WO2021153829A1 - 무선 av 시스템에서 신호를 복조하는 수신장치 및 방법 - Google Patents

무선 av 시스템에서 신호를 복조하는 수신장치 및 방법 Download PDF

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WO2021153829A1
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wireless
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허중관
이규인
송재욱
우경수
오윤석
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엘지전자 주식회사
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    • H04L27/2695—Link with other circuits, i.e. special connections between synchronisation arrangements and other circuits for achieving synchronisation with channel estimation, e.g. determination of delay spread, derivative or peak tracking

Definitions

  • the present invention relates to a wireless audio/video (AV) system, and more particularly, to a receiving apparatus and method for demodulating a signal in a wireless AV system.
  • AV wireless audio/video
  • HD High Definition
  • UHD Ultra High Definition
  • IEEE 802.11ad is a high-speed wireless communication standard operating in a band of 60 GHz or higher.
  • the reach of the signal is on the order of 10 meters, but the throughput can support more than 6 Gbps.
  • the IEEE 802.11ad standard provides a beamforming training process for antenna beam alignment.
  • IEEE 802.11ay is a next-generation standard that is being developed with the goal of throughput of 20 Gbps or more based on IEEE 802.11ad.
  • the data format or frame format used by the IEEE 802.11ad or ay series MAC layer (medium access control layer) or physical layer includes a plurality of control information fields for controlling and managing resources and operations of multiple devices. do.
  • the wireless AV system to which the present invention pertains it is premised on wireless communication in a situation in which peer devices are specified (eg, communication between a wireless settop box and a wireless TV). .
  • a data transmitter and/or a data receiver may include multiple antennas.
  • the data transmitter and/or the data receiver uses a polarization antenna, orthogonality between antennas can be guaranteed.
  • MIMO multiple input multiple output
  • ISI inter-stream interference
  • the present specification proposes a receiving apparatus and method for demodulating a signal in a wireless AV system.
  • This embodiment proposes a receiving apparatus and method for demodulating a radio AV signal.
  • This embodiment proposes a method for estimating and compensating for phase noise in a multi-receiving antenna environment in wireless AV (Audio/Video) transmission.
  • this embodiment proposes a signal demodulation scheme in which a transmission signal is decomposed for each reception antenna to enable parallel operation. Accordingly, performance degradation due to phase noise may be prevented and complexity and latency may be minimized.
  • the receiver and the transmitter may be wireless devices supporting mmWave wireless communication. That is, this embodiment describes a method for effectively demodulating a transmitted signal while minimizing performance degradation due to phase noise in a 60 GHz or higher mmWave communication system.
  • the receiver estimates a transmission signal based on a Minimum Mean Square Error (MMSE) weight matrix.
  • MMSE Minimum Mean Square Error
  • the receiving apparatus decomposes the estimated transmission signal for each reception antenna and performs Inverse Fast Fourier Transform (IFFT).
  • IFFT Inverse Fast Fourier Transform
  • the receiving apparatus estimates and compensates for phase noise for each receiving antenna based on the signal on which the IFFT has been performed.
  • the receiver demodulates the estimated and compensated signals for each stream.
  • FIG. 1 is a block diagram of a wireless AV system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a wireless data transmission/reception system according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a case in which a wireless data transmission/reception system according to an embodiment is implemented with an IEEE 802.11 series communication protocol.
  • FIG. 4 is a view for explaining a configuration of a beacon interval according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram briefly illustrating the structure of a PHY protocol data unit (PPDU) frame according to an embodiment.
  • PPDU PHY protocol data unit
  • FIG. 6 illustrates a plurality of antennas in which one RF chain is configured as a dual polarization array according to an embodiment.
  • FIG. 7 illustrates a beamforming training process according to an embodiment.
  • FIG 8 is a graph illustrating a relationship between a frequency offset and a Power Spectral Density (PSD).
  • PSD Power Spectral Density
  • FIG. 10 shows a block diagram of a receiver of mmWave wireless communication.
  • 11 is a graph comparing packet error rates for phase noise compensation.
  • 13 is a graph comparing packet error rates for phase noise compensation.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a procedure for demodulating a transmission signal in the receiving apparatus according to the present embodiment.
  • 15 is a block diagram illustrating a receiving apparatus for demodulating a transmission signal according to the present embodiment.
  • the present invention relates to a wireless AV system or a wireless display system in which a main body device and a display device are physically and/or electrically independent as described above, and reproduce media based on mutual wireless communication.
  • FIG. 1 is a block diagram of a wireless AV system according to an embodiment.
  • the wireless AV system 10 may include a main body device 100 , a display device 200 , and a remote control device 300 .
  • the main body device 100 receives an external signal in wired/wireless form related to audio, video, picture, image, multimedia, or at least one combination thereof.
  • An operation of generating a data stream or a bit stream by processing the received external signal in various ways and transmitting the data stream to the display apparatus 200 through the wireless interface may be performed.
  • the main body device 100 includes an external signal receiving unit 110 , an external device interface unit 115 , a storage unit 120 , a main body control unit 130 , a wireless communication circuit 140 , and a power supply unit ( 150) may be included.
  • the external signal receiving unit 110 may include a tuner 111 , a demodulator 112 , and a network interface unit 113 .
  • the tuner 111 receives an external signal in a wired/wireless form related to audio, video, video, image, multimedia, or at least one combination thereof. For example, the tuner 111 may select a specific broadcast channel according to a channel selection command and receive a broadcast signal for the selected specific broadcast channel.
  • the demodulator 112 may divide the received external signal into a video signal, an image signal, an image signal, an audio signal, a data signal related to a broadcast program, and the like, and the separated video signal, image signal, image signal, audio signal, It is possible to restore a data signal related to a broadcast program, etc. in an outputable form.
  • the external device interface unit 115 may receive an application or an application list in an adjacent external device and transmit it to the main body control unit 130 or the storage unit 120 .
  • the external device interface unit 115 may provide a connection path between the main body device 100 and an external device.
  • the external device interface unit 115 receives one or more of audio, video, image, image, multimedia, or a combination of at least one thereof output from an external device connected to the main unit 100 by wire or wirelessly, and the main unit control unit ( 130) can be forwarded.
  • the external device interface unit 115 may include a plurality of external input terminals.
  • the plurality of external input terminals may include an RGB terminal, one or more High Definition Multimedia Interface (HDMI) terminals, and a component terminal.
  • HDMI High Definition Multimedia Interface
  • the external device connectable to the external device interface unit 115 may be any one of a set-top box, a Blu-ray player, a DVD player, a game machine, a sound bar, a smart phone, a PC, a USB memory, and a home theater, but this is only an example. .
  • the network interface unit 113 may provide an interface for connecting the main body device 100 to a wired/wireless network including an Internet network.
  • the network interface unit 113 may transmit or receive data with other users or other electronic devices through the connected network or another network linked to the connected network.
  • some content data stored in the main body device 100 may be transmitted to another user registered in advance in the main body device 100 or to a selected user or a selected electronic device among other electronic devices.
  • the network interface unit 113 may access a predetermined web page through the connected network or another network linked to the connected network. That is, by accessing a predetermined web page through a network, it is possible to transmit or receive data with a corresponding server.
  • the network interface unit 113 may receive content or data provided by a content provider or a network operator. That is, the network interface unit 113 may receive contents such as movies, advertisements, games, VODs, broadcast signals, etc. and related information provided from the contents provider or the network provider through the network.
  • the network interface unit 113 may receive firmware update information and an update file provided by a network operator, and may transmit data to the Internet or a content provider or a network operator.
  • the network interface unit 113 may select and receive a desired application from among applications open to the public through a network.
  • the storage unit 120 may store a program for each signal processing and control in the main body control unit 130 , and may store a signal-processed image, audio, or data signal.
  • the storage unit 120 may perform a function for temporarily storing an image, audio, or data signal input from the external device interface unit 115 or the network interface unit 113 , and may perform a predetermined function through the channel storage function. It is also possible to store information about the image.
  • the storage unit 120 may store an application or an application list input from the external device interface unit 115 or the network interface unit 113 .
  • the main body control unit 130 may control the main body device 100 according to a user command or an internal program input through the remote control device 300 , and access the network to display an application or a list of applications desired by the user on the main body device 100 . ) can be downloaded from
  • the main body control unit 130 allows the channel information selected by the user to be output through the display device 200 or the audio output unit 250 together with the processed image or audio signal.
  • the main body control unit 130 according to the external device image playback command received through the remote control device 300, from an external device input through the external device interface unit 115, for example, a camera or camcorder, An image signal or an audio signal may be output through the display device 200 or the audio output unit 250 .
  • the main body controller 130 may control the content stored in the storage unit 120, received broadcast content, or external input content input from the outside to be reproduced, and the content may include a broadcast image, an external input image, It may be in various forms, such as an audio file, a still image, a connected web screen, and a document file.
  • the main body control unit 130 decodes video, image, image, audio, data related to a broadcast program, etc. input through the demodulator 112 or the external device interface unit 115 or the storage unit 120, and decodes the decoded data. is encoded according to the encoding/decoding method supported by the display apparatus 200 again, and the data stream or bitstream is processed by various image/audio processing techniques such as compression and encoding to transmit the encoded data through a wireless channel. and transmits the generated data stream or bit stream to the display device 200 through the wireless communication circuit 140 .
  • the main body controller 130 bypasses the decoded data without re-encoding the decoded data according to the encoding/decoding method supported by the display apparatus 200 to bypass the wireless communication circuit. It may be transmitted directly to the display apparatus 200 through 140 .
  • main body control unit 130 may be configured to implement the functions, procedures and/or methods of the processor 1130 of the wireless data transmission apparatus 1100 described in each embodiment of the present specification.
  • the layers of the air interface protocol may be implemented in the processor 1130 .
  • the wireless communication circuit 140 is operatively coupled to the main body controller 130 to receive a data stream or a bit stream from the main body controller 130, and encode and/or encode the data stream or bit stream in a form for transmitting the data stream or the bit stream through a wireless channel.
  • a wireless stream is generated by modulating and transmitted to the display device 200 .
  • the wireless communication circuit 140 forms a wireless link, and the main body device 100 and the display device 200 are connected by a wireless link.
  • the wireless communication circuit 140 may be implemented based on various wireless communication methods, such as short-range wireless communication or mobile communication network (eg, 3G, 4G, 5G cellular network, etc.) such as WI-FI, Bluetooth, NFC, and RFID. .
  • the wireless communication circuit 140 may communicate using a communication protocol such as IEEE 802.11 family standards.
  • the power supply unit 150 supplies power to the external signal receiving unit 110 , the external device interface unit 115 , the storage unit 120 , the main body control unit 130 , and the wireless communication circuit 140 .
  • a method for the power supply 150 to receive power from the outside may include a terminal method and a wireless method.
  • the power supply unit 150 may include a separate configuration for wirelessly receiving power.
  • the power supply 150 includes a power pick-up unit configured to receive wireless power by magnetic coupling with an external wireless power transmitter, and a power pick-up unit configured to receive wireless power. It may include a separate communication and control unit configured to perform communication with the wireless power transmitter and control transmission and reception of wireless power.
  • the wireless communication circuit 140 may be wirelessly connected to the remote control device 300 to transmit a signal input by the user to the main body control unit 130 or transmit a signal from the main body control unit 130 to the user.
  • the wireless communication circuit 140 may be configured according to various communication methods such as Bluetooth, Ultra Wideband (WB), ZigBee, RF (Radio Frequency) communication, or infrared (IR) communication.
  • Receive and process control signals such as power on/off and screen setting of the main body device 100 from the control device 300 , or transmit a control signal from the main body controller 130 to the remote control device 300 . can
  • the wireless communication circuit 140 may transmit a control signal input from a local key (not shown) such as a power key, a volume key, and a setting value to the main body control unit 130 .
  • a local key such as a power key, a volume key, and a setting value
  • the display apparatus 200 may perform an operation of displaying or outputting a wireless stream received from the main body apparatus 100 through the wireless interface as a reverse process of signal processing by the main body apparatus 100 there is.
  • the display apparatus 200 includes a wireless communication circuit 210 , a user input interface 220 , a panel controller 230 , a display 240 , an audio output unit 250 , and a power supply unit ( 260) may be included.
  • the wireless communication circuit 210 is connected to the wireless communication circuit 140 of the main body device 100 by a wireless link, and performs wireless communication with the wireless communication circuit 140 of the main body device 100 . Specifically, the wireless communication circuit 210 receives the wireless stream from the wireless communication circuit 140 of the main body device 100 , demodulates it and sends it to the panel control unit 230 .
  • the wireless communication circuit 210 may be implemented based on various wireless communication methods such as short-range wireless communication or mobile communication network (eg, 3G, 4G, 5G cellular network, etc.) such as WI-FI, Bluetooth, NFC, RFID. .
  • the wireless communication circuit 210 may communicate using a communication protocol such as IEEE 802.11 family standards such as IEEE 802.11ay.
  • the panel controller 230 decodes the signal demodulated by the wireless communication circuit 210 to restore a bit stream or a data stream. In this case, if the bit stream or data stream is compressed, the panel controller 230 performs an operation of decompressing or restoring the bit stream or data stream, and then a video signal, an image signal, a video signal, an audio signal, and a broadcast program. It may be outputted as a data signal related to , and transmitted to the display unit 240 , the audio output unit 250 , and the user input interface unit 220 , respectively.
  • a video signal, an image signal, an image signal, etc. may be input to the display unit 240 and displayed as an image corresponding to the corresponding image signal.
  • the image signal processed by the panel control unit 230 is again transmitted to the main body device 100 through the wireless communication circuit 210 , and to an external output device through the external device interface unit 115 of the main body device 100 . can be entered.
  • the audio signal processed by the panel control unit 230 may be audio output to the audio output unit 250 .
  • the audio signal processed by the panel control unit 230 is again transmitted to the main body device 100 through the wireless communication circuit 210 , and to an external output device through the external device interface unit 115 of the main body device 100 . can be entered.
  • the panel controller 230 may control the display unit 240 to display an image, for example, a broadcast image input through the tuner 111 or an external input through the external device interface unit 115 .
  • An input image, an image input through the network interface unit, or an image stored in the storage unit 120 may be controlled to be displayed on the display unit 240 .
  • the image displayed on the display unit 240 may be a still image or a moving image, and may be a 2D image or a 3D image.
  • the panel control unit 230 may be configured to implement functions, procedures and/or methods of the processor 1230 of the wireless data receiving apparatus 1200 described in each embodiment of the present specification.
  • the processor 1230 may be configured to implement the functions, procedures and/or methods of the wireless data receiving apparatus 1200 described in each embodiment of the present specification.
  • the user input interface unit 220 may transmit a signal input by the user to the panel control unit 230 or may transmit a signal from the panel control unit 230 to the user.
  • the user input interface 220 is Bluetooth (Bluetooth), WB (Ultra Wideband), ZigBee (ZigBee) method, RF (Radio Frequency) communication method or infrared (IR) communication method, such as various communication methods, such as, Process to receive and process control signals such as power on/off and screen setting of the display device 200 from the remote control device 300 , or transmit a control signal from the panel controller 230 to the remote control device 300 . can do.
  • the user input interface unit 220 may transmit a control signal input from a local key (not shown) such as a power key, a volume key, and a setting value to the panel control unit 230 .
  • a local key such as a power key, a volume key, and a setting value
  • the power supply unit 260 supplies power to the wireless communication circuit 210 , the user input interface unit 220 , the panel control unit 230 , the display unit 240 , and the audio output unit 250 .
  • a method for the power supply 260 to receive power from the outside may include a terminal method and a wireless method.
  • the power supply 260 may include a separate component for wirelessly receiving power.
  • the power supply 260 includes a power pick-up unit configured to receive wireless power by magnetic coupling with an external wireless power transmitter, and the power pick-up unit to receive wireless power. It may include a separate communication and control unit configured to perform communication with the wireless power transmitter and control transmission and reception of wireless power.
  • the remote control device 300 performs an operation in which the main body device 100 and/or the display device 200 remotely controls power on/off, channel selection, screen setting, and the like, and may be referred to as a remote controller.
  • main body device 100 and the display device 200 shown in FIG. 1 are only one embodiment of the present invention. Some of the illustrated components may be integrated, added, or omitted according to specifications of the main body device 100 and the display device 200 that are actually implemented. That is, two or more components may be combined into one component, or one component may be subdivided into two or more components as needed.
  • the function performed in each block is for explaining the embodiment of the present invention, and the specific operation or device does not limit the scope of the present invention.
  • the main body device 100 does not include a tuner 111 and a demodulator 112, and does not include a network interface unit 113 or an external device interface unit ( 115) may be used to receive and reproduce an image.
  • the main body device 100 is divided into an image processing device such as a set-top box for receiving broadcast signals or contents according to various network services, and a content playback device that reproduces contents input from the image processing device. can be implemented.
  • an image processing device such as a set-top box for receiving broadcast signals or contents according to various network services
  • a content playback device that reproduces contents input from the image processing device.
  • the operating method of the wireless AV system 10 includes not only the main body device 100 and the display device 200 as described with reference to FIG. 1 , but also the separated set-top system. It may be performed by either an image processing device such as a box or a content playback device having an audio output unit 250 .
  • the main body apparatus 100 may be called a wireless source device that wirelessly provides a source
  • the display apparatus 200 is a wireless sink device that wirelessly receives a source.
  • Wireless source devices and wireless sink devices are compatible with standards such as Wireless HD, Wireless Home Digital Interface (WHDI), WiGig, wireless USB and Wi-Fi Display (WFD) (also known as Miracast) WD) communication technologies.
  • WFD Wireless Home Digital Interface
  • WFD Wi-Fi Display
  • the main body device 100 may be integrated into a wireless set-top box, a wireless gaming console, a wireless digital video disc (DVD) player, and a part of a wireless router.
  • the main body device 100 may be provided in the form of a wireless communication module or chip.
  • the display apparatus 200 is a user device or electronic device (eg, a wireless TV, a wireless monitor, a wireless projector, a wireless printer, a wireless vehicle dashboard display, a wearable device, an augmented reality) having a display panel for displaying images and videos. (AR) headset or virtual reality (VR) headset, etc.).
  • the display apparatus 200 may be provided in the form of a wireless communication module or chip.
  • the main body apparatus 100 and the display apparatus 200 may be integrated in a form constituting a part of a mobile device.
  • the main body apparatus 100 and the display apparatus 200 are a smartphone, a smart pad or tablets, or a mobile terminal including other types of wireless communication devices, portable computers with wireless communication cards, personal information It may be integrated into a terminal (PDA), portable media player, digital image capturing device such as a camera or camcorder, or other flash memory device having wireless communication capabilities.
  • the main body device 100 and the display device 200 may be provided in the form of a wireless communication module or chip.
  • a smartphone user may stream or stream video and audio output by the user's smartphone, tablet, or other computing device to a higher resolution display or other device, such as a television or projector, which may otherwise provide an enhanced user experience. can be mirrored.
  • the main body device 100 receives an external signal in wired/wireless form related to audio, video, image, image, multimedia, or at least one combination thereof, and processes the received external signal in various ways.
  • An operation of generating a data stream or a bit stream and transmitting the data stream to the display apparatus 200 through the wireless interface may be performed.
  • wireless data image/video/audio data transmitted through a wireless interface
  • the main body device 100 may wirelessly communicate with the display device 200 and transmit wireless data.
  • the main body device 100 may be called a wireless data transmission device 1100
  • the display device 200 may be called a wireless data reception device 1200 .
  • the present invention will be described in more detail from the perspective of the wireless data transmission/reception system 1000 .
  • a detailed block diagram of the wireless data transmission/reception system 1000 is disclosed.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a wireless data transmission/reception system according to an embodiment.
  • a wireless data stream transceiving system 1000 means a system for wirelessly transmitting and receiving a data stream, and includes a wireless data transmission device 1100 and at least one wireless data reception device ( 1200).
  • the wireless data transmitter 1100 is communicatively coupled to at least one wireless data receiver 1200 .
