KR20170080572A - 집적된 2차원 능동 안테나 어레이 통신 시스템 - Google Patents

집적된 2차원 능동 안테나 어레이 통신 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20170080572A
KR20170080572A KR1020177008374A KR20177008374A KR20170080572A KR 20170080572 A KR20170080572 A KR 20170080572A KR 1020177008374 A KR1020177008374 A KR 1020177008374A KR 20177008374 A KR20177008374 A KR 20177008374A KR 20170080572 A KR20170080572 A KR 20170080572A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
antenna
antenna array
baseband
antenna elements
portions
Prior art date
Application number
KR1020177008374A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102376987B1 (ko
Inventor
강 쉬
로버트 몬뢰
이오아니스 트잔니디스
지안종 장
양 리
진 위안
이코 옹고사누시
Original Assignee
삼성전자주식회사
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 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Publication of KR20170080572A publication Critical patent/KR20170080572A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102376987B1 publication Critical patent/KR102376987B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01Q21/28—Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
    • 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
    • H01Q3/2605—Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
    • 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
    • H01Q3/267—Phased-array testing or checking devices
    • 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
    • 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
    • H01Q3/42—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 using frequency-mixing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/10—Monitoring; Testing of transmitters
    • H04B17/11—Monitoring; Testing of transmitters for calibration
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/391—Modelling the propagation channel
    • H04B17/3912—Simulation models, e.g. distribution of spectral power density or received signal strength indicator [RSSI] for a given geographic region
    • 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
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

많은 수의 송신 지점들과 통신할 수 있도록 하는 장치는, 빔포밍(beamforming) 송신 또는 빔포밍 수신 및 안테나 어레이 모듈을 제어하는 처리기(processor)를 포함한다. 안테나 어레이 모듈은, 기저대역 기능들을 수행하고 두 부분들 사이에 배치된 기저대역부를 포함한다. 안테나 어레이 모듈은 또한 그룹들에 배치된 복수의 안테나 요소들을 포함한다. 각 그룹들은 같은 수의 안테나 요소들을 포함한다. 복수의 안테나 요소들은 기저대역부 주위에 대칭적으로 배치되어 있다.

Description

집적된 2차원 능동 안테나 어레이 통신 시스템{INTEGRATED TWO DIMENSIONAL ACTIVE ANTENNA ARRAY COMMUNICATION SYSTEM}
본 출원은 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 집적된 2차원 능동 안테나 어레이(integrated two-dimensional active antenna array) 통신 시스템에 관한 것이다.
휴대용 장치들이 가져온 데이터 트래픽의 급속한 성장은 무선 네트워크의 용량에 있어서 챌린지(challenge)를 제기한다. 다중 입력-다중 출력(multiple input multiple output, MIMO)과 다중 사용자(multi-user) MIMO(MU-MIMO)는 3GPP LTE(3rd generation partnership project long term evolution)와 LTE-A(advanced) 시스템에서 스펙트럼 효율을 향상시키기 위한 핵심 기술이다. 현재의 MIMO 시스템에서, eNB(evolved node B)는 보통 수평선에 배치된 안테나 요소가 있는 선형 어레이를 갖추고 있다. 그리고 그 eNB는 방위각(azimuth)(수평) 도메인에서 공간적 다양성을 이용한다. 반면, 수직으로 배치된 안테나는 eNB가 고도 빔포밍과 같은 고도 도메인에서, 다양성을 활용하여 시스템 용량에서 최대 30%의 이득을 달성할 수 있도록 한다.
본 개시는, 선형 어레이보다 높은 성능을 위한 안테나 어레이 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
제1 실시 예에서, 안테나 어레이 모듈이 제공된다. 안테나 어레이 모듈은 기저대역 기능을 수행하기 위해 구성된 기저대역부를 포함한다. 안테나 어레이 모듈은 또한 그룹으로 배치된 복수의 물리적인 안테나 요소들을 포함한다. 각각의 그룹들은 동일한 수의 안테나 요소들을 포함한다. 그 그룹들은 기저대역 신호 처리 주위에 대칭적으로 배치된다.
제2 실시 예에서, 장치가 제공된다. 장치는 빔포밍 송신 또는 수신 그리고 집적된(integrated) 안테나 어레이 시스템을 제어하기 위해 구성된 프로세서를 포함한다. 그 안테나 어레이 모듈은 기저대역 기능을 수행하기 위해 구성되고, 2개 부분들 사이에 배치된 기저대역부를 포함한다. 그 안테나 어레이 모듈은 또한 그룹으로 배치된 복수의 물리적인 안테나 요소를 포함한다. 각각의 그룹은 같은 수의 안테나 요소를 포함한다. 그 그룹들은 기저대역 신호 처리 주위에 대칭적으로 배치된다. 다른 기술적 특징들은 하기의 도면들, 설명들, 청구항들로부터 당업자에게 명백해질 수 있다. 다른 특정 단어들 및 구문들의 정의가 본 특허 문서 전반에 걸쳐서 제공된다. 당업자는 대부분의 경우는 아니더라도 많은 경우에, 그러한 정의들이 정의된 단어들 및 구문들로 미래뿐 아니라 이전의 사용들에도 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
하기의 상세한 설명에 들어가기 전에, 본 특허 문서 전체에서 사용되는 특정 단어 및 어구들의 정의를 기재하는 것이 유리할 수 있다. 용어 "결합하다(couple)" 및 그 파생어들은 이들 요소가 서로 물리적으로 접촉하고 있든지 그렇지 않든지, 둘 또는 그 이상의 요소들 사이의 집적 또는 간접적인 통신을 의미한다. 용어 "송신하다(transmit)", "수신하다(receive)" 및 "소통하다(communicate)", 뿐만 아니라 이들의 파생어들은 집적 및 간접 통신을 모두 포함한다. 용어 "포함하다(include)", "구성하다(comprise)", 뿐만 아니라 이들의 파생어들은 제한 없이 포함함을 의미한다. 용어 "또는"은 포괄적으로, 및/또는 을 의미한다. 구문 "~와 관련된(associated with)", 뿐만 아니라 이의 파생어들은 포함하다(include), ~내에 포함되다(be included within), ~와 내적 연결하다(interconnect with), 포함하다(contain), ~내에 포함되다(be contained within), ~에 또는 ~와 연결하다(connect to or with), ~에 또는 ~와 결합하다(couple to or with), ~와 통신할 수 있는(be communicable with), ~와 협력하다(cooperate with), 끼우다(interleave), 나란히 놓다(juxtapose), ~에 인접하다(be proximate to), ~에 또는 ~와 결합되다(be bound to or with), 가지다(have), ~의 속성을 갖다(have a property of), ~에 또는 ~와 관계가 있다(have a relationship to or with) 기타 등등을 의미한다. 용어 "컨트롤러(controller)"는 적어도 하나의 동작을 제어하는 임의의 장치, 시스템 또는 이들의 부분을 의미한다. 이러한 제어기는 하드웨어, 및 하드웨어와 소프트웨어 및/또는 펌웨어(firmware)의 조합으로 구현될 수 있다. 임의의 특정 컨트롤러와 관련된 기능은 국부적이든(locally) 원격적이든(remotely) 관계없이 집중화되거나 분산될 수 있다. "~중 적어도 하나(at least one of)"라는 구문은, 열거되는 항목들이 사용되는 경우, 사용될 수 있는 열거된 항목 중 하나 또는 그 이상의 서로 다른 조합, 및 요구되는 열거된 항목 중 하나의 항목을 의미한다. 예를 들면, "A, B 및 C 중 적어도 하나"는 다음의 조합, A, B, C, A와 B, A와 C, B와 C, 및 A와 B와 C 중 어느 하나를 포함한다.
