KR100750378B1 - 안테나 장치 및 기지국 송수신기 - Google Patents

안테나 장치 및 기지국 송수신기 Download PDF

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Abstract

본원에는 안테나 장치(216) 및 기지국 송수신기(250)가 제공되어 있다. 상기 기지국 송수신기(250)는 저주파 디지털 신호(212A, 212B) 및 무선 주파 전자기장(206A, 206B) 간의 변환을 수행하기 위해 국부 유닛(234)에 접속되는 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)로서, 상기 무선 주파 전자기장(206A, 206B) 및 무선 주파 신호(204A, 204B) 간의 변환을 수행하는 안테나 요소(202A, 202B), 및 상기 저주파 디지털 신호(212A, 212B) 및 상기 무선 주파 신호(204A, 204B) 간의 변환을 수행하기 위해 상기 안테나 요소(202A, 202B)와 연결되어 상기 안테나 요소(202A, 202B)와 적어도 부분적으로는 일체화되는 송수신기(208A, 208B)를 포함하는 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)를 포함한다.

Description

안테나 장치 및 기지국 송수신기{Antenna arrangement and base transceiver station}
본 발명은 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치 및 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기에 관한 것이다.
기지국 송수신기의 안테나 요소들의 위치가 송신 및 수신된 무선 신호들의 품질에 상당히 중요한 영향력을 발휘함으로써, 기지국 송수신기 및 전반적인 셀룰러 원격 통신 시스템의 능력에 큰 영향을 주는 것으로 알려지고 있다.
상기 기지국 송수신기의 셀(cell)의 수신 가능 범위가 셀 영역에서 가능한 한 양호하도록 상기 안테나 요소들을 설치하는 것이 관행이다. 양호한 수신 가능 범위는 예를 들면 무선 통신에 전용되는 마스트(mast)들 또는 빌딩들과 같은 다른 고층 건축물들을 사용하여 높은 위치들에 상기 안테나 요소들을 설치하지만, 상기 기지국 송수신기의 무선 주파 부품들 및 기저 대역 부품들과 같은 다른 부품들을 상기 안테나 요소들로부터 멀리 떨어진 지면 상에 설치함으로써 획득될 수 있다.
상기 안테나 요소들 및 상기 기지국 송수신기의 다른 부품들 간의 물리적인 거리는 상기 안테나 요소들 및 상기 기지국 송수신기의 다른 부품들 간에 전기적 신호들을 릴레이(relay)하기 위한 전력 분산 시스템과 연관된다. 상기 전력 분산 시스템은 안테나 그룹들이 채용될 경우에 복수 개의 안테나 요소에 대한 지점(branch)들을 포함할 수 있다. 상기 전력 분산 시스템은 상기 기지국 송수신기 및 상기 안테나 요소들 및 아마도 전치 증폭기들로서 사용되는 마스트 증폭기들 간에 동축 케이블들과 같은 케이블들을 포함할 수 있다. 이 같은 다중 안테나 기법들은 대개 한 안테나 그룹에 의해 제공되는 원하는 방사 패턴이 달성될 수 있도록 서로 다른 안테나 요소들의 안테나 신호들 간에 위상 및 진폭과 같은 정확한 상대 신호 특성들을 필요로 한다.
상기 전력 분산 시스템의 전기적 특성들은 상기 안테나 요소들 및 상기 기지국 송수신기의 다른 부품들 간에 송신되는 신호들에서의 손실 및 지연과 같은 전기적 교란(electric disturbance)을 일으킨다. 특히, 다중 안테나 기법들이 채용될 경우에, 상기 전력 분산 시스템은 서로 다른 전기적 특성들을 갖는 지점들을 포함함으로써, 상기 안테나 신호들의 상대 신호 특성들을 왜곡시키고, 상기 기지국 송수신기의 송신 및 수신의 품질을 저하시킨다. 또한, 상기 송신 및 수신의 품질 저하로 인해, 상기 기지국 송수신기 및 상기 전반적인 셀룰러 원격 통신 시스템의 능력이 떨어지게 된다.
본 발명의 목적은 기지국 송수신기의 안테나 요소들 및 기지국 간의 전력 분산 시스템과 연관되는 문제들을 완화하기 위한 개선된 안테나 장치 및 기지국 송수신기를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 실시태양에 의하면, 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치가 제공되며, 상기 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치는, 저주파 디지털 신호 및 무선 주파 전자기장 간의 변환을 수행하기 위한 적어도 하나의 능동 안테나(active antenna)로서, 상기 무선 주파 전자기장 및 무선 주파 신호 간의 변환을 수행하는 안테나 요소, 및 상기 저주파 디지털 신호 및 상기 무선 주파 신호 간의 변환을 수행하기 위해 상기 안테나 요소와 연결되어 상기 안테나 요소와 적어도 부분적으로는 일체화되는 송수신기를 포함하는 적어도 하나의 능동 안테나를 포함한다.
본 발명의 제2 실시태양에 의하면, 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기가 제공되며, 상기 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기는, 디지털 신호 처리를 위해 상기 셀룰러 원격 통신 시스템의 네트워크에 접속되는 국부 유닛(local unit); 및 저주파 디지털 신호 및 무선 주파 전자기장 간의 변환을 수행하기 위해 상기 국부 유닛에 접속되는 적어도 하나의 능동 안테나로서, 상기 무선 주파 전자기장 및 무선 주파 신호 간의 변환을 수행하는 안테나 요소, 및 상기 저주파 디지털 신호 및 상기 무선 주파 신호 간의 변환을 수행하기 위해 상기 안테나 요소와 연결되어 상기 안테나 요소와 적어도 부분적으로는 일체화되는 송수신기를 포함하는 적어도 하나의 능동 안테나를 포함한다.
본 발명에 따른 안테나 장치 및 기지국 송수신기는 여러 가지의 이점을 제공한다. 상기 안테나 요소 및 상기 송수신기의 통합 구조와 함께 상기 기지국의 능동 및 기저 대역 부품들 간에 송신되는 디지털 형태의 저주파 디지털 신호는 교란이 적은 전력 분산 시스템이 상기 기지국 송수신기의 기저 대역 부품들로부터 비교적 멀리 설치될 수 있게 한다.
이하에서는 본 발명이 바람직한 실시예들 및 첨부도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 셀룰러 통신 시스템의 구조에 대한 일례를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 기지국 송수신기에 대한 일례를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 능동 안테나의 구조에 대한 제1의 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 무선 모뎀의 구조에 대한 일례를 보여주는 도면이다.
도 5a는 본 발명에 따른 능동 안테나의 구조에 대한 제2의 예를 보여주는 도면이다.
도 5b는 본 발명에 따른 능동 안테나의 구조에 대한 제3의 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 안테나 장치의 구조에 대한 일례를 보여주는 도면이다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 원격 통신 시스템의 구조에 대한 일례를 를 간단하게 보여주는 도면이다.
그러한 셀룰러 원격 통신 시스템은 예를 들면 GSM(Global System for Mobile Communications; 전세계 이동 통신 시스템) 무선 액세스 기법 또는 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access; 광대역 코드 분할 다중 접속) 기법을 기반으로 한다. 셀룰러 원격 통신 시스템들의 구조 및 기능이 당업자에게는 널리 알려져 있으므로, 이하에서는 단지 본 발명에 관련된 네트워크 요소들만이 설명될 것이다.
도 1에 도시되어 있는 예에서는, 상기 네트워크 요소들이 본 발명의 응용들을 상기 GSM 시스템에 한정하지는 않지만 GSM 기법으로 회선 교환 네트워크 요소들을 사용하여 제공된다.
상기 셀룰러 원격 통신 시스템은 상기 셀룰러 원격 통신 시스템에서의 회선 교환 방식의 시그널링을 허용하는 이동 전화 교환국(mobile switching centre; MSC; 104)을 포함한다.
