KR102399977B1 - Method for transmitting wireless communication signals - Google Patents

Method for transmitting wireless communication signals Download PDF

Info

Publication number
KR102399977B1
KR102399977B1 KR1020200129066A KR20200129066A KR102399977B1 KR 102399977 B1 KR102399977 B1 KR 102399977B1 KR 1020200129066 A KR1020200129066 A KR 1020200129066A KR 20200129066 A KR20200129066 A KR 20200129066A KR 102399977 B1 KR102399977 B1 KR 102399977B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lis
channel
user
oam
mode
Prior art date
Application number
KR1020200129066A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220046074A (en
Inventor
신수용
이상훈
아민 아메드 알
권용비
Original Assignee
금오공과대학교 산학협력단
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 금오공과대학교 산학협력단 filed Critical 금오공과대학교 산학협력단
Priority to KR1020200129066A priority Critical patent/KR102399977B1/en
Publication of KR20220046074A publication Critical patent/KR20220046074A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102399977B1 publication Critical patent/KR102399977B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04JMULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00Optical multiplex systems
    • H04J14/04Mode multiplex systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/112Line-of-sight transmission over an extended range
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B17/00Monitoring; Testing
    • H04B17/30Monitoring; Testing of propagation channels
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

본 발명은 무선 통신 신호의 전송 방법에 관한 것으로, 기지국에서 다중 궤도각운동량(OAM : Orbital Angular Momentum) 모드에 따라 모드분할다중접속(MDMA : Mode Division Multiple Acess) 방식으로 전송신호를 LIS(Large Intelligent Surface) 장치로 전송하는 단계와, 상기 LIS 장치에서 복수의 반사요소를 이용하여 근거리사용자 및 원거리사용자에게 상기 전송신호를 각각 반사하는 단계를 포함함으로써, 전력 소비를 감소시키면서 통신 채널 용량을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a method for transmitting a wireless communication signal, wherein a transmission signal is transmitted using a Mode Division Multiple Access (MDMA) method according to an Orbital Angular Momentum (OAM) mode in a base station using a Large Intelligent Surface (LIS) method. ) to the device, and by using a plurality of reflective elements in the LIS device to reflect the transmission signal to a near user and a far user, respectively, it is possible to improve the communication channel capacity while reducing power consumption. .

Description

무선 통신 신호의 전송 방법{METHOD FOR TRANSMITTING WIRELESS COMMUNICATION SIGNALS}A method of transmitting a wireless communication signal {METHOD FOR TRANSMITTING WIRELESS COMMUNICATION SIGNALS}

본 발명은 궤도각운동량(OAM : Orbital Angular Momentum)을 기반으로 모드분할다중접속(MDMA : Mode Division Multiple Acess) 방식을 적용하여 다양한 궤도각운동량(OAM) 모드를 활용하면서 LIS(Large Intelligent Surface) 기술을 적용함으로써, 전력 소비를 감소시키면서 통신 채널 용량을 향상시킬 수 있는 무선 통신 신호의 전송 방법에 관한 것이다.The present invention applies LIS (Large Intelligent Surface) technology while utilizing various orbital angular momentum (OAM) modes by applying a Mode Division Multiple Access (MDMA) method based on Orbital Angular Momentum (OAM). By doing so, the present invention relates to a method of transmitting a wireless communication signal capable of improving communication channel capacity while reducing power consumption.

잘 알려진 바와 같이, 기존의 통신시스템은 전자기학의 관점에서 선형운동량(linear momentum)을 이용한 방식으로, FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), CDMA(Code Division Multiple Access), MIMO(Multi-Input and Multi-Output) 기술과 같이 주파수, 시간, 코드 차원 및 공간 차원(spatial domain)을 통해 통신을 수행하고 있다.As is well known, the conventional communication system is a method using linear momentum from the viewpoint of electromagnetics, Frequency Division Multiple Access (FDMA), Time Division Multiple Access (TDMA), Code Division Multiple Access (CDMA), MIMO Like (Multi-Input and Multi-Output) technology, communication is performed through frequency, time, code dimension, and spatial domain.

하지만, 이러한 기존의 통신시스템의 경우 사용자의 수와 요구하는 전송 용량이 증가할수록 사용할 수 있는 자원이 한정되어 있기 때문에, 그 효율이 감소하게 되고, 이에 따라 새로운 차원(domain)의 통신 자원을 찾는 것이 매우 중요하게 되었다.However, in the case of such an existing communication system, as the number of users and the required transmission capacity increase, the available resources are limited, so the efficiency decreases, and accordingly, it is difficult to find a communication resource of a new dimension became very important.

이러한 추세에 따라, 광 통신에서 시작된 궤도각운동량(OAM)을 이용한 통신 시스템에 대한 연구가 주목 받고 있다.In accordance with this trend, research on a communication system using orbital angular momentum (OAM) started from optical communication is attracting attention.

여기에서, 각운동량(angular momentum)은 회전하는 물질에 대해 시공간에서 보존되는 물리량으로, 광 통신에서는 이를 이용하여 통신을 수행하고자 하는 연구가 진행되었다. 특히 궤도각운동량(OAM)의 경우 양자화된 정수 형태로 표현되며, 이는 전자기파가 나선형으로 전파하는 형태로 각각을 모드라고 지칭하고, 각 모드들은 서로 직교하기 때문에 독립적인 데이터 스트림 전송에 이용 가능한 것으로 알려져 잇다.Here, angular momentum is a physical quantity conserved in space-time with respect to a rotating material, and research has been conducted to perform communication using it in optical communication. In particular, in the case of orbital angular momentum (OAM), it is expressed in the form of a quantized integer, which is a form in which electromagnetic waves propagate in a spiral, and each is referred to as a mode. .

또한, 광 통신에서는 모드의 수에 따라 전송 용량을 수배에서 수십 배까지 증가시킬 수 있다는 연구 결과가 나왔으며, 이를 RF(Radio Frequency) 대역에 적용하는 연구가 진행 중이다. RF 대역에서 전자기파의 궤도각운동량(OAM)을 이용한 멀티 모드 전송 기술의 경우, 기존의 MIMO 기술과 달리 LoS(Line-of-Sight) 채널 환경에서 독립적인 채널을 구성할 수 있으며, 이를 통해 스펙트럼효율(spectral efficiency)과 전송 용량을 증가시킬 수 있는 것으로 알려져 있다.In addition, research results have been found that transmission capacity can be increased from several to several tens of times depending on the number of modes in optical communication, and research is underway to apply this to an RF (Radio Frequency) band. In the case of multi-mode transmission technology using the orbital angular momentum (OAM) of electromagnetic waves in the RF band, unlike the existing MIMO technology, independent channels can be configured in a Line-of-Sight (LoS) channel environment, and through this, spectrum efficiency ( It is known that spectral efficiency) and transmission capacity can be increased.

이러한 멀티 모드 생성 기술은 향후 근거리 5G 소형 셀 및 대용량 전송이 필요한 LoS 채널 환경의 무선 백홀(backhaul) 등에 적용 가능한 것으로 알려져 있으며, 이러한 OAM을 이용하여 통신 성능을 향상시키기 위한 다양한 기술이 개발되고 있는 실정이다.This multi-mode generation technology is known to be applicable to short-distance 5G small cells and wireless backhaul in LoS channel environments that require large-capacity transmission in the future, and various technologies are being developed to improve communication performance using such OAM. am.

1. 한국등록특허 제10-1669354호(2016.10.19.등록)1. Korea Patent No. 10-1669354 (Registered on October 19, 2016)

본 발명은 궤도각운동량(OAM)을 기반으로 모드분할다중접속(MDMA) 방식을 적용하여 다양한 궤도각운동량(OAM) 모드를 활용하면서 LIS(Large Intelligent Surface) 기술을 적용함으로써, 전력 소비를 감소시키면서 통신 채널 용량을 향상시킬 수 있는 무선 통신 신호의 전송 방법을 제공하고자 한다.The present invention applies a mode division multiple access (MDMA) method based on orbital angular momentum (OAM) to utilize various orbital angular momentum (OAM) modes while applying LIS (Large Intelligent Surface) technology to reduce power consumption while reducing communication channel An object of the present invention is to provide a method for transmitting a wireless communication signal capable of improving capacity.

또한, 본 발명은 기지국에서 다중 궤도각운동량(OAM) 모드에 따라 모드분할다중접속(MDMA) 방식으로 전송신호를 LIS 장치로 전송하고, LIS 장치에서 복수의 반사요소를 이용하여 근거리사용자 및 원거리사용자에게 전송신호를 각각 반사함으로써, 채널 용량을 향상시킬 수 있는 무선 통신 신호의 전송 방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention transmits a transmission signal to the LIS device in a mode division multiple access (MDMA) method according to the multiple orbital angular momentum (OAM) mode in the base station, and uses a plurality of reflection elements in the LIS device to provide near-field users and remote users. An object of the present invention is to provide a method of transmitting a wireless communication signal capable of improving a channel capacity by reflecting each of the transmission signals.

본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The purpose of the embodiments of the present invention is not limited to the above-mentioned purpose, and other objects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. .

본 발명의 실시예에 따르면, 기지국에서 다중 궤도각운동량(OAM : Orbital Angular Momentum) 모드에 따라 모드분할다중접속(MDMA : Mode Division Multiple Acess) 방식으로 전송신호를 LIS(Large Intelligent Surface) 장치로 전송하는 단계와, 상기 LIS 장치에서 복수의 반사요소를 이용하여 근거리사용자 및 원거리사용자에게 상기 전송신호를 각각 반사하는 단계를 포함하는 무선 통신 신호의 전송 방법이 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the base station transmits a transmission signal to the LIS (Large Intelligent Surface) device in a Mode Division Multiple Access (MDMA) method according to the Orbital Angular Momentum (OAM) mode. A method of transmitting a wireless communication signal comprising the step of reflecting the transmission signal to a local user and a remote user, respectively, by using a plurality of reflection elements in the LIS device may be provided.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전송신호는, LoS(Line-of-Sight) 채널을 통해 전송되거나 혹은 반사되는 무선 통신 신호의 전송 방법이 제공될 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, a method of transmitting a wireless communication signal in which the transmission signal is transmitted or reflected through a Line-of-Sight (LoS) channel may be provided.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 LoS 채널은, 라이시안페이딩채널을 포함하는 무선 통신 신호의 전송 방법이 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the LoS channel may be provided with a method of transmitting a wireless communication signal including a Rician fading channel.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 근거리사용자 및 원거리사용자의 각 채널 용량은, 각각의 궤도각운동량(OAM) 모드에 대한 전송 신호대잡음비(SNR)와, 상기 LIS 장치와 상기 근거리사용자 및 원거리사용자간의 2채널 응답 매트릭스와, 상기 기지국에서 상기 LIS 장치까지의 채널행렬의 특이값과, 상기 LIS 장치에서 상기 근거리사용자 및 원거리사용자까지의 채널행렬의 특이값을 이용하여 산출되는 무선 통신 신호의 전송 방법이 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, each channel capacity of the near user and the far user is a transmission signal-to-noise ratio (SNR) for each orbital angular momentum (OAM) mode, the LIS device and the near user and the far user A method of transmitting a wireless communication signal calculated using a two-channel response matrix between the base station and the singular value of a channel matrix from the base station to the LIS device, and a singular value of a channel matrix from the LIS device to the local user and the far user can be provided.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 각 채널 용량은, 채널매트릭스의 순위와, 상기 LIS 장치의 반사각도를 고려하여 산출되는 무선 통신 신호의 전송 방법이 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a method of transmitting a wireless communication signal in which the capacity of each channel is calculated in consideration of the order of the channel matrix and the reflection angle of the LIS device may be provided.

본 발명은 궤도각운동량(OAM)을 기반으로 모드분할다중접속(MDMA) 방식을 적용하여 다양한 궤도각운동량(OAM) 모드를 활용하면서 LIS(Large Intelligent Surface) 기술을 적용함으로써, 전력 소비를 감소시키면서 통신 채널 용량을 향상시킬 수 있다.The present invention applies a mode division multiple access (MDMA) method based on orbital angular momentum (OAM) to utilize various orbital angular momentum (OAM) modes while applying LIS (Large Intelligent Surface) technology, thereby reducing power consumption while reducing the communication channel capacity can be improved.

또한, 본 발명은 기지국에서 다중 궤도각운동량(OAM) 모드에 따라 모드분할다중접속(MDMA) 방식으로 전송신호를 LIS 장치로 전송하고, LIS 장치에서 복수의 반사요소를 이용하여 근거리사용자 및 원거리사용자에게 전송신호를 각각 반사함으로써, 채널 용량을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention transmits a transmission signal to the LIS device in a mode division multiple access (MDMA) method according to the multiple orbital angular momentum (OAM) mode in the base station, and uses a plurality of reflection elements in the LIS device to provide near-field users and remote users. By reflecting each of the transmitted signals, the channel capacity can be improved.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 신호를 전송하는 과정을 나타낸 플로우차트이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 신호의 전송 방법이 적용된 시스템을 예시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 신호의 전송 방법을 통해 채널 용량이 향상되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a flowchart illustrating a process of transmitting a wireless signal according to an embodiment of the present invention;
2 is a diagram illustrating a system to which a method of transmitting a wireless signal according to an embodiment of the present invention is applied;
3 is a diagram for explaining that the channel capacity is improved through the method of transmitting a wireless signal according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of embodiments of the present invention, and methods of achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in an embodiment of the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 신호를 전송하는 과정을 나타낸 플로우차트이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 신호의 전송 방법이 적용된 시스템을 예시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 신호의 전송 방법을 통해 채널 용량이 향상되는 것을 설명하기 위한 도면이다.1 is a flowchart illustrating a process of transmitting a wireless signal according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram illustrating a system to which a method for transmitting a wireless signal according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 3 is this It is a diagram for explaining that the channel capacity is improved through the method of transmitting a wireless signal according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 기지국(10)에서 다중 궤도각운동량(OAM : Orbital Angular Momentum) 모드에 따라 모드분할다중접속(MDMA : Mode Division Multiple Acess) 방식으로 전송신호를 LIS(Large Intelligent Surface) 장치(20)로 전송할 수 있다(단계110).1 to 3, the base station 10 transmits a transmission signal in a Mode Division Multiple Access (MDMA) method according to an Orbital Angular Momentum (OAM) mode to a Large Intelligent Surface (LIS). It can be transmitted to the device 20 (step 110).

