KR20240041193A - 다중 재구성 가능한 지능형 반사 평면(ris)들을 지원하는 무선 통신 시스템에서 통신 방법 및 장치 - Google Patents

다중 재구성 가능한 지능형 반사 평면(ris)들을 지원하는 무선 통신 시스템에서 통신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시는 다중 재구성 가능한 지능형 반사 평면(reconfigurable intelligent surface : RIS)들을 지원하는 무선 통신 시스템에서 통신 방법 및 장치에 대한 것으로서, 본 개시의 실시 예에 따라 기지국에서 수행되는 통신 방법은, 상기 다중 RIS 장치들 중 단말의 위치 추정을 위한 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들을 선택하는 과정과, 상기 선택된 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들을 이용하여 상기 단말의 위치 정보를 추정하는 과정과, 상기 단말의 상기 추정된 위치 정보와 상기 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들을 통해 수신된 상기 단말의 업링크 파일럿 신호를 근거로, 상기 다중 RIS 장치들에 대한 다중 RIS 채널을 추정하는 과정을 포함한다.

Description

다중 재구성 가능한 지능형 반사 평면(RIS)들을 지원하는 무선 통신 시스템에서 통신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR COMMUNICATION IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM SUPPORTING MULTIPLE RECONFIGURABLE INTELLIGENT SURFACEs (RISs)}
본 개시는 무선 통신 시스템에서 재구성 가능한 지능형 반사 평면(reconfigurable intelligent surface : RIS) 기술을 이용하는 통신 방법 및 장치에 대한 것이다.
5G 이동통신 기술은 빠른 전송 속도와 새로운 서비스가 가능하도록 넓은 주파수 대역을 정의하고 있으며, 3.5 기가헤르츠(3.5GHz) 등 6GHz 이하 주파수('Sub 6GHz') 대역은 물론 28GHz와 39GHz 등 밀리미터파(㎜Wave)로 불리는 초고주파 대역('Above 6GHz')에서도 구현이 가능하다. 또한, 5G 통신 이후(Beyond 5G)의 시스템이라 불리어지는 6G 이동통신 기술의 경우, 5G 이동통신 기술 대비 50배 빨라진 전송 속도와 10분의 1로 줄어든 초저(Ultra Low) 지연시간을 달성하기 위해 테라헤르츠(Terahertz) 대역(예를 들어, 95GHz에서 3 테라헤르츠(3THz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다.
5G 이동통신 기술의 초기에는, 초광대역 서비스(enhanced Mobile BroadBand, eMBB), 고신뢰/초저지연 통신(Ultra-Reliable Low-Latency Communications, URLLC), 대규모 기계식 통신 (massive Machine-Type Communications, mMTC)에 대한 서비스 지원과 성능 요구사항 만족을 목표로, 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위한 빔포밍(Beamforming) 및 거대 배열 다중 입출력(Massive MIMO), 초고주파수 자원의 효율적 활용을 위한 다양한 뉴머롤로지 지원(복수 개의 서브캐리어 간격 운용 등)와 슬롯 포맷에 대한 동적 운영, 다중 빔 전송 및 광대역을 지원하기 위한 초기 접속 기술, BWP(Band-Width Part)의 정의 및 운영, 대용량 데이터 전송을 위한 LDPC(Low Density Parity Check) 부호와 제어 정보의 신뢰성 높은 전송을 위한 폴라 코드(Polar Code)와 같은 새로운 채널 코딩 방법, L2 선-처리(L2 pre-processing), 특정 서비스에 특화된 전용 네트워크를 제공하는 네트워크 슬라이싱(Network Slicing) 등에 대한 표준화가 진행되었다.
현재, 5G 이동통신 기술이 지원하고자 했던 서비스들을 고려하여 초기의 5G 이동통신 기술 개선(improvement) 및 성능 향상(enhancement)을 위한 논의가 진행 중에 있으며, 차량이 전송하는 자신의 위치 및 상태 정보에 기반하여 자율주행 차량의 주행 판단을 돕고 사용자의 편의를 증대하기 위한 V2X(Vehicle-to-Everything), 비면허 대역에서 각종 규제 상 요구사항들에 부합하는 시스템 동작을 목적으로 하는 NR-U(New Radio Unlicensed), NR 단말 저전력 소모 기술(UE Power Saving), 지상 망과의 통신이 불가능한 지역에서 커버리지 확보를 위한 단말-위성 직접 통신인 비 지상 네트워크(Non-Terrestrial Network, NTN), 위치 측위(Positioning) 등의 기술에 대한 물리계층 표준화가 진행 중이다.
뿐만 아니라, 타 산업과의 연계 및 융합을 통한 새로운 서비스 지원을 위한 지능형 공장 (Industrial Internet of Things, IIoT), 무선 백홀 링크와 액세스 링크를 통합 지원하여 네트워크 서비스 지역 확장을 위한 노드를 제공하는 IAB(Integrated Access and Backhaul), 조건부 핸드오버(Conditional Handover) 및 DAPS(Dual Active Protocol Stack) 핸드오버를 포함하는 이동성 향상 기술(Mobility Enhancement), 랜덤액세스 절차를 간소화하는 2 동작 랜덤액세스(2-step RACH for NR) 등의 기술에 대한 무선 인터페이스 아키텍쳐/프로토콜 분야의 표준화 역시 진행 중에 있으며, 네트워크 기능 가상화(Network Functions Virtualization, NFV) 및 소프트웨어 정의 네트워킹(Software-Defined Networking, SDN) 기술의 접목을 위한 5G 베이스라인 아키텍쳐(예를 들어, Service based Architecture, Service based Interface), 단말의 위치에 기반하여 서비스를 제공받는 모바일 엣지 컴퓨팅(Mobile Edge Computing, MEC) 등에 대한 시스템 아키텍쳐/서비스 분야의 표준화도 진행 중이다.
이와 같은 5G 이동통신 시스템이 상용화되면, 폭발적인 증가 추세에 있는 커넥티드 기기들이 통신 네트워크에 연결될 것이며, 이에 따라 5G 이동통신 시스템의 기능 및 성능 강화와 커넥티드 기기들의 통합 운용이 필요할 것으로 예상된다. 이를 위해, 증강현실(Augmented Reality, AR), 가상현실(Virtual Reality, VR), 혼합 현실(Mixed Reality, MR) 등을 효율적으로 지원하기 위한 확장 현실(eXtended Reality, XR), 인공지능(Artificial Intelligence, AI) 및 머신러닝(Machine Learning, ML)을 활용한 5G 성능 개선 및 복잡도 감소, AI 서비스 지원, 메타버스 서비스 지원, 드론 통신 등에 대한 새로운 연구가 진행될 예정이다.
또한, 이러한 5G 이동통신 시스템의 발전은 6G 이동통신 기술의 테라헤르츠 대역에서의 커버리지 보장을 위한 신규 파형(Waveform), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(Array Antenna), 대규모 안테나(Large Scale Antenna)와 같은 다중 안테나 전송 기술, 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) 기술 뿐만 아니라, 6G 이동통신 기술의 주파수 효율 향상 및 시스템 네트워크 개선을 위한 전이중화(Full Duplex) 기술, 위성(Satellite), AI(Artificial Intelligence)를 설계 동작에서부터 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 자원을 활용하여 실현하는 차세대 분산 컴퓨팅 기술 등의 개발에 기반이 될 수 있을 것이다.
또한 차세대 통신 기술 중 하나로 RIS 기술이 연구되고 있다. RIS 기술에서는 RIS 장치에 포함된 RE(reflecting element)들의 반사 패턴을 위상 및/또는 진폭의 조합으로 형성하고 반사 패턴에 따라 RIS 장치에 입사되는 기지국의 송신 빔을 원하는 방향으로 반사시킬 수 있다. 상기 RIS 장치를 이용하면, 기지국으로부터 송신 빔이 도달할 수 없는 음영 지역에 위치한 단말에게 RIS 장치에 입사된 송신 빔을 반사시켜 음영 지역 내 단말에게 전달할 수 있다.
본 개시는 다중 RIS들을 지원하는 지원하는 무선 통신 시스템에서 효율적인 통신 방법 및 장치를 제공한다.
본 개시는 업링크 파일럿 신호(기준 신호)의 오버헤드를 줄일 수 있는 다중 RIS 기반 채널 추정 방법 및 장치를 제공한다.
본 개시는 다중 RIS들을 지원하는 무선 통신 시스템에서 다중 RIS 코드 북 정보를 제공하는 방법 및 장치를 제공한다.
본 개시의 실시 예에 따라 다중 재구성 가능한 지능형 반사 평면(RIS) 장치들을 지원하는 무선 통신 시스템에서 기지국의 통신 방법은, 상기 다중 RIS 장치들 중 단말의 위치 추정을 위한 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들을 선택하는 과정과, 상기 선택된 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들을 이용하여 상기 단말의 위치 정보를 추정하는 과정과, 상기 단말의 상기 추정된 위치 정보와 상기 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들을 통해 수신된 상기 단말의 업링크 파일럿 신호를 근거로, 상기 다중 RIS 장치들에 대한 다중 RIS 채널을 추정하는 과정을 포함한다.
또한 본 개시의 실시 예에 따라 다중 재구성 가능한 지능형 반사 평면(RIS) 장치들을 지원하는 무선 통신 시스템에서 기지국은, 송수신기와, 상기 다중 RIS 장치들 중 단말의 위치 추정을 위한 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들을 선택하고, 상기 선택된 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들을 이용하여 상기 단말의 위치 정보를 추정하며, 상기 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들를 경유하여 상기 송수신기를 통해 수신된 상기 단말의 업링크 파일럿 신호와 상기 단말의 상기 추정된 위치 정보를 근거로, 상기 다중 RIS 장치들에 대한 다중 RIS 채널을 추정하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
도 1은 단일 RIS를 이용하는 무선 통신 시스템의 일 예를 나타낸 도면,
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 실시 예에 따른 다중 RIS들을 지원하는 무선 통신 시스템의 일 예를 나타낸 도면들,
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 다중 RIS 기반 채널 추정 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4a 내지 도 4c는 본 개시의 실시 예에 따라 다중 RIS들을 지원하는 지원하는 무선 통신 시스템에서 통신 방법을 나타낸 도면들,
도 5는 본 개시의 실시 예에 따라 기준 RIS 장치를 선택하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 개시의 실시 예에 따라 기준 RIS 장치를 이용하여 단말의 위치를 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 개시의 실시 예에 따라 단말의 위치 정보를 근거로 다중 RIS 채널을 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 8은 도 4a에서 단계 402의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 개시의 실시 예에 따라 기지국과 단말 간의 직접 경로의 존재 여부를 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 개시의 실시 예에 따라 다중 RIS 장치들(200)의 각 RIS 장치에 위상 보상 인자가 적용되는 일 예를 나타낸 도면,
도 11 및 도 12는 본 개시의 실시 예에 따라 무선 통신 시스템에서 다중 RIS들을 고려한 코드북(RIS codeword set) 정보를 적용한 경우 시뮬레이션 결과들을 나타낸 도면들,
도 13은 본 개시의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 RIS 장치의 일 구성 예를 나타낸 도면,
도 14는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 네트워크 엔티티의 구성을 나타내는 도면, 및
도 15 내지 도 19은 본 개시의 실시 예와 관련된 논문을 나타낸 도면들.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 개시를 설명하기에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 개시에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시의 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
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. 예컨대, 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.
본 개시에서, "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. "제1","제2" 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성 요소를 다른 해당 구성 요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성 요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다.
이하 설명에서 사용되는 접속 노드(node)를 식별하기 위한 용어, 망 객체(network entity)들을 지칭하는 용어, 메시지들을 지칭하는 용어, 망 객체들 간 인터페이스를 지칭하는 용어, 다양한 식별 정보들을 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 대상을 지칭하는 다른 용어가 사용될 수 있다.
본 개시에서 기지국(base station : BS)은 단말의 자원 할당을 수행하며 단말과 무선 네트워크를 통해 통신을 수행할 수 있는 네트워크 엔터티로서, eNode B, Node B, gNB, RAN(Radio Access Network), AN(Access Network), RAN node, IAB(Integrated Access/Backhaul) node, 무선 접속 유닛, 기지국 제어기, 네트워크 상의 노드, 또는 TRP(transmission reception point) 중 적어도 하나일 수 있다. 단말(user equipment : UE)은 terminal, MS(Mobile Station), 셀룰러폰, 스마트폰, 컴퓨터, 또는 통신기능을 수행할 수 있는 멀티미디어시스템 중 적어도 하나일 수 있다.
3GPP 표준에서는 5G 네트워크 시스템 구조(architecture) 및 절차를 표준화하였다. 이동통신 사업자는 5G 네트워크에서 여러가지 서비스를 제공할 수 있다. 각 서비스 제공을 위하여 이동통신 사업자는 서비스 별 서로 다른 서비스 요구 사항(예를 들면, 지연시간, 통신 범위, 데이터 레이트, 대역폭, 신뢰성(reliability) 등)을 만족시켜야 할 필요가 있다. 이를 위해 5G 시스템에서는 네크워크 슬라이싱(혹은 상기 네트워크 슬라이스(network slice)라 칭할 수 있다.)를 지원하며, 서로 다른 네트워크 슬라이스들에 대한 트래픽이 서로 다른 PDU 세션들에 의해 처리될 수 있다. 상기 PDU 세션은 PDU 연결 서비스를 제공하는 데이터 네트워크와 단말 간의 연관(association)을 의미할 수 있다. 상기 네트워크 슬라이스는 광대역 통신 서비스, massive IoT, V2X 등과 같은 미션 크리티걸(mission critical) 서비스 등과 같은 서로 다른 특성을 갖는 다양한 서비스들을 지원하기 위한 네트워크 기능(NF)들의 집합으로 네트워크를 논리적으로 구성하고, 서로 다른 네트워크 슬라이스들을 분리하는 기술로 이해될 수 있다. 따라서 어떤 네트워크 슬라이스에 통신 장애가 발행하더라도 다른 네트워크 슬라이스의 통신은 영향을 받지 않으므로 안정적인 통신 서비스 제공이 가능하다. 이를 위해 이동통신 사업자는 네트워크 슬라이스(network slice)를 구성하고, 네트워크 슬라이스 별로 또는 네트워크 슬라이스의 셋트(set) 별로 특정 서비스에 적합한 네트워크 자원을 할당할 수 있다. 네트워크 자원이라 함은 NF(network function) 또는 NF가 제공하는 논리적 자원 또는 기지국의 무선 자원 할당 등을 의미할 수 있다. 예를 들면, 이동통신 사업자는 모바일 광대역 서비스 제공을 위해서 네트워크 슬라이스 A를 구성하고, 차량 통신 서비스 제공을 위해서 네트워크 슬라이스 B를 구성하고, IoT 서비스 제공을 위해서 네트워크 슬라이스 C를 구성할 수 있다. 즉, 이와 같이 5G 시스템에서는 각 서비스의 특성에 맞게 특화된 네트워크 슬라이스를 통해 단말에게 효율적으로 해당 서비스를 제공할 수 있다.
도 1은 단일(single) RIS를 이용하는 무선 통신 시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 1의 시스템은 기지국(BS)(110)의 주변에 단일 RIS 장치(120)가 설치되고, 단말(130)의 주변에 음영 지역을 형성하는 장애물(140a, 140b)이 존재하거나(도 1의 (a)) 혹은 단말(130)이 단일 RIS 장치(120)의 서비스 영역(C1)의 밖에 위치하는 통신 환경을 가정한 것이다. 이와 같은 통신 환경에서 단일 RIS 장치(120)는 RE(reflecting element)들의 반사 패턴을 위상 및/또는 진폭의 조합으로 형성하고 반사 패턴에 따라 RIS 장치(120)에 입사되는 기지국(110)의 송신 빔을 단말(130) 방향으로 반사시켜도 음영 지역 내 단말(130)은 장애물(140a, 140b) 혹은 서비스 영역(C1)을 벗어남으로 인해 반사된 송신 빔을 수신할 수 없다.
기존 RIS 연구는 대부분 도 1의 예와 같이 단일 RIS 장치를 고려했기 때문에 기지국과 다수의 RIS 장치들을 이용한 협력 통신(협력 제어)가 불가능 하여 주파수 효율 향상에 한계가 있었다. 단일 RIS 환경에서는 도 1의 예와 같이 “기지국-단말”의 직접 경로와 “기지국-RIS 장치-단말”의 반사 경로의 모두가 단절될 수 있으며, 이 경우 단말이 경험하는 신호 품질이 현저히 저하될 수 있다. 고정된 위치에 설치된 단일 RIS 장치는 그 RIS 장치와 가까운 주변 지역에서만 서비스를 제공할 수 있기 때문에 단말이 이동하여 RIS 장치로부터 멀리 떨어지면 데이터 요구량을 충족할 수 없게 된다. 따라서 다수의 RIS 장치들을 협력적으로 제어하여 전파의 특성을 변화시킴으로써 통신 시스템의 성능(데이터 전송률, 신뢰도, 셀 커버리지 등)을 향상시키는 다중 RIS 운용 기술이 필요하다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 실시 예에 따른 다중(multiple) RIS들을 지원하는 무선 통신 시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2a의 시스템은 기지국(210)의 주변에 K 개의 다중 RIS 장치들(2201, … 220k, …, 220K : 220)(여기서 K≥2)가 설치되고, 다중 RIS 장치들(220) 중 하나 또는 그 이상의 RIS 장치들 각각이 반사 소자(RE)들의 반사 패턴을 위상 및/또는 진폭의 조합으로 형성하고 반사 패턴에 따라 각 RIS 장치에 입사되는 기지국(210)의 송신 빔을 단말(230) 방향으로 반사시킬 수 있다. 도 2a의 시스템에서 단말(230)은 기지국(210)으로부터 직접 경로(201)를 통해 전달되는 송신 빔의 신호와 반사 경로(202, 203)을 통해 반사되어 전달되는 송신 빔의 신호를 결합하여 향상된 품질의 신호를 수신할 수 있다.
도 2a의 예에서 직접 경로(201)의 채널(즉 BS-UE 채널)은 , 반사 경로(202, 203)에서 기지국(210)과 k 번째 RIS 장치(220k)의 간의 채널(즉 BS-RIS 채널)은 , 그리고 k 번째 RIS 장치(220k)와 단말(230) 간의 채널(즉 RIS-UE 채널)은 와 같이 나타낼 수 있다. 도 2a의 예에서 k 번째 RIS 장치(220k)가 송신 빔을 반사할 때 이용하는 위상 변이 행렬 는 미리 정의된 코드북에서 선택될 수 있다. 상기 코드북에 대한 정보는 각 RIS 장치의 반사 경로에서 채널을 추정한 기지국(210)으로부터 각 RIS 장치에게 제공될 수 있다. 직접 경로(201)와 다중 RIS 장치들(220)의 반사 경로(202, 203)을 통해 단말(230)에서 수신되는 신호들이 결합된 신호(y)는 아래 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
상기 [수학식 1]에서 변수들의 정의는 아래 [표 1]과 같다.
[표 1]
Figure pat00006
도 2a의 예에서 다중 RIS 장치들(220)이 동작하는 통신 환경은 도 1의 예에서 단일 RIS 장치(120)가 동작하는 통신 환경과 다르게 기지국(210)과 단말(230) 사이의 채널은 다중 RIS 장치들(220)의 다수의 반사 경로들의 채널들의 합으로 표현된다. 도 2의 시스템에서 다중 RIS 장치들(220)의 위상 변이 행렬은 다수의 반사 경로들에 대해 jointly 결정될 수 있다.
도 2b의 예와 같이, 다중 RIS 장치들(220a, 220b, 220c)을 이용하는 통신 환경에서 기지국(210)의 송신 빔을 다중 RIS 장치들(220a, 220b, 220c)에 의한 다수의 반사 경로들을 통해 수신한 단말(230)은 공간 다이버시티(spatial diversity) 이득을 얻을 수 있다.
도 2a 및 도 2b의 예에서 다중 RIS 장치들(220a, 220b, 220c : 220)에서 반사되는 다중 RIS 빔들을 jointly 결정하기 위해 기지국(210)과 다중 RIS 장치들(220) 간의 채널 정보와, 다중 RIS 장치들(220)와 단말(230) 간의 채널 정보가 필요하다. 기지국(210)에서 다중 RIS 장치들(220)을 고려한 전체 채널 정보를 추정하기 위해 업 링크에서 단말(230)로부터 다중 RIS 장치들(220)의 각각을 통해 기지국(210)으로 송신되는 파일럿 신호(pilot sigal)(즉 기준 신호(reference signal))의 오버헤드가 상당히 증가된다. 따라서 다중 RIS 장치들(220)을 고려한 채널 추정(이하, 다중 RIS 기반 채널 추정) 시 필요한 파일럿 신호(기준 신호)의 오버헤드를 줄이기 위한 방안이 요구된다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 다중 RIS 기반 채널 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 5G 시스템과 같은 mmWave 신호에서 line-of-sight (LoS)(즉 직접 경로)가 우세하기 때문에 채널 파라미터들(예를 들어 AoA(Angle of Arrival), AoD(Angle of Departure), path loss 등)을 아래 [수학식 2], [수학식 3]과 같이 기지국(210), RIS 장치(220) 및/또는 단말(230)의 위치 정보로 나타낼 수 있다. [수학식 3]에서 path loss는 자유 공간에서 통신 시 전파의 경로 손실, c는 광속, f는 신호의 주파수를 의미한다.
[수학식 2]
[수학식 3]
도 2a의 예와 같이 다중 RIS 장치들(220)을 운용하는 무선 통신 시스템에서 다중 RIS 장치들(220)의 각 RIS 장치에 대한 채널은 기지국(210), RIS 장치(220) 및/또는 단말(230)의 위치 정보를 근거로 추정될 수 있다. 본 개시에서 기지국(210)이 다중 RIS 채널을 추정한다는 것은 기지국(210)이 다중 RIS 장치들(220)의 각 RIS 장치에 대한 채널을 추정한다는 것으로 이해될 수 있다. 본 개시에서는 다중 RIS 기반 채널 추정 시 단말(230)로부터 송신되는 파일럿 신호(기준 신호)들의 오버헤드를 줄이기 위해 K 개의 다중 RIS 장치들(220) 중 일부 RIS 장치들(예를 들어 2 개 혹은 3 개의 RIS 장치들)을 기준 RIS 장치로 선택하는 방법을 제안한다. 기준 RIS 장치를 2 개 선택하는 경우 단말(230)의 위치 정보는 2차원 좌표계(x, y)로 나타내며, 기준 RIS 장치를 3 개 선택하는 경우 단말(230)의 위치 정보는 3차원 좌표계(x, y, z)로 나타낼 수 있다. 이하 본 개시의 실시 예들에서 설명의 편의상 기준 RIS 장치를 2 개 선택하는 예를 설명하기로 한다.
본 개시에서 기준 RIS 장치를 이용한 다중 RIS 기반 채널 추정은 기지국(210)에서 수행되며, 아래와 같은 3 단계의 동작으로 수행될 수 있다.
단계 1 : 다중 RIS 장치들 중 단말의 위치 추정을 위한 기준 RIS 장치를 선택함
단계 2 : 선택된 기준 RIS 장치를 이용하여 단말의 위치를 추정함
단계 3 : 추정된 단말의 위치 정보를 근거로 다중 RIS 채널을 추정함
이하 도 5 내지 도 7을 참조하여 상기 단계 1, 단계 2 및 단계 3의 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따라 기준 RIS 장치를 선택하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하여 상기 단계 1을 설명하면, 기지국(210)은 총 K 개의 다중 RIS 장치들(220) 중 단말(230)의 위치를 추정하기 위한 적은 수의 기준 RIS 장치로 Q 개(예를 들어 Q=2 개)의 기준 RIS 장치들(220a, 220b)를 선택할 수 있다. 다중 RIS 장치들(220)의 총 개수 K가 증가해도 다중 RIS 기반 채널 추정 시 기준 RIS 장치들의 개수가 2 개이므로 상기한 파일럿 신호(기준 신호)들의 오버헤드는 증가되지 않고 일정하다. 기지국(210), 기준 RIS 장치들(220a, 220b) 및 단말(230)이 2차원 평면에 위치한다고 가정하면, 상기 기준 RIS 장치들(220a, 220b)로부터 단말(230)의 위치 정보는 획득될 수 있다. 상기 단계 1에서 기준 RIS 장치들(220a, 220b)은 기지국(210)과 단말(230)의 직접 경로와 기지국(210)과 각 RIS 장치 간의 거리(BS-RIS 거리)를 근거로 아래 [수학식 4]를 이용하여 선택될 수 있다.
[수학식 4]
상기 [수학식 4]에서 z는 기준 RIS 선택 벡터이고, 예를 들어 z=0은 기준 RIS 장치로 선택됨, z=1은 기준 RIS 장치로 선택되지 않음을 의미한다. 일 예로 4 개의 다중 RIS 장치들 중 1, 3 번째 RIS 장치를 선택하는 경우 기준 RIS 선택 벡터는 와 같이 나타낼 수 있다. Q는 z=1로 선택된 RIS 장치의 개수, 즉 기준 RIS 장치의 개수를 의미한다. Q의 값이 적은 값을 갖도록(예컨대, Q=2) 기준 RIS 장치가 선택된다. K 개의 다중 RIS 장치들(220) 중 k 번째 RIS 장치(220k)의 위치 정보는 (xk, yk), 기지국(210)의 위치 정보는 (xBS, yBS)로 표현된다. 상기 [수학식 4]에서 "d+λθ"와 관련하여, θ는 기지국(210)과 단말(230) 간의 직접 경로(직선 경로)와 방향이 비슷한 경로를 갖는 RIS 장치를 기준 RIS 장치들(220a, 220b)로 선택하기 위한 항이며, d는 기지국(210)에서 거리가 가까운 RIS 장치를 기준 RIS 장치들(220a, 220b)로 선택하기 위한 항이다. λ는 기준 RIS 장치들(220a, 220b)를 선택하기 위한 두 기준(방향, 거리)의 중요도를 결정하는 가중치이다. 예를 들어 λ이라면 방향은 고려하지 않고, 기지국(210)에서 거리가 가까운 RIS 장치를 기준 RIS 장치들(220a, 220b)로 선택할 수 있다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따라 기준 RIS 장치를 이용하여 단말의 위치를 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하여 상기 단계 2를 설명하면, 단말(230)의 위치 정보 (xu, yu)는 기준 RIS 장치들(210a, 210b)의 위치 정보와, 기준 RIS 장치들(210a, 210b) 각각과 단말(230) 간의 각도 정보 를 근거로 아래 [수학식 5]와 같이 추정될 수 있다. 여기서 기지국(210)의 위치 정보는 (0, 0)인 것으로 가정한다.
[수학식 5]
상기 [수학식 5]에서 각도 는 도 6에서 q 번째 기준 RIS 장치(210a)의 반사 경로에서 단말(230)에 대한 각도이며, 기준 RIS 장치(220a)에서 빔 스위핑(beam sweeping)을 이용하여 추정될 수 있다. 상기 각도 는 아래 [수학식 19]와 같이 정의될 수 있다.
[수학식 5]
상기 [수학식 5]에서 변수들은 상기 [표 1]을 참조할 수 있으며, 아래 첨자 q는 q 번째 RIS 장치에 대한 변수임을 의미한다.
q 번째 RIS 장치(220a)가 기지국(210)으로부터 입사된 송신 빔을 반사할 때 이용하는 위상 변이 행렬 는 코드북(즉 RIS codeword set) 정보에서 아래 [수학식 6]과 같이 획득될 수 있다.
[수학식 6]
상기 [수학식 5]와 [수학식 6]은 q' 번째 RIS 장치(210b)에도 적용될 수 있다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따라 단말의 위치 정보를 근거로 다중 RIS 채널을 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하여 상기 단계 3을 설명하면, 기준 RIS 장치들(210a, 210b)의 위치 정보와, 기준 RIS 장치들(210a, 210b) 각각과 단말(230) 간의 각도 정보 를 근거로 추정된 단말(230)의 위치 정보 (xu, yu)와 k 번째 RIS 장치(220k)의 위치 정보 (xk, yk)를 근거로, 기준 RIS 장치들(210a, 210b)을 제외한 k 번째 RIS 장치(220k)와 단말(230) 간의 반사 경로에서 채널 를 아래 [수학식 7]과 같이 추정될 수 있다.
[수학식 7]
상기 [수학식 7]에서 변수들은 아래 [표 2]와 같이 정의된다. 상기 [수학식 7]에서 변수 는 k 번째 RIS 장치(220k)의 채널 방향을 나타내는 스티어링 벡터(steering vector)이다.
[표 2]
Figure pat00024
본 개시에서 상기한 단계 1, 단계 2 및 단계 3의 방법을 이용하면, 기지국(210)은 최소 개수의 기준 RIS 장치들을 선택하고, 선택된 기준 RIS 장치들을 이용하여 단말(230)의 위치를 추정하고, 단말(230)의 위치 정보를 근거로 K 개의 다중 RIS 장치들(220)의 각 RIS 장치에 대한 채널을 추정할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 개시의 실시 예에 따라 다중 RIS들을 지원하는 지원하는 무선 통신 시스템에서 통신 방법을 나타낸 도면들이다.
도 4a의 단계 401에서 기지국(210)은 K 개(K≥2)의 다중 RIS 장치들(220)과 유선 또는 무선 백홀 링크를 생성/수립한다. 상기 백홀 링크는 다중 RIS 장치들(220)이 기지국(210)의 송신 빔을 수신하여 반사하는 반사 경로와는 구별된다. 다중 RIS 장치들(220)의 각 RIS 장치는 자신의 위치 정보를 상기 백홀 링크를 통해 기지국(210)에게 제공할 수 있다. 또한 다중 RIS 장치들(220)이 고정된 위치에 설치된 경우, 기지국(210)에 다중 RIS 장치들(220)의 위치 정보를 미리 저장하는 것도 가능하다. 다중 RIS 장치들(220) 중 적어도 하나의 위치 정보가 변경되는 변경된 위치 정보는 해당 RIS 장치로부터 기지국(210)에게 제공될 수 있다.
단계 402에서 단말(230)의 초기 접속(initial access) 시, 기지국(210)은 단말(230)과 초기 접속 절차(예를 들어 random access procedure)를 수행할 수 있다.
도 8을 참조하여, 상기 단계 402의 동작을 설명하면, 도 8의 예는 단말(230)이 음영 지역(B1)(예를 들어 통신 상태가 빈번하게 좋지 않은 지역(frequent blockage zone))에 위치함을 가정한 것이다. 이 경우 기지국(210)은 상기 초기 접속 절차에서 송신되는 신호를 빔 포밍하여 k 번째 RIS 장치(220k)에게 송신한다. 여기서 RIS 장치(220k)는 K 개의 RIS 장치들(200) 중 하나이며, 기지국(210)은 상기 초기 접속 절차 전에 RIS 장치(220k)로부터 백홀 링크를 통해 해당 RIS 장치(220k)의 위치 정보와 각도 정보() 중 적어도 하나를 제공 받을 수 있다(801). 다른 실시 예로 기지국(210)은 RIS 장치(220k)의 위치 정보와 각도 정보()를 설정 값으로 미리 저장할 수도 있다. 기지국(210)은 음영 지역(B1)의 방향으로(즉 의 각도로) 기지국(210)의 송신 빔을 반사할 수 있는 RIS 장치(220k)에게 코드북(RIS codeword set) 정보를 백홀 링크를 통해 제공할 수 있다. 상기 코드북 정보는 RIS 장치(220k)가 상기 송신 빔의 반사를 위한 반사 패턴을 생성하는데 이용된다. 그리고 음영 지역(B1) 내 단말(230)은 RIS 장치(220k)를 통해 반사된 신호를 수신하여(802) 상기 초기 접속 절차를 수행할 수 있다.
단계 403에서 기지국(210)은 다중 RIS 장치들(220)의 각 RIS 장치에게 백홀 링크를 통해 RE(reflecting element)들(즉 반사 소자들)이 동작하지 않는 오프(off) 모드로 전환할 것을 지시하는 제1 제어 신호(정보)를 송신한다.
단계 404에서 기지국(210)은 단말(230)에게 기지국(210)과 단말(230) 간의 직접 경로에서 채널 추정을 위한 업 링크 파일럿 신호(기준 신호)를 송신할 것을 지시하는 제2 제어 신호(정보)를 송신한다.
단계 405에서 상기 제2 제어 신호를 수신한 단말(230)은 기지국(210)에게 업 링크 파일럿 신호를 송신한다.
한편 음영 지역으로 인해 기지국(210)과 단말(230) 간의 직접 경로가 없는 경우 상기 단계 403 내지 단계 405의 동작들은 생략될 수 있다.
도 9를 참조하여 기지국(210)과 단말(230) 간의 직접 경로의 존재 여부를 기지국(210)이 판단하는 동작을 설명하면, 기지국(210)은 단말(230)로부터 수신 신호의 세기를 측정할 수 있으며, 단말(230)로부터 수신 신호의 세기가 정해진 임계값 보다 작으면(혹은 작거나 같으면) 직접 경로가 없는 것으로 판단하고, 수신 신호의 세기가 임계값 보다 크거나 같으면(혹은 크면) 직접 경로가 있는 것으로 판단할 수 있다. 직접 경로가 없는 경우 기지국(210)은 예를 들어 k 번째 RIS 장치(220k)의 반사 경로(901)를 통해 단말(230)로부터 신호를 수신할 수 있다. 그리고 k 번째 RIS 장치(220k)에서 방향으로 신호 반사를 위한 코드북(RIS codeword set) 정보는 기지국(210)이 미리 k 번째 RIS 장치(220k)에게 제공할 수 있다.
이후 도 4b의 단계 406에서 기지국(210)은 다중 RIS 장치들(220) 중 단말(230)의 위치 추정을 위한 Q 개의(예를 들어 적어도 두 개)의 기준 RIS 장치들(210a, 210b)을 선택한다.
상기 단계 406에서 기준 RIS 장치들(210a, 210b)을 선택하는 기지국(210)의 동작은 상기한 기준 RIS 장치를 이용한 다중 RIS 기반 채널 추정의 3 단계 동작에서 상기 단계 1의 동작과 같이 [수학식 4]의 방식을 이용할 수 있다. 상기 [수학식 4]는 기지국(210)과 단말(230) 간의 직접 경로가 있음을 가정한 것이다. 직접 경로가 없는 경우, 기지국(210)은 직접 경로의 방향을 알 수 없으므로(즉 도 3의 예에서 기지국(210)과 단말(230) 간의 직접 경로에서 각도 θ를 알 수 없으므로), 기준 RIS 장치를 선택할 때 상기 [수학식 4]의 방식을 이용할 수 없다. 이 경우 기지국(210)은 기준 RIS 장치를 선택할 때 아래 [수학식 8]과 같이, 직접 경로에서 각도 θ를 제외하고 기지국(210)과 k 번째 RIS 장치(220k) 간의 거리(BS-RIS 거리)를 근거로 BS-RIS 거리가 짧은 순서로 기준 RIS를 선택할 수 있다.
[수학식 8]
단계 407에서 기준 RIS 장치들(210a, 210b)을 선택한 기지국(210)은, 다중 RIS 장치들(220)의 반사 경로들에서 채널들이 합성된 채널 추정을 위해 단말(230)에게 업링크 파일럿 신호(기준 신호)의 송신 시작을 지시하기 위한 제3 제어 신호(정보)를 송신한다. 상기 제3 제어 신호는 후술할 단계 408, 409에 소요되는 시간을 고려하여 단말(230)이 상기 제3 제어 신호를 수신한 후, 업링크 파일럿 신호(기준 신호)를 송신하기 위한 대기 시간 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어 단말(230)은 상기 제3 제어 신호를 수신한 후, 상기 대기 시간 정보에서 지시하는 대기 시간(예를 들어 슬롯 수, 심볼 수 혹은 시간 오프셋 등으로 지시될 수 있다)만큼 대기한 후 업링크 파일럿 신호(기준 신호)를 송신한다.
단계 408, 409에서 기지국(210)은 백홀 링크를 통해 기준 RIS 장치들(210a, 210b)에게 순차로 RE들(즉 반사 소자들)이 동작하는 온(on) 모드로 전환할 것을 지시하는 제4 제어 신호(정보)를 송신하고, 채널 추정을 위한 코드북(RIS codeword set) 정보를 송신한다.
단계 410에서 기지국(210)은 상기 제3 제어 신호를 수신한 단말(230)로부터 다중 RIS 장치들(220)의 반사 경로들에서 채널들이 합성된 채널 추정을 위한 업링크 파일럿 신호(기준 신호)를 수신한다. 상기 단계 407 내지 단계 410의 동작은 기준 RIS 장치들(210a, 210b)의 개수인 Q 회만큼 반복된다. 즉 기준 RIS 장치들(210a)에 대해 상기 단계 407 내지 단계 410의 동작이 수행되고, 이후 기준 RIS 장치들(210b)에 대해 상기 단계 407 내지 단계 410의 동작이 반복 수행된다.
이후 단계 411에서 기지국(210)은 전체 K 개의 RIS 장치들(200)의 각각에 대한 채널 추정을 수행하고 RIS 장치들(200)을 통해 단말(230)에게 반사될 송신 빔(들)을 결정한다. 본 개시에서 RIS 장치들(200)의 각각에 대한 채널 추정 방식은 상기한 다중 RIS 기반 채널 추정의 3 단계 동작에서 상기 단계 2, 3의 동작을 통해 수행될 수 있다.
단계 412에서 기지국(210)은 백홀 링크를 통해 전체 K 개의 RIS 장치들(200)에게 백홀 링크를 통해 RE들(즉 반사 소자들)이 동작하는 온(on) 모드로 전환할 것을 지시하는 제5 제어 신호(정보)를 송신하고, 데이터 송신을 위한 코드북(RIS codeword set) 정보를 송신한다. 상기 단계 412에서는 전체 K 개의 RIS 장치들(200)이 모두 온 모드로 동작하는 예를 들어 설명하였으나, 단말(230)의 위치 정보를 근거로 전체 K 개의 RIS 장치들(200) 중 일부 RIS 장치들(200)이 온 모드로 동작하도록 하는 것도 가능하다. 상기 일부 RIS 장치들(200)의 개수는 K 보다 작은 범위에서 정해질 수 있다.
상기한 도 4a 내지 도 4c의 방법에 의하면, 기지국(210)은 전체 K 개의 RIS 장치들(200) 중 적은 수의 기준 RIS 장치들(210a, 210b)을 선택하여 채널 추정을 위해 단말(230)로부터 수신되는 업링크 파일럿 신호(기준 신호)의 오버헤드를 줄일 수 있으며, 다중 RIS 장치들(200)을 이용한 통신을 효율적으로 수행할 수 있다.
본 개시에서 상기 단계 412에서 기지국(210)으로부터 K 개의 RIS 장치들(200)의 각 RIS 장치에게 송신되는 데이터 송신을 위한 코드북(RIS codeword set) 정보는 다음과 같은 방식으로 설계될 수 있다.
다중 RIS 장치들(200)이 동작하는 통신 환경에서 단말(200)은 다중 RIS 장치들(200)을 통해 반사되는 신호들을 수신할 수 있으며, 그 수신 신호들이 결합된 신호(r)는 아래 [수학식 9]와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 9]
다중 RIS 장치들(200)로부터 반사되는 신호들의 위상(phase)이 정렬(align)되지 않는 경우 아래 [수학식 10]으로 예시된 것처럼 그 반사되는 신호들 간의 상쇄 간섭으로 인해 다중 RIS 장치들(200)의 빔 포밍 이득이 감소될 수 있다.
[수학식 10]
상기 코드북(RIS codeword set) 정보에서 반사되는 빔의 방향만을 나타낼 경우, 다중 RIS 장치들(200)을 통해 반사되는 신호들의 위상들을 정렬할 수 없으므로 다중 RIS 장치들(200)의 빔 포밍 이득은 감소될 것이다.
따라서 본 개시에서는 다중 RIS 장치들(200)로부터 반사되는 신호들의 위상들을 정렬할 수 있는 위상 보상 인자를 제안한다. 상기 위상 보상 인자는 아래 [수학식 11]에서 Re{ }의 값이 “1”이 되도록 q1와 q2의 값들을 설정하는 방식으로 제공될 수 있다.
[수학식 11]
본 개시에서 상기 위상 보상 인자를 , 상기 위상 변이 행렬을 나타내는 위상 변이 인자를 라고 하면, 상기 코드북(RIS codeword set) 정보는 아래 [수학식 12]와 같이 나타낼 수 있다. 상기 코드북(RIS codeword set) 정보는 와 의 곱, 즉 위상 보상 인자와 위상 변이 인자의 곱으로 나타낼 수 있다.
[수학식 12]
상기 [수학식 12]에서 N은 각 RIS 장치의 반사 소자의 개수, p는 상기 위상 보상 인자의 인덱스, b는 위상 보상 양자화 비트, n은 상기 위상 변이 인자의 인덱스이다.
도 10은 본 개시의 실시 예에 따라 다중 RIS 장치들(200)의 각 RIS 장치에 위상 보상 인자가 적용되는 일 예를 나타낸 것으로서, 도 12의 예는 각 RIS 장치의 반사 소자들의 개수(N)가 8개, 위상 보상 양자화 비트 수(b)가 2(즉 2b=22=4)인 경우를 예시한 것이다. 이 경우 위상 보상 인자는 도 10에 도시된 것처럼 p=1, …, 4의 4 개의 경우를 가질 수 있으며, 참조 번호 1001 내지 1004는 각각 구분된 음영으로 표시된 위상 보상이 적용된 반사된 빔을 예시한 것이다.
본 개시에서 기지국(210)으로부터 다중 RIS 장치들(200)의 각 RIS 장치로 제공되는 상기 코드북(RIS codeword set) 정보는 상기 위상 보상 인자의 인덱스 p(이하 위상 보상 정보로 칭하기로 한다)와 빔 방향을 지시하는 상기 위상 변이 인자의 인덱스 n(이하 위상 변이 정보 or 빔 방향 정보로 칭하기로 한다) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 위상 보상 정보(p)와 상기 위상 변이 정보(n)는 아래 [표 3]에서 실시 예1, 실시 예2, 및 실시 예3의 방식 중 하나를 이용하여 기지국(210)으로부터 다중 RIS 장치들(200)의 각 RIS 장치에게 제공될 수 있다. 아래 [표 3]에서 타임 슬롯은 예를 들어 3GPP NR 표준에서 정의하는 전송 단위인 슬롯(slot)으로 이해될 수 있으며, 상기 위상 보상 정보(p)와 상기 위상 변이 정보(n)는 다른 실시 예로 슬롯(slot) 단위 전송에 한정되지 않고, 주기적으로 송신되거나 혹은 정해진 트리거 조건에 따라 비주기적으로 송신될 수도 있다.
[표 3]
Figure pat00038
도 11 및 도 12는 본 개시의 실시 예에 따라 무선 통신 시스템에서 다중 RIS들을 고려한 코드북(RIS codeword set) 정보를 적용한 경우 시뮬레이션 결과들을 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 기지국(210)의 다중 RIS 장치들(220a, 220b)가 설치되고, 다중 RIS 장치들(220a, 220b) 각각이 반사 소자(RE)들의 반사 패턴을 위상 및/또는 진폭의 조합으로 형성하고 반사 패턴에 따라 각 RIS 장치에 입사되는 기지국(210)의 송신 빔을 단말(230) 방향으로 반사시킬 수 있다. 도 11에서 기지국(210)의 좌표는 (0, 0), 다중 RIS 장치들(220a, 220b)의 좌표는 각각 (10, 10), (10, -10)으로 가정하면, 음영으로 도시된 영역(1101) 내에서 다중 RIS 장치들(220a, 220b)에 의해 반사된 빔들이 균일하고 랜덤하게 생성됨을 알 수 있다. 도 11의 시뮬레이션 결과는 아래 [표 4]의 조건을 가정한 것이다.
[표 4]
Figure pat00039
도 12의 예는 참조 번호 1201 내지 1205의 각 경우에 위상 보상 양자화 비트 수 b에 따른 전송률(achievable rate)를 비교한 것으로서, 위상 보상 양자화 비트 수 b가 증가함께 따라 전송률이 증가됨을 확인할 수 있다. 그리고 위상 보상 양자화 비트 수 b가 커질수록 전송률의 증가량이 점진적으로 적어지는 것을 확인할 수 있다. 참조 번호 1201, 1202는 본 개시에 따른 다중 RIS 장치들을 운용하면서 위상 보상을 적용한 경우이고, 참조 번호 1203, 1204는 본 개시에 따른 다중 RIS 장치들을 위상 보상 없이 운용한 경우이고, 참조 번호 1205는 다중 RIS 장치들을 운용하지 않은 경우이다.
도 13은 본 개시의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 RIS 장치의 일 구성 예를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, RIS 장치(220)는 RIS 제어기(130), 제어 보드(1320), 도체판(1330), 다수의 반사 소자(1350)들이 배열된 반사 패널(1340)을 포함한다. 상기 RIS 제어기(130)는 도시되지 않은 적어도 하나의 프로세서와 송수신기(transceiver)를 포함할 수 있다. 상기 RIS 제어기(130)는 도 2 내지 도 12에서 설명한 본 개시의 실시 예들 중 하나 또는 둘 이상의 실시 예들의 결합에 따라 기지국(210)과 백홀 링크를 통해 통신할 수 있으며, 반사 패널(1340)이 동작하도록 제어 보드(1320)를 통해 장치 전반을 제어한다. 도체판(1330)는 예를 들어 도전성을 갖는 구리판을 이용할 수 있다.
도 14는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 네트워크 엔티티의 구성을 나타내는 도면이다. 도 14의 구성은 도 2 내지 도 13의 실시 예에서 기술된 기지국(210), RIS 장치(220), 단말(230) 중 하나에 포함될 수 있다.
도 14의 네트워크 엔티티는 프로세서(1410), 송수신기(1420), 메모리(1430)를 포함할 수 있다. 도 2 내지 도 13의 실시 예들에서 전술한 네트워크 엔티티의 통신 방법에 따라 상기 네트워크 엔티티의 프로세서(1410), 송수신기(1420), 메모리(1430)가 동작할 수 있다. 다만, 네트워크 엔티티의 구성 요소가 전술한 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 네트워크 엔티티는 전술한 구성 요소들 보다 더 많은 구성 요소를 포함하거나 더 적은 구성 요소를 포함할 수도 있다. 뿐만 아니라 프로세서(1410), 송수신기(1420), 메모리(1430)가 하나의 칩(chip) 형태로 구현될 수도 있다.
송수신기(1420)는 네트워크 엔티티의 수신기와 네트워크 엔티티의 송신기를 통칭한 것으로 단말 또는 다른 네트워크 엔티티와 신호를 송수신할 수 있다. 이때, 송수신하는 신호는 제어 정보와 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이를 위해, 송수신기(1420)는 유선 혹은 무선 송수신부를 포함할 수 있으며, 신호를 송수신하기 위한 다양한 구성을 포함할 수 있다. 또한, 송수신기(1420)는 정해진 통신 인터페이스을 통해 신호를 수신하여 프로세서(1410)로 출력하고, 프로세서(1410)로부터 출력된 신호를 전송할 수 있다. 또한, 송수신기(1420)는 통신 신호를 수신하여 프로세서(1410)로 출력하고, 프로세서(1410)로부터 출력된 신호를 네트워크를 통해 단말 또는 다른 네트워크 엔티티로 전송할 수 있다. 메모리(1430)는 도 1 내지 도 13의 실시 예들 중 적어도 하나에 따른 네트워크 엔티티의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 메모리(1430)는 네트워크 엔티티에서 획득되는 신호에 포함된 제어 정보 또는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(1430)는 롬(ROM), 램(RAM), 하드디스크, CD-ROM 및 DVD 등과 같은 저장 매체 또는 저장 매체들의 조합으로 구성될 수 있다. 또한 프로세서(1410)는 도 2 내지 도 13의 실시 예들 중 적어도 하나에 따라 네트워크 엔티티가 동작할 수 있도록 일련의 과정을 제어할 수 있다. 예를 들어 프로세서(1410)는 적어도 하나 이상의 프로세서를 포함할 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(ROM: Read Only Memory), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(CD-ROM: Compact Disc-ROM), 디지털 다목적 디스크(DVDs: Digital Versatile Discs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 상기 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(Local Area Network), WLAN(Wide LAN), 또는 SAN(Storage Area Network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 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, 발명에 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 요소라하더라도 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 (20)

  1. 기지국을 운영하는 방법에 있어서,
    다수의 지능형 반사 평면(reconfigurable intelligent surface : RIS) 장치들 중 단말의 위치 추정을 위한 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들을 선택하는 과정;
    상기 선택된 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들을 이용하여 상기 단말의 위치 정보를 추정하는 과정;
    상기 선택된 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들을 통해 상기 단말의 업링크 파일럿 신호를 수신하는 과정; 및
    상기 단말의 상기 추정된 위치 정보와 상기 단말의 상기 업링크 파일럿 신호를 근거로, 상기 다수의 RIS 장치들에 대한 다중 RIS 채널을 추정하는 과정을 포함하는 통신 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택하는 과정은,
    상기 기지국과 상기 단말의 직접 경로와 상기 기지국과 상기 다수의 RIS 장치들의 각 RIS 장치 간의 거리를 근거로 상기 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들은 선택하는 과정을 포함하는 통신 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 선택된 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들은, 상기 직접 경로의 방향과 가까운 순서로 선택되는 것인 통신 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 선택된 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들은, 상기 거리, 상기 직접 경로의 방향, 및 상기 거리 및 상기 방향에 대한 중요도를 나타내는 가중치를 근거로 선택되는 것인 통신 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단말의 위치 정보를 추정하는 과정은,
    상기 선택된 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들의 위치 정보와 상기 선택된 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들 각각과 상기 단말 간의 각도 정보를 근거로 상기 단말의 상기 위치 정보를 추정하는 과정을 포함하는 통신 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 RIS 장치들에 대한 상기 다중 RIS 채널을 추정하는 과정은,
    상기 다수의 RIS 장치들 중 상기 선택된 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들을 제외한 k 번째 RIS 장치와 상기 단말 간의 반사 경로에서 채널 를 추정하는 과정을 포함하며,
    상기 채널 는, 아래 수식을 통해 추정되는 통신 방법,

    여기서 상기 k 번째 RIS 장치의 위치 정보는 (xk, yk)이며, 상기 단말의 상기 위치 정보는 (xu, yu)이며, 는 상기 k 번째 RIS 장치의 채널 방향을 나타내는 스티어링 벡터(steering vector)이며, PL의 함수는 상기 기지국과 상기 k 번째 RIS 장치 간의 거리에 기반한 경로 손실을 나타내며, θk는 상기 k 번째 RIS 장치와 상기 단말 간의 AoD(Angle of Departure)임.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 RIS 장치들의 각 RIS 장치에게 상기 기지국의 송신 빔을 상기 단말에게 반사하기 위한 코드북(RIS codeword set) 정보를 송신하는 과정을 더 포함하며,
    상기 코드북 정보는, 상기 기지국의 상기 송신 빔을 상기 각 RIS 장치의 반사 소자들을 통해 반사하기 위해 적용되는 위상 변이 정보와 위상 보상 정보 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 위상 변이 정보는 상기 각 RIS 장치에게 빔 방향을 지시하며, 상기 위상 보상 정보는 상기 다수의 RIS 장치들로부터 반사되는 신호들의 위상들을 정렬하기 위한 것인 통신 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 코드북 정보는 상기 위상 변이 정보와 상기 위상 보상 정보의 곱으로 정의되는 통신 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 위상 변이 정보와 상기 위상 보상 정보는 매 슬롯 마다 인덱스 정보로 송신되는 통신 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 위상 변이 정보와 상기 위상 보상 정보는 현재 슬롯과 이전 슬롯의 차이 정보로 송신되는 통신 방법.
  11. 기지국에 있어서,
    송수신기; 및
    다수의 지능형 반사 평면(reconfigurable intelligent surface : RIS) 장치들 중 단말의 위치 추정을 위한 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들을 선택하고,
    상기 선택된 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들을 이용하여 상기 단말의 위치 정보를 추정하며,
    상기 선택된 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들을 통해 상기 송수신기를 경유하여 상기 단말의 업링크 파일럿 신호를 수신하고,
    상기 단말의 상기 업링크 파일럿 신호와 상기 단말의 상기 추정된 위치 정보를 근거로, 상기 다수의 RIS 장치들에 대한 다중 RIS 채널을 추정하도록 구성된 프로세서를 포함하는 기지국.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 기지국과 상기 단말의 직접 경로와 상기 기지국과 상기 다수의 RIS 장치들의 각 RIS 장치 간의 거리를 근거로 상기 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들은 선택하도록 구성된 기지국.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 선택된 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들은, 상기 직접 경로의 방향과 가까운 순서로 선택되는 것인 기지국.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 선택된 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들은, 상기 거리, 상기 직접 경로의 방향, 및 상기 거리 및 상기 방향에 대한 중요도를 나타내는 가중치를 근거로 선택되는 것인 기지국.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 선택된 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들의 위치 정보와 상기 선택된 적어도 두 개의 기준 RIS 장치들 각각과 상기 단말 간의 각도 정보를 근거로 상기 단말의 상기 위치 정보를 추정하도록 구성된 기지국.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 다중 RIS 장치들 중 상기 기준 RIS 장치들을 제외한 k 번째 RIS 장치와 상기 단말 간의 반사 경로에서 채널 를 추정하도록 구성되며, 상기 채널 는, 아래 수식을 통해 추정되는 기지국,

    여기서 상기 k 번째 RIS 장치의 위치 정보는 (xk, yk)이며, 상기 단말의 상기 위치 정보는 (xu, yu)이며, 는 상기 k 번째 RIS 장치의 채널 방향을 나타내는 스티어링 벡터(steering vector)이며, PL의 함수는 상기 기지국과 상기 k 번째 RIS 장치 간의 거리에 기반한 경로 손실을 나타내며, θk는 상기 k 번째 RIS 장치와 상기 단말 간의 AoD(Angle of Departure)임.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 다수의 RIS 장치들의 각 RIS 장치에게 상기 기지국의 송신 빔을 상기 단말에게 반사하기 위한 코드북(RIS codeword set) 정보를 송신하도록 구성되며,
    상기 코드북 정보는, 상기 기지국의 상기 송신 빔을 상기 각 RIS 장치의 반사 소자들을 통해 반사하기 위해 적용되는 위상 변이 정보와 위상 보상 정보 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 위상 변이 정보는 상기 각 RIS 장치에게 빔 방향을 지시하며, 상기 위상 보상 정보는 상기 다수의 RIS 장치들로부터 반사되는 신호들의 위상들을 정렬하기 위한 것인 기지국.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 코드북 정보는 상기 위상 변이 정보와 상기 위상 보상 정보의 곱으로 정의되는 기지국.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 위상 변이 정보와 상기 위상 보상 정보는 매 슬롯 마다 인덱스 정보로 송신되는 기지국.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 위상 변이 정보와 상기 위상 보상 정보는 현재 슬롯과 이전 슬롯의 차이 정보로 송신되는 기지국.
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