WO2021112543A1 - 다중 빔 시스템에서 편파를 이용한 공간 다중화 방법 및 장치 - Google Patents

다중 빔 시스템에서 편파를 이용한 공간 다중화 방법 및 장치 Download PDF

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WO2021112543A1
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signal
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오태열
심준형
윤민선
최재영
권경훈
문영찬
최오석
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Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for implementing spatial multiplexing, and more particularly, to a method and apparatus for spatial multiplexing using polarized waves in a system using multiple beams capable of improving communication quality by minimizing interference between polarized waves will be.
  • the correlation coefficient of a radio channel increases due to interference between adjacent beams, so that spatial resources are not used efficiently. There is a problem that cannot be
  • this method since an antenna module for each of the polarized waves to be used must be separately configured, the manufacturing process is complicated, which takes a lot of time and money.
  • this method may have a problem in that an antenna size may be increased because an antenna module for each of the polarized waves to be used must be separately configured.
  • An embodiment of the present invention uses orthogonal polarization of an antenna to change a phase of I/Q data (In-phase/Quadrature-phase data) in a baseband, and a different polarization between a plurality of beams used for spatial multiplexing It is a main object to provide a method and apparatus capable of reducing interference between adjacent beams by applying .
  • a spatial multiplexing method using polarization in a multi-beam system comprising: determining different phases and different polarizations to be applied to a first beam and a second beam; precoding a signal so that each of the first beam and the second beam has the determined different phases; and converting the polarization of the precoded signal so that each of the first beam and the second beam has the determined different polarizations.
  • a spatial multiplexing apparatus using polarization in a multi-beam system comprising: a controller for determining different phases and different polarizations to be applied to a first beam and a second beam; a beamformer for precoding a signal so that the first beam and the second beam each have the determined different phases; and a multi-polarization synthesizing unit that converts the polarization of the precoded signal so that each of the first beam and the second beam has the determined different polarizations.
  • the channel capacity of the system can be increased.
  • FIG. 1 is an exemplary block diagram of a spatial multiplexing apparatus capable of implementing the techniques of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining the spatial multiplexing method of the present invention.
  • 3 is a diagram for explaining an example of spatial multiplexing implemented through the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of a spatial multiplexing apparatus capable of implementing the techniques of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a block diagram for explaining the multi-polarization synthesis of the present invention.
  • the present invention provides a method and apparatus capable of generating or setting various polarizations by changing the phase of in-phase/quadrature-phase data (I/Q) data in a baseband using orthogonal polarization of an antenna.
  • the present invention is configured to use different polarizations between adjacent beams for spatial multiplexing in a mobile communication system (multi-beam system, for example, a massive MIMO system) using a plurality of beams, thereby improving orthogonality of a radio channel.
  • a method and apparatus for increasing the channel capacity of a system by improving the system are provided.
  • FIG. 1 An example of the spatial multiplexing apparatus 100 for implementing these methods is shown in FIG. 1 .
  • a configuration of the spatial multiplexing apparatus 100 and a spatial multiplexing method using the spatial multiplexing apparatus 100 will be described with reference to FIGS. 1 and 2 .
  • the spatial multiplexing apparatus 100 may be installed in one or more of a base station, a repeater, and a terminal. As shown in FIG. 1 , the spatial multiplexing apparatus 100 may include a control unit 110 , a beamforming unit 120 , a multipolarization combining unit 130 , and an RF chain 140 . In addition, the RF chain 140 may be configured to include an RF block (not shown) and an orthogonal polarization antenna module.
  • the RF block (not shown) may include a digital to analog converter (DAC)/analog to digital converter (ADC), a filter, a mixer, and the like.
  • DAC digital to analog converter
  • ADC analog to digital converter
  • the beamforming unit 120 , the multipolarization combining unit 130 , and the RF chain 140 may be more than the number shown in FIG. 1 .
  • the beamformer 120 , the multipolarization synthesizer 130 , and the RF chain 140 include the number shown in FIG. 1 . As described above, it may be included in the spatial multiplexing apparatus 100 .
  • the controller 110 may set or determine the phase and polarization of beams to be radiated through the RF chain 140 .
  • the controller 110 may set or determine the phases of each of the beams differently. For example, when the number of beams to be used for spatial multiplexing is n (n is a natural number greater than or equal to 2), the controller 110 may determine the phases of each of the n beams differently. The phase determined by the controller 110 may be used by the beamformer 120 to form a beam.
  • the controller 110 may determine different polarizations (heteropolarizations) for beams adjacent to each other in space (neighboring to each other) among the plurality of beams. For example, when the number of beams to be used for spatial multiplexing is n (n is a natural number greater than or equal to 2), the controller 110 may set or determine the polarizations of the k-th beam and the l-th beam that are adjacent to each other differently.
  • the beamformer 120 may precode the baseband signal or data (S240).
  • the beamformer 120 may generate a beam determined by the controller 110 by applying a weight vector to the baseband signal (beamforming). Since the beamformer 120 precodes the signals so that each of the beams has a phase determined by the controller 110 , the beams may have different phases by the operation of the beamformer 120 .
  • the multi-polarization synthesizer 130 may convert the polarization of the precoded signal (S250).
  • the multi-polarization synthesizer 130 converts the polarization of the precoded signal through a transformation process (synthesis or decomposition) to be described later so that neighboring beams in space have different polarizations (polarization determined by the controller). have.
  • the baseband signal corresponding to the processing target may be subjected to a scrambling process ( S210 ), a modulation process ( S220 ), a layer mapping process ( S230 ), and the like before being processed by the beamformer 120 .
  • the scrambling process ( S210 ) corresponds to a process of encrypting a baseband signal using a scrambling signal to distinguish a base station or user equipment (UE).
  • the spatial multiplexing apparatus 100 may further include a scrambling module (not shown) for performing the scrambling process ( S210 ).
  • the modulation process ( S220 ) corresponds to a process of modulating the scrambled signals into a plurality of modulation (modulation) symbols.
  • the spatial multiplexing apparatus 100 may be configured to further include a modulation module or a modulation mapper (not shown) that performs the modulation process ( S220 ).
  • step S210 the scrambled signal is input to a modulation mapper (not shown) to perform binary phase shift keying (BPSK), quadrature phase shift keying (QPSK), or 16QAM/64QAM (quadrature amplitude modulation) depending on the type and/or channel state of the signal. method can be modulated.
  • BPSK binary phase shift keying
  • QPSK quadrature phase shift keying
  • 16QAM/64QAM quadrature amplitude modulation
  • the layer mapping process ( S230 ) corresponds to a process of mapping modulation symbols to one or more transport layers in order to separate signals for each antenna.
  • the spatial multiplexing apparatus 100 may further include a layer mapper (not shown) that performs the layer mapping process ( S220 ).
  • the spatial multiplexing apparatus 100 may further perform a process (S260) of mapping the modulation symbols obtained through the modulation process (S220) to resource elements (mapped to a frequency).
  • the spatial multiplexing apparatus 100 may be configured to further include a resource element mapping unit (not shown), and the process of mapping to the resource element ( S260 ) may be performed by the resource element mapping unit (not shown). .
  • the spatial multiplexing apparatus 100 may perform an inverse fast Fourier transform (IFFT) operation to generate time-domain symbols on the polarization-transformed signals. Also, the spatial multiplexing apparatus 100 may insert a guard interval to prevent inter symbol interference (ISI) (S270). To this end, the spatial multiplexing apparatus 100 may further include an IFFT unit (not shown) and a cyclic prefix (CP).
  • IFFT inverse fast Fourier transform
  • ISI inter symbol interference
  • CP cyclic prefix
  • Signals that have passed through steps S210 to S270 may be radiated in the form of a beam through the RF chain 140 .
  • beams emitted by the spatial multiplexing method of the present invention may have different phases in space, and two neighboring beams among beams of different phases may have different polarizations.
  • FIG. 3 An example of beams emitted by the spatial multiplexing method of the present invention is shown in FIG. 3 .
  • solid-line beams (beam #1, beam #3, beam #5, and beam #7) have a polarization direction (orthogonal cross-polarization) of ⁇ 45
  • dotted-line beams (beam #2, beam #4, Beam #6 and beam #8 have a polarization direction (orthogonal vertical/horizontal polarization) of V/H (vertical/horizontal).
  • beam #1 uses orthogonal cross polarization ( ⁇ 45)
  • beam #2 uses vertical/horizontal polarization (V/H).
  • beam #3 uses orthogonal cross polarization ( ⁇ 45)
  • beam #4 uses vertical/horizontal polarization (V/H).
  • a correlation coefficient between adjacent beams can be lowered by using different polarizations (heteropolarizations) rather than using the same type of polarization between adjacent beams.
  • heteropolarizations any kind of polarization orthogonal to each other, such as left circular polarization/right circular polarization, may be used as heteropolarization for different polarizations.
  • the correlation between beam #1 and beam #2 can be small enough. have.
