KR20240059334A - Method and device for modeling of transmit-array antenna - Google Patents

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KR20240059334A
KR20240059334A KR1020220140468A KR20220140468A KR20240059334A KR 20240059334 A KR20240059334 A KR 20240059334A KR 1020220140468 A KR1020220140468 A KR 1020220140468A KR 20220140468 A KR20220140468 A KR 20220140468A KR 20240059334 A KR20240059334 A KR 20240059334A
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Abstract

지능형 전송 표면 기반 송신안테나의 위상편이를 최적화할 수 있는 송신안테나 모델링 방법이 제공된다. 송신안테나 모델링 방법은, 송신안테나에 대한 최적의 위상편이값을 산출하고, 이를 통해 송신안테나의 지능형 전송 표면에 대한 신호 출력 위상을 조절함으로써, 송신안테나가 최적의 위상편이를 가지도록 모델링할 수 있다. A transmission antenna modeling method that can optimize the phase shift of an intelligent transmission surface-based transmission antenna is provided. The transmission antenna modeling method calculates the optimal phase shift value for the transmission antenna and adjusts the signal output phase for the intelligent transmission surface of the transmission antenna through this, so that the transmission antenna can be modeled to have an optimal phase shift. .

Description

송신안테나 모델링 방법 및 이를 위한 모델링 장치{Method and device for modeling of transmit-array antenna}Transmission antenna modeling method and modeling device for the same {Method and device for modeling of transmit-array antenna}

본 발명은 지능형 전송 표면(ITS, intelligent transmitting surface) 기반 송신안테나의 위상편이를 최적화할 수 있는 송신안테나 모델링 방법 및 이를 위한 모델링 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a transmission antenna modeling method that can optimize the phase shift of an intelligent transmitting surface (ITS)-based transmission antenna and a modeling device therefor.

본 발명은 방위사업청과 국방과학연구소가 지원하는 미래전투체계 네트워크 기술 특화 연구센터 사업(UD190033ED)의 일환으로 수행된 것이다.This invention was carried out as part of the Future Combat System Network Technology Specialized Research Center project (UD190033ED) supported by the Defense Acquisition Program Administration and the Agency for Defense Development.

밀리미터파(millimeter wave) 통신은 기가헤르쯔(GHz) 대역을 사용하는 통신방식으로, 밀리미터파 통신시스템에서는 안테나를 소형화할 수 있어 기지국에 복수의 안테나를 배치함으로써, 기지국으로부터 신호를 전송받는 수신기에 더 높은 데이터 속도와 신뢰성을 제공할 수 있다. 이러한 밀리미터파 통신시스템은 광대역 전송이 가능하여 위성통신, 이동통신, 무선 항행, 지구 탐사, 전파 천문 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. Millimeter wave communication is a communication method that uses the gigahertz (GHz) band. In the millimeter wave communication system, antennas can be miniaturized, and by placing multiple antennas at the base station, more power is provided to the receiver that receives the signal from the base station. It can provide high data rates and reliability. This millimeter wave communication system is capable of broadband transmission and is used in various fields such as satellite communication, mobile communication, radio navigation, earth exploration, and radio astronomy.

밀리미터파 통신시스템은 렌즈 어레이(lens array) 안테나 또는 위상 어레이(phased array) 안테나와 같은 저전력 안테나 기술을 적용한 어레이 안테나를 사용한다. Millimeter wave communication systems use array antennas using low-power antenna technology such as lens array antennas or phased array antennas.

렌즈 어레이 안테나는 전자기 렌즈와 상기 렌즈의 초점 영역에 배치된 복수개의 능동 안테나로 이루어진 어레이를 포함한다. 이러한 렌즈 어레이 안테나는 렌즈를 통해 신호를 서로 다른 안테나로 집중하여 수신하고, 렌즈를 통해 신호를 서로 다른 안테나로 집중하여 외부로 방사할 수 있다. 그러나, 렌즈 어레이 안테나는 신호의 송/수신 효율을 높이기 위해 여전히 많은 개수의 능동 안테나를 사용하고 있어 비용 절감 효과가 없고, 렌즈의 곡면을 구현하기 위해 복잡한 공정이 요구되는 문제가 있다. A lens array antenna includes an array consisting of an electromagnetic lens and a plurality of active antennas disposed in a focal area of the lens. These lens array antennas can receive signals by focusing them on different antennas through lenses, and can radiate them to the outside by focusing signals on different antennas through lenses. However, the lens array antenna still uses a large number of active antennas to increase signal transmission/reception efficiency, so there is no cost reduction effect and there is a problem that a complicated process is required to realize the curved surface of the lens.

위상 어레이 안테나는 복수개의 위상 변환기를 통해 복수개의 안테나에서 방사되는 신호의 위상을 조정할 수 있다. 이러한 위상 어레이 안테나는 복수개의 안테나를 재배치하지 않고, 신호의 위상 제어를 통해 빔 패턴의 방향을 바꿀 수 있어 고품질의 빔 패턴을 생성할 수 있다. 그러나, 위상 어레이 안테나는 복수개의 위상 변환기로 구성되는 피드 네트워크가 복잡하여 전체 크기가 증가되며, 여전히 많은 개수의 능동 안테나를 필요로 한다는 점에서 비용 절감의 효과가 낮은 문제가 있다. A phased array antenna can adjust the phases of signals radiated from a plurality of antennas through a plurality of phase converters. These phased array antennas can generate high-quality beam patterns by changing the direction of the beam pattern through phase control of the signal without rearranging a plurality of antennas. However, the phased array antenna has a complicated feed network consisting of a plurality of phase converters, which increases the overall size, and still requires a large number of active antennas, which has the problem of low cost reduction effect.

이러한 어레이 안테나의 단점을 해소하기 위해, 최근 복수개의 수동소자, 예컨대 수동 안테나소자로 구성된 지능형 표면(intelligent surface) 기술이 밀리미터파 통신시스템의 안테나에 적용되고 있다. To overcome these shortcomings of array antennas, intelligent surface technology consisting of a plurality of passive elements, for example, passive antenna elements, has recently been applied to antennas of millimeter wave communication systems.

지능형 표면은 송신단, 즉 기지국과 수신기 사이에 배치되어 신호를 전송 또는 수신하는 중간단 역할을 수행한다. 지능형 표면은 기지국과 무선채널을 통해 연결되어 빔 포밍 이득을 발생시키며 입사된 신호를 위상 변이하여 출력하는 것 외에 별도의 전력소모가 필요치 않아 저전력 소모의 이점이 있다. 이러한 지능형 표면은 복수개의 수동소자의 반사 또는 투과 특징에 따라 지능형 반사 표면(IRS, intelligent reflecting surface)과 지능형 전송 표면(ITS, intelligent transmitting surface)의 유형으로 구분할 수 있다. The intelligent surface is placed between the transmitting end, that is, the base station and the receiver, and acts as an intermediate end to transmit or receive signals. The intelligent surface is connected to the base station through a wireless channel to generate beam forming gain and has the advantage of low power consumption as it does not require any additional power consumption other than phase-shifting and outputting the incident signal. These intelligent surfaces can be divided into types of intelligent reflecting surface (IRS) and intelligent transmitting surface (ITS) depending on the reflection or transmission characteristics of a plurality of passive elements.

그러나, 지능형 반사 표면은 입사되는 신호를 반사하는 것이므로, 특정 지역, 예컨대 건물의 외벽이나 옥상 등에 설치되어야 하는 설치장소의 제한이 있다. 또한, 지능형 반사 표면은 기지국에서 전송된 신호를 수신기 방향으로 반사시켜 전송하게 되므로, 기지국과 수신기 사이에 생성되는 추가 무선채널로 인해 신호의 손실이 발생된다. However, since the intelligent reflective surface reflects incident signals, there are restrictions on the installation location where it must be installed in a specific area, such as the exterior wall or rooftop of a building. In addition, since the intelligent reflective surface reflects and transmits the signal transmitted from the base station toward the receiver, signal loss occurs due to the additional wireless channel created between the base station and the receiver.

한국공개특허 제10-2017-0031527호(2017.03.21.)Korean Patent Publication No. 10-2017-0031527 (2017.03.21.)

본 발명은 지능형 전송 표면 기반 송신안테나의 위상편이를 최적화할 수 있는 송신안테나 모델링 방법 및 이를 위한 모델링 장치를 제공하고자 하는 데 있다. The purpose of the present invention is to provide a transmission antenna modeling method and a modeling device for optimizing the phase shift of an intelligent transmission surface-based transmission antenna.

본 발명의 일 실시예에 따른 송신안테나 모델링방법은, 능동안테나 및 지능형 전송 표면을 포함하는 송신안테나의 모델링 방법이다. 이러한 모델링 방법은, 상기 능동안테나와 상기 지능형 전송 표면 간 제1무선채널을 모델링하고, 모델링 된 제1무선채널에 대한 제1채널 추정값을 산출하는 단계; 상기 지능형 전송 표면과 사용자단말 간 제2무선채널을 모델링하고, 모델링 된 제2무선채널에 대한 제2채널 추정값을 산출하는 단계; 및 상기 제1채널 추정값과 상기 제2채널 추정값에 기초하여 상기 송신안테나의 위상편이를 최적화하는 최적 위상편이값을 산출하는 단계를 포함한다.The transmission antenna modeling method according to an embodiment of the present invention is a method of modeling a transmission antenna including an active antenna and an intelligent transmission surface. This modeling method includes modeling a first wireless channel between the active antenna and the intelligent transmission surface and calculating a first channel estimate for the modeled first wireless channel; modeling a second wireless channel between the intelligent transmission surface and a user terminal and calculating a second channel estimate for the modeled second wireless channel; and calculating an optimal phase shift value that optimizes the phase shift of the transmission antenna based on the first channel estimate value and the second channel estimate value.

또한, 상기 제1채널 추정값을 산출하는 단계는, 상기 능동안테나를 기준으로 상기 지능형 전송 표면의 위치에 대한 제1구면좌표를 산출하고, 상기 지능형 전송 표면을 기준으로 상기 능동안테나의 위치에 대한 제2구면좌표를 산출하는 단계; 상기 제1구면좌표 및 상기 제2구면좌표에 기초하여 상기 제1무선채널을 추정하고, 추정된 제1무선채널에 대한 제1채널 행렬을 산출하는 단계; 및 기 설정된 기저대역에 대한 선행 부호화 행렬에 기초하여 상기 제1채널 행렬로부터 상기 제1채널 추정값을 산출하는 단계를 포함한다. In addition, the step of calculating the first channel estimate includes calculating first spherical coordinates for the position of the intelligent transmission surface with respect to the active antenna, and calculating first spherical coordinates for the position of the active antenna with respect to the intelligent transmission surface. Calculating 2-spherical coordinates; estimating the first wireless channel based on the first spherical coordinates and the second spherical coordinates, and calculating a first channel matrix for the estimated first wireless channel; and calculating the first channel estimate value from the first channel matrix based on a pre-set coding matrix for the baseband.

여기서, 상기 제1채널 추정값은, 상기 제1채널 행렬, 상기 기저대역에 대한 선행 부호화 행렬 및 상기 위상편이값의 곱으로 산출된다.Here, the first channel estimate value is calculated as a product of the first channel matrix, the preceding coding matrix for the baseband, and the phase shift value.

또한, 상기 제1채널 추정값을 산출하는 단계는, 상기 지능형 전송 표면의 수신전력에 기초하여 상기 제1채널 행렬을 근사화하는 단계를 더 포함한다. Additionally, calculating the first channel estimate further includes approximating the first channel matrix based on the received power of the intelligent transmission surface.

또한, 상기 제2채널 추정값을 산출하는 단계는, 상기 지능형 전송 표면과 상기 사용자 단말 간 하나 이상의 산란 채널 경로를 포함하는 상기 제2채널 추정값을 산출하는 단계이다. Additionally, calculating the second channel estimate includes calculating the second channel estimate including one or more scattering channel paths between the intelligent transmission surface and the user terminal.

또한, 상기 최적 위상편이값을 산출하는 단계는, 상기 제1채널 추정값과 상기 제2채널 추정값의 곱이 최대값이 되도록 하는 상기 최적 위상편이값을 산출하는 단계이다. In addition, the step of calculating the optimal phase shift value is a step of calculating the optimal phase shift value such that the product of the first channel estimate value and the second channel estimate value becomes a maximum value.

또한, 상기 최적 위상편이값을 산출하는 단계는, 상기 제2무선채널에 대한 복수개의 채널 관측값을 추출하는 단계; 상기 복수개의 채널 관측값에 기초하여 상기 송신안테나의 위상편이 추정값을 산출하는 단계; 상기 위상편이 추정값으로부터 기울기 및 제곱기울기 각각의 이동평균값을 산출하는 단계; 및 상기 기울기 및 제곱기울기 각각의 이동평균값에 기초하여 상기 송신안테나에 대한 상기 최적 위상편이값을 산출하는 단계를 포함한다. In addition, calculating the optimal phase shift value may include extracting a plurality of channel observation values for the second wireless channel; calculating a phase shift estimate of the transmission antenna based on the plurality of channel observations; calculating a moving average value of each slope and square slope from the estimated phase shift value; and calculating the optimal phase shift value for the transmission antenna based on the moving average values of each of the slope and square slope.

또한, 모델링 방법은, 상기 최적 위상편이값에 기초하여 상기 지능형 전송 표면의 복수의 엘리먼트 각각에 대한 위상편이를 조절하는 단계를 더 포함한다.Additionally, the modeling method further includes adjusting the phase shift for each of the plurality of elements of the intelligent transmission surface based on the optimal phase shift value.

본 발명의 실시예에 따른 송신안테나 모델링 장치는, 능동안테나 및 지능형 전송 표면을 포함하는 송신안테나를 모델링 하는 장치이다. 이러한 모델링 장치는, 상기 능동안테나와 상기 지능형 전송 표면 간 제1무선채널을 모델링하고, 모델링 된 제1무선채널에 대한 제1채널 추정값을 산출하는 제1채널 모델링부; 상기 지능형 전송 표면과 사용자단말 간 제2무선채널을 모델링하고, 모델링 된 제1무선채널에 대한 제1채널 추정값을 산출하는 제2채널 모델링부; 및 상기 제1채널 추정값과 상기 제2채널 추정값에 기초하여 상기 송신안테나의 위상편이를 최적화하는 최적 위상편이값을 산출하는 위상편이 최적화부를 포함한다. The transmission antenna modeling device according to an embodiment of the present invention is a device for modeling a transmission antenna including an active antenna and an intelligent transmission surface. This modeling device includes a first channel modeling unit that models a first wireless channel between the active antenna and the intelligent transmission surface and calculates a first channel estimate value for the modeled first wireless channel; a second channel modeling unit that models a second wireless channel between the intelligent transmission surface and a user terminal and calculates a first channel estimate value for the modeled first wireless channel; and a phase shift optimization unit that calculates an optimal phase shift value for optimizing the phase shift of the transmission antenna based on the first channel estimate value and the second channel estimate value.

상기 제1채널모델링부는, 상기 능동안테나를 기준으로 상기 지능형 전송 표면의 위치에 대한 제1구면좌표를 산출하고, 상기 지능형 전송 표면을 기준으로 상기 능동안테나의 위치에 대한 제2구면좌표를 산출하고, 상기 제1구면좌표 및 상기 제2구면좌표에 기초하여 제1채널 행렬을 산출하고, 기 설정된 기저대역에 대한 선행 부호화 행렬에 기초하여 상기 제1채널 행렬로부터 상기 제1무선채널에 대한 상기 제1채널 추정값을 산출한다. The first channel modeling unit calculates first spherical coordinates for the position of the intelligent transmission surface with respect to the active antenna, and calculates second spherical coordinates for the position of the active antenna with respect to the intelligent transmission surface, , Calculate a first channel matrix based on the first spherical coordinates and the second spherical coordinates, and calculate the first channel matrix for the first wireless channel from the first channel matrix based on a pre-set coding matrix for the baseband. Calculate 1 channel estimate.

여기서, 상기 제1채널 추정값은, 상기 제1채널 행렬, 상기 기저대역에 대한 선행 부호화 행렬 및 상기 위상편이값의 곱으로 산출된다. Here, the first channel estimate value is calculated as a product of the first channel matrix, the preceding coding matrix for the baseband, and the phase shift value.

상기 제2채널모델링부는, 상기 지능형 전송 표면과 상기 사용자 단말 간 하나 이상의 산란 채널 경로를 포함하는 상기 제2채널 추정값을 산출한다. The second channel modeling unit calculates the second channel estimate value including one or more scattering channel paths between the intelligent transmission surface and the user terminal.

상기 위상편이 최적화부는, 상기 제2무선채널에 대한 복수개의 채널 관측값을 추출하고, 상기 복수개의 채널 관측값에 기초하여 상기 송신안테나의 위상편이 추정값을 산출하고, 상기 위상편이 추정값으로부터 기울기 및 제곱기울기 각각의 이동평균값을 산출하며, 상기 기울기 및 제곱기울기 각각의 이동평균값에 기초하여 상기 최적 위상편이값을 산출한다. The phase shift optimization unit extracts a plurality of channel observation values for the second wireless channel, calculates a phase shift estimate of the transmission antenna based on the plurality of channel observations, and calculates a slope and square from the phase shift estimate. A moving average value of each slope is calculated, and the optimal phase shift value is calculated based on the moving average value of each slope and square slope.

또한, 모델링 장치는, 상기 최적 위상편이값에 기초하여 상기 지능형 전송 표면의 복수의 엘리먼트 각각에 대한 위상편이를 조절하는 위상편이 조절부를 더 포함한다.In addition, the modeling device further includes a phase shift adjustment unit that adjusts the phase shift for each of the plurality of elements of the intelligent transmission surface based on the optimal phase shift value.

본 발명에 따른 송신안테나 모델링 방법은, 송신안테나에 대한 최적의 위상편이값을 산출하고, 이를 통해 송신안테나의 지능형 전송 표면에 대한 신호 출력 위상을 조절함으로써, 송신안테나가 최적의 위상편이를 가지도록 모델링할 수 있다. The transmission antenna modeling method according to the present invention calculates the optimal phase shift value for the transmission antenna and adjusts the signal output phase for the intelligent transmission surface of the transmission antenna through this, so that the transmission antenna has an optimal phase shift. It can be modeled.

이에, 본 발명에 따른 모델링 된 송신안테나는, 신호 전송전력의 크기에 관계없이 사용자단말로의 신호 전송률을 높일 수 있다. Accordingly, the modeled transmission antenna according to the present invention can increase the signal transmission rate to the user terminal regardless of the size of the signal transmission power.

또한, 본 발명에 따른 모델링 된 송신안테나는, 사용자단말로 신호를 전송하는 무선채널에 복수의 산란 채널 경로가 존재하더라도 사용자단말로의 신호 전송률을 높일 수 있으며, 사용자단말이 원거리에 위치하여 신호 전송전력이 낮아지더라도 사용자단말로의 신호 전송률을 높일 수 있다. In addition, the modeled transmission antenna according to the present invention can increase the signal transmission rate to the user terminal even if a plurality of scattering channel paths exist in the wireless channel transmitting the signal to the user terminal, and transmit the signal when the user terminal is located at a long distance. Even if power is lowered, the signal transmission rate to the user terminal can be increased.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 송신안테나 모델링 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 송신안테나를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 송신안테나 모델링 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 도 3의 송신안테나의 위상편이를 최적화하는 단계를 구체적으로 나타내는 순서도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 의해 모델링 된 송신안테나의 성능을 나타내는 그래프들이다.
1 is a block diagram showing a transmission antenna modeling device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing the transmission antenna of FIG. 1.
Figure 3 is a flowchart showing a transmission antenna modeling method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart specifically illustrating steps for optimizing the phase shift of the transmission antenna of FIG. 3.
Figures 5 to 7 are graphs showing the performance of the transmission antenna modeled by the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to be understood by those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 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.In describing embodiments of the present invention, if a detailed description of a known function or configuration is judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. The terms described below are defined in consideration of functions in the embodiments of the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 송신안테나 모델링 장치를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing a transmission antenna modeling device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 모델링 장치(200)는 송신안테나(100)가 최적의 위상편이에 의해 최대의 전송효율을 가질 수 있도록 상기 송신안테나(100)를 모델링할 수 있다. Referring to FIG. 1, the modeling device 200 of this embodiment can model the transmission antenna 100 so that the transmission antenna 100 can have maximum transmission efficiency by optimal phase shift.

여기서, 송신안테나(100)는 밀리미터파(millimeter wave) 통신 환경에서 사용자단말(300) 방향으로 링크를 형성하는 하향링크(downlink) 통신 서비스를 제공할 수 있다. 이러한 송신안테나(100)는 능동(active)안테나(110)와 상기 능동안테나(110)로부터 소정거리로 이격된 지능형 전송 표면(120)을 포함할 수 있다. Here, the transmission antenna 100 can provide a downlink communication service that forms a link in the direction of the user terminal 300 in a millimeter wave communication environment. This transmitting antenna 100 may include an active antenna 110 and an intelligent transmitting surface 120 spaced a predetermined distance from the active antenna 110.

도 2는 도 1의 송신안테나를 개략적으로 나타내는 도면이다. FIG. 2 is a diagram schematically showing the transmission antenna of FIG. 1.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 송신안테나(100)의 능동안테나(110) 및 지능형 전송 표면(120) 각각은 하나 이상의 안테나 소자, 예컨대 엘리먼트(115, 125)를 포함할 수 있다. 여기서, 지능형 전송 표면(120)의 엘리먼트(125)는 다이오드, 필터 등의 수동소자를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, each of the active antenna 110 and the intelligent transmitting surface 120 of the transmitting antenna 100 of this embodiment may include one or more antenna elements, such as elements 115 and 125. Here, the elements 125 of the intelligent transmission surface 120 may include passive elements such as diodes and filters.

또한, 송신안테나(100)는 2개의 무선채널이 형성될 수 있다. 예컨대, 송신안테나(100)는 능동안테나(110)와 지능형 전송 표면(120) 사이에 형성된 제1무선채널(130) 및 지능형 전송 표면(120)과 사용자단말(300) 사이에 형성된 제2무선채널(140)을 포함할 수 있다. Additionally, the transmission antenna 100 can form two wireless channels. For example, the transmission antenna 100 has a first wireless channel 130 formed between the active antenna 110 and the intelligent transmission surface 120 and a second wireless channel formed between the intelligent transmission surface 120 and the user terminal 300. It may include (140).

이에, 송신안테나(100)는 능동안테나(110)에서 출력된 신호가 제1무선채널(130)을 통해 지능형 전송 표면(120)에 제공되고, 상기 지능형 전송 표면(120)에서는 수신된 신호를 투과시켜 제2무선채널(140)을 통해 사용자단말(300)로 전송할 수 있다. 이때, 능동안테나(110)로부터 지능형 전송 표면(120)에 전송된 신호는 상기 지능형 전송 표면(120)의 하나 이상의 엘리먼트(125)에 의해 그 위상이 편이될 수 있다. 이에, 지능형 전송 표면(120)은 위상편이 된 신호를 투과시켜 사용자단말(300)로 전송할 수 있다. Accordingly, the transmission antenna 100 provides the signal output from the active antenna 110 to the intelligent transmission surface 120 through the first wireless channel 130, and transmits the received signal through the intelligent transmission surface 120. It can be transmitted to the user terminal 300 through the second wireless channel 140. At this time, the signal transmitted from the active antenna 110 to the intelligent transmission surface 120 may have its phase shifted by one or more elements 125 of the intelligent transmission surface 120. Accordingly, the intelligent transmission surface 120 can transmit the phase-shifted signal to the user terminal 300.

이와 같이, 송신안테나(100)는 2개의 무선채널을 통해 위상편이 된 신호를 사용자단말(300)로 전송하게 되므로, 사용자단말(300)로의 신호 전송효율을 최대로 하기 위해서는 지능형 전송 표면(120)에서의 신호에 대한 최적의 위상편이가 요구될 수 있다. 이에, 본 실시예의 모델링 장치(200)는 송신안테나(100)가 최적의 위상편이를 가지도록 상기 송신안테나(100)를 모델링할 수 있다. In this way, the transmission antenna 100 transmits a phase-shifted signal to the user terminal 300 through two wireless channels, so in order to maximize signal transmission efficiency to the user terminal 300, the intelligent transmission surface 120 is used. An optimal phase shift for the signal may be required. Accordingly, the modeling device 200 of this embodiment can model the transmission antenna 100 so that the transmission antenna 100 has an optimal phase shift.

이에, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 모델링 장치(200)는 제1채널 모델링부(210), 제2채널 모델링부(220), 위상편이 최적화부(230) 및 위상편이 조절부(240)를 포함할 수 있다. Accordingly, as shown in FIG. 1, the modeling device 200 of this embodiment includes a first channel modeling unit 210, a second channel modeling unit 220, a phase shift optimization unit 230, and a phase shift adjustment unit ( 240) may be included.

제1채널 모델링부(210)는 송신안테나(100)의 제1무선채널(130), 즉 송신안테나(100)의 능동안테나(110)와 지능형 전송 표면(120) 사이의 제1무선채널(130)을 모델링할 수 있다. 제1채널 모델링부(210)는 제1무선채널(130)을 모델링한 결과에 따라 제1무선채널(130)에 대한 제1채널 추정값, 예컨대 제1채널 추정행렬을 산출할 수 있다. The first channel modeling unit 210 is configured to determine the first wireless channel 130 of the transmission antenna 100, that is, the first wireless channel 130 between the active antenna 110 of the transmission antenna 100 and the intelligent transmission surface 120. ) can be modeled. The first channel modeling unit 210 may calculate a first channel estimate value for the first wireless channel 130, for example, a first channel estimate matrix, according to the results of modeling the first wireless channel 130.

여기서, 제1채널 모델링부(210)는 능동안테나(110) 및 지능형 전송 표면(120)의 위치에 기초하여 구면좌표를 산출하고, 산출된 구면좌표에 기초하여 제1무선채널(130)에 대한 제1채널 행렬을 산출할 수 있다. Here, the first channel modeling unit 210 calculates spherical coordinates based on the positions of the active antenna 110 and the intelligent transmission surface 120, and based on the calculated spherical coordinates, the first wireless channel 130 The first channel matrix can be calculated.

또한, 제1채널 모델링부(210)는 기 설정된 기저대역 값, 예컨대 기저대역에 대한 선행 부호화(precoding) 행렬에 기초하여 제1채널 행렬로부터 송신안테나(100)의 제1채널 추정값을 산출할 수 있다. In addition, the first channel modeling unit 210 may calculate the first channel estimate value of the transmission antenna 100 from the first channel matrix based on a preset baseband value, for example, a precoding matrix for the baseband. there is.

이때, 제1채널 추정값은 송신안테나(100)에 대한 위상편이값을 포함할 수 있으며, 상기 제1채널 추정값은 제1채널 행렬, 기저대역의 선행 부호화 행렬 및 위상편이값의 곱으로 산출될 수 있다. At this time, the first channel estimate may include a phase shift value for the transmission antenna 100, and the first channel estimate may be calculated as the product of the first channel matrix, the baseband prior coding matrix, and the phase shift value. there is.

제2채널 모델링부(220)는 송신안테나(100)의 제2무선채널(140), 즉 송신안테나(100)의 지능형 전송 표면(120)과 사용자단말(300) 사이의 제2무선채널(140)을 모델링할 수 있다. 제2채널 모델링부(220)는 모델링 결과에 따라 제2무선채널(140)에 대한 제2채널 추정값, 예컨대 제2채널 추정행렬을 산출할 수 있다. The second channel modeling unit 220 is a second wireless channel 140 of the transmission antenna 100, that is, the second wireless channel 140 between the intelligent transmission surface 120 of the transmission antenna 100 and the user terminal 300. ) can be modeled. The second channel modeling unit 220 may calculate a second channel estimate value for the second wireless channel 140, for example, a second channel estimate matrix, according to the modeling result.

여기서, 제2무선채널(140)에는 복수의 산란 채널 경로가 포함될 수 있다. 이에, 제2채널 모델링부(220)는 복수의 산란 채널 경로 중 적어도 하나에 기초하여 제2무선채널(140)을 모델링하고, 그에 따른 제2채널 추정값을 산출할 수 있다. Here, the second wireless channel 140 may include a plurality of scattering channel paths. Accordingly, the second channel modeling unit 220 may model the second wireless channel 140 based on at least one of the plurality of scattering channel paths and calculate a second channel estimate value accordingly.

위상편이 최적화부(230)는 제1채널 추정값과 제2채널 추정값에 기초하여 송신안테나(100)의 위상편이를 최적화할 수 있는 최적 위상편이값을 산출할 수 있다.The phase shift optimization unit 230 may calculate an optimal phase shift value for optimizing the phase shift of the transmission antenna 100 based on the first channel estimate value and the second channel estimate value.

전술한 바와 같이, 제1채널 추정값에는 송신안테나(100)에 대한 위상편이값이 포함될 수 있다. 이에, 위상편이 최적화부(230)는 송신안테나(100)에서 사용자단말(300)로의 신호 전송률, 예컨대 제1채널 추정값과 제2채널 추정값의 식으로 나타낼 수 있는 신호 전송률이 최대값이 되도록 하는 제1채널 추정값의 위상편이값을 결정하여 최적 위상편이값으로 산출할 수 있다. As described above, the first channel estimate may include a phase shift value for the transmission antenna 100. Accordingly, the phase shift optimization unit 230 provides a system to ensure that the signal transmission rate from the transmission antenna 100 to the user terminal 300, for example, the signal transmission rate that can be expressed by the equation of the first channel estimate value and the second channel estimate value, becomes the maximum value. By determining the phase shift value of the 1-channel estimate value, the optimal phase shift value can be calculated.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 위상편이 최적화부(230)는 확률적 경사하강법(SGD, stochastic gradient descent) 알고리즘을 이용하여 최적 위상편이값을 산출할 수도 있다. Additionally, according to another embodiment of the present invention, the phase shift optimization unit 230 may calculate the optimal phase shift value using a stochastic gradient descent (SGD) algorithm.

위상편이 최적화부(230)는 제2채널 추정값에 기초하여 제2무선채널(140)에 대한 복수의 과거값, 예컨대 복수개의 채널 관찰값을 추출할 수 있다. 위상편이 최적화부(230)는 추출된 복수개의 채널 관찰값에 기초하여 위상편이 추정값을 산출하고, 이에 대한 기울기의 이동평균값을 산출할 수 있다. 이때, 위상편이 최적화부(230)는 위상편이 추정값의 기울기 및 제곱 기울기에 대한 이동평균값을 각각 산출할 수 있다. 위상편이 최적화부(230)는 산출된 기울기의 이동평균값에 기초하여 송신안테나(100)에 대한 최적 위상편이값을 산출할 수 있다. The phase shift optimization unit 230 may extract a plurality of past values for the second wireless channel 140, for example, a plurality of channel observation values, based on the second channel estimate value. The phase shift optimization unit 230 may calculate an estimated phase shift value based on a plurality of extracted channel observation values and calculate a moving average value of the slope for this value. At this time, the phase shift optimization unit 230 may calculate a moving average value for the slope and squared slope of the estimated phase shift value, respectively. The phase shift optimization unit 230 may calculate the optimal phase shift value for the transmission antenna 100 based on the moving average value of the calculated slope.

위상편이 조절부(240)는 위상편이 최적화부(230)에서 산출된 최적 위상편이값에 기초하여 송신안테나(100)의 신호 전송에 대한 위상편이를 최적화할 수 있다. The phase shift adjustment unit 240 may optimize the phase shift for signal transmission of the transmission antenna 100 based on the optimal phase shift value calculated by the phase shift optimization unit 230.

예컨대, 위상편이 조절부(240)는 최적 위상편이값에 기초하여 지능형 전송 표면(120)의 복수의 엘리먼트(125) 각각의 신호 출력 위상이 달라지도록 조절하여 송신안테나(100)의 위상편이를 최적화할 수 있다. For example, the phase shift adjuster 240 adjusts the signal output phase of each of the plurality of elements 125 of the intelligent transmission surface 120 to vary based on the optimal phase shift value to optimize the phase shift of the transmission antenna 100. can do.

이때, 최적 위상편이값은 행렬 또는 벡터 형태로 산출될 수 있으며, 지능형 전송 표면(120)의 복수의 엘리먼트(125) 각각에 대응되는 복수의 위상편이값들을 포함할 수 있다. At this time, the optimal phase shift value may be calculated in the form of a matrix or vector, and may include a plurality of phase shift values corresponding to each of the plurality of elements 125 of the intelligent transmission surface 120.

이와 같이, 본 실시예의 모델링 장치(200)는 송신안테나(100)에 대한 최적의 위상편이값을 산출하고, 이를 통해 송신안테나(100)의 지능형 전송 표면(120)에 대한 신호 출력 위상을 조절함으로써, 송신안테나(100)가 최적의 위상편이를 가지도록 모델링할 수 있다. 이에, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 모델링 된 송신안테나(100)는 신호 전송전력의 크기에 관계없이 송신안테나(100)에서 사용자단말(300)로의 신호 전송률을 높일 수 있다. In this way, the modeling device 200 of this embodiment calculates the optimal phase shift value for the transmission antenna 100 and adjusts the signal output phase on the intelligent transmission surface 120 of the transmission antenna 100 through this. , the transmission antenna 100 can be modeled to have an optimal phase shift. Accordingly, as shown in FIG. 5, the modeled transmission antenna 100 of this embodiment can increase the signal transmission rate from the transmission antenna 100 to the user terminal 300 regardless of the size of the signal transmission power.

또한, 본 실시예의 모델링 된 송신안테나(100)는 제2무선채널, 즉 송신안테나(100)와 사용자단말(300) 사이의 무선채널에 복수의 산란 채널 경로가 존재하더라도 송신안테나(100)에서 사용자단말(300)로의 신호 전송률을 높일 수 있다. 특히, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 모델링 된 송신안테나(100)는 지능형 전송 표면(120)의 복수의 엘리먼트(125)의 수를 증가시킴으로써 신호 전송률을 더욱 높일 수 있다. In addition, the modeled transmission antenna 100 of this embodiment can be used to transmit the user from the transmission antenna 100 even if a plurality of scattering channel paths exist in the second wireless channel, that is, the wireless channel between the transmission antenna 100 and the user terminal 300. The signal transmission rate to the terminal 300 can be increased. In particular, as shown in FIG. 6, the modeled transmission antenna 100 of this embodiment can further increase the signal transmission rate by increasing the number of elements 125 of the intelligent transmission surface 120.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 모델링 된 송신안테나(100)는 사용자단말(300)이 원거리에 위치하여 신호 전송전력이 낮아지더라도 송신안테나(100)에서 사용자단말(300)로의 신호 전송률을 높일 수 있다. In addition, as shown in FIG. 7, the modeled transmission antenna 100 of this embodiment is capable of transmitting from the transmission antenna 100 to the user terminal 300 even if the signal transmission power is low due to the user terminal 300 being located at a long distance. The signal transmission rate can be increased.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 송신안테나 모델링 방법을 나타내는 순서도이다. Figure 3 is a flowchart showing a transmission antenna modeling method according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 모델링 장치(200)의 제1채널 모델링부(210)는 송신안테나(100)의 내부의 제1무선채널(130)을 모델링하여 제1무선채널(130)에 대한 제1채널 추정값을 산출할 수 있다(S10).Referring to FIG. 3, the first channel modeling unit 210 of the modeling device 200 models the first wireless channel 130 inside the transmission antenna 100 and creates the first wireless channel 130 for the first wireless channel 130. A channel estimate value can be calculated (S10).

도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 송신안테나(100)는 소정 거리로 이격되어 배치된 능동안테나(110) 및 지능형 전송 표면(120)을 포함할 수 있다. 이에, 제1채널 모델링부(210)는 능동안테나(110)와 지능형 전송 표면(120) 사이의 제1무선채널(130)을 모델링하고, 모델링 된 제1무선채널(130)에 대한 제1채널 추정값을 산출할 수 있다. As described with reference to FIG. 2, the transmitting antenna 100 may include an active antenna 110 and an intelligent transmitting surface 120 arranged at a predetermined distance apart. Accordingly, the first channel modeling unit 210 models the first wireless channel 130 between the active antenna 110 and the intelligent transmission surface 120, and sets the first channel for the modeled first wireless channel 130. An estimate can be calculated.

제1채널 모델링부(210)가 제1채널 추정값을 산출하는 단계(S10)를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The step (S10) in which the first channel modeling unit 210 calculates the first channel estimate value will be described in detail as follows.

먼저, 제1채널 모델링부(210)는 능동안테나(110)를 기준으로 지능형 전송 표면(120)의 위치에 대한 제1구면좌표를 산출하고, 지능형 전송 표면(120)을 기준으로 능동안테나(110)의 위치에 대한 제2구면좌표를 산출할 수 있다. First, the first channel modeling unit 210 calculates the first spherical coordinates for the position of the intelligent transmission surface 120 based on the active antenna 110, and the active antenna 110 based on the intelligent transmission surface 120. ) can be calculated as the second spherical coordinates for the location.

여기서, 제1채널 모델링부(210)는 능동안테나(110)의 복수의 엘리먼트(115) 중 하나를 기준으로 지능형 전송 표면(120)의 복수의 엘리먼트(125)의 위치를 구면좌표로 구성하여 제1구면좌표를 산출할 수 있다. 또한, 제1채널 모델링부(210)는 지능형 전송 표면(120)의 복수의 엘리먼트(125) 중 하나를 기준으로 능동안테나(110)의 복수의 엘리먼트(115)의 위치를 구면좌표로 구성하여 제2구면좌표를 산출할 수 있다. Here, the first channel modeling unit 210 configures the positions of the plurality of elements 125 of the intelligent transmission surface 120 in spherical coordinates based on one of the plurality of elements 115 of the active antenna 110. 1 Spherical coordinates can be calculated. In addition, the first channel modeling unit 210 configures the positions of the plurality of elements 115 of the active antenna 110 in spherical coordinates based on one of the plurality of elements 125 of the intelligent transmission surface 120. Two-spherical coordinates can be calculated.

이어, 제1채널 모델링부(210)는 산출된 제1구면좌표 및 제2구면좌표에 기초하여 제1무선채널(130)을 추정하고, 추정된 제1무선채널(130)에 대하여 아래 [수학식 1]과 같이 제1채널 행렬(Γ)을 산출할 수 있다.Next, the first channel modeling unit 210 estimates the first wireless channel 130 based on the calculated first spherical coordinates and second spherical coordinates, and the estimated first wireless channel 130 is calculated as follows [mathematics] The first channel matrix (Γ) can be calculated as shown in Equation 1.

[수학식 1][Equation 1]

여기서, λ는 특정 주파수, 예컨대 28GHz에서의 파장이고, ravg는 능동안테나와 지능형 전송 표면 사이의 평균 거리이고, ru,v는 능동안테나와 지능형 전송 표면 사이의 거리이고, pITS는 지능형 전송 표면의 전력효율이고, θ는 능동안테나에 대한 지능형 전송 표면의 고도각이고, G()는 능동안테나와 지능형 전송 표면의 안테나 게인이고, 는 지능형 전송 표면에 대한 능동안테나의 상대좌표이고, 는 능동안테나에 지능형 전송 표면의 상대좌표일 수 있다.where λ is the wavelength at a specific frequency, e.g. 28 GHz, r avg is the average distance between the active antenna and the intelligent transmission surface, r u,v is the distance between the active antenna and the intelligent transmission surface, and p ITS is the intelligent transmission surface. is the power efficiency of the surface, θ is the elevation angle of the intelligent transmitting surface with respect to the active antenna, G() is the antenna gain of the active antenna and the intelligent transmitting surface, and is the relative coordinate of the active antenna with respect to the intelligent transmission surface, and may be the relative coordinates of the intelligent transmission surface on the active antenna.

이때, 제1채널 모델링부(210)는 능동안테나(110)에서 지능형 전송 표면(120)으로 전송된 신호 전송전력, 즉 지능형 전송 표면(120)의 수신전력에 기초하여 아래 [수학식 2]와 같이 제1채널 행렬(Γ)을 근사화할 수 있다. At this time, the first channel modeling unit 210 uses [Equation 2] below based on the signal transmission power transmitted from the active antenna 110 to the intelligent transmission surface 120, that is, the reception power of the intelligent transmission surface 120. Likewise, the first channel matrix (Γ) can be approximated.

[수학식 2][Equation 2]

계속해서, 제1채널 모델링부(210)는 기 설정된 기저대역에 대한 선행 부호화 행렬(W)에 기초하여 아래 [수학식 3]에 따라 제1채널 행렬(Γ)로부터 제1무선채널(130)에 대한 제1채널 추정값(F)을 산출할 수 있다. Subsequently, the first channel modeling unit 210 calculates the first wireless channel 130 from the first channel matrix (Γ) according to [Equation 3] below based on the preceding coding matrix (W) for the preset baseband. The first channel estimate value (F) for can be calculated.

[수학식 3][Equation 3]

여기서, ФITS는 송신안테나의 지능형 전송 표면의 위상편이값일 수 있다.Here, Ф ITS may be the phase shift value of the intelligent transmission surface of the transmission antenna.

즉, 제1채널 모델링부(210)는 송신안테나(100)의 능동안테나(110)와 지능형 전송 표면(120) 간 위치에 따른 2개의 구면좌표에 기초하여 제1채널 행렬(Γ)을 산출하고, 기저대역의 부호화 행렬(W)에 기초하여 제1무선채널(130)에 대한 제1채널 추정값(F)을 산출할 수 있다. 이때, 제1채널 추정값(F)은 제1채널 행렬(Γ), 선행 부호화 행렬(W) 및 위상편이값(ФITS)의 곱으로 산출될 수 있다. That is, the first channel modeling unit 210 calculates the first channel matrix Γ based on two spherical coordinates according to the position between the active antenna 110 of the transmission antenna 100 and the intelligent transmission surface 120, , the first channel estimate value (F) for the first wireless channel 130 can be calculated based on the baseband coding matrix (W). At this time, the first channel estimate value (F) can be calculated as the product of the first channel matrix (Γ), the preceding coding matrix (W), and the phase shift value (Ф ITS ).

다음으로, 모델링 장치(200)의 제2채널 모델링부(220)는 송신안테나(100)와 사용자단말(300) 사이의 제2무선채널(140)을 모델링하고, 모델링 된 제2무선채널(140)에 대한 제2채널 추정값(H)을 산출할 수 있다(S20).Next, the second channel modeling unit 220 of the modeling device 200 models the second wireless channel 140 between the transmission antenna 100 and the user terminal 300, and the modeled second wireless channel 140 ) can be calculated (S20).

제2채널 모델링부(220)는 제2무선채널(140)의 복수의 산란 채널 경로에 기초하여 아래 [수학식 4]와 같이 제2채널 추정값(H)을 산출할 수 있다.The second channel modeling unit 220 may calculate the second channel estimate value (H) as shown in [Equation 4] below based on the plurality of scattering channel paths of the second wireless channel 140.

[수학식 4][Equation 4]

여기서, Lpath는 채널 경로의 수이고, a1은 l번째 채널 경로의 채널 상수이고, 는 사용자단말의 수신안테나에 대한 스티어링 벡터이고, 는 지능형 송신 표면의 스티어링 벡터일 수 있다. Here, L path is the number of channel paths, a 1 is the channel constant of the lth channel path, is the steering vector for the receiving antenna of the user terminal, may be the steering vector of the intelligent transmit surface.

계속해서, 모델링 장치(200)의 위상편이 최적화부(230)는 제1채널 추정값(F)과 제2채널 추정값(H)에 기초하여 송신안테나(100)의 위상편이를 최적화할 수 있다(S30).Subsequently, the phase shift optimization unit 230 of the modeling device 200 may optimize the phase shift of the transmission antenna 100 based on the first channel estimate value (F) and the second channel estimate value (H) (S30) ).

예컨대, 위상편이 최적화부(230)는 기 산출된 제1채널 추정값(F)과 제2채널 추정값(H)을 곱한 결과값이 최대가 되도록 하는 위상편이값, 즉 최적 위상편이값을 산출할 수 있다. For example, the phase shift optimization unit 230 can calculate a phase shift value such that the result of multiplying the previously calculated first channel estimate value (F) and the second channel estimate value (H) is maximum, that is, the optimal phase shift value. there is.

여기서, 제1채널 추정값(F)과 제2채널 추정값(H)의 곱은 송신안테나(100)의 신호 전송효율, 예컨대 사용자단말(300)에서의 평균 전송율을 나타낼 수 있다. 이에, 위상편이 최적화부(230)는 제1채널 추정값(F)의 위상편이값(ФITS)의 크기를 변화시키면서 신호 전송효율의 최대값을 추출하고, 추출된 신호 전송효율의 최대값에 대응되는 위상편이값(ФITS)을 최적 위상편이값으로 산출할 수 있다. Here, the product of the first channel estimate value (F) and the second channel estimate value (H) may represent the signal transmission efficiency of the transmission antenna 100, for example, the average transmission rate of the user terminal 300. Accordingly, the phase shift optimization unit 230 extracts the maximum value of signal transmission efficiency while changing the size of the phase shift value (Ф ITS ) of the first channel estimate value (F), and corresponds to the maximum value of the extracted signal transmission efficiency. The phase shift value (Ф ITS ) can be calculated as the optimal phase shift value.

또한, 위상편이 최적화부(230)는 확률적 경사하강법 알고리즘을 이용하여 최적 위상편이값을 산출할 수 있다. 이에, 도 4를 참고하여 위상편이 최적화부(230)의 최적 위상편이값 산출 방법을 구체적으로 설명하기로 한다. Additionally, the phase shift optimization unit 230 may calculate the optimal phase shift value using a stochastic gradient descent algorithm. Accordingly, a method of calculating the optimal phase shift value of the phase shift optimization unit 230 will be described in detail with reference to FIG. 4.

도 4는 도 3의 송신안테나의 위상편이를 최적화하는 단계를 구체적으로 나타내는 순서도이다. FIG. 4 is a flowchart specifically illustrating steps for optimizing the phase shift of the transmission antenna of FIG. 3.

도 4를 참조하면, 위상편이 최적화부(230)는 기 산출된 제2채널 추정값(H)에 기초하여 제2무선채널(140)에 대한 복수의 과거값, 예컨대 복수개의 채널 관측값을 추출할 수 있다(S110). Referring to FIG. 4, the phase shift optimization unit 230 extracts a plurality of past values, for example, a plurality of channel observation values for the second wireless channel 140 based on the previously calculated second channel estimate value (H). (S110).

이어, 위상편이 최적화부(230)는 추출된 복수개의 채널 관측값에 기초하여 아래 [수학식 5]와 같이, 송신안테나(100)에 대한 위상편이 추정값을 산출할 수 있다(S120).Next, the phase shift optimization unit 230 may calculate a phase shift estimate for the transmission antenna 100 as shown in [Equation 5] below based on the extracted plurality of channel observation values (S120).

[수학식 5][Equation 5]

여기서, K는 채널 관측값의 개수이고, PBS는 능동안테나의 송신전력이고, σ2은 가산성 백색 가우시안 노이드의 전력이고, Hi,k는 k번째 채널 관찰값일 수 있다.Here, K is the number of channel observations, P BS is the transmission power of the active antenna, σ 2 is the power of the additive white Gaussian nod, and H i,k may be the kth channel observation value.

한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 위상편이 최적화부(230)는 기 설정된 분할값에 기초하여 복수개의 채널 관측값 개수를 분할하고, 그에 따라 각각이 적어도 하나의 채널 관측값을 갖는 하나 이상의 데이터 그룹을 생성할 수 있다. Meanwhile, although not shown in the drawing, the phase shift optimization unit 230 divides the number of channel observations based on a preset division value, and accordingly creates one or more data groups each having at least one channel observation value. can be created.

그리고, 위상편이 최적화부(230)는 전술된 [수학식 5]에 따라 각 데이터 그룹에서 위상편이 추정값을 산출할 수도 있다. Additionally, the phase shift optimization unit 230 may calculate an estimated phase shift value in each data group according to the above-described [Equation 5].

다음으로, 위상편이 최적화부(230)는 [수학식 6]과 같이 위상편이 추정값을 미분하고, [수학식 7]과 같이 위상편이 추정값에 대한 기울기 및 제곱 기울기 각각의 이동평균값(m, v)을 산출할 수 있다(S130).Next, the phase shift optimization unit 230 differentiates the estimated phase shift value as in [Equation 6], and calculates the moving average values (m, v) of the slope and squared slope for the estimated phase shift value as in [Equation 7], respectively. can be calculated (S130).

[수학식 6][Equation 6]

여기서, 은 [수학식 5]의 합 기호 안의 식일 수 있다.here, may be an expression within the sum symbol of [Equation 5].

[수학식 7] [Equation 7]

여기서, m은 기울기의 이동평균값이고, v는 제곱 기울기의 이동평균값이고, δ1 및 δ2는 감쇠 속도 파라미터일 수 있다.Here, m is the moving average value of the slope, v is the moving average value of the squared slope, and δ 1 and δ 2 may be decay rate parameters.

이어, 위상편이 최적화부(230)는 산출된 기울기의 이동평균값(m)과 제곱 기울기의 이동평균값(v)에 기초하여 [수학식 8]과 같이 송신안테나(100)의 최적 위상편이값을 산출할 수 있다(S140).Next, the phase shift optimization unit 230 calculates the optimal phase shift value of the transmission antenna 100 as shown in [Equation 8] based on the calculated moving average value (m) of the slope and the moving average value (v) of the squared slope. You can do it (S140).

[수학식 8][Equation 8]

여기서, τ는 학습률이고, ε은 상수값일 수 있다. Here, τ is the learning rate, and ε may be a constant value.

다시 도 3을 참조하면, 모델링 장치(200)의 위상편이 조절부(240)는 최적 위상편이값에 기초하여 송신안테나(100)의 지능형 전송 표면(120)에 포함된 복수의 엘리먼트(125) 각각의 신호 출력 위상이 달라지도록 조절하여 송신안테나(100)의 위상편이를 최적화할 수 있다(S40).Referring again to FIG. 3, the phase shift adjustment unit 240 of the modeling device 200 adjusts each of the plurality of elements 125 included in the intelligent transmission surface 120 of the transmission antenna 100 based on the optimal phase shift value. The phase shift of the transmission antenna 100 can be optimized by adjusting the signal output phase to vary (S40).

상술한 바와 같이, 본 실시예의 송신안테나 모델링 방법은, 송신안테나(100)에 대한 최적의 위상편이값을 산출하고, 이를 통해 송신안테나(100)의 지능형 전송 표면(120)에 대한 신호 출력 위상을 조절함으로써, 송신안테나(100)가 최적의 위상편이를 가지도록 모델링할 수 있다. As described above, the transmission antenna modeling method of this embodiment calculates the optimal phase shift value for the transmission antenna 100, and thereby determines the signal output phase for the intelligent transmission surface 120 of the transmission antenna 100. By adjusting, the transmission antenna 100 can be modeled to have an optimal phase shift.

이에, 본 실시예의 모델링 방법에 의해 모델링 된 송신안테나(100)는 신호 전송전력의 크기에 관계없이 송신안테나(100)에서 사용자단말(300)로의 신호 전송률을 높일 수 있다. 또한, 본 실시예의 모델링 된 송신안테나(100)는 외부, 즉 사용자단말(300)로 신호를 전송하는 무선채널에 복수의 산란 채널 경로가 존재하더라도 송신안테나(100)에서 사용자단말(300)로의 신호 전송률을 높일 수 있으며, 사용자단말(300)이 원거리에 위치하여 신호 전송전력이 낮아지더라도 송신안테나(100)에서 사용자단말(300)로의 신호 전송률을 높일 수 있다. Accordingly, the transmission antenna 100 modeled by the modeling method of this embodiment can increase the signal transmission rate from the transmission antenna 100 to the user terminal 300 regardless of the size of the signal transmission power. In addition, the modeled transmission antenna 100 of the present embodiment transmits the signal from the transmission antenna 100 to the user terminal 300 even if a plurality of scattering channel paths exist in the wireless channel transmitting the signal to the outside, that is, to the user terminal 300. The transmission rate can be increased, and the signal transmission rate from the transmission antenna 100 to the user terminal 300 can be increased even if the signal transmission power is low because the user terminal 300 is located at a long distance.

이상에서 설명된 본 발명의 블록도의 각 블록과 순서도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 인코딩 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 인코딩 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 순서도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방법으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 순서도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 순서도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.Combinations of each block of the block diagram of the present invention and each step of the flowchart described above may be performed by computer program instructions. Since these computer program instructions can be mounted on the encoding processor of a general-purpose computer, special-purpose computer, or other programmable data processing equipment, the instructions performed through the encoding processor of the computer or other programmable data processing equipment are included in each block or block of the block diagram. Each step of the flowchart creates a means to perform the functions described. These computer program instructions may also be stored in computer-usable or computer-readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement a function in a particular way, so that the computer-usable or computer-readable memory The instructions stored in can also produce manufactured items containing instruction means that perform the functions described in each block of the block diagram or each step of the flow chart. Computer program instructions can also be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, so that a series of operational steps are performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a process that is executed by the computer, thereby generating a process that is executed by the computer or other programmable data processing equipment. Instructions that perform processing equipment may also provide steps for executing functions described in each block of the block diagram and each step of the flowchart.

또한, 각 블록 또는 각 단계는 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 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.Additionally, each block or each step may represent a module, segment, or portion of code that includes one or more executable instructions for executing specified logical function(s). Additionally, it should be noted that in some alternative embodiments it is possible for the functions mentioned in the blocks or steps to occur out of order. For example, two blocks or steps shown in succession may in fact be performed substantially simultaneously, or the blocks or steps may sometimes be performed in reverse order depending on the corresponding function.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art will be able to make various modifications and variations without departing from the essential quality of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention shall be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto shall be construed as being included in the scope of rights of the present invention.

100: 송신안테나
110: 능동안테나
120: 지능형 전송 표면
200: 모델링 장치
210: 제1채널 모델링부
220: 제2채널 모델링부
230: 위상편이 최적화부
240: 위상편이 조절부
300: 사용자단말
100: Transmitting antenna
110: Active antenna
120: Intelligent transmission surface
200: modeling device
210: First channel modeling unit
220: Second channel modeling unit
230: Phase shift optimization unit
240: Phase shift control unit
300: User terminal

Claims (16)

능동(active)안테나 및 지능형 전송 표면(ITS, intelligent transmitting surface)을 포함하는 송신안테나의 모델링 방법으로,
상기 능동안테나와 상기 지능형 전송 표면 간 제1무선채널을 모델링하고, 모델링 된 제1무선채널에 대한 제1채널 추정값을 산출하는 단계;
상기 지능형 전송 표면과 사용자단말 간 제2무선채널을 모델링하고, 모델링 된 제2무선채널에 대한 제2채널 추정값을 산출하는 단계; 및
상기 제1채널 추정값과 상기 제2채널 추정값에 기초하여 상기 송신안테나의 위상편이를 최적화하는 최적 위상편이값을 산출하는 단계를 포함하는 송신안테나 모델링 방법.
A modeling method of a transmitting antenna including an active antenna and an intelligent transmitting surface (ITS),
modeling a first wireless channel between the active antenna and the intelligent transmission surface and calculating a first channel estimate for the modeled first wireless channel;
modeling a second wireless channel between the intelligent transmission surface and a user terminal and calculating a second channel estimate for the modeled second wireless channel; and
A transmission antenna modeling method comprising calculating an optimal phase shift value that optimizes the phase shift of the transmission antenna based on the first channel estimate value and the second channel estimate value.
제1항에 있어서,
상기 제1채널 추정값을 산출하는 단계는,
상기 능동안테나를 기준으로 상기 지능형 전송 표면의 위치에 대한 제1구면좌표를 산출하고, 상기 지능형 전송 표면을 기준으로 상기 능동안테나의 위치에 대한 제2구면좌표를 산출하는 단계;
상기 제1구면좌표 및 상기 제2구면좌표에 기초하여 상기 제1무선채널을 추정하고, 추정된 제1무선채널에 대한 제1채널 행렬을 산출하는 단계; 및
기 설정된 기저대역에 대한 선행 부호화(precoding) 행렬에 기초하여 상기 제1채널 행렬로부터 상기 제1채널 추정값을 산출하는 단계를 포함하는 송신안테나 모델링 방법.
According to paragraph 1,
The step of calculating the first channel estimate value is,
Calculating first spherical coordinates for the position of the intelligent transmission surface with respect to the active antenna, and calculating second spherical coordinates for the position of the active antenna with respect to the intelligent transmission surface;
estimating the first wireless channel based on the first spherical coordinates and the second spherical coordinates, and calculating a first channel matrix for the estimated first wireless channel; and
A transmission antenna modeling method comprising calculating the first channel estimate value from the first channel matrix based on a precoding matrix for a preset baseband.
제2항에 있어서,
상기 제1채널 추정값은,
상기 제1채널 행렬, 상기 기저대역에 대한 선행 부호화 행렬 및 상기 위상편이값의 곱으로 산출되는 송신안테나 모델링 방법.
According to paragraph 2,
The first channel estimate value is,
A transmission antenna modeling method calculated as a product of the first channel matrix, the preceding coding matrix for the baseband, and the phase shift value.
제2항에 있어서,
상기 제1채널 추정값을 산출하는 단계는,
상기 지능형 전송 표면의 수신전력에 기초하여 상기 제1채널 행렬을 근사화하는 단계를 더 포함하는 송신안테나 모델링 방법.
According to paragraph 2,
The step of calculating the first channel estimate value is,
A transmission antenna modeling method further comprising approximating the first channel matrix based on the received power of the intelligent transmission surface.
제1항에 있어서,
상기 제2채널 추정값을 산출하는 단계는,
상기 지능형 전송 표면과 상기 사용자 단말 간 하나 이상의 산란 채널 경로를 포함하는 상기 제2채널 추정값을 산출하는 단계인 송신안테나 모델링 방법.
According to paragraph 1,
The step of calculating the second channel estimate value is,
A transmission antenna modeling method comprising calculating the second channel estimate including one or more scattering channel paths between the intelligent transmission surface and the user terminal.
제1항에 있어서,
상기 최적 위상편이값을 산출하는 단계는,
상기 제1채널 추정값과 상기 제2채널 추정값의 곱이 최대값이 되도록 하는 상기 최적 위상편이값을 산출하는 단계인 송신안테나 모델링 방법.
According to paragraph 1,
The step of calculating the optimal phase shift value is,
A transmission antenna modeling method comprising calculating the optimal phase shift value such that the product of the first channel estimate value and the second channel estimate value becomes a maximum value.
제1항에 있어서,
상기 최적 위상편이값을 산출하는 단계는,
상기 제2무선채널에 대한 복수개의 채널 관측값을 추출하는 단계;
상기 복수개의 채널 관측값에 기초하여 상기 송신안테나의 위상편이 추정값을 산출하는 단계;
상기 위상편이 추정값으로부터 기울기 및 제곱기울기 각각의 이동평균값을 산출하는 단계; 및
상기 기울기 및 제곱기울기 각각의 이동평균값에 기초하여 상기 송신안테나에 대한 상기 최적 위상편이값을 산출하는 단계를 포함하는 송신안테나 모델링 방법.
According to paragraph 1,
The step of calculating the optimal phase shift value is,
extracting a plurality of channel observations for the second wireless channel;
calculating a phase shift estimate of the transmission antenna based on the plurality of channel observations;
calculating a moving average value of each slope and square slope from the estimated phase shift value; and
A transmission antenna modeling method comprising calculating the optimal phase shift value for the transmission antenna based on moving average values of each of the slope and square slope.
제1항에 있어서,
상기 최적 위상편이값에 기초하여 상기 지능형 전송 표면의 복수의 엘리먼트(element) 각각에 대한 위상편이를 조절하는 단계를 더 포함하는 송신안테나 모델링 방법.
According to paragraph 1,
A transmission antenna modeling method further comprising adjusting the phase shift for each of a plurality of elements of the intelligent transmission surface based on the optimal phase shift value.
능동안테나 및 지능형 전송 표면을 포함하는 송신안테나를 모델링 하는 모델링 장치로,
상기 능동안테나와 상기 지능형 전송 표면 간 제1무선채널을 모델링하고, 모델링 된 제1무선채널에 대한 제1채널 추정값을 산출하는 제1채널모델링부;
상기 지능형 전송 표면과 사용자단말 간 제2무선채널을 모델링하고, 모델링 된 제2무선채널에 대한 제2채널 추정값을 산출하는 제2채널모델링부; 및
상기 제1채널 추정값과 상기 제2채널 추정값에 기초하여 상기 송신안테나의 위상편이를 최적화하는 최적 위상편이값을 산출하는 위상편이 최적화부를 포함하는 송신안테나 모델링 장치.
A modeling device that models transmitting antennas including active antennas and intelligent transmitting surfaces.
a first channel modeling unit that models a first wireless channel between the active antenna and the intelligent transmission surface and calculates a first channel estimate value for the modeled first wireless channel;
a second channel modeling unit that models a second wireless channel between the intelligent transmission surface and the user terminal and calculates a second channel estimate value for the modeled second wireless channel; and
A transmission antenna modeling device including a phase shift optimization unit that calculates an optimal phase shift value for optimizing the phase shift of the transmission antenna based on the first channel estimate value and the second channel estimate value.
제9항에 있어서,
상기 제1채널모델링부는,
상기 능동안테나를 기준으로 상기 지능형 전송 표면의 위치에 대한 제1구면좌표를 산출하고, 상기 지능형 전송 표면을 기준으로 상기 능동안테나의 위치에 대한 제2구면좌표를 산출하고, 상기 제1구면좌표 및 상기 제2구면좌표에 기초하여 제1채널 행렬을 산출하고, 기 설정된 기저대역에 대한 선행 부호화 행렬에 기초하여 상기 제1채널 행렬로부터 상기 제1무선채널에 대한 상기 제1채널 추정값을 산출하는 송신안테나 모델링 장치.
According to clause 9,
The first channel modeling unit,
Calculate first spherical coordinates for the position of the intelligent transmission surface based on the active antenna, calculate second spherical coordinates for the position of the active antenna with respect to the intelligent transmission surface, and calculate the first spherical coordinates and Transmission for calculating a first channel matrix based on the second spherical coordinates and calculating the first channel estimate for the first wireless channel from the first channel matrix based on a pre-set coding matrix for the baseband Antenna modeling device.
제10항에 있어서,
상기 제1채널 추정값은,
상기 제1채널 행렬, 상기 기저대역에 대한 선행 부호화 행렬 및 상기 위상편이값의 곱으로 산출되는 송신안테나 모델링 장치.
According to clause 10,
The first channel estimate value is,
A transmission antenna modeling device calculated as a product of the first channel matrix, the preceding coding matrix for the baseband, and the phase shift value.
제9항에 있어서,
상기 제2채널모델링부는,
상기 지능형 전송 표면과 상기 사용자 단말 간 하나 이상의 산란 채널 경로를 포함하는 상기 제2채널 추정값을 산출하는 송신안테나 모델링 장치.
According to clause 9,
The second channel modeling unit,
A transmission antenna modeling device for calculating the second channel estimate including one or more scattering channel paths between the intelligent transmission surface and the user terminal.
제9항에 있어서,
상기 위상편이 최적화부는,
상기 제2무선채널에 대한 복수개의 채널 관측값을 추출하고, 상기 복수개의 채널 관측값에 기초하여 상기 송신안테나의 위상편이 추정값을 산출하고, 상기 위상편이 추정값으로부터 기울기 및 제곱기울기 각각의 이동평균값을 산출하며, 상기 기울기 및 제곱기울기 각각의 이동평균값에 기초하여 상기 최적 위상편이값을 산출하는 송신안테나 모델링 장치.
According to clause 9,
The phase shift optimization unit,
Extract a plurality of channel observation values for the second wireless channel, calculate an estimated phase shift value of the transmission antenna based on the plurality of channel observation values, and calculate moving average values of each slope and square slope from the estimated phase shift value. A transmission antenna modeling device that calculates the optimal phase shift value based on moving average values of each of the slope and square slope.
제9항에 있어서,
상기 최적 위상편이값에 기초하여 상기 지능형 전송 표면의 복수의 엘리먼트 각각에 대한 위상편이를 조절하는 위상편이 조절부를 더 포함하는 송신안테나 모델링 장치.
According to clause 9,
A transmission antenna modeling device further comprising a phase shift adjuster that adjusts the phase shift for each of the plurality of elements of the intelligent transmission surface based on the optimal phase shift value.
컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서,
상기 컴퓨터 프로그램은,
송신안테나의 능동안테나와 지능형 전송 표면 간 제1무선채널을 모델링하고, 모델링 된 제1무선채널에 대한 제1채널 추정값을 산출하는 단계;
상기 지능형 전송 표면과 사용자단말 간 제2무선채널을 모델링하고, 모델링 된 제2무선채널에 대한 제2채널 추정값을 산출하는 단계; 및
상기 제1채널 추정값과 상기 제2채널 추정값에 기초하여 상기 송신안테나의 위상편이를 최적화하는 최적 위상편이값을 산출하는 단계를 포함하는 송신안테나 모델링 방법을 수행하기 위한 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
A computer-readable recording medium storing a computer program,
The computer program is,
modeling a first wireless channel between the active antenna of the transmitting antenna and the intelligent transmission surface, and calculating a first channel estimate for the modeled first wireless channel;
modeling a second wireless channel between the intelligent transmission surface and a user terminal and calculating a second channel estimate for the modeled second wireless channel; and
A computer-readable record containing instructions for performing a transmission antenna modeling method including calculating an optimal phase shift value for optimizing the phase shift of the transmission antenna based on the first channel estimate value and the second channel estimate value. media.
컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서,
상기 컴퓨터 프로그램은,
송신안테나의 능동안테나와 지능형 전송 표면 간 제1무선채널을 모델링하고, 모델링 된 제1무선채널에 대한 제1채널 추정값을 산출하는 단계;
상기 지능형 전송 표면과 사용자단말 간 제2무선채널을 모델링하고, 모델링 된 제2무선채널에 대한 제2채널 추정값을 산출하는 단계; 및
상기 제1채널 추정값과 상기 제2채널 추정값에 기초하여 상기 송신안테나의 위상편이를 최적화하는 최적 위상편이값을 산출하는 단계를 포함하는 송신안테나 모델링 방법을 수행하기 위한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램.
A computer program stored on a computer-readable recording medium,
The computer program is,
modeling a first wireless channel between the active antenna of the transmitting antenna and the intelligent transmission surface, and calculating a first channel estimate for the modeled first wireless channel;
modeling a second wireless channel between the intelligent transmission surface and a user terminal and calculating a second channel estimate for the modeled second wireless channel; and
A computer program including instructions for performing a transmission antenna modeling method, including calculating an optimal phase shift value that optimizes the phase shift of the transmission antenna based on the first channel estimate value and the second channel estimate value.
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