KR20180107423A - 차세대 무선 통신 시스템의 음영 지역 해소를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

차세대 무선 통신 시스템의 음영 지역 해소를 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 5G 기지국과 같은 초고주파 기지국의 음영지역을 해소할 수 있도록 하는 차세대 무선 통신 시스템의 음영 지역 해소를 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 차세대 무선 통신 시스템의 음영 지역 해소를 위한 장치는, 초고주파 기지국과 초고주파 무선 신호를 송수신(통신)하기 위한 초고주파 통신부, 및 상기 초고주파 통신부를 통해 상기 초고주파 기지국으로부터 수신된 초고주파 무선 신호를 광신호로 변환하여 하나 이상의 광선로를 통해 (하향) 송신하고 상기 하나 이상의 광선로를 통해 수신된 광신호를 초고주파 무선 신호로 변환하여 상기 초고주파 통신부를 통해 상기 초고주파 기지국으로 (상향) 송신하기 위한 제1 신호변환부를 포함하는 AU(Antenna & Donor)장치; 및 사용자 단말과 WiFi 신호로 통신하기 위한 WiFi 통신부, 및 상기 WiFi 통신부를 통해 상기 사용자 단말로부터 수신된 WiFi 신호를 광신호로 변환하여 상기 하나 이상의 광선로 중 하나를 통해 (상향) 송신하고 상기 하나 이상의 광선로 중 하나를 통해 수신된 광신호를 WiFi 신호로 변환하여 상기 WiFi 통신부를 통해 상기 사용자 단말로 (하향) 송신하기 위한 제2 신호변환부를 포함하는 하나 이상의 AP(Access Point)장치를 포함할 수 있다.

Description

차세대 무선 통신 시스템의 음영 지역 해소를 위한 장치 및 방법{Apparatus and method for eliminating shadow areas in next generation wireless communication system}
본 발명은 미래창조과학부 "저비용 사업자통합지원 인빌딩 무선망 시스템 개발" 과제 건으로서 5세대(5th Generation: 5G) 이동통신 시스템을 포함하는 차세대 이동통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 5G 기지국과 같은 초고주파 기지국을 포함하는 차세대 초고주파 무선 통신 시스템의 음영 지역 해소를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 5세대 이동통신 기술(5th Generation Mobile Telecommunication)은 4G 대비 데이터 용량은 약 1,000배 많고 속도는 200배 빠른 차세대 이동통신이다. IMT 2020(International Mobile Telecommunication 2020)은 국제전기통신연합(International Telecommunication Union, )에서 2020년 상용화를 목표로 표준화 계획에 들어간 5세대 이동통신(5G)의 정식 명칭이다. 5G에 대한 관심과 국가간, 기업간 개발 경쟁이 치열해지고 있다. 특히 2018년 평창 동계올림픽에서 5G 시범서비스를 선보이려는 한국과 2020년 도쿄 올림픽을 계기로 5G 상용화를 실현하겠다는 일본의 5G 주도권 선점 경쟁은 더욱 본격화되어 가고 있다.
5G 이동통신 시스템은 기본적으로 트래픽 증가, 디바이스수 증가, 클라우드 컴퓨팅 의존성 증가, 다양한 5G기반 융합서비스 등장 등 4가지 주요 메가트렌드들을 필수적으로 고려하여 설계되어야 한다. 이러한 사항들을 고려하여 최근 다양한 나라와 회사들에서 5G 이동통신 시스템을 위한 기본 성능지표들에 대해서 제안하였으며, ITU-R(Radio communication Sector) WP(Working Party) 5D에서는 이러한 제안들을 기반으로 현재까지 총 8개의 핵심 성능지표 후보를 도출하였다.
ITU-R WP 5D에서 도출된 핵심 성능지표들은 user experience data rate(체감 전송률), peak data rate(최대 전송률), mobility(이동 속도), latency(전송 지연), connection density(연결기기 밀도), energy efficiency(에너지 효율), spectrum efficiency(주파수 효율), traffic volume density(면적당 용량) 등이다.
