KR102220377B1 - 다중 셀 다중 사용자 통신 시스템에서 적응적 빔 호핑을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

다중 셀 다중 사용자 통신 시스템에서 적응적 빔 호핑을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 셀 다중 사용자 통신 시스템에서 적응적 빔 호핑을 수행하는 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면 접속 가능한 다수의 기지국들에게 소정의 동작 시간 동안 빔 호핑을 위한 다중 접속 허용을 요청하고, 상기 다수의 기지국들 중 적어도 둘 이상의 기지국들로부터 상기 요청에 대한 응답을 수신하고, 미리 정해진 기준에 따라 상기 적어도 둘 이상의 기지국들의 송신 빔들 중 상기 기준을 초과하는 빔들을 사용 가능한 빔으로 결정하고, 상기 결정된 사용 가능한 빔들을 토대로 빔 호핑 패턴을 결정하고, 상기 결정된 빔 호핑 패턴을 상기 적어도 둘 이상의 기지국들로 전송하고, 상기 결정된 빔 호핑 패턴을 토대로 수신 빔을 형성하여 신호를 수신한다.

Description

다중 셀 다중 사용자 통신 시스템에서 적응적 빔 호핑을 위한 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR ADAPTIVE BEAM HOPPING IN MULTI CELL MULTI USER COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 다중 셀 통신 시스템 (multi cell communication system)에서 다중 송수신 빔 간 빔 호핑(beam hopping)과 수신 빔 형성 및 활용을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 통신 시스템은 다중 셀 구조를 가지며, 다중 셀 통신 시스템에 있어서 적절한 송수신 빔의 구성 및 활용은 다중 셀 통신 시스템의 전체 시스템 성능에 영향을 미치는 중요한 요인으로 작용한다.
다중 셀 통신 시스템에서 각 사용자 단말기에게 끊김 없는 서비스를 제공하고 높은 통신 품질을 제공하기 위하여 다수의 사용자 단말기가 이동 속도에 따라 또는 통신 품질에 따라 다수의 기지국으로부터 순차적으로 또는 동시에 서비스를 받는 다중 기지국 접속 모델이 고려되고 있다. 그런데 다중 기지국들의 다중 빔 서비스를 통한 사용자 단말기의 통신 방안은 아직 본격적인 연구가 이루어지지 않았으며, 기존 기술들은 대부분 송수신 빔들의 구체적인 활용 대신 주파수 자원이나 시간 자원 등을 활용하거나 단순히 다중 기지국 동시 서비스를 통한 성능 향상에 주력하였다. 기지국이 송신 빔 활용을 바탕으로 다중 접속 여부를 결정하는 경우에는 각 기지국들이 어느 범위의 주변 기지국까지 빔 활용 여부를 공유할 것인지 불분명하고 또한 송신 빔 활용을 위해서는 사용자 단말기의 변화가 발생한 시점마다 주변의 모든 기지국들 간에 정보를 업데이트 해야만 한다. 그 외 기존에 다중 기지국 다중 사용자 서비스를 위한 기술들의 대표적인 방안들로는 다중 접속 채널과 주파수 호핑(frequency hopping) 기법이 있다.
도 1은 일반적인 다중 셀 통신 시스템에서 사용되는 다중 접속 채널 방식을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 다중 접속 채널 방식은 다수개의 기지국들(도 1에서는 2개의 기지국(111, 113)을 예로 들었다)과 하나의 사용자 단말기(115)를 포함하여 구성된다. 다중 접속 채널은 하나의 사용자 단말기에 대하여 다수의 기지국들이 동시에 접속하는 모델로, 도 1은 하나의 예제일 뿐이며 2개 이상의 기지국 및 사용자 단말기에 대하여 적용이 가능하다.
도 1에서 기지국 # 1(111)과 기지국 # 2(113)가 각각 송신 빔 # 1(117)과 송신 빔 # 2(119)를 구성하여 동시에 사용자 단말기(115)로 전송하면, 사용자 단말기 # 1(115)는 송신 빔들의 방향 및 형태에 따라 다양한 방향 및 형태의 수신 빔을 구성한다. 도 1에는 사용자 단말기 # 1(115)가 구성하는 수신 빔의 일 예로 4가지 종류의 수신 빔, 즉 수신 빔 # 1(121), 수신 빔 # 2(123), 수신 빔 # 3(125)과 수신 빔 #4(127)을 도시하였다.
다중 접속 채널은 사용자 단말기(115)가 도 1의 일 예와 같이 시간에 따라 수신 빔 # 1(121), 수신 빔 # 2(123), 수신 빔 # 3(125)과 수신 빔 #4(127)을 번갈아 가며 사용하는 등 시간 또는 주파수 자원에 따라 일정하지 않은 수신 빔을 매번 형성하여야 한다는 문제점이 있다. 또한, 사용자 단말기(115)의 물리적 한계에 따라 형성할 수 있는 수신 빔의 형태에 제한이 있기 때문에 사용자 단말기(115)를 동시에 서비스할 수 있는 기지국들의 수도 실제 서비스 가능한 수와 비교하여 제한적일 수 있다. 더불어, 매 순간 사용자 단말기(115)에 접속하는 기지국들의 송신 빔 정보는 사용자 단말기(115)와 공유되어야 하고, 사용자 단말기(115)는 송신 빔들의 정보를 바탕으로 형성한 수신 빔의 정보 및 해당 기지국들과의 다중 접속 채널의 유지 여부 등을 매번 주변의 모든 기지국들에게 알려주어야 한다.
