KR102165835B1 - Method for tracking beam via particle filter in mmWave communication and base station thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 파티클 필터 기반 빔 추적 방법 및 그 방법을 구현하는 기지국에 대한 발명으로서, 보다 구체적으로는, 밀리미터파 통신을 구현하는 데에 있어서, 파티클 필터를 기반으로 하여 고주파수에 의한 경로 손실 현상을 최소화할 수 있는 빔 추적 방법 및 그 방법을 구현하는 기지국에 대한 발명이다.The present invention is an invention of a particle filter-based beam tracking method and a base station implementing the method. More specifically, in implementing millimeter wave communication, a path loss phenomenon due to high frequencies is minimized based on a particle filter. The present invention relates to a possible beam tracking method and a base station implementing the method.
5세대(5G)이동통신은 고효율 스펙트럼, 향상된 커버리지, 대규모 연결 등과 같은 높은 데이터 트래픽 기술 사항이 요구된다. 이러한 5G의 기술 요구 사항을 해결하기 위한 주요 후보 중 하나는 밀리미터파 통신이다. 밀리미터파 주파수 범위는 30GH 내지 300GHz이며 28GHz, 30GHz, 60GHz 및 E 대역이 중점적으로 사용된다. The fifth generation (5G) mobile communication requires high data traffic technology requirements such as high efficiency spectrum, improved coverage, and large-scale connectivity. One of the major candidates for solving these 5G technology requirements is millimeter wave communications. The millimeter wave frequency range is 30GH to 300GHz, and 28GHz, 30GHz, 60GHz and E bands are mainly used.
밀리미터파는 파장 길이가 밀리미터 정도여서 전통적으로 군사용으로 주파수가 할당되어 사용되어 왔다. 특히, 12~45GHz대역의 군사용 위성통신, 3~95GHz대역의 차량 탑재 군사용 레이더 전자전 무기, 미사일 추적장치 등이 밀리미터파 통신체계를 베이스로 연구되어 왔다. 밀리미터파 통신이 군사용으로 적합한 통신체계인 이유는, 주파수 대역이 넓어서 도청당할 염려가 적고 한번에 많은 정보를 주고 받을 수 있기 때문이다.The millimeter wave has a wavelength of about millimeters and has been traditionally assigned and used for military purposes. In particular, military satellite communications in the 12~45GHz band, vehicle-mounted military radar electronic warfare weapons in the 3~95GHz band, and missile tracking devices have been studied based on millimeter wave communication systems. The reason millimeter wave communication is an appropriate communication system for military use is that the frequency band is wide, so there is little fear of being eavesdropped and a lot of information can be exchanged at once.
다만, 밀리미터파 통신은 높은 주파수와 넓은 주파수대역으로 높은 데이터 트래픽을 확보할 수 있으나, 고주파수에 의한 심각한 경로 손실이 문제점으로 지적된다. 이를 해결하기 위한 방법으로 대형 배열 안테나를 이용한 빔포밍 기술이 주목 받고 있다. However, the millimeter wave communication can secure high data traffic with a high frequency and a wide frequency band, but a serious path loss due to high frequencies is pointed out as a problem. As a method for solving this problem, a beamforming technology using a large array antenna is drawing attention.
밀리미터파 통신과 전통적인 통신 시스템의 주요 차이점은 대형 배열 안테나를 사용한다는 것이며 채널 추정 및 빔 정렬에 필요한 빔포밍 기술을 제공한다는 것이다. The main difference between millimeter-wave communication and traditional communication systems is that they use a large array antenna, which provides the necessary beamforming techniques for channel estimation and beam alignment.
대형 배열 안테나는 높은 빔포밍 이득을 얻을 수 있지만, 배열 안테나의 수가 증가하면 빔 폭이 좁아지고 빔 쌍을 정렬하기가 어렵다. 특히, 밀리미터파 통신은 셀룰러 시스템, 차량 대 인프라(V2I) 및 차량 대 차량(V2V) 통신과 같은 이동 사니리오가 적용되며, 이 경우 이동성으로 인한 빔 비 정렬이 매우 심각한 문제이다. 이를 해결하기 위해 실시간 빔 추적을 통한 빔 재 정렬이 제안되었으며, 빔 정렬 오버 헤드를 줄이기 위해 새로운 빔 추적 체계가 필요하다.A large array antenna can obtain a high beamforming gain, but as the number of array antennas increases, the beam width becomes narrow and it is difficult to align the beam pairs. In particular, millimeter-wave communication is applied to mobile systems such as cellular systems, vehicle-to-infrastructure (V2I), and vehicle-to-vehicle (V2V) communication, and in this case, beam ratio alignment due to mobility is a very serious problem. To solve this problem, real-time beam rearrangement through beam tracking has been proposed, and a new beam tracking scheme is required to reduce beam alignment overhead.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 실시간 빔 추적을 통한 빔 재정렬 방법으로서, 빔 정렬 오버 헤드를 줄이고 경로 손실을 최소화할 수 있는 파티클 필터 기반 빔 추적 방법을 제공하는 데에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a particle filter-based beam tracking method capable of reducing beam alignment overhead and minimizing path loss as a beam realignment method through real-time beam tracking.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 제1시점에서 제2시점으로 시간이 경과하여, 제1지점에서 제2지점으로 이동한 이동식단말로부터 상기 제1지점에서 기지국과 구축된 통신망을 통해 참조신호를 수신하는 참조신호수신단계; 상기 기지국이 수신된 참조신호를 제2시점의 측정모델로 하여 파티클 필터를 기초로 제1시점에서 제2시점까지의 상기 이동식단말의 이동성(mobility)를 추정하는 이동성추정단계; 및 추정된 이동성을 기초로 상기 제2지점에서 상기 기지국과 상기 이동식단말간의 새로운 통신망을 구축하고, 상기 기지국이 상기 이동식단말로 기설정된 데이터를 송신하는 통신망재구축단계를 포함한다.The method according to an embodiment of the present invention for solving the above technical problem is a base station from the first point to the mobile terminal moving from the first point to the second point after time elapses from the first point to the second point. A reference signal receiving step of receiving a reference signal through the established communication network; A mobility estimating step of estimating mobility of the mobile terminal from a first time point to a second time point based on a particle filter by using the reference signal received by the base station as a measurement model at a second time point; And a communication network reconstruction step of establishing a new communication network between the base station and the mobile terminal at the second point on the basis of the estimated mobility, and transmitting preset data to the mobile terminal by the base station.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 기지국은, 제1시점에서 제2시점으로 시간이 경과하여, 제1지점에서 제2지점으로 이동한 이동식단말로부터 상기 제1지점에서 구축되어 있는 통신망을 통해 참조신호를 수신하는 수신부; 수신된 참조신호를 제2시점의 측정모델로 하여 파티클 필터를 기초로 제1시점에서 제2시점까지의 상기 이동식단말의 이동성(mobility)를 추정하는 제어부; 및 추정된 이동성을 기초로 상기 제2지점에서 상기 이동식단말과 새로운 통신망을 구축하고, 상기 이동식단말로 기설정된 데이터를 송신하는 송신부를 포함한다.The base station according to another embodiment of the present invention for solving the above technical problem, from the first point to the second point from the mobile terminal moved from the first point to the second point in time, A receiving unit for receiving a reference signal through the established communication network; A control unit for estimating mobility of the mobile terminal from a first time point to a second time point based on a particle filter by using the received reference signal as a measurement model at a second time point; And a transmitter configured to establish a new communication network with the mobile terminal at the second point on the basis of the estimated mobility and transmit preset data to the mobile terminal.
본 발명의 일 실시 예는, 상기 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 제공할 수 있다.An embodiment of the present invention may provide a computer-readable recording medium storing a program for executing the method.
본 발명에 따르면, 밀리미터파 통신에서 이동식단말의 이동으로 인해 빔 비정렬이 발생되었을 때, 빠르고 정확하게 빔 재정렬을 수행하여 오버 헤드를 줄이고, 심각한 경로 손실 현상을 완화할 수 있다.According to the present invention, when a beam misalignment occurs due to a movement of a mobile terminal in millimeter wave communication, it is possible to quickly and accurately perform beam rearrangement to reduce overhead and mitigate serious path loss.
도 1은 본 발명에 따른 전체 통신 시스템을 일괄적으로 나타내고 있는 도면이다.
도 2는 본 발명을 구현하기 위한 기지국의 일 예의 블록도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명을 구현하기 위한 이동식단말의 일 예의 블록도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 파티클 필터 기반 빔 추적 과정의 일 예를 직관적으로 나타낸 흐름도를 도시한다.
도 5는 제어부가 파티클 필터 기반으로 빔을 추적하는 과정의 일 예를 도식적으로 나타낸 흐름도이다.1 is a diagram collectively showing an entire communication system according to the present invention.
2 is a block diagram illustrating an example of a base station for implementing the present invention.
3 is a block diagram showing an example of a mobile terminal for implementing the present invention.
4 is a flowchart illustrating an example of a particle filter-based beam tracking process according to the present invention.
5 is a flowchart schematically illustrating an example of a process in which a controller tracks a beam based on a particle filter.
실시 예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.As for terms used in the embodiments, general terms that are currently widely used as possible are selected while considering functions in the present invention, but this may vary according to the intention or precedent of a technician working in the field, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.When a part of the specification is said to "include" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated. In addition, terms such as "... unit" and "... module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various forms and is not limited to the embodiments described herein.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
또한, 본 개시는 일부 통신 규격(예: 3GPP)에서 사용되는 용어들을 이용하여 실시 예들을 설명하지만, 이는 설명을 위한 예시일 뿐이다. 본 개시의 다양한 실시예들은, 다른 통신 시스템에서도, 용이하게 변형되어 적용될 수 있다.In addition, although the present disclosure describes embodiments using terms used in some communication standards (eg, 3GPP), this is only an example for description. Various embodiments of the present disclosure may be easily modified and applied to other communication systems.
본 특허는 파티클 필터 기반 빔 추적 알고리즘을 제안한다. 송신단(transmitter)과 수신단(receiver)의 상대적인 운동성은 위치, 속도, 가속도 등으로 모델링한다.This patent proposes a particle filter-based beam tracking algorithm. The relative motion of the transmitter and receiver is modeled by position, velocity, and acceleration.
상대적인 운동성은 매 시간 변하며 이는 비선형 모델로 표현된다. 매 시간마다 송신단은 수신단으로 참조 신호(pilot signals)를 전송하며 이 때 수신 신호는 관측모델(observation model)로 사용된다. 수신단은 파티클 필터를 이용해 상대적인 운동 상태를 추정하고 이를 발사각(angle of departure)과 입사각(angle of arrival)정보로 변환해 빔을 재 정렬해 빔 추적을 수행한다.Relative motility changes over time and this is represented by a nonlinear model. Every hour, the transmitter transmits pilot signals to the receiver, and the received signal is used as an observation model. The receiving end estimates the relative motion state using a particle filter, converts it into angle of departure and angle of arrival information, rearranges the beam, and performs beam tracking.
도 1은 본 발명에 따른 전체 통신 시스템을 일괄적으로 나타내고 있는 도면이다.1 is a diagram collectively showing an entire communication system according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전체 통신 시스템은 기지국(110), 제1시점의 이동식단말(120), 제2시점에서의 이동식단말(130)을 포함하는 것을 알 수 있다. 도 1에 개시되어 있는 각 구성들은 무선 통신 시스템에서 무선 채널을 이용하는 노드(node)들을 대표적으로 나타낸 것으로서, 도 1에서 기지국이 1개만 도시되어 있으나, 실시 예에 따라서 본 발명에 따른 통신시스템에는 하나 이상의 기지국이 더 포함될 수도 있다.Referring to FIG. 1, it can be seen that the entire communication system according to the present invention includes a
먼저, 기지국(110)은 이동식단말들(120, 130)에게 무선 접속을 제공하는 네트워크 인프라스트럭쳐(infrastructure)이다. First, the
제1시점의 이동식단말(120)은 이동성(140)을 가지며 제2시점에는 제2시점의 이동식단말(130)이 위치하고 있는 제2지점으로 이동하게 되는 이동성(140)이 있는 단말을 의미한다. 제2시점의 이동식단말(130)는 제1시점에 제1지점에 위치하고 있는 제1시점의 이동식단말(120)이 제2점으로 이동하였을 때의 이동식단말을 의미한다. 즉, 본 발명에 따른 전체 통신 시스템에서 기지국(110)과 통신하는 단말은 이동성(140)을 갖는 이동식단말이며, 설명의 편의를 위해서, 제1시점에는 제1지점에 제2시점에는 제2지점에 위치하는 것을 가정한다.The
이때, 이동성(140)은 제1시점의 이동식단말(120)과 제2시점의 이동식단말(130)간의 동적 모델(mobility model)로 표현할 수 있으며, 동적 모델은 선형(linear) 및 비선형(non-linear) 함수가 혼합된 형태를 갖는다.In this case, the
또한, 제1시점에서 기지국(110)은 제1시점의 이동식단말(120)과 빔 정렬(beam alignment)(111, 121)을 유지하며 통신하고, 제2시점에서 기지국(110)은 제2시점의 이동식단말(130)과 파티클 필터(particle filter)를 통해 빔을 재 정렬(beam realignment)(112, 131)하고 통신 연결을 유지한다.In addition, at the first point of view, the
이동식단말의 구체적인 예를 들면, 밀리미터파 통신장비를 갖춘 전차(tank), 헬리콥터(helicopter or chopper), 이동식 레이더(mobile RADAR unit) 등이 본 발명에서의 이동식단말이 될 수 있다.As a specific example of the mobile terminal, a tank equipped with millimeter wave communication equipment, a helicopter (helicopter or chopper), a mobile radar unit, etc. may be a mobile terminal in the present invention.
도 2는 본 발명을 구현하기 위한 기지국의 일 예의 블록도를 도시한 도면이다.2 is a block diagram illustrating an example of a base station for implementing the present invention.
도 2를 참조하면, 기지국(110)은 무선통신부(210), 백홀통신부(220), 저장부(230) 및 제어부(240)를 포함하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 2, it can be seen that the
무선통신부(210)는 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행하며 송신부(transmitter), 수신부(receiver) 또는 송수신부(transceiver) 등으로 명시되거나, 송신부 및 수신부를 포함하는 것으로 본다.The
백홀통신부(220)는 네트워크 내 다른 노드들과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공한다.The
저장부(230)는 기지국(110)의 동작을 위한 프로그램 및 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. The
제어부(240)는 저장부(230)에 저장된 데이터를 참조하면서 신호를 생성하거나 신호를 처리하는 것과 같이, 기지국(110)의 전반적인 동작들을 제어한다.The
일 실시 예로서, 제어부(240)는 무선통신부(210)에 포함된 송신부 및 수신부를 제어하면서, 본 발명에 따른 파티클 필터 기반 빔 추적 방법을 구현할 수 있다.As an embodiment, the
도 3은 본 발명을 구현하기 위한 이동식단말의 일 예의 블록도를 도시한 도면이다.3 is a block diagram showing an example of a mobile terminal for implementing the present invention.
도 3을 참조하면, 제2시점의 이동식단말(130)은 무선통신부(310), 저장부(320) 및 제어부(330)를 포함하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the
무선통신부(210)는 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행하며 송신부(transmitter), 수신부(receiver) 또는 송수신부(transceiver) 등으로 명시되거나, 송신부 및 수신부를 포함하는 것으로 본다. The
저장부(230)는 기지국(110)의 동작을 위한 프로그램 및 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. The
제어부(240)는 저장부(230)에 저장된 데이터를 참조하면서 신호를 생성하거나 신호를 처리하는 것과 같이, 제2시점의 이동식단말(130)의 전반적인 동작들을 제어한다.The
이하에서는, 제어부(240)가 파티클 필터 기반 빔 추적 방법을 구현하는 과정을 포괄적으로 설명한 후에, 구체적으로 어떠한 단계를 거쳐서 빔 추적 방법을 구현하는지를 도 4 내지 도 5를 통해 설명하기로 한다. 또한, 이하에서는, 설명의 편의를 위해서, 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a process of implementing the particle filter-based beam tracking method by the
수신부는 제1시점에서 제2시점으로 시간이 경과하여, 제1지점에서 제2지점으로 이동한 이동식단말로부터 상기 제1지점에서 구축되어 있는 통신망을 통해 참조신호를 수신한다.The receiver receives the reference signal from the mobile terminal that has moved from the first point to the second point through the communication network established at the first point after time elapses from the first point to the second point.
제어부(240)는 수신된 참조신호를 제2시점의 측정모델로 하여 파티클 필터를 기초로 제1시점에서 제2시점까지의 상기 이동식단말의 이동성(mobility)를 추정한다.The
송신부는 제어부에 의해 추정된 이동성을 기초로 상기 제2지점에서 상기 이동식단말과 새로운 통신망을 구축하고, 상기 이동식단말로 기설정된 데이터를 송신한다.The transmitter establishes a new communication network with the mobile terminal at the second point based on the mobility estimated by the control unit, and transmits preset data to the mobile terminal.
도 4는 본 발명에 따른 파티클 필터 기반 빔 추적 과정의 일 예를 직관적으로 나타낸 흐름도를 도시한다.4 is a flowchart illustrating an example of a particle filter-based beam tracking process according to the present invention.
먼저, 파티클 필터를 통해 빔을 추적하는 값인 상태벡터(state vector) x는 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.First, a state vector x, which is a value for tracking a beam through a particle filter, may be defined as in Equation 1.
수학식 1에서, x, y는 기지국(110)과 제2시점의 이동식단말(130)간의 상대적 위치, x', y'는 기지국(110)과 제2시점의 이동식단말(130)간의 상대속도, x'', y''는 기지국(110)과 제2시점의 이동식단말(130)간의 상대 가속도를 각각 의미한다. 또한, 수학식 1에서 τ는 전체 빔 추적 결과의 신뢰도를 향상시키기 위해 추가된 변수로서, 제2시점의 이동식단말(130)의 자체 기울기를 의미한다. 즉, 파티클 필터를 통해 기지국(110)과 제2시점의 이동식단말(130)간의 상대위치, 상대속도, 상대가속도를 추정할 뿐만 아니라, 이동식단말의 자체 기울기까지 추정하여, 정확한 발사각(기지국의 송신빔 각도)와 도래각(이동식단말의 수신빔 각도)을 구할 수 있게 된다.In Equation 1, x and y are the relative positions between the
단계 401에서, 제1시점의 이동식단말(120)은 이동성(140)에 따라 제1지점에서 제2지점으로 이동한다. 여기서, 이동성(mobility)은 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.In
수학식 2에서, xk는 시간 k에서 단말(130)의 운동상태벡터, xk-1은 제1시점인 k-1시점에서의 이동식단말(120)의 운동상태벡터, vk-1은 이동성(140)에서 추가되는 가우시안 노이즈(gaussian noise)벡터, 함수 fk는 시간 k에서 선형 및 비선형 형태의 동적 함수를 각각 의미한다.In Equation 2, x k is the motion state vector of the terminal 130 at time k, x k-1 is the motion state vector of the
단계 401에서 제2시점의 이동식단말(130)은 기지국(110)에게 참조신호(reference signal)을 송신한다. 참조신호는 제1시점의 빔 쌍(111, 121)에 의한 통신망으로 기지국에 송신된다.In
이어서, 단계 402에서, 기지국(402)은 수신신호를 측정모델로 사용하여 파티클 필터를 통해 단말의 이동성(140)을 추정한다.Subsequently, in
기지국(110)에 수신된 신호와 운동상태벡터는 수학식 3과 같은 관계를 갖는다.The signal received by the
수학식 3에서, zk는 제2시점인 시간 k에서의 측정모델(measurement model), xk는 제2시점인 시간 k에서의 이동식단말(130)의 운동상태벡터, nk는 측정 모델의 가우시안 노이즈 벡터, 함수 hk는 선형 및 비선형 형태의 측정 모델과 운동 상태 벡터 간의 관계식을 각각 의미한다.In Equation 3, z k is the measurement model at the second time point k , x k is the motion state vector of the
위와 같이, 기지국(110)의 제어부(240)는 측정모델을 사용하여, 수신된 참조신호를 기초로 이동식단말의 이동성을 추정하고, 파티클 필터 기반으로 빔을 추적하게 된다.As described above, the
도 5는 제어부가 파티클 필터 기반으로 빔을 추적하는 과정의 일 예를 도식적으로 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart schematically illustrating an example of a process in which a controller tracks a beam based on a particle filter.
먼저, 501단계에서 다수의 입자는 수학식 2에서 설명한 동적 함수를 따라 분포하며, 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.First, in
수학식 3에서, xk i는 제2시점인 시간 k에서의 i번째 입자의 운동상태벡터, xk-1 i는 제1시점인 시간 k-1에서의 이동식단말(130)의 운동상태벡터, vk-1 i는 제1시점인 시간 k-1에서 i번째 입자의 이동성에서 추가되는 가우시안 노이즈 벡터, 함수 fk는 제1시점인 시간 k에서의 선형 및 비선형 형태의 동적함수를 각각 의미한다.In Equation 3, x k i is the motion state vector of the i th particle at the second time point k, and x k-1 i is the motion state vector of the
502단계에서, 기지국(110)의 제어부(240)는 제2시점의 이동식단말(130)의 운동 상태를 추정한다. 제어부(240)는 각 입자의 가중치를 산출하고, 각 입자의 가중치와 운동 상태 벡터곱의 합이 추정된 단말의 운동 벡터가 된다. 각 입자의 가중치는 제1시점의 가중치에 우도(likelihood)함수의 곱으로 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.In
수학식 4에서, wi k는 제2시점인 시간 k에서의 i번째 입자의 가중치, wi k-1는 제1시점인 시간 k-1에서의 i번째 입자의 가중치, 함수 L은 우도함수, zk는 제2시점인 시간 k에서의 측정 모델, xk i는 제2시점인 시간 k에서의 i번째 입자의 운동상태벡터를 각각 의미한다.In Equation 4, w i k is the weight of the i-th particle at the second point of time k, w i k-1 is the weight of the i-th particle at the first point of time k-1, and function L is the likelihood function , zk denotes the measurement model at the second point in time k, and x k i denotes the motion state vector of the i-th particle at the second point in time k, respectively.
이때, 제2시점에서의 이동식단말(130)의 운동상태벡터는 각 입자의 가중치와 운동상태벡터 곱의 합의 형태로 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.At this time, the motion state vector of the
수학식 6에서 는 제2시점인 시간 k에서의 이동식단말(130)의 운동상태벡터의 추정값, wi k는 제2시점인 시간 k에서의 i번째 입자의 가중치, xk i는 제2시점인 시간 k에서의 i번째 입자의 운동상태벡터, N은 총 입자의 수를 각각 의미한다.In Equation 6 Is the estimated value of the motion state vector of the
기지국(110)의 제어부(240)는 503단계에서 이동식단말(130)의 운동상태를 각도정보로 변환하여 빔 조향에 이용한다.The
수학식 7은 기지국(110)이 빔을 조향하여 재정렬시키기 위하여 사용하는 수학식의 일 예이다. Equation 7 is an example of an equation used by the
는 제2시점인 시간 k에서 기지국(110)과 이동식단말(130) 사이의 발사각(angle of departure) 및 입사각(angle of arrival), 는 제2시점인 시간 k에서의 이동식단말(130)의 운동상태벡터의 추정값, 함수 gk는 시간 k에서 운동 상태와 각도 정보의 관계식을 각각 의미한다. Is the angle of departure and angle of arrival between the
504단계에서, 기지국(110)의 제어부(240)는 수학식 7을 통해서 이동식단말(130)의 운동상태를 각도정보로 변환하고, 빔을 재정렬하게 된다.In
이하에서는, 도 4를 이어서 설명하기로 한다.Hereinafter, FIG. 4 will be described next.
단계 403에서, 기지국(110)의 제어부(240)는 도 5와 같은 과정을 통해서, 최적의 빔 정렬이 설정된 것이 확인되면, 구축된 빔 쌍(112, 131)으로 신규 데이터를 이동식단말(130)에 송신하게 된다.In
본 발명에 따르면, 위와 같이 이동성 시나리오에서 최소한의 오버헤드(overhead)로 빔을 재정렬시킬 수 있으며, 빔의 정렬이 최적화됨으로써, 경로 손실이 최소화될 수 있으며, 효율적인 밀리미터파 통신이 가능해진다.According to the present invention, it is possible to rearrange the beams with a minimum overhead in the mobility scenario as described above, and by optimizing the alignment of the beams, path loss can be minimized, and efficient millimeter wave communication is possible.
특히, 본 발명은 밀리미터파 통신을 기반으로 고안된 발명으로서, 경로 손실을 최소화시켜서, 전차(tank), 헬리콥터(helicopter), 기계화 보병(mechanized infantry) 등과 같이 이동성이 있으면서 밀리미터파 통신 장비를 구비하고 전략적인 임무를 수행하는 이동식단말을 지원하는 효율성을 상당히 향상시킬 수 있다.In particular, the present invention is an invention devised based on millimeter-wave communication, and is equipped with millimeter-wave communication equipment while having mobility, such as a tank, helicopter, and mechanized infantry, by minimizing path loss. The efficiency of supporting mobile terminals performing missions can be significantly improved.
특히, 본 발명에 따르면, 파티클 필터를 통해 추정하는 상태 벡터 x에 제2시점의 이동성단말의 기울기의 추정값을 파라미터로 추가하여, 이동성단말의 기울기의 이동성까지 고려하게 됨에 따라서, 빔 재정렬의 최적화도를 더욱 향상시킬 수 있다.In particular, according to the present invention, by adding the estimated value of the slope of the mobile terminal at the second point of view as a parameter to the state vector x estimated through the particle filter, even the mobility of the slope of the mobile terminal is considered. Can be further improved.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시 예는 컴퓨터상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.The embodiment according to the present invention described above may be implemented in the form of a computer program that can be executed through various components on a computer, and such a computer program may be recorded in a computer-readable medium. In this case, the medium is a magnetic medium such as a hard disk, a floppy disk, and a magnetic tape, an optical recording medium such as a CD-ROM and a DVD, a magneto-optical medium such as a floptical disk, and a ROM. A hardware device specially configured to store and execute program instructions, such as, RAM, flash memory, and the like.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.Meanwhile, the computer program may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable to those skilled in the computer software field. Examples of the computer program may include not only machine language codes produced by a compiler but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.The specific implementations described in the present invention are examples, and do not limit the scope of the present invention in any way. For brevity of the specification, descriptions of conventional electronic configurations, control systems, software, and other functional aspects of the systems may be omitted. In addition, the connection or connection members of the lines between the components shown in the drawings exemplarily represent functional connections and/or physical or circuit connections, and in an actual device, various functional connections that can be replaced or additionally It may be referred to as a connection, or circuit connections. In addition, if there is no specific mention such as “essential” or “importantly”, it may not be an essential component for the application of the present invention.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.In the specification of the present invention (especially in the claims), the use of the term “above” and a similar reference term may correspond to both the singular and the plural. In addition, when a range is described in the present invention, the invention to which an individual value falling within the range is applied (unless otherwise stated), and each individual value constituting the range is described in the detailed description of the invention. Same as Finally, if there is no explicit order or contrary to the steps constituting the method according to the present invention, the steps may be performed in a suitable order. The present invention is not necessarily limited according to the order of description of the steps. The use of all examples or illustrative terms (for example, etc.) in the present invention is merely for describing the present invention in detail, and the scope of the present invention is limited by the above examples or illustrative terms unless limited by the claims. It does not become. In addition, those skilled in the art can recognize that various modifications, combinations, and changes may be configured according to design conditions and factors within the scope of the appended claims or their equivalents.
Claims (9)
상기 기지국이 수신된 참조신호를 제2시점의 측정모델로 하여 밀리미터파 통신 파티클 필터를 기초로 제1시점에서 제2시점까지의 상기 이동식단말의 이동성(mobility)를 추정하는 이동성추정단계; 및
추정된 이동성을 기초로 상기 제2지점에서 상기 기지국과 상기 이동식단말간의 새로운 통신망을 구축하고, 상기 기지국이 상기 이동식단말로 기설정된 데이터를 송신하는 통신망재구축단계를 포함하고,
상기 참조신호는,
상기 제2시점에서의 상기 기지국과 상기 이동식단말 간에 상대위치, 상대속도, 상대가속도 및 상기 이동식단말의 자체 기울기를 추정한 추정기울기값을 고려한 정보를 포함하고,
상기 이동성추정단계는,
상기 기지국과 상기 이동식단말간의 상대위치 두 성분, 상대속도 두 성분, 상대가속도 두 성분 및 상기 이동식단말의 자체 기울기까지 총 7개의 벡터성분을 포함하는 상태벡터(state vector)를 정의하여, 상기 파티클 필터를 기초로 상기 이동식단말의 이동성을 추정하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 통신 파티클 필터 기반 빔 추적 방법.A reference signal receiving step of receiving a reference signal from a mobile terminal moving from a first point to a second point through a communication network established with a base station at the first point after time elapses from the first point to the second point;
A mobility estimating step of estimating mobility of the mobile terminal from a first point of time to a second point of time based on a millimeter wave communication particle filter by using the received reference signal as a measurement model at a second point of view; And
A communication network reconstruction step of establishing a new communication network between the base station and the mobile terminal at the second point based on the estimated mobility, and transmitting preset data to the mobile terminal by the base station,
The reference signal is
Including information in consideration of a relative position, a relative speed, a relative acceleration between the base station and the mobile terminal at the second time point, and an estimated slope value that estimates a slope of the mobile terminal,
The mobility estimation step,
By defining a state vector including a total of 7 vector components up to two components of a relative position between the base station and the mobile terminal, two components of a relative speed, two components of a relative acceleration, and a slope of the mobile terminal, the particle filter Millimeter wave communication particle filter-based beam tracking method, characterized in that estimating the mobility of the mobile terminal on the basis of.
상기 통신망은,
기설정된 주파수를 지원하는 배열안테나를 기반으로 구축된 빔 쌍(beam pair)에 의한 것을 특징으로 하는 밀리미터파 통신 파티클 필터 기반 빔 추적 방법.The method of claim 1,
The communication network,
Millimeter wave communication particle filter-based beam tracking method, characterized in that by using a beam pair (beam pair) built on the basis of the array antenna supporting a preset frequency.
수신된 참조신호를 제2시점의 측정모델로 하여 밀리미터파 통신 파티클 필터를 기초로 제1시점에서 제2시점까지의 상기 이동식단말의 이동성(mobility)를 추정하는 제어부; 및
추정된 이동성을 기초로 상기 제2지점에서 상기 이동식단말과 새로운 통신망을 구축하고, 상기 이동식단말로 기설정된 데이터를 송신하는 송신부를 포함하고,
상기 참조신호는,
상기 제2시점에서의 기지국과 상기 이동식단말 간에 상대위치, 상대속도, 상대가속도 및 상기 이동식단말의 자체 기울기를 추정한 추정기울기값을 고려한 정보를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 기지국과 상기 이동식단말간의 상대위치 두 성분, 상대속도 두 성분, 상대가속도 두 성분 및 상기 이동식단말의 자체 기울기까지 총 7개의 벡터성분을 포함하는 상태벡터(state vector)를 정의하여, 상기 파티클 필터를 기초로 상기 이동식단말의 이동성을 추정하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 통신 파티클 필터 기반 빔 추적 방법을 구현하는 기지국.A receiver configured to receive a reference signal from a mobile terminal that has moved from a first point to a second point through a communication network established at the first point after time elapses from the first point to the second point;
A control unit for estimating mobility of the mobile terminal from a first point to a second point based on a millimeter wave communication particle filter using the received reference signal as a measurement model for a second point of view; And
And a transmitter configured to establish a new communication network with the mobile terminal at the second point based on the estimated mobility, and transmit preset data to the mobile terminal,
The reference signal is
Including information in consideration of a relative position, a relative speed, a relative acceleration, and an estimated slope value that estimates a slope of the mobile terminal between the base station and the mobile terminal at the second time point,
The control unit,
By defining a state vector including a total of 7 vector components up to two components of a relative position between the base station and the mobile terminal, two components of a relative speed, two components of a relative acceleration, and a slope of the mobile terminal, the particle filter Base station implementing the millimeter wave communication particle filter-based beam tracking method, characterized in that estimating the mobility of the mobile terminal based on.
상기 통신망은,
기설정된 주파수를 지원하는 배열안테나를 기반으로 구축된 빔 쌍(beam pair)에 의한 것을 특징으로 하는 밀리미터파 통신 파티클 필터 기반 빔 추적 방법을 구현하는 기지국.The method of claim 6,
The communication network,
A base station implementing a beam tracking method based on a millimeter wave communication particle filter, characterized in that by using a beam pair built on an array antenna supporting a preset frequency.
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