KR20140011526A - 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템, 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

밀리미터파와 광을 결합한 네트워크에서 통신하는 방법에 관한 것으로서, 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템은 상향링크와 하향링크가 구별된 광링크(Optical Link)를 이용하여 광신호로 변환된 비콘 메시지를 전송하는 중앙 제어부, 각각의 차폐공간에 위치하여 상기 비콘 메시지를 수신하고, 상기 비콘 메시지를 밀리미터파 대역 신호로 변환하며, 상기 각각의 차폐공간에서 일정 폭의 빔을 이용하여 방향 별로 상기 밀리미터파 대역 신호로 변환된 비콘 메시지를 전송하는 기지국들, 상기 광링크를 이용하여 상기 광신호로 변환된 비콘 메시지를 상기 기지국들로 전달하고, 상기 기지국들 간에 신호를 전달하는 스플리터 및 상기 각각의 차폐공간에 위치한 기지국으로부터 상기 밀리미터파 대역 신호로 변환된 비콘 메시지를 수신하고, 상기 비콘 메시지에 포함된 정보에 기초하여, 동일한 차폐공간에 위치한 주변단말 또는 다른 차폐공간에 위치한 주변단말과 통신하는 단말을 포함한다.

Description

밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템, 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR OPTIC-WIRELESS COMBINATION COMMUNICATION USING MILLIMETER WAVE AND OPTIC-WIRELESS COMBINATION COMMUNICATION SYSTEM USING MILLIMETER WAVE}

기술분야는 밀리미터파와 광을 결합한 네트워크에서 통신하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 밀리미터파의 전파 봉쇄 단점을 극복하는 방법에 관한 것이다.

60GHz의 주파수 대역을 중심으로 하는 밀리미터파 통신 시스템은 무선 광대역 채널을 사용하여 수 기가 bps(bit per second) 급의 전송 속도를 제공할 수 있다. 하지만, 산소 및 물 분자로 인한 전파 흡수 및 고 주파수 특성으로 인한 높은 경로 손실과 같은 밀리미터파의 전파 특성으로 인하여, 밀리미터파 통신 시스템은 다중 안테나를 사용한 빔포밍(beam-forming)기술이 함께 사용되는 경우가 많고, 옥내 통신의 경우, 최대 10미터 정도의 통신 거리를 제공한다.

벽 등의 물질에 의한 전파 봉쇄가 심하여, 옥내 및 사무실 내의 벽 통과가 거의 불가능하여, 방과 방 사이 또는 사무실과 사무실 사이에서 무선 통신의 어려움이 있다.

밀리미터파를 이용한 광대역 무선 통신과 광을 이용한 초고속 유선 통신을 결합함으로써, 소규모 댁내 망부터 대규모 광대역 액세스 망의 구축 시, 밀리미터파 무선 통신의 한계를 극복하고, 기가 bps 이상의 초고속 유/무선 결합 통신 망을 구축하는 방법을 제공한다.

차폐공간에 위치한 기지국들 간, 중앙 제어국과 기지국 들 간에는 광링크를 이용한 통신을 수행하고, 각각의 차폐공간에서 기지국과 단말들은 빔포밍을 통해 통신을 수행하는 방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템은 상향링크와 하향링크가 구별된 광링크(Optical Link)를 이용하여 광신호로 변환된 비콘 메시지를 전송하는 중앙 제어부, 각각의 차폐공간에 위치하여 상기 비콘 메시지를 수신하고, 상기 비콘 메시지를 밀리미터파 대역 신호로 변환하며, 상기 각각의 차폐공간에서 일정 폭의 빔을 이용하여 방향 별로 상기 밀리미터파 대역 신호로 변환된 비콘 메시지를 전송하는 기지국들, 상기 광링크를 이용하여 상기 광신호로 변환된 비콘 메시지를 상기 기지국들로 전달하고, 상기 기지국들 간에 신호를 전달하는 스플리터 및 상기 각각의 차폐공간에 위치한 기지국으로부터 상기 밀리미터파 대역 신호로 변환된 비콘 메시지를 수신하고, 상기 비콘 메시지에 포함된 정보에 기초하여, 동일한 차폐공간에 위치한 주변단말 또는 다른 차폐공간에 위치한 주변단말과 통신하는 단말을 포함한다.

상기 중앙 제어부는 전기 신호인 무선 주파수 신호를 상기 광신호로 변환하는 전광 변환부, 상기 기지국들로부터 상기 스플리터를 통해 수신한 광신호를 상기 전기 신호로 변환하는 광전 변환부 및 상기 광신호를 송수신하는 트랜시버를 포함할 수 있다.

상기 중앙 제어부는 상기 기지국들 각각에 위치한 송수신 안테나의 적응적 가중치 벡터를 조절하여, 상기 송수신 안테나에서 형성되는 빔의 폭 및 빔의 방향을 제어할 수 있다.

상기 비콘 메시지는 비콘 전송구간 필드, 상기 단말과 기지국 간의 빔형성 구간 필드, 데이터 전송구간 필드를 포함하는 슈퍼프레임 구조로 형성될 수 있다.

상기 기지국들 각각은 상기 단말과 상기 동일한 차폐공간에 위치한 주변단말이 통신을 위해 경쟁하는 경쟁구간에서 광폭의 빔을 형성할 수 있다.

상기 기지국들 각각은 빔 형성이 가능한 경쟁 구간에서 특정 방향으로 협폭의 빔을 형성할 수 있다.

상기 스플리터는 상기 기지국들의 상향링크들을 상기 중앙 제어부로의 상향링크로 연결하고, 상기 중앙 제어부의 하향링크를 상기 기지국들의 하향링크들과 연결하며, 상기 기지국들에서 어느 하나의 기지국의 상향링크는 다른 기지국으로의 하향링크와 연결할 수 있다.

상기 단말은 비콘 전송 구간에서 상기 각각의 차폐공간에 위치한 기지국으로부터 수신하는 빔들 중에서, 소정의 품질기준을 만족하는 빔을 식별하고, 빔 형성 구간에서 상기 각각의 차폐공간에 위치한 기지국이 수신하는 빔의 형성을 지원하고, 상기 각각의 차폐공간에 위치한 기지국으로 최적 빔 송신 정보를 피드백 할 수 있다.

상기 단말은 경쟁 구간에서 상기 동일한 차폐공간에 위치한 특정 주변단말과의 통신을 위한 스케줄 구간의 할당을 동일한 차폐공간에 위치한 기지국을 경유하여 상기 중앙 제어부로 요청하고, 상기 중앙 제어부로부터 할당 된 스케줄 구간에서 상기 특정 주변단말과 협폭의 빔을 형성하여 통신을 수행할 수 있다.

