KR102570153B1 - 초고주파 기반 배열 안테나 및 이를 이용한 통신 방법 - Google Patents

초고주파 기반 배열 안테나 및 이를 이용한 통신 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102570153B1
KR102570153B1 KR1020210043082A KR20210043082A KR102570153B1 KR 102570153 B1 KR102570153 B1 KR 102570153B1 KR 1020210043082 A KR1020210043082 A KR 1020210043082A KR 20210043082 A KR20210043082 A KR 20210043082A KR 102570153 B1 KR102570153 B1 KR 102570153B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
antenna
single antennas
array antenna
beamforming
antennas
Prior art date
Application number
KR1020210043082A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220137252A (ko
Inventor
이정남
변우진
김광선
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020210043082A priority Critical patent/KR102570153B1/ko
Priority to US17/712,767 priority patent/US11658413B2/en
Publication of KR20220137252A publication Critical patent/KR20220137252A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102570153B1 publication Critical patent/KR102570153B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/246—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0013—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective
    • H01Q15/0033—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective used for beam splitting or combining, e.g. acting as a quasi-optical multiplexer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/18—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces
    • H01Q19/19—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces comprising one main concave reflecting surface associated with an auxiliary reflecting surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/20—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path
    • H01Q21/205—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path providing an omnidirectional coverage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/20—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements characterised by the operating wavebands
    • H01Q5/28—Arrangements for establishing polarisation or beam width over two or more different wavebands
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0426—Power distribution
    • H04B7/043—Power distribution using best eigenmode, e.g. beam forming or beam steering
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0686—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission
    • H04B7/0695—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission using beam selection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 제1 통신 노드에서 빔을 조향하는 제1 배열 안테나는, 각각이 빔 조향 방향을 가변적으로 조정할 수 있는 복수개의 단일 안테나들, 상기 복수개의 단일 안테나들 각각에 연결되어, 상기 복수개의 단일 안테나들 각각의 빔포밍 동작을 제어하는 복수개의 빔포밍 제어부들, 및 상기 복수개의 빔포밍 제어부들에 연결되어, 상기 제1 배열 안테나 전체의 빔포밍 동작을 제어하는 배열 안테나 제어부를 포함하며, 상기 복수개의 단일 안테나들은 원통 형태로 배열되어, 상기 원통의 중심방향의 반대방향을 향하도록 설치되고, 상기 제1 배열 안테나는, 상기 복수개의 단일 안테나들 중 적어도 하나 이상의 단일 안테나를 통하여 상기 제1 통신 노드 주위의 소정의 영역으로 빔을 조향하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

초고주파 기반 배열 안테나 및 이를 이용한 통신 방법{HIGH FREQUENCY-BASED ARRAY ANTENNA AND COMMUNICATION METHOD THEREFOR}
본 발명은 초고주파 기반 배열 안테나 및 이를 이용한 통신 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복수의 단일 안테나들을 배열하여 배열 안테나를 구성함으로써, 통신 노드 주위로 빔을 조향할 수 있는 초고주파 기반 배열 안테나 및 이를 이용한 통신 방법에 관한 것이다.
정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발되고 있다. 대표적인 무선 통신 기술로 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 LTE(long term evolution), NR(new radio) 등이 있다. LTE는 4G(4th Generation) 무선 통신 기술들 중에서 하나의 무선 통신 기술일 수 있고, NR은 5G(5th Generation) 무선 통신 기술들 중에서 하나의 무선 통신 기술일 수 있다.
4G 통신 시스템(예를 들어, LTE를 지원하는 통신 시스템)의 상용화 이후에 급증하는 무선 데이터의 처리를 위해, 4G 통신 시스템의 주파수 대역(예를 들어, 6GHz 이하의 주파수 대역)뿐만 아니라 4G 통신 시스템의 주파수 대역보다 높은 주파수 대역(예를 들어, 6GHz 이상의 주파수 대역)을 사용하는 5G 통신 시스템(예를 들어, NR을 지원하는 통신 시스템)이 고려되고 있다. 5G 통신 시스템은 eMBB(enhanced Mobile BroadBand), URLLC(Ultra-Reliable and Low Latency Communication) 및 mMTC(massive Machine Type Communication) 등을 지원할 수 있다.
테라헤르츠파는 0.1~10THz(테라헤르츠) 대역의 주파수 자원으로서, 전자기파 스펙트럼에서 원적외선과 밀리미터파 중간 영역에 해당하여 전파의 투과성과 광파의 직진성이 동시에 나타나는 물리적 특성을 가지는 전자파 자원을 의미할 수 있다. 테라헤르츠 주파수 대역은 넓은 주파수 대역폭을 이용한 초고속 무선 통신 시스템에 응용될 수 있으며, 이를테면 6G 또는 그 이후의 무선 통신 기술에서 테라헤르츠를 이용하는 통신 시스템의 실시예들이 다양하게 도입될 것으로 예상된다.
아직까지 테라헤르츠파 대역의 연구는 근거리 신호를 생성, 검출하는 발진 및 검출 소자 위주로 한정되어 있고, 중거리 또는 장거리에서 높은 출력과 높은 감도를 달성하기 용이하지 않다는 단점이 있다. 한편, 고이득의 장거리 전송을 지원하는 빔포밍 안테나를 통해 테라헤르츠파 대역의 통신을 수행하고자 하는 연구에서는, 좁은 빔폭으로 인한 음영문제를 해결해야 하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 빔포밍 방향을 조절할 수 있는 다수의 초고주파 고이득 단일 안테나들을 다방면으로 배열하여 배열 안테나를 구성함으로써, 통신 노드가 주위의 전 방향으로 빔을 조향할 수 있는 초고주파 기반 배열 안테나 및 이를 이용한 통신 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 제1 통신 노드에서 빔을 조향하는 제1 배열 안테나는, 각각이 빔 조향 방향을 가변적으로 조정할 수 있는 복수개의 단일 안테나들, 상기 복수개의 단일 안테나들 각각에 연결되어, 상기 복수개의 단일 안테나들 각각의 빔포밍 동작을 제어하는 복수개의 빔포밍 제어부들, 및 상기 복수개의 빔포밍 제어부들에 연결되어, 상기 제1 배열 안테나 전체의 빔포밍 동작을 제어하는 배열 안테나 제어부를 포함하며, 상기 복수개의 단일 안테나들은 원통 형태로 배열되어, 상기 원통의 중심방향의 반대방향을 향하도록 설치되고, 상기 제1 배열 안테나는, 상기 복수개의 단일 안테나들 중 적어도 하나 이상의 단일 안테나를 통하여 상기 제1 통신 노드 주위의 소정의 영역으로 빔을 조향하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 복수개의 단일 안테나들 각각은 주 반사경, 부 반사경 및 빔 방사기를 포함하며, 상기 복수개의 단일 안테나들 각각에 연결되는 상기 복수개의 빔포밍 제어부들 각각은, 상기 빔 방사기에서 형성 및 방사되는 빔의 위상을 제어함으로써 상기 빔을 조향하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 복수개의 단일 안테나들 각각의 상기 빔 방사기는, 각각이 빔을 형성 및 방사할 수 있는 복수개의 서브 방사기들이 배열됨으로써 형성되는 배열 방사기인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 복수개의 빔포밍 제어부들 각각은, 연결된 상기 복수개의 단일 안테나들 각각에 포함되는 상기 복수개의 서브 방사기들 각각의 빔 형성 및 방사 여부를 제어함으로써 상기 복수개의 단일 안테나들 각각의 빔 조향 방향을 가변적으로 조정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 복수개의 단일 안테나들 각각은, 빔포밍을 수행할 수 있는 카세그레인 구조의 안테나로서 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 복수개의 단일 안테나들 각각은, 혼 안테나, 유전체 패치 안테나 및 슬롯 안테나 중 적어도 하나로서 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 복수개의 단일 안테나들 각각은, 금속형 또는 유전체 기판을 사용한 안테나로서 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 제1 통신 노드에서 빔을 조향하는 제1 배열 안테나는, 각각이 빔 조향 방향을 가변적으로 조정할 수 있는 복수개의 단일 안테나들, 상기 복수개의 단일 안테나들 각각에 연결되어, 상기 복수개의 단일 안테나들 각각의 빔포밍 동작을 제어하는 복수개의 빔포밍 제어부들, 및 상기 복수개의 빔포밍 제어부들에 연결되어, 상기 제1 배열 안테나 전체의 빔포밍 동작을 제어하는 배열 안테나 제어부를 포함하며, 상기 복수개의 단일 안테나들은 구 형태로 배열되어, 상기 구의 중심방향의 반대방향을 향하도록 설치되고, 상기 제1 배열 안테나는, 상기 복수개의 단일 안테나들 중 적어도 하나 이상의 단일 안테나를 통하여 상기 제1 통신 노드 주위의 소정의 영역으로 빔을 조향하고, 상기 구 형태로 배열되는 상기 제1 배열 안테나의 일측에는, 상기 복수개의 단일 안테나들이 배열되지 않는 제1 공동부가 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 복수개의 단일 안테나들 각각은 주 반사경, 부 반사경 및 빔 방사기를 포함하며, 상기 복수개의 단일 안테나들 각각에 연결되는 상기 복수개의 빔포밍 제어부들 각각은, 상기 복수개의 단일 안테나들 각각의 상기 빔 방사기에서 형성 및 방사되는 빔의 위상을 제어함으로써 상기 빔을 조향하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 복수개의 단일 안테나들 각각의 상기 빔 방사기는, 각각이 빔을 형성 및 방사할 수 있는 복수개의 서브 방사기들이 배열됨으로써 형성되는 배열 방사기인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 복수개의 빔포밍 제어부들 각각은, 연결된 상기 복수개의 단일 안테나들 각각에 포함되는 상기 복수개의 서브 방사기들 각각의 빔 형성 및 방사 여부를 제어함으로써 상기 복수개의 단일 안테나들 각각의 빔 조향 방향을 가변적으로 조정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 복수개의 단일 안테나들 각각은, 빔포밍을 수행할 수 있는 카세그레인 구조의 안테나로서 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 통신 노드는 복수의 초고주파 고이득 단일 안테나들을 다방면으로 배열하여 구성된 배열 안테나를 통하여 빔을 형성하고 통신을 수행할 수 있게 된다. 여기서, 배열 안테나는 각각의 단일 안테나들이 구 형태 또는 원통 형태로 배치됨으로써 구성될 수 있고, 각각의 단일 안테나들은 빔의 방향을 가변적으로 설정할 수 있기 때문에, 통신 노드 주위의 전 방향으로 용이하게 빔을 조향할 수 있게 된다. 이에 따라, 음영 지역 문제가 해결될 수 있으며, 안테나 장착 고도에 상관 없이 낮은 위치에서도 주위의 모든 통신 영역을 커버할 수 있게 된다. 더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나는, 각각의 단일 안테나의 빔을 독립적으로 형성하거나 합성되게 형성함으로써, 통신 노드 밀집도에 따라 빔의 커버리지를 조절할 수 있다. 따라서, 통신 자원이 효율적으로 사용될 수 있다.
도 1은 통신 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 통신 시스템에서 사용되는 섹터 안테나의 일 실시예를 도시한 예시도이다.
도 4a 및 4b는 통신 시스템에서 제1 배열 안테나를 구성하는 제1 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5a 및 5b는 통신 시스템에서 제1 배열 안테나를 구성하는 제2 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6a 내지 6c는 통신 시스템에서 제1 배열 안테나에 사용되는 제1 단일 안테나의 일 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 7a 및 7b는 제1 단일 안테나에서의 빔포밍 수행 동작의 일 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 제1 배열 안테나의 구조의 일 실시예를 설명하기 위한 구조도이다.
도 9a 및 9b는 제1 배열 안테나에서의 빔포밍 방식의 제1 실시예 및 제2 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 통신 시스템에서 제1 통신 노드가 섹터 안테나를 통해 빔을 조향하는 일 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 11a 및 11b는 통신 시스템에서 제1 통신 노드가 제1 배열 안테나를 통해 빔을 조향하는 일 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 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.
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.
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.
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 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템(communication system)이 설명될 것이다. 본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템은 아래 설명된 내용에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 통신 시스템에 적용될 수 있다. 여기서, 통신 시스템은 통신 네트워크(network)와 동일한 의미로 사용될 수 있다.
명세서 전체에서 망(network)은, 예를 들어, WiFi(wireless fidelity)와 같은 무선인터넷, WiBro(wireless broadband internet) 또는 WiMax(world interoperability for microwave access)와 같은 휴대인터넷, GSM(global system for mobile communication) 또는 CDMA(code division multiple access)와 같은 2G 이동통신망, WCDMA(wideband code division multiple access) 또는 CDMA2000과 같은 3G 이동통신망, HSDPA(high speed downlink packet access) 또는 HSUPA(high speed uplink packet access)와 같은 3.5G 이동통신망, LTE(long term evolution)망 또는 LTE-Advanced망과 같은 4G 이동통신망, 및 5G 이동통신망 등을 포함할 수 있다.
명세서 전체에서 단말(terminal)은 이동국(mobile station), 이동 단말(mobile terminal), 가입자국(subscriber station), 휴대 가입자국(portable subscriber station), 사용자 장치(user equipment), 접근 단말(access terminal) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치, 접근 단말 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
여기서, 단말로 통신이 가능한 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 태블릿(tablet) PC, 무선전화기(wireless phone), 모바일폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), e-book 리더기, PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 디지털 카메라(digital camera), DMB (digital multimedia broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 영상 녹화기(digital picture recorder), 디지털 영상 재생기(digital picture player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player) 등을 사용할 수 있다.
명세서 전체에서 기지국(base station)은 접근점(access point), 무선 접근국(radio access station), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved nodeB), 송수신 기지국(base transceiver station), MMR(mobile multihop relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 기지국, 접근점, 무선 접근국, 노드B, eNodeB, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 통신 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 통신 노드들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 또한, 통신 시스템(100)은 코어 네트워크(core network)(예를 들어, S-GW(serving-gateway), P-GW(PDN(packet data network)-gateway), MME(mobility management entity))를 더 포함할 수 있다.
복수의 통신 노드들은 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 4G 통신(예를 들어, LTE(long term evolution), LTE-A(advanced)), 5G 통신 등을 지원할 수 있다. 4G 통신은 6GHz 이하의 주파수 대역에서 수행될 수 있고, 5G 통신은 6GHz 이하의 주파수 대역뿐 만 아니라 6GHz 이상의 주파수 대역에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 4G 통신 및 5G 통신을 위해 복수의 통신 노드들은 CDMA(code division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, WCDMA(wideband CDMA) 기반의 통신 프로토콜, TDMA(time division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, FDMA(frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, Filtered OFDM 기반의 통신 프로토콜, CP(cyclic prefix)-OFDM 기반의 통신 프로토콜, DFT-s-OFDM(discrete Fourier transform-spread-OFDM) 기반의 통신 프로토콜, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SC(single carrier)-FDMA 기반의 통신 프로토콜, NOMA(Non-orthogonal Multiple Access), GFDM(generalized frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, FBMC(filter bank multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, UFMC(universal filtered multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, SDMA(Space Division Multiple Access) 기반의 통신 프로토콜 등을 지원할 수 있다. 복수의 통신 노드들 각각은 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 통신 노드(200)는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(230)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다. 다만, 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(270)가 아니라, 프로세서(210)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 메모리(220), 송수신 장치(230), 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.
프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 기지국들(base stations)(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2), 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 및 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함하는 통신 시스템(100)은 "액세스 네트워크"로 지칭될 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 매크로 셀(macro cell)을 형성할 수 있다. 제4 기지국(120-1) 및 제5 기지국(120-2) 각각은 스몰 셀(small cell)을 형성할 수 있다. 제1 기지국(110-1)의 셀 커버리지(cell coverage) 내에 제4 기지국(120-1), 제3 단말(130-3) 및 제4 단말(130-4)이 속할 수 있다. 제2 기지국(110-2)의 셀 커버리지 내에 제2 단말(130-2), 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)이 속할 수 있다. 제3 기지국(110-3)의 셀 커버리지 내에 제5 기지국(120-2), 제4 단말(130-4), 제5 단말(130-5) 및 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다. 제4 기지국(120-1)의 셀 커버리지 내에 제1 단말(130-1)이 속할 수 있다. 제5 기지국(120-2)의 셀 커버리지 내에 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다.
여기서, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 노드B(NodeB), 고도화 노드B(evolved NodeB), gNB, ng-eNB, BTS(base transceiver station), 무선 기지국(radio base station), 무선 트랜시버(radio transceiver), 액세스 포인트(access point), 액세스 노드(node), RSU(road side unit), RRH(radio remote head), TP(transmission point), TRP(transmission and reception point), f(flexible)-TRP 등으로 지칭될 수 있다. 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 UE(user equipment), 터미널(terminal), 액세스 터미널(access terminal), 모바일 터미널(mobile terminal), 스테이션(station), 가입자 스테이션(subscriber station), 모바일 스테이션(mobile station), 휴대 가입자 스테이션(portable subscriber station), 노드(node), 디바이스(device), IoT(internet of things) 기능을 지원하는 장치, 탑재 장치(mounted module/device/terminal), OBU(on board unit) 등으로 지칭될 수 있다.
한편, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 서로 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있고, 또는 동일한 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀 링크(ideal backhaul link) 또는 논(non)-아이디얼 백홀 링크를 통해 서로 연결될 수 있고, 아이디얼 백홀 링크 또는 논-아이디얼 백홀 링크를 통해 서로 정보를 교환할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀 링크 또는 논-아이디얼 백홀 링크를 통해 코어 네트워크와 연결될 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 코어 네트워크로부터 수신한 신호를 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)에 전송할 수 있고, 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)로부터 수신한 신호를 코어 네트워크에 전송할 수 있다.
또한, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 MIMO 전송(예를 들어, SU(single user)-MIMO, MU(multi user)-MIMO, 대규모(massive) MIMO 등), CoMP(coordinated multipoint) 전송, CA(carrier aggregation) 전송, 비면허 대역(unlicensed band)에서 전송, 단말 간 직접 통신(device to device communication, D2D)(또는, ProSe(proximity services)) 등을 지원할 수 있다. 여기서, 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)과 대응하는 동작, 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)에 의해 지원되는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제2 기지국(110-2)은 SU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 SU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 또는, 제2 기지국(110-2)은 MU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 MU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다.
제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 CoMP 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 CoMP 방식에 의해 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 자신의 셀 커버리지 내에 속한 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)과 CA 방식을 기반으로 신호를 송수신할 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 제4 단말(130-4)과 제5 단말(130-5) 간의 D2D를 제어할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각의 제어에 의해 D2D를 수행할 수 있다.
한편, 통신 시스템에서 기지국은 통신 프로토콜의 모든 기능들(예를 들어, 원격 무선 송수신 기능, 기저대역(baseband) 처리 기능)을 수행할 수 있다. 또는, 통신 프로토콜의 모든 기능들 중에서 원격 무선 송수신 기능은 TRP(transmission reception point)(예를 들어, f(flexible)-TRP)에 의해 수행될 수 있고, 통신 프로토콜의 모든 기능들 중에서 기저대역 처리 기능은 BBU(baseband unit) 블록에 의해 수행될 수 있다. TRP는 RRH(remote radio head), RU(radio unit), TP(transmission point) 등일 수 있다. BBU 블록은 적어도 하나의 BBU 또는 적어도 하나의 DU(digital unit)를 포함할 수 있다. BBU 블록은 "BBU 풀(pool)", "집중화된(centralized) BBU" 등으로 지칭될 수 있다. TRP는 유선 프론트홀(fronthaul) 링크 또는 무선 프론트홀 링크를 통해 BBU 블록에 연결될 수 있다. 백홀 링크 및 프론트홀 링크로 구성되는 통신 시스템은 다음과 같을 수 있다. 통신 프로토콜의 기능 분리 (function split) 기법이 적용되는 경우, TRP는 BBU의 일부 기능 또는 MAC/RLC의 일부 기능을 선택적으로 수행할 수 있다.
테라헤르츠파는 0.1~10THz(테라헤르츠) 대역의 주파수 자원으로서, 전자기파 스펙트럼에서 원적외선과 밀리미터파 중간 영역에 해당하여 전파의 투과성과 광파의 직진성이 동시에 나타나는 물리적 특성을 가지는 전자파 자원을 의미할 수 있다. 테라헤르츠 주파수 대역은 넓은 주파수 대역폭을 이용한 초고속 무선 통신 시스템에 응용될 수 있으며, 이를테면 6G 또는 그 이후의 무선 통신 기술에서 테라헤르츠를 이용하는 통신 시스템의 실시예들이 다양하게 도입될 것으로 예상된다.
아직까지 테라헤르츠파 대역의 연구는 근거리 신호를 생성, 검출하는 발진 및 검출 소자 위주로 한정되어 있고, 중거리 또는 장거리에서 높은 출력과 높은 감도를 달성하기 용이하지 않다는 단점이 있다. 한편, 고이득의 장거리 전송을 지원하는 빔포밍 안테나를 통해 테라헤르츠파 대역의 통신을 수행하고자 하는 연구에서는, 좁은 빔폭으로 인한 음영문제를 해결해야 하는 문제점이 있다.
도 3은 통신 시스템에서 사용되는 섹터 안테나의 일 실시예를 도시한 예시도이다.
도 3을 참조하면, 통신 시스템의 제1 통신 노드는 섹터 구조의 섹터 안테나(300)를 포함할 수 있다. 여기서 제1 통신 노드는, 도 1 및/또는 도 2를 참조하여 설명한 통신 노드, 기지국, 및/또는 단말 등과 동일 또는 유사할 수 있다. 제1 통신 노드의 섹터 안테나(300)는, 복수의 단일 안테나들(310a, 310b, 310c)을 포함할 수 있다. 각각의 단일 안테나들은 복수의 배열소자들을 포함할 수 있다. 이를테면, 제1 단일 안테나(310a)는 일측 표면에 다수의 배열소자들(310a-1, 310a-2, ... , 310a-n)을 포함할 수 있다. 제1 단일 안테나(310a)는 다수의 배열소자들(310a-1, 310a-2, ... , 310a-n)을 통하여 무선 신호 또는 빔을 송신할 수 있다.
통신 시스템의 일 실시예에서, 제1 통신 노드의 섹터 안테나(300)는 복수의 방향으로 빔포밍을 수행하기 위하여, 복수의 단일 안테나(310a, 310b, 310c)들로 구성되는 섹터 구조를 가질 수 있다. 제1 통신 노드는 섹터 구조의 섹터 안테나(300)에서 복수의 방향 각각에 배치된 복수의 단일 안테나들(310a, 310b, 310c)을 통해, 복수의 방향으로 무선 신호 또는 빔을 송신할 수 있다. 한편, 섹터 안테나(300)는 복수의 배열소자들(310a-1, 310a-2, ... , 310a-n)로 구성되는 제1 단일 안테나(310a)와 같은 복수의 단일 안테나들(310a, 310b, 310c)로 구성되기 때문에, 전체 안테나의 크기가 커지고 및 생산 비용이 증가할 수 있다. 또한, 개별적인 배열소자들이 고정된 방향으로 고정된 빔을 형성함에 따라, 빔 간의 음영지역(즉, 빔이 닿지 않는 영역)이 발생하고 안테나 장착 위치가 제한될 수 있다. 더불어, 통신을 수행하고자 하는 통신 노드 수의 많고 적음에 관계없이 모든 배열 소자에서 전파를 전송함에 따라 전파 낭비가 초래될 수 있다는 문제점이 있다.
한편, 통신 시스템의 다른 실시예에서는 빔의 방향을 조절할 수 있는 복수의 단일 안테나들을 다방면으로 배열하여 구성되는 배열 안테나를 통하여, 제1 통신 노드가 주위의 전 방향으로 용이하게 빔을 조향할 수 있다. 이를테면, 빔의 방향을 조절할 수 있는 복수의 단일 안테나들이 구 형태 또는 원통 형태로 배열됨으로써 배열 안테나가 구성될 수 있다. 이하, 도 4a 및 4b와 도 5a 및 5b 등을 참조하여 배열 안테나의 구성 방식을 보다 구체적으로 설명한다.
도 4a 및 4b는 통신 시스템에서 제1 배열 안테나를 구성하는 제1 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4a 및 4b를 참조하면, 통신 시스템의 일 실시예에서, 제1 통신 노드는 빔을 조향하기 위하여 제1 배열 안테나(400)를 포함할 수 있다. 여기서 제1 통신 노드는, 도 1 및/또는 도 2를 참조하여 설명한 통신 노드, 기지국, 및/또는 단말 등과 동일 또는 유사할 수 있다. 제1 배열 안테나(400)는 복수의 단일 안테나들이 복수의 방향으로 배열됨으로써 구성될 수 있다.
제1 배열 안테나(400)를 구성하는 각각의 단일 안테나들은, 빔의 방향을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 이를테면, 제1 배열 안테나(400)를 구성하는 복수의 단일 안테나들 중 제1 단일 안테나(410a)는, 초고주파 대역 또는 테라헤르츠파 대역 등에서 빔을 조향할 수 있는 안테나에 해당할 수 있다. 통신 시스템의 일 실시예에서, 제1 단일 안테나(410a)는 빔포밍을 수행할 수 있는 카세그레인 방식의 안테나(이하, 빔포밍 카세그레인 안테나)에 해당할 수 있다. 그러나 이는 설명의 편의를 위한 예시일 뿐이며 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다. 이를테면, 통신 시스템의 다른 실시예에서, 제1 단일 안테나(410a)는 빔포밍 혼 안테나, 빔포밍 패치 안테나, 유전체 패치 안테나, 슬롯 안테나 등에 해당할 수도 있다. 또는, 제1 단일 안테나(410a)는 기타 금속형 또는 유전체 기판을 사용한 안테나 중 적어도 하나로서 형성되는 안테나에 해당할 수도 있다. 제1 배열 안테나(400)를 구성하는 제1 단일 안테나(410a)는, 이하 도 6a 내지 6c와 도 7a 및 7b 등을 참조하여 설명되는 제1 단일 안테나와 동일 또는 유사한 기술적 특징을 가질 수 있다.
제1 배열 안테나(400)는 제1 단일 안테나(410a)와 동일 또는 유사한 방식으로 구성된 복수의 단일 안테나들이 복수의 방향으로 배열됨으로써 구성될 수 있다. 이를테면, 제1 배열 안테나(400)는 복수의 단일 안테나들이 구 형태로 배열됨으로써 구성될 수 있다. 도 4a 및 4b에서와 같이 복수의 단일 안테나들이 구 형태로 배열됨에 따라, 제1 배열 안테나(400)는 각각의 단일 안테나들이 향하는 복수의 방향에 대하여 빔을 조향할 수 있게 된다. 더불어, 각각의 단일 안테나들이 빔의 방향을 조절할 수 있기 때문에, 제1 배열 안테나(400)는 주위의 모든 방향에 대하여 빔을 조향할 수 있어서 음영지역 문제가 발생하지 않을 수 있다.
한편, 통신 시스템의 일 실시예에서, 제1 배열 안테나(400)의 상측 방향 및/또는 하측 방향에는 통신을 수행하고자 하는 통신 노드가 존재하지 않을 것으로 추정될 수 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 복수의 단일 안테나들이 구 형태로 배열됨으로써 구성되는 제1 배열 안테나(400)의 상측 및/또는 하측에는, 단일 안테나들이 배치되지 않는 공동부(440)가 형성될 수 있다. 이를 통해, 실제 통신에 사용되지 않을 것으로 추정되는 위치에 단일 안테나들이 불필요하게 배열되지 않도록 할 수 있고, 생산 비용 및 소비전력 등이 저감되는 등의 효과가 기대될 수 있다. 단일 안테나들이 배치되지 않는 공동부(440)는 제1 배열 안테나(400)의 상측에만 형성될 수도 있고, 제1 배열 안테나(400)의 하측에만 형성될 수도 있고, 또는 제1 배열 안테나(400)의 상측 및 하측에 형성될 수도 있다. 또는, 제1 배열 안테나(400)는 별도의 공동부 없이 전 방향에 복수의 단일 안테나들이 배열되도록 구성될 수도 있다.
도 5a 및 5b는 통신 시스템에서 제1 배열 안테나를 구성하는 제2 실시예를 설명하기 위한 예시도이다. 이하, 도 5a 및 5b를 참조하여 통신 시스템에서 제1 통신 노드의 제1 배열 안테나를 구성하는 제2 실시예를 설명함에 있어서, 앞서서 도 4a 및 4b를 참조하여 설명한 것과 중복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 통신 시스템의 일 실시예에서, 제1 통신 노드는 빔을 조향하기 위하여 제1 배열 안테나(500)를 포함할 수 있다. 제1 배열 안테나(500)는 복수의 단일 안테나들이 복수의 방향으로 배열됨으로써 구성될 수 있다. 제1 배열 안테나(500)를 구성하는 각각의 단일 안테나들은, 빔의 방향을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 통신 시스템의 실시예에서, 제1 단일 안테나(510a)는 빔포밍 카세그레인 안테나, 빔포밍 혼 안테나, 또는 빔포밍 패치 등에 해당할 수 있다. 그러나 이는 설명의 편의를 위한 예시일 뿐이며 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다. 이를테면, 통신 시스템의 다른 실시예에서, 제1 단일 안테나(510a)는 빔포밍 혼 안테나, 빔포밍 패치 안테나, 유전체 패치 안테나, 슬롯 안테나 등에 해당할 수도 있다. 또는, 제1 단일 안테나(510a)는 기타 금속형 또는 유전체 기판을 사용한 안테나 중 적어도 하나로서 형성되는 안테나에 해당할 수도 있다. 제1 배열 안테나(500)를 구성하는 제1 단일 안테나(510a)는, 이하 도 6a 내지 6c와 도 7a 및 7b 등을 참조하여 설명되는 제1 단일 안테나와 동일 또는 유사한 기술적 특징을 가질 수 있다.
제1 배열 안테나(500)는 각각이 빔의 방향을 조절할 수 있는 복수의 단일 안테나들이 원통 형태로 배열됨으로써 구성될 수 있다. 도 5a에는 통신 시스템의 일 실시예에서 원통 형태로 구성된 제1 배열 안테나(500)의 전체 구조가 도시된 것으로 볼 수 있고, 도 5b에는 도 5a에 도시된 원통 구조를 형성하는 하나의 층이 도시된 것으로 볼 수 있다. 도 5a 및 5b에서와 같이 복수의 단일 안테나들이 원통 형태로 배열됨에 따라, 제1 배열 안테나(500)는 각각의 단일 안테나들이 향하는 복수의 방향에 대하여 빔을 조향할 수 있게 된다. 더불어, 각각의 단일 안테나들이 빔의 방향을 조절할 수 있기 때문에, 제1 배열 안테나(500)는 주위의 모든 방향에 대하여 빔을 조향할 수 있어서 음영지역 문제가 발생하지 않을 수 있다.
도 6a 내지 6c는 통신 시스템에서 제1 배열 안테나에 사용되는 제1 단일 안테나의 일 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6a 내지 6c를 참조하면, 통신 시스템의 일 실시예에서 제1 통신 노드의 제1 배열 안테나에 사용되는 제1 단일 안테나(610)는, 빔포밍 카세그레인 안테나에 해당할 수 있다. 여기서 제1 통신 노드는, 도 1 및/또는 도 2를 참조하여 설명한 통신 노드, 기지국, 및/또는 단말 등과 동일 또는 유사할 수 있다. 카세그레인 방식으로 구성되는 제1 단일 안테나(610)는, 두 개의 반사경을 포함하여 구성될 수 있다. 제1 단일 안테나(610)는 주 반사경(611), 부 반사경(612), 배열 방사기(613) 및/또는 빔포밍 제어부(620)를 포함할 수 있다. 도 6a를 참조하면, 제1 단일 안테나(610)는 배열 방사기(613)가 향하는 위치에서 부 반사경(612)을 고정 및 지지하기 위한 복수의 지지대를 포함할 수 있다. 도 6b는 제1 단일 안테나(610)에서 주 반사경(611), 부 반사경(612), 및 배열 방사기(613)의 구조만을 강조하여 표현한 예시도에 해당할 수 있다.
주 반사경(611)은 가상의 초점(virtual focal point)에 해당하는 제1 가상 초점에 기초하여 형성되는 포물면 구조를 가질 수 있다. 부 반사경(612)은 제1 가상 초점 및 배열 방사기(613)의 위상 중심점과 일치하는 제2 가상 초점과의 관계에 기초하여 형성되는 쌍곡면 구조를 가질 수 있다. 제1 단일 안테나(610)에서, 배열 방사기(613)는 빔포밍 제어부(620)의 제어에 따라 빔을 형성할 수 있다. 배열 방사기(613)에서 형성된 빔은, 부 반사경(612)에서 주 반사경(611) 방향으로 반사될 수 있고, 주 반사경(611)에서 반사됨에 따라 제1 단일 안테나(610)가 향하는 방향으로 조향될 수 있다.
배열 방사기(613)는 복수의 서브 방사기들(613a, 613b, 613c, 613d)을 포함할 수 있다. 복수의 서브 방사기들(613a, 613b, 613c, 613d)은 일종의 혼 안테나 또는 혼 급전 등에 해당할 수 있다. 배열 방사기(613)는 복수의 서브 방사기들이 배열됨에 따라 구성될 수 있다. 배열 방사기(613)는 배열 방사기(613)는 '배열 혼 급전' 또는 '배열 급전 혼' 등과 같이 칭할 수도 있다. 일 실시예에서, 배열 방사기(613)는 4개의 서브 방사기들이 2X2 구조로 배열됨에 따라 구성될 수 있다. 그러나 이는 설명의 편의를 위한 예시일 뿐이며 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다. 복수의 서브 방사기들(613a, 613b, 613c, 613d)은 서로 다른 위상으로 빔을 방사할 수 있다. 복수의 서브 방사기들(613a, 613b, 613c, 613d)의 빔 형성 및 방사 여부, 및/또는 방사되는 빔 간의 위상 차이에 기초하여, 배열 방사기(613)의 빔의 특성(이를 테면, 빔의 방향, 및/또는 궤도각운동량 등)이 결정될 수 있다. 제1 단일 안테나(610)가 배열 방사기(613)를 통해 빔을 형성하는 동작(즉, 빔포밍 수행 동작)은 빔포밍 제어부(620)에서 제어될 수 있다. 빔포밍 제어부(620)는 복수의 서브 방사기들(613a, 613b, 613c, 613d) 각각의 빔 형성 및 방사 여부, 및/또는 빔의 모드(0차 모드, 1차 모드 등)를 결정할 수 있다. 이에 따라, 빔포밍 제어부(620)는 제1 단일 안테나(610)가 형성하는 빔의 방향 등의 특성을 제어할 수 있다.
도 7a 및 7b는 제1 단일 안테나에서의 빔포밍 수행 동작의 일 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7a 및 7b를 참조하면, 제1 단일 안테나(710)에서는 하나 또는 복수의 방사기들을 통해 빔이 형성 및 방사됨으로써 빔포밍이 수행될 수 있다. 도 7a 및 7b에 도시된 제1 단일 안테나(710)는 도 6a 내지 6c를 참조하여 설명한 제1 단일 안테나(610)와 동일 또는 유사할 수 있다. 제1 단일 안테나(710)는 주 반사경(711), 부 반사경(712) 및 배열 방사기(713)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 단일 안테나(710)에서의 빔포밍 수행 동작은 빔포밍 제어부(미도시)를 통해 제어될 수 있다. 여기서 빔포밍 제어부는, 도 6a 내지 6c를 참조하여 설명한 빔포밍 제어부(620)와 동일 또는 유사할 수 있다. 이를테면, 빔포밍 제어부는 배열 방사기(713)를 구성하는 복수의 서브 방사기들 각각의 빔 형성 및 방사 여부, 및/또는 빔의 모드(0차 모드, 1차 모드 등) 등을 결정함으로써, 빔포밍 수행 동작을 제어할 수 있다.
도 7a에서와 같이, 빔포밍 제어부는 제1 단일 안테나(710)에서 방사되는 빔이, 주 반사경(711)이 바라보는 방향과 일치하는 방향으로 방사되게 제어할 수 있다. 이를테면, 빔포밍 제어부는 배열 방사기(713)가 0차 모드의 빔을 형성 및 방사하도록 할 수 있고, 이 경우 방사된 빔은 쌍곡면으로 형성된 부 반사경(712)에서 1차 반사되고 포물면으로 형성된 주 반사경(711)에서 2차 반사되어, 주 반사경(711)이 바라보는 방향과 일치하는 방향으로 방사될 수 있다.
한편, 도 7b에서와 같이, 빔포밍 제어부는 제1 단일 안테나(710)에서 방사되는 빔이, 주 반사경(711)이 바라보는 방향과 다른 방향으로 방사되게 제어할 수 있다. 이를테면, 빔포밍 제어부는 배열 방사기(713)가 1차 모드의 빔을 형성 및 방사하도록 할 수 있다. 이 경우 방사된 1차 모드의 빔은 0차 모드의 빔과는 달리 각 서브 방사기에서 방사되는 빔들 간의 위상 차로 인해, 주 반사경(711)이 바라보는 방향과 다른 방향으로 방사될 수 있다.
도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이, 빔포밍 제어부는 제1 단일 안테나(710)에서 방사되는 빔이, 주 반사경(711)이 바라보는 방향과 같은 방향으로 방사되도록 제어할 수도 있고, 주 반사경(711)이 바라보는 방향과 다른 방향으로 방사되도록 제어할 수도 있다. 즉, 빔포밍 제어부는 제1 단일 안테나(710)에서 방사되는 빔의 방향을 제어할 수 있다. 제1 단일 안테나(710)는 빔포밍 제어부의 제어에 따라서, 방사하는 빔의 방향을 조정할 수 있다.
도 8은 제1 배열 안테나의 구조의 일 실시예를 설명하기 위한 구조도이다.
도 8을 참조하면, 통신 시스템의 일 실시예에 따른 제1 통신 노드는 제1 배열 안테나(800)를 포함할 수 있다. 여기서 제1 통신 노드는, 도 1 및/또는 도 2를 참조하여 설명한 통신 노드, 기지국, 및/또는 단말 등과 동일 또는 유사할 수 있다. 제1 배열 안테나는 복수의 단일 안테나들(810a, 810b, 810c, 810d)이 배열됨에 따라 구성될 수 있다. 제1 배열 안테나(800)는 도 4a 및 4b를 참조하여 설명한 실시예에서와 같이, 복수의 단일 안테나들(810a, 810b, 810c, 810d)이 구 형태로 배열됨에 따라 구성될 수 있다. 또는, 도 5a 및 5b를 참조하여 설명한 실시예에서와 같이, 복수의 단일 안테나들(810a, 810b, 810c, 810d)이 원통 형태로 배열됨에 따라 구성될 수 있다.
복수의 단일 안테나들(810a, 810b, 810c, 810d) 각각은 배열 방사기(813a, 813b, 813c, 813d) 및 빔포밍 제어부(820a, 820b, 820c, 820d)를 포함할 수 있다. 복수의 단일 안테나들(810a, 810b, 810c, 810d) 각각은 도 6a 내지 6c를 참조하여 설명한 제1 단일 안테나(610), 및/또는 도 7a 및 7b를 참조하여 설명한 제1 단일 안테나(710)와 동일 또는 유사할 수 있다. 복수의 단일 안테나들(810a, 810b, 810c, 810d)은 배열 안테나(800) 전체를 제어하는 배열 안테나 제어부(830)를 포함할 수 있다. 복수의 단일 안테나들(810a, 810b, 810c, 810d)은 각각의 빔포밍 제어부(820a, 820b, 820c, 820d)의 제어에 따라서, 단독으로 빔을 형성 및 방사할 수 있다. 복수의 단일 안테나들(810a, 810b, 810c, 810d)이 방사하는 빔의 방향은 가변적으로 설정될 수 있다. 한편, 배열 안테나 제어부(830)는 복수의 단일 안테나들(810a, 810b, 810c, 810d) 중 일부의 단일 안테나들의 빔들이 합성되어 조향되도록 제어할 수 있다. 이를테면, 배열 안테나 제어부(830)는 먼 거리에 위치하거나 단말 밀도가 높은 등의 사유로 큰 출력이 요구되는 지역에 대하여 빔을 조향하고자 할 때, 일부의 단일 안테나들의 빔들이 합성되어 조향되도록 제어할 수 있다. 합성되어 조향되는 빔의 방향은, 배열 안테나 제어부(830) 및/또는 각각의 빔포밍 제어부의 제어에 따라서 가변적으로 설정될 수 있다.
도 9a 및 9b는 제1 배열 안테나에서의 빔포밍 방식의 제1 실시예 및 제2 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 9a 및 9b를 참조하면, 제1 통신 노드의 제1 배열 안테나(900)는 수직 방향 및/또는 수평 방향의 음영 지역을 커버하기 위한 동작을 수행할 수 있다. 여기서 제1 통신 노드는, 도 1 및/또는 도 2를 참조하여 설명한 통신 노드, 기지국, 및/또는 단말 등과 동일 또는 유사할 수 있다. 도 9a 및 9b에는 제1 배열 안테나(900)가 구 형태로 형성된 실시예가 예시적으로 도시되었으나, 제1 배열 안테나(900)는 구 형태에 국한되지 않고 원통 형태 등 다양한 형태로 구성될 수 있다. 제1 배열 안테나(900)는 도 8을 참조하여 설명한 제1 배열 안테나(800)와 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다. 제1 배열 안테나(900)를 구성하는 복수의 단일 안테나들 각각은 도 6a 내지 6c를 참조하여 설명한 제1 단일 안테나(610), 및/또는 도 7a 및 7b를 참조하여 설명한 제1 단일 안테나(710)와 동일 또는 유사할 수 있다.
도 9a를 참조하면, 제1 통신 노드의 제1 배열 안테나에서의 빔포밍 방식의 제1 실시예에서는 제1 배열 안테나(900)가 수직 방향의 음영 지역을 커버하기 위한 동작을 수행할 수 있다. 제1 배열 안테나(900)를 구성하는 복수의 단일 안테나들 각각은 빔을 형성 및 방사할 수 있다. 이를테면, 제1 단일 안테나(910a), 제2 단일 안테나(910b) 및 제3 단일 안테나(910c)는 각각의 주 반사경이 향하는 방향으로 빔(950a, 950b, 950c)을 조향할 수 있다. 각각의 빔(950a, 950b, 950c)은 수직 방향에서 서로 다른 방향으로 조향될 수 있다. 각각의 빔이 서로 다른 방향으로 조향됨에 따라, 어떠한 빔도 닿지 않는 음영지역이 형성될 수 있다. 이를테면, 제2 및 제3 단일 안테나(910b, 910c)가 형성한 빔들(950b, 950c) 간에는, 제2 및 제3 단일 안테나(950b, 950c) 중 어느 하나에 의해서도 커버되지 않는 수직 방향의 음영지역(960)이 형성될 수 있다.
제1 배열 안테나(900)는 각각의 빔 사이에서 커버되지 않는 영역에 빔을 조향하기 위해, 각각의 단일 안테나에서 방사되는 빔의 방향을 가변적으로 조정할 수 있다. 이를테면, 제1 배열 안테나(900)는 제1 및 제2 단일 안테나(910a, 910b)가 형성한 빔들(950b, 950c) 사이의 영역에 빔을 조향하기 위하여, 제1 단일 안테나(910a) 및/또는 제2 단일 안테나(910b)의 빔 조향 방향을 조정할 수 있다. 제1 단일 안테나(910a)는 951a, 952a 및/또는 953a 등과 같이 수직 방향으로 조정된 방향의 빔을 형성 및 방사할 수 있다. 이에 따라, 제1 배열 안테나(900)의 통신 영역에서 수직 방향으로 발생하는 음영지역이 용이하게 커버될 수 있다.
한편 도 9b를 참조하면, 제1 통신 노드의 제1 배열 안테나에서의 빔포밍 방식의 제2 실시예에서는 제1 배열 안테나가 수평 방향의 음영 지역을 커버하기 위한 동작을 수행할 수 있다. 이하 도 9b를 참조하여 제1 통신 노드의 제1 배열 안테나에서의 빔포밍 방식의 제2 실시예에 대하여를 설명함에 있어서는, 앞서 도 9a를 참조하여 설명한 바와 중복되는 부분은 생략될 수 있다.
제1 단일 안테나(910a), 제2 단일 안테나(910b) 및 제3 단일 안테나(910c)는 각각의 주 반사경이 향하는 방향으로 빔(950a, 950b, 950c)을 조향할 수 있다. 각각의 빔(950a, 950b, 950c)은 수평 방향에서 서로 다른 방향으로 조향될 수 있다. 각각의 빔이 서로 다른 방향으로 조향됨에 따라, 어떠한 빔도 닿지 않는 수평 방향의 음영지역이 형성될 수 있다. 제1 배열 안테나(900)는 각각의 빔 사이에서 커버되지 않는 영역에 빔을 조향하기 위해, 각각의 단일 안테나에서 방사되는 빔의 방향을 가변적으로 조정할 수 있다. 이를테면, 제1 배열 안테나(900)는 제2 단일 안테나(910b)의 빔 조향 방향을 조정할 수 있다. 제2 단일 안테나(910b)는 951b, 952b, 953b 및/또는 954b 등과 같이 수평 방향으로 조정된 방향의 빔을 형성 및 방사할 수 있다. 이에 따라, 제1 배열 안테나(900)의 통신 영역에서 수평 방향으로 발생하는 음영지역이 용이하게 커버될 수 있다.
통신 시스템의 일 실시예에서는 앞서 도 9a 및 9b를 참조하여 설명한 수직 방향 및/또는 수평 방향의 음영 지역을 커버하기 위한 일련의 동작들이 통합되어 수행될 수 있다. 또는, 통신 시스템의 일 실시예에서는 수직 방향 및/또는 수평 방향에 국한되지 않고 다양한 방향에서 음영 지역을 커버하기 위한 동작들이 수행될 수 있다.
도 10은 통신 시스템에서 제1 통신 노드가 섹터 안테나를 통해 빔을 조향하는 일 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 10을 참조하면, 통신 시스템의 일 실시예에서는 제1 통신 노드가 통신 영역에 빔을 조향하기 위하여 섹터 안테나(1000)가 사용될 수 있다. 여기서 제1 통신 노드는, 도 1 및/또는 도 2를 참조하여 설명한 통신 노드, 기지국, 및/또는 단말 등과 동일 또는 유사할 수 있다. 섹터 안테나(1000)는, 이를테면 도 3을 참조하여 설명한 섹터 안테나(300)와 일 또는 유사할 수 있다. 섹터 안테나(1000)는 빔을 조향하여 건물(1081) 및/또는 실외의 사용자들 또는 단말들(1082)에게 빔을 조향할 수 있다.
섹터 안테나(1000)에서는 각각의 단일 안테나들 및/또는 각각의 단일 안테나들을 구성하는 배열소자들의 빔 방향을 동적으로 조정하기 용이하지 않을 수 있다. 음영지역 또는 통신 경로 상에서의 장애물 등에 의한 통신 장애 가능성을 줄이기 위하여, 섹터 안테나(1000)는 빔을 조향하고자 하는 영역(1081, 1082)보다 높은 위치에 배치되어 빔을 조향해야 할 수 있다. 섹터 안테나(1000) 방식의 안테나는 설치 위치 등에서 제약사항이 있을 수 있으며, 이에 따라 장착 및 유지비용이 과도하게 소모될 수 있다.
도 11a 및 11b는 통신 시스템에서 제1 통신 노드가 제1 배열 안테나를 통해 빔을 조향하는 일 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 11a 및 11b를 참조하면, 통신 시스템의 일 실시예에서는 제1 통신 노드가 복수의 단일 안테나들로 구성된 제1 배열 안테나(1100)를 통하여 빔을 형성하고 방사할 수 있다. 여기서 제1 통신 노드는, 도 1 및/또는 도 2를 참조하여 설명한 통신 노드, 기지국, 및/또는 단말 등과 동일 또는 유사할 수 있다. 도 11a 및 11b에는 제1 배열 안테나(1100)가 구 형태로 형성된 실시예가 예시적으로 도시되었으나, 제1 배열 안테나(1100)는 구 형태에 국한되지 않고 원통 형태 등 다양한 입체적 형태로 구성될 수 있다. 제1 배열 안테나(1100)는 도 8을 참조하여 설명한 제1 배열 안테나(800) 및/또는 도 9a 및 도 9b를 참조하여 설명한 제1 배열 안테나(900)와 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다. 제1 배열 안테나(1100)를 구성하는 복수의 단일 안테나들 각각은 도 6a 내지 6c를 참조하여 설명한 제1 단일 안테나(610), 및/또는 도 7a 및 7b를 참조하여 설명한 제1 단일 안테나(710)와 동일 또는 유사할 수 있다.
도 11a를 참조하면, 제1 배열 안테나(1100)는 입체적 형태로 배열된 복수의 단일 안테나들로 구성됨에 따라, 빔을 조향하여 커버리지를 형성하고자 하는 모든 방향으로 용이하게 빔을 조향할 수 있다. 제1 배열 안테나(1100)는 고층의 빌딩(1181)에 대하여 빔을 조향하여 커버리지를 형성하거나, 수직/수평 방향에서 넓게 분포된 통신 노드들(1182)에 대하여 빔을 조향하고자 할 때에도 설치 장소의 높이 등에 따른 제약 없이 다양한 위치에 설치되어 빔을 조향할 수 있다
도 11b를 참조하면, 제1 배열 안테나(1100)는 복수의 단일 안테나들이 각각 독립적으로 빔을 조향할 수도 있고, 일부 단일 안테나들의 빔이 합성되도록 제어하여, 합성빔의 형태로 빔이 조향되도록 할 수도 있다. 이를테면, 사용자들 또는 단말들의 밀집도가 높은 영역(1183)에 빔을 조향하고자 할 때는 다수의 단일 안테나들에 의한 고이득/고출력/넓은 커버리지의 합성빔을 형성 및 조향함으로써 높은 통신 품질을 보장할 수 있다. 한편, 사용자들 또는 단말들의 밀집도가 높지 않은 영역(1184)에 빔을 조향하고자 할 때는 저이득/저출력/좁은 커버리지의 합성빔을 형성 및 조향할 수도 있다. 또는, 밀집되지 않고 개별적으로 분포된 사용자들 또는 단말들(1185)에 대하여 빔을 조향하고자 할 때는 복수의 단일 안테나들 각각이 독립적으로 빔을 조향하도록 할 수도 있다.
상기한 실시예들에 의하면, 통신 노드는 복수의 초고주파 고이득 단일 안테나들을 다방면으로 배열하여 구성된 배열 안테나를 통하여 빔을 형성하고통신을 수행할 수 있게 된다. 여기서, 배열 안테나는 각각의 단일 안테나들이 구 형태 또는 원통 형태로 배치됨으로써 구성될 수 있고, 각각의 단일 안테나들은 빔의 방향을 가변적으로 설정할 수 있기 때문에, 통신 노드 주위의 전 방향으로 용이하게 빔을 조향할 수 있게 된다. 이에 따라, 음영 지역 문제가 해결될 수 있으며, 안테나 장착 고도에 상관 없이 낮은 위치에서도 주위의 모든 통신 영역을 커버할 수 있게 된다. 더불어, 배열 안테나는, 각각의 단일 안테나의 빔을 독립적으로 형성하거나 합성되게 형성함으로써, 통신을 수행하고자 하는 통신 노드(이를테면, 사용자 또는 단말 등) 밀집도에 따라 빔의 커버리지를 조절할 수 있다. 따라서, 통신 자원이 효율적으로 사용될 수 있다.
다만, 상기한 실시예들에 따른 초고주파 기반 배열 안테나 및 이를 이용한 통신 방법이 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 본 출원의 명세서 상에 기재된 구성들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 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.

Claims (12)

  1. 무선 통신 시스템의 제1 통신 노드에서 빔을 조향하는 제1 배열 안테나로서,
    각각이 빔 조향 방향을 가변적으로 조정할 수 있는 복수개의 단일 안테나들;
    상기 복수개의 단일 안테나들 각각에 연결되어, 상기 복수개의 단일 안테나들 각각의 빔포밍 동작을 제어하는 복수개의 빔포밍 제어부들; 및
    상기 복수개의 빔포밍 제어부들에 연결되어, 상기 제1 배열 안테나 전체의 빔포밍 동작을 제어하는 배열 안테나 제어부를 포함하며,
    상기 복수개의 단일 안테나들은 원통 형태로 배열되어, 상기 원통의 중심방향의 반대방향을 향하도록 설치되고,
    상기 복수개의 단일 안테나들 각각은 주 반사경, 부 반사경 및 빔 방사기를 포함하며, 상기 복수개의 단일 안테나들 각각에 연결되는 상기 복수개의 빔포밍 제어부들 각각은, 상기 복수개의 단일 안테나들 각각의 상기 빔 방사기에서 형성 및 방사되는 빔의 위상을 제어함으로써 상기 빔을 조향하며,
    상기 제1 배열 안테나는, 상기 복수개의 단일 안테나들 중 적어도 하나 이상의 단일 안테나를 통하여 상기 제1 통신 노드 주위의 소정의 영역으로 빔을 조향하는,
    제1 배열 안테나.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 단일 안테나들 각각의 상기 빔 방사기는, 각각이 빔을 형성 및 방사할 수 있는 복수개의 서브 방사기들이 배열됨으로써 형성되는 배열 방사기인,
    제1 배열 안테나.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수개의 빔포밍 제어부들 각각은, 연결된 상기 복수개의 단일 안테나들 각각에 포함되는 상기 복수개의 서브 방사기들 각각의 빔 형성 및 방사 여부를 제어함으로써 상기 복수개의 단일 안테나들 각각의 빔 조향 방향을 가변적으로 조정하는,
    제1 배열 안테나.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 단일 안테나들 각각은, 빔포밍을 수행할 수 있는 카세그레인 구조의 안테나로서 형성되는,
    제1 배열 안테나.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 단일 안테나들 각각은, 혼 안테나, 유전체 패치 안테나 및 슬롯 안테나 중 적어도 하나로서 형성되는,
    제1 배열 안테나.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 단일 안테나들 각각은, 금속형 또는 유전체 기판을 사용한 안테나로서 형성되는,
    제1 배열 안테나.
  8. 무선 통신 시스템의 제1 통신 노드에서 빔을 조향하는 제1 배열 안테나로서,
    각각이 빔 조향 방향을 가변적으로 조정할 수 있는 복수개의 단일 안테나들;
    상기 복수개의 단일 안테나들 각각에 연결되어, 상기 복수개의 단일 안테나들 각각의 빔포밍 동작을 제어하는 복수개의 빔포밍 제어부들; 및
    상기 복수개의 빔포밍 제어부들에 연결되어, 상기 제1 배열 안테나 전체의 빔포밍 동작을 제어하는 배열 안테나 제어부를 포함하며,
    상기 복수개의 단일 안테나들은 구 형태로 배열되어, 상기 구의 중심방향의 반대방향을 향하도록 설치되고,
    상기 복수개의 단일 안테나들 각각은 주 반사경, 부 반사경 및 빔 방사기를 포함하며, 상기 복수개의 단일 안테나들 각각에 연결되는 상기 복수개의 빔포밍 제어부들 각각은, 상기 복수개의 단일 안테나들 각각의 상기 빔 방사기에서 형성 및 방사되는 빔의 위상을 제어함으로써 상기 빔을 조향하며,
    상기 제1 배열 안테나는, 상기 복수개의 단일 안테나들 중 적어도 하나 이상의 단일 안테나를 통하여 상기 제1 통신 노드 주위의 소정의 영역으로 빔을 조향하고,
    상기 구 형태로 배열되는 상기 제1 배열 안테나의 일측에는, 상기 복수개의 단일 안테나들이 배열되지 않는 제1 공동부가 형성되는,
    제1 배열 안테나.
  9. 삭제
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수개의 단일 안테나들 각각의 상기 빔 방사기는, 각각이 빔을 형성 및 방사할 수 있는 복수개의 서브 방사기들이 배열됨으로써 형성되는 배열 방사기인,
    제1 배열 안테나.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수개의 빔포밍 제어부들 각각은, 연결된 상기 복수개의 단일 안테나들 각각에 포함되는 상기 복수개의 서브 방사기들 각각의 빔 형성 및 방사 여부를 제어함으로써 상기 복수개의 단일 안테나들 각각의 빔 조향 방향을 가변적으로 조정하는,
    제1 배열 안테나.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수개의 단일 안테나들 각각은, 빔포밍을 수행할 수 있는 카세그레인 구조의 안테나로서 형성되는,
    제1 배열 안테나.
KR1020210043082A 2021-04-02 2021-04-02 초고주파 기반 배열 안테나 및 이를 이용한 통신 방법 KR102570153B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210043082A KR102570153B1 (ko) 2021-04-02 2021-04-02 초고주파 기반 배열 안테나 및 이를 이용한 통신 방법
US17/712,767 US11658413B2 (en) 2021-04-02 2022-04-04 High frequency-based array antenna and communication method therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210043082A KR102570153B1 (ko) 2021-04-02 2021-04-02 초고주파 기반 배열 안테나 및 이를 이용한 통신 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220137252A KR20220137252A (ko) 2022-10-12
KR102570153B1 true KR102570153B1 (ko) 2023-08-25

Family

ID=83448435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210043082A KR102570153B1 (ko) 2021-04-02 2021-04-02 초고주파 기반 배열 안테나 및 이를 이용한 통신 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11658413B2 (ko)
KR (1) KR102570153B1 (ko)

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5959578A (en) * 1998-01-09 1999-09-28 Motorola, Inc. Antenna architecture for dynamic beam-forming and beam reconfigurability with space feed
US6795424B1 (en) * 1998-06-30 2004-09-21 Tellabs Operations, Inc. Method and apparatus for interference suppression in orthogonal frequency division multiplexed (OFDM) wireless communication systems
KR100572690B1 (ko) * 2003-08-26 2006-04-19 한국전자통신연구원 도파관 안테나를 이용한 능동 위상 배열 안테나 시스템
KR100842619B1 (ko) * 2006-11-22 2008-06-30 삼성전자주식회사 분산 무선 통신 시스템에서 심볼 에러율의 기반 직교 공간시간 블록 코드 겸 빔 형성을 위한 적응식 전송 파워 할당방법
KR100880892B1 (ko) * 2007-04-11 2009-01-30 한국전자통신연구원 다중 모드 안테나 및 그 안테나의 모드 제어방법
KR100969578B1 (ko) 2008-04-21 2010-07-12 국방과학연구소 코브라 렌즈 혼 안테나
US8063822B2 (en) * 2008-06-25 2011-11-22 Rockstar Bidco L.P. Antenna system
US7973713B2 (en) * 2008-10-15 2011-07-05 Lockheed Martin Corporation Element independent routerless beamforming
KR20100109761A (ko) * 2009-04-01 2010-10-11 (주)하이게인안테나 이동통신망용 다중 섹터 안테나
WO2014091274A1 (en) * 2012-12-10 2014-06-19 Intel Corporation Modular antenna array with rf and baseband beamforming
US9516563B2 (en) * 2013-01-21 2016-12-06 Intel Corporation Apparatus, system and method of handover of a beamformed link
US9923283B2 (en) * 2013-06-19 2018-03-20 Lg Electronics Inc. Method and apparatus for forming beam in antenna array
US9680547B2 (en) * 2014-05-15 2017-06-13 Mediatek Inc. Methods for efficient beam training and network control device utilizing the same
US10014916B2 (en) * 2014-11-10 2018-07-03 Samsung Electronics Co., Ltd. 2D active antenna array operation for wireless communication systems
KR102391485B1 (ko) 2016-03-17 2022-04-28 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서 빔을 송신하기 위한 방법 및 장치
KR101775456B1 (ko) 2016-04-28 2017-09-06 주식회사쏘우웨이브 편전효과를 이용한 빔포밍 안테나
KR20180047392A (ko) 2016-10-31 2018-05-10 삼성전자주식회사 안테나장치
WO2018152439A1 (en) * 2017-02-17 2018-08-23 Space Exploration Technologies Corp. Distributed phase shifter array system and method
KR101859867B1 (ko) 2017-02-20 2018-05-18 한국과학기술원 밀리미터파 안테나 장치 및 렌즈를 이용하여 빔을 생성하는 방법
KR102332118B1 (ko) * 2017-05-15 2021-11-30 한국전자통신연구원 안테나
KR101888399B1 (ko) 2017-05-17 2018-08-16 주식회사 에이스테크놀로지 고이득 전방향성 안테나
EP3639383A1 (en) * 2017-06-16 2020-04-22 Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der Angewand Transmitter, receiver, wireless communication network and methods for operating the same
US10910709B1 (en) * 2018-01-22 2021-02-02 Rockwell Collins, Inc. Control architecture for electronically scanned array
US11018436B2 (en) * 2018-02-15 2021-05-25 Space Exploration Technologies Corp. Antenna modules for phased array antennas
KR102449170B1 (ko) 2018-11-16 2022-09-30 한국전자통신연구원 반도체 기반의 빔포밍 안테나
KR102456844B1 (ko) 2018-11-27 2022-10-21 한국전자통신연구원 초고주파 기반 빔포밍 안테나 및 이를 이용한 통신 방법
US11411641B2 (en) * 2019-05-31 2022-08-09 Qualcomm Incorporated Radio frequency domain beamforming router

Also Published As

Publication number Publication date
US11658413B2 (en) 2023-05-23
KR20220137252A (ko) 2022-10-12
US20220320732A1 (en) 2022-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9362991B2 (en) Apparatus, system and method of transmit power control for wireless communication
US10171149B2 (en) Apparatus, system and method of wireless backhaul and access communication via a common antenna array
US11145979B2 (en) High gain and large bandwidth antenna incorporating a built-in differential feeding scheme
US10651544B2 (en) Antenna system and mobile terminal
US8903454B2 (en) Base station and radio unit for creating overlaid sectors with carrier aggregation
WO2018230039A1 (ja) アンテナ装置
Maltsev et al. Highly directional steerable antennas: High-gain antennas supporting user mobility or beam switching for reconfigurable backhauling
US20140210666A1 (en) Apparatus, system and method of wireless communication via an antenna array
JP6919730B2 (ja) アンテナ装置
WO2019077813A1 (ja) アンテナ装置
KR102570153B1 (ko) 초고주파 기반 배열 안테나 및 이를 이용한 통신 방법
KR102448674B1 (ko) 통신 네트워크에서 빔포밍을 지원하는 방법 및 장치
WO2020109872A1 (en) Network node with a configurable antenna array
WO2020176084A1 (en) Antenna system for high-altitude platform system
WO2021253400A1 (zh) 波束处理方法、设备、系统及存储介质
US9853706B2 (en) Method and apparatus for mapping baseband signal into beamspace
EP4235966A1 (en) Method for determining mutual coupling
KR20240083065A (ko) 성능 향상을 위한 안테나 구조에 따른 통신 방법 및 장치
KR20230095035A (ko) 통신 시스템에서 신호 송수신 방법 및 장치
KR20200057605A (ko) 빔포밍을 이용한 무선 통신 시스템에서의 통신 방법 및 장치
KR20200057616A (ko) 빔포밍 혼 안테나

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant