KR101861270B1 - 빔포밍 제어 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빔포밍 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 빔포밍 기술을 지원하지 않는 제1 네트워크와 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크가 혼재된 환경에서, 제2 네트워크의 기지국이 네트워크 구축 환경을 판단하고, 이에 따라 안테나의 위상 또는 진폭을 제어하여 보다 고품질의 통신 서비스를 단말로 제공할 수 있는 빔포밍 제어 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 제어 방법은 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크의 기지국이, 단말이 생성한 신호 수신 레벨 정보를 수집하여 네트워크 구축 환경을 판단하는 단계 및 상기 판단 결과 제1 네트워크 및 제2 네트워크가 협력 네트워크 환경인 것으로 판단되면, 서비스 영역 내의 용량이 증대되도록 모든 안테나 어레이의 위상을 조절하여 얇은 빔(sharp beam)을 송출하는 단계를 수행할 수 있다.

Description

빔포밍 제어 방법 및 이를 위한 장치{METHOD FOR CONTROLLING OF BEAMFORMING AND APPARATUS THEREOF}

본 발명은 빔포밍 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 빔포밍 기술을 지원하지 않는 제1 네트워크와 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크가 혼재된 환경에서, 제2 네트워크의 기지국이 네트워크 구축 환경을 판단하고, 이에 따라 안테나의 위상 또는 진폭을 제어하여 보다 고품질의 통신 서비스를 단말로 제공할 수 있는 빔포밍 제어 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시 예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

일반적으로 이동통신 시스템은 기지국을 중심으로 고정적인 서비스 커버리지를 제공하는 네트워크를 구축하고, 해당 커버리지 내의 이동국인 사용자의 단말로 양호한 전파 환경을 제공함으로써 안정적인 음성, 데이터를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 이동통신 시스템은 시간의 흐름에 따라 지속적으로 진화되고 있으며, 2G, 3G, 4G 그리고 5G 이동통신 시스템에 이르기까지 다양한 네트워크가 구축되어 왔다.

이중, LTE 이동통신 시스템으로 대표되는 4G 이동통신 시스템은 주로 2GHz 대역 근방에서 최대 20MHz 대역폭으로 전송하도록 설계되었으며, 최근에는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위하여 초고주파(mmWave) 대역(예컨대, 60GHz)의 광대역 이동통신 시스템이 주목 받고 있다.

초고주파 대역의 광대역 이동통신 시스템은 LTE 이후(post LTE) 시스템 또는 5G 통신 시스템으로 불리며, 직진성이 강하고 주파수 재사용률이 높은 초고주파 광대역을 이용한 통신 방식을 의미한다. 이러한 초고주파 대역의 광대역 이동통신 시스템 즉, 5G 이동통신 시스템은 5GHz 이상의 대역 중 10GHz, 28GHz, 60GHz 대역을 이용하며, 고속 인터넷 접속을 위한 1Gbps 이상의 고속 전송을 목적으로 한다.

또한, 5G 이동통신 시스템은 초고주파 대역에서 전파의 경로 손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 빔포밍 (beamforming), 대규모 다중 입출력 (massive MIMO(multiple input multiple output)), 전차원 다중입출력 (full dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna) 등의 다양한 기술들이 논의되고 있다. 특히, 빔포밍 기술은 5G 이동통신 시스템의 핵심적인 기술 중에 하나로 무선 주파수 자원을 효율적으로 이용하기 위해, 단말의 위치에 따라 전파의 도달 영역을 특정한 방향으로 집중시키거나 특정 방향에 대한 수신 감도의 지향성(directivity)를 증대시키는 기술을 의미한다. 지속적으로 이동하는 단말의 위치에 따라 유동적으로 전파의 방향을 조절함으로써, 전송 거리가 증가되고, 지향되는 방향 이외의 다른 방향으로는 신호가 거의 전송되지 아니하므로 다른 신호에 의한 간섭이 크게 감소될 수 있어, 단말에게 보다 효율적이고 고품질의 서비스를 제공할 수 있게 된다.

이처럼, 통신 기술은 시대의 흐름에 따라 지속적으로 진화되고 있으며, 이에 따라 다양한 네트워크 환경이 혼재되고 있다. 그러나 세대 간 지원하는 통신 기술이 상이하고, 서비스별 주파수 특성 차가 발생되어 네트워크의 커버리지 불일치 이슈가 발생되고 있다.

따라서 빔포밍 기술 등과 같이 이전 세대의 이동통신 시스템에서는 지원하지 않는 다양한 통신 기술을 지원하는 차세대 이동통신인 5G 이동통신 시스템의 도입 초기에 발생될 수 있는 다양한 네트워크 커버리지 불일치 이슈를 해결할 수 있는 기술의 도입이 필요하다.

한국공개특허 제10-2012-0072938호, 2012.07.04 공개(명칭: 빔포밍 어레이 안테나 제어 시스템 및 이를 이용한 빔포밍 방법)

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 빔포밍 기술을 지원하지 않는 4G 이동통신 시스템과 빔포밍 기술을 지원하는 5G 이동통신 시스템이 혼재된 환경에서, 5G 이동통신 시스템의 기지국이 네트워크 구축 환경을 판단하고, 이에 따라 안테나의 위상 또는 진폭을 제어하여 보다 고품질의 통신 서비스를 단말로 제공할 수 있는 빔포밍 제어 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

특히, 본 발명은 단말의 트래픽 로드에 따라 보다 효율적으로 안테나의 위상 또는 진폭을 제어하는 빔포밍을 수행하고, 이에 따라 고품질의 통신 서비스 제공이 가능한 기지국으로 단말의 리다이렉션(redirection) 또는 핸드오버를 유도함으로써 트래픽 로드를 효율적으로 제어하고, 고품질의 통신 서비스를 단말로 제공할 수 있는 빔포밍 제어 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 별도의 스몰셀(small cell) 등 트래픽 관리를 위한 추가 네트워크를 구축할 필요 없이 또한 다수의 셀 중첩 및 셀간 간섭 등의 이슈에서 보다 더 자유롭게 트래픽 로드를 관리할 수 있는 빔포밍 제어 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

그러나, 이러한 본 발명의 목적은 상기의 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 기술을 지원하지 않는 제1 네트워크와 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크가 혼재된 환경에서의 빔포밍 제어 방법에 있어서, 상기 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크의 기지국이, 단말이 생성한 신호 수신 레벨 정보를 수집하여 네트워크 구축 환경을 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과 제1 네트워크 및 제2 네트워크가 협력 네트워크 환경인 것으로 판단되면, 서비스 영역 내의 용량이 증대되도록 모든 안테나 어레이의 위상을 제어하여 얇은 빔(sharp beam)을 송출하는 단계;를 포함할 수 있다.

특히, 상기 판단하는 단계 이전에, 네트워크 구축 환경 판단을 위한 조건을 설정하는 단계;를 더 포함하며, 상기 판단하는 단계는 상기 수집한 신호 수신 레벨 정보를 상기 조건과 비교하여 네트워크 구축 상태가 독립 네트워크 환경인지 협력 네트워크 환경인지 여부를 판단할 수 있다.

또한, 상기 판단 결과 제1 네트워크 및 제2 네트워크가 독립 네트워크 환경인 것으로 판단되면, 진폭을 제어할 안테나 어레이를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 안테나 어레이의 진폭을 제어하여 해당 빔의 송신 방사 전력의 크기를 증가시켜 서비스 영역이 확장되도록 제어하는 단계;를 더 포함하여 이뤄질 수 있다.

또한, 상기 네트워크 구축 환경을 판단하는 단계는 커버리지 내에 위치한 복수 개의 단말로부터 신호 수신 레벨 정보를 수집하거나, 이웃 셀인 제1 네트워크의 기지국으로부터 신호 수신 레벨 정보를 수집하여 네트워크 구축 환경을 판단할 수 있다.

추가로 본 발명은 상술한 바와 같은 방법을 실행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공할 수 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 기술을 지원하지 않는 제1 네트워크와 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크가 혼재된 환경에서, 상기 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크의 기지국이, 독립적인 빔을 각각 생성하고 위상 또는 진폭을 변화시킬 수 있는 복수 개의 위상 조절기를 포함하는 안테나부; 및 상기 안테나부를 제어하며, 상기 안테나부를 통해 수집된 단말의 신호 수신 레벨 정보에 따라, 네트워크 구축 환경을 판단하여, 판단 결과 제1 네트워크 및 제2 네트워크가 협력 네트워크 환경인 것으로 판단되면, 서비스 영역 내의 용량 증대를 위해 상기 안테나부의 위상 조절기가 모든 안테나 어레이의 위상을 제어하여 얇은 빔(sharp beam)을 송출하도록 제어하는 디지털 신호처리부;를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 디지털 신호처리부는 네트워크 구축 환경 판단을 위한 조건을 설정하며, 상기 수집한 신호 수신 레벨 정보를 상기 조건과 비교하여 네트워크 구축 상태가 독립 네트워크 환경인지 협력 네트워크 환경인지 여부를 판단할 수 있다.

또한, 상기 디지털 신호처리부는 상기 판단 결과 제1 네트워크 및 제2 네트워크가 독립 네트워크 환경인 것으로 판단되면, 진폭을 제어할 안테나 어레이를 결정하고, 상기 결정된 안테나 어레이의 진폭을 제어하여 해당 빔의 송신 방사 전력의 크기를 증가시켜 서비스 영역이 확장되도록 제상기 안테나부의 위상 조절기를 제어할 수 있다.

본 발명의 빔포밍 제어 방법 및 이를 위한 장치에 의하면, 빔포밍 기술을 지원하지 않는 제1 네트워크와 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크가 혼재된 환경에서, 제2 네트워크의 기지국이 네트워크 구축 환경을 판단하고, 이에 따라 안테나의 위상 또는 진폭을 제어하여 보다 고품질의 통신 서비스를 단말로 제공할 수 있게 된다.

특히, 본 발명에 의하면 단말의 트래픽 로드에 따라 보다 효율적으로 안테나의 위상 또는 진폭을 제어하는 빔포밍을 수행하고, 이에 따라 고품질의 통신 서비스 제공이 가능한 기지국으로 단말의 리다이렉션(redirection) 또는 핸드오버를 유도함으로써 트래픽 로드를 효율적으로 제어함과 동시에 고품질의 통신 서비스를 단말로 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 별도의 스몰셀(small cell) 등 트래픽 관리를 위한 추가 네트워크를 구축할 필요 없이 또한 다수의 셀 중첩 및 셀간 간섭 등의 이슈에서 보다 더 자유롭게 트래픽 로드를 관리할 수 있게 된다.

아울러, 상술한 효과 이외의 다양한 효과들이 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 환경을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 제어 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 빔포밍 제어 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 제어 방법을 수행하는 기지국의 주요 구성을 논리적 관점에서 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 주요 구성을 하드웨어 관점에서 도시한 블록도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 안테나부 위상 조절기가 빔을 조절하는 과정을 설명하기 위한 예시도로이다.
도 8은 본 발명의 기지국에서의 빔포밍 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다. 또한 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 하나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태로 한정하려는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

더하여, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급할 경우, 이는 논리적 또는 물리적으로 연결되거나, 접속될 수 있음을 의미한다. 다시 말해, 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속되어 있을 수 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있으며, 간접적으로 연결되거나 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 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. 또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함 한다" 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.

본 명세서에서는 기지국에서의 빔포밍 제어 방법을 중심으로 설명하도록 한다.

여기서, 기지국은 단말과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)를 의미한다. 본 발명의 일 실시 예에서는 기지국을 중심으로 빔포밍 제어 과정을 중심으로 설명하도록 하나, 구현 방식에 따라 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 본 발명의 동작이 수행될 수 있다.

아울러, 본 발명의 기지국(BS: Base Station'은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 액세스 포인트(AP:Access Point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있으며,'단말(Terminal)은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station) 등의 용어로 대체될 수 있다. 다시 말해, 이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 제어 방법 및 이를 위한 장치에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 이때, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크의 구조에 대해 먼저 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 환경을 설명하기 위한 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 제어 방법은 서로 다른 특성의 이종(heterogeneous)의 네트워크가 혼재된 환경에서 트래픽 로드를 보다 더 효율적으로 수행하기 위한 것으로, 본 발명의 이종의 네트워크가 혼재된 환경이란 빔포밍 기술을 지원하지 않는 제1 네트워크와 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크가 혼재된 환경을 의미한다.

먼저, 빔포밍 기술을 지원하지 않는 제1 네트워크는 LTE로 대표될 수 있는 4G 이동통신 시스템(100)을 예로 들 수 있다. 4G 이동통신 시스템(100)에서는 2x2, 4x4 등의 낮은 수준의 MIMO를 통해 특정 영역 내의 셀 단위로 정적인 커버리지를 구성하여 커버리지 내의 연결된 단말에게 서비스를 제공할 수 있다. 이러한, LTE로 대표되는 4G 이동통신 시스템(100)은 현재 보편적으로 활용되고 있는 이동통신 기술로 대부분의 서비스 영역에서 커버리지가 구성되어 용이하게 서비스 접속이 가능하다.

반면, 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크는 현재 도입이 시도되고 있는 초고주파 광대역의 5G 이동통신 시스템(200)을 예로 들 수 있다. 5G 이동통신 시스템(200)은 60GHz 대역을 사용하며 고속의 스트리밍 다운로드와 같은 고속 인터넷 접속을 위해 1Gbps 이상의 고속 전송을 목적으로 하는 이동통신 시스템으로, 보편적으로 활용되고 있는 4G 이동통신 시스템(100)에 비하여 현재 상용화 초기 단계이다. 또한, 5G 이동통신 시스템(200)은 현재 도입 단계이기는 하나, 주요 트래픽 밀집 지역이나 특수 서비스 목적의 특정 지역을 중심으로 구축되고 있어, 갑자기 특정 지역에 트래픽이 집중될 경우와 같은 다양한 상황에 적응적인 제어가 어렵다는 문제점이 있다.

이와 같이 전국망 단위인 4G 이동통신 시스템(100)과 도입 단계인 5G 이동통신 시스템(200)이 혼재된 환경에서, 초기 접속 시 세대 간 네트워크로 리다이렉션(redirection), 무선 환경 열화 시 타 세대 네트워크로 핸드오버가 아닌 각 세대 네트워크의 트래픽 로드를 조건으로 상대적으로 비교하고 각 네트워크의 수신 전력 비교를 통해 커버리지 조건을 판단하여 각 조건에 맞도록 제어하고자 한다.

이를 위해, 본 발명은 5G 이동통신 시스템(200)이 지원하는 빔포밍 기술을 이용하고자 한다.

5G 이동통신 시스템(200)의 대표적인 기술인 빔포밍(beamformaing) 기술은 피드(parallel feed) 구조의 복수 개의 안테나를 통해 출력되는 복수 개의 빔을 안테나별 입력 위상을 위상 조절기를 이용하여 조절하여 빔 방향을 조절하는 기술을 의미한다. 또는 하이브리드 커플러 및 위상 지연을 이용하여 입력 포트에 따라 출력 빔 방향을 조절하거나 위상 지연만을 이용하여 출력 빔 방향을 조절할 수도 있다.

이는 빔 폭(width)에 따라 달라지는 전파 특성을 조절하기 위한 것으로, 일반적으로 얇은 빔(sharp beam)과 넓은 빔(broad beam) 폭의 따라 서로 다른 채널 전달(channel propagation)이 가능하게 된다. 예컨대 도면에 도시된 바와 같이 5G 이동통신 시스템(200)의 빔은 전 방향에 대해 고르게 방사되는 등방성(isotrophic) 패턴을 보이게 된다. 넓은 빔 폭의 형태로 방사되게 된다. 이러한 넓음 빔은 넓은 채널을 통해 신호를 전파함으로써 송신 안테나 및 수신 안테나 간 서로 독립적인 신호 경로들의 발생확률을 크게 할 수 있다. 반면 얇은 빔의 경우 안테나에서 방사된 신호가 공간적으로 좁은 채널을 나타내게 된다. 이 경우 방사되는 신호의 에너지를 공간적으로 집중시키는 효과가 크기 때문에 안테나 이득이 상대적으로 크게 될 수 있다.

기존에는 이러한 빔의 폭을 설정한 이후에, 지능적으로 제어하기가 어려웠다. 하지만 5G 이동통신 시스템(200)의 빔포밍 기술을 ?v해 출력되는 빔 각각을 개별적으로 조절하여 빔의 방향, 세기 등을 조절할 수 있어 보다 효율적인 제어가 가능하게 된다.

이러한 본 발명의 빔포밍 기술을 지원하는 네트워크에서의 빔포밍 제어 방법은 해당 기지국(400)을 중심으로 이뤄지게 되며, 기지국(400)은 특정 지역에 트래픽이 집중되는 경우, 해당 지역으로 얇은 빔(sharp)을 송출하여 단말(500)의 서비스 환경을 보다 더 높이고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 제어 방법에 대해서는 후술하여 보다 더 구체적으로 설명하도록 하며, 아울러, 본 발명의 4G 이동통신 시스템(100)과 5G 이동통신 시스템(200)의 혼재된 이종의 환경에서, 4G 이동통신 시스템(100)의 일 기지국인 A 기지국과 5G 이동통신 시스템(200)의 일 기지국인 B 기지국과 같이 서로 다른 사이트에 각각 구축되어 A 기지국의 커버리지(10)과 B 기지국의 커버리지(20)는 서로 겹치지 않게 된다. 한편, 4G 이동통신 시스템(100)의 일 기지국인 C 기지국이 구축된 사이트와 동일 또는 유사한 사이트에 5G 이동통신 시스템(200)의 일 기지국인 D 기지국이 구축되어 각각의 커버리지(11, 21)가 서로 동일 또는 유사하게 작동할 수 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위해 4G 이동통신 시스템(100)의 A 기지국과 5G 이동통신 시스템(200)의 B 기지국과 같이 서로 다른 사이트에 각각 구축되어 커버리지가 겹치지 않는 네트워크 구축 환경을 독립(separated) 네트워크로 지칭하도록 하며, 4G 이동통신 시스템(100)의 C 기지국과 5G 이동통신 시스템(200)의 D 기지국과 같이 서로 동일 또는 유사한 사이트에 구축되어 커버리지가 겹치는 네트워크 구축 환경을 협력(co-located) 네트워크로 지칭하도록 한다.

또한, 네트워크 환경에서 접속을 요청하는 단말(500, User Equipment)은 4G 모듈 및 5G 모듈을 모두 지원하는 단말일 수 있다. 이 경우, 단말(500)은 협력 네트워크 구축 환경에 위치하게 될 경우, 5G 이동통신 시스템(200)에 먼저 접속할 수 있으며, 독립 네트워크 구축 환경에서는 무선 환경의 변화에 따라 인접 세대 네트워크로의 핸드오버가 이뤄질 수 있다.

또한, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 빔포밍 기술을 지원하지 않는 제1 네트워크는 4G 이동통신 시스템을 예로 들어 설명하며, 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크는 5G 이동통신 시스템을 예로 들어 설명하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아님에 유의해야 한다.

이하, 본 발명의 기술적 환경에서의 빔포밍 제어 방법에 대해 보다 더 구체적으로 설명하도록 한다.

먼저, 본 발명의 협력 네트워크 구축 환경에서의 빔포밍 제어 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 제어 방법을 설명하기 위한 예시도이다.

먼저, 도 2a를 참조하면, 전술한 바와 같이 협력 네트워크 구축 환경은 4G 이동통신 시스템(100)의 기지국(300)과 5G 이동통신 시스템(200)의 기지국(400)이 서로 동일 또는 유사한 사이트에 구축되어, 서비스 커버리지가 겹친 환경을 의미한다. 이러한 환경에 위치하는 단말(500)은 4G 모듈 및 5G 모듈을 모두 포함할 수 있으며, 5G 이동통신 시스템(200)에 먼저 접속되어 서비스를 이용할 수 있다.

이때, 단말(500)은 기지국(400)으로부터 송출되는 전송 스트림 레이어(layer), 즉 송신 빔을 수신하고, 복수 개의 송신 빔이 수신되면, 채널 상태가 가장 좋은 송신 빔을 선택하여 접속하는 과정을 수행할 수 있다. 예컨대, 5G 이동통신 시스템(500)의 기지국(400)으로부터 1번부터 5번까지의 5개의 송신 빔이 수신되면, 이 중 최적의 송신 빔을 선택하여 해당 빔을 통해 기지국(400)와 연결되는 과정을 수행할 수 있다. 이때, 단말(500)은 주 동기 신호(PSS; Primary Synchronization Signal)과 보조 동기 신호(SSS; Secondary Synchronization Signal)를 이용하여 송신 빔을 선택하고 접속하는 과정을 수행할 수 있다.

그러나 특정 지역, 예컨대 520이 지시하는 바와 같이 특정 구역에 트래픽이 집중적으로 몰리게 될 경우, 일부 단말(500)이 수신할 수 있는 송신 빔의 신호 세기가 줄어들 수 있으며, 이로 인해 5G 이동통신 시스템(200)의 서비스 커버리지 반경 내에 위치하고 있으나, 4G 이동통신 시스템(100)의 기지국(100)으로부터 송출되는 신호보다 송신 빔의 신호 세기가 작을 경우, 4G 이동통신 시스템(100)에 접속하게 될 것이다.

본 발명의 5G 이동통신 시스템(200)의 기지국(400)은 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 지속적으로 단말(100)로부터 신호 수신 레벨 정보를 수집하여 특정 지역에 트래픽이 집중되는 것으로 판단되면, 도 2b에 도시된 바와 같이 해당 지역으로 송출되는 송신 빔을 보다 더 얇은(sharp) 빔의 형태가 되도록 제어하여 신호의 세기와 정확도를 상대적으로 더 높여, 서비스를 제공하고자 한다.

반면, 본 발명의 독립 네트워크 구축 환경에서의 빔포밍 제어 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 빔포밍 제어 방법을 설명하기 위한 예시도이다.

먼저, 도 3a를 참조하면, 전술한 바와 같이 독립 네트워크 구축 환경은 4G 이동통신 시스템(100)의 기지국(300)과 5G 이동통신 시스템(200)의 기지국(400)이 서로 다른 사이트에 각각 구축되어 서비스 커버리지가 겹치지 않는 환경을 의미한다. 이러한 환경에 위치하는 4G 모듈 및 5G 모듈을 포함하는 단말(500)은 자신이 위치하고 있는 셀의 이동통신 시스템에 접속하여 서비스를 이용하게 된다. 즉, 4G 이동통신 시스템(100)의 셀 반경에 위치하고 있는 단말들은 4G 통신 모듈을 통해 4G 이동통신 시스템에 접속할 수 있다.

이때, 4G 이동통신 시스템(100)의 셀 중 특정 섹터에 520이 지시하는 바와 같이 복수 개의 단말들이 집중적으로 위치하고 있어 트래픽이 집중되는 경우, 4G 이동통신 시스템(100)의 기지국(300)은 단말(500)로부터 수집된 신호 수신 레벨 정보를 수집하여 이를 이웃 셀인 5G 이동통신 시스템(200)의 기지국(400)으로 전달할 수 있다. 이후, 5G 이동통신 시스템(200)의 기지국(400)은 수신된 신호 수신 레벨 정보를 이용하여 4G 이동통신 시스템(100)의 특정 지역에 트래픽이 집중되고 있음을 확인할 수 있으며, 신호 수신 레벨 정보에 따라 복수 개의 빔 레이어 중 특정 빔의 진폭을 조절하여 도 3b에 도시된 바와 같이 5G 이동통신 시스템(200)에 접속될 수 있도록 빔 커버리지를 확장시키고, 해당 지역(520)의 단말(500)들은 4G 이동통신 시스템(100)이 아닌 5G 이동통신 시스템(200)으로 핸드오버하여 접속할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명은 트래픽 로드를 확인하여 특정 지역에 트래픽이 집중되는 것으로 확인되면, 빔포밍 기술을 지원하는 기지국(400)이 안테나 어레이의 위상(phase) 또는 진폭(amplitude)를 조절하여 각 레이어 안테나의 방향과 전계 강도를 조절하게 되며, 해당 레이어 영역 내의 단말(500)에게 최적의 서비스를 제공하도록 무선 환경을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 제어 방법을 수행하는 기지국(400)의 주요 구성 및 동작에 대해 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 제어 방법을 수행하는 기지국의 주요 구성을 논리적 관점에서 도시한 블록도이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 주요 구성을 하드웨어 관점에서 도시한 블록도이다.

먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기지국(400)은 디지털 신호처리부(410) 및 안테나부(420)를 포함하여 구성될 수 있다.

디지털 신호처리부(410)는 기지국(400)의 전반적인 동작을 제어하는 것으로, 특히 안테나부(420)를 통해 신호를 송신하거나 수신하도록 처리하는 역할을 수행할 수 있다. 특히, 본 발명의 디지털 신호처리부(410)는 신호 송신 또는 수신을 위해 사용할 빔을 생성하거나, 빔의 특성, 즉 빔의 진폭, 전력, 편파, 위상 등을 제어할 수 있다. 아울러, 본 발명의 디지털 신호처리부(410)는 각각의 빔 간의 서로 다른 편파 특성을 가지도록 제어함으로써 복수 개의 안테나 어레이들 간에 독립적인 채널 형성을 지원할 수 있다.

또한, 본 발명의 디지털 신호처리부(410)는 현재 기지국(400)이 설치된 주변의 네트워크 구축 환경을 판단할 수 있다. 이를 위해 본 발명의 디지털 신호처리부(410)는 네트워크 구축 환경을 판단하기 위한 조건 정보를 사전에 설정하고 이를 관리하는 역할을 수행할 수 있다.

그리고, 본 발명의 디지털 신호 처리부(410)는 특정 지역의 트래픽이 집중된 것으로 확인되면 사전에 설정된 조건을 이용하여 네트워크 구축 환경을 판단하고, 판단된 네트워크 구축 환경에 따라 안테나의 위상을 조절하거나 진폭을 조절하여 제어할 수 있게 된다.

이러한 디지털 신호처리부(410)는 도 5에 도시된 바와 같이, 변복조 모듈(411) 및 MIMO 처리 모듈(412)을 포함하여 구성될 수 있다.

안테나부(420)는 복수 개의 안테나의 집합인 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 이때 1개의 안테나 어레이가 하나의 빔을 형성할 수 있으며 2개의 안테나 어레이들이 하나의 빔을 형성할 수도 있다. 특히, 본 발명의 안테나부(420)는 디지털 신호처리부(410)의 제어에 따라 위상 조절기의 위상을 조절하거나 진폭을 조절하여 얇은 빔(sharp beam) 또는 넓은 빔(broad beam)이 생성되어 송출되는 과정을 제어할 수 있다.

특히, 본 발명의 빔포밍 기술을 지원하는 기지국(400)의 안테나부(420)는 대규모(massive) MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술을 채용하고 있다. MIMO 기술은 대규모 단위의 송신 안테나와 수신 안테나를 사용하여 데이터의 송수신 효율을 향상시킬 수 있는 기술로, 다중 안테나 기술에서는, 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않는다. 그 대신 다중 안테나 기술에서는 여러 안테나에서 수신된 데이터 조각(fragment)을 한데 모아 병합함으로써 데이터를 완성한다. 다중 안테나 기술을 사용하면, 특정된 크기의 셀 영역 내에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나, 또는 특정 데이터 전송 속도를 보장하면서 시스템 커버리지(coverage)를 증가시킬 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명의 기지국(400)의 동작에 대해 간략히 설명하면, 먼저, 단말(500)로 송신하고자 하는 신호가 디지털 신호처리부(410)를 거쳐 전달되면, DAC(Digital to Analog Converter)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고, DAC를 통해 변환된 신호는 상향변환(Up-conversion)을 거쳐 전송매체의 통과 대역(pass pand)의 주파수대로 변환될 수 있다. 그리고, 전력 증폭기(PA; Power Amplifier)를 거쳐 최종단에서 충분한 전력을 가진 신호로 송출할 수 있도록 전력이 증폭되며, 이후, TDD(Time Division Dupliex)/FDD(Frequency Division Duplex)를 거쳐 안테나를 통해 수신단인 단말(500)로 전달될 수 있다.

이때, 본 발명의 디지털 신호처리부(410)는 미리 설정된 섹터 영역으로 지정된 안테나를 통해 빔이 각각 송출될 수 있도록 제어할 수 있으며, 예컨대 최초 전송되는 빔은 복수의 안테나 중 미리 설정되어 있는 안테나를 통해 송출될 수 있으며, 이후, 안테나 수를 늘려가며 빔을 방사할 수도 있다.

반면, 안테나를 통해 전달되는 수신 신호는 TDD/FDD를 거쳐 전달되고 LNA(Low Noise Amplifier)로 전달된다. LNA는 공기 중의 잡음이 묻어온 수신신호를 증폭할 때 잡음은 최대한 억제하면서 신호를 증폭시키는 역할을 수행한다. 그리고 하향 변환(down-conversion)을 거쳐 기저대역(baseband)의 신호 주파수대역으로 변환하게 되고, ADC(Analog to Digital Converter)로 전달하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 디지털 신호 처리부(410)가 이를 처리할 수 있도록 한다.

각각의 안테나(Antenna)들은 최종적으로 도선상의 전기적 신호 변화를 공기중의 전자기파로 복사하여 방사시키는 역할을 하는 것으로, 이러한 각각의 안테나 요소들은 일정한 거리만큼 이격 되어 일렬로 배치된다. 이때 각 안테나 요소들은 수신 신호의 파장 크기를 고려하여 배치될 수 있으며, 위상 조절기(P1, P2, ...)가 각 안테나 요소들의 위상과 진폭을 제어하여 얇은 빔 또는 넓음 빔을 생성할 수 있다. 이때, 넓은(broad) 빔은 더 넓은 영역을 커버하지만 신호의 세기나 정확도는 상대적으로 더 약하다. 반면 얇은(sharp) 빔은 더 좁은 영역을 커버하지만 신호의 세기나 정확도는 상대적으로 더 강하게 된다.

본 발명의 디지털 신호처리부(410)는 이러한 넓은 빔과 얇은 빔을 트래픽 로드를 고려하여 안테나부(420)가 송출하도록 제어하게 되는데, 특히, 본 발명의 디지털 신호처리부(410)에서는 트래픽 로드에 따라 네트워크 구축 환경을 판단하고, 네트워크 구축 환경이 협력(co-located) 네트워크로 판단되면, 해당 영역 내로 빔 수를 증가시켜 서비스 영역 내 용량을 증대시키게 되면, 독립(separated) 네트워크로 판단되면, 진폭 제어를 통해 송신 방사 전력(EIRP; Effective Isotropic Radiated Power)의 크기를 증가시켜 실질적으로 5G 이동통신 시스템의 커버리지를 확장시킬 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 기지국(400)의 안테나부(420)는 위상 조절기(421)를 통해 아날로그 빔포밍(analog beamforming) 과정을 수행하게 되며, 아날로그 빔포밍 기법은 각 안테나 요소 별로 위상 및 크기 값을 변화시켜 빔을 형성하는 과정을 의미한다. 이때, 본 발명의 위상 조절기(421)는 복수 개 존재하며, 서로 간의 영향이 없는 독립적인 위상 조절기를 사용한다. 이러한 독립적인 위상 조절기는 하나의 아날로그 신호에 위상 변화를 가해 다수의 안테나를 통해 전송 또는 수신할 수 있으며, 동시에 공간적으로 구분 가능한 N개의 독립적인 빔(beam)을 형성할 수 있다. 즉, 독립적으로 형성된 N개의 빔이 최소의 단말에게 할당하여 고품질의 통신 서비스를 제공할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명의 위상 조절기(421)는 디지털 신호 처리부(410)의 제어에 따라 동작을 수행하며, 디지털 신호 처리부(410)를 통해 위상을 조절해야 하는 것으로 판단되면, 위상 조절기(421)는 다수의 안테나 요소들이 방사하는 빔들을 중첩시켜 특정 방향으로 에너지가 송출될 수 있도록 얇은(sharp) 빔이 형성되도록 제어하게 된다. 반면, 진폭(amplitude)를 제어하여 커버리지를 확장시킬 수도 있다.

이에 대해 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하도록 한다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 안테나부 위상 조절기가 빔을 조절하는 과정을 설명하기 위한 예시도로, 먼저, 도 6a에서 디지털 신호 처리부(410)는 수집된 신호 수신 레벨 정보를 이용하여 현재 네트워크 구축 환경이 협력 네트워크 구축 환경인 것으로 판단할 수 있다. 그리고 신호 수신 레벨 정보를 이용하여 네트워크 내의 트래픽 로드를 확인할 수 있다.

디지털 신호 처리부(410)는 특정 영역 내에 트래픽 로드가 존재하는 것으로 판단되면, 서비스 영역 내의 용량을 증대시키기 위하여 안테나부(420)를 제어하여 모든 안테나의 위상을 증가시켜 얇은 빔(sharp beam)이 생성되도록 제어를 하게 된다.

이에 따라 도 6b에 도시된 바와 같이, 모든 단말(500)은 얇은 빔 영역 내에 위치할 수 있으며, 4G 이동통신 시스템(100)에 접속되었던 단말(500)은 5G 이동통신 시스템(200)으로 데이터 오프로딩을 수행할 수 있게 된다.

반면, 도 7a에 도시된 바와 같이, 기지국(400)의 디지털 신호 처리부(410)는 수집된 신호 수신 레벨 정보를 이용하여 현재 네트워크 구축 환경이 독립 네트워크 구축 환경인 것으로 판단할 수 있다. 독립 네트워크 환경일 경우 기지국(400)의 디지털 신호 처리부(410)은 이웃 셀의 기지국으로부터 수신 신호 레벨 정보를 전달받아 이웃 셀의 트래픽 로드를 확인할 수 있다.

그리고, 디지털 신호 처리부(410)는 이웃 셀의 특정 영역 내에 트래픽 로드가 존재하는 것으로 판단되면, 해당 영역으로 커버리지를 확장시키기 위하여, 안테나부(420)를 제어하여 모든 안테나의 진폭(amplitude)을 늘려 얇은 빔(sharp beam)이 생성되도록 제어를 하게 된다.

이에 따라 도 7b에 도시된 바와 같이, 4G 이동통신 시스템(100)으 커버리지 내에 있는 단말(500)이지만, 보다 고품질의 통신 커버리지인 5G 이동통신 시스템(200)의 빔 커버리지 내에 위치하게 되며, 4G 이동통신 시스템(100)에서 5G 이동통신 시스템(200)으로 핸드오버하여 보다 고품질의 통신 서비스를 이용할 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시 예에서는 본 발명의 기지국(400)이 아날로그 빔포밍 방식으로 위상과 진폭을 제어하는 것을 중심으로 설명하였다. 그러나, 구현 방식에 따라 본 발명의 기지국(400)은 디지털 빔포밍 기법을 적용할 수도 있다. 디지털 빔포밍 기법은 베이스밴드(baseband) 단에서 신호 처리 기법을 적용하여 각 안테나 포트별로 빔 형성을 위한 위상 및 크기를 변화시킬 수도 있다. 또한 구현 방식에 따라 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍을 동시에 수행하는 하이브리드 빔포밍을 적용할 수도 있다.

아울러, 본 발명의 기지국(400)은 단말(500)로부터 송출되는 정보를 이용하여 제어의 정도를 결정할 수 있다.

다시 말해, 기지국(400)이 다수의 아날로그 빔을 생성하여 전송하면 단말(500)은 채널 상태 정보를 측정하여 기지국(400)에 보고하게 된다. 여기서 단말이 측정해야 하는 채널 정보를 안테나 포트로 지정하고, 다수의 안테나 포트에 대해서 RSRP 측정을 수행한다. 단말이 측정한 다수의 RSRP 정보는 관련 보고 채널을 통해 보고되다. 이때, RSRP 정보는 안테나 포트 관련 정보와 함께 보고 될 수 있다. 이러한 단말(500)로부터 지속적으로 송출되는 채널 상태 정보를 통해 기지국(400)은 어느 정도의 위상을 조절할 지 진폭을 조절할 지를 결정할 수도 있다.

이상으로 본 발명의 네트워크 환경에서의 빔포밍 제어 방법에 대해 예시도를 참조하여 설명하였다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 환경에서의 빔포밍 제어 방법을 흐름도를 참조하여 다시 설명하도록 한다.

본 발명의 빔포밍 제어 방법은 이종의 네트워크가 혼재된 환경에서의 이뤄지게 되며, 특히 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크 내의 기지국에서 해당 동작이 이뤄지게 된다.

여기서 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크는 차세대 광역 네트워크인 5G 이동통신 시스템이 될 수 있으며, 빔포밍 기술을 지원하지 않는 제1 네트워크는 현재 널리 상용되고 있는 LTE를 포함하는 4G 이동통신 시스템이 될 수 있다.

도 8은 본 발명의 기지국에서의 빔포밍 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 기지국(400)은 먼저, 네트워크 구축 환경 판단을 위한 조건을 설정하게 된다(S101). 조건은 빔포밍 기술을 지원하지 않는 제1 네트워크와 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크 간의 이동성을 위한 임계값과 네트워크 구축 환경을 판단하기 위한 임계값을 각각 설정할 수 있다.

예컨대, 이동성을 위한 임계값은 하기와 같이 설정할 수 있다.

Case1	4G 90% 이상, 5G 50% 이하	4G에서 5G 조건 성립
Case2	4G 50% 이하, 5G 90% 이상	4G 조건 성립
Case3	4G 90% 이하, 5G 90% 이하	4G, 5G 유지

한편, 기지국(400)은 네트워크 구축 환경을 판단하기 위한 임계값을 설정하기 위하여, 먼저, 4G, 5G 각 사이트의 이웃 셀을 설정할 수 있다. 그리고 각 셀에 위치하고 있는 단말(500)이 측정한 신호 수신 레벨 정보에 따라 네트워크 구축 환경을 판단할 수 있는데, 이를 위해 예시적으로 다음과 같이 조건 정보를 설정할 수 있다.

Case1	4G -90dBm, 5G -90dBm	협력(4G에서 5G 리다이렉션)
Case2	4G -90dBm, 5G -110dBm	독립(4G에서 5G 핸드오버)
Case3	4G -100dBm, 5G -90dBm	독립(5G 유지)

이러한 조건을 설정한 이후에, 기지국(400)은 각 셀에 위치하고 있는 단말(500)로부터 각 세대 네트워크의 신호 수신 레벨 정보를 수신하여 수집한다(S103). 이때, 본 발명의 기지국(400)은 이웃 셀의 기지국으로부터 해당 셀에 위치하고 있는 단말(500)의 신호 수신 레벨 정보를 전달받아 수집할 수 있으며, 자신의 셀에 위치하고 있는 단말(500)이 측정한 이웃 셀 신호 수신 레벨 정보를 수집할 수도 있다.

그리고, 본 발명의 기지국(400)은 수집된 신호 수신 레벨 정보를 상기 <표 2>의 조건과 비교하여 현재 네트워크 구축 환경이 독립 네트워크 환경인지 협력 네트워크 환경인 지 여부를 판단할 수 있다(S105).

이후, 본 발명의 기지국(400)은 판단된 네트워크 구축 환경에 따라 전술한 바와 같이 안테나의 위상 또는 진폭을 제어하게 된다(S107). 아울러, 본 발명의 기지국(400)은 안테나의 위상 또는 진폭을 제어 시 지속적으로 트래픽 로드를 확인하고 이에 따라 위상 또는 진폭의 제어 범위를 설정할 수 있다. 예컨대 본 발명의 기지국(400)은 모든 안테나 어레이의 위상 제어 시 어느 정도의 얇은 빔이 송출될 지 정도를 단말(500)로부터 수집된 신호 수신 레벨 정보 또는 다른 네트워크 정보를 기초로 확인한 후 결정할 수 있다. 또한, 본 발명의 기지국(400)은 특정 빔을 선택하여 진폭을 제어 시, 어떠한 빔을 선택할 지를 트래픽 로드에 따라 결정할 수 있으며, 지속적으로 확인된 트래픽 로드에 따라 진폭을 제어하고자 하는 빔의 개수를 늘리거나 줄일 수도 있다.

이상으로 본 발명의 실시 예에 따른 빔포밍 제어 방법에 대해 설명하였다.

상술한 바와 같은 본 발명의 빔포밍 제어 방법은 컴퓨터 프로그램 명령어와 데이터를 저장하기에 적합한 컴퓨터로 판독 가능한 매체의 형태로 제공될 수도 있다.

특히, 본 발명의 컴퓨터 프로그램은 빔포밍 기술을 지원하지 않는 제1 네트워크와 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크가 혼재된 환경에서의 빔포밍 제어 방법에 있어서, 상기 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크의 기지국이, 단말이 생성한 신호 수신 레벨 정보를 수집하여 네트워크 구축 환경을 판단하는 단계 및 상기 판단 결과 제1 네트워크 및 제2 네트워크가 협력 네트워크 환경인 것으로 판단되면, 서비스 영역 내의 용량이 증대되도록 모든 안테나 어레이의 위상을 조절하여 얇은 빔(sharp beam)을 송출하는 단계 등을 실행할 수 있다.

이러한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있으며, 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media) 및 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함한다.

또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 기술적 사상의 범주를 이탈함없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

본 발명은 빔포밍 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 빔포밍 기술을 지원하지 않는 제1 네트워크와 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크가 혼재된 환경에서, 제2 네트워크의 기지국이 네트워크 구축 환경을 판단하고, 이에 따라 안테나의 위상 또는 진폭을 제어하여 보다 고품질의 통신 서비스를 단말로 제공할 수 있는 빔포밍 제어 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명에 의하면, 단말의 트래픽 로드에 따라 보다 효율적으로 안테나의 위상 또는 진폭을 제어하는 빔포밍을 수행하고, 이에 따라 고품질의 통신 서비스 제공이 가능한 기지국으로 단말의 리다이렉션(redirection) 또는 핸드오버를 유도함으로써 로드를 효율적으로 제어함과 동시에 고품질의 통신 서비스를 단말로 제공할 수 있어 통신 서비스 산업의 발전에 이바지할 수 있다.

또한, 본 발명은 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있다.

100: 4G 이동통신 시스템 200: 5G 이동통신 시스템
400: 기지국 410: 디지털 신호처리부
411: 변복조모듈 412: MIMO 처리모듈
420: 안테나부 421: 위상 조절기
500: 단말

Claims (8)

1. 빔포밍 기술을 지원하지 않는 제1 네트워크와 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크가 혼재된 환경에서의 빔포밍 제어 방법에 있어서,
   상기 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크의 기지국이,
   단말이 생성한 신호 수신 레벨 정보를 수집하여 네트워크 구축 환경을 판단하는 단계; 및
   상기 판단 결과 제1 네트워크 및 제2 네트워크가 협력 네트워크 환경인 것으로 판단되면, 서비스 영역 내의 용량이 증대되도록 모든 안테나 어레이의 위상을 조절하여 얇은 빔(sharp beam)을 송출하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔포밍 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 판단하는 단계 이전에,
   네트워크 구축 환경 판단을 위한 조건을 설정하는 단계;
   를 더 포함하며,
   상기 판단하는 단계는
   상기 수집한 신호 수신 레벨 정보를 상기 조건과 비교하여 네트워크 구축 상태가 독립 네트워크 환경인지 협력 네트워크 환경인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 빔포밍 제어 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 판단 결과 제1 네트워크 및 제2 네트워크가 독립 네트워크 환경인 것으로 판단되면, 진폭을 제어할 안테나 어레이를 결정하는 단계; 및
   상기 결정된 안테나 어레이의 진폭을 제어하여 해당 빔의 송신 방사 전력의 크기를 증가시켜 서비스 영역이 확장되도록 제어하는 단계;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔포밍 제어 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 네트워크 구축 환경을 판단하는 단계는
   커버리지 내에 위치한 복수 개의 단말로부터 신호 수신 레벨 정보를 수집하거나, 이웃 셀인 제1 네트워크의 기지국으로부터 신호 수신 레벨 정보를 수집하여 네트워크 구축 환경을 판단하는 것을 특징으로 하는 빔포밍 제어 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 기재된 방법을 실행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
6. 빔포밍 기술을 지원하지 않는 제1 네트워크와 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크가 혼재된 환경에서, 상기 빔포밍 기술을 지원하는 제2 네트워크의 기지국이,
   독립적인 빔을 각각 생성하고 위상 또는 진폭을 변화시킬 수 있는 복수 개의 위상 조절기를 포함하는 안테나부; 및
   상기 안테나부를 제어하며, 상기 안테나부를 통해 수집된 단말의 신호 수신 레벨 정보에 따라, 네트워크 구축 환경을 판단하여, 판단 결과 제1 네트워크 및 제2 네트워크가 협력 네트워크 환경인 것으로 판단되면, 서비스 영역 내의 용량 증대를 위해 상기 안테나부의 위상 조절기가 모든 안테나 어레이의 위상을 제어하여 얇은 빔(sharp beam)을 송출하도록 제어하는 디지털 신호처리부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
7. 제6항에 있어서,
   상기 디지털 신호처리부는
   네트워크 구축 환경 판단을 위한 조건을 설정하며, 상기 수집한 신호 수신 레벨 정보를 상기 조건과 비교하여 네트워크 구축 상태가 독립 네트워크 환경인지 협력 네트워크 환경인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 기지국.
8. 제6항에 있어서,
   상기 디지털 신호처리부는
   상기 판단 결과 제1 네트워크 및 제2 네트워크가 독립 네트워크 환경인 것으로 판단되면, 진폭을 제어할 안테나 어레이를 결정하고, 상기 결정된 안테나 어레이의 진폭을 제어하여 해당 빔의 송신 방사 전력의 크기를 증가시켜 서비스 영역이 확장되도록 상기 안테나부의 위상 조절기를 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
   

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