KR102637482B1 - 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법 - Google Patents

위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102637482B1
KR102637482B1 KR1020220055906A KR20220055906A KR102637482B1 KR 102637482 B1 KR102637482 B1 KR 102637482B1 KR 1020220055906 A KR1020220055906 A KR 1020220055906A KR 20220055906 A KR20220055906 A KR 20220055906A KR 102637482 B1 KR102637482 B1 KR 102637482B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
vehicle
aoa
communication
communication system
antenna arrays
Prior art date
Application number
KR1020220055906A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230156483A (ko
Inventor
김성철
김근우
현성환
Original Assignee
서울대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교 산학협력단 filed Critical 서울대학교 산학협력단
Priority to KR1020220055906A priority Critical patent/KR102637482B1/ko
Publication of KR20230156483A publication Critical patent/KR20230156483A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102637482B1 publication Critical patent/KR102637482B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0404—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas the mobile station comprising multiple antennas, e.g. to provide uplink diversity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/0842—Weighted combining
    • H04B7/086—Weighted combining using weights depending on external parameters, e.g. direction of arrival [DOA], predetermined weights or beamforming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H04W4/40—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P]
    • H04W4/46—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P] for vehicle-to-vehicle communication [V2V]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W92/00—Interfaces specially adapted for wireless communication networks
    • H04W92/16—Interfaces between hierarchically similar devices
    • H04W92/18—Interfaces between hierarchically similar devices between terminal devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

제1 차량의 제1 V2V 통신시스템이 제1 복수의 안테나 어레이를 통해 송신한 빔 트레이닝 신호를 제2 차량의 제2 V2V 통신 시스템이 제2 복수의 안테나 어레이를 통해 수신하여 빔 트레이닝 신호의 도래각을 추정한다. 제2 V2V 통신시스템은 추정된 신호 도래각을 바탕으로 빔 포밍을 통해 제1 V2V 통신시스템과의 통신 링크 형성하여 제1 차량의 속도, 기준점의 위치 및 각 안테나 어레이의 위치에 관한 정보를 공유한다. 제2 V2V 통신시스템은 제1 V2V 통신시스템으로부터 공유 받은 정보와 추정된 신호 도래각을 이용한 기하학적 모델링을 통해 추정된 신호 도래각의 오차를 보정하여 신호 도래각을 개선한다. 오차 보정을 위해, 빔 트레이닝 과정 후 추정된 빔 방향과 측정된 위치 및 속도 데이터에서 파생된 개선된 빔 방향 간의 오차 제곱합을 최소화하는 방법이 이용된다. 또한 빔 개선 오류를 줄이기 위해 위치 데이터 요청 프로토콜이 이용된다. 제2 V2V 통신시스템은 신호 도래각을 개선한 후 공유되는 제1 차량의 위치와 속도 데이터를 이용해 시간에 따른 제1 및 제2 차량 간 상대거리의 변화를 구하여 시간에 따라 변하는 신호 도래각을 추적한다.

Description

위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법{Beam management method for vehicle-to-vehicle communication using a multi-antenna array based on position and speed awareness}
본 발명은 차량 간 무선통신기술 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 위치 및 속도 인식에 기반하는 다중 안테나 어레이 사용 차량 간의 실시간 무선통신 신호의 빔 관리 기술에 관한 것이다.
커넥티드카(connected car)와 자율주행차(Connected and autonomous vehicles: CAV)는 연구와 상업 분야 모두에서 상당한 주목을 받고 있다. 협력 지능형 교통 시스템(cooperative intelligent transportation systems: C-ITS)의 도움으로 CAV는 자동차 사고를 크게 줄이고 교통 시스템의 효율성을 높일 것으로 예상된다. C-ITS를 완전히 활용하려면 통신 차량들 간에 원시 센서 데이터를 대량으로 신속하게 공유하기 위해 데이터 속도가 수 Gbps인 차량 대 차량(V2V) 통신 시스템이 필요하다.
차량 통신에 대한 기존 표준 중 하나는 75MHz 대역폭의 5.9GHz 주파수 대역에서 작동하는 전용 근거리 통신(dedicated short-range communication: DSRC)이다. 그러나 DSRC는 차량당 달성 가능한 데이터 속도가 몇 Mbps에 불과하기 때문에, C-ITS의 데이터 속도 요구 사항을 충족할 수 없다. LTE (Long-term evolution) 기반 통신 시스템은 달성 가능한 데이터 속도가 업링크의 경우 약 50Mbps이고 다운링크의 경우 100Mbps이기 때문에, 이러한 요구 사항을 충족하지 못한다. 밀리미터파(밀리미터파) 주파수 대역에서 작동하는 광대역 시스템은 사용 가능한 넓은 대역폭으로 인해 차량 간(vehicle-to-vehicle: V2V) 통신의 유망한 후보로 간주된다. 여기서, V2V 통신이란 차량에 부착된 통신 모듈을 통해 주행에 필요한 정보를 차량간 주고받는 것을 의미한다.
그런데 밀리미터파 대역의 신호는 높은 대기 감쇠와 밀리미터파 대역의 감소된 안테나 단면으로 인한 큰 경로 손실 때문에 UHF 대역보다 더 높은 신호 감쇄를 보인다. 이러한 전력 손실을 보상하기 위해, 밀리미터파 대역 차량 간 통신에서 발생하는 높은 신호 감쇄를 보상하기 위해서는 신호의 세기를 한 곳으로 집중하는 빔 포밍 기술을 사용할 필요가 있다. 안테나들의 그룹 즉, 안테나 어레이를 통해 형성되는 좁은 빔이 큰 빔포밍 이득을 달성하는 것이 필요하다. 밀리미터파 채널의 희소 산란 특성은 지향성 통신을 위한 얇은 빔의 활용을 필요로 한다. 예를 들어, 알려진 연구에 따르면, 빔 폭이 약 1-2°인 얇은 빔이 밀리미터파 차량 통신 시스템에서 스펙트럼 효율(bps/Hz)을 최대화할 수 있다. 그러나 얇은 빔을 사용하면 부정확한 빔 정렬의 결과로 간헐적인 무선 연결 끊김이 발생할 수 있다.
밀리미터파 V2V 통신에서 주요 과제는 간단하고 빠른 밀리미터파 빔 관리 알고리즘이 없다는 점을 해결하는 것이다. 차량의 상대적인 이동으로 인한 부정확한 빔 정렬은 수신 전력이 통신 임계값 이하로 떨어지게 하며, 이는 빔 폭이 얇아짐에 따라 악화된다. 얇은 빔을 이용한 지향성 통신의 경우 최대 빔포밍 이득을 활용하고 주행 중 통신의 안정성을 보장하기 위해 정밀한 빔 정렬이 필요하다. 또한, V2V 통신에서는 차량의 빠른 상대 이동으로 인한 빔 정렬 지연을 줄이는 것도 중요하다. 따라서 높은 이동성 시나리오에서 안정적인 통신을 구현하려면 높은 오버헤드 없이 정확한 빔 관리가 필요하다.
빠르게 변하는 도로 환경에 맞춰 신호의 방향을 조절하기 위해서는 빔 정렬 및 빔 추적 기술도 필요하다. V2V 통신을 위한 고속 밀리미터파 빔 관리 알고리즘을 개발하기 위해 GPS(Global Positioning System) 데이터, IMU (Inertial Measurement Unit) 데이터 및 레이더 데이터와 같은 통합 차량 센서 데이터를 사용한 빔 정렬이 연구되었다. 한 가지 접근 방식은 위치 추정 센서와 미리 저장된 지도 데이터에서 얻은 차량 위치 데이터를 기반으로 하는 빔 추적 방법이다. 지도 데이터와 결합하여 최소 평균 제곱 오차(MMSE) 예측 기법을 사용하여 예측된 차량 위치 데이터를 사용하는 빔 추적 알고리즘이 제안되었다. 이 접근 방식에서, 예측된 위치 데이터와 미리 저장된 지도 데이터를 결합하여 차량 위치의 추정 정확도를 개선했다. 이러한 추정된 위치 데이터를 기반으로 통신 차량 간의 기하학적 관계에 따라 빔 방향을 조정할 수 있다.
그러나 이 빔 추적 알고리즘은 사전에 저장된 디지털 도로 정보와 통신 차량의 위치 데이터를 필요로 한다. 이러한 위치 및 지도 데이터는 근처의 RSU(Roadside Units)에서 수집하고 송출해야 한다. 이러한 유형의 RSU 지원 아키텍처는 빔 관리에 필요한 종단간 대기 시간과 알고리즘의 전반적인 복잡성을 증가시킨다. Road Side Unit (RSU) 등 외부 인프라의 도움을 받는 종래의 빔 정렬 및 빔 추적 기술은 인프라가 도로에 설치되어 있어야 한다는 문제와 인프라가 통신 정보를 모아 빔 정렬을 조율하는 과정에서 지연 시간이 많이 발생해 차량간 통신 성능이 떨어지게 된다는 등의 문제가 있다. 외부 인프라의 도움을 받지 않는 경우에도 더 나은 빔 정렬 성능을 위해서는 보통 더 많은 자원들을 이용하게 되므로 통신 오버헤드가 증가하는 등의 문제가 있다.
아래 특허문헌 1은 차량간 통신에서 발생하는 간섭을 최소화 하고 SINR을 최대화하기 위해 인프라에 V2V 자원을 요청하고 인프라는 차량-인프라간 통신의SINR을 보장하며 V2V 자원을 배분하는 간섭 제어 및 자원 배분 방법을 개시한다. 그런데 이 기술은 차량간 통신에서 발생하는 간섭을 줄이기 위해 인프라의 도움이 필요하며 인프라와의 통신에서 발생하는 간섭으로 인해 추가적인 차량간 통신 성능 저하가 발생할 수 있다.
아래 특허문헌 2는 추정된 주변 차량의 위치를 바탕으로 빔 포밍 전송 섹터를 정하고 전송시도확률 및 데이터 전송률값, 섹터 내에 존재하는 차량의 개수에 따라 전송빔의 폭을 갱신하는 기술을 개시한다. 그런데 이 기술은 빔 포밍 전송 섹터가 고정적이기에 도로 환경에 따른 유연한 빔 정렬이 불가하며 빔 추적에 관한 과정이 포함되지 않아 시간에 따른 빔 전송 섹터의 변화를 추적하기 어렵게 한다.
1. 대한민국 특허공개공보 제10-2012-0061316호 (공개일: 2012.06.13): 적응성 빔 기반 통신시스템 및 그 스케줄링 방법 2. 대한민국 특허공개공보 제10-2019-0077756호 (공개일: 2019.07.04): 차량간 통신 시스템에서 데이터를 송수신하는 방법
1. S. Boyd, S. P. Boyd, and L. Vandenberghe, Convex optimization. Cambridge university press, 2004.
본 발명의 일 목적은 외부 인프라의 도움 없이 차량에 설치된 다수의 안테나 어레이로 신호 도래각(Angle of Arrival: AoA) 추정을 간단히 할 수 있고 및 차량 간 공유된 위치, 속도 데이터만으로 최적화 과정을 통해 빔 정렬 및 빔 추적을 수행하여 통신 성능과 안정성을 높일 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제들에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 일 목적을 실현하기 위한 실시예들에 따른 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법은 제1 차량의 제1 V2V 통신시스템이 제1 복수의 안테나 어레이를 통해 송신한 빔 트레이닝 신호를 제2 차량의 제2 V2V 통신 시스템이 제2 복수의 안테나 어레이를 통해 수신하여 상기 빔 트레이닝 신호의 도래각을 추정하는 단계; 상기 제2 V2V 통신시스템은 추정된 신호 도래각(AoA)을 바탕으로 빔 포밍을 통해 상기 제1 V2V 통신시스템과의 통신 링크 형성하여 상기 제1 차량의 속도, 기준점의 위치 및 각 안테나 어레이의 위치에 관한 정보를 공유하는 단계; 및 상기 제2 V2V 통신시스템은 상기 제1 V2V 통신시스템으로부터 공유받은 정보와 상기 추정된 AoA를 이용한 기하학적 모델링을 통해 상기 추정된 AoA의 오차를 보정하여 AoA를 개선하는 단계를 포함한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 차량 간 통신의 빔 관리 방법은 상기 제2 V2V 통신시스템이 상기 AoA를 개선한 후 공유되는 상기 제1 차량의 위치와 속도 데이터를 이용해 시간에 따른 상기 제1 및 제2 차량 간 상대거리의 변화를 구하여 시간에 따라 변하는 AoA를 추적하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 차량 간 통신의 빔 관리 방법은 지속적인 AoA를 추적한 후 소정 시간이 지나면, 다시 상기 AoA를 추정하는 단계로 돌아가서 빔 트레이닝을 수행하여 AoA의 추정, 추정된 AoA의 개선 및 AoA의 추적을 반복 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 차량 간 통신의 빔 관리 방법은 상기 제1 및 제2 V2V 통신 시스템이 상기 제1 및 제2 차량의 위치 및 속도를 위치 센서 및 속도 센서를 이용하여 소정시간마다 각각 계측하여 상기 AoA의 개선 및 추적을 위해 소정 시간마다 서로 공유하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 AoA를 개선하는 단계에서, 개선된 AoA 는 식으로 산출되며, 여기서 Lx와 Ly는 상기 제1 차량과 제2 차량 간의 상대 수평 및 수직 거리를 나타내고, Δxt,i와 Δyt,i는 상기 제1 차량의 기준점 위치에 대한 상기 제1 복수의 안테나 어레이들 각각의 수평 상대거리와 수직 상대거리를 각각 나타내고, Δxr,i와 Δyr,i는 상기 제2 차량의 기준점 위치에 대한 상기 제2 복수의 안테나 어레이들 각각의 수평 상대거리와 수직 상대거리를 각각 나타낸다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 AoA를 개선하는 단계는, 상기 제2 V2V 통신시스템이 상기 제2 차량과 상기 제1 차량 간의 상대 거리와 상기 추정된 AoA 사이의 기하학적 관계를 기반으로 목적 함수를 정의하고, 그 목적함수를 최소화하여 개선된 상대 거리를 구하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 목적 함수는 상기 제1 복수의 안테나 어레이의 전체 안테나 어레이들과 상기 제2 복수의 안테나 어레이의 전체 안테나 어레이들 상호간의 잔차 함수의 값들의 합으로 정의되며, 상기 잔차 함수는 상기 추정된 AoA와 개선된 AoA 간의 제곱 오차로 정의된다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 AoA를 개선하는 단계는, 위치 데이터 요청 프로토콜을 제공하여 개선된 상대 거리가 허용 가능한지 여부를 결정하는 모호성 매개변수에 기반하여 빔 개선 알고리즘의 오류 분석을 수행하는 단계; 및 오류 분석의 결과에 기초하여, 상기 제1 V2V 통신시스템의 위치 센서로부터의 추가적인 계측 기준 위치 데이터를 요청할지 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 오류 분석을 수행하는 단계는, 추정된 AoA와 개선 AoA 간의 제곱 오차로 정의되는 잔차 함수의 값을 최소화하는 상대거리를 상기 개선된 상대 거리로 정하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 개선된 상대 거리로 정하는 단계는, 초기 추측값을 이용하여 개선된 상대거리에 관한 후보 해를 얻는 단계; 모호성 매개변수와 정규화된 모호성을 비교하여 획득한 후보 해가 신뢰 영역에 있는지 확인하는 단계, 여기서, 상기 모호성은 초기 추측과 후보 해 간의 차이의 노름(norm)으로 정의되며 상기 신뢰 영역의 경계임; 정규화된 모호성이 모호성 매개변수보다 작으면 상기 후보 해를 이용하여 개선된 AoA를 구하는 단계; 및 정규화된 모호성이 모호성 매개변수보다 크면, 현재 초기 추측값을 포기하고 통신하는 차량에 대한 데이터 요청에 따라 수신된 새로운 측정 데이터에서 또 다른 초기 추측을 취하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 복수의 안테나 어레이 각각은 다중입력 다중출력(multi-input multi-output: MIMO)을 할 수 있도록 구성된 균일 선형 어레이(uniform linear array: ULA) 혹은 균일 평면형 어레이(uniform planar array: UPA) 형태로 배치된 복수개의 안테나들을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 복수의 안테나 어레이는 상기 제1 차량 및 상기 제2 차량의 지붕에 각각 설치되어 있는 것이다.
예시적인 실시예에 따른 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램과 이 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기술은 외부 인프라 도움 없이 차량 간 통신만으로 빔 정렬 성능을 높일 수 있어, 통신 지원을 위한 인프라가 구축되지 않은 도로 환경에서도 쉽게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 기술은 악천후와 같은 외부 환경에 큰 영향을 받지 않으며 신호 도래각, 위치, 속도 데이터를 종합적으로 사용하여 빔 정렬을 시도할 수 있다. 그러므로 특정 하드웨어의 추정 성능이 다소 떨어지더라도 빔 정렬 성능을 보장할 수 있어 이동 중인 차량 간 통신의 성능과 안정성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기존 자율주행 차량에서 획득하던 자신의 위치, 속도 정보를 바탕으로 빔 정렬을 진행하므로 추가적인 센서의 도입이 불필요하다. 기존 통신 모듈의 안테나 어레이를 분산배치하면 되므로 새로운 비용 상승의 부담없이 기존 시스템에 적용하기 용이하다.
