KR102308982B1

KR102308982B1 - Uav 셀룰러 네트워크를 위한 스케일러블 시퀀스 생성, 검출 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR102308982B1
Application number: KR1020190105884A
Authority: KR
Inventors: 조용수; 문수혁
Original assignee: 중앙대학교 산학협력단
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2021-10-05
Anticipated expiration: 2039-08-28
Also published as: KR20210025898A

Abstract

UAV 셀룰러 네트워크를 위한 스케일러블 시퀀스 생성, 검출 방법 및 그 장치가 개시된다. 무인 비행기에서의 시퀀스 검출 방법은, (a) 기지국과의 채널 상태를 결정하는 단계; 및 (b) 상기 결정된 채널 상태에 따라 대역폭을 변경하여 상기 기지국으로부터의 신호를 수신하는 단계를 포함한다.

Description

UAV 셀룰러 네트워크를 위한 스케일러블 시퀀스 생성, 검출 방법 및 그 장치{Scalable sequence creation, detection method and apparatus in UAV cellular network}

본 발명은 UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 셀룰러 네트워크를 위한 스케일러블 시퀀스 검출 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

UAV는 적대적 지역에서 조종사들의 손실을 줄이기 위한 군사적 기술용도로 개발되어 왔다. 상업적인 분야에서는 원격 감지, 배달, 감시, 수색 및 구조, 항공 사진 촬영, 농업 및 통신 중계 와 같은 영역에서 UAV의 활용이 크게 증가하고 있다. UAV는 주로 자율 제어 및 독립형 제어의 두 가지 유형의 제어 방식을 사용한다. 전자의 경우는 사전에 정의 된 경로를 추적하기 위해 온보드 컴퓨터를 사용한다. 하지만 즉각적인 개입이 필요한 경우 실시간 제어가 불가능한 단점이 있다. 독립형 제어에서 무선으로 WiFi를 사용하여 실시간으로 UAV를 원격으로 제어하는 데 사용된다. 그러나 LOS (Line-Of-Sight) 통신 환경이 아닌 경우에는 WiFi 연결이 손실될 수 있다. 따라서, 셀룰러 네트워크는 광역, 고속 및 보안 무선 접속을 제공하는 이동 통신 사업자의 기반 인프라를 이용하여 유비쿼터스 커버리지를 제공하는 것으로 고려되고 있다.

UAV 셀룰러 통신의 경우 UAV가 셀 가장자리와 같은 조건에 있을 비율이 지상의 단말기(UE)에 비해 훨씬 높다. 이것은 UAV가 높은 LoS 전파 확률로 인해 전형적인 지상파 UE보다 많은 수의 셀로부터 다운 링크 간섭 신호를 수신하기 때문이다. 또한, 공중에서 LoS 전파로 간섭신호가 크게 발생하여, UAV는 인접 셀에 더 많은 업링크 간섭을 발생시키게 된다. UAV 셀룰러 네트워크에서의 간섭 문제를 해결하기 위해 3D 빔 형성 어레이를 사용하여 기지국(BS)과 UAV 사이의 LoS 방향을 추적하는 방법이 고려되고 있다. 이 접근 방법에서는 BS에서의 3D 빔 형성기는 UAV의 LoS 방향을 추적하고 안테나 boresight를 UAV쪽으로 조정한다.

또한 현재의 셀룰러 네트워크는 지상 사용자를 위해 최적화되었기 때문에 UAV는 BS 안테나 어레이의 sidelobe를 이용하여 통신할 가능성이 높다. BS 안테나는 셀 반경을 제한하고 셀 간 간섭을 완화하기 위해 지상을 향하게 되므로, UAV에 대한 무선 링크의 특성은 지상 셀 연결과 다르다. 실제로 UAV는 수신된 신호 강도가 sidelobe의 패턴에 따라 다르기 때문에 고도에 따라 다른 신호 강도를 수신하게 된다. 또한, UAV가 sidelobe와 sidelobe 사이의 nulling point에 위치하여 신호를 수신하지 못할 경우에는 지리적으로 가까운 BS가 아닌 먼 BS(셀 ID가 다른)을 통해 신호를 수신 받을 수 있다. 이 경우, 먼 거리로 인해 경로 손실이 증가한다. 따라서, UAV는 큰 경로 손실 변화를 경험하게 되며 고도에 따라 다른 BS와의 연결이 필요하다.

무인 비행기(UAV) 작동의 또 다른 난제는 배터리 용량이 제한되어 있다는 점이다. UAV 비행 시간은 온보드 배터리 용량에 따라 약 20분으로 제한된다. 따라서 매우 제한된 배터리 용량을 고려하여 비행 시간을 증가시키기 위한 전력을 적게 소모하는 통신 기법의 개발이 필요하다.

(01) 대한민국공개특허공보 제 10-2009-0111855호(2009.10.27.)

본 발명은 UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 셀룰러 네트워크를 위한 스케일러블 시퀀스 검출 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 UAV의 배터리 소모를 줄일 수 있는 UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 셀룰러 네트워크를 위한 스케일러블 시퀀스 검출 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 채널 조건(상태)에 따라 이용 가능한 대역폭을 선택적으로 조절하여 프리앰블을 검출할 수 있는 UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 셀룰러 네트워크를 위한 스케일러블 시퀀스 검출 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, UAV 셀룰러 네트워크를 위한 스케일러블 시퀀스 검출 방법 및 스케일러블 시퀀스 생성 방법이 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 무인 비행기에서의 시퀀스 검출 방법에 있어서, (a) 기지국과의 채널 상태를 결정하는 단계; 및 (b) 상기 결정된 채널 상태에 따라 대역폭을 변경하여 상기 기지국으로부터의 프리앰블 신호를 수신하는 단계를 포함하는 스케일러블 시퀀스 검출 방법이 제공될 수 있다.

상기 (b) 단계는, 상기 채널 상태가 기준 이하인 경우, 이용 가능한 최대 대역폭을 이용하여 상기 기지국으로부터의 프리앰블 신호를 수신하는 단계; 및 상기 채널 상태가 상기 기준 초과인 경우, 상기 최대 대역폭보다 작은 일부 대역폭을 이용하여 상기 기지국으로부터의 프리앰블 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 수신된 프리앰블 신호를 이용하여 프리앰블을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 프리앰블을 검출하는 단계는, 시간 도메인 레퍼런스 시퀀스를 생성하는 단계; 및 상시 수신된 신호와 상기 시간 도메인 레퍼런스 시퀀스를 상관시켜 셀 아이디와 동기화 파라미터를 포함하는 프리앰블을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 시간 도메인 레퍼런스 시퀀스는, 제L 길이 시퀀스에 (N-L) 제로 패딩된 주파수 도메인 레퍼런스 시퀀스를 N 포인트 역이산 푸리에 변환(IDFT)을 통해 생성되되, 상기 N은 상기 기지국에서 송신한 프리앰블의 전체 길이이다.

