KR102225576B1 - 매시브 mimo 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템을 위한 페이즈 쉬프터의 게인/페이즈 파라미터 추정 방법 및 이를 수행하는 장치 - Google Patents

매시브 mimo 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템을 위한 페이즈 쉬프터의 게인/페이즈 파라미터 추정 방법 및 이를 수행하는 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102225576B1
KR102225576B1 KR1020190124767A KR20190124767A KR102225576B1 KR 102225576 B1 KR102225576 B1 KR 102225576B1 KR 1020190124767 A KR1020190124767 A KR 1020190124767A KR 20190124767 A KR20190124767 A KR 20190124767A KR 102225576 B1 KR102225576 B1 KR 102225576B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phase
gain
control word
receiver
parameter estimation
Prior art date
Application number
KR1020190124767A
Other languages
English (en)
Inventor
길계태
이주용
조동호
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020190124767A priority Critical patent/KR102225576B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102225576B1 publication Critical patent/KR102225576B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0686—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/0842—Weighted combining
    • H04B7/0848—Joint weighting
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0868—Hybrid systems, i.e. switching and combining

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

매시브 MIMO 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템을 위한 페이즈 쉬프터의 게인/페이즈 파라미터 추정 방법 및 이를 수행하는 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 게인/페이즈 파라미터 추정 방법은, 트레이닝 신호(training signal)가 송신기와 수신기 사이의 채널을 통해 전송되어 상기 수신기로 수신되는 수신 신호를 획득하는 단계와, 상기 수신 신호에 기초하여 상기 채널의 추정 채널 응답을 결정하는 단계와, 상기 채널의 기준 채널 응답과 상기 추정 채널 응답의 비율에 기초하여 상기 수신 신호에 적용된 페이즈 쉬프터(phase shifter)의 게인/페이즈 파라미터(gain/phase parameters)을 추정하는 단계를 포함한다.

