KR20150078189A - 위성/지상 겸용망에서 위성 다운링크 간섭 완화 방법 - Google Patents

위성/지상 겸용망에서 위성 다운링크 간섭 완화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 지상통신시스템과 주파수 자원을 공유하는 위성통신시스템에 포함된 위성 또는 지상 지구국이 주파수 자원을 할당하는 방법이 제공된다. 상기 위성은 제1 위성 빔의 영역을 적어도 하나의 섹터로 분할한다. 상기 위성은 상기 적어도 하나의 섹터 중 위성 단말이 위치하는 제1 섹터를 판단한다. 상기 위성은 제1 지상 셀에 포함된 적어도 하나의 섹터 중에서, 상기 제1 섹터에 대응하는 제2 섹터를 판단한다. 상기 위성은 상기 제2 섹터를 위한 제1 주파수 자원 중에서, 적어도 어느 하나를 상기 위성 단말에 할당한다. 여기서, 상기 제1 지상 셀은 상기 제1 위성 빔에 인접하는 제2 위성 빔의 영역 내에 위치한다.

Description

위성/지상 겸용망에서 위성 다운링크 간섭 완화 방법{METHOD AND APPARATUS FOR MITIGATING SATELLITE DOWNLINK INTERFERENCE OF SATELLITE AND TERRESTRIAL INTEGRATED SYSTEM}
본 발명은 위성 및 지상 겸용망에서 위성 다운링크 간섭을 완화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
다중 빔 환경인 경우에 인접한 빔간 위성 통신 시스템들은 서로 다른 주파수를 사용함으로써, 빔 간 간섭이 발생하지 않도록 한다. 한편, 위성 통신 시스템과 지상 통신 시스템에서 모두 사용 가능한 주파수 대역의 경우, 위성 및 지상 겸용 통신 망에서는 하나의 위성 빔에서 사용되는 주파수를 인접한 위성 빔 내부의 지상 통신 시스템(예, 지상 이동 통신 시스템)이 재사용할 수 있다. 현재 위성 통신 시스템 및 지상 통신 시스템에서 모두 사용할 수 있는 주파수가 존재하며, 이러한 주파수의 활용 방법은 각 나라의 정책에 따라 결정된다. 위성 및 지상 겸용 망에서 주파수를 공유하여 사용하는 경우에, 하나의 위성 빔에서 사용되는 주파수를 인접한 위성 빔 영역 내의 지상 통신 시스템이 활용한다면 주파수 활용도를 더욱 높일 수 있다.
한편, 위성 통신 시스템과 지상 통신 시스템이 주파수를 공유하여 사용하는 위성 및 지상 겸용망에서는 주파수 공유를 위해서, 다중 빔 위성의 특정 빔에서 위성이 사용하는 주파수 밴드를 제외한 나머지 주파수 밴드를 상기 특정 빔 내의 지상 통신 시스템이 활용한다. 이 경우에, 상기 특정 빔에 인접하는 위성 빔 영역 내부에 위치하는 지상 기지국들이 송신하는 다운링크 신호에 의해, 위성 단말이 위성으로부터 수신하는 다운링크 신호에 간섭이 발생하게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 위성 및 지상 겸용망에서 위성 통신 시스템과 지상 통신 시스템 간의 간섭을 완화할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 지상통신시스템과 주파수 자원을 공유하는 위성통신시스템에 포함된 위성 또는 지상 지구국이 주파수 자원을 할당하는 방법이 제공된다. 상기 자원 할당 방법은, 제1 위성 빔의 영역을 적어도 하나의 섹터로 분할하는 단계; 상기 적어도 하나의 섹터 중 위성 단말이 위치하는 제1 섹터를 판단하는 단계; 제1 지상 셀에 포함된 적어도 하나의 섹터 중에서, 상기 제1 섹터에 대응하는 제2 섹터를 판단하는 단계; 및 상기 제2 섹터를 위한 제1 주파수 자원 중에서, 적어도 어느 하나를 상기 위성 단말에 할당하는 단계를 포함한다. 상기 제1 지상 셀은 상기 제1 위성 빔에 인접하는 제2 위성 빔의 영역 내에 위치한다.
상기 제1 지상 셀에 포함된 섹터의 개수는 N(단, N은 자연수)개일 수 있다. 상기 분할하는 단계는, 상기 제1 위성 빔의 영역을 N개로 분할하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 위성 빔에 할당된 주파수 자원은 상기 제2 위성 빔에 할당된 주파수 자원과 다를 수 있다.
적어도 하나의 주파수 자원 중에서 상기 제2 위성 빔에 할당된 주파수 자원을 제외한 나머지 주파수 자원은 상기 제1 지상 셀에 포함된 N개의 섹터 별로 분할될 수 있다.
상기 제2 섹터를 판단하는 단계는, 상기 제1 지상 셀에 포함된 N개의 섹터 중에서 상기 위성 단말과의 간섭 세기가 가장 약한 섹터를 상기 제2 섹터로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 섹터를 판단하는 단계는, 상기 제1 지상 셀에 포함된 각 섹터의 중심과 상기 위성 단말 간의 각도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 섹터를 판단하는 단계는, 상기 측정된 각도 중에서 임계 각도 보다 큰 각도를 가지는 섹터를 상기 제2 섹터로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 섹터를 판단하는 단계는, 상기 측정된 각도 중에서 가장 큰 각도를 가지는 섹터를 상기 제2 섹터로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 위성 단말은 상기 제1 위성 빔의 중심으로부터 임계 거리 이상 떨어져 있는 단말일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 지상통신시스템과 주파수 자원을 공유하는 위성통신시스템에 포함된 위성이 제공된다. 상기 위성은, 메모리; 및 상기 메모리와 연결되고, 위성 단말에게 주파수 자원을 할당하기 위한 동작을 수행하는 프로세서를 포함한다. 여기서, 상기 프로세서는, 상기 위성의 제1 위성 빔에 포함된 N(단, N은 자연수)개의 섹터 중에서 위성 단말이 위치하는 제1 섹터를 판단하고, 상기 지상통신시스템의 제1 지상 셀에 포함된 N개의 섹터 중에서 상기 제1 섹터에 대응하는 제2 섹터를 판단하고, 상기 제2 섹터를 위한 주파수 자원 중에서 적어도 어느 하나를 상기 위성 단말에 할당한다. 상기 제1 지상 셀은 상기 제1 위성 빔에 인접하는 상기 위성의 제2 위성 빔의 영역 내에 위치한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 위성통신시스템과 주파수를 공유하는 지상통신시스템의 지상 기지국이 주파수 자원을 할당하는 방법이 제공된다. 상기 기지국의 자원 할당 방법은, 상기 지상 기지국이 위치하는 제1 위성 빔과 인접한 제2 위성 빔에 할당된 주파수 자원을 판단하는 단계; 및 M(단, M은 2 이상의 자연수)개의 주파수 자원 중에서 상기 제1 위성 빔 및 상기 제2 위성 빔에 할당된 주파수 자원을 제외한 제1 주파수 자원 중에서, 적어도 어느 하나를 상기 지상통신시스템의 적어도 하나의 지상 단말에 할당하는 단계를 포함한다.
상기 기지국의 자원 할당 방법은, 할당할 주파수 자원이 부족한 경우에, 상기 제2 위성 빔에 할당된 주파수 자원 중 적어도 어느 하나를 상기 지상통신시스템의 적어도 하나의 지상 단말에 할당하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 지상 기지국은 상기 제2 위성 빔의 경계로부터 임계 거리 이내에 위치하는 기지국일 수 있다.
상기 할당하는 단계는, 상기 제1 위성 빔과 인접한 제3 위성 빔에 할당된 주파수 자원을 상기 제1 주파수 자원에서 제외하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 위성 및 지상 겸용망에서 위성통신시스템과 지상통신시스템이 주파수를 공유하여 활용하는 환경에서, 지상 기지국에서 송신한 다운링크 신호에 의해 발생되는 위성 단말의 수신 신호 간섭을 완화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 위성 단말이 받는 다운링크 간섭을 최소화함으로써, 전체 주파수 활용도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 위성통신시스템과 지상통신시스템 간의 주파수 분할 및 이용 방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 위성 및 지상 겸용망에서의 주파수 밴드를 나타낸 도면이다.
도 3은 지상 기지국에 의한 위성 단말의 수신 신호 간섭을 나타낸 도면이다.
도 4는 지상 기지국 섹터 안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 위성의 자원 할당 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 위성의 자원 할당 과정을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 지상 기지국의 자원 할당 방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에서의 인접한 두 위성 빔 간의 주파수 자원 할당의 일예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 위성의 구성을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 지상 지구국의 구성을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 지상 기지국의 구성을 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 지상 단말(terminal)은, 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, MS, MT, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한, 지상 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS) 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, HR-RS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
도 1은 위성통신시스템과 지상통신시스템 간의 주파수 분할 및 이용 방법을 나타낸 도면이다. 위성통신시스템과 지상통신시스템에서 모두 사용할 수 있는 주파수의 활용에 있어서, 위성통신시스템과 지상통신시스템이 주파수를 분할하여 사용하는 방법이 고려될 수 있다. 도 1은 위성통신시스템과 지상통신시스템이 주파수를 분할하여 이용하는 예를 도시하고 있다. 위성통신시스템은 위성과 위성 단말(예, Mobile Earth Station, MES)을 포함한다. 지상통신시스템은 지상 기지국과 지상 단말을 포함한다. 다중 빔 환경에서는, 하나의 위성은 다수의 위성 빔(SB1 내지 SB4)을 방사할 수 있다.
도 1에서는 전체 주파수 대역이 4개(주파수 대역 1 내지 4)로 구분되는 경우를 예시하였다. 그리고 도 1에서는 원형의 제1 위성 빔(SB1)에서 주파수 대역 1을, 제1 위성 빔(SB1)과 인접한 제2 위성 빔(SB2)에서는 주파수 대역 2를, 제3 위성 빔(SB3)에서는 주파수 대역 3을, 제4 위성 빔(SB4)에서는 주파수 대역 4를 사용하는 경우를 예시하였다. 도 1에 도시된 바와 같이, 위성통신시스템은 인접하는 위성 빔(SB1 내지 SB4)에서 서로 다른 주파수 대역을 사용한다.
한편, 제1 위성 빔(SB1)이 주파수 대역 1을 사용하는 경우에, 제1 위성 빔(SB1) 내에 위치하는 육각형의 지상 셀(TC)은 주파수 대역 2, 3, 및 4를 재사용할 수 있다. 한편, 하나의 지상 셀(TC)은 M(단, M은 자연수)개의 섹터를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제2 위성 빔(SB2) 내의 지상 셀(TC)은 주파수 대역 1, 3, 및 4를 재사용할 수 있고, 제3 위성 빔(SB3) 내의 지상 셀(TC)은 주파수 대역 1, 2, 및 4를 재사용할 수 있고, 제4 위성 빔(SB4) 내의 지상 셀(TC)은 주파수 대역 1, 2, 및 3을 재사용할 수 있다. 한편, 도 1에서는 지상 셀(예, 제1 위성 빔(SB1) 내의 지상 셀(TC))에서는 셀 별로 주파수 대역 2, 3, 및 4 중 어느 하나의 주파수 대역을 사용하는 경우를 예시하였다. 하지만, 이는 예시일 뿐이고, 지상통신시스템의 주파수 재사용 요소(frequency reuse factor)가 1인 형태로 지상통신시스템이 구성되면, 제1 위성 빔(SB1) 내의 각 지상 셀(TC)이 주파수 대역 2, 3, 및 4를 모두 사용할 수도 있다.
한편, 제1 위성 빔(SB1) 내의 지상통신시스템이 주파수 대역 2, 3, 및 4를 재사용하면, 주파수 대역 2를 사용하는 제2 위성 빔(SB2) 내의 지상통신시스템은 주파수 대역 1, 3, 및 4를 재활용한다. 이런 방식을 통해서, 위성통신시스템과 지상통신시스템이 주파수를 공유한다. 하지만, 제1 위성 빔(SB1) 내의 위성 단말이 위성으로부터 다운링크 신호를 수신하는 경우에, 인접한 위성 빔(SB2 내지 SB4) 내의 수 많은 지상 기지국으로부터 지상 단말로 전송되는 다운링크 신호에 의해 간섭이 발생하게 된다.
도 2는 위성 및 지상 겸용망에서의 주파수 밴드를 나타낸 도면이다.
위성 및 지상 겸용망에서 사용되는 주파수 대역은 위성통신시스템의 주파수 재사용율(또는 주파수 재사용 요소) K에 따라, 주파수 대역 F1 내지 FK로 나누어질 수 있다.
한편, 각 위성 빔(예, SB1 내지 SB4)에서는 주파수 재사용율 K에 따라 주파수 대역 F1 내지 FK 중 해당 주파수 대역이 할당되어 사용된다. 이 때, 주파수 대역(F1 내지 FK) 각각은 N(단, N은 자연수)개의 자원 블록(RB: Resource block)으로 나누어질 수 있다. 예를 들어, 주파수 대역 F1은 N개의 자원 블록(RB0 내지 RBN -1)을 포함하고, 주파수 대역 F2은 N개의 자원 블록(RBN 내지 RB2N -1)을 포함하고, 주파수 대역 F3은 N개의 자원 블록(RB2N 내지 RB3N -1)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 자원 블록이 위성 단말에 할당되어 사용된다.
지상통신시스템은 지상통신시스템의 기지국이 위치하는 위성 빔(예, SB1)에서 사용되는 주파수 대역을 제외한 나머지 주파수 대역들을 사용한다. 따라서, 하나의 위성 빔(예, SB1) 내의 지상통신시스템은 전체 자원 블록 개수(K*N)에서 해당 위성 빔(예, SB1)에 할당된 N개의 자원 블록을 제외한 나머지 (K-1)*N개의 자원 블록을 사용한다. 한편, 나머지 (K-1)*N개의 자원 블록은 해당 지상 셀(TC)의 M개의 섹터에 서로 중복되지 않게 나누어져 할당된다.
한편, 전체 자원 블록의 집합을 U, 위성 빔 i에 할당된 자원 블록의 집합을 Bi, 위성 빔 i 영역 내부의 지상 셀(TC)에 할당된 자원 블록의 집합을 Ci, 그리고 지상 셀(TC)의 섹터 j에 할당된 자원 블록의 집합을 Stj라고 하면, U, Bi, 및 Ci는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서는 하나의 지상 셀(TC)이 3개의 섹터를 포함하는 경우를 가정하였다.
만약 특정 위성 빔(예, SB1)에서 위성통신시스템이 주파수 대역 F1을 사용하면, 해당 위성 빔(SB1) 영역 내부의 지상통신시스템은 주파수 대역 F2에서 FK까지를 사용할 수 있다. 주파수 대역 F1이 할당된 위성 빔 내에 위치한 위성 단말은 위성(또는 지상 지구국)에 의해 주파수 대역 F1에 포함된 자원 블록(RB0~RBN -1) 중 적어도 어느 하나를 할당 받고, 이를 사용한다. 이 경우에, 인접 위성 빔 영역 내부에 위치한 수많은 지상 기지국들이 위성 단말이 사용하는 자원 블록과 동일한 주파수 자원 블록을 이용해 다운링크 전송을 수행하므로, 위성통신시스템과 지상통신시스템 간에 간섭이 발생하게 된다. 한편, 신호 처리 기능이 탑재된 위성(예, OBP(On Board Processing) 위성)인 경우에, 위성이 자원 할당 동작을 수행한다. 하지만, 위성이 신호 처리 기능을 탑재하고 있지 않은 경우에, 위성 대신에 위성통신시스템의 지상 지구국이 자원 할당 동작을 수행한다. 구체적으로, 위성은 위성 단말로부터 신호를 전송받아 지상 지구국으로 전달한다. 그리고 지상 지구국은 전달 받은 신호에 대해 신호 처리 동작을 수행하고, 처리된 신호를 위성으로 전송한다.
도 3은 지상 기지국(200)에 의한 위성 단말(100)의 수신 신호 간섭을 나타낸 도면이다. 도 3에서는 위성 빔(SB1 내지 SB4)을 육각형으로 나타내었다. 도 3에서는 제1 위성 빔(SB1) 내에 위치한 위성 단말(100)이 인접한 위성 빔(SB2 내지 SB4) 영역에 위치한 지상 기지국(200)으로부터 간섭을 받는 경우를 예시하였다.
제1 위성 빔(SB1) 영역의 위성 단말(100)이 할당받은 자원 블록과 동일한 자원 블록을 인접한 위성 빔(SB2 내지 SB4) 영역의 지상 기지국(200)이 해당 지상 셀(TC) 내에 위치한 지상 단말에 서비스를 제공하기 위해 사용할 수 있다. 이러한 지상 기지국(200)의 다운링크 신호들은 위성 단말(100)의 위성 다운링크 신호에게는 간섭으로 작용하게 된다. 비록 지상 기지국(200)과 위성 단말(100) 간의 거리가 상당히 멀어 하나의 지상 기지국(200)의 신호 세기는 미약하더라도, 제1 위성 빔(SB1) 영역이 지상 셀(TC) 영역에 비해 매우 크기 때문에 수많은 지상 기지국(200)의 신호들이 합쳐지고, 이렇게 합쳐진 신호들은 위성 단말(100)에게는 심각한 간섭으로 작용될 수 있다. 한편, 이러한 간섭을 완화하기 위해서, 위성이 지상 기지국(200)에 의한 간섭 신호의 세기가 약한 자원 블록을 위성 단말(100)에 할당하는 방법과, 지상 기지국(200)이 인접한 위성 빔에 할당된 자원 블록을 후순위로 지상 단말에 할당하는 방법이 있다.
1. 위성의 자원 할당 방법
도 4는 지상 기지국(200)의 섹터 안테나 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
하나의 지상 셀(TC) 내의 각 지상 기지국(200)은 지상 셀(TC)의 섹터 별로 자원 블록을 나누고, 지상 셀(TC)의 각 섹터에 위치한 지상 단말에 각 섹터에 할당된 자원 블록 중 적어도 하나의 자원 블록을 할당한다. 지상 기지국(200)의 섹터 안테나 방사 패턴은 3GPP TR 36.942에 정의되어 있으며, 아래 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
수학식 2에서 A(θ)는 안테나 이득을, θ3 dB 은 3 dB 빔 폭(예, 65도)을, Am은 최대 감쇄 값(예, 20 dB)을 나타낸다. 지상 기지국(200)의 안테나 빔 패턴을 그래프로 표현하면 도 4와 같다.
도 4에 도시된 지상 기지국(200)의 섹터 안테나 패턴을 보면, 지상 셀(TC)의 각 섹터의 중심으로부터 약 ±60°이면 약 -10dB 감쇠가 일어나고, 지상 셀(TC)의 각 섹터의 중심으로부터 ±90°이면 -20dB 최대 감쇠가 일어난다. 따라서 위성 단말(100)에 간섭을 주는 인접 위성 빔(SB2 내지 SB4) 내의 지상 셀의 섹터들 중에서 섹터 중심과 위성 단말(100) 간의 각도가 임계 각도(예, 60도) 이상인 섹터에 할당된 자원 블록을 위성이 위성 단말(100)에 할당한다. 또는, 위성 단말(100)에 간섭을 주는 인접 위성 빔(SB2 내지 SB4) 내의 지상 셀의 섹터들 중에서 섹터 중심과 위성 단말(100) 간의 각도가 가장 큰 섹터에 할당된 자원 블록을 위성이 위성 단말(100)에 할당한다. 이를 통해, 위성 단말(100)이 받는 간섭은 완화될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 위성의 자원 할당 방법을 나타낸 도면이다. 다중 빔 환경에서는, 하나의 위성은 다수의 위성 빔(SB1 내지 SB7)을 방사할 수 있다. 도 5에서는 설명의 편의를 위해, 지상 셀(TC1 내지 TC6) 각각이 3개의 섹터(SCT1 내지 SCT3)를 포함하는 경우를 예시하였다. 도 5에서는 제1 위성 빔(SB1)과 인접하는 위성 빔(SB2 내지 SB7) 각각의 일부를 도시하였다. 이하에서는 제1 위성 빔(SB1) 내의 위성 단말(101, 102, 103)이 받는 간섭을 완화하기 위한, 위성의 자원 할당 방법을 설명한다. 제1 위성 빔(SB1)과 인접하는 위성 빔(SB2 내지 SB7)에는 제1 위성 빔(SB1)에 할당된 주파수 자원과 다른 주파수 자원이 할당된다. 한편, 위성 빔(SB2 내지 SB7) 중 직접적으로 인접하는 위성 빔들에는 서로 다른 주파수 자원이 할당되고, 직접적으로 인접하지 않는 위성 빔들에는 서로 동일한 주파수 자원이 할당될 수도 있다.
먼저, 위성은 제1 위성 빔(SB1)의 전체 영역을 지상 셀(TC1 내지 TC6)과 동일하게 3개의 섹터(SSCT1 내지 SSCT3)로 나눈다. 그리고 위성은 인접 위성 빔(SB2 내지 SB7) 내의 지상 셀(TC1 내지 TC6)의 섹터(SCT1 내지 SCT3)에 할당된 자원 블록과 동일한 자원 블록을 제1 위성 빔(SB1)의 각 섹터(SSCT1 내지 SSCT3)에 위치한 위성 단말(101, 102, 103)에 할당한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 이러한 자원 할당을 '섹터별 자원 할당'이라 한다. 예를 들어, 위성은 제1 위성 빔(SB1)의 섹터(SSCT1)에 위치한 위성 단말(101)에, 인접 위성 빔(SB2 내지 SB7) 내의 지상 셀(TC2 내지 TC6)의 섹터(SCT1)에 할당된 자원 블록들 중 적어도 하나를 할당할 수 있다. 더욱 구체적으로, 위성은 지상 셀(TC2)의 각 섹터(SCT1 내지 SCT3) 중에서 각 섹터 중심(C1 내지 C3)과 위성 단말(101) 간의 각도가 가장 큰 또는 임계 각도 이상인 섹터(SCT1)를 선택하고, 섹터(SCT1)에 할당된 자원 블록들 중 적어도 하나를 위성 단말(101)에 할당한다. 마찬가지로, 위성은 제1 위성 빔(SB1)의 섹터(SSCT2)에 위치한 위성 단말(102)에 인접 위성 빔(SB2 내지 SB7) 내의 지상 셀(TC2 내지 TC6)의 섹터(SCT2)에 할당된 자원 블록들 중 적어도 하나를 할당할 수 있다. 마찬가지로, 위성은 제1 위성 빔(SB1)의 섹터(SSCT3)에 위치한 위성 단말(103)에 인접 위성 빔(SB2 내지 SB7) 내의 지상 셀(TC2 내지 TC6)의 섹터(SCT3)에 할당된 자원 블록들 중 적어도 하나를 할당할 수 있다. 이를 통해, 동일한 주파수 자원 블록을 사용하는 위성 단말(101 내지 103)과 인접 위성 빔(SB2 내지 SB7) 내의 지상 기지국(200)의 섹터(SCT1 내지 SCT3) 간의 각도는 임계 각도 이상을 유지하게 된다. 결국, 안테나 방사 패턴에 따라 지상 기지국(200)의 신호는 감쇠되어 위성 단말(101 내지 103)에 수신됨으로써, 지상 기지국(200)의 다운링크 신호에 의해 위성 단말(101 내지 103)이 받는 간섭이 완화된다.
한편, 위성 단말(101 내지 103)이 위성으로부터 신호를 수신하기 위한 다운링크에서 지상 기지국(200)으로부터 받는 간섭은, 위성 단말(101 내지 103)이 제1 위성 빔(SB1)의 경계(BA)에 가까이 위치할수록 커진다. 이는 위성 단말(101 내지 103)과 지상 기지국(200) 간의 거리가 가까울 수록 지상 기지국(200)의 송신 다운링크 신호에 대한 자유 공간 손실이 작아서, 상대적으로 신호 감쇠가 작아지기 때문이다. 결국, 위성 단말(101 내지 103)이 제1 위성 빔(SB1)의 경계(BA)에 가까울 수록, 지상 기지국(200)의 다운링크 신호는 위성 단말(101 내지 103)에 더 큰 간섭으로 작용한다. 따라서, 본 발명의 위성통신시스템은, 제1 위성 빔(SB1) 내의 모든 위성 단말에 대해 상술한 섹터별 자원 할당이 적용되는 것이 아니라, 제1 위성 빔(SB1)의 경계(BA)로부터 제1 임계 거리 이내에 위치한 위성 단말 또는 제1 위성 빔(SB1)의 중심(C4)으로부터 제2 임계 거리 이상 떨어진 위성 단말에 대해서만 섹터별 자원 할당이 적용되도록 설계될 수 있다. 제1 위성 빔(SB1)의 섹터(SSCT1 내지 SSCT3)에 할당될 수 있는 자원 블록의 수가 제한되어 있기 때문에, 위성 단말이 어느 한 섹터(예, SSCT1)에 밀집해 있는 경우와 같이, 어쩔 수 없이 간섭이 큰 자원 블록을 위성 단말에 할당해야만 하는 경우가 발생할 수도 있다. 제1 위성 빔(SB1)의 경계(BA)로부터 제1 임계 거리 이내에 위치한 위성 단말(또는 제1 위성 빔(SB1)의 중심(C4)으로부터 제2 임계 거리 이상 떨어진 위성 단말)에게만 섹터 별 자원 할당이 적용된다면, 제1 위성 빔(SB1)의 중심(C4) 부근에 위치한 위성 단말에게는 자유롭게 자원 블록이 할당될 수 있으므로, 자원 할당 제약의 발생이 줄어들 수 있다.
한편, 위성이 신호 처리 기능을 탑재하고 있지 않다면, 지상 지구국이 위성을 대신에 상술한 도 5의 자원 할당 방법을 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 위성의 자원 할당 과정을 나타낸 순서도이다. 도 5 및 도 6를 참고하여, 위성의 자원 할당 과정을 설명한다.
먼저, 위성은 위성 단말(예, 101)을 모니터링한다(S1100).
위성은 위성 단말(101)의 위성 주파수 대역의 통신 요구를 모니터링한다(S1200).
위성은 위성 단말(101)로부터의 통신 요구가 있는 경우에(S1300), 위성 단말(101)의 위치 정보를 검출한다(S1400). 한편, 위성 단말(101)은 위성으로의 통신 요구 시 위성 단말(101)의 위치 정보를 위성에 전달한다. 예를 들어, 위성 단말(101)은 위성 통신의 초기 접속 시에는 GPS 등을 이용해 위치 정보를 위성에 전달하고, 위성 통신 중에는 주기적으로 위치를 갱신할 수 있다.
위성은 검출된 위성 단말(101)의 위치 정보를 바탕으로, 위성 단말(101)이 제1 위성 빔(SB1)의 섹터(SSCT1 내지 SSCT3) 중 어느 섹터에 위치하는 지를 파악한다. 만약, 위성 단말(101)이 섹터(SSCT1)에 위치한다면(S1500), 위성은 지상 셀(TC1 내지 TC6)의 섹터(SCT1)에 할당된 자원 블록 중 적어도 하나를 위성 단말(101)에 할당한다(S1600). 만약, 위성 단말(101)이 섹터(SSCT2)에 위치한다면(S1700), 위성은 지상 셀(TC1 내지 TC6)의 섹터(SCT2)에 할당된 자원 블록 중 적어도 하나를 위성 단말(101)에 할당한다(S1800). 만약, 위성 단말(101)이 섹터(SSCT3)에 위치한다면, 위성은 지상 셀(TC1 내지 TC6)의 섹터(SCT3)에 할당된 자원 블록 중 적어도 하나를 위성 단말(101)에 할당한다(S1900).
위성은 위성 단말(101)에 할당된 자원 블록을 이용해 위성 단말(101)과 통신을 개시한다(S2000).
한편, 위성이 신호 처리 기능을 탑재하고 있지 않다면, 지상 지구국이 위성을 대신에 상술한 도 6의 자원 할당 과정을 수행할 수 있다.
한편, 지금까지 위성의 섹터 별 자원 할당을 통해, 위성통신시스템과 지상통신시스템 간의 간섭을 완화하는 방법에 대해서 설명하였다. 이하에서는 위성통신시스템과 지상통신시스템 간의 간섭 완화를 위한, 지상 기지국(200)의 자원 할당 방법에 대해서 설명한다.
2. 지상 기지국(200)의 자원 할당 방법
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 지상 기지국(200)의 자원 할당 방법을 나타낸 도면이다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 위성 빔(SB2 내지 SB5) 내에 위치한 지상 기지국(200)이 지상 단말에 주파수 자원을 할당하는 방법에 대해서 설명한다.
지상 기지국(200)은 자신에 인접한 위성 빔(예, SB1)에 할당된 자원 블록을 후순위로 지상 단말에 할당함으로써, 위성통신시스템과 지상통신시스템 간의 간섭을 완화할 수 있다. 구체적으로, 지상 기지국(200)은 사용 가능한 자원 블록 중에서 인접 위성 빔(SB1)에 할당된 자원 블록을 제외한 나머지 자원 블록을 우선적으로 지상 단말에 할당하고, 추가적인 할당 요구가 있는 경우에 제외시킨 자원 블록(제1 위성 빔(SB1)에 할당된 자원 블록)을 지상 단말에 할당한다.
각 지상 기지국(200)이 사용 가능한 모든 자원 블록을 동시에 지상 단말에 할당하여 서비스를 제공하는 경우는 거의 없다. 따라서, 지상 기지국(200)은 위성 단말(103, 104)에 간섭을 줄 수 있는 자원 블록을 최대한 늦게 할당할 수 있다.
한편, 위성 단말(103)은 제1 위성 빔(SB1)의 경계(BA)에 가까이 위치할수록 인접 위성 빔(SB2 내지 SB5) 내의 지상 기지국(200)에 의한 다운링크 간섭을 더 많이 받는다. 따라서, 상술한 지상 기지국(200)의 자원 할당 방법은, 위성 빔 경계(BA)로부터 제3 임계 거리(D) 이내에 있는 지상 기지국(200)에게만 제한적으로 적용될 수도 있다. 여기서, 위성 빔 경계(BA)로부터 제3 임계 거리(D) 이내의 지역을 순차적 자원 할당 제한 지역(Marginal resource allocation zone)이라 한다. 구체적으로, 순차적 자원 할당 제한 지역 내에 위치한 지상 기지국(200)은 사용 가능한 자원 블록 중에서 인접 위성 빔(예, SB1)에 할당된 자원 블록을 제외한 나머지 자원블록을 우선적으로 지상 단말에 할당하고, 추가적인 할당 요구가 있는 경우(예, 할당할 자원 블록이 부족한 경우)에 인접 위성 빔(예, SB1)에 할당된 자원 블록을 지상 단말에 할당한다.
따라서, 상술한 지상 기지국(200)의 자원 할당 방법을 통해서, 위성 단말(103)이 사용하는 자원 블록과 동일한 자원 블록을 사용하는 지상통신시스템의 지상 기지국(200)의 수가 줄어들게 되므로, 위성 단말(103)의 다운링크 수신 간섭이 완화될 수 있다.
도 8은 도 7에서의 인접한 두 위성 빔(SB1, SB2) 간의 주파수 자원 할당의 일예를 나타낸 도면이다. 도 8에서는 설명의 편의를 위해서, 주파수 전체 대역 폭이 30MHz이고, 각 위성 빔(SB1 내지 SB5)에 5MHz가 할당되고, 지상 셀(TC)에서는 25MHz가 사용되는 경우를 예시하였다. 그리고 도 8에서는 주파수 대역 FR1 내지 FR6 중에서 주파수 대역 FR1의 자원 블록이 제1 위성 빔(SB1)에, 주파수 대역 FR2의 자원 블록이 제2 위성 빔(SB2)에 할당된 경우를 가정한다. 그리고 5MHz에 25개의 자원 블록이 포함된다고 가정한다.
제2 위성 빔(SB2)의 순차적 자원 할당 제한 지역 내에 위치한 지상 기지국(200)은 주파수 대역 FR1 및 FR2의 자원 블록을 제외한 나머지 주파수 대역 FR3 내지 FR6의 자원 블록을 우선적으로 지상 단말에 할당하고, 추가적인 할당 요구가 있는 경우에만 제1 위성 빔(SB1)에 할당된 주파수 대역 FR1의 자원 블록을 지상 단말에 할당한다. 한편, 제1 위성 빔(SB1)만을 고려한다면, 제2 위성 빔(SB2) 내의 지상 기지국(200)은 125개의 자원 블록 중에서 25개의 자원 블록을 후순위로 할당하므로, 자원 가용율 80%(= 100/125 * 100)까지는 인접한 제1 위성 빔(SB1)의 위성 단말(예, 103)에 간섭을 주지 않는다.
한편, 제1 내지 제3 위성 빔(SB1 내지 SB3)의 경계(BA)가 중첩되는 지역(예, A1)에 위치한 지상 기지국(200)은 제1 위성 빔(SB1)과 제3 위성 빔(SB3)에 할당된 50개의 자원 블록을 후순위로 할당하므로, 자원 가용율 60%(= 75/125 * 100) 까지는 인접한 위성 빔(SB1, SB3)의 위성 단말에 간섭을 주지 않는다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 위성(1000)의 구성을 나타낸 도면이다.
위성(1000)은 프로세서(1100), 메모리(1200), 및 통신 인터페이스(1300)를 포함한다.
프로세서(1100)는 도 1 내지 도 6에서 설명한 기능, 절차 및 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다.
메모리(1200)는 프로세서(1100)와 연결되고, 프로세서(1100)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다.
통신 인터페이스(1300)는 프로세서(1100)와 연결되고, 위성 통신을 위한 기능 및 동작을 지원한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 지상 지구국(2000)의 구성을 나타낸 도면이다. 만약 위성(1000)이 신호 처리 기능을 탑재하고 있지 않으면, 지상 지구국(2000)은 위성(1000)을 대신에 자원 할당을 수행할 수 있다.
지상 지구국(2000)은 프로세서(2100), 메모리(2200), 및 통신 인터페이스(2300)를 포함한다.
프로세서(2100)는 도 1 내지 도 6에서 설명한 기능, 절차 및 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다.
메모리(2200)는 프로세서(2100)와 연결되고, 프로세서(2100)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다.
통신 인터페이스(2300)는 프로세서(2100)와 연결되고, 위성 통신을 위한 기능 및 동작을 지원한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 지상 기지국(200)의 구성을 나타낸 도면이다.
지상 기지국(200)은 프로세서(210), 메모리(220), 및 무선 주파수(RF: Radio Frequency) 변환기(230)를 포함한다.
프로세서(210)는 도 7 내지 도 8에서 설명한 기능, 절차 및 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다.
메모리(220)는 프로세서(210)와 연결되고, 프로세서(210)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다.
RF 변환기(230)는 프로세서(210)와 연결되고, 무선 신호를 송신 또는 수신한다. 그리고 지상 기지국(200)은 단일 안테나 또는 다중 안테나를 가질 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 지상통신시스템과 주파수 자원을 공유하는 위성통신시스템에 포함된 위성 또는 지상 지구국이 주파수 자원을 할당하는 방법으로서,
    제1 위성 빔의 영역을 적어도 하나의 섹터로 분할하는 단계;
    상기 적어도 하나의 섹터 중 위성 단말이 위치하는 제1 섹터를 판단하는 단계;
    제1 지상 셀에 포함된 적어도 하나의 섹터 중에서, 상기 제1 섹터에 대응하는 제2 섹터를 판단하는 단계; 및
    상기 제2 섹터를 위한 제1 주파수 자원 중에서, 적어도 어느 하나를 상기 위성 단말에 할당하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 지상 셀은 상기 제1 위성 빔에 인접하는 제2 위성 빔의 영역 내에 위치하는
    자원 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 지상 셀에 포함된 섹터의 개수는 N(단, N은 자연수)개이고,
    상기 분할하는 단계는
    상기 제1 위성 빔의 영역을 N개로 분할하는 단계를 포함하는
    자원 할당 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 위성 빔에 할당된 주파수 자원은 상기 제2 위성 빔에 할당된 주파수 자원과 다른
    자원 할당 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    적어도 하나의 주파수 자원 중에서 상기 제2 위성 빔에 할당된 주파수 자원을 제외한 나머지 주파수 자원은 상기 제1 지상 셀에 포함된 N개의 섹터 별로 분할되는
    자원 할당 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 섹터를 판단하는 단계는,
    상기 제1 지상 셀에 포함된 N개의 섹터 중에서 상기 위성 단말과의 간섭 세기가 가장 약한 섹터를 상기 제2 섹터로 결정하는 단계를 포함하는
    자원 할당 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 섹터를 판단하는 단계는,
    상기 제1 지상 셀에 포함된 각 섹터의 중심과 상기 위성 단말 간의 각도를 측정하는 단계를 포함하는
    자원 할당 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 섹터를 판단하는 단계는,
    상기 측정된 각도 중에서 임계 각도 보다 큰 각도를 가지는 섹터를 상기 제2 섹터로 결정하는 단계를 더 포함하는
    자원 할당 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 섹터를 판단하는 단계는,
    상기 측정된 각도 중에서 가장 큰 각도를 가지는 섹터를 상기 제2 섹터로 결정하는 단계를 더 포함하는
    자원 할당 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 위성 단말은 상기 제1 위성 빔의 중심으로부터 임계 거리 이상 떨어져 있는
    자원 할당 방법.
  10. 지상통신시스템과 주파수 자원을 공유하는 위성통신시스템에 포함된 위성으로서,
    메모리; 및
    상기 메모리와 연결되고, 위성 단말에게 주파수 자원을 할당하기 위한 동작을 수행하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 위성의 제1 위성 빔에 포함된 N(단, N은 자연수)개의 섹터 중에서 위성 단말이 위치하는 제1 섹터를 판단하고, 상기 지상통신시스템의 제1 지상 셀에 포함된 N개의 섹터 중에서 상기 제1 섹터에 대응하는 제2 섹터를 판단하고, 상기 제2 섹터를 위한 주파수 자원 중에서 적어도 어느 하나를 상기 위성 단말에 할당하고,
    상기 제1 지상 셀은 상기 제1 위성 빔에 인접하는 상기 위성의 제2 위성 빔의 영역 내에 위치하는
    위성.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 위성 빔에 할당된 주파수 자원은 상기 제2 위성 빔에 할당된 주파수 자원과 다른
    위성.
  12. 제11항에 있어서,
    적어도 하나의 주파수 자원 중에서 상기 제2 위성 빔에 할당된 주파수 자원을 제외한 나머지 주파수 자원은 상기 제1 지상 셀에 포함된 N개의 섹터 별로 분할되는
    위성.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 지상 셀에 포함된 각 섹터의 중심과 상기 위성 단말 간의 각도를 측정하는
    위성.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 측정된 각도 중에서 임계 각도 보다 큰 각도를 가지는 섹터를 상기 제2 섹터로 결정하는
    위성.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 위성 단말은 상기 제1 위성 빔의 경계로부터 임계 거리 이내에 위치하는
    위성.
  16. 위성통신시스템과 주파수를 공유하는 지상통신시스템의 지상 기지국이 주파수 자원을 할당하는 방법으로서,
    상기 지상 기지국이 위치하는 제1 위성 빔과 인접한 제2 위성 빔에 할당된 주파수 자원을 판단하는 단계; 및
    M(단, M은 2 이상의 자연수)개의 주파수 자원 중에서 상기 제1 위성 빔 및 상기 제2 위성 빔에 할당된 주파수 자원을 제외한 제1 주파수 자원 중에서, 적어도 어느 하나를 상기 지상통신시스템의 적어도 하나의 지상 단말에 할당하는 단계
    를 포함하는 기지국의 자원 할당 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 위성 빔에 할당된 주파수 자원과 상기 제2 위성 빔에 할당된 주파수 자원은 서로 다른
    기지국의 자원 할당 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    할당할 주파수 자원이 부족한 경우에, 상기 제2 위성 빔에 할당된 주파수 자원 중 적어도 어느 하나를 상기 지상통신시스템의 적어도 하나의 지상 단말에 할당하는 단계를 더 포함하는
    기지국의 자원 할당 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 지상 기지국은 상기 제2 위성 빔의 경계로부터 임계 거리 이내에 위치하는
    기지국의 자원 할당 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 할당하는 단계는,
    상기 제1 위성 빔과 인접한 제3 위성 빔에 할당된 주파수 자원을 상기 제1 주파수 자원에서 제외하는 단계를 포함하는
    기지국의 자원 할당 방법.
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