KR20230014001A - 빔포밍 코드북을 이용한 빔 탐색 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 다양한 실시예에 따른 방법은, 빔포밍 코드북을 이용한 빔 탐색을 지원하는 기지국의 방법에 있어서, 복수의 서로 다른 빔폭들에 대응하는 복수의 코드북들을 저장하는 과정과, 사용자 기기(UE)로부터 빔 조정 요청을 수신하는 동작과, 상기 빔 조정 요청에 응답하여, 상기 복수의 코드북들 중, 상기 UE의 채널 상태에 대응하는 빔폭을 가지는 빔 커버리지들을 위한 빔 코드북들을 포함하는 코드북을 결정하는 과정과, 상기 코드북의 상기 디지털 빔포밍 매트릭스들을 이용하여 복수의 송신 빔들을 통해 상기 UE에 대한 빔 탐색을 위한 신호들을 송신하는 과정을 포함할 수 있다.

Description

빔포밍 코드북을 이용한 빔 탐색 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR BEAM TRAINING USING BEAMFORMING CODEBOOK}
본 개시의 다양한 실시예들은, 빔 탐색을 위한 코드북 및 설계를 제공하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 통신 세대를 거듭하면서 발전한 과정을 돌아보면 음성, 멀티미디어, 데이터 등 주로 인간 대상의 서비스를 위한 기술이 개발되어 왔다. 5G (5th-generation) 통신 시스템 상용화 이후 폭발적인 증가 추세에 있는 커넥티드 기기들이 통신 네트워크에 연결될 것으로 전망되고 있다. 네트워크에 연결된 사물의 예로는 차량, 로봇, 드론, 가전제품, 디스플레이, 각종 인프라에 설치된 스마트 센서, 건설기계, 공장 장비 등이 있을 수 있다. 모바일 기기는 증강현실 안경, 가상현실 헤드셋, 홀로그램 기기 등 다양한 폼팩터로 진화할 것으로 예상된다. 6G (6th-generation) 시대에는 수천억 개의 기기 및 사물을 연결하여 다양한 서비스를 제공하기 위해, 개선된 6G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 6G 통신 시스템은 5G 통신 이후 (beyond 5G) 시스템이라 불리어지고 있다.
2030년쯤 실현될 것으로 예측되는 6G 통신 시스템에서 최대 전송 속도는 테라 (즉, 1,000기가) bps, 무선 지연시간은 100마이크로초(μsec) 이다. 즉, 5G 통신 시스템대비 6G 통신 시스템에서의 전송 속도는 50배 빨라지고 무선 지연시간은 10분의 1로 줄어든다.
이러한 높은 데이터 전송 속도 및 초저(ultra low) 지연시간을 달성하기 위해, 6G 통신 시스템은 테라헤르츠(terahertz) 대역 (예를 들어, 95기가헤르츠(95GHz)에서 3테라헤르츠(3THz)대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 테라헤르츠 대역에서는 5G에서 도입된 밀리미터파(mmWave) 대역에 비해 더 심각한 경로손실 및 대기흡수 현상으로 인해서 신호 도달거리, 즉 커버리지를 보장할 수 있는 기술의 중요성이 더 커질 것으로 예상된다. 커버리지를 보장하기 위한 주요 기술로서 RF(radio frequency) 소자, 안테나, OFDM (orthogonal frequency division multiplexing)보다 커버리지 측면에서 더 우수한 신규 파형(waveform), 빔포밍(beamforming) 및 거대 배열 다중 입출력(massive multiple-input and multiple-output; massive MIMO), 전차원 다중 입출력(full dimensional MIMO; FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 대규모 안테나(large scale antenna)와 같은 다중 안테나 전송 기술 등이 개발되어야 한다. 이 외에도 테라헤르츠 대역 신호의 커버리지를 개선하기 위해 메타물질(metamaterial) 기반 렌즈 및 안테나, OAM(orbital angular momentum)을 이용한 고차원 공간 다중화 기술, RIS(reconfigurable intelligent surface) 등 새로운 기술들이 논의되고 있다.
또한 주파수 효율 향상 및 시스템 네트워크 개선을 위해, 6G 통신 시스템에서는 상향링크(uplink)와 하향링크(downlink)가 동일 시간에 동일 주파수 자원을 동시에 활용하는 전이중화(full duplex) 기술, 위성(satellite) 및 HAPS(high-altitude platform stations)등을 통합적으로 활용하는 네트워크 기술, 이동 기지국 등을 지원하고 네트워크 운영 최적화 및 자동화 등을 가능하게 하는 네트워크 구조 혁신 기술, 스펙트럼 사용 예측에 기초한 충돌 회피를 통한 동적 주파수 공유 (dynamic spectrum sharing) 기술, AI (artificial intelligence)를 설계 단계에서부터 활용하고 종단간(end-to-end) AI 지원 기능을 내재화하여 시스템 최적화를 실현하는 AI 기반 통신 기술, 단말 연산 능력의 한계를 넘어서는 복잡도의 서비스를 초고성능 통신과 컴퓨팅 자원(mobile edge computing (MEC), 클라우드 등)을 활용하여 실현하는 차세대 분산 컴퓨팅 기술 등의 개발이 이루어지고 있다. 뿐만 아니라 6G 통신 시스템에서 이용될 새로운 프로토콜의 설계, 하드웨어 기반의 보안 환경의 구현 및 데이터의 안전 활용을 위한 메커니즘 개발 및 프라이버시 유지 방법에 관한 기술 개발을 통해 디바이스 간의 연결성을 더 강화하고, 네트워크를 더 최적화하고, 네트워크 엔티티의 소프트웨어화를 촉진하며, 무선 통신의 개방성을 높이려는 시도가 계속되고 있다.
이러한 6G 통신 시스템의 연구 및 개발로 인해, 사물 간의 연결뿐만 아니라 사람과사물 간의 연결까지 모두 포함하는 6G 통신 시스템의 초연결성(hyper-connectivity)을 통해 새로운 차원의 초연결 경험(the next hyper-connected experience)이 가능해질 것으로 기대된다. 구체적으로 6G 통신 시스템을 통해 초실감 확장 현실(truly immersive extended reality; truly immersive XR), 고정밀 모바일 홀로그램(high-fidelity mobile hologram), 디지털 복제(digital replica) 등의 서비스 제공이 가능할 것으로 전망된다. 또한 보안 및 신뢰도 증진을 통한 원격 수술(remote surgery), 산업 자동화(industrial automation) 및 비상 응답(emergency response)과 같은 서비스가 6G 통신 시스템을 통해 제공됨으로써 산업, 의료, 자동차, 가전 등 다양한 분야에서 응용될 것이다.
LTE(Long Term Evolution)와 같은 4G(4th generation) 이후 개발된 NR(new Radio)와 같은 5G(5th generation) 통신 시스템의 표준 규격은 4G의 셀룰러 대역 (예를 들어 450MHz~6GHz) 뿐만 아니라 밀리미터파(Millimeter wave) 대역(예를 들어 24.25 ~ 52.6GHz)에 대한 지원을 포함하고 있다. 5G는 보다 높은 중심 주파수를 활용하며 사용 대역을 넓혀, 데이터 전송률을 증가시키고 빔포밍을 통해 공간 자원의 활용을 높일 수 있다. post-5G 및 6G 통신 시스템에서는 다양한 시나리오와 고도화된 요구사항을 지원하기 위해 Sub-THz (sub-Terahertz) 또는 THz 등의 대역을 활용할 것을 고려하고 있으며 이로 인해 THz의 채널 특성을 고려한 요소기술 및 공간 자원의 활용을 극대화할 수 있는 빔포밍의 중요성은 더욱 커지고 있다.
sub-THz나 THz와 같이 고주파수 대역에서는 더 낮은 주파수 대역에 비해 안테나의 수를 많이 사용할 수 있고, 빔 이득을 위해 많은 수의 안테나를 사용할 수 있다. 이로 인해 sub-THz나 THz에서는 빔폭이 감소하게 되고 넓은 빔폭의 빔을 운용하지 못하는 한계를 가질 수 있다. 상기와 같은 한계를 극복하고 빔폭을 바꾸어 빔 커버리지를 지원하기 위해 서브-어레이 기반의 빔 탐색 기법들이 연구되어 왔다. 이와 더불어 다양한 빔폭의 빔을 생성하여 빔 탐색 오버헤드를 줄이고자 하는 하이브리드 프리코딩 기반의 빔포밍 및 빔 탐색 기법들이 연구되어 왔다.
