KR102138813B1 - 기지국장치 및 기지국장치의 동작 방법 - Google Patents

기지국장치 및 기지국장치의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기반의 안테나를 이용한 빔포밍(Beamforming) 수행에 있어서 빔 스티어링(Beam Steering: 조향성)의 정확도 제고를 위한 기지국장치 및 기지국장치의 동작 방법에 관한 것이다.

Description

기지국장치 및 기지국장치의 동작 방법{BASE STATION, AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 다중 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기반의 안테나를 이용한 빔포밍(Beamforming) 수행에 있어서 빔 스티어링(Beam Steering: 조향성)의 정확도 제고를 위한 방안에 관한 것이다.
최근에는, 송신장치의 안테나 수 및 수신장치의 안테나 수를 다수 개 구비하는 것을 전제로 빔포밍 기술 기반의 통신을 수행함으로써, 주파수나 파워를 추가로 사용하지 않더라도 송신안테나 수 및 수신안테나 수와 비례하는 전송용량 이득을 기대할 수 있는 다양한 기술들이 등장하였고, 대표적으로는, MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술을 그 예로 들 수 있다.
이와 관련하여 MIMO 기술의 통신 시스템(이하, MIMO 시스템)에서의 송수신장치는, 빔포밍을 수행하기 위해 하드웨어적인 안테나 구조를 갖추는 것을 전제로 한다.
즉, 기존 3G, 4G 이동통신에서는, 2-Layer, 4-Layer 이하의 기지국 MIMO 구성을 통해 Static한 커버리지를 구성하였고, 현재 5G 환경 또는 향후의 6G 환경의 기지국에서는, 8-Layer, 16-Layer 이상의 Massive MIMO 구성을 통해 더 많은 수의 안테나 빔 패턴을 형성하는 것이 가능하게 되었다.
이와 관련하여 이러한, Massive MIMO 구성을 채택하고 있는 5G 기지국에서는, 무선환경 조건에 따라 Dynamic하게 빔 패턴을 형성하는 것이 가능하며, 이를 통해 기존과 동일한 셀 커버리지 내에 Data 용량 및 전파환경을 개선하는 효과를 얻을 수 있다.
그러나, 이처럼, 현재, 5G 기지국 Massive MIMO 구성은, 이처럼 3G, 4G 기지국 MIMO 구성 대비, 다수의 빔 패턴을 형성할 수 있는 반면, 증가되는 빔 패턴의 개수에 비례하여 각 빔 패턴의 폭이 좁아지는 것이 필연적이라 볼 수 있다.
따라서, 5G 환경에서는 단말에 대해 빔 패턴을 정확하게 지향(형성)하기 위해서는 위해서는, 좁아진 안테나 빔 패턴의 폭만큼 빔 스티어링(Beam Steering: 조향성) 정확도를 제고시킬 필요가 있다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 도달하고자 하는 목적은, 다중 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기반의 안테나를 이용한 빔포밍(Beamforming) 수행에 있어서 빔 스티어링(Beam Steering: 조향성)의 정확도를 제고하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국장치는, 빔 패턴을 통해 상기 기지국장치와 통신 링크가 형성된 단말에서의 이동 감지에 따라 상기 단말로부터 이동 감지 결과를 기초로 생성된 빔제어정보를 수신하는 수신부; 및 상기 빔제어정보를 기반으로 상기 단말에 대해 방사되고 있는 빔의 지향 방향을 조정하여, 상기 단말로부터 예측된 변동위치로 빔 패턴이 추적 형성되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 빔제어정보는, 상기 단말에 대해 방사되는 빔의 지향 방향 조정을 위해 요구되는 틸트 변수 값인 상기 단말의 이동변위정보를 포함하며, 상기 기지국장치는, 상기 이동변위정보를 기초로 상기 단말에 대해 예측되는 변동위치인 적어도 하나의 변동예측위치 각각에 대해서, 빔 패턴 형성을 위한 틸트 변수 값을 매칭시킨 빔포밍 코드북을 생성하는 생성부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 단말의 변동위치로 추적 형성된 빔 패턴을 통해서 상기 단말이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되지 않는 경우, 상기 빔포밍 코드북을 기초로 상기 적어도 하나의 변동예측위치 각각에 대해 유니캐스트 방식의 빔 패턴을 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 적어도 하나의 변동예측위치 중 특정 변동예측위치의 빔 패턴을 통해서 상기 단말이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되는 경우, 상기 특정 변동예측위치의 빔 패턴을 통해 상기 단말과의 통신 링크를 재 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 적어도 하나의 변동예측위치 각각의 빔 패턴 모두를 통해서 상기 단말이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되지 않는 핸드 오프 상황이 발생하는 경우, 상기 단말의 핸드 오프가 시도되는 인접 기지국장치로 상기 단말의 이동변위정보가 전달되도록 하여, 상기 인접 기지국장치에서 상기 단말의 이동변위정보에 기초하여 생성되는 빔포밍 코드북에 따라 상기 단말과의 통신 링크를 형성하도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 생성부는, 시간 영역에서의 상기 단말의 이동에 따른 위치 변화를 선형적으로 예측하는 자기 상관 함수 기반의 선형예측알고리즘을 통해 상기 빔포밍 코드북을 생성할 수 있다.
구체적으로, 상기 생성부는, 상기 단말의 이동 거리가 임계 거리 이상인 비 선형적 이동인 경우, 상기 단말의 이동 속도를 기준으로 임계 속도 이상의 위치 변화에 대한 선형화를 위해 빔 패턴의 간격을 설정 간격으로 좁게 설정하는 오프셋(offset) 보정을 거쳐 상기 빔포밍 코드북을 생성하며, 임계 속도 미만의 위치 변화에 대해서는 선형화를 위해 빔 패턴의 간격을 설정 간격으로 넓게 설정하는 오프셋 보정을 거쳐 상기 빔포밍 코드북을 생성할 수 있다.
구체적으로, 상기 빔포밍 코드북은, 상기 단말의 이동변위정보를 상기 기지국장치로부터 수신하여 갱신하는 코어 네트워크에서, 상기 기지국장치에 대해 상기 단말의 이동변위정보의 갱신 시마다 생성되어 상기 기지국장치로 전달될 수 있다.
