KR20230124233A - 밀리미터파 빔스페이스 mimo 시스템을 위한 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밀리미터파 빔스페이스 MIMO 시스템을 위한 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 장치 및 그 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따른 밀리미터파 빔스페이스 MIMO 시스템을 위한 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 장치는 복수의 데이터 신호를 입력받아 디지털 빔포밍을 수행하는 베이스밴드 프로세서; 홀수 RF 체인 그룹과 짝수 RF 체인 그룹으로 구분하여 상기 디지털 빔포밍된 신호들을 해당 그룹에서 각각 분할하는 RF 체인; 빔 선택 알고리즘을 이용하여 상기 홀수 RF 체인 그룹과 짝수 RF 체인 그룹으로부터 각각 입력되는 신호의 저차원 등가 채널을 양자화하는 빔 셀렉터; 상기 빔 셀렉터에 의해 양자화된 신호의 위상을 조절하여 홀수 RF 체인 그룹에서 분할된 신호와 짝수 RF 체인 그룹에서 분할된 신호 각각에 대한 아날로그 빔포밍을 수행하는 아날로그 빔포머; 및 상기 아날로그 빔포밍된 홀수 RF 체인 그룹의 신호와 짝수 RF 체인 그룹의 신호를 구분하여 각각 방사하는 렌즈 어레이 안테나를 포함한다.

Description

밀리미터파 빔스페이스 MIMO 시스템을 위한 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 장치 및 그 방법{BEAM SELECITON TRANSMISSION APPARATUS IN EULER BASED HYBRID BEAMFORMING STRUCTURE FOR MMWAVE BEAMSPACE MIMO SYSTEMS AND METHOD THEREOF}
본 발명은 밀리미터파 빔스페이스 MIMO 시스템을 위한 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 홀수와 짝수 무선 주파수 체인 그룹으로 구분하여 빔포밍을 수행하는 밀리미터파 빔스페이스 MIMO 시스템을 위한 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
차세대 5세대 이통통신(5G)에서 초고속 데이터 전송을 위한 밀리미터파(mmWave) 대역의 통신기술이 연구되고 있다. 밀리미터파 대역은 전파 특성 때문에 신호의 감쇄가 발생할 수 있는 단점이 있다. 그러나 넓은 대역폭을 사용함으로써 데이터 용량을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한 밀리미터파 대역 신호의 파장 길이가 짧기 때문에 하드웨어 시스템에서 소형의 안테나를 이용하여 다수의 안테나 어레이(Antenna Array)를 형성할 수 있다.
종래의 디지털 빔포밍(Digital Beamforming) 시스템은 각각의 안테나마다 RF 체인(radio frequency Chain)을 사용하고 기저대역에서 디지털 신호처리를 통해 신호의 진폭과 위상을 변화시켜 높은 채널 용량을 얻을 수 있다. 하지만 사용하는 안테나 수가 증가할수록 다수의 RF 체인이 필요하여 부피와 전력 소모, 비용의 부담이 커지는 단점이 있었다.
이에 따라 종래의 디지털 빔포밍에서 RF 체인의 수를 줄이고 다수의 안테나 어레이를 사용하는 아날로그 빔포밍(Analog Beamforming)을 결합한 하이브리브 빔포밍(Hybrid Beamforming) 시스템이 연구되었다.
하이브리드 빔포밍은 디지털 빔포밍과 아날로그 빔포밍의 장단점을 결합한 시스템으로서, 안테나 수보다 적은 수의 RF 체인을 사용하며, 기저대역에서의 디지털 빔포머와 RF 대역에서의 아날로그 빔포머를 동시에 활용하는 형태로, 디지털 프리코더와 아날로그 프리코더를 동시에 사용하여 빔포밍을 수행한다.
즉, 하이브리드 빔포밍은 밀리미터파(mmWave) 빔스페이스 다중 입출력(BMIMO, Beamspace Multiple-Input Multiple-Output) 시스템에서 트랜시버 비용을 줄이고 스펙트럼 효율성을 높이는데 중요한 역할을 하는 신호 처리 기술이다. 그러나 종래의 하이브리드 빔포밍 방식은 송신 안테나 그룹을 개별적으로 제어할 수 없어 처리해야하는 연산량이 증가함에 따라 데이터 속도 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-2287794호(2021. 08. 09. 공고)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 홀수와 짝수 무선 주파수 체인 그룹으로 구분하여 빔포밍을 수행하는 밀리미터파 빔스페이스 MIMO 시스템을 위한 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 밀리미터파 빔스페이스 MIMO 시스템을 위한 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 장치는, 복수의 데이터 신호를 입력받아 디지털 빔포밍을 수행하는 베이스밴드 프로세서; 홀수 RF 체인 그룹과 짝수 RF 체인 그룹으로 구분하여 상기 디지털 빔포밍된 신호들을 해당 그룹에서 각각 분할하는 RF 체인; 빔 선택 알고리즘을 이용하여 상기 홀수 RF 체인 그룹과 짝수 RF 체인 그룹으로부터 각각 입력되는 신호의 저차원 등가 채널을 양자화하는 빔 셀렉터; 상기 빔 셀렉터에 의해 양자화된 신호의 위상을 조절하여 홀수 RF 체인 그룹에서 분할된 신호와 짝수 RF 체인 그룹에서 분할된 신호 각각에 대한 아날로그 빔포밍을 수행하는 아날로그 빔포머; 및 상기 아날로그 빔포밍된 홀수 RF 체인 그룹의 신호와 짝수 RF 체인 그룹의 신호를 구분하여 각각 방사하는 렌즈 어레이 안테나를 포함한다.
이때, 상기 빔 선택 전송 장치는 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조를 가지고, 상기 베이스밴드 프로세서는 디지털 변조 방식 중 어느 하나의 방식을 통해 변조된 복수의 데이터 신호를 입력받아 신호의 진폭과 위상을 조절하여 상기 디지털 빔포밍을 수행할 수 있다.
또한, 상기 RF 체인은 상기 디지털 빔포밍된 신호의 개수에 대응하여 구비되되, 상기 신호의 인덱스를 참고하여 인덱스가 홀수인 경우 상기 홀수 RF 체인 그룹에서 각각의 신호를 분할하고, 짝수인 경우 상기 짝수 RF 체인 그룹에서 각각의 신호를 분할할 수 있다.
또한, 상기 렌즈 어레이 안테나는 밀리미터파(mmWave) 스펙트럼을 생성하기 위해 IEEE 802.11ad 표준의 28GHz 대역의 안테나 간격 거리를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀리미터파 빔스페이스 MIMO 시스템을 위한 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 장치를 이용한 빔 선택 전송 방법은, 베이스밴드 프로세서가 복수의 데이터 신호를 입력받아 디지털 빔포밍을 수행하는 단계; RF 체인이 홀수 RF 체인 그룹과 짝수 RF 체인 그룹으로 구분되어 상기 디지털 빔포밍된 신호들을 해당 그룹에서 각각 분할하는 단계; 빔 셀럭터가 빔 선택 알고리즘을 이용하여 상기 홀수 RF 체인 그룹과 짝수 RF 체인 그룹으로부터 각각 입력되는 신호의 저차원 등가 채널을 양자화하는 단계; 아날로그 빔포머가 상기 빔 셀렉터에 의해 양자화된 신호의 위상을 조절하여 홀수 RF 체인 그룹에서 분할된 신호와 짝수 RF 체인 그룹에서 분할된 신호 각각에 대한 아날로그 빔포밍을 수행하는 단계; 및 렌즈 어레이 안테나가 상기 아날로그 빔포밍된 홀수 RF 체인 그룹의 신호와 짝수 RF 체인 그룹의 신호를 구분하여 각각 방사하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 빔 선택 전송 장치는 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조를 가지고, 상기 디지털 빔포밍을 수행하는 단계는 디지털 변조 방식 중 어느 하나의 방식을 통해 변조된 복수의 데이터 신호를 입력받아 신호의 진폭과 위상을 조절하여 상기 디지털 빔포밍을 수행할 수 있다.
또한, 상기 디지털 빔포밍된 신호의 개수에 대응하여 구비되는 상기 RF 체인이 상기 홀수 RF 체인 그룹과 상기 짝수 RF 체인 그룹으로 구분되되, 상기 해당 그룹에서 각각 분할하는 단계는 상기 신호의 인덱스를 참고하여 인덱스가 홀수인 경우 상기 홀수 RF 체인 그룹에서 각각의 신호를 분할하고, 짝수인 경우 상기 짝수 RF 체인 그룹에서 각각의 신호를 분할할 수 있다.
또한, 상기 렌즈 어레이 안테나는 밀리미터파(mmWave) 스펙트럼을 생성하기 위해 IEEE 802.11ad 표준의 28GHz 대역의 안테나 간격 거리를 가질 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 홀수와 짝수 무선 주파수 체인 그룹으로 구분하여 빔포밍을 수행함으로써 트랜시버 비용을 줄이고 밀리미터파 빔스페이스 MIMO 시스템의 스펙트럼 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 종래의 하이브리드 빔포밍 방식 대비 처리해야하는 정보의 양을 획기적으로 줄일 수 있어 연산 부담을 감소시킬 수 있고, 사용자가 송신 안테나의 홀수와 짝수 무선 주파수 체인 그룹을 용이하게 지배할 수 있어 사용자별 데이터 전송률을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 빔스페이스 MIMO 빔포밍 기술 분야에서 범용적으로 활용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 속도 성능을 입증하기 위해 예시적으로 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 밀리미터파 빔스페이스 MIMO 시스템을 위한 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 장치를 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
이때, 밀리미터파(mmWave) 빔스페이스 MIMO(BMIMO) 시스템을 위한 오일러 기반 하이브리드 빔포밍(E-HB, Euler-Hybrid Beamforming) 구조는, 빔 선택 전송 장치(100)에 해당하는 송신측(Tx), 렌즈 어레이 안테나(150)에 의해 빔이 방사되는 채널(CH), Nt개의 송신 안테나에서 방사되는 빔(데이터 신호)을 수신하는 사용자 단말(200)에 해당하는 수신측(Rx)으로 이루어진다.
도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 밀리미터파 빔스페이스 MIMO 시스템을 위한 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 장치(100)는, 베이스밴드 프로세서(110), RF 체인(120), 빔 셀렉터(130), 아날로그 빔포머(140) 및 렌즈 어레이 안테나(150)를 포함한다.
먼저, 베이스밴드 프로세서(Baseband Processor, 110)는 복수의 데이터 신호를 입력받아 디지털 빔포밍을 수행한다.
자세히는 베이스밴드 프로세서(110)는 디지털 변조 방식(예를 들면 BPSK, QPSK, 16-QAM 등) 중 어느 하나의 방식을 통해 변조된 복수의 데이터 신호(x)를 입력받아 신호의 진폭과 위상을 조절하여 디지털 빔포밍을 수행한다.
이때, 베이스밴드 프로세서(110)는 데이터 신호가 전파되는 채널의 정보를 이용하여, 입력되는 Ns개의 데이터 신호열에 대해 디지털 빔포밍을 위한 신호 처리를 수행하는 디지털 빔포머이다.
여기서, 디지털 빔포밍을 위한 신호 처리는 송신측(Tx)에서 채널의 왜곡을 미리 보상하기 위한 ZF(Zero Forcing), BD(Block Diagonal) 등의 디지털 프리코딩 방식들이 적용될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 일반적으로 최적 성능을 보장하는 가장 간단한 구조인 ZF 프리코딩 방식을 적용하여 설명하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
그리고, RF 체인(RF Chain, 120)은 홀수 RF 체인 그룹(Odd Number of RF Chain Group)과 짝수 RF 체인 그룹(Even Number of RF Chain Group)으로 구분하여 베이스밴드 프로세서(110)에서 디지털 빔포밍된 신호들을 해당 그룹에서 각각 분할한다.
자세히는, RF 체인(120)은 베이스밴드 프로세서(110)에서 디지털 빔포밍된 신호의 개수에 대응하여 구비되되, 디지털 빔포밍된 신호의 인덱스를 참고하여 인덱스가 홀수인 경우 홀수 RF 체인 그룹에서 각각의 신호를 분할하고, 짝수인 경우 짝수 RF 체인 그룹에서 각각의 신호를 분할한다.
그리고 빔 셀렉터(Beam Selector, 130)는 빔 선택 알고리즘을 이용하여 RF 체인(120)의 홀수 RF 체인 그룹과 짝수 RF 체인 그룹으로부터 각각 입력되는 신호의 저차원 등가 채널을 양자화한다.
그리고 아날로그 빔포머(Analog Beamformer, 140)는 빔 셀렉터(130)에 의해 양자화된 신호의 위상을 조절하여 RF 체인(120)의 홀수 RF 체인 그룹에서 분할된 신호와 짝수 RF 체인 그룹에서 분할된 신호 각각에 대한 아날로그 빔포밍을 수행한다.
자세히는 위상회전기(미도시)를 이용하여 RF 체인(120)의 홀수 RF 체인 그룹과 짝수 RF 체인 그룹으로부터 각각 입력된 신호의 위상을 조절하여 빔포밍을 수행한다.
마지막으로 렌즈 어레이 안테나(Lens Antenna Array, 150)는 아날로그 빔포머(140)에서 아날로그 빔포밍된 홀수 RF 체인 그룹의 신호와 짝수 RF 체인 그룹의 신호를 구분하여 수신측(Rx)의 사용자 단말(200)에 각각 방사한다.
이때, 렌즈 어레이 안테나(150)는 밀리미터파 스펙트럼을 생성하기 위해 IEEE 802.11ad 표준의 28GHz 대역의 안테나 간격 거리를 가질 수 있다.
따라서, 수신측(Rx)의 사용자 단말(200)이 렌즈 어레이 안테나(150)에 의해 수신한 신호(yk)는 다음의 수학식 1과 같이 모델링 할 수 있다.
여기서, yk는 수신된 신호, 는 평균 전송 전력, Lk는 k번째 사용자의 지배적 채널 경로의 수(일반적으로 작은),는 k번째 사용자에서 복소수 값 i번째 경로 이득, 는 k번째 사용자에서 i번째 경로의 M x 1 스티어링 벡터, H는 허미션(Hermitian), FA는 가 있는 Nt x Nt 공간 영역 이산 푸리에 변환 행렬, S는 Nt x NRF 빔 선택 행렬, FD는 NRF x K 베이스밴드 프로세싱 행렬, x는 정규화된 전력을 갖는 K x 1 데이터 벡터, nk는 k번째 사용자에서 평균과 단위 분산이 0인 컴플렉스 가우시안 노이즈이다.
이때, Nt-엘리먼트 ULC(Uniform Linear Array)는 다음의 수학식 2와 같이 처리된다.
여기서, 파장(λ)은 , c는 광속, fc는 반송파 주파수, 안테나 간격(d)는 , 는 k번째 사용자에서 i번째 경로의 이탈각(AoD)을 나타낸다.
따라서, 스티어링 벡터()는 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
그리고 본 발명의 실시 예에서 송신 안테나의 개수(Nt)는, RF 체인의 개수(NRF)는 , 허미션 함수는 으로 나타내고, FA와 S는 다음의 수학식 4와 같은 매트릭스 행렬로 나타낼 수 있다.
여기서, Nt,odd는 아날로그 빔포밍된 홀수 RF 체인 그룹의 신호, Nt,even은 아날로그 빔포밍된 짝수 RF 체인 그룹의 신호, NRFodd는 홀수 RF 체인 그룹, NRFeven은 짝수 RF 체인 그룹, Hodd는 K x Nt,odd 채널 행렬, Heven은 K x Nt,even 채널 행렬, Fodd는 아날로그 빔포밍된 홀수 RF 체인 그룹의 신호를 위한 오일러 기반 Nt,odd x Nt,odd 빔포밍 행렬, Feven은 아날로그 빔포밍된 짝수 RF 체인 그룹의 신호를 위한 오일러 기반 Nt,even x Nt,even 빔포밍 행렬, Sodd는 행렬, Seven은 행렬이고, 이때, Sodd와 Sevne은 위치가 다른 모든 열에 0이 아닌 하나의 요소 '1'을 포함한다.
또한, 빔스페이스 채널 행렬 Hb를 로 간주한다. 이때, hb,odd는 Fodd,hodd 및 이다.
이때, 빔스페이스 채널 행렬 Hb는 희소(sparse) 특성을 가지며, 각 빔스페이스 채널 벡터인 hb,k의 지배적 요소의 수는 Nt보다 훨씬 작다. 이러한 희소 특성은 단일 빔 선택 기준을 사용하여 저차원 코드북(low-dimensional codebook)을 구성하는데 활용될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 희소 빔스페이스 채널 행렬을 사용하면 몇 개의 빔만 선택하여 k명의 사용자에게 동시에 서비스를 제공할 수도 있다.
따라서, 차원 다중 사용자 등가 빔 공간 채널 행렬(Heq)을 다음의 수학식 5와 같이 방정식으로 나타낼 수 있다.
따라서, 멀티 스트림 디지털 프리코딩은 수학식 5의 Heq에 적용될 수 있으며, 여기서 단순 차원 하이브리드 ZF 행렬은 다음의 수학식 6과 같이 설계된 등가 빔스페이스 채널(Heq)에 의해 수행된다.
여기서, 는 k번째 사용자에서 전력 정규화를 전송하기 위해 도입된 대각 행렬이다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 밀리미터파 빔스페이스 MIMO 시스템을 위한 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도로서, 이를 참조하여 본 발명의 구체적인 동작을 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 먼저 베이스밴드 프로세서(110)가 복수의 데이터 신호를 입력받아 디지털 빔포밍을 수행한다(S10).
자세히는, 디지털 변조 방식(예를 들면 BPSK, QPSK, 16-QAM 등) 중 어느 하나의 방식을 통해 변조된 복수의 데이터 신호를 입력받아 신호의 진폭과 위상을 조절하여 디지털 빔포밍을 수행한다.
그 다음, RF 체인(120)이 홀수 RF 체인 그룹과 짝수 RF 체인 그룹으로 구분되어 S10 단계에서 디지털 빔포밍된 신호들을 해당 그룹에서 각각 분할한다(S20).
이때, RF 체인(120)은 S10 단계에서 디지털 빔포밍된 신호의 개수에 대응하여 구비되되, 홀수 RF 체인 그룹과 짝수 RF 체인 그룹으로 구분된다.
따라서, S20 단계는 S10 단계에서 디지털 빔포밍된 신호의 인덱스를 참고하여 인덱스가 홀수인 경우 홀수 RF 체인 그룹에서 각각의 신호를 분할하고, 짝수인 경우 짝수 RF 체인 그룹에서 각각의 신호를 분할한다.
그 다음, 빔 셀럭터(130)가 빔 선택 알고리즘을 이용하여 홀수 RF 체인 그룹과 짝수 RF 체인 그룹으로부터 각각 입력되는 신호의 저차원 등가 채널을 양자화한다(S30).
그 다음, 아날로그 빔포머(140)가 S30 단계에서 양자화된 신호의 위상을 조절하여 홀수 RF 체인 그룹에서 분할된 신호와 짝수 RF 체인 그룹에서 분할된 신호 각각에 대한 아날로그 빔포밍을 수행한다(S40).
마지막으로 렌즈 어레이 안테나(150)가 S40 단계에서 아날로그 빔포밍된 홀수 RF 체인 그룹의 신호와 짝수 RF 체인 그룹의 신호를 구분하여 수신측(Rx)의 사용자 단말(200)에 각각 방사한다(S50).
이때, 렌즈 어레이 안테나(150)는 밀리미터파 스펙트럼을 생성하기 위해 IEEE 802.11ad 표준의 28GHz 대역의 안테나 간격 거리를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 속도 성능을 입증하기 위해 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4는 사용자별 데이터 속도 성능을 나타낸 것으로, a 그래프는 이상적인 데이터 전송 속도를 나타낸 것이고, b 그래프는 본 발명의 실시 예에 따른 오일러 기반 하이브리드 빔포밍(E-HB) 방식을 이용한 데이터 전송 속도를 나타낸 것이며, c 그래프는 종래의 일반적인 하이브리드 빔포밍(HB) 방식의 데이터 전송 속도를 나타낸 것이다.
도 4를 참고하면 알 수 있듯이, 오일러 기반 하이브리드 빔포밍(E-HB) 방식을 나타낸 b 그래프가, 일반적인 하이브리드 빔포밍(HB) 방식을 나타낸 c 그래프 보다 이상적인 데이터 전송 속도를 나타낸 a 그래프와 유사한 성능을 가지는 것을 확인할 수 있다.
즉, 시뮬레이션 결과 본 발명의 실시 예에 따른 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 방식이 사용자별 데이터 전송률 측면에서 종래의 하이브리드 빔포밍 방식보다 더욱 우수한 성능을 가지는 것으로 나타났다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 밀리미터파 빔스페이스 MIMO 시스템을 위한 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 방법은, 홀수와 짝수 무선 주파수 체인 그룹으로 구분하여 빔포밍을 수행함으로써 트랜시버 비용을 줄이고 밀리미터파 빔스페이스 MIMO 시스템의 스펙트럼 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시 예에 따르면, 종래의 하이브리드 빔포밍 방식 대비 처리해야하는 정보의 양을 획기적으로 줄일 수 있어 연산 부담을 감소시킬 수 있고, 사용자가 송신 안테나의 홀수와 짝수 무선 주파수 체인 그룹을 용이하게 지배할 수 있어 사용자별 데이터 전송률을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시 예에 따르면, 빔스페이스 MIMO 빔포밍 기술 분야에서 범용적으로 활용이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 빔 선택 전송 장치 110 : 베이스밴드 프로세서
120 : RF 체인 130 : 빔 셀렉터
140 : 아날로그 빔포머 150 : 렌즈 어레이 안테나
200 : 사용자 단말

Claims (8)

  1. 밀리미터파 빔스페이스 MIMO 시스템을 위한 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 장치에 있어서,
    복수의 데이터 신호를 입력받아 디지털 빔포밍을 수행하는 베이스밴드 프로세서;
    홀수 RF 체인 그룹과 짝수 RF 체인 그룹으로 구분하여 상기 디지털 빔포밍된 신호들을 해당 그룹에서 각각 분할하는 RF 체인;
    빔 선택 알고리즘을 이용하여 상기 홀수 RF 체인 그룹과 짝수 RF 체인 그룹으로부터 각각 입력되는 신호의 저차원 등가 채널을 양자화하는 빔 셀렉터;
    상기 빔 셀렉터에 의해 양자화된 신호의 위상을 조절하여 홀수 RF 체인 그룹에서 분할된 신호와 짝수 RF 체인 그룹에서 분할된 신호 각각에 대한 아날로그 빔포밍을 수행하는 아날로그 빔포머; 및
    상기 아날로그 빔포밍된 홀수 RF 체인 그룹의 신호와 짝수 RF 체인 그룹의 신호를 구분하여 각각 방사하는 렌즈 어레이 안테나를 포함하는 빔 선택 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 빔 선택 전송 장치는 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조를 가지고,
    상기 베이스밴드 프로세서는,
    디지털 변조 방식 중 어느 하나의 방식을 통해 변조된 복수의 데이터 신호를 입력받아 신호의 진폭과 위상을 조절하여 상기 디지털 빔포밍을 수행하는 빔 선택 전송 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 RF 체인은,
    상기 디지털 빔포밍된 신호의 개수에 대응하여 구비되되, 상기 신호의 인덱스를 참고하여 인덱스가 홀수인 경우 상기 홀수 RF 체인 그룹에서 각각의 신호를 분할하고, 짝수인 경우 상기 짝수 RF 체인 그룹에서 각각의 신호를 분할하는 빔 선택 전송 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이 안테나는,
    밀리미터파(mmWave) 스펙트럼을 생성하기 위해 IEEE 802.11ad 표준의 28GHz 대역의 안테나 간격 거리를 가지는 빔 선택 전송 장치.
  5. 밀리미터파 빔스페이스 MIMO 시스템을 위한 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조에서의 빔 선택 전송 장치를 이용한 빔 선택 전송 방법에 있어서,
    베이스밴드 프로세서가 복수의 데이터 신호를 입력받아 디지털 빔포밍을 수행하는 단계;
    RF 체인이 홀수 RF 체인 그룹과 짝수 RF 체인 그룹으로 구분되어 상기 디지털 빔포밍된 신호들을 해당 그룹에서 각각 분할하는 단계;
    빔 셀럭터가 빔 선택 알고리즘을 이용하여 상기 홀수 RF 체인 그룹과 짝수 RF 체인 그룹으로부터 각각 입력되는 신호의 저차원 등가 채널을 양자화하는 단계;
    아날로그 빔포머가 상기 빔 셀렉터에 의해 양자화된 신호의 위상을 조절하여 홀수 RF 체인 그룹에서 분할된 신호와 짝수 RF 체인 그룹에서 분할된 신호 각각에 대한 아날로그 빔포밍을 수행하는 단계; 및
    렌즈 어레이 안테나가 상기 아날로그 빔포밍된 홀수 RF 체인 그룹의 신호와 짝수 RF 체인 그룹의 신호를 구분하여 각각 방사하는 단계를 포함하는 빔 선택 전송 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 빔 선택 전송 장치는 오일러 기반 하이브리드 빔포밍 구조를 가지고,
    상기 디지털 빔포밍을 수행하는 단계는,
    디지털 변조 방식 중 어느 하나의 방식을 통해 변조된 복수의 데이터 신호를 입력받아 신호의 진폭과 위상을 조절하여 상기 디지털 빔포밍을 수행하는 빔 선택 전송 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 디지털 빔포밍된 신호의 개수에 대응하여 구비되는 상기 RF 체인이 상기 홀수 RF 체인 그룹과 상기 짝수 RF 체인 그룹으로 구분되되,
    상기 해당 그룹에서 각각 분할하는 단계는,
    상기 신호의 인덱스를 참고하여 인덱스가 홀수인 경우 상기 홀수 RF 체인 그룹에서 각각의 신호를 분할하고, 짝수인 경우 상기 짝수 RF 체인 그룹에서 각각의 신호를 분할하는 빔 선택 전송 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이 안테나는,
    밀리미터파(mmWave) 스펙트럼을 생성하기 위해 IEEE 802.11ad 표준의 28GHz 대역의 안테나 간격 거리를 가지는 빔 선택 전송 방법.
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