WO2020050437A1 - Thz 안테나 특성을 고려한 빔 관리 방법 - Google Patents

Thz 안테나 특성을 고려한 빔 관리 방법 Download PDF

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최국헌
강지원
이호재
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to wireless communication, and more particularly, to a beam management method in consideration of THz antenna characteristics and a terminal therefor.
  • RAT radio access technology
  • an RF frontend, antenna, lens, and / or waveguide may be basically combined according to the RF capability of the terminal.
  • the THz beam structure may appear in a different form from the beam structure used in the existing communication system. Therefore, beam management suitable for such a structure is required.
  • the technical problem to be achieved in the present invention is to provide a beam management method suitable for the THz antenna structure.
  • the present invention is to provide an antenna structure for THz beam gain and steering enhancement, and to newly provide a beam management area of messages transmitted and received between a base station and a terminal.
  • a terminal performing beam management in a wireless access system includes a radio frequency (RF) unit and a processor, and the processor is the RF unit Control to receive information including a beam management region (beam management region) from the base station.
  • the beam management region may be composed of a reference signal (RS) and preamble region, a first transition time region for transmission beam steering, and a second transition time region for reception beam steering. .
  • RS reference signal
  • information including the beam management area in a terminal performing beam management in a wireless access system includes information of a transmission area for initial access It may have a transmission priority lower than that of transmission and reception and may have a transmission priority higher than that of other downlink and uplink channels.
  • the RF unit in a terminal performing beam management (beam management) in a wireless access system, includes an external lens, a hyper-hemispherical lens, a phase shifter and Attenuator may further include at least one.
  • the processor in the terminal performing beam management (beam management) in a wireless access system, the processor further includes a mechanical beam steering controller, and the mechanical beam The steering controller can control the external lens to steer the primary steered beam secondary.
  • a method for performing beam management of a terminal in a wireless access system improves communication performance through a THz antenna structure capable of efficiently performing beam steering and a beam management area of a message suitable for You can.
  • 1 is a block diagram showing the configuration of the base station 105 and the terminal 110 in the wireless communication system 100.
  • FIGS. 2A to 2C show a THz antenna to which an extended hemispherical lens is applied.
  • FIG 3 shows that a lens antenna or mirror is applied to beam steering.
  • Figure 4 shows the beam steering according to the size and movement of the lens.
  • Figure 5 shows the beam direction conversion through the modification of the physical properties of the lens.
  • FIG. 6 shows beam steering through selection of elements of an array attached to a lens.
  • FIG. 7 shows a method of enclosing an internally reflected absorber on a lens and a method of using an array of a type other than a flat substrate.
  • FIG 11 shows an antenna structure for improving THz beam gain and steering according to Proposition 1 of the present invention.
  • FIG. 16 shows a structure of a beam management area according to proposal 4 of the present invention.
  • 17 shows a gap duration for the preparation of the beam steering in front of the beam management area according to proposal 5 of the present invention.
  • 19 shows a periodic beam management region setting method for P1 operation in a hybrid structure of mechanical beam steering and non-mechanical beam steering according to proposal 6-5 of the present invention.
  • the terminal collectively refers to a mobile or fixed user end device such as a user equipment (UE), a mobile station (MS), or an advanced mobile station (AMS).
  • UE user equipment
  • MS mobile station
  • AMS advanced mobile station
  • the base station refers to any node of the network terminal communicating with the terminal, such as Node B, eNode B, Base Station, AP (Access Point), gNode B.
  • a user equipment may receive information through a downlink from a base station, and the terminal may also transmit information through an uplink.
  • the information transmitted or received by the terminal includes data and various control information, and various physical channels exist according to the type and purpose of the information transmitted or received by the terminal.
  • CDMA code division multiple access
  • FDMA frequency division multiple access
  • TDMA time division multiple access
  • OFDMA orthogonal frequency division multiple access
  • SC-FDMA single carrier frequency division multiple access
  • CDMA may be implemented by radio technology such as Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) or CDMA2000.
  • TDMA may be implemented with wireless technologies such as Global System for Mobile communications (GSM) / General Packet Radio Service (GPRS) / Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE).
  • GSM Global System for Mobile communications
  • GPRS General Packet Radio Service
  • EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
  • OFDMA may be implemented with wireless technologies such as IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, and Evolved UTRA (E-UTRA).
  • UTRA is part of the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).
  • UMTS Universal Mobile Telecommunications System
  • 3GPP 3rd Generation Partnership Project
  • LTE long term evolution
  • E-UMTS Evolved UMTS
  • LTE-A Advanced
  • 3GPP LTE Advanced
  • 1 is a block diagram showing the configuration of the base station 105 and the terminal 110 in the wireless communication system 100.
  • the wireless communication system 100 may include one or more base stations and / or one or more base stations. It may include a terminal.
  • the base station 105 is a transmit (Tx) data processor 115, a symbol modulator 120, a transmitter 125, a transmit and receive antenna 130, a processor 180, a memory 185, a receiver ( 190), a symbol demodulator 195, and a received data processor 197.
  • the terminal 110 is a transmit (Tx) data processor 165, a symbol modulator 170, a transmitter 175, a transmit / receive antenna 135, a processor 155, a memory 160, a receiver 140, a symbol It may include a demodulator 155, a receiving data processor 150.
  • the base station 105 and the terminal 110 are equipped with a plurality of transmitting and receiving antennas. Accordingly, the base station 105 and the terminal 110 according to the present invention support a Multiple Input Multiple Output (MIMO) system. In addition, the base station 105 according to the present invention can support both a single user-MIMO (SU-MIMO) and a multi-user-MIMO (MU-MIMO) scheme.
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • SU-MIMO single user-MIMO
  • MU-MIMO multi-user-MIMO
  • the transmit data processor 115 receives traffic data, formats and codes the received traffic data, interleaves and modulates (or symbol maps) the coded traffic data, thereby modulating symbols ("data Symbols ").
  • the symbol modulator 120 receives and processes these data symbols and pilot symbols to provide a stream of symbols.
  • the symbol modulator 120 multiplexes data and pilot symbols and transmits them to the transmitter 125.
  • each transmission symbol may be a data symbol, a pilot symbol, or a zero signal value.
  • pilot symbols may be transmitted continuously.
  • the pilot symbols may be frequency division multiplexing (FDM), orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), time division multiplexing (TDM), or code division multiplexing (CDM) symbols.
  • the transmitter 125 receives a stream of symbols, converts them into one or more analog signals, and further modulates these analog signals (eg, amplifies, filters, and upconverts the frequency, thereby wireless channels) Generate a downlink signal suitable for transmission through the transmit antenna 130, and transmits the generated downlink signal to the terminal.
  • analog signals eg, amplifies, filters, and upconverts the frequency, thereby wireless channels
  • the receiving antenna 135 receives the downlink signal from the base station and provides the received signal to the receiver 140.
  • the receiver 140 adjusts the received signal (eg, filtering, amplifying, and frequency downconverting), and digitizes the adjusted signal to obtain samples.
  • the symbol demodulator 145 demodulates the received pilot symbols and provides them to the processor 155 for channel estimation.
  • the symbol demodulator 145 receives the frequency response estimate for the downlink from the processor 155, performs data demodulation on the received data symbols, and estimates the data symbols (which are estimates of the transmitted data symbols). Obtain and provide data symbol estimates to a receive (Rx) data processor 150.
  • the receive data processor 150 demodulates data symbol estimates (ie, symbol de-mapping), deinterleaves, and decodes to recover the transmitted traffic data.
  • the processing by the symbol demodulator 145 and the receiving data processor 150 is complementary to the processing by the symbol modulator 120 and the transmitting data processor 115 at the base station 105, respectively.
  • the terminal 110 on the uplink, the transmission data processor 165 processes traffic data, and provides data symbols.
  • the symbol modulator 170 may receive and multiplex data symbols, perform modulation, and provide a stream of symbols to the transmitter 175.
  • the transmitter 175 receives and processes a stream of symbols to generate an uplink signal.
  • the transmission antenna 135 transmits the generated uplink signal to the base station 105.
  • the transmitter and the receiver in the terminal and the base station may be configured as one radio frequency (RF) unit.
  • RF radio frequency
  • an uplink signal is received from the terminal 110 through the reception antenna 130, and the receiver 190 processes the received uplink signal to obtain samples.
  • the symbol demodulator 195 then processes these samples to provide received pilot symbols and data symbol estimates for the uplink.
  • the received data processor 197 processes the data symbol estimate to recover traffic data transmitted from the terminal 110.
  • Processors 155 and 180 of each of the terminal 110 and the base station 105 instruct operations (eg, control, adjustment, management, etc.) in the terminal 110 and the base station 105, respectively.
  • Each of the processors 155 and 180 may be connected to memory units 160 and 185 that store program codes and data.
  • the memories 160 and 185 are connected to the processor 180 to store an operating system, applications, and general files.
  • the processors 155 and 180 may also be referred to as controllers, microcontrollers, microprocessors, microcomputers, and the like.
  • the processor (155, 180) may be implemented by hardware (hardware) or firmware (firmware), software, or a combination thereof.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs Field programmable gate arrays
  • THz Transmissionhertz
  • Table 1 shows the properties of representative materials at 1 THz
  • Table 2 shows the index of refraction and power absorption at 0.2 to 2 THz of several materials.
  • [Table 1] and [Table 2] in the absorption coefficient (absorption coefficient, ⁇ ) is a complex refraction index ( ) Is related to the imaginary part k, and can be expressed as [Equation 1] below.
  • ⁇ means a wavelength in free space.
  • Equation 2 the transfer of the thickness of the material can be expressed by the following [Equation 2].
  • x denotes the distance from the surface of the material to a certain depth
  • L denotes how much loss occurred on a 1 basis.
  • the wavelength of the propagation wave becomes shorter and the capability to improve the beam resolution using multiple arrays increases.
  • beam steering is required to improve beam resolution
  • phase shifter design in the high-frequency band of 100 GHz or higher is underway.
  • a method of improving beam directivity using a dielectric lens considering THz material properties was devised.