본 발명에 따르면, 많은 자원 블록들을 사용하지 않고 빔 정렬 성능을 높일 수 있으므로 통신 처리량(throughput)을 증가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 것으로, 다중 안테나 어레이 기반 V2V 통신 빔 관리 방법의 실행 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 것으로, 다중 안테나 어레이 기반 V2V 통신 빔 관리 방법을 설명하기 위한 도로 위 두 다중 안테나 어레이 설치 차량을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 것으로, 차량에 설치된 다중 안테나 어레이의 여러 가지 배치 형태(A)와, 차량에 설치된 안테나 어레이들의 위치 관계(B)를 예시한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 것으로, V2V 통신 빔 관리 방법을 수행하는 차량에 설치된 다중 안테나 어레이 기반 V2V 통신 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 V2V 통신 시스템의 빔 관리 구조를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 V2V 통신 빔 관리 방법에서 빔 트레이닝을 통해 빔의 방향(도래각)을 추정하는 것을 도식적으로 보여준다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, V2V 통신 빔 관리 방법에서 빔 방향을 개선하는 것을 도식적으로 보여준다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, V2V 통신 빔 관리 방법에서 빔 방향을 추적하는 것을 도식적으로 보여준다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1에는 예시적인 실시예에 따른 다중 안테나 어레이 사용 차량 간(V2V) 통신의 빔 관리 방법의 실행 순서가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 V2V 통신 빔 관리 방법은 밀리미터파 대역에서 작동하는 V2V 통신 시스템을 이용하여 실행될 수 있다. 즉, V2V 통신을 시도하는 각 차량에는 V2V 통신 시스템이 구축될 필요가 있다. 빔 관리 방법을 설명하기에 앞서 각 차량에 설치되는 V2V 통신 시스템을 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로서, 도로 위를 이동하는 두 대의 차량(100, 200)으로 구성된 V2V 통신 네트워크를 예시한다.
도 2를 참조하면, 두 대의 차량(100, 200)은 도로 위에서 x축을 따라 주행 중이고, 실시간으로 상호간에 무선통신을 수행할 수 있다. 그 V2V 통신에 있어서, V2V 통신 빔 관리 방법이 수행될 수 있다. V2V 통신을 위해, 두 차량(100, 200)에는 복수의 안테나 어레이(이하, 다중 안테나 어레이라 함)를 포함하는 안테나 어레이부가 설치될 수 있다. 각 안테나 어레이는 복수의 안테나 요소를 포함할 수 있다. 각 차량에 설치되는 안테나 어레이의 개수는 2개 보다 더 많을 수 있다. 도 2는 가장 간단한 예로 제1 차량(100)에 2개의 안테나 어레이(110a, 110b)를 포함하는 제1 안테나 어레이부(110-1)가 설치되고, 제2 차량(200)에 2개의 안테나 어레이(210a, 210b)를 포함하는 제2 안테나 어레이부(210-1)가 설치된 예를 보여준다. 도 3의 (A)는 2개보다 더 많은 수의 안테나 어레이, 예컨대 4개의 안테나 어레이를 포함하는 제3 안테나 어레이부(110-2)와 8개의 안테나 어레이를 포함하는 제4 안테나 어레이부(110-3)가 차량에 설치된 예를 도시한다.
같은 차량에 설치되는 다중 안테나 어레이는 서로 물리적으로 충분히 떨어진 위치에 설치되는 것이 바람직하고, 배치 형태에 관해서는 특별한 제한은 없다. 다중 안테나 어레이들은 ULA 혹은 UPA이며 두 경우 모두 본 발명에 따른 V2V 통신 빔 관리 방법의 알고리즘이 적용될 수 있다. 이하에서는, 편의상 ULA라고 가정한다. 예컨대 안테나 어레이부가 포함하는 안테나 어레이의 개수가 예컨대 2개인 경우는 선형 배치, 3개인 경우에는 선형 배치 또는 삼각형 배치, 4개인 경우에는 선형 배치 또는 마름모꼴 배치(도 3의 (A) 참조) 또는 정사각형 배치(도 3의 (B) 참조), 8개인 경우는 정사각 배치와 마름모꼴 배치의 조합(도 3의 (A) 참조)일 수도 있다. 다수의 안테나 어레이는 차량의 지붕 등 차량 상부에 설치될 수 있다.
다중 안테나 어레이는 V2V 통신의 방해물이 최소화될 수 있는 위치인 차량 지붕에 설치되는 것이 바람직할 수 있다. 도 3의 (B)는 2이상의 임의의 개수의 안테나 어레이가 차량에 설치된 경우 그 차량의 기준점과 각 안테나 어레이의 위치를 좌표로 표현하는 것을 보여준다. V2V 통신을 시도하는 임의의 차량(100i)의 지붕에서, 차량의 기준점(Pv,0)의 위치를 Pv,0(xv,0, yv,0)라 하면, 그 기준점(Pv,0)으로부터 임의의 거리(Δxv,i, Δyv,i) 만큼 이격된 i번째 안테나 어레이(110i)의 위치(ψv,i)는 ψv,i(xv,0+Δxv,i, yv,0+Δyv,i)로 표현될 수 있다. 여기서, 차량의 대수를 Mv라 할 때,i∈1,…,Mv 이고, v ∈ {t, r}이다. 제1 및 제2 차량(100, 200)의 기준 위치(Pt,0, Pr,0) 사이의 수평 상대 거리(Lx) 및 수직 상대 거리(Ly)는 각각 Lx=xt,0-xr,0 및 Ly=yt,0-yr,0 으로 표시될 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 V2V 통신 빔 관리 방법을 수행하는 차량에 설치되는 V2V 통신 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, V2V 통신 시스템(300)은 다중 안테나 어레이 외에도 V2V 통신을 지원하기 위한 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, V2V 통신 시스템(300)은 다중 안테나 어레이(310a, 310b, .., 310m)를 포함하는 다중 안테나 어레이부(310) 외에, 알에프(Radio Frequency: RF) 프리코더 또는 RF 콤바이너(RF Precoder or RF Combiner)(320), RF 체인부(330), 베이스밴드 프리코더 또는 베이스밴드 콤바이너(Baseband Precoder or Baseband Combiner)(340), 신호 소스부(350), 빔 관리 처리기(Beam Management Processor)(360), 그리고 위치 및 속도 계측 센서부(370)를 포함할 수 있다. V2V 통신 시스템(300)은 밀리미터파 대역에서 작동하는 통신 시스템일 수 있다.
다중 안테나 어레이부(310)는 일반적으로 mv개(여기서, mv는 2이상의 자연수, v는 차량 인덱스임)의 안테나 어레이(310a, 310b, ..., 310mv)를 포함할 수 있고, 각 안테나 어레이는 n v 개(여기서, n v 는 2이상의 자연수)의 안테나 요소를 포함할 수 있다. 각 차량의 안테나 어레이부(310)는 총 mvn v 개의 안테나 요소를 포함할 수 있다. 각 안테나 어레이는 송신부와 수신부간 주고받는 무선 빔 트레이닝 신호를 물리적으로 입/출력할 수 있다. 각 안테나 어레이(310a, 310b, ..., 310mv)는 예컨대 다중입력다중출력(multi-input multi-output:; MIMO) 안테나 어레이일 수 있다. MIMO 안테나 어레이는 여러 안테나를 어레이 형태로 묶은 것으로 빔 포밍, 신호 도래각 추정 등을 진행하는 데 사용될 수 있다. 다중 안테나 어레이부(310)는 무선신호의 경로손실, 통신 방해가 가장 적은 위치, 예컨대 차량의 지붕에 장착되는 것이 바람직하다.
RF 프리코더 또는 RF 콤바이너(320) LNA (Rx), PA (Tx), 아날로그 위상 천이기 등을 포함하는 모듈이다. RF 프리코더 또는 RF 콤바이너(320)는 RF 체인부(330)의 각 RF 체인으로부터 입력 받은 베이스밴드 프리코더 또는 베이스밴드 콤바이너(340)의 디지털 신호를 이용하여 프리코딩/콤바이닝을 실시할 수 있다. RF 프리코더 또는 RF 콤바이너(320)는 이를 통해 생성된 무선송신용 아날로그 신호를 상기 다중 안테나 어레이부로 제공한다. RF 프리코더 또는 RF 콤바이너(320)는 상기 다중 안테나 어레이를 통해 수신되는 신호를 제공받을 수 있다. RF 프리코더 또는 RF 콤바이너(320)는 빔 관리 처리기(360)와 직접 연결될 수 있다.
RF 체인부(330)는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 그 다수의 RF 체이들은 RF 프리코더 또는 RF 콤바이너(320)와 베이스밴드 프리코더 또는 베이스밴드 콤바이너(340)에 각각 연결될 수 있다. RF 체인부(330)는 ADC(Rx), DAC(Tx), RF 프로세서, 국부 발진기(Local Oscillator), 믹서 등을 포함하여 구현될 수 있다. RF 체인부(330)는 베이스밴드 프리코더 또는 베이스밴드 콤바이너(340)의 디지털 신호를 RF 프리코더 또는 콤바이너(320)로 옮겨줄 수 있다.
베이스밴드 프리코더 또는 베이스밴드 콤바이너(340)는 RF 체인부(330)와 신호 소스부(350) 사이에 연결될 수 있고, 또한 RF 체인부(330)와 빔 관리 처리기(360) 사이에 연결될 수 있다. 신호 소스부(350)와 빔 관리 처리기(360)에서 제공되는 데이터를 이용하여 빔 포밍을 위한 디지털 신호를 생성할 수 있다.
신호 소스부(350)는 빔 관리 처리기(360)의 제어를 받아 송신측(Tx)과 수신측(Rx) 간에 주고받을 데이터를 생성할 수 있다. 송신측(Tx)과 수신측(Rx)이 주고받을 데이터에는 빔 관리 처리기(360)로부터 입력 받은 차량의 위치 및 속도 정보, 안테나 어레이(310a, 310b, ...310m)의 위치 정보도 포함될 수 있다.
빔 관리 처리기(360)는 본 발명의 실시예에 따른 빔 관리 알고리즘(이에 관한 자세한 사항은 후술함)이 구현된 컴퓨터 프로그램을 실질적으로 수행하는 모듈이다. 빔 관리 처리기(360)는 위치 및 속도 계측 센서부(370)에서 습득한 자차의 위치 및 속도 정보와 안테나 어레이부(310)를 통해 습득한 통신상대 차량의 위치 및 속도 정보 등을 이용하여 베이스 밴드 프리코더 또는 콤바이너(340)와 RF 프리코더 또는 RF 콤바이너(320)를 제어하여 빔 포밍 및 빔 관리를 수행한다. 이를 위해, 빔 관리 처리기(360)는 신호 소스부(350), 베이스밴드 프리코더 또는 베이스밴드 콤바이너(340), 그리고 RF 프리코더 또는 RF 콤바이너(320)에 각각 연결되어, 그 연결된 통로를 통해서는 빔 포밍 및 빔 관리를 위해 필요한 정보(개선된 각도 정보, 빔 포밍weight 등)가 오고갈 수 있다.
빔 관리 처리기(360)는 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 빔 관리 처리기(360)는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 즉, 빔 관리 처리기(360)의 기능은 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다.
빔 관리 처리기(360)가 수행하는 빔 관리 알고리즘을 구현한 컴퓨터 프로그램과 데이터는 컴퓨터 판독가능 비휘발성 기록 매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
빔 관리 알고리즘은 통신을 시도하는 두 차량(100, 200)의 가시선상에 장애물이 없는 경우(LOS 환경) 적용할 수 있다. 빔 관리 알고리즘은 신호 소스부(350)로부터 받은 상대방 차량의 위치 및 속도 정보, 자신의 위치 및 속도 계측센서부(370)로부터 받은 자차의 위치 및 속도 정보, 빔 트레이닝을 통해 알아낸 신호의 도래각(AoA) 정보를 이용하여 개선된 신호의 각도 정보를 계산한 뒤 이를 베이스밴드 프리코더 및 콤바이너(340)에게 전달하여 빔 개선 및 빔 추적 등을 수행할 수 있다. 빔 관리 처리기(360)가 수행하는 빔 관리 알고리즘에 관한 자세한 사항은 후술한다.
위치 및 속도 계측 센서부(370)는 각 차량 별로 설치될 수 있다. 위치 및 속도 계측 센서부(370)는 부착된 차량의 기준점의 위치를 측정하는 위치 센서와, 차량의 속도를 측정하는 속도 센서를 포함할 수 있다. 위치 및 속도 계측 센서부(370)는 해당 센서로부터 측정된 자차의 기준점의 위치 및 속도 정보를 빔 관리 처리기(360)에게 제공할 수 있다. V2V 통신을 하는 차량들은 각각의 위치 및 속도 계측 센서부(370)에서 측정한 각 차량의 기준점 위치 및 속도 데이터와 같은 원시 계측 데이터를 서로 공유할 수 있다. 위치 센서는 예컨대 GPS 센서를 이용하여 구현될 수 있는데, 이것에 반드시 한정되는 것은 아니다. 속도 센서는 예컨대 관성 측정장치(inertial measurement unit: IMU)로 구현될 수 있는데, 이것에 반드시 한정되는 것은 아니다.
도 5에는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 V2V 통신 시스템의 빔 관리 구조가 예시되어 있다.
도 5를 참조하면, 전체 빔 트레이닝 주기(T)에 있어서 제1 차량(100-1)과 제2 차량(200-1)의 V2V 통신 시스템(300)들은 우선 제1 소정시간(Tt)동안 빔 트레이닝 프로세스를 시작한다. 빔 트레이닝 과정 동안 다중 안테나 어레이부(310)는 전체 방위각 Φ ∈ {0, 2π}를 스캔한다. 빔 트레이닝 프로세스에 이어 두 차량(100-1, 200-1)의 V2V 통신 시스템(300)들은 빔 개선 프로세스를 수행할 수 있다. 그 빔 개선 프로세스 동안 공유 측정된 참조 위치 데이터를 활용하여 AoA를 개선할 수 있다. 또한 두 차량(100-1, 200-1)은 소정의 데이터 공유주기(Tv)마다 차량간 위치 및 속도 데이터를 공유할 수 있다(도 3의 해칭 영역). 이러한 공유 속도 데이터를 사용하여 각 차량(100-1, 200-1)은 빔 추적 프로세스를 수행하여 차량 이동에 따른 AoA의 시간변화를 추적할 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 차량의 V2V 통신 시스템(300)은 이러한 통신 빔 관리 구조에 기반하여 V2V 통신의 빔 관리를 수행할 수 있다.
예시적인 실시예에서, V2V 통신 빔 관리 방법을 위한 알고리즘은 빔 개선 및 빔 추적 프로세스의 두 가지 단계로 나뉠 수 있다. 빔 개선 과정에서 빔 정렬 오류를 줄이는 동시에 차량간의 데이터 교환을 최소화하는 데 중점을 둔다. 추가 빔 트레이닝 샘플을 사용하지 않고 추정된 AoA의 초기 추정오류를 수정하기 위해 최적화 알고리즘이 적용될 수 있다. 또한 빔 추적 과정에서 통신 차량간에 공유되는 속도 데이터를 사용하여 통신 빔의 방향을 지속적으로 조정한다. 상대 거리와 빔 방향 사이의 기하학적 관계를 기반으로 최소한의 데이터 교환으로 빔 방향의 시간변화를 결정할 수 있다. 후술하는 V2V 통신 빔 관리 알고리즘은 프로그램으로 구현되어 빔 관리 처리기(360)에 의해 실행될 수 있다. 이하에서는 V2V 통신 빔 관리 방법의 수행과정을 구체적으로 설명한다.
도 6에는 본 발명의 예시적인 V2V 통신 빔 관리 방법에서 빔 트레이닝을 통해 빔의 방향(도래각)을 추정하는 것이 도시되어 있다. 통신을 시도하는 두 차량(100, 200)의 V2V 통신 시스템(300)은 먼저 소정 시간(Tt초) 동안 각자 특징적인 빔 트레이닝 신호를 다중 안테나 어레이부(110-1, 200-1)를 통해 송수신하여 빔 드레이닝을 실시할 수 있다(S100). 이를 통해 두 차량(100, 200)은 각각 상대방 차량에서 보낸 빔 트레이닝 신호가 가장 강하게 들어오는 빔의 방향 즉, 도래각(AoA)()을 추정할 수 있다(S110).
예컨대 제1 차량(100-1)이 송신 차량이고 제2 차량(200-2)이 수신차량이라 가정하면, 수신 차량(200-1)의 각 안테나 어레이(210a, 210b)는 어떤 빔 트레이닝 신호가 어떤 송신 안테나 어레이(110a, 110b)에서 보내진 빔 트레이닝 신호인지 구별할 수 있다. 구체적으로, 각 차량(100, 200)은 복수의 안테나 어레이를 사용하여 다양한 빔포밍 방식을 적용하여 데이터 심볼을 다른 차량으로 전송할 수 있다. 모든 안테나 어레이는 차량간의 지향성 전송을 용이하게 하기 위해 빔 트레이닝 프로세스를 수행할 수 있다. 서로 다른 안테나 어레이에서 전송되는 빔 트레이닝 신호 간의 간섭을 피하기 위해 각 안테나 어레이는 서로 다른 부반송파를 사용하여 빔 트레이닝 신호를 송수신하고, 지배적인 무선 경로의 AoA를 추정할 수 있다.
구체적으로, 두 차량(100-1, 200-1)에 각각 설치된 서로 다른 두 안테나 어레이 Ψt,i 및 Ψr,j (110a, 210a) 사이의 통신 링크()는 주요 무선 경로와 다른 무선 경로로 구성될 수 있다. 노면이나 인접 산란에 의해 반사된 신호는 다른 무선경로를 통해 이동한다. 단순화된 단일 빔 채널을 고려할 수 있다. 이 채널에서 다중 경로 전파는 무시되고 많은 장애물이 없고 밀리미터파 대역에서 예상되는 Rician K 계수가 높은 도로에 대한 지배적인 무선 경로만 고려할 수 있다. 통신 링크()의 지배적인 무선 경로를 통해 전송되는 수신 신호의 AoA은 초기 빔 트레이닝 과정을 통해 독립적으로 추정될 수 있다. 수신 신호의 AoA는 고도와 방위각 AoA로 구성될 수 있다. 실시예에서는 균일한 선형 배열 안테나를 사용한다고 가정하고 방위각 AoA만을 다루며 이 방위각 AoA()는 도 5와 같이 차량의 진행 방향(x축)을 기준으로 정의될 수 있다.
그런데, 문제는 추정된 AoA()는 실제의 AoA(φ ij )와 다를 수 있다는 점이다. 빔의 방향을 추정하는 과정에서 신호의 낮은 신호 대 노이즈 비(SNR), 트레이닝 빔의 제한된 각도 분해능, 각도 추정 알고리즘의 성능 한계 등으로 인한 오차가 실제 최적의 빔 방향(φ ij )에 더해진 상태로 빔의 방향()이 추정될 수 있다. 실제의 AoA(φ ij )는 추정된 AoA에서 빔 트레이닝 과정에서 발생하는 추정 오차를 뺀 값으로 정해질 수 있다. 송신 신호의 정확한 도래각 방향으로 수신 차량이 빔 포밍을 진행할 경우 즉, MIMO 안테나 어레이를 이용하여 신호의 세기를 특정 방향으로 집중시키면, 송수신 신호의 세기 이득을 최대로 얻을 수 있다. 이를 위해 도래각 추정 오차를 보정할 필요가 있다. 또한, 추후 시간에 따른 두 차량(100-1, 200-1)의 움직임으로 인해 최적의 빔 방향은 변할 수 있는데, 그러한 최적 빔 방향의 변화를 추적할 필요도 있다. 이를 위해, 예시적인 실시예에 있어서 빔 개선 및 빔 추적 처리를 포함하는 빔 정렬 기법이 적용될 수 있다. 이하에서는 이에 관해 구체적으로 설명한다.
두 차량(100-1, 200-1)간에 신호 도래각()이 추정되면, 두 차량(100-1, 200-1)의 V2V 통신 시스템(300)은 그 추정 도래각()에 기반하여 빔포밍을 통해 통신 링크를 형성할 수 있다(S120). 빔 포밍 기술은 두 차량(100-1, 200-1)의 다중 안테나 어레이부(110-1, 210-1)를 이용하여 신호의 세기를 특정 방향으로 집중시킬 수 있다.
두 차량(100-1, 200-1)간에 통신 링크가 확립되면, 두 차량(100-1, 200-1)의 V2V 통신 시스템(300)은 각 차량의 기준점과 안테나 어레이들(110a, 110b, 210a, 210b)의 위치 정보, 각 차량(100-1, 200-1)의 속도 정보 등을 서로 공유할 수 있다(S130). 두 차량(100-1, 200-1)의 기준점 위치 및 속도 정보는 그 차량(100, 200)에 부착된 위치 및 속도 계측 센서부(370)를 통해 획득될 수 있다. 위치 및 속도 계측 센서부(370)가 계측하는 기준점 위치, 차량 속도 등의 계측 정보에는 측정 오차가 일부 포함될 수도 있다. 두 차량(100-1, 200-1)은 자차의 기준점 위치(xv,0, yv,0), 안테나 어레이들(110i)의 상대위치(Δxv,i, Δyv,i), 차량의 속도 정보 등을 상대 차량에 전달하여 공유할 수 있다. 각 차량의 기준점 위치(xv,0, yv,0)와 안테나 어레이들(110i)의 상대위치(Δxv,i, Δyv,i)를 이용하면 그 차량에 설치된 각 안테나 어레이의 위치도 구할 수 있다.
두 차량(100-1, 200-1)의 V2V 통신 시스템(300)은 서로 공유된 데이터를 바탕으로 기하학적 모델링을 통해 AoA를 역산하여 개선된 빔의 방향 즉, 개선된 AoA를 구할 수 있다(S140). 도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, V2V 통신 빔 관리 방법에서 빔 방향을 개선하는 것을 도식적으로 보여준다.
밀리미터파 대역에서 안정적인 V2V 통신을 용이하게 하기 위해 견고한 빔포머가 중요한 요소이다. 차량간 통신 링크별 우세한 무선 경로의 AoA는 빔 트레이닝 과정을 통해 추정할 수 있지만, 추정 오류는 V2V 통신에 적합한 빔포머의 선택을 방해할 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에서는, 여러 안테나 어레이에서 얻은 추정 AoA를 동시에 고려하여 빔 방향을 개선한다. 빔 트레이닝 과정에서 추가적인 자원을 할당하지 않고 측정된 기준 위치와 통신 차량의 속도 데이터를 활용하여 AoA 추정 오차를 보정할 수 있다.
도 7을 참조하여 빔 방향 개선을 구체적으로 설명하면, 빔 방향 개선은 송신 및 수신 안테나의 빔 포밍 방향을 최적으로 맞추어 신호의 세기를 극대화 하는 것을 의미한다. 계측 및 정보 공유를 통해 두 차량(100-1, 200-1)의 V2V 통신 시스템(300)은 상대 차량으로부터의 추정된 AoA 정보, 차량의 기준점 위치와 안테나 어레이들의 위치 정보, 차량의 속도 정보 등을 알 수 있다. 각 차량은 공유받은 차량간 위치와 속도 데이터 및 추정된 AoA 간 기하학적 관계를 이용하여(기하학적 모델링을 통해) 빔 방향을 개선할 수 있다. 기하학적 모델링으로는 차량간 수평, 수직 방향 거리를 통해 모델링한 차량 간 진행 방향 기준 각도를 예로 들 수 있다. 이용할 수 있는 기하학적인 관계는 다양한 것이 있지만, 각 차량은 통신 차량의 기준 위치와 관련된 실제 상대 수평 및 수직 거리 (Lx, Ly)와 다음과 같이 정의된 통신링크()의 실제 AoA() 사이의 기하학적 관계를 사용할 수 있다.
(1)
여기서, (Δxt,i, Δyt,i)는 상기 제1 차량의 기준점 위치에 대한 상기 제1 복수의 안테나 어레이들 각각의 수평 및 수직 상대거리를 나타내고, (Δxr,i, Δyr,i)는 상기 제2 차량의 기준점 위치에 대한 상기 제2 복수의 안테나 어레이들 각각의 수평 및 수직 상대거리를 나타낸다, 이때 차량 간 수평, 수직 방향 거리는 공유된 차량별 위치, 속도 데이터를 통해 구할 수 있다. 빔 방향 개선을 위해, 목표 함수를 기하학적 모델링을 통해 구한 각도와 추정된 신호 도래각의 차이들의 합으로 설정할 수 있다. 그 목표 함수 값을 최소화하는 상대 거리를 추정해내고, 추정된 상대 거리를 바탕으로 빔의 방향을 개선할 수 있다.
그런데, 차량 간 실제 상대 거리를 얻을 수 있다면 안테나 어레이들의 상대 위치가 각 차량에 대해 알려져 있기 때문에 실제 AoA를 계산할 수 있을 것이다. 그러나 실제로는 위치 추정 센서의 측정 오차로 인해 실제 상대 거리를 얻기가 어려울 수도 있다. 측정된 기준 위치 데이터가 측정 오류로 인해 심하게 손상된 경우 실제 AoA를 추정하지 못한다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 초기 추측이 적절한 것과 부적절한 것을 구별함으로써 과도한 AoA 추정 오차를 방지하여 빔 개선의 안정성을 높이기 위해 위치 데이터 요청 프로토콜을 제공한다. 이 위치 데이터 요청 프로토콜에서는 모호성 및 신뢰 영역을 정의하고, 이를 통해 실제 빔 방향과 유사한 개선된 빔 방향을 얻을 수 있다. 즉, 이 프로토콜에서는 개선된 상대 거리가 허용 가능한지 여부를 결정하는 모호성 매개변수 측면에서 빔 개선 알고리즘의 오류 분석을 수행할 수 있다. 통신 차량의 측위 센서에서 측정된 추가 측정 기준 위치 데이터 요청 여부를 이 모호성 매개변수를 기반으로 결정할 수 있다.
구체적으로, 빔 개선 과정에서 AoA 추정 오류를 수정하여 개선된 차량 간 상대거리 를 추정할 수 있다. 이를 위해 먼저, 추정된 AoA()와 대략적으로 추정된 상대 거리(이하, '추정 상대거리'라 함) 와의 관계를 살펴본다. 식 (1)에서 코탄젠트 함수의 발산 속성에 기초하여 추정 상대거리의 오차는 추정된 AoA가 π 또는 2π에 접근함에 따라 증가하는 경향이 있음을 예상할 수 있다. 다음과 같이 새로운 함수 f(·) 및 g(·)를 정의하여 코탄젠트 함수의 이러한 발산 속성을 완화할 수 있다. 식(2)는 식(1)을 좀 더 일반적인 환경에서 사용 가능하게끔 확장한 식으로 볼 수 있다.
(2)
여기서,
식 (2)에서, 추정된 AoA가 하나만 있다고 가정하면 단일 방정식에 두 개의 미지수가 있기 때문에 식 (2)의 고유한 해는 얻을 수 없다. 하지만 다행히도 추정된 여러 AoA()에서 비롯된 여러 방정식이 있다. 각 안테나 어레이의 위치는 통신 차량의 기준 위치와 상관관계가 있으므로 송신 및 수신 안테나 어레이의 고유한 조합에서 얻은 추정 AoA는 공동으로 상관된다. 따라서 기하학적 관계에서 도출되는 개선 AoA와 비교하여 추정된 AoA의 오류를 공동으로 최소화하여 실제 상대 거리를 추정할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 아래와 같은 잔차 함수의 값을 최소화하여 실제 상대 거리를 추정할 수 있다.
(3)
각 잔차 함수는 추정된 AoA f()와 개선 AoA gij() 간의 제곱 오차를 나타낸다. 개선 AoA는 두 차량의 기하학적 관계와 상대 거리 후보 로부터 도출될 수 있다. 추정된 AoA에 맞는 상대 거리 후보를 적절하게 선택함으로써 잔차 함수를 최소화할 수 있다. 잔차 함수는 서로 상관관계가 있기 때문에 함께 검토할 필요가 있다. 그러므로 잔차 함수를 다음과 같이 합산하여 목적 함수를 정의할 수 있다.
(4)
여기서, 는 상기 상대 거리의 후보이고, 와 는 상기 제1 복수의 안테나 어레이와 상기 제2 복수의 안테나 어레이의 개수를 각각 나타낸다.
그런 다음 목적 함수를 최소화하는 해() 즉, 개선된 상대 거리를 얻는 데 초점을 맞춘다.
(5)
식 (5)의 비선형 목적 함수는 비선형 기법을 활용하여 최적화 문제를 해결해야 한다. 일예로서, 몇 번의 반복 후에 최적의 해를 찾기 위해 Newton의 방법을 적용할 수 있다(참고문헌: : F. Xiaowei, Q. Ni, and M. Zeng. "A modified quasi-Newton method for nonlinear equations." Journal of Computational and Applied Mathematics 328 (2018): 44-58.). 각 반복 업데이트에서 최적화 변수는 다음과 같이 목적 함수가 감소하는 방향을 결정하여 최적 해를 향해 이동한다.
(6)
여기서, q는 반복 인덱스를 나타내고, 스텝 사이즈 t(q)는 백트래킹 라인 탐색(backtracking line search)법(상기 참고논문 참조)을 사용하여 선택될 수 있다. 반복 프로세스의 경우 초기 추측값은 측정된 기준 위치와 속도 데이터에서 파생된다. 재귀 수식은 다음 조건이 성립할 때까지 계산된다.
(7)
여기서, ε > 0은 중지 기준을 나타낸다. Q회 반복 후 후보 해 가 중지 기준을 충족하고 더 이상 반복이 필요하지 않다고 가정한다. 를 사용하여 추정된 AoA를 다음과 같이 수정할 수 있다.
(8)
여기서, 는 통신 링크 의 개선된 AoA를 나타낸다.
한편, 식 (5)의 최적화 문제를 해결하기 위해 상대 거리의 적절한 초기 추측을 얻는 것이 필수적이다. 초기 추측값으로 상기 Newton의 방법을 적용하여 후보 해를 얻을 수 있다. 그런데, 실제 상대 거리와 너무 멀리 떨어져 있는 초기 추측의 부적절한 선택 또는 편향된 AoA 추정 오류와 같은 바람직하지 않은 조건이 있는 경우 그 후보 해는 최적의 해에 접근하지 못할 수 있다. 부적절한 후보 해로 실제 AoA와 유사하지 않은 개선된 AoA가 도출될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 큰 빔 방향 개선 오류를 완화하기 위해 적절한 초기 추측과 부적절한 초기 추측을 구별하는 방법이 제공될 수 있다. 실제 상대 거리로 이동하는 초기 추측을 선택하기 위해 중지 기준을 설계할 수 있다. 최적화 과정에서 실제 상대 거리에 가까운 지점에서 중지 기준을 만족하면 실제 상대 거리와 유사한 후보 해를 얻을 수 있다. 적절한 초기 추측과 부적절한 초기 추측을 구별하기 위해 초기 추측과 후보 솔루션 간의 차이의 노름(norm)으로 정의되는 모호성을 사용할 수 있다. 후보 솔루션과 초기 추측값의 차이가 너무 크면 후보 솔루션 또는 초기 추측값 중 적어도 하나가 실제 상대 거리와 유사하지 않을 것으로 예상할 수 있다. 이러한 의미에서 모호성은 후보 솔루션의 신뢰성을 결정하는 데 중요한 역할을 할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 신뢰영역(Trust zone)의 개념을 기반으로 신뢰할 수 있는 후보 해를 찾아 과도한 AoA 개선 오류를 피하기 위해 위치 데이터 요청 프로토콜을 사용할 수 있다. 신뢰영역은 모호성이 임의의 상수 R 이하인 영역으로 간주할 수 있다. 즉, 신뢰영역은 주어진 측정 상대 거리에 대해 p(R)의 확률로 실제 상대 거리가 존재하는 영역이다. 예를 들어, p(R) = 0.99를 만족하는 R을 설정하면, 실제 상대 거리가 주어진 측정 상대 거리에 대해 이 신뢰 영역 내에 있다고 99% 확신한다.
예시적인 실시예에 따른 빔 개선 알고리즘에서는 초기 추측값 으로 Newton의 방법을 적용하여 후보 해 를 얻는다. 그런 다음, 모호성 매개변수와 정규화된 모호성 를 비교하여 획득한 후보 해가 신뢰 영역에 있는지 확인한다. 정규화된 모호성이 모호성 매개변수보다 작으면 이 후보 해를 식 (8)에 안정적으로 대입하고 개선된 AoA를 유도할 수 있다. 그러나 정규화된 모호성이 모호성 매개변수보다 크면, 현재 초기 추측값을 포기하고 통신하는 차량에 대한 데이터 요청에 따라 수신된 새로운 측정 데이터에서 또 다른 초기 추측을 취한다.
p개의 데이터 요청 후, 두 차량은 측정된 기준 위치 데이터와 속도 데이터를 Tv 초마다 교환할 수 있다. 측정된 속도 데이터는 IMU와 같은 속도 측정 센서에서 발생하는 측정 오차를 고려하여 로 모델링될 수 있다. 여기서, 는 속도 측정 지표이다.