기존의 4G 이동통신 시스템과 달리 5G 이동통신 시스템은 여러 가지 중요한 특징들을 가지고 있다. 특히 가장 중요한 특징으로는 latency와 user experienced data rate가 있다. 첫째로, 기존의 이동통신 시스템이 대부분 단말의 peak data rate 향상에만 초점을 맞추어 연구를 진행해 왔었던 것과는 달리, 5G 이동통신 시스템은 end-to-end latency(종단간 지연)를 고려한 이동통신 시스템 설계에 매우 큰 관심을 가지고 있다.
미래에는 증강현실, 가상 현실, 실시간 온라인게임 등과 같은 다양한 실시간() 인터랙티브() 멀티미디어 서비스가 증가할 것이다. 이러한 서비스를 사용하는 사용자들이 자연스러운 인터랙션을 경험하기 위해서는 저지연 5G 무선통신 서비스의 제공이 꼭 필요하다.
또한, 5G 이동통신 시스템은 end-to-end latency 감소라는 큰 목표와 함께 user experience data rate(체감 전송률) 향상을 중요한 목표 중 하나로 고려하고 있다. user experienced data rate의 보장을 위하여 5G 이동통신시스템은 어느 시간에, 어디에서든지 [gigabit] data rate를 사용자들에게 제공해 줄 수 있어야 한다.
기존의 4G까지의 이동통신 시스템이 cell edge 사용자들 성능 저하라는 큰 문제에 대한 근본적인 해결책을 제시하고 있지 못했었기 때문에, 5G 이동통신 시스템은 cell edge 성능 향상을 고려한 user experienced data rate를 중요 목표과제로 두고 해결하고자 노력하고 있다.
2GHz 이하의 를 사용하는 4G 롱텀에볼루션(LTE)과 달리 28GHz의 초고대역 주파수를 사용한다. 이로 인해 LTE보다 빠른 속도로 초고선명 영화를 1초 만에 전달할 수 있다. 저대역 주파수는 도달거리가 길고 속도는 느린 반면 고대역 주파수는 직진성이 강해 도달거리는 짧지만 속도는 빠르다.
따라서, 5G(초고주파) 기지국은 전파가 직진파이기 때문에 음영지역을 서비스하는데 있어서 망 설계 및 구성에 어려움이 있을 것으로 판단된다.
공개특허공보 제10-2017-0022955호(2017.03.02.)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 5G 기지국과 같은 초고주파 기지국의 음영지역을 해소할 수 있도록 하는 차세대 무선 통신 시스템의 음영 지역 해소를 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 차세대 무선 통신 시스템의 음영 지역 해소를 위한 장치는, 초고주파 기지국과 초고주파 무선 신호를 송수신(통신)하기 위한 초고주파 통신부, 및 상기 초고주파 통신부를 통해 상기 초고주파 기지국으로부터 수신된 초고주파 무선 신호를 광신호로 변환하여 하나 이상의 광선로를 통해 (하향) 송신하고 상기 하나 이상의 광선로를 통해 수신된 광신호를 초고주파 무선 신호로 변환하여 상기 초고주파 통신부를 통해 상기 초고주파 기지국으로 (상향) 송신하기 위한 제1 신호변환부를 포함하는 AU(Antenna & Donor)장치; 및 사용자 단말과 WiFi 신호로 통신하기 위한 WiFi 통신부, 및 상기 WiFi 통신부를 통해 상기 사용자 단말로부터 수신된 WiFi 신호를 광신호로 변환하여 상기 하나 이상의 광선로 중 하나를 통해 (상향) 송신하고 상기 하나 이상의 광선로 중 하나를 통해 수신된 광신호를 WiFi 신호로 변환하여 상기 WiFi 통신부를 통해 상기 사용자 단말로 (하향) 송신하기 위한 제2 신호변환부를 포함하는 하나 이상의 AP(Access Point)장치를 포함할 수 있고, 상기 초고주파 기지국은 5G 기지국을 포함할 수 있으며, 상기 초고주파 무선 신호는 5G 무선 신호를 포함할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면에 따른 차세대 무선 통신 시스템의 음영 지역 해소를 위한 방법은, (a) 초고주파 기지국과 초고주파 무선 신호를 송수신(통신)하기 위한 단계; (b) 상기 단계 (a)를 통해 상기 초고주파 기지국으로부터 수신된 초고주파 무선 신호를 광신호로 변환하여 하나 이상의 광선로를 통해 (하향) 송신하고 상기 하나 이상의 광선로를 통해 수신된 광신호를 초고주파 무선 신호로 변환하여 상기 단계 (a)를 통해 상기 초고주파 기지국으로 (상향) 송신하기 위한 단계; (c) 사용자 단말과 WiFi 신호로 통신하기 위한 단계; 및 (d) 상기 단계 (c)를 통해 상기 사용자 단말로부터 수신된 WiFi 신호를 광신호로 변환하여 상기 하나 이상의 광선로 중 하나를 통해 (상향) 송신하고 상기 하나 이상의 광선로 중 하나를 통해 수신된 광신호를 WiFi 신호로 변환하여 상기 단계 (c)를 통해 상기 사용자 단말로 (하향) 송신하기 위한 단계를 포함할 수 있고, 상기 초고주파 무선 신호는 5G 무선 신호를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 다양한 측면에 따르면, 5세대(5G) 망은 신규로 서비스될 예정이며 이 때 망 설계 및 확장 시 직진파(mm Wave)로 인해 음영지역이 발생할 것으로 예상되며 이때 본 발명의 구성을 이용하여 음영지역을 효과적으로 서비스 할 수 있다.
즉, 본 발명을 활용하면 5G 기지국을 포함하는 초고주파 기지국 서비스 시 초고주파의 직진파 특성으로 인해 음영지역을 효과적으로 해소하지 못하는 문제가 예상되나, 본 발명에 따른 망 구성의 효과로 인해 망 설계 및 확장을 효과적으로 하여 5G 서비스의 품질을 향상하는데 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차세대 무선 통신 시스템의 음영 지역 해소를 위한 장치의 구성도,
도 2는 도 1의 AU(Antenna & Donor)장치의 블록 구성도,
도 3은 도 1의 AP(Access Point)장치의 블록 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차세대 무선 통신 시스템의 음영 지역 해소를 위한 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 한다. 또한, 본 발명의 실시예에 대한 설명 시 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차세대 무선 통신 시스템의 음영 지역 해소를 위한 장치의 구성도로, 동 도면에 도시된 바와 같이, AU(Antenna & Donor)장치(20) 및 AP(Access Point)장치(30)를 포함할 수 있다.
도 1을 보면, 5G 기지국(10)의 안테나(Smart array Antenna)의 빔 포밍(Beam forming)을 고정하고, AU 장치(20)의 도너 안테나(Donor Antenna)에서 5G 신호를 수신하여 광 신호로 변환 후 광선로를 통해 각각의 AP(Access Point)(30) 장치로 광 전송함으로써, 5G 신호(28GHz)의 전파 특성상 멀리 가지 못하는 단점을 극복하고 기지국 용량을 더욱 효율적으로 사용할 수 있다.
AU 장치(20)는 일 측은 초고주파 기지국으로서의 5G 기지국(10)과 에어 공간을 통해 초고주파 무선 신호로서의 5G 신호를 이용하여 통신하고 또한 타 측은 하나 이상의 AP 장치(30)와 광선로(Optic Cable)를 통해 연결되어 통신하도록 설치할 수 있다.
AP 장치(30)는 일 측은 전술한 바와 같이 AU 장치(20)와 광선로(Optic Cable)를 통해 연결되어 통신하고 또한 타 측은 사용자 단말(미도시)과 에어 공간을 통해 WiFi 신호를 이용하여 통신하도록 설치할 수 있다.
사용자 단말은 사용자의 이동 통신 단말을 나타내는 것으로, 예를 들어, 음성 통신, 영상 통신, 데이터 통신, 및 인터넷 통신 등이 가능한 이동통신 단말기, PDA, 스마트 폰, 테블릿 PC 등을 포함할 수 있다.
