KR20140035255A - 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 통신 장치 및 밀리미터파 주파수 대역을 이용한 통신 방법 - Google Patents

Abstract

밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 통신 장치 및 밀리미터파 주파수 대역을 이용한 통신 방법이 개시된다. 통신 장치는 단말의 이동에 상응하여 상향링크 및 하향링크 빔의 스케줄링을 수행하는 빔스케줄링부와, 빔 스케줄링부로부터 제공된 데이터를 코어망에 전송하고 코어망으로부터 수신한 데이터를 빔 스케줄링부에 제공하는 코어망 인터페이스부와, 빔 스케줄링부로부터 제공된 빔간 간섭 정보에 기초하여 상향링크 및 하향링크 빔 집합을 구성하는 이동성 관리부 및 이동성 관리부의 제어에 상응하여 다른 기지국과 제어 메시지를 교환하는 기지국간 인터페이스부를 포함한다. 따라서, 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 셀룰러 네트워크를 효율적으로 구축할 수 있다.

Description

밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 통신 장치 및 밀리미터파 주파수 대역을 이용한 통신 방법{APPARATUS FOR COMMUNICATING USING MILIMETER WAVE FREQUENCY BANDWIDTH AND METHOD FOR COMMUNICATING USING THE MILIMETER WAVE FREQUENCY BANDWIDTH}

본 발명은 무선 통신 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하여 셀룰러 네트워크를 구축할 수 있는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 통신 장치 및 밀리미터파 주파수 대역을 이용한 통신 방법에 관한 것이다.

현재 4G 이동통신 시스템 개발을 목표로 진행중인 LTE(Long Term Evolution)-Advanced 및 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)는 6GHz 미만의 주파수 대역을 사용하는 시스템으로, 상기 주파수 대역에서 최대 100MHz 대역폭을 사용하고, 8×8 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output), 캐리어집성(CA: Carrier Aggregation), 협력 다중점 통신(CoMP: Coordinated Multi-Point transmission) 및 릴레이(relay) 등의 다양한 무선 기술들을 도입하여 최대 1Gbps의 전송 용량을 확보하는 것을 목표로 하고 있다.

한편, 이동통신 사업자를 포함하는 유/무선 서비스 사업자 및 트래픽 예측 조사 단체들의 모바일 데이터 사용량 예측에 따르면, 모바일 데이터 사용량이 2020년에는 현재의 1000배에 이를 것으로 예상하고 있다. 이는 모바일 데이터 사용 비율이 기존의 음성이나 문자 서비스에서 보다 높은 전송율을 요구하는 비디오 서비스로 점차 변화하고 있으며, 기존의 일반적인 휴대폰에서 스마트폰 및 태블릿(tablet) 등과 같은 스마트 단말기로의 사용이 기하급수적으로 증가하고 있는 점을 고려할 때 타당한 예측으로 볼 수 있다.

상술한 바와 같이 트래픽 사용량이 기하급수적으로 증가하고, 현재의 셀룰러 주파수 대역에서의 주파수 효율 제고가 한계에 다다름에 따라, 보다 넓은 대역폭 확대가 가능한 10GHz 내지 300GHz에 해당하는 밀리미터파(mmWave) 주파수 대역을 이용하여 새로운 셀룰라 네트워크를 구축하는 방안을 고려할 수 있다.

밀리미터파 주파수 대역을 이동 통신에 사용하는 경우 1GHz 이상의 넓은 대역폭을 획득할 수 있다. 또한, 밀리미터파 주파수 대역을 가지는 신호의 물리적 전파 특성인 직진성에 추가적으로 밀리미터파 주파수 대역을 이용한 통신에 필연적인 빔형성(Beamforming) 기술을 적용함으로써 시간, 주파수, 코드 등과 같은 무선 자원 및 공간 자원까지 이용할 수 있기 때문에 무선 용량을 획기적으로 높일 수 있다.

현재 밀리미터파 주파수 대역을 무선 통신에 활용한 예는 60GHz 주파수 대역을 중심으로 약 10m 내외의 최근거리용 WPAN(Wireless Personal Area Networks) 시스템이나, 70 내지 80GHz 대역에서 무선 백홀(backhaul)용 점대점 통신으로 사용한 경우가 있다. 그러나, 현재 까지는 밀리미터파 주파수 대역을 특정 분야에 제한적으로 사용하고 있는 실정이다.

밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 셀룰러 네트워크(또는 셀룰러 이동통신 시스템)가 구현될 경우, 광대역폭의 주파수 자원사용 및 공간 자원의 재활용을 통해 폭발적으로 증가하는 모바일트래픽 수요를 충족시킬 수 있고, 이에 따라 초고해상도(UD: Ultra-Definition) 영상 서비스 등과 같은 차세대 응용 서비스를 높은 체감 서비스 품질로 손쉽게 제공할 수 있을 것으로 예상된다.

그러나, 현재까지는 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 셀룰러 네트워크를 구축하기 위한 구체적인 방법이 제시되지 않고 있기 때문에, 밀리미터파 주파수 대역을 이용한 셀룰러 네트워크를 구축하기 위해서는 이를 위한 구체적인 방법이 먼저 제시되어야 한다.

상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 셀룰러 네트워크를 구축하기 위한 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 통신 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 셀룰러 네트워크에 적용될 수 있는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 통신 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 목적들은 상기한 목적들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 다른 목적들은 하기의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 장치는, 단말의 이동에 상응하여 상향링크 및 하향링크 빔의 스케줄링을 수행하는 빔스케줄링부와, 상기 빔 스케줄링부로부터 제공된 데이터를 코어망에 전송하고, 코어망으로부터 수신한 데이터를 상기 빔 스케줄링부에 제공하는 코어망인터페이스부와, 상기 빔 스케줄링부로부터 제공된 빔간 간섭 정보에 기초하여 상향링크 및 하향링크 빔 집합을 구성하는 이동성 관리부 및 상기 이동성 관리부의 제어에 상응하여 다른 기지국과 제어 메시지를 교환하는 기지국간 인터페이스부를 포함한다.

여기서, 상기 빔 스케줄링부는 중앙 스케줄러 및 상기 중앙 스케줄러와 연결된 적어도 하나의 빔 스케줄러를 포함할 수 있고, 상기 중앙 스케줄러는 상기 코어망 인터페이스를 통해 코어망으로부터 유입되는 패킷들을 상기 적어도 하나의 빔 스케줄러에 분배하고, 상기 적어도 하나의 빔 스케줄러로부터 제공되는 패킷들을스케줄링하여 상기 코어망 인터페이스를 통해 코어망에 전송할 수 있고, 상기 적어도 하나의 빔 스케줄러는 상기 중앙 스케줄러로부터 제공된 스케줄링 정보에 기초하여 스케줄링을 수행할 수 있다.

여기서, 상기 적어도 하나의 빔 스케줄러는 적어도 하나의 단말로부터 상기 적어도 하나의 단말의 위치 정보를 수신하고, 상기 수신한 적어도 하나의 단말의 위치 정보를 상기 중앙 스케줄러에 보고한 후, 상기 중앙 스케줄러로부터 제공된 스케줄링 정보에 기초하여 상기 적어도 하나의 단말들에 대한 자원을 스케줄링할 수 있다.

여기서, 상기 중앙 스케줄러는 상기 적어도 하나의 단말의 위치 정보에 기초하여 빔간 중첩 영역에 위치하는 단말 정보를 획득하고, 상기 획득한 단말 정보에 기초하여 빔간 간섭이 최소화되도록 스케줄링을 수행할 수 있다.

여기서, 상기 중앙 스케줄러는 적어도 둘 이상의 기지국이 협력하여 단말에 하향링크 패킷을 전송하는 경우, 패킷들의 전송 시점을 스케줄링한 후 스케줄링 정보를 상기 적어도 하나의 빔 스케줄러 및 다른 기지국으로 전송할 수 있다.

여기서, 상기 이동성 관리부는 상기 빔 스케줄링부로부터 제공된 단말의 위치 정보에 초하여 상기 단말이 측정을 수행할 측정 빔 집합을 구성하고, 상기 구성된 측정 빔 집합 정보를 단말에 통보할 수 있다.

여기서, 상기 이동성 관리부는 상기 빔간 간섭 정보에 기초하여 상기 단말에 하향링크 빔을 제공할 협력 빔 집합을 결정할 수 있다.

여기서, 상기 이동성 관리부는 단말로부터 제공된 후보 협력 빔 집합을 기 저장된 후보 협력 빔 집합과 비교하고 후보 협력 빔 집합의 변경 여부를 판단한 후, 기 저장된 후보 협력 집합에서 삭제된 빔이 존재하는 경우, 삭제된 빔과 연관된 자원의 삭제를 삭제된 빔을 형성하는 기지국에 요청할 수 있다.

여기서, 상기 이동성 관리부는 상기 기지국간 인터페이스를 통해 적어도 하나의 다른 기지국으로부터 단말의 상향링크 동기화 과정을 통해 획득한 왕복지연시간 정보를 획득하고, 상기 획득한 왕복지연시간 정보에 기초하여 상기 단말의 상향링크 전송을 위한 협력 빔 집합을 결정할 수 있다.

또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 장치는, 단말의 액세스를 위한 빔을 스케줄링하는 빔 스케줄링부와, 상기 빔 스케줄링부의 제어에 상응하여 적어도 하나의 다른 기지국과 통신을 수행하는 무선백홀 인터페이스부 및상기 단말로부터 제공된 정보를 상기 무선백홀 인터페이스부를 통해 다른 기지국에 전달하는 이동성 관리부를 포함한다.

여기서, 상기 빔 스케줄링부는 중앙 스케줄러 및 상기 중앙 스케줄러와 연결된 적어도 하나의 빔 스케줄러를 포함할 수 있고, 상기 중앙 스케줄러는 상기 적어도 하나의 빔 스케줄러의 스케줄링을 제어하고, 상기 적어도 하나의 빔 스케줄링부는 상기 중앙 스케줄러의 제어에 상응하여 적어도 하나의 단말 각각에 대한 액세스 빔을 제공할 수 있다.

여기서, 상기 이동성 관리부는 적어도 하나의 단말로부터 위치 정보를 수신하고 상기 무선백홀 인터페이스부를 통해 다른 기지국에 전달할 수 있다.

여기서, 상기 이동성 관리부는 적어도 하나의 단말로부터 제공된 하향링크의 후보 협력 빔 집합에 대한 정보를 상기 무선백홀 인터페이스부를 통해 다른 기지국에 전달하고, 상기 적어도 하나의 단말의 왕복지연시간 값들을 상기 다른 기지국에 전달할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 방법은, 적어도 하나의 단말의 위치 정보를 획득하는 단계와, 상기 획득한 위치 정보에 기초하여 빔간 중첩 영역에 위치한 단말 정보를 획득하는 단계 및 상기 획득한 빔간 중첩 영역에 위치한 단말 정보에 기초하여 빔간 간섭이 최소화되도록 스케줄링을 수행하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 적어도 하나의 단말의 위치 정보를 획득하는 단계는, 상기 적어도 하나의 단말로부터 상기 적어도 하나의 단말이 수신 가능한 적어도 하나의 빔 각각에 대한 빔 인식자 정보를 수신할 수 있다.

여기서, 상기 적어도 하나의 단말의 위치 정보를 획득하는 단계는, 상기 적어도 하나의 단말로부터 빔간 간섭 정보를 수신할 수 있다.

여기서, 상기 빔간 간섭이 최소화되도록 스케줄링을 수행하는 단계는, 상기 빔간 중첩 영역을 고려하여 중첩되는 빔 영역과 중첩되지 않는 빔 영역에 각각 서로 다른 주파수 대역을 할당하되, 상기 중첩되는 빔 영역에 할당되는 주파수 대역은 적어도 하나의 단말의 위치 및 상기 적어도 하나의 단말에 대한 자원 할당 정보에 따라 가변 시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 방법은, 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 단말에서 수행되는 무선 통신 방법에 있어서, 송수신 능력 정보를 기지국에 등록하는 단계와, 상기 기지국으로부터 제공된 빔 집합 정보에 기초하여 상기 빔 집합에 포함된 각 빔의 수신 전력을 측정하는 단계와, 상기 각 빔의 수신 전력 측정 결과에 기초하여 하향링크 후보 협력 빔 집합을 갱신한 후, 상기 갱신된 하향링크 후보 협력 빔 집합을 상기 기지국에 보고하는 단계 및 상기 기지국으로부터 제공된 하향링크 활성 협력 빔 집합에 기초하여 상향링크 동기화를 수행하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 송수신 능력 정보를 기지국에 등록하는 단계는 상기 단말이 동시에 수신할 수 있는 빔의 수 및 상기 단말이 동시에 송신할 수 있는 빔의 수 정보를 상기 기지국에 보고할 수 있다.

여기서, 상기 상향링크 동기화를 수행하는 단계는, 상기 기지국으로부터 제공된 하향링크 활성 협력 빔 집합을 상향링크 활성 협력 빔 집합으로 설정하는 단계 및 상기 상향링크 활성 협력 빔 집합에 포함되는 빔들에 대한 상향링크 동기화를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 통신 장치 및 밀리미터파 주파수 대역을 이용한 통신 방법에 따르면, 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 새로운 이동통신 네트워크(또는 셀룰러 네트워크)를 구축하기 위한 장치, 통신 시스템 및 통신 방법을 제공한다.

따라서, 폭발적으로 증가하는 모바일트래픽을 수용할 수 있다. 특히, 본 발명에서는 공간 재활용을 극대화하기 위해 하나의 기지국에서 다수의 빔을 형성할 수 있는 방법 및 장치를 제공함으로써, 밀리미터파 주파수 대역을 가지는 신호의 직진성에 따른 쉐도잉(shadowing) 문제를 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 통신 시스템에서 단말의 이동성을 지원하기 위한 고속 핸드오버 방법을 제공함으로써, 끊김없는(seamless) 서비스를 제공할 수 있고, 서비스 품질(Quality of Service) 을 보장할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에 적용되는 안테나의 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 3 및 도 4는 혼 안테나의 부엽을 제거하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 안테나를 구비한 기지국이 제공하는 다수의 빔 패턴을 나타내는 개념도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 안테나를 구비하는 기지국이 제공하는 다수의 빔 패턴을 수직 및 수평 방향에서 나타낸 개념도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에 적용되는 안테나의 다른 예를 나타내는 개념도이다.
도 11은 밀리미터파 주파수를 사용하는 통신 시스템이 적용되는 셀룰러 네트워크에서 발생할 수 있는 쉐도잉 환경을 설명하기 위한 개념도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 중계 기지국에 적용되는 안테나의 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 단말에 적용되는 안테나의 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 15는 아날로그 빔형성과 디지털 빔형성 기술을 결합한 빔형성 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 중추 기지국의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 17은 도 16에 도시한 중추 기지국의 빔 스케줄링부의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 통신 시스템에서 수행되는 간섭 최소화 스케줄링 수행 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계 기지국의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 중추 기지국과 중계 기지국의 계층적 혼합 스케줄링을 설명하기 위한 개념도이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 수행되는 핸드오버 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 수행되는 핸드오버 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 수행되는 핸드오버 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 24a 및 24B는 본 발명의 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 수행되는 핸드오버 방법을 나타내는 순서도이다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에 적용될 수 있는 다중 모드 다중 접속 방법을 일 예를 나타내는 개념도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 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. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

이하에서 기술되는 본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802 시스템, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 시스템, 3GPP LTE 시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기의 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용되는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.

