KR20230045455A

KR20230045455A - 무선 통신 시스템에서 지능형 반사 평면을 기반한 데이터 통신을 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20230045455A
Application number: KR1020210128339A
Authority: KR
Inventors: 이승현; 심병효; 김승년; 김현수; 박요섭
Original assignee: 삼성전자주식회사; 서울대학교산학협력단
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2023-04-04
Also published as: US20230097583A1

Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 또는 6G 통신 시스템에 관련된 것이다. 구체적으로, 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법에 있어서, 지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS)의 전원 신호를 브로드캐스팅하는 과정과, 동기화 신호 블록(synchronization signal block, SSB)를 브로드캐스팅하는 과정과, 상기 IRS의 제어부에 수신 빔 리포팅을 요청하는 과정을 포함할 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 지능형 반사 평면을 기반한 데이터 통신을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DATA COMMUNICATION BASED ON INTELLIGENT REFLECTING SURFACE IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 개시(disclosure)는 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 통신 시스템에서 지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS)을 기반한 데이터 통신을 위한 장치 및 방법에 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.

최근 스마트폰 및 사물 인터넷(IoT) 디바이스의 수 및 데이터 요구량이 급증함에 따라 네트워크의 용량 (capacity)을 향상시키기 위한 수단으로 지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS) 기반 통신이 큰 주목을 받고 있다. IRS는 수백 혹은 수천개의 저전력 반사 소자로 구성된 메타 평면으로 기존 경로 (기지국-단말)에 경로 이득이 높은 새로운 경로 (기지국-IRS-단말)를 추가하여 데드존 및 커버리지 영역에 있는 단말의 신호 품질을 크게 개선할 수 있다.

상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 무선 통신 시스템에서 지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS)을 기반한 데이터 통신을 위한 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 기지국이 IRS에 초기 접속하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 기지국과 IRS 사이의 각도를 추정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 단말이 기지국에 IRS을 기반으로 초기 접속하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 IRS과 단말 사이의 각도를 추정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 IRS과 단말, 기지국과 지능형 반사 평면 사이의 경로 이득을 추정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 개시는 딥 러닝을 기반으로 데이터 전송률을 초대화 하기 위한 D-PSC(deep learning-based phase shift control) 구조를 제공한다.

본 개시의 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법에 있어서, 지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS)의 전원 신호를 브로드캐스팅(broadcasting)하는 과정과, 동기화 신호 블록(synchronization signal block, SSB)를 브로드캐스팅하는 과정과, 상기 IRS의 제어부에 수신 빔 리포팅을 요청하는 과정을 포함할 수 있다.

본 개시의 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 IRS의 동작 방법에 있어서, 기지국으로부터 수신된 상기 IRS의 전원 신호에 대응하여 상기 IRS의 모든 반사 소자의 전원을 온(on)하는 과정과, 상기 기지국으로부터 수신된 동기화 신호 블록(synchronization signal block, SSB)에 대응하여 셀 정보를 획득하고 동기화를 수행하는 과정과, 상기 기지국에게 상기 SSB 빔 인덱스를 송신하는 과정과, 상기 기지국으로부터의 수신 빔 리포팅 요청에 대응하여 상기 기지국으로 수신 빔 인덱스를 송신하는 과정을 포함할 수 있다.

본 개시의 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서, 상기 단말이 기지국으로부터 동기화 신호 블록(synchronization signal block, SSB)을 수신할 수 없는 경우, 지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS)에게 초기 접속 요청 신호를 송신하는 과정과, 상기 IRS에 의하여 반사된 기지국 SSB 빔을 기반으로 셀 정보를 획득하고 동기화를 수행하는 과정과, 상기 기지국에 SSB 빔 인덱스를 송신하는 과정을 포함할 수 있다.

본 개시의 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 많은 수의 반사소자를 가진 지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS) 기반 통신에서 채널정보를 적은 수의 다중경로요소로 분해하여 이들을 서로 다른 주기로 추정함으로써, 낮은 파일럿 오버헤드로 정확한 채널추정을 수행할 수 있게 한다.

또한, IRS의 초기 접속, 채널추정, 그리고 데이터 통신과정에서 지능형 반사 평면을 제어를 위한 지능형 반사 평면의 전원제어 신호, 채널추정용 빔 제어요청신호, 그리고 데이터 통신용 빔 제어요청신호를 도입함으로써 IRS을 효과적으로 제어할 수 있게 한다.

또한, 딥러닝 기반의 D-PSC(deep learning-based phase shift control) 구조를 기반으로 데이터 전송률을 최대화할 수 있다.

본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 2는 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 구성을 도시한다.
도 3은 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 구성을 도시한다.
도 4는 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS)의 구성을 도시한다.
도 5a 내지 5c는 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 통신부의 구성을 도시한다.
도 6은 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 IRS을 활용한 데이터 통신의 전체 흐름도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 IRS을 활용한 데이터 통신의 전체 과정을 도시한다.
도 8은 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국과 IRS 간의 초기 접속에서 기지국의 동작 방법을 도시한다.
도 9은 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국과 IRS 간의 초기 접속에서 지능형 반사 평면의 동작 방법을 도시한다.
도 10는 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 기지국과 IRS 간의 초기 접속을 위한 기지국과 지능형 반사 평면 간의 신호 교환 과정을 도시한다.
도 11는 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국과 IRS 사이의 각도를 추정하기 위한 기지국의 제1 방법을 도시한다.
도 12는 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국과 IRS 사이의 각도를 추정하기 위한 기지국의 제2 방법을 도시한다.
도 13는 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 초기 접속을 위한 단말의 동작 방법을 도시한다.
도 14는 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 초기 접속을 위한 IRS의 동작 방법을 도시한다.
도 15는 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 초기 접속을 위한 기지국의 동작 방법을 도시한다.
도 16는 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 단말의 초기 접속을 위한 기지국, IRS, 또는 단말 간의 신호 교환 과정을 도시한다.
도 17은 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS과 단말 간의 각도 추정 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
도 18은 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS과 단말 간의 각도 추정 동작을 설명하기 위한 기지국의 동작 방법을 도시한다.
도 19은 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS과 단말 간의 각도 추정 동작을 설명하기 위한 IRS의 동작 방법을 도시한다.
도 20은 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS과 단말 간의 각도 추정 동작을 설명하기 위한 단말의 동작 방법을 도시한다.
도 21는 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS과 단말 간의 각도 추정 동작을 설명하기 위한 기지국, IRS, 또는 단말 간의 신호 교환 과정을 도시한다.
도 22은 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS과 단말 간의 각도추정을 설명하기 위한 슬롯 구성도이다.
도 23은 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS과 단말 간의 경로 이득 추정 동작 및 IRS과 기지국 간의 경로 이득 추정 동작을 설명하기 위한 기지국의 동작 방법을 도시한다.
도 24은 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS과 단말 간의 경로 이득 추정 동작 및 IRS과 기지국 간의 경로 이득 추정 동작을 설명하기 위한 IRS의 동작 방법을 도시한다.
도 25은 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS과 단말 간의 경로 이득 추정 동작 및 IRS과 기지국 간의 경로 이득 추정 동작을 설명하기 위한 단말의 동작 방법을 도시한다.
도 26는 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS과 단말 간의 경로 이득 추정 동작 및 IRS과 기지국 간의 경로 이득 추정 동작을 설명하기 위한 기지국, IRS, 또는 단말 간의 신호 교환 과정을 도시한다.
도 27은 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS과 단말 간의 경로 이득 추정 동작 및 IRS과 기지국 간의 경로 이득 추정 동작을 설명하기 위한 슬롯 구성도이다.
도 28은 본 개시의 실시 예에 따라, 채널 추정 실험 데이터를 도시한다.
도 29는 본 개시의 실시 예에 따라, D-PSC(deep learning-based phase shift control) 네트워크의 아키텍처를 도시한다.
도 30a내지30b은 본 개시의 실시 예에 따라, 데이터 전송률에 대한 실험 데이터를 도시한다.

본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

이하에서 설명되는 본 개시의 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.

이하 본 개시는 무선 통신 시스템에서 지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS)을 기반한 데이터 통신을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 무선 통신 시스템에서 기지국(base station, BS)이 IRS 초기 접속하기 위한 장치 및 방법, BS과 IRS 사이의 각도를 추정하기 위한 장치 및 방법, 단말(user equipment, UE)이 BS에 IRS을 기반으로 초기 접속하기 위한 장치 및 방법, IRS과 UE 사이의 각도를 추정하기 위한 장치 및 방법, IRS과 UE, BS과 IRS 사이의 경로 이득을 추정하기 위한 장치 및 방법에 대한 기술을 설명한다.

이하 설명에서 사용되는 신호를 지칭하는 용어, 채널을 지칭하는 용어, 제어 정보를 지칭하는 용어, 네트워크 객체(network entity)들을 지칭하는 용어, 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.

또한, 본 개시는, 일부 통신 규격(예: 3GPP(3rd Generation Partnership Project))에서 사용되는 용어들을 이용하여 실시 예들을 설명하지만, 이는 설명을 위한 예시일 뿐이다. 본 개시의 실시 예들은, 다른 통신 시스템에서도, 용이하게 변형되어 적용될 수 있다.

도 1은 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다. 도 1은 무선 통신 시스템에서 무선 채널을 이용하는 노드(node)들의 일부로서, 기지국(110), 단말(120), 지능형 반사 평면(130), 장애물(150)을 예시한다. 도 1은 하나의 기지국만을 도시하나, 기지국(110)과 동일 또는 유사한 다른 기지국이 더 포함될 수 있다.

기지국(110)은 단말(120), 지능형 반사 평면(130)에게 무선 접속을 제공하는 네트워크 인프라스트럭쳐(infrastructure)이다. 기지국(110)은 신호를 송신할 수 있는 거리에 기초하여 일정한 지리적 영역으로 정의되는 커버리지(coverage)를 가진다. 기지국(110)은 기지국(base station) 외에 '액세스 포인트(access point, AP)', '이노드비(eNodeB, eNB)', '5G 노드(5th generation node)', '무선 포인트(wireless point)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.

단말(120)은 사용자에 의해 사용되는 장치로서, 기지국(110)과 무선 채널을 통해 통신을 수행한다. 경우에 따라, 단말(120)는 사용자의 관여 없이 운영될 수 있다. 즉, 단말(120)는 기계 타입 통신(machine type communication, MTC)을 수행하는 장치로서, 사용자에 의해 휴대되지 아니할 수 있다. 단말(120)은 단말(terminal) 외 '사용자 장비(user equipment, UE)', '이동국(mobile station)', '가입자국(subscriber station)', '원격 단말(remote terminal)', '무선 단말(wireless terminal)', 또는 '사용자 장치(user device)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.

기지국(110), 단말(120), 지능형 반사 평면(130)은 밀리미터 파(mmWave) 대역(예: 28GHz, 30GHz, 38GHz, 60GHz)에서 무선 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 이때, 채널 이득의 향상을 위해, 기지국(110), 단말(120), 지능형 반사 평면(130)은 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 여기서, 빔포밍은 송신 빔포밍 및 수신 빔포밍을 포함할 수 있다. 즉, 기지국(110), 단말(120), 지능형 반사 평면(130)은 송신 신호 또는 수신 신호에 방향성(directivity)을 부여할 수 있다. 이를 위해, 기지국(110) 및 단말(120), 지능형 반사 평면(130)은 빔 탐색(beam search) 또는 빔 관리(beam management) 절차를 통해 서빙(serving) 빔들 112, 113, 121, 131을 선택할 수 있다. 서빙 빔들 112, 113, 121, 131이 선택된 후, 이후 통신은 서빙 빔들 112, 113, 121, 131을 송신한 자원과 QCL(quasi co-located) 관계에 있는 자원을 통해 수행될 수 있다.

제1 안테나 포트 상의 심볼을 전달한 채널의 광범위한(large-scale) 특성들이 제2 안테나 포트 상의 심볼을 전달한 채널로부터 추정될(inferred) 수 있다면, 제1 안테나 포트 및 제2 안테나 포트는 QCL 관계에 있다고 평가될 수 있다. 예를 들어, 광범위한 특성들은 지연 스프레드(delay spread), 도플러 스프레드(doppler spread), 도플러 쉬프트(doppler shift), 평균 이득(average gain), 평균 지연(average delay), 공간적 수신 파라미터(spatial receiver parameter) 중 적어도 하나를 포함할 수 잇다.

장애물(150)은 통신 방해하는 다양한 요소들(예: 지형물)을 총칭할 수 있다.

도 2는 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국(110)의 구성을 도시한다. 도 2에 예시된 구성은 기지국(110)의 구성으로서 이해될 수 있다. 이하 사용되는 '??부', '??기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 2를 참고하면, 기지국(110)은 무선통신부(210), 백홀통신부(220), 저장부(230), 제어부(240)를 포함한다.

무선통신부(210)은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 예를 들어, 무선통신부(210)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 무선통신부(210)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 무선통신부(210)은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다.

또한, 무선통신부(210)은 기저대역 신호를 RF(radio frequency) 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 이를 위해, 무선통신부(210)은 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(digital to analog convertor), ADC(analog to digital convertor) 등을 포함할 수 있다. 또한, 무선통신부(210)은 다수의 송수신 경로(path)들을 포함할 수 있다. 나아가, 무선통신부(210)은 다수의 안테나 요소들(antenna elements)로 구성된 적어도 하나의 안테나 어레이(antenna array)를 포함할 수 있다.

하드웨어의 측면에서, 무선통신부(210)은 디지털 유닛(digital unit) 및 아날로그 유닛(analog unit)으로 구성될 수 있으며, 아날로그 유닛은 동작 전력, 동작 주파수 등에 따라 다수의 서브 유닛(sub-unit)들로 구성될 수 있다. 디지털 유닛은 적어도 하나의 프로세서(예: DSP(digital signal processor))로 구현될 수 있다.

무선통신부(210)은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 무선통신부(210)의 전부 또는 일부는 '송신부(transmitter)', '수신부(receiver)' 또는 '송수신부(transceiver)'로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서, 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 무선통신부(210)에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.

백홀통신부(220)은 네트워크 내 다른 노드들과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공한다. 즉, 백홀통신부(220)은 기지국에서 다른 노드, 예를 들어, 다른 접속 노드, 다른 기지국, 상위 노드, 코어망 등으로 송신되는 비트열을 물리적 신호로 변환하고, 다른 노드로부터 수신되는 물리적 신호를 비트열로 변환한다.

저장부(230)은 기지국의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 저장부(230)은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부(230)은 제어부 (240)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.

제어부(240)은 기지국의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부(240)은 무선통신부(210)를 통해 또는 백홀통신부(220)을 통해 신호를 송신 및 수신한다. 또한, 제어부(240)은 저장부(230)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 그리고, 제어부(240)은 통신 규격에서 요구하는 프로토콜 스택(protocol stack)의 기능들을 수행할 수 있다. 다른 구현 예에 따라, 프로토콜 스텍은 무선통신부 210에 포함될 수 있다. 이를 위해, 제어부 (240)은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 실시 예들에 따라, 제어부(240)은 저장부(230)에 저장된 명령어 집합 또는 코드로서, 적어도 일시적으로 제어부(240)에 상주된(resided) 명령어/코드 또는 명령어/코드를 저장한 저장 공간이거나, 또는, 제어부(240)를 구성하는 회로(circuitry)의 일부일 수 있다.

본 개시의 실시 예들에 따라, 제어부(240)은 기지국이 후술하는 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.

도 3은 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말(120)의 구성을 도시한다. 도 3에 예시된 구성은 단말(120)의 구성으로서 이해될 수 있다. 이하 사용되는 '??부', '??기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 3을 참고하면, 단말(120)은 통신부(310), 저장부(320), 제어부(330)를 포함한다.

통신부(310)은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 예를 들어, 통신부(310)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 통신부(310)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 통신부(310)은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 또한, 통신부(310)은 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 통신부(310)은 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다.

또한, 통신부(310)은 다수의 송수신 경로(path)들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부(310)은 다수의 안테나 요소들로 구성된 적어도 하나의 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 하드웨어의 측면에서, 통신부(310)은 디지털 회로 및 아날로그 회로(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))로 구성될 수 있다. 여기서, 디지털 회로 및 아날로그 회로는 하나의 패키지로 구현될 수 있다. 또한, 통신부(310)은 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부(310)은 빔포밍을 수행할 수 있다.

또한, 통신부(310)은 서로 다른 주파수 대역의 신호들을 처리하기 위해 서로 다른 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부(310)은 서로 다른 다수의 무선 접속 기술들을 지원하기 위해 다수의 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 무선 접속 기술들은 블루투스 저 에너지(bluetooth low energy, BLE), Wi-Fi(Wireless Fidelity), WiGig(WiFi Gigabyte), 셀룰러 망(예: LTE(Long Term Evolution) 등을 포함할 수 있다. 또한, 서로 다른 주파수 대역들은 극고단파(SHF:super high frequency)(예: 2.5GHz, 5Ghz) 대역, mm파(millimeter wave)(예: 60GHz) 대역을 포함할 수 있다.

통신부(310)은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 통신부 (310)의 전부 또는 일부는 '송신부', '수신부' 또는 '송수신부'로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 통신부(310)에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.

저장부(320)은 단말의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 저장부(320)은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부(320)은 제어부 (330)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.

제어부(330)은 단말의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부(330)은 통신부(310)를 통해 신호를 송신 및 수신한다. 또한, 제어부(330)은 저장부(320)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 그리고, 제어부(330)은 통신 규격에서 요구하는 프로토톨 스택의 기능들을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제어부(330)은 적어도 하나의 프로세서 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부일 수 있다. 또한, 통신부(310)의 일부 및 제어부(330)은 CP(communication processor)라 지칭될 수 있다. 실시 예들에 따라, 제어부(330)은 저장부(330)에 저장된 명령어 집합 또는 코드를 실행하는 장치로서, 적어도 일시적으로 제어부(330)에 상주된(resided) 명령어/코드 또는 명령어/코드를 수행하는 공간일 수 있다.

다양한 실시 예들에 따라, 제어부 330은 제어부 330은 단말이 후술하는 다양한 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.

도 4은 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS)(130)의 구성을 도시한다. 도 4에 예시된 구성은 IRS(130)의 구성으로서 이해될 수 있다. 이하 사용되는 '??부', '??기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 4을 참고하면, IRS(130)은 통신부(410), 제어부(430), 반사 소자부(450)를 포함한다.

통신부(410)은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 예를 들어, 통신부(410)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 통신부(410)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 통신부(410)은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 또한, 통신부(410)은 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 통신부(410)은 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다.

또한, 통신부(410)은 다수의 송수신 경로(path)들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부(410)은 다수의 안테나 요소들로 구성된 적어도 하나의 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 하드웨어의 측면에서, 통신부(410)은 디지털 회로 및 아날로그 회로(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))로 구성될 수 있다. 여기서, 디지털 회로 및 아날로그 회로는 하나의 패키지로 구현될 수 있다. 또한, 통신부(410)은 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부(410)은 빔포밍을 수행할 수 있다.

또한, 통신부(410)은 서로 다른 주파수 대역의 신호들을 처리하기 위해 서로 다른 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부(410)은 서로 다른 다수의 무선 접속 기술들을 지원하기 위해 다수의 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 무선 접속 기술들은 블루투스 저 에너지(bluetooth low energy, BLE), Wi-Fi(Wireless Fidelity), WiGig(WiFi Gigabyte), 셀룰러 망(예: LTE(Long Term Evolution) 등을 포함할 수 있다. 또한, 서로 다른 주파수 대역들은 극고단파(SHF:super high frequency)(예: 2.5GHz, 5Ghz) 대역, mm파(millimeter wave)(예: 60GHz) 대역을 포함할 수 있다.

통신부(410)은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 통신부 (410)의 전부 또는 일부는 '송신부', '수신부' 또는 '송수신부'로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 통신부(410)에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.

제어부(430)은 IRS(130)의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부(430)은 통신부(410)를 통해 신호를 송신 및 수신한다. 제어부(430)은 통신 규격에서 요구하는 프로토톨 스택의 기능들을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제어부(430)은 적어도 하나의 프로세서 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부일 수 있다. 또한, 통신부(410)의 일부 및 제어부(430)은 CP(communication processor)라 지칭될 수 있다.

일 실시 예들에 따라, 제어부(430)은 IRS(130)에 유선 혹은 무선으로 연결될 수 있다.

일 실시 예들에 따라, 제어부(430)은 IRS이 후술하는 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.

반사 소자부(450)은 지능형 반사 평면(130)을 구성하는 복수의 반사 소자의 집합을 의미할 수 있다. 반사 소자부(450)을 구성하는 각각의 반사 소자는 제어부(430)에 의하여 제어될 수 있다. 즉, 제어부(430)에 의하여 각각의 반사 소자는 입사 신호를 원하는 위상 시프트를 가지는 신호로 반사할 수 있다. 이로 인해, 지능형 반사 평면(130)은 입사 신호를 원하는 위상으로 반사함으로써, 무선 채널을 수정하여, 통신 시스템의 용량(capacity)를 크게 향상시킬 수 있다.

도 5a 내지 5c는 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 통신부의 구성을 도시한다. 도 5a 내지 5c는 도 2의 무선통신부(210), 도 3의 통신부(310), 또는 도 4의 통신부(410)의 상세한 구성에 대한 예를 도시한다. 구체적으로, 도 5a 내지 5c는 도 2의 무선통신부(310), 도 3의 통신부(310), 또는 도 4의 통신부(410)의 일부로서, 빔포밍을 수행하기 위한 구성요소들을 예시한다.

도 5a를 참고하면, 무선통신부(210) 또는 통신부(310, 410)은 부호화 및 변조부 (502), 디지털 빔포밍부(504), 다수의 송신 경로들(506-1 내지 506-N), 아날로그 빔포밍부(508)를 포함한다.

부호화 및 변조부(502)는 채널 인코딩을 수행한다. 채널 인코딩을 위해, LDPC(low density parity check) 코드, 컨볼루션(convoluation) 코드, 폴라(polar) 코드 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 부호화 및 변조부(502)는 성상도 맵핑(contellation mapping)을 수행함으로써 변조 심벌들을 생성한다.

디지털 빔포밍부(504)은 디지털 신호(예: 변조 심벌들)에 대한 빔포밍을 수행한다. 이를 위해, 디지털 빔포밍부 404은 변조 심벌들에 빔포밍 가중치들을 곱한다. 여기서, 빔포밍 가중치들은 신호의 크기 및 위상을 변경하기 위해 사용되며, '프리코딩 행렬(precoding matrix)', '프리코더(precoder)' 등으로 지칭될 수 있다. 디지털 빔포밍부(504)는 다수의 송신 경로들(506-1 내지 506-N)로 디지털 빔포밍된 변조 심벌들을 출력한다. 이때, MIMO(multiple input multiple output) 전송 기법에 따라, 변조 심벌들은 다중화되거나, 다수의 송신 경로들(506-1 내지 506-N)로 동일한 변조 심벌들이 제공될 수 있다.

다수의 송신 경로들(506-1 내지 506-N)은 디지털 빔포밍된 디지털 신호들을 아날로그 신호로 변환한다. 이를 위해, 다수의 송신 경로들(506-1 내지 506-N) 각각은 IFFT(inverse fast fourier transform) 연산부, CP(cyclic prefix) 삽입부, DAC, 상향 변환부를 포함할 수 있다. CP 삽입부는 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식을 위한 것으로, 다른 물리 계층 방식(예: FBMC(filter bank multi-carrier))이 적용되는 경우 제외될 수 있다. 즉, 다수의 송신 경로들(506-1 내지 506-N)은 디지털 빔포밍을 통해 생성된 다수의 스트림(stream)들에 대하여 독립된 신호처리 프로세스를 제공한다. 단, 구현 방식에 따라, 다수의 송신 경로들(506-1 내지 506-N)의 구성요소들 중 일부는 공용으로 사용될 수 있다.

아날로그 빔포밍부(508)는 아날로그 신호에 대한 빔포밍을 수행한다. 이를 위해, 디지털 빔포밍부(504)은 아날로그 신호들에 빔포밍 가중치들을 곱한다. 여기서, 빔포밍 가중치들은 신호의 크기 및 위상을 변경하기 위해 사용된다. 구체적으로, 다수의 송신 경로들(506-1 내지 506-N) 및 안테나들 간 연결 구조에 따라, 아날로그 빔포밍부(508)는 도 5b 또는 도 5c와 같이 구성될 수 있다.

도 5b를 참고하면, 아날로그 빔포밍부(508)로 입력된 신호들은 위상/크기 변환, 증폭의 연산을 거쳐, 안테나들을 통해 송신된다. 이때, 각 경로의 신호는 서로 다른 안테나 집합들 즉, 안테나 어레이들을 통해 송신된다. 첫번째 경로를 통해 입력된 신호의 처리를 살펴보면, 신호는 위상/크기 변환부들(512-1-1 내지 512-1-M)에 의해 서로 다른 또는 동일한 위상/크기를 가지는 신호열로 변환되고, 증폭기들(514-1-1 내지 514-1-M)에 의해 증폭된 후, 안테나들을 통해 송신된다.

도 5c를 참고하면, 아날로그 빔포밍부 508로 입력된 신호들은 위상/크기 변환, 증폭의 연산을 거쳐, 안테나들을 통해 송신된다. 이때, 각 경로의 신호는 동일한 안테나 집합, 즉, 안테나 어레이를 통해 송신된다. 첫번째 경로를 통해 입력된 신호의 처리를 살펴보면, 신호는 위상/크기 변환부들(512-1-1 내지 512-1-M)에 의해 서로 다른 또는 동일한 위상/크기를 가지는 신호열로 변환되고, 증폭기들(514-1-1 내지 514-1-M)에 의해 증폭된다. 그리고, 하나의 안테나 어레이를 통해 송신되도록, 증폭된 신호들은 안테나 요소를 기준으로 합산부들(516-1-1 내지 516-1-M)에 의해 합산된 후, 안테나들을 통해 송신된다.

도 5b는 송신 경로 별 독립적 안테나 어레이가 사용되는 예를, 도 5c 송신 경로들이 하나의 안테나 어레이를 공유하는 예를 나타낸다. 그러나, 다른 실시 예에 따라, 일부 송신 경로들은 독립적 안테나 어레이를 사용하고, 나머지 송신 경로들은 하나의 안테나 어레이를 공유할 수 있다. 나아가, 또 다른 실시 예에 따라, 송신 경로들 및 안테나 어레이들 간 스위치 가능한(switchable) 구조를 적용함으로써, 상황에 따라 적응적으로 변화할 수 있는 구조가 사용될 수 있다.

본 개시는 IRS(130) 기반 통신의 초기 접속, 채널 추정 및 데이터 통신을 위한 시그널링 방법을 개시한다.

최근 스마트폰 및 사물 인터넷(IoT) 디바이스의 수 및 데이터 요구량이 급증함에 따라 네트워크의 용량 (capacity)을 향상시키기 위한 수단으로 IRS 기반 통신이 큰 주목을 받고 있다. IRS(130)는 수백 혹은 수천개의 저전력 반사 소자로 구성된 메타 평면으로 기존 경로 (기지국-단말)에 경로 이득이 높은 새로운 경로 (기지국-IRS-단말)를 추가하여 데드존 및 커버리지 영역에 있는 단말(120)의 신호 품질을 크게 개선할 수 있다. 구체적으로 기지국(110)은 기지국-IRS 사이 무선 링크를 통해 IRS로 반사소자의 반사계수 값을 송신하며, IRS(130)의 제어부(430)는 받은 반사계수 값을 바탕으로 반사소자의 반사계수를 조절할 수 있다. 이를 통해, IRS(130)는 입사신호의 반사패턴을 변화시켜 단말(120) 사이의 간섭을 억제하는 동시에 수신 신호의 세기를 증가시키는 방식으로 신호 품질을 크게 개선할 수 있다. 네트워크의 용량을 극대화하는 IRS 반사 계수를 얻기 위해서는 IRS 채널 정보를 추정하는 것이 필수적이다. 단말(120)과 기지국(110)의 안테나 개수를 각각

과 1, IRS의 반사소자 개수를

이라 할 때, IRS 기반 네트워크에는 기지국(110)과 단말(120)사이의 직접 채널

, 기지국(110)과 IRS(130) 사이의 채널

, IRS(130)와 단말(120)사이의 채널

이 존재한다. 기지국(110)과 단말(120) 사이의 유효 채널 (effective channel)

은 수학식 1로 표현될 수 있다.

여기서

는 IRS의 반사계수 벡터,

은 기지국(110), IRS(130) 그리고 단말(120) 사이의 합성채널을 의미한다. 즉 네트워크의 용량을 극대화하는 반사계수 벡터

를 찾기 위해서는 채널 추정 과정을 통해 직접 채널

와 합성 채널

을 획득해야 한다.

여기서 합성 채널

는 밀리미터파의 희소성을 이용하여 다중경로의 함수로 분해할 수 있다. 합성 채널

는 기지국(110)과 IRS(130) 사이의 채널

와 IRS(130)와 단말(120) 사이의 채널

로 구성되는데, 기지국(110)과 IRS(130)는 LoS(line of sight)가 보장되는 위치에 설치되므로

에는 LoS 요소가 지배적인 반면

에는 LoS와 non-LoS 요소가 동시에 존재한다. 따라서 밀리미터파 대역에서 기지국(110)과 IRS(130) 사이의 채널

는 수학식 2로 표현될 수 있다.

여기서

는 경로 이득이며,

,

는 각각 기지국(110)과 IRS(130) 사이의 AoD (angle of departure), AoA (angle of arrival), 기지국 방향 벡터, IRS 방향 벡터이다.

와

는 각각 기지국, IRS 안테나 간격이며,

은 전파신호 파장이다. 또한, 밀리미터파 대역에서 IRS(130)와 단말(120)사이의 채널

은 수학식 3와 같이 표현될 수 있다.

여기서

는 기지국(110)과 단말(120) 사이의 AoD,

는 다중경로의 경로 이득,

이다. 밀리미터파 채널 모델을 사용하여 합성 채널

를 수학식 4와 같이 다중경로의 함수로 표현할 수 있다.

여기서

,

, 그리고

는 원소간(element-wize) 곱, 복소수 함수, 에르미트 (Hermite) 함수이다. 즉, 합성 채널

는 기지국-IRS 사이 각도정보 (

,

), IRS-단말 사이 각도정보(

), 그리고 기지국-IRS 및 IRS-단말 사이 경로 이득정보 (

,

)의 함수로 나타난다. 따라서, 전체 채널 행렬 대신 이러한 다중경로 요소를 추정함으로써 적은 파일럿 수로 IRS 채널 정보를 추정할 수 있다.

또한 기지국-IRS 사이 각도정보 (

,

), IRS-단말 사이 각도정보(

), 그리고 기지국-IRS 및 IRS-단말 사이 경로 이득정보 (

,

)가 서로 상관시간이 다름이 알려져 있다. 일반적으로 각도정보는 경로 이득정보보다 10~40배 더 긴 상관시간을 가짐이 알려져 있고, 시변하는 단말(120)의 위치에 비해 기지국(110)과 IRS(130)의 위치는 변하지 않으므로 기지국-IRS 사이 채널은 IRS-단말 사이 채널보다 상관시간이 길다. 이러한 물리적 특성에 기반하여 합성 채널

는 정적 기지국-IRS 사이 각도정보 (

,

), 준정적 IRS-단말 사이 각도정보(

), 그리고 시변적 기지국-IRS 및 IRS-단말 사이 경로 이득정보 (

,

)의 함수로 나타낼 수 있다.

기존에 IRS(130) 기반 네트워크의 채널 추정 기법으로는 on/off 채널 추정 기법과 그룹핑 기반 채널 추정 기법이 제안되었다. 첫째로 on/off 채널 추정 기법은 반사소자를 on 상태 (반사 계수의 크기가 1)로 켜고, off 상태(반사 계수의 크기가 0)로 끌 수 있는 IRS의 특성을 이용한다. 구체적으로 on/off 채널 추정 기법은 순차적으로 반사소자 1개만을 켜고, 나머지를 모두 끈 상태에서 단말이 보낸 상향링크 파일럿을 이용하여 기지국이 해당 반사소자에 대응되는 채널 정보를 추정하는 방식으로 수행된다. 매 슬롯마다 한 반사소자에 대한 채널 정보를 추정하며, 전체 반사소자 개수만큼 on/off 상태 전환을 반복하여야 전체 IRS 채널을 추정할 수 있다.

이러한 on/off 채널 추정 기법은 전체 반사소자를 순차적으로 켜고 꺼야 하므로 반사소자 개수에 비례하여 막대한 양의 파일럿 심볼이 필요하다는 문제점이 있다. 이용 가능한 파일럿의 수는 채널 상관시간 (coherent time)에 따라서 한정되어 있음으로, 많은 수의 반사소자를 사용하는 상황에서는 on/off 기법의 사용이 불가능하다. 예를 들어 256개의 반사소자를 가진 IRS(130)의 경우, LTE의 자원 블록 (resource block) 내의 자원 요소 (resource element)의 84개보다 반사소자의 수가 많기 때문에 on/off 기법으로는 전체 IRS 채널 정보를 추정할 수 없다. 또한 채널 추정을 위해 상향링크 파일럿을 내는 만큼 데이터 전송을 수행할 수 없음으로 데이터 전송률이 급격히 저하되는 단점이 존재한다.

둘째로, 그룹핑 기반 채널 추정 기법은 여러 반사소자를 같은 위상변이를 가지도록 한 그룹으로 묶어 각 그룹 별로 채널을 추정하는 방식이다. on/off 채널 추정 기법은 매 슬롯마다 한 반사소자에 대해서 채널 정보를 추정하는데 반해 그룹핑 기반 채널 추정 기법은 한 반사소자 그룹에 대해 채널 정보를 추정하므로 한 그룹의 반사소자 개수만큼 파일럿의 양을 줄일 수 있다는 장점이 존재한다. 예를 들어 4개의 반사소자를 한 그룹으로 묶었을 경우 그룹의 수는 N/4가 되며, 필요한 파일럿의 양도 기존과 비교하여 1/4으로 감소되는 효과가 있다.

하지만 그룹핑 기반 채널 추정 기법은 한 그룹의 반사소자 개수와 반비례하여 채널 추정의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다. 구체적으로 한 그룹의 모든 반사소자의 위상 변이 값은 같기 때문에 그룹의 추정 채널 정보는 각 반사소자의 채널 정보의 평균과 같다. 따라서 on/off 채널 추정 기법과 비교하여 그룹핑 기반 채널 추정 기법의 채널 추정 오차는 매우 크기 때문에 데이터 전송률 저하되는 문제가 있다.

이러한 문제를 하기 위하여, 본 개시는 밀리미터파의 희소전파특성과 채널요소간 상관시간 차이를 이용하여 효율적인 초기 접속, 채널 추정 및 데이터 통신을 위한 시그널링 방법을 제안한다.

이하, 본 명세서에 도시된 도면들에서 IRS(130)에 의하여 수행되는 동작들은 IRS(130)의 제어부(403)에 의하여 수행되는 것으로 볼 수 있다.

도 6은 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 IRS(130)을 활용한 데이터 통신의 전체 흐름도를 도시한다.

도 6을 참고하면, 동작(601)에서는, IRS(130)이 기지국(110)에 초기 접속할 수 있다. (601)의 구체적인 동작 방법은 도 8, 도 9에서 구체적으로 도시한다. 다만, 도 8, 9에 도시된 과정은 기지국(110)과 IRS(130) 혹은 IRS(130)의 제어부(430)가 유선망을 통하여 연결될 경우에는 생략될 수 있다.

동작(603)에서는, 기지국(110)은 기지국(110)과 IRS(130)사이에 각도를 추정할 수 있다. 동작(603)의 구체적인 동작은 도 11, 12에서 구체적으로 도시한다. 구체적으로 도 11는 기지국(110)과 IRS(130)의 제어부(430)가 무선으로 연결된 경우, 도 12은 기지국(110)과 IRS(130)의 제어부(430)가 유선으로 연결된 경우를 도시한다.

동작(605)에서는, 단말(120)가 기지국(110)에 초기 접속할 수 있다. 이 경우, 단말(120)가 데드존에 있는 경우와 없는 경우, 초기 접속하는 과정이 달라질 수 있다. 동작(605)의 구체적인 동작은, 도 13에서 단말(120)을 기준으로, 도14에서 IRS(130)을 기준으로, 도 15에서 기지국(110)을 기준으로, 도 16에서 단말(120), IRS(130), 기지국 간(110)의 신호교환을 도시한다.

동작(607)에서는 기지국(1110)은 단말(120)와 IRS(130)간의 각도를 추정할 수 있다. 동작(607)의 구체적인 동작은, 도 17에서, 도 18에서 기지국(110)을 기준으로, 도 19에서 IRS(130)을 기준으로, 도 20에서 단말(120)을 기준으로, 도 21에서 단말(120), IRS(130), 기지국(110) 간의 신호교환을, 도 22에서 각도 추정에 대한 슬롯 구성도 도시한다.

동작(609)에서는, 기지국(110)은 기지국(110)과 IRS(130) 사이, IRS(130)과 단말(120) 사이에 경로 이득을 추정할 수 있다. 동작(609)의 구체적인 동작은, 도 23에서, 기지국(110)을 기준으로, 도 24에서 IRS(130)을 기준으로, 도 25에서 단말(120)을 기준으로, 도 26에서 단말(120), IRS(130), 기지국(110) 간의 신호교환을, 도 27에서 경로 이득 추정 대한 슬롯 구성도 도시한다.

동작(611)에서는, 기지국(110)은 상기 각도 추정과 상기 경로 이득을 기반하여 단말(120)에게 데이터를 송신할 수 있다. 동작(6110)의 구체적인 실험 데이터가 도 28에서 도시된다.

도 7은 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 IRS(130)을 활용한 데이터 통신의 전체 과정을 도시한다. 도 7은 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 시간의 흐름을 도시한다.

도 7을 참고하면, 도 7의 동작(701)은 도 6의 동작(601), 도 7의 동작(703)은 도 6의 동작(603), 도 7의 동작(705)은 도 6의 동작(605), 도 7의 동작(707)은 도 6의 동작(607), 도 7의 동작(709)은 도 6의 동작(609)에 각각 대응한다.

도 7을 참고하면, (711)은 경로 이득 추정 과정에서의 채널 상관 시간을 의미하고, (713)은 각도 추정 과정에서의 채널 상관 시간을 의미한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 경로 이득 추정 과정에서의 채널 상관 시간은 각도 추정 과정에서의 채널 상관 시간에 비하여 짧을 수 있다.

본 개시는 IRS 합성 채널을 기지국-IRS 사이의 각도, IRS-단말 사이의 각도, 기지국-IRS 및 IRS-단말 사이의 경로 이득으로 분해하고, 기지국-IRS 사이의 각도, IRS-단말 사이의 각도, 기지국-IRS 및 IRS-단말 사이의 경로 이득의 각각 상관 시간이 다르다는 특성을 이용하여, 정적인 기지국-IRS 사이 각도 정보는 통신과정에서 한번 만 추정하고(705), 준정적인 IRS-단말 사이의 각도 정보는 긴 주기를 가지고 추정하고(713), 시변적인 기지국-IRS 및 IRS-단말 사이 경로 이득 정보는 매 슬롯마다 측정(707)할 수 있다.

도 8은 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국(110)과 IRS(130) 간의 초기 접속에서 기지국의 동작 방법을 도시한다.

도 8를 참고하면, 동작(801)에서, 기지국(110)은 IRS(130)의 전원 신호를 브로드캐스팅할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 상기 전원 신호를 PBCH(physical broadcast channel)을 통해 브로딩캐스팅될 수 있다.

동작(803)에서, 기지국(110)은 동기화 신호 블록(synchronization signal block, SSB)를 브로드캐스팅할 수 있다.

동작(805)에서, 기지국(110)는e IRS(130)과 랜덤 엑세스를 수행할 수 있다. 동작(805)는 도 9의 동작(907)와 동일한 과정으로 대응되는 과정일 수 있다.

동작(807)에서, 기지국(110)은 IRS(130)의 제어부(430)에 수신 빔 리포팅을 요청할 수 있다. 구체적으로 동작(807)은 동작(805)에서 랜덤 액세스가 끝난 후, 기지국(110)은 IRS(130)에 수신 빔 리포팅을 요청하고, IRS(130)는 PUCCH(physical uplink control channel)를 통해 수신 빔 인덱스를 송신할 수 있다.

도 9은 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국(100)과 IRS (130)간의 초기 접속에서 지능형 반사 평면의 동작 방법을 도시한다. 도 9은 IRS(130)의 동작 방법을 예시한다.

도 9를 참고하면, 동작(901)에서, IRS(130)은 IRS(130)의 반사 소자부(450)의 모든 반사 소자의 전원을 온(on)으로 전환할 수 있다. 동작(901)에 선행하여, IRS (130)은 기지국이 브로딩캐스트한 IRS의 전원 신호를 수신할 수 있다.

동작(903)에서, IRS(130)은 기지국에 초기 접속하기 위한 셀 정보 획득 및 동기화를 수행할 수 있다. 동작(903)에서, IRS(130)는 IRS 반사소자(131)의 반사 계수를 조절하여 수신 빔 스위핑을 수행할 수 있다. 상기 수신 빔 스위핑을 위한 반사 계수 벡터는 채널 추정용 IRS 반사계수 코드북의 코드 워드일 수 있다. 상기 코드 워드는 IRS 제어부(430)에게 사전에 알려져 있을 수 있다.

구체적인 코드 워드(

)는 아래와 같이 수학식 5에 의하여 나타낼 수 있다.

여기서, a_i는 IRS 방향 벡터, t는 코드 워드의 인덱스, T는 코드 워드의 총 개수(혹은 코드북의 크기)를 의미한다.

동작(905)에서, IRS(130)는, 검출된 SSB 빔 인덱스를 기지국(110)에 송신할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 검출된 SSB 빔 인덱스는 PUCCH(physical uplink control channel)을 통해 송신될 수 있다.

동작(907)에서, IRS(130)은, 기지국(110)과 랜덤 엑세스를 수행할 수 있다. 구체적으로, 검출된 SSB와 연결된 PRACH(physical random access channel)을 통해 프리앰블을 전송하여 랜덤 액세스를 수행할 수 있다. 동작(907)는 도 8의 동작(805)와 동일한 과정으로 대응되는 과정일 수 있다.

동작(909)에서, IRS(130)는 기지국(110)으로 수신 빔 인덱스를 송신할 수 있다. 동작(909)는 기지국이 IRS에 수신 빔 리포팅을 요청하는 동작(807)에 대응하여 수행될 수 있다.

도 10는 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 기지국(110)과 지능형 반사 평면(130) 간의 초기 접속을 위한 기지국(110)과 IRS(130) 간의 신호 교환 과정을 도시한다.

도 10를 참고하면, 동작(1001)에서 기지국(110)은 PBCH(physical broadcast channel)을 통해 IRS(130)의 전원 신호를 브로드캐스팅할 수 있다. 동작(1001)은 도 8의 동작(801)에 대응될 수 있다.

*동작(1003)에서, 기지국(110)은 동기화 신호 블록(synchronization signal block, SSB)를 브로드캐스팅할 수 있다. 동작(1003)은 도 8의 동작(803)에 대응될 수 있다.

동작(1005)에서, IRS(130)는 셀 정보 획득 및 동기화를 수행할 수 있다. 동작(1005)은 도 9의 동작(903)에 대응될 수 있다.

동작(1007)에서, IRS(130)은, SSB 빔 인덱스를 기지국(110)에 송신할 수 있다. 동작(1007)은 도 9의 동작(905)에 대응될 수 있다.

동작(1009)에서, 기지국(110)는 IRS(130)과 랜덤 엑세스를 수행할 수 있다. 동작(1009)은 도 9의 동작(909)에 대응될 수 있다.

동작(1011)에서, 기지국(110)은 IRS(130)에 수신 빔 리포팅을 요청할 수 있다. 동작(1011)은 도 8의 동작(807)에 대응될 수 있다.

동작(1113)에서, IRS(130)는 기지국(110)으로 수신 빔 인덱스를 송신할 수 있다. 동작(1113)은 도 9의 동작(909)에 대응될 수 있다.

도 8, 9, 10에 도시된 과정은 기지국(110)과 IRS(130) 혹은 IRS(130)의 제어부(430)가 유선망을 통하여 연결될 경우에는 생략될 수 있다.

도 11는 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국(110)과 IRS(130) 사이의 각도를 추정하기 위한 기지국의 제1 방법을 도시한다. 상기 제1 방법은 기지국(110)과 IRS(130) 혹은 IRS(130)의 제어부(430)가 무선으로 연결되는 경우의 동작 방법을 도시한다.

도 11를 참고하면, 동작(1101)에서, 기지국(110)은 검출된 SSB 빔 인덱스 정보를 기반으로 기지국(110)과 IRS(130) 사이의 AoD(

)를 획득할 수 있다. 일 실시 예에 따라, SSB 빔 인덱스는 AoD(

)와 일대일로 대응될 수 있다. 예를 들어, 인덱스 3은 60도, 인덱스 4는 70도를 나타낼 수 있다. IRS(130)은 기지국(110)이 송신한 복수의 SSB 중에 가장 큰 수신 세기를 가지고 있는 SSB의 인덱스 정보를 식별하고, 가장 큰 수신 세기를 가지는 SSB의 인덱스 정보에 대응하는 AoD(

)를 획득할 수 있다.

동작(1103)에서, 기지국(110)은 수신 빔 인덱스 정보을 기반으로 기지국(110)과 IRS(130) 사이의 AoA(

)를 획득할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 상기 수신 빔 인덱스는 AoA(

)와 일대일로 대응될 수 있다. IRS(130)은 여러 방향으로 수신 빔을 바꿔가며 SSB를 수신하고, 수신한 SSB 중 가장 큰 수신신호를 가지는 방향을 찾아내어 AoA(

)를 획득할 수 있다.

도 12는 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국(110)과 IRS(130) 사이의 각도를 추정하기 위한 기지국의 제2 방법을 도시한다. 상기 제2 방법은 기지국(110)과 IRS(130) 혹은 IRS(130)의 제어부(430)가 유선으로 연결되는 경우의 동작 방법을 도시한다.

도 12를 참고하면, 동작(1201)에서, 기지국(110)은 IRS(130)의 제어부(430)로부터 지능형 반사 평면(130)의 위치 정보를 수신할 수 있다. 즉, IRS(130)은 위치 정보를 기지국(110)에 직접 송신할 수 있다.

동작(1203)에서, 상기 위치 정보를 기반으로 기지국(110)과 IRS(130)의 AoD(

)와 AoA(

)를 획득할 수 있다.

도 13는 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말(120)의 초기 접속을 위한 단말(120)의 동작 방법을 도시한다. 구체적으로 도 12은 단말(120)이 데드존에 위치하는 경우를 도시한다. 즉, 단말(120)가 데드존에 위치하여 기지국(110)으로부터 SSB를 수신하지 못하는 경우를 도시한다.

도 13를 참고하면, 동작(1301)에서, 단말(120)은 IRS(130)에 초기 접속 요청 신호를 송신할 수 있다.

동작(1303)에서, 단말(120)은 동작(1405)의 기지국 SSB로부터 셀 정보 획득 및 동기화를 수행할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 동작(1405)의 상기 기지국 SSB는 IRS(130)에 의하여 반사된 SSB일 수 있다. 구체적으로, IRS(130)은 IRS 제어 코드북을 기반으로 단말(120)에 기지국 SSB를 반사할 수 있다.

동작(1305)에서, 단말(120)은 검출된 SSB 빔 인덱스를 기지국에 송신할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 검출된 SSB 빔 인덱스는 PUCCH를 통해 송신될 수 있다.

동작(1307)에서, 단말(120)은 기지국(110)과 랜덤 엑세스를 수행할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 검출된 SSB와 PRACH를 통하여 프리앰블을 전송하여 랜덤 엑세스가 수행될 수 있다.

일 실시 예에 따라, 기지국(110)에 검출된 SSB 빔 인덱스를 송신하는 시점은 SSB 검출 시점으로부터 기지국 SSB 주기(예: 20ms)에 IRS 위상제어 코드북 길이의 절반을 곱한 시간 이후에 수행될 수 있다. 예를 들어, IRS 위상제어 코드북의 길이가 16이라고 한다면, 단말(120)은 SSB 검출 이후 160ms 이후에 SSB 빔 인덱스를 기지국(110)에 송신할 수 있다. 이러한 것은, 상향링크-하향링크 채널상호성에 따라 기지국(110)의 송신 빔에 n번째 위상제어 코드 워드를 적용하여 IRS 반사 빔이 단말(120)에 도달하였다면 단말(120)의 SSB 빔 인덱스 송신에 (n+N/2)번째 위상제어 코드 워드를 적용하였을 때 IRS 반사 빔이 기지국(110)에 도달하는 특성을 기초로 결정된 것이다. (여기서, n은 양의 정수이다.)

도 14는 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말(120)의 초기 접속을 위한 IRS(130)의 동작 방법을 도시한다. 구체적으로 도 14은 단말(120)이 데드존에 위치하는 경우를 도시한다. 즉, 단말(120)가 데드존에 위치하여 기지국(110)으로부터 SSB를 수신하지 못하는 경우를 도시한다.

도 14를 참고하면, 동작(1401)에서, IRS(130)는 초기 접속 요청 신호를 수신할 수 있다.

동작(1403)에서, IRS(130)는 기지국(110)에 데드존에 위치한 단말(120)가 초기 접속을 요청했음을 알릴 수 있다. 동작(1403)은 동작(1401)에 대응하여 수행될 수 있다.

동작(1405)에서, IRS(130)는 IRS 제어 코드북을 기반으로 단말(120)에 기지국 SSB 빔을 반사할 수 있다. 일 실시 예에 따른 IRS 제어 코드북에 대한 설명은 도 13, 15의 기술된 것과 같다.

도 15는 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 초기 접속을 위한 기지국의 동작 방법을 도시한다. 구체적으로 도 15은 단말(120)이 데드존에 위치하는 경우를 도시한다. 즉, 단말(120)가 데드존에 위치하여 기지국(110)으로부터 SSB를 수신하지 못하는 경우를 도시한다.

도 15을 참고하면, 동작(1501)에서, 기지국(110)은 SSB를 브로딩캐스팅할 수 있다.

동작(1503)에서, 기지국(110)은 IRS(130)에 초기 접속용 IRS 제어 코드북을 송신할 수 있다. 동작(1503)은 도 14의 동작(1403)에 대응하여 수행될 수 있다.

일 실시 예에 따라, 초기 접속용 IRS 제어 코드북은 IRS 제어링크를 통하여 송신될 수 있다. 구체적으로, 초기 접속 용 IRS 제어 코드북은 기지국-IRS 각도 추정과정에서 획득한 기지국 송신 빔 인덱스를 기반으로 생성될 수 있다. 이 때, IRS 제어 코드북의 각 코드 워드는 IRS 초기 접속단계의 수학식 5와 동일할 수 있다. IRS는 기지국 SSB 빔이 IRS를 향하는 시점에 초기 접속용 IRS 제어 코드북에 따라 위상변이를 적용하여 기지국 SSB 빔을 반사할 수 있다. 예를 들어, 코드 워드의 개수가 N개이면 기지국 SSB 주기인 20ms마다 각 코드 워드에 따라 위상변이를 수행할 수 있다.

도 16는 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 단말(120)의 초기 접속을 위한 기지국(110), 지능형 반사 평면(130), 또는 단말 간(120)의 신호 교환 과정을 도시한다.

도 16을 참고하면, 동작(1601)에서, 기지국(110)은 SSB를 브로딩캐스팅할 수 있다. 동작(1601)은 도 15의 동작(1501)에 대응된다.

동작(1603)에서, 단말(120)는 초기 접속 요청 신호를 송신할 수 있다. 동작(1603)은 도 13의 동작(1301)에 대응된다.

동작(1605)에서, IRS(130)는 기지국(110)에 데드존에 위치한 단말(120)가 초기 접속을 요청했음을 알릴 수 있다. 동작(1605)은 도 14의 동작(1403)에 대응된다.

동작(1607)에서, 기지국(110)은 IRS(130)에 초기 접속용 IRS 제어 코드북을 송신할 수 있다. 동작(1607)은 도 15의 동작(1503)에 대응된다.

동작(1609)에서, IRS(130)는 IRS 제어 코드북을 기반으로 단말(120)에 기지국 SSB 빔을 반사할 수 있다. 동작(1609)은 도 14의 동작(1405)에 대응된다.

동작(1611)에서, 단말(120)은 동작(1609)의 기지국 SSB로부터 셀 정보 획득 및 동기화를 수행할 수 있다. 동작(1611)은 도 13의 동작(1303)에 대응된다.

동작(1613)에서, 단말(120)은 SSB 빔 인덱스를 기지국(110)에 송신할 수 있다. 동작(1613)은 도 13의 동작(1305)에 대응된다.

동작(1615)에서, 단말(120)은 기지국(110)과 랜덤 엑세스를 수행할 수 있다. 동작(1615)은 도 13의 동작(1307)에 대응된다.

이에 반해, 단말(120)가 데드존에 위치하지 않는 경우, 기지국(110)과 단말(120)의 연결이 유지되는 바, 기지국(110)은 도 13, 14, 14, 또는 16의 동작 방법과 달리, IRS(130)의 제어부(403)에 초기 접속을 위한 IRS 제어 신호를 전송하지 않으며, 단말(120)는 기지국(110)으로부터 SSB를 직접 수신하여 초기 접속을 수행할 수 있다.

도 17은 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS(130)과 단말(120) 간의 각도 추정 동작을 설명하기 위한 개략도이다. 도 17은 동작(1607), 동작(1609), 동작(1611)에 대응될 수 있다.

도 17을 참고하면, 기지국(110)은 복수의 안테나들을 이용하여 빔포밍을 수행할 수 있다. 빔포밍을 통하여 기지국(110)은 SSB을 브로드캐스팅할 수 있다. 구체적으로, 기지국(110)은 동작(1101) 또는 동작(1203)에서 얻은 AoD 각도 방향을 기반으로 기지국(110)의 빔 0내지7 중 하나를 선택하여 IRS(130)을 향해 SSB를 송신할 수 있다. 도 17에 도시된 인덱스(0 내지 7)은 SSB 빔 인덱스를 의미한다.

일 실시 예에 따라, 기지국(110)과 IRS(130)은 제어링크(105)에 의하여 연결될 수 있다.

지능형 반사 평면(130)도 빔포밍을 수행할 수 있다. 구체적으로 IRS(130)은 기지국(110)으로부터 수신되는 SSB에 기반하여 받은 코드 워드를 기반으로 SSB를 단말(120)을 향해 반사할 수 있다. 도 17에 도시된 인덱스(8 내지 15)는 IRS(130)에 의하여 반사된 SSB 빔 인덱스를 의미한다. 상기 반사된 SSB 빔 인덱스를 통하여 단말(120)은 기지국과 통신을 수행할 수 있다.

도 18 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS(130)과 단말(120) 간의 각도 추정 동작을 설명하기 위한 기지국(110)의 동작 방법을 도시한다.

도 18 참고하면, 동작(1801)에서, 기지국(110)은 단말(120)에게 제1 다운링크 제어 정보(downlink control information, DCI)를 송신할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 상기 DCI는 단말(120)에게 SRS 전송을 지시할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 상기 DCI는 기지국(110)과 단말(120) 사이의 단말링크를 통하여 전송될 수 있다.

동작(1803)에서, 기지국(110)은 IRS에게 반사소자 OFF 모드 전환 신호를 송신할 수 있다. 상기 반소소자 오프(OFF) 모드 전환 신호는 기지국(110)과 IRS(130) 사이의 IRS 제어 링크를 통하여 송신될 수 있다.

동작(1805)에서, 기지국(110)은 단말(120)로부터 제1 사운딩 래퍼런스 신호(sounding reference signal, SRS)를 수신할 수 있다. 상기 SRS는 상기 DCI에 의하여 지시된 SRS일 수 있다.

동작(1807)에서, 기지국(110)은 상기 수신된 SRS을 기반으로 기지국(110)과 단말(120) 사이의 직접 채널을 추정할 수 있다.

상기 수신된 SRS(이하, SRS 수신 신호)는 수학식 6으로 표현될 수 있다.

여기서,

상기 SRS 수신 신호를 기반으로 추정된 기지국(110)과 단말(120)의 직접 채널은 수학식 7으로 표현될 수 있다.

여기서,

동작(1809)에서, 기지국(110)은 IRS(130)에게 IRS 반사소자 ON 모드 전환 신호를 전송할 수 있다. 상기 IRS 반사소자 ON 모드 전환 신호에 의하여 IRS는 모든 반사 소자를 온 모드로 전환할 수 있다. 동작(1809)는 기지국(110)과 IRS(130) 간의 IRS 제어 링크를 통하여 전송될 수 있다.

동작(1811)에서, 기지국(110)은 IRS(130)에게 IRS 채널 추정용 빔추적 제어 신호를 송신하고 단말(120)에게 제2 DCI를 전송할 수 있다. 상기 제2 DCI는 제2 SRS 전송을 지시할 수 있다. 상기 DCI는 기지국-단말 사이의 단말링크를 통하여 전송될 수 있다. 일 실시 예에 따라, IRS 채널 추정용 빔추적 제어 신호는 수학식 8에서의 IRS 위상 변이 벡터값을 의미할 수 있다.

동작(1813)에서, 기지국(110)은 제2 SRS를 수신할 수 있다. 상기 수신된 SRS 신호(이하, 수신 SRS 신호)는 수학식 8에 의하여 나타낼 수 있다.

여기서,

,

일 실시 예에 따라, IRS(130)은 IRS 채널 추정용 빔 추적 제어 신호(혹은 IRS 위상 변이 벡터 값)을 조절하여 기지국(110)이 제2 SRS 신호를 받을 수 있도록 제2 SRS 신호를 반사할 수 있다.

동작(1815)에서, 기지국(110)은 수신 SRS 신호를 기반으로 IRS-UE의 각도 정보를 획득한다. 구체적으로, 기지국(110) 수신 SRS 신호가 가장 큰 빔 인덱스를 찾고 이에 대응하는 각도 정보를 IRS-UE의 각도 정보로 획득한다.

동작(1815)는 아래의 수학식 9, 10에 의하여 표현될 수 있다.

수학식 9에서,

는 i번째 심볼에서 단말이 송신하는 SRS을 의미하고 스칼라 값이다.

는 i번째 심볼에서 기지국의 수신 SRS 신호를 의미하고,

수학식 10에서, t는 SRS 빔 인덱스 1에서 T까지의 자연수,

는 신호세기가 가장 큰 빔 인덱스,

는 IRS-UE 간의 각도, T는 코드 워드의 총 개수(혹은 코드북의 크기)를 의미한다.

도 19은 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS(130)과 단말(120) 간의 각도 추정 동작을 설명하기 위한 IRS(130)의 동작 방법을 도시한다.

도 19을 참고하면, IRS(130)은, 동작(1901)에서, 기지국(110)으로부터 반사소자 OFF 모드 전환 신호를 수신할 수 있다. 상기 반사소자 오프 모드 전환 신호에 따라 IRS는 반사 소자 모드를 오프할 수 있다. 상기 동작(1901)은 IRS 제어 링크를 통하여 수신될 수 있다.

동작(1903)에서, IRS(130)은, 기지국(110)으로부터 IRS(130)에게 IRS 반사소자 ON 모드 전환 신호 및 IRS 채널 추정용 빔추적 제어 신호를 수신할 수 있다. 동작(1903)은 IRS 제어 링크를 통하여 수신될 수 있다. 일 실시 예에 따라, IRS 채널 추정용 빔추적 제어 신호는 채널추정용 위상 제어 코드북의 코드 워드 혹은 코드 워드의 인덱스를 포함할 수 있다. 구체적으로, 기지국(110)은 채널 추정용 위상제어 코드북에서 코드 워드를 선택하여 코드 워드 또는 코드 워드의 인덱스를 IRS로 송신할 수 있다.

동작(1905)에서, IRS(130)는 반사소자의 반사 계수를 조절할 수 있다. 상기 반사 계수는 채널추정용 위상제어 코드북의 코드 워드에 따라 조절될 수 있다. 채널 추정용 위상제어 코드북의 코드 워드는 초기 접속용 위상제어 코드북의 코드 워드와 다르게 빔폭을 좁게 설정하여 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있다. 이때, 코드 워드(

)는 수학식 11에 의하여 나타낼 수 있다.

도 20은 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS(130)과 단말(120) 간의 각도 추정 동작을 설명하기 위한 단말(120)의 동작 방법을 도시한다.

도 20를 참고하면, 단말(120)는, 동작(2001)에서, 기지국(110)으로부터 제1 DCI를 수신할 수 있다. 상기 제1 DCI는 단말 링크를 통하여 수신될 수 있다.

동작(2003)에서, 단말(120)은 제1 SRS를 송신할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 제1 DCI는 제1 SRS 송신을 지시할 수 있다.

동작(2005)에서, 단말(120)은 기지국(110)으로부터 제2 DCI를 수신할 수 있다. 상기 제2 DCI는 단말 링크를 통하여 수신될 수 있다.

동작(2007)에서, 단말(120)은 제2 SRS를 송신할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 제2 DCI는 제2 SRS 송신을 지시할 수 있다.

도 21는 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS(130)과 단말(120) 간의 각도 추정 동작을 설명하기 위한 기지국(110), IRS(130), 또는 단말(120) 간의 신호 교환 과정을 도시한다.

도 21을 참고하면, 동작(2101)에서, 기지국(110)은 단말(120)에게 제1 DCI를 송신할 수 있다. 동작(2101)은 도 18의 동작(1801)에 대응된다.

동작(2103)에서, 기지국(110)은 IRS(130)에게 IRS 반사소자 오프 모드 전환 신호를 송신할 수 있다. 동작(2103)은 도 18의 동작(1803)에 대응된다.

동작(2105)에서, 단말(120)은 기지국(110)과 단말(120) 사이의 직접 채널 추정을 위한 제1 SRS을 송신할 수 있다. 동작(2105)는 도 20의 동작(2003)에 대응된다.

동작(2107)에서, 기지국(110)은 IRS(130)에게 IRS 반소소자 ON 모드 전환 신호를 송신할 수 있다. 동작(2107)은 도 18의 동작(1809)에 대응된다.

동작(2109)에서, 기지국(110)은 단말(120)에게 IRS 채널 추정용 빔추적 제어 신호 및 제2 DCI를 전송할 수 있다. 동작(2109)는 도 18의 동작(1811)에 대응된다.

동작(2111)에서, 단말(120)은 기지국(110)에게 제2 SRS를 송신할 수 있다. 동작(21110)은 도 20의 동작(2007)에 대응할 수 있다.

도 22은 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS(130)과 단말(120) 간의 각도추정을 설명하기 위한 슬롯 구성도이다.

도 22을 참고하면, (2201)은 기지국(110)과 IRS(130) 간의 IRS 제어 링크, (2203)은 기지국(110)과 단말(120) 간의 단말 링크를 도시한다. 블록(2205)는 하향링크 심볼, 블록(2207)은 상향링크 심볼을 도시한다. 도 22에 도시된 넘버는 슬롯의 번호를 도시한다.

도 22을 참고하면, 1번 하향링크 심볼에서는, IRS 제어링크(2201)을 통해 기지국(110)이 IRS(130)에게 반사소자 오프 모드 전환 신호를 송신할 수 있다. (도 18의 동작(1803)에 대응) 또한, 단말 링크(2203)을 통해 기지국(110)은 단말(120)에게 제1 DCI를 전송할 수 있다.

2번 상향링크 심볼에서는, IRS(120)의 제어부(430)이 모든 반사 소자를 모드로 전환할 있고(도 19의 동작(1901)에 대응), 단말(120)은 상향링크로 제1 SRS을 송신할 수 있다. (도 20의 동작(2003)에 대응) 상기 제1 SRS을 기반으로 기지국(110)은 직접 채널을 추정할 수 있다. (도 18의 동작(1807)에 대응)

3번 하향링크 심볼에서는, 기지국(110)이 (2201)을 통하여 IRS(130)에 IRS 반사소자 온 모드 전환 신호를 송신할 수 있고(도 18의 동작(1809)에 대응), 모든 반사 소자를 온 모드로 전환할 수 있다.

4번 하향링크 심볼에서는, 기지국(110)이 단말(120)에게 제2 DCI를 전송하고(도 18의 동작(1811)에 대응), IRS(130)에 채널추정용 빔 제어 요청신호를 송신할 수 있다. (도 18의 동작(1811)에 대응)

5번 내지 i번 하향링크 심볼에서는, 단말(120)이 상향링크로 SRS를 송신하고(도 20의 동작(2207)에 대응), IRS(130)은 각 심볼마다 채널추정용 위상제어 코드북의 코드 워드에 따라 반사 계수를 조절할 수 있다. (도 19의 동작(1905)에 대응된다.)

도 23은 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS(130)과 단말(120) 간의 경로 이득 추정 동작 및 IRS(130)과 기지국(110) 간의 경로 이득 추정 동작을 설명하기 위한 기지국(110)의 동작 방법을 도시한다.

도 23을 참고하면, 동작(2301)에서, 기지국(110)은 단말(129)에 제1 DCI를 송신할 수 있다. 상기 제1 DCI는 단말(120)에게 SRS 송신을 지시할 수 있다. 상기 DCI는 단말 링크를 통하여 송신될 수 있다.

동작(2303)에서, 기지국(110)은 IRS(130)에게 IRS 반사소자 오프 모드 전환 신호를 송신할 수 있다. 상기 IRS 반사소자 오프 모드 전환 신호에 의하여 상기 IRS의 반소소자를 오프할 수 있다. 상기 ISR 반사소자 오프 모드 전환 신호는 IRS 제어링크를 통하여 송신될 수 있다.

동작(2305)에서, 기지국(110)은 단말(120)로부터 기지국(110)과 단말(120) 사이에 직접 채널 추정을 위한 제1 SRS를 수신할 수 있다. 동작(2305)는 도 25의 동작(2503)에 대응될 수 있다.

동작(2307)에서, 기지국(120)은 수신한 SRS 신호(이하 SRS 수신 신호)를 기반으로 단말과 기지국 사이의 직접 채널을 추정할 수 있다. 동작(2307)은 아래의 수학식 12, 13에 의하여 표현될 수 있다.

여기서,

,

이고,

는 SRS 수신신호,

는 직접 채널,

는 SRS 송신 신호,

는 노이즈를 의미한다.

여기서,

이고,

는 추정된 직접 채널,

는 SRS 수신 신호,

는 SRS 송신 신호를 의미한다.

동작(2309)에서, 기지국(110)은 IRS(130)에게 IRS 반사소자 온 모드 전환 신호를 송신할 수 있다. 상기 IRS 반소소자 온 모드 전환 신호에 의하여 IRS(130)은 모든 반사 소자를 온으로 전환할 수 있다.

동작(2311)에서, 기지국(110)은 단말(120)에게 제2 DCI를 전송할 수 있다. 상기 제2 DCI는 단말(120)에게 SRS 송신을 지시할 수 있다.

동작(2313)에서, 기지국(110)은 IRS(130)에게 채널추정을 위한 빔 제어요청 신호를 송신할 수 있다. 이때, 기지국(110)은 구체적으로 반사계수 코드 워드의 빔 인덱스를 산출하여 전송할 수 있다. 구체적인 빔 인덱스는 기지국-IRS 각도추정 과정에서 획득한 기지국-IRS 간의 AoD(

)와 IRS-단말 간의 각도추정에서 획득한 IRS-단말 간의 AoD(

)를 기반하여 결정된다. 구체적인 계산 방법은 아래의 수학식 14와 같다.

여기서,

반사 계수 벡터,

동작(2315)에서, 기지국(110)은 단말(120)으로부터 제2 SRS를 수신할 수 있다. 동작(2315)은 도 25의 동작(2507)에 대응될 수 있다. 이때 수신된 SRS 신호(이하, SRS 수신 신호)는 수학식 15로 나타낼 수 있다.

여기서,

,

동작(2317)에서, 기지국(110)은 SRS 수신 신호를 기반하여 합성채널을 획득할 수 있다. 상기 합성 채널은 아래의 수학식 16에 의하여 나타낼 수 있다.

여기서,

동작(2319)에서, 기지국(110)은 IRS(130)에게 데이터 통신용 빔 제어 요청 신호를 전송한다. 구체적으로, 데이터 통신을 위한 IRS 반사계수를 데이터 통신용 빔 제어 요청 신호에 포함된 반사계수 코드북에서 선택하고 선택한 코드 워드의 인덱스를 IRS(130)에게 송신한다.

일 실시 예에 따라, 상기 데이터용 빔 제어 요청 신호에는 반사계수 코드북, 반사계수 코드북에 대응하는 코드 워드의 인덱스를 포함할 수 있다.

동작(2321)에서, 기지국(110)은 단말(102)에게 IRS(130)에 기반한 다운링크 데이터를 송신할 수 있다.

도 24은 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS(130)과 단말(120) 간의 경로 이득 추정 동작 및 IRS(130)과 기지국(110) 간의 경로 이득 추정 동작을 설명하기 위한 IRS(130)의 동작 방법을 도시한다.

도 24을 참고하면, IRS(130)은, 동작(2401)에서, 기지국(110)로부터 IRS 반사소자 오프 모드 전환 신호를 수신할 수 있다. 동작(2401)은 도 23의 동작(2303)에 대응될 수 있다.

동작(2403)에서, IRS(130)은 반사 소자 모두를 오프할 수 있다. 동작(2403)은 동작(2401)에 대응하여 수행될 수 있다.

동작(2405)에서, IRS(130)은, 기지국(110)로부터, IRS 반사소자 온 모드 전환 신호를 수신할 수 있다. 동작(2405)는 도 23의 동작(2309)에 대응될 수 있다.

동작(2407)에서, IRS(130)은 수신한 IRS 반소소자 온 모드 전환 신호에 대응하여 모든 반사소자를 온 모드로 전환할 수 있다.

동작(2409)에서, IRS(130)은 채널 추정을 위한 빔 제어 요청 신호를 수신한다. 상기 빔 제어 요청 신호는 반사계수 코드 워드의 빔 인덱스 정보를 포함한다.

동작(2411)에서, IRS(130)은 상기 빔 인덱스 정보에 대응하는 반사계수 코드북의 코드 워드에 따라 반사 계수를 조절할 수 있다.

동작(2413)에서, IRS(130)는 기지국(110)으로부터 데이터 통신용 빔 제어요청 신호를 수신할 수 있다.

동작(2415)에서, IRS(120)는 상기 데이터 통신용 빔 제어요청 신호를 기반하여 반사계수를 조정할 수 있다. 상기 데이터 통신용 빔 제어요청 신호에는 데이터 통신용 반사계수 코드북, 상기 데이터 통신용 반사계수 코드북에 대응하는 코드 워드의 인덱스가 포함되어 있다. 일 실시 예에 따라, 상기 코드 워드의 인덱스에 따라 반사 소자의 반사 계수를 조정하고 기지국(110)은 단말(120)에 데이터를 송신할 수 있다.

도 25은 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS(130)과 단말(120) 간의 경로 이득 추정 동작 및 IRS(130)과 기지국(110) 간의 경로 이득 추정 동작을 설명하기 위한 단말(120)의 동작 방법을 도시한다.

도 25를 참고하면, 단말(120)는 동작(2501)에서, 제1 DCI를 수신할 수 있다. 동작(2501)은 도 23의 동작(2301)에 대응된다.

*동작(2503)에서, 단말(120)는 기지국(110)에게 기지국(110)과 단말(120) 사이에 직접 채널 추정을 위한 제1 SRS를 송신할 수 있다. 동작(2503)의 제1 SRS 송신은 상기 DCI에 의하여 지시될 수 있다.

동작(2505)에서, 단말(120)는 제2 DCI를 수신할 수 있다. 동작(2505)는 도 23의 동작(2311)에 대응될 수 있다.

동작(2507)에서, 단말(120)는 기지국(110)에게 합성 채널 추정을 위한 제2 SRS를 송신할 수 있다. 상기 제2 SRS 송신은 상기 제2 DCI에 의하여 지시될 수 있다.

동작(2509)에서, 단말(120)는 기지국(110)으로부터 다운링크 데이터를 수신할 수 있다. 동작(2509)는 도 23의 동작(2321)에 대응될 수 있다.

도 26는 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS(130)과 단말(120) 간의 경로 이득 추정 동작 및 IRS(130)과 기지국(110) 간의 경로 이득 추정 동작을 설명하기 위한 기지국(110), IRS(130), 또는 단말(120) 간의 신호 교환 과정을 도시한다.

도 26을 참고하면, 동작(2601)에서, 기지국(110)은 단말(120)에게 제1 DCI를 송신할 수 있다. 동작(2601)은 도 23의 동작(2301)에 대응될 수 있다.

동작(2603)에서, 기지국(110)은 IRS(130)에게 IRS 반사소자 오프 모드 전환 신호를 송신할 수 있다. 동작(2603)은 도 23의 동작(2303)에 대응될 수 있다.

동작(2605)에서, 단말(120)는 기지국(110)에게 제1 SRS를 송신할 수 있다. 동작(2605)는 도 25의 동작(2503)에 대응될 수 있다.

동작(2607)에서, 기지국(110)은 IRS(120)에게 IRS 반사소자 온 모드 전환 신호를 송신할 수 있다. 동작(2607)은 도 23의 동작(2307)에 대응될 수 있다.

동작(2609)에서, 기지국(110)은 단말(120)에게 제2 DCI를 전송할 수 있다. 동작(2609)는 도 23의 동작(2309)에 대응될 수 있다.

동작(2611)에서, 기지국(110)은 IRS(120)에게 채널 추정을 위한 빔 제어 요청 신호를 송신할 수 있다. 동작(2611)은 도 23의 동작(2313)에 대응된다.

동작(2613)에서, 단말(120)은 기지국(120)에게 제2 SRS를 송신할 수 있다. 동작(1613)은 도 23의 동작(1315)에 대응된다.

동작(2615)에서, 기지국(110)은 IRS(120)에게 데이터 통신용 빔 제어 요청 신호를 송신할 수 있다. 동작(2615)는 도 23의 동작(2319)에 대응된다.

동작(2617)에서, 기지국(110)은 단말(120)에게 다운링크 데이터를 송신할 수 있다. 동작(2617)은 도 23의 동작(2321)에 대응된다.

도 27은 본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 IRS(130)과 단말(120) 간의 경로 이득 추정 동작 및 IRS(130)과 기지국(110) 간의 경로 이득 추정 동작을 설명하기 위한 슬롯 구성도이다. 도 27에 도시된 넘버는 슬롯의 번호를 도시한다.

도 27을 참고하면, (2701)은 기지국(110)과 IRS(130)간의 IRS 제어 링크, (2703)은 기지국(110)과 단말(120)간의 단말 링크를 도시한다. 블록(2705)는 상향링크, 블록(2703)은 하향링크를 도시한다.

1번째 하향링크 심볼에서는, 기지국(110)이 IRS 제어 링크(2703)를 통해 IRS(130)에게 IRS 반사 소자 오프 모드 전환 신호를 송신할 수 있다(도 23의 동작(2303)에 대응). 또한, 기지국(110)은 단말 링크(2705)을 통해 단말(120)에게 제1 DCI를 전송하여 SRS 송신을 지시할 수 있다(도 23의 동작(2301)에 대응).

2번째 상향링크 심볼에서는, IRS(130)이 모든 반사 소자를 오프 모드로 전환하고(도 24의 동작(2403)에 대응), 단말(120)은 상향링크로 제1 SRS을 송신하고(도 25의 동작(2503)에 대응), 기지국(1110)은 수신한 제1 SRS로부터 기지국-단말 간의 직접채널을 추정할 수 있다.

3번째 하향링크 심볼에서는, 기지국(110)이 IRS 제어링크(2703)을 통해 IRS 반사소자 온 모드 전환 신호를 송신할 수 있고, 이에 따라 IRS(130)은 모든 반사 소자를 온 모드로 전환할 수 있다.

4번째 하향링크 심볼에서는, 기지국(110)이 단말(120)에게 제2 DCI를 단말 링크(2705)를 통해 전송하여 상향링크 SRS 전송을 지시할 수 있다. 또한, IRS 제어 링크(2703)을 통해 IRS(130)에게 빔 제어 요청 신호를 전송할 수 있다.

5번째 상향링크 심볼에서는, 단말(120)이 SRS을 전송하고 IRS(130)은 빔 인덱스에 대응하는 반사계수 코드북의 코드 워드에 따라 반사 계수를 조절할 수 있다.

6번째 하향링크 심볼에서는, 기지국(1110)이 IRS(130)에게 데이터 통신용 빔 제어요청신호를 전송할 수 있다.

7내지i번?? 하향링크 심볼에서는, IRS(130)이 송신 받은 반사계수 코드 워드에 따라 반사소자들의 반사 계수를 조정하고 기지국(110)은 단말(120)에 데이터 심볼을 전송할 수 있다.

도 28은 본 개시의 실시 예에 따라, 채널 추정 실험 데이터를 도시한다.

*도 28을 참고하면, 본 개시의 채널 추정 성능을 나타내기 위하여 IRS 반사소자 개수에 따른 채널 추정 오류(NMSE)를 도시한다. 본 개시의 방법을 이용한 것으로 전파경로 개수(L)가 1인 경우는 (2801)에서, 전파 경로 개수(L)인 2인 경우는 (2803)에서 도시하고, (2805)는 온/오프 방식의 채널 추정방식을 도시한다.

(2801)의 경우 (2805)에 비하여 50%이상의 채널 추정 성능 향상을 보였으며, (2803)의 경우 반사소자의 개수가 적을 때는 (2805)보다 다소 좋지 않은 성능을 보였으나 반사소자 개수가 늘어남에 따라 채널 추정 오류의 증가율이 현저히 낮아짐을 확인할 수 있다.

따라서, 본 개시는 많은 수의 반사 소자를 가진 IRS 기반 통신에서 채널 정보를 적은 수의 다중경로 요소로 분해하여 이들을 서로 다른 주기로 추정함으로써 낮은 파일럿 오버헤드로 정확한 채널추정을 가능하게 할 수 있다.

본 개시는 다수의 반사 요소로 구성된 평면 메타표면인 IRS(130)에 대한 것으로, 구체적으로, 미래 무선 시스템의 스펙트럼 효율성을 개선하기 위하여 제안되었다. IRS의 데이터 전송률 이득을 최대화하기 위해 기지국(110)은 BS(110)와 단말(120) 사이의 기존 직접 채널뿐만 아니라 IRS에 의하여 반사된 채널을 획득할 필요가 있다. IRS 반사 채널의 크기는 반사 요소의 수에 비례하기 때문에 파일럿 오버헤드와 채널 추정 오차가 커서 데이터 전송률이 크게 저하된다. 본 논문에서는 딥러닝을 이용하여 IRS 기반의 통신 시스템의 데이터 전송률을 최대화하는 IRS 위상 시프트를 찾기 위한 기반 접근 방식을 포함한다. 이를 달성하기 위해 본 개시는 심층 신경망을 사용하여 잡음이 많은 추정 채널과 IRS 위상 변이 사이의 관계를 표현한다. 그런 다음 이상적인 채널로 공식화된 데이터 속도를 최대화하는 방향으로 네트워크 매개변수를 훈련한다. 도 30a내지30b에 도시된 시뮬레이션 결과로부터 본 개시는 종래의 방식보다 큰 차이로 성능이 우수함을 보여준다.

A. INTRODUCTION

많은 수의 반사 요소로 구성된 평면 메타표면인 IRS(Intelligent Reflecting Surface)는 미래 무선 시스템의 스펙트럼 효율성을 향상시키는 수단으로 많은 관심을 받아왔다. 각 IRS 반사 요소는 원하는 위상 시프트로 입사 신호를 반사할 수 있으므로 IRS(130)는 무선 채널을 사전에 수정하여 통신 시스템의 용량을 크게 향상시킨다. 특히, 단말(120)과 기지국(110) 간의 직접 링크의 경우 장애물에 의해 차단된 IRS는 공간적 자유도(spatial degrees of freedom, DoF) 및 URLLC 응용 프로그램의 종단간 레이턴시를 개선하고 종단 간 대기 시간을 줄일 수 있는 새로운 가상 가시선(line of sight, LoS) 링크를 제공할 수 있다.

최근 IRS 기반의 통신 시스템의 위상 변화를 제어하기 위한 다양한 노력이 있어 왔다. 그 중 SDR(semi-definite relaxation) 기반 위상 시프트 제어 방식, IRS 지원 테라헤르츠 다중 입력 다중 출력(MIMO) 시스템, ADMM(alternating direction method of multipliers)기반의 IRS 위상 시프트 및 BS 빔포밍 최적화 방법, 딥 러닝 기반의 위상 시프트 제어 방법이 제안되었다.

종래에 제안된 딥러닝 기반의 위상 시프트 제어 방식은 직접(direct) 혹은 IRS에 의하여 반사된 CSI(channel state information)를 기지국(110)이 완전하게 알고 있다고 가정한 것이었다. 그러나, 실제 적용에 있어서, IRS 반사 채널의 크기가 반소 소자의 개수에 비례하기 때문에, 정확한 CSI를 획득하기 매우 어렵다.

본 개시는 IRS 기반의 다운 링크 시스템의 데이터 전송률을 최대화할 수 있는 최적의 위상 시프트를 찾는 방법 및 장치를 제안한다. 종래 기술은 잡음이 있는 채널 추정을 사용하여 공식화하고 최적화 문제를 해결하나 실제 시나리오에서 성능이 저하되는 문제가 있었다.

이에 반해, 본 개시는 딥 러닝 기반 위상 변이 제어(D-PSC, deep learning-based phase shift control)로서, 딥 러닝 기술을 활용하여 잡음이 있는 추정 채널과 원하는 위상 편이 사이의 복잡하고 비 선형적인 함수를 근사화한다.

구체적으로, 잡음이 많은 추정 채널과 IRS 위상 시프트 사이의 관계를 심층 신경명을 이용하여 표현한다. 그 이후, 이상적인 채널로 공식화된 데이터 속도를 최대화하는 방향으로 네트워크 매개변수를 훈련한다. 이러한 과정을 통하여, 테스트 과정에서 잡음이 있는 추정 채널에서 원하는 위상 편이를 직접 얻을 수 있다. 도 30a내지30b에는 본 개시의 D-PSC가 동일한 파일럿 자원을 사용하여 기존의 위상 편이 제어 방식보다 25% 이상의 데이터 전송률을 달성하는 것을 도시한다.

B. IRS-Aided Downlink System Model

다운링크 MIMO(multi input multi output) 시스템에서, 기지국(110)은 M 개의 안테나를 가지고 하나의 안테나를 가지는 UE(120)에게 신호들을 전송할 수 있다. 다운링크 통신은 IRS(130)에 의하여 수행될 수 있는 데, IRS(130)은 N개의 반소 소자들을 가질 수 있고, N개의 반사 소자 각각은 독립적으로 조절 가능한 위상 시프트로 인하여 입사 신호를 반사할 수 있다. IRS 위상 시프트 벡터는

로 표현할 수 있고,

는 수동 빔포밍 계수(passive beamforming coefficient)이고,

는 n번째 IRS 반사 소자의 위상 시프트이다. 상기 IRS(130)의 위상 시프트는 전용 제어 링크를 통하여 기지국(110)에 의하여 구성(configured)될 수 있다.

유효 다운링크 채널은 아래의 수학식 17에 의하여 표현될 수 있다.

여기서,

는 기지국(110)과 IRS(130)사이의 채널이고,

은 IRS(130)과 UE(120) 사이의 채널이고,

은 기지국(110)과 UE(120) 사이의 직접 채널이다. 또한,

는 기지국(110)과 단말(120) 사이의 합성 채널이다.

단말(120)에서 수신된 신호

는 아래의 수학식 18에 의하여 표현될 수 있다.

여기서,

는 송신 신호이고,

는 기지국 빔포밍 벡터,

는 평균 0, 분산

의 AWGN(additive white gaussian noise)이다.

수학식 17, 18을 바탕으로 단말(120)에서 달성 가능한 데이터 전송률 R은 아래의 수학식 19와 같이 표현될 수 있다.

C. Data Rate Maximization Problem Formulation

데이터 전송률(data rate)를 최대화하는 문제는 IRS 위상 시프트

와 BS 빔포밍 벡터

를 최적화하는 문제로서, 아래의 수학식 20으로 표현될 수 있다.

여기서,

은 IRS 반사 소자들의 집합이고,

는 기지국의 송신 전력이다.

는 IRS 위상 시프트의 단위 계수(unit-modulus) 제약이고,

는 송신 전력의 제약이다.

주어진

에 대하여, 최적인 BS 빔포밍 벡터는 MRT(maximum ratio transmission) 빔포밍

에 의하여 획득될 수 있다.

을 수학식 20에 적용하면,

은 아래의 수학식 12과 같이 정리될 수 있다.

D. Channel Estimation for IRS-Aided Systems

파트 C에서는 IRS 기반의 시스템을 위한 다운링크 채널 추정 절차를 설명한다.

TDD(time-division duplexing) 시스템을 가정할 때, TDD 시스템의 채널 상보성(reciprocity)에 의하여, 기지국(110)은 업링크 파일럿 신호로부터 다운링크 채널 정보를 획득할 수 있다.

구체적으로, i번째 파일럿 심볼 구간에서, UE(120)은 업링크 파일럿 신호

을 기지국(110)으로 송신한다. 상기 기지국(110)에서 수신된 신호는 아래의 수학식 22에서와 같이 표현될 수 있다.

여기서,

,

는 각각 합성된 채널 행렬(combined channel matrix), 위상 시프트 벡터이다. 또한,

는 파일럿의 수이고,

는 AWGN 벡터이다.

Np 연속된 수신 파일럿 신호를 쌓음으로써,

는 아래의 수학식 23와 같이 표현될 수 있다.

여기서,

는 업링크 파일럿 시퀀스,

는 미리 정의된 위상 시프트 행렬,

는 AWGN 행렬이다.

E. DEEP LEARNING-BASED PHASE SHIFT CONTROL

많은 수의 반사 소자들에 의하여 발생하는 채널 추정 오류를 해결하기 위하여, 딥 러닝을 위하여, 노이즈 추정 채널

, 원하는 위상 시프트

사이에 관계를 추정한다. 이것을 수학식으로 표현하면 수학식 24과 같다.

는 맵핑 함수이고,

는 D-PSC 네트워크 파라미터들의 집합이다.

a. D-PSC 훈련

본 단계에서, 네트워크 파라미터들은 손실 함수

을 최소화하기 위하여 반복적으로 업데이트된다.

는 아래와 같이 수학식 25로 표현될 수 있다.

손실 함수 J(Γ)가 미분 가능하면 각 훈련 반복에서 경사 하강법을 사용하여 네트워크 매개변수를 업데이트할 수 있다. j번째 반복에서 매개변수 집합 Γ_j는 가장 가파른 내리막 방향으로 업데이트될 수 있다. 이러한 것은 수학식 26로 표현될 수 있다.

여기서,

는

에 대하여

의 그래디언트(gradient)이고,

는 단계 크기를 결정하는 러닝 레이트(learning rate)이다.

지도 학습(supervised learning)는 많은 수의 레이블이 지정된 출력 데이터 세트가 필요하다.(본 개시의 경우, 최적 위상 시프트) 다만, 최적의 위상 시프트를 찾기 위하여 기본적으로 비볼록(noncovex) 최적화 문제를 해결해야 하기 때문에 큰 데이터 세트를 얻기가 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 개시는 비지도 학습(unsupervised learning) 전략을 포함할 수 있다.

즉, 이러한 문제를 위한 구체적인 D-PSC 아키텍처가 이하 개시된다.

도 29는 본 개시의 실시 예에 따라, D-PSC(deep learning-based phase shift control) 네트워크의 아키텍처를 도시한다.

도 29을 참고하면, D-PSC 네트워크는 FC(fully connected) 계층들, BN(batch normalization) 계층들, ReLU(rectified linear unit) 계층들, concatenate 계층, ED(element-wise division) 계층, 및 arc-tangent 레이어로 구성된다. 서로 다른 채널 특성들(예:AoD, AoA, 경로 이득)때문에, 본 개시는 하나의 벡터로

,

를 스택하는 대신에

,

를 별도로 D-PSC 네트워크로 적용할 수 있다.

입력

에 대하여,

을

로 평면화 하고, 각 반복에서

훈련 데이터

를 사용한다.

는 복소수로서, 입력 벡터로서

를 사용한다. 훈련 데이터

는 FC 계층, BN 계층, ReLU 계층으로 구성된 복수의 히든 계층을 통과할 수 있다.

l번째 히든 레이어의 입력을

이라고 하면, l번째 FC 계층의 출력은 수학식 27으로 표현될 수 있다.

여기서,

는 l번째 FC 레이어의 가중치(weight), 바이어스(bias), 높이(height)이고,

는 FC 계층의 폭(width)를 표현하는 하이퍼-파라미터이다.

FC 계층이후, P 출력 벡터들은 mini-batch

에 쌓일 수 있다. 그 후, 각각 엘리먼트

는 평균 0, 단위 분산으로 정규화 될 수 있다. BN 레이터의 출력

는 수학식 28으로 표현될 수 있다.

여기서,

는 batch-wise 평균 및 분산이다.

는 스케일링 파라미터,

는 시프팅 파라미터이다. 상기 정규화 프로세스는 고정된 평균과 분산을 갖도록 입력 분포를 적용한다는 것을 알 수 있다.

입력 데이터의 변동이 크면 입력 데이터에서 내부 특성(예: AoD, AoA 및 경로 이득)을 추출하기 어렵다. 따라서, UE(120)의 빠른 변동의 무선 지오메트리들(즉, 위치)에 의하여, H의 변화는 전형적으로 매우 클수 있다. 따라서, BN 계층을 사용함으로써, 다른 채널 상태 및 노이즈 레벨들에 의하여 발생한 입력의 변화를 핸들링 할 수 있다.

히든 계층의 끝에서, ReLU 계층은 BN 계층에 의하여 생성된 정보가 활성화(다음 계층으로 전달되는)되는 지 여부를 결정하기 위하여

에 적용될 수 있다. ReLU 계층의 출력 e

는

이다.

입력

을 위하여, 본 개시는 P 훈련 데이터

를 사용할 수 있다. 훈련 과정의 각 반복 과정에서, 우리는

를 복수의 히든 계층들로 보낼 수 있다. t번째 히든 계층의 출력은

로 표현될 수 있다.

L 및 T 히든 계층들을

와

가 각각 통과한 후, 두 출력 벡터들을 아래의 수학식 29과 같이 연결할 수 있다.

다음 단계에서,

과

의 가중치를 조절하기 위하여

를 FC 계층에 추가할 수 있다.

상기 FC 계층의 출력

는 수학식 30와 같이 표현될 수 있다.

여기서,

는 가중치,

는 바이어스이다.

아크 탄젠크 함수의 비포화 영역으로

을 스케일링하기 위하여 ED계층에 적용할 수 있다. 또한, 포화 영역에서 아크 탄젠트의 그레디언트는 0에 근접하기 때문에, 가중치들 및 바이어스드을 업데이터하는 것은 매우 느려진다. 이러한 현상을 gradient vanishing problem이라고 한다.

따라서, ED 계층에 적용함으로써, D-PSC는 상기 gradient vanishing problem을 방지할 수 있다. 상기 ED 계층의 출력

은 수학식 31으로 표현될 수 있다.

상기 아크탄제트 계층의 출력을 지수 계층(exponential layer)에 맵핑함으로써, IRS 위상 시프트 백터를 수학식 32과 같이 얻을 수 있다.

여기서,

는 D-PSC 네트워크의 출력이 위상 시프트 범위와 일치하도록

로 제한되는 상수이다.

F. 시물레이션 결과

a. 시물레이션 설정

본 개시는 제안된 D-PSC의 효과를 입증하기 위한 시물레이션 결과들을 제공한다. 여기서, 기지국(110)과 IRS(130)간의 거리는 d=25m, IRS(130)과 UE(120) 간의 거리는 r=10m를 가정한다.

본 시물레이션 결과는 기지국(110)의 안테나 수 M은 4, IRS 반사 소자의 수 M은 32로 설정되어 있다.

경로 손실 모델은 아래의 수학식 33로 표현될 수 있다.

여기서,

는 기준 거리 Do=1m에서 경로 손실인 -30dB이고, d는 송신기와 수신기 사이의 거리이고,

는 경로 손실 지수(exponent)이다. 채널들 G,

을 위하여, 경로 손실 지수는

로 설정될 수 있다. 소규모 패딩(samll scale fading)을 설명하기 위하여, 모든 채널들이 Rician fading channel model이라고 가정한다.

따라서, BS-IRS간의 채널 G는 아래의 수학식 34과 같이 표현될 수 있다.

여기서, K는 Rician factor이고,

는 기지국-IRS 간의 채널 G의 경로 손실이고,

는 독립적이고 동일한 분포(i.i.d) CSCG(circularly symmetric complex Gaussian) 랜덤 프로세스로부터 생성된 NLoS(non-LoS) 요소이고,

는 결정론적 LoS(line of sight) 요소이다. 채널들

과

는 유사하게 생성된다. 기지국(110), UE(120), IRS(130)에서 안테나 이득은 0dBi, 0dBi, 5dBi로 각각 설정된다. 상기 D-PSC 네트워크의 구성을 위하여, 본 개시는 0.001로 학습율(learning rate)을, batch size는 200으로 설정하고, 샘플들의 수는

로 설정한다. 히든 계층 L과 T는 각각 4와 2로 설정한다.

b. 시뮬레이션 결과

도 30a내지30b은 본 개시의 실시 예에 따라, 데이터 전송률에 대한 실험 데이터를 도시한다.

도 30a을 참고하면, 도 30a는 K=10dB일 때, 파일럿의 수와 데이터 전송률 R을 대비하여 도시한다. 먼저, 본 개시의 D-PSC는 (3003), (3005)에 도시된 것에 비하여 더 높은 데이터 전송률 R을 가진다.(3001) 예를 들어, Np=60일 때, 본 개시의 D-PSC는 IRS을 포함하지 않는 종래의 방식(3005), SDR기반의 방식(3003)보다 각각 30%, 20% 높은 전송률 R을 가진다.(3001) 두 번째, 작은 수의 파일럿들이 사용되는 경우에도 본 개시의 D-PSC는 더 높은 데이터 전송률 R을 가지는 것을 알 수 있다. 예를 들어, IRS을 포함하지 않는 종래의 방식(3005)과 비교하면, Np=10에서 본 개시는 데이터 전송률의 43%가 증가할 수 있다. 또한, 본 개시는 파일럿의 수가 Np=20 인 경우, D-PSC는 SDR기반의 방식(3003)보다 25%의 데이터 전송률 향상을 얻을 수 있다. 따라서, 본 개시는 작은 수의 파일럿을 사용하는 경우에도 입력 데이터로부터 채널 추정 에러의 감소를 얻을 수 있다.

도 30b를 참고하면, 도 30b는 Np=50일 때, 제안된 D-PSC의 데이터 전송률 대 Rician factor의 그래프를 도시한다. 본 개시에서 제안된 D-PSC는 모든 K에 대하여 더 높은 데이터 전송률을 가지는 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, K=10dB일 때, D-PSC는 SDR 기반(3003)인 경우 20%의 전송률 향상이 있고, IRS을 포함하지 않는 종래의 방식(3005)의 경우 30%의 전송률 향상이 있다.(3001) 또한, K가 -5dB보다 큰 경우, D-PSC의 전송률(3001)과 SDR기반의 방식(3003)은 Rician factor가 증가함에 따라 전송률이 증가함을 알 수 있다. K가 -5dB에서 15dB사이인 경우, 본 개시의 제안된 D-PSC를 이용할 경우 13%이상의 데이터 전송률의 향상함을 알 수 있다. 이러한 이유로, 더 높은 Rician factor K는 기지국(110)과 단말(120) 사이의 채널 G 중에서 더 높은 연관(correlation)을 초래할 수 있다.

이상 제안된 본 개시는, IRS 기반의 시스템에서 데이터 전송률을 높이기 위한 딥 러닝 기반의 IRS 위상 시프트 제어 기술을 제안한다. 제안된 D-PSC는 비지도 훈련 프로세서을 통하여 노이즈 추정 채널과 IRS위상 시프트 사이의 복잡한 비선형 맵핑을 학습한다.

상기 비지도 학습 전력을 사용하여 네트워크 파라미터들을 학습하고 이상적 채널 정보를 기반으로 손실 함수를 만듬으로써, 데이터 전송률을 최대화하는 최적의 위상 시프트들을 찾을 수 있다. 도 30a, 30b의 시뮬레이션 결과로부터 본 개시는 동일한 파일럿수에서 종래의 위상 시프트 방식(3005)보다 25%이상의 데이터 전송류를 향상을 확인할 수 있다.

본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법에 있어서, 지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS)의 전원 신호를 브로드캐스팅하는 과정; 동기화 신호 블록(synchronization signal block, SSB)를 브로드캐스팅하는 과정; 및 상기 IRS의 제어부에 수신 빔 리포팅을 요청하는 과정을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따라, 상기 IRS에 초기 접속 용 IRS 제어 코드 워드를 송신하는 과정을 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따라, 상기 SSB 빔 인덱스 정보를 기반으로 상기 기지국과 상기 IRS 사이의 AoD(angle of departure)을 획득하는 과정을 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따라, 상기 수신 빔 인덱스 정보를 기반으로 상기 기지국과 상기 IRS 사이의 AoA(angle of arrival)을 획득하는 과정을 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따라, 상기 기지국과 상기 IRS가 직접 연결되어 있는 경우, 상기 기지국은 상기 IRS로부터 위치 정보를 직접 수신하는 과정; 및 상기 위치 정보를 기반으로 상기 기지국과 상기 IRS 간의 AoD(

)와 AoA(

)를 획득하는 과정을 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따라, 상기 단말에게 제1 다운링크 제어 정보(downlink control information, DCI)를 송신하는 과정; 상기 IRS에게 IRS 반사소자 오프 모드 전환 신호를 송신하는 과정; 상기 제1 DCI에 의하여 지시된 제1 사운딩 래퍼런스 시그널(sounding reference signal, SRS)를 수신하는 과정; 상기 제1 SRS를 기반으로 상기 기지국과 상기 단말 사이의 직접 채널을 추정하는 과정; 상기 단말에게 제2 DCI 및 IRS 채널 추정용 빔추적 제어 신호를 송신하는 과정; 상기 제2 DCI에 의하여 지시된 제2 SRS를 수신하는 과정; 및 상기 제2 SRS을 기반으로 상기 IRS와 상기 단말 사이에 각도 정보를 추정하는 과정을 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따라, 상기 제2 SRS을 기반으로 합성 채널을 추정하는 과정; 상기 IRS에게 데이터 통신용 빔 제어 신호를 송신하는 과정; 및 상기 단말에게 다운링크 데이터를 전송하는 과정을 더 포함할 수 있다.

본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS)의 동작 방법에 있어서, 기지국으로부터 수신된 상기 IRS의 전원 신호에 대응하여 상기 IRS의 모든 반사 소자의 전원을 온(on)하는 과정; 상기 기지국으로부터 수신된 동기화 신호 블록(synchronization signal block, SSB)에 대응하여 셀 정보를 획득하고 동기화를 수행하는 과정; 상기 기지국에게 상기 SSB 빔 인덱스를 송신하는 과정; 및 상기 기지국으로부터의 수신 빔 리포팅 요청에 대응하여 상기 기지국으로 수신 빔 인덱스를 송신하는 과정을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따라, 단말로부터 초기 접속 요청 신호를 수신하는 과정; 기지국에게 상기 단말로부터 초기 접속 요청 신호를 수신하였음을 알려주는 과정; 및 상기 기지국으로부터 수신한 IRS 제어 코드워드를 기반으로 단말에게 기지국 SSB 빔을 반사하는 과정을 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따라, 상기 기지국으로부터 반사소자 오프 모드 전환 신호를 수신하는 과정; 상기 기지국으로부터 반사소자 온 모드 전환 신호 및 IRS 채널 추정용 빔추적 제어 신호를 수신하는 과정; 및 상기 IRS 채널 추정용 빔추적 제어 신호를 기반으로 상기 IRS의 반사 계수를 조절하는 과정을 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따라, 상기 반사소자 오프 모드 전환 신호 수신에 대응하여 상기 반사 소자를 오프하는 과정; 상기 반사소자 온 모드 전환 신호 수신에 대응하여 상기 반소 소자를 온 하는 과정; 상기 반사 계수 조절을 기반으로 데이터 통신용 빔 제어요청 신호를 수신하는 과정; 및 상기 데이터 통신용 빔 제어요청 신호를 기반으로 반사 계수를 조절하는 과정을 더 포함할 수 있다.

본 개시의 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서, 상기 단말이 기지국으로부터 동기화 신호 블록(synchronization signal block, SSB)을 수신할 수 없는 경우, 지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS)에게 초기 접속 요청 신호를 송신하는 과정; 상기 IRS에 의하여 반사된 기지국 SSB 빔을 기반으로 셀 정보를 획득하고 동기화를 수행하는 과정; 및 상기 기지국에 SSB 빔 인덱스를 송신하는 과정을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따라, 상기 단말이 상기 기지국으로부터 SSB를 수신할 수 있는 경우, 상기 기지국으로부터 직접 SSB를 수신하여 초기 접속을 수행하는 과정을 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따라, 상기 기지국으로부터 제1 다운링크 제어 정보(downlink control information, DCI)를 수신하는 과정; 상기 제1 DCI에 의하여 지시되는 상기 기지국과 상기 단말 사이의 직접 채널 추정을 위한 제1 사운딩 래퍼런스 시그널(sounding reference signal, SRS)를 송신하는 과정; 상기 기지국으로부터 제2 DCI를 수신하는 과정; 및 상기 제2 DCI에 의하여 지시되는 상기 기지국과 상기 단말 사이의 합성 채널 추정을 위한 제2 SRS를 송신하는 과정을 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따라, 상기 기지국으로부터 다운링크 데이터를 수신하는 과정을 더 포함할 수 있다.

본 개시의 실시 예에 따라, 기지국에 있어서, 통신부; 및 상기 통신부와 동작 가능하게 연결된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS)의 전원 신호를 브로드캐스팅하고, 동기화 신호 블록(synchronization signal block, SSB)를 브로드캐스팅하고, 상기 IRS의 제어부에 수신 빔 리포팅을 요청할 수 있다.

일 실시 예에 따라, 상기 프로세서는 상기 IRS에 초기 접속 용 IRS 제어 코드워드를 송신하도록 더 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따라, 상기 프로세서는, 상기 SSB 빔 인덱스 정보를 기반으로 상기 기지국과 상기 IRS 사이의 AoD(angle of departure)을 획득하도록 더 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따라, 상기 프로세서는, 상기 수신 빔 인덱스 정보를 기반으로 상기 기지국과 상기 IRS 사이의 AoA(angle of arrival)을 획득하도록 더 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따라, 상기 프로세서는, 상기 기지국과 상기 IRS가 직접 연결되어 있는 경우, 상기 기지국은 상기 IRS로부터 위치 정보를 직접 수신하고, 상기 위치 정보를 기반으로 상기 기지국과 상기 IRS 간의 AoD(

)와 AoA(

)를 획득하도록 더 구성될 수 있다.

본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 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 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 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 실시 예들에 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(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 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), WAN(wide area network), 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 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.

상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 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 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법에 있어서,
지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS)의 전원 신호를 브로드캐스팅하는 과정;
동기화 신호 블록(synchronization signal block, SSB)를 브로드캐스팅하는 과정; 및
상기 IRS의 제어부에 수신 빔 리포팅을 요청하는 과정을 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 IRS에 초기 접속 용 IRS 제어 코드 워드를 송신하는 과정을 더 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 SSB 빔 인덱스 정보를 기반으로 상기 기지국과 상기 IRS 사이의 AoD(angle of departure)을 획득하는 과정을 더 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 수신 빔 인덱스 정보를 기반으로 상기 기지국과 상기 IRS 사이의 AoA(angle of arrival)을 획득하는 과정을 더 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 기지국과 상기 IRS가 직접 연결되어 있는 경우, 상기 기지국은 상기 IRS로부터 위치 정보를 직접 수신하는 과정; 및
상기 위치 정보를 기반으로 상기 기지국과 상기 IRS 간의 AoD(
)와 AoA(

)를 획득하는 과정을 더 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단말에게 제1 다운링크 제어 정보(downlink control information, DCI)를 송신하는 과정;
상기 IRS에게 IRS 반사소자 오프 모드 전환 신호를 송신하는 과정;
상기 제1 DCI에 의하여 지시된 제1 사운딩 래퍼런스 시그널(sounding reference signal, SRS)를 수신하는 과정;
상기 제1 SRS를 기반으로 상기 기지국과 상기 단말 사이의 직접 채널을 추정하는 과정;
상기 단말에게 제2 DCI 및 IRS 채널 추정용 빔추적 제어 신호를 송신하는 과정;
상기 제2 DCI에 의하여 지시된 제2 SRS를 수신하는 과정; 및
상기 제2 SRS을 기반으로 상기 IRS와 상기 단말 사이에 각도 정보를 추정하는 과정을 더 포함하는 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 제2 SRS을 기반으로 합성 채널을 추정하는 과정;
상기 IRS에게 데이터 통신용 빔 제어 신호를 송신하는 과정; 및
상기 단말에게 다운링크 데이터를 전송하는 과정을 더 포함하는 방법.
무선 통신 시스템에서 지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS)의 동작 방법에 있어서,
기지국으로부터 수신된 상기 IRS의 전원 신호에 대응하여 상기 IRS의 모든 반사 소자의 전원을 온(on)하는 과정;
상기 기지국으로부터 수신된 동기화 신호 블록(synchronization signal block, SSB)에 대응하여 셀 정보를 획득하고 동기화를 수행하는 과정;
상기 기지국에게 상기 SSB 빔 인덱스를 송신하는 과정; 및
상기 기지국으로부터의 수신 빔 리포팅 요청에 대응하여 상기 기지국으로 수신 빔 인덱스를 송신하는 과정을 포함하는 방법.
청구항 8에 있어서,
단말로부터 초기 접속 요청 신호를 수신하는 과정;
기지국에게 상기 단말로부터 초기 접속 요청 신호를 수신하였음을 알려주는 과정; 및
상기 기지국으로부터 수신한 IRS 제어 코드 워드을 기반으로 단말에게 기지국 SSB 빔을 반사하는 과정을 더 포함하는 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 기지국으로부터 반사소자 오프 모드 전환 신호를 수신하는 과정;
상기 기지국으로부터 반사소자 온 모드 전환 신호 및 IRS 채널 추정용 빔추적 제어 신호를 수신하는 과정; 및
상기 IRS 채널 추정용 빔추적 제어 신호를 기반으로 상기 IRS의 반사 계수를 조절하는 과정을 더 포함하는 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 반사소자 오프 모드 전환 신호 수신에 대응하여 상기 반사 소자를 오프하는 과정;
상기 반사소자 온 모드 전환 신호 수신에 대응하여 상기 반소 소자를 온 하는 과정;
상기 반사 계수 조절을 기반으로 데이터 통신용 빔 제어요청 신호를 수신하는 과정; 및
상기 데이터 통신용 빔 제어요청 신호를 기반으로 반사 계수를 조절하는 과정을 더 포함하는 방법.
무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서,
상기 단말이 기지국으로부터 동기화 신호 블록(synchronization signal block, SSB)을 수신할 수 없는 경우, 지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS)에게 초기 접속 요청 신호를 송신하는 과정;
상기 IRS에 의하여 반사된 기지국 SSB 빔을 기반으로 셀 정보를 획득하고 동기화를 수행하는 과정; 및
상기 기지국에 SSB 빔 인덱스를 송신하는 과정을 포함하는 방법.
청구항 12에 있어서, 상기 단말이 상기 기지국으로부터 SSB를 수신할 수 있는 경우, 상기 기지국으로부터 직접 SSB를 수신하여 초기 접속을 수행하는 과정을 더 포함하는 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 기지국으로부터 제1 다운링크 제어 정보(downlink control information, DCI)를 수신하는 과정;
상기 제1 DCI에 의하여 지시되는 상기 기지국과 상기 단말 사이의 직접 채널 추정을 위한 제1 사운딩 래퍼런스 시그널(sounding reference signal, SRS)를 송신하는 과정;
상기 기지국으로부터 제2 DCI를 수신하는 과정; 및
상기 제2 DCI에 의하여 지시되는 상기 기지국과 상기 단말 사이의 합성 채널 추정을 위한 제2 SRS를 송신하는 과정을 더 포함하는 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 기지국으로부터 다운링크 데이터를 수신하는 과정을 더 포함하는 방법.
기지국에 있어서,
통신부; 및
상기 통신부와 동작 가능하게 연결된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는,
지능형 반사 평면(intelligent reflecting surface, IRS)의 전원 신호를 브로드캐스팅하고,
동기화 신호 블록(synchronization signal block, SSB)를 브로드캐스팅하고,
상기 IRS의 제어부에 수신 빔 리포팅을 요청하는 기지국.
청구항 16에 있어서, 상기 프로세서는
상기 IRS에 초기 접속 용 IRS 제어 코드 워드를 송신하도록 더 구성된 기지국.
청구항 17에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 SSB 빔 인덱스 정보를 기반으로 상기 기지국과 상기 IRS 사이의 AoD(angle of departure)을 획득하도록 더 구성된 기지국.
청구항 17에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 수신 빔 인덱스 정보를 기반으로 상기 기지국과 상기 IRS 사이의 AoA(angle of arrival)을 획득하도록 더 구성된 기지국.
청구항 17에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 기지국과 상기 IRS가 직접 연결되어 있는 경우, 상기 기지국은 상기 IRS로부터 위치 정보를 직접 수신하고,
상기 위치 정보를 기반으로 상기 기지국과 상기 IRS 간의 AoD(
)와 AoA(

)를 획득하도록 더 구성된 기지국.