KR102285689B1 - 단말 블로킹시 빔 트래킹 방법 및 이를 포함하는 단말 - Google Patents

단말 블로킹시 빔 트래킹 방법 및 이를 포함하는 단말 Download PDF

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Abstract

빔 트래킹 방법 및 이를 포함하는 단말이 개시된다. 단말은, 기지국으로부터 수신되는 신호를 대한 전력을 측정하고, 단말의 행동 변화가 있는지 여부를 판단할 수 있다. 그리고, 단말은 측정된 전력과 단말의 행동 변화를 이용하여 신호의 차단 여부를 판단하며, 신호의 차단으로 판단한 경우 이차 빔을 통한 빔 트래킹을 수행할 수 있다.

Description

단말 블로킹시 빔 트래킹 방법 및 이를 포함하는 단말{BEAM TRACKING METHOD AT THE TIME OF TERMINAL BLOCKING AND TERMINAL INCLUDING THE SAME}
본 발명은 밀리미터웨이브 통신 시스템에서 단말 블로킹시 빔 트래킹 방법 및 이를 포함하는 단말에 관한 것이다.
5G 이동통신 시스템에서는 현재의 LTE 대비 1,000배 이상의 전송 속도가 요구되므로, 밀리미터웨이브(mmWave) 대역을 사용한 통신 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 밀리미터웨이브 대역은 주파수 대역이 넓고 신호의 직진성이 강하며 작은 안테나 어레이로 첨예한 빔을 형성할 수 있어서, 높은 전송용량을 제공할 수 있다.
밀리미터웨이브 통신 시스템은 높은 샘플링 주파수가 요구되는 A/D(Analog to Digital) 변환기와 RF 체인 가격 부담으로, 디지털 빔포밍(Digital Beamforming) 방식 보다는 단일 체인을 갖는 아날로그 빔포밍(Analog Beamforming) 방식이 고려되고 있다. 즉, 밀리미터웨이브 통신 시스템은 아날로그 빔포밍 방식으로서 코드북(codebook) 기반의 스위치드 빔포밍을 사용한다. 스위치드 빔포밍은 송신측과 수신측의 빔, 즉 SNR를 최대로 하는 한 쌍의 빔을 정렬시켰을 경우에, 큰 이득을 얻을 수 있다. 따라서, 밀리미터웨이브 통신은 빔 트레이닝(Beam training), 즉 한 쌍의 최적의 송수신 빔을 찾아내는 과정이 필요하다. 일반적으로 빔 트레이닝은 송신측과 수신측 안테나 빔 수의 곱에 비례하는 만큼의 시간이 소요되므로, 많은 시간이 소요된다.
한편, 밀리미터웨이브 통신시스템에서는 빔 폭이 매우 좁기 때문에 단말의 작은 행동 변화에도 빔의 부정합이 초래될 수 있다. 이러한 빔의 부정합으로 인해 수신 신호의 급격한 감쇄가 초래된다. 단말의 수신 환경 변화는 단말의 회전(Rotation), 단말의 이동(Displacement) 등 단말의 행동 변화로 발생하는 빔의 부정합이나 외부 이동물체에 의한 신호 차단(Obstruction) 또는 안테나의 신체 접촉 등과 같은 수신환경의 변화에 의한 빔 신호 감쇄에 의해 발생한다. 이러한 경우 최적의 빔을 찾기 위해서는 빔 트레이닝의 전체 과정을 다시 수행하는데, 이는 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 단말 블록킹시 효율적인 빔 트래킹 방법 및 이를 포함하는 단말을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 단말이 빔 트래킹을 수행하는 방법이 제공된다. 상기 빔 트래킹 방법은, 기지국으로부터 수신되는 신호의 전력을 측정하는 단계, 상기 단말의 행동 변화가 있는지 여부를 판단하는 단계, 그리고 상기 전력과 상기 단말의 행동 변화를 이용하여 신호의 차단 여부를 판단하는 단계, 상기 신호의 차단 여부를 판단하는 단계에서 신호의 차단으로 판단한 경우 이차 빔을 통한 빔 트래킹을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 신호의 차단 여부를 판단하는 단계는, 상기 전력을 임계 값과 비교하는 단계, 그리고 상기 전력이 상기 임계 값보다 작고 상기 단말의 행동 변화가 없는 경우 신호의 차단으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 빔 트래킹 방법은, 상기 이차빔이 없는 경우 상기 기지국으로 송신(TX) 빔 폭을 넓혀서 송신할 것을 요청하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 빔 트래킹 방법은, 상기 넓혀진 송신(TX)빔 폭을 통해 수신되는 신호의 전력이 상기 임계 값보다 작은 경우 빔 트래킹을 중지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 빔 트래킹 방법은, 상기 이차빔을 통한 신호의 수신 전력이 상기 임계 값보다 작은 경우 빔 트래킹을 중지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단말의 행동 변화는 상기 단말의 회전, 그리고 상기 단말의 이동을 포함할 수 있다.
