KR102573605B1 - Communication method using spatial division multiplexing based on orbital angular momentum mode division and transmitter - Google Patents

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Abstract

OAM 모드 분할 기반 공간 다중화를 이용한 통신 방법은 송신기가 단말의 위치 정보를 획득하는 단계, 상기 송신기가 상기 위치 정보를 기준으로 상기 단말에 대하여 OAM(Orbital Angular Momentum) 모드들 중 수신 신호의 강도가 기준값 이상인 적어도 하나의 OAM 모드를 결정하는 단계, 상기 송신기가 상기 단말에 전송할 신호를 상기 결정한 OAM 모드로 변조하는 단계 및 상기 송신기가 상기 변조한 신호를 상기 단말에 빔포밍하여 송신하는 단계를 포함한다.A communication method using OAM mode division-based spatial multiplexing includes obtaining, by a transmitter, location information of a terminal, wherein the transmitter determines that the strength of a received signal among Orbital Angular Momentum (OAM) modes for the terminal is a reference value based on the location information. Determining at least one OAM mode that is the above, modulating a signal to be transmitted to the terminal by the transmitter into the determined OAM mode, and beamforming and transmitting the modulated signal to the terminal by the transmitter.

Description

OAM 모드 분할 기반 공간 다중화를 이용한 통신 방법 및 송신기{COMMUNICATION METHOD USING SPATIAL DIVISION MULTIPLEXING BASED ON ORBITAL ANGULAR MOMENTUM MODE DIVISION AND TRANSMITTER}Communication method and transmitter using OAM mode division-based spatial multiplexing

이하 설명하는 기술은 OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 기반 공간 분할 다중화 기법에 관한 것이다.The technology described below relates to an Orbital Angular Momentum (OAM) mode-based spatial division multiplexing technique.

빔포밍 기반 공간 분할 다중 접속(spatial division multiple access, SDMA) 기술은 다수의 송신 안테나를 사용하여 다수의 단말들(user equipments, UEs)에 통신 서비스를 제공할 수 있다. 다만, 빔포밍 기반 SDMA는 LoS(line-of-sight) 환경에서 빔을 통해 단말(user equipment, UE)과 데이터를 송수신하기 때문에, 다른 단말의 빔이 동일한 공간에 겹치게 되면 단말 신호들 사이에 간섭이 발생한다. 따라서, 빔포밍 기반 SDMA는 하나의 빔 영역 내에 동시에 수용할 수 있는 단말의 개수가 1개로 제한되는 한계를 갖는다. 또한, 빔포밍 기반 SDMA는 특정 단말에게 할당할 수 있는 MIMO(multiple-input and multiple-output) 채널의 개수도 이중 편파 안테나 소자를 갖는 배열안테나를 사용할 경우 최대 2개로 제한되는 단점도 갖는다.Beamforming-based spatial division multiple access (SDMA) technology may provide communication services to a plurality of user equipments (UEs) using a plurality of transmit antennas. However, since beamforming-based SDMA transmits and receives data with a user equipment (UE) through a beam in a line-of-sight (LoS) environment, interference between UE signals occurs when beams from other UEs overlap in the same space. this happens Therefore, beamforming-based SDMA has a limitation in that the number of terminals that can be simultaneously accommodated in one beam area is limited to one. In addition, the beamforming-based SDMA has a disadvantage in that the number of multiple-input and multiple-output (MIMO) channels that can be allocated to a specific terminal is limited to a maximum of two when an array antenna having a dual polarized antenna element is used.

한편, OAM 다중화 기술은 서로 다른 나선형 파면(helical phase front)을 갖는 OAM 모드(mode)들을 동일한 무선통신 채널을 통하여 모드 분할 다중화(mode-division multiplexing)함으로써 무선통신 시스템의 시스템 용량과 주파수 효율을 증가시키는 기술이다. On the other hand, OAM multiplexing technology increases system capacity and frequency efficiency of a wireless communication system by mode-division multiplexing OAM modes having different helical phase fronts through the same wireless communication channel. It is a technique that

한국공개특허 제10-2018-0131085호Korean Patent Publication No. 10-2018-0131085

통신시스템의 용량을 증대시키기 위해서 SDMA 기술의 공간 재사용이득을 활용하면서 동시에 시스템의 용량을 개선할 수 있는 새로운 전송방식이 요구된다.In order to increase the capacity of a communication system, a new transmission method capable of improving the capacity of the system while utilizing the spatial reuse gain of SDMA technology is required.

이하 설명하는 기술은 빔포밍 기반의 SDMA 기술의 공간 재사용 이득과 UCA(uniform circular array) 기반 OAM 신호의 공간선택성과 위상 직교성을 활용하여 동일한 영역을 커버하는 빔을 통해 다수의 단말들에 서비스할 수 있는 다중 사용자 OAM 공간 다중화 기법을 제공하고자 한다.The technology described below can serve multiple terminals through a beam covering the same area by utilizing the spatial reuse gain of the beamforming-based SDMA technology and the spatial selectivity and phase orthogonality of a uniform circular array (UCA)-based OAM signal. It is intended to provide a multi-user OAM spatial multiplexing technique.

OAM 모드 분할 기반 공간 다중화를 이용한 통신 방법은 송신기가 단말의 위치 정보를 획득하는 단계, 상기 송신기가 상기 위치 정보를 기준으로 상기 단말에 대하여 OAM 모드들 중 수신 신호의 강도가 기준값 이상인 적어도 하나의 OAM 모드를 결정하는 단계, 상기 송신기가 상기 단말에 전송할 신호를 상기 결정한 OAM 모드로 변조하는 단계 및 상기 송신기가 상기 변조한 신호를 상기 단말에 빔포밍하여 송신하는 단계를 포함한다. 상기 송신기는 상기 송신기로부터 진행되는 OAM 신호의 방향과 상기 단말의 위치가 이루는 각도에 따라 상기 수신 신호의 강도를 결정한다.A communication method using OAM mode division-based spatial multiplexing includes obtaining, by a transmitter, location information of a terminal, wherein the transmitter selects at least one OAM in which the received signal strength is greater than or equal to a reference value among OAM modes for the terminal based on the location information. The method includes determining a mode, modulating, by the transmitter, a signal to be transmitted to the terminal in the determined OAM mode, and beamforming and transmitting the modulated signal to the terminal by the transmitter. The transmitter determines the strength of the received signal according to an angle between the direction of the OAM signal transmitted from the transmitter and the location of the terminal.

OAM 모드 분할 기반 공간 다중화를 사용하는 송신기는 UCA 형태로 배열된 복수의 서브 어레이 안테나를 포함하는 안테나 장치 및 단말에 대한 위치를 기준으로 결정되는 AOD를 기준으로 상기 단말에 대한 수신 신호의 강도가 기준값 이상인 적어도 하나의 OAM 모드를 결정하고, 상기 단말에 대한 스트림을 상기 적어도 하나의 OAM으로 변조하고, 변조한 신호를 빔포밍하여 상기 복수의 서브 어레이 안테나 중 적어도 하나의 서브 어레이 안테나에 전달하는 제어 장치를 포함하고, 상기 제어 장치는 송신기로부터 진행되는 신호 방향과 상기 단말의 위치가 이루는 각도인 AOD를 기준으로 상기 수신 신호의 강도를 결정한다.A transmitter using OAM mode division-based spatial multiplexing has an antenna device including a plurality of sub-array antennas arranged in a UCA form and the strength of a received signal for a terminal based on an AOD determined based on a position of the terminal is a reference value A control device for determining at least one OAM mode of the above, modulating a stream for the terminal with the at least one OAM, beamforming the modulated signal, and transmitting the modulated signal to at least one subarray antenna among the plurality of subarray antennas. Including, the control device determines the strength of the received signal based on the AOD, which is an angle formed by the direction of the signal traveling from the transmitter and the location of the terminal.

이하 설명하는 기술은 빔포밍 기반의 SDMA 기술에 OAM 모드 분할을 적용하여 높은 공간 재사용 이득과 함께 동일 공간에서 다수의 단말에 대한 통신을 가능하게 한다.The technology described below enables communication for multiple terminals in the same space with high spatial reuse gain by applying OAM mode division to beamforming-based SDMA technology.

도 1은 UCA 기반 OAM 시스템에 대한 예이다.
도 2는 AOD에 따른 OAM 모드 0 신호의 강도 및 위상 패턴의 예이다.
도 3은 AOD에 따른 OAM 모드 1 신호의 강도 및 위상 패턴의 예이다.
도 4는 AOD에 따른 OAM 모드 2 신호의 강도 및 위상 패턴의 예이다.
도 5는 AOD에 따른 OAM 모드 3 신호의 강도 및 위상 패턴의 예이다.
도 6은 AOD에 따른 OAM 모드 4 신호의 강도 및 위상 패턴의 예이다.
도 7은 UCA 기반 다중 OAM 모드 기반 OAM 시스템에 대한 예이다.
도 8은 도 7의 시스템에서 AOD에 따른 OAM 모드별 채널 용량을 실험한 결과이다.
도 9는 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화 통신 시스템에 대한 예이다.
도 10은 UCA 안테나의 제어장치의 예이다.
도 11은 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화에 의한 자원 할당의 예이다.
도 12는 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화에 의한 자원 할당의 예이다.
도 13은 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화에 따른 OAM 모드 할당의 다른 예이다.
도 14는 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화 기법의 효과 검증을 위한 모델의 예이다.
도 15는 도 14의 시뮬레이션 모델에 대한 주파수 효율을 실험한 결과이다.1 is an example of a UCA-based OAM system.
2 is an example of an intensity and phase pattern of an OAM mode 0 signal according to AOD.
3 is an example of an intensity and phase pattern of an OAM mode 1 signal according to AOD.
4 is an example of an intensity and phase pattern of an OAM mode 2 signal according to AOD.
5 is an example of an intensity and phase pattern of an OAM mode 3 signal according to AOD.
6 is an example of an intensity and phase pattern of an OAM mode 4 signal according to AOD.
7 is an example of a UCA-based multi-OAM mode-based OAM system.
FIG. 8 is an experimental result of channel capacity for each OAM mode according to AOD in the system of FIG. 7 .
9 is an example of an OAM mode division-based spatial multiplexing communication system.
10 is an example of a control device for a UCA antenna.
11 is an example of resource allocation by OAM mode division-based spatial multiplexing.
12 is an example of resource allocation by OAM mode division-based spatial multiplexing.
13 is another example of OAM mode allocation according to OAM mode division-based spatial multiplexing.
14 is an example of a model for verifying the effect of an OAM mode division-based spatial multiplexing technique.
15 is an experiment result of frequency efficiency for the simulation model of FIG. 14 .

이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the technology to be described below can have various changes and various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the technology described below to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the technology described below.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, B, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the above terms, and are merely used to distinguish one element from another. used only as For example, without departing from the scope of the technology described below, a first element may be referred to as a second element, and similarly, the second element may be referred to as a first element. The terms and/or include any combination of a plurality of related recited items or any of a plurality of related recited items.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설명된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In terms used in this specification, singular expressions should be understood to include plural expressions unless clearly interpreted differently in context, and terms such as “comprising” refer to the described features, numbers, steps, operations, and components. , parts or combinations thereof, but it should be understood that it does not exclude the possibility of the presence or addition of one or more other features or numbers, step-action components, parts or combinations thereof.

도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.Prior to a detailed description of the drawings, it is to be clarified that the classification of components in the present specification is merely a classification for each main function in charge of each component. That is, two or more components to be described below may be combined into one component, or one component may be divided into two or more for each more subdivided function. In addition, each component to be described below may additionally perform some or all of the functions of other components in addition to its main function, and some of the main functions of each component may be performed by other components. Of course, it may be dedicated and performed by .

또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In addition, in performing a method or method of operation, each process constituting the method may occur in a different order from the specified order unless a specific order is clearly described in context. That is, each process may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

도 1은 UCA 기반 OAM 시스템(100)에 대한 예이다. UCA 기반 OAM 시스템(100)은 OAM 기반 송신기(110) 및 OAM 기반 수신기(120)를 포함한다.1 is an example of a UCA-based OAM system 100. The UCA-based OAM system 100 includes an OAM-based transmitter 110 and an OAM-based receiver 120.

송신기(110)는 전력 할당기(111), 변조기(112) 및 송신 UCA 안테나(113)를 포함한다. 전력 할당기(111)는 입력 신호에 대한 전력을 할당한다. s는 송신 신호들을 나타내는 벡터이다. s=[s1,s2,...,sK ]T로 표현된다. 변조기(112)는 각 신호 sk를 DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬 Q의 칼럼 벡터(column vector)들 중 하나(qk)에 따라 변조한다. The transmitter 110 includes a power allocator 111, a modulator 112 and a transmit UCA antenna 113. The power allocator 111 allocates power to the input signal. s is a vector representing transmission signals. It is expressed as s=[s 1 ,s 2 ,...,s K ] T . The modulator 112 modulates each signal s k according to one of column vectors (q k ) of a Discrete Fourier Transform (DFT) matrix Q.

송신 안테나(130)는 Mt개의 송신 UCA 안테나들을 갖는다. 송신 UCA 안테나는 Nt개의 안테나 소자들을 갖는다. 변조된 신호는 Mt개의 UCA 배열 안테나들 중 하나 이상의 송신 UCA 안테나에 매핑되어 송신된다. 송신 UCA 안테나는 OAM 변조된 신호들이 합산된 신호를 송신한다. 송신 안테나 j는 하나 이상의 OAM 변조된 신호들 {qksk,k = 1,..., K}이 합산된 신호 xj를 송신하게 된다.The transmit antenna 130 has M t transmit UCA antennas. The transmit UCA antenna has N t antenna elements. The modulated signal is transmitted after being mapped to one or more transmission UCA antennas among M t UCA array antennas. The transmit UCA antenna transmits a signal obtained by summing the OAM modulated signals. The transmit antenna j transmits a signal x j obtained by adding one or more OAM modulated signals {q k s k , k = 1,..., K}.

