KR102250946B1 - 위치기반 빔포밍 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 위치기반 빔포밍 장치는, 사용자와 이동 단말간의 포즈(pose)관계를 파악하는 포즈관계 파악부; 상기 사용자와 이동 단말간의 포즈관계정보 및 빔포밍 정보를 이용하여 사용자에게 미치는 전자파의 영향 정도를 판단하는 사용자 전자파 영향 판단부; 및 상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향 정도에 따라 사용자 또는 이동단말의 위치 변경 알림을 제공하는 위치변경 제안부를 포함할 수 있다.

Description

위치기반 빔포밍 장치 및 그 방법{Methods and apparatus for pose-based beamforming operation}
본 발명은 위치기반 빔포밍 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선통신시스템에서 이동단말과 사용자간 위치(포즈, pose)정보를 이용한 빔포밍 운용 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 무선통신 시스템에서 빔포밍은 안테나에서 전자파를 원하는 때에 원하는 방향으로 방사/수신되는 지향성을 가지는 전자파를 만들어내는 기술이다. 지향성 빔은 모든 방향으로 전자파가 방사되는 무지향성 빔과 달리 특정 방향으로 전자파가 방사되도록 안테나 이득을 증대함으로써 전자파 도달거리 확장 및 간섭 제거 효과를 얻을 수 있다.
빔포밍을 구현하기 위해 주로 다중 안테나가 시스템이 사용되며, 이러한 시스템 구현을 위해서는 안테나의 개수만큼 RF 체인을 필요로 하기 때문에 가격, 전력소모 및 크기 등의 문제로 주로 기지국에 적용된다. 때문에 이동단말에 적용하기 위한 지향성 안테나로는 단일 RF 체인과 다수개의 Passive Element를 가지는 SPA(Switched Parasitic Antenna) 또는 ESPAR(Electronically Steerable Passive Array Radiator) 안테나가 활발히 연구되고 있다.
이러한 지향성 안테나 기반 빔포밍은 기지국과 이동단말 간 신호 품질을 최대화하기 위한 목적으로 수행되며, 빔포밍 방향으로 에너지가 집중되어 전자파가 강하게 방사된다.
그러므로, 사용자와 빔포밍을 사용하는 이동단말간의 포즈관계에 따라 이동단말에서 기지국과의 통신시 발생하는 사용자의 전자파 영향에 큰 차이가 생길 수 있다. 일반적으로 지향성 안테나를 사용하는 이동단말과 기지국 사이에 사용자가 위치하는 경우, 사용자를 향하는 방향으로 큰 전자파가 발생할 수 있다. 이 경우 사용자가 약간의 주의만 기울인다면, 전자파의 영향을 크게 감소시킬 수 있다.
휴대전화를 예로 들면, 가령, 기지국은 사용자의 좌측에 있고, 휴대전화는 사용자의 우측 귀에 대고 사용하는 경우라면, 지향성 안테나는 사용자를 통과하는 방향으로 빔포밍을 형성하게 된다. 이 상황에서 사용자가 휴대전화를 좌측 귀 쪽으로 옮긴다면, 통신효율의 감소 없이도 기지국으로 향하는 빔포밍의 영향을 인체는 가장 적게 받을 수 있으며 인체를 통과하지 않는 빔에 의해 통신효율은 오히려 더 증가할 수 있다.
이에 이러한 사용자와 이동단말간의 포즈관계를 고려한 빔포밍 기술이 요구되고 있다.
특허공개번호 KR 2007-0047041호
본 발명의 실시예는 기지국과 이동단말간 신호품질 최대화를 위한 빔포밍을 적용함에 있어, 이동단말과 사용자간 포즈관계 정보를 이용함으로써 사용자의 전자파 영향 감소 및 기지국과 이동 단말간 통신 효율을 높일 수 있는 위치기반 빔포밍 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 위치기반 빔포밍 장치는, 사용자와 이동 단말간의 포즈(pose)관계를 파악하는 포즈관계 파악부; 상기 사용자와 이동 단말간의 포즈관계정보 및 빔포밍 정보를 이용하여 사용자에게 미치는 전자파의 영향 정도를 판단하는 사용자 전자파 영향 판단부; 및 상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향 정도에 따라 사용자 또는 이동단말의 위치 변경 알림을 제공하는 위치변경 제안부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 신호품질을 측정하고 상기 신호품질에 따라 빔포밍을 수행한 상기 빔포밍 정보를 상기 사용자 전자파 영향 판단부에 제공하는 빔포밍부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 신호품질 및 상기 사용자와 이동 단말간의 포즈관계정보를 이용하여 빔포밍을 수행한 상기 빔포밍 정보를 상기 사용자 전자파 영향 판단부로 제공하는 빔포밍부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 빔포밍부는, 상기 신호의 품질이 최대화되고 상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향 정도가 최소화되는 방향으로 빔포밍을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 위치변경 제안부에 의해 위치 변경을 알림 표시를 요청받으면, 소리, 진동, 알림 램프, 영상디스플레이 중 적어도 하나 이상으로 위치 변경 알림을 표시하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 사용자가 직접 빔포밍을 선택하기 위한 사용자중심 모드 시 상기 사용자로부터 빔포밍 선택을 입력받는 사용자 인터페이스부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 이동 단말과 사용자간 포즈관계에 의한 전자파 영향, 상기 이동 단말에 탑재된 안테나 위치 및 방향에 따라 이동 단말에서 방사되는 전자파의 영향을 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 사용자와 상기 이동 단말간의 포즈 관계를 감지하는 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 위치기반 빔포밍 방법은 사용자와 이동단말간의 포즈(pose) 관계를 파악하는 단계; 상기 사용자와 이동단말간의 포즈관계정보 및 빔포밍 정보를 이용하여 상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향의 정도를 판단하는 단계; 및 상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향의 정도가 임계치 이상이면 상기 사용자 또는 상기 이동단말의 위치 변경 알림을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 상기 알림을 제공하는 단계는, 상기 이동단말에서 소리, 진동, 알림 램프, 영상디스플레이 중 적어도 하나 이상을 이용하여 위치를 변경할 것을 제안하는 알림을 표시할 수 있다.