  • the wireless data transmitter 1100 may be called an AP or a personal basic service set control point (PCP) station
  • the wireless data receiver 1200 is an STA or a non-STA It may be called a non-personal basic service set control point (PCP) station.
  • PCP personal basic service set control point
  • the wireless data transmitter 1100 may be called a wireless source device that provides a source wirelessly, and the wireless data receiver 1200 wirelessly receives a source wirelessly. It may be called a wireless sink device.
  • Wireless source devices and wireless sink devices are compatible with standards such as Wireless HD, Wireless Home Digital Interface (WHDI), WiGig, wireless USB and Wi-Fi Display (WFD) (also known as Miracast) WD) communication technologies.
  • WFD Wireless Home Digital Interface
  • WFD Wi-Fi Display
  • the wireless data transmitter 1100 may be integrated into a wireless set-top box, a wireless gaming console, a wireless digital video disc (DVD) player, and a part of a wireless writer.
  • the wireless data transmission device 1100 may be provided in the form of a wireless communication module or chip.
  • the wireless data receiver 1200 is a user device or electronic device having a display panel for displaying images and videos (eg, a wireless TV, a wireless monitor, a wireless projector, a wireless printer, a wireless vehicle dashboard display, a wearable device, Augmented reality (AR) headset or virtual reality (VR) headset, etc.) may be integrated in a form constituting a part.
  • the wireless data receiver 1200 may be provided in the form of a wireless communication module or chip.
  • the wireless data transmitter 1100 and the wireless data receiver 1200 may be integrated in a form constituting a part of a mobile device.
  • the wireless data transmitter 1100 and the wireless data receiver 1200 are smart phones, smartpads or tablets, or mobile terminals including other types of wireless communication devices, portable computers with wireless communication cards. , a personal digital assistant (PDA), a portable media player, a digital image capturing device such as a camera or camcorder, or other flash memory device having wireless communication capabilities.
  • PDA personal digital assistant
  • the wireless data transmitter 1100 and the wireless data receiver 1200 may be provided in the form of a wireless communication module or chip.
  • a smartphone user may stream or stream video and audio output by the user's smartphone, tablet, or other computing device to a higher resolution display or other device, such as a television or projector, which may otherwise provide an enhanced user experience. can be mirrored.
  • the data may include audio, video, picture, image, other multimedia, or be composed of at least one combination thereof.
  • data in another aspect, includes or includes a bit stream in which audio is compressed, a bit stream in which video is compressed, a bit stream in which images are compressed, and a bit stream in which multimedia is compressed. It may include at least one combination.
  • the wireless data transmission/reception system 1000 may be referred to as a wireless compressed data stream transmission/reception system.
  • the wireless compressed data stream transmission/reception system 1000 may further include a functional or physical unit for data compression.
  • the wireless data transmission device 1100 includes a memory 1120, a processor 1130, a communication circuit 1140, and a plurality of antennas 1150-1, 1150-2, ... Tx and , the wireless data receiving apparatus 1200 includes a communication circuit 1210 , a memory 1220 , a processor 1230 , and a plurality of antennas 1250-1, 1250-2, ... Rx .
  • the memories 1120 and 1220 are operatively coupled to the processors 1130 and 1230 , and store various information for operating the processors 1130 and 1230 .
  • the memories 1120 and 1220 may include read-only memory (ROM), random access memory (RAM), flash memory, memory cards, storage media, and/or other storage devices.
  • the processor 1130 may be configured to implement the functions, procedures and/or methods of the wireless data transmission apparatus 1100 described in each embodiment of the present specification.
  • the processor 1230 may be configured to implement the functions, procedures and/or methods of the wireless data receiving apparatus 1200 described in each embodiment of the present specification.
  • the layers of the air interface protocol may be implemented in the processors 1130 and 1230 .
  • the processor 1130 may be configured to perform the function of the main body controller 130 .
  • the processor 1130 decodes video, image, image, audio, data related to a broadcast program, etc. input through the demodulator 112 or the external device interface unit 115 or the storage unit 120,
  • a data stream or bit stream is generated by processing it with various image/audio processing techniques such as compression and encoding, and the generated data stream or bit stream is displayed through the communication circuit 1140 .
  • An operation of transmitting to the device 200 may be performed.
  • the processors 1130 and 1230 may include an application-specific integrated circuit (ASIC), other chipsets, logic circuits, and/or data processing devices.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • modules may be stored in memories 1120 , 1220 and executed by processors 1130 , 1230 .
  • the memories 1120 and 1220 may be implemented inside the processors 1130 and 1230 .
  • the memories 1120 and 1220 may be implemented outside the processors 1130 and 1230 and may be communicatively connected to the processors 1130 and 1230 through various means known in the art.
  • the communication circuits 1140 and 1210 may include baseband circuits for processing radio frequency signals.
  • the communication circuits 1140 and 1210 are operatively coupled to the processors 1130 and 1230 and wirelessly transmit and/or receive data.
  • the communication channel formed by the communication circuits 1140 and 1210 may be a network communication channel.
  • the communication circuits 1140 and 1210 may establish a tunneled direct link setup (TDLS) to avoid or reduce network congestion.
  • TDLS tunneled direct link setup
  • Wi-Fi Direct and TDLS are for setting up relatively short-range communication sessions.
  • the communication channel forming the wireless link 11 may be a communication channel of a relatively short range, Wi-Fi using various frequencies such as 2.4 GHz, 3.6 GHz, 5 GHz, 60 GHz, or ultra-wideband (UWB); It may be a communication channel implemented using a physical channel structure such as Bluetooth.
  • the techniques disclosed herein may be primarily described in the context of a communication protocol, such as an IEEE 802.11 family of standards, it should be understood that aspects of these techniques may also be compatible with other communication protocols.
  • the communication circuits 1140 and 1210 are based on various wireless communication methods such as short-range wireless communication or mobile communication networks such as WI-FI, Bluetooth, NFC, and RFID (eg, 3G, 4G, 5G cellular networks, etc.) It may be implemented, and may communicate using a communication protocol such as IEEE 802.11 family of standards.
  • wireless communication between the communication circuitry 1140 , 1210 may utilize orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) techniques.
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • TDMA time division multiple access
  • FDMA frequency division multiple access
  • CDMA code division multiple access
  • OFDM frequency division multiple access
  • FDMA frequency division multiple access
  • CDMA code division multiple access
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a case in which a wireless data transmission/reception system according to an embodiment is implemented with an IEEE 802.11 series communication protocol.
  • the wireless data transmission/reception system 20 of FIG. 3A may include at least one Basic Service Set (hereinafter 'BSS', 21 and 25 ).
  • the BSS is a set of an access point (hereinafter, 'AP') and a station (hereinafter, 'STA') that can communicate with each other through successful synchronization, and is not a concept indicating a specific area.
  • the first BSS 21 may include a first AP 22 and one first STA 21-1.
  • the second BSS 25 may include a second AP 26 and one or more STAs 25 - 1 and 25 - 2 .
  • the first AP 22 may correspond to the communication circuit 1140 of FIG. 2
  • the one or more STAs 25 - 1 and 25 - 2 may correspond to the communication circuit 1210 of FIG. 2 .
  • the infrastructure BSSs 21 and 25 may include at least one STA, the APs 22 and 26 that provide a distribution service, and a distribution system 27 that connects a plurality of APs.
  • the distributed system 27 may implement an extended service set 28, which is an extended service set, by connecting a plurality of BSSs 22 and 26, hereinafter, 'ESS'.
  • the ESS 28 may be used as a term indicating one network to which at least one AP 22 , 26 is connected through the distributed system 27 .
  • At least one AP included in one ESS 28 may have the same service set identification (hereinafter, 'SSID').
  • the portal 29 may serve as a bridge connecting a WLAN network (IEEE 802.11) and another network (eg, 802.X).
  • a network between the APs 22 and 26 and a network between the APs 22 and 26 and the STAs 21-1, 25-1, and 25-2 may be implemented in a WLAN having the structure as shown in FIG. 3A.
  • a network that establishes a network and performs communication even between STAs without the APs 22 and 26 is defined as an ad-hoc network or an independent basic service set (BSS, hereinafter 'IBSS').
  • BSS independent basic service set
  • the wireless data transmission/reception system 30 is a BSS operating in an ad-hoc mode, that is, an IBSS. Since IBSS does not include an AP, there is no centralized management entity that performs a centralized management function. Accordingly, in the wireless data transmission/reception system 30 , the STAs 31-1, 31-2, 31-3, 32-4, and 32-5 are managed in a distributed manner.
  • the STAs 31-1, 31-2, 31-3, 32-4, and 32-5 may correspond to the communication circuit 1140 or the communication circuit 1210 of FIG. 2 .
  • All STAs 31-1, 31-2, 31-3, 32-4, and 32-5 of the IBSS may be mobile STAs, and access to the distributed system is not permitted. All STAs of the IBSS form a self-contained network.
  • the STA referred to in this specification is a medium access control (hereinafter 'MAC') complying with the regulations of the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.11 standard and a physical layer (Physical Layer) interface for a wireless medium.
  • 'MAC' medium access control
  • IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers 802.11
  • Physical Layer Physical Layer
  • An STA referred to in this specification is a mobile terminal, a wireless device, a wireless transmit/receive unit (WTRU), a user equipment (UE), and a mobile station (MS). , a mobile subscriber unit, or simply a user.
  • WTRU wireless transmit/receive unit
  • UE user equipment
  • MS mobile station
  • FIG. 4 is a view for explaining a configuration of a beacon interval according to an embodiment.
  • the time of the medium may be divided into beacon intervals. Sub-intervals within the beacon interval may be referred to as an access period. Different access sections within one beacon interval may have different access rules. Information on such an access period may be transmitted to a non-AP STA or a non-PCP by an AP or a Personal Basic Service Set Control Point (PCP).
  • PCP Personal Basic Service Set Control Point
  • One beacon interval may include one Beacon Header Interval (BHI) and one Data Transfer Interval (DTI).
  • BHI may include Beacon Transmission Interval (BTI), Association Beamforming Training (A-BFT), and Announcement Transmission Interval (ATI) as shown in FIG. 4 .
  • BTI means a period in which one or more EDMG beacon frames can be transmitted.
  • A-BFT means a section in which beamforming training is performed by an STA that has transmitted an EDMG beacon frame during the preceding BTI.
  • ATI refers to a request-response-based management access period between a PCP/AP and a non-PCP/non-AP STA.
  • a Data Transfer Interval is a period in which a frame is exchanged between STAs, and as shown in FIG. 4 , one or more Contention Based Access Periods (CBAPs) and one or more Service Periods (SPs) may be allocated.
  • CBAPs Contention Based Access Periods
  • SPs Service Periods
  • FIG. 4 shows an example in which two CBAPs and two SPs are allocated, these are exemplary and need not be limited thereto.
  • FIG. 5 is a diagram briefly illustrating the structure of a PHY protocol data unit (PPDU) frame according to an embodiment.
  • PPDU PHY protocol data unit
  • the PPDU frame includes a legacy-short training field (L-STF), a legacy-channel estimation field (L-CEF), an L-header (legacy-header), and an enhanced directional multi-gigabit (EDMG-header) A (enhanced directional multi-gigabit) frame.
  • L-STF legacy-short training field
  • L-CEF legacy-channel estimation field
  • EDMG-header enhanced directional multi-gigabit
  • EDMG-header A enhanced directional multi-gigabit
  • -header A), EDMG-STF, EDMG-CEF, EDMG-header B, data, and TRN may be included, and these fields may be selectively included according to the type of PPDU (eg, SU PPDU, MU PPDU, etc.) there is.
  • the L-STF contains the training signal.
  • the L-header includes control information for a first legacy station (eg, a station supporting IEEE802.11ad), and the EDMG-header includes control information for a second legacy station (eg, a station supporting IEEE802.11ay) Including control information, the EDMG-STF may include a training signal for the second legacy station.
  • a first legacy station eg, a station supporting IEEE802.11ad
  • the EDMG-header includes control information for a second legacy station (eg, a station supporting IEEE802.11ay)
  • the EDMG-STF may include a training signal for the second legacy station.
  • the preamble (preamble) throughout the control information fields (L-STF, L-CEF, L-header, EDMG header A, EDMG-STF, EDMG-CEF, EDMG-header B) of the physical layer added to the front end of the data ) can be named.
  • a portion including the L-STF, L-CEF, and L-header fields may be referred to as a non-EDMG portion, and the remaining portion may be referred to as an EDMG area.
  • the L-STF, L-CEF, L-Header, and EDMG-Header-A fields may be named pre-EDMG modulated fields, and the remaining parts may be named EDMG modulated fields.
  • a MIMO channel 11 may be formed between the plurality of antennas 1150-1, 1150-2, ... Tx and the plurality of antennas 1250-1, 1250-2, ... N Rx and , data may be transmitted/received through the MIMO channel 11 .
  • each antenna may be called a DMG antenna or an EDMG antenna.
  • each antenna may operate in connection with an individual RF chain.
  • reciprocity between antennas may be considered.
  • the communication circuits 1140 and 1210 form a MIMO channel 11 , and the wireless data transmitter 1100 and the wireless data receiver 1200 transmit and receive data through the MIMO channel 11 .
  • the communication circuits 1140 and 1210 are based on a plurality of antennas 1150-1, 1150-2, ... Tx , 1250-1, 1250-2, ... Rx based on MIMO-related beamforming (BF) or beamforming. training can be performed. Beamforming training is to provide signaling necessary for each STA to transmit a BF training frame using a sector sweep and to determine an appropriate antenna system setting.
  • BF MIMO-related beamforming
  • the plurality of antennas 1150-1, 1150-2, ... Tx , 1250-1, 1250-2, ... Rx may be of a type capable of performing polarization alignment, and may include, for example, a configuration as shown in FIG. 6 . can
  • FIG. 6 illustrates a plurality of antennas in which one RF chain is configured as a dual polarization array according to an embodiment.
  • a plurality of antennas 600 includes two RF chains 610 and 620 and double polarization arrays 611-1, 611-2, ... 611-6, 621- connected to each RF chain. 1, 612-2, ...612-6).
  • a single RF chain and its coupled double polarized array can be collectively referred to as a DMG antenna or simply an antenna. That is, the first RF chain 610 and the double polarization arrays 611-1, 611-2, ... 611-6 connected thereto are the first DMG antennas, and the second RF chain 620 and the double polarization array connected thereto ( 621-1, 621-2, ... 621-6) may be the second DMG antenna.
  • the double polarization arrangement includes a plurality of double polarization elements, the double polarization element may also be referred to as a double polarization antenna.
  • the double polarization element may perform polarization alignment using poles in two directions, such as a horizontal pole and a vertical pole.
  • poles in two directions such as a horizontal pole and a vertical pole.
  • a signal when a signal is transmitted through a horizontal pole, no signal is transmitted at a vertical pole, and conversely, when a signal is transmitted through a vertical pole, a signal may not be transmitted at a horizontal pole.
  • the double polarization element can perform polarization alignment using two-direction polarization: right-hand circular polarization and left-hand circular polarization. there is.
  • the double polarization element if a signal is transmitted through the right cyclic polarization, no signal is transmitted at the left cyclic polarization, and conversely, if a signal is transmitted through the left cyclic polarization, no signal is transmitted at the right cyclic polarization.
  • Each double polarization element is connected to a polarization synthesis controller, and the polarization synthesis controller can control the polarization alignment of the double polarization element.
  • each polarization synthesis controller is connected to a beamforming controller, and the beamforming controller may control beamforming of the double polarization element. That is, an individual polarization synthesis controller and a beamforming controller may be connected to every double polarization element.
  • the polarization synthesis controller and the beamforming controller may be configured as one integrated controller or module.
  • this embodiment limits the number of RF chains to 2 and the number of double polarization elements included in the double polarization arrangement to 6, this is only an example and the number of RF chains may be 1 or 2 or more, The number of elements included in the polarization arrangement may also be less than or greater than six.
  • FIG. 7 illustrates a beamforming training process according to an embodiment. This corresponds to the operation of the communication circuits 1140 and 1210 .
  • a STA that wants to transmit data through a beamforming operation is called an initiator, and an STA that receives data from the initiator is called a responder.
  • a link from the initiator to the responder is called an initiator link, and a link from the responder to the initiator is called a responder link.
  • the BF training process includes a sector level sweep (SLS, 700) process for selecting a coarse beam on a sector-by-sector basis and a beam refinement protocol (BRP, 710) for selecting a detailed beam. 720) process. That is, the BF training starts with the SLS from the initiator.
  • SLS sector level sweep
  • BRP beam refinement protocol
  • the purpose of the SLS step 700 is to enable communication between two STAs at a controlling PHY rate or higher MCS.
  • the SLS step 700 only provides for transmitting BF training.
  • an approximate transmission direction is determined using a relatively wide beam. Relatively few antenna elements can be used at this stage.
  • the transmitting end may operate in a beamforming mode (directional antenna mode), and the receiving end may operate in a quasi-omni antenna mode.
  • the receiving end may receive a specific signal (eg, a preamble) transmitted by the transmitting end while sweeping the beam to estimate the transmit beam of the transmitting end. Therefore, STAs that want to transmit and receive data can know each other's transmission or reception best sector for the initiator and the responder through the SLS step 700 .
  • the SLS step 700 is a protocol for performing link detection in a wireless AV system to which the present invention is applicable.
  • Network nodes continuously transmit frames including performance information of a reception channel link while changing only the beam direction. It may be a beam training method that transmits and receives a signal and selects a beam direction in which an index indicating an optimal frame among successfully received frames (eg, Signal to Ratio (SNR), Received Signal Strength Indicator (RSSI), etc.) is the best. .
  • SNR Signal to Ratio
  • RSSI Received Signal Strength Indicator
  • the SLS step 700 is an Initiator TX Sector Sweep (I-TXSS) for training an initiator link and a Responder TX Sector (R-TXSS) for training a responder link. Sweep), SSW feedback (FBCK), and SSW ACK.
  • I-TXSS Initiator TX Sector Sweep
  • R-TXSS Responder TX Sector
  • Sweep SSW feedback
  • SSW ACK SSW feedback
  • the initiator may start the SLS step 700 by transmitting the frame(s) of the I-TXSS.
  • the responder does not start transmitting the frame(s) of the R-TXSS before the I-TXSS is successfully completed.
  • the initiator may not start SSW feedback before the R-TXSS phase is successfully completed.
  • the responder does not initiate the initiator's SSW ACK within the A-BFT.
  • the responder may initiate the initiator's SSW ACK immediately after successful completion of the initiator's SSW feedback.
  • the BF frame transmitted by the initiator during the SLS step 700 may include an (EDMG) beacon frame, an SSW frame, and an SSW feedback frame.
  • the BF frame transmitted by the responder may include an SSW frame and an SSW-ACK frame.
  • the initiator and responder When the initiator and responder each conduct TXSS during the SLS phase 700, the initiator and responder poses their own transport sector at the end of the SLS phase 700. If the I-TXSS or R-TXSS employs a receive sector sweep, each responder or initiator will have their own receive sector. The STA does not change the transmit power during the sector sweep.
  • the initiator and the responder may use the Short SSW frame, and for this, the SSW feedback frame and the SSW ACK frame may need to be defined.
  • a Beam Refinement Protocol or Beam Refinement Phase (BRP) step may be performed following the SLS step 700 .
  • the purpose of the BRP step is to enable reception training and iterative refinement of the antenna weight vector (AWV) of all transmitters and receivers in all STAs. If one of the STAs participating in beam training chooses to use only one transmit antenna pattern, receive training may be performed as part of the SLS step 700 .
  • AMV antenna weight vector
  • the BRP step a transmission/reception beam combination is precisely determined using a relatively narrow beam.
  • the BRP phase may include a SISO phase and a MIMO phase.
  • the BRP step uses a relatively large number of antenna elements compared to the SLS step 700 , and precision can be increased through repetition.
  • the SISO step may be performed as a prerequisite procedure to reduce the burden of the MIMO step, and thus the SISO step may be optionally included in the BRP step. If the SISO step is omitted, the BRP step may be equated with the MIMO step, and in this case, the BRP step may be referred to as a MIMO step.
  • the BRP step a state in which a minimum communication is possible such as transmission of a control packet and a beacon is established, and an optimal beam between the transmitting end and the receiving end is determined.
  • This embodiment discloses a BRP step or a MIMO step in which the SISO step is omitted.
  • the BRP TXSS may include at least one of a MIMO BRP TXSS 710 , a MIMO BRP RXSS 720 , and a SU-MIMO step 730 . That is, the BRP phase or MIMO phase according to this embodiment is a MIMO BRP TXSS 710 as a first sub-phase, a MIMO BRP RXSS 720 as a second sub-phase, and SU-MIMO as a third sub-phase. At least one of step 730 may be included.
  • the wireless data transmission device 1100 does not perform the MIMO BRP TXSS 710 for all transmission sector combinations for a plurality of transmission antennas, but independently and in parallel for each transmission antenna. performing transmit sector training by sweeping or transmitting. In addition, the wireless data transmission apparatus 1100 obtains a transmission sector candidate for each antenna. Through this, it is possible to shorten the time of BRP TXSS (SISO step among MIMO BF).
  • the MIMO BRP RXSS 720 may provide information for selecting a candidate group of a reception sector combination to perform the MIMO step. And through this, the time of the MIMO step can be shortened. Like the MIMO BPR TXSS 710 , the MIMO BRP RXSS 720 may include performing receive sector training independently and in parallel for each receive antenna. In addition, a reception sector candidate for each antenna may be derived through the MIMO BRP RXSS 720 .
  • SU-MIMO step 730 includes deriving a best transmit-receive sector combination among all transmit-receive sector combinations.
  • the present specification proposes a method for overcoming performance degradation due to phase noise that is inevitably applied in a mmWave wireless communication system.
  • mmWave wireless communication there is an advantage that a wide bandwidth for data transmission can be used by using a carrier frequency of 30 GHz or higher.
  • the problem that the performance of the signal-to-noise ratio at the receiving end decreases due to the fast signal attenuation characteristics according to the distance and the performance deterioration due to the phase noise increases as the carrier frequency increases is a problem that must be overcome in the mmWave wireless communication system.
  • an algorithm and apparatus capable of minimizing performance degradation in an environment where independent phase noise between reception antennas is applied is proposed.
  • FIG 8 is a graph illustrating a relationship between a frequency offset and a Power Spectral Density (PSD).
  • PSD Power Spectral Density
  • an x-axis is a frequency offset
  • a y-axis is a PSD.
  • the center frequency is 4 GHz, 30 GHz, and 70 GHz.
  • the PSD increases. Referring to FIG. 8 , it can be seen that when the center frequency is 30 GHz, the PSD increases by about 20 dBc/Hz more than when the center frequency is 4 GHz.
  • the PSD value increases as the center frequency (or carrier frequency) increases at the same frequency offset.
  • Powers at the frequency offset of FIG. 8 eg, 10 3 Hz (1KHz), 10 5 (100KHz), and 10 9 (1GHz) are powers to be removed because they are noise. Therefore, as the PSD value increases, the phase noise increases.
  • phase noise compensation is absolutely necessary. Therefore, a method for estimating and compensating for phase noise will be described below.
  • the present specification relates to receiver performance and operation of mmWave wireless communication, and more particularly, to an apparatus and method for overcoming performance degradation due to phase noise.
  • the receiving end compensates for phase noise using a guard interval (GI) period before channel compensation, or compensates for phase noise by using an iterative method after an equalizer.
  • GI guard interval
  • a communication system uses an equalization technique based on channel estimation and an appropriate criterion to recover a transmitted signal.
  • an equalization technique to which an MMSE weight according to a minimum mean square error (MMSE) criterion is applied is proposed.
  • modeling for the received signal Y may be defined as follows.
  • H can be estimated through the channel estimation algorithm and the MMSE weight matrix can be obtained as follows.
  • the equalizer module estimates the transmission signal x in the following way.
  • a frequency offset may be estimated using a short training field (STF), and a channel may be estimated using a channel estimation field (CEF).
  • STF short training field
  • CEF channel estimation field
  • the data field there is a GI (Guard Interval) section made of a Golay sequence between SC blocks, and the phase noise may be estimated through cross-correlation during the GI section in the time domain.
  • One GI and one data field of FIG. 9 may be 512 samples. Common phase noise is applied to each data, and this common phase noise can be compensated through GI. That is, data (n) estimates the phase noise using the GI(n) and GI(n+1) sections.
  • FIG. 10 shows a block diagram of a receiver of mmWave wireless communication.
  • the receiver estimates phase noise at the IFFT output stage after FDE as shown in FIG. 10 in order to reduce ISI due to the multi-path environment.
  • the signal In order to estimate and compensate for phase noise by extracting only the GI section from a specific path, the signal must be flattened through FDE (like a single-path) and converted into a time domain signal through the IFFT block.
  • the receiver includes an FDE block, an IFFT block, a phase noise estimator/compensator, and a demodulator.
  • FDE block When a time domain signal is received by the receiver, channel estimation is performed by the channel estimator, the FFT block converts the signal into a frequency domain signal, and the FDE block performs channel compensation in the frequency domain. Then, the signal is decoded through the IFFT block, the phase noise estimator/compensator, and the demodulator.
  • the IFFT output value can be expressed as follows.
  • the phase noise at the time of channel estimation changes with time, a component due to phase noise actually remains in the IFFT output stage after FDE.
  • the phase noise changed compared to the channel estimation time is calculated.
  • the actual IFFT output can be expressed as
  • phase noise is constant during the period taking the IFFT. It is assumed that it is within the coherence time interval.
  • the phase noise of each SC block is estimated using the GI before and after the corresponding data as shown in FIG. 9 . That is, data (n) estimates the phase noise using the GI(n) and GI(n+1) sections.
  • the estimated phase noise can be expressed as
  • phase noise for each stream can be estimated.
  • the phase noise for each stream can be estimated.
  • there are two Rx antennas it is possible to distinguish for each stream, but there is a problem in that the distinction is not made for each Rx. That is, in the case of 1 Tx antenna and 1 Rx antenna, no problem occurs.
  • Equation 6 when uncorrelated phase noise for each Rx antenna is applied to the phase noise, the method of Equation 6 may cause a performance problem. This is because it is impossible to distinguish each Rx because the phase noise for each Rx has already been combined during FDE.
  • phase lock the loop PLL
  • phase noise was independently applied for each Rx antenna, and the combine gain for each Rx antenna disappeared. Rather, it caused performance degradation when phase noise for each Rx antenna was combined.
  • Equation 3 can be arranged as Equation 7 below.
  • the receiving device does not perform IFFT for each stream, but performs IFFT on w 0, 0 y 0 , w 0, 1 y 1 , w 1 , 0 y 0 , and w 1 and 1 y 1 respectively ( 4 IFFTs are taken). Therefore, it is possible to obtain results for each stream and each Rx antenna as an IFFT output value.
  • FDE divides Rx antenna indices 0 and 1 (y 0 and y 1 can be referred to as Rx antenna indices) and multiplies the MMSE weight matrix to estimate stream 0 and stream 1. Accordingly, estimation of Rx antenna 0 is also possible and estimation of Rx antenna 1 is also possible.
  • phase noise value for each stream in Equation 6 may also be obtained as an estimated value for each Rx antenna as follows.
  • n is the Rx antenna index.
  • the input value of the demodulator is the output value of the phase noise estimator/compensator and can be set for each stream.
  • the simulation environment is as follows.
  • 11 to 13 are graphs comparing packet error rates for phase noise compensation.
  • 11 to 13 include all three cases. The first is when there is no phase noise and no phase noise compensator is used. Second, there is phase noise and the newly proposed phase noise compensator is used. Third, there is phase noise and the previously proposed phase noise compensator is used.
  • the newly proposed phase noise compensator is a compensator for estimating and compensating for phase noise for each Rx antenna proposed in this embodiment.
  • the previously proposed phase noise compensator is a compensator for estimating and compensating for phase noise for each stream (not distinguishable for each Rx antenna).
  • 11 shows the packet error rate for phase noise compensation in the AWGN channel.
  • 12 shows the packet error rate for phase noise compensation in the LR-LOS (Living Room Line Of Sight).
  • 13 shows a packet error rate for phase noise compensation in Living Room Non-Line Of Sight (LR-NLOS).
  • the composition of the AWGN (Additive White Gaussian Noise) channel is As a result, the ratio of off-diagonal items was set to the same power as that of diagonal items. In such an environment, the performance degradation of the conventional compensator is quite serious. When the phase noise between the Rx antennas is estimated and compensated, the performance deteriorates by about 0.3dB compared to the situation where no phase noise is applied. A packet error occurs.
  • AWGN Active White Gaussian Noise
  • the receiver performance of mmWave can be improved by estimating and compensating for the uncorrelated phase noise between the Rx antennas with low complexity.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a procedure for demodulating a transmission signal in the receiving apparatus according to the present embodiment.
  • This embodiment proposes a method for estimating and compensating for phase noise in a multi-receiving antenna environment in wireless AV (Audio/Video) transmission.
  • this embodiment proposes a signal demodulation scheme in which a transmission signal is decomposed for each reception antenna to enable parallel operation. Accordingly, performance degradation due to phase noise may be prevented and complexity and latency may be minimized.
  • the receiver and the transmitter may be wireless devices supporting mmWave wireless communication. That is, this embodiment describes a method for effectively demodulating a transmitted signal while minimizing performance degradation due to phase noise in a 60 GHz or higher mmWave communication system.
  • step S1410 the receiver estimates a transmission signal based on a Minimum Mean Square Error (MMSE) weight matrix.
  • MMSE Minimum Mean Square Error
  • step S1420 the receiving apparatus performs Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) by decomposing the estimated transmission signal for each reception antenna.
  • IFFT Inverse Fast Fourier Transform
  • step S1430 the receiving apparatus estimates and compensates for phase noise for each receiving antenna based on the signal on which the IFFT has been performed.
  • step S1440 the receiver demodulates the estimated and compensated signals for each stream.
  • the MMSE weight matrix may be determined based on a channel matrix and noise variance.
  • the channel matrix may be obtained based on the number of reception antennas and the number of streams.
  • the size of the channel matrix may be determined by the number of reception antennas and the number of streams.
  • the channel matrix may be estimated through a channel estimation algorithm.
  • the transmission signal may be transmitted through a single carrier (SC) mode frame.
  • SC single carrier
  • the SC mode frame may include a Short Training Field (STF), a Channel Estimation Field (CEF), a header field, a plurality of Guard Intervals (GIs), and a plurality of data fields.
  • STF Short Training Field
  • CEF Channel Estimation Field
  • GIs Guard Intervals
  • the plurality of GIs may be generated based on a Golay sequence.
  • the phase noise may be phase noise for the plurality of data fields.
  • Phase noise for the plurality of data fields may be estimated and compensated for by performing cross-correlation during the plurality of GIs.
  • phase noise is estimated and compensated.
  • the plurality of GIs may include first to fourth GIs.
  • the plurality of data fields may include first to third data fields.
  • the first data field may be located between the first and second GIs.
  • the second data field may be located between the second and third GIs.
  • the third data field may be located between the third and fourth GIs.
  • Phase noise for the first data field may be estimated and compensated for during the first and second GIs.
  • Phase noise for the second data field may be estimated and compensated for during the second and third GIs.
  • Phase noise for the third data field may be estimated and compensated for during the third and fourth GIs.
  • the estimated transmission signal may be decomposed for each of the reception antenna and the stream.
  • the IFFT may be performed on each of the decomposed signals. That is, conventionally, the receiving device has performed IFFT for each stream on the signal, but in this embodiment, since the IFFT is also performed for each receiving antenna, the receiving device can obtain the output value of the IFFT for each stream as well as the output value for each antenna. can
  • the reception antenna may include first and second reception antennas.
  • the stream may include a first and a second stream.
  • the estimated value of the phase noise for the first receiving antenna may be obtained based on the estimated values of the phase noise for the first and second streams.
  • the estimated value of the phase noise for the second reception antenna may be obtained based on the estimated values of the phase noise for the first and second streams.
  • the estimated and compensated signal may be demodulated for each of the first and second streams. That is, a signal may be input to the demodulator for each of the first and second streams.
  • demodulation performance of a receiving apparatus supporting mmWave wireless communication may be improved by estimating and compensating for decorrelation phase noise between receiving antennas with low complexity.
  • 15 is a block diagram illustrating a receiving apparatus for demodulating a transmission signal according to the present embodiment.
  • This embodiment proposes a method for estimating and compensating for phase noise in a multi-receiving antenna environment in wireless AV (Audio/Video) transmission.
  • this embodiment proposes a signal demodulation scheme in which a transmission signal is decomposed for each reception antenna to enable parallel operation. Accordingly, performance degradation due to phase noise may be prevented and complexity and latency may be minimized.
  • the receiver and the transmitter may be wireless devices supporting mmWave wireless communication. That is, this embodiment describes a method for effectively demodulating a transmitted signal while minimizing performance degradation due to phase noise in a 60 GHz or higher mmWave communication system.
  • the receiver includes a Frequency Domain Equalizer (FDE) block, an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) block, a phase noise estimator, a compensator, and a demodulator.
  • FDE Frequency Domain Equalizer
  • IFFT Inverse Fast Fourier Transform
  • the receiver may further include an FFT block and a channel estimator.
  • FFT block When a time domain transmission signal is received by the receiver, channel estimation is performed by the channel estimator, and after being converted into a frequency domain signal by the FFT block, channel compensation is performed in the frequency domain by the FDE block.
  • the FDE block estimates a transmission signal based on a Minimum Mean Square Error (MMSE) weight matrix.
  • MMSE Minimum Mean Square Error
  • the IFFT block performs IFFT by decomposing the estimated transmission signal for each reception antenna.
  • the phase noise estimator and compensator estimates and compensates for phase noise for each reception antenna based on the IFFT-performed signal.
  • the demodulator demodulates the estimated and compensated signals for each stream.
  • the MMSE weight matrix may be determined based on a channel matrix and noise variance.
  • the channel matrix may be obtained based on the number of reception antennas and the number of streams.
  • the size of the channel matrix may be determined by the number of reception antennas and the number of streams.
  • the channel matrix may be estimated through a channel estimation algorithm.
  • the transmission signal may be transmitted through a single carrier (SC) mode frame.
  • SC single carrier
  • the SC mode frame may include a Short Training Field (STF), a Channel Estimation Field (CEF), a header field, a plurality of Guard Intervals (GIs), and a plurality of data fields.
  • STF Short Training Field
  • CEF Channel Estimation Field
  • GIs Guard Intervals
  • the plurality of GIs may be generated based on a Golay sequence.
  • the phase noise may be phase noise for the plurality of data fields.
  • Phase noise for the plurality of data fields may be estimated and compensated for by performing cross-correlation during the plurality of GIs.
  • phase noise is estimated and compensated.
  • the plurality of GIs may include first to fourth GIs.
  • the plurality of data fields may include first to third data fields.
  • the first data field may be located between the first and second GIs.
  • the second data field may be located between the second and third GIs.
  • the third data field may be located between the third and fourth GIs.
  • Phase noise for the first data field may be estimated and compensated for during the first and second GIs.
  • Phase noise for the second data field may be estimated and compensated for during the second and third GIs.
  • Phase noise for the third data field may be estimated and compensated for during the third and fourth GIs.
  • the estimated transmission signal may be decomposed for each of the reception antenna and the stream.
  • the IFFT may be performed on each of the decomposed signals. That is, conventionally, the receiving device has performed IFFT for each stream on the signal, but in this embodiment, since the IFFT is also performed for each receiving antenna, the receiving device can obtain the output value of the IFFT for each stream as well as the output value for each antenna. can
  • the reception antenna may include first and second reception antennas.
  • the stream may include a first and a second stream.
  • the estimated value of the phase noise for the first receiving antenna may be obtained based on the estimated values of the phase noise for the first and second streams.
  • the estimated value of the phase noise for the second reception antenna may be obtained based on the estimated values of the phase noise for the first and second streams.
  • the estimated and compensated signal may be demodulated for each of the first and second streams. That is, a signal may be input to the demodulator for each of the first and second streams.
  • demodulation performance of a receiving apparatus supporting mmWave wireless communication may be improved by estimating and compensating for decorrelation phase noise between receiving antennas with low complexity.
  • the wireless data reception apparatus and method, or the transmission apparatus and method includes the above-described components. or some or all of the steps.
  • the above-described wireless data receiving apparatus and method, or the embodiment of the transmitting apparatus and method may be performed in combination with each other.
  • each of the above-described components or steps is not necessarily performed in the order described, and it is also possible that the steps described later are performed before the steps described earlier.
  • Machine learning refers to a field that defines various problems dealt with in the field of artificial intelligence and studies methodologies to solve them. do.
  • Machine learning is also defined as an algorithm that improves the performance of a certain task through constant experience.
  • An artificial neural network is a model used in machine learning, and may refer to an overall model having problem-solving ability, which is composed of artificial neurons (nodes) that form a network by combining synapses.
  • An artificial neural network may be defined by a connection pattern between neurons of different layers, a learning process that updates model parameters, and an activation function that generates an output value.
  • the artificial neural network may include an input layer, an output layer, and optionally one or more hidden layers. Each layer includes one or more neurons, and the artificial neural network may include neurons and synapses connecting neurons. In the artificial neural network, each neuron may output a function value of an activation function for input signals, weights, and biases input through synapses.
  • Model parameters refer to parameters determined through learning, and include the weight of synaptic connections and the bias of neurons.
  • the hyperparameter refers to a parameter that must be set before learning in a machine learning algorithm, and includes a learning rate, the number of iterations, a mini-batch size, an initialization function, and the like.
  • the purpose of learning the artificial neural network can be seen as determining the model parameters that minimize the loss function.
  • the loss function may be used as an index for determining optimal model parameters in the learning process of the artificial neural network.
  • Machine learning can be classified into supervised learning, unsupervised learning, and reinforcement learning according to a learning method.
  • Supervised learning refers to a method of training an artificial neural network in a state where a label for training data is given. can mean Unsupervised learning may refer to a method of training an artificial neural network in a state where no labels are given for training data. Reinforcement learning can refer to a learning method in which an agent defined in an environment learns to select an action or sequence of actions that maximizes the cumulative reward in each state.
  • machine learning implemented as a deep neural network (DNN) including a plurality of hidden layers is also called deep learning (deep learning), and deep learning is a part of machine learning.
  • DNN deep neural network
  • deep learning deep learning
  • machine learning is used in a sense including deep learning.
  • a robot can mean a machine that automatically handles or operates a task given by its own capabilities.
  • a robot having a function of recognizing an environment and performing an operation by self-judgment may be referred to as an intelligent robot.
  • Robots can be classified into industrial, medical, home, military, etc. depending on the purpose or field of use.
  • the robot may be provided with a driving unit including an actuator or a motor to perform various physical operations such as moving the robot joints.
  • the movable robot includes a wheel, a brake, a propeller, and the like in the driving unit, and can travel on the ground or fly in the air through the driving unit.
  • the extended reality is a generic term for virtual reality (VR), augmented reality (AR), and mixed reality (MR).
  • VR technology provides only CG images of objects or backgrounds in the real world
  • AR technology provides virtual CG images on top of images of real objects
  • MR technology is a computer that mixes and combines virtual objects in the real world. graphic technology.
  • MR technology is similar to AR technology in that it shows both real and virtual objects. However, there is a difference in that in AR technology, a virtual object is used in a form that complements a real object, whereas in MR technology, a virtual object and a real object are used with equal characteristics.
  • HMD Head-Mount Display
  • HUD Head-Up Display
  • mobile phone tablet PC, laptop, desktop, TV, digital signage, etc.

Abstract

본 명세서는 무선 AV 시스템에서 신호를 복조하는 수신장치 및 방법에 관한 것이다. 수신장치는 MMSE 가중치 행렬을 기반으로 전송 신호를 추정한다. 수신장치는 추정된 전송 신호를 수신 안테나 별로 분해하여 IFFT를 수행한다. 수신장치는 IFFT가 수행된 신호를 기반으로 상기 수신 안테나 별 위상 잡음을 추정 및 보상한다. 수신장치는 추정 및 보상된 신호를 스트림 별로 복조한다.

Description

무선 AV 시스템에서 신호를 복조하는 수신장치 및 방법
본 발명은 무선 오디오/비디오(audio/video: AV) 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 AV 시스템에서 신호를 복조하는 수신장치 및 방법에 관한 것이다.
최근에는 HD(High Definition) 영상 및 UHD(Ultra High Definition) 영상과 같은 고해상도 및 고품질의 영상에 대한 수요가 다양한 분야에서 증가하고 있다. 영상 데이터가 고해상도 및 고품질이 될수록 기존의 영상 데이터에 비해 상대적으로 전송되는 정보량 또는 비트량이 증가하기 때문에, 기존의 유무선 광대역 회선과 같은 매체를 이용하여 영상 데이터를 전송하는 경우 전송 비용이 증가할 수 있다.
한편, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11ad 표준은 60 GHz 이상의 대역에서 동작하는 초고속 무선 통신 규격이다. 신호의 도달 범위는 10 미터 정도이지만, 처리량(throughput)은 6Gbps 이상을 지원할 수 있다. IEEE 802.11ad 표준은 안테나 빔 정렬을 위한 빔포밍 훈련(beamforming training) 과정을 제공하고 있다. IEEE 802.11ay는 IEEE 802.11ad를 기반으로 20Gbps 이상의 처리량을 목표로 개발 중인 차세대 표준이다.
IEEE 802.11ad 또는 ay 계열과 같은 기성 표준의 경우 불특정 다수의 디바이스들간의 다중 접속 및 통신을 전제로 한다. 따라서, IEEE 802.11ad 또는 ay 계열의 MAC 계층(medium access control layer)이나 물리계층(physical layer)이 이용하는 데이터 포맷 또는 프레임 포맷은 다수 디바이스들의 자원과 동작을 제어하고 관리하기 위한 제어 정보 필드들을 다수 포함한다. 그런데 본 발명이 속하는 무선 AV 시스템의 어플리케이션은 대부분의 경우 피어 기기(peer device)들이 특정된 상황에서의 무선 통신을 전제로 한다(예를 들어 무선 셋톱 박스(wireless settop box)와 무선 TV 간의 통신).
무선 AV 시스템에서 데이터 전송장치 및/또는 데이터 수신장치는 다중 안테나를 구비할 수 있다. 특히, 데이터 전송장치 및/또는 데이터 수신장치가 편극 안테나(Polarization antenna)를 사용할 경우 안테나간 직교성(orthogonality)이 보장될 수 있다. 편극 안테나를 통한 MIMO(multiple input multiple output) 전송시, 스트림간 간섭(inter-stream interference: ISI)이 제거될 수 있기 때문에 최적의 MIMO 성능이 보장된다.
본 명세서는 무선 AV 시스템에서 신호를 복조하는 수신장치 및 방법을 제안한다.
본 실시예는 무선 AV 신호를 복조하는 수신장치 및 방법을 제안한다.
수신장치에서 전송 신호를 복조하는 절차를 도시한 흐름도이다.
본 실시예는 무선 AV(Audio/Video) 전송에 있어 다중 수신 안테나 환경에서 위상 잡음을 추정하고 보상하는 방법을 제안한다. 특히, 본 실시예는 전송 신호를 수신 안테나 별로 분해하여 병렬적 동작(parallel operation)이 가능하게 되는 신호 복조 방식을 제안한다. 이로써, 위상 잡음에 의한 성능 열화를 막고 복잡도와 지연(latency)를 최소화시킬 수 있다.
본 실시예는 수신장치 관점에서 설명한다. 상기 수신장치와 전송장치는 mmWave 무선 통신을 지원하는 무선기기일 수 있다. 즉, 본 실시예는 60GHz 이상의 mmWave 통신 시스템에서 위상 잡음에 의한 성능 열화를 최소화하며 효과적으로 전송된 신호를 복조하는 방법에 대해 설명한다.
상기 수신장치는 MMSE(Minimum Mean Square Error) 가중치 행렬을 기반으로 전송 신호를 추정한다.
상기 수신장치는 상기 추정된 전송 신호를 수신 안테나 별로 분해하여 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행한다.
상기 수신장치는 상기 IFFT가 수행된 신호를 기반으로 상기 수신 안테나 별 위상 잡음(phase noise)을 추정 및 보상한다.
상기 수신장치는 상기 추정 및 보상된 신호를 스트림 별로 복조한다.
제안하는 실시예에 따르면, 낮은 복잡도로 수신 안테나 간의 비상관 위상 잡음에 대한 추정 및 보상을 함으로써, mmWave 무선 통신을 지원하는 수신장치의 복조 성능이 향상될 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 AV 시스템의 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 데이터 송수신 시스템을 도시한 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 데이터 송수신 시스템이 IEEE 802.11 계열의 통신 프로토콜로 구현되는 경우의 개념도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 비콘 간격의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 PPDU(PHY protocol data unit) 프레임의 구조를 간단히 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 하나의 RF 체인이 이중 편극 배열(dual polarization array)로 구성된 복수의 안테나를 도시한 것이다.
도 7은 일 실시예에 따른 빔포밍 훈련 과정을 나타낸다.
도 8은 주파수 오프셋과 PSD(Power Spectral Density)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 802.11ay의 SC mode frame 구조를 나타낸다.
도 10은 mmWave 무선 통신의 수신기의 블록도를 나타낸다.
도 11은 위상 잡음 보상에 대한 패킷 에러 레이트를 비교한 그래프이다.
도 12는 위상 잡음 보상에 대한 패킷 에러 레이트를 비교한 그래프이다.
도 13은 위상 잡음 보상에 대한 패킷 에러 레이트를 비교한 그래프이다.
도 14는 본 실시예에 따른 수신장치에서 전송 신호를 복조하는 절차를 도시한 흐름도이다.
도 15는 본 실시예에 따른 전송 신호를 복조하는 수신장치를 나타낸 블록도이다.
이하의 상세한 설명은, 본 발명에 따라 제공되는 무선 데이터 전송 장치 및 방법, 그리고 무선 데이터 수신 장치 및 방법의 실시예이며, 본 발명의 유일한 형태를 나타내는 것은 아니다. 본 발명의 특징들은 예시된 실시예들에 의해 기술된다. 그러나 본 명세서에서 기술된 예시적인 실시예들과 동일하거나 등가의 기능 및 구조는 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 또한 의도되는 다른 실시예에 의해 달성될 수 있다. 본 명세서에 걸쳐, 유사한 도면 부호는 유사한 부분 또는 특징을 나타낸다. 이하에서, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
최근 TV와 같은 디스플레이 장치의 디자인이 중요시되고 있고, OLED와 같은 디스플레이 패널 기술의 발전으로 디스플레이 패널이 점차 얇아지고 있다. 그런데 디스플레이 패널을 구동하는 구동 회로의 기본적인 두께로 인해 디스플레이 패널을 더욱 얇게 제작하고 설계하는데 한계가 있다. 따라서, 디스플레이 패널과 물리적, 전기적 연결이 필수불가결한 구성요소들을 제외한 나머지 다른 구성요소들은 디스플레이 패널로부터 분리하여 별도의 장치(이하 본체 장치라 함)에 구비하는 기술이 각광을 받고 있다. 이 경우, 본체 장치와 디스플레이 장치는 상호 간에 무선 통신을 기반으로 영상 신호와 오디오 신호를 교환하도록 구성될 수 있다. 본 발명은 이와 같이 본체 장치와 디스플레이 장치가 물리적 및/또는 전기적으로 독립된 형태로 구비되되, 상호간에 무선 통신을 기반으로 미디어를 재생하는 무선 AV 시스템 또는 무선 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 AV 시스템의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 AV 시스템(10)은 본체 장치(100)와 디스플레이 장치(200), 그리고 원격 제어 장치(300)을 포함할 수 있다.
본체 장치(100)는 오디오(audio), 비디오(video), 영상(picture), 이미지(image), 멀티미디어(multimedia) 또는 이들의 적어도 하나의 조합에 관련된 유/무선 형태의 외부 신호를 수신하고, 수신된 외부 신호를 다양한 방법으로 처리하여 데이터 스트림(data stream) 또는 비트스트림(bit stream)을 생성하여 무선 인터페이스를 통해 디스플레이 장치(200)로 전송하는 동작을 수행할 수 있다.
이러한 동작을 수행하기 위해, 본체 장치(100)는 외부 신호 수신부(110), 외부장치 인터페이스부(115), 저장부(120), 본체 제어부(130), 무선 통신회로(140), 전원공급부(150)를 포함할 수 있다.
외부 신호 수신부(110)는 튜너(111), 복조부(112) 및 네트워크 인터페이스부(113)를 포함할 수 있다.
튜너(111)는 오디오, 비디오, 영상, 이미지, 멀티미디어 또는 이들의 적어도 하나의 조합에 관련된 유/무선 형태의 외부 신호를 수신한다. 예를 들어, 튜너(111)는 채널 선국 명령에 따라 특정 방송 채널을 선국하고, 선국된 특정 방송 채널에 대한 방송 신호를 수신할 수 있다.
복조부(112)는 수신된 외부 신호를 비디오 신호, 이미지 신호, 영상 신호, 오디오 신호, 방송 프로그램과 관련된 데이터 신호 등으로 분리할 수 있고, 분리된 비디오 신호, 이미지 신호, 영상 신호, 오디오 신호, 방송 프로그램과 관련된 데이터 신호 등을 출력이 가능한 형태로 복원할 수 있다.
외부장치 인터페이스부(115)는 인접하는 외부 장치 내의 애플리케이션 또는 애플리케이션 목록을 수신하여, 본체 제어부(130) 또는 저장부(120)로 전달할 수 있다.
외부장치 인터페이스부(115)는 본체 장치(100)와 외부 장치 간의 연결 경로를 제공할 수 있다. 외부장치 인터페이스부(115)는 본체 장치(100)에 무선 또는 유선으로 연결된 외부장치로부터 출력된 오디오, 비디오, 영상, 이미지, 멀티미디어 또는 이들의 적어도 하나의 조합 중 하나 이상을 수신하여, 본체 제어부(130)로 전달할 수 있다. 외부장치 인터페이스부(115)는 복수의 외부 입력 단자들을 포함할 수 있다. 복수의 외부 입력 단자들은 RGB 단자, 하나 이상의 HDMI(High Definition Multimedia Interface) 단자, 컴포넌트(Component) 단자를 포함할 수 있다.
외부장치 인터페이스부(115)에 연결 가능한 외부 장치는 셋톱박스, 블루레이 플레이어, DVD 플레이어, 게임기, 사운드 바, 스마트폰, PC, USB 메모리, 홈 씨어터 중 어느 하나일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다.
네트워크 인터페이스부(113)는 본체 장치(100)를 인터넷망을 포함하는 유/무선 네트워크와 연결하기 위한 인터페이스를 제공할 수 있다. 네트워크 인터페이스부(113)는 접속된 네트워크 또는 접속된 네트워크에 링크된 다른 네트워크를 통해, 다른 사용자 또는 다른 전자 기기와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.
또한, 본체 장치(100)에 미리 등록된 다른 사용자 또는 다른 전자 기기 중 선택된 사용자 또는 선택된 전자기기에, 본체 장치(100)에 저장된 일부의 컨텐츠 데이터를 송신할 수 있다.
네트워크 인터페이스부(113)는 접속된 네트워크 또는 접속된 네트워크에 링크된 다른 네트워크를 통해, 소정 웹 페이지에 접속할 수 있다. 즉, 네트워크를 통해 소정 웹 페이지에 접속하여, 해당 서버와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.
그리고, 네트워크 인터페이스부(113)는 컨텐츠 제공자 또는 네트워크 운영자가 제공하는 컨텐츠 또는 데이터들을 수신할 수 있다. 즉, 네트워크 인터페이스부(113)는 네트워크를 통하여 컨텐츠 제공자 또는 네트워크 제공자로부터 제공되는 영화, 광고, 게임, VOD, 방송 신호 등의 컨텐츠 및 그와 관련된 정보를 수신할 수 있다.
또한, 네트워크 인터페이스부(113)는 네트워크 운영자가 제공하는 펌웨어의 업데이트 정보 및 업데이트 파일을 수신할 수 있으며, 인터넷 또는 컨텐츠 제공자 또는 네트워크 운영자에게 데이터들을 송신할 수 있다.
네트워크 인터페이스부(113)는 네트워크를 통해, 공중에 공개(open)된 애플리케이션들 중 원하는 애플리케이션을 선택하여 수신할 수 있다.
저장부(120)는 본체 제어부(130) 내의 각 신호 처리 및 제어를 위한 프로그램을 저장하고, 신호 처리된 영상, 음성 또는 데이터 신호를 저장할 수 있다.
또한, 저장부(120)는 외부장치 인터페이스부(115) 또는 네트워크 인터페이스부(113)로부터 입력되는 영상, 음성, 또는 데이터 신호의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있으며, 채널 기억 기능을 통하여 소정 이미지에 관한 정보를 저장할 수도 있다.
저장부(120)는 외부장치 인터페이스부(115) 또는 네트워크 인터페이스부(113)로부터 입력되는 애플리케이션 또는 애플리케이션 목록을 저장할 수 있다.
본체 제어부(130)는 원격 제어 장치(300)를 통하여 입력된 사용자 명령 또는 내부 프로그램에 의하여 본체 장치(100)를 제어할 수 있으며, 네트워크에 접속하여 사용자가 원하는 애플리케이션 또는 애플리케이션 목록을 본체 장치(100) 내로 다운받도록 할 수 있다.
본체 제어부(130)는 사용자가 선택한 채널 정보 등이 처리한 영상 또는 음성신호와 함께 디스플레이 장치(200) 또는 오디오 출력부(250)를 통하여 출력될 수 있도록 한다.
또한, 본체 제어부(130)는 원격 제어 장치(300)를 통하여 수신한 외부장치 영상 재생 명령에 따라, 외부장치 인터페이스부(115)를 통하여 입력되는 외부 장치, 예를 들어, 카메라 또는 캠코더로부터의, 영상 신호 또는 음성 신호가 디스플레이 장치(200) 또는 오디오 출력부(250)를 통해 출력될 수 있도록 한다.
또한, 본체 제어부(130)는 저장부(120) 내에 내에 저장된 컨텐츠, 또는 수신된 방송 컨텐츠, 외부로 부터 입력되는 외부 입력 컨텐츠가 재생되도록 제어할 수 있으며, 상기 컨텐츠는 방송 영상, 외부 입력 영상, 오디오 파일, 정지 영상, 접속된 웹 화면, 및 문서 파일 등 다양한 형태일 수 있다.
본체 제어부(130)는 복조부(112) 또는 외부장치 인터페이스부(115) 또는 저장부(120)를 통해 입력되는 비디오, 이미지, 영상, 오디오, 방송 프로그램과 관련된 데이터 등을 복호화하고, 복호화된 데이터를 다시 디스플레이 장치(200)가 지원하는 부/복호화 방식에 맞게 부호화하며, 부호화된 데이터를 무선 채널을 통해 전송하기 위해 압축, 부호화와 같은 다양한 영상/음성 처리 기법으로 처리하여 데이터 스트림 또는 비트스트림을 생성하고, 생성된 데이터 스트림 또는 비트 스트림을 무선 통신회로(140)를 통해 디스플레이 장치(200)로 전송하는 동작을 수행할 수 있다. 실시예에 따라서는 본체 제어부(130)는 상기 복호화된 데이터를 다시 디스플레이 장치(200)가 지원하는 부/복호화 방식에 맞게 부호화함이 없이, 상기 복호화된 데이터를 바이패스(bypass)하여 무선 통신회로(140)를 통해 바로 디스플레이 장치(200)로 전송할 수도 있다.
또한, 본체 제어부(130)는 본 명세서의 각 실시예에서 설명된 무선 데이터 전송장치(1100)의 프로세서(1130)의 기능, 절차 및/또는 방법을 구현하도록 구성될 수 있다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(1130)에서 구현될 수 있다.
무선 통신회로(140)는 본체 제어부(130)와 동작 가능하게 결합되어 본체 제어부(130)로부터 데이터 스트림 또는 비트 스트림을 받고, 상기 데이터 스트림 또는 비트 스트림을 무선 채널로 전송하기 위한 형태로 부호화 및/또는 변조함으로써 무선 스트림을 생성하여 디스플레이 장치(200)로 전송한다. 무선 통신회로(140)는 무선 링크를 형성하고, 본체 장치(100)와 디스플레이 장치(200)는 무선 링크에 의해 연결된다. 무선 통신회로(140)는 WI-FI, 블루투스, NFC, RFID와 같은 근거리 무선 통신 또는 이동통신 네트워크 (예컨대, 3G, 4G, 5G 셀룰러 네트워크 등)) 등 다양한 무선 통신 방식에 기반하여 구현될 수 있다. 예를 들어 무선 통신회로(140)는 IEEE 802.11 계열의 표준과 같은 통신 프로토콜을 이용하여 통신할 수도 있다.
전원 공급부(150)는 외부 신호 수신부(110), 외부장치 인터페이스부(115), 저장부(120), 본체 제어부(130), 무선 통신회로(140)로 전원을 공급한다. 전원 공급부(150)가 외부로부터 전력을 수신하는 방식은 단자 방식과 무선 방식을 포함할 수 있다. 전원 공급부(150)가 무선 방식으로 전력을 수신하는 경우, 전원 공급부(150)는 무선으로 전력을 수신하기 위한 별도의 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전원 공급부(150)는 외부의 무선전력 전송장치와 자기 커플링(magnetic coupling)되어 무선 전력을 수신하도록 구성된 전력 픽업 유닛(power pick-up unit)과, 무선 전력을 수신하기 위해 상기 무선전력 전송장치와 통신을 수행하고 무선전력의 송수신을 제어하도록 구성된 별도의 통신 및 제어 유닛(communication and control unit)을 포함할 수 있다.
무선 통신회로(140)는 원격 제어 장치(300)와도 무선으로 연결되어, 사용자가 입력한 신호를 본체 제어부(130)로 전달하거나, 본체 제어부(130)로부터의 신호를 사용자에게 전달할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신회로(140)는 블루투스(Bluetooth), WB(Ultra Wideband), 지그비(ZigBee) 방식, RF(Radio Frequency) 통신 방식 또는 적외선(IR) 통신 방식 등 다양한 통신 방식에 따라, 원격제어장치(300)로부터 본체 장치(100)의 전원 온/오프, 화면 설정 등의 제어 신호를 수신하여 처리하거나, 본체 제어부(130)로부터의 제어 신호를 원격제어장치(300)로 송신하도록 처리할 수 있다.
또한, 무선 통신회로(140)는, 전원키, 볼륨키, 설정치 등의 로컬키(미도시)에서 입력되는 제어 신호를 본체 제어부(130)에 전달할 수 있다.
다음으로, 디스플레이 장치(200)는 무선 인터페이스를 통해 본체 장치(100)로부터 수신된 무선 스트림을 본체 장치(100)에 의한 신호 처리의 역과정으로 처리한 뒤 디스플레이 또는 오디오 출력하는 동작을 수행할 수 있다. 이러한 동작을 수행하기 위해, 디스플레이 장치(200)는 무선 통신회로(210), 사용자 입력 인터페이스부(220), 패널 제어부(230), 디스플레이부(240), 오디오 출력부(250) 및 전원 공급부(260)를 포함할 수 있다.
무선 통신회로(210)는 본체 장치(100)의 무선 통신회로(140)와 무선 링크로 연결되어, 본체 장치(100)의 무선 통신회로(140)와 무선 통신을 수행한다. 구체적으로, 무선 통신회로(210)는 본체 장치(100)의 무선 통신회로(140)로부터 무선 스트림을 수신하고, 복조하여 패널 제어부(230)로 보낸다. 무선 통신회로(210)는 WI-FI, 블루투스, NFC, RFID와 같은 근거리 무선 통신 또는 이동통신 네트워크 (예컨대, 3G, 4G, 5G 셀룰러 네트워크 등)) 등 다양한 무선 통신 방식에 기반하여 구현될 수 있다. 예를 들어 무선 통신회로(210)는 IEEE 802.11ay등 IEEE 802.11 계열의 표준과 같은 통신 프로토콜을 이용하여 통신할 수도 있다.
패널 제어부(230)는 무선 통신회로(210)에 의해 복조된 신호를 복호화하여 비트 스트림 또는 데이터 스트림을 복원한다. 이때, 비트 스트림 또는 데이터 스트림이 압축된 것일 경우, 패널 제어부(230)는 비트 스트림 또는 데이터 스트림의 압축을 해제 또는 복원하는 동작을 수행한 뒤 비디오 신호, 이미지 신호, 영상 신호, 오디오 신호, 방송 프로그램과 관련된 데이터 신호 등으로 출력하여 각각 디스플레이부(240), 오디오 출력부(250) 및 사용자 입력 인터페이스부(220)로 보낼 수 있다.
비디오 신호, 영상 신호, 이미지 신호 등은 디스플레이부(240)로 입력되어 해당 영상 신호에 대응하는 영상으로 표시될 수 있다. 또한, 패널 제어부(230)에서 처리된 영상 신호는 다시 무선 통신회로(210)를 통해 본체 장치(100)로 전송되어, 본체 장치(100)의 외부장치 인터페이스부(115)를 통하여 외부 출력장치로 입력될 수 있다.
패널 제어부(230)에서 처리된 음성 신호는 오디오 출력부(250)로 오디오 출력될 수 있다. 또한, 패널 제어부(230)에서 처리된 음성 신호는 다시 무선 통신회로(210)를 통해 본체 장치(100)로 전송되어, 본체 장치(100)의 외부장치 인터페이스부(115)를 통하여 외부 출력장치로 입력될 수 있다.
한편, 패널 제어부(230)는 영상을 표시하도록 디스플레이부(240)를 제어할 수 있으며, 예를 들어 튜너(111)를 통해 입력되는 방송 영상, 또는 외부장치 인터페이스부(115)를 통해 입력되는 외부 입력 영상, 또는 네트워크 인터페이스부를 통해 입력되는 영상, 또는 저장부(120)에 저장된 영상이 디스플레이부(240)에서 표시되도록 제어할 수 있다. 이 경우, 디스플레이부(240)에 표시되는 영상은 정지 영상 또는 동영상일 수 있으며, 2D 영상 또는 3D 영상일 수 있다.
패널 제어부(230)는 본 명세서의 각 실시예에서 설명된 무선 데이터 수신장치(1200)의 프로세서(1230)의 기능, 절차 및/또는 방법을 구현하도록 구성될 수 있다. 또한 프로세서(1230)는 본 명세서의 각 실시예에서 설명된 무선 데이터 수신장치(1200)의 기능, 절차 및/또는 방법을 구현하도록 구성될 수 있다.
사용자입력 인터페이스부(220)는 사용자가 입력한 신호를 패널 제어부(230)로 전달하거나, 패널 제어부(230)로부터의 신호를 사용자에게 전달할 수 있다. 예를 들어, 사용자입력 인터페이스부(220)는 블루투스(Bluetooth), WB(Ultra Wideband), 지그비(ZigBee) 방식, RF(Radio Frequency) 통신 방식 또는 적외선(IR) 통신 방식 등 다양한 통신 방식에 따라, 원격제어장치(300)로부터 디스플레이 장치(200)의 전원 온/오프, 화면 설정 등의 제어 신호를 수신하여 처리하거나, 패널 제어부(230)로부터의 제어 신호를 원격제어장치(300)로 송신하도록 처리할 수 있다.
또한, 사용자입력 인터페이스부(220)는, 전원키, 볼륨키, 설정치 등의 로컬키(미도시)에서 입력되는 제어 신호를 패널 제어부(230)에 전달할 수 있다.
전원 공급부(260)는 무선 통신회로(210), 사용자 입력 인터페이스부(220), 패널 제어부(230), 디스플레이부(240), 오디오 출력부(250)로 전원을 공급한다. 전원 공급부(260)가 외부로부터 전력을 수신하는 방식은 단자 방식과 무선 방식을 포함할 수 있다. 전원 공급부(260)가 무선 방식으로 전력을 수신하는 경우, 전원 공급부(260)는 무선으로 전력을 수신하기 위한 별도의 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전원 공급부(260)는 외부의 무선전력 전송장치와 자기 커플링(magnetic coupling)되어 무선 전력을 수신하도록 구성된 전력 픽업 유닛(power pick-up unit)과, 무선 전력을 수신하기 위해 상기 무선전력 전송장치와 통신을 수행하고 무선전력의 송수신을 제어하도록 구성된 별도의 통신 및 제어 유닛(communication and control unit)을 포함할 수 있다.
원격 제어 장치(300)는 본체 장치(100) 및/또는 디스플레이 장치(200)이 전원 온오프, 채널 선택, 화면 설정 등을 원격으로 제어하는 동작을 수행하며 리모컨이라 불릴 수도 있다.
한편, 도 1에 도시된 본체 장치(100)와 디스플레이 장치(200)는 본 발명의 일 실시예에 불과하므로. 도시된 구성요소들 중 일부는 실제 구현되는 본체 장치(100)와 디스플레이 장치(200)의 사양에 따라 통합, 추가, 또는 생략될 수 있다. 즉, 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다. 또한, 각 블록에서 수행하는 기능은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것이며, 그 구체적인 동작이나 장치는 본 발명의 권리범위를 제한하지 아니한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본체 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 달리, 튜너(111)와 복조부(112)를 구비하지 않고 네트워크 인터페이스부(113) 또는 외부장치 인터페이스부(115)를 통해서 영상을 수신하여 재생할 수도 있다.
예를 들어, 본체 장치(100)는 방송 신호 또는 다양한 네트워크 서비스에 따른 컨텐츠들을 수신하기 위한 등과 같은 셋탑 박스 등과 같은 영상 처리 장치와 상기 영상 처리 장치로부터 입력되는 컨텐츠를 재생하는 컨텐츠 재생 장치로 분리되어 구현될 수 있다.
이 경우, 이하에서 설명할 본 발명의 실시예에 따른 무선 AV 시스템(10)의 동작 방법은 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 본체 장치(100)와 디스플레이 장치(200)뿐 아니라, 상기 분리된 셋탑 박스 등과 같은 영상 처리 장치 또는 오디오출력부(250)를 구비하는 컨텐츠 재생 장치 중 어느 하나에 의해 수행될 수도 있다.
시스템 입출력 관점에서 보면, 본체 장치(100)는 무선으로 소스를 제공하는 무선 소스 디바이스(wireless source device)라 불릴 수 있고, 디스플레이 장치(200)는 무선으로 소스를 제공받는 무선 싱크 디바이스(wireless sink device)라 불릴 수 있다. 무선 소스 디바이스 및 무선 싱크 디바이스는 Wireless HD, WHDI (Wireless Home Digital Interface), WiGig, 무선 USB 및 WFD(Wi-Fi Display) (미라캐스트(Miracast)로서도 알려짐) 등의 표준들과 호환되는 무선 디스플레이 (WD) 통신 기술들을 구현할 수도 있다.
어플리케이션 관점에서 보면, 본체 장치(100)는 무선 셋톱 박스, 무선 게이밍 콘솔, 무선 디지털 비디오 디스크 (DVD) 플레이어, 무선 라우터의 일부를 구성하는 형태로 통합될 수 있다. 이 경우 본체 장치(100)는 무선 통신 모듈 또는 칩 형태로 구비될 수 있다. 또한 디스플레이 장치(200)는 이미지 및 비디오를 디스플레이하는 디스플레이 패널을 갖는 사용자 디바이스 또는 전자 장치(예를 들어, 무선 TV, 무선 모니터, 무선 프로젝터, 무선 프린터, 무선 차량 대시보드 디스플레이, 웨어러블 디바이스, 증강 현실(AR) 헤드셋 또는 가상 현실(VR) 헤드셋 등)의 일부를 구성하는 형태로 통합될 수 있다. 이 경우 디스플레이 장치(200)는 무선 통신 모듈 또는 칩 형태로 구비될 수 있다.
본체 장치(100) 및 디스플레이 장치(200)는 모바일 디바이스의 일부를 구성하는 형태로 통합될 수 있다. 예를 들어, 본체 장치(100) 및 디스플레이 장치(200)는 스마트폰, 스마트패드 또는 태블릿들, 또는 다른 유형들의 무선 통신 디바이스들을 포함하는 모바일 단말기, 무선 통신 카드들을 갖는 휴대용 컴퓨터들, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 휴대용 미디어 플레이어, 카메라 또는 캠코더와 같은 디지털 이미지 캡처링 디바이스, 또는 무선 통신 능력들을 갖는 기타 플래시 메모리 디바이스에 통합될 수 있다. 이 경우 본체 장치(100) 및 디스플레이 장치(200)는 무선 통신 모듈 또는 칩 형태로 구비될 수 있다.
스마트폰 사용자는 더 높은 해상도 디스플레이 또는 그 외에 향상된 사용자 경험을 제공할 수도 있는, 텔레비전 또는 프로젝터와 같은 다른 디바이스에, 사용자의 스마트폰, 태블릿, 또는 다른 컴퓨팅 디바이스에 의해 출력된 비디오 및 오디오를 스트리밍 또는 미러링할 수 있다.
전술된 바와 같이, 본체 장치(100)는 오디오, 비디오, 영상, 이미지, 멀티미디어 또는 이들의 적어도 하나의 조합에 관련된 유/무선 형태의 외부 신호를 수신하고, 수신된 외부 신호를 다양한 방법으로 처리하여 데이터 스트림 또는 비트스트림을 생성하여 무선 인터페이스를 통해 디스플레이 장치(200)로 전송하는 동작을 수행할 수 있다.
이하에서, 무선 인터페이스를 통해 전송되는 영상/비디오/오디오 데이터를 통칭하여 무선 데이터라 부르기로 한다. 즉, 본체 장치(100)는 디스플레이 장치(200)와 무선으로 통신을 수행하며 무선 데이터를 전송할 수 있다. 따라서 무선 데이터 송수신 시스템(1000)의 관점에서 보면 본체 장치(100)는 무선 데이터 전송장치(1100)라 불릴 수 있고, 디스플레이 장치(200)는 무선 데이터 수신장치(1200)라 불릴 수 있다. 이하에서는 무선 데이터 송수신 시스템(1000)의 관점에서 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 먼저, 무선 데이터 송수신 시스템(1000)의 상세한 블록도를 개시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 데이터 송수신 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 무선 데이터 송수신 시스템(wireless data stream transceiving system, 1000)은 데이터 스트림을 무선으로 전송하고 수신하는 시스템을 의미하며, 무선 데이터 전송장치(1100)와 적어도 하나의 무선 데이터 수신장치(1200)를 포함한다. 무선 데이터 전송장치(1100)는 적어도 하나의 무선 데이터 수신장치(1200)에 통신 가능하게 커플링된다.
무선 통신 시스템(i.e. 무선랜, wifi)의 관점에서, 무선 데이터 전송장치(1100)는 AP 또는 PCP(personal basic service set control point) 스테이션이라 불릴 수 있고, 무선 데이터 수신장치(1200)는 STA 또는 non-PCP(non- personal basic service set control point) 스테이션이라 불릴 수 있다.
데이터 스트림의 입출력 관점에서 보면, 무선 데이터 전송장치(1100)는 무선으로 소스를 제공하는 무선 소스 디바이스(wireless source device)라 불릴 수 있고, 무선 데이터 수신장치(1200)는 무선으로 소스를 제공받는 무선 싱크 디바이스(wireless sink device)라 불릴 수 있다. 무선 소스 디바이스 및 무선 싱크 디바이스는 Wireless HD, WHDI (Wireless Home Digital Interface), WiGig, 무선 USB 및 WFD(Wi-Fi Display) (미라캐스트(Miracast)로서도 알려짐) 등의 표준들과 호환되는 무선 디스플레이 (WD) 통신 기술들을 구현할 수도 있다.
어플리케이션 관점에서 보면, 무선 데이터 전송장치(1100)는 무선 셋톱 박스, 무선 게이밍 콘솔, 무선 디지털 비디오 디스크 (DVD) 플레이어, 무선 라이터의 일부를 구성하는 형태로 통합될 수 있다. 이 경우 무선 데이터 전송장치(1100)는 무선 통신 모듈 또는 칩 형태로 구비될 수 있다. 또한 무선 데이터 수신장치(1200)는 이미지 및 비디오를 디스플레이하는 디스플레이 패널을 갖는 사용자 디바이스 또는 전자 장치(예를 들어, 무선 TV, 무선 모니터, 무선 프로젝터, 무선 프린터, 무선 차량 대시보드 디스플레이, 웨어러블 디바이스, 증강 현실(AR) 헤드셋 또는 가상 현실(VR) 헤드셋 등)의 일부를 구성하는 형태로 통합될 수 있다. 이 경우 무선 데이터 수신장치(1200)는 무선 통신 모듈 또는 칩 형태로 구비될 수 있다.
무선 데이터 전송장치(1100) 및 무선 데이터 수신장치(1200)는 모바일 디바이스의 일부를 구성하는 형태로 통합될 수 있다. 예를 들어, 무선 데이터 전송장치(1100) 및 무선 데이터 수신장치(1200)는 스마트폰, 스마트패드 또는 태블릿들, 또는 다른 유형들의 무선 통신 디바이스들을 포함하는 모바일 단말기, 무선 통신 카드들을 갖는 휴대용 컴퓨터들, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 휴대용 미디어 플레이어, 카메라 또는 캠코더와 같은 디지털 이미지 캡처링 디바이스, 또는 무선 통신 능력들을 갖는 기타 플래시 메모리 디바이스에 통합될 수 있다. 이 경우 무선 데이터 전송장치(1100) 및 무선 데이터 수신장치(1200)는 무선 통신 모듈 또는 칩 형태로 구비될 수 있다.
스마트폰 사용자는 더 높은 해상도 디스플레이 또는 그 외에 향상된 사용자 경험을 제공할 수도 있는, 텔레비전 또는 프로젝터와 같은 다른 디바이스에, 사용자의 스마트폰, 태블릿, 또는 다른 컴퓨팅 디바이스에 의해 출력된 비디오 및 오디오를 스트리밍 또는 미러링할 수 있다.
일 측면에서, 데이터는 오디오(audio), 비디오(video), 영상(picture), 이미지(image), 그 밖에 멀티미디어(multimedia)를 포함하거나 이들의 적어도 하나의 조합으로 구성될 수 있다.
다른 측면에서, 데이터는 오디오가 압축된 형태의 비트 스트림(bit stream), 비디오가 압축된 형태의 비트 스트림, 영상이 압축된 형태의 비트 스트림, 멀티미디어가 압축된 형태의 비트 스트림을 포함하거나 이들의 적어도 하나의 조합을 포함할 수도 있다. 이 경우 무선 데이터 송수신 시스템(1000)은 무선 압축 데이터 스트림 송수신 시스템이라 불릴 수도 있다. 또한, 무선 압축 데이터 스트림 송수신 시스템(1000)은 데이터의 압축을 위한 기능적 또는 물리적 유닛(unit)을 더 포함할 수 있다.
각 장치의 세부 구성을 살펴보면, 무선 데이터 전송장치(1100)는 메모리(1120), 프로세서(1130), 통신회로(1140) 및 복수의 안테나(1150-1, 1150-2,…Tx)를 포함하고, 무선 데이터 수신장치(1200)는 통신회로(1210), 메모리(1220), 프로세서(1230) 및 복수의 안테나(1250-1, 1250-2,…Rx)를 포함한다.
메모리(1120, 1220)는 프로세서(1130, 1230)와 동작 가능하게 결합되고, 프로세서(1130, 1230)를 동작시키기 위한 다양한 정보를 저장한다. 메모리(1120, 1220)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래시 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다.
프로세서(1130)는 본 명세서의 각 실시예에서 설명된 무선 데이터 전송장치(1100)의 기능, 절차 및/또는 방법을 구현하도록 구성될 수 있다. 또한 프로세서(1230)는 본 명세서의 각 실시예에서 설명된 무선 데이터 수신장치(1200)의 기능, 절차 및/또는 방법을 구현하도록 구성될 수 있다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(1130, 1230)에서 구현될 수 있다.
도 1의 디스플레이 시스템 관점에서 보면, 프로세서(1130)는 본체 제어부(130)의 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(1130)는 복조부(112) 또는 외부장치 인터페이스부(115) 또는 저장부(120)를 통해 입력되는 비디오, 이미지, 영상, 오디오, 방송 프로그램과 관련된 데이터 등을 복호화하고, 복호화된 데이터를 다시 무선 채널로 전송하기 위해 압축, 부호화와 같은 다양한 영상/음성 처리 기법으로 처리하여 데이터 스트림 또는 비트스트림을 생성하고, 생성된 데이터 스트림 또는 비트 스트림을 통신회로(1140)를 통해 디스플레이 장치(200)로 전송하는 동작을 수행할 수 있다.
프로세서(1130, 1230)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다.
실시예가 소프트웨어로 구현되는 경우, 본 명세서에서 설명된 기술들은 본 명세서에서 설명된 기능을 수행하는 모듈(예컨대, 절차, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(1120, 1220)에 저장될 수 있고 프로세서(1130, 1230)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(1120, 1220)는 프로세서(1130, 1230) 내부에 구현될 수 있다. 또는, 메모리(1120, 1220)는 프로세서(1130, 1230) 외부에 구현될 수 있으며, 기술 분야에서 공지된 다양한 수단을 통해 프로세서(1130, 1230)에 통신 가능하게 연결될 수 있다.
통신회로(1140, 1210)는 무선 주파수 신호를 처리하기 위한 기저 대역 회로를 포함할 수 있다. 통신회로(1140, 1210)는 프로세서(1130, 1230)와 동작 가능하게 결합되고, 데이터를 무선으로 송신 및/또는 수신한다. 통신회로(1140, 1210)에 의해 형성되는 통신 채널은 네트워크 통신 채널일 수도 있다. 이 경우 통신회로(1140, 1210)는 네트워크 혼잡을 회피 또는 감소시키기 위해 터널링된 다이렉트 링크 셋업 (tunneled direct link setup; TDLS)을 확립할 수도 있다. Wi-Fi 다이렉트 및 TDLS 는 비교적 단거리 통신 세션들을 셋업하기 위한 것이다. 무선 링크(11)를 형성하는 통신 채널은 비교적 짧은 범위의 통신 채널일 수도 있고, 2.4 GHz, 3.6 GHz, 5 GHz, 60 GHz, 또는 울트라와이드밴드 (UWB) 등 다양한 주파수를 사용하는 Wi-Fi, 블루투스 등과 같은 물리적 채널 구조를 이용하여 구현되는 통신 채널일 수도 있다.
본 명세서에서 개시되는 기술들은 주로 IEEE 802.11 계열의 표준과 같은 통신 프로토콜과 관련하여 설명될 수도 있지만, 이들 기술들의 양태들은 또한 다른 통신 프로토콜들과 호환가능할 수도 있음은 물론이다. 예를 들어 통신회로(1140, 1210)는 WI-FI, 블루투스, NFC, RFID와 같은 근거리 무선 통신 또는 이동통신 네트워크 (예컨대, 3G, 4G, 5G 셀룰러 네트워크 등)) 등 다양한 무선 통신 방식에 기반하여 구현될 수 있고, IEEE 802.11 계열의 표준과 같은 통신 프로토콜을 이용하여 통신할 수도 있다. 예시적으로 그리고 비제한적으로, 통신회로(1140, 1210) 사이의 무선 통신은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 (OFDM) 기법들을 이용할 수도 있다. 시간분할 다중 액세스 (TDMA), 주파수 분할 다중 액세스 (FDMA), 코드 분할 다중 액세스 (CDMA), 또는 OFDM, FDMA, TDMA 및/또는 CDMA 의 임의의 조합을 비제한적으로 포함하는 다양한 다른 무선 통신 기법들이 또한 사용될 수도 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 데이터 송수신 시스템이 IEEE 802.11 계열의 통신 프로토콜로 구현되는 경우의 개념도이다.
도 3을 참조하면, 도 3 (A)의 무선 데이터 송수신 시스템(20)은 적어도 하나의 기본 서비스 세트(Basic Service Set, 이하 'BSS', 21, 25)를 포함할 수 있다. BSS는 성공적으로 동기화를 이루어서 서로 통신할 수 있는 액세스 포인트(access point, 이하 'AP') 및 스테이션(station, 이하 'STA')의 집합으로서, 특정 영역을 가리키는 개념은 아니다.
예를 들어, 제1 BSS(21)는 제 1 AP(22) 및 하나의 제1 STA(21-1)을 포함할 수 있다. 제2 BSS(25)는 제2 AP(26) 및 하나 이상의 STA들(25-1, 25-2)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 AP(22)는 도 2의 통신회로(1140)에 해당하고, 하나 이상의 STA들(25-1, 25-2)은 도 2의 통신회로(1210)에 해당할 수 있다.
인프라스트럭쳐 BSS(21, 25)는 적어도 하나의 STA, 분산 서비스(Distribution Service)를 제공하는 AP(22, 26) 그리고 다수의 AP를 연결시키는 분산 시스템(Distribution System, 27)을 포함할 수 있다.
분산 시스템(27)은 복수의 BSS(22, 26)를 연결하여 확장된 서비스 세트인 확장 서비스 세트(28, extended service set, 이하, 'ESS')를 구현할 수 있다. ESS(28)는 적어도 하나의 AP(22, 26)가 분산 시스템(27)을 통해 연결된 하나의 네트워크를 지시하는 용어로 사용될 수 있다. 하나의 ESS(28)에 포함되는 적어도 하나의 AP는 동일한 서비스 세트 식별자(service set identification, 이하 'SSID')를 가질 수 있다.
포탈(portal, 29)은 무선랜 네트워크(IEEE 802.11)와 다른 네트워크(예를 들어, 802.X)와의 연결을 수행하는 브리지 역할을 수행할 수 있다.
도 3의 (A)와 같은 구조의 무선랜에서 AP(22, 26) 사이의 네트워크 및 AP(22, 26)와 STA(21-1, 25-1, 25-2) 사이의 네트워크가 구현될 수 있다.
한편, 도 3의 (B)의 무선 데이터 송수신 시스템(30)은 도 3의 (A)와 달리 AP(22, 26)가 없이도 STA 사이에서 네트워크를 설정하여 통신을 수행하는 것이 가능할 수 있다. AP(22, 26)가 없이 STA 사이에서도 네트워크를 설정하여 통신을 수행하는 네트워크를 애드-혹 네트워크(Ad-Hoc network) 또는 독립 BSS(independent basic service set, 이하 'IBSS')라고 정의한다.
도 3의 (B)를 참조하면, 무선 데이터 송수신 시스템(30)은 애드-혹(ad-hoc) 모드로 동작하는 BSS, 즉 IBSS이다. IBSS는 AP를 포함하지 않기 때문에 중앙에서 관리 기능을 수행하는 개체(centralized management entity)가 없다. 따라서, 무선 데이터 송수신 시스템(30)에서, STA(31-1, 31-2, 31-3, 32-4, 32-5)들이 분산된 방식(distributed manner)으로 관리된다. 여기서, STA(31-1, 31-2, 31-3, 32-4, 32-5)들은 도 2의 통신회로(1140) 또는 통신회로(1210)에 해당할 수 있다.
IBSS의 모든 STA(31-1, 31-2, 31-3, 32-4, 32-5)은 이동 STA으로 이루어질 수 있으며, 분산 시스템으로의 접속이 허용되지 않는다. IBSS의 모든 STA은 자기 완비적 네트워크(self-contained network)를 이룬다.
본 명세서에서 언급되는 STA은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 표준의 규정을 따르는 매체 접속 제어(Medium Access Control, 이하 'MAC')와 무선 매체에 대한 물리계층(Physical Layer) 인터페이스를 포함하는 임의의 기능 매체로서, 광의로는 AP와 비-AP STA(Non-AP Station)을 모두 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 STA은 이동 단말(mobile terminal), 무선 기기(wireless device), 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit; WTRU), 사용자 장비(User Equipment; UE), 이동국(Mobile Station; MS), 이동 가입자 유닛(Mobile Subscriber Unit) 또는 단순히 유저(user) 등의 다양한 명칭으로도 불릴 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 비콘 간격의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, EDMG(enhanced directional multi-gigabit) 시스템에서 매체의 시간은 비콘(beacon) 간격들로 나누어질 수 있다. 비콘 간격 내의 하위 구간들은 접속 구간(Access Period)로 지칭될 수 있다. 하나의 비콘 간격 내의 서로 다른 접속 구간은 상이한 접속 규칙을 가질 수 있다. 이와 같은 접속 구간에 대한 정보는 AP 또는 PCP (Personal basic service set Control Point)에 의해 non-AP STA 또는 non-PCP에게 전송될 수 있다.
하나의 비콘 간격은 하나의 BHI(Beacon Header Interval)과 하나의 DTI (Data Transfer Interval)을 포함할 수 있다. BHI는 도 4에 도시된 바와 같이 BTI(Beacon Transmission Interval), A-BFT(Association Beamforming Training) 및 ATI(Announcement Transmission Interval)를 포함할 수 있다.
BTI는 하나 이상의 EDMG 비콘 프레임이 전송될 수 있는 구간을 의미한다. A-BFT는 선행하는 BTI 동안 EDMG 비콘 프레임을 전송한 STA에 의한 빔포밍 훈련이 수행되는 구간을 의미한다. ATI는 PCP/AP와 non-PCP/non-AP STA 사이에 요청-응답 기반의 관리 접속 구간을 의미한다.
한편, DTI(Data Transfer Interval)는 STA들 사이의 프레임 교환이 이루어지는 구간으로서, 도 4에 도시된 바와 같이 하나 이상의 CBAP(Contention Based Access Period) 및 하나 이상의 SP(Service Period)가 할당될 수 있다. 도 4에서는 2개의 CBAP과 2개의 SP가 할당되는 예를 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것으로서 이에 한정될 필요는 없다.
이하에서는 본 발명이 적용될 무선 AV 시스템에서 데이터 통신을 위한 물리계층 구성에 대해 구체적으로 살펴본다.
도 5는 일 실시예에 따른 PPDU(PHY protocol data unit) 프레임의 구조를 간단히 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, PPDU 프레임은 L-STF(legacy-short training field), L-CEF(legacy-channel estimation field), L-헤더(legacy-header), EDMG-헤더A(enhanced directional multi-gigabit-header A), EDMG-STF, EDMG-CEF, EDMG-헤더B, 데이터, TRN을 포함할 수 있으며, 이 필드들은 PPDU의 형태(예를 들어 SU PPDU, MU PPDU 등)에 따라 선택적으로 포함될 수 있다. L-STF는 훈련 신호를 포함한다. L-헤더는 제1 레가시 스테이션(예를 들어 IEEE802.11ad를 지원하는 스테이션)을 위한 제어정보를 포함하고, EDMG-헤더는 제2 레가시 스테이션(예를 들어 IEEE802.11ay를 지원하는 스테이션)을 위한 제어정보를 포함하며, EDMG-STF는 제2 레가시 스테이션을 위한 훈련 신호를 포함할 수 있다.
여기서, 데이터의 전단에 부가되는 물리계층의 제어 정보 필드들(L-STF, L-CEF, L-헤더, EDMG헤더A, EDMG-STF, EDMG-CEF, EDMG-헤더B)을 통틀어 프리앰블(preamble)이라 명명할 수 있다. 또한 L-STF, L-CEF, L-header 필드를 포함하는 부분은 비 EDMG 영역 (Non-EDMG portion)이라 명명할 수 있고, 나머지 부분은 EDMG 영역이라 명명할 수 있다. 또한, L-STF, L-CEF, L-Header, EDMG-Header-A 필드들은 pre-EDMG modulated fields라 명명될 수 있고, 나머지 부분은 EDMG modulated fields라 명명될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 복수의 안테나(1150-1, 1150-2,…Tx)와 복수의 안테나(1250-1, 1250-2,…NRx)간에 MIMO 채널(11)이 형성될 수 있고, MIMO 채널(11)을 통해 데이터가 송수신될 수 있다. 여기서, 각 안테나는 DMG 안테나 또는 EDMG 안테나라 명명될 수 있다.
이하 본 발명의 구현을 위해, 몇 가지 가정이 전제될 수 있다. 일례로서, 각 안테나는 개별 RF 체인(chain)과 연결되어 동작할 수 있다. 다른 예로서, 안테나간 상호성(reciprocity)이 고려될 수 있다
통신회로(1140, 1210)는 MIMO 채널(11)을 형성하고, 무선 데이터 전송장치(1100)와 무선 데이터 수신장치(1200)는 MIMO 채널(11)을 통해 데이터를 송수신한다. 통신회로(1140, 1210)는 복수의 안테나(1150-1, 1150-2,…Tx, 1250-1, 1250-2,…Rx)를 기반으로 MIMO에 관한 빔포밍(beamforming: BF) 또는 빔포밍 훈련을 수행할 수 있다. 빔포밍 훈련은 섹터 스윕(sector sweep)을 사용한 BF 훈련 프레임의 전송과 적절한 안테나 시스템 셋팅을 결정하기 위해 각 STA에게 필요한 시그널링을 제공하는 것이다.
복수의 안테나(1150-1, 1150-2,…Tx, 1250-1, 1250-2,…Rx)는 편극 정렬을 수행할 수 있는 타입일 수 있으며, 예를 들어 도 6과 같은 구성을 포함할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 하나의 RF 체인이 이중 편극 배열(dual polarization array)로 구성된 복수의 안테나를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 예를 들어 복수의 안테나(600)는 2개의 RF 체인(610, 620) 및 각 RF 체인과 연결된 이중 편극 배열(611-1, 611-2,… 611-6, 621-1, 612-2, …612-6)을 포함한다. 하나의 RF 체인과 그에 결합된 이중 편극 배열을 합하여 DMG 안테나 또는 단순히 안테나라 부를 수 있다. 즉, 제1 RF 체인(610) 및 이에 연결된 이중 편극 배열(611-1, 611-2,…611-6)이 제1 DMG 안테나이고, 제2 RF 체인(620) 및 이에 연결된 이중 편극 배열(621-1, 621-2,…621-6)이 제2 DMG 안테나일 수 있다.
이중 편극 배열은 복수의 이중 편극 요소(polarization element)들을 포함하며, 이중 편극 요소는 이중 편극 안테나라 불릴 수도 있다. 일례로서, 선형 편극(linear polarization)에서 이중 편극 요소는 수평적 폴(horizontal pole)과 수직적 폴(vertical pole) 이렇게 2 방향의 폴을 이용하여 편극 정렬을 수행할 수 있다. 하나의 이중 편극 요소 내에서, 수평적 폴을 통해 신호가 전송되면 수직적 폴에서는 신호가 전송되지 않고, 반대로 수직적 폴을 통해 신호가 전송되면 수평적 폴에서는 신호가 전송되지 않을 수 있다. 다른 예로서, 순환 편극(circular polarization)에서 이중 편극 요소는 우측 순환 편극(right-hand circular polarization)과 좌측 순환 편극(left-hand circular polarization) 이렇게 2 방향의 편극을 이용하여 편극 정렬을 수행할 수 있다. 하나의 이중 편극 요소 내에서, 우측 순환 편극을 통해 신호가 전송되면 좌측 순환 편극에서는 신호가 전송되지 않고, 반대로 좌측 순환 편극을 통해 신호가 전송되면 우측 순환 편극에서는 신호가 전송되지 않을 수 있다.
각각의 이중 편극 요소는 편극 합성 제어기(polarization synthesis controller)와 연결되고, 편극 합성 제어기는 이중 편극 요소의 편극 정렬을 제어할 수 있다. 또한 각 편극 합성 제어기는 빔포밍 제어기(beamforming controller)와 연결되고, 빔포밍 제어기는 이중 편극 요소의 빔포밍을 제어할 수 있다. 즉 매 이중 편극 요소마다 개별적인 편극 합성 제어기 및 빔포밍 제어기가 연결될 수 있다. 편극 합성 제어기와 빔포밍 제어기는 통합된 하나의 제어기 또는 모듈로 구성될 수도 있다.
본 실시예는 RF 체인의 수를 2개로 한정하고, 이중 편극 배열에 포함된 이중 편극 요소들의 수를 6개로 한정하였지만, 이는 예시일 뿐이며 RF 체인의 수는 1개 또는 2개 이상일 수 있고, 이중 편극 배열에 포함된 요소들의 개수 또한 6개보다 작거나 클 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 빔포밍 훈련 과정을 나타낸다. 이는 통신회로(1140, 1210)의 동작에 해당한다. 이하에서는, 빔포밍 동작을 통해 데이터를 전송하고자 하는 STA은 개시자(initiator)라 명명하고, 상기 개시자로부터 데이터를 전송 받는 STA은 응답자 (responder)라 명명한다. 또한 상기 개시자로부터 상기 응답자로의 링크(link)는 개시자 링크 (initiator link)라 명명하고, 상기 응답자로부터 상기 개시자로의 링크는 응답자 링크 (responder link)라 명명한다.
도 7을 참조하면, BF 훈련 과정은 섹터 단위로 대략적인 빔을 선택하는 섹터 레벨 스윕(Sector Level Sweep, SLS, 700) 과정과 세부 빔을 선택하는 빔 정제 프로토콜(Beam Refinement Protocol, BRP, 710, 720) 과정을 포함한다. 즉 BF 훈련은 개시자로부터의 SLS와 함께 시작한다.
SLS 단계(700)의 목적은 제어 PHY 레이트 또는 상위 MCS 에서 두 STA들 사이의 통신을 가능하게 하는 것이다. 특히, SLS 단계(700)는 오직 BF 훈련을 전송하는 것만을 제공한다. SLS 단계(700)에서는 상대적으로 넓은 빔을 이용하여 대략의 송신 방향이 결정된다. 이 단계에서는 상대적으로 적은 안테나 요소가 사용될 수 있다. 여기서, 송신단은 빔포밍 모드(지향성 안테나 모드)로 동작하고, 수신단은 의사 등방(Quasi-omni) 안테나 모드로 동작할 수 있다. 수신단은 송신단이 빔을 스위핑하면서 전송하는 특정 신호(예; 프리앰블(preamble))를 수신하여, 송신단의 송신 빔을 추정할 수 있다. 따라서 데이터를 송수신하고자 하는 STA들은 SLS 단계(700)를 통해 개시자 및 응답자에 대한 전송 또는 수신 베스트 섹터 (best sector)를 서로 알 수 있다.
이때, SLS 단계(700)는 본 발명이 적용 가능한 무선 AV 시스템에서 링크 감지(link detection)를 수행하는 프로토콜로서, 네트워크 노드들이 빔의 방향만을 변경하면서 수신 채널 링크의 성능정보를 포함하는 프레임을 연속적으로 송수신하고, 성공적으로 수신된 프레임들 중 최적의 프레임을 나타내는 지표(예: SNR(Signal to Ratio), RSSI(Received Signal Strength Indicator) 등)가 가장 좋은 빔 방향을 선택하는 빔 훈련 방식일 수 있다.
SLS 단계(700)에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 상기 SLS 단계(700)는 개시자 링크를 훈련하기 위한 I-TXSS(Initiator TX Sector Sweep), 응답자 링크를 훈련하기 위한 R-TXSS(Responder TX Sector Sweep), SSW 피드백(FBCK) 및 SSW ACK를 포함할 수 있다.
이때, 개시자는 I-TXSS의 프레임(들)을 전송함으로써 SLS 단계(700)를 시작할 수 있다. 응답자는 I-TXSS가 성공적으로 완료되기 전에 R-TXSS의 프레임(들)의 전송을 시작하지 않는다. 다만, I-TXSS가 BTI 내에서 발생하는 경우에는 예외일 수 있다. 개시자는 R-TXSS 단계(phase)가 성공적으로 완료되기 전에 SSW 피드백을 시작하지 않을 수 있다. 다만, 상기 R-TXSS가 A-BFT 내에서 발생하는 경우에는 예외일 수 있다. 응답자는 A-BFT 내에서 개시자의 SSW ACK을 시작하지 않는다. 응답자는 개시자의 SSW 피드백의 성공적인 완료 이후에 즉시 상기 개시자의 SSW ACK을 시작할 수 있다.
SLS 단계(700) 동안 개시자가 전송하는 BF 프레임은 (EDMG) 비콘 프레임, SSW 프레임 및 SSW 피드백 프레임을 포함할 수 있다. 상기 SLS 과정 동안, 응답자가 전송하는 BF 프레임은 SSW 프레임 및 SSW-ACK 프레임을 포함할 수 있다.
SLS 단계(700) 동안 개시자 및 응답자가 각각 TXSS을 실시하게 되면, 상기 SLS 단계(700)의 끝에 상기 개시자 및 응답자는 그들 자신의 전송 섹터를 보유(possess)하게 된다. 만약 I-TXSS 또는 R-TXSS가 수신 섹터 스윕(receive sector sweep)을 사용하면(employ), 응답자 또는 개시자 각각은 그들 자신의 수신 섹터를 보유하게 된다. STA은 섹터 스윕 동안 전송 전력을 변경하지 않는다.
이때, 일 예로, 상술한 SLS 단계(700)에서 개시자 및 응답자는 Short SSW 프레임을 사용할 수 있으며, 이를 위한 SSW 피드백 프레임 및 SSW ACK 프레임의 정의가 필요할 수 있다.
개시자 또는 응답자의 요청이 있으면 상기 SLS 단계(700)에 이어 BRP (Beam Refinement Protocol 또는 Beam Refinement Phase) 단계가 수행될 수 있다.
BRP 단계의 목적은 수신 훈련을 가능케 하고 모든 STA들에서 모든 송신기 및 수신기의 AWV (Antenna Weight Vector)의 반복적인 정제(iterative refinement)를 가능케 하는 것이다. 만약 빔 훈련에 참여하는 STA들 중 하나가 단 하나의 전송 안테나 패턴을 이용하기로 선택하면, 수신 훈련은 SLS 단계(700)의 일부로 수행될 수 있다.
BRP 단계에서는 상대적으로 좁은 빔을 이용하여 정밀하게 송신/수신 빔 조합이 결정된다. BRP 단계는 SISO 단계(phase)와 MIMO 단계(phase)를 포함할 수 있다. BRP 단계는 SLS 단계(700)에 비해 상대적으로 많은 안테나 요소를 사용하고, 반복 수행을 통해 정밀도를 증대시킬 수 있다.
전술된 바와 같이 SISO 단계는 MIMO 단계의 부담을 줄이기 위해 선결 절차로서 수행될 수 있으며, 따라서 SISO 단계는 BRP 단계 내에서 선택적으로 포함될 수 있다. SISO 단계가 생략되는 경우, BRP 단계는 MIMO 단계와 동일시될 수 있으며, 이 경우 BRP 단계는 MIMO 단계라 불릴 수도 있다. BRP 단계에서는 제어 패킷, 비콘의 전송 등과 같이 최소한의 통신이 가능한 상태가 수립되고, 송신단 및 수신단 사이의 최적 빔이 결정된다.
본 실시예는 SISO 단계가 생략된 BRP 단계 또는 MIMO 단계를 개시한다.
본 실시예에 따른 BRP TXSS는 MIMO BRP TXSS(710), MIMO BRP RXSS(720) 및 SU-MIMO 단계(730) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 BRP 단계 또는 MIMO 단계는 제1 서브단계(sub-phase)로서 MIMO BRP TXSS(710), 제2 서브단계로서 MIMO BRP RXSS(720) 및 제3 서브단계로서 SU-MIMO 단계(730) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
MIMO BRP TXSS(710)는 무선 데이터 전송 장치(1100)가 복수의 전송 안테나들에 대한 모든 전송 섹터 조합에 대해 MIMO BRP TXSS(710)를 수행하지 않고, 각 전송 안테나별로 독립적이며 병렬적으로 섹터를 스윕 또는 전송함으로써 전송 섹터 훈련을 수행하는 것을 포함한다. 그리고 무선 데이터 전송 장치(1100)는 각 안테나별 전송 섹터 후보를 구한다. 이를 통하여 BRP TXSS의 (MIMO BF중 SISO 단계) 시간을 단축시킬 수 있다.
MIMO BRP RXSS(720)는 MIMO 단계를 수행할 수신 섹터 조합의 후보군을 선택할 정보를 제공할 수 있다. 그리고 이를 통하여 MIMO 단계의 시간이 단축될 수 있다. MIMO BRP RXSS(720)는 MIMO BPR TXSS(710)과 마찬가지로 수신 안테나별로 독립적이며 병렬적으로 수신 섹터 훈련을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 그리고 MIMO BRP RXSS(720)를 통해 각 안테나별 수신 섹터 후보가 도출될 수 있다.
SU-MIMO 단계(730)는 모든 전송-수신 섹터 조합들 중에서, 베스트 전송-수신 섹터 조합을 도출하는 단계를 포함한다.
본 명세서는 mmWave 무선 통신 시스템에서 필연적으로 인가되는 위상 잡음(phase noise)에 의한 성능 열화를 극복하기 위한 방법을 제안한다. mmWave 무선 통신에서는 30 GHz 이상의 캐리어 주파수(carrier frequency)를 사용함으로써 데이터 전송을 위한 넓은 대역폭을 사용할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 거리에 따른 빠른 신호 감쇄 특성으로 수신단에서의 신호대 잡음비의 성능이 떨어지고, 또한 캐리어 주파수가 증가할수록 위상 잡음에 의한 성능 열화가 커지는 문제는 mmWave 무선 통신 시스템에서 반드시 극복해야 할 과제이다. 본 명세서에서는 특히 수신 안테나(antenna) 간의 독립적인 위상 잡음이 인가되는 환경에서 성능 열화를 최소화 할 수 있는 알고리즘 및 장치를 제안한다.
도 8은 주파수 오프셋과 PSD(Power Spectral Density)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, x축은 주파수 오프셋이고, y축은 PSD를 나타낸다.
도 8은 중심 주파수(center frequency)가 4GHz, 30GHz 및 70GHz인 경우를 도시하고 있다.
기존에 중심 주파수가 4GHz인 경우는 가장 큰 PSD가 -100dBc/Hz이기 때문에 성능에 크게 영향을 주지 않았다. 그러나, 중심 주파수 30GHz, 70GHz로 증가할수록 PSD도 증가한다. 도 8을 참조하면, 중심 주파수가 30GHz인 경우 중심 주파수가 4GHz인 경우보다 PSD가 약 20dBc/Hz 정도 더 증가함을 알 수 있다.
즉, 도 8을 참조하면, 동일한 주파수 오프셋에서 중심 주파수(또는 캐리어 주파수)가 커질수록 PSD 값도 커진다. 도 8의 주파수 오프셋(예를 들어, 103Hz(1KHz), 105(100KHz), 109(1GHz))에서의 전력들은 잡음(noise)이기 때문에 제거되어야 하는 전력들이다. 그래서, PSD 값이 커질수록 위상 잡음이 커진다.
따라서, 본 실시예가 제안하는 바와 같이 70GHz의 중심 주파수(60GHz 이상)를 사용하는 경우 PSD 값이 매우 커지므로, 위상 잡음 보상이 반드시 필요하다. 따라서, 어떤 방식으로 위상 잡음을 추정하고 보상하는지를 아래에서 설명한다.
본 명세서는 mmWave 무선 통신의 수신기 성능 및 운용에 관한 것으로, 특히 위상 잡음에 의한 성능 열화 극복을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 종래에는 위상 잡음의 보상을 위해 수신단에서 채널 보상 이전에 GI(Guard Interval) 구간을 이용하여 위상 잡음을 보상하거나 이퀄라이저(Equalizer) 이후에 반복(iterative) 방식을 사용하여 위상 잡음의 보상을 수행하였다.
다만, 종래 기술에서는 복잡도와 latency 측면에서 문제가 있을 수 있다. 또한 다중 수신 안테나(multi-Rx antenna) 환경에서 독립적인 위상 잡음이 인가 되었을 때 성능 이득이 크지 않으며, 고속의 동작을 필요로 하는 시스템에서 병렬 동작(parallel operation)이 필수적인데, 종래의 기술은 반복(recursive) 동작으로 인해 병렬 동작(parallel operation)의 구현에 적합하지 않다.
본 명세서에서는 이러한 기존 기술의 단점을 보완하기 위하여 FDE(Frequency Domain Equalizer)를 수정하여 다중 수신 안테나(multi-Rx antenna) 환경에서 독립적인 위상 잡음이 인가 되었을 때 성능 이득을 증가시키는 방법을 제안한다. 또한, 본 명세서는 GI 구간의 상호 상관(cross correlation) 방식을 사용하여, 병렬 동작이 가능하고 복잡도와 레이턴시(latency)를 감소시키는 방법도 제안한다.
통신 시스템에서는 전송된 신호를 복원하기 위해 채널 추정 및 적절한 기준(criterion)에 따른 등화(equalization) 기법을 사용한다. 본 명세서에서는 MMSE(minimum mean square error) 기준(criterion)에 따른 MMSE weight를 적용한 등화 기법을 제안한다. 먼저 수신 신호 Y에 대한 모델링(modeling)을 다음과 같이 정의할 수 있다.
Figure PCTKR2020001497-appb-M000001
Figure PCTKR2020001497-appb-I000001
Channel 추정 algorithm을 통해 H 를 추정하고 다음과 같이 MMSE weight matrix를 획득할 수 있다.
Figure PCTKR2020001497-appb-M000002
Figure PCTKR2020001497-appb-I000002
이퀄라이저 모듈(Equalizer module)에서는 다음과 같은 방식으로 전송 신호 x를 추정한다.
Figure PCTKR2020001497-appb-M000003
Figure PCTKR2020001497-appb-I000003
도 9는 802.11ay의 SC mode frame 구조를 나타낸다.
도 9를 참조하면, STF(Short Training Field)를 사용하여 주파수 오프셋(frequency offset)을 추정하고, CEF(Channel Estimation Field)를 사용하여 채널을 추정할 수 있다. 데이터 필드에서는 SC block 사이마다 Golay 시퀀스(Sequence)로 만들어진 GI(Guard Interval) 구간이 존재하는데, 위상 잡음은 시간 영역에서 GI 구간 동안 상호 상관(cross-correlation)을 통해 추정될 수 있다. 도 9의 GI와 데이터 필드 하나는 512 샘플일 수 있다. 각각의 데이터에서는 공통 위상 잡음이 인가되어 있는데, 이 공통 위상 잡음을 GI를 통해 보상할 수 있다. 즉, Data (n)은 GI(n)과 GI(n+1) 구간을 사용하여 위상 잡음을 추정한다.
도 10은 mmWave 무선 통신의 수신기의 블록도를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 수신기는 Multi-path 환경에 의한 ISI를 줄이기 위하여 도 10과 같이 FDE 이후 IFFT 출력 단에서 위상 잡음을 추정한다. 특정 path에서 GI 구간만 뽑아서 위상 잡음을 추정 및 보상하려면, FDE를 거쳐 신호를 flat하게 해주고(마치 single-path처럼), IFFT 블록을 통해 시간 영역 신호로 만들어줘야 한다.
수신기는 FDE 블록, IFFT 블록, 위상 잡음 추정기(Phase Noise Estimator)/보상기(Compensator) 및 복조기(Demodulator)를 포함한다. 수신기로 시간 영역 신호가 들어오면, 채널 추정기에 의해 채널 추정이 수행되고, FFT 블록에 의해 주파수 영역 신호로 바꿔주고 FDE 블록에 의해 주파수 영역에서 채널 보상이 수행된다. 그리고, IFFT 블록, 위상 잡음 추정기/보상기 및 복조기를 거쳐 신호의 디코딩이 수행된다.
데이터 필드의 i 번째 SC block에 대해서 IFFT 출력값은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2020001497-appb-M000004
Figure PCTKR2020001497-appb-I000004
채널 추정 시점에서의 위상 잡음이 시간에 따라 변화하기 때문에 실제로 FDE 이후 IFFT 출력단에는 위상 잡음에 의한 성분이 남아 있게 된다. i 번째 SC block에서 채널 추정 시점 대비 변화된 위상 잡음을
Figure PCTKR2020001497-appb-I000005
라고 하면 실제 IFFT 출력단
Figure PCTKR2020001497-appb-I000006
은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2020001497-appb-M000005
여기서는, 위상 잡음이 IFFT를 취하는 구간 동안 상수라고 가정하였다. Coherence time 구간 이내라고 가정을 하였는데, 성능의 최적화를 위해서 도 9와 같이 각 SC block의 위상 잡음은 해당 데이터의 앞과 뒤의 GI를 이용하여 추정한 값을 사용한다. 즉, Data (n)은 GI(n)과 GI(n+1) 구간을 사용하여 위상 잡음을 추정한다. 추정된 위상 잡음은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2020001497-appb-M000006
상기 수학식 6과 같이 위상 잡음을 추정했을 때 스트림 별 위상 잡음을 추정할 수 있다. 다만, 2개의 Rx 안테나가 있는 경우는 스트림 별로는 구분이 될 수 있으나 Rx 별로 구분이 되지 않는다는 문제가 있다. 즉, 1 Tx 안테나와 1 Rx 안테나일 경우는 문제가 발생하지 않는다.
다시 말하면, 위상 잡음이 Rx 안테나 별 비상관 위상 잡음(uncorrelated phase noise)이 인가 되었을 때 상기 수학식 6의 방식은 성능 문제가 발생할 수 있다. 왜냐하면 FDE를 하면서 이미 Rx 별 위상 잡음이 컴바인(combine)이 되었기 때문에 Rx 별 구분이 불가능하기 때문이다.
전송 주파수가 60GHz로 상당히 높은 영역에서는 Rx 안테나 간의 거리가 가까울 때 고립(isolation)이 충분히 되지 않아서 Rx 안테나 간에 거리를 일정 간격 이상으로 유지하게 되었다. 이로 인해 PLL(Phase Lock the Loop)을 Rx 안테나에 독립적으로 사용하게 되었다. 그 결과 위상 잡음이 Rx 안테나 별 독립적으로 인가 되었고, Rx 안테나 별 컴바인 게인(combine gain)이 사라진 원인이 되었다. 오히려 Rx 안테나 별 위상 잡음을 컴바인 했을 때 성능 열화의 원인이 되었다.
따라서 FDE의 수학식 3을 Rx 안테나 별로 분해하여 각각 IFFT를 수행하는 방법을 제안한다(즉, FDE를 수정한다). 2 Rx, 2 Stream을 예로 들면 수학식 3은 아래 수학식 7과 같이 정리 할 수 있다.
Figure PCTKR2020001497-appb-M000007
수신장치는 IFFT는 스트림 별 IFFT를 수행하지 않고, w0, 0y0, w0, 1y1, w1, 0y0, 그리고, w1, 1y1에 대해서 각각 IFFT를 수행한다(4번의 IFFT를 취함). 따라서 IFFT 출력값으로 스트림 별, Rx 안테나 별 결과를 얻을 수 있다. FDE는 Rx 안테나 인덱스 0, 1을 구분(y0와 y1을 Rx 안테나 인덱스라 할 수 있음)하여 MMSE weight matrix를 곱하여 스트림 0와 스트림 1에 대한 추정을 한다. 이로써, Rx 안테나 0에 대한 추정도 가능해지고 Rx 안테나 1에 대한 추정도 가능해진다.
수학식 6의 스트림 별 위상 잡음 값도 다음과 같이 Rx 안테나 별 추정 값으로 획득될 수 있다.
Figure PCTKR2020001497-appb-M000008
여기서
Figure PCTKR2020001497-appb-I000007
는 i번째 SC block의 k번째 샘플이고, m은 스트림 인덱스, n은 Rx 안테나 인덱스이다.
최종적으로 복조기(Demodulator) 입력으로 다음과 같이 계산될 수 있다. 복조기의 입력 값은 위상 잡음 추정기/보상기의 출력 값인데 스트림 별로 설정될 수 있다.
Figure PCTKR2020001497-appb-M000009
유사한 방식으로 1 stream, 2 Rx 환경에서도 Rx 안테나 별 위상 잡음을 추정 및 보상할 수 있다. 상기 수학식 9에서 Stream 1에 대한 수식을 삭제하면, 1 stream, 2 Rx 환경에서 Rx 안테나 별 위상 잡음을 추정 및 보상할 수 있다.
상술한 실시예를 시뮬레이션한 결과는 도 11 내지 도 13과 같다.
시뮬레이션 환경은 다음과 같다.
- Phase noise parameter PLL in-band noise -80dBc, VCO phase noise @ 1MHz -100dBc
- Channel : AWGN, LR-LOS, LR-NLOS
- Number of Stream : 2
- Number of Rx Antenna : 2
- Modulation : 64 QAM
- Number of SC block : 40
도 11 내지 도 13은 위상 잡음 보상에 대한 패킷 에러 레이트를 비교한 그래프이다.
도 11 내지 도 13은 3가지 경우를 모두 포함하고 있다. 첫째는 위상 잡음이 없고 위상 잡음 보상기도 사용하지 않은 경우이다. 둘째는 위상 잡음이 있고 새롭게 제안한 위상 잡음 보상기(with new phase noise compensator)를 사용한 경우이다. 셋째는 위상 잡음이 있고 이전에 제안한 위상 잡음 보상기(with old phase noise compenstor)를 사용한 경우이다. 새롭게 제안한 위상 잡음 보상기는 본 실시예에서 제안하는 Rx 안테나 별 위상 잡음을 추정하고 보상하는 보상기이다. 이전에 제안한 위상 잡음 보상기는 스트림 별 위상 잡음을 추정하고 보상하는 보상기(Rx 안테나 별로 구분 못함)이다.
도 11은 AWGN 채널에서의 위상 잡음 보상에 대한 패킷 에러 레이트를 나타낸다. 도 12는 LR-LOS (Living Room Line Of Sight)에서의 위상 잡음 보상에 대한 패킷 에러 레이트를 나타낸다. 도 13은 LR-NLOS (Living Room Non-Line Of Sight)에서 위상 잡음 보상에 대한 패킷 에러 레이트를 나타낸다.
AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널의 구성은
Figure PCTKR2020001497-appb-I000008
으로 off-diagonal 항목의 비율이 diagonal 항목과 동일한 전력으로 설정하였다. 이러한 환경에서는 기존의 보상기(compensator)의 성능 열화는 상당히 심각하다. Rx 안테나 간의 위상 잡음을 추정하여 보상하였을 때는 위상 잡음이 인가되지 않은 상황 대비 0.3dB 정도의 성능 열화가 있지만 기존 방식대로 스트림 별 위상 잡음을 추정하였을 때는 SNR(Signal to Noise Ratio) 22dB에서도 거의 100% 패킷 에러(Packet error)가 발생한다.
즉, 본 실시예에 따르면, 낮은 복잡도로 Rx 안테나 간의 비상관 위상 잡음에 대한 추정 및 보상을 함으로써 mmWave의 수신기 성능이 향상되는 효과를 가질 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 도 13을 참조하여, 상술한 실시예를 설명한다.
도 14는 본 실시예에 따른 수신장치에서 전송 신호를 복조하는 절차를 도시한 흐름도이다.
본 실시예는 무선 AV(Audio/Video) 전송에 있어 다중 수신 안테나 환경에서 위상 잡음을 추정하고 보상하는 방법을 제안한다. 특히, 본 실시예는 전송 신호를 수신 안테나 별로 분해하여 병렬적 동작(parallel operation)이 가능하게 되는 신호 복조 방식을 제안한다. 이로써, 위상 잡음에 의한 성능 열화를 막고 복잡도와 지연(latency)를 최소화시킬 수 있다.
본 실시예는 수신장치 관점에서 설명한다. 상기 수신장치와 전송장치는 mmWave 무선 통신을 지원하는 무선기기일 수 있다. 즉, 본 실시예는 60GHz 이상의 mmWave 통신 시스템에서 위상 잡음에 의한 성능 열화를 최소화하며 효과적으로 전송된 신호를 복조하는 방법에 대해 설명한다.
단계 S1410에서, 상기 수신장치는 MMSE(Minimum Mean Square Error) 가중치 행렬을 기반으로 전송 신호를 추정한다.
단계 S1420에서, 상기 수신장치는 상기 추정된 전송 신호를 수신 안테나 별로 분해하여 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행한다.
단계 S1430에서, 상기 수신장치는 상기 IFFT가 수행된 신호를 기반으로 상기 수신 안테나 별 위상 잡음(phase noise)을 추정 및 보상한다.
단계 S1440에서, 상기 수신장치는 상기 추정 및 보상된 신호를 스트림 별로 복조한다.
상기 MMSE 가중치 행렬은 채널 행렬 및 잡음 변화(noise variance)를 기반으로 결정될 수 있다.
상기 채널 행렬은 상기 수신 안테나의 개수 및 상기 스트림의 개수를 기반으로 획득될 수 있다. 상기 채널 행렬의 크기는 상기 수신 안테나의 개수 및 상기 스트림의 개수에 의해 결정될 수 있다. 또한, 상기 채널 행렬은 채널 추정 알고리즘을 통해 추정될 수 있다.
상기 전송 신호는 SC(Single Carrier) 모드 프레임을 통해 전송될 수 있다.
상기 SC 모드 프레임은 STF(Short Training Field), CEF(Channel Estimation Field), 헤더(header) 필드, 복수의 GI(Guard Interval), 복수의 데이터 필드를 포함할 수 있다.
상기 복수의 GI는 Golay 시퀀스를 기반으로 생성될 수 있다.
상기 위상 잡음은 상기 복수의 데이터 필드에 대한 위상 잡음일 수 있다.
상기 복수의 데이터 필드에 대한 위상 잡음은 상기 복수의 GI 동안 상호 상관(cross-correlation)을 수행하여 추정되고 보상될 수 있다.
상기 위상 잡음이 추정되고 보상되는 구체적인 실시예는 다음과 같다.
상기 복수의 GI는 제1 내지 제4 GI를 포함할 수 있다.
상기 복수의 데이터 필드는 제1 내지 제3 데이터 필드를 포함할 수 있다.
상기 제1 데이터 필드는 상기 제1 및 제2 GI 사이에 위치할 수 있다.
상기 제2 데이터 필드는 상기 제2 및 제3 GI 사이에 위치할 수 있다.
상기 제3 데이터 필드는 상기 제3 및 제4 GI 사이에 위치할 수 있다.
상기 제1 데이터 필드에 대한 위상 잡음은 상기 제1 및 제2 GI 동안 추정되고 보상될 수 있다. 상기 제2 데이터 필드에 대한 위상 잡음은 상기 제2 및 제3 GI 동안 추정되고 보상될 수 있다. 상기 제3 데이터 필드에 대한 위상 잡음은 상기 제3 및 제4 GI 동안 추정되고 보상될 수 있다.
상기 추정된 전송 신호는 상기 수신 안테나 및 상기 스트림 별로 분해될 수 있다. 상기 분해된 신호 각각에 대해 상기 IFFT가 수행될 수 있다. 즉, 기존에는 수신장치가 신호에 대해 스트림 별로 IFFT를 수행하였으나, 본 실시예는 수신 안테나 별로도 IFFT를 수행하므로 수신장치가 IFFT의 출력 값을 스트림 별 출력 값뿐만 아니라 안테나 별 출력 값까지 획득할 수 있다.
상기 수신 안테나는 제1 및 제2 수신 안테나를 포함할 수 있다.
상기 스트림은 제1 및 제2 스트림을 포함할 수 있다.
상기 제1 수신 안테나에 대한 위상 잡음의 추정 값은 상기 제1 및 제2 스트림에 대한 위상 잡음의 추정 값을 기반으로 획득될 수 있다.
상기 제2 수신 안테나에 대한 위상 잡음의 추정 값은 상기 제1 및 제2 스트림에 대한 위상 잡음의 추정 값을 기반으로 획득될 수 있다.
상기 추정 및 보상된 신호는 상기 제1 및 제2 스트림 별로 복조될 수 있다. 즉, 복조기에 상기 제1 및 제2 스트림 별로 신호가 입력될 수 있다.
상술한 실시예에 따르면, 낮은 복잡도로 수신 안테나 간의 비상관 위상 잡음에 대한 추정 및 보상을 함으로써, mmWave 무선 통신을 지원하는 수신장치의 복조 성능이 향상될 수 있다.
도 15는 본 실시예에 따른 전송 신호를 복조하는 수신장치를 나타낸 블록도이다.
본 실시예는 무선 AV(Audio/Video) 전송에 있어 다중 수신 안테나 환경에서 위상 잡음을 추정하고 보상하는 방법을 제안한다. 특히, 본 실시예는 전송 신호를 수신 안테나 별로 분해하여 병렬적 동작(parallel operation)이 가능하게 되는 신호 복조 방식을 제안한다. 이로써, 위상 잡음에 의한 성능 열화를 막고 복잡도와 지연(latency)를 최소화시킬 수 있다.
본 실시예는 수신장치 관점에서 설명한다. 상기 수신장치와 전송장치는 mmWave 무선 통신을 지원하는 무선기기일 수 있다. 즉, 본 실시예는 60GHz 이상의 mmWave 통신 시스템에서 위상 잡음에 의한 성능 열화를 최소화하며 효과적으로 전송된 신호를 복조하는 방법에 대해 설명한다.
상기 수신장치는 FDE(Frequency Domain Equalizer) 블록, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 블록, 위상 잡음 추정기 및 보상기 및 복조기(Demodulator)를 포함한다.
상기 수신장치는 FFT 블록과 채널 추정기를 더 포함할 수 있다. 상기 수신장치에 시간 영역의 전송 신호가 들어오면, 상기 채널 추정기에 의해 채널 추정이 수행되고, 상기 FFT 블록에 의해 주파수 영역 신호로 바뀐 후에 상기 FDE 블록에 의해 주파수 영역에서 채널 보상을 수행한다.
상기 FDE 블록은 MMSE(Minimum Mean Square Error) 가중치 행렬을 기반으로 전송 신호를 추정한다.
상기 IFFT 블록은 상기 추정된 전송 신호를 수신 안테나 별로 분해하여 IFFT를 수행한다.
상기 위상 잡음 추정기 및 보상기는 상기 IFFT가 수행된 신호를 기반으로 상기 수신 안테나 별 위상 잡음(phase noise)을 추정 및 보상한다.
상기 복조기는 상기 추정 및 보상된 신호를 스트림 별로 복조한다.
상기 MMSE 가중치 행렬은 채널 행렬 및 잡음 변화(noise variance)를 기반으로 결정될 수 있다.
상기 채널 행렬은 상기 수신 안테나의 개수 및 상기 스트림의 개수를 기반으로 획득될 수 있다. 상기 채널 행렬의 크기는 상기 수신 안테나의 개수 및 상기 스트림의 개수에 의해 결정될 수 있다. 또한, 상기 채널 행렬은 채널 추정 알고리즘을 통해 추정될 수 있다.
상기 전송 신호는 SC(Single Carrier) 모드 프레임을 통해 전송될 수 있다.
상기 SC 모드 프레임은 STF(Short Training Field), CEF(Channel Estimation Field), 헤더(header) 필드, 복수의 GI(Guard Interval), 복수의 데이터 필드를 포함할 수 있다.
상기 복수의 GI는 Golay 시퀀스를 기반으로 생성될 수 있다.
상기 위상 잡음은 상기 복수의 데이터 필드에 대한 위상 잡음일 수 있다.
상기 복수의 데이터 필드에 대한 위상 잡음은 상기 복수의 GI 동안 상호 상관(cross-correlation)을 수행하여 추정되고 보상될 수 있다.
상기 위상 잡음이 추정되고 보상되는 구체적인 실시예는 다음과 같다.
상기 복수의 GI는 제1 내지 제4 GI를 포함할 수 있다.
상기 복수의 데이터 필드는 제1 내지 제3 데이터 필드를 포함할 수 있다.
상기 제1 데이터 필드는 상기 제1 및 제2 GI 사이에 위치할 수 있다.
상기 제2 데이터 필드는 상기 제2 및 제3 GI 사이에 위치할 수 있다.
상기 제3 데이터 필드는 상기 제3 및 제4 GI 사이에 위치할 수 있다.
상기 제1 데이터 필드에 대한 위상 잡음은 상기 제1 및 제2 GI 동안 추정되고 보상될 수 있다. 상기 제2 데이터 필드에 대한 위상 잡음은 상기 제2 및 제3 GI 동안 추정되고 보상될 수 있다. 상기 제3 데이터 필드에 대한 위상 잡음은 상기 제3 및 제4 GI 동안 추정되고 보상될 수 있다.
상기 추정된 전송 신호는 상기 수신 안테나 및 상기 스트림 별로 분해될 수 있다. 상기 분해된 신호 각각에 대해 상기 IFFT가 수행될 수 있다. 즉, 기존에는 수신장치가 신호에 대해 스트림 별로 IFFT를 수행하였으나, 본 실시예는 수신 안테나 별로도 IFFT를 수행하므로 수신장치가 IFFT의 출력 값을 스트림 별 출력 값뿐만 아니라 안테나 별 출력 값까지 획득할 수 있다.
상기 수신 안테나는 제1 및 제2 수신 안테나를 포함할 수 있다.
상기 스트림은 제1 및 제2 스트림을 포함할 수 있다.
상기 제1 수신 안테나에 대한 위상 잡음의 추정 값은 상기 제1 및 제2 스트림에 대한 위상 잡음의 추정 값을 기반으로 획득될 수 있다.
상기 제2 수신 안테나에 대한 위상 잡음의 추정 값은 상기 제1 및 제2 스트림에 대한 위상 잡음의 추정 값을 기반으로 획득될 수 있다.
상기 추정 및 보상된 신호는 상기 제1 및 제2 스트림 별로 복조될 수 있다. 즉, 상기 복조기에 상기 제1 및 제2 스트림 별로 신호가 입력될 수 있다.
상술한 실시예에 따르면, 낮은 복잡도로 수신 안테나 간의 비상관 위상 잡음에 대한 추정 및 보상을 함으로써, mmWave 무선 통신을 지원하는 수신장치의 복조 성능이 향상될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 무선 데이터 수신장치 및 방법, 또는 전송 장치 및 방법은 모든 구성요소 또는 단계가 필수적인 것은 아니므로, 무선 데이터 수신장치 및 방법, 또는 전송 장치 및 방법은 상술한 구성요소 또는 단계의 일부 또는 전부를 포함하여 수행될 수 있다. 또 상술한 무선 데이터 수신장치 및 방법, 또는 전송 장치 및 방법의 실시예들은 서로 조합되어 수행될 수도 있다. 또 상술한 각 구성요소 또는 단계들은 반드시 설명한 순서대로 수행되어야 하는 것은 아니며, 나중에 설명된 단계가 먼저 설명된 단계에 앞서 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예들은 서로 별개로 또는 조합되어 구현되는 것도 가능하다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
상술한 본 명세서의 기술적 특징은 다양한 응용예(application)나 비즈니스 모델에 적용 가능하다. 예를 들어, 인공 지능(Artificial Intelligence: AI)을 지원하는 장치에서의 무선 통신을 위해 상술한 기술적 특징이 적용될 수 있다.
인공 지능은 인공적인 지능 또는 이를 만들 수 있는 방법론을 연구하는 분야를 의미하며, 머신 러닝(기계 학습, Machine Learning)은 인공 지능 분야에서 다루는 다양한 문제를 정의하고 그것을 해결하는 방법론을 연구하는 분야를 의미한다. 머신 러닝은 어떠한 작업에 대하여 꾸준한 경험을 통해 그 작업에 대한 성능을 높이는 알고리즘으로 정의하기도 한다.
인공 신경망(Artificial Neural Network; ANN)은 머신 러닝에서 사용되는 모델로써, 시냅스의 결합으로 네트워크를 형성한 인공 뉴런(노드)들로 구성되는, 문제 해결 능력을 가지는 모델 전반을 의미할 수 있다. 인공 신경망은 다른 레이어의 뉴런들 사이의 연결 패턴, 모델 파라미터를 갱신하는 학습 과정, 출력값을 생성하는 활성화 함수(Activation Function)에 의해 정의될 수 있다.
인공 신경망은 입력층(Input Layer), 출력층(Output Layer), 그리고 선택적으로 하나 이상의 은닉층(Hidden Layer)를 포함할 수 있다. 각 층은 하나 이상의 뉴런을 포함하고, 인공 신경망은 뉴런과 뉴런을 연결하는 시냅스를 포함할 수 있다. 인공 신경망에서 각 뉴런은 시냅스를 통해 입력되는 입력 신호들, 가중치, 편향에 대한 활성 함수의 함숫값을 출력할 수 있다.
모델 파라미터는 학습을 통해 결정되는 파라미터를 의미하며, 시냅스 연결의 가중치와 뉴런의 편향 등이 포함된다. 그리고, 하이퍼파라미터는 머신 러닝 알고리즘에서 학습 전에 설정되어야 하는 파라미터를 의미하며, 학습률(Learning Rate), 반복 횟수, 미니 배치 크기, 초기화 함수 등이 포함된다.
인공 신경망의 학습의 목적은 손실 함수를 최소화하는 모델 파라미터를 결정하는 것으로 볼 수 있다. 손실 함수는 인공 신경망의 학습 과정에서 최적의 모델 파라미터를 결정하기 위한 지표로 이용될 수 있다.
머신 러닝은 학습 방식에 따라 지도 학습(Supervised Learning), 비지도 학습(Unsupervised Learning), 강화 학습(Reinforcement Learning)으로 분류할 수 있다.
지도 학습은 학습 데이터에 대한 레이블(label)이 주어진 상태에서 인공 신경망을 학습시키는 방법을 의미하며, 레이블이란 학습 데이터가 인공 신경망에 입력되는 경우 인공 신경망이 추론해 내야 하는 정답(또는 결과 값)을 의미할 수 있다. 비지도 학습은 학습 데이터에 대한 레이블이 주어지지 않는 상태에서 인공 신경망을 학습시키는 방법을 의미할 수 있다. 강화 학습은 어떤 환경 안에서 정의된 에이전트가 각 상태에서 누적 보상을 최대화하는 행동 혹은 행동 순서를 선택하도록 학습시키는 학습 방법을 의미할 수 있다.
인공 신경망 중에서 복수의 은닉층을 포함하는 심층 신경망(DNN: Deep Neural Network)으로 구현되는 머신 러닝을 딥 러닝(심층 학습, Deep Learning)이라 부르기도 하며, 딥 러닝은 머신 러닝의 일부이다. 이하에서, 머신 러닝은 딥 러닝을 포함하는 의미로 사용된다.
또한 상술한 기술적 특징은 로봇의 무선 통신에 적용될 수 있다.
로봇은 스스로 보유한 능력에 의해 주어진 일을 자동으로 처리하거나 작동하는 기계를 의미할 수 있다. 특히, 환경을 인식하고 스스로 판단하여 동작을 수행하는 기능을 갖는 로봇을 지능형 로봇이라 칭할 수 있다.
로봇은 사용 목적이나 분야에 따라 산업용, 의료용, 가정용, 군사용 등으로 분류할 수 있다. 로봇은 액츄에이터 또는 모터를 포함하는 구동부를 구비하여 로봇 관절을 움직이는 등의 다양한 물리적 동작을 수행할 수 있다. 또한, 이동 가능한 로봇은 구동부에 휠, 브레이크, 프로펠러 등이 포함되어, 구동부를 통해 지상에서 주행하거나 공중에서 비행할 수 있다.
또한 상술한 기술적 특징은 확장 현실을 지원하는 장치에 적용될 수 있다.
확장 현실은 가상 현실(VR: Virtual Reality), 증강 현실(AR: Augmented Reality), 혼합 현실(MR: Mixed Reality)을 총칭한다. VR 기술은 현실 세계의 객체나 배경 등을 CG 영상으로만 제공하고, AR 기술은 실제 사물 영상 위에 가상으로 만들어진 CG 영상을 함께 제공하며, MR 기술은 현실 세계에 가상 객체들을 섞고 결합시켜서 제공하는 컴퓨터 그래픽 기술이다.
MR 기술은 현실 객체와 가상 객체를 함께 보여준다는 점에서 AR 기술과 유사하다. 그러나, AR 기술에서는 가상 객체가 현실 객체를 보완하는 형태로 사용되는 반면, MR 기술에서는 가상 객체와 현실 객체가 동등한 성격으로 사용된다는 점에서 차이점이 있다.
XR 기술은 HMD(Head-Mount Display), HUD(Head-Up Display), 휴대폰, 태블릿 PC, 랩탑, 데스크탑, TV, 디지털 사이니지 등에 적용될 수 있고, XR 기술이 적용된 장치를 XR 장치(XR Device)라 칭할 수 있다.
본 명세서에 기재된 청구항들은 다양한 방식으로 조합될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서의 방법 청구항의 기술적 특징이 조합되어 장치로 구현될 수 있고, 본 명세서의 장치 청구항의 기술적 특징이 조합되어 방법으로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서의 방법 청구항의 기술적 특징과 장치 청구항의 기술적 특징이 조합되어 장치로 구현될 수 있고, 본 명세서의 방법 청구항의 기술적 특징과 장치 청구항의 기술적 특징이 조합되어 방법으로 구현될 수 있다.

Claims (16)

  1. 무선 AV(audio/video) 시스템의 수신장치에서,
    MMSE(Minimum Mean Square Error) 가중치 행렬을 기반으로 전송 신호를 추정하는 단계;
    상기 추정된 전송 신호를 수신 안테나 별로 분해하여 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행하는 단계;
    상기 IFFT가 수행된 신호를 기반으로 상기 수신 안테나 별 위상 잡음(phase noise)을 추정 및 보상하는 단계; 및
    상기 추정 및 보상된 신호를 스트림 별로 복조하는 단계를 포함하는
    방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 MMSE 가중치 행렬은 채널 행렬 및 잡음 변화(noise variance)를 기반으로 결정되고,
    상기 채널 행렬은 상기 수신 안테나의 개수 및 상기 스트림의 개수를 기반으로 획득되는
    방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송 신호는 SC(Single Carrier) 모드 프레임을 통해 전송되고,
    상기 SC 모드 프레임은 STF(Short Training Field), CEF(Channel Estimation Field), 헤더(header) 필드, 복수의 GI(Guard Interval), 복수의 데이터 필드를 포함하고,
    상기 복수의 GI는 Golay 시퀀스를 기반으로 생성되고,
    상기 위상 잡음은 상기 복수의 데이터 필드에 대한 위상 잡음이고,
    상기 복수의 데이터 필드에 대한 위상 잡음은 상기 복수의 GI 동안 상호 상관(cross-correlation)을 수행하여 추정되고 보상되는
    방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 GI는 제1 내지 제4 GI를 포함하고,
    상기 복수의 데이터 필드는 제1 내지 제3 데이터 필드를 포함하고,
    상기 제1 데이터 필드는 상기 제1 및 제2 GI 사이에 위치하고,
    상기 제2 데이터 필드는 상기 제2 및 제3 GI 사이에 위치하고,
    상기 제3 데이터 필드는 상기 제3 및 제4 GI 사이에 위치하는
    방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 데이터 필드에 대한 위상 잡음은 상기 제1 및 제2 GI 동안 추정되고 보상되고,
    상기 제2 데이터 필드에 대한 위상 잡음은 상기 제2 및 제3 GI 동안 추정되고 보상되고,
    상기 제3 데이터 필드에 대한 위상 잡음은 상기 제3 및 제4 GI 동안 추정되고 보상되는
    방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 추정된 전송 신호는 상기 수신 안테나 및 상기 스트림 별로 분해되고,
    상기 분해된 신호 각각에 대해 상기 IFFT가 수행되는
    방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 수신 안테나는 제1 및 제2 수신 안테나를 포함하고,
    상기 스트림은 제1 및 제2 스트림을 포함하고,
    상기 제1 수신 안테나에 대한 위상 잡음의 추정 값은 상기 제1 및 제2 스트림에 대한 위상 잡음의 추정 값을 기반으로 획득되고,
    상기 제2 수신 안테나에 대한 위상 잡음의 추정 값은 상기 제1 및 제2 스트림에 대한 위상 잡음의 추정 값을 기반으로 획득되는
    방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 추정 및 보상된 신호는 상기 제1 및 제2 스트림 별로 복조되는
    방법.
  9. 무선 AV(audio/video) 시스템의 수신장치에서,
    FDE(Frequency Domain Equalizer) 블록;
    IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 블록;
    위상 잡음 추정기 및 보상기; 및
    복조기(Demodulator)를 포함하되,
    상기 FDE 블록은 MMSE(Minimum Mean Square Error) 가중치 행렬을 기반으로 전송 신호를 추정하고,
    상기 IFFT 블록은 상기 추정된 전송 신호를 수신 안테나 별로 분해하여 IFFT를 수행하고,
    상기 위상 잡음 추정기 및 보상기는 상기 IFFT가 수행된 신호를 기반으로 상기 수신 안테나 별 위상 잡음(phase noise)을 추정 및 보상하고,
    상기 복조기는 상기 추정 및 보상된 신호를 스트림 별로 복조하는
    수신장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 MMSE 가중치 행렬은 채널 행렬 및 잡음 변화(noise variance)를 기반으로 결정되고,
    상기 채널 행렬은 상기 수신 안테나의 개수 및 상기 스트림의 개수를 기반으로 획득되는
    수신장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 전송 신호는 SC(Single Carrier) 모드 프레임을 통해 전송되고,
    상기 SC 모드 프레임은 STF(Short Training Field), CEF(Channel Estimation Field), 헤더(header) 필드, 복수의 GI(Guard Interval), 복수의 데이터 필드를 포함하고,
    상기 복수의 GI는 Golay 시퀀스를 기반으로 생성되고,
    상기 위상 잡음은 상기 복수의 데이터 필드에 대한 위상 잡음이고,
    상기 복수의 데이터 필드에 대한 위상 잡음은 상기 복수의 GI 동안 상호 상관(cross-correlation)을 수행하여 추정되고 보상되는
    수신장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 GI는 제1 내지 제4 GI를 포함하고,
    상기 복수의 데이터 필드는 제1 내지 제3 데이터 필드를 포함하고,
    상기 제1 데이터 필드는 상기 제1 및 제2 GI 사이에 위치하고,
    상기 제2 데이터 필드는 상기 제2 및 제3 GI 사이에 위치하고,
    상기 제3 데이터 필드는 상기 제3 및 제4 GI 사이에 위치하는
    수신장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 데이터 필드에 대한 위상 잡음은 상기 제1 및 제2 GI 동안 추정되고 보상되고,
    상기 제2 데이터 필드에 대한 위상 잡음은 상기 제2 및 제3 GI 동안 추정되고 보상되고,
    상기 제3 데이터 필드에 대한 위상 잡음은 상기 제3 및 제4 GI 동안 추정되고 보상되는
    수신장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 추정된 전송 신호는 상기 수신 안테나 및 상기 스트림 별로 분해되고,
    상기 분해된 신호 각각에 대해 상기 IFFT가 수행되는
    수신장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 수신 안테나는 제1 및 제2 수신 안테나를 포함하고,
    상기 스트림은 제1 및 제2 스트림을 포함하고,
    상기 제1 수신 안테나에 대한 위상 잡음의 추정 값은 상기 제1 및 제2 스트림에 대한 위상 잡음의 추정 값을 기반으로 획득되고,
    상기 제2 수신 안테나에 대한 위상 잡음의 추정 값은 상기 제1 및 제2 스트림에 대한 위상 잡음의 추정 값을 기반으로 획득되는
    수신장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 추정 및 보상된 신호는 상기 제1 및 제2 스트림 별로 복조되는
    수신장치.
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