수신기(120)는 수신 UCA 안테나(121), 복조기(122) 및 심볼 검출기(123)를 포함한다. 수신 안테나(121)는 Mr개의 수신 UCA 안테나들을 포함한다. 수신 UCA 안테나는 Nr개의 안테나 소자들을 갖는다. 복조기(122)는 수신 UCA 안테나들이 수신한 신호 {yi, i=1,...,Mr}의 선형 조합(linear combination)을 사용하여 OAM 복조한다. 복조기(122)는 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform) 행렬을 이용하여 신호를 복조할 수 있다. 심볼 검출기(123)는 합산된 신호 r에서 신호 를 얻는다.The receiver 120 includes a receive UCA antenna 121, a demodulator 122 and a symbol detector 123. The receiving antenna 121 includes M r receiving UCA antennas. The receiving UCA antenna has N r antenna elements. The demodulator 122 performs OAM demodulation using a linear combination of signals {y i , i=1,...,M r } received by the receiving UCA antennas. The demodulator 122 may demodulate a signal using an inverse discrete Fourier transform (IDFT) matrix. The symbol detector 123 outputs a signal from the summed signal r. get

UCA OAM 전송시스템은 송신기에서 DFT를 사용하여 N개의 OAM 모드들을 동시에 중첩하여 생성할 수 있고, 수신기에서 IDFT를 사용하여 N개의 병렬 채널을 구성할 수 있는 장점을 갖는다.The UCA OAM transmission system has the advantage that the transmitter can simultaneously overlap and generate N OAM modes using DFT, and the receiver can configure N parallel channels using IDFT.

UCA 기반 OAM 시스템은 UCA를 사용하여 OAM 모드들을 전송할 경우 수신 신호 강도가 큰 전달방향(이하 angle of departure, AOD라함)이 모드별로 서로 다르다. 이때 각도는 송신기로부터 진행되는 OAM 신호의 방향과 수신기의 위치가 이루는 각도라고 할 수 있다. 이와 같은 특성을 OAM 모드 신호들의 서로 다른 공간적 선택성(spatial selectivity)이라고 명명한다.In the UCA-based OAM system, when OAM modes are transmitted using UCA, transmission directions (hereinafter referred to as angle of departure, AOD) having a large received signal strength are different for each mode. In this case, the angle may be referred to as an angle between the direction of the OAM signal from the transmitter and the position of the receiver. This characteristic is called different spatial selectivity of OAM mode signals.

이와 같이 UCA를 통해 송출되는 OAM 모드 신호들이 모드별로 서로 다른 공간선택성을 갖기 때문에 수신기가 높은 정확도로 신호를 복원할 수 있는 모드 번호들도 단말의 위치에 따라 다르게 나타난다.Since the OAM mode signals transmitted through the UCA have different spatial selectivity for each mode, mode numbers for which the receiver can restore the signal with high accuracy also appear differently according to the location of the terminal.

이와 같은 특성은 공간적으로 다른 방향에 위치한 다수의 단말들에 개별적으로 적합한 모드를 선별하여 할당하면, 단말의 AOD를 고려하지 않고 사용하는 경우에 비해 더 높은 전체 시스템 용량을 획득할 수 있게 됨을 의미한다. This characteristic means that if a mode individually suitable for a plurality of terminals located in different spatial directions is selected and allocated, a higher overall system capacity can be obtained compared to the case of using without considering the AOD of the terminal. .

또한, 특정 단말에게 2개 이상의 모드를 할당할 경우에도 OAM의 공간적 위상 직교성(phase orthogonality)을 활용하여 다수 모드들을 단말에서 분리해낼 수 있다.In addition, even when two or more modes are allocated to a specific UE, multiple modes can be separated from the UE by utilizing spatial phase orthogonality of OAM.

아래 도 2 내지 도 6은 OAM 모드 신호들의 서로 다른 공간적 선택성을 보여주기 위해 전자기파의 진행 방향(AOD)에 수직인 면에 나타나는 파의 강도(intensity)와 위상을 도시한 예이다. 도 2 내지 도 6은 송신 UCA가 xy 평면에 수평한 상태에서 z 축 방향으로 신호를 방사하는 상황이다. 기지국 UCA는 OAM 모드 0 ~ 모드 4를 송신하며, UCA의 반경은 10 파장을 갖고 UCA안의 안테나 소자의 방사 패턴의 폭은 60도(-30도 ~ 30도)인 경우를 가정한 것이다. 해당 도면에서 작은 원은 단말들의 위치를 나타내는 것으로서 레일리 거리(Rayleigh distance)의 2배에 해당하는 거리에 위치한 수신 UCA를 나타낸다.2 to 6 below are examples illustrating the intensity and phase of waves appearing on a plane perpendicular to the direction of propagation (AOD) of electromagnetic waves in order to show different spatial selectivity of OAM mode signals. 2 to 6 are situations in which a transmission UCA radiates a signal in a z-axis direction in a state in which a transmission UCA is horizontal to an xy plane. It is assumed that the base station UCA transmits OAM mode 0 to mode 4, the radius of the UCA is 10 wavelengths, and the width of the radiation pattern of the antenna element in the UCA is 60 degrees (-30 degrees to 30 degrees). In the drawing, small circles indicate positions of terminals and indicate a receiving UCA located at a distance corresponding to twice the Rayleigh distance.

도 2(A)는 OAM 모드 0 신호의 AOD에 따른 강도를 나타내고, 도 2(B)는 OAM 모드 0 신호의 AOD에 따른 위상 패턴을 나타낸다. 도 3(A)는 OAM 모드 1 신호의 AOD에 따른 강도를 나타내고, 도 3(B)는 OAM 모드 1 신호의 AOD에 따른 위상 패턴을 나타낸다. 도 4(A)는 OAM 모드 2 신호의 AOD에 따른 강도를 나타내고, 도 4(B)는 OAM 모드 2 신호의 AOD에 따른 위상 패턴을 나타낸다. 도 5(A)는 OAM 모드 3 신호의 AOD에 따른 강도를 나타내고, 도 5(B)는 OAM 모드 3 신호의 AOD에 따른 위상 패턴을 나타낸다. 도 6(A)는 OAM 모드 4 신호의 AOD에 따른 강도를 나타내고, 도 6(B)는 OAM 모드 4 신호의 AOD에 따른 위상 패턴을 나타낸다.FIG. 2(A) shows the intensity according to the AOD of the OAM mode 0 signal, and FIG. 2(B) shows the phase pattern according to the AOD of the OAM mode 0 signal. FIG. 3(A) shows the intensity according to the AOD of the OAM mode 1 signal, and FIG. 3(B) shows the phase pattern according to the AOD of the OAM mode 1 signal. 4(A) shows the intensity according to the AOD of the OAM mode 2 signal, and FIG. 4(B) shows the phase pattern according to the AOD of the OAM mode 2 signal. 5(A) shows the intensity according to the AOD of the OAM mode 3 signal, and FIG. 5(B) shows the phase pattern according to the AOD of the OAM mode 3 signal. 6(A) shows the intensity according to the AOD of the OAM mode 4 signal, and FIG. 6(B) shows the phase pattern according to the AOD of the OAM mode 4 signal.