Description

매시브 MIMO 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템을 위한 페이즈 쉬프터의 게인/페이즈 파라미터 추정 방법 및 이를 수행하는 장치{METHOD FOR ESTIMATION OF GAIN/PHASE PARAMETERS OF PHASE SHIFTERS FOR HYBRID BEAMFORMING SYSTEMS BASED ON MASSIVE MIMO ARRAY ANTENNAS AND APPARTUS PERFORMING THE SAME}
아래 실시예들은 매시브 MIMO 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템을 위한 페이즈 쉬프터의 게인/페이즈 파라미터 추정 방법 및 이를 수행하는 장치에 관한 것이다.
하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming) 기술은 밀리미터파(millimeter-wave(mmWave)) 대역과 테라 헤르츠(terahertz(THz)) 대역과 같이 신호의 거리에 따른 감쇄가 큰 무선채널 환경에서, 매우 많은 수의 송신 안테나 및 수신 안테나 소자를 가진 거대 배열 안테나를 사용하여 높은 빔포밍 이득을 얻고자 하는 시스템에서 사용되는 기술이다.
이 기술은 송신기와 수신기에서 거대 배열 안테나 안의 소자들과 같은 수의 라디오 프리퀀시 체인(radio frequency(RF) chain)을 필요로 하는 풀 디지털 빔포머(full digital beamformer) 구조에 비하여 적은 수의 RF 체인(RF chain)을 사용하면서 풀 디지털 빔포머에 가까운 성능을 가질 수 있다는 점에서 최근 활발히 연구가 되어 온 기술이다.
실시예들은 매시브 MIMO 안테나 기반의 무선통신시스템에서 페이즈 쉬프터(phase shifter)의 게인/페이즈 파라미터(gain/phase parameter)를 추정하는 기술을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 게인/페이즈 파라미터 추정 방법은, 트레이닝 신호(training signal)가 송신기와 수신기 사이의 채널을 통해 전송되어 상기 수신기로 수신되는 수신 신호를 획득하는 단계와, 상기 수신 신호에 기초하여 상기 채널의 추정 채널 응답을 결정하는 단계와, 상기 채널의 기준 채널 응답과 상기 추정 채널 응답의 비율에 기초하여 상기 수신 신호에 적용된 페이즈 쉬프터(phase shifter)의 게인/페이즈 파라미터(gain/phase parameters)을 추정하는 단계를 포함한다.
상기 수신 신호는, 상기 트레이닝 신호가 상기 송신기에 포함된 페이즈 쉬프터에 의해 페이즈 쉬프팅(phase shifting)되어 수신된 신호일 수 있다.
상기 수신 신호는, 상기 트레이닝 신호가 상기 수신기에 수신되어 상기 수신기에 포함된 페이즈 쉬프터에 의해 페이즈 쉬프팅된 신호일 수 있다.
상기 페이즈 쉬프터는, 상기 송신기 및 상기 수신기 중에서 어느 하나에 포함된 페이즈 쉬프터일 수 있다.
상기 게인/페이즈 파라미터는, 컨트롤 워드(control word)에 기초하여 결정되는 파라미터와, 상기 컨트롤 워드와 무관하게 결정되는 파라미터를 포함할 수 있다.
상기 수신 신호는, 각각의 컨트롤 워드에 기초하여 결정된 게인/페이즈 파라미터를 포함하는 페이즈 쉬프터에 의해 페이즈 쉬프팅된 각각의 수신 신호들을 포함하고, 상기 추정하는 단계는, 상기 각각의 수신 신호들에 기초하여 계산된 상기 비율에 복소 로그함수(complex logarithm)을 적용하는 단계와, 복소 로그함수가 적용된 비율을 제1 행렬로 나타내는 단계와, 상기 제1 행렬 및 상기 각각의 컨트롤 워드의 성분으로 이루어진 제2 행렬에 기초하여 게인/페이즈 파라미터를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기준 채널 응답(
Figure 112019102834765-pat00001
) 및 상기 추정 채널 응답(
Figure 112019102834765-pat00002
)은 하기 수학식으로 표현될 수 있다.
[수학식]
Figure 112019102834765-pat00003
Figure 112019102834765-pat00004
여기서,
Figure 112019102834765-pat00005
는 기저대역 등가 채널,
Figure 112019102834765-pat00006
는 상기 컨트롤 워드와 무관하게 결정되는 파라미터,
Figure 112019102834765-pat00007
는 k번째 상기 컨트롤 워드에 기초하여 결정되는 파라미터,
Figure 112019102834765-pat00008
는 상기 컨트롤 워드 k번째 성분,
Figure 112019102834765-pat00009
는 상기 컨트롤 워드(
Figure 112019102834765-pat00010
),
Figure 112019102834765-pat00011
는 노이즈,
Figure 112019102834765-pat00012
는 기준 채널 응답의 k번째 게인/쉬프트 파라미터를 의미하고, 이때
Figure 112019102834765-pat00013
및
Figure 112019102834765-pat00014
일 수 있다.
상기 비율(
Figure 112019102834765-pat00015
)은 하기 수학식으로 표현될 수 있다.
[수학식]
Figure 112019102834765-pat00016
여기서,
Figure 112019102834765-pat00017
,
Figure 112019102834765-pat00018
및
Figure 112019102834765-pat00019
일 수 있다.
상기 제1 행렬 및 제2 행렬에 기초하여 게인/페이즈 파라미터를 추정하는 단계는, 하기 수학식에서
Figure 112019102834765-pat00020
에 대한 최소 제곱 해(least-square solution)을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
[수학식]
Figure 112019102834765-pat00021
여기서,
Figure 112019102834765-pat00022
,
Figure 112019102834765-pat00023
,
Figure 112019102834765-pat00024
,
Figure 112019102834765-pat00025
이고, 이때
Figure 112019102834765-pat00026
는 상기 제1 행렬이고,
Figure 112019102834765-pat00027
는 상기 제2 행렬이고,
Figure 112019102834765-pat00028
는 각각 서로 다른 컨트롤 워드를 나타낼 수 있다.
상기 게인/페이즈 파라미터(
Figure 112019102834765-pat00029
)는 하기 수학식으로 추정될 수 있다.
[수학식]
Figure 112019102834765-pat00030
여기서,
Figure 112019102834765-pat00031
는 상기 최소 제곱 해(
Figure 112019102834765-pat00032
)에서 계산될 수 있다.
일 실시예에 따른 게인/페이즈 파라미터 추정 장치는, 인스트럭션들을 포함하는 메모리와, 상기 인스트럭션들을 실행하기 위한 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서에 의해 상기 인스트럭션들이 실행될 때, 상기 프로세서는, 트레이닝 신호(training signal)가 송신기와 수신기 사이의 채널을 통해 전송되어 상기 수신기로 수신되는 수신 신호를 획득하고, 상기 수신 신호에 기초하여 상기 채널의 추정 채널 응답을 결정하고, 상기 채널의 기준 채널 응답과 상기 추정 채널 응답의 비율에 기초하여 상기 수신 신호에 적용된 페이즈 쉬프터(phase shifter)의 게인/페이즈 파라미터(gain/phase parameters)을 추정한다.
상기 수신 신호는, 상기 트레이닝 신호가 상기 송신기에 포함된 페이즈 쉬프터에 의해 페이즈 쉬프팅(phase shifting)되어 수신된 신호일 수 있다.
상기 수신 신호는, 상기 트레이닝 신호가 상기 수신기에 수신되어 상기 수신기에 포함된 페이즈 쉬프터에 의해 페이즈 쉬프팅된 신호일 수 있다.
상기 페이즈 쉬프터는, 상기 송신기 및 상기 수신기 중에서 어느 하나에 포함된 페이즈 쉬프터일 수 있다.
상기 게인/페이즈 파라미터는, 컨트롤 워드(control word)에 기초하여 결정되는 파라미터와, 상기 컨트롤 워드와 무관하게 결정되는 파라미터를 포함할 수 있다.
상기 수신 신호는, 각각의 컨트롤 워드에 기초하여 결정된 게인/페이즈 파라미터를 포함한 페이즈 쉬프터에 의해 페이즈 쉬프팅된 각각의 수신 신호들을 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 각각의 수신 신호들에 기초하여 계산한 비율들에 복소 로그함수(complex logarithm)을 적용하고, 복소 로그함수가 적용된 비율들을 제1 행렬로 나타내고, 상기 제1 행렬 및 상기 각각의 컨트롤 워드의 성분으로 이루어진 제2 행렬에 기초하여 게인/페이즈 파라미터를 추정할 수 있다.
상기 기준 채널 응답(
Figure 112019102834765-pat00033
) 및 상기 추정 채널 응답(
Figure 112019102834765-pat00034
)은 하기 수학식으로 표현될 수 있다.
[수학식]
Figure 112019102834765-pat00035
Figure 112019102834765-pat00036
여기서,
Figure 112019102834765-pat00037
는 기저대역 등가 채널,
