KR102264051B1 - 빔포밍을 위한 안테나 구성 및 방법 - Google Patents

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Abstract

이중 편파 안테나 어레이(10) 및 이에 접속된 재구성가능한 피드 네트워크(17)를 포함하는 안테나 구성(1)이 제공된다. 이중 편파 안테나 어레이(10)는 다수의 복사 안테나 요소를 포함하고, 재구성가능한 피드 네트워크(17)는 스위칭 수단(20)을 포함하며, 스위칭 수단(20)은 상기 피드 네트워크(17)를: 단일 편파 빔포밍(SPBF)을 제공하는 제1 모드 - 제1 모드에서는 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소를 제1 포트(A)에 접속하고 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소를 제2 포트(B)에 접속하도록 피드 네트워크(17)가 배열됨 - 와, 이중 편파 빔포밍(DPBF)을 제공하는 제2 모드 - 제2 모드에서 피드 네트워크(17)는, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소의 일부와 제2 편파를 갖는 모든 안테나 요소의 일부를 제1 포트(A)에 접속하고, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소의 나머지 부분과 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소의 나머지 부분을 제2 포트(B)에 접속함 - 사이에서 스위칭한다. 방법(30), 컴퓨터 프로그램(42) 및 컴퓨터 프로그램 제품(41)도 역시 제공된다.

Description

빔포밍을 위한 안테나 구성 및 방법
본 명세서에 개시된 기술은 일반적으로 안테나 기술 분야, 특히 이중 편파 안테나 어레이(dual polarized antenna array) 및 이에 접속된 재구성가능한 피드 네트워크(feed network)를 포함하는 안테나 구성, 방법, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
차세대 모바일 통신 시스템(5G)에 대한 많은 다양한 요구조건이 있다. 이것은 많은 상이한 캐리어 주파수들의 주파수 대역들이 필요하다는 것을 암시한다. 예를 들어, 충분한 커버리지를 달성하기 위해서는 낮은 대역이 필요하고, 요구되는 용량에 도달하기 위해서는 더 높은 대역(예를 들어, 밀리미터 파(mmW), 즉, 30GHz 부근 및 그 이상)이 필요할 것이다. 높은 주파수에서 전파 특성은 더 까다롭고, 충분한 링크 예산에 도달하기 위해서는, 전송/수신 지점(TRP, 예를 들어, 기지국 등의 액세스 포인트)과 통신 디바이스(예를 들어, 사용자 장비(UE)) 양쪽 모두에서 빔포밍이 요구될 수 있다. 이하에서는 기지국 및 UE가 전송/수신 지점의 예로서 이용된다.
기지국과 UE 양쪽 모두에서는 기본적으로 3개의 상이한 빔포밍 구현이 있다: 아날로그 빔포밍, 디지털 빔포밍 및 하이브리드 빔포밍. 각각의 구현에는 그 장단점이 있다. 디지털 빔포밍은 가장 유연한 솔루션이지만 요구되는 무선 및 기저대역 체인 수가 크기 때문에 가장 비싸다. 아날로그 빔포밍은 무선 및 기저대역 체인 수가 감소되기 때문이 유연성이 가장 낮지만 제조 비용이 덜 비싸다. 하이브리드 빔포밍은 아날로그와 디지털 빔포밍 사이의 절충이다.
상이한 UE들의 비용 및 성능 요건에 따라, 상이한 구현들이 필요할 것이다. NR(New Radio) 액세스 기술을 위한 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 연구하기로 합의된 한 유형의 빔포밍 안테나 아키텍처는, 기지국과 UE 양쪽 모두에서의 안테나 패널(antenna panel)의 개념이다. 안테나 패널은, 전형적으로 편파 당 하나의 전송/수신 유닛(Transmit/Receive Unit)(TXRU)을 갖는 단일- 또는 이중-편파 요소들의 안테나 어레이다. 위상 시프터(phase shifter)를 갖춘 아날로그 분배 네트워크는 각각의 패널의 빔을 조향(steer)하는데 이용된다.
UE의 경우, 인입 신호는 많은 상이한 방향들로부터 도달할 수 있으므로, 전방향형 커버리지를 생성할 수 있는 안테나 구현을 UE에서 갖는 것이 유리하다. UE에서 전방향 커버리지를 증가시키는 한 방식은 이중 편파 빔포밍을 적용하는 것이다. 그 다음, 이중 편파 패널들이 넓은 빔을 생성하는데 이용된다.
전체 셀을 커버하는 넓은 빔은, 예를 들어 셀 내의 복수의 UE에/로부터 동시에 정보를 전송/수신할 때, 또는 신호의 브로드캐스트 등을 위해, 기지국에서도 유용할 수 있다. 따라서, 이중 편파 빔포밍에 의해 넓은 빔을 생성하기 위해서는 기지국에서도 이중 편파 패널이 유용할 수 있다.
원하는 빔폭 및 빔 형상을 갖는 넓은 빔이 큰 능동 안테나 어레이를 이용하여 생성될 수 있는, 이중 편파 빔포밍 방식이 알려져 있다. 이 방식에서 빔 형상은, 안테나 패널 크기가 제공하는 최소 빔폭보다 종종 훨씬 넓다. 그러나, 이것은 빔을 형성하기 위해 양쪽 편파 모두를 이용하는 댓가로 획득된다. 그러면, 이중 포트 안테나 패널은 단일 포트만을 제공할 것이다.
본 개시내용의 목적은 비용 효율적인 방식으로 효율적인 빔포밍을 제공하는 것이다. 한 특정한 목적은, 이중 편파 빔포밍 및 단일 편파 빔포밍 양쪽 모두를 위해 안테나 패널의 이용을 가능케하는 것이다. 이들 목적들 및 다른 목적들은, 첨부된 독립항들에 따른 방법, 디바이스, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에 의해, 및 종속항들에 따른 실시예들에 의해 달성된다.
이 목적은, 이중 편파 안테나 어레이 및 이에 접속된 재구성가능한 피드 네트워크를 포함하는 안테나 구성에 의해 달성되는 양태에 따른다. 이중 편파 안테나 어레이는, 다수의 복사 안테나 요소(radiating antenna element)를 포함하고, 재구성가능한 피드 네트워크는, 다음과 같은 모드들 사이에서 피드 네트워크를 스위칭하기 위한 스위칭 수단을 포함한다:
- 단일 편파 빔포밍(single polarization beamforming)(SPBF)을 제공하는 제1 모드 ― 제1 모드에서는 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소를 제1 포트(A)에 접속하고 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소를 제2 포트(B)에 접속하도록 피드 네트워크가 배열됨 ―, 및
- 이중 편파 빔포밍(dual-polarization beamforming)(DPBF)을 제공하는 제2 모드 ― 제2 모드에서 피드 네트워크는, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소의 일부와 제2 편파를 갖는 모든 안테나 요소의 일부를 제1 포트(A)에 접속하고, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소의 나머지 부분과 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소의 나머지 부분을 제2 포트(B)에 접속함 ―.
이 목적은, 이중 편파 안테나 어레이 및 이에 접속된 재구성가능한 피드 네트워크를 포함하는 안테나 구성을 이용하여 디바이스에 의해 수행되는 빔포밍을 위한 방법에 의해 달성되는 양태에 따른다. 이중 편파 안테나 어레이는 다수의 복사 안테나 요소를 포함한다. 이 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다:
- 피드 네트워크를, 단일 편파 빔포밍(SPBF)을 제공하는 제1 모드 ― 제1 모드에서는 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소를 제1 포트(A)에 접속하고 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소를 제2 포트(B)에 접속하도록 피드 네트워크가 배열됨 ― 로 스위칭하는 단계, 및
- 피드 네트워크를, 이중 편파 빔포밍(DPBF)을 제공하는 제2 모드 ― 제2 모드에서 피드 네트워크는, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소의 일부와 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소의 일부를 제1 포트(A)에 접속하고, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소의 나머지 부분과 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소의 나머지 부분을 제2 포트(B)에 접속함 ― 로 스위칭하는 단계.
이 방법 및 재구성가능한 이중 편파(아날로그) 안테나 패널은 다수의 이점들을 제공한다. 예를 들어, 재구성가능한 이중 편파 아날로그 안테나 패널은, 이중 편파에 의해 형성된 2개의 단일 편파 포트 또는 2개의 포트의 이용을 가능케한다. 원하는 빔폭이 안테나 어레이가 제공할 수 있는 최소 빔폭보다 훨씬 큰 많은 경우에 이중 편파 빔포밍이 적용된다. 따라서, 이들 경우에, 이중 편파 빔포밍이 적용될 때, 안테나 어레이를 2개의 작은 안테나 어레이로 재구성하는 것은, 결과적인 빔 형상에 부정적인 영향을 미치지 않지만 여전히 2개의 포트를 갖는 긍정적인 효과를 제공한다. 이 방법은 비용 효율적인 솔루션을 제공하여, 예를 들어 사용자 데이터를 위한 좁은 빔폭 및 예를 들어 시스템 정보를 위한 넓은 빔 양쪽 모두의 이용을 가능케하면서, 역시 넓은 빔포밍을 위해 2개의 포트를 제공할 수 있다.
이 목적은 디바이스를 위한 컴퓨터 프로그램에 의해 달성되는 양태에 따른다. 컴퓨터 프로그램은, 디바이스의 처리 회로에서 실행될 때 디바이스로 하여금 전술된 방법을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램 코드를 포함한다.
이 목적은, 전술된 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능한 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 달성되는 양태에 따른다.
본 교시의 실시예들의 추가적인 피처 및 이점들은 이하의 설명 및 첨부된 도면들을 읽으면 분명해질 것이다.
도 1은 안테나 패널을 나타낸다.
도 2는 균일한 테이퍼링을 위한 어레이 크기의 함수로서의 빔폭을 도시하는 그래프이다.
도 3은 종래 기술의 패널 구성을 나타낸다.
도 4는 단일 포트 동작을 야기하는 기저 대역 상에 구현된 이중 편파 빔포밍을 갖는 종래 기술의 구성을 나타낸다.
도 5는 단일 편파 모드에 있는 본 교시에 따른 재구성가능한 네트워크를 나타낸다.
도 6은 본 교시에 따른 이중 편파 빔포밍을 위한 구성을 나타낸다.
도 7은 재구성 네트워크의 기능적 뷰를 나타낸다.
도 8은 본 교시에 따른 스위치 네트워크의 구현을 도시하는 주요 스케치를 나타낸다.
도 9는 본 교시에 따른 네트워크 노드에서의 한 방법의 실시예의 단계들에 대한 플로차트를 나타낸다.
도 10은 네트워크 노드 및 본 교시에 따른 방법의 실시예들을 구현하기 위한 수단을 개략적으로 나타낸다.
도 11은 본 교시의 실시예를 구현하기 위한 기능 모듈/소프트웨어 모듈을 포함하는 네트워크 노드를 나타낸다.
이하의 설명에서, 제한이 아닌 설명의 목적으로, 철저한 이해를 제공하기 위하여 특정한 아키텍처, 인터페이스, 기술 등의 특정한 상세사항들이 개시된다. 다른 예에서, 공지된 디바이스, 회로, 및 방법의 상세한 설명은 본 설명을 불필요한 상세사항으로 흐리게 하지 않도록 생략된다. 본 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 요소를 지칭한다.
간략하게, 본 교시의 다양한 실시예에 따르면, 단일 편파 빔포밍(SPBF) 또는 이중 편파 빔포밍(DPBF)이 적용될 수 있도록, 재구성가능한 분배 피드 네트워크를 갖는 안테나 패널이 제공된다.
도 1은, (안테나 패널이라고도 하는) 안테나 어레이, 및 특히 이중 편파 아날로그 안테나 어레이의 2개의 예를 나타낸다. 좌측에는 2차원(평면) 안테나 어레이(10)가 도시되어 있고 우측에는 1차원(선형) 안테나 어레이(15)가 도시되어 있다. 각각의 안테나 어레이(10, 15)는, 다수의 복사 이중 편파 요소(한 이러한 요소가 참조 번호 16의 동그라미로 표시되어 있다)를 포함하고, 각각의 편파 P1, P2는 대응하는 전송/수신 유닛(TXRU)(11, 12; 13, 14)에 접속된다. 예시된 경우에서, 각각의 안테나 어레이(10, 15)는 편파 당 하나의 TXRU(11, 12; 13,14)에 접속된다.
도 1의 최하단 부분에는, 안테나 어레이(10, 15)가 더 상세하게 도시되어 있다. 안테나 프론트 엔드는, 전술된 안테나 요소들의 안테나 어레이(10)를 포함한다. 안테나 요소는, 전술된 바와 같이, 피드 네트워크(17)를 통해 직교 편파를 갖는 포트(도 1의 최하단 부분에 도시된 하나의 포트만)에 접속된다.
(때때로 분배 네트워크 또는 분배 피드 네트워크라고 하는) 피드 네트워크(17)는, 각각의 안테나 어레이(10, 15)의 빔을 조향하는데 이용되는 위상 시프터(18)를 포함할 수 있다. 피드 네트워크(17)는 또한, 전력 증폭기(19)를 포함할 수 있다. 피드 네트워크(17)는 동일한 편파(P1, P2)의 모든 안테나 요소를 제1 포트에 결합한다. 즉, 피드 네트워크(17)는, 제1 편파(P1)의 모든 안테나 요소를 제1 포트(A)에 결합시키고, 제2 편파(P2)의 모든 안테나 요소를 제2 포트(B)에 결합시킨다. 어휘에 대한 유의사항으로서, "피드 네트워크"는, 안테나 구성의 빔포밍 부분과 (무선 주파수(RF) 프론트 엔드 또는 저잡음 증폭기(LNA)라고 표시된) 수신기의 제1 증폭기 사이의 모든 컴포넌트인 것으로 간주된다. 전송 안테나의 경우, 피드 네트워크는 마지막 전력 증폭기 이후의 모든 컴포넌트를 포함하고, 또한, 안테나 튜너 유닛 및 안테나의 임피던스 정합 섹션들을 포함할 수 있다.
안테나 어레이(10, 15)는 통신 디바이스 및/또는 TRP에 배열되거나 이에 접속될 수 있다는 점에 유의한다. 통신 디바이스(1)는, 예컨대 UE, 예를 들어 모바일 전화 또는 스마트 폰, 태블릿 컴퓨터 등일 수 있다. TRP(2)는, 예를 들어 기지국, 진화된 eNode B, eNB, gNB 등의 액세스 포인트일 수 있다.
도 2는 빔폭을 어레이 크기의 함수로서 나타내는 그래프이다. 도면에서, 본 교시에 따른 구성들이 가장 유리하게 이용되는, 상이한 구성 모드들(SPBF 또는 DPBF)에 대한 절반-전력 빔폭(half-power beamwidth)(hpbw)의 측면에서, 영역들이 도시되어 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 본 교시에 따른 재구성가능한 이중 편파 아날로그 안테나 패널은, 이중 편파에 의해 형성된 2개의 단일 편파 포트 또는 2개의 포트의 이용을 가능케한다. 원하는 빔폭이 안테나 어레이가 제공할 수 있는 최소 빔폭보다 훨씬 큰 많은 경우에 이중 편파 빔포밍이 적용된다. 따라서, 이들 경우에, 이중 편파 빔포밍이 적용될 때, 안테나 어레이를 2개의 작은 안테나 어레이로 재구성하는 것은, 결과적인 빔 형상에 부정적인 영향을 미치지 않지만 여전히 2개의 포트를 갖는 긍정적인 효과를 제공한다.
도 3 및 도 4는 종래의 안테나 어레이 구성을 나타낸다. 안테나 어레이(110)는 전형적으로, 설명된 바와 같이, 한 세트의 복사 안테나 요소들, 위상 시프터들 및 피드 네트워크를 포함한다. 도 3에서, 안테나 어레이(110)는 단일 편파 빔포밍 모드(SPBF)에 있는 것으로 도시되고, 도 4에서, 안테나 어레이(110)는 이중 편파 빔포밍(DPBF) 모드에 있는 것으로 도시되어 있다. 예를 들어 넓은 빔을 생성하기 위해 이중 편파 빔포밍이 종래의 안테나 어레이(110)에 적용될 것이라면, 제1 포트(A) 상의 신호 및 제2 포트(B) 상의 신호는, 도 4에서 참조 번호 100으로 표시된 조합 단계에서 결합된다. 양쪽 포트 A, B가 결합될 것이므로, 이것은 단일 포트 어레이 C가 되고, 안테나 어레이는 이 단일 포트만을 제공한다.
도 5는 본 교시의 실시예에 따른 안테나 구성(1)을 나타낸다. 안테나 구성(1)은, 예를 들어, 도 1 및 도 2와 관련하여 설명된 안테나 어레이(10)를 포함한다. 그러나, (도 4에 도시된) 종래 기술에서와 같이, 포트 A, B에 너무 가까운 조합 단계(100)를 갖는 것 대신에, 본 교시의 실시예에 따른 안테나 어레이(10)는 포트 A, B에 가장 가까운 재구성가능한 피드 네트워크(17)를 갖는다. 즉, 안테나 구성(1)은, 재구성가능한 피드 네트워크(17), 특히, 설명된 바와 같이 서로간에 스위칭될 수 있는, 하나의 모드로 구성될 수 있고 또 다른 모드로 재구성될 수 있는 피드 네트워크(17)를 포함한다. 도 5에서, 재구성가능한 피드 네트워크(17)는, 제1 모드, 특히 단일 편파 빔포밍 모드에 있다. 이 제1 모드에서, 재구성가능한 피드 네트워크(17)는, 도 3에 도시된 종래 기술의 경우에서와 같이 안테나 어레이(10)의 안테나 요소들을 2개의 포트에 접속한다. 즉, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 요소는 제1 포트(A)에 접속되고, 제2 편파(P2)를 갖는 모든 요소는 제2 포트(B)에 접속된다.
도 6은, 재구성가능한 피드 네트워크(17)가, 제2 모드, 특히 이중 편파 빔포밍을 위한 구성으로 되어 있는, 안테나 구성(1)을 나타낸다. 제2 모드에서, 안테나 어레이(10)는 2개의 더 작은 어레이: 제1 안테나 어레이(10a) 및 제2 안테나 어레이(10b)로 재구성된 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 요소들 중 절반은 대응하는 포트 A, B에 접속된다. 즉, 피드 네트워크(17)는 제1 편파(P1)를 갖는 요소들 중 절반과 제2 편파(P2)를 갖는 요소들 중 절반을 제1 포트에 접속한다. 대응적으로, 피드 네트워크(17)는 제1 편파(P1)를 갖는 요소들의 나머지 절반과 제2 편파(P2)를 갖는 요소들의 나머지 절반을 제2 포트에 접속한다. 따라서, 안테나 어레이(10)는 2개의 작은 안테나 어레이(10a, 10b)로 재구성된 것으로 간주될 수 있다, 즉, 달리 말하면, 안테나 어레이(10)의 요소들은 2개의 그룹으로 분할된 것으로 간주될 수 있다. 도 6에서, 재구성가능한 피드 네트워크(17)는 이중 편파 모드에 있으면서, 여전히 2개의 포트 A, B를 제공한다.
도 7a는 재구성가능한 피드 네트워크(17)의 기능적 뷰를 나타낸다. 피드 네트워크(17)의 재구성은, 예를 들어 스위치 수단(20), 예컨대 스위칭 네트워크에 의해 기능적으로 구현될 수 있다. 양쪽 동작 모드(SPBF 및 DPBF)에 대한 접속이 도 7a에 도시되어 있다. 제1 모드, 즉, 단일 편파 모드는 도면에서 굵은 점선으로 도시되어 있는 반면(도 7c 참조), 제2 모드, 즉, 이중 편파 모드는 도면에서 실선으로 도시되어 있다(도 7b 참조).
도 8은 본 교시에 따른 스위칭 수단(20)의 한 예시적인 구현을 나타낸다. 스위칭 수단(20)은, 스위치에 의해, 바람직하게는 전자적 스위치, 예컨대 절연된-게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)에 의해 구현될 수 있지만, 스위칭 수단(20)은 대안으로서 기계적 스위치에 의해 구현될 수도 있다.
수신시에, 종래 기술의 구성에 따른 단일 이중 편파 포트와 2개의 이중 편파 포트를 갖는 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 구성을 비교할 때, 양쪽 구성 모두가 동일한 빔폭을 생성하기 때문에, 링크 예산에 미치는 영향이 전혀 없거나 또는 사소한 영향만 있을 것이다. 즉, 수신시, 전송기로부터 매체를 통해 수신기까지의 모든 이득 및 손실을 고려할 때 구성들 사이에는 차이가 전혀 없거나 사소한 차이만 있다. 본 교시에 따른 실시예들에 대한 스위칭 수단(20)에서 약간의 손실이 있을 수 있다는 점에서 약간의 차이가 있을 수 있다. 본 명세서에 개시된 다양한 실시예에 따른 안테나 구성(1)을 이용할 때의 중요한 이점은, 직교 편파를 갖는 2개의 포트가 종래 기술에서와 같은 단 하나 대신에 형성될 수 있다는 것이다.
그러나, 전송시, 단일 이중 편파 포트에 비해 2개의 이중 편파 포트를 이용할 때 링크 예산에 더 큰 영향이 있을 것이다. 중요한 것은 빔포밍의 기본 원리가 아니라, 전력 증폭기 자원이 애퍼처에 분산되어 있든 각각의 포트의 단일 전력 증폭기에 있든, 하나가 아니라 2개의 포트에 의해 공유된다는 사실이라는 점에 유의한다. 그러나, 제안된 발명에 의해, 1개 또는 2개의 이중 편파 포트 사이를 스위칭하는 것이 가능하고, 물론 2개의 포트 동작 설정은, 링크 예산이 허용하고 단일의 이중 편파 포트가 기타의 방식으로 생성될 때에만 이용되어야 한다.
설명된 다양한 실시예는 TRP 및 UE 양쪽 모두에서 구현될 수 있고 복사 안테나 요소들에 가까운 수신기/전송기가 있거나 없는 안테나 어레이에 적용가능하다.
재구성가능한 피드 네트워크(17)를 포함하는 지금까지 설명된 안테나 구성(1)은 많은 이점을 갖는다. 예를 들어, 안테나 피드 네트워크(17)는 복사 패턴의 빔폭에 관계없이 이중 포트를 지원한다. 또한, 안테나 피드 네트워크(17)는 각각의 포트마다 단일 편파 빔포밍 또는 이중 편파 빔포밍을 위해 구성될 수 있다. 이용할 특정한 구성은 주로 원하는 빔폭에 의존한다. 예를 들어, 사용자가 특유의 데이터를 전송한다면, 좁은 빔이 바람직할 수 있고, 따라서, 예를 들어, 설명된 안테나 구성(1)을 포함하거나 이에 접속된 기지국은, 예를 들어, 시스템 정보를 전송할 때, (예를 들어, 도 6과 관련하여 설명된 바와 같이) 이중 편파 모드로 스위칭할 수 있다. 시스템 정보는, 전형적으로, 기지국에 의해 서비스되는 커버리지 영역 내의 모든 또는 적어도 대부분의 무선 디바이스에 전송(즉, 브로드캐스트 또는 멀티캐스트)될 필요가 있으므로, 모든 무선 디바이스에 도달하기 위해 넓은 커버리지로 전송될 수 있다. 대신에 좁은 빔이 필요하다면, 예를 들어, 사용자 데이터를 전송할 때, 기지국은 (예를 들어, 도 5와 관련하여 설명된 바와 같이) 단일 편파 모드로 스위칭할 수 있다.
안테나 구성에 대한 다양한 피처들 및 실시예들이 설명되었다. 이들 피처들 및 실시예들은 많은 상이한 방식들로 결합될 수 있고, 그 예가 다음으로 제공된다.
이중 편파 안테나 어레이(10) 및 이에 접속된 재구성가능한 피드 네트워크(17)를 포함하는 안테나 구성(1)이 제공된다. 이중 편파 안테나 어레이(10)는 다수의 복사 안테나 요소들을 포함하고, 재구성가능한 피드 네트워크(17)는 다음과 같은 모드들 사이에서 피드 네트워크(17)를 스위칭하기 위한 스위칭 수단(20)을 포함한다:
- 단일 편파 빔포밍(SPBF)을 제공하는 제1 모드 ― 제1 모드에서는 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소를 제1 포트(A)에 접속하고 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소를 제2 포트(B)에 접속하도록 피드 네트워크(17)가 배열됨 ―,
- 이중 편파 빔포밍(DPBF)을 제공하는 제2 모드 ― 제2 모드에서 피드 네트워크(17)는, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소의 일부와 제2 편파를 갖는 모든 안테나 요소의 일부를 제1 포트(A)에 접속하고, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소의 나머지 부분과 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소의 나머지 부분을 제2 포트(B)에 접속함 ―.
재구성가능한 피드 네트워크(17)는 안테나 구성(1)이 좁은 빔 및 넓은 빔에 이용될 수 있도록 배열되면서, 양쪽 모두의 경우에 대해 2개의 포트를 제공한다. 피드 네트워크(17)는 예를 들어 반도체 스위치에 의해 구현된 스위칭 수단(20)에 의해 이들 2개의 모드 사이에서 스위칭가능하게 될 수 있다.
한 실시예에서, 특히 제2 모드에서, 안테나 어레이(10)의 안테나 요소들은 기능적으로 제1 및 제2 안테나 어레이(10a, 10b)(예를 들어, 도 6과 관련하여 설명됨)로 배열된다. 이러한 실시예에서, 제1 안테나 어레이(10a) 및 제2 안테나 어레이(10b) 각각은 빔이 넓어질 차원을 따라 배열된다.
2개의 안테나 어레이(10a, 10b)로의 안테나 어레이(10)의 (가상) 분할은, 바람직하게는, 빔이 넓어질 차원을 따라 수행된다. 이런 방식으로 이용할 요소를 선택하면 최상의 가능한 성능을 얻을 수 있다.
다양한 실시예들에서, 안테나 구성(1)은 좁은 빔을 요구하는 전송시에 제1 모드로 스위칭되도록 배열된다. 전술된 바와 같이, 예를 들어 사용자 특유의 정보가 전송될 때 좁은 빔이 요구된다.
다양한 실시예에서, 안테나 구성(1)은 넓은 빔을 요구하는 전송시에 제2 모드로 스위칭되도록 배열된다. 또한 전술된 바와 같이, 정보를 브로드캐스트 또는 멀티캐스트할 필요가 있는 경우, 예를 들어 시스템 정보가 전송될 예정일 때 넓은 빔이 요구된다.
다양한 실시예에서, 특히 제2 모드에서, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소들의 일부는 이들 모든 안테나 요소들의 절반을 포함하고, 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소들 중 일부는 이들 모든 안테나 요소들의 절반을 포함한다. 그러나, 많은 다른 구성들도 가능하다.
도 9는 본 교시에 따른 디바이스(50)에서의 방법의 한 실시예의 단계들에 대한 플로차트를 나타낸다. 이 방법(30)은, 예를 들어 UE 또는 기지국 등의, 디바이스(50)에 의해 구현될 수 있다. 또한, 이 방법(30)은 전송 및/또는 수신시에 이용될 수 있다.
빔포밍을 위한 방법(30)이 제공된다. 이 방법(30)은, 설명된 바와 같은 안테나 구성(1)을 이용하는, 특히 이중 편파 안테나 어레이(10) 및 이에 접속된 재구성가능한 피드 네트워크(17)를 포함하는 안테나 구성(1)을 이용하는 디바이스(50)에 의해 수행될 수 있고, 이중 편파 안테나 어레이(10)는 다수의 복사 안테나 요소를 포함한다. 이 방법(30)은 다음과 같은 단계들을 포함한다:
- 피드 네트워크(17)를, 단일 편파 빔포밍(SPBF)을 제공하는 제1 모드 ― 제1 모드에서는 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소를 제1 포트(A)에 접속하고 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소를 제2 포트(B)에 접속하도록 피드 네트워크(17)가 배열됨 ― 로 스위칭하는 단계(31), 및
- 피드 네트워크(17)를, 이중 편파 빔포밍(DPBF)을 제공하는 제2 모드 ― 제2 모드에서 피드 네트워크(17)는, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소의 일부와 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소의 일부를 제1 포트(A)에 접속하고, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소의 나머지 부분과 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소의 나머지 부분을 제2 포트(B)에 접속함 ― 로 스위칭하는 단계(32).
한 실시예에서, 제2 모드에서, 안테나 어레이(10)의 안테나 요소들은 기능적으로 제1 및 제2 안테나 어레이(10a, 10b)로 배열되고, 여기서, 제1 안테나 어레이(10a) 및 제2 안테나 어레이(10b) 각각은 빔이 넓어질 차원을 따라 배열된다.
한 실시예에서, 이 방법(30)은 좁은 빔을 요구하는 전송을 가질 때 제1 모드로 스위칭하는 단계를 포함한다.
한 실시예에서, 이 방법(30)은 넓은 빔을 요구하는 전송시에 제2 모드로 스위칭하는 단계를 포함한다.
다양한 실시예에서, 제2 모드에서, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소들의 일부는 이들 모든 안테나 요소들의 절반을 포함하고, 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소들 중 일부는 이들 모든 안테나 요소들의 절반을 포함한다.
다양한 실시예에서, 이 방법(30)은 무선 통신을 위한 통신 디바이스인 디바이스(50)에서 구현된다.
다양한 실시예에서, 이 방법(30)은 통신 디바이스에 무선 통신을 제공하는 액세스 포인트인 디바이스(50)에서 구현된다. 이러한 경우에, 안테나 구성(1)은 액세스 포인트에 접속될 수 있고, 예를 들어 액세스 포인트에 의해, 예컨대 제어 디바이스, 예컨대 액세스 포인트의 처리 회로에 의해 제어될 수 있다.
도 10은 본 교시에 따른 방법의 실시예를 구현하기 위한 디바이스 및 수단을 개략적으로 나타낸다. 위에서 언급한 바와 같이, 이 방법(30)은 통신 디바이스 및/또는 액세스 포인트(예를 들어, 기지국, eNB, gNB 등)에서 구현될 수 있다.
디바이스(50)는 다양한 실시예에서 설명된 바와 같이 안테나 구성(1)을 포함하거나 이에 접속된다. 안테나 구성(1)은, 예를 들어, 무선 주파수 시그널링의 전송 및 수신에 적합화될 수 있다.
디바이스(50)는, 예를 들어 저장 매체(41) 형태로 컴퓨터 프로그램 제품(41)에 저장된 소프트웨어 명령어들을 실행할 수 있는 적절한 중앙 처리 유닛(CPU), 멀티프로세서, 마이크로제어기, 디지털 신호 프로세서(DSP) 등 중 하나 이상의 임의의 조합일 수 있는 처리 회로(40)를 포함한다. 처리 회로(40)는 또한, 적어도 하나의 주문형 집적 회로(ASIC) 또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)로서 제공될 수 있다.
처리 회로(40)는, 예를 들어, 도 9와 관련하여 설명된 바와 같이, 디바이스(50)로 하여금 한 세트의 동작들 또는 단계들을 수행하게 하도록 구성된다. 예를 들어, 저장 매체(41)는 동작들의 세트를 저장할 수 있고, 처리 회로(40)는 저장 매체(41)로부터 동작들의 세트를 회수하여 디바이스(50)로 하여금 동작들의 세트를 수행하게 하도록 구성될 수 있다. 동작들의 세트는 한 세트의 실행가능한 명령어들로서 제공될 수 있다. 이로써 처리 회로(40)는 본 명세서에 개시된 방법을 실행하도록 배열된다.
디바이스(50)는 또한, 무선으로 및/또는 유선 방식으로 다른 엔티티들 및 디바이스들과 통신하기 위한 입력/출력 수단(43)(I/O로 표시됨)을 포함한다. 입력/출력 수단(43)은, 예를 들어, 유선 방식으로 네트워크 노드와, 및/또는 무선 방식으로 통신 디바이스와 통신하기 위한 프로토콜 스택을 포함할 수 있다. 입력/출력 수단(43)은, 예를 들어 데이터 입력을 수신하고 데이터를 출력하는데, 예를 들어, IP 패킷을 전달하는데 이용될 수 있다. 디바이스(1, 2)는 수신 회로 및 전송 회로를 포함할 수 있다. 디바이스(1, 2)는 또한, 무선 링크를 통한 통신을 위해, 설명된 바와 같은 하나 이상의 아날로그 안테나 구성(1)을 포함하거나 이에 접속된다.
도 11은 본 교시의 실시예를 구현하기 위한 기능 모듈/소프트웨어 모듈을 포함하는 디바이스를 나타낸다. 기능 모듈은, 프로세서에서 실행되는 컴퓨터 프로그램 등의 소프트웨어 명령어를 이용하거나, 및/또는 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이, 개별 논리 컴포넌트, 및 이들의 임의의 조합 등의 하드웨어를 이용하여 구현될 수 있다. 적합화가능한, 특히 다양한 실시예에서 설명된 이 방법(30)의 단계들 중 임의의 단계를 수행하도록 적합화될 수 있는 처리 회로가 제공될 수 있다.
빔포밍을 위한 디바이스(50)가 제공된다. 이 디바이스는, 피드 네트워크를, 단일 편파 빔포밍을 제공하는 제1 모드 - 제1 모드에서는 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소를 제1 포트(A)에 접속하고 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소를 제2 포트(B)에 접속하도록 피드 네트워크가 배열됨 - 로 스위칭하기 위한 제1 모듈(61)을 포함한다. 제1 모듈(61)은, 예를 들어, 피드 네트워크를 제1 모드로 스위칭하기 위한 스위칭 네트워크를 포함할 수 있다.
이 디바이스는, 피드 네트워크를, 이중 편파 빔포밍을 제공하는 제2 모드 -제2 모드에서 피드 네트워크는, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소의 일부와 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소의 일부를 제1 포트(A)에 접속하고, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소의 나머지 부분과 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소의 나머지 부분을 제2 포트(B)에 접속함 - 로 스위칭하기 위한 제2 모듈(62)을 포함한다. 제2 모듈(62)은, 예를 들어, 피드 네트워크를 제2 모드로 스위칭하기 위한 스위칭 네트워크를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 모듈(61, 62)은 피드 네트워크를 상이한 모드들로 스위칭하도록 배열된 단일 스위칭 네트워크에 의해 구현될 수 있다는 점에 유의한다. 제1 및 제2 모듈(61, 62)은 유닛으로 대체될 수 있다는 점에도 유의한다.
본 명세서에서 본 발명이 주로 수 개의 실시예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 본 기술분야의 통상의 기술자라면 이해하는 바와 같이, 본 명세서에 개시된 특정한 실시예들 이외의 다른 실시예들이, 첨부된 특허 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 범위 내에서 동등하게 가능하다.

Claims (14)

  1. 이중 편파 안테나 어레이(10) 및 이에 접속된 재구성가능한 피드 네트워크(17)를 포함하는 안테나 구성(1)으로서, 상기 이중 편파 안테나 어레이(10)는 다수의 복사 안테나 요소(radiating antenna element)를 포함하고, 상기 재구성가능한 피드 네트워크(17)는 스위칭 수단(20)을 포함하며, 상기 스위칭 수단(20)은 상기 피드 네트워크(17)를:
    - 단일 편파 빔포밍(single polarization beamforming)(SPBF)을 제공하는 제1 모드 ― 상기 제1 모드에서는 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소를 제1 포트(A)에 접속하고 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소를 제2 포트(B)에 접속하도록 상기 피드 네트워크(17)가 배열됨 ― 와,
    - 이중 편파 빔포밍(dual-polarization beamforming)(DPBF)을 제공하는 제2 모드 ― 상기 제2 모드에서 상기 피드 네트워크(17)는, 상기 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소의 일부와 상기 제2 편파를 갖는 모든 안테나 요소의 일부를 상기 제1 포트(A)에 접속하고, 상기 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소의 나머지 부분과 상기 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소의 나머지 부분을 상기 제2 포트(B)에 접속함 ―
    사이에서 스위칭하는 안테나 구성(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 모드에서, 상기 안테나 어레이(10)의 안테나 요소들은 기능적으로 제1 및 제2 안테나 어레이(10a, 10b)로 배열되고, 상기 제1 안테나 어레이(10a) 및 상기 제2 안테나 어레이(10b) 각각은 빔이 넓어질 차원을 따라 배열되는 안테나 구성(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 좁은 빔을 요구하는 전송시에 상기 제1 모드로 스위칭되도록 배열되는 안테나 구성(1).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 넓은 빔을 요구하는 전송시에 상기 제2 모드로 스위칭되도록 배열되는 안테나 구성(1).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 모드에서, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소들의 일부는 이들 모든 안테나 요소들의 절반을 포함하고, 상기 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소들의 일부는 이들 모든 안테나 요소들의 절반을 포함하는 안테나 구성(1).
  6. 이중 편파 안테나 어레이(10) 및 이에 접속된 재구성가능한 피드 네트워크(17)를 포함하는 안테나 구성(1)을 이용하는 디바이스(50)에 의해 수행되는 빔포밍을 위한 방법(30)으로서 - 상기 이중 편파 안테나 어레이(10)는 다수의 복사 안테나 요소를 포함함 -,
    - 상기 피드 네트워크(17)를, 단일 편파 빔포밍(SPBF)을 제공하는 제1 모드 ― 상기 제1 모드에서는 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소를 제1 포트(A)에 접속하고 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소를 제2 포트(B)에 접속하도록 상기 피드 네트워크(17)가 배열됨 ― 로 스위칭하는 단계(31), 및
    - 상기 피드 네트워크(17)를, 이중 편파 빔포밍(DPBF)을 제공하는 제2 모드 ― 상기 제2 모드에서 상기 피드 네트워크(17)는, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소의 일부와 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소의 일부를 상기 제1 포트(A)에 접속하고, 상기 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소의 나머지 부분과 상기 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소의 나머지 부분을 상기 제2 포트(B)에 접속함 ― 로 스위칭하는 단계(32)
    를 포함하는 방법(30).
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 모드에서, 상기 안테나 어레이(10)의 안테나 요소들은 기능적으로 제1 및 제2 안테나 어레이(10a, 10b)로 배열되고, 상기 제1 안테나 어레이(10a) 및 상기 제2 안테나 어레이(10b) 각각은 빔이 넓어질 차원을 따라 배열되는 방법(30).
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 좁은 빔을 요구하는 전송시에 상기 제1 모드로 스위칭하는 단계를 포함하는 방법(30).
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 넓은 빔을 요구하는 전송시에 상기 제2 모드로 스위칭하는 단계를 포함하는 방법(30).
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제2 모드에서, 제1 편파(P1)를 갖는 모든 안테나 요소들의 일부는 이들 모든 안테나 요소들의 절반을 포함하고, 상기 제2 편파(P2)를 갖는 모든 안테나 요소들의 일부는 이들 모든 안테나 요소들의 절반을 포함하는 방법(30).
  11. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 디바이스(50)는 무선 통신을 위한 통신 디바이스인 방법(30).
  12. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 디바이스(50)는 통신 디바이스에 무선 통신을 제공하는 액세스 포인트인 방법(30).
  13. 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장된, 디바이스(50)를 위한 컴퓨터 프로그램(42)으로서, 상기 컴퓨터 프로그램(42)은 상기 디바이스(50)의 처리 회로에서 실행될 때 상기 디바이스(50)로 하여금 제6항 또는 제7항에에 따른 방법(30)을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는, 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램(42).
  14. 제13항에 따른 컴퓨터 프로그램(42)을 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
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