KR20230063848A - 위성 클러스터 장치 - Google Patents

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KR20230063848A
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임경래
유준규
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한국전자통신연구원
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Abstract

위성 클러스터 기술이 개시된다. 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성; 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성과 위성 간 링크를 통하여 제어 신호와 정보 신호를 공유하는 마스터 위성; 및 상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성의 위치를 조정하고, 상기 마스터 위성에 상기 제어 신호와 상기 정보 신호를 전송하는 지상 제어 시스템을 포함하는, 위성 클러스터 장치가 제공될 수 있다.

Description

위성 클러스터 장치{APPARATUS FOR SATELLITE CLUSTER}
본 발명은 위성 클러스터 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 위성들로 클러스터를 형성하여 복수의 단말들과 통신할 수 있도록 하는 위성 클러스터 기술에 관한 것이다.
정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발될 수 있다. 대표적인 무선 통신 기술로 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 LTE(long term evolution), NR(new radio), 6G(6th Generation) 등이 있을 수 있다. LTE는 4G(4th Generation) 무선 통신 기술들 중에서 하나의 무선 통신 기술일 수 있고, NR은 5G(5th Generation) 무선 통신 기술들 중에서 하나의 무선 통신 기술일 수 있다. 4G 통신 시스템(예를 들어, LTE를 지원하는 통신 시스템)의 상용화 이후에 급증하는 무선 데이터의 처리를 위해, 4G 통신 시스템의 주파수 대역(예를 들어, 6GHz 이하의 주파수 대역)뿐만 아니라 4G 통신 시스템의 주파수 대역보다 높은 주파수 대역(예를 들어, 6GHz 이상의 주파수 대역)을 사용하는 5G 통신 시스템(예를 들어, NR을 지원하는 통신 시스템)이 고려될 수 있다. 5G 통신 시스템은 eMBB(enhanced Mobile BroadBand), URLLC(Ultra-Reliable and Low Latency Communication) 및 mMTC(massive Machine Type Communication)을 지원할 수 있다.
한편, NR 통신 네트워크는 지상(terrestrial)에 위치한 단말들에 통신 서비스를 제공할 수 있다. 최근 지상뿐만 아니라 비-지상(non-terrestrial)에 위치한 비행기, 드론(drone), 위성(satellite) 등을 위한 통신 서비스의 수요가 증가하고 있으며, 이를 위해 비-지상 네트워크(non-terrestrial network, NTN)를 위한 기술들이 논의되고 있다. 비-지상 네트워크는 NR 기술에 기초하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 비-지상 네트워크에서 위성과 지상에 위치한 통신 노드 또는 비-지상에 위치한 통신 노드(예를 들어, 비행기, 드론 등) 간의 통신은 NR 기술에 기초하여 수행될 수 있다. 비-지상 네트워크에서 위성은 NR 통신 네트워크에서 기지국의 기능을 수행할 수 있다.
이와 같은 비-지상 네트워크를 위하여 많은 수의 LEO(low earth orbit) 위성이 발사되었다. 그리고, 수년 안에 더 많은 LEO 위성이 글로벌 기업들(예를 들어, OneWeb, Space-X, Telesat, Amazon)에 의해 발사될 수 있다. 하지만, 위성수가 많으면 많을수록 위성 간 간섭(inter-satellite interference)으로 인해 네트워크 성능은 크게 떨어질 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 복수의 위성들로 클러스터를 형성하여 복수의 단말들과 통신할 수 있도록 하는 위성 클러스터 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 위성 클러스터 장치는, 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성; 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성과 위성 간 링크를 통하여 제어 신호와 정보 신호를 공유하는 마스터 위성; 및 상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성의 위치를 조정하고, 상기 마스터 위성에 상기 제어 신호와 상기 정보 신호를 전송하는 지상 제어 시스템을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 위성 간 링크는 무선 주파수 통신 또는 가시광 통신으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 고도가 동일하고, 상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 구형 캡(spherical cap) 모양의 클러스터 영역을 형성하고, 상기 마스터 위성은 상기 클러스터 영역의 중심에 위치하고, 상기 마스터 위성과 각각의 슬레이브 위성 간에 거리는 서로 동일할 수 있다.
여기서, 상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 고도가 동일하고, 상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 구형 캡 모양의 클러스터 영역을 형성하고, 상기 마스터 위성은 상기 클러스터 영역의 중심에 위치하고, 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 상기 클러스터 영역에 균일하게 분포되어 있으며, 상기 마스터 위성과 각각의 슬레이브 위성 간에 거리는 서로 상이할 수 있다.
여기서, 상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 고도가 상이하고, 상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 원형 밴드(circular band) 모양의 클러스터 영역을 형성할 수 있다.
여기서, 상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 고도가 상이하고, 상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 구형 쉘(Spherical Shell) 모양의 클러스터 영역을 형성할 수 있다.
여기서, 상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 협력 다중 지점(cooperative multi-point, CoMP) 송수신 기술인 공동 전송(joint transmission, JT) 방법 또는 동적 지점 선택(dynamic point selection, DPS) 방법을 사용하여 단말에 신호를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 변복조 기능, 자원 요소(resource element, RE) 맵핑/디맵핑 기능 또는 RF(radio frequency) 기능 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 PHY(physical) 계층의 하위(PHY-하위) 기능을 지원하고, 상기 마스터 위성은 PHY 계층의 상위(PHY-상위) 기능을 지원할 수 있다.
여기서, 상기 마스터 위성은 RRC(radio resource control) 계층, PDCP(packet data convergence protocol) 계층, RLC(radio link control) 계층 또는 MAC(media access control)계층 상위 부분 중에서 적어도 하나 이상을 담당하고, 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 MAC 계층 하위 부분, PHY 계층 또는 RF 부분 중에서 적어도 하나 이상을 담당할 수 있다.
여기서, 상기 마스터 위성은 RRC 계층 또는 PDCP 계층 중에서 적어도 하나 이상을 담당하고, 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 RLC 계층, MAC 계층, PHY 계층 또는 RF 부분 중에서 적어도 하나 이상을 담당할 수 있다.
본 출원에 의하면, 마스터 위성은 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성과 제어 신호와 정보 신호를 공유하여 위성 클러스터 장치를 구성할 수 있다. 또한, 본 출원에 의하면, 마스터 위성과 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 동일한 고도를 유지하여 단일 고도 위성 클러스터를 구성할 수 있다. 또한, 본 출원에 의하면, 마스터 위성과 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 상이한 고도를 유지하여 다중 고도 위성 클러스터를 구성할 수 있다.
또한, 본 출원에 의하면, 위성 클러스터 장치에서 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 변복조, 자원 요소(resource element, RE) 맵핑/디맵핑 또는 RF(radio frequency) 부분 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 PHY(physical) 계층의 하위 부분(PHY-하위)을 가지고, 마스터 위성은 나머지 PHY 계층의 상위 부분(PHY-상위)을 가질 수 있어 지상 네트워크와 상호 호환 및 협력 관점에서 장점이 있을 수 있다.
또한, 본 출원에 의하면, 위성 클러스터 장치에서 마스터 위성은 RRC(radio resource control) 계층, PDCP(packet data convergence protocol) 계층, RLC(radio link control) 계층 또는 MAC(media access control)계층 상위 부분 중에서 적어도 하나 이상을 담당하고, 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 MAC 계층 하위 부분, PHY 계층 또는 RF 부분 중에서 적어도 하나 이상을 담당하여 프론트폴 용량의 제약조건을 완화시키고 신뢰도를 올릴 수 있다.
또한, 본 출원에 의하면, 위성 클러스터 장치에서 마스터 위성은 RRC 계층 또는 PDCP 계층 중에서 적어도 하나 이상을 담당하고, 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 RLC 계층, MAC 계층, PHY 계층 또는 RF 부분 중에서 적어도 하나 이상을 담당할 수 있어 위성간 링크에 요구되는 전송 용량 및 지연 요구조건을 완화시킬 수 있다.
도 1은 비-지상 네트워크의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 비-지상 네트워크의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 3은 비-지상 네트워크를 구성하는 엔터티의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 4는 위성 클러스터 장치의 제1 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 5는 단일 고도 위성 클러스터 장치의 제1 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 6은 단일 고도 위성 클러스터 장치의 제2 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 7은 다중 고도 위성 클러스터 장치의 제1 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 8은 다중 고도 위성 클러스터 장치의 제2 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 9는 위성 클러스터 장치의 프로토콜 구조의 제1 실시예를 나타내는 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 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 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원의 실시예들에서, "A 및 B 중에서 적어도 하나"는 "A 또는 B 중에서 적어도 하나" 또는 "A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 적어도 하나"를 의미할 수 있다. 또한, 본 출원의 실시예들에서, "A 및 B 중에서 하나 이상"은 "A 또는 B 중에서 하나 이상" 또는 "A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 하나 이상"을 의미할 수 있다.
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 있다고 이해되어야 할 것이다. 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 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 네트워크(communication network)가 설명될 것이다. 통신 시스템은 비-지상 네트워크(non-terrestrial network; NTN), 4G 통신 네트워크(예를 들어, LTE(long-term evolution) 통신 네트워크), 5G 통신 네트워크(예를 들어, NR(new radio) 통신 네트워크), 6G 통신 네트워크 등일 수 있다. 4G 통신 네트워크, 5G 통신 네트워크 및 6G 통신 네트워크는 지상(terrestrial) 네트워크로 분류될 수 있다.
비-지상 네트워크는 LTE 기술 및/또는 NR 기술에 기초하여 동작할 수 있다. 비-지상 네트워크는 6GHz 이하의 주파수 대역뿐만 아니라 6GHz 이상의 주파수 대역에서 통신을 지원할 수 있다. 4G 통신 네트워크는 6GHz 이하의 주파수 대역에서 통신을 지원할 수 있다. 5G 통신 네트워크는 6GHz 이하의 주파수 대역뿐만 아니라 6GHz 이상의 주파수 대역에서 통신을 지원할 수 있다. 본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 네트워크는 아래 설명된 내용에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 통신 네트워크에 적용될 수 있다. 여기서, 통신 네트워크는 통신 시스템과 동일한 의미로 사용될 수 있다.
도 1은 비-지상 네트워크의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 비-지상 네트워크는 위성(110), 통신 노드(120), 게이트웨이(gateway)(130), 데이터 네트워크(140) 등을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 비-지상 네트워크는 트랜스패런트(transparent) 페이로드 기반의 비-지상 네트워크일 수 있다. 위성(110)은 LEO(low earth orbit) 위성, MEO(medium earth orbit) 위성, GEO(geostationary earth orbit) 위성, HEO(high elliptical orbit) 위성, 또는 UAS(unmanned aircraft system) 플랫폼일 수 있다. UAS 플랫폼은 HAPS(high altitude platform station)를 포함할 수 있다.
통신 노드(120)는 지상에 위치한 통신 노드(예를 들어, UE(user equipment), 단말(terminal)) 및 비-지상에 위치한 통신 노드(예를 들어, 비행기, 드론)를 포함할 수 있다. 위성(110)과 통신 노드(120) 간에 서비스 링크(service link)가 설정될 수 있으며, 서비스 링크는 무선 링크(radio link)일 수 있다. 위성(110)은 하나 이상의 빔들을 사용하여 통신 노드(120)에 통신 서비스를 제공할 수 있다. 위성(110)의 빔의 수신 범위(footprint)의 형상은 타원형일 수 있다.
통신 노드(120)는 LTE 기술 및/또는 NR 기술을 사용하여 위성(110)과 통신(예를 들어, 하향링크 통신, 상향링크 통신)을 수행할 수 있다. 위성(110)과 통신 노드(120) 간의 통신은 NR-Uu 인터페이스를 사용하여 수행될 수 있다. DC(dual connectivity)가 지원되는 경우, 통신 노드(120)는 위성(110)뿐만 아니라 다른 기지국(예를 들어, LTE 및/또는 NR 기능을 지원하는 기지국)과 연결될 수 있고, LTE 및/또는 NR 규격에 정의된 기술에 기초하여 DC 동작을 수행할 수 있다.
게이트웨이(130)는 지상에 위치할 수 있으며, 위성(110)과 게이트웨이(130) 간에 피더(feeder) 링크가 설정될 수 있다. 피더 링크는 무선 링크일 수 있다. 게이트웨이(130)는 "NTN(non-terrestrial network) 게이트웨이"로 지칭될 수 있다. 위성(110)과 게이트웨이(130) 간의 통신은 NR-Uu 인터페이스 또는 SRI(satellite radio interface)에 기초하여 수행될 수 있다. 게이트웨이(130)는 데이터 네트워크(140)와 연결될 수 있다. 게이트웨이(130)와 데이터 네트워크(140)의 사이에 "코어 네트워크"가 존재할 수 있다. 이 경우, 게이트웨이(130)는 코어 네트워크와 연결될 수 있고, 코어 네트워크는 데이터 네트워크(140)와 연결될 수 있다. 코어 네트워크는 NR 기술을 지원할 수 있다. 예를 들어, 코어 네트워크는 AMF(access and mobility management function), UPF(user plane function), SMF(session management function) 등을 포함할 수 있다. 게이트웨이(130)와 코어 네트워크 간의 통신은 NG-C/U 인터페이스에 기초하여 수행될 수 있다.
또는, 게이트웨이(130)와 데이터 네트워크(140) 사이에 기지국과 코어 네트워크가 존재할 수 있다. 이 경우, 게이트웨이(130)는 기지국과 연결될 수 있고, 기지국은 코어 네트워크와 연결될 수 있고, 코어 네트워크는 데이터 네트워크(140)와 연결될 수 있다. 기지국 및 코어 네트워크는 NR 기술을 지원할 수 있다. 게이트웨이(130)와 기지국 간의 통신은 NR-Uu 인터페이스에 기초하여 수행될 수 있고, 기지국과 코어 네트워크(예를 들어, AMF, UPF, SMF) 간의 통신은 NG-C/U 인터페이스에 기초하여 수행될 수 있다.
도 2는 비-지상 네트워크의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 비-지상 네트워크는 위성 #1(211), 위성 #2(212), 통신 노드(220), 게이트웨이(230), 데이터 네트워크(240) 등을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 비-지상 네트워크는 재생성(regenerative) 페이로드 기반의 비-지상 네트워크일 수 있다. 예를 들어, 위성 #1-2(211, 212) 각각은 비-지상 네트워크를 구성하는 다른 엔터티(entity)(예를 들어, 통신 노드(220), 게이트웨이(230))로부터 수신한 페이로드에 대한 재생성 동작(예를 들어, 복조 동작, 복호화 동작, 재-부호화 동작, 재-변조 동작, 및/또는 필터링 동작)을 수행할 수 있고, 재생성된 페이로드를 전송할 수 있다.
위성 #1-2(211, 212) 각각은 LEO 위성, MEO 위성, GEO 위성, HEO 위성, 또는 UAS 플랫폼일 수 있다. UAS 플랫폼은 HAPS를 포함할 수 있다. 위성 #1(211)은 위성 #2(212)와 연결될 수 있고, 위성 #1(211)과 위성 #2(212) 간에 ISL(inter-satellite link)이 설정될 수 있다. ISL은 RF(radio frequency) 주파수 또는 광(optical) 대역에서 동작할 수 있다. ISL은 선택적(optional)으로 설정될 수 있다. 통신 노드(220)는 지상에 위치한 통신 노드(예를 들어, UE, 단말) 및 비-지상에 위치한 통신 노드(예를 들어, 비행기, 드론)를 포함할 수 있다. 위성 #1(211)과 통신 노드(220) 간에 서비스 링크(예를 들어, 무선 링크)가 설정될 수 있다. 위성 #1(211)은 하나 이상의 빔들을 사용하여 통신 노드(220)에 통신 서비스를 제공할 수 있다.
통신 노드(220)는 LTE 기술 및/또는 NR 기술을 사용하여 위성 #1(211)과 통신(예를 들어, 하향링크 통신, 상향링크 통신)을 수행할 수 있다. 위성 #1(211)과 통신 노드(220) 간의 통신은 NR-Uu 인터페이스를 사용하여 수행될 수 있다. DC가 지원되는 경우, 통신 노드(220)는 위성 #1(211)뿐만 아니라 다른 기지국(예를 들어, LTE 및/또는 NR 기능을 지원하는 기지국)과 연결될 수 있고, LTE 및/또는 NR 규격에 정의된 기술에 기초하여 DC 동작을 수행할 수 있다.
게이트웨이(230)는 지상에 위치할 수 있으며, 위성 #1(211)과 게이트웨이(230) 간에 피더 링크가 설정될 수 있고, 위성 #2(212)와 게이트웨이(230) 간에 피더 링크가 설정될 수 있다. 피더 링크는 무선 링크일 수 있다. 위성 #1(211)과 위성 #2(212) 간에 ISL이 설정되지 않은 경우, 위성 #1(211)과 게이트웨이(230) 간의 피더 링크는 의무적으로(mandatory) 설정될 수 있다.
