KR20130107364A - 컨포멀 안테나 어레이 - Google Patents

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KR20130107364A
KR20130107364A KR1020137020429A KR20137020429A KR20130107364A KR 20130107364 A KR20130107364 A KR 20130107364A KR 1020137020429 A KR1020137020429 A KR 1020137020429A KR 20137020429 A KR20137020429 A KR 20137020429A KR 20130107364 A KR20130107364 A KR 20130107364A
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KR1020137020429A
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드라간 엠. 사마자
끄엉 트랜
하워드 씨. 후앙
수잔 제이. 워커
레이날도 에이. 발렌주엘라
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알까뗄 루슨트
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Abstract

본 발명은 컨포멀 안테나 어레이에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은 무선 통신 시스템의 셀 사이트(130)의 데이터를 전달하기 위한 트랜시버(200)를 제공한다. 상기 트랜시버(200)는 적어도 두 디멘젼들을 점유하기 위해 비-선형 안테나 구성을 갖는 복수의 안테나 요소들(235)을 포함하는 상기 컨포멀 안테나 어레이(230), 및 상기 복수의 안테나 요소들(235) 중 적어도 두 개의 동일 안테나 요소들을 이용하여 다수의 빔포밍 신호들을 송신하도록 구성된 제어기(210)를 포함한다.

Description

컨포멀 안테나 어레이{CONFORMAL ANTENNA ARRAY}
본 발명은 컨포멀 안테나 어레이(conformal antenna array)에 관한 것이다.
다중-입력 및 다중-출력(multiple-input and multiple-output; MIMO) 기술들과 같은 공간 처리는 무선 시스템들의 성능을 개선하기 위해 중요하다. 낮은 각도 확산 환경에서, 고차수 섹터화는 처리량을 증가시키기 위해 효과적이었다. 보다 일반적으로, 이용자-특정 빔포밍(beamforming)은 상이한 이용자들에 대한 신호들을 멀티플렉싱하도록 이용될 수 있다.
그러나, 문제는 효율적이고 시각적으로 눈에 거슬리지 않는 안테나 아키텍처(architecture)를 갖는 고차수 섹터화 또는 이용자-특정 빔포밍을 달성하는 것이다. 종래의 해법들은 선형 어레이로 정렬된 안테나 요소들을 이용한다. 섹터화를 위해, 각각의 섹터는 섹터 사이즈가 어레이의 폭에 반비례하는 단일 선형 안테나 어레이를 이용하여 생성된다. 결과적으로, 다수의 와이드 패널들은 고차수 섹터화를 위해 요구된다. 또한, 이용자-특정 빔포밍에 대해, 안테나 요소들의 조준 방향에서 멀리 떨어진 빔 패턴들은 열악한 방사 패턴 특성들을 갖는다.
종래의 선형 어레이의 물리적 구현에 기인하여, 종래의 아키텍처(architecture)는 설치 및 배치에 대한 제한들을 부과하여, 시각적으로 돌출한 오브젝트를 잠재적으로 생성한다.
본 발명은 컨포멀 안테나 어레이에 관한 것이다.
본 발명의 실시예들은 무선 통신 시스템의 셀 사이트(cell site)에서 데이터를 전달하기 위한 트랜시버(transceiver)를 제공한다. 상기 트랜시버는 복수의 안테나 요소들을 포함하는 컨포멀 안테나 어레이로서, 상기 복수의 안테나 요소들은 적어도 두 개의 차원들을 점유하기 위해 비-선형 안테나 구성을 갖는, 상기 컨포멀 안테나 어레이, 및 상기 복수의 안테나 요소들 중 적어도 두 개의 동일한 안테나 요소들을 이용하여 다수의 빔포밍 신호들을 송신하도록 구성된 제어기를 포함한다.
상기 비-선형 안테나 구성은 원형 구성일 수 있고 상기 복수의 안테나 요소들은 실린더의 표면 상에 정렬된다. 또한, 상기 비-선형 안테나 구성은 반구형 구성, 또는 배치 영역에 맞는 안테나 구성일 수 있다. 또한, 상기 복수의 안테나 요소들은 하나의 제어기에 의해 제어되는 적어도 두 개의 상이한 비-선형 안테나 구성들로 정렬될 수 있다.
하나의 실시예에서, 인접 안테나 요소들 사이의 간격은 파장의 절반보다 크지 않을 수 있다. 또한, 각각의 빔포밍 신호는 상기 셀 사이트에서 상이한 섹터와 연관될 수 있고, 복수의 빔포밍 신호들은 복수의 섹터들에 대응할 수 있다.
상기 제어기는 기저대역 신호들을 생성하도록 구성된 기저대역 유닛, 및 상기 기저대역 신호들에 기초하여 상기 다수의 빔포밍 신호들을 생성하도록 구성된 빔포머(beamformer) 유닛을 포함할 수 있고, 각각의 빔포밍 신호는 상기 복수의 안테나 요소들 중 안테나 요소들의 서브-세트에 대응하는 라디오-주파수(radio-frequency; RF) 신호들의 세트를 포함한다. 각각의 기저대역 신호는 상기 셀 사이트에서 상이한 섹터와 연관될 수 있다. 상기 빔포머 유닛으로부터 생성된 적어도 두 개의 빔포밍 신호들은 상기 서브-세트의 적어도 두 개의 상기 동일한 안테나 요소들을 이용할 수 있다.
또한, 상기 빔포머 유닛은 빔포밍 계수들 및 각각의 기저대역 신호에 기초하여 빔포밍 신호를 생성하도록 구성될 수 있고, 각각의 빔포밍 계수는 상기 서브세트의 상이한 안테나 요소에 대응한다. 상기 빔포머 유닛은 상기 각각의 기저대역 신호와 각각의 빔포밍 계수를 승산하여, 하나의 빔포밍 신호에 포함된 상기 RF 신호들을 생성할 수 있다. 또한, 상기 트랜시버는 상기 빔포머 유닛으로부터의 상기 RF 신호들을 특정 주파수 대역으로 변조하도록 구성된 RF 변조 유닛을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른, 상기 트랜시버는 복수의 안테나 요소들을 갖는 컨포멀 안테나 어레이를 포함하고, 상기 복수의 안테나 요소들은 적어도 두 디멘젼들(dimensions)을 점유하기 위해 비-선형 안테나 구성을 갖는다. 상기 트랜시버는 또한 기저대역 신호들을 생성하도록 구성된 기저대역 유닛, 및 상기 기저대역 신호들에 기초하여 다수의 빔포밍 신호들을 생성하도록 구성된 빔포머 유닛을 포함하고, 각각의 빔포밍 신호는 상기 복수의 안테나 요소들 중 안테나 요소들의 서브-세트에 대응하는 라디오-주파수(RF) 신호들의 세트를 포함한다. 상기 빔포머 유닛은 상기 서브-세트의 적어도 두 개의 상기 동일한 안테나 요소들을 이용하여 적어도 두 개의 빔포밍 신호들을 송신하도록 구성될 수 있다.
상기 비-선형 안테나 구성은 원형 구성일 수 있고, 상기 복수의 안테나 요소들은 실린더의 표면 상에 정렬된다. 또한, 상기 비-선형 안테나 구성은 반구형 구성, 또는 배치 영역에 맞는 안테나 구성일 수 있다. 또한, 상기 복수의 안테나 요소들은 하나의 제어기에 의해 제어되는 적어도 두 개의 상이한 비-선형 안테나 구성들로 정렬될 수 있다.
예시적인 실시예들은 아래에 주어진 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 보다 충분히 이해될 것이고, 유사한 요소들은 유사한 도면 부호들로 나타나며, 이들은 예시로서만 주어지므로 본 발명을 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨포멀 안테나 어레이를 구현하기 위한 시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일반적인 안테나 구조를 갖는 컨포멀 안테나 어레이를 도시한 도면.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 안테나 구성을 갖는 컨포멀 안테나 어레이를 도시한 도면.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 안테나 구성을 갖는 컨포멀 안테나 어레이의 그래픽 표현을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반구형 안테나 구성을 갖는 컨포멀 안테나 어레이를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배치 영역에 맞는 안테나 구성을 갖는 컨포멀 안테나 어레이를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다운링크 통신 채널 상에 데이터를 송신하기 위한 컨포멀 안테나 어레이를 갖는 트랜시버를 도시한 도면.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포머 유닛의 논리 블록을 도시한 도면.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 신호들을 보여주는 안테나 요소들의 물리 개요를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 요소 맵핑 차트를 도시한 도면.
본 발명의 다양한 실시예들은 이제 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시된 첨부 도면들에 관하여 보다 충분히 설명될 것이다. 도면 전체적으로 유사한 도면 부호는 유사한 요소임을 지칭한다.
다양한 요소들을 설명하기 위해 제 1 및 제 2 등의 용어들이 이용될 수도 있지만, 이들 요소들은 이들 용어들로 제한되어서는 안된다. 이들 용어들은 단지 요소들을 구별하기 위해 이용된다. 예를 들면, 실시예들의 범위를 벗어나지 않는 한, 제 1 요소는 제 2 요소로 명명될 수 있고, 마찬가지로 제 2 요소는 제 1 요소로 명명될 수 있다. "및/또는"의 용어는 관련 나열된 항목들 중 하나 이상의 모든 조합들을 포함한다.
본 명세서에서 이용된 용어는 특정 실시예들만을 설명하기 위함이고, 실시예들을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 문맥상 명백하게 달리 표시되지 않는 한, 단수 형태들은 복수 형태들도 포함하도록 의도된다. 용어들 "포함한다/포함하는"은 명시된 특징들, 정수들, 단계들, 조작들, 요소들 및/또는 구성요소들의 존재 여부를 지정하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 조작들, 요소들, 구성요소들 및/또는 그들의 그룹들의 존재 또는 첨가를 배제하지 않는다.
몇몇 대안의 구현들에서, 언급된 기능들/동작들은 도면들에 도시된 순서의 역으로 일어날 수 있다. 예를 들면, 관련 기능성/동작들에 의존하여, 연속적으로 도시된 두 도면들은 실제로 동시에 수행될 수 있거나 때때로 역순으로 수행될 수 있다.
달리 규정되지 않는다면, (기술 용어 및 과학 용어를 포함하여) 본 명세서에서 이용된 모든 용어들은 실시예들에 대해 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 동일한 의미를 갖는다. 용어들, 예를 들면, 일반적으로 이용되는 사전들에서 규정된 용어들은 관련 기술의 문맥에서의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 본 명세서에서 명시적으로 규정되지 않는다면, 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않을 것이다.
다음의 설명에서, 예시적인 실시예들은 특정 태스크들을 수행하거나 특정 추상 데이터 유형들을 구현하는 루틴들, 프로그램들, 오브젝트들, 구성 요소들, 데이터 구조들 등을 포함하는 프로그램 모듈들 또는 기능 프로세스들로서 구현될 수 있고, 기존 네트워크 요소들에서 기존 하드웨어를 이용하여 구현될 수 있는 조작들의 상징적 표현들 및 동작들에 관하여 (예를 들면, 흐름도들의 형태로) 설명될 것이다. 그러한 기존 하드웨어는 하나 이상의 중앙 처리 장치(Central Processing Unit; CPU)들, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP)들, 주문형 반도체들, 필드 프로그래밍가능한 게이트 어레이(field programmable gate array; FPGA)들, 컴퓨터들 등을 포함할 수 있다.
그러나, 이들 및 유사 용어들 모두는 적절한 물리량들과 연관되고, 단지 이들 양들에 적용된 편리한 라벨들임을 명심해야 한다. 특별히 달리 언급되지 않는 한, 또는 논의에서 명백한 바와 같이, "획득하는" 또는 "결정하는" 등의 용어들은, 컴퓨터 시스템의 레지스터들 및 메모리들 내에서 물리적, 전자적 수량들로 표현된 데이터를, 컴퓨터 시스템 메모리들 또는 레지스터들 또는 다른 유사 정보 스토리지, 송신 또는 디스플레이 디바이스들 내에서 물리량들로 유사하게 표현된 다른 데이터로 조작 및 변환하는 컴퓨터 시스템 또는 유사 전자 컴퓨팅 디바이스의 동작 및 프로세스들을 참조한다.
"기지국"의 용어는 BTS(base transceiver station), 노드B(NodeB), 확장 노드B, 진화 노드B, 펨토 셀, 피코 셀, 액세스 포인트 등과 동의어로 고려될 수 있고/있거나 이들 등으로 불릴 수 있으며, 네트워크와 하나 이상의 이용자 장비들 사이의 음성 접속 및/또는 데이터를 위한 라디오 기저대역 기능들을 제공하는 장비를 설명할 수 있다. "이용자 장비"의 용어는 모바일, 모바일 유닛, 이동국, 모바일 이용자, 가입자, 이용자, 원격 스테이션, 액세스 단말, 수신기 등과 동의어로 고려될 수 있고 이후 때때로 이들과 같이 불릴 수 있으며, 무선 통신 네트워크에서 무선 리소스들의 원격 이용자를 설명할 수 있다.
종래 선형 어레이와 달리, 본 발명의 실시예들은 임의의 안테나 요소 간격을 갖는 일반 안테나 구성, 원형 안테나 구성, 반구형 안테나 구성, 및 배치 영역에 맞는 안테나 구성 등과 같은 복수의 상이한 안테나 구성들에 적합할 수 있는 컨포멀 안테나 어레이를 제공한다. 컨포멀 안테나 어레이는 적어도 두 디멘젼들을 점유하기 위해 비-선형 안테나 구성을 갖는 안테나 요소들을 포함한다. 매우 다양한 안테나 구조들에서 고차수 섹터화를 허용하기 위해, 컨포멀 안테나 어레이는 적어도 두 개의 동일 안테나 요소들을 통해 다수의 빔포밍 신호들(예를 들면, 셀 사이트에서 각각의 섹터에 대한 하나의 빔포밍 신호)을 송신한다. 즉, 컨포멀 안테나 어레이는 복수의 빔포밍 신호들에 대한 기존 안테나 요소들을 재-이용한다. 결과적으로, 적합한 빔포밍 알고리즘과 결합한 컨포멀 안테나 어레이는 이용자-특정 빔포밍 또는 고차수 섹터화를 위한 효율적인 방사 패턴 특성들의 결과를 가져오며, 아래에서 추가 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨포멀 안테나 어레이를 구현하기 위한 시스템을 도시한다.
도 1을 참조하여, 무선 통신 시스템(100)은 이용자 장비들(user equipment; UEs)(105), 기지국들(110), 코어 네트워크(120), 및 인터넷 네트워크(125)를 포함한다. 게다가, 무선 통신 시스템(100)은 분야에서 잘 공지된 무선 통신 시스템(100)을 통한 데이터의 송신을 위해 이용된 다른 네트워킹 요소들을 포함할 수 있다. 기지국(110)은 예를 들면 특히, 모바일 통신들을 위한 글로벌 시스템(Global System for Mobile Communications; GSM), 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access; CDMA)/고속 패킷 접속(High Speed Packet Access; HSPA), 롱 텀 에볼루션(Long Term Evolution; LTE), 및/또는 CDMA/LTE 등과 같은 복수의 상이한 무선 표준들을 지원하는 모듈들을 포함하는 멀티-표준 기지국(multi-standard base station; MBS)일 수 있다.
각각의 UE(105)는 에어 인터페이스(air interface)를 통해 기지국(110)과 통신한다(반대의 경우도 마찬가지임). 기지국(110)과 UE들(105) 사이에서 업링크 및/또는 다운링크 무선 통신 채널들을 제공하기 위해 UE들(105)과 기지국(110) 사이에서 에어 인터페이스들을 확립하고 유지하고 동작시키기 위한 기술들은 분야에서 공지되어 있으며, 단지 명확성을 위해, 본 개시에 관한 에어 인터페이스들을 확립하고 유지하고 동작시키는 양태들이 본 명세서에서 논의될 것이다.
셀 사이트(130)는 셀이라 불리는 기지국(110)의 커버리지 영역에 서빙할 수 있고, 셀은 복수의 섹터들로 분할될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 셀 용어는 셀 사이트(130)에 의해 서빙된 전체 커버리지 영역 또는 셀 사이트(130)의 단일 섹터를 참조할 수 있다. 기지국(110)의 셀 사이트(130)로부터 UE(105)로의 통신은 순방향 링크 또는 다운링크라고 불린다. UE(105)로부터 기지국(110)의 셀 사이트(130)로의 통신은 역방향 링크 또는 업링크라고 불린다.
기지국(110)은 무선 통신 네트워크(100)의 중앙 부분인 코어 네트워크(120)로부터 정보를 송신하고 수신할 수 있다. 예를 들면, UMTS에서, 코어 네트워크(120)는 모바일 스위칭 센터(mobile switching center; MSC), 게이트웨이 지원 노드(gateway support node; GSN)를 통해 인터넷 네트워크(125)에 액세스할 수 있고/있거나 다른 기지국(110)에 접속성을 제공하기 위해 모바일 스위칭 센터(MSC)를 통해 공중 스위칭된 전화 네트워크(public switched telephone network; PSTN)에 액세스할 수 있는 라디오 네트워크 제어기(radio network controller; RNC)를 포함할 수 있다. UMTS 네트워크들의 RNC는 GSM 네트워크들의 기지국 제어기(Base Station Controller; BSC) 기능들에 등가인 기능들을 제공한다.
기지국(110)은 에어 인터페이스들을 통해 정보를 송신 및/또는 수신하기 위한 트랜시버를 포함한다. 트랜시버는 적어도 두 개의 동일 안테나 요소들을 이용하여 다수의 빔포밍 신호들을 송신하기 위한 제어기 및 컨포멀 안테나 어레이(230)를 포함할 수 있다. 위에 설명한 바와 같이, 컨포멀 안테나 어레이(230)는 임의의 안테나 요소 간격을 갖는 일반적인 안테나 구성(도 2), 원형 안테나 구성(도 3a 및 도 3b), 반구형 안테나 구성(도 4), 및 그것의 배치 영역에 맞는 안테나 구성(도 5) 등과 같은 복수의 상이한 안테나 구성들에 적합할 수 있다. 제어기 및 트랜시버의 디테일들은 본 발명의 도 6 내지 도 8에 도시되어 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일반적인 안테나 구조를 갖는 컨포멀 안테나 어레이(230)를 도시한다. 예를 들면, 컨포멀 안테나 어레이(230)는 세 개의 디멘젼들을 점유하기 위해 비-선형 구성을 갖는 복수의 안테나 요소들(235)을 포함한다. 안테나 요소들(235)의 정렬은 안테나 요소들(235) 각각 사이에서 임의의 간격을 갖는다. 또한, 도 2에 도시되어 있지 않지만, 컨포멀 안테나 어레이(230)의 안테나 요소들(235)은 건물의 모서리 영역 상에 정렬되는 두 패널들과 같은 복수의 그룹들, 또는 다른 유형의 비-선형 그룹핑으로 정렬될 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 안테나 구성을 갖는 컨포멀 안테나 어레이(230)를 도시한다. 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 안테나 구성을 갖는 컨포멀 안테나 어레이(230)의 그래픽 표현을 나타낸다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 컨포멀 안테나 어레이(230)는 실린더의 표면 상에 정렬되는 비-선형 구성을 갖는 안테나 요소들(235)을 포함한다. 도 3b를 참조하여, 컨포멀 안테나 어레이(230)는 원형으로 정렬된 24개의 안테나 요소들(235)을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 인접 안테나 요소들(235) 사이의 최대 거리(S)는 캐리어의 파장의 절반보다 크지 않다. 요소 간격이 캐리어의 파장의 절반에 접근하면, 비-선형 구성은 2차원 매니폴드(manifold)에 접근할 수 있다. 즉, 충분히 작은 규모로, 원형 구성의 안테나 요소들(235)은 두 디멘젼들을 점유할 수 있다. 게다가, 원형 구성의 어레이 반경(R)은 2.17λ일 수 있고, 각도(a)는 15도일 수 있다. 이 특정 예시에서, 24개의 안테나 요소들(235)은 본 발명의 도 6 내지 도 8에 관하여 상세히 설명되는 바와 같이, 안테나 요소들을 중복 이용하는 12개의 빔포밍 신호들을 전자적으로 생성하도록 이용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반구형 안테나 구성을 갖는 컨포멀 안테나 어레이(230)를 도시한다. 도 4에서, 안테나 요소들(235)은 반구의 표면 상에 정렬되는 비-선형 구성을 갖는다. 원형 안테나 구성과 유사하게, 반구형 안테나 구성은 동일 안테나 요소들을 이용하여 다수의 빔포밍 신호들을 생성하도록 이용될 수 있다. 또한, 반구형 안테나 구성의 인접 안테나 요소들(235) 사이의 최대 거리(S)는 캐리어의 파장의 절반보다 크지 않다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배치 영역에 맞는 비-선형 안테나 구성을 갖는 컨포멀 안테나 어레이(230)를 도시한다. 배치 영역은 컨포멀 안테나 어레이(230)가 위치하는 지역이다. 도 5를 참조하여, 안테나 구성은 건물의 모서리 영역에 따른다. 안테나 요소들(235)은 모서리를 형성하는 건물의 각각의 측면 상의 두 패널들 상에 정렬된다. 원형 안테나 구성 및 반구형 안테나 구성과 유사하게, 도 5의 안테나 구성은 동일 안테나 요소들을 이용하여 다수의 빔포밍 신호들을 생성하도록 이용될 수 있다. 또한, 도 5의 안테나 구성의 인접 안테나 요소들(235) 사이의 최대 거리(S)는 캐리어의 파장의 절반보다 크지 않다.
또한, 본 발명의 실시예들은 적어도 두 개의 상이한 안테나 구성들로 몰딩(molding)되거나 구성되는 단일 안테나 어레이인 가단성(malleable) 안테나 어레이(230)를 포함한다. 예를 들면, 안테나 요소들(235)은 두 상이한 그룹들로 분할될 수 있고, 여기서 안테나 요소들(235) 각각의 그룹은 상이한 안테나 구성을 지원한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 단일 안테나 어레이를 이용하는 임의의 수의 안테나 구성들을 포함한다. 다중 안테나 구성을 갖는 가단성 안테나 어레이(230)는 또한 본 발명의 도 6에 관하여 상세히 설명되는 단일 라디오 주파수(RF) 유닛에 의해 구동될 수 있다.
컨포멀 안테나 어레이(230)를 포함하는 트랜시버는 안테나 요소들(235)을 이용하여 다수의 빔포밍 신호들을 송신하도록 구성된다. 예를 들면, 트랜시버는 컨포멀 안테나 어레이(230) 상의 신호의 수신 또는 송신의 방향성을 제어하도록 이용된 신호 처리 기술인 빔포밍 방식을 구현한다. 빔포밍 방식의 결과인 빔포밍 신호들은 방향 및 빔 폭이 다양할 수 있는 적응형 신호들일 수 있고, 또는 고정 빔들일 수 있다. 두 경우 모두, 트랜시버는 컨포멀 안테나 어레이(230)를 이용하여 다수의 빔포밍 신호들(예를 들면, 각각의 섹터에 대한 하나의 빔포밍 신호)을 생성할 수 있다. 본 발명의 실시예들은 분야에 잘 공지되어 있는 임의의 유형의 빔포밍 기술을 포함한다. 그러나, 본 발명의 실시예들에 따라, 안테나 요소들(235)은 보다 콤팩트(compact)하고 유연한 안테나 어레이를 생성하기 위해, 컨포멀 안테나 어레이(230)를 통해 복수의 빔포밍 신호들을 송신할 때 재이용된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다운링크 통신 채널 상에 데이터를 송신하기 위한 컨포멀 안테나 어레이(230)를 갖는 트랜시버(200)를 도시한다.
트랜시버(200)는 안테나 요소들(235)을 포함하는 컨포멀 안테나 어레이(230), 및 안테나 어레이(230)를 제어하고 안테나 요소들(235)을 통해 빔포밍 신호들을 생성하기 위한 중앙 제어기(210)를 포함할 수 있다. 중앙 제어기(210)는 기저대역 유닛(baseband unit; BBU)(240), 빔포머 유닛(250), 및 RF 변조 유닛(260)을 포함한다. 중앙 제어기(210)는 또한 캘리브레이션(calibration) 유닛 등과 같은 분야에 공지된 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 안테나 어레이(230)는 무선 표준 또는 캐리어에 의해 이용된 빔 아키텍처에 따라 다수의 빔포밍 신호들을 송신할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따라, 컨포멀 안테나 어레이(230)는 임의의 유형의 빔 아키텍처를 지원할 수 있다. 빔 아키텍처는 셀 사이트(130)의 복수의 섹터들 및 섹터 당 복수의 빔포밍 신호들에 관련한다. 예를 들면, S는 셀 사이트(130) 당 섹터들의 수일 수 있고, b(s)는 각각의 섹터 s에 대한 빔포밍 신호들의 수일 수 있으며, s=1,...,S이다. 그러므로, 하나의 빔 아키텍처는 셀 사이트(130) 당 임의의 수의 섹터들 및 섹터 당 임의의 수의 빔포밍 신호들을 포함할 수 있다.
예를 들면, 컨포멀 안테나 어레이(230)는 셀 사이트(130) 당 12 섹터들 및 섹터 당 하나의 빔포밍 신호의 빔 아키텍처를 갖는 GSM 표준을 지원할 수 있다. 컨포멀 안테나 어레이(230)는 셀 사이트(130) 당 6 섹터들 및 섹터 당 두 개의 빔포밍 신호들의 빔 아키텍처를 갖는 HSPA 표준을 지원할 수 있다. 또한, 컨포멀 안테나 어레이(230)는 셀 사이트(130) 당 3 섹터들 및 섹터 당 네 개의 빔포밍 신호들의 빔 아키텍처를 갖는 LTE 표준을 지원할 수 있다.
GSM에 대해, BBU(240)는 다운링크 통신 채널 상에 셀 사이트(130)의 12 섹터들 각각의 UE들(105)로 송신될 데이터 스트림들을 포함하는 기저대역 신호들(예를 들면, 12 기저대역 신호들)을 생성한다. 빔포머 유닛(250)은 BBU(240)로부터 기저대역 신호들을 수신하고, 복수의 빔포밍 신호들을 생성하며, 각각의 빔포밍 신호는 셀 사이트(130)의 상이한 섹터와 연관된다. 빔포밍 신호들의 수는 빔 아키텍처의 섹터들의 수에 대응한다. RF 변조 유닛(260)은 빔포머 유닛(250)으로부터의 RF 신호들을 표준 또는 캐리어와 연관된 특정 주파수 대역으로 변조한다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포머 유닛(250)의 논리 블록을 도시하고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 신호들을 보여주는 안테나 요소들(235)의 물리 개요를 도시한다.
도 7a 및 도 7b를 참조하여, 빔포머 유닛(250)은 섹터들 각각에 대한 기저대역 신호를 수신하고, 복수의 안테나 요소들(235)(1-24)을 통해 복수의 빔포밍 신호들을 생성한다. 각각의 기저대역 신호는 빔포밍 신호(및 섹터)와 연관된다.
그러나, 각각의 빔포밍 신호는 안테나 요소들의 서브-세트를 이용하여 생성된다. 이 경우, 각각의 빔포밍 신호는 도 7b에 도시된 바와 같이, 7개의 인접 안테나 요소들을 이용하여 생성된다. 예를 들면, 빔포밍 신호 1(B1)은 안테나 요소들(22, 23, 24, 1, 2, 3 및 4)을 이용하여 생성되고, 빔포밍 신호 2(B2)는 안테나 요소들(24, 1, 2, 3, 4, 5 및 6)을 이용하여 생성되고, 빔포밍 신호 3(B3)은 안테나 요소들(2-8)을 이용하여 생성된다. 나머지 빔포밍 신호들 각각에 대해 동일하게 반복된다. 달리 말해서, 각각의 빔포밍 신호는 안테나 요소들(235)의 서브-세트를 통해 생성되는 복수의 라디오-주파수(RF) 신호들을 포함한다. 도 7a의 예에서, 빔포머 유닛(250)은 12개의 기저대역 신호들에 기초하여 24개의 RF 신호들을 생성한다. 24개의 RF 신호들은 12개의 빔포밍 신호들 각각을 형성하도록 이용된다. 예를 들면, B1은 안테나 요소들(22, 23, 24, 1, 2, 3 및 4)을 통해 RF 신호들을 포함하고, B2는 안테나 요소들(24 및 1-6)을 통해 RF 신호들을 포함하고, B3는 안테나 요소들(2-8)을 통해 RF 신호들을 포함한다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 동일 안테나 요소들은 빔포밍 신호들을 생성하도록 재이용된다. 예를 들면, 빔포머 유닛(250)으로부터의 적어도 두 개의 빔포밍 신호들은 서브세트의 적어도 둘 이상의 동일 안테나 요소들을 이용한다. 달리 말해서, 인접 빔포밍 신호의 안테나 요소들은 이전의 빔포밍 신호로부터 시프팅(shifting)된다. 그러므로, 각각의 안테나 요소를 통한 RF 신호들은 일반적으로 하나의 특정 빔포밍 신호에 대한 RF 신호 및 또 다른 특정 빔포밍 신호에 대한 RF 신호(또는 그 이상)의 합산이다. 예를 들면, 도 7b에서, 안테나 요소(24)를 통한 B1의 RF 신호 및 안테나 요소(24)를 통한 B1의 RF 신호는 합산된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 요소 맵핑 차트를 도시한 도면이다. 이 차트는 어느 안테나 요소들이 위의 논의로부터 계속되는 빔포머 유닛(250)에 대응하는지를 보여준다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 임의의 유형의 안테나 맵핑을 포함한다. 예를 들면, 상이한 안테나 구성(예를 들면, 반구형 구성 등)이 이용되면, 안테나 요소들(235)과 빔포밍 신호들 사이의 맵핑은 변경될 것이다. 게다가, 안테나 요소들(235)의 수가 24와 상이하면, 안테나 요소와 빔포밍 신호 사이의 맵핑은 변경될 것이다.
빔포머 유닛(250)은 각각의 빔포밍 계수들 및 각각의 기저대역 신호에 기초하여 빔포밍 신호들 각각을 생성한다. 예를 들면, B1의 빔포밍 계수들은 A22, A23, A24, A1, A2, A3 및 A4일 수 있다. 이들 빔포밍 계수들은 안테나 요소들(22, 23, 24, 1, 2, 3 및 4)에 대응한다. 빔포머 유닛(250)은 빔포밍 계수들 A22, A23, A24, A1, A2, A3 및 A4 각각에 기저대역 신호 X1을 승산하여, 빔포밍 신호 B1에 대한 안테나 요소들(22, 23, 24, 1, 2, 3 및 4)에 대한 RF 신호들을 생성한다. 유사하게, B2의 빔포밍 계수들은 B24, B1, B2, B3, B4, B5 및 B6일 수 있다. 빔포머 유닛(250)은 빔포밍 계수들 B24, B1, B2, B3, B4, B5 및 B6 각각에 기저대역 신호 X2를 승산하여, 빔포밍 신호 BB에 대한 안테나 요소들 24 및 1 내지 6에 대한 RF 신호들을 생성한다. 빔포밍 계수들은 고정되거나 적응적으로 결정될 수 있다.
도 6을 다시 참조하여, 제어기(210)는 트랜시버(200)가 일반 안테나 구성, 반구형 구성, 배치 영역에 맞는 안테나 구성, 및 적어도 두 상이한 안테나 구조들을 포함하는 가단성 어레이를 포함할 때 유사한 방식으로 동작한다. 그러나, 복수의 빔포밍 신호들을 위해 이용된 중복 안테나 요소들의 수, 안테나 요소들(235)의 수, 및 각각의 안테나 요소(235) 사이의 간격은 변경될 수 있다. 게다가, 가단성 어레이의 경우, 단일 RF 변조 유닛(260)만이 가단성 어레이를 구동하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 빔포머 유닛(250)은 위의 설명과 같이, 가단성 어레이의 두 상이한 안테나 구성들 각각에 대한 각각의 빔포밍 신호들을 생성할 수 있다.
업링크 통신 채널 상의 데이터 수신에 관하여, 도 6의 트랜시버(200)는 전술된 바와 유사한 방식으로 동작한다. 그러나, RF 변조 유닛(260)은 컨포멀 안테나 어레이(230)의 안테나 요소들(235)로부터 RF 신호들을 수신하고, 표준 또는 캐리어에 특정한 주파수 대역에서 기저대역으로의 다운 컨버터로서 동작한다.
100: 무선 통신 시스템 105: 이용자 장비들
110: 기지국들 120: 코어 네트워크
125: 인터넷 네트워크 130: 셀 사이트
200: 트랜시버 210: 중앙 제어기
230: 컨포멀 안테나 어레이 235: 안테나 요소들
250: 빔포머 유닛 260: RF 변조 유닛

Claims (10)

  1. 무선 통신 시스템의 셀 사이트(cell site)(130)에서 데이터를 전달하기 위한 트랜시버(transceiver)(200)에 있어서:
    복수의 안테나 요소들(235)을 포함하는 컨포멀 안테나 어레이(conformal antenna array)(230)로서, 상기 복수의 안테나 요소들은 적어도 두 디멘젼들(dimensions)을 점유하기 위해 비-선형 안테나 구성을 갖는, 상기 컨포멀 안테나 어레이(230); 및
    상기 복수의 안테나 요소들(235) 중 적어도 두 개의 동일 안테나 요소들을 이용하여 다수의 빔포밍 신호(beamforming signal)들을 송신하도록 구성된 제어기(210)를 포함하는, 데이터를 전달하기 위한 트랜시버(200).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비-선형 안테나 구성은 원형 구성인, 데이터를 전달하기 위한 트랜시버(200).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 안테나 요소들은 실린더의 표면 상에 정렬되는, 데이터를 전달하기 위한 트랜시버(200).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 비-선형 안테나 구성은 반구형 구성인, 데이터를 전달하기 위한 트랜시버(200).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 비-선형 안테나 구성은 배치 영역에 맞는 안테나 구성인, 데이터를 전달하기 위한 트랜시버(200).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 안테나 요소들은 하나의 제어기에 의해 제어되는 적어도 두 개의 상이한 비-선형 안테나 구성들로 정렬되는, 데이터를 전달하기 위한 트랜시버(200).
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는:
    기저대역 신호들을 생성하도록 구성된 기저대역 유닛(240); 및
    상기 기저대역 신호들에 기초하여 상기 다수의 빔포밍 신호들을 생성하도록 구성된 빔포머 유닛(beamformer unit)(250)으로서, 각각의 빔포밍 신호는 상기 복수의 안테나 요소들(235) 중 안테나 요소들의 서브-세트에 대응하는 라디오-주파수(radio-frequency; RF) 신호들의 세트를 포함하는, 상기 빔포머 유닛(250)을 포함하는, 데이터를 전달하기 위한 트랜시버(200).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 빔포머 유닛(250)으로부터 생성된 적어도 두 개의 빔포밍 신호들은 상기 서브-세트의 적어도 두 개의 상기 동일 안테나 요소들을 이용하는, 데이터를 전달하기 위한 트랜시버(200).
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 빔포머 유닛(250)은 빔포밍 계수들 및 각각의 기저대역 신호에 기초하여 빔포밍 신호를 생성하도록 구성되고, 각각의 빔포밍 계수는 상기 서브-세트의 상이한 안테나 요소에 대응하는, 데이터를 전달하기 위한 트랜시버(200).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 빔포머 유닛(250)은 상기 각각의 기저대역 신호와 각각의 빔포밍 계수를 승산하여, 하나의 빔포밍 신호에 포함된 상기 RF 신호들을 생성하는, 데이터를 전달하기 위한 트랜시버(200).
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