Figure 112019102834765-pat00038
는 상기 컨트롤 워드와 무관하게 결정되는 파라미터,
Figure 112019102834765-pat00039
는 k번째 상기 컨트롤 워드에 기초하여 결정되는 파라미터,
Figure 112019102834765-pat00040
는 상기 컨트롤 워드의 k번째 성분,
Figure 112019102834765-pat00041
는 상기 컨트롤 워드(
Figure 112019102834765-pat00042
),
Figure 112019102834765-pat00043
는 노이즈,
Figure 112019102834765-pat00044
는 기준 채널 응답의 k번째 게인/쉬프트 파라미터를 의미하고, 이때
Figure 112019102834765-pat00045
및
Figure 112019102834765-pat00046
일 수 있다.
상기 비율(
Figure 112019102834765-pat00047
)은 하기 수학식으로 표현될 수 있다.
[수학식]
Figure 112019102834765-pat00048
여기서,
Figure 112019102834765-pat00049
,
Figure 112019102834765-pat00050
및
Figure 112019102834765-pat00051
일 수 있다.
상기 프로세서는, 하기 수학식에서
Figure 112019102834765-pat00052
에 대한 최소 제곱 해(least-square solution)을 계산할 수 있다.
[수학식]
Figure 112019102834765-pat00053
여기서,
Figure 112019102834765-pat00054
,
Figure 112019102834765-pat00055
,
Figure 112019102834765-pat00056
,
Figure 112019102834765-pat00057
이고, 이때
Figure 112019102834765-pat00058
는 상기 제1 행렬이고,
Figure 112019102834765-pat00059
는 상기 제2 행렬이고,
Figure 112019102834765-pat00060
는 각각 서로 다른 컨트롤 워드를 나타낼 수 있다.
상기 게인/페이즈 파라미터(
Figure 112019102834765-pat00061
)는 하기 수학식으로 추정될 수 있다.
[수학식]
Figure 112019102834765-pat00062
여기서,
Figure 112019102834765-pat00063
는 상기 최소 제곱 해(
Figure 112019102834765-pat00064
)에서 계산될 수 있다.
상기 게인/페이즈 파라미터 추정 장치는, 상기 수신기 또는 상기 송신기에 구현될 수 있다.
도 1은 일반적인 매시브 MIMO 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 매시브 MIMO 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템에서 이상적인 페이즈 쉬프터 및 실제의 페이즈 쉬프터의 차이를 비교하기 위한 그래프이다.
도 3은 일 실시예에 따른 게인/페이즈 파라미터 추정 장치가 구현된 매시브 MIMO 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 게인/페이즈 파라미터 추정 장치의 개략적인 블록도이다.
도 5는 도 3에 도시된 RF 빔포머를 구성하는 단위 페이즈 쉬프터의 가상 모델의 개략적인 블록도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 3에 도시된 게인/페이즈 파라미터 추정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 3에 도시된 게인/페이즈 파라미터 추정 장치의 유효성을 검증하기 위한 그래프이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
제1 또는 제2등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 실시예의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일반적인 매시브 MIMO 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
매시브 MIMO 어레이 안테나(massive MIMO array antenna) 기반의 하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming) 시스템(10)은 송신기(130) 및 수신기(150)를 포함할 수 있다.
송신기(130)는 RF 빔포머(RF beamformer; 133), 베이스밴드 프리코터(baseband precoder; 135), 및 안테나(137)을 포함할 수 있고, 수신기(150)는 RF 빔포머(RF beamformer; 153), 베이스밴드 프리코더(baseband precoder; 155), 및 안테나(157)를 포함할 수 있다.
송신기(130) 및 수신기(150)는 다수의 안테나(137 및 157)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 송신기(130)는 Nt(예를 들어, 64)개의 안테나(137)를 포함할 수 있고, 수신기(150)는 Nr(예를 들어, 16)개의 안테나(137)를 포함할 수 있다.
하이브리드 빔포밍 시스템(10)은 송신기(130) 및 수신기(150) 사이의 Nr×Nt 차원을 갖는 매시브 MIMO 채널 추정치를 기반으로, K개의 다중 스트림(s1, s2, …, sK)을 동시에 전송하기 위한 최적의 송신 빔포밍 웨이트(beamforming weight; F) 및 수신 빔포밍 웨이트(W)를 각각 RF 빔포머(133 및 155) 및 베이스밴드 프리코더(135 및 155)로 분할하는 기술을 제공할 수 있다.
예를 들어, 하이브리드 빔포밍 시스템(10)은 최적의 송신 빔포밍 웨이트(beamforming weight; F) 및 수신 빔포밍 웨이트(W)를 각각 F= FRFFBB와 W=WRFWBB로 분할하는 기술을 제공할 수 있다. 이때, FRF는 Nt×NRF 차원의 행렬, WRF는 Nr×NRF 차원의 행렬일 수 있고, 송신기(130)의 RF 체인의 수(NRF)는 NRF≪Nt 및 NRF>K를 만족하고, 수신기(150)의 RF 체인의 수(NRF)도 마찬가지로 NRF≪Nr 및 NRF>K를 만족할 수 있다.
하이브리드 빔포밍 시스템(10)은 RF 빔포머(133 및 153)의 구현에 낮은 정확도(low precision)을 가지는 페이즈 쉬프터(phase shifter)를 이용할 수 있는데, 이로 인한 그레이팅 로브(grating lobe)의 발생을 플로팅 포인트 정확도(floating-point precision)을 갖는 베이스밴드 프리코더(135 및 137)를 이용하여 억제할 수 있다.
하이브리드 빔포밍 시스템(10)은 실제 페이즈 쉬프터들을 이용하는 경우, 빔 트레이닝(beam training)을 통한 massive MIMO 채널 추정 단계에서 큰 추정 오차를 발생시킬 수 있다.
하이브리드 빔포밍 시스템(10)은 잘못된 massive MIMO 채널 값을 이용하여 하이브리드 빔포머의 웨이트를 결정함에 따라 시스템의 스펙트럼 효율성(spectral efficiency)이 이상적인 하이브리드 빔포밍 시스템에 미치지 못할 수 있다.
하이브리드 빔포밍 시스템(10)은 하이브리드 빔포밍 시스템(10)의 RF 빔포머(133 및 153)를 구성하는 페이즈 쉬프터들이 갖는 게인/페이즈(gain/phase) 특성이 사용자가 설정하는 게인 및 페이즈 값으로 정확도 높게 유지되지 못할 수 있으며, 이로 인해 RF 빔포밍에 의한 빔 패턴(beam pattern)이 사용자의 의도와 같이 정확하게 형성되지 않을 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 매시브 MIMO 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템에서 이상적인 페이즈 쉬프터 및 실제의 페이즈 쉬프터의 차이를 비교하기 위한 그래프이다.
도 2a는 이상적인 페이즈 쉬프터를 이용하는 경우의 하이브리드 빔포머에 의한 빔 패턴을 나타내고, 도 2b는 실제의 페이즈 쉬프터를 이용하는 경우의 하이브리드 빔포머에 의한 빔 패턴을 나타낸다.
실제 페이즈 쉬프터를 이용하는 경우 사이드 로브 레벨(sidelobe level)이 이상적인 페이즈 쉬프터를 이용하는 경우에 비하여 5dB만큼 더 악화되는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 게인/페이즈 파라미터 추정 장치가 구현된 매시브 MIMO 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템의 개략적인 블록도이고, 도 4는 도 3에 도시된 게인/페이즈 파라미터 추정 장치의 개략적인 블록도이다.
하이브리드 빔포밍 시스템(10)은 송신기(130) 및 수신기(150) 이외에 게인/페이즈 파라미터 추정 장치(100)을 포함할 수 있다.
송신기(130)는 컨트롤러(131), RF 빔포머(133) 및 안테나(137)을 포함할 수 있고, 수신기(153)은 컨트롤러(151), RF 빔포머(153) 및 안테나(157)을 포함할 수 있다.
송신기(130)는 신호를 massive MIMO 채널을 통해 수신기(150)으로 송신할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(131)는 신호를 바로 수신기(150)로 송신할 수 있고, 신호를 RF 빔포머(133)를 이용하여 페이즈 쉬프팅하여 수신기(150)로 송신할 수도 있다.