여기에서, 다중 궤도각운동량(OAM) 모드에 대해 설명하면, 다중 신호들을 서로 다른 나선형위상전단부(helical phase front)를 갖는 모드들을 통해 모드분할다중접속(MDMA) 방식으로 모드 분할 다중화 전송함으로써, LoS 채널에서 높은 전송속도를 획득할 수 있는 것으로, 전자파의 진행 방향에 수직인 평면위에 원호를 따라 그 위상이 시계방향으로 0에서 2πm까지 선형적으로 변화하도록 생성될 수 있으며, 이 신호는 모드 m을 갖는다고 말할 수 있다.Here, if the multiple orbital angular momentum (OAM) mode is described, by mode division multiplexing and transmitting multiple signals in a mode division multiple access (MDMA) method through modes having different helical phase fronts, LoS It is possible to obtain a high transmission rate in the channel, and it can be generated so that its phase changes linearly from 0 to 2πm clockwise along an arc on a plane perpendicular to the propagation direction of the electromagnetic wave. can be said to have

이와 같이 다중 궤도각운동량(OAM) 모드에서는 서로 다른 모드 신호들이 공간상에서 서로 다른 속도로 변화하는 위상을 갖고 있기 때문에, 이 위상의 직교서을 활용하여 동일한 공간을 통해 다수의 모드 신호들을 중첩하여 전송할 경우에도 수신측에서 원하는 신호를 안정적으로 분리할 수 있다.As such, in the multi-orbital angular momentum (OAM) mode, since different mode signals have phases that change at different speeds in space, even when transmitting multiple mode signals overlappingly through the same space using the orthogonal form of this phase It is possible to stably separate the desired signal at the receiving end.

상술한 바와 같은 다중 궤도각운동량(OAM) 모드의 경우 예를 들면, 첫째, 전자파의 반사 특성을 이용하는 것으로 혼 급전부의 신호가 단차가 있는 포물면 반사판으로부터 반사시켜 궤도각운동량 모드를 발생시킬 수 있다. 둘째, 유전체 렌즈에 단차를 형성시켜 회전 모드를 발생하는 방식으로 궤도각운동량 모드를 발생시킬 수 있다. 셋째, 원형 궤적을 따라 N개의 패치로 이루어진 균일원형배열안테나(uniform circular array antenna)를 이용하여 궤도각운동량 모드를 발생시킬 수 있다. 넷째, 원형 구조에 타원이라는 비대칭 형태를 만들어 원형 편파를 발생시키는 단일 급전 타원형 패치안테나를 통해 궤도각운동량 모드를 발생시킬 수 있다. 다섯째, 주반사판 대신 부반사판에 단차를 주어 궤도각운동량 모드를 발생시킬 수 있다. 여섯째, 곡면 반사체를 부피가 작은 반사 배열(reflect array) 방식으로 변형한 반사판을 이용하여 궤도각운동량 모드를 발생시킬 수 있다.In the case of the multiple orbital angular momentum (OAM) mode as described above, for example, first, by using the reflection characteristics of electromagnetic waves, the signal of the horn feeding unit is reflected from the parabolic reflector having a step difference to generate the orbital angular momentum mode. Second, an orbital angular momentum mode can be generated by forming a step in the dielectric lens to generate a rotation mode. Third, an orbital angular momentum mode can be generated using a uniform circular array antenna consisting of N patches along a circular trajectory. Fourth, an orbital angular momentum mode can be generated through a single-fed elliptical patch antenna that generates a circular polarization by creating an asymmetrical shape called an ellipse in a circular structure. Fifth, an orbital angular momentum mode can be generated by giving a step difference to the sub-reflector instead of the main reflector. Sixth, an orbital angular momentum mode can be generated by using a reflector in which a curved reflector is transformed into a small-volume reflect array method.

한편, LIS는 채널상태에 따라 주파수대역에 할당된 초당비트의 속도를 결정하는 채널 용량을 향상시키기 위해 개발된 것으로, 전자파를 디지털로 조작할 수 있는 저렴한 수동인공구조(passive artificial structure)로 제공되는데, 재구성 가능한 매개변수와 함께 거의 수동적이고 저비용이며 에너지 소비가 적은 반사요소로 구성된 평면 어레이로 제공될 수 있고, 각 요소는 입사 전자기파에 특정 위상 편이를 유도할 수 있는 것으로 알려져 있다.On the other hand, LIS was developed to improve the channel capacity, which determines the rate of bits per second allocated to the frequency band according to the channel state, and is provided as an inexpensive passive artificial structure that can digitally manipulate electromagnetic waves. , can be presented as a planar array of nearly passive, low-cost, low-energy-consuming reflective elements with reconfigurable parameters, each of which is known to be capable of inducing a specific phase shift in an incident electromagnetic wave.

그리고, LIS 장치(20)에서 복수의 반사요소를 이용하여 근거리사용자(30) 및 원거리사용자(40)에게 전송신호를 각각 반사할 수 있다(단계120).In addition, the LIS device 20 may reflect the transmission signal to the near user 30 and the far user 40 by using a plurality of reflective elements, respectively (step 120).

여기에서, 전송신호는, LoS(Line-of-Sight) 채널을 통해 전송되거나 혹은 반사될 수 있는데, 예를 들면, 라이시안페이딩채널(Lician fading channel)을 포함할 수 있다. 이러한 라이시안페이딩채널은 위성통신시스템과 같이 LoS가 존재하고 반사파 서분에 비해 직접파 성분이 지배적인 전파 환경의 모델로 알려져 있다.Here, the transmission signal may be transmitted or reflected through a Line-of-Sight (LoS) channel, and may include, for example, a Lician fading channel. Such a Rician fading channel is known as a model of a propagation environment in which LoS exists like a satellite communication system and a direct wave component dominates compared to a reflected wave component.

상술한 바와 같은 무선 전송 신호를 전송하는 시스템에 대해 간략히 설명하면, 도 2에 도시한 바와 같이 기지국(10)과, LIS 장치(20)와, LIS 장치(20)의 근처에 배치되는 근거리사용자(30, CCU : Cell Center User, UE1)와, 셀에지(cell edge)에 있는 원거리사용자(40, CEU : Cell Edge User, UE2)가 포함되는 LIS-OAM-MDMA 시스템이 구축될 수 있는데, LIS 장치(20)는 총 M개의 반사요소가 배열되어 셀 중심에 배치될 수 있고, 각 요소는 LIS 장치(20)의 m으로 표시할 수 있다.Briefly describing the system for transmitting the wireless transmission signal as described above, as shown in FIG. 2 , the base station 10, the LIS device 20, and a short-distance user ( 30, CCU: Cell Center User, UE1) and a remote user (40, CEU: Cell Edge User, UE2) in the cell edge (cell edge) can be built a LIS-OAM-MDMA system including the LIS device In (20), a total of M reflective elements are arranged and may be arranged in the center of the cell, and each element may be indicated by m of the LIS device 20 .

이러한 시스템을 통해 다중 OAM 모드(N-1개의 OAM 모드)는 MDMA 기술을 사용하여 기지국(10)에서 LIS 장치(20)로 무선 전송 신호를 전송하며, LIS 장치(20)에서는 무선 전송 신호(OAM 파)를 근거리사용자(30) 및 원거리사용자(40)에게 각각 반사함으로써, 기지국(10)으로부터 전송되는 무선 전송 신호가 근거리사용자(30) 및 원거리사용자(40)에게 안정적으로 전송될 수 있다.Multiple OAM mode (N-1 OAM modes) through this system transmits a wireless transmission signal from the base station 10 to the LIS device 20 using MDMA technology, and the LIS device 20 uses the wireless transmission signal (OAM) By reflecting the wave) to the local user 30 and the far user 40, respectively, the wireless transmission signal transmitted from the base station 10 can be stably transmitted to the local user 30 and the far user 40.

한편, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 무선 신호의 전송 방법을 통해 채널 용량이 향상되는 것을 구체적으로 설명하면, 기지국(10), LIS 장치(20), 근거리사용자(30) 및 원거리사용자(40)가 포함된 LIS-OAM-MDMA 시스템에서는 근거리사용자(30) 및 원거리사용자(40)의 각 채널 용량은, 각각의 궤도각운동량(OAM) 모드에 대한 전송 신호대잡음비(SNR)와, LIS 장치(20)와 근거리사용자(30) 및 원거리사용자(40)간의 2채널 응답 매트릭스와, 기지국(10)에서 LIS 장치(20)까지의 채널행렬의 특이값과, LIS 장치(20)에서 근거리사용자(30) 및 원거리사용자(40)까지의 채널행렬의 특이값을 이용하여 산출될 수 있는데, 각 채널 용량은 채널매트릭스의 순위와, LIS 장치(20)의 반사각도를 고려하여 산출될 수 있다.On the other hand, if the channel capacity is improved through the wireless signal transmission method according to the embodiment of the present invention as described above in detail, the base station 10, the LIS device 20, the local user 30, and the remote user In the LIS-OAM-MDMA system including 40, each channel capacity of the near user 30 and the far user 40 is, the transmission signal-to-noise ratio (SNR) for each orbital angular momentum (OAM) mode, and the LIS device (20) and a two-channel response matrix between the local user 30 and the far user 40, the singular value of the channel matrix from the base station 10 to the LIS device 20, and the local user ( 30) and the singular value of the channel matrix up to the remote user 40 may be used to calculate each channel capacity, and the channel capacity may be calculated in consideration of the order of the channel matrix and the reflection angle of the LIS device 20 .

예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이 LIS-OAM-MDMA 시스템에서 여기서 K, K1, K2는 각각 기지국(10)에서 LIS 장치(20)로, LIS 장치(20)에서 근거리사용자(30)로, LIS 장치(20)에서 원거리사용자(40)로의 LOS 채널을 의미하고, d1 및 d2는 LIS 장치(20)에서 근거리사용자(30) 및 원거리사용자(40)까지의 각 거리이며, d는 기지국(10)에서 LIS 장치(20)까지의 거리를 나타내고, θA, θD는 채널 각도 매개 변수이며,

Figure 112020105703518-pat00001
는 채널 위상을 나타낸다.For example, as shown in FIG. 2, in the LIS-OAM-MDMA system, where K, K1, and K2 are from the base station 10 to the LIS device 20 and from the LIS device 20 to the local user 30, respectively. , means the LOS channel from the LIS device 20 to the remote user 40, d1 and d2 are the respective distances from the LIS device 20 to the local user 30 and the far user 40, and d is the base station ( 10) represents the distance from the LIS device 20, θA, θD are the channel angle parameters,
Figure 112020105703518-pat00001
represents the channel phase.

이러한 LIS-OAM-MDMA 시스템에서 근거리사용자(30)와 원거리사용자(40)의 달성 가능한 각 채널 용량은 아래의 수학식 1(근거리사용자(30)의 채널 용량)과 수학식 2(원거리사용자(40)의 채널 용량)로 유도될 수 있다.In this LIS-OAM-MDMA system, each achievable channel capacity of the local user 30 and the remote user 40 is Equation 1 (channel capacity of the near user 30) and Equation 2 (the remote user 40) ) of the channel capacity).

Figure 112020105703518-pat00002
Figure 112020105703518-pat00002

Figure 112020105703518-pat00003
Figure 112020105703518-pat00003

여기서, H는 기지국(10)과 LIS 장치(20) 간의 채널을 의미하며, ρ은 각 OAM 모드에 대한 전송 SNR(Signal-to-Noise Ration)이고, h1과 h2는 각각 LIS 장치(20)와 근거리사용자(30) 및 원거리사용자(40) 간의 2채널 응답 매트릭스이며, μN,q 및 μF,q은 LIS 장치(20)와 근거리사용자(30)까지, 및 원거리사용자(40)까지의 채널행렬의 특이값이고, μH,q은 기지국(10)에서 LIS 장치(20)까지의 채널행렬의 특이값이며, Q는 채널매트릭스의 순위이고,

Figure 112020105703518-pat00004
는 LIS 장치(20)에 의한 반사 각도를 의미한다.Here, H means a channel between the base station 10 and the LIS device 20, ρ is the transmission SNR (Signal-to-Noise Ration) for each OAM mode, and h1 and h2 are each LIS device 20 and It is a two-channel response matrix between the local user 30 and the far user 40, and μN, q and μF, q are the channel matrix from the LIS device 20 to the local user 30 and to the far user 40 is a singular value, μH, q is a singular value of the channel matrix from the base station 10 to the LIS device 20, Q is the rank of the channel matrix,
Figure 112020105703518-pat00004
denotes a reflection angle by the LIS device 20 .

상술한 바와 같이 LIS 장치(20)와 근거리사용자(30) 및 원거리사용자(40) 간의 2채널 응답 매트릭스인 h1과 h2에 대해 설명하면, 기지국(10)과 LIS 장치(20) 간의 채널 매트릭스는 아래의 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.As described above, if the two-channel response matrix h1 and h2 between the LIS device 20 and the local user 30 and the far user 40 are described, the channel matrix between the base station 10 and the LIS device 20 is as follows. It can be expressed as Equation 3 of

Figure 112020105703518-pat00005
Figure 112020105703518-pat00005

여기에서, M은 총 UCA(uniform circular array) 및 OAM 모드의 수를 의미한다.Here, M denotes the total number of uniform circular array (UCA) and OAM modes.

그리고, 기지국(10)에서 LIS 장치(20)까지의 채널행렬의 요소는 아래의 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.And, the elements of the channel matrix from the base station 10 to the LIS device 20 can be expressed as in Equation 4 below.

Figure 112020105703518-pat00006
Figure 112020105703518-pat00006

여기에서, k=2π/λ이고, λ는 파장(wavelength)을 의미한다.Here, k=2π/λ, and λ means a wavelength.

다음에, 기지국(10)과 근거리사용자(30), 기지국(10)과 원거리사용자(40) 간의 각 채널 매트릭스는 아래의 수학식 5 및 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.Next, each channel matrix between the base station 10 and the local user 30 and the base station 10 and the far user 40 can be expressed as Equations 5 and 6 below.

Figure 112020105703518-pat00007
Figure 112020105703518-pat00007

Figure 112020105703518-pat00008
Figure 112020105703518-pat00008

또한, LIS 장치(20)에서 근거리사용자(30)까지의 채널 요소는 아래의 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.In addition, the channel element from the LIS device 20 to the short-distance user 30 can be expressed as in Equation 7 below.

Figure 112020105703518-pat00009
Figure 112020105703518-pat00009

그리고, LIS 장치(20)에서 원거리사용자(40)까지의 채널 요소는 아래의 수학식 8과 같이 표현할 수 있다.And, the channel element from the LIS device 20 to the remote user 40 can be expressed as in Equation 8 below.

Figure 112020105703518-pat00010
Figure 112020105703518-pat00010

한편, 본 발명의 실시예에 따른 LIS-OAM-MDMA 방식과 기존 LIS 지원 셀룰러 통신 시스템의 채널 용량을 분석 및 비교해 보면, 매개 변수 l0=0, lN-1=+1, d=0.25λ, d1=50λ, d2=100λ, λ=0.01, M=64, N=2, θA=90°, θD=45°,

Figure 112020105703518-pat00011
=180°, g1=g2=2. K=5, K1=5 및 K2=2로 설정될 수 있으며, 도 3에 도시한 바와 같이 기존 LIS 지원 셀룰러 통신보다 훨씬 더 높은 채널 용량을 제공함을 보여준다. 여기에서,
Figure 112020105703518-pat00012
는 LIS 장치(20)의 m 번째 요소에 의해 도입된 위상 편이를 의미한다.On the other hand, when analyzing and comparing the channel capacity of the LIS-OAM-MDMA scheme and the existing LIS-supported cellular communication system according to the embodiment of the present invention, the parameters l 0 =0, l N-1 =+1, d=0.25λ , d 1 =50λ, d 2 =100λ, λ=0.01, M=64, N=2, θ A =90°, θ D =45°,
Figure 112020105703518-pat00011
=180°, g 1 =g 2 =2. It can be set to K=5, K 1 =5 and K 2 =2, which shows that it provides a much higher channel capacity than the existing LIS-supported cellular communication as shown in FIG. 3 . From here,
Figure 112020105703518-pat00012
denotes the phase shift introduced by the m-th element of the LIS device 20 .

상술한 바와 같이 서로 다른 OAM 모드에서 사용되는 여러 채널은 간섭 없이 동시에 근거리사용자(30) 및 원거리사용자(40)로 여러 심볼을 전달할 수 있기 때문에, 기존의 LIS 지원 셀룰러 통신 시스템에 비해 본 발명의 실시예에 따른 LIS-OAM-MDMA 방식의 근거리사용자(30) 및 원거리사용자(40)의 경우 채널 용량이 향상될 수 있음을 알 수 있다.As described above, since multiple channels used in different OAM modes can transmit multiple symbols to the local user 30 and the far user 40 at the same time without interference, compared to the existing LIS-supported cellular communication system, the implementation of the present invention It can be seen that the channel capacity can be improved in the case of the local user 30 and the far user 40 of the LIS-OAM-MDMA scheme according to the example.

따라서, 본 발명은 궤도각운동량(OAM)을 기반으로 모드분할다중접속(MDMA) 방식을 적용하여 다양한 궤도각운동량(OAM) 모드를 활용하면서 LIS(Large Intelligent Surface) 기술을 적용함으로써, 전력 소비를 감소시키면서 통신 채널 용량을 향상시킬 수 있다.Therefore, the present invention applies a mode division multiple access (MDMA) method based on orbital angular momentum (OAM) to utilize various orbital angular momentum (OAM) modes while applying LIS (Large Intelligent Surface) technology, while reducing power consumption It is possible to improve the communication channel capacity.

또한, 본 발명은 기지국에서 다중 궤도각운동량(OAM) 모드에 따라 모드분할다중접속(MDMA) 방식으로 전송신호를 LIS 장치로 전송하고, LIS 장치에서 복수의 반사요소를 이용하여 근거리사용자 및 원거리사용자에게 전송신호를 각각 반사함으로써, 채널 용량을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention transmits a transmission signal to the LIS device in a mode division multiple access (MDMA) method according to the multiple orbital angular momentum (OAM) mode in the base station, and uses a plurality of reflective elements in the LIS device to provide near-field users and far-field users. By reflecting each of the transmitted signals, the channel capacity can be improved.

이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.In the above description, various embodiments of the present invention have been presented and described, but the present invention is not necessarily limited thereto. It will be readily appreciated that branch substitutions, transformations and alterations are possible.

10 : 기지국
20 : LIS 장치
30 : 근거리사용자
40 : 원거리사용자
10: base station
20: LIS device
30: short-distance user
40: remote user

Claims (5)

기지국에서 다중 궤도각운동량(OAM : Orbital Angular Momentum) 모드에 따라 모드분할다중접속(MDMA : Mode Division Multiple Acess) 방식으로 전송신호를 LIS(Large Intelligent Surface) 장치로 전송하는 단계와,
상기 LIS 장치에서 복수의 반사요소를 이용하여 근거리사용자 및 원거리사용자에게 상기 전송신호를 각각 반사하는 단계
를 포함하되,
상기 전송신호는, LoS(Line-of-Sight) 채널을 통해 전송되거나 혹은 반사되며,
상기 LoS 채널은, 라이시안페이딩채널을 포함하며,
상기 근거리사용자 및 원거리사용자의 각 채널 용량은,
각각의 궤도각운동량(OAM) 모드에 대한 전송 신호대잡음비(SNR)와, 상기 LIS 장치와 상기 근거리사용자 및 원거리사용자간의 2채널 응답 매트릭스와, 상기 기지국에서 상기 LIS 장치까지의 채널행렬의 특이값과, 상기 LIS 장치에서 상기 근거리사용자 및 원거리사용자까지의 채널행렬의 특이값과, 채널매트릭스의 순위와, 상기 LIS 장치의 반사각도를 이용하여 산출함으로써,
서로 다른 OAM 모드에서 사용되는 여러 채널은 간섭 없이 근거리사용자 및 원거리사용자로 심볼을 전달할 수 있어, LIS-OAM-MDMA 방식의 근거리사용자 및 원거리사용자의 채널 용량이 향상될 수 있는 것을 특징으로 하는 무선 통신 신호의 전송 방법.
Transmitting a transmission signal to a LIS (Large Intelligent Surface) device in a Mode Division Multiple Access (MDMA) method according to the Orbital Angular Momentum (OAM) mode at the base station;
In the LIS device, using a plurality of reflective elements to reflect each of the transmission signal to a short-distance user and a long-distance user
including,
The transmission signal is transmitted or reflected through a Line-of-Sight (LoS) channel,
The LoS channel includes a Rician fading channel,
Each channel capacity of the near user and the far user is,
A transmit signal-to-noise ratio (SNR) for each orbital angular momentum (OAM) mode, a two-channel response matrix between the LIS device and the near and far users, and a singular value of a channel matrix from the base station to the LIS device, By calculating using the singular value of the channel matrix from the LIS device to the near user and the far user, the rank of the channel matrix, and the reflection angle of the LIS device,
Multiple channels used in different OAM modes can transmit symbols to local users and far users without interference, so that the LIS-OAM-MDMA method can improve the channel capacity of local and far users. How the signal is transmitted.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020200129066A 2020-10-07 2020-10-07 Method for transmitting wireless communication signals KR102399977B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200129066A KR102399977B1 (en) 2020-10-07 2020-10-07 Method for transmitting wireless communication signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200129066A KR102399977B1 (en) 2020-10-07 2020-10-07 Method for transmitting wireless communication signals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220046074A KR20220046074A (en) 2022-04-14
KR102399977B1 true KR102399977B1 (en) 2022-05-18

Family

ID=81211419

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200129066A KR102399977B1 (en) 2020-10-07 2020-10-07 Method for transmitting wireless communication signals

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102399977B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020039129A (en) * 2014-04-17 2020-03-12 ライ ラディオテレヴィズィオーネ イタリアーナ エッセ.ピー.アー. System for transmitting and/or receiving signal having electromagnetic mode with orbital angular momentum, and device and method thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101669354B1 (en) 2015-01-26 2016-11-09 한국과학기술원 Apparatus and Method for compensation the position of the antenna in communication with the orbital angular momentum

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020039129A (en) * 2014-04-17 2020-03-12 ライ ラディオテレヴィズィオーネ イタリアーナ エッセ.ピー.アー. System for transmitting and/or receiving signal having electromagnetic mode with orbital angular momentum, and device and method thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Capacity improvement of non-orthogonal multiple access downlink transmission by orbital angular momentum based mode division multiple access", arXiv:1911.00285v1 [cs.NI], p1-13*
Large Intelligent Surface-Assisted Wireless Communication Exploiting Statistical CSI, arXiv:1812.05429v1, 13 Dec 2018*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220046074A (en) 2022-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Towards intelligent reflecting surface empowered 6G terahertz communications: A survey
US8811511B2 (en) Hybrid analog-digital phased MIMO transceiver system
US20190173537A1 (en) Mitigating beam squint in millimeter wave wireless communication systems
US8779976B2 (en) Antenna system having adaptive polarization control
Qin et al. A high-gain transmitarray for generating dual-mode OAM beams
US9608335B2 (en) Continuous phase delay antenna
Noor et al. A review of orbital angular momentum vortex waves for the next generation wireless communications
CN107135023B (en) Three-dimensional training codebook design method and beam alignment method for millimeter wave communication system
CN113796024A (en) Low complexity beam steering in array aperture
Tall et al. Multilevel beamforming for high data rate communication in 5G networks
Jasim et al. Hooke Jeeves search method for initial beam access in 5G mmWave cellular networks
Shevada et al. Comparative Study of different beamforming techniques for 5G: A Review
Wu et al. Millimeter-wave and terahertz OAM discrete-lens antennas for 5G and beyond
Han et al. CSI acquisition in RIS-assisted mobile communication systems
Zhang et al. Beampattern design for RIS-aided dual-functional radar and communication systems
KR102399977B1 (en) Method for transmitting wireless communication signals
CN110995299B (en) Electromagnetic wave orbital angular momentum transmission method and system based on dimension expansion interference code
Pan et al. Compact multi-wideband array for millimeter-wave communications using squint beams
Ohashi et al. Transmission enhancement in rectangular-coordinate orthogonal multiplexing by excitation optimization of slot arrays for a given distance in the non-far region communication
WO2023165238A1 (en) Optimal code word calculation method and apparatus based on holographic multiple access
US20150138657A1 (en) Antenna apparatus
CN117642932A (en) Reconfigurable surface device
Vasuki et al. Latest Wireless Technologies towards 6G
Bhat et al. Beyond 5G: Reinventing Network Architecture With 6G
Kumar et al. Review on 4G Antenna design For LTE application

Legal Events

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