목적함수(objective function)는 최신 빔 트레이닝 과정에서 추정된 AoA 데이터로 구성되기 때문에, 가장 최근 빔 트레이닝 과정을 수행한 시점의 실제 상대 거리를 나타내는 초기 추측값을 선택해야 한다. 두 차량이 빔 트레이닝 과정을 완료하는 순간을 t = 0이라고 한다. 그런 다음 t = pTv에서 두 차량이 추가로 측정된 각 차량의 기준 위치 데이터와 속도 데이터를 공유한다. 여기서, p는 위치 데이터 요청 인덱스이다. pTv 동안 두 차량간의 상대 이동을 기반으로 시간 t = 0 에서의 실제 상대 거리와 시간 t = pTv에서 측정된 상대 거리 간의 관계는 다음과 같다.
(9)
여기서 는 k에서 측정된 상대 수평 및 수직 속도를 나타낸다.
최근 빔 트레이닝 과정이 수행된 순간의 실제 상대 거리를 추정하기 위해 다음과 같은 초기 추측으로 최적화 과정을 수행할 수 있다.
(10)
최적화 프로세스 후에 후보 해를 얻을 수 있다. 정규화된 모호성은 그런 다음 모호성 매개변수와 비교될 수 있다. 여기서 측정 오차의 표준편차는 모든 요청에 대해 와 같이 업데이트될 수 있다. 이는 초기 추측값과 후보 해의 차이가 정규 분포를 따르기 때문이다.
정규화된 모호성이 모호성 매개변수보다 작아질 때까지 요청을 반복한다. 그러나 p = N 요청 후에도 신뢰할 수 있는 후보 해를 얻지 못하면 빔 개선이 실패한 것으로 간주하고 빔 트레이닝 프로세스를 다시 시작할 수 있다. 빔 트레이닝 과정 후 차량의 V2V 통신시스템(300)은 신뢰할 수 있는 후보 해를 얻을 때까지 동일한 절차를 반복할 수 있다. 정규화된 모호성이 모호성 매개변수보다 작아지면 프로토콜이 완료된다. 그 결과, 신뢰할 수 있는 후보 해를 나타내는 개선된 상대 거리를 얻을 수 있다. 그런 다음 이 신뢰할 수 있는 후보 해 를 식 (8)에 대입하여 다음과 같이 유도된 통신 링크의 MAMB 개의 개선된 AoA를 얻을 수 있다.
(11)
다음으로, 각 차량(100, 200)의 V2V 통신 시스템(300)은 빔 방향 즉, AoA의 개선 후 차량의 공유된 위치, 속도 데이터를 이용하여 빔 방향을 추적할 수 있다(S140). 도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, V2V 통신 빔 관리 방법에서 빔 방향을 추적하는 것을 도식적으로 보여준다.
도 8을 참조하여 빔 방향 추적을 설명한다. 빔 방향 추적이란 시간에 따른 빔 방향의 변화를 추적하여 송수신 안테나간 통신 연결성 및 성능을 보장하는 기술이다. 차량간의 상대 거리가 지속적으로 변경되기 때문에 통신 링크(Yij)의 AoA를 업데이트할 필요가 있다. 빔 방향 개선 이후 빔 추적을 위해 추정한 상대 거리와 지속적으로 공유하는 차량별 위치, 속도 데이터를 사용할 수 있다. 빔 방향 개선 시기에 추정된 상대 거리에 지속적으로 공유되는 차량별 위치, 속도 데이터를 이용하여 시간에 따른 상대 거리의 변화를 추적하고 이를 역산하여 빔의 방향을 추적할 수 있다.
구체적으로, 추정된 AoA의 오류를 성공적으로 수정한 후, 차량의 상대적인 움직임으로 인해 개선된 AoA()의 시간에 따른 변화를 확인한다. AoA의 시간에 따른 변화는 측정된 속도 데이터로부터 추정할 수 있다. K번째 속도 측정 후 두 차량은 측정된 속도 데이터를 서로 교환한다. 유사하게, k = K에서 추정된 상대 거리들은 아래와 같이 주어진다.
(12)
실제 AoA와 식 (11)에 설명된 실제 상대 거리 사이의 기하학적 관계를 사용하여 AoA()의 시간 변화를 로부터 도출할 수 있다. 따라서 측정된 속도 데이터뿐만 아니라 개선된(refined) 상대 거리를 사용하여 통신 링크의 변화하는 빔 방향을 따라갈 수 있다. 그러나 빔 개선 과정에서 신뢰할 수 있는 후보 해를 얻지 못하면 프로토콜이 빔 방향을 추적할만한 신뢰할 수 있는 후보 해를 찾지 못하기 때문에 빔 방향을 추적할 수 없다. 이 경우 빔 방향은 k = p에서 빔 방향을 추정하는 데 활용할 수 있는 신뢰할 수 있는 후보 해를 얻을 때까지 추정된 AoA로 유지된다. 성공적인 빔 개선 과정에서 신뢰할 수 있는 후보 해 ()를 얻은 후 그 후보 해()를 식 (12)에 대입하고 식 (11)을 사용하여 AoA의 시간 변화를 추적할 수 있다.
지속적인 빔 추적 후 소정 시간이 지나면, 다시 빔 트레이닝 단계(S100)로 돌아가서 빔 트레이닝을 시도하고, 도래각 추정, 빔 방향 개선 및 빔 방향 추적(S110-S140)을 반복 수행할 수 있다.
이러한 차량간 통신 빔 관리 방법은 컴퓨터 프로그램으로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 빔 관리 방법은 V2V 통신 시스템에서 빔 정렬 오류를 줄이기 위해 다중 안테나 어레이를 활용하고, 기하학적 모델을 기반으로 빔 트레이닝 과정을 통해 추정된 다중 AoA를 측정된 상대 거리의 오차를 수정하여 정교화한다. 특히, 빔 방향 개선을 위해, 먼저 AoA 추정 성능을 평가하기 위해 목적 함수를 정의하고, Newton의 방법을 적용하여 차량의 측정 기준 위치 데이터(GPS 센서와 같은 위치 추정 센서의 위치)를 사용하여 그 목적 함수를 최소화하는 것에 의해 추정 오류를 수정한다. 초기 추정 AoA값을 개선한 후, 차량의 속도 데이터를 사용하여 AoA의 시간에 따른 변화를 추적한다. 이 방법은 RSU의 도움 없이 통신 차량간의 직접 통신을 사용하기 때문에 간단하고 빠른 밀리미터파 빔 관리를 달성할 수 있다. 시뮬레이션 결과는 제안된 차량간 통신 빔 관리 방법이 빔 정렬 오류를 성공적으로 줄이고 위치 및 속도 측정 오류에 대해 강인함을 보여준다.
본 발명은 차량간 통신기술을 필요한 응용분야에 적용될 수 있다. 예컨대, 커넥티드카, 자율주행차, 협력 지능형 운송 시스템 등에 적용될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100, 200, 100v: 차량
110-1, 110a, 110b: 제1 안테나 어레이
210-1, 210a, 210b: 제2 안테나 어레이
300: V2V 통신 시스템 310: 다중 안테나 어레이부
310a, 310b, .., 310m: 다중 안테나 어레이
320: 프리코더 또는 RF 콤바이너(RF Precoder or RF Combiner)
330: RF 체인부
340: 베이스밴드 프리코더 또는 베이스밴드 콤바이너(Baseband Precoder or Baseband Combiner)
350: 신호 소스부
360: 빔 관리 처리기(Beam Management Processor)
370: 위치 및 속도 계측 센서부

Claims (14)

  1. 제1 차량의 제1 차량 대 차량(V2V)통신시스템이 제1 복수의 안테나 어레이를 통해 송신한 빔 트레이닝 신호를 제2 차량의 제2 V2V 통신 시스템이 제2 복수의 안테나 어레이를 통해 수신하여 상기 빔 트레이닝 신호의 도래각(Angle of Arrival: AoA)을 추정하는 단계;
    상기 제2 V2V 통신시스템은 추정된 신호 도래각(AoA)을 바탕으로 빔 포밍을 통해 상기 제1 V2V 통신시스템과의 통신 링크를 형성하여 상기 제1 차량의 속도, 기준점의 위치 및 각 안테나 어레이의 위치에 관한 정보를 공유하는 단계; 및
    상기 제2 V2V 통신시스템은 상기 제1 V2V 통신시스템으로부터 공유 받은 정보와 상기 추정된 AoA를 이용한 기하학적 모델링을 통해 상기 추정된 AoA의 오차를 보정하여 AoA를 개선하며,
    상기 AoA를 개선하는 단계는, 상기 제2 V2V 통신시스템이 상기 제2 차량과 상기 제1 차량 간의 상대 거리와 상기 추정된 AoA 사이의 기하학적 관계를 기반으로 목적함수를 정의하고, 그 목적함수를 최소화하여 개선된 상대 거리를 구하는 단계를 포함하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 V2V 통신시스템은 상기 AoA를 개선한 후 공유되는 상기 제1 차량의 위치와 속도 데이터를 이용해 시간에 따른 상기 제1 및 제2 차량 간 상대거리의 변화를 구하여 시간에 따라 변하는 AoA를 추적하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법.
  3. 제2항에 있어서, 지속적인 AoA를 추적한 후 소정 시간이 지나면, 다시 상기 AoA를 추정하는 단계로 돌아가서 빔 트레이닝을 수행하여 AoA의 추정, 추정된 AoA의 개선 및 AoA의 추적을 반복 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 V2V 통신 시스템은 상기 제1 및 제2 차량의 위치 및 속도를 위치 센서 및 속도 센서를 이용하여 소정시간마다 각각 계측하여 상기 AoA의 개선 및 추적을 위해 소정 시간마다 서로 공유하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 AoA를 개선하는 단계에서, 개선된 AoA 는 식으로 산출되며, 여기서 Lx와 Ly는 상기 제1 차량과 제2 차량간의 상대 수평 및 수직 거리를 나타내고, Δxt,i와 Δyt,i는 상기 제1 차량의 기준점 위치에 대한 상기 제1 복수의 안테나 어레이들 각각의 수평 상대거리와 수직 상대거리를 각각 나타내고, Δxr,i와 Δyr,i는 상기 제2 차량의 기준점 위치에 대한 상기 제2 복수의 안테나 어레이들 각각의 수평 상대거리와 수직 상대거리를 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 복수의 안테나 어레이는 상기 제1 차량에 서로 이격된 위치에 설치되고, 상기 제2 복수의 안테나 어레이는 상기 제2 차량에 서로 이격된 위치에 설치되며, 상기 제1 V2V 통신 시스템은 상기 제1 복수의 안테나 어레이들을 통해 서로 다른 부반송파를 사용하여 상기 빔 트레이닝 신호를 송신하고, 상기 제2 V2V 통신시스템은 상기 제2 복수의 안테나 어레이 각각을 기준으로 상기 제1 복수의 안테나 어레이들로부터의 상기 빔 트레이닝 신호들의 도래각들(Angle of Arrival: AoA)을 추정하여 상기 제1 V2V 통신시스템과 복수의 통신 링크를 형성하는 것을 특징으로 하는 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 목적 함수는 상기 제1 복수의 안테나 어레이의 전체 안테나 어레이들과 상기 제2 복수의 안테나 어레이의 전체 안테나 어레이들 상호간의 잔차 함수의 값들의 합으로 정의되며, 상기 잔차 함수는 상기 추정된 AoA와 개선된 AoA 간의 제곱 오차로 정의되는 것을 특징으로 하는 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 AoA를 개선하는 단계는, 위치 데이터 요청 프로토콜을 제공하여 개선된 상대 거리가 허용 가능한지 여부를 결정하는 모호성 매개변수에 기반하여 빔 개선 알고리즘의 오류 분석을 수행하는 단계; 및 오류 분석의 결과에 기초하여, 상기 제1 V2V 통신시스템의 위치 센서로부터의 추가적인 계측 기준 위치 데이터를 요청할지 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 오류 분석을 수행하는 단계는, 추정된 AoA와 개선 AoA 간의 제곱 오차로 정의되는 잔차함수의 값을 최소화하는 상대거리를 상기 개선된 상대 거리로 정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 개선된 상대 거리로 정하는 단계는, 초기 추측값을 이용하여 개선된 상대거리에 관한 후보 해를 얻는 단계; 모호성 매개변수와 정규화된 모호성을 비교하여 획득한 후보 해가 신뢰 영역에 있는지 확인하는 단계, 여기서, 상기 모호성은 초기 추측과 후보 해 간의 차이의 노름(norm)으로 정의되며 상기 신뢰 영역의 경계임; 정규화된 모호성이 모호성 매개변수보다 작으면 상기 후보 해를 이용하여 개선된 AoA를 구하는 단계; 및 정규화된 모호성이 모호성 매개변수보다 크면, 현재 초기 추측값을 포기하고 통신하는 차량에 대한 데이터 요청에 따라 수신된 새로운 측정 데이터에서 또 다른 초기 추측을 취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량간 통신의 빔 관리 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 복수의 안테나 어레이 각각은 다중입력 다중출력(multi-input multi-output: MIMO)을 할 수 있도록 구성된 균일 선형 어레이(uniform linear array: ULA) 혹은 균일 평면형 어레이(uniform planar array: UPA) 형태로 배치된 복수개의 안테나들을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 복수의 안테나 어레이는 상기 제1 차량 및 상기 제2 차량의 지붕에 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법을 수행하기 위하여 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 저장된 컴퓨터 실행가능 프로그램.
KR1020220055906A 2022-05-06 2022-05-06 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법 KR102637482B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220055906A KR102637482B1 (ko) 2022-05-06 2022-05-06 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220055906A KR102637482B1 (ko) 2022-05-06 2022-05-06 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230156483A KR20230156483A (ko) 2023-11-14
KR102637482B1 true KR102637482B1 (ko) 2024-02-16

Family

ID=88745148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220055906A KR102637482B1 (ko) 2022-05-06 2022-05-06 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102637482B1 (ko)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101175612B1 (ko) 2010-12-03 2012-08-21 재단법인대구경북과학기술원 적응성 빔 기반 통신시스템 및 그 스케줄링 방법
KR101755944B1 (ko) * 2015-12-15 2017-07-26 한양대학교 산학협력단 Gps, uwb 및 v2x를 접목하여 차량의 위치를 결정하는 자율 주행 방법 및 시스템
KR102000368B1 (ko) 2017-12-26 2019-10-01 연세대학교 산학협력단 차량간 통신 시스템에서 데이터를 송수신하는 방법
KR20210115526A (ko) * 2020-03-13 2021-09-27 한양대학교 산학협력단 무선 통신 시스템에서 적응적으로 빔 폭을 제어하기 위한 장치 및 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
김근우 외 6명, "차량 속도 정보를 이용한 차량간 통신 빔 트레킹 기법", 2020년도 한국통신학회 하계종합학술발표회 논문집, (2020.08.) 1부.*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230156483A (ko) 2023-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Time-division ISAC enabled connected automated vehicles cooperation algorithm design and performance evaluation
US10931348B2 (en) Method and system for sensor-based beam management by user equipment
Zhou et al. Beam-forecast: Facilitating mobile 60 GHz networks via model-driven beam steering
US20220271818A1 (en) Non-Line-of-Sight Path Detection for User Equipment Positioning in Wireless Networks
Barneto et al. Multibeam design for joint communication and sensing in 5G new radio networks
US11838993B2 (en) Communication system and method for high-speed low-latency wireless connectivity in mobility application
CN114584235B (zh) 基于感知的针对移动空中窃听者的上行通信安全方法
CN114144977A (zh) 波束赋形方法、装置、无线接入网设备及可读存储介质
US10531465B2 (en) Communication device, access node and methods thereof
CN111316571B (zh) 高效波束搜索
Nor et al. Survey on positioning information assisted mmWave beamforming training
Mollah et al. mmWave enabled connected autonomous vehicles: A use case with V2V cooperative perception
CN111372195B (zh) 移动通信网络中移动终端的位置追踪方法、设备及存储介质
KR102073655B1 (ko) 빔 너비를 최적화하고 대상 기지국을 선정하는 통신 방법 및 상기 통신 방법을 수행하는 단말 및 기지국
US20210194560A1 (en) Iterative beam training method for accessing a mm-wave network
JP2021515205A (ja) 最適化された位置情報支援型ビームフォーミング
Tripathi et al. A socially-aware radio map framework for improving QoS of UAV-assisted MEC networks
Kim et al. Robust beam management in position and velocity aware V2V communications using distributed antenna subarrays
KR102637482B1 (ko) 위치 및 속도 인식 기반 다중 안테나 어레이 사용 차량 간 통신의 빔 관리 방법
CN111372190B (zh) 移动终端位置追踪的机器学习模型、方法、设备及存储介质
Ye et al. Deep reinforcement learning assisted beam tracking and data transmission for 5g v2x networks
Susarla et al. Hierarchial-DQN Position-Aided Beamforming for Uplink mmWave Cellular-Connected UAVs
US11606701B2 (en) Enhanced establishment of communication between nodes in a communication system
Erich A framework for active learning of beam alignment in vehicular millimeter wave communications by onboard sensors
Wang et al. Reconfigurable Intelligent Surface Aided Joint Communication And Positioning

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant