KR102455651B1 - Full-duplex transceiver and relay apparatus using the transceiver - Google Patents

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Abstract

밀리미터파를 이용해 복수의 송신 빔 및 복수의 수신 빔을 형성하는 전이중 릴레이 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전이중 릴레이 장치는, 베이스밴드 처리되어 복수 개로 분리된 신호의 위상을 조절하여 복수의 송신 빔을 형성하기 위한 복수의 신호를 안테나로 제공하는 RF(Radio Frequency) 송신기; 안테나로부터 입력되는 신호를 수신하고, 수신한 신호의 위상을 상기 RF 송신기가 출력하는 신호의 위상과 상이하도록 조절하는 RF 수신기; 및 서로 다른 방향으로부터 전력이 인가되는 복수의 패치를 포함하고, 패치 각각이 상기 RF 송신기 및 상기 RF 수신기와 연결되어 복수의 방향성 빔을 형성하는 안테나 배열을 포함할 수 있다.Disclosed is a full-duplex relay device that forms a plurality of transmit beams and a plurality of receive beams using millimeter waves. A full-duplex relay apparatus according to an embodiment of the present invention includes: a radio frequency (RF) transmitter for providing a plurality of signals for forming a plurality of transmission beams to an antenna by adjusting the phases of signals separated into a plurality of baseband-processed signals; an RF receiver that receives a signal input from an antenna and adjusts a phase of the received signal to be different from a phase of a signal output by the RF transmitter; and an antenna array including a plurality of patches to which power is applied from different directions, each patch being connected to the RF transmitter and the RF receiver to form a plurality of directional beams.

Figure R1020180046232
Figure R1020180046232

Description

전이중 송수신 장치 및 이를 이용하는 릴레이{FULL-DUPLEX TRANSCEIVER AND RELAY APPARATUS USING THE TRANSCEIVER}FULL-DUPLEX TRANSCEIVER AND RELAY APPARATUS USING THE TRANSCEIVER

본 발명은 전이중 송수신 장치 및 전이중 송수신 장치를 이용하는 릴레이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밀리미터파를 이용하는 무선통신 시스템의 전이중 송수신 장치 및 상기 전이중 송수신 장치를 이용하는 릴레이에 관한 것이다.The present invention relates to a full-duplex transmission/reception device and a relay using the full-duplex transmission/reception device, and more particularly, to a full-duplex transmission/reception device for a wireless communication system using a millimeter wave and a relay using the full-duplex transmission/reception device.

5G 이동통신 구축에 필요한 기술의 하나로서 밀리미터파 대역에서 다수의 안테나 배열(antenna array)을 이용한 빔포밍(beamforming) 기술이 개발되어 왔다. 다른 한편으로 셀 용량을 늘리기 위해 동일대역에서 송신과 수신을 동시에 하는 전이중(full-duplex) 방식이 연구되고 있다. 현재의 빔포밍 기술은 밀리미터파 대역 무선통신에서 발생하는 높은 경로손실(path loss)을 보상하는 효과는 있으나, 기지국과 단말기기간 경로 상에 인체와 같이 전파 투과성이 낮은 물체가 있으면 경로 손실이 20dB 이상 증가하여 수신신호 품질이 떨어지는 문제가 있다. 이러한 신호의 감쇄를 줄이고 셀 반경을 확장하기 위한 방법의 하나로 무선 릴레이(relay) 또는 중계기(repeater)가 사용되고 있으며, 종래 릴레이의 통신 용량을 높이기 위해 전이중(IFD) 방식을 적용하는 연구가 진행 중이다. As one of the technologies required for 5G mobile communication construction, a beamforming technology using a plurality of antenna arrays in the millimeter wave band has been developed. On the other hand, in order to increase cell capacity, a full-duplex method for simultaneously transmitting and receiving in the same band is being studied. The current beamforming technology has an effect of compensating for the high path loss that occurs in millimeter wave band wireless communication, but if there is an object with low radio wave permeability such as a human body in the path between the base station and the terminal, the path loss is 20dB or more There is a problem in that the quality of the received signal decreases. A wireless relay or repeater is used as a method for reducing the attenuation of such a signal and extending a cell radius, and research on applying a full-duplex (IFD) method to increase the communication capacity of a conventional relay is in progress.

전이중 방식은 높은 출력의 송신 신호가 직접 수신부에 인가되어 발생하는 자기 간섭신호(Self-Interference)를 제거하는 기술이 핵심인데, 이를 위해 종래의 기술 중 하나는 전력증폭기(PA) 출력부에 RF FIR(Finite Impulse Response) 필터를 추가하고, 별도의 송신 경로를 추가하여 수신신호에서 송신신호를 차감하는 방식 등을 조합하여 시험용 시스템을 구현하고 있다. 해당 기술은 RF 변조기, DA 변환기 등을 추가로 사용하여 집적회로 칩으로 구현시 면적이 증가하고, 그에 따라 비용 및 소비전력이 증가하여 상용성이 떨어지는 문제가 있다. The core of the full-duplex method is to remove the self-interference signal generated by directly applying a high-output transmission signal to the receiving unit. (Finite Impulse Response) A test system is implemented by adding a filter and adding a separate transmission path to subtract the transmission signal from the received signal. When the technology is implemented as an integrated circuit chip by additionally using an RF modulator, a DA converter, etc., the area increases, and accordingly, the cost and power consumption increase, and thus there is a problem of poor compatibility.

또 다른 종래 기술의 예로, 자기간섭 신호를 RF영역에서 일부 제거하기 위해, 다수의 시간 지연(delay) 소자와 전력 분배기, 결합기 등을 포함하여 RF FIR필터를 구성하는 기술을 들 수 있으며, 해당 기술의 경우 트랜시버 칩에 비해 상당히 면적이 커지고, 반송파 주파수가 밀리미터파 대역과 같이 높은 경우 써귤레이터(circulator)와 시간지연 소자의 성능이 저하되는 문제가 있다.As another example of the prior art, in order to partially remove the self-interference signal from the RF region, there is a technique for configuring an RF FIR filter including a plurality of time delay elements, a power divider, a combiner, and the like. In the case of , the area is considerably larger than that of the transceiver chip, and when the carrier frequency is high, such as in a millimeter wave band, there is a problem in that the performance of the circulator and the time delay device is deteriorated.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전이중 송수신 장치를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to solve the above problems, to provide a full-duplex transceiver.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 상기 전이중 송수신 장치를 포함하는 릴레이를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention to solve the above problems is to provide a relay including the full-duplex transceiver.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전이중 송수신 장치는, 밀리미터파를 이용해 복수의 송신 빔 및 복수의 수신 빔을 형성하며, 베이스밴드 처리되어 복수 개로 분리된 신호의 위상을 조절하여 복수의 송신 빔을 형성하기 위한 복수의 신호를 안테나로 제공하는 RF(Radio Frequency) 송신기; 안테나로부터 입력되는 신호를 수신하고, 수신한 신호의 위상을 상기 RF 송신기가 출력하는 신호의 위상과 상이하도록 조절하는 RF 수신기; 및 서로 다른 방향으로부터 전력이 인가되는 복수의 패치를 포함하고, 패치 각각이 상기 RF 송신기 및 상기 RF 수신기와 연결되어 복수의 방향성 빔을 형성하는 안테나 배열을 포함할 수 있다.A full-duplex transceiver according to an embodiment of the present invention for achieving the above object forms a plurality of transmit beams and a plurality of receive beams using millimeter waves, and adjusts phases of signals separated into a plurality of baseband-processed signals. a radio frequency (RF) transmitter providing a plurality of signals for forming a plurality of transmission beams to an antenna; an RF receiver that receives a signal input from an antenna and adjusts a phase of the received signal to be different from a phase of a signal output by the RF transmitter; and an antenna array including a plurality of patches to which power is applied from different directions, each patch being connected to the RF transmitter and the RF receiver to form a plurality of directional beams.

상기 RF 수신기는, 상기 복수의 수신 빔에 대한 위상 천이를 수행하는 수신측 위상천이기 배열을 포함할 수 있고, 상기 수신측 위상천이기 배열의 각 위상천이기는 개별 수신 빔에 대한 위상 천이를 수행할 수 있다.The RF receiver may include a reception-side phase shifter array configured to perform phase shifting on the plurality of reception beams, and each phase shifter of the reception-side phase shifter array performs phase shifting on individual reception beams. can do.

상기 RF 송신기는, 상기 복수의 송신 빔에 대한 위상 천이를 수행하는 송신측 위상천이기 배열을 포함할 수 있고 상기 송신측 위상천이기 배열의 각 위상천이기는 개별 송신 빔에 대한 위상 천이를 수행할 수 있다. The RF transmitter may include a transmission-side phase shifter array configured to perform phase shifting with respect to the plurality of transmission beams, and each phase shifter of the transmission-side phase shifter array may perform phase shifting for individual transmission beams. can

상기 송신측 위상천이기에 의해 형성되는 신호 및 상기 수신측 위상 천이기에 의해 형성되는 신호는 20°내지 150°의 위상차를 가질 수 있다. The signal formed by the phase shifter on the transmission side and the signal formed by the phase shifter on the reception side may have a phase difference of 20° to 150°.

상기 전이중 송수신 장치는, 베이스밴드 신호를 처리하는 베이스밴드 모뎀; 상기 베이스밴드 모뎀으로부터 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 상기 RF 송신기로 제공하는 제1 컨버터; 및 상기 RF 수신기로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 베이스밴드 모뎀으로 제공하는 제2 컨버터를 더 포함할 수 있다. The full-duplex transceiver includes: a baseband modem for processing a baseband signal; a first converter converting a digital signal output from the baseband modem into an analog signal and providing the converted digital signal to the RF transmitter; and a second converter that converts the analog signal output from the RF receiver into a digital signal and provides the converted analog signal to the baseband modem.

상기 제1 컨버터가 출력하는 신호에 대해 자기 간섭 제거를 수행하여 상기 제2 컨버터로 제공하는 아날로그 자기 간섭 제거(SIC) 모듈을 더 포함할 수 있다. The method may further include an analog self-interference cancellation (SIC) module that performs self-interference cancellation on the signal output from the first converter and provides the same to the second converter.

상기 베이스밴드 모뎀은 디지털 자기 간섭 제거 모듈을 더 포함할 수 있다. The baseband modem may further include a digital self-interference cancellation module.

상기 안테나 배열은, 상이한 두 방향으로부터 급전되어 이중 편파 신호를 생성하는 복수의 패치 안테나를 포함할 수 있다. The antenna array may include a plurality of patch antennas that are fed from two different directions to generate a dual polarization signal.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전이중 리렐이 장치는, 통신 모듈; 및 기지국의 위치 및 단말의 위치에 따라 다운링크의 송신 빔 및 업링크의 수신 빔의 방향을 결정하고, 결정된 방향에 따라 빔이 형성되도록 상기 통신 모듈을 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다. A full-duplex relay device according to an embodiment of the present invention for achieving the above other object, a communication module; and a processor that determines the directions of the downlink transmit beam and the uplink receive beam according to the position of the base station and the position of the terminal, and controls the communication module to form a beam according to the determined direction.

상기 통신 모듈은, 베이스밴드 처리되어 복수의 신호로 분리된 신호의 위상을 조절하여 복수의 송신 빔 형성하기 위한 신호를 안테나로 제공하는 RF(Radio Frequency) 송신기; 상기 안테나로부터 입력되는 신호를 수신하고, 수신한 신호의 위상을 상기 RF 송신기가 출력하는 신호의 위상과 상이하도록 조절하는 RF(Radio Frequency) 수신기; 및 서로 다른 방향으로부터 전력이 인가되는 복수의 패치를 포함하고, 패치 각각이 상기 RF 송신기 및 상기 RF 수신기와 연결되어 복수의 방향성 빔을 형성하는 안테나 배열을 포함할 수 있다. The communication module may include: a radio frequency (RF) transmitter configured to provide a signal for forming a plurality of transmission beams to an antenna by adjusting a phase of a baseband-processed signal separated into a plurality of signals; a radio frequency (RF) receiver that receives a signal input from the antenna and adjusts a phase of the received signal to be different from a phase of a signal output by the RF transmitter; and an antenna array including a plurality of patches to which power is applied from different directions, each patch being connected to the RF transmitter and the RF receiver to form a plurality of directional beams.

상기 프로세서는 상기 통신 모듈 내 RF 수신부의 위상천이기 제어에 의해 형성되는 수신 빔의 입사 방향과 상기 통신 모듈 내 RF 송신부의 위상천이기에 의해 형성되는 송신 빔의 방사 방향이 다르도록 각 위상천이기를 제어할 수 있다. The processor controls each phase shifter so that an incident direction of a reception beam formed by a phase shifter control of an RF receiver in the communication module is different from a radiation direction of a transmission beam formed by a phase shifter of an RF transmitter in the communication module can do.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 밀리미터파 대역 무선통신에서 발생하는 인체 등에 의한 전파 감쇄 (human blockage)와 전파 음영지역 문제의 해결을 위해 무선 릴레이를 효율적으로 구현할 수 있는 RF 구조를 제공할 수 있다. According to the embodiments of the present invention as described above, there is provided an RF structure that can efficiently implement a wireless relay in order to solve the problem of radio wave attenuation (human blockage) and radio wave shadow area caused by the human body, etc. occurring in millimeter wave band wireless communication can do.

또한, 종래의 릴레이 또는 Wi-Fi 확장기가 가지는 주파수 이용 효율 감소 문제와 이중대역 트랜시버를 사용하는 데 따르는 칩 면적 및 비용 증가 문제를 해결할 수 있는 전이중 방식 릴레이 또는 중계기를 낮은 복잡도와 비용으로 구현할 수 있다. In addition, a full-duplex relay or repeater that can solve the problem of reduced frequency utilization efficiency of the conventional relay or Wi-Fi extender and the increase in chip area and cost caused by using a dual-band transceiver can be implemented with low complexity and cost. .

도 1은 일반적인 전이중 송수신 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전이중 송수신 장치의 세부블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전이중 릴레이 장치에 포함되는 안테나 패치 배열을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치가 이용되는 통신 시스템에서의 송수신을 위해 형성되는 빔의 형상을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치가 활용되는 통신 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 블록 구성도이다.
1 is a block diagram of a typical full-duplex transceiver.
2 is a detailed block diagram of a full-duplex transceiver according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates an antenna patch arrangement included in a full-duplex relay device according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a shape of a beam formed for transmission and reception in a communication system using a relay device according to an embodiment of the present invention.
5 is a conceptual diagram of a communication system in which a relay device according to an embodiment of the present invention is utilized.
6 is a block diagram of a relay device according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms such as first, second, A, B, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. The term "and/or" includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it is understood that other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일반적인 전이중 송수신 장치의 블록 구성도이다. 1 is a block diagram of a typical full-duplex transceiver.

도 1에 도시된 전이중 송수신 장치는, 메인TX 베이스밴드 프로세서(10) 및 보조 TX 베이스밴드 프로세서(20)로부터 시작하는 2 가지 경로의 송신 처리 요소들을 포함한다. The full-duplex transmission/reception device shown in FIG. 1 includes two paths of transmission processing elements starting from a main TX baseband processor 10 and an auxiliary TX baseband processor 20 .

우선, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 데이터가 송신기 베이스밴드 프로세서(10)에 제공된다. 이 신호는 낮은 결합(low coupling)으로 송신 안테나와 수신 안테나 사이에서 전파되는 1 차 송신 신호의 기초를 형성하게 된다. TX베이스밴드 프로세서(10)는 송신을 위한 OFDM 심볼을 생성하여 전처리 유닛(11)으로 전달한다. 전처리 유닛(11)은 OFDM 심볼을 전달 함수(H2)로 곱하여 출력한다. 이 신호는 시간 도메인 신호로 변환되고 디지털-아날로그 컨버터(12)를 거치게 된다. 디지털-아날로그 컨버터(12)로부터 출력된 신호는 RF 변조기(13)에 의해 RF 신호로 변환되고, 전력 증폭기(14)에 의해 증폭되어 최종적으로 안테나(30)를 거쳐 송신된다.First, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) data is provided to the transmitter baseband processor 10 . This signal forms the basis of the primary transmit signal propagating between the transmit and receive antennas with low coupling. The TX baseband processor 10 generates an OFDM symbol for transmission and transmits it to the pre-processing unit 11 . The pre-processing unit 11 multiplies the OFDM symbol by the transfer function H2 and outputs it. This signal is converted into a time domain signal and passed through a digital-to-analog converter 12 . The signal output from the digital-to-analog converter 12 is converted into an RF signal by the RF modulator 13 , amplified by the power amplifier 14 , and finally transmitted via the antenna 30 .

한편, 보조 송신 채널과 관련하여, OFDM 데이터가 보조 TX베이스밴드 프로세서(20)에 제공된다. 메인 송신 체인과 유사하게, 보조 전처리기(21)는 전달 함수(-H1)에 의해 OFDM 심볼을 변경할 수 있다. 보조 전처리기(21)의 출력은 디지털-아날로그 변환기(22)에 제공되고, RF 변조기(23)를 거쳐 자기-간섭 소거 신호를 생성한다. Meanwhile, with respect to the auxiliary transmission channel, OFDM data is provided to the auxiliary TX baseband processor 20 . Similar to the main transmit chain, the auxiliary preprocessor 21 may change the OFDM symbol by a transfer function (-H1). The output of the auxiliary preprocessor 21 is provided to a digital-to-analog converter 22 , via an RF modulator 23 to generate a self-interference cancellation signal.

송수신 단을 통해 입력되는 신호에 포함된 자기-간섭 신호는 RF 가산기(41)에 의해 자기-간섭 제거 신호와 결합한다. 자기-간섭 신호는 RF 가산기(41)에 의한 자기-간섭 제거 신호의 부정적인 기여에 의해 실질적으로 감소된다. 이후 해당 신호는 RF 복조기(42)를 거치고 아날로그-디지털 변환기 (43)에 의해 샘플링된다. 샘플링된 신호는 RX 베이스밴드 프로세서(44)에 의해 처리된다. RX 베이스밴드 프로세서(45)는 FFT를 수행하여 OFDM 심볼을 생성한다.The self-interference signal included in the signal input through the transceiver terminal is combined with the self-interference cancellation signal by the RF adder 41 . The self-interference signal is substantially reduced by the negative contribution of the self-interference cancellation signal by the RF adder 41 . Thereafter, the signal passes through an RF demodulator 42 and is sampled by an analog-to-digital converter 43 . The sampled signal is processed by an RX baseband processor 44 . The RX baseband processor 45 generates OFDM symbols by performing FFT.

도 1을 통해 살펴본 바와 같이 일반적인 전이중 송수신 방식에 사용되는 자기간섭제거(SIC; Self Intererence Cancellation)는 송수신 간 결합도가 낮은 대칭형 안테나 등의 블록(30)과 송신 신호를 복제해서 변조(23)한 후 수신 신호와 합치는 블록(41) 등을 이용해 구현된다. 즉, 전력증폭기(14)에서 출력되는 강한 송신 신호가 수신부에 직접 입력되어 수신부 저잡음 증폭기 등의 감도를 떨어뜨리지 않도록 저잡음 증폭기 전단에서 송신 신호의 일부를 제거한다.As shown in FIG. 1, the self-interference cancellation (SIC) used in a general full-duplex transmission/reception method is a block 30 such as a symmetric antenna with low coupling between transmission and reception, and a transmission signal is copied and modulated (23). It is implemented using a block 41 or the like that is then merged with the received signal. That is, a portion of the transmission signal is removed from the front end of the low noise amplifier so that the strong transmission signal output from the power amplifier 14 is directly input to the receiving unit and thus the sensitivity of the receiving unit low noise amplifier is not reduced.

일반적인 전이중 송수신 장치는 또한, RF 변조기(13), DA 변환기(12) 등을 추가로 사용해야 하기 때문에 집적회로 칩으로 구현할 경우 칩 면적이 증가하고, 이에 따라 비용과 소비전력 또한 증가하는 문제점이 있다.A typical full-duplex transceiver also requires additional use of the RF modulator 13 , the DA converter 12 , and the like, so that when implemented as an integrated circuit chip, the chip area increases, and accordingly, the cost and power consumption also increase.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전이중 송수신 장치의 세부블록 구성도이다. 2 is a detailed block diagram of a full-duplex transceiver according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 전이중 송수신 장치 또는 릴레이 장치는 저복잡도 구조를 이용해, 빔포밍 안테나를 사용하는 시스템에서 송신 빔과 수신 빔을 분리하고 자기간섭 신호를 효과적으로 제거할 수 있다. The full-duplex transceiver or relay device according to an embodiment of the present invention can separate a transmit beam and a receive beam in a system using a beamforming antenna and effectively remove a self-interference signal by using a low complexity structure.

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전이중 송수신 장치(100)는 크게, 베이스밴드 모뎀(110), 빔포밍(BF) 트랜시버(130), 임피던스 제어기(140), 및 패치 안테나 배열(150)을 포함할 수 있다. 전이중 송수신 장치(100)는 추가적으로 ADC(123), DAC(121), 아날로그 SIC(Self Intererence Cancellation) 모듈(122)을 포함할 수 있다. To this end, the full-duplex transmission/reception apparatus 100 according to an embodiment of the present invention largely includes a baseband modem 110 , a beamforming (BF) transceiver 130 , an impedance controller 140 , and a patch antenna array 150 . may include The full-duplex transceiver 100 may additionally include an ADC 123 , a DAC 121 , and an analog Self Intererence Cancellation (SIC) module 122 .

빔포밍 트랜시버(130)는 RF 송신부, RF 수신부, 및 PLL(Phase Locked Loop)주파수 합성기를 포함하여 구성될 수 있다. The beamforming transceiver 130 may include an RF transmitter, an RF receiver, and a phase locked loop (PLL) frequency synthesizer.

RF 송신부는 상향변환기(Tx up-converter)(131), 전력분배기(132), RF 가변증폭기(133a), 위상천이기 배열(134a), PA 배열(135a)을 포함할 수 있다. 각 PA의 출력은 안테나 배열(150)을 구성하는 개별 패치 안테나와 연결된다. 또한, RF 수신부는 4개 이상 다수의 LNA(Low Noise Amplifier)가 병렬로 배치된 LNA 배열(135b)과 위상천이기 배열(134b), RF 가변증폭기(133b), 결합기(combiner)(137), 및 하향변환기(136)를 포함하여 구성될 수 있다. The RF transmitter may include an up-converter (Tx up-converter) 131 , a power divider 132 , an RF variable amplifier 133a , a phase shifter array 134a , and a PA array 135a . The output of each PA is connected to an individual patch antenna constituting the antenna array 150 . In addition, the RF receiver includes an LNA array 135b and a phase shifter array 134b in which four or more LNAs (Low Noise Amplifier) are arranged in parallel, an RF variable amplifier 133b, a combiner 137, and a downconverter 136 .

RF수신부의 하향변환기(Rx down-converter)(136)는 세부적으로는 하향변환 믹서(mixer)와 아날로그 채널 필터, 가변증폭기(VGA; variable-gain amplifier)를 포함할 수 있고, 선택한 IF(Intermediate Frequency) 주파수가 수 GHz 이상인 경우에는 추가적인 하향변환 믹서 및 필터를 포함할 수 있다. 송신부의 상향변환기(131)는 세부적으로는 아날로그 채널 필터와 상향변환 믹서로 구성되며, 수신부와 마찬가지로 선택한 IF 주파수에 따라 상향변환 믹서가 한 단계(stage) 더 추가될 수 있다. In detail, the down-converter (Rx down-converter) 136 of the RF receiver may include a down-conversion mixer, an analog channel filter, and a variable-gain amplifier (VGA), and a selected intermediate frequency (IF). ) If the frequency is several GHz or more, an additional downconversion mixer and filter may be included. In detail, the up-converter 131 of the transmitter includes an analog channel filter and an up-conversion mixer, and like the receiver, an up-converter mixer may be added one more stage according to the selected IF frequency.

본 발명에서는 수신부의 위상천이기(134b) 제어에 의해 형성되는 수신 빔의 입사 방향과 송신부의 위상천이기(134a)에 의해 형성되는 송신 빔의 방사 방향이 다르도록 각각의 위상천이기가 제어된다. 수신부의 위상천이기(134b)에 의해 형성되는 수신 빔과 송신부의 위상천이기(134a)에 의해 형성되는 송신 빔은 예를 들어, 20°내지 150°의 위상차를 가질 수 있다. In the present invention, each phase shifter is controlled so that the incident direction of the reception beam formed by the phase shifter 134b of the reception unit is different from the radiation direction of the transmission beam formed by the phase shifter 134a of the transmission unit. The receive beam formed by the phase shifter 134b of the receiver and the transmit beam formed by the phase shifter 134a of the transmitter may have, for example, a phase difference of 20° to 150°.

따라서 전이중 방식에 의해 송신기와 수신기가 동일 주파수 대역에서 동작해도 각각의 PA 출력이 수신부의 위상천이기(134b)를 거치면서 송신 경로 및 수신 경로의 위상(phase)이 달라 결합기(combiner)(137)의 출력이 20dB 이상 감소한다. Therefore, even if the transmitter and the receiver operate in the same frequency band by the full-duplex method, each PA output passes through the phase shifter 134b of the receiver, and the phases of the transmit path and the receive path are different, so that the combiner (137) output is reduced by more than 20dB.

또한, 도 2를 참조하면, 안테나(150)는 다수의 소형 패치 안테나의 배열(151) 및 개별 안테나의 임피던스를 조정하는 개별 임피던스 조절기(152)를 포함하여 구성될 수 있다. 임피던스 제어기(140)는 개별 임피던스 조절기(152)를 통해 각 안테나의 임피던스를 제어한다. Also, referring to FIG. 2 , the antenna 150 may include an array 151 of a plurality of small patch antennas and an individual impedance adjuster 152 for adjusting the impedance of the individual antennas. The impedance controller 140 controls the impedance of each antenna through the individual impedance adjuster 152 .

이러한 본 발명에 따른 안테나의 구성예로, 밀리미터파 대역 안테나에 대한 일 실시예가 도 3을 통해 도시된다. As a configuration example of the antenna according to the present invention, an embodiment of a millimeter wave band antenna is shown in FIG. 3 .

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전이중 릴레이 장치에 포함되는 안테나 패치 배열을 도시한다. 3 illustrates an antenna patch arrangement included in a full-duplex relay device according to an embodiment of the present invention.

도 3의 안테나 구조는, 특히 4개의 패치 배열(안테나 패치11, 안테나 패치 12, 안테나 패치 21, 안테나 패치 22)로 구성된 안테나(200)의 예를 도시한다. 각각의 패치는 패치의 중심 간 간격이 예를 들어, 5.26mm가 되도록 거리를 두고 배치될 수 있다. 도 3과 같은 안테나 구조를 상하 좌우로 반복적으로 배치하면 임의의 N개의 패치로 구성된 안테나를 구성할 수도 있다. The antenna structure of FIG. 3 shows, inter alia, an example of an antenna 200 composed of four patch arrays (antenna patch 11 , antenna patch 12 , antenna patch 21 , antenna patch 22 ). Each patch may be spaced apart such that the center-to-center spacing of the patches is, for example, 5.26 mm. If the antenna structure as shown in FIG. 3 is repeatedly arranged vertically, horizontally and vertically, an antenna composed of arbitrary N patches may be configured.

패치 안테나는 FR4등으로 구성된 다층 PCB(Printed Circuit Board)의 상위 금속층(top metal layer)에 패턴(201)을 형성하고, 후면 금속층(bottom metal layer)에 접지면(202)을 형성하여 구현할 수 있다. 안테나에 대한 급전(feeding)은 각 패치 엘리먼트(element)마다 X방향(203)과 Y방향(204)의 두 방향에서 인가되어 이중 편파(dual-polarization) 신호를 생성한다. 이러한 안테나 패치의 각 단자(port)들은 빔포밍 트랜시버(130)의 PA(135a)의 출력 및 LNA(135b)의 입력단에 연결된다.The patch antenna can be implemented by forming the pattern 201 on the top metal layer of a multilayer printed circuit board (PCB) composed of FR4, etc., and forming the ground plane 202 on the bottom metal layer. . Feeding to the antenna is applied in two directions of the X-direction 203 and the Y-direction 204 for each patch element to generate a dual-polarization signal. Each of the terminals of the antenna patch is connected to the output of the PA 135a and the input of the LNA 135b of the beamforming transceiver 130 .

여기서, FR-4는 내화성(자기 소화성)인 에폭시 수지 바인더가 포함된 직조된 유리섬유 천으로 구성된 복합 재료로서, 유리 강화 에폭시 라미네이트 소재에 대한 NEMA 등급 지정(grade designation)을 나타낸다. "FR"은 난연제(flame retardant)를 의미한다.Here, FR-4 represents a NEMA grade designation for a glass-reinforced epoxy laminate material as a composite material composed of a woven fiberglass cloth with a fire-resistant (self-extinguishing) epoxy resin binder. "FR" means flame retardant.

또한, 본 발명의 일 실시예에서 안테나 배열(151)을 구성하는 각 패치 안테나는 이중편파 구조이므로 송신 PA(135a) 출력이 수신부 LNA(135b)로 인가될 때 약 30 ~ 40dB 정도의 신호 감쇄가 발생한다. 따라서 RF에서 전체적으로 약 50 ~ 60dB 정도의 자기간섭신호 제거율을 얻을 수 있다. In addition, since each patch antenna constituting the antenna array 151 in an embodiment of the present invention has a dual polarization structure, when the output of the transmit PA 135a is applied to the LNA 135b of the receiving unit, signal attenuation of about 30 to 40 dB is Occurs. Therefore, it is possible to obtain a self-interference signal rejection rate of about 50 to 60 dB as a whole in RF.

추가적으로, 전이중 방식에서 수신 감소 성능 저하를 최소화하려면 일반적으로 100dB 이상의 자기간섭신호 제거율이 요구된다. 이를 위해 본 발명에서 도 2에 도시된 바와 같이, ADC(123) 전단에 아날로그 SIC(122)을 추가하거나 베이스밴드 모뎀(110)에 디지털 SIC 블록을 추가로 포함할 수 있다. 아날로그 SIC(122)는 RF 트랜시버(130) 외부에 별도의 모듈로 구현할 수 있어서 기존 RF 칩의 설계 변경을 요구하지 않는다. 이와 같이, 종래의 기술은 자기간섭 제거를 위해 별도의 송신 경로를 두거나 PA 출력단에 RF FIR 필터 회로를 추가해야 하지만, 본 발명에서는 일반적인 빔포밍 트랜시버 칩(130)을 그대로 사용하면서 자기간섭제거 효과를 얻을 수 있다. Additionally, a self-interference signal rejection ratio of 100 dB or more is generally required to minimize reception reduction performance degradation in the full-duplex method. To this end, as shown in FIG. 2 in the present invention, an analog SIC 122 may be added to the front end of the ADC 123 or a digital SIC block may be additionally included in the baseband modem 110 . Since the analog SIC 122 can be implemented as a separate module outside the RF transceiver 130 , a design change of an existing RF chip is not required. As described above, in the prior art, a separate transmission path or an RF FIR filter circuit must be added to the PA output terminal for self-interference cancellation, but in the present invention, the self-interference cancellation effect is achieved while using the general beamforming transceiver chip 130 as it is can be obtained

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치가 이용되는 통신 시스템에서의 송수신을 위해 형성되는 빔의 형상을 나타낸 도면이다. 4 is a diagram illustrating a shape of a beam formed for transmission and reception in a communication system using a relay device according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 고려되는 무선통신 네트워크는 밀리미터파를 이용하고 기지국 또는 AP(400), 릴레이(100), 및 단말(300)을 포함할 수 있다. 도 4는 본 발명에 따른 릴레이 장치의 자기간섭제거 효과 및 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이의 동작 과정을 설명하기 위한 것이다.The wireless communication network considered in the present invention may include a base station or AP 400 , a relay 100 , and a terminal 300 using millimeter waves. 4 is for explaining the magnetic interference cancellation effect of the relay device according to the present invention and the operation process of the relay according to an embodiment of the present invention.

기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 중계 노드(relay node, RN), 기지국 역할을 수행하는 진보된 중계기(advanced relay station, ARS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS), 소형 기지국[펨토 기지국(femotoBS), 홈 노드B(home node B, HNB), 홈 eNodeB(HeNB), 피코 기지국(pico BS), 메트로 기지국(metro BS), 마이크로 기지국(micro BS) 등] 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.A base station (BS) is an advanced base station (ABS), a high reliability base station (HR-BS), a Node B (node B), an advanced node B (eNodeB) , an access point (AP), a radio access station (RAS), a base transceiver station (BTS), a mobile multihop relay (MMR)-BS, a relay station serving as a base station, RS), a relay node serving as a base station (relay node, RN), an advanced relay station serving as a base station (ARS), a high reliability relay station serving as a base station (high reliability relay station, HR-RS) ), small base station (femto base station (femotoBS), home node B (home node B, HNB), home eNodeB (HeNB), pico base station (pico BS), metro base station (metro BS), micro base station (micro BS), etc.) and the like, and may include all or some functions of ABS, NodeB, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, small base station, and the like.

또한 기지국은 셀의 형태에 따라 매크로(Macro) 셀, 원격무선(remote radio head, RRH) 셀, 피코(Pico) 셀, 마이크로(Micro) 셀, 펨토(Femto) 셀 등의 기지국을 지칭할 수 있다.In addition, the base station may refer to a base station such as a macro cell, a remote radio head (RRH) cell, a pico cell, a micro cell, a femto cell, etc. depending on the type of cell. .

단말(terminal)은 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, MT, MS, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.A terminal is a mobile terminal (MT), a mobile station (MS), an advanced mobile station (AMS), a high reliability mobile station (HR-MS), a subscriber station ( Subscriber station (SS), portable subscriber station (PSS), access terminal (AT), user equipment (UE), etc. may refer to, MT, MS, AMS, HR-MS , SS, PSS, AT, UE, etc. may include all or some functions.

기지국(또는 AP)과 단말 간의 통신은 다양한 RAT(radio access technology)(예를 들어, 4G 통신 기술, 5G 통신 기술, WiBro(wireless broadband) 기술, WLAN(wireless local area network) 기술, WPAN(wireless personal area network) 기술 등)에 기초하여 수행될 수 있다.Communication between the base station (or AP) and the terminal is performed by various radio access technologies (RATs) (eg, 4G communication technology, 5G communication technology, wireless broadband (WiBro) technology, wireless local area network (WLAN) technology, wireless personal area network) technology, etc.).

도 4를 참조하면, 릴레이(100)는 기지국 또는 AP(access point)(400) 가 송신하는 신호를 수신하고, 기지국(400)와 단말(300) 사이의 건물이나 인간 장애물(human blockage)에 의해 전파 감쇄가 심한 경우, SNR(Signal to Noise Ratio) 저하 없이 기지국으로부터 수신한 신호를 재생하여 증폭하고 단말로 재전송한다. Referring to FIG. 4 , the relay 100 receives a signal transmitted by a base station or an access point (AP) 400 , and is caused by a building or a human blockage between the base station 400 and the terminal 300 . When the radio wave attenuation is severe, the signal received from the base station is reproduced, amplified, and retransmitted to the terminal without degrading the signal to noise ratio (SNR).

종래의 릴레이 또는 Wi-Fi 확장기(Extender)는 AP(400)와 릴레이 간의 링크 에 사용되는 주파수 대역와 단말(300)과 릴레이 간의 링크에 사용되는 주파수 대역을 달리하는 방식을 사용하였고, 이로 인해 주파수 효율이 1/2로 감소하는 결과를 가져왔다. 또한, 동시에 두 대역의 신호를 처리하기 위해 RF 트랜시버도 각각의 주파수 대역 별로 송수신부가 구성된 이중대역 구조를 가져야 하므로 칩 면적이 2배로 증가하고 이에 따라 비용이 높아지는 문제가 있다. Conventional relay or Wi-Fi extender (Extender) uses a method of differentiating the frequency band used for the link between the AP 400 and the relay and the frequency band used for the link between the terminal 300 and the relay, and this results in frequency efficiency This resulted in a reduction of 1/2. In addition, since the RF transceiver must have a dual-band structure in which a transceiver is configured for each frequency band in order to process signals of two bands at the same time, the chip area is doubled, thereby increasing the cost.

반면에, 본 발명에 따른 릴레이는 하향링크에서 기지국(400)으로부터 릴레이로 전송되는 빔의 방향과 릴레이(100)에서 단말(300)로 전송되는 빔의 방향을 다르게 설정한다. 또한, 본 발명에 따르면 송신 처리 및 수신 처리에서의 편파 방향을 달리하여 동일 주파수에서 송수신이 동시에 동작할 수 있다. 이는 신호가 위상배열 RF 수신기(도 2의 133b, 134b, 135b, 137)를 통과하는 과정에서 수신 빔 대비 송신 빔의 감쇄가 크게 나타나고 이중편파 안테나에 의해 추가적인 감쇄가 발생하여 전이중 방식에서 요구하는 자기간섭 제거율을 얻을 수 있기 때문이다.On the other hand, the relay according to the present invention sets the direction of the beam transmitted from the base station 400 to the relay in the downlink differently from the direction of the beam transmitted from the relay 100 to the terminal 300 . In addition, according to the present invention, transmission and reception can be simultaneously performed at the same frequency by different polarization directions in the transmission processing and reception processing. This is because the attenuation of the transmission beam compared to the reception beam is large in the process of the signal passing through the phased array RF receiver (133b, 134b, 135b, 137 in FIG. 2), and additional attenuation occurs by the dual polarization antenna, so that the magnetic field required by the full-duplex method This is because an interference cancellation rate can be obtained.

발명의 또 다른 실시예에 따르면, 베이스밴드 모뎀(110) 없이 상술한 구조와 신호처리 방식의 RF 트랜시버(130) 및 안테나 배열(150)만으로 구성된 빔포밍 기반 무선 중계기(repeater)를 구성함으로써 보다 저가의 시스템을 구현할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, by configuring a beamforming-based radio repeater consisting only of the RF transceiver 130 and the antenna array 150 of the above-described structure and signal processing method without the baseband modem 110, a lower cost system can be implemented.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치가 활용되는 통신 시스템의 개념도이다. 5 is a conceptual diagram of a communication system in which a relay device according to an embodiment of the present invention is utilized.

도 5는 무선 릴레이를 적용한 밀리미터파 대역의 대표적인 응용 예를 도시한다. 도 5를 참조하면, 일반적인 AP 또는 소형셀 기지국(400)은 하향링크에서 메인 송신기(main transmitter) 로 동작할 수 있다. 사용자의 VR(Virtual Reality) HMD(Head Mount Display) 장치가 단말로 동작할 수 있다. 5 shows a representative application example of a millimeter wave band to which a wireless relay is applied. Referring to Figure 5, a general AP or small cell base station 400 may operate as a main transmitter (main transmitter) in the downlink. A user's virtual reality (VR) head mounted display (HMD) device may operate as a terminal.

본 발명에 따른 무선 릴레이(100-1, 100-2)는 기지국(400)의 송신 신호를 수신하여 전파 음영 지역에 있는 단말로 신호를 재전송할 수 있다. 릴레이를 통해 단말로 전달되는 신호는 단말이 기지국으로부터 직접 신호를 수신하는 경우에 비해 지연이 발생하는데, 예를 들어, 1ms 이내의 지연이 발생할 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이 릴레이가 단말로 신호를 송신하는 하향링크는 메인 송신기가 릴레이로 신호를 송신하는 하향링크와 다른 방향인 것이 바람직하다. 즉, 릴레이의 송신 빔 및 수신 빔의 방향을 다르게 설정하여 릴레이의 송수신이 동시에 이루어지는 데 보다 적합한 환경이 제공된다. The wireless relays 100 - 1 and 100 - 2 according to the present invention may receive the transmission signal of the base station 400 and retransmit the signal to the terminal in the radio wave shadow area. A signal transmitted to the terminal through the relay has a delay compared to when the terminal directly receives a signal from the base station, for example, a delay of 1 ms or less may occur. In addition, as shown in FIG. 5 , it is preferable that the downlink in which the relay transmits a signal to the terminal is in a different direction from the downlink in which the main transmitter transmits a signal to the relay. That is, by setting the directions of the transmission beam and the reception beam of the relay differently, an environment more suitable for simultaneous transmission and reception of the relay is provided.

밀리미터파 대역에서는 전파의 직진성과 인체에 의한 전파 감쇄가 강하여 실내(Indoor) 환경에서도 전파 음영지역이 많이 발생하는데, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 저가격의 무선 릴레이를 적절한 위치에 배치하면 이러한 전파 음영지역 문제를 해결할 수 있다. In the millimeter wave band, the directivity of radio waves and the attenuation of radio waves by the human body are strong, so that many radio wave shadow areas occur even in an indoor environment. It is possible to solve such a radio wave shadow area problem.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 블록 구성도이다. 6 is a block diagram of a relay device according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치는 프로세서(610), 메모리(620), 및 통신 모듈(630)을 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 6 , the relay device according to an embodiment of the present invention may include a processor 610 , a memory 620 , and a communication module 630 .

통신 모듈(630)은 앞서 살펴본 본 발명의 일 실시예에 따른 전이중 송수신 장치와 동일한 블록들을 포함하고 동일한 동작을 수행할 수 있다. The communication module 630 may include the same blocks as the full-duplex transceiver according to the embodiment of the present invention described above and perform the same operation.

구체적으로 통신 모듈(630)은, 밀리미터파를 이용해 복수의 송신 빔 및 복수의 수신 빔을 형성하며, 베이스밴드 처리되어 복수의 신호로 분리된 신호의 위상을 조절하여 복수의 송신 빔 형성하기 위한 신호를 안테나로 제공하는 RF(Radio Frequency) 송신기; 안테나로부터 입력되는 신호를 수신하고, 수신한 신호의 위상을 상기 RF 송신기가 출력하는 신호의 위상과 상이하도록 조절하는 RF(Radio Frequency) 수신기; 및 서로 다른 방향으로부터 전력이 인가되는 복수의 패치를 포함하고, 패치 각각이 상기 RF 송신기 및 상기 RF 수신기와 연결되어 복수의 방향성 빔을 형성하는 안테나 배열을 포함할 수 있다. Specifically, the communication module 630 forms a plurality of transmit beams and a plurality of receive beams using millimeter waves, and adjusts phases of signals separated into a plurality of signals by baseband processing to form a plurality of transmit beams. RF (Radio Frequency) transmitter for providing an antenna; a radio frequency (RF) receiver that receives a signal input from an antenna and adjusts a phase of the received signal to be different from a phase of a signal output by the RF transmitter; and an antenna array including a plurality of patches to which power is applied from different directions, each patch being connected to the RF transmitter and the RF receiver to form a plurality of directional beams.

또한, 프로세서(610)는 기지국/AP의 위치 및 단말의 위치에 따라 다운링크의 송신 빔 및 업링크의 수신 빔의 방향을 결정하고, 결정된 방향에 따라 빔이 형성되도록 통신 모듈(630)을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로 프로세서(610)는 통신 모듈(630) 내 RF수신부의 위상천이기 제어에 의해 형성되는 수신 빔의 입사 방향과 통신 모듈(630) 내 RF 송신부의 위상천이기에 의해 형성되는 송신 빔의 방사 방향이 다르도록 각각의 위상천이기를 제어할 수 있다. 예를 들어, 수신 빔과 송신 빔은 예를 들어, 20°내지 150°의 위상차를 가질 수 있다.In addition, the processor 610 determines the direction of the downlink transmit beam and the uplink receive beam according to the position of the base station / AP and the position of the terminal, and controls the communication module 630 to form a beam according to the determined direction. can do. More specifically, the processor 610 controls the incident direction of the reception beam formed by the phase shifter control of the RF receiver in the communication module 630 and the radiation of the transmission beam formed by the phase shifter of the RF transmitter in the communication module 630 . Each phase shifter may be controlled to have different directions. For example, the receive beam and the transmit beam may have a phase difference of, for example, 20° to 150°.

메모리(620)는 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령 및 명령 수행의 결과를 저장할 수 있다.The memory 620 may store at least one command executed by the processor and a result of command execution.

본 발명의 실시예에 따른 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. The operation of the method according to the embodiment of the present invention can be implemented as a computer-readable program or code on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed in a network-connected computer system to store and execute computer-readable programs or codes in a distributed manner.

또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.In addition, the computer-readable recording medium may include a hardware device specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, and flash memory. The program instructions may include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다. Although some aspects of the invention have been described in the context of an apparatus, it may also represent a description according to a corresponding method, wherein a block or apparatus corresponds to a method step or feature of a method step. Similarly, aspects described in the context of a method may also represent a corresponding block or item or a corresponding device feature. Some or all of the method steps may be performed by (or using) a hardware device such as, for example, a microprocessor, a programmable computer, or an electronic circuit. In some embodiments, one or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus.

실시예들에서, 프로그램 가능한 로직 장치(예를 들어, 필드 프로그머블 게이트 어레이)가 여기서 설명된 방법들의 기능의 일부 또는 전부를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 실시예들에서, 필드 프로그머블 게이트 어레이는 여기서 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 마이크로프로세서와 함께 작동할 수 있다. 일반적으로, 방법들은 어떤 하드웨어 장치에 의해 수행되는 것이 바람직하다.In embodiments, a programmable logic device (eg, a field programmable gate array) may be used to perform some or all of the functionality of the methods described herein. In embodiments, the field programmable gate array may operate in conjunction with a microprocessor to perform one of the methods described herein. In general, the methods are preferably performed by some hardware device.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that you can.

100: 전이중 송수신 장치/릴레이 110: 베이스밴드 모뎀
130: BF 트랜시버 140: 임피던스 제어기
150: 안테나 200: 패치 안테나
300: 단말 400: 기지국/AP
100: full-duplex transceiver/relay 110: baseband modem
130: BF transceiver 140: impedance controller
150: antenna 200: patch antenna
300: terminal 400: base station / AP

Claims (10)

밀리미터파를 이용해 복수의 송신 빔들 및 복수의 수신 빔들을 형성하는 전이중 송수신 장치로서,
베이스밴드 처리되고 복수 개로 분리된 제1 신호들의 위상을 조절하여 상기복수의 송신 빔들을 형성하기 위한 제2 신호들을 복수의 패치 안테나들로 제공하는 RF(Radio Frequency) 송신기;
상기 복수의 패치 안테나들로부터 입력되는 제3 신호들을 수신하고, 수신한 상기 제3 신호들의 위상을 상기 RF 송신기가 출력하는 상기 제2 신호들의 위상과 상이하도록 조절하는 RF 수신기; 및
상기 복수의 패치 안테나들을 포함하고, 상기 복수의 패치 안테나들의 각각이 상기 RF 송신기 및 상기 RF 수신기와 연결되어 복수의 방향성 빔을 형성하는 안테나 배열을 포함하며,
상기 복수의 패치 안테나들의 각각이 송신 동작을 수행할 때에 상기 복수의 패치 안테나들의 각각이 상이한 두 방향으로부터 급전되어 이중 편파 신호를 생성하는, 전이중 송수신 장치.
A full-duplex transceiver for forming a plurality of transmit beams and a plurality of receive beams using a millimeter wave, comprising:
a radio frequency (RF) transmitter for providing second signals for forming the plurality of transmission beams to a plurality of patch antennas by adjusting the phases of the baseband-processed and separated first signals;
an RF receiver receiving third signals input from the plurality of patch antennas and adjusting phases of the received third signals to be different from phases of the second signals output by the RF transmitter; and
An antenna array comprising the plurality of patch antennas, each of the plurality of patch antennas being connected to the RF transmitter and the RF receiver to form a plurality of directional beams,
wherein each of the plurality of patch antennas is fed from two different directions to generate a dual polarization signal when each of the plurality of patch antennas performs a transmission operation.
청구항 1에 있어서,
상기 RF 수신기는,
상기 복수의 수신 빔들에 대한 위상 천이를 수행하는 수신측 위상천이기 배열을 포함하고,
상기 수신측 위상천이기 배열의 각 위상천이기는 개별 수신 빔에 대한 위상 천이를 수행하는, 전이중 송수신 장치.
The method according to claim 1,
The RF receiver,
a receiving-side phase shifter array configured to perform phase shifting on the plurality of receive beams;
and each phase shifter of the receiving-side phase shifter array performs a phase shift on an individual receive beam.
청구항 2에 있어서,
상기 RF 송신기는,
상기 복수의 송신 빔들에 대한 위상 천이를 수행하는 송신측 위상천이기 배열을 포함하고,
상기 송신측 위상천이기 배열의 각 위상천이기는 개별 송신 빔에 대한 위상 천이를 수행하는, 전이중 송수신 장치.
3. The method according to claim 2,
The RF transmitter is
and a transmission-side phase shifter array configured to perform phase shifting on the plurality of transmission beams,
and each phase shifter of the transmission-side phase shifter array performs a phase shift for an individual transmission beam.
청구항 3에 있어서,
상기 송신측 위상천이기에 의해 형성되는 신호 및 상기 수신측 위상 천이기에 의해 형성되는 신호는 20°내지 150°의 위상차를 갖는, 전이중 송수신 장치.
4. The method of claim 3,
The signal formed by the phase shifter on the transmission side and the signal formed by the phase shifter on the reception side have a phase difference of 20° to 150°.
청구항 1에 있어서,
베이스밴드 신호를 처리하는 베이스밴드 모뎀;
상기 베이스밴드 모뎀으로부터 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 상기 RF 송신기로 제공하는 제1 컨버터; 및
상기 RF 수신기로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 베이스밴드 모뎀으로 제공하는 제2 컨버터를 더 포함하는, 전이중 송수신 장치.
The method according to claim 1,
a baseband modem for processing baseband signals;
a first converter converting a digital signal output from the baseband modem into an analog signal and providing the converted digital signal to the RF transmitter; and
and a second converter that converts the analog signal output from the RF receiver into a digital signal and provides the converted analog signal to the baseband modem.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 컨버터가 출력하는 신호에 대해 자기 간섭 제거를 수행하여 상기 제2 컨버터로 제공하는 아날로그 자기 간섭 제거(SIC) 모듈을 더 포함하는, 전이중 송수신 장치.
6. The method of claim 5,
and an analog self-interference cancellation (SIC) module that performs self-interference cancellation on the signal output from the first converter and provides the signal to the second converter.
청구항 5에 있어서,
상기 베이스밴드 모뎀은 디지털 자기 간섭 제거 모듈을 더 포함하는, 전이중 송수신 장치.
6. The method of claim 5,
The baseband modem further comprises a digital self-interference cancellation module.
삭제delete 통신 모듈; 및
기지국의 위치 및 단말의 위치에 따라 다운링크의 송신 빔 및 업링크의 수신 빔의 방향을 결정하고, 결정된 방향에 따라 빔이 형성되도록 상기 통신 모듈을 제어하는 프로세서를 포함하는 전이중 릴레이 장치로서,
상기 통신 모듈은,
베이스밴드 처리되어 복수의 제1 신호들로 분리된 상기 제1 신호들의 위상을 조절하여 복수의 송신 빔들을 형성하기 위한 제2 신호들을 복수의 패치 안테나들로 제공하는 RF(Radio Frequency) 송신기;
상기 복수의 패치 안테나들로부터 입력되는 제3 신호들을 수신하고, 수신한 상기 제3 신호들의 위상을 상기 RF 송신기가 출력하는 상기 제2 신호들의 위상과 상이하도록 조절하는 RF(Radio Frequency) 수신기; 및
상기 복수의 패치 안테나들을 포함하고, 상기 복수의 패치 안테나들의 각각이 상기 RF 송신기 및 상기 RF 수신기와 연결되어 복수의 방향성 빔을 형성하는 안테나 배열을 포함하며,
상기 복수의 패치 안테나들의 각각이 송신 동작을 수행할 때에 상기 복수의 패치 안테나들의 각각이 상이한 두 방향으로부터 급전되어 이중 편파 신호를 생성하는, 전이중 릴레이 장치.
communication module; and
A full-duplex relay device comprising a processor for determining directions of a transmission beam of a downlink and a reception beam of an uplink according to a position of a base station and a position of a terminal, and controlling the communication module to form a beam according to the determined direction,
The communication module is
a radio frequency (RF) transmitter that provides second signals for forming a plurality of transmission beams to a plurality of patch antennas by adjusting phases of the first signals that are baseband-processed and separated into a plurality of first signals;
a radio frequency (RF) receiver that receives third signals input from the plurality of patch antennas and adjusts phases of the received third signals to be different from phases of the second signals output by the RF transmitter; and
An antenna array comprising the plurality of patch antennas, each of the plurality of patch antennas being connected to the RF transmitter and the RF receiver to form a plurality of directional beams,
When each of the plurality of patch antennas performs a transmission operation, each of the plurality of patch antennas is fed from two different directions to generate a double polarized signal.
청구항 9에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 통신 모듈 내 RF수신부의 위상천이기 제어에 의해 형성되는 수신 빔의 입사 방향과 상기 통신 모듈 내 RF 송신부의 위상천이기에 의해 형성되는 송신 빔의 방사 방향이 다르도록 각 위상천이기를 제어하는, 전이중 릴레이 장치.
10. The method of claim 9,
The processor is
Full duplex, controlling each phase shifter so that an incident direction of a reception beam formed by the phase shifter control of the RF receiver in the communication module and a radiation direction of a transmission beam formed by a phase shifter of the RF transmitter in the communication module are different relay device.
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