WO2024111693A1 - 무선 통신 시스템에서 가상 수신 배열을 이용하여 레이다-통신을 수행하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 가상 수신 배열을 이용하여 레이다-통신을 수행하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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WO2024111693A1
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communication
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장지환
한가원
홍성철
정재훈
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엘지전자 주식회사
한국과학기술원
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/28—Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0456—Selection of precoding matrices or codebooks, e.g. using matrices antenna weighting

Definitions

  • the following description is about a wireless communication system, and relates to an apparatus and method for performing radar-communication using a virtual receive array in a wireless communication system.
  • Wireless access systems are being widely deployed to provide various types of communication services such as voice and data.
  • a wireless access system is a multiple access system that can support communication with multiple users by sharing available system resources (bandwidth, transmission power, etc.).
  • 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 carrier frequency (SC-FDMA) systems. division multiple access) systems, etc.
  • enhanced mobile broadband (eMBB) communication technology is being proposed compared to the existing radio access technology (RAT).
  • RAT radio access technology
  • a communication system that takes into account reliability and latency-sensitive services/UE (user equipment) as well as mMTC (massive machine type communications), which connects multiple devices and objects to provide a variety of services anytime and anywhere, is being proposed. .
  • mMTC massive machine type communications
  • the present disclosure can provide an apparatus and method for effectively performing data communication and radar operation in a wireless communication system.
  • the present disclosure can provide an apparatus and method for performing radar operation using signals for data communication in a wireless communication system.
  • the present disclosure can provide an apparatus and method for performing radar operation without loss of channel capacity for data communication in a wireless communication system.
  • the present disclosure can provide an apparatus and method for performing radar operation using a virtual receive array of signals in a wireless communication system.
  • the present disclosure can provide an apparatus and method for using a system structure and antenna array for wireless communication and radar sensing in a wireless communication system.
  • the present disclosure may provide an apparatus and method for utilizing the same system hardware and antenna array for wireless communication and radar operation in a wireless communication system.
  • the present disclosure can provide an apparatus and method for performing high-resolution radar sensing using limited hardware in a wireless communication system.
  • a method of operating a communication device in a wireless communication system includes generating at least one codeword by encoding information bits, and generating modulation symbols based on the at least one codeword. , transmitting signals including the modulation symbols, and when the signals are received after being reflected by an object, performing a radar operation using the received signals.
  • the radar operation is transmitted through at least one sub-array operating in a transmission mode among a plurality of sub-arrays included in the antenna array during a plurality of time intervals, and at least one remaining sub-array operating in a reception mode. It may be performed based on a virtual receiving array formed using signals received through the signal.
  • a communication device in a wireless communication system includes a transceiver including a plurality of transmitters and a plurality of receivers, and a processor connected to the transceiver, wherein the processor encodes information bits at least Generate one codeword, generate modulation symbols based on the at least one codeword, transmit signals including the modulation symbols, and when the signals are received after being reflected from an object, the reception Controls to perform a radar operation using signals, and the radar operation is transmitted through at least one sub-array operating in a transmission mode among a plurality of sub-arrays included in the antenna array for a plurality of time intervals. , It can be performed based on a virtual reception array formed using signals received through the remaining at least one subarray operating in the reception mode.
  • a communication device includes at least one processor, at least one computer memory connected to the at least one processor and storing instructions that direct operations as executed by the at least one processor.
  • the operations include generating at least one codeword by encoding information bits, generating modulation symbols based on the at least one codeword, and transmitting signals including the modulation symbols.
  • the signals When the signals are received after being reflected by an object, it may include performing a radar operation using the received signals.
  • the radar operation is transmitted through at least one sub-array operating in a transmission mode among a plurality of sub-arrays included in the antenna array during a plurality of time intervals, and at least one remaining sub-array operating in a reception mode. It may be performed based on a virtual receiving array formed using signals received through the signal.
  • a non-transitory computer-readable medium storing at least one instruction includes the at least one executable by a processor. Includes instructions, wherein the at least one instruction causes the device to generate at least one codeword by encoding information bits, generate modulation symbols based on the at least one codeword, and include the modulation symbols. signals are transmitted, and when the signals are received after being reflected by an object, instructions are given to perform a radar operation using the received signals, and the radar operation is performed on the antenna array for a plurality of time intervals. Based on a virtual receiving array formed using signals transmitted through at least one subarray operating in the transmission mode among the plurality of subarrays included, and received through the remaining at least one subarray operating in the receiving mode. It can be done.
  • radar operation can be effectively performed using signals for data communication.
  • FIG. 1 shows an example of a communication system applicable to the present disclosure.
  • Figure 2 shows an example of a wireless device applicable to the present disclosure.
  • Figure 3 shows another example of a wireless device applicable to the present disclosure.
  • Figure 4 shows an example of a portable device applicable to the present disclosure.
  • FIG 5 shows an example of a vehicle or autonomous vehicle applicable to the present disclosure.
  • Figure 6 shows an example of AI (Artificial Intelligence) applicable to the present disclosure.
  • Figure 7 shows a method of processing a transmission signal applicable to the present disclosure.
  • Figure 8 shows an example of a communication structure that can be provided in a 6G (6th generation) system applicable to the present disclosure.
  • Figure 10 shows a THz communication method applicable to the present disclosure.
  • FIG 11 illustrates the concept of radar-communication operation according to an embodiment of the present disclosure.
  • MIMO multiple input multiple output
  • Figure 14 shows an example of a virtual array formed using antennas shared in a time division duplex (TDD) method according to an embodiment of the present disclosure.
  • TDD time division duplex
  • Figure 15 shows another example of a virtual reception array formed using antennas shared in the TDD method according to an embodiment of the present disclosure.
  • 16 shows an example of a procedure for performing communication and radar operations according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 17 shows an example of a procedure for forming a virtual receiving array according to an embodiment of the present disclosure.
  • 18A to 18D illustrate beam patterns for a virtual receiving array according to an embodiment of the present disclosure.
  • each component or feature may be considered optional unless explicitly stated otherwise.
  • Each component or feature may be implemented in a form that is not combined with other components or features. Additionally, some components and/or features may be combined to form an embodiment of the present disclosure. The order of operations described in embodiments of the present disclosure may be changed. Some features or features of one embodiment may be included in other embodiments or may be replaced with corresponding features or features of other embodiments.
  • the base station is meant as a terminal node of the network that directly communicates with the mobile station. Certain operations described in this document as being performed by the base station may, in some cases, be performed by an upper node of the base station.
  • 'base station' refers to terms such as fixed station, Node B, eNB (eNode B), gNB (gNode B), ng-eNB, advanced base station (ABS), or access point. It can be replaced by .
  • the terminal is a user equipment (UE), a mobile station (MS), a subscriber station (SS), and a mobile subscriber station (MSS).
  • UE user equipment
  • MS mobile station
  • SS subscriber station
  • MSS mobile subscriber station
  • AMS advanced mobile station
  • the transmitting end refers to a fixed and/or mobile node that provides a data service or a voice service
  • the receiving end refers to a fixed and/or mobile node that receives a data service or a voice service. Therefore, in the case of uplink, the mobile station can be the transmitting end and the base station can be the receiving end. Likewise, in the case of downlink, the mobile station can be the receiving end and the base station can be the transmitting end.
  • Embodiments of the present disclosure include wireless access systems such as the IEEE 802.xx system, 3GPP (3rd Generation Partnership Project) system, 3GPP LTE (Long Term Evolution) system, 3GPP 5G (5th generation) NR (New Radio) system, and 3GPP2 system. May be supported by standard documents disclosed in at least one, and in particular, embodiments of the present disclosure are supported by the 3GPP technical specification (TS) 38.211, 3GPP TS 38.212, 3GPP TS 38.213, 3GPP TS 38.321 and 3GPP TS 38.331 documents. It can be.
  • TS 3GPP technical specification
  • embodiments of the present disclosure can be applied to other wireless access systems and are not limited to the above-described system. As an example, it may be applicable to systems applied after the 3GPP 5G NR system and is not limited to a specific system.
  • CDMA code division multiple access
  • FDMA frequency division multiple access
  • TDMA time division multiple access
  • OFDMA orthogonal frequency division multiple access
  • SC-FDMA single carrier frequency division multiple access
  • LTE is 3GPP TS 36.xxx Release 8 and later.
  • LTE technology after 3GPP TS 36.xxx Release 10 may be referred to as LTE-A
  • LTE technology after 3GPP TS 36.xxx Release 13 may be referred to as LTE-A pro.
  • 3GPP NR may mean technology after TS 38.xxx Release 15, and “xxx” may mean technology after TS Release 17 and/or Release 18.
  • LTE/NR/6G can be collectively referred to as a 3GPP system.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a communication system applied to the present disclosure.
  • the communication system 100 applied to the present disclosure includes a wireless device, a base station, and a network.
  • a wireless device refers to a device that performs communication using wireless access technology (e.g., 5G NR, LTE) and may be referred to as a communication/wireless/5G device.
  • wireless devices include robots (100a), vehicles (100b-1, 100b-2), extended reality (XR) devices (100c), hand-held devices (100d), and home appliances (100d).
  • appliance) (100e), IoT (Internet of Thing) device (100f), and AI (artificial intelligence) device/server (100g).
  • vehicles may include vehicles equipped with wireless communication functions, autonomous vehicles, vehicles capable of inter-vehicle communication, etc.
  • the vehicles 100b-1 and 100b-2 may include an unmanned aerial vehicle (UAV) (eg, a drone).
  • UAV unmanned aerial vehicle
  • the XR device 100c includes augmented reality (AR)/virtual reality (VR)/mixed reality (MR) devices, including a head-mounted device (HMD), a head-up display (HUD) installed in a vehicle, a television, It can be implemented in the form of smartphones, computers, wearable devices, home appliances, digital signage, vehicles, robots, etc.
  • the mobile device 100d may include a smartphone, smart pad, wearable device (eg, smart watch, smart glasses), computer (eg, laptop, etc.), etc.
  • Home appliances 100e may include a TV, refrigerator, washing machine, etc.
  • IoT device 100f may include sensors, smart meters, etc.
  • the base station 120 and the network 130 may also be implemented as wireless devices, and a specific wireless device 120a may operate as a base station/network node for other wireless devices.
  • Wireless devices 100a to 100f may be connected to the network 130 through the base station 120.
  • AI technology may be applied to the wireless devices 100a to 100f, and the wireless devices 100a to 100f may be connected to the AI server 100g through the network 130.
  • the network 130 may be configured using a 3G network, 4G (eg, LTE) network, or 5G (eg, NR) network.
  • Wireless devices 100a to 100f may communicate with each other through the base station 120/network 130, but communicate directly (e.g., sidelink communication) without going through the base station 120/network 130. You may.
  • vehicles 100b-1 and 100b-2 may communicate directly (eg, vehicle to vehicle (V2V)/vehicle to everything (V2X) communication).
  • the IoT device 100f eg, sensor
  • the IoT device 100f may communicate directly with other IoT devices (eg, sensor) or other wireless devices 100a to 100f.
  • Wireless communication/connection may be established between wireless devices (100a to 100f)/base station (120) and base station (120)/base station (120).
  • wireless communication/connection includes various methods such as uplink/downlink communication (150a), sidelink communication (150b) (or D2D communication), and inter-base station communication (150c) (e.g., relay, integrated access backhaul (IAB)).
  • IAB integrated access backhaul
  • This can be achieved through wireless access technology (e.g. 5G NR).
  • wireless communication/connection 150a, 150b, 150c
  • a wireless device and a base station/wireless device, and a base station and a base station can transmit/receive wireless signals to each other.
  • 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.) , at least some of the resource allocation process, etc. may be performed.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a wireless device applicable to the present disclosure.
  • the first wireless device 200a and the second wireless device 200b can transmit and receive wireless signals through various wireless access technologies (eg, LTE, NR).
  • ⁇ first wireless device 200a, second wireless device 200b ⁇ refers to ⁇ wireless device 100x, base station 120 ⁇ and/or ⁇ wireless device 100x, wireless device 100x) in FIG. ⁇ can be responded to.
  • the first wireless device 200a includes one or more processors 202a and one or more memories 204a, and may further include one or more transceivers 206a and/or one or more antennas 208a.
  • Processor 202a controls memory 204a and/or transceiver 206a and may be configured to implement the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flowcharts disclosed herein.
  • the processor 202a may process information in the memory 204a to generate first information/signal and then transmit a wireless signal including the first information/signal through the transceiver 206a.
  • the processor 202a may receive a wireless signal including the second information/signal through the transceiver 206a and then store information obtained from signal processing of the second information/signal in the memory 204a.
  • the memory 204a may be connected to the processor 202a and may store various information related to the operation of the processor 202a.
  • memory 204a may perform some or all of the processes controlled by processor 202a or instructions for performing the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flowcharts disclosed herein.
  • Software code containing them can be stored.
  • the processor 202a and the memory 204a may be part of a communication modem/circuit/chip designed to implement wireless communication technology (eg, LTE, NR).
  • Transceiver 206a may be coupled to processor 202a and may transmit and/or receive wireless signals via one or more antennas 208a.
  • Transceiver 206a may include a transmitter and/or receiver.
  • the transceiver 206a may be used interchangeably with a radio frequency (RF) unit.
  • RF radio frequency
  • a wireless device may mean a communication modem/circuit/chip.
  • the second wireless device 200b includes one or more processors 202b, one or more memories 204b, and may further include one or more transceivers 206b and/or one or more antennas 208b.
  • Processor 202b controls memory 204b and/or transceiver 206b and may be configured to implement the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flowcharts disclosed herein.
  • the processor 202b may process information in the memory 204b to generate third information/signal and then transmit a wireless signal including the third information/signal through the transceiver 206b.
  • the processor 202b may receive a wireless signal including the fourth information/signal through the transceiver 206b and then store information obtained from signal processing of the fourth information/signal in the memory 204b.
  • the memory 204b may be connected to the processor 202b and may store various information related to the operation of the processor 202b. For example, memory 204b may perform some or all of the processes controlled by processor 202b or instructions for performing the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flowcharts disclosed herein. Software code containing them can be stored.
  • the processor 202b and the memory 204b may be part of a communication modem/circuit/chip designed to implement wireless communication technology (eg, LTE, NR).
  • Transceiver 206b may be coupled to processor 202b and may transmit and/or receive wireless signals via one or more antennas 208b.
  • the transceiver 206b may include a transmitter and/or a receiver.
  • the transceiver 206b may be used interchangeably with an RF unit.
  • a wireless device may mean a communication modem/circuit/chip.
  • one or more protocol layers may be implemented by one or more processors 202a and 202b.
  • one or more processors 202a and 202b may operate on one or more layers (e.g., physical (PHY), media access control (MAC), radio link control (RLC), packet data convergence protocol (PDCP), and radio resource (RRC). control) and functional layers such as SDAP (service data adaptation protocol) can be implemented.
  • layers e.g., physical (PHY), media access control (MAC), radio link control (RLC), packet data convergence protocol (PDCP), and radio resource (RRC). control
  • SDAP service data adaptation protocol
  • One or more processors 202a, 202b may 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 flowcharts disclosed in this document. can be created.
  • One or more processors 202a and 202b may generate messages, control information, data or information according to the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flowcharts disclosed in this document.
  • One or more processors 202a, 202b generate signals (e.g., baseband signals) containing PDUs, SDUs, messages, control information, data, or information according to the functions, procedures, proposals, and/or methods disclosed herein.
  • transceivers 206a, 206b can be provided to one or more transceivers (206a, 206b).
  • One or more processors 202a, 202b may receive signals (e.g., baseband signals) from one or more transceivers 206a, 206b, and the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods, and/or operational flowcharts disclosed herein.
  • PDU, SDU, message, control information, data or information can be obtained.
  • One or more processors 202a, 202b may be referred to as a controller, microcontroller, microprocessor, or microcomputer.
  • One or more processors 202a and 202b may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flowcharts disclosed in this document may be implemented using firmware or software, and the firmware or software may be implemented to include modules, procedures, functions, etc.
  • Firmware or software configured to perform the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operation flowcharts disclosed in this document may be included in one or more processors 202a and 202b or stored in one or more memories 204a and 204b. It may be driven by the above processors 202a and 202b.
  • the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flowcharts disclosed in this document may be implemented using firmware or software in the form of codes, instructions and/or sets of instructions.
  • One or more memories 204a and 204b may be connected to one or more processors 202a and 202b and may store various types of data, signals, messages, information, programs, codes, instructions and/or commands.
  • One or more memories 204a, 204b may include read only memory (ROM), random access memory (RAM), erasable programmable read only memory (EPROM), flash memory, hard drives, registers, cache memory, computer readable storage media, and/or It may be composed of a combination of these.
  • One or more memories 204a and 204b may be located internal to and/or external to one or more processors 202a and 202b. Additionally, one or more memories 204a and 204b may be connected to one or more processors 202a and 202b through various technologies, such as wired or wireless connections.
  • One or more transceivers may transmit user data, control information, wireless signals/channels, etc. mentioned in the methods and/or operation flowcharts of this document to one or more other devices.
  • One or more transceivers 206a, 206b may receive user data, control information, wireless signals/channels, etc. referred to in the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flow charts, etc. disclosed herein from one or more other devices.
  • one or more transceivers 206a and 206b may be connected to one or more processors 202a and 202b and may transmit and receive wireless signals.
  • one or more processors 202a and 202b may control one or more transceivers 206a and 206b to transmit user data, control information, or wireless signals to one or more other devices. Additionally, one or more processors 202a and 202b may control one or more transceivers 206a and 206b to receive user data, control information, or wireless signals from one or more other devices. In addition, one or more transceivers (206a, 206b) may be connected to one or more antennas (208a, 208b), and one or more transceivers (206a, 206b) may be connected to the description and functions disclosed in this document through one or more antennas (208a, 208b).
  • one or more antennas may be multiple physical antennas or multiple logical antennas (eg, antenna ports).
  • One or more transceivers (206a, 206b) process the received user data, control information, wireless signals/channels, etc. using one or more processors (202a, 202b), and convert the received wireless signals/channels, etc. from the RF band signal. It can be converted to a baseband signal.
  • One or more transceivers (206a, 206b) may convert user data, control information, wireless signals/channels, etc. processed using one or more processors (202a, 202b) from a baseband signal to an RF band signal.
  • one or more transceivers 206a, 206b may include (analog) oscillators and/or filters.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating another example of a wireless device to which the present disclosure is applied.
  • the wireless device 300 corresponds to the wireless devices 200a and 200b of FIG. 2 and includes various elements, components, units/units, and/or modules. ) can be composed of.
  • the wireless device 300 may include a communication unit 310, a control unit 320, a memory unit 330, and an additional element 340.
  • the communication unit may include communication circuitry 312 and transceiver(s) 314.
  • communication circuitry 312 may include one or more processors 202a and 202b and/or one or more memories 204a and 204b of FIG. 2 .
  • transceiver(s) 314 may include one or more transceivers 206a, 206b and/or one or more antennas 208a, 208b of FIG. 2.
  • the control unit 320 is electrically connected to the communication unit 310, the memory unit 330, and the additional element 340 and controls overall operations of the wireless device.
  • the control unit 320 may control the electrical/mechanical operation of the wireless device based on the program/code/command/information stored in the memory unit 330.
  • the control unit 320 transmits the information stored in the memory unit 330 to the outside (e.g., another communication device) through the communication unit 310 through a wireless/wired interface, or to the outside (e.g., to another communication device) through the communication unit 310.
  • Information received through a wireless/wired interface from another communication device can be stored in the memory unit 330.
  • the additional element 340 may be configured in various ways depending on the type of wireless device.
  • the additional element 340 may include at least one of a power unit/battery, an input/output unit, a driving unit, and a computing unit.
  • the wireless device 300 includes robots (FIG. 1, 100a), vehicles (FIG. 1, 100b-1, 100b-2), XR devices (FIG. 1, 100c), and portable devices (FIG. 1, 100d).
  • FIG. 1, 100e home appliances
  • IoT devices Figure 1, 100f
  • digital broadcasting terminals hologram devices
  • public safety devices MTC devices
  • medical devices fintech devices (or financial devices)
  • security devices climate/ It can be implemented in the form of an environmental device, AI server/device (FIG. 1, 140), base station (FIG. 1, 120), network node, etc.
  • Wireless devices can be mobile or used in fixed locations depending on the usage/service.
  • various elements, components, units/parts, and/or modules within the wireless device 300 may be entirely interconnected through a wired interface, or at least some of them may be wirelessly connected through the communication unit 310.
  • the control unit 320 and the communication unit 310 are connected by wire, and the control unit 320 and the first unit (e.g., 130, 140) are connected wirelessly through the communication unit 310.
  • each element, component, unit/part, and/or module within the wireless device 300 may further include one or more elements.
  • the control unit 320 may be comprised of one or more processor sets.
  • control unit 320 may be comprised of a communication control processor, an application processor, an electronic control unit (ECU), a graphics processing processor, a memory control processor, etc.
  • memory unit 330 may be comprised of RAM, dynamic RAM (DRAM), ROM, flash memory, volatile memory, non-volatile memory, and/or a combination thereof. It can be configured.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a portable device to which the present disclosure is applied.
  • FIG 4 illustrates a portable device to which the present disclosure is applied.
  • Portable devices may include smartphones, smart pads, wearable devices (e.g., smart watches, smart glasses), and portable computers (e.g., laptops, etc.).
  • a mobile device may be referred to as a mobile station (MS), user terminal (UT), mobile subscriber station (MSS), subscriber station (SS), advanced mobile station (AMS), or wireless terminal (WT).
  • MS mobile station
  • UT user terminal
  • MSS mobile subscriber station
  • SS subscriber station
  • AMS advanced mobile station
  • WT wireless terminal
  • the portable device 400 includes an antenna unit 408, a communication unit 410, a control unit 420, a memory unit 430, a power supply unit 440a, an interface unit 440b, and an input/output unit 440c. ) may include.
  • the antenna unit 408 may be configured as part of the communication unit 410.
  • Blocks 410 to 430/440a to 440c correspond to blocks 310 to 330/340 in FIG. 3, respectively.
  • the communication unit 410 can transmit and receive signals (eg, data, control signals, etc.) with other wireless devices and base stations.
  • the control unit 420 can control the components of the portable device 400 to perform various operations.
  • the control unit 420 may include an application processor (AP).
  • the memory unit 430 may store data/parameters/programs/codes/commands necessary for driving the portable device 400. Additionally, the memory unit 430 can store input/output data/information, etc.
  • the power supply unit 440a supplies power to the portable device 400 and may include a wired/wireless charging circuit, a battery, etc.
  • the interface unit 440b may support connection between the mobile device 400 and other external devices.
  • the interface unit 440b may include various ports (eg, audio input/output ports, video input/output ports) for connection to external devices.
  • the input/output unit 440c may input or output video information/signals, audio information/signals, data, and/or information input from the user.
  • the input/output unit 440c may include a camera, a microphone, a user input unit, a display unit 440d, a speaker, and/or a haptic module.
  • the input/output unit 440c acquires information/signals (e.g., touch, text, voice, image, video) input from the user, and the obtained information/signals are stored in the memory unit 430. It can be saved.
  • the communication unit 410 may convert the information/signal stored in the memory into a wireless signal and transmit the converted wireless signal directly to another wireless device or to a base station. Additionally, the communication unit 410 may receive a wireless signal from another wireless device or a base station and then restore the received wireless signal to the original information/signal.
  • the restored information/signal may be stored in the memory unit 430 and then output in various forms (eg, text, voice, image, video, haptic) through the input/output unit 440c.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a vehicle or autonomous vehicle to which the present disclosure is applied.
  • a vehicle or autonomous vehicle can be implemented as a mobile robot, vehicle, train, aerial vehicle (AV), ship, etc., and is not limited to the form of a vehicle.
  • AV aerial vehicle
  • the vehicle or autonomous vehicle 500 includes an antenna unit 508, a communication unit 510, a control unit 520, a driving unit 540a, a power supply unit 540b, a sensor unit 540c, and an autonomous driving unit. It may include a portion 540d.
  • the antenna unit 550 may be configured as part of the communication unit 510. Blocks 510/530/540a to 540d correspond to blocks 410/430/440 in FIG. 4, respectively.
  • the communication unit 510 may transmit and receive signals (e.g., data, control signals, etc.) with external devices such as other vehicles, base stations (e.g., base stations, road side units, etc.), and servers.
  • the control unit 520 may control elements of the vehicle or autonomous vehicle 500 to perform various operations.
  • the control unit 520 may include an electronic control unit (ECU).
  • ECU electronice control unit
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of an AI device applied to the present disclosure.
  • AI devices include fixed devices such as TVs, projectors, smartphones, PCs, laptops, digital broadcasting terminals, tablet PCs, wearable devices, set-top boxes (STBs), radios, washing machines, refrigerators, digital signage, robots, vehicles, etc. It can be implemented as a device or a movable device.
  • the AI device 600 includes a communication unit 610, a control unit 620, a memory unit 630, an input/output unit (640a/640b), a learning processor unit 640c, and a sensor unit 640d. may include. Blocks 610 to 630/640a to 640d may correspond to blocks 310 to 330/340 of FIG. 3, respectively.
  • the communication unit 610 uses wired and wireless communication technology to communicate with wired and wireless signals (e.g., sensor information, user Input, learning model, control signal, etc.) can be transmitted and received. To this end, the communication unit 610 may transmit information in the memory unit 630 to an external device or transmit a signal received from an external device to the memory unit 630.
  • wired and wireless signals e.g., sensor information, user Input, learning model, control signal, etc.
  • the control unit 620 may determine at least one executable operation of the AI device 600 based on information determined or generated using a data analysis algorithm or a machine learning algorithm. And, the control unit 620 can control the components of the AI device 600 to perform the determined operation. For example, the control unit 620 may request, search, receive, or utilize data from the learning processor unit 640c or the memory unit 630, and may select at least one operation that is predicted or determined to be desirable among the executable operations. Components of the AI device 600 can be controlled to execute operations.
  • control unit 620 collects history information including the operation content of the AI device 600 or user feedback on the operation, and stores it in the memory unit 630 or the learning processor unit 640c, or the AI server ( It can be transmitted to an external device such as Figure 1, 140). The collected historical information can be used to update the learning model.
  • the memory unit 630 can store data supporting various functions of the AI device 600.
  • the memory unit 630 may store data obtained from the input unit 640a, data obtained from the communication unit 610, output data from the learning processor unit 640c, and data obtained from the sensing unit 640. Additionally, the memory unit 630 may store control information and/or software codes necessary for operation/execution of the control unit 620.
  • the input unit 640a can obtain various types of data from outside the AI device 600.
  • the input unit 620 may acquire training data for model training and input data to which the learning model will be applied.
  • the input unit 640a may include a camera, microphone, and/or a user input unit.
  • the output unit 640b may generate output related to vision, hearing, or tactile sensation.
  • the output unit 640b may include a display unit, a speaker, and/or a haptic module.
  • the sensing unit 640 may obtain at least one of internal information of the AI device 600, surrounding environment information of the AI device 600, and user information using various sensors.
  • the sensing unit 640 may include a proximity sensor, an illumination sensor, an acceleration sensor, a magnetic sensor, a gyro sensor, an inertial sensor, an RGB sensor, an IR sensor, a fingerprint recognition sensor, an ultrasonic sensor, an optical sensor, a microphone and/or radar, etc. there is.
  • the learning processor unit 640c can train a model composed of an artificial neural network using training data.
  • the learning processor unit 640c may perform AI processing together with the learning processor unit of the AI server (FIG. 1, 140).
  • the learning processor unit 640c may process information received from an external device through the communication unit 610 and/or information stored in the memory unit 630. Additionally, the output value of the learning processor unit 640c may be transmitted to an external device through the communication unit 610 and/or stored in the memory unit 630.
  • Figure 7 is a diagram illustrating a method of processing a transmission signal applied to the present disclosure.
  • the transmission signal may be processed by a signal processing circuit.
  • the signal processing circuit 700 may include a scrambler 710, a modulator 720, a layer mapper 730, a precoder 740, a resource mapper 750, and a signal generator 760.
  • the operation/function of FIG. 7 may be performed in the processors 202a and 202b and/or transceivers 206a and 206b of FIG. 2.
  • the hardware elements of FIG. 7 may be implemented in the processors 202a and 202b and/or transceivers 206a and 206b of FIG. 2.
  • blocks 710 to 760 may be implemented in processors 202a and 202b of FIG. 2. Additionally, blocks 710 to 750 may be implemented in the processors 202a and 202b of FIG. 2, and block 760 may be implemented in the transceivers 206a and 206b of FIG. 2, and are not limited to the above-described embodiment.
  • the codeword can be converted into a wireless signal through the signal processing circuit 700 of FIG. 7.
  • a codeword is an encoded bit sequence of an information block.
  • the information block may include a transport block (eg, UL-SCH transport block, DL-SCH transport block).
  • Wireless signals may be transmitted through various physical channels (eg, PUSCH, PDSCH).
  • the codeword may be converted into a scrambled bit sequence by the scrambler 710.
  • the scramble sequence used for scrambling is generated based on an initialization value, and the initialization value may include ID information of the wireless device.
  • the scrambled bit sequence may be modulated into a modulation symbol sequence by the modulator 720.
  • Modulation methods may include pi/2-binary phase shift keying (pi/2-BPSK), m-phase shift keying (m-PSK), and m-quadrature amplitude modulation (m-QAM).
  • the complex modulation symbol sequence may be mapped to one or more transport layers by the layer mapper 730.
  • the modulation symbols of each transport layer may be mapped to corresponding antenna port(s) by the precoder 740 (precoding).
  • the output z of the precoder 740 can be obtained by multiplying the output y of the layer mapper 730 with the precoding matrix W of N*M.
  • N is the number of antenna ports and M is the number of transport layers.
  • the precoder 740 may perform precoding after performing transform precoding (eg, discrete Fourier transform (DFT) transform) on complex modulation symbols. Additionally, the precoder 740 may perform precoding without performing transform precoding.
  • transform precoding eg, discrete Fourier transform (DFT) transform
  • the resource mapper 750 can map the modulation symbols of each antenna port to time-frequency resources.
  • a time-frequency resource may include a plurality of symbols (eg, CP-OFDMA symbol, DFT-s-OFDMA symbol) in the time domain and a plurality of subcarriers in the frequency domain.
  • the signal generator 760 generates a wireless signal from the mapped modulation symbols, and the generated wireless signal can be transmitted to another device through each antenna.
  • the signal generator 760 may include an inverse fast fourier transform (IFFT) module, a cyclic prefix (CP) inserter, a digital-to-analog converter (DAC), a frequency uplink converter, etc. .
  • IFFT inverse fast fourier transform
  • CP cyclic prefix
  • DAC digital-to-analog converter
  • the signal processing process for the received signal in the wireless device may be configured as the reverse of the signal processing process (710 to 760) of FIG. 7.
  • a wireless device eg, 200a and 200b in FIG. 2
  • the received wireless signal can be converted into a baseband signal through a signal restorer.
  • the signal restorer may include a frequency downlink converter, an analog-to-digital converter (ADC), a CP remover, and a fast fourier transform (FFT) module.
  • ADC analog-to-digital converter
  • FFT fast fourier transform
  • the baseband signal can be restored to a codeword through a resource de-mapper process, postcoding process, demodulation process, and de-scramble process.
  • a signal processing circuit for a received signal may include a signal restorer, resource de-mapper, postcoder, demodulator, de-scrambler, and decoder.
  • 6G (wireless communications) systems require (i) very high data rates per device, (ii) very large number of connected devices, (iii) global connectivity, (iv) very low latency, (v) battery-
  • the goals are to reduce the energy consumption of battery-free IoT devices, (vi) ultra-reliable connectivity, and (vii) connected intelligence with machine learning capabilities.
  • the vision of the 6G system can be four aspects such as “intelligent connectivity”, “deep connectivity”, “holographic connectivity”, and “ubiquitous connectivity”, and the 6G system can satisfy the requirements as shown in Table 1 below.
  • Table 1 is a table showing the requirements of the 6G system.
  • the 6G system includes enhanced mobile broadband (eMBB), ultra-reliable low latency communications (URLLC), massive machine type communications (mMTC), AI integrated communication, and tactile communication.
  • eMBB enhanced mobile broadband
  • URLLC ultra-reliable low latency communications
  • mMTC massive machine type communications
  • AI integrated communication and tactile communication.
  • tactile internet high throughput, high network capacity, high energy efficiency, low backhaul and access network congestion, and improved data security. It can have key factors such as enhanced data security.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a communication structure that can be provided in a 6G system applicable to the present disclosure.
  • the 6G system is expected to have simultaneous wireless communication connectivity 50 times higher than that of the 5G wireless communication system.
  • URLLC a key feature of 5G, is expected to become an even more mainstream technology in 6G communications by providing end-to-end delays of less than 1ms.
  • the 6G system will have much better volume spectrum efficiency, unlike the frequently used area spectrum efficiency.
  • 6G systems can provide very long battery life and advanced battery technologies for energy harvesting, so mobile devices in 6G systems may not need to be separately charged.
  • AI The most important and newly introduced technology in the 6G system is AI.
  • AI was not involved in the 4G system.
  • 5G systems will support partial or very limited AI.
  • 6G systems will be AI-enabled for full automation.
  • Advances in machine learning will create more intelligent networks for real-time communications in 6G.
  • Introducing AI in communications can simplify and improve real-time data transmission.
  • AI can use numerous analytics to determine how complex target tasks are performed. In other words, AI can increase efficiency and reduce processing delays.
  • AI can be performed instantly by using AI.
  • AI can also play an important role in M2M, machine-to-human and human-to-machine communications. Additionally, AI can enable rapid communication in BCI (brain computer interface).
  • BCI brain computer interface
  • AI-based communication systems can be supported by metamaterials, intelligent structures, intelligent networks, intelligent devices, intelligent cognitive radios, self-sustaining wireless networks, and machine learning.
  • AI-based physical layer transmission means applying signal processing and communication mechanisms based on AI drivers, rather than traditional communication frameworks, in terms of fundamental signal processing and communication mechanisms. For example, deep learning-based channel coding and decoding, deep learning-based signal estimation and detection, deep learning-based MIMO (multiple input multiple output) mechanism, It may include AI-based resource scheduling and allocation.
  • Machine learning can be used for channel estimation and channel tracking, and can be used for power allocation, interference cancellation, etc. in the physical layer of the DL (downlink). Machine learning can also be used for antenna selection, power control, and symbol detection in MIMO systems.
  • Deep learning-based AI algorithms require a large amount of training data to optimize training parameters.
  • a lot of training data is used offline. This means that static training on training data in a specific channel environment may result in a contradiction between the dynamic characteristics and diversity of the wireless channel.
  • signals of the physical layer of wireless communication are complex signals.
  • more research is needed on neural networks that detect complex domain signals.
  • Machine learning refers to a series of operations that train machines to create machines that can perform tasks that are difficult or difficult for humans to perform.
  • Machine learning requires data and a learning model.
  • data learning methods can be broadly divided into three types: supervised learning, unsupervised learning, and reinforcement learning.
  • Neural network learning is intended to minimize errors in output. Neural network learning repeatedly inputs learning data into the neural network, calculates the output of the neural network and the error of the target for the learning data, and backpropagates the error of the neural network from the output layer of the neural network to the input layer to reduce the error. ) is the process of updating the weight of each node in the neural network.