도 2 내지 도 6을 살펴보면, 전기장(E-field)의 강도와 위상이 AOD에 따라 큰 변화(variation)를 나타내는 것을 볼 수 있다. 예컨대, 단말 1(UE1)의 경우 모드 0 ~ 2에서는 강도가 작고, 모드 3 및 4에서는 강도가 크다. 이에 반하여 단말 2(UE2)는 모드 0과 모드 1에서는 높은 강도로 수신하고, 모드 2 ~ 4에서는 강도가 작은 것을 볼 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 OAM 모드별로 AOD 도메인에서 갖는 공간 선택성을 보여주는 것이다.Looking at FIGS. 2 to 6 , it can be seen that the strength and phase of the electric field (E-field) show a large variation according to the AOD. For example, in the case of UE 1 (UE1), the intensity is low in modes 0 to 2, and the intensity is high in modes 3 and 4. In contrast, it can be seen that UE 2 (UE2) receives high intensity in modes 0 and 1, and low intensity in modes 2 to 4. As described above, this shows spatial selectivity in the AOD domain for each OAM mode.

특히 모드의 강도가 그 모드의 채널용량을 결정하는 것을 고려할 때 특정 AOD에서 OAM 모드들이 갖는 강도가 서로 다르게 나타나는 것은 단말의 AOD에 따라 높은 채널 용량을 얻을 수 있는 모드를 선택하여 사용하는 것이 전체 채널 용량을 증가시키는 데에 도움이 됨을 의미한다.In particular, considering that the strength of a mode determines the channel capacity of that mode, the strength of the OAM modes in a specific AOD is different from each other. This means that it helps to increase the capacity.

주목할 것은, 도 2 내지 도 6의 위상 패턴을 보면 단말이 중앙에 위치한 경우를 제외하면, 단말의 위치에서 송신된 모드와 완전히 동일한 위상 회전(phase rotation)이 나타나지 않는 것을 볼 수 있다.Of note, in the phase patterns of FIGS. 2 to 6 , it can be seen that the same phase rotation as the transmitted mode does not appear at the position of the terminal except for the case where the terminal is located in the center.

이것은 송신된 모드의 신호가 내부 모드 간섭을 발생시키는 것을 의미하며, 이를 극복하기 위해 기지국에서 별도의 프리코딩을 수행하거나 또는 수신기에서 간섭제거기법(예,zero-forcing equalizer, MMSE equalizer, V-BLAST와 같은 연속 간접 제거기)이 적용되어야 함을 의미한다.This means that the transmitted mode signal causes internal mode interference, and to overcome this, the base station performs separate precoding or the receiver uses an interference cancellation technique (eg, zero-forcing equalizer, MMSE equalizer, V-BLAST) continuous indirect eliminators such as ) should be applied.

도 7은 UCA 기반 다중 OAM 모드 기반 OAM 시스템에 대한 예이다. 도 7은 OAM 모드들의 공간 선택성이 다중 사용자 환경에서 전체 시스템의 채널 용량에 미치는 영향을 살펴보기 위한 시스템 구성이다. 도 7의 UCA 기반 OAM 시스템은 반경이 10 파장인 송신 UCA, AOD = 10.75도인 UE1 및 AOD = 15.4도인 UE2가 존재한다. 7 is an example of a UCA-based multi-OAM mode-based OAM system. 7 is a system configuration for examining the effect of spatial selectivity of OAM modes on the channel capacity of the entire system in a multi-user environment. The UCA-based OAM system of FIG. 7 has a transmission UCA with a radius of 10 wavelengths, UE1 with AOD = 10.75 degrees, and UE2 with AOD = 15.4 degrees.

도 8은 도 7의 시스템에서 AOD에 따른 OAM 모드별 채널 용량을 실험한 결과이다. 도 8은 기지국단의 송신 UCA의 AOD와 수신하고자 하는 OAM 모드의 번호를 고려하여 단말이 빔 스티어링(beam steering)을 수행하는 환경을 가정하였다.FIG. 8 is an experimental result of channel capacity for each OAM mode according to AOD in the system of FIG. 7 . 8 assumes an environment in which the terminal performs beam steering by considering the AOD of the transmission UCA of the base station and the number of the OAM mode to be received.

도 8은 시뮬레이션을 통해 얻은 단말의 AOD에 따른 OAM 모드별 채널 용량을 도시한 것이다. 여기서, 채널용량 산출을 위하여 송신 UCA와 UE들 사이의 거리는 2dR로 가정하였다. 여기서, dR은 송수신 안테나의 개구면(aperture)에 의해 결정되는 레일리 거리를 나타낸다.8 illustrates the channel capacity for each OAM mode according to the AOD of the terminal obtained through simulation. Here, for channel capacity calculation, it is assumed that the distance between the transmission UCA and the UEs is 2d R. Here, d R represents the Rayleigh distance determined by the aperture of the transmit/receive antenna.

도 8을 살펴보면, 구면 좌표계의 θ = 10.75°방향에 있는 UE 1에 높은 채널용량을 제공하는 모드들은 모드 2, -2, 3, -3, 4이다. 또한, θ = 15.4°방향에 있는 UE 2에 높은 채널용량을 제공하는 모드들은 모드 0, 1, -1임을 알 수 있다. 도 8에서 해당 방향에서 높은 채널 용량을 제공하는 모드를 원으로 표시하였다.Referring to FIG. 8 , modes that provide high channel capacity to UE 1 in the direction of θ = 10.75 ° of the spherical coordinate system are modes 2, -2, 3, -3, and 4. In addition, it can be seen that modes 0, 1, and -1 provide high channel capacity to UE 2 in the direction of θ = 15.4°. In FIG. 8, a mode providing a high channel capacity in a corresponding direction is indicated by a circle.

정리하면, 송신기는 빔을 달리하여 다수의 단말에 동시에 신호를 전송할 수 있다. 동시에 송신기는 특정 빔에서 OAM 모드를 달리하여 다수의 단말에 신호를 전송할 수 있다. OAM 모드를 분할하여 신호를 전송하는 방식을 OAM 모드 분할이라고 명명하다. 즉, 송신기는 OAM 모드 분할 기반한 공간 다중화를 통해 다수의 단말들에 높은 채널 용량으로 데이터를 전송할 수 있다.In summary, the transmitter can simultaneously transmit signals to a plurality of terminals by changing beams. At the same time, the transmitter can transmit signals to a plurality of terminals by changing the OAM mode in a specific beam. A method of transmitting a signal by dividing the OAM mode is called OAM mode division. That is, the transmitter can transmit data with a high channel capacity to a plurality of terminals through spatial multiplexing based on OAM mode division.

도 9는 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화 통신 시스템에 대한 예이다.9 is an example of an OAM mode division-based spatial multiplexing communication system.

