KR20150025628A - 통신시스템에서 빔을 설계하고 통신하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신시스템에서 빔을 설계하고 통신하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중빔 이동통신시스템에서 최대 전송률을 증가시키기 위해 주파수 묶음 기술을 이용하는 통신시스템에서 빔을 설계하고 통신하는 방법에 관한 것으로 주파수 묶음 기술을 적용하여 최대 전송률을 향상시킬 수 있도록 한 효과가 있다.

Description

통신시스템에서 빔을 설계하고 통신하는 방법 {Method for beam deployment and communication in communication system}

본 발명은 통신시스템에서 빔을 설계하고 통신하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중빔 이동통신시스템에서 최대 전송률을 증가시키기 위해 주파수 묶음 기술을 이용하는 통신시스템에서 빔을 설계하고 통신하는 방법에 관한 것이다.

"본 발명은 방송통신위원회의 방송통신인프라원천기술개발사업의 연구결과로 수행되었음. [KCA-2012-12-911-01-201, 지상 이동통신을 위한 2.1GHz 위성 주파수 대역 최적 활용기술 개발]"

주파수 묶음 기술(Carrier Aggregation, CA)은 서로 다른 주파수 대역을 동시에 이용하여 광대역을 만들어 통신하는 기술이다.

LTE 기반 통신시스템은 이러한 주파수 묶음 기술을 활용하여 20 MHz까지 지원하던 주파수를 최대 100 MHz까지 지원할 수 있다.

LTE-Advanced를 지원하는 단말은 두 개의 주파수를 동시에 받아서 서비스를 하며, 일반 LTE를 지원하는 단말은 개별적인 주파수를 멀티캐리어 방식으로 이용한다.

예를 들어, 두 주파수 대역(예, 850MHz, 1.8GHz)을 사용하는 기지국을 고려하면 다음과 같다.

주파수 묶음 기술을 지원하지 않는 단말과 주파수 묶음 기술을 지원하는 단말이 통신할 경우, 주파수 묶음 기술을 지원하지 않는 단말은 멀티캐리어로 850MHz 또는 1.8GHz로 최대 75Mbps까지 통신할 수 있고, 주파수 묶음 기술을 지원하는 단말기는 주파수 묶음 기술을 통하여 850MHz와 1.8GHz로 동시에 통신하여 최대 150Mbps까지 통신할 수 있다.

대역별 커버리지가 다르므로, 주파수 묶음 기술을 지원하는 단말은 위치나 전파 수신 상태에 따라 주파수 묶음 기술을 지원하지 않는 단말처럼 하나의 주파수로만 통신할 수 있는 장점이 있다.

주파수 묶음 기술은 지상이동통신에서 사업자의 서비스 시나리오에 따라 여러 가지 형태로 고려될 수 있다.

예를 들어, LTE를 지원하는 통신시스템은 1.4, 3, 5, 10, 15, 20MHz의 단일 캐리어가 정의되고, LTE-Advanced를 지원하는 통신시스템은 LTE를 지원하는 통신시스템에서 정의된 캐리어를 구성 캐리어(Component Carrier, CC)로 정의하고 구성 캐리어들을 묶어서 동시에 사용하는 주파수 묶음 기술을 정의한다.

구성 캐리어는 5개 묶음까지 가능하여, LTE-Advanced를 지원하는 통신시스템의 최대 대역폭은 100MHz까지 가능하다.

주파수 묶음 조합의 종류는 동일 대역 안에서의 주파수 묶음 조합(Intra-band CA)과 다른 대역간 주파수 묶음 조합(Inter-band CA)으로 분류된다. 다시, 동일 대역 안에서의 주파수 묶음 조합(Intra-band CA)은 다시 같은 대역에 연속해 있는 구성 캐리어들을 묶을 때 사용하는 동일 대역 연속 주파수 묶음 조합(Intra-band contiguous CA)과 같은 대역에 연속해 있는 않은 구성 캐리어들을 묶을 때 사용하는 동일 대역 비연속 주파수 묶음 조합(Intra-band non-contiguous CA)이 있다.

주파수 묶음 조합망을 구성할 경우, 캐리어 별로 커버리지가 다를 수 있고, 사업자 정책에 따라 여러 형태의 셀 설계 시나리오가 존재한다.

따라서, 같은 커버리지를 가지도록 하여 전체 처리량이 향상될 수 있도록 하거나, 상대 캐리어 셀의 취약 지역을 보완해주는 커버리지를 다른 캐리어가 갖도록 함으로써 셀 경계지역에서의 처리량이 향상되게 할 수 있다.

현재 표준화가 완료된 LTE 주파수 묶음 조합 시스템에서 단말은 2개의 주파수를 동시에 사용하므로 2개의 셀과 통신하게 되며, 하나는 제1차 셀(Primary Cell, PCell)이고 다른 하나는 제2차 셀(Secondary Cell, SCell)로 명명된다.

단말은 먼저 제1차 셀을 통하여 RRC(Radio Resource Control) 연결을 설정하여 통신을 하고, 추가로 무선 자원이 더 필요하면 RRC 연결 재설정(RRC connection reconfiguration) 과정을 통해 제2차 셀과도 RRC 연결을 설정하여 제1차 셀과 제2차 셀을 통해 동시에 데이터를 수신할 수 있다. 데이터 수신은 두 셀을 통해 하더라도 단말이 보내는 데이터는 제1차 셀로만 전송되고, 시스템 정보 획득 및 핸드오버 제어도 제1차 셀을 통해 수행한다.

반면, 다중빔 이동위성통신 시스템은 지상이동통신시스템과 달리 통상 주파수 재사용 1을 사용하지 않고 하나 이상의 주파수 재사용을 통해 빔이 설계 될 뿐만 아니라 빔 중심 지역과 빔 경계지역 간에 단말 성능이 차이가 크지 않는 특징을 가지고 있다.

따라서, 이러한 다중빔 이동위성통신 시스템의 특성을 고려한 주파수 묶음 기술 기반 빔 설계 및 통신 방법을 통해 다중빔 위성통신 시스템의 최대 전송률을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 목적은 주파수 묶음 기술을 적용하여 최대 전송률을 향상시킬 수 있도록 한 통신시스템에서 빔을 설계하고 통신하는 방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 위성 기지국과 단말이 주파수 묶음 기술을 이용하여 통신하는 방법에 있어서, 상기 단말이 다중빔 하향링크 신호를 감지하는 단계; 상기 단말이 감지한 상기 다중빔 하향링크 신호의 세기 또는 상기 단말의 위치를 이용하여 제1차 빔을 선택하는 단계; 상기 단말이 상기 제1차 빔과 상기 다중빔 하향링크 신호의 세기 또는 상기 단말의 위치를 이용하여 제2차 빔을 선택하는 단계; 상기 단말이 상기 위성 기지국에 상기 제2차 빔에 대한 정보를 전송하는 단계; 및 상기 단말과 상기 위성 기지국이 상기 제1차 빔과 상기 제2차 빔에 대해 주파수 묶음 기술을 적용하여 통신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 제2차 빔에 대한 정보를 전송하는 단계는, 상기 단말이 인접 빔의 수만큼 그룹화된 임의접속 프리엠블 시퀀스 중 선택한 상기 제2차 빔에 해당하는 임의접속 프리엠블 시퀀스를 통해 임의접속을 시도함으로써 상기 제2차 빔에 대한 정보가 전송되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제2차 빔에 대한 정보를 전송하는 단계는, 상기 단말이 상기 위성 기지국으로부터 제2차 빔의 채널 상황을 알기 위해 상기 제1차 빔을 통해 채널 상태 정보에 대한 요청을 받아 상기 제2차 빔의 캐리어 정보를 전송하는 단계인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제2차 빔의 캐리어 정보의 전송은, 채널 상태 정보를 전달하기 위한 비트 중 다중빔 위성 통신시스템에서 불필요한 정보에 해당하는 비트를 이용하여 전송하거나 상기 채널 상태 정보의 전달을 위한 비트에 추가하여 전송하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제2차 빔에 대한 정보를 전송하는 단계는, 상기 단말이 상기 제2차 빔을 통해 상기 위성 기지국에 임의접속을 시도하여 성공하면, 상기 제1차 빔에 상기 제2차 빔에 대한 정보를 전송하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 단말은 상기 제1차 빔의 제어 정보 채널을 통해 상기 제1차 빔과 상기 제2차 빔을 위한 자원 할당 정보를 전송하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제2차 빔을 선택하는 단계는, 상기 단말은 요청된 최대 전송 속도에 따라 선택할 상기 제2차 빔의 수를 결정하고, 결정한 상기 제2차 빔의 수만큼 상기 제2차 빔을 검색하되 검색되지 않으면 결정한 상기 제2차 빔의 수를 줄여가며 검색하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 위성 기지국과 단말이 주파수 묶음 기술을 이용하여 통신하는 방법에 있어서, 상기 단말이 제1 다중빔 구조와 제2 다중빔 구조가 어긋나게 중첩된 구조 상에서 위치를 확인하는 단계; 상기 단말이 확인한 상기 위치에 따라 제1차 빔과 제2차 빔을 선택하는 단계; 및 상기 단말과 상기 위성 기지국이 상기 제1차 빔과 상기 제2차 빔에 대해 주파수 묶음 기술을 적용하여 통신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 제1 다중빔 구조와 상기 제2 다중빔 구조는 육각형의 연결된 구조이되 각 빔에 의한 신호세기가 각 육각형의 중심에서 강하도록 구조화되고, 상기 중첩된 구조는 상기 제1 다중빔 구조 내 육각형과 상기 제2 다중빔 구조 내 육각형이 겹치도록 포개진 상태에서 육각형의 한 변의 길이만큼 상기 한 변의 연장선상으로 이동하여 중첩된 구조이고, 상기 제1차 빔과 제2차 빔을 선택하는 단계는, 상기 단말은 상기 중첩된 구조 내의 상기 제1 다중빔 구조 내 육각형과 상기 제2 다중빔 구조 내 육각형이 공유한 꼭지점에 의한 삼각형 중 어느 삼각형에 위치하는지 판단하여, 판단한 상기 삼각형에 따라 상기 제1차 빔과 상기 제2차 빔을 선택하는 단계인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1 다중빔 구조와 상기 제2 다중빔 구조는 육각형의 연결된 구조이되 각 빔에 의한 신호세기가 각 육각형의 중심에서 강하도록 구조화되고, 상기 중첩된 구조는 상기 제1 다중빔 구조 내 육각형과 상기 제2 다중빔 구조 내 육각형의 꼭지점이 겹치지 않도록 중첩된 구조이고, 상기 단말은 상기 중첩된 구조 내의 상기 제1 다중빔 구조 내 육각형의 변과 상기 제2 다중빔 구조 내 육각형의 변이 만난 점을 잇는 사각형 중 어느 사각형에 위치하는지 판단하여, 판단한 상기 사각형에 따라 상기 제1차 빔과 상기 제2차 빔을 선택하는 단계인 것을 특징으로 한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명은 주파수 묶음 기술을 적용하여 최대 전송률을 향상시킬 수 있도록 한 효과가 있다.

도 1은 지상 통신과 위성 통신을 모두 지원하는 통신 서비스를 위성을 통해 제공하기 위한 다중빔 구조를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중빔 설계 구조를 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중빔 위성통신 시스템에서 주파수 묶음 기술을 적용한 통신방법을 설명하기 위한 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2차 빔을 선택하는 방법을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2차 빔을 선택하는 방법을 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제2차 빔을 선택하는 방법을 나타낸 순서도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중빔 설계 구조를 나타낸 블록도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중빔 설계 구조를 나타낸 블록도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

도 1은 지상 통신과 위성 통신을 모두 지원하는 통신 서비스를 위성을 통해 제공하기 위한 다중빔 구조를 나타낸 블록도이다. 도 1을 살펴보면, 왼쪽에 도시된 블록도는 주파수 재사용 3인 경우의 다중빔 구조를 나타낸 것이며, 오른쪽에 도시된 블록도는 주파수 재사용 7인 경우의 다중빔 구조를 나타낸 것이다.

이러한 두 가지 경우에서, 스펙트럼 효율은 보다 적은 수의 주파수를 효율적으로 재사용한 왼쪽에 도시된 블록도와 같은 다중빔 구조가 우수하나, 동일 주파수를 사용하는 빔에 의한 간섭이 많이 발생하게 된다.

따라서, 주파수 재사용은 이용할 수 있는 캐리어의 수, 요구되는 빔의 처리량, 위성빔 안테나 패턴 등을 고려해야 한다.

이러한 다중빔 구조는 지상 통신시스템과 달리 안테나 빔 패턴을 가파르게 만드는데 한계가 있고, 사용자 위치에 관계없이 일정한 링크버짓을 제공하기 위해 빔 중심과 빔 경계지역간의 수신 전력 차이가 작다.

예를 들어, 빔 경계지역에서는 빔 중심으로부터 3dB 빔 폭을 가지는 위치로 설계가 가능하다.

즉, 지상 통신시스템의 경우, 주파수 재사용 1을 사용하고, 경로 손실에 의해 빔 중심과 빔 경계지역간의 수신 전력 차이가 커지므로 인접 빔간 주파수 묶음 기술을 사용하는데 한계가 있다. 그러나, 다중빔 위성 통신시스템은 인접 빔간 다른 캐리어를 사용하며 빔 경계와 빔 중심지역간의 수신 전력의 차가 크지 않으므로 비슷한 커버리지를 갖는 멀티 캐리어간 주파수 묶음 기술을 사용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중빔 설계 구조를 나타낸 블록도이다. 도 2는 주파수 재사용 3을 사용하는 다중빔 위성 통신시스템에서 주파수 묶음 기술을 이용하는 것을 예시하였다. 다른 주파수 재사용의 경우에서도 동일한 원리도 적용이 가능하다.

도 2를 참조하면, 다중빔 위성 통신시스템은 주파수 묶음(Carrier Aggregation, CA) 기술을 지원하는 CA 단말(211, 212, 213)과 주파수 묶음 기술을 지원하지 않고 각 빔의 캐리어 하나를 통해서만 통신하는 MC(Multi Carrier, MC) 단말(221, 222, 223)의 통신을 지원한다.

MC 단말(221, 222, 223)은 단말의 위치에 상관없이 단말의 위치를 커버리지로 갖는 빔의 캐리어를 통해 통신을 한다.

도 2에 도시된 바에 따르면, 빔 중심 지역에 위치한 MC 단말(221)은 빔 1 캐리어를 통해 통신하고, 빔 1에 가까운 빔 2의 경계지역에 있는 MC 단말(222)은 빔 2 캐리어를 통해 통신하며, 빔 1과 빔 2에 가까운 빔 3의 경계지역에 있는 MC 단말(223)은 빔 3 캐리어를 통해 통신한다.

반면, 주파수 묶음 기술을 지원하는 CA 단말(211, 212, 213)은 단말의 위치에 따라 적절한 주파수 묶음 기술을 이용하게 된다.

도 2에 도시된 바에 따르면, 빔 2에 가까운 빔 1의 경계지역에 있는 CA 단말(211)은 빔 1 캐리어와 빔 2 캐리어에 대한 주파수 묶음 기술을 적용하여 통신을 함으로써 최대 2배의 전송률을 가질 수 있다.

이러한 주파수 묶음 기술을 적용하기 위해서는, 단말은 단말과 통신할 제1차 빔과 제2차 빔을 결정해야 하는데, 바람직하게는 수신 신호의 세기가 더 강한 빔을 제1차 빔으로 결정한다.

즉, CA 단말(211)은 빔 1을 제1차 빔으로 하고, 빔 2를 제2차 빔으로 하는 주파수 묶음 기술을 적용한다. CA 단말(211)은 제1차 빔을 통해 시스템 정보 등의 중요 정보를 전송하고, 제1차 빔과 제2차 빔을 위한 자원 할당 정보는 제1차 빔의 제어 정보 채널을 통해 전송한다. 또한, 각 빔을 위한 자원 할당 정보는 각 빔의 제어 정보 채널을 통해 독립적으로 전송되도록 구성될 수 있다.

제1차 빔의 제어 정보 채널을 통해 제1차 빔과 제2차 빔을 위한 자원 할당 정보를 전송하는 경우, 교차 스케줄링이 가능하여 스케줄링 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 효과가 있다.

빔 2와 빔 3에 가까운 빔 1의 경계지역에 있는 CA 단말(212)은 빔 1 캐리어, 빔 2 캐리어 및 빔 3 캐리어를 주파수 묶음 기술을 적용하여 통신을 함으로써 최대 3배의 전송률을 가질 수 있다.

CA 단말(212)은 제1차 빔과 2개의 제2차 빔을 결정하여야 하는데, 바람직하게는 수신 신호의 세기가 더 강한 빔을 제1차 빔으로 결정한다.

즉, CA 단말(212)은 빔 1을 제1차 빔으로 하고, 빔 2와 빔 3을 제2차 빔으로 하는 주파수 묶음 기술을 적용한다.

바람직하게는, 3개의 캐리어를 주파수 묶음 기술을 적용하는 지역의 CA 단말은 2개의 제2차 빔 중 하나를 선택하여 2개의 캐리어를 이용한 주파수 묶음 기술을 적용할 수 있다.

바람직하게는, 빔 2의 중심지역에 위치한 CA 단말(213)은 주파수 묶음 기술을 적용하지 않고 MC 단말과 같이 하나의 캐리어를 통해 단말의 위치를 커버리지를 가지는 빔 2를 통해서 통신할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중빔 위성통신 시스템에서 주파수 묶음 기술을 적용한 통신방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 3을 참조하면, 위성기지국은 통신하고자 하는 단말이 주파수 묶음 기술을 지원하는지 판단(S310)한다.

판단결과, 위성기지국은 통신하고자 하는 단말이 주파수 묶음 기술을 지원하지 않는다면 MC 모드로 동작(S311)한다.

판단결과, 위성기지국은 통신하고자 하는 단말이 주파수 묶음 기술을 지원하면 아래의 동작을 수행한다.

하나의 빔 캐리어를 통해 전송할 수 있는 최대 전송 속도가 A bps 이하라고 가정하며, 위성기지국은 통신하고자 하는 단말이 요구하는 전송 속도가 2A bps 이상 3A bps미만인지 판단(S320)한다.

S320 단계에서 판단결과가 아닌 경우, 위성기지국은 통신하고자 하는 단말이 요구하는 전송 속도가 A bps 이상 2A bps미만인지 판단(S321)한다.

S320 단계에서 판단결과가 맞는 경우, 위성기지국은 시스템이 3개의 구성 캐리어기반 주파수 묶음 기술이 지원되는지 판단(S330)한다.

S320 단계에서 판단결과가 아닌 경우 또는 S321 단계에서 판단결과가 맞는 경우, 위성기지국은 2개의 구성 캐리어기반 주파수 묶음 기술이 지원되는지 판단(S331)한다.

S330 단계에서 판단결과가 맞는 경우, 위성기지국은 제1차 빔 외의 2개의 제2차 빔을 찾는다(S340).

바람직하게는, 통신을 하는데 이용되는 빔의 선택은 위성기지국에 의해 선택될 수 있으나, 단말에 의해 선택되고 선택된 정보가 위성기지국에 전달되는 방식이 이용될 수 있다.

바람직하게는, 제1차 빔은 수신 신호의 강도가 가장 좋은 빔으로 선택하며, 제2차 빔은 제1차 빔 외의 순차적으로 수신 신호가 강도가 좋은 빔으로 선택한다. 또는, 제2차 빔은 선택된 제1차 빔과 함께 단말에게 가장 좋은 성능을 제공할 수 있는 빔으로 선택한다.

S340 단계에서 검색결과 2개의 제2차 빔을 찾지 못한 경우 또는 S331단계에서 판단결과가 맞는 경우, 위성기지국은 제1차 빔 외의 1개의 제2차 빔을 찾는다(S341).

제2차 빔을 찾는 방법은 S340 단계와 유사하다.

S340단계에서 검색결과 2개의 제2차 빔을 찾은 경우, 위성기지국은 찾은 2개의 제2차 빔과 제1차 빔에 대한 주파수 묶음 기술을 적용한다(S350).

S341단계에서 검색결과 제2차 빔을 찾은 경우, 위성기지국은 찾은 제2차 빔과 제1차 빔에 대한 주파수 묶음 기술을 적용한다(S351).

S321 단계, S321 단계 또는 S331 단계에서 판단결과가 아닌 경우이거나 S341단계에서 검색결과 제2차 빔을 찾지 못한 경우, 위성기지국은 MC 모드로 동작(S311)한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2차 빔을 선택하는 방법을 나타낸 순서도이다. 아래의 설명은 빔의 선택을 단말이 하고 선택된 정보를 위성기지국에 전달하는 것을 예시로 설명하나, 위에 설명된 것과 같이 위성기지국에 의해 선택되도록 설계될 수 있다.

도 4를 참조하면, 단말은 멀티-빔 하향링크 신호(multi-beam downlink signals)를 감지(S410)한다.

단말은 감지된 멀티-빔 하향링크 신호의 세기 또는 단말의 위치를 기반으로 제1차 빔을 선택(S420)한다.

또한, 단말은 감지된 멀티-빔 하향링크 신호의 세기 또는 단말의 위치를 기반으로 제2차 빔을 선택(S430)한다.

바람직하게는, 단말은 제1차 빔을 제외하고 단말의 위치로부터 가장 가까운 인접 빔 또는 수신 신호 레벨이 강한 빔으로 선택한다.

또한, 바람직하게는, 단말은 제2차 빔을 복수로 선택할 수 있다.

단말은 위성기지국에 선택한 제2차 빔의 리스트를 알린다(S440).

위성기지국은 단말로부터 전송된 정보에 따라 선택된 제2차 빔과 제1차 빔에 대한 주파수 묶음 기술을 적용한다(S450).

바람직하게는, 단말은 일반적 LTE 통신에서 이용되는 64개 임의접속 프리엠블 시퀀스를 인접 빔 수만큼 그룹화하여 제2차 빔으로 선택할 빔에 해당하는 임의접속 프리엠블 시퀀스를 통해 임의 접속을 시도하는 방법으로 위성기지국에 선택한 제2차 빔에 대한 정보를 알린다. 이 때, 위성기지국은 그룹화하여 전송된 임의 접속 시퀀스를 검파하여 단말이 원하는 제2차 빔을 확인할 수 있고, 확인된 정보에 기반하여 주파수 묶음 기술 기반의 다중빔 이동통신을 하게 된다.

바람직하게는, 3개의 구성 캐리어를 이용한 주파수 묶음 기술을 지원하는 다중빔 위성시스템의 경우, 위성기지국은 1개의 제2차 빔에 대한 정보를 전달하는 단말과 2개의 제2차 빔에 대한 정보를 전달하는 단말을 구분하여야 하므로, 임의접속 시퀀스의 그룹 수가 증가하여 그룹 안에 사용할 수 있는 임의접속 시퀀스 수가 감소하는 문제점 또는 CA 단말을 위한 임의접속 시퀀스 수를 증가시켜 임의접속 시퀀스의 검파시간이 증가되는 문제점을 고려하여 몇 개의 구성 캐리어를 이용한 주파수 묶음 기술을 지원할 것인지 결정하여야 한다.

만약 임의접속 프리엠블 시퀀스를 이용하지 않는 경우, 단말이 초기 접속 시도시 단말 정보를 전송할 때 제2차 빔에 대한 정보를 추가로 전송하는 방법으로 설계될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2차 빔을 선택하는 방법을 나타낸 순서도이다.

도 5를 참조하면, 단말은 멀티-빔 하향링크 신호(multi-beam downlink signals)를 감지(S510)한다.

단말은 감지된 멀티-빔 하향링크 신호의 세기 또는 단말의 위치를 기반으로 제1차 빔을 선택(S520)한다.

단말은 제1차 빔을 통해 위성기지국과 임의접속을 시도한다(S530).

위성기지국은 임의접속을 시도한 단말이 주파수 묶음 기술을 이용할 수 있는 단말인지 판단(S540)하고, 판단결과 아닌 경우 제1차 빔을 통해서 통신을 하는 것으로 결정한다.

S540 단계에서 판단결과 맞는 경우, 위성기지국은 단말에게 제2차 빔의 채널 상황을 알기 위해 제1차 빔 상향링크로 채널 상태 정보(Channel State Information, CSI)를 요청한다(S550).

위성기지국은 단말로부터 제2차 빔 캐리어 정보를 수신하고, 수신된 정보를 바탕으로 단말의 제2차 빔 캐리어와 캐리어의 채널 상태를 확인한다(S560).

바람직하게는, 다중빔 위성 통신시스템은 지상이동 통신시스템과 달리 전송해야할 채널 상태 정보가 많지 않으므로, 단말은 지상이동 통신시스템에서 채널 상태 정보를 전달하기 위한 비트 중 다중빔 위성 통신시스템에서 전달할 필요가 없는 정보에 해당하는 비트를 이용하여 제2차 빔 캐리어 정보를 위성기지국에 전달한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제2차 빔을 선택하는 방법을 나타낸 순서도이다.

도 6을 참조하면, 단말은 멀티-빔 하향링크 신호(multi-beam downlink signals)를 감지(S610)한다.

단말은 감지된 멀티-빔 하향링크 신호의 세기 또는 단말의 위치를 기반으로 제1차 빔을 선택(S620)한다.

단말은 제1차 빔을 통해 위성기지국과 임의접속을 시도한다(S630). 임의접속이 성공하면 다음단계로 진행하며, 실패하면 반복적으로 임의접속을 시도한다(S631).

위성기지국은 임의접속을 시도한 단말이 주파수 묶음 기술을 이용할 수 있는 단말인지 판단(S640)하고, 판단결과 아닌 경우 제1차 빔을 통해서 통신을 하는 것으로 결정한다.

S640 단계에서 판단결과 맞는 경우, 단말은 제2차 빔을 통해 위성기지국과 임의접속을 시도한다(S650). 임의접속이 성공하면 다음단계로 진행하며, 실패하면 반복적으로 임의접속을 시도한다(S651).

단말은 제1차 빔에 제2차 빔에 대한 정보를 보고한다(S660).

제1차 빔에 제2차 빔에 대한 정보가 보고되면, 제1차 빔과 제2차 빔에 대한주파수 묶음 기술을 적용한다(S670).

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중빔 설계 구조를 나타낸 블록도이다. 도 7은 다중빔 위성시스템의 커버리지 위치에 상관없이 최대 전송율을 증가시키기 위해 어긋나게 중첩된 주파수 묶음 기술 기반의 빔 설계 기술이 적용된 예이다.

도 7의 왼쪽에는 주파수 재사용 3을 가지도록 설계된 두 개의 다중빔 구조가 도시되었다. 왼쪽 상단의 다중빔 구조(제1 다중빔 구조)는 f1부터 f3을 재사용하며, 왼쪽 하단의 다중빔 구조(제2 다중빔 구조)는 f4부터 f6을 재사용한다.

본 발명의 다른 실시예는 이러한 두 개의 다중빔 구조가 오른쪽에 도시된 것과 같이 어긋나게 중첩된 다중빔 구조를 제안한다.

상기 두 개의 다중빔 구조가 어긋나게 중첩되면, 제1 다중빔 구조에서 특정 빔의 중심은 제2 다중빔 구조에서 빔의 경계지역이 된다. 따라서, 일정 위치의 단말은 특정 다중빔 구조에서 빔 중심지역으로 판단되어 높은 전송률을 제공할 수 있는 제1차 빔 캐리어가 존재하고, 다른 다중빔 구조에서 빔 경계지역으로 판단되어 낮은 전송률을 제공하는 제2차 빔 캐리어가 존재한다.

어느 위치의 단말이든 제1차 빔과 제2차 빔의 주파수 묶음 기술을 적용하면 유사한 수준의 전송률을 가지게 된다.

도 7의 오른쪽에 도시된 구조에서 지역(700)과 같이, 육각형구조로 구분된 다중빔 구조가 중첩되면 삼각형구조로 다시 구분될 수 있다.

중첩된 구조는 제1 다중빔 구조 내 육각형과 제2 다중빔 구조 내 육각형이 겹치도록 포개진 상태에서 육각형의 한 변의 길이만큼 한 변의 연장선상으로 이동하여 중첩된 구조이다. 따라서, 중첩된 영역은 제1 다중빔 구조 내 육각형과 제2 다중빔 구조 내 육각형이 공유하는 꼭지점 3개로 이루어진 삼각형 구조가 있게 된다.

즉, 제2 다중빔 구조에 따른 육각형 구조의 지역(700)은 꼭지점을 하나씩 건너면서 선택된 3개의 꼭지점으로 연결된 삼각형구조가 나타난다.

이러한 경우, 지역(700) 내의 삼각형은 제1 다중빔 구조에 의해 다시 3개의 지역(710, 720, 730)으로 구분된다.

여기서 각 지역(710, 720, 730)에 위치한 단말은 제2 다중빔 구조에 의한 제1차 빔이 선택되며, 제1 다중빔 구조에 의한 제2차 빔이 선택된다.

이러한 빔의 선택은 도 3 내지 6에서 설명한 방법에 의해 이뤄질 수도 있으나, 도 7에서 도시된 바와 같이 지역이 구분되어 위치기반으로 선택될 수 있다.

단말은 제2차 빔의 리스트를 위성기지국에 알려야 하는데, 이 때는 아래의 방법이 하나의 예로 이용될 수 있다.

단말은 기존의 64개 임의접속 프리앰블 시퀀스를 3개의 그룹으로 그룹화하여 제2차 빔으로 선택할 빔에 해당하는 임의접속 프리앰블 시퀀스를 통해 임의접속을 시도하면, 위성기지국은 전송된 임의접속 시퀀스를 검파하여 단말이 원한 제2차빔을 알게 된다.

다른 방법으로는, 기존의 64개 임의접속 프리앰블 외 추가의 제2차 빔에 대한 정보가 추가된 단말용 임의접속 프리앰블 시퀀스를 추가하는 방법이 고려된다. 예를 들면, 64개의 임의접속 시퀀스를 추가하여 전체 임의접속 시퀀스의 수를 128개가 되도록 한다. 이 경우, 위성기지국은 임의접속 시퀀스를 검파하는 시간이 2배가 되나 긴 위성왕복지연시간을 고려하면 시스템 성능에 미치는 영향은 크지 않다.

임의접속 프리앰블 시퀀스를 이용하지 않는 다른 방법은 단말이 위성기지국에 대해 초기 접속시도에서 단말 정보와 함께 2비트의 제2차 빔에 대한 정보를 추가하여 전송하는 방법이 고려된다.

여기서 도면에 예시된 바가 주파수 재사용 3을 고려하였기 때문에 2비트의 정보가 추가됨을 설명하였으나, 주파수 재사용의 경우가 달라짐에 따라 추가되는 제2차 빔에 대한 정보를 위한 비트의 크기도 변경될 수 있다.

예를 들면, 주파수 재사용 8이하의 경우는 3비트로, 주파수 재사용 16이하의 경우는 4비트로 이용될 수 있다.

또 다른 방법은 도 5에서 설명한 내용과 같은 방법이 고려된다.

또 다른 방법은 도 6에서 설명한 내용과 같은 방법이 고려된다.

도 7에 대해 설명한 내용과 같이, 2개의 육각형구조인 다중빔 구조를 어긋나게 교차하도록 빔을 설계하면 제1차 빔의 커버리지를 삼각형구조로 하여 작아지게 된다. 또한 빔의 경계지역이 삼각형의 각 꼭지점 부근으로 감소하여 주파수 묶음 기술을 지원하지 않는 단말에 대한 통신에서도 데이터율이 증가하여 전체 시스템 성능이 향상하는 효과가 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중빔 설계 구조를 나타낸 블록도이다. 도 8은 다중빔 구조를 중첩하되, 육각형구조가 연속하여 이루어진 다중빔 구조 내의 육각형의 각 꼭지점이 중첩되는 다중빔 구조의 육각형 내에 위치하도록 중첩함으로써 각 빔의 중심지역에서 가장 먼 경계지역을 없애도록 한 구조를 제안한다.

즉, 중첩된 다중빔 구조는 제1 다중빔 구조 내 육각형과 제2 다중빔 구조 내 육각형의 꼭지점이 겹치지 않도록 중첩된 구조이다.

따라서, 중첩된 다중빔 구조는 제1 다중빔 구조 내 육각형의 변과 제2 다중빔 구조 내 육각형의 변이 만난 점을 잇는 사각형이 존재하게 되고, 이러한 사각형 중 어느 사각형에 단말이 위치하는지 판단하여 제1차 빔과 제2차 빔을 선택하게 된다.

도 8에 도시된 것을 보면, 제2 다중빔 구조의 특정 육각형에 해당하는 지역(800)은 내부에 중첩되어 만난 변의 점을 잇는 사각형에 해당하는 지역(810)을 가지게 된다. 단말이 사각형에 해당하는 지역(810) 내에 위치하는 경우 지역(810) 중 제1 다중빔 구조에 의해 구분된 4개 영역(811, 812, 813, 814) 중 어느 위치인지 판단한다.

단말은 제2 다중빔 구조에 따른 제1차 빔을 선택하게 되고, 제1 다중빔 구조에 따른 제2차 빔을 선택하게 된다. 제1영역(811)은 제1 다중빔 구조의 빔 7에 해당하는 제2차 빔이 선택되고, 제2영역(812)은 빔 6이, 제3영역(813)은 빔 1이, 제4영역(814)은 빔 2가 제2차 빔으로 선택된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (10)

1. 위성 기지국과 단말이 주파수 묶음 기술을 이용하여 통신하는 방법에 있어서,
   상기 단말이 다중빔 하향링크 신호를 감지하는 단계;
   상기 단말이 감지한 상기 다중빔 하향링크 신호의 세기 또는 상기 단말의 위치를 이용하여 제1차 빔을 선택하는 단계;
   상기 단말이 상기 제1차 빔과 상기 다중빔 하향링크 신호의 세기 또는 상기 단말의 위치를 이용하여 제2차 빔을 선택하는 단계;
   상기 단말이 상기 위성 기지국에 상기 제2차 빔에 대한 정보를 전송하는 단계; 및
   상기 단말과 상기 위성 기지국이 상기 제1차 빔과 상기 제2차 빔에 대해 주파수 묶음 기술을 적용하여 통신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2차 빔에 대한 정보를 전송하는 단계는,
   상기 단말이 인접 빔의 수만큼 그룹화된 임의접속 프리앰블 시퀀스 중 선택한 상기 제2차 빔에 해당하는 임의접속 프리앰블 시퀀스를 통해 임의접속을 시도함으로써 상기 제2차 빔에 대한 정보가 전송되는 것을 특징으로 하는 통신방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2차 빔에 대한 정보를 전송하는 단계는,
   상기 단말이 상기 위성 기지국으로부터 제2차 빔의 채널 상황을 알기 위해 상기 제1차 빔을 통해 채널 상태 정보에 대한 요청을 받아 상기 제2차 빔의 캐리어 정보를 전송하는 단계인 것을 특징으로 하는 통신방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2차 빔의 캐리어 정보의 전송은,
   채널 상태 정보를 전달하기 위한 비트 중 다중빔 위성 통신시스템에서 불필요한 정보에 해당하는 비트를 이용하여 전송하거나 상기 채널 상태 정보의 전달을 위한 비트에 추가하여 전송하는 것을 특징으로 하는 통신방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2차 빔에 대한 정보를 전송하는 단계는,
   상기 단말이 상기 제2차 빔을 통해 상기 위성 기지국에 임의접속을 시도하여 성공하면, 상기 제1차 빔에 상기 제2차 빔에 대한 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 통신방법.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 단말은 상기 제1차 빔의 제어 정보 채널을 통해 상기 제1차 빔과 상기 제2차 빔을 위한 자원 할당 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 제2차 빔을 선택하는 단계는,
   상기 단말은 요청된 최대 전송 속도에 따라 선택할 상기 제2차 빔의 수를 결정하고, 결정한 상기 제2차 빔의 수만큼 상기 제2차 빔을 검색하되 검색되지 않으면 결정한 상기 제2차 빔의 수를 줄여가며 검색하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
   
8. 위성 기지국과 단말이 주파수 묶음 기술을 이용하여 통신하는 방법에 있어서,
   상기 단말이 제1 다중빔 구조와 제2 다중빔 구조가 어긋나게 중첩된 구조 상에서 위치를 확인하는 단계;
   상기 단말이 확인한 상기 위치에 따라 제1차 빔과 제2차 빔을 선택하는 단계; 및
   상기 단말과 상기 위성 기지국이 상기 제1차 빔과 상기 제2차 빔에 대해 주파수 묶음 기술을 적용하여 통신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 다중빔 구조와 상기 제2 다중빔 구조는 육각형의 연결된 구조이되 각 빔에 의한 신호세기가 각 육각형의 중심에서 강하도록 구조화되고,
   상기 중첩된 구조는 상기 제1 다중빔 구조 내 육각형과 상기 제2 다중빔 구조 내 육각형이 겹치도록 포개진 상태에서 육각형의 한 변의 길이만큼 상기 한 변의 연장선상으로 이동하여 중첩된 구조이고,
   상기 제1차 빔과 제2차 빔을 선택하는 단계는,
   상기 단말은 상기 중첩된 구조 내의 상기 제1 다중빔 구조 내 육각형과 상기 제2 다중빔 구조 내 육각형이 공유한 꼭지점에 의한 삼각형 중 어느 삼각형에 위치하는지 판단하여, 판단한 상기 삼각형에 따라 상기 제1차 빔과 상기 제2차 빔을 선택하는 단계인 것을 특징으로 하는 통신방법.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 다중빔 구조와 상기 제2 다중빔 구조는 육각형의 연결된 구조이되 각 빔에 의한 신호세기가 각 육각형의 중심에서 강하도록 구조화되고,
    상기 중첩된 구조는 상기 제1 다중빔 구조 내 육각형과 상기 제2 다중빔 구조 내 육각형의 꼭지점이 겹치지 않도록 중첩된 구조이고,
    상기 단말은 상기 중첩된 구조 내의 상기 제1 다중빔 구조 내 육각형의 변과 상기 제2 다중빔 구조 내 육각형의 변이 만난 점을 잇는 사각형 중 어느 사각형에 위치하는지 판단하여, 판단한 상기 사각형에 따라 상기 제1차 빔과 상기 제2차 빔을 선택하는 단계인 것을 특징으로 하는 통신방법.

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