상기 셀룰러 원격 통신 시스템은 또한 게이트웨이 이동 전화 서비스 교환국(gateway mobile services switching centre; 102)을 포함할 수 있다. 상기 GMSC는 상기 MSC 및 상기 GMSC를 포함하는 코어 네트워크, 및 공중 육상 이동 통신 네트워크(public land mobile network) 또는 공중 교환 전화 네트워크(public switched telephone network; PSTN)와 같은 외부 네트워크들(EXT; 100) 간의 회선 교환 방식의 접속들을 수행한다.
상기 MSC(104)는 적어도 하나의 기지국 제어기(BSC; 106) 및 상기 BSC(106)에 의해 제어되는 기지국 송수신기(BTS; 108, 118)를 포함하는 무선 액세스 네트워크를 제어한다. 상기 기지국 제어기(106)는 대체로 상기 코어 네트워크 및 상기 무선 액세스 네트워크 간의 인터페이스로서의 역할을 하는 무선 네트워크 제어기(RNC)와 같은 네트워크 요소들을 나타낸다. 상기 기지국 송수신기(108, 118)는 상 기 셀룰러 원격 통신 시스템에서 무선 인터페이스를 구현하는 노드 B와 같은 네트워크 요소들을 나타낸다. 그러나, 본 발명은 위에서 제공된 셀룰러 원격 통신 시스템의 구조에 한정되지 않고 CDMA2000 시스템과 같은 임의의 셀룰러 원격 통신 시스템에도 적용될 수 있다.
상기 원격 통신 시스템은 사용자에게 상기 셀룰러 원격 통신 시스템에 대한 액세스를 제공하기 위한 사용자 장비(110, 120, 128)를 더 포함한다. 상기 사용자 장비(110, 120, 128)는 무선 모뎀들, 소프트웨어가 설치된 프로세서들, 메모리, 사용자 인터페이스, 및 디스플레이를 포함하는 종래의 부품들을 포함할 수 있다. 상기 사용자 장비(110, 120, 128)의 구조 및 기능들이 당업자에게는 널리 알려져 있다.
도 1은 대표적인 셀룰러 원격 통신 시스템의 수신 가능 영역의 구조 및 그의 구현을 보여주는 도면이다. 상기 기지국 송수신기(108)는 수신 가능 영역이 수백 미터에서 수 킬로미터에 이를 수 있는 매크로-셀(macro-cell; 116)을 사용자 장비(110)에 제공한다. 그와 같은 대규모의 수신 가능 영역을 획득하기 위해, 안테나 요소(112)는 마스트(mast)의 최고 위치와 같은 높은 위치에 설치될 수 있다. 상기 매크로-셀(116)은 또한 상기 사용자 장비(110)의 현재 위치 및 능력 요건에 따라 상기 사용자 장비(110)에 동적으로 안내될 수 있는 적응 셀(adaptive cell)을 나타낼 수 있다.
보다 적은 규모의 셀 크기는 상기 매크로-셀(116)에 의해 제공되는 수신 가능 영역을 개선하거나 또는 최대 수용 위치(high capacity site)들을 형성하기 위 해 채용될 수 있다. 그러한 보다 적은 규모의 셀의 예들에는 예컨대 마이크로-셀(micro-cell; 124) 및 피코-셀(pico-cell; 130)이 있으며, 상기 마이크로-셀(124) 및 상기 피코-셀(130)이 도시되어 있다. 기지국 송수신기(118)는 여러 개의 마이크로-셀 및/또는 피코-셀을 제공할 수 있다. 마이크로-셀(124)의 크기는 수백 미터에서 수십 미터에 이를 수 있지만 피코-셀(130)의 크기는 수 미터에서 수 센티미터에 이를 수 있다.
상기 마이크로-셀 구현 및 상기 피코-셀 구현에서의 안테나 요소의 설치는 다양할 수 있다. 마이크로-셀 안테나 요소들(122)은 빌딩들이나 빌딩의 벽 내에 설치될 수 있지만 피코-셀 안테나 요소들(126)은 대개 직접적인 시야를 확보하기 위해 사용자들 부근에 설치된다.
상기 셀 구현들은 안테나 요소(112, 122, 126)가 기지국 송수신기(108, 118)의 다른 부품들로부터 멀리 떨어진 곳에 설치되는 기지국 송수신기 구조를 채용한다. 그러므로, 접속 수단들(132)은 상기 안테나 요소(112) 및 상기 기지국 송수신기(108, 118)의 다른 부품들 간에 필요하다.
도 2는 본 발명의 제1 실시태양에 따른 안테나 장치(216)의 실시예들, 및 본 발명의 제2 실시태양에 따른 기지국 송수신기(BTS; 250)의 실시예들을 보여주는 도면이다. 상기 기지국 송수신기(250) 및 상기 안테나 장치(216)는 무선 신호들을 송신 및 수신할 수 있다. 편의상, 단일 세트의 참조부호들을 사용하여 송신 신호들 및 수신 신호들이 도시되어 있다.
상기 안테나 장치(216)는 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)를 포함한 다. 상기 능동 안테나(200A, 200B)는 안테나 요소(ANT; 202A, 202B), 및 상기 안테나 요소(202A, 202B)와 연결되어 상기 안테나 요소(202A, 202B)와 적어도 부분적으로는 일체화되는 송수신기(208A, 208B)를 포함한다.
송신시에는, 상기 안테나 요소(202A, 202B)가 상기 송수신기(208A, 208B)로부터 무선 주파 송신 신호(204A, 204B)를 수신하며 상기 무선 주파 송신 신호(204A, 204B)를 무선 주파 전자기장(206A, 206B)으로 변환한다. 상기 무선 주파 전자기장(206A, 206B)이 그 자체로는 방사 패턴을 구성할 수도 있고 다른 안테나 요소들과의 중첩을 통해 생성되는 총체적인 전자기장의 기본 성분들을 생성할 수도 있다. 상기 전자기장(206A, 206B)은 사용자 장비(110, 120, 128) 및 기지국 송수신기(108, 118, 250) 간의 다운링크 접속을 허용한다.
수신시에는, 상기 안테나 요소(202A, 202B)가 사용자 장비(110, 120, 128)와 같은 무선 신호원에 의해 생성되는 전자기장(206A, 206B)의 공간 샘플링을 수행함으로써, 상기 무선 주파 전자기장(206A, 206B)의 일부분을 상기 송수신기(208A, 208B) 내에 공급될 무선 주파 수신 신호(204A, 204B)로 변환한다. 수신시에는, 상기 전자기장(206A, 206B)이 상기 사용자 장비(110, 120, 128) 및 기지국 송수신기(108, 118, 250) 간의 업링크 접속을 허용한다. 상기 안테나 요소(202A, 202B)는 예를 들면, 패치 안테나 또는 쌍극자(dipole)일 수 있다. 상기 무선 주파 전자기장(206A, 206B)의 발진 주파수는 예를 들면 GSM 850 시스템 주파수에 대응하는 850 MHz에서 GSM 시스템 주파수에 대응하는 1900 MHz에 이를 수 있다. 그러나, 본 발명은 위에 언급된 주파수들로 한정되지 않고 셀룰러 원격 통신 시스템에서 채용되는 임의의 주파수에 적용될 수 있다.
송신시, 저주파 디지털 송신 신호(212A, 212B)는 상기 송수신기(208A, 208B) 내에 입력된다. 상기 저주파 디지털 송신 신호(212A, 212B)는 상기 송수신기(208A, 208B)에 의해 무선 주파 송신 신호(204A, 204B)로 변환된다.
수신시, 상기 송수신기(208A, 208B)는 상기 무선 주파 수신 신호(204A, 204B)를 저주파 디지털 출력 신호(212A, 212B)로 변환하고, 상기 저주파 디지털 출력 신호(212A, 212B)를 출력한다.
