KR20240011716A

KR20240011716A - 협력형 무선 통신 시스템에서 통신하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20240011716A
Application number: KR1020237040661A
Authority: KR
Inventors: 아메하 체가예 아베베; 지형주; 김윤선; 장영록
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2021-05-24
Filing date: 2022-05-24
Publication date: 2024-01-26
Also published as: WO2022250422A1; US20240236878A1

Abstract

본 개시는 더 높은 데이터 전송 속도를 지원하기 위한 5G 또는 6G 통신 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 압축 감지 기반 그랜트 프리 랜덤 액세스에 적합하도록 설계된 개방 루프 전력 제어를 위해 하향링크 기준 신호 또는 하향링크 동기화 신호가 활용되는 분산형 대규모 MIMO를 통해 대규모 및 저-레이턴시 액세스를 가능하게 하는 방법 및 장치를 포함한다.

Description

협력형 무선 통신 시스템에서 통신하는 방법 및 장치

본 개시는 5G 통신 네트워크 및 5G 이후의(예를 들면, 6G) 통신 네트워크의 분야에 관한 것이며, 특히 인도어(Indoor) 밀리미터파 기지국에서의 하이브리드 프레넬(Fresnel) 및 프라운호퍼(Frauenhoffer) 존 빔포밍에 관한 것이다. 다른 양태에서, 본 개시는 또한 분산형 대규모 MIMO 시스템을 통해 대규모 및 저-레이턴시 액세스를 지원하는 것에 관한 것이다.

5G 이동 통신 기술은 빠른 전송 속도와 새로운 서비스가 가능하도록, 넓은 주파수 대역을 정의하고 있으며, 3.5GHz 등 6GHz 이하 주파수("Sub 6GHz") 대역은 물론 28GHz와 39GHz 등 밀리미터파(㎜Wave)로 불리는 초고주파 대역("Above 6GHz")에서도 구현이 가능하다. 또한, 6G 이동 통신 기술의 경우(비욘드 5G 시스템이라 불리어짐), 5G 이동 통신 기술 대비 50배 빨라진 전송 속도와, 10분의 1로 줄어든 초저(Ultra Low) 레이턴시를 달성하기 위해 테라헤르츠(Terahertz) 대역(예를 들면, 95GHz 내지 3THz 대역)에서의 구현이 고려되고 있다.

5G 이동 통신 기술의 초기에는, 초광대역 서비스(enhanced Mobile BroadBand, eMBB), 고신뢰/초저지연 통신(Ultra Reliable & Low Latency Communications, URLLC), 대규모 기계식 통신(massive Machine-Type Communications, mMTC)에 대한 서비스 지원과 성능 요구 사항 만족을 목표로, mmWave에서의 전파 경로 손실 완화 및 전파 전송 거리 증가를 위한 빔포밍 및 거대 배열 다중 입출력(Massive MIMO), 초고주파수 자원의 효율적 활용을 위한 뉴머롤로지(복수 개의 서브캐리어 간격 운용 등)와 슬롯 포맷에 대한 동적 운영, 다중 빔 전송 및 광대역을 지원하기 위한 초기 액세스 기술, BWP(BandWidth Part)의 정의 및 운영, 대용량 데이터 전송을 위한 LDPC(Low Density Parity Check) 부호와 제어 정보의 신뢰성 높은 전송을 위한 폴라 코드(Polar Code)와 같은 새로운 채널 코딩 방법, L2 선-처리(L2 pre-processing), 특정 서비스에 특화된 전용 네트워크를 제공하는 네트워크 슬라이싱 등에 대한 표준화가 진행되었다.

현재, 5G 이동 통신 기술이 지원하고자 했던 서비스들을 고려하여 초기의 5G 이동 통신 기술 개선 및 성능 향상을 위한 논의가 진행 중에 있으며, 차량이 전송하는 자신의 위치 및 상태 정보에 기반하여 자율주행 차량의 주행판단을 돕고 사용자의 편의를 증대하기 위한 V2X(Vehicle-to-Everything), 비면허 대역에서 각종 규제 상 요구 사항들에 부합하는 시스템 동작을 목적으로 하는 NR-U(New Radio Unlicensed), NR UE 전력 절감, 지상 네트워크와의 통신이 불가능한 지역에서 커버리지 확보를 위한 UE-위성 직접 통신인 NTN(Non-Terrestrial Network), 포지셔닝 등의 기술에 대한 물리 계층 표준화가 진행 중이다.

또한, 타 산업과의 연계 및 융합을 통한 새로운 서비스를 지원하는 IIoT(Industrial Internet of Things), 무선 백홀 링크와 액세스 링크를 통합 지원하여 네트워크 서비스 지역 확장을 위한 노드를 제공하는 IAB(Integrated Access and Backhaul), 조건부 핸드오버 및 DAPS(Dual Active Protocol Stack) 핸드오버를 포함하는 이동성 향상, 랜덤 액세스 절차를 간소화하는 2 스텝 랜덤 액세스(2-step RACH for NR) 등의 기술에 대한 무선 인터페이스 아키텍처/프로토콜 분야의 표준화가 진행 중에 있다. 또한 네트워크 기능 가상화(Network Functions Virtualization, NFV) 및 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 기술의 접목을 위한 5G　베이스라인 아키텍처(예를 들면, Service based Architecture, Service based Interface), UE 위치에 기반하여 서비스를 제공받는 모바일 엣지 컴퓨팅(Mobile Edge Computing, MEC) 등에 대한 시스템 아키텍처/서비스 분야의 표준화도 진행 중이다.

이와 같은 5G 이동 통신 시스템이 상용화될 시에, 폭발적인 증가 추세에 있는 커넥티드 기기들이 통신 네트워크에 연결될 것이며, 이에 따라 5G 이동 통신 시스템의 기능 및 성능 강화와 커넥티드 기기들의 통합 운용이 필요할 것으로 예상된다. 이를 위해, AR(Augmented Reality), VR(Virtual Reality), MR(Mixed Reality) 등을 효율적으로 지원하기 위한 확장 현실(XR), 인공지능(Artificial Intelligence, AI) 및 머신러닝(Machine Learning, ML)을 활용한 5G 성능 개선 및 복잡도 감소, AI 서비스 지원, 메타버스 서비스 지원, 드론 통신 등에 대한 새로운 연구가 진행될 예정이다.

또한, 이러한 5G 이동 통신 시스템의 발전은 6G 이동 통신 기술의 테라헤르츠 대역에서의 커버리지 보장을 위한 신규 파형, 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO:FD-MIMO), 어레이 안테나(Array Antenna), 대규모 안테나(Large Scale Antenna)와 같은 다중 안테나 전송 기술, 테라헤르츠 대역 신호의 커버리지를 개선하기 위해 메타물질(Metamaterial) 기반 렌즈 및 안테나, OAM(Orbital Angular Momentum)을 이용한 고차원 공간 다중화 기술, RIS(Reconfigurable Intelligent Surface) 기술 뿐만 아니라, 6G 이동 통신 기술의 주파수 효율 향상 및 시스템 네트워크 개선을 위한 전이중화 기술, 위성, AI(Artificial Intelligence)를 설계 단계에서부터 활용하고 종단간(End-to-End) AI 지원 기능을 내재화하여 시스템 최적화를 실현하는 AI 기반 통신 기술, UE 연산 능력의 한계를 넘어서는 복잡도의 서비스를 초고성능 통신과 컴퓨팅 자원을 활용하여 실현하는 차세대 분산 컴퓨팅 기술 등의 개발에 기반이 될 수 있을 것이다.

위의 정보는 본 개시 내용의 이해를 돕기 위한 배경 정보로만 제공된다. 상술한 것 중 어떤 것이 본 발명과 관련하여 종래 기술로서 적용될 수 있는지 여부에 대해 어떠한 판단도 이루어지지 않았으며 어떠한 주장도 이루어지지 않았다.

본 개시의 양태들은 적어도 위에서 언급된 문제 및/또는 단점을 해결하고 적어도 아래에서 설명되는 이점을 제공하기 위한 것이다. 따라서, 본 개시의 일 양태는 통신 네트워크의 인도어 밀리미터파 기지국에서 하이브리드 프레넬 및 프라운호퍼 존 빔포밍을 위한 방법 및 장치를 개시하는 것이며, 여기서 통신 네트워크는 5세대(5G) 독립형 네트워크 및 5G 비-독립형(NAS) 네트워크 중 적어도 하나이다.

본 개시의 다른 양태는 밀리미터파 대역에서 안테나 소자를 증가시킴 없이 더 큰 애퍼처를 만드는 것에 의해 프레넬 및 프라운호퍼 존 빔포밍을 모두 동작하는 방법 및 방법을 위한 시스템을 개시하는 것이다.

본 개시의 또 다른 양태는 하향링크 기준(동기화) 신호가 CS 기반 GF-RA에 적합하도록 설계된 개방 루프 전력 제어에 활용되는 분산형 대규모 MIMO(MAD)를 통해 대규모 및 저-레이턴시 액세스를 가능하게 하는 방법 및 장치를 개시하는 것이다.

본 개시의 또 다른 목적은 제안된 MAD 시스템에서 TRP들의 인접 정보를 활용하는 새로운 활성 사용자 검출(active-user detection, AUD) 방식을 제안하는 것이다.

추가적인 양태들이 다음의 설명에서 부분적으로 설명될 것이고, 부분적으로는 설명으로부터 명백할 것이며, 또는 제시된 실시예들의 실행에 의해 학습될 수도 있다.

본 개시의 일 양태에 따르면, 통신 시스템에서 단말에 의해 수행되는 방법이 제공된다. 이 방법은 복수의 송신 및 수신 포인트(TRP)들로부터 복수의 신호들을 각각 수신하는 단계, 수신된 복수의 신호들에 기초하여 TRP들 각각에 대응하는 복수의 채널 이득들 각각을 획득하는 단계, 상향링크 송신 전력을 식별하기 위한 파라미터를 획득하는 단계, 파라미터 및 TRP와 연관된 채널 이득에 기초하여 복수의 TRP들 중의 TRP에 대한 상향링크 송신 전력을 식별하는 단계, 및 식별된 상향링크 송신 전력에 기초하여, 상향링크 신호를 송신하는 단계를 포함한다.

본 개시의 다른 양태에 따르면, 통신 시스템에서 기지국에 의해 수행되는 방법이 제공되며, 이 방법은 복수의 송신 및 수신 포인트(TRP)들에 대응하는 복수의 신호들을 각각 단말에 송신하는 단계, 상향링크 송신 전력을 식별하기 위한 파라미터를 SIB(System Information Block)를 통해 단말에 송신하는 단계, 및 단말로부터 TRP에 대한 상향링크 신호를 수신하는 단계를 포함하며, 상향링크 신호는 파라미터와 연관된 TRP 및 TRP와 연관된 채널 이득에 대한 상향링크 송신 전력에 따라 송신된다.

본 개시의 다른 양태에 따르면, 통신 시스템의 단말이 제공된다. 단말은 트랜시버 및 트랜시버와 커플링되는 컨트롤러를 포함하며, 이 컨트롤러는 복수의 송신 및 수신 포인트(TRP)들로부터 복수의 신호들을 각각 수신하고, 수신된 복수의 신호들에 기초하여 TRP들 각각에 대응하는 복수의 채널 이득들 각각을 획득하고, 상향링크 송신 전력을 식별하기 위한 파라미터를 획득하고, 파라미터 및 TRP와 연관된 채널 이득에 기초하여, 복수의 TRP들 중의 TRP에 대한 상향링크 송신 전력을 식별하며, 그리고 식별된 상향링크 송신 전력에 기초하여 상향링크 신호를 송신하도록 구성된다.

본 개시의 다른 양태에 따르면, 통신 시스템의 기지국이 제공된다. 기지국은 트랜시버 및 트랜시버와 커플링되는 컨트롤러를 포함하며, 이 컨트롤러는 복수의 송신 및 수신 포인트(TRP)들에 대응하는 복수의 신호들을 각각 단말에 송신하고, 상향링크 송신 전력을 식별하기 위한 파라미터를 SIB(System Information Block)를 통해 단말에 송신하고, 그리고 단말로부터 TRP에 대한 상향링크 신호를 수신하도록 구성되며, 상향링크 신호는 파라미터와 연관된 TRP 및 TRP와 연관된 채널 이득에 대한 상향링크 송신 전력에 따라 송신된다.

본 제안된 방법을 통해, 인도어 LOS(Line-of-Sight) 환경에서 프레넬 존이 극대화될 수 있으며, 사용자 위치에 따라 빔포밍 방법을 선택적으로 사용하는 것을 통해 신호 강도가 향상될 수 있다.

본 개시의 다른 양태, 이점, 및 현저한 특징은 첨부 도면과 함께 취해지는 본 개시의 다양한 실시예를 개시하는 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다.

본 개시의 실시예들이 첨부 도면들에 도시되어 있으며, 도면 전체에 걸쳐 유사한 참조 문자는 다양한 도면들에서 대응하는 부분을 나타낸다. 본 개시의 실시예들은 도면을 참조하여 다음의 설명으로부터 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 무선 네트워크의 일 예를 도시한 것이다.
도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 송신 경로의 예를 도시한 것이다.
도 2b는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 수신 경로의 예를 도시한 것이다.
도 3a는 본 개시의 일 실시예에 따른 예시적인 UE(116)를 도시한 것이다.
도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 예시적인 gNB(102)를 도시한 것이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예의 주파수 및 시간 도메인에서 SS(synchronization signal)와 PBCH(physical broadcasting channel)의 매핑의 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에서 서브캐리어 간격에 따라 SS/PBCH 블록이 송신될 수 있는 심볼들의 예를 도시한 것이다.
도 6a는 코로케이션형 mMIMO 시스템의 예와 분산형 mMIMO 시스템의 예를 도시한 것이다.
도 6b는 M=20, N=4, L=40인 코로케이션형 및 분산형 mMIMO에 대한 오검출률 대 잡음 전력을 도시한 것이다.
도 7은 본 개시의 예시적인 실시예를 도시한 것이다.
도 8은 본 개시에 따른 송신 구조에 대한 예시적인 실시예를 도시한 것이다.
도 9는 본 개시에 따른 코로케이션형 mMIMO 시스템과 분산형 mMIMO 시스템의 다른 예시적인 실시예를 도시한 것이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 네트워크와 UE 사이의 시그널링을 도시한 것이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 UE의 절차를 도시한 것이다.
도 12는 안테나 근처의 전자기장의 예를 도시한 것이다.
도 13은 위상 어레이 안테나의 예를 도시한 것이다.
도 14는 본 개시에 따른 다양한 각도(θ_r = 0°, -30°, -45°, -75°) 및 거리(d_r = 1.5m)에 대한 제안된 방식의 신호 강도를 도시한 것이다.

첨부된 도면을 참조한 다음의 설명은 청구범위 및 그 균등물에 의해 정의된 본 개시의 다양한 실시양태의 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 여기에는 이해를 돕기 위한 다양한 특정 세부 사항이 포함되어 있지만 이는 단지 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 본 명세서에 기재된 다양한 실시예의 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 명료함과 간결함을 위해 잘 알려진 기능 및 구성에 대한 설명은 생략할 수 있다.

이하의 설명 및 청구 범위에서 사용되는 용어 및 단어는 서지적 의미로 제한되지 않으며, 본 발명의 명확하고 일관된 이해를 가능하게 하기 위해 발명자에 의해 사용된 것이다. 따라서, 본 개시의 다양한 실시예들에 대한 다음의 설명은 단지 예시의 목적으로 제공된 것이며, 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정의된 바와 같은 개시를 제한하기 위한 것이 아니라는 것이 당업자에게 명백하다.

단수 형태는 문맥상 명백하게 다르게 지시되지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 예를 들어, "컴포넌트 표면"에 대한 언급은 그러한 표면들 중 하나 이상에 대한 언급을 포함한다.

동일한 이유로, 첨부된 도면에서, 일부 요소가 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시될 수 있다. 또한, 각 요소의 크기는 실제 크기를 완전히 반영하지 않는다. 도면에서, 동일하거나 대응하는 요소는 동일한 도면 부호를 갖는다.

본 개시의 이점들 및 특징들, 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 설명된 본 개시의 실시예들로부터 명확해질 것이다. 그러나, 본 개시가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있다. 하기의 실시예들은 단지 본 발명을 완전하게 개시하고 본 발명의 범위를 당업자에게 알리기 위해 제공되는 것이며, 본 개시는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정의된다. 명세서 전체를 통하여, 동일 또는 유사한 참조 부호는 동일 또는 유사한 요소를 지칭한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능이나 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 후술하는 용어들은 본 명세서에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들이며, 사용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하의 설명에서, 기지국은 단말들에게 자원들을 할당하는 엔티티로서, gNode B, eNode B, Node B, 기지국(BS), 무선 액세스 유닛, 기지국 컨트롤러, 및 네트워크의 노드 중 적어도 하나일 수 있다. 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), 휴대폰, 스마트폰, 컴퓨터, 통신 기능을 수행할 수 있는 멀티미디어 시스템 등을 포함할 수 있다. 본 개시에서, "하향링크(DL)"는 기지국이 단말에게 신호를 송신하는 무선 링크를 의미하며, "상향링크(UL)"는 단말이 기지국에게 신호를 송신하는 무선 링크를 의미한다. 또한, 이하의 설명에서는, LTE 또는 LTE-A 시스템을 예로 들어 설명할 수 있으나, 본 개시의 실시예들은 유사한 기술적 배경이나 채널 유형을 갖는 다른 통신 시스템에도 적용될 수 있다. 이러한 통신 시스템의 예들로는 LTE-A 이후에 개발되는 5세대 이동 통신 기술(5G, new radio, NR)이 포함될 수 있으며, 이하의 설명에서, "5G"는 기존의 LTE, LTE-A 또는 유사한 다른 서비스를 포함하는 개념일 수도 있다. 또한, 본 개시의 실시예들은 본 기술분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로써 본 개시의 범위를 크게 벗어나지 않는 범위에서 일부 변형을 통해 다른 통신 시스템에 적용될 수도 있다.

여기서, 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 블록들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 명령어들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령어들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서를 통해 수행되는 그 명령어들이 흐름도 블록 또는 블록들에서 명시된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령어들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치에 관한 것일 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 명령어들은 흐름도 블록 또는 블록들에서 명시된 기능을 수행하는 명령어 수단을 포함하는 제조 물품을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 명령어들은 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에 로딩되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성함으로써 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 장치 상에서 수행되는 명령어들이 흐름도 블록 또는 블록들에 명시된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 흐름도의 각 블록은 지정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령어들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또한, 몇 가지 대안의 구현예들에서는, 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함에 유의해야 한다. 예를 들면, 연속으로 도시된 두 개의 블록은 실제에 있어서 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나 관련된 기능에 따라 블록들이 때때로 역순으로 실행될 수도 있다.

본 명세서에서 사용되는 "~부"라는 용어는 소프트웨어 요소 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)과 같은 미리 정해진 기능을 수행하는 하드웨어 요소를 의미한다. 그러나, "~부"라는 용어가 항상 소프트웨어 또는 하드웨어로 한정되는 것은 아니다. 용어 "~부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 저장되도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 용어 "~부"는 예를 들어, 소프트웨어 요소, 객체 지향 소프트웨어 요소, 클래스 요소 또는 태스크 요소, 프로세스, 함수, 속성, 프로시저, 서브루틴, 프로그램 코드 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 어레이 및 파라미터를 포함할 수 있다. "~부"에서 제공되는 요소들 및 기능들은 더 작은 수의 요소들 또는 "~부"로 결합될 수 있거나, 또는 더 많은 수의 요소들 또는 "~부"로 분할될 수 있다. 또한, 요소들 및 용어 "~부"는 디바이스 또는 보안 멀티미디어 카드 내의 하나 이상의 CPU를 재생하도록 구현될 수 있다. 또한, 실시예들에서의 "~부"는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.

무선 통신은 현대 역사상 가장 성공적인 혁신 중 하나였다. 최근 무선 통신 서비스 가입자 수는 50억 명을 넘어섰으며 빠른 속도로 성장하고 있다. 무선 데이터 트래픽의 수요는 스마트 폰 및 태블릿, "노트 패드" 컴퓨터, 넷북, eBook 리더 및 머신 타입의 장치와 같은 기타 모바일 데이터 장치의 소비와 기업 사이의 인기가 높아짐에 따라 빠르게 증가하고 있다. 높은 모바일 데이터 트래픽 성장을 충족하고 새로운 애플리케이션 및 배포를 지원하려면, 무선 인터페이스 효율성 및 커버리지의 개선이 가장 중요하다.도 1은 본 개시에 따른 예시적인 무선 네트워크(100)를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 무선 네트워크(100)의 실시예는 단지 설명을 위한 것이다. 무선 네트워크(100)의 다른 실시예들이 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.

무선 네트워크(100)는 gNB(gNodeB, 101), gNB(102) 및 gNB(103)를 포함한다. gNB(101)는 gNB(102) 및 gNB(103)와 통신한다. gNB(101)는 또한 인터넷, 독점 IP 네트워크 또는 다른 데이터 네트워크와 같은 적어도 하나의 인터넷 프로토콜(Internet Protocol, IP) 네트워크(130)와 통신한다.

네트워크 타입에 따라, 'gNB'라는 용어는 기지국, 무선 기지국, 송신 포인트(TP), 송-수신 포인트(TRP), 지상 게이트웨이, 공중 gNB, 위성 시스템, 모바일 기지국, 매크로셀, 펨토셀, WiFi 액세스 포인트(AP) 등과 같이 원격 단말에 네트워크에 대한 무선 액세스를 제공하도록 구성된 컴포넌트(또는 컴포넌트 집합)를 나타낼 수 있다. 또한, 네트워크 타입 따라, "사용자 단말" 또는 "UE" 대신에 "이동국", "가입자국", "원격 단말", "무선 단말", 또는 "사용자 장치"와 같은 다른 잘 알려진 용어가 사용될 수도 있다. 편의상, 본 특허 명세서에서는 gNB에 무선으로 액세스하는 장비를 지칭하기 위해 "사용자 단말" 및 "UE"라는 용어를 사용한다. UE는 모바일 장치일 수도 있고 고정 장치일 수도 있다. 예를 들어, UE는 휴대폰, 스마트폰, 모니터링 장치, 경보 장치, 차량 관리 장치, 애셋 추적 장치, 자동차, 데스크탑 컴퓨터, 엔터테인먼트 장치, 인포테인먼트 장치, 자동 판매기, 전기 계량기, 수도 계량기, 가스 계량기, 보안 장치, 센서 장치, 가전기기 등일 수 있다.

gNB(102)는 gNB(102)의 커버리지 영역(120) 내에 있는 제 1 복수의 사용자 단말(UE)들에게, 네트워크(130)에의 무선 광대역 액세스를 제공한다. 제 1 복수의 UE는 소기업(small business; SB)에 위치될 수 있는 UE(111); 기업(enterprise; E)에 위치될 수 있는 UE(112); WiFi 핫스팟(HS)에 위치될 수 있는 UE(113); 제 1 거주지(R)에 위치될 수 있는 UE(114); 제 2 거주지(R)에 위치될 수 있는 UE(115); 및 셀 폰, 무선 랩탑, 무선 PDA 등과 같은 모바일 장치(M)일 수 있는 UE(116)를 포함한다. gNB(103)는 gNB(103)의 커버리지 영역(125) 내에 있는 제 2 복수의 UE들에게, 네트워크(130)에의 무선 광대역 액세스를 제공한다. 제 2 복수의 UE들은 UE(115) 및 UE(116)를 포함한다. 일부 실시예들에서, gNB(101-103) 중 하나 이상은 서로 통신하고, 5G, LTE(long-term evolution), LTE-A, WiMAX, 또는 다른 진보된 무선 통신 기술을 사용하여 UE(111-116)와 통신할 수 있다.

점선은 예시 및 설명만을 위해 거의 원형으로 도시되는 커버리지 영역(120 및 125)의 대략적인 범위를 보여준다. gNB들과 연관된 커버리지 영역들, 예를 들어 커버리지 영역들(120 및 125)은 gNB들의 구성, 및 자연 및 인공 장애물들과 관련된 무선 환경의 변화에 따라, 불규칙한 형태들을 포함하는 다른 형태들을 가질 수 있음을 명확하게 이해해야 한다.

아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, BS(101), BS(102) 및 BS(103) 중 하나 이상은 본 개시의 실시예들에서 설명된 바와 같이 2D 안테나 어레이들을 포함한다. 일부 실시예들에서, BS(101), BS(102) 및 BS(103) 중 하나 이상은 2D 안테나 어레이를 갖는 시스템에 대한 코드북 설계 및 구조를 지원한다.

도 1이 무선 네트워크(100)의 일 예를 도시하고 있지만, 다양한 변경들이 도 1에 대하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 무선 네트워크(100)는 임의의 수의 gNB 및 임의의 수의 UE를 임의의 적절한 배치에 포함시킬 수 있다. 또한, gNB(101)는 임의의 수의 UE와 직접 통신할 수 있고, 네트워크(130)에 대한 무선 광대역 액세스를 이러한 UE에 제공할 수 있다. 이와 유사하게, 각 gNB(102-103)은 네트워크(130)와 직접 통신하여, UE들에게 네트워크(130)로의 직접 무선 광대역 액세스를 제공할 수 있다. 또한, gNB(101, 102 및/또는 103)는 외부 전화 네트워크 또는 다른 타입의 데이터 네트워크와 같은 다른 또는 부가적인 외부 네트워크에 대한 액세스를 제공할 수 있다.

도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 송신 경로의 예를 도시한 것이고, 도 2b는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 수신 경로의 예를 도시한 것이다. 다음의 설명에서, 송신 경로(200)는 gNB(예컨대, gNB(102))에서 구현되는 것으로서 설명될 수 있지만, 수신 경로(250)는 UE(예컨대, UE(116))에서 구현되는 것으로서 설명될 수 있다. 그러나, 수신 경로(250)는 gNB에서 구현될 수 있고, 송신 경로(200)는 UE에서 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 실시예들에서, 수신 경로(250)는 본 개시의 실시예들에서 설명된 바와 같이 2D 안테나 어레이를 갖는 시스템에 대한 코드북 설계 및 구조를 지원하도록 구성된다.

송신 경로(200)는 채널 코딩 및 변조 블록(channel coding and modulation block)(205), 직렬-병렬(serial-to-parallel, S-to-P) 블록(210), 크기 N 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) 블록(215), 병렬-직렬(parallel-to-serial, P-to-S) 블록(220), 사이클릭 프리픽스 부가 블록(225) 및 상향 변환기(UC)(230)를 포함한다. 수신 경로(250)는 하향 변환기(DC)(255), 사이클릭 프리픽스 제거 블록(260), 직렬-병렬(S-to-P) 블록(265), 크기 N 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 블록(270), 병렬-직렬(P-to-S) 블록(275), 및 채널 디코딩 및 복조 블록(280)을 포함한다.

송신 경로(200)에서, 채널 코딩 및 변조 블록(205)은 정보 비트(information bit)의 세트를 수신하고, 코딩(예컨대, LDPC(low-density parity check) 코딩)을 적용하며, 일련의 주파수 도메인 변조 심볼(frequency-domain modulation symbol)을 생성하기 위해 입력 비트(예컨대, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 또는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation))를 변조시킨다. 직렬-병렬 블록(210)은 N개의 병렬 심볼 스트림을 생성하기 위해 직렬 변조된 심볼을 병렬 데이터로 변환(예컨대, 역다중화)하며, 여기서 N은 gNB(102) 및 UE(116)에서 사용되는 IFFT/FFT 크기이다. 크기 N IFFT 블록(215)은 시간 도메인 출력 신호를 생성하기 위해 N개의 병렬 심볼 스트림 상에서 IFFT 연산을 수행한다. 병렬-직렬 블록(220)은 직렬 시간 도메인 신호를 생성하기 위해 크기 N IFFT 블록(215)으로부터의 병렬 시간 도메인 출력 심볼을 변환한다(예컨대, 다중화). 부가 사이클릭 프리픽스 블록(225)은 사이클릭 프리픽스를 시간 도메인 신호에 삽입한다. 상향 변환기(230)는 무선 채널을 통한 송신을 위해 부가 사이클릭 프리픽스 블록(225)의 출력을 RF 주파수로 변조시킨다(예컨대, 상향 변환). 신호는 또한 RF 주파수로 변환하기 전에 기저 대역에서 필터링될 수 있다.

gNB(102)로부터 송신된 RF 신호는 무선 채널을 통과한 후에 UE(116)에 도달하고, gNB(102)에서의 동작과의 역 동작(reverse operation)이 UE(116)에서 수행된다. 하향 변환기(255)는 수신된 신호를 기저 대역 주파수로 하향 변환시키고, 사이클릭 프리픽스 제거 블록(260)은 직렬 시간 도메인 기저 대역 신호를 생성하기 위해 사이클릭 프리픽스를 제거한다. 직렬-병렬 블록(265)은 시간 도메인 기저 대역 신호를 병렬 시간 도메인 신호로 변환한다. 크기 N FFT 블록(270)은 N개의 병렬 주파수 도메인 신호를 생성하기 위해 FFT 알고리즘을 수행한다. 병렬-직렬 블록(275)은 병렬 주파수 도메인 신호를 일련의 변조된 데이터 심볼로 변환한다. 채널 디코딩 및 복조 블록(280)은 변조된 심볼들을 복조 및 디코딩하여, 원래의 입력 데이터 스트림을 복구한다.

gNB(101-103)의 각각은 하향링크에서 UE(111-116)로 송신하는 것과 유사한 송신 경로를 구현할 수 있고, 상향링크에서 UE(111-116)로부터 수신하는 것과 유사한 수신 경로(250)를 구현할 수 있다. 마찬가지로, UE(111-116)의 각각은 상향링크에서 gNB(101-103)로 송신하기 위한 송신 경로(200)를 구현할 수 있고, 하향링크에서 gNB(101-103)로부터 수신하기 위한 수신 경로(250)를 구현할 수 있다.

도 2a 및 도 2b의 각각의 구성 요소는 하드웨어만을 사용하거나 하드웨어와 소프트웨어/펌웨어의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 특정 예로서, 도 2a 및 도 2b의 구성 요소 중 적어도 일부는 소프트웨어로 구현될 수 있지만, 다른 구성 요소는 설정 가능한 하드웨어 또는 소프트웨어 및 설정 가능한 하드웨어의 혼합에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, FFT 블록(270) 및 IFFT 블록(215)은 설정 가능한 소프트웨어 알고리즘으로서 구현될 수 있으며, 여기서 크기 N의 값은 구현에 따라 수정될 수 있다.

또한, FFT 및 IFFT를 사용하는 것으로서 설명되었지만, 이는 예시일 뿐이며, 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform, DFT) 및 역이산 푸리에 변환(inverse discrete Fourier transform, IDFT) 함수와 같은 다른 타입의 변환이 사용될 수 있다. DFT 및 IDFT 함수에 대해 N 변수의 값은 임의의 정수(예컨대, 1, 2, 3, 4 등)일 수 있지만, FFT 및 IFFT 함수에 대해서는 N 변수의 값은 2의 거듭 제곱인 임의의 정수(즉, 1, 2, 4, 8, 16 등)일 수 있다는 것이 이해될 것이다.

도 2a 및 도 2b가 무선 송수신 경로의 예를 도시하지만, 도 2a 및 도 2b에 대한 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 또한, 도 2a 및 도 2b 안의 여러 구성 요소들이 결합되거나, 더 세부 분할되거나, 생략될 수 있고, 특정 요구 사항에 따라 추가 구성 요소들이 추가될 수 있다. 도 2a 및 도 2b는 무선 네트워크에서 사용될 수 있는 타입의 송수신 경로의 예를 도시하기 위한 것이다. 무선 네트워크에서 무선 통신을 지원하기 위해 다른 적절한 아키텍처가 사용될 수 있다.

도 3a는 본 개시의 일 실시예에 따른 예시적인 UE(116)를 도시한 것이다. 도 3a에 도시된 UE(116)의 실시예는 단지 설명을 위한 것이며, 도 1의 UE(111-115)는 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다. 그러나, UE는 매우 다양한 구성으로 제공되며, 도 3a는 본 개시의 범위를 UE의 임의의 특정 구현으로 제한하지 않는다.

UE(116)는 안테나(305), 무선 주파수(radio frequency, RF) 트랜시버(310), 송신(TX) 처리 회로(315), 마이크로폰(320) 및 수신(RX) 처리 회로(325)를 포함한다. 또한, UE(116)는 스피커(330), 메인 프로세서(340), 입/출력(I/O) 인터페이스(IF)(345), 키패드(350), 디스플레이(355), 및 메모리(360)를 포함한다. 메모리(360)는 기본 운영 체제(OS) 프로그램(361) 및 하나 이상의 애플리케이션(362)을 포함한다.

RF 트랜시버(310)는 네트워크(100)의 gNB에 의해 송신되는 내향 RF 신호를 안테나(305)로부터 수신한다. RF 트랜시버(310)는 수신 RF 신호를 하향 변환하여 중간 주파수(IF)나 기저대역 신호를 생성한다. IF 또는 기저대역 신호는, 그 기저대역 또는 IF 신호를 필터링하고, 디코딩하고, 및/또는 디지털화하는 것에 의해 처리된 기저대역 신호를 생성하는 RX 처리 회로(325)로 송신된다. RX 처리 회로(325)는 그 처리된 기저대역 신호를, 스피커(330)로 송신하거나(예컨대, 음성 데이터), 또는 추가 처리를 위해 메인 프로세서(340)로 송신한다(예컨대, 웹 브라우징 데이터).

TX 처리 회로(315)는 마이크로폰(320)으로부터 아날로그 또는 디지털 음성 데이터를 수신하거나 또는 메인 프로세서(340)로부터 다른 외향 기저대역 데이터(예컨대, 웹 데이터, 이-메일, 또는 쌍방향 비디오 게임 데이터)를 수신한다. TX 처리 회로(315)는 그 외향 기저대역 데이터를 인코딩, 멀티플렉싱, 및/또는 디지털화하여, 처리된 기저대역 또는 IF 신호를 생성한다. RF 트랜시버(310)는 TX 처리 회로(315)로부터 외향 처리된 기저대역 또는 IF 신호를 수신하고, 기저대역 또는 IF 신호를 안테나(305)를 통해 송신되는 RF 신호로 상향 변환한다.

메인 프로세서(340)는 하나 이상의 프로세서 또는 다른 처리 장치를 포함할 수 있고, UE(116)의 전반적인 동작을 제어하기 위해 메모리(360)에 저장된 기본 OS 프로그램(361)을 실행할 수 있다. 예를 들어, 메인 프로세서(340)는 잘 알려진 원리들에 따라 RF 트랜시버(310), RX 처리 회로(325), 및 TX 처리 회로(315)에 의해 순방향 채널 신호들의 수신 및 역방향 채널 신호들을 송신을 제어할 수 있다. 일부 실시예들에서, 메인 프로세서(340)는 적어도 하나의 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러를 포함한다.

메인 프로세서(340)는 또한 본 개시의 실시예들에서 설명되는 바와 같은 2D 안테나 어레이들을 갖는 시스템들에 대한 채널 품질 측정 및 보고를 위한 동작들과 같이 메모리(360)에 상주하는 다른 프로세스들 및 프로그램들을 실행할 수 있다. 메인 프로세서(340)는 실행 프로세스에 의한 요구에 따라 메모리(360) 내로 또는 외부로 데이터를 이동할 수 있다. 일부 실시예들에서, 메인 프로세서(340)는 OS 프로그램(361)에 기초하여 또는 gNB들 또는 오퍼레이터로부터 수신된 신호들에 따라 애플리케이션들(362)을 실행하도록 구성된다. 또한, 메인 프로세서(340)는, 랩탑 컴퓨터 및 휴대용 컴퓨터와 같은 다른 장치들에 연결되는 능력을 UE(116)에게 제공하는 I/O 인터페이스(345)에 커플링되어 있다. I/O 인터페이스(345)는 이러한 주변기기들과 메인 프로세서(340) 사이의 통신 경로이다.

메인 프로세서(340)는 키패드(350) 및 디스플레이 유닛(355)과도 커플링된다. UE(116)의 오퍼레이터는 키패드(350)를 사용하여 UE(116)에 데이터를 입력할 수 있다. 디스플레이(355)는 액정 디스플레이이거나, 또는 웹 사이트로부터와 같이 텍스트 및/또는 적어도 제한된 그래픽을 렌더링(rendering)할 수 있는 다른 디스플레이일 수 있다. 메모리(360)는 메인 프로세서(340)에 커플링된다. 메모리(360)의 일부는 RAM(random access memory)을 포함할 수 있고, 메모리(360)의 다른 일부는 플래쉬 메모리나 다른 ROM(read-only memory)을 포함할 수 있다.

도 3a가 UE(116)의 일 예를 도시하지만, 도 3a에 대한 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 3a의 다양한 구성 요소는 조합되거나, 더 세분화되거나, 생략될 수 있으며, 특정 필요에 따라 추가적인 구성 요소가 부가될 수 있다. 일 특정 예로서, 메인 프로세서(340)는 복수의 프로세서들, 예를 들어 하나 이상의 중앙 처리 유닛(CPU)들 및 하나 이상의 그래픽 처리 유닛(GPU)들로 분할될 수 있다. 또한, 도 3a는 이동 전화 또는 스마트 폰으로서 구성된 UE(116)를 도시하지만, UE는 다른 타입의 이동 또는 고정 장치로서 동작하도록 구성될 수 있다.

도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 예시적인 gNB(102)를 도시한 것이다. 도 3b에 도시된 gNB(102)의 실시예는 단지 설명을 위한 것이며, 도 1의 다른 gNB는 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다. 그러나, gNB는 매우 다양한 구성을 가지며, 도 3b는 본 개시의 범위를 gNB의 임의의 특정 구현으로 제한하지 않는다. gNB(101) 및 gNB(103)는 gNB(102)와 동일하거나 유사한 구조를 포함할 수 있다.

도 3b에 도시된 바와 같이, gNB(102)는 다수의 안테나(370a-370n), 다수의 RF 트랜시버(372a-372n), 송신(TX) 처리 회로(374) 및 수신(RX) 처리 회로(376)를 포함한다. 특정 실시예에서, 다수의 안테나(370a-370n) 중 하나 이상은 2D 안테나 어레이를 포함한다. gNB(102)는 또한 컨트롤러/프로세서(378), 메모리(380) 및 백홀 또는 네트워크 인터페이스(382)를 포함한다.

RF 트랜시버(372a-372n)는 안테나(370a-370n)로부터, UE 또는 다른 gNB에 의해 송신된 신호와 같은 내향 RF 신호를 수신한다. RF 트랜시버(372a-372n)는 IF 또는 기저 대역 신호를 생성하도록 내향 RF 신호를 하향 변환시킨다. IF 또는 기저대역 신호들은, 기저대역 또는 IF 신호들을 필터링하고, 디코딩하고, 및/또는 디지털화하는 것에 의하여 처리된 기저대역 신호들을 생성하는 RX 처리 회로(376)로 송신된다. RX 처리 회로(376)는 처리된 기저 대역 신호를 추가의 처리를 위해 컨트롤러/프로세서(378)로 송신한다.

TX 처리 회로(374)는 컨트롤러/프로세서(378)로부터 (음성 데이터(voice data), 웹 데이터, 이메일 또는 대화형 비디오 게임 데이터(interactive video game data)와 같은) 아날로그 또는 디지털 데이터를 수신한다. TX 처리 회로(374)는 처리된 기저 대역 또는 IF 신호를 생성하기 위해 외향 기저 대역 데이터를 인코딩, 다중화 및/또는 디지털화한다. RF 트랜시버(372a-372n)는 TX 처리 회로(374)로부터 외향 처리된 기저 대역 또는 IF 신호를 수신하고, 기저 대역 또는 IF 신호를 안테나(370a-370n)를 통해 송신되는 RF 신호로 상향 변환한다.

컨트롤러/프로세서(378)는 gNB(102)의 전반적 동작을 제어하는 하나 이상의 프로세서들 또는 다른 처리 장치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러/프로세서(378)는 잘 알려진 원리에 따라 RF 트랜시버(372a-372n), RX 처리 회로(376) 및 TX 처리 회로(374)에 의해 순방향 채널 신호(forward channel signal)의 수신 및 역방향 채널 신호(reverse channel signal)의 송신을 제어할 수 있다. 컨트롤러/프로세서(378)는 보다 진보된 무선 통신 기능과 같은 추가적인 기능을 또한 지원할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러/프로세서(378)는 BIS 알고리즘에 의해 수행되는 것과 같은 블라인드 간섭 감지(blind interference sensing, BIS) 프로세스를 수행하고 간섭 신호에 의해 감산된 수신 신호를 디코딩할 수 있다. 다양한 다른 기능들 중 임의의 것이 컨트롤러/프로세서(378)에 의해 gNB(102)에서 지원될 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨트롤러/프로세서(378)는 적어도 하나의 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러를 포함한다.

컨트롤러/프로세서(378)는 기본 OS와 같은 메모리(380)에 상주하는 프로그램 및 다른 프로세스를 실행할 수 있다. 컨트롤러/프로세서(378)는 본 개시의 실시예들에서 설명된 바와 같이 2D 안테나 어레이들을 갖는 시스템들에 대한 채널 품질 측정 및 보고를 지원할 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨트롤러/프로세서(378)는 웹 RTC와 같은 엔티티 간의 통신을 지원한다. 컨트롤러/프로세서(378)는 실행 프로세스에 의한 요구에 따라 메모리(380) 내로 또는 메모리(380) 밖으로 데이터를 이동할 수 있다.

컨트롤러/프로세서(378)는 백홀 또는 네트워크 인터페이스(382)에도 연결된다. 백홀 또는 네트워크 인터페이스(382)는 gNB(102)가 백홀 연결(backhaul connection) 또는 네트워크를 통해 다른 장치 또는 시스템과 통신할 수 있게 한다. 인터페이스(382)는 임의의 적절한 유선 또는 무선 연결(들)을 통한 통신들을 지원할 수 있다. 예를 들어, gNB(102)가 셀룰러 통신 시스템(예컨대, 5G, LTE, 또는 LTE-A를 지원하는 것)의 일부로서 구현되는 경우, 인터페이스(382)는, gNB(102)가 유선 또는 무선 백홀 연결을 통해 다른 gNB들과 통신하는 것을 가능하게 할 수 있다. gNB(102)가 액세스 포인트로서 구현되는 경우, 인터페이스(382)는, gNB(102)가 유선 또는 무선 로컬 영역 네트워크를 통해 또는 유선 또는 무선 연결을 통해 더 큰 네트워크(예컨대, 인터넷)로 전송하는 것을 가능하게 한다. 인터페이스(382)는 유선 또는 무선 연결, 예를 들어 이더넷 또는 RF 트랜시버를 통한 통신들을 지원하는 임의의 적절한 구조를 포함한다.

메모리(380)는 컨트롤러/프로세서(378)와 결합된다. 메모리(380)의 일부는 RAM을 포함할 수 있고, 메모리(380)의 다른 부분은 플래시 메모리 또는 다른 ROM을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, BIS 알고리즘과 같은 복수의 명령어가 메모리에 저장된다. 복수의 명령어는 컨트롤러/프로세서(378)가 BIS 프로세스를 수행하고 BIS 알고리즘에 의해 결정된 적어도 하나의 간섭 신호를 차감한 후에 수신된 신호를 디코딩하게 하도록 구성된다.

아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, gNB(102)(RF 트랜시버(372a-372n), TX 처리 회로(374), 및/또는 RX 처리 회로(376)를 사용하여 구현됨)의 송신 및 수신 경로들은 FDD 셀 및 TDD 셀의 집합체와의 통신을 지원한다.

도 3b가 gNB(102)의 일 예를 도시하지만, 도 3b에 대한 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 예를 들어, gNB(102)는 도 3b에 도시된 소정 개수의 각각의 구성 요소를 포함할 수 있다. 특정 예로서, 액세스 포인트는 다수의 인터페이스(382)를 포함할 수 있고, 컨트롤러/프로세서(378)는 상이한 네트워크 어드레스 사이에서 데이터를 라우팅하는 라우팅 기능을 지원할 수 있다. 다른 예로서, TX 처리 회로(374)의 단일 인스턴스(instance) 및 RX 처리 회로(376)의 단일 인스턴스를 포함하는 것으로서 도시되어 있지만, gNB(102)는 (RF 트랜시버 당 하나와 같은) 각각의 다수의 인스턴스를 포함할 수 있다.

도 4는 본 개시의 일 실시예의 주파수 및 시간 도메인에서 SS(synchronization signal)와 PBCH(physical broadcasting channel)의 매핑의 예를 도시한 것이다.

PSS(primary synchronization signal)(401), SSS(secondary synchronization signal)(403) 및 PBCH(405)는 4개의 OFDM(orthogonal frequency-division multiplexing) 심볼들에 걸쳐 매핑되며, PSS와 SSS는 12개의 자원 블록(Resource Block, RB)들에 매핑되고, PBCH는 20개의 RB들에 매핑된다. 도 4의 표는 20개 RB들의 주파수 대역이 서브캐리어 간격(SCS)에 따라 어떻게 변화하는지를 보여준다. PSS, SSS, PBCH가 송신되는 자원 영역은 SS/PBCH 블록으로 지칭될 수 있다. 또한, SS/PBCH 블록은 SSB 블록으로 지칭될 수도 있다.

도 5는 본 개시의 일 실시예에서 서브캐리어 간격에 따라 SS/PBCH 블록이 송신될 수 있는 심볼들의 예를 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 서브캐리어 간격은 15kHz, 30kHz, 120kHz, 240kHz 등으로 설정될 수 있으며, SS/PBCH 블록이 위치될 수 있는 심볼의 위치는 각 서브캐리어 간격에 따라 결정될 수 있다. 도 5는 SSB가 1 ms 이내 심볼들의 서브캐리어 간격에 따라 송신될 수 있는 심볼들의 위치를 도시한 것이며, SSB가 항상 도 5에 도시된 영역에서 송신되는 것은 아니다. SSB 블록이 송신되는 위치는 시스템 정보 또는 전용 시그널링을 통해 UE에 설정될 수 있다.

무선 통신은 초고속 데이터 전송률을 지원하기 위해 더 넓은 대역폭을 가진 더 높은 주파수로 지속적으로 방향을 전환하고 있다. 특히, 5G 통신 시스템은 400 MHz 대역폭의 밀리미터파(mmWave) 대역을 사용하며, 6G에서는 테라헤르츠 스펙트럼을 사용할 것으로 예상된다. 주파수 대역을 늘리면, 파장이 짧아지므로 안테나의 크기와 차원이 작아진다. 필요한 크기의 안테나 애퍼처를 만들기 위해, 많은 수의 안테나가 패킹될 수 있으며, 많은 수의 안테나 소자를 작동하기 위한 하드웨어의 복잡성과 비용이 높아질 것이다.

대형 안테나 애퍼처는 두 가지 이점을 가질 수 있다. 하나는 안테나 이득을 높이는 것이고, 다른 하나는 프레넬 존(Fresnel Zone)을 확장하는 것이다. 안테나 이득이 커지면, 신호가 더 먼 거리까지 송신되어 셀 커버리지가 향상된다. 프레넬 존이 넓어지면, 위성 통신에서 볼록 렌즈나 접시 안테나 등을 이용하여 광이 집속되는 것처럼 전파를 집속시켜 신호 강도를 높일 수 있다. 그러나, 위상 어레이 구조에서는 대형 애퍼처를 사용하기가 어려우며, 이것은 필요한 안테나 소자 수가 많고 이들을 작동시키는 것이 복잡하기 때문에 일반적으로 mmWave에서 사용된다. 본 명세서에서는, mmWave 인도어 커버리지(indoor coverage)에서 안테나 소자를 늘리는 것 없이 애퍼처를 크게 만들어 프레넬 존과 프라운호퍼 존을 모두 운용하는 방법을 제안한다.

<그랜트 프리 랜덤 액세스의 전력 제어>

사용자(또는 사용자 단말)가 기지국(BS)으로부터 충돌 해결 및 자원 그랜트를 기다리는 것 없이, 전송 식별 프리앰블을 동반한 데이터를 싱글 샷으로 송신하는 그랜트 프리 랜덤 액세스(grant-free random access, GF-RA)는, B5G(Beyond 5G) 시스템에 대한 대규모 및 저지연 액세스(mLLA)의 인에이블러인 것으로 간주된다. GF-RA의 프리앰블은 AUD(active user detection), 채널 추정 및 상향링크 동기화로 널리 알려진 전송을 식별하는데 사용된다. GF-RA를 활성화하는 mLLA에 대한 최근 연구에서는 사용자가 비-직교 프리앰블의 대규모 풀로부터 프리앰블을 할당받거나 랜덤으로 선택하는 것을 고려한다. 제 1 클래스는 랜덤 액세스 선택에서 충돌을 피하지만, 많은 수의 사용자(예를 들면, km²당 10⁷개 장치)를 지원하는데 있어서 제 2 클래스만큼 스케일링 가능하지 않다. 여기서, 비-직교성이라는 용어는 단순히 프리앰블의 수(N_p)가 프리앰블의 길이(L)보다 훨씬 크다는 것을 의미하며, 비율()은 GF-RA의 스케일링 팩터인 것으로 간주될 수 있다. 자도프 추(Zadoff-Chu) 시퀀스 및 골드(Gold) 시퀀스와 같은 특수 시퀀스들의 경우, 비-직교성이라는 용어는 프리앰블들 간의 0이 아닌 교차 상관으로 해석될 수도 있다. 그 다음, 프리앰블들의 희소 선택, 즉 풀로부터 프리앰블들의 작은 서브세트만이 GF-RA 오케이전에서 활성인 것을 활용하여, CS(Compressive-sensing)의 개념이 수신기에서 AUD에 사용될 수 있다.

활성 프리앰블들이 올바르게 검출되고 나면, 나머지 채널 및 데이터 심볼 추정은 단순히 기존 MUD(multi-user detection) 문제로 취급될 수 있으므로, MMSE(minimum mean square error estimation)와 같은 전통적인 추정 기술들이 사용될 수 있다. GF-RA 오케이전에서 K개의 프리앰블들이 활성인 경우(여기서

), 자원 활용 팩터는 로 정의될 수 있다. 따라서, mLLA를 위한 GF-RA의 주된 설계 목표는 신뢰할 수 있는 AUD를 보장하면서 높은 스케일링 팩터(γ) 및 활용 팩터(η)의 지원을 중심으로 발전하는 것이다.

mMIMO(massive MIMO) 시스템에서는 BS에서 다중 안테나를 사용할 수 있으므로, CS 기반 AUD를 MMV(multiple measurement-vector) 문제로 모델링할 수 있다. 안테나 포트 수가 활성 프리앰블(사용자) 수에 따라 스케일 업되고 이상적인 조건들 하에서, mMIMO 기반 GF-RA는

을 달성함과 동시에 활성 오검출률을 0으로 유도할 수 있다. 그러나, 이상적인 조건들 중 가장 엄격한 요구 사항 중 하나는 사용자로부터 수신되는 신호 전력이 '완벽하게 밸런싱'되어야 하는 완벽한 전력 제어에 대한 요구 사항이다. 이러한 요구 사항은 궁극적으로 AUD 성능을 저하시키는 셀 에지(cell-edge) 사용자들을 수용하기 위해 사용자의 신호 대 잡음비(SNR)가 희생되는 전통적인 코로케이션형 mMIMO 시스템에서 매우 제한적이다.

도 6은 코로케이션형 mMIMO 시스템의 예와 분산형 mMIMO 시스템의 예를 도시한 것이다. 도 6을 참조하면, (a) (600)은 코로케이션형 mMIMO 시스템의 예를 도시한 것이고, (b) (610)은 분산형 mMIMO 시스템의 예를 도시한 것이다. 코로케이션형 안테나 시스템(600)에서는, 물리적으로 근접하게 위치된 안테나 포트들이 커버리지 영역 내의 장치들과 송수신을 수행한다. 반면에, 분산형 안테나 포트들(610)을 가진 등가 시스템은 RRH(Remote Radio Head)로 지칭될 수 있는 그룹 안테나 포트들이 커버리지 영역에 걸쳐 물리적으로 분산된 안테나 포트들의 그룹으로 구성된다. (600) 및 (610)의 상세한 설명은 도 9에서 제공된다.

N개의 안테나를 각각 구비한 M개의 TRP가 도 1에 도시된 N_UE개의 UE를 서빙하는 시분할 이중화(TDD) 기반 셀 프리(cell-free) 대규모 MIMO 시스템을 고려하도록 한다. 협대역 시스템의 경우, m번째 TRP의 n번째 안테나와 k번째 UE 사이의 채널은 아래의 수학식 1과 같이 주어진다.

[수학식 1]

여기서

는 m번째 TRP와 k번째 UE 사이의 라지 스케일 채널 계수이고, 은 스몰 스케일 채널 페이딩이다. 그러면 m번째 TRP의 n번째 안테나에서 수신되는 신호 y_mn는 수학식 2와 같이 주어진다.

[수학식 2]

여기서

는 k번째 사용자가 활성인 경우 낮은 확률을 갖는 값 1을 가정하는 활성 지시자이고

는 I_L가

항등 행렬을 나타내는 전력 σ²을 갖는 노이즈 벡터이다. 또한, 는 L 길이의 복소 프리앰블 시퀀스이고,

는 k번째 사용자에 의해 사용되는 송신 전력이다. 또한, 프리앰블들을 가정하는

가 UE들에게 일대일로 할당되는 것으로 가정한다(즉, N_UE = N_p). 사용자가 프리앰블을 랜덤으로 선택하는 경우에 대해서는 다음 섹션에서 별도로 논의한다. 또한, 희소 벡터 g_mn은

로 주어지며 여기서

이다. 각 TRP의 각각의 안테나로부터 수신되는 프리앰블들(즉,

)을

로서 수집하는 경우,

[수학식 3]

여기서,

이고,

이다.

본 섹션에서는, 수학식 2 및 3의 수신 신호 모델이 단일 및 다중 측정 벡터인 것을 보여준다(즉, SMV 및 MMV 기반 압축 감지(CS) 문제들). 그 다음, mLAA용 GF-RA를 활성화하는 코로케이션형 mMIMO와 비교되는 분산형 mMIMO의 특징들을 보여준다.

는 CS 렉시콘에서 서포트 세트(support set)로 알려진

의 0이 아닌 요소들의 인덱스를 보유하는 세트를 나타내며, 이 경우, 활성 사용자 수 K에 대한 카디널리티

이다. GF-RA 오케이전에서는 활성 사용자가 거의 없으므로, K<<N_UE이다. 또한, 수학식 3의 벡터들

는 동일한 서포트를 공유하며, 즉,

이고 이에 따라 MMV 문제로 모델링될 수 있다.

이제, 우리는 수학식 3이

개의 안테나가 있는 동등한 코로케이션형 mMIMO 시스템에 적용된다는 것을 알 수 있다. 이 경우, 채널 행렬은

로 분해될 수 있으며, 여기서

는 k번째 대각 요소

인 대각 행렬이고, 여기서

는 k번째 UE로부터의 수신 전력에 대응하고

는 라지 스케일 계수이다. 또한, 는 스몰 스케일 채널 이득에 대응하는 가우스 행렬이다.

수학식 3의 신호 모델이 주어지면, GF-RA의 핵심 동작은 활성 사용자 검출(active user detection, AUD), 즉 서포트 Λ를 정확하게 추정하는 것이며, 이 경우 동기화 및 채널 추정은 검출된 서포트에 의해 인덱싱된 프리앰블들의 서브세트에 기초하여 수행될 수 있다. 이 서포트 검출 문제는 조합적 비-컨벡스(combinatorial non-convex) 문제이므로, AUD는 그리디 알고리즘들에 의존한다. 시스템 파라미터들 간의 관계를 이해하기 위해, 널리 사용되는 그리디 CS 알고리즘 SOMP(simultaneous orthogonal matching pursuit) 중 하나를 사용하여 적어도 하나의 프리앰블(P_mis) 복구에 실패할 확률의 상한을 고려하도록 한다.

[수학식 4]

여기서 K₁과 K₂는 SNR의 함수인 상수들이며 [18]의 정리 8에서 참조될 수 있다. 수학식 4의 관계는 대부분의 그리디 CS 알고리즘들에 적용된다. mMIMO 기반 GF-RA에 대한 수학식 4의 주요 내용은 P_mis가 안테나 소자의 수(MN)에 따라 기하급수적으로 감소하는 반면 활성 사용자 수 |Λ| 및 BS에서 수신된 최소 전력의 역수

에 따라 기하급수적으로 증가한다는 것이다. 종래 기술에서는, 타겟 수신 전력

을 만족시키기 위해 개방 루프 전력 제어를 수행하였다. 그러나, 코로케이션형 mMIMO에서는 사용자들 간에 매우 큰 채널 이득 불일치가 있기 때문에, 이러한 개방 루프 전력 제어는 일부 사용자를 배제하거나 SNR을 불균형하게 저하시킨다. 다음에서는 본 제안된 분산형 mMIMO(MAD)를 통한 대규모 액세스에서 이 관계가 어떻게 활용될 수 있는지에 대해 논의한다.

수학식 4의 AUD 성능과 시스템 파라미터들 간의 관계에서 영감을 받아, 본 출원인은 UE가 하향링크 기준 신호들에 기초하여 각 TRP에 대한 라지 스케일 채널 이득을 추정하며 또한 P번째로 강한 TRP에 대한 전력 제어를 수행하는 분산형 mMIMO(MAD) 시스템을 통한 대규모 액세스를 제안한다. 그 다음 본 제안된 전력 제어 방식과 분산형 mMIMO에서 TRP들의 공간 배열을 인식하는 AUD 방식이 수행된다.

활성 UE는 먼저 동기적으로 송신된 하향링크 기준 신호들로부터 라지 스케일 채널 이득들

를 추정한다. DL 기준 신호는 SSB(Synchronization Signal Block)의 프라이머리 동기 신호(PSS) 및 세컨더리 동기 신호(SSS)일 수 있다.

가 P번째로 큰

을 나타내는 것으로 하면, UE는 수학식 5와 같이 P번째로 강한 TRP에 대한 특정 타겟 수신 전력

을 충족하도록 자신의 전력을 조정한다.

[수학식 5]

파라미터 P는 트래픽 부하에 기초하여 네트워크에 의해 조정될 수 있으며 SSB에 따라 브로드캐스트될 수 있다. 수학식 5에 기초하는 전력 제어는 두 가지 이점을 갖는다. 첫째,

이기만 하다면 P TRP들에 대해

보다 큰 수신 전력을 보장한다. 이것은 사용자가 필요한 전력으로

개의 압축된 측정치들을 시그널링함을 의미한다. 둘째, 그리디 알고리즘에 대한 레지듀얼 임계값(r_th)을

로 설정하면,

인 TRP들의 AUD 프로세스에서 사용자의 송신이 제외되므로, 각 TRP에서 인식되는 희소성이 증가한다. 특히, m번째 TRP의 경우 인식되는 서포트의 크기, 즉

는 활성 사용자 수보다 훨씬 낮은 카디널리티를 갖는다(즉, 수학식 4에서 P_mis를 개선하는

).

각 TRP에 대한 SOMP와 같은 그리디 알고리즘들로부터의 활성 추정치는 대각선 요소가 1로 설정되고 (m,m')번째 요소 w_m,m'은 m번째 TRP에서 m'번째 TRP로부터 검출된 서포트 세트의 신뢰도에 가중치를 부여하는데 사용될 수 있으며 두 TRP 사이의 거리(d_mm')의 함수로 정의될 수 있는(즉, w_m,m' = f(d_mm')) 인접 그래프 행렬로부터 정의된 가중 팩터들을 기반으로 조합 및 반복될 수 있다. 또한, 본 제안된 MAD 시스템에서와 같이, UE의 송신은 P번째로 강한 TRP를 타겟으로 하고, 내부 TRP들에 대한 전파 지연이 제어되며, 비-직교 프리앰블들의 큰 풀이 더 짧은 사이클릭 시프트 크기를 갖는다.

각각 N개의 안테나를 구비한 M개의 TRP를 가진 셀 프리(cell-free) 대규모 MIMO 시스템이 1km² 영역에 걸쳐 균일하게 분산되어 있는 것을 고려한다. MN개의 안테나를 구비하고 커버리지 영역의 중앙에 위치하는 동등한 코로케이션형 mMIMO 시스템이 고려된다. 각 사용자가 활성 확률 P_a=0.05:0.1로 활성화되는 커버리지 영역에 걸쳐 N_UE=400이 균일하게 분산된다. 또한, [17]에서와 같은 3-슬롭 전파 모델이 고려되며, 해당 라지 스케일 채널 이득들이 활성 사용자들에 대해 생성된다. 1MHz 대역폭 및

범위의 잡음 전력이 고려되며, 타겟 수신 전력 및 최대 송신 전력은 각각

및

이다.

도 6b는 M=20, N=4, L=40인 코로케이션형 및 분산형 mMIMO에 대한 오검출률 대 잡음 전력을 보여준다. 도 6b를 참조하면, 본 제안된 방식에 의해 활성 사용자 오검출률(P_mis) 측면에서 다중 차수 성능 개선이 관찰된다. 또한, 본 제안된 MAD 시스템에 대한 P_mis는 레지듀얼 간섭에 의해서만 제한되는 반면 P 및 인접 행렬과 같은 시스템 파라미터들의 추가 최적화를 위한 추가 잡음 개방 기회들에는 변하지 않는 것으로 나타났다.

도 7은 본 개시의 예시적인 실시예를 도시한 것이다. 도 7을 참조하면, K명의 사용자들(703)이 시간 동기화된 그랜트 프리 액세스 방식으로 자신의 상향링크 패킷들을 송신한다. 동기화를 위해 SSB(700)와 같은 하향링크 동기화 신호가 고려될 수 있다. 사용자는 DL 동기화 신호를 수신한 후, 다음 가능한 송신 기회(시간 슬롯)에 자신의 패킷을 송신한다.

도 8은 본 개시에 따른 송신 구조에 대한 예시적인 실시예를 도시한 것이다. 단일 송신 기회가 801에 도시되어 있으며, 이것은 하향링크 동기화 및 브로드캐스팅 서브슬롯(803)과 상향링크 패킷(802)으로 나뉘어진다. 상향링크 패킷(802)은 궁극적으로 프리앰블(804) 부분과 데이터(805) 부분으로 나뉘어진다. 예시적인 일 응용은 네트워크로 연결된 센서들을 통해 센서 측정치들을 송신하는 것이다. 이 측정 데이터는 상향링크 패킷의 데이터 부분(805)에서 송신될 수 있다. 데이터 부분(805)은 장치의 ID를 포함할 수도 있다. 두 명 이상의 사용자가 동일한 프리앰블을 선택하고 이 송신들이 동일한 수신 포인트에서 수신되는 경우, 다수의 송신 포인트들이 충돌하여 구별할 수 없게 될 수도 있다.

도 9는 본 개시에 따른 코로케이션형 mMIMO 시스템 및 분산형 mMIMO 시스템에 대한 다른 예시적인 실시예를 도시한 것이다. 도 9를 참조하면, 코로케이션형 mMIMO 시스템(900) 및 분산형 mMIMO 시스템(901)이 도시되어 있다. 또한, gNB(902)를 중심으로 하는 코로케이션형 mMIMO에 대한 충돌 도메인이 가상의 원(904)으로 도시되어 있다. 코로케이션형 mMIMO 시스템(900)에서는, 충돌 도메인에 위치한 사용자들이 동일한 프리앰블을 선택할 경우 충돌하게 된다. 한편, (b) (901)의 분산형 mMIMO 시스템의 경우, 본 발명에서 도입된 적절한 전력 제어를 통해, 다수의 충돌 도메인들이 형성될 수 있다. RRH(radio remote head)들(905, 906)을 둘러싸는 충돌 도메인들이 가상의 원들(907, 908)로 도시되어 있다. 이들 충돌 도메인들은 중첩되지 않기 때문에, 동일한 프리앰블이 선택되더라도 이들 두 충돌 도메인들에 위치한 사용자들로부터의 해당 RRH들에 의한 수신이 서로 충돌하지 않는다.

도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 네트워크와 UE 사이의 시그널링을 도시한 것이다. 도 10을 참조하면, 네트워크(1000, 또는 기지국, 또는 복수의 TRP들)와 UE(1001) 사이의 시그널링 교환이 도시되어 있다. 네트워크(1000)는 단계 1002에서 동기화 신호(SSB)와 값 P 및 타겟 전력

의 지시를 UE(1001)에게 송신한다. 단계 1002에서 각 SSB는 TRP에 대응한다. SSB들을 수신한 UE(1001)는 단계 1003에서 해당 SSB들을 통해 각 TRP들로부터 라지 스케일 채널 이득들을 포함하는 하향링크 신호 전력을 추정한다. 그 다음 단계 1005에서 UE(1001)는 수학식 5에 따라 자신의 전력을 제어한다. UE(1001)는 P번째로 강한 TRP로 프리앰블 및 데이터를 송신하기 위한 상향링크 송신 전력을 식별한다. 그 다음, 단계 1004에서 활성 사용자들이 네트워크(1000)에서 검출된다. 예시적인 일 실시예에서, 네트워크(1000)에서, N개의 가장 강한 활성 UE들이 각 TRP에서 검출된다. P 및 타겟 수신 전력

를 포함하는, 네트워크(1000)에 의해 브로드캐스팅되는 파라미터들은 장치들의 QoS, 트래픽 부하 및 다른 팩터들에 기초하여 네트워크에 의해 설정될 수 있다.

상이한 QoS 레벨들에 대한 기지국에 의한 전술한 파라미터들의 예시적인 지시/설정이 표 1에 제공되어 있다. 이 표에는, 파라미터 P 및 타겟 수신 전력 레벨(dBm)들이 4개의 서로 다른 QoS 레벨들에 대해 지시되어 있다.

예시적인 일 실시예에서는, 파라미터 P 및 타겟 수신 전력(dBm)이 시스템 정보 블록(SIB)을 통해 UE에 대한 복수의 QoS 레벨들에 대해 지시된다. 이 접근 방식은 상이한 QoS 레벨들에 대한 액세스 베어링을 제어하기 위해 네트워크에 더 많은 자유도를 제공한다.

또 다른 예시적인 실시예에서는, 타겟 수신 전력(dBm)이 상이한 QoS 레벨들에 대해 미리 지정되며, 복수의 QoS 레벨들에 대한 파라미터 P가 SIB를 통해 지시된다. 이 접근 방식은 전술한 파라미터들을 지시하기 위한 시그널링 오버헤드를 감소시킨다.

인덱스	QoS 레벨	파라미터 P	타겟 수신 전력(dBm)
1	LEVEL-1	P₁
2	LEVEL-2	P₂
3	LEVEL-3	P₃
4	LEVEL-4	P₄

도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 UE의 절차를 도시한 것이다. 도 11을 참조하면, 전술한 전력 제어 파라미터들에 대한 기지국으로부터의 지시를 수신하고 자신의 송신 전력을 결정하기 위해 UE에 의해 수행되는 절차가 도시되어 있다. UE는 복수의 SSB들을 수신하고 - 복수의 SSB들 각각은 각각의 TRP들에 대응함 -, 복수의 SSB들의 수신 전력들을 측정하며 또한 수신 전력들을 내림차순으로 정렬한다(1106). UE에 의해 수신되는 신호는 SSB에 한정되지 않으며, CSI-RS(channel state information reference signal), DMRS(demodulation reference signal) 등의 다양한 기준 신호일 수 있다. UE는 SIB, 무선 자원 제어 계층 시그널링, 또는 사전 정의된 파라미터 세트 중 적어도 하나에 의해 QoS 레벨들에 대한 전력 제어를 위한 복수의 파라미터 조합들을 획득한다(1107). 전술한 파라미터들의 획득 시에, UE는 미리 할당되거나 설정된 QoS 레벨에 대응하는 파라미터들을 식별한다(1108). 그 다음 UE는 P번째로 강한 TRP에 대하여 위의 절차에 따라 상향링크 전력 제어를 수행한다(1109).다음의 문서들 및 표준 설명들은 본 명세서에서 완전히 설명된 것처럼 본 개시 내용에 통합된다:

<프레넬 존 빔포밍>

도 12는 안테나 근처의 전자기장의 예를 도시한 것이다. 안테나(1200) 근처의 전자기장의 방사는 3개의 상이한 존으로 나뉠 수 있다[12]. 이것은 도 12에 도시된 바와 같은 레일리(Rayleigh) 존(초근거리장)(1210), 프레넬(Fresnel) 존(근거리장)(1220) 및 프라운호퍼(Frauenhoffer) 존(원거리장)(1230)이다. 근거리장과 원거리장 사이에는, 임의의 한계 R₀가 있으며(즉,

), 여기서 D는 애퍼처의 길이이고 λ는 파장이다.

또한, 초근거리장과 프레넬 존 사이에는 또 다른 한계가 정의될 수 있다(즉,

).

포컬 영역(focal region)이라고 불리는 R과 R₀ 사이에는, 자유 공간 경로 손실이 적용될 수 없도록 단조로운 구면파가 가정된다. 이 존에서는 복잡하고 불균일한 파들이 전파되기 때문에, 프라운호퍼 존의 경계보다 훨씬 더 높은 강도가 관찰될 수 있다[2].

도 13은 위상 어레이 안테나의 예를 도시한 것이다. 도 13에 도시된 일반적인 위상 어레이 안테나는, 동일한 간격의 안테나 소자들을 사용하여 원거리장의 특정 방향으로 신호를 전달하도록 설계되어 있다[13]. 도 13을 참조하면, (a) (1300)은 중앙에 16x16 소자들이 있는 종래의 안테나 어레이 구조를 도시한 것이며, (b) (1350)은 각각의 8x8 서브패치 모듈이 대형 애퍼처(각 차원에서 50개 소자의 크기)의 코너에 배치된 것을 도시한 것이다. 애퍼처 크기를 증가시키기 위해서는(더 높은 이득을 위해), 안테나 소자 수를 늘려야 하지만(1305), 대규모 소자들을 운용할 경우 송신기에서의 아날로그 및 디지털 도메인 중 하나 또는 양쪽 모두의 복잡도가 증가하게 된다. 안테나 소자의 수를 증가시키는 것 없이 애퍼처를 더 넓게 만들기 위해, 전체 소자를 서브패널들로 분할하여 각 코너에 배치한다((b) (1350)). 중앙(서브패널들 사이)에 소자들이 존재하지 않더라도, 본 제안된 구조는 애퍼처 크기를 효과적으로 증가시킨다. 안테나 서브패널들 사이의 거리가 파장의 10배를 초과하지 않을 경우, 공간 상관 관계가 여전히 존재하게 됨에 유의한다.

본 제안된 빔포밍 방법은 두 개의 단계로 구성된다. 첫 번째 단계는 사용자의 상향링크 사운딩을 통해 채널을 추정하고, 송신기로부터의 전파 거리와 방향을 추정하는 단계이다. 인도어 채널 환경의 경우, 대부분의 링크들이 LOS(Line-of-Sight)를 가지므로, 수신기는 사용자의 거리(d_r)와 각도(θ_r)를 추정할 수 있다. 다음 단계는 빔포밍 가중치를 획득하는 것이다. 이를 위해, 다음과 같은 두 가지 경우가 고려된다: 하나는 UE가 포컬 영역에 있는 경우이고, 다른 하나는 포컬 영역 밖에 있는 경우이다. 각각의 요소들 i에 대해, 포커싱을 위한 빔포밍 가중치 w(i)는 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 6]

여기서

이고,

이며, d_a는 요소들 사이의 거리이다. 사용자들이 포컬 영역에 있지 않은 경우, dr을 무한대로 설정하는 것을 통해, 수학식 6으로부터 프라운호퍼 빔포밍 가중치를 얻을 수 있다.

도 14는 본 개시에 따른 다양한 각도(θ_r=0°, -30°, -45°, -75°) 및 거리(d_r=1.5m)에 대한 본 제안된 방식의 신호 강도를 도시한 것이다. 도 14에서, (a)는 θ=-75°인 경우의 신호 강도이고, (b)는 θ=-45°인 경우의 신호 강도이고, (c)는 θ=-30°인 경우의 신호 강도이고, (d)는 θ=0°인 경우의 신호 강도이다. 결과값들은 본 제안된 빔포밍 방법을 적용한 후의 신호 강도 필드를 보여준다. 설명을 단순화하기 위해, 2차원 공간의 신호 강도는 인도어 공간으로부터의 것이 도시되어 있다. (d)와 (c)의 결과로부터, 포컬 영역 내의 사용자들의 경우, 본 제안된 빔포밍이 특정 포인트에 대해서만 수신 신호 전력을 강화할 수 있음을 알 수 있다. 반면에, 포컬 영역 밖의 사용자들의 경우, (a) 및 (b)에서와 같이, 포커싱 효과가 점차 감소하며, 사용자 방향이 중심에서 멀어질수록 빔포밍 효과가 점진적으로 프라운호퍼 존 빔에 도달하게 된다.

한편, 본 명세서 및 도면에 개시된 본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술적 내용을 쉽게 설명하고 본 개시의 이해를 돕기 위해 구체적인 예를 제시한 것일 뿐, 본 개시의 범위를 한정하는 것은 아니다. 즉, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 기술적 사상을 바탕으로 다른 변형예가 가능함은 자명하다. 또한, 필요에 따라 각 실시예를 결합하여 구현하는 것도 가능하다. 예를 들어, 제 1 실시예와 제 2 실시예를 결합하여 적용할 수도 있다. 또한, 본 개시의 실시예들은 이 실시예들의 기술적 사상을 바탕으로 다른 변형예들을 통해 LTE 시스템 및 5G 시스템에 적용될 수도 있다.

본 개시가 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 당업자에게는 다양한 변경 및 수정이 제안될 수 있다. 본 개시는 첨부된 청구범위의 범위 내에 존재하는 변경 및 수정을 포함하는 것을 의도한다. 본 명세서의 상세한 설명 중 어느 것도 특정 요소, 프로세스, 기능이 청구범위에 포함되어야 하는 필수 요소인 것으로 해석되어서는 안 된다. 특허가 부여되는 청구물의 범위는 청구범위에 의해 정의된다.

본 개시가 다양한 실시예들로 설명되었지만, 다양한 변경 및 수정이 당업자에게 제안될 수 있다. 본 개시는 첨부된 청구항들의 범위 내에 속하는 그러한 변경 및 수정을 포함하는 것으로 의도된다.

참조 문헌

[1] RP-193133, New WID: Further enhancements on MIMO for NR, Samsung

[2] 3GPP TS 38.213, V15.12.0(2020-12): "NR; Physical layer procedures for control (Release 15)",

[3] 3GPP TS 38.214, V15.11.0 (2020-09): "NR; Physical layer procedures for data (Release 15)",

[4] 3GPP TS 38.213, V16.4.0 (2020-12): "NR; Physical layer procedures for control (Release 16)"

[5] 3GPP TS 38.214, V16.4.0 (2020-12): "NR; Physical layer procedures for data (Release 16)",

[6] 3GPP TS 38.321, V16.3.0 (2020-12): "NR; Medium Access Control (MAC) protocol specification (Release 16)",

[7] 3GPP TS 38.331, V16.3.1 (2021-01): " NR; Radio Resource Control (RRC) protocol specification

[8] 3GPP TS 38.211, V16.4.0 (2020-12): " NR; Physical channels and modulation."

[9] 3GPP TS 38.212, V16.4.0 (2020-12): " NR; Multiplexing and channel coding."

[10] 3GPP TS 38.215, V16.4.0 (2020-12): " NR; Physical layer measurements"

[11] J. Kibi³da et al., "Indoor Millimeter-Wave Systems: Design and Performance Evaluation," in Proceedings of the IEEE, vol. 108, no. 6, pp. 923-944, June 2020, doi: 10.1109/JPROC.2020.2989189.

[12] Gillen, Glen D., and Shekhar Guha. "Modeling and propagation of near-field diffraction patterns: a more complete approach." American journal of physics 72.9 (2004): 1195-1201.

[13] H. Chou and Z. Tsai, "Near-Field Focus Radiation of Multibeam Phased Array of Antennas Realized by Using Modified Rotman Lens Beamformer," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 66, no. 12, pp. 6618-6628, Dec. 2018, doi: 10.1109/TAP.2018.2874677.

[14] P. Li, S. Qu, S. Yang, Y. Liu and Q. Xue, "Near-Field Focused Array Antenna With Frequency-Tunable Focal Distance," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 66, no. 7, pp. 3401-3410, July 2018, doi: 10.1109/TAP.2018.2826656.

[15] X. Chen, et al., "Massive Access for 5G and Beyond," in　IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 39, no. 3, pp. 615-637, March 2021.

[16] A. T. Abebe and C. G. Kang, "MIMO-Based Reliable Grant-Free Massive Access With QoS Differentiation for 5G and Beyond," in　IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 39, no. 3, pp. 773-787, March 2021.

[17] U. K. Ganesan, et al., "An Algorithm for Grant-Free Random Access in Cell-Free Massive MIMO,"　2020 IEEE 21st Int. Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications (SPAWC), 2020, pp. 1-5.

[18] R. Gribonval, H. Rauhut, K. Schnass, and P. Vandergheynst "Atoms of all channels unite! Average case analysis of multi-channel sparse recovery using greedy algorithms", J. Fourier Anal. Appl, vol. 14 no. 5 pp. 655-687 2008.　

[19] WO2018222123 - POWER CONTROL OF RANDOM ACCESS IN NB-IOT

Claims

통신 시스템에서 단말에 의해 수행되는 방법으로서,
복수의 송신 및 수신 포인트(TRP)들로부터 복수의 신호들을 각각 수신하는 단계;
상기 수신된 복수의 신호들에 기초하여, 상기 TRP들 각각에 대응하는 복수의 채널 이득들 각각을 획득하는 단계;
상향링크 송신 전력을 식별하기 위한 파라미터를 획득하는 단계;
상기 파라미터 및 상기 TRP와 연관된 채널 이득에 기초하여, 상기 복수의 TRP들 중의 TRP에 대한 상향링크 송신 전력을 식별하는 단계; 및
상기 식별된 상향링크 송신 전력에 기초하여, 상향링크 신호를 송신하는 단계
를 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 신호들은 상기 복수의 TRP들로부터의 SSB(Synchronization Signal Block)들에 각각 대응하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 파라미터들은 수신된 SIB(System Information Block) 또는 미리 설정된 정보에 기초하여 획득되는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 TRP에 대한 상기 상향링크 송신 전력은 상기 파라미터 및 상기 TRP와 연관된 상기 채널 이득에 기초하여 획득된 상기 TRP에 대한 타겟 수신 전력에 기초하여 식별되는, 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 파라미터는 서비스 품질 또는 트래픽 부하와 연관되는, 방법.
통신 시스템의 단말로서,
트랜시버; 및
상기 트랜시버와 커플링되는 컨트롤러를 포함하며,
상기 컨트롤러는,
복수의 송신 및 수신 포인트(TRP)들로부터 복수의 신호들을 각각 수신하고,
상기 수신된 복수의 신호들에 기초하여, 상기 TRP들 각각에 대응하는 복수의 채널 이득들 각각을 획득하고,
상향링크 송신 전력을 식별하기 위한 파라미터를 획득하고,
상기 파라미터 및 상기 TRP와 연관된 채널 이득에 기초하여, 상기 복수의 TRP들 중의 TRP에 대한 상향링크 송신 전력을 식별하며, 그리고
상기 식별된 상향링크 송신 전력에 기초하여, 상향링크 신호를 송신하도록 구성되는, 단말.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 신호들은 상기 복수의 TRP들로부터의 SSB(Synchronization Signal Block)들에 각각 대응하는, 단말.
제 1 항에 있어서,
상기 파라미터들은 수신된 SIB(System Information Block) 또는 미리 설정된 정보에 기초하여 획득되는, 단말.
제 1 항에 있어서,
상기 TRP에 대한 상기 상향링크 송신 전력은 상기 파라미터 및 상기 TRP와 연관된 상기 채널 이득에 기초하여 획득된 상기 TRP에 대한 타겟 수신 전력에 기초하여 식별되는, 단말.
제 9 항에 있어서,
상기 파라미터는 서비스 품질 또는 트래픽 부하와 연관되는, 단말.
통신 시스템에서 기지국에 의해 수행되는 방법으로서,
복수의 송신 및 수신 포인트(TRP)들에 대응하는 복수의 신호들을 각각 단말에 송신하는 단계;
상향링크 송신 전력을 식별하기 위한 파라미터를 SIB(System Information Block)를 통해 상기 단말에 송신하는 단계; 및
상기 단말로부터 TRP에 대한 상향링크 신호를 수신하는 단계를 포함하며,
상기 상향링크 신호는 상기 파라미터와 연관된 상기 TRP 및 상기 TRP와 연관된 채널 이득에 대한 상기 상향링크 송신 전력에 따라 송신되는, 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 복수의 신호들은 상기 복수의 TRP들로부터의 SSB(Synchronization Signal Block)들에 각각 대응하는, 방법.
통신 시스템의 기지국으로서,
트랜시버; 및
상기 트랜시버와 커플링되는 컨트롤러를 포함하며,
상기 컨트롤러는,
복수의 송신 및 수신 포인트(TRP)들에 대응하는 복수의 신호들을 각각 단말에 송신하고,
상향링크 송신 전력을 식별하기 위한 파라미터를 SIB(System Information Block)를 통해 상기 단말에 송신하고, 그리고
상기 단말로부터 TRP에 대한 상향링크 신호를 수신하도록 구성되며,
상기 상향링크 신호는 상기 파라미터와 연관된 상기 TRP 및 상기 TRP와 연관된 채널 이득에 대한 상기 상향링크 송신 전력에 따라 송신되는, 기지국.
제 13 항에 있어서,
상기 복수의 신호들은 상기 복수의 TRP들로부터의 SSB(Synchronization Signal Block)들에 각각 대응하는, 기지국.