송신기는 기지국일 수 있다. 도 9는 송신기의 UCA 기반 안테나를 도시한다. 송신기는 빔포밍 어레이를 사용하여 단말 방향으로 빔포밍을 할 수 있다. 나아가, 송신기의 안테나는 UCA 형태로 배열된 N개의 서브 어레이들을 포함한다. 도 9는 8개의 빔포밍 서브 어레이들을 포함하는 안테나를 도시한 예이다. 각 서브 어레이는 빔에서 전송되는 OAM 모드를 생성한다. 서브 어레이들은 서로 다른 OAM 모드들을 생성할 수 있다.A transmitter may be a base station. 9 shows the UCA-based antenna of the transmitter. The transmitter may perform beamforming in the terminal direction using a beamforming array. Furthermore, the antenna of the transmitter includes N sub-arrays arranged in a UCA shape. 9 is an example illustrating an antenna including 8 beamforming subarrays. Each sub-array produces an OAM mode transmitted in a beam. Sub-arrays can create different OAM modes.

송신기의 UCA는 다양한 빔포밍 안테나 소자를 포함할 수 있다. 빔포밍 안테나 소자들은 하나의 그룹에 속한 단말들에 제한된 빔 영역에 신호를 전송하여 빔 영역들 사이의 간섭을 방지한다. 도 9에서 UE 1은 빔 영역 1에 속하고, UE 2 및 UE 3은 빔 영역 2에 속한다. 서로 다른 빔 영역에 속한 단말들은 신호가 간섭되지 않는다. 한편, 빔 영역 2에 속한 UE 2 및 UE 3가 서로 간섭되지 않고 채널 용량을 확보하기 위하여 송신기는 UE 2와 UE 3에 각각 서로 다른 OAM 모드 신호를 할당하여 전송할 수 있다. 송신기는 각 단말의 위치를 고려하여 빔포밍을 하면서 AOD에 따른 최적의 OAM 모드로 신호를 전송한다. 이 경우 송신기는 해당 단말에 높은 채널 용량을 제공할 수 있다.The UCA of the transmitter may include various beamforming antenna elements. Beamforming antenna elements prevent interference between beam areas by transmitting signals to a beam area limited to terminals belonging to one group. In FIG. 9 , UE 1 belongs to beam area 1, and UEs 2 and 3 belong to beam area 2. Signals of terminals belonging to different beam areas do not interfere. Meanwhile, in order to secure channel capacity without interference between UE 2 and UE 3 belonging to beam region 2, the transmitter may allocate and transmit different OAM mode signals to UE 2 and UE 3, respectively. The transmitter transmits a signal in an optimal OAM mode according to AOD while performing beamforming in consideration of the location of each terminal. In this case, the transmitter can provide a high channel capacity to the corresponding terminal.

도 10은 UCA 안테나의 제어장치(200)의 예이다. 제어장치(200)는 하나의 빔포밍 서브 어레이를 제어하는 구성에 해당한다. 예컨대, 도 9의 안테나 경우 8개의 빔포밍 서브 어레이는 각각 개별적인 제어기 구성을 가질 수 있다.10 is an example of a control device 200 for a UCA antenna. The control device 200 corresponds to a configuration for controlling one beamforming subarray. For example, in the case of the antenna of FIG. 9, each of the 8 beamforming subarrays may have an individual controller configuration.

제어장치(200)는 모드 및 빔 할당 모듈(210) 및 송신 모듈(220)을 포함한다. 제어장치(200)는 서브 어레이 n에 대한 제어를 수행한다. 제어장치(200)는 안테나를 구성하는 서브 어레이 n과 물리적으로 연결된 형태일 수 있다. 도 10은 신호 변조와 관련된 구성은 도시하지 않았다.The control device 200 includes a mode and beam allocation module 210 and a transmission module 220 . The controller 200 controls the sub array n. The control device 200 may be physically connected to the subarray n constituting the antenna. 10 does not show a configuration related to signal modulation.

모드 및 빔 할당 모듈(210)은 특정 단말에 대하여 빔포밍 가중치와 OAM 모드 번호를 할당한다. 따라서, 제어장치(200)는 특정 단말에 대한 위치 정보에 기반하여 빔 영역을 형성할 빔포밍 가중치와 AOD를 고려하여 최대 채널 용량을 제공할 수 있는 OAM 모드를 결정할 수 있다. 한편, 기지국과 같은 송신기는 특정 단말의 위치를 이동통신 네트워크의 코어망으로부터 전달받을 수 있다.The mode and beam allocation module 210 allocates a beamforming weight and an OAM mode number to a specific terminal. Accordingly, the controller 200 may determine an OAM mode capable of providing the maximum channel capacity by considering beamforming weights and AOD to form a beam area based on location information of a specific terminal. Meanwhile, a transmitter such as a base station may receive the location of a specific terminal from a core network of a mobile communication network.

모드 및 빔 할당 모듈(210)은 단말의 위치를 기준으로 OAM 모드들 중 수신 강도가 큰 전달 방향(AOD)을 갖는 OAM 모드를 결정한다. 이때 수신 강도는 일정한 임계값 이상의 강도를 의미할 수 있다.The mode and beam allocation module 210 determines an OAM mode having a forwarding direction (AOD) having a large reception strength among OAM modes based on the location of the terminal. In this case, the reception strength may mean a strength equal to or greater than a predetermined threshold value.

모드 및 빔 할당 모듈(210)은 결정한 OAM 모드의 번호 및 빔 포밍 가중치를 출력할 수 있다.The mode and beam allocation module 210 may output the number and beamforming weight of the determined OAM mode.

송신 모듈(220)은 스트림-모드 맵퍼(stream-to-mode mapper, 221) 및 다수의 송신 유닛들(TX unit 1 ~ TX unit 9, 222~229)을 포함한다. 송신 유닛(Tx unit)은 형성하고자 하는 빔의 개수에 따른다. 송신 유닛은 하나 이상일 수 있다. 도 10은 모두 9개의 빔을 형성할 수 있는 9개의 송신 유닛을 도시한 예이다. The transmission module 220 includes a stream-to-mode mapper 221 and a plurality of transmission units TX unit 1 to TX unit 9, 222 to 229. The transmission unit (Tx unit) depends on the number of beams to be formed. There may be one or more transmitting units. 10 is an example showing 9 transmission units capable of forming a total of 9 beams.

송신 모듈(220)은 복수의 단말들을 위한 신호들을 전송할 수 있다. 도 10에서 송신 모듈(220)은 UE 1 ~ UE K를 위한 스트림을 입력받는다. 스트림-모드 맵퍼(221)는 입력되는 스트림을 전달 대상인 단말에 빔을 형성할 송신 유닛에 전달한다. 또한, 스트림-모드 맵퍼(221)는 입력되는 스트림을 특정 OAM 모드에 매칭하여 송신되도록 맵핑할 수 있다. 스트림-모드 맵퍼(221)는 입력되는 스트림을 특정 송신 유닛에서 처리하도록 맵핑할 수 있다. The transmission module 220 may transmit signals for a plurality of terminals. In FIG. 10, the transmission module 220 receives streams for UE 1 to UE K. The stream-mode mapper 221 transfers an input stream to a transmission unit that will form a beam to a terminal to be delivered. In addition, the stream-mode mapper 221 may map an input stream to be transmitted by matching it to a specific OAM mode. The stream-mode mapper 221 may map an input stream to be processed by a specific transmission unit.

송신 유닛은 하나 이상의 단말에 전달한 스트림들을 입력받을 수 있다. The transmission unit may receive streams delivered to one or more terminals.

송신 유닛은 모드 및 빔 할당 모듈(210)이 전달한 빔포밍 가중치 및 OAM 모드 번호에 따라 입력되는 스트림을 특정 OAM 모드의 파로 변조하고, 빔포밍하여 단말 방향에 송신하게 한다. 각 송신 유닛은 특정 OAM 모드 변조를 위한 위상 변환기(phase shifter)들 및 적어도 하나의 OAM 모드의 신호를 빔포밍하는 빔포머(beamformer)를 포함한다. 송신 유닛의 위상 변환기는 OAM 모드 생성을 위한 위상 변환을 수행함과 동시에 빔을 통해 송신되는 OAM 모드의 전송방향을 제어하기 위한 위상 변환을 수행할 수 있다.The transmission unit modulates an input stream into a wave of a specific OAM mode according to the mode, the beamforming weight transmitted by the beam allocation module 210, and the OAM mode number, beamforms the stream, and transmits the stream in the terminal direction. Each transmission unit includes phase shifters for specific OAM mode modulation and a beamformer for beamforming a signal of at least one OAM mode. The phase shifter of the transmitting unit may perform phase shifting for generating the OAM mode and simultaneously performing phase shifting for controlling the transmission direction of the OAM mode transmitted through the beam.

송신 유닛(들)이 출력하는 신호는 서브 어레이 n을 구성하는 안테나 소자들을 통해 송신된다. 서브 어레이 n은 복수의 빔을 출력할 수 있다. 또한, 서브 어레이 n은 빔 영역에 있는 단말의 위치에 따라 최적의 OAM 모드(들)로 신호를 각 단말에 송신한다.Signals output from the transmission unit(s) are transmitted through antenna elements constituting subarray n. Subarray n may output a plurality of beams. In addition, the subarray n transmits a signal to each terminal in an optimal OAM mode(s) according to the position of the terminal in the beam area.

송신기(기지국) 또는 제어장치는 단말 방향을 포함한 공간적 위치 정보를 기준으로 각 단말에 적합한 전송 자원을 선정하여 할당할 수 있다. 도 11은 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화에 의한 자원 할당의 예이다. 하나의 전송 자원은 송신 유닛의 번호, OAM 모드의 번호 및 주파수 자원 번호(식별자)를 포함할 수 있다. 여기서, 송신 유닛은 신호가 송신되는 빔의 방향(빔 영역)에 대응될 수 있다. 즉, 복수의 송신 유닛들 중 특정 송신 유닛이 특정 빔 영역에 대한 신호를 출력할 수 있다. OAM 모드의 번호는 송신 유닛에 의해 형성된 빔 안에 송신되는 OAM 모드의 종류를 나타낸다. 주파수 자원 번호는 빔 안의 OAM 신호들이 사용하는 주파수 자원을 나타낸다.A transmitter (base station) or control device may select and allocate transmission resources suitable for each terminal based on spatial location information including a direction of the terminal. 11 is an example of resource allocation by OAM mode division-based spatial multiplexing. One transmission resource may include a transmission unit number, an OAM mode number, and a frequency resource number (identifier). Here, the transmission unit may correspond to a direction (beam area) of a beam through which a signal is transmitted. That is, a specific transmission unit among a plurality of transmission units may output a signal for a specific beam area. The number of the OAM mode indicates the type of OAM mode transmitted in the beam formed by the transmitting unit. The frequency resource number represents a frequency resource used by OAM signals in a beam.

도 12는 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화에 따른 OAM 모드 할당의 예이다.12 is an example of OAM mode allocation according to OAM mode division-based spatial multiplexing.

도 12(A)는 동일한 빔 영역에 위치한 단말들에 신호를 전송하는 예이다. 송신기 또는 제어장치는 단말 방향을 포함한 공간적 위치 정보를 고려하여, 각 송신 유닛이 갖는 OAM 모드 자원들 중에서 각 단말에 맞는 하나 이상의 OAM 모드 자원을 선정하여 단말들에 할당할 수 있다. 도 12(A)에서 UE 2는 OAM 모드 1과 -1이 할당되었고, UE 1은 OAM 모드 0과 2가 할당되었다.12(A) is an example of transmitting a signal to terminals located in the same beam area. The transmitter or control device may select one or more OAM mode resources suitable for each terminal from among OAM mode resources of each transmission unit in consideration of spatial location information including the direction of the terminal and allocate them to the terminals. In FIG. 12(A), UE 2 is assigned OAM modes 1 and -1, and UE 1 is assigned OAM modes 0 and 2.

도 12(B)는 서로 다른 빔 영역에 위치한 단말들에 신호를 전송하는 예이다. 송신기 또는 제어장치는 서로 다른 공간특성(단말 방향)을 갖는 둘 이상의 단말이 동시에 동일한 OAM 모드를 사용하도록 할당할 수 있다. 나아가, 단말들은 하나의 OAM 모드 자원을 주파수 분할 다중화(frequency division multiplexing; FDM) 방식을 포함한 다양한 방식으로 분할하여 사용할 수 있다. 12(B) is an example of transmitting a signal to terminals located in different beam areas. The transmitter or control device may allocate two or more terminals having different spatial characteristics (terminal directions) to use the same OAM mode at the same time. Furthermore, terminals may divide and use one OAM mode resource in various ways including a frequency division multiplexing (FDM) method.

FDM과 같은 자원 분할 방식을 사용하는 경우, 송신기는 사실 동일한 공간 특성을 갖는 다수의 단말에도 동일한 OAM 모드를 사용하여 신호를 전송할 수 있다.In the case of using a resource division scheme such as FDM, a transmitter can actually transmit a signal using the same OAM mode to a plurality of terminals having the same spatial characteristics.

도 13은 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화에 따른 OAM 모드 할당의 다른 예이다. 도 13은 서로 다른 송신기(기지국)에서 협력하여 통신하는 경우에 대한 예이다. 송신기 2는 UE 2에 OAM 모드 0을 할당하여 신호를 전송한다. 송신기 2는 UE 1에 OAM 모드 1을 할당하여 신호를 전송한다. 동시에, 송신기 1은 UE 1에 OAM 모드 0을 할당하여 신호를 전송할 수 있다. 즉, UE 1은 둘 이상의 송신기의 UCA들로부터 OAM 모드 자원들을 할당받을 수 있다. 각 송신기로부터 할당받는 OAM 모드 자원들은 서로 겹칠 수도 있고 겹치지 않을 수도 있다. 13 is another example of OAM mode allocation according to OAM mode division-based spatial multiplexing. 13 is an example of a case of cooperative communication in different transmitters (base stations). Transmitter 2 transmits a signal by assigning OAM mode 0 to UE 2. Transmitter 2 transmits a signal by assigning OAM mode 1 to UE 1. At the same time, transmitter 1 may transmit a signal by assigning OAM mode 0 to UE 1. That is, UE 1 may be allocated OAM mode resources from UCAs of two or more transmitters. OAM mode resources allocated from each transmitter may or may not overlap each other.

이하 전술한 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화 기법에 대한 효과를 검증한 실험 결과를 설명한다.Hereinafter, experimental results verifying the effect of the aforementioned OAM mode division-based spatial multiplexing technique will be described.

도 14는 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화 기법의 효과 검증을 위한 모델의 예이다. 도 14(A)는 단일 단말에 대한 OAM 전송 방식이고, 도 14(B)는 2개의 단말 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화 전송 방식의 예이다. 즉, 도 14(A)가 종래 기법에 해당한다.14 is an example of a model for verifying the effect of an OAM mode division-based spatial multiplexing technique. 14(A) is an OAM transmission scheme for a single terminal, and FIG. 14(B) is an example of a spatial multiplexing transmission scheme based on OAM mode division of two terminals. That is, FIG. 14(A) corresponds to the conventional technique.

도 14(A)에서 단일 단말에 대한 OAM 전송 방식은 OAM 모드를 하나의 UE에 할당하는 방식이다. UE 방향은 (θ,Φ)가 (0도, 0도)라고 가정하였다. 도 14(B)에서 2개의 단말 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화 전송 방식은 OAM 모드들을 2개의 UE들에 나누어 할당하는 방식이다. 이때 UE 1 방향은 (θ,Φ)이 (10.75도, 0도)라고 하였고, UE 2 방향은 (θ,Φ)이 (15.4도, 11도)라고 가정하였다.In FIG. 14(A), the OAM transmission method for a single UE is a method of allocating an OAM mode to one UE. As for the UE direction, it is assumed that (θ, Φ) is (0 degree, 0 degree). In FIG. 14(B), the two-UE OAM mode division-based spatial multiplexing transmission scheme divides and allocates OAM modes to two UEs. At this time, it is assumed that (θ, Φ) is (10.75 degrees, 0 degrees) for the direction of UE 1, and (θ, Φ) is (15.4 degrees, 11 degrees) for the direction of UE 2.

시뮬레이션 환경은 Sub-THz 대역을 예로 사용하기 위하여 반송주파수를 140 GHz로 설정하였다. UCA의 반경(R)은 10 λ(파장 길이)로 설정하였고, 송신 UCA와 수신 UCA 사이의 거리는 3.428m로 설정하였다. 시뮬레이션에 적용한 파라미터들은 아래 표 1과 같다.In the simulation environment, the carrier frequency was set to 140 GHz to use the Sub-THz band as an example. The radius (R) of the UCA was set to 10 λ (wavelength length), and the distance between the transmitting UCA and the receiving UCA was set to 3.428 m. The parameters applied to the simulation are shown in Table 1 below.

시뮬레이션에 적용한 단말에 대한 OAM 모드 할당은 아래 표 2와 같다.Table 2 below shows the OAM mode allocation for the UE applied to the simulation.

도 14(A)의 단일 단말 방식의 경우에는 8개의 모든 모드들을 단일 UE에 할당하였다. 도 14(B)의 2개 단말에 대한 공간 다중화 방식은 최적 모드 할당(optimal mode allocation)하는 경우와 최악 모드 할당(worst mode allocation)하는 경우로 나누어 시뮬레이션을 하였다. 최적 모드 할당의 경우, AOD에 따른 모드 용량을 고려하여 UE 1에는 mode 0, 1, -1을 할당하고, 나머지 모드들은 UE 2에 할당하였다. 최악 모드 할당의 경우 UE 1에는 mode 2, -2, 3, -3, 4를 할당하고, 나머지 모드들은 UE 2에 할당하였다.In the case of the single UE method of FIG. 14(A), all eight modes are allocated to a single UE. The spatial multiplexing scheme for the two terminals in FIG. 14(B) was simulated by dividing into optimal mode allocation and worst mode allocation. In the case of optimal mode allocation, modes 0, 1, and -1 are allocated to UE 1 in consideration of mode capacity according to AOD, and the remaining modes are allocated to UE 2. In case of worst mode allocation, modes 2, -2, 3, -3, and 4 are allocated to UE 1, and the remaining modes are allocated to UE 2.

도 15는 도 14의 모델에 대한 주파수 효율을 실험한 결과이다. 도 15는 단말의 수신 SNR이 0dB와 30dB 사이의 값을 가질 때, 종래 단일 단말 대상의 point-to-point UCA OAM 전송 방식과 제안한 다중 사용자에 대한 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화 방식에 의한 시스템 용량을 시뮬레이션을 통하여 얻은 것이다. 단일 단말 대상의 UCA OAM 전송 방식의 송신전력은 주어진 SNR을 얻을 수 있는 값으로 설정하였고, 다중 사용자 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화 방식의 총 송신전력은 point-to-point UCA OAM 전송 방식의 송신전력과 동일한 값을 갖도록 하였다. 도 15를 살펴보면, OAM 모드 분할 기반 공간 다중화 방식이 종래 point-to-point UCA OAM 전송방식에 비하여 높은 시스템 용량을 얻을 수 있음을 알 수 있다.FIG. 15 is an experiment result of frequency efficiency for the model of FIG. 14 . 15 shows the system capacity by the conventional point-to-point UCA OAM transmission method for a single UE and the proposed OAM mode division-based spatial multiplexing method for multiple users when the received SNR of the UE has a value between 0 dB and 30 dB. obtained through simulation. The transmit power of the UCA OAM transmission method for a single terminal is set to a value that can obtain a given SNR, and the total transmit power of the multi-user OAM mode division-based spatial multiplexing method is the transmit power of the point-to-point UCA OAM transmission method and to have the same value. Referring to FIG. 15, it can be seen that the spatial multiplexing method based on OAM mode division can obtain a higher system capacity than the conventional point-to-point UCA OAM transmission method.

또한, 상술한 바와 같은 송신기에서의 OAM 모드 할당 및 빔 할당 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 실행가능한 알고리즘을 포함하는 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현될 수 있다. 상기 프로그램은 일시적 또는 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장되어 제공될 수 있다.In addition, the OAM mode allocation and beam allocation method in the transmitter as described above may be implemented as a program (or application) including an executable algorithm that may be executed on a computer. The program may be stored and provided in a temporary or non-transitory computer readable medium.

비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM (read-only memory), PROM (programmable read only memory), EPROM(Erasable PROM, EPROM) 또는 EEPROM(Electrically EPROM) 또는 플래시 메모리 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.A non-transitory readable medium is not a medium that stores data for a short moment, such as a register, cache, or memory, but a medium that stores data semi-permanently and can be read by a device. Specifically, the various applications or programs described above are CD, DVD, hard disk, Blu-ray disk, USB, memory card, ROM (read-only memory), PROM (programmable read only memory), EPROM (Erasable PROM, EPROM) Alternatively, it may be stored and provided in a non-transitory readable medium such as EEPROM (Electrically EPROM) or flash memory.

일시적 판독 가능 매체는 스태틱 램(Static RAM，SRAM), 다이내믹 램(Dynamic RAM，DRAM), 싱크로너스 디램 (Synchronous DRAM，SDRAM), 2배속 SDRAM(Double Data Rate SDRAM，DDR SDRAM), 증강형 SDRAM(Enhanced SDRAM，ESDRAM), 동기화 DRAM(Synclink DRAM，SLDRAM) 및 직접 램버스 램(Direct Rambus RAM，DRRAM) 과 같은 다양한 RAM을 의미한다.Temporary readable media include static RAM (SRAM), dynamic RAM (DRAM), synchronous DRAM (SDRAM), double data rate SDRAM (DDR SDRAM), and enhanced SDRAM (Enhanced SDRAM). SDRAM, ESDRAM), Synchronous DRAM (Synclink DRAM, SLDRAM) and Direct Rambus RAM (DRRAM).

본 실시례 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시례는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.This embodiment and the drawings accompanying this specification clearly represent only a part of the technical idea included in the foregoing technology, and those skilled in the art can easily understand it within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the above technology. It will be obvious that all variations and specific examples that can be inferred are included in the scope of the above-described technology.

Claims (8)

송신기가 단말의 위치 정보를 획득하는 단계;
상기 송신기가 상기 위치 정보를 기준으로 상기 단말에 대하여 OAM(Orbital Angular Momentum) 모드들 중 수신 신호의 강도가 기준값 이상인 적어도 하나의 OAM 모드를 결정하는 단계;
상기 송신기가 상기 단말에 전송할 신호를 상기 결정한 OAM 모드로 변조하는 단계; 및
상기 송신기가 상기 변조한 신호를 상기 단말에 빔포밍하여 송신하는 단계를 포함하되,
상기 송신기는 상기 송신기로부터 진행되는 OAM 신호의 방향과 상기 단말의 위치가 이루는 각도(angle of departure, AOD)에 따라 상기 수신 신호의 강도를 결정하고,
상기 단말은 2개이고, 상기 송신기는 두 개의 빔 영역에 상기 2개의 단말들이 각각 위치하는 경우, 상기 2개의 단말에 대한 동일한 적어도 하나의 OAM 모드를 할당하되, 상기 2개의 단말들에 대하여 서로 다른 주파수 자원을 할당하는 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화를 이용한 통신 방법.Acquiring, by a transmitter, location information of a terminal;
determining, by the transmitter, at least one OAM mode having a strength of a received signal greater than or equal to a reference value among Orbital Angular Momentum (OAM) modes for the terminal based on the location information;
Modulating, by the transmitter, a signal to be transmitted to the terminal in the determined OAM mode; and
Including the transmitter beamforming and transmitting the modulated signal to the terminal,
The transmitter determines the strength of the received signal according to an angle of departure (AOD) between the direction of the OAM signal proceeding from the transmitter and the position of the terminal,
When the number of terminals is two and the two terminals are respectively located in two beam regions, the transmitter allocates at least one same OAM mode to the two terminals, but different frequencies for the two terminals. A communication method using spatial multiplexing based on OAM mode division to allocate resources. 제1항에 있어서,
상기 단말은 복수이고,
상기 송신기는 하나의 빔 영역에 상기 복수의 단말들이 위치하는 경우, 상기 복수의 단말들의 위치를 기준으로 OAM 모드들 중 상기 복수의 단말들이 각각 서로 다른 적어도 하나의 OAM 모드를 할당하는 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화를 이용한 통신 방법.According to claim 1,
The terminal is plural,
When the plurality of terminals are located in one beam area, the transmitter allocates at least one different OAM mode to each of the plurality of terminals among the OAM modes based on the locations of the plurality of terminals. Communication method using spatial multiplexing. 삭제delete 삭제delete UCA(uniform circular array) 형태로 배열된 복수의 서브 어레이 안테나를 포함하는 안테나 장치; 및
단말에 대한 위치를 기준으로 결정되는 AOD(angle of departure)를 기준으로 상기 단말에 대한 수신 신호의 강도가 기준값 이상인 적어도 하나의 OAM 모드를 결정하고, 상기 단말에 대한 스트림을 상기 적어도 하나의 OAM으로 변조하고, 변조한 신호를 빔포밍하여 상기 복수의 서브 어레이 안테나 중 적어도 하나의 서브 어레이 안테나에 전달하는 제어 장치를 포함하고,
상기 제어 장치는 송신기로부터 진행되는 신호 방향과 상기 단말의 위치가 이루는 각도인 AOD를 기준으로 상기 수신 신호의 강도를 결정하고,
상기 제어 장치는 상기 단말에 대하여 결정한 빔포밍 가중치와 OAM 모드 번호를 출력하는 모드 할당 모듈; 및 OAM 모드에 대응하는 위상 변환기 및 빔포머를 포함하는 복수의 송신 유닛을 포함하되,
상기 송신 유닛은 상기 OAM 모드 번호에 따라 위상 변환기를 선택하여 결정된 OAM 모드로 신호를 변조하고,
상기 단말은 복수이고, 상기 제어 장치는 복수의 단말에 대하여 OAM 모드 번호 및 송신 유닛의 번호 및 주파수 자원 번호로 결정되는 자원을 할당하는 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화를 사용하는 송신기.an antenna device including a plurality of sub-array antennas arranged in a UCA (uniform circular array) form; and
At least one OAM mode in which the strength of a received signal for the terminal is greater than or equal to a reference value is determined based on an angle of departure (AOD) determined based on the location of the terminal, and a stream for the terminal is transmitted to the at least one OAM. a control device that modulates and transmits the modulated signal to at least one sub-array antenna among the plurality of sub-array antennas through beamforming;
The control device determines the strength of the received signal based on the AOD, which is an angle between the direction of the signal traveling from the transmitter and the location of the terminal,
The control device may include a mode allocation module outputting the determined beamforming weight and OAM mode number for the terminal; And a plurality of transmission units including a phase shifter and a beamformer corresponding to the OAM mode,
the transmitting unit selects a phase shifter according to the OAM mode number and modulates a signal with the determined OAM mode;
The transmitter uses OAM mode division-based spatial multiplexing, wherein the number of terminals is plural, and the control device allocates resources determined by an OAM mode number, a transmission unit number, and a frequency resource number to the plurality of terminals. 삭제delete 삭제delete 제5항에 있어서,
상기 단말은 복수이고,
상기 제어 장치는 하나의 빔 영역에 상기 복수의 단말들이 위치하는 경우, 상기 복수의 단말들의 위치를 기준으로 OAM 모드들 중 상기 복수의 단말들이 각각 서로 다른 적어도 하나의 OAM 모드를 할당하는 OAM 모드 분할 기반 공간 다중화를 사용하는 송신기.According to claim 5,
The terminal is plural,
When the plurality of terminals are located in one beam area, the control device divides the OAM mode in which at least one different OAM mode is allocated to each of the plurality of terminals among the OAM modes based on the positions of the plurality of terminals. Transmitter using based spatial multiplexing.
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