KR102324410B1 - 통신 빔 스위핑을 수행하는 통신 단말기 및 그 제어방법 - Google Patents

통신 빔 스위핑을 수행하는 통신 단말기 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신 빔 스위핑을 수행하는 통신 단말기 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 통신 단말기의 제어방법은, 현재의 위치 및 방향에서 기 구비된 안테나들에 의해 형성되는 통신 빔 패턴 별 방향을 판단하는 단계와; 상기 통신 빔 패턴 별 기지국 또는 중계기로부터 수신되는 신호의 세기를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 판단된 각 통신 빔 패턴 별 수신 신호 세기 및 상기 단계에서 판단된 각 통신 빔 패턴 별 방향을 3차원 좌표에 매핑시킨 3차원 맵을 구성하는 단계와; 기 구비된 센서에 의해 방향 전환이 감지된 경우 전환된 방향을 참조하여 각 통신 빔 패턴 별 방향을 새로 판단하고, 그 새로 판단된 통신 빔 패턴 별 방향에 대응되는 수신 신호 세기를 상기 3차원 맵을 참조하여 확인한 후, 가장 큰 수신 신호 세기에 대응되는 통신 빔 패턴을 통신 빔 써치 대상으로 선정하는 단계와; 상기 단계에서 선정된 통신 빔 써치 대상을 우선적으로 이용하여 통신 빔 써치를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

통신 빔 스위핑을 수행하는 통신 단말기 및 그 제어방법{COMMUNICATION APPARATUS FOR PERFORMING COMMUNICATION BEAM SWEEPING AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 통신 빔 스위핑을 수행하는 통신 단말기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방향 변화에 따라 통신 빔 스위핑을 위한 최적의 통신 빔을 신속히 선택하는 통신 단말기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
5G(Fifth Generation) 통신 분야에서는 mmWave 라고 일컬어지는 주파수 대역(예를 들어 24GHz, 28GHz 등)을 이용하여 통신을 수행하는데, 이때 통신 단말기에는 복수 개의 안테나를 구비하여 복수 개의 안테나에 의한 위상차 제어를 통해 다양한 방사 패턴을 구현하고 있다.
이러한 방사 패턴을 구현하는 것을 빔포밍이라 하는데, 빔포밍을 수행할 때 안테나의 수신 감도를 높이기 위해서는 가능한한 빔 폭을 작게하여 안테나 어레이 게인을 높이는 것이 유리한데, 빔 폭을 작게 샤프(sharp)하게 만들면 안테나 패널이 담당하는 전체 방향을 커버하기 위하여 빔 패턴을 더 많이 사용할 수밖에 없다.
그런데 이처럼 하나의 단말기가 다양한 빔 패턴을 형성할 수 있는 경우, 그 중 어떠한 빔 패턴을 이용하여 통신 채널을 구성해야 하는지가 관건이 된다.
그런데 종래에는 효율적인 알고리즘 처리 없이 단순히 순차적으로 빔 패턴을 선택하거나 랜덤으로 선택하여 비교하는 과정을 수행하였다.
구체적으로 설명하면 다음과 같다.
통신 단말기에 구비된 안테나에 의해 복수 개의 통신 빔 패턴이 형성될 수 있는 경우, 편의상 그 각각에 인덱스를 붙일 수 있다.
예를 들어 총 10개의 인덱스에 대응되는 통신 빔 패턴이 가능한 경우, 현재 1번 인덱스에 해당하는 통신 빔 패턴을 이용하여 데이터 통신을 수행한다고 가정하면, 기 설정된 시간(예를 들어 20ms)마다 다른 인덱스(예를 들어 2번 인덱스)의 통신 빔 패턴이 데이터 통신에 적합한지를 확인하게 되는데, 이러한 과정을 '통신 빔 써치' 과정이라 할 수 있고, 판단 결과 다른 인덱스의 통신 빔 패턴이 데이터 통신에 적합하다고 판단하는 경우 해당 통신 빔 패턴을 데이터 통신용으로 설정하는데 이러한 과정을 '통신 빔 스위칭' 과정이라 할 수 있다.
이러한 통신 빔 써치와 통신 빔 스위칭을 합하여 '통신 빔 스위핑' 과정이라 할 수 있다.
그런데 상술한 바와 같이 종래에는 현재 1번 인덱스의 통신 빔 패턴이 데이터 통신용으로 설정되어 있는 경우, 순차적으로 2번 인덱스의 통신 빔 패턴을 선정하거나 또는 랜덤으로 임의의 통신 빔 패턴을 선정한 후 그 선정된 통신 빔 패턴에 의한 수신 신호 세기와 현재 설정된 1번 인덱스의 통신 빔 패턴에 의한 수신 신호 세기를 비교하여 새로운 통신 빔 패턴에 의한 수신 신호의 세기가 더 큰 경우 통신 빔 스위칭을 수행하여, 추후 데이터 통신에는 그 새로운 통신 빔 패턴이 이용되도록 하였다.
그러나 새로운 통신 빔 패턴에 의한 수신 신호의 세기가 더 작은 경우 통신 빔 스위칭을 수행하지 않고, 추후 기 설정된 시간(예를 들어 20ms)이 경과한 후에 또 다시 새로운 통신 빔 패턴을 이용하여 수신 신호의 세기를 판단한 후 현재 설정된 통신 빔 패턴에 의한 수신 신호의 세기가 비교하는 과정을 반복하였다.