  • extended hemispherical lenses such as [FIG. 2A] to [FIG. 2C] were designed as THz antenna designs.
  • mechanical methods include scanning mirrors, rotating prisms, piezo actuators, and microelectromechanical systems (MEMS) mirrors.
  • MEMS microelectromechanical systems
  • FIG. 4 shows that 2 mm parallel light was focused on the image plane using a central lens having a curvature radius of 8.0 mm.
  • B shows that the center lens with a curvature radius of 8.0 mm is used, and the lens is decentered by 3.0 mm from the optical axis to steer the beam to blur the focus.
  • the steering angle is 8.7 degrees.
  • C shows that the curvature of the variable focal length lens was adjusted to 8.8 mm to minimize the spot size, and the steering angle was changed from 8.7 to 7.5.
  • the method of steering the beam with the movement of the lenses and the antenna feeder may have limitations in the range of the steering possible depending on the antenna implementation of the terminal or base station using the antenna. In addition, problems such as high complexity, alignment sensitivity, and low reliability are accompanied. In addition, if the time that occurs during mechanical beam steering is defined as the time required to change from the current beam to the next beam, various times are shown according to implementation as shown in [Table 3] below.
  • the steering range through the mechanical beam steering method may vary depending on the implementation, but basically, due to the physical operation limitation, the transition operation time is longer than the non-mechanical beam steering method.
  • the second and third methods use materials that can change the properties of the lens.
  • the propagation is performed by changing the material characteristics by electrical or magnetic methods to change the direction of the beam, the positions of the elements of the antenna array connected to the lenses, and the positions of the signals projected by the lenses. There are ways to control the direction of the.
  • Figure 5 shows the beam direction transformation through the modification of the physical properties of the lens.
  • a material that changes the refractive index of a material through electrical or magnetic deformation called metamaterials is used for the lens antenna.
  • FIG. 5 shows the integration compatibility of the beam steering metasurface.
  • the concept of a millimeter wave (mmWave), THz, meta surface that can be placed on the output facet of a far infrared electromagnetic radiation source is, for example, a photoconductive THz source, a solid state waveguide laser (solid -state waveguide laser) or a Vertical External Cavity Surface Emitting Laser (VECSEL) for controlling the direction of the generated beam.
  • mmWave millimeter wave
  • THz thermometer wave
  • VECSEL Vertical External Cavity Surface Emitting Laser
  • the steering of the beam is possible by selecting an element of the array attached to the lens as shown in [FIG. 6] by another non-mechanical method.
  • the beam steering angle increases, focusing performance and beam gain may decrease.
  • a method of enclosing an internally reflected absorber on a lens and using an array of a type other than a flat substrate has been proposed as shown in FIG. 7.
  • the beam steering range through the array selection shown in [Fig. 7] is limited to date, progress in implementation technology for extending the beam steering range is required.
  • a method of modulating the photonic source into THz band after generating the photonic source using an infrared laser is mainly used.
  • 8 shows an apparatus called an O / E (Optical / Electrical) converter. Specifically, (a) of [Fig. 8] shows an optical rectification by nonlinear crystal, (b) of [Fig. 8] shows an O / E conversion by photoconductive antenna, and (c) of [Fig. 8] emission from bunch of relativistic electrons.
  • the length of the THz pulse generated in the form shown in [Fig. 8] can appear from about fs to few ps.
  • FIG. 9 shows the available bandwidth on the basis of attenuation 10 2 dB / km in the spectrum up to 1 THz on an outdoor basis. If the THz pulse length is set to about 50 ps pulse based on one carrier, it can have about 20 GHz BW. If one pulse length is considered as one transmission unit, the gap time is considerably long, based on the framework. Therefore, from the viewpoint of transmission efficiency, it is advantageous to process the resource transmission for THz beam management as much as possible for the beam management transmission resource at a time, and to design a long period.
  • phase shifters since more phase shifters are required to implement the antenna structure shown on the right side of [FIG. 10], an increase in cost due to an increase in antenna elements may be a problem.
  • beam steering error may increase according to sharper beam generation.
  • the insertion loss of the phase shifter also increases, and as a result, output efficiency may decrease.
  • a non-conductor with low absorption loss can be used in the lens to improve beam directivity.
  • mechanical + non-mechanical beam steering of the lens can be considered.
  • the transmittance to the non-conductor was shown to be quite good.
  • the possibility of improving the directivity was generated using a lens using a material having good transmittance.
  • these lenses could be developed in a variety of combinations of independent lenses and the way they were designed through doping over an array feed. Therefore, it is important to use such lenses when designing the antenna to expand the beam adjustment range and control the beam adjustment accuracy.
  • the beam control range is mechanically or non-mechanically limited, so the beam control range and resolution capability of the terminal using the lens differs depending on the antenna capability of the over 100 GHz communication system terminal. Therefore, the basic over 100 GHz beam management needs to be designed in consideration of the antenna implementation problem.
  • the present invention proposes a method using a combination of mechanical beam steering and non-mechanical beam steering.
  • the time required to move the beam to the spatially step shifted beam is called Tm when using the mechanical method, and Tn when using the non-mechanical method, and when considering the mechanical method, the steering range is Km and the non-mechanical method.
  • the RF unit of the terminal according to Proposition 1 of the present invention may include an external lens, a hyper-hemispherical lens, a phase shifter, and an attenuator.
  • the processor of the terminal according to proposal 1 of the present invention may additionally include a non-mechanical beam steering controller and a mechanical beam steering controller. Meanwhile, at least one of an external lens, a hyper-hemispherical lens, a phase shifter, and an attenuator may be omitted from components of the RF unit.
  • the maximum angle of steering that can occur using the phase shifter and attenuator is Is expressed as However, it is assumed that the transmission angle according to the characteristics of the doping lens is the same as the incident angle. At this time, Is the non-mechanical beam steering controller. It can be defined as the steering angle.
  • the beam propagating through this doping lens comes out perpendicular to the tangent direction of the spherical surface area of the hyper-hemispherical lens. At this time, due to the difference between the doping lens and the free space or the refractive index of the air, slight refraction This can happen.
  • the direction of the beam from this Refraction When I say, It can be expressed in the form.
  • the direction of this beam ensures directivity through an external lens.
  • a mechanical beam steering controller of the extern lens If the extern lens is turned on as much as possible, finally, the extern lens is caused by the refractive index effect. And by mechanical beam steering
  • the final propagation direction can be determined by the sum of.
  • the output beam direction in this structure can be simply expressed by the following [Equation 3].
  • the direction of the final transmission beam is changed by phase shifters.
  • Direction controlled by mechanical beam steering controller on the doping lens The direction caused by the difference in the medium between the doping lens and the free space or the atmosphere in the surface area of the doping lens And refraction direction according to the medium characteristics of extern lens , And beam direction according to the mechanical beam steering controller device of the extern lens By adjusting the final output beam direction is determined.
  • FIG. 12 shows beam steering using a phase shifter and an external lens, in particular a combination of a mechanical method and a non-mechanical method.
  • FIG. 13 shows a form of additionally selecting an antenna group in [Fig. 12].
  • FIG. 14 shows that a hyper hemispherical lens is doped on an antenna substrate in the structures of [Fig. 11] to [Fig. 13] to improve beam directivity.
  • FIG. 15 shows a form in which a hyper hemispherical lens is doped to an antenna substrate and an antenna element group is selected in the structure of [Fig. 14] to improve beam directivity.
  • the UE can receive parameters for the beam management area from the base station through RRC (L3), SIB (System Information Block) or MIB (Master Information Block).
  • the information of the parameters may include 1) starting slot / symbol / frame / subframe and / or radio frame index, 2) beam management region length and 3) beam management region transmission period.
  • the priority of the beam management area is lower than the priority of the transmission area for initial access, and thus, when colliding with the initial access transmission area, the UE may be designed to not transmit the beam management area. Meanwhile, when a beam management region collides with another DL and / or UL channel other than the initial access resource, the beam management region may be transmitted and other DL and / or UL channels may not be transmitted.
  • a terminal may receive parameters for RS (s) or preamble (s) transmission in a beam management area from a base station through RRC (L3), MAC-CE (L2), and the like.
  • the information of the parameters according to an embodiment of the present invention may include RS (s) or preamble (s) transmission length (which may be represented by a number of slots / symbols / frames / subframes and / or radio frames).
  • RS s
  • preamble s
  • transmission length which may be represented by a number of slots / symbols / frames / subframes and / or radio frames.
  • the position of the RS (s) or preamble (s) transmission section may or may not be aligned with the frame structure structure.
  • Information of other parameters may include a gap (zero power resource region length, or non measure region length) taking into account the transition time required to change from the current beam to the next beam.
  • the gap may be represented by the number of slot / symbol / frame / subframe and / or radio frame, and may be represented as follows according to beam steering implementation.
  • the entire RS (s) transmitted to the beam management region / preamble (s) You can see the number of sections (number of beams). That is, the total number of RS (s) / preamble (s) transmission sections is Can be expressed as At this time, M denotes the number of RS (s) / preamble (s) intervals that repeatedly transmit the same beam in one BM region, and N denotes RS transmitted by steering from one beam to another beam in the BM region ( s) / preamble (s).
  • the terminal is configured for a characteristic of a beam mapped to RS or preambles in a beam management area (whether or not to repeatedly transmit a beam, information about a gap between the beam and the beam)
  • the parameters are received from the base station in RRC (L3), MAC-CE (L2), and the like.
  • RRC L3
  • MAC-CE L2
  • [FIG. 16] shows an example of setting a BM region and RS (s) / Preamble (s) for P1-B operation (4 slots, an example that is not aligned with a corresponding frame structure).
  • the information of the parameters is as follows.
  • Transmission beam is repeated at all RS / preambles transmission length in the beam management area (P3)
  • the beam is transmitted from the M RS / preambles transmission length in the beam management area. Repeated, it changes N times (P1-B)
  • the gap duration for RF adjustment can be set to RRC (L3) and MAC-CE (L2) in preparation for beam steering immediately in front of the beam management area.
  • This gap duration can be expressed in slot / symbol / frame / subframe and / or radio frame number.
  • the terminal 1) the maximum range of transmission beam steering K (degree) of the base station, 2) the maximum number of beams that can be steered within the maximum range of transmission beam steering M, 3) the maximum required gap time when steering with one step beam T (eg Tm for mechanical beam steering, Tn for non-mechanical beam steering), 4) and / or time of the reference signal according to the beam management section T_total to find the optimal Tx / Rx beam pair within the maximum range K of transmission beam steering / frequency batch information may be received through an upper layer (RRC), a system information block (SIB), or a master information block (MIB).
  • RRC upper layer
  • SIB system information block
  • MIB master information block
  • the maximum range of beam steering during initial access may indicate a range of one cell. Accordingly, beam management ability information is provided to the UEs in beam management in consideration of the maximum number of beams M that can be steered by the base station and the gap time T, which is the maximum required for steering, and / or the BM section T_total for finding the optimal Tx / Rx beam pair can do. Meanwhile, the transition times T and T_total can be replaced with the number of frames / slots / subframes / symbols on the corresponding system frame structure.
  • Information indicating the beam management operation (P1: base station transmit beam and UE receive beam steering, P2: base station transmit beam steering only, P3: UE receive beam steering only) is a higher layer for periodic time operation (RRC), or semi-persistent
  • P1, P2, and P3 beam management are operated through L2 (MAC-CE) or L1 (DCI) for aperiodic operation.
  • the beam management ability information for each P1, P2, and P3 operation is transmitted to L3 (upper layer, RRC) or SIB or MIB.
  • the beam management operation may set a beam management region (eg, time / frequency resource region in which RSs / preambles for beam management are transmitted), and the region may be represented in a triggered form, and triggers are L3 (RRC), L2 ( MAC-CE) and / or L1 (DCI).
  • P1 may form an RS (s) / Preamble (s) section of the BM region in the form of P1-A and P1-B.
  • the terminal may determine whether the beam management operation is possible according to the beam management ability information of the base station in the beam management resource area.
  • a terminal capable of corresponding beam management may perform a beam management operation according to a corresponding frame mechanism .
  • FIG. 18 shows setting of a periodic beam management region for P1 operation according to proposal 6-2 of the present invention.
  • a region for beam management for a corresponding P1 is periodic, and the transmission length of the beam management region may be determined according to a T_total value specified by the base station.
  • T_total becomes 100us, and this becomes a P1-B beam management region.
  • This T_total 100us can be replaced with the number of frames / slot / subframes on the corresponding frame structure.
  • 10 base station transmission beams are paired with 5 Rx beams of each terminal, and RS / preambles are transmitted for every 50 instances.
  • Table 6 shows that when a specific system frame structure is given and the time for which one base station Tx beam and UE Rx beam pair is maintained is fixed (eg, base station Tx beam / UE Rx beam pair retention time 1us), the beam management region is It is set.
  • the P1-B Beam management ability information index is 00
  • RSs or preambles for one Tx beam are transmitted from the base station for 1 frame (Eg 1us) in the corresponding frame structure
  • 10 Tx Since the beam exists, RSs / Preambles corresponding to the 10x Tx beam are set, and T (0.1us) considering each transition occurs 10 times, so a total of 11us is required according to one Rx beam of the UE.
  • Tx beam sweeping of 11 us is performed 5 times, resulting in a total of 55us, and transition time (1us) for Rx beam sweeping is 5 times between the 5 times.
  • the beam management region T_total for P1-B operation is set.
  • the terminal may not satisfy the beam management ability set by the base station. That is, when the number of beam pairs (beam pairs) in the beam management region is large, it is impossible to measure the entire beam pair with the T_total set by the base station, or because the time for which the beam pair is maintained is short, the number of RS / preambles allocated during the time is insufficient. It can work like this:
  • the terminal does not perform a beam management operation during a set beam management region. However, the terminal can transmit a message requesting the base station for information on relaxed beam management ability that it can operate.
  • the terminal does not perform a beam management operation during a set beam management region. However, the terminal can transmit a message requesting the base station for information on relaxed beam management ability that it can operate.
  • a terminal that satisfies the beam management ability set by the base station, it may operate as follows.
  • the terminal performs a beam management operation, but may not perform beam management for a remaining beam pair region in the beam management region.
  • the UE selects Rx beams for beam management RS / preamble measurement once again corresponding to the Tx beam of the base station for the remaining beam pair region in the beam management region, and uses the corresponding RS or preamble as a beam pair Can be measured.
  • the beam management ability information that the base station informs the terminal may be configured according to mechanical, non-mechanical beam steering, or hybrid, as shown in [Table 7] below.
  • the position of the transition gap by mechanical and non-mechanical beam steering in one beam management region may be transmitted through RRC as a bitmap.
  • This bitmap can indicate the positions of mechanical and non-mechanical beam steering transitions in M base station beams associated with a specific UE Rx beam, and this bitmap can be applied repeatedly whenever the UE Rx beam changes.
  • a mechanical beam measurement gap and a non-mechanical measurement gap can be distinguished using a function.
  • N is an instance in which M base station beams associated with a specific UE Rx beam are steered
  • k is an index of a region in which a measurement gap is generated
  • the measurement gap of the index of the k position that satisfies the above formula is designated as a mechanical measurement gap or a non-mechanical measurement gap.
  • the bitmap can be expressed as 10 bits (0000100001). Accordingly, the UE expects a measurement gap corresponding to 0 as a gap corresponding to non-mechanical beam steering, and a measurement gap corresponding to 1 as a gap corresponding to mechanical beam steering.
  • the base station may set a beam management region for L Tx beam management by determining specific L ⁇ M out of the maximum number of Tx beams M in K.
  • This beam management region may be indicated as L3 (MAC-CE) as a periodic triggering characteristic, L2 (MAC-CE) as a semi-persistent triggering characteristic, and L1 (DCI) as an aperiodic triggering characteristic.
  • L3 MAC-CE
  • L2 MAC-CE
  • DCI L1
  • N is This can be, and when the time that one Tx / Rx beam pair is maintained is Ts (or Ts is the number of frames / subframe / slot / symbols where Tx / Rx is maintained, Ns can be replaced), the set Tx / Rx pair
  • Ts is the number of frames / subframe / slot / symbols where Tx / Rx is maintained, Ns can be replaced
  • the set of above beam management ability information is set to RRC (upper layer), and in the default form, the lowest or highest, or average beam management ability information is set to RRC (upper layer) to the terminals. And, the terminals connected to the link feed back the UE beam management capability information in the form of L1 (UCI) and / or L2 (MAC-CE).
  • UE beam management capability information may be similar to beam management ability information of the base station.
  • the base station updates the latest beam management ability information with reference to the received UE beam management capability information.
  • a beam management update message containing updated beam management ability information is transmitted to terminals through L2 (MAC-CE) and / or L1 (DCI). In the beam management update message, the updated beam management region information is transmitted.
  • the beam management region updated with the L3 (RRC) message is reset.
  • the terminal transmits capability information to the base station, it may operate in the configuration optimized for the terminal accordingly.
  • the range of the system to which the first to ninth proposals proposed by the present invention is applied can be extended to other systems (eg, UURA, etc.) other than the 3GPP LTE system, particularly 5G, beyond 5G.
  • firmware or software when implementing embodiments of the present invention using firmware or software, firmware or software may be configured to include a module, procedure, or function for performing the functions or operations of the present invention, and to perform the present invention.
  • Firmware or software configured to be provided may be provided in the processors 155 and 180 or may be stored in the memory 160 and 185 and driven by the processors 155 and 180.
  • Layers of a radio interface protocol between a terminal and a base station in a wireless communication system are based on the lower three layers of an open system interconnection (OSI) model, which is well known in communication systems.
  • the physical layer belongs to the first layer and provides an information transmission service through a physical channel.
  • the RRC (Radio Resource Control) layer belongs to the third layer and provides control radio resources between the UE and the network.
  • the terminal and the base station can exchange RRC messages through the wireless communication network and the RRC layer.
  • the processor 155 of the terminal and the processor 180 of the base station process the signals and data except for the function and storage function of the terminal 110 and the base station 105 to receive or transmit signals, respectively.
  • the processors 155 and 180 are not specifically described below. It can be said that even if the processors 155 and 180 are not specifically mentioned, they perform a series of operations such as data processing, not a function of receiving or transmitting a signal.
  • a method for transmitting feedback information in a wireless communication system and a device therefor can be applied industrially in a 5G communication system.

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Abstract

본 발명에서는 무선 접속 시스템에서 빔 매니지먼트 (beam management)를 수행하는 방법 및 이를 위한 단말이 개시된다. 구체적으로, 단말은 RF(Radio Frequency) 유닛 및 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 RF 유닛을 제어하여 기지국으로부터 빔 매니지먼트 영역 (beam management region) 을 포함하는 정보를 수신하되, 상기 빔 매니지먼트 영역은 RS (Reference Signal) 및 preamble 영역, 송신 빔 스티어링을 위한 제 1 전환 시간 (first transition time) 영역 및 수신 빔 스티어링을 위한 제 2 전환 시간 (second transition time) 영역으로 구성될 수 있다.

Description

THZ 안테나 특성을 고려한 빔 관리 방법
본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는, THz 안테나 특성을 고려한 빔 관리 방법 및 이를 위한 단말에 관한 것이다.
New radio access technology (RAT) 시스템이 도입되는 경우 더욱 많은 통신 기기들이 더욱 큰 통신 용량을 요구하게 됨에 따라 기존 RAT에 비해 향상된 mobile broadband 통신에 대한 필요성이 대두되고 있다.
한편, 100GHz 이상의 THz 대역의 안테나 구성에 있어서, 단말의 RF 능력 (capability)에 따라 기본적으로 RF frontend, antenna, lens 및/또는 waveguide가 조합될 수 있다. THz 빔 (beam) 구조는 기존의 통신 시스템에서 동작하였던 빔 구조와는 상이한 형태로 나타날 수 있다. 따라서, 이러한 구조에 맞는 빔 매니지먼트 (beam management)가 필요하다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 THz 안테나 구조에 맞는 빔 매니지먼트 방법을 제공하는 데 있다.
THz 안테나 구조에 맞는 빔 매니지먼트를 위하여, 본 발명은 THz beam gain 및 스티어링 향상을 위한 안테나 구조를 제공하고, 기지국과 단말간에 송수신되는 메시지의 빔 매니지먼트 영역을 새롭게 제공하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 종래 기술의 문제를 해결하는 것이다. 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 접속 시스템에서 빔 매니지먼트 (beam management)를 수행하는 단말은 RF(Radio Frequency) 유닛 및 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 RF 유닛을 제어하여 기지국으로부터 빔 매니지먼트 영역 (beam management region) 을 포함하는 정보를 수신한다. 상기 빔 매니지먼트 영역은 RS (Reference Signal) 및 preamble 영역, 송신 빔 스티어링을 위한 제 1 전환 시간 (first transition time) 영역 및 수신 빔 스티어링을 위한 제 2 전환 시간 (second transition time) 영역으로 구성될 수 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른, 무선 접속 시스템에서 빔 매니지먼트 (beam management)를 수행하는 단말에서 상기 빔 매니지먼트 영역을 포함하는 정보는 initial access를 위한 전송 영역의 송수신보다 낮은 전송 우선순위를 갖고 다른 다운링크 및 업링크 채널의 송수신보다 높은 전송 우선순위를 가질 수 있다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 접속 시스템에서 빔 매니지먼트 (beam management)를 수행하는 단말에서, 상기 RF 유닛은 External lens, Hyper-hemispherical lens, Phase shifter 및 Attenuator 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른, 무선 접속 시스템에서 빔 매니지먼트 (beam management)를 수행하는 단말에서 상기 프로세서는 Mechanical beam steering controller를 더 포함하고, 상기 Mechanical beam steering controller는 상기 External lens를 제어하여 상기 1차적으로 스티어링 된 빔을 2차적으로 스티어링 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른, 무선 접속 시스템에서 단말의 빔 매니지먼트 (beam management) 수행 방법은 beam steering을 효율적으로 수행할 수 있는 THz 안테나 구조 및 에 맞는 메시지의 빔 매니지먼트 영역을 통해 통신 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 무선통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2a 내지 도 2c는 extended hemispherical lens가 적용된 THz 안테나를 나타낸다.
도 3은 lens 안테나 또는 mirror가 빔 스티어링에 응용된 것을 나타낸다.
도 4는 렌즈의 크기 및 움직임에 따른 빔 steering을 나타낸다.
도 5는 렌즈의 물성 특성 변형을 통한 beam 방향 변환을 나타낸다.
도 6은 렌즈에 붙여진 array의 element 선택을 통한 빔 스티어링을 나타낸다.
도 7은 내부 reflected 흡수체를 렌즈에 둘러싸는 방법 및 평면 substrate 가 아닌 형태의 array를 이용하는 방법을 나타낸다.
도 8은 O/E (Optical/Electrical) converter를 이용한 THz pulse generation을 나타낸다.
도 9는 THz 스펙트럼에서 attenuation을 고려하여 사용할 수 있는 bandwidth를 나타낸다.
도 10은 종래의 안테나 구조를 THz 대역에 적용하기 위해 더 많은 antenna element를 매립한 것을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 제안 1에 따른 THz beam gain 및 steering 향상을 위한 antenna 구조를 나타낸다.
도 12 내지 도 15는 도 11에 도시된 제안 1의 antenna 구조 중 일부를 변형한 antenna 구조를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 제안 4에 따른 beam management 영역의 구조를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 제안 5에 따른 beam management 영역 앞에 빔 스티어링의 준비를 위한 gap duration을 나타낸다.
도 18은 본 발명의 제안 6-2에 따라, P1 동작을 위한 periodic beam management 영역을 설정하는 것을 나타낸다.
도 19는 본 발명의 제안 6-5에 따라, Mechanical beam steering 및 Non-mechanical beam steering의 hybrid 구조에서 P1 동작을 위한 periodic beam management 영역 설정 방법을 나타낸다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 예를 들어, 이하의 상세한 설명은 이동통신 시스템이 3GPP LTE, LTE-A 시스템, 5G 시스템인 경우를 가정하여 구체적으로 설명하나, 3GPP LTE, LTE-A의 특유한 사항을 제외하고는 다른 임의의 이동통신 시스템에도 적용 가능하다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
아울러, 이하의 설명에 있어서 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), AMS(Advanced Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 사용자단 기기를 통칭하는 것을 가정한다. 또한, 기지국은 Node B, eNode B, Base Station, AP(Access Point), gNode B 등 단말과 통신하는 네트워크 단의 임의의 노드를 통칭하는 것을 가정한다.
이동 통신 시스템에서 단말(User Equipment)은 기지국으로부터 하향링크(Downlink)를 통해 정보를 수신할 수 있으며, 단말은 또한 상향링크(Uplink)를 통해 정보를 전송할 수 있다. 단말이 전송 또는 수신하는 정보로는 데이터 및 다양한 제어 정보가 있으며, 단말이 전송 또는 수신하는 정보의 종류 용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.
이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced 데이터 Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)는 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로서 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화된 버전이다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
도 1은 무선통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.
무선 통신 시스템(100)을 간략화하여 나타내기 위해 하나의 기지국(105)과 하나의 단말(110)(D2D 단말을 포함)을 도시하였지만, 무선 통신 시스템(100)은 하나 이상의 기지국 및/또는 하나 이상의 단말을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 기지국(105)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(115), 심볼 변조기(120), 송신기(125), 송수신 안테나(130), 프로세서(180), 메모리(185), 수신기(190), 심볼 복조기(195), 수신 데이터 프로세서(197)를 포함할 수 있다. 그리고, 단말(110)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(165), 심볼 변조기(170), 송신기(175), 송수신 안테나(135), 프로세서(155), 메모리(160), 수신기(140), 심볼 복조기(155), 수신 데이터 프로세서(150)를 포함할 수 있다. 송수신 안테나(130, 135)가 각각 기지국(105) 및 단말(110)에서 하나로 도시되어 있지만, 기지국(105) 및 단말(110)은 복수 개의 송수신 안테나를 구비하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기지국(105) 및 단말(110)은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템을 지원한다. 또한, 본 발명에 따른 기지국(105)은 SU-MIMO(Single User-MIMO) MU-MIMO(Multi User-MIMO) 방식 모두를 지원할 수 있다.
하향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(115)는 트래픽 데이터를 수신하고, 수신한 트래픽 데이터를 포맷하여, 코딩하고, 코딩된 트래픽 데이터를 인터리빙하고 변조하여(또는 심볼 매핑하여), 변조 심볼들("데이터 심볼들")을 제공한다. 심볼 변조기(120)는 이 데이터 심볼들과 파일럿 심볼들을 수신 및 처리하여, 심볼들의 스트림을 제공한다.
심볼 변조기(120)는, 데이터 및 파일럿 심볼들을 다중화하여 이를 송신기 (125)로 전송한다. 이때, 각각의 송신 심볼은 데이터 심볼, 파일럿 심볼, 또는 제로의 신호 값일 수도 있다. 각각의 심볼 주기에서, 파일럿 심볼들이 연속적으로 송신될 수도 있다. 파일럿 심볼들은 주파수 분할 다중화(FDM), 직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 시분할 다중화(TDM), 또는 코드 분할 다중화(CDM) 심볼일 수 있다.
송신기(125)는 심볼들의 스트림을 수신하여 이를 하나 이상의 아날로그 신호들로 변환하고, 또한, 이 아날로그 신호들을 추가적으로 조절하여(예를 들어, 증폭, 필터링, 및 주파수 업 컨버팅(upconverting) 하여, 무선 채널을 통한 송신에 적합한 하향링크 신호를 발생시킨다. 그러면, 송신 안테나(130)는 발생된 하향링크 신호를 단말로 전송한다.
단말(110)의 구성에서, 수신 안테나(135)는 기지국으로부터의 하향링크 신호를 수신하여 수신된 신호를 수신기(140)로 제공한다. 수신기(140)는 수신된 신호를 조정하고(예를 들어, 필터링, 증폭, 및 주파수 다운컨버팅(downconverting)), 조정된 신호를 디지털화하여 샘플들을 획득한다. 심볼 복조기(145)는 수신된 파일럿 심볼들을 복조하여 채널 추정을 위해 이를 프로세서(155)로 제공한다.
또한, 심볼 복조기(145)는 프로세서(155)로부터 하향링크에 대한 주파수 응답 추정치를 수신하고, 수신된 데이터 심볼들에 대해 데이터 복조를 수행하여, (송신된 데이터 심볼들의 추정치들인) 데이터 심볼 추정치를 획득하고, 데이터 심볼 추정치들을 수신(Rx) 데이터 프로세서(150)로 제공한다. 수신 데이터 프로세서(150)는 데이터 심볼 추정치들을 복조(즉, 심볼 디-매핑(demapping))하고, 디인터리빙(deinterleaving)하고, 디코딩하여, 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.
심볼 복조기(145) 및 수신 데이터 프로세서(150)에 의한 처리는 각각 기지국(105)에서의 심볼 변조기(120) 및 송신 데이터 프로세서(115)에 의한 처리에 대해 상보적이다.
단말(110)은 상향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(165)는 트래픽 데이터를 처리하여, 데이터 심볼들을 제공한다. 심볼 변조기(170)는 데이터 심볼들을 수신하여 다중화하고, 변조를 수행하여, 심볼들의 스트림을 송신기(175)로 제공할 수 있다. 송신기(175)는 심볼들의 스트림을 수신 및 처리하여, 상향링크 신호를 발생시킨다. 그리고 송신 안테나(135)는 발생된 상향링크 신호를 기지국(105)으로 전송한다. 단말 및 기지국에서의 송신기 및 수신기는 하나의 RF(Radio Frequency) 유닛으로 구성될 수도 있다.
기지국(105)에서, 단말(110)로부터 상향링크 신호가 수신 안테나(130)를 통해 수신되고, 수신기(190)는 수신한 상향링크 신호를 처리되어 샘플들을 획득한다. 이어서, 심볼 복조기(195)는 이 샘플들을 처리하여, 상향링크에 대해 수신된 파일럿 심볼들 및 데이터 심볼 추정치를 제공한다. 수신 데이터 프로세서(197)는 데이터 심볼 추정치를 처리하여, 단말(110)로부터 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.
단말(110) 및 기지국(105) 각각의 프로세서(155, 180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)에서의 동작을 지시(예를 들어, 제어, 조정, 관리 등)한다. 각각의 프로세서들(155, 180)은 프로그램 코드들 및 데이터를 저장하는 메모리 유닛(160, 185)들과 연결될 수 있다. 메모리(160, 185)는 프로세서(180)에 연결되어 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 및 일반 파일(general files)들을 저장한다.
프로세서(155, 180)는 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 한편, 프로세서(155, 180)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 프로세서(155, 180)에 구비될 수 있다.
THz 와 lens
THz (Terahertz) 전파 (propagation)에서 가장 큰 특징 중에 하나는 절연체(Dielectrics) 등의 물질 투과에 대한 손실이 거의 없다는 것이다. 아래 [표 1]은 대표적인 물질의 1THz 에서의 특성을 나타내고, [표 2]는 몇 가지 물질들의 0.2 ~ 2 THz에서의 굴절률 (index of refraction) 및 전력 흡수 (power absorption)를 나타낸다.
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000001
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000002
[표 1] 및 [표 2]에서 흡수 계수 (absorption coefficient, α)는 complex refraction index (
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000003
)의 허수부 k와 관련 있으며, 아래 [수학식 1]로 표현될 수 있다. [수학식 1]에서 λ 는 free space에서의 파장을 의미한다.
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000004
한편, 물질의 두께에 대한 전달은 다음의 [수학식 2]로 표현될 수 있다. [수학식 2]에서 x 는 물질의 표면에서부터 어떤 특정 깊이 (depth)까지의 거리를 의미하고, L은 1 기준으로 얼마나 많은 손실이 발생했는지를 의미한다.
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000005
기본적으로 고주파 대역으로 가면 갈수록, propagation wave의 파장은 점점 짧아지고, multiple array를 이용한 빔 resolution이 향상 될 수 있는 capability가 증가 된다. beam resolution 향상에 따른 beam steering이 요구될 때, 각 array element에 phase shifter를 이용하는 경우, 안테나 설계 시 front-end의 phase shifter의 정밀도를 증가시킬 필요가 있다. 최근 100GHz 이상의 고주파 대역에서의 phase shifter 고안이 진행 중이다. 또한, THz 물질 특성을 고려한 dielectric lens를 이용하여 beam directivity를 향상 시키는 방법이 고안 되었다. 일 예로, [도 2a] 내지 [도 2c]와 같은 extended hemispherical lens가 THz안테나 설계로써 고안 되었다.
[도 2a] 내지 [도 2c]와 함께 [도 3]을 참조하여 설명한다. 전술한 lens antenna의 등장으로 인해 plane wave는 어떠한 point로 모일 수 있는데 이것을 'focal point'라고 정의한다. [도 2a] 내지 [도 2b]는 안테나 자체의 doping에 따른 lens 효과를 나타난 것이다. 독립적인 lens 또는 강한 반사를 발생시키는 물질로 구성 되어 있는 mirror를 lens antenna 설계 시 이용할 수 있다. 특수 볼록 렌즈 형태의 lens antenna는 beam directivity를 향상 시키거나 beam steering에 응용될 수 있고, mirror는 beam steering에 특화된 형태로 응용 될 수 있다.
THz beam steering with lenses
기본적으로, THz lens를 포함한 안테나 구조에서는 beam steering을 위해 다음의 세 가지 방법을 고려한다.
1) Mechanically 외부 렌즈 또는 feeder의 steering을 통한 beam 변환
2) 렌즈의 물성 특성 변형을 통한 beam 방향 변환
3) 안테나 arrays와 렌즈 간의 위치 관계를 고려한 arrays selection
첫 번째 방법인 mechanical 방법에는 scanning mirrors를 이용한 방법, rotating prisms을 이용한 방법, piezo actuators를 이용한 방법, microelectromechanical systems(MEMS) mirror를 이용한 방법이 있다. [도 4]는 렌즈의 크기 및 움직임에 따른 빔 steering을 나타낸 것이다.
[도 4]의 (a)는 곡률 반경 8.0 mm의 중심 렌즈를 사용하여 2 mm 평행 광을 이미지 평면에 집속(focusing)시킨 것을 나타낸다. [도 4]의 (b)는 곡률 반경 8.0 mm의 중심 렌즈를 사용하고, 렌즈를 광축으로부터 3.0mm만큼 편심(decentered)시켜 빔을 스티어링 함으로써 초점을 흐리게 한 것을 나타낸다. 스티어링 각도는 8.7도 이다. [도 4]의 (c)는 가변 초점 거리 렌즈의 곡률은 스포트 크기 (spot size)를 최소화하기 위해 8.8mm로 조정되어 스티어링 각도가 8.7에서 7.5로 변한 것을 나타낸다.
이러한 lenses 와 antenna feeder의 움직임으로 beam을 steering 하는 방법은 steering 가능 범위가 이러한 안테나를 사용 하는 단말 또는 기지국의 antenna implementation에 따라 제약이 발생할 수 있다. 또한, high complexity, alignment sensitivity, low reliability 등의 문제가 동반된다. 또한, Mechanical beam steering 시 발생하는 시간을 현재 빔에서 다음 빔으로 바꾸기 위해 필요한 시간이라고 정의하면, 아래 [표 3]과 같이 implementation에 따라 다양한 시간들이 나타나고 있다.
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000006
일반적으로 mechanical beam steering 방법을 통한 steering 범위는 implementation에 따라, 다양하게 나타날 수 있지만, 기본적으로 물리적 동작 한계로 인해, transition 동작 시간이 non-mechanical beam steering 방법보다는 더 길게 된다.
두 번째, 세 번째 방법인 non-mechanical 방법은 lens의 물성 특성이 변화 될 수 있는 물질을 이용하는 것이다. 구체적으로, 물질 특성을 전기적 또는 자기적 방법으로 변화시켜 빔의 방향을 변화시키는 방법과 렌즈와 접합 되어 있는 antenna array의 element들의 위치를 다르게 하고 렌즈로 투영되는 신호의 위치를 다르게 하여, 송신하는 propagation의 방향을 조절하는 방법이 있다.
[도 5]는 렌즈의 물성 특성 변형을 통한 beam 방향 변환을 나타낸다. 일반적으로 electromagnetics의 변화를 통한 beam steering을 위해서 metamaterials이라는 전기적 또는 자기적 변형을 통해 물질의 refractive index를 변화되는 물질을 lens antenna에 이용한다.
구체적으로, [도 5]는 빔 스티어링 메타 표면 (metasurface) 의 통합 호환성(integration compatibility)을 나타낸다. 밀리미터 웨이브 (mmWave), THz, 원적외선 전자기 방사선 소스 (electromagnetic radiation source)의 출력면 (output facet)에 배치될 수 있는 메타 표면의 개념은, 예를 들어 광 전도성 THz 소스, 고체 상태 웨이브가이드 레이저 (solid-state waveguide laser) 또는 발생된 빔의 방향을 제어하기 위한 수직 외부 캐비티면 발광 레이저 (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser, VECSEL) 이다.
[도 5]에서 공진 메타 표면 단위 cells의 2차 dimensional array가 전기적으로 조절 가능한 substrate 위에 배치될 때, 각 메타 표면 단위 cell에 전류를 제어 하여, 공진 주파수 와 전송 되는 electromagnetic wave가 제어 된다.
한편, 다른 Non-mechanical 방법으로 [도 6]에 도시된 것과 같이 렌즈에 붙여진 array의 element를 선택 함으로써 빔의 steering이 가능하다. 하지만, 빔 steering 각이 커질수록 focusing 성능과, 빔 이득이 감소될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, [도 7] 에 도시된 것과 같이 내부 reflected 흡수체를 렌즈에 둘러싸는 방법 및 평면 substrate 가 아닌 형태의 array를 이용하는 방법이 제안된 바 있다. 하지만, 현재까지 [도 7]에 도시된 array selection을 통한 beam steering 범위는 제한되어 있기 때문에 beam steering 범위를 확장시키기 위한 implementation 기술의 진보가 필요한 상황이다.
THz pulse generation ( photonic source based)
THz pulse를 생성 시에 photonic source(infrared 대역 source)를 이용할 경우, infrared laser(약 70fs sampling resolution을 갖음)를 이용하여, photonic source를 생성 후에 이 것을 THz대역으로 변조시키는 방법이 주로 활용되고 있다. [도 8]은 O/E (Optical/Electrical) converter 로 불리는 장치를 나타낸 것이다. 구체적으로, [도 8]의 (a)는 Optical rectification by nonlinear crystal을 나타낸 것이고, [도 8]의 (b)는 O/E conversion by photoconductive antenna를 나타낸 것이고, [도 8]의 (c)는 emission from bunch of relativistic electrons를 나타낸 것이다. [도 8]에 도시된 형태로 발생된 THz pulse의 길이는 약 fs~ few ps 까지 나타날 수 있다.
[도 9]는 outdoor 기준으로, 1THz 까지 spectrum에서 attenuation 10 2 dB/km 기준으로 가용 할 수 있는 bandwidth를 나타낸 것이다. 하나의 carrier 기준으로 50 ps pulse 정도로 THz pulse 길이를 설정 한다면, 약 20GHz BW를 가질 수 있다. 하나의 pulse 길이는 하나의 전송 단위로 고려 한다면, framework 기준으로 볼 때, gap 시간이 상당히 긴 시간이다. 따라서, 전송 효율 관점에서는, THz beam management를 위한 자원 전송을 가급적 beam management 용 전송 자원 덩어리로 한번에 처리하고, 주기를 길게 설계하는 것이 유리하다.
종래의 안테나 구조를 0.3~3 THz에 적용하기 위해, [도 10]에 도시된 것과 같이 동일 영역에 더 많은 antenna element를 매립하는 것을 고려할 수 있다 (예를 들면, wavelength/2 마다). 이 경우 beam gain 을 향상시키는 것과 sharper beam (100~1000 배 narrower beam)을 생성하는 것이 가능하다.
다만, [도 10]의 오른쪽에 도시된 안테나 구조를 구현하기 위해서는 더 많은 phase shifter가 필요하므로 antenna element 증가로 인한 비용 상승이 문제될 수 있다. 또한, sharper beam 생성에 따라 beam steering error가 증가할 수 있다. 또한, 주파수가 증가함에 따라 phase shifter의 insertion loss도 증가하므로 결과적으로 output 효율이 감소할 수가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 THz 에서는 absorption 손실이 낮은 부도체를 lens 에 이용하여 beam directivity 을 향상시킬 수 있다. 또한, Antenna element 수를 줄이면서 beam directivity 향상이 가능하다. 또한, Lens의 mechanical + non-mechanical beam steering 을 고려할 수 있다.
Over 100GHz 이상(THz)에서 동작하는 안테나의 input 대비 output 전력 효율은 기본적으로 많이 낮다고 알려져 있지만, 기존 30GHz 이하 보다는 10~100배의 array를 동일 크기 안테나 기준으로 더 조밀하게 설치 할 수 있는 가능성이 있었다. 하지만, 이것을 급격한 Over 100GHz의 PL를 줄이기 위해서는 array 안테나 형태로는 응용 할 수 있는 coverage를 달성하기 쉽지 않았으며, 또한 조밀하고 정밀한 array 배치 및 phase shifters를 포함 하는 antenna 설계가 쉽지 않았다.
하지만, THz 영역의 매질 특성 중에 비전도체에 대한 투과율이 상당히 좋은 것으로 나타내었고, 이 현상을 이용하면 투과율이 좋은 물질을 이용한 lens를 이용하여, directivity를 향상 시킬 수 있는 가능성이 발생 했다. 반면 이러한 lens는 array feed 위에 doping을 통해 설계 되는 방식과, 독립적인 lens 들의 다양한 조합으로 개발 될 수 있었다. 따라서, 이러한 lens를 안테나 설계 시 이용하는 것은 빔 조절 범위를 확대 하고, 빔 조절 정확도를 어떻게 제어 할 것인지가 중요하게 되었다.
아직까지는 빔 조절 범위는 mechanically 또는 non-mechanically 하든지 제한이 존재 하여, lens를 이용하는 단말의 빔 조절 범위 및 resolution capability가 over 100GHz 통신 시스템 단말의 antenna capability에 따라 다르다. 따라서, 기본적인 over 100GHz의 beam management는 이러한 antenna implementation 문제를 고려하여 설계되어야 할 필요가 있다.
최대 빔 조절 범위, 즉 beam steering 능력을 확보하기 위해서, 본 발명은 mechanical beam steering 과 non-mechanical beam steering을 혼용한 방법을 제안한다. 해당 beam을 spatially step 이동 된 beam으로 옮기는데 발생 하는 시간을 mechanical 방법을 이용 시 Tm, 그리고 non-mechanical 방법을 이용 시 Tn 이라고 하고, mechanical 방법으로 고려 시 steering 가능 범위를 Km, non-mechanical 방법을 이용 시 steering 가능 범위를 Kn 이라고 할 때, Tm>Tn, Km>Kn의 관계가 성립 할 수 있다.
제안 1 (proposal 1)-장치 구조
[도 11]은 본 발명의 제안 1에 따른 THz beam gain 및 steering 향상을 위한 antenna 구조를 나타낸 것이다. [도 11]을 참조하면, 본 발명의 제안 1에 따른 단말의 RF 유닛은 external lens, hyper-hemispherical lens, phase shifter 및 attenuator 를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제안 1에 따른 단말의 프로세서는 Non-mechanical beam steering controller 및 Mechanical beam steering controller를 추가적으로 포함할 수 있다. 한편, external lens, hyper-hemispherical lens, phase shifter 및 attenuator 중 적어도 하나는 RF 유닛의 구성 요소에서 생략될 수 있다.
Phase shifter 와 Attenuator를 이용하여 발생할 수 있는 steering 최대 각도를
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라고 할 때, phase shifter를 통과 후 doping lens를 통해 전파 되는 방향은
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000008
으로 표현 한다. 단, doping lens의 매질 특성에 따른 transmission angle은 incident angle과 같다고 가정한다. 이 때,
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000009
는 Non-mechanical beam steering controller로 지칭하는 장치를 통해 빔 방향을
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000010
만큼 steering 한 각도라고 정의할 수 있다. 이 doping lens를 통해 전파되는 빔은 그 hyper-hemispherical lens의 구 표면적의 tangent 방향에 수직으로 나오게 되고, 이 때, doping lens와 free space 또는 공기의 매질 특성(refractive index)의 차이로 인해 약간의 refraction이 발생 할 수 있다. 이 Refraction 되어 나온 빔 방향을
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000011
라고 할 때,
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000012
형태로 표현 할 수 있다.
이후에 이 빔의 방향은 external lens를 통해 directivity를 확보하게 하는데, 이 때, extern lens의 mechanical beam steering controller로 지칭 되는 장치를 통해
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000013
만큼 extern lens을 틀어 주게 되면, 최종적으로 extern lens의 매질 특성(refractive index) 효과에 의한
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000014
와 mechanical beam steering에 의한
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000015
의 합으로 최종 propagation 방향이 결정될 수 있다. 본 구조에서의 output 빔 방향은 다음의 [수학식 3]으로 간단히 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000016
최종 송신 beam 방향은 phase shifter들에 의해 틀어주는 방향
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과 doping lens에 mechanical beam steering controller장치에 의해 조절하는 방향
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000018
과 doping lens의 표면적에서 doping lens와 free space 또는 대기 간의 매질 차이에 의해 발생하는 방향
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000019
과 extern lens의 매질 특성에 따른 refraction 방향
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000020
, 그리고 extern lens의 mechanical beam steering controller 장치에 따른 빔 방향
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000021
를 조절하여 최종 output 빔 방향이 결정된다.
한편, [도 12]는 Phase shifter 및 external lens 를 이용한 beam steering, 특히 mechanical 방법과 non-mechanical 방법이 결합된 형태를 나타낸다. [도 13]은 [도 12]에서 추가적으로 안테나 그룹을 선택하는 형태를 나타낸다. [도 14]는 beam directivity 향상을 위하여 [도 11] 내지 [도 13]의 구조에서 hyper hemispherical lens 가 antenna substrate에 doping 된 것을 나타낸다. [도 15]는 beam directivity 향상을 위하여 [도 14]의 구조에서 hyper hemispherical lens 가 antenna substrate에 doping되고 antenna element group이 선택되는 형태를 나타낸다.
제안 2 (proposal 2)
본 발명의 제안 2에 따르면, 단말은 beam management 영역을 위한 파라미터들 기지국으로부터 RRC(L3), SIB (System Information Block) 또는 MIB (Master Information Block)등을 통해 수신할 수 있다. 파라미터들의 정보는 1) starting slot/symbol/frame/subframe 및/또는 radio frame 인덱스, 2) Beam management 영역 길이 및 3) Beam management 영역 전송 주기를 포함할 수 있다.
beam management 영역의 우선 순위는 initial access를 위한 전송 영역의 priority 보다는 낮아서 initial access 전송 영역과 충돌 시 단말은 beam management 영역은 보내지 않도록 설계될 수 있다. 한편, initial access 자원 외의 다른 DL 그리고/또는 UL 채널과 beam management 영역이 충돌할 경우에는 beam management 영역이 전송 되고 다른 DL 그리고/또는 UL 채널은 전송되지 않도록 설계될 수 있다.
제안 3 (proposal 3)
본 발명의 일 실시예에 따른 단말은 beam management 영역에서 RS(s) 또는 preamble(s) 전송을 위한 파라미터들을 기지국으로부터 RRC(L3), MAC-CE(L2) 등을 통해 수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파라미터의 정보는 RS(s) 또는 preamble(s) 전송 길이 (slot/symbol/frame/subframe 그리고/또는 radio frame 수 등으로 나타낼 수 있음)를 포함할 수 있다. 이 때, RS(s) 또는 preamble(s) 전송 구간의 위치는 frame structure 구조에 align 되거나, align 되지 않아도 상관 없다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다른 파라미터의 정보는 현재 빔에서 다음 빔으로 바꾸는데 필요한 시간 (transition time)을 고려한 gap (zero power 자원 영역 길이, 또는 non measure 영역 길이)를 포함할 수 있다. 상기 gap은 slot/symbol/frame/subframe 및/또는 radio frame 수로 나타낼 수 있고, beam steering implementation에 따라 다음과 같이 나타낼 수 있다.
1) 현 패널에서 하나의 빔에서 다른 빔으로 steering할 때 필요한 gap
1-1) lens의 mechanical beam steering에 따라 발생하는 gap
1-2) lens의 non-mechanical beam steering에 따라 발생하는 gap
1-3) phase shifter를 이용한 beam steering에 따라 발생하는 gap
2) 현 패널의 빔에서 다른 패널의 빔으로 steering할 때 필요한 gap
Beam management 영역 길이(K) 와 RS(s)/preamble(s) 전송 길이(R) 그리고, transition time을 위한 gap 길이(G)를 단말이 알게 되면, beam management 영역에 전송 되는 전체 RS(s)/preamble(s) 구간 수(beam의 수)를 알 수 있다. 즉, 전체 RS(s)/preamble(s) 전송 구간 수는
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000022
로 표현할 수 있다. 이 때, M은 하나의 BM 영역 내에서 동일 빔을 반복 전송하는 RS(s)/preamble(s) 구간 수를 나타내고, N은 BM 영역 내에서 하나의 빔에서 다른 빔으로 steering되어 전송하는 RS(s)/preamble(s) 구간 수를 나타낸다.
제안 4 (proposal 4)
[도 16]에 도시된 본 발명의 제안 4에 따르면, 단말은 Beam management 영역 내의 RS 또는 preambles 에 맵핑 되는 빔의 특성(빔을 반복 전송 할지 여부, 빔과 빔 사이에 gap에 관한 정보)에 대한 파라미터들을 기지국으로부터 RRC(L3), MAC-CE(L2) 등으로 수신한다. 구체적으로, [도 16]은 P1-B동작을 위한 BM 영역 및 RS(s)/Preamble(s) 설정 예(4 slots, 해당 frame structure에 align 되지 않는 예)를 나타낸다. 파라미터들의 정보는 다음과 같다.
Type 1. Beam management 영역 내의 하나의 RS/preambles 전송 길이 마다 송신 빔이 바뀜 (P2)
Type 2. Beam management 영역 의 모든 RS/preambles 전송 길이 에서 송신 빔이 반복 됨 (P3)
Type 3. Beam management 영역의 N개의 RS/preambles 에서 빔이 바뀌고, 그것이 M번 반복 됨(P1-A)
Type 4. Beam management 영역의 M개의 RS/preambles 전송 길이에서 빔이 반복 되고, 그것이 N번 바뀜 (P1-B)
제안 5 (proposal 5)
[도 17]에 도시된 본 발명의 제안 5에 따르면, Beam management 영역 바로 앞에 빔 steering 준비를 위하여 RF 조절을 위한 gap duration을 RRC(L3), MAC-CE(L2)로 설정 할 수 있다. 이 gap duration은 slot/symbol/frame/subframe 그리고/또는 radio frame 수로 나타낼 수 있다.
제안 6-1 (proposal 6-1)
아래 [표 4]를 참조하여 본 발명의 제안 6-1에 대하여 설명하도록 한다. 단말은 1) 기지국의 송신 beam steering 최대 범위 K(degree), 2) 송신beam steering 최대 범위 K 내에서 최대 steering 가능 빔 수 M, 3) 하나의 step beam으로 steering 시 최대 필요한 gap 시간(transition time) T(e.g. Mechanical beam steering 시 Tm, Non-Mechanical beam steering 시 Tn), 4) 그리고/또는 송신 beam steering 최대 범위 K 내에서 최적 Tx/Rx 빔 pair를 찾기 위한 beam management 구간 T_total에 따른 참조 신호의 time/frequency 배치 정보를 상위 계층(RRC), SIB (system information block), 또는 MIB(master information block) 을 통해 수신할 수 있다. 위의 정보는 joint encode 형태로도 구성 될 수 있다. 위의 정보 구성에서 초기 접속 시에 beam steering 최대 범위는 하나의 cell의 범위를 나타낼 수 있다. 따라서, 기지국의 최대 steering 가능 빔 수 M 과 steering 시 최대 필요한 gap 시간 T, 그리고/또는 최적 Tx/Rx 빔 pair를 찾기 위한 BM 구간 T_total을 고려하여, beam management 상에서 단말 들에게 beam management ability 정보를 제공 할 수 있다. 한편, transition time T와 T_total는 해당 system frame structure 상의 frames/slots/subframes/symbols 등의 수로 대체 될 수 있다.
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000023
제안 6-2 (proposal 6-2)
아래 [표 5]를 참조하여 본 발명의 제안 6-2에 대하여 설명하도록 한다. beam management 동작을 나타내는 정보 (P1: 기지국 송신 빔과 단말 수신 빔 steering, P2: 기지국 송신 빔 steering only, P3: 단말 수신 빔 steering only)가 periodic 시간 동작을 위해 상위 계층 (RRC), 또는 semi-persistent 동작을 위해 L2(MAC-CE) 또는 aperiodic 동작을 위해 L1(DCI)을 통해 P1, P2, P3 beam management가 동작 된다. 각 P1, P2, P3 동작에 대한 beam management ability 정보는 L3(상위 계층, RRC) 또는 SIB 또는 MIB로 전송 된다. 상기 Beam management 동작은 beam management region(e.g. beam management를 위한 RSs/preambles이 전송 되는 time/frequency 자원 영역)을 설정 하고, 그 region이 trigger 되는 형태로 나타낼 수 있으며, trigger는 L3(RRC), L2(MAC-CE) 그리고/또는 L1(DCI) 형태로 될 수 있다. P1은 상기 P1-A, P1-B 형태로 BM 영역의 RS(s)/Preamble(s) 구간을 형성 할 수 있다.
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000024
단말은 beam management 자원 영역에서 기지국의 beam management ability 정보에 따라, beam management 동작이 가능한지 판단 할 수 있다. 해당 beam management가 가능한 단말은 해당 frame mechanism에 따라, beam management 동작을 수행 할 수 있다 .
[도 18]은 본 발명의 제안 6-2에 따라, P1 동작을 위한 Periodic beam management 영역을 설정하는 것을 나타낸다. [도 18]에서 해당 P1을 위한 beam management 용 region이 periodic 하게 설정 되는 것을 예시로 두었으며, 이 beam management 영역 전송 길이는 기지국에서 지정한 T_total 값에 따라 결정 될 수 있다. 만약에 [표 5]의 P1-B Beam management ability 정보 index 가 00 일 경우, T_total은 100us 가 되고, 이것 P1-B beam management region이 된다. 본 T_total 100us는 해당 frame structure 상의 frame/slot/subframe 수로 대체 될 수 있다. 이때, 기지국 송신 빔 10개가 각 단말의 Rx 빔 5개와 pair가 되어 총 50개의 instance 마다 RS/preambles 들이 전송 되게 된다. 총 기지국 Tx beam transition gap 0.1X10=1us 과 UE Rx beam transition gap 1X5 = 5us로써 총 6us gap이 포함 되고 따라서, 94us/50=1.88us 동안 하나의 Tx/Rx beam pair가 유지 되고, P1-B beam management를 위한 RSs/preambles들이 전송 된다.
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000025
[표 6]은 특정 system frame structure가 주어 지고, 하나의 기지국 Tx 빔과 UE Rx 빔 pair가 유지 되는 시간이 고정 될 때, (e.g. 기지국 Tx beam/UE Rx beam pair 유지 시간 1us) beam management region이 설정되는 것을 나타낸다. [표 6]에서 P1-B Beam management ability 정보 index 가 00 일 경우, 만약에 해당 frame structure에서 1 frame(E.g. 1us) 동안 기지국에서 하나의 Tx beam에 대한 RSs 또는 preambles 들이 전송 된다고 하면, 10개의 Tx 빔이 존재 하므로 10us의 Tx 빔에 해당하는 RSs/Preambles 이 설정 되고, 각 transition을 고려한 T(0.1us)가 10번 발생하므로 총 11us가 단말의 하나의 Rx 빔에 따라, 필요하다. 또한 Rx 빔 수 Mr 이 5개 이므로 11 us의 Tx beam sweeping을 5번 수행 하게 되어 총 55us 이 되고, 그 5번 사이에 Rx 빔 sweeping을 위한 transition time (1us)가 5번 오게 되어, 60 us의 P1-B 동작을 위한 beam management region T_total 이 설정 된다.
제안 6-3 (proposal 6-3)
단말은 기지국이 설정한 beam management ability를 만족하지 않을 수 있다. 즉 beam management region에서 빔 페어 (beam pair)의 수가 많아서 기지국이 설정한 T_total으로는 전체 빔 페어 측정이 불가능하거나 빔 페어가 유지되는 시간이 짧아서 그 시간 동안 할당 되는 RS/preamble 수가 부족한 경우, 단말은 다음과 같이 동작할 수 있다.
첫 째, 단말은 설정된 beam management region 동안 beam management 동작을 수행 하지 않는다. 단, 단말은 자신이 동작할 수 있는 relaxed된 beam management ability 정보를 기지국에 요구 하는 메시지를 전송 할 수 있다.
둘 째, 단말은 설정된 beam management region 동안 beam management 동작을 수행 하지 않는다. 단, 단말은 자신이 동작할 수 있는 relaxed된 beam management ability 정보를 기지국에 요구 하는 메시지를 전송 할 수 있다.
제안 6-4 (proposal 6-4)
기지국이 설정한 beam management ability를 만족하는 단말의 경우 다음과 같이 동작할 수 있다.
첫 째, 단말은 beam management 동작을 수행하되, beam management region 내의 남는 빔 페어 (beam pair) 영역에 대해서는 beam management를 수행하지 않을 수 있다.
둘 째, 단말은 beam management region 내의 남는 빔 페어 영역에 대하여, 기지국의 Tx 빔에 대응되어 beam management RS/preamble 측정을 다시 한번 하기 위한 Rx 빔들을 선택하여, 빔 페어로 이용하여 해당 RS 또는 preamble을 측정할 수 있다.
제안 6-5 (proposal 6-5)
기지국이 단말에게 알려주는 beam management ability 정보는 아래 [표 7]과 같이 mechanical, non-mechanical beam steering에 따라 또는 hybrid 형태로 구성 될 수 있다.
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000026
[도 19]는 P1 동작을 위한 Periodic beam management 영역 설정 (hybrid 예시) 방법을 나타낸다.
하나의 beam management region내의 Mechanical, Non-mechanical beam steering에 의한 transition gap의 위치는 bitmap으로 RRC를 통해 전송될 수 있다. 이 bitmap은 특정 UE Rx beam 과 연관 된 M개의 기지국 빔 내에서의 mechanical, non-mechanical beam steering transition 위치를 나타낼 수 있으며, 이 bitmap은 UE Rx beam이 변할 때 마다 반복적으로 적용 할 수 있다. 또는 함수를 이용하여, mechanical beam measurement gap 과 non-mechanical measurement gap을 구분 할 수 있다.
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000027
에서, N은 특정 UE Rx beam 과 연관 된 M개의 기지국 빔이 steering 되는 instance , k 는 measurement gap이 발생 되는 영역의 인덱스,
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000028
는 offset 이라고 할 때, 위의 수식을 만족하는 k 위치의 인덱스의 measurement gap은 mechanical measurement gap 또는 non-mechanical measurement gap으로 지정된다.
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000029
는 상위 계층, MAC-CE 또는 DCI로 설정 될 수 있다.
bitmap을 통한 mechanical, non-mechanical beam steering gap 위치 예 [표 7]의 beam management ability 정보 index가 00일 때, bitmap은 10bits (0000100001)로 표현 될 수 있다. 따라서, 단말은 0이 해당되는 measurement gap을 non-mechanical beam steering에 해당하는 gap으로 기대하고, 1이 해당되는 measurement gap을 mechanical beam steering에 해당하는 gap으로 기대한다.
제안 7 (proposal 7)
선택적으로, 기지국은 K 내의 최대 Tx 빔 수 M 중에 특정 L<M개를 정하여, L Tx beam management를 위한 beam management region을 설정할 수 있다. 이 beam management region은 periodic triggering 특성으로 L3(상위 계층, RRC), semi-persistent triggering 특성으로 L2(MAC-CE), aperiodic triggering 특성으로 L1(DCI)로 지시할 수 있다. L 값이 이 beam management region이 triggering 시 동반되어 전송 된다.
제안 8 (proposal 8)
하나의 beam management region 내의 BM RSs/preambles 수는 하나의 Tx/Rx pair 검출을 위해 필요한 최소 RSs/preambles 수를 N 이라고 할 때,
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000030
이 될 수 있으며, 하나의 Tx/Rx beam pair가 유지 되는 시간을 Ts (또는 Ts는 Tx/Rx가 유지되는 frame/subframe/slot/symbols 수Ns 대체 가능)라고 할 때, 설정 된 Tx/Rx pair에 할당된 time/frequency 자원 위의 RSs/preambles 밀도는
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000031
또는
Figure PCTKR2018010474-appb-img-000032
가 될 수 있다.
제안 9 (proposal 9)
위의 beam management ability 정보들의 set이 RRC(상위 계층)로 설정 되고, default 형태로 가장 낮거나 또는 가장 높거나, 또는 평균적인 beam management ability 정보가 단말들에게 RRC(상위 계층)로 설정 된다. 그리고, 그 링크에 connected 된 단말들은 UE Beam management capability 정보를 L1(UCI) 그리고/또는 L2(MAC-CE) 형태로 feedback 한다. UE beam management capability 정보는 상기 기지국의 beam management ability 정보와 유사 할 수 있다. 기지국은 수신 된 UE beam management capability 정보들을 참고 하여, 최신의 beam management ability 정보를 update 한다. Update 된 beam management ability 정보가 포함 된 beam management update 메시지가 L2(MAC-CE) 그리고/또는 L1(DCI)를 통해 단말 들에 전송 된다. Beam management update 메시지에는 상기 update 된 beam management region 정보가 전송된다. 또는 L3(RRC) 메시지로 update 된 beam management region에 대하여 재설정이 된다. 한편, 위의 프로세스를 따르지 않고 처음에는 디폴트 (default)로 설정된 configuration으로 동작하고, 후에 단말이 capability 정보를 기지국에 전송하면, 그에 따라 단말에 최적화된 configuration으로 동작할 수도 있다.
본 발명이 제안하는 제 1 내지 제 9 제안이 적용되는 시스템의 범위는 3GPP LTE 시스템 외에 다른 시스템 (예를 들면, UURA 등), 특히 5G, beyond 5G에 대해 확장이 가능하다.
한편, 펌웨어나 소프트웨어를 이용하여 본 발명의 실시예들을 구현하는 경우에는 본 발명의 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등을 포함하도록 펌웨어나 소프트웨어가 구성될 수 있으며, 본 발명을 수행할 수 있도록 구성된 펌웨어 또는 소프트웨어는 프로세서(155, 180) 내에 구비되거나 메모리(160, 185)에 저장되어 프로세서(155, 180)에 의해 구동될 수 있다.
단말과 기지국이 무선 통신 시스템(네트워크) 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 레이어들은 통신 시스템에서 잘 알려진 OSI(open system interconnection) 모델의 하위 3개 레이어를 기초로 제 1 레이어(L1), 제 2 레이어(L2), 및 제 3 레이어(L3)로 분류될 수 있다. 물리 레이어는 상기 제 1 레이어에 속하며, 물리 채널을 통해 정보 전송 서비스를 제공한다. RRC (Radio Resource Control) 레이어는 상기 제 3 레이어에 속하며 UE와 네트워크 사이의 제어 무선 자원들을 제공한다. 단말, 기지국은 무선 통신 네트워크와 RRC 레이어를 통해 RRC 메시지들을 교환할 수 있다.
본 명세서에서 단말의 프로세서(155)와 기지국의 프로세서(180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)이 신호를 수신하거나 송신하는 기능 및 저장 기능 등을 제외하고, 신호 및 데이터를 처리하는 동작을 수행하지만, 설명의 편의를 위하여 이하에서 특별히 프로세서(155, 180)를 언급하지 않는다. 특별히 프로세서(155, 180)의 언급이 없더라도 신호를 수신하거나 송신하는 기능이 아닌 데이터 처리 등의 일련의 동작들을 수행한다고 할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
발명의 실시를 위한 다양한 형태가 상기 발명의 실시를 위한 최선의 형태에서 설명되었다.
상기 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
무선통신 시스템에서 피드백 정보를 전송하는 방법 및 이를 위한 장치는 5G 통신 시스템 등에서 산업상으로 적용이 가능하다.

Claims (14)

  1. 무선 접속 시스템에서 빔 매니지먼트 (beam management)를 수행하는 단말에 있어서,
    RF(Radio Frequency) 유닛; 및
    프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 RF 유닛을 제어하여 기지국으로부터 빔 매니지먼트 영역 (beam management region) 을 포함하는 정보를 수신하되,
    상기 빔 매니지먼트 영역은,
    RS (Reference Signal) 및 preamble 영역, 송신 빔 스티어링을 위한 제 1 전환 시간 (first transition time) 영역 및 수신 빔 스티어링을 위한 제 2 전환 시간 (second transition time) 영역으로 구성되는, 단말.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 매니지먼트 영역을 포함하는 정보는,
    initial access를 위한 전송 영역의 송수신보다 낮은 전송 우선순위를 갖고, 다른 다운링크 및 업링크 채널의 송수신보다 높은 전송 우선순위를 갖는 것을 특징으로 하는, 단말.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 매니지먼트 영역은,
    기지국의 송신 빔 스티어링 (beam steering)의 최대 범위, 상기 최대 범위 내에서 스티어링 가능한 빔의 최대 값, 하나의 스텝 빔 (step beam)으로 스티어링 (steering) 시 필요한 시간, 상기 최대 범위 내에서 최적의 빔 페어 (beam pair)를 찾기 위한 빔 매니지먼트 구간 및 상기 빔 매니지먼트 구간에서 참조 신호의 자원 배치 정보 중 적어도 하나를 더 포함하는, 단말.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 RS (Reference Signal) 및 preamble 영역에는 기지국 및 단말의 빔 매니지먼트 동작을 지시하는 파라미터가 맵핑되고,
    상기 파라미터는 기지국 송신 빔 및 단말 수신 빔이 모두 스티어링 되는 P1, 오직 기지국 송신 빔만 스티어링 되는 P2 및 오직 단말 수신 빔만 스티어링 되는 P3 중 어느 하나인, 단말.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 매니지먼트 영역은 RRC(L3), SIB 및 MIB 중 어느 하나를 통해 송수신되는, 단말.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 파라미터가 지시하는 빔 매니지먼트 동작에 따라 상기 단말이 빔 매니지먼트를 수행할 수 있는 지 판단하는, 단말.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 파라미터가 지시하는 빔 매니지먼트 동작에 따라 상기 단말이 빔 매니지먼트를 수행할 수 있다고 판단하는 경우, 빔 매니지먼트 동작을 수행하되, 상기 빔 매니지먼트 영역 내의 남는 빔 페어 영역에 대해서는 빔 매니지먼트 동작을 수행하지 않는, 단말.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 파라미터가 지시하는 빔 매니지먼트 동작에 따라 상기 단말이 빔 매니지먼트를 수행할 수 없다고 판단하는 경우, 상기 RF 유닛을 제어하여 상기 단말이 동작할 수 있는 빔 매니지먼트 동작에 관한 메시지를 상기 기지국에 전송하는, 단말.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 유닛은
    External lens, Hyper-hemispherical lens, Phase shifter 및 Attenuator 중 적어도 하나를 더 포함하는, 단말.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로세서는 Non-mechanical beam steering controller 를 더 포함하고,
    상기 Non-mechanical beam steering controller는 Hyper-hemispherical lens를 제어하여 상기 Phase shifter 와 Attenuator를 통해 입사된 빔을 1차적으로 스티어링 하는, 단말.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 프로세서는 Mechanical beam steering controller를 더 포함하고,
    상기 Mechanical beam steering controller는 상기 External lens를 제어하여 상기 1차적으로 스티어링 된 빔을 2차적으로 스티어링 하는, 단말.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 전환 시간 (first transition time) 영역은,
    Non-mechanical beam steering에 대응하는 영역 및 Mechanical beam steering에 대응하는 영역을 더 포함하는, 단말.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 Non-mechanical beam steering에 대응하는 영역 및 Mechanical beam steering에 대응하는 영역의 위치가 비트 맵을 통해 지정되는, 단말.
  14. 무선 접속 시스템에서 단말이 빔 매니지먼트 (beam management)를 수행하는 방법에 있어서,
    기지국으로부터 빔 매니지먼트 영역 (beam management region) 을 포함하는 정보를 수신하되,
    상기 빔 매니지먼트 영역은,
    RS (Reference Signal) 및 preamble 영역, 송신 빔 스티어링을 위한 제 1 전환 시간 (first transition time) 영역 및 수신 빔 스티어링을 위한 제 2 전환 시간 (second transition time) 영역으로 구성되는, 빔 매니지먼트 (beam management)를 수행하는 방법.
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