또한, 상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향의 정도를 판단하는 단계는, 상기 포즈관계정보와 상기 빔포밍 정보로부터, 상기 사용자의 위치와 상기 빔포밍 방향이 일치하는지를 판단하는 단계; 및 상기 사용자의 위치와 상기 빔포밍 방향이 일치하는 경우, 상기 사용자로의 전자파 영향이 임계치 이상인지를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 빔포밍 정보는, 신호품질에 의해 빔포밍된 정보를 포함할 수 있다.
또한, 상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향의 정도를 판단하는 단계는, 상기 포즈관계정보와 신호품질정보를 모두 고려하여 빔포밍을 수행하는 단계; 상기 포즈관계정보와 신호품질정보를 모두 고려하여 수행된 빔포밍 정보를 이용하여 상기 사용자의 위치와 상기 빔포밍 방향이 일치하는지를 판단하는 단계; 및 상기 사용자의 위치와 상기 빔포밍 방향이 일치하는 경우, 상기 사용자로의 전자파 영향이 임계치 이상인지를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 위치기반 빔포밍 방법은 사용자에 의해 사용자 중심 빔포밍 모드가 선택되면, 사용자와 이동단말간의 포즈(pose) 관계를 파악하는 단계; 상기 사용자와 이동단말간의 포즈관계정보 및 빔포밍 정보를 이용하여 상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향의 정도를 조회 또는 계산하는 단계; 및 상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향의 정도에 따라 상기 사용자로부터 빔포밍을 선택받아 빔포밍을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전자파의 영향의 정도를 조회 또는 계산하는 단계는, 상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향의 정도를 조회하기 위해, 상기 사용자와 이동단말간의 포즈관계에 의한 전자파 영향을 미리 측정하여 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 전자파의 영향의 정도를 조회 또는 계산하는 단계는, 상기 이동단말을 사용하는 사용자의 신체크기, 사용 주파수, 상기 사용자와 이동단말간의 포즈관계정보, 상기 빔포밍 정보를 이용하여 계산할 수 있다.
본 기술은 사용자와 이동단말의 포즈관계를 고려하여 빔포밍을 수행함으로써 사용자의 전자파 영향을 최소화하고 기지국과 이동 단말간 통신 효율을 높일 수 있다.
도 1a은 본 발명의 실시예에 따른 지향성 안테나의 구성도이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 지향성 안테나의 빔 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 위치기반 빔포밍 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 패시브 모드(passive mode)의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4a는 기지국과 이동단말 사이에 사용자가 위치한 경우의 예시도이다.
도 4b는 기지국과 이동단말 사이에 있던 사용자가 위치를 변경한 경우의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액티브 모드(active mode)의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6a는 기지국과 이동단말 사이에 사용자가 위치한 경우의 빔 패턴의 신호품질을 나타내는 도면이다.
도 6b는 기지국과 이동단말 사이에 사용자가 위치한 경우 신호품질 및 이동단말과 사용자간 포즈관계를 고려한 빔포밍을 수행한 경우의 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 사용자와 이동단말 간의 포즈관계정보를 고려한 빔포밍을 방법을 구체적으로 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 사용자 중심 모드(user centric mode) 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 요청에 따른 전자파 영향에 대한 정보를 제공하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 영향을 고려한 빔포밍 방법이 적용될 수 있는 컴퓨팅 시스템의 구성도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명에서는 지향성 안테나를 사용하는 이동단말을 가정한다. 이동단말은 기지국 또는 AP(access pointer)를 통해 통신이 가능하거나 단말 간 통신이 가능한 스마트폰, 패드/탭, 구글 글라스 등의 통신 가능한 웨어러블 디바이스(wearable device), 동글 그리고 노트북 등의 이동단말를 포함하며, 이하 간단히 '이동단말' 이라 칭한다.