이러한 종래의 처리 방식에는 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다.
예를 들어 총 10개의 인덱스에 대응되는 통신 빔 패턴이 가능하고, 현재 1번 인덱스의 통신 빔 패턴을 이용하여 데이터 통신이 이루어진 상태에서, 통신 단말기의 위치나 방향이 변경되어 결과적으로 10번 인덱스의 통신 빔 패턴이 데이터 통신을 위해 가정 적합하게 된 경우(즉, 10번 인덱스의 통신 빔 패턴에 의한 수신 신호의 세기가 가장 큰 경우) 상술한 바와 같이 순차적으로 통신 빔 패턴을 선전하여 비교하게 되는 경우, 200ms가 경과한 후에야 비로소 최적의 통신 빔 패턴이 선택되게 된다.
이러한 시간은 통신 빔 패턴의 개수가 많아질수록 더 크게 되며, 이에 따라 자칫 beam failure가 발생할 수 있게 된다.
따라서 최적의 통신 빔 패턴을 선정하는 시간을 단축시키는 특별한 알고리즘의 도입이 시급한 실정이다.
공개특허 제 10??2017??0096929호
본 발명은 상기한 종래의 요청에 부응하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 통신 빔 스위핑을 수행함에 있어서 시간을 단축시키기 위한 통신 단말기 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반복적으로 통신 빔 써치를 수행하여 최적의 통신 빔 패턴을 선택한 후, 통신 빔 스위칭을 수행하는 통신 단말기는, 단말기 방향을 판단하는 방향 감지부와; 상기 단말기 방향을 참조하여 기 구비된 안테나들에 의해 형성되는 통신 빔 패턴 별 방향을 판단하는 빔 패턴 방향 판단부와; 상기 통신 빔 패턴 별 기지국 또는 중계기로부터 수신되는 신호의 세기를 판단하는 신호 세기 판단부와; 상기 신호 세기 판단부에서 판단된 각 통신 빔 패턴 별 수신 신호 세기 및 상기 빔 패턴 방향 판단부에서 판단된 각 통신 빔 패턴 별 방향을 3차원 좌표에 매핑시킨 3차원 맵을 구성하는 맵 구성부와; 상기 방향 감지부에서 방향 전환이 감지됨에 따라 상기 빔 패턴 방향 판단부가 전환된 방향을 기준으로 각 통신 빔 패턴 별 방향을 새로 판단하는 경우, 그 새로 판단된 통신 빔 패턴 별 방향에 대응되는 수신 신호 세기를 상기 3차원 맵을 참조하여 확인한 후, 가장 큰 수신 신호 세기에 대응되는 통신 빔 패턴을 통신 빔 써치 대상으로 선정하는 선정부와; 상기 선정부에서 선정된 통신 빔 써치 대상을 우선적으로 이용하여 통신 빔 써치를 수행하는 통신 빔 스위핑 처리부를 포함하여 구성된다.
또, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반복적으로 통신 빔 써치를 수행하여 최적의 통신 빔 패턴을 선택한 후, 통신 빔 스위칭을 수행하는 통신 단말기의 제어방법은, 현재의 위치 및 방향에서 기 구비된 안테나들에 의해 형성되는 통신 빔 패턴 별 방향을 판단하는 단계와; 상기 통신 빔 패턴 별 기지국 또는 중계기로부터 수신되는 신호의 세기를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 판단된 각 통신 빔 패턴 별 수신 신호 세기 및 상기 단계에서 판단된 각 통신 빔 패턴 별 방향을 3차원 좌표에 매핑시킨 3차원 맵을 구성하는 단계와; 기 구비된 센서에 의해 방향 전환이 감지된 경우 전환된 방향을 참조하여 각 통신 빔 패턴 별 방향을 새로 판단하고, 그 새로 판단된 통신 빔 패턴 별 방향에 대응되는 수신 신호 세기를 상기 3차원 맵을 참조하여 확인한 후, 가장 큰 수신 신호 세기에 대응되는 통신 빔 패턴을 통신 빔 써치 대상으로 선정하는 단계와; 상기 단계에서 선정된 통신 빔 써치 대상을 우선적으로 이용하여 통신 빔 써치를 수행하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반복적으로 통신 빔 써치를 수행하여 최적의 통신 빔 패턴을 선택한 후 통신 빔 스위칭을 수행하는 통신 단말기가 신속하게 최적의 통신 빔 패턴을 선택할 수 있도록 할 수 있다.
즉, 방향 전환 등이 발생하였을 때 미리 구축한 3차원 맵에 각 통신 빔 패턴을 매핑시켜 수신 신호 세기를 예측한 후, 가장 큰 값을 가지는 통신 빔 패턴 순서대로 통신 빔 써치를 수행함으로써, 가장 수신 신호가 양호한 통신 빔 패턴 선택 확률을 대폭 향상시킬 수 있다.
