WO2022054981A1 - 압축 연합 학습 수행 방법 및 장치 - Google Patents

압축 연합 학습 수행 방법 및 장치 Download PDF

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이명희
김성진
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엘지전자 주식회사
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    • H04W74/0833—Non-scheduled or contention based access, e.g. random access, ALOHA, CSMA [Carrier Sense Multiple Access] using a random access procedure

Definitions

  • This specification relates to wireless communication and AI.
  • Wireless communication systems are not only widely deployed to provide various types of communication services such as voice and data, but also attempts to graft AI into communication systems are rapidly increasing.
  • the AI grafting methods that are being attempted largely include communications for AI (C4AI), which develops communication technology to support AI, and AI for communications (AI4C) that utilizes AI to improve communication performance.
  • C4AI communications for AI
  • AI4C AI for communications
  • In the AI4C area there is an attempt to increase design efficiency by replacing the channel encoder/decoder with an end-to-end autoencoder.
  • Federated learning which is a technique of distributed learning, personal information is saved.
  • Federated learning which is a technique of distributed learning
  • personal information is saved.
  • the present specification proposes a method and apparatus for performing compressed federated learning.
  • the present specification it is possible to save inference resources through sparse network model inference in the terminal/edge device, and it is possible to save training resources of the terminal and save computational resources of the terminal by stopping training.
  • the compression federation learning in the sparse network model situation of the terminal by determining the training connection through epsilon-greedy selection under the control of the base station/edge device, the uplink bandwidth saving and the sparse network model are broadcasted even in the AirComp situation. By doing so, it is possible to save downlink bandwidth.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a communication system applicable to the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a wireless device applicable to the present disclosure.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating another example of a wireless device applicable to the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a portable device applicable to the present disclosure.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a vehicle or autonomous driving vehicle applicable to the present disclosure.
  • FIG. 6 is a view showing an example of a movable body applicable to the present disclosure.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an XR device applicable to the present disclosure.
  • FIG. 8 is a view showing an example of a robot applicable to the present disclosure.
  • AI Artificial Intelligence
  • FIG. 10 is a diagram illustrating physical channels applicable to the present disclosure and a signal transmission method using the same.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a control plane and a user plane structure of a radio interface protocol applicable to the present disclosure.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a method of processing a transmission signal applicable to the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a structure of a radio frame applicable to the present disclosure.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a slot structure applicable to the present disclosure.
  • 15 is a diagram illustrating an example of a communication structure that can be provided in a 6G system applicable to the present disclosure.
  • 16 is a diagram illustrating an electromagnetic spectrum applicable to the present disclosure.
  • 17 is a diagram illustrating a THz communication method applicable to the present disclosure.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a THz wireless communication transceiver applicable to the present disclosure.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a method for generating a THz signal applicable to the present disclosure.
  • 20 is a diagram illustrating a wireless communication transceiver applicable to the present disclosure.
  • 21 is a diagram illustrating a structure of a transmitter applicable to the present disclosure.
  • 22 is a diagram illustrating a modulator structure applicable to the present disclosure.
  • FIG. 24 shows an example of a procedure in which federated learning based on OTA operation is performed.
  • 26 shows an example of pruning.
  • FIG. 30 is a flowchart of an example of a compressed federated learning procedure.
  • 33 is a flowchart of a pruning operation.
  • 34 is a flowchart of an example of a method for performing federated learning of a terminal according to some implementations of the present specification.
  • each component or feature may be considered optional unless explicitly stated otherwise.
  • Each component or feature may be implemented in a form that is not combined with other components or features.
  • some components and/or features may be combined to configure an embodiment of the present disclosure.
  • the order of operations described in embodiments of the present disclosure may be changed. Some configurations or features of one embodiment may be included in other embodiments, or may be replaced with corresponding configurations or features of other embodiments.
  • the base station has a meaning as a terminal node of a network that directly communicates with the mobile station.
  • a specific operation described as being performed by the base station in this document may be performed by an upper node of the base station in some cases.
  • the 'base station' is a term such as a fixed station, a Node B, an eNB (eNode B), a gNB (gNode B), an ng-eNB, an advanced base station (ABS) or an access point (access point).
  • eNode B eNode B
  • gNode B gNode B
  • ng-eNB ng-eNB
  • ABS advanced base station
  • access point access point
  • a terminal includes a user equipment (UE), a mobile station (MS), a subscriber station (SS), a mobile subscriber station (MSS), It may be replaced by terms such as a mobile terminal or an advanced mobile station (AMS).
  • UE user equipment
  • MS mobile station
  • SS subscriber station
  • MSS mobile subscriber station
  • AMS advanced mobile station
  • a transmitting end refers to a fixed and/or mobile node that provides a data service or a voice service
  • a receiving end refers to a fixed and/or mobile node that receives a data service or a voice service.
  • the mobile station may be a transmitting end, and the base station may be a receiving end.
  • the mobile station may be the receiving end, and the base station may be the transmitting end.
  • Embodiments of the present disclosure are wireless access systems IEEE 802.xx system, 3rd Generation Partnership Project (3GPP) system, 3GPP Long Term Evolution (LTE) system, 3GPP 5G (5th generation) NR (New Radio) system, and 3GPP2 system among It may be supported by standard documents disclosed in at least one, and in particular, embodiments of the present disclosure are supported by 3GPP TS (technical specification) 38.211, 3GPP TS 38.212, 3GPP TS 38.213, 3GPP TS 38.321 and 3GPP TS 38.331 documents. can be
  • embodiments of the present disclosure may be applied to other wireless access systems, and are not limited to the above-described system. As an example, it may be applicable to a system applied after the 3GPP 5G NR system, and is not limited to a specific system.
  • CDMA code division multiple access
  • FDMA frequency division multiple access
  • TDMA time division multiple access
  • OFDMA orthogonal frequency division multiple access
  • SC-FDMA single carrier frequency division multiple access
  • LTE is 3GPP TS 36.xxx Release 8 or later
  • LTE technology after 3GPP TS 36.xxx Release 10 may be referred to as LTE-A
  • xxx Release 13 may be referred to as LTE-A pro.
  • 3GPP NR may mean technology after TS 38.xxx Release 15.
  • 3GPP 6G may mean technology after TS Release 17 and/or Release 18.
  • "xxx" means standard document detail number LTE/NR/6G may be collectively referred to as a 3GPP system.
  • a communication system 100 applied to the present disclosure includes a wireless device, a base station, and a network.
  • the wireless device means a device that performs communication using a wireless access technology (eg, 5G NR, LTE), and may be referred to as a communication/wireless/5G device.
  • 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. appliance) 100e, an Internet of Things (IoT) device 100f, and an artificial intelligence (AI) device/server 100g.
  • a wireless access technology eg, 5G NR, LTE
  • XR extended reality
  • AI artificial intelligence
  • 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 vehicles 100b-1 and 100b-2 may include an unmanned aerial vehicle (UAV) (eg, a drone).
  • UAV unmanned aerial vehicle
  • the XR device 100c includes augmented reality (AR)/virtual reality (VR)/mixed reality (MR) devices, and includes a head-mounted device (HMD), a head-up display (HUD) provided in a vehicle, a television, It may be implemented in the form of a smartphone, a computer, a wearable device, a home appliance, a digital signage, a vehicle, a robot, and the like.
  • the portable device 100d may include a smart phone, a smart pad, a wearable device (eg, smart watch, smart glasses), and a computer (eg, a laptop computer).
  • the home appliance 100e may include a TV, a refrigerator, a washing machine, and the like.
  • the IoT device 100f may include a sensor, a smart meter, and the like.
  • the base station 120 and the network 130 may be implemented as a wireless device, and a specific wireless device 120a may operate as a base station/network node to other wireless devices.
  • the wireless devices 100a to 100f may be connected to the network 130 through the base station 120 .
  • AI technology may be applied to the wireless devices 100a to 100f , and the wireless devices 100a to 100f may be connected to the AI server 100g through the network 130 .
  • the network 130 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 120/network 130, but communicate directly without going through the base station 120/network 130 (eg, sidelink communication) You may.
  • the vehicles 100b-1 and 100b-2 may perform direct communication (eg, vehicle to vehicle (V2V)/vehicle to everything (V2X) communication).
  • the IoT device 100f eg, a sensor
  • Wireless communication/connection 150a, 150b, and 150c may be performed between the wireless devices 100a to 100f/base station 120 and the base station 120/base station 120 .
  • wireless communication/connection includes uplink/downlink communication 150a and sidelink communication 150b (or D2D communication), and communication between base stations 150c (eg, relay, integrated access backhaul (IAB)). This may be achieved through radio access technology (eg, 5G NR).
  • IAB integrated access backhaul
  • the wireless device and the base station/wireless device, and the base station and the base station may transmit/receive wireless signals to each other.
  • the wireless communication/connection 150a , 150b , 150c may transmit/receive signals through various physical channels.
  • various configuration information setting processes for transmission/reception of wireless signals various signal processing processes (eg, channel encoding/decoding, modulation/demodulation, resource mapping/demapping, etc.) , at least a part of a resource allocation process may be performed.
  • signal processing processes eg, channel encoding/decoding, modulation/demodulation, resource mapping/demapping, etc.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a wireless device applicable to the present disclosure.
  • a first wireless device 200a and a second wireless device 200b may transmit/receive wireless signals through various wireless access technologies (eg, LTE, NR).
  • ⁇ first wireless device 200a, second wireless device 200b ⁇ is ⁇ wireless device 100x, base station 120 ⁇ of FIG. 1 and/or ⁇ wireless device 100x, wireless device 100x) ⁇ can be matched.
  • the first wireless device 200a includes one or more processors 202a and one or more memories 204a, and may further include one or more transceivers 206a and/or one or more antennas 208a.
  • the processor 202a controls the memory 204a and/or the transceiver 206a and may be configured to implement the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods, and/or operational flowcharts disclosed herein.
  • the processor 202a may process information in the memory 204a to generate first information/signal, and then transmit a wireless signal including the first information/signal through the transceiver 206a.
  • the processor 202a may receive the radio signal including the second information/signal through the transceiver 206a, and then store the information obtained from the signal processing of the second information/signal in the memory 204a.
  • the memory 204a may be connected to the processor 202a and may store various information related to the operation of the processor 202a.
  • the memory 204a may provide instructions for performing some or all of the processes controlled by the processor 202a, or for performing the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods, and/or operational flowcharts disclosed herein. may store software code including
  • the processor 202a and the memory 204a may be part of a communication modem/circuit/chip designed to implement a wireless communication technology (eg, LTE, NR).
  • a wireless communication technology eg, LTE, NR
  • the transceiver 206a may be coupled to the processor 202a and may transmit and/or receive wireless signals via one or more antennas 208a.
  • the transceiver 206a may include a transmitter and/or a receiver.
  • the transceiver 206a 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 200b includes one or more processors 202b, one or more memories 204b, and may further include one or more transceivers 206b and/or one or more antennas 208b.
  • the processor 202b controls the memory 204b and/or the transceiver 206b and may be configured to implement the descriptions, functions, procedures, proposals, methods, and/or operational flowcharts disclosed herein.
  • the processor 202b may process information in the memory 204b to generate third information/signal, and then transmit a wireless signal including the third information/signal through the transceiver 206b.
  • the processor 202b may receive the radio signal including the fourth information/signal through the transceiver 206b, and then store information obtained from signal processing of the fourth information/signal in the memory 204b.
  • the memory 204b may be connected to the processor 202b and may store various information related to the operation of the processor 202b.
  • the memory 204b may provide instructions for performing some or all of the processes controlled by the processor 202b, or for performing the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods, and/or operational flowcharts disclosed herein. may store software code including
  • the processor 202b and the memory 204b may be part of a communication modem/circuit/chip designed to implement a wireless communication technology (eg, LTE, NR).
  • a wireless communication technology eg, LTE, NR
  • the transceiver 206b may be coupled to the processor 202b and may transmit and/or receive wireless signals via one or more antennas 208b.
  • Transceiver 206b may include a transmitter and/or receiver.
  • Transceiver 206b 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 202a, 202b.
  • one or more processors 202a, 202b may include one or more layers (eg, PHY (physical), MAC (media access control), RLC (radio link control), PDCP (packet data convergence protocol), RRC (radio resource) control) and a functional layer such as service data adaptation protocol (SDAP)).
  • layers eg, PHY (physical), MAC (media access control), RLC (radio link control), PDCP (packet data convergence protocol), RRC (radio resource) control
  • SDAP service data adaptation protocol
  • the one or more processors 202a, 202b may be configured to process one or more protocol data units (PDUs) and/or one or more service data units (SDUs) according to the descriptions, functions, procedures, proposals, methods, and/or operational flowcharts disclosed herein. can create The one or more processors 202a, 202b 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 202a, 202b generate a signal (eg, a baseband signal) including a PDU, SDU, message, control information, data or information according to the functions, procedures, proposals and/or methods disclosed herein.
  • a signal eg, a baseband signal
  • processors 202a, 202b may receive signals (eg, baseband signals) from one or more transceivers 206a, 206b, and the descriptions, functions, procedures, proposals, methods, and/or flowcharts of operation disclosed herein.
  • PDUs, SDUs, messages, control information, data, or information may be acquired according to the fields.
  • One or more processors 202a, 202b may be referred to as a controller, microcontroller, microprocessor, or microcomputer.
  • One or more processors 202a, 202b 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, proposals, methods, and/or flow charts disclosed in this document provide that firmware or software configured to perform is included in one or more processors 202a, 202b, or stored in one or more memories 204a, 204b. It may be driven by the above processors 202a and 202b.
  • 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 204a, 204b may be coupled to one or more processors 202a, 202b and may store various types of data, signals, messages, information, programs, codes, instructions, and/or instructions.
  • One or more memories 204a, 204b may include read only memory (ROM), random access memory (RAM), erasable programmable read only memory (EPROM), flash memory, hard drives, registers, cache memory, computer readable storage media and/or It may be composed of a combination of these.
  • One or more memories 204a, 204b may be located inside and/or external to one or more processors 202a, 202b. Additionally, one or more memories 204a, 204b may be coupled to one or more processors 202a, 202b through various technologies, such as wired or wireless connections.
  • the one or more transceivers 206a, 206b 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.
  • the one or more transceivers 206a, 206b 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. there is.
  • one or more transceivers 206a , 206b may be coupled to one or more processors 202a , 202b and may transmit and receive wireless signals.
  • one or more processors 202a, 202b may control one or more transceivers 206a, 206b to transmit user data, control information, or wireless signals to one or more other devices. Additionally, one or more processors 202a, 202b may control one or more transceivers 206a, 206b to receive user data, control information, or wireless signals from one or more other devices. Further, one or more transceivers 206a, 206b may be coupled with one or more antennas 208a, 208b, and the one or more transceivers 206a, 206b may be connected via one or more antennas 208a, 208b. , 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 206a, 206b converts 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 202a, 202b. It can be converted into a baseband signal.
  • One or more transceivers 206a, 206b may convert user data, control information, radio signals/channels, etc. processed using one or more processors 202a, 202b from baseband signals to RF band signals.
  • one or more transceivers 206a, 206b may include (analog) oscillators and/or filters.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating another example of a wireless device applied to the present disclosure.
  • a wireless device 300 corresponds to the wireless devices 200a and 200b of FIG. 2 , and includes various elements, components, units/units, and/or modules. ) can be composed of
  • the wireless device 300 may include a communication unit 310 , a control unit 320 , a memory unit 330 , and an additional element 340 .
  • the communication unit may include communication circuitry 312 and transceiver(s) 314 .
  • communication circuitry 312 may include one or more processors 202a, 202b and/or one or more memories 204a, 204b of FIG. 2 .
  • the transceiver(s) 314 may include one or more transceivers 206a , 206b and/or one or more antennas 208a , 208b of FIG. 2 .
  • the control unit 320 is electrically connected to the communication unit 310 , the memory unit 330 , and the additional element 340 and controls general operations of the wireless device.
  • the controller 320 may control the electrical/mechanical operation of the wireless device based on the program/code/command/information stored in the memory unit 330 .
  • control unit 320 transmits the information stored in the memory unit 330 to the outside (eg, another communication device) through the communication unit 310 through a wireless/wired interface, or externally (eg, through the communication unit 310) Information received through a wireless/wired interface from another communication device) may be stored in the memory unit 330 .
  • the additional element 340 may be configured in various ways according to the type of the wireless device.
  • the additional element 340 may include at least one of a power unit/battery, an input/output unit, a driving unit, and a computing unit.
  • the wireless device 300 may include a robot ( FIGS. 1 and 100a ), a vehicle ( FIGS. 1 , 100b-1 , 100b-2 ), an XR device ( FIGS. 1 and 100c ), and a mobile device ( FIGS. 1 and 100d ). ), home appliances (FIG. 1, 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 device 300 may be all interconnected through a wired interface, or at least some may be wirelessly connected through the communication unit 310 .
  • the control unit 320 and the communication unit 310 are connected by wire, and the control unit 320 and the first unit (eg, 130 , 140 ) are connected wirelessly through the communication unit 310 .
  • each element, component, unit/unit, and/or module within the wireless device 300 may further include one or more elements.
  • the controller 320 may include one or more processor sets.
  • control unit 320 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 330 may include RAM, dynamic RAM (DRAM), ROM, flash memory, volatile memory, non-volatile memory, and/or a combination thereof. can be configured.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a mobile device applied to the present disclosure.
  • 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).
  • the 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 mobile device 400 includes an antenna unit 408 , a communication unit 410 , a control unit 420 , a memory unit 430 , a power supply unit 440a , an interface unit 440b , and an input/output unit 440c .
  • the antenna unit 408 may be configured as a part of the communication unit 410 .
  • Blocks 410 to 430/440a to 440c respectively correspond to blocks 310 to 330/340 of FIG. 3 .
  • the communication unit 410 may transmit and receive signals (eg, data, control signals, etc.) with other wireless devices and base stations.
  • the controller 420 may control components of the portable device 400 to perform various operations.
  • the controller 420 may include an application processor (AP).
  • the memory unit 430 may store data/parameters/programs/codes/commands necessary for driving the portable device 400 . Also, the memory unit 430 may store input/output data/information.
  • the power supply unit 440a supplies power to the portable device 400 and may include a wired/wireless charging circuit, a battery, and the like.
  • the interface unit 440b may support a connection between the portable device 400 and other external devices.
  • the interface unit 440b 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 440c may receive or output image information/signal, audio information/signal, data, and/or information input from a user.
  • the input/output unit 440c may include a camera, a microphone, a user input unit, a display unit 440d, a speaker, and/or a haptic module.
  • the input/output unit 440c obtains information/signals (eg, touch, text, voice, image, video) input from the user, and the obtained information/signals are stored in the memory unit 430 . can be saved.
  • the communication unit 410 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 410 may restore the received radio signal to original information/signal.
  • the restored information/signal may be stored in the memory unit 430 and output in various forms (eg, text, voice, image, video, haptic) through the input/output unit 440c.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a vehicle or autonomous driving vehicle applied to the present disclosure.
  • 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, but is not limited to the shape of the vehicle.
  • AV aerial vehicle
  • the vehicle or autonomous driving vehicle 500 includes an antenna unit 508 , a communication unit 510 , a control unit 520 , a driving unit 540a , a power supply unit 540b , a sensor unit 540c and autonomous driving.