상기 시퀀스는, Maximum-length 시퀀스, zadoff-Chu 시퀀스 및 linear frequency modulated 시퀀스 중 적어도 하나일 수 있다.

상기 시퀀스가 Maximum-length 시퀀스인 경우, 상기 프리앰블을 검출하기 위해 L 부반송파에 해당하는 대역폭이 사용될 수 있다.

상기 시퀀스가 zadoff-Chu 시퀀스인 경우, 상기 시퀀스의 길이인 N이 16 이상이며, 2의 거듭제곱이 되도록 생성될 수 있다.

상기 시퀀스가 linear frequency modulated 시퀀스인 경우, 셀 아이디는 상승(up-chirp)과 하강(down-chirp)의 패턴 조합으로 생성되고 검출될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 스케일러블 시퀀스를 생성하는 방법에 있어서, 길이가 N인 스케일러블 시퀀스를 생성하는 단계; 상기 스케일러블 시퀀스를 N 포인트 역이산 푸리에 변환하여 시간 도메인 시퀀스를 생성하는 단계; 및 상기 시간 도메인 시퀀스를 프리앰블로서 전송하는 단계를 포함하는 스케일러블 시퀀스 생성 방법이 제공될 수 있다.

상기 스케일러블 시퀀스가 Maximum-length 시퀀스, zadoff-Chu 시퀀스인 경우, 시간 도메인 시퀀스를 생성하는 단계는, 상기 길이가 N인 Maximum-length 시퀀스 또는 zadoff-Chu 시퀀스를 생성하여 주파수 도메인에서 N개의 서브 캐리어에 할당된 후 역이산 푸리에 변환하여 시간 도메인 시퀀스를 생성할 수 있다.

상기 zadoff-Chu 시퀀스인 경우, 상기 N은 16 이상이며, 2의 거듭 제곱이 되도록 생성될 수 있다.

상기 스케일러블 시퀀스가 linear frequency modulated 시퀀스인 경우, 상승(up-chirp) 및 하강(down-chirp)의 패턴 조합을 통해 셀 아이디가 생성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, UAV 셀룰러 네트워크를 위한 스케일러블 시퀀스 검출을 위한 장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기지국과의 채널 상태를 결정하는 채널 상태 분석부; 상기 결정된 채널 상태에 따라 대역폭을 변경하여 상기 기지국으로부터의 프리앰블 신호를 수신하는 통신부; 및 상기 수신된 프리앰블 신호를 이용하여 프리앰블을 검출하는 프리앰블 검출부를 포함하는 무인 비행기가 제공될 수 있다.

상기 통신부는, 상기 채널 상태가 기준 이하인 경우, 이용 가능한 최대 대역폭을 이용하여 상기 기지국으로부터의 프리앰블 신호를 수신하며, 상기 채널 상태가 상기 기준 초과인 경우, 상기 최대 대역폭보다 작은 일부 대역폭을 이용하여 상기 기지국으로부터의 프리앰블 신호를 수신할 수 있다.

상기 프리앰블 검출부는, 시간 도메인 레퍼런스 시퀀스를 생성하고, 상기 수신된 신호와 상기 시간 도메인 레퍼런스 시퀀스를 상관시켜 셀 아이디와 동기화 파라미터를 포함하는 프리앰블을 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 셀룰러 네트워크를 위한 스케일러블 시퀀스 검출 방법 및 그 장치를 제공함으로써, UAV의 채널 조건(상태)에 따라 이용 가능한 대역폭을 선택적으로 조절하여 프리앰블을 검출할 수 있다.

이를 통해, 본 발명은 UAV의 배터리 소모를 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 UAV 셀룰러 네트워크 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스케일러블 시퀀스를 생성하여 전송하는 방법을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 UAV에서의 스케일러블 시퀀스 검출 방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리앰블 검출 방법을 나타낸 순서도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 M-시퀀스의 자기 상관 특성을 나타낸 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 M-시퀀스에서 셀 아이디가 동일한 경우와 다른 경우 상관 관계를 나타낸 도면.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 ZC-시퀀스의 자기 상관 특성을 나타낸 도면.
도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 ZC-시퀀스의 셀 아이디가 동일한 경우와 다른 경우 상관 관계를 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LFM-시퀀스를 나타낸 도면.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 L=NLFM 일 때의 LFM 신호의 상관 관계를 나타낸 도면.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른

일 때 LFM 신호의 상관 관계를 나타낸 도면.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도플러 시프트가 존재하는 경우, LFM 신호의 최대 상관값을 나타낸 도면.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 도플러 시프트가 존재할 때, 세 가지 스케일러블 시퀀스의 성능을 비교한 도면.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 길이 L에 대한 스케일러블 시퀀스의 검출 확률을 나타낸 그래프.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 도플러 시프트가 존재하는 경우 스케일러블 시퀀스의 검출 확률을 나타낸 그래프.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 스케일러블 시퀀스를 생성하여 전송하는 기지국의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행기의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 UAV 셀룰러 네트워크 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 UAV 셀룰러 네트워크 시스템은 복수의 기지국(110) 및 복수의 무인 비행기(120)(이하, UAV라 칭하기로 함)를 포함한다.

셀룰러 네트워크에서 기지국(110)은 통상적으로 채널간 간섭을 감소시키고 셀 커버리지 영역을 한정하기 위해 안테나 방향이 아래를 향하게 된다. 따라서, 무인 비행기(120)은 기지국(110)의 사이드로브(sidelobe)를 통해 신호를 송수신한다. 이로 인해, 무인 비행기(120)는 사이드로브 방향과의 일치 여부 및 고도에 따라 다양한 강도의 신호를 수신하게 된다.

즉, 무인 비행기(120)의 위치가 사이드로브 방향과 일치하는 경우 무인 비행기(120)는 비교적 강한 신호를 수신할 수 있다. 그러나, 만일 무인 비행기(120)의 위치가 사이드로브의 널(null) 위에 위치하는 경우 무인 비행기(120)는 신호를 수신할 수 없게 된다. 이 경우, 무인 비행기(120)는 인접한 다른 기지국으로 핸드오버하여 다른 기지국으로부터 신호를 수신할 수 있다. 이와 같이, 셀룰러 네트워크에서 기지국의 사이드로브를 이용하는 UAV 통신에서는 채널 특성이 크게 변하게 되며, 고도에 따라 다른 기지국으로 핸드오버 해야 한다.