특히 이처럼 신속하게 가장 통신 신호가 양호한 통신 빔 패턴을 이용하여 데이터 통신이 이루어지도록 함으로써 통신 failure 발생 빈도를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 단말기를 포함하는 전체 시스템의 개략 구성도이고,
도 2는 도 1의 통신 단말기의 기능 블록도이고,
도 3은 도 2의 통신 단말기에 의해 생성되는 3차원 맵의 일 예를 나타낸 도면이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 단말기의 제어 흐름도이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
이하 본 발명에 따른 각 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 하나의 예에 불과하고, 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 특히 본 발명은 각 실시예에 포함되는 개별 구성, 개별 기능, 또는 개별 단계 중 적어도 어느 하나 이상의 조합으로 구성될 수 있다.
특히, 편의상 청구 범위의 일부 청구항에는 '(a)'와 같은 알파벳을 포함시켰으나, 이러한 알파벳이 각 단계의 순서를 규정하는 것은 아니다.
또한 이하 본 발명에 따른 각 실시예에서 언급하는 각 신호는 한 번의 연결 등에 의해 전송되는 하나의 신호를 의미할 수도 있지만, 후술하는 특정 기능 수행을 목적으로 전송되는 일련의 신호 그룹을 의미할 수도 있다. 즉, 각 실시예에서는 소정의 시간 간격을 두고 전송되거나 상대 장치로부터의 응답 신호를 수신한 이후에 전송되는 복수 개의 신호들이 편의상 하나의 신호명으로 표현될 수 있는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 통신 단말기(100)를 포함하는 전체 통신 시스템의 개략 구성은 도 1에 도시된 바와 같다.
동 도면에 도시된 바와 같이 통신 단말기(100)는 기지국 또는 중계기(200) 등을 경유하여 소정의 서비스 제공 서버(200)와 통신할 수 있는데, 이때 통신 단말기(100)는 복수 개의 통신 빔 패턴 형성이 가능한 경우 그 중 최적의 통신 빔 패턴을 선택하여 기지국 등을 경유하여 서비스 제공 서버(200)와 통신할 수 있다.
즉, 통신 단말기(100)가 기지국 또는 중계기(200)와 통신함에 있어서 가장 수신 감도가 좋은 통신 빔 패턴을 선정하여 그 선정된 통신 빔 패턴을 이용하여 데이터 통신 등을 수행하는 것이다.
이때 현재 설정된 통신 빔 패턴을 최적의 다른 통신 빔 패턴으로 전환하는 것을 통신 빔 스위핑이라 한다.
통신 빔 스위핑을 수행하는 과정을 살펴보면, 현재 설정된 통신 빔 패턴과는 다른 통신 빔 패턴을 이용하여 기지국 또는 중계기(200)로부터 수신되는 통신 신호를 수신하면서 그 신호 세기를 판단하는 '통신 빔 써치' 과정과, 해당 통신 빔 써치 과정에 의해 판단된 신호 세기가 현재의 수신 신호 세기보다 더 큰 경우 그 새로운 통신 빔 패턴을 데이터 통신을 위한 것으로 설정하는 '통신 빔 스위칭' 과정으로 이루어진다.
이처럼 통신 단말기(100)에 복수 개의 안테나가 존재하는 경우 그 복수 개의 안테나에 대한 위상 제어를 통해 다양한 통신 빔 패턴을 형성하는 것과, 그 형성된 통신 빔 패턴을 이용하여 데이터 통신을 수행하는 것, 그리고 새로운 통신 빔 패턴으로 전환하는 것 등은 공지된 기술에 해당하므로 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 1에 도시된 바와 같이 통신 단말기(100)에는 복수 개의 안테나 어레이가 내장되어 있을 수 있고, 이때 그 각각의 안테나 어레이에 의해 다양한 통신 빔 패턴을 형성될 수 있는 것이다.
특히 통신 단말기(100)는 주기적 시간(일 예로 20ms) 간격으로 현재 데이터 통신에 이용되는 통신 빔 패턴 이외의 다른 통신 빔 패턴을 선정하여 상술한 통신 빔 스위핑 과정(즉, '통신 빔 써치' 과정과, 소정 조건 만족시 '통신 빔 스위칭' 과정)을 수행하는데, 이때 최적의 통신 빔 패턴을 신속하게 찾는 것이 중요하다.
이를 위해 통신 단말기(100)는 수신 신호 세기와 관련된 데이터를 수집한 후, 단말기 방향이 변할 때마다 기 수집된 데이터를 이용하여 특정 통신 빔 패턴을 우선적으로 선정하여 통신 빔 스위핑을 수행한다.
이러한 기능을 수행하는 통신 단말기(100)의 구체적인 기능 블록은 도 2에 도시된 바와 같다.
동 도면에 도시된 바와 같이 통신 단말기(100)는 빔 패턴 방향 판단부(110), 신호 세기 판단부(120), 맵 구성부(130), 방향 감지부(140), 선정부(150), 통신 빔 스위핑 처리부(160), 저장부(170)를 포함하여 구성될 수 있다.
우선 저장부(170)에는 통신 단말기(100)의 동작에 필요한 애플리케이션 및 데이터가 저장되고, 더 나아가 통신 단말기(100)의 동작 중 새로 생성되거나 외부로부터 수신되는 데이터가 저장될 수 있다.
특히 저장부(170)에는 후술하는 바와 같이 맵 구성부(130)에 의해 생성되는 통신 빔 패턴별 수신 신호 세기와 관련된 3차원 맵이 저장될 수 있는데, 이에 대한 보다 상세한 설명은 후술토록 한다.
