KR101846832B1 - 빔형성 기반 통신 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 통신 분야에 관한 것으로, 빔형성 기반 통신 방법 및 장치를 제공한다. 여기서, 3-레벨 구조가 하드웨어의 사용을 줄이면서 빔 방향 및 빔 폭을 제어하기 위해 사용된다. 상기 해결수단은, 송신단이 수신단으로부터의 피드백 정보에 따라 송신단 프리코딩 행렬 Tr_BB, 송신단 중간주파수 빔형성 행렬 Tr_IF, 및 송신단 중간주파수단 빔형성 행렬 Tr_RF를 획득하는 단계; 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, 제1 데이터 스트림을 획득하고, Tr_BB 에 따라 상기 제1 데이터 스트림에 대해 프리코딩 처리를 수행하는 단계; 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_IF에 따라 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계; 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_RF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계; 및 상기 제3 아날로그 신호에 매칭되는 안테나 어레이를 결정하고 상기 제3 아날로그 신호에 매칭되는 안테나 어레이를 이용하여 상기 제3 아날로그 신호를 상기 수신단에 송신하는 단계를 포함한다.

Description

빔형성 기반 통신 방법 및 장치{BEAMFORMING BASED COMMUNICATIONS METHOD AND APPARATUS}

본 발명은 통신 분야에 관한 것으로, 상세하게는 빔형성 기반 통신 방법 및 장치에 관한 것이다.

사회 뿐만 아니라 과학 및 기술의 발전에 따라, 모바일 서비스와 무선 서비스의 수가 급증하고 있다. 종래 기술에서, 주파수 효율을 향상시킴으로써 이러한 요구 사항을 만족시키는 것이 매우 어렵고, 높은 주파수 대역을 사용하는 것이 불가피한 추세이다. 모바일 데이터 속도의 급속한 증가에 대한 미래의 요구 사항을 충족시키기 위해, 밀리미터파 대역(millimetric-wave band)의 짧은 파장 및 광대역과 같은 특성 때문에 밀리미터파 대역이 많은 사람들의 주목을 끌고 있다. 하지만, 기존의 마이크로파 통신과 비교하여, 밀리미터파는 비, 공기 등에 더 민감하고, 따라서 대기에 의해 흡수되어, 전송 손실의 증가와 같은 문제의 원인이 된다. 전송 손실을 최소화하기 위해, 전송 이득(transmission gain)을 개선하기 위해 대형 어레이를 가진 위상 어레이 안테나 시스템(phased array antenna system)을 이용하여 빔 방향의 정밀도를 더 향상시키는 것이, 이미 당 업계에서 시급하게 해결되어야 할 문제가 되고 있다.

대형 어레이 빔형성 기술이 대형 어레이를 가진 위상 어레이 안테나 시스템에 사용될 필요가 있다. 현재, 대형 어레이 빔형성 기술을 구현하는 방식은 기본적으로, 3가지 타입, 즉, 디지털 프리코딩(digital precoding) 기반 빔형성 방식, 위상 천이기(analog phase shifter) 기반 빔형성 방식, 및 디지털 및 아날로그 2-레벨 컨트롤러(two-level-controller) 기반 하이브리드 빔형성 방식으로 분류될 수 있다. 하지만, 디지털 프리코딩 기반 빔형성 방식은 매우 많은 수의 무선주파수 링크(radio-frequency link) ADC/DAC를 필요로 하고, 하드웨어 구현에 있어서 비교적 높은 비용과 높은 전력 소비의 원인이 된다. 아날로그 위상 천이기 기반 빔형성 방식은 빔 제어의 유연성을 감소시키는 원인이 된다. 디지털 및 아날로그 2-레벨 컨트롤러 기반 하이브리드 빔형성 방식의 경우, 빔 방향의 정확도에 있어서 특정 편차가 본 방식에 존재한다. 따라서, 비용이 적절하게 제어되면서 빔형성 통신을 효율적으로 수행하는 방법이 이미 당 업계에서 시급하게 해결되어야 할 문제가 되고 있다.

본 발명의 실시예는, 빔형성 기반 통신 방법 및 장치를 제공한다. 상기 빔형성 기반 통신 방법 및 장치는, 3-레벨 구조(three-level structure)를 이용함으로써 빔 방향 및 빔 폭을 동시에 제어하며, 이로써 빔 제어를 위해 필요한 ADC/DAC의 수량을 감소시킬 뿐만 아니라 중간주파수 포트와 무선주파수 포트의 수량을 조절하여 이득의 조절을 구현할 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 다음의 과제 해결수단이 본 발명의 실시예에서 사용된다:

일 양태에 따라, 본 발명의 일 실시예는 송신단(transmit end)을 제공한다. 상기 송신단은 송신단 프리코딩 모듈(precoding module), 송신단 중간주파수 빔형성 모듈(intermediate-frequency beamforming module), 송신단 무선주파수 빔형성 모듈(radio-frequency beamforming module), 안테나 어레이 모듈(antenna array module), 및 송신단 피드백 모듈을 포함한다.

상기 송신단 피드백 모듈은, 수신단(receive end)으로부터의 피드백 정보에 따라 송신단 프리코딩 행렬 Tr_BB, 송신단 중간주파수 빔형성 행렬 Tr_IF, 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬 Tr_RF(transmit-end radio-frequency-end beamforming matrix)를 획득하도록 구성되며, 여기서 상기 피드백 정보는 채널 행렬 H 및 AOD 벡터 정보를 포함한다.

상기 송신단 프리코딩 모듈은, 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, 제1 데이터 스트림을 획득하고, Tr_BB에 따라 상기 제1 데이터 스트림에 대해 프리코딩 처리를 수행하도록 구성되고, 상기 제1 데이터 스트림은 송신될 비트스트림이 스크램블되고 레이어 맵핑(layer mapping)이 된 후에 생성된다.

상기 송신단 중간주파수 빔형성 모듈은, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_IF에 따라 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리(가중 and power amplification processing)를 수행하도록 구성된다.

상기 송신단 무선주파수 빔형성 모듈은, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_RF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성된다.

상기 안테나 어레이 모듈은, 상기 제3 아날로그 신호에 매칭되는 안테나 어레이를 결정하고 상기 제3 아날로그 신호에 매칭되는 안테나 어레이를 이용하여 상기 제3 아날로그 신호를 상기 수신단에 송신하도록 구성된다.

제1 양태의 제1 가능한 구현 방식에서,

상기 송신단 프리코딩 모듈은 구체적으로, 프리코딩 신호를 획득하기 위해, Tr_BB에 따라 상기 제1 데이터 스트림에 대해 프리코딩을 수행하고, 상기 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, 상기 프리코딩 신호에 대해 디지털-아날로그 변환 처리를 수행하도록 구성된다.

제1 양태 또는 제1 양태의 제1 가능한 구현 방식을 참조하여, 제1 양태의 제2 가능한 구현 방식에서,

상기 송신단 중간주파수 빔형성 모듈은 구체적으로, 상기 제1 아날로그 신호에 대해 중간주파수단 상향 변환 처리(up-conversion processing)를 수행하고, Tr_IF에 따라, 상향 변환 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하며, 상기 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성된다.

제1 양태 또는 제1 양태의 제1 또는 제2 가능한 구현 방식을 참조하여, 제1 양태의 제3 가능한 구현 방식에서,

상기 송신단 무선주파수 빔형성 모듈은 구체적으로, 상기 제2 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 상향 변환 처리를 수행하고, Tr_RF에 따라, 무선주파수단 상향 변환 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하며, 상기 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성된다.

제1 양태 또는 제1 양태의 제1 내지 제3 가능한 구현 방식 중 어느 하나를 참조하여, 제1 양태의 제4 가능한 구현 방식에서,

상기 송신단 중간주파수 빔형성 모듈은 구체적으로, Tr_IF에 따라, 상향 변환 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성되고, 여기서 상기 가중 처리의 방식은 진폭 가중(amplitude weighting)과 위상 가중(phase weighting), 진폭 가중, 및 위상 가중 중 어느 하나의 방식이다.

제1 양태 또는 제1 양태의 제1 내지 제4 가능한 구현 방식 중 어느 하나를 참조하여, 제1 양태의 제5 가능한 구현 방식에서,

상기 송신단 피드백 모듈은 구체적으로, 상기 피드백 정보에 따라 상기 채널 행렬 H 및 상기 발사각 벡터 정보를 획득하고, Tr_BB, Tr_IF, 및 Tr_RF를 획득하기 위해, 제1 사전 설정된 반복 함수(first preset iteration function)를 이용하여 상기 채널 행렬 H 및 상기 발사각 벡터 정보를 처리하도록 구성된다.

제2 양태에 따라, 본 발명의 일 실시예는 수신단을 제공한다. 상기 수신단은 수신단 프리코딩 모듈, 수신단 중간주파수 빔형성 모듈, 수신단 무선주파수 빔형성 모듈, 및 수신단 피드백 모듈을 포함한다.

상기 수신단 피드백 모듈은, 송신단으로부터의 피드백 정보에 따라 수신단 프리코딩 행렬 Rx_BB, 수신단 중간주파수 빔형성 행렬 Rx_IF, 및 수신단 무선주파수단 빔형성 행렬 Rx_RF를 획득하도록 구성되며, 여기서 상기 피드백 정보는 채널 행렬 H, AOA 벡터 정보, 송신단 프리코딩 행렬 Tr_BB, 송신단 중간주파수 빔형성 행렬 Tr_IF, 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬 Tr_RF을 포함한다.

상기 수신단 무선주파수 빔형성 모듈은, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 제1 아날로그 신호를 획득하고 Rx_RF에 따라 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성된다.

상기 수신단 중간주파수 빔형성 모듈은, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Rx_IF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성된다.

상기 수신단 프리코딩 모듈은, 제2 데이터 스트림을 생성하기 위해, Rx_BB에 따라 상기 제3 아날로그 신호에 대해 인코딩 처리를 수행하도록 구성되고, 상기 제2 데이터 스트림은 레이어 디맵핑(layer demapping)을 수행하기 위해 사용된다.

제2 양태의 제1 가능한 구현 방식에서,

상기 수신단 무선주파수 빔형성 모듈은 구체적으로, Rx_RF에 따라 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하고, 가중 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하고; 상기 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 하향 변환 처리(down-conversion processing)를 수행하도록 구성된다.

제2 양태 또는 제2 양태의 제1 가능한 구현 방식을 참조하여, 제2 양태의 제2 가능한 구현 방식에서,

상기 수신단 중간주파수 빔형성 모듈은 구체적으로, Rx_IF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하고, 가중 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하며, 상기 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 중간주파수단 하향 변환 처리를 수행하도록 구성된다.

제2 양태 또는 제2 양태의 제1 또는 제2 가능한 구현 방식을 참조하여, 제2 양태의 제3 가능한 구현 방식에서,

상기 수신단 프리코딩 모듈은 구체적으로, 상기 제3 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 제2 데이터 스트림을 획득하기 위해 Rx_BB에 따라, 상기 디지털 신호로 변환된 상기 제3 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성된다.

제2 양태 또는 제2 양태의 제1 내지 제3 가능한 구현 방식 중 어느 하나를 참조하여, 제2 양태의 제4 가능한 구현 방식에서,

상기 수신단 중간주파수 빔형성 모듈은 구체적으로, Rx_IF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성되고, 여기서 상기 가중 처리의 방식은 진폭 가중과 위상 가중, 진폭 가중, 및 위상 가중 중 어느 하나의 방식이다.

제2 양태 또는 제2 양태의 제1 내지 제4 가능한 구현 방식 중 어느 하나를 참조하여, 제2 양태의 제5 가능한 구현 방식에서,

상기 수신단 피드백 모듈은 구체적으로, 상기 피드백 정보 중 상기 채널 행렬 H, 상기 도래각 벡터 정보, Tr_BB, Tr_IF, 및 Tr_RF를 획득하고, Rx_BB, Rx_IF, 및 Rx_RF를 획득하기 위해, 제2 사전 설정된 반복 함수를 이용하여 상기 채널 행렬 H, 상기 도래각 벡터 정보, Tr_BB, Tr_IF, 및 Tr_RF를 처리하도록 구성된다.

제3 양태에 따라, 본 발명의 일 실시예는 송신단을 제공한다. 상기 송신단은 제1 프로세서, 제2 프로세서, 제1 송수신기(transceiver), 제2 송수신기, DAC 컨버터, 제1 주파수 혼합기(frequency mixer), 제2 주파수 혼합기, 제1 위상 천이기(phase shifter), 제2 위상 천이기, 제1 전력 증폭기(power amplifier), 및 제2 전력 증폭기를 포함한다.

상기 제1 송수신기는 상기 제1 프로세서에 연결되고, 상기 제1 프로세서는 송신단 프리코딩 처리 분기(processing branch)를 형성하기 위해 상기 DAC 컨버터에 연결되며, 상기 제1 송수신기는 제1 데이터 스트림을 수신하고 상기 제1 데이터 스트림을 상기 제1 프로세서에 송신하도록 구성되고, 상기 제1 프로세서는 상기 제1 데이터 스트림에 Tr_BB를 곱하도록 구성되며, 상기 DAC 컨버터는 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_BB를 곱한 후에 획득되는 상기 제1 데이터 스트림에 대해 디지털-아날로그 변환 처리를 수행하고, 상기 제1 데이터 스트림은 송신될 비트스트림이 스크램블되고 레이어 맵핑이 된 후에 생성된다.

상기 제1 주파수 혼합기는 상기 제1 위상 천이기에 연결되고, 상기 제1 위상 천이기는 송신단 중간주파수 처리 분기를 형성하기 위해 상기 제1 전력 증폭기에 연결되며, 상기 제1 주파수 혼합기는 상기 제1 아날로그 신호에 대해 중간주파수 상향 변환 처리를 상기 송신단을 통해 수행하도록 구성되고, 상기 제1 위상 천이기는 Tr_IF에 따라, 상향 변환 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성되고, 상기 제1 전력 증폭기는 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성된다.

상기 제2 주파수 혼합기는 상기 제2 위상 천이기에 연결되고, 상기 제2 위상 천이기는 송신단 무선주파수 처리 분기를 형성하기 위해 상기 제2 전력 증폭기에 연결되며, 상기 제2 주파수 혼합기는 상기 제2 아날로그 신호에 대해 무선주파수 상향 변환 처리를 수행하도록 구성되고, 상기 제2 위상 천이기는 Tr_RF에 따라, 상향 변환 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성되며, 상기 제2 전력 증폭기는 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성된다.

상기 제2 송수신기는 송신단 피드백 분기를 형성하기 위해 상기 제2 프로세서에 연결되고, 상기 제2 송수신기는 상기 피드백 정보에 따라 채널 행렬 H를 획득하도록 구성되고, 상기 제2 프로세서는 상기 채널 행렬 H 및 상기 피드백 정보에 따라 발사각 벡터 정보를 계산하고, Tr_BB, Tr_IF, 및 Tr_RF를 획득하기 위해 제1 사전 설정된 반복 함수를 이용하여 상기 채널 행렬 H 및 상기 발사각 벡터 정보를 처리하도록 구성된다.

제3 양태의 제1 가능한 구현 방식에서,

제1 위상 천이기는 구체적으로, 상향 변환 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 진폭 가중 및 위상 가중, 진폭 가중, 및 위상 가중 중 어느 하나를 수행하도록 구성된다.

제4 양태에 따라, 본 발명의 일 실시예는 수신단을 제공한다. 상기 수신단은 제1 위상 천이기, 제2 위상 천이기, 제1 전력 증폭기, 제2 전력 증폭기, 제1 주파수 혼합기, 제2 주파수 혼합기, DAC 컨버터, 제1 프로세서, 제2 프로세서, 및 제1 송수신기를 포함한다.

상기 제1 위상 천이기는 상기 제1 전력 증폭기에 연결되고, 상기 제1 전력 증폭기는 수신단 무선주파수 처리 분기를 형성하기 위해 상기 제1 주파수 혼합기에 연결되며, 상기 제1 위상 천이기는 Rx_RF에 따라 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성되고, 상기 제1 전력 증폭기는 가중 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성되며, 상기 제1 주파수 혼합기는 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 하향 변환 처리를 수행하도록 구성된다.

상기 제2 위상 천이기는 상기 제2 전력 증폭기에 연결되고, 상기 제2 전력 증폭기는 수신단 중간주파수 처리 분기를 형성하기 위해 상기 제2 주파수 혼합기에 연결되며, 상기 제2 위상 천이기는 Rx_IF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성되고, 상기 제2 전력 증폭기는 가중 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성되며, 상기 제2 주파수 혼합기는 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 중간주파수단 하향 변환 처리를 수행하도록 구성된다.

상기 DAC 컨버터는 수신단 프리코딩 처리 분기를 형성하기 위해 상기 제1 프로세서에 연결되고, 상기 DAC 컨버터는 상기 제3 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성되고, 상기 제1 프로세서는 레이어 디맵핑을 수행하기 위해 사용되는 제2 데이터 스트림을 획득하기 위해 Rx_BB에 따라, 상기 디지털 신호로 변환된 상기 제3 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성된다.

상기 제1 송수신기는 수신단 피드백 분기를 형성하기 위해 상기 제2 프로세서에 연결되고, 상기 제1 송수신기는 상기 피드백 정보 내에 있는 채널 행렬 H, 송신단 프리코딩 행렬 Tr_BB, 송신단 중간주파수 빔형성 행렬 Tr_IF, 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬 Tr_RF를 획득하도록 구성되고, 상기 제2 프로세서는 상기 피드백 정보 및 상기 채널 행렬 H에 따라 도래각 벡터 정보를 계산하고, Rx_BB, Rx_IF, 및 Rx_RF를 획득하기 위해, 제2 사전 설정된 반복 함수를 이용하여 상기 채널 행렬 H, 및 상기 도래각 벡터 정보, Tr_BB, Tr_IF, 및 Tr_RF를 처리하도록 구성된다.

제4 양태의 제1 가능한 구현 방식에서,

상기 제2 위상 천이기는 구체적으로, Rx_IF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 진폭 가중 및 위상 가중, 진폭 가중, 및 위상 가중 중 어느 하나를 상기 수신단을 통해 수행하도록 구성된다.

제5 양태에 따라, 본 발명의 일 실시예는 빔형성 기반 통신 방법(beamforming based communications method)을 제공한다. 상기 빔형성 기반 통신 방법은,

송신단이 수신단으로부터의 피드백 정보에 따라 송신단 프리코딩 행렬 Tr_BB, 송신단 중간주파수 빔형성 행렬 Tr_IF, 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬 Tr_RF를 획득하는 단계 - 상기 피드백 정보는 채널 행렬 H 및 AOD 벡터 정보를 포함함 -;

상기 송신단이, 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, 제1 데이터 스트림을 획득하고, Tr_BB에 따라 상기 제1 데이터 스트림에 대해 프리코딩 처리를 수행하는 단계 - 상기 제1 데이터 스트림은 송신될 비트스트림이 스크램블되고 레이어 맵핑이 된 후에 생성됨 -;

상기 송신단이, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해 Tr_IF에 따라, 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계;

상기 송신단이, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해 Tr_RF에 따라, 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계; 및

상기 송신단이, 상기 제3 아날로그 신호에 매칭되는 안테나 어레이를 결정하고, 상기 제3 아날로그 신호에 매칭되는 상기 안테나 어레이를 이용하여 상기 제3 아날로그 신호를 상기 수신단에 전송하는 단계를 포함한다.

제5 양태의 제1 가능한 구현 방식에서, 상기 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해 Tr_BB에 따라 프리코딩 처리를 수행하는 단계는,

상기 송신단이, 프리코딩 신호를 획득하기 위해 Tr_BB에 따라, 상기 제1 데이터 스트림에 대해 프리코딩을 수행하는 단계; 및

상기 송신단이, 상기 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, 상기 프리코딩 신호에 대해 디지털-아날로그 변환 처리를 수행하는 단계를 포함한다.

제5 양태 또는 제5 양태의 제1 가능한 구현 방식을 참조하여, 제5 양태의 제2 가능한 구현 방식에서, 상기 송신단이, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해 Tr_IF에 따라, 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계는,

상기 송신단이, 상기 제1 아날로그 신호에 대해 중간주파수단 상향 변환 처리를 수행하는 단계;

상기 송신단이 Tr_IF에 따라, 상향 변환 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하는 단계; 및

상기 송신단이, 상기 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하는 단계를 포함한다.

제5 양태 또는 제5 양태의 제1 또는 제2 가능한 구현 방식을 참조하여, 제5 양태의 제3 가능한 구현 방식에서, 상기 송신단이, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_RF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계는,

상기 송신단이, 상기 제2 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 상향 변환 처리를 수행하는 단계;

상기 송신단이 Tr_RF에 따라, 상향 변환 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하는 단계; 및

상기 송신단이, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하는 단계를 포함한다.

제5 양태 또는 제5 양태의 제1 내지 제3 가능한 구현 방식 중 어느 하나를 참조하여, 제5 양태의 제4 가능한 구현 방식에서, 상기 송신단이 Tr_IF에 따라, 상향 변환 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하고, 여기서 상기 가중 처리의 방식은 진폭 가중과 위상 가중, 진폭 가중, 및 위상 가중 중 어느 하나의 방식이다.

제5 양태 또는 제5 양태의 제1 내지 제4 가능한 구현 방식 중 어느 하나를 참조하여, 제5 양태의 제5 가능한 구현 방식에서, 상기 송신단이 계산을 통해, 수신단으로부터의 피드백 정보에 따라 송신단 프리코딩 행렬 Tr_BB, 송신단 중간주파수 빔형성 행렬 Tr_IF, 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬 Tr_RF를 획득하는 단계는,

상기 송신단이, 상기 피드백 정보에 따라 상기 채널 행렬 H 및 상기 발사각 벡터 정보를 획득하는 단계; 및

상기 송신단이, Tr_BB, Tr_IF, 및 Tr_RF를 획득하기 위해, 제1 사전 설정된 반복 함수를 이용하여 상기 채널 행렬 H 및 상기 발사각 벡터 정보를 처리하는 단계를 포함한다.

제6 양태에 따라, 본 발명의 일 실시예는 빔형성 기반 통신 방법을 제공한다. 상기 빔형성 기반 통신 방법은,

수신단이 송신단으로부터의 피드백 정보에 따라 수신단 프리코딩 행렬 Rx_BB, 수신단 중간주파수 빔형성 행렬 Rx_IF, 및 수신단 무선주파수단 빔형성 행렬 Rx_RF을 획득하는 단계 - 상기 피드백 정보는 채널 행렬 H, AOA 벡터 정보, 송신단 프리코딩 행렬 Tr_BB, 송신단 중간주파수 빔형성 행렬 Tr_IF, 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬 Tr_RF를 포함함 -;

상기 수신단이, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 제1 아날로그 신호를 획득하고, Rx_RF에 따라 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계

상기 수신단이, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Rx_IF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계; 및

상기 수신단이, 레이어 디맵핑을 수행하기 위해 사용되는 제2 데이터 스트림을 생성하기 위해 Rx_BB에 따라, 제3 아날로그 신호에 대해 인코딩 처리를 수행하는 단계를 포함한다.

제6 양태의 제1 가능한 구현 방식에서, 상기 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, Rx_RF에 따라 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계는,

상기 수신단이, Rx_RF 에 따라 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하는 단계;

상기 수신단이, 가중 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하는 단계; 및

상기 수신단이, 상기 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 하향 변환 처리를 수행하는 단계를 포함한다.

제6 양태 또는 제6 양태의 제1 가능한 구현 방식을 참조하여, 제6 양태의 제2 가능한 구현 방식에서, 상기 수신단이, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해 Rx_IF에 따라, 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계는,

상기 수신단이, Rx_IF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하는 단계;

상기 수신단이, 가중 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하는 단계; 및

상기 수신단이, 상기 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 중간주파수단 하향 변환 처리를 수행하는 단계를 포함한다.

제6 양태 또는 제6 양태의 제1 또는 제2 가능한 구현 방식을 참조하여, 제6 양태의 제3 가능한 구현 방식에서, 상기 수신단이, 제2 데이터 스트림을 생성하기 위해 Rx_BB에 따라, 상기 제3 아날로그 신호에 대해 인코딩 처리를 수행하는 단계는,

상기 수신단이, 상기 제3 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및

상기 수신단이, 상기 제2 데이터 스트림을 획득하기 위해 Rx_BB에 따라, 상기 디지털 신호로 변환된 상기 제3 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하는 단계를 포함한다.

제6 양태 또는 제6 양태의 제1 내지 제3 가능한 구현 방식 중 어느 하나를 참조하여, 제6 양태의 제4 가능한 구현 방식에서, 상기 수신단이 Rx_IF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하고, 여기서 상기 가중 처리의 방식은 진폭 가중과 위상 가중, 진폭 가중, 및 위상 가중 중 어느 하나의 방식이다.

제6 양태 또는 제6 양태의 제1 내지 제4 가능한 구현 방식 중 어느 하나를 참조하여, 제6 양태의 제5 가능한 구현 방식에서, 상기 수신단이 계산을 통해, 송신단으로부터의 피드백 정보에 따라 수신단 프리코딩 행렬 Rx_BB, 수신단 중간주파수 빔형성 행렬 Rx_IF, 및 수신단 무선주파수단 빔형성 행렬 Rx_RF를 획득하는 단계는,

상기 수신단이 상기 채널 행렬 H, 상기 도래각 벡터 정보, 상기 피드백 정보 중 Tr_BB, Tr_IF, 및 Tr_RF를 획득하는 단계; 및

상기 수신단이, Rx_BB, Rx_IF, 및 Rx_RF를 획득하기 위해, 제2 사전 설정된 반복 함수를 이용하여 상기 채널 행렬 H, 상기 도래각 벡터 정보, Tr_BB, Tr_IF, 및 Tr_RF를 처리하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에서 제공되는 빔형성 기반 통신 방법 및 장치에 따르면, 하드웨어 구현의 복잡성을 줄이는 것에 기초하여 3-레벨 구조를 가진 다중-빔 시스템을 이용함으로써 빔 방향 및 빔 폭이 동시에 제어될 수 있어서, 빔 제어를 위해 필요한 ADC/DAC의 수량을 감소시킬 뿐만 아니라 중간주파수 포트와 무선주파수 포트의 수량을 조절함으로써 이득의 조정을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신단의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신단의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신단의 개략적인 하드웨어 구성도 1이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신단의 개략적인 하드웨어 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔형성 기반 통신 방법의 개략적인 흐름도 1이다.
도 6은 종래 기술에서의 빔형성 방법의 개략적인 구조도 1이다.
도 7은 종래 기술에서의 빔형성 방법의 개략적인 구조도 2이다.
도 8a는 종래 기술에서의 빔형성 방법의 개략적인 구조도 3이다.
도 8b는 종래 기술에서의 빔형성 방법의 개략적인 구조도 4이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신단의 개략적인 하드웨어 구성도 2이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔형성 기반 통신 방법의 개략적인 흐름도 2이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔형성 기반 통신 방법의 개략적인 흐름도 3이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔형성 기반 통신 방법의 개략적인 흐름도 4이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔형성 기반 통신 방법의 개략적인 흐름도 5이다.

이하, 본 발명의 실시예에서의 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에서의 과제 해결수단에 대해 명확하고 완전하게 설명한다. 명백히, 설명되는 실시예는 본 발명의 모든 실시예가 아니라 단지 일부 실시예일 뿐이다. 창작적인 노력 없이 본 발명의 실시예에 기반하여 당해 기술 분야의 당업자에 의해 획득되는 다른 모든 실시예도 본 발명의 보호 범위에 속할 것이다.

위상 어레이 안테나(phased array antenna)는 어레이 안테나 내의 방사 유닛(radiation unit)의 입력 위상(feeding phase)을 제어함으로써 패턴의 형상이 바뀌는 안테나이다. 빔 스캐닝의 목적을 달성할 수 있도록, 위상을 제어함으로써 안테나의 패턴에 있어서 최대값에 대응하는 방향이 바뀔 수 있다. 특수한 경우에, 마이너 레벨, 최소값 위치, 및 전체 패턴의 형상도 역시 제어될 수 있다. 예를 들어, 코시컨트 제곱 패턴(cosecant-squared pattern)이 획득되고, 패턴이 적응적으로 제어된다. 안테나가 기계적인 방법을 이용하여 회전되는 경우, 관성이 크고 속도는 낮지만, 위상 어레이 안테나는 이러한 불리한 점을 극복하고 빔의 스캐닝 속도가 높다. 상기 위상 어레이 안테나의 입력 위상은, 보통 전자 컴퓨터를 이용하여 제어되고, 위상의 변화 속도가 높다(밀리초 단위). 즉, 안테나의 패턴에 있어서 최대값에 대응하는 방향 또는 다른 파라미터가 빠르게 바뀐다.

빔형성은 안테나 기술과 디지털 신호 처리 기술의 조합이고, 방향성 전송(directed transmission) 또는 신호의 수신을 위해 사용된다. 수신단에 의해 수행되는 신호 처리 중에, 바라는 이상적인 신호를 형성하기 위해, 가중(weighting) 및 합성(synthesis)이 복수의 안테나 어레이 엘리먼트에 의해 수신된 신호에 대해 수행될 수 있다. 안테나의 패턴(pattern)의 관점에서, 제한된 방향으로의 빔이 형성된 것과 같다. 예를 들어, 원래의 무지향성 수신 패턴(omnidirectional receive pattern)이 널 포인트(null point) 및 최대값에 대응하는 방향을 가진 로브 패턴(lobe pattern)으로 전환된다. 동일한 원리가 또한 송신단에 적용 가능하며, 바라는 형상을 가진 패턴이 형성될 수 있도록, 상기 송신단이 안테나 어레이 엘리먼트의 입력(feeding)에 대해 진폭과 위상 조절을 수행한다. 빔형성 기술이 사용될 필요가 있으면, 전제 조건은, 상기 수신단의 신호 대 잡음비가 명백히 강화될 수 있도록, 상기 수신단에서 특정 알고리즘을 사용함으로써 다중-안테나 시스템이 복수의 안테나에 의해 수신된 신호를 처리하기 위해 사용될 필요가 있다는 것이다.

본 발명의 실시예에서, 제1 아날로그 신호, 제2 아날로그 신호, 제3 아날로그 신호 등은 단지 서로 다른 아날로그 신호를 구별하기 위해 사용되며, 아날로그 신호에 대해 제한을 부과하지 않는다는 것을 유의해야 한다.

( 실시예 1)

본 발명의 본 실시예는 송신단을 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 송신단은 송신단 프리코딩 모듈(01), 송신단 중간주파수 빔형성 모듈(02), 송신단 무선주파수 빔형성 모듈(03), 안테나 어레이 모듈(04), 및 송신단 피드백 모듈(05)을 포함한다.

송신단 피드백 모듈(05)은, 수신단으로부터의 피드백 정보에 따라, 송신단 프리코딩 행렬(Tr_BB), 송신단 중간주파수 빔형성 행렬(Tr_IF), 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Tr_RF)을 획득하도록 구성된다. 여기서, 피드백 정보 채널 행렬 H 및 AOD 벡터 정보를 포함한다.

송신단 프리코딩 모듈(01)은, 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, 제1 데이터 스트림을 획득하고, Tr_BB에 따라 제1 데이터 스트림에 대해 프리코딩 처리를 수행하도록 구성된다. 여기서, 제1 데이터 스트림은 송신될 비트스트림이 스크램블되고 레이어 맵핑이 된 후에 생성된다.

송신단 중간주파수 빔형성 모듈(02)은, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_IF 에 따라 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성된다.

송신단 무선주파수 빔형성 모듈(03)은, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_RF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성된다.

안테나 어레이 모듈(04)은 제3 아날로그 신호에 매칭되는 안테나 어레이를 결정하도록 구성되고, 제3 아날로그 신호에 매칭되는 안테나 어레이를 이용함으로써 제3 아날로그 신호를 수신단에 전송한다.

또한, 송신단 프리코딩 모듈(01)은 구체적으로, 프리코딩 신호를 획득하기 위해, Tr_BB에 따라 제1 데이터 스트림에 대해 프리코딩을 수행하고; 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해 프리코딩 신호에 대해 디지털-아날로그 변환 처리를 수행하도록 구성된다.

또한, 송신단 중간주파수 빔형성 모듈(02)은 구체적으로, 제1 아날로그 신호에 대해 중간주파수단 상향 변환 처리를 수행하고; Tr_IF에 따라, 중간주파수단 상향 변환 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하며; 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성된다.

또한, 송신단 무선주파수 빔형성 모듈(03)은 구체적으로, 제2 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 상향 변환 처리를 수행하고; Tr_RF에 따라, 무선주파수단 상향 변환 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하며; 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성된다.

또한, 송신단 중간주파수 빔형성 모듈(02)은 구체적으로, Tr_IF에 따라, 상향 변환 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성된다. 여기서, 가중 처리의 방식은 진폭 가중 및 위상 가중, 진폭 가중, 및 위상 가중 중 어느 하나일 수 있다.

또한, 송신단 피드백 모듈(05)은 구체적으로, Tr_BB, Tr_IF, and Tr_RF를 획득하기 위해, 피드백 정보에 따라 채널 행렬 H 및 발사각 벡터 정보를 획득하고; 제1 사전 설정된 반복 함수를 이용함으로써 채널 행렬 H 및 발사각 벡터 정보를 처리하도록 구성된다.

따라서, 송신단은 3개의 처리 프로세스, 즉, 베이스밴드 프리코딩 처리, 중간주파수 빔형성 처리, 및 무선주파수 빔형성 처리가 되어 수신된 제1 데이터 스트림을 수신단에 송신한다. 종래 기술와 비교하여, 이 해결수단은 복수의 양태에서 유리한 효과를 가져올 수 있다: 첫째로, 3-레벨 구조를 이용하는 빔 제어에 필요한 ADC/DAC의 수량이 감소된다. 빔 제어가 2가지 경우로 구현된다고 추정된다. 경우 1에서 3-레벨 빔 제어가 사용되고, 경우 2에서 2-레벨 빔 제어가 사용된다. 2가지 경우에 대응하는 무선주파수 빔형성 행렬이 동일한 차원수(dimensionality)를 가진다고 추정된다. 경우 1에서, 비교적 작은 프리코딩 행렬이 베이스밴드 부분에서 사용되고, 가중 처리가 중간주파수 부분에서의 신호에 대해 수행되어, 어레이의 차원수가 더 증가될 수 있다. 경우 2에서, 베이스밴드 프리코딩 행렬이 처리를 위해 직접 사용된다. 비교로부터 알려진 바와 같이, 경우 1에서 필요한 ADC/DAC의 수량은 경우 2에서 필요한 ADC/DAC의 수량보다 작다. 둘째, 각각의 채널에 대해, 요구된 이득이 복잡성 요구 사항에 따라 편리하게 조절될 수 있다. 전술한 해결수단으부터 알 수 있는 바와 같이, 각각의 데이터 스트림에 대해, 이득의 조정이 IF 처리 및 RF 프로세싱을 통해 유연하게 구현될 수 있고, 여기서 IF 출력 포트의 수량을 조절함으로써 구현될 수 있다. 셋째, 빔 방향에 있어서의 오차(error)가 더 작다; 또한, 3-레벨 빔 제어가 사용되는 경우, 2-레벨 빔 제어와의 차이는 빔 제어의 레벨이 하나 더 중간주파수단에 추가되고, 다음의 방식, 즉, (1) 진폭 가중 및 위상 가중; (2) 진폭 가중; 및 (3) 위상 가중 중 하나의 가중 방식이 선택될 수 있다. 비교로부터 알려진 바와 같이, 3-레벨 빔 제어 시스템은 더 정확한 빔 방향을 획득하고 더 작은 오차를 가진다. 넷째, 본 해결수단에서, 레벨의 수가 실제 사용자의 요구 사항에 따라 선택될 수 있고; 각각의 레벨의 스위치가 실제 사용자의 요구 사항에 따라 제어되고, 레벨 1/레벨 2/레벨 3가 빔 방향을 제어하기 위해 개별적으로 선택될 수 있다.

본 해결수단에서, 빔 방향 및 빔 정밀도가 하드웨어 구현의 복잡성을 감소시키는 것에 기초하여 3-레벨 구조를 가진 다중-빔 시스템(multi-beam system)을 이용함으로써 동시에 제어될 수 있으며, 이로써 빔 제어를 위해 필요한 ADC/DAC의 수량이 감소될 뿐만 아니라, 이득의 조정이 중간주파수 포트와 무선주파수 포트의 수량을 조절함으로써 구현될 수 있다.

( 실시예 2)

본 발명의 본 실시예는 수신단을 제공한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 수신단은 수신단 프리코딩 모듈(11), 수신단 중간주파수 빔형성 모듈(12), 수신단 무선주파수 빔형성 모듈(13), 및 수신단 피드백 모듈(14)을 포함한다.

수신단 피드백 모듈(14)은, 송신단으로부터의 피드백 정보에 따라 수신단 프리코딩 행렬(Rx_BB), 수신단 중간주파수 빔형성 행렬(Rx_IF), 및 수신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Rx_RF)를 계산을 통해 획득하도록 구성된다. 여기서, 피드백 정보는 채널 행렬(H), AOA 벡터 정보, 송신단 프리코딩 행렬(Tr_BB), 송신단 중간주파수 빔형성 행렬(Tr_IF), 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Tr_RF)을 포함한다.

수신단 무선주파수 빔형성 모듈(13)은, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 제1 아날로그 신호를 획득하고, Rx_RF에 따라 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성된다.

수신단 중간주파수 빔형성 모듈(12)은, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Rx_IF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성된다.

수신단 프리코딩 모듈(11)은, 제2 데이터 스트림을 생성하기 위해, Rx_BB에 따라 제3 아날로그 신호에 대해 인코딩 처리를 수행하도록 구성된다. 여기서, 제2 데이터 스트림은 레이어 디맵핑을 수행하기 위해 사용된다.

또한, 수신단 무선주파수 빔형성 모듈(11)은 구체적으로, Rx_RF에 따라 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수신단을 통해 수행하고; 가중 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하며; 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 하향 변환 처리를 수행하도록 구성된다.

또한, 수신단 중간주파수 빔형성 모듈(12)은 구체적으로, Rx_IF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하고; 가중 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하며; 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 중간주파수단 하향 변환 처리를 수행하도록 구성된다.

또한, 수신단 프리코딩 모듈(11)은 구체적으로, 제3 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 제2 데이터 스트림을 획득하기 위해, Rx_BB에 따라 디지털 신호로 변환된 제3 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성된다.

또한, 수신단 중간주파수 빔형성 모듈(12)은 구체적으로, Rx_IF에 따라, 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성된다. 여기서, 가중 처리의 방식은 진폭 가중과 위상 가중, 진폭 가중, 및 위상 가중 중 어느 하나의 방식이다.

또한, 수신단 피드백 모듈(14)은 구체적으로, 피드백 정보 중 채널 행렬(H), 도래각 벡터 정보, 송신단 프리코딩 행렬(Tr_BB), 송신단 중간주파수 빔형성 행렬(Tr_IF), 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Tr_RF)을 획득하고; Rx_BB, Rx_IF, 및 Rx_RF를 획득하기 위해 제2 사전 설정된 반복 함수를 이용함으로써 채널 행렬(H), 도래각 벡터 정보, Tr_BB, Tr_IF, 및 Tr_RF를 처리하도록 구성된다.

본 발명의 본 실시예에서 제공되는 수신단에 따르면, 수신단이 송신단으로부터의 피드백 정보에 따라 수신단 프리코딩 행렬(Rx_BB), 수신단 중간주파수 빔형성 행렬(Rx_IF), 및 수신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Rx_RF)을 획득한다. 여기서, 피드백 정보는 채널 행렬(H), AOA 벡터 정보, 송신단 프리코딩 행렬(Tr_BB), 송신단 중간주파수 빔형성 행렬(Tr_IF), 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Tr_RF)을 포함하고; 수신단이, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 제1 아날로그 신호를 획득하고, Rx_RF에 따라 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하며; 수신단이, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Rx_IF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하며; 수신단이, 레이어 디맵핑을 수행하기 위해 사용되는 제2 데이터 스트림을 생성하기 위해, Rx_BB에 따라 제3 아날로그 신호에 대해 인코딩 처리를 수행한다. 수신단은, 하드웨어 구현의 복잡성을 감소시키는 것에 기초하여 3-레벨 구조를 가진 다중-빔 시스템을 이용함으로써, 빔 방향 및 빔 폭을 동시에 제어할 수 있으며, 이로써 빔 제어를 위해 필요한 ADC/DAC의 수량이 감소될 뿐만 아니라, 이득의 조정이 중간주파수 포트와 무선주파수 포트의 수량을 조절함으로써 구현될 수 있다.

( 실시예 3)

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 빔형성 기반 통신 장치의 개략적인 하드웨어 구성도이다.

대형 어레이 빔형성 기반 통신 장치는 송신단(21) 및 수신단(22)을 포함한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 송신단(21)은, 제1 프로세서(32), 제2 프로세서(41), 제1 송수신기(31), 제2 송수신기(40), DAC 컨버터(33), 제1 주파수 혼합기(34), 제2 주파수 혼합기(37), 제1 위상 천이기(35), 제2 위상 천이기(38), 제1 전력 증폭기(36), 및 제2 전력 증폭기(39)를 포함한다.

구체적으로, 제1 송수신기(31)는 제1 프로세서(32)에 연결되고, 제1 프로세서(32)는 송신단 프리코딩 처리 분기를 형성하기 위해 DAC 컨버터(33)에 연결된다. 여기서, 제1 송수신기(31)는 제1 데이터 스트림을 수신하고 제1 데이터 스트림을 제1 프로세서(32)에 송신하도록 구성되며; 제1 프로세서(32)는 제1 데이터 스트림에 Tr_BB를 곱하도록 구성되며; DAC 컨버터(33)는, 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_BB를 곱한 후에 획득된 제1 데이터 스트림에 대해 디지털-아날로그 변환 처리를 수행한다. 여기서, 제1 데이터 스트림은 송신될 비트스트림이 스크램블되고 레이어 맵핑이 된 후에 생성된다. 유의해야 할 것은, 하나 이상의 DAC 컨버터(33)가 있을 수 있으며, 이는 본 발명의 본 실시예예서 제한되지 않는다는 것이다.

제1 주파수 혼합기(34)는 제1 위상 천이기(35)에 연결되고, 제1 위상 천이기(35)는 송신단 중간주파수 처리 분기를 형성하기 위해 제1 전력 증폭기(36)에 연결된다. 여기서, 제1 주파수 혼합기(34)는 제1 아날로그 신호에 대해 중간주파수단 상향 변환 처리를 송신단을 통해 수행하도록 구성되며; 제1 위상 천이기(35)는 Tr_IF에 따라, 중간주파수단 상향 변환 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성되며; 제1 전력 증폭기(36)는, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성된다.

제2 주파수 혼합기(37)는 제2 위상 천이기(38)에 연결되고, 제2 위상 천이기(38)는 송신단 무선주파수 처리 분기를 형성하기 위해 제2 전력 증폭기(39)에 연결된다. 여기서, 제2 주파수 혼합기(37)는 제2 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 상향 변환 처리를 수행하도록 구성되고; 제2 위상 천이기(38)는 Tr_RF에 따라, 무선주파수단 상향 변환 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성되며; 제2 전력 증폭기(39)는, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해 가중 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성된다.

제2 송수신기(40)는 송신단 피드백 분기를 형성하기 위해 제2 프로세서(41) 에 연결된다. 여기서, 제2 송수신기(40)는 피드백 정보에 따라 채널 행렬(H)을 획득하도록 구성되고; 제2 프로세서(41)는, Tr_BB, Tr_IF, 및 Tr_RF를 획득하기 위해, 채널 행렬(H) 및 피드백 정보에 따라 발사각 벡터 정보를 계산하고, 제1 사전 설정된 반복 함수를 이용함으로써 채널 행렬(H) 및 발사각 벡터 정보를 처리하도록 구성된다.

송신단 프리코딩 처리 분기, 송신단 중간주파수 처리 분기, 및 송신단 무선주파수 처리 분기는 송신단 피드백 분기에 개별적으로 연결된다.

또한, 제1 위상 천이기(35)는 구체적으로, 중간주파수단 상향 변환 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 진폭 가중 및 위상 가중, 진폭 가중, 및 위상 가중 중 어느 하나를 수행하도록 구성된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 수신단(22)은 제1 위상 천이기(42), 제2 위상 천이기(45), 제1 전력 증폭기(43), 제2 전력 증폭기(46), 제1 주파수 혼합기(44), 제2 주파수 혼합기(47), DAC 컨버터(48), 제1 프로세서(49), 제2 프로세서(51), 및 제1 송수신기(50)를 포함한다.

제1 위상 천이기(42)는 제1 전력 증폭기(43)에 연결되고, 제1 전력 증폭기(43) 수신단 무선주파수 처리 분기를 형성하기 위해 제1 주파수 혼합기(44)에 연결된다. 여기서, 제1 위상 천이기(42)는 Rx_RF 에 따라 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성되고; 제1 전력 증폭기(43)는 가중 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성되며; 제1 주파수 혼합기(44)는, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 하향 변환 처리를 수행하도록 구성된다.

제2 위상 천이기(45)는 제2 전력 증폭기(46)에 연결되고, 제2 전력 증폭기(46)는 수신단 중간주파수 처리 분기를 형성하기 위해 제2 주파수 혼합기(47)에 연결된다. 여기서, 제2 위상 천이기(45)는 Rx_IF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성되고; 제2 전력 증폭기(46)는 가중 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성되며; 제2 주파수 혼합기(47)는, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 중간주파수단 하향 변환 처리를 수행하도록 구성된다.

DAC 컨버터(48)는 수신단 프리코딩 처리 분기를 형성하기 위해 제1 프로세서(49)에 연결된다. 여기서, DAC 컨버터(48)는 제3 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성되고; 제1 프로세서(49)는, 레이어 디맵핑을 수행하기 위해 사용되는 제2 데이터 스트림을 획득하기 위해 Rx_BB에 따라, 디지털 신호로 변환된 제3 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성된다.

제1 송수신기(50)는 수신단 피드백 분기를 형성하기 위해 제2 프로세서(51)에 연결된다. 여기서, 제1 송수신기(50)은 피드백 정보 중 채널 행렬(H), 송신단 프리코딩 행렬(Tr_BB), 송신단 중간주파수 빔형성 행렬(Tr_IF), 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Tr_RF)을 획득하도록 구성되고; 제2 프로세서(51)는, Rx_BB, Rx_IF, 및 Rx_RF를 획득하기 위해, 피드백 정보 및 채널 행렬(H)에 따라 도래각 벡터 정보를 계산하고, 제2 사전 설정된 반복 함수를 이용함으로써 채널 행렬(H), 도래각 벡터 정보, Tr_BB, Tr_IF, 및 Tr_RF를 처리하도록 구성된다.

수신단 프리코딩 처리 분기, 수신단 중간주파수 처리 분기, 및 수신단 무선주파수 처리 분기는 수신단 피드백 분기에 개별적으로 연결된다.

또한, 제2 위상 천이기(45)는 구체적으로, Rx_IF 에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 진폭 가중 및 위상 가중, 진폭 가중, 및 위상 가중 중 어느 하나를 수신단을 통해 수행하도록 구성된다.

유의해야 할 것은, 본 발명의 본 실시예에 수반되는 제1 송수신기 및 제2 송수신기의 기능이 하나의 송수신기에 의해 달성될 수 있고; 이와 상응하게, 제1 프로세서 및 제2 프로세서의 기능이 하나의 프로세서에 의해 달성될 수 있으며; 제1 주파수 혼합기 및 제2 주파수 혼합기의 기능이 하나의 송수신기에 의해 달성될 수 있다는 것이다.

따라서, 수신단은 3개의 처리 프로세스, 즉, 무선주파수 빔형성 처리, 중간주파수 빔형성 처리, 및 베이스밴드 프리코딩 처리가 되어 수신되는 제1 데이터 스트림을 송신단에 송신한다. 종래 기술와 비교하여, 이 해결수단은 복수의 양태에서 유리한 효과를 가져올 수 있다: 첫째, 3-레벨 구조를 이용하는 빔 제어에 필요한 ADC/DAC의 수량이 감소된다. 빔 제어가 2가지 경우로 구현된다고 추정된다. 경우 1에서 3-레벨 빔 제어가 사용되고, 경우 2에서 2-레벨 빔 제어가 사용된다. 2가지 경우에 대응하는 무선주파수 빔형성 행렬이 동일한 차원수를 가진다고 추정된다. 경우 1에서, 비교적 작은 프리코딩 행렬이 베이스밴드 부분에서 사용되고, 가중 처리가 중간주파수 부분에서의 신호에 대해 수행되어, 어레이의 차원수가 더 증가될 수 있다. 경우 2에서, 베이스밴드 프리코딩 행렬이 처리를 위해 직접 사용된다. 비교로부터 알려진 바와 같이, 경우 1에서 필요한 ADC/DAC의 수량은 경우 2에서 필요한 ADC/DAC의 수량보다 작다. 둘째, 각각의 채널에 대해, 요구되는 이득이 복잡성 요구 사항에 따라 편리하게 조절될 수 있다. 전술한 방법으부터 알 수 있는 바와 같이, 각각의 데이터 스트림에 대해, 이득의 조정이 IF 처리 및 RF 프로세싱을 통해 유연하게 구현될 수 있고, 여기서 IF 출력 포트의 수량을 조절함으로써 구현될 수 있다. 셋째, 빔 방향에서의 오차가 더 작고; 또한, 3-레벨 빔 제어가 사용되는 경우, 2-레벨 빔 제어와의 차이는 빔 제어의 레벨이 하나 더 중간주파수단에 추가되고, 1) 진폭 가중과 위상 가중; (2) 진폭 가중; 및 (3) 위상 가중 중 하나가 가중 방식을 위해 선택될 수 있다. 비교로부터 알려진 바와 같이, 3-레벨 빔 제어 시스템은 더 정확한 빔 방향을 획득하고 더 작은 오차를 가진다. 넷째, 본 해결수단에서, 레벨의 수가 실제 사용자의 요구 사항에 따라 선택될 수 있고; 각각의 레벨의 스위치가 실제 사용자의 요구 사항에 따라 제어되고, 레벨 1/레벨 2/레벨 3가 빔 방향을 제어하기 위해 개별적으로 선택될 수 있다.

본 발명의 본 실시예에서 제공되는 빔형성 기반 통신 장치에 따라, 장치는 3-레벨 구조를 가진 다중-빔 시스템을 이용함으로써, 하드웨어 구현의 복잡성을 감소시키는 것에 기초하여 빔 방향 및 빔 폭을 동시에 제어할 수 있으며, 이로써 빔 제어를 위해 필요한 ADC/DAC의 수량이 감소될 뿐만 아니라, 이득의 조정이 중간주파수 포트와 무선주파수 포트의 수량을 조절함으로써 구현될 수 있다.

( 실시예 4)

본 발명의 본 실시예는 빔형성 기반 통신 방법을 제공한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 빔형성 기반 통신 방법은, 이하를 포함한다:

101: 송신단이 수신단으로부터의 피드백 정보에 따라 송신단 프리코딩 행렬 (Tr_BB), 송신단 중간주파수 빔형성 행렬(Tr_IF), 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬 (Tr_RF)을 계산을 통해 획득한다.

본 발명의 본 실시예에서 제공되는 빔형성 기반 통신 방법에 따르면, 하드웨어 구현의 복잡성을 감소시키는 것에 기초하여, 3-레벨 구조를 가진 다중-빔 시스템을 이용함으로써 빔 방향 및 빔 폭이 동시에 제어될 수 있으며, 이로써 빔 제어를 위해 필요한 ADC/DAC의 수량이 감소될 뿐만 아니라, 이득의 조정이 중간주파수 포트와 무선주파수 포트의 수량을 조절함으로써 구현될 수 있다. 피드백 정보는 채널 행렬(H) 및 AOD 벡터 정보를 포함한다.

종래 기술에서, 대형 어레이 빔형성 기술을 구현하는 방식은 기본적으로, 3가지 타입, 즉, 디지털 프리코딩 기반 빔형성 방식, 아날로그 위상 천이기 기반 빔형성 방식, 및 디지털 및 아날로그 2-레벨 컨트롤러 기반 하이브리드 빔형성 방식으로 분류될 수 있다. 도 6은 디지털 프리코딩 기반 빔형성 방식을 도시하고 있으며, 여기서 빔 방향은 615/625 디지털 프리코딩 행렬의 가중된 값을 조절함으로써 제어되고, 방식은 빔형성을 제어하기 위해 사용된다. 하지만, 디지털 빔형성 방식이 빔을 제어하기 위해 사용되어 사이드 로브 레벨(side lobe level)에서의 감소를 야기하면, 메인 로브(main lobe) 빔이 넓어지고 이득이 감소되고; 게다가, 방식에서, 매우 많은 수량의 ADC/DAC 장치가 무선주파수 링크 상에 필요하며, 이는 하드웨어 구현에 있어서 높은 비용 및 높은 전력소비를 야기하며; 따라서, 디지털 빔형성 방식은 비교적 낮은 실행 가능성을 가진다. 도 7은 아날로그 위상 천이기 기반 빔형성 방식을 도시하고 있으며, 여기서 빔 방향이 위상 천이기의 방향각을 변경함으로써 제어된다. 위상 천이기의 가중된 값의 생성이 디지털단에서 처리될 수 있다. 디지털 프리코딩 기반 빔형성 방식과 비교하여, 이 방식에서, 요구되는 DAC/ADC의 수량이 감소될 수 있지만, 위상 천이기의 가중된 값이 단지 시뮬레이션에 의존함으로써 조절될 수 있으며, 빔 제어의 유연성이 감소되는 것을 유발한다. 도 8a 및 도 8b는 디지털 및 아날로그 2-레벨 컨트롤러 기반 하이브리드 빔형성 방식을 도시하고 있다. 도 8a은 디지털 및 아날로그 하이브리드 빔형성 방식의 송신단의 개략적인 구조도이다. 도 8b는 디지털 및 아날로그 하이브리드 빔형성 방식의 수신단의 개략적인 구조도이다. 이 방식에서, 디지털 프리코딩 행렬 및 아날로그 빔형성 행렬이 빔 제어를 구현하기 위해 피드백 정보를 이용하여 수행된 추정에 의해 획득된다. 이 방식은 하드웨어 구현의 복잡성과 방식 성능 간의 절충안(compromise)을 구현한다. 하지만, 사용될 ADC/DAC의 수량 뿐만 아니라 빔 방향 및 빔 폭의 정밀도의 제어와 같은 측면에 있어서, 이 방식은 여전히 개선될 필요가 있다. 따라서, 본 발명의 본 실시예는 빔형성 기반 통신 방법을 제공하고, 무선주파수 링크 상에서 필요한 ADC/DAC의 수량이 복수의 레벨을 결합하여 빔을 제어함으로써 감소될 수 있으며, 이로써 대규모 안테나 어레이가 구현되면서 방향에 있어서의 오차의 낮은 정밀도 및 하드웨어 구현에 있어서의 낮은 복잡성이 보장된다. 또한, 빔 제어의 레벨의 수가 실제 사용자의 요구 사항에 따라 적응하여 선택될 수 있으며, 따라서 자원 할당을 최적화하거나 또는 통신 품질을 향상시키는 목적을 달성한다.

구체적으로, 송신단에서, 3개의 처리 프로세스, 즉, 베이스밴드 프리코딩 처리, 중간주파수 빔형성 처리, 및 무선주파수 빔형성 처리가 포함된다. 베이스밴드 프리코딩 처리, 중간주파수 빔형성 처리, 및 무선주파수 빔형성 처리 중에, 송신단 프리코딩 행렬(Tr_BB), 송신단 중간주파수 빔형성 행렬(Tr_IF), 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Tr_RF)이 신호에 대해 가중 처리를 수행하기 위해 사용될 필요가 있다. 따라서, 송신단은 우선 수신단으로부터의 피드백 정보에 따라 채널 행렬(H)을 획득하고; 송신단은 Tr_BB, Tr_IF, 및 Tr_RF를 획득하기 위해, 채널 행렬(H) 및 피드백 정보에 따라 발사각 벡터 정보를 추가적으로 계산하고, 제1 사전 설정된 반복 함수를 이용함으로써 채널 행렬 H 및 발사각 벡터 정보를 처리한다.

채널 행렬(H)은 채널 상태 정보이고, 채널을 반영하는 임의의 정보는 채널 상태 정보라고 한다 . 채널 행렬은 MIMO 시스템에 있어서 채널 상태 정보 중 단지 하나의 타입이다. 다른 정보, 예컨대, 채널 프로파일(Channel profile), 다중경로 지연(multipath delay), 도플러 주파수 편이(Doppler frequency shift), MIMO 채널의 랭크(rank), 및 빔형성 벡터 등이 모두 채널 상태 정보이다.

특이값 분해(singular value decomposition, SVD decomposition)가 행렬 분해(decomposition, factorization)의 하나의 유형이다. 행렬은 다수 행렬로 분해되고, 복수의 행렬의 곱과 동일하다. SVD는 또 다른 직교 행렬(orthorgonal matrix) 분해 방법이다. SVD가 가장 신뢰성이 높은 분해 방법이지만, SVD는 QR 분해 방법의 계산 시간보다 거의 10배의 계산시간이 소요된다. [U, S, V] = svd (A)이고, 여기서 U 및 V는 서로 직교하는 2개의 행렬을 나타내고, S는 대각 행렬을 나타낸다. 원래의 행렬 A가 반드시 정사각형 행렬인 것은 아니다. SVD 분해 방법의 사용은 최소자승오차(minimum square error)를 계산하고 데이터 압축을 수행하기 위한 것이다.

최소자승법(least square method)은 수학적 최적화 기술이다. 최소자승법에서, 데이터 최적 함수 매치(optimal function match)가 최소 오차의 2차식의 합을 이용하여 발견된다. 계산을 통해 획득된 이러한 데이터와 실제 데이터 간의 오차가 최소 2차식의 합을 가질 수 있도록, 알려지지 않은 데이터는 최소자승법을 이용하여 쉽게 계산될 수 있다. 최소자승법은 또한 곡선 맞춤(curve fitting)을 위해 사용될 수 있다. 일부 다른 최적화 문제도 에너지를 최소화하거나 엔트로피를 최대화함으로써 최소자승법를 이용하여 또한 표현될 수 있다.

또한, 본 실시예는 송신단이 계산을 통해 송신단 프리코딩 행렬(Tr_BB), 송신단 중간주파수 빔형성 행렬 (Tr_IF), 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Tr_RF)을 획득하는 방법을 제공하고, 이 방법은 실시예 6에서 자세히 설명되며, 따라서 세부사항은 본 명세서에서 다시 설명하지 않는다.

102: 송신단이, 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, 제1 데이터 스트림을 획득하고, Tr_BB에 따라 제1 데이터 스트림에 대해 프리코딩 처리를 수행한다.

제1 데이터 스트림은 송신될 비트스트림이 스크램블되고 레이어 맵핑이 된 후에 생성된다.

구체적으로, 송신단이 제1 데이터 스트림을 획득한다. 여기서, 데이터 스트림은 Ns 정보 스트림을 포함할 수 있고, 송신단은 제1 데이터 스트림에 Tr_BB를 추가적으로 곱하며; 송신단은 그 다음에, 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_BB를 곱한 후에 획득되는 제1 데이터 스트림에 대해 디지털-아날로그 변환 처리를 수행한다. 여기서, 행렬 Tr_BB는 피드백 모듈에 의해 제공된다.

103: 송신단이, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해 Tr_IF에 따라, 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행한다.

구체적으로, 송신단이 제1 아날로그 신호를 생성한 후에, 송신단이 제1 아날로그 신호에 대해 중간주파수단 상향 변환 처리를 수행하고; 송신단이 그 다음에 Tr_IF에 따라 상향 변환 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하며; 송신단이 추가적으로, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행한다. 단계 102와 비교하여, 중간주파수 처리 중에, 안테나 어레이 엘리먼트의 수량이 증가되고, 방향성 무선 전자기파를 생성하기 위해 사용된다. 안테나는 서로 다른 방향으로 어레이 엘리먼트를 포함할 수 있고, 다중-빔 전자기파를 생성할 수 있다. 여기서, 중간주파수 빔형성 행렬(Tr_IF)은 피드백 모듈에 의해 제공된다.

또한, 송신단이 Tr_IF에 따라, 상향 변환 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하는 단계는, Tr_IF에 따라, 송신단이 중간주파수단 상향 변환 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 진폭 가중 을 수행하는 단계; 또는 송신단이 Tr_IF에 따라, 중간주파수단 상향 변환 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 위상 가중을 수행하는 단계; 또는 송신단이 Tr_IF 에 따라, 중간주파수단 상향 변환 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 진폭 및 위상 가중을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

또한 이와 달리, 도 9에 도시된 바와 같이, 송신단이 가중 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행한 후에, 결합된 처리가 결합기(combiner)를 사용함으로써 제1 아날로그 신호에 대해 추가적으로 수행될 수 있다. 도 3과 비교하여, 중간주파수단에서의 출력 안테나 포트의 수량은 무선주파수 링크의 수량에 도 3에서의 각각의 중간의 주파수 채널에 대응하는 안테나의 수량을 곱하여 획득되는 수량이고, 중간주파수단에서의 출력 안테나 포트의 수량은 도 9에서의 무선주파수 링크의 수량과 일치한다.

고주파 무선 통신의 경우, 무선주파수단은 샘플링 레이트에 대한 매우 높은 요구 사항을 가지고 있으며, 하드웨어 장치에 대해 매우 엄격한 요구 사항의 원인이 된다. 3-레벨 결합된 빔 제어를 사용하는 것이 이 방식에서 제안되고, 중간 주파수 제어 모듈의 하나의 레벨이 빔을 제어하기 위해 무선 주파수 모듈 앞에 추가되어, 하드웨어 장치에 대한 요구 사항이 낮아질 수 있으며, 하드웨어 구현에 있어서의 복잡성이 감소되고; 빔 제어의 레벨이 하나 더 존재하고, 따라서 요구되는 이득이 중간주파수단에서 출력 포트의 수량을 조절하여 유연하게 구현될 수 있다.

104. 송신단이, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해 Tr_RF에 따라, 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행한다.

구체적으로, 송신단이 제2 아날로그 신호를 생성한 후에, 송신단이 제2 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 상향 변환 처리를 수행하고; 송신단은 그 다음에 Tr_RF에 따라, 상향 변환 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하며; 송신단은 추가적으로, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행한다. 단계 104 이후에, 송신단은 추가적으로, 안테나 어레이 엘리먼트 의 수량을 요구된 수량으로 증가시키고, 최종적으로 데이터를 송신하기 위해 안테나 어레이를 사용함으로써 안테나를 선택한다.

105: 송신단이 제3 아날로그 신호에 매칭되는 안테나 어레이를 결정하고, 제3 아날로그 신호에 매칭되는 안테나 어레이를 이용함으로써 제3 아날로그 신호를 수신단에 전송한다.

안테나 어레이는 특정 요구 사항에 따라 입력(feeding) 및 공간 배치(space arrangement)를 수행함으로써 형성된다. 단일 안테나의 방향성이 제한되어 있기 때문에, 다양한 경우의 적용을 충족시키기 위해, 입력 및 공간 배치가 안테나 어레이를 형성하기 위한 특정 요구 사항에 따라, 동일한 주파수에서 작동하는 2개 이상의 단일 안테나에 대해 수행된다. 안테나 어레이의 주요 기능은: (1) 방사 전자계의 방향성을 강화하고 높이는 것; (2) 방사 전자계를 강화하는 것이다. 안테나 어레이는 전자파의 중첩(전자기장)으로 간주될 수 있다. 전자파의 몇 개의 열의 경우, 전자파가 동일한 영역에 전파되는 때, 중첩 원리에 따라, 전자파의 벡터 중첩이 일어난다. 중첩 결과가 전자파의 열의 진폭과 관련되어 있을 뿐만 아니라, 입사 영역 내에서 전자파 간의 위상 차이와 관련되어 있다.

구체적으로, 송신단 중간주파수 빔형성 모듈이 제3 아날로그 신호를 생성한 후에, 각각의 무선 주파수(RF) 링크가 복수의 안테나 어레이 엘리먼트를 지니고 있기 때문에, 송신단은, 제3 아날로그 신호를 전자기파의 형태로 수신단에 송신하기 위해, 서로 다른 요구 사항에 따라, 공간적 가중(spatial weighting)을 수행하여 하나의 빔을 형성하기 위해 하나의 RF 링크를 사용할 수 있거나, 또는 제3 아날로그 신호를 전자기파의 형태로 수신단에 송신하기 위해, 공간적 가중을 수행하여 하나의 빔을 형성하기 위해 복수의 RF 링크를 사용할 수 있다. 기존의 위상 어레이 시스템에서, 아날로그 신호를 안테나 어레이 엘리먼트와 매칭하는 기술은 이미 완전히 개시되어 있으며, 따라서 세부사항은 본 명세서에서 다시 설명하지 않는다.

따라서, 송신단은 3개의 처리 프로세스, 즉, 베이스밴드 프리코딩 처리, 중간주파수 빔형성 처리, 및 무선주파수 빔형성 처리가 된 수신된 제1 데이터 스트림을 수신단에 송신하며, 이로써 빔 방향의 정밀도 및 빔 폭이 하드웨어 구현에 있어서 복잡성을 줄이는 것에 기초하여 동시에 제어된다.

본 발명의 본 실시예에서 제공되는 빔형성 기반 통신 방법에 따르면, 하드웨어 구현의 복잡성을 감소시키는 것에 기초하여, 3-레벨 구조를 가진 다중-빔 시스템을 이용함으로써 빔 방향 및 빔 폭이 동시에 제어될 수 있으며, 이로써 빔 제어를 위해 필요한 ADC/DAC의 수량이 감소될 뿐만 아니라, 이득의 조정이 중간주파수 포트와 무선주파수 포트의 수량을 조절함으로써 구현될 수 있다.

( 실시예 5)

본 발명의 본 실시예는 빔형성 기반 통신 방법을 제공한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 빔형성 기반 통신 방법은, 이하를 포함한다:

201: 수신단이 송신단으로부터의 피드백 정보에 따라, 수신단 프리코딩 행렬(Rx_BB), 수신단 중간주파수 빔형성 행렬(Rx_IF), 및 수신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Rx_RF)을 계산을 통해 획득한다.

피드백 정보는 채널 행렬(H), AOA 벡터 정보, 송신단 프리코딩 행렬 (Tr_BB), 송신단 중간주파수 빔형성 행렬(Tr_IF), 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Tr_RF)을 포함한다.

본 발명의 본 실시예에서 제공되는 빔형성 기반 통신 방법에 따르면, 하드웨어 구현의 복잡성을 감소시키는 것에 기초하여, 3-레벨 구조를 가진 다중-빔 시스템을 이용함으로써 빔 방향 및 빔 폭이 동시에 제어될 수 있으며, 이로써 빔 제어를 위해 필요한 ADC/DAC의 수량이 감소될 뿐만 아니라, 이득의 조정이 중간주파수 포트와 무선주파수 포트의 수량을 조절함으로써 구현될 수 있다.

구체적으로, 수신단에서, 3개의 처리 프로세스, 즉, 베이스밴드 프리코딩 처리, 중간주파수 빔형성 처리, 및 무선주파수 빔형성 처리가 포함된다. 베이스밴드 프리코딩 처리 중에, 중간주파수 빔형성 처리, 및 무선주파수 빔형성 처리, 수신단 프리코딩 행렬(Rx_BB), 수신단 중간주파수 빔형성 행렬(Rx_IF), 및 수신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Rx_RF)이 신호에 대해 가중 처리를 수행하기 위해 사용될 필요가 있다. 따라서, 수신단은 먼저 피드백 정보 중 채널 행렬(H), 송신단 프리코딩 행렬 (Tr_BB), 송신단 중간주파수 빔형성 행렬(Tr_IF), 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Tr_RF)을 획득하고; 수신단은 추가적으로, Rx_BB, Rx_IF, and Rx_RF를 획득하기 위해, 피드백 정보 및 채널 행렬(H)에 따라 도래각 벡터 정보를 계산하며, 제2 사전 설정된 반복 함수를 이용함으로써 채널 행렬 H, 도래각 벡터 정보, Tr_BB, Tr_IF, 및 Tr_RF를 처리한다. 구체적으로, Rx_BB, Rx_IF, 및 Rx_RF를 계산하는 방법이 실시예 6에서 자세히 설명되고, 따라서 세부사항은 본 명세서에서 다시 설명하지 않는다.

202: 수신단이, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 제1 아날로그 신호를 획득하고, Rx_RF에 따라 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행한다.

구체적으로, 수신단은 안테나 어레이로부터 제1 아날로그 신호를 획득하고, Rx_RF 에 따라 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 추가적으로 수행하고; 수신단은 그 다음에 가중 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하며; 수신단은 최종적으로, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해 전력 증폭 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 하향 변환 처리를 수행한다.

203: 수신단이 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Rx_IF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행한다.

구체적으로, 제2 아날로그 신호를 생성한 후에, 수신단이 Rx_IF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하고; 수신단은 추가적으로, 가중 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하며; 수신단은 최종적으로, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 중간주파수 하향 변환 처리를 수행한다.

또한, 수신단이 Rx_IF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하는 단계는, 수신단이 Rx_IF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 진폭 가중을 수행하는 단계; 또는 수신단이 Rx_IF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 위상 가중을 수행하는 단계; 또는 수신단이 Rx_IF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 진폭 및 위상 가중을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

204: 수신단이, 제2 데이터 스트림을 생성하기 위해, Rx_BB 에 따라 제3 아날로그 신호에 대해 인코딩 처리를 수행한다.

구체적으로, 제3 아날로그 신호를 생성한 후에, 수신단은 제3 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고; 수신단은 추가적으로, 레이어 디맵핑을 수행하기 위해 사용되는 제2 데이터 스트림을 획득하기 위해 Rx_BB에 따라, 디지털 신호로 변환된 제3 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행한다.

따라서, 수신단은 3개의 처리 프로세스, 즉, 무선주파수 빔형성 처리, 중간주파수 빔형성 처리, 베이스밴드 프리코딩 처리가 되어 수신되는 제1 데이터 스트림을 송신단에 송신하며, 이로써 빔 방향의 정밀도 및 빔 폭이 하드웨어 구현의 복잡성을 감소시키는 것에 기초하여 동시에 제어된다.

본 발명의 본 실시예에서 제공되는 빔형성 기반 통신 방법에 따르면, 수신단이 송신단으로부터의 피드백 정보에 따라 수신단 프리코딩 행렬(Rx_BB), 수신단 중간주파수 빔형성 행렬(Rx_IF), 및 수신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Rx_RF)을 획득한다. 여기서, 피드백 정보는 채널 행렬(H), AOA 벡터 정보, 송신단 프리코딩 행렬 (Tr_BB), 송신단 중간주파수 빔형성 행렬(Tr_IF), 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Tr_RF)을 포함하고; 수신단이, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 제1 아날로그 신호를 획득하고, Rx_RF에 따라 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하며; 수신단이, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Rx_IF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하며; 수신단이, 레이어 디맵핑을 수행하기 위해 사용되는 제2 데이터 스트림을 생성하기 위해, Rx_BB에 따라 제3 아날로그 신호에 대해 인코딩 처리를 수행한다. 해결수단에서, 하드웨어 구현의 복잡성을 감소시키는 것에 기초하여, 3-레벨 구조를 가진 다중-빔 시스템을 이용함으로써 빔 방향 및 빔 폭이 동시에 제어될 수 있으며, 이로써 빔 제어를 위해 필요한 ADC/DAC의 수량이 감소될 뿐만 아니라, 이득의 조정이 중간주파수 포트와 무선주파수 포트의 수량을 조절함으로써 구현될 수 있다.

( 실시예 6)

본 발명의 본 실시예는 빔형성 기반 통신 방법을 제공한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 빔형성 기반 통신 방법은, 이하를 포함한다:

301: 송신단이, 수신단으로부터의 피드백 정보에 따라 송신단 프리코딩 행렬(Tr_BB,), 송신단 중간주파수 빔형성 행렬(Tr_IF), 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Tr_RF)을 계산을 통해 획득한다.

본 발명의 본 실시예에서 제공되는 빔형성 기반 통신 방법에 따르면, 하드웨어 구현의 복잡성을 감소시키는 것에 기초하여, 3-레벨 구조를 가진 다중-빔 시스템을 이용함으로써 빔 방향 및 빔 폭이 동시에 제어될 수 있으며, 이로써 빔 제어를 위해 필요한 ADC/DAC의 수량이 감소될 뿐만 아니라, 이득의 조정이 중간주파수 포트와 무선주파수 포트의 수량을 조절함으로써 구현될 수 있다.

종래 기술에서, 대형 어레이 빔형성 기술을 구현하는 방식은 기본적으로 3가지 타입, 즉, 디지털 프리코딩 기반 빔형성 방식, 아날로그 위상 천이기 기반 빔형성 방식, 및 디지털 및 아날로그 2-레벨 컨트롤러 기반 하이브리드 빔형성 방식으로 분류될 수 있다. 도 6은 디지털 프리코딩 기반 빔형성 방식을 도시하고 있으며, 여기서 빔 방향은 615/625 디지털 프리코딩 행렬의 가중된 값을 조절함으로써 제어되고, 방식은 빔형성을 제어하기 위해 사용된다. 하지만, 디지털 빔형성 방식이 빔을 제어하기 위해 사용되는 경우, 사이드 로브 레벨에 있어서의 감소를 야기하고, 메인 로브 빔이 넓어지며, 이득이 감소되고; 게다가, 이 방식에서, 무선주파수 링크 상에 매우 많은 수량의 ADC/DAC 장치가 필요하고, 이는 높은 비용을 초래하며; 따라서, 디지털 빔형성 방식은 비교적 낮은 실행 가능성을 가진다. 도 7은 아날로그 위상 천이기 기반 빔형성 방식을 도시하고 있으며, 여기서 빔 방향이 위상 천이기의 방향각을 변경함으로써 제어된다. 위상 천이기의 가중된 값의 생성은 디지털단에서 처리될 수 있다. 디지털 프리코딩 기반 빔형성 방식과 비교하여, 이 방식에서, 필요한 DAC/ADC의 수량이 감소될 수 있지만, 위상 천이기의 가중된 값이 수동으로만 조절될 수 있어, 빔 제어의 유연성이 감소되는 것을 야기한다. 도 8a 및 도 8b는 디지털 및 아날로그 2-레벨 컨트롤러 기반 하이브리드 빔형성 방식을 도시하고 있다. 도 8a는 디지털 및 아날로그 하이브리드 빔형성 방식의 송신단의 개략적인 구조도이다. 도 8b는 디지털 및 아날로그 하이브리드 빔형성 방식의 수신단의 개략적인 구조도이다. 이 방식에서, 디지털 프리코딩 행렬 및 아날로그 빔형성 행렬이 빔 제어를 구현하기 위해 피드백 정보를 이용하여 수행된 추정에 의해 획득된다. 이 방식은 하드웨어 구현의 복잡성과 방식 성능 간의 절충안을 구현한다. 하지만, 사용될 ADC/DAC의 수량 뿐만 아니라 빔 방향 및 빔 폭의 정밀도의 제어와 같은 측면에 있어서, 이 방식은 여전히 개선될 필요가 있다. 따라서, 본 발명의 본 실시예는 빔형성 기반 통신 방법을 제공하고, 무선주파수 링크 상에서 필요한 ADC/DAC의 수량이 복수의 레벨을 결합하여 빔을 제어함으로써 감소될 수 있으며, 이로써 대규모 안테나 어레이가 구현되면서 방향에 있어서의 오차의 낮은 정밀도 및 하드웨어 구현에 있어서의 낮은 복잡성이 보장된다. 또한, 빔 제어의 레벨의 수가 실제 사용자의 요구 사항에 따라 적응하여 선택될 수 있으며, 따라서 자원 할당을 최적화하거나 또는 통신 품질을 향상시키는 목적을 달성한다.

고주파 무선 통신의 경우, 무선주파수단은 샘플링 레이트에 대한 매우 높은 요구 사항을 가지고 있으며, 하드웨어 장치에 대해 매우 엄격한 요구 사항의 원인이 된다. 3-레벨 결합된 빔 제어를 사용하는 것이 이 방식에서 제안되고, 중간 주파수 제어 모듈의 하나의 레벨이 빔을 제어하기 위해 무선 주파수 모듈 앞에 추가되어, 하드웨어 장치에 대한 요구 사항이 낮아질 수 있고, 하드웨어 구현에 있어서의 복잡성이 감소되며; 빔 제어의 레벨이 하나 더 존재하므로, 중간주파수단에서 출력 포트의 수량을 조절함으로써, 요구되는 이득이 유연하게 구현될 수 있다.

구체적으로, 송신단에서, 3개의 처리 프로세스, 즉, 베이스밴드 프리코딩 처리, 중간주파수 빔형성 처리, 및 무선주파수 빔형성 처리가 포함된다. 베이스밴드 프리코딩 처리 중에, 중간주파수 빔형성 처리, 및 무선주파수 빔형성 처리, 송신단 프리코딩 행렬 (Tr_BB), 송신단 중간주파수 빔형성 행렬(Tr_IF), 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Tr_RF)이 신호에 대해 가중 처리를 수행하기 위해 사용될 필요가 있다. 따라서, 송신단이 수신단으로부터의 피드백 정보에 따라 먼저 채널 행렬(H)을 획득하고; 송신단은 추가적으로, Tr_BB, Tr_IF, 및 Tr_RF 를 획득하기 위해, 채널 행렬 H 및 피드백 정보에 따라 발사각 벡터 정보를 계산하고, 제1 사전 설정된 반복 함수를 이용함으로써 채널 행렬(H) 및 발사각 벡터 정보를 처리한다.

예시적으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 본 실시예는 다중-레벨 구조의 빔형성 행렬을 구성하는 방법을 제공한다.

401: 송신단이 수신단으로부터의 피드백 정보에 따라 채널 행렬(H)을 획득한다.

구체적으로, 주파수 분할 동시 송수신(Frequency Division Duplexing, FDD) 시스템 내의 송신단의 피드백 모듈은, 피드백 채널에 따라 채널 행렬(H)을 획득할 수 있고; 시간 분할 동시 송수신(Time Division Duplexing, TDD) 시스템 내 송신단의 피드백 모듈은, 채널 상호성에 기초하여 채널 행렬(H)를 상향 링크 SRS 추정을 통해 획득할 수 있다.

TDD는 하향 링크 동작에 있어서 프레임 기간 내에서 시간으로 무선 채널을 식별하고 상향 링크 동작에 지속되는 기술 이고, 또한 모바일 통신에서 사용되는 듀플렉스 기술 중 하나이며, FDD에 대응한다.

402: 송신단이, 발사각 어레이 벡터 세트(At)를 획득하기 위해, 피드백 정보에 대해 발사각(Angle-of-departure) 추정을 수행한다.

발사각 추정은 신호의 발사각에 기반한 포지셔닝 알고리즘(positioning algorithm)이고, 전형적인 범위 기반 포지셔닝 알고리즘(ranging-based positioning algorithm)이다. 송신 노드의 신호의 발사각이 일부 하드웨어 장치를 사용하여 감지되고, 송신 노드와 앵커 노드의 상대적 위치 또는 각도가 계산되며, 삼각측량 방법 또는 다른 방식이 그 다음에 알려지지 않은 노드의 위치를 계산하기 위해 사용된다.

403: 송신단이, 초기값(Tr_opt)를 생성하기 위해, 채널 행렬(H)에 대해 SVD 분해를 수행한다.

특이값 분해(singular value decomposition, SVD)가 하나의 타입의 행렬 분해(분해, 인수 분해)이다. 행렬은 다수 행렬로 분해되고, 복수의 행렬의 곱과 동일하다. SVD는 또 다른 직교 행렬 분해 방법이다. SVD가 가장 신뢰성이 높은 분해 방법이지만, SVD는 QR 분해 방법의 계산 시간보다 거의 10배의 계산시간이 소요된다. [U, S, V] = svd (A)이고, 여기서 U 및 V는 서로 직교하는 2개의 행렬을 나타내고, S는 대각 행렬을 나타낸다. 원래의 행렬이 반드시 정사각형 행렬인 것은 아니다 . SVD 분해 방법의 사용은 최소 자승 에러을 계산하고 데이터 압축을 수행하기 위한 것이다.

404: 송신단이 제1 사전 설정된 반복 함수를 이용함으로써 Tr_opt를 갱신한다.

구체적으로, 무선주파수(Radio Frequency, RF) 및 중간주파수(Intermediate Frequency, IF) 세트는 주기적 반복을 통한 추정이다.

먼저, 비용 함수

이 구성되고, 비용 함수

가

로부터 적합한 벡터를 선택하여 RF 및 IF 세트

를 형성하기 위해 사용된다.

최소자승법이 추가적으로, TX 베이스밴드 프리코딩 행렬(Tr_BB)을 추정하기 위해 사용된다. 여기서,

이다. 최소자승법은 수학적 최적화 기술이다. 최소자승법에서, 데이터 최적 함수 매칭이 최소 오차의 2차식의 합을 이용하여 발견된다. 계산을 통해 획득된 이러한 데이터와 실제 데이터 간의 오차가 최소 2차식의 합을 가질 수 있도록, 알려지지 않은 데이터는 최소자승법을 이용하여 쉽게 계산될 수 있다. 최소자승법은 또한 곡선 맞춤에 사용될 수 있다. 일부 다른 최적화 문제도 에너지를 최소화하거나 엔트로피를 최대화함으로써 최소자승법를 이용하여 또한 표현될 수 있다.

또한, Tr_opt의 해(solution)가 갱신되고, 지시 변수 ii가

보다 큰지 여부가 결정된다. 지시 변수 ii가

보다 크지 않으면, 요구 사항이 충족될 때까지 반복 추정을 지속하기 위해 단계 402로 되돌아간다. 여기서,

이다.

405: 송신단은 Tr_BB를 고정하고,

에 대해 SVD 분해를 수행하며, 우측 특이 행렬을 Tr_IF로 선택하고, 좌측 특이 행렬을 Tr_RF로 선택한다.

Tr_BB가 고정되고, 분해가 Tr_IF 및 Tr_RF를 개별적으로 획득하기 위해

에 대해 수행된다. 이 방식에서, SVD 분해가

에 대해 수행될 수 있고, 우측 특이 행렬이 Tr_IF로서 선택되며, 좌측 특이 행렬이 Tr_RF로서 선택된다.

406: 송신단이 Tr_BB, Tr_IF, 및 Tr_RF를 획득하기 위해 정규화 처리를 수행한다.

따라서, 송신단이 수신단에 의해 송신된 피드백 정보에 따라 송신단 프리코딩 행렬 (Tr_BB), 송신단 중간주파수 빔형성 행렬(Tr_IF), 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Tr_RF)을 획득한다.

302: 수신단이, 송신단으로부터의 피드백 정보에 따라 수신단 프리코딩 행렬(Rx_BB), 수신단 중간주파수 빔형성 행렬(Rx_IF), 및 수신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Rx_RF)을 계산을 통해 획득한다.

구체적으로, 수신단에서, 3개의 처리 프로세스, 즉, 베이스밴드 프리코딩 처리, 중간주파수 빔형성 처리, 및 무선주파수 빔형성 처리가 포함된다. 베이스밴드 프리코딩 처리 중에, 중간주파수 빔형성 처리, 및 무선주파수 빔형성 처리, 수신단 프리코딩 행렬(Rx_BB), 수신단 중간주파수 빔형성 행렬(Rx_IF), 및 수신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Rx_RF)이 신호에 대해 가중 처리를 수행하기 위해 사용될 필요가 있다. 따라서, 수신단은 피드백 정보 중 채널 행렬(H), 송신단 프리코딩 행렬 (Tr_BB), 송신단 중간주파수 빔형성 행렬(Tr_IF), 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Tr_RF)을 먼저 획득하고; 수신단은 추가적으로, Rx_BB, Rx_IF, and Rx_RF 를 획득하기 위해, 피드백 정보 및 채널 행렬(H)에 따라 도래각 벡터 정보를 계산하며, 제2 사전 설정된 반복 함수를 이용함으로써 채널 행렬(H), 도래각 벡터 정보, Tr_BB, Tr_IF, 및 Tr_RF를 처리한다.

예시적으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 본 실시예는 다중-레벨 구조의 빔형성 행렬을 구성하는 방법을 제공한다.

501: 수신단이, 피드백 정보에 따라 채널 행렬(H), 송신단 프리코딩 행렬(Tr_BB), 송신단 중간주파수 빔형성 행렬(Tr_IF), 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Tr_RF)을 획득한다.

502: 수신단이, 발사각 어레이 벡터 세트(Ar)를 획득하기 위해, 피드백 정보에 대해 도래각(Angle-of-Arrival) 추정을 수행한다.

AOA 추정은 신호의 도착 각도에 기반한 포지셔닝 알고리즘이고, 전형적인 범위 기반 포지셔닝 알고리즘이다. 송신 노드의 신호의 도착 각도가 일부 하드웨어 장치를 사용하여 감지되고, 수신 노드와 앵커 노드의 상대적 위치 또는 각도가 계산되고, 삼각측량 방법 또는 다른 방식이 그 다음에 알려지지 않은 노드의 위치를 계산하기 위해 사용된다. 신호의 도래각에 기반한 포지셔닝 알고리즘은 흔한 무선 센서 네트워크 노드의 셀프 포시셔닝 알고리즘이고, 이 알고리즘은 낮은 통신 오버헤드 및 비교적 높은 포지셔닝 정밀도를 가진다.

503: 수신단이 Tr_BB, Tr_IF, 및 Tr_RF을 고정시키고, 초기화를 수행하며, 최적 행렬 세트

가 수신단의 H*Rx_BB*Rx_IF*Rx_RF라고 계산한다.

또한, 초기화가 수행되기 전에, 채널을 통과한 신호

가 더 획득될 수 있다. 여기서, H는 채널 행렬을 나타내고,

는 입력된 단일 스트림 신호 또는 멀티 스트림 신호를 나타내며,

는 가우시안 화이트 노이즈를 나타낸다.

504: 수신단이 제2 사전 설정된 반복 함수 공식을 이용함으로써

를 갱신한다.

구체적으로, 수신단은 먼저 "도래각 벡터 세트 Ar"로부터 적합한 벡터를 선택하기 위해 함수 kr=fr(x)를 먼저 구성한다.

먼저, 비용 함수

가 구성되고, 비용 함수

가

로부터 적합한 벡터를 선택하기 위해 사용되어 RF 및 IF 세트

를 형성한다.

또한, 수신단이

을 이용하고 MMSE 기준에 기초하여 베이스밴드 프리코딩 행렬

을 추정한다.

최소 평균제곱오차(Minimum Mean Square Error, MMSE)가 최소 평균제곱오차의 의미에서 최적 스펙트럼 추정을 획득하기 위해 가중된 값 계수를 최적화하는 데 사용된다.

또한, 수신단이

를 갱신한다.

구체적으로, 수신단이

를 갱신하고, 지시 변수 kk가

보다 큰지 여부를 판정한다 지시 변수 kk가

보다 크지 않으면, 요구 사항이 충족될 때까지 반복 추정을 지속하기 위해 단계 503으로 되돌아간다.

505: 수신단이 Rx_BB를 고정하고,

에 대해 SVD 분해를 수행하며, 우측 특이 행렬을

_IF로 선택하고, 좌측 특이 행렬을 Rx_RF로 선택한다.

구체적으로,

_BB가 고정되고, 분해가

_IF 및

_RF를 개별적으로 획득하기 위해

에 대해 수행된다. 이 방식에서, SVD 분해가

에 대해 수행될 수 있고, 우측 특이 행렬이

_IF로 선택되고, 좌측 특이 행렬이

_RF로 선택된다.

506: 수신단은 수신단 프리코딩 행렬(Rx_BB), 수신단 중간주파수 빔형성 행렬(Rx_IF), 및 수신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Rx_RF)를 획득하기 위해 정규화 처리를 수행한다.

유의해야 할 것은, 본 발명의 본 실시예에서,

는 공액 행렬(conjugate transpose)을 나타내고,

은 유니타리 불변 기준(unitarily invariant norm)을 나타낸다는 것이다.

따라서, 수신단은 송신단에 의해 송신된 피드백 정보에 따라, 수신단 프리코딩 행렬(Rx_BB), 수신단 중간주파수 빔형성 행렬(Rx_IF), 및 수신단 무선주파수단 빔형성 행렬(Rx_RF)을 획득한다.

303: 송신단이, 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, 제1 데이터 스트림을 획득하고, Tr_BB에 따라 제1 데이터 스트림에 대해 프리코딩 처리를 수행한다.

본 발명의 본 실시예에서, 송신단은 송신단 프리코딩 유닛, 송신단 중간주파수 빔형성 유닛, 송신단 무선주파수 빔형성 유닛, 및 송신단 피드백 유닛을 포함한다.

구체적으로, 송신단 프리코딩 유닛은 제1 데이터 스트림을 획득한다. 여기서, 데이터 스트림은 Ns개의 정보 스트림을 포함할 수 있고, 송신단 프리코딩 유닛은 추가적으로, 제1 데이터 스트림에 Tr_BB를 곱하며; 송신단 프리코딩 유닛은, 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, 그 다음에 Tr_BB를 곱한 후에 획득되는 제1 데이터 스트림에 대해 디지털-아날로그 변환 처리를 수행한다.

바람직하게는, 송신단 프리코딩 유닛은 제1 송수신기, 제1 프로세서, 및 제1 DAC 컨버터를 포함한다. 여기서, 제1 송수신기는 제1 데이터 스트림을 수신하고 제1 데이터 스트림을 프로세서에 송신하도록 구성되고; 제1 프로세서는 제1 데이터 스트림에 Tr_BB를 곱하도록 구성되며; DAC 컨버터는, 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_BB를 곱한 후에 획득되는 제1 데이터 스트림에 대해 디지털-아날로그 변환 처리를 수행한다.

304: 송신단이, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_IF에 따라 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행한다.

구체적으로, 송신단 프리코딩 유닛이 제1 아날로그 신호를 생성한 후에, 송신단 중간주파수 빔형성 유닛은 제1 아날로그 신호에 대해 중간주파수단 상향 변환 처리를 수행하고; 송신단 중간주파수 빔형성 유닛은 그 다음에 Tr_IF에 따라 상향 변환 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하며; 송신단 중간주파수 빔형성 유닛은 추가적으로, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행한다.

바람직하게는, 송신단 중간주파수 빔형성 유닛은 직렬로 연결된 제1 주파수 혼합기, 제1 위상 천이기, 및 제1 전력 증폭기의 적어도 하나의 그룹을 포함한다. 여기서, 제1 주파수 혼합기는 제1 아날로그 신호에 대한 상향 변환 처리를 송신단을 통해 수행하도록 구성되고; 제1 위상 천이기는 Tr_IF에 따라, 상향 변환 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성되며; 제1 전력 증폭기는, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성된다.

또한, 송신단이 Tr_IF에 따라, 상향 변환 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하는 단계는, 송신단이 Tr_IF 에 따라, 상향 변환 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 진폭 가중을 수행하는 단계; 또는 송신단이 Tr_IF에 따라, 상향 변환 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 위상 가중을 수행하는 단계; 또는 송신단이 Tr_IF에 따라, 상향 변환 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 진폭 가중 및 위상 가중을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

305: 송신단이, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_RF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행한다.

구체적으로, 송신단 중간주파수 빔형성 유닛이 제2 아날로그 신호를 생성한 후에, 송신단 무선주파수 빔형성 유닛은 제2 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 상향 변환 처리를 수행하고; 송신단 무선주파수 빔형성 유닛은 Tr_RF에 따라, 그 다음에 상향 변환 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하며; 송신단 무선주파수 빔형성 유닛은, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 추가적으로 수행한다.

바람직하게는, 송신단 무선주파수 빔형성 유닛은 직렬로 연결된 제2 주파수 혼합기, 제2 위상 천이기, 및 제2 전력 증폭기의 적어도 하나 그룹을 포함한다. 여기서, 제2 주파수 혼합기는 제2 아날로그 신호에 대한 상향 변환 처리를 수행하도록 구성되고; 제2 위상 천이기는 Tr_RF에 따라, 상향 변환 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성되며; 제2 전력 증폭기는, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성된다.

306: 송신단이 제3 아날로그 신호에 매칭되는 안테나 어레이를 결정하고, 제3 아날로그 신호에 매칭되는 안테나 어레이를 이용함으로써 제3 아날로그 신호를 수신단에 전송한다.

따라서, 송신단이 3개의 처리 프로세스, 즉, 베이스밴드 프리코딩 처리, 중간주파수 빔형성 처리, 및 무선주파수 빔형성 처리가 되어 수신되는 제1 데이터 스트림을 수신단에 송신하며, 이로써 빔 방향의 정밀도 및 빔 폭이 하드웨어 구현의 복잡성을 감소시키는 것에 기초하여 동시에 제어된다.

307: 수신단이, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 제1 아날로그 신호를 획득하고, Rx_RF에 따라 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행한다.

본 발명의 본 실시예에서, 수신단은 수신단 피드백 유닛, 수신단 무선주파수 빔형성 유닛, 수신단 중간주파수 빔형성 유닛, 및 수신단 프리코딩 유닛을 포함한다.

구체적으로, 수신단 무선주파수 빔형성 유닛은 안테나 어레이로부터 제1 아날로그 신호를 획득하고, Rx_RF에 따라 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 추가적으로 수행하며; 수신단 무선주파수 빔형성 유닛은 그 다음에 가중 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하고; 수신단 무선주파수 빔형성 유닛은, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 하향 변환 처리를 최종적으로 수행한다.

바람직하게는, 수신단 무선주파수 빔형성 유닛은 직렬로 연결된 제3 위상 천이기, 제3 전력 증폭기, 및 제3 주파수 혼합기의 적어도 하나의 그룹을 포함한다. 여기서, 제3 위상 천이기는 Rx_RF에 따라 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성되고; 제3 전력 증폭기는 가중 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성되며; 제3 주파수 혼합기는, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 제1 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 하향 변환 처리를 수행하도록 구성된다.

308: 수신단이, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Rx_IF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행한다.

구체적으로, 수신단 무선주파수 빔형성 유닛이 제2 아날로그 신호를 생성한 후에, 수신단 중간주파수 빔형성 유닛이 Rx_IF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하고; 수신단 중간주파수 빔형성 유닛은 가중 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 추가적으로 수행하며; 수신단 중간주파수 빔형성 유닛은 최종적으로, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 중간주파수단 하향 변환 처리를 수행한다.

또한, 수신단이 Rx_IF에 따라, 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 중간주파수 빔형성 유닛을 통해 수행하는 단계는, 수신단이 Rx_IF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 진폭 가중을 수행하는 단계; 또는 수신단이 Rx_IF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 위상 가중을 수행하는 단계; 또는 수신단이 Rx_IF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 진폭 및 위상 가중을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 수신단 중간주파수 빔형성 유닛은 직렬로 연결된 제4 위상 천이기, 제4 전력 증폭기, 및 제4 주파수 혼합기의 적어도 하나의 그룹을 포함한다. 여기서, 제4 위상 천이기는 Rx_IF에 따라 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성되고; 제4 전력 증폭기는 가중 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성되며; 제4 주파수 혼합기는, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 제2 아날로그 신호에 대해 하향 변환 처리를 수행하도록 구성된다.

309: 수신단이, 제2 데이터 스트림을 생성하기 위해, Rx_BB에 따라 제3 아날로그 신호에 대해 인코딩 처리를 수행한다.

구체적으로, 수신단 중간주파수 빔형성 유닛이 제3 아날로그 신호를 생성한 후에, 수신단 프리코딩 유닛은 제3 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고; 수신단 프리코딩 유닛은, 레이어 디맵핑을 수행하기 위해 사용되는 제2 데이터 스트림을 획득하기 위해 Rx_BB에 따라, 디지털 신호로 변환된 제3 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 추가적으로 수행한다.

바람직하게는, 수신단 프리코딩 유닛은 제2 DAC 컨버터 및 제3 프로세서를 포함한다. 여기서, 제2 DAC 컨버터는 제3 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성되고, 제3 프로세서는, 제2 데이터 스트림을 획득하기 위해 Rx_BB에 따라, 디지털 신호로 변환된 제3 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성된다.

따라서, 수신단은 3개의 처리 프로세스, 즉, 중간주파수 빔형성 처리, 무선주파수 빔형성 처리, 및 베이스밴드 프리코딩 처리가 되어 수신되는 제1 데이터 스트림을 송신단에 송신한다. 종래 기술와 비교하여, 이 해결수단은 복수의 양태에서 유리한 효과를 가져올 수 있다: 먼저, 3-레벨 구조를 이용하는 빔 제어에 필요한 ADC/DAC의 수량이 감소된다. 빔 제어가 2가지 경우로 구현된다고 추정된다. 경우 1에서 3-레벨 빔 제어가 사용되고, 경우 2에서 2-레벨 빔 제어가 사용된다. 2가지 경우에 대응하는 무선주파수 빔형성 행렬이 동일한 차원수를 가진다고 추정된다. 경우 1에서, 비교적 작은 프리코딩 행렬이 베이스밴드 부분에서 사용되고, 가중 처리가 중간주파수 부분에서의 신호에 대해 수행되어, 어레이의 차원수가 더 증가될 수 있다. 경우 2에서, 베이스밴드 프리코딩 행렬이 처리를 위해 직접 사용된다. 비교로부터 알려진 바와 같이, 경우 1에서 필요한 ADC/DAC의 수량은 경우 2에서 필요한 ADC/DAC의 수량보다 작다. 둘째, 각각의 채널에 대해, 요구되는 이득이 복잡성 요구 사항에 따라 편리하게 조절될 수 있다. 전술한 방법으부터 알 수 있는 바와 같이, 각각의 데이터 스트림에 대해, 이득의 조정이 IF 처리 및 RF 프로세싱을 통해 유연하게 구현될 수 있고, 여기서 IF 출력 포트의 수량을 조절함으로써 구현될 수 있다. 셋째, 빔 방향에서의 오차가 더 작고; 또한, 3-레벨 빔 제어가 사용되는 경우, 2-레벨 빔 제어와의 차이는 빔 제어의 레벨이 하나 더 중간주파수단에 추가되고, (1) 진폭 가중과 위상 가중; (2) 진폭 가중; 및 (3) 위상 가중 중 하나가 가중 방식을 위해 선택될 수 있다. 비교로부터 알려진 바와 같이, 3-레벨 빔 제어 시스템은 더 정확한 빔 방향을 획득하고 더 작은 오차를 가진다. 넷째, 본 해결수단에서, 레벨의 수가 실제 사용자의 요구 사항에 따라 선택될 수 있고; 각각의 레벨의 스위치가 실제 사용자의 요구 사항에 따라 제어되고, 레벨 1/레벨 2/레벨 3가 빔 방향을 제어하기 위해 개별적으로 선택될 수 있다.

본 발명의 본 실시예에서 제공되는 빔형성 기반 통신 방법에 따르면, 하드웨어 구현의 복잡성을 감소시키는 것에 기초하여, 3-레벨 구조를 가진 다중-빔 시스템을 이용함으로써 빔 방향 및 빔 폭이 동시에 제어될 수 있으며, 이로써 빔 제어를 위해 필요한 ADC/DAC의 수량이 감소될 뿐만 아니라, 이득의 조정이 중간주파수 포트와 무선주파수 포트의 수량을 조절함으로써 구현될 수 있다.

당업자는 편리하고 간단하게 설명하기 위해 전술한 기능 모듈의 구분이 예시를 위한 예로서 간주된다는 것을 분명하게 이해할 수 있을 것이다. 실제 적용에 있어서, 전술한 기능은 요구 사항에 따라 서로 다른 기능 모듈로 할당되고 구현될 수 있다. 즉, 장치의 내부 구조가 상술한 기능의 전부 또는 일부를 구현하기 위해 서로 다른 기능 모듈로 분할된다. 전술한 시스템의 경우, 장치, 및 유닛의 상세한 작동 프로세스는 전술한 방법 실시예에서의 대응 프로세스를 참조할 수 있고, 세부사항은 본 명세서에서 다시 설명하지 않는다

본 출원에서 제공되는 몇몇 실시예에서, 공개된 시스템, 장치, 및 방법은 다른 방식으로 구현될 수 있다고 이해되어야 한다. 예를 들어, 설명된 장치 실시예는 단지 예시적인 것일 뿐이다. 예를 들어, 모듈 또는 유닛 구분은 단지 논리적인 기능 구분일 뿐이고, 실제 구현에 있어서 다른 구분이 있을 수 있다. 예를 들어, 복수의 유닛 또는 콤포넌트는 다른 시스템으로 결합되거나 통합될 수 있고, 또는 몇 가지 특징은 생략되거나 수행되지 않을 수도 있다. 또한, 표시되거나 서술되는 상호 커플링 또는 직접 커플링 또는 통신 연결은 몇몇 인터페이스를 통해서 구현될 수 있다. 장치들 또는 유닛들 간의 간접 연결 또는 통신 연결은 전자적 형태, 기계적 형태, 또는 다른 형태로 구현될 수도 있다.

별도의 부분으로 설명된 유닛은 물리적으로 분리될 수 있거나 또는 분리되지 않을 수도 있고, 유닛으로서 표시되는 부분은 물리적 유닛일 수도 아닐 수도 있으며, 하나의 위치에 놓일 수도 있거나, 또는 복수의 네트워크 유닛 상에 분산될 수도 있다. 유닛들 중 일부 또는 전부는 실시예의 해결책의 목적을 달성하기 위한 실제의 필요에 따라 선택될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예의 기능 유닛은 하나의 처리 유닛으로 통합될 수 있거나, 또는 각각의 유닛이 물리적으로 단독으로 존재할 수도 있거나, 또는 2개 이상의 유닛이 하나의 유닛으로 통합될 수 있다. 통합된 유닛은 하드웨어의 형태로 구현될 수 있고, 또는 소프트웨어 기능 유닛의 형태로 구현될 수도 있다.

통합된 유닛이 소프트웨어 기능 유닛의 형태로 구현되고 독립된 상품으로서 판매되거나 사용되는 경우, 통합된 유닛은 컴퓨터로 판독가능한 저장 매체에 저장될 수 있다. 이러한 이해를 기반으로, 본질적으로 본 발명의 기술적 해결방안, 또는 종래 기술에 기여하는 부분, 또는 기술적 해결 방안의 전부 또는 일부는 소프트웨어 제품의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 제품은 저장 매체 내에 소프트웨어 제품은 저장 매체 내에 저장되고, 컴퓨터 장치(개인용 컴퓨터, 서버, 또는 네트워크 장치일 수 있음) 또는 프로세서에게 본 발명의 실시예에서 설명된 방법의 단계 중 전부 또는 일부를 수행하도록 지시하는 몇몇 명령을 포함한다. 전술한 저장 매체는 프로그램 코드를 저장할 수 있는 임의의 저장 매체, 예컨대, USB 플래쉬 드라이브, 착탈식 하드디스크, 롬(Read-Only Memory, ROM), 램(Random Access Memory, RAM), 자기 디스크, 또는 광 디스크를 포함한다.

전술한 설명은 단지 본 발명의 특정한 구현 방식일 뿐이며, 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 당업자가 본 발명에서 개시된 기술적인 보호범위 내에서 즉시 파악할 수 있는 임의의 변형 또는 대체는 본 발명의 보호 범위에 속할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 특허 청구 범위의 보호 범위에 따른다.

Claims (28)

1. 송신단(transmit-end)으로서,
   송신단은 송신단 프리코딩 모듈(precoding module), 송신단 중간주파수 빔형성 모듈(intermediate-frequency beamforming module), 송신단 무선주파수 빔형성 모듈(radio-frequency beamforming module), 안테나 어레이 모듈(antenna array module), 및 송신단 피드백 모듈을 포함하고,
   상기 송신단 피드백 모듈은, 수신단(receive end)으로부터의 피드백 정보에 따라 송신단 프리코딩 행렬 Tr_BB, 송신단 중간주파수 빔형성 행렬 Tr_IF, 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬 Tr_RF(transmit-end radio-frequency-end beamforming matrix)를 획득하도록 구성되며, 여기서 상기 피드백 정보는 채널 행렬 H 및 도래각(angle of departure, AOD) 벡터 정보를 포함하고;
   상기 송신단 프리코딩 모듈은, 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, 제1 데이터 스트림을 획득하고, Tr_BB에 따라 상기 제1 데이터 스트림에 대해 프리코딩 처리를 수행하도록 구성되고, 상기 제1 데이터 스트림은 송신될 비트스트림이 스크램블되고 레이어 맵핑(layer mapping)이 된 후에 생성되고;
   상기 송신단 중간주파수 빔형성 모듈은, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_IF에 따라 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리(가중 and power amplification processing)를 수행하도록 구성되며;
   상기 송신단 무선주파수 빔형성 모듈은, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_RF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성되고;
   상기 안테나 어레이 모듈은, 상기 제3 아날로그 신호에 매칭되는 안테나 어레이를 결정하고 상기 제3 아날로그 신호에 매칭되는 안테나 어레이를 이용하여 상기 제3 아날로그 신호를 상기 수신단에 송신하도록 구성되는, 송신단.
2. 제1항에 있어서,
   상기 송신단 프리코딩 모듈은 구체적으로,
   프리코딩 신호를 획득하기 위해, Tr_BB에 따라 상기 제1 데이터 스트림에 대해 프리코딩을 수행하고,
   상기 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, 상기 프리코딩 신호에 대해 디지털-아날로그 변환 처리를 수행하도록 구성되는, 송신단.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 송신단 중간주파수 빔형성 모듈은 구체적으로,
   상기 제1 아날로그 신호에 대해 중간주파수단 상향 변환 처리(up-conversion processing)를 수행하고,
   Tr_IF에 따라, 상향 변환 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하며,
   상기 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성되는, 송신단.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 송신단 무선주파수 빔형성 모듈은 구체적으로,
   상기 제2 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 상향 변환 처리를 수행하고,
   Tr_RF에 따라, 무선주파수단 상향 변환 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하며,
   상기 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성되는, 송신단.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 송신단 중간주파수 빔형성 모듈은 구체적으로,
   Tr_IF에 따라, 상향 변환 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성되고, 여기서 상기 가중 처리의 방식은 진폭 가중(amplitude weighting)과 위상 가중(phase weighting), 진폭 가중, 및 위상 가중 중 어느 하나의 방식인, 송신단.
6. 수신단으로서,
   수신단은 수신단 프리코딩 모듈, 수신단 중간주파수 빔형성 모듈, 수신단 무선주파수 빔형성 모듈, 및 수신단 피드백 모듈을 포함하고,
   상기 수신단 피드백 모듈은, 송신단으로부터의 피드백 정보에 따라 수신단 프리코딩 행렬 Rx_BB, 수신단 중간주파수 빔형성 행렬 Rx_IF, 및 수신단 무선주파수단 빔형성 행렬 Rx_RF를 획득하도록 구성되며, 여기서 상기 피드백 정보는 채널 행렬 H, 도래각(angle-of-arrival, AOA) 벡터 정보, 송신단 프리코딩 행렬 Tr_BB, 송신단 중간주파수 빔형성 행렬 Tr_IF, 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬 Tr_RF을 포함하고;
   상기 수신단 무선주파수 빔형성 모듈은, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 제1 아날로그 신호를 획득하고 Rx_RF에 따라 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성되고;
   상기 수신단 중간주파수 빔형성 모듈은, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Rx_IF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하도록 구성되며;
   상기 수신단 프리코딩 모듈은, 제2 데이터 스트림을 생성하기 위해, Rx_BB에 따라 상기 제3 아날로그 신호에 대해 인코딩 처리를 수행하도록 구성되고, 상기 제2 데이터 스트림은 레이어 디맵핑(layer demapping)을 수행하기 위해 사용되는, 수신단.
7. 제6항에 있어서,
   상기 수신단 무선주파수 빔형성 모듈은 구체적으로,
   Rx_RF에 따라 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하고,
   가중 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하며,
   상기 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 하향 변환 처리(down-conversion processing)를 수행하도록 구성되는, 수신단.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 수신단 중간주파수 빔형성 모듈은 구체적으로,
   Rx_IF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하고,
   가중 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하며,
   상기 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 중간주파수단 하향 변환 처리를 수행하는, 수신단.
9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 수신단 프리코딩 모듈은 구체적으로,
   상기 제3 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고,
   상기 제2 데이터 스트림을 획득하기 위해, Rx_BB에 따라 상기 디지털 신호로 변환된 상기 제3 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성되는, 수신단.
10. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 수신단 중간주파수 빔형성 모듈은 구체적으로, Rx_IF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하도록 구성되고, 여기서 상기 가중 처리의 방식은 진폭 가중과 위상 가중, 진폭 가중, 및 위상 가중 중 어느 하나의 방식인, 수신단.
11. 빔형성 기반 통신 방법(beamforming based communications method)으로서,
    송신단이 수신단으로부터의 피드백 정보에 따라, 송신단 프리코딩 행렬 Tr_BB, 송신단 중간주파수 빔형성 행렬 Tr_IF, 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬 Tr_RF를 획득하는 단계 - 상기 피드백 정보는 채널 행렬 H 및 발사각(angle-of-departure, AOD) 벡터 정보를 포함함 -;
    상기 송신단이, 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, 제1 데이터 스트림을 획득하고 Tr_BB에 따라 상기 제1 데이터 스트림에 대해 프리코딩 처리를 수행하는 단계 - 상기 제1 데이터 스트림은 송신될 비트스트림이 스크램블되고 레이어 맵핑이 된 후에 생성됨 -;
    상기 송신단이, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_IF에 따라 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계;
    상기 송신단이, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_RF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계; 및
    상기 송신단이, 상기 제3 아날로그 신호에 매칭되는 안테나 어레이를 결정하고 상기 제3 아날로그 신호에 매칭되는 상기 안테나 어레이를 이용하여 상기 제3 아날로그 신호를 상기 수신단에 전송하는 단계
    를 포함하는 빔형성 기반 통신 방법.
12. 제11항에 있어서,
    제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_BB에 따라 상기 제1 데이터 스트림에 대해 프리코딩 처리를 수행하는 단계는,
    상기 송신단이, 프리코딩 신호를 획득하기 위해, Tr_BB에 따라 상기 제1 데이터 스트림에 대해 프리코딩을 수행하는 단계; 및
    상기 송신단이, 상기 제1 아날로그 신호를 생성하기 위해, 상기 프리코딩 신호에 대해 디지털-아날로그 변환 처리를 수행하는 단계
    를 포함하는, 빔형성 기반 통신 방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 송신단이, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_IF에 따라 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계는,
    상기 송신단이, 상기 제1 아날로그 신호에 대해 중간주파수단 상향 변환 처리를 수행하는 단계;
    상기 송신단이, Tr_IF에 따라 상향 변환 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하는 단계; 및
    상기 송신단이, 상기 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하는 단계
    를 포함하는, 빔형성 기반 통신 방법.
14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 송신단이, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Tr_RF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계는,
    상기 송신단이, 상기 제2 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 상향 변환 처리를 수행하는 단계;
    상기 송신단이, Tr_RF에 따라, 상향 변환 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하는 단계; 및
    상기 송신단이, 상기 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 가중 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하는 단계
    를 포함하는, 빔형성 기반 통신 방법.
15. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 송신단은 Tr_IF에 따라, 상향 변환 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하고, 여기서 상기 가중 처리의 방식은 진폭 가중과 위상 가중, 진폭 가중, 및 위상 가중 중 어느 하나의 방식인, 빔형성 기반 통신 방법.
16. 빔형성 기반 통신 방법으로서,
    수신단이, 송신단으로부터의 피드백 정보에 따라 수신단 프리코딩 행렬 Rx_BB, 수신단 중간주파수 빔형성 행렬 Rx_IF, 및 수신단 무선주파수단 빔형성 행렬 Rx_R을 획득하는 단계 - 상기 피드백 정보는 채널 행렬 H, 도래각(angle-of-arrival, AOA) 벡터 정보, 송신단 프리코딩 행렬 Tr_BB, 송신단 중간주파수 빔형성 행렬 Tr_IF, 및 송신단 무선주파수단 빔형성 행렬 Tr_RF를 포함함 -;
    상기 수신단이, 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 제1 아날로그 신호를 획득하고, Rx_RF에 따라 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계;
    상기 수신단이, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Rx_IF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계; 및
    상기 수신단이, 제2 데이터 스트림을 생성하기 위해, Rx_BB에 따라 상기 제3 아날로그 신호에 대해 인코딩 처리를 수행하는 단계 - 상기 제2 데이터 스트림은 레이어 디맵핑을 수행하기 위해 사용됨 -
    를 포함하는 빔형성 기반 통신 방법.
17. 제16항에 있어서,
    제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, Rx_RF에 따라 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계는,
    상기 수신단이, Rx_RF에 따라 상기 제1 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하는 단계;
    상기 수신단이, 가중 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하는 단계; 및
    상기 수신단이, 상기 제2 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 상기 제1 아날로그 신호에 대해 무선주파수단 하향 변환 처리를 수행하는 단계
    를 포함하는, 빔형성 기반 통신 방법.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서
    상기 수신단이, 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, Rx_IF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리 및 전력 증폭 처리를 수행하는 단계는,
    상기 수신단이, Rx_IF에 따라 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하는 단계;
    상기 수신단이, 가중 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 전력 증폭 처리를 수행하는 단계; 및
    상기 수신단이, 상기 제3 아날로그 신호를 생성하기 위해, 전력 증폭 처리가 된 상기 제2 아날로그 신호에 대해 중간주파수단 하향 변환 처리를 수행하는 단계
    를 포함하는, 빔형성 기반 통신 방법.
19. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 수신단이, 제2 데이터 스트림을 생성하기 위해, Rx_BB에 따라 상기 제3 아날로그 신호에 대해 인코딩 처리를 수행하는 단계는,
    상기 수신단이 상기 제3 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 수신단이, 상기 제2 데이터 스트림을 획득하기 위해, Rx_BB에 따라 상기 디지털 신호로 변환된 상기 제3 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하는 단계
    를 포함하는, 빔형성 기반 통신 방법.
20. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 수신단은 Rx_IF에 따라, 상기 제2 아날로그 신호에 대해 가중 처리를 수행하고, 여기서 상기 가중 처리의 방식은 진폭 가중과 위상 가중, 진폭 가중, 및 위상 가중 중 어느 하나의 방식인, 빔형성 기반 통신 방법.
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