상기 빔 트래킹 방법은, 상기 단말의 행동 변화로서 상기 단말의 회전이 있는 것으로 판단된 경우 상기 단말의 수신(RX) 빔 트래킹만을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기지국과 통신을 수행하는 단말이 제공될 수 있다. 상기 단말은, 상기 기지국으로부터 수신되는 신호의 전력을 측정하는 수신전력 측정부, 상기 단말의 행동 변화를 감지하는 모션 센서부, 상기 전력과 상기 단말의 행동 변화를 이용하여 신호의 차단 여부를 판단하는 상황 판단부, 그리고 상기 상황 판단부에서 신호의 차단으로 판단한 경우 이차 빔을 통해 빔 트래킹을 수행하는 빔 트래킹 제어부를 포함할 수 있다.
상기 상황 판단부는 상기 전력이 임계 값보다 작고 상기 단말의 행동 변화가 없는 경우 신호의 차단으로 판단할 수 있다.
상기 빔 트래킹 제어부는 상기 이차 빔이 없는 경우 상기 기지국으로 송신(TX) 빔 폭을 넓혀서 송신할 것을 요청할 수 있다.
상기 빔 트래킹 제어부는 상기 이차 빔을 통한 신호의 수신 전력이 상기 임계 값보다 작은 경우 빔 트래킹을 중지할 수 있다.
상기 단말의 행동 변화는 상기 단말의 회전, 그리고 상기 단말의 이동을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 단말이 빔 트래킹을 수행하는 방법이 제공된다. 상기 빔 트래킹 방법은, 기지국에 접속 시에 초기 빔 트래킹을 수행하는 단계, 상기 기지국으로부터 수신되는 신호의 전력을 측정하는 단계, 상기 전력을 임계 값과 비교하는 단계, 상기 단말의 행동 변화가 있는지 여부를 판단하는 단계, 그리고 상기 전력이 상기 임계 값보다 작고 상기 단말의 행동 변화가 없으며 상기 초기 빔 트래킹 시에 이차빔이 존재하는 경우, 상기 이차빔을 통한 빔 트래킹을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단말은 상기 전력이 상기 임계 값보다 작고 상기 단말의 행동 변화가 없는 경우, 상기 기지국으로부터 송신되는 빔이 차단된 것으로 판단할 수 있다.
상기 단말의 행동 변화는 상기 단말의 회전, 그리고 상기 단말의 이동을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 단말의 상황에 따른 서로 다른 빔 트래킹을 수행함으로써 효율적인 빔 트래킹이 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 단말의 신호 차단(blocking) 시에 불필요한 빔 트래킹을 수행하지 않고 신호 차단에 따른 빔 트래킹을 신속히 수행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 단말의 행동 변화와 수신 환경 변화를 정확하게 인지함으로써 빔 트래킹의 오버헤드를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 빔 트래킹이 필요한 상황을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단말의 행동 변화와 수신 환경 변화에 따라 빔 트래킹 필요 여부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단말을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단말의 빔 트래킹 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 단말은(terminal)은 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, MT, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한, 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS) 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, HR-RS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 빔 트래킹 방법은 단말의 행동 변화 또는 수신 환경 변화에 따른 상황 변화를 인지하고 상황 변화의 원인을 파악하여 최소한의 빔 트래킹을 수행한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 빔 트래킹이 필요한 상황을 나타내는 도면이다.
도 1의 (a)는 단말(300)이 회전(Rotation) 하는 경우를 나타내며, 도 1의 (b)는 단말(300)이 이동(Displacement) 하는 경우를 나타낸다. 그리고 도 1의 (c)는 외부 이동물체(도면에서는 사람에 의한 차단을 나타내었음)에 의해 신호가 차단(블로킹)되는 경우를 나타낸다. 이와 같이 단말(300)이 회전 또는 이동 하는 경우에는 빔이 부정확하게 되어 빔 트래킹이 필요하다. 그리고, 단말(300)이 외부 이동물체에 의해 신호가 차단되는 경우에도 빔 신호 감쇄가 발생하여 빔 트래킹이 필요하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단말의 행동 변화와 수신 환경 변화에 따라 빔 트래킹 필요 여부를 나타내는 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 단말(300)이 회전하는 경우에는 회전 정도에 따라 AOA(Angle of Arrival)가 변화가 되며, 단말(300)이 이동하는 경우에는 AoD(Angle of Departure)와 AoA가 모두 변화가 된다. 그리고 외부의 물체나 신체 접촉에 의해 신호가 차단되는 경우에는 AoA와 AoD는 변화하지 않으나 수신신호의 감쇄가 발생한다.
본 발명의 실시예에 따른 빔 트래킹 방법은 상기와 같은 상황을 판단한 후 상황에 따라 다른 빔 트래킹 방법을 적용한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 단말(300)이 회전하는 경우에는 수신기(RX, 즉 단말)의 빔 트래킹만이 필요하다. 단말(300)이 이동하는 경우에는 수신기(RX)의 빔 트래킹 뿐만 아니라 송신기(TX)(즉, 기지국)의 빔 트래킹이 필요하다. 그리고, 신호가 차단(블로킹)되는 경우에는 현재의 송신기의 빔과 수신기의 빔이 부정합이 발생하는 것이 아니므로, 현재의 빔에 대한 빔 트래킹이 필요 없다. 이런 경우에는 이차 빔(Secondary Beam)을 통해 통신이 수행되는 것이 필요하다. 여기서, 이차 빔(Secondary Beam) 쌍은 초기 빔 트래킹 과정을 통하여 이미 알려져 있는 경우가 대부분이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단말(300)을 나타내는 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 단말(300)은 수신전력 측정부(310), 모션 센서부(320), 상황 판단부(330), 그리고 빔 트래킹 제어부(340)를 포함한다.
수신전력 측정부(310)는 기지국으로부터 수신되는 신호를 감지하고 감지한 수신 신호의 전력을 측정한다. 수신전력 측정부(310)가 수신 전력을 측정하는 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있는 바 구체적인 설명은 생략한다.
모션 센서부(320)는 단말의 회전 및 단말의 이동을 감지한다. 즉, 모션 센서부(320)는 소정의 센서를 이용하여 단말의 행동 변화(단말의 회전 및 단말의 이동)를 감지한다. 모션 센서부(320)는 AHRS(Attitude and Heading Reference System) 및 ZVD(Zero Velocity Detector)로 구현되는데, AHRS를 통해 단말의 회전을 감지할 수 있으며, ZVD를 통해 단말의 이동을 감지할 수 있다.
상황 판단부(330)는 수신전력 측정부(310)에서 측정한 수신 전력과 모션 센서부(320)에서 감지한 단말의 행동 변화를 이용하여, 단말의 상황을 판단한다.
상황 판단부(330)는 수신전력 측정부(310)에서 측정한 수신 전력이 임계 값 보다 낮은지 여부를 판단한다. 상황 판단부(330)는 수신 전력이 임계 값보다 낮은 경우, 모션 센서(320)에서 센싱한 단말의 행동 변화(즉, 단말의 회전 또는 단말의 이동)를 판단한다. 상황 판단부(330)는 수신 전력이 임계 값보다 낮고 단말의 행동 변화가 없다고 판단한 경우, 기지국으로부터 수신되는 신호에 대한 차단(신호의 차단)으로 판단한다.
빔 트래킹 제어부(340)는 상황 판단부(330)에서 판단한 단말의 상황에 대응하여 적절한 빔트래킹을 수행한다.
빔 트래킹 제어부(340)가 단말의 회전으로 판단한 경우에는 수신기(RX)(즉, 단말)의 빔 트래킹만을 수행하고, 단말의 이동으로 판단한 경우에는 수신(RX) 빔 뿐만 아니라 송신(TX) 빔에 대해서도 빔 트래킹을 수행한다.
만일 빔 트래킹 제어부(340)가 신호의 차단으로 판단한 경우에는 이차 빔(Secondary Beam)을 통한 빔 트래킹을 수행한다. 여기서, 빔 트래킹 제어부(340)는 초기 빔 트래킹 수행시에 탐색된 이차 빔이 있고 이 이차 빔 경로에 의한 수신 전력이 임계 값보다 높은 경우에는 이차 빔을 통해 트래킹을 수행한다. 그리고, 빔 트래킹 제어부(340)는 이차 빔 경로에 의한 수신 전력이 임계 값보다 낮은 경우에는 빔 트래킹을 중지한다. 빔 트래킹 제어부(340)는 초기 빔 트래킹 수행시에 탐색된 이차 빔이 없는 경우에는 기지국에게 송신 안테나의 빔 폭을 넓혀서 송신할 것을 요청한다. 이렇게 넓혀진 빔 폭을 통해 새도우잉(Shadowing) 영향을 줄일 수 있다. 넓혀진 빔 폭을 통해서 수신된 전력이 임계 값보다 낮은 경우, 빔 트래킹 제어부(340)는 빔 트래킹을 중지한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단말의 빔 트래킹 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
먼저, 단말(300)은 초기 빔 트래킹을 수행한다(S401). 즉, 단말(300)은 기지국으로의 초기 접속 시 가장 적합한 빔이 무엇인지를 트래킹한다. 이때, 선택된 빔이 일차 빔(primary beam)이다. 그리고, 초기 빔 트래킹 시에 일차 빔 다음으로 적합한 빔이 이차 빔(secondary beam)이다.
단말(300)은 기지국으로부터 수신되는 신호를 이용하여 수신 전력을 측정한다(S402). 도 3에서 설명한 바와 같이, 수신 전력의 측정은 단말(300)의 수신전력 측정부(310)를 통해 수행된다.
단말(300)은 S402 단계에서 측정한 수신 전력을 임계 값과 비교한다(S403). 수신 전력과 임계 값의 비교는 단말(300)의 상황 판단부(330)에서 수행된다. 수신 전력이 임계 값보다 낮은 경우에는 다음의 S404 단계가 수행된다.
단말(300)은 S403 단계에서 수신 전력이 임계 값보다 낮다고 판단한 경우 단말의 행동 변화(즉, 단말의 회전 또는 단말의 이동)가 있는지 여부를 판단한다(S404). 단말의 행동 변화에 대한 판단은 상기 도 3에서 설명한 바와 같이 단말(300)의 상황 판단부(330)에서 수행된다.
S404 단계에서 단말의 행동 변화(단말의 회전 또는 단말의 이동)가 있는 것으로 판단된 경우는 모션센서부(320)의 정확도 오류 때문에 다른 빔으로 트래킹하여 신호가 잘 수신되지 않는 경우에 해당한다. 따라서, 단말(300)은 전기적인 신호로 빔 트레이닝을 수행한 후에 모션센서에 에러가 발생하였음을 알린다(S405, S413).
단말(300)은 S404 단계에서 단말의 행동 변화가 없는 경우 신호의 차단으로 판단하여, 다중 경로 유무를 판단한다(S406). 다중 경로 유무는 초기 빔 트래킹 시(S401)에 이차 빔(secondary beam)이 있는지 여부를 나타낸다.
단말(300)은 S406 단계에서 다중 경로가 있는 것으로 판단한 경우에는 이차 빔을 통한 트래킹을 수행한다(S407). 즉, 단말(300)은 초기 빔 트래킹 수행시에 탐색된 이차 빔이 있고 그 이차 빔 경로에 의한 수신 전력이 임계 값보다 높은 경우에는 이차 빔으로 트래킹하고 초기단계로 돌아간다(S408, S403).
그리고 단말(300)은 이차 빔 경로에 의한 수신 전력이 임계 값보다 낮은 경우에는 빔 트래킹을 중지한다(S408, S409).
한편, 단말(300)은 S406 단계에서 다중 경로가 없는 경우에는 기지국이 송신(TX) 빔 폭을 넓혀서 송신할 것을 기지국에 요청한다(S410). 이러한 요청을 수신한 기지국은 송신 안테나의 빔폭을 넓혀서 신호를 전송한다. 이와 같이 빔 폭을 넓혀서 송신함으로써 새도우잉(Shadowing) 영향을 줄일 수 있다.
단말(300)은 S410 단계에서 넓혀서 송신된 신호에 대한 수신 전력을 측정하고 수신 전력이 임계 값보다 높은 경우에는 S403 단계로 돌아간다(S411, S403).
단말(300)은 S410 단계에서 넓혀서 송신된 신호에 대한 수신 전력이 임계 값보다 낮은 경우에는 빔 트래킹을 중지한다(S411, S412).
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 단말의 신호 차단(blocking) 시에 불필요한 빔 트래킹을 수행하지 않고 신호 차단에 따른 빔 트래킹을 신속히 수행할 수 있다. 그리고 본 발명의 실시예에 따르면 단말의 행동 변화와 수신 환경 변화를 정확하게 인지함으로써 빔 트래킹의 오버헤드를 줄일 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (15)

  1. 단말이 빔 트래킹을 수행하는 방법으로서,
    기지국으로부터 수신되는 신호의 전력을 측정하는 단계,
    상기 단말의 행동 변화가 있는지 여부를 판단하는 단계,
    상기 전력과 상기 단말의 행동 변화를 이용하여 신호의 차단 여부를 판단하는 단계, 그리고
    상기 신호의 차단 여부를 판단하는 단계에서 신호의 차단으로 판단한 경우 이차 빔을 통한 빔 트래킹을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 신호의 차단 여부를 판단하는 단계는, 상기 전력을 임계 값과 비교하는 단계, 그리고 상기 전력이 상기 임계 값보다 작고 상기 단말의 행동 변화가 없는 경우 신호의 차단으로 판단하는 단계를 포함하며,
    상기 단말은 상기 이차빔이 없는 경우 상기 기지국으로 송신(TX) 빔 폭을 넓혀서 송신할 것을 요청하는
    빔 트래킹 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기지국이 송신 빔폭을 넓혀서 송신하는 경우, 상기 넓혀진 송신(TX)빔 폭을 통해 수신되는 신호의 전력이 상기 임계 값보다 작은 경우 빔 트래킹을 중지하는 단계를 더 포함하는 빔 트래킹 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이차빔을 통한 신호의 수신 전력이 상기 임계 값보다 작은 경우 빔 트래킹을 중지하는 단계를 더 포함하는 빔 트래킹 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단말의 행동 변화는 상기 단말의 회전, 그리고 상기 단말의 이동을 포함하는 빔 트래킹 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단말의 행동 변화로서 상기 단말의 회전이 있는 것으로 판단된 경우 상기 단말의 수신(RX) 빔 트래킹만을 수행하는 단계를 더 포함하는 빔 트래킹 방법.
  8. 기지국과 통신을 수행하는 단말로서,
    상기 기지국으로부터 수신되는 신호의 전력을 측정하는 수신전력 측정부,
    상기 단말의 행동 변화를 감지하는 모션 센서부,
    상기 전력과 상기 단말의 행동 변화를 이용하여 신호의 차단 여부를 판단하는 상황 판단부, 그리고
    상기 상황 판단부에서 신호의 차단으로 판단한 경우 이차 빔을 통해 빔 트래킹을 수행하는 빔 트래킹 제어부를 포함하며,
    상기 상황 판단부는 상기 전력이 임계 값보다 작고 상기 단말의 행동 변화가 없는 경우 신호의 차단으로 판단하며,
    상기 빔 트래킹 제어부는 상기 이차 빔이 없는 경우 상기 기지국으로 송신(TX) 빔 폭을 넓혀서 송신할 것을 요청하는 단말.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 빔 트래킹 제어부는 상기 이차 빔을 통한 신호의 수신 전력이 상기 임계 값보다 작은 경우 빔 트래킹을 중지하는 단말.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 단말의 행동 변화는 상기 단말의 회전, 그리고 상기 단말의 이동을 포함하는 단말.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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