방향 감지부(140)는 통신 단말기(100)의 방향을 판단하는 기능을 수행하는데, 예를 들어 지자기 센서, 가속도 센서, 기울기 센서, 자이로 센서 등을 이용하여 수평 및 수직 방향을 판단하거나 또는 초기 방향을 기준으로 하여 방향의 변화를 감지할 수 있다.
예를 들어 방향 감지부(140)는 통신 단말기(100)의 앞면의 법선 방향을 해당 통신 단말기(100)의 방향이라고 판단할 수 있고, 따라서 통신 단말기(100)가 수직방향으로 서 있는 경우 통신 단말기(100)의 방향은 지평면과 평행인 방향 중 어느 하나에 해당할 수 있고, 통신 단말기(100)가 수평 방향으로 누워 있는 경우 통신 단말기(100)의 방향은 수직면에 평행인 방향 중 어느 하나에 해당할 수 있다.
3차원 공간에서 통신 단말기(100)의 방향은 서로 직교하는 x축, y축, z축을 기준으로 한 각도로 표시될 수도 있다.
빔 패턴 방향 판단부(110)는 상술한 통신 단말기(100)의 방향 즉, '단말기 방향'을 참조하여 기 구비된 안테나들에 의해 형성되는 통신 빔 패턴별 방향을 판단하는 기능을 수행한다.
예를 들어, 통신 단말기(100)의 정면에 대한 각 통신 빔 패턴별 방향이 기 정의되어 있을 수 있는데, 빔 패턴 방향 판단부(110)는 통신 단말기(100)의 방향이 변할 때마다 그 변한 방향에 대응하여 각 통신 빔 패턴별 방향을 판단할 수 있는 것이다.
여기서 통신 빔 패턴은 복수의 안테나들의 위상차 제어에 따라 형성된 것으로서, 통신 빔 패턴의 방향은 해당 통신 빔 패턴에 의해 통신이 가장 잘 이루어지는 주된 방향을 의미한다.
신호 세기 판단부(120)는 통신 빔 패턴별 기지국 또는 중계기(200)로부터 수신되는 신호의 세기를 판단하는 기능을 수행한다. 예를 들어 신호 세기 판단부(120)는 기지국이 전송한 SSB(Synchronization Signal Block) 인덱스별 신호 세기를 판단할 수 있는데, 기지국 또는 중계기(200)로부터 수신되는 신호의 세기를 판단하는 것 자체는 공지된 기술에 해당하므로 보다 상세한 설명은 생략한다.
맵 구성부(130)는 신호 세기 판단부(120)에서 판단된 각 통신 빔 패턴별 수신 신호 세기 및 상기 빔 패턴 방향 판단부(110)에서 판단된 각 통신 빔 패턴별 방향을 3차원 좌표에 매핑시킨 3차원 맵을 구성하는 기능을 수행한다.
즉, 통신 단말기(100)는 주기적 시간(일 예로 20ms) 간격으로 통신 빔 써치를 수행할 수 있는데, 이때 신호 세기 판단부(120)는 통신 빔 써치 수행을 통해 판단되는 각 통신 빔 패턴별 수신 신호의 세기를 판단하게 되고, 맵 구성부(130)는 이렇게 판단되는 각 통신 빔 패턴별 수신 신호 세기를 빔 패턴 방향 판단부(110)에서 판단된 각 통신 빔 패턴별 방향과 매칭시켜서 3차원 좌표상에 표시한 3차원 맵을 구성하는 것이다.
이러한 방식으로 구성된 3차원 맵의 일 예가 도 3에 도시되었다.
도 3에 도시된 바와 같이 3차원 맵은 일종의 구 형상을 할 수 있는데, 구 형상에 포함된 각 셀의 법선방향이 통신 빔 패턴별 방향에 해당하고, 해당 각 셀의 색상이나 밝기가 수신 신호 세기에 해당할 수 있다.
물론 도 3은 이해를 돕기 위해 나타낸 것에 불과하고, 수신 신호 세기와 통신 빔 패턴 방향이 3차원 테이블에서 숫자로서 매핑될 수도 있음은 물론이다.
특히, 맵 구성부(130)는 신호 세기 판단부(120)에서 판단된 각 통신 빔 패턴별 수신 신호 세기를 해당 통신 빔 패턴을 형성하는 안테나들에 대응되는 게인값으로 나누는 노멀라이즈 처리를 수행한 후, 해당 노멀라이즈 된 값 및 빔 패턴 방향 판단부(110)에서 판단된 각 통신 빔 패턴별 방향을 3차원 좌표에 매핑시킨 3차원 맵을 구성할 수도 있다.
예를 들어 통신 단말기(100)에 다이폴 안테나로 구성된 제1 안테나 어레이의 전체 게인이 8dB이고, 패치 안테나로 구성된 제2 안테나 어레이의 전체 게인이 11dB인 경우, 맵 구성부(130)는 제1 안테나 어레이에 의해 형성되는 통신 빔 패턴이 수신하는 수신 신호 세기에 대해서는 제1 안테나 어레이의 전체 게인 8로 나누어 노멀라이즈화 하고, 제2 안테나 어레이에 의해 형성되는 통신 빔 패턴이 수신하는 수신 신호 세기에 대해서는 제2 안테나 어레이의 전체 게인 11로 나누어 노멀라이즈화 할 수 있다.
