WO2023054743A1 - 무선통신 시스템에서 신호의 전송 방법 및 장치 - Google Patents

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WO2023054743A1
WO2023054743A1 PCT/KR2021/013343 KR2021013343W WO2023054743A1 WO 2023054743 A1 WO2023054743 A1 WO 2023054743A1 KR 2021013343 W KR2021013343 W KR 2021013343W WO 2023054743 A1 WO2023054743 A1 WO 2023054743A1
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waveguide
waveguide transmission
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정재훈
김당오
노상미
금승원
이주용
조동호
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엘지전자 주식회사
한국과학기술원
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    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
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    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters
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    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming

Definitions

  • the present disclosure relates to a method and apparatus for transmitting a signal after phase shifting it in a wireless communication system.
  • 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Long-Term Evolution (LTE) is a technology for enabling high-speed packet communication. Many schemes have been proposed for LTE goals, cost reduction for users and operators, improvement in service quality, coverage expansion, and system capacity increase. 3GPP LTE requires cost reduction per bit, improvement in service usability, flexible use of frequency bands, simple structure, open interface, and appropriate power consumption of terminals as high-level requirements.
  • NR New Radio
  • 3GPP identifies the technical components needed to successfully standardize NRs that meet both urgent market needs and the longer-term requirements of the ITU Radio Communication Sector (ITU-R) International Mobile Telecommunications (IMT)-2020 process in a timely manner. and must be developed.
  • ITU-R ITU Radio Communication Sector
  • IMT International Mobile Telecommunications
  • NR should be able to use any spectrum band up to at least 100 GHz that can be used for wireless communication even in the distant future.
  • NR targets a single technology framework that covers all deployment scenarios, usage scenarios and requirements, including enhanced mobile broadband (eMBB), massive machine type-communications (mMTC), ultra-reliable and low latency communications (URLC), and more. do. NR must be inherently forward compatible.
  • eMBB enhanced mobile broadband
  • mMTC massive machine type-communications
  • URLC ultra-reliable and low latency communications
  • Beamforming (which may also be referred to as spatial filtering) is a technique for concentrating a beam transmitted through an antenna to a specific terminal (receiving device) and can be referred to as a smart antenna method.
  • An antenna that transmits a fixed beam has a disadvantage in that reception sensitivity and a signal-to-interference ratio are lowered according to mutual positions of transceivers, and multiplexing gain for multi-stream transmission is not high. Therefore, it is necessary to control the radiation direction of the beam by controlling the phase of the array antenna. Through this, it is possible to secure a multiplexing gain for multi-stream transmission.
  • phase shifters for general phase control are two-terminal devices that change the phase of an RF signal.
  • Conventional phase shifters can be mostly classified as ferrite phase shifters or semiconductor phase shifters.
  • Ferrite phase shifters are generally two-terminal devices that provide variable phase shifting of the transmission path by changing the bias field of the ferrite.
  • phase shifters are divided into phase shifters based on semiconductor devices and phase shifters using micro-electromechanical systems (MEMS).
  • Phase shifters based on semiconductor devices are implemented using pHEMT (Pseudomorphic High Electron Mobility Transister) switches, PIN diodes, and varactor diodes, and phase shifters using MEMS are implemented using MEMS in various forms.
  • pHEMT Pseudomorphic High Electron Mobility Transister
  • PIN diodes PIN diodes
  • varactor diodes varactor diodes
  • phase shifters using MEMS are implemented using MEMS in various forms.
  • Most of these conventional phase shifters are implemented in the form of printed circuit boards (PCBs) or integrated circuits (ICs), and are applied in the form of modules or integrated circuits to the hardware (H / W) of the RF beamforming system. used
  • a waveguide may be a device that guides a wave by limiting the expansion of an electromagnetic wave to one dimension or two dimensions.
  • the waveguide may be implemented in the form of a hollow conductive metal pipe.
  • Waveguide-type RF phase shifters are largely divided into two types. One is to delay the phase by mechanically varying the length of the physical line for which the phase of the RF signal is delayed, and the other is to configure a path length circuit combination corresponding to the phase value to be realized of the RF signal and select it with a switch. It is a form of changing the phase value by doing so.
  • the phase shifter implementation method in the conventional waveguide has a problem that it is difficult to have an array structure or has a very large size.
  • An object of the present disclosure is to provide a method for transmitting a signal after performing a phase shift in a wireless communication system and an apparatus using the same.
  • a method for transmitting a signal in a wireless communication system phase-shifts the signal and transmits the phase-shifted signal through an array antenna including a plurality of unit antennas, i) physical shape and ii of a waveguide transmission line connected to each of the unit antennas ), the signal is phase-shifted in each of the unit antennas through a change in at least one of the electrical characteristics.
  • an apparatus for transmitting a signal in a wireless communication system includes one or more transceivers, one or more memories, and one or more processors operatively connected to the one or more memories, wherein the one or more processors phase-shift the signal and transmit the phase-shifted signal to a plurality of Transmitted through an array antenna including unit antennas of, through a change in at least one of i) physical shape and ii) electrical characteristics of a waveguide transmission line connected to each of the unit antennas, the signal is transmitted to the unit antenna It is characterized in that the phase shift occurs in each of them.
  • a processing device operating in a wireless communication system includes one or more processors and one or more memories operatively connected to the one or more processors, wherein the one or more processors phase-shift the signal and transmit the phase-shifted signal to a plurality of unit antennas.
  • the signal is transmitted through an array antenna including a phase, through a change in at least one of i) physical shape and ii) electrical characteristics of a waveguide transmission line connected to each of the unit antennas. It is characterized by being a transition.
  • a computer readable medium that stores instructions for causing an operation to be performed by one or more processors.
  • the operation includes an operation of phase-shifting the signal and an operation of transmitting the phase-shifted signal through an array antenna including a plurality of unit antennas, wherein the waveguide transmission line connected to each of the unit antennas
  • the signal is phase-shifted in each of the unit antennas by changing at least one of i) a physical shape and ii) electrical characteristics.
  • the present disclosure may have various effects. It can be applied to waveguide feeding networks of array antennas using frequencies of tens to hundreds of GHz or several THz, and it can be applied to beamforming systems that require precise phase control in systems that require low loss and broadband characteristics.
  • the proposed disclosure can be applied to a system equipped with an array antenna, to which it is difficult to apply a conventional waveguide phase shifter. Effects that can be obtained through specific examples of the present specification are not limited to the effects listed above. For example, various technical effects that a person having ordinary skill in the related art can understand or derive from the present specification may exist. Accordingly, the specific effects of the present specification are not limited to those explicitly described in the present specification, and may include various effects that can be understood or derived from the technical features of the present specification.
  • NG-RAN New Generation Radio Access Network
  • FIG. 2 illustrates physical channels and typical signal transmission used in a 3GPP system.
  • FIG 3 shows an example of a communication structure that can be provided in a 6G system.
  • FIG. 5 illustrates a channel coding scheme of data and/or control signals.
  • FIG. 6 is a conceptual illustration of a beamforming system to which the present disclosure may be applied.
  • FIG 7 illustrates shapes in which the phase shift structure is applied to four waveguides for understanding the phase shift structure proposed in the present disclosure.
  • FIG. 8 is an E-field distribution diagram for the four waveguides shown in FIG. 7 in order to check the width (width) and phase difference shown in Table 4.
  • FIG 9 shows an example in which a phase shift structure is applied to a waveguide.
  • FIG 10 shows an example of an antenna structure for realizing beamforming performance.
  • FIG. 11 shows the result of analyzing the phase difference implementation characteristics according to the widths P1 to P4 and the length sL of the variable region shown in FIG. 9 through commercial EM simulation.
  • 19 to 22 show various embodiments of changing the physical shape of a waveguide to implement a phase shift.
  • FIG. 23 shows an embodiment of a strain structure in a substrate integrated waveguide (SIW).
  • SIW substrate integrated waveguide
  • 24 and 25 are examples of a deformable structure that electrically varies an electric constant based on an effective medium in a metal waveguide and an SIW.
  • 26 illustrates a method of operating a beamforming system according to an embodiment of the present disclosure.
  • 29 illustrates another example of a wireless device applicable to the present specification.
  • FIG. 30 illustrates a signal processing circuit for a transmission signal.
  • 31 illustrates a portable device applied to the present disclosure.
  • the following techniques, devices and systems may be applied to various wireless multiple access systems.
  • Examples of the multiple access system include a Code Division Multiple Access (CDMA) system, a Frequency Division Multiple Access (FDMA) system, a Time Division Multiple Access (TDMA) system, an Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) system, a system, and a SC-FDMA (Single Access) system. It includes a Carrier Frequency Division Multiple Access (MC-FDMA) system and a Multi-Carrier Frequency Division Multiple Access (MC-FDMA) system.
  • CDMA may be implemented through a radio technology such as Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) or CDMA2000.
  • TDMA may be implemented through a radio technology such as Global System for Mobile communications (GSM), General Packet Radio Service (GPRS), or Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE).
  • OFDMA may be implemented through a radio technology such as Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802.20, or Evolved UTRA (E-UTRA).
  • UTRA is part of the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).
  • 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Long-Term Evolution (LTE) is a part of Evolved UMTS (E-UMTS) using E-UTRA.
  • 3GPP LTE uses OFDMA in downlink (DL) and SC-FDMA in uplink (UL).
  • the evolution of 3GPP LTE includes LTE-A (Advanced), LTE-A Pro, and/or 5G New Radio (NR).
  • implementations herein are primarily described in the context of a 3GPP-based wireless communication system.
  • the technical characteristics of the present specification are not limited thereto.
  • the following detailed description is provided based on a mobile communication system corresponding to a 3GPP-based wireless communication system, aspects of the present disclosure that are not limited to a 3GPP-based wireless communication system may be applied to other mobile communication systems.
  • a or B may mean “only A”, “only B”, or “both A and B”.
  • a or B (A or B)" in the present specification may be interpreted as “A and/or B (A and/or B)”.
  • A, B or C as used herein means “only A”, “only B”, “only C”, or “any and all combinations of A, B and C ( any combination of A, B and C)”.
  • a slash (/) or a comma (comma) used in this specification may mean “and/or”.
  • A/B can mean “A and/or B”. Accordingly, “A/B” may mean “only A”, “only B”, or “both A and B”.
  • A, B, C may mean “A, B or C”.
  • At least one of A and B may mean “only A”, “only B”, or “both A and B”.
  • the expression “at least one of A or B” or “at least one of A and/or B” means “A and It can be interpreted the same as “at least one of A and B”.
  • At least one of A, B and C means “only A”, “only B”, “only C", or “A, B and C” It may mean “any combination of A, B and C”.
  • at least one of A, B or C or “at least one of A, B and/or C” means It may mean “at least one of A, B and C”.
  • control information may be suggested as an example of “control information”.
  • control information in this specification is not limited to “PDCCH”, and “PDCCH” may be suggested as an example of “control information”.
  • PDCCH control information
  • LTE refers to technology after 3GPP TS 36.xxx Release 8.
  • LTE technology after 3GPP TS 36.xxx Release 10 is referred to as LTE-A
  • LTE technology after 3GPP TS 36.xxx Release 13 is referred to as LTE-A pro
  • 3GPP NR refers to 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.
  • NR supports a number of numerologies or subcarrier spacing (SCS) to support various 5G services. For example, when the SCS is 15 kHz, it supports a wide area in traditional cellular bands, and when the SCS is 30 kHz/60 kHz, dense-urban, lower latency and wider A wider carrier bandwidth is supported, and when the SCS is 60 kHz or higher, a bandwidth greater than 24.25 GHz is supported to overcome phase noise.
  • SCS subcarrier spacing
  • the NR frequency band may be defined as two types of frequency ranges (FR1 and FR2).
  • the number of frequency ranges can be changed.
  • the frequency ranges of the two types FR1 and FR2 may be shown in Table 1 below.
  • FR1 may mean "sub 6 GHz range”
  • FR2 may mean "above 6 GHz range” and may be referred to as millimeter wave (MilliMeter Wave, mmW). there is.
  • FR1 may include a band of 410 MHz to 7125 MHz as shown in Table 2 below. That is, FR1 may include a frequency band of 6 GHz (or 5850, 5900, 5925 MHz, etc.) or higher. For example, a frequency band of 6 GHz (or 5850, 5900, 5925 MHz, etc.) or higher included in FR1 may include an unlicensed band. The unlicensed band may be used for various purposes, and may be used, for example, for communication for vehicles (eg, autonomous driving).
  • the wireless communication technology implemented in the wireless device of the present specification may include LTE, NR, and 6G as well as narrowband IoT (NB-IoT) for low-power communication.
  • NB-IoT technology may be an example of LPWAN (Low Power Wide Area Network) technology, and may be implemented in standards such as LTE Cat NB1 and / or LTE Cat NB2, and is not limited to the above-mentioned names.
  • the wireless communication technology implemented in the wireless device of the present specification may perform communication based on LTE-M technology.
  • LTE-M technology may be an example of LPWAN technology and may be called various names such as eMTC (enhanced MTC).
  • LTE-M technologies include 1) LTE CAT 0, 2) LTE Cat M1, 3) LTE Cat M2, 4) LTE non-Bandwidth Limited (non-BL), 5) LTE-MTC, and 6) LTE MTC. , and/or 7) may be implemented in at least one of various standards such as LTE M, and is not limited to the above-mentioned names.
  • the wireless communication technology implemented in the wireless device of the present specification may include at least one of ZigBee, Bluetooth, and/or LPWAN considering low-power communication, and is limited to the above-mentioned names It is not.
  • ZigBee technology can create personal area networks (PANs) related to small/low-power digital communication based on various standards such as IEEE 802.15.4, and can be called various names.
  • PANs personal area networks
  • NG-RAN New Generation Radio Access Network
  • an NG-RAN may include a gNB and/or an eNB that provides user plane and control plane protocol termination to a UE.
  • 1 illustrates a case including only gNB.
  • gNB and eNB are connected to each other through an Xn interface.
  • the gNB and the eNB are connected to a 5G Core Network (5GC) through an NG interface.
  • 5GC 5G Core Network
  • AMF access and mobility management function
  • UPF user plane function
  • a terminal receives information from a base station through downlink (DL), and the terminal transmits information to the base station through uplink (UL).
  • Information transmitted and received between the base station and the terminal includes data and various control information, and various physical channels exist according to the type/use of the information transmitted and received by the base station and the terminal.
  • the terminal When the terminal is turned on or newly enters a cell, the terminal performs an initial cell search operation such as synchronizing with the base station (S11). To this end, the terminal may receive a primary synchronization signal (PSS) and a secondary synchronization signal (SSS) from the base station to synchronize with the base station and obtain information such as a cell ID. After that, the terminal can acquire intra-cell broadcast information by receiving a physical broadcast channel (PBCH) from the base station. Meanwhile, the terminal may check the downlink channel state by receiving a downlink reference signal (DL RS) in the initial cell search step.
  • PSS primary synchronization signal
  • SSS secondary synchronization signal
  • PBCH physical broadcast channel
  • DL RS downlink reference signal
  • the UE After completing the initial cell search, the UE acquires more detailed system information by receiving a Physical Downlink Control Channel (PDCCH) and a Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) according to the information carried on the PDCCH. It can (S12).
  • PDCCH Physical Downlink Control Channel
  • PDSCH Physical Downlink Shared Channel
  • the terminal may perform a random access procedure (RACH) for the base station (S13 to S16).
  • RACH random access procedure
  • the UE transmits a specific sequence as a preamble through a physical random access channel (PRACH) (S13 and S15), and responds to the preamble through a PDCCH and a corresponding PDSCH (RAR (Random Access Channel) Response message) may be received
  • PRACH physical random access channel
  • RAR Random Access Channel
  • a contention resolution procedure may be additionally performed (S16).
  • the UE receives PDCCH/PDSCH (S17) and physical uplink shared channel (PUSCH)/physical uplink control channel (PUSCH) as a general uplink/downlink signal transmission procedure.
  • Control Channel; PUCCH) transmission (S18) may be performed.
  • the terminal may receive downlink control information (DCI) through the PDCCH.
  • DCI downlink control information
  • the DCI includes control information such as resource allocation information for the terminal, and different formats may be applied depending on the purpose of use.
  • control information that the terminal transmits to the base station through the uplink or the terminal receives from the base station is a downlink / uplink ACK / NACK signal, CQI (Channel Quality Indicator), PMI (Precoding Matrix Index), RI (Rank Indicator) ) and the like.
  • the UE may transmit control information such as the aforementioned CQI/PMI/RI through PUSCH and/or PUCCH.
  • the base station transmits a related signal to the terminal through a downlink channel described later, and the terminal receives the related signal from the base station through a downlink channel described later.
  • PDSCH Physical Downlink Shared Channel
  • PDSCH carries downlink data (eg, DL-shared channel transport block, DL-SCH TB), and modulation methods such as Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), 16 Quadrature Amplitude Modulation (QAM), 64 QAM, and 256 QAM are used. Applied.
  • QPSK Quadrature Phase Shift Keying
  • QAM 16 Quadrature Amplitude Modulation
  • a codeword is generated by encoding the TB.
  • PDSCH can carry multiple codewords. Scrambling and modulation mapping are performed for each codeword, and modulation symbols generated from each codeword are mapped to one or more layers (Layer mapping). Each layer is mapped to a resource along with a demodulation reference signal (DMRS), generated as an OFDM symbol signal, and transmitted through a corresponding antenna port.
  • DMRS demodulation reference signal
  • the PDCCH carries downlink control information (DCI) and a QPSK modulation method or the like is applied.
  • DCI downlink control information
  • One PDCCH is composed of 1, 2, 4, 8, or 16 Control Channel Elements (CCEs) according to an Aggregation Level (AL).
  • CCE is composed of 6 REGs (Resource Element Groups).
  • REG is defined as one OFDM symbol and one (P)RB.
  • the UE obtains DCI transmitted through the PDCCH by performing decoding (aka, blind decoding) on a set of PDCCH candidates.
  • a set of PDCCH candidates decoded by the UE is defined as a PDCCH search space set.
  • the search space set may be a common search space or a UE-specific search space.
  • the UE may obtain DCI by monitoring PDCCH candidates in one or more search space sets configured by MIB or higher layer signaling.
  • the terminal transmits a related signal to the base station through an uplink channel described later, and the base station receives the related signal from the terminal through an uplink channel described later.
  • PUSCH Physical Uplink Shared Channel
  • PUSCH carries uplink data (e.g., UL-shared channel transport block, UL-SCH TB) and/or uplink control information (UCI), and CP-OFDM (Cyclic Prefix - Orthogonal Frequency Division Multiplexing) waveform , Discrete Fourier Transform-spread-Orthogonal Frequency Division Multiplexing (DFT-s-OFDM) waveform.
  • uplink data e.g., UL-shared channel transport block, UL-SCH TB
  • UCI uplink control information
  • CP-OFDM Cyclic Prefix - Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • DFT-s-OFDM Discrete Fourier Transform-spread-Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • the terminal when transform precoding is impossible (eg, transform precoding is disabled), the terminal transmits a PUSCH based on the CP-OFDM waveform, and when transform precoding is possible (eg, transform precoding is enabled), the terminal transmits the CP-OFDM
  • the PUSCH may be transmitted based on a waveform or a DFT-s-OFDM waveform.
  • PUSCH transmission is dynamically scheduled by the UL grant in DCI or semi-static based on higher layer (eg, RRC) signaling (and/or Layer 1 (L1) signaling (eg, PDCCH)) It can be scheduled (configured grant).
  • PUSCH transmission may be performed on a codebook basis or a non-codebook basis.
  • PUCCH carries uplink control information, HARQ-ACK and/or scheduling request (SR), and may be divided into multiple PUCCHs according to PUCCH transmission length.
  • 6G (radio communications) systems are characterized by (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 lower energy consumption of battery-free IoT devices, (vi) ultra-reliable connectivity, and (vii) connected intelligence with machine learning capabilities.
  • the vision of the 6G system can be four aspects such as intelligent connectivity, deep connectivity, holographic connectivity, and ubiquitous connectivity, and the 6G system can satisfy the requirements shown in Table 3 below. That is, Table 3 is a table showing an example of requirements for a 6G system.
  • the 6G system includes enhanced mobile broadband (eMBB), ultra-reliable low latency communications (URLLC), massive machine-type communication (mMTC), and artificial intelligence unified communications (AI). integrated communication), tactile internet, high throughput, high network capacity, high energy efficiency, low backhaul and access network congestion , can have key factors such as enhanced data security.
  • eMBB enhanced mobile broadband
  • URLLC ultra-reliable low latency communications
  • mMTC massive machine-type communication
  • AI artificial intelligence unified communications
  • integrated communication tactile internet, high throughput, high network capacity, high energy efficiency, low backhaul and access network congestion , can have key factors such as enhanced data security.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a communication structure that can be provided in a 6G system.
  • 6G systems are expected to have 50 times higher simultaneous radiocommunication connectivity than 5G radiocommunication systems.
  • URLLC a key feature of 5G, will become even more important in 6G communications by providing end-to-end latency of less than 1 ms.
  • the 6G system will have much better volume spectral efficiency as opposed to the frequently used area spectral efficiency.
  • 6G systems can provide very long battery life and advanced battery technology for energy harvesting, so mobile devices will not need to be charged separately in 6G systems.
  • New network characteristics in 6G may be as follows.
  • 6G is expected to be integrated with satellites to serve the global mobile population. Integration of terrestrial, satellite and public networks into one wireless communication system is critical for 6G.
  • AI can be applied at each step of the communication procedure (or each procedure of signal processing to be described later).
  • 6G wireless networks will transfer 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 has been introduced to improve received signal quality resulting in improved throughput, energy efficiency and spectral efficiency in cellular systems. As a result, small cell networks are an essential feature of 5G and Beyond 5G (5GB) and beyond communication systems. Therefore, the 6G communication system also adopts the characteristics of the small cell network.
  • Ultra-dense heterogeneous networks will be another important feature of 6G communication systems. Multi-tier networks composed of heterogeneous networks improve overall QoS and reduce costs.
  • a backhaul connection is characterized by a high-capacity backhaul network to support high-capacity traffic.
  • High-speed fiber and free space optical (FSO) systems may be possible solutions to this problem.
  • High-precision localization (or location-based service) through communication is one of the features of 6G wireless communication systems.
  • radar systems will be integrated with 6G networks.
  • Softwarization and virtualization are two important features fundamental to 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.
  • the data rate can be increased by increasing the bandwidth. This can be done using sub-THz communication with wide bandwidth and applying advanced massive MIMO technology.
  • THz waves also known as submillimeter radiation, typically represent a frequency band between 0.1 THz and 10 THz with corresponding wavelengths in the range of 0.03 mm-3 mm.
  • the 100 GHz-300 GHz band range (sub THz band) is considered a major part of the THz band for cellular communications.
  • 6G cellular communication capacity increases when added to the sub-THz band mmWave band.
  • 300 GHz-3 THz is in the far-infrared (IR) frequency band.
  • the 300 GHz-3 THz band is part of the broad band, but is at the border of the wide band, just behind the RF band. Thus, this 300 GHz-3 THz band exhibits similarities to RF.
  • THz communications include (i) widely available bandwidth to support very high data rates, and (ii) high path loss at high frequencies (highly 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 incorporated into devices and BSs operating in this band. This enables advanced adaptive array technology to overcome range limitations.
  • OWC technology is intended for 6G communications in addition to RF-based communications for all possible device-to-access networks. These networks access network-to-backhaul/fronthaul network connections.
  • OWC technology is already in use after the 4G communication system, but will be more widely used to meet the needs of the 6G communication system.
  • OWC technologies such as light fidelity, visible light communication, optical camera communication, and FSO communication based on a wide band are already well-known technologies. Communications based on optical wireless technology can provide very high data rates, low latency and secure communications.
  • LiDAR can also be used for ultra-high resolution 3D mapping in 6G communication based on broadband.
  • FSO The transmitter and receiver characteristics of an FSO system are similar to those of a fiber optic network.
  • data transmission in FSO systems is similar to fiber optic systems. Therefore, FSO can be a good technology to provide backhaul connectivity in 6G systems along with fiber optic networks.
  • FSO supports high-capacity backhaul connectivity for remote and non-remote locations such as ocean, space, underwater and isolated islands.
  • FSO also supports cellular BS connections.
  • MIMO technology improves, so does the spectral efficiency. Therefore, massive MIMO technology will be important in 6G systems. Since MIMO technology uses multiple paths, multiplexing technology and beam generation and operation technology suitable for the THz band must be considered as important so that data signals can be transmitted through more than one path.
  • Blockchain will be an important technology for managing large amounts of data in future communication systems.
  • Blockchain is a form of distributed ledger technology, where a distributed ledger is a database that is distributed across numerous nodes or computing devices. Each node replicates and stores an identical copy of the ledger.
  • Blockchain is managed as a peer-to-peer network. It can exist without being managed by a centralized authority or server. Data on a blockchain is collected together and organized into blocks. Blocks are linked together and protected using cryptography.
  • Blockchain is the perfect complement to the IoT at scale with inherently improved interoperability, security, privacy, reliability and scalability.
  • blockchain technology provides multiple capabilities such as interoperability between devices, traceability of large amounts of data, autonomous interaction of other IoT systems, and large-scale connection reliability in 6G communication systems.
  • the 6G system integrates terrestrial and air 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 height and related degrees of freedom makes 3D connections quite different from traditional 2D networks.
  • UAVs Unmanned Aerial Vehicles
  • BS entities are installed on UAVs to provide cellular connectivity.
  • UAVs have certain features not found in fixed BS infrastructures, such as easy deployment, strong line-of-sight links, and degrees of freedom with controlled mobility.
  • UAVs can easily handle this situation.
  • UAVs will become a new paradigm in the field of wireless communication. This technology facilitates three basic requirements of a wireless network: eMBB, URLLC and mMTC.
  • UAVs can also support multiple purposes, such as enhancing network connectivity, fire detection, disaster emergency services, security and surveillance, pollution monitoring, parking monitoring, accident monitoring, and more. Therefore, UAV technology is recognized as one of the most important technologies for 6G communication.
  • the tight integration of multiple frequencies and heterogeneous communication technologies is critical for 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 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, resulting in handover failures, handover delays, data loss and ping-pong effects. 6G cell-free communication will overcome all of this and provide better QoS. Cell-free communication will be achieved through multi-connectivity and multi-tier hybrid technologies and different heterogeneous radios of devices.
  • WIET uses the same fields and waves as wireless communication systems.
  • sensors and smartphones will be charged using wireless power transfer during communication.
  • WIET is a promising technology for extending the lifetime of battery charging wireless systems.
  • battery-less devices will be supported in 6G communications.
  • Autonomous radio networks are capable of continuously sensing dynamically changing environmental conditions and exchanging information between different nodes.
  • sensing will be tightly integrated with communications to support autonomous systems.
  • Beamforming is a signal processing procedure that adjusts an antenna array to transmit radio signals in a specific direction.
  • Beamforming technology has several advantages such as high call-to-noise ratio, interference avoidance and rejection, and high network efficiency.
  • Hologram beamforming (HBF) is a new beamforming method that differs significantly from MIMO systems because it uses software-defined antennas. 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 analysis 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 preferences. Big data is collected from various sources such as videos, social networks, images and sensors. This technology is widely used to process massive data in 6G systems.
  • LIS is an artificial surface made of electromagnetic materials and can change the propagation of incoming and outgoing radio waves.
  • LIS can be seen as an extension of massive MIMO, but its array structure and operating mechanism are different from massive MIMO.
  • LIS also has low power consumption in that it operates as a reconfigurable reflector with passive elements, i.e. it only passively reflects signals without using an active RF chain.
  • each passive reflector of the LIS must independently adjust the phase shift of an incident signal, it may be advantageous for a wireless communication channel. By properly adjusting the phase shift through the LIS controller, the reflected signal can be collected at the target receiver to boost the received signal power.
  • FIG. 5 illustrates a channel coding scheme of data and/or control signals.
  • Data and/or control signals may be transmitted over a wireless transmission link or may be channel coded to provide control services.
  • control information to be transmitted in the transport block is information bits a 0 , a 1 , ... ,a A-1
  • the information bits and parity bits p 0 , p 1 , ... , p L-1 is input to the CRC calculator of the transmitter, and b 0 , b 1 , ... , b B-1 may be generated as outputs thereof.
  • B A + L.
  • LDPC Low Density Parity Code
  • Rate matching is performed after LDPC coding. Rate matching may include steps such as bit selection and bit interleaving, for example. If LDPC coding is performed after code block division, code block concatenation is performed.
  • Bits that have undergone such channel coding can be transmitted through a plurality of antennas after being mapped to radio resources through a digital-to-analog (DAC) and RF chain.
  • DAC digital-to-analog
  • the above process may be performed in the reverse order.
  • the present disclosure relates to a beamforming technology of an array antenna, which is a core in a mobile communication system, and is intended to implement phase control of an array antenna necessary for implementing beamforming.
  • Beamforming technology is essential to implement such a service.
  • Beamforming (which may also be referred to as spatial filtering) is a technique for concentrating a beam transmitted through an antenna to a specific terminal (receiving device) and can be referred to as a smart antenna method.
  • An antenna that transmits a fixed beam has a disadvantage in that reception sensitivity and a signal-to-interference ratio are lowered according to mutual positions of transceivers, and multiplexing gain for multi-stream transmission is not high. Therefore, it is necessary to control the radiation direction of the beam by controlling the phase of the array antenna. Through this, it is possible to secure a multiplexing gain for multi-stream transmission.
  • Phase control of the array antenna may be implemented through a power supply of the array antenna and a phase shifter of a radio frequency (RF) chain.
  • RF radio frequency
  • phase shifters for general phase control are two-terminal devices that change the phase of an RF signal.
  • Conventional phase shifters can be mostly classified as ferrite phase shifters or semiconductor phase shifters.
  • Ferrite phase shifters are generally two-terminal devices that provide variable phase shifting of the transmission path by changing the bias field of the ferrite.
  • phase shifters are divided into phase shifters based on semiconductor devices and phase shifters using micro-electromechanical systems (MEMS).
  • Phase shifters based on semiconductor devices are implemented using pHEMT (Pseudomorphic High Electron Mobility Transister) switches, PIN diodes, and varactor diodes, and phase shifters using MEMS are implemented using MEMS in various forms.
  • pHEMT Pseudomorphic High Electron Mobility Transister
  • PIN diodes PIN diodes
  • varactor diodes varactor diodes
  • phase shifters using MEMS are implemented using MEMS in various forms.
  • Most of these conventional phase shifters are implemented in the form of printed circuit boards (PCBs) or integrated circuits (ICs), and are applied in the form of modules or integrated circuits to the hardware (H / W) of the RF beamforming system. used
  • a waveguide may be a device that guides a wave by limiting the expansion of an electromagnetic wave to one dimension or two dimensions.
  • the waveguide may be implemented in the form of a hollow conductive metal pipe.
  • Waveguide-type RF phase shifters are largely divided into two types. One is to delay the phase by mechanically varying the length of the physical line for which the phase of the RF signal is delayed, and the other is to configure a path length circuit combination corresponding to the phase value to be realized of the RF signal and select it with a switch. It is a form of changing the phase value by doing so.
  • phase shifter implementation method in the conventional waveguide has a problem that it is difficult to have an array structure or has a very large size.
  • phase-controlled array antenna system based on a phase shifter capable of precisely controlling a phase by changing a part of the mechanical appearance or electrical constant characteristics of a feeding waveguide of an array antenna is proposed.
  • FIG. 6 is a conceptual illustration of a beamforming system to which the present disclosure may be applied.
  • a transmitter 601 may include a baseband processing unit, a digital-to-analog converter (DAC), an RF chain, and an array antenna 603.
  • the feed network of the array antenna 603 may include a phase shifter of a waveguide connected in an RF circuit, and the unit antenna elements 603-1, 603-2, ..., 603-
  • the phase of N) can be controlled.
  • Target beamforming may be implemented by applying a beamforming phase value (weighting vector) calculated through the spacing between unit antenna elements of the array antenna, the number of arrays, and the radiation pattern of the unit antenna.
  • the receiver 602 may include a baseband processing unit, an analog-to-digital converter (ADC), an RF chain, and an array antenna 604 .
  • Each feed network of the array antenna 604 may include a phase shifter of a waveguide connected in an RF circuit, and may control a phase of a unit antenna element of each array antenna.
  • the shape of the waveguide connected to the unit antenna element is not changed, and the phase delay path or circuit is not prefabricated and selected.
  • the proposed waveguide structure may include all other types of waveguide structures, such as a substrate integrated waveguide (SIW), as well as a conventional metal waveguide.
  • SIW substrate integrated waveguide
  • the phase shift through the waveguide uses a mechanical change or a change in electrical characteristics of the waveguide.
  • the mechanical change will be described through examples.
  • the waveguide may have a variable metal wall for a phase shift structure in a waveguide transmission line structure having two input/output terminals according to the standard of the waveguide.
  • Waveguide transmission lines generally have low loss and operating characteristics in a wide frequency band, and various transmission modes of waveguided waves may exist depending on the horizontal and vertical lengths of the waveguide.
  • the TE 10 mode which is a basic mode
  • the phase shift structure proposed in the basic waveguide line is a structure in which the vertical of the horizontal and vertical lengths of the waveguide is maintained as it is, and the width of the waveguide is changed by moving the metal wall space on both sides of the horizontal inward. At this time, the waveguide's impedance matching characteristics and loss should hardly change.
  • FIG 7 illustrates shapes in which the phase shift structure is applied to four waveguides for understanding the phase shift structure proposed in the present disclosure.
  • the four waveguides have a waveguide size corresponding to the WR-6.5 standard, and an operating frequency may be 110 to 170 GHz.
  • the waveguide size of the WR-6.5 standard is 1.651 mm in width and 0.8255 mm in length.
  • the waveguide corresponding to port 4 is a general WR-6.5 standard waveguide to which the phase shift structure is not applied, and the waveguides corresponding to ports 1 to 3 change the shape of the inner wall of the waveguide for phase shift.
  • the modified shape slightly changes the position of the inner wall of the waveguide, maintains the vertical height, and has a waveguide with only the horizontal width reduced from the existing 1.651 mm.
  • the changed horizontal width and the phase difference corresponding thereto may be as shown in the table below.
  • the phase difference value was extracted through a commercial electromagnetic (EM) simulation.
  • FIG. 8 is an E-field distribution diagram for the four waveguides shown in FIG. 7 in order to check the width (width) and phase difference shown in Table 4.
  • Ports 1 to 4 shown in FIG. 8 are the same as ports 1 to 4 shown in FIG. 7 and Table 4, and after inputting radio waves having the same phase to the four ports, the phase difference is determined through the electric field distribution propagated along the waveguide.
  • port 4 the electric field distribution corresponding to a general WR-6.5 waveguide appears, and has a normal phase value corresponding to the wavelength in the pipe according to the frequency.
  • a block body was added to change the width of each waveguide on the waveguide path, and the effect on the waveguide width was clearly shown by making the block body positions of ports 1, 3 and 2 different. .
  • phase change according to the general path length increase is a phase delay phenomenon, but the phase change generated in the present disclosure is a phase advance phenomenon.
  • FIG 9 shows an example in which a phase shift structure is applied to a waveguide.
  • a region to which a phase shift structure is applied to four waveguides is configured as a metal part.
  • a portion 901 indicated in blue in FIG. 9 is an air region of the waveguide through which radio waves pass.
  • the height of the waveguide was kept constant and the width of the waveguide was changed (represented by the four variables P1 to P4).
  • the waveguide length of the region where the phase shift structure is applied is expressed as sL. sL can be varied.
  • the width of the corresponding waveguide is also expressed as Iris in conventional waveguide technology.
  • FIG 10 shows an example of an antenna structure for realizing beamforming performance.
  • FIG. 10 shows an antenna shape for confirming the beamforming characteristics according to the embodiment shown in FIG. 9, and includes one input port 101 and four output ports 102-1 and 102-2. , 102-3, 102-4), and the four output ports may have a shape connected to a flat antenna 104 through an air transition 103.
  • This embodiment is to show the operating characteristics of only the phase shift structure, and connects four waveguide lines through a conventional 4-way power divider to a single input terminal, and here, an area where the waveguide width is varied for the phase shift structure After setting, the beamforming characteristics can be confirmed through the characteristics of the radiated beam.
  • FIG. 11 shows the result of analyzing the phase difference implementation characteristics according to the widths P1 to P4 and the length sL of the variable region shown in FIG. 9 through commercial EM simulation.
  • the phase difference increases.
  • the phase difference becomes smaller as the width increases.
  • the desired phase difference can be precisely implemented/controlled by changing the width and length (sL) of the proposed phase shift structure.
  • the width and height of the waveguide have a close influence on the frequency characteristics, loss and transmission mode of the waveguide.
  • the S-parameter scattering parameter
  • the S-parameter may mean a ratio of an input voltage to an output voltage on a frequency distribution.
  • the S11 characteristic is a reflection coefficient characteristic representing an impedance matching characteristic.
  • the graph for the width of 1.651 mm is a characteristic of the conventional standard waveguide standard WR-6.5 size, and has a very high impedance matching.
  • the width becomes narrower, the performance of the reflection coefficient deteriorates, and the frequency characteristic in the case of a width of 1 to 1.2 mm has an S11 value lower than -15 dB, making it an unusable range.
  • the S21 characteristic is a transmission coefficient characteristic representing the loss characteristic of the waveguide.
  • the graph for the 1.651 mm width shows a loss of only about 0.2 to 0.3 dB of the S21 characteristic, but the graph for the width 1 to 1.2 mm shows a high loss of 0.5 to 4 dB or more.
  • Table 6 exemplifies required phase values and iris width values according to beam tilting angles of the beamforming system.
  • Table 6 shows that the number of array antennas in the beamforming system is 4, the array interval is 1.44 lamda, and the value of the iris width corresponding to the target beam tilting angle is calculated by reflecting the array factor in the unit antenna radiation pattern. written using it.
  • 14 to 17 show beamforming results when an iris width corresponding to a phase shift structure is applied to the 4x1 array antenna shown in FIG. 10 by utilizing this.
  • the calculation result is a result of the beam pattern previously calculated through the array factor of the beamforming system.
  • the port EM simulation result is a beam pattern result when the necessary phase values calculated in Table 6 are directly input into the input terminals of the four waveguides shown in FIG. 9 .
  • the Iris EM simulation result is the result of the beam pattern analyzed by applying the Iris width calculated in Table 5 with the 4-way power divider shown in FIG. 10 connected.
  • 180 degrees is a reference value for boresight, and an angle value increasing to the right based on 180 degrees indicates a tilt angle value in a positive direction.
  • the beam width of the unit antenna is not wide at +26/-26 degrees, the main beam appears to be reduced in size at +30 degrees and +40 degrees outside the unit antenna beam width, and at a wide spacing of 1.44 lambda, the grating lobe lobe was generated, and cases equal to or larger than the main lobe occurred. This part can be supplemented when additional design items of the array antenna are applied.
  • the operating characteristics of the above-described mechanical shape change are the same as the propagation of the wave inside the waveguide and the impedance change from the transmission line perspective, and the same operating characteristics can be implemented through the change of the electrical characteristics inside the waveguide.
  • the transmitter through a change in at least one of i) physical shape and ii) electrical characteristics of a waveguide transmission line connected to each of the unit antennas, the phase shift of the signal in each of the unit antennas It is performed (S1810).
  • the external size of the waveguide transmission line may not be changed.
  • the signal When the signal is phase-shifted by changing the physical shape of the waveguide transmission line, the signal may be phase-shifted by reducing a length between inner walls for a specific section of the waveguide transmission line.
  • the length between the inner walls may be reduced by at least one of a control device using mechanical movement, a micro-electro mechanical system (MEMS), and a control device using physical expansion.
  • MEMS micro-electro mechanical system
  • the specific section of the waveguide transmission line may be divided into a plurality of sections, and lengths between inner walls may be independently reduced in each of the plurality of sections.
  • the signal When the signal is phase-shifted by changing the electrical characteristics of the waveguide transmission line, the signal may be phase-shifted by changing an electrical constant of an internal part of the waveguide transmission line.
  • the electrical constant may include at least one of permittivity, magnetic permeability, and conductivity.
  • a variable through hole or via hole is added to a specific section of the waveguide transmission line to phase shift the signal can make it
  • the transmitter transmits the phase-shifted signal through an array antenna including a plurality of unit antennas (S1820).
  • 19 to 22 show various embodiments of changing the physical shape of a waveguide to implement a phase shift.
  • FIG. 19 is an embodiment of a variable structure using internal deformation of a waveguide by a mechanical screw or other mechanical movement.
  • internal deformation of the waveguide can be implemented according to an electrical signal input based on a MEMS switch or MEMS actuator.
  • 21 illustrates an embodiment of a deformable structure in which internal deformation occurs due to expansion caused by temperature or external physical factors.
  • FIG. 22 shows that the change structure variable by the above variable control devices is possible through configurations of various widths and various combinations.
  • FIG. 23 shows an embodiment of a strain structure in a substrate integrated waveguide (SIW).
  • SIW substrate integrated waveguide
  • the signal may be phase shifted by adding a variable through hole or a via hole to a specific section of the waveguide transmission line.
  • 24 and 25 are examples of a deformable structure that electrically varies an electric constant based on an effective medium in a metal waveguide and an SIW. It is possible to vary the permittivity or magnetic permeability of the medium in which electric waves propagate, and the conductivity through material technology by utilizing metamaterial technology or new material technology that has a periodic structure based on an effective medium, and through the application of these technologies Phase shift can be implemented in a waveguide or SIW.
  • 26 illustrates a method of operating a beamforming system according to an embodiment of the present disclosure.
  • a target beam angle that is, a beamforming steering angle
  • the transmitter calculates a beamforming phase value (S2620), and the calculated phase value
  • a variable control variable to be mapped is derived/determined (S2630).
  • the beam tilt angle in Table 6 may be a target beam angle.
  • a phase value calculated in Table 6 may correspond to the calculated phase value.
  • Deriving the iris width value according to the phase difference with reference to the iris width value of Table 6 and Table 5 may correspond to the process of deriving the variable control variable mapped to the calculated phase value. That is, in this embodiment, the mechanical iris width is exemplified as a variable control variable.
  • the transmitter performs variable control of the phase value based on the derived variable control variable (S2640).
  • variable control at least one of the aforementioned mechanical control and electrical control may be performed.
  • phase shift error is corrected (S2660), and a variable control variable value mapped to the phase value is derived (S2630) . If the phase shift is correctly implemented (eg, when the error of the phase shift is less than or equal to a predetermined threshold), beamforming is performed (S2670).
  • phase shift structure in the prior art, a structure in which a phase shift is not variable, a complex and huge mechanism is used for a phase shift variable structure, or a structural limit in which it is difficult for a user to control a phase shift value, but the present disclosure overcomes these disadvantages. can do.
  • the existing waveguide transmission line characteristics can be maintained as they are in a certain region.
  • the conventional waveguide phase shifter technology it is possible to overcome the disadvantage of limited application to a general beamforming system due to a change in characteristics of a waveguide transmission line.
  • the present disclosure is applicable to a waveguide feeding network of an array antenna using frequencies of tens to hundreds of GHz or several THz, and is particularly applicable to a beamforming system requiring precise phase control in a system requiring low loss and wideband characteristics.
  • the proposed disclosure can be applied to a system equipped with an array antenna, to which it is difficult to apply a conventional waveguide phase shifter.
  • the present disclosure is applicable to both a mobile communication system and a radio wave application system including a conventional waveguide element.
  • a communication system 1 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 radio access technology (eg, 5G New RAT (NR), Long Term Evolution (LTE)), and may be referred to as a communication/wireless/5G device.
  • wireless devices include robots 100a, vehicles 100b-1 and 100b-2, XR (eXtended Reality) devices 100c, hand-held devices 100d, and home appliances 100e. ), an Internet of Thing (IoT) device 100f, and an AI device/server 400.
  • IoT Internet of Thing
  • the vehicle may include a vehicle equipped with a wireless communication function, an autonomous vehicle, a vehicle capable of performing inter-vehicle communication, and the like.
  • the vehicle may include an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) (eg, a drone).
  • UAV Unmanned Aerial Vehicle
  • XR devices include Augmented Reality (AR)/Virtual Reality (VR)/Mixed Reality (MR) devices, Head-Mounted Devices (HMDs), Head-Up Displays (HUDs) installed in vehicles, televisions, smartphones, It may be implemented in the form of a computer, wearable device, home appliance, digital signage, vehicle, robot, and the like.
  • a portable device may include a smart phone, a smart pad, a wearable device (eg, a smart watch, a smart glass), a computer (eg, a laptop computer, etc.), and the like.
  • Home appliances may include a TV, a refrigerator, a washing machine, and the like.
  • IoT devices may include sensors, smart meters, and the like.
  • a base station and a network may also be implemented as a wireless device, and a specific wireless device 200a may operate as a base station/network node to other wireless devices.
  • the wireless devices 100a to 100f may be connected to the network 300 through the base station 200 .
  • AI Artificial Intelligence
  • the network 300 may be configured using a 3G network, a 4G (eg LTE) network, or a 5G (eg NR) network.
  • the wireless devices 100a to 100f may communicate with each other through the base station 200/network 300, but may also communicate directly (eg, sidelink communication) without going through the base station/network.
  • the vehicles 100b-1 and 100b-2 may perform direct communication (eg, vehicle to vehicle (V2V)/vehicle to everything (V2X) communication).
  • IoT devices eg, sensors
  • IoT devices may directly communicate with other IoT devices (eg, sensors) or other wireless devices 100a to 100f.
  • Wireless communication/connection 150a, 150b may be performed between the wireless devices 100a to 100f/base station 200-base station 200/wireless devices 100a to 100f.
  • wireless communication/connection may be performed through various radio access technologies (eg, 5G NR) for uplink/downlink communication 150a and sidelink communication 150b (or D2D communication).
  • 5G NR radio access technologies
  • the wireless device and the base station/wireless device may transmit/receive radio signals to each other.
  • the wireless communication/connection 150a and 150b may transmit/receive signals through various physical channels based on all/partial processes of FIG. 2 .
  • various configuration information setting processes for transmitting / receiving radio 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.
  • the first wireless device 100 and the second wireless device 200 may transmit and receive radio signals through various radio access technologies (eg, LTE, NR).
  • ⁇ the first wireless device 100, the second wireless device 200 ⁇ is the ⁇ wireless device 100x, the base station 200 ⁇ of FIG. 27 and/or the ⁇ wireless device 100x, the wireless device 100x.
  • ⁇ can correspond.
  • the first wireless device 100 includes one or more processors 102 and one or more memories 104, and may additionally include one or more transceivers 106 and/or one or more antennas 108.
  • the processor 102 controls the memory 104 and/or the transceiver 106 and may be configured to implement the functions, procedures and/or methods described/suggested above.
  • the processor 102 may process information in the memory 104 to generate first information/signal, and transmit a radio signal including the first information/signal through the transceiver 106.
  • the processor 102 may receive a radio signal including the second information/signal through the transceiver 106, and then store information obtained from signal processing of the second information/signal in the memory 104.
  • the memory 104 may be connected to the processor 102 and may store various information related to the operation of the processor 102 .
  • memory 104 may perform some or all of the processes controlled by processor 102, or store software code including instructions for performing procedures and/or methods described/suggested above.
  • the processor 102 and memory 104 may be part of a communication modem/circuit/chip designed to implement a wireless communication technology (eg, LTE, NR).
  • the transceiver 106 may be coupled to the processor 102 and may transmit and/or receive wireless signals via one or more antennas 108 .
  • the transceiver 106 may include a transmitter and/or a receiver.
  • the transceiver 106 may be used interchangeably with a radio frequency (RF) unit.
  • a wireless device may mean a communication modem/circuit/chip.
  • the second wireless device 200 includes one or more processors 202, one or more memories 204, and may further include one or more transceivers 206 and/or one or more antennas 208.
  • the processor 202 controls the memory 204 and/or the transceiver 206 and may be configured to implement the functions, procedures and/or methods described/suggested above.
  • the processor 202 may process information in the memory 204 to generate third information/signal, and transmit a radio signal including the third information/signal through the transceiver 206.
  • the processor 202 may receive a radio signal including the fourth information/signal through the transceiver 206 and store information obtained from signal processing of the fourth information/signal in the memory 204 .
  • the memory 204 may be connected to the processor 202 and may store various information related to the operation of the processor 202 .
  • memory 204 may perform some or all of the processes controlled by processor 202, or may store software code including instructions for performing procedures and/or methods described/suggested above.
  • the processor 202 and memory 204 may be part of a communication modem/circuit/chip designed to implement a wireless communication technology (eg, LTE, NR).
  • the transceiver 206 may be coupled to the processor 202 and may transmit and/or receive wireless signals via one or more antennas 208 .
  • the transceiver 206 may include a transmitter and/or a receiver.
  • the transceiver 206 may be used interchangeably with an RF unit.
  • a wireless device may mean a communication modem/circuit/chip.
  • one or more protocol layers may be implemented by one or more processors 102, 202.
  • one or more processors 102, 202 may implement one or more layers (eg, functional layers such as PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC, SDAP).
  • One or more processors 102, 202 may generate one or more Protocol Data Units (PDUs) and/or one or more Service Data Units (SDUs) according to functions, procedures, proposals and/or methods disclosed herein.
  • PDUs Protocol Data Units
  • SDUs Service Data Units
  • One or more processors 102, 202 may generate messages, control information, data or information according to functions, procedures, suggestions and/or methods disclosed herein.
  • One or more processors 102, 202 generate PDUs, SDUs, messages, control information, data or signals (e.g., baseband signals) containing information according to the functions, procedures, proposals and/or methods disclosed herein , can be provided to one or more transceivers 106, 206.
  • One or more processors 102, 202 may receive signals (eg, baseband signals) from one or more transceivers 106, 206 and generate PDUs, SDUs according to functions, procedures, proposals and/or methods disclosed herein. , messages, control information, data or information can be obtained.
  • One or more processors 102, 202 may be referred to as a controller, microcontroller, microprocessor or microcomputer.
  • One or more processors 102, 202 may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • ASICs Application Specific Integrated Circuits
  • DSPs Digital Signal Processors
  • DSPDs Digital Signal Processing Devices
  • PLDs Programmable Logic Devices
  • FPGAs Field Programmable Gate Arrays
  • the functions, procedures, proposals and/or methods disclosed in this document may be implemented using firmware or software, and the firmware or software may be implemented to include modules, procedures, functions, and the like.
  • Firmware or software configured to perform the functions, procedures, suggestions and/or methods disclosed herein may be included in one or more processors (102, 202) or stored in one or more memories (104, 204) and may be stored in one or more processors (102, 202). 202).
  • the functions, procedures, suggestions and/or methods disclosed herein may be implemented using firmware or software in the form of codes, instructions and/or sets of instructions.
  • One or more memories 104, 204 may be coupled with one or more processors 102, 202 and may store various types of data, signals, messages, information, programs, codes, instructions and/or instructions.
  • One or more memories 104, 204 may be comprised of ROM, RAM, EPROM, flash memory, hard drives, registers, cache memory, computer readable storage media, and/or combinations thereof.
  • One or more memories 104, 204 may be located internally and/or external to one or more processors 102, 202. Additionally, one or more memories 104, 204 may be coupled to one or more processors 102, 202 through various technologies, such as wired or wireless connections.
  • One or more transceivers 106, 206 may transmit user data, control information, radio signals/channels, etc., as referred to in the methods and/or operational flow charts herein, to one or more other devices.
  • One or more of the transceivers 106, 206 may receive user data, control information, radio signals/channels, etc. referred to in functions, procedures, proposals, methods and/or operational flow charts, etc. disclosed herein from one or more other devices.
  • one or more transceivers 106 and 206 may be connected to one or more processors 102 and 202 and transmit and receive wireless signals.
  • one or more processors 102, 202 may control one or more transceivers 106, 206 to transmit user data, control information, or radio signals to one or more other devices. Additionally, one or more processors 102, 202 may control one or more transceivers 106, 206 to receive user data, control information, or radio signals from one or more other devices. In addition, one or more transceivers 106, 206 may be coupled with one or more antennas 108, 208, and one or more transceivers 106, 206, via one or more antennas 108, 208 may perform functions, procedures disclosed herein. , It can 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).
  • One or more transceivers (106, 206) convert the received radio signals/channels from RF band signals in order to process the received user data, control information, radio signals/channels, etc. using one or more processors (102, 202). It can be converted into a baseband signal.
  • One or more transceivers 106 and 206 may convert user data, control information, and radio signals/channels processed by one or more processors 102 and 202 from baseband signals to RF band signals.
  • one or more of the transceivers 106, 206 may include (analog) oscillators and/or filters.
  • the first wireless device or the second wireless device When transmitting a signal, shifts the phase of the signal and transmits the phase-shifted signal through an array antenna including a plurality of unit antennas. At this time, the signal is phase-shifted in each of the unit antennas through a change in at least one of i) physical shape and ii) electrical characteristics of a waveguide transmission line connected to each of the unit antennas.
  • 29 illustrates another example of a wireless device applicable to the present specification.
  • a wireless device may include at least one processor 102, 202, at least one memory 104, 204, at least one transceiver 106, 206, and one or more antennas 108, 208. there is.
  • the processors 102 and 202 and the memories 104 and 204 are separated, but in the example of FIG. 29, the processor Note that (102, 202) includes the memory (104, 204).
  • the above-described method may be performed by a computer readable medium (CRM) that stores instructions for causing an operation to be performed by one or more processors.
  • the operation includes an operation of phase-shifting the signal and an operation of transmitting the phase-shifted signal through an array antenna including a plurality of unit antennas, wherein the waveguide transmission line connected to each of the unit antennas Through a change in at least one of i) physical shape and ii) electrical characteristics, the signal is phase-shifted in each of the unit antennas.
  • FIG. 30 illustrates a signal processing circuit for a transmission signal.
  • the signal processing circuit 1000 may include a scrambler 1010, a modulator 1020, a layer mapper 1030, a precoder 1040, a resource mapper 1050, and a signal generator 1060.
  • the operations/functions of FIG. 30 may be performed by processors 102 and 202 and/or transceivers 106 and 206 of FIG. 28 .
  • the hardware elements of FIG. 30 may be implemented in processors 102 and 202 and/or transceivers 106 and 206 of FIG. 28 .
  • blocks 1010-1060 may be implemented in the processors 102 and 202 of FIG. 28 .
  • blocks 1010 to 1050 may be implemented in the processors 102 and 202 of FIG. 28
  • block 1060 may be implemented in the transceivers 106 and 206 of FIG. 28 .
  • the codeword may be converted into a radio signal through the signal processing circuit 1000 of FIG. 30 .
  • a codeword is an encoded bit sequence of an information block.
  • Information blocks may include transport blocks (eg, UL-SCH transport blocks, DL-SCH transport blocks).
  • the radio signal may be transmitted through various physical channels (eg, PUSCH, PDSCH) of FIG. 2 .
  • the codeword may be converted into a scrambled bit sequence by the scrambler 1010.
  • a scramble sequence used for scrambling is generated based on an initialization value, and the initialization value may include ID information of a wireless device.
  • the scrambled bit sequence may be modulated into a modulation symbol sequence by modulator 1020.
  • the modulation scheme may include pi/2-Binary Phase Shift Keying (pi/2-BPSK), m-Phase Shift Keying (m-PSK), m-Quadrature Amplitude Modulation (m-QAM), and the like.
  • the complex modulation symbol sequence may be mapped to one or more transport layers by the layer mapper 1030.
  • Modulation symbols of each transport layer may be mapped to the corresponding antenna port(s) by the precoder 1040 (precoding).
  • the output z of the precoder 1040 can be obtained by multiplying the output y of the layer mapper 1030 by the N*M precoding matrix W.
  • N is the number of antenna ports and M is the number of transport layers.
  • the precoder 1040 may perform precoding after performing transform precoding (eg, DFT transformation) on complex modulation symbols. Also, the precoder 1040 may perform precoding without performing transform precoding.
  • the resource mapper 1050 may map modulation symbols of each antenna port to time-frequency resources.
  • the time-frequency resource may include a plurality of symbols (eg, CP-OFDMA symbols and DFT-s-OFDMA symbols) in the time domain and a plurality of subcarriers in the frequency domain.
  • the signal generator 1060 generates a radio signal from the mapped modulation symbols, and the generated radio signal can be transmitted to other devices through each antenna.
  • the signal generator 1060 may include an inverse fast Fourier transform (IFFT) module, 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 to the signal processing process 1010 to 1060 of FIG. 30 .
  • wireless devices eg, 100 and 200 of FIG. 28
  • 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 de-scramble process.
  • a signal processing circuit for a received signal may include a signal restorer, a resource demapper, a postcoder, a demodulator, a descrambler, and a decoder.
  • a portable device may include a smart phone, a smart pad, a wearable device (eg, a smart watch, a smart glass), and a portable computer (eg, a laptop computer).
  • a mobile device may be referred to as a mobile station (MS), a user terminal (UT), a mobile subscriber station (MSS), a subscriber station (SS), an advanced mobile station (AMS), or a wireless terminal (WT).
  • MS mobile station
  • UT user terminal
  • MSS mobile subscriber station
  • SS subscriber station
  • AMS advanced mobile station
  • WT wireless terminal
  • a portable device 100 includes an antenna unit 108, a communication unit 110, a control unit 120, a memory unit 130, a power supply unit 140a, an interface unit 140b, and an input/output unit 140c. ) may be included.
  • the antenna unit 108 may be configured as part of the communication unit 110 .
  • the communication unit 110 may transmit/receive signals (eg, data, control signals, etc.) with other wireless devices and base stations.
  • the controller 120 may perform various operations by controlling components of the portable device 100 .
  • the control unit 120 may include an application processor (AP).
  • the memory unit 130 may store data/parameters/programs/codes/commands necessary for driving the portable device 100 .
  • the memory unit 130 may store input/output data/information.
  • the power supply unit 140a supplies power to the portable device 100 and may include a wired/wireless charging circuit, a battery, and the like.
  • the interface unit 140b may support connection between the portable device 100 and other external devices.
  • the interface unit 140b may include various ports (eg, audio input/output ports and video input/output ports) for connection with external devices.
  • the input/output unit 140c may receive or output image information/signal, audio information/signal, data, and/or information input from a user.
  • the input/output unit 140c may include a camera, a microphone, a user input unit, a display unit 140d, a speaker, and/or a haptic module.
  • the input/output unit 140c obtains information/signals (eg, touch, text, voice, image, video) input from the user, and the acquired information/signals are stored in the memory unit 130.
  • the communication unit 110 may convert the information/signal stored in the memory into a wireless signal, and directly transmit the converted wireless signal to another wireless device or to a base station.
  • the communication unit 110 may receive a radio signal from another wireless device or a base station and then restore the received radio signal to original information/signal. After the restored information/signal is stored in the memory unit 130, it may be output in various forms (eg, text, voice, image, video, haptic) through the input/output unit 140c.

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Abstract

무선 통신 시스템에서, 신호의 전송 방법 및 장치를 제공한다. 상기 방법은 상기 신호를 위상 천이 시키고, 상기 위상 천이된 신호를 복수의 단위 안테나들을 포함하는 배열 안테나를 통해 전송하되, 상기 단위 안테나들 각각에 연결된 도파관(waveguide) 전송 선로의 i) 물리적 형상 및 ii) 전기적 특성 중 적어도 하나의 변경을 통해, 상기 신호는 상기 단위 안테나들 각각에서 위상 천이되는 것을 특징으로 한다.

Description

무선통신 시스템에서 신호의 전송 방법 및 장치
본 개시는 무선 통신 시스템에서 신호를 위상 천이시킨 후 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long-Term Evolution)는 고속 패킷 통신을 가능하게 하기 위한 기술이다. LTE 목표인 사용자와 사업자의 비용 절감, 서비스 품질 향상, 커버리지 확장 및 시스템 용량 증대를 위해 많은 방식이 제안되었다. 3GPP LTE는 상위 레벨 필요조건으로서 비트당 비용 절감, 서비스 유용성 향상, 주파수 밴드의 유연한 사용, 간단한 구조, 개방형 인터페이스 및 단말의 적절한 전력 소비를 요구한다.
ITU(International Telecommunication Union) 및 3GPP에서 NR(New Radio) 시스템에 대한 요구 사항 및 사양을 개발하는 작업이 시작되었다. 3GPP는 긴급한 시장 요구와 ITU-R(ITU Radio Communication Sector) IMT(International Mobile Telecommunications)-2020 프로세스가 제시하는 보다 장기적인 요구 사항을 모두 적시에 만족시키는 NR을 성공적으로 표준화하기 위해 필요한 기술 구성 요소를 식별하고 개발해야 한다. 또한, NR은 먼 미래에도 무선 통신을 위해 이용될 수 있는 적어도 100 GHz에 이르는 임의의 스펙트럼 대역을 사용할 수 있어야 한다.
NR은 eMBB(enhanced Mobile BroadBand), mMTC(massive Machine Type-Communications), URLLC(Ultra-Reliable and Low Latency Communications) 등을 포함하는 모든 배치 시나리오, 사용 시나리오, 요구 사항을 다루는 단일 기술 프레임 워크를 대상으로 한다. NR은 본질적으로 순방향 호환성이 있어야 한다.
5세대(5G; 5th generation) 이동 통신 기술에 해당하는 NR의 상용화와 함께 6세대(6G) 이동 통신 기술에 대한 연구가 시작되고 있다. 6세대 이동 통신 기술에서는 100GHz 이상의 주파수 대역을 활용하는 것이 예상되고 있다. 이에 따라 활용 주파수가 5G 대비 10배 이상 증대될 수 있고, 공간 자원의 활용 가능성이 더욱 커질 수 있을 것으로 예상된다. 이러한 100GHz 이상의 주파수 대역은 서브-테라헤르츠(sub-THz)로 불릴 수 있다.
장래 이동 통신에서는 고속 및 대용량의 데이터 전송 서비스가 필수적이며, 이러한 서비스를 구현하기 위해서는 빔포밍(beamforming) 기술이 핵심적이다.
빔포밍(공간 필터링(spatial filtering)이라 칭할 수도 있음)은 안테나를 통해 전송되는 빔을 특정한 단말(수신 기기)에게 집중시키는 기술로 스마트 안테나(smart antenna)의 한 방식이라 할 수 있다. 전파는 주파수가 높을수록 직진성이 강해서 주파수가 높은 전파를 한 방향으로 몰아서(빔포밍하여) 보내지 않으면 신호 전송에 많은 에너지가 소모된다.
고정된 빔을 전송하는 안테나에서는 송수신기의 상호 위치에 따라서 수신 감도 및 신호 대 간섭비가 저하되고, 다중 스트림 전송을 위한 다중화 이득이 높지 않은 단점이 있다. 따라서, 배열 안테나의 위상을 제어하여 빔의 방사 방향을 제어하는 것이 필요하다. 이를 통해 다중 스트림 전송을 위한 다중화 이득을 확보할 수 있다.
종래의 일반적인 위상 제어를 위한 위상 천이기는 RF 신호의 위상을 변화시키는 2단자 소자가 대부분이다. 종래의 위상 천이기는 대부분 페라이트(ferrite) 위상 천이기나, 반도체 위상 천이기 형태로 분류될 수 있다.
페라이트 위상 천이기는 일반적으로 페라이트의 바이어스 필드(bias field)를 변경하여 전송 경로의 가변 위상 변이를 제공하는 2단자 장치이다.
반도체 위상 천이기는 반도체 소자 기반의 위상 천이기와 MEMS(micro-electromechanical systems)를 이용한 위상 천이기로 구분된다. 반도체 소자 기반의 위상 천이기는 pHEMT(Pseudomorphic High Electron Mobility Transister) 스위치, PIN 다이오드, Varactor 다이오드를 사용하여 구현되며, MEMS를 이용한 위상 천이기는 MEMS를 다양한 형태로 활용하여 구현하고 있다. 이러한 종래의 위상 천이기는 대부분 PCB(Printed Circuit Board) 형태의 전자 회로 기판이나 IC(Integrated Circuit) 형태로 구현되어서, RF 빔포밍 시스템의 하드웨어(H/W) 부에 모듈 또는 집적 회로 형태로 적용되어 사용된다.
그러나 Sub-THz, THz 대역에서는 이러한 PCB 형태 또는 IC로 위상 천이기를 구현하는 것에 한계가 있어, 도파관 형태의 RF 소자들이 주로 개발된다.
도파관(waveguide)은 전자기파의 확장을 1차원 또는 2차원으로 제한하여 파동을 안내하는 장치라 할 수 있다. 도파관은 속이 빈 전도성 금속 파이프 형태로 구현될 수 있다.
도파관 형태의 RF 위상 천이기에 대한 종래의 구현 기술이 존재한다. 도파관 형태의 RF 위상 천이기는 크게 2가지 형태로 나뉜다. 한가지는 RF 신호의 위상 지연되는 물리적인 선로 길이를 기계적으로 가변하여 위상을 지연시키는 형태와, 다른 한가지는 RF 신호의 구현하고자 하는 위상값에 해당되는 경로 길이 회로 조합을 구성하고, 이를 스위치로 선택하여 위상값을 가변하는 형태이다.
도파관 형태의 RF 위상 천이기에 종래의 기술을 활용할 경우, 위상 지연에 해당하는 경로 길이가 증가하고, 구현 위상 차에 해당하는 회로 조합을 스위치로 선택하는 경우에도 크기가 대형화될 수 밖에 없다. 또한, 종래의 도파관에서의 위상 천이기 구현 방식은 배열 구조를 가져가기 어렵거나, 매우 대형화된 크기를 가질 수 밖에 없는 문제점을 가진다.
본 개시는 무선통신 시스템에서 위상 천이를 시킨 후 신호를 전송하는 방법 및 이를 사용하는 장치를 제공하고자 한다.
일 측면에서, 무선 통신 시스템에서, 신호의 전송 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기 신호를 위상 천이 시키고, 상기 위상 천이된 신호를 복수의 단위 안테나들을 포함하는 배열 안테나를 통해 전송하되, 상기 단위 안테나들 각각에 연결된 도파관(waveguide) 전송 선로의 i) 물리적 형상 및 ii) 전기적 특성 중 적어도 하나의 변경을 통해, 상기 신호는 상기 단위 안테나들 각각에서 위상 천이되는 것을 특징으로 한다.
다른 측면에서, 무선 통신 시스템에서 신호를 전송하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 하나 이상의 송수신부, 하나 이상의 메모리 및 상기 하나 이상의 메모리와 동작 가능하도록 연결될 수 있는 하나 이상의 프로세서를 포함하되, 상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 신호를 위상 천이 시키고, 상기 위상 천이된 신호를 복수의 단위 안테나들을 포함하는 배열 안테나를 통해 전송하되, 상기 단위 안테나들 각각에 연결된 도파관(waveguide) 전송 선로의 i) 물리적 형상 및 ii) 전기적 특성 중 적어도 하나의 변경을 통해, 상기 신호는 상기 단위 안테나들 각각에서 위상 천이되는 것을 특징으로 한다.
또 다른 측면에서, 무선 통신 시스템에서 동작하는 처리 장치를 제공한다. 상기 처리 장치는 하나 이상의 프로세서 및 상기 하나 이상의 프로세서와 동작 가능하도록 연결될 수 있는 하나 이상의 메모리를 포함하되, 상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 신호를 위상 천이 시키고, 상기 위상 천이된 신호를 복수의 단위 안테나들을 포함하는 배열 안테나를 통해 전송하되, 상기 단위 안테나들 각각에 연결된 도파관(waveguide) 전송 선로의 i) 물리적 형상 및 ii) 전기적 특성 중 적어도 하나의 변경을 통해, 상기 신호는 상기 단위 안테나들 각각에서 위상 천이되는 것을 특징으로 한다.
또 다른 측면에서, 동작이 하나 이상의 프로세서에 의해 수행되도록 하는 지시를 저장하는 CRM(computer readable medium)을 제공한다. 상기 동작은, 상기 신호를 위상 천이 시키는 동작, 상기 위상 천이된 신호를 복수의 단위 안테나들을 포함하는 배열 안테나를 통해 전송하는 동작을 포함하되, 상기 단위 안테나들 각각에 연결된 도파관(waveguide) 전송 선로의 i) 물리적 형상 및 ii) 전기적 특성 중 적어도 하나의 변경을 통해, 상기 신호는 상기 단위 안테나들 각각에서 위상 천이되는 것을 특징으로 한다.
본 개시는 다양한 효과를 가질 수 있다. 수십에서 수백 GHz, 수 THz 주파수를 사용하는 배열 안테나의 도파관 급전 네트워크에 적용이 가능하며, 특히 저손실과 광대역 특성이 필요한 시스템에서 정밀한 위상제어가 필요한 빔포밍 시스템에 적용 가능하다. 또한 기존의 도파관 위상 천이기를 적용하기 어려운 배열 안테나가 장착되는 시스템의 경우 제안된 개시를 적용할 수 있다. 본 명세서의 구체적인 예시를 통해 얻을 수 있는 효과는 이상에서 나열된 효과로 제한되지 않는다. 예를 들어, 관련된 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자(a person having ordinary skill in the related art)가 본 명세서로부터 이해하거나 유도할 수 있는 다양한 기술적 효과가 존재할 수 있다. 이에 따라, 본 명세서의 구체적인 효과는 본 명세서에 명시적으로 기재된 것에 제한되지 않고, 본 명세서의 기술적 특징으로부터 이해되거나 유도될 수 있는 다양한 효과를 포함할 수 있다.
도 1은 NR이 적용되는 차세대 무선 접속 네트워크(New Generation Radio Access Network: NG-RAN)의 시스템 구조를 예시한다.
도 2은 3GPP 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 일반적인 신호 전송을 예시한다.
도 3은 6G 시스템에서 제공 가능한 통신 구조의 일례를 나타낸다.
도 4는 전자기 스펙트럼을 예시한다.
도 5는 데이터 및/또는 제어 신호의 채널 코딩 방식을 예시한다.
도 6은 본 개시가 적용될 수 있는 빔포밍 시스템의 개념 예시도이다.
도 7은 본 개시에서 제안하는 위상 천이 구조의 이해를 위하여 4개의 도파관에 위상 천이 구조를 적용한 형상들을 예시한 것이다.
도 8은 표 4에 보인 너비(가로폭)과 위상차를 확인하기 위하여 도 7에 보인 4개의 도파관들에 대한 전기장(E-field) 분포도를 나타낸 것이다.
도 9는 도파관에 위상 천이 구조를 적용한 예를 나타낸다.
도 10은 빔포밍 성능 구현을 위한 안테나 구조의 예를 나타낸다.
도 11은 도 9에서 보인 폭(width) P1~P4와 가변 영역의 길이 sL에 따른 위상 차 구현 특성을 상용 EM 시뮬레이션을 통하여 해석한 결과를 도시한 것이다.
도 12는 도파관 Iris 폭의 변화에 따른 S11 특성을 나타낸다.
도 13은 도파관 Iris 폭의 변화에 따른 S21 특성을 나타낸다.
도 14~17에서는 위상 차 0도에 대한 시뮬레이션 결과 및 다른 계산 결과를 나타낸다.
도 18은 본 개시의 위상 천이 방법을 적용한 신호의 전송 방법을 예시한다.
도 19~22은 위상 천이를 구현하기 위해 도파관의 물리적 형상 변경을 하는 여러 가지 실시예를 나타낸다.
도 23은 기판 집적 도파관(SIW)에서의 변형 구조의 실시예를 나타낸다.
도 24와 도 25는 금속 도파관과 SIW에서 유효 매질 기반의 전기상수를 전기적으로 가변하는 변형 구조에 대한 실시예이다.
도 26은 본 개시의 일 실시예에 따른 빔포밍 시스템 운용 방법을 예시한다.
도 27은 본 개시에 적용되는 통신 시스템(1)을 예시한다.
도 28은 본 개시에 적용될 수 있는 무선 기기를 예시한다.
도 29는 본 명세서에 적용될 수 있는 무선 기기의 다른 예를 도시한다.
도 30는 전송 신호를 위한 신호 처리 회로를 예시한다.
도 31는 본 개시에 적용되는 휴대 기기를 예시한다.
다음의 기법, 장치 및 시스템은 다양한 무선 다중 접속 시스템에 적용될 수 있다. 다중 접속 시스템의 예시는 CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템, FDMA(Frequency Division Multiple Access) 시스템, TDMA(Time Division Multiple Access) 시스템, OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템, 시스템, SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 시스템, MC-FDMA(Multi-Carrier Frequency Division Multiple Access) 시스템을 포함한다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access) 또는 CDMA2000과 같은 무선 기술을 통해 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications), GPRS(General Packet Radio Service) 또는 EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술을 통해 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11(Wi-Fi), IEEE 802.16(WiMAX), IEEE 802.20, 또는 E-UTRA(Evolved UTRA)와 같은 무선 기술을 통해 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long-Term Evolution)는 E-UTRA를 이용한 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부이다. 3GPP LTE는 하향링크(DL; Downlink)에서 OFDMA를, 상향링크(UL; Uplink)에서 SC-FDMA를 사용한다. 3GPP LTE의 진화는 LTE-A(Advanced), LTE-A Pro, 및/또는 5G NR(New Radio)을 포함한다.
설명의 편의를 위해, 본 명세서의 구현은 주로 3GPP 기반 무선 통신 시스템과 관련하여 설명된다. 그러나 본 명세서의 기술적 특성은 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 3GPP 기반 무선 통신 시스템에 대응하는 이동 통신 시스템을 기반으로 다음과 같은 상세한 설명이 제공되지만, 3GPP 기반 무선 통신 시스템에 국한되지 않는 본 명세서의 측면은 다른 이동 통신 시스템에 적용될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어와 기술 중 구체적으로 기술되지 않은 용어와 기술에 대해서는, 본 명세서 이전에 발행된 무선 통신 표준 문서를 참조할 수 있다.
본 명세서에서 "A 또는 B(A or B)"는 "오직 A", "오직 B" 또는 "A와 B 모두"를 의미할 수 있다. 달리 표현하면, 본 명세서에서 "A 또는 B(A or B)"는 "A 및/또는 B(A and/or B)"으로 해석될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 "A, B 또는 C(A, B or C)"는 "오직 A", "오직 B", "오직 C", 또는 "A, B 및 C의 임의의 모든 조합(any combination of A, B and C)"을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 슬래쉬(/)나 쉼표(comma)는 "및/또는(and/or)"을 의미할 수 있다. 예를 들어, "A/B"는 "A 및/또는 B"를 의미할 수 있다. 이에 따라, "A/B"는 "오직 A", "오직 B", 또는 "A와 B 모두"를 의미할 수 있다. 예를 들어, "A, B, C"는 "A, B 또는 C"를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 "A 및 B의 적어도 하나(at least one of A and B)"는, "오직 A", "오직 B" 또는 "A와 B 모두"를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "A 또는 B의 적어도 하나(at least one of A or B)"나 "A 및/또는 B의 적어도 하나(at least one of A and/or B)"라는 표현은 "A 및 B의 적어도 하나(at least one of A and B)"와 동일하게 해석될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "A, B 및 C의 적어도 하나(at least one of A, B and C)"는, "오직 A", "오직 B", "오직 C", 또는 "A, B 및 C의 임의의 모든 조합(any combination of A, B and C)"을 의미할 수 있다. 또한, "A, B 또는 C의 적어도 하나(at least one of A, B or C)"나 "A, B 및/또는 C의 적어도 하나(at least one of A, B and/or C)"는 "A, B 및 C의 적어도 하나(at least one of A, B and C)"를 의미할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 괄호는 "예를 들어(for example)"를 의미할 수 있다. 구체적으로, "제어 정보(PDCCH)"로 표시된 경우, "제어 정보"의 일례로 "PDCCH"가 제안된 것일 수 있다. 달리 표현하면 본 명세서의 "제어 정보"는 "PDCCH"로 제한(limit)되지 않고, "PDCCH"가 "제어 정보"의 일례로 제안될 것일 수 있다. 또한, "제어 정보(즉, PDCCH)"로 표시된 경우에도, "제어 정보"의 일례로 "PDCCH"가 제안된 것일 수 있다.
본 명세서에서 하나의 도면 내에서 개별적으로 설명되는 기술적 특징은, 개별적으로 구현될 수도 있고, 동시에 구현될 수도 있다.
여기에 국한되지는 않지만, 본 명세서에서 개시된 다양한 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도는 기기 간 무선 통신 및/또는 연결(예: 5G)이 요구되는 다양한 분야에 적용될 수 있다.
이하, 본 명세서는 도면을 참조하여 보다 상세하게 기술될 것이다. 다음의 도면 및/또는 설명에서 동일한 참조 번호는 달리 표시하지 않는 한 동일하거나 대응하는 하드웨어 블록, 소프트웨어 블록 및/또는 기능 블록을 참조할 수 있다.
설명을 명확하게 하기 위해, 3GPP 통신 시스템(예, LTE, NR 등)을 기반으로 설명하지만 본 개시의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. LTE는 3GPP TS 36.xxx Release 8 이후의 기술을 의미한다. 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 지칭된다. 3GPP NR은 TS 38.xxx Release 15 이후의 기술을 의미한다. 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 개시의 설명에 사용된 배경기술, 용어, 약어 등에 관해서는 본 개시 이전에 공개된 표준 문서에 기재된 사항을 참조할 수 있다.
NR은 다양한 5G 서비스를 지원하기 위한 다수의 뉴머럴로지(numerology) 또는 부반송파 간격(SCS; SubCarrier Spacing)을 지원한다. 예를 들어, SCS가 15kHz인 경우, 전통적인 셀룰러 밴드에서의 넓은 영역(wide area)를 지원하며, SCS가 30kHz/60kHz인 경우, 밀집한 도시(dense-urban), 저지연(lower latency) 및 더 넓은 반송파 대역폭(wider carrier bandwidth)를 지원하며, SCS가 60kHz 또는 그보다 높은 경우, 위상 잡음(phase noise)를 극복하기 위해 24.25GHz보다 큰 대역폭을 지원한다.
NR 주파수 대역은 2가지 타입(FR1, FR2)의 주파수 범위(frequency range)로 정의될 수 있다. 주파수 범위의 수치는 변경될 수 있다. 예를 들어, 2가지 타입(FR1, FR2)의 주파수 범위는 아래 표 1과 같을 수 있다. 설명의 편의를 위해, NR 시스템에서 사용되는 주파수 범위 중 FR1은 "sub 6GHz range"를 의미할 수 있고, FR2는 "above 6GHz range"를 의미할 수 있고 밀리미터 웨이브(MilliMeter Wave, mmW)로 불릴 수 있다.
[표 1]
Figure PCTKR2021013343-appb-I000001
상술한 바와 같이, NR 시스템의 주파수 범위의 수치는 변경될 수 있다. 예를 들어, FR1은 아래 표 2와 같이 410MHz 내지 7125MHz의 대역을 포함할 수 있다. 즉, FR1은 6GHz (또는 5850, 5900, 5925 MHz 등) 이상의 주파수 대역을 포함할 수 있다. 예를 들어, FR1 내에서 포함되는 6GHz (또는 5850, 5900, 5925 MHz 등) 이상의 주파수 대역은 비면허 대역(unlicensed band)을 포함할 수 있다. 비면허 대역은 다양한 용도로 사용될 수 있고, 예를 들어 차량을 위한 통신(예: 자율 주행)을 위해 사용될 수 있다.
[표 2]
Figure PCTKR2021013343-appb-I000002
여기서, 본 명세서의 무선 장치에서 구현되는 무선 통신 기술은 LTE, NR 및 6G뿐만 아니라 저전력 통신을 위한 협대역 IoT(NB-IoT, NarrowBand IoT)를 포함할 수 있다. 예를 들어, NB-IoT 기술은 LPWAN(Low Power Wide Area Network) 기술의 일례일 수 있고, LTE Cat NB1 및/또는 LTE Cat NB2 등의 규격으로 구현될 수 있으며, 상술한 명칭에 한정되는 것은 아니다. 추가적으로 또는 대체적으로, 본 명세서의 무선 장치에서 구현되는 무선 통신 기술은 LTE-M 기술을 기반으로 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, LTE-M 기술은 LPWAN 기술의 일례일 수 있고, eMTC(enhanced MTC) 등의 다양한 명칭으로 불릴 수 있다. 예를 들어, LTE-M 기술은 1) LTE CAT 0, 2) LTE Cat M1, 3) LTE Cat M2, 4) LTE non-BL(Non-Bandwidth Limited), 5) LTE-MTC, 6) LTE MTC, 및/또는 7) LTE M 등의 다양한 규격 중 적어도 어느 하나로 구현될 수 있으며 상술한 명칭에 한정되는 것은 아니다. 추가적으로 또는 대체적으로, 본 명세서의 무선 장치에서 구현되는 무선 통신 기술은 저전력 통신을 고려한 지그비(ZigBee), 블루투스(Bluetooth) 및/또는 LPWAN 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상술한 명칭에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 지그비 기술은 IEEE 802.15.4 등의 다양한 규격을 기반으로 소형/저-파워 디지털 통신에 관련된 PAN(Personal Area Networks)을 생성할 수 있으며, 다양한 명칭으로 불릴 수 있다.
도 1은 NR이 적용되는 차세대 무선 접속 네트워크(New Generation Radio Access Network: NG-RAN)의 시스템 구조를 예시한다.
도 1을 참조하면, NG-RAN은, 단말에게 사용자 평면 및 제어 평면 프로토콜 종단(termination)을 제공하는 gNB 및/또는 eNB를 포함할 수 있다. 도 1에서는 gNB만을 포함하는 경우를 예시한다. gNB 및 eNB는 상호 간에 Xn 인터페이스로 연결되어 있다. gNB 및 eNB는 5세대 코어 네트워크(5G Core Network: 5GC)와 NG 인터페이스를 통해 연결되어 있다. 보다 구체적으로, AMF(access and mobility management function)과는 NG-C 인터페이스를 통해 연결되고, UPF(user plane function)과는 NG-U 인터페이스를 통해 연결된다.
도 2은 3GPP 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 일반적인 신호 전송을 예시한다. 무선 통신 시스템에서 단말은 기지국으로부터 하향링크(Downlink, DL)를 통해 정보를 수신하고, 단말은 기지국으로 상향링크(Uplink, UL)를 통해 정보를 전송한다. 기지국과 단말이 송수신하는 정보는 데이터 및 다양한 제어 정보를 포함하고, 이들이 송수신 하는 정보의 종류/용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.
단말은 전원이 켜지거나 새로이 셀에 진입한 경우 기지국과 동기를 맞추는 등의 초기 셀 탐색(Initial cell search) 작업을 수행한다(S11). 이를 위해, 단말은 기지국으로부터 주 동기 신호(Primary Synchronization Signal, PSS) 및 부 동기 신호(Secondary Synchronization Signal, SSS)을 수신하여 기지국과 동기를 맞추고, 셀 ID 등의 정보를 획득할 수 있다. 그 후, 단말은 기지국으로부터 물리 방송 채널(Physical Broadcast Channel, PBCH)를 수신하여 셀 내 방송 정보를 획득할 수 있다. 한편, 단말은 초기 셀 탐색 단계에서 하향링크 참조 신호(Downlink Reference Signal, DL RS)를 수신하여 하향링크 채널 상태를 확인할 수 있다.
초기 셀 탐색을 마친 단말은 물리 하향링크 제어 채널(Physical Downlink Control Channel, PDCCH) 및 상기 PDCCH에 실린 정보에 따라 물리 하향링크 공유 채널(Physical Downlink Control Channel; PDSCH)을 수신함으로써 좀더 구체적인 시스템 정보를 획득할 수 있다(S12).
한편, 기지국에 최초로 접속하거나 신호 송신을 위한 무선 자원이 없는 경우, 단말은 기지국에 대해 임의 접속 과정(Random Access Procedure, RACH)을 수행할 수 있다(S13 내지 S16). 이를 위해, 단말은 물리 임의 접속 채널(Physical Random Access Channel, PRACH)을 통해 특정 시퀀스를 프리앰블로 송신하고(S13 및 S15), PDCCH 및 대응하는 PDSCH를 통해 프리앰블에 대한 응답 메시지((RAR(Random Access Response) message)를 수신할 수 있다. 경쟁 기반 RACH의 경우, 추가적으로 충돌 해결 절차(Contention Resolution Procedure)를 수행할 수 있다(S16).
상술한 바와 같은 절차를 수행한 단말은 이후 일반적인 상/하향링크 신호 송신 절차로서 PDCCH/PDSCH 수신(S17) 및 물리 상향링크 공유 채널(Physical Uplink Shared Channel, PUSCH)/물리 상향링크 제어 채널(Physical Uplink Control Channel; PUCCH) 송신(S18)을 수행할 수 있다. 특히 단말은 PDCCH를 통하여 하향링크 제어 정보(Downlink Control Information, DCI)를 수신할 수 있다. 여기서, DCI는 단말에 대한 자원 할당 정보와 같은 제어 정보를 포함하며, 사용 목적에 따라 포맷이 서로 다르게 적용될 수 있다.
한편, 단말이 상향링크를 통해 기지국에 송신하는 또는 단말이 기지국으로부터 수신하는 제어 정보는 하향링크/상향링크 ACK/NACK 신호, CQI(Channel Quality Indicator), PMI(Precoding Matrix 인덱스), RI(Rank Indicator) 등을 포함할 수 있다. 단말은 상술한 CQI/PMI/RI 등의 제어 정보를 PUSCH 및/또는 PUCCH를 통해 송신할 수 있다.
<상향링크 및 하향링크 채널의 구조>
1. 하향링크 채널 구조
기지국은 후술하는 하향링크 채널을 통해 관련 신호를 단말에게 전송하고, 단말은 후술하는 하향링크 채널을 통해 관련 신호를 기지국으로부터 수신한다.
(1) 물리 하향링크 공유 채널(PDSCH)
PDSCH는 하향링크 데이터(예, DL-shared channel transport block, DL-SCH TB)를 운반하고, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 16 QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 64 QAM, 256 QAM 등의 변조 방법이 적용된다. TB를 인코딩하여 코드워드(codeword)가 생성된다. PDSCH는 다수의 코드워드들을 나를 수 있다. 코드워드(codeword) 별로 스크램블링(scrambling) 및 변조 매핑(modulation mapping)이 수행되고, 각 코드워드로부터 생성된 변조 심볼들은 하나 이상의 레이어로 매핑된다(Layer mapping). 각 레이어는 DMRS(Demodulation Reference Signal)과 함께 자원에 매핑되어 OFDM 심볼 신호로 생성되고, 해당 안테나 포트를 통해 전송된다.
(2) 물리 하향링크 제어 채널(PDCCH)
PDCCH는 하향링크 제어 정보(DCI)를 운반하고 QPSK 변조 방법 등이 적용된다. 하나의 PDCCH는 AL(Aggregation Level)에 따라 1, 2, 4, 8, 16 개 등의 CCE(Control Channel Element)로 구성된다. 하나의 CCE는 6개의 REG(Resource Element Group)로 구성된다. 하나의 REG는 하나의 OFDM 심볼과 하나의 (P)RB로 정의된다.
단말은 PDCCH 후보들의 세트에 대한 디코딩(일명, 블라인드 디코딩)을 수행하여 PDCCH를 통해 전송되는 DCI를 획득한다. 단말이 디코딩하는 PDCCH 후보들의 세트는 PDCCH 검색 공간(Search Space) 세트라 정의한다. 검색 공간 세트는 공통 검색 공간 (common search space) 또는 단말-특정 검색 공간 (UE-specific search space)일 수 있다. 단말은 MIB 또는 상위 계층 시그널링에 의해 설정된 하나 이상의 검색 공간 세트 내 PDCCH 후보를 모니터링하여 DCI를 획득할 수 있다.
2. 상향링크 채널 구조
단말은 후술하는 상향링크 채널을 통해 관련 신호를 기지국으로 전송하고, 기지국은 후술하는 상향링크 채널을 통해 관련 신호를 단말로부터 수신한다.
(1) 물리 상향링크 공유 채널(PUSCH)
PUSCH는 상향링크 데이터(예, UL-shared channel transport block, UL-SCH TB) 및/또는 상향링크 제어 정보(UCI)를 운반하고, CP-OFDM (Cyclic Prefix - Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 파형(waveform), DFT-s-OFDM (Discrete Fourier Transform - spread - Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 파형 등에 기초하여 전송된다. PUSCH가 DFT-s-OFDM 파형에 기초하여 전송되는 경우, 단말은 변환 프리코딩(transform precoding)을 적용하여 PUSCH를 전송한다. 일 예로, 변환 프리코딩이 불가능한 경우(예, transform precoding is disabled) 단말은 CP-OFDM 파형에 기초하여 PUSCH를 전송하고, 변환 프리코딩이 가능한 경우(예, transform precoding is enabled) 단말은 CP-OFDM 파형 또는 DFT-s-OFDM 파형에 기초하여 PUSCH를 전송할 수 있다. PUSCH 전송은 DCI 내 UL 그랜트에 의해 동적으로 스케줄링 되거나, 상위 계층(예, RRC) 시그널링 (및/또는 Layer 1(L1) 시그널링(예, PDCCH))에 기초하여 반-정적(semi-static)으로 스케줄링 될 수 있다(configured grant). PUSCH 전송은 코드북 기반 또는 비-코드북 기반으로 수행될 수 있다.
(2) 물리 상향링크 제어 채널(PUCCH)
PUCCH는 상향링크 제어 정보, HARQ-ACK 및/또는 스케줄링 요청(SR)을 운반하고, PUCCH 전송 길이에 따라 다수의 PUCCH들로 구분될 수 있다.
<6G 시스템 일반>
6G (무선통신) 시스템은 (i) 디바이스 당 매우 높은 데이터 속도, (ii) 매우 많은 수의 연결된 디바이스들, (iii) 글로벌 연결성(global connectivity), (iv) 매우 낮은 지연, (v) 배터리-프리(battery-free) IoT 디바이스들의 에너지 소비를 낮추고, (vi) 초고신뢰성 연결, (vii) 머신 러닝 능력을 가지는 연결된 지능 등에 목적이 있다. 6G 시스템의 비젼은 intelligent connectivity, deep connectivity, holographic connectivity, ubiquitous connectivity와 같은 4가지 측면일 수 있으며, 6G 시스템은 아래 표 3과 같은 요구 사항을 만족시킬 수 있다. 즉, 표 3은 6G 시스템의 요구 사항의 일례를 나타낸 표이다.
[표 3]
Figure PCTKR2021013343-appb-I000003
6G 시스템은 향상된 모바일 광대역(Enhanced mobile broadband: eMBB), 초신뢰 저지연 통신(Ultra-reliable low latency communications: URLLC), 대규모 기계 유형 통신(massive machine-type communication: mMTC), 인공지능 통합 통신(AI integrated communication), 촉각 인터넷(Tactile internet), 높은 처리량(High throughput), 높은 네트워크 능력(High network capacity), 높은 에너지 효율(High energy efficiency), 낮은 백홀 및 액세스 네트워크 혼잡(Low backhaul and access network congestion), 향상된 데이터 보안(Enhanced data security)와 같은 핵심 요소(key factor)들을 가질 수 있다.
도 3은 6G 시스템에서 제공 가능한 통신 구조의 일례를 나타낸 도이다.
6G 시스템은 5G 무선통신 시스템보다 50배 더 높은 동시 무선통신 연결성을 가질 것으로 예상된다. 5G의 key feature인 URLLC는 6G 통신에서 1ms보다 적은 단-대-단(end-to-end) 지연을 제공함으로써 보다 더 주요한 기술이 될 것이다. 6G 시스템은 자주 사용되는 영역 스펙트럼 효율과 달리 체적 스펙트럼 효율이 훨씬 우수할 것이다. 6G 시스템은 매우 긴 배터리 수명과 에너지 수확을 위한 고급 배터리 기술을 제공할 수 있어, 6G 시스템에서 모바일 디바이스들은 별도로 충전될 필요가 없을 것이다. 6G에서 새로운 네트워크 특성들은 다음과 같을 수 있다.
- 위성 통합 네트워크(Satellites integrated network): 글로벌 모바일 집단을 제공하기 위해 6G는 위성과 통합될 것으로 예상된다. 지상파, 위성 및 공중 네트워크를 하나의 무선통신 시스템으로 통합은 6G에 매우 중요하다.
- 연결된 인텔리전스(Connected intelligence): 이전 세대의 무선 통신 시스템과 달리 6G는 혁신적이며, "연결된 사물"에서 "연결된 지능"으로 무선 진화가 업데이트될 것이다. AI는 통신 절차의 각 단계(또는 후술할 신호 처리의 각 절차)에서 적용될 수 있다.
- 무선 정보 및 에너지 전달의 완벽한 통합(Seamless integration wireless information and energy transfer): 6G 무선 네트워크는 스마트폰들과 센서들과 같이 디바이스들의 배터리를 충전하기 위해 전력을 전달할 것이다. 그러므로, 무선 정보 및 에너지 전송 (WIET)은 통합될 것이다.
- 유비쿼터스 슈퍼 3D 연결(Ubiquitous super 3D connectivity): 드론 및 매우 낮은 지구 궤도 위성의 네트워크 및 핵심 네트워크 기능에 접속은 6G 유비쿼터스에서 슈퍼 3D 연결을 만들 것이다.
위와 같은 6G의 새로운 네트워크 특성들에서 몇 가지 일반적인 요구 사항은 다음과 같을 수 있다.
- 스몰 셀 네트워크(small cell networks): 스몰 셀 네트워크의 아이디어는 셀룰러 시스템에서 처리량, 에너지 효율 및 스펙트럼 효율 향상의 결과로 수신 신호 품질을 향상시키기 위해 도입되었다. 결과적으로, 스몰 셀 네트워크는 5G 및 비욘드 5G (5GB) 이상의 통신 시스템에 필수적인 특성이다. 따라서, 6G 통신 시스템 역시 스몰 셀 네트워크의 특성을 채택한다.
- 초 고밀도 이기종 네트워크(Ultra-dense heterogeneous network): 초 고밀도 이기종 네트워크들은 6G 통신 시스템의 또 다른 중요한 특성이 될 것이다. 이기종 네트워크로 구성된 멀티-티어 네트워크는 전체 QoS를 개선하고 비용을 줄인다.
- 대용량 백홀(High-capacity backhaul): 백홀 연결은 대용량 트래픽을 지원하기 위해 대용량 백홀 네트워크로 특징 지어진다. 고속 광섬유 및 자유 공간 광학 (FSO) 시스템이 이 문제에 대한 가능한 솔루션일 수 있다.
- 모바일 기술과 통합된 레이더 기술: 통신을 통한 고정밀 지역화(또는 위치 기반 서비스)는 6G 무선통신 시스템의 기능 중 하나이다. 따라서, 레이더 시스템은 6G 네트워크와 통합될 것이다.
- 소프트화 및 가상화(Softwarization and virtualization): 소프트화 및 가상화는 유연성, 재구성성 및 프로그래밍 가능성을 보장하기 위해 5GB 네트워크에서 설계 프로세스의 기초가 되는 두 가지 중요한 기능이다. 또한, 공유 물리적 인프라에서 수십억 개의 장치가 공유될 수 있다.
<THz(Terahertz) 통신>
도 4는 전자기 스펙트럼을 예시한다.
데이터 전송률은 대역폭을 늘려 높일 수 있다. 이것은 넓은 대역폭으로 sub-THz 통신을 사용하고, 진보된 대규모 MIMO 기술을 적용하여 수행될 수 있다. 밀리미터 이하의 방사선으로도 알려진 THz파는 일반적으로 0.03mm-3mm 범위의 해당 파장을 가진 0.1THz와 10THz 사이의 주파수 대역을 나타낸다. 100GHz-300GHz 대역 범위(Sub THz 대역)는 셀룰러 통신을 위한 THz 대역의 주요 부분으로 간주된다. Sub-THz 대역 mmWave 대역 에 추가하면 6G 셀룰러 통신 용량은 늘어난다.. 정의된 THz 대역 중 300GHz-3THz는 원적외선 (IR) 주파수 대역에 있다. 300GHz-3THz 대역은 광 대역의 일부이지만 광 대역의 경계에 있으며, RF 대역 바로 뒤에 있다. 따라서, 이 300 GHz-3 THz 대역은 RF와 유사성을 나타낸다.
THz 통신의 주요 특성은 (i) 매우 높은 데이터 전송률을 지원하기 위해 광범위하게 사용 가능한 대역폭, (ii) 고주파에서 발생하는 높은 경로 손실 (고 지향성 안테나는 필수 불가결)을 포함한다. 높은 지향성 안테나에서 생성된 좁은 빔 폭은 간섭을 줄인다. THz 신호의 작은 파장은 훨씬 더 많은 수의 안테나 소자가 이 대역에서 동작하는 장치 및 BS에 통합될 수 있게 한다. 이를 통해 범위 제한을 극복할 수 있는 고급 적응형 배열 기술을 사용할 수 있다.
<광 무선 기술 (Optical wireless technology)>
OWC 기술은 가능한 모든 장치-대-액세스 네트워크를 위한 RF 기반 통신 외에도 6G 통신을 위해 계획되었다. 이러한 네트워크는 네트워크-대-백홀/프론트홀 네트워크 연결에 접속한다. OWC 기술은 4G 통신 시스템 이후 이미 사용되고 있으나 6G 통신 시스템의 요구를 충족시키기 위해 더 널리 사용될 것이다. 광 충실도(light fidelity), 가시광 통신, 광 카메라 통신 및 광 대역에 기초한 FSO 통신과 같은 OWC 기술은 이미 잘 알려진 기술이다. 광 무선 기술 기반의 통신은 매우 높은 데이터 속도, 낮은 지연 시간 및 안전한 통신을 제공할 수 있다. LiDAR 또한 광 대역을 기반으로 6G 통신에서 초 고해상도 3D 매핑을 위해 이용될 수 있다.
<FSO(free space optics) 백홀 네트워크>
FSO 시스템의 송신기 및 수신기 특성은 광섬유 네트워크의 특성과 유사하다. 따라서, FSO 시스템의 데이터 전송은 광섬유 시스템과 비슷하다. 따라서, FSO는 광섬유 네트워크와 함께 6G 시스템에서 백홀 연결을 제공하는 좋은 기술이 될 수 있다. FSO를 사용하면, 10,000km 이상의 거리에서도 매우 장거리 통신이 가능하다. FSO는 바다, 우주, 수중, 고립된 섬과 같은 원격 및 비원격 지역을 위한 대용량 백홀 연결을 지원한다. FSO는 셀룰러 BS 연결도 지원한다.
<대규모 MIMO 기술>
스펙트럼 효율을 향상시키는 핵심 기술 중 하나는 MIMO 기술을 적용하는 것이다. MIMO 기술이 향상되면 스펙트럼 효율도 향상된다. 따라서, 6G 시스템에서 대규모 MIMO 기술이 중요할 것이다. MIMO 기술은 다중 경로를 이용하기 때문에 데이터 신호가 하나 이상의 경로로 전송될 수 있도록 다중화 기술 및 THz 대역에 적합한 빔 생성 및 운영 기술도 중요하게 고려되어야 한다.
<블록 체인>
블록 체인은 미래의 통신 시스템에서 대량의 데이터를 관리하는 중요한 기술이 될 것이다. 블록 체인은 분산 원장 기술의 한 형태로서, 분산 원장은 수많은 노드 또는 컴퓨팅 장치에 분산되어 있는 데이터베이스이다. 각 노드는 동일한 원장 사본을 복제하고 저장한다. 블록 체인은 P2P 네트워크로 관리된다. 중앙 집중식 기관이나 서버에서 관리하지 않고 존재할 수 있다. 블록 체인의 데이터는 함께 수집되어 블록으로 구성된다. 블록은 서로 연결되고 암호화를 사용하여 보호된다. 블록 체인은 본질적으로 향상된 상호 운용성(interoperability), 보안, 개인 정보 보호, 안정성 및 확장성을 통해 대규모 IoT를 완벽하게 보완한다. 따라서, 블록 체인 기술은 장치 간 상호 운용성, 대용량 데이터 추적성, 다른 IoT 시스템의 자율적 상호 작용 및 6G 통신 시스템의 대규모 연결 안정성과 같은 여러 기능을 제공한다.
<3D 네트워킹>
6G 시스템은 지상 및 공중 네트워크를 통합하여 수직 확장의 사용자 통신을 지원한다. 3D BS는 저궤도 위성 및 UAV를 통해 제공될 것이다. 고도 및 관련 자유도 측면에서 새로운 차원을 추가하면 3D 연결이 기존 2D 네트워크와 상당히 다르다.
<양자 커뮤니케이션>
6G 네트워크의 맥락에서 네트워크의 감독되지 않은 강화 학습이 유망하다. 지도 학습 방식은 6G에서 생성된 방대한 양의 데이터에 레이블을 지정할 수 없다. 비지도 학습에는 라벨링이 필요하지 않다. 따라서, 이 기술은 복잡한 네트워크의 표현을 자율적으로 구축하는 데 사용할 수 있다. 강화 학습과 비지도 학습을 결합하면 진정한 자율적인 방식으로 네트워크를 운영할 수 있다.
<무인 항공기>
UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 또는 드론은 6G 무선 통신에서 중요한 요소가 될 것이다. 대부분의 경우, UAV 기술을 사용하여 고속 데이터 무선 연결이 제공된다. BS 엔티티는 셀룰러 연결을 제공하기 위해 UAV에 설치된다. UAV는 쉬운 배치, 강력한 가시선 링크 및 이동성이 제어되는 자유도와 같은 고정 BS 인프라에서 볼 수 없는 특정 기능을 가지고 있다. 천재 지변 등의 긴급 상황 동안, 지상 통신 인프라의 배치는 경제적으로 실현 가능하지 않으며, 때로는 휘발성 환경에서 서비스를 제공할 수 없다. UAV는 이러한 상황을 쉽게 처리할 수 있다. UAV는 무선 통신 분야의 새로운 패러다임이 될 것이다. 이 기술은 eMBB, URLLC 및 mMTC 인 무선 네트워크의 세 가지 기본 요구 사항을 용이하게 한다. UAV는 또한, 네트워크 연결성 향상, 화재 감지, 재난 응급 서비스, 보안 및 감시, 오염 모니터링, 주차 모니터링, 사고 모니터링 등과 같은 여러 가지 목적을 지원할 수 있다. 따라서, UAV 기술은 6G 통신에 가장 중요한 기술 중 하나로 인식되고 있다.
<셀-프리 통신(Cell-free Communication)>
여러 주파수와 이기종 통신 기술의 긴밀한 통합은 6G 시스템에서 매우 중요하다. 결과적으로, 사용자는 디바이스에서 어떤 수동 구성을 만들 필요 없이 네트워크에서 다른 네트워크로 원활하게 이동할 수 있다. 사용 가능한 통신 기술에서 최상의 네트워크가 자동으로 선택된다. 이것은 무선 통신에서 셀 개념의 한계를 깨뜨릴 것이다. 현재, 하나의 셀에서 다른 셀로의 사용자 이동은 고밀도 네트워크에서 너무 많은 핸드 오버를 야기하고, 핸드 오버 실패, 핸드 오버 지연, 데이터 손실 및 핑퐁 효과를 야기한다. 6G 셀-프리 통신은 이 모든 것을 극복하고 더 나은 QoS를 제공할 것이다. 셀-프리 통신은 멀티 커넥티비티 및 멀티-티어 하이브리드 기술과 장치의 서로 다른 이기종 라디오를 통해 달성될 것이다.
<무선 정보 및 에너지 전송 통합>
WIET은 무선 통신 시스템과 같이 동일한 필드와 웨이브(wave)를 사용한다. 특히, 센서와 스마트폰은 통신 중 무선 전력 전송을 사용하여 충전될 것이다. WIET은 배터리 충전 무선 시스템의 수명을 연장하기 위한 유망한 기술이다. 따라서, 배터리가 없는 장치는 6G 통신에서 지원될 것이다.
<센싱과 커뮤니케이션의 통합>
자율 무선 네트워크는 동적으로 변화하는 환경 상태를 지속적으로 감지하고 서로 다른 노드간에 정보를 교환할 수 있는 기능이다. 6G에서, 감지는 자율 시스템을 지원하기 위해 통신과 긴밀하게 통합될 것이다.
<액세스 백홀 네트워크의 통합>
6G에서 액세스 네트워크의 밀도는 엄청날 것이다. 각 액세스 네트워크는 광섬유와 FSO 네트워크와 같은 백홀 연결로 연결된다. 매우 많은 수의 액세스 네트워크들에 대처하기 위해, 액세스 및 백홀 네트워크 사이에 긴밀한 통합이 있을 것이다.
<홀로그램 빔 포밍>
빔 포밍은 특정 방향으로 무선 신호를 전송하기 위해 안테나 배열을 조정하는 신호 처리 절차이다. 스마트 안테나 또는 진보된 안테나 시스템의 하위 집합이다. 빔 포밍 기술은 높은 호 대잡음비, 간섭 방지 및 거부, 높은 네트워크 효율과 같은 몇 가지 장점이 있다. 홀로그램 빔 포밍 (HBF)은 소프트웨어-정의된 안테나를 사용하기 때문에 MIMO 시스템과 상당히 다른 새로운 빔 포밍 방법이다. HBF는 6G에서 다중 안테나 통신 장치에서 신호의 효율적이고 유연한 전송 및 수신을 위해 매우 효과적인 접근 방식이 될 것이다.
<빅 데이터 분석>
빅 데이터 분석은 다양한 대규모 데이터 세트 또는 빅 데이터를 분석하기 위한 복잡한 프로세스이다. 이 프로세스는 숨겨진 데이터, 알 수 없는 상관 관계 및 고객 성향과 같은 정보를 찾아 완벽한 데이터 관리를 보장한다. 빅 데이터는 비디오, 소셜 네트워크, 이미지 및 센서와 같은 다양한 소스에서 수집된다. 이 기술은 6G 시스템에서 방대한 데이터를 처리하는 데 널리 사용된다.
< 대형 지능형 표면 (Large Intelligent Surface: LIS)>
THz 대역 신호의 경우 직진성이 강하여 방해물로 인한 음영 지역이 많이 생길 수 있는데, 이러한 음영 지역 근처에 LIS 설치함으로써 통신 권역을 확대하고 통신 안정성 강화 및 추가적인 부가 서비스가 가능한 LIS 기술이 중요하게 된다. LIS는 전자기 물질(electromagnetic materials)로 만들어진 인공 표면(artificial surface)이고, 들어오는 무선파와 나가는 무선파의 전파(propagation)을 변경시킬 수 있다. LIS는 massive MIMO의 확장으로 보여질 수 있으나, massive MIMO와 서로 다른 array 구조 및 동작 메커니즘이 다르다. 또한, LIS는 수동 엘리먼트(passive elements)를 가진 재구성 가능한 리플렉터(reflector)로서 동작하는 점 즉, 활성(active) RF chain을 사용하지 않고 신호를 수동적으로만 반사(reflect)하는 점에서 낮은 전력 소비를 가지는 장점이 있다. 또한, LIS의 수동적인 리플렉터 각각은 입사되는 신호의 위상 편이를 독립적으로 조절해야 하기 때문에, 무선 통신 채널에 유리할 수 있다. LIS 컨트롤러를 통해 위상 편이를 적절히 조절함으로써, 반사된 신호는 수신된 신호 전력을 부스트(boost)하기 위해 타겟 수신기에서 모여질 수 있다.
도 5는 데이터 및/또는 제어 신호의 채널 코딩 방식을 예시한다.
데이터 및/또는 제어 신호는 무선 전송 링크를 통해 전송되거나 제어 서비스를 제공하기 위해 채널 코딩될 수 있다.
전송 블록에서 전송하고자 하는 제어 정보를 정보 비트 a0, a1, ... ,aA-1이라 하면, 이 정보 비트와 패리티 비트(parity bit)들인 p0, p1, ... , pL-1이 전송기의 CRC 계산부에 입력되어, 그 출력으로 b0, b1, ... , bB-1이 생성될 수 있다. B=A+L인 관계에 있다.
상기 B가 최대 코드 블록 사이즈인 Kcb보다 크면, 코드 블록 분할(code block segmentation)을 수행하고 코드 블록에 CRC를 추가한 후 LDPC(Low Density Parity Code) 코딩을 수행하고, 그렇지 않으면 LDPC 코딩을 바로 수행한다. LDPC 코딩 대신 극 코딩(polar coding)이 수행될 수도 있다.
LDPC 코딩 후에 레이트 매칭을 수행한다. 레이트 매칭은 예를 들어, 비트 선택, 비트 인터리빙과 같은 단계를 포함할 수 있다. 코드 블록 분할 후 LDPC 코딩을 수행하였다면, 코드 블록 연접(code block concatenation)을 수행한다.
이러한 채널 코딩을 거친 비트들은 DAC(digital-to-analog), RF 체인을 통하여 무선 자원에 맵핑된 후 복수의 안테나들을 통해 전송될 수 있다. 수신단에서는 상기 과정의 역순으로 수행이 될 수 있다.
이제 본 개시에 대해 설명한다.
본 개시는 이동통신 시스템에서 핵심이 되는 배열 안테나(array antenna)의 빔포밍(beamforming) 기술에 관한 것으로, 빔포밍 구현에 필요한 배열 안테나의 위상 제어를 구현하기 위한 것이다.
최근 이동 통신에서는 고속 및 대용량의 데이터 전송 서비스에 대한 요구가 증가되고 있다. 이러한 서비스를 구현하기 위해서는 빔포밍 기술이 핵심적이다.
빔포밍(공간 필터링(spatial filtering)이라 칭할 수도 있음)은 안테나를 통해 전송되는 빔을 특정한 단말(수신 기기)에게 집중시키는 기술로 스마트 안테나(smart antenna)의 한 방식이라 할 수 있다. 전파는 주파수가 높을수록 직진성이 강해서 주파수가 높은 전파를 한 방향으로 몰아서(빔포밍하여) 보내지 않으면 신호 전송에 많은 에너지가 소모된다.
고정된 빔을 전송하는 안테나에서는 송수신기의 상호 위치에 따라서 수신 감도 및 신호 대 간섭비가 저하되고, 다중 스트림 전송을 위한 다중화 이득이 높지 않은 단점이 있다. 따라서, 배열 안테나의 위상을 제어하여 빔의 방사 방향을 제어하는 것이 필요하다. 이를 통해 다중 스트림 전송을 위한 다중화 이득을 확보할 수 있다. 배열 안테나의 위상 제어는 통상적으로 배열 안테나의 급전 및 RF(radio frequency) 체인(chain)의 위상 천이기(phase shifter)를 통하여 구현될 수 있다.
종래의 일반적인 위상 제어를 위한 위상 천이기는 RF 신호의 위상을 변화시키는 2단자 소자가 대부분이다. 종래의 위상 천이기는 대부분 페라이트(ferrite) 위상 천이기나, 반도체 위상 천이기 형태로 분류될 수 있다.
페라이트 위상 천이기는 일반적으로 페라이트의 바이어스 필드(bias field)를 변경하여 전송 경로의 가변 위상 변이를 제공하는 2단자 장치이다.
반도체 위상 천이기는 반도체 소자 기반의 위상 천이기와 MEMS(micro-electromechanical systems)를 이용한 위상 천이기로 구분된다. 반도체 소자 기반의 위상 천이기는 pHEMT(Pseudomorphic High Electron Mobility Transister) 스위치, PIN 다이오드, Varactor 다이오드를 사용하여 구현되며, MEMS를 이용한 위상 천이기는 MEMS를 다양한 형태로 활용하여 구현하고 있다. 이러한 종래의 위상 천이기는 대부분 PCB(Printed Circuit Board) 형태의 전자 회로 기판이나 IC(Integrated Circuit) 형태로 구현되어서, RF 빔포밍 시스템의 하드웨어(H/W) 부에 모듈 또는 집적 회로 형태로 적용되어 사용된다.
그러나 Sub-THz, THz 대역에서는 이러한 PCB 형태 또는 IC로 위상 천이기를 구현하는 것에 한계가 있어, 도파관 형태의 RF 소자들이 주로 개발된다.
도파관(waveguide)은 전자기파의 확장을 1차원 또는 2차원으로 제한하여 파동을 안내하는 장치라 할 수 있다. 도파관은 속이 빈 전도성 금속 파이프 형태로 구현될 수 있다.
도파관 형태의 RF 위상 천이기에 대한 종래의 구현 기술이 존재한다. 도파관 형태의 RF 위상 천이기는 크게 2가지 형태로 나뉜다. 한가지는 RF 신호의 위상 지연되는 물리적인 선로 길이를 기계적으로 가변하여 위상을 지연시키는 형태와, 다른 한가지는 RF 신호의 구현하고자 하는 위상값에 해당되는 경로 길이 회로 조합을 구성하고, 이를 스위치로 선택하여 위상값을 가변하는 형태이다.
도파관 형태의 전파를 사용하는 이동통신 시스템 또는 다른 전파 응용 시스템에서 위상 천이기를 구현하는 것은, 종래의 기술을 활용할 경우, 주로 기계적인 특성을 활용하는 것이다. 기계적인 특성을 활용하면, 위상 지연에 해당하는 경로 길이가 증가하고, 구현 위상 차에 해당하는 회로 조합을 스위치로 선택하는 경우에도 크기가 대형화될 수 밖에 없다. 또한, 종래의 도파관에서의 위상 천이기 구현 방식은 배열 구조를 가져가기 어렵거나, 매우 대형화된 크기를 가질 수 밖에 없는 문제점을 가진다.
본 개시에서는, 배열 안테나의 급전 도파관의 기계적인 일부 외형 또는 전기상수 특성을 변경하여 정밀한 위상 제어가 가능한 위상 천이기 기반의 위상 제어 배열 안테나 시스템을 제시한다.
도 6은 본 개시가 적용될 수 있는 빔포밍 시스템의 개념 예시도이다.
도 6을 참조하면, 전송기(601)는 베이스 밴드(baseband)처리부, DAC(Digital-to-Analog Converter), RF 체인, 배열 안테나(603)를 포함할 수 있다. 배열 안테나(603)의 급전 네트워크는 RF 회로에서 연결되는 도파관의 위상 천이기(phase shifter)를 포함할 수 있으며, 배열 안테나의 단위 안테나 소자(603-1, 603-2, ... , 603-N)의 위상을 제어할 수 있다. 배열 안테나의 단위 안테나 소자간의 간격과 배열 수, 그리고 단위 안테나의 방사패턴을 통하여 계산된 빔포밍의 위상값(Weighting vector)을 인가하여 목표하는 빔포밍을 구현할 수 있다.
수신기(602)는 베이스 밴드(baseband)처리부, ADC(Analog-to-Digital Converter), RF 체인, 배열 안테나(604)를 포함할 수 있다. 배열 안테나(604)의 각 급전 네트워크는 RF 회로에서 연결되는 도파관의 위상 천이기(phase shifter)를 포함할 수 있으며, 각 배열 안테나의 단위 안테나 소자의 위상을 제어할 수 있다.
이러한 빔포밍을 위한 시스템에서, 본 개시에서는 도파관의 위상을 제어하기 위하여 위상 지연을 위한 경로 길이를 변경하지 않고 위상 지연 경로 또는 회로를 미리 제작하여 선택하는 형태가 아닌 단위 안테나 소자에 연결된 도파관의 형상 변경을 통한 위상 천이 구조를 제안한다.
제안하는 도파관 구조는 통상적인 금속 도파관을 비롯하여, 기판 집적 도파관(Substrate Integrated Waveguide, SIW)과 같은 다른 형태의 도파관 구조를 모두 포함할 수 있다.
도파관을 통한 위상 천이는, 도파관의 기계적 변화 또는 전기적인 특성의 변화를 이용한다. 먼저, 상기 기계적 변화를 실시예를 통하여 기술한다.
도파관은, 도파관의 규격에 따른 통상적인 입출력의 2단자를 가지는 도파관 전송 선로 구조에, 위상 천이 구조를 위한 가변 금속 벽을 가질 수 있다. 도파관 전송 선로의 경우 일반적으로 저손실과 넓은 주파수 대역에서의 동작 특성을 가지고 있으며, 도파관의 가로와 세로 길이에 따라서 도파되는 전파의 전송모드가 다양하게 존재할 수 있다.
본 개시에서는 기본모드인 TE10 모드를 실시예로써 제시한다. 기본적인 도파관 선로에서 제안된 위상 천이 구조는, 도파관의 가로와 세로 길이 중 세로는 그대로 유지하고, 가로의 양쪽 금속 벽 공간을 안쪽으로 이동하여 도파관의 폭을 변경함으로써 위상을 천이시키는 구조이다. 이 때 도파관의 임피던스 정합(impedance matching) 특성과 손실은 거의 변화가 없어야 한다.
도 7은 본 개시에서 제안하는 위상 천이 구조의 이해를 위하여 4개의 도파관에 위상 천이 구조를 적용한 형상들을 예시한 것이다.
도 7을 참조하면, 4개의 도파관은 WR-6.5 규격에 해당하는 도파관 크기이며, 동작 주파수는 110~170 GHz일 수 있다. 여기서, WR-6.5 규격의 도파관 크기는 가로 1.651 mm, 세로 0.8255 mm 이다.
4개의 도파관들에 포트(Port) 1, 2, 3, 4를 할당하였다고 가정하자. 상기 4개의 도파관들 중 포트 4에 해당하는 도파관은 위상 천이 구조가 적용되지 않은 일반적인 WR-6.5 규격의 도파관이며, 포트 1~3에 해당되는 도파관은 위상 천이를 위하여 도파관 내부 벽의 형상을 변경한 것이다. 변경된 형상은 도파관의 내부 벽의 위치를 약간 변경하여 세로 높이는 유지하고, 가로 폭만 기존의 1.651 mm 에서 축소되는 도파로를 가지게 된다. 변경된 가로폭과 여기에 대응되는 위상차는 아래 표와 같을 수 있다. 해당 위상차 값은 상용 EM(electromagnetic) 시뮬레이션(simulation)을 통하여 추출되었다.
[표 4]
Figure PCTKR2021013343-appb-I000004
도 8은 표 4에 보인 너비(가로폭)과 위상차를 확인하기 위하여 도 7에 보인 4개의 도파관들에 대한 전기장(E-field) 분포도를 나타낸 것이다.
도 8에서 표기된 포트 1~4는 도 7과 표 4에 표기된 포트 1~4와 동일하며, 4개의 포트들에 동일 위상을 가지는 전파를 입력한 후 도파관을 따라서 전파되는 전기장 분포를 통하여 위상 차이를 시각화 할 수 있다.
포트 4에서는 일반적인 WR-6.5 도파관에 해당되는 전기장 분포가 나타나며, 주파수에 따른 관내 파장에 대응되는 정상적인 위상값을 가진다. 포트 1~3의 경우 도파관 경로 상에 1개씩의 도파관 폭을 변화시키기 위한 블록체를 추가하였으며, 포트 1, 3과 포트 2의 블록체 위치를 다르게 하여 도파관 폭에 대한 영향성을 명확하게 도시하였다.
도 8에서 보듯이, 위상 천이를 위하여 추가된 블록체를 통과하는 영역에서만 전파 신호의 위상이 변화되는 것을 확인할 수 있다. 더불어 일반적인 경로 길이 증가에 따른 위상 변화는 위상 지연(Phase delay) 현상이지만, 본 개시에서 발생되는 위상 변화는 위상 전진(Phase advance) 현상이 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 8에서는 각 도파관에서 표 4의 위상차 값에 대응되는 위상 천이가 발생하여 최종 출력 단에서는 기울어진 파면(wave front)이 생성되어 위상 배열 안테나의 기본적인 급전부와 동일한 성능이 구현될 수 있음을 보이고 있다.
도 9는 도파관에 위상 천이 구조를 적용한 예를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 4개의 도파관들에 위상 천이 구조를 적용한 영역을 금속 파트로 구성하였다. 도 9에서 청색으로 표시된 부분(901)이 전파가 통과하는 도파관 공기 영역이다. 위상 천이 구조를 구현하기 위하여 도파관의 높이는 일정하게 하고, 도파관의 폭을 변경하였다(P1~P4의 4개의 변수로 표시). 위상 천이 구조가 적용되는 영역의 도파관 길이를 sL로 표시하였다. sL은 가변될 수 있다. 해당되는 도파관의 폭은 통상적인 도파관 기술에서 Iris로 표현되기도 한다.
도 10은 빔포밍 성능 구현을 위한 안테나 구조의 예를 나타낸다.
구체적으로, 도 10은 도 9에서 도시한 실시예에 의한 빔포밍 특성을 확인하기 위한 안테나 형상을 도시한 것으로써, 1개의 입력 포트(101)와 4개의 출력 포트(102-1, 102-2, 102-3, 102-4)들을 구성하고, 4개의 출력포트들은 공기 트랜지션(Air transition, 103)을 통과하여 평판형태의 안테나(104)에 연결된 형상일 수 있다. 본 실시예는 위상 천이 구조 만의 동작 특성을 보이기 위한 것으로, 단일 입력 단자에 통상적인 4-way 전력 분배기를 통하여 4개의 도파관 선로들을 연결하고, 여기에 위상 천이 구조를 위해서 도파관 폭을 가변하는 영역을 설정한 후 방사되는 빔의 특성을 통하여 빔포밍 특성을 확인할 수 있다.
도 11은 도 9에서 보인 폭(width) P1~P4와 가변 영역의 길이 sL에 따른 위상 차 구현 특성을 상용 EM 시뮬레이션을 통하여 해석한 결과를 도시한 것이다.
동일한 폭일 때, sL의 길이가 길어질수록 위상 차가 커진다. 동일한 sL의 길이에 대해, 폭이 증가할수록 위상 차는 작아진다.
이러한 결과를 기반으로 제안된 위상 천이 구조의 폭과 길이(sL)를 변경함으로써 원하는 위상 차를 정밀하게 구현/제어할 수 있다.
통상적으로는 도파관의 폭과 높이의 경우 도파관의 주파수 특성과 손실 및 전송모드에 밀접한 영향을 가진다. 이러한 예상 문제점을 확인하기 위하여 가장 영향이 큰 변수인 도파관 폭 P1~P4를 변경하였을 때의 도파관의 주파수 특성인 S-파라미터(scattering parameter)를 확인하였으며, 그 결과를 도 12 및 도 13에 도시하였다. S-파라미터는 주파수분포상에서 입력 전압 대 출력 전압의 비를 의미할 수 있다.
도 12는 도파관 Iris 폭의 변화에 따른 S11 특성을 나타낸다.
S11 특성은 임피던스 정합 특성을 나타내는 반사계수 특성이다. 도 12의 S11 특성 그래프에서 1.651mm 폭에 대한 그래프는 종래의 표준 도파관 규격 WR-6.5 사이즈의 특성으로 매우 임피던스 정합이 높은 상태이다. 그러나 폭이 협소하여 질수록 반사계수의 성능이 저하되어 너비 1~1.2 mm 인 경우의 주파수 특성은 -15 dB 보다 저하된 S11 값을 가지게 되어 사용할 수 없는 영역이 된다.
도 13은 도파관 Iris 폭의 변화에 따른 S21 특성을 나타낸다.
S21 특성은 도파관의 손실 특성을 나타내는 투과계수 특성이다. 도 13의 S21 특성 그래프에서도 마찬가지로 1.651mm 폭에 대한 그래프는 S21 특성의 손실이 0.2~0.3 dB 정도에 불과하나, 너비 1~1.2 mm 폭에 대한 그래프는 0.5에서 4 dB 이상의 높은 손실을 보이고 있다.
도 12와 도 13에서 살펴본 S-파라미터 특성을 고려하여, 도파관 폭 P1~P4의 수치를 예컨대, 1.3~1.651 mm 사이의 영역으로 선정할 수 있다. 빔포밍을 위해서 필요한 가중치 벡터에 해당하는 위상 차 값의 범위가 0° ~ 360° 이므로, 도 11을 참고할 때, 가로축의 폭 수치 영역 1.3~1.651 mm 에 대해 최종적으로 sL = 15mm 를 선택할 수 있다.
다음 표 5는 sL=15mm 상태에서 도파관 폭(Iris)에 대응되는 구현 위상 천이 값을 나타낸다. 전술한 도파관 폭 P1~P4에 대한 가용 영역과 위상 천이 구조의 길이인 sL을 기반으로 하여 도파관 폭 대 구현 위상 천이 수치를 예시한 것이다.
[표 5]
Figure PCTKR2021013343-appb-I000005
표 6은 빔포밍 시스템의 빔 기울기(tilting) 각도에 따른 필요 위상값과 Iris 폭 수치를 예시한다.
[표 6]
Figure PCTKR2021013343-appb-I000006
표 6은 빔포밍 시스템에서의 배열 안테나 수가 4개, 배열 간격이 1.44 lamda이며, 단위 안테나 방사 패턴에 배열 팩터(array factor)를 반영하여 목표 빔 틸팅 각도에 대응되는 Iris 폭의 값을 표 5를 활용하여 작성한 것이다. 이를 활용하여 도 10에 도시한 4x1 배열 안테나에 위상 천이 구조에 해당하는 Iris 폭을 적용하였을 때의 빔포밍 결과를 도 14~17에 나타내었다.
도 14~17에서는 위상 차 0도에 대한 시뮬레이션 결과 및 다른 계산 결과를 나타낸다. 상기 계산(Calculation) 결과는 앞서 빔포밍 시스템의 배열 팩터를 통하여 계산된 빔 패턴의 결과이다. 포트 EM 시물레이션 결과는 도 9에 보인 형상의 4개의 도파관들의 입력단에 표 6에 계산된 필요 위상 값을 직접 입력하였을 때의 빔패턴 결과이다. Iris EM 시물레이션 결과는 도 10에 보인 4-way 전력 분배기가 연결되어 표 5에 산출된 Iris 폭을 적용하여 해석된 빔 패턴의 결과이다.
도 14~17에서 가로축의 각도값은 180도가 조준(boresight)의 기준 값이며, 180도를 기준으로 우측으로 증가되는 각도 값이 양의 방향에 대한 틸팅 각도값을 나타낸다. 도시된 결과를 통하여 목표 빔 각도에 정확하게 빔이 틸팅되는 것을 확인할 수 있다. 다만 단위 안테나의 빔폭이 +26/-26도로 넓지 않기 때문에 단위 안테나 빔폭을 벗어나는 +30도와 +40도에서는 주 빔이 크기가 감소되어 나타나게 되며, 배열 간격이 1.44 lamda로 넓은 간격에서는 그레이팅 로브(grating lobe)가 발생되어 주 로브(main lobe)와 동등하거나 더 큰 경우가 발생하였다. 이러한 부분은 배열 안테나의 추가적인 설계 항목들이 적용이 되면 보완될 수 있다.
상기에서 설명한 기계적인 외형 변경에 대한 동작 특성은 도파관 내부의 전파의 진행 및 전송 선로 관점에서의 임피던스 변화와 같으며, 도파관 내부의 전기적인 특성 변화를 통해서도 이와 동일한 동작 특성을 구현할 수 있다.
도 18은 본 개시의 위상 천이 방법을 적용한 신호의 전송 방법을 예시한다.
도 18을 참조하면, 전송기는, 단위 안테나들 각각에 연결된 도파관(waveguide) 전송 선로의 i) 물리적 형상 및 ii) 전기적 특성 중 적어도 하나의 변경을 통해, 상기 단위 안테나들 각각에서 신호의 위상 천이를 수행한다(S1810).
상기 신호를 위상 천이시킴에 있어서, 상기 도파관 전송 선로의 외부 크기는 변경되지 않게 할 수 있다.
상기 도파관 전송 선로의 상기 물리적 형상을 변경하여 상기 신호를 위상 천이 시키는 경우, 상기 도파관 전송 선로의 특정 구간에 대해 내부 벽들 간의 길이를 축소시켜, 상기 신호를 위상 천이시킬 수 있다.
상기 내부 벽들 간의 길이는, 기계적 이동을 이용한 제어 장치, MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems), 물리적 팽창을 이용한 제어 장치 중 적어도 하나에 의하여 축소될 수 있다.
상기 도파관 전송 선로의 상기 특정 구간을 복수의 구간들로 나누고, 상기 복수의 구간들 각각에서 내부 벽들 간의 길이를 각각 독립적으로 축소시킬 수 있다.
상기 도파관 전송 선로의 상기 전기적 특성을 변경하여 상기 신호를 위상 천이 시키는 경우, 상기 도파관 전송 선로의 내부의 일부분에 대한 전기 상수를 변경하여 상기 신호를 위상 천이시킬 수 있다.
상기 전기 상수는, 유전율, 투자율, 도전율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 도파관 전송 선로의 상기 물리적 형상을 변경하여 상기 신호를 위상 천이 시키는 경우, 상기 도파관 전송 선로의 특정 구간에 가변 쓰루 홀(through hole) 또는 비아 홀(Via hole)을 추가하여, 상기 신호를 위상 천이시킬 수 있다.
전송기는 상기 위상 천이된 신호를 복수의 단위 안테나들을 포함하는 배열 안테나를 통해 전송한다(S1820).
이하에서는, 신호의 위상 천이를 위해, 단위 안테나들 각각에 연결된 도파관 전송 선로의 물리적 형상을 변경하는 구체적인 예들을 설명한다.
도 19~22은 위상 천이를 구현하기 위해 도파관의 물리적 형상 변경을 하는 여러 가지 실시예를 나타낸다.
구체적으로, 도 19은 기계적인 스크류 또는 기타 기계적인 운동에 의하여 도파관 내부 변형을 이용한 가변 구조의 실시 예이다. 도 20은 MEMS 스위치 또는 MEMS 액츄에이터 기반의 전기신호 입력에 따라 도파관 내부 변형이 구현될 수 있다. 도 21은 온도나 외부의 물리적인 요인에 의하여 발생된 팽창에 의하여 내부 변형이 이루어지는 가변 구조의 실시예를 도시한 것이다. 도 22는 앞의 가변 제어 장치들에 의하여 가변 되는 변경 구조가 다양한 폭의 구성과 다양한 조합을 통하여 가능함을 도시한 것이다.
도 23은 기판 집적 도파관(SIW)에서의 변형 구조의 실시예를 나타낸다.
도파관 전송 선로의 특정 구간에 가변 쓰루 홀(through hole) 또는 비아 홀(Via hole)을 추가하여, 상기 신호를 위상 천이시킬 수 있다.
이하에서는, 신호의 위상 천이를 위해, 단위 안테나들 각각에 연결된 도파관 전송 선로의 전기적 특성을 변경하는 구체적인 예들을 설명한다.
도 24와 도 25는 금속 도파관과 SIW에서 유효 매질 기반의 전기상수를 전기적으로 가변하는 변형 구조에 대한 실시예이다. 유효 매질 기반의 주기구조 형태를 가지는 메타물질 기술이나, 새로운 신소재 기술을 활용하여 전기적으로 전파가 진행하는 매질의 유전율이나 투자율, 그리고 소재 기술을 통한 도전율을 가변하는 것이 가능하며, 이러한 기술 적용을 통하여 도파관 또는 SIW에서 위상천이를 구현할 수 있다.
도 26은 본 개시의 일 실시예에 따른 빔포밍 시스템 운용 방법을 예시한다.
도 26을 참조하면, 빔포밍 시스템의 전송기에게 목표로 하는 빔 각도 즉, 빔포밍 조향 각도가 설정/결정(S2610)되면, 전송기는 빔포밍 위상 값을 계산(S2620)하고, 계산된 위상 값에 맵핑되는 가변 제어 변수를 도출/결정한다(S2630).
예를 들어, 표 6에서 빔 기울기 각(Beam tilt angle)이 목표로 하는 빔 각도일 수 있다. 그리고, 표 6에서 계산(Calculation)된 위상 값이 상기 계산된 위상 값에 대응할 수 있다. 표 6의 Iris 폭 값, 표 5를 참조하여 위상 차에 따른 Iris 폭 값을 도출하는 것이 계산된 위상 값에 맵핑되는 가변 제어 변수를 도출하는 과정에 대응할 수 있다. 즉, 이 실시예에서는 가변 제어 변수로써 기계적인 Iris 너비를 예시한다.
그 후, 전송기는 도출된 가변 제어 변수에 기반하여 위상 값 가변 제어를 수행한다(S2640). 상기 가변 제어의 경우 전술한 기계적 제어와 전기적 제어 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.
위상 값 가변 제어 후에, 위상 천이가 제대로 구현되었는지를 판단한다(S2650). 위상 천이가 제대로 구현되지 않은 경우(예컨대, 위상 천이의 오차가 정해진 문턱치를 초과할 경우), 위상 천이 오차를 보정하고(S2660), 다시 위상 값에 맵핑되는 가변 제어 변수 값을 도출한다(S2630). 위상 천이가 제대로 구현되었다면(예컨대, 위상 천이의 오차가 정해진 문턱치 이하인 경우), 빔포밍을 수행한다(S2670).
<본 개시의 효과>
본 개시에서는 종래의 도파관 위상 천이기 기술과 달리 위상 지연을 위한 추가 경로가 없고, 위상 천이를 위해 특수한 구조를 필요로 하지 않는다. 이것은 종래의 기술에서 위상천이 구조가 대형화되거나 복잡한 구조를 가져야 했던 단점을 극복한 것이다. 즉, 종래의 기술에서는 위상 천이 가변이 불가능한 구조이거나, 위상 천이 가변 구조를 위해서는 복잡하고 거대한 기구물을 사용하거나, 사용자가 위상 천이값을 제어하기 어려운 구조적 한계를 가져왔으나, 본 개시에서는 이러한 단점들을 극복할 수 있다.
또한 임피던스 정합 특성이나 손실 특성의 경우, 일정한 영역에서는 기존의 도파관 전송선 특성을 그대로 유지할 수 있다. 종래의 도파관 위상 천이기 기술에서는 도파관 전송선의 특성 변화로 인하여 일반적인 빔포밍 시스템에의 적용이 한정적이었던 단점을 극복할 수 있다.
본 개시는, 수십에서 수백 GHz, 수 THz 주파수를 사용하는 배열 안테나의 도파관 급전 네트워크에 적용이 가능하며, 특히 저손실과 광대역 특성이 필요한 시스템에서 정밀한 위상제어가 필요한 빔포밍 시스템에 적용 가능하다.
또한 기존의 도파관 위상 천이기를 적용하기 어려운 배열 안테나가 장착되는 시스템의 경우 제안된 개시를 적용할 수 있다. 본 개시는 종래의 도파관 소자를 포함하는 이동통신 시스템 및 전파 응용 시스템에 모두 적용 가능하다.
상술한 본 개시의 다양한 제안들은 기기들간에 무선 통신/연결(예, 5G)을 필요로 하는 다양한 분야에 적용될 수 있다.
도 27은 본 개시에 적용되는 통신 시스템(1)을 예시한다.
도 27을 참조하면, 본 개시에 적용되는 통신 시스템(1)은 무선 기기, 기지국 및 네트워크를 포함한다. 여기서, 무선 기기는 무선 접속 기술(예, 5G NR(New RAT), LTE(Long Term Evolution))을 이용하여 통신을 수행하는 기기를 의미하며, 통신/무선/5G 기기로 지칭될 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 무선 기기는 로봇(100a), 차량(100b-1, 100b-2), XR(eXtended Reality) 기기(100c), 휴대 기기(Hand-held device)(100d), 가전(100e), IoT(Internet of Thing) 기기(100f), AI기기/서버(400)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 차량은 무선 통신 기능이 구비된 차량, 자율 주행 차량, 차량간 통신을 수행할 수 있는 차량 등을 포함할 수 있다. 여기서, 차량은 UAV(Unmanned Aerial Vehicle)(예, 드론)를 포함할 수 있다. XR 기기는 AR(Augmented Reality)/VR(Virtual Reality)/MR(Mixed Reality) 기기를 포함하며, HMD(Head-Mounted Device), 차량에 구비된 HUD(Head-Up Display), 텔레비전, 스마트폰, 컴퓨터, 웨어러블 디바이스, 가전 기기, 디지털 사이니지(signage), 차량, 로봇 등의 형태로 구현될 수 있다. 휴대 기기는 스마트폰, 스마트패드, 웨어러블 기기(예, 스마트워치, 스마트글래스), 컴퓨터(예, 노트북 등) 등을 포함할 수 있다. 가전은 TV, 냉장고, 세탁기 등을 포함할 수 있다. IoT 기기는 센서, 스마트미터 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기지국, 네트워크는 무선 기기로도 구현될 수 있으며, 특정 무선 기기(200a)는 다른 무선 기기에게 기지국/네트워크 노드로 동작할 수도 있다.
무선 기기(100a~100f)는 기지국(200)을 통해 네트워크(300)와 연결될 수 있다. 무선 기기(100a~100f)에는 AI(Artificial Intelligence) 기술이 적용될 수 있으며, 무선 기기(100a~100f)는 네트워크(300)를 통해 AI 서버(400)와 연결될 수 있다. 네트워크(300)는 3G 네트워크, 4G(예, LTE) 네트워크 또는 5G(예, NR) 네트워크 등을 이용하여 구성될 수 있다. 무선 기기(100a~100f)는 기지국(200)/네트워크(300)를 통해 서로 통신할 수도 있지만, 기지국/네트워크를 통하지 않고 직접 통신(예컨대, 사이드링크 통신(sidelink communication))할 수도 있다. 예를 들어, 차량들(100b-1, 100b-2)은 직접 통신(예컨대, V2V(Vehicle to Vehicle)/V2X(Vehicle to everything) communication)을 할 수 있다. 또한, IoT 기기(예, 센서)는 다른 IoT 기기(예, 센서) 또는 다른 무선 기기(100a~100f)와 직접 통신을 할 수 있다.
무선 기기(100a~100f)/기지국(200)-기지국(200)/무선 기기(100a~100f) 간에는 무선 통신/연결(150a, 150b)이 이뤄질 수 있다. 여기서, 무선 통신/연결은 상향/하향링크 통신(150a)과 사이드링크 통신(150b)(또는, D2D 통신)은 다양한 무선 접속 기술(예, 5G NR)을 통해 이뤄질 수 있다. 무선 통신/연결(150a, 150b)을 통해 무선 기기와 기지국/무선 기기는 서로 무선 신호를 송신/수신할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신/연결(150a, 150b)은 도 2의 전체/일부 과정에 기반하여 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 28은 본 개시에 적용될 수 있는 무선 기기를 예시한다.
도 28을 참조하면, 제1 무선 기기(100)와 제2 무선 기기(200)는 다양한 무선 접속 기술(예, LTE, NR)을 통해 무선 신호를 송수신할 수 있다. 여기서, {제1 무선 기기(100), 제2 무선 기기(200)}은 도 27의 {무선 기기(100x), 기지국(200)} 및/또는 {무선 기기(100x), 무선 기기(100x)}에 대응할 수 있다.
제1 무선 기기(100)는 하나 이상의 프로세서(102) 및 하나 이상의 메모리(104)를 포함하며, 추가적으로 하나 이상의 송수신기(106) 및/또는 하나 이상의 안테나(108)을 더 포함할 수 있다. 프로세서(102)는 메모리(104) 및/또는 송수신기(106)를 제어하며, 앞에서 설명/제안한 기능, 절차 및/또는 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(102)는 메모리(104) 내의 정보를 처리하여 제1 정보/신호를 생성한 뒤, 송수신기(106)을 통해 제1 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(102)는 송수신기(106)를 통해 제2 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신한 뒤, 제2 정보/신호의 신호 처리로부터 얻은 정보를 메모리(104)에 저장할 수 있다. 메모리(104)는 프로세서(102)와 연결될 수 있고, 프로세서(102)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(104)는 프로세서(102)에 의해 제어되는 프로세스들 중 일부 또는 전부를 수행하거나, 앞에서 설명/제안한 절차 및/또는 방법들을 수행하기 위한 명령들을 포함하는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다. 여기서, 프로세서(102)와 메모리(104)는 무선 통신 기술(예, LTE, NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(106)는 프로세서(102)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 안테나(108)를 통해 무선 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 송수신기(106)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다. 송수신기(106)는 RF(Radio Frequency) 유닛과 혼용될 수 있다. 본 개시에서 무선 기기는 통신 모뎀/회로/칩을 의미할 수도 있다.
제2 무선 기기(200)는 하나 이상의 프로세서(202), 하나 이상의 메모리(204)를 포함하며, 추가적으로 하나 이상의 송수신기(206) 및/또는 하나 이상의 안테나(208)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(202)는 메모리(204) 및/또는 송수신기(206)를 제어하며, 앞에서 설명/제안한 기능, 절차 및/또는 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(202)는 메모리(204) 내의 정보를 처리하여 제3 정보/신호를 생성한 뒤, 송수신기(206)를 통해 제3 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(202)는 송수신기(206)를 통해 제4 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신한 뒤, 제4 정보/신호의 신호 처리로부터 얻은 정보를 메모리(204)에 저장할 수 있다. 메모리(204)는 프로세서(202)와 연결될 수 있고, 프로세서(202)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(204)는 프로세서(202)에 의해 제어되는 프로세스들 중 일부 또는 전부를 수행하거나, 앞에서 설명/제안한 절차 및/또는 방법들을 수행하기 위한 명령들을 포함하는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다. 여기서, 프로세서(202)와 메모리(204)는 무선 통신 기술(예, LTE, NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(206)는 프로세서(202)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 안테나(208)를 통해 무선 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 송수신기(206)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다 송수신기(206)는 RF 유닛과 혼용될 수 있다. 본 개시에서 무선 기기는 통신 모뎀/회로/칩을 의미할 수도 있다.
이하, 무선 기기(100, 200)의 하드웨어 요소에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 하나 이상의 프로토콜 계층이 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 계층(예, PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC, SDAP와 같은 기능적 계층)을 구현할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및/또는 방법에 따라 하나 이상의 PDU(Protocol Data Unit) 및/또는 하나 이상의 SDU(Service Data Unit)를 생성할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및/또는 방법에 따라 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 생성할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및/또는 방법에 따라 PDU, SDU, 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 포함하는 신호(예, 베이스밴드 신호)를 생성하여, 하나 이상의 송수신기(106, 206)에게 제공할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 송수신기(106, 206)로부터 신호(예, 베이스밴드 신호)를 수신할 수 있고, 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및/또는 방법에 따라 PDU, SDU, 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 획득할 수 있다.
하나 이상의 프로세서(102, 202)는 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 또는 마이크로 컴퓨터로 지칭될 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 일 예로, 하나 이상의 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), 하나 이상의 DSP(Digital Signal Processor), 하나 이상의 DSPD(Digital Signal Processing Device), 하나 이상의 PLD(Programmable Logic Device) 또는 하나 이상의 FPGA(Field Programmable Gate Arrays)가 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 포함될 수 있다. 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및/또는 방법들은 펌웨어 또는 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있고, 펌웨어 또는 소프트웨어는 모듈, 절차, 기능 등을 포함하도록 구현될 수 있다. 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및/또는 방법을 수행하도록 설정된 펌웨어 또는 소프트웨어는 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 포함되거나, 하나 이상의 메모리(104, 204)에 저장되어 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 의해 구동될 수 있다. 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및 또는 방법들은 코드, 명령어 및/또는 명령어의 집합 형태로 펌웨어 또는 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있다.
하나 이상의 메모리(104, 204)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)와 연결될 수 있고, 다양한 형태의 데이터, 신호, 메시지, 정보, 프로그램, 코드, 지시 및/또는 명령을 저장할 수 있다. 하나 이상의 메모리(104, 204)는 ROM, RAM, EPROM, 플래시 메모리, 하드 드라이브, 레지스터, 캐쉬 메모리, 컴퓨터 판독 저장 매체 및/또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 메모리(104, 204)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)의 내부 및/또는 외부에 위치할 수 있다. 또한, 하나 이상의 메모리(104, 204)는 유선 또는 무선 연결과 같은 다양한 기술을 통해 하나 이상의 프로세서(102, 202)와 연결될 수 있다.
하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 다른 장치에게 본 문서의 방법들 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 전송할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 다른 장치로부터 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)와 연결될 수 있고, 무선 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 송수신기(106, 206)가 하나 이상의 다른 장치에게 사용자 데이터, 제어 정보 또는 무선 신호를 전송하도록 제어할 수 있다. 또한, 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 송수신기(106, 206)가 하나 이상의 다른 장치로부터 사용자 데이터, 제어 정보 또는 무선 신호를 수신하도록 제어할 수 있다. 또한, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 안테나(108, 208)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 안테나(108, 208)를 통해 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 송수신하도록 설정될 수 있다. 본 문서에서, 하나 이상의 안테나는 복수의 물리 안테나이거나, 복수의 논리 안테나(예, 안테나 포트)일 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 수신된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 하나 이상의 프로세서(102, 202)를 이용하여 처리하기 위해, 수신된 무선 신호/채널 등을 RF 밴드 신호에서 베이스밴드 신호로 변환(Convert)할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)를 이용하여 처리된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 베이스밴드 신호에서 RF 밴드 신호로 변환할 수 있다. 이를 위하여, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 (아날로그) 오실레이터 및/또는 필터를 포함할 수 있다.
제1 무선 기기 또는 제2 무선 기기는 신호의 전송 시에 상기 신호를 위상 천이 시키고, 상기 위상 천이된 신호를 복수의 단위 안테나들을 포함하는 배열 안테나를 통해 전송한다. 이 때, 상기 단위 안테나들 각각에 연결된 도파관(waveguide) 전송 선로의 i) 물리적 형상 및 ii) 전기적 특성 중 적어도 하나의 변경을 통해, 상기 신호는 상기 단위 안테나들 각각에서 위상 천이된다.
도 29는 본 명세서에 적용될 수 있는 무선 기기의 다른 예를 도시한다.
도 29에 따르면, 무선 장치는 적어도 하나의 프로세서(102, 202), 적어도 하나의 메모리(104, 204), 적어도 하나의 트랜시버(106, 206), 하나 이상의 안테나(108, 208)를 포함할 수 있다.
앞서 도 28에서 설명한 무선 장치의 예시와, 도 29에서의 무선 장치의 예시의 차이로써, 도 28은 프로세서(102, 202)와 메모리(104, 204)가 분리되어 있으나, 도 29의 예시에서는 프로세서(102, 202)에 메모리(104, 204)가 포함되어 있다는 점이다.
동작이 하나 이상의 프로세서에 의해 수행되도록 하는 지시를 저장하는 CRM(computer readable medium)에 의하여 전술한 방법이 수행될 수도 있다. 상기 동작은, 상기 신호를 위상 천이 시키는 동작, 상기 위상 천이된 신호를 복수의 단위 안테나들을 포함하는 배열 안테나를 통해 전송하는 동작을 포함하되, 상기 단위 안테나들 각각에 연결된 도파관(waveguide) 전송 선로의 i) 물리적 형상 및 ii) 전기적 특성 중 적어도 하나의 변경을 통해, 상기 신호는 상기 단위 안테나들 각각에서 위상 천이된다.
도 30는 전송 신호를 위한 신호 처리 회로를 예시한다.
도 30를 참조하면, 신호 처리 회로(1000)는 스크램블러(1010), 변조기(1020), 레이어 매퍼(1030), 프리코더(1040), 자원 매퍼(1050), 신호 생성기(1060)를 포함할 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 도 30의 동작/기능은 도 28의 프로세서(102, 202) 및/또는 송수신기(106, 206)에서 수행될 수 있다. 도 30의 하드웨어 요소는 도 28의 프로세서(102, 202) 및/또는 송수신기(106, 206)에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 블록 1010~1060은 도 28의 프로세서(102, 202)에서 구현될 수 있다. 또한, 블록 1010~1050은 도 28의 프로세서(102, 202)에서 구현되고, 블록 1060은 도 28의 송수신기(106, 206)에서 구현될 수 있다.
코드워드는 도 30의 신호 처리 회로(1000)를 거쳐 무선 신호로 변환될 수 있다. 여기서, 코드워드는 정보블록의 부호화된 비트 시퀀스이다. 정보블록은 전송블록(예, UL-SCH 전송블록, DL-SCH 전송블록)을 포함할 수 있다. 무선 신호는 도 2의 다양한 물리 채널(예, PUSCH, PDSCH)을 통해 전송될 수 있다.
구체적으로, 코드워드는 스크램블러(1010)에 의해 스크램블된 비트 시퀀스로 변환될 수 있다. 스크램블에 사용되는 스크램블 시퀀스는 초기화 값에 기반하여 생성되며, 초기화 값은 무선 기기의 ID 정보 등이 포함될 수 있다. 스크램블된 비트 시퀀스는 변조기(1020)에 의해 변조 심볼 시퀀스로 변조될 수 있다. 변조 방식은 pi/2-BPSK(pi/2-Binary Phase Shift Keying), m-PSK(m-Phase Shift Keying), m-QAM(m-Quadrature Amplitude Modulation) 등을 포함할 수 있다. 복소 변조 심볼 시퀀스는 레이어 매퍼(1030)에 의해 하나 이상의 전송 레이어로 매핑될 수 있다. 각 전송 레이어의 변조 심볼들은 프리코더(1040)에 의해 해당 안테나 포트(들)로 매핑될 수 있다(프리코딩). 프리코더(1040)의 출력 z는 레이어 매퍼(1030)의 출력 y를 N*M의 프리코딩 행렬 W와 곱해 얻을 수 있다. 여기서, N은 안테나 포트의 개수, M은 전송 레이어의 개수이다. 여기서, 프리코더(1040)는 복소 변조 심볼들에 대한 트랜스폼(transform) 프리코딩(예, DFT 변환)을 수행한 이후에 프리코딩을 수행할 수 있다. 또한, 프리코더(1040)는 트랜스폼 프리코딩을 수행하지 않고 프리코딩을 수행할 수 있다.
자원 매퍼(1050)는 각 안테나 포트의 변조 심볼들을 시간-주파수 자원에 매핑할 수 있다. 시간-주파수 자원은 시간 도메인에서 복수의 심볼(예, CP-OFDMA 심볼, DFT-s-OFDMA 심볼)을 포함하고, 주파수 도메인에서 복수의 부반송파를 포함할 수 있다. 신호 생성기(1060)는 매핑된 변조 심볼들로부터 무선 신호를 생성하며, 생성된 무선 신호는 각 안테나를 통해 다른 기기로 전송될 수 있다. 이를 위해, 신호 생성기(1060)는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 모듈 및 CP(Cyclic Prefix) 삽입기, DAC(Digital-to-Analog Converter), 주파수 상향 변환기(frequency uplink converter) 등을 포함할 수 있다.
무선 기기에서 수신 신호를 위한 신호 처리 과정은 도 30의 신호 처리 과정(1010~1060)의 역으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 무선 기기(예, 도 28의 100, 200)는 안테나 포트/송수신기를 통해 외부로부터 무선 신호를 수신할 수 있다. 수신된 무선 신호는 신호 복원기를 통해 베이스밴드 신호로 변환될 수 있다. 이를 위해, 신호 복원기는 주파수 하향 변환기(frequency downlink converter), ADC(analog-to-digital converter), CP 제거기, FFT(Fast Fourier Transform) 모듈을 포함할 수 있다. 이후, 베이스밴드 신호는 자원 디-매퍼 과정, 포스트코딩(postcoding) 과정, 복조 과정 및 디-스크램블 과정을 거쳐 코드워드로 복원될 수 있다. 코드워드는 복호(decoding)를 거쳐 원래의 정보블록으로 복원될 수 있다. 따라서, 수신 신호를 위한 신호 처리 회로(미도시)는 신호 복원기, 자원 디-매퍼, 포스트코더, 복조기, 디-스크램블러 및 복호기를 포함할 수 있다.
도 31는 본 개시에 적용되는 휴대 기기를 예시한다. 휴대 기기는 스마트폰, 스마트패드, 웨어러블 기기(예, 스마트워치, 스마트글래스), 휴대용 컴퓨터(예, 노트북 등)을 포함할 수 있다. 휴대 기기는 MS(Mobile Station), UT(user terminal), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station) 또는 WT(Wireless terminal)로 지칭될 수 있다.
도 31를 참조하면, 휴대 기기(100)는 안테나부(108), 통신부(110), 제어부(120), 메모리부(130), 전원공급부(140a), 인터페이스부(140b) 및 입출력부(140c)를 포함할 수 있다. 안테나부(108)는 통신부(110)의 일부로 구성될 수 있다.
통신부(110)는 다른 무선 기기, 기지국들과 신호(예, 데이터, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 제어부(120)는 휴대 기기(100)의 구성 요소들을 제어하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 제어부(120)는 AP(Application Processor)를 포함할 수 있다. 메모리부(130)는 휴대 기기(100)의 구동에 필요한 데이터/파라미터/프로그램/코드/명령을 저장할 수 있다. 또한, 메모리부(130)는 입/출력되는 데이터/정보 등을 저장할 수 있다. 전원공급부(140a)는 휴대 기기(100)에게 전원을 공급하며, 유/무선 충전 회로, 배터리 등을 포함할 수 있다. 인터페이스부(140b)는 휴대 기기(100)와 다른 외부 기기의 연결을 지원할 수 있다. 인터페이스부(140b)는 외부 기기와의 연결을 위한 다양한 포트(예, 오디오 입/출력 포트, 비디오 입/출력 포트)를 포함할 수 있다. 입출력부(140c)는 영상 정보/신호, 오디오 정보/신호, 데이터, 및/또는 사용자로부터 입력되는 정보를 입력 받거나 출력할 수 있다. 입출력부(140c)는 카메라, 마이크로폰, 사용자 입력부, 디스플레이부(140d), 스피커 및/또는 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다.
일 예로, 데이터 통신의 경우, 입출력부(140c)는 사용자로부터 입력된 정보/신호(예, 터치, 문자, 음성, 이미지, 비디오)를 획득하며, 획득된 정보/신호는 메모리부(130)에 저장될 수 있다. 통신부(110)는 메모리에 저장된 정보/신호를 무선 신호로 변환하고, 변환된 무선 신호를 다른 무선 기기에게 직접 전송하거나 기지국에게 전송할 수 있다. 또한, 통신부(110)는 다른 무선 기기 또는 기지국으로부터 무선 신호를 수신한 뒤, 수신된 무선 신호를 원래의 정보/신호로 복원할 수 있다. 복원된 정보/신호는 메모리부(130)에 저장된 뒤, 입출력부(140c)를 통해 다양한 형태(예, 문자, 음성, 이미지, 비디오, 헵틱)로 출력될 수 있다.
본 명세서에 기재된 청구항은 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. 다른 구현은 다음과 같은 청구 범위 내에 있다.

Claims (24)

  1. 무선 통신 시스템에서, 신호의 전송 방법에 있어서,
    상기 신호를 위상 천이 시키고, 및
    상기 위상 천이된 신호를 복수의 단위 안테나들을 포함하는 배열 안테나를 통해 전송하되,
    상기 단위 안테나들 각각에 연결된 도파관(waveguide) 전송 선로의 i) 물리적 형상 및 ii) 전기적 특성 중 적어도 하나의 변경을 통해, 상기 신호는 상기 단위 안테나들 각각에서 위상 천이되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 신호를 위상 천이시킴에 있어서, 상기 도파관 전송 선로의 외부 크기는 변경되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 도파관 전송 선로의 상기 물리적 형상을 변경하여 상기 신호를 위상 천이 시키는 경우, 상기 도파관 전송 선로의 특정 구간에 대해 내부 벽들 간의 길이를 축소시켜, 상기 신호를 위상 천이시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 내부 벽들 간의 길이는, 기계적 이동을 이용한 제어 장치, MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems), 물리적 팽창을 이용한 제어 장치 중 적어도 하나에 의하여 축소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 도파관 전송 선로의 상기 특정 구간을 복수의 구간들로 나누고, 상기 복수의 구간들 각각에서 내부 벽들 간의 길이를 각각 독립적으로 축소시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 도파관 전송 선로의 상기 전기적 특성을 변경하여 상기 신호를 위상 천이 시키는 경우, 상기 도파관 전송 선로의 내부의 일부분에 대한 전기 상수를 변경하여 상기 신호를 위상 천이시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전기 상수는, 유전율, 투자율, 도전율 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 도파관 전송 선로의 상기 물리적 형상을 변경하여 상기 신호를 위상 천이 시키는 경우, 상기 도파관 전송 선로의 특정 구간에 가변 쓰루 홀(through hole) 또는 비아 홀(Via hole)을 추가하여, 상기 신호를 위상 천이시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    빔포밍(beamforming) 조향 각도를 결정하고,
    상기 빔포밍 조향 각도에 기반하여 빔포밍 위상 값을 계산하고,
    상기 빔포밍 위상 값에 맵핑되는 가변 제어 변수 값을 결정하고,
    상기 가변 제어 변수 값에 기반하여 상기 도파관 전송 선로의 i) 상기 물리적 형상 및 ii) 상기 전기적 특성 중 적어도 하나를 변경하여 상기 신호를 위상 천이 시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 신호를 위상 천이 시킨 후에, 위상 천이 오차가 일정 값 이상이면 상기 위상 천이 오차를 보정하고,
    상기 보정된 위상 천이 오차에 기반하여 상기 빔포밍 위상 값에 맵핑되는 가변 제어 변수 값을 다시 결정하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 도파관 전송 선로는 금속 도파관 또는 기판 집적 도파관(Substrate Integrated Waveguide: SIW)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 무선 통신 시스템에서 신호를 전송하는 장치에 있어서,
    하나 이상의 송수신부;
    하나 이상의 메모리; 및
    상기 하나 이상의 메모리와 동작 가능하도록 연결될 수 있는 하나 이상의 프로세서를 포함하되,
    상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 신호를 위상 천이 시키고,
    상기 위상 천이된 신호를 복수의 단위 안테나들을 포함하는 배열 안테나를 통해 전송하되,
    상기 단위 안테나들 각각에 연결된 도파관(waveguide) 전송 선로의 i) 물리적 형상 및 ii) 전기적 특성 중 적어도 하나의 변경을 통해, 상기 신호는 상기 단위 안테나들 각각에서 위상 천이되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 신호를 위상 천이시킴에 있어서, 상기 도파관 전송 선로의 외부 크기는 변경되지 않는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 도파관 전송 선로의 상기 물리적 형상을 변경하여 상기 신호를 위상 천이 시키는 경우, 상기 도파관 전송 선로의 특정 구간에 대해 내부 벽들 간의 길이를 축소시켜, 상기 신호를 위상 천이시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 내부 벽들 간의 길이는, 기계적 이동을 이용한 제어 장치, MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems), 물리적 팽창을 이용한 제어 장치 중 적어도 하나에 의하여 축소되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 도파관 전송 선로의 상기 특정 구간을 복수의 구간들로 나누고, 상기 복수의 구간들 각각에서 내부 벽들 간의 길이를 각각 독립적으로 축소시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 도파관 전송 선로의 상기 전기적 특성을 변경하여 상기 신호를 위상 천이 시키는 경우, 상기 도파관 전송 선로의 내부의 일부분에 대한 전기 상수를 변경하여 상기 신호를 위상 천이시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 전기 상수는, 유전율, 투자율, 도전율 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 12 항에 있어서, 상기 도파관 전송 선로의 상기 물리적 형상을 변경하여 상기 신호를 위상 천이 시키는 경우, 상기 도파관 전송 선로의 특정 구간에 가변 쓰루 홀(through hole) 또는 비아 홀(Via hole)을 추가하여, 상기 신호를 위상 천이시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 12 항에 있어서,
    빔포밍(beamforming) 조향 각도를 결정하고,
    상기 빔포밍 조향 각도에 기반하여 빔포밍 위상 값을 계산하고,
    상기 빔포밍 위상 값에 맵핑되는 가변 제어 변수 값을 결정하고,
    상기 가변 제어 변수 값에 기반하여 상기 도파관 전송 선로의 i) 상기 물리적 형상 및 ii) 상기 전기적 특성 중 적어도 하나를 변경하여 상기 신호를 위상 천이 시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 신호를 위상 천이 시킨 후에, 위상 천이 오차가 일정 값 이상이면 상기 위상 천이 오차를 보정하고,
    상기 보정된 위상 천이 오차에 기반하여 상기 빔포밍 위상 값에 맵핑되는 가변 제어 변수 값을 다시 결정하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 12 항에 있어서, 상기 도파관 전송 선로는 금속 도파관 또는 기판 집적 도파관(Substrate Integrated Waveguide: SIW)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 무선 통신 시스템에서 동작하는 처리 장치에 있어서,
    하나 이상의 프로세서; 및
    상기 하나 이상의 프로세서와 동작 가능하도록 연결될 수 있는 하나 이상의 메모리를 포함하되,
    상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 신호를 위상 천이 시키고,
    상기 위상 천이된 신호를 복수의 단위 안테나들을 포함하는 배열 안테나를 통해 전송하되,
    상기 단위 안테나들 각각에 연결된 도파관(waveguide) 전송 선로의 i) 물리적 형상 및 ii) 전기적 특성 중 적어도 하나의 변경을 통해, 상기 신호는 상기 단위 안테나들 각각에서 위상 천이되는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  24. 동작이 하나 이상의 프로세서에 의해 수행되도록 하는 지시를 저장하는 CRM(computer readable medium)에 있어서, 상기 동작은,
    상기 신호를 위상 천이 시키는 동작,
    상기 위상 천이된 신호를 복수의 단위 안테나들을 포함하는 배열 안테나를 통해 전송하는 동작을 포함하되,
    상기 단위 안테나들 각각에 연결된 도파관(waveguide) 전송 선로의 i) 물리적 형상 및 ii) 전기적 특성 중 적어도 하나의 변경을 통해, 상기 신호는 상기 단위 안테나들 각각에서 위상 천이되는 것을 특징으로 하는 CRM.
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