통신 시스템의 성능이 향상된다.
본원발명 및 이것의 이점에 대한 보다 완전한 이해를 위해, 이제 첨부한 도면과 결부되어 다음의 설명이 참조되며, 도면에서 유사한 참조 기호는 동일한 부분을 나타낸다.
도 1은 본 개시에 따른 무선 네트워크의 예를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시에 따른 무선 송수신 경로의 예를 도시한다.
도 3은 본 개시에 따른 UE(user equipment)의 예를 도시한다.
도 4는 본 개시에 따른 eNB(evolved Node B)의 예를 도시한다.
도 5는 본 개시에 따른 FD-MIMO(Full Dimensional MIMO) 시스템의 예를 도시한다.
도 6은 안테나 어레이 시스템의 예를 도시한다.
도 7은 본 개시에 따른 집적된 안테나 어레이 시스템을 도시한다.
도 8은 본 개시에 따른 무선 통신 시스템을 위한 집적된 능동 안테나 어레이 시스템의 측면도를 도시한다.
도 9는 본 개시에 따른 무선 통신 시스템을 위한 집적된 안테나 어레이 시스템의 다른 실시 예의 측면도를 도시한다.
도 10은 본 개시에 따른 무선 통신 시스템을 위한 집적된 안테나 시스템의 처리 회로(processing circuitry)를 도시한다.
도 11은 본 개시에 따른
Figure pct00001
RF(radio frequency) 송수신 모듈의 개략도를 도시한다.
도 12는 본 개시에 따른
Figure pct00002
RF 송수신 모듈 및 마더보드(motherboard) 연결을 도시한다.
도 13은 본 개시에 따른 마더보드에 장착된 집적된 안테나 어레이 시스템의 부분들을 도시한다. 도 14a 및 14b는 본 개시에 따른 안테나 요소(antenna element)를 도시한다.
도 15는 본 개시에 따른 S 파라미터들(parameters) 및 이중 편파(dual polarized) 광대역 안테나 요소에 대한 포락선 상관관계 곡선(envelop correlation curves)을 도시한다.
도 16a, 16b 및 16c는 본 개시에 따른 시뮬레이트된(simulated) 안테나 요소 이득(gain) 패턴(pattern) 및 대응하는 안테나 어레이 구성(configuration)을 도시한다.
도 17은 본 개시에 따른 집적된 안테나 어레이 시스템의 어레이 구성(configuration)-3을 도시한다.
도 18은 본 개시에 따른 제안된 RF 및 안테나 구조에 대한 링크 레벨 시뮬레이션(link level simulation)의 결과를 도시한다.
도 19는 본 개시에 따른 SLNR(signal-to-leakage ratio minimization)의 합 전송률(sum rate) 분포를 도시한다.
도 20은 본 개시에 따른 SINR(signal-to-interference-plus-noise ratio) 분포 분석을 도시한다.
하기에 설명되는 도 1 내지 도 20 및 이 특허 문헌의 본원발명의 원리를 설명하는 데 이용되는 다양한 실시 예는 단지 예시이며, 본원발명의 범주를 제한하는 어떠한 방법으로도 이해되어서는 안 된다. 당업자라면, 본원발명의 원리가 임의의 적합하게 구성된 무선 통신 시스템으로 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
다음의 문서들 및 표준들은 여기에 완전히 개시된 것과 같이 본 개시에 포함된다Vuokko, V.-M. Kolmonen, J. Kivinen, and P. Vainikainen, “Results from 5.3 GHz MIMO measurement campaign,” presented at COST 273 TD(04)193, Duisburg, 2004 (REF 1); Young-Han Nam, Boon Loong Ng, Krishna Sayana, Yang Li, Jianzhong (Charlie) Zhang, Younsun Kim and Juho Lee ,"Full Dimension MIMO (FD-MIMO) for Next Generation Cellular Technology”, Communications Magazine, IEEE , vol.51, no.6, pp.172,179, June 2013 (REF 2); and United States Patent Number 6351243 B1 entitled “Sparse array antenna” and naming Anders Derneryd and Bjorn Gunnar Johannisson as inventors (REF 3). 이들의 내용은 참조에 의해 전부 포함된다
본 개시의 실시 예들은 거대(large) 2차원 안테나 어레이(array) 통신 시스템의 신규한 구조를 제공한다. 어떤 실시 예에 따르면 능동 안테나 어레이는 기저대역부(baseband unit)에 의해 물리적으로 분리된 2개의 부분들(sections)로 나누어진다. 두 안테나 어레이 부분들 사이의 거리는 한 파장(1λ)보다 크다. 이러한 분리는 두 가지 이점들을 제공한다. 첫째로, 기저대역부가 대칭형 트레이스(traces)를 이용해 능동 안테나 송수신부(transceiver unit)와 연결된다. 따라서, 안테나 어레이의 큰 크기에도 불구하고, 라우팅(routing)은 대칭적이고 구현하기 쉽다. 둘째로, 1λ보다 큰 비균일(non-uniform)(부분 간(inter section)) 간격(spacing)은, 사이드 로브들(side lobes)의 발생에도 불구하고, 시스템 성능(higher capacity)을 향상시킨다. 일반적으로, 능동 안테나 어레이들은 사이드 로브와 격자 로브들을 피하기 위해, 1λ 보다 작은 균일 안테나 간격을 제공한다.
도 1은 본 개시에 따른 무선 네트워크 100의 예를 도시한다. 도 1에 도시된 무선 네트워크 100의 실시 예는 단지 설명의 편의를 위함이다. 본 발명을 제한하지 않는 범위 내에서 무선 네트워크 100의 다른 실시 예들이 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무선 네트워크 100은 eNB(evolved Node B) 101, eNB 102 및 eNB 103을 포함한다. eNB 101은 eNB 102 및 eNB 103과 통신한다. eNB 101은 또한 인터넷(internet), 고유 IP(proprietary IP) 네트워크, 또는 다른 데이터 네트워크 등의 적어도 하나의 인터넷 프로토콜(internet protocol) 네트워크 130과 통신한다.
네트워크 타입에 따라서, "eNodeB" 또는 "eNB," 대신에 "기지국" 또는 "AP(access point)" 등의 많이 알려진 다른 용어가 사용될 수 있다. 편의를 위해서, "eNodeB" 또는 "eNB" 용어들은 본 발명 명세서에서 원격 단말기에 무선 접속 기능을 제공하는 네트워크 기반 시설 구성을 나타내는데 사용된다. 또한 네트워크 타입에 따라, "user equipment" 또는 "UE" 대신에 "모바일(mobile) 기지국", "가입자국", "원격 단말기" "무선 단말기" 및 "사용자 기기" 등의 많이 알려진 다른 용어가 사용될 수 있다. 편의를 위해서, "user equipment" or "UE," 용어는 본 명세서에서 eNB에 무선으로 접속하는 원격 무선 장치를 지칭하며, UE는 모바일 기기(예를 들어, 모바일 전화기 또는 스마트폰) 이거나 고정 장치(예를 들어, 데스크톱 컴퓨터 또는 자동판매기)이다.
eNB 102는 eNB 102의 커버리지 영역 120내의 제1 복수의 UE들에게 네트워크 130으로의 무선 광대역 접속을 제공한다. 제1 복수의 UE들은 중소기업(small business)에 위치할 수 있는 UE 111, 대기업(enterprise)에 위치할 수 있는 UE 112, WiFi 핫스팟(hot spot)에 위치할 수 있는 UE 113, 제1 주거지역에 위치할 수 있는 UE 114, 제2 주거지역에 위치할 수 있는 UE 115 및 휴대폰, 무선 랩톱(laptop), 무선 PDA 기타 등등의 모바일 장치일 수 있는 UE 116의 UE를 포함한다. eNB 103은 eNB 103의 커버리지 영역 125 내의 제2 복수의 UE들에게 네트워크 130으로의 무선 광대역 접속을 제공한다. 제2 복수의 UE들은 UE 115와 UE 116을 포함한다. 일부 실시 예에서, 하나 또는 그 이상의 eNB 101 내지 eNB 103들은 각자 서로 통신을 하거나, 5G(5th generation), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(advanced), WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)나 다른 발전된 무선 통신 기술을 이용하는 UE 111 내지 UE 116과 통신할 수 있다.
점선은 단순히 설명과 예시를 위해 원형에 가깝게 표현된 커버리지 영역들 120 및 125의 개략적인 범위를 나타낸다. 커버리지 영역들 120 및 125와 같이, eNB들에 관련되는 커버리지 영역들은 eNB들의 구성 및 자연 및 인공의 방해물에 따른 무선 환경의 변화에 따라 달라지는 불규칙한 형상을 포함하는 다른 형상을 가질 수 있다는 것이 명백히 이해되어야 한다.
하기에서 보다 상세히 후술하는 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 eNB들 101 내지 103은. 하나 이상의 UE들 111, 112, 113, 114, 115 및 116과 통신하기 위해 집적된 2차원 능동 안테나 어레이 구조를 이용한다. 특정 실시 예들에서, 하나 이상의 UE 111, 112, 113, 114, 115 및 116은 하나 이상의 eNB들 101,102 또는 eNB 103과 통신하기 위해 2차원 능동 집적 안테나 어레이 구조를 포함한다.
도 1은 무선 네트워크 100의 일 예를 설명하고 있지만, 도 1에 대해서 다양한 변경들이 가능하다. 예를 들어, 무선 네트워크 100은 임의의 적절한 구조에서, 임의의 개수의 eNB들 및 임의의 개수의 UE들을 포함할 수 있다. 또한 eNB 101은 임의의 개수의 UE 들과 직접적으로 통신이 가능하고, 임의의 개수의 UE들에게 네트워크 130으로 무선 광대역 접속을 제공할 수 있다. 마찬가지로, 각각의 eNB들 102 내지 103은 네트워크 130과 직접 통신할 수 있고, UE들에게 네트워크 130으로 직접 무선 광대역 접속을 제공할 수 있다. 이에 더하여, eNB들 101, 102 및/또는 103은 외부 전화 네트워크들이나 데이터 네트워크들의 다른 타입들과 같은, 다르거나, 추가적인 외부 네트워크들에게 접속을 제공할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시에 따른 무선 송신 및 수신 경로들의 예를 도시한다. 이하 보다 상세히 후술하는 바와 같이, 수신 경로 250이 UE(예를 들면, UE 116)에서 구현되는 것으로 설명되는 동안, 송신 경로 200은 eNB(예를 들면, eNB 102)에서 구현되는 것으로 설명될 수 있다. 하지만, 송신 경로 200이 UE에서 구현되고, 수신 경로 250이 eNB에서 구현되는 것 또한 이해될 것이다.
