KR100723285B1 - 안테나 어레이 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안테나 어레이 시스템에 관한 것이다. 안테나 어레이 시스템들에 대한 문제점은 비효율적인 하드웨어의 사용을 제공하고, 유연하지 않은 리소스 할당을 갖는 것이다. 본 발명은 빔들에 트랜시버 소자들의 매우 유연한 할당을 가지는 유연한 안테나 어레이 시스템 구조를 제공한다. 본 발명은 안테나 어레이(401)에 접속된 빔 형성기(403)의 빔 포트들에 트랜시버 소자들(405)을 연관시키는 스위칭 수단(403)을 포함한다. 빔 포트들에 대한 트랜시버 소자들(405)의 연관은 특히 각각의 시간 슬롯에 대하여 규칙적으로 재배열되고, 연관은 모든 가입자 유닛들에 대해 모든 성능을 위해 최적화된다. 본 발명은 예를 들면 GSM과 같은 셀룰러 통신 시스템들에 적용가능하다.
안테나 어레이, 빔 포트, 트랜시버, GSM

Description

안테나 어레이 시스템{An antenna array system}
본 발명은 안테나 어레이 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 셀룰러 통신 시스템에 사용되는 안테나 어레이 시스템에 관한 것이다.
복수의 개별적인 상관 안테나 소자들로 구성된 무선 통신용 안테나 어레이들은 알려져 있다. 통상, 개별적인 안테나 소자들은 통상 파장의 1/2의 거리로 등거리로 위치한 간단한 다이폴들(dipoles)이다. 전송할 때에 무선 주파수(RF) 신호는 모든 안테나 소자들에 공급되고, 수신할 때에 모든 안테나 소자들로부터의 신호들은 함께 조합된다. 각각의 안테나 소자의 신호들 간의 상대적인 위상차 및 진폭에 따라서, 전체 위상 어레이의 조합된 효과는 지향성 안테나에 동등한 전파 패턴을 가질 것이다. 즉, 보다 많은 에너지가 다른 방향들보다 일정한 방향들로 전송되거나 수신될 것이다.
안테나 어레이와, 다수의 고정 빔들을 제공하는 빔 형성기(beamformer)와, 고정 빔들의 각각을 위한 트랜시버를 포함하는 통신 시스템용 안테나 어레이 시스템들이 알려져 있다. 통신 시스템에서, 신호는 사용자에 대하여 최상의 통신을 제공하는 고정 빔을 사용하여 수신되거나 전송되며, 다른 빔으로의 스위칭은 현재 빔에서의 신호가 임계치 이하로 내려갔을 때에만 발생한다.
상술한 안테나 어레이 시스템들에서의 문제는 이들이 복잡하며, 개별적인 빔들에 대하여 유연하지 않은 리소스 및 하드웨어 할당을 초래한다는 것이다. 또한, 종래의 안테나 어레이들은 부피가 크고, 비싸며 비효율적인 기술을 포함한다.
특히, 종래의 안테나 어레이들에서 RF(Radio Frequency) 전력 증폭은 높은 복잡성, 낮은 효율 및/또는 고비용과 연관된다.
본 발명은 고성능 하드웨어를 구비한 유연한(flexible) 안테나 어레이 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명에 따라서, 적어도 제 1 안테나 어레이와; 각각의 빔 포트가 제 1 안테나 어레이의 지향성 빔과 연관되는, 복수의 빔 포트들을 제공하는 제 1 빔 형성 수단과; 복수의 트랜시버 소자들과; 복수의 트랜시버 소자들을 복수의 빔 포트들과 연관시키기 위한 스위칭 수단을 포함하고; 복수의 트랜시버 소자들은 스위칭 수단에 의해 복수의 트랜시버 소자들의 각각에 의해 지원되는 무선 통신에 대해 원하는 빔 방향에 응답하여 복수의 빔 포트들과 동적으로 연관되어 있고, 빔 포트들에 대한 트랜시버 소자들의 연관은 실질적으로 주기적인 간격들로 재배열되는 안테나 어레이 시스템이 제공된다.
이것은 리소스 및 트랜시버 소자들의 매우 효과적이고 유연한 이용을 제공한다.
양호하게, 복수의 트랜시버 소자들 중 제 1 트랜시버 소자의 빔 포트들에 대한 연관은 복수의 트랜시버 소자들 중 제 2 트랜시버 소자에 의해 지원되는 무선 통신의 특성과 연관된 파라미터에 적어도 부분적으로 응답한다. 이것은 안테나 어레이 시스템에 의해 서빙되는 모든 가입자 유닛들에 대하여 전체적인 최적화된 성능을 허용한다.
본 발명의 제 1 특징에 따라서, 안테나 어레이 시스템은 복수의 트랜시버 소자들보다 많은 복수의 빔 포트들을 가진다.
양호하게, 안테나 어레이 시스템은 제 1 안테나 어레이에 대하여 적어도 부분적인 다이버시티(diversity)를 제공하는 적어도 제 2 안테나 어레이와; 각각이 제 2 안테나 어레이의 지향성 빔과 연관된 다른 복수의 빔 포트들을 제공함으로써 복수의 빔 포트들을 증가시키는 적어도 제 2 빔 형성 수단을 더 포함하고, 제 2 안테나 어레이의 지향성 빔들은 제 1 안테나 어레이의 지향성 빔들에 대하여 오프셋되고 오버랩핑된다.
본 발명의 제 2 특징에 따라서, 안테나 어레이 시스템은 GSM과 같은 TDMA(Time Division Mutiple Acess) 통신 시스템에 결합되고, 스위칭 수단은 시간 슬롯에 기초하여 복수의 빔 포트들과 복수의 트랜시버 소자들의 연관을 변화시키도록 동작가능하다.
트랜시버 소자들은 수신기 소자들 또는 전송기 소자들을 포함할 수 있다. 양호하게, 복수의 트랜시버 소자들은 전송기 소자들과 수신기 소자들을 포함하고, 스위칭 수단은 수신기 소자들과 전송기 소자들을 복수의 빔 포트들과 독립적으로 연관시키도록 동작가능하다.
본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 예에 의해 이하에서 기술된다.
도 1은 종래 기술에 따른 GSM 셀룰러 통신 시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 수신 안테나 어레이 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도 3은 도 2의 수신 안테나 어레이 시스템의 스위칭 수단의 실시예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 전송 안테나 어레이 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 빔 포트들과 트랜시버 소자들의 연관의 예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 2개의 다이버시티 안테나 어레이들로부터의 중첩된 빔들의 예를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 와이드 빔 안테나를 더 포함하는 전송 안테나 어레이 시스템의 실시예를 도시한 도면.
다음은 셀룰러 통신 시스템, 상세하게는 GSM(Global System for Mobile communication) 셀룰러 통신 시스템과 관련하여 기술된다. 그러나, 본 발명이 이러한 애플리케이션에 제한되는 것이 아니라는 것은 기술분야에서 숙련된 자에게는 명백할 것이다. 다른 가능한 애플리케이션들은 레이더와 같은 관련 분야들뿐 아니라 안테나 어레이들을 사용하는 모든 수신 및 전송 시스템들을 포함한다.
셀룰러 통신 시스템에서, 가입자 유닛들의 각각(가입자 유닛들)은 통상 고정 기지국과 통신한다. 가입자 유닛으로부터 기지국으로의 통신은 업링크로서 알려져 있고, 기지국으로부터 가입자 유닛으로의 통신은 다운링크로 알려져 있다. 시스템의 전체 커버리지(coverage) 영역은 다수의 분리된 셀들로 나누어지고, 각각의 셀은 하나의 기지국에 의해 커버된다. 셀들은 통상 이웃하는 셀들과 오버랩핑(overlapping) 커버리지 영역을 가지며 지리적으로 구별되어 있다. 도 1은 셀룰러 통신 시스템(100)을 도시하고 있다. 시스템에서, 기지국(101)은 무선 채널들(105)을 통해 다수의 가입자 유닛들(103)과 통신한다. 셀룰러 시스템에서, 기지국(101)은 특정한 지리적 영역(107)내의 사용자들을 커버하고, 반면에 다른 지리적 영역들(109, 111)은 다른 기지국들(113, 115)에 의해 커버된다. 통상, 기지국들(101, 113, 115)의 각각은 방송 반송파와 함께 하나 이상의 트래픽 반송파들을 포함한다. 가입자 유닛이 하나의 셀의 커버리지 영역으로부터 다른 셀의 커버리지 영역으로 이동할 때, 통신 링크는 가입자 유닛과 제 1 셀의 기지국 간으로부터 가입자 유닛과 제 2 셀의 기지국 간으로 변화할 것이다. 이것은 핸드오버로 알려져 있다. 특히, 일부 셀들은 완전하게 다른 대규모 셀들의 커버리지내에 놓일 수 있다.
모든 기지국들은 고정 네트워크에 의해 상호 접속된다. 이러한 고정 네트워크는 통신 라인들, 스위치들, 다른 통신 네트워크들에 대한 인터페이스들, 및 네트워크를 동작시키기 위해 필요한 여러 제어기들을 포함한다. 가입자 유닛으로부터의 호(call)는 고정 네트워크를 통해 이러한 호에 대한 특정 목적지로 보내진다. 호가 동일한 통신 시스템의 2개의 가입자 유닛들 간에 이루어지면, 호는 다른 가입자 유닛이 현재 있는 셀의 기지국으로 고정 네트워크를 통해 보내질 것이다. 따라서, 2개의 서빙 셀들 간의 접속은 고정 네트워크를 통해 성립된다. 대안적으로, 가입자 유닛과 공중 전화망(PSTN, Public Switched Telephone Network)에 접속된 전화 간에 호가 있다면, 호는 서빙 기지국으로부터 셀룰러 이동 통신 시스템과 PSTN 간의 인터페이스로 보내진다. 이어서 PSTN에 의해 인터페이스로부터 전화로 보내진다.
셀룰러 이동 통신 시스템은 가입자 유닛들(이동국들) 및 기지국들간의 무선 통신을 위한 주파수 스펙트럼으로 할당된다. 이 스펙트럼은 시스템을 동시에 사용하는 모든 가입자 유닛들간에 공유되어야 한다. GSM 및 유사한 시스템들에서, 이것은 스펙트럼을 다수의 주파수 채널들로 나눔으로서 이루어진다. GSM에서, 주파수 채널들의 각각은 8개의 상이한 시간 슬롯들로 더 나누어진다. 시간 슬롯들을 각각의 활동 가입자 유닛에게 할당함으로써, 8개의 가입자 유닛들은 각각의 주파수 채널에 의해 서빙될 수 있다. 이러한 접근법은 시 분할 다중 접근(TDMA, Time Division Mutiple Access)으로서 알려져 있다. 각각은 셀은 다수의 주파수 채널들로 할당된다. 주파수 채널들의 수가 제한되면, 동일한 주파수 채널들은 통상 하나 이상의 셀에 할당된다. 이것은 주파수 재사용으로 알려져 있으며, 주파수를 재사용하면 할수록, 즉 동일 주파수 채널이 함께 사용되면 될수록, 시스템에서 이룰 수 있는 트래픽 용량은 더 높아진다.
가입자 유닛과 기지국간의 무선 통신의 품질은 신호 대 신호들의 잡음 레벨에 의해 결정된다. 다른 기지국들 및 가입자 유닛들은 간섭을 발생시키고, 간섭은 잡음 레벨을 증가시키고 따라서 품질을 감소시킨다. 수용할 만한 품질의 레벨을 이루기 위해서는, 간섭은 충분히 낮게 유지되어야 한다. 간섭은 동일한 주파수 채널 상의 전송들로 인해 발생될 수 있으며, 이는 동일 채널 간섭으로 알려져 있다. 대안적으로, 할당된 주파수 채널 외부로 원하지 않는 방사들을 방지하는 것이 가능하지 않기 때문에, 인접한 채널들 상의 전송들에 의해 발생될 수 있다. 이러한 간섭은 인접 채널 간섭으로 알려져 있다. 간섭 레벨은 간섭자(interferer)에 대한 거리가 증가함에 따라 감소되기 때문에, 간섭 레벨은 주파수 재사용을 하면 할수록 증가될 것이다. 오늘날의 셀룰러 통신 시스템은 간섭 레벨들을 최소화시키기 위해 다른 수단들을 결합시킨다. 이것은 전력 제어를 포함하며, 이에 의해 전송된 전력이 최소화된다.
간섭을 감소시키기 위한 다른 중요한 방법은 지향성 안테나들을 사용하는 것으로, 이에 의해 전력이 원하는 수신기의 최적의 신호 품질을 위해 원하는 방향에서만 전송된다. 수신할 때, 지향성 안테나는 다른 방향들로부터 수신된 간섭을 감쇠시키고, 이에 의해 전송기가 보다 낮은 전력으로 전송하도록 한다.
지향성 안테나들은 통상 물리적으로 크고 비싸며, 따라서 가입자 유닛에는 비실용적으므로, 대부분의 지향성 안테나들은 기지국들에 배치된다. 가장 적당한 지향성 안테나들은 복수의 안테나 소자들로 구성된 안테나 어레이들이다. 각각의 소자에 대한 상대적인 위상 보정을 개별적으로 조정함으로써, 안테나 어레이는 지향적인 빔 패턴을 가질 것이다. 안테나 어레이들의 동작은 윌리(Willey) 출판사의 1980년도의 몬지고(Monziogo) 및 밀러(Miller)에 의해 쓰여진 "적응성 어레이들에 대한 소개(Introduction to adaptive arrays)'에서 기술되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 수신 시스템을 위한 안테나 어레이 시스템(200)의 실시예의 개략적인 블록도이다.
N 개의 안테나 소자들을 가지는 안테나 어레이(201)는 동일 안테나 어레이가 수신 및 전송 모두에 사용되도록 하는 N 개의 듀플렉서들(203)에 접속된다. 본 실시예에서 듀플렉서 출력들은 버틀러 매트릭스(Butler Matrix) 빔 형성기(205)와 같은 고정 빔 형성기인 빔 형성기(205)에 접속된다. 대안적으로, 듀플렉서는 수신 및 전송 모두를 위해 사용되는 동일한 빔 형성기와 빔 포트에 접속될 수 있다. 빔 형성기(205)는 B개의 지향성 빔들을 발생하기 위해 안테나 소자들간에 적당한 위상 상관관계들을 제공하고, 각각의 지향성 빔에 대해 빔 포트를 제공한다. 이러한 RF 빔 형성된 시스템들에서, 다수의 고정 빔들은 따라서 전송기 또는 수신기에 제공된다. 사실상 제공된 안테나 입력들은 빔 포트들이다. 이것은 대략 분리된 네로우(narrow) 빔 안테나들의 뱅크를 가지는 것에 상당한다.
빔 포트들은 스위칭 수단(207)에 접속되어 있고, 이 스위칭 수단은 지향성 빔들로부터 수신된 신호를 다수의 수신기 소자들(209)에 공급한다. 빔 형성기(205)의 각각의 빔 포트는 스플리터(splitter)에 접속되고, 이 스플리터는 빔으로부터 수신된 신호를 C 개의 신호들로 나눈다. 스플리터들과는 별개로, 스위칭 수단은 스플리터 출력들을 수신기 소자들 중 임의의 하나로 스위칭할 수 있는 스위치들의 세트를 포함한다. 스위치들은 제어기에 의해 제어되며, 그 제어기는 마이크로 처리기, 마이크로 제어기 또는 디지털 신호 처리기와 같은 적절한 처리기에서 동작하는 소프트웨어 프로그램으로 구현된다.
도 3은 스위칭 수단의 실시예를 도시한다. 이 예에서, 빔 형성기는 3개의 빔 포트들(B=3)을 제공하고, 이들 각각은 스플리터들(301, 303, 305)에 공급된다. 스플리터들(301, 303, 305)의 각각은 스위치 매트릭스(307)에 대하여 2 개의 출력들을 제공한다. 이러한 실시예에서, 수신기 소자들은 완전한 GSM 수신기들(309, 311)로 구성되고, 이들 수신기들(309, 311)의 각각은 2개의 입력을 가진다. 이들 2개의 입력들에 수신된 신호는 최적의 검출을 위해 수신기에서 조합된다. 수신기들(309, 311)은 그 신호들을 조합할뿐 아니라 그 신호를 수신하기 위해 필요한 모든 다른 기능들과 채널 선택 필터링을 수행한다. 하나의 시간 슬롯에서, 제 1 수신기(309)는 빔 1 및 2로 기지국에서 동시에 수신된 가입자 유닛과 통신할 수 있고, 반면에 제 2 수신기는 빔 1 및 3으로 동시에 수신된 가입자 유닛을 지원할 수 있다. 도 3은 이 상황에서의 스위치 매트릭스(307)를 도시한다. 다음 시간 슬롯에서, 수신기들에 의해 지원되는 가입자 유닛들은 상이한 빔들일 수 있고, 스위치 매트릭스는 이러한 새로운 상황을 반영하기 위해 업데이트된다. 그러므로, 예에서, 스위칭 수단에 대한 입력들의 수는 빔들의 수와 동일하고, 출력들의 수는 각각의 수신기 소자의 입력들의 수와 수신기 소자들의 수의 곱과 동일하다.
일부 수신기 소자들이 스위칭 매트릭스에 의해 영향받지만 다른 수신기 소자들이 영향받지 않도록 스위칭 수단에 관한 수신기 기능(function)들의 분배가 변화될 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 스위치 매트릭스에 의해 각각의 빔과 연관된 수신기 소자들은 요구되는 상이한 빔들에 할당되는 특정 수신기 기능이거나 전체 수신기들일 수 있다. 또한, 하나 이상의 수신기 소자는 동일한 지향성 빔과 동시에 연관될 수 있다는 것이 명확하다.
예를 들면, CDMA(Code Division Multiple Access)에 특히 적합한 대안의 실시예에서, 주파수 선택 필터들은 스위칭 이전에 각각의 빔에 제공될 수 있다. 이러한 실시예에서, 각각의 수신기 소자는 단일 입력을 가지고, 단일 다중경로 신호 성분을 추적하고 수신할 수만 있다. 이 경우에 각각의 수신기 소자는 종래의 CDMA RAKE 수신기에서 단일 RAKE 핑거(finger)에 대응할 것이다(참조문헌: ISBN 0-89006-858-5, 알테크 하우스(Artech House) 출판사의 1997년, 사보 글리식(Savo Glisic)과 브랑카 뷰세틱(Branca Vucetic)의 '무선 통신을 위한 확산 스펙트럼 CDMA 시스템들'). 각각의 스위치 시간 간격에서, 수신기 소자들은 그 빔에서 그 스위치 시간 간격으로 지원되는 가입자 유닛에 대하여 RAKE 핑커들의 요구된 수에 따라 방향성 빔들에 접속될 수 있다. 이것은 수신기의 계산 리소스의 매우 유연하고 효과적인 할당을 이를 가장 필요로 하는 빔들에 허용한다.
빔 포트들에 대한 수신기 소자들의 연관은 실질적으로 주기적인 간격들로 재배열된다. GSM 애플리케이션에서, 재배열은 양호하게는 매 시간 슬롯마다 업데이트되고, 이에 의해 다른 시간 슬롯들에서의 트래픽 분포에 관계없이 특정 시간 슬롯에서 트래픽 분포에 대한 최적의 할당을 하도록 한다. 특정 시간 슬롯에 대한 연관은 또한 각각의 새로운 프레임에 대하여 재평가되고 변화하며, 이 각각의 새로운 프레임은 새로운 각각의 시간 슬롯에 대해 결정되고 적용되는 새로운 리소스 할당에 대응한다. 대안적으로, 연관은 상이한 프레임들에서 동일한 시간 슬롯에 대하여 변하지 않을 수 있다. 이 경우에 리소스의 재할당은 유발된 사건일 수 있으며, 예를 들면 새로운 호를 설정할 때, 다른 기지국으로 핸드오버할 때 등에서만 발생할 수 있다.
본 발명은 안테나 어레이 시스템에서 하드웨어 리소스들의 매우 효율적이고 유연한 사용을 허용한다. 일 실시예에 따라서, 수신기 소자들의 수는 지향성 빔들의 수보다 적다. 따라서, 고 지향성 빔들의 높은 수의 이점들은 각각의 지향성 빔에 대한 수신기 구조를 요하지 않으면서 이용될 수 있다. 예를 들면, 안테나 어레이 시스템이 8개의 지향성 빔들을 가지지만, 각각의 반송파에 대해 할당된 하나의 수신기로 2개의 반송파 주파수들만을 지원한다면, 제공된 구조는 수신기들의 각각이 8개의 빔들 중 임의의 하나에 접속되도록 한다.
본 발명은 수신기 소자들의 연관에 제한되는 것은 아니다. 오히려 트랜시버 소자들은 수신기 소자들, 전송기 소자들 또는 이들의 조합들을 포함하여 지향성 빔들에 연관될 수 있다.
도 4는 전송 안테나 어레이 시스템(400)에 대한 실시예를 도시한 도면이다. N 개의 안테나 소자들을 갖는 안테나 어레이(401)는 본 발명의 실시예에서 버틀러 매트릭스 빔 형성기(205)와 같은 고정 빔 형성기인 빔 형성기(403)에 접속되어 있다. 수신 시스템에 대하여, 빔 형성기(403)는 각각의 빔 그리고 또한 안테나 어레이(401)에 대하여 개별적인 빔 포트를 제공하고, 빔 형성기(403)는 개별적인 네로우 빔 안테나들의 뱅크에 상당하다. 안테나 어레이 시스템이 수신 및 송신 모두를 위해 사용된다면, 빔 형성기는 듀플렉서들을 통해 안테나 어레이에 접속될 수 있다. 대안적으로, 듀플렉서는 수신 및 전송을 위해 사용된 동일한 빔 형성기와 빔 포트에 접속될 수 있다.
전송되는 기저 대역 신호는 C개의 변조기들(405) 중 하나에 공급되고, 변조된 신호들은 스위칭 수단(407)에 공급된다. 스위칭 수단의 출력은 다수의 전력 증폭기들에 접속되고, 이들 전력 증폭기들(409)의 각각은 빔 형성기(403)의 단일 빔 포트에 접속된다. 여기에 도시된 전력 증폭기들은 스위치와 빔 포트에 직접적으로 접속되어 있다. 그러나, 필터 소자들과 같은 다른 소자들이 본 발명으로부터 벗어나지 않으면서 스위치와 빔 포트 사이에 포함될 수 있다. 스위칭 수단은 적당한 처리기에서 동작하는 소프트웨어 프로그램으로 구현되는 제어기(411)에 의해 제어된다.
기술된 구조는 빔 포트에 접속된 전력 증폭기(409)와 주어진 변조기(405)를 접속함으로서 제어기가 임의의 변조기(405)와 임의의 빔을 연관시키도록 한다. 스위치에 의해 영향받는 전송기 소자들은 현저하게 변할 수 있고, 기술된 바와 같은 간단한 변조기들일 수 있거나, 또는 완전한 다중 반송파 전송기들일 수 있다. 그러나, 본 발명은 현저하게 덜 복잡하며 덜 비싼 저 전력 스위치가 사용될 수 있어서, 스위치 앞보다는 스위치 뒤에 위치한 전력 증폭기들을 가지는 것에 제한되지 않더라도 양호하다.
스위칭은 또한 동일한 전력 증폭기에 2개의 변조기들을 접속하거나, 대안의 실시예에서 2개의 전송기들을 동일한 빔 포트에 접속하도록 제공될 수 있다. 기술분야에서 널리 알려진 적절한 결합기(combiner)가 도입되어야 한다. 양호한 실시예에서, 전력 증폭기들은 스위치의 출력에 접속된 단일 반송파 증폭기들이다. 이러한 실시예에서, 단일 변조기만이 각각의 전력 증폭기에 접속된다. 이것은 엄격한 선형성을 요하지 않는 증폭기들의 중요한 장점을 가지며, 따라서 현저하게 비용이 적게 든다.
일견하여, 이것은 또한 제한된 트렁킹(trunking) 용량을 가지는 것으로 여겨질 수 있다. 그러나, 부가적인 증폭기들의 제공이 각각의 빔에 대하여 가능하기 때문에 사실이 아니다. 예를 들면, 빔 1에 대하여 2개의 전력 증폭기들이 사용될 수 있어서, 전력 증폭기 입력들의 전체 수는 (B+1)이 된다. 이러한 2개의 전력 증폭기들의 출력은 빔 형성기의 빔 포트에 공급되기 전에 조합될 수 있다. 이러한 방식으로, 각각의 빔에서의 트랙픽 운반 용량은 부가적인 반송파 주파수들을 요하지 않고, 부가적인 전력 증폭기들의 비용으로 얻어진다. 극단적으로, 변조기들만큼 많은 전력 증폭기들이 각각의 빔에 공급될 수 있다.
양호한 실시예에서, 기술된 수신 및 전송 안테나 어레이 시스템이 예를 들면 기지국에서 조합된다. 안테나 시스템의 동작은 시간 간격들로 고려되고, 각각의 시간 간격에 대하여 스위칭 수단은 그 시간 간격에 적절한 트랜시버 소자들(전송기 소자들 또는 수신기 소자들)을 연관시킬 것이다. GSM 시스템에서, 안테나 빔들과 트랜시버 소자들과의 연관은 매 시간 슬롯마다 업데이트되어 그 시간 슬롯에서 기지국에 의해 서빙되는 가입자 유닛들을 반영한다. 수신기 및 전송기 서브 시스템들을 위한 스위칭 수단은 양호하게는 독립적이어서 임의의 수신기 소자가 전송기 소자들의 연관에 관계없이 임의의 빔 포트와 연관될 수 있다(그리고, 반대의 경우도 성립한다).
도 5는 지향성 빔들에 대한 전송기 소자들의 연관을 도시한다. 이 예에서, 빔 형성기는 4개의 지향성 빔들(B=4)의 각각에 대하여 빔 포트를 제공한다.
시스템은 3개(C=3)의 변조기들 또는 전송기들(TRX1-3)을 포함한다. 각각의 빔 포트는 빔 1을 제외하고는 연관된 하나의 전력 증폭기를 가지고, 빔 1은 2개의 연관된 전력 증폭기들을 가지며 스위칭 수단에 2개의 입력들(빔 1A 및 1B)을 제공한다. 이것은 빔 1에서의 트래픽이 더 높은 것으로 알려진 상황을 예증하는 것이고, 따라서 시스템은 적절하게 기술된다.
도 5로부터 볼 수 있는 바와 같이, 각각의 전송기는 각각의 시간 슬롯에 대하여 상이한 빔들로 스위칭할 수 있다. 시간 슬롯 0에서, 2개의 전송기들(TRX1 및 3)은 빔 1에서 2개의 사용자 유닛들을 서빙한다. 이것은 2개의 전력 증폭기들이 빔 1의 빔 포트에 접속되어 있기 때문에 가능하다. 빔 3에서의 사용자는 전송기 TRX 2에 의해 더 서빙된다. 3개의 전송기들만이 있기 때문에, 시간 슬롯 0에서 더 많은 가입자 유닛들이 지원될 수 없다. 시간 슬롯 1에서, TRX 1은 빔 1에서 가입자 유닛을 서빙하고, TRX 3은 빔 2에서 가입자 유닛을 서빙한다. TRX 2는 어느 가입자 유닛들도 서빙하지 않으며, 요구된다면 빔들 1, 3 또는 4 중 임의의 하나에 할당될수 있으나, 빔 2는 연관된 하나의 전력 증폭기만을 가지며 TRX 3에 의해 사용되기 때문에 빔 2에는 할당되지 않는다. 도시된 경우에 있어서, 시스템은 거의 완전히 로드되어 3개의 슬롯들(시간 슬롯 1, 2 및 5)만이 이용가능하다
이 경우에 있어서도, 이 배열들은 예를 들면, 1 이상의 호들만이 빔 2에서 수용될 수 있고, 빔 3에서는 2개, 빔 4에서는 3개가 수용될 수 있는 블록킹(blocking)을 생성할 수 있는 것을 볼 수 있다. 새로운 전력 증폭기마다 테이블에서 새로운 열을 생성할 수 있기 때문에, 이것은 다른 전력 증폭기들을 부가시킴으로써 이루어질 수 있다. 스위치 다음에 전력 증폭기들을 위치시키는 것은 간단하고 효과적인 단일 반송파 전력 증폭기들을 사용하여 시스템을 제작함으로써 전체 안테나 어레이의 간단하고 비용면에서 효율적인 제작을 허용한다.
빔 포트들에 대한 특정 가입자 유닛을 서빙하는 수신기 소자들의 할당은 그 가입자 유닛만의 특성에 대한 응답에 제한되지는 않는다. 오히려, 모든 사용자들에 대하여 최상의 전체 성능이 얻어질 수 있도록 연관이 행해지는 글로벌(global) 최적화가 양호하다. 예를 들면, 측정치들이 제 1 가입자 유닛이 빔 1에 의해 가장 잘 서빙되나, 빔 2에 의해서도 적절하게 서빙될 수 있고, 반면에 제 2 가입자 유닛은 빔 1에 의해서만 서빙될 수 있는 것으로 나타나면, 제 1 가입자 유닛은 빔 2와 연관될 것이다. 가입자 유닛들을 서빙하는 트랜시버 소자들의 연관은 따라서 통상 그 가입자 유닛과 다른 가입자 유닛들 모두의 무선 상태들의 특성에 응답할 것이다.
본 발명의 양호한 실시예는 제 1 안테나 어레이에 다이버시티(diversity)를 제공하는 제 2 안테나 어레이를 포함한다. 제 2 안테나 어레이에 의해 수신된 무선 신호들은 따라서 제 1 안테나 어레이에 의해 수신된 신호들과 적어도 부분적으로는 상호 관련없다. 이것은 동일한 장소에 위치하지만 역으로 극성화된 어레이(극성 다이버시티) 또는 동일한 극성이나 충분하게 공간적으로 분리된 어레이(공간 다이버시티)에 의해 이루어질 수 있다는 것이 기술분야에서 널리 알려져 있다. 이 어레이는 빔 형성기에 접속되어 있고, 이 빔 형성기는 어레이의 지향성 빔들에 대응하는 다수의 빔 포트들을 제공한다. 스위치 소자에는 따라서 빔 포트들의 전체 수가 2개의 개별적인 안테나 어레이들의 빔 포트들의 합이 되도록 빔 포트들의 부가적인 수가 제공된다. 양호하게는, 2개의 상호 관련없는 안테나 어레이들의 빔들은 서로에 대하여 오프셋되고 오버랩핑된다. 이것은 도 6에 도시되어 있으며, 여기에서 제 1 안테나 어레이의 4개의 지향성 빔들(601)은 제 2 안테나 어레이의 4개의 지향성 빔들(603)에 의해 오버랩되고, 이 빔들은 또한 인접한 빔들의 보어사이트(boresight)간의 각의 약 1/2 만큼 오프셋되어 있다.
다이버시티 빔들의 오버랩핑과 오프셋은 여러 장점들을 제공한다. 정적인 가입자 유닛은 그 오버랩핑으로 인하여 적어도 2개의 빔들에 의해 서빙될 수 있다. 안테나 어레이들간의 비상관성에 의해, 2개의 가능한 빔들간에 서빙 빔들을 교차하는 것은 에러 보정 및 인터리빙에 기하여 페이딩 채널에서의 수신을 개선할 수 있다. 이는 또한 현저하게 보다 유연한 리소스 할당을 허용한다. 예를 들면, 가입자 유닛은 빔 A 및 빔 B 모두가 가입자 유닛을 서빙할 수 있음에도 불구하고, 빔 A 에 의해 현재 서빙될 수 있다. 상이한 가입자 유닛이 빔 A에 의해 서빙되는 영역으로 이동한다면, 제 1 가입자 유닛은 빔 A 가 새로운 사용자를 서빙하게 하면서 빔 B로 스위칭될 수 있다.
가장 간단한 형식에서, 트랜시버 소자들과 빔들을 연관시키기 위한 알고리즘은 원하는 빔이 이미 동일한 시간 슬롯동안 사용되지 않기만 한다면, 자유로운 트랜시버 소자/시간 슬롯/빔 조합을 간단하게 할당할 것이다.
보다 효과적인 구현에 있어서, 수신 시스템은 각각의 가입자 유닛에 대하여 단일의 전송 빔을 할당하기 위해 사용되는 빔 랭킹 테이블을 구성하기 위한 데이터를 제공하기 위해 사용된다.
충분한 수의 수신기들이 제공된다면, 각각의 빔에서의 원하는 신호 전력이 (예를 들면, 기술분야에서 널리 알려져 있는 트레이닝 시퀀스 상관관계를 사용하여) 단일 버스트마다 추정될 수 있다. 이러한 양을 평균하는 것은 퍼-빔(per-beam)에 기초하여 수신된 전력 Pbeam의 테이블을 구성하는데 사용될 수 있다. 이것은 로(raw) 전력보다는 특정 가입자 유닛으로부터의 원하는 신호 전력이 사용되는 것을 제외하면 GSM에서 표준 RXLEV 평균 측정에 유사할 수 있다.
더 적은 수신기들이 제공된다면, 스위치는 각각의 버스트에서 다수의 빔들을 선택하기 위해 사용된다. Pbeam의 테이블은 여전히 구성될 수 있으나, 불완전할 것이다. 이 경우에, 부가적인 수신기 용량은 커버되지 않는 모든 빔들에게 모든 가입자 유닛들의 원하는 신호 레벨의 수신된 신호 레벨의 추정치들을 제공하도록 이용가능하게 하는 것이 양호하다. 이것은 활동 수신기들에서 아이들(idle) 수신기들 또는 아이들 슬롯들을 사용함으로써 이루어질 수 있다. 수신기 소자들이 더 적어질수록, 이 기능은 더욱 중요해진다. 한정된 경우들에 있어서는, 전력 레벨 측정치들을 생성하기 위해 빔들의 주사를 전용으로 하는 별개의 주사 수신기를 가질 필요가 있을 것이다. 이러한 테이블을 구성하기 위한 대안의 기술은 수신기에서 톱 랭킹 빔을 항상 사용하는 것이나, 그렇지 않으면 충분한 데이터를 수집하기 위해 모든 다른 빔들 간에 스위치를 교차하는 것이다.
이 시스템의 중요한 특징은 이용가능한 빔들의 2개의 세트들이 2개의 다이버시티 안테나 어레이들로부터 발생된다는 것이다. 가입자 유닛을 지원하기 위해 사용되는 선택된 빔들의 수가 2 또는 그 이상이라면, 2개의 브랜치들 모두로부터의 빔들이 사용되어야 한다. 예를 들면, 단일의 사용자에게 2개의 수신기들을 할당할 수 있는 충분한 수신기 용량이 있다면, 하나의 수신기는 하나의 안테나 어레이로부터 최고로 랭킹된 빔을 사용해야 하는 반면에 다른 수신기는 다이버시티 안테나 어레이로부터 최고로 랭킹된 빔을 사용해야 한다. 이러한 방식으로, 간섭자 감소와 다이버시티 조합 모두가 단일의 투명한 결합기 처리에서 얻어질 수 있다.
이러한 시스템의 다른 특성은 유용한 기준에 따라 최상의 빔을 사용하는 가입자 유닛들을 선택하는 것이 가능하다는 것이다. 간단한 알고리즘은 낮은 경로 손실을 갖는(즉, BTS에 근접하는) 가입자 유닛들이 우선 순서에 있어서 더 낮은 다운링크 빔들에 의해 서빙되도록 하고, 반면에 더 높은 경로 손실을 갖는 가입자 유닛들은 톱 다운링크 빔들에 의해 서빙되도록 구성된다. 업링크 전력 제어가 사용된다면, 그 측정된 업링크 Pbeam 값들은 명백하게 보상되어야 한다.
다음에는 GSM 기지국으로서 배치되는 안테나 어레이 시스템에서 빔 할당을 위한 예시적인 알고리즘이 제공된다. 예시적인 알고리즘의 기본적인 목적은 가능한한 균일하게 전력 증폭기 로드를 유지하여 빔 블록킹을 피하고, 섹터 안테나의 사용을 최소화하고, 또한 가능하다면 (빔 스위치들보다는) 명백한(explicit) 내부 핸드오버들의 수를 최소화하는 것이다.
새로운 호가 도착하였을 때, RACH 및 가능하게는 업링크 SDCCH 슬롯들의 분석 후에, 제어기는 빔 당 유용한 신호 전력 Pbeam 의 추정치들에 기초하여 이 가입자 유닛에 대한 빔들의 우선 리스트에 대한 지식을 가질 것이다(이러한 리스트는 호 동안 천천히 업데이트될 것이다). 조인트 TCH/빔 할당에 대한 간단한 알고리즘은,
1. TCH 및/또는 BCCH 트랜시버 용량이 이용가능한지를 검사한다. 회로들이 이용가능하지 않다면(또는 큐잉(queuing)/재시도 알고리즘들이 평소와 같이 시작된다면) 호는 차단된다.
2. BCCH 용량만이 이용가능하다면, BCCH에게 호를 할당한다.
3. TCH 트랜시버 용량이 이용가능하다면, 추정된 업링크 경로 손실을 사용하여 최상의 빔(즉, 최고의 업링크 Pbeam)에 대한 다운링크 수신 신호 레벨을 추정한다.
4. 목록의 각각의 빔에 대하여, 특정 가입자 유닛에 대한 최상의 빔에 관하여 dB로 전력 손실을 추정한다.
5. 목록의 빔들의 각각에서 얼마나 많은 시간 슬롯들이 이용가능한가를 검사하고, 이용가능한 슬롯들의 수의 순서로 빔을 랭크한다.
6. 빔에서의 전력 손실이 일정 레벨(예를 들면, 25) 이하의 추정된 다운링크 신호 레벨을 취하지 않는다면, 호를 보다 많은 이용가능한 시간 슬롯을 가진 빔에 할당한다. 이러한 경우가 아니라면, 랭크된 목록 등에서 제 2 빔을 테스트한다. 전력 테스트를 통과하는 빔이 없는 경우, 시간 슬롯이 이용가능하다면 최고의 업링크 Pbeam으로 그 빔을 설정한다. 빔들이 시간 슬롯들의 관점에서 동일하게 랭크되고 전력 테스트를 통과한다면, 더 낮은 손실 또는 더 높은 손실의 빔을 취한다(적극적/ 소극적 전략).
7. 빔이 할당될 수 없다면, (섹터 안테나 또는 전방향성(예컨대, BCCH) 안테나와 같은) 와이드빔 안테나에서 슬롯을 사용한다. 이것이 여전히 가능하지 않다면, 다시 호는 차단되거나, 큐(queue)되거나 재지시된다.
규칙적인 간격들에서, (다시 경로 손실 및/또는 신호 레벨 값들의 추정치들을 사용하여) 사용된 빔이 여전히 수용가능한지를 테스트하기 위해 검사들이 실행된다. 전력이 지금 너무 낮게 고려되거나 빔들을 재배열한다면 변화들이 생길 수 있고, 빔들을 교차하는 자유로운 시간 슬롯들의 수는 보다 균일하게 된다.
호가 완료되고, 따라서 슬롯이 특정 빔에서 릴리즈되었을(released) 때, 다음 알고리즘이 적용된다.
1. 와이드 빔 안테나에서 현재 동작하는 임의의 호들이 있다면, 그 릴리즈된 빔을 사용할 수 있는 것들을 미리 선택하고; 이것들 중에서, 동일한 시간 슬롯(핸드오버가 불필요)에 있는 하나를 선택하고; 아무것도 없다면, 릴리즈된 빔에서 더 낮거나 더 높은 전력(업링크 Pbeam)을 가지는 것 중 하나를 선택한다.
2. 상술한 것이 성공하지 않는다면, 빔들의 호들을 검사하고, 빔들을 교차하는 자유로운 시간 슬롯들의 수가 보다 균일하게 되기만 한다면(예를 들면, 고도로 이용된 빔에서의 호가 릴리즈된 빔/슬롯에 할당될 수 있다면) 호를 그 릴리즈된 빔으로 이동시킨다. 예를 들면, 그 릴리즈된 빔을 사용할 수 있는 최고로 로드된 빔에서 호들을 미리 선택하고, 이들 중에서 동일한 시간 슬롯(핸드오버가 불필요)에 있는 하나를 선택하고; 아무것도 없다면, 릴리즈된 빔에서 더 낮은 또는 더 높은 전력(업링크 Pbeam)을 가진 하나를 선택한다. 이것이 가능하지 않다면, 로딩 등에 관하여 다음 빔으로 이동한다.
이러한 알고리즘에 대하여 가능하고 명백한 다수의 변화들이 있다는 것은 명백하다.
가입자 유닛이 업링크 또는 다운링크 중 하나 또는 그 모두에서 하나의 빔으로부터 다른 빔으로 이동될 때, 전력 제어에 있어서 단계의 재조정이 필요하다. 따라서, 이 가입자 유닛과 연관된 전력 제어 루프의 동적인 성능은 그러한 핸드오버가 발생할 때 변화된다. 그 변화는 루프의 안정 시간을 더 빠르게 하여 전력 단계에 의해 야기된 감소된 성능저하를 허용한다. 일 실시예에서, 개별적인 타이머들은 가입자 유닛마다 업링크와 다운링크 양쪽에 대하여 포함된다. 양쪽의 타이머들은 빔 스위치가 발생할 때마다 0으로 설정된다. 타이머 값이 소정 값 이하이면, 전력 제어 단계의 크기는 그것의 정상적인 값에 대하여 증가(예를 들면, 정상값인 2 dB으로부터 4 또는 6dB 까지)될 수 있다. 임계치는 예를 들면 약 5 s에 대응할 수 있다.
본 발명의 대안의 실시예에 따라서, 안테나 어레이 시스템은 또한 현재의 GSM 기지국들에 종종 사용되는 섹터 또는 전방향성 안테나와 같은 와이드 빔 안테나를 포함한다. 도 7은 120°섹터 안테나(701)로 강화된 도 4의 안테나 어레이 시스템(700)을 도시하고 있다. 섹터 안테나는 결합기(703)와 전력 증폭기(705)를 통해 스위치(407)에 결합되어 있다. 스위치는 따라서 특정 가입자 유닛을 서빙하는 트랜시버 소자들을 섹터 안테나(701)에 연관시킬 수 있다. 결합기(703)는 BCCH 반송파로 알려져 있는 방송 반송파와 GSM 파일롯과 스위치로부터의 신호를 조합한다.
이 실시예에서, 다른 곳에 할당된 빔에 대한 리소스 때문에 가입자 유닛이 지향성 빔에 의해 서빙될 수 없더라도, 섹터 안테나에 의해 여전히 지원될 수 있다. 이것은 이 가입자 유닛을 지원하는 트랜시버 소자가 섹터 안테나와 스위치를 통해 접속함으로써 이루어진다. 더 넓은 빔 커버리지(coverage) 때문에, 이는 다운링크 방향에서 증가된 간섭의 결과로 된다. 양호하게는, 섹터 안테나에 의해 서빙된 가입자 유닛들은 불연속 전송을 사용하는 가입자 유닛들일 것이고, 이에 의해 간섭은 감소된다. GSM에서, 이것은 DTX 전송으로 알려져 있다. 이러한 방식으로, 지향성 빔과 와이드 빔 안테나들에서의 가입자 유닛들의 할당은 지원되는 통신의 현재의 특성에 응답하여 동적으로 업데이트된다.
대안으로, 생성된 다운링크 간섭은 오히려 섹터 안테나에 특정 호를 할당하여 감소될 수 있고, 포화된 빔에서의 호들은 이 빔(및/또는 인접 빔들) 및 섹터 안테나를 통해 홉(hop)된다. 이러한 방식으로, 모든 호들은 일정한 시간 슬롯들에서 와이드 빔 안테나를 사용하고, 개별적인 호의 현재의 특성은 고려되지 않는다.
특정 빔들이 종종 오버로드되고 섹터 안테나로 보다 많은 오버플로우들이 생성되는 경향이 있는 것으로 발견되면, 그러한 빔들에서의 호들은 가능한 이웃 기지국에 핸드오버하도록 해야한다. 이것은 제공된 빔 블록킹률을 감소시킬 것이고, 다른 셀들에서 대응하는 빔들은 동시에 오버로드되지 않는다. 이것을 이루는 간단한 방식은 퍼-빔(per-beam)에 기초하여 핸드오버 마진 오프셋(margin offset)들을 설정하는 것이다. 예를 들면, 낮은 블록킹을 구비한 빔은 0 dB의 오프셋을 가져야하고, 따라서 핸드오버에서의 정상적인 히스테리시스(hysteresis)가 적용될 것이다. 고 레벨의 블로킹을 구비한 빔은 3dB 오프셋으로 주어질 수 있고, 따라서 호들은 정상적인 것보다 낮은 신호들(3 dB 만큼)로 주위의 기지국들에 핸드오버될 것이다. 효과적으로 이것은 퍼-빔에 기초하여 셀의 반경을 감소한다.
또한, 셀들간에 과도한 핑-퐁(ping-pong)을 피하기 위해, 핸드오버 후에 이전의 서빙 셀로 핸딩 백(handing back)하기 위한 임계치가 특정 지속 시간 동안에 증가한다. 이러한 지속 시간은 타이머에 의해 설정(예를 들면, 20 초)되고, 이 타이머가 끝난 후에 정상적인 동작이 재개된다.
지금까지 기술된 시스템의 하나의 다른 특징은 다운링크에 대해 보고된 신호 레벨 값들은 BCCH 트래픽 채널에 대한 것들보다 더 낮을 수 있으며; 이것은 호가 다운링크시 서브-옵티멀(sub-optimal) 빔을 사용할 수 있기 때문이다. 이것은 전력 제어에 대해서는 수용할 만하나 핸드오버에 대하여는 수용될 수 없으며, 예를 들면 다른 셀들로의 핸드오버는 빔 커버리지의 특정 손실이 아닌, 논의된 바와 같은 빔 스위치에 의해 다루어지는 잠재적인 커버리지에 대하여 결정되어야 한다.
이것은 다운링크 신호 레벨 측정치들이 핸드오버 목적들을 위해 무시된다면 피할 수 있다. 그러나, 양호하게는 서빙 BCCH는 가입자 유닛들에 전송되는 이웃 목록에 포함된다. 이웃 목록은 가입자 유닛에게 어떤 이웃 파이롯 신호들이 측정되는가를 알려주고, 이 목록에 서빙 기지국을 포함하여, 서빙 셀 파일롯 신호의 측정치들이 포함된다. 이것은 서빙 기지국으로부터의 잠재적인 커버리지의 평가를 허용하고, 빔 형성에 기한 손실에 대한 완전한 지식을 허용한다.
본 발명은 안테나 어레이 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 셀룰러 통신 시스템에 사용되는 안테나 어레이 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 고 성능 하드웨어를 구비한 유연한(flexible) 안테나 어레이 시스템을 제공하고자 하며, 이것은 리소스 및 트랜시버 소자들의 매우 효과적이고 유연한 이용을 제공한다.

Claims (23)

  1. 셀룰러 통신 시스템에 통합된 안테나 어레이 시스템에 있어서,
    적어도 제 1 안테나 어레이와,
    복수의 빔 포트들을 제공하는 제 1 빔 형성 수단으로서, 각각의 빔 포트는 상기 제 1 안테나 어레이의 지향성 빔과 연관되는, 상기 제 1 빔 형성 수단과,
    복수의 트랜시버 소자들과,
    상기 복수의 빔 포트들과 상기 복수의 트랜시버 소자들을 연관시키기 위한 스위칭 수단을 포함하고,
    상기 복수의 트랜시버 소자들은 상기 스위칭 수단에 의해, 상기 복수의 트랜시버 소자들의 각각에 의해 지원되는 무선 통신을 위해 원하는 빔 방향에 응답하여 상기 복수의 빔 포트들과 동적으로 연관되고, 상기 빔 포트들에 대한 트랜시버 소자들의 연관은 실질적으로 주기적인 간격들로 재배열되고, 제 1 지향성 빔과 연관된 제 1 핸드오버 임계치는 제 2 지향성 빔과 연관된 제 2 핸드오버 임계치와는 상이한, 안테나 어레이 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    빔 포트들에 대한 상기 복수의 트랜시버 소자들 중 제 1 트랜시버 소자의 연관은 상기 복수의 트랜시버 소자들 중 제 2 트랜시버 소자에 의해 지원되는 무선 통신의 특성과 연관된 파라미터에 적어도 부분적으로 응답하는, 안테나 어레이 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 빔 포트들은 상기 복수의 트랜시버 소자들보다 많은, 안테나 어레이 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나 어레이에 대하여 적어도 부분적인 다이버시티(diversity)를 제공하는 적어도 제 2 안테나 어레이와,
    각각이 상기 제 2 안테나 어레이의 지향성 빔과 연관되어 있는 다른 복수의 빔 포트들을 제공함으로써 상기 복수의 빔 포트들을 증가시키는 적어도 제 2 빔 형성 수단을 더 포함하고,
    상기 제 2 안테나 어레이의 상기 지향성 빔들은 상기 제 1 안테나 어레이의 상기 지향성 빔들에 대하여 오프셋(offset)되고 오버랩핑(overlapping)되는, 안테나 어레이 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    TDMA(Time Division Multiple Access) 통신 시스템에 통합되고,
    상기 스위칭 수단은 시간 슬롯에 기초하여 상기 복수의 빔 포트들과의 상기 복수의 트랜시버 소자들의 연관을 변화시키도록 동작가능한, 안테나 어레이 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    서빙 지향성 빔(serving directional beam)이 상기 안테나 시스템의 제 1 지향성 빔으로부터 제 2 지향성 빔으로 변화될 때, 가입자 유닛과 연관된 전력 제어 루프의 동적인 동작(behaviour)을 변경하는 수단을 더 포함하는, 안테나 어레이 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    기지국에 통합되고,
    핸드오버 후 시간 간격에서 상기 기지국의 핸드오버 임계치를 증가시키고, 이에 의해 리버스 핸드오버(reverse handover)가 상기 시간 간격 동안 저지되도록 하는 수단을 포함하는, 안테나 어레이 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    실질적으로 전방향성(omnidirectional)인 파일롯 신호를 전송하는 수단을 더 포함하는, 안테나 어레이 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀룰러 통신 시스템은 GSM 시스템인, 안테나 어레이 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 안테나 어레이를 사용하여 가입자 유닛을 서빙하는 기지국은 상기 가입자 유닛에 대한 이웃 목록(neighbour list)에 포함되는, 안테나 어레이 시스템.
  13. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 7 항, 제 9 항, 제 10 항, 제 11 항 또는 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 트랜시버 소자들은 수신기 소자들을 포함하는, 안테나 어레이 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 수신기 소자들 중 적어도 하나는 상기 가입자 유닛을 서빙하지 않는 지향성 빔에서 가입자 유닛의 수신 품질을 평가하도록 동작가능한, 안테나 어레이 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 수신기 소자들 중 상기 적어도 하나는 상기 제 1 및 제 2 안테나 어레이 양쪽 모두로부터의 지향성 빔들을 포함하여 상기 가입자 유닛을 서빙하지 않는 복수의 지향성 빔들에서 가입자 유닛의 수신 품질을 순차적으로 평가하도록 동작가능한, 안테나 어레이 시스템.
  16. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 7 항, 제 9 항, 제 10 항, 제 11 항 또는 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 트랜시버 소자들은 전송기 소자들을 포함하는, 안테나 어레이 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 스위칭 수단과 빔 포트 사이에 연결된 적어도 하나의 전력 증폭기를 포함하는, 안테나 어레이 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    하나의 빔 포트와 연관된 적어도 하나의 복수의 전력 증폭기들을 포함하고,
    상기 스위칭 빔들은 상기 적어도 하나의 복수의 전력 증폭기들 각각에 상기 빔 포트와 연관된 신호를 연관시키도록 동작가능한, 안테나 어레이 시스템.
  19. 제 16 항에 있어서,
    적어도 하나의 와이드(wide) 빔 안테나를 더 포함하고,
    상기 무선 통신을 지원할 수 있는 지향성 빔이 이용가능하지 않다면 무선 통신은 상기 적어도 하나의 와이드 빔 안테나와 연관되는, 안테나 어레이 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    불연속 전송을 사용하는 신호는 불연속 전송을 사용하지 않는 신호에 우선하여 상기 적어도 하나의 와이드 빔 안테나와 연관되는, 안테나 어레이 시스템.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 트랜시버 소자들은 전송기 소자들과 수신기 소자들을 포함하고,
    상기 스위칭 수단은 수신기 소자들 및 전송기 소자들을 상기 복수의 빔 포트들과 독립적으로 연관시키도록 동작가능한, 안테나 어레이 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    전송 방향에서의 상기 전송기 소자들의 연관은 수신 방향에서의 측정치들에 응답하는, 안테나 어레이 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 수신 방향에서의 상기 측정치들은 원하는 신호의 신호 레벨이고, 상기 복수의 전송기 소자들 중 적어도 하나는 최고의 수신 신호 레벨을 갖는 빔 포트와 연관되는, 안테나 어레이 시스템.
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