구체적으로, 상기 이동변위정보는, 가속도를 시간에 대하여 적분한 속도(
Figure 112020010007510-pat00001
), 상기 속도(
Figure 112020010007510-pat00002
)를 시간에 대해 적분한 변위정보(
Figure 112020010007510-pat00003
), 각속도(
Figure 112020010007510-pat00004
)를 시간에 대해 적분한 변위각도(
Figure 112020010007510-pat00005
), 상기 변위각도(
Figure 112020010007510-pat00006
)의 누적을 통해 확인되는 이동방향(
Figure 112020010007510-pat00007
), 및 고도(
Figure 112020010007510-pat00008
) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국장치의 동작 방법은, 빔 패턴을 통해 상기 기지국장치와 통신 링크가 형성된 단말에서의 이동 감지에 따라 상기 단말로부터 이동 감지 결과를 기초로 생성된 빔제어정보를 수신하는 수신단계; 및 상기 빔제어정보를 기반으로 상기 단말에 대해 방사되고 있는 빔의 지향 방향을 조정하여, 상기 단말로부터 예측된 변동위치로 빔 패턴이 추적 형성되도록 제어하는 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 빔제어정보는, 상기 단말에 대해 방사되는 빔의 지향 방향 조정을 위해 요구되는 틸트 변수 값인 상기 단말의 이동변위정보를 포함하며, 상기 방법은, 상기 이동변위정보를 기초로 상기 단말에 대해 예측되는 변동위치인 적어도 하나의 변동예측위치 각각에 대해서, 빔 패턴 형성을 위한 틸트 변수 값을 매칭시킨 빔포밍 코드북을 생성하는 생성단계를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어단계는, 상기 단말의 변동위치로 추적 형성된 빔 패턴을 통해서 상기 단말이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되지 않는 경우, 상기 빔포밍 코드북을 기초로 상기 적어도 하나의 변동예측위치 각각에 대해 유니캐스트 방식의 빔 패턴을 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어단계는, 상기 적어도 하나의 변동예측위치 중 특정 변동예측위치의 빔 패턴을 통해서 상기 단말이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되는 경우, 상기 특정 변동예측위치의 빔 패턴을 통해 상기 단말과의 통신 링크를 재 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어단계는, 상기 적어도 하나의 변동예측위치 각각의 빔 패턴 모두를 통해서 상기 단말이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되지 않는 핸드 오프 상황이 발생하는 경우, 상기 단말의 핸드 오프가 시도되는 인접 기지국장치로 상기 단말의 이동변위정보가 전달되도록 하여, 상기 인접 기지국장치에서 상기 단말의 이동변위정보에 기초하여 생성되는 빔포밍 코드북에 따라 상기 단말과의 통신 링크를 형성하도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 생성단계는, 시간 영역에서의 상기 단말의 이동에 따른 위치 변화를 선형적으로 예측하는 자기 상관 함수 기반의 선형예측알고리즘을 통해 상기 빔포밍 코드북을 생성할 수 있다.
구체적으로, 상기 생성단계는, 상기 단말의 이동 거리가 임계 거리 이상인 비 선형적 이동인 경우, 상기 단말의 이동 속도를 기준으로 임계 속도 이상의 위치 변화에 대한 선형화를 위해 빔 패턴의 간격을 설정 간격으로 좁게 설정하는 오프셋(offset) 보정을 거쳐 상기 빔포밍 코드북을 생성하며, 임계 속도 미만의 위치 변화에 대해서는 선형화를 위해 빔 패턴의 간격을 설정 간격으로 넓게 설정하는 오프셋 보정을 거쳐 상기 빔포밍 코드북을 생성할 수 있다.
구체적으로, 상기 빔포밍 코드북은, 상기 단말의 이동변위정보를 상기 기지국장치로부터 수신하여 갱신하는 코어 네트워크에서, 상기 기지국장치에 대해 상기 단말의 이동변위정보의 갱신 시마다 생성되어 상기 기지국장치로 전달될 수 있다.
구체적으로, 상기 이동변위정보는, 가속도를 시간에 대하여 적분한 속도(
Figure 112020010007510-pat00009
), 상기 속도(
Figure 112020010007510-pat00010
)를 시간에 대해 적분한 변위정보(
Figure 112020010007510-pat00011
), 각속도(
Figure 112020010007510-pat00012
)를 시간에 대해 적분한 변위각도(
Figure 112020010007510-pat00013
), 상기 변위각도(
Figure 112020010007510-pat00014
)의 누적을 통해 확인되는 이동방향(
Figure 112020010007510-pat00015
), 및 고도(
Figure 112020010007510-pat00016
) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이에, 본 발명의 기지국장치 및 기지국장치의 동작 방법에 의하면, 단말에서 직접 이동을 감지하여 생성(계산)한 빔제어정보(이동변위정보)를 빔의 지향 방향 조정을 위해 요구되는 틸트 변수 값으로 그대로 입력하는 방식인 유니캐스트 방식을 통해 커버리지 내 신규 진입한 단말을 찾거나 커버리지 내에서 이동중인 단말을 추적하는 것이 가능해지므로, 브로드캐스트 방식을 통해 빔 패턴을 형성하는 기존 5G 환경에서보다 빔 스티어링(Beam Steering: 조향성)의 정확도를 제고시킴과 아울러, 전력 소모를 최소화할 수 있다.
도 1은 기존 5G 환경에서의 빔포밍 방식을 설명하기 위한 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 환경을 설명하기 위한 예시도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동변위정보를 설명하기 위한 예시도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 안테나를 설명하기 위한 예시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국장치의 개략적인 구성도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수식 틸트 조정 방식을 설명하기 위한 예시도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평 틸트 조정 방식을 설명하기 위한 예시도.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 코드북 생성 방식을 설명하기 위한 예시도.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 코드북 기반의 빔 패턴 형성 방식을 설명하기 위한 예시도.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 MAC 프로토콜의 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 송신장치의 안테나 수 및 수신장치의 안테나 수를 다수 개 구비하는 것을 전제로 빔포밍 기술 기반의 통신을 수행하는 현재 5G 환경에 적용되거나 또는 향후의 6G 환경에서 적용될 수 있는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술을 다룬다.
특히, 본 발명의 일 실시예에서는, 현재 5G 환경에서, 8-Layer, 16-Layer 이상의 Massive MIMO 구성을 통해 기존 3G, 4G 환경이 채택하고 있는 2-Layer, 4-Layer 이하의 기지국 MIMO 구성대비 보다 많은 수의 안테나 빔 패턴을 형성하는 것을 전제 기술로서 상정한다.
일반적으로, 이러한 Massive MIMO 구성을 채택하고 있는 5G 기지국에서는, 무선환경 조건에 따라 Dynamic하게 빔 패턴을 형성하는 것이 가능하며, 이를 통해 기존과 동일한 셀 커버리지 내에 Data 용량 및 전파환경을 개선하는 효과를 얻을 수 있다는 장점이 존재한다.
한편, 특히 트래픽이 집중될 수 있는 예컨대, 도시 환경에서 이러한 Massive MIMO 구성을 채택하고 있는 5G 기지국에서는 위 장점을 구현하기 위해, 단말과 기지국간 발생하는 모든 신호와 반사 신호를 포함하는 다량의 데이터를 단일 코히어런트 광대역 신호로 결합하여 적시에 처리하기 위한 큰 서비스 대역폭을 제공할 필요가 있다.