일부 실시 예들에서, 송신 경로 200 및 수신 경로 250은 집적된 2차원 능동 안테나 어레이 구조 비아와 통신하기 위해 구성되어 있다.
송신 경로 200은 채널 코딩(channel coding) 및 변조(modulation) 블록 205, 직렬-병렬 변환(serial to parallel, S-to-P) 블록 210, 크기 N의 역 고속 푸리에 변환(inverse fast fourier transform, IFFT) 블록 215, 병렬-직렬 변환(parallel to serial, P-to-S) 블록 220, CP(cyclic prefix) 추가 블록 225, 상향-변환기(up-converter) 230을 포함한다. 수신 경로 250은 하향-변환기(down-converter) 255, CP 제거 블록 260, 직렬-병렬 변환(S-to-P) 블록 265, 크기 N의 고속 푸리에 변환(fast fourier transform, FFT) 블록 270, 병렬-직렬 변환 블록 275, 및 채널 디코딩(channel decoding) 및 복조(demodulation) 블록 280을 포함한다.
송신 경로 200에서, 채널 코딩 및 변조 블록 205는 일련의 정보 비트들을 수신하고, 코딩(예를 들면, 저밀도 패리티 체크(low density parity check, LDPC) 코딩)을 적용하고, 주파수 영역 변조 심볼들의 시퀀스(sequence)를 생성하기 위해, 입력 비트들을 변조(예를 들어, QPSK(quadrature phase shift keying) 또는 QAM(quadrature amplitude modulation) 한다. 직렬-병렬 변환 블록 210(예를 들어, de-multiplexes)은 크기 N의 병렬 심볼 스트림(stream)들을 만들기 위해, 직렬 변조된 주파수 영역 심볼들을 병렬 데이터로 변환하며, 크기 N은 eNB 102 및 UE 116에서 사용되는 IFFT/FFT 크기이다. 크기 N의 IFFT 블록 215는 시간 영역의 출력 신호들을 생성하기 위해, 크기 N의 병렬 심볼 스트림들에 대해서 IFFT를 연산한다. 병렬-직렬 변환 블록 220은 직렬 시간 영역 신호를 생성하기 위해서, 크기 N의 IFFT 블록 215에서 연산된 병렬 시간 영역 출력 심볼들을 변환한다(즉, 다중화한다). CP 추가 블록 225는 시간 영역 신호에 CP를 추가한다. 상향-변환기 블록 230은 무선 채널을 통한 전송을 위해서, CP 추가 블록 225의 출력을 RF 주파수로 변조한다(such as up-converts). 신호는 RF 주파수로의 변환 전에 기저대역에서 필터링(filtering) 된다.
eNB 102에서 송신된 RF 신호는 무선 채널을 통과한 후에, UE 116에 도착하고, eNB 102에서 이루어졌던 과정의 반대 과정이 UE 116에서 실행된다. 하향-변환기 255는 수신된 신호를 기저대역 주파수로 하향-변환하고, CP 제거 블록 260은 직렬 시간 영역 기저대역 신호를 생성하기 위해서, CP를 제거한다. 직렬-병렬 변환 블록 265는 시간 영역 기저대역 신호를 병렬 시간 영역 신호들로 변환한다. 크기 N의 FFT 블록 270은 크기 N의 병렬 주파수 영역 신호를 생성하기 위해서, FFT 알고리즘을 실행한다. 병렬-직렬 변환 블록 275는 병렬 주파수 영역 신호들을 변조된 데이터 심볼들의 시퀀스로 변환한다. 채널 디코딩 및 복조 블록 280은 원래의 입력 데이터 스트림을 복구하기 위해, 변조된 심볼들을 디코딩 및 복조한다.
각각의 eNB들 101 내지 103은 UE들 111 내지 116으로 하향링크에서 송신과 유사한 송신 경로 200을 구현할 수 있고, UE들 111 내지 116으로부터 상향링크에서 수신과 비슷한 수신 경로 250를 구현할 수 있다. 마찬가지로, 각각의 UE들 111 내지 116은 eNB들 101 내지 103으로 상향링크에서 송신과 비슷한 송신 경로 200을 구현할 수 있고, eNB들 101 내지 103으로부터 하향링크에서 수신과 유사한 수신 경로 250을 구현할 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 있는 각각의 구성들은 하드웨어만을 사용하거나, 또는 하드웨어와 소프트웨어/펌웨어의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 특정한 예로서, 도 2a 및 도 2b의 적어도 일부의 구성은, 나머지 일부 구성이 하드웨어에 의해 구현되거나 또는 소프트웨어와 설정 가능한 하드웨어의 조합에 의해 구현되는 동안, 소프트웨어에서 구현될 수 있다. 예를 들어, FFT 블록 270과 IFFT 블록 215는 구성 가능한 소프트웨어 알고리즘들로서 구현 될 수 있으며 N 사이즈는 구현에 따라 변경될 수 있다.
또한, FFT 및 IFFT를 사용하는 것으로 설명되어 있지만, 이것은 단순한 예시에 불과하고, 이는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 변환의 다른 타입들, 예를 들어 DFT(discrete fourier transform) 및 IDFT(inverse discrete fourier transform)가 사용될 수 있다. DFT나 IDFT 함수를 사용하면, N의 값은 임의의 정수 값(예를 들어, 1, 2, 3, 4 등등)이라도 가질 수 있고, FFT나 IFFT 함수를 사용하면, N의 값은 2의 거듭제곱 값(예를 들어, 1, 2, 4, 8, 16)을 가질 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 무선 송신 및 수신 경로의 예들을 도시하지만, 도 2a 및 도 2b에 다양한 변경들이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 2a 및 도 2b의 다양한 구성들은 결합되는 것은 물론 세분화되거나 생략될 수 있고, 특정한 필요에 따라 부가적인 구성이 추가될 수도 있다. 또한 도 2a 및 도 2b는 무선 네트워크에서 사용될 수 있는 송신 및 수신 경로들의 유형의 예들을 도시하기 위함이다. 무선 네트워크에서 무선 통신을 지원하기 위한 다른 임의의 적절한 구조들이 사용될 수 있다.
도 3는 본 개시에 따른 UE 116의 예를 도시한다. 도 3에 도시된 UE 116의 실시 예는 단지 설명을 위함에 불과하며, 도 1의 UE들 111 내지 115은 같거나 유사한 구성을 가질 수 있다. 하지만 UE들은 구성들에 있어 종류가 매우 다양하고, 도 3는 UE의 임의의 특정한 구현에 있어서 본 개시의 범위를 제한하지 않는다.
UE 116은 다중 안테나들 305a 내지 305n, RF 송수신기들 310a 내지 310n, 송신(transmit, TX) 처리 회로 315, 마이크 320, 수신(receive, RX) 처리 회로 325를 포함한다. 송신 처리 회로 315 및 수신 처리 회로 325들은 각각 RF 송수신기들 310a 내지 310n으로 연결되고 예를 들면, 송신 처리 회로 315 및 수신 처리 회로 325는 안테나 305a, 안테나 305b부터 N 번째 안테나 305n까지 각각 결합되어 있는 RF 송수신기 310a, RF 송수신기 210b부터 N 번째 RF 송신기 310n으로 각각 결합된다. 안테나들 305a 내지 305n 및 각각의 RF 송수신기들 310a 내지 310n은 각각의 안테나들 305a 내지 305n에 대응하여 연결된 각각의 RF 송수신기 310a 내지 310n로 송신 처리 회로 315 및 수신 처리 회로 325가 결합된다. 어떤 실시 예들에서, UE 116은 또한, 단일 안테나 305a 및 단일 RF 송수신기 310a를 포함한다. 어떤 실시 예들에서, 단일 안테나 305a 또는 다중 안테나 305a 내지 305n 는 집적된 2차원 능동 안테나 어레이 아키텍처를 구성한다. UE 116은 또한 스피커(speaker) 330, 메인 프로세서(main processor)340, 입력/출력(input/output) 인터페이스(interface)(IF) 345, 키패드(keypad) 350, 디스플레이 355, 및 메모리 360을 포함한다. 메모리 360은 기본 운영체제(OS) 프로그램 361 및 하나 또는 그 이상의 어플리케이션(application) 362들을 포함한다.
RF 송수신기들 310a 내지 310n은 대응하는 각각의 안테나들 305a 내지 305n으로부터 네트워크 100의 eNB 또는 AP에 의해 전송되어 입력되는(incoming) RF 신호를 수신한다. 어떤 실시 예들에서, 각각의 RF 송수신기들 310a 내지 310n 및 이에 대응하는 각각의 안테나들 305a 내지 305n는 특정 주파수 대역에 대해 구성되거나, 기술적 유형에 대해서 구성된다. 예를 들어, 첫 번째 RF 송수신기 310a 및 안테나 305a가 블루투스(bluetooth)와 같은 근거리 통신에 의해 통신하도록 구성되는 동안, 두 번째 RF 송수신기 310b 및 안테나 305b는 Wi-Fi 와 같은 IEEE 802.11 통신에 의해 통신하도록 구성되고, 나머지 RF 송수신기 310n과 안테나 305n은 3G, 4G, 5G, LTE, LTE-A, 또는 WiMAX 등의 셀룰러(cellular) 통신에 의해 통신하도록 구성될 수 있다. 어떤 실시 예들에서, 하나 또는 그 이상의 RF 송수신기들 310a 내지 310n과 각각의 안테나들 305a 내지 305n은 특정 주파수 대역 또는 같은 기술적 유형에 대해서 구성된다. RF 송수신기들 310a 내지 310n은 중간 주파수(intermediate frequency) 또는 기저대역 신호를 생성하기 위해 입력되는 RF 신호를 하향-변환(down-convert)한다. 중간 주파수(intermediate, IF) 또는 기저대역 신호는 기저대역 신호 또는 중간 주파수(IF) 신호의 필터링(filtering), 코딩(coding) 및/또는 디지털화(digitizing)를 통해 처리된 기저대역 신호를 생성하는 수신 처리 회로 325로 보내진다. 수신 처리 회로 325는 처리된 기저대역 신호(예를 들어, 음성 데이터)를 이후의 처리 과정(예를 들어, 웹 브라우징(web browsing) 데이터)을 위해 스피커 330 또는 메인 프로세서 340으로 송신한다.
송신 처리 회로 315는 마이크 320으로부터 아날로그(analog) 또는 디지털(digital) 음성 데이터를 수신하거나, 메인 프로세서 340으로부터 다른 출력되는(outgoing) 기저대역 데이터(예를 들어, 웹 데이터, 전자메일, 또는 쌍방향 비디오 게임 데이터)를 수신한다. 송신 처리 회로 315는 처리된 기저대역 또는 IF 신호를 생성하기 위해 출력되는 기저대역 데이터를 인코딩, 다중화 및/또는 디지털화한다. RF 송수신기들 310a 내지 310n은 송신 처리 회로 315로부터 출력되는 처리된 기저대역 또는 IF 신호를 수신하고, 기저대역 또는 IF 신호를 RF 신호로 상향-변환하며, RF 신호는 하나 또는 그 이상의 안테나들 305a 내지 305n을 통해 전송된다.
메인 프로세서 340은 하나 또는 그 이상의 프로세서들 또는 다른 처리 장치들을 포함할 수 있고, UE 116의 전반적인 작동을 조절하기 위해 메모리 360에 저장된 기본 운영체제(OS) 프로그램 361을 실행할 수 있다. 예를 들어, 메인 프로세서 340은 잘 알려진 기술에 따라 RF 송수신기들 310a-310n, 수신 처리 회로 325 및 송신 처리 회로 315에 의한 순방향 채널 신호들의 수신 및 역방향 채널 신호들의 송신을 제어 할 수 있다. 일부 실시 예에서, 메인 프로세서 340은 적어도 하나의 마이크로프로세서(microprocessor) 또는 마이크로 컨트롤러(microcontroller)를 포함한다.
메인 프로세서 340은 또한 메모리 360에 존재하는, 집적된 2차원 능동 안테나 어레이 아키텍처를 통해 통신하기 위한 동작들과 같은 다른 처리들 및 프로그램들을 실행할 수 있다. 메인 프로세서 340은 프로세스를 실행할 때 요청에 따라 메모리(360) 데이터의 입력/출력(in/out)이 가능하다. 어떤 실시 예들에서, 메인 프로세서 340은 운영체제(OS) 프로그램 361 또는 eNB들로부터 수신한 신호들에 대한 응답 또는 연산자에 기반하여 어플리케이션 362를 실행하도록 구성된다. 메인 프로세서 340은 랩탑(laptop) 컴퓨터들 및 핸드헬드(handheld) 컴퓨터들 등의 다른 장치에 연결하는 기능을 UE 116으로 제공해주는 입력/출력 인터페이스 345와 결합된다. 입력/출력 인터페이스 345는 이러한 주변 기기들과 메인 컨트롤러 사이의 통신 경로이다.
메인 프로세서 340은 또한 키패드 350 및 디스플레이부 355에 결합된다. UE 116의 사용자는 UE 116으로 데이터를 입력하기 위해 키패드 350을 사용 수 있다. 디스플레이 355는 텍스트 또는 웹 사이트들로부터 적어도 제한된 그래픽들, 또는 이들의 조합을 렌더링(rendering) 할 수 있는 액정 디스플레이 또는 다른 디스플레이일 수 있다.
메모리 360의 일부는 RAM(random access memory)을 포함할 수 있고, 다른 경우 플래시 메모리(flash memory)나 ROM(read-only memory)을 포함할 수 있다.
도 3은 UE 116의 하나의 예를 도시하고 있지만, 다양한 변경들이 도 3에 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 3a 다양한 구성들은 조합되거나, 분리되거나, 또는 생략될 수 있고, 추가적인 구성들은 특정한 필요들에 따라 추가될 수 있다. 특정한 예시로서, 메인 프로세서 340은 하나 또는 그 이상의 중앙처리장치(central processing units, CPUs)와 하나 또는 그 이상의 그래픽처리장치(graphics processing units, GPUs)로 이루어지는 다중 프로세서로 분리될 수 있다. 또한 도 3에서 UE 116은 모바일 전화기나 스마트폰으로 구성되도록 설명하고 있지만, UE들은 다른 타입의 모바일 기기들 또는 고정 기기들(stationary devices)로서 동작하도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 개시에 따른 eNB 102의 예시를 도시한다. 도 4에 도시한 eNB 102의 실시 예는 단지 예시를 위한 것에 불과하며, 도 1의 나머지 eNB들은 상기와 같거나 유사한 구성을 가질 수 있다. 그러나, eNB들은 구성에 있어 매우 다양하게 변화할 수 있고, 도 4는 eNB의 어떠한 특정 구현에 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
eNB 102는 다중 안테나들 405a 내지 405n, 다중 RF 송수신기들 370a 내지 370n, 송신 처리 회로 415, 및 수신 처리 회로 420을 포함한다. eNB 102는 또한 컨트롤러/프로세서(controller/processor) 425, 메모리 430, 백홀 또는 네트워크 인터페이스 435를 포함한다. 어떤 실시 예들에서, 다중 안테나 405a 내지 405n은 집적된 2차원 능동 안테나 어레이 아키텍처를 구성한다.
RF 송수신기들 410a 내지 410n은 UE들이나 다른 eNB들에 의해 송신되는 신호들과 같이, 안테나들 405a 내지 405n으로부터 들어오는 RF 신호들을 수신한다. RF 송수신기들 410a 내지 410n은 IF 또는 기저대역 신호를 생성하기 위해 들어오는 RF 신호를 하향-변환한다. IF 또는 기저대역 신호들은 기저대역 또는 IF 신호들을 필터링, 디코딩, 및/또는 디지털화를 통해 처리된 기저대역 신호를 생성하는 수신 처리 회로 420으로 보내진다. 수신 처리 회로 420은 처리된 기저대역 신호들을 이후의 과정을 위해 컨트롤러/프로세서 425로 전송한다.
송신 처리 회로 415는 컨트롤러/프로세서 425로부터 아날로그 또는 디지털 데이터(예를 들어, 음성 데이터, 웹 데이터, 전자메일, 또는 쌍방향 비디오 게임 데이터)를 수신한다. 송신 처리 회로는 처리된 기저대역 또는 IF 신호들을 생성하기 위해 출력되는 기저대역 데이터를 인코딩, 다중화, 및/또는 디지털화한다. RF 송수신기들 410a 내지 410n은 송신 처리 회로 415로부터 처리된 출력되는 기저대역 또는 IF 신호들을 수신하고, 기저대역 또는 IF 신호들을 안테나들 405a 내지 405n을 통해 전송되는 RF신호로 상향-변환한다.
컨트롤러/프로세서 425는 eNB 102의 전반적인 동작을 조절하는 적어도 하나 이상의 프로세서 또는 다른 처리 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러/프로세서 425는 잘 알려진 원리에 따라, RF 수신기들 410a 내지 410n 및 수신 처리 회로 420 신호로부터 순방향 채널 수신과 송신 처리 회로 415 신호로부터 역방향 채널 송신을 조절할 수 있다. 컨트롤러/프로세서 425는 집적된 2차원 능동 안테나 어레이 아키텍처를 이용하는 고급 무선 통신 기능뿐만 아니라 부가적인 기능을 지원할 수 있다. 다른 다양한 기능들은 컨트롤러/프로세서 425에 의해 eNB 102에서 지원될 수 있다. 어떤 실시 예에서, 컨트롤러/프로세서 425는 적어도 하나의 마이크로프로세서 또는 마이크로 컨트롤러를 포함한다.
컨트롤러/프로세서 425는 또한 기본 OS(operating system) 같은 메모리 430에 존재하는 프로그램이나 다른 처리 등을 할 수 있다. 컨트롤러/프로세서 425는 실행하는 처리에 따른 요청으로, 메모리 430에 데이터를 입력/출력(in/out)을 할 수 있다.
컨트롤러/프로세서 425는 또한 백홀 또는 네트워크 인터페이스 435와 결합된다. 백홀 또는 네트워크 인터페이스 435는 eNB 102가 백홀 연결 또는 네트워크를 통해 다른 기기들 또는 시스템들과 통신할 수 있도록 해준다. 인터페이스 435는 임의의 적절한 유선 또는 무선 연결을 통한 통신을 지원한다. 예를 들어, eNB 102가 셀룰러 통신 시스템(예를 들어, 5G, LTE 또는 LTE-A)의 일부로서 구현되고 있을 때, 인터페이스 335는 eNB 102가 다른 eNB들과 유선 또는 무선의 백홀 연결을 통한 통신이 가능하도록 해준다. eNB 102가 AP(access point)로서 작동하고 있을 때, 인터페이스 435는 eNB 102가 유선 또는 무선 로컬지역 네트워크 또는 광범위 네트워크(예를 들어, 인터넷)로의 유선 또는 무선 연결을 통한 통신이 가능하도록 해준다. 인터페이스 435는 이더넷(Ethernet) 또는 RF 송수신기와 같은, 유선 또는 무선 연결을 통한 통신을 지원하는 임의의 적절한 구조를 포함한다.
메모리 430은 컨트롤러/프로세서 425에 결합된다. 메모리의 일부 430는 RAM을 포함할 수 있고, 메모리의 다른 부분 430은 플래시 메모리나 다른 ROM을 포함할 수 있다.
이하 보다 상세히 설명된 바와 같이, (RF 송수신기들 410a 내지 410n, 송신 처리 회로 415, 및/또는 수신 처리 회로 420에 의해 동작하는) eNB 102의 송신 및 수신 경로들은 TDD(time division duplex) 셀들과 FDD(frequency division duplex) 셀들의 집성(aggregation)을 통한 통신을 지원한다.
도 4는 eNB 102의 하나의 예를 도시하고 있으나, 도 4에 대해 다양한 변환이 가능하다. 예를 들어, eNB 102는 도 4에 도시된 각각의 구성을 임의의 개수로 포함할 수 있다. 특정한 예로, 하나의 AP(access point)는 인터페이스들 435 중에 하나를 포함할 수 있고, 컨트롤러/프로세서 425는 다른 네트워크 주소 간에 데이터 전송을 위한 라우팅(routing) 기능들을 지원할 수 있다. 다른 특정한 예로, 송신 처리 회로 415 및 수신 처리 회로 420가 단일 인스턴스(instance)를 포함하는 것으로 도시한 반면, eNB 102는 다중 인스턴스를 포함할 수 있다. (예를 들어, RF 송수신기마다 하나의 인스턴스).
도 5는 본 개시에 따른 전차원 MIMO(full dimensional MIMO, FD-MIMO)를 도시한다. 도 5에 도시된 FD-MIMO 시스템 500의 실시 예는 오직 설명을 위한 것이다. 다른 실시 예들이 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
FD-MIMO는 시스템 용량을 급격하게 증가시키기 위한 유망한 기술로서 등장했다. FD-MIMO에서, eNB 102는 2차원 영역에서 많은 수의 능동 안테나 어레이 요소들을 배치한다. 즉, eNB 102는 하나 이상의 2차원 능동 안테나 어레이 505를 제공한다. 그 eNB 102는 하나 이상의 UE들 111에서 116으로부터 신호를 송신하거나 수신할 수 있다. 예를 들어 eNB 102는 UE 111과 112로 고도 빔포밍을 사용할 수 있다. 그리고 UE 115와 116에서 방위각(azimuth) 빔포밍을 사용할 수 있다. 반면에 UE 113과 114은 신호를 수신할 수 없거나, 통신을 위해 스케줄링(scheduled)되지 않을 수도 있다.
도 6은 특정 시스템에 따른 안테나 어레이 시스템 구조의 예를 도시한다. 도 6에 도시된 안테나 어레이 시스템 600의 실시 예는 설명의 편의를 위한 것이다.
안테나 어레이 시스템 600은 많은 수의 안테나 요소 605를 포함한다. 그 안테나 요소 605들은 방위각(azimuth)영역에서 동일 거리의 dx 610 간격으로, 고도 영역에서 동일 거리의 dy 615 간격으로 배열된다. 동시에 고정된 스캔(scanned) 빔들의 수는 각각의 안테나 기둥 625에 연결된 버틀러 매트릭스(butler matrix, BM) 620에 의해 방위각(azimuth) 평면에 생성될 수 있다. 하지만 다른 설계의 변형들도 존재한다. 그 안테나 어레이 요소들은 같은 거리로 분리된다.
도 7은 본 개시에 따른 집적된 안테나 어레이 시스템을 도시한다. 도 7에 도시된 집적된 안테나 어레이 시스템 700의 실시 예는 설명의 편의를 위한 것이다. 다른 실시 예들은 본 개시의 관점으로부터 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 그 집적 안테나 어레이 시스템은 '안테나 어레이 모듈(antenna array module)'로 칭해질 수 있다.