본 발명의 일 실시예에서는 무인 비행기(120)의 채널 조건(상태)에 따라 이용 가능한 대역폭을 변경하여 프리앰블을 수신함으로써, 무인 비행기(120)의 배터리 전력을 최소화할 수 있는 스케일러블 시퀀스를 생성, 검출할 수 있다. 이에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에서 기지국(110)은 전력 제약이 없으므로, 사용 가능한 전체 대역폭을 사용하여 길이가 N인 프리앰블을 생성하여 전송할 수 있다.

무인 비행기(120)는 배터리 전력 소모를 최소화하며 통신해야 하므로 채널 상태(조건)에 따라 대역폭을 다르게 하여 프리앰블을 수신할 수 있다.

예를 들어, 무인 비행기(120)는 채널 상태가 좋은 경우(즉, 기지국으로부터 수신된 신호의 세기가 기준치 이상인 경우), 사용 가능한 대역폭 중 일부를 이용하여 프리앰블을 수신할 수 있다. 즉, 무인 비행기(120)는 전력 소비를 줄이기 위해 프리앰블 시퀀스의 일부(L)만을 무인 비행기(120)에서 레퍼런스 신호로 사용하여 동기 파라미터 및 셀 ID를 검출하는데 사용할 수 있다.

그러나 만일 무인 비행기(120)는 채널 상태가 좋지 않은 경우(즉, 기지국으로부터 수신된 신호의 세기가 기준치 미만인 경우), 사용 가능한 전체 대역폭을 사용하여 프리앰블을 수신할 수 있다. 이와 같이, 전체 대역폭을 사용함으로써 전체 길이가 N인 프리앰블 검출시 동기 파라미터 셀 ID의 검출 확률을 높일 수 있다.

일반적으로 무인 비행기(120)의 에너지 소비는 추진 에너지와 통신 관련 에너지로 구성될 수 있다. 추진 에너지는 무인 비행기(120)의 추진과 관련된 것이므로, 본 발명에서는 이에 대해서는 고려하지 않기로 한다. 다만, 통신 관련 에너지 소비의 경우 대역폭에 선형적으로 비례하므로, 통신 에너지를 줄이기 위해 더 작은 대역폭을 사용하는 것이 에너지 소비를 줄이는 관점에서는 이득이다. 따라서, 무인 비행기(120)가 더 작은 대역폭을 이용하여 신호를 수신하는 경우 통신 에너지 소비가 감소하게 된다.

본 발명의 일 일시예에서는 무인 비행기(120)가 채널 조건(상태)에 따라 대역폭을 다르게 이용하여 신호를 수신하여 프리앰블을 검출하도록 함으로써 무인 비행기(120)의 에너지 소비를 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스케일러블 시퀀스를 생성하여 전송하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 2에서는 기지국에서 스케일러블 시퀀스를 생성하여 전송하는 것에 대해 설명하기로 한다.

이미 전술한 바와 같이, 기지국(110)에서는 전력 제약이 없으므로, 사용 가능한 전체 대역폭을 사용하여 길이가 N인 프리앰블을 생성하여 전송한다. 이에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

단계 210에서 기지국(110)은 길이가 N인 스케일러블 시퀀스를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에서는 스케일러블 시퀀스로써, Maximum-length 시퀀스, zadoff-Chu 시퀀스 및 linear frequency modulated 시퀀스 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 각각의 시퀀스에 대해서는 하기에서 별도로 설명하기로 한다.

단계 215에서 기지국(110)은 생성된 스케일러블 시퀀스를 N 포인트 역이산 푸리에 변환(IDFT: inverse discrete Fourier transform, 이하 IDFT라 칭하기로 함)한다. IDFT 방법 자체는 당업자에게는 자명한 사항이므로 이에 대한 별도의 설명은 생략하기로 한다.

단계 220에서 기지국(110)은 IDFT된 스케일러블 시퀀스를 프리앰블로서 전송한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 UAV에서의 스케일러블 시퀀스 검출 방법을 나타낸 순서도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리앰블 검출 방법을 나타낸 순서도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 M-시퀀스의 자기 상관 특성을 나타낸 도면이고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 M-시퀀스에서 셀 아이디가 동일한 경우와 다른 경우 상관 관계를 나타낸 도면이며, 도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 ZC-시퀀스의 자기 상관 특성을 나타낸 도면이고, 도 11 및 도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 ZC-시퀀스의 셀 아이디가 동일한 경우와 다른 경우 상관 관계를 나타낸 도면이고, 도 13는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LFM-시퀀스를 나타낸 도면이며, 도 14은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 L=NLFM 일 때의 LFM 신호의 상관 관계를 나타낸 도면이고, 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른

일 때 LFM 신호의 상관 관계를 나타낸 도면이며, 도 16는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도플러 시프트가 존재하는 경우, LFM 신호의 최대 상관값을 나타낸 도면이고, 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 도플러 시프트가 존재할 때, 세 가지 스케일러블 시퀀스의 성능을 비교한 도면이며, 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 길이 L에 대한 스케일러블 시퀀스의 검출 확률을 나타낸 그래프이며, 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 도플러 시프트가 존재하는 경우 스케일러블 시퀀스의 검출 확률을 나타낸 그래프이다.

단계 310에서 무인 비행기(120)는 기지국(110)과의 채널 상태를 결정한다.

단계 315에서 무인 비행기(120)는 결정된 채널 상태가 기준치 이상인지 여부를 판단한다. 예를 들어, 무인 비행기(120)는 기지국(110)으로부터의 수신되는 신호의 세기를 이용하여 채널 상태를 결정할 수 있다. 즉, 수신된 신호의 세기가 기준치 미만인 경우 채널 상태가 좋지 않은 것으로 판단하며, 채널 상태가 기준치 이상인 경우 채널 상태가 좋은 것으로 판단할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 이해와 설명의 편의를 도모하기 위해 채널 상태가 좋고 나쁜 두 가지 상태로 분류하여 설명하고 있으나, 채널 상태는 보다 세부적으로 구분될 수 있으며, 각각의 채널 상태에 따른 대역폭의 변경 또한 세부적으로 구분될 수 있다.

만일 기준치 이상인 경우, 단계 320에서 무인 비행기(120)는 이용 가능한 전체 대역폭 중 일부를 이용하여 기지국(110)으로부터 신호(시간 도메인 시퀀스 신호(프리앰블))를 수신한다.

그러나, 만일 채널 상태가 기준치 미만인 경우, 단계 325에서 무인 비행기(120)는 이용 가능한 전체 대역폭을 이용하여 기지국(110)으로부터 신호(시간 도메인 시퀀스 신호)를 수신한다.

단계 330에서 무인 비행기(120)는 기지국(110)으로부터 수신된 신호를 이용하여 프리앰블을 검출한다.