수신기(150)는 massive MIMO 채널을 통해 송신기(130)로부터 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(151)는 송신기(130)에서 RF 빔포머(133)에 의해 페이즈 쉬프팅된 신호는 바로 수신할 수 있고, 송신기(130)에서 RF 빔포머(133)에 의해 페이즈 쉬프팅되지 않은 신호는 RF 빔포머(153)를 이용하여 페이즈 쉬프팅하여 수신할 수 있다.
RF 빔포머(133 및 153)은 페이즈 쉬프터를 포함할 수 있다. 예를 들어, RF 빔포머(133 및 153)은 각각 Nt 및 Nr개의 페이즈 쉬프터를 포함할 수 있다.
페이즈 쉬프터는 게인/페이즈 파라미터에 기초하여 신호를 페이즈 쉬프팅할 수 있다.
게인/페이즈 파라미터 추정 장치(100)는 부정확한 페이즈 쉬프터에 따른 하이브리드 빔포밍 시스템(10)의 성능 저하를 방지할 수 있다.
게인/페이즈 파라미터 추정 장치(100)는 메모리(200) 및 프로세서(300)을 포함할 수 있다.
메모리(200)는 프로세서(300)에 의해 실행가능한 인스트럭션들(또는 프로그램)을 저장할 수 있다. 예를 들어, 인스트럭션들은 프로세서(300)의 동작 및/또는 프로세서(300)의 각 구성의 동작을 실행하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수 있다.
프로세서(300)는 메모리(200)에 저장된 데이터를 처리할 수 있다.　 프로세서(300)는 메모리(200)에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드(예를 들어, 소프트웨어) 및 프로세서(300)에 의해 유발된 인스트럭션(instruction)들을 실행할 수 있다.
프로세서(300)는 목적하는 동작들(desired operations)을 실행시키기 위한 물리적인 구조를 갖는 회로를 가지는 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치일 수 있다.　 예를 들어, 목적하는 동작들은 프로그램에 포함된 코드(code) 또는 인스트럭션들(instructions)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치는 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙 처리 장치(central processing unit), 프로세서 코어(processor core), 멀티-코어 프로세서(multi-core processor), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함할 수 있다.
프로세서(300)는 페이즈 쉬프터의 게인/페이즈 파라미터를 추정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는 트레이닝 신호가 송신기와 수신기 사이의 채널을 통해 전송되어 수신기로 수신되는 수신 신호에 기초하여 게인/페이즈 파라미터를 추정할 수 있다.
트레이닝 신호는 송신기(130)의 RF 빔포머(133)을 구성하는 페이즈 쉬프터에 의해 페이즈 쉬프트되어 수신기(150)로 송신될 수 있다. 또한, 트레이닝 신호는 바로 수신기(150)로 송신되어 수신기(150)의 RF 빔포머(153)을 구성하는 페이즈 쉬프터에 의해 페이즈 쉬프트될 수도 있다.
프로세서(300)는 송신기(130)에서 RF 빔포머(133)를 구성하는 페이즈 쉬프터에 의해 페이즈 쉬프트된 수신 신호에 기초하여 RF 빔포머(133)을 구성하는 페이즈 쉬프터의 게인/페이즈 파라미터를 추정할 수 있다.
또한, 프로세서(300)는 수신기(150)에서 RF 빔포머(153)를 구성하는 페이즈 쉬프터에 의해 페이즈 쉬프트된 수신 신호에 기초하여 RF 빔포머(153)을 구성하는 페이즈 쉬프터의 게인/페이즈 파라미터를 추정할 수도 있다.
추정된 송신기(130) 및/또는 수신기(150)의 페이즈 쉬프터의 게인/페이즈 파라미터는 하이브리드 빔포밍 알고리즘(hybrid beamforming algorithm)을 위한 코드북(codebook) 설계에 이용될 수 있다.
코드북은 하이브리드 빔포밍 시스템(10)의 RF 빔포밍 웨이트 및/또는 배이스밴드 프리코딩 매트릭스 계산에 적용될 수 있다.
프로세서(300)의 게인/페이즈 파라미터 추정을 통해 하이브리드 빔포밍 시스템(10)의 스펙트럼 효율성(spectral efficiency)이 페이즈 쉬프터의 부정확성에 의해 열화되는 것을 완화시킬 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 RF 빔포머를 구성하는 단위 페이즈 쉬프터의 가상 모델의 개략적인 블록도이다.
RF 빔포머(133 및 153)은 단위 페이즈 쉬프터(500)로 구현될 수 있다.
페이즈 쉬프터(500)는 입력 신호를 페이즈 쉬프팅하여 출력 신호를 출력할 수 있다. 페이즈 쉬프터(500)는 게인/페이즈 파라미터(αN(b), αN-1(b), …, α1(b), α0)에 따라 입력 신호를 페이즈 쉬프팅할 수 있다.
게인/페이즈 파라미터(αN(b), αN-1(b), …, α1(b), α0)는 컨트롤 워드(control word; b)에 기초하여 결정되는 파라미터(αN(b), αN-1(b), …, α1(b)) 및 컨트롤 워드(b)에 무관하게 결정되는 파라미터(α0)를 포함할 수 있다.
컨트롤 워드(b)는 N개의 성분 bN, bN-1, …, b1을 포함할 수 있다. 즉, 컨트롤 워드(b)는
Figure 112019102834765-pat00065
일 수 있다.
컨트롤 워드(b)의 각 성분 bN, bN-1, …, b1은 1 비트 성분일 수 있다. 예를 들어, 컨트롤 워드(b)의 각 성분 bN, bN-1, …, b1은 각각 0 또는 1일 수 있다. 따라서, 컨트롤 워드(b)는 2N개의 서로 다른 컨트롤 워드(b)를 포함할 수 있다.
컨트롤 워드(b)에 기초하여 결정되는 파라미터(αN(b), αN-1(b), …, α1(b))는 컨트롤 워드(b)의 값에 따라 서로 다른 값으로 결정될 수 있다.
게인/페이즈 파라미터(αN(b), αN-1(b), …, α1(b))는 1 비트로 이루어진 파라미터일 수 있다. 예를 들어, 각 게인/페이즈 파라미터(αN(b), αN-1(b), …, α1(b))는 컨트롤 워드(b)에 따라 각각 αk(k=N, N-1, …,1로 각 파라미터의 인덱스에 대응됨) 또는 1일 수 있다. 이때 예를 들어, 특정 게인/페이즈 파라미터(예를 들어, αk(b))가 αk일 경우 신호를 αk만큼 페이즈 쉬프팅할 수 있고, 1일 경우에는 페이즈 쉬프팅을 하지 않을 수 있다.
게인/페이즈 파라미터(α0)는 컨트롤 워드(b)에 무관하게 특정 크기만큼(예를 들어, α0) 신호를 페이즈 쉬프팅할 수 있다.
페이즈 쉬프터(500)는 입력 신호에 대해, 컨트롤 워드(b)에 따라 결정된 모든 게인/페이즈 파라미터(αN(b), αN-1(b), …, α1(b), α0)의 값에 기초하여 단계적으로 신호를 특정 크기만큼 페이즈 쉬프팅, 또는 페이즈 쉬프팅하지 않을 수 않고, 최종적으로 모든 게인/페이즈 파라미터(αN(b), αN-1(b), …, α1(b), α0)에 다라 페이즈 쉬프팅된 출력 신호를 출력할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 도 3에 도시된 게인/페이즈 파라미터 추정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 트레이닝 신호(x(n))가 송신기(130)에서 페이즈 쉬프팅되는 경우를 나타낸다. 이 경우, 트레이닝 신호(x(n))는 송신기(130)의 RF 빔포머(133)을 구성하는 페이즈 쉬프터(500-1)에서 페이즈 쉬프팅되어 송신되고 수신기(150)는 수신 신호(y(n))을 수신할 수 있다.
n은 타임/프리퀀시 리소스(time/frequency resource)를 나타내는 인덱스로서, 싱글 캐리어(single carrier) 변조 방식의 경우는 타임 인덱스(time index)를 나타내고, 멀티 캐리어(multicarrier) 변조 방식의 경우에는 서브 캐리어 인덱스(subcarrier index)를 나타낼 수 있다.
x(n)은 이 n번째 타임/프리퀀시 리소스를 통해 송신되는 트레이닝 신호를 나타내고, y(n, b)은 페이즈 쉬프터(500-1)의 컨트롤 워드가 b일 때 동일한 리소스를 통해 수신된 수신 신호를 나타낼 수 있다.
송신기(130)는 각각의 안테나(137)를 통해 단위 시간마다 서로 다른 컨트롤 워드(b)에 기초하여 결정된 게인/페이즈 파라미터(αN(b), αN-1(b), …, α1(b), α0)에 따라 페이즈 쉬프터(500-1)에서 페이즈 쉬프팅된 트레이닝 신호(x(n))을 송신할 수 있다.
수신기(150)는 송신기(130)로부터 수신 신호(y(n, b))를 수신할 수 있다.
게인/페이즈 파라미터 추정 장치(100)는 수신 신호(y(n, b))를 획득할 수 있고, 수신 신호(y(n, b)로부터 기하학적 연산을 수행하여 페이즈 쉬프터(500-1)의 게인/페이즈 파라미터(αN(b), αN-1(b), …, α1(b), α0)를 추정할 수 있다.
도 6b는 송신기를 통해 송신된 트레이닝 신호(x(n))를 수신기(150)에서 페이즈 쉬프팅되는 경우를 나타낸다. 이 경우, 수신기(150)가 수신한 신호는 수신기(150)의 RF 빔포머(153)을 구성하는 페이즈 쉬프터(500-2)에서 페이즈 쉬프팅되어 수신 신호(y(n))가 생성된다.
송신기(130)는 각각의 안테나(137)를 통해 트레이닝 신호(x(n))을 송신할 수 있다.
수신기(150)는 각각의 안테나(157)에서 수신한 신호를 단위 시간마다 서로 다른 컨트롤 워드(b)에 기초하여 결정된 게인/페이즈 파라미터(αN(b), αN-1(b), …, α1(b), α0)에 따라 페이즈 쉬프터(500-2)에서 페이즈 쉬프팅하여 수신 신호(y(n, b)를 생성할 수 있다.
게인/페이즈 파라미터 추정 장치(100)는 수신 신호(y(n, b))를 획득할 수 있고, 수신 신호(y(n, b)로부터 기하학적 연산을 수행하여 페이즈 쉬프터(500-1)의 게인/페이즈 파라미터(αN(b), αN-1(b), …, α1(b), α0)를 추정할 수 있다.
이하, 게인/페이즈 파라미터 추정 장치(100)의 프로세서(300)가 수행하는 기하학적 연산에 대하여 상세하게 설명한다.
수신 신호(y(n, b))는 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112019102834765-pat00066
여기서, h는 송신기(130) 및 수신기(150)의 안테나(137 및 157) 사이의 기저대역 등가 채널의 응답을 의미하고,
Figure 112019102834765-pat00067
는 노이즈를 의미한다.
프로세서(300)는 N개의 트레이닝 신호(x(n))을 이용하여, n=1,2, …, N에 대하여 수신되는 수신 신호(y(n, b))들에 기초하여 추정 채널 응답(
Figure 112019102834765-pat00068
)을 수학식 2와 같이 계산할 수 있다.
Figure 112019102834765-pat00069
여기서
Figure 112019102834765-pat00070
는 노이즈로부터 유발된 오차를 의미하고,
Figure 112019102834765-pat00071
이다.
이상적인 페이즈 쉬프터로 구현된 하이브리드 빔포밍 시스템(10)의 채널 응답인 기준 채널 응답(
Figure 112019102834765-pat00072
)은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019102834765-pat00073
여기서,
Figure 112019102834765-pat00074
는 이상적인 페이즈 쉬프터의 k번째 게인/페이즈 파라미터를 의미하고,
Figure 112019102834765-pat00075
이다.
프로세서(300)는 추정 채널 응답(
Figure 112019102834765-pat00076
) 및 기준 채널 응답(
Figure 112019102834765-pat00077
)의 비율(
Figure 112019102834765-pat00078
)을 수학식 4와 같이 계산할 수 있다.
Figure 112019102834765-pat00079
수학식 4를 정리하면 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019102834765-pat00080
여기서,
Figure 112019102834765-pat00081
,
Figure 112019102834765-pat00082
, 및
Figure 112019102834765-pat00083
이다.
프로세서(300)는 비율(
Figure 112019102834765-pat00084
)에 복소 로그함수(complex logarithm)을 적용할 수 있다.
비율(
Figure 112019102834765-pat00085
)의 양변에 복소 로그함수(complex logarithm)을 적용하면 수학식 6와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019102834765-pat00086
여기서,
Figure 112019102834765-pat00087
이므로, 수학식 7와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019102834765-pat00088
나아가, 수학식 7은 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019102834765-pat00089
컨트롤 워드(b)는 총 2N가지 서로 다른 경우를 포함할 수 있다. 즉, 컨트롤 워드(b)는
Figure 112019102834765-pat00090
중 하나일 수 있다.
이때, 각각의 컨트롤 워드(b)에 따라 2N가지 게인/페이즈 파라미터(αN(b), αN-1(b), …, α1(b), α0)가 결정되고, 2N가지 게인/페이즈 파라미터(αN(b), αN-1(b), …, α1(b), α0)에 대해 프로세서(300)는 서로 다른 비율(
Figure 112019102834765-pat00091
)을 계산할 수 있다.
프로세서(300)는 비율(
Figure 112019102834765-pat00092
)에 기초하여 행렬(
Figure 112019102834765-pat00093
)를 생성할 수 있다.
또한, 프로세서(300)는 각각의 컨트롤 워드(b)에 기초하여 수학식 9와 같이 행렬(
Figure 112019102834765-pat00094
)를 생성할 수 있다.
Figure 112019102834765-pat00095
행렬(
Figure 112019102834765-pat00096
) 및 행렬(
Figure 112019102834765-pat00097
)의 관계는 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019102834765-pat00098
여기서
Figure 112019102834765-pat00099
,
Figure 112019102834765-pat00100
로 나타내면 수학식 11을 얻을 수 있다.
Figure 112019102834765-pat00101
프로세서(300)는 수학식 11로부터
Figure 112019102834765-pat00102
에 대한 최소 제곱 해(least-square solution)을 계산할 수 있다. 예를 들어,
Figure 112019102834765-pat00103
에 대한 최소 제곱 해는 수학식 12로 나타낼 수 있다.
Figure 112019102834765-pat00104
프로세서(300)는 수학식 12로부터
Figure 112019102834765-pat00105
에 대한 최소 제곱 해인
Figure 112019102834765-pat00106
를 계산할 수 있다.
프로세서(300)는
Figure 112019102834765-pat00107
에 기초하여 수학식 13과 같이 k번째 게인/페이즈 파라미터의 추정치(
Figure 112019102834765-pat00108
)를 계산할 수 있다.
Figure 112019102834765-pat00109
상술한 수학식들 이용하여 k번째 게인/페이즈 파라미터의 추정치(
Figure 112019102834765-pat00110
)를 계산하는 것은 표 1의 알고리즘과 같이 정리될 수 있다. 즉, 프로세서(300)는 표 1의 알고리즘을 이용하여 k번째 게인/페이즈 파라미터의 추정치(
Figure 112019102834765-pat00111
)를 계산할 수 있다.
Figure 112019102834765-pat00112
이때, k번째 게인/페이즈 파라미터(
Figure 112019102834765-pat00113
)에 대한 오차(normalized mean estimation error (NMSE))는 수학식 14와 같이 계산할 수 있다.
Figure 112019102834765-pat00114
도 7은 도 3에 도시된 게인/페이즈 파라미터 추정 장치의 유효성을 검증하기 위한 그래프이다.
게인/페이즈 파라미터 추정 장치(100)의 유효성을 검증하기 위하여 28GHz 대역에서 송신기와 수신기 안테나 수가 각각 Nt=64, Nr=16이고 RF 체인의 수가 NRF=8, 송신 스트림의 수가 K=4이며, 각각 256개의 컨트롤 워드를 갖는 코드북을 사용하고 2-비트 페이즈 쉬프터(500)를 갖는 매시브 MIMO 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템(10) 대하여 시뮬레이션을 수행하였다.
송신기(130)와 수신기(150)의 모든 페이즈 쉬프터(500-1 및 500-2)의 게인 오차(gain error)는 분산이 3dB인 로그-노말(log-normal) 분포를 갖고, 페이즈 쉬프팅 오차(phase shifting error)는 그 표준편차가 22.5도인 것으로 가정하였다. 22.5도는 4-비트 페이즈 쉬프터의 양자화 인터벌(quantization interval)에 해당하는 값이다.
도 7은 게인/페이즈 파라미터 추정 장치(100)의 게인/페이즈 파라미터 추정 알고리즘에 의한 SNR에 따른 normalized MSE 성능을 나타낸다. 도 7의 그래프는 각 페이즈 쉬프터(500)의 게인/페이즈 파라미터를 추정하기 위해 트레이닝 신호를 보내 횟수를 1, 10, 100, 1000, 10000회의 4가지 경우에 대하여 수신 SNR에 따른 파라미터 추정성능을 보여준다.
그래프로부터, 수신 SNR이 증가함에 따라 normalized MSE 값이 단조적으로 감소함을 알 수 있고, 이것은 high SNR 조건에서 게인/페이즈 파라미터를 추정하여 massive MIMO 채널 추정과 하이브리드 빔포밍 알고리즘에 적용함으로써 massive MIMO 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템의 성능이 페이즈 쉬프터(500)의 부정확성으로 인하여 열화되는 것을 방지할 수 있음을 의미한다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(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. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (21)

  1. 트레이닝 신호(training signal)가 송신기와 수신기 사이의 채널을 통해 전송되어 상기 수신기로 수신되는 수신 신호를 획득하는 단계;
    상기 수신 신호에 기초하여 상기 채널의 추정 채널 응답을 결정하는 단계; 및
    상기 채널의 기준 채널 응답과 상기 추정 채널 응답의 비율에 기초하여 상기 수신 신호에 적용된 페이즈 쉬프터(phase shifter)의 게인/페이즈 파라미터(gain/phase parameters)을 추정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 게인/페이즈 파라미터는,
    컨트롤 워드(control word)에 기초하여 결정되는 파라미터; 및
    상기 컨트롤 워드와 무관하게 결정되는 파라미터
    를 포함하고,
    상기 컨트롤 워드는,
    복수의 서로 다른 컨트롤 워드를 포함하는, 게인/페이즈 파라미터 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신 신호는,
    상기 트레이닝 신호가 상기 송신기에 포함된 페이즈 쉬프터에 의해 페이즈 쉬프팅(phase shifting)되어 수신된 신호인 게인/페이즈 파라미터 추정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수신 신호는,
    상기 트레이닝 신호가 상기 수신기에 수신되어 상기 수신기에 포함된 페이즈 쉬프터에 의해 페이즈 쉬프팅된 신호인 게인/페이즈 파라미터 추정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 페이즈 쉬프터는,
    상기 송신기 및 상기 수신기 중에서 어느 하나에 포함된 페이즈 쉬프터인 게인/페이즈 파라미터 추정 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수신 신호는,
    각각의 컨트롤 워드에 기초하여 결정된 게인/페이즈 파라미터를 포함하는 페이즈 쉬프터에 의해 페이즈 쉬프팅된 각각의 수신 신호들을 포함하고,
    상기 추정하는 단계는,
    상기 각각의 수신 신호들에 기초하여 계산된 상기 비율에 복소 로그함수(complex logarithm)을 적용하는 단계;
    복소 로그함수가 적용된 비율을 제1 행렬로 나타내는 단계; 및
    상기 제1 행렬 및 상기 각각의 컨트롤 워드의 성분으로 이루어진 제2 행렬에 기초하여 게인/페이즈 파라미터를 추정하는 단계
    를 포함하는 게인/페이즈 파라미터 추정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기준 채널 응답(
    Figure 112020103169714-pat00115
    ) 및 상기 추정 채널 응답(
    Figure 112020103169714-pat00116
    )은 하기 수학식으로 표현되는 게인/페이즈 파라미터 추정 방법.
    [수학식]
    Figure 112020103169714-pat00117

    Figure 112020103169714-pat00118

    여기서,
    Figure 112020103169714-pat00119
    는 기저대역 등가 채널,
    Figure 112020103169714-pat00120
    는 상기 컨트롤 워드와 무관하게 결정되는 파라미터,
    Figure 112020103169714-pat00121
    는 k번째 상기 컨트롤 워드에 기초하여 결정되는 파라미터,
    Figure 112020103169714-pat00122
    는 상기 컨트롤 워드 k번째 성분,
    Figure 112020103169714-pat00123
    는 상기 컨트롤 워드(
    Figure 112020103169714-pat00124
    ),
    Figure 112020103169714-pat00125
    는 노이즈,
    Figure 112020103169714-pat00126
    는 기준 채널 응답의 k번째 게인/쉬프트 파라미터를 의미하고, 이때
    Figure 112020103169714-pat00127
    및
    Figure 112020103169714-pat00128
    이다.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 비율(
    Figure 112019102834765-pat00129
    )은 하기 수학식으로 표현되는 게인/페이즈 파라미터 추정 방법.
    [수학식]
    Figure 112019102834765-pat00130

    여기서,
    Figure 112019102834765-pat00131
    ,
    Figure 112019102834765-pat00132
    및
    Figure 112019102834765-pat00133
    이다.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 행렬 및 제2 행렬에 기초하여 게인/페이즈 파라미터를 추정하는 단계는,
    하기 수학식에서
    Figure 112019102834765-pat00134
    에 대한 최소 제곱 해(least-square solution)을 계산하는 단계
    를 포함하는 게인/페이즈 파라미터 추정 방법.
    [수학식]
    Figure 112019102834765-pat00135

    여기서,
    Figure 112019102834765-pat00136
    ,
    Figure 112019102834765-pat00137
    ,
    Figure 112019102834765-pat00138
    ,
    Figure 112019102834765-pat00139
    이고, 이때
    Figure 112019102834765-pat00140
    는 상기 제1 행렬이고,
    Figure 112019102834765-pat00141
    는 상기 제2 행렬이고,
    Figure 112019102834765-pat00142
    는 각각 서로 다른 컨트롤 워드를 나타낸다.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 게인/페이즈 파라미터(
    Figure 112020103169714-pat00143
    )는 하기 수학식으로 추정되는 게인/페이즈 파라미터 추정 방법.
    [수학식]
    Figure 112020103169714-pat00144

    여기서,
    Figure 112020103169714-pat00145
    는 상기 최소 제곱 해(
    Figure 112020103169714-pat00146
    )에서 계산된다.
  11. 인스트럭션들을 포함하는 메모리; 및
    상기 인스트럭션들을 실행하기 위한 프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로세서에 의해 상기 인스트럭션들이 실행될 때, 상기 프로세서는,
    트레이닝 신호(training signal)가 송신기와 수신기 사이의 채널을 통해 전송되어 상기 수신기로 수신되는 수신 신호를 획득하고, 상기 수신 신호에 기초하여 상기 채널의 추정 채널 응답을 결정하고, 상기 채널의 기준 채널 응답과 상기 추정 채널 응답의 비율에 기초하여 상기 수신 신호에 적용된 페이즈 쉬프터(phase shifter)의 게인/페이즈 파라미터(gain/phase parameters)을 추정하고,
    상기 게인/페이즈 파라미터는,
    컨트롤 워드(control word)에 기초하여 결정되는 파라미터; 및
    상기 컨트롤 워드와 무관하게 결정되는 파라미터
    를 포함하고,
    상기 컨트롤 워드는,
    복수의 서로 다른 컨트롤 워드를 포함하는, 게인/페이즈 파라미터 추정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수신 신호는,
    상기 트레이닝 신호가 상기 송신기에 포함된 페이즈 쉬프터에 의해 페이즈 쉬프팅(phase shifting)되어 수신된 신호인 게인/페이즈 파라미터 추정 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 수신 신호는,
    상기 트레이닝 신호가 상기 수신기에 수신되어 상기 수신기에 포함된 페이즈 쉬프터에 의해 페이즈 쉬프팅된 신호인 게인/페이즈 파라미터 추정 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 페이즈 쉬프터는,
    상기 송신기 및 상기 수신기 중에서 어느 하나에 포함된 페이즈 쉬프터인 게인/페이즈 파라미터 추정 장치.
  15. 삭제
  16. 제11항에 있어서,
    상기 수신 신호는,
    각각의 컨트롤 워드에 기초하여 결정된 게인/페이즈 파라미터를 포함한 페이즈 쉬프터에 의해 페이즈 쉬프팅된 각각의 수신 신호들을 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 각각의 수신 신호들에 기초하여 계산한 비율들에 복소 로그함수(complex logarithm)을 적용하고, 복소 로그함수가 적용된 비율들을 제1 행렬로 나타내고, 상기 제1 행렬 및 상기 각각의 컨트롤 워드의 성분으로 이루어진 제2 행렬에 기초하여 게인/페이즈 파라미터를 추정하는 게인/페이즈 파라미터 추정 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 기준 채널 응답(
    Figure 112020103169714-pat00147
    ) 및 상기 추정 채널 응답(
    Figure 112020103169714-pat00148
    )은 하기 수학식으로 표현되는 게인/페이즈 파라미터 추정 장치.
    [수학식]
    Figure 112020103169714-pat00149

    Figure 112020103169714-pat00150

    여기서,
    Figure 112020103169714-pat00151
    는 기저대역 등가 채널,
    Figure 112020103169714-pat00152
    는 상기 컨트롤 워드와 무관하게 결정되는 파라미터,
    Figure 112020103169714-pat00153
    는 k번째 상기 컨트롤 워드에 기초하여 결정되는 파라미터,
    Figure 112020103169714-pat00154
    는 상기 컨트롤 워드의 k번째 성분,
    Figure 112020103169714-pat00155
    는 상기 컨트롤 워드(
    Figure 112020103169714-pat00156
    ),
    Figure 112020103169714-pat00157
    는 노이즈,
    Figure 112020103169714-pat00158
    는 기준 채널 응답의 k번째 게인/쉬프트 파라미터를 의미하고, 이때
    Figure 112020103169714-pat00159
    및
    Figure 112020103169714-pat00160
    이다.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 비율(
    Figure 112019102834765-pat00161
    )은 하기 수학식으로 표현되는 게인/페이즈 파라미터 추정 장치.
    [수학식]
    Figure 112019102834765-pat00162

