KR20180059274A - Tdma 기반의 무선통신시스템에서 송수신 성능을 향상시키기 위한 빔포밍 안테나의 제어 방법 및 이를 수행하는 무선통신장치 - Google Patents

Tdma 기반의 무선통신시스템에서 송수신 성능을 향상시키기 위한 빔포밍 안테나의 제어 방법 및 이를 수행하는 무선통신장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 TDMA 기반의 무선통신시스템에서 송수신 성능을 향상시키기 위한 빔포밍 안테나의 제어 방법과 이를 수행하는 무선통신장치를 제공한다. 상기 무선통신 장치는 무지향성 안테나인 중앙 안테나와 복수 개의 기생 안테나로 구성된 빔포밍 안테나와 타국으로부터 수신된 신호를 분석하여 상기 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 제어하는 제어부를 포함한다. 상기 빔포밍 안테나의 제어 방법은 무지향성 안테나인 중앙 안테나와 복수 개의 기생 안테나로 구성된 빔포밍 안테나를 가지는 무선통신장치가 타국으로부터 수신된 신호를 분석하여 상기 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

TDMA 기반의 무선통신시스템에서 송수신 성능을 향상시키기 위한 빔포밍 안테나의 제어 방법 및 이를 수행하는 무선통신장치{BEAMFORMING ANTENNA CONTROL METHOD FOR IMPROVE TRANSMITTING/RECEIVING PERFORMANCE IN TDMA BASED WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM, AND WIRELESS COMMUNICATION APPARATUS FOR PERFORMING THE SAME}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로 더 구체적으로는 빔포밍 안테나를 제어하기 위한 방법 및 이를 수행하는 무선통신장치에 관한 것이다.
종래의 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식의 무선 통신은 각각의 송신 단말이 각각 다른 타임 슬롯을 이용하여 송신함으로써 충돌 및 간섭을 제어하는 방식을 취하고 있다.
도 1은 일반적인 TDMA 기반의 무지향성 안테나를 가지는 무선통신장치(100)의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 일반적인 TDMA 기반의 무지향성 안테나를 가지는 무선통신장치(100)는 무지향성 안테나(110), 송수신부(120), 제어부(130), GNSS(Global Navigation Satellite System) 수신부(140), 및 GNSS 안테나(150)를 포함한다.
예를 들어, 종래 해상 무선통신시스템의 자동식별장치(Automatic Identification System, 이하 AIS라고 함)의 경우, 도 1에 도시된 일반적인 TDMA 기반의 무지향성 안테나를 가지는 무선통신장치(100)와 같은 구조를 가진다.
종래 해양무선통신 환경에서 AIS의 경우, AIS 메시지를 수신한 자국(예를 들어, 선박국)은 타국(타 이동국 또는 타 기지국)으로부터 수신된 위치 보고 메시지에 포함된 정보를 기반으로 슬롯맵을 작성하여 슬롯 점유 현황 및 계획 정보를 지속적으로 모니터링하면서 송신 가능한 슬롯과 후보 슬롯을 확보하였다. 그러나 이런 방식으로는 둘 이상의 선박이 상호 통신이 불가능한 거리 및 위치에 놓여져 있는 경우, 상호 간의 슬롯 점유 현황 및 계획 정보를 공유할 수 없다. 따라서 둘 이상의 선박이 동일한 슬롯 타임에 메시지를 동시에 송신하여 충돌하는 경우가 발생할 수 있다.
도 2는 자국(100)과 타 이동국(100-a 및 100-b)들의 통신 도달 범위를 도시한 예시 도면이다. 도 2를 참조하면, 타 이동국 a(100-a)와 타 이동국 b(100-b)는 자국과 통신이 가능한 범위 내에 있어서 자국과 통신이 가능하다. 그러나 타 이동국 a(100-a)와 타 이동국 b(100-b)는 둘 사이의 거리가 통신 도달 범위를 벗어나게 되어 상호 통신이 불가능하다. 이 예에서, 타 이동국 a(100-a)와 타 이동국 b(100-b)는 앞서 설명한 바와 같이 상호 간의 슬롯 점유 현황 및 계획을 공유할 수 없다. 따라서, 타 이동국 a(100-a)와 타 이동국 b(100-b)가 동일한 슬롯 타임에 메시지를 동시에 송신하는 경우가 발생할 수 있고, 그 결과 슬롯 충돌 및 간섭에 의해 자국은 타 이동국 a(100-a)와 타 이동국 b(100-b)에서 송신하는 정보를 모두 받을 수 없는 상태가 되는 문제점이 있다.
종래에는 해상 통신 효율을 높이기 위한 방법으로 한국특허출원번호 10-2007-0125795에서 방위각을 복수 개로 분할한 영역에 대해 상호 독립적으로 송수신이 가능하게 분할된 섹터 안테나를 가지는 해양무선통신장치를 개시하고 있다. 또한, 한국특허출원번호 10-2014-0158290에서는 해상 광대역 무선통신 장치의 통달거리 확장을 위해서 지향성 안테나를 사용하는 지향성 안테나 트래킹 장치에 관해 개시하고 있다. 그러나 종래 해상통신분야에서는 통신 효율을 높이기 위해 무지향성 빔포밍 안테나를 이용하여 통신 효율을 향상시키는 무선통신장치는 개시하고 있지 않다.
본 발명의 목적은 TDMA(Time Division Multiple Access) 기반의 무선통신시스템, 특히 해상 무선통신시스템에서 종래 기술이 보유한 문제점을 개선하여 네트워크 이용 효율을 향상시키고 송수신 성능 향상에 의한 에러율 감소와 통신 도달거리를 확장시키기 위한 것이다. 이를 위해 슬롯 점유 및 계획 정보와 수신전계강도(Received Signal Strength Indication)를 이용하여 무선통신시스템에서 송수신 성능을 향상시키기 위한 빔포밍 안테나의 제어 방법 및 이를 수행하는 무선통신장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
일 측면에 따르면, 본 발명은 TDMA 기반의 무선통신시스템에서 송수신 성능을 향상시키기 위한 빔포밍 안테나의 제어 방법을 수행하는 무선통신장치를 제공한다. 상기 무선통신장치는 무지향성 안테나인 중앙 안테나와 복수 개의 기생 안테나로 구성된 빔포밍 안테나와 타국으로부터 수신된 신호를 분석하여 상기 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 수신된 신호의 수신전계강도(Received Signal Strength Indication)와 슬롯 점유 현황 및 계획 정보에 기반하여 상기 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 수신된 신호의 수신전계강도를 소정의 기준치와 비교하여 상기 타국의 신호 송신 여부를 판단하는 RSSI(Received Signal Strength Indication)판단부, 상기 수신된 신호를 분석하여 슬롯맵을 작성하는 슬롯맵작성부,
상기 신호 송신 여부의 판단 결과와 상기 슬롯맵을 이용하여 상기 빔포밍 안테나의 제어 정보를 생성하는 안테나제어부와 상기 제어 정보에 따라 상기 빔포밍 안테나가 빔을 형성하도록 하는 안테나 구동부를 포함할 수 있다.
상기 RSSI판단부는 상기 수신된 신호의 수신전계강도를 상기 소정의 기준치와 비교하여 상기 수신전계강도가 상기 소정의 기준치 이상인 경우에는 해당 슬롯 타임과 수신 방향을 포함하는 수신 방향 정보를 작성할 수 있다.