본 발명은 사용자와 이동단말간의 포즈관계(거리 및 각도)를 이동단말 내 혹은 이동단말과 연결된 장치의 센서 등을 통해 감지하여, 이동 단말 또는 사용자의 위치 변경을 사용자에게 알려 이동단말의 통신에 의한 인체의 부작용을 최소화하고, 사용자의 전자파 영향 감소 및 통신 효율을 증대할 수 있는 빔포밍 방법을 제시한다. 또한 사용자와 이동단말간의 포즈관계를 활용하여 사용자에 대한 전자파영향과 신호품질을 함께 고려한 빔포밍 방법을 제시한다.
이하, 도 1a 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1a은 본 발명의 실시예에 따른 지향성 안테나의 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 지향성 안테나는 중심의 단일 액티브 안테나(10), 액티브 안테나(10)를 중심으로 둘러싸도록 배치되는 복수개의 패시브 안테나(21, 22, 23, 24)를 구비한다.
본 발명에서는 지향성 안테나로서 도 1과 같은 SPA(Switched Parasitic Antenna)안테나를 개시하고 있으나, 본 발명이 도 1과 같은 SPA 안테나에 국한되어 적용되는 것이 아니라 다양한 안테나에 모두 적용될 수 있다. 본 발명에서는 편의상 SPA 안테나의 예를 들어 설명하기로 한다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 지향성 안테나의 빔 방사를 나타내는 도면이다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 지향성 안테나에 5개의 빔 패턴이 형성되고, 1개의 무지향성(omni-directional) 빔과 4개 방향의 지향성 빔을 가진다.
0번 범은 무지향성 빔이고 1번 빔은 0° 방향으로 빔포밍 되고 2번 빔은 90° 방향으로 빔포밍 되고 3번 빔은 180° 방향으로 빔포밍 되고 4번 빔은 270° 방향으로 빔포밍됨을 알 수 있다. 이때, 도 1b의 방사 패턴은 빔패턴 집합의한 예이며, 이동단말 또는 휴대기기의 안테나 탑재 위치에 따라 다른 방향으로 빔포밍이 가능하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 위치기반 빔포밍 장치의 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 위치기반 빔포밍 장치는 센서(110), 포즈관계 파악부(120), 사용자 전자파 영향 판단부(130), 빔포밍부(140), 위치변경 제안부(150), 출력부(160), 사용자 인터페이스부(170), 저장부(180)를 포함하는 이동 단말로 구성될 수 있다. 이때, 이동단말내의 센서(110) 대신에 타기기의 센서(210)를 이용할 수 있고 이동단말 내의 출력부(160) 대신에 타기기의 출력부(260)를 이용할 수 있다.
센서(110)는 사용자와 이동단말(100) 간의 위치관계(포즈관계)를 감지하여 포즈관계 파악부(120)로 전달한다.
포즈관계 파악부(120)는 센서(110)로부터 수신한 정보를 이용하여 사용자와 기기간의 포즈관계를 파악한다.
사용자 전자파 영향 판단부(130)는 빔포밍부(140)의 빔포밍 정보와 포즈관계 파악부(120)의 포즈관계정보를 이용하여 사용자 위치와 빔포밍 방향이 일치하는지 판단한다. 또한 사용자 전파 영향 판단부(130)는 사용자 위치와 빔포밍 방향이 일치하는 경우 사용자의 인체에 미치는 전자파의 영향의 정도를 판단한다. 즉, 사용자로의 전파 영향이 미리 정한 임계치 이상인지를 판단한다. 이때, 사용자와 이동단말간의 포즈관계정보에 따른 전자파 영향에 대한 정보는 아래 표 1과 같이 룩업테이블의 형태로 초기에 저장될 수 있다.
Figure 112015081216659-pat00001
표 1을 참조하면, 이동단말에 탑재된 안테나 위치 및 방향에 따라 이동단말에서 방사되는 전파의 영향을 미리 측정하여 저장해 놓고, 실시간 빔포밍시 이동단말과 사용자 간 포즈관계에 따라 저장한 전파영향 값을 조회 후 반영할 수 있다.
또는 이동단말을 사용하는 사용자의 신체크기를 미리 입력하고, 사용주파수, 이동단말과 사용자간 포즈(거리 및 각도 조합), 빔포밍 정보(빔방향에 따른 안테나 이득 및 전송파워) 기반으로 전자파 흡수율(Specific Absorption Rate, SAR) 계산방법을 이용해 전자파 영향에 대한 정보를 실시간으로 계산하여 반영할 수 있다.
빔포밍부(140)는 신호의 품질을 측정하여 신호의 품질이 높은 방향으로 빔포밍을 수행한다. 본 발명에서는 사용자와 이동 단말간의 포즈관계정보와 신호품질 정보를 모두 고려하여 빔포밍을 수행할 수 있다. 즉, 빔포밍부(140)는 신호의 품질이 높으면서 사용자에게 전자파 영향을 최소화할 수 있는 방향으로 빔포밍을 수행한다.
위치변경 제안부(150)는 사용자 전자파 영향 판단부(130)에 의해 사용자로의 전자파 영향이 큰 경우 사용자에게 사용자의 인체 또는 이동단말의 위치를 변경할 것을 제안하는 알림이 표시되도록 출력부(160)로 요청한다.
출력부(160)는 위치변경 제안부(150)의 요청에 따라 위치 변경 제안 알림을 표시한다. 이때, 출력부(160)는 진동, 소리, 빛 등의 출력센서 등을 구비할 수 있다.
사용자 인터페이스부(170)는 사용자가 직접 사용자 중심의 빔포밍을 수행하기 위한 명령을 입력받는다.
저장부(180)는 이동단말과 사용자간 포즈관계에 의한 전파 영향을 룩업테이블 형태로 저장해둔다. 즉 저장부(180)는 이동단말에 탑재된 안테나 위치 및 방향에 따라 이동단말에서 방사되는 전파의 영향을 미리 저장한다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명은 사용자와 이동단말간의 포즈(pose)관계를 이동단말 내 센서(110) 혹은 이동단말과 연결된 장치의 센서(210) 등을 통해 감지하고, 전자파의 영향을 최소화할 수 있는 방향으로 이동 단말(100)이 이동할 수 있도록 사용자에게 제안하여 이동단말(100)의 통신에 의한 인체의 부작용을 최소화할 수 있다.
또한 통신효율이 충분히 높다고 판단되는 경우, 이동 단말(100)은 사용자를 관통하지 않는 사용자의 인체에 가장 적은 영향을 미치는 빔포밍의 방향을 설정하여 적용할 수 있다. 예를 들어, 기지국과 인접한 경우 항상 휴대전화의 뒷면방향으로 빔포밍을 조정할 수 있다.
이러한 사용자와 이동 단말간의 포즈관계의 정보는 빔포밍 변경에도 활용될 수 있다. 가령 기존에는 최고의 통신 데이터 레이트(data rate) 혹은 인지되는 신호품질 최대화를 목적으로 빔포밍 알고리즘을 운용하였지만, 이 포즈관계 정보를 통해 사용자의 인체영향을 최소화하는 알고리즘을 적용 할 수 있다.
사용자에게 이동단말의 방향을 제안하는 방법으로는, 이동단말이나 그와 연결된 웨어러블 디바이스(wearable) device)등이 될 수 있으며, 해당 이동단말을 통해 소리, 진동, 혹은 알림 램프나 영상디스플레이 등을 활용할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 패시브 모드(passive mode)의 동작 방법을 설명하기로 한다. 도 3에서 개시하고 있는 패시브 모드에서는 신호품질 최대화를 목적으로 일반적인 지향성 안테나의 빔포밍 모듈과 같이 동작하며, 능동적으로 직접 전자파의 영향을 최소화하기 위한 빔포밍을 수행하는 것이 아니라 수동적으로 사용자에게 전자파의 영향을 최소화할 수 있도록 알림 정보를 주는 방식이다.
즉 도 3에서는 신호품질이 최대화되는 방향으로 빔포밍이 수행된 후에 사용자에게 전자파의 영향을 최소화할 수 있도록 알리는 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 포즈관계 파악부(120)는 사용자와 이동단말간의 포즈관계를 파악한다(S110). 이어서 사용자 전자파 영향 판단부(130)는 빔포밍부(140)로부터 빔포밍 정보를 수신한다(S120).
그 후, 사용자 전자파 영향 판단부(130)는 빔포밍부(140)의 빔포밍 정보와 포즈관계 파악부(120)의 포즈관계정보를 이용하여 사용자 위치와 빔포밍 방향이 일치하는지 판단한다(S130). 사용자 전자파 영향 판단부(130)는 사용자 위치와 빔포밍 방향이 일치하는 경우 사용자의 인체에 미치는 전자파의 영향의 정도를 판단한다(S140). 즉, 사용자로의 전자파 영향이 미리 정한 임계치 이상인지를 판단한다. 사용자에게 미치는 전자파 영향이 임계치 이상이면, 위치 변경 제안부(150)는 사용자에게 사용자 또는 이동단말의 위치를 변경할 것을 제안하는 알림을 출력부(160) 또는 타기기의 출력부(260)로 요청한다(S150). 이때, 타기기의 출력부(260)는 이동 단말(100)과 블루투스 등의 근거리 통신 등으로 통신을 수행할 수 있다.
이에, 출력부(160) 또는 연결된 타기기 출력부(260)에서 위치 변경 알림을 표시한다(S160).
도 4a와 도 4b는 SINR 등 신호품질이 최대화되는 방향으로 실제 빔포밍 방향이 결정된 후 사용자와 기기간의 포즈관계를 통한 휴대기기의 위치변경을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 기지국과 이동단말 사이에 사용자가 위치한 경우의 예시도로서, 사용자(40)가 기지국(30)과 이동단말(50) 사이에 위치하여 전자파의 영향을 많이 받는 경우를 도시하고 있다. 이에 도 3에서와 같이 사용자에게 위치 변경 알림을 제공함으로써 도 4b에서와 같이 사용자(40)가 기지국(30)과 이동단말(50) 사이를 벗어나 이동단말(50) 뒷쪽으로 이동함으로써 전자파의 영향을 최소화하는 동시에 기지국(30)과 이동단말(50)의 통신은 원활하게 이루어진다.
이와 같이 본 발명의 패시브 모드에서는 빔 포밍부(140)가 독립적으로 운영되며, 사용자의 이동 단말이 사용자에게 미치는 전자파의 영향을 파악하고 사용자에게 미치는 전자파의 영향이 임계치 이상이면 사용자에게 위치를 변경할 것을 제안하는 알림을 수행한다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액티브 모드(active mode)의 동작 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 이동 단말(100)은 액티브 모드로 구동하기 위해 사용자의 전자파 영향 최소화 모드로 진입한다(S210). 이때, 사용자의 전자파 영향 최소화 모드의 진입은 사용자의 요청에 의해 선택될 수 있다.
그 후, 포즈관계 파악부(120)는 사용자와 이동단말간의 포즈관계를 파악하고 포즈관계정보를 빔포밍부(140)로 전달한다(S220).
이어서 빔포밍부(140)는 사용자와 이동 단말간의 포즈관계정보와 신호품질을 고려하여 빔포밍을 수행한다(S230). 즉, 빔포밍부(140)는 신호품질이 높으면서 사용자에게 전자파 영향을 최소화할 수 있는 방향으로 빔포밍을 수행한다.
그 후, 사용자 전자파 영향 판단부(130)는 빔포밍부(140)로부터 빔포밍 정보를 수집하고(S240), 사용자 전자파 영향 판단부(130)는 빔포밍부(140)의 빔포밍 정보와 포즈관계 파악부(120)의 포즈관계정보를 이용하여 사용자 위치와 빔포밍 방향이 일치하는지 판단한다(S250). 여기서 빔포밍 정보는 현재 빔포밍 방향, 신호품질, 에너지 등의 정보를 포함한다.
이어서, 사용자 전자파 영향 판단부(130)는 사용자 위치와 빔포밍 방향이 일치하는 경우 사용자의 인체에 미치는 전자파의 영향의 정도를 판단한다(S260). 즉, 사용자로의 전자파 영향이 미리 정한 임계치 이상인지를 판단한다.
사용자에게 미치는 전자파 영향이 임계치 이상이면, 위치 변경 제안부(150)는 사용자에게 사용자 또는 이동단말의 위치를 변경할 것을 제안하는 알림을 출력부(160) 또는 타기기의 출력부(260)로 요청한다(S270). 이때, 타기기의 출력부(260)는 이동 단말(100)과 블루투스 등의 근거리 통신 등으로 통신을 수행할 수 있다.
이에, 출력부(160) 또는 연결된 타기기 출력부(260)에서 위치 변경 알림을 표시한다(S280).
도 6a와 도 6b는 신호품질 및 휴대기기와 사용자간 포즈관계를 고려한 빔포밍 예를 개시한다.도 6a는 기지국(30)과 이동단말(50) 사이에 사용자(40)가 위치한 경우의 빔 패턴의 신호품질을 나타내는 도면으로서, 2번 빔과 3번 빔의 신호품질이 임계치 이상으로 측정되고, 3번 빔에 의해 사용자(40)로의 전자파 영향이 강한 경우를 도시한다. 이에, 도 5와 같은 방법으로 신호품질뿐만 아니라 사용자와 이동 단말 간의 포즈관계정보를 함께 고려하여 도 6b를 참조하면 2번 빔을 통해서만 방사되도록 빔포밍을 수행함으로써, 3번 빔에 의한 사용자로의 전자파 영향을 최소화할 수 있도록 빔포밍을 수행한다.
이와 같이, 본 발명의 액티브 모드에서는 빔포밍부(140)와 사용자 전자파 영향 판단부(130)가 연동하여, 빔포밍부(140)에서 사용자 전자파 영향 정도를 고려하여 빔포밍을 수행함으로써, 통신 효율과 전자파 영향의 최소화를 동시에 이룰 수 있도록 한다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 사용자와 이동단말 간의 포즈관계정보를 고려한 빔포밍을 방법을 구체적으로 설명하기로 한다. 종래에는 지향성 안테나의 빔포밍 집합 중 신호품질을 최대로 하는 빔 패턴으로 빔포밍 방향을 설정한다. 이에 서비스 도중에는 신호품질이 임계치 이하로 저하된 경우 또는 주기적 빔추적을 통해 신호품질이 최대가 되는 최적 방향의 빔을 선택한다. 그러나 본 발명에서는 도 7과 같이 포즈관계정보 및 신호품질을 모두 고려하여 빔포밍을 수행한다.
먼저, 빔포밍부(140)는 지향성 안테나의 빔패턴 집합에 대해 신호 품질을 측정한다(S241).
그 후, 사용자 전자파 영향 판단부(130)로부터 포즈관계정보를 수신하면(S242), 빔포밍부(140)는 신호 품질과 포즈관계정보를 모두 고려하여 빔포밍을 수행한다(S243).
Figure 112015081216659-pat00002
빔포밍은 수학식 1과 같이, 신호품질 지표 및 사용자의 전파영향 지표를 함께 고려하여 결정되며, α는 사용자의 전자파영향 지표의 가중상수이다.
이때, max는 빔포밍 패턴 집합 중 상기 수학식 1을 최대로하는 하나를 선택하는 것을 의미하고, 신호품질은 측정된 신호대 잡음비(SINR: Signal to interference plus noise ratio), 수신신호 강도(RSSI: Received signal strength indicator), 데이터 전송 속도(Data Rate), 또는 패킷 딜레이(Delay)값을 이용하여 계산될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 수학식 1과 같이 신호품질 지표와 사용자의 전자파영향 지표를 함께 고려하여 목적함수를 최대로 하는 빔포밍을 수행한다. 이때 수학식 1의 목적함수 값은 신호품질이 높을수록, 사용자의 전자파 영향이 낮을수록 높게 나타난다.
따라서, 이러한 사용자와 이동단말간의 포즈관계의 정보는 빔포밍 변경에도 활용되어, 가령 기존에는 최고의 통신 데이터 레이트(Data Rate) 혹은 인지되는 통신품질을 보장하기 위해 알고리즘을 최대로 하는 것을 목적으로 했었지만, 이 포즈관계 정보를 통해 사용자의 인체영향을 최소화하는 알고리즘을 적용할 수 있다.
수학식 1에서 신호품질은 객관적으로 서비스에 대해 평가 가능한 QoS로 고려할 수 있고, 빔포밍의 사용자 전자파영향은 서비스에 대한 품질 보다는 사용자가 체감하는 품질(QoE)로 고려할 수 있다.
그러나 만약 사용자에게 전파의 영향을 가장 크게 미치는 빔포밍 방향이 최적이라면, 옵션으로 적응적인 파워 제어(Power Control)를 통하여 데이터 레이트(Data Rate)과 전파의 영향을 함께 고려하여 빔포밍을 적용한다.
또한 어플리케이션(Application)에 따라 적정 데이터속도가 정해지는 경우, 요구되는 데이터 레이트(Data Rate)가 달라지며 필요한 신호품질 임계치 또한 달라진다. 그러므로 옵션으로 상기에서 기술한 신호품질 임계치를 어플리케이션(Application) 별로 다르게 적용이 가능하다. 따라서, 어플리케이션에 따라 수학식 1의 신호품질의 요구사항이 다르게 적용 가능하다. 예를 들어, 요구되는 데이터 레이트가 낮은 경우, 신호품질 임계치가 낮아지므로 수학식 1에서 신호품질 최대화보다 사용자 전파영향이 빔패턴 결정에 큰 영향을 미치게 되는 효과를 가진다.
이후, 빔포밍부(140)는 신호 품질을 다시 측정하고 포즈관계정보를 수신한다(S244).
이에 빔포밍부(140)는 신호 품질이 제 1 임계치 이상이고 포즈관계정보에 의한 사용자로의 전자파 영향이 제 2 임계치 이하인지를 판단한다(S245).
신호 품질이 제 1 임계치 이상이고 포즈관계정보에 의한 사용자로의 전자파 영향이 제 2 임계치 이하인 경우, 빔포밍부(140)는 주기적인 빔포밍의 재설정이 필요한지 판단하고(S246), 빔포밍의 재설정이 필요한 경우 상기 과정 S241부터 반복 수행하고 주기적인 빔포밍 재설정이 필요치 않은 경우 과정 S244로 이동한다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 사용자 중심 모드(user centric mode) 동작 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
사용자 중심 모드는 사용자가 빔 포밍을 직접 수행할 수 있도록 빔 방사 방향을 선택하도록 한다.
먼저, 이동 단말(100)이 사용자 중심 빔포밍 제어 모드로 진입한다(S310).
그 후 포즈관계 파악부(120)는 사용자와 이동단말(100)간의 포즈관계를 파악한다(S320). 이어서 사용자 전자파 영향 판단부(130)는 빔포밍부(140)로부터 빔포밍 정보를 수신한다(S330).
그 후, 사용자 전자파 영향 판단부(130)는 빔포밍부(140)의 빔포밍 정보와 포즈관계 파악부(120)의 포즈관계정보를 이용하여 사용자 위치와 빔포밍 방향이 일치하는지 판단한다(S340). 사용자 전자파 영향 판단부(130)는 사용자 위치와 빔포밍 방향이 일치하는 경우 사용자의 인체에 미치는 전자파의 영향의 정도를 조회하거나 계산한다(S350). 이때, 전자파의 영향의 정도는 통상의 방법을 이용하여 계산할 수 있다.
또는 이동단말을 사용하는 사용자의 신체크기를 미리 입력하고, 사용주파수, 이동단말과 사용자간 포즈(거리 및 각도 조합), 빔포밍 정보(빔 방향에 따른 안테나 이득 및 전송파워) 기반으로 전자파 흡수율(Specific Absorption Rate, SAR) 계산방법을 이용해 전자파 영향에 대한 정보를 실시간으로 계산하여 반영할 수 있다.
이후, 빔포밍부(140)는 사용자에게 미치는 전자파 영향이 임계치 이상이면, 사용자에게 미치는 전자파 영향을 고려하여 사용자 인터페이스부(170)를 통해 사용자 중심의 빔포밍을 선택하고 사용자 중심의 빔포밍을 수행한다(S360, 370).
이와 같이, 사용자가 이동 단말에서 이동단말과 사용자간의 포즈관계정보, 빔포밍 정보 등을 조회하고 화면에 표시된 결과를 기반으로 사용자가 직접 사용자 중심의 빔포밍을 수행할 수 있다.
이하, 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 사용자 요청에 따른 전자파 영향에 대한 정보를 제공하는 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 이동단말은 사용자 인터페이스부(170)를 통해 사용자로부터 정보 조회 요구를 수신하면(S410), 실시간 또는 저장되어 있는 이동 단말과 사용자간 포즈관계정보, 빔포밍 정보, 사용자의 위치와 빔포밍 방향 매칭 정보를 조합하고(S420), 사용자에게 미치는 전자파 영향을 조회하거나 계산한다(S430). 이때, 사용자에게 미치는 전자파 영향의 조회 및 계산은 도 8의 S350 과정의 설명을 참조한다.
그 후, 조회되거나 계산된 사용자에게 미치는 전자파의 영향을 기기(이동 단말) 내 출력부(160) 또는 타기기 출력부(260)를 통해 표시하여(S440), 사용자가 자신에게 미치는 전자파의 영향을 확인할 수 있도록 한다.
이와 같이, 사용자로의 전자파 영향을 최소화하기 위해 안테나 탑재 측면에서는 이동단말을 사용하는 사용자의 포즈 집합을 기반으로 사용자의 전자파영향 최소화를 위한 빔패턴 집합을 형성하도록 안테나를 배치/배열할 수 있다.
또한, 이동 단말 동작 측면에서는, 상기 기술한 바와 같이, 패시브 모드, 액티브 모드, 사용자 중심 모드를 정의하고 모드별로 선택 가능하도록 한다.
한편, 빔포밍의 지향성이 고정된 경우, 혹은 능동적으로 지향성을 변경할 수 없는 경우에는 인체에 영향이 가장 적은 방향을 화면디스플레이, 소리, 진동 등을 통해 사용자에게 알려 줄 수 있다.
또한, 기지국이 이동단말과 충분히 거리가 가까워서 통신효율이 모든 방향으로 충분히 확보된다고 판단되는 경우, 이동단말의 뒷면(사용자는 휴대기기의 전면을 향하고 있다고 가정하는 경우)으로 빔포밍을 결정할 수 있다.
또한, 구글 글라스 등의 통신 가능한 웨어러블 디바이스(wearable device)에서 사용자의 뇌의 방향을 최소한으로 통과하는 방향으로 빔포밍을 결정할 수 있다.
본 발명은 이처럼 사용자와 이동단말간의 포즈관계를 이동단말 내 혹은 이동단말과 연결된 장치의 센서 등을 통해 감지함에 의해, 적절한 이동단말의 방향을 이동단말에서 사용자에게 제안함으로써 이동단말의 전자파에 의한 인체의 부작용을 최소화할 수 있다. 또한 사용자가 이러한 빔포밍 정보를 인지할 수 있다면, 전자파 영향을 감소시킬 수 있을 뿐 아니라 통신 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 영향을 고려한 빔포밍 방법이 적용될 수 있는 컴퓨팅 시스템의 구성도이다.
도 10을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 사용자와 이동 단말간의 포즈(pose)관계를 파악하는 포즈관계 파악부;
    상기 사용자와 이동 단말간의 포즈관계정보 및 빔포밍 정보를 이용하여 사용자에게 미치는 전자파의 영향 정도를 판단하는 사용자 전자파 영향 판단부; 및
    상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향 정도에 따라 사용자 또는 이동단말의 위치 변경 알림을 제공하는 위치변경 제안부;
    를 포함하는 위치기반 빔포밍 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    신호의 품질을 측정하고 상기 신호품질이 높은방향으로 빔포밍을 수행한 상기 빔포밍 정보를 상기 사용자 전자파 영향 판단부에 제공하는 빔포밍부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치기반 빔포밍 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    신호품질 및 상기 사용자와 이동 단말간의 포즈관계정보를 이용하여 빔포밍을 수행한 상기 빔포밍 정보를 상기 사용자 전자파 영향 판단부로 제공하는 빔포밍부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치기반 빔포밍 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 빔포밍부는,
    상기 신호의 품질이 최대화되고 상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향 정도가 최소화되는 방향으로 빔포밍을 수행하는 것을 특징으로 하는 위치기반 빔포밍 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 위치변경 제안부에 의해 위치 변경을 알림 표시를 요청받으면, 소리, 진동, 알림 램프, 영상디스플레이 중 적어도 하나 이상으로 위치 변경 알림을 표시하는 출력부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치기반 빔포밍 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    사용자가 직접 빔포밍을 선택하기 위한 사용자중심 모드 시
    상기 사용자로부터 빔포밍 선택을 입력받는 사용자 인터페이스부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치기반 빔포밍 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    이동 단말과 사용자간 포즈관계에 의한 전자파 영향, 상기 이동 단말에 탑재된 안테나 위치 및 방향에 따라 이동 단말에서 방사되는 전자파의 영향을 저장하는 저장부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치기반 빔포밍 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 사용자와 상기 이동 단말간의 포즈 관계를 감지하는 센서
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치기반 빔포밍 장치.
  9. 사용자와 이동단말간의 포즈(pose) 관계를 파악하는 단계;
    상기 사용자와 이동단말간의 포즈관계정보 및 빔포밍 정보를 이용하여 상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향의 정도를 판단하는 단계; 및
    상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향의 정도가 임계치 이상이면 상기 사용자 또는 상기 이동단말의 위치 변경 알림을 제공하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치기반 빔포밍 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 알림을 제공하는 단계는,
    상기 이동단말에서 소리, 진동, 알림 램프, 영상디스플레이 중 적어도 하나 이상을 이용하여 위치를 변경할 것을 제안하는 알림을 표시하는 것을 특징으로 하는 위치기반 빔포밍 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향의 정도를 판단하는 단계는,
    상기 포즈관계정보와 상기 빔포밍 정보로부터, 상기 사용자의 위치와 상기 빔포밍의 방향이 일치하는지를 판단하는 단계; 및
    상기 사용자의 위치와 상기 빔포밍의 방향이 일치하는 경우, 상기 사용자로의 전자파 영향이 임계치 이상인지를 판단하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치기반 빔포밍 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 빔포밍 정보는,
    신호의 품질에 의해 빔포밍된 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치기반 빔포밍 방법.
  13. 사용자와 이동단말간의 포즈(pose) 관계를 파악하는 단계;
    상기 사용자와 이동단말간의 포즈관계정보와 신호의 품질 정보를 모두 고려하여 빔포밍을 수행하는 단계;
    상기 포즈관계정보 및 상기 수행된 빔포밍에 의한 빔포밍 정보를 이용하여 상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향의 정도를 판단하는 단계; 및
    상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향의 정도가 임계치 이상이면 상기 사용자 또는 상기 이동단말의 위치 변경 알림을 제공하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치기반 빔포밍 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향의 정도를 판단하는 단계는,
    상기 빔포밍 정보를 이용하여 상기 사용자의 위치와 상기 빔포밍의 방향이 일치하는지를 판단하는 단계; 및
    상기 사용자의 위치와 상기 빔포밍의 방향이 일치하는 경우, 상기 사용자로의 전자파 영향이 임계치 이상인지를 판단하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치기반 빔포밍 방법.
  15. 사용자에 의해 사용자 중심 빔포밍 모드가 선택되면, 사용자와 이동단말간의 포즈(pose) 관계를 파악하는 단계;
    상기 사용자와 이동단말간의 포즈관계정보 및 빔포밍 정보를 이용하여 상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향의 정도를 조회 또는 계산하는 단계; 및
    상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향의 정도에 따라 상기 사용자로부터 빔포밍을 선택받아 빔포밍을 수행하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치기반 빔포밍 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 전자파의 영향의 정도를 조회 또는 계산하는 단계는,
    상기 사용자에게 미치는 전자파의 영향의 정도를 조회하기 위해,
    상기 사용자와 이동단말간의 포즈관계에 의한 전자파 영향을 미리 측정하여 저장하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치기반 빔포밍 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 전자파의 영향의 정도를 조회 또는 계산하는 단계는,
    상기 이동단말을 사용하는 사용자의 신체크기, 사용 주파수, 상기 사용자와 이동단말간의 포즈관계정보, 상기 빔포밍 정보를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 위치기반 빔포밍 방법.
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