KR20240054509A - 상공망용 기지국과 그 빔포밍 방법 - Google Patents

상공망용 기지국과 그 빔포밍 방법 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 상공망용 기지국이 수행하는 빔포밍 방법은, 상공망을 이용해 통신을 수행하는 비행체의 운항 정보를 획득하는 단계와, 상기 운항 정보에 기초하여 상기 상공망에 적용할 커버리지의 고도 범위 및 넓이를 결정하는 단계와, 상기 결정된 커버리지의 고도 범위 및 넓이에 기초하여 상기 비행체를 향하여 사용할 빔 정보를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

상공망용 기지국과 그 빔포밍 방법{base station for aerial network and beamforming method thereof}
본 발명은 상공망을 통한 무선 통신 서비스를 지원하는 상공망용 기지국과 이 상공망용 기지국의 빔포밍 방법에 관한 것이다.
최근 선진국들을 중심으로 도심항공교통(urban air mobility, UAM)에 대한 관심이 높아지고 있고, 우리나라 또한 한국형 도심항공교통에 대해 종합 실증을 수행한 바 있어 그 상용화를 앞둔 시점이다.
UAM 비행체의 운항 경로에는 UAM 비행체에 대한 데이터 송수신 서비스를 지원하는 이동통신 기지국이 설치되며, UAM 비행체는 기지국이 제공하는 상공망의 셀 커버리지 내에서 통신을 수행할 수 있다.
한국형 도심항공교통의 기술 로드맵에 따르면, UAM 비행체의 운항 고도는 300 미터 내지 600 미터의 범위이고, 운항 회랑의 넓이는 추후 정해질 예정이다. 한편, 운항 회랑의 경우 UAM 비행체 간의 충돌 방지를 위한 지역 분리와, UAM 비행체의 회랑 교차 등이 고려되어야 하기 때문에, 경우에 따라 기지국은 기본 셀 커버리지의 범위에 비해 더 넓은 범위를 커버해야 할 상황이 발생할 수 있다. 또한, 상공망을 점유하는 UAM 비행체가 적은 경우에 따라서는 효율을 고려하여 기지국이 전체 운항 고도와 넓이를 모두 커버하지 않아도 되는 상황이 발생할 수 있다.
즉, 기지국이 상공망의 상황에 따라 UAM 비행체의 운항 고도와 넓이에 맞는 적절한 커버리지를 적응적으로 결정할 수 있다면 보다 향상된 상공망의 품질을 기대할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0014239호, 공개일자 2011년 02월 10일.
실시예에 따르면, UAM 비행체의 운항 정보에 따라 상공망용 기지국의 빔 형상을 효과적으로 선택하여 셀 커버리지를 적응적으로 변화시킴으로써 상공망의 품질을 향상시키는 상공망용 기지국 및 그 빔포밍 방법을 제공한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
제1 관점에 따른 상공망용 기지국이 수행하는 빔포밍 방법은, 상공망을 이용해 통신을 수행하는 비행체의 운항 정보를 획득하는 단계와, 상기 운항 정보에 기초하여 상기 상공망에 적용할 커버리지의 고도 및 넓이를 결정하는 단계와, 상기 결정된 커버리지의 고도 및 넓이에 기초하여 상기 비행체를 향하여 사용할 빔 정보를 결정하는 단계를 포함한다.
제2 관점에 따른 상공망용 기기지국은, 비행체와 상공망을 통해 통신을 수행하는 통신부와, 상기 통신부를 제어하는 프로세서부를 포함하고, 상기 프로세서부는, 상기 비행체의 운항 정보에 기초하여 상기 상공망에 적용할 커버리지의 고도 및 넓이를 결정하고, 상기 결정된 커버리지의 고도 및 넓이에 기초하여 상기 비행체를 향하여 사용할 빔 정보를 결정한다.
실시예에 따르면, 상공망을 통한 도심항공교통(urban air mobility, UAM)의 무선 통신 서비스를 지원함에 있어서, UAM 비행체의 실제 운항 정보에 따라 상공망용 기지국의 빔 형상을 변화시킬 안테나 그룹을 결정해 셀 커버리지를 적응적으로 변화시킴으로써 UAM 운용 시스템의 상공망에 최적화된 빔포밍을 통해 통신 링크의 성능 향상을 극대화하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상공망용 기지국을 포함하여 구성되는 UAM 운용 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상공망용 기지국의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상공망용 기지국이 수행하는 빔포밍 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상공망용 기지국의 커버리지를 변경하기 위해 안테나 소자를 그룹핑하는 동작의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상공망용 기지국의 안테나 소자의 그룹핑에 따라 커버리지가 변화되는 예를 보인 개념도이다.
도 6은 상공망에 단독 또는 복수의 UAM 비행체가 존재하는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 상공망용 기지국이 커버리지를 결정하는 예를 보인 개념도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
또한, 명세서에서 사용되는 '부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA나 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부'들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상공망용 기지국(120)을 포함하여 구성되는 UAM 운용 시스템(100)의 구성도이다.
도 1을 참조하면, UAM 운용 시스템(100)은 복수의 UAM 비행체(111, 112, 113), 상공망용 기지국(120)(이하, '기지국(120)'으로 지칭), 서버(130) 및 UATM(140)(unmanned aircraft system traffic management)을 포함할 수 있다.
복수의 UAM 비행체(111, 112, 113)는 UATM(140) 내의 PSU(provider of service for UAM)에 기 설정된 운항 정보에 따른 운항 회랑을 따라 운용되고, 기지국(120) 및 서버(130)에 의해 무선 통신이 지원되는 환경하에 기지국(120)에 의한 셀 커버리지 내에서 상공망(101)을 이용할 수 있다. 도 1에는 3개의 UAM 비행체(111, 112, 113)를 도시하였으나 이는 일 예를 나타낸 것으로서 UAM 비행체의 수는 얼마든지 변경될 수 있다.
기지국(120)은 자신의 셀 커버리지 내에 위치하는 UAM 비행체(111, 112, 113)에 대해 상공망(101)을 통한 이동통신 서비스를 제공한다. 그리고, 기지국(120)은 자신의 셀 커버리지 내에 위치하는 UAM 비행체(111, 112, 113)의 운항 정보를 획득하고, 획득한 운항 정보에 기초하여 상공망에 적용할 커버리지의 고도 및 넓이를 결정한다. 기지국(120)은 해당 UAM 비행체에 대해 사용할 빔 정보를 결정해 결정된 빔 정보에 따라 빔포밍을 수행한다. 도 1에는 하나의 기지국(120)을 예시적으로 도시하였지만 상공망(101)은 복수의 기지국(120)이 각각 제공하는 셀 커버리지의 집합에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 기지국(120)은 UAM 비행체(111, 112, 113)의 운항 경로를 따라 진행 방향으로 배치된 복수의 이동통신 셀 중 적어도 하나의 셀을 각각 셀 커버리지로서 제공할 수 있다.
서버(130)는 UATM(140)에 기 설정된 UAM 비행체(111, 112, 113)의 운항 경로 정보에 기초하여 복수의 UAM 비행체(111, 112, 113)에 대해 이동통신을 제공하는 이동통신 셀들에 대한 정보를 기지국(120)을 통해 UAM 비행체(111, 112, 113)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 상공망(101)이 3GPP 4G/5G로 구현된 경우에 서버(130)는 MME(mobility management entity)이거나 코어 네트워크를 구성하는 다른 엔티티일 수 있다.
UATM(140) 내의 PSU는 UAM 비행체(111, 112, 113)의 출발지, 도착지, 운항 시간, 기상 환경, 운항 고도, 운항 회랑의 넓이 등의 관련 정보들에 기초하여 UAM 비행체(111, 112, 113)의 운항 경로를 설정할 수 있고, 이렇게 설정된 UAM 비행체(111, 112, 113)의 운항 정보를 기지국(120) 및 서버(130)에 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국(120)의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 기지국(120)은 통신부(121) 및 프로세서부(122)를 포함하며, 저장부(123)를 더 포함할 수 있다.
통신부(121)는 프로세서부(122)의 제어에 따라 복수의 UAM 비행체(111, 112, 113)와 상공망(101)을 통해 통신을 수행한다.
프로세서부(122)는 통신부(121)를 제어하고, 명령어에 따라 다음의 동작을 수행한다. 프로세서부(122)는 통신부(121)가 상공망(101) 내 UAM 비행체(111, 112, 113)의 운항 정보를 획득한다. 운항 정보는 출발지, 도착지, 운항 시간, 기상 환경, 운항 고도, 운항 회랑의 넓이 등의 UAM 비행체(111, 112, 113)의 운항 관련 정보를 포함할 수 있다. 프로세서부(122)는 획득한 운항 정보에 기초하여 상공망(101)에 적용할 커버리지의 고도의 범위 및 넓이를 결정하고, 결정된 커버리지의 고도 및 넓이에 따라 UAM 비행체(111, 112, 113)를 향하여 사용할 빔 정보를 결정한다. 고도의 범위란 UAM 비행체가 운행하는 고도의 하한부터 고도의 상한까지의 범위를 의미한다. 넓이란 UAM 비행체가 운행하는 운항 회랑의 넓이를 의미한다
프로세서부(122)는 사용할 빔 정보를 결정할 때에, 결정된 커버리지의 고도의 범위 또는 넓이에 기초해 사용할 안테나의 세로 축 안테나 개수와 가로 축 안테나 개수를 결정하고, 결정된 세로 축 안테나 개수와 가로 축 안테나 개수에 해당하는 안테나의 빔 그룹핑을 수행할 수 있다.
예를 들어, 프로세서부(122)는 사용할 빔 정보를 결정할 때에, 결정된 커버리지의 고도의 범위가 기본 커버리지의 고도의 범위보다 크다면 기본 빔 안테나 그룹의 세로 축 안테나 개수를 줄이도록 결정할 수 있다. 프로세서부(122)는 결정된 커버리지의 고도의 범위가 기본 커버리지의 고도의 범위보다 작다면 기본 빔 안테나 그룹의 세로 축 안테나 개수를 늘리도록 결정할 수 있다.
예를 들어, 프로세서부(122)는 사용할 빔 정보를 결정할 때에, 결정된 커버리지의 넓이가 기본 커버리지의 넓이보다 크다면 기본 빔 안테나 그룹의 가로 축 안테나 개수를 줄이도록 결정할 수 있다. 프로세서부(122)는 결정된 커버리지의 넓이가 기본 커버리지의 넓이보다 작다면 기본 빔 안테나 그룹의 가로 축 안테나 개수를 늘리도록 결정할 수 있다.
프로세서부(122)는 커버리지의 고도 및 넓이를 결정할 때에, 상공망(101) 내 UAM 비행체가 복수 개 존재하는 경우, 상공망(101)에 적용할 커버리지를 복수 개 비행체의 운항 정보를 모두 커버할 수 있는 고도 범위 및 넓이로 결정할 수 있다.
예를 들어, 프로세서부(122)는 커버리지의 고도 및 넓이를 결정할 때에, 복수 개 UAM 비행체(111, 112, 113) 각각이 운항하는 운항 고도와 운항 넓이를 모두 포함하는 합집합의 영역을 산출하여, 합집합의 영역을 모두 커버할 수 있는 고도 범위와 넓이의 커버리지를 결정할 수 있다.
프로세서부(122)는 UAM 비행체(111, 112, 113)를 향하여 사용할 빔 정보를 결정한 후에 결정된 커버리지가 상공망(101) 내의 UAM 비행체(111, 112, 113)를 향하도록 위상을 조절할 수 있다. 예를 들어, 프로세서부(122)는 기지국(120) 안테나의 위상 천이기 각도를 조절하여 커버리지가 상공망(101) 내 UAM 비행체(111, 112, 113)를 향하도록 제어할 수 있다.
저장부(123)는 프로세서부(122)에 의한 각종 처리 결과를 프로세서부(122)의 제어에 따라 저장할 수 있다. 이러한 저장부(123)에는 본 발명의 실시예에 따른 빔포밍 방법에 따른 각각의 단계를 프로세서부(122)가 수행하도록 하는 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 저장될 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 UAM 운용 시스템(100)에서 기지국(120)이 UAM 비행체(111, 112, 113)에 대하여 수행하는 빔포밍 과정에 대해 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국(120)이 수행하는 빔포밍 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, S1010 단계에서, 프로세서부(122)는 통신부(121)를 통해 상공망(101) 내 UAM 비행체(111, 112, 113)의 운항 정보를 획득한다. 기지국(120)은 UAM 비행체(111, 112, 113)의 운항 정보를 UATM(140) 내의 PSU로부터 UAM 비행체의 운항 전에 미리 획득하거나, 실시간으로 UAM 비행체(111, 112, 113)에 대하여 변경된 운항 정보를 획득할 수 있다. 운항 정보는 UAM 비행체(111, 112, 113)의 출발지, 도착지, 운항 시간, 기상 환경, 운항 고도, 운항 회랑의 넓이 등의 운항 관련 정보를 포함할 수 있다.
S1020 단계에서, 프로세서부(122)는 획득한 운항 정보에 기초하여 상공망(101)에 적용할 커버리지의 고도 범위 및 넓이를 결정한다.
일 예에서, 획득한 운항 정보에 따라 UAM 비행체#1(111)가 운항하는 고도가 450m 내지 600m로서 고도의 범위는 150m(=600m-450m)이고, 넓이는 300m2 경우라면, 프로세서부(122)는 상공망(101)에 적용할 커버리지의 고도 범위를 150m, 넓이를 300m2으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 기지국(120)이 상공망(101)에 적용하는 기본 커버리지의 '고도 범위'와 '넓이'가 각각 '300m'과 '300m2'라면, 프로세서부(122)는 커버리지의 고도 범위가 300m에서 150m로 1/2배만큼 변경하도록 결정할 수 있다.
일 예에서, 획득한 운항 정보에 따라 UAM 비행체#2(112)가 운항하는 고도가 300m 내지 600m로서 고도의 범위는 300m(=600m-300m)이고, 넓이는 600m2 경우라면, 프로세서부(122)는 상공망(101)에 적용할 커버리지의 고도 범위를 300m, 넓이를 600m2으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 기지국(120)이 상공망(101)에 적용하는 기본 커버리지의 '고도 범위'와 '넓이'가 각각 '300m'과 '300m2'라면, 프로세서부(122)는 커버리지의 넓이가 300m2에서 600m2로 2배만큼 변경하도록 결정할 수 있다.
일 예에서, 상공망(101) 내 2대의 비행체(UAM 비행체#1(111)과 UAM 비행체#2(112))가 존재하고, UAM 비행체#1(111)가 운항하는 고도가 450m 내지 600m로서 고도의 범위는 150m(=600m-450m)이고, 넓이는 150m2 이고, UAM 비행체#2(112)가 운항하는 고도가 300m 내지 450m로서 고도의 범위는 150m(=450m-300m)이고, 넓이는 300m2 인 경우, 프로세서부(122)는 UAM 비행체#1(111)와 UAM 비행체#2(112)가 운항하는 운항 고도와 운항 넓이를 모두 포함하는 합집합의 영역을 산출할 수 있다. 프로세서부(122)는 상공망(101)에 적용할 커버리지의 고도의 범위를 300m(=(600m-450m)+(450m-300m))로 결정할 수 있고, UAM 비행체#1(111)과 UAM 비행체#2(112) 운항 넓이 중 중첩되는 면적을 구할 수 있다. 가령, 비행체#1(111)과 UAM 비행체#2(112) 운항 넓이가 서로 모두 겹친다면 커버리지의 넓이를 300m2로 결정할 수 있다. 비행체#1(111)과 UAM 비행체#2(112) 운항 넓이가 서로 모두 겹치지 않는다면 커버리지의 넓이를 450m2로 결정할 수 있다.
S1030 단계에서, 프로세서부(122)는 결정된 커버리지의 고도 범위 및 넓이에 따라 UAM 비행체(111, 112, 113)를 향하여 사용할 빔 정보를 결정한다. 프로세서(122)는 기지국(120)의 복수의 안테나 중 사용할 안테나를 그룹핑하여 커버리지의 형상을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서부(122)는 결정된 커버리지의 고도 범위 및 넓이에 따라 기 설정된 안테나 소자 배열의 그룹핑을 선택하여 빔 형상을 변경함으로써 커버리지의 형상을 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국(120)의 커버리지를 변경하기 위해 안테나 소자를 그룹핑하는 동작의 개념도이다. 도 4(a) 내지 도 4(d)에 도시된 8x8 형태의 셀은 기지국(120)의 안테나 배열을 예시하고 있다. 8x8 형태의 셀 각각은 하나 이상의 안테나 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 셀 하나에 안테나를 2개씩 포함한다면 기지국(120)의 안테나는 총 8x8x2=128개이고, 셀 하나에 안테나를 4개씩 포함한다면 기지국(120)의 안테나는 총 8x8x4=256개이다.
도 4(a)는 기지국(120)이 상공망(101)에 적용하는 기본 커버리지의 경우 사용하는 안테나 그룹을 예시한다. 프로세서부(122)는 기본 커버리지의 고도 범위 및 넓이를 커버하는 빔 포밍을 형성하기 위해, 4x4 형태의 셀을 그룹핑하고, 해당 안테나 소자를 동작시킬 수 있다.
프로세서부(122)는 획득한 운항 정보에 따라 커버리지의 고도 범위 또는 넓이를 변경하려는 경우, 기 설정된 안테나 소자의 그룹핑(ex. 도 4(b), 도 4(c), 도 4(d))을 선택할 수 있다. 일 예로, 도 4(b)는 기본 커버리지 상태에 비해 세로 축 안테나 개수를 늘리고, 가로 축 안테나 개수를 줄이도록 안테나 소자를 그룹핑한 상태이다. 일 예로, 도 4(c)는 기본 커버리지 상태에 비해 세로 축 안테나 개수를 줄이고, 가로 축 안테나 개수를 늘리도록 안테나 소자를 그룹핑한 상태이다. 일 예로, 도 4(d)는 기본 커버리지 상태에 비해 세로 축 안테나 개수를 늘리고, 가로 축 안테나 개수를 동일하게 유지하도록 안테나 소자를 그룹핑한 상태이다.
또한, 프로세서부(122)는 기지국(120)과 상공망(101) 사이의 거리에 기초하여 그룹 내 안테나의 개수를 결정할 수 있다. 가령, 기지국(120)과 상공망(101) 사이의 거리가 멀어질수록 커버리지가 넓어지기 때문에 거리를 고려하여 안테나 그룹을 통해 형성된 빔의 커버리지가 충분히 커버 가능한 범위까지 가로 축 및 세로 축의 안테나 개수를 늘리거나 줄이도록 결정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국(120)의 안테나 소자의 그룹핑에 따라 커버리지가 변화되는 예를 보인 개념도이다.
프로세서부(122)는 변경할 커버리지의 고도 범위를 기본 커버리지의 고도 범위에 비해 n배 만큼 조절하기 위해, 기본 빔 그룹의 배열에서 사용하는 세로 축의 안테나 수를 1/n배로 사용하도록 변경할 수 있다. 프로세서부(122)는 변경할 커버리지의 고도 범위를 기본 커버리지의 고도 범위에 비해 1/n배 만큼 조절하기 위해, 기본 빔 그룹의 배열에서 사용하는 세로 축의 안테나 수를 n배로 사용하도록 변경할 수 있다.
프로세서부(122)는 변경할 커버리지의 넓이를 기본 커버리지의 넓이에 비해 n배 만큼 조절하기 위해, 기본 빔 그룹의 배열에서 사용하는 가로 축의 안테나 수를 1/n배로 사용하도록 변경할 수 있다. 프로세서부(122)는 변경할 커버리지의 넓이를 기본 커버리지의 넓이에 비해 1/n배 만큼 조절하기 위해, 기본 빔 그룹의 배열에서 사용하는 가로 축의 안테나 수를 n배로 사용하도록 변경할 수 있다.
도 5(a)의 안테나 소자의 배열은 기본 커버리지를 생성하는 기본 빔 그룹으로 8x8 셀 중 4x4 셀의 안테나 소자를 그룹핑하여 사용하는 예시이며, 이때 생성되는 기본 커버리지의 '고도 범위'와 '넓이'가 각각 '300m'과 '300m2'라고 가정한다.
일 예에서, 획득한 운항 정보에 따라 UAM 비행체가 운항하는 고도가 450m 내지 600m로서 고도의 범위는 150m(=600m-450m)이고, 넓이는 300m2 경우라면, 프로세서부(122)는 상공망(101)에 적용할 커버리지의 고도 범위가 300m에서 150m가 되도록 50% 줄이는 것으로 결정할 수 있다. 프로세서부(122)는 커버리지의 고도 범위를 줄이기 위해 기본 빔 안테나 그룹의 세로 축 안테나 개수를 늘리도록 결정할 수 있다. 프로세서부(122)는 기본 빔 안테나 그룹의 세로 축 안테나 개수를 늘린 도 5(b)의 안테나 소자의 배열에 해당하는 그룹#3을 선택할 수 있고, 이에 따라 커버리지의 고도 범위는 150m, 넓이는 300m2로 변경될 수 있다. 이후, S1040 단계에서, 프로세서부(122)는 변경한 커버리지가 UAM 비행체를 향하도록 위상을 조절할 수 있다.
도 6은 상공망에 단독 또는 복수의 UAM 비행체가 존재하는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국(120)이 커버리지를 결정하는 예를 보인 개념도이다. 도 6의 예시에서, 기지국(120)이 상공망(101)에 적용하는 기본 커버리지의 '고도의 범위'와 '넓이'가 각각 '300m'과 '300m2'이고, 이때 사용되는 안테나 소자의 그룹은 8x8 셀 중 4x4 셀의 안테나 소자라고 가정한다.
도 6(a)의 예시에서, 획득한 운항 정보에 따른 UAM 비행체#1(111)가 운항하는 고도의 범위가 150m(=600m-450m)이고, 넓이는 150m2 경우라면, 프로세서부(122)는 커버리지의 고도 범위를 1/2배로 변경하기 위해, 기본 빔 그룹의 배열에서 사용하는 가로 축의 안테나 수를 2배로 사용하도록 변경할 수 있다. 프로세서부(122)는 커버리지의 넓이를 1/2배로 변경하기 위해, 기본 빔 그룹의 배열에서 사용하는 세로 축의 안테나 수를 2배로 사용하도록 변경할 수 있다. 이에 따라, 프로세서부(122)는 8x8 셀의 안테나 소자를 사용할 수 있고, 변경된 커버리지의 고도 범위는 150m, 넓이는 150m2가 될 수 있다.
도 6(b)의 예시에서, 획득한 운항 정보에 따른 UAM 비행체#2(112)가 운항하는 고도의 범위가 150m(=450m-300m)이고, 넓이는 300m2 경우라면, 프로세서부(122)는 커버리지의 고도 범위를 1/2배로 변경하기 위해, 기본 빔 그룹의 배열에서 사용하는 세로 축의 안테나 수를 2배로 사용하도록 변경할 수 있다. 프로세서부(122)는 커버리지의 넓이를 유지하기 위해, 기본 빔 그룹의 배열에서 사용하는 가로 축의 안테나 수가 유지되도록 할 수 있다. 이에 따라, 프로세서부(122)는 4x8 셀의 안테나 소자를 사용할 수 있고, 변경된 커버리지의 고도 범위는 150m, 넓이는 300m2가 될 수 있다.
도 6(c)의 예시에서, 상공망(101) 내 2대의 비행체(UAM 비행체#1(111)과 UAM 비행체#2(112))가 존재하고, UAM 비행체#1(111)가 운항하는 고도가 450m 내지 600m로서 고도의 범위는 150m(=600m-450m)이고, 넓이는 150m2 이고, UAM 비행체#2(112)가 운항하는 고도가 300m 내지 450m로서 고도의 범위는 150m(=450m-300m)이고, 넓이는 300m2 인 경우, 프로세서부(122)는 UAM 비행체#1(111)와 UAM 비행체#2(112)가 운항하는 운항 고도와 운항 넓이를 모두 포함하는 합집합의 영역을 산출할 수 있다. 프로세서부(122)는 상공망(101)에 적용할 커버리지의 고도의 범위를 300m(=(600m-450m)+(450m-300m))로 결정할 수 있고, UAM 비행체#1(111)과 UAM 비행체#2(112) 운항 넓이 중 중첩되는 면적을 구할 수 있다. 가령, 비행체#1(111)과 UAM 비행체#2(112) 운항 넓이가 서로 모두 겹친다면 커버리지의 넓이를 300m2로 결정할 수 있다. 이 경우, 상공망(101) 내 2대의 비행체의 운항 정보를 커버하기 위한 고도의 범위 및 넓이는 300m 및 300m2로 로 기본 커버리지와 동일하므로, 프로세서부(122)는 8x8 셀의 안테나 소자를 그대로 사용할 수 있다.
프로세서부(122)는 결정된 빔 정보에 따라 빔포밍을 수행하도록 통신부(121)를 제어하고, 통신부(121)는 프로세서부(122)의 제어에 따라 단계 S1030에서 결정된 빔을 이용하고 단계 S1040에서 빔의 위상을 조절하여 UAM 비행체(111, 112, 113)에 대하여 빔포밍을 수행한다.
한편, 전술한 실시예에 따른 기지국(120)이 수행하는 빔포밍 방법에 포함된 각각의 단계를 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하도록 컴퓨터 프로그램이 구현될 수 있다.
또한, 전술한 실시예에 따른 기지국(120)이 수행하는 빔포밍 방법에 포함된 각각의 단계를 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 상공망을 통한 도심항공교통(urban air mobility, UAM)의 무선 통신 서비스를 지원함에 있어서, UAM 비행체의 실제 운항 정보에 따라 기지국(120)의 빔 형상을 변화시킬 안테나 그룹을 결정해 셀 커버리지를 적응적으로 변화시킴으로써 UAM 운용 시스템의 상공망에 최적화된 빔포밍을 통해 통신 링크의 성능 향상을 극대화하는 효과가 있다.
본 발명에 첨부된 각 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장된 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 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 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상공망을 통한 무선 통신 서비스를 지원함에 있어서 UAM 비행체의 실제 운항 정보에 따라 기지국의 빔 형상을 변화시킬 안테나 그룹을 결정해 셀 커버리지를 적응적으로 변화시킴으로써 UAM 운용 시스템의 상공망에 최적화된 빔포밍을 통해 통신 링크의 성능 향상을 극대화한다. 이러한 본 발명의 실시예는 UAM 등과 같은 비행체에 이동통신 서비스를 제공하는 각종 시스템 및 관련 기술분야에 이용할 수 있다.
100: UAM 운용 시스템
111, 112, 113: UAM 비행체
120: 기지국
121: 통신부
122: 프로세서부
123: 저장부

Claims (8)

  1. 상공망용 기지국이 수행하는 빔포밍 방법으로서,
    상공망을 이용해 통신을 수행하는 비행체의 운항 정보를 획득하는 단계와,
    상기 운항 정보에 기초하여 상기 상공망에 적용할 커버리지의 고도 범위 및 넓이를 결정하는 단계와,
    상기 결정된 커버리지의 고도 범위 및 넓이에 기초하여 상기 비행체를 향하여 사용할 빔 정보를 결정하는 단계를 포함하는,
    상공망용 기지국의 빔포밍 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사용할 빔 정보를 결정할 때에, 상기 결정된 커버리지의 고도 범위 또는 넓이에 기초하여 사용할 안테나의 세로 축 안테나 개수와 가로 축 안테나 개수를 결정하여 상기 결정된 세로 축 안테나 개수와 가로 축 안테나 개수에 해당하는 안테나의 빔 그룹핑을 수행하는,
    상공망용 기지국의 빔포밍 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사용할 빔 정보를 결정할 때에, 상기 결정된 커버리지의 고도 범위가 기본 커버리지의 고도 범위보다 크다면 기본 빔 안테나 그룹의 세로 축 안테나 개수를 줄이도록 결정하고, 상기 결정된 커버리지의 고도 범위가 기본 커버리지의 고도 범위보다 작다면 기본 빔 안테나 그룹의 세로 축 안테나 개수를 늘리도록 결정하는,
    상공망용 기지국의 빔포밍 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 사용할 빔 정보를 결정할 때에, 상기 결정된 커버리지의 넓이가 기본 커버리지의 넓이보다 크다면 기본 빔 안테나 그룹의 가로 축 안테나 개수를 줄이도록 결정하고, 상기 결정된 커버리지의 넓이가 기본 커버리지의 넓이보다 작다면 기본 빔 안테나 그룹의 가로 축 안테나 개수를 늘리도록 결정하는,
    상공망용 기지국의 빔포밍 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 커버리지의 고도 범위 및 넓이를 결정할 때에, 상기 상공망 내 비행체가 복수 개 존재하는 경우 상기 상공망에 적용할 커버리지를 상기 복수 개 비행체의 운항 정보를 모두 커버할 수 있는 고도 범위 및 넓이로 결정하는,
    상공망용 기지국의 빔포밍 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 커버리지의 고도 범위 및 넓이를 결정할 때에, 상기 복수 개 비행체의 운항 고도와 운항 넓이를 모두 포함하는 합집합의 영역을 산출하여 상기 합집합의 영역을 모두 커버할 수 있는 고도 범위와 넓이의 커버리지를 결정하는,
    상공망용 기지국의 빔포밍 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 빔 정보를 결정한 후에 상기 커버리지가 상기 비행체를 향하도록 상기 커버리지의 위상을 조절하는 단계를 더 포함하는,
    상공망용 기지국의 빔포밍 방법.
  8. 비행체와 상공망을 통해 통신을 수행하는 통신부와,
    상기 통신부를 제어하는 프로세서부를 포함하고,
    상기 프로세서부는,
    상기 비행체의 운항 정보에 기초하여 상기 상공망에 적용할 커버리지의 고도 범위 및 넓이를 결정하고, 상기 결정된 커버리지의 고도 범위 및 넓이에 기초하여 상기 비행체를 향하여 사용할 빔 정보를 결정하는,
    상공망용 기지국.
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