본 출원에서 사용하는 '단말'은 이동국(MS: Mobile Station), 사용자 장비(UE: User Equipment), MTC(Machine Type Communication) 디바이스, 이동 단말(MT: Mobile Terminal), 사용자 단말, 사용자 터미널(UT: User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS: Subscriber Station), 무선 기기(Wireless device), 무선 통신 디바이스, 무선송수신유닛(WTRU: Wireless Transmit/Receive Unit), 이동 노드, 모바일 또는 다른 용어들로 지칭될 수 있다.

또한, 본 출원에서 사용하는 '기지국'은 하나의 셀(cell)을 제어하는 제어장치의 의미로 사용된다. 그러나, 실제 무선 통신 시스템에서 물리적인 기지국은 복수의 셀을 제어할 수 있으며, 이와 같은 경우 물리적인 기지국은 본 출원에서 사용하는 기지국을 하나 이상 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 본 출원에서 각 셀마다 다르게 할당되는 파라미터는 각 기지국이 서로 다른 값을 할당하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, '기지국'은 베이스 스테이션(Base Station), 노드-B(Node-B), e노드-B(eNode-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), 전송 포인트 등의 다른 용어로 불릴 수 있다.

밀리미터파 주파수 대역을 사용하는셀룰러 네트워크를 구성하기 위해서는, 높은 주파수로 인한 높은 경로 손실(path loss) 문제를 해결해야 하고, 전파 신호의 직진성으로 인하여 장애물에 의해 전파 신호가 봉쇄되어 발생하는 쉐도잉(shadowing) 문제를 해결해야 하며, 넓은 서비스 영역(coverage)을 제공하면서 이동 단말(MS: Mobile Station)을 효율적으로 지원할 수 있어야 한다.

밀리미터파 대역의 주파수를 가지는 신호의 전파 특성인 높은 경로 손실을 극복하기 위해서는, 제한된 송수신 전력 사용을 고려하여 높은 송신 및 수신 안테나 이득을 얻는 것이 필요하다. 이와 같은 요구사항은 기존의 셀룰러 이동 통신 시스템과는 차별화된 밀리미터파 주파수를 이용하는 통신 시스템의 특징으로 볼 수 있다.

일반적으로 하나의 송/수신 빔을 형성하기 위해 다수의 안테나가 필요하며,이는 일반적으로 안테나의 수가 많을수록 형성되는 송/수신 빔의 폭은 좁아지게 되고 높은 안테나 이득을 획득할 수 있기 때문이다.

한편, 다수의 안테나를 통해 형성된 빔은 미리 설정된 특정 방향으로만 신호를 전달하기 때문에 넓은 지역으로 신호를 전송하기 위해서는 상기 특정 방향 이외의 다른 방향으로 다수의 서로 다른 빔을 형성하여 신호를 전송해야 하며, 이 경우 동시에 같은 주파수 자원을 사용하여 신호를 전달할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에 적용되는 안테나의 일 예를 나타내는 개념도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 안테나는 상기한 밀리미터파 주파수를 가지는 신호의 특성으로 인한 한계를 극복하면서 밀리미터파 주파수를 가지는 신호의 장점을 극대화하기 위해 설계된 것으로, 밀리미터파 주파수를 사용하는 셀룰러 네트워크에서 기지국에 적용될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1은안테나(110)의 한 면이 120도를 담당하고 총 세 면으로 구성되어 전체 셀을 지원하는 안테나의 형상을 예시한 것이고, 도 2는안테나(120)의 한 면이 60도를 담당하고 총 6면으로 구성되어 전체 셀을 지원하는 안테나의 형상을 예시한 것이다.

먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나(110)는 횡단면이 삼각형 형상을 가지도록 구성될 수 있고, 각 면에는 복수의 안테나 소자(111)들이 설치되어 각 면이 120도의 서비스 영역을 담당하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 각 면을 구성하는 안테나 소자(111)들은복수의 행과 열 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 각 면을 구성하는 안테나 소자(111)들은 도 1에 도시한 바와 같이 3개의 행과 12개의 열로 구성될 수 있고, 각각의 안테나 소자(111)들은 개별적인 빔을 형성할 수 있다.

각 안테나 소자(111)들이 형성하는 빔은 안테나(110) 조정값(예를 들면, 안테나 조정 파라미터)을 통해 빔형성 방향을 조정할 수도 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 각 안테나 소자(111) 가 형성하는 빔의 방향이 고정되는 것으로 설명한다.

한편, 각 안테나 소자(111)가 형성하는 빔의 방향이 조정 가능하도록 구성되는 경우, 각 안테나 소자(111)에서 형성되는 빔의 방향을 조정하기 위해 공지된 다양한 기술이 적용될 수 있다. 예를 들어, 각 안테나 소자(111)가 형성하는 빔의 방향을 조정하기 위해서는 이에 상응하는 부가적인 디지털 회로를 포함할 수 있다.

그러나, 각 안테나 소자(111)가 형성하는 빔의 방향을 미리 결정된 방향으로 고정하는 경우에는 빔 방향을 조정하기 위한 부가적인 구성이 필요없기 때문에 안테나(110)를 단순하게 구현할 수 있다. 즉, 각 안테나 소자(111)가 형성하는 빔의 방향이 고정되도록 구성하는 경우에는 빔 방향을 조정하기 위한 부가적인 회로가 필요없기 때문에 상대적으로 안테나(110)를 단순하게 구현할 수 있는 장점이 있다.

다시 도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나(110)는, 안테나(110)의 각 면을 구성하는 개별 안테나 소자(111)들이 형성하는 빔의 수평각 및 수직각을미리 설정된 각도로 고정시켜 구성할 수 있다. 예를 들어, 상기 개별 안테나 소자(111)가 형성하는 빔의 수평각은 모두 10도씩으로 고정할 수 있다. 또한, 개별 안테나 소자(111)가 형성하는 빔의 수직각은안테나 소자(111)가 설치된 행에 따라 서로 다른 각도를 가지도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 개별 안테나 소자(111)가 형성하는 빔의 수직각은 각 면의 위에서부터 첫 번째 행에 포함된 안테나 소자들은 10도, 두 번째 행에 포함된 안테나 소자들은 30도, 세 번째 행에 포함된 안테나 소자들은 50도로 빔을 형성하도록 구성할 수 있다.

따라서, 안테나(110)의 한 면이 수평으로 120도의 영역을 지원하기 위해서는, 각 행별로 12개로 구성되는 개별 안테나 소자들에 대해 그 수평각의 중심이 각각 10도씩 이격되도록배치할 수 있다.여기서, 각 행을 구성하는 각 안테나 소자(111)가 형성하는 빔의 각도는 각 행을 구성하는 안테나 소자(111)의 개수 및 다른 요소들(예를 들면, 안테나(110)의 면수 또는 안테나(110)의 한 변이 담당하는 각도의 범위)에 의해 다르게 구성될 수 있다.여기서, 상기한 각 안테나 소자(111)의 빔 각도는 반치빔폭(HPBW: Half Power Beam Width)을 기준으로 표시하는 각도이다.

한편, 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나(120)는 횡단면이 육각형 형상을 가지며, 각 면에는 복수의 안테나 소자(121)들이 설치되어 각 면이 60도의 서비스 영역을 담당하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 각 면을 구성하는 안테나 소자(121)들은 3행 6열로 구성될 수 있고, 각 행은 6개의 안테나 소자들로 구성되어, 각 면에 총 18개의 안테나 소자(121)들이 배치되도록 구성될 수 있다. 여기서, 각 행을 구성하는 안테나 소자(121)들이 형성하는 빔의 수평각은 도 1에 도시한 안테나 소자(111)들과 마찬가지로 10도로 고정되도록 설치될 수 있다. 또한, 각 안테나 소자(121)들이 형성하는 빔의 수직각은 도 1에 도시한 안테나 소자(111)들과 마찬가지로 각 면의 위에서부터 첫 번째 행에 포함된 안테나 소자들은 10도, 두 번째 행에 포함된 안테나 소자들은 30도, 세 번째 행에 포함된 안테나 소자들은 50도로 빔을 형성하도록 구성할 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시한 본 발명의 실시예에 따른 안테나 개념도는 횡단면이 삼각형 및 육각형 형상을 가지는 안테나를 예를 들어 도시하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 도 1 및 도 2에 예시한 안테나의 구조에 한정되는 것은 아니다. 즉, 안테나의 전체적인 형상, 안테나의 각 면을 구성하는 안테나 소자들의 배치, 안테나 소자들의 개수, 각 안테나 소자들이 형성하는 빔의 수평각 및 수직각은안테나가 설치되는 환경에 따라 다양한 형태로 변경될 수 있다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시한 각 안테나 소자들은 다양한 형태의 안테나 소자로 구현될 수 있다. 예를 들어, 각 안테나 소자는 혼 안테나 또는 패치 어레이 안테나(PAA: Patch Array Antenna)로 구현될 수 있다. 여기서, 각 안테나 소자의 안테나 이득을 향상시키기 위해서는 각 안테나 소자가 형성하는 빔 폭을 줄여야 하며, 이를 위해서는 혼 안테나의 경우 크기를 증가시키고, 패치 어레이 안테나의 경우 반파장 간격의 패치 어레이 안테나 개별 소자들의 수를 증가시키는 방법을 이용할 수 있다.

예컨대, 각 안테나 소자가 혼 안테나로 구성되는 경우, 안테나의 각 면의 첫 번째 행을 구성하는 각 혼 안테나의 E-plane 및 H-plane 크기를 각각 약 5.7cm와 약 8cm로 구성할 수 있고, 두 번재 행을 구성하는 각 혼 안테나의 E-plane 및 H-plane 크기를 1.9cm와 7.9cm로 구성할 수 있으며, 세 번째 행을 구성하는 각 혼 안테나의 E-plane 및 H-plane 크기를 1.3cm와 7.9cm로 구성할 수 있다.

혼 안테나는 패치 어레이 안테나에 비해 높은 안테나 이득을 제공하고, 수 Watt의 높은 전력을 출력할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 혼 안테나를 사용하는 경우 수직 방향에서 부엽(side lobe)이 크게 형성되는 단점이 있다.

도 3 및 도 4는 혼 안테나의 부엽을 제거하는 방법을 설명하기 위한 개념도로서, 도 3은 일반적인 혼 안테나의 구조를 나타낸 것이고, 도 4는 비균일 슬롯이 형성된 혼 안테나의 구조를 나타낸 것이다.

혼 안테나에서 주엽(main lobe) 대비 부엽(side lobe)의 비율을 20dB 이하로 줄이기 위해서는 도 4에 도시한 바와 같이 혼 안테나의 개구면에비균일 슬롯(non-uniformed slot)(125)들을 형성할 수 있다. 이 경우, 혼의 E-plane 및 H-plane의 크기가 약간 증가할 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 안테나를 구비한 기지국이 제공하는 다수의 빔 패턴을 나타내는 개념도로서, 도 5는 도 1에 도시한 바와 같은 형태를 가지는 안테나(130)를 구비한 기지국이 제공하는 빔 패턴을 나타낸 것이며, 도 6은 도 2에 도시한 바와 같은 형태를 가지는 안테나(140)를 구비한 기지국이 제공하는 빔 패턴을 나타낸 것이다.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 본 발명에서는 기지국이 서비스를 제공하는 셀의 개수 및 모양에 따라 서로 다른 형상으로 안테나(130, 140)를 구성하고, 안테나(130, 140)의 각 면에 안테나 소자들을 배치함으로써 모든 방향으로 빔을 형성할 수 있다.

즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 기지국의 서비스 영역이 세 개의 셀로 구성되는 경우에는 안테나(130)의 형상을 도 1에 도시한 바와 같이 삼각형 형상으로 구성하고, 각 면에 미리 설정된 수평각(예를 들면, 10도)의 빔 폭을 형성하는 복수의 안테나 소자(예를 들면, 12개)를 배치함으로써 안테나(130)의 한 면이 수평 방향으로 120도를 커버하도록 구성할 수 있다.

또는, 도 6에 도시한 바와 같이, 기지국의 서비스 영역이 여섯 개의 셀로 구성되는 경우에는 안테나(140)의 형상을 도 2에 도시한 바와 같이 육각형 형상으로 구성하고, 각 면에 미리 설정된 수평각(예를 들면, 10도)의 빔 폭을 형성하는 복수의 안테나 소자(예를 들면, 6개)를 배치함으로써 안테나(140)의 한 면이 수평 방향으로 60도를 커버하도록 구성할 수 있다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에따른 안테나를 구비하는 기지국이 제공하는 다수의 빔 패턴을 수직 및 수평 방향에서 나타낸 개념도로서, 도 7은 도 1에 도시한 안테나의 한 면을 구성하는 복수의 안테나 소자들 중 하나의 열을 구성하는 세 개의 안테나 소자들이 형성하는 세 개의 빔 패턴을 나타낸 것이고, 도 8은 도 1에 도시한 안테나의 한 면을 구성하는 안테나 소자들이 형성하는 빔 패턴을 나타낸 것이다.

도 7에서, H는 안테나의 높이를 의미하며, θ₁은도 1에 도시한 안테나의 한 면에 배치된 안테나 소자들 중 위에서부터 세 번째 행에 위치한 하나의 안테나 소자가 형성하는 빔의 수직각을 의미한다. 또한, θ₂는도 1에 도시한 안테나에서 하나의 열을 구성하는 세 개의 안테나 소자 중 위에서부터 세 번째 행 및 두 번째 행에 위치한 두 개의 안테나 소자가 형성하는 빔의 수직각을 합한 각도를 나타낸다. 또한, θ₃는도 1에 도시한 안테나에서 하나의 열을 구성하는 세 개의 안테나 소자가 형성하는 빔의 수직각을 모두 더한 각도를 나타낸다.

또한, D1, D2, D3는 각각 도 1에 도시한 안테나에서 하나의 열을 구성하는 세 개의 안테나 소자 중 위에서부터 세 번째, 두 번째, 첫 번째 안테나 소자가 형성하는 빔의 커버리지(즉, 빔이 커버하는 지면상의 거리)를 의미한다.여기서, D1, D2 및 D3는 수학식 1에 의해 산출할 수 있다.

또한, L1, L2, L3는 각각 도 1에 도시한 안테나에서 특정 열에 포함된 안테나 소자들 중 위에서부터 세번째, 두번째, 첫번째 안테나로부터 각각 형성된 세 개의 빔이 도달하는 지면 상의 최대 지점과 안테나 사이의 거리를 의미한다. L1, L2 및 L3는 수학식 2에 의해 산출할 수 있다.

