KR102714813B1

KR102714813B1 - 위성 무선 액세스 네트워크에서 비활성 및 활성 빔 전환을 위한 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR102714813B1
Application number: KR1020247019816A
Authority: KR
Inventors: 지충 유; 페데리코 페드로 파우지
Original assignee: 에이에스티 앤 사이언스, 엘엘씨
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2022-12-22
Publication date: 2024-10-07
Anticipated expiration: 2042-12-22
Also published as: US12250062B2; JP7640816B2; EP4454341A1; WO2023122763A1; KR20240104166A; US11848691B2; EP4454341A4; US20240072888A1; US20230208511A1; JP2025502699A

Abstract

위성 무선 액세스 네트워크는 시야를 갖는 위성을 통해 표준 준수 사용자 장비(UE)와 통신하기 위한 기지국을 포함한다. 네트워크 방송 신호는 시야 내 복수의 셀들을 커버하는 비활성 또는 액세스 빔을 통해 제공된다. 액세스 요청은 비활성 빔에 의해 커버되는 영역 내의 스마트폰과 같은 사용자 디바이스로부터 검출된다. 액세스 요청에 대한 응답으로 빔은 비활성에서 활성으로 전환되어, 사용자 디바이스에 네트워크 액세스를 제공한다. 사용자 디바이스가 범위를 벗어나면, 활성 빔이 다시 비활성 빔으로 전환된다. 비활성 타이머는 비활성 셀로 전환되어야 하는 유휴 활성 셀을 검출하는데 사용된다.

Description

위성 무선 액세스 네트워크에서 비활성 및 활성 빔 전환을 위한 방법 및 시스템

본 출원은 2021년 12월 22일에 출원된 미국 임시특허출원 제63/292,914호의 이익을 주장하며, 위 임시특허출원은 그 전체가 제출된 것처럼 참조로 본 명세서에 포함된다.

본 개시내용은 위성 무선 액세스에 관한 것이며, 더 구체적으로는 수정되지 않은 GSM(Global System for Mobile communication, 이동통신용 글로벌 시스템) 디바이스들과의 직접 위성 통신을 위해 수정된 GSM 기지국을 사용하여 위성 상의 비활성 및 활성 셀들의 균형을 맞춤에 의한 위성 무선 액세스 네트워크 자원 관리에 대한 하이브리드 접근 방식에 관한 것이다.

이동통신의 발전에 따라, 많은 국가의 정부 및 규제 기관은 비용을 정당화하기 어려운 수요가 낮은 지역들을 포함하여 국가를 100% 커버할 수 있는 새로운 배치 운영자를 요구하고 있다.

3GPP RAN 시스템들은 완전한 커버리지를 제공하기에는 너무 비싸기 때문에, 이러한 요구를 가진 규제 기관들은 모바일 네트워크 운영자들(MNOs)을 좌절시킨다. 따라서, 해당 기술 분야에서 TN 커버리지가 도달할 수 없는 원격 지역들(예: 0G 지역들)에서 일반 스마트폰들에 Sat RAN 액세스를 가능하게 하는 Sat RAN(무선 액세스 네트워크) 자원 관리 솔루션을 제공하는 것이 필요하다.

본 실시예들은 특히 일반 스마트폰들(즉, 일반적으로 3GPP를 통해 통신하고 위성을 통해 통신하도록 수정되거나 특별히 적용되지 않는 표준 GSM 전화기, 예를 들어 비위성 전화기)에, 일반 스마트폰들에 대한 수정을 요구함이 없이, 커버리지를 제공하기 위해 위성 네트워크를 제공하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것일 수 있다. 본 개시사항의 일부 실시예들에서, 위성 네트워크는 지상 셀룰러 네트워크(예를 들어, GSM 네트워크)에 의해 커버되지 않는 지역들과 같은 원격 지역들에 있는 일반 스마트폰에 대한 커버리지를 제공한다. 본 개시사항의 일부 실시예들에서, 위성 무선 액세스 네트워크(Sat RAN)는 스마트폰에 대한 어떠한 변경 없이도 일반 스마트폰을 위성 전화기로 전환시킨다. 이전에 출원된 개시사항(US 11,121,764)은 LTE 1.4Mhz 셀 대역폭을 사용한다. 개시된 기술에서는 더 광폭의 비활성 액세스 빔 형성 셀을 위해 GSM이 추가된다. RACH(Random Access CHannel)가 수신되면, 비활성 더 광폭의 빔은 활성 스팟빔으로 변경된다. 필요한 서비스에 따라, 일부 실시예들에서 새로 제공되는 LTE 빔으로의 핸드오버를 제공하거나, 음성 통화에 동일한 GSM 셀을 계속 사용할 수 있다.

첨부 도면들은 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면들은 본 개시사항의 일부 예만을 예시하고, 도면들에 구체적으로 예시되지 않은 다른 예들 또는 다양한 예들의 조합은 여전히 본 개시사항의 범위 내에 속할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예들은 이제 도면들을 사용하여 추가 세부사항들을 통해 설명될 것이다.

도 1은 본 개시사항의 하나 이상의 실시예들에 따른 위성 시스템을 도시한 도면.
도 2a는 본 개시사항의 하나 이상의 실시예들에 따른 위성 무선 액세스를 위한 하이브리드 접근법의 위성 시스템 구현을 도시하는 도면.
도 2b는 본 개시사항의 하나 이상의 실시예들에 따른 위성 무선 액세스를 위한 하이브리드 접근법의 위성 시스템 구현인 활성 스폿 빔보다 몇 배 더 큰 비활성 더 광폭의 빔을 도시하는 도면.
도 3a 내지 도 3c는 본 개시사항의 하나 이상의 실시예들에 따른 광폭 지역에 대한 예시적인 사전-정의된 활성 셀들 및 셀 클러스터들을 도시하는 도면.
도 4a는 본 개시사항의 하나 이상의 실시예들에 따른 Sat RAN 시스템 자원 관리 흐름도(400).
도 4b 및 도 4c는 본 개시사항의 하나 이상의 실시예들에 따른 예시적인 셀 클러스터를 도시하는 도면.
도 5는 본 개시사항의 하나 이상의 실시예들에 따른 예시적인 컴퓨팅 디바이스의 블록도(500).

도면들은 본 개시사항의 예시적인 실시예들을 도시한다. 다른 실시예들은 다른 규모의 구성요소들을 가질 수 있다. 도면들에 사용된 유사한 번호들은 유사한 구성요소들을 지칭하는데 사용될 것이다. 그러나 주어진 도면의 구성요소 또는 단계를 지칭하기 위한 숫자의 사용은, 별도로 명시하지 않는 한 동일한 숫자가 다른 도면에서 사용되는 경우, 동일한 구조나 기능을 갖는다.

도면들에 도시된 예시적이고 비제한적인 실시예들을 설명할 때, 명확성을 위해 특정 용어가 사용된다. 그러나, 본 개시사항은 그렇게 선택된 특정 용어에 국한되도록 의도되는 것은 아니며, 각각의 특정 용어는 유사한 목적을 달성하기 위해 유사한 방식으로 동작하는 모든 기술적인 균등물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 몇몇 실시예들은 예시의 목적으로 설명되었으며, 설명 및 청구항들은 예시된 실시예들로 제한되지 않으며, 도면들에 구체적으로 도시되지 않은 다른 실시예들도 본 개시사항의 범위 내에 있을 수 있다는 것이 이해된다.

하나 이상의 실시예들에 따르면, 개시된 기술은 기존 지상 네트워크들(TNs)과 유사한 비용으로, 스마트폰이 어디에 있든 상관없이, 전 세계적으로 커버되거나 커버되지 않는 지역들의 일반 스마트폰들에 통신 서비스를 제공하는 위성 무선 액세스 네트워크(Sat RAN)를 제공할 필요성을 해결한다. 예를 들어, Sat RAN을 사용하면 일반 스마트폰들은 산, 사막, 바다 및 원격 비주거 지역에서 서비스를 받을 수 있다. 일부 실시예들에서, Sat RAN은 네트워크 커버리지가 없는 0G 문제라고도 알려진 디지털 격차 문제를 해결하는데 도움이 될 수 있다.

하나 이상의 실시예들에 따르면, 개시된 기술은 글로벌 규모로 0G 문제를 해결함으로써 모든 스마트폰 사용자들에게 이점을 제공한다. 예를 들어, 개시된 기술은 커버리지가 위성 네트워크로부터 형성될 수 있도록 위성 네트워크 및 변형된 기지국들(예를 들어, 2G/4G/5G 기지국들)을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 개시된 기술은 지상-기반 타워들에 의존하기 보다는 3GPP RAN을 우주로부터 가능하게 할 수 있다. 또한 수 퍼센트의 사각지대를 가진 선진국들의 성숙한 시장들에도 도움이 될 수 있다. 예를 들어 영국의 2%가 0G이다. 일반적으로 Sat RAN은 시내 중심가와 마찬가지로 원격지에도 쉽게 커버리지를 제공할 수 있다. 그러나 원격 장소들에는 수요가 많지 않으므로, 원격 장소들의 커버리지는 이상적으로 위성 시야(Field of View, FoV)의 다른 장소에서 필요할 수 있는 많은 Sat RAN 자원들을 사용하지 않을 것이다.

하나 이상의 실시예들에 따르면, 개시된 기술은 주문형 스마트폰들에 대한 네트워크 액세스 제공을 처리하기 위해 Sat GSM의 비활성 셀을 도입하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 경우들은 추가 자본 지출(CapEx) 없이 그리고 1% 미만의 운영 비용(OpEx)으로 요청된 커버리지를 제공할 수 있다. GSM은 원격 장소들에 커버리지를 제공하기 위해 오로지 200kHz만을 필요로 하며, 적절한 RAT에 대한 이러한 서비스 수요가 존재하면, 대역폭과 서비스들이 적용될 수 있다. GSM을 액세스 셀들로 사용하는 것은, 2 가지 다른 유형의 RAT가 존재하기 때문에, LTE와 근본적으로 다르다. GSM은 LTE와 동일한 전력 수준의 협대역을 갖으며, 이는 광대역 신호(4G)보다 훨씬 더 나은 수신 기회들을 제공한다. 또한 GSM은 최대 Tx 전력도 7dB 더 높다. GSM은 RACH의 최대 전력에서 시작하는 반면, LTE는 더 낮은 전력에서 시작한다. 하나 이상의 실시예들에 따르면, 개시된 기술은 저궤도 위성을 통해 GSM 액세스를 제공할 수 있다. Sat GSM은 단지 200kHz와 30dbm의 전력으로 GSM을 제공할 수 있다. 이에 비해 LTE는 최대 23 dbm에 불과하다. 따라서 GSM은 모두 200kHz 내에 집중되는 더 높은 전력을 제공한다. 반면, LTE는 광대역이므로 분산되어 있고 약하므로, Sat GSM의 경우 RACH를 수신하기가 더 쉽다.

현재, 위성 전화들은 셀룰러 네트워크 액세스(예: 0G)가 거의 또는 전혀 없는 원격 지역을 위한 유일한 해결책이다. 그러나 스마트폰들보다 가격이 훨씬 비쌀 뿐만 아니라 일반 스마트폰(예: GSM 전화)에 비해 기능도 훨씬 떨어진다. 커버리지를 제공하기 위해 위성 네트워크를 사용하고, 스마트폰들에 어떠한 수정도 필요 없이 일반 스마트폰들을 위성 전화들로 전환하는 것이 유리할 것이다.

다음의 설명에서, 설명의 목적으로, 개시된 개념들의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항들이 제시된다. 본 설명의 일부로서, 본 개시사항의 도면들 중 일부는 개시된 실시예들의 새로운 양상들을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 구조들 및 디바이스들을 블록도 형태로 나타낸다. 이러한 맥락에서 연관된 식별자들이 없는 번호가 매겨진 도면 요소(예: 100)에 대한 참조는 식별자들이 있는 도면 요소(예: 100a 및 100b)의 모든 경우들을 나타낸다. 또한, 본 설명의 일부로서, 본 개시사항의 도면들 중 일부는 흐름도의 형태로 제공될 수 있다. 임의의 흐름도의 상자들은 특정 순서로 표시될 수 있다. 그러나 임의의 흐름도의 특정 흐름은 하나의 실시예를 단지 예시하기 위해 사용된다. 다른 실시예들에서, 흐름도에 도시된 다양한 구성요소들 중 임의의 구성요소는 삭제될 수 있거나, 구성요소들이 다른 순서로 또는 심지어 동시에 수행될 수도 있다. 또한, 다른 실시예들은 흐름도의 일부로 설명되지 않은 추가 단계들을 포함할 수 있다. 본 개시사항에 사용된 언어는 주로 가독성 및 교육 목적으로 선택되었으며, 개시된 주제를 한정하거나 제한하기 위해 선택되지 않았을 수 있다. 본 개시사항에서 "일 실시예" 또는 "하나의 실시예"에 대한 참조는 해당 실시예와 연관하여 설명된 특정한 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미하며, "일 실시예" 또는 "하나의 실시예"에 대한 다수의 참조들은, 반드시 모두가 동일한 실시예 또는 다른 실시예들을 지칭하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

(임의의 개발 프로젝트에서와 같이) 임의의 실제 구현의 개발에서는 개발자의 특정 목표들(예: 시스템 및 비즈니스 연관 제약조건들의 준수)을 달성하기 위해 수많은 결정이 내려져야 하며, 이들 목표들은 구현마다 다를 것임을 인식해야 한다. 그러한 개발 노력들은 복잡하고, 시간 소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 본 개시사항의 이점을 갖는 이미지 캡처 분야의 당업자에게는 일상적인 작업이 될 것이라는 것도 이해될 것이다.

개시된 기술에서, 셀룰러 네트워크 커버리지와 연관하여 원격 지역이 겪는 현재 사안들에 대한 해결책을 제공하는 하나 이상의 실시예들이 설명된다. 이러한 사안들은 A) 제공 비용 사안, B) 낮은 수요 사안, C) 3GPP 사양(specs) 작업 가정 사안을 포함하지만 이에 국한되는 것은 아니다.

A: 제공 비용 사안: 원격 장소들에는 기반시설이 없고, 무선 장비를 가동하기 위한 전력이 부족하며, 이는 네트워크 운영자가 RAN 서비스들을 제공하기 어렵게 만든다. 장비에 대한 효과적인 보호도 종종 부족하다. 종종 넓은 원격 지역들에서 RAN 기술을 지원, 소유 및 유지 관리할 수 있는 숙련된 인력이 충분하지 않다: 이는 아프리카와 같은 빈곤 지역들에서 흔한 경우이다.

B: 낮은 수요 사안: 제공 비용이 사안이 되지 않더라도, 어떤 지역에서든 낮은 수요는 CapEx와 OpEx 모두에 대한 투자가 거의 정당화될 수 없기 때문에, 그러한 사용 사례에 대한 투자를 어렵게 만든다. 이는 선진국이나 개발도상국에서도 종종 발생한다. 그러나 그러한 커버리지에는 중요한 요구사항들이 존재한다. 예를 들어 긴급 전화에 대한 호출이 이루어질 수 있다.

C: 3GPP 사양 작업 가정 사안: 3GPP 사양은, 대부분의 경우 모바일 서비스를 요구하지 않는, 원격 장소들에서 가끔의 개인 사용에 대한 것이 아니라, 글로벌 규모의 대중 시장을 위해 만들어졌다. 글로벌 통신 기술의 발전으로, 커버리지 문제와 같은 코너 케이스(corner case)가 화두로 떠오르고 있다. 모바일 디바이스 사용자들은 모바일 디바이스들의 편리함에 익숙해지고, 어디를 가든 셀룰러 네트워크 커버리지가 제공되어야 한다고 가정한다.

일부 실시예들에서, 제공 사안은 개시된 기술에 의해 해결될 수 있다. Sat RAN이 데이터 센터와 같은 지상국을 요구하지만, 지상국은 Sat RAN이 실제로 서비스를 제공하는 셀에서 멀리 떨어져 있을 수 있다. 예를 들어, 지상국은 수천 킬로미터 떨어져 있을 수 있고(예: 도시 가장자리) 넓은 지역을 커버할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 Sat RAN은 국가 전체는 아니더라도 국가의 많은 부분을 커버할 수 있다.

일부 실시예들에서, 낮은 수요 사안은 개시된 기술에 의해 해결될 수 있다. 예를 들어, 위성 셀용 GSM 스폿 빔의 비활성 광폭 빔은 태양광 전력 및 피더 링크의 OpEx를 낮추기 위하여 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 가장 작은 LTE 셀보다 더 적은(예를 들어, 1/7) 피더 링크 대역폭은 GSM 셀을 액세스 셀로 사용함으로써 훨씬 더 넓은 영역을 커버할 수 있다. 또한 비활성 상태에서 어떠한 피더 링크 대역폭을 사용하지 않고 각 스폿 빔 입도에 대한 효율적인 RACH 감지를 돕기 위해 위성에 GSM RACH 감지기를 배치하는 것이 또한 훨씬 쉬우며, 이는 대규모 비활성 셀의 지역들에 대해 99.9%의 시간이 될 수 있다. 이것은 sat RAN이 가지고 있는 독특한 장점이다. 본 명세서에 개시된 이러한 기술을 통해, sat RAN 기술은 적은 추가 비용으로 바다를 커버할 수 있어, 바다에서의 글로벌 커버리지에 대해서도 sat RAN 기술을 이상적으로 만든다. 이는 적은 수요 사안에 대한 우려를 더욱 줄일 수 있다. 이는 또한 LTE DL에서 선제적 랜덤-액세스 응답(RAR)을 향상시킬 수 있다. 빔 핸드오버, 지연 보상 및 도플러 보상 외에도, 이는 Sat RAN 자원 관리를 위한 또 다른 기술적 개선사항이며, 지상파 네트워크(TN)의 셀 처리와는 주요 차이점이다.