  • the beam #1 and the beam #3 having the orthogonal cross polarization ( ⁇ 45) are sufficiently far apart, the correlation between the beam #1 and the beam #3 may be sufficiently small.
  • the order of the process of converting the polarization of the signal ( S250 ) and the process of mapping to the resource element ( S260 ) may be changed. For example, 1) the process of converting the polarization of the signal (S250) may be performed first, the process of mapping to the resource element (S260) may be performed later, and 2) the process of mapping to the resource element (S260) is performed first and the process of converting the polarization of the signal (S250) may be performed later.
  • the multipolarization synthesizer 130 converts the polarization of the precoded signal into a heteropolarization, and the resource element mapping unit (not shown) may map the polarization converted signal to the resource element.
  • the resource element mapping unit maps the precoded signal to the resource element, and the multipolarization synthesizer 130 may convert the polarization of the signal mapped to the resource element into a heteropolarized wave. .
  • first beam and a second beam have different phases in space (first beam: first phase, second beam (second phase), are adjacent to each other, and have different polarizations (first beam: ⁇ 45 degrees, second beam) It is assumed that there are two beams: V/H).
  • the controller 110 may determine the phases of the first beam and the second beam differently from each other, and the polarization of the first beam and the second beam can be determined differently.
  • the beamformer 120 may apply a weight vector to the baseband signal so that each of the first beam and the second beam has a phase determined by the controller 110 .
  • beamforming unit #1-1 (BF #1-1, 122-1), beamforming unit #1-2 (BF #1-2. 122-2), beamforming unit #1-3 ( BF #1-3, 122-3) and the beamforming unit #1-4 (BF #1-4, 122-4) set the phase of the signal to the first phase, PD #1-1, 132-1) can be output.
  • beamforming unit #1-1 (BF #1-1, 122-1), beamforming unit #1-2 (BF #1-2. 122-2), beamforming unit #1-3 (BF # 1-3, 122-3) and the beamforming unit #1-4 (BF #1-4, 122-4) set the phase of the signal to the second phase, and the multipolarization synthesis unit #1-2 (PD # 1-2, 132-2) can be printed.
  • the multipolarization synthesizer 130 may convert the polarization of the precoded signal so that each of the first beam and the second beam has a polarization (heteropolarization) determined by the controller 110 .
  • the multi-polarization synthesis unit #1-1 (132-1) converts the polarization of the signal set as the first phase to ⁇ 45 degrees
  • the multi-polarization synthesis unit #1-2 (132-2) converts the second phase into the second phase. It is possible to convert the polarization of the signal set to V/H.
  • a signal having (set) the first phase and a polarization of ⁇ 45 degrees may be radiated as a first beam through RF chain #1-1 (142-1) and RF chain #1-2 (142-2),
  • a signal having (set) a polarization of 2 phase and V/H may be radiated as a second beam through RF chain #1-3 (142-3) and RF chain #1-4 (142-4).
  • antenna modules arranged at +45 degrees and -45 degrees are represented.
  • various types of antenna modules such as orthogonal polarization antenna modules arranged in V (vertical) and H (horizontal) may be utilized in the present invention.
  • the spatial multiplexing method for the received signal may be implemented in the reverse order of the spatial multiplexing method for the transmitted signal.
  • the multipolarization synthesizer 130 may convert the polarization of the precoded signal into a heteropolarization.
  • the heterogeneous polarization may include orthogonal cross polarization ( ⁇ 45) and orthogonal vertical/horizontal polarization (V/H).
  • Equation 1 The process of converting the polarization of a signal into a heteropolarization may be implemented through Equation 1 below.
  • Equation 1 above a and b represent either orthogonal cross polarization ( ⁇ 45) and orthogonal vertical/horizontal polarization (V/H), and a+b and a+be j ⁇ are orthogonal cross polarization ( ⁇ 45) and represents the other of orthogonal vertical/horizontal polarization (V/H), denotes a polarization decomposition (PD) matrix.
  • FIG. 2 Although it is described in FIG. 2 that steps S210 to S270 are sequentially executed, this is merely illustrative of the technical idea of an embodiment of the present invention. In other words, one of ordinary skill in the art to which an embodiment of the present invention pertains may change the order described in FIG. 2 and perform one of steps S210 to S270 within a range that does not depart from the essential characteristics of an embodiment of the present invention. Since the above process may be variously modified and modified to be applied in parallel, FIG. 2 is not limited to a time-series order.
  • the processes shown in FIG. 2 can be implemented as computer-readable codes on a computer-readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data readable by a computer system is stored. That is, the computer-readable recording medium includes a magnetic storage medium (eg, a ROM, a floppy disk, a hard disk, etc.), an optically readable medium (eg, a CD-ROM, a DVD, etc.) and a carrier wave (eg, the Internet). storage media such as transmission via
  • the computer-readable recording medium is distributed in a network-connected computer system so that the computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner.

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Abstract

다중 빔 시스템에서 편파를 이용한 공간 다중화 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 다중 빔 시스템에서 편파를 이용한 공간 다중화 방법으로서, 제1빔 및 제2빔에 적용될 서로 다른 위상 및 서로 다른 편파를 결정하는 단계; 상기 제1빔 및 상기 제2빔 각각이 상기 결정된 서로 다른 위상을 가지도록, 신호를 프리코딩(precoding)하는 단계; 및 상기 제1빔 및 상기 제2빔 각각이 상기 결정된 서로 다른 편파를 가지도록, 상기 프리코딩된 신호의 편파를 변환하는 단계를 포함하는, 공간 다중화 방법을 제공한다. 대표도: 도 1

Description

다중 빔 시스템에서 편파를 이용한 공간 다중화 방법 및 장치
본 발명은 공간 다중화를 구현하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 편파들 간의 간섭을 최소화함으로써 통신 품질을 향상시킬 수 있는 다중 빔을 사용하는 시스템에서 편파를 이용한 공간 다중화 방법 및 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
다중 빔을 사용하는 시스템(예를 들어, Massive MIMO(multiple-input and multiple-output) 시스템)에서는 서로 인접하는 빔들 간 간섭으로 인하여 무선 채널의 상관 계수가 높아지고, 이로 인해 공간 자원을 효율적으로 사용하지 못하는 문제가 발생한다.
최근에는 서로 다른 편파를 가지는 안테나 모듈들을 다중 빔 시스템에 채용하여 인접하는 빔들이 서로 다른 편파를 사용하도록 구성함으로써, 인접하는 빔들 간의 간섭을 감소시키고 있다.
그러나, 이 방법은 사용하고자 하는 편파들 각각에 대한 안테나 모듈을 별도로 구성해야 하므로, 제작 공정이 복잡해져 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점을 가진다. 또한, 이 방법은 사용하고자 하는 편파들 각각에 대한 안테나 모듈을 별도로 구성해야 하므로, 안테나 사이즈를 증가시킬 수 있는 문제점도 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 안테나의 직교 편파를 이용하여 기저대역에서 I/Q 데이터(In-phase/Quadrature-phase data)의 위상을 변경하고, 공간 다중화에 이용되는 다수의 빔들 간에 서로 다른 편파를 적용함으로써, 인접하는 빔들 간의 간섭을 감소시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 다중 빔 시스템에서 편파를 이용한 공간 다중화 방법으로서, 제1빔 및 제2빔에 적용될 서로 다른 위상 및 서로 다른 편파를 결정하는 단계; 상기 제1빔 및 상기 제2빔 각각이 상기 결정된 서로 다른 위상을 가지도록, 신호를 프리코딩(precoding)하는 단계; 및 상기 제1빔 및 상기 제2빔 각각이 상기 결정된 서로 다른 편파를 가지도록, 상기 프리코딩된 신호의 편파를 변환하는 단계를 포함하는, 공간 다중화 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 다중 빔 시스템에서 편파를 이용한 공간 다중화 장치로서, 제1빔 및 제2빔에 적용될 서로 다른 위상 및 서로 다른 편파를 결정하는 제어부; 상기 제1빔 및 상기 제2빔 각각이 상기 결정된 서로 다른 위상을 가지도록, 신호를 프리코딩(precoding)하는 빔포밍부; 및 상기 제1빔 및 상기 제2빔 각각이 상기 결정된 서로 다른 편파를 가지도록, 상기 프리코딩된 신호의 편파를 변환하는 다중편파 합성부를 포함하는, 공간 다중화 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 인접하는 빔들이 서로 다른 편파를 가져 이 인접하는 빔들 간의 간섭이 감소되므로, 통신 품질이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 무선 채널의 직교성이 향상되므로, 시스템의 채널 용량이 증대될 수 있다.
도 1은 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 공간 다중화 장치의 예시적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 공간 다중화 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명을 통해 구현되는 공간 다중화의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 공간 다중화 장치의 일 예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다중 편파 합성을 설명하기 위한 블록도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명은 안테나의 직교 편파를 이용하여 기저대역에서 I/Q 데이터(In-phase/Quadrature-phase data)의 위상을 변경함으로써, 다양한 편파를 생성 또는 설정할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 다수의 빔을 이용하는 이동통신 시스템(다중 빔 시스템, 예를 들어, Massive MIMO 시스템)에서 공간 다중화를 위해, 인접하는 빔들 간에 서로 다른 편파를 사용하도록 구성함으로써, 무선 채널의 직교성을 향상시켜 시스템의 채널 용량을 증대시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
이러한 방법들을 구현하기 위한 공간 다중화 장치(100)에 대한 일 예가 도 1에 나타나 있다. 이하에서는, 도 1 및 도 2을 참조하여 공간 다중화 장치(100)의 구성 및 이 공간 다중화 장치(100)를 이용한 공간 다중화 방법에 대해 설명하도록 한다.
공간 다중화 장치(100)는 기지국, 중계기 및, 단말 중에서 하나 이상에 설치될 수 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 공간 다중화 장치(100)는 제어부(110), 빔포밍부(120), 다중편파 합성부(130) 및 RF 체인(RF chain, 140)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, RF 체인(140)은 RF 블록(미도시)과 직교 편파 안테나 모듈을 포함하여 구성될 수 있다. RF 블록(미도시)은 DAC(digital to analog converter)/ADC(analog to digital converter), 필터, 믹서(mixer) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
빔포밍부(120), 다중편파 합성부(130) 및 RF 체인(140)은 도 1에 나타낸 개수 이상일 수 있다. 예를 들어, 더욱 많은 개수의 빔 패턴(빔)들을 이용하여 공간 다중화를 구현하고자 하는 경우, 빔포밍부(120), 다중편파 합성부(130) 및 RF 체인(140)은 도 1에 나타낸 개수 이상으로 공간 다중화 장치(100)에 포함될 수 있다.
제어부(110)는 RF 체인(140)을 통해 방사될 빔들의 위상과 편파를 설정 또는 결정할 수 있다.
제어부(110)는 빔들 각각의 위상을 서로 다르게 설정 또는 결정할 수 있다. 예를 들어, 공간 다중화에 이용될 빔들이 n(n은 2 이상의 자연수)인 경우, 제어부(110)는 n개의 빔들 각각의 위상을 서로 다르게 결정할 수 있다. 제어부(110)에서 결정된 위상은 빔포밍부(120)에서 빔 형성에 이용될 수 있다.
또한, 제어부(110)는 복수 개의 빔들 중에서 공간 상에서 서로 인접하는(서로 이웃하는) 빔들에 대해 서로 다른 편파(이종 편파)를 결정할 수 있다. 예를 들어, 공간 다중화에 이용될 빔들이 n(n은 2 이상의 자연수)인 경우, 제어부(110)는 서로 이웃하는 k번째 빔과 l번째 빔의 편파를 서로 다르게 설정 또는 결정할 수 있다.
빔포밍부(120)는 기저대역 신호 또는 데이터를 프리코딩(precoding)할 수 있다(S240).
빔포밍부(120)는 기저대역 신호에 웨이트 벡터(weight vector)를 적용하여 제어부(110)에서 결정한 빔을 생성할 수 있다(beamforming). 빔포밍부(120)는 빔들 각각이 제어부(110)에서 결정된 위상을 가지도록 신호들을 프리코딩하므로, 빔포밍부(120)의 동작에 의해 빔들이 서로 다른 위상을 가질 수 있다.
다중편파 합성부(130)는 프리코딩된 신호의 편파를 변환할 수 있다(S250).
다중편파 합성부(130)는 후술되는 변환 과정(합성 또는 분해)을 통해 프리코딩된 신호의 편파를 변환하여, 공간 상에서 서로 이웃하는 빔들이 서로 다른 편파(제어부에서 결정된 편파)를 가지도록 할 수 있다.
한편, 처리 대상에 해당하는 기저대역 신호는 빔포밍부(120)에서 처리되기 전에 스크램블링 과정(S210), 변조 과정(S220), 레이어 맵핑 과정(S230) 등을 거칠 수 있다.
스크램블링 과정(S210)은 기지국 또는 UE(user equipment)를 구별하기 위하여, 스크램블 신호를 이용하여 기저대역 신호를 암호화하는 과정에 해당한다. 공간 다중화 장치(100)는 스크램블링 과정(S210)을 수행하는 스크램블 모듈(미도시)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
변조 과정(S220)은 스크램블링된 신호들을 복수 개의 모듈레이션(변조) 심볼들로 변조하는 과정에 해당한다. 공간 다중화 장치(100)는 변조 과정(S220)을 수행하는 변조 모듈 또는 변조 맵퍼(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
S210 과정에서 스크램블링된 신호는 변조 맵퍼(미도시)에 입력되어 신호의 종류 및/또는 채널 상태에 따라 BPSK(binary phase shift keying), QPSK(quadrature phase shift keying) 또는 16QAM/64QAM(quadrature amplitude modulation) 방식을 통해 변조될 수 있다.
레이어 맵핑 과정(S230)은 신호들을 안테나 별로 분리하기 위하여, 변조 심볼들을 하나 이상의 전송 레이어로 맵핑하는 과정에 해당한다. 공간 다중화 장치(100)는 레이어 맵핑 과정(S220)을 수행하는 레이어 맵퍼(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
공간 다중화 장치(100)는 변조 과정(S220)을 통해 얻어진 변조 심볼들을 리소스 엘리먼트에 맵핑(주파수에 맵핑)하는 과정(S260)을 더 수행할 수 있다. 이를 위해, 공간 다중화 장치(100)는 리소스 엘리먼트 맵핑부(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 리소스 엘리먼트에 맵핑하는 과정(S260)은 리소스 엘리먼트 맵핑부(미도시)에서 수행될 수 있다.
공간 다중화 장치(100)는 편파 변환된 신호들에 대해 시간영역의 심볼을 생성하기 위해 IFFT(inverse fast fourier transform) 연산을 수행할 수 있다. 또한, 공간 다중화 장치(100)는 심볼 간 간섭(inter symbol interference, ISI)를 방지하기 위해 보호구간(guard interval)을 삽입할 수 있다(S270). 이를 위해, 공간 다중화 장치(100)는 IFFT부(미도시)와 CP(cyclic prefix)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
S210 과정 내지 S270 과정을 거친 신호들은 RF 체인(140)을 통해 빔 형태로 방사될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 본 발명의 공간 다중화 방법에 의해 방사되는 빔들은 공간 상에서 서로 다른 위상을 가지며, 서로 다른 위상의 빔들 중에서 서로 이웃하는 두 개의 빔들은 서로 다른 편파를 가질 수 있다.
본 발명의 공간 다중화 방법에 의해 방사되는 빔들에 대한 일 예가 도 3에 나타나 있다. 도 3에서, 실선의 빔들(빔 #1, 빔 #3, 빔 #5 및 빔 #7)은 ±45의 편파 방향(직교 크로스 편파)을 가지며, 점선의 빔들(빔 #2, 빔 #4, 빔 #6 및 빔 #8)은 V/H(vertical/horizontal)의 편파 방향(직교 수직/수평 편파)을 가진다.
빔 #1이 직교 크로스 편파(±45)를 사용하면, 빔 #2는 수직/수평 편파(V/H)를 사용한다. 동일한 방법으로, 빔 #3은 직교 크로스 편파(±45)를 사용하고, 빔 #4는 수직/수평 편파(V/H)를 사용한다.
즉, 본 발명은 인접하는 빔들 간에는 동종의 편파를 사용하는 것이 아닌, 서로 다른 편파(이종 편파)를 사용함으로써, 인접하는 빔들 간에 상관 계수를 낮출 수 있다. 또한, 서로 다른 편파에는 좌원편파/우원편파 등과 같이 서로 직교하는 어떠한 종류의 편파도 이종 편파로 사용될 수 있다.
직교 크로스 편파(±45)를 가지는 빔 #1과 수직/수평 편파(V/H)를 가지는 빔 #2은 서로 다른 편파를 가지므로, 빔 #1과 빔 #2 사이의 상관 관계는 충분히 작을 수 있다. 또한, 빔 #1과 직교 크로스 편파(±45)를 가지는 빔 #3은 거리가 충분히 떨어져 있으므로, 빔 #1과 빔 #3 사이의 상관 관계는 충분히 작을 수 있다.
실시형태에 따라, 신호의 편파를 변환하는 과정(S250)과 리소스 엘리먼트에 맵핑하는 과정(S260)은 그 순서가 변경될 수 있다. 예를 들어, 1) 신호의 편파를 변환하는 과정(S250)이 먼저 수행되고 리소스 엘리먼트에 맵핑하는 과정(S260)이 나중에 수행될 수 있으며, 2) 리소스 엘리먼트에 맵핑하는 과정(S260)이 먼저 수행되고 신호의 편파를 변환하는 과정(S250)이 나중에 수행될 수 있다.
1)의 경우에, 다중편파 합성부(130)는 프리코딩된 신호의 편파를 이종 편파로 변환하며, 리소스 엘리먼트 맵핑부(미도시)는 편파가 변환된 신호를 리소스 엘리먼트에 맵핑할 수 있다. 2)의 경우에, 리소스 엘리먼트 맵핑부(미도시)는 프리코딩된 신호를 리소스 엘리먼트에 맵핑하며, 다중편파 합성부(130)는 리소스 엘리먼트에 맵핑된 신호의 편파를 이종 편파로 변환할 수 있다.
이하에서는, 도 4를 참조하여, 두 개의 빔들(제1빔 및 제2빔)을 사용하는 공간 다중화 방법에 대해 설명하도록 한다. 제1빔과 제2빔은 공간 상에서 서로 다른 위상(제1빔: 제1위상, 제2빔(제2위상)을 가지며, 서로 이웃하고, 서로 다른 편파(제1빔: ±45도, 제2빔: V/H)를 가지는 것으로 가정한다.
RF 체인(140)을 통해 제1빔과 제2빔을 방사하고자 하는 경우, 제어부(110)는 제1빔과 제2빔의 위상을 서로 다르게 결정할 수 있으며, 제1빔과 제2빔의 편파를 서로 다르게 결정할 수 있다.
빔포밍부(120)는 제1빔과 제2빔 각각이 제어부(110)에서 결정된 위상을 가지도록, 기저대역 신호에 웨이트 벡터를 적용할 수 있다.
예를 들어, 빔포밍부 #1-1(BF #1-1, 122-1), 빔포밍부 #1-2(BF #1-2. 122-2), 빔포밍부 #1-3(BF #1-3, 122-3) 및, 빔포밍부 #1-4(BF #1-4, 122-4)는 신호의 위상을 제1위상으로 설정하여 다중편파 합성부 #1-1(PD #1-1, 132-1)로 출력할 수 있다. 또한, 빔포밍부 #1-1(BF #1-1, 122-1), 빔포밍부 #1-2(BF #1-2. 122-2), 빔포밍부 #1-3(BF #1-3, 122-3) 및, 빔포밍부 #1-4(BF #1-4, 122-4)는 신호의 위상을 제2위상으로 설정하여 다중편파 합성부 #1-2(PD #1-2, 132-2)로 출력할 수 있다.
다중편파 합성부(130)는 제1빔과 제2빔 각각이 제어부(110)에서 결정된 편파(이종 편파)를 가지도록, 프리코딩된 신호의 편파를 변환할 수 있다.
예를 들어, 다중편파 합성부 #1-1(132-1)는 제1위상으로 설정된 신호의 편파를 ±45도로 변환하고, 다중편파 합성부 #1-2(132-2)는 제2위상으로 설정된 신호의 편파를 V/H로 변환할 수 있다.
제1위상과 ±45도의 편파를 가지는(설정된) 신호는 RF 체인 #1-1(142-1)과 RF 체인 #1-2(142-2)를 통해 제1빔으로 방사될 수 있으며, 제2위상과 V/H의 편파를 가지는(설정된) 신호는 RF 체인 #1-3(142-3)과 RF 체인 #1-4(142-4)를 통해 제2빔으로 방사될 수 있다.
RF 체인(140)에 포함되는 직교 편파 안테나 모듈에 대해, 본 명세서에서는 +45도와 -45도로 배열된 안테나 모듈이 표현되어 있다. 그러나, 상호 간에 직교하는 형태로 배열된 안테나라면, V(vertical)과 H(horizontal)로 배열된 직교 편파 안테나 모듈과 같이 다양한 형태의 안테나 모듈이 본 발명에서 활용될 수 있다.
이상에서는 송신신호에 대한 공간 다중화 방법에 대해 설명하였다. 수신신호에 대한 공간 다중화 방법은 송신신호에 대한 공간 다중화 방법의 역순으로 구현될 수 있다.
이하에서는, 도 5를 참조하여 본 발명의 편파 변환 방법에 대해 설명하도록 한다.
앞서 설명된 바와 같이, 다중편파 합성부(130)는 프리코딩된 신호의 편파를 이종 편파로 변환할 수 있다. 여기서, 이종 편파에는 직교 크로스 편파(±45)와 직교 수직/수평 편파(V/H)가 포함될 수 있다.
신호의 편파를 이종 편파로 변환하는 과정은 아래 수학식 1을 통해 구현될 수 있다.
Figure PCTKR2020017421-appb-img-000001
위 수학식 1에서, a와 b는 직교 크로스 편파(±45)와 직교 수직/수평 편파(V/H) 중에서 어느 하나를 나타내며, a+b와 a+be jπ는 직교 크로스 편파(±45)와 직교 수직/수평 편파(V/H) 중에서 다른 하나를 나타내고,
Figure PCTKR2020017421-appb-img-000002
는 PD(polarization decomposition) 행렬을 나타낸다.
예를 들어, +45도 편파(a)와 -45도 편파(b)에 PD 행렬을 적용하면, +45도 편파(a) 및 -45도 편파(b)와, 수직 편파(a+b) 및 수평 편파(a+be jπ) 즉, 이종 편파로 변환될 수 있다.
도 2에서는 과정 S210 내지 과정 S270을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 2에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 과정 S210 내지 과정 S270 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 2는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 2에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
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본 특허출원은, 본 명세서에 그 전체가 참고로서 포함되는, 2019년 12월 5일에 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2019-0160606호 및, 2020년 4월 16일에 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2020-0046256호에 대해 우선권을 주장한다.

Claims (10)

  1. 다중 빔 시스템에서 편파를 이용한 공간 다중화 방법으로서,
    제1빔 및 제2빔에 적용될 서로 다른 위상 및 서로 다른 편파를 결정하는 단계;
    상기 제1빔 및 상기 제2빔 각각이 상기 결정된 서로 다른 위상을 가지도록, 신호를 프리코딩(precoding)하는 단계; 및
    상기 제1빔 및 상기 제2빔 각각이 상기 결정된 서로 다른 편파를 가지도록, 상기 프리코딩된 신호의 편파를 변환하는 단계를 포함하는, 공간 다중화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프리코딩된 신호를 리소스 엘리먼트에 맵핑하는 단계를 더 포함하고,
    상기 변환하는 단계는,
    상기 리소스 엘리먼트에 맵핑된 신호의 편파를 변환하는, 공간 다중화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 편파가 변환된 신호를 리소스 엘리먼트에 맵핑하는 단계를 더 포함하는, 공간 다중화 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변환하는 단계는,
    상기 프리코딩된 신호의 편파를 직교 크로스 편파(±45도)와 직교 수직/수평 편파로 변환하는, 공간 다중화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 변환하는 단계는,
    아래 수학식을 이용하여 상기 프리코딩된 신호의 편파를 상기 직교 크로스 편파(±45도)와 상기 직교 수직/수평 편파로 변환하는, 공간 다중화 방법.
    Figure PCTKR2020017421-appb-img-000003
    위 수학식에서, a와 b는 상기 직교 크로스 편파(±45도)와 상기 직교 수직/수평 편파 중에서 어느 하나를 나타내며, a+b와 a+be jπ는 상기 직교 수직/수평 편파(±45도)와 상기 직교 수직/수평 편파 중에서 다른 하나를 나타냄.
  6. 다중 빔 시스템에서 편파를 이용한 공간 다중화 장치로서,
    제1빔 및 제2빔에 적용될 서로 다른 위상 및 서로 다른 편파를 결정하는 제어부;
    상기 제1빔 및 상기 제2빔 각각이 상기 결정된 서로 다른 위상을 가지도록, 신호를 프리코딩(precoding)하는 빔포밍부; 및
    상기 제1빔 및 상기 제2빔 각각이 상기 결정된 서로 다른 편파를 가지도록, 상기 프리코딩된 신호의 편파를 변환하는 다중편파 합성부를 포함하는, 공간 다중화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프리코딩된 신호를 리소스 엘리먼트에 맵핑하는 리소스 엘리먼트 맵핑부를 더 포함하고,
    상기 다중편파 합성부는,
    상기 리소스 엘리먼트에 맵핑된 신호의 편파를 변환하는, 공간 다중화 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 편파가 변환된 신호를 리소스 엘리먼트에 맵핑하는 리소스 엘리먼트 맵핑부를 더 포함하는, 공간 다중화 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 다중편파 합성부는,
    상기 프리코딩된 신호의 편파를 직교 크로스 편파(±45도)와 직교 수직/수평(vertical/horizontal) 편파로 변환하는, 공간 다중화 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다중편파 합성부는,
    아래 수학식을 이용하여 상기 프리코딩된 신호의 편파를 상기 직교 크로스 편파(±45도)와 상기 직교 수직/수평(vertical/horizontal) 편파로 변환하는, 공간 다중화 장치.
    Figure PCTKR2020017421-appb-img-000004
    위 수학식에서, a와 b는 상기 직교 크로스 편파(±45도)와 상기 직교 수직/수평 편파 중에서 어느 하나를 나타내며, a+b와 a+be jπ는 상기 직교 수직/수평 편파(±45도)와 상기 직교 수직/수평 편파 중에서 다른 하나를 나타냄.
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