한편, 도 8에서 θ는 도 1에 도시한 안테나를 구성하는 각 안테나 소자가 형성하는 빔의 수평각을 의미한다. 또한, R1은 도 1에 도시한 안테나를 구성하는 안테나 소자들 중 특정 열에 포함된 세 개의 안테나 소자들에 의해 형성되는 세 개의 빔들 중 위에서부터 세 번째 행에 위치하는 안테나 소자에 의해 형성되는 빔의 수평적 커버리지(즉, 해당 빔의 수직적 커버리지에서 수평각에 의해 제공되는 거리)를 의미한다. R2는 도 1에 도시한 안테나를 구성하는 안테나 소자들 중 특정 열에 포함된 세 개의 안테나 소자들에 의해 형성되는 세 개의 빔들 중 위에서부터 두 번째 행에 위치하는 안테나 소자에 의해 형성되는 빔의 수평적 커버리지를 의미한다. R3는 도 1에 도시한 안테나를 구성하는 안테나 소자들 중 특정 열에 포함된 세 개의 안테나 소자들에 의해 형성되는 세 개의 빔들 중 위에서부터 첫 번째 행에 위치하는 안테나 소자에 의해 형성되는 빔의 수평적 커버리지를 의미한다.

R1, R2 및 R3는 수학식 3에 의해 산출할 수 있다.

도 7 및 도 8에서 빔의 각도 및 커버리지는 반치빔폭(HPBW)을 기준으로 계산된 것이다.

상술한본 발명의 실시예에 따른 안테나는각각 고정된 방향으로 형성되는 멀티 빔의 구현을 위해 혼 안테나 구조를 이용하는 경우를 예를 들어 설명하였다.

그러나, 대규모(Massive) MIMO와 같이 적응형 빔포밍(Adaptive Beamforming)의 구현을 위한 안테나 어레이 구조 또한 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.예를들어, 기지국이 서비스를 제공하는 셀이 N개 섹터로 구성되는 경우, 각 섹터에 서비스를 제공하기 위해 기지국은 각 섹터에 대응하는 다수의 안테나 소자들로 구성된 패치 어레이(patch array) 안테나를 구비할 수 있고, 상기 패치 어레이 안테나는 디지털 빔형성 기법을 적용하여 다수의 빔을 동시에 형성하도록 구성될 수 있다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에 적용되는 안테나의 다른 예를 나타내는 개념도이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 패치 어레이 안테나는 특정 개수의 안테나 소자들로 구성된 안테나 어레이 모듈을 확장한 구조로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시한 바와 같이 1×N개의 선형 안테나 어레이 모듈(151)을 P×Q 개의 평면 안테나 어레이로 확장하여 패치 어레이 안테나(150)를 구성할 수 있다.

또는, 도 10에 도시한 바와 같이 1×N개의 원형 안테나 어레이 모듈(161)을 P×N의 원형 안테나 어레이로 확장시켜 패치 어레이 안테나(160)를 구성할 수도 있다.

도 9 및 도 10에 도시한 패치 어레이 안테나 구조(150, 160)는 본 발명의 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 통신 시스템에 적용 가능한 안테나 구조의 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 통신 시스템에 적용 가능한 안테나 구조가 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같은 패치 어레이 안테나(150, 160) 구조로 한정되는 것은 아니며, 미리 설정된 서비스 영역에 다수의 빔을 제공할 수 있는 안테나라면, 그 종류 및/또는 구조에 상관없이 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것으로 판단되어야 한다.

한편, 밀리미터파 주파수 대역을 가지는 신호의 전파 특성은 상술한 바와 같은 고주파수 성분에 의한 높은 경로 손실과, 대기 또는 물 분자에 의한 신호 감쇄로 인한 경로 손실이 셀룰러 통신 시스템에서 사용하는 주파수 대역에 비해 매우 높은 특성을 가질 뿐만 아니라, 전파의 직진성으로 인해 건물이나 장애물 등에 의해 신호가 봉쇄될 가능성이 매우 높은 단점이 있다.

따라서, 밀리미터파 주파수를 사용하는 셀룰러 네트워크에서는 건물이나 장애물 등으로 가시거리(LOS: Line Of Sight)가 차단됨으로 인하여 발생하는 쉐도잉(shadowing) 문제를 해결해야만 한다.

도 11은 밀리미터파 주파수를 사용하는 통신 시스템이 적용되는 셀룰러 네트워크에서 발생할 수 있는 쉐도잉 환경을 설명하기 위한 개념도이다.

도 11을 참조하면,기지국에서 구비된 안테나(170)가 생성하는 복수의 빔들 중 하나 이상의 빔(171)은 건물(173) 또는 장애물(173) 등에 의해 봉쇄될 수 있다.

즉, 기지국에서 생성된 빔(171)의 진행 경로상에 건물(173)이나 장애물(173)이 위치하는 경우, 건물 또는 장애물로 인해 빔의 진행이 차단되어 원하는 위치로 신호가 전달되지 못하는 쉐도잉 현상이 발생한다.

상기한 바와 같이 장애물로 인해 발생하는 쉐도잉 현상은 중계 장치를 이용하여 해결할 수 있다. 특히, 건물들이 밀집된 도심 환경에서는 복수의 건물들로 인하여 쉐도잉 현상이 심할 수 있고, 이를 해결하기 위해 다수의 중계 장치의 사용이 필요할 수도 있다.

중계 장치는 RF, 물리 계층, MAC 계층, 네트워크 계층 등과 같은 계층 기능의 구현 수준에 따라 계층 0(Layer-0), 계층 1(Layer-1), 계층 2(Layer-2), 계층 3(Layer-3) 중계 장치로 구분할 수 있다.

계층 0 및 계층 1 중계 장치는 기지국 또는 다른 중계 장치로부터 신호를 수신한 후, 수신한 신호를 증폭하여 다른 장치로 전송하는 기능을 수행하는데, 수신 신호의 증폭시 수신 신호에 포함된 잡음 및/또는 간섭 신호까지 같이 증폭하게 되어 신호 전달 효율이 낮은 특징이 있다.

상술한 바와 같은 계층 0 및 계층 1 중계 장치의 단점으로 인하여 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서는 계층 0 및 계층 1 중계 장치의 사용을 지양하고, 계층 2 이상의 중계 장치를 이용하여 쉐도잉 현상을 해결하는 방법을 제공한다. 그러나, 계층 0 및 계층 1 중계 장치가 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에 적용될 수 없는 것은 아니며, 통신 환경에 따라 계층 0 및 계층 1 중계 장치가 이용될 수도 있다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템의 구성을 나타내는 개념도로서, 중계 장치를 이용하여 쉐도잉 현상을 해결하는 방법을 나타내는 것이다.

도 12에 예시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 밀리미터파 대역을 이용하는 통신 시스템에서는 기지국의 기능을 수행하는 중추 기지국(CBS: Central Base Station)(210)과 중계 장치의 기능을 수행하는 적어도 하나의 중계 기지국(RBS: Relay Base Station)(221, 223)을 포함할 수 있고, 중추 기지국(210)과 적어도 하나의 중계 기지국(221, 223)을 이용하여 빔을 연결함으로써 쉐도잉 문제를 해결할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에서는 중추 기지국(210)과 중계 기지국(221, 223)간의 무선 링크 또는 중추 기지국(210)과 중계 기지국(221, 223)간의 무선 링크를 상호간에 연결되는 빔 수준(또는 홉 수)에 따라 순차적으로 1차 무선 백홀 링크, 2차 무선 백홀 링크, n차 무선 백홀 링크라 지칭한다. 또한, 단말(230)이 직접적으로 연결되는 중계 기지국 또는 중추 기지국 사이의 무선 링크를 무선 액세스 링크라 지칭한다.

또한, 각 중계 기지국(221, 223)에서 송신되는 빔들 중 업링크 방향의 빔을 무선 백홀 빔(241)이라 지칭하며, 하향링크 방향의 빔을 무선 액세스 빔(243)이라 지칭한다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 중계 기지국에 적용되는 안테나의 일 예를 나타내는 개념도이다.

중계 기지국이 구비하는 안테나(310)는 중추 기지국 또는 상위 중계 기지국과의 빔을 연결하기 위한 무선 백홀 링크용 안테나 소자(311)와, 하위 중계 기지국 또는 단말을 향해 빔을 형성하기 위한 복수의 안테나 소자(313)를 구비할 수 있다.

즉, 도 13에 예시한 바와 같이 중계 기지국용 안테나(310)는 횡단면이 육각형인 육각기둥 형상으로 구성될 수 있고, 6개의 면으로 구성될 수 있다. 또한, 6개의 면들 중 적어도 한 면(예를 들면, 중추 기지국 또는 상위의 중계 기지국을 향하는 면)에는 중추 기지국 또는 상위의 중계 기지국과의 무선 백홀 링크를 형성하기 위한 안테나 소자(311)가 설치될 수 있고, 상기 안테나 소자(311)는 높은 안테나 이득을 가지도록 구성될 수 있다.

또한, 6개의 면들 중 상기 무선 백홀 링크를 형성하기 위한 안테나 소자가 설치된 면을 제외한 면들에는 적어도 하나의 단말 또는 하위의 중계 기지국과 빔을 연결하기 위한 복수의 안테나 소자(313)들이 설치될 수 있다.

도 13에 도시한 안테나(310)의 세부 사항들은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 동일하게 적용될 수 있으므로 불필요한 중복을 회피하기 위해 상세한 설명은 생략한다.

한편, 중계 기지국용 안테나는 혼 안테나 또는 패치 어레이 안테나 형태로 구현될 수 있다.

중계기지국의 경우, 무선 백홀 빔과 다수의 무선 액세스 빔들을 형성할 수 있다. 종래의 셀룰라 주파수 대역을 사용하는 중계 장치의 경우에는무선 백홀 빔과 무선 액세스 빔간의 간섭을 회피하기 위하여 무선 백홀 빔과 무선 액세스 빔에 서로 다른 주파수를 사용하거나 시간적으로 분리하는 방법을 사용하였다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 중계 기지국들은 밀리미터파 대역의 주파수를 사용하고, 특정 방향으로 신호를 집중시키는 빔형성 기술을 사용하기 때문에 동일 주파수 및 시간 자원을 동시에 사용하는 경우에도 무선 백홀 링크와 무선 액세스 링크간의 간섭은매우 작은 수준으로 제한될 수 있다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 단말에 적용되는 안테나의 일 예를 나타내는 개념도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 통신 시스템을 통해 서비스를 제공받는 단말(350)의 경우, 제한된 폼 팩터(form-factor) 및 전력 사용의 제한으로 인하여 중추 기지국 또는 중계 기지국에 적용되는 혼 안테나를 사용할 수 없다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 단말(350)은 패치 어레이 안테나(360)를 적용할 수 있다. 패치 어레이 안테나(360)의 경우 정해진 폼 팩터에 따라 다양하게 구성할 수 있는 장점이 있다.

즉, 도 14에 도시한 바와 같이 단말(350)의 앞면 및/또는 뒷면에 패치 어레이 안테나(360)를 배치하여 스위치드(Switched) 안테나 형태로 구성할 수 있다. 여기서, 각 패치 안테나 소자(361)들 간의 이격 거리(d)는 반파장(λ/2) 이상이 되도록 구성할 수 있다.

한편, 단말(350)에 패치 어레이 안테나(360)를 적용하는 경우 빔 조향(beam steering) 각도가 클수록 안테나의 이득이 감소하는 문제를 해결하기 위해, 단말(350)의 좌우 측면에도 패치 어레이 안테나를 배치시킬 수도 있다.

또한, 도 14에 도시한 바와 같은 패치 어레이 안테나(360)를 이용하여 다수의 빔을 형성하기 위해서는 일반적인 디지털 빔형성 기술을 적용할 수 있다. 즉, 디지털 빔형성 기술을 적용하기 위해 패치 어레이 안테나(360)를 구성하는 개별 패치 안테나 소자(361) 마다 별도의 RF 체인(chain)을 구성하고, 단말의 디지털 신호 처리단에서 각 RF 체인을 통해 수신한 신호들의 도달 방향(DOA: direction of arrival)을 추출한 후, 추출한 신호 도달 방향에 기초하여 디지털 신호 처리(예를 들면, Precoding 또는 Postcoding)를 수행함으로써 특정 방향으로 다중 송신/수신 빔을 형성할 수 있다.

그러나, 디지털 빔형성은 패치 어레이 안테나의 안테나 소자별 RF 체인(또는 트랜시버(transceiver))이 필요하고 안테나 경로(path)간 미세 조정과 같은 복잡한 동작이 요구되는 단점이 있다. 이와 같은 디지털 빔형성 기술의 단점을 해결하기 위해 RF 빔형성 기술을 적용하여 저전력 및 저비용 단말을 구현할 수도 있다.

그러나, RF 빔형성 기술은 복수의 안테나 소자를 이용하여 하나의 송/수신 빔 만을 형성할 수 있는 문제점이 있다. RF 빔형성 기술의 단점을 해결하기 위해 패치 어레이 안테나 소자들을 몇 개의 그룹으로 구분하고 각 그룹 별로 RF 빔형성 기술을 적용하여 안테나 소자 그룹의 개수만큼 다수 빔을 형성할 수도 있다.

또는, 디지털 빔형성 기술과 RF 빔형성 기술의 장점을 활용하여 다수의 빔을 형성하는 혼합(hybrid) 형태의 빔형성 기술을 사용할 수도 있다. 즉, 아날로그 대역에서 기존의 RF 빔형성 기술과 같이 1차적으로 배열 계수를 생성하고, 서브 어레이로 인해 감소된 트랜시버(transceiver)들을 이용하여 디지털 대역에서 2차적으로 배열 계수를 생성하는 구조를 이용함으로써, 트랜시버의 수를 줄이면서 다수의 빔을 형성할 수 있다.

도 15는 아날로그 빔형성과 디지털 빔형성 기술을 결합한 빔형성 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 15를 참조하면, 빔형성 장치는 복수의 안테나(410)와 연결되고 아날로그 빔포밍 제어부(450)로부터 제공된 빔포밍 제어 신호에 기초하여 상기 복수의 안테나(410)를 조합하여 빔포밍을 수행하는 아날로그 빔포밍부(420)와, 아날로그 빔포밍부(420)와 연결되어 아날로그 빔포밍부(420)로부터 제공된 신호를 처리하여 디지털 신호처리부(440)로 제공하고 디지털 신호 처리부(440)로부터 제공된 신호를 처리하여 아날로그 빔포밍부(420)로 제공하는 복수의 RF 신호 처리부(430)와, 복수의 RF 신호 처리부(430)로부터 제공된 데이터에 기초하여 복수의 빔을 형성하기 위한 디지털 신호 처리를 수행하고 아날로그 빔포밍 제어부(450)에 복수의 빔을 형성하기 위한 제어 신호를 전송하는 디지털 신호 처리부(440)와, 디지털 신호 처리부(440)로부터 제공된 제어 신호에 기초하여 복수의 빔을 형성하기 위한 빔포밍 제어 신호를 아날로그 빔포밍부(420)에 제공하는 아날로그 빔포밍 제어부(450)와, 아날로그 빔포밍부(420)와 디지털 신호 처리부(440) 사이에 위치하고 아날로그 빔포밍부(420)로부터 제공된 신호로부터 빔 교정을 위한 신호를 검출한 후 디지털 신호 처리부(440)에 제공하는 교정 감지부(460)를 포함한다.

한편, 복수의 RF 신호 처리부(430) 각각은 크게 수신부 및 송신부로 구성될 수 있고, 각 수신부는 수신된 신호에 대해 저잡음 증폭을 수행하는 저잡음 증폭부(LNA: Low Noise Amplifier)(431a), 저잡음 증폭된 신호와 국부 발진기(432a)로부터 제공된 기준 신호를 혼합하는 믹서(Mixer)(433a), 믹서(433a)로부터 출력된 신호를 필터링하는 대역 통과 필터부(BPF: Band Pass Filter)(434a), 대역 통과 필터부(434a)로부터 출력된 신호를 증폭하는 중간 주파수 증폭부(IF Amplifier)(435a), 중간 주파수 증폭부(435a)로부터 출력된 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부(ADC: Analog to Digital Converter)(436a), 아날로그 디지털 변환부(436a)로부터 출력된 디지털 신호에 대해 디지털 하향 변환을 수행하는 디지털 다운 컨버터부(DDC: Digital Down Converter)(437a)를 포함할 수 있다.

또한, 복수의 RF 신호 처리부(430) 각각에 포함된 송신부는 디지털 신호 처리부(440)로부터 제공된 신호에 대해디지털 상향 변환을 수행하는 디지털 업 컨버터부(DUC: Digital Up Converter)(431b)와, 디지털 업 컨버터부(431b)로부터 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털 아날로그 변환부(DAC: Digital to Analog Converter)(432b)와, 디지털 아날로그 변환부(432b)로부터 출력된 신호에 대한 증폭을 수행하는 중간 주파수 증폭부(433b)와, 중간 주파수 증폭부(433b)로부터 출력된 신호에 대해 대역 통과 필터링을 수행하는 대역 통과 필터부(434b)와, 대역 통화 필터부(434b)로부터 출력된 신호와 국부 발진기(432a)로부터 출력된 신호를 혼합하는 믹서(435b)와, 믹서(435b)로부터 출력된 신호를 증폭하는 증폭부(436b)를 포함할 수 있다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 중추 기지국의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 중추 기지국은 복수의 안테나 모듈(510), 복수의 RF 송수신부(520), 물리계층 처리부(530), MAC 계층 처리부(540), 빔스케줄링부(550), 코어망 인터페이스부(560), 중추기지국간 인터페이스부(570) 및 이동성/토폴로지 관리부(580)를 포함할 수 있다.

복수의 안테나 모듈(510) 각각은 도 1 및 도 2에 도시한 안테나에서 각 안테나 소자에 해당할 수 있고, 각 안테나 모듈(510)이 하나의 빔을 형성하여 빔형성 영역에 위치하는 중계 기지국 또는 단말에 서비스를 제공할 수 있다.

각 안테나 모듈(510)은 혼 안테나 또는 패치 어레이 안테나 형태로 구현될 수 있다. 여기서, 각 안테나 모듈(510)이 패치 어레이 안테나로 구현되는 경우 패치 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자들의 위상 및/또는 진폭들을 디지털 신호처리를 수행하는 구성요소(예를 들면, MAC 계층 처리부)가 설정함으로써 빔형성 방향을 결정할 수 있다.

RF 송수신부(520)는도 15의 RF 신호 처리부(430)와 같은 기능을 수행하는 구성요소로, 안테나 모듈(510)을 통해 신호를 송수신 하기 위한 처리를 수행한다.

물리계층 처리부(530)는코딩, 디코딩, 변조, 복조, 다중 안테나 매핑, 무선 자원 매핑 등과 같은 일반적인 물리계층 기능을 수행한다.

MAC 계층 처리부(540)는채널 다중화, 재전송 등과 같은 일반적인 MAC 계층 기능을 수행한다. 또한, MAC 계층 처리부(540)는 선택적으로 각 안테나 모듈(510)에 안테나 가중치 벡터(Antenna Weight Vector)값을 제공함으로서 빔 형성 및 빔 형성 방향을 조정할 수 있다.

빔스케줄링부(550)는중앙 스케줄러(551) 및 중앙 스케줄러(551)와 연결된 복수의 빔스케줄러(553)로 구성되어 두 단계의 스케줄링을 수행할 수 있다. 여기서, 빔스케줄러의 개수(553)는 안테나 모듈(510)의 수와 동일한 수로 구성될 수 있다.

구체적으로, 각각의 빔스케줄러(553)는 각 안테나 모듈(510)별로 상향 및 하향링크의 빔 스케줄링을 수행하며 자신이 담당하는 빔에 해당하는 부하를 중앙 스케줄러(551)에 보고한다.

또한, 각각의 빔 스케줄러(553)는 중앙 스케줄러(551)로부터 스케줄링 정보가 제공되는 경우에는, 제공된 스케줄링 정보에 기초하여 스케줄링을 수행한다.

중앙 스케줄러(551)는 코어망 인터페이스부(560)을 통해 코어망으로부터 유입되는 패킷들을 분류하여 복수의 빔스케줄러(553)에 분배한다. 또한, 중앙 스케줄러(551)는 각각의 빔스케줄러(553)로부터 출력되는 패킷들을 스케줄링하여 코어망 인터페이스부(560)를 통해 코어망으로 순차적으로 전송한다.

특히, 중앙 스케줄러(551)는 상호 인접한 빔들의 경우 신호 전달 영역이 중첩될 수 있음을 고려하여 하위에 위치하는 빔스케줄러(553)들을 제어하여 빔 중첩 영역에 위치한 단말들의 간섭이 최소화될 수 있도록 스케줄링 할 수 있다.

상기한 바와 같은 기능을 수행하기 위해 빔 스케줄링부(550)는 입력 큐(555) 및 출력 큐(557)를 이용할 수 있다. 여기서, 입력 큐(555) 및 출력 큐(557)는 각각 하나로 구성될 수도 있고 복수개로 구성하여 미리 설정된 우선순위에 따라 차별적 큐잉 또는 스케줄링에 활용되도록 구성될 수도 있다.

또한, 중앙 스케줄러(551)는 중추 기지국 및 복수의 중계 기지국 중 적어도 둘 이상의 기지국이 협력하여 단말에 하향링크 패킷을 전송하는 경우, 전송 패킷들의 전송 시점을 스케줄링한 후, 스케줄링 정보를 하위의 빔 스케줄러(553) 및 하향링크 패킷의 협력 전송에 참여하는 다른 중계 기지국에 통보함으로써 데이터 전송 시점을 조정할 수 있다.

코어망 인터페이스부(560)는 코어망과 중추 기지국 사이의 통신을 수행한다. 즉, 코어망 인터페이스부(560)는 중추 기지국의 빔 스케줄링부(550)와 코어망 사이에 데이터 및/또는 제어 메시지를 교환하는 기능을 수행한다.

중추기지국간 인터페이스부(570)는 다른 중추기지국과 통신을 수행하는 기능을 수행한다. 즉, 중추기지국간 인터페이스부(570)는 데이터 및/또는 제어 메시지를 다른 중추 기지국과 교환하고, 교환된 데이터 및/또는 제어 메시지를 이동성/토폴로지 관리부(580)에 제공하는 기능을 수행한다.

이동성/토폴로지 관리부(Mobility Controller/Topology Manager)(580)는단말의 위치 정보에 기초하여 단말이 위치를 기준으로 단말이 측정을 수행할 측정 빔 집합을 구성할 수 있고, 구성된 측정 빔 집합 정보를 단말에 통보할 수 있다.

또한, 이동성/토폴로지 관리부(580)는 빔 스케줄링부(550)를 통해 단말로부터 제공된 빔들간의 간섭 정보에 기초하여 실질적으로 단말에 하향링크 빔을 제공할 하향링크 협력 빔 집합을 결정할 수 있다.

또한, 이동성/토폴로지 관리부(580)는 단말로부터 하향링크의 후보 협력 빔 집합에 대한 정보를 수신하고, 미리 저장된 하향링크 후보 협력 빔 집합에 대한 정보와 비교한 후, 비교 결과에 기초하여 하향링크 후보 협력 빔 집합의 변경사항을 확인한다. 여기서, 이동성/토폴로지 관리부(580)는 하향링크 협력 빔 집합에서 삭제된 빔이 존재하는 경우, 해당 빔을 형성하는 중추 기지국 및/또는 중계 기지국들로 하여금 단말과 관련된 자원들을 삭제하도록 요청하고, 하향링크 후보 협력 빔 집합에 새로 추가된 빔들에 대해서는 해당 중추 기지국 및/또는 중계 기지국의 이동성/토폴로지 관리부에 단말의 수용 가능 여부를 문의한다.

또한, 이동성/토폴로지 관리부(580)는 다른 중추 기지국 및/또는 중계기지국의 이동성/토폴로지 관리부로부터 단말의 상향링크 동기화 과정을 통해 획득된 왕복지연시간 값들을 보고받고, 보고받은 왕복지연시간 값들에 기초하여 상향링크 후보 협력 빔 집합으로부터 단말의 상향링크 전송을 위한 협력 빔 집합을 구성한다.

도 16에서, 물리계층 처리부(530) 및 MAC 계층 처리부(540)는 안테나 모듈(510)의 개수에 상응하는 복수개로 구성될 수도 있고, 각각 하나의 구성요소로 구성될 수도 있으나, 중추 기지국이 형성하는 하나의 빔은 밀리미터파 주파수 대역의 넓은 대역폭을 사용함에 따라 매우 높은 데이터 처리율이 요구되므로 빔 별로 구현되는 것이 바람직하다.

예를 들어, 채널 대역폭이 1GHz, 채널 코드율이 5/6, 변조 방식이 64QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 그리고 제어 정보 오버헤드를 1/5라 가정하면, 빔 당 제공되는 데이터 전송율은 약 4Gbps에 이르게 되며, 도 1에 도시한 바와 같이 섹터가 120도로 구성되고 섹터 당 총 36개 빔을 제공한다면 144Gbps/sector 용량을 제공할 수 있다.

도 17은 도 16에 도시한 중추 기지국의빔 스케줄링부의 동작을 나타내는 흐름도로서, 중추 기지국에 구비된 각각의 빔스케줄러와 중앙 스케줄러의 동작 방법을 예시한 것이다.

도 17을 참조하면, 먼저 각 빔스케줄러는 등록된 단말들의 위치 정보 및 동작 모드를 획득한다(S601). 여기서, 각 빔스케줄러는 각 단말이 등록한 빔 이외에 수신 가능한 빔 정보를 피드백한 정보에 기초하여 각 단말의 위치 정보를 획득할 수 있다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예서는 중추 기지국에서 전송되는 복수의 빔들을 구분할 수 있는 빔 인식자를 각 빔에 할당한다.

빔 인식자 정보는 소정 빔을 다른 빔들과 구별할 수 있도록 하기 위해 빔별로 할당되는 빔 고유 식별 정보를 의미하는 것으로, 소정 빔을 다른 빔들과 구별하는 용도로 사용될뿐만 아니라, 소정 빔이 어느 중추기지국 또는 중계기지국에 속해 있는 지를 손쉽게 파악하기 위한 용도로 사용된다.

빔 인식자는 다양한 방법으로 구성할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에따른 밀리미터파 주파수 대역을 이용한 통신 시스템에서 WiMAX 시스템에서 사용하는 프레임과 유사한 프레임 구조를 사용하는 경우, 프레임 프리앰블 패턴을 통해 빔 인식자 정보를 구성할 수 있다. 또는, 본 발명에서 LTE 시스템의 경우와 유사한 프레임 구조를 사용하는 경우, 주 동기 신호(PSS : Primary Synchronization Signal) 및 보조 동기 신호(SSS: Secondary Synchronization Signal) 패턴을 통해 빔 인식자 정보를 구성할 수 있다. 본 발명에서는 어느 경우를 특정하지 않는다. 상술한 바와 같이 빔 인식자는 각 빔을 식별하기 위한 고유 정보를 의미하며 본 발명의 기술적 사상이 빔 인식자를 생성하는 특정 방법에 한정되는 것은 아니다.

한편, 각 단말은 수신 가능한 빔 정보들을 해당 빔스케줄러에 피드백하는 것 뿐만 아니라, 선택적으로 간섭이 발생하는 주파수 구간 및/또는 시간 구간 정보를 빔스케줄러에 보고하도록 구성될 수도 있다. 여기서, 간섭 정보는 빔정보의 보고시에 같이 보고하도록 구성될 수도 있고, 간섭을 인지하는 경우에만 보고하도록 구성될 수도 있다.

밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 셀룰러 네트워크의 경우, 특정 빔을 통해 전송되는 신호가 주파수 특성으로 인하여 건물 등에 의해 다른 빔 영역으로 반사됨으로써 간섭을 초래할 수도 있고, 분산 빔 구조하에서 복수의 중계기지국들이 빔을 전송함으로 인하여 빔 간섭이 존재할 수도 있기 때문에, 본 발명의 실시예에서는 상기한 바와 같은 간섭 정보를 단말로 하여금 빔스케줄러에게 피드백할 수 있도록 함으로써 간섭을 최소화할 수 있는 스케줄링이 가능하다.

다시 도 17을 참조하면, 상기한 정보들을 단말로부터 획득한 빔스케줄러는 단말의 위치정보에 기반하여 빔들의 중첩영역에 위치한 단말 정보 및/또는 부하 상태 정보를 중앙 스케줄러에게 통보한다(S603).

중앙 스케줄러는 하위의 개별 빔스케줄러들로부터 중첩 영역에 속해 있는 단말들의 정보들을 획득한다(S605).

이후, 중앙 스케줄러는 개별 빔 스케줄러들로부터 획득한 정보에 기초하여 중첩 영역에 위치하는 해당 특정 단말들에 대해 서비스하는 빔들간의 간섭을 최소화하기 위한 스케줄링을 수행한다(S607). 이후, 중앙 스케줄러는 상술한 바와 같이 스케줄링한 정보를 개별 빔스케줄러에게 통보한다.

각 빔 스케줄러는 중앙 스케줄러로부터 빔 중첩 영역에 속한 단말들에 대한 스케줄링 정보를 획득하고(S609), 남아 있는 무선 자원들에 대해 나머지 등록 단말들의 자원 스케줄링을 수행하게 된다(S611). 즉, 중앙 스케줄러의 하위에 위치하는 빔 스케줄러들은 중앙 스케줄러로부터 획득한 스케줄링 정보에 기초하여 스케줄링 되지 않은 등록 단말들에 대한 자원을 스케줄링한다. 여기서, 상기 빔스케줄러 및 중앙 스케줄러는 단말로부터 보고된 간섭정보를 참조하여 간섭을 피하도록 스케줄링 할 수 있다.

도 18은 본 발명의 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 통신 시스템에서 수행되는 간섭 최소화 스케줄링 수행 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 통신 시스템에서는 WiMAX 및 LTE와 같이 OFDMA 방식의 프레임 구조를 이용하는 것을 고려할 수 있다.

OFDMA 방식의 프레임 구조를 이용하는 경우, 기본적으로 모든 빔들은 동일한 주파수 채널을 사용하는 것이 주파수 사용 측면에서 효율적이나, 빔간 중첩 영역에서는 동일 주파수 사용에 따른 간섭 문제가 발생할 수 있다.

동일 기지국내의 빔 중첩 영역에서의 간섭 문제를 해결하는 방법으로, 빔 중첩 영역과 중첩되지 않은 영역에서 사용할 주파수 대역을 분할하고, 중첩되지 않은 영역에서는 빔 별로 중첩되지 않은 영역에서 사용할 주파수 대역을 독자적으로 스케줄링하고, 빔 중첩 영역에서는 중첩 영역에 할당된 주파수 대역을 중첩 빔들에게 다시 분할하여 각 빔 별로 할당된 주파수 대역만을 사용하도록 스케줄링 할 수 있다.

본 발명에서는 중앙 스케줄러와 하위 빔 스케줄러들이 연계하여 계층적 스케줄링을 수행하고,중앙 스케줄러와 빔 스케줄러들이 동일 장치에 위치하도록 구현하여 단말 위치 및 자원 할당 정보를중앙 스케줄러와 빔 스케줄러가실시간적으로상호 교환하도록 함으로써,주파수 자원을 단말들의 위치 및 트래픽 부하 상태에 따라 적응적으로 분할할 수 있어, 주파수 자원을 고정적으로 분할함으로 인해 발행하는 자원 사용의 비효율성 문제를 방지할 수 있다.

예를 들어, 도 18에 도시한 바와 같이 하나의 중추 기지국이 제1 빔(610), 제2 빔(620) 및 제3 빔(630)을 형성하고, 각 빔의 경계가 중첩되는 경우 중추 기지국(600)은 빔간 간섭을 회피하기 위해 주파수를 적응적으로 할당하는 방법을 사용할 수 있다.

즉, 중추 기지국(600)은 제1 빔(Beam#1)(610), 제2 빔(Beam#2)(620) 및 제3 빔(Beam#3)(630)의 중심영역에서는 제1 주파수 대역(F1)을 할당하고, 각 빔들간 서로 중접되는 빔의 경계 영역에서는 제2 주파수 대역(F2A, F2B)을 할당하되, 빔의 중첩영역을 고려하려 제2 주파수 대역 중 각 빔에 할당되는 주파수 대역을 결정한다. 이와 같이 주파수 대역을 할당하는 경우, 제1 주파수 대역의 재사용 팩터(Reuse Factor)는 1이 되고, 제2 주파수 대역의 재사용 팩터는 2가 된다.

예를 들어, 중추 기지국은 제1 빔(610) 중 중첩되지 않는 좌측 빔 경계 영역에는 제2 주파수 대역 중 F2A를 할당하고, 제1 빔(610)과 제2 빔(620)이 중첩되는 영역에는 제2 주파수 대역 중 상기 F2A와 중첩되지 않는 F2B를 할당하고, 제2 빔(620)과 제3 빔(630)이 중첩되는 영역에는 F2A를 다시 할당함으로써 빔들이 중첩되는 영역에서 간섭을 제거할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 도 18에 도시한 바와 같이 단말의 위치 및 자원 할당 정보를 실시간으로 획득한 후 획득 정보에 따라 빔 중첩 영역에 할당하는 주파수 대역을 가변 시킴으로써 무선 자원의 사용 효율을 향상시킬 수 있다.

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계 기지국의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 19를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 중계 기지국은 복수의 안테나 모듈(710), 복수의 RF 송수신부(720), 물리계층 처리부(730), MAC 계층 처리부(740), 빔스케줄링부(750), 무선백홀 인터페이스부(760) 및 이동성/토폴로지 관리부(780)를 포함할 수 있다.

도 19에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 중계 기지국은 도 16에 도시한 중추 기지국의 구성과 유사하다. 그러나, 중계 기지국의 특성에 따라 중추 기지국이 구비한 코어망 인터페이스부(560) 및 중추기지국간 인터페이스부(570)를 구비하는 대신 상위에 위치하는 중계 기지국 또는 중추 기지국과 통신을 연결하는 기능을 수행하는 무선백홀 인터페이스부(760)를 구비한다.

도 19에 도시된 복수의 안테나 모듈(710), 복수의 RF 송수신부(720), 물리계층 처리부(730) 및 MAC 계층 처리부(740)는 도 11에 도시된 복수의 안테나 모듈(510), 복수의 RF 송수신부(720), 물리계층 처리부(730) 및 MAC 계층 처리부(740)와 각각 동일한 기능을 수행하므로, 불필요한 중복을 피하기 위해 상기 구성요소들에 대한 구체적인 설명을 생략한다.

빔스케줄링부(750)는 중계기지국이 제공하는 개별 액세스 빔에 대한 복수의 빔 스케줄러(753)들과 상기 빔스케줄러(753)들의 스케줄링을 조율할 수 있는 중앙 스케줄러(751)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 빔 스케줄러(753) 및/또는 중앙 스케줄러(751)는 패킷 우선순위에 따른 차별적 큐잉/스케줄링을 지원할 수 있고, 이를 위해 입력 큐(755) 및 출력 큐(757)를 이용할 수 있다.

무선백홀 인터페이스부(760)는 다른 중계 기지국 또는 중추 기지국과 무선 백홀 링크를 연결하기 위한 기능을 수행하고, 다른 중계 기지국 또는 중추 기지국과 데이터 및/또는 제어 신호를 교환하는 기능을 수행한다.

이동성/토폴로지 관리부(780)는 단말로부터 제공된 위치 정보를 무선백홀 인터페이스부(760)를 통해 자신의 상위에 있는 다른 중계 기지국이나 중추 기지국으로 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 이동성/토폴로지 관리부(780)는 단말로부터 하향링크의 후보 협력 빔 집합에 대한 정보를 수신하여 자신의 상위에 있는 다른 중계 기지국이나 중추 기지국으로 전달하는 기능을 수행할 수 있고, 중추 기지국의 이동성/토폴로지 관리부(580)로부터 특정 빔에 연관된 단말에 할당된 자원 삭제 요청이 있는 경우, 이를 MAC 계층 처리부(740)에 전달한다.

또한, 이동성/토폴로지 관리부(780)는 중추 기지국의 이동성/토폴로지 관리부(580)로부터 하향링크 협력 빔 집합에 새로 추가된 빔들에 대한 단말의 수용 가능 여부를 질의하는 메시지가 수신되면, 이에 대한 응답을 해당 중추 기지국에 제공한다.

또한, 이동성/토폴로지 관리부(780)는 단말의 상향링크 동기화 과정을 통해 획득한 왕복지연시간 값들을 자신의 상위에 있는 중계 기지국 또는 중추 기지국에 무선 백홀 인터페이스(760)를 통해 전달한다.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 중추 기지국과 중계 기지국의 계층적 혼합 스케줄링을 설명하기 위한 개념도이다.

도 20을 참조하면,본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서는 밀리미터파 주파수 대역의 특성으로 인한 쉐도잉 문제를 해결하기 위해 다단계의 중계기지국들을 사용하며, 중계 기지국에서의 신호 전달 과정에서 잡음 및 간섭 성분이 증폭되는 문제를 해결하기 위해 각 중계 기지국이 계층 2(Layer-2) 이상의 중계 기능을 수행하는 것으로 가정한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 멀티홉을 구성하는 무선 링크들이 각각 다른 채널 상태를 가질 수 있으며, 모든 단말들의 채널 상태 정보를 실시간으로 무선 백홀 링크를 통해 전달해야 하는 문제를 해결하기 위하여 중계기지국에서 자체적인 스케줄링 기능을 수행하도록 제안한다. 그러나, 본 발명에서는 하향링크 전송의 경우 스케줄링이 토폴로지 측면에서 계층적으로 수행되도록 구성하여, 상위의 중추 기지국 또는 중계 기지국의 스케줄링 정보들이 하위의 중계 기지국들의 스케줄러에게 자연스럽게 전달되도록 구성하여 제한된 단말 수 또는 세션 수들에 국한하여 중앙집중적 스케줄링 기능을 수행하도록 할 수 있다.

예를 들어, 도 20에 도시한 바와 같이 특정 단말(801)의 하향 링크 트래픽이 중추기지국(810)으로부터 하나 이상의 중계기지국(820, 830)을 거쳐 단말(801)에 서비스되는 경우, 중추기지국(810)이 자신으로부터 단말 까지의 멀티홉 링크들에 대한 스케줄링을 수행하여 하위 중계 기지국(820, 830)의 스케줄러들에게 전달할 수 있고, 상기 멀티홉 링크를 구성하는 각 중계 기지국(820, 830)에 구비된 하위 스케줄러들은 상위 스케줄링 정보에 따라 스케줄링을 수행할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에서는 중계기지국들의 독자적인 스케줄링이 가능한 분산 스케줄링 구조와, 선택적으로 중추기지국의 스케줄링이 중계기지국의 스케줄링 보다 더 높은 우선순위를 가지는 중앙집중적 스케줄링 구조를 모두 포함하는 계층적 혼합(Hybrid) 스케줄링 기능을 적용할 수 있다.

즉, 중앙 집중적 스케줄링 구조에서는 마스터 스케줄러와 슬레이브 스케줄러들로 구성되며, 일반적으로 마스터는 중추 기지국의 중앙 스케줄러가 된다. 상기한 계층적 혼합 스케줄링의 중앙집중적 스케줄링 구조는 이웃하는 중추기지국의 스케줄러들 및 그 하위의 중계기지국들의 스케줄러들에게도 적용될 수 있으며, 이 때 스케줄링의 마스터는 해당 단말이 등록한 서빙 중추 기지국 스케줄러가 된다. 여기서, 서빙 중추 기지국을 'Head CBS'라 지칭한다.

도 20를 참조하면, 단말(801)에 대한 서빙 중추 기지국(810)이 계층적 혼합 스케줄링을 수행하는 경우, 서빙 중추 기지국(또는, Head CBS)(810)은 인접한 중추 기지국(811)으로부터 스케줄링에 필요한 정보를 제공받아 단말(801)에 대한 하향링크 트래픽을 스케줄링 할 수 있고, 이 경우 인접 중추 기지국(811)은 자신의 하위에 존재하는 중계 기지국(821)들로부터 필요한 정보를 제공받고 이를 서빙 중추 기지국(810)에 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서는 상술한 바와 같은 중추 기지국 및 중계 기지국들간의 계층적 혼합 스케줄링을 통해 LTE advanced의 협력 멀티 포인트 전송(CoMP: Coordinated Multi-Point) 방식 중 공동 처리(JP: Joint Processing) 전송을 수행할 수 있고, 이를 위해 다중 전송 포인트(또는 중추 및/또는 중계 기지국)에서의 타이밍 동기를 획득할 수 있다. 여기서, 다중 전송 포인트들간의 타이밍 동기 획득 방법은 공지된 기술을 적용하여 수행될 수 있다.

도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 수행되는 핸드오버 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 21에서는 중추 및/또는 중계 기지국들이 협력하여 단말의 이동 경로에 따라 단말에 동적으로 다중 빔들을 형성하여 서로 다른 데이터 또는 동일한 데이터를 송신하면서, 매우 낮은 지연(Latency, 가능한 0으로 유지)으로 빔간 핸드오버를 가능하게 하는 기술인 저지연 분산 빔 시스템(LH-DBS: Low latency Handover-Distributed Beam System, 이하, 'LH-DBS'라 지칭함)를 예시한 것이다.

LH-DBS 기술을 가능하게 하기 위해서는 분산 다중 빔(Distributed Multi-Beam) 기반 다중 플로우/사이트간(Multi-Flow/Inter-Site) MIMO가 지원될 수 있어야 하며, 단말은 LH-DBS를 지원하는 복조 방법을 수행할 수 있어야 하고, 빔 간 고속 핸드오버(또는 빔간 고속 스위칭)가 가능해야 한다. 여기서, LH-DBS를 지원하는 복조 방법은 공지된 기술을 이용할 수 있다.

도 21에서는 제1 중추 기지국(911) 및 제1 중추 기지국(911)과 무선 백홀 링크가 연결된 복수의 제1 중계 기지국(912, 913, 914)을 포함하는 제1 셀(910)과, 제2 중추 기지국(921) 및 제2 중추 기지국(921)과 무선 백홀 링크가 연결된 복수의 제2 중계 기지국(922, 923, 924)을 포함하는 제2 셀(920)이 서로 인접하게 위치하는 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 단말(901)이 특정 경로를 따라 이동하는 경우의 LH-DBS 과정을 나타낸다.

도 21을 참조하면, 단말(901)이 제1 셀(910)에서 서비스를 제공받다가 제2 셀(920)로 이동하는 경우, 단말(901)은 이동 경로에 따라 중추 기지국 및/또는 중계 기지국들이 형성하는 복수의 무선 액세스 링크를 통해 데이터를 수신하거나 송신할 수 있고, 단말이 이동함에 따라 단말이 사용 가능한 무선 액세스 링크(또는 빔)들이 변경된다.

도 21에 도시한 바와 같이 본 발명에서는 하나 이상의 빔들을 사용하여 단말의 이동성을 지원함으로써, 송/수신 신호의 신호대잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)를 높일 수 있고, 핸드오버를 보다 안전하고 신속하게 수행할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 인접한 셀에 위치하는 중추 기지국 및 중계 기지국들이 계층적 혼합 스케줄링을 통하여 빔간 고속 핸드오버를 수행할 수 있고 이를 통해 셀 경계를 제거할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 빔간 고속 핸드오버 방법은 LTE advanced 시스템에서 CoMP JP 전송을 사용하는 핸드오버 방법과 WiMAX에서의 매크로 다이버시티 핸드오버(MDHO: Macro Diversity Handover)와 유사할 수 있다. 그러나, 상기한 종래의 핸드오버 방법들은 본 발명에서 제공하고 있는 중추기지국, 중계기지국 및/또는 단말에서 사용하는 지향성 빔들을 고려하지 않으며, 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 환경에서의 멀티홉 토폴로지를 지원하지 못한다.특히, 전술한 바와 같이 단말이 동시에 형성할 수 있는 빔의 수는 단말 사양에 따라 다를 수 있기 때문에, LTE-Advanced에서의 CoMP 및 WiMAX에서의 MDHO에서 동시에 사용할 수 있는 송/수신 장치들의 수는 단말 사양에 의해 결정되어야 하며, 이로 인해 전체적인 성능 향상에 한계가 있게 된다.

이하에서는 LH-DBS 방법을 보다 구체적으로 설명한다.

도 22는 본 발명의 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 수행되는 핸드오버 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 개념도이다.도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 수행되는 핸드오버 방법을 나타내는 흐름도이다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 LH-DBS 방법을 설명하는 과정에서 사용되는 용어를 정의한다.

측정 빔 집합(MBS: Measurement Beam Set, 이하 'MBS'라 지칭함)은 단말의 Head CBS가 단말에 통보하는 정보로, 단말이 위치하는 장소를 기반으로 이웃 중추 기지국 및/또는 중계 기지국들이 형성하는 빔 목록을 의미한다. 측정 빔 집합은 중추 기지국의 이동성/토폴로지 관리부에 의해 구성될 수 있다.

하향링크 후보 협력 빔 집합(DL CCBS : DownLink Candidate Cooperated Beam Set, 이하, 'DL CCBS'라 지칭함)은 하향링크 협력 빔 후보 집합을 의미하는 것으로, MBS의 부분집합이 될 수 있다.

하향링크 활성 협력 빔 집합(DL ACBS: DL Active Cooperated Beam Set, 이하 'DL ACBS'라 지칭함)은 LH-DBS에서 미리 설정된 방법에 따라하향링크 상으로 데이터를 전송하는 빔의 집합을 의미하는 것으로, DL CCBS의 부분집합이 될 수 있다.

상향링크 후보 협력 빔 집합(UL CCBS: UpLink CCBS, 이하, 'UL CCBS'라 지칭함)은 상향링크 협력 빔 후보 집합을 의미하는 것으로, DL CCBS와 동일할 수 있고 해당 빔들로 상향링크 동기화를 수행할 수 있다.

상향링크 활성 협력 빔 집합(UL ACBS: UpLink ACBS, 이하 'UL ACBS'라 지칭함)은 LH-DBS에서 미리 설정된 방법에 따라 상향링크 상으로 데이터를 전송하는 빔들의 집합으로, UL CCBS의 부분집합이 될 수 있고 단말과의 왕복지연시간(RTT: Round Trip Time) 값이 만족되는 빔 집합을 의미할 수 있다.

N_RXB은 단말이 동시에 수신할 수 있는 빔의 수를 의미하며, 도 22에서는 2로 가정한다..

N_TXB은 단말이 동시에 송신할 수 있는 빔의 수를 의미하며, 도 22에서는 2로 가정한다.

도 22 및 도 23을 참조하면, 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 LH-DBS 기능의 수행을 위한 빔들의 논리적 집합을 예시한 것으로, 단말의 이동하기 전에 후보 빔(candidate beam)들과 활성 빔(Active beam)들이 구성되고, 단말의 이동에 따라 후보 빔들 및 활성 빔들이 변경된다.

표 1은 도 22에 도시한 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 셀룰러 네트워크에서 단말의 위치에 따른 빔 집합들을 나타낸 것이다.

	단말위치(P1)	단말위치 P2	단말위치(P3)
MBS	… Beam1-n Beam1-1-m Beam1-1-2-o, ... Beam1-3-q Beam1-3-r, … Beam2-7-e Beam2-5-a, … Beam3-b Beam3-6-c …	… Beam1-n Beam1-1-m Beam1-1-2-o, ... Beam1-3-q Beam1-3-r, … Beam2-7-e Beam2-5-a, … Beam3-b Beam3-6-c …	… Beam1-n Beam1-1-m Beam1-1-2-o, ... Beam1-3-q Beam1-3-r, … Beam2-7-e Beam2-5-a, … Beam3-b Beam3-6-c …
DL CCBS	Beam1-n Beam1-1-m Beam1-1-2-o Beam1-3-q	Beam1-n Beam1-1-m Beam1-1-2-o Beam1-3-q Beam2-5-a	Beam1-3-r Beam2-7-e Beam2-5-a Beam3-b Beam3-6-c
DL ACBS	Beam1-n Beam1-1-m	Beam1-n Beam2-5-a	Beam1-3-r Beam2-5-a
UL CCBS	DL CCBS	DL CCBS	DL CCBS
UL ACBS	DL ACBS	DL ACBS	DL ACBS
Head CBS	CBS1(961)	CBS1(961)	CBS1(961)

예를 들어, 도 22에 도시한 바와 같이 단말(951)이 제1 셀(960) 내의 제1 위치(P1)에 있는 경우, 단말(951)은 제1 셀(960)에 위치하는 중추 기지국(CBS1)(961) 및 복수의 중계 기지국(962, 963, 964)이 형성하는 후보 빔들 중 중추 기지국(961) 및 중계 기지국(962)이 형성하는 DL ACBS(Beam1-n, Beam1-1-m)를 이용하여 데이터를 송수신한다.

이후, 단말(951)이 제1 셀(960)에서 제2 위치(P2)로 이동하게 되면, DL ACBS는 중추 기지국(961) 및 중계 기지국(973)이 형성하는 Beam1-n 및 Beam2-5-a로 바뀌게 된다. 또한, 단말(951)이 제2 위치(P2)에서 제1 셀(960), 제2 셀(970) 및 제3 셀(980)의 경계 지점인 제3 위치(P3)로 이동하면 단말(951)이 송수신에 사용하는 DL ACBS 및 UL ACBS는 제1 셀(960)의 중계 기지국(962, 963, 964), 제2 셀(970)의 중계 지기국(972, 973, 974) 및 제3 셀(980)의 중계 기지국(982, 983), 제3 셀(980)의 중추 기지국(981)이 형성하는 복수의 후보 빔들 중 제1 셀(960)의 중계 기지국(964) 및 제2 셀(970)의 중계 기지국(973)에 의해 형성된 활성화 빔들(Beam1-3-r, Beam2-5-a)로 변경된다.

이하에서는 도 22 및 도 23을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 LH-DBS 기능이 수행되는 과정을 설명한다.도 23에 도시한 LH-DBS 기능은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 통신 시스템에 의해 서비스를 제공받는 단말에 의해 수행될 수 있다.

먼저, 단말(951)은 서빙 중추 기지국(961)에게 자신을 등록한다(S1001). 이 때, 단말(951)은 자신의 송신 및 수신 빔에 대한 사양인 N_RXB 및 N_TXB 정보를 보고할 수 있다.

도 22 및 도 23에서는 상기한 바와 같이 단말(951)이 서빙 중추 기지국(961)에 자신을 등록한 후, 단말(951)은 중추 기지국(961)의 한 빔(Beam1-n)과 중계기지국(962)의 한 빔(Beam1-1-m)을 DL ACBS로 하여 하향링크 서비스를 받고 있다고 가정하며, UL ACBS도 상기 DL ACBS와 동일하다고 가정한다. 따라서, 중추기지국(961)은 Head CBS가 된다.

한편, 단말은 중계 기지국(963)과 중계 기지국(964)으로부터도 빔(Beam1-1-2-o, Beam1-3-q)을 수신할 수 있다. 따라서 단말의 DL CCBS는 Beam1-n, Beam1-1-m, Beam1-1-2-o 및 Beam1-3-q으로 구성될 수 있다.

중추 기지국(961)은 상기한 단말의 DL CCBS 중에서 단말이 보고한 N_RXB와 단말이 측정한 링크 상태 및 DL CCBS에 속한 빔을 형성하는 기지국들의 트래픽 부하 상태들을 판단하여 단말의 DL ACBS를 결정할 수 있다.

한편, 단말이 DL ACBS에 속한 빔들로부터 데이터를 수신하는 세 가지 모드가 있을 수 있다. 즉, DL ACBS에 속한 둘 이상의 빔들로부터 동일한 데이터를 수신하는 단일-플로우(Single Flow) 협력 수신 모드, DL ACBS에 속한 둘 이상의 빔들로부터 서로 다른 데이터를 수신하는 다중-플로우(Multi-Flow) 협력 수신 모드, 및 DL ACBS에 속한 빔이 하나인 경우에 사용되는 일반 수신 모드가 있다.

도 22의 경우에는 DL ACBS이 두 개의 빔으로 구성되기 때문에 단말은 단일-플로우 협력 수신 모드 또는 다중-플로우 협력 수신 모드를 통해 데이터를 수신할 수 있다.

Head CBS인 중추 기지국(961)의 이동성/토폴로지 관리부는 해당 단말(951)의 위치를 기반으로 주변 빔들에 대한 정보인 MBS를 구성할 수 있고, 구성된 MBS 정보를 Beam1-n을 통해 단말(951)에게 통보할 수 있다. 여기서, 중추 기지국(961)은 DL ACBS를 구성하는 빔들 중 임의의 빔을 통해 MBS 정보를 전송할 수 있으나, 제어메시지는 일반적으로 신뢰도 높은 MCS(Modulation and Coding Scheme)를 사용하는 것이 전송 신뢰도를 향상시킬 수 있으므로, 자원 사용 효율 측면에서 하나의 빔을 선택하는 것이 바람직하다. 제어 메시지를 전달하는 하나의 빔을 프라이머리 빔(primary beam)이라 지칭한다. 본 발명의 실시예에서는 프라이머리 빔을 통해 제어 메시지를 전달하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 제어 메시지를 프라이머리 빔으로만 전달하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제어 메시지는 DL ACBS에 속한 빔들을 통해 전송될 수도 있다.

중추 기지국(961)이 MBS를 프라이머리 빔을 통해 단말(951)에 전송함에 따라 단말(951)은 중추 기지국(961)로부터 MBS 정보를 수신한다(S1003).

단말(951)은 중추 기지국(961)으로부터 수신한 MBS 정보에 기반하여 안테나의 가중치 벡터(Weight Vector)를 조정하여 MBS에 해당하는 빔들을 찾는다. 그리고, 단말(951)은 찾은 빔들에 대해 각 빔의 프리앰블 또는 기준 신호 수신 전력(RSRP: Reference Signal Received Power, 이하, 'RSRP'라 지칭함)을 측정하여 DL CCBS를 갱신한다(S1005). 이 때, 단말(951)은 선택적으로 DL CCBS에 새로 추가되는 빔에 대해 현재 DL ACBS를 통해 수신하고 있는 무선 자원(예를 들면, 주파수 및/또는 시간 자원, 이를 자원 블록(RB: Resource Block)이라 함)의 ANIPI(Average noise plus interference power indicator)를 함께 측정할 수도 있으며, 동일한 방향에서 다른 기준 신호의 RSRP를 측정할 수도 있다. 일반적으로 셀룰러 네트워크에서는 셀 별로 기준 신호들을 상호 직교하도록 생성하는데(예를 들면, 기준 신호들이 전송되는 주파수들을 서로 달리 할 수 있음), 하나의 빔 방향에 대해 측정한 가장 높은 RSRP를 갖는 기준신호가 DL CCBS에 추가될 수 있는 빔이고, 동일한 방향에 대해 또 다른 기준 신호 RSRP가 측정되면 이 신호는 가장 높은 RSRP를 갖는 빔에 대해 간섭 신호원으로 판단될 수 있으며, 이를 ANIPI_RS라 하고, 상기한 자원블록에 대한 간섭을 ANIPI_RB라 할 수 있다.

ANIPI는 추가되는 빔 상에서 간섭 신호가 어느 정도인지를 판별할 수 있도록 하는 파라미터로, 추후 중추 기지국(961)의 이동성/토폴로지 관리부가 DL ACBS를 결정하는데 참고자료로 사용할 수 있다. 즉, 측정된 ANIPI가 작을수록 링크의 품질이 우수함을 의미한다.

단말(951)은 상술한 바와 같이 MBS들에 대한 RSRP 측정을 수행하면서 기존의 DL CCBS에 대한 RSRP 측정도 수행한다. 여기서, 단말(951)은 DL CCBS의 측정 결과에 따라 기존 빔들 중 미리 설정된 기준을 만족하지 못하는 빔들을 DL CCBS에서 삭제할 수도 있다.

즉, 단말(951)은 MBS 및/또는 기존의 DL CCBS에 포함된 빔들에 대해 RSRP (또는 ANIPI)를 측정하고, 측정 결과를 미리 설정된 기준값과 비교한 후(S1007), 측정 빔의 RSRP가 미리 설정된 기준값 이상의 수신 전력(또는 ANIPI)를 가지는 빔을 DL CCBS에 추가하거나(S1009), 기존의 DL CCBS에 포함된 빔들 중 RSRP(또는 ANIPI)가 상기 기준값 미만인 빔들을 DL CCBS에서 삭제할 수 있다(S1011). 본 발명의 실시예에서는 상술한바와 같이 기준값에 기초하여 DL CCBS를 구성하는 것으로 예를 들었으나, 측정 RSRP값들 중 최대 N(여기서, N은 설계 파라미터임)개를 선택하여 DL CCBS를 구성할 수도 있다.

한편, 단말(951)은 DL CCBS가 변동될 때마다 중추 기지국(961)의 이동성/토폴로지 관리부에 보고할 수도 있고, 미리 설정된 주기에 따라 보고할 수도 있다. 여기서, 단말(951)이 미리 설정된 주기에 따라 DL CCBS의 변경을 보고하도록 구성되는 경우에는 타이머(T_rep)의 운용을 통해 단말(951)이 보고 주기를 판단하도록 구성될 수 있다. 즉, 도 23의 단계 S1003에서 단말(951)은 타이머(T_rep)를 구동시킨 후, 단계 S1013에서 타이머가 만료되었는가를 판단하고, 타이머가 만료된 경우 DL CCBS를 서빙 중추 기지국(961)에 보고하도록 구성될 수 있다(S1015).

단계 S1015에서 제3 위치(P3)로 이동하는 단말(951)은 RSRP 측정 결과에 기반하여 DL CCBS(도 15의 경우, Beam1-3-r, Beam2-5-a, Beam2-7-e, Beam3-b, Beam3-6-c)를 구성한 후, 구성한 DL CCBS 정보를 프라이머리 빔(Beam1-n)을 통해 중추 기지국(961)의 이동성/토폴로지 관리부에 보고할 수 있고, 이와 병행하여 추가되는 빔인 경우 선택적으로 해당 빔으로 상향링크 동기화를 수행할 수 있다.

한편, 중추 기지국(961)의 이동성/토폴로지 관리부는단말(951)로부터 보고된 DL CCBS 정보와 기존에 저장된 DL CCBS를 비교하여 DL CCBS의 변동사항을 검사하고, 검사 결과에 기초하여 DL CCBS에서 삭제된 빔들에 대해서는 해당 중추 기지국 및/또는 중계 기지국들로 하여금 단말(951)과 관련된 자원들을 삭제하도록 하며, DL CCBS에 새로 추가된 빔들에 대해서는 단말(951)을 수용할 수 있는지를 해당 중추 기지국 및/또는 중계 기지국의 이동성/토폴로지 관리부에 문의한다.

중추 기지국(961)은 상술한 바와 같이 단말(951)로부터 보고된 DL CCBS에서 단말(951)의 수용이 가능한 빔들을 추출하고, 추출된 빔들의 기준신호 측정값 및 ANIPI 값에 기초하여 단말(951)의 N_RXB 값 이하의 개수를 가지는 DL ACBS를 구성한 후, 구성된 DL ACBS 정보를 단말(951)에 전송한다. 예를 들어, 도 22의 경우 DL ACBS는 Beam1-3-r과 Beam2-5-a로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 Beam1-3-r은 단말(951)의 이동에 따른 다음 프라이머리 빔이 될 수 있다. DL ACBS 정보는 현재 프라이머리 빔인 Beam1-n으로만 전송될 수도 있고, 보다 안전하게 Beam2-5-a로도 단말에 전달될 수도 있다. 이 때, Head CBS는 프라이머리 빔이 Beam1-n으로부터 Beam1-3-r로 변경됨을 함께 단말에 시그널링 할 수 있으며 단말의 하향링크 수신 모드를 통보하게 된다.

단말(951)은 Head CBS(961)으로부터 상기한 바와 같이 구성된 DL ACBS 정보 및 단말의 하향링크 수신 모드 정보를 수신한다(S1017).

여기서, 단말의 하향링크 수신 방식은 다중-플로우 협력 수신 모드(S1019), 일반 수신 모드(S1021) 및 단일-플로우 협력 수신 모드(S1023) 중 어느 하나가 될 수 있고, 단말은 수신한 하향링크 수신 모드 정보에 기초하여 하향링크 데이터를 수신한다. 예를 들어, 단말의 하향링크 수신 방식이 다중-플로우 협력 수신 모드인 경우, 단말은 MMSE-SIC 수신 설정을 수행할 수 있고, 일반 수신 모드인 경우, 일반적인 데이터 수신을 위한 설정을 수행할 수 있다. 또한, 단말의 하향링크 수신 방식이 단일-플로우 협력 수신 모드인 경우, 단말은 MRC 수신 설정을 수행한 후 하향링크 데이터를 수신할 수 있다.

한편, 단말(951)은 DL CCBS 빔들에 대해 가능한 언제라도 상향링크 동기화를 수행할 수 있다. 또한, 단말(951)은 중추 기지국으로부터 DL ACBS 정보를 수신하는 경우, DL CCBS를 DL ACBS로 설정하고, DL ACBS에 포함된 빔들에 대해 우선적으로 상향링크 동기화를 수행할 수 있다(S1025). 여기서, 단말(951)은 DL CCBS에 대해 상향링크 동기화를 먼저 수행한 경우, 수신한 DL ACBS에 포함된 빔들 중 상향링크 동기화가 수행되지 않은 빔들에 대해 동기화를 수행할 수 있다.

상기한 바와 같이 상향 동기화가 해당 단말(951)로부터 시도된 경우, 해당 중추 기지국 및/또는 중계기지국의 이동성/토폴로지 관리부는 중추기지국(961)의 이동성/토폴로지 관리부에게 단말(951)의 상향링크 동기화 과정을 통해 획득된 왕복지연시간 값들을 보고할 수 있다.

Head CBS(961)의 이동성/토폴로지 관리부는 상기한 바와 같이 보고된 왕복지연시간 값들에 기초하여 UL CCBS로부터 최적의 UL ACBS를 결정할 수 있고, 이를 현재의 DL ACBS들을 통해 단말(951)에게 송신할 수 있고, 단말(951)은 Head CBS(961)로부터 UL ACBS 정보를 수신할 수 있고, 수신 정보에 기초하여 UL ACBS를 갱신할 수 있다(S1027). 여기서, UL ACBS는 단말(951)로부터 보고된 N_TXB 이하의 값을 가질 수 있다.

이후, 단말은 UL ACBS에 포함된 빔들을 이용하여 상향링크 데이터를 송신할 수 있다(S1029).

상술한 바와 같이 구성된 DL ACBS와 UL ACBS는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 단말(951)에서의 DL ACBS를 통한 하향링크 수신은 단일-플로우 협력 수신의 경우 최대비합성법(MRC: Maximal Ratio Combining) 같은 다이버시티 기법을 사용함으로써 보다 신뢰도가 높은 하향링크 수신 효과를 얻을 수 있으며, 다중-플로우 협력 수신의 경우 MMSE-SIC(Minimum Mean Square Error-Successive Interference Cancellation)와 같은 간섭 제거 수신기 모듈을 통해 서로 다른 데이터를 효과적으로 수신함으로써 수신 주파수 효율을 제고할 수도 있다. 단말(951)로부터의 UL ACBS를 통한 송신은 각기 다른 기지국들을 경유하여 Head CBS에서 선택 다이버시티(selection diversity)와 같은 다양한 기법을 통해 수신 효율을 향상시킬 수 있다.

도 24a 및 24B는 본 발명의 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 수행되는 핸드오버 방법을 나타내는 순서도로서, 기지국과 단말과의 상호 작용을 나타낸다.

도 24에서는 단말(1130)이 하나의 중추 기지국(Head CBS, 1110)과 하나의 중계 기지국(Serving RBS, 1120)이 제공하는 하나의 빔을 통해 통신하고 있는 도중(S1111)에, 또 다른 중계 기지국(Target RBS, 1140)으로부터의 형성되는 한 빔을 발견함으로써 시작되는 LH-DBS 동작을 도시한 것이다.

단말(1130)은 Head CBS(1110)가 Serving RBS(1120)를 통해 주기적으로 전송하는 MBS 정보를 수신하고(S1113), 수신한 MBS 정보에 기초하여 주변 기지국들로부터 전송되는 빔들을 스캔한다. 여기서 MBS 정보는 단말(1130)의 위치 정보에 기반하여 Head CBS(1110)가 결정하는 것으로, 단말(1130) 주변에 빔들을 제공하는 이웃 중추/중계 기지국의 빔들 정보를 포함하고, 추가적으로 단말(1130)의 핸드오버 성능을 개선하기 위해 필요한 주변 빔들의 RACH(Random Access Channel)의 주기성 및 핸드오버 프리앰블 정보 등을 포함할 수 있다. 이 과정을 통해 Target RBS(1140)의 한 빔을 발견하는 단말(1130)은 도 23을 통해 기술한 바와 같이 해당 빔의 기준신호 세기 측정을 통해 DL-CCBS에 추가할 지를 결정하게 되는데, 도 24에서는 해당 빔을 DL-CCBS에 추가하는 것으로 가정한다(S1115).

또한, 도 23에서 기술한 바와 같이, 단말(1130)은 해당 빔에 대해 ANIPI도 측정하게 된다. 상기와 같이 DL-CCBS에 하나의 빔을 추가하는 단말(1130)은 상기 Serving RBS(1120)가 제공하는 무선 액세스 빔과 무선 백홀 빔을 통해 Head CBS(1110)에게 갱신된 DL-CCBS를 보고하게 되며(S1117), 이 때 추가되는 빔의 인식자 정보 (Target RBS Beam ID)와 함께 측정된 RSRP/ANIPI 정보가 전달된다.

Head CBS(1110)는 토폴로지 룩업(Lookup) 테이블을 관리할 수 있는데, 상기 토폴로지 룩업 테이블은 Head CBS(1110) 주변의 모든 중추/중계 기지국들과 그들이 관리하는 빔 정보들이 기록되어 있어, 단말(1130)이 보고한 Target RBS Beam ID 정보부터 손쉽게 Target RBS(1140) 및 Target CBS(1150) 정보를 획득할 수 있다(S1119). 여기서 Target RBS(1140)는 추가되는 빔 Target RBS Beam ID을 관리하는 중계 기지국이며, Target CBS(1150)는 상기 Target RBS(1140)를 관리하는 이웃 중추 기지국이다.

Head CBS(1110)는 Target CBS(1150)에게 단말(1130)이 보고한 빔 상으로 단말 데이터를 송신할 수 있는지를 확인하기 위해 질의(Query) 메시지를 전송하게 되는데, 상기 질의 메시지에는 일반적으로 Target RBS Beam ID, 단말 정보, 협력 모드 등의 정보를 포함할 수 있다(S1121). 여기서 단말 정보는 단말 트래픽 볼륨 등 단말을 지원하기 위해 기지국이 알아야 하는 모든 정보를 포함할 수 있으며, 협력 모드는 후술되는 바와 같이 단일 플로우 전송과 멀티 플로우 전송을 표시하는 표시자를 의미한다.

상기 질의 정보를 수신하는 Target CBS(1150)는 Target RBS Beam ID 정보를 통해 해당 빔을 제공하는 중계 기지국인 Target RBS(1140)를 확인할 수 있고, Target RBS(1140)의 부하 상태 파악을 통해 단말을 지원할 수 있는지 여부를 판단하게 된다. 이 때, Target RBS 부하 상태는 Target RBS(1140)로부터 주기적으로 Target CBS(1150)에게 보고되는 정보에 기반하여 판단될 수 있으며, Target CBS(1150)가 Target RBS(1140)에게 바로 부하 상태를 요청하고 이에 응답 받음으로써 실시간 적인 부하 상태를 파악할 수 있다.

Target CBS(1150)는 Target RBS Beam ID 상으로 단말 트래픽을 지원할 수 있는지를 부하 상태에 기반하여 결정(Admission Control)한 후(S1123), 상기 Head CBS(1110)에게 응답(Response) 메시지 형태로 응답하게 되는데, 이 응답 메시지에는 수락 여부와 함께 트래픽 부하 상태 정보(무선 액세스 빔 뿐만 아니라 무선 백홀 빔의 부하 상태 포함)를 포함하게 된다(S1125).

도 24에서는 설명의 편의를 위하여 하나의 빔 만이 DL CCBS에 추가되는 경우만을 예시하였으나, 일반적으로 DL CCBS에는 다수의 빔이 추가될 수 있고, DL CCBS에 다수의 빔이 추가되는 경우에도 상술한 바와 같은 하나의 빔이 추가 과정이 다수 빔에 대해 각각 수행되게 된다.

Head CBS(1110)는 단말(1130)에 의해 DL-CCBS에 추가되는 빔 각각에 대해 이웃 기지국들로부터의 단말 수용 의사 및 트래픽 부하 상태를 보고 받고, 보고 받은 정보에 기초하여 최적의 협력 기지국 빔들을 결정하게 된다. 이 때, Head CBS(1110)는 DL-CCBS에 포함되는 빔들에 대해 이웃 기지국들로부터 단말 수용의사를 밝힌 빔들만을 고려하게 되고, 여기서 단말이 측정한 RSRP 및 RSRQ(Reference Signal Receive Quality), ANIPI_RS, ANIPI_RB, 그리고 이웃 기지국으로부터 보고된 트래픽 부하 수준(Traffic Load Level: TLL)을 함께 고려할 수 있다. Head CBS(1110)는 수학식 4를 이용하여 DL ACBS를 결정할 수 있고, DL CCBS에 포함된 각 빔에 대해 수학식 4를 적용한 결과값이 클수록 우선적으로 해당 빔을 협력 전송에 사용할 수 있다.

수학식 4에서,

는 각 파라미터에 대한 측정 가중치를 의미하며, 상기 측정 가중치들은 시스템 설계자가 결정할 수 있다. 측정 가중치는 측정치의 중요도를 결정할 수 있으며, 만약 특정 가중치를 0으로 설정하는 경우 해당 측정치를 고려하지 않을 수도 있다.

Head CBS(1110)는 상술한 바와 같은 과정을 통해 추가되는 하나의 빔을 선택하여 기존 빔과 함께 DL-ACBS로 결정한 후, 단말(1130)에게 통보한다(S1127). 이와 같은 과정을 통해 DL-ACBS에 속한 두 빔을 사용하여 동시에 단말(1130)에게 트래픽을 전송할 수 있다.

DL-ACBS에 속한 빔들을 사용하여 협력 전송을 할 때, 본 발명에서는 두 가지 방식을 고려한다. 하나는 단일-플로우 협력 전송이며, 다른 하나는 다중-플로우 협력 전송이다.

단일 플로우 협력 전송의 경우, DL-ACBS에 속한 다수의 빔 상으로 동일한 데이터를 전송하여 단말로 하여금 다양한 다이버시티(diversity) 효과를 얻을 수 있도록 하는데, 이 경우 일반적으로 단말에서는 MRC 방식을 이용하는 것이 최적의 효율을 얻을 수 있다. 그러나, 단일 플로우 협력 전송의 경우 둘 이상의 무선 백홀 링크 상으로 동일한 데이터를 전달하기 때문에 무선 백홀 링크 상의 자원 효율이 낮아질 수 있다.

반면 다중 플로우 협력 전송의 경우, 단말 트래픽을 DL-ACBS 크기에 해당하는 플로우들로 분할하여 DL-ACBS에 속한 개별 빔 상으로 분할된 개별 플로우를 전송한다.

상기한 두 협력 전송의 경우 모두 무선 액세스 링크의 자원 효율을 높이기 위해 동일한 자원을 사용하게 되는데, 특히 단말 입장에서 다른 빔들 상의 신호들이 사이클릭 프리픽스(CP: cyclic prefix) 안에 도착하도록 함으로써 상호간 간섭을 최소화할 수 있고, 프로세싱 효율을 향상시킬 수 있다.

실질적으로, 다중 트래픽 협력 전송의 경우 단말에서 개별 플로우들을 독립적으로 처리할 수 있는 사양을 지원한다면 중추/중계 기지국에서 개별 플로우에 속한 패킷들 전송 간에 동기화를 도모할 필요는 없다. 이 경우는 무선 액세스 링크에서 서로 다른 플로우 간에 다른 자원 사용을 허용하는 것이기 때문에, 무선 액세스 링크의 자원 사용 측면에서는 비효율적이다. 다중 트래픽 협력 전송의 경우, 최종적으로 단말에게 전달되는 복수 경로의 신호들이 모두 사이클릭 프리픽스(CP) 내에 수신되도록 전송되는 경우를 '동기적 다중 플로우(Synchronous Multi-flow) 협력 전송'이라 하고, 개별 플로우 간의 동기화 전송이 필요하지 않은 경우를 '비동기적 다중 플로우(Asynchronous Multi-flow) 협력 전송'이라 하며, 본 발명에서는 다중 플로우 협력 전송에서 상기한 경우를 모두 포함할 수 있으나, 설명의 편의를 위해 도 24에서는 동기적 다중 플로우협력 전송 만을 예시한다.

DL-ACBS에 속한 빔 개수가 두 개 이상인 경우, 협력 전송의 시작 모드는 단일 플로우 또는 다중 플로우 협력 전송일 수가 있지만, 일반적으로 단일 플로우 협력 전송으로 시작한다.

단일 플로우 협력 전송의 경우, 단말에서 두 개 이상의 빔들로부터 수신되는 신호들을 다양한 다이버시티 기법들을 통해 처리함으로써 하나의 빔으로부터 수신하는 경우보다 신뢰성 있는 신호 복구가 가능할 수 있다. 일반적으로 빔들이 중첩되는 영역은 기지국들로부터 거리가 가장 멀리 떨어진 영역이며 빔들간 간섭이 존재하여 채널이 상대적으로 나쁜 경우라 할 수 있다. 또한 개별 빔들에 대한 채널 정보가 확보되지 못한 상황이라, 보다 신뢰성 있는 통신을 위해 단일 플로우 협력 전송으로 시작하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해, Head CBS(1110)는 단말(1130)로 전송될 패킷들을 복사하여 Target CBS(1150)에게 전달해야 하고, 또한 최종적으로 단말(1130)에게 동시에(즉, CP 안에) 동일 패킷들을 전달할 수 있도록 송신 스케줄링 정보를 함께 전달해야 한다(S1129).

즉, 단일 플로우 협력 전송의 경우 Head CBS(1110)가 스케줄링을 결정하는 하나의 중앙 스케줄러로서 동작하고 스케줄링 정보와 함께 데이터를 전달하면, target CBS(1150)를 포함한 하위 중계기지국들은 스케줄링 정보에 기반하여 해당 패킷들의 스케줄링을 수행함으로써 최종적으로 단말(1130)에게 동시에 전달되도록 해야 한다(S1131). 일반적으로 스케줄링 정보는 전송될 시점을 기록한 타임스탬프 형태로 전달될 수 있다. 물론, 타임스탬프 값은 분산 기지국들이 동기화되어 있다는 가정하에 사용되며, 다양한 동기화 방법들이 사용될 수 있다. 이와 같이, 단일 플로우 협력 전송에 의한 패킷들을 수신하는 단말은 다양한 다이버시티 기법을 적용하여 수신 효율을 제고할 수 있으며, 일반적으로 MRC 방법을 사용하게 된다.

단말(1130)은 채널 정보를 Head CBS(1110)에게 전달함으로써(S1133), 채널 상태에 적응적인 전송이 가능하게 하는데, 이러한 채널 상태 피드백은 단일 플로우 협력 전송이 이루어지는 빔들 상으로 전송될 수 있지만, 최종적으로는 Head CBS(1110)에게 전달되어야 하고 무선 자원 효율을 위해 하나의 빔을 통해 전달되는 것이 바람직할 수 있다.

상술한 바와 같이, 단일 플로우 협력 전송을 스케줄링하는 Head CBS(1110)는 단말(1130)로부터 채널 상태 피드백 정보를 수신하게 되고, 채널 상태를 판단하게 된다(S1135). 여기서, Head CBS(1110)는 채널 상태가 아주 좋다고 판단되면 무선 백홀 자원 및 무선 액세스 자원을 보다 효과적으로 사용할 수 있는 다중 플로우 협력 전송 모드로 전환할 수 있다(S1137).

다중 플로우 협력 전송 모드의 경우는 단일 플로우의 경우와 달리, 패킷이 전달되는 복수 빔들의 채널 상태에 적합한 AMC(Adaptive Modulation and Coding)를 독립적으로 적용할 수 있다. 또한 비동기 협력 전송의 경우 target CBS 및 중계 기지국에서 타임스탬프에 기초하여 독립적으로 스케줄링을 수행할 수 있기 때문에(S1139), 도 24에서와 같이 개별 빔들 상으로 채널 정보를 전달할 수도 있다(S1141).

그러나, 동기 협력 전송의 경우에는, 단일 플로우 협력 전송과 마찬가지로 Head CBS(1110)가 스케줄링을 관장하므로 채널 상태 정보들은 Head CBS(1110)에게 전달되어야 한다. 동기적 다중 플로우 협력 전송의 경우는 개별 빔들의 채널 상태 정보가 하나의 빔을 통해 전달될 수도 있다(S1143).

Head CBS(1110)는 단말(1130)로부터의 채널 상태 피드백 정보에 기반하여, 다중 플로우의 채널 상태를 판단하고(S1145), 채널이 나쁘다고 판단될 때에는 다시 단일 플로우 협력 전송 모드로 전환할 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 인접한 빔들간의 간섭을 제거하거나 감소시킬 수 있고 단말의 상황에 적합한 최적의 다중 접속 방식을 적용할 수 있는 다중 모드 다중 접속(Multi-Mode Multiple Access) 방법을 설명한다.

본 발명에서 고려하는 다중 접속 방법으로는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), MC-CDMA(Multi-Carrier Code Division Multiple Access), NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access), FBMC(Filter Bank Multicarrier) 등이 있다. 여기서, NOMA 방식으로는 DVB-T, MediaFLO 등에서 이용하는 계층 변조(Hierarchical Modulation) 방식과 IDMA(Interleave-Division Multiple Access) 방식이 적용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 적용되는 다중 모드 다중 접속 방식은 상기한 바와 같은 다중 접속 방법들의 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, FBMC와 MC-CDMA를 NOMA에 적용하는 것도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.

도 25는 본 발명의 실시예에 따른 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 시스템에 적용될 수 있는 다중 모드 다중 접속 방법을 일 예를 나타내는 개념도이다.

도 25를 참조하면, 하나의 중추 기지국(또는 중계 기지국)(1200)으로부터 두 개의 빔(1201, 1203)이 생성되고, 상기 두 개의 빔(1201, 1203)이 중첩되는 영역인 빔간 간섭 영역에 제1 단말(1205) 및 제2 단말(1207)이 위치하며, 상기 두 개의 빔이 커버하는 서비스 영역 이외의 영역에 제3 단말(1209)가 존재하는 경우, 제1 단말(1205)과 제2 단말(1207)은 동일한 주파수 대역에서 NOMA 방식을 적용하고, 제3 단말(1209)은 제1 단말(1205) 및 제2 단말(1207)에 할당한 주파수 대역과 다른 주파수 대역에서 FBMC를 적용할 수 있다.

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.

110 : 안테나 111 : 안테나 소자
120 : 안테나 121 : 안테나 소자
125 : 비균일 슬롯 130, 140 : 안테나
150 : 패치 어레이 안테나 151 : 선형 안테나 어레이 모듈
160 : 패치 어레이 안테나 161 : 원형 안테나 어레이 모듈
170 : 안테나 171 : 빔
173 : 건물 또는 장애물 210 : 중추 기지국(CBS)
221, 223 : 중계 기지국(RBS) 230 : 단말(MS)
241 : 무선 백홀 빔 243 : 무선 액세스 빔
310 : 안테나 311, 313 : 안테나 소자
350 : 단말 360 : 패치 어레이 안테나
361 : 패치 안테나 소자 410 : 안테나
420 : 아날로그 빔포밍부 430 : RF 신호 처리부
431a : 저잡음 증폭부 431b : 디지털 업 컨버터부
432a : 국부 발진기 432b : 디지털 아날로그 변환부
433a : 믹서 433b : 중간 주파수 증폭부
434a, 434b : 대역 통과 필터부 435a : 중간 주파수 증폭부
435b : 믹서 436a : 아날로그 디지털 변환부
436b : 증폭부 437a : 디지털 다운 컨버터부
440 : 디지털 신호 처리부 450 : 아날로그 빔포밍 제어부
460 : 교정 감지부 510 : 안테나 모듈
520 : RF 송수신부 530 : 물리계층 처리부
540 : MAC 계층 처리부 550 : 빔 스케줄링부
551 : 중앙 스케줄러 553 : 빔 스케줄러
555 : 입력 큐 557 : 출력 큐
560 : 코어망 인터페이스부 570 : 중추기지국간 인터페이스부
580 : 이동성/토폴로지 관리부 610 : 제1 빔(Beam#1)
620 : 제2 빔(Beam#2) 630 : 제3 빔(Beam#3)
710 : 안테나 모듈 720 : RF 송수신부
730 : 물리계층 처리부 740 : MAC 계층 처리부
750 : 빔 스케줄링부 751 : 중앙 스케줄러
753 : 빔 스케줄러 755 : 입력 큐
757 : 출력 큐 760 : 무선백홀 인터페이스부
780 : 이동성/토폴로지 관리부 801 : 단말
810 : 중추 기지국 811 : 중추 기지국
820, 821, 830 : 중계 기지국 901 : 단말
910 : 제1 셀 911 : 제1 중추 기지국
912, 913, 914 : 제1 중계 기지국
920 : 제2 셀 921 : 제2 중추 기지국
922, 923, 924 : 제2 중계 기지국
951 : 단말 960 : 제1 셀
961 : 중추 기지국 962, 963, 964 : 중계 기지국
970 : 제2 셀 971 : 중추 기지국
972, 973 : 중계 기지국 980 : 제3 셀
981 : 중추 기지국 982 : 중계 기지국
983 : 중계 기지국 1110 : Head CBS
1120 : Serving RBS 1130 : MS
1140 : Target RBS 1150 : Target CBS
1200 : 중추 기지국 1201, 1203 : 빔
1205 : 제1 단말 1207 : 제2 단말
1209 : 제3 단말

Claims (20)

1. 단말의 이동에 상응하여 상향링크 및 하향링크 빔의 스케줄링을 수행하는 빔스케줄링부;
   상기 빔 스케줄링부로부터 제공된 데이터를 코어망에 전송하고, 코어망으로부터 수신한 데이터를 상기 빔 스케줄링부에 제공하는 코어망 인터페이스부;
   상기 빔 스케줄링부로부터 제공된 빔간 간섭 정보에 기초하여 상향링크 및 하향링크 빔 집합을 구성하는 이동성 관리부; 및
   상기 이동성 관리부의 제어에 상응하여 다른 기지국과 제어 메시지를 교환하는 기지국간 인터페이스부를 포함하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 빔 스케줄링부는 중앙 스케줄러 및 상기 중앙 스케줄러와 연결된 적어도 하나의 빔 스케줄러를 포함하고,
   상기 중앙 스케줄러는 상기 코어망 인터페이스를 통해 코어망으로부터 유입되는 패킷들을 상기 적어도 하나의 빔 스케줄러에 분배하고, 상기 적어도 하나의 빔 스케줄러로부터 제공되는 패킷들을 스케줄링하여 상기 코어망 인터페이스를 통해 코어망에 전송하고, 상기 적어도 하나의 빔 스케줄러는 상기 중앙 스케줄러로부터 제공된 스케줄링 정보에 기초하여 스케줄링을 수행하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 적어도 하나의 빔 스케줄러는 적어도 하나의 단말로부터 상기 적어도 하나의 단말의 위치 정보를 수신하고, 상기 수신한 적어도 하나의 단말의 위치 정보를 상기 중앙 스케줄러에 보고한 후, 상기 중앙 스케줄러로부터 제공된 스케줄링 정보에 기초하여 상기 적어도 하나의 단말들에 대한 자원을 스케줄링하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 중앙 스케줄러는 상기 적어도 하나의 단말의 위치 정보에 기초하여 빔간 중첩 영역에 위치하는 단말 정보를 획득하고, 상기 획득한 단말 정보에 기초하여 빔간 간섭이 최소화되도록 스케줄링을 수행하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 장치.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 중앙 스케줄러는 적어도 둘 이상의 기지국이 협력하여 단말에 하향링크 패킷을 전송하는 경우, 패킷들의 전송 시점을 스케줄링한 후 스케줄링 정보를 상기 적어도 하나의 빔 스케줄러 및 다른 기지국으로 전송하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 이동성 관리부는 상기 빔 스케줄링부로부터 제공된 단말의 위치 정보에 초하여 상기 단말이 측정을 수행할 측정 빔 집합을 구성하고, 상기 구성된 측정 빔 집합 정보를 단말에 통보하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 이동성 관리부는 상기 빔간 간섭 정보에 기초하여 상기 단말에 하향링크 빔을 제공할 협력 빔 집합을 결정하는 것을 특징으로 하는밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 이동성 관리부는 단말로부터 제공된 후보 협력 빔 집합을 기 저장된 후보 협력 빔 집합과 비교하고 후보 협력 빔 집합의 변경 여부를 판단한 후, 기 저장된 후보 협력 집합에서 삭제된 빔이 존재하는 경우, 삭제된 빔과 연관된 자원의 삭제를 삭제된 빔을 형성하는 기지국에 요청하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 장치.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 이동성 관리부는 상기 기지국간 인터페이스를 통해 적어도 하나의 다른 기지국으로부터 단말의 상향링크 동기화 과정을 통해 획득한 왕복지연시간 정보를 획득하고, 상기 획득한 왕복지연시간 정보에 기초하여 상기 단말의 상향링크 전송을 위한 협력 빔 집합을 결정하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 장치.
10. 단말의 액세스를 위한 빔을 스케줄링하는 빔 스케줄링부;
    상기 빔 스케줄링부의 제어에 상응하여 적어도 하나의 다른 기지국과 통신을 수행하는 무선백홀 인터페이스부; 및
    상기 단말로부터 제공된 정보를 상기 무선백홀 인터페이스부를 통해 다른 기지국에 전달하는 이동성 관리부를 포함하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 빔 스케줄링부는 중앙 스케줄러 및 상기 중앙 스케줄러와 연결된 적어도 하나의 빔 스케줄러를 포함하고,
    상기 중앙 스케줄러는 상기 적어도 하나의 빔 스케줄러의 스케줄링을 제어하고, 상기 적어도 하나의 빔 스케줄링부는 상기 중앙 스케줄러의 제어에 상응하여 적어도 하나의 단말 각각에 대한 액세스 빔을 제공하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 장치.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 이동성 관리부는 적어도 하나의 단말로부터 위치 정보를 수신하고 상기 무선백홀 인터페이스부를 통해 다른 기지국에 전달하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 장치.
13. 청구항 10에 있어서,
    상기 이동성 관리부는 적어도 하나의 단말로부터 제공된 하향링크의 후보 협력 빔 집합에 대한 정보를 상기 무선백홀 인터페이스부를 통해 다른 기지국에 전달하고, 상기 적어도 하나의 단말의 왕복지연시간 값들을 상기 다른 기지국에 전달하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 장치.
14. 적어도 하나의 단말의 위치 정보를 획득하는 단계;
    상기 획득한 위치 정보에 기초하여 빔간 중첩 영역에 위치한 단말 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 획득한 빔간 중첩 영역에 위치한 단말 정보에 기초하여 빔간 간섭이 최소화되도록 스케줄링을 수행하는 단계를 포함하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 방법.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단말의 위치 정보를 획득하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 단말로부터 상기 적어도 하나의 단말이 수신 가능한 적어도 하나의 빔 각각에 대한 빔 인식자 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 방법.
16. 청구항 14에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단말의 위치 정보를 획득하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 단말로부터 빔간 간섭 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 방법.
17. 청구항 14에 있어서,
    상기 빔간 간섭이 최소화되도록 스케줄링을 수행하는 단계는,
    상기 빔간 중첩 영역을 고려하여 중첩되는 빔 영역과 중첩되지 않는 빔 영역에 각각 서로 다른 주파수 대역을 할당하되, 상기 중첩되는 빔 영역에 할당되는 주파수 대역은 적어도 하나의 단말의 위치 및 상기 적어도 하나의 단말에 대한 자원 할당 정보에 따라 가변 시키는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 방법.
18. 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 단말에서 수행되는 무선 통신 방법에 있어서,
    송수신 능력 정보를 기지국에 등록하는 단계;
    상기 기지국으로부터 제공된 빔 집합 정보에 기초하여 상기 빔 집합에 포함된 각 빔의 수신 전력을 측정하는 단계;
    상기 각 빔의 수신 전력 측정 결과에 기초하여 하향링크 후보 협력 빔 집합을 갱신한 후, 상기 갱신된 하향링크 후보 협력 빔 집합을 상기 기지국에 보고하는 단계; 및
    상기 기지국으로부터 제공된 하향링크 활성 협력 빔 집합에 기초하여 상향링크 동기화를 수행하는 단계를 포함하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 방법.
19. 청구항 18에 있어서,
    상기 송수신 능력 정보를 기지국에 등록하는 단계는
    상기 단말이 동시에 수신할 수 있는 빔의 수 및 상기 단말이 동시에 송신할 수 있는 빔의 수 정보를 상기 기지국에 보고하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 방법.
20. 청구항 18에 있어서,
    상기 상향링크 동기화를 수행하는 단계는,
    상기 기지국으로부터 제공된 하향링크 활성 협력 빔 집합을 상향링크 활성 협력 빔 집합으로 설정하는 단계; 및
    상기 상향링크 활성 협력 빔 집합에 포함되는 빔들에 대한 상향링크 동기화를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 방법.
    

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