  • Supervised learning uses training data in which the correct answer is labeled, while unsupervised learning may not have the correct answer labeled in the training data. That is, for example, in the case of supervised learning on data classification, the learning data may be data in which each training data is labeled with a category. Labeled learning data is input to a neural network, and error can be calculated by comparing the output (category) of the neural network with the label of the learning data. The calculated error is backpropagated in the reverse direction (i.e., from the output layer to the input layer) in the neural network, and the connection weight of each node in each layer of the neural network can be updated according to backpropagation. The amount of change in the connection weight of each updated node may be determined according to the learning rate.
  • the neural network's calculation of input data and backpropagation of errors can constitute a learning cycle (epoch).
  • the learning rate may be applied differently depending on the number of repetitions of the learning cycle of the neural network. For example, in the early stages of neural network training, a high learning rate can be used to ensure that the neural network quickly achieves a certain level of performance to increase efficiency, and in the later stages of training, a low learning rate can be used to increase accuracy.
  • Learning methods may vary depending on the characteristics of the data. For example, in a communication system, when the goal is to accurately predict data transmitted from a transmitter at a receiver, it is preferable to perform learning using supervised learning rather than unsupervised learning or reinforcement learning.
  • the learning model corresponds to the human brain, and can be considered the most basic linear model.
  • deep learning is a machine learning paradigm that uses a highly complex neural network structure, such as artificial neural networks, as a learning model. ).
  • Neural network cores used as learning methods are broadly divided into deep neural networks (DNN), convolutional deep neural networks (CNN), and recurrent neural networks (recurrent boltzmann machine). And this learning model can be applied.
  • DNN deep neural networks
  • CNN convolutional deep neural networks
  • recurrent neural networks recurrent boltzmann machine
  • THz communication can be applied in the 6G system.
  • the data transfer rate can be increased by increasing the bandwidth. This can be accomplished by using sub-THz communications with wide bandwidth and applying advanced massive MIMO technology.
  • FIG. 9 is a diagram showing an electromagnetic spectrum applicable to the present disclosure.
  • THz waves also known as submillimeter radiation, typically represent a frequency band between 0.1 THz and 10 THz with a corresponding wavelength in the range of 0.03 mm-3 mm.
  • the 100GHz-300GHz band range (Sub THz band) is considered the main part of the THz band for cellular communications. Adding the Sub-THz band to the mmWave band increases 6G cellular communication capacity.
  • 300GHz-3THz is in the far infrared (IR) frequency band.
  • the 300GHz-3THz band is part of the wideband, but it is at the border of the wideband and immediately behind the RF band. Therefore, this 300 GHz-3 THz band shows similarities to RF.
  • THz communications Key characteristics of THz communications include (i) widely available bandwidth to support very high data rates, (ii) high path loss occurring at high frequencies (highly directional antennas are indispensable).
  • the narrow beamwidth produced by a highly directional antenna reduces interference.
  • the small wavelength of THz signals allows a much larger number of antenna elements to be integrated into devices and BSs operating in this band. This enables the use of advanced adaptive array techniques that can overcome range limitations.
  • THz Terahertz
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a THz communication method applicable to the present disclosure.
  • THz waves are located between RF (Radio Frequency)/millimeter (mm) and infrared bands. (i) Compared to visible light/infrared, they penetrate non-metal/non-polarized materials better and have a shorter wavelength than RF/millimeter waves, so they have high straightness. Beam focusing may be possible.
  • This disclosure relates to radar-communication using a virtual receive array in a wireless communication system.
  • the present disclosure relates to a technology for performing wireless communication and radar sensing using the same hardware, but performing radar operation using a virtual receiving array.
  • this disclosure proposes various embodiments of radar-communication operation using a time division duplex (TDD) method.
  • TDD time division duplex
  • the present disclosure can be used to build a wireless radar-communication network applicable to various existing communication systems as well as 6th generation (6G) and beyond 6G systems.
  • Radar-communication systems that simultaneously support radar and communication using a single piece of hardware are being actively researched.
  • the frequencies for communication and the frequencies for radar are becoming similar to each other, and functions that were comprised of hardware in the past are being replaced by the signal processing area.
  • Radar-communication systems can be widely applied in intelligent transportation platforms, sensor networks, and autonomous driving that require both radar sensing as well as communication links with other vehicles.
  • the structure of currently used radar and communication systems has limitations in operating radar and communication simultaneously.
  • the TDD method can be used as a duplex method for communication.
  • TDD is a method of sharing transmission and reception antennas that switch transmission and reception on the time axis.
  • the antenna is shared. Accordingly, the size of the system module is reduced, and unlike when separating the transmitting and receiving antennas, channel estimation for communication is simple.
  • the full-duplex method is more suitable than the TDD method for radar. In other words, it is desirable for the radar to operate in a full duplex manner.
  • the antennas of the transmitter and receiver are designed to be separated from each other.
  • this structure increases the size of the RF system module and requires channel estimation for each of the transmitting and receiving antennas during the communication process, so it is not suitable for use in a radar-communication system.
  • the present disclosure reduces the size of the module by utilizing the shared structure of the transmitting and receiving antennas, facilitates channel estimation, and further proposes a MIMO radar sensing technology using a TDD method suitable for a radar-communication system.
  • FIG. 11 illustrates the concept of radar-communication operation according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 illustrates a situation in which a first device 1110 with a radar function senses a target 1130 while communicating with a second device 1120.
  • the first device 1110 transmits a data signal using an antenna array.
  • the array antenna includes a plurality of subarrays, and each subarray may operate in a transmission mode or a reception mode.
  • the data signal includes data and/or information to be transmitted to the second device 1110.
  • the second device 1110 performs communication with the first device 1110 by receiving a data signal. That is, the data signal transmits data and/or information to the second device 1110.
  • the data signal may be reflected by the target 1130.
  • the signal reflected by the target 1130 is received through at least one subarray operating in the reception mode of the first device 1110.
  • the first device 1110 may receive a reflected signal corresponding to a data signal transmitted through at least one subarray operating in a transmission mode through at least one subarray operating in a reception mode.
  • the transmitter and receiver of the first device 1110 may operate simultaneously in a full duplex manner.
  • the first device 1110 may perform a radar operation to sense the target 1130 using the reflected signal.
  • a device e.g., the first device 1110 may perform a radar operation using a data signal rather than a signal designed for separate radar sensing. Because of this, communication operations and radar operations can be performed using the same signals. At this time, if necessary, when generating a data signal, additional processing may be performed to be used as a radar signal.
  • the target device 1130 is described as a device different from the second device 1120 that performs communication, but depending on the situation, the second device 1120 may be the target device and the target of the radar operation. .
  • the MIMO radar concept and operating principle are as follows.
  • MIMO radar is a radar composed of multiple transmit antennas and multiple receive antennas.
  • a MIMO radar composed of N t transmit antennas and N r receive antennas can provide the same performance as a radar using N t ⁇ N r receive antennas. Therefore, MIMO radar can be used as an efficient technology that can improve the angular resolution of the radar.
  • FIG. 12 illustrates the concept of MIMO radar according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 illustrates how a virtual antenna array for radar operation is formed in a MIMO radar device including three transmit antennas 1211 to 1213 and four receive antennas 1221 to 1224.
  • Each of the transmitting antennas 1211 to 1213 forms a different phase arrangement with respect to the four receiving antennas 1221 to 1224.
  • the phased arrays 1231 to 1233 formed in each of the transmit antennas 1211 to 1213 are the transmit antennas. They are formed with a difference equal to the distance between them (1211 to 1213).
  • a MIMO radar with a 3 ⁇ 4 antenna configuration uses 12 antenna elements to form a virtual receiving antenna array.
  • MIMO radar Unlike phased array radar, which transmits a single waveform, MIMO radar has diversity in transmission waveforms because it can transmit multiple signals using multiple antennas. Because of this versatility, MIMO radar offers superior performance in several aspects. First, when a MIMO radar transmits a signal using M t transmission antennas, the number of targets that can be detected also increases by M t times. This is because the size of the antenna virtual aperture increases by a factor of M t due to the virtual antenna array formed by the MIMO radar. Additionally, MIMO radar utilizes adaptive techniques to enable better resolution and interference signal cancellation. If the transmitted signals are independent of each other, the signals that return after being reflected from various targets also have the property of linear independence. Due to these properties, appropriate techniques for determining the target's location can be flexibly applied in the signal processing stage.
  • a typical MIMO radar has a structure where the transmit antennas and receiver antennas are separated. This is because the isolation performance of the circulator is not sufficiently secured at high frequencies, so it is difficult to implement a structure that shares antennas for transmission and reception.
  • the present disclosure proposes a method of performing radar operation using MIMO radar technology in a structure that shares antennas for transmission and reception.
  • Figure 13 Shows the functional structure of a device for forming a virtual array according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 13 illustrates a structure in which four subarrays are used. However, the structure of FIG. 13 can also be applied to a structure using more subarrays.
  • the device includes an antenna array 1302, a reception circuit 1304, an ADC 1306, a MIMO radar signal processor 1308, and a reception beamforming processor 1310.
  • Antenna array 1302 includes a plurality of subarrays.
  • subarrays may be arranged in a 2 ⁇ 2 structure.
  • Each of the subarrays includes at least one antenna element.
  • each subarray may be used in either a transmit mode or a receive mode. Specifically, some of the plurality of subarrays may be used in transmission mode and others may be used in reception mode.
  • the receiving circuit 1304 processes signals received through the array antenna 1302.
  • the receiving circuit 1304 may include a filter, amplifier, mixer, etc., and may amplify the received signal and convert it to a midband or baseband signal.
  • the receiving circuit 1304 processes signals received through at least one subarray operating in a receiving mode among the subarrays included in the antenna array 1302.
  • the ADC 1306 converts the analog signal output from the receiving circuit 1304 into a digital signal.
  • the reception beamforming processor 1310 performs reception beamforming based on the virtual reception array formed by the MIMO radar signal processor 1308. That is, the reception beamforming processor 1310 may perform reception beamforming on signals generated according to the virtual reception arrangement. In other words, the reception beamforming processor 1310 performs reception beamforming on virtual signals that are treated as received during one time opportunity by combining signals received during a plurality of time opportunities according to a virtual reception arrangement. can do. Accordingly, a signal can be obtained for radar operation.
  • a virtual receiving array can be formed.
  • the virtual arrangement of the MIMO structure can be determined by matrix convolution of the transmit antennas and the receive antennas.
  • the results of determining the virtual array in the TDD-based radar communication operation technology applied to the antenna of the 2 ⁇ 2 subarray structure can be expressed as shown in [Table 2] below.
  • FIG. 14 shows an example of a virtual array formed using antennas shared in the TDD method according to an embodiment of the present disclosure. That is, FIG. 14 illustrates a technology for sharing a transmit antenna and a receive antenna in a TDD manner using an antenna structure composed of a plurality of subarrays.
  • the antenna array has a 2 ⁇ 2 subarray structure consisting of subarray 1 (1411), subarray 2 (1412), subarray 3 (1413), and subarray 4 (1414).
  • Each of the subarrays 1411 to 1414 includes at least one antenna element and is connected to the front end of the transmitter and receiver including the switch.
  • Each of the subarrays 1411 to 1414 may include one antenna element, and in this case, each of the subarrays 1411 to 1414 may be understood as a single antenna.
  • the signal is transmitted through subarray 2 (1412), and the reflected signal is received through subarray 1 (1411), subarray 3 (1413), and subarray 4 (1414).
  • signals are transmitted through subarray 3 (1413), and reflected signals are received through subarray 1 (1411), subarray 2 (1412), and subarray 4 (1414).
  • a signal is transmitted through subarray 4 (1414), and reflected signals are received through subarray 1 (1411), subarray 2 (1412), and subarray 3 (1413).
  • the TDD operation of the antenna subarrays for forming the virtual receiving array 1440 as shown in FIG. 14 can be controlled as shown in Table 3 below.
  • [Table 3] shows the operation status of subarrays considering the case where the entity performing the communication-radar operation is the base station. As shown in [Table 2], each subarray is used in a TDD manner. However, from the device's perspective, both transmission and reception are performed using different subarrays at each time, so it can be understood as a full-duplex method.
  • FIG. 15 shows another example of a virtual reception array formed using antennas shared in the TDD method according to an embodiment of the present disclosure.
  • a virtual reception array 1540 of (2N-1) ⁇ (2M-1) size can be formed from a transmission/reception subarray array 1510 of N ⁇ M size. That is, a virtual receiving array can be formed that is approximately twice the size of the actual subarray array.
  • a MIMO radar that forms a virtual reception array of size (2N-1) ⁇ (2M-1) can be built using N ⁇ M subarrays.
  • 16 shows an example of a procedure for performing communication and radar operations according to an embodiment of the present disclosure. 16 illustrates a method of operating a device (eg, a base station or UE).
  • a device eg, a base station or UE.
  • the device in step S1601, the device generates signals containing data.
  • the device generates signals containing data for communication with the other device (e.g. UE, base station, etc.).
  • the device can generate at least one codeword by encoding information bits, perform scrambling on the bits in the at least one codeword, and generate modulation symbols by modulating the scrambled bits.
  • the device can generate signals by performing at least one operation among encoding, scrambling, and modulation.
  • the device can generate a signal according to the coding rate and modulation method assigned by the base station. That is, prior to generating a signal, the device may perform scheduling or receive scheduling information (eg, control signal).
  • a pattern for radar operation may be defined to divide a plurality of antenna subarrays into a plurality of groups and sequentially operate each group in a transmission mode. At this time, at least one antenna subarray belonging to at least one group other than the group operating in the transmission mode operates in the reception mode. Accordingly, in each of the time intervals, the signal transmitted through at least one antenna subarray belonging to one group is reflected by the object and then received through at least one antenna subarray belonging to the remaining at least one group. You can.
  • step S1605 the device performs a radar operation using signals received after reflection. That is, the device may receive reflected signals generated by the signals transmitted in step S1603 being reflected by the object, and determine information related to the location and movement of the object using the received reflected signals. To this end, the device may form a virtual reception array using reflected signals received during different time intervals and perform a radar operation based on the virtual reception array. That is, the device forms a virtual receiving array and arranges the received reflected signals according to the virtual receiving arrays. For example, the device may form a virtual receiving array as shown in FIG. 15.
  • communication and radar operations can be performed using the same signals.
  • the device can detect information related to the target object by applying various radar signal processing methods in the formed virtual receiving array. Specifically, the device determines at least one of the following: the intensity of the reflected signal, the angle of incidence of the reflected signal, the distance to the target object, the relative angle to the target object, and the moving speed of the target object based on one of the channel values experienced by the reflected signal. You can decide on one.
  • Figure 17 shows an example of a procedure for forming a virtual receiving array according to an embodiment of the present disclosure. 17 illustrates a method of operating a device (eg, a base station or UE).
  • a device eg, a base station or UE.
  • the device transmits signals using antenna subarrays sequentially.
  • the device includes a plurality of antenna subarrays, each subarray connected to a transmitter and a receiver. Accordingly, each of the subarrays can operate in transmission mode or reception mode. Accordingly, in a plurality of time intervals, the device transmits signals through at least one subarray, and at this time, the subarray operating in the transmission mode may vary depending on the time interval. For example, during a plurality of time intervals, each of the subarrays arranged at the corner of the two-dimensional antenna array may operate in a transmission mode at least once. That is, subarrays operating in transmission mode may include four subarrays selected to maximize distances between each other in a two-dimensional antenna array.
  • step S1703 the device receives reflected signals using antenna subarrays that are not used for transmission. While some of the subarrays operate in the transmission mode, at least one remaining subarray operates in the reception mode. Accordingly, after signals transmitted through a sub-array operating in a transmission mode are reflected by an object, the reflected signal may be received through the remaining at least one sub-array operating in a reception mode. That is, steps S1701 and S1703 are performed during the same time period.
  • the device forms a virtual receiving array based on the antenna subarrays used for reception.
  • a virtual receiving array signals received during multiple time intervals can be treated as signals received during the same time interval. Accordingly, the device can achieve the effect of using an antenna array larger than the actual size of the antenna subarrays.
  • the device arranges at least one subarray operating in the receiving mode during the same time period based on the relative position of the subarray operating in the transmitting mode. At this time, subarrays operating in reception mode in different time intervals are arranged without overlapping each other. Accordingly, a virtual receiving array with a size larger than the actual antenna subarrays can be formed.
  • the device can form a virtual receiving array based on the scheme illustrated in [Table 2].
  • the advantages of MIMO radar can be used as is, as described above.
  • the structure shares the transmit and receive antennas, there are advantages in terms of hardware size and communication channel estimation, which are problems with the MIMO structure that uses separate transmitters and receivers.
  • the proposed technology can improve the performance of radar-communication operations.
  • FIGS. 18A to 18D illustrate beam patterns for a virtual receiving array according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figures 18a to 18d illustrate beams that can be obtained when 4x4 subarray antenna arrays are arranged in 2x2 and 4x4, respectively.
  • Figure 18a shows a beam pattern using hybrid beamforming in a 2 ⁇ 2 subarray array
  • Figure 18b shows a beam pattern of a virtual reception array using MIMO radar operation.
  • Figure 18c shows a beam pattern using hybrid beamforming in a 4 ⁇ 4 subarray array in which transceivers share antennas
  • Figure 18d shows the beam pattern of a virtual reception array using MIMO radar operation.
  • the virtual receiving array has an aperture size that is approximately twice that of the physical antenna array, so the beam pattern of the virtual receiving array is sharper than the beam pattern using hybrid beamforming. It is confirmed. Similarly, referring to FIGS. 18C and 18D, it is confirmed that the beam pattern of the virtual receiving array is sharper than the beam pattern using hybrid beamforming.
  • the present disclosure makes it possible to obtain improved angular resolution by utilizing a structure in which a transmitter and a receiver used in existing communication share an antenna using a switch. This will make it easier to implement a radar-communication convergence system by utilizing the existing TDD-based communication system.
  • the proposed technology enables simultaneous operation of high-performance sensing and communication in future 6G and wireless network environments.
  • the proposed technology can be expanded to various application fields such as communication using sensing and sensing using communication.
  • a hybrid beamforming method in which all subarrays simultaneously operate in a transmit or receive mode to form one beam may also be supported. That is, devices according to various embodiments of the present disclosure can support both the hybrid method and the MIMO radar method. However, more improved resolution can be obtained when operating in MIMO than when all subarrays operate in transmit or receive mode simultaneously. Additionally, to achieve higher angular resolution, the subarrays may be spaced wider than the aperture of one subarray.
  • the proposed methods described above may be implemented independently, but may also be implemented in the form of a combination (or merge) of some of the proposed methods.
  • a rule may be defined so that the base station informs the terminal of the application of the proposed methods (or information about the rules of the proposed methods) through a predefined signal (e.g., a physical layer signal or a higher layer signal). .
  • Embodiments of the present disclosure can be applied to various wireless access systems.
  • Examples of various wireless access systems include the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) or 3GPP2 system.
  • Embodiments of the present disclosure can be applied not only to the various wireless access systems, but also to all technical fields that apply the various wireless access systems. Furthermore, the proposed method can also be applied to mmWave and THz communication systems using ultra-high frequency bands.
  • embodiments of the present disclosure can be applied to various applications such as free-running vehicles and drones.

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Abstract

본 개시는 무선 통신 시스템에서 주파수 홉핑(frequency hopping)을 이용하여 레이다-통신(radar-communication)을 수행하기 위한 것으로, 통신 장치의 동작 방법은, 정보 비트들 인코딩함으로서 적어도 하나의 코드워드를 생성하는 단계, 상기 적어도 하나의 코드워드에 기반하여 변조 심벌들을 생성하는 단계, 상기 변조 심벌들을 포함하는 신호들을 송신하는 단계, 상기 신호들이 물체(object)에 반사된 후 수신되면, 상기 수신된 신호들을 이용하여 레이다 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 레이다 동작은, 복수의 시간 구간들 동안, 안테나 배열에 포함되는 복수의 서브어레이들 중 송신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이를 통해 송신되고, 수신 모드로 동작하는 나머지 적어도 하나의 서브어레이를 통해 수신되는 신호들을 이용하여 형성되는 가상 수신 배열에 기반하여 수행될 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 가상 수신 배열을 이용하여 레이다-통신을 수행하기 위한 장치 및 방법
이하의 설명은 무선 통신 시스템에 대한 것으로, 무선 통신 시스템에서 가상 수신 배열(virtual receive array)이용하여 레이다-통신(radar-communication)을 수행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 접속 시스템이 음성이나 데이터 등과 같은 다양한 종류의 통신 서비스를 제공하기 위해 광범위하게 전개되고 있다. 일반적으로 무선 접속 시스템은 가용한 시스템 자원(대역폭, 전송 파워 등)을 공유하여 다중 사용자와의 통신을 지원할 수 있는 다중 접속(multiple access) 시스템이다. 다중 접속 시스템의 예들로는 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, SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 시스템 등이 있다.
특히, 많은 통신 기기들이 큰 통신 용량을 요구하게 됨에 따라 기존 RAT(radio access technology)에 비해 향상된 모바일 브로드밴드(enhanced mobile broadband, eMBB) 통신 기술이 제안되고 있다. 또한 다수의 기기 및 사물들을 연결하여 언제 어디서나 다양한 서비스를 제공하는 mMTC(massive machine type communications) 뿐만 아니라 신뢰성 (reliability) 및 지연(latency) 민감한 서비스/UE(user equipment)를 고려한 통신 시스템이 제안되고 있다. 이를 위한 다양한 기술 구성들이 제안되고 있다.
본 개시는 무선 통신 시스템에서 데이터 통신 및 레이다(radar) 동작을 효과적으로 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 개시는 무선 통신 시스템에서 데이터 통신을 위한 신호를 이용하여 레이다 동작을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 개시는 무선 통신 시스템에서 데이터 통신을 위한 채널 용량의 손해 없이 레이다 동작을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 개시는 무선 통신 시스템에서 신호의 가상 수신 배열(virtual receive array) 이용하여 레이다 동작을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 개시는 무선 통신 시스템에서 무선 통신 및 레이다 센싱을 위한 시스템 구조 및 안테나 배열을 이용하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 개시는 무선 통신 시스템에서 무선 통신 및 레이다 동작을 위해 동일한 시스템 하드웨어 및 안테나 배열을 활용하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 개시는 무선 통신 시스템에서 한정된 하드웨어를 이용하여 고 분해능의 레이다 센싱을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 개시에서 이루고자 하는 기술적 목적들은 이상에서 언급한 사항들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 이하 설명할 본 개시의 실시예들로부터 본 개시의 기술 구성이 적용되는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 고려될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템에서 통신 장치의 동작 방법은, 정보 비트들 인코딩함으로서 적어도 하나의 코드워드를 생성하는 단계, 상기 적어도 하나의 코드워드에 기반하여 변조 심벌들을 생성하는 단계, 상기 변조 심벌들을 포함하는 신호들을 송신하는 단계, 상기 신호들이 물체(object)에 반사된 후 수신되면, 상기 수신된 신호들을 이용하여 레이다 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 레이다 동작은, 복수의 시간 구간들 동안, 안테나 배열에 포함되는 복수의 서브어레이들 중 송신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이를 통해 송신되고, 수신 모드로 동작하는 나머지 적어도 하나의 서브어레이를 통해 수신되는 신호들을 이용하여 형성되는 가상 수신 배열에 기반하여 수행될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템에서 통신 장치는, 복수의 송신기들 및 복수의 수신기들을 포함하는 송수신기, 및 상기 송수신기와 연결된 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는, 정보 비트들 인코딩함으로서 적어도 하나의 코드워드를 생성하고, 상기 적어도 하나의 코드워드에 기반하여 변조 심벌들을 생성하고, 상기 변조 심벌들을 포함하는 신호들을 송신하고, 상기 신호들이 물체(object)에 반사된 후 수신되면, 상기 수신된 신호들을 이용하여 레이다 동작을 수행하도록 제어하며, 상기 레이다 동작은, 복수의 시간 구간들 동안, 안테나 배열에 포함되는 복수의 서브어레이들 중 송신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이를 통해 송신되고, 수신 모드로 동작하는 나머지 적어도 하나의 서브어레이를 통해 수신되는 신호들을 이용하여 형성되는 가상 수신 배열에 기반하여 수행될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 통신 장치는, 적어도 하나의 프로세서, 상기 적어도 하나의 프로세서와 연결되며, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행됨에 따라 동작들을 지시하는 명령어를 저장하는 적어도 하나의 컴퓨터 메모리를 포함하며, 상기 동작들은, 정보 비트들 인코딩함으로서 적어도 하나의 코드워드를 생성하는 단계, 상기 적어도 하나의 코드워드에 기반하여 변조 심벌들을 생성하는 단계, 상기 변조 심벌들을 포함하는 신호들을 송신하는 단계, 상기 신호들이 물체(object)에 반사된 후 수신되면, 상기 수신된 신호들을 이용하여 레이다 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 레이다 동작은, 복수의 시간 구간들 동안, 안테나 배열에 포함되는 복수의 서브어레이들 중 송신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이를 통해 송신되고, 수신 모드로 동작하는 나머지 적어도 하나의 서브어레이를 통해 수신되는 신호들을 이용하여 형성되는 가상 수신 배열에 기반하여 수행될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 명령어(instructions)을 저장하는 비-일시적인(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 매체(computer-readable medium)는, 프로세서에 의해 실행 가능한(executable) 상기 적어도 하나의 명령어를 포함하며, 상기 적어도 하나의 명령어는, 장치가, 정보 비트들 인코딩함으로서 적어도 하나의 코드워드를 생성하고, 상기 적어도 하나의 코드워드에 기반하여 변조 심벌들을 생성하고, 상기 변조 심벌들을 포함하는 신호들을 송신하고, 상기 신호들이 물체(object)에 반사된 후 수신되면, 상기 수신된 신호들을 이용하여 레이다 동작을 수행하도록 지시하며, 상기 레이다 동작은, 복수의 시간 구간들 동안, 안테나 배열에 포함되는 복수의 서브어레이들 중 송신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이를 통해 송신되고, 수신 모드로 동작하는 나머지 적어도 하나의 서브어레이를 통해 수신되는 신호들을 이용하여 형성되는 가상 수신 배열에 기반하여 수행될 수 있다.
상술한 본 개시의 양태들은 본 개시의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본 개시의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 개시의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 개시에 기초한 실시예들에 의해 하기와 같은 효과가 있을 수 있다.
본 개시에 따르면, 데이터 통신을 위한 신호를 이용하여 레이다(radar) 동작이 효과적으로 수행될 수 있다.
본 개시의 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 이하의 본 개시의 실시예들에 대한 기재로부터 본 개시의 기술 구성이 적용되는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시에서 서술하는 구성을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 개시의 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 개시에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 개시에 대한 실시예들을 제공할 수 있다. 다만, 본 개시의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다. 각 도면에서의 참조 번호(reference numerals)들은 구조적 구성요소(structural elements)를 의미할 수 있다.
도 1은 본 개시에 적용 가능한 통신 시스템 예를 도시한다.
도 2는 본 개시에 적용 가능한 무선 기기의 예를 도시한다.
도 3은 본 개시에 적용 가능한 무선 기기의 다른 예를 도시한다.
도 4는 본 개시에 적용 가능한 휴대 기기의 예를 도시한다.
도 5는 본 개시에 적용 가능한 차량 또는 자율 주행 차량의 예를 도시한다.
도 6은 본 개시에 적용 가능한 AI(Artificial Intelligence)의 예를 도시한다.
도 7은 본 개시에 적용 가능한 전송 신호를 처리하는 방법을 도시한다.
도 8은 본 개시에 적용 가능한 6G(6th generation) 시스템에서 제공 가능한 통신 구조의 일례를 도시한다.
도 9는 본 개시에 적용 가능한 전자기 스펙트럼을 도시한다.
도 10은 본 개시에 적용 가능한 THz 통신 방법을 도시한다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 레이다-통신 동작의 개념을 도시한다.
본 개시의 실시예에 따른 MIMO(multiple input multiple output) 레이다의 개념을 도시한다.
본 개시의 실시예에 따른 가상 배열을 형성하기 위한 장치의 기능적 구조를 도시한다.
도 14는 본 개시의 실시예에 따른 TDD(time division duplex) 방식으로 공유되는 안테나들을 이용하여 형성되는 가상 배열의 예를 도시한다.
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른 TDD 방식으로 공유되는 안테나들을 이용하여 형성되는 가상 수신 배열의 다른 예를 도시한다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따라 통신 및 레이다 동작을 수행하는 절차의 예를 도시한다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따라 가상 수신 배열을 형성하는 절차의 예를 도시한다.
도 18a 내지 도 18d는 본 개시의 일 실시예에 따른 가상 수신 배열에 대한 빔 패턴들을 도시한다.
이하의 실시예들은 본 개시의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 개시의 실시예를 구성할 수도 있다. 본 개시의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.
도면에 대한 설명에서, 본 개시의 요지를 흐릴 수 있는 절차 또는 단계 등은 기술하지 않았으며, 당업자의 수준에서 이해할 수 있을 정도의 절차 또는 단계는 또한 기술하지 아니하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 개시를 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
본 명세서에서 본 개시의 실시예들은 기지국과 이동국 간의 데이터 송수신 관계를 중심으로 설명되었다. 여기서, 기지국은 이동국과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미가 있다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다.
즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 이동국과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있다. 이때, '기지국'은 고정국(fixed station), Node B, eNB(eNode B), gNB(gNode B), ng-eNB, 발전된 기지국(advanced base station, ABS) 또는 억세스 포인트(access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다.
또한, 본 개시의 실시예들에서 단말(terminal)은 사용자 기기(user equipment, UE), 이동국(mobile station, MS), 가입자국(subscriber station, SS), 이동 가입자 단말(mobile subscriber station, MSS), 이동 단말(mobile terminal) 또는 발전된 이동 단말(advanced mobile station, AMS) 등의 용어로 대체될 수 있다.
또한, 송신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 제공하는 고정 및/또는 이동 노드를 말하고, 수신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 수신하는 고정 및/또는 이동 노드를 의미한다. 따라서, 상향링크의 경우, 이동국이 송신단이 되고, 기지국이 수신단이 될 수 있다. 마찬가지로, 하향링크의 경우, 이동국이 수신단이 되고, 기지국이 송신단이 될 수 있다.
본 개시의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802.xx 시스템, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 시스템, 3GPP LTE(Long Term Evolution) 시스템, 3GPP 5G(5th generation) NR(New Radio) 시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있으며, 특히, 본 개시의 실시예들은 3GPP TS(technical specification) 38.211, 3GPP TS 38.212, 3GPP TS 38.213, 3GPP TS 38.321 및 3GPP TS 38.331 문서들에 의해 뒷받침 될 수 있다.
또한, 본 개시의 실시예들은 다른 무선 접속 시스템에도 적용될 수 있으며, 상술한 시스템으로 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 3GPP 5G NR 시스템 이후에 적용되는 시스템에 대해서도 적용 가능할 수 있으며, 특정 시스템에 한정되지 않는다.
즉, 본 개시의 실시예들 중 설명하지 않은 자명한 단계들 또는 부분들은 상기 문서들을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.
이하, 본 개시에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 개시의 예시적인 실시 형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 개시의 기술 구성이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
또한, 본 개시의 실시예들에서 사용되는 특정 용어들은 본 개시의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 적용될 수 있다.
하기에서는 이하 설명을 명확하게 하기 위해, 3GPP 통신 시스템(e.g.(예, LTE, NR 등)을 기반으로 설명하지만 본 개시의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. LTE는 3GPP TS 36.xxx Release 8 이후의 기술을 의미할 수 있다. 세부적으로, 3GPP TS 36.xxx Release 10 이후의 LTE 기술은 LTE-A로 지칭되고, 3GPP TS 36.xxx Release 13 이후의 LTE 기술은 LTE-A pro로 지칭될 수 있다. 3GPP NR은 TS 38.xxx Release 15 이후의 기술을 의미할 수 있다. 3GPP 6G는 TS Release 17 및/또는 Release 18 이후의 기술을 의미할 수 있다. "xxx"는 표준 문서 세부 번호를 의미한다. LTE/NR/6G는 3GPP 시스템으로 통칭될 수 있다.
본 개시에 사용된 배경기술, 용어, 약어 등에 관해서는 본 개시 이전에 공개된 표준 문서에 기재된 사항을 참조할 수 있다. 일 예로, 36.xxx 및 38.xxx 표준 문서를 참조할 수 있다.
본 개시에 적용 가능한 통신 시스템
이로 제한되는 것은 아니지만, 본 문서에 개시된 본 개시의 다양한 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들은 기기들 간에 무선 통신/연결(예, 5G)을 필요로 하는 다양한 분야에 적용될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 보다 구체적으로 예시한다. 이하의 도면/설명에서 동일한 도면 부호는 다르게 기술하지 않는 한, 동일하거나 대응되는 하드웨어 블록, 소프트웨어 블록 또는 기능 블록을 예시할 수 있다.
도 1은 본 개시에 적용되는 통신 시스템 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 개시에 적용되는 통신 시스템(100)은 무선 기기, 기지국 및 네트워크를 포함한다. 여기서, 무선 기기는 무선 접속 기술(예, 5G NR, LTE)을 이용하여 통신을 수행하는 기기를 의미하며, 통신/무선/5G 기기로 지칭될 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 무선 기기는 로봇(100a), 차량(100b-1, 100b-2), XR(extended reality) 기기(100c), 휴대 기기(hand-held device)(100d), 가전(home appliance)(100e), IoT(Internet of Thing) 기기(100f), AI(artificial intelligence) 기기/서버(100g)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 차량은 무선 통신 기능이 구비된 차량, 자율 주행 차량, 차량간 통신을 수행할 수 있는 차량 등을 포함할 수 있다. 여기서, 차량(100b-1, 100b-2)은 UAV(unmanned aerial vehicle)(예, 드론)를 포함할 수 있다. XR 기기(100c)는 AR(augmented reality)/VR(virtual reality)/MR(mixed reality) 기기를 포함하며, HMD(head-mounted device), 차량에 구비된 HUD(head-up display), 텔레비전, 스마트폰, 컴퓨터, 웨어러블 디바이스, 가전 기기, 디지털 사이니지(signage), 차량, 로봇 등의 형태로 구현될 수 있다. 휴대 기기(100d)는 스마트폰, 스마트패드, 웨어러블 기기(예, 스마트워치, 스마트글래스), 컴퓨터(예, 노트북 등) 등을 포함할 수 있다. 가전(100e)은 TV, 냉장고, 세탁기 등을 포함할 수 있다. IoT 기기(100f)는 센서, 스마트 미터 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기지국(120), 네트워크(130)는 무선 기기로도 구현될 수 있으며, 특정 무선 기기(120a)는 다른 무선 기기에게 기지국/네트워크 노드로 동작할 수도 있다.
무선 기기(100a~100f)는 기지국(120)을 통해 네트워크(130)와 연결될 수 있다. 무선 기기(100a~100f)에는 AI 기술이 적용될 수 있으며, 무선 기기(100a~100f)는 네트워크(130)를 통해 AI 서버(100g)와 연결될 수 있다. 네트워크(130)는 3G 네트워크, 4G(예, LTE) 네트워크 또는 5G(예, NR) 네트워크 등을 이용하여 구성될 수 있다. 무선 기기(100a~100f)는 기지국(120)/네트워크(130)를 통해 서로 통신할 수도 있지만, 기지국(120)/네트워크(130)를 통하지 않고 직접 통신(예, 사이드링크 통신(sidelink communication))할 수도 있다. 예를 들어, 차량들(100b-1, 100b-2)은 직접 통신(예, V2V(vehicle to vehicle)/V2X(vehicle to everything) communication)을 할 수 있다. 또한, IoT 기기(100f)(예, 센서)는 다른 IoT 기기(예, 센서) 또는 다른 무선 기기(100a~100f)와 직접 통신을 할 수 있다.
무선 기기(100a~100f)/기지국(120), 기지국(120)/기지국(120) 간에는 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)이 이뤄질 수 있다. 여기서, 무선 통신/연결은 상향/하향링크 통신(150a)과 사이드링크 통신(150b)(또는, D2D 통신), 기지국간 통신(150c)(예, relay, IAB(integrated access backhaul))과 같은 다양한 무선 접속 기술(예, 5G NR)을 통해 이뤄질 수 있다. 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)을 통해 무선 기기와 기지국/무선 기기, 기지국과 기지국은 서로 무선 신호를 송신/수신할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)은 다양한 물리 채널을 통해 신호를 송신/수신할 수 있다. 이를 위해, 본 개시의 다양한 제안들에 기반하여, 무선 신호의 송신/수신을 위한 다양한 구성정보 설정 과정, 다양한 신호 처리 과정(예, 채널 인코딩/디코딩, 변조/복조, 자원 매핑/디매핑 등), 자원 할당 과정 등 중 적어도 일부가 수행될 수 있다.
본 개시에 적용 가능한 통신 시스템
도 2는 본 개시에 적용될 수 있는 무선 기기의 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 제1 무선 기기(200a)와 제2 무선 기기(200b)는 다양한 무선 접속 기술(예, LTE, NR)을 통해 무선 신호를 송수신할 수 있다. 여기서, {제1 무선 기기(200a), 제2 무선 기기(200b)}은 도 1의 {무선 기기(100x), 기지국(120)} 및/또는 {무선 기기(100x), 무선 기기(100x)}에 대응할 수 있다.
제1 무선 기기(200a)는 하나 이상의 프로세서(202a) 및 하나 이상의 메모리(204a)를 포함하며, 추가적으로 하나 이상의 송수신기(206a) 및/또는 하나 이상의 안테나(208a)을 더 포함할 수 있다. 프로세서(202a)는 메모리(204a) 및/또는 송수신기(206a)를 제어하며, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(202a)는 메모리(204a) 내의 정보를 처리하여 제1 정보/신호를 생성한 뒤, 송수신기(206a)을 통해 제1 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(202a)는 송수신기(206a)를 통해 제2 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신한 뒤, 제2 정보/신호의 신호 처리로부터 얻은 정보를 메모리(204a)에 저장할 수 있다. 메모리(204a)는 프로세서(202a)와 연결될 수 있고, 프로세서(202a)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(204a)는 프로세서(202a)에 의해 제어되는 프로세스들 중 일부 또는 전부를 수행하거나, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 수행하기 위한 명령들을 포함하는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다. 여기서, 프로세서(202a)와 메모리(204a)는 무선 통신 기술(예, LTE, NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(206a)는 프로세서(202a)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 안테나(208a)를 통해 무선 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 송수신기(206a)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다. 송수신기(206a)는 RF(radio frequency) 유닛과 혼용될 수 있다. 본 개시에서 무선 기기는 통신 모뎀/회로/칩을 의미할 수도 있다.
제2 무선 기기(200b)는 하나 이상의 프로세서(202b), 하나 이상의 메모리(204b)를 포함하며, 추가적으로 하나 이상의 송수신기(206b) 및/또는 하나 이상의 안테나(208b)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(202b)는 메모리(204b) 및/또는 송수신기(206b)를 제어하며, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(202b)는 메모리(204b) 내의 정보를 처리하여 제3 정보/신호를 생성한 뒤, 송수신기(206b)를 통해 제3 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(202b)는 송수신기(206b)를 통해 제4 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신한 뒤, 제4 정보/신호의 신호 처리로부터 얻은 정보를 메모리(204b)에 저장할 수 있다. 메모리(204b)는 프로세서(202b)와 연결될 수 있고, 프로세서(202b)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(204b)는 프로세서(202b)에 의해 제어되는 프로세스들 중 일부 또는 전부를 수행하거나, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 수행하기 위한 명령들을 포함하는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다. 여기서, 프로세서(202b)와 메모리(204b)는 무선 통신 기술(예, LTE, NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(206b)는 프로세서(202b)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 안테나(208b)를 통해 무선 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 송수신기(206b)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다 송수신기(206b)는 RF 유닛과 혼용될 수 있다. 본 개시에서 무선 기기는 통신 모뎀/회로/칩을 의미할 수도 있다.
이하, 무선 기기(200a, 200b)의 하드웨어 요소에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 하나 이상의 프로토콜 계층이 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하나 이상의 계층(예, PHY(physical), MAC(media access control), RLC(radio link control), PDCP(packet data convergence protocol), RRC(radio resource control), SDAP(service data adaptation protocol)와 같은 기능적 계층)을 구현할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들에 따라 하나 이상의 PDU(Protocol Data Unit) 및/또는 하나 이상의 SDU(service data unit)를 생성할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들에 따라 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 생성할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및/또는 방법에 따라 PDU, SDU, 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 포함하는 신호(예, 베이스밴드 신호)를 생성하여, 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)에게 제공할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)로부터 신호(예, 베이스밴드 신호)를 수신할 수 있고, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들에 따라 PDU, SDU, 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 획득할 수 있다.
하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 또는 마이크로 컴퓨터로 지칭될 수 있다. 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 일 예로, 하나 이상의 ASIC(application specific integrated circuit), 하나 이상의 DSP(digital signal processor), 하나 이상의 DSPD(digital signal processing device), 하나 이상의 PLD(programmable logic device) 또는 하나 이상의 FPGA(field programmable gate arrays)가 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)에 포함될 수 있다. 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들은 펌웨어 또는 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있고, 펌웨어 또는 소프트웨어는 모듈, 절차, 기능 등을 포함하도록 구현될 수 있다. 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들은 수행하도록 설정된 펌웨어 또는 소프트웨어는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)에 포함되거나, 하나 이상의 메모리(204a, 204b)에 저장되어 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)에 의해 구동될 수 있다. 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들은 코드, 명령어 및/또는 명령어의 집합 형태로 펌웨어 또는 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있다.
하나 이상의 메모리(204a, 204b)는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)와 연결될 수 있고, 다양한 형태의 데이터, 신호, 메시지, 정보, 프로그램, 코드, 지시 및/또는 명령을 저장할 수 있다. 하나 이상의 메모리(204a, 204b)는 ROM(read only memory), RAM(random access memory), EPROM(erasable programmable read only memory), 플래시 메모리, 하드 드라이브, 레지스터, 캐쉬 메모리, 컴퓨터 판독 저장 매체 및/또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 메모리(204a, 204b)는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)의 내부 및/또는 외부에 위치할 수 있다. 또한, 하나 이상의 메모리(204a, 204b)는 유선 또는 무선 연결과 같은 다양한 기술을 통해 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)와 연결될 수 있다.
하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 다른 장치에게 본 문서의 방법들 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 전송할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 다른 장치로부터 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)와 연결될 수 있고, 무선 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)가 하나 이상의 다른 장치에게 사용자 데이터, 제어 정보 또는 무선 신호를 전송하도록 제어할 수 있다. 또한, 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)가 하나 이상의 다른 장치로부터 사용자 데이터, 제어 정보 또는 무선 신호를 수신하도록 제어할 수 있다. 또한, 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 안테나(208a, 208b)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 안테나(208a, 208b)를 통해 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 송수신하도록 설정될 수 있다. 본 문서에서, 하나 이상의 안테나는 복수의 물리 안테나이거나, 복수의 논리 안테나(예, 안테나 포트)일 수 있다. 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 수신된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)를 이용하여 처리하기 위해, 수신된 무선 신호/채널 등을 RF 밴드 신호에서 베이스밴드 신호로 변환(Convert)할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)를 이용하여 처리된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 베이스밴드 신호에서 RF 밴드 신호로 변환할 수 있다. 이를 위하여, 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 (아날로그) 오실레이터 및/또는 필터를 포함할 수 있다.
본 개시에 적용 가능한 무선 기기 구조
도 3은 본 개시에 적용되는 무선 기기의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 무선 기기(300)는 도 2의 무선 기기(200a, 200b)에 대응하며, 다양한 요소(element), 성분(component), 유닛/부(unit), 및/또는 모듈(module)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 무선 기기(300)는 통신부(310), 제어부(320), 메모리부(330) 및 추가 요소(340)를 포함할 수 있다. 통신부는 통신 회로(312) 및 송수신기(들)(314)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 회로(312)는 도 2의 하나 이상의 프로세서(202a, 202b) 및/또는 하나 이상의 메모리(204a, 204b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 송수신기(들)(314)는 도 2의 하나 이상의 송수신기(206a, 206b) 및/또는 하나 이상의 안테나(208a, 208b)을 포함할 수 있다. 제어부(320)는 통신부(310), 메모리부(330) 및 추가 요소(340)와 전기적으로 연결되며 무선 기기의 제반 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(320)는 메모리부(330)에 저장된 프로그램/코드/명령/정보에 기반하여 무선 기기의 전기적/기계적 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(320)는 메모리부(330)에 저장된 정보를 통신부(310)을 통해 외부(예, 다른 통신 기기)로 무선/유선 인터페이스를 통해 전송하거나, 통신부(310)를 통해 외부(예, 다른 통신 기기)로부터 무선/유선 인터페이스를 통해 수신된 정보를 메모리부(330)에 저장할 수 있다.
추가 요소(340)는 무선 기기의 종류에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 추가 요소(340)는 파워 유닛/배터리, 입출력부(input/output unit), 구동부 및 컴퓨팅부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 무선 기기(300)는 로봇(도 1, 100a), 차량(도 1, 100b-1, 100b-2), XR 기기(도 1, 100c), 휴대 기기(도 1, 100d), 가전(도 1, 100e), IoT 기기(도 1, 100f), 디지털 방송용 단말, 홀로그램 장치, 공공 안전 장치, MTC 장치, 의료 장치, 핀테크 장치(또는 금융 장치), 보안 장치, 기후/환경 장치, AI 서버/기기(도 1, 140), 기지국(도 1, 120), 네트워크 노드 등의 형태로 구현될 수 있다. 무선 기기는 사용-예/서비스에 따라 이동 가능하거나 고정된 장소에서 사용될 수 있다.
도 3에서 무선 기기(300) 내의 다양한 요소, 성분, 유닛/부, 및/또는 모듈은 전체가 유선 인터페이스를 통해 상호 연결되거나, 적어도 일부가 통신부(310)를 통해 무선으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 무선 기기(300) 내에서 제어부(320)와 통신부(310)는 유선으로 연결되며, 제어부(320)와 제1 유닛(예, 130, 140)은 통신부(310)를 통해 무선으로 연결될 수 있다. 또한, 무선 기기(300) 내의 각 요소, 성분, 유닛/부, 및/또는 모듈은 하나 이상의 요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(320)는 하나 이상의 프로세서 집합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어부(320)는 통신 제어 프로세서, 어플리케이션 프로세서(application processor), ECU(electronic control unit), 그래픽 처리 프로세서, 메모리 제어 프로세서 등의 집합으로 구성될 수 있다. 다른 예로, 메모리부(330)는 RAM, DRAM(dynamic RAM), ROM, 플래시 메모리(flash memory), 휘발성 메모리(volatile memory), 비-휘발성 메모리(non-volatile memory) 및/또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
본 개시가 적용 가능한 휴대 기기
도 4는 본 개시에 적용되는 휴대 기기의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 개시에 적용되는 휴대 기기를 예시한다. 휴대 기기는 스마트폰, 스마트패드, 웨어러블 기기(예, 스마트 워치, 스마트 글래스), 휴대용 컴퓨터(예, 노트북 등)을 포함할 수 있다. 휴대 기기는 MS(mobile station), UT(user terminal), MSS(mobile subscriber station), SS(subscriber station), AMS(advanced mobile station) 또는 WT(wireless terminal)로 지칭될 수 있다.
도 4를 참조하면, 휴대 기기(400)는 안테나부(408), 통신부(410), 제어부(420), 메모리부(430), 전원공급부(440a), 인터페이스부(440b) 및 입출력부(440c)를 포함할 수 있다. 안테나부(408)는 통신부(410)의 일부로 구성될 수 있다. 블록 410~430/440a~440c는 각각 도 3의 블록 310~330/340에 대응한다.
통신부(410)는 다른 무선 기기, 기지국들과 신호(예, 데이터, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 제어부(420)는 휴대 기기(400)의 구성 요소들을 제어하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 제어부(420)는 AP(application processor)를 포함할 수 있다. 메모리부(430)는 휴대 기기(400)의 구동에 필요한 데이터/파라미터/프로그램/코드/명령을 저장할 수 있다. 또한, 메모리부(430)는 입/출력되는 데이터/정보 등을 저장할 수 있다. 전원공급부(440a)는 휴대 기기(400)에게 전원을 공급하며, 유/무선 충전 회로, 배터리 등을 포함할 수 있다. 인터페이스부(440b)는 휴대 기기(400)와 다른 외부 기기의 연결을 지원할 수 있다. 인터페이스부(440b)는 외부 기기와의 연결을 위한 다양한 포트(예, 오디오 입/출력 포트, 비디오 입/출력 포트)를 포함할 수 있다. 입출력부(440c)는 영상 정보/신호, 오디오 정보/신호, 데이터, 및/또는 사용자로부터 입력되는 정보를 입력 받거나 출력할 수 있다. 입출력부(440c)는 카메라, 마이크로폰, 사용자 입력부, 디스플레이부(440d), 스피커 및/또는 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다.
일 예로, 데이터 통신의 경우, 입출력부(440c)는 사용자로부터 입력된 정보/신호(예, 터치, 문자, 음성, 이미지, 비디오)를 획득하며, 획득된 정보/신호는 메모리부(430)에 저장될 수 있다. 통신부(410)는 메모리에 저장된 정보/신호를 무선 신호로 변환하고, 변환된 무선 신호를 다른 무선 기기에게 직접 전송하거나 기지국에게 전송할 수 있다. 또한, 통신부(410)는 다른 무선 기기 또는 기지국으로부터 무선 신호를 수신한 뒤, 수신된 무선 신호를 원래의 정보/신호로 복원할 수 있다. 복원된 정보/신호는 메모리부(430)에 저장된 뒤, 입출력부(440c)를 통해 다양한 형태(예, 문자, 음성, 이미지, 비디오, 햅틱)로 출력될 수 있다.
본 개시가 적용 가능한 무선 기기 종류
도 5는 본 개시에 적용되는 차량 또는 자율 주행 차량의 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 개시에 적용되는 차량 또는 자율 주행 차량을 예시한다. 차량 또는 자율 주행 차량은 이동형 로봇, 차량, 기차, 유/무인 비행체(aerial vehicle, AV), 선박 등으로 구현될 수 있으며, 차량의 형태로 한정되는 것은 아니다.
도 5를 참조하면, 차량 또는 자율 주행 차량(500)은 안테나부(508), 통신부(510), 제어부(520), 구동부(540a), 전원공급부(540b), 센서부(540c) 및 자율 주행부(540d)를 포함할 수 있다. 안테나부(550)는 통신부(510)의 일부로 구성될 수 있다. 블록 510/530/540a~540d는 각각 도 4의 블록 410/430/440에 대응한다.
통신부(510)는 다른 차량, 기지국(예, 기지국, 노변 기지국(road side unit) 등), 서버 등의 외부 기기들과 신호(예, 데이터, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 제어부(520)는 차량 또는 자율 주행 차량(500)의 요소들을 제어하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 제어부(520)는 ECU(electronic control unit)를 포함할 수 있다.
도 6은 본 개시에 적용되는 AI 기기의 예를 도시한 도면이다. 일 예로, AI 기기는 TV, 프로젝터, 스마트폰, PC, 노트북, 디지털방송용 단말기, 태블릿 PC, 웨어러블 장치, 셋톱박스(STB), 라디오, 세탁기, 냉장고, 디지털 사이니지, 로봇, 차량 등과 같은, 고정형 기기 또는 이동 가능한 기기 등으로 구현될 수 있다.
도 6을 참조하면, AI 기기(600)는 통신부(610), 제어부(620), 메모리부(630), 입/출력부(640a/640b), 러닝 프로세서부(640c) 및 센서부(640d)를 포함할 수 있다. 블록 610~630/640a~640d는 각각 도 3의 블록 310~330/340에 대응할 수 있다.
통신부(610)는 유무선 통신 기술을 이용하여 다른 AI 기기(예, 도 1, 100x, 120, 140)나 AI 서버(도 1, 140) 등의 외부 기기들과 유무선 신호(예, 센서 정보, 사용자 입력, 학습 모델, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 이를 위해, 통신부(610)는 메모리부(630) 내의 정보를 외부 기기로 전송하거나, 외부 기기로부터 수신된 신호를 메모리부(630)로 전달할 수 있다.
제어부(620)는 데이터 분석 알고리즘 또는 머신 러닝 알고리즘을 사용하여 결정되거나 생성된 정보에 기초하여, AI 기기(600)의 적어도 하나의 실행 가능한 동작을 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(620)는 AI 기기(600)의 구성 요소들을 제어하여 결정된 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어부(620)는 러닝 프로세서부(640c) 또는 메모리부(630)의 데이터를 요청, 검색, 수신 또는 활용할 수 있고, 적어도 하나의 실행 가능한 동작 중 예측되는 동작이나, 바람직한 것으로 판단되는 동작을 실행하도록 AI 기기(600)의 구성 요소들을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(620)는 AI 장치(600)의 동작 내용이나 동작에 대한 사용자의 피드백 등을 포함하는 이력 정보를 수집하여 메모리부(630) 또는 러닝 프로세서부(640c)에 저장하거나, AI 서버(도 1, 140) 등의 외부 장치에 전송할 수 있다. 수집된 이력 정보는 학습 모델을 갱신하는데 이용될 수 있다.
메모리부(630)는 AI 기기(600)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리부(630)는 입력부(640a)로부터 얻은 데이터, 통신부(610)로부터 얻은 데이터, 러닝 프로세서부(640c)의 출력 데이터, 및 센싱부(640)로부터 얻은 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 메모리부(630)는 제어부(620)의 동작/실행에 필요한 제어 정보 및/또는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다.
입력부(640a)는 AI 기기(600)의 외부로부터 다양한 종류의 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 입력부(620)는 모델 학습을 위한 학습 데이터, 및 학습 모델이 적용될 입력 데이터 등을 획득할 수 있다. 입력부(640a)는 카메라, 마이크로폰 및/또는 사용자 입력부 등을 포함할 수 있다. 출력부(640b)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시킬 수 있다. 출력부(640b)는 디스플레이부, 스피커 및/또는 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다. 센싱부(640)는 다양한 센서들을 이용하여 AI 기기(600)의 내부 정보, AI 기기(600)의 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 얻을 수 있다. 센싱부(640)는 근접 센서, 조도 센서, 가속도 센서, 자기 센서, 자이로 센서, 관성 센서, RGB 센서, IR 센서, 지문 인식 센서, 초음파 센서, 광 센서, 마이크로폰 및/또는 레이다 등을 포함할 수 있다.
러닝 프로세서부(640c)는 학습 데이터를 이용하여 인공 신경망으로 구성된 모델을 학습시킬 수 있다. 러닝 프로세서부(640c)는 AI 서버(도 1, 140)의 러닝 프로세서부와 함께 AI 프로세싱을 수행할 수 있다. 러닝 프로세서부(640c)는 통신부(610)를 통해 외부 기기로부터 수신된 정보, 및/또는 메모리부(630)에 저장된 정보를 처리할 수 있다. 또한, 러닝 프로세서부(640c)의 출력 값은 통신부(610)를 통해 외부 기기로 전송되거나/되고, 메모리부(630)에 저장될 수 있다.
도 7은 본 개시에 적용되는 전송 신호를 처리하는 방법을 도시한 도면이다. 일 예로, 전송 신호는 신호 처리 회로에 의해 처리될 수 있다. 이때, 신호 처리 회로(700)는 스크램블러(710), 변조기(720), 레이어 매퍼(730), 프리코더(740), 자원 매퍼(750), 신호 생성기(760)를 포함할 수 있다. 이때, 일 예로, 도 7의 동작/기능은 도 2의 프로세서(202a, 202b) 및/또는 송수신기(206a, 206b)에서 수행될 수 있다. 또한, 일 예로, 도 7의 하드웨어 요소는 도 2의 프로세서(202a, 202b) 및/또는 송수신기(206a, 206b)에서 구현될 수 있다. 일 예로, 블록 710~760은 도 2의 프로세서(202a, 202b)에서 구현될 수 있다. 또한, 블록 710~750은 도 2의 프로세서(202a, 202b)에서 구현되고, 블록 760은 도 2의 송수신기(206a, 206b)에서 구현될 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
코드워드는 도 7의 신호 처리 회로(700)를 거쳐 무선 신호로 변환될 수 있다. 여기서, 코드워드는 정보블록의 부호화된 비트 시퀀스이다. 정보블록은 전송블록(예, UL-SCH 전송블록, DL-SCH 전송블록)을 포함할 수 있다. 무선 신호는 다양한 물리 채널(예, PUSCH, PDSCH)을 통해 전송될 수 있다. 구체적으로, 코드워드는 스크램블러(710)에 의해 스크램블된 비트 시퀀스로 변환될 수 있다. 스크램블에 사용되는 스크램블 시퀀스는 초기화 값에 기반하여 생성되며, 초기화 값은 무선 기기의 ID 정보 등이 포함될 수 있다. 스크램블된 비트 시퀀스는 변조기(720)에 의해 변조 심볼 시퀀스로 변조될 수 있다. 변조 방식은 pi/2-BPSK(pi/2-binary phase shift keying), m-PSK(m-phase shift keying), m-QAM(m-quadrature amplitude modulation) 등을 포함할 수 있다.
복소 변조 심볼 시퀀스는 레이어 매퍼(730)에 의해 하나 이상의 전송 레이어로 매핑될 수 있다. 각 전송 레이어의 변조 심볼들은 프리코더(740)에 의해 해당 안테나 포트(들)로 매핑될 수 있다(프리코딩). 프리코더(740)의 출력 z는 레이어 매퍼(730)의 출력 y를 N*M의 프리코딩 행렬 W와 곱해 얻을 수 있다. 여기서, N은 안테나 포트의 개수, M은 전송 레이어의 개수이다. 여기서, 프리코더(740)는 복소 변조 심볼들에 대한 트랜스폼(transform) 프리코딩(예, DFT(discrete fourier transform) 변환)을 수행한 이후에 프리코딩을 수행할 수 있다. 또한, 프리코더(740)는 트랜스폼 프리코딩을 수행하지 않고 프리코딩을 수행할 수 있다.
자원 매퍼(750)는 각 안테나 포트의 변조 심볼들을 시간-주파수 자원에 매핑할 수 있다. 시간-주파수 자원은 시간 도메인에서 복수의 심볼(예, CP-OFDMA 심볼, DFT-s-OFDMA 심볼)을 포함하고, 주파수 도메인에서 복수의 부반송파를 포함할 수 있다. 신호 생성기(760)는 매핑된 변조 심볼들로부터 무선 신호를 생성하며, 생성된 무선 신호는 각 안테나를 통해 다른 기기로 전송될 수 있다. 이를 위해, 신호 생성기(760)는 IFFT(inverse fast fourier transform) 모듈 및 CP(cyclic prefix) 삽입기, DAC(digital-to-analog converter), 주파수 상향 변환기(frequency uplink converter) 등을 포함할 수 있다.
무선 기기에서 수신 신호를 위한 신호 처리 과정은 도 7의 신호 처리 과정(710~760)의 역으로 구성될 수 있다. 일 예로, 무선 기기(예, 도 2의 200a, 200b)는 안테나 포트/송수신기를 통해 외부로부터 무선 신호를 수신할 수 있다. 수신된 무선 신호는 신호 복원기를 통해 베이스밴드 신호로 변환될 수 있다. 이를 위해, 신호 복원기는 주파수 하향 변환기(frequency downlink converter), ADC(analog-to-digital converter), CP 제거기, FFT(fast fourier transform) 모듈을 포함할 수 있다. 이후, 베이스밴드 신호는 자원 디-매퍼 과정, 포스트코딩(postcoding) 과정, 복조 과정 및 디-스크램블 과정을 거쳐 코드워드로 복원될 수 있다. 코드워드는 복호(decoding)를 거쳐 원래의 정보블록으로 복원될 수 있다. 따라서, 수신 신호를 위한 신호 처리 회로(미도시)는 신호 복원기, 자원 디-매퍼, 포스트코더, 복조기, 디-스크램블러 및 복호기를 포함할 수 있다.
6G 통신 시스템
6G (무선통신) 시스템은 (i) 디바이스 당 매우 높은 데이터 속도, (ii) 매우 많은 수의 연결된 디바이스들, (iii) 글로벌 연결성(global connectivity), (iv) 매우 낮은 지연, (v) 배터리-프리(battery-free) IoT 디바이스들의 에너지 소비를 낮추고, (vi) 초고신뢰성 연결, (vii) 머신 러닝 능력을 가지는 연결된 지능 등에 목적이 있다. 6G 시스템의 비젼은 "intelligent connectivity", "deep connectivity", "holographic connectivity", "ubiquitous connectivity"와 같은 4가지 측면일 수 있으며, 6G 시스템은 하기 표 1과 같은 요구 사항을 만족시킬 수 있다. 즉, 표 1은 6G 시스템의 요구 사항을 나타낸 표이다.
Per device peak data rate 1 Tbps
E2E latency 1 ms
Maximum spectral efficiency 100 bps/Hz
Mobility support up to 1000 km/hr
Satellite integration Fully
AI Fully
Autonomous vehicle Fully
XR Fully
Haptic Communication Fully
이때, 6G 시스템은 향상된 모바일 브로드밴드(enhanced mobile broadband, eMBB), 초-저지연 통신(ultra-reliable low latency communications, URLLC), mMTC (massive machine type communications), AI 통합 통신(AI integrated communication), 촉각 인터넷(tactile internet), 높은 스루풋(high throughput), 높은 네트워크 능력(high network capacity), 높은 에너지 효율(high energy efficiency), 낮은 백홀 및 접근 네트워크 혼잡(low backhaul and access network congestion) 및 향상된 데이터 보안(enhanced data security)과 같은 핵심 요소(key factor)들을 가질 수 있다.
도 10은 본 개시에 적용 가능한 6G 시스템에서 제공 가능한 통신 구조의 일례를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 6G 시스템은 5G 무선통신 시스템보다 50배 더 높은 동시 무선통신 연결성을 가질 것으로 예상된다. 5G의 핵심 요소(key feature)인 URLLC는 6G 통신에서 1ms보다 적은 단-대-단(end-to-end) 지연을 제공함으로써 보다 더 주요한 기술이 될 것으로 예상된다. 이때, 6G 시스템은 자주 사용되는 영역 스펙트럼 효율과 달리 체적 스펙트럼 효율이 훨씬 우수할 것이다. 6G 시스템은 매우 긴 배터리 수명과 에너지 수확을 위한 고급 배터리 기술을 제공할 수 있어, 6G 시스템에서 모바일 디바이스들은 별도로 충전될 필요가 없을 수 있다.
6G 시스템의 핵심 구현 기술
- 인공 지능(artificial Intelligence, AI)
6G 시스템에 가장 중요하며, 새로 도입될 기술은 AI이다. 4G 시스템에는 AI가 관여하지 않았다. 5G 시스템은 부분 또는 매우 제한된 AI를 지원할 것이다. 그러나, 6G 시스템은 완전히 자동화를 위해 AI가 지원될 것이다. 머신 러닝의 발전은 6G에서 실시간 통신을 위해 보다 지능적인 네트워크를 만들 것이다. 통신에 AI를 도입하면 실시간 데이터 전송이 간소화되고 향상될 수 있다. AI는 수많은 분석을 사용하여 복잡한 대상 작업이 수행되는 방식을 결정할 수 있다. 즉, AI는 효율성을 높이고 처리 지연을 줄일 수 있다.
핸드 오버, 네트워크 선택, 자원 스케줄링과 같은 시간 소모적인 작업은 AI를 사용함으로써 즉시 수행될 수 있다. AI는 M2M, 기계-대-인간 및 인간-대-기계 통신에서도 중요한 역할을 할 수 있다. 또한, AI는 BCI(brain computer interface)에서 신속한 통신이 될 수 있다. AI 기반 통신 시스템은 메타 물질, 지능형 구조, 지능형 네트워크, 지능형 장치, 지능형 인지 라디오(radio), 자체 유지 무선 네트워크 및 머신 러닝에 의해 지원될 수 있다.
최근 AI를 무선 통신 시스템과 통합하려고 하는 시도들이 나타나고 있으나, 이는 어플리케이션 계층(application layer), 네트워크 계층(network layer) 특히, 딥 러닝은 무선 자원 관리 및 할당(wireless resource management and allocation) 분야에 집중되어 왔다. 그러나, 이러한 연구는 점점 MAC 계층 및 물리 계층으로 발전하고 있으며, 특히 물리계층에서 딥 러닝을 무선 전송(wireless transmission)과 결합하고자 하는 시도들이 나타나고 있다. AI 기반의 물리계층 전송은, 근본적인 신호 처리 및 통신 메커니즘에 있어서, 전통적인 통신 프레임워크가 아니라 AI 드라이버에 기초한 신호 처리 및 통신 메커니즘을 적용하는 것을 의미한다. 예를 들어, 딥러닝 기반의 채널 코딩 및 디코딩(channel coding and decoding), 딥러닝 기반의 신호 추정(estimation) 및 검출(detection), 딥러닝 기반의 MIMO(multiple input multiple output) 매커니즘(mechanism), AI 기반의 자원 스케줄링(scheduling) 및 할당(allocation) 등을 포함할 수 있다.
머신 러닝은 채널 추정 및 채널 트래킹을 위해 사용될 수 있으며, DL(downlink)의 물리 계층(physical layer)에서 전력 할당(power allocation), 간섭 제거(interference cancellation) 등에 사용될 수 있다. 또한, 머신 러닝은 MIMO 시스템에서 안테나 선택, 전력 제어(power control), 심볼 검출(symbol detection) 등에도 사용될 수 있다.
그러나 물리계층에서의 전송을 위한 DNN의 적용은 아래와 같은 문제점이 있을 수 있다.
딥러닝 기반의 AI 알고리즘은 훈련 파라미터를 최적화하기 위해 수많은 훈련 데이터가 필요하다. 그러나 특정 채널 환경에서의 데이터를 훈련 데이터로 획득하는데 있어서의 한계로 인해, 오프라인 상에서 많은 훈련 데이터를 사용한다. 이는 특정 채널 환경에서 훈련 데이터에 대한 정적 훈련(static training)은, 무선 채널의 동적 특성 및 다이버시티(diversity) 사이에 모순(contradiction)이 생길 수 있다.
또한, 현재 딥 러닝은 주로 실제 신호(real signal)을 대상으로 한다. 그러나, 무선 통신의 물리 계층의 신호들은 복소 신호(complex signal)이다. 무선 통신 신호의 특성을 매칭시키기 위해 복소(complex) 도메인 신호의 검출하는 신경망(neural network)에 대한 연구가 더 필요하다.
이하, 머신 러닝에 대해 보다 구체적으로 살펴본다.
머신 러닝은 사람이 할 수 있거나 혹은 하기 어려운 작업을 대신해낼 수 있는 기계를 만들어 내기 위해 기계를 학습시키는 일련의 동작을 의미한다. 머신 러닝을 위해서는 데이터와 러닝 모델이 필요하다. 머신 러닝에서 데이터의 학습 방법은 크게 3가지 즉, 지도 학습(supervised learning), 비지도 학습(unsupervised learning) 그리고 강화 학습(reinforcement learning)으로 구분될 수 있다.
신경망 학습은 출력의 오류를 최소화하기 위한 것이다. 신경망 학습은 반복적으로 학습 데이터를 신경망에 입력시키고 학습 데이터에 대한 신경망의 출력과 타겟의 에러를 계산하고, 에러를 줄이기 위한 방향으로 신경망의 에러를 신경망의 출력 레이어에서부터 입력 레이어 방향으로 역전파(backpropagation) 하여 신경망의 각 노드의 가중치를 업데이트하는 과정이다.
지도 학습은 학습 데이터에 정답이 라벨링된 학습 데이터를 사용하며 비지도 학습은 학습 데이터에 정답이 라벨링되어 있지 않을 수 있다. 즉, 예를 들어 데이터 분류에 관한 지도 학습의 경우의 학습 데이터는 학습 데이터 각각에 카테고리가 라벨링된 데이터 일 수 있다. 라벨링된 학습 데이터가 신경망에 입력되고 신경망의 출력(카테고리)과 학습 데이터의 라벨을 비교하여 오차(error)가 계산될 수 있다. 계산된 오차는 신경망에서 역방향(즉, 출력 레이어에서 입력 레이어 방향)으로 역전파 되며, 역전파에 따라 신경망의 각 레이어의 각 노드들의 연결 가중치가 업데이트 될 수 있다. 업데이트 되는 각 노드의 연결 가중치는 학습률(learning rate)에 따라 변화량이 결정될 수 있다. 입력 데이터에 대한 신경망의 계산과 에러의 역전파는 학습 사이클(epoch)을 구성할 수 있다. 학습률은 신경망의 학습 사이클의 반복 횟수에 따라 상이하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 신경망의 학습 초기에는 높은 학습률을 사용하여 신경망이 빠르게 일정 수준의 성능을 확보하도록 하여 효율성을 높이고, 학습 후기에는 낮은 학습률을 사용하여 정확도를 높일 수 있다
데이터의 특징에 따라 학습 방법은 달라질 수 있다. 예를 들어, 통신 시스템 상에서 송신단에서 전송한 데이터를 수신단에서 정확하게 예측하는 것을 목적으로 하는 경우, 비지도 학습 또는 강화 학습 보다는 지도 학습을 이용하여 학습을 수행하는 것이 바람직하다.
러닝 모델은 인간의 뇌에 해당하는 것으로서, 가장 기본적인 선형 모델을 생각할 수 있으나, 인공 신경망(artificial neural networks)와 같은 복잡성이 높은 신경망 구조를 러닝 모델로 사용하는 머신 러닝의 패러다임을 딥러닝(deep learning)이라 한다.
학습(learning) 방식으로 사용하는 신경망 코어(neural network cord)는 크게 심층 신경망(deep neural networks, DNN), 합성곱 신경망(convolutional deep neural networks, CNN), 순환 신경망(recurrent boltzmann machine, RNN) 방식이 있으며, 이러한 러닝 모델이 적용될 수 있다.
THz(Terahertz) 통신
6G 시스템에서 THz 통신이 적용될 수 있다. 일 예로, 데이터 전송률은 대역폭을 늘려 높일 수 있다. 이것은 넓은 대역폭으로 sub-THz 통신을 사용하고, 진보된 대규모 MIMO 기술을 적용하여 수행될 수 있다.
도 9는 본 개시에 적용 가능한 전자기 스펙트럼을 도시한 도면이다. 일 예로, 도 9를 참조하면, 밀리미터 이하의 방사선으로도 알려진 THz파는 일반적으로 0.03mm-3mm 범위의 해당 파장을 가진 0.1THz와 10THz 사이의 주파수 대역을 나타낸다. 100GHz-300GHz 대역 범위(Sub THz 대역)는 셀룰러 통신을 위한 THz 대역의 주요 부분으로 간주된다. Sub-THz 대역 mmWave 대역에 추가하면 6G 셀룰러 통신 용량은 늘어난다. 정의된 THz 대역 중 300GHz-3THz는 원적외선 (IR) 주파수 대역에 있다. 300GHz-3THz 대역은 광 대역의 일부이지만 광 대역의 경계에 있으며, RF 대역 바로 뒤에 있다. 따라서, 이 300 GHz-3 THz 대역은 RF와 유사성을 나타낸다.
THz 통신의 주요 특성은 (i) 매우 높은 데이터 전송률을 지원하기 위해 광범위하게 사용 가능한 대역폭, (ii) 고주파에서 발생하는 높은 경로 손실 (고 지향성 안테나는 필수 불가결)을 포함한다. 높은 지향성 안테나에서 생성된 좁은 빔 폭은 간섭을 줄인다. THz 신호의 작은 파장은 훨씬 더 많은 수의 안테나 소자가 이 대역에서 동작하는 장치 및 BS에 통합될 수 있게 한다. 이를 통해 범위 제한을 극복할 수 있는 고급 적응형 배열 기술을 사용할 수 있다.
테라헤르츠(THz) 무선통신
도 10은 본 개시에 적용 가능한 THz 통신 방법을 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, THz 무선통신은 대략 0.1~10THz(1THz=1012Hz)의 진동수를 가지는 THz파를 이용하여 무선통신을 이용하는 것으로, 100GHz 이상의 매우 높은 캐리어 주파수를 사용하는 테라헤르츠(THz) 대역 무선통신을 의미할 수 있다. THz파는 RF(Radio Frequency)/밀리미터(mm)와 적외선 대역 사이에 위치하며, (i) 가시광/적외선에 비해 비금속/비분극성 물질을 잘 투과하며 RF/밀리미터파에 비해 파장이 짧아 높은 직진성을 가지며 빔 집속이 가능할 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예
본 개시는 무선 통신 시스템에서 가상 수신 배열(virtual receive array)이용하여 레이다-통신(radar-communication)에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 동일한 하드웨어를 이용하여 무선 통신 및 레이다 센싱을 수행하되, 가상 수신 배열을 이용하여 레이다 동작을 수행하기 위한 기술에 관한 것이다. 특히, 본 개시는TDD(time division duplex) 방식을 활용한 레이다-통신 운용에 대한 다양한 실시예들을 제안한다. 본 개시는, 현존하는 다양한 통신 시스템들은 물론, 6G(6th generation) 그리고 6G 이후(beyond 6G)의 시스템에 적용 가능한 무선 레이다-통신 네트워크를 구축하기 위해 사용될 수 있다.
최근 하나의 하드웨어를 이용하여 레이다 및 통신을 동시에 지원하는 레이다-통신 시스템이 활발히 연구되고 있다. 통신 시스템에 사용되는 주파수가 밀리미터파 주파수로 높아지면서, 통신을 위한 주파수 및 레이다를 위한 주파수가 서로 유사지고, 과거에 하드웨어로 구성되었던 기능들이 신호처리 영역으로 대체되고 있기 때문이다. 레이다-통신 시스템은 다른 차량과의 통신 링크는 물론 레이다 센싱을 모두 필요로 하는 지능형 교통 플랫폼, 센서 네트워크, 자율주행 등에서 광범위하게 응용될 수 있다.
현재 사용되는 레이다 및 통신 시스템의 구조는 레이다-통신을 동시에 운용하는데 한계점을 가진다. 통신을 위한 복신 방식으로서 TDD 방식이 사용될 수 있다. TDD는 송신 및 수신을 시간 축에서 전환하는 송수신 안테나를 공유 방식이다. TDD 방식을 이용하면, 안테나가 공유된다. 이에 따라, 시스템 모듈의 크기가 작아지고, 송수신 안테나를 분리할 때와는 달리 통신을 위한 채널 추정이 간단하다는 이점이 발생한다.
그러나, 통신과 달리, 레이다는 송신 및 수신이 동시에 진행되어야 하므로, TDD 방식은 레이다에서 사용하기에 부적합하다. TDD 방식의 레이다가 구현이 불가능한 것은 아니지만, 검출 알고리즘 상 동시에 송신 및 수신을 수행하는 것을 요구하는 경우가 있다. 또한, 송수신 스위칭으로 인한 수신 불가 시간이 레이다의 성능 한계로 작용할 수 있으므로, 레이다의 경우 TDD 방식 보다 전이중 방식이 더 적합하다. 즉, 레이다는 전이중(full duplex) 방식으로 동작하는 것이 바람직하다. 전이중 방식으로 동작하는 MIMO 레이다 또는 위상 서브어레이(phased-subarray) MIMO 레이다의 경우, 송신기 및 수신기의 안테나들은 서로 분리되도록 설계된다. 하지만, 이러한 구조는 RF 시스템의 모듈의 크기를 증가시키고, 통신 과정에서 송신 안테나 및 수신 안테나 각각에 대해 채널 추정을 요구하므로, 레이다-통신 시스템에 사용하기에 적절하지 아니하다.
이를 해결하기 위한 방안으로서, 서큘레이터(circulator)를 이용하여 하나의 송수신 안테나를 동시에 사용하는 기법이 제안되었다. 그러나, 서큘레이터를 사용하는 경우, 동작 주파수가 높아지면, 아이솔레이션(isolation) 문제가 발생하므로, 이 또한 레이다-통신 융합 구조에 사용하기 적절하지 아니하다.
이에, 본 개시는 송수신 안테나들의 공유 구조를 활용함으로써 모듈의 크기를 줄이고, 채널 추정을 용이하게 하며, 나아가 레이다-통신 시스템에 적합한 TDD 방식을 이용한 MIMO 레이다 센싱 기술을 제안한다.
먼저, 레이다-통신 시스템에서 레이다 동작 및 통신 동작의 개념을 살펴보면 다음과 같다. 도 11는 본 개시의 일 실시예에 따른 레이다-통신 동작의 개념을 도시한다. 도 11는 레이다 기능을 가지는 제1 장치(1110)가 제2 장치(1120)와 통신을 수행하면서, 타겟(1130)을 센싱하는 상황을 예시한다.
도 11를 참고하면, 제1 장치(1110)는 안테나 배열을 이용하여 데이터 신호를 송신한다. 이때, 배열 안테나는 복수의 서브어레이들을 포함하고, 각 서브어레이는 송신 모드 또는 수신 모드로 동작할 수 있다. 데이터 신호는 제2 장치(1110)에게 송신하고자 하는 데이터 및/또는 정보를 포함한다. 제2 장치(1110)는 데이터 신호를 수신함으로써, 제1 장치(1110)와 통신을 수행한다. 즉, 데이터 신호는 제2 장치(1110)에게 데이터 및/또는 정보를 전달한다.
또한, 데이터 신호는 타겟(1130)에 의해 반사될 수 있다. 타겟(1130)에 의해 반사된 신호는 제1 장치(1110)의 수신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이를 통해 수신된다. 다시 말해, 제1 장치(1110)은 송신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이를 통해 송신된 데이터 신호에 대응하는 반사된 신호를 수신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이를 통해 수신할 수 있다. 이를 위해, 제1 장치(1110)의 송신기 및 수신기는 전이중(full duplex) 방식으로 동시에 동작할 수 있다. 제1 장치(1110)는 반사된 신호를 이용하여 타겟(1130)을 센싱하기 위한 레이다 동작을 수행할 수 있다.
위와 같이, 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 장치(예: 제1 장치(1110))는 별도의 레이다 센싱을 위해 설계된 신호가 아닌, 데이터 신호를 이용하여 레이다 동작을 수행할 수 있다. 이로 인해, 통신 동작 및 레이다 동작이 같은 신호들을 이용하여 수행될 수 있다. 이때, 필요에 따라, 데이터 신호를 생성시, 레이더 신호로서 사용되기 위한 추가적인 처리가 수행될 수 있다. 도 11의 경우, 타겟 장치(1130)는 통신을 수행하는 제2 장치(1120)와 다른 장치로 설명되었으나, 상황에 따라, 제2 장치(1120)가 타겟 장치로서 레이다 동작의 타겟이 될 수 있다.
MIMO 레이다 개념 및 동작 원리는 다음과 같다.
MIMO 레이다는 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나로 구성된 레이다이다. Nt개의 송신 안테나 및 Nr개의 수신 안테나로 구성된 MIMO 레이다는 Nt×Nr개의 수신 안테나들을 사용하는 레이다와 동일한 성능을 제공할 수 있다. 따라서, MIMO 레이다는 레이다의 각도 분해능을 향상시킬 수 있는 효율적인 기술로서 사용될 수 있다.
도 12는 본 개시의 실시예에 따른 MIMO 레이다의 개념을 도시한다. 도 12는 3개의 송신 안테나들(1211 내지 1213) 및 4개의 수신 안테나들(1221 내지 1224)을 포함하는 MIMO 레이다 장치에서 레이다 동작을 위한 가상 안테나 배열이 어떻게 형성되는지를 예시한다. 송신 안테나들(1211 내지 1213) 각각은 4개의 수신 안테나들(1221 내지 1224)에 대하여 다른 위상 배열을 형성한다. 송신 안테나들(1211 내지 1213) 사이의 거리는 수신 안테나들(1221 내지 1224)에 추가 위상 편이를 발생시키기 때문에, 송신 안테나들(1211 내지 1213) 각각에서 형성된 위상 배열들(1231 내지 1233)은 송신 안테나들(1211 내지 1213) 사이의 거리만큼 차이를 두고 형성된다. 결과적으로, 3×4 안테나 구성의 MIMO 레이다는 12개의 안테나 요소들을 가상 수신 안테나 배열을 형성한다.
하나의 파형을 전송하는 위상 배열 레이다와 달리, 다중 안테나를 이용하여 다수의 신호들을 송신할 수 있기 때문에, MIMO 레이다는 전송 파형에 다양성을 가진다. 이러한 다양성으로 인해, MIMO 레이다는 몇몇 측면에서 우수한 성능을 제공한다. 먼저, MIMO 레이다에서 Mt개의 송신 안테나들을 이용하여 신호를 송신하면, 탐지할 수 있는 타겟들의 개수도 Mt배 증가한다. 왜냐하면, MIMO 레이다가 구성하는 가상 안테나 배열에 의해 안테나 가상 개구면 크기가 Mt배 증가하기 때문이다. 또한, MIMO 레이다는 적응적 기술(adaptive techniques)을 활용하여 더 좋은 해상도 및 간섭 신호 제거 등을 가능하게 한다. 송신되는 신호들이 서로 독립적이면, 여러 타겟들에 반사된 후 돌아오는 신호들 또한 선형 독립의 성질을 가진다. 이러한 성질로 인해, 타겟의 위치 파악을 위한 적합한 기술들이 신호 처리단에서 유연하게 적용될 수 있다.
TDD 방식을 활용한 레이다 통신 운용은 다음과 같다.
일반적인 MIMO 레이다는 송신 안테나들 및 수신기 안테나들이 분리된 구조를 가진다. 왜냐하면, 높은 주파수에서 서큘레이터의 아이솔레이션 성능이 충분히 확보되지 아니하여서, 송신 및 수신에 안테나들을 공유하는 구조를 구현하기 어렵기 때문이다. 그러나, 본 개시는 송신 및 수신에 안테나들을 공유하는 구조에서 MIMO 레이다 기술을 활용하여 레이다 동작을 수행하는 방안을 제안한다.
본 개시의 실시예에 따른 가상 배열을 형성하기 위한 장치의 기능적 구조를 도시한다. 도 13은 4개의 서브어레이들이 사용되는 구조를 예시한다. 하지만, 도 13의 구조는 더 많은 서브어레이들을 사용하는 구조에도 적용될 수 있다.
도 13을 참고하면, 장치는 안테나 배열(1302), 수신 회로(1304), ADC(1306), MIMO 레이다 신호 처리부(1308), 수신 빔포밍 처리부(1310)을 포함한다.
안테나 배열(1302)은 복수의 서브어레이들을 포함한다. 예를 들어, 서브어레이들은 2×2 구조로 배치될 수 있다. 서브어레이들 각각은 적어도 하나의 안테나 요소를 포함한다. 일 실시예에 따라, 각 서브어레이는 송신 모드 또는 수신 모드로 사용될 수 있다. 구체적으로, 복수의 서브어레이들 중 일부는 송신 모드로, 나머지는 수신 모드로 사용될 수 있다.
수신 회로(1304)는 배열 안테나(1302)를 통해 수신되는 신호들을 처리한다. 예를 들어, 수신 회로(1304)는 필터, 증폭기, 믹서 등을 포함하며, 수신되는 신호를 증폭하고, 중간 대역 또는 기저대역 신호로 변환할 수 있다. 이때, 수신 회로(1304)는 안테나 배열(1302)에 포함되는 서브어레이들 중 수신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이를 통해 수신된 신호들을 처리한다. ADC(1306)는 수신 회로(1304)에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.
MIMO 레이더 신호 처리부(1308)은 복수의 시간 기회(occasion)들 동안 수신 및 처리된 신호들에 기반하여 MIMO 레이다 동작을 위한 가상 수신 배열을 형성한다. 예를 들어, MIMO 레이더 신호 처리부(1308)는 t=0, T, 2T, 3T 등 4개의 시간 기회들에서 서브어레이들의 서로 다른 조합을 통해 수신된 신호들을 가상 수신 배열에 배치하고, 배치된 신호들을 결합함으로써 가상 수신 배열을 통해 수신된 신호들을 획득할 수 있다. 이때, 일 실시예에 따라, 가상 수신 배열의 개구(aperture)는 배열 안테나(1302)의 개구보다 클 수 있다.
수신 빔포밍 처리부(1310)는 MIMO 레이다 신호 처리부(1308)에 의해 형성된 가상 수신 배열에 기반하여 수신 빔포밍을 수행한다. 즉, 수신 빔포밍 처리부(1310)는 가상 수신 배열에 따라 생성된 신호들에 대하여 수신 빔포밍을 수행할 수 있다. 다시 말해, 수신 빔포밍 처리부(1310)는 복수의 시간 기회들 동안 수신된 신호들을 가상 수신 배열에 따라 결합함으로써 하나의 시간 기회 동안 수신된 것과 같이 취급되는 가상의 신호들에 대하여 수신 빔포밍을 수행할 수 있다. 이에 따라, 레이다 동작을 위해 신호가 획득될 수 있다.
도 13과 같은 구조에 따라, 가상 수신 배열이 형ㅅ헝될 수 있따. 본 개시에서, MIMO 구조의 가상 배열은 송신 안테나들 및 수신 안테나들의 행렬 합성곱(convolution)에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 2×2 서브어레이 구조의 안테나에서 적용된 TDD 기반 레이다 통신 운용기술에서 가상 배열을 결정한 결과는 이하 [표 2]와 같이 표현될 수 있다.
t=0 t=T t=2T t=3T Total
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Figure PCTKR2022018508-appb-img-000002
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[표 2]와 같이 t = 0 내지 3T에 형성된 모든 수신 배열들을 결합함으로써, 최종적인 가상 수신 배열이 형성될 수 있다.
도 14는 본 개시의 실시예에 따른 TDD 방식으로 공유되는 안테나들을 이용하여 형성되는 가상 배열의 예를 도시한다. 즉, 도 14는 복수의 서브어레이(subarray)로 이루어진 안테나 구조를 이용하여 TDD 방식으로 송신 안테나 및 수신 안테나를 서로 공유하는 기술을 예시한다. 도 14를 참고하면, 안테나 배열은 서브어레이1(1411), 서브어레이2(1412), 서브어레이3(1413), 서브어레이4(1414)로 구성된 2×2 서브어레이 구조를 가진다. 서브어레이들(1411 내지 1414) 각각은 적어도 하나의 안테나 요소를 포함하며, 스위치를 포함한 송신기 및 수신기의 전치단에 연결된다. 서브어레이들(1411 내지 1414) 각각이 하나의 안테나 요소를 포함할 수 있으며, 이 경우, 서브어레이들(1411 내지 1414) 각각 단일 안테나로 이해될 수 있다.
도 14와 같은 구조에서 TDD 방식을 적용하면, 시간에 따라 서브어레이들(1411 내지 1414) 각각이 송신 안테나들로서 사용될 수 있다. 즉, 레이다 펄스 구간(pulse duration) T 동안, 장치는 서브어레이들(1411 내지 1414) 중 하나의 서브어레이만을 송신기를 위해 사용하고, 나머지 서브어레이들은 수신기를 위해 사용한다. 이러한 동작을 모든 송신기들에 대하여 반복된다. 구체적으로, t=0에서, 서브어레이1(1411)를 통해 신호가 송신되고, 서브어레이2(1412), 서브어레이3(1413), 서브어레이4(1414)를 통해 반사된 신호가 수신된다. 그리고, t=T에서, 서브어레이2(1412)를 통해 신호가 송신되고, 서브어레이1(1411), 서브어레이3(1413), 서브어레이4(1414)를 통해 반사된 신호가 수신된다. t=2T에서, 서브어레이3(1413)를 통해 신호가 송신되고, 서브어레이1(1411), 서브어레이2(1412), 서브어레이4(1414)를 통해 반사된 신호가 수신된다. t=3T에서, 서브어레이4(1414)를 통해 신호가 송신되고, 서브어레이1(1411), 서브어레이2(1412), 서브어레이3(1413) 통해 반사된 신호가 수신된다. 이후, 수신기들에서 형성된 가상 수신 배열을 결합하면, 최종적인 가상 수신 배열(1440)이 형성될 수 있다. 도 14와 같은 가상 수신 배열(1440)을 형성하기 위한 안테나 서브어레이들의 TDD 동작은 이하 [표 3]과 같이 제어될 수 있다.
t=0 t=T t=2T t=3T
Subarray #1 TX (downlink) RX
(Uplink)		 RX
(Uplink)		 RX
(Uplink)
Subarray #2 RX (Uplink) TX (downlink) RX
(Uplink)		 RX
(Uplink)
Subarray #3 RX (Uplink) RX
(Uplink)		 TX (downlink) RX
(Uplink)
Subarray #4 RX (Uplink) RX
(Uplink)		 RX
(Uplink)		 TX (downlink)
[표 3]은 통신-레이다 동작을 수행하는 주체가 기지국인 경우를 고려한 서브어레이들의 동작 상태를 보여준다. [표 2]와 같이, 각 서브어레이는 TDD 방식으로 사용된다. 하지만, 장치의 입장에서, 각 시점에 서로 다른 서브어레이들을 이용하여 송신 및 수신을 모두 수행하므로, 전이중 방식으로 이해될 수 있다.
송수신 서브어레이 배열의 크기를 N×M로 일반화하면, 가상 수신 배열은 도 15과 같이 형성될 수 있다. 도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른 TDD 방식으로 공유되는 안테나들을 이용하여 형성되는 가상 수신 배열의 다른 예를 도시한다. 도 15를 참고하면, N×M 크기의 송수신 서브어레이 배열(1510)로부터, (2N-1)×(2M-1) 크기의 가상 수신 배열(1540)이 형성될 수 있다. 즉, 실제 서브어레이 배열보다 약 2배 크기의 가상 수신 배열이 형성될 수 있다. 다시 말해, 도 15와 같이, N×M개의 서브어레이들을 이용하여 (2N-1)×(2M-1) 크기의 가상 수신 배열을 형성하는 MIMO 레이다가 구축될 수 있다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따라 통신 및 레이다 동작을 수행하는 절차의 예를 도시한다. 도 16은 장치(예: 기지국 또는 UE)의 동작 방법을 예시한다.
도 16을 참고하면, S1601 단계에서, 장치는 데이터를 포함하는 신호들을 생성한다. 장치는 상대방 장치(예: UE, 기지국 등)와의 통신을 위한 데이터를 포함하는 신호들을 생성한다. 예를 들어, 장치는 정보 비트들을 인코딩함으로써 적어도 하나의 코드워드를 생성하고, 적어도 하나의 코드워드 내의 비트들에 대해 스크램블링(scrambling)을 수행하고, 스크램블링된 비트들을 변조함으로서 변조 심벌들을 생성할 수 있다. 즉, 장치는 인코딩, 스크램블링, 변조 중 적어도 하나의 동작을 수행함으로써 신호들을 생성할 수 있다. 이때, 장치는 기지국에 의해 할당된 부호화율 및 변조 방식에 따라 신호를 생성할 수 있다. 즉, 신호의 생성에 앞서, 장치는 스케줄링을 수행하거나 또는 스케줄링 정보(예: 제어 신호)를 수신할 수 있다.
S1603 단계에서, 장치는 레이다 동작을 위한 패턴에 따라 신호들을 송신한다. 일 실시예에 따라, 레이다 동작을 위한 패턴은 복수의 안테나 서브어레이들을 복수의 그룹들로 분할하고, 각 그룹들을 순차적으로 송신 모드로 동작시키도록 정의될 수 있다. 이때, 송신 모드로 동작하는 그룹 외 나머지 적어도 하나의 그룹에 속한 적어도 하나의 안테나 서브어레이는 수신 모드로 동작한다. 이에 따라, 시간 구간들 각각에서, 하나의 그룹에 속한 적어도 하나의 안테나 서브어레이를 통해 송신되는 신호는, 물체에 반사된 후, 나머지 적어도 하나의 그룹에 속한 적어도 하나의 안테나 서브어레이를 통해 수신될 수 있다.
S1605 단계에서, 장치는 반사 후 수신된 신호들을 이용하여 레이다 동작을 수행한다. 즉, 장치는 S1603 단계에서 송신된 신호들이 물체에 반사됨으로써 생성된 반사 신호들을 수신하고, 수신된 반사 신호들을 이용하여 물체의 위치 및 이동에 관련된 정보를 결정할 수 있다. 이를 위해, 장치는 서로 다른 시간 구간들 동안 수신된 반사 신호들을 이용하여 가상 수신 배열을 형성하고, 가상 수신 배열에 기반하여 레이다 동작을 수행할 수 있다. 즉, 장치는 가상 수신 배열 형성하고, 수신된 반사 신호들을 가상 수신 배열들에 따라 배치한다. 예를 들어, 장치는 도 15과 같이 가상 수신 배열을 형성할 수 있다.
도 16을 참고하여 설명한 실시예에 따라, 통신 및 레이다 동작이 동일한 신호들을 이용하여 수행될 수 있다. 여기서, 레이다 동작을 통해, 대상 물체와의 거리, 대상 물체에 대한 상대적인 각도, 대상 물체의 이동 속도 중 적어도 하나가 검출될 수 있다. 장치는 형성된 가상 수신 배열에서 다양한 레이다 신호 처리 방식을 적용함으로써 대상 물체에 관련된 정보를 검출할 수 있다. 구체적으로, 장치는 반사된 신호의 세기, 반사된 신호의 입사 각도, 반사된 신호가 겪은 채널 값 중 하나에 기반하여 대상 물체와의 거리, 대상 물체에 대한 상대적인 각도, 대상 물체의 이동 속도 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따라 가상 수신 배열을 형성하는 절차의 예를 도시한다. 도 17은 장치(예: 기지국 또는 UE)의 동작 방법을 예시한다.
도 17을 참고하면, S1701 단계에서, 장치는 안테나 서브어레이들을 순차적으로 이용하여 신호들을 송신한다. 장치는 복수의 안테나 서브어레이들을 포함하고 있으며, 각 서브어레이는 송신기 및 수신기에 연결된다. 따라서, 서브어레이들 각각은 송시 모드 또는 수신 모드로 동작할 수 있다. 따라서, 복수의 시간 구간들에서, 장치는 적어도 하나의 서브어레이를 통해 신호들을 송신하고, 이때, 송신 모드로 동작하는 서브어레이는 시간 구간에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 복수의 시간 구간들 동안, 2차원 안테나 배열의 모서리에 배치된 서브어레이들 각각은 적어도 1회 송신 모드로 동작할 수 있다. 즉, 송신 모드로 동작하는 서브어레이들은 2차원 안테나 배열에서 서로 간 거리들을 최대화하도록 선택된 4개의 서브어레이를 포함할 수 있다.
S1703 단계에서, 장치는 송신에 이용되지 아니하는 안테나 서브어레이들을 이용하여 반사된 신호들을 수신한다. 서브어레이들 중 일부가 송신 모드로 동작하는 동안, 나머지 적어도 하나의 서브어레이는 수신 모드로 동작한다. 이에 따라, 송신 모드로 동작하는 서브 어레이를 통해 송신되는 신호들이 물체에 반사된 후, 반사된 신호가 수신 모드로 동작하는 나머지 적어도 하나의 서브어레이를 통해 수신될 수 있다. 즉, S1701 단계 및 S1703 단계는 동일 시간 구간 동안 수행된다.
S1705 단계에서, 장치는 수신을 위해 이용된 안테나 서브어레이들에 기반하여 가상 수신 배열을 형성한다. 가상 수신 배열을 형성함으로써, 복수의 시간 구간들 동안 수신된 신호들이 동일 시간 구간에 수신된 신호들로 취급될 수 있다. 이에 따라, 장치는 실제 안테나 서브어레이들의 크기보다 더 큰 안테나 배열을 사용하는 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로, 장치는 송신 모드로 동작한 서브어레이의 상대적 위치에 기반하여 같은 시간 구간 동안 수신 모드로 동작한 적어도 하나의 서브어레이를 배치한다. 이때, 서로 다른 시간 구간들에서 수신 모드로 동작한 서브어레이들은 서로 중첩 없이 배치된다. 따라서, 실제 안테나 서브어레이들보다 큰 크기의 가상 수신 배열이 형성될 수 있다. 예를 들어, 장치는 [표 2]에 예시된 방식에 기반하여 가상 수신 배열을 형성할 수 있다.
제안 기술을 이용하면, 전술한 바와 같이, MIMO 레이다의 장점이 그대로 사용될 수 있다. 또한, 송신 안테나들 및 수신 안테나들을 공유하는 구조이기 때문에, 송신기 및 수신기를 분리하여 사용하는 MIMO 구조의 문제점인 하드웨어의 크기와 통신 채널 추정에 대한 장점도 발생한다. 결과적으로, 제안 기술은 레이다-통신 운영의 성능을 향상시킬 수 있다.
전술한 배열 구조를 이용하여 형성한 빔 패턴의 예는 도 18a 내지 도 18d와 같다. 도 18a 내지 도 18d는 본 개시의 일 실시예에 따른 가상 수신 배열에 대한 빔 패턴들을 도시한다. 도 18a 내지 도 18d는 4×4의 서브어레이 안테나 배열을 각각 2×2 및 4×4로 배치하였을 때 얻을 수 있는 빔들을 예시한다. 도 18a는 2×2 서브어레이 배열에서 하이브리드(hybrid) 빔포밍을 이용한 빔 패턴을, 도 18b는 MIMO 레이다 동작을 통한 가상 수신 배열의 빔 패턴을 보여준다. 도 18c는 송수신기가 안테나를 공유하는 4×4 서브어레이 배열에서 하이브리드 빔포밍을 이용한 빔 패턴을, 도 18d는 MIMO 레이다 동작을 통한 가상 수신 배열의 빔 패턴을 보여준다. 도 18a 및 도 18b를 참고하면, 가상 수신 배열은 물리적 안테나 배열에 비교하여 약 2배의 개구 크기를 가지므로, 가상 수신 배열의 빔 패턴이 하이브리드 빔포밍을 이용한 빔 패턴보다 예리(sharp)함이 확인된다. 유사하게, 도 18c 및 도 18d를 참고하면, 가상 수신 배열의 빔 패턴이 하이브리드 빔포밍을 이용한 빔 패턴보다 예리(sharp)함이 확인된다.
전술한 다양한 실시예들에 따라, 본 개시는 기존의 통신에서 사용되는 송신기 및 수신기가 안테나를 스위치를 사용하여 공유하는 구조를 활용하여 더 향상된 각도 분해능을 얻는 것을 가능하게 한다. 이는 기존의 TDD 기반의 통신 시스템을 활용하여 레이다-통신 융합 시스템을 구현하는 것을 용이하게 할 것이다. 즉, 제안 기술은 향후 6G 및 무선 네트워크 환경에서 고 성능의 센싱 및 통신을 동시에 운용할 수 있게 한다. 나아가, 제안 기술은 센싱을 이용한 통신, 통신을 이용한 센싱 등 여러 응용 분야로 확장될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 모든 서브어레이들이 동시에 송신 또는 수신 모드로 동작함으로써 하나의 빔을 형성하는 하이브리드(hybrid) 빔포밍 방식도 지원될 수 있다. 즉, 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 장치는 하이브리드 방식 또는 MIMO 레이다 방식 모두를 지원할 수 있다. 다만, 모든 서브어레이들이 동시에 송신 또는 수신 모드로 동작하는 경우보다, MIMO로 동작하는 경우 더 향상된 분해능이 얻어질 수 있다. 추가적으로, 더 높은 각도 분해능을 얻기 위해, 서브어레이의 간격은 서브어레이 하나의 개구(aperture) 보다 더 넓게 이격될 수 있다.
상기 설명한 제안 방식들은 독립적으로 구현될 수도 있지만, 일부 제안 방식들의 조합 (또는 병합) 형태로 구현될 수도 있다. 상기 제안 방법들의 적용 여부 정보 (또는 상기 제안 방법들의 규칙들에 대한 정보)는 기지국이 단말에게 사전에 정의된 시그널 (예: 물리 계층 시그널 또는 상위 계층 시그널)을 통해서 알려주도록 규칙이 정의될 수 있다.
본 개시는 본 개시에서 서술하는 기술적 아이디어 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 개시의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 개시의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 개시의 범위에 포함된다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예들은 다양한 무선접속 시스템에 적용될 수 있다. 다양한 무선접속 시스템들의 일례로서, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 또는 3GPP2 시스템 등이 있다.
본 개시의 실시예들은 상기 다양한 무선접속 시스템뿐 아니라, 상기 다양한 무선접속 시스템을 응용한 모든 기술 분야에 적용될 수 있다. 나아가, 제안한 방법은 초고주파 대역을 이용하는 mmWave, THz 통신 시스템에도 적용될 수 있다.
추가적으로, 본 개시의 실시예들은 자유 주행 차량, 드론 등 다양한 애플리케이션에도 적용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 무선 통신 시스템에서 통신 장치의 동작 방법에 있어서,
    정보 비트들 인코딩함으로서 적어도 하나의 코드워드를 생성하는 단계;
    상기 적어도 하나의 코드워드에 기반하여 변조 심벌들을 생성하는 단계;
    상기 변조 심벌들을 포함하는 신호들을 송신하는 단계;
    상기 신호들이 물체(object)에 반사된 후 수신되면, 상기 수신된 신호들을 이용하여 레이다 동작을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 레이다 동작은, 복수의 시간 구간들 동안, 안테나 배열에 포함되는 복수의 서브어레이들 중 송신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이를 통해 송신되고, 수신 모드로 동작하는 나머지 적어도 하나의 서브어레이를 통해 수신되는 신호들을 이용하여 형성되는 가상 수신 배열에 기반하여 수행되는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호들은, 복수의 시간 구간들 각각에서, 복수의 서브어레이들 중 송신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이를 통해 송신되고, 수신 모드로 동작하는 나머지 적어도 하나의 서브어레이를 통해 수신되는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 송신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이는, 시간 구간에 따라 변화하는 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 송신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이는, 상기 시간 구간들 각각에서 하나의 서브어레이를 포함하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 하나의 서브어레이는, 2차원 안테나 배열의 모서리에 위치한 서브어레이들 중 하나인 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브어레이들 간 간격은, 하나의 서브어레이의 개구(aperture) 보다 더 넓게 이격되는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 가상 수신 배열은, 동일 시간 구간에서 상기 송신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이의 위치를 표현한 제1 배열 및 상기 수신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이의 위치를 표현한 제2 배열의 합성곱(convolution)에 기반하여 결정되는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브어레이들 각각은, 적어도 하나의 안테나 요소를 포함하는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 가상 수신 배열은, 상기 안테나 배열보다 큰 크기를 가지도록 형성되는 방법.
  10. 무선 통신 시스템에서 통신 장치에 있어서,
    복수의 송신기들 및 복수의 수신기들을 포함하는 송수신기; 및
    상기 송수신기와 연결된 프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    정보 비트들 인코딩함으로서 적어도 하나의 코드워드를 생성하고,
    상기 적어도 하나의 코드워드에 기반하여 변조 심벌들을 생성하고,
    상기 변조 심벌들을 포함하는 신호들을 송신하고,
    상기 신호들이 물체(object)에 반사된 후 수신되면, 상기 수신된 신호들을 이용하여 레이다 동작을 수행하도록 제어하며,
    상기 레이다 동작은, 복수의 시간 구간들 동안, 안테나 배열에 포함되는 복수의 서브어레이들 중 송신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이를 통해 송신되고, 수신 모드로 동작하는 나머지 적어도 하나의 서브어레이를 통해 수신되는 신호들을 이용하여 형성되는 가상 수신 배열에 기반하여 수행되는 통신 장치.
  11. 통신 장치에 있어서,
    적어도 하나의 프로세서;
    상기 적어도 하나의 프로세서와 연결되며, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행됨에 따라 동작들을 지시하는 명령어를 저장하는 적어도 하나의 컴퓨터 메모리를 포함하며,
    상기 동작들은,
    정보 비트들 인코딩함으로서 적어도 하나의 코드워드를 생성하는 단계;
    상기 적어도 하나의 코드워드에 기반하여 변조 심벌들을 생성하는 단계;
    상기 변조 심벌들을 포함하는 신호들을 송신하는 단계;
    상기 신호들이 물체(object)에 반사된 후 수신되면, 상기 수신된 신호들을 이용하여 레이다 동작을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 레이다 동작은, 복수의 시간 구간들 동안, 안테나 배열에 포함되는 복수의 서브어레이들 중 송신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이를 통해 송신되고, 수신 모드로 동작하는 나머지 적어도 하나의 서브어레이를 통해 수신되는 신호들을 이용하여 형성되는 가상 수신 배열에 기반하여 수행되는 통신 장치.
  12. 적어도 하나의 명령어(instructions)을 저장하는 비-일시적인(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 매체(computer-readable medium)에 있어서,
    프로세서에 의해 실행 가능한(executable) 상기 적어도 하나의 명령어를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 명령어는, 장치가,
    정보 비트들 인코딩함으로서 적어도 하나의 코드워드를 생성하고,
    상기 적어도 하나의 코드워드에 기반하여 변조 심벌들을 생성하고,
    상기 변조 심벌들을 포함하는 신호들을 송신하고,
    상기 신호들이 물체(object)에 반사된 후 수신되면, 상기 수신된 신호들을 이용하여 레이다 동작을 수행하도록 지시하며,
    상기 레이다 동작은, 복수의 시간 구간들 동안, 안테나 배열에 포함되는 복수의 서브어레이들 중 송신 모드로 동작하는 적어도 하나의 서브어레이를 통해 송신되고, 수신 모드로 동작하는 나머지 적어도 하나의 서브어레이를 통해 수신되는 신호들을 이용하여 형성되는 가상 수신 배열에 기반하여 수행되는 비-일시적인 컴퓨터 판독 가능 매체.
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