구체적인 예를 든다면, 통신 단말기(100)에 구비된 안테나에 의해 복수 개의 통신 빔 패턴이 형성될 수 있는 경우, 편의상 그 각각에 인덱스를 붙일 수 있는데, 제1 안테나 어레이에 의해 5개의 통신 빔 패턴 형성이 이루어지는 경우 그 각각을 제1 통신 빔 패턴, 제2 통신 빔 패턴, 제3 통신 빔 패턴, 제4 통신 빔 패턴, 제5 통신 빔 패턴이라 할 수 있고, 제2 안테나 어레이에 의해 5개의 통신 빔 패턴 형성이 이루어지는 경우 그 각각을 제6 통신 빔 패턴, 제7 통신 빔 패턴, 제8 통신 빔 패턴, 제9 통신 빔 패턴, 제10 통신 빔 패턴이라 할 수 있는데, 이때 제1 통신 빔 패턴에 의해 수신되는 수신 신호의 세기가 '16'이라고 한다면 맵 구성부(130)는 이를 제1 안테나 어레이의 전체 게인인 8로 나누어 노멀라이즈된 값 '2'(dB 단위인 경우 16dB /8dB = 8dB)를 산출할 수 있는 것이다.
마찬가지로 제2 통신 빔 패턴에 의해 수신되는 수신 신호의 세기가 '24'라고 한다면 맵 구성부(130)는 이를 제1 안테나 어레이의 전체 게인인 8로 나누어 노멀라이즈된 값 '3' (dB 단위인 경우 24dB /8dB = 16dB)을 산출할 수 있다.
다른 예로써, 제6 통신 빔 패턴에 의해 수신되는 수신 신호의 세기가 '22'라고 한다면 맵 구성부(130)는 이를 제2 안테나 어레이의 전체 게인인 11로 나누어 노멀라이즈된 값 '2'(dB 단위인 경우 22dB /11dB = 11dB)를 산출할 수 있고, 제7 통신 빔 패턴에 의해 수신되는 수신 신호의 세기가 '33'이라고 한다면 맵 구성부(130)는 이를 제2 안테나 어레이의 전체 게인인 11로 나누어 노멀라이즈된 값 '3' (dB 단위인 경우 33dB /11dB = 22dB)을 산출할 수 있다.
여기서 각 안테나 어레이의 전체 게인은 해당 안테나 어레이에 포함된 안테나들 각각에 대응되는 '개별 게인'과 해당 안테나 어레이에 대응되는 '어레이 게인'을 합한 값일 수 있다.
예를 들어 상술한 제1 안테나 어레이가 다이폴 안테나 4개로 구성된 것이고, 제2 안테나 어레이가 패치 안테나 4개로 구성된 것이며, 각 다이폴 안테나의 게인이 2dB이고, 각 패치 안테나의 게인이 5dB인 경우, 제1 안테나 어레이 게인 및 제2 안테나 어레이 게인은 6dB가 될 수 있는데, 이때 제1 안테나 어레이의 전체 게인은 8dB(=2+6)가 되고, 제3 안테나 어레이의 전체 게인은 11dB(=5+6)가 될 수 있는 것이다.
이러한 맵 구성부(130)의 3차원 맵 구성은 주기적으로 갱신(즉, 기존의 각 셀의 값 즉, 수신 신호 세기 또는 노멀라이즈된 값이 갱신되거나 또는 새로운 방향의 셀이 추가)될 수 있는데, 예를 들어 후술하는 바와 같이 통신 빔 스위핑 처리부(160)에서 통신 빔 스위칭을 수행하거나 통신 단말기(100)의 방향이 변할 때마다 맵 구성을 갱신할 수 있는 것이다.
즉 맵 구성부(130)는 3차원 공간상의 각 방향(즉, 통신 빔 패턴별 방향에 해당함)에서 감지되는 수신 신호의 세기를 그대로 또는 노멀라이즈화 시킨 후 해당 방향(즉, 통신 빔 패턴별 방향)에 매핑시켜 새로 갱신할 수 있는 것이다.
한편, 선정부(150)는 방향 감지부(140)에서 통신 단말기(100)의 방향 전환이 감지됨에 따라 상술한 바와 같이 빔 패턴 방향 판단부(110)에 의해 그 전환된 통신 단말기(100)의 방향을 기준으로 각 통신 빔 패턴별 방향이 새로 판단되는 경우, 그 새로 판단된 통신 빔 패턴별 방향에 대응되는 수신 신호 세기를 3차원 맵을 참조하여 확인한 후, 가장 큰 수신 신호 세기에 대응되는 통신 빔 패턴을 통신 빔 써치 대상으로 선정하는 기능을 수행한다.
특히 선정부(150)는 상술한 바와 같이 3차원 맵에서 수신 신호의 세기가 노멀라이즈화 된 상태로 매핑되어 있는 경우, 빔 패턴 방향 판단부(110)가 새로 판단한 통신 빔 패턴별 방향에 대응되는 수신 신호 세기를 3차원 맵과 각 통신 빔 패턴별 게인을 참조하여 산출한 후, 가장 큰 수신 신호 세기에 대응되는 통신 빔 패턴을 통신 빔 써치 대상으로 선정할 수 있다.