도 2는 일반적인 다중 셀 통신 시스템에서 사용되는 주파수 호핑 방식의 일 예를 도시한 도면이다.
주파수 호핑 방식은 전체 주파수를 임의의 시간 동안에 나누어 사용하는 방식이다. 주파수 호핑을 시행하면, 한 주파수 자원을 임의의 일정한 시간 동안에만 사용하고 다른 시간에는 다른 주파수 자원을 사용하기 때문에 동일한 주파수 자원을 사용하는 간섭원에 따른 간섭의 영향을 줄일 수 있다. 하지만 사용자 단말기에 할당된 전체 주파수 대역을 동시간에 활용하지 못하여 성능 저하가 발생할 수 있고, 주파수 자원 별로 새로운 빔들을 구성하여야 하기 때문에 다수의 주파수 자원을 통하여 주파수 호핑을 구성할수록 주변의 모든 기지국과 모든 사용자 단말기 간에 공유하여야 하는 송신 및 수신 빔 정보가 많아진다.
특히, 현재 차세대 통신 모델로 각광받고 있는 고주파 대역폭을 활용하는 통신 모델에서는 사용자 단말기의 이동이나 지역적 특성에 따라 통신에 활용하기 위한 수신 신호의 산란 효과가 부족해지는 문제점이 존재한다. 그런데 주파수 호핑 방식의 경우에는 이러한 산란 효과 부족을 해결하지 못하고 오히려 더 악화시키기 때문에 차세대 이동통신 모델에 적용하기에는 문제가 있다.
다중 접속 채널 방식 또한 고주파 대역폭을 활용하는 통신 모델에서는 수신 빔 형성의 물리적 제약에 따라 다중 접속 서비스를 위한 기지국들이 제한되고 기지국과 사용자 단말기 간에 주고 받는 정보의 양이 크기 때문에, 사용자 단말기에서 얻고자 하는 성능을 안정적으로 서비스 해줄 수 없다.
고주파 대역폭을 활용하는 통신 모델뿐만 아니라, 최근 통신 환경은 나날이 복잡해지고 있고 다양한 기지국 환경 및 서비스 방안에 맞춘 빔 형성 기법들이 고려되고 있다. 이에 따라, 사용자 단말기의 성능 저하를 방지하기 위해 적절한 송수신 빔 활용이 그 어느 때보다 중요해지고 있다. 따라서, 다중 셀간 다중의 송신 빔을 효율적으로 활용하여 빈번히 발생할 수 있는 동일 주파수 사용에 따른 간섭을 줄이고, 기지국과 사용자 단말기 간에 공유하여야 하는 정보의 양을 줄이고, 사용자 단말기가 원하는 성능을 달성하기 위한 방안에 대한 필요성이 대두되고 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예는 다중 셀 통신 시스템에서 다수의 송신 빔 활용을 위해 사용 가능한 송신 빔 결정 방법 및 장치를 제안한다.
또한 본 발명의 일 실시예는 다중 셀 통신 시스템에서 다수의 송신 빔 활용을 위한 송신 빔 호핑 방법 및 장치를 제안한다.
또한 본 발명의 일 실시예는 다중 셀 통신 시스템에서 다수의 송신 빔 활용을 위한 송신 빔 호핑 초기화 방법 및 장치를 제안한다.
또한 본 발명의 일 실시예는 다중 셀 통신 시스템에서 다수의 송신 빔 활용을 위한 송신 방법 및 장치를 제안한다.