상기 슬롯맵작성부는 상기 수신된 신호로부터 슬롯 점유 현황 및 계획 정보를 분석하여 슬롯맵을 작성할 수 있다.
상기 안테나제어부는 상기 수신 방향 정보와 상기 슬롯맵에 기반하여 특정 슬롯 타임에 지정된 방향으로 상기 빔을 형성하기 위한 제어 정보를 작성할 수 있다.
상기 안테나구동부는 상기 제어 정보를 기반으로 상기 빔포밍 안테나의 기생 안테나들을 제어하여 특정 슬롯 타임에 지정된 방향으로 상기 빔을 형성하도록 할 수 있다.
상기 안테나구동부는 수신모드 시작시 또는 상기 제어 정보 중 타국 정보가 없는 슬롯 타임에서는 상기 빔포밍 안테나의 빔을 1 슬롯 타임마다 360° 회전시켜 타국으로부터의 신호들을 트래킹(tracking)할 수 있다.
상기 무선통신장치는 상기 빔포밍 안테나를 통하여 신호를 수신하거나 송신하는 송수신부, GNSS(Global Navigation Satellite System) 안테나를 통해 GNSS 위성들로부터 위성 신호들을 수신하여 시간, 위치 및 동기 정보 중 적어도 하나를 제어부로 전달하는 GNSS 수신부와 GNSS 안테나를 더 포함할 수 있다.
상기 송수신부는 AIS(Automatic Identification System) 신호, ASM(Application Specific Message) 신호 및 VDE(VHF Data Exchange) 중 적어도 하나를 송신하는 송신부와 AIS 신호, ASM 신호, VDE 신호 및 SAT(Satellite) 신호 중 적어도 하나를 수신하는 수신부를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 의하면, 본 발명은 TDMA 기반의 무선통신시스템에서 송수신 성능을 향상시키기 위한 빔포밍 안테나의 제어 방법을 제공할 수 있다. 상기 빔포밍 안테나의 제어 방법은 무지향성 안테나인 중앙 안테나와 복수 개의 기생 안테나로 구성된 빔포밍 안테나를 가지는 무선통신장치가 타국으로부터 수신된 신호를 분석하여 상기 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 빔포밍 방향을 제어하는 단계에서는 상기 수신된 신호의 수신전계강도(Received Signal Strength Indication)와 슬롯 점유 현황 및 계획 정보에 기반하여 상기 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 제어할 수 있다.
상기 빔포밍 방향을 제어하는 단계는 상기 수신된 신호의 수신전계강도를 소정의 기준치와 비교하여 타국의 신호 송신 여부를 판단하는 제1단계, 상기 수신된 신호를 분석하여 슬롯맵을 작성하는 제2단계, 상기 신호 송신 여부의 판단 결과와 상기 슬롯맵을 이용하여 상기 빔포밍 안테나의 제어 정보를 생성하는 제3단계와 상기 제어 정보에 따라 상기 빔포밍 안테나가 빔을 형성하도록 하는 제4단계를 포함할 수 있다.
상기 제1단계에서는 상기 수신된 신호의 수신전계강도를 상기 소정의 기준치와 비교하여 상기 수신전계강도가 상기 소정의 기준치 이상인 경우에는 해당 슬롯 타임과 수신 방향을 포함하는 수신 방향 정보를 작성할 수 있다.
상기 제2단계에서는 상기 수신된 신호로부터 슬롯 점유 현황 및 계획 정보를 분석하여 슬롯맵을 작성할 수 있다.
상기 제3단계에서는 상기 수신 방향 정보와 상기 슬롯맵에 기반하여 특정 슬롯 타임에 지정된 방향으로 상기 빔을 형성할 수 있도록 제어 정보를 작성할 수 있다.
상기 4단계에서는 상기 제어 정보를 기반으로 상기 빔포밍 안테나의 기생 안테나들을 제어하여 특정 슬롯 타임에 지정된 방향으로 상기 빔을 형성하도록 할 수 있다.
상기 제4단계에서는 상기 무선통신장치의 수신모드 시작시 또는 상기 제어 정보 중 타국 정보가 없는 슬롯 타임에서는 상기 빔포밍 안테나의 빔을 1 슬롯 타임마다 360° 회전시켜 타국으로부터의 신호들을 트래킹(tracking)할 수 있다.
상기 빔포밍 안테나의 제어 방법은 상기 빔포밍 안테나를 통하여 신호를 수신하거나 송신하는 단계와 GNSS(Global Navigation Satellite System) 안테나를 통해 GNSS 위성들로부터 위성 신호들을 수신하여 시간, 위치 및 동기 정보 중 적어도 하나를 제어부로 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 의하면, 본 발명은 AIS(Automatic Identification System) 신호, ASM(Application Specific Message), VDE(VHF Data Exchange) 신호 및 SAT(Satellite) 신호 중 적어도 하나를 송신하거나 수신하는 VDES(VHF Data Exchange System) 송수신 장치를 제공한다. 상기 VDES 송수신 장치는 무지향성 안테나인 중앙 안테나와 복수 개의 기생 안테나로 구성된 빔포밍 안테나와 다기능 송수신 프로세서를 포함하되, 상기 다기능 송수신 프로세서는 타국으로부터 수신된 신호를 분석하여 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 제어하도록 할 수 있다.
상기 VDES 송수신 장치는 상기 수신된 신호의 특정 대역 신호만 통과시키는 적어도 하나의 대역통과필터(Band pass Filter), 각각의 수신된 신호를 기저 대역 신호로 변환하는 적어도 하나의 수신부와 각각의 송신할 신호의 기저 대역 신호를 무선 신호로 변환하는 적어도 하나의 송신부를 더 포함할 수 있다.
상기 빔포밍 안테나는 상기 AIS 신호, 상기 ASM 신호, 상기 VDE 신호 및 상기 SAT 신호를 송신하거나 수신하도록 구성되고, 상기 대역통과필터는 상기 AIS 신호, 상기 ASM 신호, 상기 VDE 신호, 상기 SAT 신호 중 적어도 하나의 특정 대역 신호만 통과시키도록 구성되고, 상기 송신부는 상기 AIS 신호, 상기 ASM 신호 및 상기 VDE 중 적어도 하나를 송신하도록 구성될 수 있고, 상기 수신부는 상기 AIS 신호, 상기 ASM 신호, 상기 VDE 신호 및 상기 SAT 신호 중 적어도 하나를 수신하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 무선통신시스템에서 송수신 성능을 향상시키기 위한 빔포밍 안테나의 제어 방법 및 이를 수행하는 무선통신장치는 타국들(타 이동국들 또는 기지국들)로부터 수신된 슬롯 점유 및 계획 정보와 수신전계강도 비교 및 분석 정보를 기반으로 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 제어할 수 있다. 따라서, 타국들(타 이동국들 또는 기지국들)이 슬롯 점유 및 계획 정보를 공유하지 못하는 경우 동일 슬롯 타임에 송신 동작을 수행하여 발생하는 충돌 및 간섭의 영향을 줄일 수 있다. 또한, 네트워크 이용 효율을 향상시킬 수 있으며, 송수신 성능 향상에 의한 에러율 감소와 해상 통신 도달거리의 확장 효과를 볼 수 있다.
본 발명은 또한 VDES(VHF Data Exchange System)에도 적용될 수 있으며, VDES에 적용된 경우에도 타국들(타 이동국들 또는 기지국들)이 송신한 신호들의 충돌 및 간섭의 영향을 줄여 네트워크 이용 효율을 향상시킬 수 있으며, 송수신 성능 향상에 의한 에러율 감소와 해상 통신 도달거리의 확장 효과를 볼 수 있다.
도 1은 일반적인 TDMA 기반의 무지향성 안테나를 가지는 무선통신장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 자국과 타 이동국들의 통신 도달 범위의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 TDMA 기반의 빔포밍 안테나를 가지는 무선통신장치의 개략적인 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선통신장치의 제어부의 기능 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 안테나의 제어 방법의 순서도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선통신장치의 빔포밍 동작 프레임 구조 및 빔패턴을 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 7g는 본 발명의 또 다른 실시 예들에 따른 빔포밍 안테나를 가지는 해상 무선통신장치의 실시 예들을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 VDES(VHF Data Exchange System) 송수신기의 구현 예를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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.
제1, 제2 등을 포함하는 용어가 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 무선통신장치는 이동국(MS), 사용자 장비(UE; User Equipment), 사용자 터미널(UT; User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 터미널, 고정 또는 이동 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS; Subscriber Station), 셀룰러 전화, 무선 기기(Wireless Device), 무선 통신 디바이스, 무선송수신유닛(WTRU; Wireless Transmit/Receive Unit), 이동 노드, 모바일, 모바일국, 개인 휴대 정보 단말(Personal Digital Assistant; PDA), 스마트폰, 랩톱, 넷북, 개인용 컴퓨터, 무선 센서, 소비자 전자기기(CE) 또는 다른 용어들로서 지칭될 수 있다.
무선통신장치의 다양한 실시 예들은 해상 통신 시스템의 AIS(Automatic Identification System) 송수신기, ASM(Application Specific Message) 송수신기, VDE(VHF Data Exchange) 송수신기 또는 VDES(VHF Data Exchange System) 송수신기, 셀룰러 전화기, 무선 통신 기능을 가지는 스마트 폰, 무선 통신 기능을 가지는 개인 휴대용 단말기(PDA), 무선 모뎀, 무선 통신 기능을 가지는 휴대용 컴퓨터, 무선 통신 기능을 가지는 디지털 카메라와 같은 촬영장치, 무선 통신 기능을 가지는 웨어러블 디바이스, 무선 통신 기능을 가지는 게이밍 장치, 무선 통신 기능을 가지는 음악저장 및 재생 가전제품, 무선 인터넷 접속 및 브라우징이 가능한 인터넷 가전제품뿐만 아니라 그러한 기능들의 조합들을 통합하고 있는 휴대형 유닛 또는 단말기들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 기지국은 ABS(Advanced Base Station), HR-BS, 사이트 제어기, BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point; AP) 또는 무선 환경에서 동작할 수 있는 임의의 다른 타입의 인터페이싱 디바이스를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되진 않는다.
기지국은 기지국 제어기(Base Station Controller; BSC), 라디오 네트워크 제어기(Radio Network Controller; RNC), 중계 노드들 등과 같은 다른 기지국들 및/또는 네트워크 엘리먼트들(도시되지 않음)을 또한, 포함할 수 있는 RAN(Remote Area Network)의 일부일 수 있다. 기지국은 셀(도시되지 않음)로서 지칭될 수 있는 특정한 지리적인 영역 내에서 무선 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다.
기지국은 해안국, 육상 기지국, 위성 기지국, 베이스 스테이션 또는 다른 용어들로서 지칭될 수 있다.
자국은 TDMA(Time Division Multiple Access)기반 무선통신장치로, 선박 내에 설치된 AIS 장치, ASM 장치, VDE 장치 및 VDES 장치를 포함한다.
타국 또한 TDMA기반 무선통신장치로, 선박 내에 설치된 AIS 장치, ASM 장치, VDE 장치 및 VDES 장치를 포함하며, 타이동국 또는 기지국을 나타낸다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 자국이 타국(즉, 타 이동국 또는 기지국)으로부터 수신된 신호로부터 슬롯 점유 현황 및 계획 정보를 지속적으로 모니터링하여 슬롯맵을 작성하고 그에 따라 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 가변시키는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 타국의 장래 슬롯 점유 계획에 따라 해당 슬롯 타임에 특정 방향으로 빔을 형성하여 송수신 성능 향상에 의한 에러율 감소와 통신 도달거리의 확장 효과를 제공한다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 타 이동국 a(100-a)와 타 이동국 b(100-b)의 송신 슬롯 충돌 및 간섭에 의해 자국에서 둘 모두의 송신 정보를 정상적으로 수신할 수 없을 경우, 본 발명은 분석된 수신전계강도(Received Signal Strength Indication; RSSI) 정보를 통해 신호 강도가 기준치 이상으로 강하게 들어오는 방향으로 빔을 형성함으로써 최소한 하나 이상의 타국 정보를 수신할 수 있도록 한다.
이하에서는, 본 발명의 무선통신시스템에서 송수신 성능을 향상시키기 위한 빔포밍 안테나의 제어 방법 및 이를 수행하는 무선통신장치의 실시 예들에 관해 설명한다.
일 실시 예로, 본 발명은 해상통신시스템의 AIS(Automatic Identification system) 송수신장치에 적용될 수 있다.
표 1은 ITU-R M.1371-5에서 개시된 CLASS A 선박용 모바일 기기의 보고 주기에 관한 표이다.
Ship's dynamic conditions Nominal reporting interval
Ship at anchor or moored and not moving faster than 3 knots 3 min
Ship at anchor or moored and moving faster than 3 knots 10 s
Ship 0-14 knots 10 s
Ship 0-14 knots and changing course 3 1/3 s
Ship 14-23 knots 6 s
Ship 14-23 knots and changing course 2 s
Ship > 23 knots 2 s
Ship > 23 knots and changing course 2 s
AIS는 표 1과 같이 선박의 동적 조건에 따라 규정된 위치보고 주기로 송신하는 위치 보고 메시지에 자국의 식별부호, 현재 위치, 데이터링크 접속방식, 슬롯 점유 현황 및 계획 등의 정보를 실어 보낸다.
AIS의 위치 보고 메시지(AIS 메시지들 중 1번 메시지, 2번 메시지 및 3번 메시지)의 파라미터 중 Communication State(19bit로 구성됨) 부분이 슬롯 점유 현황 및 계획 정보에 관한 부분이다(ITU-R M.1371-5 Table 48, TABLE 49, ANNEX 2 3.3.7.2.2, 3.3.7.3.2 참조).
Communication State는 AIS 메시지 중 위치 보고 메시지(AIS 메시지들 중 1번 메시지, 2번 메시지 및 3번 메시지)뿐만 아니라 4번 메시지(Base station report), 9번 메시지(Standard SAR aircraft position report), 11번 메시지(UTC/Date response), 18번 메시지(Standard Class B equipment position report), 26번 메시지(Mult. slot binary message with Communications State) 메시지에도 포함된다.
예를 들어, AIS 메시지의 전송시 액세스 방식이 SOTDMA(Self-Organizing Time Division Multiple Access)인 경우 Communication State는 현재 송신 슬롯을 유지할 것인지 또는 얼마 후에 송신 슬롯을 변경할 것인지에 관한 내용을 담고 있다. 예를 들어, AIS 메시지의 전송시 액세스 방식이 ITDMA(Incremental Time Division Multiple Access)인 경우 Communication State는 현재 송신 슬롯으로부터 어느 정도의 간격을 두고 몇 개의 슬롯을 사용할 것인지 여부와 다음 프레임에서도 송신 슬롯을 유지할 것인지 여부에 대한 내용을 담고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 TDMA 기반의 빔포밍 안테나를 가지는 무선통신장치(200)의 개략적인 블록도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 무선통신장치는 빔포밍 안테나(210), 송수신부(220), 제어부(230), GNSS 수신부(240), 및 GNSS 안테나(250)를 포함한다.
상기 빔포밍 안테나(210)는 복수 개의 무지향성 안테나들로 구성되며, 중앙 메인 안테나와 주변 기생 안테나들로 구성된다. 주변 기생 안테나들은 중앙 메인 안테나를 원형으로 둘러싸는 형태로 배열될 수 있으며, 주변 기생 안테나들의 개수에 따라 빔의 방향의 개수가 조정가능하다.
송수신부(220)는 빔포밍 안테나(210)를 통하여 타국으로부터의 신호를 수신하거나 타국으로 신호를 전송하기 위한 부분이다. 송수신부(220)는 하나 이상의 송신기와 하나 이상의 수신기를 포함할 수 있다. 송수신부(220)는 송신 동작과 수신 동작을 절체하는 RF 스위치(Radio Frequency Switch)와 대역통과필터, 저역통과필터, 저잡음 증폭기 등을 포함할 수 있다.
제어부(230)는 타국으로부터 수신한 신호를 분석하여 빔포밍 안테나(210)의 빔포밍 패턴을 결정한다. 제어부(230)는 또한 신호 코딩, 데이터 프로세싱, 전력 제어, 입력/출력 프로세싱, 및/또는 무선통신장치(200)가 무선 환경에서 동작하는 것을 가능하게 하는 임의의 다른 기능을 수행할 수 있다. 즉, 제어부(230)는 무선통신장치(200)의 구동 프로세스와 각종 입출력 정보의 생성 및 분석, 기록 및 저장, 송수신 제어, 동기화 형성 등을 수행한다.
제어부(230)는 송수신부(220) 및 GNSS 수신부(240)에 결합될 수 있다. 제어부(230)는 범용 프로세서, 특수 목적 프로세서, 종래의 프로세서, 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor; DSP), 마이크로프로세서, DSP 코어와 연관된 하나 이상의 마이크로프로세서들, 제어기, 마이크로제어기, 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit; ASIC)들, 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array; FPGA) 회로들, 집적 회로(Integrated Circuit; IC), 상태 머신 등으로 구현될 수 있다.
GNSS 수신부(240)는 GNSS 안테나(250)를 통해 GNSS 위성들로부터 위성 신호들을 수신하여 시간, 위치 및 동기 정보를 제어부(230)로 전달한다.
도 3에서는 송수신부(220), 제어부(230) 및 GNSS 수신부(240)를 별개의 컴포넌트들로서 도시하지만, 송수신부(220), 제어부(230) 및 GNSS 수신부(240)는 전자 패키지 또는 칩에 함께 통합되어 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선통신장치의 제어부의 기능 블록도이다.
제어부(230)는 송수신부(220)에서 수신된 신호의 강도를 수신전계강도(Received Signal Strength Indication; RSSI) 기준치와 비교하여 타국의 신호 송신 여부를 판단하는 RSSI판단부(231), 송수신부(220)에서 수신된 신호에 포함된 슬롯 점유 상황 및 계획 정보에 따라 슬롯맵을 작성하는 슬롯맵작성부(232), GNSS 수신부(240)로부터 위치 및 시간 정보를 전달받아 무선통신장치의 동기화를 수행하는 동기화부(233), 상기 RSSI판단부(231)의 판단 결과와 슬롯맵작성부(232)에서 작성된 슬롯맵을 이용하여 빔포밍 안테나(210)의 빔포밍 방향의 제어 정보를 생성하는 안테나제어부(234) 및 안테나제어부(234)의 제어 정보에 따라 빔을 형성하도록 빔포밍 안테나(210)를 구동하는 안테나구동부(235)를 포함한다.
RSSI판단부(231)는 송수신부(220)로부터 전달받은 수신 신호의 전계강도가 미리 설정된 기준치 이상의 값인지를 판단하여 타국의 신호 송신 여부를 판단한다. 타국이 신호를 송신한 것으로 판단되는 경우 해당 슬롯 타임과 수신 방향을 메모리(도시되지 않음)에 기록하여 저장한다.
슬롯맵작성부(232)는 수신된 신호로부터 슬롯 점유 현황 및 계획 정보를 분석하여 메모리(도시되지 않음)에 저장한다. 예를 들어, 무선통신장치(200)가 AIS 송수신기의 경우에는 수신된 AIS 메시지에 Communication state 정보가 포함된 경우에만 슬롯 점유 현황 및 계획을 분석하여 작성할 수 있으며, 그 외의 경우에는 프리 슬롯(Free slot)(즉, 타국에 의해 점유되지 않은 슬롯)으로 작성한다.
안테나제어부(234)는 메모리로부터 판독한 수신 방향, 슬롯 점유 현황 및 계획 정보를 기반으로 특정 슬롯 타임에 지정된 방향으로 빔을 형성할 수 있도록 제어 정보를 생성하여 메모리(도시되지 않음)에 저장한다.
안테나구동부(235)는 메모리로부터 판독한 제어 정보를 기반으로 빔포밍 안테나(210)를 구성하는 기생 안테나들을 제어하여 특정 슬롯 타임에 지정된 방향으로 빔을 형성하는 기능을 수행한다.
안테나구동부(235)는 수신모드 시작시 슬롯 타임 또는 프리 슬롯 타임(즉, 타국에 의해 점유되지 않은 슬롯 타임)에서는 빔포밍안테나(210)의 빔을 1 슬롯 타임마다 1회전(360°회전)시켜 타국으로부터의 신호들을 트래킹한다. 무선통신장치(200)가 복수 개의 채널로 동시에 둘 이상의 타국들로부터 각각 신호를 수신하는 경우에는 안테나구동부(235)는 동시에 둘 이상의 방향으로 빔을 형성할 수 있다. 즉, 안테나구동부(235)는 각 채널별로 특정 슬롯 타임에 지정된 타국 방향으로 빔을 형성할 수 있으므로, 복수 개의 빔이 동시에 형성될 수도 있다.
동기화부(233)는 GNSS수신부(240)로부터 위치 및 시간 정보를 전달받아 자국의 송신과 타국의 수신을 위한 링크 접속 동기를 형성하는 기능을 수행한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 안테나의 제어 방법의 순서도이다. 도 5를 참조하면, 무선통신장치는 수신모드 시작시 수신 대기 상태가 된다(S100).
수신 대기 상태의 무선통신장치는 수신 모드 시작시 슬롯 타임 또는 프리 슬롯 타임(즉, 타국에 의해 점유되지 않은 슬롯 타임)에서 빔포밍 안테나(210)의 빔을 1 슬롯 타임마다 1회전(360°회전)시켜 타국들로부터의 신호들을 트래킹(tracking)한다(S200).
무선통신장치는 트래킹된 신호들의 수신전계강도(Received Signal Strength Indication; RSSI)를 분석한다(S300).
그런 다음, 무선통신장치는 타국의 신호 송신 여부를 판단하기 위해 분석된 수신전계강도를 소정의 수신전계강도 기준치와 비교한다(S400).
수신된 신호의 전계강도를 소정의 수신전계강도 기준치와 비교하는 이유는 다음과 같다.
송신 측에서 송신한 정보는 수신 측에서 수신할 때, 특정한 전계강도를 가지는데 송신출력이 약하거나, 거리가 멀거나, 전파환경이 좋지 않으면 전계강도가 낮게 측정되고 송신출력이 강하거나, 거리가 가깝거나, 전파환경이 좋으면 전계강도가 높게 측정된다. 따라서, 송신출력이 일정한 통신 시스템에서는 이러한 수신기의 수신감도에 맞춰 미리 설정된 전계강도를 통해 설정 기준치 이상의 신호가 측정되면 송신 측이 해당 채널로 송신을 하였는지를 판단할 수 있다. 또한, 수신전계강도를 통해 송신측까지의 거리가 가까운지 먼지 또는 전파환경이 좋은지 나쁜지를 판단할 수 있다. 즉, 타국으로부터 수신된 신호의 전계강도가 소정의 수신전계강도 기준치 이상이면 타국이 해당 채널로 송신을 한 것으로 판단할 수 있다.
무선통신장치가 수신한 신호의 전계강도가 기준치 미만이면, 무선통신장치는 다시 수신 대기 상태로 돌아간다(S100).
무선통신장치가 수신한 신호의 전계강도가 기준치 이상이면, 무선통신장치는 메모리의 수신 방향 테이블에 해당 슬롯 타임과 수신 방향을 작성하거나 갱신한다(S500).
또한, 무선통신장치는 수신된 신호로부터 슬롯 점유 현황 및 슬롯 점유 계획 정보를 분석하여 메모리의 슬롯 점유 현황 및 계획 테이블(슬롯맵)을 작성하거나 갱신한다(S600).
무선통신장치는 메모리의 수신 방향 테이블과 슬롯 점유 현황 및 계획 테이블(슬롯맵)에 저장된 정보를 기반으로 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 결정하여 메모리의 제어 정보 테이블을 작성하거나 갱신한다(S700).
무선통신장치는 슬롯 점유 현황 및 계획 테이블(슬롯맵)을 참조하여 해당 슬롯 타임이 타국에서 신호를 송신하는 슬롯 타임인지 여부를 판단한다(S800).
해당 슬롯 타임이 타국에서 신호를 송신하는 슬롯 타임이 아니면 무선통신장치는 수신 대기 상태로 돌아간다(S100).
해당 슬롯 타임이 타국에서 신호를 송신하는 슬롯 타임이면 무선통신장치는 제어 정보 테이블을 참조하여 신호를 송신하는 타국 방향으로 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 제어한다(S900).
슬롯번호 0 1 2 3 ... 2246 2247 2248 2249
방향 *T 5 3 1 ... 2 *T 8 7
(*T: 추적(Tracking))
표 2는 8방향 빔포밍 안테나 트래킹(Tracking) 정보에 의한 수신방향을 기록한 수신방향테이블의 예시이다. 표 2를 참조하면, 0번과 2247번 슬롯은 빔포밍 안테나(210) 빔을 1 슬롯 타임마다 1회전(360°회전)시켜 타국들로부터의 신호를 트래킹하는 구간을 표시한 것이다. 그리고 1번 슬롯은 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향 중 5번 방향으로부터 신호가 수신되는 구간이고, 2번 슬롯은 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향 중 3번 방향으로부터 신호가 수신되는 구간임을 표시하는 식으로 수신 방향 테이블을 작성하거나 갱신할 수 있다.
슬롯번호 0 1 2 3 ... 2246 2247 2248 2249
슬롯점유
현황/계획
**F ***E ***E ***E ... ***E **F ***E ***E
(**F: Free, ***E: Externally Allocated)
표 3은 슬롯 점유 현황 및 계획 테이블(슬롯맵)의 예이다. 표 3을 참조하면, 0번 슬롯, 2247번 슬롯은 현재 점유되지 않은 프리 슬롯이다. 반면, 1, 2, 3, 2246, 2248, 2249번 슬롯은 타국들에 의해 이미 점유된 슬롯들이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선통신 단말의 빔포밍 동작 프레임 구조 및 빔패턴을 도시한 도면이다.
도 6a는 무선통신장치의 빔포밍 동작 프레임 구조의 예이다. 도 6a의 동작 프레임을 참조하면, ①번 구간은 무선통신장치가 기지국으로부터의 비콘 프레임을 수신하여 무선통신장치의 설정이나 동기를 맞추는 구간이다. ②번 구간은 무선통신장치가 수신모드 시작시 빔포밍안테나(210)의 빔을 1 슬롯 타임마다 1회전(360°회전)시켜 타국으로부터의 신호들을 트래킹하는 구간이다. ③번 구간(Channel Time Allocation; CTA)은 무선통신장치가 타국의 위치와 슬롯 점유 현황 및 계획 정보를 기반으로 빔을 형성하는 구간이다. 즉, 타국이 신호를 전송하는 슬롯 타임에 맞춰 해당 슬롯 타임에 해당 타국 방향으로 빔을 형성하는 구간이다. ④번 구간은 무선통신장치가 빔포밍 안테나의 빔포밍 패턴을 변경하기 위해 스위칭하는 구간으로, AIS의 경우에는 버퍼 구간에 해당한다.
도 6b는 빔포밍 안테나의 기생 안테나의 수가 8개이어서 무선통신장치가 8방향으로 빔을 형성하는 방향을 조절할 수 있는 경우의 예이다. 도 6b에 도시된 바와 같이 빔포밍 안테나의 기생 안테나가 8개이면 빔포밍안테나는 전방향 빔뿐만 아니라 8개의 특정 방향(a 내지 h)으로 빔을 형성할 수 있다. 앞서 설명한 동작 프레임을 참조하여 매 슬롯마다 점유 중인 타국의 방향으로 빔을 형성한다.
도 6b의 (a) 내지 (h)는 무선통신장치가 단일 채널로 신호를 수신할 경우의 예이나, 무선통신장치가 복수 개의 채널로 동시에 둘 이상의 타국들로부터 각각 신호를 수신하는 경우에는 동시에 둘 이상의 방향으로 빔이 형성될 수 있다. 즉, 각 채널별로 특정 슬롯 타임에 지정된 타국 방향으로 빔을 형성할 수 있으므로, 복수 개의 빔이 동시에 형성될 수도 있다.
또 다른 실시 예로, 본 발명은 해상통신시스템의 AIS 송수신 장치뿐만 아니라 TDMA 방식의 슬롯 점유 현황 및 계획을 공유하는 다른 무선통신장치들에도 적용이 가능하다.
일 예로, 해상 무선통신 시스템의 ASM(Application Specific Message) 송수신 장치와 VDE(VHF Data Exchange) 송수신 장치를 들 수 있다. ASM 송수신 장치의 경우 AIS의 SOTDMA(Self Organized Time Division Multiple Access)를 제외한 ITMDA(Incremental Time Division Multiple Access), RATDMA(Random Access Time-Division Multiple Access), FATDMA(Fixed Access Time-Division Multiple Access) 방식의 액세스 방식을 사용하는 것 외엔 기본적으로 AIS 송수신 장치와 동일한 파라미터를 취하기 때문에 슬롯맵을 작성하거나 갱신하는 것이 가능하다. 따라서, 이를 이용하여 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 제어할 수 있다.
또 다른 예로, VDE 송수신 장치의 경우 육상 기지국 또는 위성 기지국으로부터 수신된 공고 메시지(Bulletin Board) 내에 슬롯 할당 및 계획 정보가 포함되어 있어 이를 이용하여 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 제어할 수 있다.
또한, 무선통신장치가 여러 해상 무선통신 송수신 장치들이 조합된 통합 장치(예를 들어, AIS 송수신 장치, ASM 송수신 장치, 및 VDE 송수신 장치를 모두 포함하는 VDES(VHF Data Exchange System) 송수신 장치)일 경우에도 본 발명의 빔포밍 안테나 제어 방법이 적용될 수 있다.
도 7a 내지 도 7g는 본 발명의 또 다른 실시 예들에 따른 빔포밍 안테나를 적용한 해상 무선통신장치의 실시 예들을 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 7b는 한 종류의 송수신기로 구성된 무선통신장치들의 예이다.
도 7a는 AIS 송수신 장치의 개략적인 블록도로, AIS 송수신 장치는 빔포밍 안테나(710a), AIS송수신부(720a), 제어부(730a), GNSS 수신부(740a) 및 GNSS 안테나(750a)를 포함한다.
도 7b는 ASM 송수신 장치의 개략적인 블록도로, ASM 송수신 장치는 빔포밍 안테나(710b), ASM송수신부(720b), 제어부(730b), GNSS 수신부(740b) 및 GNSS 안테나(750b)를 포함한다.
도 7c는 VDE 송수신 장치의 개략적인 블록도로, VDE 송수신 장치는 빔포밍 안테나(710c), VDE 송수신부(720c), 제어부(730c), GNSS 수신부(740c) 및 GNSS 안테나(750c)를 포함한다.
도 7d 내지 도 7g는 두 종류 이상의 송수신기들을 포함한 무선통신장치들의 예이다.
도 7d는 AIS 송수신기와 ASM 송수신기가 통합된 무선통신장치의 개략적인 블록도로, 상기 무선통신장치는 빔포밍 안테나(710d), AIS 송수신부(720d-1), ASM 송수신부(720d-2), 제어부(730d), GNSS 수신부(740d) 및 GNSS 안테나(750d)를 포함한다.
도 7e는 ASM 송수신기와 VDE 송수신기가 통합된 무선통신장치의 개략적인 블록도로, 상기 무선통신장치는 빔포밍 안테나(710e), ASM 송수신부(720e-1), VDE 송수신부(720e-2), 제어부(730e), GNSS 수신부(740e) 및 GNSS 안테나(750e)를 포함한다.
도 7f는 AIS 송수신기와 VDE 송수신기가 통합된 무선통신장치의 개략적인 블록도로, 상기 무선통신장치는 빔포밍 안테나(710f), AIS 송수신부(720f-1), VDE 송수신부(720f-2), 제어부(730f), GNSS 수신부(740f) 및 GNSS 안테나(750f)를 포함한다.
도 7g는 AIS 송수신기, ASM 송수신기와 VDE 송수신기가 통합된 무선통신장치의 개략적인 블록도로, 상기 무선통신장치는 빔포밍 안테나(710g), AIS 송수신부(720g-1), ASM 송수신부(720g-2), VDE 송수신부(720g-3), 제어부(730g), GNSS 수신부(740g) 및 GNSS 안테나(750g)를 포함한다.
도 7g에 도시된 바와 같이 AIS, ASM 및 VDE를 통합한 시스템을 VDES(VHF Data Exchange System)라고 한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 VDES 송수신기의 구현 예를 도시한 도면이다. 도 8을 참조하면, VDES 송수신기는 VHF 안테나(810), T/R 스위치(Transmit/Receive Switch)(820), AIS-VDE 다기능 송신부(AIS-VDE Multi-function Transmitter)(830), 대역통과필터(Band pass Filter)(840), 수신부(850), 다기능 송수신 프로세서(Multi-Function Rx/Tx Processor)(860), 및 GNSS 안테나(870)를 포함한다.
VHF 안테나(810)는 복수 개의 무지향성 안테나들로 이루어진 빔포밍 안테나이다. 상기 빔포밍 안테나는 빔포밍을 위한 중앙 메인 안테나와 주변 복수 개의 기생 안테나들로 구성되며, AIS, ASM, VDE 및 SAT(satellite) 신호를 송신하거나 수신할 수 있다. 또한, 상기 VHF 안테나(810)는 AIS, ASM 및 VDE 송신부와 수신부의 분리 및 통합 여부에 따라 따라 단일 빔포밍 안테나일 수도 있고 복수 개의 빔포밍 안테나일 수도 있다. 즉, 각각의 AIS 송수신부, ASM 송수신부 및 VDE 송수신부에 개별적으로 하나씩 빔포밍 안테나가 연결될 수도 있고, 그 중 둘 이상의 조합에 하나의 빔포밍 안테나가 연결될 수도 있다.
T/R 스위치(820)는 송신 모드와 수신 모드 변환에 사용되는 스위치이다.
AIS-VDE 다기능 송신부(830)는 각 신호(예를 들어, AIS 신호, ASM 신호, VDE 신호 등)의 기저대역 신호를 시스템에서 요구하는 특성(송신출력, 송신주파수 등)에 맞춰 무선 신호로 변환하여 송신할 수 있다. 또한, AIS-VDE 다기능 송신부(820)는 AIS 신호, ASM 신호 및 VDE 신호를 동시에 또는 선택적으로 송신할 수 있다.
대역통과필터(840)는 특정 대역의 신호만 통과시키고 그 외 대역의 신호는 억제시킬 수 있다. 대역통과필터(840)는 각각의 AIS 신호, ASM 신호, VDE 신호 및 SAT 신호 중 적어도 하나의 특정 대역의 신호만 통과시키고 그외 대역의 신호는 억제시킬 수 있다. 예를 들어, 대역통과필터(840)는 각각의 AIS 신호, ASM 신호, VDE 신호 및 SAT 신호 중 어느 하나의 특정 대역의 신호만 통과시키고 그외 대역의 신호는 억제시킬 수 있다. 또는, 대역통과필터(840)는 AIS 신호, ASM 신호, VDE 신호 및 SAT 신호 중 적어도 2개 또는 3개의 신호들 각각의 특정 대역의 신호만 통과시키고 그외 대역의 신호는 억제시켜 AIS 신호, ASM 신호, VDE 신호 및 SAT 신호 중 적어도 2개 또는 3개의 신호들을 동시 수신이 가능하도록 2개 또는 3개의 대역 통과 필터들로 구현될 수도 있다. 또는, 대역통과필터(840)는 AIS 신호, ASM 신호, VDE 신호 및 SAT 신호의 동시 수신이 가능하도록 각각의 신호들에 개별적인 대역통과필터들로 구현될 수 있다.
수신부(850)는 AIS/ASM 수신부(850-a)와 VDE/SAT 수신부(850-b)를 포함한다. 각 수신 신호(예를 들어, AIS 신호, ASM 신호, VDE 신호, SAT 신호 등)를 기저 대역 신호로 변환할 수 있다. 또한, 수신부(850)는 AIS 신호, ASM 신호, VDE 신호 및 SAT 신호를 동시에 또는 선택적으로 수신할 수 있다.
송신부(830)와 수신부(850)는 AIS, ASM 및 VDE 송신부와 수신부의 분리 및 통합여부에 따라 여러 조합으로 구성될 수 있다.
다기능 송수신 프로세서(860)는 메시지 생성, 메시지 분석 및 슬롯맵 관리 등의 VDES 송수신기 전체를 제어하고 관리하는 제어부의 역할을 할 수 있다. 따라서, 다기능 송수신 프로세서는 앞서 설명된 본 발명의 실시 예들에 따른 빔포밍 안테나의 제어 방법을 수행할 수 있다. 즉, 도 3 및 도 4의 제어부(230)의 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 다수의 실시 예가 기술되었다. 그럼에도 불구하고, 전술한 설명은 예시를 위한 것이며 다음의 청구항들의 범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다. 따라서 다른 실시 예들이 다음 청구항들의 범위 내에 있을 수 있으며, 다양한 변형이 본 발명의 범위를 벗어남 없이 만들어질 수 있다. 부가적으로, 전술된 단계들의 일부는 순서 독립적이므로 기술된 것과 다른 순서로 수행될 수 있다.
100: 무지향성 안테나를 가지는 무선통신장치
110: 송수신 안테나부 120: 송수신부
130: 제어부 140: GNSS 수신부
150: GNSS 안테나
100-a: 타이동국 a 100-b: 타이동국 b
200: 빔포밍 안테나를 가지는 무선통신장치
210: 빔포밍 안테나 220: 송수신부
230: 제어부
231: RSSI판단부 232: 슬롯맵작성부
233: 동기화부 234: 안테나제어부
235: 안테나구동부
240: GNSS 수신부 250: GNSS 안테나
710a 내지 710g: 빔포밍 안테나
720a: AIS 송수신부 720b: ASM 송수신부
720c: VDE 송수신부 720d-1: AIS 송수신부
720d-2: ASM 송수신부 720e-1: ASM 송수신부
720e-2: VDE 송수신부 720f-1: AIS 송수신부
720f-2: VDE 송수신부 720g-1: AIS 송수신부
720g-2: ASM 송수신부 720g-3: VDE 송수신부
730a 내지 730g: 제어부 740a 내지 740g: GNSS 수신부
750a 내지 750g: GNSS 안테나
810: VHF 안테나 820: T/R 스위치
830: AIS-VDE 다기능 송수신부 840: 대역통과필터
850: 수신부
850-a: AIS/ASM 수신부 850-b: VDE/SAT 수신부
860: AIS-VDE 다기능 송수신 프로세서
870: GNSS 안테나

Claims (22)

  1. TDMA 기반의 무선통신시스템에서 송수신 성능을 향상시키기 위한 빔포밍 안테나의 제어 방법을 수행하는 무선통신장치에 있어서,
    무지향성 안테나인 중앙 안테나와 복수 개의 기생 안테나로 구성된 빔포밍 안테나; 및
    타국으로부터 수신된 신호를 분석하여 상기 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 제어하는 제어부를 포함하는 무선통신장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 수신된 신호의 수신전계강도(Received Signal Strength Indication)와 슬롯 점유 현황 및 계획 정보에 기반하여 상기 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 수신된 신호의 수신전계강도를 소정의 기준치와 비교하여 상기 타국의 신호 송신 여부를 판단하는 RSSI(Received Signal Strength Indication)판단부;
    상기 수신된 신호를 분석하여 슬롯맵을 작성하는 슬롯맵작성부;
    상기 신호 송신 여부의 판단 결과와 상기 슬롯맵을 이용하여 상기 빔포밍 안테나의 제어 정보를 생성하는 안테나제어부; 및
    상기 제어 정보에 따라 상기 빔포밍 안테나가 빔을 형성하도록 하는 안테나 구동부를 포함하는 무선통신장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 RSSI판단부는 상기 수신된 신호의 수신전계강도를 상기 소정의 기준치와 비교하여 상기 수신전계강도가 상기 소정의 기준치 이상인 경우에는 해당 슬롯 타임과 수신 방향을 포함하는 수신 방향 정보를 작성하는 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬롯맵작성부는 상기 수신된 신호로부터 슬롯 점유 현황 및 계획 정보를 분석하여 슬롯맵을 작성하는 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 안테나제어부는 상기 수신 방향 정보와 상기 슬롯맵에 기반하여 특정 슬롯 타임에 지정된 방향으로 상기 빔을 형성하기 위한 제어 정보를 작성하는 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 안테나구동부는 상기 제어 정보를 기반으로 상기 빔포밍 안테나의 기생 안테나들을 제어하여 특정 슬롯 타임에 지정된 방향으로 상기 빔을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 안테나구동부는 수신모드 시작시 또는 상기 제어 정보 중 타국 정보가 없는 슬롯 타임에서는 상기 빔포밍 안테나의 빔을 1 슬롯 타임마다 360° 회전시켜 타국으로부터의 신호들을 트래킹(tracking)하는 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 빔포밍 안테나를 통하여 신호를 수신하거나 송신하는 송수신부;
    GNSS(Global Navigation Satellite System) 안테나를 통해 GNSS 위성들로부터 위성 신호들을 수신하여 시간, 위치 및 동기 정보 중 적어도 하나를 제어부로 전달하는 GNSS 수신부; 및
    GNSS 안테나를 더 포함하는 무선통신장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 송수신부는
    AIS(Automatic Identification System) 신호, ASM(Application Specific Message) 신호 및 VDE(VHF Data Exchange) 중 적어도 하나를 송신하는 송신부; 및
    AIS 신호, ASM 신호, VDE 신호 및 SAT(Satellite) 신호 중 적어도 하나를 수신하는 수신부를 포함하는 무선통신장치.
  11. TDMA 기반의 무선통신시스템에서 송수신 성능을 향상시키기 위한 빔포밍 안테나의 제어 방법에 있어서,
    무지향성 안테나인 중앙 안테나와 복수 개의 기생 안테나로 구성된 빔포밍 안테나를 가지는 무선통신장치가 타국으로부터 수신된 신호를 분석하여 상기 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 제어하는 단계를 포함하는, 빔포밍 안테나의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 빔포밍 방향을 제어하는 단계는 상기 수신된 신호의 수신전계강도(Received Signal Strength Indication)와 슬롯 점유 현황 및 계획 정보에 기반하여 상기 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 제어하는 것을 특징으로 하는, 빔포밍 안테나의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 빔포밍 방향을 제어하는 단계는
    상기 수신된 신호의 수신전계강도를 소정의 기준치와 비교하여 타국의 신호 송신 여부를 판단하는 제1단계;
    상기 수신된 신호를 분석하여 슬롯맵을 작성하는 제2단계;
    상기 신호 송신 여부의 판단 결과와 상기 슬롯맵을 이용하여 상기 빔포밍 안테나의 제어 정보를 생성하는 제3단계; 및
    상기 제어 정보에 따라 상기 빔포밍 안테나가 빔을 형성하도록 하는 제4단계를 포함하는, 빔포밍 안테나의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1단계는 상기 수신된 신호의 수신전계강도를 상기 소정의 기준치와 비교하여 상기 수신전계강도가 상기 소정의 기준치 이상인 경우에는 해당 슬롯 타임과 수신 방향을 포함하는 수신 방향 정보를 작성하는 것을 특징으로 하는, 빔포밍 안테나의 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2단계는 상기 수신된 신호로부터 슬롯 점유 현황 및 계획 정보를 분석하여 슬롯맵을 작성하는 것을 특징으로 하는, 빔포밍 안테나의 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제3단계는 상기 수신 방향 정보와 상기 슬롯맵에 기반하여 특정 슬롯 타임에 지정된 방향으로 상기 빔을 형성할 수 있도록 제어 정보를 작성하는 것을 특징으로 하는, 빔포밍 안테나의 제어 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 4단계는 상기 제어 정보를 기반으로 상기 빔포밍 안테나의 기생 안테나들을 제어하여 특정 슬롯 타임에 지정된 방향으로 상기 빔을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는, 빔포밍 안테나의 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제4단계는 상기 무선통신장치의 수신모드 시작시 또는 상기 제어 정보 중 타국 정보가 없는 슬롯 타임에서는 상기 빔포밍 안테나의 빔을 1 슬롯 타임마다 360° 회전시켜 타국으로부터의 신호들을 트래킹(tracking)하는 것을 특징으로 하는, 빔포밍 안테나의 제어 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 빔포밍 안테나를 통하여 신호를 수신하거나 송신하는 단계; 및
    GNSS(Global Navigation Satellite System) 안테나를 통해 GNSS 위성들로부터 위성 신호들을 수신하여 시간, 위치 및 동기 정보 중 적어도 하나를 제어부로 전달하는 단계를 더 포함하는 빔포밍 안테나의 제어 방법.
  20. AIS(Automatic Identification System) 신호, ASM(Application Specific Message), VDE(VHF Data Exchange) 신호 및 SAT(Satellite) 신호 중 적어도 하나를 송신하거나 수신하는 VDES(VHF Data Exchange System) 송수신 장치에 있어서,
    무지향성 안테나인 중앙 안테나와 복수 개의 기생 안테나로 구성된 빔포밍 안테나; 및
    다기능 송수신 프로세서를 포함하되, 상기 다기능 송수신 프로세서는
    타국으로부터 수신된 신호를 분석하여 빔포밍 안테나의 빔포밍 방향을 제어하도록 하는, VDES 송수신 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 수신된 신호의 특정 대역 신호만 통과시키는 적어도 하나의 대역통과필터(Band pass Filter);
    각각의 수신된 신호를 기저 대역 신호로 변환하는 적어도 하나의 수신부; 및
    각각의 송신할 신호의 기저 대역 신호를 무선 신호로 변환하는 적어도 하나의 송신부를 더 포함하는 VDES 송수신 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 빔포밍 안테나는 상기 AIS 신호, 상기 ASM 신호, 상기 VDE 신호 및 상기 SAT 신호를 송신하거나 수신하도록 구성되고,
    상기 대역통과필터는 상기 AIS 신호, 상기 ASM 신호, 상기 VDE 신호 및 상기 SAT 신호 중 적어도 하나의 특정 대역 신호만 통과시키도록 구성되고,
    상기 송신부는 상기 AIS 신호, 상기 ASM 신호 및 상기 VDE 중 적어도 하나를 송신하도록 구성되고,
    상기 수신부는 상기 AIS 신호, 상기 ASM 신호, 상기 VDE 신호 및 상기 SAT 신호 중 적어도 하나를 수신하도록 구성되는 VDES 송수신 장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113473481A (zh) * 2021-06-11 2021-10-01 西安空间无线电技术研究所 一种针对资源受限场景的高效通信组网接入系统
KR102418560B1 (ko) * 2021-06-02 2022-07-08 (주)싱크테크노 메시지 전송 방법 및 자율운항선박의 제어장치

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200406471A1 (en) * 2018-06-12 2020-12-31 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Technique for robotic device control
US10498029B1 (en) * 2019-07-15 2019-12-03 Bao Tran Cellular system
CN111431579A (zh) * 2020-03-18 2020-07-17 上海航天电子通讯设备研究所 基于fpga的低延时vde星载下行数字信号处理系统
CN111525281B (zh) * 2020-04-07 2021-09-10 普联技术有限公司 一种智能天线装置
CN111726187B (zh) * 2020-06-09 2021-04-02 上海航天电子通讯设备研究所 基于星载vde的utc时间同步处理系统
CN112822739B (zh) * 2021-04-19 2021-06-29 交通运输部规划研究院 一种vhf岸台实时调度方法和系统

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030099218A1 (en) * 2001-11-29 2003-05-29 Tillotson Brian Jay Apparatus and method for improving noise tolerance of TDMA links
US7027409B2 (en) * 2002-01-10 2006-04-11 Harris Corporation Method and device for establishing communication links and for estimating overall quality of a directional link and reporting to OLSR in a communication system
US7304972B2 (en) * 2002-01-10 2007-12-04 Harris Corporation Method and device for establishing communication links and handling unbalanced traffic loads in a communication system
US6804208B2 (en) * 2002-01-10 2004-10-12 Harris Corporation Method and device for establishing communication links with parallel scheduling operations in a communication system
WO2004042959A1 (en) * 2002-11-04 2004-05-21 Vivato Inc Directed wireless communication
US7643794B2 (en) * 2003-04-07 2010-01-05 Yoram Ofek Multi-sector antenna apparatus
BRPI0416645A (pt) * 2003-11-24 2007-01-16 Interdigital Tech Corp método e aparelho para utilizar antena de feixe direcional em unidade de transmissão e recepção sem fio
US7239879B2 (en) * 2003-11-26 2007-07-03 Lucent Technologies Inc. Opportunistic beamforming and scheduling of users in a communication system
US9699607B2 (en) * 2005-12-15 2017-07-04 Polte Corporation Multi-path mitigation in rangefinding and tracking objects using reduced attenuation RF technology
KR20090058974A (ko) 2007-12-05 2009-06-10 한국해양연구원 분할된 안테나 구조를 갖는 해양 무선 통신 장치 및 방법
JP4539891B2 (ja) * 2008-08-11 2010-09-08 岩崎通信機株式会社 マルチアンテナを用いた無線通信方法、無線通信システムおよび無線通信装置
CA2928283A1 (en) * 2008-09-10 2010-03-18 Nextnav, Llc Wide area positioning system
US8446318B2 (en) * 2010-06-22 2013-05-21 Shirook Ali Controlling a beamforming antenna using reconfigurable parasitic elements
KR102043229B1 (ko) * 2012-07-02 2019-11-12 삼성전자주식회사 통신 시스템에서 자원을 운용하는 장치 및 그 방법
KR20150059104A (ko) 2013-11-21 2015-05-29 한국전자통신연구원 해상 광대역 무선통신 시스템에서의 지향성 안테나 트래킹 장치 및 그 방법
US9778368B2 (en) * 2014-09-07 2017-10-03 Trimble Inc. Satellite navigation using side by side antennas
US9781698B2 (en) * 2015-02-27 2017-10-03 Qualcomm Incorporated Distribution and utilization of antenna information for location determination operations
US9705580B2 (en) * 2015-05-14 2017-07-11 Sprint Communications Company L.P. Wireless communication device control over wireless network antenna configurations
US10251072B2 (en) * 2016-06-29 2019-04-02 Intel IP Corporation Sectorized antennas for unsynchronized multiuser multiple-input and multiple-output

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102418560B1 (ko) * 2021-06-02 2022-07-08 (주)싱크테크노 메시지 전송 방법 및 자율운항선박의 제어장치
CN113473481A (zh) * 2021-06-11 2021-10-01 西安空间无线电技术研究所 一种针对资源受限场景的高效通信组网接入系统
CN113473481B (zh) * 2021-06-11 2022-10-21 西安空间无线电技术研究所 一种针对资源受限场景的高效通信组网接入系统

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