위성 #1-2(211, 2122) 각각과 게이트웨이(230) 간의 통신은 NR-Uu 인터페이스 또는 SRI에 기초하여 수행될 수 있다. 게이트웨이(230)는 데이터 네트워크(240)와 연결될 수 있다. 게이트웨이(230)와 데이터 네트워크(240)의 사이에 "코어 네트워크"가 존재할 수 있다. 이 경우, 게이트웨이(230)는 코어 네트워크와 연결될 수 있고, 코어 네트워크는 데이터 네트워크(240)와 연결될 수 있다. 코어 네트워크는 NR 기술을 지원할 수 있다. 예를 들어, 코어 네트워크는 AMF, UPF, SMF 등을 포함할 수 있다. 게이트웨이(230)와 코어 네트워크 간의 통신은 NG-C/U 인터페이스에 기초하여 수행될 수 있다.
또는, 게이트웨이(230)와 데이터 네트워크(240) 사이에 기지국과 코어 네트워크가 존재할 수 있다. 이 경우, 게이트웨이(230)는 기지국과 연결될 수 있고, 기지국은 코어 네트워크와 연결될 수 있고, 코어 네트워크는 데이터 네트워크(240)와 연결될 수 있다. 기지국 및 코어 네트워크는 NR 기술을 지원할 수 있다. 게이트웨이(230)와 기지국 간의 통신은 NR-Uu 인터페이스에 기초하여 수행될 수 있고, 기지국과 코어 네트워크(예를 들어, AMF, UPF, SMF) 간의 통신은 NG-C/U 인터페이스에 기초하여 수행될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 비-지상 네트워크를 구성하는 엔터티들(예를 들어, 위성, 통신 노드, 게이트웨이 등)은 다음과 같이 구성될 수 있다.
도 3은 비-지상 네트워크를 구성하는 엔터티의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 엔터티(300)는 적어도 하나의 프로세서(310), 메모리(320) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(330)를 포함할 수 있다. 또한, 엔터티(300)는 입력 인터페이스 장치(340), 출력 인터페이스 장치(350), 저장 장치(360) 등을 더 포함할 수 있다. 엔터티(300)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(370)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
다만, 엔터티(300)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(370)가 아니라, 프로세서(310)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(310)는 메모리(320), 송수신 장치(330), 입력 인터페이스 장치(340), 출력 인터페이스 장치(350) 및 저장 장치(360) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.
프로세서(310)는 메모리(320) 및 저장 장치(360) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(310)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(320) 및 저장 장치(360) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(320)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
한편, 비-지상 네트워크에서 시나리오들은 아래 표 1과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00001
도 1에 도시된 비-지상 네트워크에서 위성(110)이 GEO 위성(예를 들어, 트랜스패런트(transparent) 기능을 지원하는 GEO 위성)인 경우, 이는 "시나리오 A"로 지칭될 수 있다. 도 2에 도시된 비-지상 네트워크에서 위성 #1-2(211, 212)가 GEO 위성인(예를 들어, 재성성(regenerative) 기능을 지원하는 GEO)경우, 이는 "시나리오 B"로 지칭될 수 있다.
도 1에 도시된 비-지상 네트워크에서 위성(110)이 조정 가능한(steerable) 빔들을 가지는 LEO 위성인 경우, 이는 "시나리오 C1"로 지칭될 수 있다. 도 1에 도시된 비-지상 네트워크에서 위성(110)이 위성과 함께 이동하는 빔들(beams move with satellite)을 가지는 LEO 위성인 경우, 이는 "시나리오 C2"로 지칭될 수 있다. 도 2에 도시된 비-지상 네트워크에서 위성 #1-2(211, 212)가 조정 가능한 빔들을 가지는 LEO 위성인 경우, 이는 "시나리오 D1"로 지칭될 수 있다. 도 2에 도시된 비-지상 네트워크에서 위성 #1-2(211, 212)가 위성과 함께 이동하는 빔들을 가지는 LEO 위성인 경우, 이는 "시나리오 D2"로 지칭될 수 있다.
표 1에 정의된 시나리오들을 위한 파라미터들은 아래 표 2와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00002
또한, 표 1에 정의된 시나리오들에서 지연 제약(delay constraint)은 아래 표 3과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00003
한편, 비-지상 네트워크를 위하여 많은 수의 LEO 위성들이 발사되었다. 그리고, 수년 안에 더 많은 LEO 위성이 글로벌 기업들(예를 들어, OneWeb, Space-X, Telesat, Amazon)에 의해 발사될 수 있다. 하지만, 위성수가 많으면 많을수록 위성 간 간섭(inter-satellite interference)으로 인해 네트워크 성능은 크게 떨어질 수 있다. 이를 해결하기 위하여, 본 출원은 복수의 위성 클러스터들이 복수의 단말들과 통신하는 클러스터 위성 통신 네트워크(clustered satellite communication networks)를 고려할 수 있다. 본 출원은 두 가지 위성 클러스터 형태를 제안할 수 있다. 그리고, 본 출원은 위성 클러스터 형태를 실현하기 위한 3GPP 기반 네트워크 아키텍처를 제안할 수 있다.
도 4는 위성 클러스터 장치의 제1 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 4를 참조하면, 위성 클러스터 장치는 지상 제어 시스템(410), 적어도 하나의 마스터 위성(master satellite)(420) 및 적어도 하나의 슬레이브 위성(slave satellite)(430)을 포함할 수 있다. 이처럼 위성 클러스터 장치는 하나 또는 그 이상의 마스터 위성(420)과 하나 또는 그 이상의 슬레이브 위성(430)으로 구성되어 전체가 하나의 큰 위성인 것처럼 동작할 수 있다.
한편, 지상 제어 시스템(410)은 위성 클러스터 장치 내의 적어도 하나의 마스터 위성(420)과 적어도 하나의 슬레이브 위성(430)의 위치를 적절한 지점에 유지하도록 동작할 수 있다. 또한, 지상 제어 시스템(410)은 마스터 위성(420)에 제어 신호 또는 정보 신호를 제공할 수 있다. 이에 따라, 마스터 위성(420)은 지상 제어 시스템(410)에서 제어 신호 또는 정보 신호를 수신할 수 있다. 그리고, 마스터 위성(420)은 수신한 제어 신호 및 정보 신호를 슬레이브 위성(430)과 공유함으로써 위성 클러스터 장치의 협력 전송에 중요한 역할을 수행할 수 있다. 마스터 위성(420)과 슬레이브 위성(430) 간의 정보 교환은 위성 간 링크(inter-satellite link)로 이루어질 수 있다. 위성 간 링크의 물리 계층은 무선 주파수(radio frequency, RF) 통신 또는 가시광(optical) 통신으로 이루어질 수 있다. 따라서, 마스터 위성(420)은 위성 간 통신 및 라우팅을 위해 강력한 온보드 프로세서(on-board processor)를 보유할 수 있다. 반면에 슬레이브 위성(430)은 마스터 위성(420)의 지시를 수동적으로 따르며 위성 클러스터 장치의 성능을 향상시킬 목적으로 동작할 수 있다. 이와 같은 위성 클러스터 장치는 고도의 단일 여부에 따라 단일 고도 위성 클러스터 장치와 다중 고도 위성 클러스터 장치로 구분할 수 있다.
도 5는 단일 고도 위성 클러스터 장치의 제1 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 5를 참조하면, 단일 고도 위성 클러스터 장치에서 위성 클러스터 장치 내의 모든 위성들(510, 520-1 내지 520-10)은 같은 고도를 가질 수 있다. 단일 고도 위성 클러스터 장치는 구형 캡(spherical cap) 모양의 클러스터 영역(530)을 가질 수 있으며 원형(circular) 위성 클러스터 장치일 수 있다. 도 5에서
Figure pat00004
는 지구의 반지름일 수 있고,
Figure pat00005
는 고도일 수 있으며,
Figure pat00006
는 위성 클러스터 장치의 극 각도(polar angle)일 수 있고,
Figure pat00007
는 지구 중심일 수 있다. 원형 위성 클러스터 장치에서 마스터 위성(510)은 위성 클러스터 장치의 중심에 위치할 수 있고, 슬레이브 위성들(520-1 내지 520-10)은 마스터 위성(510)으로부터 같은 거리만큼 떨어져 일정한 거리를 유지할 수 있다. 이러한 원형 위성 클러스터 장치에서 마스터 위성(510)과 각각의 슬레이브 위성(520-1 내지 520-10) 간에 거리는 동일할 수 있다. 그 결과, 원형 위성 클러스터 장치에서 마스터 위성(510)과 각각의 슬레이브 위성(520-1 내지 520-10) 간에 링크의 거리는 동일할 수 있다. 이에 따라, 원형 위성 클러스터 장치에서 위성들(510, 520-1 내지 520-10)은 시간 동기를 맞추는데 큰 장점을 가질 수 있다.
한편, 원형 위성 클러스터 장치에서 슬레이브 위성들(520-1 내지 520-10)은 서로 간에 일정한 거리만큼 떨어지게 배치할 수 있다. 그 결과, 원형 위성 클러스터 장치에서 마스터 위성(510)은 슬레이브 위성들(520-1 내지 520-10)을 향한 무선 주파수 통신을 위한 안테나 또는 가시광 통신을 위한 렌즈의 정렬을 용이하게 할 수 있다. 동일하게, 원형 위성 클러스터 장치에서 슬레이브 위성들(520-1 내지 520-10)의 각각은 마스터 위성(510)을 향하여 무선 주파수 통신을 위한 안테나 또는 가시광 통신을 위한 렌즈의 정렬을 용이하게 할 수 있다. 하지만 원형 위성 클러스터 장치에서 슬레이브 위성들(520-1 내지 520-10)의 수가 많아지는 경우에 슬레이브 위성들(520-1 내지 520-10) 간의 거리가 좁아져 반지 형태(Ring-Shape) 공간에 슬레이브 위성들(520-1 내지 520-10)을 배치(deployment)하는데 어려움이 발생할 수 있다.
도 6은 단일 고도 위성 클러스터 장치의 제2 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 6을 참조하면, 단일 고도 위성 클러스터 장치에서 위성 클러스터 내의 모든 위성들(610, 620-1 내지 620-10)은 같은 고도를 가질 수 있다. 단일 고도 위성 클러스터 장치는 구형 캡(spherical cap) 모양의 클러스터 영역(630)을 가질 수 있으며 균일(uniform) 위성 클러스터 장치일 수 있다. 도 6에서
Figure pat00008
는 지구의 반지름일 수 있고,
Figure pat00009
는 고도일 수 있으며,
Figure pat00010
는 위성 클러스터 장치의 극 각도(polar angle)일 수 있으며,
Figure pat00011
는 지구 중심일 수 있다.
균일 위성 클러스터 장치에서 마스터 위성(610)은 클러스터 영역의 중심에 위치할 수 있고, 슬레이브 위성들(620-1 내지 620-10)은 클러스터 영역에 균일하게 분포한 형태일 수 있다. 원형 위성 클러스터 장치와 달리, 균일 위성 클러스터 장치에서 마스터 위성(610)과 각각의 슬레이브 위성(620-1 내지 620-10) 간에 거리는 서로 상이할 수 있다. 그 결과, 균일 위성 클러스터 장치에서 마스터 위성(610)과 각각의 슬레이브 위성(620-1 내지 620-10) 간에 링크의 거리는 서로 상이할 수 있다. 이에 따라, 균일 위성 클러스터 장치에서 위성들(610, 620-1 내지 620-10)은 시간 동기를 맞추는데 어려움이 있을 수 있다.
한편, 균일 위성 클러스터 장치에서 슬레이브 위성들(620-1 내지 620-10)은 서로 간에 일정한 거리만큼 떨어지게 배치될 수 없다. 그 결과, 균일 위성 클러스터 장치에서 마스터 위성(610)은 슬레이브 위성들(620-1 내지 620-10)을 향한 무선 주파수 통신을 위한 안테나 또는 가시광 통신을 위한 렌즈의 정렬을 용이하게 할 수 없다. 동일하게, 균일 위성 클러스터 장치에서 슬레이브 위성들(620-1 내지 620-10)의 각각은 마스터 위성(610)을 향하여 무선 주파수 통신을 위한 안테나 또는 가시광 통신을 위한 렌즈의 정렬을 용이하게 할 수 없다. 하지만 균일 위성 클러스터 장치에서 슬레이브 위성들(620-1 내지 620-10)의 수가 많아지는 경우에 구형 캡(spherical cap) 모양의 클러스터 영역(630)에 슬레이브 위성들(620-1 내지 620-10)을 배치(deployment)하는데 용이할 수 있다. 이처럼, 균일 위성 클러스터 장치는 슬레이브 위성들(620-1 내지 620-10)의 수가 많은 경우에 슬레이브 위성들(620-1 내지 620-10)을 클러스터 영역 내에 효율적으로 배치함으로써 더 많은 위성 배치를 통한 성능 이득을 얻을 수 있다.
도 7은 다중 고도 위성 클러스터 장치의 제1 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 7을 참조하면, 다중 고도 위성 클러스터 장치에서 위성 클러스터 장치내의 모든 위성들(710-1 내지 710-10)은 서로 다른 고도를 가질 수 있다. 다중 고도 위성 클러스터 장치는 원형 밴드(circular band) 모양의 클러스터 영역(720)을 가질 수 있으며 원형 밴드(circular band) 위성 클러스터 장치일 수 있다. 이와 같은 다중 고도 위성 클러스터는 클러스터내의 위성들(710-1 내지 710-10) 간의 일정한 거리를 유지하기 위해 복잡한 지상 제어 시스템이 요구될 수 있다.
도 8은 다중 고도 위성 클러스터 장치의 제2 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 8을 참조하면, 다중 고도 위성 클러스터 장치에서 위성 클러스터 장치 내의 모든 위성들(810-1 내지 820-10)은 서로 다른 고도를 가질 수 있다. 다중 고도 위성 클러스터는 구형 쉘(spherical shell) 모양의 클러스터 영역(820)을 가질 수 있으며 구형 쉘 위성 클러스터 장치일 수 있다. 이와 같은 다중 고도 위성 클러스터 장치는 클러스터내의 위성들(810-1 내지 810-10) 간의 일정한 거리를 유지하기 위해 복잡한 지상 제어 시스템이 요구될 수 있다.
한편, 도 4 내지 8의 위성 클러스터 장치는 3GPP에서 제안한 협력 다중 지점(cooperative multi-point, CoMP) 송수신 기술인 공동 전송(joint transmission, JT) 방법과 동적 지점 선택(dynamic point selection, DPS) 방법을 사용할 수 있다. 여기서, 공동 전송 방법은 위성 클러스터 장치 내의 모든 위성이 한 사용자에게 동시에 신호를 전송하는 기법일 수 있다. 공동 전송 방법은 프리코딩(precoding) 방법으로 최대 비율 전송(maximum ratio transmission, MRT) 방법과 동등 이득 전송(equal gain transmission, EGT) 방법 등을 사용할 수 있다. 여기서, MRT 방법은 다중 입력 단일 출력(multi-input single-output) 채널에서 최적으로 알려진 방법일 수 있다. MRT 방법은 각 채널의 진폭 및 위상 정보를 이용해 아래 수학식 1과 같은 프리코딩 벡터
Figure pat00012
를 적용할 수 있다.
Figure pat00013
여기서,
Figure pat00014
는 채널 벡터일 수 있고,
Figure pat00015
일 수 있다. 그리고,
Figure pat00016
은 각 위성의 채널일 수 있고, n=[1,…,N]일 수 있다. N은 위성 클러스터 장치를 형성하는 위성의 개수일 수 있으며, 정수일 수 있다.
Figure pat00017
은 2-놈(Norm)을 의미할 수 있다. 하지만, MRT는 채널 계수의 진폭 및 위성 정보를 모든 위성에서 알아야 되므로 위성 간 링크에 엄격한 용량 조건이 필수적일 수 있다. 또한 위성은 일반적으로 전력 증폭기(power amplifier, PA)의 포화 레벨(saturation level) 근처에서 신호 증폭이 이루어질 수 있다. 이에 따라, MRT 방법을 사용하는 중에 발생하는 신호의 추가 증폭은 전력 증폭기의 비선형 문제를 야기시킬 수 있다. 반면에 EGC 방법은 각 채널에 위상만 보상할 수 있고, 동등한 이득을 주어 빔을 형성하는 방법일 수 있다. EGC 방법은 아래 수학식 2와 같은 프리코딩 벡터
Figure pat00018
를 사용할 수 있다.
Figure pat00019
위성 클러스터 장치가 EGC 방법을 사용하면 위성에서 요구되는 전력 증폭기의 부담을 줄일 수 있다. 동적 지점 선택 방법은 위성 클러스터 장치 내의 위성 중에서 가장 채널 상태가 좋은 하나의 위성을 선택하는 아주 간단한 빔 형성 방법일 수 있다. 위성 클러스터 장치가 이러한 동적 지점 선택 방법을 사용하면 선택된 하나의 위성만 해당 사용자를 서빙할 수 있고, 나머지 위성은 신호를 전송하지 않을 수 있다. 그렇기 때문에 위성 클러스터 장치는 셀간 간섭을 줄일 수 있다. 이러한 장점은 고밀도의 위성 클러스터 장치가 존재하는 네트워크에서 위성 간 간섭을 줄이는데 사용될 수 있다. 또한 위성 클러스터 장치에서 선택된 한 위성만이 위성 간 링크를 통해 신호를 받아 사용자에게 전달하므로 위성간 링크의 요구 사항을 줄일 수 있다.
한편, 위성 클러스터 장치는 3GPP에서 제안한 RAN(radio access network) 기반의 위성 클러스터 아키텍처를 가질 수 있다. 이러한 위성 클러스터에서 전체 위성은 기지국(일 예로 gNB)으로 동작하여 사용자에게 서비스를 제공할 수 있다. 이때, 마스터 위성은 기지국의 전체 기능(일예로, gNB-CU(central unit)/DU(distributed unit))를 가지고 있을 수 있고, 슬레이브 기지국은 기지국의 일부 기능(일 예로 gNB-DU)을 가지고 있을 수 있다. 여기서, 위성 클러스터 장치는 3GPP에서 제안하는 DU/CU 분할 구조를 적용할 수 있다.
도 9는 위성 클러스터 장치의 프로토콜 구조의 제1 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 9를 참조하면, 위성 클러스터 장치의 프로토콜 구조에서 마스터 위성은 GTP-U(GTP(GPRS(general packet radio service) tunneling protocol))-user) 계층, UDP(user datagram protocol) 계층, IP(internet protocol) 계층, SRI(satellite radio interface) 계층, SDAP(service data adaption protocol) 계층, PDCP(packet data convergence protocol) 계층, RLC(radio link control). 계층, MAC(media access control)계층, PHY(physical) 계층의 상위 부분(PHY-상위), PHY 계층의 하위 부분(PHY-하위) 및 RF(radio frequency) 계층을 포함할 수 있다. 그리고, 각각의 슬레이브 위성은 PHY 계층의 하위 부분(PHY-하위)과 RF 계층을 포함할 수 있다. 단말은 SDAP 계층, PDCP 계층, RLC 계층, MAC 계층, 물리 계층 및 RF 계층을 포함할 수 있다.
이처럼, 슬레이브 위성은 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 변복조, 자원 요소(resource element, RE) 맵핑/디맵핑, RF 부분을 포함하는 PHY 계층의 하위 부분(PHY-하위)을 가질 수 있고, 마스터 위성은 나머지 PHY 계층의 상위 부분을 가질 수 있다.
이와 같은 위성 클러스터의 프로토콜 구조는 개방형 RAN(Open RAN)의 분산 안테나 시스템(distributed antenna system, DAS)과 비슷한 구조를 가져 지상 네트워크와 상호 호환 및 협력 관점에서 장점이 있을 수 있다. 또한, 이와 같은 위성 클러스터의 프로토콜 구조는 CoMP 또는 캐리어 집성(carrier aggregation, CA)과 같은 NR의 특징들을 사용하는데 최적화된 구조일 수 있으며, 슬레이브 위성도 간단히 제작할 수 있다. 하지만 마스터 위성과 슬레이브 위성이 물리 계층 사이에서 분할되었기 때문에 위성간 링크의 전송 용량이 많이 요구될 수 있고(일 예로, 86Gbps 이상), 전송 지연이 아주 적을 수 있다(일 예로 100us 미만). 따라서, 이와 같은 위성 클러스터 장치의 프로토콜 구조는 마스터 위성과 슬레이브 위성 간의 거리가 충분히 가까울 수 있고, 위성간 통신으로 높은 데이터 전송률을 달성할 수 있는 경우에 적용이 가능할 수 있다.
한편, MAC 계층을 분할(MAC split)한 위성 클러스터 장치의 프로토콜 구조는 MAC 계층 중간에서 DU/CU의 기능을 분할하는 구조일 수 있다. 이와 같은 경우에 마스터 위성은 RRC(radio resource control) 계층, PDCP 계층, RLC 계층 및 MAC 계층 상위 부분을 담당할 수 있고, 슬레이브 위성은 MAC 계층 하위 부분, PHY 계층 및 RF 부분을 담당할 수 있다. 이러한 위성 클러스터 장치의 프로토콜 구조는 HARQ(hybrid automatic repeat and request) 프로토콜의 지연을 줄이는데 목적을 두는 구조로 프론트홀 용량의 제약 조건을 완화시킬 수 있고 신뢰도를 올릴 수 있다. HARQ는 DU에서 처리될 수 있다. 이에 따라 슬레이브 위성은 자신의 HQRQ 프로세스를 처리할 수 있다. 그렇기 때문에 마스터 위성은 버퍼 크기를 줄일 수 있다. 그러나, 마스터 위성은 MAC 계층 중간에서 인터페이스를 구분하기 때문에 CU/DU 사이의 인터페이스가 복잡해 질 수 있고, CU/DU 사이의 스케줄링이 추가로 정의되어야 한다는 단점이 있을 수 있다.
한편, PDCP/RLC를 분할한 위성 클러스터 장치의 프로토콜 구조에서 마스터 위성은 RRC 계층과 PDCP 계층을 담당할 수 있고, 슬레이브 위성은 RLC 계층, MAC 계층, PHY 계층 및 RF 부분을 담당할 수 있다. 이와 같은 위성 클러스터 장치의 프로토콜 구조에서 슬레이브 위성은 기지국의 많은 부분을 직접 처리함으로써 위성간 링크에 요구되는 전송 용량 및 지연 요구 조건을 완화시킬 수 있다. 또한 이와 같은 위성 클러스터 장치의 프로토콜 구조는 현재 이중 연결성(dual connectivity, DC)을 지원하는 구조와 비슷한 구조를 가지고 있어 DC를 지원할 수 있다. 위성 클러스터 장치는 큰 크기의 경우에 마스터 위성-슬레이브 위성 사이의 긴 거리로 인해 위성간 링크에 큰 지연과 성능 저하가 발생할 수 있다. 이와 같은 경우에 위성 클러스터 장치가 PDCP/RLC 분할 구조를 이용하면 문제점을 해결 할 수 있다. 반면에 위성 클러스터 장치는 RLC 계층까지 슬레이브 위성에 구현이 되어야 하므로 위성체가 복잡해질 수 있으며, MAC 계층이 분산되어 있으므로 CoMP 같은 협력 전송에 한계가 있을 수 있다. 위에서 언급한 분할 구조의 예시 및 특징은 다음 표 4와 같을 수 있다.
분류 요구조건 장점 단점 위성 환경
PHY 분리구조 *상향링크
데이터율
(data rate):
86.1Gpbs
*하향링크
데이터율:
86.1Gpbs
*지연
(latency):
~100us		 *낮은 설치 비용
(low installation
cost)
*비용 효율적인
(cost-efficient)
RRH(remote tadio
head)
*이상적인 CoMP		 *높은 프론트홀 용량의 요구
*엄격한 지연요구
*CU와 DU 사이의 서브프레임 레벨 타이밍		 *중앙 집중 구조
*높은 ISL
(inter satellite links) 용량
*높은 데이터율 요구
*가상-RAN
MAC 분리 구조 *상향링크 데이터율: 3Gpbs
*하향링크
데이터율:
4Gpbs
*지연:
~1ms		 *낮은
프론트홀
용량의
요구조건
*낮은 HARQ
버퍼 요구
*CoMP가능		 *CU와 DU 사이의 스케줄링 복잡성
*CoMP 스킴 제한		 *낮은 대역폭 요구
*HARQ 신뢰도 향상
PDCP/RLC 분리
구조		 *상향링크
데이터율:
3Gpbs
*하향링크
데이터율:
4Gpbs
*지연:
1~10ms		 *DC 이용가능
*낮은 프론트홀
용량 요구
*낮은 지연 요구		 *PDCP 보안
*협력 기능의 제한		 *지연 톨러런트(tolerant)
*마스터/슬레이브간의 긴 거리
*불완전/제한적 ISL
본 발명의 실시 예에 따른 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 정보가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시 예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 적어도 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.
실시 예들에서, 프로그램 가능한 로직 장치(예를 들어, 필드 프로그래머블 게이트 어레이)가 여기서 설명된 방법들의 기능의 일부 또는 전부를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 실시 예들에서, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field-programmable gate array)는 여기서 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 마이크로프로세서(microprocessor)와 함께 작동할 수 있다. 일반적으로, 방법들은 어떤 하드웨어 장치에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성;
    상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성과 위성 간 링크를 통하여 제어 신호와 정보 신호를 공유하는 마스터 위성; 및
    상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성의 위치를 조정하고, 상기 마스터 위성에 상기 제어 신호와 상기 정보 신호를 전송하는 지상 제어 시스템을 포함하는, 위성 클러스터 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 위성 간 링크는 무선 주파수 통신 또는 가시광 통신으로 이루어진, 위성 클러스터 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 고도가 동일하고,
    상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 구형 캡(spherical cap) 모양의 클러스터 영역을 형성하고,
    상기 마스터 위성은 상기 클러스터 영역의 중심에 위치하고,
    상기 마스터 위성과 각각의 슬레이브 위성 간에 거리는 서로 동일한, 위성 클러스터 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 고도가 동일하고,
    상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 구형 캡 모양의 클러스터 영역을 형성하고,
    상기 마스터 위성은 상기 클러스터 영역의 중심에 위치하고, 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 상기 클러스터 영역에 균일하게 분포되어 있으며,
    상기 마스터 위성과 각각의 슬레이브 위성 간에 거리는 서로 상이한, 위성 클러스터 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 고도가 상이하고,
    상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 원형 밴드(circular band) 모양의 클러스터 영역을 형성하는, 위성 클러스터 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 고도가 상이하고,
    상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 구형 쉘(Spherical Shell) 모양의 클러스터 영역을 형성하는, 위성 클러스터 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스터 위성과 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 협력 다중 지점(cooperative multi-point, CoMP) 송수신 기술인 공동 전송(joint transmission, JT) 방법 또는 동적 지점 선택(dynamic point selection, DPS) 방법을 사용하여 단말에 신호를 제공하는, 위성 클러스터 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 변복조 기능, 자원 요소(resource element, RE) 맵핑/디맵핑 기능 또는 RF(radio frequency) 기능 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 PHY(physical) 계층의 하위(PHY-하위) 기능을 지원하고, 상기 마스터 위성은 PHY 계층의 상위(PHY-상위) 기능을 지원하는 위성 클러스터 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스터 위성은 RRC(radio resource control) 계층, PDCP(packet data convergence protocol) 계층, RLC(radio link control) 계층 또는 MAC(media access control)계층 상위 부분 중에서 적어도 하나 이상을 담당하고, 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 MAC 계층 하위 부분, PHY 계층 또는 RF 부분 중에서 적어도 하나 이상을 담당하는, 위성 클러스터 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스터 위성은 RRC 계층 또는 PDCP 계층 중에서 적어도 하나 이상을 담당하고, 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 위성은 RLC 계층, MAC 계층, PHY 계층 또는 RF 부분 중에서 적어도 하나 이상을 담당하는, 위성 클러스터 장치.
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