개시된 기술의 일부 실시예들에서, Sat RAN의 지상국은 셀 위치들을 저장하고 유지하기 위한 데이터베이스를 가질 수 있다. 데이터베이스는 다양한 셀 대역폭들의 중복 다중-RAT(예: 2G, 4G, 5G), BTS, eNB 및 gNB에 의해 액세스될 수 있다. 각각은 서비스를 제공하기 위해 대기하는 다양한 셀 대역폭들과 다양한 용량을 가질 수 있다. 이들의 시스템 정보 및 핵심 네트워크 파라미터들은 네트워크 사용자들의 요구에 따라 동적으로 변경될 수 있다. 이와 대조적으로, TN은 일반적으로 초기 구성을 가지며, 전혀 변경될 필요가 없다. 그러므로, 그들은 많은 서비스가 요구되지 않는 밤에 많은 전기를 낭비한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 sat RAN을 통해, TN은 OpEx를 절감하는 이점도 누릴 수 있다(2012년 데이터는 글로벌 RAN 전기 비용이 5억 달러였음을 보여준다).

비활성 셀은 현재 사용되고 있지 않지만(예를 들어, 어떠한 사용자 장비도 음성 또는 데이터 서비스를 사용하지 않는), 이를 활성 셀로 전환함으로써 임의의 잠재 사용자에게 서비스를 제공할 준비가 되어 있는 셀의 상태이다. 활성 셀은 현재 사용 중인 셀의 상태이다(예: 적어도 하나의 음성 또는 데이터 통화가 진행 중인). 비활성 셀은 개시된 기술의 활성 일반 셀과 한 가지 주요 차이점을 갖는데, 즉 일반 셀보다 몇 배 더 크게 확장될 수 있다는 것이다. 즉, 일반 셀은 더 좁거나 스팟 빔 폭(예: 1GHz 미만의 저대역의 경우 약 48km)을 가지며, 셀 크기는 비활성 셀로 변경될 때까지 거의 동일하게 유지된다. 비활성 셀은 주로 액세스 셀 역할을 하며, 일반적으로 낮은 서비스 수요가 존재하는 넓은 지역(예: 바다)에 걸쳐 가능한 한 큰 것이 선호된다. 확장된 TA를 통해, GSM은 120km 이상의 셀 반경까지 확장할 수 있지만, 비활성 빔/셀의 경우 해당 기능은 RACH 감지에만 사용되므로 제한이 없다. 따라서 TA 범위 제한은 적용되지 않는다. TA 범위는 RACH가 감지되면 사용자 트래픽을 대신할 활성 스팟 빔에만 중요하다. RACH 응답 순간부터 작동된다.

많은 TN 셀들은 자정에 유휴 상태에 있으며, 이러한 경우는 일반적으로 밤에 몇 시간을 넘지 않을 정도로 짧다. 따라서 누구도 eNB, gNB 또는 BTS에 전용 상태를 제공하려고 애쓰지 않는다. 그러나, 개시된 교시사항은 전력을 절약하고 운영 비용을 낮출 수 있다.

동일한 개념에 따라 수요에 따른 자원 할당이 출현하며, 이는 Sat RAN에 매우 중요하다. 일부 실시예들에서, 위성 하드웨어 작동 성능뿐만 아니라 태양광 전력 및 피더 링크는 위성이 서비스를 제공하는 수천 평방 킬로미터에서 사람과 실제 애플리케이션에 서비스를 제공하는데 더 잘 사용된다. 해당 자원과 능력을 사용하는 사용자 장비(UE)가 없거나 더 적은 경우, 단위 면적당 최소 대역폭 비용으로 인해 GSM을 사용하는 것이 더 좋을 것이다. 대부분의 시간에 더 많은 수요가 있는 다른 셀들에 커버리지를 제공하기 위해 태양 에너지의 균형을 유지하는 스펙트럼이 제공될 수 있다. 간단한 계산을 통해 인구 밀도가 높은 지역의 일반 TN 셀과의 자원 비율을 비교할 수 있다. 예를 들어, TN 배치와 Sat RAN 간의 스펙트럼 절약 비율 비교의 계산이다. Sat RAN 글로벌 커버리지를 정당화하기 위해 추가 개선이 추가될 수 있다. 일반 TN 배치: 1평방 킬로미터 지역에 대해 20MHx CBW 2T2R. 비활성 셀로 커버리지를 제공하기 위한 Sat RAN 원격(해양) 배치: 1/8 시간; 8의 인자만을 사용하여, 3000 평방 킬로미터 지역에 대해 200kHz 1T1R. 면적 인자: 3000/1 = 3000; 주파수 BW 인자: 20e6×2/200e3 = 200. 지상 TN 배치와 비교하여 절약된 스펙트럼 자원의 총 인자는 3000× 200×8 = 4,800,000이다. 관심 지역에 따라 중요성이 커진다. 예를 들어, 저궤도(LEO) 위성은 직경 2,800km의 지역에 서비스를 제공할 수 있어, 시스템 설계의 중요한 부분이 된다. 비활성 빔과 활성 빔 사이의 전환은 주요 자원 낭비를 방지하는 반면, 본 명세서에 설명된 일반적인 자원 관리 방식들은 전체 시스템이 더 나은 성능을 수행하고 더 많은 효율성을 얻도록 전체 시스템을 최적화할 수 있다. Sat RAN의 규모는 이를 적절하게 처리할 수 있는 전용 설계가 적합할 정도로 이 측면을 충분히 중요하게 만든다.

개시된 기술의 일부 실시예들에서, 비활성 셀과 활성 셀은 Sat RAN에서의 자원들의 사용의 균형을 맞출 수 있다. Sat RAN을 위한 자원들은 각 위성의 귀중한 피더 링크 대역폭과 위성들에서 구할 수 있는 태양 전력을 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

자원 사용을 다루기 위해, 특히 Sat RAN에 대한 자원과 같은 사용 사례들에서 비용을 축소할 수 있고, Sat RAN으로부터 주문형 서비스들을 제공할 수 있는 추가적인 기술 개발이 제공된다. Sat RAN 서비스 제공 지역 또는 시야(FoV)의 넓은 지역(2800km의 직경)과의 대비로 인해, 이들 지역의 일부에서 간혹 사용자들의 수가 적다. 3GPP 표준에 따르면, 이는 다소 낭비적이고 비용이 너무 많이 들 수 있다. 본 개시사항은 아직 TN에 의해 커버되지 않는 광대한 원격 지역에서 100% 커버리지를, 아주 가끔 사용하기 때문에 일반 TN 배치의 0.0001% 미만의 추가 자원 비용으로 제공한다. 가장 중요한 차이점은 커버리지가 없거나 커버되지 않은 광대한 지역이 본 개시사항에 의해 커버되거나 연결될 수 있어, 추가 비용을 많이 들이지 않고도 진정한 글로벌 규모로 0G 문제를 근본적으로 해결한다는 점이다.

본 개시사항의 목적상, 사용자 장비(UE)는 "스마트폰"으로 지칭된다. 그러나 하나 이상의 실시예에서, "스마트폰"으로 지칭되는 사용자 장비는 스마트워치, 피트니스 밴드, 태블릿 PC, 액세스 포인트(예: 핫스팟), 스마트 글래스, NB-IoT 등과 같이 무선 통신 신호를 송신하고 수신하는 모든 종류의 디바이스일 수 있다.

사용자 링크들을 위한 대량의 좁은 빔들을 생성하는 위성의 대형 안테나, 사용자 빔 트래픽 및 네트워크 액세스 정보를 게이트웨이 스테이션들 또는 연관 지상 네트워크에 및 이들로부터 라우팅하기 위한 큰 작동 대역폭을 갖는 게이트웨이 빔으로 구성된 위성 셀룰러 시스템이 도 1에 도시되어 있다.