    여기서,
    Figure 112019102834765-pat00163
    ,
    Figure 112019102834765-pat00164
    및
    Figure 112019102834765-pat00165
    이다.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    하기 수학식에서
    Figure 112019102834765-pat00166
    에 대한 최소 제곱 해(least-square solution)을 계산하는 게인/페이즈 파라미터 추정 장치.
    [수학식]
    Figure 112019102834765-pat00167

    여기서,
    Figure 112019102834765-pat00168
    ,
    Figure 112019102834765-pat00169
    ,
    Figure 112019102834765-pat00170
    ,
    Figure 112019102834765-pat00171
    이고, 이때
    Figure 112019102834765-pat00172
    는 상기 제1 행렬이고,
    Figure 112019102834765-pat00173
    는 상기 제2 행렬이고,
    Figure 112019102834765-pat00174
    는 각각 서로 다른 컨트롤 워드를 나타낸다.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 게인/페이즈 파라미터(
    Figure 112019102834765-pat00175
    )는 하기 수학식으로 추정되는 게인/페이즈 파라미터 추정 장치.
    [수학식]
    Figure 112019102834765-pat00176

    여기서,
    Figure 112019102834765-pat00177
    는 상기 최소 제곱 해(
    Figure 112019102834765-pat00178
    )에서 계산된다.
  21. 제11항에 있어서,
    상기 게인/페이즈 파라미터 추정 장치는, 상기 수신기 또는 상기 송신기에 구현되는 게인/페이즈 파라미터 추정 장치.
KR1020190124767A 2019-10-08 2019-10-08 매시브 mimo 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템을 위한 페이즈 쉬프터의 게인/페이즈 파라미터 추정 방법 및 이를 수행하는 장치 KR102225576B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190124767A KR102225576B1 (ko) 2019-10-08 2019-10-08 매시브 mimo 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템을 위한 페이즈 쉬프터의 게인/페이즈 파라미터 추정 방법 및 이를 수행하는 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190124767A KR102225576B1 (ko) 2019-10-08 2019-10-08 매시브 mimo 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템을 위한 페이즈 쉬프터의 게인/페이즈 파라미터 추정 방법 및 이를 수행하는 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102225576B1 true KR102225576B1 (ko) 2021-03-10

Family

ID=75147757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190124767A KR102225576B1 (ko) 2019-10-08 2019-10-08 매시브 mimo 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템을 위한 페이즈 쉬프터의 게인/페이즈 파라미터 추정 방법 및 이를 수행하는 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102225576B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130017572A (ko) * 2011-08-11 2013-02-20 삼성전자주식회사 하이브리드 빔포밍 시스템에서 아날로그 빔 결정 방법 및 장치
KR20140133481A (ko) * 2013-05-10 2014-11-19 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서 송수신 빔을 선택하기 위한 장치 및 방법
JP6534904B2 (ja) * 2015-10-08 2019-06-26 日本電信電話株式会社 端末局装置、端末局装置の制御方法及び端末局装置の製造方法
KR20190090209A (ko) * 2018-01-24 2019-08-01 국방과학연구소 대규모 안테나 시스템의 하이브리드 빔포밍 방법 및 빔포밍 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130017572A (ko) * 2011-08-11 2013-02-20 삼성전자주식회사 하이브리드 빔포밍 시스템에서 아날로그 빔 결정 방법 및 장치
KR20140133481A (ko) * 2013-05-10 2014-11-19 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서 송수신 빔을 선택하기 위한 장치 및 방법
JP6534904B2 (ja) * 2015-10-08 2019-06-26 日本電信電話株式会社 端末局装置、端末局装置の制御方法及び端末局装置の製造方法
KR20190090209A (ko) * 2018-01-24 2019-08-01 국방과학연구소 대규모 안테나 시스템의 하이브리드 빔포밍 방법 및 빔포밍 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10734722B2 (en) Beamforming method, apparatus for polarized antenna array and radio communication device and system thereof
WO2018126988A1 (zh) 信道状态信息的反馈、确定方法及装置
US9912393B2 (en) Radio frequency beamforming basis function feedback
US10382139B2 (en) Polarization pre-coding for a single carrier communication system
CN108352873B (zh) 在波束子集上进行预编码
US8553797B2 (en) Channel information prediction system and channel information prediction method
KR102131840B1 (ko) Uca 기반 oam 시스템에서 rf 체인 사이의 불균형 추정 및 보상 방법
CN101926104B (zh) 用于使用模拟波束控制来传送信号的方法、发射站、接收站和前同步码结构
CN108075811B (zh) 用于混合预编码的方法以及通信设备
US20200153493A1 (en) Beamforming method and device
US8462869B2 (en) Channel information prediction system and channel information prediction method
CN113508539B (zh) Mimo系统中的信道估计
JP2018514994A (ja) ビーム情報取得方法、装置及び通信システム
KR102027674B1 (ko) 강화 학습 기반 다중 안테나 송수신단의 i/q 불균형 파라미터 추정 방법 및 시스템
US8406720B2 (en) Beamforming weight generation using adaptive trigonometric waveform interpolation techniques
US10720976B2 (en) Channel condition estimation
KR102225576B1 (ko) 매시브 mimo 어레이 안테나 기반의 하이브리드 빔포밍 시스템을 위한 페이즈 쉬프터의 게인/페이즈 파라미터 추정 방법 및 이를 수행하는 장치
US11303326B2 (en) Method and apparatus for handling antenna signals for transmission between a base unit and a remote unit of a base station system
KR101054090B1 (ko) 배열 안테나 시스템의 평균 내부순환 안테나 교정 방법
CN110350990A (zh) 一种相控阵网络校准方法、装置、设备及存储介质
KR20180059143A (ko) 빔포밍을 이용한 채널 희소화 장치 및 방법
US10587317B2 (en) Determination of complex weight vectors for a radio transceiver device
KR101510588B1 (ko) 다중 사용자 ｍｉｍｏ 간섭 채널에서의 하이브리드 무선／기저대역 시스템 설계 방법
KR101945617B1 (ko) 다중 안테나 통신 시스템에서 수신 신호 방향 추정 방법 및 그 장치
You et al. Off-grid Compressive Sensing Based Channel Estimation with Non-uniform Grid in Millimeter Wave MIMO System

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant