KR20150057628A - 무선통신 시스템에서 빔포밍 방법 및 장치 - Google Patents

무선통신 시스템에서 빔포밍 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 빔포밍 방법 및 장치에 관한 것으로서, 빔포밍을 지원하는 무선통신 기기의 방법은, 상대 기기와의 통신 중에 상기 무선통신 기기의 방향 변경을 감지하는 과정과, 상기 무선통신 기기의 방향 변경을 나타내는 정보를 기반으로 상기 상대 기기와의 통신을 위한 빔 방향을 조절하는 과정을 포함하여, 상황에 적절하게 무선통신 기기의 빔 방향을 변경하여 상대 기기와 통신할 수 있으며, 무선통신 기기의 통신 커버리지 영역을 확장시킬 수 있다.

Description

무선통신 시스템에서 빔포밍 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR BEAMFORMING IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선통신 시스템에서 빔포밍 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근, 무선통신 시스템에서 송수신 전력을 좁은 공간에 집중하여 안테나의 송수신 효율을 높이는 빔포밍(BeamForming) 기술을 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 일 예로, 의료 초음파 시스템에 빔포밍 기술을 적용하기 위한 논의가 진행되고 있다. 즉, 의료 초음파 시스템에서 대상 체로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하여 전기적 영상 신호로 변환하는 프로브 기기와 프로브 기기로부터 전기적 영상 신호를 수신하여 화면에 출력하는 시스템 기기를 무선으로 연결하는 아날로그 방식의 빔포밍 방식이 제안되고 있다.
아날로그 방식의 빔포밍 기술을 지원하는 무선 의료 초음파 시스템에서, 프로브 기기 및 시스템 기기 각각에는 다수개의 안테나 구성요소(element)를 포함하는 배열(array) 안테나가 구비될 수 있다. 이때, 프로브 기기 및 시스템 기기 각각은 각 안테나 구성요소의 위상(phase)을 달리하여 물리적으로 전파의 에너지가 일정한 방향으로 집중되게 할 수 있으며, 안테나 구성요소의 수가 많을수록 빔 훈련을 통해 빔의 방향을 세밀하게 조절할 수 있다.
프로브 기기 및 시스템 각각에서 모든 방향에 대해 세밀하게 빔을 조절하기 위해서는 가능한 많은 수의 안테나 구성요소를 포함해야 한다. 그러나, 실질적으로 안테나 구성요소가 증가할수록 기술적으로 구현하는 것이 매우 어렵고, 비용이 증가하게 되므로, 모든 방향에 대해 빔을 세밀하게 조절할 수 있는 정도의 안테나 구성요소들을 구비하는 것은 어려운 실정이다. 따라서, 프로브 기기에서 모든 방향으로 신호를 송수신하는 것은 어렵기 때문에, 프로브 기기가 사용자에 의해 동적으로 방향이 변경되는 경우, 시스템 기기와의 신호 송수신 실패될 가능성이 커진다.
따라서, 본 발명의 실시 예는 무선통신 시스템에서 빔포밍 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 실시 예는 빔포밍을 지원하는 프로브 기기에서 방향 변경 이벤트를 감지하여 빔 훈련을 수행하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 빔포밍을 지원하는 프로브 기기에서 방향 변경 감지 시, 이전에 사용된 빔 방향과 방향 변경 정보를 기반으로 빔 훈련을 수행하기 위한 탐색 영역을 제한하고, 제한된 탐색 영역에 대해서 빔 훈련을 수행하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 빔포밍을 지원하는 프로브 기기에서 방향 변경 감지 시, 전기적인 빔포밍을 기반으로 빔 훈련을 수행하여 빔 방향을 결정하고, 결정된 전기적 빔 방향을 기반으로 기계적인 빔포밍을 수행하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 빔포밍을 지원하는 프로브 기기의 방향 변경 시, 방향 센서에 의해 감지된 방향 변경 정보를 기반으로 기계적 빔포밍을 수행하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 빔포밍을 지원하는 무선통신 기기의 방법은, 상대 기기와의 통신 중에 상기 무선통신 기기의 방향 변경을 감지하는 과정과, 상기 무선통신 기기의 방향 변경을 나타내는 정보를 기반으로 상기 상대 기기와의 통신을 위한 빔 방향을 조절하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 빔포밍을 지원하는 무선통신 기기의 장치는, 상대 기기와의 통신 중에 상기 무선통신 기기의 방향 변경을 감지하고, 상기 무선통신 기기의 방향 변경을 나타내는 정보를 기반으로 상기 상대 기기와의 통신을 위한 빔 방향을 조절하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 따라 빔을 형성하여 신호를 송수신하는 송수신부를 포함할 수 있다.
본 발명에서는 빔포밍을 지원하는 프로브 기기에서 방향 변경 감지 시, 이전에 사용된 빔 방향과 방향 변경 정보를 기반으로 빔 훈련을 수행하기 위한 탐색 영역을 제한하고, 제한된 탐색 영역에 대해서 빔 훈련을 수행하거나, 전기적인 빔포밍을 기반으로 빔 훈련을 수행하여 빔 방향을 결정하고, 결정된 전기적 빔 방향을 기반으로 기계적인 빔포밍을 수행하거나, 혹은 방향 센서에 의해 감지된 방향 변경 정보를 기반으로 기계적 빔포밍을 수행함으로써, 프로브 기기에 구비된 안테나의 통신 커버리지 영역을 확장시킬 수 있으며, 이에 따라 적은 수의 구성 요소만을 포함하는 안테나가 구비된 경우에도 프로브 기기가 여러 방향으로 급격하게 변경되는 상황에 적절하게 빔 방향을 변경하여 시스템 기기와 통신할 수 있으며, 여러 개의 안테나가 구비된 경우 혹은 수신 다이버시티가 있는 경우 빔 훈련 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 무선 초음파 시스템에서 프로브 기기의 방향이 변경되는 예를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 프로브 기기에서 방향 변경을 감지하여 제한된 탐색 영역에 대한 빔 훈련을 수행하는 예시를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 프로브 기기와 시스템의 블럭 구성을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 축소 빔포밍을 위한 신호 흐름을 도시하는 도면,
도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 축소 빔포밍을 위한 메시지 포맷을 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 프로브 기기의 빔포밍 절차를 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 시스템의 빔포밍 절차를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 초음파 시스템의 구조를 도시하는 도면,
도 9는 종래 기술에 따른 빔 훈련 시간 및 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔 훈련 시간을 도시하는 도면,
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프로브 기기에서 전기적 빔 훈련 결과를 기반으로 기계적 빔포밍을 수행하는 예시를 도시하는 도면,
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프로브 기기의 블럭 구성을 도시하는 도면,
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 프로브 기기의 빔포밍 절차를 도시하는 도면,
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 프로브 기기에서 방향 센서에 의해 감지된 방향 변경 정보를 기반으로 기계적 빔포밍을 수행하는 예시를 도시하는 도면,
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 프로브 기기의 블럭 구성을 도시하는 도면, 및
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 프로브 기기의 빔포밍 절차를 도시하는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 설명에서는 빔포밍 기술을 지원하는 무선통신 시스템에서 무선통신 기기의 방향 변경 시, 빔포밍을 수행하는 방법 및 장치에 관해 설명할 것이다. 이하 설명에서는 프로브 기기와 시스템 기기 간에 빔포밍을 수행하는 경우를 예로 들어 설명하나, 이하 설명되는 실시 예들은 빔포밍 기술을 지원하면서, 이동성을 가진 다양한 무선통신 기기들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 기기는 스마트 폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동전화기(mobile phone), 화상전화기, 전자북 리더기(e-book reader), 넷북 컴퓨터(netbook computer), PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 웨어러블 장치(wearable device), 전자 시계(electronic clock), 손목 시계 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 더욱이, 무선통신 기기는 상술한 장치들에 한정되지 않음은 당업자에게 자명하다.
도 1은 일반적인 무선 초음파 시스템에서 프로브 기기의 방향이 변경되는 예를 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 무선 초음파 시스템에서 프로브 기기(100)의 방향은 사용자의 제어에 의해 동적으로 변경될 수 있다. 예컨대, 프로브 기기(100)는 시스템 기기(110)가 위치한 방향으로 송수신 빔을 형성(120)하여 신호를 송수신하는 중에, 사용자 제어에 의해 방향이 변경될 수 있다. 이때, 프로브 기기(100)의 송수신 빔(122)은 시스템 기기(100)의 방향과 반대되는 방향으로 형성될 수 있으며, 이에 따라, 프로브 기기(100)와 시스템 기기(110) 사이의 통신이 끊기는 상황이 발생될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 프로브 기기(100)의 방향 변경 시에 시스템 기기(100)와의 통신을 위한 송수신 빔 방향을 결정 및 변경하는 방식에 대해 설명할 것이다. 여기서, 프로브 기기는 대상 체로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하여 전기적 영상 신호로 변환하는 기능을 수행하는 무선통신 의료 기기를 의미하며, 시스템 기기는 프로브 기기로부터 전기적 영상 신호를 수신하여 화면을 통해 출력하는 무선통신 의료 기기를 의미한다. 그러나, 이하 설명되는 실시 예들을 수행하는 데 있어, 초음파 신호를 수신하여 전기적 영상 신호로 변환하는 기능, 전기적 영상 신호를 수신하여 화면에 출력하는 기술이 반드시 필요한 것은 아니다. 예컨대, 이하 설명되는 실시 예들은, 초음파 시스템과 관련 없이, 이동성이 있고, 다른 기기와 빔포밍을 통해 통신할 수 있는 모든 무선통신 기기에 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 기기에서 방향 변경을 감지하여 제한된 탐색 영역에 대한 빔 훈련을 수행하는 예시를 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 프로브 기기는 다수개의 안테나(200, 210, 220, 230)를 포함할 수 있고, 각 안테나를 통해 특정 방향으로의 송수신 빔을 형성할 수 있다. 여기서, 안테나는 특정 방향으로의 빔 형성이 가능한 빔 안테나 및/혹은 배열 안테나를 포함하는 의미이다. 또한, 프로브 기기는 방향 센서(혹은 동작 감지 센서)를 포함하여 프로브 기기의 방향 변경을 감지(250)할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 프로브 기기는 방향 센서에서 감지된 방향 변경 정보와 방향 변경 이전에 시스템 기기와 통신을 수행한 송수신 빔 방향을 기반으로 빔 훈련이 수행될 탐색 영역을 결정할 수 있다. 일 예로, 프로브 기기는 제 1 안테나(200)를 통해 제 1 방향으로 송수신 빔을 형성하여 시스템 기기와 통신 중인 상황에서 프로브 기기의 방향 변경이 감지(250)될 시, 사용 중인 제 1 안테나(200)의 송수신 빔 인덱스와 프로브 기기의 변경된 방향 정보를 기반으로, 제 1 방향으로 빔 형성이 가능한 제 2 안테나(200)를 선택하고, 제 2 안테나(200)를 통해 형성 가능한 빔 방향들에 대한 빔 훈련을 수행하여 송수신 빔 방향을 결정할 수 있다.
여기서, 도 2에 도시된 프로브 기기의 안테나 개수 및 위치는 예시적인 것으로서, 이하 설명은 도 2에 도시된 바와 같은 구조에 한정되지 않고, 다양한 구조에 적용 가능하다. 예를 들어, 프로브 기기가 하나의 배열 안테나를 포함하는 경우, 혹은 특정 위치에 다수개의 배열 안테나를 포함하는 경우에도 적용 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브 기기와 시스템의 블럭 구성을 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 프로브 기기(300)는 제어부(310), 송수신부(320) 및 방향 센서(330)를 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(310)는 프로브 기기(300)의 전반적인 동작을 위한 제어 기능을 수행한다. 예를 들어, 제어부(310)는 초음파 신호 처리에 필요한 기능을 수행하고, 본 발명의 실시 예에 따라 프로브 기기(300)의 방향 변경에 따라 빔포밍을 수행하기 위한 기능을 제어 및 처리한다.
제어부(310)는 전기적 빔 방향 관리부(312)와 물리적 빔 방향 관리부(314)를 포함하여, 방향 센서(330)로부터 제공되는 방향 변경 정보와 이전에 시스템 기기(350)와 통신을 수행하는데 이용된 송수신 빔 방향의 빔 인덱스 정보를 기반으로 빔 훈련을 수행하기 위한 탐색 영역을 결정하고, 결정된 탐색 영역에 대해서만 빔 훈련을 수행하여, 송수신 빔 방향을 결정하기 위한 기능을 제어 및 처리한다. 또한, 제어부(310)는 방향 센서(330)로부터 프로브 기기(300)의 방향 변경이 감지될 시, 시스템 기기(350)로 축소 빔포밍 수행을 요청하는 신호를 전송하고, 이에 대한 응답 신호를 수신하여, 축소 빔포밍을 수행하기 위한 기능을 제어 및 처리한다. 여기서, 축소 빔포밍은 프로브 기기(300)의 안테나를 통해 형성 가능한 모든 송수신 빔 방향에 대해서 빔 훈련을 수행하는 것이 아닌, 제한된 영역 즉, 탐색 영역에 대응되는 송수신 빔에 대해서만 빔 훈련을 수행하는 것을 의미한다. 추가적으로, 제어부(310)는 축소 빔포밍을 통해 선택된 송수신 빔 방향으로 시스템 기기(350)와의 통신이 가능한지 여부를 판단하고, 선택된 송수신 빔 방향으로 시스템 기기(360)와의 통신이 불가능한 경우, 프로브 기기(300)의 안테나를 통해 형성 가능한 모든 송수신 빔 방향에 대해서 빔 훈련을 수행하여, 송수신 빔을 재선택할 수 있다. 제어부(310)는 빔포밍 모듈(322)을 제어하여 공지된 빔 훈련 방식을 수행하고, 빔 훈련 결과를 기반으로 최적의 빔을 선택할 수 있다. 예를 들어, IEEE 802.11ad 표준에 정의된 SLS(Sector level Sweep) 기반의 빔 훈련 혹은 BRP(Beam Refinement Protocol) 기반의 빔 훈련 방식을 통해 최적의 빔을 선택할 수 있다.
전기적 빔 방향 관리부(312)는 시스템 기기(350)와 이전에 통신을 수행한 송수신 빔의 방향 정보와 프로브 기기(300)의 현재 방향 정보(혹은 변경된 방향 정보)를 기반으로, 빔 훈련이 수행될 탐색 영역을 나타내는 빔포밍 영역을 결정하고, 결정된 빔포밍 영역에 대한 정보를 송수신부(320)의 빔포밍 모듈(322)로 제공한다. 자세히 설명하면, 전기적 빔 방향 관리부(312)는 프로브 기기(300)에서 형성 가능한 빔 방향들을 나타내는 빔 인덱스들을 관리하고, 시스템 기기(350)와의 통신에 이용되는 최적의 송수신 빔 방향에 대한 빔 인덱스 정보를 저장할 수 있다. 전기적 빔 방향 관리부(312)는 물리적 빔 방향 관리부(314)로부터 프로브 기기(300) 혹은 안테나의 현재 방향 정보를 나타내는 정보가 수신될 시, 프로브 기기의 방향 변경 이전에 통신을 수행한 최적의 송수신 빔 방향을 나타내는 빔 인덱스를 확인하고, 확인된 빔 인덱스와 프로브 기기 및/혹은 각 안테나에 대한 현재 방향 정보를 기반으로 빔 훈련이 수행될 탐색 영역을 결정할 수 있다. 예를 들어, 전기적 빔 방향 관리부(312)는 확인된 빔 인덱스와 현재 방향 정보를 기반으로 하여 이전에 시스템 기기(350)와 통신을 수행한 송수신 빔 방향에 인접한 방향의 영역이 탐색 영역으로 결정되도록 제어하거나, 혹은 이전에 시스템 기기(350)와 통신을 수행한 송수신 빔 방향과 인접한 방향을 포함하는 영역이 탐색 영역으로 결정되도록 제어할 수 있다.
또한, 전기적 빔 방향 관리부(312)는 결정된 탐색 영역을 나타내는 빔포밍 영역 정보를 생성하고, 생성된 빔포밍 영역 정보를 송수신부(320)로 제공하여, 빔포밍 모듈(322)을 통해 탐색 영역에 대해서만 송수신 빔을 형성하여 빔 훈련을 수행하도록 제어할 수 있다. 또한, 전기적 빔 방향 관리부(312)는 송수신부(320)를 통해 빔포밍 영역 정보 및 방향 변경 정보를 시스템 기기(350)로 전송하기 위한 기능을 제어할 수 있다. 여기서, 빔포밍 영역 정보는 빔 훈련에 이용될 안테나 정보(예: 안테나 인덱스), 탐색 영역으로 송수신 빔을 형성하기 위한 안테나 가중치 벡터(AWV: Antenna Weight Vector)(혹은 안테나 패턴), 탐색 영역을 나타내는 섹터 정보 및/혹은 섹터 수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
물리적 빔 방향 관리부(314)는 현재 각 안테나의 방향 및/혹은 프로브 기기의 방향 정보를 관리한다. 물리적 빔 방향 관리부(314)는 방향 센서(330)로부터 방향 변경 정보가 수신될 시, 방향 변경 이전에 각 안테나의 방향 및/혹은 프로브 기기의 방향 정보와 수신된 방향 변경 정보를 기반으로 방향 변경 이후에 각 안테나의 방향 및/혹은 프로브 기기의 방향 정보를 계산할 수 있다. 물리적 빔 방향 관리부(314)는 계산된 방향 정보, 즉 현재 방향 정보를 전기적 빔 방향 관리부(312)로 제공한다.
방향 센서(330)는 자이로 센서와 같이 방향 변경을 감지할 수 있는 센서로서, 프로브 기기의 움직임 혹은 이동에 의해 변경되는 프로브 기기의 방향 및/혹은 각 안테나의 방향 변경을 감지하고, 감지된 방향 변경 정보를 제어부(310)에 포함된 물리적 빔 방향 관리부(314)로 제공한다.
송수신부(320)는 제어부(300)의 제어에 따라 다수의 안테나(미도시)를 통해 신호를 송수신한다. 송수신부(320)는 빔포밍 모듈(322)을 포함하여 구성되며, 도면에 도시되지는 않았으나 다수의 부호화기, 다수의 변조기, 다수의 부반송파 매핑기, 다수의 변조기 및 다수의 RF 송신기를 포함하여 구성될 수 있다. 빔포밍 모듈(322)은 제어부(310)로부터 제공되는 빔포밍 영역 정보를 기반으로 시스템 기기(350)와의 신호를 송수신하기 위한 빔을 형성할 수 있다. 빔포밍 모듈(322)은 전기적 빔 방향 관리부(312)의 제어에 따라 선택된 빔 방향에 대응되는 빔 인덱스를 전기적 빔 방향 관리부(312)로 제공할 수 있다. 여기서, 빔포밍 모듈(322)은 디지털 빔포밍, 안테나를 물리적으로 움직이는 빔포밍, 사전에 정의된 각 빔 방향에 대응되는 안테나들, 안테나 묶음들 혹은 안테나 배열(array)들 중 적어도 하나를 이용하여 제어부(100)로부터 요청되는 송수신 빔을 형성할 수 있다.
또한, 시스템 기기(350)는 제어부(360), 및 송수신부(370)를 포함하여 구성될 수 있다.
시스템 기기(350)의 제어부(360)는 시스템 기기(350)의 전반적인 동작을 위한 제어 기능을 수행한다. 예를 들어, 제어부(350)는 프로브 기기(300)로부터 수신되는 신호를 영상으로 출력하기 위한 기능을 수행하고, 본 발명의 실시 예에 따라 프로브 기기(300)로부터 축소 빔포밍 수행을 요청하는 신호를 수신하고, 이에 대한 응답 신호를 전송하기 위한 기능을 제어 및 처리한다.
시스템 기기(350)의 제어부(360)는 전기적 빔 방향 관리부(362)를 포함하여, 프로브 기기(300)로부터 축소 빔포밍 수행 요청 신호가 수신될 시, 프로브 기기(300)와 축소 빔포밍을 수행하기 위한 탐색 영역을 결정한다. 즉, 전기적 빔 방향 관리부(362)는 이전에 프로브 기기(300)와 통신을 수행하는데 이용된 송수신 빔 방향의 빔 인덱스 정보와 프로브 기기(300)로부터 수신되는 프로브 기기(300)의 방향 변경 정보 및 탐색 영역 정보를 기반으로 빔 훈련을 수행하기 위한 탐색 영역을 결정한다. 전기적 빔 방향 관리부(362)는 결정된 탐색 영역에 대해서만 빔 훈련을 수행하여, 송수신 빔 방향을 결정하기 위한 기능을 제어 및 처리한다. 또한, 전기적 빔 방향 관리부(362)는 결정된 탐색 영역을 나타내는 빔포밍 영역 정보를 생성하고, 생성된 빔포밍 영역 정보를 송수신부(370)로 제공하여, 빔포밍 모듈(372)을 통해 탐색 영역에 대해서만 송수신 빔을 형성하여 빔 훈련을 수행하도록 제어할 수 있다. 또한, 전기적 빔 방향 관리부(362)는 송수신부(370)를 통해 빔포밍 영역 정보를 프로브 기기(300)로 전송하기 위한 기능을 제어할 수 있다. 여기서, 빔포밍 영역 정보는 빔 훈련에 이용될 안테나 정보(예: 안테나 인덱스), 탐색 영역으로 송수신 빔을 형성하기 위한 안테나 가중치 벡터(AWV: Antenna Weight Vector)(혹은 안테나 패턴), 탐색 영역을 나타내는 섹터 정보 및/혹은 섹터 수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 시스템 기기(350)의 제어부(360)는 빔포밍 모듈(372)을 제어하여 공지된 빔 훈련 방식을 수행하고, 빔 훈련 결과를 기반으로 최적의 빔을 선택할 수 있다. 예를 들어, IEEE 802.11ad 표준에 정의된 SLS(Sector level Sweep) 기반의 빔 훈련 혹은 BRP(Beam Refinement Protocol) 기반의 빔 훈련 방식을 통해 최적의 빔을 선택할 수 있다.
시스템 기기(350)의 송수신부(370)는 제어부(360)의 제어에 따라 다수의 안테나(미도시)를 통해 신호를 송수신한다. 송수신부(370)는 빔포밍 모듈(372)을 포함하여 구성되며, 도면에 도시되지는 않았으나 다수의 부호화기, 다수의 변조기, 다수의 부반송파 매핑기, 다수의 변조기 및 다수의 RF 송신기를 포함하여 구성될 수 있다. 빔포밍 모듈(372)은 제어부(360)로부터 제공되는 빔포밍 영역 정보를 기반으로 프로브 기기와의 신호를 송수신하기 위한 빔을 형성할 수 있다. 여기서, 빔포밍 모듈(372)은 디지털 빔포밍, 안테나를 물리적으로 움직이는 빔포밍, 사전에 정의된 각 빔 방향에 대응되는 안테나들, 안테나 묶음들 혹은 안테나 배열(array)들 중 적어도 하나를 이용하여 제어부(350)로부터 요청되는 송수신 빔을 형성할 수 있다.
상술한 설명에서, 프로브 기기(300)와 시스템 기기(350)에서의 초음파 신호 처리에 필요한 상세한 기능 및 구성들에 대한 설명을 생략하였으나, 초음파 신호 처리에 관련된 기능 및 구성들은 당업자에게 공지된 기술을 따를 수 있다.
또한 상술한 설명에서는, 시스템 기기(350)가 고정되어 시스템 기기의 방향이 변경되지 않는 경우를 가정하여 설명하였으나, 시스템 기기(350)의 이동이 가능한 경우 시스템 기기(350)는 상술한 프로브 기기(310)와 같이 구성되어, 이전 송수신 빔 방향을 나타내는 빔 인덱스와 방향 변경 정보를 기반으로 탐색 영역을 결정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 축소 빔포밍을 위한 신호 흐름을 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 프로브 기기(300)는 401단계에서 방향 센서(330)를 통해 프로브 측정 방향이 변경됨을 감지한다. 예를 들어, 프로브 기기(300)는 대상 체에 대한 초음파를 측정하는 중에 사용자 제어에 의한 프로브 기기의 이동 및 움직임으로 인해 프로브 기기 및/혹은 안테나의 방향이 변경되는 것을 감지한다.
프로브 기기(300)는 403단계에서 축소 빔포밍 수행 여부를 판단한다. 예를 들어, 프로브 기기(300)는 방향 변경 각도와 미리 설정된 임계값을 비교하고, 시스템 기기(350)와의 통신 성능을 측정하여 축소 빔포밍 수행 여부를 판단할 수 있다. 예컨대, 프로브 기기(300)는 프로브 기기(300)의 방향이 변경되었더라도, 방향 변경 각도가 미리 설정된 임계 각도보다 작거나 같고, 시스템 기기(350)로부터의 신호 수신 세기 값이 임계값보다 크거나 같은 경우, 축소 빔포밍을 수행하지 않음을 결정할 수 있다. 반면, 프로브 기기(300)는 방향 변경 각도가 미리 설정된 임계 각도보다 클 경우, 축소 빔포밍을 수행함을 결정할 수 있다. 또한, 프로브 기기(300)는 방향 변경 각도가 미리 설정된 임계 각도보다 작거나 같더라도, 방향 변경 이후에 시스템 기기(350)로부터의 신호 수신 세기 값이 임계값보다 작은 경우에 축소 빔포밍을 수행함을 결정할 수 있다. 여기서는, 축소 빔포밍 수행이 결정된 경우를 가정하여 설명한다.
프로브 기기(300)는 축소 빔포밍 수행이 결정되면, 405단계에서 축소 빔포밍 요청(Reduced Beam Forming request) 신호를 시스템 기기(350)로 전송한다. 여기서, 축소 빔포밍 요청 신호는 도 5a에 도시된 바와 같이, 해당 메시지가 빔포밍 요청 메시지임을 나타내는 구성 요소 ID(501), 해당 메시지의 길이(503), 프로브 기기의 주소 정보(505), 해당 메시지가 축소 빔포밍 요청 메시지임을 나타내는 정보(507)를 포함하여 구성될 수 있다. 시스템 기기(350)는 프로브 기기(300)로부터 축소 빔포밍 요청 신호를 수신하여, 프로브 기기(300)와의 축소 빔포밍을 수행해야 함을 인지하고, 407단계에서 축소 빔포밍 응답 신호를 전송한다.
프로브 기기(300)는 409단계에서 방향 센서(330)를 이용하여 프로브 기기(300)의 방향 변경을 나타내는 정보를 측정하고 탐색 영역을 결정한다. 예를 들어, 401단계에서 감지된 프로브 기기(300)의 방향 변경에 의해, 프로브 기기(300) 및/혹은 안테나의 방위각 및 고도가 얼마나 변경되었는지, 프로브 기기(300) 및/혹은 안테나의 현재 방위각 및 고도가 얼마인지, 혹은 프로브 기기(300) 및/혹은 안테나가 x축, y축, 및 z축을 기준으로 얼마나 이동되었는지 나타내는 방향 정보를 측정 및 생성할 수 있다. 프로브 기기(300)의 방향 정보는 도 5b에 도시된 바와 같이, 해당 정보가 프로브 기기의 방향 정보임을 나타내는 구성 요소 ID(511), 방향 정보의 길이(513), 방위각 오프셋(515), 고도 오프셋(517), x축 거리 오프셋(519), y축 거리 오프셋(521), z축 거리 오프셋(523)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 오프셋은 방향 변경 이전과 방향 변경 이후 시점에 해당 파라미터 값의 차이값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 방위각 오프셋(515)은 방향 변경 이전에 프로브 기기의 방위각과 방향 변경 이후에 프로브 기기의 방위각의 차이값을 의미할 수 있다. 또한, 프로브 기기(300)는 방향 센서(330)로부터 제공되는 방향 변경 정보와 이전에 시스템 기기(350)와 통신을 수행하는데 이용된 송수신 빔 방향의 빔 인덱스 정보를 기반으로 빔 훈련을 수행하기 위한 탐색 영역을 결정하고, 결정된 탐색 영역을 나타내는 탐색 영역 정보(혹은 '빔포밍 영역 정보'라 함)를 생성할 수 있다. 프로브 기기(300)의 탐색 영역 정보는 도 5c에 도시된 바와 같이, 해당 정보가 축소 빔포밍에 대한 탐색 영역 정보임을 나타내는 구성 요소 ID(531), 탐색 영역 정보의 길이(533), 안테나 수(535), 빔 훈련을 수행할 섹터의 안테나들의 인덱스들(537, 539, 541)을 포함하여 구성될 수 있다.
프로브 기기(300)는 411단계에서 프로브 기기(300)의 방향 정보 및 탐색 영역 정보를 시스템 기기(350)로 전송하고, 이와 함께 시스템 기기(350)의 탐색 영역 정보를 전송해줄 것을 요청한다. 이후, 시스템 기기(350)는 프로브 기기(300)로부터 수신된 탐색 영역 정보와 상기 시스템 기기(350)에서 이전에 프로브 기기(300)와 통신을 수행하는데 이용된 송수신 빔 방향의 빔 인덱스 정보를 기반으로 축소 빔 훈련을 수행하기 위한 탐색 영역을 결정한다. 시스템 기기(350)는 413단계에서 결정된 시스템의 탐색 영역 정보를 프로브 기기(300)로 전송한다. 여기서, 프로브 기기(300)는 시스템 기기(350)의 탐색 영역 정보를 기반으로 자신의 탐색 영역을 조절할 수도 있다.
이후, 프로브 기기(300)와 시스템 기기(362)는 415단계에서 제한된 탐색 영역에 대해서만 빔 훈련을 수행한다. 즉, 프로브 기기(300)와 시스템 기기(362)는 각각의 안테나를 통해 형성 가능한 모든 송수신 빔 방향에 대해서 빔 훈련을 수행하는 것이 아닌, 제한된 탐색 영역에 대응되는 송수신 빔에 대해서만 빔 훈련을 수행할 수 있다.
이후, 프로브 기기(300)는 417단계에서 제한된 탐색 영역에 대응하는 송수신 빔들 중에서 신호 송수신 성능이 가장 좋은 빔에 대한 성능을 판단한다. 예를 들어, 프로브 기기(300)는 탐색 영역에 대응하는 송수신 빔들 중에서 시스템 기기(350)로부터의 신호를 가장 큰 세기로 수신한 송수신 빔을 선택하고, 선택된 송수신 빔의 수신 신호 세기와 임계 신호 세기를 비교할 수 있다. 프로브 기기(300)는 선택된 송수신 빔의 수신 신호 세기가 임계 신호 세기보다 크거나 같을 경우, 선택된 송수신 빔이 기준 성능을 만족하는 것으로 판단하고, 선택된 송수신 빔을 통해 시스템 기기(350)와 통신을 수행함을 결정할 수 있다. 반면, 프로브 기기(300)는 선택된 송수신 빔의 수신 신호 세기가 임계 신호 세기보다 작을 경우, 선택된 송수신 빔이 기준 성능을 만족하지 않는 것으로 판단하고, 빔포밍 절차를 재수행함을 결정할 수 있다.
프로브 기기(300)와 시스템 기기(350)는 선택된 송수신 빔이 기준 성능을 만족하지 않는 경우, 419단계에서 각각의 안테나를 통해 형성 가능한 모든 송수신 빔 방향 즉, 모든 탐색 영역에 대해서 빔 훈련을 수행하여, 시스템 기기(350)와 통신에 이용될 송수신 빔을 재선택할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 프로브 기기의 빔포밍 절차를 도시하고 있다.
도 6을 참조하면, 프로브 기기(300)는 601단계에서 방향 센서(330)를 통해 프로브 측정 방향이 변경됨을 감지한다. 예를 들어, 예를 들어, 프로브 기기(300)는 대상 체에 대한 초음파를 측정하는 중에 사용자 제어에 의한 프로브 기기의 이동 및 움직임으로 인해 프로브 기기 및/혹은 안테나의 방향이 변경되는 것을 감지한다.
프로브 기기(300)는 603단계에서 시스템 기기(350)로 축소 빔포밍 요청 신호를 전송한다. 여기서, 축소 빔포밍 요청 신호는 도 5a에 도시된 바와 같이, 해당 메시지가 빔포밍 요청 메시지임을 나타내는 구성 요소 ID(501), 해당 메시지의 길이(503), 프로브 기기의 주소 정보(505), 해당 메시지가 축소 빔포밍 요청 메시지임을 나타내는 정보(507)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 프로브 기기(300)는 시스템 기기(350)로 축소 빔포밍 요청 신호를 전송하기 이전에 프로브 기기(300)의 방향 변경 각도와 미리 설정된 임계값을 비교하고, 방향이 변경된 상태에서 시스템 기기(350)와의 통신 성능을 측정하여 축소 빔포밍 수행 여부를 판단할 수 있다.
프로브 기기(300)는 605단계에서 축소 빔포밍 응답 메시지가 수신되는지 여부를 검사한다. 프로브 기기(300)는 시스템 기기(350)로부터 축소 빔포밍 응답 메시지가 수신되지 않을 시, 축소 빔포밍 수행이 불가능한 것으로 결정하고, 619단계로 바로 진행한다. 반면, 시스템 기기(350)로부터 축소 빔포밍 응답 메시지가 수신될 시, 프로브 기기(300)는 축소 빔포밍 수행이 가능한 것으로 결정하고, 607단계에서 방향 센서로부터 방향 변경 정보를 추출한다.
이후, 프로브 기기(300)는 609단계에서 추출된 방향 변경 정보와 이전에 시스템 기기(350)와 통신을 수행하는데 이용된 송수신 빔 방향의 빔 인덱스 정보를 기반으로 빔 훈련을 수행하기 위한 탐색 영역을 결정한다. 예를 들어, 프로브 기기(300)는 이전에 이용된 빔 인덱스, 방향 변경 정보 및 현재 방향 정보를 기반으로 하여 이전에 시스템 기기(350)와 통신을 수행한 송수신 빔 방향에 인접한 영역이 탐색 영역으로 결정하거나, 혹은 이전에 시스템 기기(350)와 통신을 수행한 송수신 빔 방향에 대응되는 영역과 그 주변 영역을 포함하는 영역이 탐색 영역으로 결정할 수 있다.
프로브 기기(300)는 611단계에서 시스템 기기(350)로 방향 정보 및 탐색 영역 정보를 전송하고, 시스템 기기(350)의 탐색 영역 정보의 전송을 요청한다. 예를 들어, 프로브 기기(300)는 프로브 기기(300)의 방향 변경에 의해, 프로브 기기(300) 및/혹은 안테나의 방위각 변경 정도, 고도 변경 정도, x축 이동 거리, y축 이동 거리 및 z축 이동 거리를 포함하는 정보를 생성할 수 있다. 즉, 프로브 기기(300)의 방향 정보는 도 5b에 도시된 바와 같이, 해당 정보가 프로브 기기의 방향 정보임을 나타내는 구성 요소 ID(511), 방향 정보의 길이(513), 방위각 오프셋(515), 고도 오프셋(517), x축 거리 오프셋(519), y축 거리 오프셋(521), z축 거리 오프셋(523)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 프로브 기기(300)는 결정된 탐색 영역을 나타내는 탐색 영역 정보(혹은 '빔포밍 영역 정보'라 함)를 생성할 수 있다. 프로브 기기(300)의 탐색 영역 정보는 도 5c에 도시된 바와 같이, 해당 정보가 축소 빔포밍에 대한 탐색 영역 정보임을 나타내는 구성 요소 ID(531), 탐색 영역 정보의 길이(533), 안테나 수(535), 빔 훈련을 수행할 섹터의 안테나들의 인덱스들(537, 539, 541)을 포함하여 구성될 수 있다.
프로브 기기(300)는 613단계에서 시스템 기기(350)로부터 탐색 영역 정보를 수신한다. 여기서, 프로브 기기(300)는 시스템 기기(350)의 탐색 영역 정보를 기반으로 자신의 탐색 영역을 조절할 수도 있다. 예를 들어, 프로브 기기(300)는 시스템 기기(350)가 탐색하는 영역과 동일한 영역 혹은 인접한 영역에 대해 빔 훈련을 수행하도록 자신의 탐색 영역을 조절할 수 있다.
이후, 프로브 기기(300)는 615단계에서 제한된 빔 탐색 영역에 대해 빔 훈련을 수행하여 특정 송수신 빔 방향을 선택할 수 있다. 예컨대, 프로브 기기(300)는 다수개의 안테나를 통해 형성 가능한 모든 송수신 빔 방향에 대해서 빔 훈련을 수행하는 것이 아닌, 제한된 탐색 영역에 대응되는 섹터, 안테나 및 가중치 벡터에 의해 형성되는 송수신 빔 방향들에 대해서만 빔 훈련을 수행할 수 있다. 프로브 기기(300)는 빔 훈련 결과를 기반으로 탐색 영역에 대응되는 송수신 빔 방향들 중에서 최적의 성능을 갖는 송수신 빔 방향을 선택할 수 있다.
이후, 프로브 기기(300)는 617단계에서 선택된 송수신 빔 방향으로 데이터 송수신이 가능한지 여부를 확인한다. 예를 들어, 프로브 기기(300)는 선택된 송수신 빔을 통해 신호 수신 시, 수신 신호의 세기가 임계 신호 세기보다 크거나 같은지 여부를 확인할 수 있다. 프로브 기기(300)는 선택된 송수신 빔의 수신 신호 세기가 임계 신호 세기보다 크거나 같을 경우, 선택된 송수신 빔을 통해 데이터 송수신이 가능한 것으로 판단하고, 선택된 송수신 빔의 수신 신호 세기가 임계 신호 세기보다 작을 경우, 선택된 송수신 빔을 통해 데이터 송수신이 불가능한 것으로 판단할 수 있다.
프로브 기기(300)는 선택된 송수신 빔 방향으로 데이터 송수신이 가능한 경우, 621단계로 진행하여 선택된 송수신 빔 방향으로 시스템 기기(350)와 데이터를 송수신하고, 본 발명의 실시 예에 따른 절차를 종료한다.
반면, 프로브 기기(300)는 선택된 송수신 빔 방향으로 데이터 송수신이 불가능한 경우, 619단계로 진행하여 모든 섹터 및 안테나에 대해서 빔 훈련을 수행하고, 빔 훈련 수행 결과를 기반으로 송수신 빔 방향을 재선택한다. 이후, 프로브 기기(300)는 621단계에서 선택된 송수신 빔 방향으로 시스템 기기(350)와 데이터를 송수신하고, 본 발명의 실시 예에 따른 절차를 종료한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 시스템의 빔포밍 절차를 도시하고 있다.
도 7을 참조하면, 시스템 기기(350)는 701단계에서 축소 빔포밍 요청(Reduced Beam Forming request) 신호를 프로브 기기(300)로부터 수신한다. 여기서, 축소 빔포밍 요청 신호는 도 5a에 도시된 바와 같이, 해당 메시지가 빔포밍 요청 메시지임을 나타내는 구성 요소 ID(501), 해당 메시지의 길이(503), 해당 메시지를 송신한 프로브 기기(300)의 주소 정보(505), 해당 메시지가 축소 빔포밍 요청 메시지임을 나타내는 정보(507)를 포함하여 구성될 수 있다. 시스템 기기(350)는 703단계에서 프로브 기기(300)의 축소 빔포밍 수행을 인지하고, 축소 빔포밍 응답 신호를 전송한다.
이후, 시스템 기기(350)는 705단계에서 프로브 기기(300)의 방향 정보 및 탐색 영역을 나타내는 정보를 수신한다. 여기서, 프로브 기기(300)의 방향 정보는 도 5b에 도시된 바와 같이 프로브 기기(300)의 탐색 영역 정보는 도 5c에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.
시스템 기기(350)는 707단계에서 이전에 프로브 기기(300)와 통신을 수행하는데 이용된 송수신 빔 방향의 빔 인덱스 정보와 프로브 기기(300)로부터 수신된 방향 정보 및 탐색 영역 정보를 기반으로 축소 빔 훈련을 수행하기 위한 탐색 영역을 결정한다. 시스템 기기(350)는 709단계에서 결정된 시스템 기기(350)의 탐색 영역 정보를 프로브 기기(300)로 전송한다. 여기서, 탐색 영역 정보는 도 5c에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.
이후, 시스템 기기(350)는 711단계에서 제한된 탐색 영역에 대해서만 빔 훈련을 수행하여 특정 송수신 빔 방향을 선택할 수 있다. 예컨대, 시스템 기기(350)는 다수개의 안테나를 통해 형성 가능한 모든 송수신 빔 방향에 대해서 빔 훈련을 수행하는 것이 아닌, 제한된 탐색 영역에 대응되는 섹터, 안테나 및 가중치 벡터에 의해 형성되는 송수신 빔 방향들에 대해서만 빔 훈련을 수행할 수 있다. 시스템 기기(300)는 빔 훈련 결과를 기반으로 탐색 영역에 대응되는 송수신 빔 방향들 중에서 최적의 성능을 갖는 송수신 빔 방향을 선택할 수 있다.
이후, 시스템 기기(350)는 713단계에서 선택된 송수신 빔 방향으로 데이터 송수신이 가능한지 여부를 확인한다. 예를 들어, 시스템 기기(350)는 선택된 송수신 빔을 통해 신호 수신 시, 수신 신호의 세기가 임계 신호 세기보다 크거나 같은지 여부를 확인할 수 있다. 시스템 기기(350)는 선택된 송수신 빔의 수신 신호 세기가 임계 신호 세기보다 크거나 같을 경우, 선택된 송수신 빔을 통해 데이터 송수신이 가능한 것으로 판단하고, 선택된 송수신 빔의 수신 신호 세기가 임계 신호 세기보다 작을 경우, 선택된 송수신 빔을 통해 데이터 송수신이 불가능한 것으로 판단할 수 있다.
시스템 기기(350)는 선택된 송수신 빔 방향으로 데이터 송수신이 가능한 경우, 717단계로 진행하여 선택된 송수신 빔 방향으로 프로브 기기(300)와 데이터를 송수신하고, 본 발명의 실시 예에 따른 절차를 종료한다.
반면, 시스템 기기(350)는 선택된 송수신 빔 방향으로 데이터 송수신이 불가능한 경우, 715단계에서 모든 섹터 및 안테나에 대해서 빔 훈련을 수행하고, 빔 훈련 수행 결과를 기반으로 송수신 빔 방향을 재선택한다. 이후, 시스템 기기(350)는 717단계에서 선택된 송수신 빔 방향으로 프로브 기기(300)와 데이터를 송수신하고, 본 발명의 실시 예에 따른 절차를 종료한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 초음파 시스템의 구조를 도시하고 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시 예는 도 8에 도시된 바와 같이 다양한 시스템 구조에 적용될 수 있다. 일 예로, 상술한 실시 예는 다수개의 배열 안테나가 구비된 프로브 기기(801)를 포함하는 시스템 구조에 적용될 수 있다. 다른 예로, 상술한 실시 예는 시스템 기기와 유선으로 연결된 다수개의 싱크(sink, 803, 805)를 포함하는 시스템 구조에 적용될 수 있다. 여기서, 싱크는 프로브 기기(801)로부터 신호를 수신하는 적어도 하나의 배열 안테나 장치를 포함하여 구성될 수 있다. 또 다른 예로, 상술한 실시 예는 다수개의 싱크(807, 809)가 무선 중계기 역할을 수행하도록 배치된 시스템 구조에 적용될 수 있다.
도 9는 종래 기술에 따른 빔 훈련 시간 및 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔 훈련 시간을 도시하고 있다. 여기서 빔 훈련 시간은, 송신 다이버시티가 4이고, 수신 다이버시티 4이고, 각 안테나별 섹터 수가 20이고, 축소 빔포밍이 수행되는 탐색 영역에 포함되는 섹터 수가 10인 경우를 가정하여 실험한 결과를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 종래 기술에 따라 프로브 기기의 방향 변경 시, 모든 방향에 대해 빔 훈련을 수행하여 송수신 빔을 선택하는 경우, 빔 훈련에 6000us이상이 소요될 수 있다. 반면, 본 발명의 실시 예에 따라 프로브 기기의 방향 변경 시, 제한된 탐색 영역에 대해 빔 훈련을 수행하여 송수신 빔을 선택하는 경우, 빔 훈련에 1000us이내의 시간이 소요된다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 프로브 기기의 방향 변경을 기반으로 제한된 탐색 영역에 대해 빔 훈련을 수행하는 경우, 빔 훈련에 소요되는 시간을 대폭 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
상술한 실시 예에서는, 프로브 기기에서 전기적 빔포밍을 수행하는 경우를 가정하여 설명하였다, 그러나, 실시 예에 따라, 프로브 기기에서 기계적 빔포밍을 수행할 수 있는 경우, 전기적 빔포밍을 수행하면서 기계적인 빔포밍을 함께 수행할 수도 있을 것이다. 예를 들어 프로브 기기에서 기계적 장치(예: 모터)를 통해 안테나의 방향 조절이 가능한 경우, 전기적으로 빔 방향을 제어하면서, 기계적으로 안테나의 방향을 조절하여 송수신 빔 방향을 더욱 세밀하게 조절 및 설정할 수 있다. 이하 도 10 내지 도 14에서는 전기적인 빔포밍과 함께 기계적인 빔포밍을 수행하는 경우에 대해 설명할 것이다. 이하 도 10 내지 도 14에서 설명되는 전기적인 빔포밍은 공지된 빔포밍 방식과 본 발명에서 제안하는 축소 빔포밍 방식을 모두 포함하는 의미이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프로브 기기에서 전기적 빔 훈련 결과를 기반으로 기계적 빔포밍을 수행하는 예시를 도시하고 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프로브 기기(1000)는 적어도 하나의 안테나를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 안테나를 통해 특정 방향으로의 송수신 빔을 형성할 수 있다. 여기서, 안테나는 특정 방향으로의 빔 형성이 가능한 빔 안테나 및/혹은 배열 안테나를 포함하는 의미이다. 또한, 프로브 기기는 각 안테나를 연결하는 기계적 모듈을 제어하여, 각 안테나에서 형성 가능한 송수신 빔의 방향을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 프로브 기기(1000)는 시스템 기기(1010)와의 신호 송수신 결과를 바탕으로 프로브 기기(1000)의 방향이 변경됨을 감지할 수 있다. 프로브 기기(1000)는 방향 변경 감지시, 빔포밍 프로토콜에 따라 빔 훈련을 수행하고, 빔 훈련 결과를 바탕으로 안테나의 방향을 조절하는 기계적 모듈(1020)을 제어하여, 안테나의 송수신 빔 방향(1004)을 시스템 기기(1010)의 신호 송수신이 가능한 방향(1006)으로 조절할 수 있다.
여기서, 도 10에 도시된 프로브 기기의 안테나 개수 및 위치는 예시적인 것으로서, 이하 설명은 도 10에 도시된 바와 같은 구조에 한정되지 않고, 다양한 구조에 적용 가능하다. 예를 들어, 프로브 기기가 특정 위치에 다수개의 배열 안테나를 포함하는 경우, 혹은 다양한 위치들에 다수개의 배열 안테나를 포함하는 경우에도 적용 가능하다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프로브 기기의 블럭 구성을 도시하고 있다.
도 11을 참조하면, 프로브 기기(1000)는 제어부(1000), 송수신부(1120), 및 기계적 모듈(1130)을 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(1110)는 프로브 기기(1000)의 전반적인 동작을 위한 제어 기능을 수행한다. 예를 들어, 제어부(1110)는 초음파 신호 처리에 필요한 기능을 수행하고, 본 발명의 실시 예에 따라 프로브 기기(1000)의 방향 변경을 감지하고, 방향 변경이 감지될 시 빔포밍을 수행하기 위한 기능을 제어 및 처리한다. 예를 들어, 제어부(1110)는 시스템 기기(1010)와의 통신 성능이 저하되거나 통신이 실패될 경우, 프로브 기기(1000)의 방향이 변경됨을 감지할 수 있다.
제어부(1110)는 전기적 빔 방향 관리부(1112). 물리적 빔 방향 관리부(1114) 및 물리적 빔 방향 제어기(1116)를 포함하여, 프로브 기기(1000)의 방향 변경 시에 전기적인 빔포밍과 물리적인 빔포밍을 함께 수행하기 위한 기능을 제어 및 처리한다. 다시 말해, 제어부(1110)는 프로브 기기(1000)의 방향 변경이 감지될 시, 빔 훈련을 통해 선택된 송수신 빔 방향과 선택된 송수신 빔 방향의 빔 인덱스 정보를 기반으로 기계적 모듈(1130)을 조절하여 시스템 기기(1010)와의 통신 링크가 형성될 가능성이 큰 방향으로 안테나 송수신 빔이 형성되도록 제어할 수 있다.
전기적 빔 방향 관리부(1112)는 프로브 기기(1000)의 방향 변경 시, 빔포밍 모듈(1122)을 제어하여 빔 훈련을 수행하고, 빔 훈련 결과를 기반으로 최적의 송수신 빔 방향을 선택하고, 선택된 송수신 빔 방향의 정보를 관리한다. 전기적 빔 방향 관리부(1112)는 프로브 기기(1000)의 방향 변경 시, 빔포밍을 수행하기 위해 빔 훈련을 수행할 영역을 나타내는 빔포밍 영역 정보를 빔포밍 모듈(1122)로 제공할 수 있다. 실시 예에 따라, 전기적 빔 방향 관리부(1112)는 프로브 기기(1000)의 안테나를 통해 형성 가능한 모든 송수신 빔 방향에 대해 빔 훈련을 수행하도록 제어할 수도 있고, 상술한 도 3의 실시 예에서와 같이, 이전에 시스템 기기(1010)와 통신을 수행한 송수신 빔 방향을 기반으로 탐색 영역을 결정하고, 결정된 탐색 영역에 대해서만 빔 훈련을 수행하도록 제어할 수도 있을 것이다. 여기서, 빔포밍 영역 정보는 빔 훈련에 이용될 안테나 정보(예: 안테나 인덱스), 빔 훈련을 수행할 영역으로 송수신 빔을 형성하기 위한 안테나 가중치 벡터(AWV: Antenna Weight Vector)(혹은 안테나 패턴), 빔 훈련을 수행할 영역을 나타내는 섹터 정보 및/혹은 섹터 수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 전기적 빔 방향 관리부(1112)는 제어부(1110)에 의해 프로브 기기(1000)의 방향 변경 시, 방향 변경 이전에 송수신 빔의 방향을 물리적 빔 방향 관리부(1114)로 제공한다.
물리적 빔 방향 관리부(1114)는 기계적 모듈(1130)의 물리적 방향 변경 정보 및/혹은 현재 물리적 방향 정보를 수신하여 관리한다. 물리적 빔 방향 관리부(1114)는 프로브 기기(1000)의 방향 변경 시, 기계적 모듈(1130)의 현재 방향 정보를 물리적 빔 방향 제어기(1116)로 제공한다.
물리적 빔 방향 제어기(1116)는 프로브 기기(1000)의 방향 변경 시, 전기적 빔 방향 관리부(1112)로부터 선택된 송수신 빔 방향에 대한 정보를 제공받고, 빔포밍 모듈(1122)로부터 선택된 빔 방향의 인덱스 정보를 제공받을 수 있다. 또한, 물리적 빔 방향 제어기(1116)는 물리적 빔 방향 관리부(1114)로부터 기계적 모듈(1130)의 현재 방향 정보를 제공받을 수 있다. 물리적 빔 방향 제어기(1116)는 제공받은 송수신 빔 방향 및 빔 인덱스 정보를 기반으로, 기계적 모듈(1130)을 현재 방향에서 어느 방향으로 얼마나 회전 혹은 이동할 것인지 결정하고, 이를 나타내는 기계 장치 제어 정보를 생성한다. 물리적 빔 방향 제어기(1116)는 기계적 모듈(1130)의 방향 변경에 의해 통신 링크가 형성될 가능성이 큰 방향으로 안테나 송수신 빔이 형성되도록 하기 위해, 기계 장치 제어 정보를 기계적 모듈(1130)로 제공할 수 있다.
송수신부(1120)는 제어부(1110)의 제어에 따라 다수의 안테나(미도시)를 통해 신호를 송수신한다. 송수신부(1120)는 빔포밍 모듈(1122)을 포함하여 구성되며, 도면에 도시되지는 않았으나 다수의 부호화기, 다수의 변조기, 다수의 부반송파 매핑기, 다수의 변조기 및 다수의 RF 송신기를 포함하여 구성될 수 있다. 빔포밍 모듈(1122)은 제어부(1110)로부터 제공되는 빔포밍 영역 정보를 기반으로 시스템 기기(1010)와의 신호를 송수신하기 위한 빔을 형성할 수 있다. 빔포밍 모듈(1122)은 전기적 빔 방향 관리부(1112)의 제어에 따라 선택된 빔 방향에 대응되는 빔 인덱스를 물리적 방향 제어기(1116)로 제공할 수 있다. 여기서, 빔포밍 모듈(1122)은 디지털 빔포밍, 사전에 정의된 각 빔 방향에 대응되는 안테나들, 안테나 묶음들 혹은 안테나 배열(array)들 중 적어도 하나를 이용하여 제어부(1110)로부터 요청되는 송수신 빔을 형성할 수 있다.
기계적 모듈(1130)은 안테나를 프로브 기기(1000)에 연결하는 기계 장치로써, 물리적 빔 방향 제어기(1116)로부터 제공되는 제어 정보를 기반으로 각도 변경 혹은 거리 이동을 수행함으로써, 안테나의 빔 방향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 기계적 모듈(1130)은 모터와 같은 기계적 장치를 포함할 수 있다.
상술한 설명에서, 프로브 기기(1000)와 시스템 기기(1010)에서의 초음파 신호 처리에 필요한 상세한 기능 및 구성들에 대한 설명을 생략하였으나, 초음파 신호 처리에 관련된 기능 및 구성들은 당업자에게 공지된 기술을 따를 수 있다.
또한 상술한 설명에서는, 시스템 기기(1010)가 고정되어 시스템 기기의 방향이 변경되지 않는 경우를 가정하여 설명하였으나, 시스템 기기(1010)의 이동이 가능한 경우 시스템 기기(1010)는 상술한 프로브 기기(1000)와 같이 구성되어, 전기적 빔포밍과 기계적 빔포밍을 함께 수행하여 프로브 기기(1000)와의 통신에 이용될 송수신 빔을 설정할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 프로브 기기의 빔포밍 절차를 도시하고 있다.
도 12를 참조하면, 프로브 기기(1000)는 1210단계에서 프로브 기기의 방향이 변경됨을 감지한다. 예를 들어, 프로브 기기(1000)는는 시스템 기기(1010)와의 통신 성능이 저하되거나 통신이 실패될 경우, 프로브 기기(1000)의 방향이 변경됨을 감지할 수 있다.
프로브 기기(1000)는 1212단계에서 빔포밍 프로토콜을 수행하여 빔 방향을 선택한다. 예를 들어, 프로브 기기(1000)는 프로브 기기(1000)의 안테나를 통해 형성 가능한 모든 송수신 빔 방향에 대해 빔 훈련을 수행할 수도 있고, 상술한 도 3의 실시 예에서와 같이, 이전에 시스템 기기(1010)와 통신을 수행한 송수신 빔 방향을 기반으로 제한된 탐색 영역을 결정하고, 제한된 탐색 영역에 대해서만 빔 훈련을 수행할 수도 있다. 이때, 프로브 기기(1000)는 빔 훈련 결과 시스템 기기(1010)와의 신호 송수신 성능이 가장 좋은 빔 방향을 선택한다.
이후, 프로브 기기(1000)는 1214단계에서 선택된 빔 방향으로 시스템 기기(1010)와의 데이터 송수신이 가능한지 여부를 확인한다. 예를 들어, 프로브 기기(1000)는 선택된 빔 방향으로 시스템 기기(1010)로부터 신호를 수신하고, 신호 수신 세기를 임계값과 비교하여 데이터 송수신이 가능한지 여부를 확인할 수 있다. 만일, 선택된 빔 방향으로 시스템 기기와의 데이터 송수신이 가능하다고 판단된 경우, 프로브 기기(1000)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 빔포밍 절차를 종료한다.
반면, 선택된 빔 방향으로 시스템 기기와의 데이터 송수신이 불가능하다고 판단된 경우, 프로브 기기(1000)는 1216단계에서 선택된 빔 방향을 기반으로 기계 장치의 방향을 조절한다. 예를 들어, 프로브 기기(1000)는 선택된 빔 방향 및 선택된 빔 방향의 빔 인덱스 정보를 기반으로 기계 장치의 각도를 조절하여 통신 링크가 형성될 가능성이 큰 방향으로 안테나 송수신 빔이 형성되도록 제어할 수 있다.
이후, 프로브 기기(1000)는 1218단계에서 기계 장치의 방향 조절 이후 선택된 빔 방향으로 데이터 송수신이 가능한지 여부를 확인한다. 예를 들어, 프로브 기기(1000)는 1212단계에서 선택한 빔 방향에 대응하는 빔 인덱스로 송수신 빔을 형성하고, 형성된 송수신 빔을 통해 시스템 기기(1010)로부터 수신되는 신호의 세기를 임계값과 비교하여 데이터 송수신이 가능한지 여부를 확인할 수 있다. 여기서, 프로브 기기(1000)는 1212단계에서 선택된 빔 인덱스를 이용함으로써, 1214단계와 동일하게 송수신 빔을 형성하지만, 1216단계에서 기계적 장치의 각도가 변경되었으므로 1214단계에서의 송수신 빔 방향과 1218단계에서의 송수신 빔 방향은 서로 다를 것이다.
만일, 선택된 빔 방향으로 시스템 기기(1010)와의 데이터 송수신이 가능하다고 판단된 경우, 프로브 기기(1000)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 빔포밍 절차를 종료한다. 반면, 선택된 빔 방향으로 시스템 기기와의 데이터 송수신이 불가능하다고 판단된 경우, 프로브 기기(1000)는 1212단계로 되돌아가 이하 단계를 재수행한다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 프로브 기기에서 방향 센서에 의해 감지된 방향 변경 정보를 기반으로 기계적 빔포밍을 수행하는 예시를 도시하고 있다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프로브 기기(1300)는 적어도 하나의 안테나를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 안테나를 통해 특정 방향으로의 송수신 빔을 형성할 수 있다. 여기서, 안테나는 특정 방향으로의 빔 형성이 가능한 빔 안테나 및/혹은 배열 안테나를 포함하는 의미이다. 또한, 프로브 기기는 각 안테나를 연결하는 기계적 모듈(1320)을 제어하여, 각 안테나에서 형성 가능한 송수신 빔의 방향을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 프로브 기기(1300)는 방향 센서(미도시)에 의해 프로브 기기(1300)의 방향이 변경(1310)됨을 감지할 수 있다. 프로브 기기(1300)는 방향 변경 감지시, 방향 센서로부터 이전에 시스템 기기와 정상적으로 통신을 수행한 방향 정보를 획득하고, 획득된 방향 정보를 기반으로 기계적 모듈(1320)을 제어하여 안테나의 송수신 빔 방향(1004)을 이전에 시스템 기기와 정상적으로 통신을 수행한 방향으로 조절할 수 있다.
여기서, 도 13에 도시된 프로브 기기의 안테나 개수 및 위치는 예시적인 것으로서, 이하 설명은 도 10에 도시된 바와 같은 구조에 한정되지 않고, 다양한 구조에 적용 가능하다. 예를 들어, 프로브 기기가 특정 위치에 다수개의 빔 안테나를 포함하는 경우, 혹은 다양한 위치들에 다수개의 배열 안테나를 포함하는 경우에도 적용 가능하다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 프로브 기기의 블럭 구성을 도시하고 있다.
도 14를 참조하면, 프로브 기기(1300)는 제어부(1410), 송수신부(1420), 기계적 모듈(1430), 및 방향 센서(1440)를 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(1410)는 프로브 기기(1300)의 전반적인 동작을 위한 제어 기능을 수행한다. 예를 들어, 제어부(1410)는 초음파 신호 처리에 필요한 기능을 수행하고, 본 발명의 실시 예에 따라 프로브 기기(1300)의 방향 변경을 감지하고, 방향 변경이 감지될 시 빔포밍을 수행하기 위한 기능을 제어 및 처리한다. 예를 들어, 제어부(1410)는 방향 센서(1440)로부터 입력되는 방향 정보를 기반으로 방향이 변경됨을 감지할 수 있다.
제어부(1410)는 전기적 빔 방향 관리부(1412), 물리적 빔 방향 관리부(1414)및 물리적 빔 방향 제어기(1416)를 포함하여 구성된다. 전기적 빔 방향 관리부(1412)는 빔포밍 모듈(1422)을 제어하여 빔 훈련을 수행하고, 빔 훈련 결과를 기반으로 최적의 송수신 빔 방향을 선택하고, 선택된 송수신 빔 방향의 정보를 관리한다. 전기적 빔 방향 관리부(1412)는 빔포밍을 수행하기 위해 빔 훈련을 수행할 영역을 나타내는 빔포밍 영역 정보를 빔포밍 모듈(1422)로 제공할 수 있다.
물리적 빔 방향 관리부(1414)는 기계적 모듈(1430)의 물리적 방향 변경 정보 및/혹은 현재 물리적 방향 정보를 수신하여 관리한다. 물리적 빔 방향 관리부(1414)는 프로브 기기(1300)의 방향 변경 시, 기계적 모듈(1430)의 현재 방향 정보를 물리적 빔 방향 제어기(1416)로 제공한다.
물리적 빔 방향 제어기(1416)는 프로브 기기(1300)의 방향 변경 시, 방향 센서(1440)로부터 수신된 방향 정보 즉, 방향 변경 정보를 제공받고, 물리적 빔 방향 관리부(1414)로부터 기계적 모듈(1430)의 현재 방향 정보를 제공받을 수 있다. 물리적 빔 방향 제어기(1416)는 제공받은 프로브 기기(1300)의 방향 변경 정보 및 현재 방향 정보를 기반으로, 기계적 모듈(1430)을 현재 방향에서 어느 방향으로 얼마나 회전 혹은 이동할 것인지 결정하고, 이를 나타내는 기계 장치 제어 정보를 생성한다. 물리적 빔 방향 제어기(1416)는 기계적 모듈(1430)의 방향 변경에 의해 통신 링크가 형성될 가능성이 큰 방향으로 안테나 송수신 빔이 형성되도록 하기 위해, 기계 장치 제어 정보를 기계적 모듈(1430)로 제공할 수 있다.
송수신부(1420)는 제어부(1410)의 제어에 따라 다수의 안테나(미도시)를 통해 신호를 송수신한다. 송수신부(1420)는 빔포밍 모듈(1422)을 포함하여 구성되며, 도면에 도시되지는 않았으나 다수의 부호화기, 다수의 변조기, 다수의 부반송파 매핑기, 다수의 변조기 및 다수의 RF 송신기를 포함하여 구성될 수 있다. 빔포밍 모듈(1422)은 제어부(1410)로부터 제공되는 빔포밍 영역 정보를 기반으로 시스템 기기와의 신호를 송수신하기 위한 빔을 형성할 수 있다. 여기서, 빔포밍 모듈(1122)은 디지털 빔포밍, 사전에 정의된 각 빔 방향에 대응되는 안테나들, 안테나 묶음들 혹은 안테나 배열(array)들 중 적어도 하나를 이용하여 제어부(1410)로부터 요청되는 송수신 빔을 형성할 수 있다.
기계적 모듈(1430)은 안테나를 프로브 기기(1300)에 연결하는 기계 장치로써, 물리적 빔 방향 제어기(1416)로부터 제공되는 제어 정보를 기반으로 각도 변경 혹은 거리 이동을 수행함으로써, 안테나의 빔 방향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 기계적 모듈(1430)은 모터와 같은 기계적 장치를 포함할 수 있다.
방향 센서(1440)는 자이로 센서 및 가속도 센서와 같이 방향 변경을 감지할 수 있는 센서로서, 프로브 기기의 움직임 혹은 이동에 의해 변경되는 프로브 기기의 방향 및/혹은 각 안테나의 방향 변경을 감지하고, 감지된 방향 변경 정보를 제어부(1410)에 포함된 물리적 빔 방향 관리부(1414)로 제공한다.
상술한 설명에서, 프로브 기기(1300)와 시스템 기기에서의 초음파 신호 처리에 필요한 상세한 기능 및 구성들에 대한 설명을 생략하였으나, 초음파 신호 처리에 관련된 기능 및 구성들은 당업자에게 공지된 기술을 따를 수 있다.
또한 상술한 설명에서는, 시스템 기기가 고정되어 시스템 기기의 방향이 변경되지 않는 경우를 가정하여 설명하였으나, 시스템 기기의 이동이 가능한 경우 시스템 기기는 상술한 프로브 기기(1300)와 같이 구성되어, 전기적 빔포밍과 기계적 빔포밍을 수행하여 프로브 기기(1300)와의 통신에 이용될 송수신 빔을 설정할 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 프로브 기기의 빔포밍 절차를 도시하고 있다.
도 15를 참조하면, 프로브 기기(1300)는 1502단계에서 프로브 기기의 방향이 변경됨을 감지한다. 예를 들어, 프로브 기기(1300)는 방향 센서(1440)를 통해 프로브 기기(1300)의 방향이 변경됨을 감지할 수 있다.
프로브 기기(1300)는 1504단계에서 빔포밍 프로토콜을 수행하여 빔 방향을 선택한다. 예를 들어, 프로브 기기(1300)는 프로브 기기(1300)의 안테나를 통해 형성 가능한 모든 송수신 빔 방향에 대해 빔 훈련을 수행할 수도 있고, 상술한 도 3의 실시 예에서와 같이, 이전에 시스템 기기와 통신을 수행한 송수신 빔 방향을 기반으로 제한된 탐색 영역을 결정하고, 제한된 탐색 영역에 대해서만 빔 훈련을 수행할 수도 있다. 이때, 프로브 기기(1300)는 빔 훈련 결과 시스템 기기와의 신호 송수신 성능이 가장 좋은 빔 방향을 선택한다.
이후, 프로브 기기(1300)는 1506단계에서 선택된 빔 방향으로 시스템 기기와의 데이터 송수신이 가능한지 여부를 확인한다. 예를 들어, 프로브 기기(1300)는 선택된 빔 방향으로 시스템 기기로부터 신호를 수신하고, 신호 수신 세기를 임계값과 비교하여 데이터 송수신이 가능한지 여부를 확인할 수 있다. 만일, 선택된 빔 방향으로 시스템 기기와의 데이터 송수신이 가능하다고 판단된 경우, 프로브 기기(1300)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 빔포밍 절차를 종료한다.
반면, 선택된 빔 방향으로 시스템 기기와의 데이터 송수신이 불가능하다고 판단된 경우, 프로브 기기(1300)는 1508단계에서 방향 센서로부터 방향 정보를 추출한다. 예를 들어, 프로브 기기(1300)는 방향 센서로부터 프로브 기기(1300)의 이전 방향과 현재 방향에 대한 방위각 오프셋, 고도 오프셋, x축 거리 오프셋, y축 거리 오프셋, 및 z축 거리 오프셋을 포함하는 방향 정보를 추출한다. 이후, 프로브 기기(1300)는 추출된 방향 정보와 기계 장치의 현재 방향 정보를 기반으로 기계 장치의 방향을 조절한다. 예를 들어, 프로브 기기(1300)는 프로브 기기(1300)의 방향 변경 정보 및 기계 장치의 현재 방향 정보를 기반으로, 기계 장치를 현재 방향에서 어느 방향으로 얼마나 회전 혹은 이동할 것인지 결정하고, 이를 기반으로 기계 장치의 각도 및/혹은 위치를 조절한다.
이후, 프로브 기기(1300)는 1512단계에서 기계 장치의 방향 조절 이후 선택된 빔 방향으로 데이터 송수신이 가능한지 여부를 확인한다. 예를 들어, 프로브 기기(1300)는 1504단계에서 선택한 빔 방향에 대응하는 빔 인덱스로 송수신 빔을 형성하고, 형성된 송수신 빔을 통해 시스템 기기로부터 수신되는 신호의 세기를 임계값과 비교하여 데이터 송수신이 가능한지 여부를 확인할 수 있다. 여기서, 프로브 기기(1300)는 1504단계에서 선택된 빔 인덱스를 이용함으로써, 1506단계와 동일하게 송수신 빔을 형성하지만, 1510단계에서 기계적 장치의 각도가 변경되었으므로 1506단계에서의 송수신 빔 방향과 1512단계에서의 송수신 빔 방향은 서로 다를 것이다.
만일, 선택된 빔 방향으로 시스템 기기와의 데이터 송수신이 가능하다고 판단된 경우, 프로브 기기(1300)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 빔포밍 절차를 종료한다. 반면, 선택된 빔 방향으로 시스템 기기와의 데이터 송수신이 불가능하다고 판단된 경우, 프로브 기기(1300)는 1514단계에서 기계 장치의 모든 방향에 대해 빔포밍 프로토콜을 수행하여 빔 방향을 선택한다. 예를 들어, 프로브 기기(1300)는 기계적 모듈(1440)의 각도 및 위치를 미리 설정된 값만큼 변경하면서 안테나를 통해 형성 가능한 모든 송수신 빔 방향에 대해 빔 훈련을 수행한 후, 빔 훈련 결과를 바탕으로 시스템 기기와의 신호 송수신 성능이 가장 좋은 빔 방향을 선택할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
본 발명의 실시 예에 따른 동작들은 단일의 제어부에 의해 그 동작이 구현될 수 있을 것이다. 이러한 경우 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령이 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판단 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM이나 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드 뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 본 발명에서 설명된 기지국 또는 릴레이의 전부 또는 일부가 컴퓨터 프로그램으로 구현된 경우 상기 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체도 본 발명에 포함된다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (22)

  1. 빔포밍을 지원하는 무선통신 기기의 방법에 있어서,
    상대 기기와의 통신 중에 상기 무선통신 기기의 방향 변경을 감지하는 과정과,
    상기 무선통신 기기의 방향 변경을 나타내는 정보를 기반으로 상기 상대 기기와의 통신을 위한 빔 방향을 조절하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상대 기기와의 통신을 위한 빔 방향을 조절하는 과정은,
    상기 방향 변경을 나타내는 정보와 상기 방향 변경 이전에 상대 기기와의 통신에 이용된 빔 인덱스를 기반으로 빔 훈련 영역을 결정하는 과정과,
    상기 결정된 빔 훈련 영역에 대해서 빔 훈련을 수행하는 과정과,
    상기 빔 훈련 영역에 대한 빔 훈련 결과를 기반으로 상기 상대 기기와 통신을 위한 빔을 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 빔 훈련 영역은, 상기 무선통신 기기에서 안테나를 통해 빔 형성이 가능한 모든 영역 중에서 상기 이전에 상대 기기와 통신에 이용된 빔 방향을 포함하는 영역 혹은 상기 이전에 상대 기기와 통신에 이용된 빔 방향의 주변 영역을 포함하는 영역으로 결정하는 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 빔 훈련 영역은, 빔 훈련에 이용될 안테나 인덱스, 안테나 가중치 벡터(Antenna Weight Vector), 안테나 패턴, 섹터 정보 및/혹은 섹터 수 중 적어도 하나를 포함하여 나타내는 방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 방향 변경을 나타내는 정보는, 방위각 오프셋, 고도 오프셋, x축 거리 오프셋, y축 거리 오프셋, z축 거리 오프셋 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 빔 훈련 영역을 결정하는 과정은,
    상기 방향 변경을 나타내는 정보와 상기 빔 훈련 영역에 대한 정보를 상기 상대 기기로 전송하는 과정과,
    상기 상대 기기로부터 상기 상대 기기의 빔 훈련 영역에 대한 정보를 수신하는 과정과,
    상기 상대 기기의 빔 훈련 영역에 대한 정보를 기반으로 상기 무선통신 기기의 빔 훈련 영역을 조절하는 과정을 포함하는 방법.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 상대 기기와 통신을 위한 빔을 결정하는 과정은,
    상기 빔 훈련 영역에 대한 빔 훈련 결과를 기반으로 빔을 선택하는 과정과,
    상기 선택된 빔의 송수신 성능이 기준 성능을 만족하는지 여부를 검사하는 과정과,
    상기 선택된 빔의 송수신 성능이 기준 성능을 만족할 시, 상기 선택된 빔으로 상기 상대 기기와의 통신을 위한 빔으로 결정하는 과정과,
    상기 선택된 빔의 송수신 성능이 기준 성능을 만족하지 않을 시, 상기 무선통신 기기에서 안테나를 통해 빔 형성이 가능한 모든 영역에 대한 빔 훈련을 수행하여 빔을 재선택하는 과정을 포함하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 무선통신 기기의 방향 변경은, 상기 무선 통신 기기에 구비된 센서를 이용하여 감지하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 무선통신 기기의 방향 변경은, 상기 상대 기기와의 통신 중인 빔의 송수신 성능을 기반으로 감지하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 무선통신 기기의 방향 변경을 나타내는 정보를 기반으로 상기 상대 기기와의 통신을 위한 빔을 조절하는 과정은,
    상기 무선통신 기기에서 안테나를 통해 빔 형성이 가능한 모든 영역에 대해 빔 훈련을 수행하는 과정과,
    상기 모든 영역에 대한 빔 훈련 결과를 기반으로 빔을 선택하는 과정과,
    상기 선택된 빔의 방향 및 인덱스 정보와 기계 장치의 현재 방향 정보를 기반으로 상기 기계 장치의 각도 및 위치 중 적어도 하나를 조절하는 과정을 포함하며,
    상기 기계 장치는, 상기 무선통신 기기와 안테나 사이를 연결하며,
    상기 기계 장치의 각도 및 위치 중 적어도 하나가 조절될 시 상기 안테나의 빔 방향이 조절되는 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 무선통신 기기의 방향 변경을 나타내는 정보를 기반으로 상기 상대 기기와의 통신을 위한 빔을 조절하는 과정은,
    센서로부터 상기 방향 변경을 나타내는 정보를 획득하는 과정과,
    상기 방향 변경을 나타내는 정보와 기계 장치의 현재 방향 정보를 기반으로 상기 기계 장치의 각도 및 위치 중 적어도 하나를 조절하는 과정을 포함하며,
    상기 기계 장치는, 상기 무선통신 기기와 안테나 사이를 연결하며,
    상기 기계 장치의 각도 및 위치 중 적어도 하나가 조절될 시 상기 안테나의 빔 방향이 조절되는 방법.
  12. 빔포밍을 지원하는 무선통신 기기의 장치에 있어서,
    상대 기기와의 통신 중에 상기 무선통신 기기의 방향 변경을 감지하고, 상기 무선통신 기기의 방향 변경을 나타내는 정보를 기반으로 상기 상대 기기와의 통신을 위한 빔 방향을 조절하는 제어부와,
    상기 제어부의 제어에 따라 빔을 형성하여 신호를 송수신하는 송수신부를 포함하는 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 방향 변경을 나타내는 정보와 상기 방향 변경 이전에 상대 기기와의 통신에 이용된 빔 인덱스를 기반으로 빔 훈련 영역을 결정하고, 상기 결정된 빔 훈련 영역에 대해서 빔 훈련을 수행하도록 제어하고, 상기 빔 훈련 영역에 대한 빔 훈련 결과를 기반으로 상기 상대 기기와 통신을 위한 빔을 결정하는 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 빔 훈련 영역은, 상기 무선통신 기기에서 안테나를 통해 빔 형성이 가능한 모든 영역 중에서 상기 이전에 상대 기기와 통신에 이용된 빔 방향을 포함하는 영역 혹은 상기 이전에 상대 기기와 통신에 이용된 빔 방향의 주변 영역을 포함하는 영역으로 결정하는 장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 빔 훈련 영역은, 빔 훈련에 이용될 안테나 인덱스, 안테나 가중치 벡터(Antenna Weight Vector), 안테나 패턴, 섹터 정보 및/혹은 섹터 수 중 적어도 하나를 포함하여 나타내는 장치.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 방향 변경을 나타내는 정보는, 방위각 오프셋, 고도 오프셋, x축 거리 오프셋, y축 거리 오프셋, z축 거리 오프셋 중 적어도 하나를 포함하는 장치.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 방향 변경을 나타내는 정보와 상기 빔 훈련 영역에 대한 정보를 상기 상대 기기로 전송하고, 상기 상대 기기로부터 상기 상대 기기의 빔 훈련 영역에 대한 정보를 수신하도록 제어하며, 상기 상대 기기의 빔 훈련 영역에 대한 정보를 기반으로 상기 무선통신 기기의 빔 훈련 영역을 조절하는 장치.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 빔 훈련 영역에 대한 빔 훈련 결과를 기반으로 빔을 선택하고, 상기 선택된 빔의 송수신 성능이 기준 성능을 만족하는지 여부를 검사하고, 상기 선택된 빔의 송수신 성능이 기준 성능을 만족할 시, 상기 선택된 빔으로 상기 상대 기기와의 통신을 위한 빔으로 결정하고, 상기 선택된 빔의 송수신 성능이 기준 성능을 만족하지 않을 시, 상기 무선통신 기기에서 안테나를 통해 빔 형성이 가능한 모든 영역에 대한 빔 훈련을 수행하여 빔을 재선택하는 장치.
  19. 제 12항에 있어서,
    상기 무선통신 기기의 방향 변경을 감지하는 센서를 더 포함하는 장치.
  20. 제 12항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 상대 기기와의 통신 중인 빔의 송수신 성능을 기반으로 감지하는 장치.
  21. 제 12항에 있어서,
    상기 무선통신 기기와 안테나 사이를 연결하는 기계 장치를 더 포함하며,
    상기 기계 장치의 각도 및 위치 중 적어도 하나가 조절될 시 상기 안테나의 빔 방향이 조절되며,
    상기 제어부는, 상기 무선통신 기기에서 안테나를 통해 빔 형성이 가능한 모든 영역에 대해 빔 훈련을 수행하고, 상기 모든 영역에 대한 빔 훈련 결과를 기반으로 빔을 선택하고, 상기 선택된 빔의 방향 및 인덱스 정보와 상기 기계 장치의 현재 방향 정보를 기반으로 상기 기계 장치의 각도 및 위치 중 적어도 하나를 조절하는 장치.
  22. 제 12항에 있어서,
    상기 무선통신 기기의 방향 변경을 감지하는 센서와,
    상기 무선통신 기기와 안테나 사이를 연결하는 기계 장치를 더 포함하며,
    상기 기계 장치의 각도 및 위치 중 적어도 하나가 조절될 시 상기 안테나의 빔 방향이 조절되며,
    상기 제어부는, 상기 센서로부터 상기 방향 변경을 나타내는 정보를 획득하고, 상기 방향 변경을 나타내는 정보와 상기 기계 장치의 현재 방향 정보를 기반으로 상기 기계 장치의 각도 및 위치 중 적어도 하나를 조절하는 장치.
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