한 실시예에서는, 상기 저주파 디지털 신호(212A, 212B)가 기지국 송수신기의 기저대역 부품들에서 사용되는 기저대역 신호와 유사한 신호를 나타낸다. 그러나, 상기 저주파 디지털 신호(212A, 212B)의 포맷이 종래의 기저대역 부품들에서 사용되는 저주파 디지털 신호의 포맷과는 다를 수 있다.
한 실시예에서는, 상기 안테나 장치가 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)에 대한 디지털 링크를 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)에 접속되는 안테나 어댑터(AA; 214)를 포함한다. 상기 디지털 링크는 상기 안테나 어댑터(214) 및 상기 기지국 송수신기의 다른 부품들 간에 디지털 링크 신호(218)를 송신함으로써 구현된다. 송신시, 상기 안테나 어댑터(214)는 디지털 링크 신호(218)를 수신하고 상기 디지털 링크 신호(218)를 상기 송수신기(208A, 208B) 내에 입력될 저주파 디지털 송신 신호(212A, 212B)로 변환한다.
수신시, 상기 안테나 어댑터(214)는 상기 능동 안테나(200A, 200B)로부터 저주파 디지털 출력 신호(212A, 212B)를 수신하고 상기 저주파 디지털 출력 신호 (212A, 212B)를 상기 디지털 링크 신호(218)로 변환한다.
디지털 링크는 아날로그 링크보다 몇 가지의 이점들을 제공한다. 예를 들면, 상기 디지털 링크에 의해 허용되는 비트 형태의 정보는 신뢰성이 있으며 유연성이 있는 정보의 전송을 허용하는데, 그 이유는 상기 디지털 링크에서의 손실이 상기 디지털 링크에 의해 전송되는 정보 내용에 작은 영향력을 주기 때문이다.
한 실시예에서, 상기 디지털 링크 신호(218)는 상기 디지털 링크 신호(218)에 의해 전달되는 정보가 광 방사의 강도 변화에 따라 디지털 방식으로 부호화되도록 광 방사를 사용함으로써 구현된다.
송신시, 상기 안테나 어댑터(214)는 상기 디지털 링크 신호(218)를 전달하는 광 방사를 수신하고, 광 검출기를 통해 상기 광 방사를 검출하며, 상기 광 방사를 전기적 형태로 변환한다. 상기 전기적 형태의 광 방사는 증폭 및 필터링될 수 있다. 상기 전기적 형태의 광 방사는 샘플링될 수 있으며, 상기 저주파 디지털 송신 신호(212A, 212B)가 샘플링을 기반으로 하여 형성된다.
수신시, 상기 안테나 어댑터(214)는 상기 저주파 디지털 출력 신호(212A, 212B)의 정보 내용이 상기 디지털 링크 신호(218)로 전달되도록 광 방사를 변조시킬 수 있다. 상기 광 방사는 발광용 반도체들과 같은 공지된 기법들을 사용함으로써 생성될 수 있다.
상기 디지털 링크 신호(218)는 상기 디지털 링크 신호(218)를 구현하는데 사용되는 광 방사의 광 파장 또는 편광(polarization)과 같은 광학 특성들을 기반으로 하는 광학 채널들을 사용함으로써 구현될 수 있다. 상기 광학 채널들의 구현에 서 사용되는 광학 부품들 및 방법들은 당업자에게 널리 알려져 있다.
예를 들면, 광학 형태의 디지털 링크 신호(218)는 상기 디지털 링크 신호(218)에 대한 많은 정보 전달 능력을 허용한다.
한 실시예에서는, 상기 디지털 링크 신호(218)가 각각의 프레임 및/또는 한 프레임의 부분이 페이로드 데이터 및 제어 정보와 같은 프레임별 정보를 지닌다.
도 3은 본 발명에 따른 능동 안테나(340)의 구조에 대한 일례를 보여주는 도면이다. 안테나 요소들(300) 및 송수신기(302)가 도시되어 있다.
저주파 디지털 신호(326A)는 도 2에 도시되어 있는 저주파 디지털 신호(212A, 212B)의 송신 부분을 나타낸다. 저주파 디지털 신호(326B)는 도 2에 도시되어 있는 저주파 디지털 신호(212A, 212B)의 수신 부분을 나타낸다.
무선 주파 송신 신호(322A)는 상기 무선 주파 신호(204A, 204B)의 송신 부분을 나타낸다. 무선 주파 수신 신호(322B)는 상기 무선 주파 신호(204A, 204B)의 수신 부분을 나타낸다.
한 실시예에서는, 상기 송수신기(208A, 208B, 302)가 상기 저주파 디지털 신호(212A, 212B, 328A, 328B) 및 상기 무선 주파 신호(204A, 204B, 322A, 322B) 간의 주파수 변환을 수행하기 위한 무선 모뎀(radio modem; RM; 230A, 230B, 314)을 포함한다. 상기 무선 모뎀(230A, 230B, 314)은 직접 변환 또는 중간 주파수들을 채용하여 하나 이상의 단계들을 통해 상기 저주파 디지털 신호(212A, 212B, 328A, 328B) 및 상기 무선 주파 신호(204A, 204B, 322A, 322B) 간의 변환을 수행할 수 있다.
도 4는 직접 변환을 채용하는 무선 모뎀(230A, 230B, 314)의 구조에 대한 일례를 보여주는 도면이다.
상기 무선 모뎀(230A, 230B, 314)은 저주파 디지털 신호(414A, 414B, 414C, 414D) 및 저주파 전기 아날로그 신호(418A, 418B, 418C, 418D) 간의 변환을 수행하기 위한 아날로그/디지털 변환기(CONV) 유닛(400)을 포함할 수 있다.
상기 무선 모뎀(230A, 230B, 314)은 상기 저주파 전기 아날로그 신호(418A, 418B, 418C, 418D) 및 무선 주파 신호(416A, 416B) 간의 주파수 변환을 수행하기 위한 변조기(MOD) 유닛(408)을 더 포함할 수 있다.
송신시, 상기 무선 모뎀(230A, 230B, 314)을 통해, 상기 저주파 디지털 송신 신호(328A, 414A, 414B)가 상향 주파수 변환기(up-converter; 410A) 내에 수신되고 상기 저주파 디지털 송신 신호(328A, 414A, 414B)가 상기 무선 주파 송신 신호(322A, 416A)로 상향 주파수 변환된다. 상기 저주파 디지털 송신 신호(322A, 416A)는 제1의 디지털 송신 성분(414A) 및 제2의 디지털 송신 성분(414B)으로 분할될 수 있다. 이러한 2가지의 디지털 송신 성분(414A, 414B)은 상기 무선 주파 송신 신호(416A)의 전력 및 위상 특성들과 같은 신호 특성들을 포함할 수 있다. 상기 주파수 상향 주파수(410A)의 주파수는 국부 발진기(LO; 420A)에 의해 제어된다.
아날로그/디지털 변환기 유닛(400)은 상기 저주파 디지털 송신 신호(414A, 414B)를 상기 저주파 전기 아날로그 신호(418A, 418B)로 변환시키기 위한 디지털-아날로그 변환기(DAC; 402A)를 포함할 수 있다. 한 실시예에서는, 상기 디지털-아날로그 변환기(402A)가 제1의 디지털 송신 성분(414A) 및 제2의 디지털 송신 성분 (414B)을 위한 별개의 변환기들을 포함함으로써, 제1의 아날로그 송신 성분(418A) 및 제2의 아날로그 송신 성분(418B)을 생성한다.
수신시, 상기 무선 모뎀(230A, 230B, 314)을 통해, 상기 무선 주파 수신 신호(322B, 416B)가 상기 변조기 유닛(408)의 하향 주파수 변환기(410B) 내에 수신되고, 상기 무선 주파 수신 신호(322B, 416B)가 저주파 아날로그 전기 수신 신호(418C, 418D)로 하향 주파수 변환된다. 다음에는, 상기 저주파 아날로그 전기 수신 신호(418C, 418D)가 상기 아날로그/디지털 변환기 유닛(400)의 아날로그-디지털 변환기(ADC; 402B) 내에 공급된다. 상기 아날로그/디지털 변환기 유닛(400)의 아날로그-디지털 변환기(402B)는 상기 저주파 아날로그 전기 수신 신호(418C, 418D)를 상기 저주파 디지털 신호(228B, 414C, 414D)로 변환시킨다. 상기 상향 주파수 변환기(410B)의 주파수는 국부 발진기(LO; 420B)에 의해 제어된다.
상기 제1의 아날로그 수신 성분(418C) 및 상기 제2의 아날로그 수신 성분(418D)은 상기 아날로그/디지털 변환기 유닛(400)의 아날로그-디지털 변환기(402B) 내에 공급된다. 상기 아날로그/디지털 변환기 유닛(400)의 아날로그-디지털 변환기(402B)는 2가지의 아날로그 수신 성분(418C, 418D)을 샘플링함으로써, 상기 안테나 어댑터(214) 내에 공급될 저주파 디지털 수신 신호들(226B, 414C, 414D)을 생성한다.
한 실시예에서는, 상기 무선 모뎀(230A, 230B, 314)이 상기 안테나 유닛(202A, 202B, 300)과 함께 공유되는 인쇄 기판을 사용하여 구현된다. 또한, 상기 무선 모뎀(230A, 230B, 314)은 상기 인쇄 기판상에 배치되는 집적 회로를 사용하여 구현될 수 있다. 이러한 구현은 사용자 장비 구현에 관한 교시들 및 전기 부품들을 채용할 수 있는 능동 안테나(200A, 200B, 340)의 통합 구조를 허용한다.
한 실시예에서는, 상기 송수신기(208A, 208B, 302)가 무선 주파 신호(204A, 204B, 322A, 322B)의 주파수 스펙트럼을 제한하기 위해 상기 안테나 요소(200)에 접속되는 필터 유닛(DPX; 224A, 224B, 310)을 포함한다. 상기 필터 유닛(224A, 224B, 310)은 다운링크 방향에서 사용되는 반송 주파수들에 대응하는 송신 통과 대역을 지니는 송신 필터(TXF; 334A)를 포함할 수 있다. 상기 필터 유닛(224A, 224B, 310)은 업링크 방향에서 사용되는 반송 주파수들에 대응하는 수신 통과 대역을 지니는 수신 필터(RXF; 334B)를 더 포함할 수 있다. 상기 송신 필터(334A) 및 상기 수신 필터(334B)는 상기 필터 유닛(224A, 224B, 310)이 상기 다운링크 및 업링크 주파수를 서로 분리시키기 위한 디플렉서(diplexer)를 구성하도록 선택 및/또는 튜닝될 수 있다.
한 실시예에서는, 상기 필터 유닛(224A, 224B, 310)이 상기 무선 모뎀(230A, 230B, 314)에 접속된다. 이러한 구현은 예를 들면 피코-셀(130) 형성에서의 송신 및 아마도 수신을 위해 낮은 전력 레벨이 충분할 경우에 바람직하다.
한 실시예에서는, 상기 필터 유닛(224A, 224B, 310)이 상기 안테나 요소(202A, 202B, 300)와 함께 공유되는 인쇄 기판상에서 구현됨으로써, 상기 능동 안테나(200A, 200B, 340)에 대한 통합 구조를 제공한다. 이러한 통합 구조는 사용자 장비 구현들과 관련하여 종래 방식으로 사용되는 필터 기법들 및 부품들을 채용할 수 있다.
한 실시예에서는, 상기 송수신기(208A, 208B, 302)가 상기 무선 주파수 신호(204A, 204B, 322A, 322B)를 증폭하기 위한 증폭기(AMP) 유닛(226A, 226B, 312)을 포함한다. 한 실시예에서는, 상기 증폭기 유닛(226A, 226B, 312)은 상기 무선 모뎀(230A, 230B, 314)에 접속된다.
한 실시예에서는, 상기 증폭기 유닛(226A, 226B, 312)이 상기 안테나 요소(300)에 안내될 송신 무선 주파수 신호(322A)를 증폭하기 위한 선형 전력 증폭기와 같은 송신 증폭기(LPA; 316A)를 포함한다. 상기 송신 증폭기(316A)는 전자기장의 강도가 원하는 레벨에 있도록 무선 주파 송신 신호(322A)를 증폭할 수 있다.
한 실시예에서는, 상기 증폭기 유닛(226A, 226B, 312)이 수신 무선 주파 신호(322B)를 증폭하기 위한 저잡음 증폭기와 같은 수신 증폭기(LNA; 316B)를 포함한다. 상기 수신 증폭기(316B)는 증폭 이후에 상기 수신 무선 주파 신호(322B)의 전력이 상기 무선 모뎀(230A, 230B, 314)과 같은, 상기 송수신기(208A, 208B, 302)의 다른 부품들에 적합한 레벨에 있도록 상기 수신 무선 주파 신호(322B)가 증폭될 수 있게 한다.
한 실시예에서는, 상기 증폭기 유닛(226A, 226B, 312)이 상기 안테나 요소(202A, 202B, 300) 및 아마도 상기 무선 모뎀(230A, 230B, 314)과 공통으로 인쇄 기판상에 배치되는 집적 회로로 구현됨으로써, 능동 안테나(200A, 200B, 340)에 대한 통합 구조를 제공한다. 상기 통합 구조는 사용자 장비 구현들에 관련하여 채용 또는 사용될 통합된 증폭기 회로들과 같은 전기 부품들 및 증폭기 기법들을 허용한다.
한 실시예에서는, 상기 송수신기(208A, 208B, 302)가 저주파 디지털 신호(212A, 212B, 326A, 326B)를 처리하기 위한 신호 처리 유닛(SPU; 232A, 232B, 318)을 포함한다.
송신시, 상기 신호 처리 유닛(232A, 232B, 318)은 상기 저주파 디지털 송신 신호(212A, 212B, 328B)를 수신하고 상기 저주파 디지털 송신 신호(212A, 212B, 328B)에 관한 처리를 수행한다. 상기 신호 처리 유닛(232A, 232B, 318)이 상기 저주파 디지털 송신 신호(226A)에 관해 수행하는 태스크들은 디지털 필터링, 신호 특성 조정, 전력 증폭기 선형화, 신호 정형 기능들의 구현, 디지털 예비-왜곡을 포함한다. 상기 태스크들 중 일부는 상기 신호 처리 유닛(232A, 232B, 318) 및 상기 안테나 요소(202A, 202B, 300) 간의 부품들을 포함하는 안테나 신호 경로로부터 피드백 정보를 필요로 할 수 있다. 더군다나, 상기 신호 처리 유닛(232A, 232B, 318)은 알람 및 제어와 같은 동작 및 유지보수(operation and maintenance)와 관련이 있는 태스크들을 처리할 수 있다. 상기 디지털 신호 처리 유닛(232A, 232B, 318)은 예를 들면 상기 무선 모뎀(314)에 의해 수신되는 처리된 저주파 디지털 신호(328A)를 출력한다.
수신시, 상기 디지털 신호 처리 유닛(232A, 232B, 318)은 예를 들면 상기 무선 모뎀(314)을 통해 생성되는 저주파 디지털 수신 신호(228B)를 수신하고, 상기 저주파 디지털 수신 신호(228B)를 처리한다. 상기 디지털 신호 처리 유닛(318)이 상기 저주파 디지털 수신 신호(328B)에 관해 수행하는 태스크들은 디지털 필터링, 예비 위상 조정, 동작 및 유지보수를 포함한다.
한 실시예에서는, 상기 디지털 신호 처리 유닛(232A, 232B, 318)이 상기 안테나 요소(202A, 202B, 300) 및 아마도 상기 무선 모뎀(230A, 230B, 314), 상기 증폭기 유닛(226A, 226B, 312), 및 상기 필터 유닛(224A, 224B, 310)과 공통으로 인쇄 기판을 사용하여 구현된다. 상기 신호 처리 유닛(232A, 232B, 318)은 열거된 태스크들에 적합한 디지털 신호 프로세서, 메모리 수단 및 소프트웨어를 포함할 수 있다. 상기 신호 처리 유닛(318)은 상기 인쇄 기판상에 배치되는 디지털 컴퓨터 칩을 사용하여 구현됨으로써 상기 능동 안테나(200A, 200B, 340)에 대한 통합 구조를 제공할 수 있다. 한 실시예에서, 상기 송수신기(208A, 208B, 302)는 셀룰러 원격 통신 시스템의 멀티캐리어(multi-carrier) 동작을 지원한다. 상기 멀티캐리어 동작은 상기 저주파 디지털 신호(212A, 212B, 326A, 326B, 328A, 328B)의 주파수가 고정되어 있는 동안 광범위한 무선 주파수들을 통해 상기 송수신기(208A, 208B, 302)를 튜닝할 수 있는 능력을 포함한다.
한 실시예에서는, 상기 능동 안테나(200A, 200B, 340)가 상기 능동 안테나(200A, 200B, 340)를 제어하기 위해 상기 송수신기(208A, 208B, 302)에 접속되는 제어 유닛(CNTL; 242A, 242B, 332, 412)을 포함한다.
한 실시예에서는, 상기 제어 유닛(242A, 242B, 332)은 상기 제어 유닛(242A, 242B, 332) 및 상기 안테나 어댑터(214) 간에 제어 정보(244A, 244B, 326C)를 송신하도록 상기 안테나 어댑터(214)에 접속된다. 상기 제어 정보는 비임 형성, 무선 주파 신호들의 선형화, 무선 주파 신호들의 예비-왜곡, 기준 시간, 전력 제어, 위상 제어, 신호 분할, 원격 안테나(238)의 상태에 관한 정보와 관련이 있을 수 있 다.
상기 제어 유닛(242A, 242B, 332)은 소프트웨어 및 아마도 상기 송수신기(208A, 208B, 302)로부터의 전기적 신호들을 측정하기 위한 수단을 지니는 디지털 컴퓨터로 구현될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에서는, 상기 디지털 링크 신호(218)는 상기 능동 안테나(200A, 200B, 340)를 제어하기 위한 제어 정보를 포함하는 제어 프레임을 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서는, 상기 제어 유닛(332)이 상기 송수신기(302)로부터 피드백 정보(336,338)를 수집하고 그에 따라 제어 태스크들을 수행하도록 구성된다. 상기 피드백 정보(336, 338)는 상기 송수신기(302)의 송신 브랜치 및/또는 수신 브랜치로부터의 전기적 신호들을 측정함으로써 획득될 수 있다. 예를 들면, 피드백 정보를 필요로 하는 제어 태스크들은 디지털 예비 왜곡 및 위상 조정을 포함한다.
상기 제어 유닛(242A, 242B)은 전용 디지털 제어 신호(326A, 326B)가 상기 송수신기(208A, 208B, 302) 및 상기 안테나 어댑터(214) 간에 릴레이되도록 상기 안테나 어댑터(214)에 접속될 수 있다. 또한, 상기 저주파 디지털 신호(212A, 212B, 326A, 326B)에서 제어 정보를 멀티플렉싱하고 디지털 방식으로 상기 저주파 디지털 신호(212A, 212B, 326A, 326B)로부터 상기 제어 정보를 추출하는 것이 또한 가능하다.
한 실시예에서는, 상기 안테나 장치(216)가 상기 능동 안테나(200A, 200B) 및 상기 안테나 어댑터(214) 간에 송신되는 신호들(212A, 212B, 210A, 210B)을 처리하기 위해 상기 안테나 어댑터(214) 및 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)에 접속되는 인터페이스 신호 처리 유닛(interface signal processing unit; ISPU; 222)을 포함한다. 상기 인터페이스 신호 처리 유닛(222)은 디지털 링크 신호(218)에서 서로 다른 프레임들을 분리시키고 아마도 상기 프레임들을 상기 송수신기(208A, 208B)에 대한 적합한 포맷으로 부호화할 수 있다. 그러한 분리는 예를 들면, 상기 비트 스트림으로부터 페이로드 데이터 및 제어 데이터를 분리시키는 단계, 및 상기 송수신기(208A, 208B)의 적합한 접속기들에 서로 다른 유형의 데이터를 라우팅(routing)하는 단계를 포함한다. 더군다나, 상기 인터페이스 신호 처리 유닛(222)은 서로 다른 광학 채널들의 데이터를 조합할 수도 있고, 상기 데이터를 서로 다른 광학 채널들에 안내할 수도 있으며, 서로 다른 광학 채널들의 데이터를 조합하여 상기 데이터를 서로 다른 광학 채널들에 안내할 수도 있다. 그러한 조합은 상기 안테나 어댑터(214)로부터 송신될 디지털 링크 신호(218)가 소정의 프레임 구조를 지니도록 상기 저주파 디지털 수신 신호(212A, 212B, 326B)로부터 그리고 아마도 제어 신호로부터 비트 스트림을 형성하는 단계를 포함한다.
더군다나, 상기 인터페이스 신호 처리 유닛(222)이 송신시 수행하는 태스크들은,
- 원하는 방사 패턴에 따라 각각의 안테나 요소(202A, 202B, 300)에 대한 위상 및 전력 설정 값들을 룩업 테이블로부터 계산 또는 감시(watching)하는 태스크,
- 각각의 안테나 요소(202A, 202B, 300)에 대한 전력 레벨을 직접 설정하거 나 또는 각각의 신호 처리 유닛(232A, 232B, 318)에 전력 가중 정보를 분산하는 태스크,
- 각각의 신호 처리 유닛(232A, 232B, 318)에 위상 설정 데이터를 분산하는 태스크, 및
- 능동 안테나(200A, 200B, 340)에 동작 및 유지보수 커맨드들을 분산하는 태스크를 포함한다.
상기 인터페이스 신호 처리 유닛(222)이 수신시 수행하는 태스크들은,
- 상기 개별적인 능동 안테나들(200A, 200B, 300)로부터 생성되는 n개의 데이터 스트림들을 하나의 공통 데이터 스트림으로 감소시키는 태스크,
위상 트래킹 태스크,
상기 개별적인 능동 안테나들(200A, 200B, 340)로부터 생성되는 수개의 데이터 스트림들에 관한, 예컨대, 상관 또는 다른 적합한 알고리즘들을 사용하여 잡음 및 간섭 제거를 수행하는 태스크, 및
동작 및 유지보수 커맨드 분산 태스크를 포함한다.