안테나 수와 상관없이 다양한 빔폭의 빔들을 생성하는 종래 기술들을 통해 코드북을 생성하는 시스템에서는, 목표로 하는 빔 커버리지 내에서 빔 이득의 불균형 현상이 나타날 수 있다. 빔 이득의 불균형 현상이란, 빔 커버리지 내에 빔 이득(beam gain)이 일정하지 못한 것을 말하며, 이로 인해 최소 빔 이득(minimum beam gain)이 열화되어 빔 탐색 성능이 저하될 수 있다. 이러한 빔 불균형 현상을 빔 변동(beam fluctuation)라고 칭할 수 있다. 안테나의 수가 증가함에 따라 심화되는 빔 변동으로 인해, 고주파수 대역에서는 빔폭을 바꾸며 빔들을 운용하기 어려울 수 있다. 이로 인해 안테나 수가 증가함에 따라 빔 탐색 오버헤드가 증가할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 방법 및 장치는 빔 변동을 완화하고 다양한 빔폭의 빔들을 생성하는 코드북을 제공할 수 있으며, 다양한 빔폭의 빔들을 생성할 때 나타나는 빔 변동을 완화할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 빔포밍 코드북을 이용한 빔 탐색을 지원하는 기지국의 방법은, 복수의 서로 다른 빔폭들에 대응하는 복수의 코드북들을 저장하는 과정과, 사용자 기기(UE)로부터 빔 조정 요청을 수신하는 동작과, 상기 빔 조정 요청에 응답하여, 상기 복수의 코드북들 중, 상기 UE의 채널 상태에 대응하는 빔폭을 가지는 빔 커버리지들을 위한 빔 코드북들을 포함하는 코드북을 결정하는 과정과, 상기 코드북의 상기 디지털 빔포밍 매트릭스들을 이용하여 복수의 송신 빔들을 통해 상기 UE에 대한 빔 탐색을 위한 신호들을 송신하는 과정을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 빔포밍 코드북을 이용한 빔 탐색을 수행하는 사용자 기기(UE)의 방법은, 복수의 서로 다른 빔폭들에 대응하는 복수의 코드북들을 저장하는 과정과, 기지국으로 빔 조정 요청을 전송하는 동작과, 상기 빔 조정 요청에 기반하여, 상기 복수의 코드북들 중, 상기 UE의 채널 상태에 대응하는 빔폭을 가지는 빔 커버리지들을 위한 빔 코드북들을 포함하는 코드북을 결정하는 과정과, 상기 코드북의 상기 디지털 빔포밍 매트릭스들을 이용하여 상기 기지국으로부터 복수의 송신 빔들을 통해 송신되는 신호들에 대한 빔 탐색을 수행하는 과정을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 빔포밍 코드북을 이용한 빔 탐색을 지원하는 기지국의 장치는, 송수신부와, 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 복수의 서로 다른 빔폭들에 대응하는 복수의 코드북들을 저장하는 동작과, 사용자 기기(UE)로부터 빔 조정 요청을 수신하는 동작과, 상기 빔 조정 요청에 응답하여, 상기 복수의 코드북들 중, 상기 UE의 채널 상태에 대응하는 빔폭을 가지는 빔 커버리지들을 위한 빔 코드북들을 포함하는 코드북을 결정하는 동작과, 상기 코드북의 상기 디지털 빔포밍 매트릭스들을 이용하여 복수의 송신 빔들을 통해 상기 UE에 대한 빔 탐색을 위한 신호들을 송신하는 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 빔포밍 코드북을 이용한 빔 탐색을 수행하는 사용자 기기(UE)의 장치는, 송수신부와, 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 복수의 서로 다른 빔폭들에 대응하는 복수의 코드북들을 저장하는 동작과, 기지국으로 빔 조정 요청을 전송하는 동작과, 상기 빔 조정 요청에 기반하여, 상기 복수의 코드북들 중, 상기 UE의 채널 상태에 대응하는 빔폭을 가지는 빔 커버리지들을 위한 빔 코드북들을 포함하는 코드북을 결정하는 동작과, 상기 코드북의 상기 디지털 빔포밍 매트릭스들을 이용하여 상기 기지국으로부터 복수의 송신 빔들을 통해 송신되는 신호들에 대한 빔 탐색을 수행하는 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, sub-THz 또는 THz 통신 시스템에서 빔 커버리지 내 빔 이득의 불균형을 완화하는 빔 탐색을 위한 코드북을 설계하고 상기한 코드북을 기반으로 하는 빔 탐색 기법을 제공함으로써 종래 기술의 코드북 및 빔 탐색에 비해 보다 효율적이면서도 정확하게 빔 탐색 및 빔포밍 통신을 수행할 수 있다.
다양한 실시예들에 따라서, 빔 탐색 오버헤드를 감소시켜, sub-THz 및 THz에서의 빔 탐색의 효율성과 정확도를 높일 수 있다.
도 1a는 본 개시의 일 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 구조를 포함하는 송신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1b는 본 개시의 일 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 구조를 포함하는 수신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 아날로그 빔포밍 기반의 코드북을 사용하는 경우의 빔 변동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 본 개시의 실시예들 및 종래 기술들에 의한 빔 이득들을 비교한 것이다.
도 4는 본 개시의 실시예 및 종래 기술들에 의한 빔 이득들을 빔 커버리지 인덱스에 따라 비교한 것이다.
도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 본 개시의 실시예들에 따른 유동적 빔 탐색을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 실시예들에 따른 유동적 빔 탐색을 위한 셀별 빔 조정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 개시의 실시예들에 따른 유동적 빔 탐색을 위한 사용자별 빔 조정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a는 본 개시의 실시예들에 따른 빔 탐색을 지원하는 기지국의 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 8b는 본 개시의 실시예들에 따른 빔 탐색을 수행하는 단말의 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 개시의 실시예들에 따라 빔 조정 요청(BAR)의 전송에 따른 빔 탐색 절차를 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 개시의 실시예들에 따라 요구 빔 품질(DBQ)의 전송에 따른 빔 탐색 절차를 도시한 흐름도이다.
이하, 본 개시의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시예들을 설명함에 있어서 본 개시의 실시예들이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 개시의 실시예들과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 실시예들의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부된 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 개시의 실시예들의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시의 실시예들은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 개시된 실시예들은 본 개시의 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 실시예들의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시의 청구하고자 하는 범위는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭할 수 있다. 또한 본 개시의 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 그리고 후술되는 용어들은 실시예들에서의 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 개시에서, 기지국은 단말(terminal)의 자원할당을 수행하는 주체로서, gNode B, gNB, eNode B, eNB, Node B, BS (Base Station), 또는 인공 위성을 포함한 각종 무선 접속 유닛, 기지국 제어기, 또는 네트워크 상의 노드 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 기지국은 5G 시스템(NR 시스템)에서 백홀 및 접속 링크들(backhaul and access links)의 네트워크를 통해 단말(들)에게 네트워크 접속을 제공하는 gNB일 수 있다.
단말(terminal)은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), 셀룰러폰, 스마트폰, 컴퓨터, 또는 통신기능을 수행할 수 있는 멀티미디어 시스템을 포함할 수 있다. 본 개시에서 하향링크(Downlink; DL)는 기지국이 단말에게 전송하는 신호의 무선 전송경로이고, 상향링크는(Uplink; UL)는 단말이 기국에게 전송하는 신호의 무선 전송경로를 의미한다. 또한, 이하에서 LTE 또는 LTE-A 기반의 시스템을 일 예로서 설명할 수도 있지만, 유사한 기술적 배경 또는 채널형태를 갖는 여타의 통신시스템에도 본 개시의 실시예가 적용될 수 있다. 예를 들어 LTE-A 이후에 개발되는 5세대 이동통신 기술(5G, new radio, 또는 NR)이 이에 포함될 수 있으며, 이하의 5G는 기존의 LTE, LTE-A 및 유사한 다른 서비스를 포함하는 개념일 수도 있다. 또한, 본 개시는 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로써 본 개시의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 일부 변형을 통해 다른 통신시스템에도 적용될 수 있다.
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.
도 1a는 본 개시의 일 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 구조를 포함하는 송신 장치를 나타낸 블록도이다. 도시된 하이브리드 빔포밍 구조는 일 예로서 통신 시스템의 송신 장치, 예를 들어 기지국 또는 단말 내에 구현될 수 있다.
도 1a를 참조하면, 송신 장치(100)는 기저대역 프로세서(120)와, 적어도 2개의 RF 체인들(104) 및 RF 체인들(104)에 연결되는 복수의 아날로그 빔포머들(analog beamformers)(106)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, mmWave, sub-THz, 또는 THz에 대해 많은 수의 송신 안테나들(108)이 아날로그 빔포머들(106)에 연결될 수 있다. 일 실시예에서 상기 안테나들(108)은 어레이 안테나일 수 있다. 본 개시에서 상기 안테나들(108) 중 하나의 RF 체인에 연결되는 부분을 안테나 서브어레이로 칭할 수 있으며, 각 안테나 서브어레이는 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 기저대역 프로세서(120)는 기저대역 디지털 프리코더와 적어도 2개의 디지털 체인들을 포함할 수 있다. 기저대역 디지털 프리코더는 기저대역 디지털 프로세싱 벡터에 의해 송신 정보를 프리코딩할 수 있다. 프리코딩된 신호들은 일 예로서 각 디지털 체인 내에서 역 고속 퓨리에 변환(inverse fast fourier transform)과 병렬/직렬 변환(parallel to serial conversion)을 거쳐 기저대역 프로세서(120)의 출력이 될 수 있다. 기저대역 프로세서(120)의 출력들은 일 예로서 디지털 아날로그 변환기(digital to analog converter: DAC)를 거쳐 적어도 2개의 RF 체인들(104)로 각각 전달될 수 있다.
일 실시예에서 각 RF 체인(104)는 적어도 하나의 대역 통과 필터(band pass filter), 적어도 하나의 증폭기, 적어도 하나의 감쇠기(attenuator), 및/또는 적어도 하나의 믹서를 포함하여, 동작 주파수 대역에 대응하는 RF 신호를 생성할 수 있다.
하나의 RF 체인(104)으로부터 출력되는 RF 신호는 적어도 2개의 아날로그 빔포머들(106)로 입력될 수 있다. 각 아날로그 빔포머(106)는 위상 천이기(phase shifter)와 전력 증폭기(power amplifier: PA) 및 안테나 서브어레이(antenna subarray)(108)를 포함할 수 있으며, 위상 천이기(phase shifter)의 위상 천이값을 결정하는 아날로그 빔포밍 매트릭스에 의해 빔포밍된 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에서 상기 안테나 서브어레이(108)는 등간격 선형 어레이(uniform linear array) 구조로 구성될 수 있다. THz 주파수 대역에서 각 RF 체인에 대응하는 안테나 서브어레이(108)는 많은 수의 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
도 1b는 본 개시의 일 실시예에 따른 하이브리드 빔포밍 구조를 포함하는 수신 장치를 나타낸 블록도이다. 도시된 하이브리드 빔포밍 구조는 일 예로서 통신 시스템의 송신 장치, 예를 들어 단말 또는 기지국 내에 구현될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 수신 장치(110)는 복수의 아날로그 빔포머들(114)과 아날로그 빔포머들(114)에 연결되는 복수의 RF 체인들 및 기저대역 디지털 컴바이너(baseband digital combiner)(118)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 mmWave, sub-THz, 또는 THz에 대해 많은 수의 수신 안테나들(112)이 아날로그 빔포머들(114)에 연결될 수 있다. 일 실시예에서 상기 안테나들(112)은 어레이 안테나일 수 있다. 본 개시에서 상기 안테나들(112) 중 하나의 RF 체인에 연결되는 부분을 안테나 서브어레이로 칭할 수 있으며, 각 안테나 서브어레이는 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 아날로그 빔포머들(114)은 각각 안테나 서브어레이(112)와 저잡음 증폭기(low noise amplifier: LNA) 및 위상 천이기를 포함하며, 송신 장치(예를 들어 도 1a의 송신 장치(100))에서 사용될 수 있는 아날로그 빔포밍 매트릭스에 의해 위상 천이기의 위상 천이값을 제어함에 의해 복수의 수신 빔 커버리지들을 형성할 수 있다. RF 체인들(116)은 적어도 하나의 대역 통과 필터(band pass filter), 적어도 하나의 증폭기, 적어도 하나의 감쇠기(attenuator), 및/또는 적어도 하나의 믹서를 포함하여, 아날로그 빔포머들(114)로부터 입력되는 RF 신호들을 기저대역 신호들로 변환할 수 있다.
기저대역 신호들은 일 예로서 아날로그 디지털 변환기(analog to digital converter: ADC)를 거쳐 기저대역 디지털 컴바이너(118)로 전달될 수 있다. 기저대역 디지털 컴바이너(118)는 송신 장치(예를 들어 도 1a의 송신 장치(100))에서 사용될 수 있는 기저대역 디지털 프로세싱 벡터에 의해 기저대역 신호들을 결합하여 송신 정보를 복구할 수 있다.
이하의 설명에서 "빔", "빔 커버리지", "빔 코드워드" 및 "빔포밍 벡터"는 혼용되어 사용될 수 있다.
이동통신 시스템에서 공간 자원을 활용하기 위한 빔포밍 기술은 단말과 기지국 사이의 채널 및 적절한 빔을 탐색하는 빔 탐색을 필요로 한다. LTE 또는 NR와 같은 통신 시스템에서는 아날로그 빔들을 활용해 빔 탐색을 수행할 수 있다. 아날로그 빔들을 활용하는 시스템에서는 안테나 수에 따라 빔폭이 하기 <수학식 1>과 같이 결정될 수 있다. 여기서
Figure pat00001
는 3dB 빔폭을 의미하며 N은 송신 안테나의 수를 의미한다.
Figure pat00002
하이브리드 프리코딩을 위한 코드북은 over-complete dictionary 빔 이득들을 기반으로 한다. 이 때 over-complete dictionary 빔 이득 벡터는 1 또는 0의 크기를 가지도록 직관적으로 생성될 수 있다. 하기 <수학식 2>는 m 번째 빔 커버리지를 위한 over-complete dictionary 빔 이득 벡터 gm을 구성하는 k번째 엘리먼트를 나타낸 것이다.
Figure pat00003
여기서 Im은 m번째 빔 커버리지를 의미하며, vm은 m 번째 빔 커버리지를 형성하기 위한 빔 코드워드(즉 빔포밍 벡터)를 의미한다. 즉 송신 장치의 전체 서비스 커버리지는 M개의 빔 커버리지로 나뉘어지며, 각각의 빔 커버리지는 해당하는 빔에 의해 커버되는 영역을 의미할 수 있다. 여기서 G(vm,
Figure pat00004
)는 빔포밍 벡터 vm을 사용하는 경우
Figure pat00005
에 대한 빔 이득을 의미하며, gm(.)은 G()를 포함하는 벡터를 의미하며, G(vm,
Figure pat00006
)은 gm()의 k번째 성분이 된다.
Figure pat00007
는 over-sampled AoDs(Angles of departure) 중 k번째 AoD를 의미하는 것이다. 일 예로 [0도, 180도] 범위 내일 수 있는 각 빔 커버리지는 K개의 AoD로 샘플링되며, 각 샘플된 AoD는 하기 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00008
따라서, m 번째 빔 커버리지를 형성하기 위한 빔 코드워드 vm은 다음 <수학식 4>과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00009
여기서 A는 어레이 스티어링 매트릭스(array steering matrix)를 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 아날로그 빔포밍 기반의 코드북을 사용하는 경우의 빔 변동을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a에서는 GHz 주파수 대역의 빔폭(202)과 THz 주파수 대역의 빔폭(204)을 비교하여 도시하였다. 이를 참조하면, GHz 주파수 대역의 빔폭(202)과 THz 주파수 대역의 빔폭(204)는 각각 송신 안테나들의 개수에 따라 결정될 수 있다. THz 주파수 대역에서는 빔 이득을 위해 많은 수의 송신 안테나들이 사용되기 때문에, THz 주파수 대역의 빔폭(204)은 GHz 주파수 대역의 빔폭(202)에 비해 상대적으로 작고, 이에 따라 기지국(208)은 THz 주파수 대역에서 광대역 빔을 형성하기 위해 GHz 주파수 대역에 비해 더 많은 개수의 빔들을 사용하여야 하므로 THz 주파수 대역에서 빔포밍을 운용하는데 어려움을 가질 수 있다.
도 2b는 복수의 빔 커버리지들에 대해 -30도 ~ 30도 범위의 물리적 각도에서의 빔 이득을 도시한 것이다. 도시한 바와 같이 중앙(0도)에서의 빔 이득은 가장자리(예를 들어 -30도/30도)의 빔 이득에 비해 더 적으며, 목표로 하는 빔 커버리지(예를 들어 -30도 ~ 30도 범위) 내에서 최소 빔 이득의 열화 및 빔 이득의 불균형 현상(즉 빔 변동(beam fluctuation))(210)이 나타나고 있다.
개시되는 실시예들은 하이브리드 프리코딩 기반의 빔포밍에서, 빔 커버리지 내 빔 이득의 불균형 현상을 완화시키며 다양한 빔폭의 빔들을 형성할 수 있는 빔 탐색 코드북을 설계할 수 있다.
R개의 RF 체인들(예를 들어 RF 체인들(104))과 S개의 안테나 엘리먼트들로 구성된 안테나 서브어레이를 포함하는 송신 장치(예를 들어 송신 장치(100))는 전체 빔 커버리지(예를 들어 송신 장치(100)의 서비스 커버리지)를 주어진 값을 가지는 M개의 빔 커버리지들로 나누어 빔 송신을 수행할 수 있다.
빔 이득의 불균형 현상을 완화하면서 다양한 빔폭의 빔들을 형성할 수 있는, 등간격 선형 어레이(uniform linear array) 안테나를 위한 m번째 빔 커버리지에 대한 빔 코드워드는 다음 <수학식 5>와 같이 구해질 수 있다.
Figure pat00010
일 실시예에서 송신 장치(100)의 안테나 요소들의 전체 개수는 N=RS이고, 각 빔은 π/M의 커버리지를 지원할 수 있다.
상기 <수학식 5>와 같이 구해지는 vm은 m번째 빔 커버리지를 형성하기 위한 빔 코드워드이며, A는 어레이 스티어링 매트릭스를 나타내고 gm은 m번째 빔 커버리지에 대한 빔 이득 벡터를 나타낸다.
일 실시예에서 A는 하기 <수학식 6>과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00011
일 실시예서 빔 커버리지 내의 k번째 AoD (k=1, 2, ..., K)를 의미하는
Figure pat00012
는 앞서 설명한 <수학식 3>과 같이 구해질 수 있다. 어레이 스티어링 매트릭스를 구성하는 어레이 스티어링 벡터 a는 송신 안테나 개수 N과 각 AoD에 대해 다음 <수학식 7>과 같이 구해질 수 있다. 하기 <수학식 7>에서 k번째 AoD를 의미하는 아래첨자 k는 생략되었음에 유의하여야 한다.
Figure pat00013
일 실시예에서 상기 <수학식 5>에서 m번째 빔 커버리지와 k번째 AoD에 대한 빔 이득 벡터 gm은 하기 <수학식 8>과 같이 구해질 수 있다. 하기에서 위첨자 hat은 하기 빔 이득 벡터가 추정된 것임을 의미한다.
Figure pat00014
여기서 T(m)은 m번째 빔 커버리지 내에서 빔 이득의 불균형을 완화하기 위한 빔 이득 벡터의 크기 인자(amplitude factor)를 의미하며, ak는 빔 이득 벡터의 자유도를 높여주기 위한 위상 인자(phase factor)를 의미한다.
일 실시예에서 T(m)은 빔 인덱스 m 및 송신 안테나 개수 N에 대해 하기 <수학식 9>와 같이 구해질 수 있다.
Figure pat00015
일 실시예에서 ak는 k번째 AoD와 빔 인덱스 m 및 빔 커버리지 개수 M에 대해 하기 <수학식 10>과 같이 구해질 수 있다.
Figure pat00016
일 실시예에서 기지국의 셀 커버리지는 M개의 빔 커버리지로 나뉘어지며, 각각의 빔 커버리지(즉 m번째 빔 커버리지)는 해당하는 빔(즉 m번째 빔)에 의해 커버될 수 있다.
상기의 동작들을 통해 구해진 빔 코드워드 vm을 하이브리드 프리코딩 기반의 빔포밍 시스템(예를 들어 도 1a의 송신 장치(100))에서 사용하기 위하여, 기저대역 프로세서(102)를 위한 기저대역 디지털 프로세싱 벡터와 아날로그 빔포머들(106)을 위한 송신 아날로그 빔포밍 매트릭스가 구해질 수 있다.
본 개시의 실시예들에서 안테나 구조를 고려하여 m번째 빔 커버리지를 형성하기 위한 빔 코드북(다시 말해서 빔포밍 벡터) qm는 하기 <수학식 11>과 같이 구해질 수 있다.
Figure pat00017
여기서 Wm은 m번째 빔 커버리지를 형성하기 위해 아날로그 빔포머들(106)에서 사용되는 송신 아날로그 빔포밍 매트릭스를 의미하며 하기 <수학식 12>와 같이 구성될 수 있다.
Figure pat00018
하기 수학식 <12>에서 빔 인덱스 m은 생략되었다. 즉 m번째 빔 커버리지를 형성하기 위한 송신 아날로그 빔포밍 매트릭스는 R개의 RF 체인들에 각각 대응하는 R개의 송신 아날로그 빔포밍 벡터들로 구성되며, 각 송신 아날로그 빔포밍 벡터는 S개의 안테나 엘리먼트들에 대응하는 S개의 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
<수학식 11>에서 fm은 m번째 빔 커버리지를 형성하기 위해 기저대역 프로세서(102)에서 사용되는 기저대역 디지털 프로세싱 벡터를 의미하며 하기 <수학식 13>과 같이 구성될 수 있다.
Figure pat00019
하기 <수학식 13>에서 빔 인덱스 m은 생략되었다. 즉 m번째 빔 커버리지를 형성하기 위한 기저대역 디지털 프로세싱 벡터는 R개의 RF 체인들에 각각 대응하는 R개의 기저대역 디지털 프로세싱 엘리먼트들을 포함하며, 디지털 프로세서(102)로부터 출력되어 r번째 RF 체인으로 입력되는 fr은 하기 <수학식 14>와 같이 구해질 수 있다.
Figure pat00020
Figure pat00021
여기서 wr은 <수학식 12>에 나타낸 바와 같으며, [vm]x는 m번째 빔 커버리지를 위한 빔 코드워드 vm의 x번째 엘리먼트를 의미한다.
실무적인 이슈로 아날로그 빔포머들(106)은 양자화된 위상 천이기들(quantized phase shifters)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 각 위상 천이기는 양자화된 위상 천이 세트(quantized phase shift set) 중 소정 비트(일 예로서 6 비트)의 위상 천이값을 가지도록 설정될 수 있다.
따라서 양자화된 위상 천이기의 구조를 고려하여, 상기 <수학식 5>를 통해 구한 빔 코드워드의 위상을 조정하는 위상 천이 매칭 동작이 수행될 수 있다. 일 실시예에서 상기 위상 천이 매핑 동작은 하기 <수학식 15> 및 <수학식 16>에 의해 수행될 수 있다.
Figure pat00022
Figure pat00023
여기서
Figure pat00024
는 양자화된 위상 천이 세트를 의미한다.
다시 말해서 <수학식 11>의 Wm을 구성하는 송신 아날로그 빔포밍 벡터 wr은 상기 <수학식 15> 및 <수학식 16>과 같이 구해질 수 있다.
상기의 절차를 통해 구해진 빔 코드북(예를 들어 <수학식 11>)은 다양한 (N, M)에 대한 빔 탐색에 적용 가능하다. 일 실시예에서 상기한 빔 코드북은 등간격 평면 어레이(uniform planar array) 구조의 안테나 또는 3차원(3-D) 커버리지에 적용될 수 있다.
종래의 기술들은 m번째 빔 커버리지를 위한 빔 코드워드를 설계할 때 over-complete dictionary 빔 이득 벡터 gm을 예를 들어 <수학식 2>와 같이 결정한다. 본 개시의 실시예들은 빔 이득의 불균형을 완화하기 위해 빔 이득 벡터를 조절할 수 있다.
일 실시예에서, 빔 이득 벡터는 빔 커버리지 내의 빔 이득을 균등하게 만들어주고자 하기 <수학식 17>을 만족하도록 구해질 수 있다.
Figure pat00025
여기서 Gk는 각도
Figure pat00026
에 대한 빔 이득을 의미하며, U는 유틸리티 비례 공정 접근(utility proportional fairness approach)을 위한 유틸리티 함수(utility function)를 의미한다.
일 실시예에서 상기 유틸리티 함수는 로그 함수(logarithm function)가 될 수 있다. 로그 함수가 적용되는 경우 <수학식 17> 대신 하기와 같은 <수학식 18>이 사용될 수 있다.
Figure pat00027
상기 <수학식 17>을 적용함으로써, 앞서 설명한 빔 코드북이 얻어질 수 있다.
일 실시예에 따른 빔 탐색을 위한 빔 코드북은, 상기 <수학식 17>(또는 <수학식 18>)의 유틸리티 함수들의 합을 최대화하도록 구해지는 gm을 <수학식 5>에 대입함으로써 구해질 수 있다. 일 실시예에서 빔 탐색을 위한 코드북은, <수학식 5>를 통해 구해진 vm을 기반으로 실무 이슈를 고려하여 <수학식 11> 내지 <수학식 16>을 통해 구해질 수 있다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 본 개시의 실시예들 및 종래 기술들에 의한 빔 이득들을 비교한 것이다. 여기에서는 (R, S, M) = (8, 32, 16)이며, 6비트의 양자화된 위상 천이가 적용되어 있을 때의 빔 이득을 도식화한 것이다.
도 3a의 참조번호 302는 본 개시의 실시예들을 적용한 경우, 각각의 빔 커버리지들을 목표로 하는 빔 코드워드들을 활용했을 때의 각도에 따른 빔 이득 변화를 나타낸 것이다. 마찬가지로 도 3b의 참조번호 304 및 도 3c의 참조번호 306은 각각 2개의 종래 기술들을 적용한 경우, 각각의 빔 커버리지들을 목표로 하는 빔 코드워드들을 활용했을 때의 각도에 따른 빔 이득 변화를 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이 참조번호 302에 나타낸 빔 이득 변화는, 참조번호 304 및 304에 비해, 빔 커버리지 내 빔 이득의 최소값이 가장 큼을 확인할 수 있다. 이러한 성능 실험의 결과는 본 개시의 실시예들이 빔 이득의 불균형 현상을 완화하고 있음을 보여줄 수 있다.
도 4는 본 개시의 실시예 및 종래 기술들에 의한 빔 이득들을 빔 커버리지 인덱스에 따라 비교한 것이다. 여기에서는 (R, S, M) = (16, 16, 30)이며 6 비트의 양자화된 위상 천이가 적용되어 있을 때의 빔 이득을 도식화한 것이다.
도 4의 참조번호 402는 본 개시의 실시예들에 따른 빔 이득을 나타낸 것이며, 참조번호 404 및 참조번호 406은 각각 2개의 종래 기술들에 따른 빔 이득을 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이 참조번호 402에 나타낸 빔 이득은 거의 대부분의 빔 커버리지들에서 더 높은 빔 이득 최소값을 가짐을 확인할 수 있다.
하기의 <표 1> 내지 <표 4>는 본 개시의 실시예들에 따른 빔 이득 성능을 종래 기술들과 비교하여 나타낸 것이다. 빔 커버리지 내 빔 이득의 최소값과 평균값을 기준으로 비교한 결과가 포함되어 있으며 다양한 (R, S, M)에 따라 빔 이득 성능이 평가되어 있다. <표 1> 및 <표 2>는 고정된 S (S=16)에 대해 R의 값을 바꾸면서 평가된 빔 이득 성능(즉 최소값과 평균값)을 나타낸 것이고, <표 3> 및 <표 4>는 고정된 R (R=4)에 대해 S의 값을 바꾸면서 평가된 빔 이득 성능(즉 최소값과 평균값)을 나타낸 것이다.
최소값 R=8 R=16
종래기술(404) 대비 빔 이득 (dB) 0.29 1.16
종래기술(406) 대비 빔 이득 (dB) 1.12 8.31
평균값 R=8 R=16
종래기술(404) 대비 빔 이득 (dB) 0.71 0.73
종래기술(406) 대비 빔 이득 (dB) -0.91 -0.47
최소값 R=32 R=64
종래기술(404) 대비 빔 이득 (dB) 3.10 9.58
종래기술(406) 대비 빔 이득 (dB) 0.68 5.36
최소값 R=32 R=64
종래기술(404) 대비 빔 이득 (dB) 2.20 2.96
종래기술(406) 대비 빔 이득 (dB) -1.03 -2.09
<표 1> 내지 <표 4>에 보이고 있는 바와 같이, 본 개시의 실시예들에 따른 빔 코드북이 사용되는 경우, 빔 커버리지 내 빔 이득의 평균값은 다소 감소하나, 최소값은 증가한다. <표 1> 내지 <표 4>의 모두에서 이와 같은 경향성이 나타나며, 이에 따라 본 개시의 실시예들에 따른 빔 코드북이 효과적으로 빔 이득의 불균형을 완화시킨 것을 알 수 있다. 특히 안테나 엘리먼트의 개수가 많아질수록, 종래기술 대비 빔 커버리지 내 빔 이득의 최소값이 증가될 수 있다. 따라서 본 개시의 실시예들은 많은 수의 안테나 엘리먼트들이 사용되는 sub-THz 및 THz에서 효과적으로 빔 이득의 불균형을 완화시킬 수 있다.
주파수 대역이 높을수록 경로 손실(path loss)이 높아지므로, 많은 수의 안테나 엘리먼트들이 필요할 수 있다. 이로 인해, 종래 기술들은 좁은 빔폭의 빔을 활용할 수 밖에 없으며 높은 빔 탐색 오버헤드를 갖는다. 따라서 임의의 안테나 수 및 빔 커버리지에 대해서 최소한의 빔 이득이 보장되는 본 개시의 실시예들에 따른 빔 코드북을 활용할 경우, 빔 탐색의 성능을 높이고 멀티-빔 시스템을 기반으로 오버헤드를 줄일 수 있을 것으로 기대된다.
유동적 빔 탐색은, 단말(들)의 채널 상태를 고려하여 유동적으로 빔폭을 결정하고, 빔 탐색 오버헤드를 줄일 수 있다.
도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 본 개시의 실시예들에 따른 유동적 빔 탐색을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a의 송신 장치는 안테나 수에 따라 결정되는 고정된 빔폭을 가지는 빔들(502)을 송신할 수 있다. 각각의 빔(502)은 상기 빔폭을 가지는 빔 커버리지를 형성할 수 있다. 일 실시예에서 초기 빔 탐색의 경우 송신 장치는 셀 상태 및 단말들(502a, 502b, 502c)의 상태를 고려하지 않고 고정된 빔폭을 사용하는 빔들(502)을 송신할 수 있다. 모든 단말들(502a, 502b, 502c)은 높은 빔 이득을 가지는 빔들(502)을 수신할 수 있지만, 빔 탐색의 시간이 오래 걸리고 빔 탐색 오버헤드가 높을 수 있다.
도 5b의 송신 장치는 단말들(504a, 504b, 506c)의 상태(예를 들어 채널 상태, 또는 수신 신호 품질)에 따라 유동적인 빔폭을 가지는 빔들(504)을 송신할 수 있다. 상대적으로 열악한 신호 품질의 채널 상태를 가지는 단말(예를 들어 단말(504a))에 대해서는 좁은 빔폭의 빔들(예를 들어 높은 레벨의 빔 코드북에 의해 형성됨)이 송신될 수 있으며, 단말(504a)는 높은 빔 이득을 얻을 수 있다. 상대적으로 양호한 신호 품질의 채널 상태를 가지는 단말(예를 들어 단말(504c))에 대해서는 넓은 빔폭의 빔들(예를 들어 낮은 레벨의 빔 코드북에 의해 형성됨)이 송신될 수 있으며, 단말(504c)는 낮은 빔 이득을 얻을 수 있다. 이에 따라 단말들(504a, 504b, 504c)을 위한 빔 탐색 오버헤드가 감소되는 효과를 얻는다.
도 5c의 송신 장치는 단말들(504a, 504b, 504c)의 채널 상태에 따라 각 빔폭을 더 넓게(broader) 조정하거나, 혹은 더 좁게(sharper) 조정할 수 있다. 단말(504a)의 채널 상태가 더 좋아지는 경우, 송신 장치는 단말(504a)에게 더 넓은 빔폭(506a)을 적용할 수 있다. 단말(504c)의 채널 상태가 더 나빠지는 경우, 송신 장치는 단말(504c)에게 더 좁은 빔폭(506c)을 적용할 수 있다. 채널 상태가 유지되는 단말(504b)에 대해서는 동일한 빔폭(506b)이 유지될 수 있다.
일 실시예에서 유동적 빔 탐색은 셀별 빔 조정(cell-specific beam adjustment) 및/또는 사용자별 빔 조정(user-specific beam adjustment)을 통해 수행될 수 있다.
셀별 빔 조정은 단말이 접속 상태인지와 상관없이 빔폭을 결정하여 빔 탐색을 수행하는 동작을 포함할 수 있다. 셀별 빔 조정은 안테나 수에 따라 고정된 빔폭을 활용하는 종래 기술과는 다르게, 안테나 수에 제한 받지 않고 넓은 빔폭을 활용할 수 있다는 점에서 빔 탐색 오버헤드를 줄일 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 실시예들에 따른 유동적 빔 탐색을 위한 셀별 빔 조정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a를 참조하면, 셀별 빔 조정을 사용하지 않는 종래 기술에서는 안테나 수에 따라 정해질 수 있는 고정된 빔폭의 빔들이 송신 장치로부터 송신(즉 빔 스위핑(beam sweeping))되고, 셀 내의 단말들은 상기 고정된 빔폭의 빔들을 사용하여 빔 탐색을 수행할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 셀별 빔 조정을 지원하는 송신 장치는 셀 상태(예를 들어 기지국 부하)를 고려하여 조정 가능한 빔폭을 결정하고 상기 조정되는 빔폭을 가지는 빔들을 송신하여 단말들의 빔 탐색을 지원할 수 있다. 셀별 빔 조정은, 안테나 수에 따라 정해질 수 있는 고정된 빔폭을 활용하는 종래 기술(예를 들어 도 6a)과는 다르게, 안테나 수에 제한 받지 않고 셀 상태에 따라 넓은 빔폭의 빔을 활용할 수 있기 때문에, 빔 탐색 오버헤드를 줄일 수 있다.
일 실시예에서 사용자별 빔 조정은, 접속 상태의 단말(connected UE)에 대해 빔폭을 결정하고 빔 탐색을 수행하는 동작을 포함할 수 있다. 사용자별 빔 조정은 단말의 상태(예를 들어 채널 상태)를 기반으로 빔폭을 조정함으로써 빔 탐색 오버헤드를 줄일 수 있다.
도 7은 본 개시의 실시예들에 따른 유동적 빔 탐색을 위한 사용자별 빔 조정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 송신 장치는 접속 상태인 단말들(702a, 702b, 702c)의 상태(예를 들어 채널 상태 또는 수신 신호 품질)에 따라 유동적인 빔폭을 가지는 빔들(702)을 송신할 수 있다. 열악한 신호 품질을 가지는 단말(예를 들어 단말 (702a))에 대해서는 좁은 빔폭의 빔들이 송신될 수 있으며, 양호한 신호 품질을 가지는 단말(예를 들어 단말(702c))에 대해서는 넓은 빔폭의 빔들이 송신될 수 있다.
단말(702a)의 신호 품질이 더 좋아지는 경우, 송신 장치는 단말(702a)에게 더 넓은 빔폭(704a)을 가지는 빔 코드북을 적용할 수 있다. 단말(702c)의 신호 품질이 더 나빠지는 경우, 송신 장치는 단말(702c)에게 더 좁은 빔폭(704c)을 가지는 빔 코드북을 적용할 수 있다. 채널 상태가 유지되는 단말(702b)에 대해서는 동일한 빔폭(704b)이 적용될 수 있다.
도 8a는 본 개시의 실시예들에 따른 빔 탐색을 지원하는 기지국의 동작을 나타낸 흐름도이다. 일 실시예에서 기지국은 도 1a의 송신 장치(100)를 포함하는 송수신부와 제어부로 구성될 수 있다.
도 8a를 참조하면, 동작 805에서 기지국은 단말로부터 빔 조정 요청을 수신할 수 있다. 일 실시예에서 상기 빔 조정 요청은 단말의 채널 상태에 대한 정보를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 상기 빔 조정 요청은 상기 단말의 요구 빔 품질(desired beam quality)을 나타내는 정보를 포함할 수 있다.
동작 810에서 기지국은 단말의 채널 상태에 대응하는 빔폭의 코드북을 결정할 수 있다. 일 실시예에서 기지국은 복수의 빔폭들에 대응하는 복수의 코드북들을 저장할 수 있다. 일 실시예에서 각 코드북은 <수학식 5> 내지 <수학식 18> 중 적어도 하나에 의해 계산될 수 있는 빔 코드워드들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 각 코드북은 빔 커버리지들의 개수 M의 주어진 값에 대해 생성될 수 있다. M의 조정에 의해 복수의 코드북들은 서로 다른 빔폭의 빔 코드워드들을 포함할 수 있다.
동작 815에서 기지국은 상기 결정된 적어도 하나의 코드북의 빔 코드워드들을 사용하여 송신 빔들을 형성하고 상기 송신 빔들을 송신, 즉 빔 스윕(beam sweep)할 수 있다. 일 실시예에서 기지국은 복수의 단말의 채널 상태들에 각각 대응하는 복수의 코드북들을 사용하여 송신 빔들을 형성할 수 있다. 각 단말은 기지국에서 사용되는 것과 동일한 코드북을 사용하여 기지국의 송신 빔들을 탐색 및 측정하고 상기 송신 빔들의 측정 결과에 기반하여 기지국과의 통신에 사용하기 위한 적절한 빔을 결정할 수 있다. 상기 결정된 적절한 빔에 대한 정보는 빔 탐색의 정해진 절차에 따라 기지국으로 보고될 수 있다.
도 8b는 본 개시의 실시예들에 따른 빔 탐색을 수행하는 단말의 동작을 나타낸 흐름도이다. 일 실시예에서 단말은 도 1b의 수신 장치(110)를 포함하는 송수신부와, 제어부로 구성될 수 있으며, 도 1a의 송신 장치(100)를 포함하는 기지국으로부터 송신되는 송신 빔들을 수신하도록 구성될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 동작 820에서 단말은 기지국으로 빔 조정 요청 신호를 전송할 수 있다. 일 실시예에서 상기 빔 조정 요청 신호는 단말의 채널 상태에 대한 정보를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 상기 빔 조정 요청은 상기 단말의 요구 빔 품질(desired beam quality)을 나타내는 정보를 포함할 수 있다.
동작 825에서 단말은 단말의 채널 상태에 대응하는 빔폭의 코드북을 결정할 수 있다. 일 실시예에서 단말은 기지국이 복수의 빔폭들에 대응하는 복수의 코드북들을 저장하고 있고, 상기 복수의 코드북들 중 단말의 채널 상태에 대응하는 빔폭의 코드북을 사용할 것으로 예측할 수 있다. 일 실시예에서 각 코드북은 <수학식 5> 내지 <수학식 18> 중 적어도 하나 에 의해 계산될 수 있는 빔 코드북들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 각 코드북은 빔 커버리지들의 개수 M의 주어진 값에 대해 생성될 수 있다. M의 조정에 의해 복수의 코드북들은 서로 다른 빔폭들의 빔 코드북들을 포함할 수 있다.
동작 830에서 단말은 상기 결정된 코드북의 빔 코드워드들을 사용하여 기지국에 의해 형성되는 송신 빔들을 수신할 수 있다. 일 실시예에서 단말은 단말의 채널 상태에 대응하는 코드북을 사용하여 송신 빔들을 수신할 수 있다. 일 실시예에서 상기 코드북은 단말의 채널 상태에 대응하는 빔폭을 가지는 빔 커버리지들을 위한 빔 코드북들을 포함할 수 있다. 단말은 기지국에서 사용되는 것과 동일한 코드북을 사용하여 기지국의 송신 빔들을 탐색 및 측정하고 상기 송신 빔들의 측정 결과에 기반하여 기지국과의 통신에 사용하기 위한 적절한 빔을 결정할 수 있다. 상기 결정된 적절한 빔에 대한 정보는 빔 탐색의 정해진 절차에 따라 기지국으로 보고될 수 있다.
일 실시예에서 사용자별 빔 조정을 요청하는 방식에 있어서, 빔 조정 요청(beam adjustment request: BAR)을 전송하는 방식 또는 요구 빔 품질(desired beam quality: DBQ)을 전송하는 방식이 고려될 수 있다.
일 실시예에서 BAR 전송 방식은 빔 탐색마다 사용자별 빔 조정의 수행 여부를 결정할 수 있다. 단말은 주기적으로 빔 조정이 필요할 시 1, 아닐 시 0의 값을 포함하는 BAR 신호를 기지국으로 전송하여, 매 전송마다 빔 탐색의 수행과 빔폭의 조정 여부를 결정할 수 있다. 일 실시예에서 단말은 CSI-RS(channel state information-reference signal) 혹은 SSB(synchronization signal block)를 통해 빔 탐색을 수행할 수 있다.
도 9는 본 개시의 실시예들에 따라 빔 조정 요청(BAR)의 전송에 따른 빔 탐색 절차를 도시한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 동작 902에서 단말은 기지국으로 BAR 신호를 전송할 수 있다. 상기 BAR 신호는 단말이 기지국에게 빔 조정을 요청하는 값, 예를 들어 0 또는 1을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 상기 BAR 신호는 업링크 제어 신호를 운반하는 물리 업링크 제어 채널(physical uplink control channel: PUCCH) 또는 업링크 패킷을 운반하는 물리 업링크 공유 채널(physical uplink shared channel: PUSCH)을 통해 전송될 수 있다.
동작 904에서 기지국은 단말의 채널 상태에 기반하여 단말을 위한 빔폭(또는 빔 커버리지들의 개수 M)을 결정할 수 있다. 상기 채널 상태는 일 실시예에서 단말로부터 송신되는 채널품질정보(channel state information: CSI)를 통해 획득되거나, 동작 902의 BAR 신호를 통해 획득되거나, 다른 수단을 통해 획득될 수 있다. 일 실시예에서 기지국은 앞서 설명한 <수학식 5> 내지 <수학식 18>을 활용하여 생성된, 서로 다른 빔폭들에 대응하는 복수의 코드북들을 미리 저장하거나 생성할 수 있으며, 상기 복수의 코드북들 중에서 단말의 채널 상태에 대응하는 빔폭을 가지는 코드북을 결정할 수 있다.
동작 906에서 기지국은 상기 결정된 코드북에 따라 생성되는 M개의 (다운링크) 송신 빔들을 통해(즉 beam sweeping) 빔 탐색에 사용될 수 있는 신호들(일 예로서 SSB 및/또는 CSI-RS)를 전송할 수 있다.
동작 908에서 단말은 기지국으로부터 송신 빔들을 통해 전송되는 신호들을 수신하고, 각 송신 빔에 대한 수신 신호 세기(예를 들어 기준 신호 수신 전력(reference signal received power: RSRP))를 측정하고, 측정값들을 기준으로 각 송신 빔들을 평가할 수 있다.
동작 910에서 단말은 M개의 송신 빔들 중에서 선택된 N개의 최적 빔들(best beams)에 대한 정보를 기지국으로 보고할 수 있다. 일 실시예에서 단말은 N개의 빔들에 대한 인덱스 및/또는 RSRP를 기지국으로 보고할 수 있다.
동작 912에서 기지국은 동작 910의 보고를 기반으로 단말과의 통신을 위해 사용할 최적 빔과 하나 혹은 그 이상의 후보 빔들을 결정할 수 있다. 상기 빔들을 결정하는 것은 해당 빔에 대응하는 빔 코드북을 결정하는 것을 의미할 수 있다. 동작 914에서 기지국은 상기 결정된 최적 빔(선택적으로 상기 후보 빔들)에 대한 정보를 포함하는 하향링크 제어 정보(downlink control information: DCI)를 단말로 전송할 수 있다. 일 실시예에서 상기 DCI는 단말에 대해 스케줄된 자원을 지시하는 스케줄링 정보를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 상기 DCI는 단말측 빔포밍을 지원하는 정보를 포함할 수 있다. 단말측 빔포밍은 단말에서 송신하는 (업링크) 송신 빔들에 대한 빔 탐색을 포함할 수 있다.
동작 916에서 단말은 단말측 빔포밍을 위한 동작을 수행할 수 있다. 일 실시예에서 상기 단말측 빔포밍은 단말에서 복수의 업링크 송신 빔들을 통한 빔 스위핑을 수행하고, 기지국으로부터의 피드백에 기반하여 단말에서 사용될 코드북 및 업링크 송신 빔을 결정하는 동작을 포함할 수 있다.
동작 918에서 기지국은 동작 914의 DCI를 통해 전송된 스케줄링 정보에 기반하여 물리 다운링크 공유 채널(physical downlink shared channel: PDSCH)을 단말에게 전송할 수 있다. 일 실시예에서 PDSCH는 동작 912에서 결정된 빔 및 빔 코드북을 사용하여 전송될 수 있다. 단말은 동작 914의 DCI에서 획득된 빔 코드북에 대한 정보를 기반으로 상기 PDSCH를 수신할 수 있다.
일 실시예에서 DBQ 전송 방식은 단말이 요구하는 빔 품질이 충족될 때까지 다중 빔 기반 빔 탐색 (예를 들어 계층적 빔 탐색)을 수행할 수 있다. CSI-RS / SSB가 유동적으로 활용될 수 있으며, 빔 스위핑시마다 빔 밀도(즉 빔폭)와 송신 주기가 변경될 수 있다.
도 10은 본 개시의 실시예들에 따라 요구 빔 품질(DBQ)의 전송에 따른 빔 탐색 절차를 도시한 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 동작 1002에서 단말은 기지국으로 DBQ 신호를 전송할 수 있다. 상기 DBQ 신호는 단말이 기지국으로 빔 조정을 요청하기 위한 요구 빔 품질에 대한 정보를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 상기 요구 빔 품질에 대한 정보는 단말이 수신하기를 원하는 RSRP의 값을 포함할 수 있다.
동작 1004에서 기지국은 단말로부터 수신된 요구 빔 품질을 기반으로 단말을 위한 빔폭(예를 들어 빔 커버리지들의 개수 M1)을 결정할 수 있다. 일 실시예에서 기지국은 미리 정해지는 매핑 규칙에 따라 단말의 요구 빔 품질에 대응하는 빔폭을 결정할 수 있다. 일 실시예에서 기지국은 단말의 요구 빔 품질을 참조하여, 단말을 위한 현재 빔폭을 보다 넓게 조정할지, 혹은 보다 좁게 조정할지를 결정할 수 있다. 일 실시예에서 기지국은 앞서 설명한 <수학식 5> 내지 <수학식 18>을 활용하여 생성된, 서로 다른 빔폭들에 대응하는 복수의 코드북들을 미리 저장하거나 생성할 수 있으며, 상기 복수의 코드북들 중에서 단말에 대해 결정된 빔폭을 가지는 코드북을 결정할 수 있다.
동작 1006에서 기지국은 상기 결정된 코드북에 따라 생성되는 M1개의 (다운링크) 송신 빔들을 통해 빔 스위핑을 수행할 수 있다. 상기 빔 스위핑은 상기 송신 빔들을 통해 SSB 및/또는 CSI-RS들을 송신하는 동작을 포함할 수 있다. 여기서 M1은 동작 1004에서의 결정에 따라 정해지는 빔 커버리지의 개수를 의미한다.
동작 1008에서 단말은 기지국으로부터 M1개의 송신 빔들을 통해 전송되는 신호들을 수신하고 각 송신 빔에 대한 수신 신호 세기(예를 들어 RSRP)를 측정하고, 측정값들을 기반으로 각 송신빔들을 평가할 수 있다. 동작 1010에서 단말은 M1개의 송신 빔들 중에서 선택된 N1개의 최적 빔들에 대한 정보 및 상기 최적 빔들의 RSRP에 대한 정보를 기지국으로 보고할 수 있다.
동작 1012에서 기지국은 동작 1010의 보고를 기반으로 단말을 위한 빔폭(예를 들어 빔 커버리지들의 개수 M2)과, 상기 빔폭을 가지는 코드북을 결정할 수 있다. 동작 1014에서 기지국은 상기 결정된 코드북에 따라 생성되는 M2개의 송신 빔들을 통해 빔 스위핑을 수행할 수 있다.
이후 기지국에 의한 빔 스위핑과 단말에 의한 빔/RSRP 비교가 반복될 수 있다.
동작 1016에서 단말은 NU개의 최적 빔들에 대한 정보 및 상기 최적 빔들의 RSRP에 대한 정보를 기지국으로 보고할 수 있다. 상기 NU개의 최적 빔들에 대한 RSRP가 단말의 요구 빔 품질을 만족한다고 판단되는 경우, 동작 1018에서 단말은 기지국으로 빔 탐색을 종료할 것을 요구하는 신호, 예를 들어 종료 플래그(stop flag)를 전송할 수 있다. 도시하지 않을 것이지만 빔 탐색이 종료되면 기지국은 NU개의 최적 빔들 중 적어도 하나를 단말로 PDSCH를 전송하는데 사용하도록 결정할 수 있다. 기지국과 단말 간의 PDSCH 전송은 동작 914 및 918을 참조할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서의 다양한 실시예들에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

Claims (20)

  1. 빔포밍 코드북을 이용한 빔 탐색을 지원하는 기지국의 방법에 있어서,
    복수의 서로 다른 빔폭들에 대응하는 복수의 코드북들을 저장하는 과정과,
    사용자 기기(UE)로부터 빔 조정 요청을 수신하는 동작과,
    상기 빔 조정 요청에 응답하여, 상기 복수의 코드북들 중, 상기 UE의 채널 상태에 대응하는 빔폭을 가지는 빔 커버리지들을 위한 빔 코드북들을 포함하는 코드북을 결정하는 과정과,
    상기 코드북의 상기 디지털 빔포밍 매트릭스들을 이용하여 복수의 송신 빔들을 통해 상기 UE에 대한 빔 탐색을 위한 신호들을 송신하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 코드북에 포함되는 각 빔 코드북 qm은,
    송신 아날로그 빔포밍 매트릭스와 기저대역 디지털 프로세싱 벡터의 곱으로 구성되며,
    상기 송신 아날로그 빔포밍 매트릭스와 상기 기저대역 디지털 프로세싱 벡터는, m번째 빔 커버리지를 위한 빔 코드워드 vm를 기반으로 획득되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 빔 코드워드 vm은
    어레이 스티어링 매트릭스 A와 k번째 over-sampled AoD(angle of departure)
    Figure pat00028
    에 대응하는 빔 이득 벡터 [gm]k에 따라 하기 수학식에 의해 획득되고,
    Figure pat00029

    상기 빔 이득 벡터 [gm]k는 m번째 빔 커버리지 내의 빔 이득 불균형을 완화하기 위한 크기 인자(amplitude factor) T(m)과 위상 인자(phase factor) ak를 근거로 하기 수학식에 의해 추정되고,
    Figure pat00030

    여기서 N은 상기 기지국의 안테나 개수를 의미하고, K는 over-sampled AoD들의 개수를 의미하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 빔 조정 요청은,
    상기 사용자 기기의 채널 상태를 나타내는 정보, 또는 상기 사용자 기기의 요구 빔 품질을 나타내는 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 UE로부터 하나 또는 그 이상의 송신 빔들을 나타내는 보고를 수신하는 과정과,
    상기 보고를 기반으로 상기 복수의 송신 빔들 중 적어도 하나의 송신 빔을 통해 상기 빔 탐색을 위한 신호를 송신하는 과정과,
    상기 UE로부터 빔 탐색의 종료를 요구하는 신호를 수신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 빔포밍 코드북을 이용한 빔 탐색을 수행하는 사용자 기기(UE)의 방법에 있어서,
    복수의 서로 다른 빔폭들에 대응하는 복수의 코드북들을 저장하는 과정과,
    기지국으로 빔 조정 요청을 전송하는 동작과,
    상기 빔 조정 요청에 기반하여, 상기 복수의 코드북들 중, 상기 UE의 채널 상태에 대응하는 빔폭을 가지는 빔 커버리지들을 위한 빔 코드북들을 포함하는 코드북을 결정하는 과정과,
    상기 코드북의 상기 디지털 빔포밍 매트릭스들을 이용하여 상기 기지국으로부터 복수의 송신 빔들을 통해 송신되는 신호들에 대한 빔 탐색을 수행하는 과정을 포함하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 코드북에 포함되는 각 빔 코드북 qm은,
    송신 아날로그 빔포밍 매트릭스와 기저대역 디지털 프로세싱 벡터의 곱으로 구성되며,
    상기 송신 아날로그 빔포밍 매트릭스와 상기 기저대역 디지털 프로세싱 벡터는, m번째 빔 커버리지를 위한 빔 코드워드 vm를 기반으로 획득되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 빔 코드워드 vm은
    어레이 스티어링 매트릭스 A와 k번째 over-sampled AoD(angle of departure)
    Figure pat00031
    에 대응하는 빔 이득 벡터 [gm]k에 따라 하기 수학식에 의해 획득되고,
    Figure pat00032

    상기 빔 이득 벡터 [gm]k는 m번째 빔 커버리지 내의 빔 이득 불균형을 완화하기 위한 크기 인자(amplitude factor) T(m)과 위상 인자(phase factor) ak를 근거로 하기 수학식에 의해 추정되고,
    Figure pat00033

    여기서 N은 상기 기지국의 안테나 개수를 의미하고, K는 over-sampled AoD들의 개수를 의미하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 빔 조정 요청은,
    상기 사용자 기기의 채널 상태를 나타내는 정보, 또는 상기 사용자 기기의 요구 빔 품질을 나타내는 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 빔 탐색을 수행하는 과정은,
    상기 기지국으로 하나 또는 그 이상의 송신 빔들을 나타내는 보고를 전송하는 과정과,
    상기 보고를 기반으로 상기 복수의 송신 빔들 중 적어도 하나의 송신 빔을 통해 송신되는 신호들을 수신하는 과정과,
    상기 기지국으로 빔 탐색의 종료를 요구하는 신호를 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 빔포밍 코드북을 이용한 빔 탐색을 지원하는 기지국의 장치에 있어서,
    송수신부와,
    제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    복수의 서로 다른 빔폭들에 대응하는 복수의 코드북들을 저장하는 동작과,
    사용자 기기(UE)로부터 빔 조정 요청을 수신하는 동작과,
    상기 빔 조정 요청에 응답하여, 상기 복수의 코드북들 중, 상기 UE의 채널 상태에 대응하는 빔폭을 가지는 빔 커버리지들을 위한 빔 코드북들을 포함하는 코드북을 결정하는 동작과,
    상기 코드북의 상기 디지털 빔포밍 매트릭스들을 이용하여 복수의 송신 빔들을 통해 상기 UE에 대한 빔 탐색을 위한 신호들을 송신하는 동작을 수행하도록 구성되는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 코드북에 포함되는 각 빔 코드북 qm은,
    송신 아날로그 빔포밍 매트릭스와 기저대역 디지털 프로세싱 벡터의 곱으로 구성되며,
    상기 송신 아날로그 빔포밍 매트릭스와 상기 기저대역 디지털 프로세싱 벡터는, m번째 빔 커버리지를 위한 빔 코드워드 vm를 기반으로 획득되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 빔 코드워드 vm은
    어레이 스티어링 매트릭스 A와 k번째 over-sampled AoD(angle of departure)
    Figure pat00034
    에 대응하는 빔 이득 벡터 [gm]k에 따라 하기 수학식에 의해 획득되고,
    Figure pat00035

    상기 빔 이득 벡터 [gm]k는 m번째 빔 커버리지 내의 빔 이득 불균형을 완화하기 위한 크기 인자(amplitude factor) T(m)과 위상 인자(phase factor) ak를 근거로 하기 수학식에 의해 추정되고,
    Figure pat00036

    여기서 N은 상기 기지국의 안테나 개수를 의미하고, K는 over-sampled AoD들의 개수를 의미하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 빔 조정 요청은,
    상기 사용자 기기의 채널 상태를 나타내는 정보, 또는 상기 사용자 기기의 요구 빔 품질을 나타내는 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 UE로부터 하나 또는 그 이상의 송신 빔들을 나타내는 보고를 수신하는 동작과,
    상기 보고를 기반으로 상기 복수의 송신 빔들 중 적어도 하나의 송신 빔을 통해 상기 빔 탐색을 위한 신호를 송신하는 동작과,
    상기 UE로부터 빔 탐색의 종료를 요구하는 신호를 수신하는 동작을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 빔포밍 코드북을 이용한 빔 탐색을 수행하는 사용자 기기(UE)의 장치에 있어서,
    송수신부와,
    제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    복수의 서로 다른 빔폭들에 대응하는 복수의 코드북들을 저장하는 동작과,
    기지국으로 빔 조정 요청을 전송하는 동작과,
    상기 빔 조정 요청에 기반하여, 상기 복수의 코드북들 중, 상기 UE의 채널 상태에 대응하는 빔폭을 가지는 빔 커버리지들을 위한 빔 코드북들을 포함하는 코드북을 결정하는 동작과,
    상기 코드북의 상기 디지털 빔포밍 매트릭스들을 이용하여 상기 기지국으로부터 복수의 송신 빔들을 통해 송신되는 신호들에 대한 빔 탐색을 수행하는 동작을 수행하도록 구성되는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 코드북에 포함되는 각 빔 코드북 qm은,
    송신 아날로그 빔포밍 매트릭스와 기저대역 디지털 프로세싱 벡터의 곱으로 구성되며,
    상기 송신 아날로그 빔포밍 매트릭스와 상기 기저대역 디지털 프로세싱 벡터는, m번째 빔 커버리지를 위한 빔 코드워드 vm를 기반으로 획득되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 빔 코드워드 vm은
    어레이 스티어링 매트릭스 A와 k번째 over-sampled AoD(angle of departure)
    Figure pat00037
    에 대응하는 빔 이득 벡터 [gm]k에 따라 하기 수학식에 의해 획득되고,
    Figure pat00038

    상기 빔 이득 벡터 [gm]k는 m번째 빔 커버리지 내의 빔 이득 불균형을 완화하기 위한 크기 인자(amplitude factor) T(m)과 위상 인자(phase factor) ak를 근거로 하기 수학식에 의해 추정되고,
    Figure pat00039

    여기서 N은 상기 기지국의 안테나 개수를 의미하고, K는 over-sampled AoD들의 개수를 의미하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 빔 조정 요청은,
    상기 사용자 기기의 채널 상태를 나타내는 정보, 또는 상기 사용자 기기의 요구 빔 품질을 나타내는 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 기지국으로 하나 또는 그 이상의 송신 빔들을 나타내는 보고를 전송하는 동작과,
    상기 보고를 기반으로 상기 복수의 송신 빔들 중 적어도 하나의 송신 빔을 통해 송신되는 신호들을 수신하는 동작과,
    상기 기지국으로 빔 탐색의 종료를 요구하는 신호를 전송하는 동작을 수행하도록 구성되는 장치.
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