예를 들어 도 3에서 a 셀에 매핑된 노멀라이즈된 값이 6이고, b 셀 매핑된 노멀라이즈된 값이 4이고, a 셀의 방향에 대응되는 통신 빔 패턴의 전체 게인이 2dB이고, b 셀의 방향에 대응되는 통신 빔 패턴의 전체 게인이 8dB인 경우, 선정부(150)는 a 셀에 대응되는 수신 신호 세기를 12(=6*2)라고 예상하는 한편 b 셀에 대응되는 수신 신호 세기를 32(=4*8)라고 예상한 후, 둘 중에서는 b 셀이 더 큰 값을 가지므로 b 셀에 대응되는 방향을 가진 통신 빔 패턴이 우선적으로 통신 빔 써치를 수행할 대상이라고 판단할 수 있는 것이다.
이러한 과정은 모든 셀에 대해서 이루어질 수 있고, 결국 선정부(150)는 가장 큰 수신 신호 예상치를 가진 셀을 선정한 후, 그 셀에 대응되는 통신 빔 패턴을 최우선 통신 빔 써치 대상으로 선정할 수 있는 것이다.
통신 빔 스위핑 처리부(160)는 선정부(150)에서 선정된 통신 빔 써치 대상을 우선적으로 이용하여 통신 빔 써치를 수행하는 기능을 수행한다. 더 나아가 통신 빔 스위핑 처리부(160)는, 선정부(150)에서 선정된 통신 빔 써치 대상을 우선적으로 이용하여 통신 빔 써치를 수행한 결과 해당 통신 빔 써치 대상에 의해 기지국 또는 중계기(200)로부터 수신되는 신호의 세기가 현재의 통신 빔 패턴에 따라 기지국 또는 중계기(200)로부터 수신되는 신호의 세기 보다 더 큰 경우 통신 빔 스위칭을 수행하는데, 즉, 통신 빔 써치 대상에 해당하는 통신 빔 패턴을 통신 데이터용으로 설정하는 기능을 수행하는 것이다.
예를 들어 통신 빔 스위칭 처리부는 기 설정된 시간(일 예로 20ms) 간격으로 이용 가능한 통신 빔 패턴 중에서 현재 데이터 통신용으로 설정된 통신 빔 패턴을 제외한 나머지 통신 빔 패턴 중 어느 하나가 통신 빔 써치 대상으로 선택된 경우 그 선택된 통신 빔 패턴을 이용한 통신 빔 써치 처리를 수행함과 아울러 상술한 소정 조건 만족시 통신 빔 스위칭 처리를 수행하는 것이다.
복수 개의 통신 빔 패턴이 가능한 경우 그 중 어느 하나를 선택하여 상술한 통신 빔 스위핑 처리(통신 빔 써치 또는/ 및 통신 빔 스위칭)를 수행하는 것 그 자체는 공지된 기술에 해당하므로 보다 상세한 설명을 생략한다.
한편, 상술한 실시예에서는 통신 빔 스위핑 처리부(160)와 신호 세기 판단부(120)를 이해를 돕기 위해 구분하였으나, 신호 세기 판단부(120)가 통신 빔 스위핑 처리부(160)의 일부로써 포함될 수도 있음은 물론이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 단말기(100)의 제어 과정을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
우선 도 4를 참조하여 통신 빔 패턴별 수신 신호 세기가 매핑된 3차원 맵을 구성하는 과정을 설명한다.
우선, 통신 단말기(100)는 자신의 초기 방향을 판단한다(단계 S1).
예를 들어 사용자의 요청에 따라 또는 전원 온 이후 부팅이 되는 시점에 자신의 초기 방향을 판단할 수 있다.
초기 방향은 차후 통신 단말기(100)의 방향이 변하는 정도를 판단하기 위한 기준 방향이 되는 것이므로 반드시 정확한 절대적 방위일 필요는 없고, 가상의 방위에 해당할 수도 있다.
초기 방향을 기준으로 통신 단말기(100)는 통신 빔 패턴별 방향을 판단하는데, 이때 통신 단말기(100) 전면을 기준으로 기 등록된 각 통신 빔 패턴별 방향을 참조할 수 있다(단계 S3).
이어서 통신 단말기(100)는 기지국 또는 중계기(200)가 전송하는 통신 신호에 대한 통신 빔 패턴별 신호 세기 즉, 수신 신호 세기를 판단하고(단계 S5), 그 각 판단된 수신 신호 세기를 각 통신 빔 패턴별 전체 게인으로 나누어 노멀라이즈한 값을 산출한다(단계 S7).
이후, 통신 단말기(100)는 각 통신 빔 패턴별 방향과 상술한 노멀라이즈한 값을 매핑시킨 3차원 맵을 구성한다(단계 S9). 3차원 맵의 각 셀의 법선 방향이 통신 빔 패턴별 방향에 해당할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
이러한 과정은 통신 단말기(100)가 방향을 바꾸지 않는 경우에도 기 설정된 시간 간격으로 지속적으로 이루어질 수 있다.
한편, 도 5는 도 4와 같이 3차원 맵이 구성된 상태에서 통신 단말기(100)의 방향이 바뀌는 경우 처리되는 과정을 나타낸다.
통신 단말기(100)는 해당 통신 단말기(100)를 소지한 사용자 이동하는 방향을 틀거나 또는 들고 있는 방향을 바꾸는 등 그 방향(예를 들어 통신 단말기(100) 전면이 향하는 방향)이 변할 수 있는데, 이때 통신 단말기(100)는 이러한 방향 전환이 감지되는 경우(단계 S11) 통신 빔 패턴별 새로 전환된 방향을 판단한 후(단계 S13), 3차원 맵을 이용하여 최적의 통신 빔 패턴을 선정한다(단계 S15).
예를 들어 상술한 바와 같이 3차원 맵에는 특정 방향에 대응되는 각 셀이 존재할 수 있는데, 이때 각 통신 빔 패턴의 방향과 일치하거나 가장 유사한 방향을 가지는 셀에 매핑된 노멀라이즈된 값과 그 대응되는 통신 빔 패턴의 전체 게인을 곱하여 각 통신 빔 패턴별 수신 신호 세기를 예측하고, 그 예측된 수신 신호 세기 중 가장 큰 값을 갖는 통신 빔 패턴을 최적의 통신 빔 패턴으로 선정(즉, 통신 빔 써치 우선 대상으로 선정)할 수 있는 것이다.
이어서 통신 단말기(100)는 선정된 통신 빔 패턴을 이용하여 통신 빔 써치를 수행하는데(단계 S17), 이는 실제 기지국 또는 중계기(200)의 신호를 해당 통신 빔 패턴을 이용하여 수신하는 과정을 의미한다.
통신 빔 써치 수행 결과 새로운 통신 빔 패턴에 의해 수신 및 측정되는 수신 신호 세기가 기존의 통신 빔 패턴에 의해 수신 및 측정되는 수신 신호 세기보다 더 큰 경우(단계 S19) 통신 단말기(100)는 통신 빔 스위칭을 수행한다(단계 S21).
즉, 추후 데이터 통신에 있어서는 새로운 통신 빔 패턴을 이용하여 수행하는 것이다.
물론 통신 빔 써치 수행 결과 새로운 통신 빔 패턴에 의해 수신 및 측정되는 수신 신호 세기가 기존의 통신 빔 패턴에 의해 수신 및 측정되는 수신 신호 세기보다 더 크지 않은 경우 통신 단말기(100)는 기 설정된 시간(예를 들어 20ms) 이후에는 그 다음으로 수신 신호 세기가 높은 것으로 예측된 통신 빔 패턴을 통신 빔 써치 우선 대상으로 선정하여 상술한 통신 빔 써치/통신 빔 스위칭 과정을 수행할 수 있다.
한편, 상술한 각 실시예를 수행하는 과정은 소정의 기록 매체(예를 들어 컴퓨터로 판독 가능한)에 저장된 프로그램 또는 애플리케이션에 의해 이루어질 수 있음은 물론이다. 여기서 기록 매체는 RAM(Random Access Memory)과 같은 전자적 기록 매체, 하드 디스크와 같은 자기적 기록 매체, CD(Compact Disk)와 같은 광학적 기록 매체 등을 모두 포함한다.
이때, 기록 매체에 저장된 프로그램은 컴퓨터나 스마트폰 등과 같은 하드웨어 상에서 실행되어 상술한 각 실시예를 수행할 수 있다. 특히, 상술한 본 발명에 따른 통신 단말기의 기능 블록 중 적어도 어느 하나는 이러한 프로그램 또는 애플리케이션에 의해 구현될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 변형 및 수정하여 실시할 수 있는 것이다. 이러한 변형 및 수정이 첨부되는 특허청구범위에 속한다면 본 발명에 포함된다는 것은 자명할 것이다.
100 : 통신 단말기 200 : 기지국 또는 중계기
300 : 서비스 제공 서버 110 : 빔 패턴 방향 판단부
120 : 신호 세기 판단부 130 : 맵 구성부
140 : 방향 감지부 150 : 선정부
160 : 통신 빔 스위핑 처리부 170 : 저장부

Claims (10)

  1. 반복적으로 통신 빔 써치를 수행하여 최적의 통신 빔 패턴을 선택한 후, 통신 빔 스위칭을 수행하는 통신 단말기의 제어방법에 있어서,
    (a) 현재의 위치 및 방향에서 기 구비된 안테나들에 의해 형성되는 통신 빔 패턴 별 방향을 판단하는 단계와;
    (b) 상기 통신 빔 패턴 별 기지국 또는 중계기로부터 수신되는 신호의 세기를 판단하는 단계와;
    (c) 상기 (b) 단계에서 판단된 각 통신 빔 패턴 별 수신 신호 세기 및 상기 (a) 단계에서 판단된 각 통신 빔 패턴 별 방향을 3차원 좌표에 매핑시킨 3차원 맵을 구성하는 단계와;
    (d) 기 구비된 센서에 의해 방향 전환이 감지된 경우 전환된 방향을 참조하여 각 통신 빔 패턴 별 방향을 새로 판단하고, 그 새로 판단된 통신 빔 패턴 별 방향에 대응되는 수신 신호 세기를 상기 3차원 맵을 참조하여 확인한 후, 가장 큰 수신 신호 세기에 대응되는 통신 빔 패턴을 통신 빔 써치 대상으로 선정하는 단계와;
    (e) 상기 (d) 단계에서 선정된 통신 빔 써치 대상을 우선적으로 이용하여 통신 빔 써치를 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 (c) 단계에서는, 상기 (b) 단계에서 판단된 각 통신 빔 패턴 별 수신 신호 세기를 해당 통신 빔 패턴을 형성하는 안테나들에 대응되는 게인값으로 나누는 노멀라이즈 처리를 수행한 후, 해당 노멀라이즈된 값 및 상기 (a) 단계에서 판단된 각 통신 빔 패턴 별 방향을 3차원 좌표에 매핑시킨 3차원 맵을 구성하는 것을 특징으로 하는 통신 빔 스위핑을 수행하는 통신 단말기의 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서는, 상기 (d) 단계에서 선정된 통신 빔 써치 대상을 우선적으로 이용하여 통신 빔 써치를 수행한 결과 상기 통신 빔 써치 대상에 의해 기지국 또는 중계기로부터 수신되는 신호의 세기가 현재의 통신 빔 패턴에 따라 기지국 또는 중계기로부터 수신되는 신호의 세기 보다 더 큰 경우 통신 빔 써치 대상을 이용하여 통신 빔 스위칭을 수행하는 것을 특징으로 하는 통신 빔 스위핑을 수행하는 통신 단말기의 제어방법.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후에, 상기 (c) 단계를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 통신 빔 스위핑을 수행하는 통신 단말기의 제어방법.
  5. 제1항 내지 제2항, 제4항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
  6. 하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제2항, 제4항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장된 응용 프로그램.
  7. 반복적으로 통신 빔 써치를 수행하여 최적의 통신 빔 패턴을 선택한 후, 통신 빔 스위칭을 수행하는 통신 단말기에 있어서,
    단말기 방향을 판단하는 방향 감지부와;
    상기 단말기 방향을 참조하여 기 구비된 안테나들에 의해 형성되는 통신 빔 패턴 별 방향을 판단하는 빔 패턴 방향 판단부와;
    상기 통신 빔 패턴 별 기지국 또는 중계기로부터 수신되는 신호의 세기를 판단하는 신호 세기 판단부와;
    상기 신호 세기 판단부에서 판단된 각 통신 빔 패턴 별 수신 신호 세기 및 상기 빔 패턴 방향 판단부에서 판단된 각 통신 빔 패턴 별 방향을 3차원 좌표에 매핑시킨 3차원 맵을 구성하는 맵 구성부와;
    상기 방향 감지부에서 방향 전환이 감지됨에 따라 상기 빔 패턴 방향 판단부가 전환된 방향을 기준으로 각 통신 빔 패턴 별 방향을 새로 판단하는 경우, 그 새로 판단된 통신 빔 패턴 별 방향에 대응되는 수신 신호 세기를 상기 3차원 맵을 참조하여 확인한 후, 가장 큰 수신 신호 세기에 대응되는 통신 빔 패턴을 통신 빔 써치 대상으로 선정하는 선정부와;
    상기 선정부에서 선정된 통신 빔 써치 대상을 우선적으로 이용하여 통신 빔 써치를 수행하는 통신 빔 스위핑 처리부를 포함하고,
    상기 맵 구성부는, 상기 신호 세기 판단부에서 판단된 각 통신 빔 패턴 별 수신 신호 세기를 해당 통신 빔 패턴을 형성하는 안테나들에 대응되는 게인값으로 나누는 노멀라이즈 처리를 수행한 후, 해당 노멀라이즈된 값 및 상기 빔 패턴 방향 판단부에서 판단된 각 통신 빔 패턴 별 방향을 3차원 좌표에 매핑시킨 3차원 맵을 구성하고,
    상기 선정부는 상기 빔 패턴 방향 판단부가 새로 판단한 통신 빔 패턴 별 방향에 대응되는 수신 신호 세기를 상기 3차원 맵과 각 통신 빔 패턴 별 게인을 참조하여 산출한 후, 가장 큰 수신 신호 세기에 대응되는 통신 빔 패턴을 통신 빔 써치 대상으로 선정하는 것을 특징으로 하는 통신 빔 스위핑을 수행하는 통신 단말기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 통신 빔 스위핑 처리부는, 상기 선정부에서 선정된 통신 빔 써치 대상을 우선적으로 이용하여 통신 빔 써치를 수행한 결과 상기 통신 빔 써치 대상에 의해 기지국 또는 중계기로부터 수신되는 신호의 세기가 현재의 통신 빔 패턴에 따라 기지국 또는 중계기로부터 수신되는 신호의 세기 보다 더 큰 경우 통신 빔 써치 대상을 이용하여 통신 빔 스위칭을 수행하는 것을 특징으로 하는 통신 빔 스위핑을 수행하는 통신 단말기.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    맵 구성부는 상기 통신 빔 스위핑 처리부에서 통신 빔 스위칭을 수행한 이후, 상기 빔 패턴 방향 판단부에 의해 새로 판단된 각 통신 빔 패턴 별 방향과 상기 신호 세기 판단부에서 판단된 각 통신 빔 패턴 별 수신 신호 세기를 이용하여 상기 3차원 맵을 갱신하는 것을 특징으로 하는 통신 빔 스위핑을 수행하는 통신 단말기.
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