상기 인터페이스 신호 처리 유닛(222)은 소프트웨어를 지니는 디지털 신호 프로세서를 포함할 수 있다. 넓게 해석하면, 상기 인터페이스 신호 처리 유닛(222)은 상기 인터페이스 신호 처리 유닛(222)의 전용 태스크들을 위한 용도로 설계되는 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit; ASIC)를 포함할 수 있다. 그러므로, 예를 들면, 상기 n개의 데이터 스트림들을 하나의 공통 데이터 스트림으로 감소시킬 경우에는 실제 신호 처리 전력이 필요하지 않고 다만 착신 데이 터 스트림들의 위상들이 조정됨으로써 상기 착신 데이터 스트림들의 위상들이 상기 안테나 장치(216)에 의해 제공되는 원하는 조명 기능의 위상 성분을 대행할 수 있게 하며 합산용 안테나 가중치들이 설정됨으로써 또한 위에 언급된 조명 기능의 전력 성분이 정확할 수 있게 한다. 한 실시예에서는, 상기 인터페이스 신호 처리 유닛(222)이 수신 감도를 증가시키는데 그 목적이 있는 태스크들을 수행한다. 이러한 인터페이스 신호 처리 유닛(222)의 역할은 상기 능동 안테나들(200A, 200B, 340)의 값비싼 하드웨어에 대한 필요성을 감소시킨다. 한 실시예에서는, 상기 디지털 링크 신호(218)가 상기 무선 주파 신호(222A, 222B)의 전력 정보 및 위상 정보와 같은 신호 특성들을 포함한다.
한 실시예에서는, 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)가 GSM900, GSM850, GSM1800, GSM1900, WCDMA, 및 CDMA2000과 같은 적어도 2개의 무선 시스템들을 지원하도록 구성된다. 상기 송수신기(208A, 208B, 302)는 소프트웨어 및 무선 모뎀(230A, 230B, 312)과 같은 병렬 무선 시스템별 부품들을 포함할 수 있다. 그러나, 안테나 요소(202A, 202B, 300)와 같은 일부 부품들은 공유될 수 있다.
도 5a 및 도 5b에는 송수신기(TRX; 502) 및 안테나 요소(ANT; 510)를 보여주는 능동 안테나(200A, 200B, 340)의 구조가 예시되어 있다.
본 발명의 한 실시예에서는, 안테나 요소(510) 및 송수신기(502)가 공통의 전기 기기 구조(504)에 통합된다. 상기 전기 기기 구조(504)는 인쇄 기판 또는 집적 회로일 수 있다. 상기 전기 기기 구조(504)는 집적 회로들 및 안테나 요소들(510)과 같은 부품들을 상호 접속하기 위한 내부 배선을 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에서는, 상기 안테나 요소(510) 및 상기 송수신기(502)가 상기 전기 기기 구조(504)의 반대 측에 설치된다. 이러한 구성은 상기 능동 안테나(200A, 200B, 340)에 대한 콤팩트 구조를 허용한다.
한 실시예에서는, 상기 전기 기기 구조(504)가 외부 병렬 버스(508)를 통해 상기 전기 기기 구조(504)를 상호 접속하기 위해 상기 송수신기(502)에 접속되는 병렬 버스(506)를 포함한다. 상기 병렬 버스(506)는 상기 병렬 버스(506)가 상기 외부 병렬 버스(508)에 소정의 정밀도로 배치될 수 있게 하는 조정 수단을 포함할 수 있다. 예를 들면 비임의 형성시 상기 능동 안테나(200A, 200B, 340)가 사용될 경우에는 사전에 정의된 정밀도가 요구된다. 상기 조정 수단은 또한 상기 능동 안테나(200A, 200B, 340)의 간편한 설치 및 제거를 허용할 수 있다. 외부 병렬 버스는 또한 상기 능동 안테나(200A, 200B, 340)에 대한 동작 전력을 공급할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 능동 안테나 장치의 구조에 대한 일례를 보여주는 도면이다.
상기 능동 안테나 장치는 능동 안테나(600A, 600B, 600C, 602A, 602B), 안테나 어댑터(AA; 604) 및 능동 안테나 장치의 몸체(618)를 포함한다. 도 2에 도시되어 있는 디지털 링크 신호(218)에 대응하는 디지털 링크 신호(610)가 또한 도시되어 있다. 상기 저주파 디지털 신호들(212A, 212B)에 대응하는 저주파 디지털 신호들(606, 608)이 또한 도시되어 있다.
본 발명의 한 실시예에서는, 상기 복수 개의 능동 안테나(600A, 600B, 600C, 602A, 602B, 602C)의 적어도 일부분이 공통의 전기 기기 구조(614, 616)에 부착된 다. 상기 능동 안테나들(600A, 600B, 600C, 602A, 602B, 602C)의 구조는 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있는 전기 기기 구조(504)의 구조와 유사할 수 있다. 도 6의 예에서는, 칼럼 배치가 매크로-셀 형성을 초래하지만 매트릭스 배치는 비임의 형성 및/또는 피코-셀의 형성을 허용한다.
상기 전기 기기 구조(614, 616)는 상기 능동 안테나들(600A, 600B, 600C, 602A, 602B, 602C)에의 접속을 위한 슬롯들(620A, 620B, 620C, 622A, 622B, 622C)을 지니는 인쇄 기판일 수 있다. 상기 능동 안테나들(600A, 600B, 600C, 602A, 602B, 602C)은 상기 안테나 어댑터(604) 및 상기 능동 안테나들(600A, 600B, 600C, 602A, 602B, 602C) 간의 접속이 설정되도록 상기 슬롯들(620A, 620B, 620C, 622A, 622B, 622C) 내로 밀어 넣어질 수 있다.
상기 능동 안테나들(600A, 600B, 600C, 602A, 602B, 602C)은 예를 들면 상기 안테나 장치에서 다른 능동 안테나들(600A, 600B, 600C, 602A, 602B, 602C)에 대한 상기 능동 안테나(600A, 600B, 600C, 602A, 602B, 602C)의 위치 및 편광을 포함하는 소정의 물리적 특성들을 통해 상기 안테나 장치에 배치될 수 있다.
본 발명의 제2 실시태양에 의하면, 본 발명은 도 2에 예시되어 있는 기지국 송수신기(250)를 제공한다. 상기 기지국 송수신기(250)는 예를 들면 상기 기지국 제어기(106)를 통해 상기 네트워크에 접속되는 국부 유닛(234)을 포함한다. 상기 국부 유닛(234)은 예를 들면 상기 기지국 송수신기(250)의 기저대역(BB) 유닛(248)을 포함한다. 상기 기저대역 유닛(248)은 종래의 기저대역 부품들을 포함하며 부호화, 확산(spreading), 전력 관리, 변조, 복조, 채널 등화, 레이크(RAKE) 수신, 및 다른 표준 관련 처리 태스크들과 같은 태스크들을 수행할 수 있다. 한 실시예에서는, 상당한 계산 출력을 필요로 하는 태스크들은 상기 기저대역 유닛(248)에서 수행된다.
상기 기지국 송수신기(250)는 본 발명의 제1 실시태양에 따른 복수 개의 능동 안테나들(200A, 200B, 340)을 더 포함한다.
한 실시예에서는, 상기 기지국 송수신기(250)가 상기 국부 유닛(234) 및 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B) 간에 디지털 링크를 제공하기 위해 상기 국부 유닛(234) 및 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)에 접속되는 인터페이스(236)를 더 포함한다.
상기 인터페이스(236)는 본 발명의 제1 실시태양에 따른 안테나 어댑터(214)를 포함한다. 상기 인터페이스(236)는 상기 국부 유닛(234)에 대한 인터페이스를 제공하기 위해 상기 국부 유닛(234)에 접속되는 기저 대역 어댑터(BBA; 238)를 더 포함한다.
상기 기저 대역 어댑터(238)는 상기 국부 유닛(234)의 기저 대역 신호와 같은 저주파 디지털 신호 및 상기 기저대역 어댑터(238) 및 상기 안테나 어댑터(214) 간에 송신되는 디지털 링크 신호(218) 간의 변환을 수행한다. 상기 기저대역 어댑터(238)는 상기 디지털 링크를 사용하여 상기 국부 유닛(234) 및 상기 능동 안테나(200A, 200B) 간에 제어 정보를 릴레이하기 위해 상기 기지국 송수신기(250)의 제어(CNTL) 유닛(240)에 접속될 수 있다.
한 실시예에서는, 상기 인터페이스(236)가 상기 국부 유닛(234) 및 상기 적 어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B) 간에 상기 무선 주파 신호(204A, 204B)의 신호 특성들을 송신하도록 구성된다.
한 실시예에서는, 상기 인터페이스(236)가 상기 국부 유닛(234) 및 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B) 간에 제어 정보를 송신하도록 구성된다.
본 발명의 한 실시예에서는, 상기 기지국 송수신기가 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B) 및 상기 인터페이스(236) 간에 송신되는 신호들(212A, 212B, 210A, 210B)을 처리하기 위해 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B) 및 상기 인터페이스(236)에 접속되는 인터페이스 신호 처리 유닛(222)을 포함한다.
한 실시예에서는, 상기 기지국 송수신기(250)는 상기 기지국 송수신기(250)의 동작을 제어하는 제어 유닛(240)을 포함한다. 상기 제어 유닛(240)은 상기 능동 안테나들(200A, 200B)에 신호들을 송신 및 수신하기 위해 상기 기지국 어댑터(238)에 접속될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에서는, 상기 복수 개의 능동 안테나(200A, 200B)가 상기 능동 안테나(200A, 200B)의 신호 특성들을 제어하여, 원하는 출력 전력 레벨, 원하는 감도, 원하는 안테나 방사 패턴(116, 124, 130) 중 적어도 하나를 제공하도록 구성된다. 본 발명은 상기 능동 안테나들(200A, 200B)의 개별 전력 및 위상 제어를 허용한다. 상기 방사 패턴은 하나 이상의 능동 안테나(200A, 200B, 340)를 사용하여 상기 무선 주파 신호들(204A, 204B, 322A, 322B)의 상대적인 위상들 및 아마도 진폭들을 제어함으로써 실현될 수 있다.
한 실시예에서는, 상기 인터페이스(236)는 상기 국부 유닛(234) 및 상기 적 어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B) 간에 광학 링크를 제공하도록 구성된다. 상기 광학 링크는 상기 기저대역 어댑터(238) 및 상기 안테나 어댑터(214)를 광학적으로 접속하기 위한 광 도파관(246)을 사용하여 구현될 수 있다. 상기 광 도파관(246)은 예를 들면 광섬유 또는 복수 개의 광섬유일 수 있다.
본 발명의 한 실시예에서는, 상기 능동 안테나(200A, 200B)가 적어도 2개의 무선 시스템을 지원하도록 구성되며, 상기 기지국 송수신기는 적어도 2개의 무선 시스템들을 지원하도록 구성된다. 상기 능동 안테나 구성은 본 발명의 제1 실시태양에 따라 구현될 수 있다. 둘 이상의 무선 시스템을 지원하는 국부 유닛(234)의 구조 및 동작은 당업자에게 널리 알려져 있다.
본 발명에 따른 안테나 장치 및 기지국 송수신기는 도 1에 도시되어 있는 여러 유형의 셀을 구현함에 있어서 단일 유형의 능동 안테나(200A, 200B, 340)가 빌딩 블록(building block)으로서 사용될 수 있게 한다. 피코-셀(130)의 응용예에서는, 상기 능동 안테나(200A, 200B, 340)가 아마도 증폭기 유닛(226A, 226B, 312)이 전혀 필요하지 않은 기본 형태의 송수신기 회로 및 안테나 요소(202A, 202B)로 구성될 수 있다. 마이크로-셀(124)의 응용예에서는, 증폭기 유닛(226A, 226B)이 상기 송수신기 회로에 필요할 수 있다.
매크로-셀(116)의 응용예는 상기 마이크로-셀의 응용예에서 사용되는 안테나 요소들과 유사한 복수 개의 안테나 요소(200A, 200B, 340)를 사용하여 구현될 수 있다. 2-차원 안테나 어레이에서는, 증폭기 유닛(226A, 226B, 312)이 필요하지 않을 수 있는데, 그 이유는 대다수의 능동 안테나들(200A, 200B, 340)이 부가적인 증 폭 없이 필요한 전력을 제공할 수 있기 때문이다.
상기 안테나 장치의 모듈형 구조 및 상기 능동 안테나(200A, 200B)의 구조는 비용효과적인 기법이 기지국 송수신기에서 무선 주파 부품들을 구현하는데 사용될 수 있게 한다. 하나의 능동 안테나(200A, 200B, 340)에 대하여 낮은 비용을 초래하는 대량 생산(high production volumes)으로 비용이 감소된다. 더군다나, 본 발명은 신호 처리 및 무선 주파 태스크들이 개별적인 능동 안테나(200A, 200B, 340)용으로 설정되는 기술 요건들이 이동 전화 기법의 기술 요건들과 비교되도록 상기 안테나 장치를 통해 분산될 수 있게 한다. 상기 기술 요건들의 감소는 상업적으로 입수가능한 칩 세트들이 상기 능동 안테나들(200A, 200B, 340)을 구현하는데 사용될 수 있게 한다.
지금까지 본 발명이 첨부도면들에 따른 예를 참조하여 설명되었지만, 분명한 점은 본 발명이 그러한 예에 한정되지 않고 첨부된 청구의 범위 내에서 여러 방식으로 변경될 수 있다는 것이다.

Claims (34)

  1. 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치에 있어서,
    상기 안테나 장치는 저주파 디지털 신호(212A, 212B) 및 무선 주파 전자기장(206A, 206B) 간의 변환을 수행하기 위한 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)는,
    상기 무선 주파 전자기장(206A, 206B) 및 무선 주파 신호(204A, 204B) 간의 변환을 수행하는 안테나 요소(202A, 202B),
    상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)로 전송되는 제어 정보(244A, 244B)에 따라 상기 저주파 디지털 신호(212A, 212B)와 상기 무선 주파 신호(204A, 204B) 간의 변환을 수행하기 위해 상기 안테나 요소(202A, 202B)와 연결되어 상기 안테나 요소(202A, 202B)와 적어도 부분적으로는 일체화되는 송수신기(208A, 208B), 및
    상기 송수신기(208A, 208B)에 연결된 제어 유닛(242A, 242B)으로서, 상기 제어 정보에 따라 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)를 제어하도록 구성되며, 상기 제어 정보는 전력 제어 또는 위상 제어와 관련되어 상기 능동 안테나의 별도 전력 및 위상 제어를 제공하는, 제어 유닛(242A, 242B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 송수신기(208A, 208B)는 상기 저주파 디지털 신호(212A, 212B) 및 상기 무선 주파 신호(204A, 204B) 간의 주파수 변환을 수행하기 위한 무선 모뎀(230A, 230B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 송수신기(208A, 208B)는 상기 무선 주파 신호(204A, 204B)를 증폭하기 위해 상기 안테나 요소(202A, 202B)에 접속되는 증폭기 유닛(226A, 226B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 송수신기(208A, 208B)는 상기 무선 주파 신호(202A, 202B)의 주파수 스펙트럼을 제한하기 위해 상기 안테나 요소(202A, 202B)에 접속되는 필터 유닛(224A, 224B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 송수신기(208A, 208B)는 상기 저주파 디지털 신호(212A, 212B)를 처리하기 위한 신호 처리 유닛(232A, 232B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치는 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)에 대한 디지털 링크를 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)에 접속되는 안테나 어댑터(214)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치는 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B) 및 상기 안테나 어댑터(214) 간에 송신되는 신호들(212A, 212B, 210A, 210B)을 처리하기 위해 상기 적어도 하나 의 능동 안테나(200A, 200B) 및 상기 안테나 어댑터(214)에 접속되는 인터페이스 신호 처리 유닛(222)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 인터페이스 신호 처리 유닛(222)은 원하는 방사 패턴에 따라 각각의 안테나 요소(202A, 202B, 300)에 대한 위상 및 전력을 설정하는 태스크; 각각의 신호 처리 유닛(232A, 232B, 318)에 위상 설정 데이터를 분산시키는 태스크; 상기 능동 안테나들(200A, 200B, 340)에 동작 및 유지보수 커맨드들을 분산시키는 태스크; 상기 개별적인 능동 안테나들(200A, 200B, 300)로부터 생성되는 n개의 데이터 스트림들을 하나의 공통 데이터 스트림으로 감소시키는 태스크; 위상 트래킹 태스크; 및 잡음 및 간섭 제거 태스크를 포함하는 태스크들을 수행하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  9. 삭제
  10. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛(242A, 242B)은 상기 제어 유닛(242A, 242B) 및 상기 안테나 어댑터(214) 간에 제어 정보(244A, 244B)를 송신하도록 상기 안테나 어댑터(214)에 접속되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)는 적어도 2개의 무선 시스템을 지원하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 안테나 요소(510) 및 상기 송수신기(502)는 제1 공통 전기 기기 구조(504) 내에 통합되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치는 공통의 전기 기기 구조(614, 616)에 부착되는 복수 개의 능동 안테나들(600A, 600B, 600C, 602A, 602B, 602C)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  14. 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기에 있어서,
