WO2024075869A1 - 불균일 편광 변조를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

불균일 편광 변조를 위한 방법 및 장치 Download PDF

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WO2024075869A1
WO2024075869A1 PCT/KR2022/015039 KR2022015039W WO2024075869A1 WO 2024075869 A1 WO2024075869 A1 WO 2024075869A1 KR 2022015039 W KR2022015039 W KR 2022015039W WO 2024075869 A1 WO2024075869 A1 WO 2024075869A1
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WO
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polarization
pattern
uniform
signal
patterns
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PCT/KR2022/015039
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English (en)
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이호재
이상림
김자영
안병규
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/532—Polarisation modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/67—Optical arrangements in the receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/69—Electrical arrangements in the receiver

Definitions

  • This specification relates to methods and devices used in an optical wireless communication (OWC) system.
  • OBC optical wireless communication
  • the 6th generation mobile communication technology is expected to utilize a frequency band of 100 GHz or higher. Accordingly, it is expected that the available frequency can be increased by more than 10 times compared to 5G, and the possibility of utilizing space resources can be further increased.
  • Electromagnetic waves in the radio frequency band have been widely used as a resource in wireless communication technology.
  • the vast amount of wireless communication traffic required has been handled by increasing the available radio frequency band or reducing the size of the cell covered by the base station.
  • the development of wireless communication technology in the radio frequency band is becoming increasingly difficult due to the limitations of electronic devices that arise as the frequency increases to tens of GHz or more and the need for advanced beamforming technology due to the increase in the straightness of the carrier wave.
  • OWC Optical Wireless Communication
  • Beamforming technology which is currently being actively researched and developed, is expected to be easy to apply as it is fundamentally different from the beam alignment technology used in mobile wireless optical communication systems.
  • a method performed by a transmitter in a wireless communication system includes generating a plurality of inhomogeneous polarization patterns based on superposition of polarization, mapping a modulation state and information bits to each of the plurality of inhomogeneous polarization patterns, It includes modulating a signal based on one non-uniform polarization pattern among the plurality of non-uniform polarization patterns, and transmitting the modulated signal to a receiving end.
  • a method performed by a receiving end in a wireless communication system includes receiving a modulated signal from a transmitter, determining one of a plurality of inhomogeneous polarization patterns based on polarization measurement for the modulated signal, and determining one of the inhomogeneous polarization patterns. It includes determining an information bit mapped to a polarization pattern, and demodulating the modulated signal based on a modulation state mapped to the information bit.
  • an apparatus implementing the method is provided.
  • a new modulation method utilizing wavefront spatial characteristics may be provided.
  • the data rate of communication can be increased.
  • FIG. 1 shows an example of a communication system to which implementations of the present disclosure are applied.
  • FIG. 2 shows an example of a wireless device to which implementations of the present disclosure are applied.
  • FIG 3 shows an example of a wireless device to which implementations of the present disclosure are applied.
  • Figure 4 shows an example of a UE to which the implementation of the present specification is applied.
  • Figure 5 shows an example of beam forming in a mobile OWC to which implementations of the present disclosure are applied.
  • FIG. 6 shows an example of non-uniform beam forming to which implementations of the present disclosure are applied.
  • Figure 7 shows an example of a method performed by a transmitting end to which the implementation of the present specification is applied.
  • Figure 8 shows an example of a method performed by a receiving end to which the implementation of the present specification is applied.
  • Figure 9 is an example of each IP pattern matrix for 4-IPM to which the first implementation of the present specification is applied.
  • Figure 10 shows an example of the structure of a transmitter to which the second implementation of the present specification is applied.
  • Figure 11 shows an example of the detailed structure of a non-uniform polarization modulator in an optical signal processor to which the second implementation of the present specification is applied.
  • Figure 12 shows an example of the structure of a receiver to which the second implementation of the present specification is applied.
  • Figure 13 shows an example of the detailed structure of a polarization state detector to which the second implementation of the present specification is applied.
  • Figure 14 shows another example of the detailed structure of a polarization state detector to which the second implementation of the present specification is applied.
  • Figure 15 shows an example of a coherent detector to which the second implementation of the present specification is applied.
  • Figure 16 shows another example of a coherent detector to which the second implementation of the present specification is applied.
  • Figure 17 shows an example of a 3dB coupler and balanced PD to which the second implementation of the present specification is applied.
  • Figure 18 shows an example of demodulating an adjusted or rotated IP pattern to which the second implementation of the present specification is applied.
  • Figure 19 shows an example of obtaining a non-uniform polarization pattern based on difference information to which the third implementation of the present specification is applied.
  • multiple access systems include Code Division Multiple Access (CDMA) systems, Frequency Division Multiple Access (FDMA) systems, Time Division Multiple Access (TDMA) systems, Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) systems, and Single Access (SC-FDMA) systems. It includes a Carrier Frequency Division Multiple Access (MC-FDMA) system and a Multi-Carrier Frequency Division Multiple Access (MC-FDMA) system.
  • CDMA can be implemented through wireless technologies such as Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) or CDMA2000.
  • TDMA can be implemented over wireless technologies such as Global System for Mobile communications (GSM), General Packet Radio Service (GPRS), or Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE).
  • OFDMA can be implemented through wireless technologies 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 part of Evolved UMTS (E-UMTS) using E-UTRA.
  • 3GPP LTE uses OFDMA in the downlink (DL) and SC-FDMA in the uplink (UL).
  • the evolution of 3GPP LTE includes LTE-A (Advanced), LTE-A Pro, and/or 5G NR (New Radio).
  • implementations herein are primarily described in relation to a 3GPP based wireless communication system.
  • the technical features of this specification are not limited to this.
  • the following detailed description is provided based on a mobile communication system corresponding to a 3GPP-based wireless communication system, but aspects of the present specification that are not limited to a 3GPP-based wireless communication system can be applied to other mobile communication systems.
  • a or B may mean “only A,” “only B,” or “both A and B.” In other words, as used herein, “A or B” may be interpreted as “A and/or B.”
  • A, B or C refers to “only A,” “only B,” “only C,” or “any and all combinations of A, B, and C ( It can mean “any combination of A, B and C)”.
  • the slash (/) or comma used in this specification may mean “and/or.”
  • A/B can mean “A and/or B.”
  • A/B can mean “only A,” “only B,” or “both A and B.”
  • A, B, C can 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 proposed as an example of “control information.”
  • control information in this specification is not limited to “PDCCH,” and “PDCCH” may be proposed as an example of “control information.”
  • PDCCH control information
  • FIG. 1 shows an example of a communication system to which implementations of the present disclosure are applied.
  • the 5G usage scenario shown in FIG. 1 is only an example, and the technical features of this specification can be applied to other 5G usage scenarios not shown in FIG. 1.
  • the three main requirements categories for 5G are (1) enhanced Mobile BroadBand (eMBB) category, (2) massive Machine Type Communication (mMTC) category, and (3) ultra-reliable low-latency communication. (URLLC; Ultra-Reliable and Low Latency Communications) category.
  • eMBB enhanced Mobile BroadBand
  • mMTC massive Machine Type Communication
  • URLLC Ultra-Reliable and Low Latency Communications
  • the communication system 1 includes wireless devices 100a to 100f, a base station (BS) 200, and a network 300.
  • Figure 1 illustrates a 5G network as an example of a network of the communication system 1, but the implementation of this specification is not limited to the 5G system and can be applied to future communication systems beyond the 5G system.
  • Base station 200 and network 300 may be implemented as wireless devices, and certain wireless devices may operate as base stations/network nodes in relation to other wireless devices.
  • Wireless devices 100a to 100f represent devices that perform communication using Radio Access Technology (RAT) (e.g., 5G NR or LTE), and may also be referred to as communication/wireless/5G devices.
  • Wireless devices 100a to 100f include, but are not limited to, robots 100a, vehicles 100b-1 and 100b-2, extended reality (XR; eXtended Reality) devices 100c, portable devices 100d, and home appliances. It may include a product 100e, an Internet-Of-Things (IoT) device 100f, and an Artificial Intelligence (AI) device/server 400.
  • vehicles may include vehicles with wireless communication capabilities, autonomous vehicles, and vehicles capable of vehicle-to-vehicle communication.
  • Vehicles may include unmanned aerial vehicles (UAVs) (e.g., drones).
  • UAVs unmanned aerial vehicles
  • XR devices may include Augmented Reality (AR)/Virtual Reality (VR)/Mixed Realty (MR) devices and may be mounted on vehicles, televisions, smartphones, computers, wearable devices, home appliances, digital signs, vehicles, robots, etc. It can be implemented in the form of a Head-Mounted Device (HMD) or Head-Up Display (HUD).
  • Portable devices may include smartphones, smart pads, wearable devices (e.g. smart watches or smart glasses), and computers (e.g. laptops).
  • Home appliances may include TVs, refrigerators, and washing machines.
  • IoT devices can include sensors and smart meters.
  • the wireless devices 100a to 100f may be referred to as user equipment (UE).
  • UE includes, for example, mobile phones, smartphones, laptop computers, digital broadcasting terminals, PDA (Personal Digital Assistant), PMP (Portable Multimedia Player), navigation systems, slate PCs, tablet PCs, ultrabooks, vehicles, and autonomous driving functions.
  • vehicles connected cars, UAVs, AI modules, robots, AR devices, VR devices, MR devices, holographic devices, public safety devices, MTC devices, IoT devices, medical devices, fintech devices (or financial devices), security devices , weather/environment devices, 5G service-related devices, or 4th Industrial Revolution-related devices.
  • Wireless devices 100a to 100f may be connected to the network 300 through the base station 200.
  • AI technology may be applied to the wireless devices 100a to 100f, and the wireless devices 100a to 100f may be connected to the AI server 400 through the network 300.
  • the network 300 may be configured using a 3G network, a 4G (eg, LTE) network, a 5G (eg, NR) network, and a post-5G network.
  • Wireless devices 100a - 100f may communicate with each other via base station 200/network 300, but communicate directly (e.g., sidelink communication) rather than via base station 200/network 300. You may.
  • vehicles 100b-1 and 100b-2 may perform direct communication (e.g., vehicle-to-vehicle (V2V)/vehicle-to-everything (V2X) communication).
  • an IoT device e.g., sensor
  • another IoT device e.g., sensor
  • another wireless device e.g., 100f
  • Wireless communication/connections 150a, 150b, 150c may be established between wireless devices 100a - 100f and/or between wireless devices 100a - 100f and base station 200 and/or between base station 200.
  • wireless communication/connection includes uplink/downlink communication (150a), sidelink communication (150b) (or D2D (Device-To-Device) communication), communication between base stations (150c) (e.g. relay, IAB (Integrated Access and Backhaul) can be established through various RATs (e.g. 5G NR).
  • RATs e.g. 5G NR
  • wireless communication/connection 150a, 150b, and 150c may transmit/receive signals through various physical channels.
  • various configuration information setting processes for transmitting/receiving wireless signals various signal processing processes (e.g. channel encoding/decoding, modulation/demodulation, resource mapping/demapping, etc.), and a resource allocation process, etc. may be performed.
  • NR supports multiple numerologies or subcarrier spacing (SCS) to support various 5G services. For example, if SCS is 15kHz, it supports a wide area in traditional cellular bands, and if SCS is 30kHz/60kHz, it supports dense-urban, lower latency, and wider areas. It supports a wider carrier bandwidth, and when SCS is 60kHz or higher, it supports a bandwidth greater than 24.25GHz to overcome phase noise.
  • SCS subcarrier spacing
  • the NR frequency band can be defined as two types of frequency ranges (FR1, FR2).
  • the values of the frequency range may vary.
  • the frequency ranges of the two types (FR1, FR2) may be as shown in Table 1 below.
  • FR1 may mean “sub 6GHz range”
  • FR2 may mean “above 6GHz range” and may be referred to as MilliMeter Wave (mmW). there is.
  • mmW MilliMeter Wave
  • Frequency range definition frequency range Subcarrier spacing FR1 450MHz - 6000MHz 15, 30, 60kHz FR2 24250MHz - 52600MHz 60, 120, 240kHz
  • FR1 may include a band of 410MHz to 7125MHz as shown in Table 2 below. That is, FR1 may include a frequency band of 6GHz (or 5850, 5900, 5925 MHz, etc.). For example, the frequency band above 6 GHz (or 5850, 5900, 5925 MHz, etc.) included within FR1 may include an unlicensed band. Unlicensed bands can be used for a variety of purposes, for example for communications for vehicles (e.g. autonomous driving).
  • Frequency range definition frequency range Subcarrier spacing FR1 410MHz - 7125MHz 15, 30, 60kHz FR2 24250MHz - 52600MHz 60, 120, 240kHz
  • wireless communication technologies implemented in the wireless device of the present specification may include NarrowBand IoT (NB-IoT) for low-power communication as well as LTE, NR, and 6G.
  • 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 enhanced MTC (eMTC).
  • eMTC enhanced MTC
  • LTE-M technologies include 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. , and/or 7) LTE M, etc. may be implemented in at least one of various standards, and are 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. That is not the case.
  • ZigBee technology can create PANs (Personal Area Networks) related to small/low-power digital communications based on various standards such as IEEE 802.15.4, and can be called by various names.
  • FIG. 2 shows an example of a wireless device to which implementations of the present disclosure are applied.
  • the first wireless device 100 and the second wireless device 200 may transmit and receive wireless signals to/from an external device through various RATs (eg, LTE and NR).
  • various RATs eg, LTE and NR.
  • ⁇ first wireless device 100 and second wireless device 200 ⁇ are ⁇ wireless devices 100a to 100f and base station 200 ⁇ of FIG. 1, ⁇ wireless devices 100a to 100f ) and wireless devices (100a to 100f) ⁇ and/or ⁇ base station 200 and base station 200 ⁇ .
  • First wireless device 100 may include at least one transceiver, such as transceiver 106, at least one processing chip, such as processing chip 101, and/or one or more antennas 108.
  • transceiver 106 such as transceiver 106
  • processing chip 101 such as processing chip 101
  • antennas 108 one or more antennas 108.
  • the processing chip 101 may include at least one processor, such as the processor 102, and at least one memory, such as the memory 104.
  • processor 102 such as the processor 102
  • memory 104 such as the memory 104.
  • FIG 2 it is shown as an example that the memory 104 is included in the processing chip 101. Additionally and/or alternatively, memory 104 may be located external to processing chip 101.
  • Processor 102 may control memory 104 and/or transceiver 106 and may be configured to implement the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flow diagrams disclosed herein.
  • the processor 102 may process information in the memory 104 to generate first information/signal and transmit a wireless signal including the first information/signal through the transceiver 106.
  • the processor 102 may receive a wireless signal including the second information/signal through the transceiver 106 and store information obtained by processing the second information/signal in the memory 104.
  • Memory 104 may be operatively coupled to processor 102. Memory 104 may store various types of information and/or instructions. Memory 104 may store software code 105 that, when executed by processor 102, implements instructions that perform the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flow diagrams disclosed herein. For example, software code 105 may, when executed by processor 102, implement instructions that perform the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flow diagrams disclosed herein. For example, software code 105 may control processor 102 to perform one or more protocols. For example, software code 105 may control processor 102 to perform one or more air interface protocol layers.
  • the processor 102 and memory 104 may be part of a communication modem/circuit/chip designed to implement RAT (eg, LTE or NR).
  • Transceiver 106 may be coupled to processor 102 to transmit and/or receive wireless signals via one or more antennas 108.
  • Each transceiver 106 may include a transmitter and/or receiver.
  • the transceiver 106 can be used interchangeably with the RF (Radio Frequency) unit.
  • the first wireless device 100 may represent a communication modem/circuit/chip.
  • the second wireless device 200 may include at least one transceiver, such as transceiver 206, at least one processing chip, such as processing chip 201, and/or one or more antennas 208.
  • the processing chip 201 may include at least one processor, such as processor 202, and at least one memory, such as memory 204.
  • processor 202 may include at least one processor, such as processor 202, and at least one memory, such as memory 204.
  • memory 204 is included in the processing chip 201. Additionally and/or alternatively, memory 204 may be located external to processing chip 201.
  • Processor 202 may control memory 204 and/or transceiver 206 and may be configured to implement the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flow diagrams disclosed herein.
  • the processor 202 may process information in the memory 204 to generate third information/signal and transmit a wireless signal including the third information/signal through the transceiver 206.
  • the processor 202 may receive a wireless signal including the fourth information/signal through the transceiver 206, and store information obtained by processing the fourth information/signal in the memory 204.
  • Memory 204 may be operatively coupled to processor 202. Memory 204 may store various types of information and/or instructions. Memory 204 may store software code 205 that, when executed by processor 202, implements instructions that perform the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flow diagrams disclosed herein. For example, software code 205 may, when executed by processor 202, implement instructions that perform the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flow diagrams disclosed herein. For example, software code 205 may control processor 202 to perform one or more protocols. For example, software code 205 may control processor 202 to perform one or more air interface protocol layers.
  • the processor 202 and memory 204 may be part of a communication modem/circuit/chip designed to implement RAT (eg, LTE or NR).
  • Transceiver 206 may be coupled to processor 202 to transmit and/or receive wireless signals via one or more antennas 208.
  • Each transceiver 206 may include a transmitter and/or receiver.
  • the transceiver 206 can be used interchangeably with the RF unit.
  • the second wireless device 200 may represent 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 support one or more layers (e.g., a physical (PHY) layer, a Media Access Control (MAC) layer, a Radio Link Control (RLC) layer, a Packet Data Convergence Protocol (PDCP) layer, Functional layers such as RRC (Radio Resource Control) layer and SDAP (Service Data Adaptation Protocol) layer) can be implemented.
  • layers e.g., a physical (PHY) layer, a Media Access Control (MAC) layer, a Radio Link Control (RLC) layer, a Packet Data Convergence Protocol (PDCP) layer, Functional layers such as RRC (Radio Resource Control) layer and SDAP (Service Data Adaptation Protocol) layer
  • PHY physical
  • MAC Media Access Control
  • RLC Radio Link Control
  • PDCP Packet Data Convergence Protocol
  • Functional layers such as RRC (Radio Resource Control) layer and SDAP (Service Data
  • One or more processors 102, 202 generate one or more Protocol Data Units (PDUs) and/or one or more Service Data Units (SDUs) according to the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flow diagrams disclosed herein. can do.
  • One or more processors 102, 202 may generate messages, control information, data or information in accordance with the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flow diagrams disclosed herein.
  • One or more processors 102, 202 may process signals (e.g., baseband) containing PDUs, SDUs, messages, control information, data, or information in accordance with the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods, and/or operational flow diagrams disclosed herein.
  • transceivers 106, 206 can be generated and provided to one or more transceivers (106, 206).
  • One or more processors 102, 202 may receive signals (e.g., baseband signals) from one or more transceivers 106, 206, and the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods, and/or operational flow diagrams disclosed herein.
  • signals e.g., baseband signals
  • One or more processors 102, 202 may be referred to as a controller, microcontroller, microprocessor, and/or microcomputer.
  • One or more processors 102, 202 may be implemented by hardware, firmware, software, and/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 Gates
  • firmware and/or software may be implemented using firmware and/or software, and firmware and/or software may be implemented to include modules, procedures and functions.
  • Firmware or software configured to perform the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flow diagrams disclosed herein may be included in one or more processors (102, 202) or stored in one or more memories (104, 204). It may be driven by the above processors 102 and 202.
  • the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flow diagrams 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 connected to 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 include read-only memory (ROM), random access memory (RAM), erasable programmable ROM (EPROM), flash memory, hard drives, registers, cache memory, computer readable storage media, and/or these. It may be composed of a combination of .
  • One or more memories 104, 204 may be located internal to and/or external to one or more processors 102, 202. Additionally, one or more memories 104, 204 may be connected 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, wireless signals/channels, etc. referred to in the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flow diagrams disclosed herein to one or more other devices. .
  • One or more transceivers 106, 206 may receive user data, control information, wireless signals/channels, etc. referred to in the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flow diagrams disclosed herein from one or more other devices. there is.
  • one or more transceivers 106 and 206 may be connected to one or more processors 102 and 202 and may transmit and receive wireless signals.
  • one or more processors 102 and 202 may control one or more transceivers 106 and 206 to transmit user data, control information, wireless signals, etc. to one or more other devices. Additionally, one or more processors 102 and 202 may control one or more transceivers 106 and 206 to receive user data, control information, wireless signals, etc. from one or more other devices.
  • One or more transceivers (106, 206) may be connected to one or more antennas (108, 208).
  • One or more transceivers (106, 206) transmit, through one or more antennas (108, 208), user data, control information, and wireless signals/channels referred to in the descriptions, functions, procedures, proposals, methods, and/or operational flow diagrams disclosed herein. It can be set to send and receive, etc.
  • one or more antennas 108 and 208 may be a plurality of physical antennas or a plurality of logical antennas (eg, antenna ports).
  • One or more transceivers (106, 206) process the received user data, control information, wireless signals/channels, etc. using one or more processors (102, 202). etc. can be converted from an RF band signal to a baseband signal.
  • One or more transceivers (106, 206) may convert user data, control information, wireless signals/channels, etc. processed using one or more processors (102, 202) from baseband signals to RF band signals.
  • one or more transceivers 106, 206 may include an (analog) oscillator and/or filter.
  • one or more transceivers (106, 206) up-convert an OFDM baseband signal to an OFDM signal through an (analog) oscillator and/or filter under the control of one or more processors (102, 202). , the up-converted OFDM signal can be transmitted at the carrier frequency.
  • One or more transceivers (106, 206) receive an OFDM signal at a carrier frequency and, under the control of one or more processors (102, 202), down-convert the OFDM signal to an OFDM baseband signal via an (analog) oscillator and/or filter ( down-convert).
  • the UE may operate as a transmitting device in the uplink and as a receiving device in the downlink.
  • the base station may operate as a receiving device in the UL and as a transmitting device in the DL.
  • the first wireless device 100 operates as a UE and the second wireless device 200 operates as a base station.
  • a processor 102 connected to, mounted on, or released from the first wireless device 100 may perform UE operations according to implementations herein or may use transceiver 106 to perform UE operations according to implementations herein. It can be configured to control.
  • the processor 202 connected to, mounted on, or released from the second wireless device 200 is configured to perform a base station operation according to an implementation of the present specification or to control the transceiver 206 to perform a base station operation according to the implementation of the present specification. It can be.
  • the base station may be referred to as Node B, eNode B (eNB), or gNB.
  • Node B Node B
  • eNode B eNode B
  • gNB gNode B
  • FIG 3 shows an example of a wireless device to which implementations of the present disclosure are applied.
  • Wireless devices may be implemented in various forms depending on usage examples/services (see Figure 1).
  • wireless devices 100 and 200 may correspond to the wireless devices 100 and 200 of FIG. 2 and may be configured by various components, devices/parts and/or modules.
  • each wireless device 100, 200 may include a communication device 110, a control device 120, a memory device 130, and additional components 140.
  • Communication device 110 may include communication circuitry 112 and a transceiver 114.
  • communication circuitry 112 may include one or more processors 102, 202 of FIG. 2 and/or one or more memories 104, 204 of FIG. 2.
  • transceiver 114 may include one or more transceivers 106, 206 of FIG. 2 and/or one or more antennas 108, 208 of FIG. 2.
  • the control device 120 is electrically connected to the communication device 110, the memory device 130, and the additional component 140, and controls the overall operation of each wireless device 100 and 200. For example, the control device 120 may control the electrical/mechanical operation of each wireless device 100 and 200 based on the program/code/command/information stored in the memory device 130.
  • the control device 120 transmits the information stored in the memory device 130 to the outside (e.g., other communication devices) via the communication device 110 through a wireless/wired interface, or to a communication device ( Information received from the outside (e.g., other communication devices) via 110) may be stored in the memory device 130.
  • Additional components 140 may be configured in various ways depending on the type of wireless device 100 or 200.
  • additional components 140 may include at least one of a power unit/battery, an input/output (I/O) device (e.g., an audio I/O port, a video I/O port), a drive device, and a computing device.
  • I/O input/output
  • the wireless devices 100 and 200 are not limited thereto, but may include robots (100a in FIG. 1), vehicles (100b-1 and 100b-2 in FIG. 1), XR devices (100c in FIG. 1), and portable devices (100c in FIG. 1). 100d), home appliances (100e in FIG. 1), IoT devices (100f in FIG.
  • the wireless devices 100 and 200 can be used in mobile or fixed locations depending on the usage/service.
  • all of the various components, devices/parts, and/or modules of the wireless devices 100 and 200 may be connected to each other through a wired interface, or at least a portion may be connected wirelessly through the communication device 110 .
  • the control device 120 and the communication device 110 are connected by wire, and the control device 120 and the first device (e.g., 130 and 140) are communication devices. It can be connected wirelessly through (110).
  • Each component, device/part and/or module within the wireless devices 100, 200 may further include one or more elements.
  • the control device 120 may be configured by a set of one or more processors.
  • control device 120 may be configured by a set of a communication control processor, an application processor (AP), an electronic control unit (ECU), a graphics processing unit, and a memory control processor.
  • AP application processor
  • ECU electronice control unit
  • the memory device 130 may be comprised of RAM, dynamic RAM (DRAM), ROM, flash memory, volatile memory, non-volatile memory, and/or a combination thereof.
  • Figure 4 shows an example of a UE to which the implementation of the present specification is applied.
  • UE 100 may correspond to the first wireless device 100 of FIG. 2 and/or the wireless device 100 or 200 of FIG. 3.
  • UE 100 includes a processor 102, memory 104, transceiver 106, one or more antennas 108, power management module 141, battery 142, display 143, keypad 144, and SIM.
  • SIM Subscriber Identification Module
  • Processor 102 may be configured to implement the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flow diagrams disclosed herein. Processor 102 may be configured to control one or more other components of UE 100 to implement the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flow diagrams disclosed herein.
  • a layer of the air interface protocol may be implemented in processor 102.
  • Processor 102 may include an ASIC, other chipset, logic circuitry, and/or data processing devices.
  • Processor 102 may be an application processor.
  • the processor 102 may include at least one of a DSP, a Central Processing Unit (CPU), a Graphics Processing Unit (GPU), and a modem (modulator and demodulator).
  • processors 102 include SNAPDRAGON TM series processors made by Qualcomm®, EXYNOS TM series processors made by Samsung®, A series processors made by Apple®, HELIO TM series processors made by MediaTek®, and ATOM TM series processors made by Intel®. Alternatively, it can be found in the corresponding next-generation processor.
  • the memory 104 is operatively coupled to the processor 102 and stores various information for operating the processor 102.
  • Memory 104 may include ROM, RAM, flash memory, memory cards, storage media, and/or other storage devices.
  • modules e.g., procedures, functions, etc.
  • Modules may be stored in memory 104 and executed by processor 102.
  • Memory 104 may be implemented within processor 102 or external to processor 102, in which case it may be communicatively coupled to processor 102 through various methods known in the art.
  • Transceiver 106 is operatively coupled to processor 102 and transmits and/or receives wireless signals.
  • Transceiver 106 includes a transmitter and a receiver.
  • Transceiver 106 may include baseband circuitry for processing radio frequency signals.
  • the transceiver 106 controls one or more antennas 108 to transmit and/or receive wireless signals.
  • the power management module 141 manages power of the processor 102 and/or the transceiver 106.
  • the battery 142 supplies power to the power management module 141.
  • the display 143 outputs the results processed by the processor 102.
  • Keypad 144 receives input for use by processor 102.
  • the keypad 144 may be displayed on the display 143.
  • the SIM card 145 is an integrated circuit for securely storing an International Mobile Subscriber Identity (IMSI) and associated keys, and is used to identify and authenticate subscribers in mobile phone devices such as mobile phones and computers. You can also store contact information on many SIM cards.
  • IMSI International Mobile Subscriber Identity
  • the speaker 146 outputs sound-related results processed by the processor 102.
  • Microphone 147 receives sound-related input for use by processor 102.
  • 6G wireless communication system (hereinafter may be simply expressed as 6G) has (i) very high data rates per device, (ii) very large number of connected devices, (iii) global connectivity, (iv) The goals include ultra-low latency, (v) reduced energy consumption of battery-free IoT devices, (vi) ultra-reliable connectivity, and (vii) connected intelligence with machine learning capabilities.
  • 6G can include four aspects: intelligent connectivity, deep connectivity, holographic connectivity and ubiquitous connectivity.
  • 6G includes AI integrated communication, tactile internet, high throughput, high network capacity, and high energy efficiency ( Key factors include high energy efficiency, low backhaul and access network congestion, and enhanced data security.
  • optical wireless communication may be used.
  • OWC has already been used since 4G, but is expected to become more widely used to meet the requirements of 6G.
  • OWC can be applied to network-to-backhaul/fronthaul network connections.
  • OWC-related technologies such as light fidelity, visible light communication, optical camera communication, and optical bandwidth-based FSO communication are already well-known technologies.
  • OWC-based communications can provide very high data rates, low latency, and secure communications.
  • LiDAR Light Detection And Ranging
  • 3D mapping based on wide bandwidth.
  • OWC can use very small beamwidths. By controlling beam divergence through a separate technology and implementing beam PAT (Pointing Acquisition Tracking), most of the beams generated/transmitted at the transmitting end can be received at the receiving end.
  • PAT Pointing Acquisition Tracking
  • Figure 5 shows an example of beam forming in a mobile OWC to which implementations of the present disclosure are applied.
  • the distance between the transmitting end and the receiving end is 50 m, and the transmitting end transmits a pencil beam whose half angle of beam divergence is about 100 micro-radians.
  • the beam diameter expected at the receiving end is 5mm to 3.5cm.
  • FIG. 6 shows an example of non-uniform beam forming to which implementations of the present disclosure are applied.
  • the transmitter transmits a wide non-uniform beam for beam search.
  • a wide non-uniform beam can be transmitted over the entire cell area.
  • the transmitted wide non-uniform beam can transmit the letters 'A' to 'R', representing different information (i.e. non-uniform information) depending on the location.
  • Information detected may be different depending on the location of the receiving aperture of the receiving end.
  • the location of the reception aperture is located in the area of the beam through which information represented by 'K' is transmitted.
  • the receiving end can detect information ('K') through the receiving aperture.
  • a non-uniform beam can be defined as an optical beam that has non-uniform information about a wavefront perpendicular to the optical axis of the optical beam from the perspective of transmission and reception.
  • a beam composed of non-uniform information can be referred to as a non-uniform beam.
  • Non-uniform information transmitted through a non-uniform beam may include at least one of intensity, phase, and polarization.
  • non-uniform information is composed of intensity and/or phase
  • changes in intensity and/or phase may occur depending on the distance between the transmitting end and the receiving end, so changes in intensity and/or phase depending on the location relative to the optical axis and depending on the distance Changes cannot be distinguished.
  • the non-uniform information is composed of polarization
  • the polarization does not change depending on the distance between the transmitting end and the receiving end. Accordingly, non-uniform polarization can be used as non-uniform information independent of the channel and/or the distance between the transmitting end and the receiving end.
  • non-uniform information can be configured in any form based on intensity, phase, and/or polarization. That is, the non-uniform information-based modulation described in this specification below can be applied based on non-uniform information consisting of intensity and/or phase as well as polarization.
  • a m , A n , and A c represent the amplitude of the m and nth signals and the amplitude of the overlapping signal, respectively.
  • ⁇ m , ⁇ n , and ⁇ c represent the phases of the m and nth signals and the phase of the overlapping signal, respectively.
  • P c > represent the polarization of the m and nth signals and the polarization of the overlapping signal, respectively, expressed as Jones Vector.
  • Equation 2 is an example of superimposed polarization.
  • Equation 2
  • -45> are the horizontal polarization of linear polarization, vertical polarization, and the x-axis, respectively. It represents +45 degree polarization and -45 degree polarization.
  • LCP> represent right-circular polarization and left-circular polarization, respectively.
  • LEP> represent right-elliptical polarization and left-elliptical polarization, respectively.
  • a beam that expresses all changes in the characteristics of overlapping polarizations depending on the difference in amplitude and/or phase of each polarization can be defined as a Poincare beam.
  • the sphere representing the Poincare beam in all cases can be defined as a Poincare sphere.
  • E x and E y represent the E-field in the x-axis direction and the E-field in the y-axis direction, and generally correspond to horizontal polarization and vertical polarization.
  • ⁇ represents the phase difference between E x and E y . Therefore, S 0 represents the total intensity of the polarization state, S 1 represents the ratio difference between horizontal and vertical polarization, and S 2 represents the ratio difference between +45 degree linear polarization and -45 degree linear polarization. , S 3 represents the ratio difference between RCP and LCP.
  • Equation 4 If the Stokes parameter described in Equation 3 is expressed on the spherical coordinate system of the Poincaré sphere, it can be expressed as Equation 4.
  • I represents the total intensity of the polarization state.
  • ⁇ is the orientation angle and represents the elliptical direction of elliptically polarized light.
  • X is the ellipticity angle and represents the degree of ellipticity of elliptical polarization. Therefore, since ⁇ and In this specification, ⁇ and X may be defined as Poincaré sphere angles.
  • wavefront 1 is a plane wave horizontally polarized at ⁇ 1 and wavefront 2 is a plane wave vertically polarized at ⁇ 2
  • the superimposed polarization becomes an RCP wavefront.
  • ⁇ i + ⁇ /2 ⁇ i +1 . That is, if each uniformly polarized wavefront has uniform polarization, the overlapping wavefront also has uniform polarization.
  • non-uniform phase may be defined as a case where the phase is not the same within the same wavefront, and may be, for example, an LG beam and/or an HG beam.
  • wavefront 1 is a plane wave horizontally polarized with ⁇ 1 and wavefront 2 is a helical wave vertically polarized with ⁇ 1 to ⁇ 4
  • the superimposed polarization becomes a non-uniformly polarized wavefront.
  • ⁇ i + ⁇ /2 ⁇ i +1 . That is, if each uniformly polarized wavefront has a non-uniform phase, different phase differences may occur for each position within the overlapped wavefront, and through this, the overlapped polarization may change for each position within the overlapped wavefront, resulting in non-uniform polarization.
  • the LG beam is a Gaussian beam with OAM (Orbital Angular Momentum) characteristics, which has the characteristic that the phase rotates within the wavefront according to the phase rotation characteristic parameter called LG beam order, OAM order, or topological charge.
  • OAM Organic Angular Momentum
  • a plane wave or plane phasefront means that the phases of all electromagnetic waves are the same on a wavefront where electromagnetic waves (or photons) propagate at the same time.
  • Electromagnetic waves that are not plane waves are called spiral waves, and in general, spiral waves can be said to be electromagnetic waves with OAM. Since OAM is the definition of a wavefront, the electromagnetic wave at each point may be linearly polarized or circularly polarized. OAM can be referred to as LG beam or cylindrical transverse mode patterns by optical definition.
  • the cylindrical transverse mode pattern can be expressed as TEM(p)).
  • p 0 in TEM(pl)
  • l is defined as a value corresponding to the LG beam order.
  • LG beam order 3 or OAM mode 3 can be expressed as TEM(03).
  • the LG beam order is an integer value, and when it has a negative value, the direction in which the phase rotates within the wavefront is opposite to the direction when it has a positive value.
  • two or more uniformly polarized wavefronts may be overlapped.
  • the distribution of the polarization state of the overlapped beam may vary depending on the number and configuration of the overlapping uniformly polarized wavefronts.
  • the optical axes or centers of the beams may be aligned identically or may be arbitrarily deviated and overlapped, and the distribution of polarization states of the overlapped beams may vary depending on the degree.
  • the basic polarization of the uniform polarization of each wavefront may be orthogonal or non-orthogonal, and the distribution of polarization states of the overlapping beam may be different depending on the basic polarization used. there is.
  • the distribution of polarization states of the overlapping beams may vary depending on the initial phase value of each wavefront. Additionally, the distribution of polarization states of the overlapping beams may vary depending on the initial amplitude value of each wavefront. Additionally, the distribution of polarization states of the overlapping beams may vary depending on the distribution of the non-uniform phase of each wavefront.
  • Non-uniform polarization can be generated on a wavefront basis.
  • non-uniform polarization generated in wavefront units is defined as a non-uniform polarization pattern.
  • Figure 7 shows an example of a method performed by a transmitting end to which the implementation of the present specification is applied.
  • step S700 the method includes generating a plurality of non-uniform polarization patterns based on superposition of polarization.
  • step S710 the method includes mapping modulation states and information bits for each of the plurality of non-uniform polarization patterns.
  • step S720 the method includes modulating a signal based on one non-uniform polarization pattern among the plurality of non-uniform polarization patterns.
  • step S730 the method includes transmitting the modulated signal to a receiving end.
  • each of the plurality of non-uniform polarization patterns may be generated based on a type of basis for the overlap of polarization, an amplitude of the basis, an initial phase of the basis, and an LG beam order of the basis.
  • Each of the plurality of non-uniform polarization patterns is generated by a non-uniform polarization modulator of the transmitter, and the type of basis for overlapping the polarization, the amplitude of the base, the initial phase of the base, and the LG beam order of the base are determined by the non-uniform polarization modulator of the transmitter. It can be provided as a non-uniform polarization modulator of the transmitting end by an IP pattern controller.
  • each of the plurality of non-uniform polarization patterns may be expressed as a non-uniform polarization pattern matrix.
  • the unbalanced polarization pattern matrix can be determined by minimizing the similarity between patterns.
  • the plurality of non-uniform polarization patterns may be generated based on differences from the uniform polarization pattern.
  • mapping modulation states and information bits to each of the plurality of non-uniform polarization patterns may be performed in an IP pattern controller of the transmitting end.
  • information related to mapping between the plurality of non-uniform polarization patterns and the modulation state and the information bits may be preset between the transmitting end and the receiving end.
  • Information related to the mapping can be expressed by a mapping table.
  • the modulated signal may be mixed and transmitted with an analog signal modulated by a conventional modulation method.
  • Figure 8 shows an example of a method performed by a receiving end to which the implementation of the present specification is applied.
  • step S800 the method includes receiving a modulated signal from a transmitting end.
  • step S810 the method includes determining one of a plurality of non-uniform polarization patterns based on polarization measurements for the modulated signal.
  • the method includes determining an information bit that is mapped to the one non-uniform polarization pattern.
  • step S830 the method includes demodulating the modulated signal based on a modulation state mapped to the information bit.
  • determining the one non-uniform pattern may be performed by a polarization state detector at the receiving end.
  • the polarization state detector includes at least one polarization filter and at least one photodetector array, and an intensity-modulated signal is output after passing through the at least one polarization filter and the at least one photodetector array.
  • the polarization measurement can be performed based on power.
  • the polarization state detector includes at least one polarization filter and at least one coherent detector array, and the in-phase and quadrature modulated complex signal is output from the at least one polarization filter and the at least one coherent detector array.
  • the polarization measurement may be performed based on the power output through a coherent detector array.
  • the at least one coherent detector array may include a 3dB coupler and a balanced photodetector.
  • the one non-uniform polarization pattern can be determined based on the Euclidean distance between each spatial index of the non-uniform polarization pattern and a Stokes parameter obtained based on the polarization measurement.
  • the plurality of non-uniform polarization patterns may be based on differences from a uniform polarization pattern.
  • the demodulated signal can be combined with a digital signal demodulated by a conventional demodulation method and finally decoded.
  • a signal can be modulated and demodulated based on a non-uniform polarization pattern.
  • a non-uniformly polarized wavefront can be created based on the overlap of polarizations. If the polarization overlapping method is set based on predetermined rules, it is possible to generate a defined non-uniform polarization pattern.
  • the first implementation of the present specification provides a method of generating a non-uniform polarization pattern by overlapping polarization based on a predetermined rule and using the generated non-uniform polarization pattern as a modulation state.
  • the non-uniform polarization pattern is referred to as an IP (Inhomogeneous Polarization) pattern.
  • one IP pattern can be defined/mapped to one modulation state, and a set of IP patterns corresponding to the set of modulation states can be defined as S. Size of IP pattern set
  • If N, IP Pattern based Modulation (IPM) may be referred to as N-IPM.
  • the ith IP pattern matrix P i can be expressed by Equation 5.
  • Equation 5 M represents the degree of quantization of the elements of the IP pattern in space.
  • Equation 5 p i,j is the polarization value in the (i,j)th space of the IP pattern matrix.
  • the polarization value may be a Stokes vector consisting of Stokes parameters.
  • the IP pattern matrix can be generated through polarization superposition.
  • the IP pattern matrix may be determined by the type of basis for polarization overlap and the amplitude, initial phase, and/or LG Beam order of each basis.
  • Equation 6 represents an example of an IP pattern matrix.
  • f IP (parameters) represents a function that generates an IP wavefront by overlapping L polarization bases.
  • L is the number of bases for polarization overlap.
  • Parameter is a control parameter for each polarization basis.
  • B j represents the jth polarization basis for IP pattern generation. For example, B j ⁇ ⁇
  • a j represents the amplitude for the jth polarization basis for IP pattern generation. For example, A j ⁇ [0, 1].
  • Equation 6 ⁇ j represents the phase with respect to the jth polarization basis for IP pattern generation. For example, ⁇ j ⁇ [- ⁇ , ⁇ ].
  • LG j represents the LG beam order for the jth polarization basis for IP pattern generation.
  • LG j may be an integer value.
  • N
  • B log 2 (N).
  • N modulation states can correspond to IP patterns generated by preset rules.
  • the IP pattern matrix Pi corresponds to the modulation state and may correspond to the information bit stream.
  • the IP pattern corresponding to the modulation state can be illustrated as follows.
  • N 4
  • P 1 the first IP pattern matrix
  • B 2
  • B 3
  • mapping relationship between the IP pattern matrix and the modulation state for 4-IPM can be expressed as Table 3 below.
  • Modulation state index i bit mapping IP pattern matrix IP creation information One 00 P 1 f IP (
  • Figure 9 is an example of each IP pattern matrix for 4-IPM to which the first implementation of the present specification is applied.
  • Equation 7 the element p i,j (1) of the IP pattern matrix P 1 can be expressed as Equation 7.
  • LG o (i,j) is beam information for the (i,j)th space when the LG beam order is o, and the amplitude and phase of the beam can be determined according to the spatial position (i, j). there is.
  • each parameter is a parameter constituting the IP pattern matrix P 1 , so if you substitute the value of each parameter for P 1 described as an example above, as a result, the element p i,j (1) of the IP pattern matrix P 1 is expressed in Equation It can be expressed as 8.
  • the transmitting end can set an IP pattern matrix for all N according to predefined rules and define an N-IPM mapping table in advance.
  • the N-IPM mapping table can be agreed upon between the transmitting end and the receiving end.
  • an N value for modulation may be set, and the set N value may be made known from the transmitting end to the receiving end or from the receiving end to the transmitting end.
  • the transmitting end can map information bits to an IP pattern matrix based on the set N value and transmit a beam generated based on the IP pattern matrix to the receiving end.
  • the receiving end can measure the IP polarization beam through polarization measurement and decode the information bit by de-mapping the IP pattern matrix based on the set N value.
  • the method of determining the IP pattern matrix can be derived by minimizing the similarity between patterns.
  • the IP pattern matrix can be determined according to Equation 9.
  • Equation 9 is only an example, and the IP pattern matrix may be determined from an implementation perspective, or may be determined in a way that the IP pattern matrix is preset.
  • the method of determining the IP pattern matrix may be set differently depending on N, which is the number of modulation states.
  • a transmitter and a receiver used in the N-IPM system described above in the first implementation of the present specification can be configured/designed. That is, the operations of the transmitting end and the receiving end according to the first implementation of the present specification described above can be respectively performed by the transmitter and receiver according to the second implementation of the present specification described later.
  • Figure 10 shows an example of the structure of a transmitter to which the second implementation of the present specification is applied.
  • the transmitter includes a digital signal processor that processes digital data, an IP pattern controller that controls the IP pattern, and an optical signal processor that generates an optical source based on the IP pattern. It consists of a signal processor and transmit beamforming optics that beamforms the signal based on the generated IP pattern.
  • a digital signal processor includes an encoder that encodes the data to be transmitted, a data splitter that branches out the data, a modulator that modulates the encoded data, and a converter that converts the modulated digital signal into an analog signal. It consists of a DAC (Digital-to-Analog Convertor) that The converted analog signal is applied to the optical modulator of the optical signal processor.
  • DAC Digital-to-Analog Convertor
  • the encoder encodes the data (i.e. information bit stream) to be transmitted.
  • Data split branches the data into bit stream 1, which is modulated through N-IPM, and bit stream 2, which is modulated through a conventional modulation method (e.g., PSK (Phase Shift Keying), QAM (Quadrature Amplitude Modulation), etc.).
  • a conventional modulation method e.g., PSK (Phase Shift Keying), QAM (Quadrature Amplitude Modulation), etc.
  • PSK Phase Shift Keying
  • QAM Quadrature Amplitude Modulation
  • Bit stream 1 modulated through N-IPM is applied to the IP pattern controller, which will be described later.
  • Bit stream 2 which is modulated with a conventional modulation method, is modulated with a pre-arranged modulation method and applied to the optical modulator through the DAC.
  • the IP pattern controller determines the modulation state according to the N-IPM mapping table described above in the first implementation of this specification. Additionally, a control signal is transmitted to the non-uniform polarization modulator in the optical signal processor in order to generate an IP pattern corresponding to the corresponding modulation state.
  • the control signals are L polarization-based B j , amplitude A j based on each polarization, initial phase ⁇ j based on each polarization, and LG beam order LG j based on each polarization, for generating an IP pattern.
  • the optical signal processor generates an initial optical beam from an optical source and operates an inhomogeneous polarization modulator based on control information transmitted from the IP pattern controller to generate a beam to which the IP pattern is applied.
  • the beam to which the IP pattern is applied is multiplied by a signal modulated by a conventional modulation method in an optical modulator and applied to the transmission beamforming optical unit. Then, the IP beam is transmitted toward the receiver through the beam generation controller.
  • Figure 11 shows an example of the detailed structure of a non-uniform polarization modulator in an optical signal processor to which the second implementation of the present specification is applied.
  • the detailed operation of the non-uniform polarization modulator is as follows.
  • the initial beam generated from the optical source diverges through a coupler or polarization beam splitter.
  • a polarizing beam splitter is an optical device that splits horizontal and vertical polarization. It splits the horizontal polarization
  • a phase retarder is a device that converts the polarization of an incident beam and may be composed of a half-wave plate or quarter-wave plate. Each horizontal and vertical polarization diverged from the polarizing beam splitter is converted to the desired polarization by a phase retarder. At this time, the target polarization is B j based on the polarization input from the IP pattern controller.
  • An optical modulator is a device that controls the amplitude and initial phase for each polarization-based B j generated through a phase retarder.
  • An optical amplifier within the optical modulator can control the optical amplitude of each branched beam.
  • the controlled amplitude is the amplitude A j for each polarization basis input from the IP pattern controller.
  • a phase controller within the optical modulator can control the initial phase of each branched beam.
  • the initial phase to be controlled is the initial phase ⁇ j for each polarization basis input from the IP pattern controller.
  • the optical mode controller is a device that controls the LG beam order for each polarization basis, and includes a spatial light modulator, spiral phase plate, phase shift hologram, and metasurface. ), etc. Spatial light modulators, spiral phase plates, phase shift holograms, metasurfaces, etc. can control the LG beam order or HG beam order, which are the modes of each branched beam.
  • a coupler is an optical device that overlaps each branched and converted beam again.
  • IP beam generated through polarization overlap is mixed with the analog signal S C output from the DAC and the optical modulator and transmitted.
  • the unpolarized beam (or linear polarized beam) generated at the optical source is split 1:1 in the coupler.
  • the split initial beam has the same ratio of horizontal polarization and vertical polarization, it is branched into each path at the same ratio into horizontal polarization and vertical polarization at the polarization beam splitter.
  • phase retarder of the vertical polarization path is QWP (Quadrant quarter Waveplate)
  • vertical polarization is converted to RCP
  • phase retarder of the horizontal polarization path is QWP
  • horizontal polarization is converted to LCP.
  • the output beam is A 1 exp ⁇ -i ⁇ 1 ⁇
  • the LCP path is called base index 2 and the LG beam order n for it is, then the output beam is A 2 exp ⁇ -i ⁇ 2 ⁇
  • beams are generated and output for each of the four base paths like this, they overlap in the coupler to form an overlapped beam, which soon becomes an IP beam.
  • the final IP beam can be expressed as Equation 10.
  • FIG. 11 a case in which four beams overlap is described for convenience of explanation, but this is only an example.
  • the non-uniform polarization modulator according to the second implementation of the present specification described in FIG. 11 is applicable even when more than four or fewer than four beams overlap.
  • the method described in FIG. 11 may be repeated to additionally overlap a plurality of beams, or some beams may be removed.
  • the optical modulator performs optical modulation based on the amplitude and phase values received from the IP pattern controller, or based on the analog signal received from the digital signal processor.
  • Optical modulation can be configured differently depending on the transmission and reception methods, IM/DD (Intensity Modulation/Direct Detection) and coherent transmission and detection.
  • optical modulators such as MZM (Mach-Zehnder Modulator) and EAM (Electro-Absorption Modulator) can be used.
  • MZM is a device that configures two phase modulators in parallel, splits the incident optical signal into two, and combines the output after the operation of the phase modulator in each path.
  • each phase modulator operates by an analog signal applied from a digital signal processor.
  • MZM utilizes the phenomenon that, when the phases are the same, the intensity is maintained and only the phase changes due to constructive interference due to the operation of two phase modulators, and the intensity disappears due to destructive interference when the phase difference is ⁇ . It is an intensity modulator.
  • EAM is a semiconductor device that controls the intensity of optical signals based on voltage. It operates by the Franz-Keldysh effect, which changes the degree of photon absorption in a semiconductor when an electric field is applied. EAM is a semiconductor device that is easy to integrate, but its output optical power is about 3dBm, so an optical amplifier is required.
  • the optical modulator determines the phase change value based on the wavelength, electrode length, and effective refractive index.
  • the effective refractive index has a linear relationship with the external control voltage u(t), and the effective refractive index changes according to the change in the external voltage, and the phase also changes accordingly.
  • the transfer function of the optical modulator can be expressed as Equation 11.
  • Equation 12 the transfer function of an MZM consisting of two phase modulators can be expressed as Equation 12.
  • the optical modulator may use an In-phase/Quadrature (IQ) modulator.
  • IQ modulator can be configured by configuring two MZM modules in parallel and inserting a phase shifter corresponding to ⁇ /2 in one path. Each path is used to modulate the in-phase signal and the quadrature signal respectively, allowing both intensity and phase modulation.
  • optical IQ modulator performs in-phase modulation by the control voltage u I (t) by the in-phase signal, quadrature modulation by the control voltage u Q (t) by the quadrature signal, and then synthesizes This generates an IQ modulated signal.
  • the transfer function of optical IQ modulation can be expressed as Equation 13.
  • the transmission beamforming optical unit transmits an optically modulated signal received from an optical signal processor such as an array antenna, collimator, lens, or metasurface and transmits it to the receiver.
  • the transmission beamforming optical unit may be composed of a single element element (e.g., array antenna or lens, etc.), or may be composed of various combinations of multiple element elements (e.g., single antenna + lens, lens + metasurface, etc.). It may be configured.
  • the transmission beamforming optics may include a beam divergence controller.
  • the target beam divergence can be controlled through the beam divergence controller. That is, the IP beam described above can be expanded to the size of the target beam and transmitted through the beam divergence controller.
  • a beam divergence controller can control beam divergence based on the distance between the transmitter and receiver.
  • Figure 12 shows an example of the structure of a receiver to which the second implementation of the present specification is applied.
  • the receiver includes receive beamforming optics that receive through the receiver aperture, a polarization state detector for IP pattern detection, and a digital signal processor for electrical demodulation. It consists of a processor).
  • the receiving beamforming optical unit receives the target signal received from the receiver aperture, such as an array antenna, collimator, lens, and metasurface, and forms a receiving beam.
  • the receiving beamforming optical unit may be composed of a single element element (e.g., array antenna or lens, etc.), or may be composed of various combinations of multiple element elements (e.g., single antenna + lens, lens + metasurface, etc.). It may be configured.
  • the receiving beamforming optical unit collects and applies the optical signal incident through the lens to an optical fiber. The applied beam is transmitted to a wavelength filter.
  • a wavelength filter is an optical filter device that passes only desired signals among received signals and functions as a bandpass filter.
  • the polarization state detector acquires polarization state information through a polarization filter and a photo detector array.
  • the configuration of the polarization state detector may vary depending on the configuration and type of the polarization filter and photodetector array.
  • the intensity of the signal passing through each polarization filter is measured in a photodetector array.
  • a photodetector array is a photoelectric converter consisting of a plurality of photodiodes, which converts the intensity of an optical signal into photocurrent.
  • the photodetector array may be configured as an array including M 2 photodetectors for recognition of an IP pattern, and may be implemented to be larger or smaller than M 2 depending on implementation.
  • the photocurrent is converted to voltage through a low-pass filter and TIA (Transimpedance Amplifier).
  • Figure 13 shows an example of the detailed structure of a polarization state detector to which the second implementation of the present specification is applied.
  • Figure 13 shows the detailed structure of a polarization state detector that receives an intensity-modulated signal and IP pattern from a conventional modulator.
  • a polarization state detector can measure the Stokes parameter.
  • the desired signal passing through the wavelength filter is split into four signals in the coupler.
  • the ratio of the four branched signals is the same, but the ratio may vary depending on the purpose.
  • Each branched path can pass the signal through a different polarization filter.
  • polarization filter 0 may be a horizontal polarizer
  • polarization filter 1 may be a vertical polarizer
  • polarization filter 2 may be a +45 degree linear polarizer
  • polarization filter 3 may be a series connection of a QWP and a +45 degree polarizer.
  • P 0 to P 3 There are a total of four powers measured from the optical detector of each path, from P 0 to P 3 , of which P 0 and P 1 are combined and applied to the ADC of the digital signal processor. Depending on the characteristics of each passing polarizer, P 0 to P 3 can be expressed as Equation 14.
  • the Stokes parameter can be obtained as in Equation 15 through the output power of Equation 14.
  • the polarization state can be obtained through the acquired Stokes parameter.
  • P 0 to P 3 may be obtained individually for each photo detector of the photo detector array.
  • output power can be obtained equal to the number of photo detectors constituting the photo detector array.
  • Figure 14 shows another example of the detailed structure of a polarization state detector to which the second implementation of the present specification is applied.
  • Figure 14 shows the detailed structure of a polarization state detector receiving a complex signal (i.e., in-phase/quadrature modulated signal) and an IP pattern.
  • a complex signal i.e., in-phase/quadrature modulated signal
  • a coherent detector array and a local oscillator may be configured through a 90-degree hybrid and balanced PD.
  • Figure 15 shows an example of a coherent detector to which the second implementation of the present specification is applied.
  • one coherent detector constituting the coherent detector array has two outputs each by two balanced PDs. Accordingly, each path consisting of the low-pass filter and TIA also consists of two paths, but in FIG. 26, for convenience of explanation, it is schematically expressed only with lines.
  • IQ modulation for coherent detection is implemented as a 90-degree hybrid, mixing the output of the local oscillator with the modulated carrier wave received through a 3dB coupler and 90-degree phase shifter.
  • the received signal in the 90-degree hybrid can be expressed as Equation 16.
  • Equation 16 P s , w s , and ⁇ s are the power, frequency, and phase of the received signal, and a(t) and ⁇ (t) are the amplitude and phase of the phase-modulated signal (e.g., QAM signal); ⁇ ns (t) is the phase noise from the Tx laser.
  • P s , w s , and ⁇ s are the power, frequency, and phase of the received signal
  • a(t) and ⁇ (t) are the amplitude and phase of the phase-modulated signal (e.g., QAM signal)
  • ⁇ ns (t) is the phase noise from the Tx laser.
  • the output signal of the local oscillator can be expressed as Equation 17.
  • P LO , w LO , ⁇ LO are the power, frequency, and phase of the output signal of the local oscillator
  • ⁇ nLO (t) is the phase noise from the local oscillator laser
  • the output of the 90-degree hybrid can be composed of four signals as shown in Equation 18.
  • Figure 16 shows another example of a coherent detector to which the second implementation of the present specification is applied.
  • Equation 18 the four signals according to Equation 18 are divided into E out1 (t), E out3 (t), E out2 (t), and E out4 (t) and are applied to two balanced PDs.
  • Equation 19 R is the responsiveness of each PD, w IF is the intermediate frequency corresponding to the difference between the received signal and the carrier frequency of the local oscillator, and ⁇ n (t) is the residual phase noise ( This is the residual phase noise component.
  • the complex signal can be reconstructed through the in-phase element and the quadrature element.
  • Figure 17 shows an example of a 3dB coupler and balanced PD to which the second implementation of the present specification is applied.
  • the 3dB coupler is a device that receives two optical sources as input, mixes them, and then diverges the sources in a 50:50 ratio, creating a phase difference between the output sources according to the 3dB coupler design. You can.
  • Balanced PD is a device that outputs only the current corresponding to the current difference between the optical signals received from two PDs.
  • the paths corresponding to polarization filters 0 and 1 acquire in-phase information and quadrature information by a coherent detector, but the paths corresponding to polarization filters 2 and 3 obtain the signal size by PD. Obtain only information. Therefore, the power measured from the detector of each path is measured in a total of six sizes: P 0 (I) , P 0 (Q) , P 1 (I) , P 1 (Q) , P 2 , and P 3. Among them, P 0 (I) , P 0 (Q) , P 1 (I) , and P 1 (Q) are added together and applied to the ADC of the digital signal processor. Each measured size can be expressed in Equation 21 by the characteristics of the polarizer that each passed through.
  • the Stokes parameter can be obtained as in Equation 22 through the output power of Equation 21.
  • the polarization state can be obtained through the acquired Stokes parameter.
  • the components of the complex signal transmitted by the IP beam are divided into in-phase signals and quadrature signals, but are common for the x- and y-axis components that constitute polarization, so
  • 2 E s (I) can be expressed as E s (I) * , or
  • 2 E s (Q) can be expressed as E s (Q) * .
  • E s (I) and E S (Q) are the received signals converted into amplitude signals through PD and TIA.
  • P 0 (I) , P 0 (Q) , P 1 (I) , P 1 (Q) , P 2 , and P 3 are obtained individually for each photodetector of the coherent detector array and the photodetector array. It can be. In this case, output power can be obtained equal to the number of photo detectors constituting the coherent detector array and the photo detector array.
  • the IP pattern demodulator calculates the Euclidean distance with each modulation state P l for the spatial index (i,j). ), the IP pattern index l is derived.
  • Equation 23 For example, let the elements of the IP pattern matrix P l be p i,j (l) , and when polarization state information expressed as a Stokes vector is used, p i,j (l ) of each spatial index (i,j) ) and the Euclidean distance between S(i,j) obtained above can be measured by Equation 23 below.
  • the IP pattern demodulator can measure the Euclidean distance for all spatial indices according to Equation 23 and add them to demodulate the IP pattern index l with the minimum distance.
  • the receiver may obtain bit stream information by performing demapping in the N-IPM mapping table described above in the first implementation of the present specification, based on the derived IP pattern index l.
  • IP pattern demodulation can be performed based on the IP pattern matrix agreed between the transmitter and receiver. Therefore, when the IP pattern matrix size is M 2 and the size of the spatial index (I,j) measured at the polarization state detector is larger or smaller than M 2 , implementation techniques such as interpolation or compression are used. IP pattern demodulation can be performed for size M2.
  • the IP pattern may be scaled or rotated due to misalignment or distance difference between the transmitter and receiver.
  • Figure 18 shows an example of demodulating an adjusted or rotated IP pattern to which the second implementation of the present specification is applied.
  • the pattern detected in the IP pattern can be directly searched.
  • the detected pattern can be searched by considering the rotation in the IP pattern.
  • the axis facing the transmitter and receiver is the Z axis, and the receiver is tilted to the X or Y axis
  • the pattern detected by the receiver is adjusted to the X or Y axis (X Scaled case or Y Scaled case) case)
  • the detected pattern can be searched by considering the adjustment of the X-axis or Y-axis in the IP pattern.
  • adjustment may occur in the X or Y axis, so the detected pattern can be searched by considering the adjustment of the X or Y axis in the IP pattern.
  • Performance optimization for adjustment and rotation may be implemented differently depending on implementation technology.
  • the digital signal processor is an ADC (Analog-to-Digital Converter) that converts the electrical analog signal converted from the optical detector into a digital signal, and a demodulator that demodulates the digital signal modulated and transmitted through a conventional modulation method.
  • demodulator a data combining unit that combines bit stream 1 demodulated from N-IPM and bit stream 2 demodulated by the demodulator, and a decoder that performs decoding on the combined bit stream information. It is composed.
  • the digital signal processor decodes the signal transmitted from the transmitter and obtains data.
  • the ADC converts the electrical analog signal converted from the polarization state detector into a digital signal.
  • ADC can convert analog signals to digital signals through electrical filters and down-sampling.
  • the ADC can perform conversion on each of the X-polarized signal and Y-polarized signal.
  • the ADC can divide each polarization signal into an in-phase signal and a quadrature signal and perform separate conversion for each.
  • the converted digital signal is applied to the demodulator.
  • the demodulator performs conventional demodulation on the digital signal converted by the ADC to obtain matching coded bits.
  • the demodulator is configured depending on the modulation method used in the modulator, and the configuration of the demodulator may vary depending on the IM/DD method and the phase-based modulation method. Additionally, for each method, the configuration of the demodulator may vary depending on the single carrier method and the multiple carrier method.
  • the data combination unit combines bit stream 1 information demodulated from the N-IPM and bit stream 2 demodulated through a conventional demodulation method.
  • N-IPM When the N-IPM is used alone without a conventional demodulation method, it is obvious that the N-IPM can operate alone without a conventional demodulation device.
  • the decoder obtains digital data by decoding the coded bit stream received from the transmitter.
  • the configuration of the decoder may vary depending on the channel coding method used in the encoder of the transmitter.
  • polarization according to the channel is performed using a pre-arranged uniform polarization pattern as a reference signal.
  • the reference signal may be transmitted periodically based on coherent time for polarization distortion.
  • the N-IPM system may be operated in a difference modulation method using a predetermined uniform polarization pattern as a reference signal.
  • Figure 19 shows an example of obtaining a non-uniform polarization pattern based on difference information to which the third implementation of the present specification is applied.
  • the transmitter transmits a uniform polarization pattern corresponding to the reference signal in time slot 0.
  • the transmitting end transmits IP beams 1 to 3 in time slots 1 to 3, respectively, using a difference modulation-based N-IPM system.
  • the polarization difference for each spatial index (i,j) between the beam transmitted in time slot 0 and time slot 1 may be the IP pattern index specified in N-IPM.
  • the polarization difference for each spatial index (i,j) between beams transmitted in time slot 1 and time slot 2 and time slot 3 can be the IP pattern index specified in N-IPM. there is.
  • the receiving end measures a pre-arranged uniform polarization pattern at time slot 0.
  • the receiving end measures the polarization for each spatial index (i,j) of IP beam 1 in time slot 1, and then measures the difference with the polarization for each spatial index (i,j) measured in time slot 0, Derive the IP pattern index.
  • the receiving end performs demodulation based on the derived IP pattern index.
  • the polarization difference for each spatial index (i,j) between time slot 1 and time slot 2, and time slot 2 and time slot 3 can also be measured in the same way, and the receiving end performs demodulation of the IP pattern index accordingly.
  • a new modulation method utilizing wavefront spatial characteristics may be provided.
  • the data rate of communication can be increased.

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Abstract

광학 무선 통신(OWC; Optical Wireless Communication) 시스템에서 사용되는 방법 및 장치가 제공된다. 송신단은 편광(polarization)의 중첩(superposition)을 기반으로 복수의 불균일 편광 패턴(inhomogeneous polarization pattern)을 생성한다. 또한, 송신단은 상기 복수의 불균일 편광 패턴 각각에 대해 변조 상태 및 정보 비트를 맵핑하고, 상기 복수의 불균일 편광 패턴 중 하나의 불균일 편광 패턴을 기반으로 신호를 변조하여 전송한다. 수신단은 변조된 신호를 수신하여, 상기 변조된 신호에 대한 편광 측정을 기반으로 복수의 불균일 편광 패턴 중 하나의 불균일 편광 패턴을 결정한다. 수신단은 상기 하나의 불균일 편광 패턴에 맵핑되는 정보 비트를 결정하고, 및 상기 정보 비트에 맵핑되는 변조 상태를 기반으로 상기 변조된 신호를 복조한다.

Description

불균일 편광 변조를 위한 방법 및 장치
본 명세서는 광학 무선 통신(OWC; Optical Wireless Communication) 시스템에서 사용되는 방법 및 장치에 관한 것이다.
5세대(5G; 5th generation) 이동 통신 기술에 해당하는 NR(New Radio)의 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.
무선 주파수 대역의 전자기파는 무선 통신 기술의 자원으로서 널리 사용되어 왔다. 현재까지 통신 세대가 발달할수록 요구되는 방대한 무선 통신 트래픽은 사용 가능한 무선 주파수 대역을 높이거나 기지국이 담당하는 셀의 크기를 줄이는 방법으로 처리하였다. 하지만 주파수가 수십 GHz 이상으로 증가하여 발생하는 전자 소자의 한계 및 반송파의 직진성 증가로 인한 고도화된 빔포밍 기술의 요구 등으로 인해, 무선 주파수 대역에서의 무선 통신 기술 개발은 갈수록 어려워지고 있다.
광학 무선 통신(OWC; Optical Wireless Communication)은 미래의 이동 통신 시스템을 구성하는 데 좋은 대안이 될 수 있다. OWC는 주파수 할당 규제에서 자유로운 초 광대역 광 주파수 자원을 사용할 수 있고, 이미 상당히 성숙한 광 섬유 기반 초고속 통신 시스템 기술을 사용할 수 있는 장점이 있다. 현재 활발히 연구 및 개발되고 있는 빔포밍 기술 또한 이동형 무선 광학 통신 시스템에서 사용하는 빔 정렬 기술과 근간이 다르지 않아 적용이 쉬울 것으로 예상된다.
미세 빔이 전송되는 환경에서는, 송수신단 사이에서 형성되는 링크가 단일 경로일 확률이 높다. 따라서, 단일 경로를 통한 높은 채널 이득(channel gain)은 기대할 수 있지만, 다중 안테나 송수신 시스템인 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)의 공간 다이버시티(spatial diversity)를 기대하기는 어렵다. 따라서, 단일 경로의 높은 채널 이득이 보장될 때 데이터 속도(data rate)를 극대화하기 위해서는 높은 변조 차수(modulation order)를 통한 스펙트럼 효율(spectral efficiency)의 증대가 요구된다.
일 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 송신단에 의해 수행되는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 편광(polarization)의 중첩(superposition)을 기반으로 복수의 불균일 편광 패턴(inhomogeneous polarization pattern)을 생성하는 단계, 상기 복수의 불균일 편광 패턴 각각에 대해 변조 상태 및 정보 비트를 맵핑하는 단계, 상기 복수의 불균일 편광 패턴 중 하나의 불균일 편광 패턴을 기반으로 신호를 변조하는 단계, 및 상기 변조된 신호를 수신단으로 전송하는 단계를 포함한다.
다른 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 수신단에 의해 수행되는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 송신단으로부터 변조된 신호를 수신하는 단계, 상기 변조된 신호에 대한 편광 측정을 기반으로 복수의 불균일 편광 패턴(inhomogeneous polarization pattern) 중 하나의 불균일 편광 패턴을 결정하는 단계, 상기 하나의 불균일 편광 패턴에 맵핑되는 정보 비트를 결정하는 단계, 및 상기 정보 비트에 맵핑되는 변조 상태를 기반으로 상기 변조된 신호를 복조하는 단계를 포함한다.
다른 양태에 있어서, 상기 방법을 구현하는 장치가 제공된다.
본 명세서는 다양한 효과를 가질 수 있다.
예를 들어, 좁은 빔을 활용하는 LOS OWC 환경에서 파면 공간 특성을 활용하는 신규 변조 방식이 제공될 수 있다.
예를 들어, LOS 환경에서 공간 차원을 활용하여, 통신의 데이터 속도를 증가할 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 본 명세서의 구현이 적용되는 통신 시스템의 예를 나타낸다.
도 2는 본 명세서의 구현이 적용되는 무선 장치의 예를 나타낸다.
도 3은 본 명세서의 구현이 적용되는 무선 장치의 예를 나타낸다.
도 4는 본 명세서의 구현이 적용되는 UE의 예를 나타낸다.
도 5는 본 명세서의 구현이 적용되는 이동 OWC에서 빔 형성의 예를 나타낸다.
도 6은 본 명세서의 구현이 적용되는 불균일 빔 형성의 예를 나타낸다.
도 7은 본 명세서의 구현이 적용되는 송신단에 의해 수행되는 방법의 예를 나타낸다.
도 8은 본 명세서의 구현이 적용되는 수신단에 의해 수행되는 방법의 예를 나타낸다.
도 9는 본 명세서의 제1 구현이 적용되는 4-IPM에 대한 각 IP 패턴 행렬의 예이다.
도 10은 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 송신기의 구조의 예를 나타낸다.
도 11은 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 광학 신호 프로세서 내의 불균일 편광 변조기의 상세 구조의 예를 나타낸다.
도 12는 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 수신기의 구조의 예를 나타낸다.
도 13은 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 편광 상태 검출기의 상세 구조의 예를 나타낸다.
도 14는 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 편광 상태 검출기의 상세 구조의 다른 예를 나타낸다.
도 15는 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 코히어런트 검출기의 예를 나타낸다.
도 16은 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 코히어런트 검출기의 다른 예를 나타낸다.
도 17은 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 3dB 커플러와 균형 PD의 예를 나타낸다.
도 18은 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 조정되거나 회전된 IP 패턴을 복조하는 예를 나타낸다.
도 19는 본 명세서의 제3 구현이 적용되는 차이 정보를 기반으로 불균일 편광 패턴을 획득하는 예를 나타낸다.
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.
도 1은 본 명세서의 구현이 적용되는 통신 시스템의 예를 나타낸다.
도 1에 표시된 5G 사용 시나리오는 본보기일 뿐이며, 본 명세서의 기술적 특징은 도 1에 나와 있지 않은 다른 5G 사용 시나리오에 적용될 수 있다.
5G에 대한 세 가지 주요 요구사항 범주는 (1) 향상된 모바일 광대역(eMBB; enhanced Mobile BroadBand) 범주, (2) 거대 기계 유형 통신(mMTC; massive Machine Type Communication) 범주 및 (3) 초고신뢰 저지연 통신(URLLC; Ultra-Reliable and Low Latency Communications) 범주이다.
도 1을 참조하면, 통신 시스템(1)은 무선 장치(100a~100f), 기지국(BS; 200) 및 네트워크(300)을 포함한다. 도 1은 통신 시스템(1)의 네트워크의 예로 5G 네트워크를 설명하지만, 본 명세서의 구현은 5G 시스템에 국한되지 않으며, 5G 시스템을 넘어 미래의 통신 시스템에 적용될 수 있다.
기지국(200)과 네트워크(300)는 무선 장치로 구현될 수 있으며, 특정 무선 장치는 다른 무선 장치와 관련하여 기지국/네트워크 노드로 작동할 수 있다.
무선 장치(100a~100f)는 무선 접속 기술(RAT; Radio Access Technology) (예: 5G NR 또는 LTE)을 사용하여 통신을 수행하는 장치를 나타내며, 통신/무선/5G 장치라고도 할 수 있다. 무선 장치(100a~100f)는, 이에 국한되지 않고, 로봇(100a), 차량(100b-1 및 100b-2), 확장 현실(XR; eXtended Reality) 장치(100c), 휴대용 장치(100d), 가전 제품(100e), IoT(Internet-Of-Things) 장치(100f) 및 인공 지능(AI; Artificial Intelligence) 장치/서버(400)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 차량에는 무선 통신 기능이 있는 차량, 자율주행 차량 및 차량 간 통신을 수행할 수 있는 차량이 포함될 수 있다. 차량에는 무인 항공기(UAV; Unmanned Aerial Vehicle)(예: 드론)가 포함될 수 있다. XR 장치는 AR(Augmented Reality)/VR(Virtual Reality)/MR(Mixed Realty) 장치를 포함할 수 있으며, 차량, 텔레비전, 스마트폰, 컴퓨터, 웨어러블 장치, 가전 제품, 디지털 표지판, 차량, 로봇 등에 장착된 HMD(Head-Mounted Device), HUD(Head-Up Display)의 형태로 구현될 수 있다. 휴대용 장치에는 스마트폰, 스마트 패드, 웨어러블 장치(예: 스마트 시계 또는 스마트 안경) 및 컴퓨터(예: 노트북)가 포함될 수 있다. 가전 제품에는 TV, 냉장고, 세탁기가 포함될 수 있다. IoT 장치에는 센서와 스마트 미터가 포함될 수 있다.
본 명세서에서, 무선 장치(100a~100f)는 사용자 장비(UE; User Equipment)라고 부를 수 있다. UE는 예를 들어, 휴대 전화, 스마트폰, 노트북 컴퓨터, 디지털 방송 단말기, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 시스템, 슬레이트 PC, 태블릿 PC, 울트라북, 차량, 자율주행 기능이 있는 차량, 연결된 자동차, UAV, AI 모듈, 로봇, AR 장치, VR 장치, MR 장치, 홀로그램 장치, 공공 안전 장치, MTC 장치, IoT 장치, 의료 장치, 핀테크 장치(또는 금융 장치), 보안 장치, 날씨/환경 장치, 5G 서비스 관련 장치 또는 4차 산업 혁명 관련 장치를 포함할 수 있다.
무선 장치(100a~100f)는 기지국(200)을 통해 네트워크(300)와 연결될 수 있다. 무선 장치(100a~100f)에는 AI 기술이 적용될 수 있으며, 무선 장치(100a~100f)는 네트워크(300)를 통해 AI 서버(400)와 연결될 수 있다. 네트워크(300)는 3G 네트워크, 4G(예: LTE) 네트워크, 5G(예: NR) 네트워크 및 5G 이후의 네트워크 등을 이용하여 구성될 수 있다. 무선 장치(100a~100f)는 기지국(200)/네트워크(300)를 통해 서로 통신할 수도 있지만, 기지국(200)/네트워크(300)를 통하지 않고 직접 통신(예: 사이드링크 통신(sidelink communication))할 수도 있다. 예를 들어, 차량(100b-1, 100b-2)은 직접 통신(예: V2V(Vehicle-to-Vehicle)/V2X(Vehicle-to-everything) 통신)을 할 수 있다. 또한, IoT 기기(예: 센서)는 다른 IoT 기기(예: 센서) 또는 다른 무선 장치(100a~100f)와 직접 통신을 할 수 있다.
무선 장치(100a~100f) 간 및/또는 무선 장치(100a~100f)와 기지국(200) 간 및/또는 기지국(200) 간에 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)이 확립될 수 있다. 여기서, 무선 통신/연결은 상향/하향링크 통신(150a), 사이드링크 통신(150b)(또는, D2D(Device-To-Device) 통신), 기지국 간 통신(150c)(예: 중계, IAB(Integrated Access and Backhaul)) 등과 같이 다양한 RAT(예: 5G NR)을 통해 확립될 수 있다. 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)을 통해 무선 장치(100a~100f)와 기지국(200)은 서로 무선 신호를 송신/수신할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)은 다양한 물리 채널을 통해 신호를 송신/수신할 수 있다. 이를 위해, 본 명세서의 다양한 제안에 기반하여, 무선 신호의 송신/수신을 위한 다양한 구성 정보 설정 과정, 다양한 신호 처리 과정(예: 채널 인코딩/디코딩, 변조/복조, 자원 맵핑/디맵핑 등), 및 자원 할당 과정 등 중 적어도 일부가 수행될 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.
주파수 범위 정의 주파수 범위 부반송파 간격
FR1 450MHz - 6000MHz 15, 30, 60kHz
FR2 24250MHz - 52600MHz 60, 120, 240kHz
상술한 바와 같이, NR 시스템의 주파수 범위의 수치는 변경될 수 있다. 예를 들어, FR1은 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.
주파수 범위 정의 주파수 범위 부반송파 간격
FR1 410MHz - 7125MHz 15, 30, 60kHz
FR2 24250MHz - 52600MHz 60, 120, 240kHz
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 2는 본 명세서의 구현이 적용되는 무선 장치의 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 제1 무선 장치(100)와 제2 무선 장치(200)는 다양한 RAT(예: LTE 및 NR)를 통해 외부 장치로/외부 장치로부터 무선 신호를 송수신할 수 있다.
도 2에서, {제1 무선 장치(100) 및 제2 무선 장치(200)}은(는) 도 1의 {무선 장치(100a~100f) 및 기지국(200)}, {무선 장치(100a~100f) 및 무선 장치(100a~100f)} 및/또는 {기지국(200) 및 기지국(200)} 중 적어도 하나에 대응할 수 있다.
제1 무선 장치(100)는 송수신기(106)와 같은 적어도 하나의 송수신기, 프로세싱 칩(101)과 같은 적어도 하나의 프로세싱 칩 및/또는 하나 이상의 안테나(108)를 포함할 수 있다.
프로세싱 칩(101)은 프로세서(102)와 같은 적어도 하나의 프로세서와 메모리(104)와 같은 적어도 하나의 메모리를 포함할 수 있다. 도 2에는 메모리(104)가 프로세싱 칩(101)에 포함되는 것이 본보기로 보여진다. 추가적으로 및/또는 대체적으로, 메모리(104)는 프로세싱 칩(101) 외부에 배치될 수 있다.
프로세서(102)는 메모리(104) 및/또는 송수신기(106)를 제어할 수 있으며, 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(102)는 메모리(104) 내의 정보를 처리하여 제1 정보/신호를 생성하고, 제1 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 송수신기(106)를 통해 전송할 수 있다. 프로세서(102)는 송수신기(106)를 통해 제2 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신하고, 제2 정보/신호를 처리하여 얻은 정보를 메모리(104)에 저장할 수 있다.
메모리(104)는 프로세서(102)에 동작 가능하도록 연결될 수 있다. 메모리(104)는 다양한 유형의 정보 및/또는 명령을 저장할 수 있다. 메모리(104)는 프로세서(102)에 의해 실행될 때 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 수행하는 명령을 구현하는 소프트웨어 코드(105)를 저장할 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 코드(105)는 프로세서(102)에 의해 실행될 때, 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 수행하는 명령을 구현할 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 코드(105)는 하나 이상의 프로토콜을 수행하기 위해 프로세서(102)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 코드(105)는 하나 이상의 무선 인터페이스 프로토콜 계층을 수행하기 위해 프로세서(102)를 제어할 수 있다.
여기에서, 프로세서(102)와 메모리(104)는 RAT(예: LTE 또는 NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(106)는 프로세서(102)에 연결되어 하나 이상의 안테나(108)를 통해 무선 신호를 전송 및/또는 수신할 수 있다. 각 송수신기(106)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다. 송수신기(106)는 RF(Radio Frequency)부와 교체 가능하게 사용될 수 있다. 본 명세서에서 제1 무선 장치(100)는 통신 모뎀/회로/칩을 나타낼 수 있다.
제2 무선 장치(200)는 송수신기(206)와 같은 적어도 하나의 송수신기, 프로세싱 칩(201)과 같은 적어도 하나의 프로세싱 칩 및/또는 하나 이상의 안테나(208)를 포함할 수 있다.
프로세싱 칩(201)은 프로세서(202)와 같은 적어도 하나의 프로세서와 메모리(204)와 같은 적어도 하나의 메모리를 포함할 수 있다. 도 2에는 메모리(204)가 프로세싱 칩(201)에 포함되는 것이 본보기로 보여진다. 추가적으로 및/또는 대체적으로, 메모리(204)는 프로세싱 칩(201) 외부에 배치될 수 있다.
프로세서(202)는 메모리(204) 및/또는 송수신기(206)를 제어할 수 있으며, 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(202)는 메모리(204) 내의 정보를 처리하여 제3 정보/신호를 생성하고, 제3 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 송수신기(206)를 통해 전송할 수 있다. 프로세서(202)는 송수신기(206)를 통해 제4 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신하고, 제4 정보/신호를 처리하여 얻은 정보를 메모리(204)에 저장할 수 있다.
메모리(204)는 프로세서(202)에 동작 가능하도록 연결될 수 있다. 메모리(204)는 다양한 유형의 정보 및/또는 명령을 저장할 수 있다. 메모리(204)는 프로세서(202)에 의해 실행될 때 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 수행하는 명령을 구현하는 소프트웨어 코드(205)를 저장할 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 코드(205)는 프로세서(202)에 의해 실행될 때, 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 수행하는 명령을 구현할 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 코드(205)는 하나 이상의 프로토콜을 수행하기 위해 프로세서(202)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 코드(205)는 하나 이상의 무선 인터페이스 프로토콜 계층을 수행하기 위해 프로세서(202)를 제어할 수 있다.
여기에서, 프로세서(202)와 메모리(204)는 RAT(예: LTE 또는 NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(206)는 프로세서(202)에 연결되어 하나 이상의 안테나(208)를 통해 무선 신호를 전송 및/또는 수신할 수 있다. 각 송수신기(206)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다. 송수신기(206)는 RF부와 교체 가능하게 사용될 수 있다. 본 명세서에서 제2 무선 장치(200)는 통신 모뎀/회로/칩을 나타낼 수 있다.
이하, 무선 장치(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(physical) 계층, MAC(Media Access Control) 계층, RLC(Radio Link Control) 계층, PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층, RRC(Radio Resource Control) 계층, SDAP(Service Data Adaptation Protocol) 계층과 같은 기능적 계층)을 구현할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도에 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 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도에 따라 메시지, 제어 정보, 데이터 또는 정보를 생성할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도에 따라 PDU, SDU, 메시지, 제어 정보, 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 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도에 따라 PDU, SDU, 메시지, 제어 정보, 데이터 또는 정보를 획득할 수 있다.
하나 이상의 프로세서(102, 202)는 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 및/또는 마이크로 컴퓨터로 지칭될 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 및/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) 및/또는 하나 이상의 FPGA(Field Programmable Gate Arrays)가 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 포함될 수 있다. 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도는 펌웨어 및/또는 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있고, 펌웨어 및/또는 소프트웨어는 모듈, 절차, 기능을 포함하도록 구현될 수 있다. 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도를 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 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도는 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(Read-Only Memory), RAM(Random Access Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), 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 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 전송할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 다른 장치로부터 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도에서 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, 무선 신호 등을 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, 무선 신호 등을 수신하도록 제어할 수 있다.
하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 안테나(108, 208)와 연결될 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 안테나(108, 208)를 통해 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 흐름도에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 송수신하도록 설정될 수 있다. 본 명세서에서, 하나 이상의 안테나(108, 208)는 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 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 RF 밴드 신호에서 베이스밴드 신호로 변환할 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) 발진기(oscillator) 및/또는 필터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)의 제어 하에 (아날로그) 발진기 및/또는 필터를 통해 OFDM 베이스밴드 신호를 OFDM 신호로 상향 변환(up-convert)하고, 상향 변환된 OFDM 신호를 반송파 주파수에서 전송할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 반송파 주파수에서 OFDM 신호를 수신하고, 하나 이상의 프로세서(102, 202)의 제어 하에 (아날로그) 발진기 및/또는 필터를 통해 OFDM 신호를 OFDM 베이스밴드 신호로 하향 변환(down-convert)할 수 있다.
본 명세서의 구현에서, UE는 상향링크에서 송신 장치로, 하향링크에서 수신 장치로 작동할 수 있다. 본 명세서의 구현에서, 기지국은 UL에서 수신 장치로, DL에서 송신 장치로 동작할 수 있다. 이하에서 기술 상의 편의를 위하여, 제1 무선 장치(100)는 UE로, 제2 무선 장치(200)는 기지국으로 동작하는 것으로 주로 가정한다. 예를 들어, 제1 무선 장치(100)에 연결, 탑재 또는 출시된 프로세서(102)는 본 명세서의 구현에 따라 UE 동작을 수행하거나 본 명세서의 구현에 따라 UE 동작을 수행하도록 송수신기(106)를 제어하도록 구성될 수 있다. 제2 무선 장치(200)에 연결, 탑재 또는 출시된 프로세서(202)는 본 명세서의 구현에 따른 기지국 동작을 수행하거나 본 명세서의 구현에 따른 기지국 동작을 수행하기 위해 송수신기(206)를 제어하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서, 기지국은 노드 B(Node B), eNode B(eNB), gNB로 불릴 수 있다.
도 3은 본 명세서의 구현이 적용되는 무선 장치의 예를 나타낸다.
무선 장치는 사용 예/서비스에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다(도 1 참조).
도 3을 참조하면, 무선 장치(100, 200)는 도 2의 무선 장치(100, 200)에 대응할 수 있으며, 다양한 구성 요소, 장치/부분 및/또는 모듈에 의해 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 무선 장치(100, 200)는 통신 장치(110), 제어 장치(120), 메모리 장치(130) 및 추가 구성 요소(140)를 포함할 수 있다. 통신 장치(110)는 통신 회로(112) 및 송수신기(114)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 회로(112)는 도 2의 하나 이상의 프로세서(102, 202) 및/또는 도 2의 하나 이상의 메모리(104, 204)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 송수신기(114)는 도 2의 하나 이상의 송수신기(106, 206) 및/또는 도 2의 하나 이상의 안테나(108, 208)를 포함할 수 있다. 제어 장치(120)는 통신 장치(110), 메모리 장치(130), 추가 구성 요소(140)에 전기적으로 연결되며, 각 무선 장치(100, 200)의 전체 작동을 제어한다. 예를 들어, 제어 장치(120)는 메모리 장치(130)에 저장된 프로그램/코드/명령/정보를 기반으로 각 무선 장치(100, 200)의 전기/기계적 작동을 제어할 수 있다. 제어 장치(120)는 메모리 장치(130)에 저장된 정보를 무선/유선 인터페이스를 통해 통신 장치(110)를 거쳐 외부(예: 기타 통신 장치)로 전송하거나, 또는 무선/유선 인터페이스를 통해 통신 장치(110)를 거쳐 외부(예: 기타 통신 장치)로부터 수신한 정보를 메모리 장치(130)에 저장할 수 있다.
추가 구성 요소(140)는 무선 장치(100, 200)의 유형에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 추가 구성 요소(140)는 동력 장치/배터리, 입출력(I/O) 장치(예: 오디오 I/O 포트, 비디오 I/O 포트), 구동 장치 및 컴퓨팅 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 무선 장치(100, 200)는, 이에 국한되지 않고, 로봇(도 1의 100a), 차량(도 1의 100b-1 및 100b-2), XR 장치(도 1의 100c), 휴대용 장치(도 1의 100d), 가전 제품(도 1의 100e), IoT 장치(도 1의 100f), 디지털 방송 단말, 홀로그램 장치, 공공 안전 장치, MTC 장치, 의료 장치, 핀테크 장치(또는 금융 장치), 보안 장치, 기후/환경 장치, AI 서버/장치(도 1의 400), 기지국(도 1의 200), 네트워크 노드의 형태로 구현될 수 있다. 무선 장치(100, 200)는 사용 예/서비스에 따라 이동 또는 고정 장소에서 사용할 수 있다.
도 3에서, 무선 장치(100, 200)의 다양한 구성 요소, 장치/부분 및/또는 모듈의 전체는 유선 인터페이스를 통해 서로 연결되거나, 적어도 일부가 통신 장치(110)를 통해 무선으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 각 무선 장치(100, 200)에서, 제어 장치(120)와 통신 장치(110)는 유선으로 연결되고, 제어 장치(120)와 제1 장치(예: 130과 140)는 통신 장치(110)를 통해 무선으로 연결될 수 있다. 무선 장치(100, 200) 내의 각 구성 요소, 장치/부분 및/또는 모듈은 하나 이상의 요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(120)는 하나 이상의 프로세서 집합에 의해 구성될 수 있다. 일 예로, 제어 장치(120)는 통신 제어 프로세서, 애플리케이션 프로세서(AP; Application Processor), 전자 제어 장치(ECU; Electronic Control Unit), 그래픽 처리 장치 및 메모리 제어 프로세서의 집합에 의해 구성될 수 있다. 또 다른 예로, 메모리 장치(130)는 RAM, DRAM(Dynamic RAM), ROM, 플래시 메모리, 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 및/또는 이들의 조합에 의해 구성될 수 있다.
도 4는 본 명세서의 구현이 적용되는 UE의 예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, UE(100)는 도 2의 제1 무선 장치(100) 및/또는 도 3의 무선 장치(100 또는 200)에 대응할 수 있다.
UE(100)는 프로세서(102), 메모리(104), 송수신기(106), 하나 이상의 안테나(108), 전원 관리 모듈(141), 배터리(142), 디스플레이(143), 키패드(144), SIM(Subscriber Identification Module) 카드(145), 스피커(146), 마이크(147)를 포함한다.
프로세서(102)는 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(102)는 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 구현하도록 UE(100)의 하나 이상의 다른 구성 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층은 프로세서(102)에 구현될 수 있다. 프로세서(102)는 ASIC, 기타 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 프로세서(102)는 애플리케이션 프로세서일 수 있다. 프로세서(102)는 DSP, CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphics Processing Unit), 모뎀(변조 및 복조기) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 프로세서(102)의 예는 Qualcomm®에서 만든 SNAPDRAGONTM 시리즈 프로세서, Samsung®에서 만든 EXYNOSTM 시리즈 프로세서, Apple®에서 만든 A 시리즈 프로세서, MediaTek®에서 만든 HELIOTM 시리즈 프로세서, Intel®에서 만든 ATOMTM 시리즈 프로세서 또는 대응하는 차세대 프로세서에서 찾을 수 있다.
메모리(104)는 프로세서(102)와 동작 가능하도록 결합되며, 프로세서(102)를 작동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 메모리(104)는 ROM, RAM, 플래시 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 기타 저장 장치를 포함할 수 있다. 구현이 소프트웨어에서 구현될 때, 여기에 설명된 기술은 본 명세서에서 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 작동 흐름도를 수행하는 모듈(예: 절차, 기능 등)을 사용하여 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(104)에 저장되고 프로세서(102)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(104)는 프로세서(102) 내에 또는 프로세서(102) 외부에 구현될 수 있으며, 이 경우 기술에서 알려진 다양한 방법을 통해 프로세서(102)와 통신적으로 결합될 수 있다.
송수신기(106)는 프로세서(102)와 동작 가능하도록 결합되며, 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다. 송수신기(106)는 송신기와 수신기를 포함한다. 송수신기(106)는 무선 주파수 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 송수신기(106)는 하나 이상의 안테나(108)를 제어하여 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다.
전원 관리 모듈(141)은 프로세서(102) 및/또는 송수신기(106)의 전원을 관리한다. 배터리(142)는 전원 관리 모듈(141)에 전원을 공급한다.
디스플레이(143)는 프로세서(102)에 의해 처리된 결과를 출력한다. 키패드(144)는 프로세서(102)에서 사용할 입력을 수신한다. 키패드(144)는 디스플레이(143)에 표시될 수 있다.
SIM 카드(145)는 IMSI(International Mobile Subscriber Identity)와 관련 키를 안전하게 저장하기 위한 집적 회로이며, 휴대 전화나 컴퓨터와 같은 휴대 전화 장치에서 가입자를 식별하고 인증하는 데에 사용된다. 또한, 많은 SIM 카드에 연락처 정보를 저장할 수도 있다.
스피커(146)는 프로세서(102)에서 처리한 사운드 관련 결과를 출력한다. 마이크(147)는 프로세서(102)에서 사용할 사운드 관련 입력을 수신한다.
6G 무선 통신 시스템(이하, 간단히 6G로 표현될 수 있다)은, (i) 장치 당 매우 높은 데이터 속도, (ii) 매우 많은 수의 연결된 장치, (iii) 글로벌 연결성(global connectivity), (iv) 매우 낮은 지연, (v) 배터리-프리(battery-free) IoT 장치의 에너지 소비의 감소, (vi) 초고신뢰성 연결, (vii) 머신 러닝 능력을 가지는 연결된 지능 등을 목적으로 한다. 6G의 지능형 연결(intelligent connectivity), 깊은 연결(deep connectivity), 홀로그램 연결(holographic connectivity) 및 유비쿼터스 연결(ubiquitous connectivity)와 같은 4가지 측면을 포함할 수 있다. 6G는 5G의 주요 범주인 eMBB, URLLC, mMTC 외에, AI 통합 커뮤니케이션(AI integrated communication), 촉각 인터넷(tactile internet), 높은 처리량(high throughput), 높은 네트워크 용량(high network capacity), 높은 에너지 효율성(high energy efficiency), 낮은 백홀 및 접속 네트워크 혼잡(low backhaul and access network congestion) 및 향상된 데이터 보안(enhanced data security) 등을 핵심 요소(key factor)로 할 수 있다.
6G를 위한 핵심 기술의 일부로, 광학 무선 통신(OWC; Optical Wireless Communication)이 사용될 수 있다. OWC는 4G부터 이미 사용되고 있으나, 6G의 요구 사항을 충족하기 위해 더 널리 사용될 것으로 예상된다. OWC는 6G에서 가능한 모든 장치-대-접속 네트워크를 위한 RF 기반 통신 외에도, 네트워크-대-백홀(backhaul)/프론트홀(fronthaul) 네트워크 연결에 적용될 수 있다. 광 충실도(light fidelity), 가시광 통신, 광 카메라 통신 및 광 대역에 기초한 FSO 통신과 같은 OWC 관련 기술은 이미 잘 알려진 기술이다. OWC 기반의 통신은 매우 높은 데이터 속도, 낮은 지연 시간 및 안전한 통신을 제공할 수 있다. 또한, 6G에서 LiDAR(Light Detection And Ranging)가 광 대역을 기반으로 초 고해상도 3D 맵핑을 위해 이용될 수 있다.
이하, 본 명세서에서 사용되는 기호/약어/용어는 다음과 같다.
- OF: Optical Frequency (광학 주파수)
- OWC: Optical Wireless Communication (광학 무선 통신)
- NLOS: Non-Line of Sight (비시야선)
- DSP: Digital Signal Processor (디지털 신호 프로세서)
- HP: Horizontal Polarization (수평 편광)
- VP: Vertical Polarization (수직 편광)
- RCP: Right-hand Circular Polarization (우원 편광)
- LCP: Left-hand Circular Polarization (좌원 편광)
- REP: Right-hand Elliptical Polarization (우타원 편광)
- LEP: Left-hand Elliptical Polarization (좌타원 편광)
- LG: Laguerre Gaussian (라게르 가우시안)
- HG: Hermite Gaussian (에르미트 가우시안)
- TIA: Transimpedance Amplifier (트랜스임피던스 증폭기)
3GPP LTE 또는 NR의 RF 통신과 달리, OWC은 매우 작은 빔 폭을 사용할 수 있다. 별도의 기술을 통해 빔 분산(beam divergence)를 제어하고, 빔 PAT(Pointing Acquisition Tracking)를 구현하면, 송신단에서 생성/전송한 빔 대부분을 수신단에서 수신할 수 있다.
도 5는 본 명세서의 구현이 적용되는 이동 OWC에서 빔 형성의 예를 나타낸다.
도 5을 참조하면, 송신단과 수신단 사이의 거리가 50m이고, 송신단은 빔 발산의 반각(half angle)이 약 100 마이크로 라디언(micro-radian)인 미세 빔(pencil beam)을 송신한다고 가정한다. 이때, 수신단에서 기대되는 빔 직경(beam diameter)는 5mm~3.5cm이다.
이하, 본 명세서의 다양한 구현에 따라, 광학 빔을 불균일(inhomogeneous) 정보를 포함하도록 구성하고, 이를 2차원 빔 패턴을 기반으로 변조하는 방법을 설명한다.
먼저, 불균일 빔에 대해서 설명한다.
도 6은 본 명세서의 구현이 적용되는 불균일 빔 형성의 예를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 송신단은 빔 탐색을 위해 넓은 불균일 빔을 송신한다. 넓은 불균일 빔은 셀 영역 전체에 대해 전송될 수 있다. 전송되는 넓은 불균일 빔은 위치에 따라 서로 다른 정보(즉, 불균일 정보)를 대표하는 알파벳 'A'부터 'R'까지 전달할 수 있다.
수신단의 수신 어퍼쳐의 위치에 따라 검출되는 정보가 서로 다를 수 있다. 도 6에서는 수신 어퍼쳐의 위치가 'K'로 대표되는 정보가 전달되는 빔의 영역에 위치하는 것을 가정한다. 수신단은 수신 어퍼쳐를 통해 정보('K')를 검출할 수 있다.
불균일 빔은 송수신 관점에서 광학 빔(optical beam)의 광축에 수직한 파면(wavefront)에 대해서 불균일 정보를 가지는 광학 빔으로 정의할 수 있다. 일반적으로 빔 탐색에서 빔을 구분하는 물리 자원인 시간, 주파수 및/또는 공간이 같은 환경에서, 불균일 정보로 구성된 빔을 불균일 빔이라 할 수 있다. 불균일 빔을 통해 전송되는 불균일 정보는 강도(intensity), 위상(phase), 편광(polarization) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
불균일 정보를 강도 및/또는 위상으로 구성하면, 송신단과 수신단 사이의 거리에 따라 강도 및/또는 위상의 변화가 발생할 수 있으므로, 광축을 기준으로 위치에 따른 강도 및/또는 위상의 변화와 거리에 따른 변화를 구분할 수 없다. 반면에 불균일 정보를 편광으로 구성하면, 편광은 송신단과 수신단 사이의 거리에 따른 변화가 존재하지 않는다. 따라서, 불균일 편광이 송신단과 수신단 사이의 거리 및/또는 채널에 무관한 불균일 정보로 사용될 수 있다.
이하 본 명세서에서는 채널 영향도가 가장 낮은 편광이 불균일 정보로 사용되는 것을 가정한다. 그러나 이는 예시에 불과하며, 불균일 정보는 강도, 위상 및/또는 편광을 기반으로 어떤 형태로든 구성이 가능하다. 즉, 이하 본 명세서에서 설명되는 불균일 정보 기반의 변조는, 편광뿐만 아니라 강도 및/또는 위상으로 구성된 불균일 정보를 기반으로도 적용될 수 있다.
임의의 편광을 가지는 신호는 하나의 신호에 대한 임의의 두 개의 편광 신호의 합으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 편광 1 + 편광 2 = (균일 심볼을 위한) 중첩된 편광(superposed polarization)으로 표현할 수 있다. 이를 수학적으로 표현하면, 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000001
수학식 1에서, Am, An, Ac는 각각 m, n번째 신호의 진폭(amplitude)와 중첩된 신호의 진폭을 나타낸다. θm, θn, θc는 각각 m, n번째 신호의 위상과 중첩된 신호의 위상을 나타낸다. |Pm>, |Pn>, |Pc>는 각각 존스 벡터(Jones Vector)로 표현한 m, n번째 신호의 편광과 중첩된 신호의 편광을 나타낸다.
각 편광의 진폭 및/또는 위상의 차이에 따라 중첩된 편광의 특성이 달라질 수 있다. 수학식 2는 중첩된 편광의 예시이다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000002
수학식 2에서, |H>, |V>, |45+>, |-45>은 각각 직선 편광(linear polarization)의 수평 편광(horizontal polarization), 수직 편광(vertical polarization), x축을 기준으로 하는 +45도 편광 및 -45도 편광을 나타낸다. |RCP>, |LCP>는 각각 우원 편광과 좌원 편광을 나타낸다. |REP>, |LEP>는 각각 우타원 편광과 좌타원 편광을 나타낸다.
각 편광의 진폭 및/또는 위상의 차이에 따라 중첩된 편광의 특성이 달라지는 것을 모두 표현하는 빔을 푸앵카레 빔(Poincare beam)으로 정의할 수 있다. 또한, 모든 경우의 푸앵카레 빔을 표현하는 구(sphere)를 푸앵카레 구로 정의할 수 있다.
그러면, 2개의 기본 편광(basis polarization)을 RCP와 LCP로 할 때, 각 기본 편광의 진폭과 위상 차이를 기반으로 표현하는 푸앵카레 구가 도식화될 수 있다. 또한, 푸앵카레 구 상의 모든 편광 상태를 표현하기 위해 스톡스 파라미터(Stokes parameter) [S0, S1, S2, S3]가 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000003
수학식 3에서, Ex, Ey는 x축 방향의 E 필드(E-field)와 y축 방향의 E 필드를 나타내며, 일반적으로 수평 편광과 수직 편광에 대응된다. δ는 Ex와 Ey 사이의 위상 차이를 나타낸다. 따라서, S0는 편광 상태의 총 강도(total intensity)를 나타내며, S1은 수평 편광과 수직 편광의 비율 차이를 나타내며, S2은 +45도 직선 편광과 -45도 직선 편광의 비율 차이를 나타내며, S3은 RCP와 LCP의 비율 차이를 나타낸다.
수학식 3에서 설명된 스톡스 파라미터를 푸앵카레 구의 구면 좌표계(spherical coordinate) 상에서 표현하면, 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000004
수학식 4에서, I는 편광 상태의 총 강도를 나타낸다. p는 편광 각도(Degree of polarization)로, 신호의 편광 정도를 나타낸다. p=0은 편광되지 않음(unpolarized)을 나타내며, 0<p<1은 일부 편광됨(partially polarized)을 나타내며, p=1은 완전 편광됨(fully polarized)을 나타낸다. Ψ는 지향 각도(orientation angle)로, 타원 편광의 타원 방향을 나타낸다. X는 타원율 각도(ellipticity angle)로, 타원 편광의 타원 정도를 나타낸다. 따라서, Ψ와 X 총 강도 I와 편광 각도 p의 영향을 받지 않으므로, 크기가 1로 고정된 푸앵카레 구 상에서 S1 축을 기준으로 하는 각도로 정의될 수 있다. 본 명세서에 Ψ와 X를 푸앵카레 구 각도로 정의할 수 있다.
편광의 중첩 개념을 임의의 빔에 대한 파면으로 확장하면, 다음의 예시와 같을 수 있다.
예를 들어, 파면 1은 θ1으로 수평 편광된 평면파(plane wave)이고, 파면 2는 θ2로 수직 편광된 평면파이면, 중첩된 편광은 RCP 파면이 된다. 여기서 θi + π/2 = θi +1을 가정한다. 즉, 각 균일 편광된 파면이 균일 편광을 가지면, 중첩된 파면 또한 균일 편광을 가진다.
반면, 파면이 불균일 위상을 가지는 경우, 다음의 예시와 같을 수 있다. 여기서 불균일 위상은 동일 파면 내에서 위상이 동일하지 않은 경우로 정의될 수 있고, 예를 들어, LG 빔 및/또는 HG 빔 등이 될 수 있다.
예를 들어, 파면 1은 θ1으로 수평 편광된 평면파이고, 파면 2는 θ1~θ4로 수직 편광된 나선파(helical wave)이면, 중첩된 편광은 불균일 편광된 파면이 된다. 여기서 θi + π/2 = θi +1을 가정한다. 즉, 각 균일 편광된 파면이 불균일 위상을 가지면, 중첩된 파면 내에서 위치 별로 서로 다른 위상 차이가 생길 수 있고, 이를 통해 중첩된 파면 내에서 위치 별로 중첩 편광이 변경되어 불균일 편광을 가질 수 있다.
예를 들어, LG 빔은 OAM(Orbital Angular Momentum) 특성을 가지는 가우시안 빔으로, LG 빔 오더 또는 OAM 오더 또는 위상 차지(topological charge)라고 불리는 위상 회전 특성 파라미터에 따라 파면 내에서 위상이 회전하는 특성을 가진다. 평면파 또는 평면 위상면(plane phasefront)은 전자기파(또는 광자)가 동일 시간에 전파(propagation)되는 파면에서 모든 전자기파의 위상이 동일한 것을 의미한다. 평면파가 아닌 전자기파를 나선파라 하며, 일반적으로 나선파는 OAM을 가지는 전자기파라고 할 수 있다. OAM은 파면에 대한 정의이므로, 각 지점의 전자기파는 직선 편광 또는 원편광 되어 있을 수 있다. OAM은 광학적 정의에 의해서 LG 빔 또는 원통형(cylindrical) 가로 모드 패턴(transverse mode patterns)으로 불릴 수 있다. 원통형 가로 모드 패턴은 TEM(p))로 표현될 수 있다. 본 명세서에서는 TEM(pl)에서 p=0이고, l은 LG 빔 오더에 해당하는 값으로 정의한다. 예를 들어, LG 빔 오더 3 또는 OAM 모드 3은 TEM(03)로 표현될 수 있다. LG 빔 오더는 정수 값으로, 음수 값을 가질 때는 파면 내에서 위상이 회전하는 방향이 양수 값일 때의 방향에 대해 반대이다.
불균일 편광된 파면의 생성을 위해서 2개 이상의 균일 편광된 파면이 중첩될 수 있다. 이때, 중첩되는 균일 편광된 파면의 개수와 구성에 따라 중첩된 빔이 가지는 편광 상태의 분포가 다를 수 있다. 또한, 빔의 광축 또는 중심이 동일하게 정렬될 수도 있고 임의로 빗겨서 중첩될 수도 있으며, 그 정도에 따라 중첩된 빔이 가지는 편광 상태의 분포가 다를 수 있다. 또한, 각 파면이 가지는 균일 편광의 기본 편광이 서로 직교(orthogonal)할 수도 있고, 비직교(non-orthogonal)할 수도 있으며, 사용하는 기본 편광에 따라 중첩된 빔이 가지는 편광 상태의 분포가 다를 수 있다. 또한, 각 파면의 초기 위상 값에 따라 중첩된 빔이 가지는 편광 상태의 분포가 다를 수 있다. 또한, 각 파면의 초기 진폭 값에 따라 중첩된 빔이 가지는 편광 상태의 분포가 다를 수 있다. 또한, 각 파면의 불균일 위상의 분포에 따라 중첩된 빔이 가지는 편광 상태의 분포가 다를 수 있다.
불균일 편광은 파면 단위로 생성될 수 있다. 본 명세서에서, 파면 단위로 생성되는 불균일 편광을 불균일 편광 패턴으로 정의한다.
이하의 도면은 본 명세서의 구체적인 일례를 설명하기 위해 작성되었다. 도면에 기재된 구체적인 장치의 명칭이나 구체적인 신호/메시지/필드의 명칭은 예시적으로 제시된 것이므로, 본 명세서의 기술적 특징이 이하의 도면에 사용된 구체적인 명칭에 제한되지 않는다.
도 7은 본 명세서의 구현이 적용되는 송신단에 의해 수행되는 방법의 예를 나타낸다.
단계 S700에서, 상기 방법은 편광의 중첩을 기반으로 복수의 불균일 편광 패턴을 생성하는 단계를 포함한다.
단계 S710에서, 상기 방법은 상기 복수의 불균일 편광 패턴 각각에 대해 변조 상태 및 정보 비트를 맵핑하는 단계를 포함한다.
단계 S720에서, 상기 방법은 상기 복수의 불균일 편광 패턴 중 하나의 불균일 편광 패턴을 기반으로 신호를 변조하는 단계를 포함한다.
단계 S730에서, 상기 방법은 상기 변조된 신호를 수신단으로 전송하는 단계를 포함한다.
일부 구현에서, 상기 복수의 불균일 편광 패턴 각각은 상기 편광의 중첩을 위한 기반의 종류, 상기 기반의 진폭, 상기 기반의 초기 위상 및 상기 기반의 LG 빔 오더를 기반으로 생성될 수 있다. 상기 복수의 불균일 편광 패턴 각각은 상기 송신단의 불균일 편광 변조기에 의해 생성되며, 상기 편광의 중첩을 위한 기반의 종류, 상기 기반의 진폭, 상기 기반의 초기 위상 및 상기 기반의 LG 빔 오더는 상기 송신단의 IP 패턴 제어기에 의해 상기 송신단의 불균일 편광 변조기로 제공될 수 있다.
일부 구현에서, 상기 복수의 불균일 편광 패턴의 개수는 N이고, 상기 정보 비트의 길이 B = log2N일 수 있다.
일부 구현에서, 상기 복수의 불균일 편광 패턴 각각은 불균일 편광 패턴 행렬로 표현될 수 있다.
일부 구현에서, 상기 불균형 편광 패턴 행렬은 패턴 간의 유사도를 최소화하여 결정될 수 있다.
일부 구현에서, 상기 복수의 불균일 편광 패턴은 균일 편광 패턴과의 차이를 기반으로 생성될 수 있다.
일부 구현에서, 상기 복수의 불균일 편광 패턴 각각에 대해 변조 상태 및 정보 비트를 맵핑하는 단계는 상기 송신단의 IP 패턴 제어기에서 수행될 수 있다.
일부 구현에서, 상기 복수의 불균일 편광 패턴과 상기 변조 상태 및 상기 정보 비트 간의 맵핑과 관련된 정보는 상기 송신단과 상기 수신단 사이에서 미리 설정될 수 있다. 상기 맵핑과 관련된 정보는 맵핑 표에 의해 표현될 수 있다.
일부 구현에서, 상기 변조된 신호는 종래의 변조 방식에 의하여 변조된 아날로그 신호와 믹싱되어 전송될 수 있다.
도 8은 본 명세서의 구현이 적용되는 수신단에 의해 수행되는 방법의 예를 나타낸다.
단계 S800에서, 상기 방법은 송신단으로부터 변조된 신호를 수신하는 단계를 포함한다.
단계 S810에서, 상기 방법은 상기 변조된 신호에 대한 편광 측정을 기반으로 복수의 불균일 편광 패턴 중 하나의 불균일 편광 패턴을 결정하는 단계를 포함한다.
단계 S820에서, 상기 방법은 상기 하나의 불균일 편광 패턴에 맵핑되는 정보 비트를 결정하는 단계를 포함한다.
단계 S830에서, 상기 방법은 상기 정보 비트에 맵핑되는 변조 상태를 기반으로 상기 변조된 신호를 복조하는 단계를 포함한다.
일부 구현에서, 상기 하나의 불균일 패턴을 결정하는 단계는 상기 수신단의 편광 상태 검출기에 의해 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 편광 상태 검출기는 적어도 하나의 편광 필터 및 적어도 하나의 광 검출기 어레이를 포함하며, 강도로 변조된 신호가 상기 적어도 하나의 편광 필터 및 상기 적어도 하나의 광 검출기 어레이를 통과하여 출력되는 파워를 기반으로 상기 편광 측정이 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 편광 상태 검출기는 적어도 하나의 편광 필터 및 적어도 하나의 코히어런트 검출기 어레이를 포함하며, 인-페이즈 및 쿼드러쳐로 변조된 복소 신호가 상기 적어도 하나의 편광 필터 및 상기 적어도 하나의 코히어런트 검출기 어레이를 통과하여 출력되는 파워를 기반으로 상기 편광 측정이 수행될 수 있다. 상기 적어도 하나의 코히어런트 검출기 어레이는 3dB 커플러 및 균형 광 검출기를 포함할 수 있다.
일부 구현에서, 상기 하나의 불균일 편광 패턴은 불균일 편광 패턴의 각 공간 인덱스와 상기 편광 측정을 기반으로 획득된 스톡스 파라미터 사이의 유클리드 거리를 기반으로 결정될 수 있다.
일부 구현에서, 상기 복수의 불균일 편광 패턴은 균일 편광 패턴과의 차이를 기반으로 할 수 있다.
일부 구현에서, 상기 복조된 신호는 종래의 복조 방식에 의하여 복조된 디지털 신호와 결합되어 최종적으로 디코딩 될 수 있다.
이하, 본 명세서의 다양한 구현에 대해 설명한다.
1. 제1 구현: 불균일 편광 패턴 기반 변조 설계
본 명세서의 제1 구현에 따르면, 불균일 편광 패턴을 기반으로 신호를 변조 및 복조할 수 있다. 상술한 바와 같이, 편광의 중첩을 기반으로 불균일 편광 파면이 생성될 수 있다. 편광 중첩 방식이 사전에 약속된 규칙을 기반으로 설정되면, 정해진 불균일 편광 패턴을 생성하는 것이 가능하다. 따라서, 본 명세서의 제1 구현에서는, 사전에 약속된 규칙을 기반으로 편광을 중첩하여 불균일 편광 패턴을 생성하고, 생성된 불균일 편광 패턴을 변조 상태(modulation state)로 사용하는 방법이 제공된다. 이하, 설명의 편의를 위해, 불균일 편광 패턴을 IP(Inhomogeneous Polarization) 패턴이라 한다.
본 명세서의 제1 구현에서, 하나의 IP 패턴을 하나의 변조 상태로 정의/맵핑하고, 변조 상태의 집합에 해당하는 IP 패턴 집합을 S라 정의할 수 있다. IP 패턴 집합의 크기 |S| = N이라 하면, IP 패턴 기반 변조(IPM; IP Pattern based Modulation)은 N-IPM으로 지칭될 수 있다.
IP 패턴 행렬의 집합 S = {Pi} (i=1, ..., N)이라 하면, i번째 IP 패턴 행렬 Pi는 수학식 5로 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000005
수학식 5에서, M은 공간 상에서 IP 패턴의 요소에 대한 양자화(quantization) 정도를 나타낸다.
수학식 5에서, pi,j는 IP 패턴 행렬의 (i,j)번째 공간 상의 편광 값이다. 예를 들어, 편광 값은 스톡스 파라미터로 구성된 스톡스 벡터일 수 있다.
IP 패턴 행렬은 편광 중첩을 통해 생성될 수 있다. IP 패턴 행렬은 편광 중첩을 위한 기반(basis)의 종류와 각 기반의 진폭, 초기 위상 및/또는 LG Beam 오더 등에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 수학식 6은 IP 패턴 행렬의 예를 나타낸다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000006
수학식 6에서, fIP(parameters)는 L개의 편광 기반을 중첩하여 IP 파면을 생성하는 함수를 나타낸다. L은 편광 중첩을 위한 기반의 개수이다. Parameter는 각 편광 기반에 대한 제어 파라미터이다.
수학식 6에서, Bj는 IP 패턴 생성을 위한 j번째 편광 기반을 나타낸다. 예를 들어, Bj ∈ {|H>, |V>, |45+>, |-45>, |RCP>, |LCP>}일 수 있다.
수학식 6에서, Aj는 IP 패턴 생성을 위한 j번째 편광 기반에 대한 진폭을 나타낸다. 예를 들어, Aj ∈ [0, 1]일 수 있다.
수학식 6에서, θj는 IP 패턴 생성을 위한 j번째 편광 기반에 대한 위상을 나타낸다. 예를 들어, θj ∈ [-π, π]일 수 있다.
수학식 6에서, LGj는 IP 패턴 생성을 위한 j번째 편광 기반에 대한 LG 빔 오더를 나타낸다. 예를 들어, LGj는 정수 값일 수 있다.
하나의 IP 패턴이 하나의 변조 상태로 정의/맵핑되므로, 변조 상태의 개수는 N = |S|이며, 대응하는 비트 맵핑 시퀀스(bit mapping sequence)의 길이는 B = log2(N)이다.
요약하면, N개의 변조 상태는 사전에 설정된 규칙에 의해 생성된 IP 패턴에 대응할 수 있다. 변조 상태의 개수 N은 변조 관점에서 비트 수 B에 의해 N = 2B로 정의될 수 있다. IP 패턴 행렬 Pi는 변조 상태에 대응되어, 정보 비트 스트림에 대응될 수 있다.
예를 들어, N-IPM에서 N=4(즉, B=2)일 때, 변조 상태에 대응하는 IP 패턴이 아래와 같이 예시될 수 있다.
- IP 패턴 행렬의 집합: S = {Pi} (i=1, 2, 3, 4)
- 변조 상태의 개수: N = 4
- 비트 맵핑 시퀀스의 길이: B = 2
- P1 = fIP (|RCP>,|H>,|LCP>,|V>, 1,0,1,0, π/4,π/2,0,0, -1,0,0,0)
- P2 = fIP (|RCP>,|H>,|LCP>,|V>, 1,1,1,1, π/4,π/2,3π/4,-π/4, -1,-2,0,2)
- P3 = fIP (|RCP>,|H>,|LCP>,|V>, 1,1,1,1, π/4,π/7,3π/5,-π/3, -1,-3,2,4)
- P4 = fIP (|RCP>,|H>,|LCP>,|V>, 1,0,1,0, 0,0,0,0, 1,0,0,0)
예를 들어, 1번째 IP 패턴 행렬인 P1은, L=4로 4개의 편광 기반을 중첩하여 생성된다. 이때, B1 = |RCP>, B2 = |H>, B3 = |LCP>, B4 = |V>이다. A1 = 1, A2 = 0, A3 = 1, A4 =0이다. θ1 = π/4, θ2 = π/2, θ3 = 0, θ4 = 0이다. LG1 = -1, LG2 = 0, LG3 = 0, LG4 = 0이다.
위의 예시에 따라, 4-IPM에 대하여 IP 패턴 행렬과 변조 상태 간의 맵핑 관계는 아래의 표 3과 같이 나타낼 수 있다.
변조 상태 인덱스 i 비트 맵핑 IP 패턴 행렬 IP 생성 정보
1 00 P1 fIP (|RCP>,|H>,|LCP>,|V>, 1,0,1,0, π/4,π/2,0,0, -1,0,0,0)
2 01 P2 fIP (|RCP>,|H>,|LCP>,|V>, 1,1,1,1, π/4,π/2,3π/4,-π/4, -1,-2,0,2)
3 10 P3 fIP (|RCP>,|H>,|LCP>,|V>, 1,1,1,1, π/4,π/7,3π/5,-π/3, -1,-3,2,4)
4 11 P4 fIP (|RCP>,|H>,|LCP>,|V>, 1,0,1,0, 0,0,0,0, 1,0,0,0)
도 9는 본 명세서의 제1 구현이 적용되는 4-IPM에 대한 각 IP 패턴 행렬의 예이다.
도 9를 참조하면, IP 패턴 행렬이 공간 상에서 양자화 되는 정도인 M=21인 것을 가정한다. 도 9에서, 음영이 있는 부분은 LCP 성분이 우위에 있는 편광 상태이고, 음영이 없는 부분은 RCP 성분이 우위에 있는 편광 상태를 표현한다. 각 IP 패턴 행렬의 요소 pi,j는 편광 상태에 따라 스톡스 파라미터로 표현될 수 있다.
예를 들어, IP 패턴 행렬 P1의 요소 pi,j (1)은 수학식 7로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000007
수학식 7에서, LGo(i,j)는 LG 빔 오더가 o일 때 (i,j)번째 공간에 대한 빔 정보로, 공간적 위치 (i, j)에 따라 빔의 진폭 및 위상이 결정될 수 있다.
여기서, 각 파라미터는 IP 패턴 행렬 P1을 구성하는 파라미터이므로, 앞에서 예시로 설명한 P1에 대한 각 파라미터 값을 대입하면, 결과적으로 IP 패턴 행렬 P1의 요소 pi,j (1)은 수학식 8로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000008
같은 방법으로, 모든 (i,j)번째 공간 상의 편광 값을 도출할 수 있다.
같은 방법으로, 송신단은 사전에 정의된 규칙에 의하여 모든 N에 대해서 IP 패턴 행렬을 설정하고, 사전에 N-IPM 맵핑 표를 정의할 수 있다. N-IPM 맵핑 표는 송신단과 수신단 사이에서 약속될 수 있다. 또한, 변조를 위한 N 값이 설정될 수 있고, 설정된 N 값은 송신단에서 수신단으로 또는 수신단에서 송신단으로 알려질 수 있다.
송신단은 설정된 N 값을 기반으로 정보 비트를 IP 패턴 행렬에 맵핑하고, 해당 IP 패턴 행렬을 기반으로 생성된 빔을 수신단으로 전송할 수 있다.
수신단은 편광 측정을 통해 IP 편광 빔을 측정하고, 설정된 N 값을 기반으로 IP 패턴 행렬을 디맵핑(de-mapping)하여 정보 비트를 복호할 수 있다.
상기에서, IP 패턴 행렬을 결정하는 방법은 패턴 간의 유사도를 최소화하는 방법으로 도출될 수 있다. 예를 들어, 수학식 9에 따라 IP 패턴 행렬이 결정될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000009
다만, 수학식 9는 예시에 불과하며, IP 패턴 행렬이 구현 관점에서 결정될 수도 있고, IP 패턴 행렬이 미리 설정되는 방식으로 결정될 수도 있다.
또한, IP 패턴 행렬을 결정하는 방법은 변조 상태의 개수인 N에 따라 다르게 설정될 수 있다.
2. 제2 구현: 불균일 편광 패턴 기반 변조기/복조기 설계
본 명세서의 제2 구현에 따르면, 본 명세서의 제1 구현에 상술한 N-IPM 시스템에서 사용되는 송신기 및 수신기가 구성/설계될 수 있다. 즉, 상술한 본 명세서의 제1 구현에 따른 송신단과 수신단의 동작이, 후술할 본 명세서의 제2 구현에 따른 송신기와 수신기에 의해 각각 수행될 수 있다.
(1) 송신기 구조
도 10은 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 송신기의 구조의 예를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 송신기는 디지털 데이터를 처리하는 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), IP 패턴을 제어하는 IP 패턴 제어기(IP pattern controller), IP 패턴 기반의 광학 소스를 생성하는 광학 신호 프로세서(optical signal processor) 및 생성된 IP 패턴 기반의 신호를 빔포밍하는 전송 빔포밍 광학부(transmit beamforming optics)로 구성된다.
a) 디지털 신호 프로세서
디지털 신호 프로세서는 전송하고자 하는 데이터에 대한 인코딩을 수행하는 인코더(Encoder), 데이터를 분기하는 데이터 스플릿(data split), 인코딩 된 데이터를 변조하는 변조기(modulator), 변조된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DAC(Digital-to-Analog Convertor)로 구성된다. 변환된 아날로그 신호는 광학 신호 프로세서의 광학 변조기에 인가된다.
인코더는 전달하고자 하는 데이터(즉, 정보 비트 스트림)을 인코딩한다.
데이터 스플릿은 N-IPM을 통해 변조되는 비트 스트림 1과 종래의 변조 방식(예: PSK(Phase Shift Keying), QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 등)을 통해 변조되는 비트 스트림 2로 데이터를 분기하고, 분기된 데이터를 각각의 변조기에 인가한다. 이에 따라, 송신기와 수신기 사이에 약속된 변조 방식으로 신호가 변조될 수 있다.
도 10에서는 데이터가 N-IPM을 통해 변조되는 비트 스트림 1과 종래의 변조 방식을 통해 변조되는 비트 스트림 2로 분기되는 경우를 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며, 별도의 종래의 변조 방식의 결합 없이 모든 데이터가 N-IPM만을 통해 변조되는 것도 가능하다.
N-IPM을 통해 변조되는 비트 스트림 1은 후술할 IP 패턴 제어기로 인가된다.
종래의 변조 방식으로 변조되는 비트 스트림 2는 사전에 약속된 변조 방식으로 변조되어, DAC를 거쳐 광학 변조기로 인가된다.
b) IP 패턴 제어기
IP 패턴 제어기는 본 명세서의 제1 구현에서 상술한 N-IPM 맵핑 표에 따라 변조 상태를 결정한다. 또한, 광학 신호 프로세서 내의 불균일 편광 변조기로 해당 변조 상태에 해당하는 IP 패턴을 생성하도록 하기 위해, 불균일 편광 변조기로 제어 신호를 전송한다. 상기 제어 신호는 IP 패턴을 생성하기 위한, L개의 편광 기반 Bj, 각 편광 기반의 진폭 Aj, 각 편광 기반의 초기 위상 θj, 각 편광 기반의 LG 빔 오더 LGj이다.
c) 광학 신호 프로세서
광학 신호 프로세서는 광학 소스(optical source)에서 초기 광학 빔을 생성하고, IP 패턴 제어기에서 전송된 제어 정보를 기반으로 불균일 편광 변조기(inhomogeneous polarization modulator)를 동작시켜 IP 패턴이 적용된 빔을 생성한다. IP 패턴이 적용된 빔은 광학 변조기(optical modulator)에서 종래의 변조 방식에 의해 변조된 신호와 곱해지고, 전송 빔포밍 광학부로 인가된다. 그러면, 빔 발상 제어기를 통해 수신기를 향해 IP 빔이 전송된다.
도 11은 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 광학 신호 프로세서 내의 불균일 편광 변조기의 상세 구조의 예를 나타낸다.
도 11은 L=4, 즉 IP 빔을 생성하기 위한 편광 기반 4개가 중첩되는 경우를 예시로 설명한다. 불균일 편광 변조기의 상세 동작은 다음과 같다.
- 광학 소스에서 생성된 초기 빔은 커플러(coupler) 또는 편광 빔 스플리터(polarization beam splitter)를 통해 분기한다.
- 편광 빔 스플리터는 수평 편광과 수직 편광을 분기하는 광학 장치로, 커플러에서 입력 받은 초기 빔의 수평 편광 |H>와 수직 편광 |V> 성분을 분기한다.
위상 지연기는 입사된 빔의 편광을 변환하는 장치로, 반파장판(half-wave plate) 또는 1/4파장판(quarter-wave plate) 등으로 구성될 수 있다. 편광 빔 스플리터에서 분기된 각 수평 편광과 수직 편광은 위상 지연기에 의해 목적으로 하는 편광으로 변환된다. 이때, 목적으로 하는 편광은 IP 패턴 제어기로부터 입력 받은 편광 기반 Bj이다.
- 광학 변조기는 위상 지연기를 통해 생성된 각 편광 기반 Bj에 대해 진폭과 초기 위상을 제어하는 장치이다. 광학 변조기 내의 광학 증폭기(optical amplifier)는 각 분기된 빔의 광학 진폭을 제어할 수 있다. 제어하는 진폭은 IP 패턴 제어기로부터 입력 받은 각 편광 기반에 대한 진폭 Aj이다. 광학 변조기 내의 위상 제어기는 각 분기된 빔의 초기 위상을 제어할 수 있다. 제어하는 초기 위상은 IP 패턴 제어기로부터 입력 받은 각 편광 기반에 대한 초기 위상 θj이다.
- 광학 모드 제어기는 각 편광 기반에 대해서 LG 빔 오더를 제어하는 장치로, 공간 광 변조기(spatial light modulator), 나선형 위상판(spiral phase plate), 위상 편이 홀로그램(phase shift hologram), 메타표면(metasurface) 등으로 구성될 수 있다. 공간 광 변조기, 나선형 위상판, 위상 편이 홀로그램, 메타표면 등은 각 분기된 빔의 모드인 LG 빔 오더 또는 HG 빔 오더를 제어할 수 있다.
- 커플러는 각 분기되어 변환된 빔을 다시 중첩하는 광학 장치이다.
- 편광 중첩을 통해 생성된 IP 빔은 DAC에서 출력된 아날로그 신호 SC와 광학 변조기에서 믹싱되어 전송된다.
상기 편광 중첩 기반의 불균일 편광 변조기의 동작의 예시는 다음과 같다.
- 광학 소스에서 생성된 편광되지 않은 빔(unpolarized beam) (또는 선형 편광 빔(linear polarized beam))은 커플러에서 1:1로 분기된다.
- 분기된 초기 빔은 수평 편광과 수직 편광의 비율이 동일한 상태이므로, 편광 빔 스플리터에서 수평 편광과 수직 편광으로 동일한 비율로 각 경로에 분기된다.
- 수직 편광 경로의 위상 지연기가 QWP(Quadrant quarter Waveplate)라면 수직 편광은 RCP로 변환되고, 수평 편광 경로의 위상 지연기가 QWP라면 수평 편광은 LCP로 변환된다.
- 각 편광 기반 경로에 진폭 Aj와 위상 θj가 적용된다.
- RCP 경로를 기반 인덱스 1이라 하고, 이에 대한 LG 빔 오더 m이면, 출력 빔은 A1exp{-iθ1}|RCP>LGm이다. 같은 방식으로, LCP 경로를 기반 인덱스 2라하고, 이에 대한 LG 빔 오더 n이면, 출력 빔은 A2exp{-iθ2}|LCP>LGn이다. 이와 같이 4개의 기반 경로에 대해 각각 빔을 생성하여 출력하면, 커플러에서 중첩되어 중첩 빔이 형성되며, 이는 곧 IP 빔이 된다. 예를 들어, 최종적인 IP 빔은 수학식 10으로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000010
이와 같이 생성된 IP 빔 종래 변조 방식을 통해 변조된 아날로그 신호 Sc와 믹싱되어 전송된다(즉, 출력 빔 = Sc * IP 빔).
도 11의 설명에서 일부 소자는 두 가지 이상의 동일 기능을 하는 단일 소자로 대체될 수 있다.
도 11에서는, 설명의 편의를 위해 4개의 빔이 중첩되는 경우를 설명하였으나, 이는 예시에 불과하다. 도 11에서 설명된 본 명세서의 제2 구현에 따른 불균일 편광 변조기는 4개보다 많은 개수 또는 4개보다 적은 개수의 빔이 중첩되는 경우에도 적용 가능하다. 이때 도 11에서 설명된 방식을 반복하여 복수의 빔을 추가적으로 중첩하거나, 또는 일부 빔을 제거할 수 있다.
다시 도 10으로 돌아가서, 광학 변조기는 IP 패턴 제어기로부터 인가받은 진폭과 위상 값을 기반으로, 또는 디지털 신호 프로세서로부터 인가받은 아날로그 신호를 기반으로 광학 변조를 수행한다. 광학 변조는 송수신 방식인 IM/DD(Intensity Modulation/Direct Detection)와 코히어런트 전송 및 검출(coherent transmission and detection)에 따라 다르게 구성될 수 있다.
IM/DD 방식의 경우, 광학 변조기는 MZM(Mach-Zehnder Modulator), EAM(Electro-Absorption Modulator) 등을 사용할 수 있다. MZM은 두 개의 위상 변조기를 병렬로 구성하고, 입사되는 광학 신호를 두 개로 분기하여 각 경로의 위상 변조기의 동작 후에 그 출력을 조합하는 장치이다. 이 때 각 위상 변조기의 동작은 디지털 신호 프로세서에서 인가된 아날로그 신호에 의해 동작한다. MZM은 두 개의 위상 변조기의 동작에 의해 위상이 같으면 보강 간섭(constructive interference)에 의해 강도가 유지되고 위상만 변화하고, 위상 차이가 π이면 소멸 간섭(destructive interference)에 의해 강도가 사라지는 현상을 활용하는 강도 변조기이다. EAM은 전압을 기반으로 광학 신호의 강도를 제어하는 반도체 소자로써, 전계를 가하면 반도체에서 광자의 흡수 정도가 변화하는 프란츠-켈디시 효과(Franz-Keldysh effect)에 의해 동작한다. EAM은 반도체 소자로써 집적이 용이한 특성을 가지지만, 출력 광학 파워가 3dBm 정도이므로, 광학 증폭기가 요구된다.
광학 변조기는 파장과 전극 길이(electrode length), 유효 굴절 인덱스(effective refractive index)를 기반으로 위상 변화 값을 결정한다. 유효 굴절 인덱스는 외부 제어 전압인 u(t)와 선형 관계를 가지며, 외부 전압의 변화에 따라 유효 굴절 인덱스가 변화하고, 이에 따라 위상도 변화한다. π만큼의 위상 천이를 만드는 외부 제어 전압이 Vπ라고 할 때, 광학 변조기의 전달 함수(transfer function)는 수학식 11로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000011
유사하게, 두 개의 위상 변조기로 구성되는 MZM의 전달 함수는 수학식 12로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000012
코히어런트 전송 및 검출 방식의 경우, 광학 변조기는 IQ(In-phase/Quadrature) 변조기를 사용할 수 있다. IQ 변조기는 두 개의 MZM 모듈을 병렬로 구성하고, 하나의 경로에 π/2에 해당하는 위상 천이기를 삽입하여 구성될 수 있다. 각 경로는 인-페이즈 신호와 쿼드러쳐 신호를 각각 변조하는 데에 사용되어, 강도와 위상 모두 변조할 수 있다.
광학 IQ 변조기는 인-페이즈 신호에 의한 제어 전압 uI(t)에 의해 인-페이즈 변조를 수행하고, 쿼드러쳐 신호에 의한 제어 전압 uQ(t)에 의해 쿼드러쳐 변조를 수행한 후, 합성하여 IQ 변조된 신호를 생성한다. 광학 IQ 변조의 전달 함수는 수학식 13으로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000013
d) 전송 빔포밍 광학부
다시 도 10으로 돌아가서, 전송 빔포밍 광학부는 배열 안테나(array antenna), 시준기(collimator), 렌즈, 메타표면 등 광학 신호 프로세서에서 인가받은 광학 변조된 신호를 수신기를 향해 전송 빔포밍한다. 전송 빔포밍 광학부는 그 구성에 따라, 단일 요소 소자(예: 배열 안테나 또는 렌즈 등)로 구성될 수도 있고, 복수의 요소 소자의 다양한 조합(예: 단일 안테나 + 렌즈, 렌즈 + 메타표면 등)으로 구성될 수도 있다.
전송 빔포밍 광학부는 빔 발산 제어기(beam divergence controller)를 포함할 수 있다. 빔 발산 제어기를 통해 목적으로 하는 빔 발산을 제어할 수 있다. 즉, 상술한 IP 빔은 빔 발산 제어기를 통해 목적으로 하는 빔의 크기로 확대되어 전송될 수 있다. 예를 들어, 수신기가 IP 빔을 수신할 수 있도록, 빔 발산 제어기는 송신기와 수신기 사이의 거리를 기반으로 빔 발산을 제어할 수 있다.
(2) 수신기 구조
도 12는 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 수신기의 구조의 예를 나타낸다.
도 12를 참조하면, 수신기는 수신기 어퍼쳐를 통해 수신하는 수신 빔포밍 광학부(receive beamforming optics), IP 패턴 검출을 위한 편광 상태 검출기(polarization state detector) 및 전기적 복조를 위한 디지털 신호 프로세서(digital signal processor)로 구성된다.
a) 수신 빔포밍 광학부
수신 빔포밍 광학부는 배열 안테나, 시준기, 렌즈, 메타표면 등 수신기 어퍼쳐에서 수신된 목적 신호를 수신 빔포밍한다. 수신 빔포밍 광학부는 그 구성에 따라, 단일 요소 소자(예: 배열 안테나 또는 렌즈 등)로 구성될 수도 있고, 복수의 요소 소자의 다양한 조합(예: 단일 안테나 + 렌즈, 렌즈 + 메타표면 등)으로 구성될 수도 있다. 수신 빔포밍 광학부는 렌즈를 통해 입사된 광 신호를 광학 섬유(optical fiber)에 모아 인가한다. 인가된 빔은 파장 필터로 전달된다.
b) 파장 필터(wavelength filter) (또는 광학 필터)
파장 필터는 수신 신호 중 원하는 신호(desired signal)만을 통과시키기 위한 광학 필터 장치로, 대역통과 필터(bandpass filter)의 기능을 한다.
c) 편광 상태 검출기
편광 상태 검출기는 편광 필터(polarization filter)와 광 검출기 어레이(photo detector array)를 통해 편광 상태 정보를 획득한다. 편광 상태 검출기의 구성은 편광 필터 및 광 검출기 어레이의 구성 및 종류에 따라 다를 수 있다. 각 편광 필터를 통과한 신호의 세기는 광 검출기 어레이에서 측정된다. 광 검출기 어레이는 복수의 포토다이오드(photodiode)로 이루어진 광전 변환기로, 광 신호의 세기를 광전류(photocurrent)로 변환한다. 광 검출기 어레이는 IP 패턴의 인지를 위해 M2개의 광 검출기를 포함하는 어레이로 구성될 수 있고, 구현에 따라 M2보다 크거나 작게 구현될 수도 있다. 광전류는 저역 통과 필터(low-pass filter)와 TIA(Transimpedance Amplifier)를 통해 전압으로 변환된다.
도 13은 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 편광 상태 검출기의 상세 구조의 예를 나타낸다.
도 13은 강도로 변조된 종래의 변조기로부터 인가된 신호와 IP 패턴을 수신하는 편광 상태 검출기의 상세 구조를 나타낸다. 도 13에서, 편광 상태 검출기는 스톡스 파라미터를 측정할 수 있다. 파장 필터를 통과한 원하는 신호가 커플러에서 4개의 신호로 분기된다. 도 13에서는 분기된 4개의 신호의 비율이 동일한 것을 가정하나, 목적에 따라 그 비율이 달라질 수 있다. 각 분기된 경로는 서로 다른 편광 필터를 통해 신호를 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 편광 필터 0은 수평 편광기이고, 편광 필터 1은 수직 편광기, 편광 필터 2는 +45도 선형 편광기, 편광 필터 3은 QWP와 +45도 편광기의 직렬 연결로 구성될 수 있다.
각 경로의 광학 검출기에서 측정된 파워는 P0부터 P3로 총 4개이며, 이 중 P0와 P1은 합하여 디지털 신호 프로세서의 ADC에 인가된다. 각각 통과한 편광기의 특성에 따라, P0에서 P3은 수학식 14로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000014
따라서, 수학식 14의 출력 파워를 통해 스톡스 파라미터가 수학식 15와 같이 획득될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000015
상기 획득한 스톡스 파라미터를 통해 편광 상태를 획득할 수 있다.
IP 빔으로 전달된 강도 신호에 대한 성분은 편광을 구성하는 x축 성분과 y축 성분에 대해 공통이므로, |si|2 = EsEs *로 표현될 수 있다. 여기서 Es는 수신된 신호가 PD와 TIA를 통해 진폭 신호로 변환된 것이고, Es *는 Es의 복소 켤레(complex conjugate)이다. 신호가 커플러에서 균등 분할되었으므로, Es를 재구성하기 위한 Ex와 Ey는 파워 관점에서 1/2이 되어, |Sc|2 = 2|Ex|2 + 2|Ey|2으로 표현될 수 있다. 따라서, 상기 출력 파워를 통해 강도 신호의 파워 |Sc|2 = 2(P0 + P1)을 획득할 수 있다.
상기에서 P0부터 P3은 광 검출기 어레이의 각 광 검출기에 대해서 개별적으로 획득될 수 있다. 이 경우, 광 검출기 어레이를 구성하는 광 검출기의 개수만큼 출력 파워를 획득할 수 있다. 예를 들어, M2개의 광 검출기를 포함하는 광 검출기 어레이에 대해서, 광 검출기에 대해 개별적으로 측정된 출력 파워는 P0(i,j), P1(i,j), P2(i,j), P3(i,j) (i,j=1,...,M)으로 표현될 수 있다. 이에 따라, 개별 광 검출기 인덱스 (i, j)에 대해서 각각 스톡스 파라미터가 측정될 수 있다.
도 14는 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 편광 상태 검출기의 상세 구조의 다른 예를 나타낸다.
도 14는 복소 신호(즉, 인-페이즈/쿼드러쳐로 변조된 신호)와 IP 패턴을 수신하는 편광 상태 검출기의 상세 구조를 나타낸다.
도 14를 참조하면, 코히어런트 검출기 어레이와 국부 발진기(local oscillator)는 90도 하이브리드(hybrid)와 균형 PD(balanced PD)를 통해 구성될 수 있다.
도 15는 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 코히어런트 검출기의 예를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 코히어런트 검출기 어레이를 구성하는 하나의 코히어런트 검출기는 2개의 균형 PD에 의해 각각 2개의 출력을 가진다. 이에 따라, 저역 통과 필터 및 TIA가 구성된 각 경로 역시 2개로 구성되나, 도 26에서는 설명의 편의를 위해 선으로만 표현하여 도식화하였다.
코히어런트 검출을 위한 IQ 변조는 90도 하이브리드로 구현되며, 3dB 커플러와 90도 위상 천이기를 통해 수신된 변조된 반송파와 국부 발진기의 출력을 믹싱한다. 90도 하이브리드에서 수신 신호는 수학식 16으로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000016
수학식 16에서, Ps, ws, φs는 수신 신호의 전력, 주파수, 위상이며, a(t), φ(t)는 위상 변조된 신호(예: QAM 신호)의 진폭과 위상이며, φns(t)는 Tx 레이저로부터의 위상 잡음이다.
국부 발진기의 출력 신호는 수학식 17로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000017
수학식 17에서, PLO, wLO, φLO는 국부 발진기의 출력 신호의 전력, 주파수, 위상이며, φnLO(t)는 국부 발진기 레이저로부터의 위상 잡음이다.
그러면, 90도 하이브리드의 출력은 수학식 18과 같이 4개의 신호로 구성될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000018
도 16은 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 코히어런트 검출기의 다른 예를 나타낸다.
도 16을 참조하면, 수학식 18에 의한 4개의 신호는 Eout1(t)와 Eout3(t), Eout2(t)와 Eout4(t)로 구분되어 2개의 균형 PD에 인가된다.
그러면, 인-페이즈를 위한 광전류는 수학식 19로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000019
수학식 19에서, R은 각 PD의 반응성(Responsivity)이고, wIF는 수신 신호와 국부 발진기의 반송파 주파수의 차이에 해당하는 중간 주파수(intermediate Frequency)이고, φn(t)는 잔여 위상 잡음(residual phase noise) 성분이다.
같은 방식으로, 쿼드러쳐를 위한 광전류는 수학식 20으로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000020
따라서, 인-페이즈 요소와 쿼드러쳐 요소를 통해 복소 신호가 재구성될 수 있다.
도 17은 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 3dB 커플러와 균형 PD의 예를 나타낸다.
코히어런트 검출기를 구성하는 요소 소자 중, 3dB 커플러는 2개의 광학 소스를 입력으로 받아 믹싱하고 다시 50:50의 비율로 소스를 분기하는 장치로, 3dB 커플러 설계에 따라 출력 소스의 위상 차이를 만들 수 있다. 균형 PD는 2개의 PD로부터 각각 입력 받은 광학 신호의 전류 차에 해당하는 전류만을 출력하는 장치이다.
도 17을 참조하면, 편광 필터 0과 1에 해당하는 경로는 코히어런트 검출기에 의해 인-페이즈 정보와 쿼드러쳐 정보를 획득하나, 편광 필터 2와 3에 해당하는 경로는 PD에 의해 신호의 크기 정보만을 획득한다. 따라서, 각 경로의 검출기에서 측정된 Power는 P0 (I), P0 (Q), P1 (I), P1 (Q), P2, P3로 총 6개의 크기가 측정되며, 이 중 P0 (I), P0 (Q), P1 (I), P1 (Q)은 합하여 디지털 신호 프로세서의 ADC에 인가된다. 각 측정된 크기는 각각 통과한 편광기의 특성에 의해 수학식 21로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000021
따라서, 수학식 21의 출력 파워를 통해 스톡스 파라미터가 수학식 22와 같이 획득될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000022
상기 획득한 스톡스 파라미터를 통해 편광 상태를 획득할 수 있다.
IP 빔으로 전달된 복소 신호에 대한 성분은 인-페이즈 신호와 쿼드러쳐 신호로 구분되지만, 편광을 구성하는 x축 성분과 y축 성분에 대해 공통이므로, |Sc (I)|2 = Es (I)Es (I) *로 표현될 수 있고, 또는 |Sc (Q)|2 = Es (Q)Es (Q) *로 표현될 수 있다. 여기서 Es (I) 와 ES (Q)는 수신된 신호가 PD와 TIA를 통해 진폭 신호로 변환된 것이다. 신호가 커플러에서 균등 분할되었으므로, Es (I)와 Es (Q)를 각각 재구성하기 위한 Ex (I), Ex (Q)와 Ey (I), Ey (Q)는 파워 관점에서 1/2이 되어, |Sc|2 = 2|Ex|2 + 2|Ey|2으로 표현될 수 있다. 따라서, 상기 출력 파워를 통해 복소 신호의 파워 |Sc (C)|2 = 2(P0 (I) + P1 (I)) + 2j(P0 (Q) + P1 (Q))을 획득할 수 있다.
상기에서 P0 (I), P0 (Q), P1 (I), P1 (Q), P2, P3은 코히어런트 검출기 어레이와 광 검출기 어레이의 각 광 검출기에 대해서 개별적으로 획득될 수 있다. 이 경우, 코히어런트 검출기 어레이와 광 검출기 어레이를 구성하는 광 검출기의 개수만큼 출력 파워를 획득할 수 있다. 예를 들어, M2개의 광 검출기를 포함하는 코히어런트 검출기 어레이와 광 검출기 어레이에 대해서, 광 검출기에 대해 개별적으로 측정된 출력 파워는 P0 (I)(i,j), P0 (Q)(i,j), P1 (I)(i,j), P1 (Q)(i,j), P2(i,j), P3(i,j) (i,j=1,...,M)으로 표현될 수 있다. 이에 따라, 개별 광 검출기 인덱스 (i, j)에 대해서 각각 스톡스 파라미터가 측정될 수 있다.
다시 도 13으로 돌아가서, 개별 광 검출기 인덱스 (i,j)에 대해, 상술한 바와 같이 획득한 각각의 스톡스 파라미터로 구성된 스톡스 벡터 S(i,j) = [s0(i,j), s1(i,j), s2(i,j), s3(i,j)]라 하면, IP 패턴 복조기는 공간 인덱스 (i,j)에 대해서 각 변조 상태 Pℓ과의 유클리드 거리(Euclidean distance)를 측정함으로써, IP 패턴 인덱스 ℓ를 도출한다.
예를 들어, IP 패턴 행렬 Pℓ의 요소를 pi,j (ℓ)이라 하고, 스톡스 벡터로 로 표현된 편광 상태 정보가 사용될 때, 각 공간 인덱스 (i,j)의 pi,j (ℓ)과 상기에서 획득된 S(i,j) 사이의 유클리드 거리는 아래의 수학식 23에 의해 측정될 수 있다.
Figure PCTKR2022015039-appb-M000023
IP 패턴 복조기는, 수학식 23에 따라 모든 공간 인덱스에 대해서 유클리드 거리를 측정하고 이를 더하여, 최소 거리를 갖는 IP 패턴 인덱스 ℓ를 복조할 수 있다.
수신기는 도출된 IP 패턴 인덱스 ℓ을 기반으로, 본 명세서의 제1 구현에서 상술한 N-IPM 맵핑 표에서 디맵핑을 수행하여 비트 스트림 정보를 획득할 수 있다.
상술한 IP 패턴 복조는 송신기와 수신기 사이에 약속된 IP 패턴 행렬을 기반으로 수행될 수 있다. 따라서, IP 패턴 행렬 크기가 M2일 때, 편광 상태 검출기에서 측정된 공간 인덱스 (I,j)의 크기가 M2보다 크거나 작은 경우, 보간(interpolation) 또는 압축(compression) 등의 구현 기술을 통해 크기 M2에 대해 IP 패턴 복조를 수행할 수 있다.
상기에서, 송신기와 수신기 사이의 오정렬이나 거리 차이 등에 의해 IP 패턴이 조정(scaling)되거나 회전(rotated)될 수 있다.
도 18은 본 명세서의 제2 구현이 적용되는 조정되거나 회전된 IP 패턴을 복조하는 예를 나타낸다.
도 18을 참조하면, 송신기와 수신기가 서로 마주보며 정렬되어 있는 경우(Aligned case), IP 패턴에서 검출된 패턴을 바로 탐색할 수 있다. 반면, 송신기와 수신기가 서로 마주보고 있으나 수신기가 회전되어 있는 경우(Rotated cased), IP 패턴에서 회전을 고려하여 검출된 패턴을 탐색할 수 있다. 또한, 송신기와 수신기가 마주보는 축이 Z축이고, 수신기가 X축 또는 Y축으로 기울어진(tilting) 경우, 수신기에서 검출된 패턴은 X축 또는 Y축으로 조정되어 있으므로(X Scaled case 또는 Y Scaled case), IP 패턴에서 X축 또는 Y축의 조정을 고려하여 검출된 패턴을 탐색할 수 있다. 또한, 송신기와 수신기 사이의 거리에 따라, X축 또는 Y축으로 조정이 발생할 수 있으므로, IP 패턴에서 X축 또는 Y축의 조정을 고려하여 검출된 패턴을 탐색할 수 있다. 조정 및 회전에 대한 성능 최적화는 구현 기술에 따라 상이하게 구현될 수 있다.
d) 디지털 신호 프로세서
다시 도 12로 돌아가서, 디지털 신호 프로세서는 광학 검출기에서 변환된 전기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog-to-Digital Converter), 종래의 변조 방식을 통해 변조되어 전송된 디지털 신호를 복조하는 복조기(demodulator), N-IPM으로부터 복조된 비트 스트림 1과 복조기에 의해 복조된 비트 스트림 2를 결합하는 데이터 조합(data combining)부, 및 조합된 비트 스트림 정보에 대한 디코딩을 수행하는 디코더(decoder)로 구성된다. 디지털 신호 프로세서는 송신기에서 전송한 신호를 복호하여 데이터를 획득한다.
ADC는 편광 상태 검출기에서 변환된 전기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. ADC는 전기 필터와 다운샘플링(down-sampling)을 통해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. ADC는 X-편광 신호와 Y-편광 신호 각각에 대해서 변환을 수행할 수 있다. 각 편광 신호에 대해 IQ 변조를 수행하는 코히어런트 전송 및 검출 방식의 경우, ADC는 각 편광 신호를 인-페이즈 신호와 쿼드러쳐 신호로 구분하여 각각에 대해서 별도의 변환을 수행할 수 있다. 변환된 디지털 신호는 복조기에 인가된다.
복조기는 ADC에서 변환된 디지털 신호에 대해 종래의 복조를 수행하여, 매칭되는 코딩된 비트를 획득한다. 변조기에서 사용된 변조 방식에 따라 복조기가 구성되며, IM/DD 방식과 위상을 기반으로 하는 변조 방식에 따라서 복조기의 구성이 달라질 수 있다. 또한, 각 방식에 대해서, 단일 반송파 방식과 복수 반송파 방식에 따라서도 복조기의 구성이 달라질 수 있다.
데이터 조합부는 N-IPM으로부터 복조된 비트 스트림 1 정보와 종래의 복조 방식을 통해 복조된 비트 스트림 2를 조합한다. 종래의 복조 방식 없이 N-IPM이 단독으로 사용되는 경우, 종래의 복조를 위한 장치 없이 N-IPM이 단독으로 동작 가능함이 자명하다.
디코더는 송신기로부터 수신한 코딩된 비트 스트림을 디코딩하여 디지털 데이터를 획득한다. 송신기의 인코더에서 사용된 채널 코딩 방식에 따라 디코더의 구성이 달라질 수 있다.
3. 제3 구현: 차이 정보 기반 불균일 편광 패턴 획득
본 명세서의 제3 구현에 따르면, 상술한 본 명세서의 제1 구현 및 제2 구현에 따른 N-IPM 시스템에서, 사전에 약속된 균일 편광 패턴을 참조 신호(reference signal)로 하여, 채널에 따른 편광 왜곡(polarization distortion)을 반영하여, N-IPM의 복조에서 채널 효과를 제거할 수 있다. 이때, 참조 신호는 편광 왜곡에 대한 코히어런트 시간을 기반으로 주기적으로 전송될 수 있다.
즉, 본 명세서의 제1 구현 및 제2 구현에 따른 N-IPM 시스템은 사전에 약속된 균일 편광 패턴을 참조 신호로 하여, 차이 변조 방식으로 운영될 수 있다.
도 19는 본 명세서의 제3 구현이 적용되는 차이 정보를 기반으로 불균일 편광 패턴을 획득하는 예를 나타낸다.
도 19를 참조하면, 송신단은 타임 슬롯(time slot) 0에서 참조 신호에 해당하는 균일 편광 패턴을 전송한다. 송신단은, 타임 슬롯 1 내지 3에서 차이 변조 기반의 N-IPM 시스템을 사용하여, IP 빔 1 내지 3을 각각 전송한다. 예를 들어, 타임 슬롯 0과 타임 슬롯 1에서 전송된 빔 사이의 각 공간 인덱스 (i,j)들에 대한 편광 차이가 N-IPM에서 규정하는 IP 패턴 인덱스가 될 수 있다. 같은 방법으로, 타임 슬롯 1과 타임 슬롯 2, 타임 슬롯 2와 타임 슬롯 3에서 전송된 빔 사이의 각 공간 인덱스 (i,j)에 대한 편광 차이가 N-IPM에서 규정하는 IP 패턴 인덱스가 될 수 있다.
수신단은 타임 슬롯 0에서 사전에 약속된 균일 편광 패턴을 측정한다. 수신단은 타임 슬롯 1에서 IP 빔 1의 각 공간 인덱스 (i,j)에 대한 편광을 측정한 뒤, 타임 슬롯 0에서 측정된 각 공간 인덱스 (i,j)에 대한 편광과의 차이를 측정함으로써, IP 패턴 인덱스를 도출한다. 수신단은 도출된 IP 패턴 인덱스를 기반으로 복조를 수행한다. 타임 슬롯 1과 타임 슬롯 2, 타임 슬롯 2와 타임 슬롯 3 사이의 각 공간 인덱스 (i,j)에 대한 편광 차이도 같은 방법으로 측정될 수 있고, 이에 따라 수신단은 IP 패턴 인덱스를 복조를 수행한다
본 명세서는 다양한 효과를 가질 수 있다.
예를 들어, 좁은 빔을 활용하는 LOS OWC 환경에서 파면 공간 특성을 활용하는 신규 변조 방식이 제공될 수 있다.
예를 들어, LOS 환경에서 공간 차원을 활용하여, 통신의 데이터 속도를 증가할 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.
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 (19)

  1. 무선 통신 시스템에서 송신단에 의해 수행되는 방법에 있어서,
    편광(polarization)의 중첩(superposition)을 기반으로 복수의 불균일 편광 패턴(inhomogeneous polarization pattern)을 생성하는 단계;
    상기 복수의 불균일 편광 패턴 각각에 대해 변조 상태 및 정보 비트를 맵핑하는 단계;
    상기 복수의 불균일 편광 패턴 중 하나의 불균일 편광 패턴을 기반으로 신호를 변조하는 단계; 및
    상기 변조된 신호를 수신단으로 전송하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 불균일 편광 패턴 각각은 상기 편광의 중첩을 위한 기반(basis)의 종류, 상기 기반의 진폭(amplitude), 상기 기반의 초기 위상 및 상기 기반의 LG(Laguerre Gaussian) 빔 오더(beam order)를 기반으로 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 불균일 편광 패턴 각각은 상기 송신단의 불균일 편광 변조기(inhomogeneous polarization modulator)에 의해 생성되며,
    상기 편광의 중첩을 위한 기반의 종류, 상기 기반의 진폭, 상기 기반의 초기 위상 및 상기 기반의 LG 빔 오더는 상기 송신단의 IP 패턴 제어기에 의해 상기 송신단의 불균일 편광 변조기로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 불균일 편광 패턴의 개수는 N이고,
    상기 정보 비트의 길이 B = log2N인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 불균일 편광 패턴 각각은 불균일 편광 패턴 행렬로 표현되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 불균형 편광 패턴 행렬은 패턴 간의 유사도를 최소화하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 불균일 편광 패턴은 균일 편광 패턴(homogeneous polarization pattern)과의 차이를 기반으로 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 불균일 편광 패턴 각각에 대해 변조 상태 및 정보 비트를 맵핑하는 단계는 상기 송신단의 IP 패턴 제어기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 불균일 편광 패턴과 상기 변조 상태 및 상기 정보 비트 간의 맵핑과 관련된 정보는 상기 송신단과 상기 수신단 사이에서 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 맵핑과 관련된 정보는 맵핑 표에 의해 표현되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 변조된 신호는 종래의 변조 방식에 의하여 변조된 아날로그 신호와 믹싱되어 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 무선 통신 시스템에서 수신단에 의해 수행되는 방법에 있어서,
    송신단으로부터 변조된 신호를 수신하는 단계;
    상기 변조된 신호에 대한 편광 측정을 기반으로 복수의 불균일 편광 패턴(inhomogeneous polarization pattern) 중 하나의 불균일 편광 패턴을 결정하는 단계;
    상기 하나의 불균일 편광 패턴에 맵핑되는 정보 비트를 결정하는 단계; 및
    상기 정보 비트에 맵핑되는 변조 상태를 기반으로 상기 변조된 신호를 복조하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 하나의 불균일 패턴을 결정하는 단계는 상기 수신단의 편광 상태 검출기(polarization state detector)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 편광 상태 검출기는 적어도 하나의 편광 필터(polarization filter) 및 적어도 하나의 광 검출기 어레이(photo detector array)를 포함하며,
    강도(intensity)로 변조된 신호가 상기 적어도 하나의 편광 필터 및 상기 적어도 하나의 광 검출기 어레이를 통과하여 출력되는 파워를 기반으로 상기 편광 측정이 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 편광 상태 검출기는 적어도 하나의 편광 필터(polarization filter) 및 적어도 하나의 코히어런트 검출기 어레이(coherent detector array)를 포함하며,
    인-페이즈(in-phase) 및 쿼드러쳐(quadrature)로 변조된 복소 신호가 상기 적어도 하나의 편광 필터 및 상기 적어도 하나의 코히어런트 검출기 어레이를 통과하여 출력되는 파워를 기반으로 상기 편광 측정이 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 코히어런트 검출기 어레이는 3dB 커플러(coupler) 및 균형(balanced) 광 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제12 항에 있어서,
    상기 하나의 불균일 편광 패턴은 불균일 편광 패턴의 각 공간 인덱스와 상기 편광 측정을 기반으로 획득된 스톡스 파라미터(Stokes parameter) 사이의 유클리드 거리(Euclidean distance)를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제12 항에 있어서,
    상기 복수의 불균일 편광 패턴은 균일 편광 패턴(homogeneous polarization pattern)과의 차이를 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제12 항에 있어서,
    상기 복조된 신호는 종래의 복조 방식에 의하여 복조된 디지털 신호와 결합되어 최종적으로 디코딩 되는 것을 특징으로 하는 방법.
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