KR20130135540A - 통신 시스템에서 그룹이동체 통신 장치 및 그 방법 - Google Patents

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KR20130135540A
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김광선
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변우진
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은, 통신 시스템에서 그룹이동체 통신 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 통신 시스템에서 그룹이동체 통신 장치에 있어서, 도로 또는 선로를 기준으로 우측과 좌측에 위치한 적어도 두 개의 기지국과 링크를 동시에 형성하는 무선 송수신부; 상기 무선 송수신부를 통해 송수신되는 신호를 기저대역 신호 처리하는 기저대역부; 및 상기 기저대역부에 연결되어 그룹이동체 내 기기들로 통신 서비스 제공을 위한 이더넷을 형성하는 네트워크 인터페이스부를 포함한다.

Description

통신 시스템에서 그룹이동체 통신 장치 및 그 방법{Communication apparatus and method for vehicle in a communication system}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고속으로 이동하는 그룹이동체와 지상의 기지국 간에 고속으로 데이터를 전송하는 그룹이동체 통신 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 통신 시스템이 진화와 더불어 스마트 폰과 태블릿 PC 등과 같은 사용자 기기의 보급이 증가하고 있다. 이에 따라, 사용자들은 언제 어디서나 사용자 기기를 통해 인터넷을 사용하고자 하는 요구가 빠르게 증가하고 있다. 하지만, 여전히 고속의 무선 인터넷을 지원하지 못하는 곳이 많이 존재하며, 이러한 곳 중의 하나가 고속으로 이동하는 그룹이동체(예: 열차)이다.
이러한 그룹이동체에서는 현재 이동 통신 기술을 통해 저속의 통신을 그룹이동체 내부에 제공하고 있으나, 이러한 저속의 통신으로는 폭발적인 데이터 수요를 만족하기에 매우 부족하다는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 그룹이동체 내에서 고속의 데이터 통신을 지원할 수 있는 고속의 그룹이동체 통신 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 통신 시스템에서 안정적인 통신 성능을 갖는 그룹이동체 통신 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 통신 시스템에서 그룹이동체 통신 장치에 있어서, 도로 또는 선로를 기준으로 우측과 좌측에 위치한 적어도 두 개의 기지국과 링크를 동시에 형성하는 무선 송수신부; 상기 무선 송수신부를 통해 송수신되는 신호를 기저대역 신호 처리하는 기저대역부; 및 상기 기저대역부에 연결되어 그룹이동체 내 기기들로 통신 서비스 제공을 위한 이더넷을 형성하는 네트워크 인터페이스부를 포함한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는, 통신 시스템에서 그룹이동체 통신 장치에 있어서, 도로 또는 선로를 기준으로 우측에 위치한 기지국과 제 1 링크를 형성하는 제 1 알에프부; 상기 도로 또는 선로를 기준으로 좌측에 위치한 기지국과 제 2 링크를 형성하는 제 2 알에프부; 및 상기 제 1 알에프부와 상기 제 2 알에프부를 통해 송수신되는 신호를 기저대역 신호 처리하는 기저대역부를 포함한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 통신 시스템에서 그룹이동체 통신 방법에 있어서, 도로 또는 선로를 기준으로 우측과 좌측에 각각 위치한 적어도 두 개의 기지국과 링크를 설정하는 단계; 상기 설정된 링크를 통해 그룹이동체 내부의 기기들로 통신 서비스 제공을 위한 이더넷을 형성하는 단계; 및 상기 그룹이동체의 이동에 따라 상기 도로 또는 선로를 기준으로 우측과 좌측에 지그재그 형태로 위치한 복수의 기지국들 중 적어도 두 개의 기지국들과 지속적으로 링크 설정을 유지하는 단계를 포함한다.
본 발명은, 통신 시스템에서 이동 중인 그룹이동체 통신 장치가 도로 또는 선로 주변에 위치한 기지국들과 마이크로파 또는 밀리미터파 대역으로 통신함으로써, 고속의 데이터 통신을 지원할 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명은 셀 사이트 다이버시티 기술을 이용하여 복수의 기지국 신호를 이용함으로써, 강우 감쇄로 인한 손실을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열차 통신 장치를 포함한 통신 시스템 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 열차와 통신하는 기지국들의 배치를 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 열차 통신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 열차에 열차 통신 장치의 적용을 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 통신 시스템에서 열차 통신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 통신 시스템에서 열차에 열차 통신 장치의 적용을 개략적으로 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 열차 통신 장치의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 통신 시스템, 예컨대 그룹이동체 내에서 통신 서비스를 제공받기 위한 그룹이동체 통신 장치 및 그 방법을 제안한다. 이하의 본 발명의 실시 예에서는 열차에 적용된 열차 통신 장치를 일예로 하여 설명하지만, 본 발명의 그룹이동체 통신 장치는 열차뿐만 아니라 버스, 자동차 등과 같이 여러 명이 동시에 데이터 접속이 가능한 그룹이동체에 적용될 수 있으므로, 열차 통신 장치에 한정되는 것이 아님을 미리 밝혀둔다.