    디지털 신호 처리를 위해 상기 셀룰러 원격 통신 시스템의 네트워크에 접속되는 국부 유닛(234); 및
    저주파 디지털 신호(212A, 212B) 및 무선 주파 전자기장(206A, 206B) 간의 변환을 수행하기 위해 상기 국부 유닛(234)에 접속되는 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)로서, 상기 무선 주파 전자기장(206A, 206B) 및 무선 주파 신호(204A, 204B) 간의 변환을 수행하는 안테나 요소(202A, 202B), 및 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)로 전송되는 제어 정보(244A, 244B)에 따라 상기 저주파 디지털 신호(212A, 212B)와 상기 무선 주파 신호(204A, 204B) 간의 변환을 수행하기 위해 상기 안테나 요소(202A, 202B)와 연결되어 상기 안테나 요소(202A, 202B)와 적어도 부분적으로는 일체화되는 송수신기(208A, 208B)를 포함하는 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)는 상기 제어 정보에 따라 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)를 제어하기 위해 상기 송수신기(208A, 208B)에 접속되는 제어 유닛(242A, 242B)을 더 포함하고,
    상기 제어 정보는 전력 제어 또는 위상 제어와 관련되어 상기 능동 안테나의 별도 전력 및 위상 제어를 제공하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기.
  15. 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)가 상기 능동 안테나(200A, 200B)의 신호 특성들을 제어하여, 원하는 출력 전력 레벨; 원하는 감도; 원하는 안테나 방사 패턴(116, 124, 130) 중 적어도 하나를 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기.
  16. 제14항에 있어서, 상기 기지국 송수신기는 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B) 및 상기 국부 유닛(234) 간에 디지털 링크를 제공하기 위해 상기 국부 유닛(234) 및 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)에 접속되는 인터페이스(236)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기.
  17. 제16항에 있어서, 상기 인터페이스(236)는 상기 국부 유닛(234) 및 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B) 간에 상기 무선 주파 신호(204A, 204B)의 신호 특성들을 송신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기.
  18. 제16항에 있어서, 상기 인터페이스(236)는 상기 국부 유닛(234) 및 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B) 간에 제어 정보를 송신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기.
  19. 제16항에 있어서, 상기 인터페이스(236)는 상기 국부 유닛(234) 및 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B) 간에 광학 링크를 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기.
  20. 제16항에 있어서, 상기 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기는 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B) 및 상기 인터페이스(236) 간에 송신되는 신호들(212A, 212B, 210A, 210B)을 처리하기 위해 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B) 및 상기 인터페이스(236)에 접속되는 인터페이스 신호 처리 유닛(222)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기.
  21. 제20항에 있어서, 상기 인터페이스 신호 처리 유닛(222)은 원하는 방사 패턴에 따라 각각의 안테나 요소(202A, 202B, 300)에 대한 위상 및 전력을 설정하는 태스크; 각각의 신호 처리 유닛(232A, 232B, 318)에 위상 설정 데이터를 분산시키는 태스크; 상기 능동 안테나들(200A, 200B, 340)에 동작 및 유지보수 커맨드들을 분산시키는 태스크; 상기 개별적인 능동 안테나들(200A, 200B, 300)로부터 생성되는 n개의 데이터 스트림들을 하나의 공통 데이터 스트림으로 감소시키는 태스크; 위상 트래킹 태스크; 및 잡음 및 간섭 제거 태스크를 포함하는 태스크들을 수행하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기.
  22. 제19항에 있어서, 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)는 적어도 2개의 무선 시스템을 지원하도록 구성되며; 상기 국부 유닛(234)은 적어도 2개의 무선 시스템을 지원하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 제어 정보는, 빔 형성, 상기 무선 주파 신호들의 선형화(linearization), 상기 무선 주파 신호들의 선행 왜곡(pre-distorting), 시간 참조(time reference), 전력 제어, 위상 제어, 신호 분열(signal splitting) 중 적어도 하나에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B)는, 상기 제어 정보에 의해 상기 능동 안테나(200A, 200B)의 신호 특성들을 제어함으로써, 원하는 출력 전력 레벨, 원하는 민감도, 원하는 안테나 방사 패턴(116, 124, 130) 중 적어도 하나에 기여하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  25. 제5항에 있어서,
    상기 신호 처리 유닛(232A, 232B)은 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함하고, 상기 신호 처리 유닛(232A, 232B)의 태스크(task)는 디지털 필터링, 신호 특성 조정, 전력 증폭기 선형화, 신호 형상화 기능들, 디지털 선행-왜곡, 동작 및 유지보수, 디지털 필터링, 예비 위상 조정을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  26. 삭제
  27. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛(242A, 242B)은, 상기 송수신기로부터 집합된 피드백 정보에 의해 상기 적어도 능동 안테나를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  28. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛(242A, 242B)은, 디지털 선행-왜곡, 위상 조정을 포함하는 제어 태스크를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 송수신기(208A, 208B)는,
    상향 컨버터(410A) 및 상기 상향 컨버터(410A)의 주파수를 제어하는 제1 로컬 오실레이터(420A); 및
    하향 컨버터(410B) 및 상기 하향 컨버터(410B)의 주파수를 제어하는 제2 로컬 오실레이터(420B)를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  30. 제12항에 있어서,
    상기 제1 공통 전기 기기 구조(504)는 상기 전기 기기 구조(504)를 외부 병렬 버스(508)와 연결하기 위한 상기 송수신기(502)에 연결된 병렬 버스(506)를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  31. 제12항에 있어서,
    상기 제1 공통 전기 기기 구조(504)는, 상기 병렬 버스(506)를 외부 병렬 버스(508)에서 소정 정확도에 두는 조정 수단을 포함하여, 빔 형성을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 조정 수단은 상기 적어도 하나의 능동 안테나(200A, 200B, 340)의 신속한 설치 및 설치제거가 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  33. 제13항에 있어서,
    상기 제2 공통 전기 기기 구조(614, 646)는 상기 적어도 하나의 능동 안테나(600A, 600B, 600C, 602A, 602B, 602C)를 연결하기 위한 슬롯들(620A, 620B, 620C, 622A, 622B, 622C)을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치.
  34. 제14항에 있어서,
    상기 제어 정보는, 빔 형성, 상기 무선 주파 신호들의 선형화(linearization), 상기 무선 주파 신호들의 선행 왜곡(pre-distorting), 시간 참조(time reference), 전력 제어, 위상 제어, 신호 분열(signal splitting) 중 적어도 하나에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기의 안테나 장치를 포함하는 셀룰러 원격 통신 시스템의 기지국 송수신기.
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