KR20240055719A - 무선 통신 시스템에서 도달 방향에 따라 잡음을 감소시키기 위한 수신기 구조 및 이를 위한 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 도달 방향에 따라 잡음을 감소시키기 위한 수신기 구조 및 이를 위한 방법 Download PDF

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이주용
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Abstract

무선 통신 시스템에서 도달 방향(DoA; Direction of Arrival)에 따라 저잡음 증폭기(LNA; Low-Noise Amplifier)의 잡음(noise)을 감소시키기 위한 수신기 구조 및 이를 위한 방법이 제공된다. UE(User Equipment)는 오버샘플링(oversampling) 횟수 및 감쇠기(attenuator)의 변화에 따라 DoA(Direction of Arrival)와 SNR(Signal-to-Noise Ratio)의 관계를 결정하고, 수신된 신호의 추정된 DoA를 기반으로 제1 수신기 구조 또는 제2 수신기 구조 중 상기 SNR을 최대화하는 어느 하나의 수신기 구조를 선택한다.

Description

무선 통신 시스템에서 도달 방향에 따라 잡음을 감소시키기 위한 수신기 구조 및 이를 위한 방법
본 명세서는 무선 통신 시스템에서 도달 방향(DoA; Direction of Arrival)에 따라 저잡음 증폭기(LNA; Low-Noise Amplifier)의 잡음(noise)을 감소시키기 위한 수신기 구조 및 이를 위한 방법과 관련된다.
3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long-Term Evolution)는 고속 패킷 통신을 가능하게 하기 위한 기술이다. LTE 목표인 사용자와 사업자의 비용 절감, 서비스 품질 향상, 커버리지 확장 및 시스템 용량 증대를 위해 많은 방식이 제안되었다. 3GPP LTE는 상위 레벨 필요조건으로서 비트당 비용 절감, 서비스 유용성 향상, 주파수 밴드의 유연한 사용, 간단한 구조, 개방형 인터페이스 및 단말의 적절한 전력 소비를 요구한다.
ITU(International Telecommunication Union) 및 3GPP에서 NR(New Radio) 시스템에 대한 요구 사항 및 사양을 개발하는 작업이 시작되었다. 3GPP는 긴급한 시장 요구와 ITU-R(ITU Radio Communication Sector) IMT(International Mobile Telecommunications)-2020 프로세스가 제시하는 보다 장기적인 요구 사항을 모두 적시에 만족시키는 NR을 성공적으로 표준화하기 위해 필요한 기술 구성 요소를 식별하고 개발해야 한다. 또한, NR은 먼 미래에도 무선 통신을 위해 이용될 수 있는 적어도 100 GHz에 이르는 임의의 스펙트럼 대역을 사용할 수 있어야 한다.
NR은 eMBB(enhanced Mobile BroadBand), mMTC(massive Machine Type-Communications), URLLC(Ultra-Reliable and Low Latency Communications) 등을 포함하는 모든 배치 시나리오, 사용 시나리오, 요구 사항을 다루는 단일 기술 프레임 워크를 대상으로 한다. NR은 본질적으로 순방향 호환성이 있어야 한다.
5세대(5G; 5th generation) 이동 통신 기술에 해당하는 NR의 상용화와 함께 6세대(6G) 이동 통신 기술에 대한 연구가 시작되고 있다. 6세대 이동 통신 기술에서는 100GHz 이상의 주파수 대역을 활용하는 것이 예상되고 있다. 이에 따라 활용 주파수가 5G 대비 10배 이상 증대될 수 있고, 공간 자원의 활용 가능성이 더욱 커질 수 있을 것으로 예상된다. 이러한 100GHz 이상의 주파수 대역은 서브-테라헤르츠(sub-THz)로 불릴 수 있다.
테라헤르츠 및/또는 서브-테라헤르츠 대역에서는, 중심 주파수에 따라 안테나 간격은 매우 줄어들 수 있고, 경로 손실(pathloss) 극복을 위해 안테나의 개수가 매우 늘어날 수 있다. 각 안테나는 잡음 제거를 위해 저잡음 증폭기(LNA; Low-Noise Amplifier)와 연결될 수 있는데, 안테나 개수가 늘어남에 따라 좁은 공간에 많은 수의 LNA를 집적해야 하기 때문에 높은 성능의 LNA를 사용하기는 어려울 것으로 예상된다. 또한 테라헤르츠 및/또는 서브-테라헤르츠 대역에서는 RF(Radio Frequency) 요소의 제작이 어려우므로, LNA의 잡음 지수(NF; Noise Figure)는 나빠질 것으로 예상된다.
LNA의 NF는 통신 품질에 큰 영향을 미치므로, NF를 감소하기 위한 방법 및/또는 장치가 필요할 수 있다.
본 명세서는 안테나 간의 상호 커플링(mutual coupling)을 고려한 상황에서, 수신 신호의 도달 방향(DoA; Direction of Arrival)에 따라 빔포밍 후의 SNR(Signal-to-Noise Ratio)을 분석하고, 이에 따라 가변 잡음 성형(NS; Noise Shaping) 구조를 제안하여 DoA에 따라 최적 빔포밍 SNR 이득을 얻을 수 있는 수신기 구조를 제안한다.
일 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 UE(User Equipment)에 의해 수행되는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 오버샘플링(oversampling) 횟수 및 감쇠기(attenuator)의 변화에 따라 DoA(Direction of Arrival)와 SNR(Signal-to-Noise Ratio)의 관계를 결정하는 단계, 수신된 신호의 추정된 DoA를 기반으로 제1 수신기 구조 또는 제2 수신기 구조 중 상기 SNR을 최대화하는 어느 하나의 수신기 구조를 선택하는 단계를 포함한다.
다른 양태에 있어서, 상기 방법을 구현하는 장치가 제공된다.
본 명세서는 다양한 효과를 가질 수 있다.
예를 들어, 많은 수의 안테나가 배치되는 거대 배열 안테나(massive array antenna) 구조에서 직접도가 높은 LNA의 잡음을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 수신 신호의 DoA를 기반으로 수신기 구조를 변경하여 LNA의 잡음을 최소화할 수 있다.
예를 들어, LNA에 의한 수신기에서의 SNR 한계를 극복하여, 수신 빔포밍 SNR을 최대화할 수 있다.
본 명세서의 구체적인 예시를 통해 얻을 수 있는 효과는 이상에서 나열된 효과로 제한되지 않는다. 예를 들어, 관련된 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자(a person having ordinary skill in the related art)가 본 명세서로부터 이해하거나 유도할 수 있는 다양한 기술적 효과가 존재할 수 있다. 이에 따라, 본 명세서의 구체적인 효과는 본 명세서에 명시적으로 기재된 것에 제한되지 않고, 본 명세서의 기술적 특징으로부터 이해되거나 유도될 수 있는 다양한 효과를 포함할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 구현이 적용되는 통신 시스템의 예를 나타낸다.
도 2는 본 명세서의 구현이 적용되는 무선 장치의 예를 나타낸다.
도 3은 본 명세서의 구현이 적용되는 무선 장치의 예를 나타낸다.
도 4는 본 명세서의 구현이 적용되는 UE의 예를 나타낸다.
도 5는 본 명세서의 구현이 적용되는 NS 수행을 위한 단위 구조의 일 예를 나타낸다.
도 6은 본 명세서의 구현이 적용되는 단위 구조에 따라 NS를 수행할 경우의 이상적인 잡음 전달 함수(NTF: Noise Transfer Function)의 일 예를 나타낸다.
도 7은 본 명세서의 구현이 적용되는 NS 수행을 위한 연속 구조의 일 예를 나타낸다.
도 8은 본 명세서의 구현이 적용되는 연속 구조에 따라 NS를 수행할 경우의 NTF의 일 예를 나타낸다.
도 9는 본 명세서의 구현이 적용되는 16개의 배열 안테나 및 이에 따른 빔포밍 이득의 일 예를 나타낸다.
도 10은 본 명세서의 구현이 적용되는 상호 커플링 및 NS가 모두 고려하여 수신 빔포밍 SNR 이득을 추정/분석/계산하는 시스템의 일 예를 나타낸다.
도 11은 본 명세서의 구현이 적용되는 UE에 의해 수행되는 방법의 일 예를 나타낸다.
도 12는 본 명세서의 구현이 적용되는 CS 구조의 일 예를 나타낸다.
도 13은 본 명세서의 구현이 적용되는 CTS 구조의 일 예를 나타낸다.
도 14는 본 명세서의 구현이 적용되는 CS 구조와 TS 구조의 잡음 전력 감소 성능을 비교한 일 예를 나타낸다.
도 15는 본 명세서의 구현이 적용되는 CS 구조와 TS 구조의 잡음 전력 감소 성능을 비교한 또 다른 예를 나타낸다.
도 16은 본 명세서의 구현이 적용되는 CS 구조와 TS 구조의 빔포밍 SNR 이득 성능을 비교한 일 예를 나타낸다.
도 17은 본 명세서의 구현이 적용되는 CS 구조와 TS 구조의 빔포밍 SNR 이득 성능을 비교한 또 다른 예를 나타낸다.
도 18은 본 명세서의 구현이 적용되는 2차원 배열 안테나의 CS 구조의 일 예를 나타낸다.
도 19는 본 명세서의 구현이 적용되는 2차원 배열 안테나의 TS 구조의 일 예를 나타낸다.
다음의 기법, 장치 및 시스템은 다양한 무선 다중 접속 시스템에 적용될 수 있다. 다중 접속 시스템의 예시는 CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템, FDMA(Frequency Division Multiple Access) 시스템, TDMA(Time Division Multiple Access) 시스템, OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템, 시스템, SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 시스템, MC-FDMA(Multi-Carrier Frequency Division Multiple Access) 시스템을 포함한다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access) 또는 CDMA2000과 같은 무선 기술을 통해 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications), GPRS(General Packet Radio Service) 또는 EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술을 통해 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11(Wi-Fi), IEEE 802.16(WiMAX), IEEE 802.20, 또는 E-UTRA(Evolved UTRA)와 같은 무선 기술을 통해 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long-Term Evolution)는 E-UTRA를 이용한 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부이다. 3GPP LTE는 하향링크(DL; Downlink)에서 OFDMA를, 상향링크(UL; Uplink)에서 SC-FDMA를 사용한다. 3GPP LTE의 진화는 LTE-A(Advanced), LTE-A Pro, 및/또는 5G NR(New Radio)을 포함한다.
설명의 편의를 위해, 본 명세서의 구현은 주로 3GPP 기반 무선 통신 시스템과 관련하여 설명된다. 그러나 본 명세서의 기술적 특성은 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 3GPP 기반 무선 통신 시스템에 대응하는 이동 통신 시스템을 기반으로 다음과 같은 상세한 설명이 제공되지만, 3GPP 기반 무선 통신 시스템에 국한되지 않는 본 명세서의 측면은 다른 이동 통신 시스템에 적용될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어와 기술 중 구체적으로 기술되지 않은 용어와 기술에 대해서는, 본 명세서 이전에 발행된 무선 통신 표준 문서를 참조할 수 있다.
본 명세서에서 "A 또는 B(A or B)"는 "오직 A", "오직 B" 또는 "A와 B 모두"를 의미할 수 있다. 달리 표현하면, 본 명세서에서 "A 또는 B(A or B)"는 "A 및/또는 B(A and/or B)"으로 해석될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 "A, B 또는 C(A, B or C)"는 "오직 A", "오직 B", "오직 C", 또는 "A, B 및 C의 임의의 모든 조합(any combination of A, B and C)"을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 슬래쉬(/)나 쉼표(comma)는 "및/또는(and/or)"을 의미할 수 있다. 예를 들어, "A/B"는 "A 및/또는 B"를 의미할 수 있다. 이에 따라, "A/B"는 "오직 A", "오직 B", 또는 "A와 B 모두"를 의미할 수 있다. 예를 들어, "A, B, C"는 "A, B 또는 C"를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 "A 및 B의 적어도 하나(at least one of A and B)"는, "오직 A", "오직 B" 또는 "A와 B 모두"를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "A 또는 B의 적어도 하나(at least one of A or B)"나 "A 및/또는 B의 적어도 하나(at least one of A and/or B)"라는 표현은 "A 및 B의 적어도 하나(at least one of A and B)"와 동일하게 해석될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "A, B 및 C의 적어도 하나(at least one of A, B and C)"는, "오직 A", "오직 B", "오직 C", 또는 "A, B 및 C의 임의의 모든 조합(any combination of A, B and C)"을 의미할 수 있다. 또한, "A, B 또는 C의 적어도 하나(at least one of A, B or C)"나 "A, B 및/또는 C의 적어도 하나(at least one of A, B and/or C)"는 "A, B 및 C의 적어도 하나(at least one of A, B and C)"를 의미할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 괄호는 "예를 들어(for example)"를 의미할 수 있다. 구체적으로, "제어 정보(PDCCH)"로 표시된 경우, "제어 정보"의 일례로 "PDCCH"가 제안된 것일 수 있다. 달리 표현하면 본 명세서의 "제어 정보"는 "PDCCH"로 제한(limit)되지 않고, "PDCCH"가 "제어 정보"의 일례로 제안될 것일 수 있다. 또한, "제어 정보(즉, PDCCH)"로 표시된 경우에도, "제어 정보"의 일례로 "PDCCH"가 제안된 것일 수 있다.
본 명세서에서 하나의 도면 내에서 개별적으로 설명되는 기술적 특징은, 개별적으로 구현될 수도 있고, 동시에 구현될 수도 있다.
여기에 국한되지는 않지만, 본 명세서에서 개시된 다양한 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도는 기기 간 무선 통신 및/또는 연결(예: 5G)이 요구되는 다양한 분야에 적용될 수 있다.
이하, 본 명세서는 도면을 참조하여 보다 상세하게 기술될 것이다. 다음의 도면 및/또는 설명에서 동일한 참조 번호는 달리 표시하지 않는 한 동일하거나 대응하는 하드웨어 블록, 소프트웨어 블록 및/또는 기능 블록을 참조할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 구현이 적용되는 통신 시스템의 예를 나타낸다.
도 1에 표시된 5G 사용 시나리오는 본보기일 뿐이며, 본 명세서의 기술적 특징은 도 1에 나와 있지 않은 다른 5G 사용 시나리오에 적용될 수 있다.
5G에 대한 세 가지 주요 요구사항 범주는 (1) 향상된 모바일 광대역(eMBB; enhanced Mobile BroadBand) 범주, (2) 거대 기계 유형 통신(mMTC; massive Machine Type Communication) 범주 및 (3) 초고신뢰 저지연 통신(URLLC; Ultra-Reliable and Low Latency Communications) 범주이다.
도 1을 참조하면, 통신 시스템(1)은 무선 장치(100a~100f), 기지국(BS; 200) 및 네트워크(300)을 포함한다. 도 1은 통신 시스템(1)의 네트워크의 예로 5G 네트워크를 설명하지만, 본 명세서의 구현은 5G 시스템에 국한되지 않으며, 5G 시스템을 넘어 미래의 통신 시스템에 적용될 수 있다.
기지국(200)과 네트워크(300)는 무선 장치로 구현될 수 있으며, 특정 무선 장치는 다른 무선 장치와 관련하여 기지국/네트워크 노드로 작동할 수 있다.
무선 장치(100a~100f)는 무선 접속 기술(RAT; Radio Access Technology) (예: 5G NR 또는 LTE)을 사용하여 통신을 수행하는 장치를 나타내며, 통신/무선/5G 장치라고도 할 수 있다. 무선 장치(100a~100f)는, 이에 국한되지 않고, 로봇(100a), 차량(100b-1 및 100b-2), 확장 현실(XR; eXtended Reality) 장치(100c), 휴대용 장치(100d), 가전 제품(100e), IoT(Internet-Of-Things) 장치(100f) 및 인공 지능(AI; Artificial Intelligence) 장치/서버(400)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 차량에는 무선 통신 기능이 있는 차량, 자율주행 차량 및 차량 간 통신을 수행할 수 있는 차량이 포함될 수 있다. 차량에는 무인 항공기(UAV; Unmanned Aerial Vehicle)(예: 드론)가 포함될 수 있다. XR 장치는 AR(Augmented Reality)/VR(Virtual Reality)/MR(Mixed Realty) 장치를 포함할 수 있으며, 차량, 텔레비전, 스마트폰, 컴퓨터, 웨어러블 장치, 가전 제품, 디지털 표지판, 차량, 로봇 등에 장착된 HMD(Head-Mounted Device), HUD(Head-Up Display)의 형태로 구현될 수 있다. 휴대용 장치에는 스마트폰, 스마트 패드, 웨어러블 장치(예: 스마트 시계 또는 스마트 안경) 및 컴퓨터(예: 노트북)가 포함될 수 있다. 가전 제품에는 TV, 냉장고, 세탁기가 포함될 수 있다. IoT 장치에는 센서와 스마트 미터가 포함될 수 있다.
본 명세서에서, 무선 장치(100a~100f)는 사용자 장비(UE; User Equipment)라고 부를 수 있다. UE는 예를 들어, 휴대 전화, 스마트폰, 노트북 컴퓨터, 디지털 방송 단말기, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 시스템, 슬레이트 PC, 태블릿 PC, 울트라북, 차량, 자율주행 기능이 있는 차량, 연결된 자동차, UAV, AI 모듈, 로봇, AR 장치, VR 장치, MR 장치, 홀로그램 장치, 공공 안전 장치, MTC 장치, IoT 장치, 의료 장치, 핀테크 장치(또는 금융 장치), 보안 장치, 날씨/환경 장치, 5G 서비스 관련 장치 또는 4차 산업 혁명 관련 장치를 포함할 수 있다.
예를 들어, UAV는 사람이 탑승하지 않고 무선 제어 신호에 의해 항행되는 항공기일 수 있다.
예를 들어, VR 장치는 가상 환경의 개체 또는 배경을 구현하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, AR 장치는 가상 세계의 개체나 배경을 실제 세계의 개체나 배경에 연결하여 구현한 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, MR 장치는 객체나 가상 세계의 배경을 객체나 실제 세계의 배경으로 병합하여 구현한 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 홀로그램 장치는, 홀로그램이라 불리는 두 개의 레이저 조명이 만났을 때 발생하는 빛의 간섭 현상을 이용하여, 입체 정보를 기록 및 재생하여 360도 입체 영상을 구현하기 위한 장치가 포함할 수 있다.
예를 들어, 공공 안전 장치는 사용자 몸에 착용할 수 있는 이미지 중계 장치 또는 이미지 장치를 포함할 수 있다.
예를 들어, MTC 장치와 IoT 장치는 인간의 직접적인 개입이나 조작이 필요하지 않은 장치일 수 있다. 예를 들어, MTC 장치와 IoT 장치는 스마트 미터, 자동 판매기, 온도계, 스마트 전구, 도어락 또는 다양한 센서를 포함할 수 있다.
예를 들어, 의료 장치는 질병의 진단, 처리, 완화, 치료 또는 예방 목적으로 사용되는 장치일 수 있다. 예를 들어, 의료 장치는 부상이나 손상을 진단, 처리, 완화 또는 교정하기 위해 사용되는 장치일 수 있다. 예를 들어, 의료 장치는 구조나 기능을 검사, 교체 또는 수정할 목적으로 사용되는 장치일 수 있다. 예를 들어, 의료 장치는 임신 조정 목적으로 사용되는 장치일 수 있다. 예를 들어, 의료 장치는 치료용 장치, 운전용 장치, (체외)진단 장치, 보청기 또는 시술용 장치를 포함할 수 있다.
예를 들어, 보안 장치는 발생할 수 있는 위험을 방지하고 안전을 유지하기 위해 설치된 장치일 수 있다. 예를 들어, 보안 장치는 카메라, 폐쇄 회로 TV(CCTV), 녹음기 또는 블랙박스일 수 있다.
예를 들어, 핀테크 장치는 모바일 결제와 같은 금융 서비스를 제공할 수 있는 장치일 수 있다. 예를 들어, 핀테크 장치는 지불 장치 또는 POS 시스템을 포함할 수 있다.
예를 들어, 날씨/환경 장치는 날씨/환경을 모니터링 하거나 예측하는 장치를 포함할 수 있다.
무선 장치(100a~100f)는 기지국(200)을 통해 네트워크(300)와 연결될 수 있다. 무선 장치(100a~100f)에는 AI 기술이 적용될 수 있으며, 무선 장치(100a~100f)는 네트워크(300)를 통해 AI 서버(400)와 연결될 수 있다. 네트워크(300)는 3G 네트워크, 4G(예: LTE) 네트워크, 5G(예: NR) 네트워크 및 5G 이후의 네트워크 등을 이용하여 구성될 수 있다. 무선 장치(100a~100f)는 기지국(200)/네트워크(300)를 통해 서로 통신할 수도 있지만, 기지국(200)/네트워크(300)를 통하지 않고 직접 통신(예: 사이드링크 통신(sidelink communication))할 수도 있다. 예를 들어, 차량(100b-1, 100b-2)은 직접 통신(예: V2V(Vehicle-to-Vehicle)/V2X(Vehicle-to-everything) 통신)을 할 수 있다. 또한, IoT 기기(예: 센서)는 다른 IoT 기기(예: 센서) 또는 다른 무선 장치(100a~100f)와 직접 통신을 할 수 있다.
무선 장치(100a~100f) 간 및/또는 무선 장치(100a~100f)와 기지국(200) 간 및/또는 기지국(200) 간에 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)이 확립될 수 있다. 여기서, 무선 통신/연결은 상향/하향링크 통신(150a), 사이드링크 통신(150b)(또는, D2D(Device-To-Device) 통신), 기지국 간 통신(150c)(예: 중계, IAB(Integrated Access and Backhaul)) 등과 같이 다양한 RAT(예: 5G NR)을 통해 확립될 수 있다. 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)을 통해 무선 장치(100a~100f)와 기지국(200)은 서로 무선 신호를 송신/수신할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)은 다양한 물리 채널을 통해 신호를 송신/수신할 수 있다. 이를 위해, 본 명세서의 다양한 제안에 기반하여, 무선 신호의 송신/수신을 위한 다양한 구성 정보 설정 과정, 다양한 신호 처리 과정(예: 채널 인코딩/디코딩, 변조/복조, 자원 맵핑/디맵핑 등), 및 자원 할당 과정 등 중 적어도 일부가 수행될 수 있다.
AI는 인공적인 지능 또는 이를 만들 수 있는 방법론을 연구하는 분야를 의미하며, 머신 러닝(machine learning)은 인공 지능 분야에서 다루는 다양한 문제를 정의하고 그것을 해결하는 방법론을 연구하는 분야를 의미한다. 머신 러닝은 어떠한 작업에 대하여 꾸준한 경험을 통해 그 작업에 대한 성능을 높이는 알고리즘으로 정의하기도 한다.
로봇은 스스로 보유한 능력에 의해 주어진 일을 자동으로 처리하거나 작동하는 기계를 의미할 수 있다. 특히, 환경을 인식하고 스스로 판단하여 동작을 수행하는 기능을 갖는 로봇을 지능형 로봇이라 칭할 수 있다. 로봇은 사용 목적이나 분야에 따라 산업용, 의료용, 가정용, 군사용 등으로 분류할 수 있다. 로봇은 액츄에이터(actuator) 또는 모터를 포함하는 구동부를 구비하여 로봇 관절을 움직이는 등의 다양한 물리적 동작을 수행할 수 있다. 또한, 이동 가능한 로봇은 구동부에 휠, 브레이크, 프로펠러 등이 포함되어, 구동부를 통해 지상에서 주행하거나 공중에서 비행할 수 있다.
자율 주행은 스스로 주행하는 기술을 의미하며, 자율 주행 차량은 사용자의 조작 없이 또는 사용자의 최소한의 조작으로 주행하는 차량을 의미한다. 예를 들어, 자율 주행에는 주행 중인 차선을 유지하는 기술, 어댑티브 크루즈 컨트롤과 같이 속도를 자동으로 조절하는 기술, 정해진 경로를 따라 자동으로 주행하는 기술, 목적지가 설정되면 자동으로 경로를 설정하여 주행하는 기술 등이 모두 포함될 수 있다. 차량은 내연 기관만을 구비하는 차량, 내연 기관과 전기 모터를 함께 구비하는 하이브리드 차량, 그리고 전기 모터만을 구비하는 전기 차량을 모두 포괄하며, 자동차뿐만 아니라 기차, 오토바이 등을 포함할 수 있다. 자율 주행 차량은 자율 주행 기능을 가진 로봇으로 볼 수 있다.
확장 현실은 VR, AR, MR을 총칭한다. VR 기술은 현실 세계의 객체나 배경 등을 CG 영상으로만 제공하고, AR 기술은 실제 사물 영상 위에 가상으로 만들어진 CG 영상을 함께 제공하며, MR 기술은 현실 세계에 가상 객체를 섞고 결합시켜서 제공하는 CG 기술이다. MR 기술은 현실 객체와 가상 객체를 함께 보여준다는 점에서 AR 기술과 유사하다. 그러나, AR 기술에서는 가상 객체가 현실 객체를 보완하는 형태로 사용되는 반면, MR 기술에서는 가상 객체와 현실 객체가 동등한 성격으로 사용된다는 점에서 차이점이 있다.
NR은 다양한 5G 서비스를 지원하기 위한 다수의 뉴머럴로지(numerology) 또는 부반송파 간격(SCS; SubCarrier Spacing)을 지원한다. 예를 들어, SCS가 15kHz인 경우, 전통적인 셀룰러 밴드에서의 넓은 영역(wide area)를 지원하며, SCS가 30kHz/60kHz인 경우, 밀집한 도시(dense-urban), 저지연(lower latency) 및 더 넓은 반송파 대역폭(wider carrier bandwidth)를 지원하며, SCS가 60kHz 또는 그보다 높은 경우, 위상 잡음(phase noise)를 극복하기 위해 24.25GHz보다 큰 대역폭을 지원한다.
NR 주파수 대역은 2가지 타입(FR1, FR2)의 주파수 범위(frequency range)로 정의될 수 있다. 주파수 범위의 수치는 변경될 수 있다. 예를 들어, 2가지 타입(FR1, FR2)의 주파수 범위는 아래 표 1과 같을 수 있다. 설명의 편의를 위해, NR 시스템에서 사용되는 주파수 범위 중 FR1은 "sub 6GHz range"를 의미할 수 있고, FR2는 "above 6GHz range"를 의미할 수 있고 밀리미터 웨이브(MilliMeter Wave, mmW)로 불릴 수 있다.
주파수 범위 정의 주파수 범위 부반송파 간격
FR1 450MHz - 6000MHz 15, 30, 60kHz
FR2 24250MHz - 52600MHz 60, 120, 240kHz
상술한 바와 같이, NR 시스템의 주파수 범위의 수치는 변경될 수 있다. 예를 들어, FR1은 아래 표 2와 같이 410MHz 내지 7125MHz의 대역을 포함할 수 있다. 즉, FR1은 6GHz (또는 5850, 5900, 5925 MHz 등) 이상의 주파수 대역을 포함할 수 있다. 예를 들어, FR1 내에서 포함되는 6GHz (또는 5850, 5900, 5925 MHz 등) 이상의 주파수 대역은 비면허 대역(unlicensed band)을 포함할 수 있다. 비면허 대역은 다양한 용도로 사용될 수 있고, 예를 들어 차량을 위한 통신(예: 자율 주행)을 위해 사용될 수 있다.
주파수 범위 정의 주파수 범위 부반송파 간격
FR1 410MHz - 7125MHz 15, 30, 60kHz
FR2 24250MHz - 52600MHz 60, 120, 240kHz
여기서, 본 명세서의 무선 장치에서 구현되는 무선 통신 기술은 LTE, NR 및 6G뿐만 아니라 저전력 통신을 위한 협대역 IoT(NB-IoT, NarrowBand IoT)를 포함할 수 있다. 예를 들어, NB-IoT 기술은 LPWAN(Low Power Wide Area Network) 기술의 일례일 수 있고, LTE Cat NB1 및/또는 LTE Cat NB2 등의 규격으로 구현될 수 있으며, 상술한 명칭에 한정되는 것은 아니다. 추가적으로 또는 대체적으로, 본 명세서의 무선 장치에서 구현되는 무선 통신 기술은 LTE-M 기술을 기반으로 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, LTE-M 기술은 LPWAN 기술의 일례일 수 있고, eMTC(enhanced MTC) 등의 다양한 명칭으로 불릴 수 있다. 예를 들어, LTE-M 기술은 1) LTE CAT 0, 2) LTE Cat M1, 3) LTE Cat M2, 4) LTE non-BL(Non-Bandwidth Limited), 5) LTE-MTC, 6) LTE MTC, 및/또는 7) LTE M 등의 다양한 규격 중 적어도 어느 하나로 구현될 수 있으며 상술한 명칭에 한정되는 것은 아니다. 추가적으로 또는 대체적으로, 본 명세서의 무선 장치에서 구현되는 무선 통신 기술은 저전력 통신을 고려한 지그비(ZigBee), 블루투스(Bluetooth) 및/또는 LPWAN 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상술한 명칭에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 지그비 기술은 IEEE 802.15.4 등의 다양한 규격을 기반으로 소형/저-파워 디지털 통신에 관련된 PAN(Personal Area Networks)을 생성할 수 있으며, 다양한 명칭으로 불릴 수 있다.
도 2는 본 명세서의 구현이 적용되는 무선 장치의 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 제1 무선 장치(100)와 제2 무선 장치(200)는 다양한 RAT(예: LTE 및 NR)를 통해 외부 장치로/외부 장치로부터 무선 신호를 송수신할 수 있다.
도 2에서, {제1 무선 장치(100) 및 제2 무선 장치(200)}은(는) 도 1의 {무선 장치(100a~100f) 및 기지국(200)}, {무선 장치(100a~100f) 및 무선 장치(100a~100f)} 및/또는 {기지국(200) 및 기지국(200)} 중 적어도 하나에 대응할 수 있다.
제1 무선 장치(100)는 송수신기(106)와 같은 적어도 하나의 송수신기, 프로세싱 칩(101)과 같은 적어도 하나의 프로세싱 칩 및/또는 하나 이상의 안테나(108)를 포함할 수 있다.
프로세싱 칩(101)은 프로세서(102)와 같은 적어도 하나의 프로세서와 메모리(104)와 같은 적어도 하나의 메모리를 포함할 수 있다. 도 2에는 메모리(104)가 프로세싱 칩(101)에 포함되는 것이 본보기로 보여진다. 추가적으로 및/또는 대체적으로, 메모리(104)는 프로세싱 칩(101) 외부에 배치될 수 있다.
프로세서(102)는 메모리(104) 및/또는 송수신기(106)를 제어할 수 있으며, 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(102)는 메모리(104) 내의 정보를 처리하여 제1 정보/신호를 생성하고, 제1 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 송수신기(106)를 통해 전송할 수 있다. 프로세서(102)는 송수신기(106)를 통해 제2 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신하고, 제2 정보/신호를 처리하여 얻은 정보를 메모리(104)에 저장할 수 있다.
메모리(104)는 프로세서(102)에 동작 가능하도록 연결될 수 있다. 메모리(104)는 다양한 유형의 정보 및/또는 명령을 저장할 수 있다. 메모리(104)는 프로세서(102)에 의해 실행될 때 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 수행하는 명령을 구현하는 소프트웨어 코드(105)를 저장할 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 코드(105)는 프로세서(102)에 의해 실행될 때, 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 수행하는 명령을 구현할 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 코드(105)는 하나 이상의 프로토콜을 수행하기 위해 프로세서(102)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 코드(105)는 하나 이상의 무선 인터페이스 프로토콜 계층을 수행하기 위해 프로세서(102)를 제어할 수 있다.
여기에서, 프로세서(102)와 메모리(104)는 RAT(예: LTE 또는 NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(106)는 프로세서(102)에 연결되어 하나 이상의 안테나(108)를 통해 무선 신호를 전송 및/또는 수신할 수 있다. 각 송수신기(106)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다. 송수신기(106)는 RF(Radio Frequency)부와 교체 가능하게 사용될 수 있다. 본 명세서에서 제1 무선 장치(100)는 통신 모뎀/회로/칩을 나타낼 수 있다.
제2 무선 장치(200)는 송수신기(206)와 같은 적어도 하나의 송수신기, 프로세싱 칩(201)과 같은 적어도 하나의 프로세싱 칩 및/또는 하나 이상의 안테나(208)를 포함할 수 있다.
프로세싱 칩(201)은 프로세서(202)와 같은 적어도 하나의 프로세서와 메모리(204)와 같은 적어도 하나의 메모리를 포함할 수 있다. 도 2에는 메모리(204)가 프로세싱 칩(201)에 포함되는 것이 본보기로 보여진다. 추가적으로 및/또는 대체적으로, 메모리(204)는 프로세싱 칩(201) 외부에 배치될 수 있다.
프로세서(202)는 메모리(204) 및/또는 송수신기(206)를 제어할 수 있으며, 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(202)는 메모리(204) 내의 정보를 처리하여 제3 정보/신호를 생성하고, 제3 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 송수신기(206)를 통해 전송할 수 있다. 프로세서(202)는 송수신기(206)를 통해 제4 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신하고, 제4 정보/신호를 처리하여 얻은 정보를 메모리(204)에 저장할 수 있다.
메모리(204)는 프로세서(202)에 동작 가능하도록 연결될 수 있다. 메모리(204)는 다양한 유형의 정보 및/또는 명령을 저장할 수 있다. 메모리(204)는 프로세서(202)에 의해 실행될 때 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 수행하는 명령을 구현하는 소프트웨어 코드(205)를 저장할 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 코드(205)는 프로세서(202)에 의해 실행될 때, 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 수행하는 명령을 구현할 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 코드(205)는 하나 이상의 프로토콜을 수행하기 위해 프로세서(202)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 코드(205)는 하나 이상의 무선 인터페이스 프로토콜 계층을 수행하기 위해 프로세서(202)를 제어할 수 있다.
여기에서, 프로세서(202)와 메모리(204)는 RAT(예: LTE 또는 NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(206)는 프로세서(202)에 연결되어 하나 이상의 안테나(208)를 통해 무선 신호를 전송 및/또는 수신할 수 있다. 각 송수신기(206)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다. 송수신기(206)는 RF부와 교체 가능하게 사용될 수 있다. 본 명세서에서 제2 무선 장치(200)는 통신 모뎀/회로/칩을 나타낼 수 있다.
이하, 무선 장치(100, 200)의 하드웨어 요소에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 하나 이상의 프로토콜 계층이 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 계층(예: PHY(physical) 계층, MAC(Media Access Control) 계층, RLC(Radio Link Control) 계층, PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층, RRC(Radio Resource Control) 계층, SDAP(Service Data Adaptation Protocol) 계층과 같은 기능적 계층)을 구현할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도에 따라 하나 이상의 PDU(Protocol Data Unit) 및/또는 하나 이상의 SDU(Service Data Unit)를 생성할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도에 따라 메시지, 제어 정보, 데이터 또는 정보를 생성할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도에 따라 PDU, SDU, 메시지, 제어 정보, 데이터 또는 정보를 포함하는 신호(예: 베이스밴드 신호)를 생성하여, 하나 이상의 송수신기(106, 206)에게 제공할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 송수신기(106, 206)로부터 신호(예: 베이스밴드 신호)를 수신할 수 있고, 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도에 따라 PDU, SDU, 메시지, 제어 정보, 데이터 또는 정보를 획득할 수 있다.
하나 이상의 프로세서(102, 202)는 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 및/또는 마이크로 컴퓨터로 지칭될 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 및/또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 일 예로, 하나 이상의 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), 하나 이상의 DSP(Digital Signal Processor), 하나 이상의 DSPD(Digital Signal Processing Device), 하나 이상의 PLD(Programmable Logic Device) 및/또는 하나 이상의 FPGA(Field Programmable Gate Arrays)가 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 포함될 수 있다. 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도는 펌웨어 및/또는 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있고, 펌웨어 및/또는 소프트웨어는 모듈, 절차, 기능을 포함하도록 구현될 수 있다. 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도를 수행하도록 설정된 펌웨어 또는 소프트웨어는 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 포함되거나, 하나 이상의 메모리(104, 204)에 저장되어 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 의해 구동될 수 있다. 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도는 코드, 명령어 및/또는 명령어의 집합 형태로 펌웨어 또는 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있다.
하나 이상의 메모리(104, 204)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)와 연결될 수 있고, 다양한 형태의 데이터, 신호, 메시지, 정보, 프로그램, 코드, 지시 및/또는 명령을 저장할 수 있다. 하나 이상의 메모리(104, 204)는 ROM(Read-Only Memory), RAM(Random Access Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리, 하드 드라이브, 레지스터, 캐쉬 메모리, 컴퓨터 판독 저장 매체 및/또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 메모리(104, 204)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)의 내부 및/또는 외부에 위치할 수 있다. 또한, 하나 이상의 메모리(104, 204)는 유선 또는 무선 연결과 같은 다양한 기술을 통해 하나 이상의 프로세서(102, 202)와 연결될 수 있다.
하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 다른 장치에게 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 전송할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 다른 장치로부터 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)와 연결될 수 있고, 무선 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 송수신기(106, 206)가 하나 이상의 다른 장치에게 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호 등을 전송하도록 제어할 수 있다. 또한, 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 송수신기(106, 206)가 하나 이상의 다른 장치로부터 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호 등을 수신하도록 제어할 수 있다.
하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 안테나(108, 208)와 연결될 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 안테나(108, 208)를 통해 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 송수신하도록 설정될 수 있다. 본 명세서에서, 하나 이상의 안테나(108, 208)는 복수의 물리 안테나이거나, 복수의 논리 안테나(예: 안테나 포트)일 수 있다.
하나 이상의 송수신기(106, 206)는 수신된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 하나 이상의 프로세서(102, 202)를 이용하여 처리하기 위해, 수신된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 RF 밴드 신호에서 베이스밴드 신호로 변환할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)를 이용하여 처리된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 베이스밴드 신호에서 RF 밴드 신호로 변환할 수 있다. 이를 위하여, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 (아날로그) 발진기(oscillator) 및/또는 필터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)의 제어 하에 (아날로그) 발진기 및/또는 필터를 통해 OFDM 베이스밴드 신호를 OFDM 신호로 상향 변환(up-convert)하고, 상향 변환된 OFDM 신호를 반송파 주파수에서 전송할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 반송파 주파수에서 OFDM 신호를 수신하고, 하나 이상의 프로세서(102, 202)의 제어 하에 (아날로그) 발진기 및/또는 필터를 통해 OFDM 신호를 OFDM 베이스밴드 신호로 하향 변환(down-convert)할 수 있다.
본 명세서의 구현에서, UE는 상향링크에서 송신 장치로, 하향링크에서 수신 장치로 작동할 수 있다. 본 명세서의 구현에서, 기지국은 UL에서 수신 장치로, DL에서 송신 장치로 동작할 수 있다. 이하에서 기술 상의 편의를 위하여, 제1 무선 장치(100)는 UE로, 제2 무선 장치(200)는 기지국으로 동작하는 것으로 주로 가정한다. 예를 들어, 제1 무선 장치(100)에 연결, 탑재 또는 출시된 프로세서(102)는 본 명세서의 구현에 따라 UE 동작을 수행하거나 본 명세서의 구현에 따라 UE 동작을 수행하도록 송수신기(106)를 제어하도록 구성될 수 있다. 제2 무선 장치(200)에 연결, 탑재 또는 출시된 프로세서(202)는 본 명세서의 구현에 따른 기지국 동작을 수행하거나 본 명세서의 구현에 따른 기지국 동작을 수행하기 위해 송수신기(206)를 제어하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서, 기지국은 노드 B(Node B), eNode B(eNB), gNB로 불릴 수 있다.
도 3은 본 명세서의 구현이 적용되는 무선 장치의 예를 나타낸다.
무선 장치는 사용 예/서비스에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다(도 1 참조).
도 3을 참조하면, 무선 장치(100, 200)는 도 2의 무선 장치(100, 200)에 대응할 수 있으며, 다양한 구성 요소, 장치/부분 및/또는 모듈에 의해 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 무선 장치(100, 200)는 통신 장치(110), 제어 장치(120), 메모리 장치(130) 및 추가 구성 요소(140)를 포함할 수 있다. 통신 장치(110)는 통신 회로(112) 및 송수신기(114)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 회로(112)는 도 2의 하나 이상의 프로세서(102, 202) 및/또는 도 2의 하나 이상의 메모리(104, 204)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 송수신기(114)는 도 2의 하나 이상의 송수신기(106, 206) 및/또는 도 2의 하나 이상의 안테나(108, 208)를 포함할 수 있다. 제어 장치(120)는 통신 장치(110), 메모리 장치(130), 추가 구성 요소(140)에 전기적으로 연결되며, 각 무선 장치(100, 200)의 전체 작동을 제어한다. 예를 들어, 제어 장치(120)는 메모리 장치(130)에 저장된 프로그램/코드/명령/정보를 기반으로 각 무선 장치(100, 200)의 전기/기계적 작동을 제어할 수 있다. 제어 장치(120)는 메모리 장치(130)에 저장된 정보를 무선/유선 인터페이스를 통해 통신 장치(110)를 거쳐 외부(예: 기타 통신 장치)로 전송하거나, 또는 무선/유선 인터페이스를 통해 통신 장치(110)를 거쳐 외부(예: 기타 통신 장치)로부터 수신한 정보를 메모리 장치(130)에 저장할 수 있다.
추가 구성 요소(140)는 무선 장치(100, 200)의 유형에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 추가 구성 요소(140)는 동력 장치/배터리, 입출력(I/O) 장치(예: 오디오 I/O 포트, 비디오 I/O 포트), 구동 장치 및 컴퓨팅 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 무선 장치(100, 200)는, 이에 국한되지 않고, 로봇(도 1의 100a), 차량(도 1의 100b-1 및 100b-2), XR 장치(도 1의 100c), 휴대용 장치(도 1의 100d), 가전 제품(도 1의 100e), IoT 장치(도 1의 100f), 디지털 방송 단말, 홀로그램 장치, 공공 안전 장치, MTC 장치, 의료 장치, 핀테크 장치(또는 금융 장치), 보안 장치, 기후/환경 장치, AI 서버/장치(도 1의 400), 기지국(도 1의 200), 네트워크 노드의 형태로 구현될 수 있다. 무선 장치(100, 200)는 사용 예/서비스에 따라 이동 또는 고정 장소에서 사용할 수 있다.
도 3에서, 무선 장치(100, 200)의 다양한 구성 요소, 장치/부분 및/또는 모듈의 전체는 유선 인터페이스를 통해 서로 연결되거나, 적어도 일부가 통신 장치(110)를 통해 무선으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 각 무선 장치(100, 200)에서, 제어 장치(120)와 통신 장치(110)는 유선으로 연결되고, 제어 장치(120)와 제1 장치(예: 130과 140)는 통신 장치(110)를 통해 무선으로 연결될 수 있다. 무선 장치(100, 200) 내의 각 구성 요소, 장치/부분 및/또는 모듈은 하나 이상의 요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(120)는 하나 이상의 프로세서 집합에 의해 구성될 수 있다. 일 예로, 제어 장치(120)는 통신 제어 프로세서, 애플리케이션 프로세서(AP; Application Processor), 전자 제어 장치(ECU; Electronic Control Unit), 그래픽 처리 장치 및 메모리 제어 프로세서의 집합에 의해 구성될 수 있다. 또 다른 예로, 메모리 장치(130)는 RAM, DRAM(Dynamic RAM), ROM, 플래시 메모리, 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 및/또는 이들의 조합에 의해 구성될 수 있다.
도 4는 본 명세서의 구현이 적용되는 UE의 예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, UE(100)는 도 2의 제1 무선 장치(100) 및/또는 도 3의 무선 장치(100 또는 200)에 대응할 수 있다.
UE(100)는 프로세서(102), 메모리(104), 송수신기(106), 하나 이상의 안테나(108), 전원 관리 모듈(141), 배터리(142), 디스플레이(143), 키패드(144), SIM(Subscriber Identification Module) 카드(145), 스피커(146), 마이크(147)를 포함한다.
프로세서(102)는 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(102)는 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 구현하도록 UE(100)의 하나 이상의 다른 구성 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층은 프로세서(102)에 구현될 수 있다. 프로세서(102)는 ASIC, 기타 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 프로세서(102)는 애플리케이션 프로세서일 수 있다. 프로세서(102)는 DSP, CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphics Processing Unit), 모뎀(변조 및 복조기) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 프로세서(102)의 예는 Qualcomm®에서 만든 SNAPDRAGONTM 시리즈 프로세서, Samsung®에서 만든 EXYNOSTM 시리즈 프로세서, Apple®에서 만든 A 시리즈 프로세서, MediaTek®에서 만든 HELIOTM 시리즈 프로세서, Intel®에서 만든 ATOMTM 시리즈 프로세서 또는 대응하는 차세대 프로세서에서 찾을 수 있다.
메모리(104)는 프로세서(102)와 동작 가능하도록 결합되며, 프로세서(102)를 작동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 메모리(104)는 ROM, RAM, 플래시 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 기타 저장 장치를 포함할 수 있다. 구현이 소프트웨어에서 구현될 때, 여기에 설명된 기술은 본 명세서에서 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 수행하는 모듈(예: 절차, 기능 등)을 사용하여 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(104)에 저장되고 프로세서(102)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(104)는 프로세서(102) 내에 또는 프로세서(102) 외부에 구현될 수 있으며, 이 경우 기술에서 알려진 다양한 방법을 통해 프로세서(102)와 통신적으로 결합될 수 있다.
송수신기(106)는 프로세서(102)와 동작 가능하도록 결합되며, 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다. 송수신기(106)는 송신기와 수신기를 포함한다. 송수신기(106)는 무선 주파수 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 송수신기(106)는 하나 이상의 안테나(108)를 제어하여 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다.
전원 관리 모듈(141)은 프로세서(102) 및/또는 송수신기(106)의 전원을 관리한다. 배터리(142)는 전원 관리 모듈(141)에 전원을 공급한다.
디스플레이(143)는 프로세서(102)에 의해 처리된 결과를 출력한다. 키패드(144)는 프로세서(102)에서 사용할 입력을 수신한다. 키패드(144)는 디스플레이(143)에 표시될 수 있다.
SIM 카드(145)는 IMSI(International Mobile Subscriber Identity)와 관련 키를 안전하게 저장하기 위한 집적 회로이며, 휴대 전화나 컴퓨터와 같은 휴대 전화 장치에서 가입자를 식별하고 인증하는 데에 사용된다. 또한, 많은 SIM 카드에 연락처 정보를 저장할 수도 있다.
스피커(146)는 프로세서(102)에서 처리한 사운드 관련 결과를 출력한다. 마이크(147)는 프로세서(102)에서 사용할 사운드 관련 입력을 수신한다.
잡음 성형(NS; Noise Shaping)에 대해 설명한다.
NS는 디지털 신호의 양자화(quantization) 또는 비트 심도 감소(bit-depth reduction) 처리의 일부로, 디지털 오디오, 이미지 및 비디오 처리에 일반적으로 사용되는 기술이다. 이 기술의 목적은 결과 신호의 겉보기(apparent) 신호 대 잡음비(SNR; Signal-to-Noise Ratio)를 높이는 것이다. 이는 디더링(dithering) 및 양자화에 의해 발생하는 오류의 스펙트럼 모양을 변경하여 수행된다. 이에 따라, 잡음 전력은 잡음이 덜 바람직하다고 간주되는 주파수 대역에서는 더 낮은 수준에 있고 더 바람직하다고 간주되는 대역에서는 상대적으로 더 높은 수준에 있을 수 있다.
종래에 무선 통신 시스템에서 사용되던 NS 구조의 일 예는, 아날로그-디지털 변환기(ADC; Analog-to-Digital Converter) 기반의 델타-시그마 변조(delta-sigma modulation) 기법이다. 이는 시간 영역(time domain)에서 오버샘플링(oversampling)을 하는 개념이다. 신호 처리에서 오버샘플링은 두 배 이상의 대역폭, 또는 샘플링 할 수 있는 최고의 샘플링 주파수로 신호를 샘플링하는 과정으로, 이는 잡음 감소에 효과적이다. 시간 영역에서 오버샘플링을 수행함으로써, 신호의 전체 대역이 늘어나 잡음 밀도(noise density)가 감소할 수 있으며, 또한 저대역 필터를 통해 신호 영역의 잡음 전력이 감소할 수 있다.
한편, 6G 시스템에서는 테라헤르츠(THz) 대역 또는 100GHz 이상의 서브-테라헤르츠(sub-THz) 대역이 사용될 수 있다. 테라헤르츠 대역 또는 서브-테라헤르츠 대역의 무선 통신 시스템에서는 이미 샘플링률(sampling rate)이 매우 높으므로, 시간 영역에서 오버샘플링을 통한 NS 수행이 어려울 수 있다.
따라서, 테라헤르츠 대역 또는 서브-테라헤르츠 대역의 무선 통신 시스템에서는, 공간 영역(spatial domain)에서 오버샘플링을 이용하여 NS를 수행하는 것이 고려될 수 있다. 테라헤르츠 대역 또는 서브-테라헤르츠 대역의 무선 통신 시스템에서는 거대 배열 안테나(massive array antenna)를 사용하여 안테나의 개수가 매우 많을 것이 예상되므로, 안테나를 자원으로 이용하는 방식이다.
보다 구체적으로, 기존의 무선 통신 시스템에서는 안테나를 반파장(λ/2)마다 설치하였으나, 공간 영역에서의 오버샘플링을 위해서는 안테나가 반파장 이하로 배치될 수 있다. 예를 들어, 오버샘플링 계수/횟수를 Ku라 하면, 안테나 간격은 λ/2Ku가 된다. 시공간(spatial-temporal) 지원 영역(RoS; Regions of Support)의 관점에서, 안테나를 반파장 단위로 배치했을 때 수신 가능한 신호 영역이 최대가 되며, 안테나를 공간 영역에서 오버샘플링하여 추가로 배치하면, RoS가 줄어들어 전체적인 수신 영역에서 잡음 전력의 합이 감소할 수 있다. 공간 영역에서의 오버샘플링은 ADC 및 LNA(Low-Noise Amplifier)에 모두 적용 가능하다.
도 5는 본 명세서의 구현이 적용되는 NS 수행을 위한 단위 구조의 일 예를 나타낸다. 도 6은 본 명세서의 구현이 적용되는 단위 구조에 따라 NS를 수행할 경우의 이상적인 잡음 전달 함수(NTF: Noise Transfer Function)의 일 예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, NS 수행을 위한 단위 구조의 수신 신호는 아래 수학식 1로 표현될 수 있으며, 이에 따른 NTF(1-z-1)이 도 6에 해당한다. 도 6을 참조하면, 이상적인 경우 NTF가 0이 되는 구간이 존재한다.
[수학식 1]
Figure pct00001
도 5의 단위 구조에서, i번째 수신 신호 yi는 다른 안테나에서 수신된 신호는 고려하지 않고 근접한 안테나 wi-1에서 수신된 신호만을 고려한다. 하지만 실제로 이것이 가능하기 위해서는, 안테나 wi-2 이하에서 수신되는 신호를 끊어주는 방안이 필요하다. i-1번째 수신 신호 yi-1이 안테나 w-2에서 수신된 신호를 이용하므로, 결과적으로 i번째 수신 신호 yi에 안테나 w-2 이하의 잡음이 들어간다.
도 7은 본 명세서의 구현이 적용되는 NS 수행을 위한 연속 구조의 일 예를 나타낸다. 도 8은 본 명세서의 구현이 적용되는 연속 구조에 따라 NS를 수행할 경우의 NTF의 일 예를 나타낸다.
모든 안테나가 NS 효과를 얻기 위해서는 모든 안테나에서 수신되는 신호를 사용해야 하고, 이를 위해서는 도 5에서 설명된 단위 구조를 연속으로 연결한 연속(cascade) 구조가 필요하다. 단위 구조가 연속하여 연결됨으로써, LNA가 연속하여 연결될 수 있다. 도 7의 연속 구조의 수신 신호는 수학식 2로 표현될 수 있으며, 이에 따른 NTF(1/(1+z-1))이 도 8에 해당한다. 도 7을 참조하면, 첫 번째 수신 신호 y1이 연속된 형태로 이후의 수신 신호에 계속하여 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 도 8을 참조하면, 단위 구조에 따라 NS를 수행할 경우와는 달리(도 6 참조), 연속 구조에 따라 NS를 수행할 경우에는 NTF의 최소값이 0.5인 것을 알 수 있다. 즉, 단위 구조를 연속으로 연결하여 NS를 수행하면, NS 효과가 크게 감소한다.
[수학식 2]
Figure pct00002
한편, 도 8에서 설명된 NTF는 다음의 문제점을 가진다.
(1) 오퍼샘플링에 의한 트레이드-오프(trade-off)
도 9는 본 명세서의 구현이 적용되는 16개의 배열 안테나 및 이에 따른 빔포밍 이득의 일 예를 나타낸다.
도 8의 NTF는 실제 수신 신호의 도달 방향(DoA; Direction of Arrival)에 따른 잡음의 감쇠 성능을 고려하지 않은 이상적인 NTF에 해당한다.
그러나 실제로 안테나를 오버샘플링 하여 배치하면, 안테나 간 상호 커플링(mutual coupling)이 발생하여 신호가 손실되고, 결과적으로 빔포밍 성능이 열화될 수 있다. 도 9를 참조하면, 안테나 간의 거리가 짧아질수록 SINR이 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 안테나를 오버샘플링 하여 배치하면, 잡음 성형의 효과와 빔포밍 성능의 열화가 서로 트레이드-오프에 관계에 있다. 따라서, 안테나의 오퍼샘플링에 따른 잡음 성형의 효과와 상호 커플링 효과를 동시에 고려할 필요가 있다.
(2) 안테나 개수에 따른 성능 분석
도 8의 NTF는 안테나의 개수가 무한(infinite)인 것을 가정한 이상적인 NTF에 해당한다. 그러나 실제 안테나의 개수는 유한하고, 또한 서브어레이(sub-array) 기반으로 배치될 수도 있다. 즉, 실제 구현 가능한 안테나의 연속 구조에서 NTF 분석이 필요하나, 도 8의 NTF는 실제 성능을 보여주는 것에 한계가 있다.
이에 따라, 본 명세서는 공간 영역에서 안테나의 오버샘플링 및 수신 신호의 DoA를 고려하여, 수신 빔포밍 구조에 따른 상호 커플링 효과 및 NS 효과를 분석하여, 수신 빔포밍 이후 SNR을 극대화 하는 방법을 제공한다. 보다 구체적으로, 본 명세서의 구현에 따라 다음의 2가지 방법이 제공될 수 있다. 아래의 2가지 방법을 기반으로, 상호 커플링을 고려했을 때 수신 신호의 DoA를 기반으로 기존의 방식보다 우수한 수신 빔포밍 후 SNR 이득을 얻을 수 있다.
(1) 실제 안테나 연결 구조에 따른 상호 커플링을 고려한 NS의 성능 분석: 상술한 바와 같이 종래에는 단위 구조가 무한하게 연결되어 있는 상황을 가정하고 상호 커플링 없는 상황에서 NTF를 분석하였으나, 본 명세서의 구현은 실제로 안테나가 배치되는 상황을 고려하여, 실제 안테나의 NS 구조 및 안테나의 개수에 따라 정확하게 NTF를 분석하는 방법을 제공한다.
(2) DoA에 따라 NS 구조를 변화시키는 수신단 구조: 본 명세서의 구현은 수신 신호의 DoA에 따라 수신 빔포밍의 SNR을 분석하여, DoA에 따라 가변하는 수신단의 구조를 제공한다. 기존의 무선 통신 시스템에서는 다중 경로에 의해서 다양한 DoA를 가지는 신호를 수신해야 하므로 평균적인 NS 성능이 중요하지만, 테라헤르츠 대역 또는 서브-테라헤르츠 대역의 무선 통신 시스템에서는 수신 신호의 DoA가 매우 한정적일 것으로 예상된다. 이에 따라 수신 신호의 DoA에 따라 수신 빔포밍의 SNR을 분석하는 것이 가능할 수 있다.
이하의 도면은 본 명세서의 구체적인 일례를 설명하기 위해 작성되었다. 도면에 기재된 구체적인 장치의 명칭이나 구체적인 신호/메시지/필드의 명칭은 예시적으로 제시된 것이므로, 본 명세서의 기술적 특징이 이하의 도면에 사용된 구체적인 명칭에 제한되지 않는다.
도 10은 본 명세서의 구현이 적용되는 상호 커플링 및 NS가 모두 고려하여 수신 빔포밍 SNR 이득을 추정/분석/계산하는 시스템의 일 예를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 본 명세서의 구현에 따라, 공간 영역에서 오버샘플링 계수/횟수 Ku에 따라 총 M개의 안테나가 배치된다. 즉, 각 안테나 간의 간격 d=λ/2Ku이다. M개의 안테나를 통해 수신되는 신호의 DoA는 θ로 동일한 것으로 가정한다. θ=0은 신호가 안테나에 수직으로 수신됨을 의미한다. M개의 안테나를 통해 수신되는 신호 {w1, w2, ..., wM}에 상호 커플링이 적용될 수 있다. 도 10에서, wi는 i번째 수신 신호, ni는 i번째 NLA의 잡음, yi는 i번째 LNA 증폭을 거친 후의 신호이다. A는 LNA에서의 의 증폭을 나타내며, 1/A는 신호 감쇠를 나타낸다. 시간 지연은 NS 수행 시에 다음 안테나의 샘플링 시간을 위한 수동(passive) 소자이다.
또한, 본 명세서의 구현에 따라, M개의 안테나 각각에 대응하는 단위 구조가 연속적으로 연결되어 NS 수행을 위한 연속 구조를 구성한다. 각 안테나에 대응하는 단위 구조 사이에는 가변 감쇠기(attenuator)가 삽입될 수 있다. 예를 들어, 도 10에서 홀수 번째 안테나에 대응하는 단위 구조에는 α값을 가지는 감쇠기가 삽입되고, 짝수 번째 안테나에 대응하는 단위 구조에는 β값을 가지는 감쇠기가 삽입된다. 그러나 이는 분석의 편의를 위한 예시에 불과하며, 각 안테나에 대응하는 단위 구조 사이에 삽입되는 감쇠기의 값은 다양하게 변경될 수 있다.
도 11은 본 명세서의 구현이 적용되는 UE에 의해 수행되는 방법의 일 예를 나타낸다.
단계 S1100에서, 상기 방법은 네트워크와 초기 접속을 수행하는 단계를 포함한다.
단계 S1110에서, 상기 방법은 복수의 안테나를 통해 신호를 수신하는 단계를 포함한다.
일부 구현에서, 상기 복수의 안테나는 1차원의 배열 안테나 구조 및/또는 2차원의 배열 안테나 구조를 기반으로 배치될 수 있다.
단계 S1120에서, 상기 방법은 오버샘플링 횟수 및 감쇠기의 변화에 따라 DoA와 SNR의 관계를 결정하는 단계를 포함한다.
단계 S1130에서, 상기 방법은 상기 수신된 신호의 DoA를 추정하는 단계를 포함한다.
단계 S1140에서, 상기 방법은 상기 추정된 DoA를 기반으로, 제1 수신기 구조 또는 제2 수신기 구조 중 상기 SNR을 최대화하는 어느 하나의 수신기 구조를 선택하는 단계를 포함한다.
일부 구현에서, 상기 추정된 DoA가 0도를 기준으로 특정 각도 이내(예: -10도~10도)인 것을 기반으로 상기 제1 수신기 구조가 선택되며, 상기 제1 수신기 구조는 TS(Two Source) 구조일 수 있다. 상기 TS 구조에서, 상기 복수의 안테나 중 제1 안테나에 연결되는 감쇠기의 값은 1이고, 상기 제1 안테나에 인접한 제2 안테나에 연결되는 감쇠기의 값은 0일 수 있다. 이때 상기 제1 안테나는 NS를 위해 사용되며, 상기 제2 안테나는 빔포밍에 사용될 수 있다.
일부 구현에서, 상기 추정된 DoA가 0도를 기준으로 특정 각도 이외(예: >10도 또는 <-10도)인 것을 기반으로 상기 제2 수신기 구조가 선택되며, 상기 제2 수신기 구조는 CS(Cascade Source) 구조일 수 있다. 상기 CS 구조에서, 상기 복수의 안테나 중 제1 안테나에 연결되는 감쇠기의 값과 상기 제1 안테나에 인접한 제2 안테나에 연결되는 감쇠기의 값은 서로 동일할 수 있다.
단계 S1150에서, 상기 방법은 상기 선택된 수신기 구조를 기반으로 상기 수신된 신호를 처리하는 단계를 포함한다.
또한, 도 11에서 UE의 관점에서 설명된 방법은 도 2에서 도시된 제1 무선 장치(100), 도 3에서 도시된 무선 장치(100) 및/또는 도 4에서 도시된 UE(100)에 의해 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, UE는 복수의 안테나, 하나 이상의 프로세서, 및 상기 하나 이상의 프로세서와 동작 가능하도록 연결될 수 있는 하나 이상의 메모리를 포함한다. 상기 하나 이상의 메모리는 다음의 동작이 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 수행되도록 하는 지시를 저장한다.
UE는 네트워크와 초기 접속을 수행한다.
UE는 복수의 안테나를 통해 신호를 수신한다.
일부 구현에서, 상기 복수의 안테나는 1차원의 배열 안테나 구조 및/또는 2차원의 배열 안테나 구조를 기반으로 배치될 수 있다.
UE는 오버샘플링 횟수 및 감쇠기의 변화에 따라 DoA와 SNR의 관계를 결정한다.
UE는 상기 수신된 신호의 DoA를 추정한다.
UE는 상기 추정된 DoA를 기반으로, 제1 수신기 구조 또는 제2 수신기 구조 중 상기 SNR을 최대화하는 어느 하나의 수신기 구조를 선택한다.
일부 구현에서, 상기 추정된 DoA가 0도를 기준으로 특정 각도 이내(예: -10도~10도)인 것을 기반으로 상기 제1 수신기 구조가 선택되며, 상기 제1 수신기 구조는 TS(Two Source) 구조일 수 있다. 상기 TS 구조에서, 상기 복수의 안테나 중 제1 안테나에 연결되는 감쇠기의 값은 1이고, 상기 제1 안테나에 인접한 제2 안테나에 연결되는 감쇠기의 값은 0일 수 있다. 이때 상기 제1 안테나는 NS를 위해 사용되며, 상기 제2 안테나는 빔포밍에 사용될 수 있다.
일부 구현에서, 상기 추정된 DoA가 0도를 기준으로 특정 각도 이외(예: >10도 또는 <-10도)인 것을 기반으로 상기 제2 수신기 구조가 선택되며, 상기 제2 수신기 구조는 CS(Cascade Source) 구조일 수 있다. 상기 CS 구조에서, 상기 복수의 안테나 중 제1 안테나에 연결되는 감쇠기의 값과 상기 제1 안테나에 인접한 제2 안테나에 연결되는 감쇠기의 값은 서로 동일할 수 있다.
UE는 상기 선택된 수신기 구조를 기반으로 상기 수신된 신호를 처리한다.
또한, 도 11에서 UE의 관점에서 설명된 방법은 도 2에서 도시된 제1 무선 장치(100)에 포함된 프로세서(102)의 제어, 도 3에서 도시된 무선 장치(100)에 포함된 통신 장치(110) 및/또는 제어 장치(120)의 제어 및/또는 도 4에서 도시된 UE(100)에 포함된 프로세서(102)의 제어에 의해 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 무선 통신 시스템에서 동작하는 처리 장치는 하나 이상의 프로세서, 및 상기 하나 이상의 프로세서와 동작 가능하도록 연결될 수 있는 하나 이상의 메모리를 포함한다. 상기 하나 이상의 프로세서는, 네트워크와 초기 접속을 수행하는 단계; 오버샘플링 횟수 및 감쇠기의 변화에 따라 DoA와 SNR의 관계를 결정하는 결정하는 단계; 수신되는 신호의 DoA를 추정하는 단계; 상기 추정된 DoA를 기반으로, 제1 수신기 구조 또는 제2 수신기 구조 중 상기 SNR을 최대화하는 어느 하나의 수신기 구조를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 수신기 구조를 기반으로 상기 수신된 신호를 처리하는 단계를 포함하는 동작을 수행하도록 구성된다.
또한, 도 11에서 UE의 관점에서 설명된 방법은 도 2에서 도시된 제1 무선 장치(100)에 포함된 메모리(104)에 저장된 소프트웨어 코드(105)에 의해 수행될 수 있다.
본 명세서의 기술적 특징은 하드웨어에서 직접, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어에서 또는 둘의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 무선 통신에서 무선 장치에 의해 수행되는 방법은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어는 RAM, 플래시 메모리, ROM, EPROM, EEPROM, 레지스터, 하드 디스크, 이동식 디스크, CD-ROM 또는 기타 저장 매체에 있을 수 있다.
프로세서가 저장 매체에서 정보를 읽을 수 있도록 저장 매체의 일부 예시가 프로세서에 결합할 수 있다. 또는, 저장 매체가 프로세서에 통합될 수 있다. 프로세서와 저장 매체는 ASIC에 있을 수 있다. 다른 예에서는 프로세서와 저장 매체가 별개의 구성 요소로 존재할 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는 유형의 비일시적(non-transitory)인 컴퓨터 판독이 가능한 저장 매체를 포함할 수 있다.
예를 들어, 비일시적 컴퓨터 판독이 가능한 매체는 SDRAM(synchronous dynamic RAM)와 같은 RAM, ROM, 비휘발성 NVRAM(non-volatile RAM), EEPROM, 플래시 메모리, 자기 또는 광학 데이터 저장 매체 또는 명령이나 데이터 구조를 저장하는 데에 사용할 수 있는 다른 매체를 포함할 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독이 가능한 매체는 위의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에 기술된 방법은, 적어도 부분적으로 명령이나 데이터 구조의 형태로 코드를 운반하거나 통신하며 컴퓨터가 접속, 읽기 및/또는 실행할 수 있는 컴퓨터 판독이 가능한 통신 매체에 의해 실현될 수 있다.
본 명세서의 일부 구현에 따르면, 비일시적 CRM(computer-readable medium)은 복수의 명령을 저장한다.
보다 구체적으로, CRM은 동작이 하나 이상의 프로세서에 의해 수행되도록 하는 지시를 저장한다. 상기 동작은 네트워크와 초기 접속을 수행하는 단계; 오버샘플링 횟수 및 감쇠기의 변화에 따라 DoA와 SNR의 관계를 결정하는 결정하는 단계; 수신되는 신호의 DoA를 추정하는 단계; 상기 추정된 DoA를 기반으로, 제1 수신기 구조 또는 제2 수신기 구조 중 상기 SNR을 최대화하는 어느 하나의 수신기 구조를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 수신기 구조를 기반으로 상기 수신된 신호를 처리하는 단계를 포함한다.
이하, 본 명세서의 다양한 구현에 대해 설명한다. 특히 도 11에서 설명된 CS 구조 및 TS 구조 각각에서, 상호 커플링, 수신 신호의 DoA 및 감쇠기의 값에 따른 SNR 분석이 설명된다. 수신 빔포밍 SNR 이득을 정확하게 추정/계산하기 위하여 상호 커플렁이 적용되며, 커플링 행렬 Γ는 수학식 3으로 주어질 수 있다.
[수학식 3]
Figure pct00003
수학식 3에서 ZL은 부하 임피던스(load impedance), ZA는 안테나 임피던스(antenna impedance)이며, Z는 상호 임피던스 행렬로 안테나 구조에 따라 계산되거나 측정될 수 있다.
도 12는 본 명세서의 구현이 적용되는 CS 구조의 일 예를 나타낸다.
도 12에서 설명되는 CS 구조는 도 10에서 설명된 시스템에서 감쇠기의 값 α=β인 것을 가정한다. 이와 같이 모든 감쇠기의 값이 동일하게 α인 것을 가정하면, k번째 안테나에서의 수신 신호는 수학식 4로 표현될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pct00004
수학식 4에서
Figure pct00005
는 빔포밍 웨이트 값이며,
Figure pct00006
는 오버샘플링을 포함한 변수이다.
수신 빔포밍 이후의 신호는 수학식 5로 표현될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pct00007
수신 신호의 전력은 수학식 6으로 표현될 수 있다.
[수학식 6]
Figure pct00008
잡음 전력은 수학식 7로 표현될 수 있다.
[수학식 7]
Figure pct00009
도 13은 본 명세서의 구현이 적용되는 CTS 구조의 일 예를 나타낸다.
도 13에서 설명되는 TS 구조는 도 10에서 설명된 시스템에서 감쇠기의 값 α=1이고, β=0인 것을 가정한다. 도 12의 CS 구조로부터 도 13의 TS 구조를 만들기 위해서, 안테나의 일부는 NS을 위해서만 사용하고, 나머지 NS에 사용되지 않은 안테나는 빔포밍을 위해 사용할 수 있다. 예를 들어, 홀수 번째 안테나는 NS을 위해서 사용하고, 짝수 번째 안테나를 빔포밍을 위해 사용할 수 있다. 이는 도 13에서 설명되는 바와 같이 홀수 번째 안테나에 삽입되는 감쇠기의 값 α=1로, 홀수 번째 안테나에 삽입되는 감쇠기의 값 β=0으로 하여 구현될 수 있다. 이에 따라, 안테나 1과 안테나 2가 연속하여 연결되고, 안테나 3과 안테나 4도 연속하여 연결되고, 안테나 2와 안테나 3은 연결되지 않고 끊어지게 된다.
짝수 번째 안테나에서의 수신 신호는 수학식 8로 표현될 수 있다.
[수학식 8]
Figure pct00010
이는 수학식 2에서 설명한 것과 결과적으로 동일하나, 짝수 번째 안테나만을 빔포밍에 사용함으로써 오버샘플링 횟수는 2배 감소, 빔포밍 이득은 3 dB 감소한다.
수신 빔포밍 이후의 신호는 수학식 9로 표현될 수 있다.
[수학식 9]
Figure pct00011
수신 신호의 전력은 수학식 10으로 표현될 수 있다.
[수학식 10]
Figure pct00012
잡음 전력은 수학식 11로 표현될 수 있다.
[수학식 11]
Figure pct00013
도 14는 본 명세서의 구현이 적용되는 CS 구조와 TS 구조의 잡음 전력 감소 성능을 비교한 일 예를 나타낸다.
도 14에서, 안테나의 크기를 4λ로 고정하고 CS 구조에서 α=β=1, TS 구조에서 α=1, β=0를 가정한 경우, 도 12에서 설명된 CS 구조와 도 13에서 설명된 TS 구조의 잡음 전력 감소 성능이 비교된다. Noise power=1은 NS를 수행하지 않았을 경우의 잡음 전력이다. Kx는 수신단에서의 오버샘플링 횟수이다. 즉, Kx=1인 경우 λ/2 간격으로 안테나가 배치되어 총 8개의 안테나가 배치된다. Kx=2인 경우 λ/4 간격으로 안테나가 배치되어 총 16개의 안테나가 배치된다.
도 14를 참조하면, 수신단의 구조가 TS 구조인 경우 잡음 전력이 DoA가 증가함에 따라 급격하게 증가함을 알 수 있다. 또한, 수신단의 구조가 CS 구조의 경우, 오버샘플링 횟수가 2보다 커지면, DoA가 변경되더라도 잡음 전력에 큰 변화가 없음을 알 수 있다.
도 15는 본 명세서의 구현이 적용되는 CS 구조와 TS 구조의 잡음 전력 감소 성능을 비교한 또 다른 예를 나타낸다.
도 15에서, 안테나의 크기를 고정하고 CS 구조에서 α=β=0.95, TS 구조에서 α=1, β=0를 가정한 경우, 도 12에서 설명된 CS 구조와 도 13에서 설명된 TS 구조의 잡음 전력 감소 성능이 비교된다.
도 15를 참조하면, 도 14와 마찬가지로 수신단의 구조가 TS 구조인 경우 잡음 전력이 DoA가 증가함에 따라 급격하게 증가함을 알 수 있다. 또한, 수신단의 구조가 CS 구조의 경우, 오버샘플링 횟수가 2보다 커지면, DoA가 변경되더라도 잡음 전력에 큰 변화가 없음을 알 수 있다. 또한, CS 구조에서 잡음이 연속적으로 감쇠되면서 잡음 전력이 점점 감소하므로, 수신 안테나에서 멀리 떨어져 있는 안테나의 잡음은 영향을 덜 미치게 되며, 이로 인하여 잡음 전력 감소 성능이 0.5에서 0.3 정도로 더 좋아지는 것을 확인할 수 있다.
도 16은 본 명세서의 구현이 적용되는 CS 구조와 TS 구조의 빔포밍 SNR 이득 성능을 비교한 일 예를 나타낸다.
도 16에서, 안테나의 크기를 4λ로 고정하고 CS 구조에서 α=β=0.95, TS 구조에서 α=1, β=0를 가정한 경우, 도 12에서 설명된 CS 구조와 도 13에서 설명된 TS 구조의 빔포밍 SNR 이득 성능이 비교된다.
도 16을 참조하면, DoA가 낮은 경우에는 TS 구조가 더 좋은 빔포밍 SNR 이득 성능을 보이며, DoA가 큰 경우에는 CS 구조가 보다 안정적인 빔포밍 SNR 이득 성능을 보임을 알 수 있다.
도 16의 CS 구조와 TS 구조의 빔포밍 SNR 이득 성능을 비교한 결과를 이용하여, 수신 신호의 DoA에 따라 수신단의 구조로 CS 구조와 TS 구조 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 예를 들어, 수신 신호의 DoA에 따라 오버샘플링 횟수 Kx=2인 경우, TS 구조는 Kx=1인 구조(짝수 번째 안테나만을 빔포밍을 위해 사용하므로), CS 구조는 Kx=2인 구조를 사용할 수 있다.
도 17은 본 명세서의 구현이 적용되는 CS 구조와 TS 구조의 빔포밍 SNR 이득 성능을 비교한 또 다른 예를 나타낸다.
도 17에서는 32개의 다이폴 안테나, 즉 총 64개의 안테나가 ULA(uniform linear array) 구조에 따라 배치되는 경우를 가정한다. 도 17을 참조하면, DoA가 -10도~10도 사이인 경우, Kx=1인 TS 구조가 더 좋은 빔포밍 SNR 이득 성능을 보이며, DoA가 -10도보다 작거나 10도보다 큰 경우, Kx=2인 CS 구조가 Kx=1인 TS 구조가 더 좋은 빔포밍 SNR 이득 성능을 보이는 것을 알 수 있다.
따라서, 수신 신호의 DoA가 -10도~10도 사이이면 수신단의 구조로 Kx=1, α<1, β=0인 TS 구조를 선택/사용하여 수신 신호를 처리할 수 있다. 수신 신호의 DoA가 -10도보다 작거나 10도보다 크면, 수신단의 구조로 Kx=2, α=β<1인 CS 구조를 사용할 수 있다. 이때 α, β의 값은 안테나가 배치되는 구조에 따라 선택/결정될 수 있다.
도 18은 본 명세서의 구현이 적용되는 2차원 배열 안테나의 CS 구조의 일 예를 나타낸다. 도 19는 본 명세서의 구현이 적용되는 2차원 배열 안테나의 TS 구조의 일 예를 나타낸다.
1차원 배열 안테나 구조 외에도 2차원 배열 안테나 구조 또는 다양한 구조의 안테나 배치에서 본 명세서의 구현에 의한 NS 구조가 적용될 수 있다. 모든 안테나 사이에 가변 감쇠기가 삽입될 수 있고, 상술한 바와 같이 DoA에 따른 수신 빔포밍 SNR 성능을 추정한 후, 수신 신호의 DoA에 따라 빔포밍 SNR 성능을 최대화 할 수 있는 수신단 구조를 선택할 수 있다.
DoA가 특정 값보다 큰 경우에는 CS 구조가 유리할 것으로 예측된다. 따라서, 2차원 배열 어레이의 모든 안테나가 연결될 수 있다. 도 14에서, NS는 안테나와 NS 구조를 포함하는 RF 소자를 나타낸다.
반면에, DoA가 특정 값보다 작은 경우에는 TS 구조와 유사하게 적은 수의 서브어레이만을 NS 구조로 연결하는 방식이 유리할 것으로 예측된다. DoA가 작은 경우, 서브어레이의 크기는 수신 빔포밍 SNR 성능의 추정에 따라 선택/결정될 수 있다.
본 명세서는 다양한 효과를 가질 수 있다.
예를 들어, 많은 수의 안테나가 배치되는 거대 배열 안테나(massive array antenna) 구조에서 직접도가 높은 LNA의 잡음을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 수신 신호의 DoA를 기반으로 수신기 구조를 변경하여 LNA의 잡음을 최소화할 수 있다.
예를 들어, LNA에 의한 수신기에서의 SNR 한계를 극복하여, 수신 빔포밍 SNR을 최대화할 수 있다.
본 명세서의 구체적인 예시를 통해 얻을 수 있는 효과는 이상에서 나열된 효과로 제한되지 않는다. 예를 들어, 관련된 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자(a person having ordinary skill in the related art)가 본 명세서로부터 이해하거나 유도할 수 있는 다양한 기술적 효과가 존재할 수 있다. 이에 따라, 본 명세서의 구체적인 효과는 본 명세서에 명시적으로 기재된 것에 제한되지 않고, 본 명세서의 기술적 특징으로부터 이해되거나 유도될 수 있는 다양한 효과를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 청구항은 다양한 방식으로 조합될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서의 방법 청구항의 기술적 특징이 조합되어 장치로 구현될 수 있고, 본 명세서의 장치 청구항의 기술적 특징이 조합되어 방법으로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서의 방법 청구항의 기술적 특징과 장치 청구항의 기술적 특징이 조합되어 장치로 구현될 수 있고, 본 명세서의 방법 청구항의 기술적 특징과 장치 청구항의 기술적 특징이 조합되어 방법으로 구현될 수 있다. 다른 구현은 다음과 같은 청구 범위 내에 있다.

Claims (16)

  1. 무선 통신 시스템에서 UE(User Equipment)에 의해 수행되는 방법에 있어서,
    네트워크와 초기 접속을 수행하는 단계;
    복수의 안테나를 통해 신호를 수신하는 단계;
    오버샘플링(oversampling) 횟수 및 감쇠기(attenuator)의 변화에 따라 DoA(Direction of Arrival)와 SNR(Signal-to-Noise Ratio)의 관계를 결정하는 단계;
    상기 수신된 신호의 DoA를 추정하는 단계;
    상기 추정된 DoA를 기반으로, 제1 수신기 구조 또는 제2 수신기 구조 중 상기 SNR을 최대화하는 어느 하나의 수신기 구조를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 수신기 구조를 기반으로 상기 수신된 신호를 처리하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 추정된 DoA가 0도를 기준으로 특정 각도 이내인 것을 기반으로 상기 제1 수신기 구조가 선택되며,
    상기 제1 수신기 구조는 TS(Two Source) 구조인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 TS 구조에서, 상기 복수의 안테나 중 제1 안테나에 연결되는 감쇠기의 값은 1이고, 상기 제1 안테나에 인접한 제2 안테나에 연결되는 감쇠기의 값은 0인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 잡음 성형(NS; Noise Shaping)을 위해 사용되며,
    상기 제2 안테나는 빔포밍에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 추정된 DoA가 0도를 기준으로 특정 각도 이외인 것을 기반으로 상기 제2 수신기 구조가 선택되며,
    상기 제2 수신기 구조는 CS(Cascade Source) 구조인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 CS 구조에서, 상기 복수의 안테나 중 제1 안테나에 연결되는 감쇠기의 값과 상기 제1 안테나에 인접한 제2 안테나에 연결되는 감쇠기의 값은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 안테나는 1차원의 배열(array) 안테나 구조 및/또는 2차원의 배열 안테나 구조를 기반으로 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 무선 통신 시스템에서 동작하는 UE(user equipment)에 있어서,
    복수의 안테나;
    하나 이상의 프로세서; 및
    상기 하나 이상의 프로세서와 동작 가능하도록 연결될 수 있는 하나 이상의 메모리를 포함하며,
    상기 하나 이상의 메모리는,
    네트워크와 초기 접속을 수행하는 단계;
    상기 복수의 안테나를 통해 신호를 수신하는 단계;
    오버샘플링(oversampling) 횟수 및 감쇠기(attenuator)의 변화에 따라 DoA(Direction of Arrival)와 SNR(Signal-to-Noise Ratio)의 관계를 결정하는 단계;
    상기 수신된 신호의 DoA를 추정하는 단계;
    상기 추정된 DoA를 기반으로, 제1 수신기 구조 또는 제2 수신기 구조 중 상기 SNR을 최대화하는 어느 하나의 수신기 구조를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 수신기 구조를 기반으로 상기 수신된 신호를 처리하는 단계;
    를 포함하는 동작이 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 수행되도록 하는 지시를 저장하는 것을 특징으로 하는 UE.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 추정된 DoA가 0도를 기준으로 특정 각도 이내인 것을 기반으로 상기 제1 수신기 구조가 선택되며,
    상기 제1 수신기 구조는 TS(Two Source) 구조인 것을 특징으로 하는 UE.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 TS 구조에서, 상기 복수의 안테나 중 제1 안테나에 연결되는 감쇠기의 값은 1이고, 상기 제1 안테나에 인접한 제2 안테나에 연결되는 감쇠기의 값은 0인 것을 특징으로 하는 UE.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 잡음 성형(NS; Noise Shaping)을 위해 사용되며,
    상기 제2 안테나는 빔포밍에 사용되는 것을 특징으로 하는 UE.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 추정된 DoA가 0도를 기준으로 특정 각도 이외인 것을 기반으로 상기 제2 수신기 구조가 선택되며,
    상기 제2 수신기 구조는 CS(Cascade Source) 구조인 것을 특징으로 하는 UE.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 CS 구조에서, 상기 복수의 안테나 중 제1 안테나에 연결되는 감쇠기의 값과 상기 제1 안테나에 인접한 제2 안테나에 연결되는 감쇠기의 값은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 UE.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 안테나는 1차원의 배열(array) 안테나 구조 및/또는 2차원의 배열 안테나 구조를 기반으로 배치되는 것을 특징으로 하는 UE.
  15. 무선 통신 시스템에서 동작하는 처리 장치에 있어서,
    하나 이상의 프로세서; 및
    상기 하나 이상의 프로세서와 동작 가능하도록 연결될 수 있는 하나 이상의 메모리를 포함하며,
    상기 하나 이상의 프로세서는:
    네트워크와 초기 접속을 수행하는 단계;
    오버샘플링(oversampling) 횟수 및 감쇠기(attenuator)의 변화에 따라 DoA(Direction of Arrival)와 SNR(Signal-to-Noise Ratio)의 관계를 결정하는 단계;
    수신되는 신호의 DoA를 추정하는 단계;
    상기 추정된 DoA를 기반으로, 제1 수신기 구조 또는 제2 수신기 구조 중 상기 SNR을 최대화하는 어느 하나의 수신기 구조를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 수신기 구조를 기반으로 상기 수신된 신호를 처리하는 단계;
    를 포함하는 동작을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  16. 동작이 하나 이상의 프로세서에 의해 수행되도록 하는 지시를 저장하는 CRM(computer readable medium)에 있어서, 상기 동작은,
    네트워크와 초기 접속을 수행하는 단계;
    오버샘플링(oversampling) 횟수 및 감쇠기(attenuator)의 변화에 따라 DoA(Direction of Arrival)와 SNR(Signal-to-Noise Ratio)의 관계를 결정하는 단계;
    수신되는 신호의 DoA를 추정하는 단계;
    상기 추정된 DoA를 기반으로, 제1 수신기 구조 또는 제2 수신기 구조 중 상기 SNR을 최대화하는 어느 하나의 수신기 구조를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 수신기 구조를 기반으로 상기 수신된 신호를 처리하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 CRM.
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