이하의 본 발명에서는 열차를 중심으로 그룹이동체를 설명하기로 한다. 열차 등에 통신 서비스를 제공하기 위한 기지국들이 상기 열차의 선로(또는, 진행 방향)를 중심으로 우측과 좌측에 지그재그(zigzag) 형태로 위치할 수 있다고 가정한다. 본 발명의 열차 통신 장치는 선로(자동차 등의 경우 도로)를 중심으로 상기 지그재그 형태로 위치한 상기 기지국들 중 적어도 두 개의 기지국들과 연결될 수 있다. 상기 기지국들과의 접속을 통해 본 발명에서 제안된 열차 통신 장치는 열차에 장착되어 열차 내 사용자 기기들에 통신 서비스 제공을 위한 이더넷을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 열차 통신 장치는 기지국과의 통신에 넓은 대역폭을 갖는 마이크로파 또는 밀리미터파(millimeter wave) 대역을 이용하여 강우에 강한 통신 서비스를 제공하는 경우를 일예로 설명하기로 한다. 하지만, 본 발명의 열차 통신 장치는 상기 마이크로파 또는 밀리미터파 대역 이외의 다른 대역을 통해서도 통신 서비스를 제공할 수 있다. 그러면, 여기서 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 열차 통신 장치를 포함한 통신 시스템에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열차 통신 장치를 포함한 통신 시스템 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 열차 통신 시스템은 열차 통신 장치(100)와 기지국(BS: Base Station)들(210,220)을 포함한다.
상기 열차 통신 장치(100)는 열차에 장착된다. 여기서, 상기 열차는 선로(10)를 통해 이동하며, 상기 선로(10) 상에서 상기 열차의 진행 방향(11)이 도시되어 있다. 여기서, 상기 열차는 상기 선로(10) 상에서 상기 열차(또는, 상기 열차의 진행 방향(11))를 중심으로 우측에 위치한 상기 제 1 기지국(210)과 좌측에 위치한 제 2 기지국(220)과 동시에 링크를 형성할 수 있다. 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 기지국들(210,220)과의 통신을 위한 안테나를 포함하고 있으며, 상기 열차를 중심으로 좌측과 우측에 위치한 상기 기지국들(210,220) 각각을 향해 링크를 형성할 수 있다.
상기 기지국들(210,220)은 선로를 중심으로 지그재그 형태를 갖도록 위치한다. 또한, 상기 기지국들(210,220) 각각은 이동 중인 상기 열차와의 지속적인 링크 형성을 위해 미리 결정된 길이만큼의 안테나 추적(tracking) 기능을 이용하여 열차를 추적할 수 있다. 상기 제 1 기지국(210)과 상기 제 2 기지국(220)의 위치는 상기 열차를 중심으로 180도를 가질 때, 가장 좋은 성능을 가질 수 있다. 하지만, 상기 기지국들(210,220)의 설치에 따른 장소의 제약이 다를 경우, 상기 기지국들(210,220)은 각 분산(angular separation)이 180도에 가깝게 설치될 수 있다. 상기 기지국들(210,220)은 상기 열차 통신 장치(100)와 기가비트(Gigabit)급 이상의 고속 데이터 전송을 위해 상기 밀리미터파 대역을 통해 통신할 수 있다.
상기 밀리미터파 대역을 이용한 통신은 강우 감쇄에 의해 통신 거리의 한계를 갖는다. 따라서 상기 밀리미터파 대역으로 통신하는 통신 시스템들에서는 강우율(rain rate)과 유효성(availability)을 명시하고 있다. 상기 강우 감쇄로 인한 영향을 감소시키기 위한 강우 분석을 하면, 강우량은 불균일 공간 분산(non-uniform spatial distribution)하는 특성을 가짐을 확인할 수 있다.
그러므로 본 발명에서 상기 열차 통신 장치(100)와 상기 기지국들(210,220) 사이에 상기 불균일 공간 분산 특성을 이용하여 강우 감쇄로 인한 영향을 감소시키기 위한 셀 사이트 다이버시티(CSD: Cell Sight Diversity) 기술을 적용한다. 상기 셀 사이트 다이버시티는 강우 감쇄의 영향을 감소시켜, 링크의 단절 개선 확률(outage improvement probability)을 개선할 수 있다. 폭우 등을 분석하면, 강우랑은 국지적으로 집중되는 특성을 갖는다. 이러한 점을 고려하면, 상기 셀 사이트 다이버시티는 두 개 이상의 링크를 형성할 때 한 개의 링크에서보다 더 많은 이득을 얻을 수 있는 원리를 이용할 수 있다. 그러므로 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 셀 사이트 다이버시티의 적용에 따라 상기 제 1 기지국(210)과 상기 제 2 기지국(220)으로부터 수신된 신호들 중에서 이득이 큰 신호를 이용하여 통신할 수 있다.
한편, 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 기지국들(210,220)을 통해 상기 열차 내 사용자 기기들로 통신 서비스 제공을 위한 이더넷을 형성할 수 있다. 일예로, 상기 사용자 기기는 스마트폰, 노트북, 태블릿 PC 등과 같이 통신 서비스의 제공이 가능한 모든 기기들을 포함할 수 있다.
한편, 상기 셀 사이트 다이버시티는 링크 사이의 각 분산이 180도에 가까울수록 높은 이득을 갖는다. 상기 기지국들(210,220)은 각 분산이 180도에 가까운 형태를 갖도록 배치될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서 제안된 상기 열차 통신 장치(100)는 고속으로 이동하는 열차 내의 각 사용자 기기들에게 상기 기지국들(210,220)과 형성된 링크를 통해 이더넷을 형성할 수 있다. 이때, 상기 열차 통신 장치(100)는 넓은 대역폭의 확보가 가능한 밀리미터파 대역을 이용하여 상기 기지국들(210,220)과 통신함에 따라 기가비트급의 데이터 전송이 가능하다. 또한, 상기 열차 통신 장치(100)는 강우 감쇄 또는 고속 이동에 의한 신호 왜곡으로 인한 성능 저하를 방지하기 위해 상기 셀 사이트 다이버시티 기술을 이용함에 따라 안정적인 성능을 유지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 열차와 통신하는 기지국들의 배치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 셀 사이트 다이버시티 기술의 적용에 따라 기지국들(210,220,230,240,250)은 선로들(10,20)을 기준으로 우측과 좌측에 지그재그 형태(30)로 배치될 수 있다.
여기서, 상기 기지국들(210,220,230,240,250)은 상기 선로들(10,20)에 수직 방향의 기준선들(P1,P2,P3,P4,P5)을 중심으로 네 개의 영역(310,320,330,340)들을 형성할 수 있다.
상기 제 1 영역(310)은 상기 제 1 기지국(210)을 중심으로 하는 상기 제 1 기준선(P1)과 상기 제 2 기지국(220)을 중심으로 하는 상기 제 2 기준선(P2) 사이에 위치한 영역이다. 상기 제 2 영역(320)은 상기 제 2 기지국(220)을 중심으로 하는 상기 제 2 기준선(P2)과 상기 제 3 기지국(230)을 중심으로 하는 상기 제 3 기준선(P3) 사이에 위치한 영역이다. 상기 제 3 영역(330)은 상기 제 3 기지국(230)을 중심으로 하는 상기 제 3 기준선(P3)과 상기 제 4 기지국(240)을 중심으로 하는 상기 제 4 기준선(P4) 사이에 위치한 영역이다. 그리고 상기 제 4 영역(340)은 상기 제 4 기지국(240)을 중심으로 하는 상기 제 4 기준선(P4)과 상기 제 5 기지국(250)을 중심으로 하는 상기 제 5 기준선(P5) 사이에 위치한 영역이다.
상기 기지국들(210,220,230,240,250) 각각은 상기 열차의 도착 전에 인접 기지국들로부터 열차의 위치를 제공받을 수 있다. 따라서 상기 기지국들(210,220,230,240,250)은 상기 열차의 도착 전에 상기 열차와의 통신을 준비할 수 있다.
이때, 상기 제 1 선로(10)를 통해 상기 열차 통신 장치(100)가 적용된 상기 열차가 제 1 진행 방향(11)으로 이동한다고 가정한다. 상기 열차가 상기 제 1 영역(310)에 위치할 때, 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 제 1 기지국(210)과 상기 제 2 기지국(220)을 통해 동시에 링크를 형성할 수 있다.
상기 열차가 상기 제 2 영역(320)으로 이동하기 전에 상기 제 3 기지국(230)은 인접 기지국(일예로, 상기 제 1 기지국(210) 또는 상기 제 2 기지국(220) 등)으로부터 상기 열차의 위치를 제공받을 수 있다. 이를 통해, 상기 제 3 기지국(230)은 상기 열차가 상기 제 2 영역(320)에 진입하면, 상기 열차 통신 장치(100)와 링크를 형성할 수 있다. 상기 제 1 기지국(210)은 상기 열차가 상기 제 2 영역(320)에 진입하면, 상기 열차 통신 장치(100)와 링크를 끊는다. 그러므로 상기 열차가 상기 제 2 영역(320)에 위치할 때, 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 제 2 기지국(220)과 상기 제 3 기지국(230)을 통해 동시에 링크를 형성할 수 있다.
상기 열차가 상기 제 3 영역(330)으로 이동하기 전에 상기 제 4 기지국(240)은 인접 기지국(일예로, 상기 제 2 기지국(220) 또는 상기 제 3 기지국(230) 등)으로부터 상기 열차의 위치를 제공받을 수 있다. 이를 통해, 상기 제 4 기지국(240)은 열차가 상기 제 3 영역(330)에 진입하면, 상기 열차 통신 장치(100)와 링크를 형성할 수 있다. 상기 제 2 기지국(220)은 상기 열차가 상기 제 3 영역(330)에 진입하면, 상기 열차 통신 장치(100)와 링크를 끊는다. 그러므로 상기 열차가 상기 제 3 영역(330)에 위치할 때, 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 제 3 기지국(230)과 상기 제 4 기지국(240)을 통해 동시에 링크를 형성할 수 있다.
또한, 상기 열차가 상기 제 4 영역(340)으로 이동하기 전에 상기 제 5 기지국(250)은 인접 기지국(일예로, 상기 제 3 기지국(230) 또는 상기 제 4 기지국(240) 등)으로부터 상기 열차의 위치를 제공받을 수 있다. 이를 통해, 상기 제 5 기지국(250)은 상기 열차가 상기 제 4 영역(340)에 진입하면, 상기 열차 통신 장치(100)와 링크를 형성할 수 있다. 상기 제 3 기지국(230)은 상기 열차가 상기 제 4 영역(340)에 진입하면, 상기 열차 통신 장치(100)와 링크를 끊는다. 그러므로 상기 열차가 상기 제 4 영역(340)에 위치할 때, 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 제 4 기지국(240)과 상기 제 5 기지국(250)을 통해 동시에 링크를 형성할 수 있다.
이와 같이, 상기 열차가 상기 제 1 진행 방향(11)으로 위치함에 따라 상술한 방법과 같이 상기 열차 통신 장치(100)는 다음에 위치한 기지국과 링크를 연결할 수 있다.
이와 반대로, 열차가 제 2 선로(20)를 통해 제 2 진행 방향(21)으로 이동한다고 가정한다. 이때, 상기 열차가 제 4 영역(340)에 위치할 때, 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 제 4 기지국(240)과 상기 제 5 기지국(250)을 통해 동시에 링크를 형성할 수 있다. 상기 열차가 상기 제 3 영역(330)에 위치할 때, 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 제 3 기지국(230)과 상기 제 4 기지국(240)을 통해 동시에 링크를 형성할 수 있다. 상기 열차가 상기 제 2 영역(320)에 위치할 때, 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 제 2 기지국(220)과 상기 제 3 기지국(230)을 통해 동시에 링크를 형성할 수 있다. 또한, 상기 열차가 상기 제 1 영역(310)에 위치할 때, 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 제 1 기지국(210)과 상기 제 2 기지국(220)을 통해 동시에 링크를 형성할 수 있다.
따라서 상기 열차 통신 장치(100)는 열차의 진행 방향에 위치한 기지국들과 지속적으로 동시에 적어도 두 개의 링크를 형성할 수 있다.
이와 같은 기지국 배치를 통해, 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 셀 사이트 다이버시티 기술을 적용할 수 있다. 따라서 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 링크가 설정된 기지국들 중에서 이득이 가장 큰 기지국을 통해 상기 사용자 기기들로 통신 서비스를 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 열차 통신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 열차 통신 장치(100)는 무선 송수신부(RF transmission/reception unit)(410), 기저대역부(Baseband unit)(420), 네트워크 인터페이스부(network interface unit)(430) 및 복수의 인터페이스 접속부(interface access unit)들(441,442,...,44N)을 포함한다.
상기 열차 통신 장치(100)는 일예로, 상기 제 1 기지국(210) 및 상기 제 2 기지국(220)과 동시에 링크를 형성한다. 상기 열차 통신 장치(100)가 도 2에서 상기 제 1 영역(310)에 위치하는 경우에 대응된다. 따라서 상기 무선 송수신부(410)는 상기 제 1 기지국(210)과 상기 제 2 기지국(220)과 동시에 통신한다. 상기 무선 송수신부(410)는 제 1 알에프(Radio Frequency, 이하 ‘RF’라 칭하기로 함)부(411)와 제 2 RF부(412)를 포함한다.
상기 제 1 RF부(411)와 상기 제 2 RF부(412)는 각각 신호 송수신을 위한 안테나를 포함할 수 있다. 상기 제 1 RF부(411)와 상기 제 2 RF부(412)는 상기 기저대역부(420)로부터 수신한 신호를 변조하여 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신한 신호를 복조하여 상기 기저대역부(420)로 출력한다.
여기서, 상기 제 1 RF부(411)는 상기 제 1 기지국(210)과 통신한다. 상기 제 1 RF부(411)는 상기 제 1 기지국(210)으로부터 제 1 신호(S_1)를 수신한다. 상기 제 1 RF부(411)는 상기 제 1 신호(S_1)를 복조하여 상기 기저대역부(420)로 출력한다.