또한 본 발명의 일 실시예는 다중 셀 통신 시스템에서 다수의 송신 빔 호핑에 따른 수신 빔 형성 방법 및 장치를 제안한다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 셀 다중 사용자 통신 시스템에서 적응적 빔 호핑을 수행하는 방법은, 접속 가능한 다수의 기지국들에게 소정의 동작 시간 동안 빔 호핑을 위한 다중 접속 허용을 요청하는 과정과, 상기 다수의 기지국들 중 적어도 둘 이상의 기지국들로부터 상기 요청에 대한 응답을 수신하고, 미리 정해진 기준에 따라 상기 적어도 둘 이상의 기지국들의 송신 빔들 중 상기 기준을 초과하는 빔들을 사용 가능한 빔으로 결정하는 과정과, 상기 결정된 사용 가능한 빔들을 토대로 빔 호핑 패턴을 결정하고, 상기 결정된 빔 호핑 패턴을 상기 적어도 둘 이상의 기지국들로 전송하는 과정과, 상기 결정된 빔 호핑 패턴을 토대로 수신 빔을 형성하여 신호를 수신하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 다중 셀 다중 사용자 통신 시스템에서 적응적 빔 호핑을 수행하는 방법은, 기지국이 사용자 단말기로부터 소정의 동작 시간 동안 빔 호핑을 위한 다중 접속 허용 요청을 수신하는 과정과, 상기 사용자 단말기에 대한 다중 접속 요청 허용 여부를 결정하고 상기 결정 결과를 상기 사용자 단말기로 전송하는 과정과, 상기 사용자 단말기로부터 빔 호핑 패턴을 수신하는 과정과, 상기 수신된 빔 호핑 패턴을 토대로 송신 빔을 형성하여 신호를 송신하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 다중 셀 다중 사용자 통신 시스템에서 적응적 빔 호핑을 수행하는 장치는, 적어도 하나의 기지국과 신호를 송수신하는 송수신부와, 접속 가능한 다수의 기지국들에게 소정의 동작 시간 동안 빔 호핑을 위한 다중 접속 허용을 요청하고, 상기 다수의 기지국들 중 적어도 둘 이상의 기지국들로부터 상기 요청에 대한 응답을 수신하고, 미리 정해진 기준에 따라 상기 적어도 둘 이상의 기지국들의 송신 빔들 중 상기 기준을 초과하는 빔들을 사용 가능한 빔으로 결정하고, 상기 결정된 사용 가능한 빔들을 토대로 빔 호핑 패턴을 결정하고, 상기 결정된 빔 호핑 패턴을 상기 적어도 둘 이상의 기지국들로 전송하고, 상기 결정된 빔 호핑 패턴을 토대로 수신 빔을 형성하여 신호를 수신하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 다중 셀 다중 사용자 통신 시스템에서 적응적 빔 호핑을 수행하는 장치는, 다수의 사용자 단말기와 신호를 송수신하는 송수신부와, 사용자 단말기로부터 소정의 동작 시간 동안 빔 호핑을 위한 다중 접속 허용 요청을 수신하고, 상기 사용자 단말기에 대한 다중 접속 요청 허용 여부를 결정하고 상기 결정 결과를 상기 사용자 단말기로 전송하고, 상기 사용자 단말기로부터 빔 호핑 패턴을 수신하고, 상기 수신된 빔 호핑 패턴을 토대로 송신 빔을 형성하여 신호를 송신하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 다중 셀 통신 시스템에서 다중 송신 빔의 효율적인 사용을 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 다중 셀 통신 시스템에서 간섭에 대한 성능 저하를 줄인다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 다중 셀 통신 시스템에서 다중 송신 빔을 활용하면서 일정한 수신 빔 활용이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 다중 셀 통신 시스템에서 송수신 빔 제어에 있어서 새로운 송신 빔 사용이나 기존 송신 빔 사용의 취소가 용이하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 다중 셀 통신 시스템에서 송수신 빔 제어에 있어서 기지국과 사용자 단말기 사이에 공유해야 하는 정보의 양을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 다중 셀 통신 시스템에서 다수의 사용자 단말기가 단일 송신 빔을 활용하는 경우와 비교하여 무선 채널의 다양한 확보가 용이하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 다중 송신 빔의 이용에 따라 수신 빔의 형태가 시간에 따라 변화하고 이에 따라 다수의 기지국과 사용자 단말기 간의 정보 공유가 증가하거나, 사용자 단말기의 이동이나 서비스 가능 여부 등에 따라 사용자 단말기의 특성이 변화하는 경우 주변의 다수의 기지국들과 다수의 사용자 단말기들 간 서로 정보를 모두 공유가 필요했던 문제점들을 효과적으로 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 모든 주파수 자원을 활용하여 무선 채널 특성 활용도를 높이고, 이에 따라 향상된 성능으로 사용자 단말기를 서비스 하면서 다중 단말기 간에 발생할 수 있는 간섭의 영향을 줄일 수 있다.
도 1은 일반적인 다중 셀 통신 시스템에서 사용되는 다중 접속 채널을 개략적으로 도시한 도면
도 2는 일반적인 다중 셀 통신 시스템에서 사용되는 주파수 호핑을 개략적으로 도시한 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기지국 빔 호핑 기법을 적용하는 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자 단말기가 다중 기지국 빔에 대한 사용 가능한 빔을 결정하는 동작을 개략적으로 도시한 도면
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자 단말기가 빔 사용 패턴을 결정하는 동작을 개략적으로 도시한 도면
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자 단말기가 빔 사용 패턴을 초기화하는 동작을 개략적으로 도시한 도면
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기지국 빔 호핑 기법에 따라 송신 장치가 송신 신호를 전송하고 수신 장치가 수신 빔을 형성하는 예를 도시한 도면
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 셀 통신 시스템에서 사용자 단말기의 동작을 도시한 도면
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 셀 통신 시스템에서 기지국의 동작을 개략적으로 도시한 도면
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 셀 통신 시스템에서 사용자 단말기의 구성을 개략적으로 도시한 도면
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 셀 통신 시스템에서 기지국의 구성을 개략적으로 도시한 도면
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 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.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 일 실시예는 다중 기지국 다중 사용자 통신 시스템에서 다중 송신 빔 간 호핑 및 수신 빔 형성 방법 및 장치를 제안한다.