  • a unit 540d may be included.
  • the antenna unit 550 may be configured as a part of the communication unit 510 .
  • Blocks 510/530/540a to 540d respectively correspond to blocks 410/430/440 of FIG. 4 .
  • the communication unit 510 may transmit/receive signals (eg, data, control signals, etc.) to and from external devices such as other vehicles, base stations (eg, base stations, roadside units, etc.), and servers.
  • the controller 520 may control elements of the vehicle or the autonomous driving vehicle 500 to perform various operations.
  • the controller 520 may include an electronic control unit (ECU).
  • the driving unit 540a may cause the vehicle or the autonomous driving vehicle 500 to run on the ground.
  • the driving unit 540a may include an engine, a motor, a power train, a wheel, a brake, a steering device, and the like.
  • the power supply unit 540b supplies power to the vehicle or the autonomous driving vehicle 500 , and may include a wired/wireless charging circuit, a battery, and the like.
  • the sensor unit 540c may obtain vehicle state, surrounding environment information, user information, and the like.
  • the sensor unit 540c 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 540d 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 510 may receive map data, traffic information data, and the like from an external server.
  • the autonomous driving unit 540d may generate an autonomous driving route and a driving plan based on the acquired data.
  • the controller 520 may control the driving unit 540a to move the vehicle or the autonomous driving vehicle 500 along the autonomous driving path (eg, speed/direction adjustment) according to the driving plan.
  • the communication unit 510 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 540c may acquire vehicle state and surrounding environment information.
  • the autonomous driving unit 540d may update the autonomous driving route and driving plan based on the newly acquired data/information.
  • the communication unit 510 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.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a movable body applied to the present disclosure.
  • the moving object applied to the present disclosure may be implemented as at least any one of means of transport, train, aircraft, and ship.
  • the movable body applied to the present disclosure may be implemented in other forms, and is not limited to the above-described embodiment.
  • the mobile unit 600 may include a communication unit 610 , a control unit 620 , a memory unit 630 , an input/output unit 640a , and a position measurement unit 640b .
  • blocks 610 to 630/640a to 640b correspond to blocks 310 to 330/340 of FIG. 3 , respectively.
  • the communication unit 610 may transmit/receive signals (eg, data, control signals, etc.) with other mobile devices or external devices such as a base station.
  • the controller 620 may perform various operations by controlling the components of the movable body 600 .
  • the memory unit 630 may store data/parameters/programs/codes/commands supporting various functions of the mobile unit 600 .
  • the input/output unit 640a may output an AR/VR object based on information in the memory unit 630 .
  • the input/output unit 640a may include a HUD.
  • the position measuring unit 640b may acquire position information of the moving object 600 .
  • the location information may include absolute location information of the moving object 600 , location information within a driving line, acceleration information, and location information with a surrounding vehicle.
  • the position measuring unit 640b may include a GPS and various sensors.
  • the communication unit 610 of the mobile unit 600 may receive map information, traffic information, and the like from an external server and store it in the memory unit 630 .
  • the position measurement unit 640b may obtain information about the location of the moving object through GPS and various sensors and store it in the memory unit 630 .
  • the controller 620 may generate a virtual object based on map information, traffic information, and location information of a moving object, and the input/output unit 640a may display the generated virtual object on a window inside the moving object (651, 652). Also, the control unit 620 may determine whether the moving object 600 is normally operating within the driving line based on the moving object location information.
  • the control unit 620 may display a warning on the glass window of the moving object through the input/output unit 640a. Also, the control unit 620 may broadcast a warning message regarding the driving abnormality to surrounding moving objects through the communication unit 610 . Depending on the situation, the control unit 620 may transmit the location information of the moving object and information on the driving/moving object abnormality to the related organization through the communication unit 610 .
  • 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 700a may include a communication unit 710 , a control unit 720 , a memory unit 730 , an input/output unit 740a , a sensor unit 740b , and a power supply unit 740c .
  • blocks 710 to 730/740a to 740c may correspond to blocks 310 to 330/340 of FIG. 3 , respectively.
  • the communication unit 710 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 720 may perform various operations by controlling the components of the XR device 700a.
  • the controller 720 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 730 may store data/parameters/programs/codes/commands necessary for driving the XR device 700a/creating an XR object.
  • the input/output unit 740a may obtain control information, data, etc. from the outside, and may output the generated XR object.
  • the input/output unit 740a may include a camera, a microphone, a user input unit, a display unit, a speaker, and/or a haptic module.
  • the sensor unit 740b may obtain an XR device state, surrounding environment information, user information, and the like.
  • the sensor unit 740b includes a proximity sensor, an illuminance sensor, an acceleration sensor, a magnetic sensor, a gyro sensor, an inertial sensor, a red green blue (RGB) sensor, an infrared (IR) sensor, a fingerprint recognition sensor, an ultrasonic sensor, an optical sensor, a microphone and / or radar or the like.
  • the power supply unit 740c supplies power to the XR device 700a, and may include a wired/wireless charging circuit, a battery, and the like.
  • the memory unit 730 of the XR device 700a may include information (eg, data, etc.) necessary for generating an XR object (eg, AR/VR/MR object).
  • the input/output unit 740a may obtain a command to operate the XR device 700a from the user, and the controller 720 may drive the XR device 700a according to the user's driving command. For example, when the user intends to watch a movie or news through the XR device 700a, the controller 720 transmits the content request information through the communication unit 730 to another device (eg, the mobile device 700b) or can be sent to the media server.
  • another device eg, the mobile device 700b
  • the communication unit 730 may download/stream contents such as movies and news from another device (eg, the portable device 700b) or a media server to the memory unit 730 .
  • the controller 720 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 740a/sensor unit 740b It is possible to generate/output an XR object based on information about one surrounding space or a real object.
  • the XR device 700a is wirelessly connected to the portable device 700b through the communication unit 710 , and the operation of the XR device 700a may be controlled by the portable device 700b.
  • the portable device 700b may operate as a controller for the XR device 700a.
  • the XR device 700a may obtain 3D location information of the portable device 700b, and then generate and output an XR object corresponding to the portable device 700b.
  • the robot 800 may include a communication unit 810 , a control unit 820 , a memory unit 830 , an input/output unit 840a , a sensor unit 840b , and a driving unit 840c .
  • blocks 810 to 830/840a to 840c may correspond to blocks 310 to 330/340 of FIG. 3 , respectively.
  • the communication unit 810 may transmit and receive signals (eg, driving information, control signals, etc.) with external devices such as other wireless devices, other robots, or control servers.
  • the controller 820 may control components of the robot 800 to perform various operations.
  • the memory unit 830 may store data/parameters/programs/codes/commands supporting various functions of the robot 800 .
  • the input/output unit 840a may obtain information from the outside of the robot 800 and may output information to the outside of the robot 800 .
  • the input/output unit 840a may include a camera, a microphone, a user input unit, a display unit, a speaker, and/or a haptic module.
  • the sensor unit 840b may obtain internal information, surrounding environment information, user information, and the like of the robot 800 .
  • the sensor unit 840b 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 840c may perform various physical operations, such as moving a robot joint. Also, the driving unit 840c may cause the robot 800 to travel on the ground or to fly in the air.
  • the driving unit 840c 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 as a device or a mobile device.
  • the AI device 900 includes a communication unit 910 , a control unit 920 , a memory unit 930 , input/output units 940a/940b , a learning processor unit 940c and a sensor unit 940d.
  • the communication unit 910 uses wired/wireless communication technology to communicate with external devices such as other AI devices (eg, FIGS. 1, 100x, 120, 140) or an AI server ( FIGS. 1 and 140 ) and wired/wireless signals (eg, sensor information, user input, learning model, control signal, etc.). To this end, the communication unit 910 may transmit information in the memory unit 930 to an external device or transmit a signal received from the external device to the memory unit 930 .
  • AI devices eg, FIGS. 1, 100x, 120, 140
  • an AI server FIGS. 1 and 140
  • wired/wireless signals eg, sensor information, user input, learning model, control signal, etc.
  • the controller 920 may determine at least one executable operation of the AI device 900 based on information determined or generated using a data analysis algorithm or a machine learning algorithm. In addition, the controller 920 may control the components of the AI device 900 to perform the determined operation. For example, the control unit 920 may request, search, receive, or utilize the data of the learning processor unit 940c or the memory unit 930, and may be a predicted operation among at least one executable operation or determined to be preferable. Components of the AI device 900 may be controlled to execute the operation.
  • control unit 920 collects history information including user feedback on the operation contents or operation of the AI device 900 and stores it in the memory unit 930 or the learning processor unit 940c, or the AI server ( 1 and 140), 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 930 may store data supporting various functions of the AI device 900 .
  • the memory unit 930 may store data obtained from the input unit 940a , data obtained from the communication unit 910 , output data of the learning processor unit 940c , and data obtained from the sensing unit 940 .
  • the memory unit 930 may store control information and/or software codes necessary for the operation/execution of the control unit 920 .
  • the input unit 940a may acquire various types of data from the outside of the AI device 900 .
  • the input unit 920 may obtain training data for model learning, input data to which the learning model is applied, and the like.
  • the input unit 940a may include a camera, a microphone, and/or a user input unit.
  • the output unit 940b may generate an output related to sight, hearing, or touch.
  • the output unit 940b may include a display unit, a speaker, and/or a haptic module.
  • the sensing unit 940 may obtain at least one of internal information of the AI device 900 , surrounding environment information of the AI device 900 , and user information by using various sensors.
  • the sensing unit 940 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. there is.
  • the learning processor unit 940c may train a model composed of an artificial neural network by using the training data.
  • the learning processor unit 940c may perform AI processing together with the learning processor unit of the AI server ( FIGS. 1 and 140 ).
  • the learning processor unit 940c may process information received from an external device through the communication unit 910 and/or information stored in the memory unit 930 . Also, the output value of the learning processor unit 940c may be transmitted to an external device through the communication unit 910 and/or stored in the memory unit 930 .
  • a terminal may receive information from a base station through downlink (DL) and transmit information to a base station through uplink (UL).
  • Information transmitted and received between the base station and the terminal includes general data information and various control information, and various physical channels exist according to the type/use of the information they transmit and receive.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating physical channels applied to the present disclosure and a signal transmission method using the same.
  • the terminal receives a primary synchronization channel (P-SCH) and a secondary synchronization channel (S-SCH) from the base station, synchronizes with the base station, and can obtain information such as cell ID. .
  • P-SCH primary synchronization channel
  • S-SCH secondary synchronization channel
  • the terminal may receive a physical broadcast channel (PBCH) signal from the base station to obtain intra-cell broadcast information.
  • the UE may receive a downlink reference signal (DL RS) in the initial cell search step to check the downlink channel state.
  • DL RS downlink reference signal
  • the UE receives a physical downlink control channel (PDCCH) and a physical downlink control channel (PDSCH) according to physical downlink control channel information in step S1012 and receives a little more Specific system information can be obtained.
  • PDCCH physical downlink control channel
  • PDSCH physical downlink control channel
  • the terminal may perform a random access procedure, such as steps S1013 to S1016, to complete access to the base station.
  • the UE transmits a preamble through a physical random access channel (PRACH) (S1013), and RAR for the preamble through a physical downlink control channel and a corresponding physical downlink shared channel (S1013). random access response) may be received (S1014).
  • the UE transmits a physical uplink shared channel (PUSCH) using scheduling information in the RAR (S1015), and a contention resolution procedure such as reception of a physical downlink control channel signal and a corresponding physical downlink shared channel signal. ) can be performed (S1016).
  • PUSCH physical uplink shared channel
  • S1015 scheduling information in the RAR
  • a contention resolution procedure such as reception of a physical downlink control channel signal and a corresponding physical downlink shared channel signal.
  • the terminal After performing the procedure as described above, the terminal receives a physical downlink control channel signal and/or a physical downlink shared channel signal (S1017) and a physical uplink shared channel as a general uplink/downlink signal transmission procedure thereafter.
  • channel, PUSCH) signal and/or a physical uplink control channel (PUCCH) signal may be transmitted ( S1018 ).
  • UCI uplink control information
  • HARQ-ACK / NACK hybrid automatic repeat and request acknowledgment / negative-ACK
  • SR scheduling request
  • CQI channel quality indication
  • PMI precoding matrix indication
  • RI rank indication
  • BI beam indication
  • the UCI is generally transmitted periodically through the PUCCH, but may be transmitted through the PUSCH according to an embodiment (eg, when control information and traffic data are to be transmitted at the same time).
  • the UE may aperiodically transmit the UCI through the PUSCH.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a control plane and a user plane structure of a radio interface protocol applied to the present disclosure.
  • entity 1 may be a user equipment (UE).
  • the term "terminal" may be at least one of a wireless device, a portable device, a vehicle, a mobile body, an XR device, a robot, and an AI to which the present disclosure is applied in FIGS. 1 to 9 described above.
  • the terminal refers to a device to which the present disclosure can be applied and may not be limited to a specific device or device.
  • Entity 2 may be a base station.
  • the base station may be at least one of an eNB, a gNB, and an ng-eNB.
  • the base station may refer to an apparatus for transmitting a downlink signal to the terminal, and may not be limited to a specific type or apparatus. That is, the base station may be implemented in various forms or types, and may not be limited to a specific form.
  • Entity 3 may be a network device or a device performing a network function.
  • the network device may be a core network node (eg, a mobility management entity (MME), an access and mobility management function (AMF), etc.) that manages mobility.
  • the network function may mean a function implemented to perform a network function
  • entity 3 may be a device to which the function is applied. That is, the entity 3 may refer to a function or device that performs a network function, and is not limited to a specific type of device.
  • the control plane may refer to a path through which control messages used by a user equipment (UE) and a network to manage a call are transmitted.
  • the user plane may mean a path through which data generated in the application layer, for example, voice data or Internet packet data, is transmitted.
  • the physical layer which is the first layer, may provide an information transfer service to a higher layer by using a physical channel.
  • the physical layer is connected to the upper medium access control layer through a transport channel.
  • data may be moved between the medium access control layer and the physical layer through the transport channel.
  • Data can be moved between the physical layers of the transmitting side and the receiving side through a physical channel.
  • the physical channel uses time and frequency as radio resources.
  • a medium access control (MAC) layer of the second layer provides a service to a radio link control (RLC) layer, which is an upper layer, through a logical channel.
  • the RLC layer of the second layer may support reliable data transmission.
  • the function of the RLC layer may be implemented as a function block inside the MAC.
  • the packet data convergence protocol (PDCP) layer of the second layer may perform a header compression function that reduces unnecessary control information in order to efficiently transmit IP packets such as IPv4 or IPv6 in a narrow-bandwidth air interface.
  • PDCP packet data convergence protocol
  • a radio resource control (RRC) layer located at the bottom of the third layer is defined only in the control plane.
  • the RRC layer may be in charge of controlling logical channels, transport channels and physical channels in relation to configuration, re-configuration, and release of radio bearers (RBs).
  • RB may mean a service provided by the second layer for data transfer between the terminal and the network.
  • the UE and the RRC layer of the network may exchange RRC messages with each other.
  • a non-access stratum (NAS) layer above the RRC layer may perform functions such as session management and mobility management.
  • One cell constituting the base station may be set to one of various bandwidths to provide downlink or uplink transmission services to multiple terminals. Different cells may be configured to provide different bandwidths.
  • the downlink transmission channel for transmitting data from the network to the terminal includes a broadcast channel (BCH) for transmitting system information, a paging channel (PCH) for transmitting a paging message, and a downlink shared channel (SCH) for transmitting user traffic or control messages.
  • BCH broadcast channel
  • PCH paging channel
  • SCH downlink shared channel
  • a downlink multicast or broadcast service traffic or control message it may be transmitted through a downlink SCH or may be transmitted through a separate downlink multicast channel (MCH).
  • RACH random access channel
  • SCH uplink shared channel
  • a logical channel that is located above the transport channel and is mapped to the transport channel includes a broadcast control channel (BCCH), a paging control channel (PCCH), a common control channel (CCCH), a multicast control channel (MCCH), and a multicast (MTCH) channel. traffic channels), etc.
  • BCCH broadcast control channel
  • PCCH paging control channel
  • CCCH common control channel
  • MCCH multicast control channel
  • MTCH multicast
  • the transmission signal may be processed by a signal processing circuit.
  • the signal processing circuit 1200 may include a scrambler 1210 , a modulator 1220 , a layer mapper 1230 , a precoder 1240 , a resource mapper 1250 , and a signal generator 1260 .
  • the operation/function of FIG. 12 may be performed by the processors 202a and 202b and/or the transceivers 206a and 206b of FIG. 2 .
  • blocks 1010 to 1060 may be implemented in the processors 202a and 202b of FIG. 2 .
  • blocks 1210 to 1250 may be implemented in the processors 202a and 202b of FIG. 2
  • block 1260 may be implemented in the transceivers 206a and 206b of FIG. 2 , and the embodiment is not limited thereto.
  • the codeword may be converted into a wireless signal through the signal processing circuit 1200 of FIG. 12 .
  • 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) of FIG. 10 .
  • the codeword may be converted into a scrambled bit sequence by the scrambler 1210 .
  • 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 1220 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 a layer mapper 1230 .
  • Modulation symbols of each transport layer may be mapped to corresponding antenna port(s) by the precoder 1240 (precoding).
  • the output z of the precoder 1240 may be obtained by multiplying the output y of the layer mapper 1230 by the precoding matrix W of N*M.
  • N is the number of antenna ports
  • M is the number of transport layers.
  • the precoder 1240 may perform precoding after performing transform precoding (eg, discrete fourier transform (DFT) transform) on the complex modulation symbols. Also, the precoder 1240 may perform precoding without performing transform precoding.
  • transform precoding eg, discrete fourier transform (DFT) transform
  • the resource mapper 1250 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.
  • the signal generator 1260 generates a radio signal from the mapped modulation symbols, and the generated radio signal may be transmitted to another device through each antenna.
  • the signal generator 1260 may include an inverse fast fourier transform (IFFT) module and a cyclic prefix (CP) inserter, a digital-to-analog converter (DAC), a frequency uplink converter, and the like. .
  • IFFT inverse fast fourier transform
  • 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 1210 to 1260 of FIG. 12 .
  • the wireless device eg, 200a or 200b of FIG. 2
  • 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.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a structure of a radio frame applicable to the present disclosure.
  • Uplink and downlink transmission based on the NR system may be based on a frame as shown in FIG. 13 .
  • one radio frame has a length of 10 ms and may be defined as two 5 ms half-frames (HF).
  • One half-frame may be defined as 5 1ms subframes (subframe, SF).
  • One subframe is divided into one or more slots, and the number of slots in a subframe may depend on subcarrier spacing (SCS).
  • SCS subcarrier spacing
  • each slot may include 12 or 14 OFDM(A) symbols according to a cyclic prefix (CP).
  • CP cyclic prefix
  • each slot When a normal CP (normal CP) is used, each slot may include 14 symbols.
  • each slot may include 12 symbols.
  • the symbol may include an OFDM symbol (or a CP-OFDM symbol) and an SC-FDMA symbol (or a DFT-s-OFDM symbol).
  • Table 1 shows the number of symbols per slot, the number of slots per frame, and the number of slots per subframe according to the SCS when the normal CP is used
  • Table 2 shows the number of slots per slot according to the SCS when the extended CSP is used. Indicates the number of symbols, the number of slots per frame, and the number of slots per subframe.
  • N slot symb may indicate the number of symbols in a slot
  • N frame may indicate the number of slots in a frame
  • ⁇ slot may indicate the number of slots in a frame
  • N subframe may indicate the number of slots in a subframe
  • OFDM(A) numerology eg, SCS, CP length, etc.
  • OFDM(A) numerology eg, SCS, CP length, etc.
  • an (absolute time) interval of a time resource eg, SF, slot, or TTI
  • a TU time unit
  • NR may support multiple numerology (or subcarrier spacing (SCS)) to support various 5G services. For example, when SCS is 15kHz, it supports a wide area in traditional cellular bands, and when SCS is 30kHz/60kHz, dense-urban, lower latency and a wider carrier bandwidth, and when the SCS is 60 kHz or higher, it can support a bandwidth greater than 24.25 GHz to overcome phase noise.
  • SCS subcarrier spacing
  • the NR frequency band is defined as a frequency range of two types (FR1, FR2).
  • FR1 and FR2 may be configured as shown in the table below.
  • FR2 may mean a millimeter wave (mmW).
  • the above-described pneumatic numerology may be set differently.
  • a terahertz wave (THz) band may be used as a higher frequency band than the above-described FR2.
  • the SCS may be set to be larger than that of the NR system, and the number of slots may be set differently, and it is not limited to the above-described embodiment.
  • the THz band will be described later.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a slot structure applicable to the present disclosure.
  • One slot includes a plurality of symbols in the time domain. For example, in the case of a normal CP, one slot may include 7 symbols, but in the case of an extended CP, one slot may include 6 symbols.
  • a carrier includes a plurality of subcarriers (subcarrier) in the frequency domain.
  • a resource block may be defined as a plurality of (eg, 12) consecutive subcarriers in the frequency domain.
  • a bandwidth part is defined as a plurality of consecutive (P)RBs in the frequency domain, and may correspond to one numerology (eg, SCS, CP length, etc.).
  • a carrier may include a maximum of N (eg, 5) BWPs. Data communication is performed through the activated BWP, and only one BWP can be activated for one terminal.
  • N e.g. 5
  • Each element in the resource grid is referred to as a resource element (RE), and one complex symbol may be mapped.
  • RE resource element
  • 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 may have four aspects such as “intelligent connectivity”, “deep connectivity”, “holographic connectivity”, and “ubiquitous connectivity”, and the 6G system can satisfy the requirements shown in Table 4 below. That is, Table 4 is a table showing the requirements of the 6G system.
  • the 6G system includes enhanced mobile broadband (eMBB), ultra-reliable low latency communications (URLLC), massive machine type communications (mmTC), AI integrated communication, and tactile Internet (tactile internet), high throughput (high throughput), high network capacity (high network capacity), high energy efficiency (high energy efficiency), low backhaul and access network congestion (low backhaul and access network congestion) and improved data security ( It may have key factors such as enhanced data security.
  • eMBB enhanced mobile broadband
  • URLLC ultra-reliable low latency communications
  • mmTC massive machine type communications
  • AI integrated communication e.g., eMBB
  • tactile Internet e internet
  • high throughput high network capacity
  • high energy efficiency high energy efficiency
  • low backhaul and access network congestion low backhaul and access network congestion
  • improved data security It may have key factors such as enhanced data security.
  • 15 is a diagram illustrating an example of a communication structure that can be provided in a 6G system applicable to the present disclosure.
  • the 6G system is expected to have 50 times higher simultaneous wireless communication connectivity than the 5G wireless communication system.
  • URLLC a key feature of 5G, is expected to become an even more important technology by providing an end-to-end delay of less than 1 ms in 6G communication.
  • the 6G system will have much better volumetric spectral efficiency, unlike the frequently used area spectral efficiency.
  • 6G systems can provide very long battery life and advanced battery technology for energy harvesting, so mobile devices in 6G systems may not need to be charged separately.
  • 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 could be very important for 6G.
  • AI may be applied in each step of a communication procedure (or each procedure of signal processing to be described later).
  • 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 system.
  • a multi-tier network composed of heterogeneous networks improves overall QoS and reduces costs.
  • the 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 functions 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 the 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.
  • 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 multiple input multiple output (MIMO) mechanism It may include AI-based resource scheduling and allocation.
  • 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 operations 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 output errors. Neural network learning repeatedly inputs learning 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.
  • the 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 at a receiver is, 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. and such a learning model can be applied.
  • DNN deep neural networks
  • CNN convolutional deep neural networks
  • RNN recurrent boltzmann machine
  • THz Transmissionhertz
  • THz communication may be applied in the 6G system.
  • the data rate may 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.
  • a THz wave also known as sub-millimeter radiation, generally represents a frequency band between 0.1 THz and 10 THz with a corresponding wavelength 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.
  • Optical wireless communication (OWC) technology is envisaged for 6G communication in addition to RF-based communication 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 free space optical (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.
  • Light detection and ranging (LiDAR) can also be used for ultra-high-resolution 3D mapping in 6G communication based on a wide band.
  • 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 base station 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 (P2P) 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.
  • Unmanned aerial vehicles or drones will become an important element in 6G wireless communications.
  • UAVs Unmanned aerial vehicles
  • a base station entity is installed in the UAV to provide cellular connectivity.
  • UAVs have certain features not found in fixed base station infrastructure, such as easy deployment, strong line-of-sight links, and degrees of freedom with controlled mobility.
  • the deployment of terrestrial communications infrastructure is not economically feasible and sometimes cannot provide services in volatile environments.
  • a UAV can easily handle this situation.
  • UAV will become a new paradigm in the field of wireless communication. This technology facilitates the three basic requirements of wireless networks: eMBB, URLLC and mMTC.
  • UAVs can also serve several purposes, such as improving network connectivity, fire detection, disaster emergency services, security and surveillance, pollution monitoring, parking monitoring, incident monitoring, and more. Therefore, UAV technology is recognized as one of the most important technologies for 6G 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 wireless information and energy transfer
  • 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.
  • the density of access networks in 6G will be enormous.
  • 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 signal-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.
  • LIS large intelligent surface
  • the LIS is an artificial surface made of electromagnetic materials, and can change the propagation of incoming and outgoing radio waves.
  • LIS can be viewed as an extension of massive MIMO, but has a different array structure and operation mechanism from that of massive MIMO.
  • LIS is low in that it operates as a reconfigurable reflector with passive elements, that is, only passively reflects the signal without using an active RF chain. It has the advantage of having power consumption.
  • 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.
  • terahertz (THz) wireless communication will be described.
  • 17 is a diagram illustrating a THz communication method applicable to the present disclosure.
  • THz wave is located between RF (Radio Frequency)/millimeter (mm) and infrared band, (i) It transmits non-metal/non-polar material better than visible light/infrared light, and has a shorter wavelength than RF/millimeter wave, so it has high straightness. Beam focusing may be possible.
  • 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.
  • Standardization discussion on THz wireless communication is being discussed centered on IEEE 802.15 THz working group (WG) in addition to 3GPP, and standard documents issued by TG (task group) (eg, TG3d, TG3e) of IEEE 802.15 are described in this specification. It can be specified or supplemented.
  • THz wireless communication may be applied to wireless recognition, sensing, imaging, wireless communication, THz navigation, and the like.
  • 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 a vehicle-to-vehicle (V2V) connection and a backhaul/fronthaul connection.
  • V2V vehicle-to-vehicle
  • 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 5 below is a table showing an example of a technique that can be used in the THz wave.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a THz wireless communication transceiver applicable to the present disclosure.
  • THz wireless communication may 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.
  • the method of generating THz using an electronic device is a method using a semiconductor device such as a resonant tunneling diode (RTD), a method using a local oscillator and a multiplier, a compound semiconductor HEMT (high electron mobility transistor) based
  • a monolithic microwave integrated circuit (MMIC) method using an integrated circuit a method using a Si-CMOS-based integrated circuit, and the like.
  • MMIC monolithic microwave integrated circuit
  • 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. 18 to implement beamforming.
  • IF denotes an intermediate frequency
  • tripler and multiplier denote a multiplier
  • PA denotes a power amplifier
  • LNA denotes a low noise amplifier.
  • PLL represents a phase-locked loop.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a method for generating a THz signal applicable to the present disclosure.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a wireless communication transceiver applicable to the present disclosure.
  • the 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. In this technology, 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 an optical device-based THz signal.
  • an optical coupler refers to a semiconductor device that transmits electrical signals using light waves to provide coupling with electrical insulation between circuits or systems
  • UTC-PD uni-travelling carrier photo- The 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.
  • an erbium-doped fiber amplifier indicates an erbium-doped optical fiber amplifier
  • a photo detector indicates a semiconductor device capable of converting an optical signal into an electrical signal
  • the OSA indicates various optical communication functions (eg, .
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a structure of a transmitter applicable to the present disclosure.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a modulator structure applicable to the present disclosure.
  • a phase of a signal may be changed by passing an optical source of a laser through an optical wave guide.
  • data is loaded by changing electrical characteristics through microwave contact or the like.
  • 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 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 infrared band to the THz band depends on how the nonlinearity of the O/E converter is exploited. 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, in a far-carrier system, as many photoelectric converters as the number of carriers may be required. 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).
  • Federated learning is a type of distributed machine learning that trains machine learning models on a central server through distributed data stored in mobile devices such as smartphones. Unlike other distributed machine learning techniques that assume a wired communication environment, federated learning is a distributed machine learning technique that uses data collected from individual users' mobile devices and undergoes a training process on the device. Mobile devices generate a lot of data through interaction with users, and most of the data is sensitive to personal information. Personal information protection is required for data such as photos, user location, chat history, video, and voice, and users do not want these data to be leaked to the outside of the device. Also, even if data is encrypted or anonymity is guaranteed, it does not want to be leaked to the outside. In other words, there is a limitation in that data cannot be collected on a central server such as a data center, which makes it difficult to apply data to distributed machine learning and deep learning techniques.
  • AirComp-based federated learning was proposed to overcome the uplink signaling burden.
  • this method does not take into account the compression of the AI model, and thus does not solve the complexity of the terminal AI inference.
  • the simple model compression technique considers only the part where learning takes place inside the terminal, there is inevitably a limitation in performance improvement due to the limitation of the data experienced by the terminal.
  • the terminal or edge device transmits the weight or gradient changed after learning by each device to the base station or edge server through the uplink of the communication channel.
  • the Federated Averaging algorithm can improve communication efficiency by reducing the number of communication rounds by using a mini-batch.
  • the federated average algorithm trains the local data set of each device in mini-batch units and transmits the updated weights or gradients to the server, and the server updates the weights by calculating the average of the aggregated weights. , update the global common prediction model.
  • the edge server updates the new weight through the average of w 1 and w 2 and transmits it to the two edge devices.
  • the new weight can be obtained through the following equation.
  • the pseudo-code of the federated average algorithm can be expressed as in the following table.
  • k may represent an index of each of the K clients
  • B may represent a size of a local mini-batch
  • E may represent the number of local epochs
  • ⁇ may represent a running rate
  • training may be performed using the local mini-batch size B, and the updated weight w may be transmitted to the server.
  • the server may determine a new weight by taking the average of the weights aggregated in each local device, and may broadcast it to each client.
  • FIG. 24 shows an example of a procedure in which federated learning based on OTA operation is performed.
  • the base station/edge server broadcasts initial weights to terminals/edge devices.
  • Each terminal/edge device reports the weight change obtained by training based on the initial weight to the base station/edge server.
  • the base station determines a new weight based on the average value of the initial weight and the reported weight change.
  • the base station broadcasts the new weight to terminals/edge devices, and each of the terminals/edge devices receiving the new weight performs training based on the received new weight. By repeating this operation, weight update may be performed.
  • each of the terminals/edge devices may transmit a weight change amount based on Aircomp.
  • each terminal/edge device transmits a signal using all of the frequency resources allocated for joint learning.
  • the signal may be an analog signal, and in this case, the edge server may receive a signal in which signals transmitted from each terminal/edge device are superimposed.
  • AirComp is a method for overcoming the uplink signaling loss by using the overlapping analog weight signal using the waveform overlap characteristic of the multiple access (MA) channel.
  • MA multiple access
  • 26 shows an example of pruning.
  • edge devices have lower computational power than edge servers. Therefore, by removing the unimportant connection of the network model, it is possible to operate a lightweight model while maintaining performance.
  • the pruning process may be performed in three pipelines.
  • weights can be calculated by training the network to learn which connection is more important when all network connections are connected.
  • a prune connection process a connection having a weight lower than a threshold is determined to be insignificant and pruned. That is, it is converted from a dense network to a sparse network model.
  • training is performed again in the removed sparse connection state to fine-tune the weights to fine-tune the weights.
  • a combination having the minimum number of connections is set by repeatedly performing the connection removal process and the weight training process by determining a threshold at a level where there is no loss of accuracy.
  • the following table shows the efficiency of the network model according to pruning.
  • the AlexNet model consists of 5 convolutional layers and 3 fully-connected layers, and the last fully-connected layer is an activation function to classify into 1000 categories. to use the softmax function.
  • Table 7 when pruning is performed on AlexNet, 9 times of parameter compression is possible without performance degradation, and when pruning is performed on VGG-16 network, 13 times of parameter compression is possible without performance degradation. possible.
  • 27 shows the pruning sensitivity of the convolutional layer of AlexNet.
  • 28 shows the pruning sensitivity of the fully-connected layer of AlexNet.
  • the threshold for pruning without deterioration in accuracy is about 20%. That is, among connections of the first convolutional layer, 20% of connections having a low weight do not significantly affect performance, so pruning is possible.
  • the threshold for pruning without degradation of accuracy is about 53%. That is, 53% of connections having a low weight among connections in the third fully-connected layer can be pruned.
  • compressed federated learning using pruning by selection of epsilon-greedy (e-greedy) selection of training information in an OTA operation (over the air computation) situation.
  • the epsilon-greedy selection means greedy selection using a parameter called epsilon. That is, it is a method in which random selection is made with a probability of epsilon ( ⁇ ), and the best choice is made in each step with a probability of 1- ⁇ .
  • the edge server/base station generates a sparse network and notifies the edge device/local terminals.
  • Each edge device/local terminal receives the sparse network model from the edge server/base station upon initial device registration. Then, it receives training connection information (train connection information) from the edge server / base station.
  • train connection information training connection information
  • the base station shares the relevant information with local terminals by making a decision on training connection information.
  • the training connection information includes information on connections to be included in training among connections that are pruned because a weight is smaller than a threshold in the sparse network model.
  • connection information to be included in the training connection information may be determined using the epsilon-greedy method so that more disconnected connections can be selected near the threshold, that is, in a state where the difference from the threshold is relatively small.
  • N indicates how many connection information to include
  • W pruned indicates a weight of a connection that is cut because the weight is smaller than the threshold.
  • Each terminal may perform training after creating a sparse network to connect a connection included in the training connection information received from the base station in the sparse network.
  • each terminal may measure/obtain the amount of change ( ⁇ w) of the weight, and may be divided into those having a change amount greater than or equal to a threshold value and the rest.
  • a change amount greater than or equal to the threshold may be reflected as it is, and a zero vector may be reflected for the remainder.
  • the terminal reports the acquired weight change amount to the base station, and the base station averages aggregation on the weights using the AirComp method.
  • the base station/server combines the weights possessed by the base station and the vector obtained by AirComp of the weight change amount reported from each terminal, and aggregates the average, and the result is broadcast to each terminal. Expressing this as a formula is as follows.
  • the weight (w BS t + 1 ) of the base station at time t+1 is the sum of the weight (w BS t ) of the base station at time t and the average value of the weight change amount at time t received from K terminals.
  • the CFL is configured to be possible for the sparse network model of the terminal by determining the training connection through epsilon-greedy selection by the control/control of the base station, so that even in the AirComp situation, a relatively small amount of weight change compared to the conventional AirComp method combined learning can be sent to the server.
  • the sparse network model is broadcast, training connection information is transmitted to the terminals, the terminals report the weight change, and the base station updates the weight based on the received weight change amount.
  • the process may be an example of step S3040 of FIG. 30 .
  • FIG. 30 is a flowchart of an example of a compressed federated learning procedure.
  • the edge server/base station may select terminals to perform training ( S3010 ).
  • each of the terminals may perform resource reporting to the edge server/base station.
  • the resource report may include information on a sparse network model that each of the terminals has.
  • the edge server may generate a sparse network model and transmit it to the terminal (S3020).
  • the edge server/base station compares the sparse network model that each of the terminals has with the sparse network model that the edge server/base station has, and if the versions, etc. are different, it can transmit the sparse network model it has to the terminals. .
  • the edge server/base station sets the total number of participating terminals (N total _ UE _participated ) to 0, that is, performs initialization (S3030).
  • the edge server / base station performs compression federated learning iteration (iteration) (S3040).
  • the edge server/base station determines whether the total number of participating terminals is equal to or greater than the total number of participating terminals (S3050). Specifically, the repeating step is repeated until the N total_UE_participated ⁇ N total_UE_possible_participating expression is satisfied, that is, when the total number of participating terminals is equal to or greater than the total number of participating terminals. If the above expression is not satisfied, the edge server/base station performs compression federated learning iteration, and if the above expression is satisfied, the edge server/base station transmits a training stop message to each terminal.
  • the edge server performs pruning (S3060). After pruning, the edge server/base station transmits a training start message to the terminals (S3070). After transmitting the training start message, the edge server returns to step S3030.
  • the edge server may proceed with the pruning step. Specifically, a weight vector of a new sparse network model is constructed by removing connections with weights lower than the threshold in the server. Thereafter, the edge server broadcasts a new sparse network model to each terminal.
  • the actual pruning step may mean a connection pruning operation for generating a sparse network model in the edge server.
  • the base station generates a pruned model and transmits/broadcasts to the terminals ( S3210 ).
  • the pruned model may be based on initial weights.
  • the base station transmits training connection information to the terminals (S3220).
  • the training connection information may include information on connections to be included in training among connections that are disconnected because a weight is smaller than a threshold in a pruned model or a sparse network model.
  • the training connection information may include information related to epsilon-greedy selection.
  • each terminal performs training based on the pruned model and training connection information, and calculates/generates a weight change amount (S3230).
  • the weight change amount may be calculated by distinguishing between a threshold value or more and a value less than the threshold value, reflecting the value as it is if the weight value is above the threshold value, and substituting a zero vector for the weight change amount below the threshold value.
  • each terminal reports the weight change amount to the base station (S3240).
  • the reporting may be performed based on AirComp.
  • the base station calculates a new weight based on the average of the weight change received from each terminal (S3250).
  • the new weight may be calculated as the sum of the average of the existing weight and the received weight change amount.
  • the base station transmits/broadcasts the new weight to each terminal (S3260). Thereafter, the base station transmits training connection information based on the new weight to each terminal (S3270). By repeating this method, a compressed federated learning iteration can be performed.
  • FIG. 33 is a flowchart of a pruning operation.
  • FIG. 33 may be performed when the expression N total_UE_participated ⁇ N total_UE_possible_participating is satisfied , that is, when the total number of participating terminals is greater than or equal to the total number of participating terminals.
  • the base station transmits a training stop message to each terminal (S3310).
  • Each terminal receiving the message stops training (S3320).
  • the base station creates a new pruned model (S3330).
  • the base station transmits the generated new pruned model to each terminal (S3340).
  • the base station transmits a training start message to each terminal (S3350).
  • Each terminal receiving the message starts training based on the new pruned model (S3360).
  • FIG. 34 is a flowchart of an example of a method for performing federated learning of a terminal according to some implementations of the present specification.
  • FIG. 34 may be a flowchart for some procedures of the compressed federated learning method described throughout this specification.
  • the terminal receives training information from the base station (S3410).
  • the training information may inform a sparse network model, an initial weight, and an epsilon-greedy selection method.
  • the sparse network model may be a model obtained by removing/pruning a connection having a weight smaller than a threshold among connections of a dense network model.
  • the terminal updates the sparse network model based on the training information (S3420).
  • the update may be performed based on the epsilon-greedy selection method. Specifically, the UE randomly selects a pruned connection with a probability of ⁇ , and a weight of the largest value among connections (ie, pruned connections) having a weight smaller than the threshold with a probability of 1- ⁇ Choose a pruned connection with
  • the terminal measures the weight change amount based on the updated model (S3430).
  • the weight change amount may be calculated by distinguishing between a threshold value or more and a value less than the threshold value, reflecting the value as it is if the weight value is above the threshold value, and substituting a zero vector for the weight change quantity below the threshold value.
  • the terminal reports the weight change amount to the base station (S3440).
  • the methods proposed in the present specification include at least one computer readable recording medium including an instruction based on being executed by at least one processor (computer readable medium) and A terminal comprising one or more processors and one or more processors operably coupled by the one or more processors, and one or more memories for storing instructions, wherein the one or more processors execute the instructions to perform the methods proposed herein. It can also be performed by an apparatus set to control. Also, it is obvious that, according to the methods proposed in this specification, an operation by the base station/edge server corresponding to the operation performed by the terminal/edge device may be considered.

Abstract

본 명세서는 압축 연합 학습 수행 방법 및 장치를 제안한다. 무선 통신 시스템에서 단말에 의해 수행되는 연합 학습 수행 방법에 있어서, 기지국으로부터 트레이닝 정보를 수신하되, 상기 트레이닝 정보는 희소 네트워크 모델, 초기 가중치 및 입실론-그리디 선택 방법을 알려주고, 상기 입실론-그리디 선택 방법에 기반하여 상기 희소 네트워크 모델에 대한 업데이트를 수행하되, 상기 단말은 ε의 확률로 프루닝된 연결을 랜덤으로 선택하고, 1-ε의 확률로 프루닝된 연결 중 가장 큰 값의 가중치를 갖는 연결을 선택하고, 상기 업데이트된 모델이 기반하여 가중치 변화량을 측정하고, 및 상기 가중치 변화량을 기지국으로 보고한다.

Description

압축 연합 학습 수행 방법 및 장치
본 명세서는 무선 통신 및 AI에 관한 것이다.
무선 통신 시스템은 음성이나 데이터 등과 같은 다양한 종류의 통신 서비스를 제공하기 위해 광범위하게 전개될 뿐 아니라, AI를 통신 시스템에 접목하고자 하는 시도가 급증하고 있다. 시도되고 있는 AI 접목 방식들을 크게 AI 지원을 위해 통신 기술을 발전시키는 AI를 위한 통신(communications for AI: C4AI)과 통신 성능의 향상을 위한 AI를 활용하는 통신을 위한 AI(AI for communications: AI4C)로 구분할 수 있다. AI4C 영역에서는 채널 인코더/디코더를 단 대 단(end-to-end)의 오토인코더(autoencoder)로 대체하여 설계 효율을 올리고자 하는 시도가 있다. C4AI 영역에서는 분산 학습(Distributed learning)의 한 기법인 연합 학습(Federated learning)으로 장치의 원 자료(raw data)의 공유 없이 모델의 가중치(weight)나 기울기(gradient)만을 서버와 공유함으로써 개인정보는 보호하면서 공통 예측 모델을 업데이트하는 방법이 있다. 그리고, 분산 추론(split inference)으로 장치, 네트워크 엣지(Network Edge) 및 클라우드 서버(Cloud Server)의 부하(load)를 분산시키는 방법 등이 있다.
본 명세서는 압축 연합 학습 수행 방법 및 장치를 제안한다.
본 명세서에 따르면, 단말/엣지 장치에서 희소 네트워크 모델 추론을 통한 추론 자원의 절약이 가능하고, 트레이닝 중지를 통한 단말의 트레이닝 자원 절약 및 단말의 연산 자원 절약이 가능하다. 또한, 기지국/엣지 장치의 통제에 의한 입실론-그리디 선택을 통한 트레이닝 연결 결정으로 단말의 희소 네트워크 모델 상황에서 압축 연합 학습이 가능하도록 구성하여 AirComp 상황에서도 상향링크 대역폭 절약 및 희소 네트워크 모델을 브로드캐스트함으로써 하향링크 대역폭 절약이 가능하다.
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.
이하에 첨부되는 도면들은 본 개시에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 개시에 대한 실시 예들을 제공할 수 있다. 다만, 본 개시의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다. 각 도면에서의 참조 번호(reference numerals)들은 구조적 구성요소(structural elements)를 의미할 수 있다.
도 1은 본 개시에 적용 가능한 통신 시스템 예시를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시에 적용 가능한 무선 기기의 예시를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 개시에 적용 가능한 무선 기기의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 개시에 적용 가능한 휴대 기기의 예시를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 개시에 적용 가능한 차량 또는 자율 주행 차량의 예시를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 개시에 적용 가능한 이동체의 예시를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 개시에 적용 가능한 XR 기기의 예시를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 개시에 적용 가능한 로봇의 예시를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 개시에 적용 가능한 AI(Artificial Intelligence)의 예시를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 개시에 적용 가능한 물리 채널들 및 이들을 이용한 신호 전송 방법을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 개시에 적용 가능한 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 제어평면(Control Plane) 및 사용자 평면(User Plane) 구조를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 개시에 적용 가능한 전송 신호를 처리하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 개시에 적용 가능한 무선 프레임의 구조를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 개시에 적용 가능한 슬롯 구조를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 개시에 적용 가능한 6G 시스템에서 제공 가능한 통신 구조의 일례를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 개시에 적용 가능한 전자기 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 17은 본 개시에 적용 가능한 THz 통신 방법을 나타낸 도면이다.
도 18은 본 개시에 적용 가능한 THz 무선 통신 송수신기를 나타낸 도면이다.
도 19는 본 개시에 적용 가능한 THz 신호 생성 방법을 나타낸 도면이다.
도 20은 본 개시에 적용 가능한 무선 통신 송수신기를 나타낸 도면이다.
도 21은 본 개시에 적용 가능한 송신기 구조를 나타낸 도면이다.
도 22는 본 개시에 적용 가능한 변조기 구조를 나타낸 도면이다.
도 23은 연합 학습의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 24는 OTA 연산에 기반한 연합학습이 수행되는 절차의 일례를 도시한 것이다.
도 25는 AirComp의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 26은 프루닝(pruning)의 일례를 도시한 것이다.
도 27은 AlexNet의 컨벌루션 계층의 프루닝 민감도를 도시한 것이다.
도 28은 AlexNet의 완전-연결된 계층의 프루닝 민감도를 도시한 것이다.
도 29는 본 명세서에서 제안하는 압축 연합 학습 방법의 일례를 도시한 것이다.
도 30은 압축 연합 학습 절차의 일례에 대한 순서도이다.
도 31은 가중치 변화량의 일례를 도시한 것이다.
도 32는 압축 연합 학습 반복 동작의 순서도이다.
도 33은 프루닝 동작의 순서도이다.
도 34는 본 명세서의 일부 구현에 따른 단말의 연합 학습 수행 방법의 일례에 대한 순서도이다.
이하의 실시 예들은 본 개시의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 개시의 실시 예를 구성할 수도 있다. 본 개시의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시 예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시 예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.
도면에 대한 설명에서, 본 개시의 요지를 흐릴 수 있는 절차 또는 단계 등은 기술하지 않았으며, 당업자의 수준에서 이해할 수 있을 정도의 절차 또는 단계는 또한 기술하지 아니하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 개시를 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
본 명세서에서 본 개시의 실시예들은 기지국과 이동국 간의 데이터 송수신 관계를 중심으로 설명되었다. 여기서, 기지국은 이동국과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미가 있다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다.
즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 이동국과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있다. 이때, '기지국'은 고정국(fixed station), Node B, eNB(eNode B), gNB(gNode B), ng-eNB, 발전된 기지국(advanced base station, ABS) 또는 억세스 포인트(access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예들에서 단말(terminal)은 사용자 기기(user equipment, UE), 이동국(mobile station, MS), 가입자국(subscriber station, SS), 이동 가입자 단말(mobile subscriber station, MSS), 이동 단말(mobile terminal) 또는 발전된 이동 단말(advanced mobile station, AMS) 등의 용어로 대체될 수 있다.
또한, 송신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 제공하는 고정 및/또는 이동 노드를 말하고, 수신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 수신하는 고정 및/또는 이동 노드를 의미한다. 따라서, 상향링크의 경우, 이동국이 송신단이 되고, 기지국이 수신단이 될 수 있다. 마찬가지로, 하향링크의 경우, 이동국이 수신단이 되고, 기지국이 송신단이 될 수 있다.
본 개시의 실시 예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802.xx 시스템, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 시스템, 3GPP LTE(Long Term Evolution) 시스템, 3GPP 5G(5th generation) NR(New Radio) 시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있으며, 특히, 본 개시의 실시 예들은 3GPP TS(technical specification) 38.211, 3GPP TS 38.212, 3GPP TS 38.213, 3GPP TS 38.321 및 3GPP TS 38.331 문서들에 의해 뒷받침 될 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예들은 다른 무선 접속 시스템에도 적용될 수 있으며, 상술한 시스템으로 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 3GPP 5G NR 시스템 이후에 적용되는 시스템에 대해서도 적용 가능할 수 있으며, 특정 시스템에 한정되지 않는다.
즉, 본 개시의 실시 예들 중 설명하지 않은 자명한 단계들 또는 부분들은 상기 문서들을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.
이하, 본 개시에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 개시의 예시적인 실시 형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 개시의 기술 구성이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
또한, 본 개시의 실시 예들에서 사용되는 특정 용어들은 본 개시의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 적용될 수 있다.
하기에서는 이하 설명을 명확하게 하기 위해, 3GPP 통신 시스템(e.g.(예, LTE, NR 등)을 기반으로 설명하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. LTE는 3GPP TS 36.xxx Release 8 이후의 기술을 의미할 수 있다. 세부적으로, 3GPP TS 36.xxx Release 10 이후의 LTE 기술은 LTE-A로 지칭되고, 3GPP TS 36.xxx Release 13 이후의 LTE 기술은 LTE-A pro로 지칭될 수 있다. 3GPP NR은 TS 38.xxx Release 15 이후의 기술을 의미할 수 있다. 3GPP 6G는 TS Release 17 및/또는 Release 18 이후의 기술을 의미할 수 있다. "xxx"는 표준 문서 세부 번호를 의미한다. LTE/NR/6G는 3GPP 시스템으로 통칭될 수 있다.
본 개시에 사용된 배경기술, 용어, 약어 등에 관해서는 본 발명 이전에 공개된 표준 문서에 기재된 사항을 참조할 수 있다. 일 예로, 36.xxx 및 38.xxx 표준 문서를 참조할 수 있다.
이하에서는 본 개시에 적용 가능한 통신 시스템에 대해 설명한다.
이로 제한되는 것은 아니지만, 본 문서에 개시된 본 개시의 다양한 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들은 기기들 간에 무선 통신/연결(예, 5G)을 필요로 하는 다양한 분야에 적용될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 보다 구체적으로 예시한다. 이하의 도면/설명에서 동일한 도면 부호는 다르게 기술하지 않는 한, 동일하거나 대응되는 하드웨어 블록, 소프트웨어 블록 또는 기능 블록을 예시할 수 있다.
도 1은 본 개시에 적용되는 통신 시스템 예시를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 개시에 적용되는 통신 시스템(100)은 무선 기기, 기지국 및 네트워크를 포함한다. 여기서, 무선 기기는 무선 접속 기술(예, 5G NR, LTE)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(home appliance)(100e), IoT(Internet of Thing) 기기(100f), AI(artificial intelligence) 기기/서버(100g)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, 차량(100b-1, 100b-2)은 UAV(unmanned aerial vehicle)(예, 드론)를 포함할 수 있다. XR 기기(100c)는 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 기기(100d)는 스마트폰, 스마트패드, 웨어러블 기기(예, 스마트워치, 스마트글래스), 컴퓨터(예, 노트북 등) 등을 포함할 수 있다. 가전(100e)은 TV, 냉장고, 세탁기 등을 포함할 수 있다. IoT 기기(100f)는 센서, 스마트 미터 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기지국(120), 네트워크(130)는 무선 기기로도 구현될 수 있으며, 특정 무선 기기(120a)는 다른 무선 기기에게 기지국/네트워크 노드로 동작할 수도 있다.
무선 기기(100a~100f)는 기지국(120)을 통해 네트워크(130)와 연결될 수 있다. 무선 기기(100a~100f)에는 AI 기술이 적용될 수 있으며, 무선 기기(100a~100f)는 네트워크(130)를 통해 AI 서버(100g)와 연결될 수 있다. 네트워크(130)는 3G 네트워크, 4G(예, LTE) 네트워크 또는 5G(예, NR) 네트워크 등을 이용하여 구성될 수 있다. 무선 기기(100a~100f)는 기지국(120)/네트워크(130)를 통해 서로 통신할 수도 있지만, 기지국(120)/네트워크(130)를 통하지 않고 직접 통신(예, 사이드링크 통신(sidelink communication))할 수도 있다. 예를 들어, 차량들(100b-1, 100b-2)은 직접 통신(예, V2V(vehicle to vehicle)/V2X(vehicle to everything) communication)을 할 수 있다. 또한, IoT 기기(100f)(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(120), 기지국(120)/기지국(120) 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)(예, 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 개시의 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.
도 2는 본 개시에 적용될 수 있는 무선 기기의 예시를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 제1 무선 기기(200a)와 제2 무선 기기(200b)는 다양한 무선 접속 기술(예, LTE, NR)을 통해 무선 신호를 송수신할 수 있다. 여기서, {제1 무선 기기(200a), 제2 무선 기기(200b)}은 도 1의 {무선 기기(100x), 기지국(120)} 및/또는 {무선 기기(100x), 무선 기기(100x)}에 대응할 수 있다.
제1 무선 기기(200a)는 하나 이상의 프로세서(202a) 및 하나 이상의 메모리(204a)를 포함하며, 추가적으로 하나 이상의 송수신기(206a) 및/또는 하나 이상의 안테나(208a)을 더 포함할 수 있다. 프로세서(202a)는 메모리(204a) 및/또는 송수신기(206a)를 제어하며, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(202a)는 메모리(204a) 내의 정보를 처리하여 제1 정보/신호를 생성한 뒤, 송수신기(206a)을 통해 제1 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(202a)는 송수신기(206a)를 통해 제2 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신한 뒤, 제2 정보/신호의 신호 처리로부터 얻은 정보를 메모리(204a)에 저장할 수 있다. 메모리(204a)는 프로세서(202a)와 연결될 수 있고, 프로세서(202a)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(204a)는 프로세서(202a)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(202a)와 메모리(204a)는 무선 통신 기술(예, LTE, NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(206a)는 프로세서(202a)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 안테나(208a)를 통해 무선 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 송수신기(206a)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다. 송수신기(206a)는 RF(radio frequency) 유닛과 혼용될 수 있다. 본 개시에서 무선 기기는 통신 모뎀/회로/칩을 의미할 수도 있다.
제2 무선 기기(200b)는 하나 이상의 프로세서(202b), 하나 이상의 메모리(204b)를 포함하며, 추가적으로 하나 이상의 송수신기(206b) 및/또는 하나 이상의 안테나(208b)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(202b)는 메모리(204b) 및/또는 송수신기(206b)를 제어하며, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(202b)는 메모리(204b) 내의 정보를 처리하여 제3 정보/신호를 생성한 뒤, 송수신기(206b)를 통해 제3 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(202b)는 송수신기(206b)를 통해 제4 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신한 뒤, 제4 정보/신호의 신호 처리로부터 얻은 정보를 메모리(204b)에 저장할 수 있다. 메모리(204b)는 프로세서(202b)와 연결될 수 있고, 프로세서(202b)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(204b)는 프로세서(202b)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(202b)와 메모리(204b)는 무선 통신 기술(예, LTE, NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(206b)는 프로세서(202b)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 안테나(208b)를 통해 무선 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 송수신기(206b)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다 송수신기(206b)는 RF 유닛과 혼용될 수 있다. 본 개시에서 무선 기기는 통신 모뎀/회로/칩을 의미할 수도 있다.
이하, 무선 기기(200a, 200b)의 하드웨어 요소에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 하나 이상의 프로토콜 계층이 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하나 이상의 계층(예, PHY(physical), MAC(media access control), RLC(radio link control), PDCP(packet data convergence protocol), RRC(radio resource control), SDAP(service data adaptation protocol)와 같은 기능적 계층)을 구현할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)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(202a, 202b)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(202a, 202b)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(206a, 206b)에게 제공할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)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(202a, 202b)는 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 또는 마이크로 컴퓨터로 지칭될 수 있다. 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)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(202a, 202b)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(202a, 202b)에 포함되거나, 하나 이상의 메모리(204a, 204b)에 저장되어 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)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(204a, 204b)는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)와 연결될 수 있고, 다양한 형태의 데이터, 신호, 메시지, 정보, 프로그램, 코드, 지시 및/또는 명령을 저장할 수 있다. 하나 이상의 메모리(204a, 204b)는 ROM(read only memory), RAM(random access memory), EPROM(erasable programmable read only memory), 플래시 메모리, 하드 드라이브, 레지스터, 캐쉬 메모리, 컴퓨터 판독 저장 매체 및/또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 메모리(204a, 204b)는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)의 내부 및/또는 외부에 위치할 수 있다. 또한, 하나 이상의 메모리(204a, 204b)는 유선 또는 무선 연결과 같은 다양한 기술을 통해 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)와 연결될 수 있다.
하나 이상의 송수신기(206a, 206b)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(206a, 206b)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(206a, 206b)는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)와 연결될 수 있고, 무선 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)가 하나 이상의 다른 장치에게 사용자 데이터, 제어 정보 또는 무선 신호를 전송하도록 제어할 수 있다. 또한, 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)가 하나 이상의 다른 장치로부터 사용자 데이터, 제어 정보 또는 무선 신호를 수신하도록 제어할 수 있다. 또한, 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 안테나(208a, 208b)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 안테나(208a, 208b)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(206a, 206b)는 수신된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)를 이용하여 처리하기 위해, 수신된 무선 신호/채널 등을 RF 밴드 신호에서 베이스밴드 신호로 변환(Convert)할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)를 이용하여 처리된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 베이스밴드 신호에서 RF 밴드 신호로 변환할 수 있다. 이를 위하여, 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 (아날로그) 오실레이터 및/또는 필터를 포함할 수 있다.
이하에서는 본 개시에 적용 가능한 무선 기기 구조에 대해 설명한다.
도 3은 본 개시에 적용되는 무선 기기의 다른 예시를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 무선 기기(300)는 도 2의 무선 기기(200a, 200b)에 대응하며, 다양한 요소(element), 성분(component), 유닛/부(unit), 및/또는 모듈(module)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 무선 기기(300)는 통신부(310), 제어부(320), 메모리부(330) 및 추가 요소(340)를 포함할 수 있다. 통신부는 통신 회로(312) 및 송수신기(들)(314)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 회로(312)는 도 2의 하나 이상의 프로세서(202a, 202b) 및/또는 하나 이상의 메모리(204a, 204b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 송수신기(들)(314)는 도 2의 하나 이상의 송수신기(206a, 206b) 및/또는 하나 이상의 안테나(208a, 208b)을 포함할 수 있다. 제어부(320)는 통신부(310), 메모리부(330) 및 추가 요소(340)와 전기적으로 연결되며 무선 기기의 제반 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(320)는 메모리부(330)에 저장된 프로그램/코드/명령/정보에 기반하여 무선 기기의 전기적/기계적 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(320)는 메모리부(330)에 저장된 정보를 통신부(310)을 통해 외부(예, 다른 통신 기기)로 무선/유선 인터페이스를 통해 전송하거나, 통신부(310)를 통해 외부(예, 다른 통신 기기)로부터 무선/유선 인터페이스를 통해 수신된 정보를 메모리부(330)에 저장할 수 있다.
추가 요소(340)는 무선 기기의 종류에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 추가 요소(340)는 파워 유닛/배터리, 입출력부(input/output unit), 구동부 및 컴퓨팅부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 무선 기기(300)는 로봇(도 1, 100a), 차량(도 1, 100b-1, 100b-2), XR 기기(도 1, 100c), 휴대 기기(도 1, 100d), 가전(도 1, 100e), IoT 기기(도 1, 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 1, 140), 기지국(도 1, 120), 네트워크 노드 등의 형태로 구현될 수 있다. 무선 기기는 사용-예/서비스에 따라 이동 가능하거나 고정된 장소에서 사용될 수 있다.
도 3에서 무선 기기(300) 내의 다양한 요소, 성분, 유닛/부, 및/또는 모듈은 전체가 유선 인터페이스를 통해 상호 연결되거나, 적어도 일부가 통신부(310)를 통해 무선으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 무선 기기(300) 내에서 제어부(320)와 통신부(310)는 유선으로 연결되며, 제어부(320)와 제1 유닛(예, 130, 140)은 통신부(310)를 통해 무선으로 연결될 수 있다. 또한, 무선 기기(300) 내의 각 요소, 성분, 유닛/부, 및/또는 모듈은 하나 이상의 요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(320)는 하나 이상의 프로세서 집합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어부(320)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(330)는 RAM, DRAM(dynamic RAM), ROM, 플래시 메모리(flash memory), 휘발성 메모리(volatile memory), 비-휘발성 메모리(non-volatile memory) 및/또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
이하에서는 본 개시에 적용 가능한 휴대 기기에 대해 설명한다.
도 4는 본 개시에 적용되는 휴대 기기의 예시를 도시한 도면이다.
도 4는 본 개시에 적용되는 휴대 기기를 예시한다. 휴대 기기는 스마트폰, 스마트패드, 웨어러블 기기(예, 스마트 워치, 스마트 글래스), 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 4를 참조하면, 휴대 기기(400)는 안테나부(408), 통신부(410), 제어부(420), 메모리부(430), 전원공급부(440a), 인터페이스부(440b) 및 입출력부(440c)를 포함할 수 있다. 안테나부(408)는 통신부(410)의 일부로 구성될 수 있다. 블록 410~430/440a~440c는 각각 도 3의 블록 310~330/340에 대응한다.
통신부(410)는 다른 무선 기기, 기지국들과 신호(예, 데이터, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 제어부(420)는 휴대 기기(400)의 구성 요소들을 제어하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 제어부(420)는 AP(application processor)를 포함할 수 있다. 메모리부(430)는 휴대 기기(400)의 구동에 필요한 데이터/파라미터/프로그램/코드/명령을 저장할 수 있다. 또한, 메모리부(430)는 입/출력되는 데이터/정보 등을 저장할 수 있다. 전원공급부(440a)는 휴대 기기(400)에게 전원을 공급하며, 유/무선 충전 회로, 배터리 등을 포함할 수 있다. 인터페이스부(440b)는 휴대 기기(400)와 다른 외부 기기의 연결을 지원할 수 있다. 인터페이스부(440b)는 외부 기기와의 연결을 위한 다양한 포트(예, 오디오 입/출력 포트, 비디오 입/출력 포트)를 포함할 수 있다. 입출력부(440c)는 영상 정보/신호, 오디오 정보/신호, 데이터, 및/또는 사용자로부터 입력되는 정보를 입력 받거나 출력할 수 있다. 입출력부(440c)는 카메라, 마이크로폰, 사용자 입력부, 디스플레이부(440d), 스피커 및/또는 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다.
일 예로, 데이터 통신의 경우, 입출력부(440c)는 사용자로부터 입력된 정보/신호(예, 터치, 문자, 음성, 이미지, 비디오)를 획득하며, 획득된 정보/신호는 메모리부(430)에 저장될 수 있다. 통신부(410)는 메모리에 저장된 정보/신호를 무선 신호로 변환하고, 변환된 무선 신호를 다른 무선 기기에게 직접 전송하거나 기지국에게 전송할 수 있다. 또한, 통신부(410)는 다른 무선 기기 또는 기지국으로부터 무선 신호를 수신한 뒤, 수신된 무선 신호를 원래의 정보/신호로 복원할 수 있다. 복원된 정보/신호는 메모리부(430)에 저장된 뒤, 입출력부(440c)를 통해 다양한 형태(예, 문자, 음성, 이미지, 비디오, 햅틱)로 출력될 수 있다.
이하에서는 본 개시에 적용 가능한 무선 기기 종류에 대해 설명한다.
도 5는 본 개시에 적용되는 차량 또는 자율 주행 차량의 예시를 도시한 도면이다.
도 5는 본 개시에 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 있으며, 차량의 형태로 한정되는 것은 아니다.
도 5를 참조하면, 차량 또는 자율 주행 차량(500)은 안테나부(508), 통신부(510), 제어부(520), 구동부(540a), 전원공급부(540b), 센서부(540c) 및 자율 주행부(540d)를 포함할 수 있다. 안테나부(550)는 통신부(510)의 일부로 구성될 수 있다. 블록 510/530/540a~540d는 각각 도 4의 블록 410/430/440에 대응한다.
통신부(510)는 다른 차량, 기지국(예, 기지국, 노변 기지국(road side unit) 등), 서버 등의 외부 기기들과 신호(예, 데이터, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 제어부(520)는 차량 또는 자율 주행 차량(500)의 요소들을 제어하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 제어부(520)는 ECU(electronic control unit)를 포함할 수 있다. 구동부(540a)는 차량 또는 자율 주행 차량(500)을 지상에서 주행하게 할 수 있다. 구동부(540a)는 엔진, 모터, 파워 트레인, 바퀴, 브레이크, 조향 장치 등을 포함할 수 있다. 전원공급부(540b)는 차량 또는 자율 주행 차량(500)에게 전원을 공급하며, 유/무선 충전 회로, 배터리 등을 포함할 수 있다. 센서부(540c)는 차량 상태, 주변 환경 정보, 사용자 정보 등을 얻을 수 있다. 센서부(540c)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(540d)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(510)는 외부 서버로부터 지도 데이터, 교통 정보 데이터 등을 수신할 수 있다. 자율 주행부(540d)는 획득된 데이터를 기반으로 자율 주행 경로와 드라이빙 플랜을 생성할 수 있다. 제어부(520)는 드라이빙 플랜에 따라 차량 또는 자율 주행 차량(500)이 자율 주행 경로를 따라 이동하도록 구동부(540a)를 제어할 수 있다(예, 속도/방향 조절). 자율 주행 도중에 통신부(510)는 외부 서버로부터 최신 교통 정보 데이터를 비/주기적으로 획득하며, 주변 차량으로부터 주변 교통 정보 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 자율 주행 도중에 센서부(540c)는 차량 상태, 주변 환경 정보를 획득할 수 있다. 자율 주행부(540d)는 새로 획득된 데이터/정보에 기반하여 자율 주행 경로와 드라이빙 플랜을 갱신할 수 있다. 통신부(510)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 6은 본 개시에 적용되는 이동체의 예시를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 개시에 적용되는 이동체는 운송수단, 기차, 비행체 및 선박 중 적어도 어느 하나로 구현될 수 있다. 또한, 본 개시에 적용되는 이동체는 다른 형태로 구현될 수 있으며, 상술한 실시 예로 한정되지 않는다.
이때, 도 6을 참조하면, 이동체(600)은 통신부(610), 제어부(620), 메모리부(630), 입출력부(640a) 및 위치 측정부(640b)를 포함할 수 있다. 여기서, 블록 610~630/640a~640b는 각각 도 3의 블록 310~330/340에 대응한다.
통신부(610)는 다른 이동체, 또는 기지국 등의 외부 기기들과 신호(예, 데이터, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 제어부(620)는 이동체(600)의 구성 요소들을 제어하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 메모리부(630)는 이동체(600)의 다양한 기능을 지원하는 데이터/파라미터/프로그램/코드/명령을 저장할 수 있다. 입출력부(640a)는 메모리부(630) 내의 정보에 기반하여 AR/VR 오브젝트를 출력할 수 있다. 입출력부(640a)는 HUD를 포함할 수 있다. 위치 측정부(640b)는 이동체(600)의 위치 정보를 획득할 수 있다. 위치 정보는 이동체(600)의 절대 위치 정보, 주행선 내에서의 위치 정보, 가속도 정보, 주변 차량과의 위치 정보 등을 포함할 수 있다. 위치 측정부(640b)는 GPS 및 다양한 센서들을 포함할 수 있다.
일 예로, 이동체(600)의 통신부(610)는 외부 서버로부터 지도 정보, 교통 정보 등을 수신하여 메모리부(630)에 저장할 수 있다. 위치 측정부(640b)는 GPS 및 다양한 센서를 통하여 이동체 위치 정보를 획득하여 메모리부(630)에 저장할 수 있다. 제어부(620)는 지도 정보, 교통 정보 및 이동체 위치 정보 등에 기반하여 가상 오브젝트를 생성하고, 입출력부(640a)는 생성된 가상 오브젝트를 이동체 내 유리창에 표시할 수 있다(651, 652). 또한, 제어부(620)는 이동체 위치 정보에 기반하여 이동체(600)가 주행선 내에서 정상적으로 운행되고 있는지 판단할 수 있다. 이동체(600)가 주행선을 비정상적으로 벗어나는 경우, 제어부(620)는 입출력부(640a)를 통해 이동체 내 유리창에 경고를 표시할 수 있다. 또한, 제어부(620)는 통신부(610)를 통해 주변 이동체들에게 주행 이상에 관한 경고 메세지를 방송할 수 있다. 상황에 따라, 제어부(620)는 통신부(610)를 통해 관계 기관에게 이동체의 위치 정보와, 주행/이동체 이상에 관한 정보를 전송할 수 있다.
도 7은 본 개시에 적용되는 XR 기기의 예시를 도시한 도면이다. 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 7을 참조하면, XR 기기(700a)는 통신부(710), 제어부(720), 메모리부(730), 입출력부(740a), 센서부(740b) 및 전원 공급부(740c)를 포함할 수 있다. 여기서, 블록 710~730/740a~740c은 각각 도 3의 블록 310~330/340에 대응할 수 있다.
통신부(710)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(720)는 XR 기기(700a)의 구성 요소들을 제어하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어부(720)는 비디오/이미지 획득, (비디오/이미지) 인코딩, 메타데이터 생성 및 처리 등의 절차를 제어 및/또는 수행하도록 구성될 수 있다. 메모리부(730)는 XR 기기(700a)의 구동/XR 오브젝트의 생성에 필요한 데이터/파라미터/프로그램/코드/명령을 저장할 수 있다.
입출력부(740a)는 외부로부터 제어 정보, 데이터 등을 획득하며, 생성된 XR 오브젝트를 출력할 수 있다. 입출력부(740a)는 카메라, 마이크로폰, 사용자 입력부, 디스플레이부, 스피커 및/또는 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다. 센서부(740b)는 XR 기기 상태, 주변 환경 정보, 사용자 정보 등을 얻을 수 있다. 센서부(740b)는 근접 센서, 조도 센서, 가속도 센서, 자기 센서, 자이로 센서, 관성 센서, RGB(red green blue) 센서, IR(infrared) 센서, 지문 인식 센서, 초음파 센서, 광 센서, 마이크로폰 및/또는 레이더 등을 포함할 수 있다. 전원공급부(740c)는 XR 기기(700a)에게 전원을 공급하며, 유/무선 충전 회로, 배터리 등을 포함할 수 있다.
일 예로, XR 기기(700a)의 메모리부(730)는 XR 오브젝트(예, AR/VR/MR 오브젝트)의 생성에 필요한 정보(예, 데이터 등)를 포함할 수 있다. 입출력부(740a)는 사용자로부터 XR 기기(700a)를 조작하는 명령을 획득할 수 있으며, 제어부(720)는 사용자의 구동 명령에 따라 XR 기기(700a)를 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 사용자가 XR 기기(700a)를 통해 영화, 뉴스 등을 시청하려고 하는 경우, 제어부(720)는 통신부(730)를 통해 컨텐츠 요청 정보를 다른 기기(예, 휴대 기기(700b)) 또는 미디어 서버에 전송할 수 있다. 통신부(730)는 다른 기기(예, 휴대 기기(700b)) 또는 미디어 서버로부터 영화, 뉴스 등의 컨텐츠를 메모리부(730)로 다운로드/스트리밍 받을 수 있다. 제어부(720)는 컨텐츠에 대해 비디오/이미지 획득, (비디오/이미지) 인코딩, 메타데이터 생성/처리 등의 절차를 제어 및/또는 수행하며, 입출력부(740a)/센서부(740b)를 통해 획득한 주변 공간 또는 현실 오브젝트에 대한 정보에 기반하여 XR 오브젝트를 생성/출력할 수 있다.
또한, XR 기기(700a)는 통신부(710)를 통해 휴대 기기(700b)와 무선으로 연결되며, XR 기기(700a)의 동작은 휴대 기기(700b)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 휴대 기기(700b)는 XR 기기(700a)에 대한 콘트롤러로 동작할 수 있다. 이를 위해, XR 기기(700a)는 휴대 기기(700b)의 3차원 위치 정보를 획득한 뒤, 휴대 기기(700b)에 대응하는 XR 개체를 생성하여 출력할 수 있다.
도 8은 본 개시에 적용되는 로봇의 예시를 도시한 도면이다. 일 예로, 로봇은 사용 목적이나 분야에 따라 산업용, 의료용, 가정용, 군사용 등으로 분류될 수 있다. 이때, 도 8을 참조하면, 로봇(800)은 통신부(810), 제어부(820), 메모리부(830), 입출력부(840a), 센서부(840b) 및 구동부(840c)를 포함할 수 있다. 여기서, 블록 810~830/840a~840c은 각각 도 3의 블록 310~330/340에 대응할 수 있다.
통신부(810)는 다른 무선 기기, 다른 로봇, 또는 제어 서버 등의 외부 기기들과 신호(예, 구동 정보, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 제어부(820)는 로봇(800)의 구성 요소들을 제어하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 메모리부(830)는 로봇(800)의 다양한 기능을 지원하는 데이터/파라미터/프로그램/코드/명령을 저장할 수 있다. 입출력부(840a)는 로봇(800)의 외부로부터 정보를 획득하며, 로봇(800)의 외부로 정보를 출력할 수 있다. 입출력부(840a)는 카메라, 마이크로폰, 사용자 입력부, 디스플레이부, 스피커 및/또는 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다.
센서부(840b)는 로봇(800)의 내부 정보, 주변 환경 정보, 사용자 정보 등을 얻을 수 있다. 센서부(840b)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(840c)는 로봇 관절을 움직이는 등의 다양한 물리적 동작을 수행할 수 있다. 또한, 구동부(840c)는 로봇(800)을 지상에서 주행하거나 공중에서 비행하게 할 수 있다. 구동부(840c)는 액츄에이터, 모터, 바퀴, 브레이크, 프로펠러 등을 포함할 수 있다.
도 9는 본 개시에 적용되는 AI 기기의 예시를 도시한 도면이다. 일 예로, 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 9를 참조하면, AI 기기(900)는 통신부(910), 제어부(920), 메모리부(930), 입/출력부(940a/940b), 러닝 프로세서부(940c) 및 센서부(940d)를 포함할 수 있다. 블록 910~930/940a~940d는 각각 도 3의 블록 310~330/340에 대응할 수 있다.
통신부(910)는 유무선 통신 기술을 이용하여 다른 AI 기기(예, 도 1, 100x, 120, 140)나 AI 서버(도 1, 140) 등의 외부 기기들과 유무선 신호(예, 센서 정보, 사용자 입력, 학습 모델, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 이를 위해, 통신부(910)는 메모리부(930) 내의 정보를 외부 기기로 전송하거나, 외부 기기로부터 수신된 신호를 메모리부(930)로 전달할 수 있다.
제어부(920)는 데이터 분석 알고리즘 또는 머신 러닝 알고리즘을 사용하여 결정되거나 생성된 정보에 기초하여, AI 기기(900)의 적어도 하나의 실행 가능한 동작을 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(920)는 AI 기기(900)의 구성 요소들을 제어하여 결정된 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어부(920)는 러닝 프로세서부(940c) 또는 메모리부(930)의 데이터를 요청, 검색, 수신 또는 활용할 수 있고, 적어도 하나의 실행 가능한 동작 중 예측되는 동작이나, 바람직한 것으로 판단되는 동작을 실행하도록 AI 기기(900)의 구성 요소들을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(920)는 AI 장치(900)의 동작 내용이나 동작에 대한 사용자의 피드백 등을 포함하는 이력 정보를 수집하여 메모리부(930) 또는 러닝 프로세서부(940c)에 저장하거나, AI 서버(도 1, 140) 등의 외부 장치에 전송할 수 있다. 수집된 이력 정보는 학습 모델을 갱신하는데 이용될 수 있다.
메모리부(930)는 AI 기기(900)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리부(930)는 입력부(940a)로부터 얻은 데이터, 통신부(910)로부터 얻은 데이터, 러닝 프로세서부(940c)의 출력 데이터, 및 센싱부(940)로부터 얻은 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 메모리부(930)는 제어부(920)의 동작/실행에 필요한 제어 정보 및/또는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다.
입력부(940a)는 AI 기기(900)의 외부로부터 다양한 종류의 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 입력부(920)는 모델 학습을 위한 학습 데이터, 및 학습 모델이 적용될 입력 데이터 등을 획득할 수 있다. 입력부(940a)는 카메라, 마이크로폰 및/또는 사용자 입력부 등을 포함할 수 있다. 출력부(940b)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시킬 수 있다. 출력부(940b)는 디스플레이부, 스피커 및/또는 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다. 센싱부(940)는 다양한 센서들을 이용하여 AI 기기(900)의 내부 정보, AI 기기(900)의 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 얻을 수 있다. 센싱부(940)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(940c)는 학습 데이터를 이용하여 인공 신경망으로 구성된 모델을 학습시킬 수 있다. 러닝 프로세서부(940c)는 AI 서버(도 1, 140)의 러닝 프로세서부와 함께 AI 프로세싱을 수행할 수 있다. 러닝 프로세서부(940c)는 통신부(910)를 통해 외부 기기로부터 수신된 정보, 및/또는 메모리부(930)에 저장된 정보를 처리할 수 있다. 또한, 러닝 프로세서부(940c)의 출력 값은 통신부(910)를 통해 외부 기기로 전송되거나/되고, 메모리부(930)에 저장될 수 있다.
이하에서는 물리 채널들 및 일반적인 신호 전송에 대해 설명한다.
무선 접속 시스템에서 단말은 하향링크(downlink, DL)를 통해 기지국으로부터 정보를 수신하고, 상향링크(uplink, UL)를 통해 기지국으로 정보를 전송할 수 있다. 기지국과 단말이 송수신하는 정보는 일반 데이터 정보 및 다양한 제어 정보를 포함하고, 이들이 송수신 하는 정보의 종류/용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.
도 10은 본 개시에 적용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 신호 전송 방법을 도시한 도면이다.
전원이 꺼진 상태에서 다시 전원이 켜지거나, 새로이 셀에 진입한 단말은 S1011 단계에서 기지국과 동기를 맞추는 등의 초기 셀 탐색(initial cell search) 작업을 수행한다. 이를 위해 단말은 기지국으로부터 주 동기 채널(primary synchronization channel, P-SCH) 및 부 동기 채널(secondary synchronization channel, S-SCH)을 수신하여 기지국과 동기를 맞추고, 셀 ID 등의 정보를 획득할 수 있다.
그 후, 단말은 기지국으로부터 물리 방송 채널(physical broadcast channel, PBCH) 신호를 수신하여 셀 내 방송 정보를 획득할 수 있다. 한편, 단말은 초기 셀 탐색 단계에서 하향링크 참조 신호 (DL RS: Downlink Reference Signal)를 수신하여 하향링크 채널 상태를 확인할 수 있다. 초기 셀 탐색을 마친 단말은 S1012 단계에서 물리 하향링크 제어 채널(physical downlink control channel, PDCCH) 및 물리 하향링크 제어 채널 정보에 따른 물리 하향링크 공유 채널(physical downlink control channel, PDSCH)을 수신하여 조금 더 구체적인 시스템 정보를 획득할 수 있다.
이후, 단말은 기지국에 접속을 완료하기 위해 이후 단계 S1013 내지 단계 S1016과 같은 임의 접속 과정(random access procedure)을 수행할 수 있다. 이를 위해 단말은 물리 임의 접속 채널(physical random access channel, PRACH)을 통해 프리앰블 (preamble)을 전송하고(S1013), 물리 하향링크 제어 채널 및 이에 대응하는 물리 하향링크 공유 채널을 통해 프리앰블에 대한 RAR(random access response)를 수신할 수 있다(S1014). 단말은 RAR 내의 스케줄링 정보를 이용하여 PUSCH(physical uplink shared channel)을 전송하고(S1015), 물리 하향링크 제어채널 신호 및 이에 대응하는 물리 하향링크 공유 채널 신호의 수신과 같은 충돌 해결 절차(contention resolution procedure)를 수행할 수 있다(S1016).
상술한 바와 같은 절차를 수행한 단말은 이후 일반적인 상/하향링크 신호 전송 절차로서 물리 하향링크 제어 채널 신호 및/또는 물리 하향링크 공유 채널 신호의 수신(S1017) 및 물리 상향링크 공유 채널(physical uplink shared channel, PUSCH) 신호 및/또는 물리 상향링크 제어 채널(physical uplink control channel, PUCCH) 신호의 전송(S1018)을 수행할 수 있다.
단말이 기지국으로 전송하는 제어정보를 통칭하여 상향링크 제어정보(uplink control information, UCI)라고 지칭한다. UCI는 HARQ-ACK/NACK(hybrid automatic repeat and request acknowledgement/negative-ACK), SR(scheduling request), CQI(channel quality indication), PMI(precoding matrix indication), RI(rank indication), BI(beam indication) 정보 등을 포함한다. 이때, UCI는 일반적으로 PUCCH를 통해 주기적으로 전송되지만, 실시 예에 따라(예, 제어정보와 트래픽 데이터가 동시에 전송되어야 할 경우) PUSCH를 통해 전송될 수 있다. 또한, 네트워크의 요청/지시에 의해 단말은 PUSCH를 통해 UCI를 비주기적으로 전송할 수 있다.
도 11은 본 개시에 적용되는 무선 인터페이스 프로토콜(radio interface protocol)의 제어평면(control plane) 및 사용자 평면(user plane) 구조를 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 엔티티 1(Entity 1)은 단말(user equipment, UE)일 수 있다. 이때, 단말이라 함은 상술한 도 1 내지 도 9에서 본 개시가 적용되는 무선 기기, 휴대 기기, 차량, 이동체, XR 기기, 로봇 및 AI 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 또한, 단말은 본 개시가 적용될 수 있는 장치를 지칭하는 것으로 특정 장치나 기기로 한정되지 않을 수 있다.
엔티티 2(Entity 2)는 기지국일 수 있다. 이때, 기지국은 eNB, gNB 및 ng-eNB 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 또한, 기지국은 단말로 하향링크 신호를 전송하는 장치를 지칭할 수 있으며, 특정 타입이나 장치로 한정되지 않을 수 있다. 즉, 기지국은 다양한 형태나 타입으로 구현될 수 있으며, 특정 형태로 한정되지 않을 수 있다.
엔티티 3(Entity 3)은 네트워크 장치 또는 네트워크 펑션을 수행하는 기기일 수 있다. 이때, 네트워크 장치는 이동성을 관리하는 코어망 노드(core network node)(e.g. MME(mobility management entity), AMF(access and mobility management function) 등)일 수 있다. 또한, 네트워크 펑션은 네트워크 기능을 수행하기 위해 구현되는 펑션(function)을 의미할 수 있으며, 엔티티 3은 펑션이 적용된 기기일 수 있다. 즉, 엔티티 3은 네트워크 기능을 수행하는 펑션이나 기기를 지칭할 수 있으며, 특정 형태의 기기로 한정되지 않는다.
제어평면은 단말(user equipment, UE)과 네트워크가 호를 관리하기 위해서 이용하는 제어 메시지들이 전송되는 통로를 의미할 수 있다. 또한, 사용자평면은 애플리케이션 계층에서 생성된 데이터, 예를 들어, 음성 데이터 또는 인터넷 패킷 데이터 등이 전송되는 통로를 의미할 수 있다. 이때, 제1 계층인 물리계층은 물리채널(physical channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스(information transfer service)를 제공할 수 있다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(medium access control) 계층과는 전송채널을 통해 연결되어 있다. 이때, 전송채널을 통해 매체접속제어 계층과 물리계층 사이에 데이터가 이동할 수 있다. 송신 측과 수신 측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동할 수 있다. 이때, 물리채널은 시간과 주파수를 무선 자원으로 활용한다.
제2 계층의 매체접속제어(medium access control, MAC) 계층은 논리채널(logical channel)을 통해 상위계층인 무선링크제어(radio link control, RLC) 계층에 서비스를 제공한다. 제2 계층의 RLC 계층은 신뢰성 있는 데이터 전송을 지원할 수 있다. RLC 계층의 기능은 MAC 내부의 기능 블록으로 구현될 수도 있다. 제2 계층의 PDCP(packet data convergence protocol) 계층은 대역폭이 좁은 무선 인터페이스에서 IPv4 나 IPv6 와 같은 IP 패킷을 효율적으로 전송하기 위해 불필요한 제어정보를 줄여주는 헤더 압축(header compression) 기능을 수행할 수 있다. 제3 계층의 최하부에 위치한 무선 자원제어(radio resource control, RRC) 계층은 제어평면에서만 정의된다. RRC 계층은 무선 베어러(radio bearer, RB)들의 설정(configuration), 재설정(re-configuration) 및 해제(release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당할 수 있다. RB는 단말과 네트워크 간의 데이터 전달을 위해 제2 계층에 의해 제공되는 서비스를 의미할 수 있다. 이를 위해, 단말과 네트워크의 RRC 계층은 서로 RRC 메시지를 교환할 수 있다. RRC 계층의 상위에 있는 NAS(non-access stratum) 계층은 세션 관리(session management)와 이동성 관리(mobility management) 등의 기능을 수행할 수 있다. 기지국을 구성하는 하나의 셀은 다양한 대역폭 중 하나로 설정되어 여러 단말에게 하향 또는 상향 전송 서비스를 제공할 수 있다. 서로 다른 셀은 서로 다른 대역폭을 제공하도록 설정될 수 있다. 네트워크에서 단말로 데이터를 전송하는 하향 전송채널은 시스템 정보를 전송하는 BCH(broadcast channel), 페이징 메시지를 전송하는 PCH(paging channel), 사용자 트래픽이나 제어 메시지를 전송하는 하향 SCH(shared channel) 등이 있다. 하향 멀티캐스트 또는 방송 서비스의 트래픽 또는 제어 메시지의 경우, 하향 SCH를 통해 전송될 수도 있고, 또는 별도의 하향 MCH(Multicast Channel)을 통해 전송될 수도 있다. 한편, 단말에서 네트워크로 데이터를 전송하는 상향 전송채널로는 초기 제어 메시지를 전송하는 RACH(random access channel), 사용자 트래픽이나 제어 메시지를 전송하는 상향 SCH(shared channel)가 있다. 전송채널의 상위에 있으며, 전송채널에 매핑되는 논리채널(logical channel)로는 BCCH(broadcast control channel), PCCH(paging control channel), CCCH(common control channel), MCCH(multicast control channel) 및 MTCH(multicast traffic channel) 등이 있다.
도 12는 본 개시에 적용되는 전송 신호를 처리하는 방법을 도시한 도면이다. 일 예로, 전송 신호는 신호 처리 회로에 의해 처리될 수 있다. 이때, 신호 처리 회로(1200)는 스크램블러(1210), 변조기(1220), 레이어 매퍼(1230), 프리코더(1240), 자원 매퍼(1250), 신호 생성기(1260)를 포함할 수 있다. 이때, 일 예로, 도 12의 동작/기능은 도 2의 프로세서(202a, 202b) 및/또는 송수신기(206a, 206b)에서 수행될 수 있다. 또한, 일 예로, 도 12의 하드웨어 요소는 도 2의 프로세서(202a, 202b) 및/또는 송수신기(206a, 206b)에서 구현될 수 있다. 일 예로, 블록 1010~1060은 도 2의 프로세서(202a, 202b)에서 구현될 수 있다. 또한, 블록 1210~1250은 도 2의 프로세서(202a, 202b)에서 구현되고, 블록 1260은 도 2의 송수신기(206a, 206b)에서 구현될 수 있으며, 상술한 실시 예로 한정되지 않는다.
코드워드는 도 12의 신호 처리 회로(1200)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 도 10의 다양한 물리 채널(예, PUSCH, PDSCH)을 통해 전송될 수 있다. 구체적으로, 코드워드는 스크램블러(1210)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(1220)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(1230)에 의해 하나 이상의 전송 레이어로 매핑될 수 있다. 각 전송 레이어의 변조 심볼들은 프리코더(1240)에 의해 해당 안테나 포트(들)로 매핑될 수 있다(프리코딩). 프리코더(1240)의 출력 z는 레이어 매퍼(1230)의 출력 y를 N*M의 프리코딩 행렬 W와 곱해 얻을 수 있다. 여기서, N은 안테나 포트의 개수, M은 전송 레이어의 개수이다. 여기서, 프리코더(1240)는 복소 변조 심볼들에 대한 트랜스폼(transform) 프리코딩(예, DFT(discrete fourier transform) 변환)을 수행한 이후에 프리코딩을 수행할 수 있다. 또한, 프리코더(1240)는 트랜스폼 프리코딩을 수행하지 않고 프리코딩을 수행할 수 있다.
자원 매퍼(1250)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(1260)는 매핑된 변조 심볼들로부터 무선 신호를 생성하며, 생성된 무선 신호는 각 안테나를 통해 다른 기기로 전송될 수 있다. 이를 위해, 신호 생성기(1260)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 12의 신호 처리 과정(1210~1260)의 역으로 구성될 수 있다. 일 예로, 무선 기기(예, 도 2의 200a, 200b)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.
도 13은 본 개시에 적용 가능한 무선 프레임의 구조를 도시한 도면이다.
NR 시스템에 기초한 상향링크 및 하향링크 전송은 도 13과 같은 프레임에 기초할 수 있다. 이때, 하나의 무선 프레임은 10ms의 길이를 가지며, 2개의 5ms 하프-프레임(half-frame, HF)으로 정의될 수 있다. 하나의 하프-프레임은 5개의 1ms 서브프레임(subframe, SF)으로 정의될 수 있다. 하나의 서브프레임은 하나 이상의 슬롯으로 분할되며, 서브프레임 내 슬롯 개수는 SCS(subcarrier spacing)에 의존할 수 있다. 이때, 각 슬롯은 CP(cyclic prefix)에 따라 12개 또는 14개의 OFDM(A) 심볼들을 포함할 수 있다. 일반 CP(normal CP)가 사용되는 경우, 각 슬롯은 14개의 심볼들을 포함할 수 있다. 확장 CP(extended CP)가 사용되는 경우, 각 슬롯은 12개의 심볼들을 포함할 수 있다. 여기서, 심볼은 OFDM 심볼(또는, CP-OFDM 심볼), SC-FDMA 심볼(또는, DFT-s-OFDM 심볼)을 포함할 수 있다.
표 1은 일반 CP가 사용되는 경우, SCS에 따른 슬롯 별 심볼의 개수, 프레임 별 슬롯의 개수 및 서브프레임 별 슬롯의 개수를 나타내고, 표 2는 확장된 CSP가 사용되는 경우, SCS에 따른 슬롯 별 심볼의 개수, 프레임 별 슬롯의 개수 및 서브프레임 별 슬롯의 개수를 나타낸다.
Figure PCTKR2020012177-appb-T000001
Figure PCTKR2020012177-appb-T000002
상기 표 1 및 표 2에서, Nslot symb 는 슬롯 내 심볼의 개수를 나타내고, Nframe,μ slot는 프레임 내 슬롯의 개수를 나타내고, Nsubframe,μ slot는 서브프레임 내 슬롯의 개수를 나타낼 수 있다.
또한, 본 개시가 적용 가능한 시스템에서, 하나의 단말에게 병합되는 복수의 셀들간에 OFDM(A) 뉴모놀로지(numerology)(예, SCS, CP 길이 등)가 상이하게 설정될 수 있다. 이에 따라, 동일한 개수의 심볼로 구성된 시간 자원(예, SF, 슬롯 또는 TTI)(편의상, TU(time unit)로 통칭)의 (절대 시간) 구간이 병합된 셀들 간에 상이하게 설정될 수 있다.
NR은 다양한 5G 서비스들을 지원하기 위한 다수의 numerology(또는 SCS(subcarrier spacing))를 지원할 수 있다. 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 지원할 수 있다.
NR 주파수 밴드(frequency band)는 2가지 type(FR1, FR2)의 주파수 범위(frequency range)로 정의된다. FR1, FR2는 아래 표와 같이 구성될 수 있다. 또한, FR2는 밀리미터 웨이브(millimeter wave, mmW)를 의미할 수 있다.
Figure PCTKR2020012177-appb-T000003
또한, 일 예로, 본 개시가 적용 가능한 통신 시스템에서 상술한 뉴모놀로지(numerology)가 다르게 설정될 수 있다. 일 예로, 상술한 FR2보다 높은 주파수 대역으로 테라헤르츠 웨이브(Terahertz wave, THz) 대역이 사용될 수 있다. THz 대역에서 SCS는 NR 시스템보다 더 크게 설정될 수 있으며, 슬롯 수도 상이하게 설정될 수 있으며, 상술한 실시 예로 한정되지 않는다. THz 대역에 대해서는 하기에서 후술한다.
도 14는 본 개시에 적용 가능한 슬롯 구조를 도시한 도면이다.
하나의 슬롯은 시간 도메인에서 복수의 심볼을 포함한다. 예를 들어, 보통 CP의 경우 하나의 슬롯이 7개의 심볼을 포함하나, 확장 CP의 경우 하나의 슬롯이 6개의 심볼을 포함할 수 있다. 반송파(carrier)는 주파수 도메인에서 복수의 부반송파(subcarrier)를 포함한다. RB(Resource Block)는 주파수 도메인에서 복수(예, 12)의 연속한 부반송파로 정의될 수 있다.
또한, BWP(Bandwidth Part)는 주파수 도메인에서 복수의 연속한 (P)RB로 정의되며, 하나의 뉴모놀로지(numerology)(예, SCS, CP 길이 등)에 대응될 수 있다.
반송파는 최대 N개(예, 5개)의 BWP를 포함할 수 있다. 데이터 통신은 활성화된 BWP를 통해서 수행되며, 하나의 단말한테는 하나의 BWP만 활성화될 수 있다. 자원 그리드에서 각각의 요소는 자원요소(Resource Element, RE)로 지칭되며, 하나의 복소 심볼이 매핑될 수 있다.
이하에서는 6G 통신 시스템에 대해 설명한다.
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 connectivity”와 같은 4가지 측면일 수 있으며, 6G 시스템은 하기 표 4와 같은 요구 사항을 만족시킬 수 있다. 즉, 표 4는 6G 시스템의 요구 사항을 나타낸 표이다.
Figure PCTKR2020012177-appb-T000004
이때, 6G 시스템은 향상된 모바일 브로드밴드(enhanced mobile broadband, eMBB), 초-저지연 통신(ultra-reliable low latency communications, URLLC), mMTC (massive machine type communications), AI 통합 통신(AI integrated communication), 촉각 인터넷(tactile internet), 높은 스루풋(high throughput), 높은 네트워크 능력(high network capacity), 높은 에너지 효율(high energy efficiency), 낮은 백홀 및 접근 네트워크 혼잡(low backhaul and access network congestion) 및 향상된 데이터 보안(enhanced data security)과 같은 핵심 요소(key factor)들을 가질 수 있다.
도 15는 본 개시에 적용 가능한 6G 시스템에서 제공 가능한 통신 구조의 일례를 도시한 도면이다.
도 15를 참조하면, 6G 시스템은 5G 무선통신 시스템보다 50배 더 높은 동시 무선통신 연결성을 가질 것으로 예상된다. 5G의 핵심 요소(key feature)인 URLLC는 6G 통신에서 1ms보다 적은 단-대-단(end-to-end) 지연을 제공함으로써 보다 더 주요한 기술이 될 것으로 예상된다. 이때, 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 수 있다. 또한, 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 중요할 수 있다.
- 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 3-dimemtion 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.
이하에서는 6G 시스템의 핵심 구현 기술에 대해 설명한다.
- 인공 지능(artificial Intelligence, AI)
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 스케줄링과 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.
최근 AI를 무선 통신 시스템과 통합하려고 하는 시도들이 나타나고 있으나, 이는 어플리케이션 계층(application layer), 네트워크 계층(network layer) 특히, 딥 러닝은 무선 자원 관리 및 할당(wireless resource management and allocation) 분야에 집중되어 왔다. 그러나, 이러한 연구는 점점 MAC 계층 및 물리 계층으로 발전하고 있으며, 특히 물리계층에서 딥 러닝을 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(multiple input multiple output) 매커니즘(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 딥 러닝은 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(complex) 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 만들어 내기 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(learning 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(deep neural networks, DNN), 합성곱 신경망(convolutional deep neural networks, CNN), 순환 신경망(recurrent boltzmann machine, RNN) 방식이 있으며, 이러한 러닝 모델이 적용될 수 있다.
이하에서는 THz(Terahertz) 통신에 대해 설명한다.
6G 시스템에서 THz 통신이 적용될 수 있다. 일 예로, 데이터 전송률은 대역폭을 늘려 높일 수 있다. 이것은 넓은 대역폭으로 sub-THz 통신을 사용하고, 진보된 대규모 MIMO 기술을 적용하여 수행될 수 있다.
도 16은 본 개시에 적용 가능한 전자기 스펙트럼을 도시한 도면이다. 일 예로, 도 16을 참조하면, 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 대역에 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.
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.
이하에서는 광 무선 기술(optical wireless technology)에 대해 설명한다.
OWC(optical wireless communication) 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(free space optical) 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(light detection and ranging) 또한 광 대역을 기반으로 6G 통신에서 초 고해상도 3D 매핑을 위해 이용될 수 있다.
이하에서는 FSO 백홀 네트워크에 대해 설명한다.
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 기지국 연결도 지원한다.
이하에서는 대규모 MIMO 기술에 대해 설명한다.
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.
이하에서는 블록 체인에 대해 설명한다.
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(peer to peer) 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.
이하에서는 3D 네트워킹에 대해 설명한다.
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.
이하에서는 양자 커뮤니케이션에 대해 설명한다.
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.
이하에서는 무인 항공기에 대해 설명한다.
UAV(unmanned aerial vehicle) 또는 드론은 6G 무선 통신에서 중요한 요소가 될 것이다. 대부분의 경우, UAV 기술을 사용하여 고속 데이터 무선 연결이 제공된다. 기지국 엔티티는 셀룰러 연결을 제공하기 위해 UAV에 설치된다. UAV는 쉬운 배치, 강력한 가시선 링크 및 이동성이 제어되는 자유도와 같은 고정 기지국 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.
이하에서는 셀-프리 통신(cell-free Communication)에 대해 설명한다.
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.
이하에서는 무선 정보 및 에너지 전송 통합(wireless information and energy transfer, WIET)에 대해 설명한다.
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.
이하에서는 센싱과 커뮤니케이션의 통합에 대해 설명한다.
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.
이하에서는 액세스 백홀 네트워크의 통합에 대해 설명한다.
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.
이하에서는 홀로그램 빔포밍에 대해 설명한다.
빔포밍은 특정 방향으로 무선 신호를 전송하기 위해 안테나 배열을 조정하는 신호 처리 절차이다. 스마트 안테나 또는 진보된 안테나 시스템의 하위 집합이다. 빔포밍 기술은 높은 신호 대 잡음비, 간섭 방지 및 거부, 높은 네트워크 효율과 같은 몇 가지 장점이 있다. 홀로그램 빔포밍(hologram beamforming, HBF)은 소프트웨어-정의된 안테나를 사용하기 때문에 MIMO 시스템과 상당히 다른 새로운 빔포밍 방법이다. HBF는 6G에서 다중 안테나 통신 장치에서 신호의 효율적이고 유연한 전송 및 수신을 위해 매우 효과적인 접근 방식이 될 것이다.
이하에서는 빅 데이터 분석에 대해 설명한다.
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.
이하에서는 LIS(large intelligent surface)에 대해 설명한다.
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 매시브 MIMO의 확장으로 보여질 수 있으나, 매시브 MIMO와 서로 다른 어레이(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 체인(chain)을 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.
이하에서는 테라헤르츠(THz) 무선 통신에 대해 설명한다.
도 17은 본 개시에 적용 가능한 THz 통신 방법을 도시한 도면이다.
도 17을 참조하면, 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 WG(working group)을 중심으로 논의되고 있으며, IEEE 802.15의 TG(task group)(예, 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.
구체적으로, 도 17을 참조하면, THz 무선통신 시나리오는 매크로 네트워크(macro network), 마이크로 네트워크(micro network), 나노스케일 네트워크(nanoscale network)로 분류될 수 있다. 매크로 네트워크에서 THz 무선통신은 V2V(vehicle-to-vehicle) 연결 및 백홀/프런트홀(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. 하기 표 5는 THz 파에서 이용될 수 있는 기술의 일례를 나타낸 표이다.
Figure PCTKR2020012177-appb-T000005
도 18은 본 개시에 적용 가능한 THz 무선 통신 송수신기를 도시한 도면이다.
도 18을 참조하면, THz 무선통신은 THz 발생 및 수신을 위한 방법을 기준으로 분류할 수 있다. THz 발생 방법은 광 소자 또는 전자소자 기반 기술로 분류할 수 있다.
이때, 전자 소자를 이용하여 THz를 발생시키는 방법은 공명 터널링 다이오드(resonant tunneling diode, RTD)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 18의 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 18의 안테나에 배열 안테나 등이 적용되어 빔포밍이 구현될 수도 있다. 도 18에서, IF는 중간 주파수(intermediate frequency)를 나타내며, 트리플러(tripler), 멀리플러(multipler)는 체배기를 나타내며, PA는 전력 증폭기(power amplifier)를 나타내며, LNA는 저잡음 증폭기(low noise amplifier), PLL은 위상동기회로(phase-locked loop)를 나타낸다.
도 19는 본 개시에 적용 가능한 THz 신호 생성 방법을 도시한 도면이다. 또한, 도 20은 본 개시에 적용 가능한 무선 통신 송수신기를 도시한 도면이다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 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 19에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드, 광대역 광변조기, 초고속 광검출기가 필요하다. 도 19의 경우, 파장이 다른 두 레이저의 빛 신호를 합파하여 레이저 간의 파장 차이에 해당하는 THz 신호를 생성하는 것이다. 도 19에서, 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 20에서, 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(예, 광전 변환, 전광 변환 등)을 하나의 부품으로 모듈화시킨 광모듈(optical sub assembly)를 나타내며, DSO는 디지털 스토리지 오실로스코프(digital storage oscilloscope)를 나타낸다.
도 21은 본 개시에 적용 가능한 송신기 구조를 도시한 도면이다. 또한, 도 22는 본 개시에 적용 가능한 변조기 구조를 도시한 도면이다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 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) 102 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(infrared 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) 시스템에서, 광전 변환기 1개를 이용하여 테라헤르츠 송수신 시스템이 구현될 수 있다. 채널 환경에 따라 달라지지만 멀리 캐리어(Multi carrier) 시스템에서, 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.
이하에서는 본 개시의 제안에 대해 설명한다.
연합학습(Federated Learning)은 스마트폰 같은 모바일 디바이스에 저장되어 있는 분산 데이터를 통해 중앙 서버의 머신러닝 모델을 훈련하는 분산 머신러닝의 한 종류이다. 유선 통신 환경을 가정한 다른 분산 머신러닝 기법과 다르게 연합학습은 개인 사용자들의 모바일 디바이스에서 수집되는 데이터를 활용해 디바이스에서 훈련과정을 거치는 분산 머신 러닝 기법이다. 모바일 디바이스는 사용자와의 상호작용을 통해서 수 많은 데이터들이 생성되며 대부분의 데이터는 개인정보에 민감하다. 사진, 사용자의 위치, 채팅 내역, 영상, 음성 등 데이터는 개인 정보보호가 필요하며 사용자는 이러한 데이터들이 디바이스 외부로 유출되는 것을 원하지 않는다. 그리고, 데이터가 암호화되거나 익명성이 보장되어도 마찬가지로 외부로 유출을 원하지 않는다. 즉 데이터들을 데이터 센터 같은 중앙 서버에 모을 수 없다는 한계가 있으며 이는 데이터들을 분산 머신러닝, 딥러닝 기법에 적용하기 어렵게 만든다.
단말에 AI 칩이 들어가면서 추론(inference)뿐 아니라 단말 내 학습에 대한 요구가 늘어나고 있다. 그러나 단말이 경험한 데이터에 대한 학습을 개별로 진행할 경우, 한 단말이 경험한 데이터가 많지 않고 단말(edge device)의 컴퓨팅 자원(computing resource)이 높지 않다는 문제가 있다. 이를 극복하기 위해 효율적으로 분산 학습하는 방법의 도입이 필요하다.
상향링크 시그널링 부담에 대한 극복을 위해 AirComp 기반의 연합학습이 제안되었다. 그러나, 이 방식은 AI 모델의 압축(compression)을 고려하고 있지 않아 단말 AI 추론의 복잡도를 해결하지는 못하고 있다. 반면, 단순 모델 압축 기술은 단말 내부에서 학습이 일어나는 부분만 고려하고 있기 때문에 단말이 경험한 데이터의 한계로 인해 성능 향상에 제한이 있을 수 밖에 없다.
이에, 효율적이고 보안성이 높은 분산 학습의 한 방법으로 연합학습이 제안되었지만, 각 단말이 가중치를 매번 피드백해야 하기 때문에 상향링크 시그널링 부담이 증가하는 문제를 극복할 필요가 있다. 나아가, AI 처리 용량에 한계가 있는 단말은 AI 모델의 크기가 크면 안된다는 한계를 극복할 필요가 있다.
이하에서는 연합 학습의 통신 구조에 대해 설명한다.
도 23은 연합 학습의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 23을 참고하면, 단말 또는 엣지 장치는 통신 채널의 상향링크로는 각 장치에서 학습 후 변경된 가중치나 기울기를 기지국 또는 엣지 서버로 전송하게 된다. 최근의 연구 동향에 따르면 연합 평균 알고리즘(Federated Averaging algorithm)은 미니배치(minibatch)를 사용하여 통신 횟수(communication round)를 줄이는 방법으로 통신 효율을 향상시킬 수 있다. 연합 평균 알고리즘은 각 장치의 로컬 데이터 집합(local data set)을 미니배치 단위로 트레이닝을 수행하고 업데이트된 가중치나 기울기를 서버로 전송하고, 서버는 집성된 가중치들에 대한 평균을 구하여 가중치를 업데이트하고, 글로벌(global) 공통 예측 모델을 업데이트한다.
도 23은 2개의 엣지 장치가 각각 가중치 w1, w2를 엣지 서버로 전송하는 일례를 도시한다. 엣지 서버는 w1 및 w2의 평균을 통해 새로운 가중치를 업데이트하여, 2개의 엣지 장치에게 이를 전송한다. 이를 일반화하면, 새로운 가중치는 다음 식을 통해 얻을 수 있다.
Figure PCTKR2020012177-appb-M000001
한편, 연합 평균 알고리즘의 의사-코드(pseudo-code)는 다음 표와 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2020012177-appb-T000006
여기서, k는 K개의 클라이언트들 각각의 인덱스, B는 로컬 미니배치의 크기, E는 로컬 에포크(local epoch)의 개수, η는 러닝 비율을 각각 의미할 수 있다.
즉, k의 인덱스를 갖는 K 개의 클라이언트들이 있는 경우, 로컬 미니배치 크기 B를 사용하여 트레이닝을 수행하고, 업데이트된 가중치 w를 서버로 전송할 수 있다. 서버에서는 각 로컬 장치들에서 집성된 가중치에 대해 평균을 취하여 새로운 가중치를 결정하여 각 클라이언트들에게 브로드캐스트(broadcast)할 수 있다.
이하에서는 OTA 연산(over the air computation)에 기반한 연합학습에 대해 설명한다.
도 24는 OTA 연산에 기반한 연합학습이 수행되는 절차의 일례를 도시한 것이다.
도 24를 참고하면, 기지국/엣지 서버는 단말들/엣지 장치들에게 초기 가중치를 브로드캐스트한다. 각각의 단말들/엣지 장치들은 초기 가중치에 기반하여 트레이닝을 수행하여 획득한 가중치 변화량을 기지국/엣지 서버로 보고한다. 그러면, 기지국은 초기 가중치와 보고된 가중치 변화량의 평균 값에 기반하여 새로운 가중치를 결정한다. 이후, 기지국은 상기 새로운 가중치를 단말들/엣지 장치들에게 브로드캐스트하고, 이를 수신한 단말들/엣지 장치들 각각은 수신한 새로운 가중치에 기반하여 트레이닝을 수행한다. 이러한 동작을 반복함으로써, 가중치 업데이트가 수행될 수 있다.
한편, 도 24의 일례에서, 각각의 단말들/엣지 장치들은 Aircomp에 기반하여 가중치 변화량을 전송할 수 있다.
도 25는 AirComp의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 25를 참고하면, 각각의 단말/엣지 장치는 연합 학습에 대해 할당된 주파수 자원 전체를 이용하여 신호를 전송한다. 상기 신호는 아날로그 신호일 수 있고, 이 때, 엣지 서버는 각각의 단말/엣지 장치들로부터 전송된 신호들이 중첩된 신호를 수신할 수 있다.
다시 말하면, AirComp는 MA(multiple access) 채널의 파형 중첩 특성을 사용하여 아날로그 가중치 신호의 중첩을 이용하는 방식으로 상향링크 시그널링 손실의 극복을 위한 방법이다. 다만, 이 방법은 AI 모델 압축(compression)을 고려하지 않아 단말의 AI 추론(inference)의 복잡도를 해결하기에 용이하지 않을 수 있다.
도 26은 프루닝(pruning)의 일례를 도시한 것이다.
일반적으로, 엣지 장치는 엣지 서버보다 계산 전력이 낮다. 따라서, 중요하지 않은 네트워크 모델의 연결을 제거함으로써, 성능을 유지하면서 경량화된 모델의 운영이 가능하다.
도 26을 참고하면, 프루닝 과정은 3가지 파이프라인(pipeline)으로 진행될 수 있다. 먼저, 연결 트레이닝(train connectivity) 과정으로, 모든 네트워크 연결이 연결된 상태에서 어떤 연결이 더 중요한지를 학습하기 위해 네트워크를 트레이닝시켜 가중치를 산출할 수 있다. 이후, 연결 제거(prune connection) 과정으로, 문턱치보다 낮은 가중치를 갖는 연결을 중요하지 않은 연결로 판단하여 제거한다(prune). 즉, 밀집 네트워크(dence network)에서 희소 네트워크(sparse network) 모델로 변환한다. 이후, 가중치 트레이닝(train weight) 과정으로, 제거된 희소 연결 상태에서 다시 트레이닝을 수행하여 가중치를 미세하게 조정하도록 세밀하게 튜닝(fine-tuning)한다. 정확도(accuracy)의 손실이 없는 수준에서 문턱치를 결정하여 연결 제거 과정과 가중치 트레이닝 과정을 반복 수행함으로써 최소 개수의 연결을 갖는 조합을 설정한다.
다음 표는 프루닝에 따른 네트워크 모델의 효율을 나타낸다.
Figure PCTKR2020012177-appb-T000007
일례로, AlexNet 모델은 5개의 컨벌루션 계층(convolution layer)과 3개의 완전-연결된 계층(fully-connected layer)로 구성되며, 마지막 완전-연결된 계층은 1000개의 카테고리로 분류하기 위해 활성 함수(activation function)로 softmax 함수를 사용한다. 표 7을 참고하면, AlexNet에 대해 프루닝을 수행하는 경우, 성능 저하 없이 9배의 파라미터 압축이 가능하고, VGG-16 네트워크에 대해 프루닝을 수행하는 경우, 성능 저하 없이 13배의 파라미터 압축이 가능하다.
도 27은 AlexNet의 컨벌루션 계층의 프루닝 민감도를 도시한 것이다. 도 28은 AlexNet의 완전-연결된 계층의 프루닝 민감도를 도시한 것이다.
도 27을 참고하면, 제1 컨벌루션 계층(conv1)의 경우 정확도의 저하 없이 프루닝할 수 있는 문턱치는 약 20%이다. 즉, 제1 컨벌루션 계층의 연결들 중 가중치가 낮은 20%의 연결들은 성능에 큰 영향을 미치지 않으므로 프루닝이 가능하다.
도 28을 참고하면, 제3 완전-연결된 계층(fc3)의 경우 정확도의 저하 없이 프루닝할 수 있는 문턱치는 약 53%이다. 즉, 제3 완전-연결된 계층의 연결들 중 가중치가 낮은 53%의 연결들은 프루닝이 가능하다.
한편, 단순 모델 압축 기술은 단말 내부에서 학습이 일어나는 부분만 고려하므로, 단말이 경험한 데이터 양의 한계로 인해 성능 향상에 제한이 존재할 수 있다.
이하에서는 본 명세서를 통해 제안하는 제안 방법에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서에서는 OTA 연산(over the air computation) 상황에서 트레이닝 정보의 입실론-그리디(epsilon-greedy, e-greedy) 선택에 의한 프루닝(pruning)을 사용하는 압축 연합 학습(compressed federated learning: CFL) 방법을 제안한다. 여기서, 입실론-그리디 선택이란, 입실론이라는 파라미터를 이용한 그리디 선택을 의미한다. 즉, 입실론(ε)의 확률로 랜덤 선택을 하고, 1-ε의 확률로 각 단계에서의 최선의 선택을 하는 방법이다.
도 29는 본 명세서에서 제안하는 압축 연합 학습 방법의 일례를 도시한 것이다.
도 29를 참고하면, 엣지 서버/기지국은 희소 네트워크(sparse network)를 생성하여 엣지 장치/로컬 단말들에게 알려준다. 각 엣지 장치들/로컬 단말들은 초기 기기 등록 시 엣지 서버/기지국으로부터 희소 네트워크 모델을 수신한다. 그리고, 엣지 서버/기지국으로부터 트레이닝 연결 정보(train connection information)를 수신한다.
기지국은 트레이닝 연결 정보를 의사 결정(decision making)하여 로컬 단말들과 관련 정보를 공유한다. 트레이닝 연결 정보는 희소 네트워크 모델에서 가중치가 문턱치보다 작아서 끊긴(pruned) 연결 중 트레이닝에 포함시킬 연결에 대한 정보를 포함한다. 이 때, 문턱치 근처에서, 즉, 문턱치와의 차이가 상대적으로 작은 상태에서 끊긴 연결을 더욱 많이 선택할 수 있도록 입실론-그리디 방법을 사용하여 트레이닝 연결 정보에 포함할 연결 정보를 의사 결정할 수 있다.
이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure PCTKR2020012177-appb-M000002
여기서, N은 몇 개의 연결 정보를 포함할지 여부를 나타내고, Wpruned는 가중치가 문턱치보다 작아서 끊긴 연결의 가중치를 의미한다. 입실론(ε)은 0~1 사이의 값을 갖고, ε의 확률로 랜덤으로 Wpruned 연결 정보를 선택하고, 1-ε의 확률로 문턱치 근처에서 끊긴 연결 정보를 선택하도록 의사 결정하여 트레이닝을 위한 연결을 일정 확률로 랜덤하게 선택할 수 있다. 예를 들어, 밀집 네트워크의 연결이 10개이고, N=1이고, ε=0.1인 경우, 연결의 50%가 프루닝되었다면, 회소 네트워크의 연결은 5개이고, 트레이닝 연결 정보(=1개)가 90%의 확률로 문턱치 근처에서 끊긴 연결 정보를 선택하고, 10%의 확률로 임의의 연결 정보를 선택하게 된다.
각 단말은, 희소 네트워크에서 기지국으로부터 수신한 트레이닝 연결 정보에 포함된 연결을 연결할 희소 네트워크를 생성한 후, 트레이닝을 수행할 수 있다. 여기서, 각 단말은 가중치의 변화량(Δw)을 측정/획득할 수 있는데, 문턱치 이상의 변화량을 갖는 것과 나머지로 구분할 수 있다. 여기서, 문턱치 이상의 변화량을 갖는 것은 그대로 반영하고, 나머지는 영(zero) 벡터를 반영할 수 있다. 단말은 획득한 가중치의 변화량을 기지국으로 보고하고, 기지국은 AirComp 방법으로 가중치에 대해 평균 집성(average aggregation)한다.
기지국/서버에서는 기지국이 가지고 있던 가중치와 각 단말들로부터 보고된 가중치 변화량을 AirComp한 벡터를 결합하여 평균 집성하고, 그 결과를 각각의 단말들에게 브로드캐스트한다. 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure PCTKR2020012177-appb-M000003
즉, t+1 시점에 기지국이 갖는 가중치(wBS t + 1)는 t 시점에 기지국이 갖는 가중치(wBS t)와 K개의 단말들로부터 수신한 t 시점의 가중치 변화량의 평균값의 합이다.
이를 통해, 아날로그 가중치 집성(analog weight aggregation)을 위한 CFL 방법에 있어서, 상향링크 대역폭을 효율적으로 감소시킬 수 있다. 즉, 기지국의 제어/통제에 의한 입실론-그리디 선택을 통한 트레이닝 연결 결정으로 단말의 희소 네트워크 모델에 대해 CFL이 가능하도록 구성하여 AirComp 상황에서도 기존 AirComp 방식의 연합 학습보다 상대적으로 적은 양의 가중치 변화량을 서버로 전송할 수 있다.
한편, 도 29를 참고하여 설명한 방법에서, 희소 네트워크 모델을 브로드캐스트하고, 트레이닝 연결 정보를 단말들에게 전송하고, 단말들은 가중치 변화량을 보고하고, 기지국은 수신한 가중치 변화량에 기반하여 가중치를 업데이트하는 과정은 도 30의 S3040 단계의 일례일 수 있다.
도 30은 압축 연합 학습 절차의 일례에 대한 순서도이다.
도 30을 참고하면, 엣지 서버/기지국은 트레이닝을 수행할 단말들을 선택할 수 있다(S3010). 상기 단계에서 단말들 각각은 엣지 서버/기지국으로 자원 보고를 수행할 수 있다. 상기 자원 보고는 상기 단말들 각각이 가지고 있는 희소 네트워크 모델에 대한 정보를 포함할 수 있다.
이후, 엣지 서버는 희소 네트워크 모델을 생성하여 단말에게 전송할 수 있다(S3020). 엣지 서버/기지국은 상기 단말들 각각이 가지고 있는 희소 네트워크 모델과 엣지 서버/기지국이 가지고 있는 희소 네트워크 모델을 비교하여 버전(version) 등이 다르면 자신이 가지고 있는 희소 네트워크 모델을 단말들에게 전송할 수 있다.
이후, 엣지 서버/기지국은 참여 단말의 총 개수(Ntotal _ UE _participated)를 0으로 설정, 즉, 초기화를 수행한다(S3030).
이후, 엣지 서버/기지국은 압축 연합 학습 반복(iteration)을 수행한다(S3040). 이 때, 매 반복 동작에서 엣지 서버/기지국은 참여 단말의 총 개수를 업데이트한다. 즉, Ntotal _ UE _participated=Ntotal _ UE _participated+NUE _participated 식을 적용한다.
이후, 엣지 서버/기지국은 참여 단말의 총 개수가 참여 가능한 총 단말의 개수 이상인지 여부를 판단한다(S3050). 구체적으로, 상기 반복 단계는 Ntotal_UE_participated≥Ntotal_UE_possible_participating 식을 만족하는 경우, 즉, 참여 단말의 총 개수가 참여 가능한 총 단말의 개수 이상일 경우까지 반복된다. 상기 식이 만족하지 않으면, 엣지 서버/기지국은 압축 연합 학습 반복을 수행하고, 상기 식이 만족하면, 엣지 서버/기지국은 각각의 단말들에게 트레이닝 중지 메시지를 전송한다.
이후, 엣지 서버는 프루닝을 수행한다(S3060). 프루닝 수행 후, 엣지 서버/기지국은 단말들에게 트레이닝 개시 메시지를 전송한다(S3070). 트레이닝 개시 메시지를 전송한 후, 엣지 서버는 S3030 단계로 돌아간다.
이하에서는 엣지 서버의 프루닝(pruning) 단계에 대해 설명한다.
전술한 바와 같이, Ntotal _ UE _participated≥Ntotal _ UE _possible_participating 식을 만족하는 경우, 즉, 참여 단말의 총 개수가 참여 가능한 총 단말의 개수 이상일 경우 엣지 서버는 프루닝 단계를 진행할 수 있다. 구체적으로, 서버에서 문턱치보다 낮은 가중치의 연결을 제거하여 새로운 희소 네트워크 모델의 가중치 벡터를 구성한다. 이후, 엣지 서버는 각각의 단말들에게 새로운 희소 네트워크 모델을 브로드캐스트한다. 여기서, 실질적인 프루닝 단계는 엣지 서버에서 희소 네트워크 모델을 생성하기 위한 연결 프루닝 작업을 의미할 수 있다.
도 31은 가중치 변화량의 일례를 도시한 것이다.
도 31을 참고하면, 압축 연합 학습 초기에는 새로운 데이터 도메인(data domain)을 탐구(exploration)하여, 변화량이 많은 연결 정보를 모델에 반영하고, 압축 연합 학습 후반에는 데이터 도메인을 충분히 탐구하였으므로 프루닝된 모델이 생성된다.
도 32는 압축 연합 학습 반복 동작의 순서도이다.
도 32를 참고하면, 기지국은 프루닝된 모델을 생성하여 단말들에게 전송/브로드캐스트한다(S3210). 상기 프루닝된 모델은 초기 가중치에 기반한 것일 수 있다.
이후, 기지국은 단말들에게 트레이닝 연결 정보를 전송한다(S3220). 상기 트레이닝 연결 정보는 프루닝된 모델 또는 희소 네트워크 모델에서 가중치가 문턱치보다 작아서 끊긴 연결 중 트레이닝에 포함시킬 연결에 대한 정보를 포함할 수 있다. 또한, 트레이닝 연결 정보는 입실론-그리디 선택과 관련된 정보를 포함할 수 있다.
이후, 각 단말은 프루닝된 모델 및 트레이닝 연결 정보에 기반하여 트레이닝을 수행하고, 가중치 변화량을 계산/생성한다(S3230). 일례로, 가중치 변화량은 문턱치 이상인 것과 문턱치 미만인 것을 구분하여, 문턱치 이상인 것은 그 값을 그대로 반영하고 문턱치 미만인 것은 영 벡터를 대입하여 계산될 수 있다.
이후, 각 단말은 가중치 변화량을 기지국으로 보고한다(S3240). 여기서, 상기 보고는 AirComp 기반으로 수행될 수 있다.
이후, 기지국은 각 단말들로부터 수신한 가중치 변화량의 평균에 기반하여 새로운 가중치를 계산한다(S3250). 여기서, 새로운 가중치는 기존 가중치와 수신한 가중치 변화량의 평균의 합으로 계산될 수 있다.
이후, 기지국은 새로운 가중치를 각 단말들에게 전송/브로드캐스트한다(S3260). 이후, 기지국은 새로운 가중치에 기반한 트레이닝 연결 정보를 각 단말들에게 전송한다(S3270). 이런 방법을 반복함으로써 압축 연합 학습 반복(iteration)이 수행될 수 있다.
도 33은 프루닝 동작의 순서도이다. 여기서, 도 33은 Ntotal _ UE _participated≥Ntotal_UE_possible_participating 식을 만족하는 경우, 즉, 참여 단말의 총 개수가 참여 가능한 총 단말의 개수 이상일 경우에 수행될 수 있다.
도 33을 참고하면, 기지국은 각 단말에게 트레이닝 중지 메시지를 전송한다(S3310). 상기 메시지를 수신한 각 단말은 트레이닝을 중지한다(S3320).
이후, 기지국은 새로운 프루닝된 모델을 생성한다(S3330). 또한, 기지국은 생성된 새로운 프루닝된 모델을 각 단말에게 전송한다(S3340).
이후, 기지국은 각 단말에게 트레이닝 개시 메시지를 전송한다(S3350). 상기 메시지를 수신한 각 단말은 상기 새로운 프루닝된 모델에 기반하여 트레이닝을 시작한다(S3360).
도 34는 본 명세서의 일부 구현에 따른 단말의 연합 학습 수행 방법의 일례에 대한 순서도이다. 여기서, 도 34는 본 명세서를 통해 설명한 압축 연합 학습 방법의 일부 절차에 대한 순서도일 수 있다.
도 34를 참고하면, 단말은 기지국으로부터 트레이닝 정보를 수신한다(S3410). 여기서, 트레이닝 정보는 희소 네트워크(sparse network) 모델, 초기 가중치(initial weight) 및 입실론-그리디 선택 방법을 알려줄 수 있다. 여기서, 상기 희소 네트워크 모델은 밀집 네트워크(dense network) 모델의 연결들 중 문턱치보다 작은 가중치를 갖는 연결을 제거한/프루닝한 모델일 수 있다.
이후, 상기 단말은 상기 트레이닝 정보에 기반하여 상기 희소 네트워크 모델을 업데이트한다(S3420). 여기서, 상기 업데이트는 상기 입실론-그리디 선택 방법에 기반하여 수행될 수 있다. 구체적으로, 단말은 ε의 확률로 프루닝된 연결(pruned connection)을 랜덤으로 선택하고, 1-ε의 확률로 문턱치보다 작은 가중치를 갖는 연결(즉, 프루닝된 연결) 중 가장 큰 값의 가중치를 갖는 프루닝된 연결을 선택한다.
이후, 상기 단말은 상기 업데이트된 모델에 기반하여 가중치 변화량을 측정한다(S3430). 여기서, 상기 가중치 변화량은 문턱치 이상인 것과 문턱치 미만인 것을 구분하여, 문턱치 이상인 것은 그 값을 그대로 반영하고 문턱치 미만인 것은 영 벡터를 대입하여 계산될 수 있다.
이후, 상기 단말은 상기 가중치 변화량을 기지국으로 보고한다(S3440).
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.
본 명세서에서 제안하는 방법들은 단말/엣지 장치 이외에도, 적어도 하나의 프로세서(processor)에 의해 실행됨을 기초로 하는 명령어(instruction)를 포함하는 적어도 하나의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체(computer readable medium) 및 하나 이상의 프로세서 및 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하게 연결되고, 및 명령들을 저장하는 하나 이상의 메모리를 포함하되, 상기 하나 이상의 프로세서는 상기 명령어들을 실행하여 본 명세서에서 제안하는 방법들을 수행하는, 단말을 제어하도록 설정된 장치(apparatus)에 의해서도 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 제안하는 방법들에 따르면, 단말/엣지 장치가 수행하는 동작에 대응되는 기지국/엣지 서버에 의한 동작이 고려될 수 있음은 자명하다.

Claims (16)

  1. 무선 통신 시스템에서 단말에 의해 수행되는 연합 학습(federated learning) 수행 방법에 있어서,
    랜덤 접속 프리앰블을 기지국으로 전송하고,
    상기 랜덤 접속 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 접속 응답을 상기 기지국으로부터 수신하고,
    상기 기지국으로부터 트레이닝 정보를 수신하되, 상기 트레이닝 정보는 희소 네트워크(sparse network) 모델, 초기 가중치(initial weight) 및 입실론-그리디(ε-greedy) 선택 방법을 알려주고,
    상기 입실론-그리디 선택 방법에 기반하여 상기 희소 네트워크 모델에 대한 업데이트를 수행하되, 상기 단말은 ε의 확률로 프루닝된 연결(pruned connection) 을 랜덤으로 선택하고, 1-ε의 확률로 프루닝된 연결 중 가장 큰 값의 가중치를 갖는 연결을 선택하고,
    상기 업데이트된 모델에 기반하여 가중치 변화량을 측정하고, 및
    상기 가중치 변화량을 기지국으로 보고하되,
    상기 ε는 0 이상 1 이하의 값인 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 희소 네트워크 모델은 밀집 네트워크(dense network) 모델의 연결들 중 문턱치보다 작은 가중치를 갖는 연결이 프루닝된(pruned) 모델인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가중치 변화량 측정 시, 변화량-문턱치 이상의 값을 갖는 가중치는 그대로 반영하고, 상기 변화량-문턱치 미만의 값을 갖는 가중치는 영 벡터를 대입하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단말은 상기 가중치 변화량 측정 및 상기 보고를 반복 수행(iteration)하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단말은 엣지 장치이고, 상기 기지국은 엣지 서버인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 트레이닝 정보는 브로드캐스트(broadcast)되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 단말은,
    명령어들을 저장하는 하나 이상의 메모리;
    하나 이상의 송수신기; 및
    상기 하나 이상의 메모리와 상기 하나 이상의 송수신기를 연결하는 하나 이상의 프로세서를 포함하되, 상기 하나 이상의 프로세서는 상기 명령어들을 실행하여,
    랜덤 접속 프리앰블을 기지국으로 전송하고,
    상기 랜덤 접속 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 접속 응답을 상기 기지국으로부터 수신하고,
    상기 기지국으로부터 트레이닝 정보를 수신하되, 상기 트레이닝 정보는 희소 네트워크(sparse network) 모델, 초기 가중치(initial weight) 및 입실론-그리디(ε-greedy) 선택 방법을 알려주고,
    상기 입실론-그리디 선택 방법에 기반하여 상기 희소 네트워크 모델에 대한 업데이트를 수행하되, 상기 단말은 ε의 확률로 프루닝된 연결(pruned connection) 을 랜덤으로 선택하고, 1-ε의 확률로 프루닝된 연결 중 가장 큰 값의 가중치를 갖는 연결을 선택하고,
    상기 업데이트된 모델에 기반하여 가중치 변화량을 측정하고, 및
    상기 가중치 변화량을 기지국으로 보고하되,
    상기 ε는 0 이상 1 이하의 값인 것을 특징으로 하는 단말.
  8. 무선 통신 시스템에서 기지국에 의해 수행되는 연합 학습(federated learning) 수행 방법에 있어서,
    랜덤 접속 프리앰블을 복수의 단말들로부터 수신하고,
    상기 랜덤 접속 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 접속 응답을 상기 복수의 단말들에게 전송하고,
    상기 복수의 단말들에게 트레이닝 정보를 전송하되, 상기 트레이닝 정보는 희소 네트워크(sparse network) 모델, 초기 가중치(initial weight) 및 입실론-그리디(ε-greedy) 선택 방법을 알려주고,
    상기 복수의 단말들 각각으로부터 가중치 변화량을 수신하고,
    상기 초기 가중치 및 상기 가중치 변화량에 기반하여 가중치를 설정하고, 및
    상기 가중치를 상기 복수의 단말들에게 전송하되,
    상기 가중치는 상기 가중치 변화량의 평균 및 상기 초기 가중치의 합인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가중치 변화량은 특정 주파수 자원을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 트레이닝 정보는 브로드캐스트(broadcast)되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 가중치 설정을 반복 수행(iteration)하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 기지국은 밀집 네트워크(dense network) 모델의 연결들 중 문턱치보다 작은 가중치를 갖는 연결을 프루닝하여(pruned) 상기 희소 네트워크 모델을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 단말은 엣지 장치이고, 상기 기지국은 엣지 서버인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 기지국은,
    명령어들을 저장하는 하나 이상의 메모리;
    하나 이상의 송수신기; 및
    상기 하나 이상의 메모리와 상기 하나 이상의 송수신기를 연결하는 하나 이상의 프로세서를 포함하되, 상기 하나 이상의 프로세서는 상기 명령어들을 실행하여,
    랜덤 접속 프리앰블을 복수의 단말들로부터 수신하고,
    상기 랜덤 접속 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 접속 응답을 상기 복수의 단말들에게 전송하고,
    상기 복수의 단말들에게 트레이닝 정보를 전송하되, 상기 트레이닝 정보는 희소 네트워크(sparse network) 모델, 초기 가중치(initial weight) 및 입실론-그리디(ε-greedy) 선택 방법을 알려주고,
    상기 복수의 단말들 각각으로부터 가중치 변화량을 수신하고,
    상기 초기 가중치 및 상기 가중치 변화량에 기반하여 가중치를 설정하고, 및
    상기 가중치를 상기 복수의 단말들에게 전송하되,
    상기 가중치는 상기 가중치 변화량의 평균 및 상기 초기 가중치의 합인 것을 특징으로 하는 기지국.
  15. 적어도 하나의 프로세서(processor)에 의해 실행됨을 기초로 하는 명령어(instruction)를 포함하는 적어도 하나의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체(computer readable medium)에 있어서,
    랜덤 접속 프리앰블을 기지국으로 전송하고,
    상기 랜덤 접속 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 접속 응답을 상기 기지국으로부터 수신하고,
    상기 기지국으로부터 트레이닝 정보를 수신하되, 상기 트레이닝 정보는 희소 네트워크(sparse network) 모델, 초기 가중치(initial weight) 및 입실론-그리디(ε-greedy) 선택 방법을 알려주고,
    상기 입실론-그리디 선택 방법에 기반하여 상기 희소 네트워크 모델에 대한 업데이트를 수행하되, 상기 단말은 ε의 확률로 프루닝된 연결(pruned connection) 을 랜덤으로 선택하고, 1-ε의 확률로 프루닝된 연결 중 가장 큰 값의 가중치를 갖는 연결을 선택하고,
    상기 업데이트된 모델에 기반하여 가중치 변화량을 측정하고, 및
    상기 가중치 변화량을 기지국으로 보고하되,
    상기 ε는 0 이상 1 이하의 값인 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 단말을 제어하도록 설정된 장치(apparatus)에 있어서, 상기 장치는,
    하나 이상의 프로세서; 및
    상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하게 연결되고, 및 명령들을 저장하는 하나 이상의 메모리를 포함하되, 상기 하나 이상의 프로세서는 상기 명령어들을 실행하여,
    랜덤 접속 프리앰블을 기지국으로 전송하고,
    상기 랜덤 접속 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 접속 응답을 상기 기지국으로부터 수신하고,
    상기 기지국으로부터 트레이닝 정보를 수신하되, 상기 트레이닝 정보는 희소 네트워크(sparse network) 모델, 초기 가중치(initial weight) 및 입실론-그리디(ε-greedy) 선택 방법을 알려주고,
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