프리앰블을 검출하는 방법에 대해 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

단계 410에서 무인 비행기(120)는 길이가 L인 스케일러블 시퀀스를 레퍼런스 시퀀스로 생성한다. 여기서, L은 기지국에서 전송한 스케일러블 시퀀스의 길이 N 이하일 수 있다. 즉, 무인 비행기(120)는 시간 도메인에서 길이가 N인 스케일러블 시퀀스의 일부(길이 L)인 시퀀스를 사용할 수 있다.

단계 415에서 무인 비행기(120)는 길이가 L인 스케일러블 시퀀스를 생성한 후 (N-L) 길이에 대해서는 제로 패딩하여 주파수 도메인 레퍼런스 시퀀스를 생성한다. 주파수 도메인 레퍼런스 시퀀스는 전체 N의 길이를 가지되, 앞단의 L 길이 이후의 시퀀스는 제로 패딩된 시퀀스이다.

단계 420에서 무인 비행기(120)는 주파수 도메인 레퍼런스 시퀀스에 대해 N 포인트 역이산 푸리에 변환함으로써 시간 도메인 레퍼런스 시퀀스로 변환한다.

이후, 단계 425에서 무인 비행기(120)는 시간 도메인 레퍼런스 시퀀스와 수신된 신호(시간 도메인 시퀀스)를 상관함으로써 프리앰블(셀 아이디와 타이밍)을 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 시퀀스로서, Maximum-length 시퀀스, zadoff-Chu 시퀀스 및 linear frequency modulated 시퀀스 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.

이하에서는 각각의 시퀀스에 대해 설명하기로 한다.

Maximum-length 시퀀스 (이하, M- 시퀀스라 칭하기로 함)

본 발명의 일 실시예에서 기지국(110)은 NR 동기신호인 NR-PSS와 동일하게 M-시퀀스를 생성한다. 여기서, M-시퀀스는 길이가 N이며, 주파수 도메인에서 N개의 서브 캐리어에 할당될 수 있다. 기지국(110)은 M-시퀀스를 IDFT한 후 길이가 N인 시간 도메인 시퀀스를 프리앰블로서 송신한다.

기지국(110)은 이미 전술한 바와 같이, 전력 제한이 없으므로, 이용 가능한 전체 대역폭을 이용하여 길이가 N인 시간 도메인 M-시퀀스를 프리앰블로서 전송할 수 있다.

무인 비행기(120)는 채널 상태에 따라 대역폭을 다르게 하여 프리앰블을 수신한다. 채널 상태에 따라 대역폭을 변경하여 프리앰블을 수신하더라도 정확한 타이밍 파라미터 및 셀 아이디를 검출하기 위해 무인 비행기(120)는 L(L<=N) 부반송파에 해당하는 대역폭이 사용된다.

무인 비행기(120)는 주파수 도메인에서 길이가 L인 M-시퀀스(길이 N을 가지는 M-시퀀스의 앞의 L길이를 사용)를 매핑하고, (N-L) 만큼 제로 패딩하여 주파수 도메인 레퍼런스 시퀀스를 생성한다.

시간 영역 레퍼런스 시퀀스는 주파수 영역 레퍼런스 시퀀스를 N 포인트 IDFT하여 획득될 수 있다. 따라서, 타이밍 파라미터 및 셀 아이디는 길이 N인 수신된 시간 도메인 시퀀스 신호를 동일한 길이를 가지는 시간 도메인 레퍼런스 시퀀스를 상관하여 검출될 수 있다.

M-시퀀스가 스케일러블 시퀀스 특성을 갖는지에 대해 설명하기로 한다. 우선 주파수 영역에서 N개의 부반송파에 할당된 벡터는

로 표현될 수 있다. 여기서, c는 셀 아이디를 나타낸다. 길이 N인 시간 도메인 시퀀스는

을 IDFT하여 획득될 수 있다. 이를 수학식으로 나타내면 수학식 1과 같다.

여기서,

이며,

이고,

이다.

주파수 도메인 레퍼런스 시퀀스 벡터(

)는 길이가 L인 M-시퀀스와 주파수 도메인에서 (N-L)의 제로패딩을 통해 생성될 수 있다. 주파수 도메인 레퍼런스 시퀀스 벡터를 IDFT하면 시간 도메인 레퍼런스 시퀀스 벡터(

)가 획득될 수 있다. 따라서, 수신단(즉, UAV)에서 L개의 서브 캐리어에 대응하는 대역폭에 상관 없이 시간 도메인 레퍼런스 시퀀스의 길이는 N이 된다.

기지국으로부터 수신된 프리앰블(

)과 수신단(UAV)에서 생성된 레퍼런스 신호(

) 사이의 선형 상관(

)은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

이고,

이며,

이다.

수학식 2는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 3을 사용하여

(

)을 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

마찬가지로,

일 때,

과

을 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

수학식 5로부터 상관 함수의 최대값은 m=0일 때,

임을 알 수 있다.

따라서, Maximum-length 시퀀스를 이용하여 프리앰블을 검출하는 경우, L의 값에 관계 없이 피크가 항상 정확한 타이밍(m=0)에서 나타나는 것을 알 수 있다.

도 5 및 도 6은 L=N일 때와 L=N/4일 때의 상관 특성을 나타낸 도면이다. 송신단(즉, 기지국)에서 생성된 M-시퀀스의 셀 ID는 수신단에서의 레퍼런스 신호가 가지고 있는 셀 ID와 같은 것으로 가정하기로 한다. 즉, 레퍼런스 신호는 같은 시퀀스로 생성될 수 있다.

도 5는 L=N=1023의 길이를 가지는 경우를 자기 상관 특성을 나타낸 도면이고, 도 6은 L ? N/4(L=256 이고 N-L=767)일 때 자기 상관 특성을 나타낸 도면이다. 수신기(UAV)의 대역폭은 도 5 및 도 6에서 각각 왼쪽 빗금으로 표시하였다. 수학식 4에 의해 획득된 상관 관계는 실험 결과와 일치하는 것을 알 수 있으며, 피크가 정확한 타이밍에서 발생하고 대역폭 크기에 따라 피크가 감소하는 것을 확인할 수 있다.

도 7 및 도 8은 셀 아이디가 동일한 경우와 다른 경우 프리앰블과 레퍼런스 신호 사이의 상관 관계를 나타낸 그래프이다. 신호는 주파수 도메인에서 서로 다른 순환이동(cyclic-shift)를 통해 다른 셀 ID를 가지며 생성된다. 도 7 및 도 8에서는 L =N/2(N=1023이고, L=512)인 경우를 고려하였다.

도 7 및 도 8에서 알 수 있듯이 프리앰블은 동일한 셀 아이디를 사용했을 때문 검출되는 것을 알 수 있다. 결과적으로 도 5 내지 도 8에서 보여지는 바와 같이, M-시퀀스의 경우 시퀀스의 길이(L)에 제약이 없는 것을 알 수 있다.

zadoff - Chu 시퀀스 (이하, ZC - 시퀀스라 칭하기로 함)

ZC 시퀀스는 좋은 상관 특성과 낮은 PAPR(peak-to-average power ratio) 특성으로 인해 OFDM 시스템의 프리앰블 설계에서 광범위하게 사용되고 있다. ZC 시퀀스는 DFT/IDFT 적용한 이후 다른 루트 인덱스를 갖는 또 다른 ZC 시퀀스가 되기 때문에 OFDM 시스템에 적합하다.

OFDM 기반의 셀룰러 네트워크 시스템에서 ZC-시퀀스를 스케일러블 시퀀스로 생성하는 방법에 대해 설명하기로 한다.

ZC-시퀀스는 M-시퀀스를 생성하는 방법과 유사하게 생성된다. 길이 N인 ZC 시퀀스가 기지국에서 생성된 후 주파수 도메인의 N개의 서브 캐리어에 할당된다. ZC-시퀀스에서 기지국의 셀 아이디는 ZC-시퀀스의 루트 인덱스에 매핑된다. 주파수 도메인 ZC-시퀀스를 N포인트 IDFT 수행하여 시간 도메인 ZC-시퀀스가 생성될 수 있다. 기지국은 해당 시간 도메인 ZC-시퀀스를 프리앰블로서 전송할 수 있다.

수신단(즉, UAV)은 M-시퀀스와 동일하게 길이가 L인 ZC-시퀀스를 생성한 후 (N-L)만큼 제로 패딩하여 주파수 도메인 레퍼런스 ZC-시퀀스를 생성한다. 이후, 무인 비행기(120)는 주파수 도메인 레퍼런스 ZC-시퀀스를 N 포인트 IDFT를 수행하여 시간 도메인 레퍼런스 ZC-시퀀스를 생성할 수 있다.

ZC-시퀀스는 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.

ZC-시퀀스는 N>=4이고, 2의 거듭제곱인 경우 수학식 7과 같은 특성을 가진다.

여기서,

이다. 수학식 7을 이용하여 ZC-시퀀스를 IDFT하면, 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

이다. 수학식 8에서 4개의 항이 더해져 있는

는 k가 4의 배수일 때, 0(zero)이 아닌 값을 가지며, 그 외의 경우 값이 0(zero)인 것을 알 수 있다. 따라서, 수학식 8은 수학식 9와 같이 다시 나타낼 수 있다.

여기서,

이다. 수학식 9는 길이가 N인 ZC-시퀀스를 N 포인트 IDFT 수행했을 때 획득되는 시간 도메인에서의 프리앰블 신호를 나타낸다. 수학식 9에서

는 c의 모듈로 역수를 나타낸다. L=N/4일 때 주파수 도메인 레퍼런스 신호는 ZC-시퀀스를 L개의 서브 캐리어에 할당하고, 주파수 도메인에서 할당된 길이가 N이 될때까지 제로 패딩하여 획득된다. L=N/4일 때의 시간 도메인 레퍼런스 시퀀스는 수학식 10과 같이 주파수 도메인 레퍼런스 신호를 IDFT 수행하여 획득될 수 있다.

여기서,

이다.

수학식 10은 수학식 11과 같이 다시 나타낼 수 있다.

여기서,

이며,

이다.

수학식 11에서

는 1/4를 제외하고 수학식 10의

와 같다.

수학식 11의 나머지 항들이 수학식 10의

과 다르기 때문에, ZC-시퀀스의 의사 무작위 성질 때문에 두 신호간 상호 상관의 크기가 낮다. 수신단에서, 타이밍 및 셀 아이디는 길이 N의 수신된 프리앰블의 동일한 길이의 시간 도메인 레퍼런스 신호와 상관시킴으로써 검출될 수 있다.

수학식 9의

는 시간 도메인 동기화 신호이며, 수학식 10의

는 레퍼런스 신호이기 때문에,

과

사이의 상관은 타이밍과 셀 아이디가 일치할 때 N/4만큼의 피크를 가지고, 그렇지 않은 경우 낮은 크기를 가진다. 따라서, ZC-시퀀스는 길이가 N인 시퀀스가 N>=16이며, N이 2의 거듭제곱인 경우 생성 가능하다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 ZC-시퀀스의 자기 상관 특성을 나타낸 도면이다. 도 9는 L=N일 때의 ZC-시퀀스의 자기 상관 특성이며, 도 10은 L=N/2일 때의 ZC-시퀀스의 자기 상관 특성을 나타낸 것이다.

도 11은 셀 아이디가 같을 때 상관 특성을 나타낸 도면이며, 도 12는 셀 아이디가 다를 때의 상관 특성을 나타낸 도면이다. 도 11에서 보여지는 바와 같이, 수신된 프리앰블과 레퍼런스 신호 사이의 상관 관계는 셀 아이디가 일치함에 따라 정확한 타이밍에 피크가 나타나는 것을 알 수 있다. 반면, 도 12는 셀 아이디가 다르기 때문에 낮은 상관 관계를 나타내는 것을 알 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같이, ZC-시퀀스를 이용하는 경우, 길이 N의 조건을 만족하는 경우 정확한 타이밍과 셀 아이디를 검출할 수 있는 스케일러블 시퀀스인 것을 알 수 있다.

linear frequency modulated 시퀀스 (이하, LFM - 시퀀스라 칭하기로 함)

LFM 신호는 도플러 시프트에 대한 견고성 때문에 레이더와 음파 탐지와 같은 감시 시스템에 광범위하게 사용되고 있다. LFM 신호가 타겟 감지를 위한 프리앰블 검출에 사용되어 왔으나, 셀룰러 네트워크에서는 사용되지 않았다.

셀룰러 네트워크에서는 모바일 단말(mobile station)이 이웃한 기지국들을 구별 가능해야 하기 때문에 프리앰블에 셀 ID 정보를 담아야 한다.

그러나, LFM 신호를 통해 송신단의 아이디를 포함하는 것은 쉽지 않아 적용되지 않았으나, 본 발명의 일 실시예에서는 LFM-시퀀스를 셀룰러 네트워크에서 채널 상태에 따라 대역폭을 다르게 하여 프리앰블 검출이 가능하도록 하는 시퀀스로서 제안한다. 이에 대해 상세히 설명하기로 한다.

연속 시간 도메인에서 LFM 신호는 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

와

는 각각 심볼 주기와 스위핑 파라미터를 나타낸다. 수학식 12를 시간 도메인에서 이산화하면 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

이며,

이고,

는 각각 샘플링 주기, 부반송파 간격, LFM 신호에서의 샘플 수를 나타낸다. 또한,

는

와

의 곱을 나타낸다.

에 대해 상승(up-chirp)과 하강(down-chirp)의 두 타입만 생성 가능하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 LFM-시퀀스는

을 고정하고 상승(up-chirp)과 하강(down-chirp) 패턴을 통해 다른 셀 아이디를 생성할 수 있다.

도 13은 생성 가능한 16개의 셀 아이디 중 하나의 패턴인 상승(up-chirp), 상승(up-chirp), 하강(down-chirp), 상승(up-chirp)으로 이루어진 LFM-시퀀스를 나타낸다. 도 13에서는 LFM-시퀀스의 길이는

인 것을 가정하기로 한다.

수신단(UAV)에서는 동일한

를 가지는 상이한 패턴의 LFM-신호가 레퍼런스 신호로서 생성되고, 수신된 프리앰블 신호와 상관된다. 타이밍과 셀 아이디는 병렬 상관기에서 레퍼런스 신호를 통해 검출될 수 있다. 셀 아이디는 수신된 프리앰블 신호의 패턴과 레퍼런스 신호의 패턴이 일치할 때 검출된다. 그러나, UAV의 LFM-시퀀스는 채널 상태에 따라 신호를 받는 대역폭을 다르게 하여 프리앰블을 수신할 수 있다. 다라서, 주어진

의 값과 LFM 심볼 주기가 비례하기 때문에, 길이 L인 레퍼런스 LFM-시퀀스는 채널 상태에 따라 변한다. 예를 들어, UAV가 전체 대역폭으로 신호를 수신할 때, L의 길이는

과 같이 설정되며, UAV가 1/4만큼의 대역폭으로 신호를 수신할 때, L의 길이는

와 같이 설정될 수 있다.

LFM-시퀀스의 스케일러블 특성을 확인하기 위해, 전체 대역폭을 사용한 프리앰블과 일부 대역폭을 이용한 레퍼런스 신호 사이의 상관 관계를 분석하기로 한다.

는 송신단(기지국)에서 길이

인 프리앰블을 의미하고,

는 수신단(UAV)에서 길이 L인 레퍼런스 시퀀스(신호)를 의미한다.

일 때, 프리앰블과 레퍼런스 신호 사이의 상관 관계는 수학식 14와 같다.

일 때와

일 때 각각의 상관 결과는 수학식 15 및 수학식 16과 같다.

일 때,

인 최대값을 가진다. 도 14는

일 때, 수학식 15와 수학식 16의 결과를 비교한 도면이다. 실험 결과는 분석된 결과와 잘 일치하는 것을 알 수 있다.

의 조건에서 타이밍이 올바르게 검출되는 것을 확인할 수 있다.

LFM-시퀀스의 스케일러블 특성은 길이

의 프리앰블을 길이 L의 레퍼런스 신호로 상관함으로써 분석할 수 있다.

일 때, 프리앰블과 레퍼런스 신호 사이의 상관 관계는 수학식 17과 같다.

여기서, m의 범위가 다를 때 상관 결과는 수학식 18 내지 수학식 20과 같다.

도 15는

일 때, 수학식 18 내지 수학식 20의 수식적으로 유도된 결과와 실험 결과를 비교한 그래프이다. 레퍼런스 신호의 길이가

일 때, 정확한 타이밍을 검출할 수 있음을 알 수 있다.

UAV 셀룰러 네트워크에서는 UAV의 빠른 움직임으로 인해 도플러 시프트가 발생하므로 도플러 환경하에서 LFM 신호의 자기상관 특성에 대해 설명하기로 한다. 길이

인 LFM 신호의 도플러가 존재하는 환경에서 자기 상관은 수학식 21과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

은 정규화된 주파수 오프셋을 나타낸다. 수학식 19의

일 때와

일 때의 상관 결과는 수학식 22 및 수학식 23과 같이 나타낼 수 있다.

도 16은 수학식 22 및 수학식 23의 결과와 실험 결과를

를 변화시키며 비교한 결과이다. 여기서,

에 대해서는 최대 상관값만 도시되어 있다. 도 15에서 보여지는 바와 같이, 실험 결과와 수식적 결과가 일치하는 것을 알 수 있다. 즉, 프리앰블은 높은 도플러 시프트가 발생하는 상황에서도 모든

에 대해 최대 상관값이 0.9를 넘기 때문에 검출이 가능한 것을 알 수 있다.

도 16에서는 표기의 편의를 위해 길이가

인 하나의 LFM 신호에 대해서만 분석하였으나, 길이가 N이고 다른 패턴을 가지는 LFM-시퀀스에 대해서도 유사한 결과가 획득되었다.

도 17은

의 변화에 따른 상술한 세가지 스케일러블 시퀀스(Maximum-length 시퀀스, zadoff-Chu 시퀀스 및 linear frequency modulated 시퀀스)에 대한 최대 상관값을 크기를 나타낸 도면이다. 도 17에서 보여지는 바와 같이, LFM 신호의 최대 상관값은 모든

에 대해 0.9 이상의 값을 가지는 것을 알 수 있다. 따라서, LFM 기반의 프리앰블이 도플러 환경 하에서 가장 좋은 성능을 제공한다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 LFM-시퀀스는 상승(up-chirp)과 하강(down-chirp)의 두가지 셀 아이디만 제공할 수 있기 때문에 스케일러블 시퀀스로서는 적합하지 않다. 도 17의 (b)는 도플러 시프트가 있을 때, 실제 타이밍과 추정된 타이밍의 차이를 나타낸다. 타이밍은 최대 상관값이 발생한 순간으로 추정되었다(LFM 신호 제외). 세가지 스케일러블 시퀀스 중에서 LFM-시퀀스가 가장 좋은 성능을 보인다.

도 18은 도플러 시프트가 존재할 때, 수신단에서 세개의 스케일러블 시퀀스들의 검출 확률을 나타낸 것이다. 여기서, 정확한 타이밍과 셀 ID가 검출되는 경우 성공적인 검출에 해당한다. L의 길이가 N 일 때와 N/4인 두 가지 경우에 대해 스케일러블 시퀀스 성능을 비교하였다. 수신단에서 최대 대역폭(L = N) 을 사용하였을 때 세 개의 스케일러블 시퀀스에 대한 검출 확률은 거의 같다. 게다가, 전송된 프리앰블은 낮은 SNR에서 전체 대역폭의 1/4만큼을 사용해도(L = N/4) 정확하게 검출이 가능하다. 좋은 채널 환경에서 전체 대역폭의 1/4만큼을 사용하기 때문에 도 18에서와 같이 성능감소가 발생하나, 이는 작은 경로손실(좋은 채널조건)을 통해 보상이 가능하다. 이 경우에 UAV는 작은 대역폭을 사용함으로써 배터리 전력을 절약할 수 있다. 다른 한편으로, 전체 대역폭을 가진 스케일러블 시퀀스에 의해 얻어진 성능 이득은 큰 경로 손실 (열악한 채널)에 의해 상쇄 될 것이다. 이 경우, 도 17과 같이 UAV에서 수신된 약한 신호는 이득에 의해 보상 될 수 있다.

도 19는 도플러 시프트(ε = 0, 0.5, 1) 가 있을 때, 세 개의 스케일러블 시퀀스들의 검출 확률을 나타낸다. 3D SCM(Spatial Channel Model)을 사용하여 모의실험을 수행하였으며, K-factor 25dB의 Rician 페이딩 채널을 고려하였다. Rician 페이딩 채널은 LoS 경로와 20개의 non-LoS 경로를 고려하여 구성되었다. 모의실험에서 UAV의 고도는 지상으로부터 70m 위에 있는 것으로 가정하였고, 기지국의 높이는 30m로 가정하였다. 또한, UAV는 기지국으로부터 51m만큼 떨어져 있는 것으로 가정하였다. ε = 0 일 때, 세 스케일러블 시퀀스의 검출 확률은 비슷하다. ε = 1 일 때, LFM-시퀀스의 성능 감소는 무시할 만한 수준이다. 하지만, M-시퀀스와 ZC-시퀀스의 검출 확률은 대체로 ε의 크기가 증가함에 따라 감소하며 0에 수렴한다. 도 19에서 예상할 수 있듯이, LFM-SS가 도플러 환경에서 가장 큰 검출확률을 보이는 것을 알 수 있다.

상술한 세가지 스케일러블 시퀀스의 특성을 정리하면 표 1과 같다. M-시퀀스와 ZC-시퀀스는 도플러 시프트에 민감하기 때문에 도플러 시프트가 작은 환경에서 사용하는 것이 바람직하다. ZC-시퀀스를 사용할 때, ZC-시퀀스의 길이에 대한 조건이 만족되어야 한다. 도플러 시프트가 높을 때는 도플러 시프트에 덜 민감한 LFM-시퀀스를 사용하는 것이 바람직하다.

시퀀스	도플러 민감도	시퀀스 길이 제한	Cell-ID mapping
M-시퀀스	매우 약함	제한 없음	순환이동
ZC-시퀀스	약함	SS 길이 N 16이고, N이 2의 거듭제곱	루트 인덱스
LFM-시퀀스	도플러에 강인함	제한 없음	상승(Up-chirp)과 하강(down-chirp )패턴

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 스케일러블 시퀀스를 생성하여 전송하는 기지국의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 20을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 다른 기지국(110)은 통신부(2010), 프리앰블 생성부(2020), 메모리(2030) 및 프로세서(2040)를 포함하여 구성된다.

통신부(2010)는 통신망을 통해 다른 장치(예를 들어, 무인 비행기(120))과 데이터를 송수신하기 위한 수단이다. 통신부(2010)는 프로세서(2040)의 제어에 따라 시간 도메인 스케일러블 시퀀스를 프리앰블로서 전송할 수 있다.

프리앰블 생성부(2020)는 스케일러블 시퀀스를 생성한 후 이를 시간 도메인 시퀀스로 변환하여 프리앰블을 생성하기 위한 수단이다. 이에 대해서는 도 2에서 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 스케일러블 시퀀스는 이미 전술한 바와 같이, Maximum-length 시퀀스, zadoff-Chu 시퀀스 및 linear frequency modulated 시퀀스 중 적어도 하나로 생성될 수 있으며, 이에 대해서는 전술한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

다만, ZC-시퀀스의 경우, 스케일러블 시퀀스로서 무인 비행기(120)에서 정확하게 검출되기 위해, 시퀀스의 길이 N이 16 이상이며, 2의 거듭제곱이 되도록 생성될 수 있다. 이는 이미 전술한 바와 같으므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

메모리(2030)는 본 발명의 일 실시예에 따른 스케일러블 시퀀스를 생성하기 위한 방법을 수행하기 위한 다양한 명령어들(프로그램 코드들), 이 과정에서 파생되는 다양한 데이터 들을 저장하기 위한 수단이다.

프로세서(2040)는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국(110)의 내부 구성 요소들(예를 들어, 통신부(1910), 프리앰블 생성부(1920), 메모리(1930) 등)을 제어하기 위한 수단이다. 기지국(110)은 이외에도 다양한 기능들을 수행하며, 다양한 구성을 포함하나, 본 발명의 일 실시예에서는 UAV 셀룰러 네트워크 통신을 위한 스케일러블 시퀀스 생성 및 검출에 필요한 기능에 대해서만 설명하기로 한다.

도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행기의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 21을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행기(120)는 통신부(2110), 프리앰블 검출부(2120), 메모리(2130) 및 프로세서(2140)를 포함하여 구성된다.

통신부(2110)는 통신망을 통해 다른 장치(예를 들어, 기지국(110))과 통신을 위한 수단이다. 통신부(2110)는 기지국으로부터 신호(프리앰블)을 수신할 수 있다. 이때, 통신부(2110)는 기지국과의 채널 상태에 따라 대역폭을 다르게 변경하여 신호를 수신할 수 있다. 즉, 채널 상태가 좋은 경우 사용 가능한 전체 대역폭 중 일부를 이용하여 신호를 수신할 수 있다. 반면, 채널 상태가 좋지 않은 경우, 통신부(2110)는 사용 가능한 전체 대역폭을 이용하여 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 수신된 신호는 시간 도메인 스케일러블 시퀀스일 수 있다. 이미 전술한 바와 같이, 스케일러블 시퀀스는 Maximum-length 시퀀스, zadoff-Chu 시퀀스 및 linear frequency modulated 시퀀스 중 적어도 하나일 수 있다.

프리앰블 검출부(2120)는 기지국으로부터 수신된 신호와 레퍼런스 신호를 이용하여 프리앰블을 검출하기 위한 수단이다.

이에 대해서는 도 3 내지 도 19를 참조하여 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

메모리(2130)는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 상태에 따라 대역폭을 다르게 변경하여 프리앰블을 검출할 수 있는 방법을 수행하기 위한 명령어들(프로그램 코드들), 이 과정에서 파생되는 다양한 데이터 등을 저장한다.

프로세서(2140)는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행기(120)의 내부 구성 요소들(예를 들어, 통신부(2110), 프리앰블 검출부(2120), 메모리(2130) 등)을 제어하기 위한 수단이다.

본 발명의 실시 예에 따른 장치 및 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 기지국
120: 무인 비행기

Claims

무인 비행기에서의 시퀀스 검출 방법에 있어서,
(a) 기지국과의 채널 상태를 결정하는 단계-상기 채널 상태는 상기 기지국으로부터 수신된 신호의 세기에 따라 결정됨; 및
(b) 상기 결정된 채널 상태에 따라 대역폭을 변경하여 상기 기지국으로부터의 프리앰블 신호를 수신하는 단계;
(c) 시간 도메인 레퍼런스 시퀀스를 생성하고, 상기 수신된 프리앰블 신호와 상기 시간 도메인 레퍼런스 시퀀스를 상관시켜 셀 아이디와 동기화 파라미터를 포함하는 프리앰블을 검출하는 단계를 포함하되,
상기 (b) 단계는,
상기 기지국으로부터 수신된 신호의 세기가 기준치 미만으로 상기 채널 상태가 기준 미만인 경우, 이용 가능한 최대 대역폭을 이용하여 상기 기지국으로부터의 프리앰블 신호를 수신하는 단계; 및
상기 기지국으로부터 수신된 신호의 세기가 기준치 이상으로 상기 채널 상태가 기준 이상인 경우, 상기 최대 대역폭보다 작은 일부 대역폭을 이용하여 상기 기지국으로부터의 프리앰블 신호를 수신하는 단계를 포함하되,
상기 시간 도메인 레퍼런스 시퀀스는, 제L 길이 시퀀스에 (N-L) 제로 패딩된 주파수 도메인 레퍼런스 시퀀스를 N 포인트 역이산 푸리에 변환(IDFT)을 통해 생성되되, 상기 N은 상기 프리앰블 신호에 포함된 프리앰블의 전체 길이인 것을 특징으로 스케일러블 시퀀스 검출 방법.
삭제
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삭제
삭제
제1 항에 있어서,
상기 시퀀스는,
Maximum-length 시퀀스, zadoff-Chu 시퀀스 및 linear frequency modulated 시퀀스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스케일러블 시퀀스 검출 방법.
제6 항에 있어서,
상기 시퀀스가 Maximum-length 시퀀스인 경우, 상기 프리앰블을 검출하기 위해 L 부반송파에 해당하는 대역폭이 사용되는 것을 특징으로 하는 스케일러블 시퀀스 검출 방법.
제6 항에 있어서,
상기 시퀀스가 zadoff-Chu 시퀀스인 경우, 상기 시퀀스의 길이인 N이 16 이상이며, 2의 거듭제곱이 되도록 생성되는 것을 특징으로 하는 스케일러블 시퀀스 검출 방법.
제6 항에 있어서,
상기 시퀀스가 linear frequency modulated 시퀀스인 경우, 셀 아이디는 상승(up-chirp)과 하강(down-chirp)의 패턴 조합으로 생성되고 검출되는 것을 특징으로 하는 스케일러블 시퀀스 검출 방법.
제1 항에 따른 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드를 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
기지국과의 채널 상태를 결정하는 채널 상태 분석부;
상기 결정된 채널 상태에 따라 대역폭을 변경하여 상기 기지국으로부터의 프리앰블 신호를 수신하는 통신부; 및
시간 도메인 레퍼런스 시퀀스를 생성하고, 상기 수신된 프리앰블 신호와 상기 시간 도메인 레퍼런스 시퀀스를 상관시켜 셀 아이디와 동기화 파리미터를 포함하는 프리앰블을 검출하는 프리앰블 검출부를 포함하되,
상기 통신부는,
상기 기지국으로부터 수신된 신호의 세기가 기준치 미만으로 상기 채널 상태가 기준 미만인 경우, 이용 가능한 최대 대역폭을 이용하여 상기 기지국으로부터의 프리앰블 신호를 수신하고,
상기 기지국으로부터 수신된 신호의 세기가 기준치 이상으로 상기 채널 상태가 기준 이상인 경우, 상기 최대 대역폭보다 작은 일부 대역폭을 이용하여 상기 기지국으로부터의 프리앰블 신호를 수신하되,
상기 시간 도메인 레퍼런스 시퀀스는, 제L 길이 시퀀스에 (N-L) 제로 패딩된 주파수 도메인 레퍼런스 시퀀스를 N 포인트 역이산 푸리에 변환(IDFT)을 통해 생성되되, 상기 N은 상기 프리앰블 신호에 포함된 프리앰블의 전체 길이인 것을 특징으로 하는 무인 비행기.
삭제
삭제
삭제
제11 항에 있어서,
상기 시퀀스는,
Maximum-length 시퀀스, zadoff-Chu 시퀀스 및 linear frequency modulated 시퀀스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무인 비행기.
제15 항에 있어서,
상기 시퀀스가 Maximum-length 시퀀스인 경우, 상기 프리앰블을 검출하기 위해 L 부반송파에 해당하는 대역폭이 사용되는 것을 특징으로 하는 무인 비행기.
제15 항에 있어서,
상기 시퀀스가 zadoff-Chu 시퀀스인 경우, 상기 시퀀스의 길이인 N이 16 이상이며, 2의 거듭제곱이 되도록 생성되는 것을 특징으로 하는 무인 비행기.
제15 항에 있어서,
상기 시퀀스가 linear frequency modulated 시퀀스인 경우, 셀 아이디는 상승(up-chirp)과 하강(down-chirp)의 패턴 조합으로 생성되고 검출되는 것을 특징으로 하는 무인 비행기.
스케일러블 시퀀스를 생성하는 방법에 있어서,
길이가 N인 스케일러블 시퀀스를 생성하는 단계;
상기 스케일러블 시퀀스를 N 포인트 역이산 푸리에 변환하여 시간 도메인 시퀀스를 생성하는 단계; 및
상기 시간 도메인 시퀀스를 프리앰블로서 전송하는 단계를 포함하되,
상기 스케일러블 시퀀스가 Maximum-length 시퀀스, zadoff-Chu 시퀀스인 경우, 시간 도메인 시퀀스를 생성하는 단계는,
상기 길이가 N인 Maximum-length 시퀀스 또는 zadoff-Chu 시퀀스를 생성하여 주파수 도메인에서 N개의 서브 캐리어에 할당된 후 역이산 푸리에 변환하여 시간 도메인 시퀀스를 생성하되,
상기 zadoff-Chu 시퀀스인 경우, 상기 N은 16 이상이며, 2의 거듭 제곱이 되도록 생성되는 것을 특징으로 하는 스케일러블 시퀀스 생성 방법.
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스케일러블 시퀀스를 생성하는 방법에 있어서,
길이가 N인 스케일러블 시퀀스를 생성하는 단계;
상기 스케일러블 시퀀스를 N 포인트 역이산 푸리에 변환하여 시간 도메인 시퀀스를 생성하는 단계; 및
상기 시간 도메인 시퀀스를 프리앰블로서 전송하는 단계를 포함하되,
상기 스케일러블 시퀀스가 linear frequency modulated 시퀀스인 경우, 시간 도메인 시퀀스를 생성하는 단계는, 상승(up-chirp) 및 하강(down-chirp)의 패턴 조합을 통해 셀 아이디가 생성되는 것을 특징으로 하는 스케일러블 시퀀스 생성 방법.