WO2021246538A1 - 패스트 빔 스티어링 시스템 기반 주파수 그래디언트 메타서페이스 장치 및 이에 대한 방법 - Google Patents

패스트 빔 스티어링 시스템 기반 주파수 그래디언트 메타서페이스 장치 및 이에 대한 방법 Download PDF

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WO2021246538A1
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timing offset
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이상림
김봉회
김수남
전기준
안병규
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엘지전자 주식회사
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    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00—Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/0075—Arrangements for synchronising receiver with transmitter with photonic or optical means

Definitions

  • This specification relates to an optical wireless communication (OWC) system.
  • a wireless optical communication system can be largely divided into a visible light communication (VLC) and a free space optical communication (FSO) system according to the frequency and purpose of a photon.
  • VLC visible light communication
  • FSO free space optical communication
  • a method comprising acquiring a pencil beam timing offset based on a reference synchronization time and a peak energy time, and transmitting information about the pencil beam timing offset to another device.
  • a target beam can be selected by acquiring a 4D beam transmitted through a frequency gradient virtual antenna based on reference synchronization and feeding it back to a transmitter.
  • a configuration for transmitting data transmission as a 3D beam through the selected target beam may be provided.
  • NG-RAN New Generation Radio Access Network
  • 2 illustrates functional partitioning between NG-RAN and 5GC.
  • FIG 3 shows an example of a 5G usage scenario to which the technical features of the present specification can be applied.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a communication structure that can be provided in a 6G system.
  • FIG. 5 schematically shows an example of a perceptron structure.
  • FIG. 6 schematically shows an example of a multilayer perceptron structure.
  • FIG. 7 schematically illustrates an example of a deep neural network.
  • FIG. 8 schematically shows an example of a convolutional neural network.
  • FIG. 9 schematically shows an example of a filter operation in a convolutional neural network.
  • FIG. 10 schematically illustrates an example of a neural network structure in which a cyclic loop exists.
  • FIG. 11 schematically illustrates an example of an operation structure of a recurrent neural network.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of THz communication application.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of an electronic device-based THz wireless communication transceiver.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a method of generating an optical device-based THz signal
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of an optical device-based THz wireless communication transceiver.
  • FIG. 17 illustrates a structure of a photoinc source-based transmitter
  • FIG. 18 illustrates a structure of an optical modulator.
  • FIG. 19 illustrates an example of an OFDM modulation transmitter structure of a legacy RF communication system.
  • FIG. 20 shows an example of the structure of a DCO-OFDM modulation transmitter of a VLC communication system.
  • FIG. 21 shows an example of an ACO-OFDM modulation transmitter structure of a VLC communication system.
  • 22 schematically shows an example of a wireless optical communication system.
  • FIG. 27 schematically shows an example of a zone plate.
  • FIG. 30 schematically shows an example of a divergence angle in a far field case.
  • 31 and 32 schematically show another example of a divergence angle in a far field case.
  • Fig. 34 schematically shows an example of vibration of the E-field.
  • 35 schematically illustrates an example of a pencil beam according to an example herein.
  • 36 is a flowchart of a method for transmitting a beam to a receiving apparatus according to an embodiment of the present specification.
  • Fig. 41 schematically shows an example of focus control.
  • 43 schematically shows an example of a meta lens.
  • FIG. 47 schematically shows an example of Fourier transforming the signal in FIG. 46 .
  • FIG. 50 schematically illustrates an example of a direction of a beam in a transmitting apparatus according to an example of the present specification.
  • phase shifter 54 schematically shows an example of a phase shifter.
  • phase shifter 55 schematically illustrates another example of a phase shifter.
  • phase shifter 56 schematically shows another example of a phase shifter.
  • 57 schematically shows another example of a phase shifter.
  • 60 schematically illustrates an example of a metasurface.
  • 61 schematically illustrates an example of a virtual antenna array.
  • 63 and 64 schematically show an example of an axis of rotation of a beam.
  • 65 schematically illustrates an example of a virtual antenna array space.
  • 66 schematically illustrates another example of a virtual antenna array space.
  • FIG. 67 schematically shows an example of transmission of a beam in the example of FIG. 66 .
  • FIG. 69 schematically illustrates an example of transmission of a beam in the example of FIG. 68 .
  • 70 schematically shows an example of transmission of a beam.
  • 71 schematically illustrates another example of a virtual antenna array space.
  • FIG. 72 schematically shows an example of transmission of a beam in the example of FIG. 71 .
  • 73 schematically shows another example of a virtual antenna array space.
  • FIG. 74 schematically illustrates an example of transmission of a beam in the example of FIG. 73 .
  • FIG. 75 schematically illustrates an example of transmission of a beam in the example of FIG. 75 .
  • FIG. 77 schematically illustrates an example of transmission of a beam in the example of FIG. 75 .
  • FIG. 78 schematically illustrates an example of transmission of a beam in the example of FIG. 75 .
  • 81 shows an example of implementing an example of a 4D beam.
  • 82 to 84 show rotation of a 4D beam according to parameter control of the transmitter.
  • FIG. 85 is a flowchart of a method of transmitting a beam to a receiving device from the perspective of a transmitting device, according to an embodiment of the present specification.
  • 87 is a flowchart of a method of transmitting information on a pencil beam timing offset by an apparatus according to an embodiment of the present specification.
  • FIG. 88 schematically illustrates an example of a cell area and a unit space in which a pencil beam is received.
  • 91 schematically illustrates an example of a radius according to a beam generation method.
  • 98 is a flowchart illustrating a method of transmitting information on a pencil beam timing offset by an apparatus in another form, according to an embodiment of the present specification.
  • 100 schematically shows an example of an optical filter.
  • 103 schematically illustrates an example of a transceiver end LOS link.
  • 105 schematically illustrates an example of tying a pencil beam offset.
  • 106 schematically illustrates an example of a transmission/reception end relay link.
  • 107 schematically illustrates another example of a transmission/reception end relay link.
  • FIG. 108 is a flowchart of a method of transmitting information on a pencil beam timing offset by a (pencil beam) receiving apparatus according to an embodiment of the present specification.
  • 109 is an example of a block diagram of an apparatus for transmitting information on a pencil beam timing offset by a (pencil beam) receiving apparatus according to an embodiment of the present specification.
  • FIG. 110 is a flowchart of a method of receiving information on a pencil beam timing offset by a (pencil beam) transmission apparatus according to an embodiment of the present specification.
  • 111 is an example of a block diagram of an apparatus for receiving information on a pencil beam timing offset by a (pencil beam) transmission apparatus according to an embodiment of the present specification.
  • 112 illustrates the communication system 1 applied in this specification.
  • 113 illustrates a wireless device applicable to the present specification.
  • 114 shows another example of a wireless device applicable to the present specification.
  • 115 illustrates a signal processing circuit for a transmit signal.
  • 116 shows another example of a wireless device applied to the present specification.
  • 117 illustrates a portable device applied to the present specification.
  • 121 illustrates a robot applied to the present specification.
  • a or B (A or B) may mean “only A”, “only B”, or “both A and B”.
  • a or B (A or B) may be interpreted as “A and/or B (A and/or B)”.
  • A, B or C(A, B or C) herein means “only A”, “only B”, “only C”, or “any and any combination of A, B and C ( any combination of A, B and C)”.
  • a slash (/) or a comma (comma) may mean “and/or”.
  • A/B may mean “A and/or B”. Accordingly, “A/B” may mean “only A”, “only B”, or “both A and B”.
  • A, B, C may mean “A, B, or C”.
  • At least one of A and B may mean “only A”, “only B”, or “both A and B”.
  • the expression “at least one of A or B” or “at least one of A and/or B” means “at least one It can be interpreted the same as “A and B (at least one of A and B)”.
  • At least one of A, B and C means “only A”, “only B”, “only C”, or “A, B and C” any combination of A, B and C”. Also, “at least one of A, B or C” or “at least one of A, B and/or C” means can mean “at least one of A, B and C”.
  • parentheses used herein may mean “for example”.
  • PDCCH control information
  • PDCCH control information
  • parentheses used herein may mean “for example”.
  • PDCCH control information
  • new radio access technology new RAT, NR
  • next-generation communication As more and more communication devices require greater communication capacity, there is a need for improved mobile broadband communication compared to a conventional radio access technology (RAT).
  • massive MTC massive machine type communications
  • massive MTC massive machine type communications
  • URLLC Ultra-Reliable and Low Latency Communication
  • NG-RAN New Generation Radio Access Network
  • the NG-RAN may include a gNB and/or an eNB that provides a UE with user plane and control plane protocol termination.
  • 1 illustrates a case in which only gNBs are included.
  • the gNB and the eNB are connected to each other through an Xn interface.
  • the gNB and the eNB are connected to the 5G Core Network (5GC) through the NG interface. More specifically, it is connected to an access and mobility management function (AMF) through an NG-C interface, and is connected to a user plane function (UPF) through an NG-U interface.
  • AMF access and mobility management function
  • UPF user plane function
  • 2 illustrates functional partitioning between NG-RAN and 5GC.
  • the gNB is inter-cell radio resource management (Inter Cell RRM), radio bearer management (RB control), connection mobility control (Connection Mobility Control), radio admission control (Radio Admission Control), measurement setup and provision Functions such as (Measurement configuration & Provision) and dynamic resource allocation may be provided.
  • AMF may provide functions such as NAS security, idle state mobility processing, and the like.
  • the UPF may provide functions such as mobility anchoring and PDU processing.
  • a Session Management Function (SMF) may provide functions such as terminal IP address assignment and PDU session control.
  • FIG. 3 shows an example of a 5G usage scenario to which the technical features of the present specification can be applied.
  • the 5G usage scenario shown in FIG. 3 is merely exemplary, and the technical features of the present specification may be applied to other 5G usage scenarios not shown in FIG. 3 .
  • the three main requirements areas of 5G are (1) enhanced mobile broadband (eMBB) area, (2) massive machine type communication (mMTC) area and ( 3) includes ultra-reliable and low latency communications (URLLC) domains.
  • eMBB enhanced mobile broadband
  • mMTC massive machine type communication
  • URLLC ultra-reliable and low latency communications
  • Some use cases may require multiple domains for optimization, while other use cases may focus on only one key performance indicator (KPI).
  • KPI key performance indicator
  • 5G is to support these various use cases in a flexible and reliable way.
  • eMBB focuses on overall improvements in data rates, latency, user density, capacity and coverage of mobile broadband connections. eMBB aims for a throughput of around 10 Gbps. eMBB goes far beyond basic mobile internet access, covering rich interactive work, media and entertainment applications in the cloud or augmented reality. Data is one of the key drivers of 5G, and for the first time in the 5G era, we may not see dedicated voice services. In 5G, voice is simply expected to be processed as an application using the data connection provided by the communication system. The main reasons for the increased amount of traffic are the increase in content size and the increase in the number of applications requiring high data rates. Streaming services (audio and video), interactive video and mobile Internet connections will become more widely used as more devices connect to the Internet.
  • Cloud storage and applications are rapidly increasing in mobile communication platforms, which can be applied to both work and entertainment.
  • Cloud storage is a special use case that drives the growth of uplink data rates.
  • 5G is also used for remote work on the cloud, requiring much lower end-to-end latency to maintain a good user experience when tactile interfaces are used.
  • cloud gaming and video streaming are another key factor increasing the demand for mobile broadband capabilities.
  • Entertainment is essential on smartphones and tablets anywhere, including in high-mobility environments such as trains, cars and airplanes.
  • Another use example is augmented reality for entertainment and information retrieval.
  • augmented reality requires very low latency and instantaneous amount of data.
  • mMTC is designed to enable communication between a large number of low-cost devices powered by batteries and is intended to support applications such as smart metering, logistics, field and body sensors.
  • mMTC is targeting a battery life of 10 years or so and/or a million devices per square kilometer.
  • mMTC enables seamless connectivity of embedded sensors in all fields and is one of the most anticipated 5G use cases. Potentially, by 2020, there will be 20.4 billion IoT devices.
  • Industrial IoT is one of the areas where 5G will play a major role in enabling smart cities, asset tracking, smart utilities, agriculture and security infrastructure.
  • URLLC is ideal for vehicular communications, industrial control, factory automation, telesurgery, smart grid, and public safety applications by enabling devices and machines to communicate very reliably, with very low latency and with high availability.
  • URLLC aims for a delay on the order of 1 ms.
  • URLLC includes new services that will transform industries through ultra-reliable/low-latency links such as remote control of critical infrastructure and autonomous vehicles. This level of reliability and latency is essential for smart grid control, industrial automation, robotics, and drone control and coordination.
  • 5G could complement fiber-to-the-home (FTTH) and cable-based broadband (or DOCSIS) as a means of delivering streams rated from hundreds of megabits per second to gigabits per second.
  • FTTH fiber-to-the-home
  • DOCSIS cable-based broadband
  • Such a high speed may be required to deliver TVs with resolutions of 4K or higher (6K, 8K and higher) as well as virtual reality (VR) and augmented reality (AR).
  • VR and AR applications almost include immersive sporting events. Certain applications may require special network settings. For VR games, for example, game companies may need to integrate core servers with network operators' edge network servers to minimize latency.
  • Automotive is expected to be an important new driving force for 5G, with many use cases for mobile communication to vehicles. For example, entertainment for passengers requires both high capacity and high mobile broadband. The reason is that future users continue to expect high-quality connections regardless of their location and speed.
  • Another example of use in the automotive sector is augmented reality dashboards.
  • the augmented reality contrast board allows drivers to identify objects in the dark above what they are seeing through the front window.
  • the augmented reality dashboard superimposes information to inform the driver about the distance and movement of objects.
  • wireless modules will enable communication between vehicles, information exchange between vehicles and supporting infrastructure, and information exchange between automobiles and other connected devices (eg, devices carried by pedestrians).
  • Safety systems can lower the risk of accidents by guiding drivers through alternative courses of action to help them drive safer.
  • the next step will be remote-controlled vehicles or autonomous vehicles.
  • This requires very reliable and very fast communication between different autonomous vehicles and/or between vehicles and infrastructure.
  • autonomous vehicles will perform all driving activities, allowing drivers to focus only on traffic anomalies that the vehicle itself cannot discern.
  • the technological requirements of autonomous vehicles demand ultra-low latency and ultra-fast reliability to increase traffic safety to unattainable levels for humans.
  • Smart cities and smart homes will be embedded with high-density wireless sensor networks.
  • a distributed network of intelligent sensors will identify conditions for keeping a city or house cost- and energy-efficient.
  • a similar setup can be performed for each household.
  • Temperature sensors, window and heating controllers, burglar alarms and appliances are all connected wirelessly. Many of these sensors typically require low data rates, low power and low cost.
  • real-time HD video may be required in certain types of devices for surveillance.
  • Smart grids use digital information and communication technologies to interconnect these sensors to gather information and act on it. This information can include supplier and consumer behavior, enabling smart grids to improve efficiency, reliability, economics, sustainability of production and distribution of fuels such as electricity in an automated manner.
  • the smart grid can also be viewed as another low-latency sensor network.
  • the health sector has many applications that can benefit from mobile communications.
  • the communication system may support telemedicine providing clinical care from a remote location. This can help reduce barriers to distance and improve access to consistently unavailable health care services in remote rural areas. It is also used to save lives in critical care and emergency situations.
  • a wireless sensor network based on mobile communication may provide remote monitoring and sensors for parameters such as heart rate and blood pressure.
  • Wireless and mobile communications are becoming increasingly important in industrial applications. Wiring is expensive to install and maintain. Thus, the possibility of replacing cables with reconfigurable radio links is an attractive opportunity for many industries. Achieving this, however, requires that wireless connections operate with similar delays, reliability and capacity as cables, and that their management is simplified. Low latency and very low error probability are new requirements that need to be connected with 5G.
  • Logistics and freight tracking are important use cases for mobile communications that use location-based information systems to enable tracking of inventory and packages from anywhere.
  • Logistics and freight tracking use cases typically require low data rates but may require wide range and reliable location information.
  • next-generation communication eg. 6G
  • 6G next-generation communication
  • 6G (wireless) systems have (i) very high data rates per device, (ii) very large number of connected devices, (iii) global connectivity, (iv) very low latency, (v) battery- It aims to reduce energy consumption of battery-free IoT devices, (vi) ultra-reliable connections, and (vii) connected intelligence with machine learning capabilities.
  • the vision of the 6G system can be in four aspects: intelligent connectivity, deep connectivity, holographic connectivity, and ubiquitous connectivity, and the 6G system can satisfy the requirements shown in Table 1 below. That is, Table 1 is a table showing an example of the requirements of the 6G system.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a communication structure that can be provided in a 6G system.
  • 6G systems are expected to have 50 times higher simultaneous wireless connectivity than 5G wireless communication systems.
  • URLLC a key feature of 5G, will become an even more important technology by providing an end-to-end delay of less than 1ms in 6G communication.
  • 6G systems will have much better volumetric spectral efficiencies as opposed to frequently used areal spectral efficiencies.
  • the 6G system can provide very long battery life and advanced battery technology for energy harvesting, so mobile devices will not need to be charged separately in the 6G system.
  • New network characteristics in 6G may be as follows.
  • 6G is expected to be integrated with satellites to provide a global mobile population.
  • the integration of terrestrial, satellite and public networks into one wireless communication system is very important for 6G.
  • the 6G wireless network will deliver power to charge the batteries of devices such as smartphones and sensors. Therefore, wireless information and energy transfer (WIET) will be integrated.
  • WIET wireless information and energy transfer
  • Small cell networks The idea of small cell networks was introduced to improve the received signal quality as a result of improved throughput, energy efficiency and spectral efficiency in cellular systems. As a result, small cell networks are essential characteristics for communication systems beyond 5G and Beyond 5G (5GB). Accordingly, the 6G communication system also adopts the characteristics of the small cell network.
  • Ultra-dense heterogeneous networks will be another important characteristic of 6G communication systems.
  • a multi-tier network composed of heterogeneous networks improves overall QoS and reduces costs.
  • a backhaul connection is characterized as a high-capacity backhaul network to support high-capacity traffic.
  • High-speed fiber optics and free-space optics (FSO) systems may be possible solutions to this problem.
  • High-precision localization (or location-based service) through communication is one of the functions of the 6G wireless communication system. Therefore, the radar system will be integrated with the 6G network.
  • Softening and virtualization are two important features that underlie the design process in 5GB networks to ensure flexibility, reconfigurability and programmability. In addition, billions of devices can be shared in a shared physical infrastructure.
  • AI The most important and newly introduced technology for 6G systems is AI.
  • AI was not involved in the 4G system.
  • 5G systems will support partial or very limited AI.
  • the 6G system will be AI-enabled for full automation.
  • Advances in machine learning will create more intelligent networks for real-time communication in 6G.
  • Incorporating AI into communications can simplify and enhance real-time data transmission.
  • AI can use numerous analytics to determine how complex target tasks are performed. In other words, AI can increase efficiency and reduce processing delays.
  • AI can also play an important role in M2M, machine-to-human and human-to-machine communication.
  • AI can be a rapid communication in BCI (Brain Computer Interface).
  • BCI Brain Computer Interface
  • AI-based communication systems can be supported by metamaterials, intelligent structures, intelligent networks, intelligent devices, intelligent cognitive radios, self-sustaining wireless networks, and machine learning.
  • AI-based physical layer transmission means applying a signal processing and communication mechanism based on an AI driver rather than a traditional communication framework in a fundamental signal processing and communication mechanism.
  • deep learning-based channel coding and decoding, deep learning-based signal estimation and detection, deep learning-based MIMO mechanism, AI-based resource scheduling and It may include an allocation (allocation) and the like.
  • Machine learning may be used for channel estimation and channel tracking, and may be used for power allocation, interference cancellation, and the like in a physical layer of a downlink (DL). In addition, machine learning may be used for antenna selection, power control, symbol detection, and the like in a MIMO system.
  • DL downlink
  • machine learning may be used for antenna selection, power control, symbol detection, and the like in a MIMO system.
  • Deep learning-based AI algorithms require large amounts of training data to optimize training parameters.
  • a lot of training data is used offline. This is because static training on training data in a specific channel environment may cause a contradiction between dynamic characteristics and diversity of a wireless channel.
  • signals of the physical layer of wireless communication are complex signals.
  • further research on a neural network for detecting a complex domain signal is needed.
  • Machine learning refers to a set of actions that trains a machine to create a machine that can perform tasks that humans can or cannot do.
  • Machine learning requires data and a learning model.
  • data learning methods can be roughly divided into three types: supervised learning, unsupervised learning, and reinforcement learning.
  • Neural network learning is to minimize errors in output. Neural network learning repeatedly inputs training data into the neural network, calculates the output and target errors of the neural network for the training data, and backpropagates the neural network error from the output layer of the neural network to the input layer in the direction to reduce the error. ) to update the weight of each node in the neural network.
  • Supervised learning uses training data in which the correct answer is labeled in the training data, and in unsupervised learning, the correct answer may not be labeled in the training data. That is, for example, learning data in the case of supervised learning related to data classification may be data in which categories are labeled for each of the training data.
  • the labeled training data is input to the neural network, and an error can be calculated by comparing the output (category) of the neural network with the label of the training data.
  • the calculated error is back propagated in the reverse direction (ie, from the output layer to the input layer) in the neural network, and the connection weight of each node of each layer of the neural network may be updated according to the back propagation.
  • a change amount of the connection weight of each node to be updated may be determined according to a learning rate.
  • the computation of the neural network on the input data and the backpropagation of errors can constitute a learning cycle (epoch).
  • the learning rate may be applied differently depending on the number of repetitions of the learning cycle of the neural network. For example, in the early stage of learning a neural network, a high learning rate can be used to increase the efficiency by allowing the neural network to quickly obtain a certain level of performance, and in the late learning period, a low learning rate can be used to increase the accuracy.
  • the learning method may vary depending on the characteristics of the data. For example, when the purpose of accurately predicting data transmitted from a transmitter in a communication system is at a receiver, it is preferable to perform learning using supervised learning rather than unsupervised learning or reinforcement learning.
  • the learning model corresponds to the human brain, and the most basic linear model can be considered. ) is called
  • the neural network cord used as a learning method is largely divided into deep neural networks (DNN), convolutional deep neural networks (CNN), and Recurrent Boltzmann Machine (RNN) methods. have.
  • DNN deep neural networks
  • CNN convolutional deep neural networks
  • RNN Recurrent Boltzmann Machine
  • An artificial neural network is an example of connecting several perceptrons.
  • FIG. 5 schematically shows an example of a perceptron structure.
  • the huge artificial neural network structure may extend the simplified perceptron structure shown in FIG. 5 to apply input vectors to different multidimensional perceptrons.
  • an input value or an output value is referred to as a node.
  • the perceptron structure shown in FIG. 5 can be described as being composed of a total of three layers based on an input value and an output value. Between the 1 st layer and the 2 nd layer (d + 1) pieces perceptron H of dimension, 2 nd layer and the 3 rd layer between, the (H + 1) level perceptron can be expressed as shown in Figure 6 the artificial neural network present the K have.
  • FIG. 6 schematically shows an example of a multilayer perceptron structure.
  • the layer where the input vector is located is called the input layer
  • the layer where the final output value is located is called the output layer
  • all the layers located between the input layer and the output layer are called hidden layers.
  • three layers are disclosed, but when counting the actual number of artificial neural network layers, the input layer is counted except for the input layer, so it can be viewed as a total of two layers.
  • the artificial neural network is constructed by connecting the perceptrons of the basic blocks in two dimensions.
  • the aforementioned input layer, hidden layer, and output layer can be jointly applied in various artificial neural network structures such as CNN and RNN to be described later as well as multi-layer perceptron.
  • various artificial neural network structures such as CNN and RNN to be described later as well as multi-layer perceptron.
  • the artificial neural network becomes deeper, and a machine learning paradigm that uses a sufficiently deep artificial neural network as a learning model is called deep learning.
  • an artificial neural network used for deep learning is called a deep neural network (DNN).
  • DNN deep neural network
  • FIG. 7 schematically illustrates an example of a deep neural network.
  • the deep neural network shown in FIG. 7 is a multi-layer perceptron composed of eight hidden layers and eight output layers.
  • the multi-layered perceptron structure is referred to as a fully-connected neural network.
  • a connection relationship does not exist between nodes located in the same layer, and a connection relationship exists only between nodes located in adjacent layers.
  • DNN has a fully connected neural network structure and is composed of a combination of a number of hidden layers and activation functions, so it can be usefully applied to figure out the correlation between input and output.
  • the correlation characteristic may mean a joint probability of input/output.
  • various artificial neural network structures different from the above-described DNN can be formed depending on how a plurality of perceptrons are connected to each other.
  • FIG. 8 schematically shows an example of a convolutional neural network.
  • nodes located inside one layer are arranged in a one-dimensional vertical direction.
  • w nodes are horizontally and h nodes are arranged in two dimensions (convolutional neural network structure of FIG. 8 ).
  • h ⁇ w weights since a weight is added per connection in the connection process from one input node to the hidden layer, a total of h ⁇ w weights must be considered. Since there are h ⁇ w nodes in the input layer, a total of h 2 w 2 weights are needed between two adjacent layers.
  • the convolutional neural network of FIG. 8 has a problem in that the number of weights increases exponentially according to the number of connections, so instead of considering the connection of all modes between adjacent layers, it is assumed that a filter with a small size exists in FIG. As in Fig., the weighted sum and activation function calculations are performed on the overlapping filters.
  • FIG. 9 schematically shows an example of a filter operation in a convolutional neural network.
  • One filter has a weight corresponding to the number corresponding to its size, and weight learning can be performed so that a specific feature on an image can be extracted and output as a factor.
  • a 3 ⁇ 3 filter is applied to the upper left 3 ⁇ 3 region of the input layer, and an output value obtained by performing weighted sum and activation function operations on the corresponding node is stored in z 22 .
  • the filter performs weight sum and activation function calculations while moving horizontally and vertically at regular intervals while scanning the input layer, and places the output value at the current filter position.
  • a calculation method is similar to a convolution operation on an image in the field of computer vision, so a deep neural network with such a structure is called a convolutional neural network (CNN), and a hidden layer generated as a result of a convolution operation is called a convolutional layer.
  • a neural network having a plurality of convolutional layers is called a deep convolutional neural network (DCNN).
  • the number of weights can be reduced by calculating the weighted sum by including only nodes located in the region covered by the filter in the node where the filter is currently located. Due to this, one filter can be used to focus on features for a local area. Accordingly, CNN can be effectively applied to image data processing in which physical distance in a two-dimensional domain is an important criterion. Meanwhile, in CNN, a plurality of filters may be applied immediately before the convolution layer, and a plurality of output results may be generated through the convolution operation of each filter.
  • a structure in which this method is applied to an artificial neural network is called a recurrent neural network structure.
  • FIG. 10 schematically illustrates an example of a neural network structure in which a cyclic loop exists.
  • a recurrent neural network connects elements (x1(t), x2(t), ,..., xd(t)) of a certain gaze t on a data sequence to a fully connected neural network.
  • the weighted sum and activation function are calculated by inputting the hidden vectors (z1(t-1), z2(t-1),..., zH(t-1)) for the immediately preceding time point t-1 during the input process. structure to be applied.
  • the reason why the hidden vector is transferred to the next time point in this way is that information in the input vector at previous time points is considered to be accumulated in the hidden vector of the current time point.
  • FIG. 11 schematically illustrates an example of an operation structure of a recurrent neural network.
  • the recurrent neural network operates in a predetermined time sequence with respect to an input data sequence.
  • the hidden vector (z1(1), z2(1),.. .,zH(1)) is input with the input vector of time 2 (x1(2),x2(2),...,xd(2)), and through the weighted sum and activation functions, the vector of the hidden layer (z1( 2),z2(2) ,...,zH(2)) are determined. This process is repeatedly performed until time point 2, time point 3, ,,, and time T.
  • a deep recurrent neural network when a plurality of hidden layers are arranged in a recurrent neural network, this is called a deep recurrent neural network (DRNN).
  • the recurrent neural network is designed to be usefully applied to sequence data (eg, natural language processing).
  • Deep Q-Network As a neural network core used as a learning method, in addition to DNN, CNN, and RNN, Restricted Boltzmann Machine (RBM), deep belief networks (DBN), Deep Q-Network and It includes various deep learning techniques such as, and can be applied to fields such as computer vision, voice recognition, natural language processing, and voice/signal processing.
  • RBM Restricted Boltzmann Machine
  • DNN deep belief networks
  • Deep Q-Network includes various deep learning techniques such as, and can be applied to fields such as computer vision, voice recognition, natural language processing, and voice/signal processing.
  • AI-based physical layer transmission means applying a signal processing and communication mechanism based on an AI driver rather than a traditional communication framework in a fundamental signal processing and communication mechanism.
  • deep learning-based channel coding and decoding, deep learning-based signal estimation and detection, deep learning-based MIMO mechanism, AI-based resource scheduling and It may include an allocation (allocation) and the like.
  • the data rate can be increased by increasing the bandwidth. This can be accomplished by using sub-THz communication with a wide bandwidth and applying advanced large-scale MIMO technology.
  • THz waves also known as sub-millimeter radiation, typically exhibit a frequency band between 0.1 THz and 10 THz with corresponding wavelengths in the range of 0.03 mm-3 mm.
  • the 100GHz-300GHz band range (Sub THz band) is considered a major part of the THz band for cellular communication.
  • Sub-THz band Addition to mmWave band increases 6G cellular communication capacity.
  • 300GHz-3THz is in the far-infrared (IR) frequency band.
  • the 300GHz-3THz band is part of the broadband, but at the edge of the wideband, just behind the RF band. Thus, this 300 GHz-3 THz band shows similarities to RF.
  • THz communication The main characteristics of THz communication include (i) widely available bandwidth to support very high data rates, and (ii) high path loss occurring at high frequencies (high directional antennas are indispensable).
  • the narrow beamwidth produced by the highly directional antenna reduces interference.
  • the small wavelength of the THz signal allows a much larger number of antenna elements to be integrated into devices and BSs operating in this band. This allows the use of advanced adaptive nesting techniques that can overcome range limitations.
  • OWC technology is envisioned for 6G communications in addition to RF-based communications for all possible device-to-access networks. These networks connect to network-to-backhaul/fronthaul network connections.
  • OWC technology has already been used since the 4G communication system, but will be used more widely to meet the needs of the 6G communication system.
  • OWC technologies such as light fidelity, visible light communication, optical camera communication, and FSO communication based on a light band are well known technologies.
  • Communication based on optical radio technology can provide very high data rates, low latency and secure communication.
  • LiDAR can also be used for ultra-high-resolution 3D mapping in 6G communication based on wide bands.
  • FSO The transmitter and receiver characteristics of an FSO system are similar to those of a fiber optic network.
  • data transmission in an FSO system is similar to that of a fiber optic system. Therefore, FSO can be a good technology to provide backhaul connectivity in 6G systems along with fiber optic networks.
  • FSO supports high-capacity backhaul connections for remote and non-remote areas such as sea, space, underwater, and isolated islands.
  • FSO also supports cellular BS connectivity.
  • MIMO technology improves, so does the spectral efficiency. Therefore, large-scale MIMO technology will be important in 6G systems. Since the MIMO technology uses multiple paths, a multiplexing technique and a beam generation and operation technique suitable for the THz band should also be considered important so that a data signal can be transmitted through one or more paths.
  • Blockchain will become an important technology for managing large amounts of data in future communication systems.
  • Blockchain is a form of distributed ledger technology, which is a database distributed across numerous nodes or computing devices. Each node replicates and stores an identical copy of the ledger.
  • the blockchain is managed as a peer-to-peer network. It can exist without being managed by a centralized authority or server. Data on the blockchain is collected together and organized into blocks. Blocks are linked together and protected using encryption.
  • Blockchain in nature perfectly complements IoT at scale with improved interoperability, security, privacy, reliability and scalability. Therefore, blockchain technology provides several features such as interoperability between devices, traceability of large amounts of data, autonomous interaction of different IoT systems, and large-scale connection stability of 6G communication systems.
  • the 6G system integrates terrestrial and public networks to support vertical expansion of user communications.
  • 3D BS will be provided via low orbit satellites and UAVs. Adding a new dimension in terms of elevation and associated degrees of freedom makes 3D connections significantly different from traditional 2D networks.
  • UAVs Unmanned Aerial Vehicles
  • a BS entity is installed in the UAV to provide cellular connectivity.
  • UAVs have certain features not found in fixed BS infrastructure, such as easy deployment, strong line-of-sight links, and degrees of freedom with controlled mobility.
  • eMBB enhanced Mobile Broadband
  • URLLC Universal Mobile Broadband
  • mMTC massive Machine Type Communication
  • Tight integration of multiple frequencies and heterogeneous communication technologies is very important in 6G systems. As a result, users can seamlessly move from one network to another without having to make any manual configuration on the device. The best network is automatically selected from the available communication technologies. This will break the limitations of the cell concept in wireless communication. Currently, user movement from one cell to another causes too many handovers in high-density networks, causing handover failures, handover delays, data loss and ping-pong effects. 6G cell-free communication will overcome all of this and provide better QoS. Cell-free communication will be achieved through multi-connectivity and multi-tier hybrid technologies and different heterogeneous radios of devices.
  • WIET uses the same fields and waves as wireless communication systems.
  • the sensor and smartphone will be charged using wireless power transfer during communication.
  • WIET is a promising technology for extending the life of battery-charging wireless systems. Therefore, devices without batteries will be supported in 6G communication.
  • An autonomous wireless network is a function that can continuously detect dynamically changing environmental conditions and exchange information between different nodes.
  • sensing will be tightly integrated with communications to support autonomous systems.
  • each access network is connected by backhaul connections such as fiber optic and FSO networks.
  • backhaul connections such as fiber optic and FSO networks.
  • Beamforming is a signal processing procedure that adjusts an antenna array to transmit a radio signal in a specific direction.
  • Beamforming technology has several advantages such as high call-to-noise ratio, interference prevention and rejection, and high network efficiency.
  • Hologram beamforming (HBF) is a new beamforming method that is significantly different from MIMO systems because it uses a software-defined antenna. HBF will be a very effective approach for efficient and flexible transmission and reception of signals in multi-antenna communication devices in 6G.
  • Big data analytics is a complex process for analyzing various large data sets or big data. This process ensures complete data management by finding information such as hidden data, unknown correlations and customer propensity. Big data is gathered from a variety of sources such as videos, social networks, images and sensors. This technology is widely used to process massive amounts of data in 6G systems.
  • the LIS is an artificial surface made of electromagnetic materials, and can change the propagation of incoming and outgoing radio waves.
  • LIS can be seen as an extension of massive MIMO, but the array structure and operation mechanism are different from those of massive MIMO.
  • LIS has low power consumption in that it operates as a reconfigurable reflector with passive elements, that is, only passively reflects the signal without using an active RF chain.
  • each of the passive reflectors of the LIS must independently adjust the phase shift of the incoming signal, it can be advantageous for a wireless communication channel.
  • the reflected signal can be gathered at the target receiver to boost the received signal power.
  • THz wave is located between RF (Radio Frequency)/millimeter (mm) and infrared bands. Beam focusing may be possible.
  • RF Radio Frequency
  • mm millimeter
  • the frequency band expected to be used for THz wireless communication may be a D-band (110 GHz to 170 GHz) or H-band (220 GHz to 325 GHz) band with low propagation loss due to absorption of molecules in the air.
  • THz wireless communication may be applied to wireless cognition, sensing, imaging, wireless communication, THz navigation, and the like.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of THz communication application.
  • a THz wireless communication scenario may be classified into a macro network, a micro network, and a nanoscale network.
  • THz wireless communication can be applied to vehicle-to-vehicle connection and backhaul/fronthaul connection.
  • THz wireless communication in micro networks is applied to indoor small cells, fixed point-to-point or multi-point connections such as wireless connections in data centers, and near-field communication such as kiosk downloading.
  • Table 2 below is a table showing an example of a technique that can be used in the THz wave.
  • THz wireless communication can be classified based on a method for generating and receiving THz.
  • the THz generation method can be classified into an optical device or an electronic device-based technology.
  • 14 is a diagram illustrating an example of an electronic device-based THz wireless communication transceiver.
  • a method of generating THz using an electronic device includes a method using a semiconductor device such as a Resonant Tunneling Diode (RTD), a method using a local oscillator and a multiplier, and an integrated circuit based on a compound semiconductor HEMT (High Electron Mobility Transistor).
  • MMIC Monolithic Microwave Integrated Circuits
  • a doubler, tripler, or multiplier is applied to increase the frequency, and it is radiated by the antenna through the sub-harmonic mixer. Since the THz band forms a high frequency, a multiplier is essential.
  • the multiplier is a circuit that has an output frequency that is N times that of the input, matches the desired harmonic frequency, and filters out all other frequencies.
  • an array antenna or the like may be applied to the antenna of FIG. 14 to implement beamforming.
  • IF denotes an intermediate frequency
  • tripler denote a multiplier
  • PA Power Amplifier PA Power Amplifier
  • LNA low noise amplifier PLL a phase lock circuit (Phase) -Locked Loop).
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a method of generating an optical device-based THz signal
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of an optical device-based THz wireless communication transceiver.
  • Optical device-based THz wireless communication technology refers to a method of generating and modulating a THz signal using an optical device.
  • the optical element-based THz signal generation technology is a technology that generates a high-speed optical signal using a laser and an optical modulator, and converts it into a THz signal using an ultra-high-speed photodetector.
  • it is easier to increase the frequency compared to the technology using only electronic devices, it is possible to generate a high-power signal, and it is possible to obtain a flat response characteristic in a wide frequency band.
  • a laser diode, a broadband optical modulator, and a high-speed photodetector are required to generate a THz signal based on an optical device.
  • an optical coupler refers to a semiconductor device that uses light waves to transmit electrical signals to provide a coupling with electrical insulation between circuits or systems
  • UTC-PD Uni-Traveling Carrier Photo-) Detector
  • UTC-PD is one of the photodetectors, which uses electrons as active carriers and reduces the movement time of electrons by bandgap grading.
  • UTC-PD is capable of photodetection above 150GHz.
  • EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier
  • PD Photo Detector
  • OSA various optical communication functions (photoelectric It represents an optical module (Optical Sub Aassembly) in which conversion, electro-optical conversion, etc.) are modularized into one component
  • DSO represents a digital storage oscilloscope.
  • FIGS. 17 and 18 illustrate the structure of the photoelectric converter (or photoelectric converter) will be described with reference to FIGS. 17 and 18 .
  • 17 illustrates a structure of a photoinc source-based transmitter
  • FIG. 18 illustrates a structure of an optical modulator.
  • a phase of a signal may be changed by passing an optical source of a laser through an optical wave guide. At this time, data is loaded by changing electrical characteristics through a microwave contact or the like. Accordingly, an optical modulator output is formed as a modulated waveform.
  • the photoelectric modulator (O/E converter) is an optical rectification operation by a nonlinear crystal (nonlinear crystal), photoelectric conversion (O / E conversion) by a photoconductive antenna (photoconductive antenna), a bunch of electrons in the light beam (bunch of) THz pulses can be generated by, for example, emission from relativistic electrons.
  • a terahertz pulse (THz pulse) generated in the above manner may have a length in units of femtoseconds to picoseconds.
  • An O/E converter performs down conversion by using non-linearity of a device.
  • a number of contiguous GHz bands for fixed or mobile service use for the terahertz system are used. likely to use
  • available bandwidth may be classified based on oxygen attenuation of 10 ⁇ 2 dB/km in a spectrum up to 1 THz. Accordingly, a framework in which the available bandwidth is composed of several band chunks may be considered.
  • the bandwidth (BW) becomes about 20 GHz.
  • Effective down conversion from the IR band to the THz band depends on how the nonlinearity of the O/E converter is utilized. That is, in order to down-convert to a desired terahertz band (THz band), the O/E converter having the most ideal non-linearity for transfer to the terahertz band (THz band) is design is required. If an O/E converter that does not fit the target frequency band is used, there is a high possibility that an error may occur with respect to the amplitude and phase of the corresponding pulse.
  • a terahertz transmission/reception system may be implemented using one photoelectric converter. Although it depends on the channel environment, as many photoelectric converters as the number of carriers may be required in a far-carrier system. In particular, in the case of a multi-carrier system using several broadbands according to the above-described spectrum usage-related scheme, the phenomenon will become conspicuous. In this regard, a frame structure for the multi-carrier system may be considered.
  • the down-frequency-converted signal based on the photoelectric converter may be transmitted in a specific resource region (eg, a specific frame).
  • the frequency domain of the specific resource region may include a plurality of chunks. Each chunk may be composed of at least one component carrier (CC).
  • a wireless optical communication system can be largely divided into a visible light communication (VLC) and a free space optical communication (FSO) system according to a frequency and purpose of a photon.
  • VLC visible light communication
  • FSO free space optical communication
  • Visible light communication plays the role of lighting and communication at the same time.
  • Information is transmitted through light having a band corresponding to visible light, and information may be transmitted by intensity of light or blinking (ON/OFF) of light.
  • a commonly used device is a visible light device such as an LED.
  • Free space optical communication mainly plays a role in communication, and is mainly used in free space or in a line of sight (LOS) environment where signal straightness is guaranteed.
  • LOS line of sight
  • UV ultraviolet
  • IR infrared
  • Devices that are generally used are not only LEDs, but also devices that utilize the straightness of light, such as a LASER.
  • OOK modulation is a method of expressing digital signals 1 and 0 according to the ON and OFF of the light source. It can be transformed in the manner of
  • MCM multi-carrier modulation
  • the OFDM modulation structure of the existing RF communication system is as follows.
  • FIG. 19 illustrates an example of an OFDM modulation transmitter structure of a legacy RF communication system.
  • the signal is amplified through an RF PA (Power Amplifier) to an analog signal that has undergone OFDM modulation.
  • RF PA Power Amplifier
  • the maximum amplitude of signal amplification may be limited by the performance limitation of the PA.
  • the structure of the multi-carrier modulation transmission end of the visible light communication system is as follows.
  • 20 shows an example of the structure of a DCO-OFDM modulation transmitter of a VLC communication system.
  • 21 shows an example of an ACO-OFDM modulation transmitter structure of a VLC communication system.
  • an E-to-O device using a band other than visible light such as LASER (e.g., infrared) is used as the terminal device in the LED, it may correspond to the category of FSO.
  • LASER e.g., infrared
  • the transmitting end of the wireless optical communication system transmits radio light and the receiving end has a basic structure for decoding it.
  • a basic wireless optical communication system may have the following structure.
  • 22 schematically shows an example of a wireless optical communication system.
  • the transmitter converts the data (electrical signal) to be transmitted into an optical source through the E-to-O device and transmits it to the receiver in a wireless environment, which is called radio light.
  • radio light can be understood as a wave in terms of a set of photons, and can be divided into a plane wave and a spherical wave according to the shape of the wavefront.
  • a plane wave is a wave with a straight or planar wavefront, and may be artificially generated by resonance like a laser beam.
  • a spherical wave is a wave in which the wavefront forms a concentric spherical surface around the wave source when the wave source is a point in space. When a spherical wave propagates far away, the wavefronts are almost parallel, so it can be understood as a plane wave from the point of view of the receiving end.
  • the desired optical signal that transmits data is transmitted to the receiving end in a wireless environment, and the receiving end simultaneously receives the desired optical signal, interference from other sources, and sunlight interference from the sun.
  • the receiving end has an optical filter to select the radio light used in the desired optical signal, an O-to-E device that converts the receiving end radio light into an electrical signal, and a direct detection (Direct) device to interpret the signal. detection) to decode the data.
  • Direct direct detection
  • the transmitter converts the data (electrical signal) to be transmitted into an optical source through the E-to-O device, and generates an optical beam through the optical beam generator to enter the wireless environment. It is transmitted to the receiving end, and this is called radio light.
  • radio light may be expressed as a beam in optics, and a transverse electromagnetic field/Wave (TEM mode) corresponding to a resonant mode among transvers modes of electromagnetic radiation. ) is a case in which
  • the TEM mode can be divided into indices l and m as TEM lm according to the beam formation method.
  • the basic form of the TEM mode is generally a Gaussian beam, which is expressed as TEM 00 and is a cross-sectional image perpendicular to the optical axis. It is an optical beam whose wave amplitude distribution is expressed as a Gaussian function.
  • the desired optical beam transmitting data is transmitted to the receiving end in a wireless environment, and the receiving end simultaneously receives the desired optical beam, interference from other sources, and solar interference from the sun.
  • the receiving end has an optical filter to select the radio light used in the desired optical beam, an O-to-E device that converts the receiving end radio light into an electrical signal, and direct detection/coherent detection to interpret the signal. to decode the data through
  • Transmitter (Tx) and Receiver (Rx) share initial information for wireless optical communication through a legacy link (e.g., LTE, LTE-A, NR, WiFi, Bluetooth, etc.).
  • Initial information for wireless optical communication may be as follows.
  • Polarization promise between transmitter and receiver direction of polarization for data/control transmission and reception
  • data/control transmission/reception may be promised only through vertical polarization for interference control.
  • OAM Organic Angular Momentum
  • Baseband Modulation Promise between Transceivers and Transmitters Baseband Modulation Techniques for Data/Control Transmission and Reception
  • an on/off keying (OOK) method may be used as a single carrier modulation method, or an OFDM method may be used as a multi-carrier method, and this may be promised in advance.
  • Tx (Transmitter) and Rx (Receiver) transmit a broadcast message in a predefined format, eg, a method corresponding to LTE/LTE-A's PBCH or Common Control Channel, to the optical source. It broadcasts through the network to share initial information for wireless optical communication.
  • Initial information for wireless optical communication may be as follows.
  • Polarization promise between transmitter and receiver direction of polarization for data/control transmission and reception
  • data/control transmission/reception may be promised only through vertical polarization for interference control.
  • OAM Organic Angular Momentum
  • Baseband modulation promise between transmitter and receiver baseband modulation technique for data/control transmission and reception
  • an on/off keying (OOK) method may be used as a single carrier modulation method, or an OFDM method may be used as a multi-carrier method, and this may be promised in advance.
  • OOK on/off keying
  • a photon OAM beam generator is used at the transmitting end, and the desired OAM beam and the desired OAM beam at the receiving end are used. (Desired)
  • TEM mode When radio light is interpreted as electromagnetic waves, it can be divided into modes according to the shape of the beam.
  • the basic shape of the TEM mode is generally a Gaussian beam, which is expressed as TEM 00 , and a rectangular transverse mode pattern.
  • Hermite-Gaussian (HG) mode(s) with (s) is expressed as TEMmn
  • Laguerre-Gaussian (LG) mode(s) with Cylindrical transverse mode pattern(s) as TEMpl express
  • Lager-Gaussian (LG) mode(s) (TEMpl) is expressed as a photon OAM.
  • the transmitting end converts an electric source of data to be transmitted into an optical source as an E-to-O device.
  • the converted optical source is converted into a photon OAM beam through a photon OAM beam generator as follows.
  • TEM 00 Gaussian beam
  • TEMpl photon OAM beam
  • the optical filter of the receiving end may be subdivided as follows.
  • - General optical filter An optical element for receiving a band corresponding to a desired optical beam, and is defined as follows. 'There are filters that transmit with a constant transmittance regardless of wavelength, correction filters that control light intensity in a specific wavelength region, and broad-ratio filters. Filters are usually classified into infrared range filters, visible/ultraviolet range filters, vacuum ultraviolet range filters, etc., depending on the frequency range used. Filters in each area are various in materials, structures, etc. used.
  • a filter using the polarization characteristic of passing only light vibrating in a specific direction to receive only the polarized light corresponding to the desired optical beam can be defined as follows. 'Polarization mainly occurs when obliquely projected light is reflected off a uniform surface. Therefore, if you use a polarizing filter to block the light reflected from the surface of a glass window or an object, you can get a clearer and darker image.
  • the camera's polarization filter can be adjusted by rotating the polarization direction. If a polarizing filter is used, only wavelengths that vibrate in one direction remain, so the autofocus (AF) camera may not recognize the light well and lose focus. Circular polarization (CPL) filter has solved this phenomenon.
  • the optical/photon source received by the photodiode array Intensity concentration can be controlled.
  • the intensity of the green light is concentrated at the center of the photodiode array, and the red light has a larger intensity than that. Intensity may be spread over an area, and blue light may cause intensity to spread over a larger area.
  • the focus of the green light is f_green
  • the focus of the blue light and the red light is f_blue and f_red, respectively.
  • the reception of the green light signal can be relatively better controlled at the focus corresponding to the green light.
  • a focus according to wavelength may be controlled by controlling the thickness of the convex lens (or Fresnel lens) or the distance between the convex lens and the photodiode array.
  • the intensity concentration of the OAM mode received by the photodiode array can be controlled based on the characteristic that the focus is different according to the mode index of the OAM optical/photon source passing through a lens (or Fresnel lens) having an arbitrary refraction angle. .
  • OAM mode +1 represented by a dotted line
  • OAM mode 0 represented by a solid line
  • OAM mode -1 represented by a dashed line
  • OAM mode 0 is located at the center of the photodiode array. Intensity may be gathered, OAM mode -1 may cause intensity to spread over a larger area, and OAM mode +1 may cause intensity to spread over a larger area.
  • the focus according to the OAM mode may be controlled by controlling the thickness of an arbitrary lens (or Fresnel lens), or the like or by controlling the distance between the arbitrary lens and the photodiode array.
  • Zone Plate As a device for focusing the received optical/photon source to the focal point through the diffraction effect, it can be defined as follows. 'A zone plate is a device used to focus light or other things that exhibit wave properties. However, unlike lenses or curved mirrors, zone plates use diffraction instead of refraction or reflection. Zone plates consist of a set of radially symmetrical rings known as Fresnel zones, alternating between opaque and transparent. Light hitting the zone plate is diffracted around the opaque region. The zones may be spaced apart so that diffracted light interferes structurally at a desired focus to create an image (A zone plate is a device used to focus light or other things exhibiting wave character.
  • zone plates use A zone plate consists of a set of radially symmetric rings, known as Fresnel zones, which alternate between opaque and transparent. the diffracted light constructively interferes at the desired focus, creating an image there).' - Zone Plate
  • FIG. 27 schematically shows an example of a zone plate.
  • the intensity of the optical/photon source received by the photodiode array is based on the wave characteristics of the optical/photon source passing through the Fresnel zone plate or the intensity distribution in the focal plane according to the OAM mode index. Thirty distribution can be controlled.
  • the optical/photon source passing through the Fresnel zone plate is in the form of plane wave light, i.e., natural light (e.g., sunlight) or polarized light (e.g., linear polarized light or circular (e.g., linear polarized light) circular polarization), the intensity of the light source is concentrated at the center of the photodiode array positioned at the focal plane of the photon sieve.
  • plane wave light i.e., natural light (e.g., sunlight) or polarized light (e.g., linear polarized light or circular (e.g., linear polarized light) circular polarization)
  • the intensity is distributed in Gaussian distribution based on the center of the photodiode array located on the focal plane of the photon sieve.
  • the characteristics of the OAM state are determined based on the center of the photodiode array located on the focal plane of the photon sieve. By maintaining it, the intensity is distributed in the form of a ring.
  • the intensity distribution of OAM mode 0 indicated by the solid line, OAM mode +3 indicated by the dotted line, and OAM mode +5 indicated by the dotted line is different, as shown in the figure.
  • Intensity is gathered in a Gaussian distribution at the center
  • OAM mode +3 causes the intensity to spread in the form of a ring in a larger area
  • OAM mode +5 makes the intensity spread in the form of a ring in a larger area.
  • the intensity is concentrated in a very small area in the center of the photodiode array .
  • This region has a smaller region than the region where the intensity is distributed in a Gaussian distribution at the center of the photodiode array in OAM mode 0.
  • Intensity distribution of the optical/photon source received by the photodiode array may be controlled by controlling the pattern according to the ring configuration of the Fresnel zone plate or the distance between the Fresnel zone plate and the photodiode array.
  • Photon sieve As a device for focusing the received optical/photon source into a focal point through the diffraction effect, it can be defined as follows. 'The photon sieve is a device that focuses light using diffraction and interference. Instead of being composed of a flat sheet full of pinholes arranged in a pattern similar to the rings of a Fresnel zone plate, the sheave makes the focus much sharper than the zone plate.
  • a photon sieve is a device for focusing light using It consists of a flat sheet of material full of pinholes that are arranged in a pattern which is similar to the rings in a Fresnel zone plate, but a sieve brings light to much sharper focus than a zone plate. is versatile because the characteristics of the focusing behavior can be altered to suit the application by manufacturing a sieve containing holes of several different sizes and different arrangement of the pattern of holes).
  • the intensity distribution of the optical/photon source received by the photodiode array is determined. can be controlled
  • the optical/photon source passing through the photon sieve is in the form of plane wave light, i.e. natural light (e.g. sunlight) or polarized light (e.g. linear polarization or circular polarization), the photon sieve
  • plane wave light i.e. natural light (e.g. sunlight) or polarized light (e.g. linear polarization or circular polarization)
  • the photon sieve The intensity of the light source is concentrated at the center of the photodiode array positioned on the focal plane.
  • the intensity is distributed in Gaussian distribution based on the center of the photodiode array located on the focal plane of the photon sieve.
  • the intensity is improved by maintaining the characteristics of the OAM state based on the center of the photodiode array located on the focal plane of the photon sieve. distributed in the form of rings.
  • the intensity distribution of OAM mode 0 indicated by the solid line, OAM mode +3 indicated by the dotted line, and OAM mode +5 indicated by the dotted line is different, as shown in the figure.
  • Intensity is gathered in a Gaussian distribution at the center
  • OAM mode +3 causes the intensity to spread in the form of a ring in a larger area
  • OAM mode +5 makes the intensity spread in the form of a ring in a larger area.
  • the intensity is concentrated in a very small area in the center of the photodiode array .
  • This region has a smaller region than the region where the intensity is distributed in a Gaussian distribution at the center of the photodiode array in OAM mode 0.
  • Intensity distribution of the optical/photon source received by the photodiode array by controlling the pattern, etc. according to the pinhole configuration of the photon sieve or controlling the distance between the photon sieve and the photodiode array can control
  • the intensity distribution position of the optical/photon source received by the photodiode array can be controlled. have.
  • the intensity distribution position of OAM mode 0 represented by a solid line, OAM mode +2 represented by a dotted line, OAM mode -2 represented by a broken dotted line, and OAM mode +3 represented by a small dotted line can be different as shown in the figure.
  • the phase characteristics are the same as that of the plane wave of OAM mode 0, so the OAM mode Intensity may be distributed in the third quadrant of the receiving plane where the intensity distribution of 0 is located.
  • the lens serves to focus the optical/photon source passing through the phase (pattern) mask at the receiving plane.
  • Photo by controlling the phase element(s), etc. of the phase (pattern) mask, or the distance between the phase (pattern) mask and the photodiode array, the phase (pattern) mask and the lens, and the lens and the photodiode array It is possible to control the position of the intensity distribution of the optical/photon source received by the diode array.
  • Two or more optical filters may be used at the same time in order to obtain the properties listed above in combination. For example, after receiving a specific wavelength with a general optical filter for controlling the reception wavelength, a target polarization is received through a polarization filter, and a plane wave and a spiral according to the optical wave characteristics through a photon sieve Wave modes can be distinguished.
  • radio light has beam divergence according to the characteristics of the optical/photon source.
  • FIG. 30 schematically shows an example of a divergence angle in a far field case.
  • k0 is a wave vector of 2pi/lambda
  • w0 is a minimum beam waist, depending on a method of forming a beam.
  • 31 and 32 schematically show another example of a divergence angle in a far field case.
  • k0 is a wave vector of 2pi/lambda
  • w0 is the minimum beam waist, depending on how the beam is formed, to be.
  • the beam radius is different according to the OAM order (Order) l.
  • the beam size of the receiving unit is different according to the distance between the transmitting and receiving terminals.
  • the phase is a change with time in the traveling direction of the light source.
  • Fig. 34 schematically shows an example of vibration of the E-field.
  • the y-axis means the vibration direction of the E-field
  • the vibration of the E-field if the vibration of the E-field is drawn according to time, it can be expressed as in the graph above.
  • the receiving end needs to perform coherent combining while performing phase compensation.
  • reception decoding performance may be increased by design of the reception end.
  • the above-mentioned wireless optical communication system can control beam divergence according to optical characteristics of a signal source.
  • a very small beam width can be expected, unlike RF communication of LTE or NR.
  • a mobile OWC system environment that considers mobility, unlike OWC in a fixed point environment, a fixed beam cannot be used, so beam steering for a predefined cell area is performed. and tracking technology.
  • 35 schematically illustrates an example of a pencil beam according to an example herein.
  • a fine beam with a distance of 50 m between the Transmitter and Receiver, and a half angle of beam divergence of about 100 micro-radians (beam waist of about 5 mm).
  • the expected receiving end beam diameter is 5mm to 3.5cm.
  • 10,000 beams exist in consideration of an aperture of 1 cm ⁇ 2 in a cell area of 1 m x 1 m near the position of the receiving end.
  • a large number of Tx/Rx beams may exist in a single cell.
  • a beam tracking procedure for ensuring beam alignment is required for an initial access step or maintenance for a link connection.
  • the symbol level beam search may be performed through the number of symbols equal to the number of beams.
  • the beam search must be performed for a time of 10,000 symbols, resulting in a very large resource loss.
  • a multi-stage beam search method that searches for a broad beam first and finds a narrow beam within the beam requires hand shaking between Tx and Rx, and Delay is required. That is, in a system using pensil beams, a method for solving resource loss and delay due to a large number of beams is required.
  • the beam steering resolution is determined according to the quantized level of the phase shifter used. That is, in the case of a system using a pensil beam, it may be difficult to meet the demand because the beam width is very narrow and it is necessary to finely adjust the phase.
  • the phase shifter-based method since the phase shifter-based method has to mount a phase shifter for each antenna, there are disadvantages in size and cost, and a heat problem may also occur. Therefore, there is a need for an alternative method that can solve the disadvantages of the method using a plurality of phase shifters.
  • This specification relates to an optical wireless communication (OWC) system. Specifically, it relates to an apparatus for rapidly rotating the direction of a signal beam in a wireless optical communication system.
  • the present specification includes an antenna design based on a frequency gradual metasurface.
  • 36 is a flowchart of a method for transmitting a beam to a receiving apparatus according to an embodiment of the present specification.
  • the device may generate a pulsed laser signal ( S3610 ).
  • the device may inject the pulsed laser signal onto the metasurface (S3620).
  • the beam may be generated based on the pulse laser signal being incident on the metasurface. A more specific example of this will be described later.
  • the metasurface is determined based on ⁇ _0, d, ⁇ and N, where ⁇ _0 is a value for a center frequency, d is a value for a virtual antenna spacing, and ⁇ is a frequency comb ), and N may be a value related to the number of frequency combs existing within a gain bandwidth with respect to the center frequency. A more specific example of this will be described later.
  • the device may transmit the beam to the receiving device (S3630). A more specific example of this will be described later.
  • the metaphase may include a substrate and at least one nano pin, and the at least one nano pin may be coupled to one surface of the substrate.
  • the length of the at least one nano-fin, the width of the at least one nano-fin, the height of the at least one nano-fin, and the relative angle between the at least one nano-fin and the substrate are the ⁇ _0, the d, it may be configured based on the ⁇ and the N.
  • the beam may be focused for each wavelength.
  • the direction of the beam may change with time.
  • the apparatus may include a laser source for generating the pulsed laser signal and the metasurface.
  • the apparatus further comprises at least one phase shifter, wherein when the pulsed laser signal is incident on the metasurface, the pulsed laser signal passes through the at least one phase shifter, and the at least One phase shifter may change an incident angle of the pulsed laser signal incident on the metasurface.
  • the apparatus further includes a beam splitter, the at least one phase shifter includes a first phase shifter and a second phase shifter, and the pulsed laser signal passes through the beam splitter to generate a first pulse It may be divided into a laser signal and a second pulse laser signal, the first pulse laser signal may pass through the first phase shifter, and the second pulse laser signal may pass through the second phase shifter.
  • the first pulse laser signal passes through the first phase shifter and is incident to the metaphase
  • an incident angle of the first pulse laser signal to the metaphase is an x-axis
  • the second pulse laser signal is An incident angle of the second pulse laser signal to the metaphase may be a y-axis through a two-phase shifter.
  • the device in FIG. 36 may mean a device in a wireless communication system (of course, the embodiment of the present specification does not exclude an example in a wired communication system from the scope of rights).
  • the device in FIG. 36 may correspond to the terminal described above (and to be described later), and the device in FIG. 36 may correspond to the base station described above (and to be described later).
  • a metasurface is a 2D dense array structure composed of an arbitrary microstructure (Meta Building Block, MBB) and the interaction (scattering, absorption, light emission, heat generation) of the incident electromagnetic wave to the wavelength, phase, polarization, and It is a device that changes the amplitude.
  • MBB Metal Building Block
  • the interval and size of each microstructure is smaller than the wavelength of the incident electromagnetic wave.
  • Each microstructure can be divided into a passive structure in which a function is determined in a process step and an active structure in which a function is changed according to the method or degree of applying an electric field even after the process.
  • a diffraction grating is a device that separates an incident electromagnetic wave according to its wavelength, such as a prism.
  • d Spacing between the slits (Grating period)
  • ⁇ wavelength.
  • Blaze-based diffraction grating can be designed to collect energy in a specific order/wavelength, and can be controlled by designing the blaze angle and blaze wavelength.
  • the meta grating refers to a metasurface that functions as a diffraction grating, and may be implemented based on a slit or a blaze.
  • the half-wave plate is a birefringent (birefringent) material and has different refractive indices according to two polarization axes.
  • the x-axis is a fast axis (f)
  • the y-axis is a slow axis (s).
  • the beam aligned with the x-axis passes through the HWP
  • the beam aligned with the y-axis passes through the HWP faster by phase ⁇ than when it passes through the HWP.
  • p may be expressed as the sum of the f component and the s component.
  • the E-field is analyzed as follows.
  • Fig. 41 schematically shows an example of focus control.
  • a point source which is a light source
  • the signal passes through the substrate and arrives at the focal point.
  • a reference point that is a reference point in a three-dimensional space
  • ⁇ _o+ ⁇ _f a path through which a signal passing through the i-th microstructure made of a dielectric or conductor travels to a focal point
  • ⁇ _o sqrt((x i - x o ) 2 + (y i - y o ) 2 + (z i - z o ) 2 )
  • ⁇ _f sqrt((x i - x f ) 2 + (y i - y f ) 2 + (z i - z f ) 2 ).
  • 43 schematically shows an example of a meta lens.
  • a meta lens By applying this process to all microstructures to construct a metasurface, a meta lens can be constructed.
  • phased array antennas used for beamforming have different phases of signals radiated from each antenna element, and the direction in which signals overlap and cause constructive interference is determined by the phases due to the difference in emission time of signals. For example, ⁇ between the antennas When there is a difference in the phases, the beam direction of the emitted signal is formed by the difference.
  • the frequency gradient metasurface is a metasurface that simultaneously performs the functions of meta grating of 1.2 and meta lens of 1.3.
  • a metasurface has a high degree of freedom by designing a combination of microstructures, and a single metasurface can perform multiple functions.
  • the signal source is a mode-locked laser source expressed as the sum of electromagnetic waves having various frequencies
  • the signal generated by the signal source is a pulsed laser having a specific repetition rate. do.
  • a sine wave having three frequencies may be synthesized to generate a pulsed signal having a period ⁇ .
  • the period ⁇ 2 ⁇ / ⁇ .
  • FIG. 47 schematically shows an example of Fourier transforming the signal in FIG. 46 .
  • each focal point on the focal plane described above becomes a virtual antenna existing in space, and all focal points are defined as a virtual antenna array.
  • FIG. 50 schematically illustrates an example of a direction of a beam in a transmitting apparatus according to an example of the present specification.
  • the source control information is received, a pulsed laser signal is generated through the laser source, and the plane wave characteristic is maintained while limiting the beam width through a collimator.
  • the signal passing through the collimator is incident on the frequency gradient metasurface at a pre-designed angle through the phase shifter.
  • the signal is emitted by focusing the beam for each wavelength through a pre-designed frequency gradient metasurface.
  • a virtual antenna array is created in the space close to the transmitter, and as the signals are synthesized, a 4D beam whose direction changes with time is transmitted toward the receiving end.
  • the 4D beam means that the direction of the beam changes according to time change in 3D space.
  • the laser source may be configured as a pulsed laser (e.g., mode-locked laser) having a specific period. Since a pulsed laser cannot produce an idle delta pulse, it has a laser gain bandwidth when observed on the frequency axis.
  • a pulsed laser e.g., mode-locked laser
  • a laser source with controllable pulse duration, pulse repetition period ⁇ , and gain bandwidth B of a pulsed laser eg, active mode, locked laser, hybrid mode
  • the repetition rate of the beam radiated from the virtual antenna array and the number of antennas N can be controlled by ⁇ and B values. Accordingly, the 4D beam may be controlled through the source control information according to the system environment.
  • a laser source is described, but it can be implemented as a device that generates electromagnetic waves (radio frequency, infrared rays, visible rays, ultraviolet rays, x-rays, gamma rays, etc.) having all time/frequency characteristics.
  • electromagnetic waves radio frequency, infrared rays, visible rays, ultraviolet rays, x-rays, gamma rays, etc.
  • the transmitter in the meta grating design of the frequency gradient metasurface, can be configured through a phase shifter design, an optical system design, or a metagrating design according to the design of the angle of incidence toward the metasurface. .
  • phase shifter may be designed differently depending on the implementation.
  • phase shifter 54 schematically shows an example of a phase shifter.
  • an apparatus may be provided that applies an E-field to a medium based on an electro-optic effect and uses a change in refractive index of the medium.
  • phase shifter 55 schematically illustrates another example of a phase shifter.
  • an apparatus for changing the thickness of a medium through which light passes by moving a medium based on a Babinet-Soleil compensator may be provided.
  • phase shifter 56 schematically shows another example of a phase shifter.
  • an apparatus may be provided for changing the thickness of the medium through which light passes by rotating the medium.
  • 57 schematically shows another example of a phase shifter.
  • an apparatus for controlling a delay time for a path through which light travels based on an optical waveguide may be provided.
  • the incident angle may be set to be ⁇ _M through the design of the optical system.
  • the incident angle may be set so that ⁇ _M is 0, and the incident angle of the signal may be maintained to be 0.
  • 60 schematically illustrates an example of a metasurface.
  • the frequency gradient metasurface has a nano-pin length to simultaneously perform the functions of a meta grating of 1.2 and a meta lens of 1.3, as described in 1.5.
  • the relative angle ⁇ between l, width w, height h and the substrate should be designed.
  • each nano-fin may be designed differently depending on the frequency within the gain bandwidth of the laser source.
  • the relative angle ⁇ of each nano-fin and the substrate can be individually set differently, and is implemented in a predefined manner for performing the functions of meta grating and meta lens.
  • the substrate uses a material with high permeability, for example, silicon dioxide such as SiO2 may be used.
  • the distance between the nano-fins in the substrate is set smaller than the wavelength corresponding to the frequency within the gain bandwidth of the laser source, and the number of nano-fins is determined by the performance of the meta grating and the meta lens and the size of the entire meta surface. It has a trade-off relationship. For example, as the number of nanofins increases, a larger amount of signal energy may be focused on a target, but the size of the entire metasurface may increase.
  • the shape of the nano-fins is described in the same way, but different types of nano-fins (eg, different types of l, w, and h for each nano-fin) may be implemented in one metasurface.
  • the shape of the nanofin is described as a rectangular parallelepiped, but it may be implemented as a polyhedron or a curved body of another shape depending on the design method.
  • meta grating and meta lens may be implemented through a plurality of metasurfaces.
  • the function may be implemented through a diffractive grating element that has the same function as the meta grating and an optical lens that functions as a meta lens.
  • the metasurface may be designed such that the nanofins may be fixed at the time of design (passive metasurface) or the nanofins may be dynamically controlled (active metasurface).
  • the relative angle ⁇ of the nanofin may be dynamically changed by control.
  • the physical form of the nano-fins is described above, but it may be implemented to perform the corresponding function by applying an electric field based on a diode serving as the nano-fin.
  • a diode serving as the nano-fin by dynamically controlling the method of applying the electric field (or the degree of applying the electric field) or the operation of each diode, it is possible to dynamically control the meta grating and meta lens functions of the meta surface.
  • the virtual antenna array exists in space by the transmitter, it is not implemented as a device.
  • the structure of the virtual antenna array is determined by design parameters of the transmitter. Therefore, there should be no obstacle in the space between the transmitter device and the virtual antenna array, and the distance can be controlled according to the metasurface design.
  • the pulsed signal of the laser source in 2.1 can be expressed as
  • ⁇ _0 is an angular frequency with respect to the center frequency of the source signal
  • N is related to the number of frequency combs existing within the gain bandwidth with respect to the center frequency. That is, since frequency signals from -N to N are synthesized, the total number of frequency combs is 2N+1.
  • a_n denotes the amplitude of the nth frequency signal
  • ⁇ is the interval of the frequency comb.
  • the entire pulsed signal may be expressed in the form of a Fourier transform of all frequency signals as described above.
  • it can be expressed as the product of the phase change term e ⁇ (-i* ⁇ _0*t) with time that is dominant at the center frequency and the envelope A(t) of the pulsed signal. . in other words, as such, it can be understood as a form in which the peak of the pulse synthesized by ⁇ is time-shifted according to time t.
  • 61 schematically illustrates an example of a virtual antenna array.
  • each focal point in one focal plane in space, different focal points for each angular frequency are maintained, and the distance between each focal point is maintained at d.
  • Each focal point becomes a virtual antenna through which only one angular frequency is passed.
  • an angular frequency is expressed as a frequency for convenience of explanation.
  • the beam rotates faster than the reference scanning speed and rotates the entire radiation space within a shorter time than the repetition time, resulting in a blank beam time (the phenomenon in which the beam disappears)
  • the beam rotates slower than the reference scanning speed and rotates the entire radiation space for a longer time than the repetition time. ) the beam exists within the entire radiation space.
  • the metasurface should be designed according to the center frequency ⁇ _0, the virtual antenna spacing d, the frequency comb spacing ⁇ , and N, which determines the number of virtual antennas.
  • l, w, h, ⁇ , etc. are the nano-fin design parameters described in 2.4, and other parameters may be considered depending on the shape of the nano-fin. Each parameter may be different for each nano pin.
  • the laser source and the metasurface are described, but it is obvious that the same can be applied to a device capable of generating a pulsed signal and a device having the functions of a meta grating and a meta lens.
  • 63 and 64 schematically show an example of an axis of rotation of a beam.
  • 3D beamforming This is generally expressed as an azimuth angle and an elevation angle in 3D beamforming, which can be understood as an x-axis rotation and a y-axis rotation, respectively.
  • Beam steering by the time axis based on two rotation axes in 3D space is called 4D beamforming.
  • 65 schematically illustrates an example of a virtual antenna array space.
  • a virtual antenna array space is expressed as each virtual antenna V_(m,n) as shown in the figure.
  • V_(m,n) a virtual antenna array space
  • V_(m,n) (t) a_(m,n)*e ⁇ (-i*( ⁇ _(m,n)*t+ ⁇ _(m,n))).
  • a_(m,n) denotes an amplitude
  • ⁇ _(m,n) denotes an angular frequency
  • ⁇ _(m,n) denotes a phase.
  • each of the control variables a_(m,n), ⁇ _(m,n), and ⁇ _(m,n) must be supplied to the virtual antenna by the metasurface design.
  • V_(m,0) is activated.
  • 66 schematically illustrates another example of a virtual antenna array space.
  • FIG. 67 schematically shows an example of transmission of a beam in the example of FIG. 66 .
  • V_(0,n) is activated.
  • FIG. 69 schematically illustrates an example of transmission of a beam in the example of FIG. 68 .
  • 70 schematically shows an example of transmission of a beam.
  • the receiving end can recognize the x-axis beam and the y-axis beam, and the beam direction can be recognized by the intersection of the x-axis and the y-axis.
  • beam tracking may be performed as the sum of the scanning time for the x-axis rotation and the scanning time for the y-axis rotation.
  • beam tracking may be performed as the sum of the scanning time for the x-axis rotation and the scanning time for the y-axis rotation.
  • due to the formation of a line beam it may have a loss in terms of reception SNR at a single reception point.
  • the metasurface should be designed according to the center frequency ⁇ _0, the virtual antenna spacing d, the frequency comb spacing ⁇ _x, and N, which determines the number of virtual antennas.
  • the configuration of the virtual antenna array (Arrary) through the metasurface should be designed to satisfy the above-described ⁇ _(m,n), a_(m,n), and ⁇ _(m,n).
  • 71 schematically illustrates another example of a virtual antenna array space.
  • FIG. 72 schematically shows an example of transmission of a beam in the example of FIG. 71 .
  • beam tracking may be performed as the sum of the scanning time for the x-axis rotation and the scanning time for the y-axis rotation.
  • beam tracking may be performed as the sum of the scanning time for the x-axis rotation and the scanning time for the y-axis rotation.
  • due to the formation of a line beam it may have a loss in terms of reception SNR at a single reception point.
  • the metasurface should be designed according to the center frequency ⁇ _0, the virtual antenna spacing d, the frequency comb spacing ⁇ _x, and N, which determines the number of virtual antennas.
  • the configuration of the virtual antenna array through the metasurface should be designed to satisfy ⁇ _(m,n), a_(m,n), and ⁇ _(m,n) described above.
  • 73 schematically shows another example of a virtual antenna array space.
  • the virtual antenna may be activated as shown in FIG. 73 .
  • FIG. 74 schematically illustrates an example of transmission of a beam in the example of FIG. 73 .
  • the receiving end can recognize the target beam at once.
  • beam tracking can be performed with a scanning time of sweeping the entire cell region in x-axis rotation and y-axis rotation. In this case, it is possible to maximize the reception SNR at a single reception point by forming the pensil beam.
  • the metasurface should be designed according to the center frequency ⁇ _0, the virtual antenna spacing d, the frequency comb spacings ⁇ _x, ⁇ _y, and N, which determines the number of virtual antennas.
  • the configuration of the virtual antenna array through the metasurface should be designed to satisfy ⁇ _(m,n), a_(m,n), and ⁇ _(m,n) described above.
  • V_(m,n) For x-axis rotation and y-axis change, all or multiple V_(m,n) are activated.
  • a_(m,n) a_(m,n)
  • ⁇ _(m,n) ⁇ _0+m* ⁇ _x
  • ⁇ _(m,n) (n+t/ ⁇ _x)* ⁇ _y.
  • ⁇ _x 2 ⁇ /( ⁇ _x) is the repetition time of the x-axis beam steering.
  • FIG. 75 schematically illustrates an example of transmission of a beam in the example of FIG. 75 .
  • FIG. 77 schematically illustrates an example of transmission of a beam in the example of FIG. 75 .
  • FIG. 78 schematically illustrates an example of transmission of a beam in the example of FIG. 75 .
  • the receiving end can recognize the target beam at once.
  • beam tracking can be performed with a scanning time that sweeps the entire cell region by x-axis rotation and y-axis tilting. In this case, it is possible to maximize the reception SNR at a single reception point by forming the pensil beam.
  • the metasurface should be designed according to the center frequency ⁇ _0, the virtual antenna spacing d, the frequency comb spacing ⁇ _x, and N that determines the number of virtual antennas.
  • the configuration of the virtual antenna array through the metasurface should be designed to satisfy ⁇ _(m,n), a_(m,n), and ⁇ _(m,n) described above.
  • the frequency gradient meta A focused beam passing through the surface forms a two-dimensional virtual antenna array.
  • Two pulsed signals are generated at the source end and passed through the frequency gradient metasurface by setting the incident angle ⁇ M incident on the meta grating to the x-axis and y-axis through the phase shifter described in 2.3. Let one focused beam form a two-dimensional virtual antenna array.
  • 81 shows an example of implementing an example of a 4D beam.
  • a 4D beam radiated from a virtual antenna array is theoretically implemented through the transmitter design proposed in the above specification as follows.
  • the angular frequency ⁇ 0 2 ⁇ ⁇ 416.66 THz related to the center frequency
  • the frequency interval ⁇ 2 ⁇ ⁇ 100 MHz
  • the virtual antenna spacing d 360 nm
  • the number of virtual antennas N 20, 500 ⁇ m x If the change of the beam is measured in a space of 500 ⁇ m, it is shown in the figure.
  • white indicates a point where energy is collected by beamforming through a virtual antenna
  • black indicates a point where energy is not relatively collected.
  • 82 to 84 show rotation of a 4D beam according to parameter control of the transmitter.
  • This specification relates to an optical wireless communication (OWC) system. Specifically, it relates to direction recognition of a rapidly rotating signal beam based on an antenna design based on a frequency gradual metasurface in a wireless optical communication system and steering a beam in the perceived direction.
  • the present disclosure includes a method for directing and operating a direction of a perceived signal beam into a regression loop.
  • the receiving end When rotating a very fast signal direction with the methods described above, the receiving end should be able to recognize the direction of the signal aligned with the transmitting end. Accordingly, a method for recognizing the direction of a signal and providing a feedback may be required. In addition, a method for transmitting data in a recognized direction may be required.
  • SSB Synchronization Signal Block
  • PSS and SSS are designed as M-sequences each having 127 hypotheses, so that the receiving end can acquire synchronization based on the sequence.
  • Each of the SSBs may be arranged in a resource grid according to a system environment as follows.
  • each SSB is mapped with a beam index (Index), so the transmitting end switches the beam direction for each SSB to transmit, and the receiving end selects the SSB receiving the largest signal strength. If recognized, the beam index can be recognized.
  • SS search space
  • 87 is a flowchart of a method of transmitting information on a pencil beam timing offset by an apparatus according to an embodiment of the present specification.
  • the device may acquire a reference synchronization time ( S8710 ).
  • the reference synchronization time may be obtained based on a cell-reference synchronization signal (C-RSS) received from another device.
  • C-RSS cell-reference synchronization signal
  • the above device may correspond to the receiving device (or receiver) described above and to be described later.
  • the above other device may correspond to the transmission device (or transmitter) described above and to be described later.
  • the device may correspond to a device performing LTE/LTE-A-based communication, a device performing NR-based communication described above, and/or a device performing next-generation communication (eg, 6G communication) described above.
  • the above device may correspond to a device performing a communication system of other series (eg, IEEE series) other than the 3GPP series.
  • the above device (that is, a device for transmitting information on the pencil beam timing offset) may correspond to the aforementioned terminal, and not only this, (considering that the base station may also receive the pencil beam from the terminal)
  • the above device ie, a device for transmitting information on the pencil beam timing offset
  • the above device may correspond to a device related to a vehicle.
  • the above device may correspond to a kind of V2X device.
  • V2X may be a communication technology applied to signal transmission and reception between vehicles by extending D2D communication, and communication related to vehicle (VEHICLE) is specifically called V2X (VEHICLE-TO-EVERYTHING) communication.
  • V2X the term 'X' is PEDESTRIAN (COMMUNICATION BETWEEN A VEHICLE AND A DEVICE CARRIED BY AN INDIVIDUAL (eg HANDHELD TERMINAL CARRIED BY A PEDESTRIAN, CYCLIST, DRIVER OR PASSENGER)), where V2X can be expressed as V2P , VEHICLE (COMMUNICATION BETWEEN VEHICLES) (V2V), INFRASTRUCTURE/NETWORK (COMMUNICATION BETWEEN A VEHICLE AND A ROADSIDE UNIT (RSU)/NETWORK (example) RSU IS A TRANSPORTATION INFRASTRUCTURE VEHICLES (example) eNB ANIM AN SPEED NOTICATION INMITITY (example) ANIM AN SPEED IF TINGS eNB OR A STATIONARY UE)) (V2I/N) and the like.
  • V2P VEHICLE
  • a device (related to V2P communication) possessed by a pedestrian (or person) is named “P-UE”, and a device (related to V2X communication) installed in a vehicle (VEHICLE) is named “V-UE”.
  • the term 'entity' may be interpreted as at least one of P-UE, V-UE, and RSU (/NETWORK/INFRASTRUCTURE).
  • the V2X communication mode may be, for example, (A) a mode that operates based on the base station instruction, and in the case of LTE (A) as an example, ((from the base station (/ network)) preset (/ signaling) Mode in which the base station signals (/ control) scheduling information related to transmission (/ reception) of V2X messages (on the V2X resource pool) (for example, the terminal located within the base station communication coverage (and/or RRC_CONNECTED state) is the main target) can be
  • the V2X communication mode for example, (B) may be a mode in which the terminal operates based on sensing with a degree of freedom.
  • V2X resource pool set (/ signaling) in) V2X message transmission (/ reception) related scheduling information is determined (/ controlled) by the UE (independently) in a mode (eg, located within/out of the base station communication coverage (and) / or RRC_CONNECTED/IDLE state) may be the main target).
  • the device may acquire a peak energy time (S8720).
  • S8720 peak energy time
  • the device may obtain the pencil beam timing offset based on the reference synchronization time and the peak energy time (S8730).
  • S8730 peak energy time
  • the device may transmit information on the pencil beam timing offset to the other device (S8730).
  • the other device S8730.
  • the peak energy time may be determined based on a pencil beam received from the other device.
  • the peak energy time may be determined based on a pencil beam received from the other device.
  • the peak energy time may be obtained within the beam tracking time.
  • the peak energy time may be obtained within the beam tracking time.
  • the C-RSS and the pencil beam may be transmitted in a beam search block (BSB) by the other device.
  • the area in which the C-RSS is transmitted and the area in which the pencil beam is transmitted may be time division multiplexed (TDM).
  • TDM time division multiplexed
  • FDM frequency division multiplexing
  • the BSB may be periodically repeated based on a preset period. A more detailed description of this content will be provided later for convenience of description.
  • the pencil beam may be a signal having a beam width corresponding to a narrow area within a cell.
  • the pencil beam may be a signal having a beam width corresponding to a narrow area within a cell.
  • the pencil beam timing offset may be obtained based on a difference between the reference synchronization time and the peak energy time.
  • the reference synchronization time may be obtained based on a difference between the reference synchronization time and the peak energy time.
  • the device may receive data from the other device in response to transmission of information on the pencil beam timing offset.
  • the device may receive data from the other device in response to transmission of information on the pencil beam timing offset.
  • FIG. 87 the embodiment shown in FIG. 87 will be described in more detail.
  • FIG. 88 schematically illustrates an example of a cell area and a unit space in which a pencil beam is received.
  • one cell at the receiving end is a space in which a plurality of pencil beams exist. Then, as shown in the drawing, it is possible to express the entire cell area and the unit space in which the pencil beam is received.
  • the size of the cell and the unit space in which the pencil beam is received may be set according to the system environment.
  • the pencil beam moves over the entire area of the cell with time.
  • the unit space of the pencil beam is expressed in a grid shape, but the resolution of the actual movement of the pencil beam may be infinite. Therefore, in the present specification, a pencil beam is a space in which a beam formed by 4D beamforming stays for a specific time, and a cell is an entire space in which a pencil beam is steered according to time by 4D beamforming. can be defined.
  • C-RSS cell-reference synchronization signal
  • Timing the pencil beam timing
  • the transmitting end can transmit in the following structure.
  • the transmitting device may transmit C-RSS and a pencil beam on a beam search block (BSB).
  • the C-RSS and the pencil beam may be transmitted within the beam tracking band in terms of frequency.
  • the C-RSS may be transmitted in the transmission period of the C-RSS, and the pencil beam may be transmitted within the beam tracking time.
  • the beam search block (BSB) transmitted at a predetermined period may be transmitted by sequentially TDMing a pencil beam formed by C-RSS and 4D beamforming.
  • the receiving end may receive the following structure.
  • C-RSS and a pencil beam are received, and the time at which peak energy is obtained within the beam tracking time is different depending on the location of the receiver .
  • the receiving end acquires a reference synchronization time and a peak energy beam time by C-RSS, and acquires a pencil beam timing offset.
  • C-RSS Cell-reference synchronization signal
  • C-RSS cell-reference synchronization signal
  • C-RSS is a signal having a center frequency ⁇ _r, and may be designed based on a sequence (e.g., M-sequence, Zadoff-chu sequence, etc.) having a signal magnitude P_r.
  • C-RSS may be configured in the same way as PSS or SSS of 3GPP LTE or NR.
  • the C-RSS may be periodically transmitted based on a predetermined period.
  • the transmitting end transmits C-RSS
  • the receiving end acquires a reference synchronization time based on auto-correlation for the sequence.
  • a cell-ID may be obtained through sequence detection. This may be perceived in the same way as PSS or SSS in 3GPP LTE or NR.
  • the pencil beam is a signal having a beam width corresponding to a narrow area within a cell and may be formed by 4D beamforming.
  • the pencil beam is a signal having a center frequency ⁇ _0 and may be designed as a pulsed signal having the same signal magnitude P_0.
  • the pencil beam may be configured by passing a pulsed signal generated by the laser source of method 2 through a virtual antenna array through method 3 .
  • the transmitting end transmits a pencil beam
  • the receiving end obtains a peak energy beam time at which peak energy is obtained based on energy detection.
  • the receiving end acquires a pencil beam timing offset based on the reference synchronization time and the difference from the peak energy beam time.
  • the accuracy of the pencil beam timing offset may be determined by the receiving end sampling resolution obtaining the reference synchronization time and the receiving end sampling resolution obtaining the peak energy beam time.
  • the transmission power P_r of the C-RSS and the transmission power P_0 of the pencil beam have a ratio of a predetermined size.
  • K is a constant.
  • the beam radius at the receiving end is R_r by the divergence half angle that determines the beam width of the C-RSS, let it be the area of the receiving end beam A_r.
  • the beam radius at the receiving end is R_0 due to the divergence half angle that determines the beam width of the pencil beam, it may be referred to as an area A_0 of the receiving end beam.
  • 91 schematically illustrates an example of a radius according to a beam generation method.
  • a radius may appear as shown in the drawing.
  • the reception powers have a relationship of S_r ⁇ (P_r/A_r) and S_0 ⁇ (P_0/A_0), respectively.
  • the received power is S_r ⁇ P_r ⁇ T_r for the transmit powers P_0 and P_r, respectively.
  • S_0 ⁇ P_0 ⁇ T_0 is not the entire beam tracking time, but a pencil beam reception time at which an effective signal strength exceeding a specific threshold is received from the viewpoint of a single receiving end.
  • a is a weight parameter that is a constant that can be set according to the system environment.
  • the constant K may be promised between the transmitting and receiving end, and may be notified to the receiving end through control signaling or a broadcasting message according to the system environment.
  • the transmit power P_0 of the pencil beam is the signal strength of the beam emitted through the virtual antenna array, and the signal strength applied from the front end of the virtual antenna is larger in consideration of signal attenuation by the virtual antenna array or metasurface.
  • the pencil beam timing offset may be estimated based on the existing synchronization timing. For example, if downlink synchronization is secured in cellular communication, a reference synchronization time is set based on a corresponding symbol boundary, and a pencil at a given beam tracking time Beam can be detected. In this case, the BSB may be configured only with a pencil beam without C-RSS.
  • the C-RSS and the pencil beam may be transmitted after a predetermined time. For example, even if the beam tracking time starts after a predetermined time after C-RSS transmission and the peak energy beam time is obtained, the pencil beam timing offset is calculated in consideration of the predetermined time difference. As a reference, the direction of the pencil beam may be calculated. That is, if the transmission start time of the C-RSS and the pencil beam is previously agreed, the C-RSS and the pencil beam may not be sequentially transmitted in the same frame/slot/symbol.
  • the receiving end acquires the reference synchronization time and the peak energy beam time, and the pencil beam A method for measuring the timing offset is proposed.
  • the transmitting end may transmit in the following structure.
  • the transmitting device may transmit a C-RSS and a pencil beam on a BSB (beam search block).
  • the C-RSS may be transmitted on the C-RSS band in terms of frequency
  • the pencil beam may be transmitted in the beam tracking band in terms of frequency.
  • the C-RSS and the pencil beam may be transmitted within the beam tracking time.
  • the beam search block (BSB) transmitted at a predetermined period may be transmitted by simultaneously FDMing a pencil beam formed by C-RSS and 4D beamforming.
  • the receiving end may receive the following structure.
  • C-RSS and pencil beams are received, and the time at which peak energy is obtained within the beam tracking time varies according to the location of the receiver.
  • the receiving end acquires a reference synchronization time and a peak energy beam time by C-RSS, and acquires a pencil beam timing offset.
  • the detailed configuration may be the same as the procedure in 4.1.
  • the pencil beam timing offset may be estimated based on the existing synchronization timing.
  • a reference synchronization time may be set based on a corresponding symbol boundary, and a pencil beam may be detected at a given beam tracking time.
  • the BSB may be configured only with a pencil beam without C-RSS.
  • the C-RSS and the pencil beam may be transmitted after a predetermined time. For example, even if the beam tracking time starts after a predetermined time after C-RSS transmission and the peak energy beam time is obtained, the pencil beam timing offset is calculated in consideration of the predetermined time difference. As a reference, the direction of the pencil beam can be calculated. That is, if the transmission start time of the C-RSS and the pencil beam is previously agreed, the C-RSS and the pencil beam may not need to be transmitted simultaneously in the same frame/slot/symbol.
  • the C-RSS and the pencil beam may be transmitted at the same time and the same frequency. That is, by simultaneously transmitting a C-RSS and a pencil beam for the same beam tracking time within the same beam tracking bandwidth, it is possible to perform beam tracking by minimizing resources.
  • the detection performance of the C-RSS may be deteriorated due to the instantaneous power difference between the pencil beam and the C-RSS in the AGC operation of the receiver.
  • a pencil beam timing offset may be estimated.
  • a signal for recognizing a 4D beam may be configured in the form of a sequence.
  • the receiving end may acquire the peak beam time through autocorrelation with respect to the sequence.
  • the time the 4D beam stays at the receiving end for detecting the sequence should be longer than the length of the sequence. Accordingly, there is a disadvantage that a beam tracking time for a 4D beam needs to be long.
  • a beam group-ID or a beam-ID may be obtained through sequence detection.
  • the beam-ID may be jointly acquired based on the acquisition of the beam group-ID through sequence detection and the acquisition of the partial beam ID through the acquisition of the peak beam time.
  • the BSB may be periodically transmitted at a predetermined period on the resource grid.
  • the BSB may be transmitted in a single or multiple frequency bands agreed upon in advance on the resource grid.
  • TDM and FDM-based BSB may be repeatedly transmitted.
  • the period of transmitting the C-RSS and the period of transmitting the pencil beam through the 4D beam may be different.
  • C-RSS transmission is transmitted at a 5 ms cycle, but a pencil beam through a 4D beam is transmitted at a 10 ms cycle to improve the accuracy of C-RSS and perform 4D beam energy detection based on C-RSS can do.
  • 98 is a flowchart illustrating a method of transmitting information on a pencil beam timing offset by an apparatus in another form, according to an embodiment of the present specification.
  • a transmitter may transmit a cell-reference sync. signal (C-RSS) to a receiver (Rx) (S9810). Since more specific examples of the present content are the same as those described above and described later, unnecessary repetition of descriptions will be omitted hereafter for convenience of description.
  • C-RSS cell-reference sync. signal
  • the transmitting end may transmit a pencil beam to the receiving end (S9820). Since more specific examples of the present content are the same as those described above and described later, unnecessary repetition of descriptions will be omitted hereafter for convenience of description.
  • the receiving end may obtain a reference synchronization time (S9830). Since more specific examples of the present content are the same as those described above and described later, unnecessary repetition of descriptions will be omitted hereafter for convenience of description.
  • the receiving end may obtain a peak energy beam time (S9840). Since more specific examples of the present content are the same as those described above and described later, unnecessary repetition of descriptions will be omitted hereafter for convenience of description.
  • the receiving end may obtain a pencil beam timing offset (S9850). Since more specific examples of the present content are the same as those described above and described later, unnecessary repetition of descriptions will be omitted hereafter for convenience of description.
  • the transmitter may receive a timing offset feedback from the receiver (S9860). Since more specific examples of the present content are the same as those described above and described later, unnecessary repetition of descriptions will be omitted hereafter for convenience of description.
  • the transmitter may select a beam based on the feedback received timing offset (S9870). Since more specific examples of the present content are the same as those described above and described later, unnecessary repetition of descriptions will be omitted hereafter for convenience of description.
  • the transmitting end may transmit data to the receiving end (S9880). Since more specific examples of the present content are the same as those described above and described later, unnecessary repetition of descriptions will be omitted hereafter for convenience of description.
  • Transceiver terminal has previously agreed information, power allocation information (Information) K, BSB frame structure (Structure), BSB period (Period), TDM / FDM center frequency.
  • Information promised in advance may be defined in advance from the point of view of implementation, or may be delivered to the receiving end through a broadcasting message.
  • the transmitter transmits the C-RSS and the pencil beam to all users in the cell through procedures 4.1 or 4.2.
  • the receiving end acquires the reference synchronization time and the peak energy beam time for the C-RSS and the pencil beam through procedures 4.1 or 4.2.
  • the receiving end acquires a pencil beam timing offset based on the obtained reference synchronization time and peak energy beam time.
  • the receiving end feeds back pencil beam timing offset information to the transmitting end through a feedback link.
  • the feedback link can be fed back through a control channel or a data channel.
  • the transmitting end can recognize the azimuth angle and the elevation angle of the optimal pencil beam toward the receiving end based on the feedbacked pencil beam timing offset information.
  • the optimal pencil beam direction can be recognized by inversely calculating the operation of the virtual antenna array designed in method 3.
  • the transmitting end may perform subsequent data transmission in the recognized optimal pencil beam direction.
  • the structure of the receiving end performing the operations of 4.1 and 4.2 is proposed as follows.
  • a solid arrow indicates a state of an optical signal
  • a dotted arrow indicates a state of an electrical signal.
  • the receiver is largely based on an optical filter that directly receives an optical beam, an optical detector that converts the received optical beam into an electrical signal, an electrical system that converts a digital signal, and an electrical digital signal. It is divided into a digital signal processor unit that acquires information.
  • the optical filter performs the following operation.
  • the wireless channel there may be a change in the phase characteristics due to the effect of diffraction/reflection/refraction of photons in the air.
  • the change of the phase characteristic in the wavefront reduces the energy acquisition and decoding performance of the receiving end. Accordingly, PEC may be required to compensate for the wavefront change of the signal desired in order to obtain the maximum energy of the signal.
  • 100 schematically shows an example of an optical filter.
  • the PEC at the receiving end may exist before focusing through a lens.
  • the sensing area for PEC is large and the number of micro mirrors constituting the wavefront corrector is large, it is possible to precisely control the phase error existing in the wavefront.
  • the size and cost of the receiving end may increase.
  • the PEC at the receiving end may exist after focusing through the lens.
  • the sensing area for PEC is small and the number of micromirrors constituting the wavefront corrector is small, so it is impossible to precisely control the phase error existing in the wavefront. , it is possible to reduce the size and cost of the receiving end.
  • PEC Since PEC is used to increase reception performance, it may be selectively used. That is, it may be obvious that the operation of the present specification is possible even if the operation is without PEC.
  • - Lens a device for focusing the received optical beam
  • Wavelength filter A device to pass only the wavelength corresponding to the desired optical beam
  • the pencil beam and C-RSS received by TDM or FDM according to 4.1 and 4.2 may be converted into an electrical signal (current) in a photodiode through an optical filter.
  • the converted electrical signal is converted into a voltage through the TIA, and may be converted into a digital signal through the ADC.
  • the de-multiplexer Based on the converted digital signal, the de-multiplexer distinguishes the C-RSS and the pencil beam signal according to TDM/FDM, and the C-RSS matches ( Matched) filtering is performed (eg, auto-correlation) to obtain a reference synchronization time, and a pencil beam obtains a peak energy beam time through energy detection.
  • the pencil beam and the C-RSS are configured by FDM
  • the pencil beam and the C-RSS are branched at the wavelength filter stage of the optical filter to obtain the peak energy beam time and the reference synchronization time, respectively.
  • it may have a structure as shown in the drawing.
  • 103 schematically illustrates an example of a transceiver end LOS link.
  • phase gradient metasurface (or a phase gradient antenna array) generating a 3D beam for data transmission and a frequency gradient metasurface generating a 4D beam for beam tracking exist in different spaces. Then, the LOS link at the transceiver end of the form shown in the figure can be formed.
  • one metasurface (or antenna array) can generate a 3D beam for data transmission and a 4D beam for beam tracking, the following transceiver link can be formed.
  • the following transceiver link can be formed.
  • 105 schematically illustrates an example of tying a pencil beam offset.
  • the pencil beam timing offset T fed back by the pencil beam detection procedure of method 4 may be Tied with the Azimuth angle ⁇ _T and the Elevation angle ⁇ _T with the following procedure.
  • the pencil beam timing offset is indexed and fed back to the transmitting end.
  • a pencil beam timing offset index may be mapped to beams in an actual cell area space.
  • the transmitting end may have a timing offset matrix that maps the timing offset (T_i) to the beam emitted in the real cell area space based on the rotation time of the 4D beam, and based on this, the beam emitted in the real space Azimuth angle ( ⁇ _i) and elevation angle ( ⁇ _i) can be tied.
  • the receiver measures the pencil beam timing offset and feeds it back to the transmitter.
  • 3D beamforming is performed through a phased gradient metasurface (or phased array antenna) to transmit data.
  • the timing offset is quantized and indexed for feedback (T_i), it can be quantized into an Azimuth angle ( ⁇ _i) and an Elevation angle ( ⁇ _i) according to the corresponding resolution.
  • the quantization resolution is determined by the sampling resolution of the receiving end that measures the timing offset and the container of the feedback link for feeding it back, and may vary depending on the system environment, and may be agreed between the transmitting and receiving ends in advance.
  • f (timing offset T_i) (Azimuth angle ⁇ _i, elevation angle ⁇ _i) may be derived through cell planning or theoretical analysis.
  • 106 schematically illustrates an example of a transmission/reception end relay link.
  • a signal may be relayed through the metasurface.
  • the transmitter and the metasurface may exist in different spaces.
  • a phase gradient metasurface (or a phase gradient antenna array) generating a 3D beam for data transmission and a frequency gradient metasurface generating a 4D beam for beam tracking exist in different spaces.
  • a transmission/reception end relay link of the form shown in the drawing may be formed.
  • 107 schematically illustrates another example of a transmission/reception end relay link.
  • a transmission/reception end relay link as shown in the drawing may be formed.
  • a metasurface or antenna array
  • it has a high degree of freedom, so two functions can be implemented in one metasurface. Or through an active metasurface, the two functions are adapted. It can be implemented to work in a negative way.
  • 3D beamforming having a timing offset for 4D beamforming that changes with time and a fixed direction according to time in the same way as for the LOS link (Azimuth angle ⁇ , elevation angle ⁇ ) of (Azimuth angle ⁇ , elevation angle ⁇ ) can be configured as a look-up matrix. It may be obvious that the detailed procedure is the same as the description of the LOS link. In this case, the feedback link for transmitting the feedback information may also be relayed or transmitted through another network.
  • a target beam may be selected by acquiring a 4D beam transmitted through a frequency gradient virtual antenna based on reference synchronization and feeding it back to a transmitter.
  • data transmission may be transmitted as a 3D beam through the selected target beam.
  • FIG. 87 So far, the examples of FIG. 87 have been described. Hereinafter, in order to help a broader understanding of the configuration to be provided in the present specification, the above-described examples will be described in various forms.
  • FIG. 108 is a flowchart of a method of transmitting information on a pencil beam timing offset by a (pencil beam) receiving apparatus according to an embodiment of the present specification.
  • the device may acquire a reference synchronization time (S10810).
  • the reference synchronization time may be obtained based on a cell-reference synchronization signal (C-RSS) received from another device.
  • C-RSS cell-reference synchronization signal
  • the device may acquire a peak energy time (S10820).
  • S10820 a peak energy time
  • the device may acquire the pencil beam timing offset based on the reference synchronization time and the peak energy time (S10830).
  • the reference synchronization time and the peak energy time S10830.
  • the device may transmit information on the pencil beam timing offset to the other device (S10840).
  • the other device S10840.
  • 109 is an example of a block diagram of an apparatus for transmitting information on a pencil beam timing offset by a (pencil beam) receiving apparatus according to an embodiment of the present specification.
  • the processor 10900 may include a reference synchronization time acquirer 10910 , a peak energy time acquirer 10920 , a pencil beam timing offset acquirer 10930 , and an information transmitter 10940 .
  • the receiving apparatus and the processor 10900 are merely examples of the configuration to be provided in the present specification.
  • Configurations provided in this specification may be implemented not only by the receiving apparatus and the processor 10900 , but also by the above-described receiving apparatus and processors.
  • processor 10900 may correspond to the processors shown in FIGS. 112 to 122 to be described later.
  • the reference synchronization time acquisition unit 10910 may be configured to acquire a reference synchronization time.
  • the reference synchronization time may be obtained based on a cell-reference synchronization signal (C-RSS) received from another device.
  • C-RSS cell-reference synchronization signal
  • the peak energy time acquisition unit 10920 may be configured to acquire the peak energy time.
  • the peak energy time acquisition unit 10920 may be configured to acquire the peak energy time.
  • the pencil beam timing offset obtaining unit 10930 may be configured to obtain the pencil beam timing offset based on the reference synchronization time and the peak energy time.
  • the pencil beam timing offset obtaining unit 10930 may be configured to obtain the pencil beam timing offset based on the reference synchronization time and the peak energy time.
  • the information transmitter 10940 may be configured to transmit information on the pencil beam timing offset to the other device.
  • the information transmitter 10940 may be configured to transmit information on the pencil beam timing offset to the other device.
  • an apparatus includes at least one memory and at least one processor operatively coupled with the at least one memory, wherein the processor is configured to obtain a reference synchronization time, wherein the reference synchronization time is different from the other apparatus. Obtained based on a cell-reference synchronization signal (C-RSS) received from, and configured to obtain a peak energy time, and to obtain the pencil beam timing offset based on the reference synchronization time and the peak energy time, and , and to control the transceiver to transmit information on the pencil beam timing offset to the other device.
  • C-RSS cell-reference synchronization signal
  • At least one computer readable medium including instructions based on being executed by at least one processor, configured to obtain a reference synchronization time , the reference synchronization time is obtained based on a cell-reference synchronization signal (C-RSS) received from another device, and is configured to obtain a peak energy time, and the pencil based on the reference synchronization time and the peak energy time
  • C-RSS cell-reference synchronization signal
  • a recording medium may be provided, configured to obtain a beam timing offset and configured to control the transceiver to transmit information about the pencil beam timing offset to the other device.
  • FIG. 110 is a flowchart of a method of receiving information on a pencil beam timing offset by a (pencil beam) transmission apparatus according to an embodiment of the present specification.
  • the device may transmit a cell-reference synchronization signal (C-RSS) to another device (S11010).
  • C-RSS cell-reference synchronization signal
  • the device may transmit a pencil beam to the other device (S11020).
  • S11020 the other device
  • the device may receive information about the pencil beam timing offset from the other device (S11030).
  • S11030 the other device
  • 111 is an example of a block diagram of an apparatus for receiving information on a pencil beam timing offset by a (pencil beam) transmission apparatus according to an embodiment of the present specification.
  • the processor 11100 may include a C-RSS transmitter 11110 , a pencil beam transmitter 11120 , and an information receiver 11130 .
  • the present transmission apparatus and the processor 11100 are merely examples of the configuration to be provided in the present specification.
  • Configurations provided in this specification may be implemented not only by the present transmission apparatus and processor 11100, but also by the above-described transmission apparatus and processors.
  • processor 11100 may correspond to the processors shown in FIGS. 112 to 122 to be described later.
  • the C-RSS transmitter 11110 may be configured to transmit a cell-reference synchronization signal (C-RSS) to another device.
  • C-RSS cell-reference synchronization signal
  • the pencil beam transmitter 11120 may be configured to transmit a pencil beam to the other device.
  • the pencil beam transmitter 11120 may be configured to transmit a pencil beam to the other device.
  • the information receiver 11130 may be configured to receive information on the pencil beam timing offset from the other device.
  • the information receiver 11130 may be configured to receive information on the pencil beam timing offset from the other device.
  • 112 illustrates the communication system 1 applied in this specification.
  • the communication system 1 applied to the present specification includes a wireless device, a base station, and a network.
  • the wireless device refers to a device that performs communication using a radio access technology (eg, 5G NR (New RAT), LTE (Long Term Evolution)), and may be referred to as a communication/wireless/5G device.
  • a radio access technology eg, 5G NR (New RAT), LTE (Long Term Evolution)
  • the wireless device may include a robot 100a, a vehicle 100b-1, 100b-2, an eXtended Reality (XR) device 100c, a hand-held device 100d, and a home appliance 100e. ), an Internet of Thing (IoT) device 100f, and an AI device/server 400 .
  • the vehicle may include a vehicle equipped with a wireless communication function, an autonomous driving vehicle, a vehicle capable of performing inter-vehicle communication, and the like.
  • the vehicle may include an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) (eg, a drone).
  • UAV Unmanned Aerial Vehicle
  • XR devices include AR (Augmented Reality)/VR (Virtual Reality)/MR (Mixed Reality) devices, and include a Head-Mounted Device (HMD), a Head-Up Display (HUD) provided in a vehicle, a television, a smartphone, It may be implemented in the form of a computer, a wearable device, a home appliance, a digital signage, a vehicle, a robot, and the like.
  • the portable device may include a smart phone, a smart pad, a wearable device (eg, a smart watch, smart glasses), a computer (eg, a laptop computer), and the like.
  • Home appliances may include a TV, a refrigerator, a washing machine, and the like.
  • the IoT device may include a sensor, a smart meter, and the like.
  • the base station and the network may be implemented as a wireless device, and the specific wireless device 200a may operate as a base station/network node to other wireless devices.
  • the wireless devices 100a to 100f may be connected to the network 300 through the base station 200 .
  • AI Artificial Intelligence
  • the network 300 may be configured using a 3G network, a 4G (eg, LTE) network, or a 5G (eg, NR) network.
  • the wireless devices 100a to 100f may communicate with each other through the base station 200/network 300, but may also communicate directly (e.g. sidelink communication) without passing through the base station/network.
  • the vehicles 100b-1 and 100b-2 may perform direct communication (e.g. Vehicle to Vehicle (V2V)/Vehicle to everything (V2X) communication).
  • the IoT device eg, sensor
  • the IoT device may communicate directly with other IoT devices (eg, sensor) or other wireless devices 100a to 100f.
  • Wireless communication/connection 150a, 150b, and 150c may be performed between the wireless devices 100a to 100f/base station 200 and the base station 200/base station 200 .
  • the wireless communication/connection includes uplink/downlink communication 150a and sidelink communication 150b (or D2D communication), and communication between base stations 150c (eg relay, IAB (Integrated Access Backhaul)).
  • This can be done through technology (eg 5G NR)
  • Wireless communication/connection 150a, 150b, 150c allows the wireless device and the base station/radio device, and the base station and the base station to transmit/receive wireless signals to each other.
  • the wireless communication/connection 150a, 150b, and 150c may transmit/receive signals through various physical channels.
  • various signal processing processes eg, channel encoding/decoding, modulation/demodulation, resource mapping/demapping, etc.
  • resource allocation processes etc.
  • NR supports a number of numerology (or subcarrier spacing (SCS)) to support various 5G services.
  • numerology or subcarrier spacing (SCS)
  • SCS subcarrier spacing
  • the NR frequency band may be defined as a frequency range of two types (FR1, FR2).
  • the numerical value of the frequency range may be changed, and for example, the frequency ranges of the two types (FR1, FR2) may be as shown in Table 3 below.
  • FR1 may mean "sub 6GHz range”
  • FR2 may mean “above 6GHz range”
  • mmW millimeter wave
  • FR1 may include a band of 410 MHz to 7125 MHz as shown in Table 4 below. That is, FR1 may include a frequency band of 6 GHz (or 5850, 5900, 5925 MHz, etc.) or higher. For example, a frequency band of 6GHz (or 5850, 5900, 5925 MHz, etc.) or higher included in FR1 may include an unlicensed band. The unlicensed band may be used for various purposes, for example, for communication for a vehicle (eg, autonomous driving).
  • 113 illustrates a wireless device applicable to the present specification.
  • the first wireless device 100 and the second wireless device 200 may transmit/receive wireless signals through various wireless access technologies (eg, LTE, NR).
  • ⁇ first wireless device 100, second wireless device 200 ⁇ is ⁇ wireless device 100x, base station 200 ⁇ of FIG. 112 and/or ⁇ wireless device 100x, wireless device 100x) ⁇ can be matched.
  • the first wireless device 100 includes one or more processors 102 and one or more memories 104 , and may further include one or more transceivers 106 and/or one or more antennas 108 .
  • the processor 102 controls the memory 104 and/or the transceiver 106 and may be configured to implement the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods, and/or operational flow charts disclosed herein.
  • the processor 102 may process information in the memory 104 to generate first information/signal, and then transmit a wireless signal including the first information/signal through the transceiver 106 .
  • the processor 102 may receive the radio signal including the second information/signal through the transceiver 106 , and then store information obtained from signal processing of the second information/signal in the memory 104 .
  • the memory 104 may be connected to the processor 102 and may store various information related to the operation of the processor 102 .
  • memory 104 may provide instructions for performing some or all of the processes controlled by processor 102 , or for performing descriptions, functions, procedures, suggestions, methods, and/or operational flowcharts disclosed herein. may store software code including
  • the processor 102 and the memory 104 may be part of a communication modem/circuit/chip designed to implement a wireless communication technology (eg, LTE, NR).
  • the transceiver 106 may be coupled to the processor 102 , and may transmit and/or receive wireless signals via one or more antennas 108 .
  • the transceiver 106 may include a transmitter and/or a receiver.
  • the transceiver 106 may be used interchangeably with a radio frequency (RF) unit.
  • RF radio frequency
  • a wireless device may refer to a communication modem/circuit/chip.
  • the second wireless device 200 includes one or more processors 202 , one or more memories 204 , and may further include one or more transceivers 206 and/or one or more antennas 208 .
  • the processor 202 controls the memory 204 and/or the transceiver 206 and may be configured to implement the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods, and/or flow charts disclosed herein.
  • the processor 202 may process the information in the memory 204 to generate third information/signal, and then transmit a wireless signal including the third information/signal through the transceiver 206 .
  • the processor 202 may receive the radio signal including the fourth information/signal through the transceiver 206 , and then store information obtained from signal processing of the fourth information/signal in the memory 204 .
  • the memory 204 may be connected to the processor 202 and may store various information related to the operation of the processor 202 .
  • the memory 204 may provide instructions for performing some or all of the processes controlled by the processor 202, or for performing the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods, and/or operational flowcharts disclosed herein. may store software code including
  • the processor 202 and the memory 204 may be part of a communication modem/circuit/chip designed to implement a wireless communication technology (eg, LTE, NR).
  • the transceiver 206 may be coupled to the processor 202 and may transmit and/or receive wireless signals via one or more antennas 208 .
  • the transceiver 206 may include a transmitter and/or a receiver.
  • the transceiver 206 may be used interchangeably with an RF unit.
  • a wireless device may refer to a communication modem/circuit/chip.
  • one or more protocol layers may be implemented by one or more processors 102 , 202 .
  • one or more processors 102 , 202 may implement one or more layers (eg, functional layers such as PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC, SDAP).
  • the one or more processors 102, 202 are configured to process one or more Protocol Data Units (PDUs) and/or one or more Service Data Units (SDUs) according to the description, function, procedure, proposal, method, and/or operational flowcharts disclosed herein.
  • PDUs Protocol Data Units
  • SDUs Service Data Units
  • One or more processors 102 , 202 may generate messages, control information, data, or information according to the description, function, procedure, proposal, method, and/or flow charts disclosed herein.
  • the one or more processors 102 and 202 generate a signal (eg, a baseband signal) including PDUs, SDUs, messages, control information, data or information according to the functions, procedures, proposals and/or methods disclosed herein. , to one or more transceivers 106 and 206 .
  • the one or more processors 102 , 202 may receive signals (eg, baseband signals) from one or more transceivers 106 , 206 , and may be described, functions, procedures, proposals, methods, and/or operational flowcharts disclosed herein.
  • PDUs, SDUs, messages, control information, data, or information may be acquired according to the fields.
  • One or more processors 102, 202 may be referred to as a controller, microcontroller, microprocessor, or microcomputer.
  • One or more processors 102 , 202 may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • ASICs Application Specific Integrated Circuits
  • DSPs Digital Signal Processors
  • DSPDs Digital Signal Processing Devices
  • PLDs Programmable Logic Devices
  • FPGAs Field Programmable Gate Arrays
  • firmware or software may be implemented using firmware or software, and the firmware or software may be implemented to include modules, procedures, functions, and the like.
  • the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods, and/or flow charts disclosed in this document provide that firmware or software configured to perform is contained in one or more processors 102 , 202 , or stored in one or more memories 104 , 204 . It may be driven by the above processors 102 and 202 .
  • the descriptions, functions, procedures, proposals, methods, and/or flowcharts of operations disclosed herein may be implemented using firmware or software in the form of code, instructions, and/or a set of instructions.
  • One or more memories 104 , 204 may be coupled with one or more processors 102 , 202 , and may store various forms of data, signals, messages, information, programs, code, instructions, and/or instructions.
  • the one or more memories 104 and 204 may be comprised of ROM, RAM, EPROM, flash memory, hard drives, registers, cache memory, computer readable storage media, and/or combinations thereof.
  • One or more memories 104 , 204 may be located inside and/or external to one or more processors 102 , 202 . Additionally, one or more memories 104 , 204 may be coupled to one or more processors 102 , 202 through various technologies, such as wired or wireless connections.
  • One or more transceivers 106 , 206 may transmit user data, control information, radio signals/channels, etc. referred to in the methods and/or operational flowcharts of this document to one or more other devices.
  • One or more transceivers 106, 206 may receive user data, control information, radio signals/channels, etc. referred to in the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or flow charts, etc. disclosed herein, from one or more other devices. have.
  • one or more transceivers 106 , 206 may be coupled to one or more processors 102 , 202 and may transmit and receive wireless signals.
  • one or more processors 102 , 202 may control one or more transceivers 106 , 206 to transmit user data, control information, or wireless signals to one or more other devices.
  • one or more processors 102 , 202 may control one or more transceivers 106 , 206 to receive user data, control information, or wireless signals from one or more other devices.
  • one or more transceivers 106, 206 may be coupled to one or more antennas 108, 208, and the one or more transceivers 106, 206 may be coupled via one or more antennas 108, 208 to the descriptions, functions, and functions disclosed herein. , may be set to transmit and receive user data, control information, radio signals/channels, etc.
  • one or more antennas may be a plurality of physical antennas or a plurality of logical antennas (eg, antenna ports).
  • the one or more transceivers 106, 206 convert the received radio signal/channel, etc. from the RF band signal to process the received user data, control information, radio signal/channel, etc. using the one or more processors 102, 202. It can be converted into a baseband signal.
  • One or more transceivers 106 , 206 may convert user data, control information, radio signals/channels, etc. processed using one or more processors 102 , 202 from baseband signals to RF band signals.
  • one or more transceivers 106 , 206 may include (analog) oscillators and/or filters.
  • 114 shows another example of a wireless device applicable to the present specification.
  • a wireless device may include at least one processor 102 , 202 , at least one memory 104 , 204 , at least one transceiver 106 , 206 , and one or more antennas 108 , 208 . have.
  • FIG. 113 As a difference between the example of the wireless device described above in FIG. 113 and the example of the wireless device in FIG. 114, in FIG. 113, the processors 102 and 202 and the memories 104 and 204 are separated, but in the example of FIG. The point is that memories 104 and 204 are included in (102, 202).
  • the specific descriptions of the processors 102 and 202, the memories 104 and 204, the transceivers 106 and 206, and the one or more antennas 108 and 208 are the same as those described above, so to avoid unnecessary repetition of the description, A description of the repeated description will be omitted.
  • 115 illustrates a signal processing circuit for a transmit signal.
  • the signal processing circuit 1000 may include a scrambler 1010 , a modulator 1020 , a layer mapper 1030 , a precoder 1040 , a resource mapper 1050 , and a signal generator 1060 .
  • the operations/functions of FIG. 115 may be performed by the processors 102 and 202 and/or the transceivers 106 and 206 of FIG. 113 .
  • the hardware elements of FIG. 115 may be implemented in the processors 102 , 202 and/or transceivers 106 , 206 of FIG. 113 .
  • blocks 1010 to 1060 may be implemented in the processors 102 and 202 of FIG. 113 .
  • blocks 1010 to 1050 may be implemented in the processors 102 and 202 of FIG. 113
  • block 1060 may be implemented in the transceivers 106 and 206 of FIG. 113 .
  • the codeword may be converted into a wireless signal through the signal processing circuit 1000 of FIG. 115 .
  • the codeword is a coded bit sequence of an information block.
  • the information block may include a transport block (eg, a UL-SCH transport block, a DL-SCH transport block).
  • the radio signal may be transmitted through various physical channels (eg, PUSCH, PDSCH).
  • the codeword may be converted into a scrambled bit sequence by the scrambler 1010 .
  • a scramble sequence used for scrambling is generated based on an initialization value, and the initialization value may include ID information of a wireless device, and the like.
  • the scrambled bit sequence may be modulated by a modulator 1020 into a modulation symbol sequence.
  • the modulation method may include pi/2-Binary Phase Shift Keying (pi/2-BPSK), m-Phase Shift Keying (m-PSK), m-Quadrature Amplitude Modulation (m-QAM), and the like.
  • the complex modulation symbol sequence may be mapped to one or more transport layers by the layer mapper 1030 .
  • Modulation symbols of each transport layer may be mapped to corresponding antenna port(s) by the precoder 1040 (precoding).
  • the output z of the precoder 1040 may be obtained by multiplying the output y of the layer mapper 1030 by the precoding matrix W of N*M.
  • N is the number of antenna ports
  • M is the number of transport layers.
  • the precoder 1040 may perform precoding after performing transform precoding (eg, DFT transform) on the complex modulation symbols. Also, the precoder 1040 may perform precoding without performing transform precoding.
  • the resource mapper 1050 may map modulation symbols of each antenna port to a time-frequency resource.
  • the time-frequency resource may include a plurality of symbols (eg, a CP-OFDMA symbol, a DFT-s-OFDMA symbol) in the time domain and a plurality of subcarriers in the frequency domain.
  • CP Cyclic Prefix
  • DAC Digital-to-Analog Converter
  • the signal processing process for the received signal in the wireless device may be configured in reverse of the signal processing process 1010 to 1060 of FIG. 115 .
  • the wireless device eg, 100 and 200 in FIG. 113
  • the received radio signal may be converted into a baseband signal through a signal restorer.
  • the signal restorer may include a frequency downlink converter, an analog-to-digital converter (ADC), a CP remover, and a Fast Fourier Transform (FFT) module.
  • ADC analog-to-digital converter
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the baseband signal may be restored to a codeword through a resource de-mapper process, a postcoding process, a demodulation process, and a descrambling process.
  • the codeword may be restored to the original information block through decoding.
  • the signal processing circuit (not shown) for the received signal may include a signal restorer, a resource de-mapper, a post coder, a demodulator, a descrambler, and a decoder.
  • the wireless device may be implemented in various forms according to use-examples/services (refer to FIG. 112 ).
  • wireless devices 100 and 200 correspond to wireless devices 100 and 200 of FIG. 113 , and include various elements, components, units/units, and/or modules. ) can be composed of
  • the wireless devices 100 and 200 may include a communication unit 110 , a control unit 120 , a memory unit 130 , and an additional element 140 .
  • the communication unit may include communication circuitry 112 and transceiver(s) 114 .
  • communication circuitry 112 may include one or more processors 102 , 202 and/or one or more memories 104 , 204 of FIG. 113 .
  • the transceiver(s) 114 may include one or more transceivers 106 , 206 and/or one or more antennas 108 , 208 of FIG. 113 .
  • the control unit 120 is electrically connected to the communication unit 110 , the memory unit 130 , and the additional element 140 , and controls general operations of the wireless device.
  • the controller 120 may control the electrical/mechanical operation of the wireless device based on the program/code/command/information stored in the memory unit 130 .
  • control unit 120 transmits information stored in the memory unit 130 to the outside (eg, other communication device) through the communication unit 110 through a wireless/wired interface, or externally (eg, through the communication unit 110 ) Information received through a wireless/wired interface from another communication device) may be stored in the memory unit 130 .
  • the additional element 140 may be configured in various ways according to the type of the wireless device.
  • the additional element 140 may include at least one of a power unit/battery, an input/output unit (I/O unit), a driving unit, and a computing unit.
  • the wireless device may include a robot ( FIGS. 112 and 100a ), a vehicle ( FIGS. 112 , 100b-1 , 100b-2 ), an XR device ( FIGS. 112 and 100c ), a portable device ( FIGS. 112 and 100d ), and a home appliance. (FIG. 112, 100e), IoT device (FIG.
  • the wireless device may be mobile or used in a fixed location depending on the use-example/service.
  • various elements, components, units/units, and/or modules in the wireless devices 100 and 200 may be all interconnected through a wired interface, or at least some of them may be wirelessly connected through the communication unit 110 .
  • the control unit 120 and the communication unit 110 are connected by wire, and the control unit 120 and the first unit (eg, 130 , 140 ) are connected to the communication unit 110 through the communication unit 110 . It can be connected wirelessly.
  • each element, component, unit/unit, and/or module within the wireless device 100 , 200 may further include one or more elements.
  • the controller 120 may be configured with one or more processor sets.
  • control unit 120 may be configured as a set of a communication control processor, an application processor, an electronic control unit (ECU), a graphic processing processor, a memory control processor, and the like.
  • memory unit 130 may include random access memory (RAM), dynamic RAM (DRAM), read only memory (ROM), flash memory, volatile memory, and non-volatile memory. volatile memory) and/or a combination thereof.
  • FIG. 116 will be described in more detail with reference to the drawings.
  • the portable device may include a smart phone, a smart pad, a wearable device (eg, a smart watch, smart glasses), and a portable computer (eg, a laptop computer).
  • a mobile device may be referred to as a mobile station (MS), a user terminal (UT), a mobile subscriber station (MSS), a subscriber station (SS), an advanced mobile station (AMS), or a wireless terminal (WT).
  • MS mobile station
  • UT user terminal
  • MSS mobile subscriber station
  • SS subscriber station
  • AMS advanced mobile station
  • WT wireless terminal
  • the portable device 100 includes an antenna unit 108 , a communication unit 110 , a control unit 120 , a memory unit 130 , a power supply unit 140a , an interface unit 140b , and an input/output unit 140c .
  • the antenna unit 108 may be configured as a part of the communication unit 110 .
  • Blocks 110 to 130/140a to 140c correspond to blocks 110 to 130/140 of FIG. 116 , respectively.
  • the communication unit 110 may transmit and receive signals (eg, data, control signals, etc.) with other wireless devices and base stations.
  • the controller 120 may perform various operations by controlling the components of the portable device 100 .
  • the controller 120 may include an application processor (AP).
  • the memory unit 130 may store data/parameters/programs/codes/commands necessary for driving the portable device 100 . Also, the memory unit 130 may store input/output data/information.
  • the power supply unit 140a supplies power to the portable device 100 and may include a wired/wireless charging circuit, a battery, and the like.
  • the interface unit 140b may support a connection between the portable device 100 and other external devices.
  • the interface unit 140b may include various ports (eg, an audio input/output port and a video input/output port) for connection with an external device.
  • the input/output unit 140c may receive or output image information/signal, audio information/signal, data, and/or information input from a user.
  • the input/output unit 140c may include a camera, a microphone, a user input unit, a display unit 140d, a speaker, and/or a haptic module.
  • the input/output unit 140c obtains information/signals (eg, touch, text, voice, image, video) input from the user, and the obtained information/signals are stored in the memory unit 130 . can be saved.
  • the communication unit 110 may convert the information/signal stored in the memory into a wireless signal, and transmit the converted wireless signal directly to another wireless device or to a base station. Also, after receiving a radio signal from another radio device or base station, the communication unit 110 may restore the received radio signal to original information/signal. After the restored information/signal is stored in the memory unit 130 , it may be output in various forms (eg, text, voice, image, video, haptic) through the input/output unit 140c.
  • various forms eg, text, voice, image, video, haptic
  • the vehicle or autonomous driving vehicle may be implemented as a mobile robot, a vehicle, a train, an aerial vehicle (AV), a ship, and the like.
  • AV aerial vehicle
  • the vehicle or autonomous driving vehicle 100 includes an antenna unit 108 , a communication unit 110 , a control unit 120 , a driving unit 140a , a power supply unit 140b , a sensor unit 140c and autonomous driving. It may include a part 140d.
  • the antenna unit 108 may be configured as a part of the communication unit 110 .
  • Blocks 110/130/140a-140d correspond to blocks 110/130/140 of FIG. 116 , respectively.
  • the communication unit 110 may transmit/receive signals (eg, data, control signals, etc.) to and from external devices such as other vehicles, base stations (e.g., base stations, roadside units, etc.), servers, and the like.
  • the controller 120 may control elements of the vehicle or the autonomous driving vehicle 100 to perform various operations.
  • the controller 120 may include an Electronic Control Unit (ECU).
  • the driving unit 140a may cause the vehicle or the autonomous driving vehicle 100 to run on the ground.
  • the driving unit 140a may include an engine, a motor, a power train, a wheel, a brake, a steering device, and the like.
  • the power supply unit 140b supplies power to the vehicle or the autonomous driving vehicle 100 , and may include a wired/wireless charging circuit, a battery, and the like.
  • the sensor unit 140c may obtain vehicle status, surrounding environment information, user information, and the like.
  • the sensor unit 140c includes an inertial measurement unit (IMU) sensor, a collision sensor, a wheel sensor, a speed sensor, an inclination sensor, a weight sensor, a heading sensor, a position module, and a vehicle forward movement.
  • IMU inertial measurement unit
  • a collision sensor a wheel sensor
  • a speed sensor a speed sensor
  • an inclination sensor a weight sensor
  • a heading sensor a position module
  • a vehicle forward movement / may include a reverse sensor, a battery sensor, a fuel sensor, a tire sensor, a steering sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, an ultrasonic sensor, an illuminance sensor, a pedal position sensor, and the like.
  • the autonomous driving unit 140d includes a technology for maintaining a driving lane, a technology for automatically adjusting speed such as adaptive cruise control, a technology for automatically driving along a predetermined route, and a technology for automatically setting a route when a destination is set. technology can be implemented.
  • the communication unit 110 may receive map data, traffic information data, and the like from an external server.
  • the autonomous driving unit 140d may generate an autonomous driving route and a driving plan based on the acquired data.
  • the controller 120 may control the driving unit 140a to move the vehicle or the autonomous driving vehicle 100 along the autonomous driving path (eg, speed/direction adjustment) according to the driving plan.
  • the communication unit 110 may obtain the latest traffic information data from an external server non/periodically, and may acquire surrounding traffic information data from surrounding vehicles.
  • the sensor unit 140c may acquire vehicle state and surrounding environment information.
  • the autonomous driving unit 140d may update the autonomous driving route and driving plan based on the newly acquired data/information.
  • the communication unit 110 may transmit information about a vehicle location, an autonomous driving route, a driving plan, and the like to an external server.
  • the external server may predict traffic information data in advance using AI technology or the like based on information collected from the vehicle or autonomous vehicles, and may provide the predicted traffic information data to the vehicle or autonomous vehicles.
  • the vehicle may also be implemented as a means of transportation, a train, an air vehicle, a ship, and the like.
  • the vehicle 100 may include a communication unit 110 , a control unit 120 , a memory unit 130 , an input/output unit 140a , and a position measurement unit 140b .
  • blocks 110 to 130/140a to 140b correspond to blocks 110 to 130/140 of FIG. X3, respectively.
  • the communication unit 110 may transmit and receive signals (eg, data, control signals, etc.) with other vehicles or external devices such as a base station.
  • the controller 120 may control components of the vehicle 100 to perform various operations.
  • the memory unit 130 may store data/parameters/programs/codes/commands supporting various functions of the vehicle 100 .
  • the input/output unit 140a may output an AR/VR object based on information in the memory unit 130 .
  • the input/output unit 140a may include a HUD.
  • the position measuring unit 140b may acquire position information of the vehicle 100 .
  • the location information may include absolute location information of the vehicle 100 , location information within a driving line, acceleration information, location information with a surrounding vehicle, and the like.
  • the position measuring unit 140b may include a GPS and various sensors.
  • the communication unit 110 of the vehicle 100 may receive map information, traffic information, and the like from an external server and store it in the memory unit 130 .
  • the position measuring unit 140b may acquire vehicle position information through GPS and various sensors and store it in the memory unit 130 .
  • the controller 120 may generate a virtual object based on map information, traffic information, vehicle location information, and the like, and the input/output unit 140a may display the created virtual object on a window inside the vehicle ( 1410 and 1420 ). Also, the controller 120 may determine whether the vehicle 100 is normally operating within the driving line based on the vehicle location information. When the vehicle 100 deviates from the driving line abnormally, the controller 120 may display a warning on the windshield of the vehicle through the input/output unit 140a.
  • control unit 120 may broadcast a warning message regarding driving abnormality to surrounding vehicles through the communication unit 110 .
  • control unit 120 may transmit the location information of the vehicle and information on driving/vehicle abnormality to a related organization through the communication unit 110 .
  • the XR device 120 illustrates an XR device applied to this specification.
  • the XR device may be implemented as an HMD, a head-up display (HUD) provided in a vehicle, a television, a smart phone, a computer, a wearable device, a home appliance, a digital signage, a vehicle, a robot, and the like.
  • HMD head-up display
  • a television a smart phone
  • a computer a wearable device
  • a home appliance a digital signage
  • a vehicle a robot, and the like.
  • the XR device 100a may include a communication unit 110 , a control unit 120 , a memory unit 130 , an input/output unit 140a , a sensor unit 140b , and a power supply unit 140c .
  • blocks 110 to 130/140a to 140c correspond to blocks 110 to 130/140 of FIG. X3, respectively.
  • the communication unit 110 may transmit/receive signals (eg, media data, control signals, etc.) to/from external devices such as other wireless devices, portable devices, or media servers.
  • Media data may include images, images, and sounds.
  • the controller 120 may perform various operations by controlling the components of the XR device 100a.
  • the controller 120 may be configured to control and/or perform procedures such as video/image acquisition, (video/image) encoding, and metadata generation and processing.
  • the memory unit 130 may store data/parameters/programs/codes/commands necessary for driving the XR device 100a/creating an XR object.
  • the input/output unit 140a may obtain control information, data, and the like from the outside, and may output the generated XR object.
  • the input/output unit 140a may include a camera, a microphone, a user input unit, a display unit, a speaker, and/or a haptic module.
  • the sensor unit 140b may obtain an XR device state, surrounding environment information, user information, and the like.
  • the sensor unit 140b may include a proximity sensor, an illuminance sensor, an acceleration sensor, a magnetic sensor, a gyro sensor, an inertial sensor, an RGB sensor, an IR sensor, a fingerprint recognition sensor, an ultrasonic sensor, an optical sensor, a microphone, and/or a radar. have.
  • the power supply unit 140c supplies power to the XR device 100a, and may include a wired/wireless charging circuit, a battery, and the like.
  • the memory unit 130 of the XR device 100a may include information (eg, data, etc.) necessary for generating an XR object (eg, AR/VR/MR object).
  • the input/output unit 140a may obtain a command to operate the XR device 100a from the user, and the controller 120 may drive the XR device 100a according to the user's driving command. For example, when the user intends to watch a movie or news through the XR device 100a, the controller 120 transmits the content request information to another device (eg, the mobile device 100b) through the communication unit 130 or can be sent to the media server.
  • another device eg, the mobile device 100b
  • the communication unit 130 may download/stream contents such as movies and news from another device (eg, the portable device 100b) or a media server to the memory unit 130 .
  • the controller 120 controls and/or performs procedures such as video/image acquisition, (video/image) encoding, and metadata generation/processing for the content, and is acquired through the input/output unit 140a/sensor unit 140b It is possible to generate/output an XR object based on information about one surrounding space or a real object.
  • the XR device 100a is wirelessly connected to the portable device 100b through the communication unit 110 , and the operation of the XR device 100a may be controlled by the portable device 100b.
  • the portable device 100b may operate as a controller for the XR device 100a.
  • the XR device 100a may obtain 3D location information of the portable device 100b, and then generate and output an XR object corresponding to the portable device 100b.
  • Robots can be classified into industrial, medical, home, military, etc. depending on the purpose or field of use.
  • the robot 100 may include a communication unit 110 , a control unit 120 , a memory unit 130 , an input/output unit 140a , a sensor unit 140b , and a driving unit 140c .
  • blocks 110 to 130/140a to 140c correspond to blocks 110 to 130/140 of FIG. X3, respectively.
  • the communication unit 110 may transmit/receive signals (eg, driving information, control signals, etc.) with external devices such as other wireless devices, other robots, or control servers.
  • the controller 120 may perform various operations by controlling the components of the robot 100 .
  • the memory unit 130 may store data/parameters/programs/codes/commands supporting various functions of the robot 100 .
  • the input/output unit 140a may obtain information from the outside of the robot 100 and may output information to the outside of the robot 100 .
  • the input/output unit 140a may include a camera, a microphone, a user input unit, a display unit, a speaker, and/or a haptic module.
  • the sensor unit 140b may obtain internal information, surrounding environment information, user information, and the like of the robot 100 .
  • the sensor unit 140b may include a proximity sensor, an illumination sensor, an acceleration sensor, a magnetic sensor, a gyro sensor, an inertial sensor, an IR sensor, a fingerprint recognition sensor, an ultrasonic sensor, an optical sensor, a microphone, a radar, and the like.
  • the driving unit 140c may perform various physical operations, such as moving a robot joint. In addition, the driving unit 140c may make the robot 100 travel on the ground or fly in the air.
  • the driving unit 140c may include an actuator, a motor, a wheel, a brake, a propeller, and the like.
  • AI devices include TVs, projectors, smartphones, PCs, laptops, digital broadcasting terminals, tablet PCs, wearable devices, set-top boxes (STBs), radios, washing machines, refrigerators, digital signage, robots, vehicles, etc. It may be implemented in any possible device or the like.
  • the AI device 100 includes a communication unit 110 , a control unit 120 , a memory unit 130 , input/output units 140a/140b , a learning processor unit 140c , and a sensor unit 140d).
  • a communication unit 110 may include Blocks 110-130/140a-140d correspond to blocks 110-130/140 of FIG. X3, respectively.
  • the communication unit 110 uses wired/wireless communication technology to communicate with external devices such as other AI devices (eg, FIGS. W1, 100x, 200, 400) or the AI server 200 and wired/wireless signals (eg, sensor information, user input, learning). models, control signals, etc.). To this end, the communication unit 110 may transmit information in the memory unit 130 to an external device or transmit a signal received from the external device to the memory unit 130 .
  • external devices such as other AI devices (eg, FIGS. W1, 100x, 200, 400) or the AI server 200 and wired/wireless signals (eg, sensor information, user input, learning). models, control signals, etc.).
  • the communication unit 110 may transmit information in the memory unit 130 to an external device or transmit a signal received from the external device to the memory unit 130 .
  • the controller 120 may determine at least one executable operation of the AI device 100 based on information determined or generated using a data analysis algorithm or a machine learning algorithm. In addition, the controller 120 may control the components of the AI device 100 to perform the determined operation. For example, the control unit 120 may request, search, receive, or utilize the data of the learning processor unit 140c or the memory unit 130 , and may be predicted or preferred among at least one executable operation. Components of the AI device 100 may be controlled to execute the operation. In addition, the control unit 120 collects history information including user feedback on the operation contents or operation of the AI device 100 and stores it in the memory unit 130 or the learning processor unit 140c, or the AI server ( W1, 400) and the like may be transmitted to an external device. The collected historical information may be used to update the learning model.
  • the memory unit 130 may store data supporting various functions of the AI device 100 .
  • the memory unit 130 may store data obtained from the input unit 140a , data obtained from the communication unit 110 , output data of the learning processor unit 140c , and data obtained from the sensing unit 140 .
  • the memory unit 130 may store control information and/or software codes necessary for the operation/execution of the control unit 120 .
  • the input unit 140a may acquire various types of data from the outside of the AI device 100 .
  • the input unit 120 may obtain training data for model learning, input data to which the learning model is applied, and the like.
  • the input unit 140a may include a camera, a microphone, and/or a user input unit.
  • the output unit 140b may generate an output related to sight, hearing, or touch.
  • the output unit 140b may include a display unit, a speaker, and/or a haptic module.
  • the sensing unit 140 may obtain at least one of internal information of the AI device 100 , surrounding environment information of the AI device 100 , and user information by using various sensors.
  • the sensing unit 140 may include a proximity sensor, an illumination sensor, an acceleration sensor, a magnetic sensor, a gyro sensor, an inertial sensor, an RGB sensor, an IR sensor, a fingerprint recognition sensor, an ultrasonic sensor, an optical sensor, a microphone, and/or a radar. have.
  • the learning processor unit 140c may train a model composed of an artificial neural network by using the training data.
  • the learning processor unit 140c may perform AI processing together with the learning processor unit of the AI server ( FIGS. W1 and 400 ).
  • the learning processor unit 140c may process information received from an external device through the communication unit 110 and/or information stored in the memory unit 130 . Also, the output value of the learning processor unit 140c may be transmitted to an external device through the communication unit 110 and/or stored in the memory unit 130 .

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Abstract

본 명세서는 무선 광 통신 시스템에서, 장치에 의해 수행되는, 펜슬(pencil) 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하는 방법에 있어서, 레퍼런스 동기 타임을 획득하되, 상기 레퍼런스 동기 타임은 다른 장치로부터 수신한 C-RSS(cell-reference synchronization signal)에 기반하여 획득되, 피크 에너지 타임을 획득하고, 상기 레퍼런스 동기 타임 및 상기 피크 에너지 타임에 기반하여 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋을 획득하고 및 상기 다른 장치에게 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.

Description

패스트 빔 스티어링 시스템 기반 주파수 그래디언트 메타서페이스 장치 및 이에 대한 방법
본 명세서는 무선 광 통신(optical wireless communication; OWC) 시스템에 관련된다.
무선 광 통신 (Optical wireless communication) 시스템은 광자(photon)이 가지는 주파수와 목적에 따라 크게 가시광 통신(visible light communication, VLC)과 자유 공간 광통신(free space optical communication, FSO) 시스템으로 나눌 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 무선 광 통신에서 인지된 신호 광선의 방향을 회귀루프로 전달하고 운영하는 방법 및 이를 이용하는 장치를 제공하고자 한다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 레퍼런스 동기 타임 및 피크 에너지 타임에 기반하여 펜슬 빔 타이밍 오프셋을 획득하고, 및 다른 장치에게 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공될 수 있다.
본 명세서에 따르면, 주파수 그래디언트 버추어 안테나를 통해 전송된 4D 빔을 레퍼런스 동기화를 기반으로 획득하고, 송신단에 피드백 함으로써, 타겟(Target) 빔을 선택할 수 있다. 아울러, 선택된 타겟 빔을 통해 데이터 송신을 3D 빔으로 전송하는 구성이 제공될 수 있다.
본 명세서의 구체적인 일례를 통해 얻을 수 있는 효과는 이상에서 나열된 효과로 제한되지 않는다. 예를 들어, 관련된 기술분야의 통상의 지식을 자긴 자(a person having ordinary skill in the related art)가 본 명세서로부터 이해하거나 유도할 수 있는 다양한 기술적 효과가 존재할 수 있다. 이에 따라 본 명세서의 구체적인 효과는 본 명세서에 명시적으로 기재된 것에 제한되지 않고, 본 명세서의 기술적 특징으로부터 이해되거나 유도될 수 있는 다양한 효과를 포함할 수 있다.
도 1은 NR이 적용되는 차세대 무선 접속 네트워크(New Generation Radio Access Network: NG-RAN)의 시스템 구조를 예시한다.
도 2는 NG-RAN과 5GC 간의 기능적 분할을 예시한다.
도 3은 본 명세서의 기술적 특징이 적용될 수 있는 5G 사용 시나리오의 예를 나타낸다.
도 4는 6G 시스템에서 제공 가능한 통신 구조의 일례를 나타낸 도이다.
도 5는 퍼셉트론 구조의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 다층 퍼셉트론 구조의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 심층 신경망 예시를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 컨볼루션 신경망의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 컨볼루션 신경망에서의 필터 연산의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 순환 루프가 존재하는 신경망 구조의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 순환 신경망의 동작 구조의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 12는 전자기 스펙트럼의 일례를 나타낸다.
도 13은 THz 통신 응용의 일례를 나타낸 도이다.
도 14는 전자소자 기반 THz 무선통신 송수신기의 일례를 나타낸 도이다.
도 15는 광 소자 기반 THz 신호를 생성하는 방법의 일례를 나타낸 도이며, 도 16은 광 소자 기반 THz 무선통신 송수신기의 일례를 나타낸 도이다.
도 17은 광자 소스(Photoinc source) 기반 송신기의 구조를 예시하며, 도 18은 광 변조기(Optical modulator)의 구조를 예시한다.
도 19는 래거시(Legacy) RF 통신 시스템의 OFDM 모듈레이션 송신기 구조의 일례를 도시한 것이다.
도 20은 VLC 통신 시스템의 DCO-OFDM 모듈레이션 송신기 구조의 일례를 도시한 것이다.
도 21은 VLC 통신 시스템의 ACO-OFDM 모듈레이션 송신기 구조의 일례를 도시한 것이다.
도 22는 무선광 통신 시스템의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 23은 무선광 통신 시스템의 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 24는 무선광 통신 시스템의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 25는 초점 제어에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 26은 초점 제어에 대한 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 27은 존 플레이트에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 28은 포톤 시브의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 29는 페이즈 마스크의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 30은 파 필드 케이스에서의 다이버전스 앵글의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 31 및 도 32는 파 필드 케이스에서의 다이버전스 앵글의 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 33은 모드에 따른 페이즈의 차이의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 34는 E-필드의 진동의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 35는 본 명세서의 일례에 따른 펜실(pencil) 빔의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 36은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 빔을 수신 장치에 전송하는 방법의 순서도다.
도 37은 회절 그레이팅에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 38 및 도 39는 입사각과 반사각을 파장에 따라 제어하는 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 40은 HWP 물질의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 41은 초점 제어의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 42는 페이즈 차이 보상의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 43은 메타 렌즈의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 44는 페이즈 어레이 안테나의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 45는 주파수 그래디언트 어레이 안테나의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 46은 사인 파장의 합성 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 47은 도 46에서의 신호를 푸리에 변환한 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 48은 주파수 별 초점의 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 49는 본 명세서의 일례에 따른, 전송 장치의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 50은 본 명세서의 일례에 따른, 전송 장치에서, 빔의 방향의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 51은 본 명세서의 다른 예에 따른, 전송 장치에서, 빔의 방향의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 52는 레이저 게인 대역폭의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 53은 페이즈 쉬프터를 활용하는 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 54는 페이즈 쉬프터의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 55는 페이즈 쉬프터의 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 56은 페이즈 쉬프터의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 57은 페이즈 쉬프터의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 58은 광학계 설계를 활용한 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 59는 메타 그레이팅 설계를 활용한 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 60은 메타서페이스의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 61은 버추얼 안테나 어레이의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 62는 버추얼 안테나를 통과한 신호들의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 63 및 도 64는 빔의 회전 축의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 65는 버추얼 안테나 어레이 스페이스의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 66은 버추얼 안테나 어레이 스페이스의 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 67은 도 66의 예시에서의 빔의 전송의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 68은 버추얼 안테나 어레이 스페이스의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 69는 도 68의 예시에서의 빔의 전송의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 70은 빔의 전송의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 71은 버추얼 안테나 어레이 스페이스의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 72는 도 71의 예시에서의 빔의 전송의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 73은 버추얼 안테나 어레이 스페이스의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 74는 도 73의 예시에서의 빔의 전송의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 75는 버추얼 안테나 어레이 스페이스의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 76은 도 75의 예시에서의 빔의 전송의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 77은 도 75의 예시에서의 빔의 전송의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 78은 도 75의 예시에서의 빔의 전송의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 79는 본 명세서의 다른 예에 따른, 전송 장치의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 80은 본 명세서의 또 다른 예에 따른, 전송 장치의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 81은 4D빔의 일례를 구현한 예시를 도시한 것이다.
도 82 내지 도 84는 트랜스미터의 파라미터 제어에 따른 4D 빔의 회전을 표현한 것이다.
도 85는 본 명세서의 일 실시예에 따른, 전송 장치 관점에서, 빔을 수신 장치에 전송하는 방법의 순서도다.
도 86은 SSB와 리소스 그리드 간의 상관관계를 개략적으로 도시한 것이다.
도 87은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 장치에 의한 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하는 방법의 순서도다.
도 88은 셀 영역과 펜슬 빔이 수신되는 단위 공간의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 89는 C-RSS 및 펜슬 빔이 전송되는 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 90은 펜슬 빔 타이밍 오프셋 획득에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 91은 빔 생성 방식에 따른, 반경에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 92는 빔 영역 환경의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 93은 C-RSS 및 펜슬 빔이 전송되는 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 94는 펜슬 빔 타이밍 오프셋 획득에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 95는 펜슬 빔 타이밍 오프셋 추정 방법의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 96 및 도 97은 BSB가 주기적으로 전송되는 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 98은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 장치에 의한 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하는 방법을 다른 형태로 표현한 순서도다.
도 99는 수신단 구조의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 100은 옵티컬 필터의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 101은 옵티컬 필터의 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 102는 수신단 구조의 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 103은 송수신단 LOS 링크의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 104는 송수신단 LOS 링크의 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 105는 펜슬 빔 오프셋을 타이하는 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 106은 송수신단 릴레이 링크에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 107은 송수신단 릴레이 링크에 대한 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 108은 본 명세서의 일 실시예에 따른, (펜슬 빔) 수신 장치에 의한 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하는 방법의 순서도다.
도 109는 본 명세서의 일 실시예에 따른, (펜슬 빔) 수신 장치에 의한 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하는 장치의 블록도에 대한 일례다.
도 110은 본 명세서의 일 실시예에 따른, (펜슬 빔) 전송 장치에 의한 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 수신하는 방법의 순서도다.
도 111은 본 명세서의 일 실시예에 따른, (펜슬 빔) 전송 장치에 의한 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 수신하는 장치의 블록도에 대한 일례다.
도 112는 본 명세서에 적용되는 통신 시스템(1)을 예시한다.
도 113은 본 명세서에 적용될 수 있는 무선 기기를 예시한다.
도 114는 본 명세서에 적용될 수 있는 무선 기기의 다른 예를 도시한다.
도 115는 전송 신호를 위한 신호 처리 회로를 예시한다.
도 116은 본 명세서에 적용되는 무선 기기의 다른 예를 나타낸다.
도 117은 본 명세서에 적용되는 휴대 기기를 예시한다.
도 118은 본 명세서에 적용되는 차량 또는 자율 주행 차량을 예시한다.
도 119는 본 명세서에 적용되는 차량을 예시한다.
도 120은 본 명세서에 적용되는 XR 기기를 예시한다.
도 121은 본 명세서에 적용되는 로봇을 예시한다.
도 122는 본 명세서에 적용되는 AI 기기를 예시한다.
본 명세서에서 "A 또는 B(A or B)"는 "오직 A", "오직 B" 또는 "A와 B 모두"를 의미할 수 있다. 달리 표현하면, 본 명세서에서 "A 또는 B(A or B)"는 "A 및/또는 B(A and/or B)"으로 해석될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 "A, B 또는 C(A, B or C)"는 "오직 A", "오직 B", "오직 C", 또는 "A, B 및 C의 임의의 모든 조합(any combination of A, B and C)"를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 슬래쉬(/)나 쉼표(comma)는 "및/또는(and/or)"을 의미할 수 있다. 예를 들어, "A/B"는 "A 및/또는 B"를 의미할 수 있다. 이에 따라 "A/B"는 "오직 A", "오직 B", 또는 "A와 B 모두"를 의미할 수 있다. 예를 들어, "A, B, C"는 "A, B 또는 C"를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 "적어도 하나의 A 및 B(at least one of A and B)"는, "오직 A", "오직 B" 또는 "A와 B 모두"를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "적어도 하나의 A 또는 B(at least one of A or B)"나 "적어도 하나의 A 및/또는 B(at least one of A and/or B)"라는 표현은 "적어도 하나의 A 및 B(at least one of A and B)"와 동일하게 해석될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "적어도 하나의 A, B 및 C(at least one of A, B and C)"는, "오직 A", "오직 B", "오직 C", 또는 "A, B 및 C의 임의의 모든 조합(any combination of A, B and C)"를 의미할 수 있다. 또한, "적어도 하나의 A, B 또는 C(at least one of A, B or C)"나 "적어도 하나의 A, B 및/또는 C(at least one of A, B and/or C)"는 "적어도 하나의 A, B 및 C(at least one of A, B and C)"를 의미할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 괄호는 "예를 들어(for example)"를 의미할 수 있다. 구체적으로, "제어 정보(PDCCH)"로 표시된 경우, "제어 정보"의 일례로 "PDCCH"가 제안된 것일 수 있다. 달리 표현하면 본 명세서의 "제어 정보"는 "PDCCH"로 제한(limit)되지 않고, "PDDCH"가 "제어 정보"의 일례로 제안될 것일 수 있다. 또한, "제어 정보(즉, PDCCH)"로 표시된 경우에도, "제어 정보"의 일례로 "PDCCH"가 제안된 것일 수 있다.
본 명세서에서 하나의 도면 내에서 개별적으로 설명되는 기술적 특징은, 개별적으로 구현될 수도 있고, 동시에 구현될 수도 있다.
이하, 새로운 무선 접속 기술(new radio access technology: new RAT, NR)에 대해 설명한다.
더욱 많은 통신 기기들이 더욱 큰 통신 용량을 요구하게 됨에 따라 기존의 무선 접속 기술(radio access technology; RAT)에 비해 향상된 모바일 브로드밴드(mobile broadband) 통신에 대한 필요성이 대두되고 있다. 또한 다수의 기기 및 사물들을 연결하여 언제 어디서나 다양한 서비스를 제공하는 매시브 MTC (massive Machine Type Communications) 역시 차세대 통신에서 고려될 주요 이슈 중 하나이다. 뿐만 아니라 신뢰도(reliability) 및 지연(latency)에 민감한 서비스/단말을 고려한 통신 시스템 디자인이 논의되고 있다. 이와 같이 확장된 모바일 브로드밴드 커뮤니케이션(enhanced mobile broadband communication), massive MTC, URLLC (Ultra-Reliable and Low Latency Communication) 등을 고려한 차세대 무선 접속 기술의 도입이 논의되고 있으며, 본 명세서에서는 편의상 해당 기술(technology)을 new RAT 또는 NR이라고 부른다.
도 1은 NR이 적용되는 차세대 무선 접속 네트워크(New Generation Radio Access Network: NG-RAN)의 시스템 구조를 예시한다.
도 1을 참조하면, NG-RAN은, 단말에게 사용자 평면 및 제어 평면 프로토콜 종단(termination)을 제공하는 gNB 및/또는 eNB를 포함할 수 있다. 도 1에서는 gNB만을 포함하는 경우를 예시한다. gNB 및 eNB는 상호 간에 Xn 인터페이스로 연결되어 있다. gNB 및 eNB는 5세대 코어 네트워크(5G Core Network: 5GC)와 NG 인터페이스를 통해 연결되어 있다. 보다 구체적으로, AMF(access and mobility management function)과는 NG-C 인터페이스를 통해 연결되고, UPF(user plane function)과는 NG-U 인터페이스를 통해 연결된다.
도 2는 NG-RAN과 5GC 간의 기능적 분할을 예시한다.
도 2를 참조하면, gNB는 인터 셀 간의 무선 자원 관리(Inter Cell RRM), 무선 베어러 관리(RB control), 연결 이동성 제어(Connection Mobility Control), 무선 허용 제어(Radio Admission Control), 측정 설정 및 제공(Measurement configuration & Provision), 동적 자원 할당(dynamic resource allocation) 등의 기능을 제공할 수 있다. AMF는 NAS 보안, 아이들 상태 이동성 처리 등의 기능을 제공할 수 있다. UPF는 이동성 앵커링(Mobility Anchoring), PDU 처리 등의 기능을 제공할 수 있다. SMF(Session Management Function)는 단말 IP 주소 할당, PDU 세션 제어 등의 기능을 제공할 수 있다.
도 3은 본 명세서의 기술적 특징이 적용될 수 있는 5G 사용 시나리오의 예를 나타낸다. 도 3에 도시된 5G 사용 시나리오는 단지 예시적인 것이며, 본 명세서의 기술적 특징은 도 3에 도시되지 않은 다른 5G 사용 시나리오에도 적용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 5G의 세 가지 주요 요구 사항 영역은 (1) 개선된 모바일 광대역(eMBB; enhanced mobile broadband) 영역, (2) 다량의 머신 타입 통신(mMTC; massive machine type communication) 영역 및 (3) 초-신뢰 및 저 지연 통신(URLLC; ultra-reliable and low latency communications) 영역을 포함한다. 일부 사용 예는 최적화를 위해 다수의 영역을 요구할 수 있고, 다른 사용 예는 단지 하나의 핵심 성능 지표(KPI; key performance indicator)에만 포커싱 할 수 있다. 5G는 이러한 다양한 사용 예들을 유연하고 신뢰할 수 있는 방법으로 지원하는 것이다.
eMBB는 데이터 속도, 지연, 사용자 밀도, 모바일 광대역 접속의 용량 및 커버리지의 전반적인 향상에 중점을 둔다. eMBB는 10Gbps 정도의 처리량을 목표로 한다. eMBB는 기본적인 모바일 인터넷 접속을 훨씬 능가하게 하며, 풍부한 양방향 작업, 클라우드 또는 증강 현실에서 미디어 및 엔터테인먼트 애플리케이션을 커버한다. 데이터는 5G의 핵심 동력 중 하나이며, 5G 시대에서 처음으로 전용 음성 서비스를 볼 수 없을 수 있다. 5G에서, 음성은 단순히 통신 시스템에 의해 제공되는 데이터 연결을 사용하여 응용 프로그램으로서 처리될 것으로 기대된다. 증가된 트래픽 양의 주요 원인은 콘텐츠 크기의 증가 및 높은 데이터 전송률을 요구하는 애플리케이션 수의 증가이다. 스트리밍 서비스(오디오 및 비디오), 대화형 비디오 및 모바일 인터넷 연결은 더 많은 장치가 인터넷에 연결될수록 더 널리 사용될 것이다. 이러한 많은 애플리케이션은 사용자에게 실시간 정보 및 알림을 푸쉬하기 위해 항상 켜져 있는 연결성을 필요로 한다. 클라우드 스토리지 및 애플리케이션은 모바일 통신 플랫폼에서 급속히 증가하고 있으며, 이것은 업무 및 엔터테인먼트 모두에 적용될 수 있다. 클라우드 스토리지는 상향링크 데이터 전송률의 성장을 견인하는 특별한 사용 예이다. 5G는 또한 클라우드 상의 원격 업무에도 사용되며, 촉각 인터페이스가 사용될 때 우수한 사용자 경험을 유지하도록 훨씬 더 낮은 단-대-단(end-to-end) 지연을 요구한다. 엔터테인먼트에서 예를 들면, 클라우드 게임 및 비디오 스트리밍은 모바일 광대역 능력에 대한 요구를 증가시키는 또 다른 핵심 요소이다. 엔터테인먼트는 기차, 차 및 비행기와 같은 높은 이동성 환경을 포함하여 어떤 곳에서든지 스마트폰 및 태블릿에서 필수적이다. 또 다른 사용 예는 엔터테인먼트를 위한 증강 현실 및 정보 검색이다. 여기서, 증강 현실은 매우 낮은 지연과 순간적인 데이터 양을 필요로 한다.
mMTC는 배터리에 의해 구동되는 다량의 저비용 장치 간의 통신을 가능하게 하기 위하여 설계되며, 스마트 계량, 물류, 현장 및 신체 센서와 같은 애플리케이션을 지원하기 위한 것이다. mMTC는 10년 정도의 배터리 및/또는 1km2 당 백만 개 정도의 장치를 목표로 한다. mMTC는 모든 분야에서 임베디드 센서를 원활하게 연결할 수 있게 하며, 가장 많이 예상되는 5G 사용 예 중 하나이다. 잠재적으로 2020년까지 IoT 장치들은 204억 개에 이를 것으로 예측된다. 산업 IoT는 5G가 스마트 도시, 자산 추적(asset tracking), 스마트 유틸리티, 농업 및 보안 인프라를 가능하게 하는 주요 역할을 수행하는 영역 중 하나이다.
URLLC는 장치 및 기계가 매우 신뢰성 있고 매우 낮은 지연 및 높은 가용성으로 통신할 수 있도록 함으로써 차량 통신, 산업 제어, 공장 자동화, 원격 수술, 스마트 그리드 및 공공 안전 애플리케이션에 이상적이다. URLLC는 1ms의 정도의 지연을 목표로 한다. URLLC는 주요 인프라의 원격 제어 및 자율 주행 차량과 같은 초 신뢰/지연이 적은 링크를 통해 산업을 변화시킬 새로운 서비스를 포함한다. 신뢰성과 지연의 수준은 스마트 그리드 제어, 산업 자동화, 로봇 공학, 드론 제어 및 조정에 필수적이다.
다음으로, 도 3의 삼각형 안에 포함된 다수의 사용 예에 대해 보다 구체적으로 살펴본다.
5G는 초당 수백 메가 비트에서 초당 기가 비트로 평가되는 스트림을 제공하는 수단으로 FTTH(fiber-to-the-home) 및 케이블 기반 광대역(또는 DOCSIS)을 보완할 수 있다. 이러한 빠른 속도는 가상 현실(VR; virtual reality)과 증강 현실(AR; augmented reality) 뿐 아니라 4K 이상(6K, 8K 및 그 이상)의 해상도로 TV를 전달하는 데에 요구될 수 있다. VR 및 AR 애플리케이션은 거의 몰입형(immersive) 스포츠 경기를 포함한다. 특정 애플리케이션은 특별한 네트워크 설정이 요구될 수 있다. 예를 들어, VR 게임의 경우, 게임 회사가 지연을 최소화하기 위해 코어 서버를 네트워크 오퍼레이터의 에지 네트워크 서버와 통합해야 할 수 있다.
자동차(Automotive)는 차량에 대한 이동 통신을 위한 많은 사용 예와 함께 5G에 있어 중요한 새로운 동력이 될 것으로 예상된다. 예를 들어, 승객을 위한 엔터테인먼트는 높은 용량과 높은 모바일 광대역을 동시에 요구한다. 그 이유는 미래의 사용자는 그들의 위치 및 속도와 관계 없이 고품질의 연결을 계속해서 기대하기 때문이다. 자동차 분야의 다른 사용 예는 증강 현실 대시보드이다. 운전자는 증강 현실 대비보드를 통해 앞면 창을 통해 보고 있는 것 위에 어둠 속에서 물체를 식별할 수 있다. 증강 현실 대시보드는 물체의 거리와 움직임에 대해 운전자에게 알려줄 정보를 겹쳐서 디스플레이 한다. 미래에, 무선 모듈은 차량 간의 통신, 차량과 지원하는 인프라구조 사이에서 정보 교환 및 자동차와 다른 연결된 장치(예를 들어, 보행자에 의해 수반되는 장치) 사이에서 정보 교환을 가능하게 한다. 안전 시스템은 운전자가 보다 안전한 운전을 할 수 있도록 행동의 대체 코스를 안내하여 사고의 위험을 낮출 수 있게 한다. 다음 단계는 원격 조종 차량 또는 자율 주행 차량이 될 것이다. 이는 서로 다른 자율 주행 차량 사이 및/또는 자동차와 인프라 사이에서 매우 신뢰성이 있고 매우 빠른 통신을 요구한다. 미래에, 자율 주행 차량이 모든 운전 활동을 수행하고, 운전자는 차량 자체가 식별할 수 없는 교통 이상에만 집중하도록 할 것이다. 자율 주행 차량의 기술적 요구 사항은 트래픽 안전을 사람이 달성할 수 없을 정도의 수준까지 증가하도록 초 저 지연과 초고속 신뢰성을 요구한다.
스마트 사회로서 언급되는 스마트 도시와 스마트 홈은 고밀도 무선 센서 네트워크로 임베디드 될 것이다. 지능형 센서의 분산 네트워크는 도시 또는 집의 비용 및 에너지 효율적인 유지에 대한 조건을 식별할 것이다. 유사한 설정이 각 가정을 위해 수행될 수 있다. 온도 센서, 창 및 난방 컨트롤러, 도난 경보기 및 가전 제품은 모두 무선으로 연결된다. 이러한 센서 중 많은 것들이 전형적으로 낮은 데이터 전송 속도, 저전력 및 저비용을 요구한다. 하지만, 예를 들어, 실시간 HD 비디오는 감시를 위해 특정 타입의 장치에서 요구될 수 있다.
열 또는 가스를 포함한 에너지의 소비 및 분배는 고도로 분산화되고 있어, 분산 센서 네트워크의 자동화된 제어가 요구된다. 스마트 그리드는 정보를 수집하고 이에 따라 행동하도록 디지털 정보 및 통신 기술을 사용하여 이런 센서를 상호 연결한다. 이 정보는 공급 업체와 소비자의 행동을 포함할 수 있으므로, 스마트 그리드가 효율성, 신뢰성, 경제성, 생산의 지속 가능성 및 자동화된 방식으로 전기와 같은 연료의 분배를 개선하도록 할 수 있다. 스마트 그리드는 지연이 적은 다른 센서 네트워크로 볼 수도 있다.
건강 부문은 이동 통신의 혜택을 누릴 수 있는 많은 애플리케이션을 보유하고 있다. 통신 시스템은 멀리 떨어진 곳에서 임상 진료를 제공하는 원격 진료를 지원할 수 있다. 이는 거리에 대한 장벽을 줄이는 데에 도움을 주고, 거리가 먼 농촌에서 지속적으로 이용하지 못하는 의료 서비스로의 접근을 개선시킬 수 있다. 이는 또한 중요한 진료 및 응급 상황에서 생명을 구하기 위해 사용된다. 이동 통신 기반의 무선 센서 네트워크는 심박수 및 혈압과 같은 파라미터에 대한 원격 모니터링 및 센서를 제공할 수 있다.
무선 및 모바일 통신은 산업 응용 분야에서 점차 중요해지고 있다. 배선은 설치 및 유지 비용이 높다. 따라서, 케이블을 재구성할 수 있는 무선 링크로의 교체 가능성은 많은 산업 분야에서 매력적인 기회이다. 그러나, 이를 달성하는 것은 무선 연결이 케이블과 비슷한 지연, 신뢰성 및 용량으로 동작하는 것과, 그 관리가 단순화될 것을 요구한다. 낮은 지연과 매우 낮은 오류 확률은 5G로 연결될 필요가 있는 새로운 요구 사항이다.
물류 및 화물 추적은 위치 기반 정보 시스템을 사용하여 어디에서든지 인벤토리(inventory) 및 패키지의 추적을 가능하게 하는 이동 통신에 대한 중요한 사용 예이다. 물류 및 화물 추적의 사용 예는 전형적으로 낮은 데이터 속도를 요구하지만 넓은 범위와 신뢰성 있는 위치 정보가 필요할 수 있다.
이하, 본 명세서의 실시예에 적용될 수 있는 차세대 통신(예컨대, 6G)의 예시들에 대해 설명하도록 한다.
<6G 시스템 일반>
6G (무선통신) 시스템은 (i) 디바이스 당 매우 높은 데이터 속도, (ii) 매우 많은 수의 연결된 디바이스들, (iii) 글로벌 연결성(global connectivity), (iv) 매우 낮은 지연, (v) 배터리-프리(battery-free) IoT 디바이스들의 에너지 소비를 낮추고, (vi) 초고신뢰성 연결, (vii) 머신 러닝 능력을 가지는 연결된 지능 등에 목적이 있다. 6G 시스템의 비젼은 intelligent connectivity, deep connectivity, holographic connectivity, ubiquitous connectivity와 같은 4가지 측면일 수 있으며, 6G 시스템은 아래 표 1과 같은 요구 사항을 만족시킬 수 있다. 즉, 표 1은 6G 시스템의 요구 사항의 일례를 나타낸 표이다.
Per device peak data rate 1 Tbps
E2E latency 1 ms
Maximum spectral efficiency 100bps/Hz
Mobility support Up to 1000km/hr
Satellite integration Fully
AI Fully
Autonomous vehicle Fully
XR Fully
Haptic Communication Fully
6G 시스템은 Enhanced mobile broadband (eMBB), Ultra-reliable low latency communications (URLLC), massive machine-type communication (mMTC), AI integrated communication, Tactile internet, High throughput, High network capacity, High energy efficiency, Low backhaul and access network congestion, Enhanced data security와 같은 핵심 요소(key factor)들을 가질 수 있다.도 4는 6G 시스템에서 제공 가능한 통신 구조의 일례를 나타낸 도이다.
6G 시스템은 5G 무선통신 시스템보다 50배 더 높은 동시 무선통신 연결성을 가질 것으로 예상된다. 5G의 key feature인 URLLC는 6G 통신에서 1ms보다 적은 단-대-단(end-to-end) 지연을 제공함으로써 보다 더 주요한 기술이 될 것이다. 6G 시스템은 자주 사용되는 영역 스펙트럼 효율과 달리 체적 스펙트럼 효율이 훨씬 우수할 것이다. 6G 시스템은 매우 긴 배터리 수명과 에너지 수확을 위한 고급 배터리 기술을 제공할 수 있어, 6G 시스템에서 모바일 디바이스들은 별도로 충전될 필요가 없을 것이다. 6G에서 새로운 네트워크 특성들은 다음과 같을 수 있다.
- 위성 통합 네트워크(Satellites integrated network): 글로벌 모바일 집단을 제공하기 위해 6G는 위성과 통합될 것으로 예상된다. 지상파, 위성 및 공중 네트워크를 하나의 무선통신 시스템으로 통합은 6G에 매우 중요하다.
- 연결된 인텔리전스(Connected intelligence): 이전 세대의 무선 통신 시스템과 달리 6G는 혁신적이며, "연결된 사물”에서 "연결된 지능"으로 무선 진화가 업데이트될 것이다. AI는 통신 절차의 각 단계(또는 후술할 신호 처리의 각 절차)에서 적용될 수 있다.
- 무선 정보 및 에너지 전달의 완벽한 통합(Seamless integration wireless information and energy transfer): 6G 무선 네트워크는 스마트폰들과 센서들과 같이 디바이스들의 배터리를 충전하기 위해 전력을 전달할 것이다. 그러므로, 무선 정보 및 에너지 전송 (WIET)은 통합될 것이다.
- 유비쿼터스 슈퍼 3D 연결(Ubiquitous super 3D connectivity): 드론 및 매우 낮은 지구 궤도 위성의 네트워크 및 핵심 네트워크 기능에 접속은 6G 유비쿼터스에서 슈퍼 3D 연결을 만들 것이다.
위와 같은 6G의 새로운 네트워크 특성들에서 몇 가지 일반적인 요구 사항은 다음과 같을 수 있다.
- 스몰 셀 네트워크(small cell networks): 스몰 셀 네트워크의 아이디어는 셀룰러 시스템에서 처리량, 에너지 효율 및 스펙트럼 효율 향상의 결과로 수신 신호 품질을 향상시키기 위해 도입되었다. 결과적으로, 스몰 셀 네트워크는 5G 및 비욘드 5G (5GB) 이상의 통신 시스템에 필수적인 특성이다. 따라서, 6G 통신 시스템 역시 스몰 셀 네트워크의 특성을 채택한다.
- 초 고밀도 이기종 네트워크(Ultra-dense heterogeneous network): 초 고밀도 이기종 네트워크들은 6G 통신 시스템의 또 다른 중요한 특성이 될 것이다. 이기종 네트워크로 구성된 멀티-티어 네트워크는 전체 QoS를 개선하고 비용을 줄인다.
- 대용량 백홀(High-capacity backhaul): 백홀 연결은 대용량 트래픽을 지원하기 위해 대용량 백홀 네트워크로 특징 지어진다. 고속 광섬유 및 자유 공간 광학 (FSO) 시스템이 이 문제에 대한 가능한 솔루션일 수 있다.
- 모바일 기술과 통합된 레이더 기술: 통신을 통한 고정밀 지역화(또는 위치 기반 서비스)는 6G 무선통신 시스템의 기능 중 하나이다. 따라서, 레이더 시스템은 6G 네트워크와 통합될 것이다.
- 소프트화 및 가상화(Softwarization and virtualization): 소프트화 및 가상화는 유연성, 재구성성 및 프로그래밍 가능성을 보장하기 위해 5GB 네트워크에서 설계 프로세스의 기초가 되는 두 가지 중요한 기능이다. 또한, 공유 물리적 인프라에서 수십억 개의 장치가 공유될 수 있다.
<6G 시스템의 핵심 구현 기술>
인공 지능(Artificial Intelligence)
6G 시스템에 가장 중요하며, 새로 도입될 기술은 AI이다. 4G 시스템에는 AI가 관여하지 않았다. 5G 시스템은 부분 또는 매우 제한된 AI를 지원할 것이다. 그러나, 6G 시스템은 완전히 자동화를 위해 AI가 지원될 것이다. 머신 러닝의 발전은 6G에서 실시간 통신을 위해 보다 지능적인 네트워크를 만들 것이다. 통신에 AI를 도입하면 실시간 데이터 전송이 간소화되고 향상될 수 있다. AI는 수많은 분석을 사용하여 복잡한 대상 작업이 수행되는 방식을 결정할 수 있다. 즉, AI는 효율성을 높이고 처리 지연을 줄일 수 있다.
핸드 오버, 네트워크 선택, 자원 스케쥴링과 같은 시간 소모적인 작업은 AI를 사용함으로써 즉시 수행될 수 있다. AI는 M2M, 기계-대-인간 및 인간-대-기계 통신에서도 중요한 역할을 할 수 있다. 또한, AI는 BCI(Brain Computer Interface)에서 신속한 통신이 될 수 있다. AI 기반 통신 시스템은 메타 물질, 지능형 구조, 지능형 네트워크, 지능형 장치, 지능형 인지 라디오(radio), 자체 유지 무선 네트워크 및 머신 러닝에 의해 지원될 수 있다.
최근에는 AI를 무선 통신 시스템과 통합하려고 하는 시도들이 나타나고 있으나, 이는 application layer, network layer 특히, 딥러닝을 wireless resource management and allocation 분야에 집중되어 왔다. 그러나, 이러한 연구는 점점 MAC layer 와 Physical layer로 발전하고 있으며, 특히 물리계층에서 딥러닝을 무선 전송(wireless transmission)과 결합하고자 하는 시도들이 나타나고 있다. AI 기반의 물리계층 전송은, 근본적인 신호 처리 및 통신 메커니즘에 있어서, 전통적인 통신 프레임워크가 아니라 AI 드라이버에 기초한 신호 처리 및 통신 메커니즘을 적용하는 것을 의미한다. 예를 들어, 딥러닝 기반의 채널 코딩 및 디코딩(channel coding and decoding), 딥러닝 기반의 신호 추정(estimation) 및 검출(detection), 딥러닝 기반의 MIMO mechanism, AI 기반의 자원 스케줄링(scheduling) 및 할당(allocation) 등을 포함할 수 있다.
머신 러닝은 채널 추정 및 채널 트래킹을 위해 사용될 수 있으며, DL(downlink)의 물리 계층(physical layer)에서 전력 할당(power allocation), 간섭 제거 (interference cancellation) 등에 사용될 수 있다. 또한, 머신 러닝은 MIMO 시스템에서 안테나 선택, 전력 제어(power control), 심볼 검출(symbol detection) 등에도 사용될 수 있다.
그러나 물리계층에서의 전송을 위한 DNN의 적용은 아래와 같은 문제점이 있을 수 있다.
딥러닝 기반의 AI 알고리즘은 훈련 파라미터를 최적화하기 위해 수많은 훈련 데이터가 필요하다. 그러나 특정 채널 환경에서의 데이터를 훈련 데이터로 획득하는데 있어서의 한계로 인해, 오프라인 상에서 많은 훈련 데이터를 사용한다. 이는 특정 채널 환경에서 훈련 데이터에 대한 정적 훈련(static training)은, 무선 채널의 동적 특성 및 다이버시티(diversity) 사이에 모순(contradiction)이 생길 수 있다.
또한, 현재 딥러닝은 주로 실제 신호(real signal)을 대상으로 한다. 그러나, 무선 통신의 물리 계층의 신호들은 복소 신호(complex signal)이다. 무선 통신 신호의 특성을 매칭시키기 위해 복소 도메인 신호의 검출하는 신경망(neural network)에 대한 연구가 더 필요하다.
이하, 머신 러닝에 대해 보다 구체적으로 살펴본다.
머신 러닝은 사람이 할 수 있거나 혹은 하기 어려운 작업을 대신해낼 수 있는 기계를 만들어내기 위해 기계를 학습시키는 일련의 동작을 의미한다. 머신 러닝을 위해서는 데이터와 러닝 모델이 필요하다. 머신 러닝에서 데이터의 학습 방법은 크게 3가지 즉, 지도 학습(supervised learning), 비지도 학습(unsupervised learning) 그리고 강화 학습(reinforcement learning)으로 구분될 수 있다.
신경망 학습은 출력의 오류를 최소화하기 위한 것이다. 신경망 학습은 반복적으로 학습 데이터를 신경망에 입력시키고 학습 데이터에 대한 신경망의 출력과 타겟의 에러를 계산하고, 에러를 줄이기 위한 방향으로 신경망의 에러를 신경망의 출력 레이어에서부터 입력 레이어 방향으로 역전파(backpropagation) 하여 신경망의 각 노드의 가중치를 업데이트하는 과정이다.
지도 학습은 학습 데이터에 정답이 라벨링된 학습 데이터를 사용하며 비지도 학습은 학습 데이터에 정답이 라벨링되어 있지 않을 수 있다. 즉, 예를 들어 데이터 분류에 관한 지도 학습의 경우의 학습 데이터는 학습 데이터 각각에 카테고리가 라벨링된 데이터 일 수 있다. 라벨링된 학습 데이터가 신경망에 입력되고 신경망의 출력(카테고리)과 학습 데이터의 라벨을 비교하여 오차(error)가 계산될 수 있다. 계산된 오차는 신경망에서 역방향(즉, 출력 레이어에서 입력 레이어 방향)으로 역전파 되며, 역전파에 따라 신경망의 각 레이어의 각 노드들의 연결 가중치가 업데이트 될 수 있다. 업데이트 되는 각 노드의 연결 가중치는 학습률(learing rate)에 따라 변화량이 결정될 수 있다. 입력 데이터에 대한 신경망의 계산과 에러의 역전파는 학습 사이클(epoch)을 구성할 수 있다. 학습률은 신경망의 학습 사이클의 반복 횟수에 따라 상이하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 신경망의 학습 초기에는 높은 학습률을 사용하여 신경망이 빠르게 일정 수준의 성능을 확보하도록 하여 효율성을 높이고, 학습 후기에는 낮은 학습률을 사용하여 정확도를 높일 수 있다
데이터의 특징에 따라 학습 방법은 달라질 수 있다. 예를 들어, 통신 시스템 상에서 송신단에서 전송한 데이터를 수신단에서 정확하게 예측하는 것을 목적으로 하는 경우, 비지도 학습 또는 강화 학습 보다는 지도 학습을 이용하여 학습을 수행하는 것이 바람직하다.
러닝 모델은 인간의 뇌에 해당하는 것으로서, 가장 기본적인 선형 모델을 생각할 수 있으나, 인공 신경망(artificial neural networks)와 같은 복잡성이 높은 신경망 구조를 러닝 모델로 사용하는 머신 러닝의 패러다임을 딥러닝(deep learning)이라 한다.
학습(learning) 방식으로 사용하는 신경망 코어(neural network cord)는 크게 심층 신경망(DNN, deep neural networks), 합성곱 신경망(CNN, convolutional deep neural networks), 순환 신경망(RNN, Recurrent Boltzmann Machine) 방식이 있다.
인공 신경망(artificial neural network)은 여러 개의 퍼셉트론을 연결한 예시이다.
도 5는 퍼셉트론 구조의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 입력 벡터 x=(x1,x2,...,xd) 가 입력되면 각 성분에 가중치(W1,W2,...,Wd)를 곱하고, 그 결과를 모두 합산한 후, 활성함수 σ(·) 를 적용하는 전체 과정을 퍼셉트론(perceptron)이라 한다. 거대한 인공 신경망 구조는 도 5에 도시한 단순화된 퍼셉트론 구조를 확장하여 입력벡터를 서로 다른 다 차원의 퍼셉트론에 적용할 수도 있다. 설명의 편의를 위해 입력값 또는 출력값을 노드(node)라 칭한다.
한편, 도 5에 도시된 퍼셉트론 구조는 입력값, 출력값을 기준으로 총 3개의 층(layer)로 구성되는 것으로 설명할 수 있다. 1st layer와 2nd layer 사이에는 (d+1) 차원의 퍼셉트론 H개, 2nd layer와 3rd layer 사이에는 (H+1)차원 퍼셉트론이 K 개 존재하는 인공신경망을 도 6과 같이 표현할 수 있다.
도 6은 다층 퍼셉트론 구조의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
입력벡터가 위치하는 층을 입력층(input layer), 최종 출력값이 위치하는 층을 출력층(output layer), 입력층과 출력층 사이에 위치하는 모든 층을 은닉층(hidden layer)라 한다. 도 6의 예시는 3개의 층이 개시되나, 실제 인공신경망 층의 개수를 카운트할 때는 입력층을 제외하고 카운트하므로 총 2개의 층으로 볼 수 있다. 인공신경망은 기본 블록의 퍼셉트론을 2차원적으로 연결되어 구성된다.
전술한 입력층, 은닉층, 출력층은 다층 퍼셉트론 뿐 아니라 후술할 CNN, RNN 등 다양한 인공신경망 구조에서 공동적으로 적용될 수 있다. 은닉층의 개수가 많아질수록 인공신경망이 깊어진 것이며, 충분히 깊어진 인공신경망을 러닝모델로 사용하는 머신러닝 패러다임을 딥러닝(Deep Learning)이라 한다. 또한 딥러닝을 위해 사용하는 인공신경망을 심층 신경망(DNN: Deep neural network)라 한다.
도 7은 심층 신경망 예시를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7에 도시된 심층 신경망은 은닉층+출력층이 8개로 구성된 다층 퍼셉트론이다. 상기 다층 퍼셉트론 구조를 완전 연결 신경망(fully-connected neural network)이라 표현한다. 완전 연결 신경망은 서로 같은 층에 위치하는 노드 간에는 연결 관계가 존재하지 않으며, 인접한 층에 위치한 노드들 간에만 연결 관계가 존재한다. DNN은 완전 연결 신경망 구조를 가지고 다수의 은닉층과 활성함수들의 조합으로 구성되어 입력과 출력 사이의 상관관계 특성을 파악하는데 유용하게 적용될 수 있다. 여기서 상관관계 특성은 입출력의 결합확률(joint probability)을 의미할 수 있다.
한편, 복수의 퍼셉트론을 서로 어떻게 연결하느냐에 따라 전술한 DNN과 다른 다양한 인공 신경망 구조를 형성할 수 있다.
도 8은 컨볼루션 신경망의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
DNN은 하나의 층 내부에 위치한 노드들이 1차원적의 세로 방향으로 배치되어 있다. 그러나, 도 8은 노드들이 2차원적으로 가로 w개, 세로 h개의 노드가 배치할 경우를 가정할 수 있다(도 8의 컨볼루션 신경망 구조). 이 경우, 하나의 입력노드에서 은닉층으로 이어지는 연결과정에서 연결 하나당 가중치가 부가되므로 총 hХw 개의 가중치를 고려해야한다. 입력층에 hХw 개의 노드가 존재하므로 인접한 두 층 사이에는 총 h2w2 개의 가중치가 필요하다.
도 8의 컨볼루션 신경망은 연결개수에 따라 가중치의 개수가 기하급수적으로 증가하는 문제가 있어 인접한 층 간의 모든 모드의 연결을 고려하는 대신, 크기가 작은 필터(filter)가 존재하는 것으로 가정하여 도 9에서와 같이 필터가 겹치는 부분에 대해서는 가중합 및 활성함수 연산을 수행하도록 한다.
도 9는 컨볼루션 신경망에서의 필터 연산의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
하나의 필터는 그 크기만큼의 개수에 해당하는 가중치를 가지며, 이미지 상의 어느 특정한 특징을 요인으로 추출하여 출력할 수 있도록 가중치의 학습이 이루어질 수 있다. 도 9에서는 3Х3 크기의 필터가 입력층의 가장 좌측 상단 3Х3 영역에 적용되고, 해당 노드에 대한 가중합 및 활성함수 연산을 수행한 결과 출력값을 z22에 저장한다.
상기 필터는 입력층을 스캔하면서 가로, 세로 일정 간격만큼 이동하면서 가중합 및 활성함수 연산을 수행하고 그 출력값을 현재 필터의 위치에 위치시킨다. 이러한 연산 방식은 컴퓨터 비전(computer vision) 분야에서 이미지에 대한 컨볼루션(convolution) 연산과 유사하여 이러한 구조의 심층 신경망을 컨볼루션 신경망(CNN: convolutional neural network)라 하고, 컨볼루션 연산 결과 생성되는 은닉층을 컨볼루션 층(convolutional layer)라 한다. 또한, 복수의 컨볼루션 층이 존재하는 신경망을 심층 컨볼루션 신경망(DCNN: Deep convolutional)이라 한다.
컨볼루션 층에서는 현재 필터가 위치한 노드에서, 상기 필터가 커버하는 영역에 위치한 노드만을 포괄하여 가중합을 계산함으로써, 가중치의 개수를 줄여줄 수 있다. 이로 인해, 하나의 필터가 로컬(local) 영역에 대한 특징에 집중하도록 이용될 수 있다. 이에 따라 CNN은 2차원 영역 상의 물리적 거리가 중요한 판단 기준이 되는 이미지 데이터 처리에 효과적으로 적용될 수 있다. 한편, CNN은 컨볼루션 층의 직전에 복수의 필터가 적용될 수 있으며, 각 필터의 컨볼루션 연산을 통해 복수의 출력 결과를 생성할 수도 있다.
한편, 데이터 속성에 따라 시퀀스(sequence) 특성이 중요한 데이터들이 있을 수 있다. 이러한 시퀀스 데이터들의 길이 가변성, 선후 관계를 고려하여 데이터 시퀀스 상의 원소를 매 시점(timestep) 마다 하나씩 입력하고, 특정 시점에 출력된 은닉층의 출력 벡터(은닉 벡터)를, 시퀀스 상의 바로 다음 원소와 함께 입력하는 방식을 인공 신경망에 적용한 구조를 순환 신경망 구조라 한다.
도 10은 순환 루프가 존재하는 신경망 구조의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 순환 신경망(RNN: recurrent neural netwok)은 데이터 시퀀스 상의 어느 시선 t의 원소 (x1(t), x2(t), ,..., xd(t))를 완전 연결 신경망에 입력하는 과정에서, 바로 이전 시점 t-1은 은닉 벡터 (z1(t-1), z2(t-1),..., zH(t-1))을 함께 입력하여 가중합 및 활성함수를 적용하는 구조이다. 이와 같이 은닉 벡터를 다음 시점으로 전달하는 이유는 앞선 시점들에서의 입력 벡터속 정보들이 현재 시점의 은닉 벡터에 누적된 것으로 간주하기 때문이다.
도 11은 순환 신경망의 동작 구조의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 11을 참조하면, 순환 신경망은 입력되는 데이터 시퀀스에 대하여 소정의 시점 순서대로 동작한다.
시점　1에서의 입력 벡터　 (x1(t), x2(t), ,..., xd(t))가 순환 신경망에 입력되었을 때의 은닉 벡터　(z1(1),z2(1),...,zH(1))가 시점　2의 입력 벡터　 (x1(2),x2(2),...,xd(2))와 함께 입력되어 가중합 및 활성 함수를 통해 은닉층의 벡터　 (z1(2),z2(2) ,...,zH(2))를 결정한다. 이러한 과정은 시점　2, 시점　3, ,,, 시점 T 까지 반복적으로 수행된다.
한편, 순환 신경망 내에서 복수의 은닉층이 배치될 경우, 이를 심층 순환 신경망(DRNN: Deep recurrent neural network)라 한다. 순환 신경망은 시퀀스 데이터(예를 들어, 자연어 처리(natural language processing)에 유용하게 적용되도록 설계되어 있다.
학습(learning) 방식으로 사용하는 신경망 코어로서 DNN, CNN, RNN 외에 제한 볼츠만 머신(RBM, Restricted Boltzmann Machine), 심층 신뢰 신경망(DBN, deep belief networks), 심층 Q-네트워크(Deep Q-Network)와 같은 다양한 딥 러닝 기법들을 포함하며, 컴퓨터비젼, 음성인식, 자연어처리, 음성/신호처리 등의 분야에 적용될 수 있다.
최근에는 AI를 무선 통신 시스템과 통합하려고 하는 시도들이 나타나고 있으나, 이는 application layer, network layer 특히, 딥러닝을 wireless resource management and allocation 분야에 집중되어 왔다. 그러나, 이러한 연구는 점점 MAC layer 와 Physical layer로 발전하고 있으며, 특히 물리계층에서 딥러닝을 무선 전송(wireless transmission)과 결합하고자 하는 시도들이 나타나고 있다. AI 기반의 물리계층 전송은, 근본적인 신호 처리 및 통신 메커니즘에 있어서, 전통적인 통신 프레임워크가 아니라 AI 드라이버에 기초한 신호 처리 및 통신 메커니즘을 적용하는 것을 의미한다. 예를 들어, 딥러닝 기반의 채널 코딩 및 디코딩(channel coding and decoding), 딥러닝 기반의 신호 추정(estimation) 및 검출(detection), 딥러닝 기반의 MIMO mechanism, AI 기반의 자원 스케줄링(scheduling) 및 할당(allocation) 등을 포함할 수 있다.
THz( Terahertz ) 통신
데이터 전송률은 대역폭을 늘려 높일 수 있다. 이것은 넓은 대역폭으로 sub-THz 통신을 사용하고, 진보된 대규모 MIMO 기술을 적용하여 수행될 수 있다. 밀리미터 이하의 방사선으로도 알려진 THz파는 일반적으로 0.03mm-3mm 범위의 해당 파장을 가진 0.1THz와 10THz 사이의 주파수 대역을 나타낸다. 100GHz-300GHz 대역 범위(Sub THz 대역)는 셀룰러 통신을 위한 THz 대역의 주요 부분으로 간주된다. Sub-THz 대역 mmWave 대역 에 추가하면 6G 셀룰러 통신 용량은 늘어난다.. 정의된 THz 대역 중 300GHz-3THz는 원적외선 (IR) 주파수 대역에 있다. 300GHz-3THz 대역은 광 대역의 일부이지만 광 대역의 경계에 있으며, RF 대역 바로 뒤에 있다. 따라서, 이 300 GHz-3 THz 대역은 RF와 유사성을 나타낸다.
도 12는 전자기 스펙트럼의 일례를 나타낸다.
THz 통신의 주요 특성은 (i) 매우 높은 데이터 전송률을 지원하기 위해 광범위하게 사용 가능한 대역폭, (ii) 고주파에서 발생하는 높은 경로 손실 (고 지향성 안테나는 필수 불가결)을 포함한다. 높은 지향성 안테나에서 생성된 좁은 빔 폭은 간섭을 줄인다. THz 신호의 작은 파장은 훨씬 더 많은 수의 안테나 소자가 이 대역에서 동작하는 장치 및 BS에 통합될 수 있게 한다. 이를 통해 범위 제한을 극복할 수 있는 고급 적응형 배열 기술을 사용할 수 있다.
광 무선 기술 (Optical wireless technology)
OWC 기술은 가능한 모든 장치-대-액세스 네트워크를 위한 RF 기반 통신 외에도 6G 통신을 위해 계획되었다. 이러한 네트워크는 네트워크-대-백홀/프론트홀 네트워크 연결에 접속한다. OWC 기술은 4G 통신 시스템 이후 이미 사용되고 있으나 6G 통신 시스템의 요구를 충족시키기 위해 더 널리 사용될 것이다. 광 충실도(light fidelity), 가시광 통신, 광 카메라 통신 및 광 대역에 기초한 FSO 통신과 같은 OWC 기술은 이미 잘 알려진 기술이다. 광 무선 기술 기반의 통신은 매우 높은 데이터 속도, 낮은 지연 시간 및 안전한 통신을 제공할 수 있다. LiDAR 또한 광 대역을 기반으로 6G 통신에서 초 고해상도 3D 매핑을 위해 이용될 수 있다.
FSO 백홀 네트워크
FSO 시스템의 송신기 및 수신기 특성은 광섬유 네트워크의 특성과 유사하다. 따라서, FSO 시스템의 데이터 전송은 광섬유 시스템과 비슷하다. 따라서, FSO는 광섬유 네트워크와 함께 6G 시스템에서 백홀 연결을 제공하는 좋은 기술이 될 수 있다. FSO를 사용하면, 10,000km 이상의 거리에서도 매우 장거리 통신이 가능하다. FSO는 바다, 우주, 수중, 고립된 섬과 같은 원격 및 비원격 지역을 위한 대용량 백홀 연결을 지원한다. FSO는 셀룰러 BS 연결도 지원한다.
대규모 MIMO 기술
스펙트럼 효율을 향상시키는 핵심 기술 중 하나는 MIMO 기술을 적용하는 것이다. MIMO 기술이 향상되면 스펙트럼 효율도 향상된다. 따라서, 6G 시스템에서 대규모 MIMO 기술이 중요할 것이다. MIMO 기술은 다중 경로를 이용하기 때문에 데이터 신호가 하나 이상의 경로로 전송될 수 있도록 다중화 기술 및 THz 대역에 적합한 빔 생성 및 운영 기술도 중요하게 고려되어야 한다.
블록 체인
블록 체인은 미래의 통신 시스템에서 대량의 데이터를 관리하는 중요한 기술이 될 것이다. 블록 체인은 분산 원장 기술의 한 형태로서, 분산 원장은 수많은 노드 또는 컴퓨팅 장치에 분산되어 있는 데이터베이스이다. 각 노드는 동일한 원장 사본을 복제하고 저장한다. 블록 체인은 P2P 네트워크로 관리된다. 중앙 집중식 기관이나 서버에서 관리하지 않고 존재할 수 있다. 블록 체인의 데이터는 함께 수집되어 블록으로 구성된다. 블록은 서로 연결되고 암호화를 사용하여 보호된다. 블록 체인은 본질적으로 향상된 상호 운용성(interoperability), 보안, 개인 정보 보호, 안정성 및 확장성을 통해 대규모 IoT를 완벽하게 보완한다. 따라서, 블록 체인 기술은 장치 간 상호 운용성, 대용량 데이터 추적성, 다른 IoT 시스템의 자율적 상호 작용 및 6G 통신 시스템의 대규모 연결 안정성과 같은 여러 기능을 제공한다.
3D 네트워킹
6G 시스템은 지상 및 공중 네트워크를 통합하여 수직 확장의 사용자 통신을 지원한다. 3D BS는 저궤도 위성 및 UAV를 통해 제공될 것이다. 고도 및 관련 자유도 측면에서 새로운 차원을 추가하면 3D 연결이 기존 2D 네트워크와 상당히 다르다.
양자 커뮤니케이션
6G 네트워크의 맥락에서 네트워크의 감독되지 않은 강화 학습이 유망하다. 지도 학습 방식은 6G에서 생성된 방대한 양의 데이터에 레이블을 지정할 수 없다. 비지도 학습에는 라벨링이 필요하지 않다. 따라서, 이 기술은 복잡한 네트워크의 표현을 자율적으로 구축하는 데 사용할 수 있다. 강화 학습과 비지도 학습을 결합하면 진정한 자율적인 방식으로 네트워크를 운영할 수 있다.
무인 항공기
UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 또는 드론은 6G 무선 통신에서 중요한 요소가 될 것이다. 대부분의 경우, UAV 기술을 사용하여 고속 데이터 무선 연결이 제공된다. BS 엔티티는 셀룰러 연결을 제공하기 위해 UAV에 설치된다. UAV는 쉬운 배치, 강력한 가시선 링크 및 이동성이 제어되는 자유도와 같은 고정 BS 인프라에서 볼 수 없는 특정 기능을 가지고 있다. 천재 지변 등의 긴급 상황 동안, 지상 통신 인프라의 배치는 경제적으로 실현 가능하지 않으며, 때로는 휘발성 환경에서 서비스를 제공할 수 없다. UAV는 이러한 상황을 쉽게 처리할 수 있다. UAV는 무선 통신 분야의 새로운 패러다임이 될 것이다. 이 기술은 eMBB, URLLC 및 mMTC 인 무선 네트워크의 세 가지 기본 요구 사항을 용이하게 한다. UAV는 또한, 네트워크 연결성 향상, 화재 감지, 재난 응급 서비스, 보안 및 감시, 오염 모니터링, 주차 모니터링, 사고 모니터링 등과 같은 여러 가지 목적을 지원할 수 있다. 따라서, UAV 기술은 6G 통신에 가장 중요한 기술 중 하나로 인식되고 있다.
셀- 프리 통신(Cell-free Communication)
여러 주파수와 이기종 통신 기술의 긴밀한 통합은 6G 시스템에서 매우 중요하다. 결과적으로, 사용자는 디바이스에서 어떤 수동 구성을 만들 필요 없이 네트워크에서 다른 네트워크로 원활하게 이동할 수 있다. 사용 가능한 통신 기술에서 최상의 네트워크가 자동으로 선택된다. 이것은 무선 통신에서 셀 개념의 한계를 깨뜨릴 것이다. 현재, 하나의 셀에서 다른 셀로의 사용자 이동은 고밀도 네트워크에서 너무 많은 핸드 오버를 야기하고, 핸드 오버 실패, 핸드 오버 지연, 데이터 손실 및 핑퐁 효과를 야기한다. 6G 셀-프리 통신은 이 모든 것을 극복하고 더 나은 QoS를 제공할 것이다. 셀-프리 통신은 멀티 커넥티비티 및 멀티-티어 하이브리드 기술과 장치의 서로 다른 이기종 라디오를 통해 달성될 것이다.
무선 정보 및 에너지 전송 통합
WIET은 무선 통신 시스템과 같이 동일한 필드와 웨이브(wave)를 사용한다. 특히, 센서와 스마트폰은 통신 중 무선 전력 전송을 사용하여 충전될 것이다. WIET은 배터리 충전 무선 시스템의 수명을 연장하기 위한 유망한 기술이다. 따라서, 배터리가 없는 장치는 6G 통신에서 지원될 것이다.
센싱과 커뮤니케이션의 통합
자율 무선 네트워크는 동적으로 변화하는 환경 상태를 지속적으로 감지하고 서로 다른 노드간에 정보를 교환할 수 있는 기능이다. 6G에서, 감지는 자율 시스템을 지원하기 위해 통신과 긴밀하게 통합될 것이다.
액세스 백홀 네트워크의 통합
6G에서 액세스 네트워크의 밀도는 엄청날 것이다. 각 액세스 네트워크는 광섬유와 FSO 네트워크와 같은 백홀 연결로 연결된다. 매우 많은 수의 액세스 네트워크들에 대처하기 위해, 액세스 및 백홀 네트워크 사이에 긴밀한 통합이 있을 것이다.
홀로그램 빔 포밍
빔 포밍은 특정 방향으로 무선 신호를 전송하기 위해 안테나 배열을 조정하는 신호 처리 절차이다. 스마트 안테나 또는 진보된 안테나 시스템의 하위 집합이다. 빔 포밍 기술은 높은 호 대잡음비, 간섭 방지 및 거부, 높은 네트워크 효율과 같은 몇 가지 장점이 있다. 홀로그램 빔 포밍 (HBF)은 소프트웨어-정의된 안테나를 사용하기 때문에 MIMO 시스템과 상당히 다른 새로운 빔 포밍 방법이다. HBF는 6G에서 다중 안테나 통신 장치에서 신호의 효율적이고 유연한 전송 및 수신을 위해 매우 효과적인 접근 방식이 될 것이다.
빅 데이터 분석
빅 데이터 분석은 다양한 대규모 데이터 세트 또는 빅 데이터를 분석하기 위한 복잡한 프로세스이다. 이 프로세스는 숨겨진 데이터, 알 수 없는 상관 관계 및 고객 성향과 같은 정보를 찾아 완벽한 데이터 관리를 보장한다. 빅 데이터는 비디오, 소셜 네트워크, 이미지 및 센서와 같은 다양한 소스에서 수집된다. 이 기술은 6G 시스템에서 방대한 데이터를 처리하는 데 널리 사용된다.
Large Intelligent Surface(LIS)
THz 대역 신호의 경우 직진성이 강하여 방해물로 인한 음영 지역이 많이 생길 수 있는데, 이러한 음영 지역 근처에 LIS 설치함으로써 통신 권역을 확대하고 통신 안정성 강화 및 추가적인 부가 서비스가 가능한 LIS 기술이 중요하게 된다. LIS는 전자기 물질(electromagnetic materials)로 만들어진 인공 표면(artificial surface)이고, 들어오는 무선파와 나가는 무선파의 전파(propagation)을 변경시킬 수 있다. LIS는 massive MIMO의 확장으로 보여질 수 있으나, massive MIMO와 서로 다른 array 구조 및 동작 메커니즘이 다르다. 또한, LIS는 수동 엘리먼트(passive elements)를 가진 재구성 가능한 리플렉터(reflector)로서 동작하는 점 즉, 활성(active) RF chain을 사용하지 않고 신호를 수동적으로만 반사(reflect)하는 점에서 낮은 전력 소비를 가지는 장점이 있다. 또한, LIS의 수동적인 리플렉터 각각은 입사되는 신호의 위상 편이를 독립적으로 조절해야 하기 때문에, 무선 통신 채널에 유리할 수 있다. LIS 컨트롤러를 통해 위상 편이를 적절히 조절함으로써, 반사된 신호는 수신된 신호 전력을 부스트(boost)하기 위해 타겟 수신기에서 모여질 수 있다.
<테라헤르츠(THz) 무선통신 일반>
THz 무선통신은 대략 0.1~10THz(1THz=1012Hz)의 진동수를 가지는 THz파를 이용하여 무선통신을 이용하는 것으로, 100GHz 이상의 매우 높은 캐리어 주파수를 사용하는 테라헤르츠(THz) 대역 무선통신을 의미할 수 있다. THz파는 RF(Radio Frequency)/밀리미터(mm)와 적외선 대역 사이에 위치하며, (i) 가시광/적외선에 비해 비금속/비분극성 물질을 잘 투과하며 RF/밀리미터파에 비해 파장이 짧아 높은 직진성을 가지며 빔 집속이 가능할 수 있다. 또한, THz파의 광자 에너지는 수 meV에 불과하기 때문에 인체에 무해한 특성이 있다. THz 무선통신에 이용될 것으로 기대되는 주파수 대역은 공기 중 분자 흡수에 의한 전파 손실이 작은 D-밴드(110GHz~170GHz) 혹은 H-밴드(220GHz~325GHz) 대역일 수 있다. THz 무선통신에 대한 표준화 논의는 3GPP 이외에도 IEEE 802.15 THz working group을 중심으로 논의되고 있으며, IEEE 802.15의 Task Group (TG3d, TG3e)에서 발행되는 표준문서는 본 명세서에서 설명되는 내용을 구체화하거나 보충할 수 있다. THz 무선통신은 무선 인식(wireless cognition), 센싱(sensing), 이미징(imaging), 무선 통신(wireless), THz 네비게이션(navigation) 등에 응용될 수 있다.
도 13은 THz 통신 응용의 일례를 나타낸 도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, THz 무선통신 시나리오는 매크로 네트워크(macro network), 마이크로 네트워크(micro network), 나노스케일 네트워크(nanoscale network)로 분류될 수 있다. 매크로 네트워크에서 THz 무선통신은 vehicle-to-vehicle 연결 및 backhaul/fronthaul 연결에 응용될 수 있다. 마이크로 네트워크에서 THz 무선통신은 인도어 스몰 셀(small cell), 데이터 센터에서 무선 연결과 같은 고정된 point-to-point 또는 multi-point 연결, 키오스크 다운로딩과 같은 근거리 통신(near-field communication)에 응용될 수 있다.
아래 표 2는 THz 파에서 이용될 수 있는 기술의 일례를 나타낸 표이다.
Transceivers Device Available immature: UTC-PD, RTD and SBD
Modulation and coding Low order modulation techniques (OOK, QPSK), LDPC, Reed Soloman, Hamming, Polar, Turbo
Antenna Omni and Directional, phased array with low number of antenna elements
Bandwidth 69GHz (or 23 GHz) at 300GHz
Channel models Partially
Data rate 100Gbps
Outdoor deployment No
Free space loss High
Coverage Low
Radio Measurements 300GHz indoor
Device size Few micrometers
THz 무선통신은 THz 발생 및 수신을 위한 방법을 기준으로 분류할 수 있다. THz 발생 방법은 광 소자 또는 전자소자 기반 기술로 분류할 수 있다. 도 14는 전자소자 기반 THz 무선통신 송수신기의 일례를 나타낸 도이다.
전자 소자를 이용하여 THz를 발생시키는 방법은 공명 터널링 다이오드(RTD: Resonant Tunneling Diode)와 같은 반도체 소자를 이용하는 방법, 국부 발진기와 체배기를 이용하는 방법, 화합물 반도체 HEMT(High Electron Mobility Transistor) 기반의 집적회로를 이용한 MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuits) 방법, Si-CMOS 기반의 집적회로를 이용하는 방법 등이 있다. 도 14의 경우, 주파수를 높이기 위해 체배기(doubler, tripler, multiplier)가 적용되었고, 서브하모닉 믹서를 지나 안테나에 의해 방사된다. THz 대역은 높은 주파수를 형성하므로, 체배기가 필수적이다. 여기서, 체배기는 입력 대비 N배의 출력 주파수를 갖게 하는 회로이며, 원하는 하모닉 주파수에 정합시키고, 나머지 모든 주파수는 걸러낸다. 그리고, 도 14의 안테나에 배열 안테나 등이 적용되어 빔포밍이 구현될 수도 있다. 도 14에서, IF는 중간 주파수(intermediate frequency)를 나타내며, tripler, multipler는 체배기를 나타내며, PA 전력 증폭기(Power Amplifier)를 나타내며, LNA는 저잡음 증폭기(low noise amplifier), PLL은 위상동기회로(Phase-Locked Loop)를 나타낸다.
도 15는 광 소자 기반 THz 신호를 생성하는 방법의 일례를 나타낸 도이며, 도 16은 광 소자 기반 THz 무선통신 송수신기의 일례를 나타낸 도이다.
광 소자 기반 THz 무선통신 기술은 광소자를 이용하여 THz 신호를 발생 및 변조하는 방법을 말한다. 광 소자 기반 THz 신호 생성 기술은 레이저와 광변조기 등을 이용하여 초고속 광신호를 생성하고, 이를 초고속 광검출기를 이용하여 THz 신호로 변환하는 기술이다. 이 기술은 전자 소자만을 이용하는 기술에 비해 주파수를 증가시키기가 용이하고, 높은 전력의 신호 생성이 가능하며, 넓은 주파수 대역에서 평탄한 응답 특성을 얻을 수 있다. 광소자 기반 THz 신호 생성을 위해서는 도 15에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드, 광대역 광변조기, 초고속 광검출기가 필요하다. 도 15의 경우, 파장이 다른 두 레이저의 빛 신호를 합파하여 레이저 간의 파장 차이에 해당하는 THz 신호를 생성하는 것이다. 도 15에서, 광 커플러(Optical Coupler)는 회로 또는 시스템 간의 전기적 절연과의 결합을 제공하기 위해 광파를 사용하여 전기신호를 전송하도록 하는 반도체 디바이스를 의미하며, UTC-PD(Uni-Travelling Carrier Photo-Detector)은 광 검출기의 하나로서, 능동 캐리어(active carrier)로 전자를 사용하며 밴드갭 그레이딩(Bandgap Grading)으로 전자의 이동 시간을 감소시킨 소자이다. UTC-PD는 150GHz 이상에서 광검출이 가능하다. 도 16에서, EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier)는 어븀이 첨가된 광섬유 증폭기를 나타내며, PD(Photo Detector)는 광신호를 전기신호로 변환할 수 있는 반도체 디바이스를 나타내며, OSA는 각종 광통신 기능(광전 변환, 전광 변환 등)을 하나의 부품으로 모듈화시킨 광모듈(Optical Sub Aassembly)를 나타내며, DSO는 디지털 스토리지 오실로스코프(digital storage oscilloscope)를 나타낸다.
도 17 및 도 18을 참조하여 광전 변환기(또는 광전 컨버터)의 구조를 설명한다. 도 17은 광자 소스(Photoinc source) 기반 송신기의 구조를 예시하며, 도 18은 광 변조기(Optical modulator)의 구조를 예시한다.
일반적으로 레이저(Laser)의 광학 소스(Optical source)를 광파 가이드(Optical wave guide)를 통과시켜 신호의 위상(phase)등을 변화시킬 수 있다. 이때, 마이크로파 컨택트(Microwave contact) 등을 통해 전기적 특성을 변화시킴으로써 데이터를 싣게 된다. 따라서, 광학 변조기 출력(Optical modulator output)은 변조된(modulated) 형태의 파형으로 형성된다. 광전 변조기(O/E converter)는 비선형 크리스탈(nonlinear crystal)에 의한 광학 정류(optical rectification) 동작, 광전도 안테나(photoconductive antenna)에 의한 광전 변환(O/E conversion), 광속의 전자 다발(bunch of relativistic electrons)로부터의 방출(emission) 등에 따라 THz 펄스를 생성할 수 있다. 상기와 같은 방식으로 발생한 테라헤르츠 펄스(THz pulse)는 펨토 세컨드(femto second)부터 피코 세컨드(pico second)의 단위의 길이를 가질 수 있다. 광전 변환기(O/E converter)는 소자의 비선형성(non-linearity)을 이용하여, 하향 변환(Down conversion)을 수행한다.
테라헤르츠 스펙트럼의 용도(THz spectrum usage)를 고려할 때, 테라헤르츠 시스템을 위해서 고정된(fixed) 또는 모바일 서비스(mobile service) 용도로써 여러 개의 연속적인 기가헤르츠(contiguous GHz)의 대역들(bands)을 사용할 가능성이 높다. 아웃도어(outdoor) 시나리오 기준에 의하면, 1THz까지의 스펙트럼에서 산소 감쇠(Oxygen attenuation) 10^2 dB/km를 기준으로 가용 대역폭(Bandwidth)이 분류될 수 있다. 이에 따라 상기 가용 대역폭이 여러 개의 밴드 청크(band chunk)들로 구성되는 프레임워크(framework)가 고려될 수 있다. 상기 프레임워크의 일 예시로 하나의 캐리어(carrier)에 대해 테라헤르츠 펄스(THz pulse)의 길이를 50ps로 설정한다면, 대역폭(BW)은 약 20GHz가 된다.
적외선 대역(IR band)에서 테라헤르츠 대역(THz band)으로의 효과적인 하향 변환(Down conversion)은 광전 컨버터(O/E converter)의 비선형성(nonlinearity)을 어떻게 활용하는가에 달려 있다. 즉, 원하는 테라헤르츠 대역(THz band)으로 하향 변환(down conversion)하기 위해서는 해당 테라헤르츠 대역(THz band)에 옮기기에 가장 이상적인 비선형성(non-linearity)을 갖는 광전 변환기(O/E converter)의 설계가 요구된다. 만일 타겟으로 하는 주파수 대역에 맞지 않는 광전 변환기(O/E converter)를 사용하는 경우, 해당 펄스(pulse)의 크기(amplitude), 위상(phase)에 대하여 오류(error)가 발생할 가능성이 높다.
단일 캐리어(single carrier) 시스템에서는 광전 변환기 1개를 이용하여 테라헤르츠 송수신 시스템이 구현될 수 있다. 채널 환경에 따라 달라지지만 멀리 캐리어(Multi carrier) 시스템에서는 캐리어 수만큼 광전 변환기가 요구될 수 있다. 특히 전술한 스펙트럼 용도와 관련된 계획에 따라 여러 개의 광대역들을 이용하는 멀티 캐리어 시스템인 경우, 그 현상이 두드러지게 될 것이다. 이와 관련하여 상기 멀티 캐리어 시스템을 위한 프레임 구조가 고려될 수 있다. 광전 변환기를 기반으로 하향 주파수 변환된 신호는 특정 자원 영역(예: 특정 프레임)에서 전송될 수 있다. 상기 특정 자원 영역의 주파수 영역은 복수의 청크(chunk)들을 포함할 수 있다. 각 청크(chunk)는 적어도 하나의 컴포넌트 캐리어(CC)로 구성될 수 있다.
<무선 광 통신 (Optical wireless communication) 시스템>
무선 광 통신(Optical wireless communication) 시스템은 광자(photon)이 가지는 주파수와 목적에 따라 크게 가시광 통신(visible light communication, VLC)과 자유 공간 광통신(free space optical communication, FSO) 시스템으로 나눌 수 있다.
가시광 통신(visible light communication, VLC)은 조명의 역할과 통신의 역할을 동시에 한다. 가시광에 해당하는 대역을 가지는 빛을 통해 정보를 전달하며, 정보의 전달은 빛의 세기 또는 빛의 깜박거림(ON/OFF)에 의해 전달될 수 있다. 일반적으로 사용되는 소자는 LED와 같은 가시광 소자이다.
자유 공간 광통신(free space optical communication, FSO)은 통신의 역할을 주로 하며, 자유 공간 (free space) 또는 신호의 직진성이 보장되는 환경(line of sight, LOS)에서 주로 활용된다. 가시광뿐만 아니라, 자외선(ultraviolet, UV)과 적외선(infrared, IR)도 FSO의 범주에 속한다. 가시광 통신과 달리 조명의 기능을 하지 않아, 조명에 대한 제한 조건이 없다. 일반적으로 사용되는 소자는 LED 뿐만 아니라, LASER와 같은 빛의 직진성을 활용하는 소자이다.
무선 광 통신 시스템의 경우, 일반적으로 가시광의 깜박거림을 기반으로 신호를 표현하는 OOK(On-Off Keying)에 기반한 SCM(Single Carrier modulation) 스킴(scheme)들이 있다. OOK 모듈레이션(modulation) 은 광원은 ON과 OFF에 따라 디지털 신호 1 과 0을 표현하는 방식이며, 이는 클락(clock)을 기반으로 펄스(pulse) 포지션(position)으로 모듈레이션 되는 PPM(pulse position modulation) 등의 방식 등으로 변형될 수 있다.
최근 들어 무선 광 통신 시스템에 있어서, MCM(multi carrier modulation) 스킴들에 대하여 연구가 진행되어왔다. 싱글(Single) 캐리어(carrier) 모듈레이션 스킴 대비 1) 멀티패스(multipath)에 대한 강인한 특성, 2) 싱글 탭(tap) 이퀄라이저(equalizer) 가능하며 3) DC 완더링(wandering)과 플리커링(flickering) 인터피어런스(interference)에 강인한 특성들의 장점을 갖기 때문이다. 무선 광 통신 시스템을 위한 MCM 기반 파형(waveform)은 다음의 2가지 특성을 필수적으로 만족해야 한다. 1) 일차원(One dimension)(real-value) 신호만을 가져야 하며, 2) 유니폴라(Unipolar) 특성을 가져야 한다.
전송단의 구조 관점에서 보면, 기존 RF 통신 시스템의 OFDM 모듈레이션 구조는 하기와 같다.
도 19는 래거시(Legacy) RF 통신 시스템의 OFDM 모듈레이션 송신기 구조의 일례를 도시한 것이다.
즉, OFDM 모듈레이션을 거친 아날로그(Analog) 신호에 RF PA(Power Amplifier)를 통해 신호가 증폭된다. 이 때, PA의 성능 제한에 의해 신호의 최대 증폭 크기가 제한될 수 있다.
반면에, 가시광 통신 시스템의 멀티-캐리어 모듈레이션 전송단 구조는 하기와 같다.
도 20은 VLC 통신 시스템의 DCO-OFDM 모듈레이션 송신기 구조의 일례를 도시한 것이다. 도 21은 VLC 통신 시스템의 ACO-OFDM 모듈레이션 송신기 구조의 일례를 도시한 것이다.
상기 도 20과 도 21에서 종단의 디바이스가 LED에서 LASER(e.g., 적외선)등의 가시광이 아닌 대역을 사용하는 E-to-O 디바이스가 사용되면 FSO의 범주에 해당될 수 있다.
무선광 통신 시스템의 송신단은 무선광을 송신하고, 수신단에서는 이를 복호하는 기본 구조를 가진다. 기본적인 무선광 통신 시스템은 하기와 같은 구조를 나타낼 수 있다.
도 22는 무선광 통신 시스템의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
송신단(Transmitter)는 송신하고자 하는 데이터(전기적 신호)를 E-to-O 디바이스를 통해 광학(Photonic) 소스(source)로 변환하여 무선환경으로 수신단에 전송하며, 이를 무선광이라고 한다.
여기서 무선광은 광자들의 집합을 파동관점에서 웨이브(Wave)로 이해할 수 있으며, 파면의 형태에 따라 평면파(plane wave)와 구면파(spherical wave)로 구분할 수 있다. 평면파는 파면이 직선이거나 평면인 파로 대표적으로는 레이저빔과 같이 공진에 의해 인위적으로 생성될 수 있다. 구면파(spherical wave)는 파원이 공간의 한 점일 때, 파면이 파원을 중심으로 동심 구면을 이루게 되는 파동이다. 구면파가 멀리까지 전파해 갈 경우, 파면이 거의 나란해지므로 수신단의 관점에서는 평면파로 이해할 수 있다.
그러면, 데이터를 전달하는 원하던(Desired) 옵티컬(Optical) 시그널은 무선 환경에서 수신단에 전달되며, 수신단은 원하던(Desired) 옵티컬 시그널과 다른 소스로부터의 간섭, 태양으로부터의 태양광(Sunlight) 간섭을 동시에 수신하게 된다. 수신단은 원하던(Desired) 옵티컬 시그널에 사용된 무선광을 선별하기 위한 옵티컬 필터(filter)와 수신단 무선 광을 전기적 신호로 변환하는 O-to-E 디바이스 그리고 신호를 해석하기 위한 다이렉트(Direct) 디텍션(Detection)을 통해 데이터로 복호한다.
도 23은 무선광 통신 시스템의 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
송신단(Transmitter)는 송신하고자 하는 데이터(전기적 신호)를 E-to-O 디바이스를 통해 광학(Photonic) 소스로 변환하고, 옵티컬 빔(Beam) 제너레이터(Generator)를 통해 옵티컬 빔을 생성하여 무선환경으로 수신단에 전송하며, 이를 무선 광이라고 한다.
여기서 무선 광은 광학에서 빔(Beam)으로 표현될 수 있으며, 전자기파(electromagnetic radiation)의 가로 모드(transvers mode)중에서 공진 모드(Resonant mode)에 해당되는 횡방향 전자계(Transverse Electromagnetic Field/Wave, TEM 모드)로 구성된 경우를 말한다.
TEM 모드는 다시 빔의 형성 방법에 따라 TEMlm으로 지수 l, m으로 구분할 수 있으며, TEM 모드의 기본적인 형태는 일반적으로 가우시안 빔(Gaussian beam)으로써, TEM00로 표현하며 광 축에 수직인 단면상의 웨이브 진폭(amplitude) 분배(distribution)가 가우시안(Gaussian) 펑션(function)으로 표현되는 옵티컬 빔이다.
그러면, 데이터를 전달하는 원하던(Desired) 옵티컬 빔은 무선 환경에서 수신단에 전달되며, 수신단은 원하던(Desired) 옵티컬 빔과 다른 소스로부터의 간섭, 태양으로부터의 태양광 간섭을 동시에 수신하게 된다. 수신단은 원하던(Desired) 옵티컬 빔에 사용된 무선광을 선별하기 위한 옵티컬 필터와 수신단 무선광을 전기적 신호로 변환하는 O-to-E 디바이스 그리고 신호를 해석하기 위한 다이렉트 디텍션/코히런트(Coherent) 디텍션 을 통해 데이터로 복호한다.
방법 1. 포톤(Photon) OAM을 기반으로 하는 무선광 통신 송수신 절차
본 방법에서는 포톤 OAM을 기반으로 하는 무선광 통신 시스템의 송수신 절차를 제안한다.
- 래거시 링크(Link) 기반의 Tx-Rx 이니설 액세스(Access)
Tx(Transmitter)와 Rx(Receiver)는 래거시 링크(e.g., LTE, LTE-A, NR, WiFi, Bluetooth 등)를 통해, 무선 광 통신을 위한 초기 정보를 공유한다. 무선 광 통신을 위한 초기정보는 하기와 같을 수 있다.
송수신단 사이의 대역 약속: 데이터/컨트롤(control) 송수신을 위한 주파수 대역(또는 빛의 파장 범위)
송수신단 사이의 편광 약속: 데이터/컨트롤 송수신을 위한 편광의 방향
예를 들어, 간섭 제어를 위해 수직 편광을 통해서만 데이터/컨트롤 송수신을 약속할 수 있다.
송수신단 사이의 OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 약속: 데이터/컨트롤 송수신을 위한 OAM 모드 인덱스(Index)
송수신단 사이의 베이스밴드(Baseband) 모듈레이션 약속: 데이터/컨트롤 송수신을 위한 베이스밴드 모듈레이션 기법
예를 들어, 데이터 모듈레이션/디모듈레이션(demodulation)을 위해 싱글 캐리어 모듈레이션 방식으로 OOK(on/off keying) 방식이 사용되거나, 멀티-캐리어 방식으로 OFDM 방식이 사용될 수 있으며, 이를 사전에 약속 할 수 있다.
- 브로드캐스트(Broadcast) 메시지(Message) 기반의 Tx-Rx 이니셜(Initial) 액세스
Tx(Transmitter)와 Rx(Receiver)는 브로드캐스트 메시지, e.g., LTE/LTE-A의 PBCH 또는 공통(Common) 컨트롤 채널에 해당하는 방식과 같은, 사전에 약속된 양식의 브로드캐스트 메시지를 옵티컬 소스를 통해 브로드캐스트하여 무선 광 통신을 위한 초기 정보를 공유한다. 무선 광 통신을 위한 초기정보는 하기와 같을 수 있다.
송수신단 사이의 대역 약속: 데이터/컨트롤 송수신을 위한 주파수 대역 (또는 빛의 파장 범위)
송수신단 사이의 편광 약속: 데이터/컨트롤 송수신을 위한 편광의 방향
예를 들어, 간섭 제어를 위해 수직 편광을 통해서만 데이터/컨트롤 송수신을 약속할 수 있다.
송수신단 사이의 OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 약속: 데이터/컨트롤 송수신을 위한 OAM 모드 인덱스
송수신단 사이의 베이스밴드 모듈레이션 약속: 데이터/컨트롤 송수신을 위한 베이스밴드 모듈레이션 기법
예를 들어, 데이터 모듈레이션/디모듈레이션을 위해 싱글 캐리어 모듈레이션 방식으로 OOK(on/off keying) 방식이 사용되거나, 멀티-캐리어 방식으로 OFDM 방식이 사용될 수 있으며, 이를 사전에 약속 할 수 있다.
방법 2. 포톤 OAM을 기반으로 하는 무선 광 통신 송수신 장치
도 24는 무선광 통신 시스템의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
본 방법에서는 원하던(Desired) 옵티컬 빔과 동일 대역, 동일 편광을 가지는 태양광 또는 다른 소스로부터의 간섭을 최소화 하기 위해, 송신단에서 포톤 OAM 빔 제너레이터를 사용하고, 수신단에서 원하던(Desired) OAM 빔과 원하던(Desired) OAM 빔이 아닌 옵티컬 간섭을 구분하는 옵티컬 필터를 사용하는 시스템을 제안한다.
무선광을 전자파로 해석할 때, 빔의 형태에 따라 모드로 구분될 수 있으며, TEM 모드의 기본적인 형태는 일반적으로 가우시안 빔(Gaussian beam)으로써, TEM00로 표현하고, Rectangular transverse 모드 패턴(pattern)(들)을 가지는 에르미트(Hermite)-가우시안(HG) 모드(들)는 TEMmn 로 표현하며, Cylindrical transverse 모드 패턴(들)을 가지는 라게르(Laguerre)-가우시안(LG) 모드(들)는 TEMpl으로 표현한다. 본 명세서에서 라게르-가우시안(LG) 모드(들)(TEMpl)은 포톤 OAM으로 표현한다.
송신단은 전송하고자 하는 데이터의 일렉트릭(Electric) 소스를 E-to-O 디바이스로 옵티컬 소스로 변환한다. 변환된 옵티컬 소스는 포톤 OAM 빔 제너레이터를 통해 하기와 같이 포톤 OAM 빔으로 변환한다.
- 옵티컬 소스를 레저네이터(Resonator)에 통과 시켜, 가우시안 빔 (TEM00)으로 변환한 후, 나선형(Spiral) 페이즈(phase) 플레이트(plate)를 통해 포톤 OAM 빔(TEMpl)으로 변환
- 옵티컬 소스를 레저네이터에 통과 시켜, 가우시안 빔(TEM00)으로 변환한 후, 나선형 페이즈 패턴을 가지는 페이즈 홀로그램(hologram)에 반사시켜 포톤 OAM 빔(TEMpl)으로 변환
- 옵티컬 소스를 레저네이터에 통과 시켜, 가우시안 빔(TEM00)으로 변환한 후, 포크(Fork) 회절(Diffraction) 패턴을 가지는 페이즈 홀로그램에 반사시켜 포톤 OAM 빔(TEMpl)으로 변환
- 옵티컬 소스를 레저네이터에 통과 시켜, 에르미트(Hermite) 가우시안 빔(TEMmn)으로 변환한 후, 원통형(cylindrical) 렌즈(Lens) HG-LG 모드 컨버터(converter)(pi/2 모드 컨버터)를 통과시켜 포톤 OAM 빔(TEMpl)으로 변환
상기 방법 이외에도 포톤 OAM 빔을 만들어 내는 방법은 구현 방식에 따라 그 상세 방식이 다양할 수 있다.
수신단의 옵티컬 필터는 다음과 같이 세분화될 수 있다.
- 제너럴(General) 옵티컬 필터: 원하던(Desired) 옵티컬 빔에 해당하는 대역을 수신하기 위한 광학 소자로써, 다음과 같이 정의 된다. '파장에 관계없이 일정한 투과율로 투과시키는 필터나 특정한 파장 영역에 광강도를 조절하는 보정 필터, 광대비 필터 등도 있다. 필터는 보통 사용 주파수 영역에 따라서 적외 영역용 필터, 가시 영역 · 자외 영역용 필터, 진공 자외 영역 필터 등으로 분류된다. 각각의 영역에서의 필터는 사용 재료, 구조 등 다양하다.
- 편광(Polarized Light) 필터: 원하던(Desired) 옵티컬 빔에 해당하는 편광만을 수신하기 위해 특정 방향으로 진동하는 빛만 통과시키는 편광 특성을 이용한 필터로써, 다음과 같이 정의할 수 있다. '편광은 비스듬한 투사광이 균일한 표면에서 반사될 때 주로 발생한다. 따라서 편광 필터를 사용하여 유리창이나 물체의 표면에서 반사되는 빛을 차단하면 그만큼 깨끗하고 진한 화상을 얻을 수 있다. 카메라의 편광 필터는 편광 방향을 회전시켜 조절할 수 있도록 되어 있다. 편광 필터를 사용하면 한 방향으로만 진동하는 파장만 남게 되어 자동 초점(AF) 카메라에서는 빛을 잘 인식하지 못하여 초점을 놓치는 경우가 있다. 이러한 현상을 해결한 것이 원 편광(CPL) 필터이다.
- 렌즈: 수신되는 옵티컬/포톤 소스를 굴절(Refraction) 효과를 통해, 초점(focal point)으로 포커싱(focusing) 하기 위한 장치이다.
A. 파장(Wavelength) 기반 초점 컨트롤
도 25는 초점 제어에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
볼록(Convex) 렌즈(또는 프레넬(Fresnel) 렌즈)를 통과한 옵티컬/포톤 소스의 파장에 따른 초점이 다른 특성을 기반으로, 포토다이오드(photodiode) 어레이(array)에 수신되는 옵티컬/포톤 소스의 인텐서티(Intensity) 집중도를 제어할 수 있다.
예를 들어, 하기와 같이 점선으로 표현된 청색광과 실선으로 표시된 녹색광, 파선점선으로 표현된 적색광의 초점이 다른 특성을 통해, 녹색광은 포토다이오드 어레이의 중심에 인텐서티가 모이게 하고, 적색광은 그보다 큰 영역에 인텐서티(Intensity)가 퍼지게 하며, 청색광은 더 큰 영역에 인텐서티가 퍼지게 할 수 있다.
녹색광의 초점이 f_green라고 할 때, 청색광과 적색광에 대한 초점은 각각 f_blue, f_red이다.
이를 통해, 녹색광에 해당하는 초점에서는 상대적으로 녹색광 신호에 대한 수신이 더 뛰어나게 제어할 수 있다.
볼록 렌즈(또는 프레넬 렌즈)의 두께 등에 대한 제어 또는 볼록 렌즈와 포토다이오드 어레이 사이의 거리에 대한 제어를 통해 파장에 따른 초점을 제어할 수 있다.
B. OAM 모드 기반 초점 컨트롤
도 26은 초점 제어에 대한 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
임의의 굴절각을 가지는 렌즈(또는 프레넬 렌즈)를 통과한 OAM 옵티컬/포톤 소스의 모드 인덱스에 따른 초점이 다른 특성을 기반으로, 포토다이오드 어레이에 수신되는 OAM 모드의 인텐서티 집중도를 제어할 수 있다.
예를 들어, 도면과 같이 점선으로 표현된 OAM 모드 +1 과 실선으로 표시된 OAM 모드 0, 파선점선으로 표현된 OAM 모드 -1 의 초점이 다른 특성을 통해, OAM 모드 0은 포토다이오드 어레이의 중심에 인텐서티가 모이게 하고, OAM 모드 -1은 그보다 큰 영역에 인텐서티가 퍼지게 하며, OAM 모드 +1은 더 큰 영역에 인텐서티가 퍼지게 할 수 있다.
OAM 모드 0의 초점이 f_0라고 할 때, 모드 인덱스 m 에 대한 초점은 다음과 같이 근사 될 수 있다: f_m=f_0*(1+C·m), 여기서, C는 OAM Dispersion coefficient로 상수이다.
임의의 렌즈(또는 프레넬 렌즈)의 두께 등에 대한 제어 또는 임의의 렌즈와 포토다이오드 어레이 사이의 거리에 대한 제어를 통해 OAM 모드에 따른 초점을 제어할 수 있다.
- 프레넬(Fresnel) 존(Zone) 플레이트: 수신되는 옵티컬/포톤 소스를 회절 효과를 통해, 초점으로 포커싱 하기 위한 장치로써 다음과 같이 정의할 수 있다. '존 플레이트는 빛 또는 파동 특성을 나타내는 다른 것들을 집중시키는 데 사용되는 장치다. 그러나, 렌즈나 곡면 거울과 달리 존 플레이트는 굴절이나 반사 대신 회절을 사용합니다. 존 플레이트는 Fresnel 구역으로 알려진 방사형 대칭 링 세트로 구성되며 불투명하고 투명한 것으로 번갈아 나타난다. 존 플레이트에 닿는 빛은 불투명 구역 주위에서 회절된다. 상기 존들은 회절된 광이 원하는 초점에서 구조적으로 간섭하여 이미지를 생성하도록 이격될 수 있다(A zone plate is a device used to focus light or other things exhibiting wave character. Unlike lenses or curved mirrors however, zone plates use diffraction instead of refraction or reflection. A zone plate consists of a set of radially symmetric rings, known as Fresnel zones, which alternate between opaque and transparent. Light hitting the zone plate will diffract around the opaque zones. The zones can be spaced so that the diffracted light constructively interferes at the desired focus, creating an image there).' - Zone Plate
도 27은 존 플레이트에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
프레넬 존 플레이트를 통과한 옵티컬/포톤 소스의 웨이브 특성 또는 OAM 모드 인덱스에 따른 초점 면(Focal plane)에서의 인텐서티 분포가 다른 특성을 기반으로, 포토다이오드 어레이에 수신되는 옵티컬/포톤 소스의 인텐서티 분포를 제어할 수 있다.
프레넬 존 플레이트를 통과한 옵티컬/포톤 소스가 플레인(plane) 웨이브 광(light)의 형태, 즉, 자연광(Natural light)(예컨대, 태양광) 또는 편광(예컨대, 리니어(linear) 편광 or 서큘러(circular) 편광)의 경우, 포톤 시브(sieve)의 초점 면에 위치하는 포토다이오드 어레이의 중심에 광 소스의 인텐서티가 집중된다.
프레넬 존 플레이트를 통과한 옵티컬/포톤 소스가 플레인 웨이브 광이면서 가우시안 빔의 경우, 포톤 시브(sieve)의 초점 면에 위치하는 포토다이오드 어레이의 중심을 기준으로 가우시안 분배로 인텐서티가 분포한다.
프레넬 존 플레이트를 통과한 옵티컬/포톤 소스가 나선(helical) 웨이브 광인 LG 빔의 경우, 포톤 시브(sieve)의 초점 면에 위치하는 포토다이오드 어레이의 중심을 기준으로 OAM 상태(state)의 특성을 유지하여 인텐서티가 링(Ring)의 형태로 분포한다.
예를 들어, 도면과 같이 실선으로 표시된 OAM 모드 0과 점선으로 표현된 OAM 모드 +3, 파선점선으로 표현된 OAM 모드 +5 의 인텐서티 분포가 다른 특성을 통해, OAM 모드 0은 포토다이오드 어레이의 중심에 가우시안 분포로 인텐서티가 모이게 하고, OAM 모드 +3은 그보다 큰 영역에 링의 형태로 인텐서티가 퍼지게 하며, OAM 모드 +5은 더 큰 영역에 링의 형태로 인텐서티가 퍼지게 할 수 있다.
이 때, 일반적인 플레인 웨이브 광의 형태, 즉, 자연광 (예컨대, 태양광) 또는 편광 (예컨대, 리니어 편광 or 서큘러(circular) 편광)의 경우, 포토다이오드 어레이의 중심의 매우 작은 영역에 인텐서티가 집중된다. 이 영역은 OAM 모드 0의 포토다이오드 어레이의 중심에 가우시안 분포로 인텐서티가 분포하는 영역보다 더 작은 영역을 가진다.
프레넬 존 플레이트의 링 구성에 따른 패턴 등에 대한 제어 또는 프레넬 존 플레이트와 포토다이오드 어레이 사이의 거리에 대한 제어를 통해 포토다이오드 어레이에 수신되는 옵티컬/포톤 소스의 인텐서티 분포를 제어할 수 있다.
- 포톤 시브(sieve): 수신되는 옵티컬/포톤 소스를 회절 효과를 통해, 초점으로 포커싱 하기 위한 장치로써 다음과 같이 정의할 수 있다. '포톤 시브는 회절 및 간섭을 이용하여 광을 집속시키는 장치다. 프레 넬 존 플레이트의 링과 유사한 패턴으로 배열 된 핀 홀로 가득 찬 평평한 시트로 구성되는 대신에, 시브는 존 플레이트보다 초점을 훨씬 더 선명하게 만든다. 여러 가지 크기의 홀과 홀 패턴의 배열이 다른 홀을 포함하는 시브를 제조함으로써 포커싱 행동의 특성이 용도에 맞게 변경 될 수 있기 때문에 시브의 개념은 다목적이다(A photon sieve is a device for focusing light using diffraction and interference. It consists of a flat sheet of material full of pinholes that are arranged in a pattern which is similar to the rings in a Fresnel zone plate, but a sieve brings light to much sharper focus than a zone plate. The sieve concept is versatile because the characteristics of the focusing behavior can be altered to suit the application by manufacturing a sieve containing holes of several different sizes and different arrangement of the pattern of holes).' - Photon Sieve
도 28은 포톤 시브의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
포톤 시브(sieve)를 통과한 옵티컬/포톤 소스의 웨이브 특성 또는 OAM 모드 인덱스에 따른 초점 면에서의 인텐서티 분포가 다른 특성을 기반으로, 포토다이오드 어레이에 수신되는 옵티컬/포톤 소스의 인텐서티 분포를 제어할 수 있다.
포톤 시브(sieve)를 통과한 옵티컬/포톤 소스가 플레인 웨이브 광의 형태, 즉, 자연광 (예컨대, 태양광) 또는 편광 (예컨대, 리니어 편광 or 서큘러(circular) 편광)의 경우, 포톤 시브(sieve)의 초점 면에 위치하는 포토다이오드 어레이의 중심에 광 소스의 인텐서티가 집중된다.
포톤 시브(sieve)를 통과한 옵티컬/포톤 소스가 플레인 웨이브 광이면서 가우시안 빔의 경우, 포톤 시브(sieve)의 초점 면에 위치하는 포토다이오드 어레이의 중심을 기준으로 가우시안 분배로 인텐서티가 분포한다.
포톤 시브(sieve)를 통과한 옵티컬/포톤 소스가 나선 웨이브 광인 LG 빔의 경우, 포톤 시브(sieve)의 초점 면에 위치하는 포토다이오드 어레이의 중심을 기준으로 OAM 상태의 특성을 유지하여 인텐서티가 링의 형태로 분포한다.
예를 들어, 도면과 같이 실선으로 표시된 OAM 모드 0과 점선으로 표현된 OAM 모드 +3, 파선점선으로 표현된 OAM 모드 +5 의 인텐서티 분포가 다른 특성을 통해, OAM 모드 0은 포토다이오드 어레이의 중심에 가우시안 분포로 인텐서티가 모이게 하고, OAM 모드 +3은 그보다 큰 영역에 링의 형태로 인텐서티가 퍼지게 하며, OAM 모드 +5은 더 큰 영역에 링의 형태로 인텐서티가 퍼지게 할 수 있다.
이 때, 일반적인 플레인 웨이브 광의 형태, 즉, 자연광 (예컨대, 태양광) 또는 편광 (예컨대, 리니어 편광 or 서큘러(circular) 편광)의 경우, 포토다이오드 어레이의 중심의 매우 작은 영역에 인텐서티가 집중된다. 이 영역은 OAM 모드 0의 포토다이오드 어레이의 중심에 가우시안 분포로 인텐서티가 분포하는 영역보다 더 작은 영역을 가진다.
포톤 시브(sieve)의 핀 홀(Pinhole) 구성에 따른 패턴 등에 대한 제어 또는 포톤 시브(sieve)와 포토다이오드 어레이 사이의 거리에 대한 제어를 통해 포토다이오드 어레이에 수신되는 옵티컬/포톤 소스의 인텐서티 분포를 제어할 수 있다.
- 페이즈 (패턴) 마스크(Mask): 수신되는 옵티컬/포톤 소스를 회절 효과를 통해, 소스의 특성에 따라 전파(propagation) 방향(direction)을 제어하기 위한 장치로써 광학 소자로 이루어져 있다.
도 29는 페이즈 마스크의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
페이즈 (패턴) 마스크를 통과한 옵티컬/포톤 소스의 웨이브 특성 또는 OAM 모드 인덱스에 따른 빔의 전파 방향 변화 특성을 기반으로, 포토다이오드 어레이에 수신되는 옵티컬/포톤 소스의 인텐서티 분포 위치를 제어할 수 있다.
예를 들어, 도면과 같이 실선으로 표시된 OAM 모드 0과 점선으로 표현된 OAM 모드 +2, 파선점선으로 표현된 OAM 모드 -2, 작은 점선으로 표현된 OAM 모드 +3의 인텐서티 분포 위치를 다르게 할 수 있다.
이 때, 일반적인 플레인 웨이브 광의 형태, 즉, 자연광 (예컨대, 태양광) 또는 편광 (예컨대, 리니어 편광 or 서큘러(circular) 편광)의 경우, OAM 모드 0의 플레인 웨이브와 위상 특성이 동일하여, OAM 모드 0의 인텐서티 분포가 위치하는 수신(Receiving) 플레인의 3사분면에 인텐서티가 분포할 수 있다.
이 때, 렌즈는 페이즈 (패턴) 마스크를 통과한 옵티컬/포톤 소스가 수신(Receiving) 플레인에서 포커싱되도록 하는 역할을 한다.
페이즈 (패턴) 마스크의 페이즈 엘리먼트(Element)(들) 등에 대한 제어 또는 페이즈 (패턴) 마스크와 포토다이오드 어레이, 페이즈 (패턴) 마스크와 렌즈, 렌즈와 포토다이오드 어레이 사이의 거리에 대한 제어를 통해 포토다이오드 어레이에 수신되는 옵티컬/포톤 소스의 인텐서티 분포의 위치를 제어할 수 있다.
상기에서 옵티컬 필터는 나열된 특성을 복합적으로 얻기 위해, 두 개 이상의 옵티컬 필터가 동시에 사용될 수 있다. 예를 들어, 수신 파장을 제어하기 위한 제너럴 옵티컬 필터로 특정 파장을 수신한 후에, 편광 필터를 통해, 목적으로하는 편광을 수신하고, 포톤 시브(sieve)를 통해 광 웨이브특성에 따라 플레인 웨이브와 나선 웨이브 모드들을 구분할 수 있다.
한편, 무선 광은 옵티컬/포톤 소스의 특성에 따라, 빔 다이버전스(Divergence)를 갖는다.
- 가우시안 빔의 다이버전스 앵글(Angle)(파-필드 케이스(Far-field Case))
도 30은 파 필드 케이스에서의 다이버전스 앵글의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
Figure PCTKR2020007077-appb-I000001
여기서 k0는 웨이브 벡터로 2pi/lambda이며, w0는 미니멈(minimum) 빔 웨이스트(waist)로 빔을 형성하는 방법에 따라 다르다.
예를 들어, 빔 형성시 M2 팩터(factor)를 최적으로 설계하여 M2=1이라고 할 때,
웨이스트 = 658um, 파장=700nm 일 때, 앵글=338.6 urad (0.0194 degree)
웨이스트 = 375um, 파장=400nm 일 때, 앵글=338.6 urad (0.0194 degree)
그러면, 디스턴스(Distance) = 10m에서 빔 라디우스(Radius) = 3.4 mm가 된다.
- LG 빔의 다이버전스 앵글(파-필드 케이스)
도 31 및 도 32는 파 필드 케이스에서의 다이버전스 앵글의 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
w0가 고정된 경우,
Figure PCTKR2020007077-appb-I000002
r_rms(0)가 고정된 경우,
Figure PCTKR2020007077-appb-I000003
여기서 k0는 웨이브 벡터로 2pi/lambda이며, w0는 미니멈 빔 웨이스트로 빔을 형성하는 방법에 따라 다르며,
Figure PCTKR2020007077-appb-I000004
이다.
예를 들어, 빔 형성시 M2 팩터를 최적으로 설계하여 M2=1이라고 할 때,
|l|에 따라 디스턴스 = 10m에서 도면과 같은 빔 라디우스를 가질 수 있다.
한편, OAM 빔의 경우, OAM 오더(Order) l에 따라 빔 라디우스가 다르다. 또한, 송수신단 사이의 거리에 따른 수신부의 빔 크기가 다르게 된다. 또한, OAM 오더 l에 따라 수신되는 파면의 페이즈 특성이 다르다. 예를 들어, 하기의 도면과 같이 OAM 오더(=모드)에 따라, E-필드(field)에 대한 페이즈 차이가 발생한다.
도 33은 모드에 따른 페이즈의 차이의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
여기서 페이즈란 E-필드를 사인(sine) 웨이브로 표현할 때, 광원의 진행 방향에서 시간에 따른 변화이다.
도 34는 E-필드의 진동의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
상기의 도면에서 y축은 E-필드의 진동방향을 의미한다고 할 때, E-필드의 진동을 시간에 따라 그리면 상기의 그래프와 같이 표현할 수 있다. 상기 그래프에서 E-필드의 진동을 시간에 따라 그린 그래프는 광의 이동방향(=광축, optic axis)과 같고, 시간에 따른 페이즈 변화를 표현할 수 있다. 페이즈의 변화는 한번의 주기에 해당하는 파장 λ에 의해 결정되며, 시간 t는 빛이 이동하는 시간에 대한 단위로써, 한 파장의 거리를 이동하는 시간 t = λ/c (c=2.99792458*10^8 m/s, 광속)이다.
따라서, OAM 오더 l에 따라 수신되는 파면의 페이즈 특성이 다른 속성에 대해서, 수신단에서 페이즈 보상을 수행하면서 코히런트 컴바이닝(Combining)을 수행해야 한다. 또한, 수신단의 설계에 의해 수신 복호 성능이 증대될 수 있다.
상기에서 언급하는 무선 광 통신 시스템은 신호원의 광학적 특성에 의해 빔 다이버전스를 제어할 수 있다. 무선 광 통신 시스템의 경우, LTE 또는 NR의 RF 통신과 달리 매우 작은 빔 폭을 기대할 수 있다. 모빌리티를 고려하는 모바일(Mobile) OWC 시스템 환경에서는 고정된(Fixed) 포인트(Point) 환경의 OWC와 달리 고정된 빔을 사용할 수 없으므로, 사전에 정의된 셀(cell) 영역에 대한 빔 스티어링(Steering) 및 트래킹(Tracking) 기술이 필요하다.
도 35는 본 명세서의 일례에 따른 펜실(pencil) 빔의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
예를 들어, 트랜스미터(Transmitter)와 리시버(Receiver) 사이의 거리가 50m이고, 빔 다이버전스의 하프(half) 앵글이 약 100 마이크로(micro)-라디안(radian)(빔 웨이스트는 약 5mm)인 미세 빔 (Pencil 빔)을 송신한다고 할 때, 기대되는 수신단 빔 Diameter는 5mm에서 3.5cm이다. 예를 들어, 도면과 같이 수신단 위치 부근의 셀 영역(area) 1m x 1m 영역에 대해서, 1cm^2의 Aperture 고려시 10,000개의 빔이 존재하게 된다.
상기와 같이 펜실(Pencil) 빔을 활용하는 시스템(e.g., 모바일(Mobile) OWC, 테라헤르츠 통신(Terahertz Communication) 등)에서는 많은 수의 Tx/Rx 빔이 단일 셀 내에 존재할 수 있다. Tx와 Rx의 링크 형성을 위해서는 이니셜 액세스 단계 또는 링크 Connection에 대한 유지(Maintenance)를 위해 빔 얼라인먼트(Alignment)를 보장하기 위한 빔 트래킹 절차가 필요하다.
빔 수가 매우 많은 경우, 각 빔에 대한 정렬 정도를 확인하기 위한 빔 서치(search) 타임(Time)이 매우 많이 필요하다. 3GPP NR에서 SSB 블록(Block)을 통해 빔 서치를 수행하는 단계의 경우, 빔 개수만큼의 심볼(Symbol) 수를 통해, 심볼 레벨(Level) 빔 서치를 수행할 수 있다.
상기 예시에 의하면, 10,000 심볼의 타임 동안 빔 서치를 수행해야 하며, 매우 큰 리소스(Resource) 손실을 가져온다. 넓은(Broad) 빔을 먼저 서치하고, 그 빔 안의 좁은(Narrow) 빔을 찾는 멀티-스테이지(stage) 빔 서치 방식은 Tx와 Rx 사이의 핸드(Hand) 쉐이킹(Shaking) 이 요구되며, 핸드 쉐이킹에 따른 딜레이(Delay)가 소요 된다. 즉, 펜실 빔을 활용하는 시스템에서는 많은 빔의 수로 인한 리소스 손실 및 딜레이를 해결하는 방안이 필요하다.
또한, 페이즈 쉬프터(Shifter)를 기반으로 하는 페이즈된 어레이 안테나(Antenna)를 활용하여, 빔 스티어링을 하는 방식은 사용하는 페이즈 쉬프터의 양자화(Quantized) 레벨에 따라 빔 스티어링 레졸루션(Resolution)이 결정된다. 즉, 펜실 빔을 사용하는 시스템의 경우 빔 폭이 매우 좁아 미세하게 페이즈 조정이 가능해야 하므로 요구를 충족시키기 어려울 수 있다. 또한 페이즈 쉬프터 기반 방식은 안테나(Antenna) 별로 페이즈 쉬프터를 장착하여야 하므로 사이즈(Size)와 코스트(Cost) 측면에서 단점이 존재하며, 발열 문제 또한 발생할 수 있다. 따라서 다수의 페이즈 쉬프터를 사용하는 방식의 단점을 해결할 수 있는 대안 방식이 필요하다.
본 명세서는 무선 광 통신(optical wireless communication; OWC) 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 무선 광 통신 시스템에서 빠르게 신호 광선의 방향을 회전하게 하는 장치에 관한 것이다. 본 명세서는 주파수 점진적 메타표면(Metasurface)를 기반으로 하는 안테나 설계를 포함한다.
이하, 본 명세서의 예시에 대한 보다 원활한 이해를 위해, 도면을 통해 본 명세서의 개시에 대해 설명하도록 한다. 이하의 도면은 본 명세서의 구체적인 일례를 설명하기 위해 작성되었다. 도면에 기재된 구체적인 장치의 명칭이나 구체적인 신호/메시지/필드의 명칭은 예시적으로 제시된 것이므로, 본 명세서의 기술적 특징이 이하의 도면에 사용된 구체적인 명칭에 제한되지 않는다.
도 36은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 빔을 수신 장치에 전송하는 방법의 순서도다.
도 36에 따르면, 장치는 펄스 레이저 신호를 생성할 수 있다(S3610).
장치는 상기 펄스 레이저 신호를 메타서페이스(metasurface)에 입사할 수 있다(S3620). 여기서, 상기 빔은 상기 펄스 레이저 신호가 상기 메타서페이스에 입사됨에 기반하여 생성될 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 예시는 후술하도록 한다.
일례로, 상기 메타서페이스는 ω_0, d, △ω 및 N에 기반하여 결정되고, 상기 ω_0는 중심 주파수에 대한 값이고, 상기 d는 가상 안테나 간격에 대한 값이고, 상기 △ω 는 주파수 콤브(comb)의 간격에 대한 값이고, 및 상기 N은 상기 중심 주파수를 기준으로 게인(gain) 대역폭 내에 존재하는 상기 주파수 콤브의 개수에 관련된 값일 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 예시는 후술하도록 한다.
장치는 상기 빔을 수신 장치에 전송할 수 있다(S3630). 이에 대한 보다 구체적인 예시는 후술하도록 한다.
예컨대, 상기 메타페이스는 서브스트레이트(substrate) 및 적어도 하나의 나노 핀(nano pin)으로 구성되고, 및 상기 적어도 하나의 나노 핀은 상기 서브스트레이트의 일면에 결합될 수 있다. 예컨대, 상기 적어도 하나의 나노 핀에 대한 길이, 상기 적어도 하나의 나노 핀에 대한 너비, 상기 적어도 하나의 나노 핀에 대한 높이 및 상기 적어도 하나의 나노 핀과 상기 서브스트레이트 간의 상대 각도는 상기 ω_0, 상기 d, 상기 △ω 및 상기 N에 기반하여 구성될 수 있다.
일례로, 상기 빔은 파장 별로 포커싱될 수 있다.
일례로, 상기 빔의 방향은 시간에 따라 변화할 수 있다.
일례로, 상기 장치는 상기 펄스 레이저 신호를 생성하는 레이저 소스 및 상기 메타서페이스를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 장치는 적어도 하나의 페이즈 쉬프터(phase shifter)를 더 포함하고, 상기 펄스 레이저 신호가 상기 메타서페이스에 입사될 때, 상기 펄스 레이저 신호는 상기 적어도 하나의 페이즈 쉬프터를 통과하고, 및 상기 적어도 하나의 페이즈 쉬프터는 상기 메타서페이스에 입사되는 상기 펄스 레이저 신호의 입사각을 변화시킬 수 있다. 예컨대, 상기 장치는 빔 스플리터(beam splitter)를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 페이즈 쉬프터는 제1 페이즈 쉬프터 및 제2 페이즈 쉬프터로 구성되고, 상기 펄스 레이저 신호는 상기 빔 스플리터를 통과하여 제1 펄스 레이저 신호 및 제2 펄스 레이저 신호로 분할되고, 상기 제1 펄스 레이저 신호는 상기 제1 페이즈 쉬프터를 통과하고, 상기 제2 펄스 레이저 신호는 상기 제2 페이즈 쉬프터를 통과할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 펄스 레이저 신호는 상기 제1 페이즈 쉬프터를 통과하여 상기 메타페이스로 입사되고, 상기 제1 펄스 레이저 신호의 상기 메타페이스로의 입사각은 x축이고, 상기 제2 펄스 레이저 신호는 상기 제2 페이즈 쉬프터를 통과하여 상기 메타페이스로 입사되고, 상기 제2 펄스 레이저 신호의 상기 메타페이스로의 입사각은 y축일 수 있다.
한편, 도 36에서의 장치는 무선 통신 시스템(물론, 본 명세서의 실시예는 유선 통신 시스템에서의 예를 권리범위에서 제외하는 것은 아니다)에서의 장치를 의미할 수 있다. 아울러, 도 36에서의 장치는 앞서 설명한(그리고 후술할) 단말에 해당할 수 있으며, 도 36에서의 장치는 앞서 설명한(그리고 후술할) 기지국에 해당할 수 있다.
이하, 도 36의 이해를 위해, 보다 구체적으로 본 명세서에서의 제안을 설명하도록 한다.
본 명세서에서는 무선 광 통신에서 메타서페이스를 송신 안테나로 하는 트랜스미터 장치를 설계하는 방법을 제안한다.
1. 주파수(Frequency) 그래디언트(Gradient) 메타서페이스
먼저, 본 명세서에서 설계하는 주파수 점진적 메타 표면(Frequency Gradient Metasurface)의 동작 원리 및 설계 구조를 설명한다.
1.1. 메타서페이스의 기능
메타서페이스는 2D Dense 어레이 구조로 구성된 임의의 미세 구조체(Meta Building Block, MBB)와 입사된 전자기파의 상호작용(산란, 흡수, 발광, 발열)을 통하여 입사 신호의 파장, 페이즈, 편광(polarization), 진폭을 변화시키는 장치이다. 이 때, 각 미세 구조의 간격과 크기는 입사된 전자기파의 파장 보다 작은 크기로 구성되어 있다. 각 미세구조는 공정 단계에서 그 기능이 정해지는 패시브(Passive) 구조와 공정 이후에도 전계를 가하는 방법이나 정도에 따라 그 기능이 변화하는 액티브 구조로 나뉠 수 있다.
1.2. 회절 그레이팅(Grating)(메타 그레이팅(Meta Grating))
도 37은 회절 그레이팅에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
회절 그레이팅(Grating)은 프리즘(Prism)과 같이 입사된 전자기파를 파장에 따라 분리해 내는 장치이다. 입사된 전자기파에 다양한 파장의 신호가 중첩되어 있는 경우, 각 파장의 굴절률 차이로 인해 단파장일수록 굴절률이 높고, 장파장일수록 굴절률이 낮다. 이로 인해 입사된 전자기파의 성분들이 회절 그레이팅(Grating)을 통과한 후, 파장 별로 방사 방향이 차이를 가지게 한다.
도 38 및 도 39는 입사각과 반사각을 파장에 따라 제어하는 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
슬릿(Slit)을 기반으로 하는 회절 그레이팅(Grating)의 경우, 슬릿(slit) 기반(좌측) 또는 블레이즈(Blaze) 기반(우측)으로 입사각과 반사각을 파장에 따라 제어 할 수 있으며, 그레이팅(Grating) Equation: d(sinα-sinβ)=mλ, d(sinα+sinβ)=mλ을 따른다. 여기서, d: 슬릿 간의 간격(Spacing between the slits)(그레이팅(Grating) 주기(period)), m: 회절의 차수(order) (m = 0, ± 1, ± 2,...), λ : 파장.
블레이즈(Blaze) 기반 회절 그레이팅(Grating)은 특정 차수/파장에 Energy를 모으는 설계가 가능하며, 블레이즈(Blaze) 앵글(angle)과 블레이즈(Blaze) 파장을 설계함으로써 제어 가능하다. 메타 그레이팅(Grating)은 회절 그레이팅(Grating) 기능을 하는 메타서페이스를 말하며, 슬릿(slit) 기반 또는 블레이즈(Blaze) 기반으로 구현될 수 있다.
1.3. 메타 렌즈
광학 소자 중에서 하프-웨이브 플레이트(HWP)는 복굴절 (이중굴절, Birefringent) 물질로서 2개의 편광 축에 따라 다른 굴절률을 가진다. 2개의 편광 축 중에서 x축은 패스트 축(fast axis; f), y축은 슬로우 축(slow axis; s)라고 하자. 이 때, x축으로 정렬된 빔이 HWP를 통과하면, y축으로 정렬된 빔이 HWP를 통과할 때 보다 위상 π만큼 더 빠르게 통과한다.
도 40은 HWP 물질의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
예를 들어, p의 방향을 가지는 리니어 편광(Polarized) 빔이 HWP를 통과한다고 할 때, p는 f 성분과 s 성분의 합으로 표현될 수 있다.
f 성분은 s 성분보다 위상 π만큼 더 빠르게 통과하므로, E-필드를 분석해 보면 하기와 같다.
- HWP 통과 전 E-필드:
Figure PCTKR2020007077-appb-I000005
- HWP 통과 후 E-필드: 슬로우(slow) 성분에 eiπ 만큼의 지연 성분이 곱해지면,
Figure PCTKR2020007077-appb-I000006
즉, HWP에 입사된 빔의 리니어 편광(polarization) 방향이 패스트 축과 θ만큼 차이가 있을 때, 통과 빔의 페이즈는 2θ 만큼 쉬프트(Shift)된 형태가 된다. 상기 개념을 기반으로, 웨이브 플레이트의 방향(orientation)을 조절하여 입사된 빔과 패스트 축의 페이즈 θ를 조절함으로써 기하학적(Geometric) 페이즈를 구성하여 메타 렌즈를 구성할 수 있다. 예를 들어, 하기와 같이 기하학적(Geometric) 페이즈 기반의 초점 컨트롤이 가능하다.
도 41은 초점 제어의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
상기와 같이, 신호가 발생하는 오브젝트(Object) 포인트에서 광원인 포인트 소스가 서브스트레이트(substrate)를 향해 방사된다고 할 때, 신호는 서브스트레이트를 통과하여 초점에 도달하게 된다. 이 때, 3차원 공간상에서 기준 점인 레퍼런스(Reference) 포인트를 통과한다고 할 때, 신호가 통과하는 레퍼런스 경로(path) f=f1+f2로 표현할 수 있다.
여기서, f1 = sqrt(xo 2 + yo 2 + zo 2)이고, f2 = sqrt(xf 2 + yf 2 + zf 2) 이다. 같은 방법으로, 유전체 또는 전도체 등으로 구성된 i번째 미세 구조물을 통과한 신호가 초점으로 진행하는 경로(path)는 Δ_o+Δ_f로 표현할 수 있다.
여기서, Δ_o = sqrt((xi - xo)2 + (yi - yo)2 + (zi - zo)2)이고, Δ_f = sqrt((xi - xf)2 + (yi - yf)2 + (zi - zf)2)이다. 그러면, i번째 미세 구조물을 통과한 신호와 레퍼런스 포인트를 통과한 신호가 초점에서 갖는 페이즈 차이는 이동경로의 차이에 의해 φ_d (x_i,y_i,z_i)=(2π/λ_0)*(Δ_o+Δ_f-f)으로 표현할 수 있다. 이 때, 웨이브 플레이트의 동작 원리를 기반으로 미세 구조체의 방향을 통해 이동경로 차이에 의해 발생한 페이즈 차이를 보상할 수 있다.
도 42는 페이즈 차이 보상의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
예를 들어, 미세 구조체의 방향을 θ_i=(φ_d(x_i,y_i,z_i))/2으로 하여, 초점에서의 페이즈 차이를 보상 함으로써, 레퍼런스 경로(path)와 i 번째 미세 구조체를 통과한 경로(path)의 페이즈 차이를 없앨 수 있다.
도 43은 메타 렌즈의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
해당 과정을 모든 미세 구조체에 적용하여 메타서페이스를 구성하면, 메타 렌즈를 구성할 수 있다.
상기 방식을 통해 모든 미세 구조체의 방향(예컨대, 로테이션(Rotation) 앵글)을 조정함으로써, 신호의 초점을 3차원으로 제어가 가능하다.
1.4. 주파수 그래디언트(Gradient) 어레이 안테나
도 44는 페이즈 어레이 안테나의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
일반적으로 빔포밍(Beamforming)을 위해 사용하는 페이즈된 어레이 안테나는 각 안테나 엘리먼트에서 방사되는 신호의 페이즈가 달라, 신호의 방사 시간 차이 때문에 신호가 중첩되어 보강 간섭을 일으키는 방향이 페이즈에 의해 결정된다. 예를 들어, 안테나들 사이에 Δ
Figure PCTKR2020007077-appb-I000007
만큼의 페이즈 차이가 존재하는 경우, 그 차이에 의해 방사되는 신호의 빔 방향이 형성된다.
도 45는 주파수 그래디언트 어레이 안테나의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
반면에, 주파수 그래디언트(Gradient) 어레이 안테나는 각 안테나 엘리먼트에서 방사되는 신호의 주파수(여기서, ω=2πf로 각(angular) 주파수를 의미하나, 설명의 편의를 위해 주파수로 표현함)가 달라, 주파수의 차이 때문에 신호가 중첩되어 보강 간섭을 일으키는 위치가 시간에 따라 변화하게 된다. 예를 들어, 안테나들 사이에 Δω만큼의 주파수 차이가 존재하는 경우, 그 차이에 의해 방사되는 신호의 빔 방향이 시간에 따라 다르게 형성된다.
1.5. 주파수 그래디언트(Gradient) 메타서페이스
주파수 그래디언트(Gradient) 메타서페이스는 1.2의 메타 그레이팅(Grating)과 1.3의 메타 렌즈의 기능을 동시에 수행하는 메타서페이스다. 메타서페이스는 미세 구조체의 조합 설계에 의해 높은 자유도(Degree of Freedom)를 가지며, 하나의 메타서페이스에서 다수개의 기능을 수행할 수 있다.
신호원이 다양한 주파수를 가지는 전자기파의 합으로 표현된 모드 고정(Locked) 레이저(Laser) 소스인 경우, 신호원이 생성한 신호는 특정 반복(Repetition) 레이트(Rate)를 가지는 펄스(Pulsed) 레이저가 된다.
도 46은 사인 파장의 합성 예를 개략적으로 도시한 것이다.
예를 들어 3개의 주파수를 가지는 사인 웨이브가 합성되어, 주기 τ를 가지는 펄스(Pulsed) 신호가 생성될 수 있다. 이 때, 각 주파수 차이를 Δω라고 할 때, 주기 τ = 2π/Δω이 된다.
도 47은 도 46에서의 신호를 푸리에 변환한 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 46에서의 신호를 푸리에 변환(Fourier Transform)해 보면, 주파수 축에서 펄스가 있는 주파수 콤브(Comb)의 형태가 된다.
도 48은 주파수 별 초점의 예를 개략적으로 도시한 것이다.
위 신호가 상기에서 언급한 1.2의 메타 그레이팅(Grating)과 1.3의 메타 렌즈의 기능을 동시에 수행하는 메타서페이스에 입사되면, 메타 그레이팅(Grating)에 의해 주파수 별로 굴절방향이 다르게 되고, 메타 렌즈에 의해 주파수별로 초점이 다르게 된다. 이 개념을 도식화 하면 도면과 같다.
즉, 주파수 콤브(Comb). 레이저 신호가 메타서페이스를 통과함으로써, 아크로메틱(Achromatic) 메타 렌즈 효과에 의해, 공간 도메인(Spatial Domain)에서 서로 다른 초점에 에너지(Energy)가 포커싱된다. 서로 다른 초점은 동일 초점 면에 존재하며, 각 초점은 다시 슬릿(slit)과 같은 형상을 가지게 된다. 각 슬릿(slit)을 통과한 서로 다른 주파수는 다시 합성되면서, 시간에 따라 에너지가 모이는 위치가 변화하게 되는 주파수 그래디언트(Gradient) 어레이 안테나의 형상을 가상으로 만들어 낸다. 따라서, 상기에서 설명하는 초점 면 상의 각 초점은 공간상에 존재하는 버추얼(Virtual) 안테나가 되며, 전체 초점들을 버추얼 안테나 어레이라고 정의한다.
2. Tx 구조(Structure) 디자인
도 49는 본 명세서의 일례에 따른, 전송 장치의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
레이저 소스의 제어와 주파수 그래디언트(Gradient) 메타서페이스 설계를 통해 패스트(Fast) 빔 스티어링을 위한 트랜스미터 구조를 제안한다. 패스트 빔 스티어링을 위한 전체 트랜스미터 구조 구조는 도면에서 설명한 바와 같다.
도 50은 본 명세서의 일례에 따른, 전송 장치에서, 빔의 방향의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
레이저 소스의 제어를 위해 소스 컨트롤 정보를 받아, 레이저 소스를 통해 펄스(Pulsed) 레이저 신호를 발생시키고, 콜리메이터(Collimator)를 통해 빔 폭을 제한하면서 플레인 웨이브 특성을 유지하게 한다. 콜리메이터(Collimator)를 통과한 신호는 페이즈 쉬프터를 통해 미리 설계된 각도로 주파수 그래디언트(Gradient) 메타서페이스에 입사되도록 한다. 신호는 미리 설계된 주파수 그래디언트(Gradient) 메타서페이스를 통해 파장 별로 빔이 포커싱 되어 방출된다. 그러면 트랜스미터 근접거리의 공간 상에서 버추얼 안테나 어레이가 생성되고 신호가 합성되면서 시간에 따라 빔의 방향이 변화하는 4D 빔이 수신단을 향해 전달된다. 여기서 4D 빔은 3차원 공간상에서 시간의 변화에 따라 빔의 방향이 변화함을 의미한다.
도 51은 본 명세서의 다른 예에 따른, 전송 장치에서, 빔의 방향의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
이 때, 주파수 그래디언트(Gradient) 메타서페이스에서 파장 별로 빔을 2D로 포커싱하여 방출하면, 트랜스미터 근접거리의 공간 상에서 2-차원(Dimensional) 버추얼 안테나 어레이가 생성되고 신호가 합성되면서 시간에 따라 빔의 방향이 변화하는 4D 빔이 수신단을 향해 전달된다.
각 장치의 상세 설명은 아래에서 서술한다.
2.1. 레이저 소스
도 52는 레이저 게인 대역폭의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
상기 구조에서 레이저 소스는 특정 주기를 가지는 펄스(Pulsed) 레이저 (e.g., 모드 고정(Locked) 레이저)로 구성될 수 있다. 펄스(Pulsed) 레이저는 아이들(Ideal)한 델타(Delta) 펄스를 만들어 낼 수 없기 때문에, 주파수 축에서 관측했을 때 레이저 게인(Gain) 대역폭(Bandwidth)을 가진다.
펄스(Pulsed) 레이저의 펄스 듀레이션(Duration), 펄스 반복 주기(Period) τ, 게인(Gain) 대역폭 B가 제어 가능한 레이저 소스 (e.g., 액티브(Active) 모드 고정(Locked) 레이저, 하이브리드(Hybrid) 모드 고정(Locked) 레이저)의 경우 τ와 B 값에 의해 버추얼 안테나 어레이에서 방사되는 빔의 반복 레이트와 안테나 수 N을 제어할 수 있다. 따라서, 시스템 환경에 따라 소스 컨트롤 정보를 통해 4D 빔을 제어할 수 있다.
상기의 설계에 있어서, 레이저 소스로 설명하나 모든 시간/주파수 특성을 가지는 전자기파(Radio 주파수, 적외선, 가시광선, 자외선, x선, 감마선 등)를 생성하는 장치로 구현될 수 있다.
2.2. 콜리메이터(Collimator)
상기 구조에서 레이저 소스와 주파수 그래디언트(Gradient) 메타서페이스가 근거리이고, 빔 다이버전스가 크지 않게 레이저 소스가 신호를 생성해 주는 경우, 콜리메이터(Collimator) 없이 설계가 가능하다.
2.3. 페이즈 쉬프터
상기 구조에서 주파수 그래디언트(Gradient) 메타서페이스의 메타 그레이팅(Grating) 설계에 있어서, 메타서페이스를 향하는 입사각의 설계에 따라 페이즈 쉬프터 설계, 광학계 설계 또는 메타그레이팅(Grating) 설계를 통해 트랜스미터를 구성할 수 있다.
- 페이즈 쉬프터를 활용하는 방법
도 53은 페이즈 쉬프터를 활용하는 예를 개략적으로 도시한 것이다.
페이즈 쉬프터 설계를 통해서 입사각을 θ_M이 되도록 설정한다.
상기에서 페이즈 쉬프터는 구현에 따라 다르게 설계 할 수 있다.
도 54는 페이즈 쉬프터의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 54에 따르면, 전기 광학효과(Electro-optic effect)를 기반으로 E-필드를 매질에 가해, 매질의 굴절률 변화를 이용하는 장치가 제공될 수 있다.
도 55는 페이즈 쉬프터의 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 55에 따르면, 바비네 솔레이유 보정기(Babinet-Soleil compensator)를 기반으로 매질을 이동시켜, 광이 통과하는 매질의 두께를 변화시키는 장치가 제공될 수 있다.
도 56은 페이즈 쉬프터의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 56에 따르면, 매질의 회전시켜, 광이 통과하는 매질의 두께를 변화시키는 장치가 제공될 수 있다.
도 57은 페이즈 쉬프터의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 57에 따르면, 옵티컬 웨이브가이드(Waveguide)를 기반으로 광이 이동하는 경로에 대한 지연시간을 제어하는 장치가 제공될 수 있다.
- 광학계 설계를 활용하는 방법
도 58은 광학계 설계를 활용한 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 58에 따르면, 광학계 설계를 통해서 입사각을 θ_M이 되도록 설정할 수 있다.
- 메타 그레이팅(Grating) 설계를 활용하는 방법
도 59는 메타 그레이팅 설계를 활용한 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 59에 따르면, 메타 그레이팅(Grating) 설계에 있어서 입사각을 θ_M이 0이 되도록 설정하고, 신호의 입사각은 0이 되도록 유지할 수 있다.
2.4. 주파수 그래디언트(Gradient) 메타서페이스
도 60은 메타서페이스의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 60에 따르면, 주파수 그래디언트(Gradient) 메타서페이스는 1.5에서 설명한 바와 같이, 1.2의 메타 그레이팅(Grating)과 1.3의 메타 렌즈의 기능을 동시에 수행하기 위해 나노 핀(Nano-pin)의 길이(length) l, 너비(width) w, 높이(height) h와 서브스트레이트와의 상대각도 θ를 설계해야 한다.
상기의 설계에 있어서, 각 나노 핀의 설계는 레이저 소스의 게인(Gain) 대역폭내 주파수에 따라 다르게 설계될 수 있다. 각 나노 핀과 서브스트레이트의 상대각도 θ는 개별적으로 다르게 설정될 수 있으며, 메타 그레이팅(Grating)과 메타 렌즈의 기능 수행을 위해 사전에 약속된 방식으로 구현된다. 서브스트레이트는 투과성이 높은 물질을 사용하며, 예를 들어 SiO2와 같은 이산화규소가 사용될 수 있다. 서브스트레이트 내 나노 핀 사이의 간격은 레이저 소스의 게인(Gain) 대역폭내 주파수에 대응되는 파장보다 작게 설정되며, 나노 핀의 수는 메타 그레이팅(Grating)과 메타 렌즈의 성능과 전체 메타서페이스의 사이즈의 트래이드 오프(Trade-off) 관계를 갖는다. 예를 들어, 나노 핀의 수의 증가는 더 많은 양의 신호에너지를 목적으로 하는 초점에 모을 수 있으나, 전체 메타서페이스의 사이즈가 커질 수 있다.
상기의 설계에 있어서, 나노 핀의 형태를 동일하게 설명하나, 하나의 메타서페이스 내에 다른 종류의 나노 핀 (예를 들어, 나노 핀 별로 l, w, h가 다른 형태)으로 구현할 수도 있다.
상기의 설계에 있어서, 나노 핀의 형태를 직육면체로 설명하나, 설계 방법에 따라 다른 형태의 다면체 또는 곡면체로 구현할 수도 있다.
상기의 설계에 있어서, 단일 메타서페이스로 설명하나, 다수 개의 메타서페이스를 통해 메타 그레이팅(Grating)과 메타 렌즈의 기능을 구현할 수도 있다.
상기의 설계에 있어서, 메타서페이스로 설명하나 메타 그레이팅(Grating)과 동일한 기능을 하는 회절 그레이팅(Grating) 소자와 메타 렌즈의 기능을 하는 광학 렌즈를 통해서 기능을 구현할 수도 있다.
상기의 설계에 있어서, 메타서페이스는 나노 핀이 설계 당시에 고정될 수도 있고(Passive Metasurface), 나노 핀이 동적으로 제어(Active Metasurface)되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 나노 핀의 상대각도 θ가 제어에 의해 동적으로 변화될 수 있다.
상기의 설계에 있어서, 상기에서 나노 핀의 물리적 형태로 설명하나, 나노 핀의 역할을 하는 다이오드(Diode)를 기반으로 전계를 가하여 해당 기능을 수행하도록 구현할 수도 있다. 이 때, 전계를 가하는 방식(또는 전계를 가하는 정도) 또는 각 다이오드의 동작 유무를 동적으로 제어하여, 메타서페이스의 메타 그레이팅(Grating)과 메타 렌즈 기능을 동적으로 제어할 수 있다.
2.5. 버추얼 안테나 어레이
버추얼 안테나 어레이는 트랜스미터에 의해 공간상에 존재하므로, 장치적으로 구현되지 않는다. 버추얼 안테나 어레이의 구조는 트랜스미터의 설계 파라미터(Parameter)들에 의해 결정된다. 따라서, 트랜스미터 장치와 버추얼 안테나 어레이 사이의 공간에는 장애물이 존재하지 않아야 하며, 메타서페이스 설계에 따라 그 거리를 제어할 수 있다.
2.6. 디자인 파라미터(들)
상기의 트랜스미터를 통한 동작에 대한 수식적 설명은 다음과 같다. 2.1의 레이저 소스의 펄스(Pulsed) 시그널을
Figure PCTKR2020007077-appb-I000008
로 표현할 수 있다. 여기서, ω_0는 소스 시그널의 중심주파수에 대한 각(angular) 주파수고, N은 중심주파수를 기준으로 게인(Gain) 대역폭내에 존재하는 주파수 콤브(Comb)의 개수에 관계된다. 즉, -N부터 N까지의 주파수 시그널이 합성되므로 총 주파수 콤브(Comb)의 개수는 2N+1개 존재한다. a_n은 n번째 주파수 시그널의 진폭을 의미하고, ω_n=ω_0+nΔω은 n번째 각(angular) 주파수 시그널을 의미한다. 여기서, Δω은 주파수 콤브(Comb)의 간격이다.
따라서, 전체 펄스(Pulsed) 시그널은 상기와 같이 전체 주파수 시그널들의 푸리에 변환 형태로 표현될 수 있다. 이때, 중앙(Center) 주파수에 도미넌트(dominant)한 시간에 따른 페이즈 변화 텀(term) e^(-i*ω_0*t)과 펄스(Pulsed) 시그널의 Envelope A(t)의 곱으로 표현할 수 있다. 즉,
Figure PCTKR2020007077-appb-I000009
로써 시간 t에 따라 Δω에 의해 합성된 펄스의 피크(Peak)가 타임 쉬프트되는 형태로 이해할 수 있다.
도 61은 버추얼 안테나 어레이의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
펄스(Pulsed) 시그널은 상기에서 설명한 2.2에서 2.4를 통과하면, 메타서페이스에서 메타 그레이팅(Grating)과 메타 렌즈 효과에 의하여, 2.5의 버추얼 안테나 어레이를 형성한다. 하기에서는 설명의 편의를 위해 (N=2), 총 5개의 주파수 콤브(Comb) 소스를 기반으로 설명한다.
즉, 공간상에서 하나의 초점 면내에 각(angular) 주파수별로 다른 초점을 가지고, 각 초점의 간격은 d로 유지된다. 각 초점은 하나의 각(angular) 주파수만 통과되는 버추얼 안테나가 된다. 하기의 전체 설명에 있어서, 설명의 편의를 위해 각(angular) 주파수를 주파수로 표현한다.
도 62는 버추얼 안테나를 통과한 신호들의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
버추얼 안테나를 통과한 신호들이 임의의 파(Far) 필드 좌표 r=(x,y)=(r cosθ,-r*sinθ) 에 도달한 신호는 b_n(r)= a_n*G(r-r_n)e^(-i*k_n*(|r-r_n|))으로 표현할 수 있다. 여기서, G(r-r_n)은 n번째 버추얼 안테나 r_n=(0,nd)에서 좌표 r=(x,y)로의 전파에 의한 게인(Gain) 변화 값을 의미하고, |r-r_n|는 두 좌표 사이의 거리를 의미하며, k_n=ω_n/c=k_0+n*Δk이다. 좌표 r에서 시간변화 t를 고려하여 전체 신호에 대해 수신하면,
Figure PCTKR2020007077-appb-I000010
로 쓸 수 있다. 즉, 좌표 r 에서 시간 t 시점에, 각 버추얼 안테나로부터 통과한 각 웨이브가 r 에 도달했을 때, 게인(Gain)과 페이즈의 합을 나타낸다.
이 때, 파(Far)-필드에서 r >> Nd 이므로, |r|과 |r_n|의 차이가 상대적으로 매우 작아
Figure PCTKR2020007077-appb-I000011
근사치(approximation)가 가능하고, 서큘러(circular) 코디네이트(coordinate)로 표현하면,
Figure PCTKR2020007077-appb-I000012
로 근사(approximation) 가능하다. 정리하면,
Figure PCTKR2020007077-appb-I000013
로 표현할 수 있다. 펄스(Pulsed) 시그널의 표현 형태로 정리하면, 중앙 주파수에 도미넌트한 시간에 따른 페이즈 변화 텀(term) e^(-i*ω_0*t)과 펄스(Pulsed) 시그널의 Envelope A(t)의 곱, 그리고 게인(Gain)으로 나누어 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2020007077-appb-I000014
여기서,
Figure PCTKR2020007077-appb-I000015
일 때, 시간 t에 대해서 거리 r 과 각도 θ 에 해당하는 위치에서 (k_0*d)/Δω의 관계에 따라, 버추얼 안테나 어레이로부터 방사된 신호들의 합성 펄스의 피크가 타임 쉬프트되는 형태로 이해할 수 있다. 따라서, 중앙 주파수에 의한 시간변화 반영 텀(term) k_0와 버추얼 안테나 간격(spacing) d, 주파수 콤브(Comb)의 간격 Δω에 의해, 시간에 따라 빔이 회전하는 속도와 주기가 변경된다. 특성을 정리하면 하기와 같다. 하기의 설명에서 스캐닝(scanning) 속도(velocity)는 기준 회전각 대비 빔이 회전하는 속도를 의미하며, 반복 타임은 빔이 회전하여 다시 원래의 위치로 돌아오는데 걸리는 시간을 의미한다.
- Δω의 영향
중앙 주파수 ω_0와 상관없이, 반복 타임 τ=2π/Δω을 결정함
- 중앙 주파수 ω_0가 고정되었다고 했을 때, d의 영향 (하기에서, 파장 λ_0=c/f_0=2π·c/ω_0이고 c는 빛의 속도로 약 3x10^8 m/s 이다.)
d=λ_0/2 이면, 기준 스캐닝 속도를 가지며, 반복 타임 동안 버추얼 안테나에 의한 방사 공간 전체를 회전함
d<λ_0/2 이면, 기준 스캐닝 속도보다 빠르게 빔이 회전하여, 반복 타임 보다 짧은 시간 안에 방사 공간 전체를 회전하므로, 블랭크(blank) 빔 타임(빔이 사라져 있는 현상)이 생김
d>λ_0/2 이면, 기준 스캐닝 속도보다 느리게 빔이 회전하여, 반복 타임 보다 긴 시간 동안 방사 공간 전체를 회전하므로, 하나의 빔이 회전하는 동안 다음 빔이 회전하는 현상처럼 보여지게 되어 멀티플(Multiple) 빔이 전체 방사 공간 내에 존재하는 현상이 생김
또한, 상기의 설계에서 주파수 콤브(Comb)의 수에 해당하는 2N+1의 크기가 증가할수록 다수개의 웨이브가 중첩되므로, 펄스의 Envelope A(t)의 가파름(sharpness)이 증대되어 빔 폭이 감소한다.
따라서, 상기의 특성을 기반으로 중앙 주파수 ω_0, 버추얼 안테나 간격 d, 주파수 콤브(Comb)의 간격 Δω과 버추얼 안테나의 수를 결정하는 N에 따라 메타서페이스를 설계해야 한다.
Figure PCTKR2020007077-appb-I000016
상기에서 l, w, h, θ 등은 2.4에서 설명한 나노 핀 설계 파라미터며, 나노 핀의 형태에 따라 다른 파라미터가 고려될 수도 있다. 각 파라미터는 나노 핀 별로 다를 수 있다.
상기에서, 설명의 편의를 위해 2D 관점에서 설명하나, 3D의 적용에도 동일함은 자명하다.
상기에서, 레이저 소스와 메타서페이스로 설명하나, 펄스(Pulsed) 시그널을 만들어 낼 수 있는 장치와 메타 그레이팅(Grating)과 메타 렌즈의 기능을 하는 장치에도 동일하게 적용될 수 있음은 자명하다.
3. 4D 빔포밍 트랜스미터 디자인
도 63 및 도 64는 빔의 회전 축의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
상기의 1.에서 설명한 주파수 그래디언트(Gradient) 메타서페이스 원리를 기반으로 2.의 Tx 구조 디자인을 수행할 때, 3차원 공간상에서 목적으로 하는 위치에 빔을 시간에 따라 스티어링하면서 전달할 때, 빔의 회전 방향은 2개의 회전축이 존재할 수 있다.
이는 일반적으로 3D 빔포밍에서 방위각(azimuth) 앵글과 엘리베이션(elevation) 앵글로 표현되며, 각각은 x축 회전과 y축 회전으로 이해할 수 있다. 3차원 공간상에서 두 개의 회전축을 기반으로, 시간 축에 의한 빔 스티어링을 4D 빔포밍이라고 칭한다. 상기 동작을 지원하기 위한 방식들을 하기와 같이 제안한다.
3.1. 4D 빔포밍 기반 버추얼 안테나 컨트롤
도 65는 버추얼 안테나 어레이 스페이스의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
4D 빔 형성을 위해서, 버추얼 안테나 어레이 스페이스(Space)를 각 버추얼 안테나 V_(m,n)으로 표현하면, 도면과 같다. 도면에서는 m=2이고, n=2인 형태를 예시한다.
상기에서 각 버추얼 안테나 V_(m,n)을 통해 방사되는 시그널은 V_(m,n) (t)=a_(m,n)*e^(-i*(ω_(m,n)*t+φ_(m,n)))으로 정의할 수 있다. 여기서, 각 버추얼 안테나에 대해서 a_(m,n)은 진폭, ω_(m,n)은 각(angular) 주파수, φ_(m,n)은 페이즈를 의미한다. 여기서, 각 제어 변수 a_(m,n), ω_(m,n), φ_(m,n)은 메타서페이스 설계에 의해서 버추얼 안테나로 공급되어야 한다. 또한, ω_(m,n)=ω_0+mΔω_x+nΔω_y을 구성하는 펄스(Pulsed) 시그널의 주파수 간격에 해당하는 Δω_x, Δω_y가 시그널 제너레이션(generation)을 수행하는 레이저 소스에서 제공되어야 한다.
3.1.1. 1-차원 주파수 그래디언트(Gradient) 기반 4D 빔포밍
3.1.1.1. 1-차원 주파수 그래디언트(Gradient)를 x축과 y축으로 순차적으로 반복하는 4D 빔포밍을 제안한다.
3.1.1.2. 싱글 1D-어레이 기반 4D 빔포밍
3.1.1.2.1. x축 회전을 위하여, V_(m,0)가 활성화(activation) 된다.
이 때,
Figure PCTKR2020007077-appb-I000017
이고, ω_(m,n)=ω_0+m*Δω_x이고, φ_(m,n)=0이다.
도 66은 버추얼 안테나 어레이 스페이스의 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
3.1.1.2.2. 예를 들어, m=2이고, n=2인 버추얼 안테나 어레이에 대해서 버추얼 안테나가 활성화 될 수 있다.
도 67은 도 66의 예시에서의 빔의 전송의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
3.1.1.2.3. 상기 방법을 통하면, x축 스티어링만 존재하므로 수신단이 존재하는 셀 영역에서 x축으로 빔이 시간에 따라 회전하면서 도달하나, y축에서는 라인(Line) 빔의 형태로 넓게 퍼져 들어오게 된다.
3.1.1.2.4. 상기 절차 이후, y축 회전을 위하여, V_(0,n)가 활성화 된다.
이때,
Figure PCTKR2020007077-appb-I000018
이고, ω_(m,n)=ω_0+n*Δω_y이고, φ_(m,n)=0이다.
도 68은 버추얼 안테나 어레이 스페이스의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
3.1.1.2.5. 예를 들어, m=2이고, n=2인 버추얼 안테나 어레이에 대해서 버추얼 안테나가 활성화 될 수 있다.
도 69는 도 68의 예시에서의 빔의 전송의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
3.1.1.2.6. 상기 방법을 통하면, y축 스티어링만 존재하므로 수신단이 존재하는 셀 영역에서 y축으로 빔이 시간에 따라 회전하면서 도달하나, x축에서는 라인(line) 빔의 형태로 넓게 퍼져 들어오게 된다.
도 70은 빔의 전송의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
3.1.1.2.7. 상기의 각 축 별 스티어링을 통해, 수신단에서는 x축 빔과 y축 빔을 인지할 수 있으며, x축과 y축의 교차위치에 의해 빔 방향을 인지할 수 있다.
3.1.1.2.8. 상기 방법을 통해 x축 회전에 대한 스캐닝 타임과 y축 회전에 대한 스캐닝 타임의 합으로 빔 트래킹을 수행할 수 있다. 하지만 라인(line) 빔을 형성함으로 인해 단일 수신 지점에서 수신 SNR 관점의 손해를 가질 수 있다.
따라서, 상기의 특성을 기반으로 중앙 주파수 ω_0, 버추얼 안테나 간격 d, 주파수 콤브(Comb)의 간격 Δω_x과 버추얼 안테나의 수를 결정하는 N에 따라 메타서페이스를 설계해야 한다.
Figure PCTKR2020007077-appb-I000019
이 때, 메타서페이스를 통한 버추얼 안테나 어레이(Arrary)의 구성은 상기 설명된 ω_(m,n), a_(m,n), φ_(m,n)을 만족하도록 설계되어야 한다.
3.1.1.3. 멀티플 1D-어레이 기반 4D 빔포밍
3.1.1.3.1. x축 회전을 위하여, 모든 또는 다수개의 V_(m,n)이 활성화 된다. 이 때, a_(m,n)=a_(m,n)이고, ω_(m,n)=ω_0+m*Δω_x이고, φ_(m,n)=0이다.
3.1.1.3.2. 즉, 모든 또는 다수개의 V_(m,n)이 활성화되지만, 모든 n에 대해서 ω_(m,n)=ω_(m,0)이므로, y축은 회전하지 않고 y축 빔폭만 감소한다.
도 71은 버추얼 안테나 어레이 스페이스의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
3.1.1.3.3. 예를 들어, m=2이고, n=2인 버추얼 안테나 어레이에 대해서 버추얼 안테나가 활성화 될 수 있다.
도 72는 도 71의 예시에서의 빔의 전송의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
3.1.1.3.4. 상기 방법을 통하면, x축 스티어링만 존재하므로 수신단이 존재하는 셀 영역에서 x축으로 빔이 시간에 따라 회전하면서 도달하나, y축에서는 라인(line) 빔의 형태로 넓게 퍼져 들어오되 y축 버추얼 안테나의 활성화 수에 따라 그 폭이 제어 된다.
3.1.1.3.5. 3.1.1.2의 절차와 같은 방식으로 y축에 대해도 동일하게 수행될 수 있다.
3.1.1.3.6. 상기 방법을 통해 x축 회전에 대한 스캐닝 타임과 y축 회전에 대한 스캐닝 타임의 합으로 빔 트래킹을 수행할 수 있다. 하지만 라인(line) 빔을 형성함으로 인해 단일 수신 지점에서 수신 SNR 관점의 손해를 가질 수 있다.
따라서, 상기의 특성을 기반으로 중앙 주파수 ω_0, 버추얼 안테나 간격 d, 주파수 콤브(Comb)의 간격 Δω_x과 버추얼 안테나의 수를 결정하는 N에 따라 메타서페이스를 설계해야 한다.
Figure PCTKR2020007077-appb-I000020
이 때, 메타서페이스를 통한 버추얼 안테나 어레이의 구성은 상기 설명된 ω_(m,n), a_(m,n), φ_(m,n)을 만족하도록 설계되어야 한다.
3.1.2. 2-차원 주파수 그래디언트(Gradient) 기반 4D 빔포밍
3.1.2.1. 2-차원 주파수 점진(Gradient)을 통해 x축과 y축을 동시에 스티어링하는 4D 빔포밍을 제안한다.
3.1.2.2. x축과 y축의 동시 회전을 위하여, 모든 또는 다수의 V_(m,n)이 활성화 된다. 이 때, a_(m,n)=a_(m,n)이고, ω_(m,n)=ω_0+m*Δω_x+n*Δω_y이고, φ_(m,n)=0이다.
도 73은 버추얼 안테나 어레이 스페이스의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
3.1.2.3. 예를 들어, m=2이고, n=2인 버추얼 안테나 어레이에 대해서 도 73과 같이 버추얼 안테나가 활성화 될 수 있다.
도 74는 도 73의 예시에서의 빔의 전송의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
3.1.2.4. 상기 방법을 통하면, x축 스티어링과 y축 스티어링이 Δω_x와 Δω_y에 의해 동시에 존재하므로 수신단이 존재하는 셀 영역에서 x축으로 빔이 시간에 따라 회전하면서 y축으로도 빔이 시간에 따라 회전하면서 들어오게 된다.
3.1.2.5. 이 때, Δω_x와 Δω_y의 제어를 통해, x축 회전시간과 y축 회전시간을 다르게 설정하면, 셀 영역 영역을 2-차원(Dimension)으로 스티어링할 수 있다. 예를 들어, Δω_x=K*Δω_y이면, x축 회전에 대한 반복 타임은 y축 회전에 대한 반복 타임보다 K배 빠르게 된다.
3.1.2.6. 상기의 두 축에 대한 동시 스티어링을 통해, 수신단에서는 목적 빔을 한번에 인지할 수 있다.
3.1.2.7. 상기 방법을 통해 셀 영역 전체를 x축 회전과 y축 회전으로 스위핑(Sweeping) 하는 스캐닝 타임으로 빔 트래킹을 수행할 수 있다. 이 때, 펜실 빔을 형성함으로 인해 단일 수신 지점에서 수신 SNR을 극대화 할 수 있다.
따라서, 상기의 특성을 기반으로 중앙 주파수 ω_0, 버추얼 안테나 간격 d, 주파수 콤브(Comb)의 간격 Δω_x, Δω_y 과 버추얼 안테나의 수를 결정하는 N에 따라 메타서페이스를 설계해야 한다.
Figure PCTKR2020007077-appb-I000021
이 때, 메타서페이스를 통한 버추얼 안테나 어레이의 구성은 상기 설명된 ω_(m,n), a_(m,n), φ_(m,n)을 만족하도록 설계되어야 한다.
3.1.3. 주파수 그래디언트(Gradient) 및 페이즈 그래디언트(Gradient) 기반 4D 빔포밍
3.1.3.1. 1-차원 주파수 그래디언트(Gradient)와 1-차원 페이즈 그래디언트(Gradient)을 통해 x축과 스티어링과 y축 스위칭(Switching)을 수행하는 4D 빔포밍을 제안한다.
3.1.3.1.1. x축 스위칭과 y축 스티어링으로 4D 빔포밍을 수행하는 방법 또한 동일함은 자명하다.
3.1.3.2. x축 회전과 y축 변경을 위하여, 모든 또는 다수의 V_(m,n)이 활성화 된다. 이 때, a_(m,n)=a_(m,n)이고, ω_(m,n)=ω_0+m*Δω_x이고, φ_(m,n)=(n+t/τ_x)*Δφ_y 이다. 여기서, τ_x=2π/(Δω_x)로 x축 빔 스티어링의 반복 타임이다.
3.1.3.2.1. 즉, 모든 또는 다수개의 V_(m,n)이 활성화되지만, 모든 n에 대해서 ω_(m,n)= ω_(m,0)이므로, y축은 회전하지 않고 y축 빔폭만 감소한다.
3.1.3.2.2. 이 때, y축은 φ_(m,n)=(n+t/τ_x)*Δφ_y에 의해, 페이즈된 어레이 구조를 가지므로 Δφ_y으로 빔 틸팅(Tilting)이 일어난다. 즉, y축 틸팅을 위해 각 버추얼 안테나에 공급되는 시그널을 페이즈 쉬프트 해주어야 한다.
3.1.3.2.3. 즉, 모든 또는 다수개의 V_(m,n)이 활성화되지만, 모든 m에 대해서 φ_(m,n)=φ_(0,n)이므로, y축 틸팅 앵글이 φ_(0,n)에 의해 결정된다.
도 75는 버추얼 안테나 어레이 스페이스의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
3.1.3.3. 예를 들어, m=2이고, n=2인 버추얼 안테나 어레이에 대해서 버추얼 안테나가 활성화 될 수 있다.
3.1.3.4. 상기 방법을 통하면, x축 스티어링과 y축 스위칭이 Δω_x와 Δφ_y에 의해 동시에 존재하므로 수신단이 존재하는 셀 영역에서 x축으로 빔이 시간에 따라 회전하면서 y축으로 빔이 스위칭(틸팅)되어 들어오게 된다.
도 76은 도 75의 예시에서의 빔의 전송의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
3.1.3.4.1. 이 때, φ_(m,n)을 페이즈 쉬프트 해주는 주기가 무한(infinite)하면, 3.1.2의 2-차원 주파수 그래디언트(Gradient) 기반 4D 빔포밍과 같이 연속적인 y축 스위칭이 가능하다.
3.1.3.4.2. 이 때, φ_(m,n)을 페이즈 쉬프트 해주는 주기가 특정 주기를 가지는 디스크리트(discrete)이면, 그 주기에 따라 y축 스위칭이 가능하다.
도 77은 도 75의 예시에서의 빔의 전송의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
3.1.3.4.2.1. 예를 들어, φ_(m,n)을 페이즈 쉬프트 해주는 주기가 1/3 τ_x이면, x축이 시간에 따라 회전하는 동안 3회에 걸쳐 y축 스위칭이 일어난다.
도 78은 도 75의 예시에서의 빔의 전송의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
3.1.3.4.2.2. 예를 들어, φ_(m,n)을 페이즈 쉬프트 해주는 주기가 τ_x이면, x축이 시간에 따라 회전하는 동안 1회에 걸쳐 y축 스위칭이 일어난다.
3.1.3.5. 상기의 두 축에 대한 스티어링과 스위칭을 통해, 수신단에서는 목적 빔을 한번에 인지할 수 있다.
3.1.3.6. 상기 방법을 통해 셀 영역 전체를 x축 회전과 y축 틸팅으로 스위핑 하는 스캐닝 타임으로 빔 트래킹을 수행할 수 있다. 이 때, 펜실 빔을 형성함으로 인해 단일 수신 지점에서 수신 SNR을 극대화 할 수 있다.
따라서, 상기의 특성을 기반으로 중앙 주파수 ω_0, 버추얼 안테나 간격 d, 주파수 콤브(Comb)의 간격 Δω_x 과 버추얼 안테나의 수를 결정하는 N에 따라 메타서페이스를 설계해야 한다.
Figure PCTKR2020007077-appb-I000022
이 때, 메타서페이스를 통한 버추얼 안테나 어레이의 구성은 상기 설명된 ω_(m,n), a_(m,n), φ_(m,n)을 만족하도록 설계되어야 한다.
3.2. 소스 시그널 컨트롤 기반 4D 빔포밍
3.2.1. 빔 스플리터(Splitter) 기반 멀티플 소스 제너레이션 및 중첩(Superposition)
도 79는 본 명세서의 다른 예에 따른, 전송 장치의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
3.2.1.1. 소스단에서 생성된 펄스(Pulsed) 시그널을 빔 스플리터로 분기하여, 2.3에서 설명한 페이즈 쉬프터를 통해 메타 그레이팅(Grating)에 입사되는 입사각 θ_M을 x축과 y축으로 설정함으로써, 주파수 그래디언트(Gradient) 메타서페이스를 통과한 포커스된(Focused) 빔이 2-차원 버추얼 안테나 어레이를 형성하게 한다.
3.2.2. 멀티플 소스 중첩(Superposition)
도 80은 본 명세서의 또 다른 예에 따른, 전송 장치의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
3.2.2.1. 소스단에서 두 개의 펄스(Pulsed) 시그널을 생성하여, 2.3에서 설명한 페이즈 쉬프터를 통해 메타 그레이팅(Grating)에 입사되는 입사각 θM을 x축과 y축으로 설정함으로써, 주파수 그래디언트(Gradient) 메타서페이스를 통과한 포커스된 빔이 2-차원 버추얼 안테나 어레이를 형성하게 한다.
상기의 전체 제안 구조에 있어서, 중앙 주파수가 변경되어도 동일한 원리가 적용가능 함은 자명하다.
상기의 전체 제안 구조에 있어서, 시그널 제너레이션을 수행하는 소스원이 다른 장치(Local Oscillator를기반으로 하는 RF 장치등)에서도 동일한 원리가 적용가능 함은 자명하다.
상기의 전체 제안 구조에 있어서, 장치적으로 2D 안테나 어레이를 구성하는 경우에도 동일한 원리가 적용가능 함은 자명하다.
상기의 전체 제안 구조에 있어서, 방사된 신호의 반사파를 수신하는 RADAR 장치에서도 동일한 원리가 적용가능 함은 자명하다.
상기의 전체 제안 구조에 있어서, 데이터 전송을 위해 가공된 신호를 4D 빔으로 방사하여 통신(Communication)을 수행하는 장치에서도 동일한 원리가 적용가능 함은 자명하다.
상기 전체 제안 구조는 WiFi/LiFi와 같은 비면허 대역(Unlicensed band)과 LTE/NR과 같은 면허 대역(Licensed Band)에 대해서도 동일한 원리로 적용 가능함은 자명하다.
실시 예. 주파수-그래디언트(Gradient) 빔 컨트롤의 시뮬레이션
도 81은 4D빔의 일례를 구현한 예시를 도시한 것이다.
상기 명세서에서 제안하는 트랜스미터 설계를 통해, 버추얼 안테나 어레이에서 방사되는 4D 빔을 이론적으로 구현하면 다음과 같다. 하기에서 중앙 주파수에 관계되는 각(angular) 주파수 ω0 = 2π ×416.66 THz이고, 주파수 간격 Δω = 2π × 100 MHz이며, 버추얼 안테나 간격 d = 360 nm이며, 버추얼 안테나 수 N=20일 때, 500μm x 500μm의 공간에서 빔의 변화를 측정하면 도면과 같다.
도면에서 흰색은 버추얼 안테나를 통한 빔포밍에 의해 에너지가 모이는 지점이며, 검은색은 상대적으로 에너지가 모이지 않는 지점으로 해석할 수 있다. 설명의 편의를 위해 500μm x 500μm의 공간에서 표현하나, 원거리에서도 동일하게 적용될 수 있다. x축은 500μm의 거리를 이동한 빛의 형상을 나타내었으므로, x축의 가장 왼쪽은 0s에 대응되고, 가장오른쪽은 1.67ps(=500μm/c=500μm/(3*10^8m/s))에 대응된다.
도 82 내지 도 84는 트랜스미터의 파라미터 제어에 따른 4D 빔의 회전을 표현한 것이다.
도 82는, 각(angular) 주파수: ω0 = 2π ×416.66 THz, 주파수 간격: Δω = 2π × 100 MHz, 버추얼 안테나 간격: d = 360 nm, 버추얼 안테나의 개수: N = 20에서의 예시에 해당한다.
도 83은, 각(angular) 주파수: ω0 = 2π ×416.66 THz, 주파수 간격: Δω = 2π × 100 GHz, 버추얼 안테나 간격: d = 360 nm, 버추얼 안테나의 개수: N = 20에서의 예시에 해당한다.
도 84는, 각(angular) 주파수: ω0 = 2π ×416.66 THz, 주파수 간격: Δω = 2π × 100 GHz, 버추얼 안테나 간격: d = 720 nm, 버추얼 안테나의 개수: N = 20에서의 예시에 해당한다.
이하, 본 명세서에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
본 명세서는 무선 광 통신(optical wireless communication, OWC) 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 무선 광 통신 시스템에서 주파수 점진적 메타표면(Metasurface)를 기반으로 하는 안테나 설계를 기반으로 빠르게 회전하는 신호 광선의 방향 인지와 인지 방향으로 빔을 조향 하는 것에 관한 것이다. 본 명세서는 인지된 신호 광선의 방향을 회귀루프로 전달하고 운영하는 방법을 포함한다.
상기 설명된 방법들로 매우 빠른 신호 방향을 회전 시킬 때, 수신단에서 송신단과 정렬된 신호의 방향을 인지할 수 있어야 한다. 따라서, 신호의 방향을 인지하고 이를 피드백(feedback) 하는 방식이 필요할 수 있다. 또한, 인지된 방향으로 데이터(data)를 송신하기 위한 방법이 필요할 수 있다.
도 85는 하나의 SSB(Synchronization Signal Block)에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
기존 3GPP NR의 동작에서 빔(Beam)을 인지하기 위해서 도 85에서와 같은 구조를 사용한다.
PSS와 SSS는 각 127개의 추정(Hypothesis)를 가지는 M-시퀀스(Sequence)로 설계되어 있어, 수신단에서 시퀀스를 기반으로 동기화(Synchronization)를 획득할 수 있다. 상기 각 SSB는 하기와 같이 시스템 환경에 따라 리소스(Resource) 그리드(Grid)에 배치될 수 있다.
도 86은 SSB와 리소스 그리드 간의 상관관계를 개략적으로 도시한 것이다.
상기에서 각 SSB는 빔 인덱스(Index)와 매핑(Mapping)되어 있어, 송신단은 SSB 마다 빔 방향을 스위칭(Switching)하여 송신하고, 수신단은 가장 큰 시그널(Signal) 강도(Strength)가 수신되는 SSB를 인지하면, 빔 인덱스를 인지할 수 있다. 하지만, 기존 방식으로는 매우 빠른 빔의 회전을 적용하기 어려우며, 빔의 개수가 매우 많을 경우 빔의 개수만큼 SS(search space) 블록(Block)이 필요하여, 빔 서치(Search) 타임(time)이 매우 길어지는 문제가 있다.
따라서, 주파수(Frequency) 그래디언트(Gradient) 버추어(Virtual) 안테나(Antenna)를 통해 송신된 신호의 방향을 인지하고 이를 피드백 하는 방식과 인지된 방향으로 데이터를 송신하기 위한 방법이 필요할 수 있다.
본 명세서에서는 무선 광 통신에서 메타서페이스(Metasurface)를 송신 안테나로 하는 송신단(Transmitter) 장치를 통해 4D 빔이 방사될 때, 수신단에서 4D 빔의 방향을 인지하고, 피드백 하는 방법을 제안한다. 또한, 인지된 4D 빔 방향을 기반으로 데이터를 전송하기 위해 3D 빔을 선택하는 방법을 제안한다.
이하, 본 명세서의 예시에 대한 보다 원활한 이해를 위해, 도면을 통해 본 명세서의 개시에 대해 설명하도록 한다. 이하의 도면은 본 명세서의 구체적인 일례를 설명하기 위해 작성되었다. 도면에 기재된 구체적인 장치의 명칭이나 구체적인 신호/메시지/필드의 명칭은 예시적으로 제시된 것이므로, 본 명세서의 기술적 특징이 이하의 도면에 사용된 구체적인 명칭에 제한되지 않는다.
도 87은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 장치에 의한 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하는 방법의 순서도다.
도 87에 따르면, 장치는 레퍼런스 동기 타임을 획득할 수 있다(S8710). 여기서, 상기 레퍼런스 동기 타임은 다른 장치로부터 수신한 C-RSS(cell-reference synchronization signal)에 기반하여 획득될 수 있다.
여기서, 위 장치는 앞서 설명한 그리고 후술할 수신 장치(혹은 리시버(receiver))에 해당할 수 있다. 아울러, 위 다른 장치는 앞서 설명한 그리고 후술할 송신 장치(혹은 트랜스미터(transmitter))에 해당할 수 있다.
여기서, 장치는 LTE/LTE-A에 기반한 통신, 앞서 설명한 NR 기반 통신을 수행하는 장치 및/또는 앞서 설명한 차세대 통신(예컨대, 6G 통신)을 수행하는 장치에 해당할 수 있다. 아울러, 위 장치는 3GPP 계열이 아닌, 기타 계열(예컨대, IEEE 계열)의 통신 시스템을 수행하는 장치에 해당될 수도 있다.
아울러, 위 장치(즉, 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하는 장치)는 앞서 설명한 단말에 해당할 수 있으며, 이 뿐만 아니라, (기지국 또한 단말로부터 펜슬 빔을 수신할 수 있다는 점을 고려하여) 위 장치(즉, 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하는 장치)는 기지국에 해당할 수도 있다.
한편, 위 장치는 차량에 관련된 장치에 해당할 수 있다. 예컨대, 위 장치는 일종의 V2X 장치에 해당할 수 있다. 여기서, V2X는 D2D 통신을 확장하여 차량 간의 신호 송수신에 적용한 통신 기술일 수 있으며, 차량 (VEHICLE)과 관련된 통신을 특별히 V2X(VEHICLE-TO-EVERYTHING) 통신이라고 부른다. V2X에서 'X'라는 용어는 PEDESTRIAN (COMMUNICATION BETWEEN A VEHICLE AND A DEVICE CARRIED BY AN INDIVIDUAL(예: HANDHELD TERMINAL CARRIED BY A PEDESTRIAN, CYCLIST, DRIVER OR PASSENGER), 이 때, V2X는 V2P로 표시할 수 있다), VEHICLE (COMMUNICATION BETWEEN VEHICLES) (V2V), INFRASTRUCTURE/NETWORK (COMMUNICATION BETWEEN A VEHICLE AND A ROADSIDE UNIT (RSU)/NETWORK (예) RSU IS A TRANSPORTATION INFRASTRUCTURE ENTITY (예) AN ENTITY TRANSMITTING SPEED NOTIFICATIONS) IMPLEMENTED IN AN eNB OR A STATIONARY UE)) (V2I/N) 등을 의미한다. 보행자(혹은 사람)가 소지한 (V2P 통신 관련) 디바이스를 "P-UE"로 명명하고, 차량(VEHICLE)에 설치된 (V2X 통신 관련) 디바이스를 "V-UE"로 명명한다. 본 명세서에서 '엔티티(ENTITY)' 용어는 P-UE, V-UE, RSU(/NETWORK/INFRASTRUCTURE) 중 적어도 하나로 해석될 수 있다.
일례로, V2X 통신 모드는 예컨대, (A) 기지국 지시 기반으로 동작하는 모드일 수 있으며, 일례로 LTE(A)에 따를 경우에는, ((기지국(/네트워크)으로부터) 사전에 설정(/시그널링)된 V2X 자원 풀 상에서) V2X 메시지 송(/수신) 관련 스케줄링 정보를 기지국이 시그널링(/제어)하는 모드(예를 들어, 기지국 통신 커버리지 내에 위치한 (그리고/혹은 RRC_CONNECTED 상태의) 단말이 주된 대상임)일 수 있다.
그리고/혹은, V2X 통신 모드는 예컨대, (B) 단말이 자유도를 가지고 센싱 등에 기반하여 동작하는 모드일 수 있으며, 일례로 LTE(A)에 따를 경우에는, ((기지국(/네트워크)으로부터) 사전에 설정(/시그널링)된 V2X 자원 풀 상에서) V2X 메시지 송(/수신) 관련 스케줄링 정보를 단말이 (독자적으로) 결정(/제어)하는 모드(예를 들어, 기지국 통신 커버리지 내/밖에 위치한 (그리고/혹은 RRC_CONNECTED/IDLE 상태의) 단말이 주된 대상임)일 수 있다.
이하, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
장치는 피크 에너지 타임을 획득할 수 있다(S8720). 이하, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
장치는 상기 레퍼런스 동기 타임 및 상기 피크 에너지 타임에 기반하여 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋을 획득할 수 있다(S8730). 이하, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
장치는 상기 다른 장치에게 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송할 수 있다(S8730). 이하, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
예컨대, 상기 피크 에너지 타임은 상기 다른 장치로부터 수신한 펜슬 빔에 기반하여 결정될 수 있다. 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은, 설명의 편의를 위해 후술하도록 한다.
또한 예컨대, 상기 피크 에너지 타임은 빔 트래킹 타임 내에서 획득될 수 있다. 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은, 설명의 편의를 위해 후술하도록 한다.
또한 예컨대, 상기 C-RSS 및 상기 펜슬 빔은 상기 다른 장치에 의해 BSB(beam search block) 내에서 전송될 수 있다. 여기서 예컨대, 상기 C-RSS가 전송되는 영역 및 상기 펜슬 빔이 전송되는 영역은 TDM(time division multiplexing)될 수 있다. 여기서 예컨대, 상기 C-RSS가 전송되는 영역 및 상기 펜슬 빔이 전송되는 영역은 FDM(frequency division multiplexing)될 수 있다. 여기서 예컨대, 상기 BSB는 기 설정된 주기에 기반하여 주기적으로 반복될 수 있다. 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은, 설명의 편의를 위해 후술하도록 한다.
또한 예컨대, 상기 펜슬 빔은 셀 내의 협소 영역에 해당하는 빔 폭을 가지는 시그널일 수 있다. 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은, 설명의 편의를 위해 후술하도록 한다.
예컨대, 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋은 상기 레퍼런스 동기 타임 및 상기 피크 에너지 타임의 차이에 기반하여 획득될 수 있다. 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은, 설명의 편의를 위해 후술하도록 한다.
예컨대, 상기 장치는 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보의 전송에 대한 응답으로 상기 다른 장치로부터 데이터를 수신할 수 있다. 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은, 설명의 편의를 위해 후술하도록 한다.
이하, 도 87에서의 실시예를 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
4. 4D 빔포밍(Beamforming)을 위한 빔 트래킹 (Tracking) 디자인(Design)
송신단이 방법 2의 구조로 방법 3의 4D 빔포밍을 수행할 때, 수신단(Receiver)이 4D 빔을 인지하는 방법을 제안한다.
도 88은 셀 영역과 펜슬 빔이 수신되는 단위 공간의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 88에 따르면, 수신단에서 하나의 셀은 다수 개의 펜슬(Pencil) 빔이 존재하는 공간이라고 가정하자. 그러면, 도면과 같이 전체 셀(cell) 영역과 펜슬(Pencil) 빔이 수신되는 단위 공간을 표현할 수 있다.
상기에서 셀의 크기와 펜슬(Pencil) 빔이 수신되는 단위 공간은 시스템 환경에 따라 설정될 수 있다. 방법 3의 4D 빔포밍을 통해, 셀 전체 영역을 펜슬(Pencil) 빔이 시간에 따라 이동한다. 이 때, 설명의 편의를 위해 격자 모양으로 펜슬(Pencil) 빔의 단위 공간을 표현하나, 실제 펜슬(Pencil) 빔의 움직임에 대한 레졸루션(Resolution)은 무한(infinite)할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서는 펜슬(Pencil) 빔은 4D 빔포밍에 의해서 형성된 빔이 특정 시간에 머무르는 공간이며, 셀은 4D 빔포밍에 의해서 시간에 따라 펜슬(Pencil) 빔이 스티어링(Steering)하는 전체 공간으로 정의될 수 있다.
4.1. 순차 전송(Sequential Transmission)(TDM)을 위한 레퍼런스(Reference) 동기화(Sync.) 시그널 기반(based) 빔 검출(Detection)
송신단에서 셀-레퍼런스 동기화 시그널(C-RSS)과 펜슬(Pencil) 빔을 순차전송 함으로써, 수신단에서는 레퍼런스 동기화 타임과 피크(Peak) 에너지(Energy) 빔 타임을 획득하여, 펜슬(Pencil) 빔 타이밍(Timing) 오프셋(Offset)을 측정(Measure)하는 방법을 제안한다.
우선, 송신단에서는 하기와 같은 구조로 송신할 수 있다.
도 89는 C-RSS 및 펜슬 빔이 전송되는 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 89에 따르면, 송신 장치는 BSB(beam search block) 상에서 C-RSS와 펜슬 빔이 전송될 수 있다. 여기서, C-RSS 및 펜슬 빔은 주파수 측면에서 빔 트래킹 밴드 내에서 전송될 수 있다. 아울러, 시간 측면에서, C-RSS는 C-RSS의 전송 구간에서 전송되고, 펜슬 빔은 빔 트래킹 타임 내에서 전송될 수 있다.
달리 말하면, 사전에 약속된 주기로 발송되는 빔 서치 블록(BSB)은 C-RSS와 4D 빔포밍에 의해 형성된 펜슬(Pencil) 빔이 순차적으로 TDM되어 전송될 수 있다.
또한, 수신단에서는 하기와 같은 구조로 수신될 수 있다.
도 90은 펜슬 빔 타이밍 오프셋 획득에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 90에 따르면, 송신단과 수신단 거리에 따른 전파 지연(Propagation Delay) 이후에, C-RSS와 펜슬(Pencil) 빔이 수신되며, 수신단의 위치에 따라 빔 트래킹 타임 안에서 피크 에너지가 획득되는 타임이 다르다. 수신단은 C-RSS에 의한 레퍼런스 동기화 타임과 피크 에너지 빔 타임을 획득하여, 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋을 획득한다.
앞서 설명했던 구성들을 보다 구체적으로 설명하면 아래와 같을 수 있다.
- 셀-레퍼런스 동기화 시그널(C-RSS)
상기에서 셀 전체의 공간을 커버(cover)하는 빔 폭을 가지는 셀-레퍼런스 동기화 시그널(C-RSS)을 제안한다. C-RSS는 중심(Center) 주파수 ω_r을 가지는 시그널로써, 신호의 크기 P_r을 가지는 시퀀스 (e.g., M-시퀀스, Zadoff-chu 시퀀스 등)기반으로 설계될 수 있다. 예를 들어, C-RSS는 3GPP LTE 또는 NR의 PSS 또는 SSS와 같은 방식으로 구성될 수 있다. C-RSS는 사전에 약속된 주기를 기반으로 주기적으로 송신될 수 있다. 송신단에서 C-RSS를 전송하면, 수신단은 시퀀스에 대한 오토-코릴레이션(Auto-correlation)을 기반으로 레퍼런스 동기화 타임을 획득한다. C-RSS가 시퀀스 기반으로 설계된 경우, 시퀀스 검출을 통해 셀-ID를 획득할 수 있다. 이는 3GPP LTE 또는 NR의 PSS 또는 SSS와 같은 방식으로 인지될 수 있다.
- 펜슬(Pencil) 빔
상기에서 펜슬(Pencil) 빔은 셀 내 협소 영역에 해당하는 빔 폭을 가지는 시그널로 4D 빔포밍에 의해 형성될 수 있다. 펜슬(Pencil) 빔은 중심 주파수 ω_0을 가지는 시그널로써, 동일한 신호의 크기 P_0 가지는 펄스(Pulsed) 시그널로 설계될 수 있다. 예를 들어, 펜슬(Pencil) 빔은 방법 2의 레이저(Laser) 소스에 의해 생성된 펄스(Pulsed) 시그널이 방법 3을 통해 버추어 안테나 어레이(Array)를 통과하여 구성될 수 있다. 송신단에서 펜슬(Pencil) 빔을 전송하면, 수신단은 에너지 검출을 기반으로 피크 에너지가 획득되는 피크 에너지 빔 타임을 획득한다.
- 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋
상기에서 수신단은 레퍼런스 동기화 타임을 기준으로 피크 에너지 빔 타임과의 차이를 통해 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋을 획득한다. 여기서, 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋의 정확도는 레퍼런스 동기화 타임을 획득하는 수신단 샘플링(Sampling) 레졸루션과 피크 에너지 빔 타임을 획득하는 수신단 샘플링 레졸루션에 의해 결정될 수 있다.
- C-RSS의 전력 할당(Power Allocation) 및 펜슬(Pencil) 빔
상기에서, C-RSS의 송신 전력(Power) P_r과 펜슬(Pencil) 빔의 송신 전력 P_0는 사전에 약속된 크기의 비율을 가진다. 상기 두 전력은, P_r=K·P_0에 의해 결정될 수 있다. 여기서, K는 상수이다. 예를 들어, C-RSS의 빔 폭을 결정하는 다이버전스(Divergence) 하프(Half) 앵글(Angle)에 의해 수신단에서 빔 반경(Radius)이 R_r이라고 할 때, 수신단 빔의 영역 A_r이라고 하자. 또한, 펜슬(Pencil) 빔의 빔 폭을 결정하는 다이버전스 하프 앵글에 의해 수신단에서 빔 반경이 R_0이라고 할 때, 수신단 빔의 영역 A_0이라고 할 수 있다.
도 91은 빔 생성 방식에 따른, 반경에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
예를 들어, 빔 생성 방식에 따라, 빔의 최소 폭 웨이스트(Waist)와 다이버전스 하프 앵글이 결정되면, 반경은 도면과 같이 나타날 수 있다.
그러면, 송신 전력 P_0과 P_r 에 대해서, 수신 전력은 각각 S_r∝(P_r/A_r), S_0∝(P_0/A_0)의 관계를 가진다. 또한, C-RSS가 수신단에서 수신되는 시간을 T_r이라고 하고, 펜슬(Pencil) 빔이 수신단에서 수신되는 시간을 T_0이라고 할 때, 송신 전력 P_0과 P_r 에 대해서, 수신 전력은 각각 S_r∝P_r·T_r, S_0∝P_0·T_0,의 관계를 가진다. 여기서, T_0는 전체 빔 트래킹 타임이 아니라, 단일 수신단 관점에서 특정 문턱 값(Threshold)을 넘는 유효한 신호세기가 수신되는 펜슬(Pencil) 빔 수신 시간이다.
따라서, 수신단의 안정적인 AGC(Adaptive Gain Control)을 위해서, S_r과 S_0의 크기를 균일화 하는 송신 전력 P_0과 P_r의 설정이 필요할 수 있다. 따라서, 상수 K는 K=a·(A_0/A_r)·(T_r/T_0)에 의해 결정되어야 한다. 이 때, a는 시스템(system) 환경에 따라 설정될 수 있는 상수인 웨이트(weight) 파라미터(parameter)다. 상수 K는 송수신단 사이에 약속될 수 있고, 시스템 환경에 따라, 컨트롤(Control) 시그널링 또는 브로드캐스팅(Broadcasting) 메시지(Message)를 통해 수신단에 알려질 수 있다.
도 92는 빔 영역 환경의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
예를 들어, 채널(Channel) 환경 등에 따른 로스(Loss)가 C-RSS와 펜슬(Pencil) 빔에 대해서 동일하다고 할 때, a=1로 설정될 수 있다. 이 때, A_r=100*A_0인 빔 영역 환경에서, T_r이 T_0보다 100배 긴 시간 동안 수신되는 프레임(Frame) 구조에서 K=1로 설정될 수 있다. 예를 들어, 도면과 같다.
단, 여기서 펜슬(Pencil) 빔의 송신 전력 P_0는 버추어 안테나 어레이를 통해 방출되는 빔의 신호 세기로써, 버추어 안테나 전단에서 인가하는 신호 세기는 버추어 안테나 어레이 또는 메타서페이스에 의한 신호 감쇠를 고려하여 더 크게 설계될 수 있다.
상기 절차에서, C-RSS와 펜슬(Pencil) 빔은 TDM으로 구성되므로, ω_r=ω_0일 수도 있다.
상기 절차에서, 송수신단 사이에 연결(Connection)이 이미 유지되어 있는 경우, 기존 동기화 타이밍을 기준으로 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋을 추정할 수 있다. 예를 들어, 셀룰러 통신(communication)에서 다운링크(downlink) 동기화가 확보되어 있는 경우, 해당 심볼(symbol) 바운더리(boundary)를 기준으로 레퍼런스 동기화 타임을 설정하고, 주어진 빔 트래킹 타임에서 펜슬(Pencil) 빔을 검출할 수 있다. 이 경우, BSB는 C-RSS없이 펜슬(Pencil) 빔으로만 구성될 수 있다.
상기 절차에서, C-RSS와 펜슬(Pencil) 빔은 사전에 약속된 시간 이후에 전송될 수 있다. 예를 들어, C-RSS 전송후 임의의 사전에 약속된 시간 이후에 빔 트래킹 타임이 시작되어 피크 에너지 빔 타임이 획득되더라도, 사전에 약속된 시간 차이를 고려하여, 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋을 기준으로 펜슬(Pencil) 빔의 방향이 계산될 수 있다. 즉, C-RSS와 펜슬(Pencil) 빔의 전송 시작 시점이 사전에 약속되어 있다면, C-RSS와 펜슬(Pencil) 빔은 동일 프레임/슬롯(Slot)/심볼안에서 순차 전송되지 않아도 될 수 있다.
4.2. 동시 전송(Simultaneous Transmission)(FDM)을 위한 레퍼런스 동기화 시그널 기반 빔 검출
송신단에서 셀-레퍼런스 동기화 시그널(C-RSS)과 펜슬(Pencil) 빔을 서로 다른 주파수 밴드(Band)로 동시 전송 함으로써, 수신단에서는 레퍼런스 동기화 타임과 피크 에너지 빔 타임을 획득하여, 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋을 측정하는 방법을 제안한다.
예를 들어, 송신단에서는 하기와 같은 구조로 송신할 수 있다.
도 93은 C-RSS 및 펜슬 빔이 전송되는 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 93에 따르면, 송신 장치는 BSB(빔 서치 블록) 상에서 C-RSS와 펜슬 빔이 전송될 수 있다. 여기서, C-RSS는 주파수 측면에서 C-RSS 밴드 상에서 전송되고, 및 펜슬 빔은 주파수 측면에서 빔 트래킹 밴드 내에서 전송될 수 있다. 아울러, 시간 측면에서, C-RSS 및 펜슬 빔은 빔 트래킹 타임 내에서 전송될 수 있다.
달리 말하면, 사전에 약속된 주기로 발송되는 빔 서치 블록(BSB)은 C-RSS와 4D 빔포밍에 의해 형성된 펜슬(Pencil) 빔이 동시에 FDM되어 전송될 수 있다.
또한, 수신단에서는 하기와 같은 구조로 수신될 수 있다.
도 94는 펜슬 빔 타이밍 오프셋 획득에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
송신단과 수신단 거리에 따른 전파 지연 이후에, C-RSS와 펜슬(Pencil) 빔이 수신되며, 수신단의 위치에 따라 빔 트래킹 타임 안에서 피크 에너지가 획득되는 타임이 다르다. 수신단은 C-RSS에 의한 레퍼런스 동기화 타임과 피크 에너지 빔 타임을 획득하여, 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋을 획득한다.
상세 구성은 4.1의 절차와 동일할 수 있다.
상기 절차에서, C-RSS와 펜슬(Pencil) 빔은 FDM으로 구성되므로, ω_r≠ω_0이다.
상기 절차에서, 송수신단 사이에 연결이 이미 유지되어 있는 경우, 기존 동기화 타이밍을 기준으로 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋을 추정할 수 있다. 예를 들어, 셀룰러 통신에서 다운링크 동기화가 확보되어 있는 경우, 해당 심볼 바운더리를 기준으로 레퍼런스 동기화 타임을 설정하고, 주어진 빔 트래킹 타임에서 펜슬(Pencil) 빔을 검출할 수 있다. 이 경우, BSB는 C-RSS없이 펜슬(Pencil) 빔으로만 구성될 수 있다.
상기 절차에서, C-RSS와 펜슬(Pencil) 빔은 사전에 약속된 시간 이후에 전송될 수 있다. 예를 들어, C-RSS 전송후 임의의 사전에 약속된 시간 이후에 빔 트래킹 타임이 시작되어 피크 에너지 빔 타임을 획득하더라도, 사전에 약속된 시간 차이를 고려하여, 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋을 기준으로 펜슬(Pencil) 빔의 방향을 계산할 수 있다. 즉, C-RSS와 펜슬(Pencil) 빔의 전송 시작 시점이 사전에 약속되어 있다면, C-RSS와 펜슬(Pencil) 빔은 동일 프레임/슬롯/심볼안에서 동시 전송되지 않아도 될 수 있다.
상기의 절차에 있어서, 동일 시간 동일 주파수로 C-RSS와 펜슬(Pencil) 빔을 전송할 수 있다. 즉, 동일 빔 트래킹 대역폭(Bandwidth) 내에서 동일 빔 트래킹 타임 동안 C-RSS와 펜슬(Pencil) 빔을 동시 전송함으로써, 리소스를 최소화하여 빔 트래킹을 수행할 수 있다. 하지만 이 경우, 수신단의 AGC 동작에서 펜슬(Pencil) 빔과 C-RSS의 순시 전력 차이로 인해 C-RSS의 검출 성능이 떨어질 수 있다.
도 95는 펜슬 빔 타이밍 오프셋 추정 방법의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
예를 들어, C-RSS=[1 -1 1 -1 -1 1 -1 1]의 시퀀스로 설계되고, 펜슬(Pencil) 빔의 수신단 관점에서 에너지는 [0 0 8 0 0 0 0 0 ]으로 3번째 샘플(Sample)에서 수신된다고 하면, 수신 신호는 동시에 들어오므로, [1 -1 9 -1 -1 1 -1 1]의 형태가 되어, C-RSS에 대한 크로스 코릴레이션(Cross-Correlation)을 수행하면, 도면과 같은 형태가 될 수 있다.
즉, 동시 전송을 통해, 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋을 추정할 수 있다.
4.1과 4.2의 절차에 있어서, 빔 트래킹 타임을 줄이기 위해, 4D 빔에 대한 검출을 에너지 검출로 설명하나, 4D 빔을 인지하기 위한 신호는 시퀀스 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 시퀀스의 반복전송을 통해, 수신단에서 시퀀스에 대한 오토 코릴레이션(Autocorrelation)으로 피크 빔 타임을 획득할 수 있다. 이 때, 시퀀스의 검출을 위해 4D 빔이 수신단에서 머무르는 시간이 시퀀스의 길이 보다 길어야 한다. 따라서, 4D 빔에 대한 빔 트래킹 타임이 길어져야 하는 단점이 존재한다. 반면에, 시퀀스 검출을 통해 빔 그룹(Group)-ID 또는 빔-ID를 획득할 수 있다. 또한, 시퀀스 검출을 통한 빔 그룹-ID의 획득과 피크 빔 타임 획득을 통한 파셜(Partial) 빔 ID 획득을 기반으로, 조인트(Joint)하게 빔-ID를 획득할 수도 있다.
도 96 및 도 97은 BSB가 주기적으로 전송되는 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
4.1과 4.2의 절차에 있어서, BSB는 리소스 그리드 상에서 사전에 약속된 주기로 주기적으로 전송될 수 있다. 4.1과 4.2의 절차에 있어서, BSB는 리소스 그리드 상에서 사전에 약속된 단일 또는 다수개의 주파수 밴드로 전송될 수 있다.
예를 들어, 도면과 같이 TDM과 FDM 기반 BSB가 반복 전송될 수 있다.
4.1과 4.2의 절차에 있어서, C-RSS를 전송하는 주기와 4D 빔을 통한 펜슬(Pencil) 빔을 전송하는 주기가 다를 수 있다. 예를 들어, C-RSS의 송신은 5ms 주기로 전송하나 4D 빔을 통한 펜슬(Pencil) 빔은 10ms 주기로 전송하여, C-RSS의 정확도를 향상 시키고, C-RSS를 기준으로 4D 빔 에너지 검출을 수행할 수 있다.
4.3. 피드백 시그널링 및 빔 선택(Selection)
4.1과 4.2를 통한 펜슬(Pencil) 빔 검출 정보를 피드백 하고, 송신단에서 빔을 선택하는 절차를 제안한다.
도 98은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 장치에 의한 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하는 방법을 다른 형태로 표현한 순서도다.
도 98에 따르면, 송신단(transmitter; Tx)는 수신단(receiver; Rx)에게 C-RSS(cell-reference sync. signal)을 전송할 수 있다(S9810). 본 내용에 대한 보다 구체적인 예는 앞서 설명한 바 그리고 후술한 바와 같으므로, 이하, 설명의 편의를 위해 불필요한 반복 기재는 생략하도록 한다.
송신단은 수신단에게 펜슬 빔을 전송할 수 있다(S9820). 본 내용에 대한 보다 구체적인 예는 앞서 설명한 바 그리고 후술한 바와 같으므로, 이하, 설명의 편의를 위해 불필요한 반복 기재는 생략하도록 한다.
수신단은 레퍼런스 동기 타임을 획득할 수 있다(S9830). 본 내용에 대한 보다 구체적인 예는 앞서 설명한 바 그리고 후술한 바와 같으므로, 이하, 설명의 편의를 위해 불필요한 반복 기재는 생략하도록 한다.
수신단은 피크 에너지 빔 타임을 획득할 수 있다(S9840). 본 내용에 대한 보다 구체적인 예는 앞서 설명한 바 그리고 후술한 바와 같으므로, 이하, 설명의 편의를 위해 불필요한 반복 기재는 생략하도록 한다.
수신단은 펜슬 빔 타이밍 오프셋을 획득할 수 있다(S9850). 본 내용에 대한 보다 구체적인 예는 앞서 설명한 바 그리고 후술한 바와 같으므로, 이하, 설명의 편의를 위해 불필요한 반복 기재는 생략하도록 한다.
송신단은 수신단으로부터 타이밍 오프셋을 피드백 받을 수 있다(S9860). 본 내용에 대한 보다 구체적인 예는 앞서 설명한 바 그리고 후술한 바와 같으므로, 이하, 설명의 편의를 위해 불필요한 반복 기재는 생략하도록 한다.
송신단은 피드백 받은 상기 타이밍 오프셋에 기반하여 빔을 선택할 수 있다(S9870). 본 내용에 대한 보다 구체적인 예는 앞서 설명한 바 그리고 후술한 바와 같으므로, 이하, 설명의 편의를 위해 불필요한 반복 기재는 생략하도록 한다.
송신단은 수신단에게 데이터를 전송할 수 있다(S9880). 본 내용에 대한 보다 구체적인 예는 앞서 설명한 바 그리고 후술한 바와 같으므로, 이하, 설명의 편의를 위해 불필요한 반복 기재는 생략하도록 한다.
본 예시를 다른 식으로 설명하면 아래와 같을 수 있다.
- 송수신단은 사전에 약속된 정보, 전력 할당 정보(Information) K, BSB 프레임 구조(Structure), BSB 주기(Period), TDM/FDM의 중심 주파수를 가진다. 사전에 약속된 정보는 구현 관점에서 사전에 정의될 수도 있고, 브로드캐스팅 메시지를 통해 수신단에 전달될 수도 있다.
- 송신단은 4.1 또는 4.2 절차를 통해, C-RSS와 펜슬(Pencil) 빔을 셀 내 전체 사용자에게 전송한다.
- 수신단은 4.1 또는 4.2 절차를 통해, C-RSS와 펜슬(Pencil) 빔에 대한 레퍼런스 동기화 타임과 피크 에너지 빔 타임을 획득한다.
- 수신단은 획득된 레퍼런스 동기화 타임과 피크 에너지 빔 타임을 기반으로 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋을 획득한다.
- 수신단은 피드백 링크(Link)를 통해 송신단에 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋 정보를 피드백 한다. 피드백 링크는 컨트롤 채널 또는 데이터 채널을 통해 피드백 될 수 있다.
- 송신단은 피드백 받은 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋 정보를 기반으로, 수신단을 향하는 최적 펜슬(Pencil) 빔의 Azimuth 앵글과 Elevation 앵글을 인지할 수 있다. 최적 펜슬(Pencil) 빔의 방향은 방법 3에서 디자인된 버추어 안테나 어레이의 동작을 역 계산하여 인지할 수 있다.
- 송신단은 인지한 최적 펜슬(Pencil) 빔 방향으로, 이후 데이터 송신(Transmission)을 수행할 수 있다.
4.4. 4D 빔 트래킹을 위한 수신단 구조
4.1과 4.2의 동작을 수행하는 수신단 구조를 하기와 같이 제안한다.
도 99는 수신단 구조의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도면에서, 실선 화살표는 옵티컬(Optical) 시그널의 상태를 의미하고, 점선 화살표는 전기적(electrical) 시그널의 상태를 의미한다. 수신기는 크게 옵티컬 빔을 직접 수신하는 옵티컬 필터(Filter)와 수신된 옵티컬 빔을 전기적 신호로 변환하는 옵티컬 검출 부, 디지털(Digital) 신호로 변환하는 전기(Electric) 시스템, 전기 디지털 신호를 기반으로 목적으로 하는 정보를 획득하는 디지털 시그널 프로세서(Processor) 부로 나뉜다.
상기에서 옵티컬 필터는 하기 동작을 수행한다.
- PEC(Phase Error Correction): 수신단에서 웨이브프론트(Wavefront)의 변화에 대한 보상(Compensation) 장치
무선 채널에서 공기 중 광자의 회절/반사/굴절의 영향에 의해 페이즈(phase) 특성에 변화가 있을 수 있다. 원하던(Desired) 신호는 웨이브프론트 내의 페이즈 특성의 변화는 수신단의 에너지 획득 및 복호 성능을 감소 시킨다. 따라서, 신호의 에너지를 최대로 획득하기 위해 원하던 신호의 웨이브프론트 변화에 대한 보상을 위해 PEC가 필요할 수 있다.
도 100은 옵티컬 필터의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도면과 같이, 수신단에서 PEC는 렌즈(Lens)를 통한 포커싱(focusing) 이전에 존재할 수 있다. 이 경우, PEC를 위한 센싱(Sensing) 면적이 넓고 웨이브프론트 교정자(corrector)를 구성하는 마이크로(micro) 미러(mirror)의 개수가 많아, 파면 내에 존재하는 페이즈 에러(error)를 정교하게 제어할 수 있으나, 수신단의 사이즈(size)와 코스트(cost)가 증가할 수 있다.
도 101은 옵티컬 필터의 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도면과 같이, 수신단에서 PEC는 렌즈를 통한 포커싱 이후에 존재할 수 있다. 이 경우, 렌즈를 통한 포커싱을 통해 원하던 빔의 파면이 감소함으로써, PEC를 위한 센싱 면적이 작고 웨이브프론트 교정자를 구성하는 마이크로 미러의 개수가 적어, 파면내에 존재하는 페이즈 에러를 정교하게 제어할 수 없으나, 수신단의 사이즈와 코스트를 감소시킬 수 있다.
PEC는 수신 성능 증대를 위해 사용되므로, 선택적으로 사용될 수 있다. 즉, PEC 없이 동작하여도 본 명세서의 동작이 가능함은 자명할 수 있다.
- 렌즈: 수신된 옵티컬 빔을 포커싱하기 위한 장치
- 파장(Wavelength) 필터: 원하던 옵티컬 빔에 해당하는 파장만을 통과시키기 위한 장치
수신기에서 각 상세 동작은, 4.1과 4.2에 의해 TDM 또는 FDM으로 수신된 펜슬(Pencil) 빔과 C-RSS는 옵티컬 필터를 거쳐 포토다이오드(Photodiode)에서 전기 신호 (전류)로 변환될 수 있다. 변환된 전기 신호는 TIA를 통해 전압으로 변환되며, ADC를 통해 디지털 신호로 변환될 수 있다. 변환된 디지털 신호를 기반으로, 디-멀티플렉서(De-multiplexer)에서 TDM/FDM에 따라, C-RSS와 펜슬(Pencil) 빔 신호를 구분하고, C-RSS는 약속된 시퀀스를 기반으로 매치된(Matched) 필터링을 수행(e.g., 오토-코릴레이션)하여 레퍼런스 동기화 타임을 획득하고, 펜슬(Pencil) 빔은 에너지 검출을 통해 피크 에너지 빔 타임을 획득한다.
도 102는 수신단 구조의 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
상기에서 펜슬(Pencil) 빔과 C-RSS가 FDM으로 구성되는 경우, 옵티컬 필터의 파장 필터 단에서 펜슬(Pencil) 빔과 C-RSS가 분기되어 피크 에너지 빔 타임과 레퍼런스 동기화 타임이 각각 획득될 수 있다. 예를 들어, 도면과 같은 구조를 가질 수 있다.
5. 트래킹된 (Tracked) 4D 빔(3D 데이터 빔 타이드 (tied) 4D 트래킹 빔)을 통한 데이터 송신
방법 2에서 제안된 송신단으로 방법 3에서 제안된 4D 빔포밍을 수행하는 경우, 시간에 따라 빔이 회전하기 때문에, 지속적인 신호(데이터) 송신을 위해서는 수신단으로의 빔의 방향을 인지하고 나면, 고정적인 빔 방향을 유지할 필요가 있다. 따라서, 페이즈 그래디언트 메타서페이스 (또는 페이즈 그래디언트 안테나 어레이)를 기반으로 시간에 대해서 고정적인 방향을 가지는 3D 빔포밍으로 수신단에 신호를 전달해야 한다.
따라서, 시간에 따라 변화하는 4D 빔포밍에 대한 타이밍 오프셋과 시간에 따라 고정적인 방향을 가지는 3D 빔포밍의 (Azimuth 앵글 θ, Elevation 앵글 φ) 정보를 타이(Tie) 시키는 룩-업(Look-up) 매트릭스(Matrix)를 제안한다.
도 103은 송수신단 LOS 링크의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
데이터 전송을 위한 3D 빔을 생성하는 페이즈 그래디언트 메타서페이스 (또는 페이즈 그래디언트 안테나 어레이)와 빔 트래킹을 위한 4D 빔을 생성하는 주파수 그래디언트 메타서페이스가 서로 다른 공간에 존재한다고 가정하자. 그러면 도면과 같은 형태의 송수신단 LOS 링크가 형성될 수 있다.
도 104는 송수신단 LOS 링크의 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
반면에, 하나의 메타서페이스 (또는 안테나 어레이)에서 데이터 전송을 위한 3D 빔과 빔 트래킹을 위한 4D 빔을 생성할 수 있는 경우, 하기와 같은 송수신단 링크가 형성될 수 있다. (예를 들어, 메타서페이스의 MBB 구성을 조합함으로써 높은 자유도(Degree of freedom)를 가지므로, 두 가지 기능을 하나의 메타서페이스에서 구현할 수 있다. 또는 액티브(Active) 메타서페이스를 통해, 두 가지 기능을 적응적으로 동작하게 구현할 수 있다.)
도 105는 펜슬 빔 오프셋을 타이하는 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 105에 따르면, 방법 4.의 펜슬(Pencil) 빔 검출 절차에 의해 피드백 받은 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋 T는 하기와 같은 절차로 Azimuth 앵글 θ_T, Elevation 앵글 φ_T과 타이드(Tied) 될 수 있다.
상기에서, 수신단은 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋을 측정하면, 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋을 인덱스화 하여 송신단에게 피드백한다. 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋 인덱스는 실제 셀 Area 공간상에서 빔 들과 매핑될 수 있다. 따라서, 송신단은 4D 빔이 회전하는 시간을 기반으로 실제 셀 Area 공간상에 방출되는 빔과 타이밍 오프셋(T_i)을 매핑하는 타이밍 오프셋 매트릭스를 가질 수 있고, 이를 기반으로 실제 공간상에 방출되는 빔의 Azimuth 앵글 (θ_i)와 Elevation 앵글 (φ_i)을 타이 할 수 있다. 이 때, 관계식은 f(T_i)=(θ_i, φ_i).
즉, 송신단에서 주파수 그래디언트 메타서페이스를 통해 4D 빔포밍을 수행하면, 수신단에서 펜슬(Pencil) 빔 타이밍 오프셋을 측정하고 송신단에 피드백하면, 송신단은 피드백 받은 타이밍 오프셋과 타이드 된 Azimuth/Elevation 앵글을 획득하여, 페이즈된 그래디언트 메타서페이스 (또는 페이즈된 어레이 안테나)를 통해 3D 빔포밍을 수행하여, 데이터를 전송한다.
여기서, 타이밍 오프셋은 피드백을 위해 양자화(Quantized) 되어 인덱스화 되므로 (T_i), 그에 해당 하는 레졸루션에 맞게 Azimuth 앵글 (θ_i)와 Elevation 앵글 (φ_i)으로 양자화 될 수 있다. 양자화 레졸루션은 타이밍 오프셋을 측정하는 수신단의 샘플링 레졸루션과 이를 피드백하기 위한 피드백 링크의 컨테이너(Container)에 의해 결정되며, 시스템 환경에 따라 다를 수 있고, 사전에 송수신단 사이에서 약속될 수 있다. 상기 룩-업 테이블(Table)의 구성은, 구현 단계(Cell Planning) 또는 이론 해석(Theoretical Analysis) 등을 통해 f(타이밍 오프셋 T_i) = (Azimuth 앵글 θ_i, Elevation 앵글 φ_i)를 도출할 수 있다.
도 106은 송수신단 릴레이 링크에 대한 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
송수신단 링크가 LOS를 가정하지 못하는 경우, 메타서페이스를 통해 신호를 릴레잉(Relaying)할 수 있다. 이 경우, 송신단과 메타서페이스는 다른 공간에 존재할 수 있다. 이 때, 데이터 전송을 위한 3D 빔을 생성하는 페이즈 그래디언트 메타서페이스 (또는 페이즈 그래디언트 안테나 어레이)와 빔 트래킹을 위한 4D 빔을 생성하는 주파수 그래디언트 메타서페이스가 서로 다른 공간에 존재한다고 가정하자. 그러면 도면과 같은 형태의 송수신단 릴레이(Relay) 링크가 형성될 수 있다.
도 107은 송수신단 릴레이 링크에 대한 다른 예를 개략적으로 도시한 것이다.
반면에, 하나의 메타서페이스 (또는 안테나 어레이)에서 데이터 전송을 위한 3D 빔과 빔 트래킹을 위한 4D 빔을 생성할 수 있는 경우, 도면과 같은 송수신단 릴레이 링크가 형성될 수 있다. (예를 들어, 메타서페이스의 MBB 구성을 조합함으로써 높은 자유도(Degree of freedom)를 가지므로, 두 가지 기능을 하나의 메타서페이스에서 구현할 수 있다. 또는 액티브 메타서페이스를 통해, 두 가지 기능을 적응적으로 동작하게 구현할 수 있다.)
상기의 NLOS 링크에 대해서 메타서페이스를 기반으로 릴레잉을 할 때, LOS 링크에 대한 방식과 동일하게, 시간에 따라 변화하는 4D 빔포밍에 대한 타이밍 오프셋과 시간에 따라 고정적인 방향을 가지는 3D 빔포밍의 (Azimuth 앵글 θ, Elevation 앵글 φ) 정보를 타이 시키는 룩-업 매트릭스 구성할 수 있다. 상세 절차는 LOS 링크에 대한 설명과 동일함은 자명할 수 있다. 이 때, 피드백 정보 전달을 위한 피드백 링크 또한 릴레잉 되거나, 다른 망을 통해 전달될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따르면, 주파수 그래디언트 버추어 안테나를 통해 전송된 4D 빔을 레퍼런스 동기화를 기반으로 획득하고, 송신단에 피드백 함으로써, 타겟(Target) 빔을 선택할 수 있다. 아울러, 선택된 타겟 빔을 통해 데이터 송신을 3D 빔으로 전송할 수 있다.
지금까지 도 87의 예시들에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 명세서에서 제공하고자 하는 구성의 보다 넓은 이해를 돕기 위해, 앞서 설명한 예시들을 다양한 형태로써 설명 하도록 한다.
이하, 본 명세서의 예시에 대한 보다 원활한 이해를 위해, 도면을 통해 본 명세서의 개시에 대해 설명하도록 한다. 이하의 도면은 본 명세서의 구체적인 일례를 설명하기 위해 작성되었다. 도면에 기재된 구체적인 장치의 명칭이나 구체적인 신호/메시지/필드의 명칭은 예시적으로 제시된 것이므로, 본 명세서의 기술적 특징이 이하의 도면에 사용된 구체적인 명칭에 제한되지 않는다.
도 108은 본 명세서의 일 실시예에 따른, (펜슬 빔) 수신 장치에 의한 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하는 방법의 순서도다.
장치는 레퍼런스 동기 타임을 획득할 수 있다(S10810). 여기서, 상기 레퍼런스 동기 타임은 다른 장치로부터 수신한 C-RSS(cell-reference synchronization signal)에 기반하여 획득될 수 있다. 여기서, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 기재는 생략하도록 한다.
장치는 피크 에너지 타임을 획득할 수 있다(S10820). 여기서, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 기재는 생략하도록 한다.
장치는 상기 레퍼런스 동기 타임 및 상기 피크 에너지 타임에 기반하여 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋을 획득할 수 있다(S10830). 여기서, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 기재는 생략하도록 한다.
장치는 상기 다른 장치에게 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송할 수 있다(S10840). 여기서, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 기재는 생략하도록 한다.
도 109는 본 명세서의 일 실시예에 따른, (펜슬 빔) 수신 장치에 의한 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하는 장치의 블록도에 대한 일례다.
도 109에 따르면, 프로세서(10900)는 레퍼런스 동기 타임 획득부(10910), 피크 에너지 타임 획득부(10920), 펜슬 빔 타이밍 오프셋 획득부(10930), 정보 전송부(10940)를 포함할 수 있다. 여기서, 본 수신 장치 및 프로세서(10900)는 어디까지나 본 명세서에서 제공하고자 하는 구성의 일례에 불과하다.
본 명세서에서 제공하는 구성들은 본 수신 장치 및 프로세서(10900)뿐만 아니라, 앞서 설명했었던 수신 장치 및 프로세서들로써도 구현될 수 있다.
이 뿐만 아니라, 본 프로세서(10900)는 후술할 도 112 내지 도 122에서의 프로세서들에 해당될 수도 있다.
레퍼런스 동기 타임 획득부(10910) 는 레퍼런스 동기 타임을 획득하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상기 레퍼런스 동기 타임은 다른 장치로부터 수신한 C-RSS(cell-reference synchronization signal)에 기반하여 획득될 수 있다. 여기서, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 기재는 생략하도록 한다.
피크 에너지 타임 획득부(10920)는 피크 에너지 타임을 획득하도록 구성될 수 있다. 여기서, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 기재는 생략하도록 한다.
펜슬 빔 타이밍 오프셋 획득부(10930)는 상기 레퍼런스 동기 타임 및 상기 피크 에너지 타임에 기반하여 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋을 획득하도록 구성될 수 있다. 여기서, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 기재는 생략하도록 한다.
정보 전송부(10940)는 상기 다른 장치에게 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하도록 구성될 수 있다. 여기서, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 기재는 생략하도록 한다.
이 뿐만 아니라, 본 명세서에서 제공하는 구성들은 아래와 같이 표현될 수도 있다.
일례로, 장치는, 적어도 하나의 메모리 및 상기 적어도 하나의 메모리와 동작 가능하게 결합된 적어도 하나의 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는, 레퍼런스 동기 타임을 획득하도록 구성되되, 상기 레퍼런스 동기 타임은 다른 장치로부터 수신한 C-RSS(cell-reference synchronization signal)에 기반하여 획득되고, 피크 에너지 타임을 획득하도록 구성되고, 상기 레퍼런스 동기 타임 및 상기 피크 에너지 타임에 기반하여 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋을 획득하도록 구성되고, 및 상기 다른 장치에게 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하도록 트랜시버를 제어하게 구성될 수 있다.
다른 예로, 적어도 하나의 프로세서(processor)에 의해 실행되는 것에 기반하는 명령어(instruction)를 포함하는 적어도 하나의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(computer readable medium)에 있어서, 레퍼런스 동기 타임을 획득하도록 구성되되, 상기 레퍼런스 동기 타임은 다른 장치로부터 수신한 C-RSS(cell-reference synchronization signal)에 기반하여 획득되고, 피크 에너지 타임을 획득하도록 구성되고, 상기 레퍼런스 동기 타임 및 상기 피크 에너지 타임에 기반하여 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋을 획득하도록 구성되고 및 상기 다른 장치에게 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하도록 트랜시버를 제어하게 구성되는 것을 특징으로 하는 기록매체가 제공될 수 있다.
도 110은 본 명세서의 일 실시예에 따른, (펜슬 빔) 전송 장치에 의한 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 수신하는 방법의 순서도다.
장치는 다른 장치에게 C-RSS(cell-reference synchronization signal)를 전송할 수 있다(S11010). 여기서, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 기재는 생략하도록 한다.
장치는 상기 다른 장치에게 펜슬 빔을 전송할 수 있다(S11020). 여기서, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 기재는 생략하도록 한다.
장치는 상기 다른 장치로부터 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 수신할 수 있다(S11030). 여기서, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 기재는 생략하도록 한다.
도 111은 본 명세서의 일 실시예에 따른, (펜슬 빔) 전송 장치에 의한 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 수신하는 장치의 블록도에 대한 일례다.
도 111에 따르면, 프로세서(11100)는 C-RSS 전송부(11110), 펜슬 빔 전송부(11120), 정보 수신부(11130)를 포함할 수 있다. 여기서, 본 전송 장치 및 프로세서(11100)는 어디까지나 본 명세서에서 제공하고자 하는 구성의 일례에 불과하다.
본 명세서에서 제공하는 구성들은 본 전송 장치 및 프로세서(11100)뿐만 아니라, 앞서 설명했었던 전송 장치 및 프로세서들로써도 구현될 수 있다.
이 뿐만 아니라, 본 프로세서(11100)는 후술할 도 112 내지 도 122에서의 프로세서들에 해당될 수도 있다.
C-RSS 전송부(11110)는 다른 장치에게 C-RSS(cell-reference synchronization signal)를 전송하도록 구성될 수 있다. 여기서, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 기재는 생략하도록 한다.
펜슬 빔 전송부(11120)는 상기 다른 장치에게 펜슬 빔을 전송하도록 구성될 수 있다. 여기서, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 기재는 생략하도록 한다.
정보 수신부(11130)는 상기 다른 장치로부터 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 수신하도록 구성될 수 있다. 여기서, 본 내용에 대한 보다 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 기재는 생략하도록 한다.
도 112는 본 명세서에 적용되는 통신 시스템(1)을 예시한다.
도 112를 참조하면, 본 명세서에 적용되는 통신 시스템(1)은 무선 기기, 기지국 및 네트워크를 포함한다. 여기서, 무선 기기는 무선 접속 기술(예, 5G NR(New RAT), LTE(Long Term Evolution))을 이용하여 통신을 수행하는 기기를 의미하며, 통신/무선/5G 기기로 지칭될 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 무선 기기는 로봇(100a), 차량(100b-1, 100b-2), XR(eXtended Reality) 기기(100c), 휴대 기기(Hand-held device)(100d), 가전(100e), IoT(Internet of Thing) 기기(100f), AI기기/서버(400)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 차량은 무선 통신 기능이 구비된 차량, 자율 주행 차량, 차량간 통신을 수행할 수 있는 차량 등을 포함할 수 있다. 여기서, 차량은 UAV(Unmanned Aerial Vehicle)(예, 드론)를 포함할 수 있다. XR 기기는 AR(Augmented Reality)/VR(Virtual Reality)/MR(Mixed Reality) 기기를 포함하며, HMD(Head-Mounted Device), 차량에 구비된 HUD(Head-Up Display), 텔레비전, 스마트폰, 컴퓨터, 웨어러블 디바이스, 가전 기기, 디지털 사이니지(signage), 차량, 로봇 등의 형태로 구현될 수 있다. 휴대 기기는 스마트폰, 스마트패드, 웨어러블 기기(예, 스마트워치, 스마트글래스), 컴퓨터(예, 노트북 등) 등을 포함할 수 있다. 가전은 TV, 냉장고, 세탁기 등을 포함할 수 있다. IoT 기기는 센서, 스마트미터 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기지국, 네트워크는 무선 기기로도 구현될 수 있으며, 특정 무선 기기(200a)는 다른 무선 기기에게 기지국/네트워크 노드로 동작할 수도 있다.
무선 기기(100a~100f)는 기지국(200)을 통해 네트워크(300)와 연결될 수 있다. 무선 기기(100a~100f)에는 AI(Artificial Intelligence) 기술이 적용될 수 있으며, 무선 기기(100a~100f)는 네트워크(300)를 통해 AI 서버(400)와 연결될 수 있다. 네트워크(300)는 3G 네트워크, 4G(예, LTE) 네트워크 또는 5G(예, NR) 네트워크 등을 이용하여 구성될 수 있다. 무선 기기(100a~100f)는 기지국(200)/네트워크(300)를 통해 서로 통신할 수도 있지만, 기지국/네트워크를 통하지 않고 직접 통신(e.g. 사이드링크 통신(sidelink communication))할 수도 있다. 예를 들어, 차량들(100b-1, 100b-2)은 직접 통신(e.g. V2V(Vehicle to Vehicle)/V2X(Vehicle to everything) communication)을 할 수 있다. 또한, IoT 기기(예, 센서)는 다른 IoT 기기(예, 센서) 또는 다른 무선 기기(100a~100f)와 직접 통신을 할 수 있다.
무선 기기(100a~100f)/기지국(200), 기지국(200)/기지국(200) 간에는 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)이 이뤄질 수 있다. 여기서, 무선 통신/연결은 상향/하향링크 통신(150a)과 사이드링크 통신(150b)(또는, D2D 통신), 기지국간 통신(150c)(e.g. relay, IAB(Integrated Access Backhaul)과 같은 다양한 무선 접속 기술(예, 5G NR)을 통해 이뤄질 수 있다. 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)을 통해 무선 기기와 기지국/무선 기기, 기지국과 기지국은 서로 무선 신호를 송신/수신할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)은 다양한 물리 채널을 통해 신호를 송신/수신할 수 있다. 이를 위해, 본 명세서의 다양한 제안들에 기반하여, 무선 신호의 송신/수신을 위한 다양한 구성정보 설정 과정, 다양한 신호 처리 과정(예, 채널 인코딩/디코딩, 변조/복조, 자원 매핑/디매핑 등), 자원 할당 과정 등 중 적어도 일부가 수행될 수 있다.
한편, NR은 다양한 5G 서비스들을 지원하기 위한 다수의 뉴머롤로지(numerology)(또는 subcarrier spacing(SCS))를 지원한다. 예를 들어, SCS가 15kHz인 경우, 전통적인 셀룰러 밴드들에서의 넓은 영역(wide area)를 지원하며, SCS가 30kHz/60kHz인 경우, 밀집한-도시(dense-urban), 더 낮은 지연(lower latency) 및 더 넓은 캐리어 대역폭(wider carrier bandwidth)를 지원하며, SCS가 60kHz 또는 그보다 높은 경우, 위상 잡음(phase noise)를 극복하기 위해 24.25GHz보다 큰 대역폭을 지원한다.
NR 주파수 밴드(frequency band)는 두 가지 타입(type)(FR1, FR2)의 주파수 범위(frequency range)로 정의될 수 있다. 주파수 범위의 수치는 변경될 수 있으며, 예를 들어, 두 가지 type(FR1, FR2)의 주파수 범위는 하기 표 3과 같을 수 있다. 설명의 편의를 위해 NR 시스템에서 사용되는 주파수 범위 중 FR1은 "sub 6GHz range"를 의미할 수 있고, FR2는 "above 6GHz range"를 의미할 수 있고 밀리미터 웨이브(millimeter wave, mmW)로 불릴 수 있다.
Frequency Range designation Corresponding frequency range Subcarrier Spacing
FR1 450MHz - 6000MHz 15, 30, 60kHz
FR2 24250MHz - 52600MHz 60, 120, 240kHz
상술한 바와 같이, NR 시스템의 주파수 범위의 수치는 변경될 수 있다. 예를 들어, FR1은 하기 표 4와 같이 410MHz 내지 7125MHz의 대역을 포함할 수 있다. 즉, FR1은 6GHz (또는 5850, 5900, 5925 MHz 등) 이상의 주파수 대역을 포함할 수 있다. 예를 들어, FR1 내에서 포함되는 6GHz (또는 5850, 5900, 5925 MHz 등) 이상의 주파수 대역은 비면허 대역(unlicensed band)을 포함할 수 있다. 비면허 대역은 다양한 용도로 사용될 수 있고, 예를 들어 차량을 위한 통신(예를 들어, 자율주행)을 위해 사용될 수 있다.
Frequency Range designation Corresponding frequency range Subcarrier Spacing
FR1 410MHz - 7125MHz 15, 30, 60kHz
FR2 24250MHz - 52600MHz 60, 120, 240kHz
이하에서는, 본 명세서가 적용되는 무선 기기의 예에 대해 설명한다.
도 113은 본 명세서에 적용될 수 있는 무선 기기를 예시한다.
도 113을 참조하면, 제1 무선 기기(100)와 제2 무선 기기(200)는 다양한 무선 접속 기술(예, LTE, NR)을 통해 무선 신호를 송수신할 수 있다. 여기서, {제1 무선 기기(100), 제2 무선 기기(200)}은 도 112의 {무선 기기(100x), 기지국(200)} 및/또는 {무선 기기(100x), 무선 기기(100x)}에 대응할 수 있다.
제1 무선 기기(100)는 하나 이상의 프로세서(102) 및 하나 이상의 메모리(104)를 포함하며, 추가적으로 하나 이상의 송수신기(106) 및/또는 하나 이상의 안테나(108)을 더 포함할 수 있다. 프로세서(102)는 메모리(104) 및/또는 송수신기(106)를 제어하며, 본 문서에 개시되 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(102)는 메모리(104) 내의 정보를 처리하여 제1 정보/신호를 생성한 뒤, 송수신기(106)을 통해 제1 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(102)는 송수신기(106)를 통해 제2 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신한 뒤, 제2 정보/신호의 신호 처리로부터 얻은 정보를 메모리(104)에 저장할 수 있다. 메모리(104)는 프로세서(102)와 연결될 수 있고, 프로세서(102)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(104)는 프로세서(102)에 의해 제어되는 프로세스들 중 일부 또는 전부를 수행하거나, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 수행하기 위한 명령들을 포함하는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다. 여기서, 프로세서(102)와 메모리(104)는 무선 통신 기술(예, LTE, NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(106)는 프로세서(102)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 안테나(108)를 통해 무선 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 송수신기(106)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다. 송수신기(106)는 RF(Radio Frequency) 유닛과 혼용될 수 있다. 본 명세서에서 무선 기기는 통신 모뎀/회로/칩을 의미할 수도 있다.
제2 무선 기기(200)는 하나 이상의 프로세서(202), 하나 이상의 메모리(204)를 포함하며, 추가적으로 하나 이상의 송수신기(206) 및/또는 하나 이상의 안테나(208)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(202)는 메모리(204) 및/또는 송수신기(206)를 제어하며, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(202)는 메모리(204) 내의 정보를 처리하여 제3 정보/신호를 생성한 뒤, 송수신기(206)를 통해 제3 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(202)는 송수신기(206)를 통해 제4 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신한 뒤, 제4 정보/신호의 신호 처리로부터 얻은 정보를 메모리(204)에 저장할 수 있다. 메모리(204)는 프로세서(202)와 연결될 수 있고, 프로세서(202)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(204)는 프로세서(202)에 의해 제어되는 프로세스들 중 일부 또는 전부를 수행하거나, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 수행하기 위한 명령들을 포함하는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다. 여기서, 프로세서(202)와 메모리(204)는 무선 통신 기술(예, LTE, NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(206)는 프로세서(202)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 안테나(208)를 통해 무선 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 송수신기(206)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다 송수신기(206)는 RF 유닛과 혼용될 수 있다. 본 명세서에서 무선 기기는 통신 모뎀/회로/칩을 의미할 수도 있다.
이하, 무선 기기(100, 200)의 하드웨어 요소에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 하나 이상의 프로토콜 계층이 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 계층(예, PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC, SDAP와 같은 기능적 계층)을 구현할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들에 따라 하나 이상의 PDU(Protocol Data Unit) 및/또는 하나 이상의 SDU(Service Data Unit)를 생성할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들에 따라 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 생성할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및/또는 방법에 따라 PDU, SDU, 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 포함하는 신호(예, 베이스밴드 신호)를 생성하여, 하나 이상의 송수신기(106, 206)에게 제공할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 송수신기(106, 206)로부터 신호(예, 베이스밴드 신호)를 수신할 수 있고, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들에 따라 PDU, SDU, 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 획득할 수 있다.
하나 이상의 프로세서(102, 202)는 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 또는 마이크로 컴퓨터로 지칭될 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 일 예로, 하나 이상의 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), 하나 이상의 DSP(Digital Signal Processor), 하나 이상의 DSPD(Digital Signal Processing Device), 하나 이상의 PLD(Programmable Logic Device) 또는 하나 이상의 FPGA(Field Programmable Gate Arrays)가 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 포함될 수 있다. 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들은 펌웨어 또는 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있고, 펌웨어 또는 소프트웨어는 모듈, 절차, 기능 등을 포함하도록 구현될 수 있다. 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들은 수행하도록 설정된 펌웨어 또는 소프트웨어는 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 포함되거나, 하나 이상의 메모리(104, 204)에 저장되어 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 의해 구동될 수 있다. 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들은 코드, 명령어 및/또는 명령어의 집합 형태로 펌웨어 또는 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있다.
하나 이상의 메모리(104, 204)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)와 연결될 수 있고, 다양한 형태의 데이터, 신호, 메시지, 정보, 프로그램, 코드, 지시 및/또는 명령을 저장할 수 있다. 하나 이상의 메모리(104, 204)는 ROM, RAM, EPROM, 플래시 메모리, 하드 드라이브, 레지스터, 캐쉬 메모리, 컴퓨터 판독 저장 매체 및/또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 메모리(104, 204)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)의 내부 및/또는 외부에 위치할 수 있다. 또한, 하나 이상의 메모리(104, 204)는 유선 또는 무선 연결과 같은 다양한 기술을 통해 하나 이상의 프로세서(102, 202)와 연결될 수 있다.
하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 다른 장치에게 본 문서의 방법들 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 전송할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 다른 장치로부터 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)와 연결될 수 있고, 무선 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 송수신기(106, 206)가 하나 이상의 다른 장치에게 사용자 데이터, 제어 정보 또는 무선 신호를 전송하도록 제어할 수 있다. 또한, 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 송수신기(106, 206)가 하나 이상의 다른 장치로부터 사용자 데이터, 제어 정보 또는 무선 신호를 수신하도록 제어할 수 있다. 또한, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 안테나(108, 208)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 안테나(108, 208)를 통해 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 송수신하도록 설정될 수 있다. 본 문서에서, 하나 이상의 안테나는 복수의 물리 안테나이거나, 복수의 논리 안테나(예, 안테나 포트)일 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 수신된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 하나 이상의 프로세서(102, 202)를 이용하여 처리하기 위해, 수신된 무선 신호/채널 등을 RF 밴드 신호에서 베이스밴드 신호로 변환(Convert)할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)를 이용하여 처리된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 베이스밴드 신호에서 RF 밴드 신호로 변환할 수 있다. 이를 위하여, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 (아날로그) 오실레이터 및/또는 필터를 포함할 수 있다.
도 114는 본 명세서에 적용될 수 있는 무선 기기의 다른 예를 도시한다.
도 114에 따르면, 무선 장치는 적어도 하나의 프로세서(102, 202), 적어도 하나의 메모리(104, 204), 적어도 하나의 트랜시버(106, 206), 하나 이상의 안테나(108, 208)를 포함할 수 있다.
앞서 도 113에서 설명한 무선 장치의 예시와, 도 114에서의 무선 장치의 예시의 차이로써, 도 113는 프로세서(102, 202)와 메모리(104, 204)가 분리되어 있으나, 도 114의 예시에서는 프로세서(102, 202)에 메모리(104, 204)가 포함되어 있다는 점이다.
여기서, 프로세서(102, 202), 메모리(104, 204), 트랜시버(106, 206), 하나 이상의 안테나(108, 208)에 대한 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 같기에, 불필요한 기재의 반복을 피하기 위해, 반복되는 설명의 기재는 생략하도록 한다.
이하에서는, 본 명세서가 적용되는 신호 처리 회로의 예를 설명한다.
도 115는 전송 신호를 위한 신호 처리 회로를 예시한다.
도 115를 참조하면, 신호 처리 회로(1000)는 스크램블러(1010), 변조기(1020), 레이어 매퍼(1030), 프리코더(1040), 자원 매퍼(1050), 신호 생성기(1060)를 포함할 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 도 115의 동작/기능은 도 113의 프로세서(102, 202) 및/또는 송수신기(106, 206)에서 수행될 수 있다. 도 115의 하드웨어 요소는 도 113의 프로세서(102, 202) 및/또는 송수신기(106, 206)에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 블록 1010~1060은 도 113의 프로세서(102, 202)에서 구현될 수 있다. 또한, 블록 1010~1050은 도 113의 프로세서(102, 202)에서 구현되고, 블록 1060은 도 113의 송수신기(106, 206)에서 구현될 수 있다.
코드워드는 도 115의 신호 처리 회로(1000)를 거쳐 무선 신호로 변환될 수 있다. 여기서, 코드워드는 정보블록의 부호화된 비트 시퀀스이다. 정보블록은 전송블록(예, UL-SCH 전송블록, DL-SCH 전송블록)을 포함할 수 있다. 무선 신호는 다양한 물리 채널(예, PUSCH, PDSCH)을 통해 전송될 수 있다.
구체적으로, 코드워드는 스크램블러(1010)에 의해 스크램블된 비트 시퀀스로 변환될 수 있다. 스크램블에 사용되는 스크램블 시퀀스는 초기화 값에 기반하여 생성되며, 초기화 값은 무선 기기의 ID 정보 등이 포함될 수 있다. 스크램블된 비트 시퀀스는 변조기(1020)에 의해 변조 심볼 시퀀스로 변조될 수 있다. 변조 방식은 pi/2-BPSK(pi/2-Binary Phase Shift Keying), m-PSK(m-Phase Shift Keying), m-QAM(m-Quadrature Amplitude Modulation) 등을 포함할 수 있다. 복소 변조 심볼 시퀀스는 레이어 매퍼(1030)에 의해 하나 이상의 전송 레이어로 매핑될 수 있다. 각 전송 레이어의 변조 심볼들은 프리코더(1040)에 의해 해당 안테나 포트(들)로 매핑될 수 있다(프리코딩). 프리코더(1040)의 출력 z는 레이어 매퍼(1030)의 출력 y를 N*M의 프리코딩 행렬 W와 곱해 얻을 수 있다. 여기서, N은 안테나 포트의 개수, M은 전송 레이어의 개수이다. 여기서, 프리코더(1040)는 복소 변조 심볼들에 대한 트랜스폼(transform) 프리코딩(예, DFT 변환)을 수행한 이후에 프리코딩을 수행할 수 있다. 또한, 프리코더(1040)는 트랜스폼 프리코딩을 수행하지 않고 프리코딩을 수행할 수 있다.
자원 매퍼(1050)는 각 안테나 포트의 변조 심볼들을 시간-주파수 자원에 매핑할 수 있다. 시간-주파수 자원은 시간 도메인에서 복수의 심볼(예, CP-OFDMA 심볼, DFT-s-OFDMA 심볼)을 포함하고, 주파수 도메인에서 복수의 부반송파를 포함할 수 있다. 신호 생성기(1060)는 매핑된 변조 심볼들로부터 무선 신호를 생성하며, 생성된 무선 신호는 각 안테나를 통해 다른 기기로 전송될 수 있다. 이를 위해, 신호 생성기(1060)는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 모듈 및 CP(Cyclic Prefix) 삽입기, DAC(Digital-to-Analog Converter), 주파수 상향 변환기(frequency uplink converter) 등을 포함할 수 있다.
무선 기기에서 수신 신호를 위한 신호 처리 과정은 도 115의 신호 처리 과정(1010~1060)의 역으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 무선 기기(예, 도 113의 100, 200)는 안테나 포트/송수신기를 통해 외부로부터 무선 신호를 수신할 수 있다. 수신된 무선 신호는 신호 복원기를 통해 베이스밴드 신호로 변환될 수 있다. 이를 위해, 신호 복원기는 주파수 하향 변환기(frequency downlink converter), ADC(analog-to-digital converter), CP 제거기, FFT(Fast Fourier Transform) 모듈을 포함할 수 있다. 이후, 베이스밴드 신호는 자원 디-매퍼 과정, 포스트코딩(postcoding) 과정, 복조 과정 및 디-스크램블 과정을 거쳐 코드워드로 복원될 수 있다. 코드워드는 복호(decoding)를 거쳐 원래의 정보블록으로 복원될 수 있다. 따라서, 수신 신호를 위한 신호 처리 회로(미도시)는 신호 복원기, 자원 디-매퍼, 포스트코더, 복조기, 디-스크램블러 및 복호기를 포함할 수 있다.
이하에서는, 본 명세서가 적용되는 무선 기기 활용 예에 대해 설명한다.
도 116은 본 명세서에 적용되는 무선 기기의 다른 예를 나타낸다. 무선 기기는 사용-예/서비스에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다(도 112 참조).
도 116을 참조하면, 무선 기기(100, 200)는 도 113의 무선 기기(100,200)에 대응하며, 다양한 요소(element), 성분(component), 유닛/부(unit), 및/또는 모듈(module)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 무선 기기(100, 200)는 통신부(110), 제어부(120), 메모리부(130) 및 추가 요소(140)를 포함할 수 있다. 통신부는 통신 회로(112) 및 송수신기(들)(114)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 회로(112)는 도 113의 하나 이상의 프로세서(102,202) 및/또는 하나 이상의 메모리(104,204) 를 포함할 수 있다. 예를 들어, 송수신기(들)(114)는 도 113의 하나 이상의 송수신기(106,206) 및/또는 하나 이상의 안테나(108,208)을 포함할 수 있다. 제어부(120)는 통신부(110), 메모리부(130) 및 추가 요소(140)와 전기적으로 연결되며 무선 기기의 제반 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(120)는 메모리부(130)에 저장된 프로그램/코드/명령/정보에 기반하여 무선 기기의 전기적/기계적 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 메모리부(130)에 저장된 정보를 통신부(110)을 통해 외부(예, 다른 통신 기기)로 무선/유선 인터페이스를 통해 전송하거나, 통신부(110)를 통해 외부(예, 다른 통신 기기)로부터 무선/유선 인터페이스를 통해 수신된 정보를 메모리부(130)에 저장할 수 있다.
추가 요소(140)는 무선 기기의 종류에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 추가 요소(140)는 파워 유닛/배터리, 입출력부(I/O unit), 구동부 및 컴퓨팅부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 무선 기기는 로봇(도 112, 100a), 차량(도 112, 100b-1, 100b-2), XR 기기(도 112, 100c), 휴대 기기(도 112, 100d), 가전(도 112, 100e), IoT 기기(도 112, 100f), 디지털 방송용 단말, 홀로그램 장치, 공공 안전 장치, MTC 장치, 의료 장치, 핀테크 장치(또는 금융 장치), 보안 장치, 기후/환경 장치, AI 서버/기기(도 112, 400), 기지국(도 112, 200), 네트워크 노드 등의 형태로 구현될 수 있다. 무선 기기는 사용-예/서비스에 따라 이동 가능하거나 고정된 장소에서 사용될 수 있다.
도 116에서 무선 기기(100, 200) 내의 다양한 요소, 성분, 유닛/부, 및/또는 모듈은 전체가 유선 인터페이스를 통해 상호 연결되거나, 적어도 일부가 통신부(110)를 통해 무선으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 무선 기기(100, 200) 내에서 제어부(120)와 통신부(110)는 유선으로 연결되며, 제어부(120)와 제1 유닛(예, 130, 140)은 통신부(110)를 통해 무선으로 연결될 수 있다. 또한, 무선 기기(100, 200) 내의 각 요소, 성분, 유닛/부, 및/또는 모듈은 하나 이상의 요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 하나 이상의 프로세서 집합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 통신 제어 프로세서, 어플리케이션 프로세서(Application processor), ECU(Electronic Control Unit), 그래픽 처리 프로세서, 메모리 제어 프로세서 등의 집합으로 구성될 수 있다. 다른 예로, 메모리부(130)는 RAM(Random Access Memory), DRAM(Dynamic RAM), ROM(Read Only Memory), 플래시 메모리(flash memory), 휘발성 메모리(volatile memory), 비-휘발성 메모리(non-volatile memory) 및/또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
이하, 도 116의 구현 예에 대해 도면을 참조하여 보다 자세히 설명한다.
도 117은 본 명세서에 적용되는 휴대 기기를 예시한다. 휴대 기기는 스마트폰, 스마트패드, 웨어러블 기기(예, 스마트워치, 스마트글래스), 휴대용 컴퓨터(예, 노트북 등)을 포함할 수 있다. 휴대 기기는 MS(Mobile Station), UT(user terminal), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station) 또는 WT(Wireless terminal)로 지칭될 수 있다.
도 117을 참조하면, 휴대 기기(100)는 안테나부(108), 통신부(110), 제어부(120), 메모리부(130), 전원공급부(140a), 인터페이스부(140b) 및 입출력부(140c)를 포함할 수 있다. 안테나부(108)는 통신부(110)의 일부로 구성될 수 있다. 블록 110~130/140a~140c는 각각 도 116의 블록 110~130/140에 대응한다.
통신부(110)는 다른 무선 기기, 기지국들과 신호(예, 데이터, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 제어부(120)는 휴대 기기(100)의 구성 요소들을 제어하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 제어부(120)는 AP(Application Processor)를 포함할 수 있다. 메모리부(130)는 휴대 기기(100)의 구동에 필요한 데이터/파라미터/프로그램/코드/명령을 저장할 수 있다. 또한, 메모리부(130)는 입/출력되는 데이터/정보 등을 저장할 수 있다. 전원공급부(140a)는 휴대 기기(100)에게 전원을 공급하며, 유/무선 충전 회로, 배터리 등을 포함할 수 있다. 인터페이스부(140b)는 휴대 기기(100)와 다른 외부 기기의 연결을 지원할 수 있다. 인터페이스부(140b)는 외부 기기와의 연결을 위한 다양한 포트(예, 오디오 입/출력 포트, 비디오 입/출력 포트)를 포함할 수 있다. 입출력부(140c)는 영상 정보/신호, 오디오 정보/신호, 데이터, 및/또는 사용자로부터 입력되는 정보를 입력 받거나 출력할 수 있다. 입출력부(140c)는 카메라, 마이크로폰, 사용자 입력부, 디스플레이부(140d), 스피커 및/또는 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다.
일 예로, 데이터 통신의 경우, 입출력부(140c)는 사용자로부터 입력된 정보/신호(예, 터치, 문자, 음성, 이미지, 비디오)를 획득하며, 획득된 정보/신호는 메모리부(130)에 저장될 수 있다. 통신부(110)는 메모리에 저장된 정보/신호를 무선 신호로 변환하고, 변환된 무선 신호를 다른 무선 기기에게 직접 전송하거나 기지국에게 전송할 수 있다. 또한, 통신부(110)는 다른 무선 기기 또는 기지국으로부터 무선 신호를 수신한 뒤, 수신된 무선 신호를 원래의 정보/신호로 복원할 수 있다. 복원된 정보/신호는 메모리부(130)에 저장된 뒤, 입출력부(140c)를 통해 다양한 형태(예, 문자, 음성, 이미지, 비디오, 헵틱)로 출력될 수 있다.
도 118은 본 명세서에 적용되는 차량 또는 자율 주행 차량을 예시한다. 차량 또는 자율 주행 차량은 이동형 로봇, 차량, 기차, 유/무인 비행체(Aerial Vehicle, AV), 선박 등으로 구현될 수 있다.
도 118을 참조하면, 차량 또는 자율 주행 차량(100)은 안테나부(108), 통신부(110), 제어부(120), 구동부(140a), 전원공급부(140b), 센서부(140c) 및 자율 주행부(140d)를 포함할 수 있다. 안테나부(108)는 통신부(110)의 일부로 구성될 수 있다. 블록 110/130/140a~140d는 각각 도 116의 블록 110/130/140에 대응한다.
통신부(110)는 다른 차량, 기지국(e.g. 기지국, 노변 기지국(Road Side unit) 등), 서버 등의 외부 기기들과 신호(예, 데이터, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 제어부(120)는 차량 또는 자율 주행 차량(100)의 요소들을 제어하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 제어부(120)는 ECU(Electronic Control Unit)를 포함할 수 있다. 구동부(140a)는 차량 또는 자율 주행 차량(100)을 지상에서 주행하게 할 수 있다. 구동부(140a)는 엔진, 모터, 파워 트레인, 바퀴, 브레이크, 조향 장치 등을 포함할 수 있다. 전원공급부(140b)는 차량 또는 자율 주행 차량(100)에게 전원을 공급하며, 유/무선 충전 회로, 배터리 등을 포함할 수 있다. 센서부(140c)는 차량 상태, 주변 환경 정보, 사용자 정보 등을 얻을 수 있다. 센서부(140c)는 IMU(inertial measurement unit) 센서, 충돌 센서, 휠 센서(wheel sensor), 속도 센서, 경사 센서, 중량 감지 센서, 헤딩 센서(heading sensor), 포지션 모듈(position module), 차량 전진/후진 센서, 배터리 센서, 연료 센서, 타이어 센서, 스티어링 센서, 온도 센서, 습도 센서, 초음파 센서, 조도 센서, 페달 포지션 센서 등을 포함할 수 있다. 자율 주행부(140d)는 주행중인 차선을 유지하는 기술, 어댑티브 크루즈 컨트롤과 같이 속도를 자동으로 조절하는 기술, 정해진 경로를 따라 자동으로 주행하는 기술, 목적지가 설정되면 자동으로 경로를 설정하여 주행하는 기술 등을 구현할 수 있다.
일 예로, 통신부(110)는 외부 서버로부터 지도 데이터, 교통 정보 데이터 등을 수신할 수 있다. 자율 주행부(140d)는 획득된 데이터를 기반으로 자율 주행 경로와 드라이빙 플랜을 생성할 수 있다. 제어부(120)는 드라이빙 플랜에 따라 차량 또는 자율 주행 차량(100)이 자율 주행 경로를 따라 이동하도록 구동부(140a)를 제어할 수 있다(예, 속도/방향 조절). 자율 주행 도중에 통신부(110)는 외부 서버로부터 최신 교통 정보 데이터를 비/주기적으로 획득하며, 주변 차량으로부터 주변 교통 정보 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 자율 주행 도중에 센서부(140c)는 차량 상태, 주변 환경 정보를 획득할 수 있다. 자율 주행부(140d)는 새로 획득된 데이터/정보에 기반하여 자율 주행 경로와 드라이빙 플랜을 갱신할 수 있다. 통신부(110)는 차량 위치, 자율 주행 경로, 드라이빙 플랜 등에 관한 정보를 외부 서버로 전달할 수 있다. 외부 서버는 차량 또는 자율 주행 차량들로부터 수집된 정보에 기반하여, AI 기술 등을 이용하여 교통 정보 데이터를 미리 예측할 수 있고, 예측된 교통 정보 데이터를 차량 또는 자율 주행 차량들에게 제공할 수 있다.
도 119는 본 명세서에 적용되는 차량을 예시한다. 차량은 운송수단, 기차, 비행체, 선박 등으로도 구현될 수 있다.
도 119를 참조하면, 차량(100)은 통신부(110), 제어부(120), 메모리부(130), 입출력부(140a) 및 위치 측정부(140b)를 포함할 수 있다. 여기서, 블록 110~130/140a~140b는 각각 도 X3의 블록 110~130/140에 대응한다.
통신부(110)는 다른 차량, 또는 기지국 등의 외부 기기들과 신호(예, 데이터, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 제어부(120)는 차량(100)의 구성 요소들을 제어하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 메모리부(130)는 차량(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터/파라미터/프로그램/코드/명령을 저장할 수 있다. 입출력부(140a)는 메모리부(130) 내의 정보에 기반하여 AR/VR 오브젝트를 출력할 수 있다. 입출력부(140a)는 HUD를 포함할 수 있다. 위치 측정부(140b)는 차량(100)의 위치 정보를 획득할 수 있다. 위치 정보는 차량(100)의 절대 위치 정보, 주행선 내에서의 위치 정보, 가속도 정보, 주변 차량과의 위치 정보 등을 포함할 수 있다. 위치 측정부(140b)는 GPS 및 다양한 센서들을 포함할 수 있다.
일 예로, 차량(100)의 통신부(110)는 외부 서버로부터 지도 정보, 교통 정보 등을 수신하여 메모리부(130)에 저장할 수 있다. 위치 측정부(140b)는 GPS 및 다양한 센서를 통하여 차량 위치 정보를 획득하여 메모리부(130)에 저장할 수 있다. 제어부(120)는 지도 정보, 교통 정보 및 차량 위치 정보 등에 기반하여 가상 오브젝트를 생성하고, 입출력부(140a)는 생성된 가상 오브젝트를 차량 내 유리창에 표시할 수 있다(1410, 1420). 또한, 제어부(120)는 차량 위치 정보에 기반하여 차량(100)이 주행선 내에서 정상적으로 운행되고 있는지 판단할 수 있다. 차량(100)이 주행선을 비정상적으로 벗어나는 경우, 제어부(120)는 입출력부(140a)를 통해 차량 내 유리창에 경고를 표시할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 통신부(110)를 통해 주변 차량들에게 주행 이상에 관한 경고 메세지를 방송할 수 있다. 상황에 따라, 제어부(120)는 통신부(110)를 통해 관계 기관에게 차량의 위치 정보와, 주행/차량 이상에 관한 정보를 전송할 수 있다.
도 120은 본 명세서에 적용되는 XR 기기를 예시한다. XR 기기는 HMD, 차량에 구비된 HUD(Head-Up Display), 텔레비전, 스마트폰, 컴퓨터, 웨어러블 디바이스, 가전 기기, 디지털 사이니지(signage), 차량, 로봇 등으로 구현될 수 있다.
도 120을 참조하면, XR 기기(100a)는 통신부(110), 제어부(120), 메모리부(130), 입출력부(140a), 센서부(140b) 및 전원공급부(140c)를 포함할 수 있다. 여기서, 블록 110~130/140a~140c은 각각 도 X3의 블록 110~130/140에 대응한다.
통신부(110)는 다른 무선 기기, 휴대 기기, 또는 미디어 서버 등의 외부 기기들과 신호(예, 미디어 데이터, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 미디어 데이터는 영상, 이미지, 소리 등을 포함할 수 있다. 제어부(120)는 XR 기기(100a)의 구성 요소들을 제어하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 비디오/이미지 획득, (비디오/이미지) 인코딩, 메타데이터 생성 및 처리 등의 절차를 제어 및/또는 수행하도록 구성될 수 있다. 메모리부(130)는 XR 기기(100a)의 구동/XR 오브젝트의 생성에 필요한 데이터/파라미터/프로그램/코드/명령을 저장할 수 있다. 입출력부(140a)는 외부로부터 제어 정보, 데이터 등을 획득하며, 생성된 XR 오브젝트를 출력할 수 있다. 입출력부(140a)는 카메라, 마이크로폰, 사용자 입력부, 디스플레이부, 스피커 및/또는 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다. 센서부(140b)는 XR 기기 상태, 주변 환경 정보, 사용자 정보 등을 얻을 수 있다. 센서부(140b)는 근접 센서, 조도 센서, 가속도 센서, 자기 센서, 자이로 센서, 관성 센서, RGB 센서, IR 센서, 지문 인식 센서, 초음파 센서, 광 센서, 마이크로폰 및/또는 레이더 등을 포함할 수 있다. 전원공급부(140c)는 XR 기기(100a)에게 전원을 공급하며, 유/무선 충전 회로, 배터리 등을 포함할 수 있다.
일 예로, XR 기기(100a)의 메모리부(130)는 XR 오브젝트(예, AR/VR/MR 오브젝트)의 생성에 필요한 정보(예, 데이터 등)를 포함할 수 있다. 입출력부(140a)는 사용자로부터 XR 기기(100a)를 조작하는 명령을 회득할 수 있으며, 제어부(120)는 사용자의 구동 명령에 따라 XR 기기(100a)를 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 사용자가 XR 기기(100a)를 통해 영화, 뉴스 등을 시청하려고 하는 경우, 제어부(120)는 통신부(130)를 통해 컨텐츠 요청 정보를 다른 기기(예, 휴대 기기(100b)) 또는 미디어 서버에 전송할 수 있다. 통신부(130)는 다른 기기(예, 휴대 기기(100b)) 또는 미디어 서버로부터 영화, 뉴스 등의 컨텐츠를 메모리부(130)로 다운로드/스트리밍 받을 수 있다. 제어부(120)는 컨텐츠에 대해 비디오/이미지 획득, (비디오/이미지) 인코딩, 메타데이터 생성/처리 등의 절차를 제어 및/또는 수행하며, 입출력부(140a)/센서부(140b)를 통해 획득한 주변 공간 또는 현실 오브젝트에 대한 정보에 기반하여 XR 오브젝트를 생성/출력할 수 있다.
또한, XR 기기(100a)는 통신부(110)를 통해 휴대 기기(100b)와 무선으로 연결되며, XR 기기(100a)의 동작은 휴대 기기(100b)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 휴대 기기(100b)는 XR 기기(100a)에 대한 콘트롤러로 동작할 수 있다. 이를 위해, XR 기기(100a)는 휴대 기기(100b)의 3차원 위치 정보를 획득한 뒤, 휴대 기기(100b)에 대응하는 XR 개체를 생성하여 출력할 수 있다.
도 121은 본 명세서에 적용되는 로봇을 예시한다. 로봇은 사용 목적이나 분야에 따라 산업용, 의료용, 가정용, 군사용 등으로 분류될 수 있다.
도 121을 참조하면, 로봇(100)은 통신부(110), 제어부(120), 메모리부(130), 입출력부(140a), 센서부(140b) 및 구동부(140c)를 포함할 수 있다. 여기서, 블록 110~130/140a~140c은 각각 도 X3의 블록 110~130/140에 대응한다.
통신부(110)는 다른 무선 기기, 다른 로봇, 또는 제어 서버 등의 외부 기기들과 신호(예, 구동 정보, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 제어부(120)는 로봇(100)의 구성 요소들을 제어하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 메모리부(130)는 로봇(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터/파라미터/프로그램/코드/명령을 저장할 수 있다. 입출력부(140a)는 로봇(100)의 외부로부터 정보를 획득하며, 로봇(100)의 외부로 정보를 출력할 수 있다. 입출력부(140a)는 카메라, 마이크로폰, 사용자 입력부, 디스플레이부, 스피커 및/또는 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다. 센서부(140b)는 로봇(100)의 내부 정보, 주변 환경 정보, 사용자 정보 등을 얻을 수 있다. 센서부(140b)는 근접 센서, 조도 센서, 가속도 센서, 자기 센서, 자이로 센서, 관성 센서, IR 센서, 지문 인식 센서, 초음파 센서, 광 센서, 마이크로폰, 레이더 등을 포함할 수 있다. 구동부(140c)는 로봇 관절을 움직이는 등의 다양한 물리적 동작을 수행할 수 있다. 또한, 구동부(140c)는 로봇(100)을 지상에서 주행하거나 공중에서 비행하게 할 수 있다. 구동부(140c)는 액츄에이터, 모터, 바퀴, 브레이크, 프로펠러 등을 포함할 수 있다.
도 122는 본 명세서에 적용되는 AI 기기를 예시한다. AI 기기는 TV, 프로젝터, 스마트폰, PC, 노트북, 디지털방송용 단말기, 태블릿 PC, 웨어러블 장치, 셋톱박스(STB), 라디오, 세탁기, 냉장고, 디지털 사이니지, 로봇, 차량 등과 같은, 고정형 기기 또는 이동 가능한 기기 등으로 구현될 수 있다.
도 122를 참조하면, AI 기기(100)는 통신부(110), 제어부(120), 메모리부(130), 입/출력부(140a/140b), 러닝 프로세서부(140c) 및 센서부(140d)를 포함할 수 있다. 블록 110~130/140a~140d는 각각 도 X3의 블록 110~130/140에 대응한다.
통신부(110)는 유무선 통신 기술을 이용하여 다른 AI 기기(예, 도 W1, 100x, 200, 400)나 AI 서버(200) 등의 외부 기기들과 유무선 신호(예, 센서 정보, 사용자 입력, 학습 모델, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 이를 위해, 통신부(110)는 메모리부(130) 내의 정보를 외부 기기로 전송하거나, 외부 기기로부터 수신된 신호를 메모리부(130)로 전달할 수 있다.
제어부(120)는 데이터 분석 알고리즘 또는 머신 러닝 알고리즘을 사용하여 결정되거나 생성된 정보에 기초하여, AI 기기(100)의 적어도 하나의 실행 가능한 동작을 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 AI 기기(100)의 구성 요소들을 제어하여 결정된 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 러닝 프로세서부(140c) 또는 메모리부(130)의 데이터를 요청, 검색, 수신 또는 활용할 수 있고, 적어도 하나의 실행 가능한 동작 중 예측되는 동작이나, 바람직한 것으로 판단되는 동작을 실행하도록 AI 기기(100)의 구성 요소들을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 AI 장치(100)의 동작 내용이나 동작에 대한 사용자의 피드백 등을 포함하는 이력 정보를 수집하여 메모리부(130) 또는 러닝 프로세서부(140c)에 저장하거나, AI 서버(도 W1, 400) 등의 외부 장치에 전송할 수 있다. 수집된 이력 정보는 학습 모델을 갱신하는데 이용될 수 있다.
메모리부(130)는 AI 기기(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리부(130)는 입력부(140a)로부터 얻은 데이터, 통신부(110)로부터 얻은 데이터, 러닝 프로세서부(140c)의 출력 데이터, 및 센싱부(140)로부터 얻은 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 메모리부(130)는 제어부(120)의 동작/실행에 필요한 제어 정보 및/또는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다.
입력부(140a)는 AI 기기(100)의 외부로부터 다양한 종류의 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 입력부(120)는 모델 학습을 위한 학습 데이터, 및 학습 모델이 적용될 입력 데이터 등을 획득할 수 있다. 입력부(140a)는 카메라, 마이크로폰 및/또는 사용자 입력부 등을 포함할 수 있다. 출력부(140b)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시킬 수 있다. 출력부(140b)는 디스플레이부, 스피커 및/또는 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다. 센싱부(140)는 다양한 센서들을 이용하여 AI 기기(100)의 내부 정보, AI 기기(100)의 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 얻을 수 있다. 센싱부(140)는 근접 센서, 조도 센서, 가속도 센서, 자기 센서, 자이로 센서, 관성 센서, RGB 센서, IR 센서, 지문 인식 센서, 초음파 센서, 광 센서, 마이크로폰 및/또는 레이더 등을 포함할 수 있다.
러닝 프로세서부(140c)는 학습 데이터를 이용하여 인공 신경망으로 구성된 모델을 학습시킬 수 있다. 러닝 프로세서부(140c)는 AI 서버(도 W1, 400)의 러닝 프로세서부와 함께 AI 프로세싱을 수행할 수 있다. 러닝 프로세서부(140c)는 통신부(110)를 통해 외부 기기로부터 수신된 정보, 및/또는 메모리부(130)에 저장된 정보를 처리할 수 있다. 또한, 러닝 프로세서부(140c)의 출력 값은 통신부(110)를 통해 외부 기기로 전송되거나/되고, 메모리부(130)에 저장될 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 (15)

  1. 무선 광 통신 시스템에서, 장치에 의해 수행되는, 펜슬(pencil) 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하는 방법에 있어서,
    레퍼런스 동기 타임을 획득하되,
    상기 레퍼런스 동기 타임은 다른 장치로부터 수신한 C-RSS(cell-reference synchronization signal)에 기반하여 획득되고;
    피크 에너지 타임을 획득하고;
    상기 레퍼런스 동기 타임 및 상기 피크 에너지 타임에 기반하여 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋을 획득하고; 및
    상기 다른 장치에게 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피크 에너지 타임은 상기 다른 장치로부터 수신한 펜슬 빔에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 피크 에너지 타임은 빔 트래킹 타임 내에서 획득되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 C-RSS 및 상기 펜슬 빔은 상기 다른 장치에 의해 BSB(beam search block) 내에서 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 C-RSS가 전송되는 영역 및 상기 펜슬 빔이 전송되는 영역은 TDM(time division multiplexing)되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 C-RSS가 전송되는 영역 및 상기 펜슬 빔이 전송되는 영역은 FDM(frequency division multiplexing)되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 BSB는 기 설정된 주기에 기반하여 주기적으로 반복되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제2항에 있어서, 상기 펜슬 빔은 셀 내의 협소 영역에 해당하는 빔 폭을 가지는 시그널인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋은 상기 레퍼런스 동기 타임 및 상기 피크 에너지 타임의 차이에 기반하여 획득되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 장치는 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보의 전송에 대한 응답으로 상기 다른 장치로부터 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 장치는,
    트랜시버;
    적어도 하나의 메모리; 및
    상기 적어도 하나의 메모리 및 상기 트랜시버와 동작 가능하게 결합된 적어도 하나의 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는,
    레퍼런스 동기 타임을 획득하도록 구성되되,
    상기 레퍼런스 동기 타임은 다른 장치로부터 수신한 C-RSS(cell-reference synchronization signal)에 기반하여 획득되고;
    피크 에너지 타임을 획득하도록 구성되고;
    상기 레퍼런스 동기 타임 및 상기 피크 에너지 타임에 기반하여 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋을 획득하도록 구성되고; 및
    상기 다른 장치에게 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하도록 상기 트랜시버를 제어하게 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 장치는,
    적어도 하나의 메모리; 및
    상기 적어도 하나의 메모리와 동작 가능하게 결합된 적어도 하나의 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는,
    레퍼런스 동기 타임을 획득하도록 구성되되,
    상기 레퍼런스 동기 타임은 다른 장치로부터 수신한 C-RSS(cell-reference synchronization signal)에 기반하여 획득되고;
    피크 에너지 타임을 획득하도록 구성되고;
    상기 레퍼런스 동기 타임 및 상기 피크 에너지 타임에 기반하여 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋을 획득하도록 구성되고; 및
    상기 다른 장치에게 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하도록 트랜시버를 제어하게 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 적어도 하나의 프로세서(processor)에 의해 실행되는 것에 기반하는 명령어(instruction)를 포함하는 적어도 하나의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(computer readable medium)에 있어서,
    레퍼런스 동기 타임을 획득하도록 구성되되,
    상기 레퍼런스 동기 타임은 다른 장치로부터 수신한 C-RSS(cell-reference synchronization signal)에 기반하여 획득되고;
    피크 에너지 타임을 획득하도록 구성되고;
    상기 레퍼런스 동기 타임 및 상기 피크 에너지 타임에 기반하여 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋을 획득하도록 구성되고; 및
    상기 다른 장치에게 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 전송하도록 트랜시버를 제어하게 구성되는 것을 특징으로 하는 기록매체.
  14. 무선 광 통신 시스템에서, 장치에 의해 수행되는, 펜슬(pencil) 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 수신하는 방법에 있어서,
    다른 장치에게 C-RSS(cell-reference synchronization signal)를 전송하고;
    상기 다른 장치에게 펜슬 빔을 전송하고; 및
    상기 다른 장치로부터 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 장치는,
    트랜시버;
    적어도 하나의 메모리; 및
    상기 적어도 하나의 메모리 및 상기 트랜시버와 동작 가능하게 결합된 적어도 하나의 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는,
    다른 장치에게 C-RSS(cell-reference synchronization signal)를 전송하도록 상기 트랜시버를 제어하게 구성되고;
    상기 다른 장치에게 펜슬 빔을 전송하도록 상기 트랜시버를 제어하게 구성되고; 및
    상기 다른 장치로부터 상기 펜슬 빔 타이밍 오프셋에 대한 정보를 수신하도록 상기 트랜시버를 제어하게 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
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