상기 단말은 경쟁 구간에서 상기 다른 차폐공간에 위치한 특정 주변단말과의 통신을 위한 스케줄 구간의 할당을 동일한 차폐공간에 위치한 기지국을 경유하여 상기 중앙 제어부로 요청하고, 상기 중앙 제어부로부터 할당 된 스케줄 구간에서 상기 동일한 차폐공간에 위치한 기지국, 상기 특정 주변단말이 위치한 차폐공간의 기지국을 통하여 상기 특정 주변단말과 통신을 수행할 수 있다.

상기 동일한 차폐공간을 담당하는 기지국은 상기 단말로 협폭의 수신 빔을 형성하고, 상기 특정 주변단말이 위치한 차폐공간을 담당하는 기지국은 상기 특정 주변단말로 협폭의 송신 빔을 형성할 수 있다.

상기 중앙 제어부는 상기 기지국들 중 적어도 하나의 기지국으로부터 신호의 송수신이 감지되지 않으면, 상기 신호의 송수신이 감지되지 않은 적어도 하나의 기지국의 전원을 차단하는 전원 차단부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템은 상기 중앙 제어부와 연결되는 시간 분할 멀티플렉싱 방식의 이더넷 수동형 광 네트워크(EPON, Ethernet Passive Optical Network)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템은 상기 중앙 제어부와 연결되는 파장 분할 다중화 방식의 가정 내 광 케이블 (FTTH, Fiber To The Home) 네트워크를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 장치는 상향링크와 하향링크가 구별된 광링크(Optical Link)를 통하여 중앙 제어국 또는 기지국과 광신호를 송수신하는 송수신부, 차폐공간에 위치하여 수신하는 광신호를 밀리미터파 대역 신호로 변환하고, 송신하려는 밀리미터파 대역 신호를 광신호로 변환하는 광전 변환부, 상기 밀리미터파 대역 신호로 변환된 신호를 상기 차폐공간에서 빔을 이용하여 방향 별로 전송하는 송신 안테나 모듈, 상기 차폐공간에 위치한 적어도 하나의 단말로부터 빔을 이용하여 요청 신호를 수신하는 수신 안테나 모듈 및 적응적 가중치 벡터를 조절하여, 상기 송신 안테나 모듈에서 형성되는 빔의 폭 및 빔의 방향, 상기 수신 안테나 모듈에서 형성되는 빔의 폭 및 빔의 방향을 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는 경쟁 구간에서 상기 수신 안테나 모듈에서 형성되는 빔의 폭을 광폭으로 제어할 수 있다.

상기 제어부는 경쟁 구간에서 상기 차폐공간에 위치한 단말과 다른 차폐공간에 위치한 주변단말과의 통신을 위한 스케줄 구간의 할당이 요청된 경우, 상기 단말로 상기 스케줄 구간이 할당되면, 상기 차폐공간에 위치한 단말 방향으로 협폭의 수신 빔을 형성할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 방법은 중앙 제어국으로부터 상향링크와 하향링크가 구별된 광링크(Optical Link)를 이용하여 광신호로 변환된 비콘 메시지를 수신하는 단계, 상기 비콘 메시지를 밀리미터파 대역 신호로 변환하며, 차폐공간에서 일정 폭의 빔을 이용하여 방향 별로 상기 밀리미터파 대역 신호로 변환된 비콘 메시지를 전송하는 단계, 상기 차폐공간에 위치한 단말로부터 수신하는 신호에 기초하여 상기 광링크를 통하여 주변 기지국 또는 상기 중앙 제어국과 통신하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 방법은 경쟁 구간 동안 광폭으로 형성되는 수신 빔을 이용하여, 상기 차폐공간에 분산되어 위치한 단말들로부터 랜덤하게 전송되는 신호들을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 방법은 경쟁 구간에서 상기 차폐공간에 위치한 단말과 다른 차폐공간에 위치한 주변단말과의 통신을 위한 스케줄 구간의 할당이 요청된 경우, 상기 단말로 상기 스케줄 구간이 할당되면, 상기 차폐공간에 위치한 단말 방향으로 협폭의 수신 빔을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

밀리미터파를 이용한 광대역 무선 통신과 광을 이용한 초고속 유선 통신을 결합함으로써, 소규모 댁내 망부터 대규모 광대역 액세스 망의 구축 시, 밀리미터파 무선 통신의 한계를 극복하고, 기가 bps 이상의 초고속 유/무선 결합 통신 망을 구축하는 방법을 제공할 수 있다.

차폐공간에 위치한 기지국들 간, 중앙 제어국과 기지국 들 간에는 광링크를 이용한 통신을 수행하고, 각각의 차폐공간에서 기지국과 단말들은 빔포밍을 통해 통신을 수행하는 방법을 제공할 수 있다.

또한, 중앙 제어국을 통해 차폐공간 별로 신호의 송수신이 이루어지지 않는 기지국의 전원을 차단함으로써, 시스템에서 소모되는 전력 소비를 최소화할 수 있다.

도 1은 중앙제어장치와 단말 장치들로 구성되는 밀리미터파 무선 네트워크를 나타낸 도면이다.
도 2는 ROF(Radio Over Fiber) 시스템의 기본적인 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템에서 사용되는 다중 안테나를 사용하는 무선 송신 장치 및 무선 수신 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 장치의 블록도이다.
도 8 은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템의 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템에서 사용되는 스플리터의 구조를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템에서 사용되는 슈퍼프레임 구조를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 방법의 흐름도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 중앙제어장치와 단말 장치들로 구성되는 밀리미터파 무선 네트워크를 나타낸 도면이다.

도면 1은 밀리미터파 무선 네트워크 구성의 한 실시 예로서 중앙제어장치와 단말 장치들이 분산된 형태로 구성되는 네트워크로, 중앙제어장치는 분산되어 있는 단말 장치들에 무선 자원을 할당하고, 단말 장치들 간의 동기화를 주도하여 단말 장치들간 통신들을 가능하게 한다. 중앙제어장치 및 단말 장치들은 다중 안테나를 통한 빔 형성(Beam-forming) 기능을 이용하여, 중앙제어장치와 단말 장치들 간에, 또는 단말 장치들 간에 효율적으로 통신할 수 있다.

도 2는 ROF(Radio Over Fiber) 시스템의 기본적인 구조를 나타낸 도면이다.

무선 신호와 광신호의 융합 기술인 RoF(Radio-over-Fiber) 기술은 저 손실, 광대역의 특징을 제공하는 광통신 기술과 이동성을 제공하는 무선 통신 기술이 융합하여 언제, 어디서나, 다양한 광대역 멀티미디어 서비스를 제공하는 차세대 광대역 통합망의 기초가 되는 차세대 기술이다.