이하, 설명의 편의를 위해 본 발명의 실시예에서는 신호 송신 장치를 기지국(Base Station: BS)이라 가정하고, 신호 수신 장치를 사용자 단말기(User Equipment)라 가정하지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다른 종류의 신호 송신 장치와 신호 수신 장치에도 본 발명이 적용될 수 있음은 당업자에게 자명한 것이다.
본 발명에서 제안하는 송신 빔 간 호핑 및 수신 빔 형성 방법은 롱텀 에볼루션(long term evolution: 이하 LTE라 칭한다) 통신 시스템과, 롱텀 에볼루션-어드밴스드(long term evolution advanced: 이하 LTE-A라 칭한다) 통신 시스템과, 고속 하향 링크 패킷 접속(high speed downlink packet access: 이하 HSDPA라 칭한다) 통신 시스템과, 고속 상향 링크 패킷 접속(high speed uplink packet access: 이하 HSUPA라 칭한다) 통신 시스템과, 3세대 프로젝트 파트너쉽 2(3rd generation project partnership 2: 이하 3GPP2라 칭한다)의 고속 레이트 패킷 데이터(high rate packet data: 이하 HRPD라 칭한다) 통신 시스템과, 3GPP2의 광대역 부호 분할 다중 접속(Wideband Code Division Multiple Access, 이하 WCDMA라 칭한다) 통신 시스템과, 3GPP2의 부호 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access, 이하 CDMA라 칭) 통신 시스템과, 국제 전기 전자 기술자 협회(Institute of Electrical and Electronics Engineers: 이하 IEEE라 칭한다) 802.16m 통신 시스템과 같은 다양한 다중 셀 통신 시스템들에 적용될 수도 있음은 물론이다.
현재 통신 시스템에서 구현 및 고려되고 있는 다중 접속 방식들은 주로 단순히 임의의 기지국들이 동시에 사용자 단말기를 서비스 하거나, 시간 또는 주파수 자원 일부를 다중 기지국들이 순차적으로 활용하여 사용자 단말기를 서비스하는 동작을 바탕으로 하고 있으며, 다중의 송신 빔 간의 순차적 사용을 고려하는 다중 빔 간 호핑 방안에 대해서는 연구가 이루어지지 않고 있다. 임의의 송신 시간에 대하여 무작위로 또는 특정 규칙에 따라 다중의 송신 빔 사용 여부를 결정하는 빔 호핑은 기지국과 사용자 단말기 간의 정보 공유량을 줄이고, 동일한 주파수 자원을 사용하여 발생할 수 있는 기지국 간 간섭의 영향을 줄이고, 사용자 단말기에 할당 된 모든 대역폭을 매 순간 활용하면서 수신 빔의 형태를 일정하게 유지시킬 수 있기 때문에, 송신 빔 호핑 방안에 대한 필요성 및 중요성은 매우 크다. 특히, 4세대 LTE를 거쳐 향후 5세대 통신 환경의 표준적인 모델로 고주파 대역을 활용하는 방향성 빔 기반 통신 구조가 연구되고 있는 상황에서 송신 빔 간 활용도를 효과적으로 높이고 수신 빔의 형태 유지 및 다중 무선 채널의 안정적 확보와 다중 기지국으로부터의 안정적인 서비스를 유지케 하는 다중 송신 빔 활용 방식에 대한 필요성은 매우 크다.
따라서 본 발명의 일 실시예에서는 복잡한 구조를 가지는 다중 셀 통신 시스템에서 사용할 수 있는 다중 송신 빔의 효율적인 활용을 위한 송신 빔 호핑 방안을 제안한다. 본 발명의 일 실시예에서 제안하는 다중 송신 빔 호핑 방안은 종래의 다중 접속 방안들에서 발생하던 주파수 대역폭 활용도 저하 문제, 다중 접속 기지국 제한 문제, 그리고 기지국과 사용자 단말기 간의 과도한 정보 공유 문제를 해결할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 셀 통신 시스템의 송신 빔 호핑 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
다중 셀 통신 시스템은 다수 개의 기지국들과, 상기 기지국들이 사용 가능한 다수 개의 빔들과, 다수의 사용자 단말기를 포함하여 구성될 수 있다. 도 3에서는 다중 셀 통신 시스템의 일 예로 3개의 기지국들, 즉 기지국 #1(311-1), 기지국 #2(311-2), 기지국 #3(311-3)과, 9개의 송신 빔들, 즉 빔 #1(313-1), 빔 #2(313-2), … ,빔 #9(313-9)와, 하나의 사용자 단말기 (315)를 포함하는 것을 도시하였다.
본 발명의 일 실시예에서는 다중의 신호 송신 장치의 다중 송신 빔을 활용하는 방법에 있어서, 신호 수신 장치가 사용 가능한 빔들을 소정 기준을 바탕으로 결정하는 동작(이하 동작 1이라 함)과, 신호 수신 장치가 다중 송신 빔 활용 방안, 즉 송신 빔 호핑 패턴을 결정하는 동작(이하 동작 2라 함)과, 송신 빔 호핑의 초기화 동작(이하 동작 3이라 함)을 제안한다. 또한, 신호 수신 장치로부터 얻은 송신 빔 호핑 방안을 토대로 신호 송신 장치가 송신 빔을 정해진 시간에 신호 수신 장치에게 서비스하는 방법과, 신호 수신 장치가 상기 동작 2에서 결정한 빔 호핑 방안을 토대로 수신 빔을 형성하는 방법을 제안한다.
먼저, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 셀 통신 시스템에서 사용자 단말기가 활용 가능한 송신 빔들을 선택하는 과정에 대해서 설명하기로 한다.
도 3에서 사용자 단말기(315)는 인접 기지국들에게 시간 T 동안 빔 호핑을 위한 다중 접속 허용을 요청한다. 인접 기지국들은 자신들의 서비스 단말들에 대한 서비스 상태에 따라 상기 사용자 단말기(315)의 빔 호핑 동작에 대한 허용 또는 비허용을 판단하고, 판단 결과를 상기 사용자 단말기(315)에게 알려준다. 도 3에서는 인접 기지국들의 상기 빔 호핑을 위한 다중 접속 허용 여부 판단 결과를 바탕으로 결정된 시간 T 동안 다중 접속을 할 수 있는 4개의 인접 기지국들(311-1 내지 311-4)을 도시하였다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자 단말기가 다중 접속 가능한 인접 기지국들의 송신 빔들 중에서 사용 가능한 빔을 결정하는 동작 1을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 사용자 단말기(315)는 시간 T 동안 다중 접속을 할 수 있는 4개의 인접 기지국들(311-1 내지 311-4)의 9개의 송신 빔들, 즉 빔 #1(313-1), 빔 #2(313-2), … ,빔 #9(313-9) 중 소정의 빔 선택 기준을 바탕으로 일정 기준 이상의 빔들, 예를 들어 10dB 이상의 빔들만을 활용 가능한 빔으로 선택한다. 상기 빔 선택 기준은 예를 들어 수신 신호 대 잡음비(received signal-to-noise ratio)일 수 있다. 도 4에서는 9개의 빔들 중 5개의 빔들, 즉 빔 #1(313-1), 빔 #2(313-2), 빔 #3(313-3), 빔 #5(313-5), 빔 #6(313-6)이 활용 가능한 것으로 선택된 것을 가정하였다. 이러한 동작을 위해서, 사용자 단말기(315)는 송신 빔 선택 기준에 관한 정보를 미리 알고 있거나 송신 빔 선택을 수행하기 전에 다중 접속이 가능한 기지국들, 즉 기지국 #1(311-1)과, 기지국 #2(311-2)과, 기지국 #3(311-3)으로부터 전송 받는다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도 4의 동작 1의 결과로 결정된 활용 가능한 빔들을 바탕으로 시간에 따른 빔 활용 여부, 즉 빔 호핑을 나타내는 빔 호핑 패턴을 결정하는 동작 2를 도시한 것이다.
빔 호핑 패턴은 기지국과 사용자 단말기 간에 미리 결정된 빔 호핑 패턴 룰을 토대로 결정된다. 즉, 주파수 호핑에 있어서 최적화된 빔 호핑 패턴 룰을 기지국과 단말간에 서로 미리 공유를 하고, 상기 공유된 패턴 룰에 따른 빔 호핑 패턴들 중 사용자 단말기가 현 상황에 적합한 빔 호핑 패턴을 선택하고 상기 선택한 빔 호핑 패턴의 인덱스를 기지국으로 피드백 해준다. 여기에서 사용하는 빔 패턴 룰은 특정 룰에 한정되지 않으며 다양한 룰이 적용될 수 있다. 도 5에서는 동일한 시간간격을 가진 시간 1에서 시간 5 동안 동작 1을 통해 결정된 5개의 빔들을 활용하는 호핑 패턴을 고려한다. 즉, 시간 1에서는 빔 #3(313-3)이, 시간 2에서는 빔 #6(313-6)이, 시간 3에서는 빔 #1(313-1)이, 시간 4에서는 빔 #5(313-5)가, 시간 5에서는 빔 #2(313-2)가 각각 활용된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 사용자 단말기가 도 5와 같이 결정된 빔 호핑 패턴을 유지 또는 초기화 하는 동작 3을 보여준다.
빔 호핑 패턴의 유지 여부는 사용자 단말기가 사용 가능한 빔들의 집합에서 일정 비율 이상의 빔들이 제외되었는지 여부를 판단하여 결정하며, 상기 판단은 소정 시간 간격으로 주기적으로 이루어진다. 본 발명의 일 실시예에서는 전체 동작 시간 T(시간 1 내지 시간 5)에 대하여 동작 시작 시점으로부터
Figure 112014082714652-pat00001
시간이 경과한 시점에 사용자 단말기가 50% 이상의 빔들이 사용 가능한 빔들의 집합에서 제외되는지를 판단하고 그 결과에 따라 빔 호핑 패턴의 초기화를 수행한다.
도 6을 참조하면, 시간 3에서는 빔 #1가 상기 동작 1의 활용 가능한 송신 빔 기준을 충족시키지 못하여 사용 가능한 빔들의 집합에서 제외된다. 하지만 5개의 빔들(빔 #1, 빔 #2, 빔 #3, 빔 #5, 빔 #6) 중 여전히 50% 이상인 4개의 빔들(빔 #2, 빔 #3, 빔 #5, 빔 #6)이 활용 가능하기 때문에 송신 빔 호핑 패턴을 유지한다. 반면에, 시간 5에서는 빔 #2와 빔 #5이 추가로 사용 가능한 빔들의 집합에서 제외된다. 이 경우, 5개의 빔들 중 50% 이하인 2개의 빔들(빔 #3, 빔 #6)만이 사용 가능한 빔들의 집합에 포함되기 때문에 전체 빔 호핑 패턴은 초기화 되고 사용자 단말기는 동작 1부터 다시 수행한다.
도 6에서는 빔 호핑 패턴의 유지 여부를 결정하는 기준을 처음 결정된 사용 가능한 빔들 중 상기 빔 호핑 패턴의 유지 여부를 결정하는 시점에 사용 가능한 빔들의 비율이 50% 이상인 경우에 빔 호핑 패턴을 유지하는 것으로 설명하였으나, 상기 기준이 되는 비율은 통신 환경에 따라 적절히 설정할 수 있다. 또한 도 6에서는 빔 호핑 패턴의 유지 여부를 결정하는 시점을 빔이 변경되는 시점과 동일하게 설정하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 빔 호핑 패턴의 유지 여부를 결정하는 시점과 빔이 변경되는 시점은 다르게 설정될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 1, 동작 2, 동작 3에 따라 사용자 단말기에 의해 결정된 빔 호핑 패턴을 바탕으로 기지국들이 소정의 시간 동안 사용자 단말기에게 신호를 전송하고, 사용자 단말기가 빔 호핑 패턴을 토대로 수신 빔을 형성하고 신호를 수신하는 과정을 도시한 것이다.
기지국 #1(311-1), 기지국 #2(311-2), 기지국 #3(311-3)은 사용자 단말기(315)로부터 빔 호핑 패턴을 수신하면, 빔 호핑 패턴에 따라 해당 시간에 송신 빔의 방향 및 형태를 결정하고 상기 결정된 송신 빔을 통해 신호를 전송한다. 사용자 단말기 (315)는 동작 1, 동작 2, 동작 3에 따라 결정된 빔 호핑 패턴을 토대로 각 해당 시간에 수신 빔의 방향 및 형태를 결정하고 신호를 수신한다. 또한 동작 1, 동작2, 동작 3으로부터 주기적으로 새로운 빔 호핑 패턴의 사용 유무를 판별하고 빔 호핑 패턴을 유지 또는 초기화 하여 기지국 #1(311-1)과, 기지국 #2(311-2)과, 기지국 #3(311-3)에게 알려준다.
도 7을 참조하면, 기지국 #1(311-1), 기지국 #2(311-2), 기지국 #3(311-3)은 사용자 단말기(315)로부터 도 5의 빔 호핑 패턴을 수신하고, 상기 빔 호핑 패턴에 따라 시간 1에는 기지국 #2(311-2)이 빔 #3을 송신하고, 시간 2에는 기지국 #3(311-3)이 빔 #6을 송신하고, 시간 3에는 기지국 #1(311-1)이 빔 #1을 송신하고, 시간 4에는 기지국 #3(311-3)이 빔 #5를 송신하고, 시간 5에는 기지국 #1(311-1)이 빔 #2를 송신한다. 사용자 단말기(315)는 도 5의 빔 호핑 패턴에 따라 시간 1에는 기지국 #2(311-2)의 빔 #3을 수신하고, 시간 2에는 기지국 #3(311-3)의 빔 #6을 수신하고, 시간 3에는 기지국 #1(311-1)의 빔 #1을 수신하고, 시간 4에는 기지국 #3(311-3)의 빔 #5를 수신하고, 시간 5에는 기지국 #1(311-1)의 빔 #2를 수신한다. 도 7에서는 도 5의 빔 호핑 패턴이 총 동작 시간 T(즉, 시간 1에서 시간 5)동안 초기화되지 않고 유지되는 것으로 가정하였으나, 도 6에서 설명한 바와 같이 시간 5에서 빔 호핑 패턴이 초기화되는 경우에는 변경된 빔 호핑 패턴을 토대로 해당 기지국이 해당 빔을 송신하고 사용자 단말기도 변경된 빔 호핑 패턴에 따라 수신 빔의 방향 및 형태를 결정하고 해당 빔을 수신한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 셀 통신 시스템에서 사용자 단말기의 동작을 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 사용자 단말기는 인접 기지국들에게 시간 T 동안 빔 호핑을 위한 다중 접속 허용을 요청한다(801). 인접 기지국들은 자신들의 서비스 단말들에 대한 서비스 상태에 따라 상기 사용자 단말기의 빔 호핑 동작에 대한 허용 또는 비허용을 판단하고, 판단 결과를 상기 사용자 단말기에게 알려준다. 그러면 사용자 단말기는 기지국으로부터 수신된 허용 여부에 따라 허용 가능한 기지국들에서 사용 가능한 빔을 결정한다(803). 그리고 앞서 기술한 바와 같이 기지국과 사용자 단말기 간에 미리 결정된 빔 호핑 패턴 룰을 토대로 빔 호핑 패턴을 결정하고, 결정된 빔 호핑 패턴을 기지국으로 전송한다(805). 또한 사용자 단말기는 소정 시간 간격으로 주기적으로 빔 호핑 패턴의 유지 여부를 판단하고(807), 빔 호핑 패턴을 초기화 해야 하는 것으로 결정하면 803으로 복귀하여 사용 가능한 빔을 다시 결정한다. 또한 빔 호핑 패턴을 유지하기로 결정하면 결정된 빔 호핑 패턴을 토대로 수신 빔을 형성하고 기지국으로부터의 신호를 수신한다(809).
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 셀 통신 시스템에서 기지국의 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 기지국은 사용자 단말기로부터 빔 호핑을 위한 다중 접속 허용 요청을 수신하고(901), 자신의 서비스 단말들에 대한 서비스 상태에 따라 상기 사용자 단말기의 빔 호핑 동작에 대한 허용 또는 비허용을 판단하고, 판단 결과를 상기 사용자 단말기에게 알려준다(903). 이후 사용자 단말기로부터 빔 호핑 패턴을 수신하면(905), 상기 수신된 빔 호핑 패턴을 토대로 송신 빔의 방향 및 형태를 결정하고, 상기 결정된 송신 빔을 통해 신호를 전송한다(907).
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 셀 통신 시스템에서 사용자 단말기의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 사용자 단말기(1000)은 송수신부(1011)와, 제어부(1013)와, 저장부(1015)를 포함한다. 제어부(1013)는 사용자 단말기(1000)의 전반적인 동작을 제어하며, 특히 도 7과 도 8에서 설명한 바와 같은 다중 셀 통신 시스템에서 간섭 제어에 관련된 동작을 제어한다. 다중 셀 통신 시스템에서 빔 호핑에 따른 사용자 단말기의 동작 과정은 도 4 내지 도 8에서 설명하였으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. 송수신부(1011)는 제어부(1013)의 제어에 따라 도 4 내지 도 8에서 설명한 바와 같은 다중 셀 통신 시스템에서 빔 호핑 동작 및 이에 따른 수신 빔 형성 동작에 관련된 각종 신호 및 메시지들을 송수신한다. 저장부(1015)는 제어부(1013)의 제어에 따라 결정된 빔 호핑 패턴을 저장할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 셀 통신 시스템에서 기지국의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 기지국(1100)은 송수신부(1111)와, 제어부(1113)와, 저장부(1115)를 포함한다. 제어부(1113)는 기지국(1100)의 전반적인 동작을 제어하며, 특히 도 7에서 설명한 바와 같은 다중 셀 통신 시스템에서 빔 간섭 제어와 관련된 동작을 제어한다. 다중 셀 통신 시스템에서 빔 호핑에 따른 기지국의 빔 송신 과정은 도 7과 도 9에서 설명하였으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. 송수신부(1111)는 제어부(1113)의 제어에 따라 사용자 단말기로부터 도 7에서 설명한 바와 같은 다중 셀 통신 시스템에서의 빔 호핑 동작 및 이에 따른 신호 송수신 동작에 관련된 각종 신호와 메시지들을 송수신한다. 저장부(1115)는 제어부(1113)의 제어에 따라 사용자 단말기로부터 수신한 빔 호핑 패턴을 저장할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (20)

  1. 다중 셀 다중 사용자 통신 시스템에서 사용자 단말기의 방법에 있어서,
    다수의 기지국들에게 소정의 동작 시간 동안 빔 호핑을 위한 다중 접속들을 허용하는 것에 대한 요청을 송신하는 과정과,
    상기 다수의 기지국들 중 적어도 둘 이상의 기지국들로부터 상기 요청에 대한 응답을 수신하고, 기준을 토대로 상기 응답한 기지국들의 송신 빔들 중 상기 기준을 초과하는 빔들을 사용 가능한 빔들로 결정하는 과정과,
    상기 기준을 초과하는 빔들을 토대로 빔 호핑 패턴을 결정하고, 상기 결정된 빔 호핑 패턴을 상기 응답한 기지국들로 송신하는 과정과,
    상기 결정된 빔 호핑 패턴을 토대로 수신 빔을 형성하여 신호를 수신하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준은 상기 다수의 기지국들과의 약속에 따라 미리 결정되거나 상기 다수의 기지국들로부터 수신하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 빔 호핑 패턴을 결정하는 과정은,
    상기 동작 시간을 소정의 시간 간격으로 구분하고, 상기 구분된 시간별로 사용할 송신 빔을 결정하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 동작 시간 동안 주기적으로 상기 빔 호핑 패턴의 유지 여부를 판단하고, 상기 빔 호핑 패턴을 유지할 수 없는 것으로 판단하면 상기 사용 가능한 빔을 결정하는 과정으로 복귀하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 빔 호핑 패턴의 유지 여부를 판단하는 시점에 사용 가능한 빔들의 비율을 토대로 상기 빔 호핑 패턴의 유지 여부를 결정하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기준은 수신 신호 대 잡음비(received signal-to-noise ratio)인 방법.
