KR20170019932A - 유전체 렌즈 안테나를 이용하는 자원 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

주파수 및 시간 도메인에서 낭비되는 자원을 줄이기 위해, 유전체 렌즈 안테나를 이용하는 다중 안테나 시스템에서 자원을 제어하는 방법 및 장치에 관한 기술이 개시된다. 개시된 자원 제어 방법은 통신 서비스 환경에 따라 렌즈 파라미터를 결정하는 단계; 상기 렌즈 파라미터를 이용하여 유전체 렌즈의 유전률 또는 굴절률을 조절하는 단계; 상기 렌즈 파라미터를 수신한 모바일 단말로부터 코드북 탐색 결과를 수신하는 단계; 및 상기 코드북 탐색 결과를 이용하여 채널 추정 및 프리코딩을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

유전체 렌즈 안테나를 이용하는 자원 제어 방법 및 장치{Resource Contol Method and Device Using Dielectric lens antenna}

본 발명은 다중 안테나 시스템에서 자원을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유전체 렌즈 안테나를 이용하는 다중 안테나 시스템에서 자원을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

데이터 통신 확대 등으로 인해 한계 상황에 다다른 이동통신의 전송량 한계를 극복할 수 있는 차세대 기술로 다중 안테나 시스템 즉, MIMO(Multi-Input Multi-Output) 기술이 관심을 모으고 있다. MIMO 기술은 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 채택해 송수신 데이터 효율을 향상시킬 수 있는 기술로서, 무선 통신 시스템의 송신단 혹은 수신단에서 다중 안테나를 사용하여 용량 증대 및 성능 개선을 꾀하는 기술이다.

90년대 중반 MIMO 시스템의 이론적 용량 증가가 증명된 이후, 이를 실질적인 데이터 전송률 향상으로 이끌어 내기 위한 다양한 기술들이 현재까지 활발히 연구되고 있으며, 이들 중 몇 개의 기술들은 이미 3세대 이동 통신과 차세대 무선랜 등의 다양한 무선 통신의 표준에 반영되었다.

MIMO 기술은 다양한 채널 경로를 통과한 심볼 들을 이용하여 전송 신뢰도를 높이는 공간 다이버시티(spatial diversity) 방식과, 다수의 송신 안테나를 이용하여 다수의 데이터 심볼을 동시에 송신하여 전송률을 향상시키는 공간 멀티플렉싱(spatial multiplexing) 방식이 있다. 또한 이러한 두 가지 방식을 적절히 결합하여 각각의 장점을 적절히 얻고자 하는 방식에 대한 연구도 최근 많이 연구되고 있는 분야이다.

한편, 현재 다중 안테나 시스템에서는 통신 환경에 따라 소프트웨어적으로 신호를 처리하여 송수신한다. 예를 들어, 채널 정보에 따라 프리코딩된 신호가 송수신된다.

통신 환경에 따라 다중 안테나 시스템의 하드웨어 특성을 변경하여 신호를 송수신하여 자원을 제어할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.

본 발명은 주파수 및 시간 도메인에서 낭비되는 자원을 줄이기 위해 유전체 렌즈 안테나를 이용하는 다중 안테나 시스템에서 자원을 제어하는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 자원을 제어하는 방법에 있어서, 통신 서비스 환경에 따라 렌즈 파라미터를 결정하는 단계; 상기 렌즈 파라미터를 이용하여 유전체 렌즈의 유전률 또는 굴절률을 조절하는 단계; 상기 렌즈 파라미터를 수신한 모바일 단말로부터 코드북 탐색 결과를 수신하는 단계; 및 상기 코드북 탐색 결과를 이용하여 채널 추정 및 프리코딩을 수행하는 단계를 포함하는 자원 제어 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 데이터를 바탕으로 구성한 스케쥴링 알고리즘을 바탕으로 특정 서비스 환경에 따라 재구성가능한(reconfigurable) 렌즈 안테나의 특성을 제어하고 그에 맞는 피드백을 수행함으로써, 주파수 및 시간 자원을 효율적으로 활용할 수 있고, 최적의 시스템 환경을 하드웨어 측면에서 적응적으로 구축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 안테나를 이용하는 통신 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자원 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 모바일 단말이 선형 안테나 어레이(ULA)를 채용하고 있는 경우 다양한 통신 서비스 환경에서의 코릴레이션 매트릭스를 설명하고 있는 도면이다.
도 4는 모바일 단말의 안테나 개수(n) 및 랭크(k)에 따른 코드북 구성을 설명하고 있는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 안테나를 이용하는 통신 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 통신 시스템은 기지국(110) 및 모바일 단말(120, 130)을 포함하며, 기지국(110)은 다중 안테나(111), 유전체 렌즈(113) 및 전압 제어부(115)를 포함한다.

본 발명에 따른 기지국(110)은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 또한 본 발명에 따른 모바일 단말(120, 130)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, 모바일 스테이션 (mobile station, MS), UE(user equipment), MT(mobile terminal), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device), PDA(personal digital assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

유전체 렌즈(113)는 다중 안테나(111) 전방에 위치한다. 하향 링크에서 다중 안테나(111)를 통해 전송되는 신호는 유전체 렌즈(113)를 통과하여 모바일 단말(120, 130)로 전송되고, 상향 링크에서 모바일 단말(120, 130)로부터 전송된 신호는 유전체 렌즈(113)를 통과하여 다중 안테나(111)로 수신된다.

유전체 렌즈(113)의 유전율 및 굴절률은 전압 제어부(115)의 전압에 의해 조절된다. 즉, 유전체 렌즈(113)의 특성은 전압 제어부(115)에 의해 조절되며, 전압 제어부(115)는 통신 서비스 환경에 따라 전압을 제어한다. 여기서, 통신 서비스 환경은 예를 들어, 유저 수, 채널 상태 등일 수 있다.

일실시예로서, 도 1에 도시된 바와 같이 사용자, 즉 모바일 단말이 2개인 경우, rank 2만 확보될 수 있도록 코릴레이션(correlation)을 높여주는 것이 좋으며 이에 따라 전압 제어부(115)는 전압을 조절하여 유전체 렌즈(113)의 유전율 및 굴절률을 조절한다.

기지국(110)은 특성이 조절된 유전체 렌즈(113)의 파라미터를 모바일 단말(120, 130)로 전송하고, 모바일 단말(120, 130)은 유전체 렌즈(113)의 파라미터에 대한 코드북 세트를 구성하여 탐색한 후 해당 정보를 기지국(110)으로 전송한다. 기지국(110)은 모바일 단말(120, 130)로부터 전송된 정보를 이용하여 채널을 추정하고 프리코딩을 수행하여 하향 링크 신호를 모바일 단말(120, 130)로 전송한다.

또는 일실시예로서 모바일 단말이 2개 이상으로 사용자 수가 많은 경우, full rank가 확보될 수 있도록 코릴레이션을 낮추는 것이 좋으며, 이에 따라 전압 제어부(115)는 전압을 조절하여 유전체 렌즈(113)의 유전율 및 굴절률을 조절한다.

그리고 전술된 바와 같이 기지국(110) 및 모바일 단말은 통신 환경에 따른 처리를 수행한다.

즉, 본 발명은 데이터를 바탕으로 구성한 스케쥴링 알고리즘을 바탕으로 특정 서비스 환경에 따라 재구성가능한(reconfigurable) 렌즈 안테나의 특성을 제어하고 그에 맞는 피드백을 수행함으로써, 주파수 및 시간 자원을 효율적으로 활용할 수 있고, 최적의 시스템 환경을 하드웨어 측면에서 적응적으로 구축할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자원 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.

단말이 기지국으로 상향링크 신호를 전송하면, 기지국은 통신 서비스 환경에 따라 렌즈 파라미터를 제어하여 유전체 렌즈의 굴절률 및 유전률을 조절한다. 즉, 렌즈 파라미터에 따라 전압 제어부에 의해 유전체 렌즈의 굴절률 및 유전률이 조절된다.

기지국은 입사각(AoA) 정보 및 렌즈 파라미터를 단말로 전송하고, 단말은 입사각 정보 및 렌즈 파라미터를 이용하여 통신 서비스 환경에 적합한 코드북 세트를 선택 후 탐색한다. 그리고 단말은 탐색 결과를 기지국으로 전송하며 데이터 전송을 요청한다.

기지국은 단말로부터 전송된 탐색 결과를 이용하여 채널 추정 및 프리코딩을 수행한 후, 하향 링크 데이터 신호를 단말로 전송한다.

도 3은 모바일 단말이 선형 안테나 어레이(ULA)를 채용하고 있는 경우 다양한 통신 서비스 환경에서의 코릴레이션 매트릭스를 설명하고 있는 도면이며, 도 4는 모바일 단말의 안테나 개수(n) 및 랭크(k)에 따른 코드북 구성을 설명하고 있는 도면이다.

앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (1)

1. 다중 안테나 시스템에서 자원을 제어하는 방법에 있어서,
   통신 서비스 환경에 따라 렌즈 파라미터를 결정하는 단계;
   상기 렌즈 파라미터를 이용하여 유전체 렌즈의 유전률 또는 굴절률을 조절하는 단계;
   상기 렌즈 파라미터를 수신한 모바일 단말로부터 코드북 탐색 결과를 수신하는 단계; 및
   상기 코드북 탐색 결과를 이용하여 채널 추정 및 프리코딩을 수행하는 단계
   를 포함하는 자원 제어 방법.
   

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