KR20210067469A - 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 기지국은, 송수신부; 및 적어도 하나의 프로세서;를 포함하고, 상기 송수신부는, 안테나 부 및 메타물질 부를 포함하고, 상기 메타물질 부는, 메타물질 렌즈 부 및 메타물질 렌즈 제어부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 안테나 부에서 하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming)을 통해 제1 빔을 생성하고, 상기 생성된 제1 빔을 상기 메타물질 렌즈 부로 전송하고, 상기 메타물질 렌즈 제어부에서 생성된 제어 신호에 기초하여 상기 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 상기 제1 빔으로부터 제2 빔을 생성하고, 상기 생성된 제2 빔을 이용하여, 단말로 하향링크 신호를 전송할 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING AND RECEIVING SIGNAL IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 개시(disclosure)는 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60GHz 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beamforming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non-orthogonal multiple access), 및 SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술인 빔 포밍, MIMO 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
상술한 것과 같은 무선 통신 시스템의 발전에 따라 다양한 서비스를 제공할 수 있게 됨으로써, 이러한 서비스들을 원활하게 제공하기 위한 방안이 요구되고 있다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시는 무선 통신 시스템에서 서비스를 효과적으로 제공할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 기지국은, 송수신부; 및 적어도 하나의 프로세서;를 포함하고, 상기 송수신부는, 안테나 부 및 메타물질 부를 포함하고, 상기 메타물질 부는, 메타물질 렌즈 부 및 메타물질 렌즈 제어부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 안테나 부에서 하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming)을 통해 제1 빔을 생성하고, 상기 생성된 제1 빔을 상기 메타물질 렌즈 부로 전송하고, 상기 메타물질 렌즈 제어부에서 생성된 제어 신호에 기초하여 상기 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 상기 제1 빔으로부터 제2 빔을 생성하고, 상기 생성된 제2 빔을 이용하여, 단말로 하향링크 신호를 전송할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 기지국의 동작 방법은, 안테나 부에서 하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming)을 통해 제1 빔을 생성하는 단계; 상기 생성된 제1 빔을 메타물질 렌즈 부로 전송하는 단계; 메타물질 렌즈 제어부에서 생성된 제어 신호에 기초하여 상기 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 상기 제1 빔으로부터 제2 빔을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 제2 빔을 이용하여, 단말로 하향링크 신호를 전송하는 단계; 를 포함할 수 있다.
개시된 실시예는 무선 통신 시스템에서 서비스를 효과적으로 제공할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
도 1은 LTE 시스템에서 시간-주파수(time-frequency) 자원 영역의 기본 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 LTE 시스템에서 DCI(Downlink Control Information)가 전송되는 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)의 예시를 도시한다.
도 3은 5G 시스템에서 하향링크 제어 채널을 나타내는 도면이다.
도 4는 5G 시스템에서 제어 영역(Control Resource Set, CORESET)의 예시를 도시한다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 하향링크 신호가 전송되는 시간-주파수 자원 영역의 예시를 도시한다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 단말 또는 기지국의 송수신부의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 단말 또는 기지국의 송수신부의 구체적인 예시를 도시한다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 기지국의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 메타물질 렌즈를 이용하여 빔을 생성하는 구체적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 하향링크 신호의 전송 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 개시의 다른 실시예에 따른 하향링크 신호의 전송 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 단말로부터의 응답에 기초하여 하향링크 신호를 전송하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 단말로부터의 응답에 기초하여 빔 폭을 조절하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 단일 안테나 및 메타물질 렌즈를 이용하여 빔을 조절하는 2단계 안테나 구조의 예시를 도시한다.
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른 단일 안테나를 포함하는 기지국이 하향링크 신호를 전송하는 방법의 예시를 도시한다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 복수의 안테나들 및 메타물질 렌즈를 이용하여 빔을 조절하는 2단계 안테나 구조의 예시를 도시한다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 복수의 안테나들을 포함하는 기지국이 하향링크 신호를 전송하는 방법의 예시를 도시한다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른 메타표면 적응 시간(metasurface adaptation time)을 고려하여 하향링크 신호를 전송하는 방법의 예시를 도시한다.
도 19는 본 개시의 일 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 이후 메타표면 빔포밍으로 하향링크 신호 전송 순서를 설정하는 방법의 예시를 도시한다.
도 20은 본 개시의 일 실시예에 따른 메타표면 빔포밍 이후 하이브리드 빔포밍으로 하향링크 신호 전송 순서를 설정하는 방법의 예시를 도시한다.
도 21은 본 개시의 일 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 및 메타표면 빔포밍을 이용하여 일부의 하향링크 신호를 전송하는 방법의 예시를 도시한다.
도 22는 본 개시의 일 실시예에 따른 단말로부터의 피드백을 반영하여 하향링크 신호를 전송하는 방법의 예시를 도시한다.
도 23은 본 개시의 일 실시예에 따른 메타물질 렌즈를 이용하여 빔 폭을 조절하는 방법의 예시를 도시한다.
도 24는 본 개시의 일 실시예에 따른 메타물질 렌즈를 이용하여 단계적으로 빔 폭을 조절하는 방법의 예시를 도시한다.
도 25는 본 개시의 일 실시예에 따른 기지국의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 26은 본 개시의 일 실시예에 따른 단말의 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 본 개시의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한 본 개시를 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 개시에서의 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.
본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시의 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예를 들면, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이때, 본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다. 또한 실시예에서 ‘~부’는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
하기에서 본 개시를 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시예를 설명하기로 한다.
이하 설명에서 사용되는 접속 노드(node)를 식별하기 위한 용어, 망 객체(network entity, 네트워크 엔티티)들을 지칭하는 용어, 메시지들을 지칭하는 용어, 망 객체들 간 인터페이스를 지칭하는 용어, 다양한 식별 정보들을 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 대상을 지칭하는 다른 용어가 사용될 수 있다.
이하 설명의 편의를 위하여, 본 개시는 3GPP LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 규격에서 정의하고 있는 용어 및 명칭들을 사용한다. 하지만, 본 개시가 상기 용어 및 명칭들에 의해 한정되는 것은 아니며, 다른 규격에 따르는 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다. 특히, 본 개시는 3GPP NR(New Radio: 5세대 이동 통신 표준)에 적용될 수 있다. 본 개시에서 eNB는 설명의 편의를 위하여 gNB와 혼용되어 사용될 수 있다. 즉 eNB로 설명한 기지국은 gNB를 나타낼 수 있다. 또한 단말이라는 용어는 핸드폰, NB-IoT 기기들, 센서들 뿐만 아니라 또 다른 무선 통신 기기들을 나타낼 수 있다.
이하, 기지국은 단말의 자원할당을 수행하는 주체로서, gNode B, eNode B, Node B, BS (Base Station), 무선 접속 유닛, 기지국 제어기, 또는 네트워크 상의 노드 중 적어도 하나일 수 있다. 단말은 UE (User Equipment), MS (Mobile Station), 셀룰러폰, 스마트폰, 컴퓨터, 또는 통신기능을 수행할 수 있는 멀티미디어시스템을 포함할 수 있다. 물론 상기 예시에 제한되는 것은 아니다.
무선 통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 제공하던 것에서 벗어나 예를 들어, 3GPP의 HSPA(High Speed Packet Access), LTE(Long Term Evolution 혹은 E-UTRA (Evolved Universal Terrestrial Radio Access)), LTE-Advanced(LTE-A), LTE-Pro, 3GPP2의 HRPD(High Rate Packet Data), UMB(Ultra Mobile Broadband), 및 IEEE의 802.16e 등의 통신 표준과 같이 고속, 고품질의 패킷 데이터 서비스를 제공하는 광대역 무선 통신 시스템으로 발전하고 있다.
상기 광대역 무선 통신 시스템의 대표적인 예로, LTE 시스템에서는 하향링크(DownLink, DL)에서는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 채용하고 있고, 상향링크(UpLink, UL)에서는 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 방식을 채용하고 있다. 상향링크는 단말(UE: User Equipment 혹은 MS; Mobile Station)이 기지국(eNode B 혹은 BS; Base Station)으로 데이터 혹은 제어신호를 전송하는 무선링크를 뜻하고, 하향링크는 기지국이 단말로 데이터 혹은 제어신호를 전송하는 무선링크를 뜻한다. 상기와 같은 다중 접속 방식은, 통상 각 사용자 별로 데이터 혹은 제어정보를 실어 보낼 시간-주파수 자원을 서로 겹치지 않도록, 즉 직교성(orthogonality)이 성립하도록, 할당 및 운용함으로써 각 사용자의 데이터 혹은 제어정보를 구분할 수 있다.
LTE 이후의 향후 통신 시스템으로서, 즉, 5G 통신 시스템은 사용자 및 서비스 제공자 등의 다양한 요구 사항을 자유롭게 반영할 수 있어야 하기 때문에 다양한 요구사항을 동시에 만족하는 서비스가 지원되어야 한다. 5G 통신시스템을 위해 고려되는 서비스로는 향상된 모바일 광대역 통신(enhanced Mobile BroadBand, eMBB), 대규모 기계형 통신(massive Machine Type Communication, mMTC), 초신뢰 저지연 통신(Ultra Reliability Low Latency Communication, URLLC) 등이 있다.
eMBB는 기존의 LTE, LTE-A 또는 LTE-Pro가 지원하는 데이터 전송 속도보다 더욱 향상된 데이터 전송 속도를 제공하는 것을 목표로 한다. 예를 들어, 5G 통신시스템에서 eMBB는 하나의 기지국 관점에서 하향링크에서는 20Gbps의 최대 전송 속도(Peak Data Rate), 상향링크에서는 10Gbps의 최대 전송 속도를 제공할 수 있어야 한다. 또한 5G 통신시스템은 최대 전송 속도를 제공하는 동시에, 증가된 단말의 실제 체감 전송 속도(User Perceived Data Rate)를 제공해야 한다. 이와 같은 요구 사항을 만족시키기 위해, 더욱 향상된 다중 안테나 (Multi Input Multi Output, MIMO) 전송 기술을 포함하여 다양한 송수신 기술의 향상을 요구한다. 또한 현재의 LTE가 사용하는 2GHz 대역에서 최대 20MHz 전송대역폭을 사용하여 신호를 전송하는 반면에 5G 통신시스템은 3~6GHz 또는 6GHz 이상의 주파수 대역에서 20MHz 보다 넓은 주파수 대역폭을 사용함으로써 5G 통신시스템에서 요구하는 데이터 전송 속도를 만족시킬 수 있다.
동시에, 5G 통신시스템에서 사물 인터넷(Internet of Thing, IoT)와 같은 응용 서비스를 지원하기 위해 mMTC가 고려되고 있다. mMTC는 효율적으로 사물 인터넷을 제공하기 위해 셀 내에서 대규모 단말의 접속 지원, 단말의 커버리지 향상, 향상된 배터리 시간, 단말의 비용 감소 등이 요구된다. 사물 인터넷은 여러 가지 센서 및 다양한 기기에 부착되어 통신 기능을 제공하므로 셀 내에서 많은 수의 단말(예를 들어, 1,000,000 단말/km2)을 지원할 수 있어야 한다. 또한 mMTC를 지원하는 단말은 서비스의 특성상 건물의 지하와 같이 셀이 커버하지 못하는 음영지역에 위치할 가능성이 높으므로 5G 통신시스템에서 제공하는 다른 서비스 대비 더욱 넓은 커버리지를 요구한다. mMTC를 지원하는 단말은 저가의 단말로 구성되어야 하며, 단말의 배터리를 자주 교환하기 힘들기 때문에 10~15년과 같이 매우 긴 배터리 생명시간(Battery Life Time)이 요구된다.
마지막으로, URLLC의 경우, 특정한 목적(Mission-Critical)으로 사용되는 셀룰라 기반 무선 통신 서비스이다. 예를 들어, 로봇(Robot) 또는 기계 장치(Machinery)에 대한 원격 제어(Remote Control), 산업 자동화(Industrial Automation), 무인 비행장치(Unmanned Aerial Vehicle), 원격 건강 제어(Remote Health Care), 비상 상황 알림(Emergency Alert) 등에 사용되는 서비스 등을 고려할 수 있다. 따라서 URLLC가 제공하는 통신은 매우 낮은 저지연 및 매우 높은 신뢰도 제공해야 한다. 예를 들어, URLLC을 지원하는 서비스는 0.5 밀리초보다 작은 무선 접속 지연시간(Air Interface Latency)를 만족해야 하며, 동시에 10-5 이하의 패킷 오류율(Packet Error Rate)의 요구사항을 갖는다. 따라서, URLLC을 지원하는 서비스를 위해 5G 시스템은 다른 서비스보다 작은 전송 시간 구간(Transmit Time Interval, TTI)를 제공해야 하며, 동시에 통신 링크의 신뢰성을 확보하기 위해 주파수 대역에서 넓은 리소스를 할당해야 하는 설계사항이 요구된다.
5G의 세가지 서비스들, 즉 eMBB, URLLC, mMTC는 하나의 시스템에서 다중화되어 전송될 수 있다. 이 때, 각각의 서비스들이 갖는 상이한 요구사항을 만족시키기 위해 서비스 간에 서로 다른 송수신 기법 및 송수신 파라미터를 사용할 수 있다.
이하 LTE 및 LTE-A 시스템의 프레임 구조에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
도 1은 LTE 시스템에서 시간-주파수(time-frequency) 자원 영역의 기본 구조를 나타내는 도면이다.
예를 들어, 도 1은 LTE 시스템에서 데이터 혹은 제어 채널이 전송되는 무선 자원 영역인 시간-주파수영역의 기본 구조를 나타낸 도면이다.
도 1 에서 가로축은 시간 영역을, 세로축은 주파수 영역을 나타낸다. 시간영역에서의 최소 전송단위는 OFDM 심벌로서, Nsymb (101)개의 OFDM 심벌이 모여 하나의 슬롯(102)을 구성하고, 2개의 슬롯이 모여 하나의 서브프레임(103)을 구성할 수 있다. 슬롯의 길이는 0.5ms 이고, 서브프레임의 길이는 1.0ms 이다. 그리고 라디오 프레임(104)은 10개의 서브프레임으로 구성되는 시간영역 단위를 의미할 수 있다. 주파수영역에서의 최소 전송단위는 서브캐리어(Subcarrier)로서, 전체 시스템 전송 대역(Transmission Bandwidth)의 대역폭은 총 NBW(105)개의 서브캐리어로 구성될 수 있다. 시간-주파수영역에서 자원의 기본 단위는 리소스 엘리먼트(Resource Element, RE)(106)로서 OFDM 심벌 인덱스 및 서브캐리어 인덱스로 나타낼 수 있다. 리소스 블록(RB; Resource Block 혹은 PRB; Physical Resource Block, 107)은 시간영역에서 Nsymb (101)개의 연속된 OFDM 심벌과 주파수 영역에서 NRB(108)개의 연속된 서브캐리어로 정의될 수 있다. 따라서, 하나의 RB(108)는 Nsymb x NRB 개의 RE(106)로 구성될 수 있다. 일반적으로 데이터의 최소 전송단위는 상기 RB 단위이다. LTE 시스템에서 일반적으로 상기 Nsymb = 7, NRB=12 이고, NBW 및 NRB는 시스템 전송 대역의 대역폭에 비례할 수 있다.
이하, LTE 및 LTE-A 시스템에서의 하향링크 제어정보(Downlink Control Information, DCI)가 구체적으로 설명된다.
LTE 시스템에서 하향링크 데이터 혹은 상향링크 데이터에 대한 스케줄링 정보는 DCI를 통해 기지국으로부터 단말에게 전달된다. DCI는 여러 가지 포맷을 정의하여, 상향링크 데이터에 대한 스케줄링 정보인지 하향링크 데이터에 대한 스케줄링 정보인지 여부, 제어정보의 크기가 작은 컴팩트 DCI 인지 여부, 다중안테나를 사용한 공간 다중화(Spatial Multiplexing)를 적용하는지 여부, 전력제어 용 DCI 인지 여부 등에 따라, 정해진 DCI 포맷을 적용하여 운용할 수 있다. 예컨대, 하향링크 데이터에 대한 스케줄링 제어정보인 DCI format 1은 적어도 다음과 같은 제어 정보들을 포함하도록 구성될 수 있다.
- 자원 할당 유형 0/1 플래그(Resource Allocation Type 0/1 Flag): 리소스 할당 방식이 유형 0 인지 유형 1 인지 통지한다. 유형 0 은 비트맵 방식을 적용하여 RBG(Resource Block Group) 단위로 리소스를 할당한다. LTE 시스템에서 스케줄링의 기본 단위는 시간 및 주파수 영역 리소스로 표현되는 RB(Resource Block)이고, RBG 는 복수개의 RB로 구성되어 유형 0 방식에서의 스케줄링의 기본 단위가 된다. 유형 1 은 RBG 내에서 특정 RB를 할당하도록 한다.
- 자원 블록 할당(Resource Block Assignment): 데이터 전송에 할당된 RB를 통지한다. 시스템 대역폭 및 리소스 할당 방식에 따라 표현하는 리소스가 결정된다.
- 변조 및 코딩 방식(Modulation and Coding Scheme, MCS): 데이터 전송에 사용된 변조방식과 전송하고자 하는 데이터인 Transport Block 의 크기를 통지한다.
- HARQ 프로세스 번호(HARQ process number): HARQ 의 프로세스 번호를 통지한다.
- 새로운 데이터 지시자(New data indicator): HARQ 초기전송인지 재전송인지를 통지한다.
- 중복 버전(Redundancy version): HARQ 의 중복 버전을 통지한다.
- PUCCH를 위한 전송 전력 제어 명령(TPC(Transmit Power Control) command for PUCCH(Physical Uplink Control CHannel)): 상향링크 제어채널인 PUCCH에 대한 전송 전력 제어 명령을 통지한다.
상기 DCI는 채널코딩 및 변조과정을 거쳐 하향링크 물리 제어 채널인 PDCCH(Physical Downlink Control CHannel)를 통해 전송될 수 있다.
DCI 메시지 Payload에는 CRC(Cyclic Redundancy Check)가 붙으며, CRC는 단말의 신원에 해당하는 RNTI(Radio Network Temporary Identifier)로 스크램블링(Scrambling) 될 수 있다. DCI 메시지의 목적, 예를 들어 단말-특정(UE-specific)의 데이터 전송, 전력제어 명령 혹은 랜덤 엑세스 응답 등에 따라 서로 다른 RNTI 들이 사용될 수 있다. 곧, RNTI가 명시적으로 전송되지 않고 CRC 계산과정에 포함되어 전송될 수 있다. PDCCH 상으로 전송되는 DCI 메시지를 수신하면 단말은 할당 받은 RNTI를 사용하여 CRC를 확인하여 CRC 확인 결과가 맞으면 해당 메시지는 그 단말에게 전송된 것임을 알 수 있다.
도 2는 LTE 시스템에서 DCI(Downlink Control Information)가 전송되는 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)의 예시를 도시한다.
도 2에 따르면, PDCCH(201)는 데이터 전송 채널인 PDSCH(202)와 시간 다중화 되고, 전 시스템 대역폭에 걸쳐 전송될 수 있다. PDCCH(201)의 영역은 OFDM 심볼 개수로 표현이 되며 이는 PCFICH(Physical Control Format Indicator CHannel)을 통해 전송되는 CFI(Control Format Indicator)로 단말에게 지시될 수 있다. PDCCH(201)가 서브프레임의 앞부분에 오는 OFDM 심볼에 할당되는 경우, 단말이 최대한 빨리 하향링크 스케줄링 할당을 디코딩할 수 있고, 이를 통해 DL-SCH(DownLink Shared CHannel)에 대한 디코딩 지연, 즉 전체적인 하향링크 전송 지연을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 하나의 PDCCH는 하나의 DCI 메시지를 운반하고, 하향링크와 상향링크에 다수의 단말들이 동시에 스케줄링될 수 있으므로, 각 셀 내에서는 다수개의 PDCCH의 전송이 동시에 이루어질 수 있다. PDCCH(201)의 디코딩을 위한 기준 신호로는 CRS(Cell-specific Reference Signal, 203)가 사용될 수 있다. CRS(203)는 전대역에 걸쳐 매 서브프레임마다 전송되고 셀 ID(IDentity)에 따라 스크램블링 및 자원 맵핑이 달라질 수 있다. CRS(203)는 모든 단말들이 공통으로 사용하는 기준 신호이기 때문에 단말-특정 빔포밍이 사용될 수 없다. 따라서, LTE의 PDCCH에 대한 다중안테나 송신 기법은 개루프 송신 다이버시티로 한정될 수 있다. CRS의 포트 수는 PBCH(Physical Broadcast CHannel)의 디코딩으로부터 암묵적으로(implicitly) 단말에게 알려질 수 있다.
PDCCH(201)의 자원 할당은 CCE(Control-Channel Element)를 기반으로 하며, 하나의 CCE는 9개의 REG(Resource Element Group), 즉 총 36개의 RE(Resource Element)들로 구성되어 있다. 특정 PDCCH(201)를 위해 필요한 CCE의 개수는 1, 2, 4, 8개가 될 수 있으며, 이는 DCI 메시지 Payload의 채널 코딩율에 따라 달라질 수 있다. 이와 같이 서로 다른 CCE 개수는 PDCCH(201)의 링크 적응(Link Adaptation)을 구현하기 위해 사용될 수 있다. 단말은 PDCCH(201)에 대한 정보를 모르는 상태에서 신호를 검출해야 하는데, LTE에서는 블라인드 디코딩을 위해 CCE들의 집합을 나타내는 탐색 공간(Search Space)이 정의되었다. 탐색 공간은 각 CCE의 AL(Aggregation Level)에 복수 개의 집합으로 구성되어 있으며, 이는 명시적으로 시그널링되지 않고 단말 신원에 의한 함수 및 서브프레임 번호를 통해 암묵적으로 정의될 수 있다. 각 서브프레임 내에서 단말은 설정된 탐색 공간 내의 CCE들로부터 만들어질 수 있는 가능한 모든 자원 후보군(Candidate)에 대하여 PDCCH(201)에 대한 디코딩을 수행하고, CRC 확인을 통해 해당 단말에게 유효하다고 선언된 정보를 처리할 수 있다.
탐색 공간은 단말-특정(UE-specific) 탐색 공간과 공통(Common) 탐색 공간으로 분류된다. 일정 그룹의 단말들 혹은 모든 단말들이 시스템정보에 대한 동적인 스케줄링이나 페이징 메시지와 같은 셀 공통의 제어정보를 수신하기 위해 PDCCH(201)의 공통 탐색 공간을 조사할 수 있다. 예를 들어, 셀의 사업자 정보 등을 포함하는 SIB(System Information Block)-1의 전송을 위한 DL-SCH의 스케줄링 할당 정보는 PDCCH(201)의 공통 탐색 공간을 조사하여 수신할 수 있다.
LTE에서 전체 PDCCH 영역은 논리영역에서의 CCE의 집합으로 구성되며, CCE들의 집합으로 이루어진 탐색 공간이 존재할 수 있다. 탐색 공간은 공통 탐색 공간과 단말-특정 탐색공간으로 구분되고, LTE PDCCH에 대한 탐색 공간은 하기와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00001
상술된 PDCCH에 대한 탐색 공간의 정의에 따르면 단말-특정 탐색 공간은 명시적으로 시그널링되지 않고, 단말 신원에 의한 함수 및 서브프레임 번호를 통해 암묵적으로 정의될 수 있다. 단말-특정의 탐색 공간이 서브프레임 번호에 따라 바뀔 수 있는 것은, 시간에 따라 바뀔 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 단말-특정의 탐색 공간이 시간에 따라 바?? 수 있는 것을 통하여, 단말들 사이에서 다른 단말들에 의하여 특정 단말이 탐색 공간을 사용하지 못하는 문제(Blocking 문제)가 해결될 수 있다. 만약 단말이 조사하는 모든 CCE들이 이미 같은 서브프레임 내에서 스케줄링된 다른 단말들에 의하여 사용되고 있기 때문에, 해당 서브프레임에서 어떠한 단말이 스케줄링되지 못하는 경우, 이러한 탐색 공간은 시간에 따라 변하기 때문에, 그 다음 서브프레임에서는 이와 같은 문제가 발생하지 않을 수 있다. 예컨대, 특정 서브프레임에서 단말#1과 단말#2의 단말-특정 탐색공간의 일부가 중첩되어 있을지라도, 서브프레임 별로 단말-특정 탐색 공간이 변하기 때문에, 다음 서브프레임에서의 중첩은 이와는 다를 것으로 예상될 수 있다.
상술된 PDCCH에 대한 탐색공간의 정의에 따르면, 공통 탐색 공간의 경우 일정 그룹의 단말들 혹은 모든 단말들이 PDCCH를 수신해야 하므로, 기 약속된 CCE의 집합으로 정의될 수 있다. 즉, 공통 탐색 공간은 단말의 신원이나 서브프레임 번호 등에 따라 변동되지 않을 수 있다. 공통 탐색 공간이 비록 다양한 시스템 메시지의 전송을 위해 존재하지만, 개별적인 단말의 제어 정보를 전송하는데도 사용될 수 있다. 이를 통해 공통 탐색 공간은 단말-특정 탐색 공간에서 가용한 자원이 부족하여 단말이 스케줄링 받지 못하는 현상에 대한 해결책으로도 사용될 수 있다.
탐색 공간은 주어진 Aggregation Level 상에서 단말이 디코딩을 시도해야 하는 CCE들로 이루어진 후보 제어 채널들의 집합이며, 1, 2, 4, 8 개의 CCE로 하나의 묶음을 만드는 여러 가지 Aggregation Level이 있으므로 단말은 복수개의 탐색 공간을 가질 수 있다. LTE PDCCH에서 Aggregation Level에 따라 정의되는 탐색 공간 내의 단말이 모니터링(Monitoring)해야 하는 PDCCH 후보군들(Candidates)의 수는 하기의 <표 1>로 정의될 수 있다.
Figure pat00002
<표 1>에 따르면, 단말-특정 탐색 공간의 경우, Aggregation Level {1, 2, 4, 8}이 지원될 수 있고, 이때 단말-특정 탐색 공간은 각각 {6, 6, 2, 2}개의 PDCCH 후보군들을 가질 수 있다. 공통 탐색 공간의 경우, Aggregation Level {4, 8}이 지원될 수 있고, 이때 공통 탐색 공간은 각각 {4, 2}개의 PDCCH 후보군들을 가질 수 있다. 공통 탐색 공간이 Aggregation Level {4, 8}만을 지원하는 이유는 시스템 메시지가 일반적으로 셀 가장자리까지 도달해야 하기 때문에 커버리지(Coverage) 특성을 좋게 하기 위함이다.
공통 탐색 공간으로 전송되는 DCI는, 시스템 메시지나 단말 그룹에 대한 전력 조정(Power control) 등의 용도에 해당하는 0/1A/3/3A/1C와 같은 특정 DCI 포맷에 대해서만 정의될 수 있다. 공통 탐색 공간 내에서는 공간 다중화(Spatial Multiplexing)를 갖는 DCI 포맷이 지원되지 않을 수 있다. 단말-특정 탐색 공간에서 디코딩해야 하는 하향링크 DCI 포맷은, 해당 단말에 대하여 설정된 전송 모드(Transmission Mode)에 따라 달라질 수 있다. 전송 모드의 설정은 RRC(Radio Resource Control) 시그널링을 통하여 이루어지기 때문에, 해당 설정이 해당 단말에 대하여 효력을 발휘하는 지에 대한 정확한 서브프레임 번호가 지정되어 있지 않을 수 있다. 따라서, 단말은 전송 모드와 상관없이 DCI 포맷 1A에 대하여 항상 디코딩을 수행함으로써 통신을 잃지 않도록 동작할 수 있다.
상기에서는 LTE 및 LTE-A에서의 하향링크 제어 채널 및 하향링크 제어 정보를 송수신하는 방법 및 탐색 공간에 대하여 기술되었다.
하기에서는 현재 논의되고 있는 5G 통신 시스템에서의 하향링크 제어 채널이 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명된다.
도 3은 5G 시스템에서 하향링크 제어 채널을 나타내는 도면이다
즉, 도 3은 5G에서 사용될 수 있는 하향링크 제어 채널을 구성하는 시간 및 주파수 자원의 기본단위의 일 예를 보여주는 도면이다. 도 3에 따르면 제어 채널을 구성하는 시간 및 주파수 자원의 기본 단위(REG)는 시간 축으로는 1 OFDM 심볼(symbol)(301)로 구성될 수 있고, 주파수 축으로는 12개의 서브캐리어(subcarrier)(302), 즉 1 RB로 구성될 수 있다. 제어 채널의 기본 단위를 구성하는 데 있어서 시간 축 기본 단위를 1 OFDM 심볼(301)로 가정함으로써, 한 서브프레임 내에서 데이터 채널과 제어 채널이 시간다중화 될 수 있다. 데이터 채널보다 제어 채널을 앞에 위치시킴으로써, 사용자의 프로세싱 시간이 감소될 수 있고, 이는 지연시간 요구사항을 만족시키기에 용이하다. 제어 채널의 주파수축 기본 단위를 12개의 서브캐리어(즉, 1 RB)(302)로 설정함으로써 제어 채널과 데이터 채널 사이의 주파수 다중화가 보다 효율적으로 수행될 수 있다.
도 3에 도시되어 있는 REG(303)를 연접함으로써 다양한 크기의 제어 채널 영역이 설정될 수 있다. 일 예로 5G에서 하향링크 제어 채널이 할당되는 기본 단위를 CCE(Control Channel Element)(304)라고 할 경우, 1 CCE(304)는 다수의 REG(303)로 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 REG(304)를 예를 들어 설명하면, REG(303)는 12개의 RE로 구성될 수 있고, 1 CCE(304)가 6개의 REG(303)로 구성된다면, 1 CCE(304)는 72개의 RE로 구성될 수 있다. 하향링크 제어 영역이 설정되면, 해당 영역은 다수의 CCE(304)로 구성될 수 있으며, 특정 하향링크 제어 채널은 제어 영역 내의 AL(Aggregation Level)에 따라 하나 또는 다수의 CCE(304)로 맵핑되어 전송될 수 있다. 제어 영역 내의 CCE(304)들은 번호로 구분될 수 있고, 이때 번호는 논리적인 맵핑 방식에 따라 부여될 수 있다.
도 3에 도시된 하향링크 제어 채널의 기본 단위, 즉 REG(303)에는 DCI가 맵핑되는 RE들과, 이를 디코딩하기 위한 기준 신호인 DMRS(Demodulation Reference Signal)(305)가 맵핑되는 영역이 모두 포함될 수 있다. 도 3에서와 같이 1 REG(303) 내에 3개의 RE에서 DMRS(305)가 전송될 수 있다. 참고로 DMRS(303)는 REG(303)내 맵핑되는 제어 신호와 같은 프리코딩을 사용하여 전송되기 때문에 단말은 기지국이 어떤 프리코딩을 적용하였는지에 대한 정보가 없어도 제어 정보를 디코딩할 수 있다.
도 4는 5G 시스템에서 제어 영역(Control Resource Set, CORESET)의 예시를 도시한다.
즉, 도 4는 5G 무선통신 시스템에서 하향링크 제어 채널이 전송되는 제어 영역에 대한 일 예를 도시한 도면이다. 도 4에는 주파수 축으로 시스템 대역폭(410), 시간 축으로 1 슬롯(420) (도 4의 일 예에서는 1 슬롯이 7 OFDM 심볼로 가정되었다.) 내에 2개의 제어 영역(제어 영역#1(401), 제어 영역#2(402))이 설정되어 있는 일 예가 도시된다. 제어영역(401, 402)은 주파수 축으로 전체 시스템 대역폭(410) 내에서 특정 서브밴드(403)로 설정될 수 있다. 제어영역(401, 402)은 시간 축으로는 하나 혹은 다수 개의 OFDM 심볼로 설정될 수 있고, 이는 제어영역 길이(Control Resource Set Duration)(404)로 정의될 수 있다. 도 4의 일 예에서, 제어 영역#1(401)은 2 심볼의 제어 영역 길이로 설정되어 있고, 제어 영역#2(402)는 1 심볼의 제어 영역 길이로 설정되어 있다.
상술된 5G에서의 제어 영역은, 기지국이 단말에게 상위 계층 시그널링(예컨대, 시스템 정보(System Information), MIB(Master Information Block), RRC 시그널링)을 통해 설정할 수 있다. 단말에게 제어 영역을 설정한다는 것은 제어 영역의 위치, 서브밴드, 제어 영역의 자원 할당, 제어 영역의 길이 등의 정보를 제공하는 것을 의미할 수 있다. 예컨대 설정정보는 하기의 <표 2>와 같은 정보들을 포함할 수 있다.
Figure pat00003
<표 2>의 설정정보 외에도 하향링크 제어채널을 전송하는데 필요한 다양한 정보들이 단말에게 설정될 수 있다.
다음으로 5G에서의 하향링크 제어정보(Downlink Control Information, DCI)에 대해 구체적으로 설명된다.
5G 시스템에서 상향링크 데이터(Physical Uplink Shared Channel, PUSCH) 혹은 하향링크 데이터(Physical Downlink Shared Channel, PDSCH)에 대한 스케줄링 정보는, DCI를 통해 기지국으로부터 단말에게 전달될 수 있다. 단말은 PUSCH 또는 PDSCH에 대하여 대비책(fallback)용 DCI 포맷과 비대비책(non-fallback)용 DCI 포맷을 모니터링(monitoring)할 수 있다. 대비책용 DCI 포맷은 기지국과 단말 사이에서 고정된 필드로 구성될 수 있고, 비대비책용 DCI 포맷은 설정 가능한 필드를 포함할 수 있다.
PUSCH를 스케줄링하는 대비책 DCI는 예컨대 하기의 <표 3>과 같은 정보들을 포함할 수 있다.
Figure pat00004
PUSCH를 스케줄링 하는 비대비책 DCI는 예컨대 하기의 <표 4>와 같은 정보들을 포함할 수 있다.
Figure pat00005
PDSCH를 스케줄링하는 대비책 DCI는 예컨대 하기의 <표 5>와 같은 정보들을 포함할 수 있다.
Figure pat00006
PDSCH를 스케줄링하는 비대비책 DCI는 예컨대 하기의 <표 6>과 같은 정보들을 포함할 수 있다.
Figure pat00007
상술된 DCI는 채널코딩 및 변조과정을 거쳐 하향링크 물리제어채널인 PDCCH(Physical Downlink Control CHannel)을 통해 전송될 수 있다. DCI 메시지 payload에는 CRC(Cyclic Redundancy Check)가 붙으며, CRC는 단말의 신원에 해당하는 RNTI(Radio Network Temporary Identifier)로 스크램블링(scrambling) 될 수 있다. DCI 메시지의 목적, 예를 들어, 단말-특정(UE-specific)의 데이터 전송, 전력 제어 명령 혹은 랜덤 엑세스 응답 등에 따라 서로 다른 RNTI 들이 사용될 수 있다. 곧, RNTI가 명시적으로 전송되지 않고 CRC 계산과정에 포함되어 전송될 수 있다. PDCCH 상으로 전송되는 DCI 메시지를 수신하면 단말은 할당 받은 RNTI를 사용하여 CRC를 확인할 수 있다. 단말은 CRC 확인 결과가 맞으면 해당 메시지는 그 단말에게 전송된 것임을 알 수 있다.
예컨대 시스템 정보(System Information, SI)에 대한 PDSCH를 스케줄링하는 DCI는 SI-RNTI로 스크램블링 될 수 있다. RAR(Random Access Response) 메시지에 대한 PDSCH를 스케줄링하는 DCI는 RA-RNTI로 스크램블링 될 수 있다. Paging 메시지에 대한 PDSCH를 스케줄링하는 DCI는 P-RNTI로 스크램블링 될 수 있다. SFI(Slot Format Indicator)를 통지하는 DCI는 SFI-RNTI로 스크램블링 될 수 있다. TPC(Transmit Power Control)를 통지하는 DCI는 TPC-RNTI로 스크램블링 될 수 있다. 단말-특정의 PDSCH 또는 PUSCH를 스케줄링하는 DCI는 C-RNTI(Cell RNTI)로 스크램블링 될 수 있다.
특정 단말이 PDCCH를 통해 데이터 채널, 즉 PUSCH 또는 PDSCH를 스케줄링 받으면, 해당 스케줄링된 자원 영역 내에서 데이터들이 DMRS와 함께 송수신될 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 하향링크 신호가 전송되는 시간-주파수 자원 영역의 예시를 도시한다.
즉, 도 5는 특정 단말이 하향링크에서 14개의 OFDM 심볼을 하나의 슬롯(또는 서브프레임)으로 사용하고 초기 두 개의 OFDM 심볼로 PDCCH가 전송되며 세 번째 심볼에서 DMRS가 전송되도록 설정된 경우를 나타낸다. 도 5의 경우에 PDSCH가 스케줄링된 특정 RB 내에서 PDSCH는, 세 번째 심볼에서 DMRS가 전송되지 않는 RE들과, 이후 네 번째부터 마지막 심볼까지의 RE들에 데이터가 맵핑되어 전송될 수 있다. 도 5에서 표현된 부반송파(subcarrier) 간격 Δf는 LTE/LTE-A 시스템의 경우에 15kHz이고 5G 시스템의 경우 {15, 30, 60, 120, 240, 480}kHz 중 하나가 사용될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 셀룰러 시스템에서 하향링크 채널 상태를 측정하기 위하여 기지국은 기준신호(reference signal)을 전송해야 한다. 3GPP의 LTE-A(Long Term Evolution Advanced) 시스템의 경우 기지국이 전송하는 CRS 또는 CSI-RS(Channel State Information-Reference Signal)를 이용하여 단말은 기지국과 단말 사이의 채널 상태를 측정할 수 있다. 상기 채널 상태는 다양한 요소를 고려하여 측정되어야 하며, 여기에는 하향링크에서의 간섭량이 포함될 수 있다. 하향 링크에서의 간섭량에는 인접 기지국에 속한 안테나 의하여 발생되는 간섭신호 및 열잡음 등이 포함되며, 하향링크에서의 간섭량은 단말이 하향링크의 채널 상황을 판단하는데 중요하다. 일 예로 송신안테나가 한 개인 기지국에서 수신안테나가 한 개인 단말로 신호를 전송할 경우, 단말은 기지국으로부터 수신된 기준신호에서 하향링크로 수신할 수 있는 심볼당 에너지와 해당 심볼을 수신하는 구간에서 동시에 수신될 간섭량을 판단하여 Es/I0를 결정해야 한다. 즉, 일 실시예에서, Es/I0는 하향링크로 수신될 수 있는 심볼당 에너지(Es)와 해당 심볼 수신에 대응하여 동시에 수신될 수 있는 간섭량(I0)의 비율을 나타낼 수 있다. 결정된 Es/Io는 데이터 전송 속도 또는 그에 상응하는 값으로 변환되어 기지국으로 채널 품질 지시자(Channel Quality Indicator, CQI)의 형태로 전송될 수 있고, 기지국이 단말에게 어떤 데이터 전송속도로 전송을 수행 할지를 판단하는 데 사용될 수 있다.
LTE-A 시스템의 경우 단말은 하향링크의 채널 상태에 대한 정보를 기지국에게 피드백함으로써, 기지국이 하향링크 스케줄링에 활용할 수 있도록 할 수 있다. 즉, 단말은 하향링크로 기지국이 전송하는 기준 신호를 측정하고 여기에서 추출한 정보를 LTE/LTE-A 표준에서 정의하는 형태로 기지국으로 피드백할 수 있다. 상술한 바와 같이 LTE/LTE-A에서 단말이 피드백하는 정보는 채널 상태 정보라 지칭될 수 있으며, 채널 상태 정보는 다음의 세가지 정보를 포함할 수 있다.
- 랭크 지시자(Rank Indicator, RI): 단말이 현재의 채널 상태에서 수신할 수 있는 공간 레이어(spatial layer)의 개수
- 프리코딩 매트릭스 지시자(Precoding Matrix Indicator, PMI): 단말이 현재의 채널상태에서 선호하는 프리코딩 행렬(precoding matrix)에 대한 지시자
- 채널 품질 지시자(Channel Quality Indicator, CQI): 단말이 현재의 채널상태에서 수신할 수 있는 최대 데이터 전송률(data rate)
CQI는 최대 데이터 전송률과 유사하게 활용될 수 있는 신호 대 간섭 잡음비(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR), 최대의 오류정정 부호화율(code rate) 및 변조 방식, 주파수당 데이터 효율 등으로 대체될 수도 있다.
상술된 RI, PMI, CQI는 서로 연관되어 의미를 갖는다. 일 예로 LTE/LTE-A에서 지원하는 프리코딩 행렬(precoding matrix)은 rank 별로 다르게 정의되어 있다. 때문에 RI가 1의 값을 가질 때의 PMI 값 X와 RI가 2의 값을 가질 때의 PMI 값 X는 다르게 해석이 될 수 있다. 또한, 단말이 CQI를 결정할 때에도 자신이 기지국에 통보한 PMI와 X가 기지국에서 적용되었다는 가정을 한다. 즉, 단말이 RI_X, PMI_Y, CQI_Z를 기지국에 보고한 것은, 랭크(rank)를 RI_X로 하고 PMI를 PMI_Y로 할 때 CQI_Z에 해당하는 데이터 전송률을 해당 단말이 수신할 수 있다고 보고하는 것과 같을 수 있다. 이와 같이 단말은 CQI를 계산할 때에 기지국에 어떤 전송 방식을 수행할 지를 가정하여 해당 전송 방식으로 실제 전송을 수행하였을 때 최적화된 성능을 얻을 수 있도록 할 수 있다.
LTE/LTE-A에서 단말이 피드백하는 채널 상태 정보인 RI, PMI, CQI는 주기적 또는 비주기적 형태로 피드백 될 수 있다. 기지국이 특정 단말의 채널 상태 정보를 비주기적으로 획득하고자 하는 경우, 기지국은 단말에 대한 하향링크 제어정보(Downlink Control Information, DCI)에 포함된 비주기적 피드백 지시자(또는 채널 상태 정보 요청 필드, 채널 상태 정보 요청 정보)를 이용하여 비주기적 피드백(또는 비주기적인 채널 상태 정보 보고)를 수행하도록 설정할 수 있다. 또한, 단말은 비주기적 피드백을 수행하도록 설정된 지시자를 n번째 서브프레임에서 수신하면 n+k번째 서브프레임에서의 데이터 전송에 비주기적 피드백 정보(또는, 채널 상태 정보)를 포함하여 상향링크 전송을 수행할 수 있다. 여기서 k는 3GPP LTE Release 11 표준에 정의된 파라미터로 FDD(Frequency Division Duplexing)에서는 4이며, TDD(Time Division Duplexing)에서는 아래의 <표 7>과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00008
<표 7>은 TDD UL/DL configuration에서 각 서브프레임 번호 n에 대한 k 값을 의미할 수 있다.
비주기적 피드백이 설정된 경우에 피드백 정보(또는 채널 상태 정보)는 RI, PMI, CQI를 포함하며 피드백 설정 (또는, 채널 상태 보고 설정)에 따라 RI와 PMI는 피드백 되지 않을 수도 있다.
이하, 본 개시의 실시예는 2단계 안테나 구조의 빔 관리 및 피드백 방법 및 장치에 관하여 설명한다.
이에 따라, 본 개시의 실시예들은 무선 통신 시스템에서 2단계 안테나 구조의 빔 관리 및 피드백을 효과적으로 수행하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
5G 이후의 6G(6th generation) 이동 통신 시스템에서는, 부족한 대역폭을 확보하기 위해 밀리미터 파(Millimeter Wave) 대역 또는 테라 헤르츠(Terahertz) 대역의 초고주파 대역이 활용될 수 있다. 초고주파 대역에서는 전파의 경로 감쇄(Path Loss)로 인한 손실이 크고, 반사 또는 투과되는 전파의 크기는 이전 이동 통신용 주파수(UHF(Ultra High Frequency), VHF(Very High Frequency) 대역 등의 6 GHz 이하 주파수)와 대비하여 급격히 떨어질 수 있다. 이러한 전파의 경로 손실을 완화하고, 전파의 수신 거리를 증가시키기 위해 다수의 안테나를 활용한 빔 형성(beamforming)(이하, 빔포밍) 기법이 운용될 수 있다. 단말 또는 기지국은 다수 안테나에 추가적으로 아날로그 및 디지털 신호 처리 기법을 이용하여 특정 방향으로 빔 방향을 지향 시킬 수도 있다. 다만, 빔의 지향 각도를 조절하기 위해서는 위상 천이기(phase shifter), 전력 증폭기 (power amplifier), 믹서 (mixer)와 같은 추가적인 고주파 신호 처리 구성 요소가 필요하다. 이러한 고주파 신호 처리 구성 요소는 그 자체로 전력을 소모하므로, 결국 안테나 별 고주파 신호 처리 구성 요소가 증가할수록, 빔 형성 및 빔 지향을 위해 추가적으로 많은 에너지가 소모되는 문제가 발생할 수 있다.
본 개시에서 메타물질(metamaterial)이란, 인공적인 구조로 배치된 물성들의 기하학적 특성으로 인해, 특정 전자기학 특성을 유도하도록 만들어진 물질을 의미할 수 있다. 또한, 메타 표면(metasurface)은 메타 물질을 2차원 평면 구조로 만든 물체를 통칭할 수 있다. 통신 시스템에서, 메타 표면은 렌즈 안테나를 구성하는 요소로 연구되고 있다. 구체적으로, 메타 표면은, 안테나에서 방사되는 전파의 파장보다 짧은 거리에 단위 구조체(unit cell)를 평면 형태로 균일 또는 불 균일하게 배치함으로써, 메타 표면의 단위 구조체에 입사되는 전파에 위상 차를 발생시킬 수 있다. 그리고, 메타 표면은 이러한 위상 차를 이용하여, 메타 표면의 단위 구조체에 입사되는 전파를 재 방사할 수 있다. 따라서, 적절한 위치에 단위 구조체들이 설계 및 배치되는 경우, 안테나에서 방사되는 전파를 모아주는 빔 형성 기능이 이용될 수 있고, 빔 지향 각이 조절될 수 있다. 따라서, 특정 안테나에서 방사되는 전파를 메타 표면을 이용하여 모아주는 메타물질 표면의 구조가 설계되는 경우, 고 주파수 대역에서의 전파 경로 손실을 완화시키는 장치로 활용될 수 있다. 이와 같이, 본 개시에서 메타물질 표면을 이용하여 고 주파수 대역에서의 전파 경로 손실을 완화시키는 장치는, 메타물질 렌즈(metamaterial lens) 또는 메타표면 렌즈(metasurface lens)라고 지칭될 수 있다. 이하, 본 개시에서는 메타물질 렌즈(metamaterial lens)로 지칭된다. 메타물질 렌즈가 안테나와 함께 사용되는 경우, 안테나만이 사용될 때보다 더 높은 빔 이득(beam gain)이 획득될 수 있다. 하지만, 기존 메타물질 렌즈는 디자인이 한번 고정되면 변화시키기가 어렵기 때문에 빔 지향 각을 조절하거나, 빔 폭(beam width)을 조절하는 등의 이동통신 시스템에 필요한 자유로운 빔 운용을 하기가 어려울 수 있다.
이에 따라, 최근에는 메타물질 렌즈의 특성을 조절할 수 있는, 프로그램 작동이 가능한 메타물질 렌즈(programmable metamaterial lens)가 소개되고 있다. 예를 들어, 프로그램을 통해 기존 메타물질 렌즈에서는 불가능했던 빔 지향 각 조절이나, 빔 폭을 조절하는 것이 가능한 메타물질 렌즈가 연구되고 있다. 따라서, 이러한 프로그램 작동이 가능한 메타물질 렌즈를 활용하면, 기존의 고주파 신호 처리 장치 및 방법을 활용한 빔 조절 기능과 함께, 새로운 차원의 빔 조절 기능이 가능해질 수 있다. 본 개시는 이러한 프로그램 작동이 가능한 메타물질 렌즈를 이용한 2단계 빔 형성 시스템이 적용 됐을 때의 채널 피드백 방법과 빔 결정 방법 및 장치를 이동통신 시스템에서 운용 및 처리하는 방법에 대해 설명한다. 이하, 본 개시에서 후술되는 메타물질 렌즈는, 상술된 프로그램 작동이 가능한 메타물질 렌즈를 의미할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세히 설명한다. 이하에서 LTE 혹은 LTE-A 시스템을 일례로서 본 발명의 실시예를 설명하지만, 유사한 기술적 배경 또는 채널 형태를 갖는 여타의 통신시스템에도 본 발명의 실시예가 적용될 수 있다. 예를 들어 LTE-A 이후에 개발되는 5세대 이동통신 기술(5G, new radio, NR)이 이에 포함될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예는 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로써 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 일부 변형을 통해 다른 통신시스템에도 적용될 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 단말 또는 기지국의 송수신부의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에서 단말 또는 기지국의 송수신부(600)는 메타물질 부(610)와 안테나 부(620)로 구성될 수 있다. 일 실시예에서 메타물질 부(610)는 메타물질 렌즈 부(611)와 메타물질 렌즈 제어부(612)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 안테나 부(620)는 안테나 소자 부(621)와 RF 신호 처리부(622), 디지털 신호 처리부(623)를 포함할 수 있다. 다만, 단말 또는 기지국의 송수신부(600)의 구성이 상술한 구성들에 한정되는 것은 아니며, 도 6의 구성에서 일부 구성이 생략되거나, 새로운 구성이 추가될 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 메타물질 렌즈 부(611)와 안테나 소자 부(621)는 물리적으로 떨어져 있고, 전파의 파장(wavelength)을
Figure pat00009
라고 할 때, 수
Figure pat00010
에서 수십
Figure pat00011
거리 정도에 메타물질 렌즈 부(611)와 안테나 소자 부(621)가 위치함으로써, 전파가 메타물질 렌즈 부(611)와 안테나 소자 부(621)를 거쳐 송수신 될 수 있다. 이러한 구조는 이하 메타물질 렌즈 안테나 구조로 지칭될 수 있다. 메타물질 렌즈 안테나 구조에서 메타물질 렌즈 부(611)와 안테나 소자 부(621)의 거리는 단말 또는 기지국의 송수신부(600)의 시스템이 사용 주파수와 송수신 전력 세기, 단말 또는 기지국의 안테나 등 여러 조건에 따라 달라질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 메타물질 렌즈 제어부(612)는 메타물질 렌즈 부(611)의 물리적인 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 메타물질 렌즈 제어부(612)는 전기적 또는 기계적 신호 등을 이용하여 메타물질 렌즈 부(611)를 통과하는 전파의 전파 방향 및 전파 세기를 조절할 수 있다. 즉, 메타물질 렌즈 제어부(612)는 메타물질 렌즈 부(611)에 입사된 빔(incident beam)의 특성을 조절하여 재 방사(reradiate)할 수 있다. 일 실시예에서, 메타물질 렌즈 제어부(612)의 조절은 송수신부(600)의 안테나 부(620)와 독립적으로 또는 종속적으로 동작할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 메타물질 렌즈 부(611)는 상술된 프로그램 작동이 가능한 메타물질 렌즈 또는 렌즈의 집합을 의미할 수 있다. 또한, 메타물질 렌즈 부(611)는, 입사되는 전파의 위상과 진폭을 조절하여 입사 전파를 굴절하거나 반사할 수 있는 다수의 단위 구조체(Unit Cell)들이
Figure pat00012
이하의 거리에서 평면적 또는 입체적으로 배치된 형태이거나 이를 일부 변형 시킨 모양들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 단위 구조체는 메타물질의 특성상 인공적인 구조의 금속, 또는 유전체 등의 물질로 생성될 수 있다. 메타물질 렌즈 부(611)의 디자인은 단말 또는 기지국의 송수신부(600)의 시스템이 사용 주파수와 사용 전력 세기, 안테나 소자 부(621)의 구조와 특성에 따라 달라질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 메타물질 렌즈 부(611)와 메타물질 렌즈 제어부(612)는 도선으로 연결되는 형태로 서로 다른 장치로 나타나거나, 메타물질 렌즈 부(611)와 메타물질 렌즈 제어부(612)가 결합되어 있는 형태를 포함할 수 있다. 이때, 단위 구조체는 상술된 입사 전파를 굴절 또는 반사 시키는 기능뿐만 아니라, 해당 입사 전파의 굴절각 또는 반사각의 크기를 조절하는 장치 및 기능 전체를 포함하는 형태를 의미할 수 있다. 또한, 메타물질 렌즈 제어부(612)는 단위 구조체마다 개별적으로 굴절 또는 반사 전파를 조절할 수 있다. 또한, 메타물질 렌즈 제어부(612)는 다수의 또는 메타물질 렌즈 부(611) 전체를 일괄적으로 제어할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 안테나 소자 부(621)는 전류를 전파로 전환하여 방사하거나 전파를 전류로 변환하는 구성을 포함할 수 있다. 안테나 소자 부(621)는 단일 안테나 또는 여러 개의 안테나 소자 전체, 또는 일부분을 모두 포함할 수 있다. RF 신호 처리부(622)는 기저 대역(Baseband)에서 반송 주파수(Carrier Frequency)를 거쳐 무선 주파수(Radio Frequency) 신호로 변환된 RF 신호의 위상, 진폭 등을 제어하는 아날로그 프리코딩(Analog Precoding) 장치 및 시스템 전체를 포함할 수 있다. 디지털 신호 처리부(623)는 기저 대역의 데이터 스트림(Data Stream)의 레이어 매핑(Layer Mapping)과 디지털 프리코딩(Digital Precoding) 장치 및 시스템 전체를 포함할 수 있다. RF 신호 처리부(622)와 디지털 신호 처리부(623)는 서로 독립적으로 동작하거나, 상호 유기적으로 동작할 수 있다. 이러한 안테나 소자 부(621)의 전체 동작을 통해 특정 방향으로 빔을 전송하는 동작은, 이하 하이브리드 빔포밍(Hybrid Beamforming)이라 지칭될 수 있다.
본 개시는 상술된 메타물질 렌즈 제어부(612)를 활용하여 메타물질 렌즈 부(611)의 물리적인 특성을 변경시킴으로써, 송수신 받는 신호의 방향 및 세기가 조절 가능한 단말, 또는 기지국의 송수신부(600)의 효율적인 채널 피드백 및 빔 결정 방법에 대해서 제안한다. 메타물질 렌즈의 경우, 일 실시예에서, 수동적 메타물질 렌즈(Passive Metamaterial Lens)를 통한 렌즈 안테나 구조가 존재할 수 있다. 수동적 메타물질 렌즈란, 여러 단위 구조체로 이루어진 메타물질 렌즈를 통해 피드 안테나(Feed Antenna)에서 방사되는 전파를 수신하여 미리 설계된 방향으로 집중시켜주는 렌즈를 의미할 수 있다. 수동적 메타물질 렌즈는 전송할 수 있는 전파의 방향 및 렌즈의 전파 이득(Lens Gain) 등의 렌즈 프로필(Lens Profile)이 고정된 상태이기 때문에, 빔의 세기 또는 방향을 조절하는 것이 불가능했다.
이러한 수동적 메타물질 렌즈의 한계점을 개선한 능동적 메타물질(Active Metamaterial)이 존재할 수 있다. 능동적 메타물질은 단위 구조체에 전압이나 전류 등의 전기적 신호 또는 기타 조절 가능한 신호를 인가하여 단위 구조체의 특성을 변형할 수 있다. 변형된 단위 구조체로 인해 능동적 메타물질로 구성된 렌즈에서는 수동적 메타물질 렌즈에서는 불가능했던 빔의 세기 또는 방향을 조절해지는 것이 가능해질 수 있다. 따라서 본 개시에서는 이러한 능동적 메타물질이 프로그램 형태로 조절이 가능한 메타물질 렌즈(Programmable Metamaterial Lens)일 때, 단말 또는 기지국의 송수신 부 시스템에서 효과적인 빔 형성 방법에 대해서 제안한다. 따라서, 본 개시에서 메타물질 부(610)는 프로그램 방식으로 조절이 가능한 메타물질 렌즈 구조 또는 이외의 방법으로 전파의 방향과 크기가 조절 가능한 능동적 메타물질 렌즈 구조 및 제어 회로 등을 포함할 수 있다.
메타물질 부(610) 없이 안테나 부(620)만 있는 단말 또는 기지국의 송수신부(600)의 경우, 전파의 송수신 방향 및 송수신 범위 또는 빔의 형성 범위, 전파의 지향 세기 등을 조절하기 위하여, RF 신호 처리부(622)와 디지털 신호 처리부(623)를 통한 하이브리드 빔포밍 방식이 사용될 수 있다. 본 개시는 이러한 메타물질 부(610) 없이 안테나 부(620)만 있는 단말 또는 기지국의 송수신부의 구조에서, 안테나 부(620)에 메타물질 부(610)가 함께 구성되어 빔이 2단계에 걸쳐 형성되는 구조에서의 동작 방법을 제안한다. 일 실시예에서, 안테나 소자 부(621)의 안테나 배열은 단일 무지향성 안테나와 지향성 안테나 등 일반적인 단말 및 기지국의 송수신기에서 사용하는 안테나 전반을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 메타물질 렌즈 부(610)와 안테나 부(620)의 경우, 물리적으로 지향할 수 있는 빔의 방향과 빔 폭(Beam Width), 빔 제어 속도 등이 다를 수 있다. 이러한 무선 통신 시스템에서 효율적으로 기지국, 단말 간에 유효한 빔을 빠르고 정확하게 찾기 위해서는 효율적인 빔 스위핑(Beam Sweeping) 과정이 필요할 수 있다. 이하, 도 7에서는 도 6에서 설명된 단말 또는 기지국 송수신부(600)를 구체화한 예시가 설명된다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 단말 또는 기지국의 송수신부의 구체적인 예시를 도시한다.
도 7을 참조하면, 단말 또는 기지국의 송수신부(700) 전체는 상술된 바와 같이 메타물질 부(710)와 안테나 부(720)로 나누어질 수 있다. 도 7의 송수신부(700)는 도 6의 송수신부(600)와 대응될 수 있고, 도 7의 메타물질 부(710)는 도 6의 메타물질 부(610)와 대응될 수 있다. 또한, 도 7의 안테나 부(720)는 도 6의 안테나 부(620)와 대응될 수 있고, 도 7의 메타물질 렌즈 부(711)는 도 6의 메타물질 렌즈 부(611)와 대응될 수 있고, 도 7의 메타물질 렌즈 제어부(712)는 도 6의 메타물질 렌즈 제어부(612)와 대응될 수 있다. 도 7의 안테나 소자 부(721)는 도 6의 안테나 소자 부(621)와 대응될 수 있다. 또한, 도 7의 아날로그 신호 처리부(730)는 도 6의 RF 신호 처리부(622)와 대응될 수 있고, 도 7의 디지털 신호 처리부(740)는 도 6의 디지털 신호 처리부(623)와 대응될 수 있다.
일 실시예에서, 메타물질 부(710)는 단위 구조체들의 집합으로 이루어진 메타물질 렌즈 부(711)와 메타물질 렌즈 제어부(712)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 메타물질 렌즈 부(711)와 안테나 부(720)는 소정의 거리를 두고 위치되어 있을 수 있고, 이러한 소정의 거리는 전기적 또는 기계적 제어 신호를 통해 조절될 수 있다. 또한, 빔의 세기와 방향, 진폭을 결정할 수 있는 메타물질의 특성을 변형하는 메타물질 렌즈 제어부(712)가 메타물질 렌즈 부(711)에 연결되어 있을 수 있다. 메타물질 렌즈 제어부(712)는 도선으로 연결되어 있는 전기적인 제어 신호뿐만 아니라, 다른 광학적 또는 화학적 제어 신호 등 메타물질의 빔 형성 특성을 변화시킬 수 있는 일체의 제어 신호 발생시킬 수 있고, 발생된 제어 신호를 메타물질 렌즈 부(711)로 전달할 수 있다. 메타물질 렌즈 제어부(712)는 메타물질 렌즈 부(711)의 메타물질을 각각 제어하거나, 그룹 별로 제어 신호를 전달함으로써 제어할 수도 있다. 예를 들면, 복수의 메타물질 렌즈 제어부(712)가 메타물질 렌즈 부(711) 내의 단위 구조체들을 각각 제어하거나, 메타물질 렌즈 제어부(712)가 메타물질 렌즈 부(711) 내의 복수의 단위 구조체들을 제어할 수도 있다.
일 실시예에서, 안테나 부(720)는, 안테나 소자 부(721)와 이를 고정하기 위한 기판(722)으로 구성되어 있을 수 있다. 안테나 부(720)는 아날로그 신호 처리부(730) 및 디지털 신호 처리부(740)와 연결되어 있을 수 있다. 아날로그 신호 처리부(730)는 송신 전력을 증가시키기 위한 전력 증폭기(731)와 빔 조절을 위한 위상 천이기(phase shifter)(732), DAC(digital-to-analog converter) 등의 RF 신호를 처리하는 시스템 및 장치 등을 포함할 수 있다. 디지털 신호 처리부(740)는 소스 코딩과 채널 코딩과 변조 등 기저 대역에서의 송수신 신호를 처리하기 위한 시스템 및 장치 등을 포함할 수 있다.
후술되는 도 8 내지 도 13은, 상술된 메타물질 부 및 안테나 부로 구성되는 2단계 안테나 구조를 이용하여 빔을 관리하는 본 개시의 실시예들을 설명한다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 기지국의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 810 단계에서, 기지국은 하이브리드 빔포밍을 통해 제1 빔을 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 하이브리드 빔포밍은 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍을 독립적 또는 종속적으로 결합하여 특정 방향으로의 빔을 생성하거나, 특정 방향으로 빔을 조절하는 방법을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 7의 아날로그 신호 처리부(730)에 의해 아날로그 빔포밍이 수행될 수 있고, 디지털 신호 처리부(740)에 의해 디지털 빔포밍이 수행될 수 있다.
820 단계에서, 기지국은 제1 빔을 메타물질 렌즈 부로 전송할 수 있다. 즉, 기지국은 상술된 하이브리드 빔포밍을 통해 생성된 제1 빔을, 안테나 부를 통해 메타물질 렌즈 부로 전송할 수 있다. 또는, 기지국은 제1 빔을 안테나 부를 통해 메타물질 렌즈 부로 방사(radiate)할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 빔은 복수의 빔들을 의미하거나, 단일 빔을 의미할 수 있다.
830 단계에서, 기지국은 제어 신호에 기초하여 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 제1 빔으로부터 제2 빔을 생성할 수 있다. 예를 들면, 기지국은 메타물질 렌즈 제어부를 이용하여, 메타물질 렌즈 부를 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 또한, 기지국은 메타물질 렌즈 제어부를 이용하여, 제1 빔의 빔 속성에 대한 정보에 기초하여 제어 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 빔 속성에 대한 정보는, 빔의 세기, 빔의 방향 또는 빔 폭 등을 포함할 수 있다. 이에 따라, 기지국은 메타물질 렌즈 제어부에서 제1 빔의 빔 속성에 기초하여 생성된 제어 신호를 메타물질 렌즈 부로 전송함으로써, 메타물질 렌즈 부를 조절할 수 있다. 그리고, 제어 신호에 의해 조절된 메타물질 렌즈 부로 입사된 제1 빔의 빔 속성이 변경되어 제2 빔이 생성될 수 있다.
840 단계에서, 기지국은 제2 빔을 이용하여 하향링크 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 메타물질 렌즈를 이용하여 생성된 제2 빔을 통해, 단말로 동기 신호 블록(synchronization signal block, SSB), 또는 CSI-RS 또는 DM-RS(Demodulation reference signals)와 같은 하향링크 제어 신호를 전송할 수 있다. 다만, 기지국이 전송할 수 있는 하향링크 신호의 종류가 상술된 구성에 한정되지는 않는다.
일 실시예에서, 도 8에서 설명된 기지국의 동작은 단말에서도 수행될 수 있다. 예를 들어, 단말은 810 단계 내지 830 단계를 통해 메타물질 렌즈를 이용하여 제2 빔을 생성할 수 있다. 그리고, 단말은 생성된 제2 빔을 이용하여 기지국으로 상향링크 신호를 전송할 수 있다. 예를 들면, 상향링크 신호는 CSI 보고를 위한 신호를 포함할 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.
후술되는 도 9는 도 8의 메타물질 렌즈를 조절함으로써 제1 빔으로부터 제2 빔을 생성하는 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 메타물질 렌즈를 이용하여 빔을 생성하는 구체적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 910 단계에서, 기지국은 제어 신호에 기초하여 메타물질 렌즈 부에 포함된 복수의 메타물질 요소들의 물리적 속성을 조절할 수 있다. 일 실시예에서, 제어 신호는 하이브리드 빔포밍을 통해 생성된 제1 빔의 빔 속성에 기초하여 생성될 수 있다. 일 실시예에서, 제어 신호는 메타물질 렌즈 제어부에 의해 생성될 수 있다. 그리고, 기지국은 메타물질 렌즈 제어부에 의해 생성된 제어 신호를 메타물질 렌즈 부에 인가함으로써, 메타물질 렌즈 부에 포함된 복수의 메타물질 요소들의 물리적 속성을 조절할 수 있다. 이때, 메타물질 요소들의 물리적 속성은, 메타물질 요소의 유전율(permittivity) 또는 투자율(permeability)등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 메타물질 렌즈 부에 포함된 메타물질 요소는, 입사되는 전파의 위상과 진폭을 조절하여 입사 전파를 굴절하거나 반사할 수 있는 단위 구조체를 의미할 수 있다.
920 단계에서, 기지국은 물리적 속성이 조절된 복수의 메타물질 요소들 각각에 입사된 제1 빔의 위상 차를 결정할 수 있다. 예를 들면, 910 단계에서 제어 신호에 의해 물리적 속성이 조절된 메타물질 렌즈 부에 대하여 제1 빔이 입사되는 경우, 메타물질 렌즈 부에 포함된 복수의 메타물질 요소들 각각에 대하여 전파(예: 제1 빔)의 위상 차가 발생할 수 있다. 기지국은 이러한 복수의 메타물질 요소들에서 발생하는 전파의 위상 차를 계산할 수 있다. 일 실시예에서, 각 메타물질 요소들에 대하여, 위상 차가 발생한 빔들은 서로 다른 방향으로 방사될 수 있다.
930 단계에서, 기지국은 위상 차에 기초하여 메타물질 렌즈 부에서 제1 빔을 재 방사함으로써 제2 빔을 생성할 수 있다. 즉, 기지국은 메타물질 렌즈 부에 입사되는 제1 빔에 대하여 위상 차를 발생시킬 수 있고, 이러한 위상 차를 이용하여 제2 빔을 생성할 수 있다. 예를 들면, 기지국은, 메타물질 렌즈 부에 포함된 복수의 메타물질 요소들 각각에 대하여 발생한 위상 차를 갖는 빔들을 합하여, 특정 방향으로 빔이 형성되도록 할 수 있다. 이때, 특정 방향으로 형성되는 빔은 제2 빔을 의미할 수 있다. 이하 도 10 내지 도 12는 하이브리드 빔포밍을 통해 생성된 제1 빔 및 제1 빔으로부터 메타물질 렌즈 부에서 재 방사됨으로써 생성된 제2 빔을 이용하여 하향링크 신호를 전송하는 구체적인 실시예들을 도시한다.
일 실시예에서, 도 9에서 설명된 기지국의 동작은 단말에서도 수행될 수 있다. 예를 들어, 단말은 910 단계 내지 930 단계를 통해 메타물질 렌즈 부에서 제1 빔을 방사함으로써 제2 빔을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 7의 안테나 부(720)에서 하이브리드 빔포밍을 통해 제1 빔이 생성될 수 있고, 도 7의 메타물질 부(710에서 제2 빔이 생성될 수 있다. 이때, 하이브리드 빔포밍을 통해 생성된 제1 빔은, 적어도 하나의 빔 그룹을 포함할 수 있다. 또한, 제1 빔으로부터 생성된 제2 빔은, 제1 빔에 포함된 적어도 하나의 빔 그룹 각각에 대응하는 복수의 빔들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 빔은 제1 빔 그룹, 제2 빔 그룹 및 제3 빔 그룹을 포함할 수 있다. 이때, 제1 빔 그룹에 포함된 빔들은 메타물질 렌즈를 통해 재 방사될 수 있다. 이에 따라, 제1 빔 그룹에 포함된 빔들이 메타물질 렌즈를 통해 재 방사됨으로써, 제1 빔 그룹에 대응하는 복수의 빔들이 형성될 수 있다. 상술된 제1 빔 그룹에 대응하는 복수의 빔들이 형성되는 방법과 유사하게, 제2 빔 그룹에 대응하는 복수의 빔들 및 제3 빔 그룹에 대응하는 복수의 빔들이 형성될 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 하향링크 신호의 전송 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 1010 단계에서, 기지국은 제어 신호에 기초하여 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써 복수의 빔들 중 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들을 생성할 수 있다. 예를 들면, 기지국은 하이브리드 빔포밍을 통해 제1 빔을 생성할 수 있고, 제1 빔은 빔 그룹들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기지국은, 제1 빔에 포함된 빔 그룹들 중 제1 빔 그룹을 메타물질 렌즈 부로 방사할 수 있다. 그리고, 기지국은 제어 신호를 이용하여 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 방사된 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들을 생성할 수 있다.
1020 단계에서, 기지국은 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들을 이용하여 빔 스위핑을 수행함으로써 하향링크 신호를 전송할 수 있다. 일 실시예에서, 빔 스위핑은 기지국 또는 단말이 빔을 형성할 수 있는 특정 범위에서, 해당 범위에 포함된 상이한 방향을 갖는 빔들을 순서대로 훑으면서 방사하는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 기지국 또는 단말이 빔을 형성할 수 있는 범위에서, 수평면으로부터의 각도 크기에 따라 A 빔, B 빔 및 C 빔이 차례대로 형성될 수 있는 경우, 기지국 또는 단말은 A 빔, B 빔 및 C 빔 순서대로 빔을 훑으면서 빔을 방사할 수 있다. 이에 따라, 기지국은 제1 빔 그룹에 대응하는 복수의 빔들을 빔 스위핑함으로써, SSB 또는 CSI-RS와 같은 하향링크 신호를 전송할 수 있다.
1030 단계에서, 기지국은 제어 신호에 기초하여 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써 복수의 빔들 중 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들을 생성할 수 있다. 예를 들면, 기지국은 하이브리드 빔포밍을 통해 제1 빔을 생성할 수 있고, 제1 빔은 빔 그룹들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기지국은, 제1 빔에 포함된 빔 그룹들 중 제2 빔 그룹을 메타물질 렌즈 부로 방사할 수 있다. 그리고, 기지국은 제어 신호를 이용하여 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 방사된 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들을 생성할 수 있다.
1040 단계에서, 기지국은 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들을 이용하여 빔 스위핑을 수행함으로써 하향링크 신호를 전송할 수 있다. 기지국은 1020 단계에서 설명한 바와 같은 빔 스위핑 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들을 빔 스위핑함으로써, SSB 또는 CSI-RS와 같은 하향링크 신호를 전송할 수 있다.
상술된 도 10에서 설명된 방법에서, 기지국은 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들을 빔 스위핑할 때, 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들의 빔 방향을 변경하기 위하여 메타물질 렌즈 부로 제어 신호를 인가할 수 있다. 또한, 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들을 빔 스위핑할 때에도, 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들의 빔 방향을 변경하기 위하여 메타물질 렌즈 부로 제어 신호를 인가할 수 있다.
일 실시예에서, 기지국이 메타물질 렌즈 부로 제어 신호를 인가하여 빔 스위핑을 수행하는 경우, 서로 다른 방향의 빔들이 생성되는 구간 사이에 임계 시간(saturation time)이 발생할 수 있다. 예를 들어, SSB 1을 전송하기 위한 제1 빔이 생성되고 난 후, SSB 2를 전송하기 위한 제2 빔이 생성되는데 까지 미리 결정된 기간이 경과할 수 있다. 이러한 미리 결정된 기간은, 기지국이 메타물질 제어 신호를 이용하여 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 메타물질 렌즈 부가 방사할 수 있는 빔의 방향을 변경하는데 걸리는 시간을 의미할 수 있다. 이러한 미리 결정된 기간은 메타물질 렌즈의 물리적 속성 등에 따라 변경될 수 있으며, 단말 및 기지국은 상술된 미리 결정된 기간에 대해 미리 알고 있을 수 있다.
일 실시예에서, 도 10에서 설명된 기지국의 동작은 단말에서도 수행될 수 있다. 다만, 단말은 기지국과 같이 하향링크 신호를 전송하지 않고, 생성된 빔들을 이용하여 기지국으로 상향링크 신호를 전송할 수 있다.
도 11은 본 개시의 다른 실시예에 따른 하향링크 신호의 전송 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 1110 단계에서, 기지국은 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제1 인덱스의 빔 및 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제1 인덱스의 빔을 생성할 수 있다. 예를 들면, 기지국은 하이브리드 빔포밍을 통해 생성된 제1 빔에 포함된 빔 그룹들 중 제1 빔 그룹 및 제2 빔 그룹을 메타물질 렌즈 부로 방사할 수 있다. 그리고, 기지국은 제어 신호를 이용하여 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 방사된 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들 및 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 기지국은 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들 중 제1 인덱스를 갖는 빔을 생성할 수 있고, 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들 중 제1 인덱스를 갖는 빔을 생성할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들 중 첫 번째 빔을 제1 인덱스의 빔으로 생성할 수 있다. 또한, 기지국은 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들 중 첫 번째 빔을 제1 인덱스의 빔으로 생성할 수 있다.
1120 단계에서, 기지국은 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제1 인덱스의 빔 및 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제1 인덱스의 빔을 이용하여 하향링크 신호를 전송할 수 있다. 예를 들면, 기지국은 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들 중 첫 번째 빔 및 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들 중 첫 번째 빔을 이용하여, SSB 또는 CSI-RS와 같은 하향링크 신호를 단말로 전송할 수 있다.
1130 단계에서, 기지국은 제어 신호에 기초하여 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제2 인덱스의 빔 및 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제2 인덱스의 빔을 생성할 수 있다. 즉, 기지국은 메타물질 렌즈 제어부에 의해 생성된 제어 신호를 메타물질 렌즈 부에 인가함으로써, 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들 중 제2 인덱스를 갖는 빔 및 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들 중 제2 인덱스를 갖는 빔을 생성할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들 중 두 번째 빔을 제2 인덱스의 빔으로 생성할 수 있다. 또한, 기지국은 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들 중 두 번째 빔을 제2 인덱스의 빔으로 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 1130 단계에서 설명된 제2 인덱스의 빔은 1110 단계에서 설명된 제1 인덱스와 다른 빔 방향을 갖는 다음 빔을 의미할 수 있다.
1140 단계에서, 기지국은 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제2 인덱스의 빔 및 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제2 인덱스의 빔을 이용하여 하향링크 신호를 전송할 수 있다. 예를 들면, 기지국은 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들 중 두 번째 빔 및 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들 중 두 번째 빔을 이용하여, SSB 또는 CSI-RS와 같은 하향링크 신호를 단말로 전송할 수 있다.
상술된 도 11에서 설명된 방법에서, 기지국은 제1 빔 그룹 및 제2 빔 그룹의 제1 인덱스의 빔에서, 제1 빔 그룹 및 제2 빔 그룹의 제2 인덱스의 빔으로 빔 방향을 변경하기 위하여 메타물질 렌즈 부로 제어 신호를 인가할 수 있다. 이를 통해, 도 10에서 설명된 방법 보다 메타물질 제어 신호가 적게 생성될 수 있다.
일 실시예에서, 기지국이 제1 빔 그룹 및 제2 빔 그룹의 제1 인덱스의 빔에서, 제1 빔 그룹 및 제2 빔 그룹의 제2 인덱스의 빔으로 빔 방향을 변경하기 위하여 제어 신호를 인가하는 경우, 제어 신호가 전송된 이후 미리 결정된 기간 이후에 제2 인덱스의 빔이 생성될 수 있다. 이러한 미리 결정된 기간은 임계 시간으로 지칭될 수 있고, 도 10에서 설명된 바와 같이 메타물질 렌즈 부가 방사할 수 있는 빔의 방향을 변경하는데 걸리는 시간을 의미할 수 있다.
도 11에서 제1 인덱스의 빔은 복수의 빔들 중 첫 번째 빔, 제2 인덱스의 빔은 복수의 빔들 중 두 번째 빔으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 제2 인덱스의 빔은 제1 인덱스의 빔 다음의 빔을 의미할 뿐, 제1 인덱스의 빔 및 제2 인덱스의 빔이 복수의 빔들 중 첫 번째 및 두 번째 빔으로 한정되지는 않는다.
일 실시예에서, 도 11에서 설명된 기지국의 동작은 단말에서도 수행될 수 있다. 다만, 단말은 기지국과 같이 하향링크 신호를 전송하지 않고, 생성된 빔들을 이용하여 기지국으로 상향링크 신호를 전송할 수 있다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 단말로부터의 응답에 기초하여 하향링크 신호를 전송하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 기지국은 1210 단계에서, 단말로부터 하향링크 신호에 대한 응답을 수신할 수 있다. 예를 들면, 기지국은 하이브리드 빔포밍 및 메타물질 렌즈를 이용한 2 단계 빔 생성을 이용하여 제2 빔을 생성하고, 제2 빔을 이용하여 하향링크 신호를 단말로 전송할 수 있다. 그리고, 단말은 기지국으로부터 수신 받은 하향링크 신호에 대하여, 해당 하향링크 신호의 세기 등을 측정하여 기지국으로 보고할 수 있다. 예를 들어, 단말은 채널 상태 측정을 수행하고, 기지국으로 CSI를 피드백할 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 단말의 CSI 피드백은 CSI 보고로 지칭될 수 있다.
1220 단계에서, 기지국은 수신된 응답에 기초하여 제1 빔에 포함된 적어도 하나의 빔 그룹을 선택할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 단말로부터 수신된 채널 상태에 대한 피드백에 기초하여, 채널 상태가 양호한 빔을 선택할 수 있다. 이때, 기지국은 미리 설정된 임계값 보다 채널 상태 측정 값이 가 큰 경우, 채널 상태가 양호하다고 판단할 수 있다. 미리 설정된 임계값에 대한 정보는 기지국 또는 단말에 미리 저장되어 있을 수 있다. 일 실시예에서, 기지국은 단말로부터의 CSI 피드백에 기초하여, 하이브리드 빔포밍을 통해 생성된 복수의 빔 그룹들 중 일부의 빔 그룹을 선택할 수 있다.
1230 단계에서, 기지국은 선택된 적어도 하나의 빔 그룹에 대응하는 빔들을 이용하여 단말로 하향링크 신호를 전송할 수 있다. 즉, 기지국은 1220 단계에서 단말로부터의 CSI 피드백에 기초하여 선택된 빔 그룹을 메타물질 렌즈 부로 방사할 수 있다. 그리고, 기지국은 메타물질 렌즈 부를 이용하여 각 빔 그룹에 대응하는 빔들을 재 방사할 수 있다. 그리고, 기지국은 재 방사된 빔들을 이용하여 단말로 하향링크 신호를 전송할 수 있다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 단말로부터의 응답에 기초하여 빔 폭을 조절하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 1310 단계에서, 기지국은 단말로부터 하향링크 신호에 대한 응답을 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 단말로부터 수신되는 하향링크 신호에 대한 응답은 도 12에서 설명된 단말의 채널 상태 보고를 의미할 수 있다. 기지국은 메타물질 렌즈 부를 통해 생성됨 빔을 이용하여 단말로 하향링크 신호를 전송할 수 있고, 이에 응답하여, 단말로부터 채널 상태 보고를 수신할 수 있다.
1320 단계에서, 기지국은 수신된 응답에 기초하여 안테나 부 또는 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써 제2 빔의 빔 폭을 조절할 수 있다. 예를 들면, 기지국은 단말의 채널 상태 보고에 기초하여, 채널 상태가 양호한 빔의 범위를 결정할 수 있다. 그리고, 기지국은 결정된 빔의 범위에 기초하여, 메타물질 렌즈 부를 조절하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 그리고, 기지국은 생성된 제어 신호를 메타물질 렌즈 부로 인가함으로써, 메타물질 렌즈 부를 통해 생성되는 빔의 폭을, 채널 상태가 양호한 빔의 범위로 조정할 수 있다.
이하 도 14 내지 도 24는 상술된 도 8 내지 도 13에서 설명된 방법들이 수행되는 구체적인 실시예들을 도시한다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 단일 안테나 및 메타물질 렌즈를 이용하여 빔을 조절하는 2단계 안테나 구조의 예시를 도시한다. 도 14는 도 8에서 설명된 방법과 대응될 수 있다.
도 14를 참조하면, 단말 또는 기지국의 송수신부는 메타물질 부와 안테나 부로 구성될 수 있다. 여기서, 안테나 부는 하이브리드 빔포밍 부(1400) 및 안테나(1401)를 포함할 수 있고, 메타물질 부는 메타물질 렌즈(1402), 메타물질 렌즈 제어부(1403)를 포함할 수 있다. 도 14에 도시된 실시예는 안테나(1401)의 안테나가 단일 안테나인 경우를 도시한다.
일 실시예에 따르면, 하이브리드 빔포밍 부(1400)에서 아날로그 빔포밍 및 디지털 빔포밍이 결합되어 하이브리드 빔포밍이 수행될 수 있고, 하이브리드 빔포밍을 통해 생성된 빔들은 안테나(1401)를 통해 메타물질 렌즈(1402)로 방사(또는, 지향 또는 전송)될 수 있다. 일 실시예에서, 안테나(1401)는 단일 안테나를 포함하므로, 안테마(1401)에서 방사되는 빔은 한 가지의 패턴을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 메타물질 렌즈 제어부(1403)는 메타물질 렌즈(1402)를 조절함으로써, 메타물질 렌즈(1402)에 방사된 빔의 빔 방향 및 빔 폭을 변경할 수 있다. 즉, 메타물질 렌즈 제어부(1403)는 메타물질 렌즈(1402)에 방사된 전파의 전달 경로를 제어할 수 있다. 또한, 송수신되는 전파의 빔 세기와 빔 폭은 메타물질 렌즈(1402)를 통하여 조절될 수 있다. 이에 따라, 도 14에 도시된 예시에서는, 안테나(1401)에서 방사되는 빔 그룹은 1개이나, 메타물질 렌즈(1402)를 통해 재 방사되는 빔들은 총 K개의 빔들인 경우가 도시되어 있다. 이하 도 15는 도 14와 관련된 하향링크 신호 전송의 예시를 도시한다.
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른 단일 안테나를 포함하는 기지국이 하향링크 신호를 전송하는 방법의 예시를 도시한다.
도 15를 참조하면, 메타물질 렌즈(1402)로 메타물질 제어 신호(1401)가 인가될 수 있다. 메타물질 제어 신호(1401)가 인가됨으로써, 메타물질 렌즈(1402)에는 서로 다른 방향을 갖는 SSB 1, SSB 2, SSB 3, SSB 4, SSB 5 및 SSB 6 신호들이 생성될 수 있다. 도 14에서, SSB 1, SSB 2, SSB 3, SSB 4, SSB 5 및 SSB 6은 시간 순서로 생성될 수 있으며, SSB 1, SSB 2, SSB 3, SSB 4, SSB 5 및 SSB 6를 나타내는 가로 축은 시간 축을 의미할 수 있다. 이에 따라 기지국은 생성된 SSB 들을 단말로 전송할 수 있다. 메타물질 렌즈가 없는 안테나 구조에서는 단일 안테나로 복수의 SSB를 전송하는 것이 불가능하였으나, 본 개시의 메타물질 렌즈(1402) 및 메타물질 렌즈 제어부(1403)를 이용하는 경우, 기지국은 복수의 SSB 신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 상술된 복수의 SSB 신호들은 각각 서로 다른 빔 세기와 빔 폭, 빔 방향 등을 가질 수 있고, 전송 채널을 통해 단말로 전달될 수 있다. 이때, 메타물질 렌즈 제어부(1403)는 서로 다른 빔(또는 신호)을 생성하기 위하여, SSB 신호의 크기 또는 그 이상의 시간 간격을 가지고 제어 신호를 생성할 수 있고, 생성된 제어 신호를 이용하여 메타물질 렌즈를 조절할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 메타물질 렌즈(1402)를 조절하여 서로 다른 빔 방향 등을 갖는 SSB 1, SSB 2, SSB 3, SSB 4, SSB 5 및 SSB 6을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 기지국은 단말로 SSB를 전송할 때, 해당 SSB가 전송되는 타이밍을 암묵적으로(implicitly) 단말에게 알려주거나, 명시적으로(explicitly) 해당 SSB의 인덱스에 대한 정보를 포함시켜서 단말에게 전송할 수 있다. 예를 들면, 기지국 및 단말에 SSB 전송 타이밍 및 수신 타이밍에 대한 정보가 미리 설정되어 있을 수 있다. 이에 따라, 단말은 특정 타이밍에 SSB를 수신하는 경우, 해당 SSB가 몇 번째 블록인지 알 수 있다.
일 실시예에 따르면, 기지국이 메타물질 렌즈(1402)를 이용하여 단말로 SSB들을 전송하는 경우, 단말은 수신된 SSB들에 대한 채널 상태를 각각 측정할 수 있고, 각 SSB들이 수신된 타이밍에 대한 정보와 함께 측정된 채널 상태 정보를 기지국으로 전송할 수 있다. 기지국은 단말로부터 수신된 SSB의 수신 타이밍에 대한 정보 및 채널 상태 정보에 기초하여, 단말로 전송한 SSB들 중 양호한 채널 상태를 갖는 SSB를 결정할 수 있다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 복수의 안테나들 및 메타물질 렌즈를 이용하여 빔을 조절하는 2단계 안테나 구조의 예시를 도시한다. 도 14는 도 8에서 설명된 방법과 대응될 수 있다.
도 16을 참조하면, 단말 또는 기지국의 송수신부는 메타물질 부와 안테나 부로 구성될 수 있다. 여기서, 안테나 부는 하이브리드 빔포밍 부(1600) 및 복수의 안테나들(1601)을 포함할 수 있고, 메타물질 부는 메타물질 렌즈 제어부(1602) 및 메타물질 렌즈(1603)를 포함할 수 있다. 하이브리드 빔포밍 부(1600)에서 수행되는 1단계 빔 조절은, 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍을 독립적으로 또는 종속적으로 결합한 하이브리드 빔포밍 등을 통해 수행될 수 있다. 1단계 빔 조절을 통해 생성된 1단계 빔이 입사된 메타물질 렌즈(1603)는, 메타물질 렌즈 제어부(1004)에 의해 생성된 제어 신호를 수신함으로써, 입사된 빔의 빔 방향, 빔 폭 등을 고려하여 2 단계 빔을 생성할 수 있다.
예를 들면, 복수의 안테나들(1601)을 통해 빔이 조절되어 총 M개의 빔 그룹이 생성될 수 있다. 예를 들어, 도 16에서는 M개의 빔 그룹에 제1 빔 그룹(1611), 제2 빔 그룹(1613) 및 제3 빔 그룹(1615) 등이 포함될 수 있다. 메타물질 렌즈 제어부(1602)는 제어 신호를 메타물질 렌즈(1603)로 인가함으로써, 메타물질 렌즈(1603)로 입사되는 빔을 조절할 수 있다. 이러한 메타물질 렌즈(1603)의 빔 조절을 통해, K개의 빔들이 생성될 수 있다. 이에 따라, 총 M*K개의 서로 다른 빔들이 생성될 수 있다.
도 16과 같이 메타물질 렌즈(1603)를 이용한 2단계 빔 조절이 수행되는 경우, 기존의 빔 조절을 수행하는 시스템과 비교하여, 1단계 빔을 방사하는 복수의 안테나들(1601)의 개수가 줄어들 수 있다. 이와 같이 안테나를 통해 빔을 방사하는 RF 체인(RF chain)의 수가 줄어듦으로써 RF 체인을 구동하기 위한 전력 소모가 줄어들 수 있다. 그리고, 안테나 수가 줄어듦으로써, 제한된 공간에 배치되는 안테나 간 거리가 넓어질 수 있으므로, 안테나 간 전류로 인한 커플링 간섭이 줄어들 수 있다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 복수의 안테나들을 포함하는 기지국이 하향링크 신호를 전송하는 방법의 예시를 도시한다. 도 17은 도 16과 관련된 하향링크 신호 전송의 예시를 도시한다. 이하, 메타표면 빔포밍(metasurface beam forming)은 메타표면 렌즈를 이용하여 빔을 생성하는 빔포밍 기법을 의미할 수 있다.
도 17을 참조하면, 기지국이 단말에게 SSB와 같은 하향링크 신호를 전송하는 경우, 기지국은 하이브리드 빔포밍 제어뿐만 아니라, 메타물질 렌즈도 제어할 수 있으므로, 기지국이 단말에게 하향링크 신호를 전송하는 순서는 2가지 방식으로 나누어질 수 있다. 예를 들어, 도 17에는 제1 방식(1710) 및 제2 방식(1720)이 도시되어 있다.
일 실시예에 따라, 제1 방식(1710)은, 메타표면 빔포밍에 따른 빔 스위핑이 먼저 수행되는 방식을 의미할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 메타물질 제어부(1602)를 이용하여 메타물질 렌즈(1603)를 조절함으로써, 빔들을 생성할 수 있고, 생성된 빔들을 이용하여 하향링크 신호들을 전송할 수 있다. 그리고, 기지국은 생성된 하향링크 신호들을 전송한 후에, 하이브리드 빔포밍을 이용하여 다음 빔 그룹에 대응하는 빔들을 생성할 수 있다. 그리고, 기지국은 생성된 빔들을 이용하여 하향링크 신호들을 전송할 수 있다. 예를 들면, 도 17의 제1 방식(1710)에서, 기지국은 제1 빔 그룹(1611)에 대응하는 SSB 1을 생성 및 전송하고, 메타물질 제어 신호(1711)를 메타물질 렌즈에 인가함으로써 제1 빔 그룹(1611)에 대응하는 SSB 2를 생성 및 전송할 수 있다. 그리고, 기지국은 하이브리드 빔 포밍을 통해 제1 빔 그룹(1611)에서 제2 빔 그룹(1613)으로 변경할 수 있다. 기지국은 제2 빔 그룹(1613)에 대응하는 SSB 3을 생성 및 전송하고, 메타물질 제어 신호(1713)를 메타물질 렌즈에 인가함으로써 제2 빔 그룹(1613)에 대응하는 SSB 4를 생성 및 전송할 수 있다. 그리고, 기지국은 하이브리드 빔 포밍을 통해 제2 빔 그룹(1613)에서 제3 빔 그룹(1615)으로 변경할 수 있다. 기지국은 제3 빔 그룹(1615)에 대응하는 SSB 5를 생성 및 전송하고, 메타물질 제어 신호(1715)를 메타물질 렌즈에 인가함으로써 제3 빔 그룹(1615)에 대응하는 SSB 6을 생성 및 전송할 수 있다.
일 실시예에 따라, 제2 방식(1720)은, 하이브리드 빔 포밍에 따른 빔 스위핑이 먼저 수행되는 방식을 의미할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 하이브리드 빔 포밍을 이용하여 각 빔 그룹에 대응하는 빔들 중 제1 인덱스의 빔을 이용하여 하향링크 신호를 생성 및 전송할 수 있다. 그리고, 기지국은 메타물질 제어부(1602)를 이용하여 메타물질 렌즈(1603)를 조절함으로써, 각 빔 그룹에 대응하는 빔들 중 제2 인덱스의 빔을 이용하여 하향링크 신호를 생성 및 전송할 수 있다.
예를 들면, 도 17의 제2 방식(1720)에서, 기지국은 하이브리드 빔 포밍을 통해 제1 빔 그룹(1611)에 대응하는 SSB 1, 제2 빔 그룹(1613)에 대응하는 SSB 3 및 제3 빔 그룹(1615)에 대응하는 SSB 5를 생성 및 전송할 수 있다. 그리고, 기지국은 메타물질 제어 신호(1721)를 메타물질 렌즈(1603)에 인가함으로써, 제1 빔 그룹(1611)에 대응하는 SSB 2, 제2 빔 그룹(1613)에 대응하는 SSB 4 및 제3 빔 그룹(1615)에 대응하는 SSB 6를 생성 및 전송할 수 있다. 상술된 예시에서, 제1 빔 그룹(1611)에 대응하는 SSB 1, 제2 빔 그룹(1613)에 대응하는 SSB 3 및 제3 빔 그룹(1615)에 대응하는 SSB 5는 각 빔 그룹의 제1 인덱스의 빔을 의미할 수 있다. 또한, 제1 빔 그룹(1611)에 대응하는 SSB 2, 제2 빔 그룹(1613)에 대응하는 SSB 4 및 제3 빔 그룹(1615)에 대응하는 SSB 6은 각 빔 그룹의 제2 인덱스의 빔을 의미할 수 있다.
제2 방식(1720)이 사용되는 경우 제1 방식(1710)과 비교하여, 빔을 조절하기 위한 메타물질 제어 신호의 개수가 줄어들 수 있다. 이를 통해, 메타물질 렌즈를 제어하는 오버헤드가 줄어들 수 있다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른 메타표면 적응 시간(metasurface adaptation time)을 고려하여 하향링크 신호를 전송하는 방법의 예시를 도시한다.
도 18을 참조하면, 메타표면 적응 시간은, 메타물질 렌즈를 제어하기 위한 제어 신호가 생성되어, 메타물질 렌즈에 전송되고, 제어 신호를 통해 메타물질 렌즈가 새로운 빔 방향을 찾는데 걸리는 특정 기간을 의미할 수 있다. 이러한 메타표면 적용 시간은 임계 시간(saturation time)으로 지칭될 수 있고, 단말 및 기지국은 메타표면 적응 시간에 대한 정보를 미리 알 수 있다.
도 18에 도시된 예시와 도 17에 도시된 예시의 차이점은, 도 18은 메타물질 렌즈를 통해 상이한 빔을 생성 및 전송하는 경우, 상술된 메타표면 적응 시간이 발생할 수 있음을 도시한다는 것이다. 상술된 메타표면 적용 시간이 필요한 메타물질 렌즈 구조에서는, 하향링크 신호를 전송할 때, 메타표면 빔포밍에 따른 빔 스위핑이 먼저 수행되는 방식(예: 제1 방식)과, 하이브리드 빔포밍에 따른 빔 스위핑이 먼저 수행되는 방식(예: 제2 방식)에 따라서 단위 시간에 전송할 수 있는 하향링크 신호의 개수가 달라질 수 있다. 예를 들어, DC 전압을 통해 액정(Liquid Crystal) 형태의 메타물질 렌즈를 제어하는 시스템에서는, 새로운 빔을 생성하기 까지 수 마이크로 초(
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)에서, 수 밀리 초(ms)까지 다양한 시간이 발생할 수 있다. 이러한 경우, 하이브리드 빔포밍에 따른 빔 스위핑이 먼저 수행되는 방식(예: 제2 방식)이 메타표면 빔포밍에 따른 빔 스위핑이 먼저 수행되는 방식(예: 제1 방식)보다 더 빠르게 빔을 스위핑할 수 있다. 또한, 메타물질 렌즈를 제어하기 위해 사용되는 제어 신호의 수도 제2 방식이 제1 방식보다 적으므로, 제어 신호에 따른 오버헤드가 감소할 수 있다. 이에 따라, 보다 효율적인 하향링크 신호 생성 및 송수신이 가능할 수 있다.
도 18에 도시된 예시를 구체적으로 설명하면 아래와 같다. 도 18에서는 메타표면 빔포밍에 따른 빔 스위핑이 먼저 수행되는 제1 방식(1810) 및 하이브리드 빔포밍에 따른 빔 스위핑이 먼저 수행되는 제2 방식(1820)에 따른 예시들이 도시되어 있다.
일 실시예에 따라, 제1 방식(1810)에서는, 기지국은 메타물질 제어부(1602)를 이용하여 메타물질 렌즈(1603)를 조절함으로써, 메타표면 적응 시간 이후에 새로운 빔을 생성할 수 있고, 생성된 빔을 이용하여 하향링크 신호들을 전송할 수 있다. 그리고, 기지국은 하이브리드 빔포밍을 이용하여 다음 빔 그룹에 대응하는 빔들을 생성할 수 있다. 기지국은 다음 빔 그룹에 대응하는 빔들에 대하여 메타물질 렌즈(1603)를 조절함으로써 메타표면 적응 시간을 고려하여 빔 스위핑을 수행할 수 있다.
예를 들면, 도 18의 제1 방식(1810)에서, 기지국은 제1 빔 그룹(1611)에 대응하는 SSB 1을 생성 및 전송하고, 메타물질 제어 신호(1811)를 메타물질 렌즈에 인가할 수 있다. 이때, 제1 메타표면 적응 시간(1817-1) 이후에 제1 빔 그룹에 대응하는 SSB 2가 생성될 수 있다. 기지국은 생성된 SSB 2를 단말로 전송할 수 있다. 그리고, 기지국은 하이브리드 빔 포밍을 통해 제1 빔 그룹(1611)에서 제2 빔 그룹(1613)으로 변경할 수 있다. 기지국은 제2 빔 그룹(1613)에 대응하는 SSB 3을 생성 및 전송하고, 메타물질 제어 신호(1813)를 메타물질 렌즈에 인가할 수 있다. 이때, 제2 메타표면 적응 시간(1817-2) 이후에 제2 빔 그룹에 대응하는 SSB 4가 생성될 수 있다. 기지국은 생성된 SSB 4를 단말로 전송할 수 있다. 그리고, 기지국은 하이브리드 빔 포밍을 통해 제2 빔 그룹(1613)에서 제3 빔 그룹(1615)으로 변경할 수 있다. 기지국은 제3 빔 그룹(1615)에 대응하는 SSB 5를 생성 및 전송하고, 메타물질 제어 신호(1815)를 메타물질 렌즈에 인가할 수 있다. 이때, 제3 메타표면 적응 시간(1817-3) 이후에 제3 빔 그룹에 대응하는 SSB 6이 생성될 수 있다. 기지국은 생성된 SSB 6을 단말로 전송할 수 있다.
일 실시예에 따라, 도 18의 제2 방식(1820)은, 하이브리드 빔 포밍에 따른 빔 스위핑이 먼저 수행되는 방식을 의미할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 하이브리드 빔 포밍을 이용하여 각 빔 그룹에 대응하는 빔들 중 제1 인덱스의 빔을 이용하여 하향링크 신호를 생성 및 전송할 수 있다. 그리고, 기지국은 메타물질 제어부(1602)를 이용하여 메타물질 렌즈(1603)를 조절함으로써, 각 빔 그룹에 대응하는 빔들 중 제2 인덱스의 빔을 이용하여 하향링크 신호를 생성 및 전송할 수 있다.
예를 들면, 도 18의 제2 방식(1820)에서, 기지국은 하이브리드 빔 포밍을 통해 제1 빔 그룹(1611)에 대응하는 SSB 1, 제2 빔 그룹(1613)에 대응하는 SSB 3 및 제3 빔 그룹(1615)에 대응하는 SSB 5를 생성 및 전송할 수 있다. 그리고, 기지국은 메타물질 제어 신호(1821)를 메타물질 렌즈(1603)에 인가할 수 있다. 이때, 메타표면 적응 시간(1823) 이후에, 제1 빔 그룹(1611)에 대응하는 SSB 2, 제2 빔 그룹(1613)에 대응하는 SSB 4 및 제3 빔 그룹(1615)에 대응하는 SSB 6이 생성될 수 있다. 상술된 예시에서, 제1 빔 그룹(1611)에 대응하는 SSB 1, 제2 빔 그룹(1613)에 대응하는 SSB 3 및 제3 빔 그룹(1615)에 대응하는 SSB 5는 각 빔 그룹의 제1 인덱스의 빔을 의미할 수 있다. 또한, 제1 빔 그룹(1611)에 대응하는 SSB 2, 제2 빔 그룹(1613)에 대응하는 SSB 4 및 제3 빔 그룹(1615)에 대응하는 SSB 6은 각 빔 그룹의 제2 인덱스의 빔을 의미할 수 있다.
제2 방식(1820)이 사용되는 경우 제1 방식(1810)과 비교하여, 빔을 조절하기 위한 메타물질 제어 신호의 개수가 줄어들 수 있고, 이에 따라 메타물질 렌즈를 제어하는 오버헤드가 줄어들 수 있다. 또한, 제2 방식(1820)이 사용되는 경우 제1 방식(1810)과 비교하여, 메타표면 적응 시간이 적게 소모되므로, 한정된 시간 동안 더 많은 하향링크 신호를 전송할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단말 및 기지국은 도 18에서 설명된 메타표면 적응 시간에 대한 정보를 미리 알고 있을 수 있다. 단말은 미리 설정된 메타표면 적응 시간에 기초하여 해당 구간 이후에 SSB를 디코딩함으로써, 기지국으로부터의 SSB 수신에 대한 동기를 맞출 수 있다.
이하, 도 19 내지 도 22는 메타물질 렌즈 구조를 이용하여 SSB와 같은 동기(synchronization) 신호 또는 CSI-RS와 같은 하향링크 신호를 전송하는 순서를 설정하는 방법을 구체적으로 설명하는 도면이다.
도 19는 본 개시의 일 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 이후 메타표면 빔포밍으로 하향링크 신호 전송 순서를 설정하는 방법의 예시를 도시한다.
도 19는 도 17에서 설명된, 하이브리드 빔포밍이 먼저 수행되는 방식(예: 제2 방식)의 예시를 도시한다. 도 19에서, 가로 축은 메타물질 빔포밍을 통한 빔(예: SSB) 변경 방식을 나타내고, 세로 축은 하이브리드 빔포밍을 통한 빔(예: SSB) 변경 방식을 나타낸다. 도 19의 그래프에 도시된 (x, y)에서, x는 하이브리드 빔포밍을 이용하여 생성될 수 있는 빔 그룹의 인덱스를 의미할 수 있다. 또한, y는 메타표면 빔포밍을 이용하여 생성될 수 있는 빔들의 인덱스를 의미할 수 있다. 하이브리드 빔포밍을 이용하여 생성될 수 있는 각 빔 그룹에 대하여, 메타표면 빔포밍을 이용하여 생성될 수 있는 복수의 빔들이 존재할 수 있다. 예를 들어, 제1 빔 그룹에 대하여, (1,1), (1,2), (1,3) … (1,K) 개의 빔들이 존재할 수 있다.
도 19는 메타표면 빔포밍을 통해 K개의 빔들이 설정되고, 하이브리드 빔포밍을 통해 M개의 빔 그룹이 설정되어, 총 K*M개의 하향링크 신호(예: SSB)가 생성되는 예시를 도시한다. 예를 들어, 도 19에 점선으로 표시된 바와 같이, 기지국은 메타표면 빔포밍을 한쪽으로 고정한 채, 하이브리드 빔포밍을 통해 빔 그룹을 먼저 변경하면서 하향링크 신호를 생성 및 전송할 수 있다. 그리고, 하이브리드 빔 포밍에 의해 생성될 수 있는 모든 빔 그룹에 대하여 하향링크 신호 생성 및 전송 동작이 종료되는 경우, 메타표면 빔포밍을 수행하여 다음 인덱스의 빔들에 대하여, 하이브리드 빔포밍을 통해 빔 그룹을 변경하면서 하향링크 신호를 생성 및 전송할 수 있다. 시간-주파수 자원 영역에서 도 19의 실시예에 따라 하향링크 신호가 생성 및 전송되는 예시를 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
예를 들어, 시간-주파수 자원 영역의 제1 기간(1901) 동안, 하이브리드 빔포밍을 통해 생성되는 각 그룹에 대응하는, 메타표면 빔포밍에 따른 제1 인덱스의 빔들(예: (1,1), (2,1), … (M,1)이 생성 및 전송될 수 있다. 또한, 시간-주파수 자원 영역의 제2 기간(1903) 동안, 하이브리드 빔포밍을 통해 생성되는 각 그룹에 대응하는, 메타표면 빔포밍에 따른 제2 인덱스의 빔들(예: (1,2), (2,2), … (M,2)이 생성 및 전송될 수 있다. 또한, 시간-주파수 자원 영역의 제3 기간(1905) 동안, 하이브리드 빔포밍을 통해 생성되는 각 그룹에 대응하는, 메타표면 빔포밍에 따른 제3 인덱스의 빔들(예: (1,3), (2,3), … (M,3)이 생성 및 전송될 수 있다.
도 20은 본 개시의 일 실시예에 따른 메타표면 빔포밍 이후 하이브리드 빔포밍으로 하향링크 신호 전송 순서를 설정하는 방법의 예시를 도시한다.
도 20은 도 17에서 설명된, 메타표면 빔포밍이 먼저 수행되는 방식(예: 제1 방식)의 예시를 도시한다. 도 20에서, 가로 축은 메타물질 빔포밍을 통한 빔(예: SSB) 변경 방식을 나타내고, 세로 축은 하이브리드 빔포밍을 통한 빔(예: SSB) 변경 방식을 나타낸다. 도 20의 그래프에 도시된 (x, y)의 의미는 도 19에서 설명된 바와 동일하다.
도 20은 메타표면 빔포밍을 통해 K개의 빔들이 설정되고, 하이브리드 빔포밍을 통해 M개의 빔 그룹이 설정되어, 총 K*M개의 하향링크 신호(예: SSB)가 생성되는 예시를 도시한다. 예를 들어, 도 20에 점선으로 표시된 바와 같이, 기지국은 하이브리드 빔포밍을 한쪽으로 고정한 채, 메타표면 빔포밍을 통해 빔을 변경하면서 하향링크 신호를 생성 및 전송할 수 있다. 그리고, 메타표면 빔포밍을 통해 생성될 수 있는 모든 빔들에 대하여 하향링크 신호 생성 및 전송 동작이 종료되는 경우, 기지국은 하이브리드 빔포밍을 수행하여 다음 빔 그룹으로 빔 그룹을 변경할 수 있다. 그리고, 기지국은 다음 빔 그룹에 대하여, 메타표면 빔포밍을 통한 빔 스위핑을 통해 하향링크 신호를 생성 및 전송할 수 있다. 시간-주파수 자원 영역에서 도 20의 실시예에 따라 하향링크 신호가 생성 및 전송되는 예시를 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
일 실시예에 따르면, 시간-주파수 자원 영역의 제1 기간(2001) 동안, 하이브리드 빔포밍을 통해 생성되는 빔 그룹들 중, 제1 빔 그룹에 대하여 메타표면 빔포밍을 이용한 빔 스위핑이 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 기간(2001) 동안, 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들(예: (1,1), (1,2), (1,3), …, (1,K))이 생성 및 전송될 수 있다. 제1 기간(2001)이 지난 후, 기지국은 하이브리드 빔포밍을 이용하여 제2 빔 그룹을 생성할 수 있다. 그리고, 제2 기간(2003) 동안, 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들(예: (2,1), (2,2), (2,3), …, (2,K))이 생성 및 전송될 수 있다. 제2 기간(2003)이 지난 후, 기지국은 하이브리드 빔포밍을 이용하여 제3 빔 그룹을 생성할 수 있다. 그리고, 제3 기간(2005) 동안, 제3 빔 그룹에 대응하는 빔들(예: (3,1), (3,2), (3,3), …, (3,K))이 생성 및 전송될 수 있다.
도 19에서 설명된 방법과 도 20에서 설명된 방법 중, 기지국은 자신의 메타물질 구조 및 안테나의 형태와 설정에 맞는 자유로운 방법으로 하향링크 신호(예: SSB)를 생성 및 송수신할 수 있다. 도 20에서 설명된 방법의 경우, 메타물질 빔포밍의 제어를 위하여 제어 신호가 자주 이용될 수 있다. 다만, 안테나 구조에 따라서, 하이브리드 빔포밍을 제어하는 경우보다, 메타물질 빔포밍을 제어하는 것이 신호 처리 구조가 간단하고, 속도가 빠른 경우 성능 측면에서 이득이 있을 수 있다.
도 21은 본 개시의 일 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 및 메타표면 빔포밍을 이용하여 일부의 하향링크 신호를 전송하는 방법의 예시를 도시한다.
도 21을 참조하면, 기지국은 하이브리드 빔포밍 및 메타표면 빔포밍을 이용하여 생성될 수 있는 K*M개의 빔들 중 일부의 빔만을 이용하여 SSB 또는 CSI-RS와 같은 하향링크 신호를 단말로 전송할 수 있다. 즉, 일 실시예에서, 기지국이 상술된 2 단계 빔 생성 구조를 이용하는 경우, 생성할 수 있는 모든 빔을 전송하지 않고, 일부의 빔만을 전송하는 것이 유리할 수 있다. 기지국은 생성할 수 있는 전체 빔들 중에서 일부 빔들을 규칙적 또는 불규칙적인 주기로 생략함으로써 하향링크 신호를 전송할 수 있다.
예를 들어, 도 21에서, 기지국은 메타표면 빔포밍 및 하이브리드 빔포밍을 통해 생성할 수 있는 모든 빔들(예: (1,1), (2,1), …, (M,1) 및 (1,2), (2,2), …, (M,2), …, (1,K), (2,K), …, (M,K)) 중 일부의 빔들(예: (1,2), (2,2), …, (M,2))을 생성 및 전송하지 않을 수 있다. 즉, 기지국은 시간-주파수 영역의 제1 기간(2101) 동안, 메타표면 빔포밍의 제1 인덱스에 해당하는 빔들(예: (1,1), (2,1), …, (M,1))을 생성 및 전송할 수 있다. 그리고, 기지국은 제2 기간(2107) 동안은 빔을 생성 및 전송하지 아니할 수 있다. 즉, 기지국은 제2 기간(2107) 동안은 메타표면 빔포밍의 제2 인덱스에 해당하는 빔들(예: (1,2), (2,2), …, (M,2))을 생성 및 전송하지 아니할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 기간(2107)은, 기지국이 제어신호를 트리거링함으로써 다음 메타표면 빔포밍을 수행하는데 까지 소요되는 메타표면 적응 시간을 의미할 수 있다.
그리고, 기지국은 제3 기간(2103) 동안, 메타표면 빔포밍의 제3 인덱스에 해당하는 빔들(예: (1,3), (2,3), …, (M,3))을 생성 및 전송할 수 있다. 그리고, 기지국은 메타표면 적응 시간이 지난 후, 메타표면 빔포밍의 제5 인덱스에 해당하는 빔들(예: (1,5), (2,5), …, (M,5))을 생성 및 전송할 수 있다.
일 실시예에서, 기지국은 생성할 수 있는 전체 빔들 중에서 일부 빔들을 규칙적 또는 불규칙적인 주기로 생략함으로써 하향링크 신호를 전송할 수 있다. 그리고, 기지국은 하향링크 신호에 대응하여, 단말이 전송하는 채널 상태 정보에 대한 피드백을 수신할 수 있다. 예를 들어, 기지국은, 일부 SSB 전송 이후에 단말로부터 CSI 피드백을 수신하거나, 또는 일부 CSI-RS 전송 이후에 단말로부터 CSI 피드백을 수신할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 기지국은 일부 빔들을 이용하여 전송된 하향링크 신호에 대한 CSI 피드백을, 단말로부터 수신할 수 있다. 그리고, 기지국은 해당 하향링크 신호에 대한 CSI 피드백에 포함되어 있는 채널 상태 값이 임계치보다 낮은 경우, 생략된 빔들을 이용하여 단말로 하향링크 신호를 전송할 수 있다. 다만, 채널 상태 값이 임계치보다 크거나 같은 경우, 기지국은 생략된 빔들을 이용하여 단말로 하향링크 신호를 전송할 필요가 없을 수 있다. 상술된 채널 상태 값이 임계치보다 낮은 경우, 기지국은 생략된 빔들을 다음 프레임 또는 기타 주기에 추가적으로 탐색하여 최적의 빔을 찾을 수 있다.
예를 들면, 기지국은 메타표면 빔포밍의 제1 인덱스에 해당하는 빔들(예: (1,1), (2,1), …, (M,1))을 생성 및 전송하고, 메타표면 빔포밍의 제3 인덱스에 해당하는 빔들(예: (1,3), (2,3), …, (M,3))을 생성 및 전송할 수 있다. 그리고, 기지국은 단말로부터 메타표면 빔포밍의 제1 인덱스에 해당하는 빔들과 메타표면 빔포밍의 제3 인덱스에 해당하는 빔들에 대한 CSI 보고를 수신할 수 있다. 기지국은 단말로부터 수신된 CSI 보고에 포함된 채널 상태 값을 임계치와 비교함으로써, 전송이 생략된 메타표면 빔포밍의 제2 인덱스에 해당하는 빔들의 생성 및 전송 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, CSI 보고에 포함되어 있는 채널 상태 값이 임계치 미만인 경우, 기지국은 메타표면 빔포밍의 제2 인덱스에 해당하는 빔들을 생성 및 전송할 수 있다. 다만, CSI 보고에 포함되어 있는 채널 상태 값이 임계치 이상인 경우, 기지국은 메타표면 빔포밍의 제2 인덱스에 해당하는 빔들은 생성 및 전송하지 아니할 수 있다.
상술된 도 21의 실시예는, 기지국이 전송할 수 있는 모든 빔들 중 미리 설정된 기준에 따라 일부 빔들을 전송함으로써, 더 넓은 영역을 커버할 수 있는 빔들을 제한된 시간 동안 빠르게 전송하는데 이용될 수 있다.
도 22는 본 개시의 일 실시예에 따른 단말로부터의 피드백을 반영하여 하향링크 신호를 전송하는 방법의 예시를 도시한다. 도 22에서 설명되는 실시예는 도 12에서 설명된 실시예에 대응될 수 있다.
도 22는 도 21에서 설명된 일부의 하향링크 신호를 전송하는 방법의 다른 실시예를 도시한다. 예를 들어, 기지국은 메타물질 빔포밍은 고정하고, 하이브리드 빔포밍을 변경하면서 큰 빔 차이를 갖는 신호를 단말로 전송할 수 있다. 그리고, 단말로부터 이에 대한 피드백을 수신할 수 있다. 기지국은 단말로부터 수신된 피드백에 기초하여, 다음 하향링크 신호(예: SSB 또는 CSI-RS)를 전송할 때에는, 빔 그룹들 중 채널 상태가 보다 양호한 빔 그룹에 해당하는 빔들을 선택할 수 있고, 선택된 빔들을 이용하여 단말로 하향링크 신호를 전송할 수 있다.
기지국은 상술된 실시예와 같이 동작함으로써, 불필요한 하이브리드 빔포밍의 빔 그룹을 선별하여 제거할 수 있다. 이에 따라, 하향링크 신호를 전송하기 위한 제어 신호의 크기가 줄어들 수 있다. 동기 신호(예: SSB)의 경우, 기지국은 여러 단말을 위하여 상술된 동작을 수행하면서, 다시 하이브리드 빔포밍을 통해 전체 주기 신호를 보낼 수 있다.
예를 들어, 기지국은 시간-주파수 영역의 제1 기간(2201) 동안에는 하이브리드 빔포밍의 모든 빔 그룹(예: 제1 빔 그룹, 제2 빔 그룹, …, 제M 빔 그룹)에 대응하는 빔들을 단말로 전송할 수 있다. 그리고, 기지국은 전송된 하향링크 신호에 대한 CSI 피드백을 수신할 수 있다. 그리고, 기지국은 다음 하향링크 신호를 전송하는 스테이지에서는, 수신된 CSI 피드백에 기초하여 일부 빔 그룹에 대응하는 빔들을 생략하고, 남은 빔 그룹에 대응하는 빔들을 이용하여 하향링크 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 수신된 CSI 피드백에 기초하여, 제3 그룹에 대응하는 빔들의 채널 상태 값이 임계값보다 작은 것으로 판단되는 경우, 기지국은 제2 기간(2203)에 제3 그룹에 대응하는 빔들은 제외하고, 나머지 제1 빔 그룹 및 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들을 이용하여 하향링크 신호를 전송할 수 있다. 동일한 방법으로, 제3 기간(2205)에 기지국은 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들은 제외하고, 나머지 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들을 이용하여 하향링크 신호를 전송할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상술된 스테이지는, 기지국이 단말로부터 채널 상태 정보에 대한 보고를 수신하고, 수신된 채널 상태 정보에 기초하여 다음 빔 스위핑을 수행하는 단계를 의미할 수 있다.
도 23은 본 개시의 일 실시예에 따른 메타물질 렌즈를 이용하여 빔 폭을 조절하는 방법의 예시를 도시한다. 도 23에서 설명되는 실시예는 도 13에서 설명된 실시예에 대응될 수 있다.
도 23을 참조하면, 기지국은 디지털 프리코더(2301)를 이용하여 디지털 빔포밍을 수행하고, 아날로그 프리코더(2303)를 이용하여 아날로그 빔포밍을 수행할 수 있다. 즉, 기지국은 하이브리드 빔포밍을 수행할 수 있다. 그리고, 하이브리드 빔포밍을 통하여 형성된 빔을 복수의 안테나(2307)를 통해 방사할 수 있다. 일 실시예에서, 아날로그 프리코더(2303)는 RF 위상 천이기(2305)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 기지국은 복수의 안테나(2307) 및 메타물질 렌즈 부(2313) 및 메타물질 렌즈 부(2313)를 조절하기 위한 제어 신호를 생성하는 메타표면 프리코더(2309)를 이용하여 빔을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 메타표면 프리코더(2309)는 DC 전압(2311)과 같은 제어 신호를 이용하여 메타물질 렌즈 부(2313)를 조절함으로써, 다양한 빔 폭 및 빔 세기를 갖는 빔들을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 빔 폭이 넓게 설정된 메타물질 구조에서는, 좁은 빔 폭을 갖는 빔과 비교하여 상대적으로 빔 이득이 낮아 빔의 전송 거리가 짧아질 수 있다. 다만, 빔 폭이 넓은 빔이 이용되는 경우, 기지국은 더 넓은 각도로 빔을 전송할 수 있다. 일 실시예에서, 빔 폭이 좁게 설정되는 경우, 전파가 더 모아질 수 있으므로, 해당 빔 폭을 갖는 빔의 전송거리가 증가할 수 있다.
예를 들어, 기지국은 메타물질 렌즈 부(2313)를 조절함으로써, 제1 빔 폭(2315), 제2 빔 폭(2317) 및 제3 빔 폭(2319)을 갖는 빔을 생성할 수 있다. 제1 빔 폭(2315), 제2 빔 폭(2317) 및 제3 빔 폭(2319)으로 갈수록 빔 폭이 줄어들 수 있다. 이에 따라, 제1 빔 폭(2315)을 갖는 빔이 사용되는 경우, 기지국은 제2 빔 폭(2317) 및 제3 빔 폭(2319)을 갖는 빔과 비교하여 더 넓은 범위로 빔을 방사할 수 있다. 또는, 제3 빔 폭(2319)을 갖는 빔이 사용되는 경우, 기지국은 제1 빔 폭(2315) 및 제2 빔 폭(2317)을 갖는 빔과 비교하여 더 긴 거리로 빔을 전송할 수 있다. 상술된 다양한 빔 폭, 빔 세기 또는 빔 각도 조절은, 안테나 및 메타물질이 서로 유기적으로 결합되어야 가능할 수 있다. 이때, 메타물질 제어부(예: 메타표면 프리코더(2309))는 안테나 제어부와 독립적으로, 또는 종속적으로 빔의 속성(예: 빔 폭, 빔 세기 또는 빔 각도)을 제어할 수 있다.
도 24는 본 개시의 일 실시예에 따른 메타물질 렌즈를 이용하여 단계적으로 빔 폭을 조절하는 방법의 예시를 도시한다. 도 24는 상술된 도 23에 도시된 실시예에 따라 메타물질 렌즈를 통과한 최종 빔 폭과, 빔 이득이 조절되는 예시를 도시한다.
도 24를 참조하면, 빔 폭이 좁아질수록 전송 가능한 빔의 최대 도달 거리는 증가할 수 있다. 이에 따라, 도 24의 실시예에서 제안되는 기법은 다음과 같다. 예를 들어, 기지국이 초기에 동기 신호(예: SSB)를 전송할 때는, 가급적 넓은 범위의 빔을 이용하여 단말에게 동기 신호를 전송할 수 있다. 그리고, 단말이 동기 신호를 성공적으로 수신하여 기지국과 동기를 맞춘 경우, 기지국이 단말로 CSI-RS를 전송할 때에는, 앞서 동기 신호를 전송할 때 사용된 빔의 빔 폭보다 좁은 빔을 이용하여 CSI-RS를 단말로 전송할 수 있다. 그리고, 기지국은 단말로 전송한 하향링크 신호(예: CSI-RS)에 대한 CSI 피드백을 수신할 수 있다.
예를 들어, 도 24에서, 기지국은 제1 단계(2410) 단계에서, 메타물질 렌즈 부(2401)를 조절함으로써 제1 빔 폭(2415)을 갖는 빔을 생성할 수 있다. 그리고, 기지국은 제1 빔 폭(2415)을 갖는 빔을 이용하여 단말로 하향링크 신호를 전송할 수 있다. 하향링크 신호에 대한 채널 상태 피드백을 수신한 기지국은 제2 단계(2420)에서, 메타물질 렌즈 부(2401)를 조절함으로써 빔 폭을 제1 빔 폭(2415)에서 제2 빔 폭(2425)로 줄일 수 있다. 그리고, 기지국은 제2 빔 폭(2425)을 갖는 빔을 이용하여 단말로 하향링크 신호를 전송할 수 있다. 하향링크 신호에 대한 채널 상태 피드백을 수신한 기지국은 제3 단계(2430)에서, 메타물질 렌즈 부(2401)를 조절함으로써 빔 폭을 제2 빔 폭(2425)에서 제3 빔 폭(2435)으로 줄일 수 있다.
일 실시예에서, 단말이 이동성이 높아 채널 상태가 자주 변경되는 경우, 빔 폭이 줄어들면 기지국이 단말로 전송하는 빔의 범위를 벗어날 수 있으므로, 하향링크 신호 전송을 위한 채널 상태가 나빠질 수 있다. 이와 같은 상황에서 단말로부터 CSI 피드백을 수신한 경우, 기지국은 다시 빔 폭이 큰 신호를 이용하여 하이브리드 빔포밍 또는 메타물질 빔 포밍을 수행함으로써 빔을 조절할 수 있다. 빔을 조절하는 과정은 동기 신호 및 CSI-RS와 같은 하향링크 신호 전송을 통해서 기지국이 판단할 수 있다. 상술된 바와 같이 빔 폭, 빔 세기 또는 빔 각도 조절과 같은 빔 속성 조절이 수행되는 경우, 기지국은 주변 노이즈를 감소시킬 수 있고, SINR 성능이 향상되어 종합적인 시스템 성능이 향상될 수 있다. 이하, 도 25 및 도 26은 상술된 실시예들을 수행하기 위한 기지국과 단말의 구성을 도시한다.
도 25는 본 개시의 일 실시예에 따른 기지국의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 25에 도시되는 바와 같이, 본 개시의 기지국은 프로세서(2530), 송수신부(2510), 메모리(2520)를 포함할 수 있다. 다만 기지국의 구성 요소가 전술한 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 기지국은 전술한 구성 요소보다 더 많은 구성 요소를 포함하거나 더 적은 구성 요소를 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 프로세서(2530), 송수신부(2510) 및 메모리(2520)가 하나의 칩(Chip) 형태로 구현될 수도 있다.
프로세서(2530)는 상술한 본 개시의 실시예에 따라 기지국이 동작할 수 있도록 일련의 과정을 제어할 수 있다. 예를 들면, 본 개시의 실시예에 따르는 무선 통신 시스템에서 2단계 안테나 구조를 이용한 빔 관리 방법을 수행하도록 기지국의 구성요소들을 제어할 수 있다.
송수신부(2510)는 단말과 신호를 송수신할 수 있다. 단말과 송수신하는 신호는 제어 정보와, 데이터를 포함할 수 있다. 송수신부(2510)는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF 송신기와, 수신되는 신호를 저 잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신기 등으로 구성될 수 있다. 다만, 이는 송수신부(2510)는 일 실시예일뿐이며, 송수신부(2510)의 구성요소가 RF 송신기 및 RF 수신기에 한정되는 것은 아니다. 또한, 송수신부(2510)는 무선 채널을 통해 신호를 수신하여 프로세서(2530)로 출력하고, 프로세서(2530)로부터 출력된 신호를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다. 프로세서(2530)는 복수 개일 수 있으며, 프로세서(2530)는 메모리(2520)에 저장된 프로그램을 실행함으로써 전술한 본 개시의 무선 통신 시스템에서 2단계 안테나 구조를 이용하여 빔을 관리하는 방법을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 메모리(2520)는 기지국의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 메모리(2520)는 기지국이 송수신하는 신호에 포함된 제어 정보 또는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(2520)는 롬(ROM), 램(RAM), 하드디스크, CD-ROM 및 DVD 등과 같은 저장 매체 또는 저장 매체들의 조합으로 구성될 수 있다. 또한, 메모리(2520)는 복수 개일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 메모리(2520)는 전술한 본 개시의 실시예들인 무선 통신 시스템에서 2단계 안테나 구조를 이용하여 빔을 관리하는 방법을 수행하기 위한 프로그램을 저장할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 6에서 기지국의 송수신부(600)에 메타물질 부(610) 및 안테나 부(620)가 포함되고, 메타물질 부(610)는 메타물질 렌즈 부(611) 및 메타물질 렌즈 제어부(612)를 포함하는 것으로 도시되었다. 다만, 메타물질 렌즈 제어부(612)는 기지국의 프로세서(2530) 또는 송수신부(2510)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 메타물질 렌즈 제어부(612)는 기지국의 프로세서(2530)에만 포함되거나, 기지국의 송수신부(2510)에만 포함되거나, 일부 기능이 분할되어 기지국의 프로세서(2530) 및 송수신부(2510)에 분산되어 포함될 수 있다.
도 26은 본 개시의 일 실시예에 따른 단말의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 26에 도시되는 바와 같이, 본 개시의 단말은 프로세서(2630), 송수신부(2610), 메모리(2620)를 포함할 수 있다. 다만 단말의 구성 요소가 전술한 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 단말은 전술한 구성 요소보다 더 많은 구성 요소를 포함하거나 더 적은 구성 요소를 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 프로세서(2630), 송수신부(2610) 및 메모리(2620)가 하나의 칩(Chip) 형태로 구현될 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(2630)는 상술한 본 개시의 실시예에 따라 단말이 동작할 수 있는 일련의 과정을 제어할 수 있다. 예를 들면, 본 개시의 실시예에 따르는 무선 통신 시스템에서 2단계 안테나 구조를 이용한 빔 관리 방법을 수행하도록 단말의 구성요소들을 제어할 수 있다. 프로세서(2630)는 복수 개일 수 있으며, 프로세서(2630)는 메모리(2620)에 저장된 프로그램을 실행함으로써 전술한 본 개시의 2 단계 안테나 구조를 이용한 빔 관리 동작을 수행할 수 있다.
송수신부(2610)는 기지국과 신호를 송수신할 수 있다. 기지국과 송수신하는 신호는 제어 정보와, 데이터를 포함할 수 있다. 송수신부(2610)는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF 송신기와, 수신되는 신호를 저 잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신기 등으로 구성될 수 있다. 다만, 이는 송수신부(2610)는 일 실시예일뿐이며, 송수신부(2610)의 구성요소가 RF 송신기 및 RF 수신기에 한정되는 것은 아니다. 또한, 송수신부(2610)는 무선 채널을 통해 신호를 수신하여 프로세서(2630)로 출력하고, 프로세서(2630)로부터 출력된 신호를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 메모리(2620)는 단말의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 메모리(2620)는 단말이 송수신하는 신호에 포함된 제어 정보 또는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(2620)는 롬(ROM), 램(RAM), 하드디스크, CD-ROM 및 DVD 등과 같은 저장 매체 또는 저장 매체들의 조합으로 구성될 수 있다. 또한, 메모리(2620)는 복수 개일 수 있다 일 실시예에 따르면, 메모리(2620)는 전술한 본 개시의 실시예들인 무선 통신 시스템에서 2단계 안테나 구조를 이용한 빔 관리 동작을 수행하기 위한 프로그램을 저장할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 6에서 단말의 송수신부(600)에 메타물질 부(610) 및 안테나 부(620)가 포함되고, 메타물질 부(610)는 메타물질 렌즈 부(611) 및 메타물질 렌즈 제어부(612)를 포함하는 것으로 도시되었다. 다만, 메타물질 렌즈 제어부(612)는 단말의 프로세서(2630) 또는 송수신부(2610)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 메타물질 렌즈 제어부(612)는 기지국의 프로세서(2630)에만 포함되거나, 기지국의 송수신부(2610)에만 포함되거나, 일부 기능이 분할되어 기지국의 프로세서(2630) 및 송수신부(2610)에 분산되어 포함될 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 발명의 설명에 기재된 실시예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 또는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 또는 컴퓨터 프로그램 제품에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(ROM: Read Only Memory), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(CD-ROM: Compact Disc-ROM), 디지털 다목적 디스크(DVDs: Digital Versatile Discs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(Local Area Network), WLAN(Wide LAN), 또는 SAN(Storage Area Network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크 상의 별도의 저장 장치가 본 개시의 실시예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
본 개시에서, 용어 "컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)" 또는 "컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(computer readable medium)"는 메모리, 하드 디스크 드라이브에 설치된 하드 디스크, 및 신호 등의 매체를 전체적으로 지칭하기 위해 사용된다. 이들 "컴퓨터 프로그램 제품" 또는 "컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체"는 본 개시에 따른, 안테나 부에서 하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming)을 통해 제1 빔을 생성하고, 생성된 제1 빔을 메타물질 렌즈 부로 전송하고, 메타물질 렌즈 제어부에서 생성된 제어 신호에 기초하여 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 제1 빔으로부터 제2 빔을 생성하고, 생성된 제2 빔을 이용하여, 단말로 하향링크 신호를 전송하는 방법에 제공하는 수단이다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시예들에서, 본 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (22)

  1. 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 기지국에 있어서,
    송수신부; 및
    적어도 하나의 프로세서;를 포함하고,
    상기 송수신부는, 안테나 부 및 메타물질 부를 포함하고,
    상기 메타물질 부는, 메타물질 렌즈 부 및 메타물질 렌즈 제어부를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 안테나 부에서 하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming)을 통해 제1 빔을 생성하고,
    상기 생성된 제1 빔을 상기 메타물질 렌즈 부로 전송하고,
    상기 메타물질 렌즈 제어부에서 생성된 제어 신호에 기초하여 상기 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 상기 제1 빔으로부터 제2 빔을 생성하고,
    상기 생성된 제2 빔을 이용하여, 단말로 하향링크 신호를 전송하는 기지국.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 신호는, 상기 메타물질 렌즈 제어부에 의해, 상기 제1 빔의 빔 속성에 대한 정보에 기초하여 생성되고,
    상기 빔 속성에 대한 정보는, 빔의 세기, 빔의 방향 또는 빔 폭 중 적어도 하나에 대한 정보를 포함하고,
    상기 제2 빔은, 상기 제1 빔으로부터 상기 빔 속성이 변경된 빔인 기지국.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메타물질 렌즈 부는, 복수의 메타물질 요소들을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 제어 신호에 기초하여, 상기 메타물질 렌즈 부에 포함된 상기 복수의 메타물질 요소들의 물리적 속성을 조절하고,
    상기 물리적 속성이 조절된 복수의 메타물질 요소들 각각에 입사된 상기 제1 빔의 위상 차를 결정하고,
    상기 결정된 위상 차에 기초하여, 상기 메타물질 렌즈 부에서 상기 제1 빔을 재 방사함으로써, 상기 제2 빔을 생성하는 기지국
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 빔포밍을 통해 생성된 제1 빔은, 적어도 하나의 빔 그룹을 포함하고,
    상기 제1 빔으로부터 생성된 상기 제2 빔은, 상기 제1 빔에 포함된 적어도 하나의 빔 그룹 각각에 대응하는 복수의 빔들을 포함하는 기지국.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 빔에 포함된 적어도 하나의 빔 그룹은, 제1 빔 그룹 및 제2 빔 그룹을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 메타물질 렌즈 제어부에서 생성된 제어 신호에 기초하여 상기 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 상기 복수의 빔들 중 상기 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들을 생성하고,
    상기 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들을 이용하여 빔 스위핑(beam sweeping)을 수행함으로써, 상기 하향링크 신호를 전송하는 기지국.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 메타물질 렌즈 제어부에서 생성된 제어 신호에 기초하여 상기 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 상기 복수의 빔들 중 상기 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들을 생성하고,
    상기 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들을 이용하여 빔 스위핑을 수행함으로써, 상기 하향링크 신호를 전송하는 기지국.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 빔에 포함된 적어도 하나의 빔 그룹은, 제1 빔 그룹 및 제2 빔 그룹을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제1 인덱스의 빔 및 상기 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제1 인덱스의 빔을 생성하고,
    상기 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제1 인덱스의 빔 및 상기 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제1 인덱스의 빔을 이용하여, 상기 하향링크 신호를 전송하는 기지국.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 메타물질 렌즈 제어부에서 생성된 제어 신호에 기초하여 상기 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 상기 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제2 인덱스의 빔 및 상기 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제2 인덱스의 빔을 생성하고,
    상기 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제2 인덱스의 빔 및 상기 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제2 인덱스의 빔을 이용하여, 상기 하향링크 신호를 전송하는 기지국.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 인덱스의 빔은,
    상기 제1 인덱스의 빔의 생성에 대응하여, 상기 메타물질 렌즈 제어부에서 생성된 제어 신호가 상기 메타물질 렌즈 부로 전송된 이후, 미리 결정된 기간 이후에 생성되는 기지국.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 단말로부터 상기 하향링크 신호에 대한 응답을 수신하고,
    상기 수신된 응답에 기초하여, 상기 제1 빔에 포함된 적어도 하나의 빔 그룹을 선택하고,
    상기 선택된 적어도 하나의 빔 그룹에 대응하는 빔들을 이용하여, 상기 단말로 하향링크 신호를 전송하는 기지국.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 단말로부터 상기 하향링크 신호에 대한 응답을 수신하고,
    상기 수신된 응답에 기초하여, 상기 안테나 부 또는 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 상기 제2 빔의 빔 폭을 조절하는 기지국.
  12. 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 기지국의 동작 방법에 있어서
    안테나 부에서 하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming)을 통해 제1 빔을 생성하는 단계;
    상기 생성된 제1 빔을 메타물질 렌즈 부로 전송하는 단계;
    메타물질 렌즈 제어부에서 생성된 제어 신호에 기초하여 상기 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 상기 제1 빔으로부터 제2 빔을 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 제2 빔을 이용하여, 단말로 하향링크 신호를 전송하는 단계; 를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어 신호는, 상기 메타물질 렌즈 제어부에 의해, 상기 제1 빔의 빔 속성에 대한 정보에 기초하여 생성되고,
    상기 빔 속성에 대한 정보는, 빔의 세기, 빔의 방향 또는 빔 폭 중 적어도 하나에 대한 정보를 포함하고,
    상기 제2 빔은, 상기 제1 빔으로부터 상기 빔 속성이 변경된 빔인 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 메타물질 렌즈 부는, 복수의 메타물질 요소들을 포함하고,
    상기 제어 신호에 기초하여 상기 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 상기 제1 빔으로부터 상기 제2 빔을 생성하는 단계는,
    상기 제어 신호에 기초하여, 상기 메타물질 렌즈 부에 포함된 상기 복수의 메타물질 요소들의 물리적 속성을 조절하는 단계;
    상기 물리적 속성이 조절된 복수의 메타물질 요소들 각각에 입사된 상기 제1 빔의 위상 차를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 위상 차에 기초하여, 상기 메타물질 렌즈 부에서 상기 제1 빔을 재 방사함으로써, 상기 제2 빔을 생성하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 하이브리드 빔포밍을 통해 생성된 제1 빔은, 적어도 하나의 빔 그룹을 포함하고,
    상기 제1 빔으로부터 생성된 상기 제2 빔은, 상기 제1 빔에 포함된 적어도 하나의 빔 그룹 각각에 대응하는 복수의 빔들을 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 빔에 포함된 적어도 하나의 빔 그룹은, 제1 빔 그룹 및 제2 빔 그룹을 포함하고,
    상기 제1 빔으로부터 상기 제2 빔을 생성하는 단계는,
    상기 메타물질 렌즈 제어부에서 생성된 제어 신호에 기초하여 상기 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 상기 복수의 빔들 중 상기 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들을 생성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 하향링크 신호를 전송하는 단계는,
    상기 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들을 이용하여 빔 스위핑(beam sweeping)을 수행함으로써, 상기 하향링크 신호를 전송하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 빔으로부터 상기 제2 빔을 생성하는 단계는,
    상기 메타물질 렌즈 제어부에서 생성된 제어 신호에 기초하여 상기 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 상기 복수의 빔들 중 상기 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들을 생성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 하향링크 신호를 전송하는 단계는,
    상기 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들을 이용하여 빔 스위핑을 수행함으로써, 상기 하향링크 신호를 전송하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 빔에 포함된 적어도 하나의 빔 그룹은, 제1 빔 그룹 및 제2 빔 그룹을 포함하고,
    상기 제1 빔으로부터 상기 제2 빔을 생성하는 단계는,
    상기 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제1 인덱스의 빔 및 상기 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제1 인덱스의 빔을 생성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 하향링크 신호를 전송하는 단계는,
    상기 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제1 인덱스의 빔 및 상기 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제1 인덱스의 빔을 이용하여, 상기 하향링크 신호를 전송하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 빔으로부터 상기 제2 빔을 생성하는 단계는,
    상기 메타물질 렌즈 제어부에서 생성된 제어 신호에 기초하여 상기 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 상기 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제2 인덱스의 빔 및 상기 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제2 인덱스의 빔을 생성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 하향링크 신호를 전송하는 단계는,
    상기 제1 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제2 인덱스의 빔 및 상기 제2 빔 그룹에 대응하는 빔들의 제2 인덱스의 빔을 이용하여, 상기 하향링크 신호를 전송하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 인덱스의 빔은,
    상기 제1 인덱스의 빔의 생성에 대응하여, 상기 메타물질 렌즈 제어부에서 생성된 제어 신호가 상기 메타물질 렌즈 부로 전송된 이후, 미리 결정된 기간 이후에 생성되는 방법.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 단말로부터 상기 하향링크 신호에 대한 응답을 수신하는 단계;
    상기 수신된 응답에 기초하여, 상기 제1 빔에 포함된 적어도 하나의 빔 그룹을 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 적어도 하나의 빔 그룹에 대응하는 빔들을 이용하여, 상기 단말로 하향링크 신호를 전송하는 단계;
    를 더 포함하는 방법.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 단말로부터 상기 하향링크 신호에 대한 응답을 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 응답에 기초하여, 상기 안테나 부 또는 메타물질 렌즈 부를 조절함으로써, 상기 제2 빔의 빔 폭을 조절하는 단계;
    를 더 포함하는 방법.
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