WO2021230721A1 - 통신 시스템에서 빔 운용 장치 및 방법 - Google Patents

통신 시스템에서 빔 운용 장치 및 방법 Download PDF

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WO2021230721A1
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이인규
노지환
변명광
엄수빈
이홍주
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삼성전자 주식회사
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Definitions

  • the present disclosure relates to an apparatus and method for operating a beam in a wireless communication system.
  • an improved 5th-generation (5G) communication system or pre-5G (pre-5G) communication system ) Efforts are being made to develop a communication system. Therefore, the 5G communication system or the pre-5G communication system is called a 'beyond 4G network' communication system or a 'long term evolution (LTE) post-LTE (post LTE) system'.
  • 5G communication system or the pre-5G communication system is called a 'beyond 4G network' communication system or a 'long term evolution (LTE) post-LTE (post LTE) system'.
  • the 5G communication system is being considered for implementation in a higher frequency band, for example in very high frequency (mmWave) bands (eg, such as the 60 gigabyte (60 GHz) band).
  • mmWave very high frequency
  • MIMO massive multi-input multi-output
  • FD-MIMO full dimensional MIMO
  • array antenna analog beam-forming
  • large scale antenna technologies are being discussed.
  • an evolved small cell in the 5G communication system, an evolved small cell, an advanced small cell, a cloud radio access network (cloud RAN), an ultra-dense network (ultra-dense network) ), device-to-device (D2D, hereinafter referred to as “D2D”), wireless backhaul, moving network, cooperative communication, CoMP (coordinated) Multi-points), and technology such as interference cancellation is being developed.
  • cloud RAN cloud radio access network
  • ultra-dense network ultra-dense network
  • D2D device-to-device
  • wireless backhaul moving network
  • cooperative communication CoMP (coordinated) Multi-points)
  • CoMP Coordinatd) Multi-points
  • FQAM FSK and QAM modulation
  • SWSC sliding window superposition coding
  • ACM advanced coding and modulation
  • FBMC filter bank multi carrier
  • NOMA non-orthogonal multiple access
  • SCMA sparse code multiple access
  • IoT Internet of things
  • IoE Internet of everything
  • M2M machine to Technology
  • MTC machine type communication
  • 5G communication system to the IoT network.
  • technologies such as sensor network, MTC, and MTC are being implemented by 5G communication technologies such as beamforming, MIMO, and array antenna.
  • 5G communication technologies such as beamforming, MIMO, and array antenna.
  • cloud RAN is applied as the big data processing technology described above can also be said to be an example of 5G and IoT technology convergence.
  • One aspect of the present disclosure is to provide an apparatus and method for operating a beam in a communication system.
  • Another aspect of the present disclosure is to provide an apparatus and method for allocating a beam to a mobile terminal in a communication system.
  • Another aspect of the present disclosure is to provide an apparatus and method for allocating a beam to a terminal based on a movement section of the terminal in a communication system.
  • Another aspect of the present disclosure is to provide an apparatus and method for allocating a beam to a terminal based on a movement section and a beam width of the terminal in a communication system.
  • a method of a base station is provided, wherein the method is based on configuration information of the base station, an angle covered by each sector of the base station, and the number of synchronization signal block (SSB) indices Transmitting the SSBs allocated as estimating the speed of the terminal, estimating a movement section of the terminal based on the speed of the terminal, and setting a beamforming vector for the terminal based on the movement section of the terminal.
  • SSB synchronization signal block
  • a base station wherein the base station transmits SSBs allocated based on configuration information of the base station, an angle covered by each sector of the base station, and the number of SSB indices, and from the terminal a transceiver for receiving an SSB index of an SSB selected from among the SSBs; and estimating the location of the terminal based on the SSB index, estimating the speed of the terminal based on the SSB index and the location of the terminal, and estimating a movement section of the terminal based on the speed of the terminal, and a controller configured to set a beamforming vector for the terminal based on a movement section of the terminal.
  • a method of a terminal comprising receiving SSBs from a base station, transmitting an SSB index of an SSB selected from among the SSBs to a base station, and the selected SSB from the base station and receiving a signal transmitted based on a beamforming vector determined corresponding to is set based on the movement interval of , and the location of the terminal is estimated based on the SSB index.
  • a terminal wherein the terminal receives SSBs from a base station, transmits an SSB index of an SSB selected among the SSBs, and performs beamforming determined according to the selected SSB from the base station.
  • a transceiver for receiving a signal transmitted based on a vector and a controller for selecting a specific SSB from among the SSBs, wherein the beamforming vector is based on the speed of the terminal estimated based on the SSB index and the location of the terminal is set based on the estimated movement section of the terminal, and the location of the terminal is estimated based on the SSB index.
  • the present disclosure has the advantage of making it possible to efficiently operate a beam in a communication system.
  • the present disclosure has the advantage of making it possible to allocate a beam to a mobile terminal in a communication system.
  • Another aspect of the present disclosure has an advantage in that it is possible to allocate a beam to a terminal based on a movement section of the terminal in a communication system.
  • Another aspect of the present disclosure has an advantage in that it is possible to allocate a beam to a terminal based on a movement section and a beam width of the terminal in a communication system.
  • FIG. 1A is a diagram illustrating a beam sweeping process in a communication system according to various embodiments of the present disclosure
  • 1B is a diagram illustrating a beam measurement process in a communication system according to various embodiments of the present disclosure
  • 1C is a diagram illustrating an overall process of a beam update in a communication system according to various embodiments of the present disclosure
  • FIG. 2A is a diagram for describing an example of a method for solving a beam mismatch issue in a communication system according to various embodiments of the present disclosure
  • FIG. 2B is a diagram for explaining another example of a method of solving a beam mismatch issue in a communication system according to various embodiments of the present disclosure
  • FIG. 3 is a diagram for describing an mmWave channel model used in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the arrangement of roads and base stations assumed in a method of allocating synchronization signal blocks (SSBs) in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • SSBs synchronization signal blocks
  • 5A is a diagram schematically illustrating an example of a method of allocating an SSB in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • 5B is a diagram schematically illustrating another example of a method of allocating an SSB in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a flowchart schematically illustrating an operation in which a base station allocates an SSB in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating an example of a method of estimating a speed of a terminal in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 7B is a flowchart schematically illustrating an operation in which a base station estimates a speed of a terminal in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a method of estimating a movement section of a terminal in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a relationship between a beamforming vector forming method and received power in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a flowchart schematically illustrating an operation in which a base station forms a beamforming vector in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a signal flow diagram schematically illustrating operations of a base station and a terminal for efficiently operating a beam in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating parameters used for simulation for performance verification of a beam operation method according to various embodiments of the present disclosure.
  • 13A, 13B, and 13C illustrate simulation results of a beam operation method in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 14 is a diagram schematically illustrating an internal structure of a base station in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • 15 is a diagram schematically illustrating an internal structure of a terminal in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • expressions such as “have”, “may have”, “include”, or “may include” indicate the presence of a corresponding characteristic (eg, a numerical value, function, operation, or component such as a part). and does not exclude the presence of additional features.
  • expressions such as “A or B”, “at least one of A and/and B”, or “one or more of A or/and B” may include all possible combinations of the items listed together.
  • “A or B”, “at least one of A and B”, or “at least one of A or B” means (1) includes at least one A, (2) includes at least one B; Or (3) it may refer to all cases including both at least one A and at least one B.
  • first, second, first, or “second” used in the present disclosure may modify various components, regardless of order and/or importance, and may modify one component to another. It is used only to distinguish it from the components, and does not limit the components.
  • the first user device and the second user device may represent different user devices regardless of order or importance.
  • a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be renamed as a first component.
  • Any component eg, a first component is "coupled with/to (operatively or communicatively)" to another component (eg, a second component); or
  • another component eg, a second component
  • any component may be directly connected to the other component or may be connected through another component (eg, a third component).
  • any component eg, a first component
  • a device configured to may mean that the device is “capable of” with another device or parts.
  • a processor configured (or configured to perform) A, B, and C refers to a dedicated processor (eg, an embedded processor) for performing the operations, or by executing one or more software programs stored in a memory device.
  • a generic-purpose processor eg, a CPU or an application processor
  • the transmitting apparatus used in the present disclosure includes a base station (BS), a node ratio (node B), an evolved node B (evolved node B: eNB), a next-generation node ratio ( next generation node B: gNB) and the like.
  • BS base station
  • node B node ratio
  • eNB evolved node B
  • next-generation node ratio next generation node B: gNB
  • the transmitting apparatus used in the present disclosure may be any one of a terminal, a user equipment (UE), a mobile station (MS), and the like.
  • the transmitting device may be an electronic device, and the electronic device may be a device of various types.
  • the electronic device according to various embodiments of the present disclosure may include, for example, a computer device, a portable communication device (eg, a smartphone), a portable multimedia device, a portable medical device, a camera, a wearable device, or a home appliance device. .
  • the electronic device according to various embodiments of the present disclosure is not limited to the aforementioned devices.
  • a receiving apparatus used in the present disclosure may be any one of a base station, a node ratio, an improved node ratio, and a next-generation node ratio.
  • the receiving device used in the present disclosure may be any one of a terminal, a user terminal, a mobile terminal, and the like.
  • the receiving device may be an electronic device, and the electronic device may be a device of various types.
  • the electronic device according to various embodiments of the present disclosure may include, for example, a computer device, a portable communication device (eg, a smartphone), a portable multimedia device, a portable medical device, a camera, a wearable device, or a home appliance device. .
  • the electronic device according to various embodiments of the present disclosure is not limited to the aforementioned devices.
  • the beam operation process may include four processes as follows.
  • Beam sweeping process A process in which a base station allocates a transmission beam covering a specific spatial area to a terminal at a set period.
  • SSB synchronization signal block
  • indexes are mapped to the transmission beams, and the transmission beams cover other specific spatial regions and transmit a reference signal to the terminal. do.
  • Figure 1a An example of this is shown in Figure 1a.
  • Beam measurement process A process in which the terminal measures reception performance for each SSB index based on the strength of a reference signal received through each SSB. An example of this is shown in Figure 1b. In FIG. 1B , the reception performance of SSB index 3 (SSB #3) is the maximum.
  • Beam reporting process A process in which the terminal reports to the base station the SSB index of the SSB indicating the maximum performance among the SSBs to the base station based on the beam measurement result.
  • Beam determination process the base station determines a beam corresponding to the received SSB index as a beam for the terminal as a beam to be used for signal transmission/reception with the terminal based on the SSB index received from the terminal; A process of allocating the determined beam to the terminal.
  • the base station periodically performs a beam update process according to a set SSB update period value.
  • a beam update process according to a set SSB update period value.
  • a millimeter wave (mmWave, hereinafter referred to as "mmWave”) (eg, 60Ghz) band is utilized to obtain increased communication performance with a large bandwidth.
  • mmWave millimeter wave
  • a beamforming technique is used to overcome the path loss.
  • it is intended to be offset through a beamforming gain. Since the beamforming gain increases as the beam becomes sharper, the base station mainly forms a narrow beam in the mmWave band to support the service for the terminal.
  • a beam allocation scheme in which a narrow beam is formed is currently used in a communication system.
  • a narrow beam a large beamforming gain can be obtained when the terminal is fixed or the terminal has little mobility.
  • high reception performance can be maintained by the base station appropriately adjusting the beam angle and allocating it to the terminal immediately after beam determination is made by the beam management operation.
  • the first is a method in which the base station performs beam operation at high frequency by setting the SSB update period value to be small.
  • the first method can reduce the effect of the beam mismatch phenomenon, but has a disadvantage in that it is not efficient in terms of resource management of the base station.
  • the second is simply a method of performing beam operation using a wide beam in order to reduce beam mismatch between the base station and the terminal.
  • the beam mismatch phenomenon can be minimized by covering the terminal mobility.
  • various assumptions may be considered in order to allocate a beam suitable for a terminal, which will be described in detail below.
  • various assumptions may be considered in order to efficiently allocate a beam suitable for a terminal having relatively high mobility.
  • FIG. 3 is a diagram for describing an mmWave channel model used in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • one base station supports a mobile terminal in an mmWave system.
  • the path loss is relatively large in free space, so the line of sight (hereinafter referred to as "LoS") path between the base station and the terminal has a dominant effect on communication.
  • LoS line of sight
  • a single-path geometric channel model considering only the LoS path as shown in FIG. 3 was assumed.
  • the channel model function for the single-pass geometric channel model may be expressed as Equation 1 below.
  • Equation 1 h means a channel function, denotes the number of transmit antenna elements of a transmitting device, for example, a base station, means the angle of departure (hereinafter referred to as 'AoD'), denotes a weight variable generated based on path-loss and antenna gain based on the distance between the base station and the terminal.
  • 'AoD' angle of departure
  • H denotes a Hermitian operation.
  • Equation 1 is an array response vector
  • Equation 2 When considering a uniform linear array (ULA, hereinafter referred to as "ULA”) including transmit antenna elements, can be expressed as in Equation 2 below.
  • path loss according to distance is estimated based on, for example, a UMI-Street Canyon model, and the path loss may be expressed as Equation 3 below.
  • Equation 3 Is It means the distance between the base station and the terminal according to
  • An antenna gain related to the generation of ? can be expressed as in Equation 4 below in consideration of a three-sector model using a directional antenna.
  • Equation 4 above stands for AoD.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an arrangement of a road and a base station assumed in a method of allocating SSBs in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • the terminal moves on a fixed straight path such as a road and a railroad.
  • FIG. 4 it is assumed that the terminal moves on a road for convenience, and the width of the road is not considered.
  • the base station is installed to cover road conditions.
  • the ground on which the base station is installed is horizontal from the road. Assume that they are far apart
  • the base station is at a height from the ground Assume that it is located in the Therefore, the shortest distance between the base station and the road is can be expressed as
  • a sector considered in various embodiments of the present disclosure is 120 degrees, that is, a section of -60 to 60 degrees.
  • the base station reports the SSB index with the highest reception performance from the terminal through a beam sweeping process every SSB update period T for smooth communication with the terminal.
  • the SSB index and the corresponding SSB can be configured in plural, for example, 64.
  • the base station receives the SSB index from the terminal for each update period.
  • 5A is a diagram schematically illustrating an example of a method of allocating an SSB in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • the first method is to equally divide and cover the -60 to 60 degree section covered by the base station (uniform angle method).
  • the uniform angle method is a method in which a section of -60 to 60 degrees, which is a section considered for SSB allocation, is equally divided into a set number of SSB indexes, for example 64, to cover a unit angle section of 1.875 degrees for each SSB.
  • the indices for the divided SSBs are indicated as 1 to 64, and the divided angles between the SSB indices are indicated.
  • the angle to which the SSB index m is assigned with respect to the shortest line connecting each base station and the road may be expressed by Equation 5 below.
  • the second method is to divide and cover the road sections covered by the base station equally (Uniform road method).
  • the uniform road method is a method in which each SSB covers the total range of roads to be covered equally when the -60 to 60 degree section, which is a section considered for SSB allocation, is projected onto the road.
  • the length of the projected road section is , and the section that each SSB should cover is divided by the total number of SSBs. becomes this
  • the angle to which each SSB index m is allocated may be expressed by Equation 6 below.
  • FIG. 6 is a flowchart schematically illustrating an operation in which a base station allocates an SSB in a wireless communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • the base station is the base station configuration information ,
  • the angle covered by the base station sector is 120 degrees as an example, and the total number of SSB indexes , as an example, 64 is input ( 610 ).
  • the angle allocated to each SSB index m is It can be expressed as (620).
  • the angle allocated to the SSB index m is used as shown in FIG. 5b. It can be expressed as (630).
  • the base station is calculated An array response vector is derived based on , and the SSB is allocated according to the array response vector (640).
  • the array response vector is expressed as Equation 2 above.
  • a beam sweeping process is performed based on the SSB obtained through the above methods.
  • the SSB index with the highest reception performance is reported from the terminal and it is said
  • FIG. 7A is a diagram illustrating an example of a method of estimating a speed of a terminal in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • the angle at which the terminal is located can be obtained as follows.
  • the angle at which the terminal is located can be obtained as follows.
  • the angle at which the terminal is located is can be expressed as
  • Equation 7 Based on the angle of the terminal obtained according to each of the above methods, the position of the terminal on the road may be expressed by Equation 7 below.
  • the location of the terminal can be estimated based on the SSB index reported from the terminal, it is possible to estimate the speed of the terminal based on the SSB update period T and the change in the SSB index of the terminal. At this time, by assuming that the speed of the terminal is the same within one SSB update period or the entire section in which the terminal moves, it is possible to estimate the speed of the terminal as follows.
  • the first method is to estimate the speed of the terminal under the assumption that the speed of the terminal is the same within one SSB update period.
  • the first method assumes that the speed of the terminal is the same in the n-1 th SSB update period and the n th SSB update period.
  • SSB index received in the n-1th SSB update interval The location of the terminal estimated based on , and the SSB index received in the nth SSB update interval It is possible to estimate the speed of the terminal based on the difference between the positions of the terminals estimated based on .
  • the terminal on the road at The estimated speed of the terminal because it moved to can be expressed as in Equation 8 below.
  • the second method is to estimate the speed of the terminal on the assumption that the speed of the terminal is the same in the entire section.
  • the second method is the SSB index obtained not only in the n-1 th SSB update interval but also in all previous SSB update intervals. It is a method of estimating the speed of the terminal using class That is, the speed of the terminal per each SSB update period is estimated using the first method based on the position difference of the terminal obtained based on the SSB indices obtained in one SSB update period and the next SSB update period, and the terminal per each SSB update period is estimated using the first method. It is possible to estimate the average speed of the terminal as the average speed of the entire movement section of the terminal.
  • Equation 9 the estimated speed of the terminal is can be expressed by Equation 9 below.
  • FIG. 7B is a flowchart schematically illustrating an operation in which a base station estimates a speed of a terminal in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • the flowchart shown in FIG. 7B is a flowchart schematically illustrating an operation in which the base station estimates the speed of the terminal when estimating the speed of the terminal as described in FIG. 7A.
  • the base station inputs the angle at which the above-described terminal is located for each SSB allocation scenario ( 710 ).
  • the position of the terminal is calculated based on the angle at which the terminal is located (720).
  • the speed of the terminal can be estimated on the assumption that the n-1 th SSB has the same speed as the update section and the nth section (S730), and the speed of the terminal is assumed under the assumption that the speed of the terminal is the same within the entire movement section of the terminal. can be estimated (740).
  • FIG. 8 illustrates an example of a method of estimating a movement section of a terminal in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • a method of estimating the movement section of the terminal based on the estimated speed of the terminal is described in detail.
  • Estimated terminal speed Based on the terminal during period T from It can be assumed to move to Therefore, the movement section on the road of the terminal can be expressed as
  • the angle for the base station to cover the mobility of the terminal can be expressed by Equation 10 below.
  • the beam mismatch between the terminal and the base station due to the mobility of the terminal has been described above.
  • the base station must form a beam in response to the movement of the terminal and support a seamless service to the terminal. This can be achieved by increasing the minimum reception power experienced in the movement section of the terminal, for example, maximizing it. Therefore, the angle range for covering the movement section of the terminal For example, obtaining an analog beamforming vector w in the base station that increases the minimum reception power, for example, maximizes, is a method for solving the beam mismatch problem between the terminal and the base station.
  • the reception power of the signal received by the terminal from the base station may be expressed as an absolute value obtained by multiplying the channel function h by the beamforming vector w. It is assumed that the power value of the beamforming vector w having N t transmit antenna elements is normalized to 1. Therefore, the magnitude value of the beamforming vector (w(k)) for each antenna is can be expressed as
  • the analog beamforming vector w obtained by solving the problem P2 of Equation 12 above is set to the angular range. It can be used as a beam supporting a terminal by performing a phase shift.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a relationship between beamforming vector formation and received power in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 9 shows a comparison table of the received power obtained by directly solving the problem of maximizing the minimum received power with P1 and by changing it with P2.
  • the methods P1 and P2 are The closer the center value of is to 0 degrees, the more similar performance is shown (ex: -5 to 5 degrees), and the closer it is to the side (eg 40 to 50 degrees), the more distortion occurs in the P2 method, but with a difference of 2 to 3 dB show performance. Therefore, in the present disclosure, the analysis of P2 is mainly performed.
  • FIG. 10 is a flowchart schematically illustrating an operation in which a base station forms a beamforming vector w in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • the base station is an angular range for covering the movement section of the terminal. And, an angular section for covering the movement section of the terminal Enter (1010).
  • the base station may form the beamforming vector w in one of two ways, and the first method is for each SSB update period.
  • This is a method of forming a beamforming vector according to (1020).
  • the second method may be classified as a method of pre-forming a beamforming vector book according to various angular ranges ( 1030 ).
  • Equation 13 the angle of When sampling is performed with a number, it can be expressed as Equation 13 below at the i-th angle.
  • Equation 13 represents the equation in the absolute value of P2. At this time If is expressed as a matrix by decomposing it into a real term and an imaginary term, it can be expressed as in Equation 14 below.
  • Equation 15 Equation 15
  • Equation 16 It can be expressed as in Equation 16 below.
  • P2 of Equation 12 can be expressed as problem P2.1 of Equation 17 below.
  • Equation 17 Is It represents the minimum value among the received powers.
  • a vector x can be extracted from the matrix X obtained by solving P2.1 of Equation 17 through eigenvalue decomposition, It is possible to recover the analog beamforming vector w from the relationship of .
  • Equation 19 For the simplification of P2.2 of Equation 18 is expressed as Equation 19 below.
  • the beam pattern allocated by the base station is symmetrical Therefore, the shape of the phase of the beamforming vector w must also be formed symmetrically. Therefore, the beamforming vector w phase is , and therefore the beamforming vector w is also should be formed symmetrically. thus, If is constrained to form an even and symmetrical beam pattern, middle
  • the element has a value of 0.
  • the element of the main diagonal is 0, and the elements located symmetrically by the main diagonal show the property of an antisymmetric matrix whose signs are opposite to each other and the property of a Toeplitz matrix, which is a square matrix in which the elements on the diagonal are the same. have all
  • the form of the matrix takes on the form of x-axis and y-axis symmetry due to the symmetry of w when the center of the matrix is viewed as the origin. Therefore, by the symmetry of the matrices, There is a component with 0 among the components of . defined as, If defined as Because of, sign can be expressed as
  • Equation 18 When defined as , P2.2 in Equation 18 can be simplified to Equation 20 below.
  • Equation 21 Y to be additionally obtained is If it is forced to have a structure of Y may be expressed as in Equation 21 below.
  • Equation 23 P2.3 of Equation 20
  • Equation 23 Since P2.4 in Equation 23 is a convex problem, it can be solved using the interior point method (hereinafter referred to as IPM). Y can be restored to S obtained by solving P2.4 in Equation 23, and the first and second eigenvectors obtained by eigenvalue decomposition of the Y matrix are combined with the actual part of the analog beamforming vector w and By assigning to the imaginary part, w is recoverable.
  • IPM interior point method
  • a second problem solving method is a method of preforming a beamforming vector book according to various angle ranges.
  • the maximum speed allowed within the movement section of the terminal , an angular section for the base station to cover the movement section of the terminal according to the mobility of the terminal within the section based on 0 degrees where the base station and the terminal are closest, that is, the mobility of the terminal with respect to the base station is greatest. can be expressed as in Equation 24 below. (1040)
  • the beam book may be formed in advance in the base station.
  • Angular section for the base station to cover the mobile section of the terminal An analog beamforming vector w made to cover an angular section closest to G, for example, an angle obtained through rounding, can be used by taking out from a preformed beam book. (1050)
  • Equation 25 To solve P2 in Equation 12 my angle
  • the i-th angle can be expressed as in Equation 25 below.
  • Phase A beamforming vector w with ? may be expressed as in Equation 26 below.
  • Equation 12 is the phase of the analog beamforming vector w As a problem of finding , it can be expressed as in Equation 28 below.
  • Equation 29 Since is a constant representing the number of antenna elements, phase that maximizes the minimum value of is the second way to solve the problem. If defined as can be expressed by Equation 29 below.
  • SCA successive convex approximation
  • the SCA method is a method that finds a surrogate function of the original function based on the value of the variable obtained in the l-th iteration, finds the variable that maximizes the function, and repeatedly updates it.
  • the convex lower bound of the cosine function can be obtained as in Equation 30 below.
  • Equation 31 Using the convex lower bound of the cosine function of Equation 30, is an auxiliary function in the l+ 1th iteration and has a convex lower bound as in Equation 31 below.
  • phase of the analog beamforming vector w of the base station through the SCA method can be obtained by iteratively solving the approximated problem P2b of Equation 32 below.
  • P2b in Equation 32 is Since it is a convex problem, it can be solved using a well-known IPM. as the initial value of the phase The phase obtained until the object converges by iteratively solving P2b of Equation 32 approximated after assigning by substituting in the analog beamforming vector w can be obtained as
  • the beam width to be covered when the SSB index is updated in each period You can find the beam width (eg, rounding, etc.) close to
  • the analog beamforming vector w' shifted to is used as an information transmission beam for the terminal in the base station during the nth SSB update period.
  • FIG. 11 is a signal flow diagram schematically illustrating operations of a base station and a terminal for efficiently operating a beam in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • the base station detects that the terminal enters the coverage area covered by the base station.
  • the value of is set to 1 or 64.
  • the value of n is set to a default value, for example, 0 ( 1110 ).
  • the base station to the terminal Allocates the SSB index corresponding to the value of . That is, the base station to the terminal Allocate a narrow beam corresponding to the value of (1120).
  • the variable n is increased by a set value, for example, 1 . That is, the base station updates the variable n to n+1 ( 1130 ).
  • the base station transmits SSBs through a beam sweeping process (1140).
  • the terminal measures reception performance for SSBs transmitted from the base station through a beam sweeping process (1190).
  • the reception performance for the SSB may be, for example, reception power.
  • the terminal reports the SSB index of a specific SSB, for example, the SSB with the best reception performance, to the base station among the measured SSBs (1191).
  • the base station receives the SSB index from the terminal, and estimates the speed of the terminal based on the received SSB index. (1150).
  • the base station estimates a movement interval of the terminal based on the estimated speed of the terminal ( 1160 ).
  • the base station forms an analog beamforming vector for the terminal based on the estimated movement interval (1170).
  • the method of forming the analog beamforming vector may be either 'a method of forming an analog beamforming vector for each SSB update period' or 'a method of forming an analog beamforming vector based on a set beam book'. have.
  • the base station Based on the formed analog beamforming vector, the base station allocates an appropriate beam to the terminal (1180). Operations 1130 to 1180 may be repeatedly performed for each SSB update period. Alternatively, the SSB update may not be periodically performed, but may be performed aperiodically according to the needs of the terminal or according to the instruction of the base station.
  • FIG. 12 is a view for explaining parameters used in simulation for performance verification of a beam operation method according to various embodiments of the present disclosure.
  • the distance between the road and the ground on which the base station is installed is 5 m
  • the height of the base station was set to 10 m.
  • the maximum value of the SSB index was set to 64
  • the SSB update period T was set to 40 ms.
  • the speed v of the terminal was set to 50 m/s, and the number of antenna elements of the base station is 32, the number of angular section samplings was set to 40 and the simulation was conducted.
  • FIG. 13A illustrates a simulation result of a beam operation method according to various embodiments of the present disclosure.
  • a received power cumulative distribution function (CDF) is shown in which a difference in reception power received by the terminal according to a method of allocating a narrow beam and a method of allocating a beam according to an embodiment of the present disclosure.
  • the method of allocating the narrow beam is a conventional beam allocation method, and the received power is measured by dividing a road section covered by the base station according to a uniform angle method or a uniform road method.
  • the proposed method is a beam allocation method according to an embodiment of the present disclosure, and the received power is measured by dividing a road section covered by a base station according to a uniform angle method or a uniform road method.
  • the difference in received power according to the uniform angle method or the uniform road method is not large.
  • the reception power of the beam allocation according to the prior art deteriorates in performance due to the occurrence of beam mismatch due to mobility, whereas the reception power according to the beam allocation method of the present disclosure covers the movement section to provide a relatively high minimum reception power. guarantee
  • FIG. 13B illustrates a simulation result of a beam operation method according to various embodiments of the present disclosure.
  • the received power CDF according to each of a beam allocation method according to the prior art a method of updating a beam forming vector for each period, and a method of forming a beam forming vector by forming a beam book according to an angle in advance is shown.
  • a method of forming a beamforming vector for each update period and a method of forming a beamforming vector using a beambook do not show a significant difference in received power.
  • the beam allocation method according to the prior art and the method of forming and using a beam forming vector show a difference in minimum reception power.
  • 13C illustrates a simulation result of a beam operation method according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 13C the relationship between the speed of the terminal and the average received power is shown.
  • the received power was measured by dividing the road section covered by the base station according to the method of allocating a narrow beam and the proposed method.
  • FIG. 13C it can be seen that the performance of the beam allocation method according to the proposed method is better than the performance of the narrow beam allocation method according to the average received power according to the speed of the terminal.
  • FIG. 14 is a diagram schematically illustrating an internal structure of a base station in a communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • a base station 1400 includes a receiver 1410 , a transmitter 1420 , and a controller 1430 .
  • the controller 1430 controls the overall operation of the base station 1400, in particular, controls to perform an operation related to the operation of controlling the beam allocation. Since the operation of the controller 1430 to control the beam operation is the same as described with reference to FIGS. 6 to 11 , a detailed description thereof will be omitted herein.
  • the receiver 1410 receives various messages and information under the control of the controller 1430 .
  • the transmitter 1420 transmits various messages and information under the control of the controller 1430 .
  • the receiver 1410, the transmitter 1420, and the controller 1430 are implemented as separate units, but at least two of the receiver 1410, the transmitter 1420, and the controller 1430 are integrated into one. can be Also, the receiver 1410 , the transmitter 1420 , and the controller 1430 may be implemented with at least one processor.
  • a terminal 1500 includes a receiver 1510 , a transmitter 1520 , a controller 1530 , and the like.
  • the controller 1530 controls the overall operation of the terminal 1500, in particular, controls to perform an operation related to the operation of controlling the beam allocation.
  • the operation of controlling the operation related to this beam allocation of the controller 1530 is the same as described with reference to FIGS. 6 to 11 , and thus a detailed description thereof will be omitted herein.
  • the receiver 1510 receives various messages and information under the control of the controller 1530 .
  • the transmitter 1520 transmits various messages and information under the control of the controller 1530 .
  • the receiver 1510 , the transmitter 1520 , and the controller 1530 are implemented as separate units, but at least two of the receiver 1510 , the transmitter 1520 , and the controller 1530 are integrated into one can be Also, the receiver 1510 , the transmitter 1520 , and the controller 1530 may be implemented with at least one processor.
  • a computer-readable storage medium storing one or more programs (software modules) may be provided.
  • One or more programs stored in a computer-readable storage medium may be configured to be executable by one or more processors in an electronic device (configured for execution).
  • the one or more programs may include instructions that cause the electronic device to execute methods according to embodiments described in a claim or specification of the present disclosure.
  • Such programs include random access memory, non-volatile memory including flash memory, read only memory (ROM), and electrically erasable programs.
  • EEPROM electrically erasable programmable read only memory
  • magnetic disc storage device compact disc-ROM (CD-ROM)
  • CD-ROM compact disc-ROM
  • DVD digital versatile disc
  • it may be stored in another type of optical storage device or a magnetic cassette.
  • each configuration memory may be included in plurality.
  • the program is transmitted through a communication network consisting of a communication network such as the Internet, an intranet, a local area network (LAN), a wide LAN (WLAN), or a storage area network (SAN), or a combination thereof. It may be stored in an attachable storage device that can be accessed. Such a storage device may be accessed through an external port to a device performing various embodiments of the present disclosure. In addition, a separate storage device on a communication network may be accessed by the device performing various embodiments of the present disclosure.
  • a communication network such as the Internet, an intranet, a local area network (LAN), a wide LAN (WLAN), or a storage area network (SAN), or a combination thereof. It may be stored in an attachable storage device that can be accessed. Such a storage device may be accessed through an external port to a device performing various embodiments of the present disclosure. In addition, a separate storage device on a communication network may be accessed by the device performing various embodiments of the present disclosure.
  • a method of a terminal in a communication system includes a process of receiving synchronization signal blocks (SSBs) from a base station, selecting an SSB among the SSBs, and setting the SSB index of the selected SSB to the a step of transmitting to a base station and receiving a signal transmitted from the base station based on a beamforming vector determined to correspond to the selected SSB, wherein the beamforming vector is estimated based on the SSB index and the location of the terminal It is set based on the movement section of the terminal estimated based on the speed of the terminal, and the location of the terminal may be estimated based on the SSB index.
  • SSBs synchronization signal blocks
  • the beamforming vector is a second beamforming vector in which a phase shift operation is performed on a first beamforming vector detected based on a movement period of the terminal.
  • the beamforming vector is a phase shift operation with respect to a first beamforming vector detected corresponding to a movement section of the terminal in a set beamforming vector book. It may be characterized as the performed second beamforming vector.
  • a terminal receives synchronization signal blocks (SSBs) from a base station, transmits an SSB index of a selected SSB among the SSBs, and from the base station to the selected SSB.
  • SSBs synchronization signal blocks
  • a transceiver for receiving a signal transmitted based on the correspondingly determined beamforming vector and a controller for selecting a specific SSB from among the SSBs, wherein the beamforming vector is estimated based on the SSB index and the location of the terminal It may be set based on a movement section of the terminal estimated based on the speed of the terminal, and the location of the terminal may be estimated based on the SSB index.
  • the beamforming vector may be a second beamforming vector in which a phase shift operation is performed on the first beamforming vector detected based on the movement period of the terminal.
  • the beamforming vector is a phase shift operation with respect to a first beamforming vector detected corresponding to a movement section of the terminal in a set beamforming vector book. It may be the performed second beamforming vector.

Landscapes

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Abstract

본 개시는 롱 텀 에볼루션(long term evolution: LTE)과 같은 4-세대(4th-generation: 4G) 통신 시스템 이후의 더 높은 데이터 레이트들을 지원하기 위해 제공될 프리-5세대(pre-5th-generation (5G)) 혹은 5G 통신 시스템에 관한 것이다. 본 개시의 다양한 실시 예들에서 제안하는 기지국이 방법은: 기 기지국의 배치 정보, 상기 기지국의 각 섹터가 커버하는 각도 및 동기화 신호 블록 (synchronization signal block: SSB) 인덱스들의 개수를 기반으로 할당된 SSB들을 송신하는 과정, 단말기로부터 상기 SSB들 중 선택된 SSB 인덱스를 수신하는 과정, 상기 SSB 인덱스를 기반으로 상기 단말기의 위치를 추정하는 과정, 상기 SSB 인덱스 및 상기 단말기의 위치를 기반으로 상기 단말기의 속도를 추정하는 과정, 상기 단말기의 속도를 기반으로 상기 단말기의 이동 구간을 추정하는 과정, 상기 단말기의 이동 구간을 기반으로 상기 단말기에 대한 빔포밍 벡터를 설정하는 과정을 포함한다.

Description

통신 시스템에서 빔 운용 장치 및 방법
본 개시는 무선 통신 시스템에서 빔을 운용하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
4세대(4th-Generation: 4G) 통신 시스템들의 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽에 대한 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5세대(5th-generation: 5G) 통신 시스템 또는 프리-5G(pre-5G) 통신 시스템을 개발하기 위한 노력들이 이루어지고 있다. 따라서, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 '4G 이후 네트워크(beyond 4G network)' 통신 시스템 또는 '롱 텀 에볼루션(long term evolution: LTE) 이후 (post LTE) 시스템'이라 불리고 있다.
더 높은 데이터 레이트들을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 더 높은 주파수 대역, 일 예로 초고주파 (mmWave) 대역들 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 상기 초고주파 대역들에서의 전파의 경로 손실을 완화시키고, 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍 (beamforming), 매시브(massive) 다중 입력 다중 출력 (multi-input multi-output: MIMO, 이하 "MIMO"라고 칭하기로 한다), 전차원 MIMO (full dimensional MIMO: FD-MIMO, 이하 "FD-MIMO"라고 칭하기로 한다), 어레이 안테나 (array antenna), 아날로그 빔포밍 (analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한, 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개설된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 디바이스-대-디바이스(device-to-device: D2D, 이하 "D2D"라 칭하기로 한다), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (coordinated multi-points), 및 수신 간섭 제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 및 변조 (advanced coding and modulation: ACM) 방식인 FQAM (hybrid FSK and QAM modulation) 및 SWSC (sliding window superposition coding) 과, 진보된 접속 기술인 FBMC (filter bank multi carrier), NOMA (non-orthogonal multiple access), 및 SCMA (sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 네트워크에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT (internet of things, 사물인터넷) 네트워크로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터 (big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (internet of everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소들이 요구되어, 최근에는 사물들간의 연결을 위한 센서 네트워크 (sensor network), 사물 통신 (machine to machine, M2M), MTC (machine type communication) 등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT (internet technology) 기술과 다양한 산업들 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단 의료 서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 네트워크에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크, 사물통신, MTC 등의 기술이 5G 통신 기술인 빔포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 RAN이 적용되는 케이스도 5G와 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 무선 통신 시스템의 발전에 따라, 무선 통신 시스템에서 효율적으로 빔을 운용하는 방안이 요구되고 있다.
본 개시의 일 측면은 통신 시스템에서 빔을 운용하는 장치 및 방법을 제공하는 것에 있다.
본 개시의 다른 측면은 통신 시스템에서 이동성을 가지는 단말기에게 빔을 할당하는 장치 및 방법을 제공하는 것에 있다.
본 개시의 다른 측면은 통신 시스템에서 단말기의 이동 구간을 기반으로 단말기에게 빔을 할당하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 개시의 다른 측면은 통신 시스템에서 단말기의 이동 구간 및 빔 넓이를 기반으로 단말기에게 빔을 할당하는 장치 및 방법을 제공하는 것에 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 기지국의 방법이 제공되고, 상기 방법은 상기 기지국의 배치 정보, 상기 기지국의 각 섹터가 커버하는 각도 및 동기화 신호 블록 (synchronization signal block: SSB) 인덱스들의 개수를 기반으로 할당된 SSB들을 송신하는 과정, 단말기로부터 상기 SSB들 중 선택된 SSB 인덱스를 수신하는 과정, 상기 SSB 인덱스를 기반으로 상기 단말기의 위치를 추정하는 과정, 상기 SSB 인덱스 및 상기 단말기의 위치를 기반으로 상기 단말기의 속도를 추정하는 과정, 상기 단말기의 속도를 기반으로 상기 단말기의 이동 구간을 추정하는 과정, 상기 단말기의 이동 구간을 기반으로 상기 단말기에 대한 빔 포밍 벡터를 설정하는 과정을 포함한다.
본 개시의 또 다른 실시 예에 따르면, 기지국이 제공되고, 상기 기지국은 상기 기지국의 배치 정보, 상기 기지국의 각 섹터가 커버하는 각도 및 SSB 인덱스들의 개수를 기반으로 할당된 SSB들을 송신하고, 단말기로부터 상기 SSB들 중 선택된 SSB의 SSB 인덱스를 수신하는 송수신기; 및 상기 SSB 인덱스를 기반으로 상기 단말기의 위치를 추정하고, 상기 SSB 인덱스 및 상기 단말기의 위치를 기반으로 상기 단말기의 속도를 추정하고, 상기 단말기의 속도를 기반으로 상기 단말기의 이동 구간을 추정하고, 상기 단말기의 이동 구간을 기반으로 상기 단말기에 대한 빔 포밍 벡터를 설정하는 제어기를 포함한다.
본 개시의 또 다른 실시 예에 따르면, 단말기의 방법이 제공되고, 상기 방법은 기지국으로부터 SSB들을 수신하는 과정, 상기 SSB들 중 선택된 SSB의 SSB 인덱스를 기지국으로 송신하는 과정, 상기 기지국으로부터 상기 선택된 SSB에 상응하게 결정된 빔포밍 벡터를 기반으로 송신된 신호를 수신하는 과정을 포함하며, 상기 빔포밍 벡터는 상기 SSB 인덱스 및 상기 단말기의 위치를 기반으로 추정된 상기 단말기의 속도를 기반으로 추정된 상기 단말기의 이동 구간을 기반으로 설정되며, 상기 단말기의 위치는 상기 SSB 인덱스를 기반으로 추정된다.
본 개시의 또 다른 실시 예에 따르면, 단말기가 제공되며, 상기 단말기는 기지국으로부터 SSB들을 수신하고, 상기 SSB들 중 선택된 SSB의 SSB 인덱스를 송신하고, 상기 기지국으로부터 상기 선택된 SSB에 상응하게 결정된 빔포밍 벡터를 기반으로 송신된 신호를 수신하는 송수신기 및 상기 SSB들 중 특정 SSB를 선택하는 제어기를 포함하며, 상기 빔포밍 벡터는 상기 SSB 인덱스 및 상기 단말기의 위치를 기반으로 추정된 상기 단말기의 속도를 기반으로 추정된 상기 단말기의 이동 구간을 기반으로 설정되며, 상기 단말기의 위치는 상기 SSB 인덱스를 기반으로 추정된다.
본 개시는 통신 시스템에서 빔을 효율적으로 운용하는 것을 가능하게 한다는 이점을 가진다.
또한, 본 개시는 통신 시스템에서 이동성을 가지는 단말기에게 빔을 할당하는 것을 가능하게 한다는 이점을 가진다.
본 개시의 다른 측면은 통신 시스템에서 단말기의 이동 구간을 기반으로 단말기에게 빔을 할당하는 것을 가능하게 한다는 이점을 가진다.
본 개시의 다른 측면은 통신 시스템에서 단말기의 이동 구간 및 빔 넓이를 기반으로 단말기에게 빔을 할당하는 것을 가능하게 한다는 이점을 가진다.
도 1a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 빔 스위핑(beam sweeping) 프로세스를 설명하는 도면이다.
도 1b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 빔 측정(beam measurement) 프로세스를 설명하는 도면이다.
도 1c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 빔 업데이트(beam update)의 전체적인 프로세스를 설명하는 도면이다.
도 2a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 빔 미스매치(beam mismatch) 이슈를 해결하는 방식의 일 예에 대해서 설명하는 도면이다.
도 2b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 빔 미스매치 (beam mismatch) 이슈를 해결하는 방식의 다른 예에 대해서 설명하는 도면이다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 사용되는 mmWave 채널 모델에 대해서 설명하는 도면이다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 동기화 신호 블록 (synchronization signal block: SSB)들을 할당하는 방식에서 가정되는 도로 및 기지국의 배치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 SSB를 할당하는 방식의 일 예를 개략적으로 도시하고 있는 도면이다.
도 5b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 SSB를 할당하는 방식의 다른 예를 개략적으로 도시하고 있는 도면이다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 기지국이 SSB를 할당하는 동작을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 7a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 단말기의 속도를 추정하는 방식의 일 예를 도시하고 있는 도면이다.
도 7b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 기지국이 단말기의 속도를 추정하는 동작을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 단말기의 이동 구간을 추정하는 방식의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 빔포밍 벡터 형성 방식과 수신 전력 간의 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 기지국이 빔포밍 벡터를 형성하는 동작을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 효율적으로 빔을 운용하기 위한 기지국과 단말기의 동작을 개략적으로 도시한 신호 흐름도이다.
도 12는, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 빔 운용 방식의 성능 검증을 위한 시뮬레이션에 이용된 파라미터들을 설명하는 도면이다.
도 13a, 13b 및 13c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른, 통신 시스템에서 빔 운용 방식의 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 기지국의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 15는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 단말기의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 개시의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면들을 참조하여 기재된다. 이는 본 개시에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시 예의 다양한 변경 (modifications), 균등물 (equivalents), 및/또는 대체물 (alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 개시에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징 (예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 개시에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 개시에서 사용된 "제 1", "제 2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성 요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성 요소를 다른 구성 요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 디바이스와 제 2 사용자 디바이스는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 디바이스를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
임의의 구성 요소 (예: 제 1 구성 요소)가 다른 구성 요소 (예: 제 2 구성 요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어 ((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어 (connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 임의의 구성 요소가 상기 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나, 또 다른 구성 요소 (예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 임의의 구성 요소 (예: 제 1 구성 요소)가 다른 구성 요소 (예: 제 2 구성 요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소와 상기 다른 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소 (예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 개시에서 사용된 표현 "~하도록 구성된 (또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한 (suitable for)", "~하는 능력을 가지는 (having the capacity to)", "~하도록 설계된 (designed to)", "~하도록 변경된 (adapted to)", "~하도록 만들어진 (made to)", 또는 "~를 할 수 있는 (capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된 (또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된 (specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 디바이스"라는 표현은, 그 디바이스가 다른 디바이스 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된 (또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서 (예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서 (generic-purpose processor) (예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 개시에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
본 개시의 다양한 실시 예들을 설명하기에 앞서, 본 개시에서 사용되는 송신 장치는 기지국(base station: BS), 노드 비(node B), 향상된 노드 비(evolved node B: eNB), 차세대 노드 비(next generation node B: gNB) 등 중 어느 하나가 될 수 있다.
또한, 본 개시에서 사용되는 송신 장치는 단말기, 사용자 단말기(user equipment: UE), 이동 단말기(mobile station: MS) 등 중 어느 하나가 될 수 있다. 또한, 상기 송신 장치는 전자 장치가 될 수 있으며, 상기 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치는, 예를 들면, 컴퓨터 장치, 휴대용 통신 장치 (예: 스마트폰), 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 개시의 다양한 실시 예들을 설명하기에 앞서, 본 개시에서 사용되는 수신 장치는 기지국, 노드 비, 향상된 노드 비, 차세대 노드 비 등 중 어느 하나가 될 수 있다.
또한, 본 개시에서 사용되는 수신 장치는 단말기, 사용자 단말기, 이동 단말기 등 중 어느 하나가 될 수 있다. 또한, 상기 수신 장치는 전자 장치가 될 수 있으며, 상기 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치는, 예를 들면, 컴퓨터 장치, 휴대용 통신 장치 (예: 스마트폰), 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
먼저, 빔 운용 프로세스는 다음과 같이 4가지 프로세스들을 포함할 수 있다.
1. 빔 스위핑 (beam sweeping) 프로세스: 기지국이 설정된 주기로 특정 공간 영역을 커버하는 송신 빔을 단말기에게 할당하는 프로세스이다. 여기서, 송신 빔들에는 다른 동기화 신호 블록(Synchronization Signal Block: SSB, 이하 "SSB"라 칭하기로 한다) 인덱스(index)들이 매핑되며, 상기 송신 빔들은 다른 특정 공간 영역들을 커버하며 단말기에게 기준 신호를 전송한다. 이에 대한 예시는 도 1a에 도시되어있다.
2. 빔 측정(beam measurement) 프로세스: 단말기가 각 SSB를 통해 수신된 기준 신호의 세기를 기반으로 각 SSB 인덱스 별 수신 성능을 측정하는 프로세스이다. 이에 대한 예시는 도 1b에 도시되어있다. 도 1b에서는 SSB 인덱스 3 (SSB #3)의 수신 성능이 최대이다.
3. 빔 보고(beam reporting) 프로세스: 단말기가 기지국에게 상기 빔 측정 결과를 기반으로 SSB들 중 최대 성능을 나타내는 SSB의 SSB 인덱스를 기지국으로 보고하는 프로세스이다.
4. 빔 결정(beam determination) 프로세스: 기지국이 단말기로부터 수신된 SSB 인덱스를 기반으로 상기 단말기와의 신호 송수신에 활용할 빔으로 상기 수신된 SSB 인덱스에 해당하는 빔을 상기 단말기에 대한 빔으로 결정하고, 상기 결정된 빔을 상기 단말기에게 할당하는 프로세스이다.
한편, 기지국에서는 설정된 SSB 업데이트 주기(periodicity) 값에 따라 주기적으로 빔 업데이트(beam update) 프로세스를 수행한다. 이에 대한 예시는 도 1c에 도시되어있다.
한편, 차세대 무선 통신 시스템인 5G 시스템의 경우 밀리미터파 (mmWave, 이하 "mmWave"라 칭하기로 한다)(일 예: 60Ghz) 대역을 활용하여 큰 대역폭으로 보다 증가된 통신 성능을 얻고자 한다. 그러나, 일반적으로 높은 주파수 대역의 경우 그 특성상 낮은 주파수 대역에 비해 큰 경로 손실(path loss)이 발생하므로, 이러한 경로 손실을 극복하기 위해 빔포밍 기술이 사용되고 있다. 일반적으로, 빔포밍 이득을 통해 상쇄시키고자 한다. 빔포밍 이득은 빔이 샤프(sharp)할수록 커지므로 mmWave 대역에서 기지국은 주로 좁은 (narrow) 빔을 형성하여 단말기에 대한 서비스를 지원한다.
현재 통신 시스템에서는 좁은 빔이 형성되는 빔 할당 방식이 사용되고 있으며, 좁은 빔의 경우, 단말기가 고정되어 있거나 혹은 단말기의 이동성이 적은 경우 큰 빔포밍 이득을 얻을 수 있다.
현재 통신 시스템에서는 빔 운용(beam management) 동작에 의해 빔 결정(beam determination)이 이루어진 직후에 기지국이 빔의 각도를 적절히 조절하여 단말기에게 할당함으로써 높은 수신 성능을 유지할 수 있다.
그러나, 단말기의 이동성이 큰 환경에서 좁은 빔 방식을 사용할 경우, 단말기의 이동에 따라 기지국과 단말기 간의 빔 미스매치(mismatch) 현상이 발생하게 된다. 빔 미스매치가 발생하는 경우, 직진성이 강한 mmWave 특성에 따라 수신 성능이 크게 감소하게 되며, 고속으로 이동하는 단말기를 안정적으로 지원하기 어렵게 된다.
이와 같은 빔 미스매치 현상은 종래에는 두 가지 방식으로 해결할 수 있었다. 첫 번째는 기지국이 SSB 업데이트 주기 값을 작게 설정하여 높은 빈도로 빔 운용을 수행하는 방식이다. 첫 번째 방식은 빔 미스매치 현상에 의한 영향을 줄일 수 있으나, 기지국의 자원관리 측면에서 효율적이지 않다는 단점이 있다. 두 번째는, 단순히 기지국과 단말기간의 빔 미스매치를 줄이기 위해 넓은(wide) 빔을 이용하는 빔 운용을 수행하는 방법이다. 두 번째 방법은 단말기의 이동성이 큰 환경에서 넓은 빔 할당 방법을 사용할 경우, 단말기의 이동성을 커버하여 빔 부조화 현상은 최소화 할 수 있으나 안테나 어레이 게인 (array gain)에서 극심한 손해를 보기 때문에 mmWave 통신 시스템에서 실제적 적용 측면에서는 한계가 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에서는 단말기에게 적합한 빔을 할당하기 위해 다양한 가정들을 고려할 수 있으며, 이에 대해서는 하기에서 구체적으로 설명하기로 한다. 특히, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 이동성이 비교적 큰 단말기에게 적합한 빔을 효율적으로 할당하기 위해 다양한 가정들을 고려할 수 있다.
도 3은, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 사용되는 mmWave 채널 모델에 대해서 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 먼저 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하나의 기지국이 mmWave 시스템에서 이동성이 존재하는 단말기를 지원하는 상황을 가정한다. mmWave 대역을 기반으로 하는 통신 시스템에서는 자유 공간에서 경로 손실이 비교적 크게 나타나기 때문에 기지국과 단말 사이의 가시 거리 (line of sight, 이하 "LoS"라 칭하기로 한다) 패스(path)가 통신에 지배적인 영향을 받게 되므로, 도 3과 같이 LoS 패스만을 고려한 단일 패스 지오메트릭 채널 모델 (single-path geometric channel model)을 가정하였다. 여기서, 상기 단일 패스 지오메트릭 채널 모델에 대한 채널 모델 함수는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000001
상기 수학식 1에서, h는 채널 함수를 의미하고,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000001
는 송신 장치, 일 예로 기지국의 송신 안테나 엘리먼트들의 개수를 의미하고,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000002
는 도착각 (angle of departure, 이하 'AoD'라 칭하기로 한다.)를 의미하고,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000003
는 기지국과 단말기 사이의 거리에 기반한 경로 손실(path-loss) 와 안테나 이득(antenna gain)을 기반으로 생성되는 가중치 변수를 의미한다. 상기 수학식 1에서 H는 에르미트(Hermitian) 연산을 의미한다.
또한, 상기 수학식 1에서,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000004
는 어레이 응답 벡터(array response vector)로,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000005
개의 송신 안테나 엘리먼트들을 포함하는 균일 선형 어레이(uniform linear array: ULA, 이하 "ULA"라 칭한다.)를 고려할 경우,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000006
는 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000002
한편, 본 개시의 다양한 실시 예들에서, 거리에 따른 경로 손실은 일 예로 UMI 도로 캐넌 (UMI-Street Canyon) 모델을 기반으로 추정되며, 상기 경로 손실은 하기 수학식 3와 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000003
상기 수학식 3에서
Figure PCTKR2021006105-appb-I000007
는 AoD를 의미하고,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000008
는
Figure PCTKR2021006105-appb-I000009
에 따른 기지국과 단말기간의 거리를 의미한다.
상기 가중치 변수
Figure PCTKR2021006105-appb-I000010
의 생성에 관련되는 안테나 이득은 지향성 안테나를 활용한 3-섹터 (sector) 모델을 고려하여 하기 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000004
상기 수학식 4에서
Figure PCTKR2021006105-appb-I000011
는 AoD를 의미한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 SSB들을 할당하는 방식에서 가정되는 도로 및 기지국의 배치를 개략적으로 도시하는 도면이다. 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 단말기는 도로 및 철도와 같은 고정된 직선 경로를 이동한다고 가정하기로 한다. 도 4에서는 편의상 단말기가 도로 위를 이동한다고 가정하고, 상기 도로의 폭은 고려하지 않기로 한다.
도 4를 참조하면, 기지국은 도로 상황을 커버하기 위해 설치되었다고 가정한다. 기지국이 설치되어 있는 지면은 도로로부터 수평으로는
Figure PCTKR2021006105-appb-I000012
만큼 떨어져 있다고 가정한다. 기지국은 지면으로부터 높이
Figure PCTKR2021006105-appb-I000013
인 장소에 위치하고 있다고 가정한다. 따라서, 기지국과 도로 사이의 최단 거리는
Figure PCTKR2021006105-appb-I000014
로 표현될 수 있다. 3-섹터 모델을 가정할 경우, 기지국은 3개의 섹터 중 하나의 섹터만을 커버한다고 가정한다. 본 개시의 다양한 실시 예들에서 고려하는 섹터는 120도, 즉 -60~60도 구간이라고 가정하기로 한다. 기지국에서는 단말기와의 원활한 통신을 위하여 SSB 업데이트 주기 T마다 빔 스위핑 프로세스를 통해 단말기로부터 가장 수신 성능이 높은 SSB 인덱스를 보고 받는다. 여기서, 상기 SSB 업데이트 주기 T는 일 예로 T = 40msec이 될 수 있다. 이때 고려하는 대역은 mmWave 대역이므로 SSB 인덱스 및 해당하는 SSB는 복수 개, 일 예로 64개로 구성이 가능하다. 여기서, 기지국은 각 업데이트 주기마다 단말기로부터 SSB 인덱스를 보고받는다고 가정한다.
다음으로 도 5a 및 도 5b를 참조하여 기지국이 SSB를 할당하는 방식의 다양한 예들에 대해서 설명하기로 한다.
도 5a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 SSB를 할당하는 방식의 일 예를 개략적으로 도시하고 있는 도면이다.
도 5a를 참조하면, 기지국이 커버하는 -60~60도 구간을 동등하게 나누어 커버하는 방식이 첫 번째 방식이다 (Uniform angle 방식). Uniform angle 방식은 SSB 할당을 위해 고려되는 구간인 -60~60도 구간을 설정된 SSB 인덱스 개수, 일 예로 64개로 동등하게 나누어 각 SSB당 1.875도 만큼의 단위 각도 구간을 커버하는 방식이다. 구분된 SSB 들에 대한 인덱스들을 1~64로 나타내고, SSB 인덱스 간 구분된 각도를
Figure PCTKR2021006105-appb-I000015
로 표현할 때, 각 기지국과 도로를 잇는 최단 선을 기준으로 SSB 인덱스 m이 할당된 각도는 하기의 수학식 5로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000005
여기서
Figure PCTKR2021006105-appb-I000016
은 SSB 인덱스 m이 할당된 각도를 의미한다.
도 5b를 참조하면, 기지국이 커버하는 도로 구간을 동등하게 나누어 커버하는 방식이 두 번째 방식이다 (Uniform road 방식). Uniform road 방식은 SSB 할당을 위해 고려되는 구간인 -60~60도 구간을 도로에 프로젝션(projection) 시켰을 때 커버 해야 하는 도로 총 범위를 동등하게 구분하여 각각의 SSB가 커버하는 방식이다. 여기서, projection된 도로 구간의 길이는
Figure PCTKR2021006105-appb-I000017
가 되고, 각 SSB가 커버해야 하는 구간은 이를 총 SSB 개수로 나눈
Figure PCTKR2021006105-appb-I000018
이 된다. 각 SSB가 커버해야하는 구간, 즉 단위 구간을
Figure PCTKR2021006105-appb-I000019
로 표현할 때, 각 SSB 인덱스 m 이 할당된 각도는 하기의 수학식 6으로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000006
여기서
Figure PCTKR2021006105-appb-I000020
은 SSB 인덱스 m이 할당된 각도를 의미한다.
도 6은, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국이 SSB를 할당하는 동작을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 기지국이 기지국 배치 정보인
Figure PCTKR2021006105-appb-I000021
,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000022
기지국 섹터가 커버하는 각도인
Figure PCTKR2021006105-appb-I000023
일 예로 120도, 및 총 SSB 인덱스 개수
Figure PCTKR2021006105-appb-I000024
, 일 예로 64개를 입력한다 (610). Uniform angle 방식으로 기지국이 SSB를 할당할 경우, 도 5a와 같이 각각의 SSB 인덱스 m에 할당된 각도는
Figure PCTKR2021006105-appb-I000025
로 표현할 수 있다 (620). Uniform road 방식으로 기지국이 SSB를 할당할 경우, 도 5b와 같이 SSB 인덱스 m 에 할당된 각도를
Figure PCTKR2021006105-appb-I000026
로 표현할 수 있다 (630). 기지국은 산출된
Figure PCTKR2021006105-appb-I000027
를 기반으로 어레이 응답 벡터(array response vector)를 도출하고 어레이 응답 벡터대로 상기 SSB를 할당한다 (640). 상기 어레이 응답 벡터는 상기 수학식 2와 같이 표현된다.
위의 방식들을 통해 얻어지는 SSB를 기반으로 빔 스위핑 프로세스를 수행한다. 이때, n 번째 SSB 업데이트 구간에서 가장 수신 성능이 높은 SSB 인덱스를 단말기로부터 보고받고 이를
Figure PCTKR2021006105-appb-I000028
이라 한다.
도 7a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 단말기의 속도를 추정하는 방식의 일 예를 도시하고 있는 도면이다.
도 7a를 참조하면, 먼저 단말기가 각도 범위의 중심에 위치한다고 가정할 경우, 단말기가 위치하는 각도는 하기와 같이 구할 수 있다.
SSB 인덱스
Figure PCTKR2021006105-appb-I000029
에 상응하는 SSB가 커버하는 각도 범위를
Figure PCTKR2021006105-appb-I000030
로 표현하면, 단말기가 위치하는 각도는
Figure PCTKR2021006105-appb-I000031
로 표현할 수 있다.
단말기가 도로에 프로젝션 되는 구간 내부의 중심에 위치한다고 가정할 경우, 단말기가 위치하는 각도는 하기와 같이 구할 수 있다.
SSB 인덱스
Figure PCTKR2021006105-appb-I000032
에 상응하는 SSB가 커버하는 도로 범위를
Figure PCTKR2021006105-appb-I000033
로 표현하면, 단말기의 도로상 위치는
Figure PCTKR2021006105-appb-I000034
로 표할 수 있고, 이때 단말기가 위치하는 각도는
Figure PCTKR2021006105-appb-I000035
로 표현할 수 있다.
위 각각의 방식에 따라 얻어지는 단말기의 각도를 기반으로 단말기의 도로상의 위치는 하기 수학식 7으로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000007
단말기로부터 보고된 SSB 인덱스를 기반으로 단말기의 위치를 추정할 수 있으므로, SSB 업데이트 주기 T와 단말기의 SSB 인덱스 변화를 기반으로 단말기의 속도 추정이 가능하다. 이때 단말기의 속도가 한 SSB 업데이트 주기 내에서 동일한지 또는 단말기가 이동하는 전체 구간에서 동일한지를 가정함으로써 하기와 같은 단말기의 속도 추정이 가능하다.
단말기의 속도가 한 SSB 업데이트 주기 내에서 동일하다는 가정 하에 단말기의 속도를 추정하는 방식이 첫 번째 방식이다.
첫 번째 방식은 n-1 번째 SSB 업데이트 구간과 n 번째 SSB 업데이트 구간에서 단말기의 속도가 동일하다고 가정한다. n-1 번째 SSB 업데이트 구간에서 수신된 SSB 인덱스
Figure PCTKR2021006105-appb-I000036
을 기반으로 추정되는 단말기의 위치와 n번째 SSB 업데이트 구간에서 수신된 SSB 인덱스
Figure PCTKR2021006105-appb-I000037
을 기반으로 추정되는 단말기의 위치 간의 차이를 기반으로 단말기의 속도를 추정할 수 있다. SSB 업데이트 주기 T동안 도로상에서 단말기는
Figure PCTKR2021006105-appb-I000038
에서
Figure PCTKR2021006105-appb-I000039
로 이동하였으므로 추정되는 단말기의 속도
Figure PCTKR2021006105-appb-I000040
는 하기의 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000008
단말기의 속도가 전체 구간 내에서 동일하다는 가정 하에 단말기의 속도를 추정하는 방식이 두 번째 방식이다.
두 번째 방식은 n-1 번째 SSB 업데이트 구간에서뿐만 아니라 이전의 모든 SSB 업데이트 구간들에서 얻어진 SSB 인덱스
Figure PCTKR2021006105-appb-I000041
를 활용하여 단말기의 속도를 추정하는 방법이다.
Figure PCTKR2021006105-appb-I000042
과
Figure PCTKR2021006105-appb-I000043
즉 어느 한 SSB 업데이트 구간과 바로 다음 SSB 업데이트 구간에서 얻어지는 SSB 인덱스들을 기반으로 얻어지는 단말기의 위치 차이를 기반으로 각 SSB 업데이트 구간당 단말기의 속도를 첫 번째 방식을 이용하여 추정하고, 상기 각 SSB 업데이트 구간당 단말기의 속도의 평균을 상기 단말기의 전체 이동 구간의 평균 속도로 추정할 수 있다.
SSB 인덱스
Figure PCTKR2021006105-appb-I000044
에서 단말기의 위치,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000045
를 기반으로 속도를
Figure PCTKR2021006105-appb-I000046
로 표현할 때, 추정되는 단말기의 속도
Figure PCTKR2021006105-appb-I000047
는 하기의 수학식 9로 표현이 가능하다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000009
도 7b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 기지국이 단말기의 속도를 추정하는 동작을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 7b에 도시되어 있는 순서도는 도 7a에서 설명한 바와 같이 단말기의 속도를 추정할 경우 기지국이 단말기의 속도를 추정하는 동작을 개략적으로 도시한 순서도이다. 기지국은 SSB 할당 시나리오 별로, 위에서 설명한 단말기가 위치하는 각도를 입력한다(710). 상기 단말기가 위치하는 각도를 기반으로 단말의 위치를 계산한다(720). n-1 번째 SSB가 업데이트 구간과 n 번째 구간의 속도가 동일하다는 가정하에 단말기의 속도를 추정할 수 있으며 (730), 상기 단말기의 전체 이동 구간 내에서 단말기의 속도가 동일하다는 가정하에 단말기의 속도를 추정할 수 있다(740).
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 단말기의 이동 구간을 추정하는 방식의 일 예를 도시하고 있다. 도 8에서는 추정된 단말기의 속도를 기반으로 단말기의 이동 구간을 추정하는 방식이 구체적으로 설명된다. 추정된 단말기의 속도
Figure PCTKR2021006105-appb-I000048
를 기반으로 단말기는 주기 T동안
Figure PCTKR2021006105-appb-I000049
로부터
Figure PCTKR2021006105-appb-I000050
로 이동한다고 추정할 수 있다. 따라서, 단말기의 도로 상의 이동 구간을
Figure PCTKR2021006105-appb-I000051
로 표현이 가능하다. 여기서 기지국이 단말의 이동성을 커버하기 위한 각도는 하기의 수학식 10으로 표현 가능하다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000010
단말기의 이동성으로 인한 단말기와 기지국간의 빔 부조화가 발생됨은 위에서 서술하였다. 기지국에서는 단말기의 이동에 대응하여, 빔을 형성하고 단말에게 끊김 없는 서비스를 지원해야 한다. 이는 단말기의 이동구간에서 경험하게 되는 최소 수신파워를 증가시킴으로써, 일 예로 최대화함으로써 얻어질 수 있다. 따라서, 상기 단말기의 이동구간을 커버하기 위한 각도 범위
Figure PCTKR2021006105-appb-I000052
에 대해서 최소 수신 파워를 증가시키는, 일 예로 최대화하는 기지국에서의 아날로그 빔포밍 벡터 w를 구하는 것이 단말기와 기지국 간의 빔 부조화 문제를 해결할 수 있는 방안이다.
Figure PCTKR2021006105-appb-I000053
에 대해서 최소 수신 파워를 최대화하는 기지국에서의 아날로그 빔포밍 벡터 w를 구하는 문제는 하기의 수학식 11로 표현 할 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000011
상기 수학식 11에서 단말기가 기지국으로부터 수신하는 신호의 수신 전력은 채널함수 h 와 빔포밍 벡터 w를 곱한 절대 값으로 나타낼 수 있다. Nt 개의 송신 안테나 엘리먼트를 갖는 빔포밍 벡터 w의 전력 값은 1로 정규화(normalization)되어있음을 가정한다. 따라서, 각 안테나 별 빔포밍 벡터 (w(k))의 크기 값은
Figure PCTKR2021006105-appb-I000054
으로 나타낼 수 있다.
상기 수학식 11의 P1 문제를 매 SSB 인덱스 업데이트 주기 T 마다 직접 계산하여 해결하는 것은 복잡도가 높아서 더 간단한 문제로 변형하여 계산을 진행한다. 고려하는 각도범위
Figure PCTKR2021006105-appb-I000055
에 대하여 단말기의 이동구간을 커버하기 위한 각도를
Figure PCTKR2021006105-appb-I000056
로 표현할 때, 채널 h 에서 경로 손실 및 안테나 이득을 배제하고, 즉
Figure PCTKR2021006105-appb-I000057
로 가정하고,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000058
구간에서 어레이 응답 벡터만 고려하여 P1 문제를 하기의 수학식 12와 같이 형성할 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000012
상기 수학식 11의 P1을 직접 해결하는 대신 상기 수학식 12의 문제 P2를 해결해서 얻어지는 아날로그 빔포밍 벡터 w를 각도 범위
Figure PCTKR2021006105-appb-I000059
로 위상 천이 (phase shift)하여 단말기를 지원하는 빔으로 활용할 수 있다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 빔포밍 벡터 형성과 수신 전력 간의 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9에서는 최소 수신 전력을 최대화하는 문제를 P1로 직접 해결 할 때와 P2로 변경하여 해결하여 얻어지는 수신 전력에 대한 비교표를 도시한다. 도 9를 참조하면, P1 및 P2 방식은
Figure PCTKR2021006105-appb-I000060
의 중심 값이 0도에 가까울 수록 비슷한 성능을 보이고 (예: -5~5도) 사이드 (예: 40~50도)에 가까워질수록 P2 방식에서 왜곡이 발생하나 2~3 dB 정도 차이로 준수한 성능을 보인다. 따라서, 본 개시에서는 P2에 대한 분석을 위주로 진행한다.
본 개시에서는 문제 P2를 해결하는 방식으로 두 가지 방식을 제안한다.
도 10는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 기지국이 빔포밍 벡터 w를 형성하는 동작을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 10을 참조하면, 먼저 기지국은 단말기의 이동구간을 커버하기 위한 각도 범위
Figure PCTKR2021006105-appb-I000061
와, 상기 단말기의 이동구간을 커버하기 위한 각도 구간
Figure PCTKR2021006105-appb-I000062
를 입력한다 (1010).
본 개시의 다양한 실시 예들에서는, 일 예로 기지국이 빔포밍 벡터 w를 두 가지 방식들 중 어느 한 방식으로 형성할 수 있으며, 첫 번째 방식은 각 SSB 업데이트 주기마다
Figure PCTKR2021006105-appb-I000063
에 따른
Figure PCTKR2021006105-appb-I000064
에 맞게 빔포밍 벡터를 형성하는 방식이다 (1020). 이와는 달리, 두 번째 방식은 다양한 각도 범위에 따른 빔포밍 벡터 북 (beamforming vector book)을 미리 형성하는 방식으로 구분될 수 있다 (1030).
상기 첫 번째 방식에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다 (1020).
Figure PCTKR2021006105-appb-I000065
의 각도를
Figure PCTKR2021006105-appb-I000066
개로 샘플링 하면 i번째 각도에서 하기의 수학식 13 과 같이 표현 가능하다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000013
상기 수학식 13의
Figure PCTKR2021006105-appb-I000067
는 P2의 절대 값 안의 수학식을 표현한다. 이때
Figure PCTKR2021006105-appb-I000068
를 실수 부분 (real term) 과 허수 부분 (imaginary term)으로 분해하여 행렬로 표현하면 하기의 수학식 14와 같이 표현이 가능하다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000014
위에서 분해한 방식을 통해
Figure PCTKR2021006105-appb-I000069
은 하기의 수학식 15와 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000015
Figure PCTKR2021006105-appb-I000070
를 전개하면 하기의 수학식 16과 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000016
Figure PCTKR2021006105-appb-I000071
로
Figure PCTKR2021006105-appb-I000072
을 정의하면, 상기 수학식 12의 P2는 하기의 수학식 17의 문제 P2.1 로 표현이 가능하다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000017
상기 수학식 17의
Figure PCTKR2021006105-appb-I000073
는
Figure PCTKR2021006105-appb-I000074
개의 수신 전력 중 최소값을 나타낸다. 상기 수학식 17의 P2.1을 해결하여 얻어지는 행렬 X에서 고유값 분해(eigenvalue decomposition)를 통해 벡터 x를 추출할 수 있고,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000075
의 관계에서 아날로그 빔포밍 벡터 w를 복구할 수 있다.
그러나 문제 P2.1 은
Figure PCTKR2021006105-appb-I000076
제약 때문에 비볼록(non-convex) 문제가 되어 해결하기 어렵다. 따라서, 부분 명확한 완화(semidefinite relaxation, 이하 SDR로 칭한다)을 활용하여 P 2.1의
Figure PCTKR2021006105-appb-I000077
제약을 풀어주면 하기의 수학식 18로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000018
상기 수학식 18의 P2.2의 단순화를 위하여 추가로
Figure PCTKR2021006105-appb-I000078
를 전개하면 하기의 수학식 19와 같이 표현된다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000019
기지국이 할당하는 빔 패턴은 대칭인 형태
Figure PCTKR2021006105-appb-I000079
이므로 빔포밍 벡터 w의 위상의 형태도 좌우 대칭으로 형성되어야 한다. 따라서 빔포밍 벡터 w위상에
Figure PCTKR2021006105-appb-I000080
의 관계가 생기고 따라서 빔포밍 벡터 w값도
Figure PCTKR2021006105-appb-I000081
로 대칭적으로 형성되어야 한다. 따라서,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000082
가 짝수이고 대칭인 빔 패턴을 형성하도록 제약하는 경우 상기 수학식 19의
Figure PCTKR2021006105-appb-I000083
중
Figure PCTKR2021006105-appb-I000084
요소는 0의 값을 갖는다.
이는
Figure PCTKR2021006105-appb-I000085
가 주 대각선의 원소는 0이며, 주 대각선에 의하여 대칭인 위치에 있는 원소는 부호만 서로 반대인 반대칭 행렬의 성질과 대각선 위의 성분들이 같은 정 사각 행렬인 테플리츠(Toeplitz) 행렬의 성질을 모두 갖고 있고
Figure PCTKR2021006105-appb-I000086
행렬의 형태는 행렬의 중심을 원점으로 본다면 w의 대칭성에 의해 x축 및 y 축 대칭의 형태를 띄게 된다. 따라서, 행렬들의 대칭성에 의해 상기 수학식 19의
Figure PCTKR2021006105-appb-I000087
의 성분들 중 0을 가지는 성분이 존재하게 된다.
Figure PCTKR2021006105-appb-I000088
로 정의하고,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000089
로 정의하면,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000090
Figure PCTKR2021006105-appb-I000091
이므로,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000092
인
Figure PCTKR2021006105-appb-I000093
로 표현 가능하다.
Figure PCTKR2021006105-appb-I000094
로 정의할 경우, 수학식 18의 P2.2은 하기의 수학식 20으로 단순화할 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000020
Figure PCTKR2021006105-appb-I000095
의 문제 P2.3으로 변경할 수 있다. 이때 앞서 고려되었던
Figure PCTKR2021006105-appb-I000096
제약은
Figure PCTKR2021006105-appb-I000097
로부터
Figure PCTKR2021006105-appb-I000098
로 변경될 수 있다. 문제 P 2.3에서 얻은 Y가
Figure PCTKR2021006105-appb-I000099
를 만족할 때, Y가 최적해이다.
추가로 구하고자 하는 Y가
Figure PCTKR2021006105-appb-I000100
의 구조를 가지도록 강제하면 w의 대칭성 때문에 행렬의 중심을 기준 축으로 x축, y축, y=x, y=-x에 대해 대칭이므로 다음과 같이 회전 행렬(rotation matrix) B가 주어졌을 때 Y는 하기의 수학식 21과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000021
이와 마찬가지로
Figure PCTKR2021006105-appb-I000101
의 형태로 행렬의 중심을 기준으로 x축, y축, y=-x에 대해 대칭이므로 하기의 수학식 22와 같이
Figure PCTKR2021006105-appb-I000102
는
Figure PCTKR2021006105-appb-I000103
로 표현이 가능하다
Figure PCTKR2021006105-appb-M000022
Figure PCTKR2021006105-appb-I000104
를 이용하여 수학식 20의 P2.3를 수학식 23으로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000023
상기 수학식 23의 P2.4는 볼록문제이므로 내점 방법 (interior point method, 이하 IPM으로 칭한다)을 이용하여 해결이 가능하다. 상기 수학식 23의 P2.4를 풀어 얻어지는 S로 Y를 복구할 수 있으며, Y 행렬을 고유값 분해)해서 얻어지는 첫 번째 및 두 번째 고유벡터(eigenvector)를 각각 아날로그 빔포밍 벡터 w의 실제 부분 및 허수 부분로 할당하여 w를 복구 가능하다.
한편, 두 번째 방식에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다 (1030).
두 번째 문제 해결 방식은 다양한 각도 범위에 따른 빔포밍 벡터 북을 미리 형성하는 방법이다. 단말기의 이동 구간 내 허용되는 최고 속도를
Figure PCTKR2021006105-appb-I000105
라 할 때, 기지국과 단말기가 가장 가까운, 즉 기지국에 대한 단말기의 이동성이 가장 큰 0도를 기준으로 구간 내 단말기의 이동성에 따른 기지국이 단말기의 이동구간을 커버하기 위한 각도 구간
Figure PCTKR2021006105-appb-I000106
은 하기의 수학식 24와 같이 표현될 수 있다. (1040)
Figure PCTKR2021006105-appb-M000024
상기 수학식 24의
Figure PCTKR2021006105-appb-I000107
를 기준으로 0도부터
Figure PCTKR2021006105-appb-I000108
도를 커버할 수 있도록 특정 차이(resolution)를 갖는 (예: 1도차이, 0,1,2,3,...,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000109
) 빔 북을 기지국에서 미리 형성할 수 있다. 기지국이 단말기의 이동구간을 커버하기 위한 각도 구간
Figure PCTKR2021006105-appb-I000110
에 대해서 G에 제일 근접한 각도 구간, 일 예로 반올림을 통해 얻어지는 각도를 커버하도록 만들어진 아날로그 빔포밍 벡터 w를 미리 형성된 빔 북(beam book)에서 꺼내서 활용 가능하다. (1050)
편의상 특정 차이(resolution)를 1도로 가정하면, 0,1,2,3,...,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000111
사이의 임의의 각도 구간 G도에 대해
Figure PCTKR2021006105-appb-I000112
구간에 대한 수신 전력 최대화 문제를 풀어서 얻어지는 빔 포밍 벡터 w를 빔 포밍 벡터 북 중 각도 구간 G에 대한 빔으로 미리 할당한다. (1060)
수학식 12의 P2를 해결하기 위해
Figure PCTKR2021006105-appb-I000113
내 각도를
Figure PCTKR2021006105-appb-I000114
개로 샘플링하면 i번째 각도는 하기의 수학식 25와 같이 표현이 가능하다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000025
위상
Figure PCTKR2021006105-appb-I000115
를 갖는 빔포밍 벡터 w는 하기의 수학식 26와 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000026
어레이 응답 벡터
Figure PCTKR2021006105-appb-I000116
는 하기의 수학식 27와 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000027
상기 수학식 12의 P2는 아날로그 빔포밍 벡터 w의 위상
Figure PCTKR2021006105-appb-I000117
을 구하는 문제로 하기의 수학식 28과 같이 표현이 가능하다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000028
상기 수학식 28의 P 2a에서
Figure PCTKR2021006105-appb-I000118
는 안테나 엘리먼트의 개수를 나타내므로 상수이므로, 상기
Figure PCTKR2021006105-appb-I000119
의 최소값을 최대화 하는 위상
Figure PCTKR2021006105-appb-I000120
를 구하는 것이 두 번째 문제 해결 방식이다.
Figure PCTKR2021006105-appb-I000121
라고 정의하면,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000122
는 하기의 수학식 29로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000029
즉,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000123
는 코사인(cosine) 함수의 합으로 나타내진다. 그러나, 코사인 함수의 합은 오목(concave)의 형태가 아니라서 해결이 어렵다. 따라서, 코사인 함수의 분석을 위해 연속 볼록 근사치(successive convex approximation, 이하 SCA로 칭한다.) 방식을 도입한다. SCA 방식은 l 번째 반복에서 얻어진 변수의 값을 바탕으로 원래 함수의 대리 함수를 구하고 그 함수를 최대로 만드는 변수를 찾아 반복적으로 업데이트를 하는 방식이다. 이 SCA 방식을 활용하기 위해 코사인 함수의 볼록한 하계(lower bound)는 하기의 수학식 30과 같이 구할 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000030
상기 수학식 30의 코사인(cosine) 함수의 볼록 하계(concave lower bound)를 활용하면,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000124
는 l+1 번째 반복에서 보조함수로 하기의 수학식 31과 같은 볼록 하계를 가지게 된다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000031
따라서 SCA 방식을 통해 기지국의 아날로그 빔포밍 벡터 w의 위상
Figure PCTKR2021006105-appb-I000125
는 하기의 수학식 32의 근사화 된 문제 P2b를 반복적으로 해결하는 방식으로 구할 수 있다.
Figure PCTKR2021006105-appb-M000032
수학식 32의 P2b는
Figure PCTKR2021006105-appb-I000126
에 대해 볼록 문제이므로 잘 알려진 IPM을 이용하여 해결 가능하다. 위상의 초기값으로
Figure PCTKR2021006105-appb-I000127
를 할당한 후 근사화된 수학식 32의 P2b를 반복적으로 해결하여 목적(object)이 수렴할 때까지 얻어지는 위상
Figure PCTKR2021006105-appb-I000128
을 아날로그 빔포밍 벡터 w에 대입하여
Figure PCTKR2021006105-appb-I000129
과 같이 구할 수 있다.
즉,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000130
개의 각도에 대해 상기 방식을 통하여 아날로그 빔 포밍 벡터 w를 미리 구한 후, 각 주기에서 SSB 인덱스가 업데이트 될 때 커버해야 하는 빔 넓이
Figure PCTKR2021006105-appb-I000131
에 근접한 빔 넓이(예: 반올림 등)를 찾아서 빔포밍 벡터 북 에서 꺼내서 활용활 수 있다.
상기 두 가지 방식을 통해
Figure PCTKR2021006105-appb-I000132
일 때
Figure PCTKR2021006105-appb-I000133
구간에 대해 아날로그 빔포밍 벡터 w를 얻을 수 있었고 이를 원래 고려하던 구간인
Figure PCTKR2021006105-appb-I000134
로 위상 천이해서 아날로그 빔포밍 벡터를 가공하여 이용할 수 있다. 고려하던 구간의 중심이
Figure PCTKR2021006105-appb-I000135
임을 알 수 있고, 아날로그 빔포밍 벡터 w의 k 번째 엘리먼트를 w(k)라 할 때, 위산 천이를 하기의 수학식 33와 같이 진행한다. (1070)
Figure PCTKR2021006105-appb-M000033
최종적으로 단말의 이동성을 고려한 구간
Figure PCTKR2021006105-appb-I000136
로 천이된 아날로그 빔포밍 벡터 w'를 n번째 SSB 업데이트 구간 동안 기지국에서 단말기에 대한 정보 전송 빔으로 활용한다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 효율적으로 빔을 운용하기 위한 기지국과 단말기의 동작을 개략적으로 도시한 신호 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 먼저 기지국은 단말기가 기지국이 커버하는 커버리지 영역으로 진입함을 검출한다. 이 경우, 상기 단말기의 이동 방향에 따라
Figure PCTKR2021006105-appb-I000137
의 값은 일 예로 1 또는 64로 설정된다 (
Figure PCTKR2021006105-appb-I000138
= 1 혹은
Figure PCTKR2021006105-appb-I000139
= 64). 여기서
Figure PCTKR2021006105-appb-I000140
는 상기 단말기가 n번째 SSB 업데이트 구간 n에서 상기 기지국으로 보고하는 SSB 인덱스를 나타낸다. 본 개시의 다양한 실시 예들에서는, 상기 단말기가 상기 기지국의 커버리지 영역으로 최초로 진입할 경우,
Figure PCTKR2021006105-appb-I000141
의 값을 일 예로 1 또는 64로 설정하는데, 일 예로 상기 단말기가 제 1 방향으로 이동할 경우 상기
Figure PCTKR2021006105-appb-I000142
의 값은 1로 설정되고, 상기 단말기가 제 2 방향으로 이동할 경우 상기
Figure PCTKR2021006105-appb-I000143
의 값은 64로 설정된다. 또한, n의 값은 디폴트 값, 일 예로 0으로 설정된다 (1110).
상기 기지국은 단말기에게
Figure PCTKR2021006105-appb-I000144
의 값에 상응하는 SSB 인덱스를 할당한다. 즉, 상기 기지국은 상기 단말기에게
Figure PCTKR2021006105-appb-I000145
의 값에 상응하는 좁은(narrow) 빔을 할당한다 (1120). 여기서, 상기 기지국은 상기 단말기에게 빔을 할당하였기 때문에 상기 변수 n을 설정 값 만큼, 일 예로 1을 증가시킨다. 즉, 상기 기지국은 상기 변수 n을 n+1로 업데이트를 한다 (1130). 상기 기지국은 빔 스위핑(beam sweeping) 프로세스를 통해 SSB들을 송신한다 (1140). 상기 단말기는 빔 스위핑 프로세스를 통해 상기 기지국에서 송신된 SSB들에 대한 수신 성능을 측정한다 (1190). 여기서, SSB에 대한 수신 성능은 일 예로 수신 전력이 될 수 있다.
상기 단말기는 상기 측정된 SSB들 중 특정 SSB, 일 예로 수신 성능이 가장 좋은 SSB의 SSB 인덱스를 기지국에게 보고한다 (1191). 상기 기지국은 상기 단말기로부터 상기 SSB 인덱스를 수신하고, 상기 수신한 SSB 인덱스에 기반하여 상기 단말기의 속도를 추정한다. (1150). 상기 기지국은 상기 추정된 단말기의 속도를 기반으로 상기 단말기의 이동 구간을 추정한다 (1160). 상기 기지국은 상기 추정된 이동 구간을 기반으로 상기 단말기에 대한 아날로그 빔포밍 벡터를 형성한다 (1170). 여기서, 상기 아날로그 빔포밍 벡터를 형성하는 방식은 '각 SSB 업데이트 주기마다 아날로그 빔포밍 벡터를 형성하는 방식' 또는 '설정된 빔 북을 기반으로 아날로그 빔포밍 벡터를 형성하는 방식' 중 어느 하나가 될 수 있다. 상기 형성된 아날로그 빔포밍 벡터를 기반으로 상기 기지국은 단말기에게 적합한 빔을 할당한다 (1180). 각 SSB 업데이트 주기마다 1130 동작 내지 1180 동작이 반복적으로 수행될 수 있다. 이와는 달리, SSB 업데이트는 주기적이 아니라 단말기의 필요에 따라, 혹은 기지국의 지시에 따라 비주기적으로 수행될 수도 있음은 물론이다.
도 12는, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 빔 운용 방식의 성능 검증을 위한 시뮬레이션에 이용된 파라미터들을 설명하는 도면이다.
도 12를 참조하면, 기지국이 설치되어 있는 지면과 도로 사이의 거리인
Figure PCTKR2021006105-appb-I000146
은 5m로, 기지국의 높이인
Figure PCTKR2021006105-appb-I000147
는 10m로 설정했다. SSB 인덱스 의 최대값은 64로 설정했으며, SSB 업데이트 주기 T 는 40ms로 설정하였다. 단말의 속도 v는 50 m/s로 설정했으며, 기지국의 안테나 엘리먼트들의 개수
Figure PCTKR2021006105-appb-I000148
는 32개, 각도구간 샘플링 수
Figure PCTKR2021006105-appb-I000149
는 40개로 설정하여 시뮬레이션을 진행하였다.
도 13a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 빔 운용 방식의 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다.
도 13a를 참조하면, 좁은 빔을 할당하는 방식과 본 개시의 실시 예에 따른 빔을 할당하는 방식에 의한 단말기가 수신한 수신 전력 차이를 수신 전력 CDF (cumulative distribution function)를 도시하고 있다. 상기 좁은 빔을 할당하는 방식은 종래 기술에 따른 빔 할당 방식으로, 균일 각도 방식 또는 균일 도로 방식에 따라 기지국이 커버하는 도로 구간을 나누어 수신 전력을 측정하였다. 제안된 방식 (Proposed)은 본 개시의 실시 예에 따른 빔 할당 방식으로, 균일 각도 방식 또는 균일 도로 방식에 따라 기지국이 커버하는 도로 구간을 나누어 수신 전력을 측정하였다. Uniform angle 방식 또는 도로 uniform road 방식에 따른 수신 전력 차이는 크지 않다. 그러나, 종래 기술에 따른 빔 할당의 수신 전력은 이동성에 의한 빔 미스매치 발생으로 성능 열화가 발생하는데 반해, 본 개시의 빔 할당 방식에 의한 수신 전력은 이동구간을 커버하여 상대적으로 높은 최소 수신파워를 보장한다.
도 13b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 빔 운용 방식의 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다.
도 13b를 참조하면, 종래 기술에 따른 빔 할당 방식, 각 주기마다 빔 포밍 벡터를 업데이트 하는 방식 및 미리 각도에 따른 빔 북을 형성하여 빔 포밍 벡터를 형성하는 방식 각각에 따른 수신 전력 CDF를 도시하고 있다. 각 업데이트 주기마다 빔 포밍 벡터를 형성하는 방식 및 빔 북을 이용하여 빔 포밍 벡터를 형성하는 방식은 수신 전력에서 큰 차이를 보이지 않는다. 다만, 종래 기술에 따른 빔 할당 방식과 빔 포밍 벡터를 형성하여 이용하는 방식은 최소 수신파워에서 차이를 보인다.
도 13c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 빔 운용 방식의 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다.
도 13c를 참조하면 단말기의 속도와 평균 수신 전력의 관계를 도시하고 있다. 좁은 빔을 할당하는 방식과 제안된 방식에 따라 기지국이 커버하는 도로 구간을 나누어 수신 전력을 측정하였다. 도 13c를 참조하면, 단말기의 속도에 따른 평균 수신 전력은 제안된 방식에 따른 빔 할당 방식이 좁은 빔 할당 방식보다 성능이 좋은 것을 알 수 있다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 기지국의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 14을 참조하면, 기지국 (1400)은 수신기 (1410), 송신기 (1420) 및 제어기 (1430)등을 포함한다.
상기 제어기 (1430)은 상기 기지국 (1400)의 전반적인 동작을 제어하며, 특히 빔 할당을 제어하는 동작에 관련된 동작을 수행하도록 제어한다. 상기 제어기가 (1430)이 빔 동작을 제어하는 동작은 도 6 내지 도 11에서 설명한 바와 동일하므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 수신기 (1410)는 상기 제어기 (1430)의 제어에 따라 각종 메시지, 정보 등을 수신한다.
상기 송신기 (1420)는 상기 제어기 (1430)의 제어에 따라 각종 메시지, 정보 등을 송신한다.
도 14에서는 상기 수신기 (1410), 송신기 (1420) 및 제어기 (1430)가 별도의 유닛들로 구현되어 있으나, 상기 수신기 (1410), 송신기 (1420) 및 제어기 (1430) 중 적어도 두 개는 하나로 통합될 수 있다. 또한, 상기 수신기 (1410), 송신기 (1420) 및 제어기 (1430)는 적어도 하나의 프로세서로도 구현될 수 있다.
도 15는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 시스템에서 단말기의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 15를 참조하면, 단말기 (1500)은 수신기 (1510), 송신기 (1520) 및 제어기 (1530) 등을 포함한다.
상기 제어기 (1530)은 상기 단말기(1500)의 전반적인 동작을 제어하며, 특히 빔 할당을 제어하는 동작에 관련된 동작을 수행하도록 제어한다. 상기 제어기 (1530)의 이 빔 할당과 관련된 동작을 제어하는 동작은 도 6 내지 도 11에서 설명한 바와 동일하므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 수신기 (1510)는 상기 제어기 (1530)의 제어에 따라 각종 메시지, 정보 등을 수신한다.
상기 송신기 (1520)는 상기 제어기 (1530)의 제어에 따라 각종 메시지, 정보 등을 송신한다.
도 15에서는 상기 수신기 (1510), 송신기 (1520) 및 제어기 (1530)가 별도의 유닛들로 구현되어 있으나, 상기 수신기 (1510), 송신기 (1520) 및 제어기 (1530) 중 적어도 두 개는 하나로 통합될 수 있다. 또한, 상기 수신기 (1510), 송신기 (1520) 및 제어기 (1530)는 적어도 하나의 프로세서로도 구현될 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성될 수 있다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 인스트럭션들(instructions)을 포함할 수 있다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 리드 온니 메모리(read only memory: ROM), 전기적 삭제 가능 프로그램가능 리드 온니 메모리(electrically erasable programmable read only memory: EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 ROM(compact disc-ROM: CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile disc: DVD) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 상기 프로그램은 인터넷(internet), 인트라넷(intranet), LAN(Local Area Network), WLAN(Wide LAN), 또는 SAN(Storage Area Network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 억세스(access)될 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 다양한 실시 예들을 수행하는 장치에 억세스될 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장 장치가 본 개시의 다양한 실시 예들을 수행하는 장치에 억세스될 수도 있다.
상술한 본 개시의 다양한 실시 예들에서, 본 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예들에 따라 단수 형태 또는 복수 형태로 표현되었다. 그러나, 단수 형태 또는 복수 형태의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 형태 또는 복수 형태의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수 형태로 표현된 구성 요소라하더라도 단수 형태로 구성되거나, 단수 형태로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수 형태로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 통신 시스템에서 단말기의 방법은 기지국으로부터 동기화 신호 블록(synchronization signal block: SSB)들을 수신하는 과정과 상기 SSB들 중 SSB를 선택하고, 상기 선택된 SSB의 SSB 인덱스를 상기 기지국으로 송신하는 과정과 상기 기지국으로부터 상기 선택된 SSB에 상응하게 결정된 빔포밍 벡터를 기반으로 송신된 신호를 수신하는 과정을 포함하고, 상기 빔포밍 벡터는 상기 SSB 인덱스 및 상기 단말기의 위치를 기반으로 추정된 상기 단말기의 속도를 기반으로 추정된 상기 단말기의 이동 구간을 기반으로 설정되며, 상기 단말기의 위치는 상기 SSB 인덱스를 기반으로 추정될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 상기 빔포밍 벡터는 상기 단말기의 이동 구간을 기반으로 검출된 제 1 빔포밍 벡터에 대해 위상 천이 (phase shift) 동작이 수행된 제 2 빔포밍 벡터임을 특징으로 할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 상기 빔포밍 벡터는 설정된 빔 포밍 벡터 북(beamforming vector book)에서 상기 단말기의 이동 구간에 상응하게 검출된 제 1 빔포밍 벡터에 대해 위상 천이 (phase shift) 동작이 수행된 제 2 빔포밍 벡터임을 특징으로 할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 통신 시스템에서 단말기는 기지국으로부터 동기화 신호 블록 (synchronization signal block: SSB)들을 수신하고, 상기 SSB들 중 선택된 SSB의 SSB 인덱스를 송신하고, 상기 기지국으로부터 상기 선택된 SSB에 상응하게 결정된 빔포밍 벡터를 기반으로 송신된 신호를 수신하는 송수신기와 상기 SSB들 중 특정 SSB를 선택하는 제어기를 포함하고, 상기 빔포밍 벡터는 상기 SSB 인덱스 및 상기 단말기의 위치를 기반으로 추정된 상기 단말기의 속도를 기반으로 추정된 상기 단말기의 이동 구간을 기반으로 설정되고, 상기 단말기의 위치는 상기 SSB 인덱스를 기반으로 추정될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 상기 빔포밍 벡터는 상기 단말기의 이동구간을 기반으로 검출된 제 1 빔포밍 벡터에 대해 위상 천이 (phase shift) 동작이 수행된 제 2 빔포밍 벡터일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 상기 빔포밍 벡터는 설정된 빔 포밍 벡터 북(beamforming vector book)에서 상기 단말기의 이동 구간에 상응하게 검출된 제 1 빔포밍 벡터에 대해 위상 천이 (phase shift) 동작이 수행된 제 2 빔포밍 벡터일 수 있다.

Claims (15)

  1. 통신 시스템에서 기지국의 방법에 있어서,
    상기 기지국의 배치 정보, 상기 기지국의 각 섹터가 커버하는 각도 및 동기화 신호 블록(synchronization signal block: SSB) 인덱스들의 개수를 기반으로 할당된 SSB들을 송신하는 과정;
    단말기로부터 상기 SSB들 중 선택된 SSB의 SSB 인덱스를 수신하는 과정;
    상기 SSB 인덱스를 기반으로 상기 단말기의 위치를 추정하는 과정;
    상기 SSB 인덱스 및 상기 단말기의 위치를 기반으로 상기 단말기의 속도를 추정하는 과정;
    상기 단말기의 속도를 기반으로 상기 단말기의 이동 구간을 추정하는 과정;
    상기 단말기의 이동 구간을 기반으로 상기 단말기에 대한 빔포밍 벡터를 설정하는 과정을 포함하는 기지국의 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 SSB 인덱스를 기반으로 상기 단말기의 위치를 추정하는 과정은 상기 기지국의 각 섹터가 커버하는 각도를 상기 SSB 인덱스들의 개수로 나누어서 생성되는 단위 각도를 기반으로 상기 단말기의 위치를 추정하는 과정을 포함하는 기지국의 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 SSB 인덱스를 기반으로 단말기의 위치를 추정하는 과정은:
    상기 기지국의 각 섹터가 커버하는 각도를 기반으로 상기 기지국이 커버하는 구간을 추정하는 과정; 및
    상기 추정된 기지국이 커버하는 구간을 상기 SSB 인덱스들의 개수로 나누어서 생성되는 단위 구간을 기반으로 상기 단말기의 위치를 추정하는 과정을 포함하는 기지국의 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 SSB 인덱스 및 상기 단말기의 위치를 기반으로 상기 단말기의 속도를 추정하는 과정은:
    제 1 SSB 업데이트 구간에서 상기 단말기로부터 수신되는 제 1 SSB 인덱스를 기반으로 추정된 단말기의 제 1 위치와 상기 제 1 SSB 업데이트 구간과 다른, 제 2 SSB 업데이트 구간에서 상기 단말기로부터 수신되는 제 2 SSB 인덱스를 기반으로 추정한 단말기의 제 2 위치의 차이를 기반으로 추정하는 상기 단말기의 속도를 추정하는 과정을 포함하는 기지국의 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 단말기의 이동 구간을 기반으로 상기 단말기에 대한 빔포밍 벡터를 설정하는 과정은:
    상기 단말기의 이동 구간을 기반으로 제 1 빔포밍 벡터를 검출하고, 상기 검출된 제 1 빔포밍 벡터에 대해 위상 천이(phase shift) 동작을 수행하여 제 2 빔포밍 벡터를 검출하고, 상기 제 2 빔포밍 벡터를 상기 빔포밍 벡터로 설정하는 과정을 포함하는 기지국의 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단말기의 이동 구간을 기반으로 상기 단말기에 대한 빔포밍 벡터를 설정하는 과정은:
    설정된 빔포밍 벡터 북(beamforming vector book)을 기반으로 상기 단말기의 이동 구간에 상응하는 제 1 빔포밍 벡터를 검출하고, 상기 검출된 제 1 빔포밍 벡터에 대해 위상 천이(phase shift) 동작을 수행하여 제 2 빔포밍 벡터를 검출하고, 상기 제 2 빔포밍 벡터를 상기 빔포밍 벡터로 설정하는 과정을 포함하는 기지국의 방법.
  7. 통신 시스템에서 기지국에 있어서,
    상기 기지국의 배치 정보, 상기 기지국의 각 섹터가 커버하는 각도 및 동기화 신호 블록(Synchronization signal block: SSB) 인덱스들의 개수를 기반으로 할당된 SSB들을 송신하고, 단말기로부터 상기 SSB들 중 선택된 SSB의 SSB 인덱스를 수신하는 송수신기; 및
    상기 SSB 인덱스를 기반으로 상기 단말기의 위치를 추정하고, 상기 SSB 인덱스 및 상기 단말기의 위치를 기반으로 상기 단말기의 속도를 추정하고, 상기 단말기의 속도를 기반으로 상기 단말기의 이동 구간을 추정하고, 상기 단말기의 이동 구간을 기반으로 상기 단말기에 대한 빔포밍 벡터를 설정하는 제어기를 포함하는 기지국.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 기지국의 각 섹터가 커버하는 각도를 상기 SSB 인덱스들의 개수로 나누어서 생성되는 단위 각도를 기반으로 상기 단말기의 위치를 추정하는 기지국.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 기지국의 각 섹터가 커버하는 각도를 기반으로 상기 기지국이 커버하는 구간을 추정하고, 상기 추정된 기지국이 커버하는 구간을 상기 SSB 인덱스들의 개수로 나누어서 생성되는 단위 구간을 기반으로 상기 단말기의 위치를 추정하는 기지국.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는 제 1 SSB 업데이트 구간에서 상기 단말기로부터 수신되는 제 1 SSB 인덱스를 기반으로 추정된 단말기의 제1 위치와 상기 제 1 SSB 업데이트 구간과 다른, 제 2 SSB 업데이트 구간에서 상기 단말기로부터 수신되는 제 2 SSB 인덱스를 기반으로 추정된 단말기의 제2 위치의 차이를 기반으로 상기 단말기의 속도를 추정하는 기지국.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 단말기의 이동 구간을 기반으로 제 1 빔포밍 벡터를 검출하고, 상기 검출된 제 1 빔포밍 벡터에 대해 위상 천이(phase shift) 동작을 수행하여 제 2 빔포밍 벡터를 검출하고, 상기 제 2 빔포밍 벡터를 상기 빔포밍 벡터로 설정하는 기지국.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는 설정된 빔포밍 벡터 북(beamforming vector book)을 기반으로 상기 단말기의 이동 구간에 상응하는 제 1 빔포밍 벡터를 검출하고, 상기 검출된 제1 빔포밍 벡터에 대해 위상 천이 (phase shift) 동작을 수행하여 제 2 빔포밍 벡터를 검출하고, 상기 제 2 빔포밍 벡터를 상기 빔 포밍 벡터로 설정하는 기지국.
  13. 통신 시스템에서 단말기의 방법에 있어서,
    기지국으로부터 동기화 신호 블록(synchronization signal block: SSB)들을 수신하는 과정;
    상기 SSB들 중 SSB를 선택하고, 상기 선택된 SSB의 SSB 인덱스를 상기 기지국으로 송신하는 과정;
    상기 기지국으로부터 상기 선택된 SSB에 상응하게 결정된 빔포밍 벡터를 기반으로 송신된 신호를 수신하는 과정을 포함하며,
    상기 빔포밍 벡터는 상기 SSB 인덱스 및 상기 단말기의 위치를 기반으로 추정된 상기 단말기의 속도를 기반으로 추정된 상기 단말기의 이동 구간을 기반으로 설정되며,
    상기 단말기의 위치는 상기 SSB 인덱스를 기반으로 추정되는 단말기의 방법.
  14. 통신 시스템에서 단말기에 있어서,
    기지국으로부터 동기화 신호 블록 (synchronization signal block: SSB)들을 수신하고, 상기 SSB들 중 선택된 SSB의 SSB 인덱스를 송신하고, 상기 기지국으로부터 상기 선택된 SSB에 상응하게 결정된 빔포밍 벡터를 기반으로 송신된 신호를 수신하는 송수신기; 및
    상기 SSB들 중 특정 SSB를 선택하는 제어기를 포함하며,
    상기 빔포밍 벡터는 상기 SSB 인덱스 및 상기 단말기의 위치를 기반으로 추정된 상기 단말기의 속도를 기반으로 추정된 상기 단말기의 이동 구간을 기반으로 설정되며,
    상기 단말기의 위치는 상기 SSB 인덱스를 기반으로 추정되는 단말기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 SSB들은 상기 기지국의 배치 정보, 상기 기지국의 각 섹터가 커버하는 각도 및 SSB 인덱스들의 개수를 기반으로 할당되는 단말기.
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