또한, 상기 제 2 RF부(412)는 상기 제 2 기지국(220)과 통신한다. 상기 제 2 RF부(412)는 상기 제 2 기지국(220)으로부터 제 2 신호(S_2)를 수신한다. 상기 제 2 RF부(412)는 상기 제 2 신호(S_2)를 복조하여 상기 기저대역부(420)로 출력한다.
상기 기저대역부(420)는 상기 무선 송수신부(410)를 통해 상기 기지국들(210,220)과 데이터를 송수신할 수 있다. 상기 기저대역부(420)는 상기 네트워크 인터페이스부(430)로부터의 디지털 신호를 기저대역 신호 처리하여 아날로그 신호로 변환하고, 상기 변환된 아날로그 신호를 상기 무선 송수신부(410)로 출력한다. 상기 기저대역부(420)는 상기 무선 송수신부(410)로부터의 아날로그 신호를 기저대역 신호 처리하여 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 상기 네트워크 인터페이스부(430)로 출력한다.
상기 기저대역부(420)는 적어도 두 개의 기지국들(210,220)과 링크를 형성한 RF부(411,412)에 연결됨에 따라 셀 사이트 다이버시티 기술을 통해 가장 큰 이득을 갖는 기지국의 신호를 선택할 수 있다. 또한, 상기 기저대역부(420)는 가장 큰 이득을 갖는 상기 기지국과 설정된 링크를 통해 신호를 송수신할 수 있다.
상기 네트워크 인터페이스부(430)는 상기 기저대역부(420)와 연결되어 상기 열차 내 사용자 기기들로 통신 서비스 제공을 위한 이더넷을 형성한다. 여기서, 이더넷은 넓은 대역폭을 갖는 밀리미터파 대역을 통해 통신함에 따라 일예로, 기가비트 이더넷일 수 있다. 한편, 상기 네트워크 인터페이스부(430)은 각 객차 내 사용자 기기들과의 연결을 위한 상기 복수의 인터페이스 접속부들(441,442,...,44N)과 연결된다.
상기 복수의 인터페이스 접속부들(441,442,...,44N)은 상기 네트워크 인터페이스부(430)에 연결된다. 상기 복수의 인터페이스 접속부들(441,442,...,44N)은 사용자 기기들과의 접속을 위해 각 객차 내에 위치할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 열차에 열차 통신 장치의 적용을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 열차는 기관차(40)와 복수의 객차들(41,42,...,4N)로 구성될 수 있다.
상기 기관차(40)에 상기 제 1 RF부(411)와 상기 제 2 RF부(412)가 위치한다. 또한, 상기 기관차(40) 내에 상기 기저대역부(420)와 상기 네트워크 인터페이스부(430)가 포함된다.
상기 복수의 객차들(41,42,...,4N) 각각은 상기 인터페이스 접속부들(441,442,...,44N) 각각을 포함할 수 있다. 일예로, 상기 제 1 객차(41) 내에 상기 제 1 인터페이스 접속부(441)가 위치하고, 상기 제 2 객차(42) 내에 상기 제 2 인터페이스 접속부(442)가 위치하고, 상기 제 N 객차(4N) 내에 상기 제 N 인터페이스 접속부(44N)가 위치한다.
여기서, 상기 인터페이스 접속부들(441,442,...,44N)은 각 객차 내에 위치한 사용자 기기들과 통신하고, 일예로, 무선랜(WLAN)을 제공할 수 있다.
상기 열차 통신 장치(100)가 상기 열차에 적용된 것은 일예로 설명된 것으로, 상기 RF부들(411,412), 상기 기저대역부(420), 및 상기 네트워크 인터페이스부(430)는 상기 기관차(40)가 아닌 상기 복수의 객차들(41,42,...,4N) 중의 하나에 위치할 수도 있다.
도 3과 도 4의 구조를 갖는 열차 통신 장치(100)사용하면, 기존 열차 통신 장치의 변경을 최소화하여 고속의 데이터를 전송할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 통신 시스템에서 열차 통신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 열차 통신 장치(100)는 무선 송수신부(510), 기저대역부(520), 네트워크 인터페이스부(530) 및 복수의 인터페이스 접속부들(541,542,...,54N)을 포함한다.
무선 송수신부(410)는 복수의 RF부들(511,512,513,514,51(N-1),51N)을 포함한다.
복수의 RF부들(511,512,513,514,...,51(N-1),51N) 각각 신호 송수신을 위한 안테나를 포함할 수 있다. 상기 복수의 RF부들(511,512,513,514,...,51(N-1),51N)은 상기 기저대역부(520)로부터 수신한 신호를 변조하여 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신한 신호를 복조하여 상기 기저대역부(520)로 출력한다.
상기 제 1 RF부(511), 상기 제 3 RF부(513), 및 상기 제 N-1 RF부(51(N-1))는 상기 제 1 기지국(210)으로부터 각각 제 1 신호(S_1), 제 3 신호(S_3), 및 제 N-1 신호(S_(N-1))를 수신하고, 복조하여 상기 기저대역부(520)로 출력한다.
또한, 상기 제 2 RF부(512), 상기 제 4 RF부(514), 및 상기 제 N RF부(51N)는 상기 제 2 기지국(220)으로부터 각각 제 2 신호(S_2), 제 4 신호(S_4), 및 제 N 신호(S_N)를 수신하고, 복조하여 상기 기저대역부(520)로 출력한다.
따라서 상기 제 1 RF부(511), 상기 제 3 RF부(513), 및 상기 제 N-1 RF부(51(N-1))는 상기 제 1 기지국(210)과 링크를 형성함에 따라 제 1 기지국(210)을 향해 안테나를 지향한다. 이와 달리, 상기 제 2 RF부(512), 상기 제 4 RF부(514), 및 상기 제 N RF부(51N)는 상기 제 2 기지국(220)과 링크를 형성함에 따라 제 2 기지국(220)을 향해 안테나를 지향한다.
이때, 상기 기저대역부(520)는 상기 기지국들(210,220)과 통신하는 무선 송수신부(510)의 복수의 안테나들을 이용하여 다중입력다중출력(Multiple Input Multiple Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 함) 안테나 기술로 이용할 수 있다. MIMO 안테나 기술은 복수 개의 안테나를 통해 신호를 다중의 입출력을 통해 사용된 안테나 개수에 따라 통신 용량을 증가시킬 수 있다. 이를 위해, 무선 송수신부(510)는 N개의 안테나들을 포함할 수 있다.
상기 기저대역부(520)는 하나의 기지국에 대해 N/2개의 안테나들을 통해 링크를 형성하므로, 1:(N/2) MIMO 기술을 적용할 수 있다. 상기 기저대역부(520)는 셀 사이트 다이버시티 기술을 통해 두 개의 기지국 신호들 중에서 이득이 큰 기지국의 신호들을 사용한다.
또는, 상기 기저대역부(520)는 두 개의 기지국들에 대해 N개의 안테나들을 통해 링크를 형성함으로 2:N MIMO 기술이 적용될 수 있다. 상기 기저대역부(520)는 상기 무선 송수신부(510)를 통해 수신된 모든 신호들에 대해 서로 다른 지연 시간과 신호 크기를 갖는 서로 다른 채널 환경으로 간주한 경우이다.
도 5의 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 무선 송수신부(510)와 상기 기저대역부(520)를 제외하면, 도 3의 상기 열차 통신 장치(100)와 유사한 구조를 가지므로 나머지 유닛들에 대한 상세한 설명은 도 3을 참조하기로 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 통신 시스템에서 열차에 열차 통신 장치의 적용을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 열차는 기관차(50)와 복수의 객차들(51,52,...,5N)로 구성될 수 있다.
상기 제 1 객차(51)에 상기 제 1 RF부(511)가 위치하고, 상기 제 2 객차(52)에 상기 제 2 RF부(512)가 위치하고, 상기 제 N 객차(5N)에 상기 제 N RF부(51N)가 위치한다. 여기서, 제 1 기지국(210)과 통신하는 RF부들(511,513,...,51(N-1))과 상기 제 2 기지국(220)과 통신하는 RF부들(512,514,...,51N)은 상기 복수의 객차들에 번갈아가며 위치할 수 있다.
또한, 상기 기관차(50) 내에 상기 기저대역부(520)와 상기 네트워크 인터페이스부(530)가 포함된다.
상기 복수의 객차들(51,52,...,5N) 각각은 상기 인터페이스 접속부들(541,542,...,54N) 각각을 포함할 수 있다. 일예로, 상기 제 1 객차(51) 내에 상기 제 1 인터페이스 접속부(541)가 위치하고, 상기 제 2 객차(52) 내에 상기 제 2 인터페이스 접속부(542)가 위치하고, 상기 제 N 객차(5N) 내에 상기 제 N 인터페이스 접속부(54N)가 위치한다.
여기서, 상기 인터페이스 접속부들(541,542,...,54N)은 각 객차 내에 위치한 사용자 기기들과 통신하고, 일예로, 무선랜(WLAN)을 제공할 수 있다.
상기 열차 통신 장치(100)가 상기 열차에 적용된 것은 일예로 설명된 것으로, 상기 기저대역부(520), 및 상기 네트워크 인터페이스부(530)는 상기 기관차(50)가 아닌 상기 복수의 객차들(51,52,...,5N) 중의 하나에 위치할 수도 있다. 또한, 상기 RF부들(511,512,...,51N)은 일부의 객차에만 RF부가 위치하거나, 하나의 객차에 복수의 RF부들이 위치할 수도 있다.
도 5와 도 6의 구조를 갖는 열차 통신 장치(100)사용하면, 복수의 안테나(MIMO 기술)를 사용하여 신호 송수신 성능을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 열차 통신 장치의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 611단계에서, 상기 열차 통신 장치(100)는 선로 주변에 위치한 적어도 두 개의 기지국들과 링크를 설정할 수 있다. 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 두 개의 기지국들 각각을 향해 지향된 적어도 두 개의 안테나를 이용할 수 있다.
620단계에서, 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 적어도 두 개의 기지국들과의 신호 송수신을 통해 이더넷을 형성할 수 있다. 따라서 상기 열차 통신 장치(100)는 적용된 열차 내부의 사용자 기기들로 통신 서비스를 제공할 수 있다. 이때, 상기 열차 통신 장치(100)는 셀 사이트 다이버시티 기술을 이용할 수 있다. 또한, 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 기지국들 각각과 링크를 형성하는 안테나가 두 개 이상이면, 다중 입력 다중 출력 기술을 이용할 수 있다.
630단계에서 상기 열차 통신 장치(100)는 열차의 이동에 따라 기지국을 변경해야 하는 지를 감지한다. 상기 감지결과 상기 기지국을 변경하지 않는 경우, 상기 열차 통신 장치(100)는 620단계로 진행한다. 620단계로 진행한 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 기지국들과 통신을 지속적으로 수행한다. 하지만, 상기 감지결과 상기 기지국을 변경하는 경우, 상기 열차 통신 장치(100)는 640단계로 진행한다.
640단계에서, 상기 열차 통신 장치(100)는 다음의 우측에 위치한 기지국으로의 변경인지를 판단한다. 상기 판단결과, 다음의 우측에 위치한 기지국으로의 변경하는 경우, 상기 열차 통신 장치(100)는 650단계로 진행한다.
650단계에서, 상기 열차 통신 장치(100)는 열차의 진행 방향에 위치한 다음의 우측 기지국을 선택한다. 이후, 상기 열차 통신 장치(100)는 610단계로 진행하여 상기 선택된 우측 기지국과의 링크 설정을 통해 적어도 두 개의 기지국과 지속적인 링크를 설정하도록 한다.
하지만, 상기 판단결과 상기 열차 통신 장치(100)는 상기 다음의 우측에 위치한 기지국으로 변경하지 않는 경우, 상기 열차 통신 장치(100)는 660단계로 진행한다.
660단계에서, 상기 열차 통신 장치(100)는 열차의 진행 방향에 위치한 다음의 좌측 기지국을 선택한다. 이후, 상기 열차 통신 장치(100)는 610단계로 진행하여 상기 선택된 좌측 기지국과의 링크 설정을 통해 적어도 두 개의 기지국과 지속적인 링크를 설정하도록 한다.
이러한 동작 과정을 통해, 상기 열차 통신 장치(100)는 열차의 이동에 따라 열차 내 사용자 기기들로 통신 서비스의 제공이 가능하다. 이때, 상기 열차 통신 장치(100)는 밀리미터파 통신을 통해 이동하는 열차 내의 사용자 기기들로 기가비트급 통신을 제공할 수 있다.
본 발명의 열차 통신 장치는 고속으로 이동하는 열차에서도 밀리미터파 대역의 넓은 대역폭을 이용하여 기가비트급 데이터의 전송을 가능하게 한다. 또한, 본 발명에서는 강우 감쇄로 인한 손실을 효과적으로 감소시킬 수 있는 셀 배치를 제안한다. 이는, 열차 통신 장치에서 셀 사이트 다이버시티 기술을 이용함에 따라 상술한 셀 배치를 통해 강우 감쇄로 인한 손실을 감소시킬 수 있다. 또한, 복수 개의 RF부를 이용하여 데이터를 전송함에 따라 열차 통신 장치는 MIMO 기술을 이용할 수 있다. 이때, 열차 통신 장치는 1:(N/2) MIMO 또는 2:N MIMO 기술을 사용할 수 있으며, 시스템에 안정적인 성능을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (18)

  1. 통신 시스템에서 그룹이동체 통신 장치에 있어서,
    도로 또는 선로를 기준으로 우측과 좌측에 위치한 적어도 두 개의 기지국과 링크를 동시에 형성하는 무선 송수신부;
    상기 무선 송수신부를 통해 송수신되는 신호를 기저대역 신호 처리하는 기저대역부; 및
    상기 기저대역부에 연결되어 그룹이동체 내 기기들로 통신 서비스 제공을 위한 이더넷을 형성하는 네트워크 인터페이스부
    를 포함하는 그룹이동체 통신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 송수신부는,
    상기 도로 또는 선로를 기준으로 우측과 좌측에 지그재그 형태로 위치한 복수의 기지국들로 지향된 안테나들을 포함하는, 그룹이동체 통신 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 무선 송수신부는,
    상기 우측에 위치한 기지국 방향으로 지향된 안테나를 포함하고, 상기 우측의 기지국과 링크를 형성하는 적어도 하나의 제 1 알에프부; 및
    상기 좌측에 위치한 기지국 방향으로 지향된 안테나를 포함하고, 상기 좌측의 기지국과 링크를 형성하는 적어도 하나의 제 2 알에프부
    를 포함하는 그룹이동체 통신 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 알에프부와 상기 제 2 알에프부가 각각 두 개 이상일 때 다중 입력 다중 출력(MIMO) 방식으로 통신하는, 그룹이동체 통신 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 송수신부는,
    마이크로파 또는 밀리미터파 대역을 이용하여 상기 링크를 형성하는, 그룹이동체 통신 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기저대역부는,
    상기 적어도 두 개의 기지국들로부터 각각 수신된 신호들로부터 셀-사이트 다이버시티 기술을 통해 가장 큰 이득을 갖는 신호를 선택하는, 그룹이동체 통신 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 네트워크 인터페이스부에 연결되어 상기 그룹이동체 내부에 위치한 기기들과 통신하는 복수의 인터페이스 접속부
    를 더 포함하는 그룹이동체 통신 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 인터페이스 접속부 각각은,
    열차의 객차 각각에 위치하는, 그룹이동체 통신 장치.
  9. 통신 시스템에서 그룹이동체 통신 장치에 있어서,
    도로 또는 선로를 기준으로 우측에 위치한 기지국과 제 1 링크를 형성하는 제 1 알에프부;
    상기 도로 또는 선로를 기준으로 좌측에 위치한 기지국과 제 2 링크를 형성하는 제 2 알에프부; 및
    상기 제 1 알에프부와 상기 제 2 알에프부를 통해 송수신되는 신호를 기저대역 신호 처리하는 기저대역부
    를 포함하는 그룹이동체 통신 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 알에프부와 상기 제 2 알에프부는,
    마이크로파 또는 밀리미터파 대역을 이용하여 상기 제 1 링크와 상기 제 2 링크를 형성하는, 그룹이동체 통신 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 알에프부는,
    상기 도로 또는 선로를 기준으로 우측과 좌측에 지그재그 형태로 위치한 복수의 기지국들 중에서 우측에 위치한 기지국으로 지향된 안테나를 포함하는, 그룹이동체 통신 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 알에프부는,
    상기 도로 또는 선로를 기준으로 우측과 좌측에 지그재그 형태로 위치한 복수의 기지국들 중에서 좌측에 위치한 기지국으로 지향된 안테나를 포함하는, 그룹이동체 통신 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 기저대역부는,
    상기 제 1 링크와 상기 제 2 링크를 통해 수신된 신호들 중에서 가장 큰 이득을 갖는 신호를 선택하는, 그룹이동체 통신 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 알에프부와 상기 제 2 알에프부가 각각 두 개 이상의 안테나들을 포함할 때 다중 입력 다중 출력(MIMO) 기술을 이용하여 통신하는, 그룹이동체 통신 장치.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 기저대역부에 연결되어 그룹이동체 내 기기들로 통신 서비스 제공을 위한 이더넷을 형성하는 네트워크 인터페이스부; 및
    상기 네트워크 인터페이스부에 연결되어 상기 그룹이동체 내부에 위치한 기기들과 통신하는 복수의 인터페이스 접속부
    를 더 포함하는 그룹이동체 통신 장치.
  16. 통신 시스템에서 그룹이동체 통신 방법에 있어서,
    도로 또는 선로를 기준으로 우측과 좌측에 각각 위치한 적어도 두 개의 기지국과 링크를 설정하는 단계;
    상기 설정된 링크를 통해 그룹이동체 내부의 기기들로 통신 서비스 제공을 위한 이더넷을 형성하는 단계; 및
    상기 그룹이동체의 이동에 따라 상기 도로 또는 선로를 기준으로 우측과 좌측에 지그재그 형태로 위치한 복수의 기지국들 중 적어도 두 개의 기지국들과 지속적으로 링크 설정을 유지하는 단계
    를 포함하는 그룹이동체 통신 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 링크를 설정하는 단계는,
    상기 좌측과 상기 우측 각각에 대해 두 개 이상의 안테나를 이용하여 다중 입력 다중 출력 방식으로 링크를 설정하는 단계
    를 포함하는 그룹이동체 통신 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 이더넷을 형성하는 단계는,
    상기 적어도 두 개의 기지국들로부터 각각 수신된 신호들을 셀 사이트 다이버시티 기술을 통해 가장 큰 이득을 갖는 신호를 선택하는 단계
    를 포함하는 그룹이동체 통신 방법.
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