이와 관련하여, 5G에서 단말 별로 유사한 수준의 큰 대역폭을 제공하는 방법으로는, 단말에 대해 매우 좁은 폭의 빔 패턴을 적용하여, 빔 패턴을 통해서 단말과 직접 데이터를 송수신하는 빔포밍 방식이 존재할 수 있다.
그러나, 이 경우, 2G, 3G 및 4G 환경에서 보다 훨씬 좁은 빔 폭을 가지게 되며, 이로 인해 단말의 짧은 이동에도 불구 단말의 변동 위치가 통신 링크가 형성된 빔 패턴의 커버리지를 쉽게 벗어나게 되어 서비스가 단절될 수 있다는 문제가 있다.
더욱이, 기존 5G 기지국에서는 브로드캐스트 방식에 따라 전체 커버리지를 대상으로 형성되는 빔 패턴을 통해, 자신의 커버리지에 진입한 단말을 스캔하여, 자신의 커버리지에 진입한 단말과 빔포밍 서비스를 위한 통신 링크를 형성할 수 있었다.
그러나, 브로드캐스트 방식에서는 커버리지 내 형성되는 빔 패턴의 개수만큼 기지국의 RF chain의 개수를 증가시키는 원인이 되며, 이로 인해 기지국과 단말 모두의 전력 소모를 가중시키는 또 다른 문제점을 야기할 수 있다.
이와 관련하여, 도 1에는 기존 5G 환경에서의 빔포밍 방식을 예시적으로 보여주고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기존 5G 환경에서의 기지국은, 자신의 커버리지에 신규 진입한 단말을 찾거나 또는 커버리지 내에서 이동중인 단말의 추적이 요구되는 경우, 브로드캐스트 방식에 따라 빔을 방사하여 전체 커버리지를 대상으로 빔 패턴(BRS_1~BRS_23)을 형성하게 된다.
이때, 단말은 이처럼 전체 커버리지를 대상으로 형성되는 빔 패턴(BRS_1~BRS_23) 중 자신의 위치화 매칭되는 빔 패턴 즉, 빔 패턴(BRS_1~BRS_23)을 통한 수신 신호 중 수신 상태가 가장 양호한 예컨대, BRS_3의 정보를 기지국으로 피드백할 수 있다.
이에 대해 기지국은, 빔 패턴(BRS_3)을 통한 단말의 피드백에 따라 단말에 대한 위치 등록과 동기화 절차를 완료하여 빔 패턴(BRS_3)을 통한 단말과의 통신 링크를 형성할 수 있게 된다.
이처럼, 기존 5G 환경에서는, 자신의 커버리지 내 신규 진입한 단말을 찾거나 커버리지 내에서 이동하는 단말을 추적하기 위해 브로드캐스트 방식을 통해 전체 커버리지를 대상으로 빔 패턴을 형성하는 것이 요구됨을 확인할 수 있으며, 결국, 이는 기지국의 RF chain의 개수를 증가시켜 기지국과 단말 모두의 전력 소모 증가를 야기시킬 수 있는 것이다.
더욱이, 이러한, 기존 5G 환경에서 기지국에 접속되는 단말의 개수가 증가되는 경우, 위에서 언급한 한계점은 가중될 수 있음을 예상할 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에서는 기지국의 커버리지 내 신규 진입한 단말을 찾거나 커버리지 내에서 이동중인 단말을 추적함에 있어서, 좁아진 안테나 빔 패턴의 폭만큼 빔 스티어링(Beam Steering: 조향성)의 정확도를 제고시킴과 아울러, 전력 소모를 최소화할 수 있는 새로운 방안을 제안하고자 한다.
이와 관련하여, 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 환경을 예시적으로 보여주고 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 환경에서는, 빔제어정보를 생성하여 전송하는 단말(10), 및 단말(10)로부터 수신되는 빔제어정보에 따라 단말(10)에 대한 빔의 지향 방향을 조정하는 기지국장치(20)를 포함할 수 있다.
여기서, 빔제어정보는, 단말(10)에서의 이동 감지에 따라 단말(10)에서 예컨대, 도 3에 도시한 바와 같은 가속도 센서(Acceleration Sensor)와, 자이로 센서(Gyro Sensor)의 센싱 값을 토대로 직접 생성(계산)되는 이동변위정보를 포함하게 된다.
이러한, 이동변위정보는, 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이 단말(10)에 대해 방사되는 빔의 지향 방향 조정을 위해 요구되는 틸트 변수 값으로서, 가속도 센서(Acceleration Sensor)로부터 확인되는 가속도를 시간에 대하여 적분한 속도(
Figure 112020010007510-pat00017
), 속도(
Figure 112020010007510-pat00018
)를 시간에 대해 적분한 변위정보(
Figure 112020010007510-pat00019
)와, 그리고 자이로 센서(Gyro Sensor)로부터 확인되는 각속도(
Figure 112020010007510-pat00020
)를 시간에 대해 적분한 변위각도(
Figure 112020010007510-pat00021
), 변위각도(
Figure 112020010007510-pat00022
)의 누적을 통해 확인되는 이동방향(
Figure 112020010007510-pat00023
) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동변위정보는, 전술한 변수 값 이외에, 기압센서(Barometer)로부터 확인되는 고도(
Figure 112020010007510-pat00024
)를 더 포함할 수 있음은 물론이다.
참고로, 이러한, 이동변위정보는 예컨대 아래 [수식 1] 및 [수식 2]에 의해 계산될 수 있다.
[수식 1]
Figure 112020010007510-pat00025
[수식 2]
Figure 112020010007510-pat00026
기지국장치(20)는 단말(10)에 대한 빔의 지향 방향을 단말(10)로부터 수신되는 빔제어정보에 따라서 조정할 수 있는, 예컨대, 5G 기지국으로 이해될 수 있다.
이러한, 기지국장치(20)는 빔의 지향 방향 조정을 위한 빔제어정보를 스스로 결정해야 하는 기존 5G 환경에서의 기지국과는 달리, 단말(10)에서 생성한 빔제어정보를 그대로 반영하여 단말(10)에 대한 빔의 지향 방향을 조정할 수 있다는 점에서 특징을 갖는다고 볼 수 있다.
이러한, 기지국장치(20)는 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이 Massive MIMO 기반의 빔포밍 안테나를 포함할 수 있다.
여기서의 빔포밍 안테나는, 64개 TDD RF스위치에 송신, 수신 안테나를 분리하여 송수신 안테나를 각각 64개씩을 구성될 수 있으며, 이를 기반으로 수직과 수평 틸트를 동시에 제어함으로써 3D 빔포밍을 가능하게 할 수 있다.
즉, 수직 8개에 의한 RF 빔포밍(E-Tilt 용도-주용도는 커버리지 개선)과 수평 4개에 의한 통화자 개별단위의 디지털 빔포밍(빔포밍된 통화자 개인셀의 품질 개선을 위한 용도)을 수행할 수 있는 것이다.
여기서, 64개 송신앰프는 급전선 없이 안테나 뒷면에 부착될 수 있다.
참고로, 도 6에는 이러한 빔포밍 안테나의 원리를 예시적으로 보여주고 있다.
또한, 기지국장치(20)는 단말(10)로부터 수신되는 빔제어정보 내 이동변위정보로부터 커버리지 내에서 이동하는 단말(10)의 변경위치를 예측하여 그에 따른 틸트 변수 값을 매칭시킨 빔포밍 코드북을 생성할 수 있다.
이처럼, 빔포밍 코드북은, 커버리지 내에서 이동하는 단말(10)의 변경위치를 예측하여 그에 따른 틸트 변수 값을 매칭시킨 결과로서 기지국장치(20)에서의 유니캐스트 방식에 따른 빔 패턴 형성을 지원할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 환경에서는, 전술한 구성 이외에, 코어 네트워크에 위치한 코어망장치(30)를 더 포함할 수 있다.
이러한, 코어망장치(30)는 전술한 빔포밍 코드북이 기지국장치(20)에서 직접 생성되지 않은 환경을 고려한 구성으로 이해될 수 있다.
이 경우, 코어망장치(30)는 기지국장치(20)로부터 단말(10)에 대한 이동변위정보를 수신하여 갱신 저장하고, 기지국장치(20)로부터의 요청에 따라 단말(10)에 대해 갱신 저장되는 이동변위정보를 반영한 빔포밍 코드북을 생성하여 기지국장치(20)로 제공할 수 있다.
뿐만 아니라, 코어망장치(30)는 단말(10)이 인접 기지국장치(도시 안됨)로 핸드 오프되는 상황을 고려하여, 기지국장치(20)로부터 수신된 단말(10)의 이동변위정보를 반영한 빔포밍 코드북을 생성하여 인접 기지국장치(도시 안됨)로 제공할 수 있다.
이는, 인접 기지국장치(도시 안됨)에 대해서도 빔포밍 코드북을 활용한 유니캐스트 방식의 빔 패턴 형성을 지원하기 위함으로 이해될 수 있다.
이상 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 환경에서는, 전술한 구성을 통해 기지국의 커버리지 내 신규 진입한 단말을 찾거나 커버리지 내에서 이동중인 단말을 추적함에 있어서, 유니캐스트 방식의 빔 패턴 형성을 통해 빔 스티어링(Beam Steering: 조향성)의 정확도를 제고시킴과 아울러, 전력 소모를 최소화할 수 있는데, 이하에서는, 이를 실현하기 위한 기지국장치(20)의 구성에 대해 보다 구체적인 설명을 이어 가기로 한다.
한편, 이하의 설명에서는, 기지국장치(20)의 커버리지에 위치한 단말(10)에 대해 특정 빔 패턴을 통해 통신 링크가 이미 형성된 상태임을 전제하며, 또한, 기지국장치(20)에서 빔포밍 코드북을 직접 생성하는 실시예를 전제하기로 한다.
여기서, 단말(10)이 기지국장치(20)의 커버리지로 초기 진입한 경우(단말에 대해 빔포밍 코드북이 생성되지 않은 경우)라면, 도 1을 참조하여 기존 5G 환경에서와 마찬가지로 브로드캐스트 방식을 통해 단말(10)과의 통신 링크가 형성될 수 있음을 이해할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국장치(20)의 개략적인 구성을 보여주고 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국장치(20)는 빔제어정보를 수신하는 수신부(21), 및 빔 패턴의 형성을 제어하는 제어부(22)를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국장치(20)는 전술한 구성 이외에, 빔포밍 코드북을 생성하는 생성부(23)를 더 포함할 수 있다.
이러한, 이러한 기지국장치(20)의 전체 구성 내지는 적어도 일부는 하드웨어 모듈 형태 또는 소프트웨어 모듈 형태로 구현되거나, 내지는 하드웨어 모듈과 소프트웨어 모듈이 조합된 형태로도 구현될 수 있다.
여기서, 소프트웨어 모듈이란, 예컨대, 기지국장치(20) 내에서 연산을 처리하는 프로세서에 의해 실행되는 명령어로 이해될 수 있으며, 이러한 명령어는 기지국장치(20) 내 별도의 메모리에 탑재된 형태를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국장치(20)는 전술한 구성 이외에, 셀 내 위치한 단말(UE)과의 실질적인 통신을 기능을 담당하는 RF 모듈인 통신부(24)를 더 포함하는 구성을 가질 수 있다.
여기서, 통신부(24)는 예컨대, 안테나 시스템, RF 송수신기, 하나 이상의 증폭기, 튜너, 하나 이상의 발진기, 디지털 신호 처리기, 코덱(CODEC) 칩셋, 및 메모리 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않으며, 이 기능을 수행하는 공지의 회로는 모두 포함할 수 있다.
이상 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국장치(20)는 전술한 구성을 통해, 커버리지에 위치한 단말(10)에 대해 유니캐스트 방식으로 빔 패턴을 형성할 수 있는데, 이하에서는 이를 실현하기 위한 기지국장치(20) 내 각 구성에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
수신부(21)는 빔제어정보를 수신하는 기능을 수행한다.
보다 구체적으로, 수신부(21)는 빔 패턴을 통해 통신 링크가 형성된 단말(10)에서의 이동 감지에 따라 단말(10)로부터 이동 감지 결과를 기초로 생성된 빔제어정보를 수신하게 된다.
여기서, 단말(10)로부터 수신되는 빔제어정보에는 단말(10)에 대해 방사되는 빔의 지향 방향 조정을 위해 요구되는 틸트 변수 값인 단말(10)의 이동변위정보를 포함한다.
또한, 이러한 이동변위정보에는, 가속도를 시간에 대하여 적분한 속도(
Figure 112020010007510-pat00027
), 상기 속도(
Figure 112020010007510-pat00028
)를 시간에 대해 적분한 변위정보(
Figure 112020010007510-pat00029
), 각속도(
Figure 112020010007510-pat00030
)를 시간에 대해 적분한 변위각도(
Figure 112020010007510-pat00031
), 상기 변위각도(
Figure 112020010007510-pat00032
)의 누적을 통해 확인되는 이동방향(
Figure 112020010007510-pat00033
), 및 고도(
Figure 112020010007510-pat00034
) 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동변위정보에는, 전술한 이동변위정보뿐만 아니라, 단말(10)에서 지원하는 GPS 기능을 통해 측정된 위치정보(위경도)가 더 포함될 수 있음은 물론이다.
제어부(22)는 빔 패턴의 형성을 제어하는 기능을 수신한다.
보다 구체적으로, 제어부(22)는 단말(10)로부터 빔제어정보 수신에 따라 단말(10)에 대해 방사되고 있는 빔의 지향 방향을 조정하여, 단말의 이동에 따른 변동위치로 빔 패턴이 추적 형성되도록 제어하게 된다.