앞으로 전개될 초고속 무선 멀티미디어 서비스를 위해서는 밀리미터파 무선 통신을 ROF에 적용하여 양 분야의 융합을 통해 서로의 장점을 극대화할 필요가 있다. 이러한 추세를 반영하여, 밀리미터파(mmWave)를 포함한 RF 신호를 광으로 전달하기 위한 소자 개발에 많은 연구가 진행되어 왔다.

도 2를 참조하면, 중앙 제어국(CO: central office)은 백본 네트워크들(backbone networks)로부터 수신한 전기 신호인 RF 신호를 광신호로 전광(Electric/Optic) 변환시키고, 변환된 광신호를 광전송 링크(fiberoptic link)를 통하여 기지국(BS: base station)으로 전송한다. 기지국은 광 수신기(optical receiver)를 통해 수신된 광신호에서 광전(O/E) 변환을 통해 본래의 RF 신호를 추출하고, 무선 링크(radio link)를 통해 단말로 RF 신호를 전송한다.

중앙 제어국과 기지국 사이는 광전송 링크로 연결되어, 광신호가 송수신되며, 기지국과 단말 사이는 무선 링크로 연결되어 무선 신호가 송수신될 수 있다.

중앙 제어국에서 기지국 방향으로 광신호가 전송되는 링크를 다운링크(Downlink), 기지국에서 중앙 제어국 방향으로 광신호가 전송되는 링크를 업링크(Uplink)로 정의할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템에서 사용되는 다중 안테나를 사용하는 무선 송신 장치 및 무선 수신 장치의 블록도이다.

도면 3은 다중 안테나를 사용하는 무선 송신 장치 및 무선 수신 장치의 개념도를 나타낸다.

무선 송신 장치는 변조를 수행하는 베이스밴드로부터 디지털 신호를 출력하고, DAC (Digital-Analog Converter)를 통하여 디지털 신호를 아날로그로 변환하며, 변환된 아날로그 신호를 국부 발진기(Local Oscilator)를 통하여 원하는 무선 주파수 대역으로 변환하고, 무선 주파수 대역으로 변환된 신호를 복수의 안테나를 사용하여 송출한다.

이때, 무선 송신 장치는 송출되는 신호를 특정 방향으로 집중시키기 위해 각각의 송신 안테나로 입력되는 아날로그 신호를 증폭하는 전력-증폭기(Power Amplifier: PA)에서 신호의 진폭 및/또는 위상을 적절히 조정함으로써 송신 안테나에서 최종 출력되는 신호의 방향을 특정 방향으로 집중시킬 수 있다. 송신 안테나 모듈에 위치한 전체 송신 안테나들의 진폭/위상 값은 적응적-가중치-벡터(Adaptive Weight Vector: AWV)로 표시될 수 있다. 무선 송신장치는 AWV를 조절하여, 송신 안테나에서 최종 출력되는 신호의 방향을 조절할 수 있다.

한편, 무선 수신 장치의 경우, 개별 수신 안테나를 통해 입력되는 아날로그 신호를 증폭하는 저잡음-증폭기(Low Noise Amplifier: LNA)에서 신호의 진폭 및/또는 위상을 적절히 조정함으로써 특정 방향으로 신호를 수신할 수 있다. 무선 수신 장치는 수신 안테나 모듈에 위치한 전체 수신 안테나들의 AWV를 조절하여, 특정 방향으로 전달되는 신호를 수신할 수 있다.

무선 수신장치는 수신된 아날로그 신호들을 국부 발진기를 통하여 중간 주파수 대역으로 변환하며, 중간 주파수 대역으로 변환된 아날로그 신호를 ADC (Analog-Digital Converter)를 통해 디지털 신호로 변환하여 베이스밴드로 입력시키고, 베이스밴드는 수신된 디지털 신호를 신호처리 하여 원래의 송신 신호를 복원할 수 있다.

개별 안테나간 거리는, 송신/수신 주파수의 파장을 λ라 할 때, λ/2 이상으로 서로 떨어져 있어야 하며, 이때, 무선 송신 장치와 무선 수신 장치가 안정적으로 신호를 송/수신할 수 있다. 사용하는 주파수의 파장이 수 밀리미터가 되는 30~300GHz 대역의 밀리미터파 주파수는 광대역을 사용할 수 있다는 장점 외에도 이와 같이 안테나간 간격을 수 밀리미터로 형성할 수 있어, 아주 작은 안테나 시스템을 구축하는데 사용될 수 있다.

무선 송신 장치는 보다 좋은 신호 품질로 무선 수신 장치와 통신하기 위해, 무선 수신 장치가 위치한 특정 방향으로 신호를 집중하여 전송하는 빔을 형성하고, 무선 수신 장치는 무선 송신 장치가 위치한 특정 방향으로 신호를 집중하여 수신하는 빔을 형성할 수 있다. 이러한 빔-형성(Beam-forming)을 통해 보다 먼 거리까지 무선 송신 장치는 양질의 신호를 무선 수신 장치로 전달할 수 있다. 따라서, 빔 형성은 높은 경로 손실이 발행하는 밀리미터파 주파수 대역에서는 필수적으로 수행되어야 한다.

한편, 무선 송신 장치는 무선 수신 장치가 위치한 방향을 보다 효과적으로 찾기 위해, 형성하는 빔의 폭을 적응적으로 조절할 수 있어야 하며, 형성된 빔의 방향을 조정하여 무선 송신 장치의 전 방향을 커버할 수 있어야 한다. 빔 폭의 조절과, 빔의 방향을 조절하는 방법은 구현에 따라 서로 다를 수 있지만, AWV를 조정함으로써 가능해진다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템의 블록도이다.

도 4를 참조하면, 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템은 단말(411, 413, 431, 433), 기지국(420, 440), 스플리터(450) 및 중앙 제어부(460)를 포함한다.

단말(411), 단말(413) 및 기지국(420)은 동일한 차폐공간(401)에 위치한다. 단말(411), 단말(413) 및 기지국(420)은 상호 간에 무선 통신을 수행하며, 빔 포밍을 통해 형성된 빔을 이용하여 신호를 주고 받을 수 있다.

단말(431), 단말(433) 및 기지국(440)은 동일한 차폐공간(403)에 위치한다. 단말(431), 단말(433) 및 기지국(440)은 상호 간에 무선 통신을 수행하며, 빔 포밍을 통해 형성된 빔을 이용하여 신호를 주고 받을 수 있다.

기지국(420)과 기지국(450)은 광링크를 통하여 광신호를 주고 받으며 광통신을 수행할 수 있다. 또한, 기지국(420) 또는 기지국(450)은 광링크를 통하여 중앙 제어부(460)와 연결되며, 광신호를 주고 받으며 광통신을 수행할 수 있다.

이때, 기지국(420)과 기지국(450) 간의 연결, 기지국(420)과 중앙 제어부(460)의 연결 및 기지국(440)과 중앙 제어부(460)의 연결은 스플리터(450)에 의해 결정된다.

중앙 제어부(460)는 상향링크와 하향링크가 구별된 광링크(Optical Link)를 이용하여 광신호로 변환된 비콘 메시지를 전송한다.

비콘 메시지는 비콘 전송구간 필드, 빔 형성 구간 필드, 데이터 전송구간 필드를 포함하는 슈퍼프레임 구조로 형성될 수 있다. 비콘 전송구간에서는 단말(411), 단말(413)과 기지국(420) 또는 단말(431), 단말(433)과 기지국(440)이 비콘 메시지를 주고받는 구간이다. 빔 형성 구간 필드는 단말(411)과 기지국(420), 단말(413)과 기지국(420)이 빔을 형성하는 구간이다. 이때, 기지국(420) 및 단말(411), 단말(413)은 송신 빔 및 수신 빔을 형성할 수 있다. 송신 빔은 기지국(420) 또는 단말(411), 단말(413)이 특정방향으로 신호를 송신하기 위해 형성하는 빔이고, 수신 빔은 기지국(420) 또는 단말(411), 단말(413)이 특정방향으로부터 신호를 수신하기 위해 형성하는 빔을 의미한다. 데이터 전송구간에서 단말(411), 단말(413), 단말(431), 단말(433)이 통신을 수행하는 구간으로, 예를 들면 단말(411)은 직접 빔을 형성하여 단말(413)과 통신을 수행할 수도 있고, 단말(411)은 기지국(420) 및 기지국(440)을 통하여 단말(431) 또는 단말(433)과 통신을 수행할 수도 있다. 즉, 단말(411)은 다른 차폐공간(403)에 있는 단말(431) 또는 단말(433)과 통신을 수행할 수 있다.

기지국(420) 또는 기지국(440)은 각각의 차폐공간(401) 또는 차폐공간(403)에 위치하여 중앙 제어부(460)로부터 비콘 메시지를 수신하고, 비콘 메시지를 밀리미터파 대역 신호로 변환할 수 있다. 즉, 기지국(420) 또는 기지국(440)은 광신호를 전기신호로 변환하는 광전 변환기를 탑재하고 있다. 기지국(420) 또는 기지국(440)은 각각의 차폐공간(401) 또는 차폐공간(403)에서 일정 폭의 빔을 이용하여 방향 별로 밀리미터파 대역 신호로 변환된 비콘 메시지를 전송한다. 이때, 일정 폭의 빔은 협폭일 수도 있고, 광폭일 수도 있다. 예를 들면, 광폭은 차폐공간을 커버할 수 있는 폭을 의미할 수 있고, 협폭은 광폭보다 작은 폭을 의미할 수 있다. 기지국(420) 및 기지국(440)은 도 3의 무선 송신 장치 및 무선 수신 장치를 포함하고 있어서, 빔 형성을 통해 통신을 수행할 수 있다.

기지국(420) 또는 기지국(440)은 경쟁구간에서 광폭의 빔을 형성할 수 있다. 경쟁구간은 단말(411)과 동일한 차폐공간(401)에 위치한 단말(413)이 통신을 위해 경쟁하는 구간을 의미할 수 있다. 또는 단말(431)과 동일한 차폐공간(403)에 위치한 단말(433)이 통신을 위해 경쟁하는 구간을 의미할 수 있다.

기지국(420) 또는 기지국(440)은 빔 형성이 가능한 경쟁 구간에서 특정 방향으로 협폭의 빔을 형성할 수 있다. 경쟁구간은 빔 형성이 가능한 구간과 빔 형성이 금지되는 구간으로 구별될 수 있다. 이때의 빔 형성은 협폭의 빔 형성을 의미한다.

스플리터(450)는 광링크를 이용하여 광신호로 변환된 비콘 메시지를 기지국(420) 및 기지국(440)으로 전달하고, 기지국(420)과 기지국(440) 간에 광신호를 전달할 수 있다.

스플리터(450)는 기지국(420) 및 기지국(440)의 상향링크들을 중앙 제어부(460)로의 상향링크로 연결하고, 중앙 제어부(460)의 하향링크를 기지국(420) 및 기지국(440)의 하향링크들과 연결하며, 기지국(420) 및 기지국(440)에서 어느 하나의 기지국의 상향링크는 다른 기지국으로의 하향링크와 연결할 수 있다.

기지국(420) 및 기지국(440)과 중앙 제어부(460)를 연결하는 광링크는 상향링크 및 하향링크의 연결을 위해 두 개의 광섬유로 구성될 수 있다. 상향링크는 기지국(420) 또는 기지국(440)으로부터 중앙 제어부(460)의 방향으로 신호를 전송하는 경우를 의미하고, 하향링크는 중앙 제어부(460)로부터 기지국(420) 또는 기지국(440)의 방향으로 신호를 전송하는 경우를 의미한다. 다른 예로는 파장 분할 다중화 방식을 사용하여 신호를 전송하는 경우에는 상향링크 및 하향링크를 하나의 광섬유를 통해 광링크가 구현될 수도 있다.

단말(411)은 차폐공간(401)에 위치한 기지국(420)으로부터 밀리미터파 대역 신호로 변환된 비콘 메시지를 수신하고, 비콘 메시지에 포함된 정보에 기초하여, 동일한 차폐공간에 위치한 단말(413) 또는 다른 차폐공간(403)에 위치한 단말(431)과 통신할 수 있다. 단말(411)은 비콘 메시지에 포함된 타이밍 정보 및 무선 자원 할당 정보들을 해석하여, 단말(413)과 동기화를 획득하고, 단말(411)에 할당되는 전송 기회를 사용하여 단말(413), 단말(431), 단말(433) 또는 중앙 제어부(460)와 통신할 수 있다. 단말(411), 단말(413), 단말(431), 단말(433)은 도 3의 무선 송신 장치 및 무선 수신 장치를 포함하고 있어서, 빔 형성을 통해 통신을 수행할 수 있다.

단말(411)은 비콘 전송 구간에서 차폐공간(401)에 위치한 기지국(420)으로부터 수신하는 빔들 중에서, 소정의 품질기준을 만족하는 빔을 식별할 수 있다. 소정의 품질기준이란 빔의 RSSI, LQI 값이 기 설정 된 값에 도달하는 경우를 의미할 수 있다. 단말(411)은 빔 형성 구간에서 차폐공간(401)에 위치한 기지국(420)이 수신하는 빔의 형성을 지원하고, 기지국(420)으로 최적 빔 송신 정보를 피드백 할 수 있다. 최적 빔 송신 정보는 소정의 품질기준을 만족하는 빔에 관한 정보를 의미할 수 있다. 단말(411)은 기지국(420)이 단말(411) 방향으로 빔을 형성하도록 지원할 수 있다.

단말(411)은 경쟁 구간에서 동일한 차폐공간(401)에 위치한 특정 단말(413)과의 통신을 위한 스케줄 구간의 할당을 동일한 차폐공간에 위치한 기지국(401)을 경유하여 중앙 제어부(460)로 요청하고, 중앙 제어부(460)로부터 할당 된 스케줄 구간에서 특정 단말(413)과 협폭의 빔을 형성하여 통신을 수행할 수 있다.

단말(411)은 경쟁 구간에서 다른 차폐공간(403)에 위치한 특정 단말(431)과의 통신을 위한 스케줄 구간의 할당을 동일한 차폐공간(401)에 위치한 기지국(420)을 경유하여 중앙 제어부(460)로 요청하고, 중앙 제어부(460)로부터 할당 된 스케줄 구간에서 동일한 차폐공간에 위치한 기지국(420), 특정 단말(431)이 위치한 차폐공간의 기지국(440)을 통하여 특정 단말(431)과 통신을 수행할 수 있다.

이때, 동일한 차폐공간을 담당하는 기지국(420)은 단말(411)로 협폭의 수신 빔을 형성하고, 특정 단말(431)이 위치한 차폐공간을 담당하는 기지국(440)은 특정 단말(431)로 협폭의 송신 빔을 형성하여, 단말(411)에서 전송되는 데이터가 단말(431)로 전송될 수 있다.

중앙 제어부(460)는 기지국(420) 및 기지국(440)에 위치한 송수신 안테나의 적응적 가중치 벡터(Adaptive Weight Vector: AWV)를 조절하여, 송수신 안테나에서 형성되는 빔의 폭 및 빔의 방향을 제어할 수 있다.

기지국(420) 또는 기지국(440)은 AWV 테이블에 기초하여 송수신 안테나에서 형성되는 빔의 폭 및 빔의 방향을 제어할 수 있다.

중앙 제어부(460)는 전광 변환부(461), 광전 변환부(463) 및 트랜시버(465)를 포함할 수 있다. 전광 변환부(461)는 전기 신호인 무선 주파수 신호를 광신호로 변환할 수 있다. 전기 신호는 중앙 제어부(460)와 연결되는 광대역 네트워크 또는 소규모 댁내 망으로부터 수신하는 신호일 수 있다.

광전 변환부(463)는 기지국(420) 또는 기지국(440)로부터 스플리터(450)를 통해 수신한 광신호를 전기 신호로 변환할 수 있다. 트랜시버(465)는 광신호를 송수신할 수 있다.

중앙 제어부(460)는 전원 차단부(467)를 더 포함할 수 있다. 전원 차단부(467)는 기지국(420) 또는 기지국(440) 중 적어도 하나의 기지국으로부터 신호의 송수신이 감지되지 않으면, 신호의 송수신이 감지되지 않은 적어도 하나의 기지국의 전원을 차단할 수 있다. 전원의 차단을 통해 시스템에서 소모되는 전력량을 줄일 수 있다.

중앙 제어부(460)는 기지국(420) 또는 기지국(440) 내의 단말 동작 상태를 모니터링 하여, 기지국의 동작을 on/off 할 수 있다.

또한, 구성 장치들의 기능 추가를 통해, MU(Multi User)-MIMO 효과를 획득하는 것이 가능하며, 나아가 DIDO (Distributed Input Distributed Output) 네트워크를 형성하는 것이 가능하다.

도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템의 블록도이다.

도 5를 참조하면, 도 4의 중앙 제어부(460)는 중앙 제어부와 연결되는 시간 분할 멀티플렉싱(TDM, Time Division Multiplexing) 방식의 이더넷 수동형 광 네트워크(EPON, Ethernet Passive Optical Network)와 연결될 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템의 블록도이다.

도 6을 참조하면, 도 4의 중앙 제어부(460)는 파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing) 방식의 가정 내 광 케이블 (FTTH, Fiber To The Home) 네트워크와 연결될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 장치의 블록도이다.

도 7을 참조하면, 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 장치는 송신 안테나 모듈(710), 수신 안테나 모듈(720), 제어부(730), 송수신부(740) 및 광전 변환부(750)를 포함한다. 도 7의 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 장치는 도 4의 기지국에 해당할 수 있다.

송신 안테나 모듈(710)는 밀리미터파 대역 신호로 변환된 신호를 차폐공간에서 빔을 이용하여 방향 별로 전송한다. 송신 안테나 모듈(710)은 비콘 메시지를 전송할 수 있다. 수신 안테나 모듈(720)는 차폐공간에 위치한 적어도 하나의 단말로부터 빔을 이용하여 요청 신호를 수신한다. 수신 안테나 모듈(720)은 비콘 메시지에 대한 응답 메시지를 수신할 수 있다.

제어부(730)는 적응적 가중치 벡터를 조절하여, 송신 안테나 모듈(710)에서 형성되는 빔의 폭 및 빔의 방향, 수신 안테나 모듈(720)에서 형성되는 빔의 폭 및 빔의 방향을 제어할 수 있다. 적응적 가중치 벡터는 기 설정된 적응적 가중치 벡터 테이블에 따라 조절될 수 있다. 또는 제어부(720)는 중앙 제어국의 지시에 따라 적응적 가중치 벡터를 조절할 수 있다.

송수신부(740)는 상향링크와 하향링크가 구별된 광링크(Optical Link)를 통하여 중앙 제어국 또는 기지국과 광신호를 송수신한다.

광전 변환부(750)는 차폐공간에 위치하여 수신하는 광신호를 밀리미터파 대역 신호로 변환하고, 송신하려는 밀리미터파 대역 신호를 광신호로 변환한다.

제어부(730)는 경쟁 구간에서 수신 안테나 모듈(720)에서 형성되는 빔의 폭을 광폭으로 제어할 수 있다. 광폭의 빔이 형성되면, 수신 안테나 모듈(720)은 동일한 차폐공간에 위치한 단말들로부터 신호를 수신할 확률이 높아진다.

제어부(730)는 경쟁 구간에서 차폐공간에 위치한 단말과 다른 차폐공간에 위치한 주변단말과의 통신을 위한 스케줄 구간의 할당이 요청된 경우, 단말로 스케줄 구간이 할당되면, 차폐공간에 위치한 단말 방향으로 협폭의 수신 빔을 형성할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템의 블록도이다.

도 8의 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템은 두 개의 차폐공간 1 및 차폐공간 2에 분산되어 있는 단말들을 포함한다. 차폐공간1 및 차폐공간 2는 옥내의 방 또는 거실에 해당될 수 있고, 사무실의 칸막이로 둘러싸인 공간일 수도 있으며, 열차의 한 차량일 수도 있다.

차폐공간 1에 분산되어 있는 단말들(811, 813, 815, 817) 및 차폐공간 2에 분산되어 있는 단말들(841, 843, 845, 847, 849)은 중앙 제어국에서 주기적으로 전송하는 비콘 메시지들을 개별 차폐공간을 담당하고 있는 기지국(820) 및 기지국(850)을 통해 수신함으로써 통신에 요구되는 동기화 및 무선 자원 사용 기회를 획득하게 된다.

중앙 제어국은 기존 밀리미터파 시스템에서 중앙 제어 장치 (IEEE 802.15.3c 표준 PNC 장치 또는 IEEE 802.11ad 표준 PCP/AP 장치)의 PHY 모듈과 MAC 모듈을 포함하는 장치로 생각할 수 있다.

ROF 구현에 따라, 중앙 제어국은 송신 시 RF 또는 IF 신호를 광 신호로 변환하는 모듈과, 수신 시 광신호를 RF 또는 IF 신호로 변환하는 모듈을 함께 포함하는 장치이다.

중앙 제어국과 기지국(820) 및 기지국(850)은 광섬유를 통해 연결되어 있으며, 광섬유는 스플리터를 통해 상호 간에 연결된다. 기지국(820) 및 기지국(850)은 도면 3에 도시한 송신 안테나 모듈과 수신 안테나 모듈, 그리고 광/전 변환 장치 모듈로 구성되어 있으며, 중앙 제어국의 제어에 의해 송/수신 안테나의 AWV를 조정하게 된다. 기지국(820) 및 기지국(850)은 중앙 제어국의 AWV 제어를 통해 광폭의 빔을 형성할 수도 있고, 협폭의 빔을 형성할 수도 있다.

하나의 차폐공간 내에 위치한 단말들은 자신의 기지국을 통해 중앙 제어국이 전송하는 비콘 메시지를 수신하며, 비콘 메시지 속에 포함된 타이밍 정보 및 무선 자원 할당 정보들을 해석하여 이웃한 단말들과의 동기화를 획득하고, 자신에게 할당되는 전송 기회를 사용하여 다른 단말들 또는 중앙 제어국과 통신할 수 있다. 단말들은 도 3과 같은 무선 송/수신 장치를 포함하고 있어서, 빔 형성을 통해 신뢰성 있는 통신을 수행할 수 있다.

단말들의 동작은 자신의 통신 대상 단말이 비록 다른 차폐공간에 존재한다 하더라도 마치 동일 차폐공간에 있는 것처럼 간주할 수 있다. 중앙 제어국은 분산되어 있는 단말들의 위치 정보 또는 차폐공간 1 및 차폐공간 2를 식별하는 정보를 제공할 수 있다. 통신 대상 단말이 다른 차폐공간에 위치하는 것으로 인지한 단말은, 자신의 기지국으로 지향하는 빔 정보를 이미 가지고 있는 경우에 빔 형성 과정을 생략할 수도 있다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템에서 사용되는 스플리터의 구조를 나타낸 도면이다.

도 9는 상/하향 개별 광섬유를 사용하는 경우, 두 개의 기지국들과 중앙 제어국을 연결하는 3x2 스플리터 구조를 도시하고 있다. 제1 기지국의 상향 링크는 스플리터를 통해 제2 기지국으로의 하향 링크와 중앙 제어국으로의 상향 링크에 연결된다.

제2 기지국의 상향 링크는 제1 기지국으로의 하향 링크와 중앙 제어국으로의 상향 링크에 연결된다.

중앙 제어국의 하향 링크는 스플리터를 통해 제1 기지국 및 제2 기지국 의 하향 링크에 연결된다. 이러한 스플리터의 연결을 통해, 중앙 제어국이 송신하는 신호는 모든 기지국들에 전달될 수 있으며, 특정 기지국으로부터 전송되는 신호는 스플리터를 통해 다른 모든 기지국들과 중앙 제어국으로 전달될 수 있다.

중앙 제국은 어느 기지국으로부터 수신되는 신호인지를 구별하여, 중앙 제어국에서 단말의 위치를 파악할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템에서 사용되는 슈퍼프레임 구조를 나타낸 도면이다.

도 10을 참조하면, 슈퍼프레임은 비콘 전송구간 필드, 빔 형성구간 필드, 데이터 전송구간필드를 포함하고, 데이터 전송구간필드는 경쟁구간 및 스케줄구간을 포함할 수 있다. 경쟁구간은 빔 형성 가능구간과 빔 형성 금지구간을 포함할 수 있다. 비콘 전송구간, 빔 형성구간 및 데이터 전송구간은 타임슬롯들로 구현될 수 있다.

슈퍼프레임의 주기는 일정하게 설정될 수 있고, 중앙 제어국은 설정된 주기마다 비콘 메시지를 송신할 수 있다. 비콘 메시지는 스플리터를 통해 모든 기지국들에게 전달되고, 개별 기지국은 해당 차폐공간에 분산되어 있는 모든 단말들에게 비콘 메시지를 전달하기 위해 일정 폭의 빔을 형성하여 각 방향 별로 순차적으로 비콘 메시지를 반복하여 전송한다.

이 때 중앙 제어국이 각 방향으로 빔을 형성하도록 AWV를 순차적으로 조정할 수도 있으며, 기지국이 비콘 전송 구간 동안 적용하는 AWV 테이블을 관리하여 비콘 전송 구간 시작 시점부터 순차적으로 AWV를 조정할 수도 있다.

비콘 전송 구간 동안 각 단말들은 기지국이 형성한 빔들 중에서 가장 수신 품질이 좋은 빔을 식별하게 되고, 이후 기지국과의 빔 형성 구간에서 기지국의 수신 빔 형성을 지원하면서, 함께 기지국의 최적 빔 송신 정보를 피드백 하게 된다.

단말과 해당 기지국과의 빔 형성 정보는 중앙 제어국에 전달되어 중앙 제어국이 정보를 관리하게 된다.

데이터 전송 구간에서는 단말들간 및 단말과 중앙 제어국과의 통신이 수행된다. 데이터 전송 구간은 하이브리드-액세스 방식을 지원할 수 있으며, 따라서 다수의 단말들이 액세스할 수 있는 경쟁 구간과 스케줄 구간으로 분할되어 경쟁 구간에서는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 액세스 방식의 통신을, 스케쥴 구간에서는 TDMA(Time Division Multiple Access) 액세스 방식의 통신이 수행될 수 있다.

CSMA/CA 액세스 방식의 통신에서는 차폐공간 간의 CSMA/CA 액세스를 허용해야 하며, 따라서 중앙 제어국은 경쟁구간 동안 모든 기지국들의 수신 빔을 광폭으로 형성하도록 하여, 기지국이 차폐공간에 분산되어 있는 단말들의 랜덤한 송신 신호들을 수신하고, 수신한 신호를 다른 기지국들에게 전파하도록 한다.

기지국들이 광폭의 빔을 형성함으로써, 기지국으로부터 멀리 떨어진 단말로부터 송신되는 신호들을 수신할 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우, 단말은 보다 신뢰성 있는 변조 및 코딩 방식을 사용하여 신호를 전송하여야 한다.

CSMA/CA 액세스 방식으로 통신하는 경우에도, 경쟁구간에서 빔 형성을 수행할 수 있는데, 이 경우 하나의 차폐공간에 위치한 단말의 빔 형성으로 인해 발생하는 신호가 모든 차폐공간으로 전파될 수 있고, 이로 인해 시스템의 통신 효율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 이때의 빔 형성은 개별 방향으로 빔들을 형성하여 기지국의 전 방향으로 신호들을 반복하여 하는 경우를 의미한다.

따라서, 본 발명에서는 도 10에서와 같이 CSMA/CA 구간을 구분하여 빔 형성 가능한 구간과 빔 형성 불가능한 구간으로 구분하여 동작시킨다.

스케줄 구간의 TDMA 액세스 방식이 가능하기 위해서는, 먼저 CSMA/CA 액세스 구간을 통해, 특정 단말이 중앙 제어국과 통신하여 자신만의 스케줄 구간을 요청하여야 한다. 이 때 특정 단말은 스케줄 구간에서 빔 형성을 수행할 지도 함께 통보하게 된다. 중앙 제어국은 비콘을 통해 요청된 스케줄 구간을 통신 대상 단말들에게 할당할 수 있다.

할당된 스케줄 구간의 송/수신 단말들은 상호간에 빔 형성이 이미 수행된 경우 서로를 향해 협폭의 빔을 형성하여 스케줄 구간 시작점에서 통신을 시작하게 된다. 송/수신 단말이 서로 다른 차폐공간에 위치하는 경우, 중앙 제어국은 서로 다른 차폐공간의 단말들이 통신을 수행해야 함을 인지할 수 있고, 따라서 해당 단말을 서비스하는 기지국의 송/수신 빔이 단말을 향하도록 할 수 있다.

즉, 해당 단말의 기지국들이 해당 단말을 향한 협폭의 송/수신 빔을 형성하 게 된다. 스케줄 구간의 경우, 두 개 이상의 통신 쌍이 상호간에 간섭을 일으키지 않는 경우, 스케줄 구간 2와 스케줄 구간 3과 같이 동시에 할당될 수 있다. 스케줄 구간이 동시에 할당되는 경우는 동일한 차폐 공간 내로 국한된 통신 쌍들에 적용될 수 있다. 그러나, 광섬유의 상향링크 또는 하향 링크에서 복수 신호를 분리할 수 있는 기술을 적용하는 경우에는 차폐공간 내의 제약에서 벗어나, 서로 다른 차폐공간의 통신 쌍에 대해서도 동시에 스케줄 구간이 할당될 수 있다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 방법의 흐름도이다.

1110단계에서, 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 장치는 중앙 제어국으로부터 상향링크와 하향링크가 구별된 광링크(Optical Link)를 이용하여 광신호로 변환된 비콘 메시지를 수신한다.

1120단계에서, 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 장치는 비콘 메시지를 밀리미터파 대역 신호로 변환하며, 차폐공간에서 일정 폭의 빔을 이용하여 방향 별로 상기 밀리미터파 대역 신호로 변환된 비콘 메시지를 전송한다.

1130단계에서, 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 장치는 차폐공간에 위치한 단말로부터 수신하는 신호에 기초하여 광링크를 통하여 주변 기지국 또는 중앙 제어국과 통신한다.

밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 장치는 경쟁 구간 동안 광폭으로 형성되는 수신 빔을 이용하여, 차폐공간에 분산되어 위치한 단말들로부터 랜덤하게 전송되는 신호들을 수신할 수 있다.

밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 장치는 경쟁 구간에서 차폐공간에 위치한 단말과 다른 차폐공간에 위치한 주변단말과의 통신을 위한 스케줄 구간의 할당이 요청된 경우, 단말로 스케줄 구간이 할당되면, 차폐공간에 위치한 단말 방향으로 협폭의 수신 빔을 형성할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

1. 상향링크와 하향링크가 구별된 광링크(Optical Link)를 이용하여 광신호로 변환된 비콘 메시지를 전송하는 중앙 제어부;
   각각의 차폐공간에 위치하여 상기 비콘 메시지를 수신하고, 상기 비콘 메시지를 밀리미터파 대역 신호로 변환하며, 상기 각각의 차폐공간에서 일정 폭의 빔을 이용하여 방향 별로 상기 밀리미터파 대역 신호로 변환된 비콘 메시지를 전송하는 기지국들;
   상기 광링크를 이용하여 상기 광신호로 변환된 비콘 메시지를 상기 기지국들로 전달하고, 상기 기지국들 간에 신호를 전달하는 스플리터; 및
   상기 각각의 차폐공간에 위치한 기지국으로부터 상기 밀리미터파 대역 신호로 변환된 비콘 메시지를 수신하고, 상기 비콘 메시지에 포함된 정보에 기초하여, 동일한 차폐공간에 위치한 주변단말 또는 다른 차폐공간에 위치한 주변단말과 통신하는 단말
   을 포함하는 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 중앙 제어부는
   전기 신호인 무선 주파수 신호를 상기 광신호로 변환하는 전광 변환부;
   상기 기지국들로부터 상기 스플리터를 통해 수신한 광신호를 상기 전기 신호로 변환하는 광전 변환부; 및
   상기 광신호를 송수신하는 트랜시버
   를 포함하는 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 중앙 제어부는
   상기 기지국들 각각에 위치한 송수신 안테나의 적응적 가중치 벡터를 조절하여, 상기 송수신 안테나에서 형성되는 빔의 폭 및 빔의 방향을 제어하는
   밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 비콘 메시지는
   비콘 전송구간 필드, 상기 단말과 기지국 간의 빔형성 구간 필드, 데이터 전송구간 필드를 포함하는 슈퍼프레임 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는
   밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 기지국들 각각은
   상기 단말과 상기 동일한 차폐공간에 위치한 주변단말이 통신을 위해 경쟁하는 경쟁구간에서 광폭의 빔을 형성하는
   밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 기지국들 각각은
   빔 형성이 가능한 경쟁 구간에서 특정 방향으로 협폭의 빔을 형성하는
   밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 스플리터는
   상기 기지국들의 상향링크들을 상기 중앙 제어부로의 상향링크로 연결하고, 상기 중앙 제어부의 하향링크를 상기 기지국들의 하향링크들과 연결하며, 상기 기지국들에서 어느 하나의 기지국의 상향링크는 다른 기지국으로의 하향링크와 연결하는
   밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 단말은
   비콘 전송 구간에서 상기 각각의 차폐공간에 위치한 기지국으로부터 수신하는 빔들 중에서, 소정의 품질기준을 만족하는 빔을 식별하고, 빔 형성 구간에서 상기 각각의 차폐공간에 위치한 기지국이 수신하는 빔의 형성을 지원하고, 상기 각각의 차폐공간에 위치한 기지국으로 최적 빔 송신 정보를 피드백 하는
   밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템.
9. 제1항에 있어서,
   상기 단말은
   경쟁 구간에서 상기 동일한 차폐공간에 위치한 특정 주변단말과의 통신을 위한 스케줄 구간의 할당을 동일한 차폐공간에 위치한 기지국을 경유하여 상기 중앙 제어부로 요청하고, 상기 중앙 제어부로부터 할당 된 스케줄 구간에서 상기 특정 주변단말과 협폭의 빔을 형성하여 통신을 수행하는
   밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템.
10. 제1항에 있어서,
    상기 단말은
    경쟁 구간에서 상기 다른 차폐공간에 위치한 특정 주변단말과의 통신을 위한 스케줄 구간의 할당을 동일한 차폐공간에 위치한 기지국을 경유하여 상기 중앙 제어부로 요청하고, 상기 중앙 제어부로부터 할당 된 스케줄 구간에서 상기 동일한 차폐공간에 위치한 기지국, 상기 특정 주변단말이 위치한 차폐공간의 기지국을 통하여 상기 특정 주변단말과 통신을 수행하는
    밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 동일한 차폐공간을 담당하는 기지국은 상기 단말로 협폭의 수신 빔을 형성하고, 상기 특정 주변단말이 위치한 차폐공간을 담당하는 기지국은 상기 특정 주변단말로 협폭의 송신 빔을 형성하는
    밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템.
12. 제1항에 있어서,
    상기 중앙 제어부는
    상기 기지국들 중 적어도 하나의 기지국으로부터 신호의 송수신이 감지되지 않으면, 상기 신호의 송수신이 감지되지 않은 적어도 하나의 기지국의 전원을 차단하는 전원 차단부
    를 포함하는 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템.
13. 제1항에 있어서,
    상기 중앙 제어부와 연결되는 시간 분할 멀티플렉싱 방식의 이더넷 수동형 광 네트워크(EPON, Ethernet Passive Optical Network)
    를 더 포함하는 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템.
14. 제1항에 있어서,
    상기 중앙 제어부와 연결되는 파장 분할 다중화 방식의 가정 내 광 케이블 (FTTH, Fiber To The Home) 네트워크
    를 더 포함하는 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 시스템.
15. 상향링크와 하향링크가 구별된 광링크(Optical Link)를 통하여 중앙 제어국 또는 기지국과 광신호를 송수신하는 송수신부;
    차폐공간에 위치하여 수신하는 광신호를 밀리미터파 대역 신호로 변환하고, 송신하려는 밀리미터파 대역 신호를 광신호로 변환하는 광전 변환부;
    상기 밀리미터파 대역 신호로 변환된 신호를 상기 차폐공간에서 빔을 이용하여 방향 별로 전송하는 송신 안테나 모듈;
    상기 차폐공간에 위치한 적어도 하나의 단말로부터 빔을 이용하여 요청 신호를 수신하는 수신 안테나 모듈; 및
    적응적 가중치 벡터를 조절하여, 상기 송신 안테나 모듈에서 형성되는 빔의 폭 및 빔의 방향, 상기 수신 안테나 모듈에서 형성되는 빔의 폭 및 빔의 방향을 제어하는 제어부
    를 포함하는 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는
    경쟁 구간에서 상기 수신 안테나 모듈에서 형성되는 빔의 폭을 광폭으로 제어하는
    밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 장치.
17. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는
    경쟁 구간에서 상기 차폐공간에 위치한 단말과 다른 차폐공간에 위치한 주변단말과의 통신을 위한 스케줄 구간의 할당이 요청된 경우, 상기 단말로 상기 스케줄 구간이 할당되면, 상기 차폐공간에 위치한 단말 방향으로 협폭의 수신 빔을 형성하는
    밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 장치.
18. 중앙 제어국으로부터 상향링크와 하향링크가 구별된 광링크(Optical Link)를 이용하여 광신호로 변환된 비콘 메시지를 수신하는 단계;
    상기 비콘 메시지를 밀리미터파 대역 신호로 변환하며, 차폐공간에서 일정 폭의 빔을 이용하여 방향 별로 상기 밀리미터파 대역 신호로 변환된 비콘 메시지를 전송하는 단계;
    상기 차폐공간에 위치한 단말로부터 수신하는 신호에 기초하여 상기 광링크를 통하여 주변 기지국 또는 상기 중앙 제어국과 통신하는 단계
    를 포함하는 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 방법.
19. 제18항에 있어서,
    경쟁 구간 동안 광폭으로 형성되는 수신 빔을 이용하여, 상기 차폐공간에 분산되어 위치한 단말들로부터 랜덤하게 전송되는 신호들을 수신하는 단계
    를 더 포함하는 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 방법.
20. 제18항에 있어서,
    경쟁 구간에서 상기 차폐공간에 위치한 단말과 다른 차폐공간에 위치한 주변단말과의 통신을 위한 스케줄 구간의 할당이 요청된 경우, 상기 단말로 상기 스케줄 구간이 할당되면, 상기 차폐공간에 위치한 단말 방향으로 협폭의 수신 빔을 형성하는 단계
    를 더 포함하는 밀리미터파를 이용한 광-무선 결합 통신 방법.

Images