KR20110120160A - 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법에 관한 것으로서, 특히 고속 이동체의 이동 경로에 따라 설치된 지상 무선국의 각 지상 무선 송수신기에, 상기 고속 이동체의 이동 무선송수신기의 진행 방향과 역방향이 되도록 지향성 안테나를 설치하는 단계와, 상기 각 지상 무선 송수신기에서 상기 지향성 안테나를 통해 수신되는 무선 수신 신호에 대한 수신 감도 정보를 주기적으로 지상 무선국에 송신하는 단계와, 및 상기 지상 무선국은 각 지상 무선 송수신기로부터 취합된 수신 감도 정보를 분석하여 순간 수신감도율이 최대값을 가지는 주파수로 로밍을 구현하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 고속 이동체의 이동시 광대역 이더넷 데이터를 멀티패스 페이딩이 심한 옥외 및 터널에서 장거리 전송하기 위해 무선 모뎀 방식을 사용하고, 추가적인 장비 설치나 복잡한 소프트웨어의 구현 없이도 이동 무선 송수신기의 무선국간 안정적인 로밍을 실현하여 데이터의 손실 없이 연속적으로 서비스를 제공할 수 있다.

Description

고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법{Roaming realization method between wireless stations in the moving objects with high speed}
본 발명은 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지상 무선송수신기의 안테나 방향을 고속 이동체의 이동 무선송수신기의 진행방향과 역방향이 되도록 설치함으로써 안정적인 로밍을 실현하기 위한 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법에 관한 것이다.
현재, 지하철 및 기차 등과 같은 고속의 이동체에서 사용자는 이동통신 단말기, PCS(Personal Communication Service) 단말기, 스마트폰 및 차세대 이동통신(IMT-2000) 단말기 등과 같은 무선통신 단말기를 통해 무선인터넷서비스를 제공받고 있다.
이러한 무선인터넷서비스는 무선통신 단말기가 전송하는 트래픽에 비해 수신하는 트래픽이 수백 배 많은 인터넷 데이터의 특성 때문에, 200Kbps 미만의 저속 데이터 지원이 가능한 무선통신 채널은 상당히 비효율적이고 동영상 등 대량의 데이터 수신에 많은 시간과 비용이 요구되고 있다.
이에 따라 고속의 인터넷 접속이 가능한 무선랜(Wireless Local Area Network)이 등장하게 되었다. 무선랜은 최대 11Mbps 또는 54Mbps의 고속 데이터 전송을 지원할 수 있고, 많은 사용자가 동시에 접속할 수 있는 장점을 가지고 있어 지하철 및 기차 등과 같은 고속 이동체에서 무선인터넷서비스를 제공하기 위한 좋은 수단으로 활용될 수 있다.
이러한 고속의 무선인터넷서비스를 지원하기 위해서는 이동체 내에 무선랜 엑세스 포인트(AP, Access Point)가 설치되어야 하고, 이동체와 지상의 고정중계장치간에 무선링크가 설정되어야 하며, 고정중계장치에서 인터넷 접속점(액세스 라우터)까지 네트워크 장치들에 의한 접속망(유선링크)이 구성되어야 한다.
또한, 이동체-지상 무선링크를 위한 이동체와 지상의 고정중계장치는 차량내 접속가입자의 모든 트래픽을 동시에 지원할 수 있을 만큼 충분히 넓은 전송대역과 높은 전송레이트를 제공할 수 있어야 한다.
이와 같은 네트워크 구성에서 이동체내의 무선인터넷서비스 사용자는 무선랜 카드를 구비한 무선통신 단말기 즉, 노트북,PDA(Personal Digital Assistant) 등을 이용하여 이동체 내의 엑세스 포인트를 통해 공중 인터넷에 접속할 수 있고, 또한 대용량의 멀티미디어 데이터를 수신할 수 있다.
이동중계 시스템은 기차, 지하철 등의 이동체에 탑재되는 이동중계 장치, 안테나 및 액세스 라우터를 포함하는 시스템을 의미하며, 무선 데이터 통신 시스템은 이동중계 시스템과 지상의 고정중계장치들을 포함하는 시스템을 의미한다.
일반적으로, 지하철과 같은 1차원 운동을 하는 고속 이동체에 탑재된 이동중계장치는 무지향성을 가지는 단일 안테나를 통해 고정중계장치로부터 다수의 특정 방향으로 송신되는 신호를 수신한다.
따라서 이동중계장치와 고정중계장치 사이의 무선통신(무선링크)이 가능하도록 하기 위해, 고속이동체가 지나는 주변의 지형적 요인에 따라 매우 조밀한 간격으로 여러 개의 셀을 구성함으로써 고속 이동체가 달리는 도중에서 무선 통신이 가능하도록 하고 있다.
그러나, 현재 고정중계장치는 200 ~ 300m 간격으로 설치되어 셀을 구성하는데, 이렇게 구성된 셀 간격에서 100km/h로 고속 이동체가 주행하는 경우에 5 ~ 8초마다 한 번씩 고정중계장치와 이동중계장치 사이에 핸드오버가 발생하여 정상적인 무선통신이 불가능하다.
이를 해결하기 위해 고정중계장치의 설치 간격을 늘릴 경우에 음영지역이 발생하여, 이동중계장치는 고정중계장치로부터 송신되는 신호를 정상적으로 수신하지 못하는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해, 한국공개특허 10-2006-0029001호(2004.09.40)의 '이동중계 시스템에서 다수의 지향성 안테나를 이용한 무선링크 구성방법'에서는 고정중계망의 전파 송신 방향에 따라 다수의 지향성 안테나를 설치하는 지향성 안테나 설치 단계와, 상기 다수의 지향성 안테나를 통해 고정중계망으로부터 신호를 수신하는 신호 수신 단계와, 상기 수신한 신호 중 최적의 신호품질을 갖는 신호를 선택하는 신호 선택 단계, 및 상기 선택한 신호를 통해 상기 고정중계망과 무선링크를 구성하는 무선링크 구성 단계로 이루어진다.
상기와 같은 방법은 고정중계망으로부터 다수의 특정 방향으로 송신되는 신호를 다수의 지향성 안테나를 통해 수신하고, 각 신호의 수신세기를 측정하여 최대값을 갖는 신호를 통해 상기 고정중계장치와 무선링크를 구성함으로써, 고정중계장치의 설치 간격을 늘이고 핸드오프 회수를 감소시킬 수 있다.
그러나, 종래의 이동중계 시스템은 이동체의 고속 이동시 안테나 방향을 이동중계장치의 진행방향, 즉 고정중계망의 전파 송신 방향에 맞추어 배치하여 현재 이동중인 고정 중계망 내에서 이동중계장치는 무선 수신 신호의 감도를 판단하여 다음 무선국으로 로밍하게 된다.
이러한 무선 링크 구조에서는 로밍 시점에 멀티패스 페이딩 등으로 인해 이동 중계장치에서의 무선 수신 신호의 감도 판단에 여러 가지 문제점이 발생하여 안정적인 로밍을 실현하기 어렵게 되고, 이러한 문제점을 해결하기 위해 추가 장비를 설치하거나 복잡한 수신 소프트웨어 알고리즘 등을 구현해야 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 고속 이동체의 이동시 광대역 이더넷 데이터를 멀티패스 페이딩이 심한 옥외 및 터널에서 전송하기 위해 무선 모뎀 방식을 사용하고, 고속 이동체의 이동 무선 송수신기의 무선국간 로밍을 원활하게 처리하여 데이터의 손실 없이 연속적으로 서비스를 제공할 수 있는 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법은, 고속 이동체의 이동 경로에 따라 설치된 지상 무선국의 각 지상 무선 송수신기에, 상기 고속 이동체의 이동 무선송수신기의 진행 방향과 역방향이 되도록 지향성 안테나를 설치하는 단계와, 상기 각 지상 무선 송수신기에서 상기 지향성 안테나를 통해 수신되는 무선 수신 신호에 대한 수신 감도 정보를 주기적으로 지상 무선국에 송신하는 단계와, 및 상기 지상 무선국은 각 지상 무선 송수신기로부터 취합된 수신 감도 정보를 분석하여 순간 수신감도율이 최대값을 가지는 주파수로 로밍을 구현하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 지상 무선국은 무선 모뎀(Digital Video Broadcasting-Terrestrial/Handheld, DVB-T/H) 방식을 이용하여 광대역 이더넷 데이터와 영상 데이터를 장거리 전송하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 지상 무선국은 무선 모뎀과 데이터를 송수신하는 터미널 박스 모듈을 포함하고, 상기 지상 무선송수신기와 터미널 박스 모듈은 CPU(Central Processing Unit)을 내장하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 터미널 박스 모듈은 무선 수신신호의 수신감도정보를 분석하여 순간 수신감도율이 최대값을 갖는 주파수에 해당하는 지상 무선송수신기에 데이터 송수신 경로를 설정하여 로밍을 구현하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 터미널 박스 모듈은 무선 수신신호의 수신감도정보에 대한 분석, 순간 수신감도율이 최대값을 갖는 주파수로의 로밍 실현 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 무선 수신신호의 수신감도정보는 상기 고속 이동체의 이동시 상기 이동 무선송수신기의 지향성 안테나와 지상 무선송수신기의 지향성 안테나가 서로 마주보게 되는 시점에 순간 수신감도율이 최대값을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법에 따르면, 고속 이동체의 이동시 광대역 이더넷 데이터를 멀티패스 페이딩이 심한 옥외 및 터널에서 전송하기 위해 무선 모뎀 방식을 사용하고, 지상 무선국의 지상 무선송수신기의 지향성 안테나의 위치를 고속 이동체의 이동 무선 송수신기의 진행방향과 역방향이 되도록 설치함으로써 추가적인 장비 설치나 복잡한 소프트웨어의 구현 없이도 이동 무선 송수신기의 무선국간 안정적인 로밍을 실현하여 데이터의 손실 없이 연속적으로 서비스를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법의 순서도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현을 위한 시스템의 구성이 도시된 블록도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고속 이동체에서의 로밍 시점이 도시된 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현을 위한 시스템의 구성이 도시된 블록도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고속 이동체에서의 로밍 시점이 도시된 그래프이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법은, 고속 이동체(100)의 외부 상단에는 지향성 안테나가 설치된 이동 무선송수신기(101)가 설치되어 있어 고속 이동체(100) 내부의 액세스 포인트들과 유선으로 연결된다.
또한, 지상 무선국(200)은 고속 이동체(100)가 이동하는 경로를 따라 이동 무선송수신기(101)와 무선으로 접속하며, 기지국 라우터(BSR, Base station Switching Router)와는 유선으로 연결된다.
그리고, 상기 지상 무선국(200)은 지상 무선 송수신기(201, 202)와 이동 무선 송수신기(101)사이의 로밍을 위한 제어 기능을 담당하며, 핸드오버시 데이터 손실을 방지하기 위한 버퍼링 기능을 수행한다.
또한, 상기 지상 무선국(200)은 무선 모뎀(Digital Video Broadcasting-Terrestrial/Handheld, DVB-T/H)(210) 방식을 이용하여 데이터 전송을 수행한다.
이때, 광대역 이더넷 데이터와 영상데이터는 유선 환경에서는 매우 특성이 우수하지만, 도심 옥외 또는 터널 등의 멀티패스 패이딩이 심한 환경에서는 에러율이 높을 수밖에 없다.
특히, 광대역 이더넷 데이터의 경우에는 에러가 발생하면 패킷 전체를 버리거나 재전송하게 되고, 영상 데이터의 경우에는 광대역 데이터속도를 필요로 하면 실시간성이 요구되므로 일반적인 이더넷 방식의 무선모뎀으로 구성할 경우 영상의 품질이 매우 감소하게 된다.
따라서, 상기 지상 무선국(200)은 무선 모뎀 방식을 활용하여 광대역 이더넷 데이터와 영상 데이터를 멀티패스 페이딩이 심한 옥외 및 터널에서 장거리 전송하게 된다.
이때, 상기 지상 무선국(200)은 상기 무선 모뎀(210)과 데이터를 송수신하는 터미널 박스 모듈(220)을 포함하는데, 다수 개의 지상 무선송수신기(201, 202)와 터미널 박스 모듈(220)은 CPU(Central Processing Unit)을 내장하고 있다.
한편, 상기 지상 무선송수신기(201, 202)는 고속이동체(100)의 이동 경로를 따라 설치되고, 서로 다른 주파수를 통해 고속 이동체(100)에 설치된 이동 무선 송수신기(101)와 무선링크를 형성하여 이동 무선송수신기(101)로부터의 트래픽을 지상 무선국(200)으로 전송하거나 지상 무선국(200)로부터의 트래픽을 이동 무선송수신기(101)로 전송한다.
따라서, 상기 지상 무선국(200)은 다수 개의 지상 무선송수신기(201, 202)로부터 무선 수신 신호(F1, F2)를 주기적으로 전송받게 되는데, 상기 지상 무선송수신기(201, 202)에는 이동 무선송수신기(101)의 진행 방향과 역방향이 되도록 지향성 안테나(도시되지 않음)가 설치된다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법은, 상기 고속 이동체(100)에 설치된 이동 무선송수신기(101)는 제1 지상 무선송수신기(201)와 무선 링크가 설정되어 있고, 양단간에 양방향 트래픽이 존재한다.(S1)
이후, 상기 고속 이동체(100)가 제2 지상 무선송수신기(202)에 근접함에 따라 이동 무선송수신기(101)는 지향성 안테나를 통해 상기 제1 지상 무선송수신기(201)와 다른 주파수 대역을 사용하는 제2 지상 무선송수신기(202)로부터 무선 신호(F2)를 수신한다.
이때, 상기 제2 지상 무선송수신기(202)는 제1 지상 무선송수신기(201)와 다른 주파수 대역을 통해 주기적으로 무선 신호를 송신한다.
상기 제1 및 제2 지상 무선송수신기(201, 202)는 상기 지향성 안테나를 통해 수신되는 무선 수신 신호(F1, F2)에 대한 수신 감도 정보를 주기적으로 지상 무선국(200)에 송신한다.(S2)
그러면, 상기 지상 무선국(200)의 터미널 박스 모듈(220) 내의 CPU는 제1 및 제2 지상 무선송수신기(201, 202)로부터 취합된 수신 감도 정보를 분석하여 순간 수신감도율이 최대값을 가지는 주파수(Fr)로 로밍을 구현하게 된다.(S3, S4, S5)
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 지상 무선송수신기(201)로부터 수신되는 무선수신신호(F1)의 신호 감도는 t(t>0) 시간에서 t+a(a>0) 시간으로 갈수록 점차 약해지는데 반해, 상기 제2 지상 무선송수신기(202)로부터 수신되는 무선수신신호(F2)의 신호 감도는 t+a 시간에 순간 수신감도율이 최대치가 됨을 알 수 있다.
이는, 상기 지상 무선송수신기(201, 202)의 지향성 안테나의 설치 방향을 이동 무선송수신기(101)의 진행 방향과 역방향이 되도록 설치하였기 때문에 상기 고속 이동체(100)의 이동시 이동 무선송수신기(101)가 상기 지상 무선송수신기(202)를 지나는 순간에 지향성 안테나들이 근접한 거리에서 서로 마주보게 되어 순간적으로 무선수신신호의 수신 감도가 아주 높게 형성되어 순간 수신감도율이 최대치가 되기 때문이다.
따라서, 상기 지상 무선국(200)은 F1과 F2의 무선수신신호 중에서 순간 수신감도율이 최대값을 가지는 주파수(Fr)에 해당하는 제2 지상 무선송수신기(202)에 데이터 송수신 경로를 설정하여 로밍을 구현하게 된다.
이와 같은 과정을 통해 로밍이 완료되면, 상기 이동 무선송수신기(101)는 상기 제2 지상 무선송수신기(202)와 설정된 무선링크를 통해 양방향으로 트래픽을 송수신한다.
따라서, 상기 고속 이동체(100)가 서로 다른 주파수 대역을 사용하여 무선인터넷서비스를 제공하는 지역에 진입할 때 인터넷에 접속된 통신링크(접속링크)가 단절되지 않고 유지될 수 있도록, 이전의 제1 지상 무선송수신기(201)와의 무선링크를 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 새로운 제2 무선송수신기(200)와의 무선링크로 신속하게 절체하여 연속적 로밍을 실현하게 된다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지상 무선송수신기의 안테나 방향을 고속 이동체의 이동 무선송수신기의 진행방향과 역방향이 되도록 설치함으로써 안정적인 로밍을 실현하여 데이터의 손실 없이 연속적으로 서비스를 제공할 수 있는 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법에 관한 것이다.
100 : 고속 이동체 101 : 이동 무선송수신기
200 : 지상 무선국 201, 202 : 지상 무선송수신기
210 : 무선로뎀 220 : 터미널 박스 모듈

Claims (5)

  1. 고속 이동체의 이동 경로에 따라 설치된 지상 무선국의 각 지상 무선 송수신기에, 상기 고속 이동체의 이동 무선송수신기의 진행 방향과 역방향이 되도록 지향성 안테나를 설치하는 단계와,
    상기 각 지상 무선 송수신기에서 상기 지향성 안테나를 통해 수신되는 무선 수신 신호에 대한 수신 감도 정보를 주기적으로 지상 무선국에 송신하는 단계와, 및
    상기 지상 무선국은 각 지상 무선 송수신기로부터 취합된 수신 감도 정보를 분석하여 순간 수신감도율이 최대값을 가지는 주파수로 로밍을 구현하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지상 무선국은 무선 모뎀(Digital Video Broadcasting-Terrestrial/Handheld, DVB-T/H) 방식을 이용하여 광대역 이더넷 데이터와 영상 데이터를 장거리 전송하는 것을 특징으로 하는 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지상 무선국은 무선 모뎀과 데이터를 송수신하는 터미널 박스 모듈을 포함하고, 상기 지상 무선송수신기와 터미널 박스 모듈은 CPU(Central Processing Unit)을 내장하는 것을 특징으로 하는 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 터미널 박스 모듈은 무선 수신신호의 수신감도정보를 분석하여 순간 수신감도율이 최대값을 갖는 주파수에 해당하는 지상 무선송수신기에 데이터 송수신 경로를 설정하여 로밍을 구현하는 것을 특징으로 하는 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무선 수신신호의 수신감도정보는 상기 고속 이동체의 이동시 상기 이동 무선송수신기의 지향성 안테나와 지상 무선송수신기의 지향성 안테나가 서로 마주보게 되는 시점에 순간 수신감도율이 최대값을 가지는 것을 특징으로 하는 고속 이동체에서의 무선국간 로밍 구현 방법.
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