도 1은 주어진 위성(210)의 시야(FOV)(230) 상의 작은 지상 셀들(232)을 커버하는 다수의 빔들(212)을 생성하는 고출력 대형 위상-배열 위성 시스템(10)을 도시한다. 시스템(10)은 위성(210)과 통신하는 기지국(100)을 포함한다. 기지국(100)은 2G의 BTS 및 4G 시스템의 eNodeB(120)와 같은, 기저대역 유닛(BBU)으로도 지칭되는 베이스 트랜시버와, 인터넷(110)과 통신하는 프로세서/코어(140)(예: 2G의 BSC 스위치 코어, 4G 시스템의 진화된 패킷 코어와 같은)를 가질 수 있다. 본 개시사항은 피더 링크 대역폭을 더욱 절약하기 위해 도입된 위성의 RACH 검출기를 위한 소형 경량 하위 BBU 시스템을 갖는다-도 2a 참조, 위성(210)에서 (P)RACH 검출기(120C). BBU(120)는 신호들을 게이트웨이(150)에 통신하고, 게이트웨이(150)는 게이트웨이 링크 신호들(152)를 통해 위성(210)과 통신하는 지향성 안테나와 같은 안테나를 갖는다. 일 실시예에서, 위성(210)은 단일 위성 디바이스일 수 있다. 다른 실시예에서, 위성(210)은 미국특허 제9,973,266호에 개시된 것과 같은 복수의 위성 안테나 요소들일 수 있고, 위 특허의 전체 내용은 참조로 본 명세서에 통합된다.

위성(210)은 게이트웨이 안테나 신호들(152)을 수신하고, 이들을 하나 이상의 셀들(232)을 포함하는 위성 FOV(230)에 위치한 사용자 단말들에 신호들로서 재송신한다. 위성 신호들은 공칭(마이크로) 빔들(NB)(212) 및 위성 위상 배열 안테나에 의해 제공되는 광폭(매크로) 빔(WB)(214)을 포함하는 다중-빔 사용자 링크들을 포함한다.

수정되지 않은 사용자 디바이스들은 지상 시스템의 로컬 셀 타워에 연결하는 것처럼 이러한 빔들(212, 214)에 연결된다. 사용자 디바이스들로부터/로의 신호들은 높은-처리량의 게이트웨이 피더 링크들(Ka-대역 링크들, Q/V 대역 링크들 또는 레이저 링크들과 같은)을 통해 위성 시스템에 의해 게이트웨이(150)로/으로부터 송신된다. 총 게이트웨이 링크 대역폭은 트래픽 및 네트워크/액세스 신호들을 포함한 모든 빔들(셀들)로부터 모아진 신호들을 수용하기에 충분하다. 게이트웨이(150)에서, 사용자 신호들은 디지털 및/또는 아날로그로 처리되고, BTS, eNodeB 및 gNodeB(120)와 같은 맞춤형 기본 트랜시버와 인터페이스된다.

이들 맞춤형 BBU들(120)은 수정되지 않은 사용자 디바이스들에 표준-호환 인터페이스를 제공하여, 위성 통신 시스템의 효과들(지연 및 도플러 편이와 같은)을 보상하면서 로컬 타워에 연결하는 것을 허용한다. BBU들(120)은 위성(210)으로/으로부터의 신호 전파로 인한 큰 대기 시간을 허용하도록 수정되었다. 지연 및 도플러 편이는 각 셀(빔) 중심에서 보상되어, 크기가 제한된 셀에 걸친 차동 지연 및 도플러는 작을 것이고, 표준 UE 능력 내에 포함될 것이다.

도 2a를 참조하면. 본 개시사항에 따른 다양한 기능들 및 동작들은, 예를 들어 처리 디바이스를 포함하는 통신 시스템(200A)에 의해 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 통신 시스템은 하나 이상의 BBU들(여기서는 제 1 BBU(120A) 및 제 2 BBU(120B)로 표시됨)을 갖는 지상국(150) 및 정보를 저장하기 위한 데이터베이스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 지상국(150)은 BBU 풀을 갖는다. 지상국은 도시들의 가장자리에 위치할 수 있다. 처리 디바이스는 BTS, eNodeB 또는 gNodeB(BBU)일 수 있으며, 예를 들어 유선 또는 무선 통신 링크들, 및/또는 메모리 또는 데이터베이스와 같은 저장 디바이스(들)를 포함하는 다양한 구성 요소들 또는 하위 시스템들 중 하나 이상을 구비할 수 있다. 본 개시사항에서 활용되는 시스템, 프로세스 및/또는 데이터의 전부 또는 일부는 저장 디바이스에 저장되거나 저장 디바이스로부터 판독될 수 있다. 지상국은 위성(210)을 통해 셀들(232)에서 UE들(250)과 통신한다. 위성(210)에 의해 이동된 예시적인 경로는 저궤도(LEO) 동안과 같이 점선(254)으로 표시된다. 처리 디바이스는 저장 디바이스에 저장될 수 있는 소프트웨어를 실행할 수 있다. 달리 명시되지 않는 한, 프로세스는 지연 없이 실질적으로 실시간으로 프로세서에 의해 자동으로 구현되는 것이 바람직하다.

일반 스폿 빔 셀 지역(48km의 직경)보다 넓은 원격 지역(호출이 거의 없는)의 액세스 빔 또는 신호(252)는 단지 RACH 검출기(120C)에 대한 온보드 하위 BBU 시스템에 의해 처리될 수 있다. 와이드 빔(252)은 UE가 낮은 대역폭 셀을, 즉 200kHz GSM ARFCN(절대 무선 주파수 채널 번호) 또는 사용되는 대역에 허용되는 가장 낮은 LTE CBW를 획득하는데 단지 충분한 전력을 전송한다. 반송파는 시스템 정보를 방송할 수 있고, 임의의 인입 호출이 해당 UE들(250) 중 어느 하나에 대한 것일 경우 페이징을 제공할 수 있으며, RACH(랜덤 액세스 채널)을 검출할 수 있다. 예를 들어 이것은 GSM 채널일 수 있으며, 오로지 200kHz만을 점유한다.

UE에 의해 수행된 데이터 호출에 의해 UE가 광대역 빔(252) 지역에서 활성화되면, 제 1 BBU(120C)의 PRACH 검출기는 UE가 활성화되어 있음을 감지하고, CFRA(Contention Free Random Access, 경쟁이 없는 랜덤 액세스)를 생성한다. 하위 BBU(120C)는 CFRA를 제2 BBU(120B)(BBU 활성 빔)로 전송한다. 제 2 BBU는 이러한 넓은 지역에 대해 미리-규정된 활성 셀을 가질 수 있다(도 3a 내지 도 3c를 참조). 제 1 BBU(120A)의 PRACH 검출기로부터 CFRA(예를 들어, GSM용 RACH 또는 PRACH(물리적 랜덤 액세스 채널))를 수신하면, 제 2 BBU(120B)는 (P)RACH를 검출한 해당 Rx 빔에 의해 식별되는 새로운 활성 셀에서 응답을 통해 수행하도록 일반 Rx 빔들(212)을 구성하는데, TA는 확실히 3GPP 정의에 따라 UE(250)가 예상하는 범위 내에 있다(당연히 최상의 서비스 제공 셀에 대한 전제 조건).

(P)RACH 검출기(120(C))는 활성화 요청을 BBU(120B)에 송신하고, 동일한 셀 ID를 사용하여 요구된 활성 서비스를 제공하기 위한 핸드오버를 120A로 송신하여, 새로 활성화된 UE 서비스 요청을 간소화하거나, 필요에 따라 다른 셀들로 변경한다(2g에서 4G와 같이). 이 예에서, BBU 활성 빔(212)은 UE가 활성인 셀에 대해 지정된 빔/지역에 필요한 서비스를 제공한다. 따라서, 해당 셀에 대한 UE는 활성 빔(212)을 통해 통신하고, 광폭의 액세스 빔(252)은, 비활성 더 광폭 셀 임무를 수행하기 위해 다른 액세스 셀이 제공될 이전과 같이, 모든 셀(232)과 계속 통신한다. UE(250)가 연결 해제되고 셀이 다시 비활성화되면, 활성 BBU(120B)는 서비스를 중지하고, 액세스 또는 비활성 빔(252)은 해당 지역을 액세스 셀로서 서비스를 제공한다. 비활성에서 활성으로, 다시 비활성으로의 주기는 요구조건을 충족할 것이다.

도 2b를 참조하면, 본 개시사항에 따른 다양한 기능들 및 동작들은 예를 들어 처리 디바이스를 포함하는 통신 시스템(200B)에 의해 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 통신 시스템은 비활성 광폭 빔(예를 들어, GSM 빔(C19))(250)을 제공하는 위성(210)을 포함한다. 이 예에서, 빔(250)은 셀들의 클러스터(256)(예를 들어, C19)에 대한 커버리지를 제공한다. 일부 실시예들에서, 각 셀 및 셀들의 클러스터는 하나 이상의 위성으로부터 자신의 TRx 셀들을 가질 수 있다. 이는 NCC("네트워크 제어 센터")가 시스템 부하의 균형을 맞추고 시스템 자원들을 관리할 수 있게 한다. 또한 피더 링크들과 eNB의 부하 균형(load balancing), 비활성/활성 셀 및 셀 대역폭(CBW)이 온디맨드(on-demand) 방식으로 적용될 수 있고 필요에 따라 변경될 수 있다. C7과 같은 클러스터의 복제는 전력이 a/v일 때 피더 링크 친화적일 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력, 면적, 거리 및 고도각을 기반으로 전력 효율적인 접근법이 제공된다. 자원을 효과적으로 균형맞추기 위해 다양한 변형들이 활용될 수 있다. 표 1을 참조한다.

위성 고도각(도)	클러스터	스팟빔 셀에 대한 직경 비율	직경(km)	지역
46	C7	3	144	비주거
57	C19	5	240	자연의 아름다움
62	C37	7	336	산맥 지역
67	C61	9	432	사막
72	C91	11	528	바다(천저 빔)

일부 실시예들에서, 더 광폭 비활성 빔(IAB) 중에서 어느 셀이 활성 셀인지 검출하는 방법이 제공된다. 전체 클러스터에 대해 하나의 더 광폭의 Tx 빔을 유지하면서 비활성 더 광폭의 빔 클러스터의 좁은 빔들 각각에 대해 Rx 빔을 켜는 것이다. 이를 보다 효율적으로 만들기 위해, 120A의 BBU 부분이 위성에 탑제되어 복제될 수 있으며, 이는 (P)RACH 검출기(120(C))로 지칭될 수 있고, 여기서 (P)RACH 검출은 피더 링크 추가 대역폭을 사용하지 않고 수행될 수 있다. 오로지 1T1R 피더 링크 쌍만 존재할 것이지만, C7 및 C19 구성에서는 7 내지 19의 일반 셀 크기를 처리할 수 있다. 이는, 7 또는 19의 활성 빔들(AB)을 가능케 하는 것과 비교하여, 7 또는 19의 인자(factor)만큼 피더 링크 및 태양 전력 자원들을 절약하며, 실제 요구사항들이 1T1R을 유지하는 동안 페이징, TAC 및 NW S1 연결 설정 및 해제(활성 UE를 갖지 않는 것들에 대해)에 문제가 없다. 따라서 모든 IAB들을 AB로 전환하는 대신 Rx 빔만을 활성화함으로써 더 나은 사용자 경험을 위해 프로세스를 간소화하는 것이 더 효율적일 것이다.

개시된 기술의 또 다른 예시적인 특징은, IAB에 대한 페이징 고려사항 및 그것이 수행되어 RACH 후속 조치에 참여해야 하는 방법이다. 이러한 특별한 점은 실제 서비스의 실질적인 차이를 설정한다. 커버리지는 MT 호출(모바일 종료, 즉 누군가가 IAB를 갖는 원격 셀에서 UE에 호출하는 경우)를 갖는다. 본 개시사항의 또 다른 특징은 RACH/PRACH 검출에 대한 Rx 빔 보조를 위해 추가되는 (P)RACH 검출기(120(C))에 대한 위성상의 신호 프로세서이다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 서로 다른 주파수의 셀 클러스터들에 대한 세 가지 비제한적인 예들이 제공된다. 셀 클러스터들은 예를 들어 도 2b의 셀 클러스터(256)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 더 광폭의 GSM BCCH(Broadcast Control Channel) ARFCN과, 다양한 셀 대역폭(CBW)을 갖는 BBU의 추가 다중-RAT(2G+4G) 풀을 갖춘 하이브리드 시스템의 활용이 제공될 수 있다. 이러한 예시적인 하이브리드 시스템은 몇 개의 위성 모바일 서비스들을 통해 지상국(GS)이 서비스 제공하는 수천 개의 셀들의 요구를 동적으로 충족할 수 있다. 도 3a에서, 7개 셀들의 예시적인 클러스터(예: C7)가 10MHz로 표시된다. 도 3b에서, 셀 클러스터들의 예시적인 클러스터가 표시된다(예: C1, C7, C19). 도 3c에서, 각각 5MHz의 주파수에서 동작하는 셀 클러스터의 또 다른 예시적인 클러스터(예: C3)가 표시된다.

시스템은 비활성 셀들에 대해 GSM 200kHz BW를 사용하고 UE RACH를 얻는다. UE의 의도를 나타내는 3가지 유형의 RACH가 있으므로, 게이트웨이 사이트의 BTS는 팩 교환 데이터 서비스가 필요할 때 CS 음성 호출을 행하거나 RRC 재구성 메시지를 사용하여 UE를 LTE 셀로 이동시킬 수 있다. 동시에 UE 위치가 알려지고, 활성 LTE 빔이 UE 위치 영역에 대해 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 비활성 셀은 DL 신호만을: 즉 2G에서는 FCCH, SCH 및 SIB; 4G에서 PSS/SSS/CRS/MIB/SIB, 및 MT 호출 지원이 필요할 때 2G 및 4G 모든 예들에서 페이징을 갖지만, (P)RACH가 검출될 때까지 비활성 셀로 유지된다. 또한 RACH는 더 광폭의 비활성 셀로부터 좁은 스폿 빔 활성 셀까지의 트리거이다. 사용자 디바이스가 위치 영역 또는 추적 영역 업데이트를 수행할 때, 셀은 활성 셀로 전환될 것이다. 비활성이든 활성이든 각 셀은 본 명세서에 설명된 바와 같이 셀 비활성 타이머가 만료될 때 비활성 셀로 남아 있거나 비활성 셀이 된다. 비활성 더 광폭의 셀들의 검출된 RACH 상에서, 2가지 작업들이 수행된다: 하나는 WB 액세스 셀이 새로운 활성 셀이 될 식별된 활성 셀/빔 상의 NB TRx 스팟 빔으로 전환하는 것이다. 예를 들어, GSM 음성 호출 RACH인 경우, GSM 호출 처리는 UE가 보는 것과 동일한 비활성 셀로부터 바로 시작된다. 데이터 호출인 경우, 2G RRC 재구성 메시지는 이를 LTE CFRA PRACH를 처리하기 위해 개입하는 LTE 셀로 우회시킨다. 다른 하나의 작업은 비활성 셀 임무를 수행하기 위해 이전 액세스 WB에 또 다른 ARFCN이 주어지는 것이다.

일부 실시예들에서, 비활성 광폭 빔은, 4G에서 최대 100km 또는 2G에서 확장된 TA를 통해 120km에 대해 3GPP 사양에 정의된 타이밍 어드밴스(TA) 범위보다 훨씬 큰 160km 이상의 직경을 갖는 원형 지역 내에 7 내지 19의 비활성 셀들의 클러스터를 포함할 수 있다. 해결책은 스폿 빔들로부터 많은 Rx 빔을 사용하고 온-보드 (P)RACH 검출기를 갖추는 것이다. UE에 대한 실제 통신은 여전히 NB 활성 셀에 배치되며, 수정되지 않은 UE에 대해 정의된 TA 범위 RAN에 영향을 미치거나 위반하지 않는다.

일부 실시예들에서, 대역, 피더 링크 BW 및 온보드 전력이 허용한다면 비활성 셀당 하나의 1.4MHz CBW가 제공될 수 있다. 대안으로, 대역이 허용하는 경우 7 및 19의 비활성 셀 클러스터당 하나의 1.4MHz CBW가 제공될 수 있지만, 피더 링크 BW 및 온보드 전력이 부족한 경우, GSM 액세스 WB 셀이 훨씬 더 나은 대안이다. 또 다른 대안으로, 대역이 1.4MHz를 허용하지 않는 경우, GSM은 WB 비활성 셀에 액세스하는 유일한 최선의 접근 방식이다.

새로운 활성 UE의 경우, 그 이동성도 고려되어야 한다. 이를 처리하는 2가지 방법들이 존재한다: 가장 좋은 방법은 전자적으로 조종 가능한 빔으로 UE를 추적하여, 항상 커버되도록 하는 것이다. 이는 이동 셀 중심에 대한 TA와 지연 및 도플러 보상을 통해 수행될 수 있다. 다른 방법은 인접 스폿 빔을 서비스하는 BBU를 변경하는 것이다. 두 방법 모두 sat RAN 동작을 위한 활성 빔 표준 구성이며, 이 경우에도 사용되어야만 한다.

본 명세서에 개시된 위성 시스템은 NTN에 대한 어떠한 수정 없이 표준 셀룰러 전화기들을 포함하는 사용자 장비와 함께 동작할 수 있다. 기술의 적용은 전기 및 무선 스펙트럼 사용과 같은 자원의 더 나은 사용을 위해 제공될 수 있다. 추가적으로, 개시된 기술의 적용은 Sat RAN 및 TN에서 전력 절감을 제공할 수 있다.

도 4a를 참조하면, 위성 랜덤 액세스 네트워크(Sat RAN)의 자원을 관리하기 위한 예시적인 방법인 흐름도(400A)가 제공된다. 이 방법은 기지국(100), 위성(210)의 중앙 프로세서 빔 형성 유닛(CPBF), 액세스 셀 기저대역 유닛(BBU)의 하위 시스템(110), 또는 이들의 조합의 하나 이상의 모듈에 의해 구현될 수 있다. 설명의 목적으로, 다음 단계들은 도 4b 및 도 4c와 연관하여 설명될 것이다. 그러나 다양한 작업들이 대체 구성요소들에 의해 수행될 수 있다. 또한 다양한 작업들이 다른 순서로 수행될 수도 있다. 또한 일부 작업들은 동시에 수행될 수도 있고, 일부 작업은 필요하지 않거나, 다른 작업들이 추가될 수도 있다.

흐름도(400)는 예를 들어 C7(7개의 마이크로 셀들을 갖는 매크로 클러스터 셀)의 동작을 도시한다(도 4b 및 도 4c를 참조, 1 내지 7의 번호가 메겨진 마이크로셀들). 동작들은 단계(404)에서 시작하고, 제1 BBU(120A)는 더 광폭의 매크로 비활성 송신(Tx) 빔(214)을 바다의 일부와 같은 원격 지역의 더 광폭의 매크로 액세스 셀(마이크로 셀들(1-7)을 갖는)로 송신하고(도 4b); 일반 마이크로 수신(Rx) 빔(212)을 통해 개별적으로 수신한다(단계(402)). 위성(210) 프로세서의 CPBF(중앙 프로세서 빔 형성) 유닛은 TRx 빔들뿐만 아니라, 상이한 셀들로의 Tx 및 Rx에 대한 빔 형성을 통해 다른 개수의 TRx 빔들도 처리하고, 거대한 위상 배열(210)을 통해 이들 셀들 위를 선회하는 위성(210)으로서 이들을 추적한다.

추가적으로 또는 대안적으로, CPBF 및 BBU(120)는 예컨대 2G, 4G 및 5G 사이를 전환함으로써 다중-RAT(무선 액세스 기술)을 제공할 수 있다. 다중-RAT은 3GPP 표준의 일부이며, 전력 및 스펙트럼 절약을 위한 메커니즘으로서 또한 Sat RAN을 위한 자원 관리 옵션으로서 함께 사용될 수 있다. 피더 링크 대역폭을 절약하기 위해, 위성 프로세서에서 기저대역 하위 시스템이 존재하고, 이는 TRx 빔들을 처리하기 위해 (P)RACH 검출기(120(C))를 처리하고(단계 406), 시스템 방송 주기들을 가지며(단계(408)), 피더 링크를 통해 지상 게이트웨이 스테이션의 BBU 집단과의 최소 링크를 유지하면서, 잠재적인 RACH 및 페이징을 자율적으로 검출 및 처리한다(단계 410). RACH가 임의의 Rx 빔에서 검출되면, 비활성 광폭의 매크로 Tx 빔(214)(도 4b)은 활성 Tx 마이크로 빔(214A)(도 4c)으로 활용되도록 변경 또는 전환될 수 있는 반면, 예를 들어 활성 Tx 마이크로 빔(214A)(활성 UE가 더 강한 신호를 갖는 것으로 검출된 활성 마이크로 셀과만 통신하는)은 비활성 광폭의 매크로 Tx 빔(214)(더 약한 신호를 갖는 전체 매크로 셀 클러스터(C7)와 통신하는)과 동일한 주파수 및/또는 채널 및/또는 위상을 갖는다.

지연 및 도플러 보상은 새로운 활성 스폿 빔(214A)의 셀 중심에 제공될 수 있다. 동시에, 이전의 더 광폭의 비활성 빔(214)은 단계(412)에서 다른 ARFCN의 BBU에 의해 다른 GSM 비활성 셀 매크로 Tx 빔(216)(도 4c)으로 대체될 수 있으므로, 더 넓은 범위에서 임의의 추가 RACH를 처리할 수 있고, 피더 링크는 해당 일반 셀의 사용자에게 서비스를 제공하기 위하여 BBU 풀로부터 즉시 할당한다. BBU(120A 및 120B)는 새로운 광폭의 비활성 빔(216)(도 4c에 도시됨)을 가능토록 조정되며, 이 빔은 이전의 비활성 빔(214)(도 4b)을 대체한다. IAB와 AB 간의 전환과 유사하게, 이는 RAT들 간의 전환으로, 훨씬 더 넓은 범위에서 목적을 수행하고, 더 많은 상황에 더 잘 맞도록 더 넓은 선택과 더 세분성을 통해 문제를 해결한다. 설명된 GSM 내지 4G RACH는 선점형 CBRA를 회피하는데, 이는 자원들의 낭비 없이 RTT40ms를 해결하고, 이는 SatRAN RACH 문제를 처리하는 훨씬 더 나은 방법이다. 일부 실시예들에서, 결정을 내리는데 타이머가 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, AB를 찾는 결정을 내리는데 도움이 되는 사용자 디바이스 위치가 있을 수 있다.

따라서, 활성 UE가 검출되면, 매크로 셀 C7과 통신하는 초기 액세스 광폭 Tx 매크로 빔(214)(도 4b)은 마이크로 빔(214A)으로 전환되고, 이러한 마이크로 빔은 오로지 활성 마이크로 셀(도 4c의 마이크로 셀(1))과 통신한다. 매크로 시야 내의 복수의 마이크로 셀들과 통신하기 위해 매크로 시야 내의 복수의 마이크로 셀을 커버하는 제 1 매크로 셀 다운링크 송신(Tx) 빔이 생성된다. 복수의 마이크로 셀들 각각은 각각의 개별 마이크로 업링크 수신(Rx) 빔과 연관된다. 그런 다음 시스템은 매크로 시야의 복수의 마이크로 셀들 중 적어도 하나에 위치한 UE로부터 UE 액세스 요청을 검출하는데, 이러한 액세스 요청은 복수의 마이크로 셀들 중 적어도 하나와 연관된 마이크로 셀 업링크 Rx 빔을 통해 전달된다.

또한, 활성 UE가 검출되면, 새로운 비활성 광폭 Tx 매크로 빔(216)이 형성되는데, 이 빔은 활성 마이크로 빔(214A)과 다른 채널 및/또는 주파수 및/또는 위상을 통해 매크로 셀(C7)과 통신한다. 즉, UE 액세스 요청에 대한 응답으로, 제 1 매크로 셀 다운링크 Tx 빔은 UE 액세스 요청과 연관된 마이크로 셀에만 액티브 마이크로 다운링크 Tx 빔으로서 통신하고, 액티브 마이크로 다운링크 Tx 빔은 UE 액세스 요청과 연관된 UE에 서비스를 제공한다. 초기의 광폭 Tx 빔(214)이 새로운 광폭의 Tx 빔(216)으로 대체되는 것으로 설명되어 있지만, 빔들(214, 216)은 동일한 빔일 필요는 없고, 오히려 서로 다른 빔들일 수 있다.

마지막으로, UE 액세스 요청에 대한 추가 응답으로, 제 2 매크로 셀 다운링크 Tx 빔이 생성되는데, 이 빔은 매크로 시야의 복수의 마이크로 셀들을 커버하고, 매크로 시야의 복수의 마이크로 셀들(C7)과 통신한다.

특히, 일단 UE 액세스 요청이 검출되면 마이크로 수신 Rx 빔들은 변경될 필요가 없다. 오히려 마이크로 수신 Rx 빔들은 동일하게 유지될 수 있다; 하지만 일부 실시예들에서는 다른 마이크로 Rx 빔이 사용될 수 있다.

데이터 수집을 수행하기 위해 이벤트들이 발생할 때 이들을 기록하기 위해 네트워크 제어 센터(NCC)가 제공될 수 있다. 하나 이상의 실시예들에 따르면, 셀들은 그들의 실행 상태(예를 들어, 비활성/활성)를 NCC에 보고할 수 있다. BHO 결정들에 대한 보고들은 정기적으로(예: 5분마다) 제공될 수 있다. 보고들은 또한 각 셀의 로드 용량을 포함할 수 있다(예: 비활성의 경우 0%, 전체 용량의 경우 100%). 일부 실시예들에서, 네트워크 관리자는 네트워크 상태, 현재 요구사항, 예상 요구사항, 셀을 비활성과 활성 사이로 전환할 시기, 그 반대로의 업데이트들 및 보고들을 제공할 수 있다. BHO 기회는, AB를 IAB로 변경하는 것이 적합하다면, 적어도 이러한 변경 시간이 될 것이다. BHO는 예를 들어 4 내지 5.5분마다 발생할 수 있으며, 이는 개시된 기술에 의해 설명된 대로 효과적인 주문형 자원 관리를 보완하다. 추가적으로, 네트워크 관리 결정은 사용할 RAT 및 BW를 포함할 수 있다. 비활성 타이머는 T1 값이 할당받을 수 있다. 기록들은 지속적으로 유지되고 업데이트될 수 있다.

일부 실시예들에서, 온보드 BBU 하위 시스템의 모듈은 셀이 유휴 상태(예를 들어, 비활성 상태)인지 여부를 결정할 수 있다. 유휴 상태가 아닌 경우, 해당 셀은 활성 셀이다. 유휴 상태인 경우, 호출이 종료되는 시점에 비활성 호출로 돌아가는 과정에서 유휴 셀에 대한 비활성 타이머가 시작된다. 추가적으로, 하나 이상의 모듈들은 게이트웨이를 사용하여 활성 셀이 다시 비활성 셀의 일부가 되어야 하는지를 결정할 수 있다. 그런 다음 프로세스는 IAB 및 AB를 시계장치처럼 관리하기 위해 루프백될 수 있다.

일부 실시예들에서, 비활성 셀에 대한 GSM 200kHz BW는 사용자의 디바이스로부터 RACH를 얻는다. 사용자 디바이스의 의도를 나타내는 3가지 유형의 RACH가 존재하므로, 게이트웨이 사이트의 BTS는 팩 교환 데이터 서비스가 필요할 때 CS 음성 호출 또는 RRC 재구성 메시지를 사용하여 사용자 디바이스를 LTE 셀로 이동시킬 수 있다. 동시에, 사용자 디바이스의 위치는 개별 Rx(212)에 의해 알려지며, 활성 LTE 빔은 디바이스의 위치 영역에 대해 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 비활성 셀은 DL 신호들(PSS/SSS/RS/MIB/SIB)만을 갖고, MT 호출 지원으로서의 페이징이 필요하지만, RACH가 검출될 때까지 비활성 셀로 유지된다. RACH는 더 광폭의 비활성 셀에서 좁은 스폿 빔 활성 셀로의 트리거이다. 위치 영역 또는 추적 영역이 업데이트를 수행하는 사용자 디바이스가 존재할 때, 해당 셀은 활성 셀이 된다. 비활성이든 활성이든 각 셀은 셀 비활성 타이머가 만료될 때 유지되거나 비활성 셀이 된다. 비활성 더 광폭의 셀은 검출된 RACH에서 Rx 스팟 빔을 하위 정상 셀들에 개방하고, 여기에 설명된 대로 새로운 활성 셀이 될 최상의 서비스 제공 빔을 식별한다.

이제 도 5를 참조하면, 예시적인 다기능 디바이스(500)의 단순화된 기능 블록도가 일 실시예에 따라 도시된다. 다기능 디바이스(500)는 예를 들어 도 1의 기지국(100)의 디바이스들, 인터넷(110)의 운영자 IP 서비스들 및 위성(210)의 디바이스들에 대한 대표적인 구성요소들을 도시할 수 있다. 다기능 전자 디바이스(500)는 프로세서(505), 디스플레이(510), 사용자 인터페이스(515), 그래픽 하드웨어(520), 통신 회로(545), 메모리(560), 저장 디바이스(565) 및 통신 버스(570)를 포함할 수 있다. 다기능 전자 디바이스(500)는 예를 들어 개인용 휴대 정보 단말기(PDA), 개인용 음악 플레이어, 휴대폰 또는 스마트폰, 태블릿 컴퓨터와 같은 개인용 전자 디바이스일 수 있다.

동기화 유닛(525)은 시스템 시계장치(clockwork)를 위한 키를 보유하며, 이에 따라 프로세서(505)는 피더 링크 패킹을 제어하고, 피더 링크 M&C(유지관리 및 제어) 채널을 사용하여, IAB와 AB 사이의 변경은 물론, 궤도에 있는 다른 위성에 대한 BHO를 포함하여 동적 셀 처리를 구현한다. 피더 링크(152)는 각 위성의 통신망을 제공하는 광대역 다중-기가 Hz 링크이므로, IAB 및 Abs 관리가 중요하다. 이는 자원 사용량의 50% 이상을 절약한다. 따라서 이는 완전한 Sat RAN 운영 전체에 필수적이다.

프로세서(505)는 디바이스(500)에 의해 수행되는 많은 기능들의 동작을 수행하거나 제어하는데 필요한 명령들을 실행할 수 있다. 프로세서(505)는 예를 들어 디스플레이(510)를 구동하고, 사용자 인터페이스(515)로부터 사용자 입력을 수신할 수 있다. 사용자 인터페이스(515)는 사용자가 디바이스(500)와 상호작용하도록 허용한다. 예를 들어, 사용자 인터페이스(515)는 버튼, 키패드, 다이얼, 클릭 휠, 키보드, 디스플레이 스크린 및/또는 터치 스크린과 같은 다양한 형태를 취할 수 있다. 프로세서(505)는 또한 예를 들어 모바일 디바이스들에서 발견되는 것과 같은 시스템-온-칩일 수 있으며, 전용 그래픽 처리 유닛(GPU)을 포함할 수 있다. 프로세서(505)는 축소 명령어-집합 컴퓨터(Reduced Instruction-Set Computer : RISC) 또는 복잡 명령어-집합 컴퓨터(Complex Instruction-Set Computer : CISC) 아키텍처 또는 임의의 다른 적합한 아키텍처에 기반할 수 있으며, 하나 이상의 처리 코어들을 포함할 수 있다. 그래픽 하드웨어(520)는 그래픽을 처리하기 위한 위한 특수 목적의 계산 하드웨어 및/또는 그래픽 정보를 처리하기 위한 보조 프로세서(505)일 수 있다. 일 실시예에서, 그래픽 하드웨어(520)는 프로그래밍 가능한 GPU를 포함할 수 있다.

데이터는 메모리(560) 및/또는 저장소(565)에 저장될 수 있다. 메모리(560)는 디바이스 기능들을 수행하기 위해 프로세서(505) 및 그래픽 하드웨어(520)에 의해 사용되는 하나 이상의 다른 유형들의 미디어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(560)는 메모리 캐시, 판독-전용 메모리(ROM), 및/또는 랜덤 액세스 멤모리(RAM)를 포함할 수 있다. 저장소(565)는 미디어(예를 들어, 오디오, 이미지 및 비디오 파일), 컴퓨터 프로그램 명령들 또는 소프트웨어, 선호도 정보, 디바이스 프로파일 정보 및 기타 적합한 데이터를 저장할 수 있다. 저장소(565)는 예를 들어 자기 디스크(고정형, 플로피형 및 이동식) 및 테이프, CD-ROM 및 디지털 비디오 디스크(DVD)와 같은 광학 매체, 및 전기적으로 프로그래밍 가능한 판독-전용 메모리(EPROM) 및 전기적으로 소거 가능한 프로그래밍 가능한 판독-전용 메모리(EEPROM)와 같은 반도체 메모리 디바이스들을 포함하는 하나 이상의 비일시적 컴퓨터-판독 가능 저장 매체를 포함할 수 있다. 메모리(560) 및 저장소(565)는 하나 이상의 모듈로 구성되고 임의의 원하는 컴퓨터 프로그래밍 언어로 기록된 컴퓨터 프로그램 명령 또는 코드를 유형적으로 유지하는데 사용될 수 있다. 예를 들어 프로세서(505)에 의해 실행될 때, 이러한 컴퓨터 프로그램 코드는 본 명세서에 설명된 방법들 중 하나 이상을 구현할 수 있다.

수정들, 조합들, 하위-조합들 및 변형들이 본 개시사항의 사상 또는 범주를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 점은, 전술한 설명들 및 관련 도면들에 제시된 교시의 이점을 갖는 당업자에게는 명백할 것이다. 마찬가지로, 설명된 다양한 예들은 개별적으로 또는 다른 예들과 조합하여 사용될 수 있다. 당업자는 구체적으로 설명되거나 도시되지 않은 예들의 다양한 조합들이 여전히 본 개시사항의 범주 내에 포함됨을 인식할 것이다. 이와 관련하여, 본 개시사항은 제시된 특정 실시예들에 제한되지 않고, 본 개시사항의 예는 제한이 아닌 예시를 위한 것임을 이해해야 한다.

달리 명시하지 않는 한, 하나 이상의 실시예들과 관련하여 설명된 하나 이상의 특정 특징들 및/또는 요소들은, 하나의 실시예에서 찾을 수 있거나, 하나 이상의 실시예들에서 찾을 수 있거나, 모든 실시예에서 찾을 수 있거나, 또는 어떤 실시예에서도 찾을 수 없을 수 있다. 하나 이상의 특징들 및/또는 요소들이 오로지 하나의 실시예의 맥락으로, 또는 대안적으로 하나 이상의 실시예들의 맥락으로, 또는 또 다른 대안적으로 모든 실시예들의 맥락으로 본 명세서에서 설명될 수 있지만, 이러한 특징들 및/또는 요소들은 대신 별도로 또는 적절한 조합으로 제공되거나 전혀 제공되지 않을 수 있다.

Claims

매크로 시야를 갖는 위성을 통해 표준 준수 사용자 장비(UE)와 통신하도록 구성되는 스케줄링 능력을 갖는 하나 이상의 기지국들으로 포함하는 위성 통신 시스템으로서, 상기 기지국들 중 적어도 하나는 프로세서로 하여금:
상기 매크로 시야 내의 복수의 마이크로 셀들을 커버하는 제 1 매크로 셀 다운링크 Tx 빔(송신)을 생성하는 동작으로서, 상기 복수의 마이크로 셀들의 각각은 각각의 개별 마이크로 셀 업링크 Rx 빔(수신)과 연관되는, 제 1 매크로 셀 다운링크 Tx 빔(송신)을 생성하는 동작;
상기 매크로 시야 내의 상기 복수의 마이크로 셀들 중 적어도 하나에 위치한 UE로부터 UE 액세스 요청을 검출하는 동작으로서, 상기 액세스 요청은 상기 복수의 마이크로 셀들 중 적어도 하나와 연관된 상기 마이크로 셀 업링크 Rx 빔을 통해 전달되는, UE 액세스 요청을 검출하는 동작;
상기 UE 액세스 요청에 응답하여, 상기 제 1 매크로 셀 다운링크 Tx 빔을 활성 마이크로 다운링크 Tx 빔으로서 상기 UE 액세스 요청과 연관된 상기 마이크로 셀에만 통신하는 동작으로서, 상기 활성 마이크로 다운링크 Tx 빔은 상기 UE 액세스 요청과 연관된 상기 UE에 서비스를 제공하는, 통신하는 동작; 및
상기 UE 액세스 요청에 응답하여 상기 매크로 시야 내의 상기 복수의 마이크로 셀들을 커버하는 제 2 매크로 셀 다운링크 Tx 빔을 생성하는 동작;
을 수행하게 하는 명령들을 저장하는 메모리를 포함하는, 위성 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 매크로 셀 다운링크 Tx 빔은 시스템 정보 및 페이징 정보를 송신하도록 구성되는, 위성 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 매크로 셀 다운링크 Tx 빔은 상기 활성 마이크로 다운링크 Tx 빔보다 더 광폭의 대역을 커버하는, 위성 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 기지국들은 복수의 기지국들을 포함하며, 상기 복수의 기지국들의 각 기지국은 긴 왕복 시간(RTT) 인식 스케줄링 능력을 갖는, 위성 통신 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 긴 RTT는 44ms인, 위성 통신 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 인식 스케줄링 능력은 지연 및 도플러 보상(DD&C) 디바이스에 의해 수행되는, 위성 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 매크로 셀 다운링크 Tx 빔은 제 1 주파수를 갖고, 상기 활성 마이크로 다운링크 Tx 빔은 상기 제 1 주파수를 가지며, 상기 제 2 매크로 셀 다운링크 Tx 빔은 상기 제 1 주파수와는 다른 제 2 주파수를 갖는, 위성 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 활성 마이크로 다운링크 Tx 빔은 상기 UE 액세스 요청이 검출되지 않은 상기 복수의 마이크로 셀들과는 통신하지 않는, 위성 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 위성 통신 시스템은 GSM(Global System for Mobile communication, 이동통신용 글로벌 시스템)에서 동작하도록 구성되는, 위성 통신 시스템.
위성을 통해 표준 준수 사용자 장비(UE)와 통신하도록 구성되는 스케줄링 능력을 갖는 기저대역 유닛(BBU)을 포함하는 위성으로서, 상기 BBU는 프로세서로 하여금:
매크로 시야 내의 복수의 마이크로 셀들을 커버하는 제 1 매크로 셀 다운링크 Tx 빔(송신)을 생성하는 동작으로서, 상기 복수의 마이크로 셀들의 각각은 각각의 개별 마이크로 셀 업링크 Rx 빔(수신)과 연관되는, 제 1 매크로 셀 다운링크 Tx 빔(송신)을 생성하는 동작;
상기 매크로 시야 내의 상기 복수의 마이크로 셀들 중 적어도 하나에 위치한 UE로부터 UE 액세스 요청을 검출하는 동작으로서, 상기 액세스 요청은 상기 복수의 마이크로 셀들 중 상기 적어도 하나와 연관된 상기 마이크로 셀 업링크 Rx 빔을 통해 전달되는, UE 액세스 요청을 검출하는 동작;
상기 UE 액세스 요청에 응답하여, 상기 제 1 매크로 셀 다운링크 Tx 빔을 활성 마이크로 다운링크 Tx 빔으로서 상기 UE 액세스 요청과 연관된 상기 마이크로 셀에만 통신하는 동작으로서, 상기 활성 마이크로 다운링크 Tx 빔은 상기 UE 액세스 요청과 연관된 상기 UE에 서비스를 제공하는, 통신하는 동작; 및
상기 UE 액세스 요청에 응답하여 상기 매크로 시야 내의 상기 복수의 마이크로 셀들을 커버하는 제 2 매크로 셀 다운링크 Tx 빔을 생성하는 동작;
을 수행하게 하는 명령들을 저장하는 메모리를 포함하는, 위성.
제 10 항에 있어서, 상기 BBU는 RACH(Random Access CHannel, 랜덤 액세스 채널) 검출기를 포함하는, 위성.
제 11 항에 있어서, 상기 RACH 검출기는 GSM(Global System for Mobile communication, 이동통신용 글로벌 시스템) RACH 검출기인, 위성.
적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스를 이용한 위성 통신 방법으로서:
매크로 시야 내의 복수의 마이크로 셀들을 커버하는 제 1 매크로 셀 다운링크 Tx 빔(송신)을 생성하는 단계로서, 상기 복수의 마이크로 셀들의 각각은 각각의 개별 마이크로 셀 업링크 Rx 빔(수신)과 연관되는, 제 1 매크로 셀 다운링크 Tx 빔(송신)을 생성하는 단계;
상기 매크로 시야 내의 상기 복수의 마이크로 셀들 중 적어도 하나에 위치한 사용자 장비(UE)로부터 UE 액세스 요청을 검출하는 단계로서, 상기 액세스 요청은 상기 복수의 마이크로 셀들 중 적어도 하나와 연관된 상기 마이크로 셀 업링크 Rx 빔을 통해 전달되는, UE 액세스 요청을 검출하는 단계;
상기 UE 액세스 요청에 응답하여, 상기 제 1 매크로 셀 다운링크 Tx 빔을 활성 마이크로 다운링크 Tx 빔으로서 상기 UE 액세스 요청과 연관된 상기 마이크로 셀에만 통신하는 단계로서, 상기 활성 마이크로 다운링크 Tx 빔은 상기 UE 액세스 요청과 연관된 상기 UE에 서비스를 제공하는, 통신하는 단계; 및
상기 UE 액세스 요청에 응답하여 상기 매크로 시야 내의 상기 복수의 마이크로 셀들을 커버하는 제 2 매크로 셀 다운링크 Tx 빔을 생성하는 단계;
를 포함하는, 위성 통신 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 제 1 매크로 셀 다운링크 Tx 빔은 시스템 정보 및 페이징 정보를 송신하는, 위성 통신 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 제 1 매크로 셀 다운링크 Tx 빔은 상기 활성 마이크로 다운링크 Tx 빔보다 더 광폭의 대역을 커버하는, 위성 통신 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 제 1 매크로 셀 다운링크 Tx 빔은 제 1 주파수를 갖고, 상기 활성 마이크로 다운링크 Tx 빔은 상기 제 1 주파수를 가지며, 상기 제 2 매크로 셀 다운링크 Tx 빔은 제 2 주파수를 갖는, 위성 통신 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 활성 마이크로 다운링크 Tx 빔은 상기 UE 액세스 요청이 검출되지 않은 상기 복수의 마이크로 셀들과 통신하지 않는, 위성 통신 방법.