS 레벨 0의 사용 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 빔 훈련 선택 조건이 설정된 경우, 네트워크 노드는 채널 링크에 대한 성능으로 EVM을 측정하고, 측정된 EVM과 빔 훈련 수행 조건에 대해 설정된 EVMth3을 비교하여, 측정된 EVM값이 EVMth3보다 크거나 같을 경우 제 2 빔 훈련 선택 조건을 만족하고, MCS 레벨 n의 이용이 가능한 것으로 판단하고, 측정된 EVM값이 EVMth2보다 작을 경우 제 2 빔 훈련 선택 조건을 만족하지 않고, MCS 레벨 n의 이용이 불가능한 것으로 판단할 수 있다. EVM은 PER과 상관 관계가 높은 채널 품질 인자 값으로서, 사용자가 경험하는 서비스의 만족도를 구체적으로 나타낼 수 있다. 여기서는 EVM을 이용하여 제 2 빔 훈련 선택 조건을 만족하는지 검사하는 것을 예로 들었으나, 다른 채널 품질 인자 값, 혹은 다수 개의 채널 품질 인자 값을 이용하여 제 2 빔 훈련 선택 조건을 만족하는지 검사할 수 있다.
채널 상태가 제 2 빔 훈련 선택 조건을 만족하지 않는 경우, 네트워크 노드는 221단계로 진행하여 SLS 빔 훈련 방식을 선택하고, 제 1 단계 빔 폭 크기를 이용함을 결정한다. 여기서, 제 1 단계 빔 폭 크기는, 다수개의 단계로 정의된 빔 폭의 크기들 중에서 가장 큰 크기를 갖는 빔 폭 크기를 의미하는 것으로서, 실시 예에 따라 SLS 빔 훈련 방식에 다른 단계의 빔 폭 크기를 이용할 수도 있다. 이후, 네트워크 노드는 223단계로 진행하여 제 1 단계 빔 폭 크기를 갖는 송수신 빔을 이용하여 SLS 빔 훈련을 수행하고, 하기 229단계로 진행한다. 이때, 네트워크 노드는 SLS 빔 훈련을 통해 상대 네트워크 노드와의 최적의 송수신 빔을 선택할 수 있고, 선택된 송수신 빔을 이용하여 201단계에서 수행한 서비스의 데이터 송수신을 계속적으로 수행할 수 있다. 추가로, 네트워크 노드가 SLS 빔 훈련 시에, 상대 네트워크 노드는 도 4c에 도시된 바와 같이, 특정한 빔 방향을 형성하지 않고, 전 방향으로 동일한 게인(gain)을 갖도록 해야 한다.
반면, 채널 상태가 제 2 빔 훈련 선택 조건을 만족하는 경우, 네트워크 노드는 225단계로 진행하여 BRP 빔 훈련 방식을 선택하고, 제 1 단계 빔 폭 크기를 이용함을 결정한다. 여기서, 제 1 단계 빔 폭 크기는, 다수개의 단계로 정의된 빔 폭의 크기들 중에서 가장 큰 크기를 갖는 빔 폭 크기를 의미하는 것으로서, 실시 예에 따라 BRP 빔 훈련 방식에 다른 단계의 빔 폭 크기를 이용할 수도 있다. 이후, 네트워크 노드는 227단계로 진행하여 제 1 단계 빔 폭 크기를 갖는 송수신 빔을 이용하여 BRP 빔 훈련을 수행하고, 하기 229단계로 진행한다. 이때, 네트워크 노드는 BRP 빔 훈련을 통해 상대 네트워크 노드와의 최적의 송수신 빔을 선택할 수 있고, 선택된 송수신 빔을 이용하여 201단계에서 수행한 서비스의 데이터 송수신을 계속적으로 수행할 수 있다.
이후, 네트워크 노드는 229단계에서 빔 훈련을 기반으로 선택된 송수신 빔에 대한 채널 상태가 빔 훈련 반복 조건을 만족하는지 여부를 검사한다. 즉, 네트워크 노드는 217단계의 BT 빔 훈련, 223단계의 SLS 빔 훈련, 혹은 227단계의 BRP 빔 훈련 수행에 의해 선택된 송수신 빔에 대한 채널 링크 성능을 나타내는 채널 품질 인자 값을 측정하고, 측정된 채널 품질 인자 값과 빔 훈련 반복 조건에 대해 설정된 기준 값을 비교하여, 빔 훈련 반복 조건을 만족하는지 여부를 검사한다. 여기서, 빔 훈련 반복 조건에 대한 기준 값들이 MCS 레벨 n의 이용이 가능하도록 하는 최소 값들로 설정된 경우, 네트워크 노드는 측정된 채널 품질 인자 값과 빔 훈련 반복 조건에 대해 설정된 기준 값의 비교 결과를 기반으로 MCS 레벨 n의 사용 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 빔 훈련 반복 조건이 설정된 경우, 네트워크 노드는 채널 링크에 대한 성능으로 EVM을 측정하고, 측정된 EVM과 빔 훈련 수행 조건에 대해 설정된 EVMth4를 비교하여, 측정된 EVM값이 EVMth4보다 작을 경우 빔 훈련 반복 조건을 만족하지 않고, MCS 레벨 n의 이용이 가능한 것으로 판단하고, 측정된 EVM값이 EVMth4보다 작거나 같을 경우 빔 훈련 반복 조건을 만족하고, MCS 레벨 n의 이용이 불가능한 것으로 판단할 수 있다. EVM은 PER과 상관 관계가 높은 채널 품질 인자 값으로서, 사용자가 경험하는 서비스의 만족도를 구체적으로 나타낼 수 있다. 여기서는 EVM을 이용하여 빔 훈련 반복 조건을 만족하는지 검사하는 것을 예로 들었으나, 다른 채널 품질 인자 값, 혹은 다수 개의 채널 품질 인자 값을 이용하여 빔 훈련 반복 조건을 만족하는지 검사할 수 있다.
만일, 빔 훈련을 기반으로 선택된 송수신 빔에 대한 채널 상태가 빔 훈련 반복 조건을 만족하지 않는 경우, 네트워크 노드는 빔 훈련을 기반으로 선택된 송수신 빔을 통해 서비스를 위한 데이터 송수신을 계속하여 수행하고, 본 발명의 실시 예에 따른 절차를 종료한다.
반면, 빔 훈련을 기반으로 선택된 송수신 빔에 대한 채널 상태가 빔 훈련 반복 조건을 만족하는 경우, 네트워크 노드는 231단계에서 해당 빔 훈련 반복하여 수행함을 선택하고, 빔 폭의 크기를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 이전에 제 1 단계 빔폭 크기로 BRP 빔 훈련을 수행한 경우, 네트워크 노드는 제 1 단계 빔폭 크기보다 작은 빔폭 크기를 갖는 제 2 단계 빔폭 크기로 BRP 빔 훈련을 재수행함을 결정할 수 있다. 다른 예로, 이전에 제 1 단계 빔폭 크기로 SLS 빔 훈련을 수행한 경우, 네트워크 노드는 제 1 단계 빔폭 크기보다 작은 빔폭 크기를 갖는 제 2 단계 빔폭 크기로 SLS 빔 훈련을 재수행함을 결정할 수 있다. 또 다른 예로, 이전에 제 2 단계 빔폭 크기로 BT 빔 훈련을 수행한 경우, 네트워크 노드는 제 2 단계 빔폭 크기보다 작은 빔폭 크기를 갖는 제 3 단계 빔폭 크기로 BT 빔 훈련을 재수행함을 결정할 수 있다. 다른 실시 예로, 네트워크 노드는 빔 반복 훈련 수행 시, 이전 빔 훈련 방식과 다른 빔 훈련 방식을 선택할 수 있다. 예를 들어, 이전에 SLS 빔 훈련을 수행한 경우, BRP 빔 훈련 방식을 선택하여 빔 훈련을 반복함을 결정할 수 있다.
이후, 네트워크 노드는 233단계에서 감소된 빔 폭 크기로 해당 빔 훈련을 반복하여 수행한다. 이에 따라, 네트워크 노드는 상대 네트워크 노드와의 최적의 송수신 빔을 재선택할 수 있고, 재선택된 송수신 빔을 이용하여 201단계에서 수행한 서비스의 데이터 송수신을 계속하여 수행할 수 있다. 이후, 네트워크 노드는 본 발명의 실시 예에 따른 절차를 종료한다.
상술한 각 빔 훈련 방식(SLS, BRP, BT)은 하드웨어 구성 요소, 소프트웨어 구성 요소, 혹은 하드웨어 구성 요소와 소프트웨어 구성 요소를 결합하여 구현할 수 있다. 실시 예에 따라 각 빔 훈련 방식은 하드웨어 구성 요소를 이용하여 구현하면서, 하드웨어 구성 요소에 대해 일반적인 데이터 송신 상태 및 데이터 수신 상태와 구분되는 빔 훈련을 위한 별도의 상태를 정의할 수 있다. 예를 들어, 하드웨어 구성 요소인 FSM(Finite State Machine) 상에 빔포밍 상태를 정의할 수 있다. 이와 같이 하드웨어 구성 요소에 별도의 빔포밍 상태를 정의할 경우, BRP 빔 훈련 시, BRP 프레임 사이의 간격을 3us로 보장할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 통신 시스템에서 빔 훈련을 위한 네트워크 노드의 방법에 있어서,
    상대 네트워크 노드와 상기 네트워크 노드 사이의 채널 링크의 적어도 두 가지 유형의 성능들을 나타내는 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 측정하는 과정과,
    상기 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 기반으로 복수의 빔 훈련 방식들 중에서 빔 훈련 방식을 선택하는 과정과,
    상기 선택된 빔 훈련 방식으로 상기 상대 네트워크 노드와의 빔 훈련을 수행하는 과정과,
    상기 빔 훈련의 수행 결과를 기반으로 송신 빔을 선택하는 과정과,
    상기 선택된 송신 빔을 이용하여 상기 상대 네트워크와의 채널 링크를 형성하는 과정과,
    상기 채널 링크를 통하여 상기 상대 네트워크와 통신을 수행하는 과정과,
    상기 선택된 송신 빔을 이용하여 상기 채널 링크의 적어도 두 가지 유형의 성능들을 나타내는 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 측정하는 과정과,
    상기 선택된 송신 빔과 적어도 두 가지 유형의 기준 인자 값들을 이용하여 상기 채널 링크의 상기 적어도 두 가지 유형의 성능들을 나타내는 상기 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 기반으로 빔 훈련 반복 수행 여부를 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상대 네트워크 노드와의 빔 훈련을 수행하는 과정은,
    상기 선택된 빔 훈련 방식을 기반으로 적어도 하나의 빔의 방향 및 빔 폭을 결정하는 과정과,
    상기 적어도 하나의 빔을 이용하여 상기 상대 네트워크 노드에게 빔 훈련 신호를 송신하는 과정을 포함하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 빔 훈련 반복 수행이 결정될 시, 상기 빔 훈련 반복 수행시에 이용될 빔 폭 크기를 결정하는 과정을 더 포함하며,
    상기 빔 훈련 반복 수행시에 이용될 빔 폭 크기는, 이전 빔 훈련에 이용된 빔 폭 크기보다 작은 크기로 결정하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 두 가지 유형의 기준 인자 값들은 적어도 두 가지 유형의 서비스 요구 품질들을 기반으로 각 인자 값 별로 설정되는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 기반으로 상기 빔 훈련 방식을 선택하는 과정은,
    상기 측정된 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 미리 설정된 적어도 두 가지 유형의 기준 인자 값들과 비교하는 과정과,
    상기 비교 결과를 기반으로 상기 복수의 빔 훈련 방식들 중 하나의 빔 훈련 방식을 선택하는 과정을 포함하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 빔 훈련 방식들은, SLS(Sector Level Sweep) 빔 훈련 방식, BRP(Beam Refinement Protocol) 빔 훈련 방식, 및 BT(Beam Tracking) 빔 훈련 방식 중 적어도 둘을 포함하는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 두 가지 유형의 인자 값들은, EVM(Error Vector Magnitude), SINR(Signal to Interference and Noise Ratio), RSSI(Received Signal Strength Indication), PER(Packet Error Rate), 및 Tput(Throughput) 중 적어도 둘을 포함하는 방법.
  8. 통신 시스템에서 빔 훈련을 위한 네트워크 노드의 장치에 있어서,
    적어도 하나의 트랜시버; 및
    상기 적어도 하나의 트랜시버와 기능적으로 연결된 적어도 하나의 프로세서를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상대 네트워크 노드와 상기 네트워크 노드 사이의 채널 링크의 적어도 두 가지 유형의 성능들을 나타내는 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 측정하고,
    상기 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 기반으로 복수의 빔 훈련 방식들 중에서 빔 훈련 방식을 선택하며,
    상기 선택된 빔 훈련 방식으로 상기 상대 네트워크 노드와의 빔 훈련을 수행하고,
    상기 빔 훈련의 수행 결과를 기반으로 송신 빔을 선택하며,
    상기 선택된 송신 빔을 이용하여 상기 상대 네트워크와의 채널 링크를 형성하고,
    상기 채널 링크를 통하여 상기 상대 네트워크와 통신을 수행하며,
    상기 선택된 송신 빔을 이용하여 상기 채널 링크의 적어도 두 가지 유형의 성능들을 나타내는 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 측정하고,
    상기 선택된 송신 빔과 적어도 두 가지 유형의 기준 인자 값들을 이용하여 상기 채널 링크의 상기 적어도 두 가지 유형의 성능들을 나타내는 상기 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 기반으로 빔 훈련 반복 수행 여부를 결정하도록 구성된 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 선택된 빔 훈련 방식을 기반으로 적어도 하나의 빔의 방향 및 빔 폭 크기를 결정하고,
    상기 적어도 하나의 빔을 이용하여 상기 상대 네트워크 노드에게 빔 훈련 신호를 송수신하도록 더 구성된 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 빔 훈련 반복 수행이 결정될 시, 상기 빔 훈련 반복 수행시에 이용될 빔 폭 크기를 결정하며,
    상기 빔 훈련 반복 수행시에 이용될 빔 폭 크기는, 이전 빔 훈련에 이용된 빔 폭 크기보다 작은 크기를 갖도록 결정하도록 더 구성된 장치.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 적어도 두 가지 유형의 기준 인자 값들은 적어도 두 가지 유형의 서비스 요구 품질들을 기반으로 각 인자 값 별로 설정되는 장치.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 측정된 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 미리 설정된 적어도 두 가지 유형의 기준 인자 값들과 비교하고,
    상기 비교 결과를 기반으로 상기 복수의 빔 훈련 방식들 중 하나의 빔 훈련 방식을 선택하도록 더 구성된 장치.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수의 빔 훈련 방식들은, SLS(Sector Level Sweep) 빔 훈련 방식, BRP(Beam Refinement Protocol) 빔 훈련 방식, 및 BT(Beam Tracking) 빔 훈련 방식 중 적어도 둘을 포함하는 장치.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 적어도 두 가지 유형의 인자 값들은, EVM(Error Vector Magnitude), SINR(Signal to Interference and Noise Ratio), RSSI(Received Signal Strength Indication), PER(Packet Error Rate), 및 Tput(Throughput) 중 적어도 둘을 포함하는 장치.
  15. 통신 시스템에서 빔 훈련을 위한 네트워크 노드의 방법에 있어서,
    상대 네트워크 노드와 상기 네트워크 노드 사이의 채널 링크의 성능을 나타내는 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 측정하는 과정과,
    상기 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 기반으로 복수의 빔 훈련 방식들 중에서 빔 훈련 방식을 선택하는 과정과,
    상기 선택된 빔 훈련 방식으로 상기 상대 네트워크 노드와의 빔 훈련을 수행하는 과정과,
    상기 빔 훈련의 수행 결과를 기반으로 수신 빔을 선택하는 과정과,
    상기 선택된 수신 빔을 이용하여 상기 상대 네트워크와의 채널 링크를 형성하는 과정과,
    상기 채널 링크를 통하여 상기 상대 네트워크와 통신을 수행하는 과정과,
    상기 선택된 수신 빔을 이용한 채널 링크의 적어도 두 가지 유형의 성능들을 나타내는 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 측정하는 과정과,
    상기 선택된 수신 빔과 적어도 두 가지 유형의 기준 인자 값들을 이용하여 상기 채널 링크의 상기 적어도 두 가지 유형의 성능들을 나타내는 상기 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 기반으로 빔 훈련 반복 수행 여부를 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 적어도 두 가지 유형의 인자 값들은, EVM(Error Vector Magnitude), SINR(Signal to Interference and Noise Ratio), RSSI(Received Signal Strength Indication), PER(Packet Error Rate), 및 Tput(Throughput) 중 적어도 둘을 포함하는 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 복수의 빔 훈련 방식들은, SLS(Sector Level Sweep) 빔 훈련 방식, BRP(Beam Refinement Protocol) 빔 훈련 방식, 및 BT(Beam Tracking) 빔 훈련 방식 중 적어도 둘을 포함하는 방법.
  18. 통신 시스템에서 빔 훈련을 위한 네트워크 노드의 장치에 있어서,
    적어도 하나의 트랜시버; 및
    상기 적어도 하나의 트랜시버와 기능적으로 연결된 적어도 하나의 프로세서를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상대 네트워크 노드와 상기 네트워크 노드 사이의 채널 링크의 성능을 나타내는 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 측정하고,
    상기 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 기반으로 복수의 빔 훈련 방식들 중에서 빔 훈련 방식을 선택하며,
    상기 선택된 빔 훈련 방식으로 상기 상대 네트워크 노드와의 빔 훈련을 수행하고,
    상기 빔 훈련의 수행 결과를 기반으로 수신 빔을 선택하며,
    상기 선택된 수신 빔을 이용하여 상기 상대 네트워크와의 채널 링크를 형성하고,
    상기 채널 링크를 통하여 상기 상대 네트워크와 통신을 수행하며,
    상기 선택된 수신 빔을 이용한 채널 링크의 적어도 두 가지 유형의 성능들을 나타내는 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 측정하고,
    상기 선택된 수신 빔과 적어도 두 가지 유형의 기준 인자 값들을 이용하여 상기 채널 링크의 상기 적어도 두 가지 유형의 성능들을 나타내는 상기 적어도 두 가지 유형의 인자 값들을 기반으로 빔 훈련 반복 수행 여부를 결정하도록 구성된 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 적어도 두 가지 유형의 인자 값들은, EVM(Error Vector Magnitude), SINR(Signal to Interference and Noise Ratio), RSSI(Received Signal Strength Indication), PER(Packet Error Rate), 및 Tput(Throughput) 중 적어도 둘을 포함하는 장치.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 복수의 빔 훈련 방식들은, SLS(Sector Level Sweep) 빔 훈련 방식, BRP(Beam Refinement Protocol) 빔 훈련 방식, 및 BT(Beam Tracking) 빔 훈련 방식 중 적어도 둘을 포함하는 장치.
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