5세대(초고주파) 기지국 서비스는 전파의 직진성으로 인해 망 설계 및 확장의 어려움이 있으나, 도 1의 실시예에 따르면 5G 기지국(10)은 액세스(Access)망으로 활용하며 서비스 영역을 확장 시 광 선로를 이용하여 서비스 하고자 하는 지점에 AP장치(30)를 두어 WIFI서비스를 이용하도록 함으로써, 5G 망 설계 및 확장 시 직진파(mm Wave)로 인해 발생되는 음영지역에도 효과적으로 서비스 할 수 있다.
도 2는 도 1의 AU(Antenna & Donor)장치(20)의 블록 구성도로, 동 도면에 도시된 바와 같이, 초고주파 통신부(21) 및 제1 신호 변환부(23)를 포함할 수 있다.
초고주파 통신부(21)는 도너 안테나를 통해 초고주파 기지국으로서의 5G 기지국(10)과 초고주파 무선 신호로서의 5G 신호를 송수신(통신)하기 위한 것으로, 5G 기지국(10)으로부터의 하향 신호를 도너 안테나를 통해 수신하여 하향 전송할 수 있도록 하고 사용자 단말로부터의 상향 신호를 도너 안테나를 통해 송신하여 기지국(10) 측으로 상향 전송할 수 있도록 할 수 있다.
제1 신호 변환부(23)는 하향 기준으로 초고주파 무선 신호로서의 5G 신호를 광신호로 변환하고 상향 기준으로는 광신호를 5G 신호로 변환하기 위한 것으로, 초고주파 통신부(21)를 통해 초고주파 기지국으로서의 5G 기지국(10)으로부터 수신된 5G 신호를 광신호로 변환하여 하나 이상의 광선로(Optic Cable)를 통해 (하향) 송신하고, 하나 이상의 광선로를 통해 수신된 광신호를 5G 신호로 변환하여 초고주파 통신부(21)를 통해 5G 기지국(10)으로 (상향) 송신할 수 있다.
도 3은 도 1의 AP(Access Point)장치(30)의 블록 구성도로, 동 도면에 도시된 바와 같이, WiFi 통신부(31) 및 제2 신호 변환부(33)를 포함할 수 있다.
WiFi 통신부(31)는 WiFi 서비스 안테나를 통해 사용자 단말과 WiFi 신호를 송수신(통신)하기 위한 것으로, 사용자 단말로부터의 상향 신호를 서비스 안테나를 통해 수신하여 AU 장치(20) 측으로 상향 전송할 수 있도록 하고 AU 장치(20)로부터의 하향 신호를 서비스안테나를 통해 WiFi 서비스 영역에 방사하여 사용자 단말 측으로 하향 전송할 수 있다.
제2 신호 변환부(33)는 상향 기준으로 WiFi 신호를 광신호로 변환하고 하향 기준으로는 광신호를 WiFi 신호로 변환하기 위한 것으로, 예를 들어, 상향 신호 처리 시에는 WiFi 통신부(31)를 통해 사용자 단말로부터 수신된 WiFi 신호를 광신호로 변환하여 하나 이상의 광선로 중 하나를 통해 상향 송신할 수 있고, 하향 신호 처리 시에는 하나 이상의 광선로 중 하나를 통해 수신된 광신호를 WiFi 신호로 변환하여 WiFi 통신부(31)를 통해 사용자 단말로 하향 송신할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차세대 무선 통신 시스템의 음영 지역 해소를 위한 방법의 흐름도로, 도 1-3의 장치(10,20,30)에서 수행되므로 해당 장치의 동작과 병행하여 설명한다.
먼저, 하향 신호 처리 과정에 대해 설명한다.
5G 기지국(10)은 5G 무선 신호를 방사하고(S401), AU 장치(20)는 단계 S401에서 5G 기지국(10)으로부터 방사된 5G 무선 신호를 수신하여 광신호로 변환한 후(S403), 그 변환된 광신호를 하나 이상의 광선로를 통하여 하나 이상의 AP 장치(30)로 전송한다(S405). 이어, AP 장치(30)는 단계 S405에서 AU 장치(20)로부터 전송된 광신호를 수신하여 WiFi 신호로 변환하고(S407), 그 변환된 WiFi 신호를 해당 WiFi 서비스 영역내에 있는 사용자 단말로 전송한다.
다음, 상향 신호 처리 과정에 대해 설명한다.
AP 장치(30)는 해당 WiFi 서비스 영역내의 사용자 단말로부터 전송된 WiFi 신호를 수신하고(S411), 그 수신된 WiFi 신호를 광신호로 변환하여(S413) 광선로를 통해 AU 장치(20)로 전송한다(S415). 이어, AU 장치(20)는 단계 S415에서 AP 장치(30)로부터 수신된 광신호를 5G 무선 신호로 변환하고(S417), 그 변환된 5G 무선 신호를 5G 기지국(10)으로 전송한다(S419).
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 5G 기지국
20: AU(Antenna & Donor)장치
21: 초고주파 통신부
23: 제1 신호 변환부
30: AP(Access Point)장치
31: WiFi 통신부
33: 제2 신호 변환부

Claims (4)

  1. 초고주파 기지국과 초고주파 무선 신호를 송수신(통신)하기 위한 초고주파 통신부, 및 상기 초고주파 통신부를 통해 상기 초고주파 기지국으로부터 수신된 초고주파 무선 신호를 광신호로 변환하여 하나 이상의 광선로를 통해 (하향) 송신하고 상기 하나 이상의 광선로를 통해 수신된 광신호를 초고주파 무선 신호로 변환하여 상기 초고주파 통신부를 통해 상기 초고주파 기지국으로 (상향) 송신하기 위한 제1 신호변환부를 포함하는 AU(Antenna & Donor)장치; 및
    사용자 단말과 WiFi 신호로 통신하기 위한 WiFi 통신부, 및 상기 WiFi 통신부를 통해 상기 사용자 단말로부터 수신된 WiFi 신호를 광신호로 변환하여 상기 하나 이상의 광선로 중 하나를 통해 (상향) 송신하고 상기 하나 이상의 광선로 중 하나를 통해 수신된 광신호를 WiFi 신호로 변환하여 상기 WiFi 통신부를 통해 상기 사용자 단말로 (하향) 송신하기 위한 제2 신호변환부를 포함하는 하나 이상의 AP(Access Point)장치;
    를 포함하는 차세대 무선 통신 시스템의 음영 지역 해소를 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초고주파 기지국은 5G 기지국을 포함하고, 상기 초고주파 무선 신호는 5G 무선 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 차세대 무선 통신 시스템의 음영 지역 해소를 위한 장치.
  3. (a) 초고주파 기지국과 초고주파 무선 신호를 송수신(통신)하기 위한 단계;
    (b) 상기 단계 (a)를 통해 상기 초고주파 기지국으로부터 수신된 초고주파 무선 신호를 광신호로 변환하여 하나 이상의 광선로를 통해 (하향) 송신하고 상기 하나 이상의 광선로를 통해 수신된 광신호를 초고주파 무선 신호로 변환하여 상기 단계 (a)를 통해 상기 초고주파 기지국으로 (상향) 송신하기 위한 단계;
    (c) 사용자 단말과 WiFi 신호로 통신하기 위한 단계; 및
    (d) 상기 단계 (c)를 통해 상기 사용자 단말로부터 수신된 WiFi 신호를 광신호로 변환하여 상기 하나 이상의 광선로 중 하나를 통해 (상향) 송신하고 상기 하나 이상의 광선로 중 하나를 통해 수신된 광신호를 WiFi 신호로 변환하여 상기 단계 (c)를 통해 상기 사용자 단말로 (하향) 송신하기 위한 단계;
    를 포함하는 차세대 무선 통신 시스템의 음영 지역 해소를 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 초고주파 무선 신호는 5G 무선 신호를 포함하는 차세대 무선 통신 시스템의 음영 지역 해소를 위한 방법.
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