이때, 제어부(22)는 예컨대, 도 8에서와 같이 단말(10)과 통신 링크가 형성된 빔 패턴(BRS_3)를 통해 단말(10)로부터 빔제어정보가 수신되는 경우, 빔제어정보 내 이동변위정보(
Figure 112020010007510-pat00035
,
Figure 112020010007510-pat00036
,
Figure 112020010007510-pat00037
,
Figure 112020010007510-pat00038
,
Figure 112020010007510-pat00039
)를 빔의 지향 방향 조정을 위해 요구되는 수직 틸트 변수 값으로 반영함으로써, 단말(10)로부터 예측된 변동위치로 빔 패턴(BRS_2)이 추적 형성되도록 제어할 수 있다.
나아가, 제어부(22)는 단말(10)에 대해 추적 형성된 빔 패턴(BRS_2)을 통해서 변동 위치에서 단말(10)이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신된 경우, 해당 신호로부터 확인되는 빔제어정보 내 이동변위정보(
Figure 112020010007510-pat00040
,
Figure 112020010007510-pat00041
,
Figure 112020010007510-pat00042
,
Figure 112020010007510-pat00043
,
Figure 112020010007510-pat00044
)를 수평 틸트 변수 값으로 그대로 반영함으로써, 단말(10)에 대한 빔의 지향 방향을 미세 조정하게 된다.
참고로, 도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평 빔포밍 방식을 예시적으로 보여주고 있다.
도 9는 단말(10)이 기존 위치에서 오른쪽 30도 방향으로 이동한 경우를 가정하고 있다.
이 경우, 오른쪽 30도 방향을 고려하면 거리차에 의해 안테나에서 송신 되어 단말(10)로 수신되는 수신신호 a는 수신신호 b보다 ¼ 파장 늦게 도착한다.
즉, a가 b보다 90도 늦게 도착한다.
그런데 안테나에서 송신신호 B를 90도 늦게 출발 시켰기 때문에, 결과적으로는 수신신호 a와 b가 동일한 위상으로 도착해 신호의 합산으로 수신 세기가 최대화 될 수 있다.
즉, 오른쪽으로 30도 빔포밍이 이루어진 것으로 이해될 수 있다.
결국, 본 발명의 일 실시예에서는 안테나 송신신호 A와 B의 위상을 제어해 자유로운 방향으로 빔포밍이 될 수 있으며, 이는, 단말(10) 이동을 실시간으로 정확히 감지하여 미리 빔 패턴의 방향을 변경할 수 있음으로도 해석될 수 있다.
또한, 제어부(22)는 빔포밍 코드북이 생성되도록 제어하는 기능을 수행한다.
보다 구체적으로, 제어부(22)는 단말(10)에 대해 추적 형성된 빔 패턴(BRS_2)을 통해서 변동 위치에서 단말(10)이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되지 않는 경우, 생성부(23)로 하여금 단말(10)에 대한 빔포밍 코드북을 생성하도록 한다.
이에 대해, 생성부(23)는 단말(10)로부터 수신되는 가장 최근의 이동변위정보를 기초로 단말(10)에 대해 예측되는 변동위치인 적어도 하나의 변동예측위치 각각에 대해서, 빔 패턴 형성을 위한 틸트 변수 값을 매칭시킨 빔포밍 코드북을 생성하게 된다.
이때, 생성부(23)는 시간 영역에서의 단말(10)의 이동에 따른 위치 변화를 선형적으로 예측하는 자기 상관 함수 기반의 선형예측알고리즘을 통해서 빔포밍 코드북을 생성할 수 있다.
이와 관련하여, 도 10에서와 같이 단말(10)이 A지점에서 B지점으로 이동하는 경우라면, 시간 영역에서 2개의 지점 사이의 상관성(Correlation)을 예컨대, 아래 [수식 3]과 같은 상관 함수로 표현할 수 있다.
[수식 3]
Figure 112020010007510-pat00045
좀더 설명하자면, 이는 동일한 단말(10)이 시간 영역에서 위치만 변경되는 경우에 해당하므로 자기 상관 함수가 되며, 두 위치 사이의 유사성을 알 수 있으므로 다음 위치에 대한 상관성을 추정하여 예측할 수 있는 것이다.
여기서, 이동에 의한 변경위치는, 변화 구간에 대해서 임의 주기 동안의 평균값으로 상정될 수 있다.
뿐만 아니라, 좁은 빔폭으로 인해 랜덤한 이동에 따른 빔 패턴의 위치 변화는 매우 짧은 시간 동안의 변화에 해당하므로, 자기 상관 함수로 표현하는 것이 가능하며, 짧은 시간 변화에서 이전 빔 패턴의 위치와 다음 빔 패턴의 위치 간의 연관성은 선형적으로 예측할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 단말(10)의 이동에 따른 위치 변화를 선형적으로 예측하는 자기 상관 함수 기반의 선형예측알고리즘을 통해서 빔포밍 코드북을 생성할 수 있는 것이다.
다만, 본 발명의 일 실시예에서는, 단말(10)의 이동 거리가 임계 거리 이상인 비 선형적 이동인 경우, 단말(10)의 이동 속도를 기준으로 임계 속도 이상의 위치 변화에 대한 선형화를 위해 빔 패턴의 간격을 설정 간격으로 좁게 설정하는 오프셋(offset) 보정을 거쳐 빔포밍 코드북을 생성하며, 임계 속도 미만의 위치 변화에 대해서는 선형화를 위해 빔 패턴의 간격을 설정 간격으로 넓게 설정하는 오프셋 보정을 거쳐 빔포밍 코드북을 생성할 수 있다.
이와 관련하여, 도 11에는 위 동작을 반영할 수 있는 선형 예측기의 구현 방식을 예시적으로 보여주고 있으며, 도 12에는 오프셋(offset) 보정을 위한 Ex-com의 동작 특성, 그리고 도 13에는 선형 예측기의 구조를 예시적으로 보여주고 있다.
또한, 제어부(22)는 빔포밍 코드북 기반의 빔 패턴 형성을 제어하는 기능을 수행한다.
보다 구체적으로, 제어부(22)는 단말(10)에 대해 예측되는 변동위치인 적어도 하나의 변동예측위치 각각에 대해서, 빔 패턴 형성을 위한 틸트 변수 값을 매칭시킨 빔포밍 코드북이 생성되면, 빔포밍 코드북 내 매칭 값에 따라 단말(10)의 이동에 대해 예측된 적어도 하나의 변동예측위치 각각에 대한 빔 패턴을 형성하게 된다.
즉, 제어부(22)는 기존 5G 환경에서와 같이, 브로드캐스트 방식에 따라 단말(10)을 찾기 위한 빔 패턴을 커버리지 전체에 걸쳐 형성하는 것이 아닌, 예컨대, 도 14에서와 같이, 빔포밍 코드북의 매칭 값에 따라 단말(10)의 이동에 대해 예측된 적어도 하나의 변동예측위치 각각에 대해 유니캐스트 방식을 통해 빔 패턴(BCS_1, BCS_2, BCS_3)을 형성함으로써, 빔 패턴 형성에 소모되는 전력 소모를 최소화하고 있는 것이다.
한편, 제어부(22)는 이처럼 빔포밍 코드북을 참조로 형성된 빔 패턴(BCS_1, BCS_2, BCS_3) 중 특정 변동예측위치의 빔 패턴(BCS_2)을 통해서 단말(10)이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되는 경우, 상기 특정 변동예측위치의 빔 패턴(BCS_2)을 통해서 단말(10)과의 통신 링크를 재 형성할 수 있다.
또한, 제어부(22)는 핸드 오프 상황을 처리하는 기능을 수행한다.
보다 구체적으로, 제어부(22)는 빔포밍 코드북을 참조로 형성된 빔 패턴(BCS_1, BCS_2, BCS_3) 모두를 통해서 단말(10)이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되지 않는 핸드 오프 상황이 발생하는 경우, 단말(10)의 핸드 오프가 시도되는 인접 기지국장치(도시 안됨)로 단말(10)의 이동변위정보를 전달하게 된다.
이에 대해, 단말(10)의 이동변위정보를 수신한 인접 기지국장치(도시 안됨)에서는, 기지국장치(20)와 마찬가지로 단말(10)의 이동변위정보를 이용하여 빔포밍 코드북을 생성하고, 이를 토대로 유니캐스트 방식으로 단말(10)에 대한 빔 패턴을 형성하여 단말(10)과의 통신 링크를 형성할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국장치(20)의 구성에 따르면, 단말(10)에서 직접 이동을 감지하여 생성(계산)한 빔제어정보(이동변위정보)를 빔의 지향 방향 조정을 위해 요구되는 틸트 변수 값으로 그대로 입력하는 방식인 유니캐스트 방식을 통해 커버리지 내 신규 진입한 단말(10)을 찾거나 커버리지 내에서 이동중인 단말(10)을 추적하는 것이 가능해지므로, 브로드캐스트 방식을 통해 빔 패턴을 형성하는 기존 5G 환경에서보다 빔 스티어링(Beam Steering: 조향성)의 정확도를 제고시킴과 아울러, 전력 소모를 최소화할 수 있음을 알 수 있다.
이하에서는, 도 15를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국장치(20)의 동작 방법을 설명하기로 한다.
한편, 이하의 설명에서는 기지국장치(20)의 커버리지에 위치한 단말(10)에 대해 특정 빔 패턴을 통해 통신 링크가 이미 형성된 상태임을 전제하며, 또한, 기지국장치(20)에서 빔포밍 코드북을 직접 생성하는 실시예를 전제하기로 한다.
먼저, 수신부(21)는 빔 패턴을 통해 통신 링크가 형성된 단말(10)에서의 이동 감지에 따라 단말(10)로부터 이동 감지 결과를 기초로 생성된 빔제어정보를 수신한다(S11).
여기서, 단말(10)로부터 수신되는 빔제어정보에는 단말(10)에 대해 방사되는 빔의 지향 방향 조정을 위해 요구되는 틸트 변수 값인 단말(10)의 이동변위정보를 포함한다.
또한, 이러한 이동변위정보에는, 가속도를 시간에 대하여 적분한 속도(
Figure 112020010007510-pat00046
), 상기 속도(
Figure 112020010007510-pat00047
)를 시간에 대해 적분한 변위정보(
Figure 112020010007510-pat00048
), 각속도(
Figure 112020010007510-pat00049
)를 시간에 대해 적분한 변위각도(
Figure 112020010007510-pat00050
), 상기 변위각도(
Figure 112020010007510-pat00051
)의 누적을 통해 확인되는 이동방향(
Figure 112020010007510-pat00052
), 및 고도(
Figure 112020010007510-pat00053
) 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동변위정보에는, 전술한 이동변위정보뿐만 아니라, 단말(10)에서 지원하는 GPS 기능을 통해 측정된 위치정보(위경도)가 더 포함될 수 있음은 물론이다.
그리고 나서, 제어부(22)는 앞서 예시한, 도 8에서와 같이 단말(10)과 통신 링크가 형성된 빔 패턴(BRS_3)를 통해 단말(10)로부터 빔제어정보가 수신되는 경우, 빔제어정보 내 이동변위정보(
Figure 112020010007510-pat00054
,
Figure 112020010007510-pat00055
,
Figure 112020010007510-pat00056
,
Figure 112020010007510-pat00057
,
Figure 112020010007510-pat00058
)를 빔의 지향 방향 조정을 위해 요구되는 수직 틸트 변수 값으로 반영함으로써, 단말(10)로부터 예측된 변동위치로 빔 패턴(BRS_2)이 추적 형성되도록 제어한다(S12).
나아가, 제어부(22)는 단말(10)에 대해 추적 형성된 빔 패턴(BRS_2)을 통해서 변동 위치에서 단말(10)이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신된 경우, 해당 신호로부터 확인되는 빔제어정보 내 이동변위정보(
Figure 112020010007510-pat00059
,
Figure 112020010007510-pat00060
,
Figure 112020010007510-pat00061
,
Figure 112020010007510-pat00062
,
Figure 112020010007510-pat00063
)를 수평 틸트 변수 값으로 그대로 반영함으로써, 단말(10)에 대한 빔의 지향 방향을 미세 조정한다(S13-S14).
한편, 제어부(22)는 앞선 단계 S13에서 단말(10)에 대해 추적 형성된 빔 패턴(BRS_2)을 통해서 변동 위치에서 단말(10)이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되지 않는 경우, 생성부(23)로 하여금 단말(10)에 대한 빔포밍 코드북을 생성하도록 한다(S15).
이에 대해, 생성부(23)는 단말(10)로부터 수신되는 가장 최근의 이동변위정보를 기초로 단말(10)에 대해 예측되는 변동위치인 적어도 하나의 변동예측위치 각각에 대해서, 빔 패턴 형성을 위한 틸트 변수 값을 매칭시킨 빔포밍 코드북을 생성하게 된다.
이때, 생성부(23)는 시간 영역에서의 단말(10)의 이동에 따른 위치 변화를 선형적으로 예측하는 자기 상관 함수 기반의 선형예측알고리즘을 통해서 빔포밍 코드북을 생성할 수 있다.
여기서, 생성부(23)는 단말(10)의 이동 거리가 임계 거리 이상인 비 선형적 이동인 경우, 단말(10)의 이동 속도를 기준으로 임계 속도 이상의 위치 변화에 대한 선형화를 위해 빔 패턴의 간격을 설정 간격으로 좁게 설정하는 오프셋(offset) 보정을 거쳐 빔포밍 코드북을 생성하며, 임계 속도 미만의 위치 변화에 대해서는 선형화를 위해 빔 패턴의 간격을 설정 간격으로 넓게 설정하는 오프셋 보정을 거쳐 빔포밍 코드북을 생성할 수 있다.
그런 다음, 제어부(22)는 단말(10)에 대해 예측되는 변동위치인 적어도 하나의 변동예측위치 각각에 대해서, 빔 패턴 형성을 위한 틸트 변수 값을 매칭시킨 빔포밍 코드북이 생성되면, 빔포밍 코드북 내 매칭 값에 따라 단말(10)의 이동에 대해 예측된 적어도 하나의 변동예측위치 각각에 대한 빔 패턴을 형성한다(S16).
즉, 제어부(22)는 기존 5G 환경에서와 같이, 브로드캐스트 방식에 따라 단말(10)을 찾기 위한 빔 패턴을 커버리지 전체에 걸쳐 형성하는 것이 아닌, 예컨대, 도 13에서와 같이, 빔포밍 코드북의 매칭 값에 따라 단말(10)의 이동에 대해 예측된 적어도 하나의 변동예측위치 각각에 대해 유니캐스트 방식을 통해 빔 패턴(BCS_1, BCS_2, BCS_3)을 형성함으로써, 빔 패턴 형성에 소모되는 전력 소모를 최소화하고 있는 것이다.
나아가, 제어부(22)는 이처럼 빔포밍 코드북을 참조로 형성된 빔 패턴(BCS_1, BCS_2, BCS_3) 중 특정 변동예측위치의 빔 패턴(BCS_2)을 통해서 단말(10)이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되는 경우, 상기 특정 변동예측위치의 빔 패턴(BCS_2)을 통해서 단말(10)과의 통신 링크를 재 형성할 수 있다(S17-S18).
다만, 제어부(22)는 앞선 단계 S17에서 빔포밍 코드북을 참조로 형성된 빔 패턴(BCS_1, BCS_2, BCS_3) 모두를 통해서 단말(10)이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되지 않는 핸드 오프 상황이 발생하는 경우, 단말(10)의 핸드 오프가 시도되는 인접 기지국장치(도시 안됨)로 단말(10)의 이동변위정보를 전달한다(S19).
이에 대해, 단말(10)의 이동변위정보를 수신한 인접 기지국장치(도시 안됨)에서는, 기지국장치(20)와 마찬가지로 단말(10)의 이동변위정보를 이용하여 빔포밍 코드북을 생성하고, 이를 토대로 유니캐스트 방식으로 단말(10)에 대한 빔 패턴을 형성하여 단말(10)과의 통신 링크를 형성할 수 있다.
한편, 전술한 기지국장치(20)의 동작 방법은 예컨대, 도 16에서와 같은 MAC 프로토콜의 형태로 정의될 수 있다.
즉, 도 16에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 MAC 프로토콜은 기지국장치(20)의 동작 방법을 크게 기지국 빔 스캔 동기화 모드(a)와 단말 분산 측위 모드(b), 그리고 기지국 빔 예측 조향 모드(c)로 구분할 수 있다.
여기서, 기지국 빔 스캔 동기화 모드(a)는, 커버리지에 초기 진입한 단말(10)과의 통신 링크 형성을 위해, 브로드캐스팅 방식으로 빔을 스캔하여 단말(10)과의 동기화를 처리하는 절차로 이해될 수 있다.
또한, 단말 분산 측위 모드(b)는 기지국 빔 스캔 동기화 모드(a) 이후 이어지는 모드로서, 단말(10)로부터 이동 감지 결과를 기초로 생성된 빔제어정보를 수신하여, 빔제어정보 내 이동변위정보를 단말(10)에 대해 방사되는 빔의 지향 방향 조정을 위해 요구되는 틸트 변수 값으로 입력하는 절차인 전술한 단계 S11 내지 단계 S14의 과정으로 이해될 수 있다.
그리고, 기지국 빔 예측 조향 모드(c)는, 단말(a)의 커버리지 내 이동에 따른 빔 추적 상황과 및 단말(10)의 핸드 오프 상황을 고려한 모드로서, 빔포밍 코드북을 참조로 단말(10)에 대해 예측되는 이동 위치로 유니캐스트 방식에 따라 빔 패턴을 형성하거나, 인접 기지국장치로 빔포밍 코드북 생성을 위한 이동변위정보를 전달하는 전차인 전술한 단계 S15 내지 S19의 과정인 것으로 이해될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국장치(20)의 동작 방법에 따르면, 단말(10)에서 직접 이동을 감지하여 생성(계산)한 빔제어정보(이동변위정보)를 빔의 지향 방향 조정을 위해 요구되는 틸트 변수 값으로 그대로 입력하는 방식인 유니캐스트 방식을 통해 커버리지 내 신규 진입한 단말(10)을 찾거나 커버리지 내에서 이동중인 단말(10)을 추적하는 것이 가능해지므로, 브로드캐스트 방식을 통해 빔 패턴을 형성하는 기존 5G 환경에서보다 빔 스티어링(Beam Steering: 조향성)의 정확도를 제고시킴과 아울러, 전력 소모를 최소화할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 설정 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 본 발명을 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 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.
본 발명에 따른 기지국장치 및 기지국장치의 동작 방법에 따르면, 다중 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기반의 안테나를 이용한 빔포밍(Beamforming) 수행에 있어서 빔 스티어링(Beam Steering: 조향성)의 정확도 제고할 수 있다는 점에서, 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.
10: 단말
20: 기지국장치
21: 수신부 22: 제어부
23: 생성부
30: 코어장치

Claims (18)

  1. 기지국장치에 있어서,
    빔 패턴을 통해 상기 기지국장치와 통신 링크가 형성된 단말에서의 이동 감지에 따라 상기 이동 감지 결과를 기초로 상기 단말에 대해 방사되는 빔의 지향 방향 조정을 위해 요구되는 틸트 변수 값인 상기 단말의 이동변위정보를 포함하도록 생성된 빔제어정보를 상기 단말로부터 수신하는 수신부;
    상기 이동변위정보를 기초로 상기 단말에 대해 예측되는 변동위치인 적어도 하나의 변동예측위치 각각에 대해서, 빔 패턴 형성을 위한 틸트 변수 값을 매칭시킨 빔포밍 코드북을 생성하는 생성부; 및
    상기 빔제어정보를 기반으로 상기 단말에 대해 방사되고 있는 빔의 지향 방향을 조정하여, 상기 단말로부터 예측된 변동위치로 빔 패턴이 추적 형성되도록 제어하며, 상기 단말의 변동위치로 추적 형성된 빔 패턴을 통해서 상기 단말이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되지 않는 경우, 상기 빔포밍 코드북을 기초로 상기 적어도 하나의 변동예측위치 각각에 대해 유니캐스트 방식의 빔 패턴을 형성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 변동예측위치 중 특정 변동예측위치의 빔 패턴을 통해서 상기 단말이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되는 경우, 상기 특정 변동예측위치의 빔 패턴을 통해 상기 단말과의 통신 링크를 재 형성하는 것을 특징으로 하는 기지국장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 변동예측위치 각각의 빔 패턴 모두를 통해서 상기 단말이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되지 않는 핸드 오프 상황이 발생하는 경우, 상기 단말의 핸드 오프가 시도되는 인접 기지국장치로 상기 단말의 이동변위정보가 전달되도록 하여, 상기 인접 기지국장치에서 상기 단말의 이동변위정보에 기초하여 생성되는 빔포밍 코드북에 따라 상기 단말과의 통신 링크를 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 기지국장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 생성부는,
    시간 영역에서의 상기 단말의 이동에 따른 위치 변화를 선형적으로 예측하는 자기 상관 함수 기반의 선형예측알고리즘을 통해 상기 빔포밍 코드북을 생성하는 것을 특징으로 하는 기지국장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 생성부는,
    상기 단말의 이동 거리가 임계 거리 이상인 비 선형적 이동인 경우, 상기 단말의 이동 속도를 기준으로 임계 속도 이상의 위치 변화에 대한 선형화를 위해 빔 패턴의 간격을 설정 간격으로 좁게 설정하는 오프셋(offset) 보정을 거쳐 상기 빔포밍 코드북을 생성하며, 임계 속도 미만의 위치 변화에 대해서는 선형화를 위해 빔 패턴의 간격을 설정 간격으로 넓게 설정하는 오프셋 보정을 거쳐 상기 빔포밍 코드북을 생성하는 것을 특징으로 하는 기지국장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔포밍 코드북은,
    상기 단말의 이동변위정보를 상기 기지국장치로부터 수신하여 갱신하는 코어 네트워크에서, 상기 기지국장치에 대해 상기 단말의 이동변위정보의 갱신 시마다 생성되어 상기 기지국장치로 전달되는 것을 특징으로 하는 기지국장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동변위정보는,
    가속도를 시간에 대하여 적분한 속도(
    Figure 112020053080361-pat00064
    ), 상기 속도(
    Figure 112020053080361-pat00065
    )를 시간에 대해 적분한 변위정보(
    Figure 112020053080361-pat00066
    ), 각속도(
    Figure 112020053080361-pat00067
    )를 시간에 대해 적분한 변위각도(
    Figure 112020053080361-pat00068
    ), 상기 변위각도(
    Figure 112020053080361-pat00069
    )의 누적을 통해 확인되는 이동방향(
    Figure 112020053080361-pat00070
    ), 및 고도(
    Figure 112020053080361-pat00071
    ) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국장치.
  10. 기지국장치의 동작 방법에 있어서,
    빔 패턴을 통해 상기 기지국장치와 통신 링크가 형성된 단말에서의 이동 감지에 따라 상기 이동 감지 결과를 기초로 상기 단말에 대해 방사되는 빔의 지향 방향 조정을 위해 요구되는 틸트 변수 값인 상기 단말의 이동변위정보를 포함하도록 생성된 빔제어정보를 상기 단말로부터 수신하는 수신단계;
    상기 이동변위정보를 기초로 상기 단말에 대해 예측되는 변동위치인 적어도 하나의 변동예측위치 각각에 대해서, 빔 패턴 형성을 위한 틸트 변수 값을 매칭시킨 빔포밍 코드북을 생성하는 생성단계; 및
    상기 빔제어정보를 기반으로 상기 단말에 대해 방사되고 있는 빔의 지향 방향을 조정하여, 상기 단말로부터 예측된 변동위치로 빔 패턴이 추적 형성되도록 제어하며, 상기 단말의 변동위치로 추적 형성된 빔 패턴을 통해서 상기 단말이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되지 않는 경우, 상기 빔포밍 코드북을 기초로 상기 적어도 하나의 변동예측위치 각각에 대해 유니캐스트 방식의 빔 패턴을 형성하는 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국장치의 동작 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어단계는,
    상기 적어도 하나의 변동예측위치 중 특정 변동예측위치의 빔 패턴을 통해서 상기 단말이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되는 경우, 상기 특정 변동예측위치의 빔 패턴을 통해 상기 단말과의 통신 링크를 재 형성하는 것을 특징으로 하는 기지국장치의 동작 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어단계는,
    상기 적어도 하나의 변동예측위치 각각의 빔 패턴 모두를 통해서 상기 단말이 전송한 기 정의된 최저신호세기 이상의 신호가 수신되지 않는 핸드 오프 상황이 발생하는 경우, 상기 단말의 핸드 오프가 시도되는 인접 기지국장치로 상기 단말의 이동변위정보가 전달되도록 하여, 상기 인접 기지국장치에서 상기 단말의 이동변위정보에 기초하여 생성되는 빔포밍 코드북에 따라 상기 단말과의 통신 링크를 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 기지국장치의 동작 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 생성단계는,
    시간 영역에서의 상기 단말의 이동에 따른 위치 변화를 선형적으로 예측하는 자기 상관 함수 기반의 선형예측알고리즘을 통해 상기 빔포밍 코드북을 생성하는 것을 특징으로 하는 기지국장치의 동작 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 생성단계는,
    상기 단말의 이동 거리가 임계 거리 이상인 비 선형적 이동인 경우, 상기 단말의 이동 속도를 기준으로 임계 속도 이상의 위치 변화에 대한 선형화를 위해 빔 패턴의 간격을 설정 간격으로 좁게 설정하는 오프셋(offset) 보정을 거쳐 상기 빔포밍 코드북을 생성하며, 임계 속도 미만의 위치 변화에 대해서는 선형화를 위해 빔 패턴의 간격을 설정 간격으로 넓게 설정하는 오프셋 보정을 거쳐 상기 빔포밍 코드북을 생성하는 것을 특징으로 하는 기지국장치의 동작 방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 빔포밍 코드북은,
    상기 단말의 이동변위정보를 상기 기지국장치로부터 수신하여 갱신하는 코어 네트워크에서, 상기 기지국장치에 대해 상기 단말의 이동변위정보의 갱신 시마다 생성되어 상기 기지국장치로 전달되는 것을 특징으로 하는 기지국장치의 동작 방법.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 이동변위정보는,
    가속도를 시간에 대하여 적분한 속도(
    Figure 112020053080361-pat00072
    ), 상기 속도(
    Figure 112020053080361-pat00073
    )를 시간에 대해 적분한 변위정보(
    Figure 112020053080361-pat00074
    ), 각속도(
    Figure 112020053080361-pat00075
    )를 시간에 대해 적분한 변위각도(
    Figure 112020053080361-pat00076
    ), 상기 변위각도(
    Figure 112020053080361-pat00077
    )의 누적을 통해 확인되는 이동방향(
    Figure 112020053080361-pat00078
    ), 및 고도(
    Figure 112020053080361-pat00079
    ) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국장치의 동작 방법.
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