  7. 다중 셀 다중 사용자 통신 시스템에서 기지국의 방법에 있어서,
    사용자 단말기로부터 소정의 동작 시간 동안 빔 호핑을 위한 다중 접속들을 허용하는 것에 대한 요청을 수신하는 과정과,
    상기 요청에 대한 허용 여부를 결정하고 상기 결정 결과를 상기 사용자 단말기로 송신하는 과정과,
    상기 사용자 단말기로부터 빔 호핑 패턴을 수신하는 과정과,
    상기 수신된 빔 호핑 패턴을 토대로 송신 빔을 형성하여 신호를 송신하는 과정을 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 요청에 대한 허용 여부를 결정하는 과정은,
    상기 기지국이 서비스를 제공중인 사용자 단말기의 서비스 상태를 토대로 결정하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 사용자 단말기에게 사용 가능한 송신 빔 결정을 위한 기준에 대한 정보를 송신하는 과정을 더 포함하는 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 빔 호핑 패턴은 상기 동작 시간이 소정의 시간 간격으로 구분되고, 상기 구분된 시간별로 결정된 송신 빔들을 나타내는 것임을 특징으로 하는 방법.
  11. 다중 셀 다중 사용자 통신 시스템에서 사용자 단말기의 장치에 있어서,
    적어도 하나의 기지국과 신호를 송수신하는 송수신부와,
    다수의 기지국들에게 소정의 동작 시간 동안 빔 호핑을 위한 다중 접속들을 허용하는 것에 대한 요청을 송신하고,
    상기 다수의 기지국들 중 적어도 둘 이상의 기지국들로부터 상기 요청에 대한 응답을 수신하고, 기준을 토대로 상기 응답한 기지국들의 송신 빔들 중 상기 기준을 초과하는 빔들을 사용 가능한 빔들로 결정하고,
    상기 기준을 초과하는 빔들을 토대로 빔 호핑 패턴을 결정하고, 상기 결정된 빔 호핑 패턴을 상기 응답한 기지국들로 송신하고,
    상기 결정된 빔 호핑 패턴을 토대로 수신 빔을 형성하여 신호를 수신하도록 제어하는 제어부를 포함하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기준은 상기 다수의 기지국들과의 약속에 따라 미리 결정되거나 상기 다수의 기지국들로부터 수신하는 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 동작 시간을 소정의 시간 간격으로 구분하고, 상기 구분된 시간별로 사용할 송신 빔을 결정하는 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 동작 시간 동안 주기적으로 상기 빔 호핑 패턴의 유지 여부를 판단하고, 상기 빔 호핑 패턴을 유지할 수 없는 것으로 판단하면 상기 사용 가능한 빔을 재결정하는 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 빔 호핑 패턴의 유지 여부를 판단하는 시점에 사용 가능한 빔들의 비율을 토대로 상기 빔 호핑 패턴의 유지 여부를 결정하는 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 기준은 수신 신호 대 잡음비(received signal-to-noise ratio)인 장치.
  17. 다중 셀 다중 사용자 통신 시스템에서 기지국의 장치에 있어서,
    적어도 하나의 사용자 단말기와 신호를 송수신하는 송수신부와,
    사용자 단말기로부터 소정의 동작 시간 동안 빔 호핑을 위한 다중 접속들을 허용하는 것에 대한 요청을 수신하고,
    상기 요청에 대한 허용 여부를 결정하고 상기 결정 결과를 상기 사용자 단말기로 송신하고,
    상기 사용자 단말기로부터 빔 호핑 패턴을 수신하고,
    상기 수신된 빔 호핑 패턴을 토대로 송신 빔을 형성하여 신호를 송신하도록 제어하는 제어부를 포함하는 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기지국이 서비스를 제공중인 사용자 단말기의 서비스 상태를 토대로 결정하는 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 사용자 단말기에게 사용 가능한 송신 빔 결정을 위한 기준에 대한 정보를 송신하도록 제어하는 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 빔 호핑 패턴은 상기 동작 시간이 소정의 시간 간격으로 구분되고, 상기 구분된 시간별로 결정된 송신 빔들을 나타내도록 제어하는 장치.
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