도 7에 개시된 예에서, 집적된 안테나 어레이 시스템 700은 2개의 16-요소 부분들 705a 및 705b를 포함한다. 집적된 2차원 능동 안테나 어레이 시스템 700은 기저대역 신호 처리부(baseband signal processing unit) 710(또는 기저대역 모듈 또는 기저대역부로 칭할 수 있다.), 복수의 물리적인 안테나 요소들(physical antenna elements) 715, 복수의 RF 송수신 모듈(transceiver modules) 720 및 캘리브레이션(calibration) 모듈 725를 포함한다. 기저대역 신호 처리부 710은 부분들 705a 및 705b사이에 배치되며, 부분들 705a 및 705b는 기저대역 신호 처리부 710 주위로 대칭적으로 위치한다. 그 부분들 705a 및 705b는 전기적인 연결에 의해 또는 부분들 705a 및 705b가 기저대역 신호 처리부 710 주위로 대칭적으로 배치되는 어떤 적절한 수단들에 의해 논리적으로 그룹화될 수 있다. 대칭은 정확하게 서로 마주보는(facing) 유사한 부분들 또는 기저대역 신호 처리부 710에 의해 정의된 중심축을 중심으로 하는 부분들 705a 및 705b 각각을 의미한다; 부분들 705a 및 705b 사이의 대칭 및 기저대역 신호 처리부 710을 도시한다.
안테나 요소들 715은 방위각(azimuth) 영역에서 d1 거리를 두고 배치된다. 요소들의 상위 부분 705a는 안테나 요소들의 첫 번째 줄 730a 그리고 서로 d2 간격으로 배치된 요소들의 두 번째 줄 730b를 포함한다. 세 번째 줄 730c와 네 번째 줄 730d을 포함하는 안테나 요소들의 하위 부분 705b은 집적된 2차원 능동 안테나 어레이 시스템 700의 상위 부분 705a의 안테나 요소들 715과 대칭적인 구성을 가진다.
첫 번째 줄 730a 및 두 번째 줄 730b를 포함하는 안테나 어레이의 상위 부분 705a 그리고 세 번째 줄 730c와 네 번째 줄 730d를 포함하는 하위 부분 705b는 d3 거리 간격으로 나뉘어져 있다. 부분들 705a 및 705b 각각의 예는 설명의 편의를 위해 2개의 행들을 가지며, 부분들 705a 및 705b 각각은 더 많거나 더 적은 줄 그리고 더 많거나 적은 안테나 요소들 715 또는 더 많거나 적은 RF 송수신 모듈 720을 가질 수 있다. 특정 실시 예에서, 상기 집적된 안테나 어레이 시스템 700은 두 개의 부분들 705 이상을 포함한다.
기저대역 신호 처리부 710은 하나 이상의 프로세서와 같은 처리 회로를 포함한다. 기저대역 신호 처리부 710은 동일 길이의 연결 트레이스들(traces) 735, 740, 745 및 750를 통해 송수신 모듈 720 및 안테나 요소들 715로 결합된다. 이러한 트레이스들 735, 740, 745 및 750에서 운반된 신호는 아날로그 기저대역 신호, 아날로그 중간 주파수 신호 또는 고속 디지털 신호일 수 있다. 트레이스들 735, 740, 745 및 750은 서로 대칭적이다.
캘리브레이션모듈 725은 수정 발진기(crystal oscillator) 또는 전자 회로와 같은 주기적 진동 전자 신호를 생성하는 하나 이상의 프로세서들 그리고 하나 또는 그 이상의 국부 발진(local oscillation) 장치와 같은 처리 회로를 포함한다. 캘리브레이션모듈 725는 기저대역 신호 처리부 710과 통신한다. 그 캘리브레이션 모듈 725는 또한 안테나 요소들 715와 송수신 모듈 720에 연결되어 있다.어떤 실시 예에서, 집적된 안테나 어레이 시스템 700은 수평으로 장착된다. 즉 도 7의 표현이 90도만큼 돌려진다. 이러한 예에서, 기저대역 신호 처리부 710과 캘리브레이션 모듈 725의 위치에 따른 상위 부분 705a와 하위 부분 705b사이에 비 균일(non uniform) (더 큰(lager)) 간격은 방위각(azimuth) 차원에서 도입된다(introduced). 본 개시의 실시 예들은 하나의 특정한 오리엔테이션(orientation)의 집적된 안테나 어레이 시스템 700으로 제한되지 않는다. 그리고 많은 다른 오리엔테이션(orientation)은 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고 구현될 수 있다. 추가적으로, 도 7에서 도시된 안테나 요소들 715의 개수는 설명의 편의를 위한 것이다. 집적된 안테나 어레이 시스템 700의 다양한 실시 예들이 다른 개수의 안테나 요소들 715, 다른 개수의 요소 구성, 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 어떤 실시 예에서, 집적된 안테나 어레이 시스템 700은 하나 이상의 비 대칭 부분들을 포함한다. 그리고 그 부분은 비슷하거나 부분들 705a 및 705b와 다를 수 있다. 어떤 실시 예에서, 집적된 안테나 어레이 시스템 700은 하나 이상의 부분 705a 또는 705b가 기저대역 신호 처리부 710의 위 또는 아래에 배치되도록 삼차원으로 구성된다.
도 8은 본 개시에 따른 무선 통신 시스템을 위한 집적된 안테나 어레이 시스템의 측면도를 도시한다. 도 8에 도시된 집적된 안테나 어레이 시스템 700의 실시 예는 설명의 편의를 위한 것이다. 다른 실시 예들은 본 개시의 범위 내에서 사용될 수 있다.
집적된 안테나 어레이 시스템 700은 기저대역 신호 처리부 710, 안테나 요소들 715, RF 송수신 모듈 720 그리고 캘리브레이션 모듈 725와 같은 전 회로 주위를 감싸는 히트 싱크(heat sink) 805를 포함한다. 히트 싱크 805는 구조 보호와 열 방출을 제공하기 위해 구성된다. 마더 보드(mother board)는 단일 마더 보드 요소거나 두 개 이상의 분리된 보드들을 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 예시 에서, 집적된 안테나 어레이 시스템 700 은 제1 마더 보드 810a와 제2 마더 보드 810b를 포함한다. 안테나 요소들 715는 마더 보드들 810a 및 810b의 상부에 장착되고, RF 송수신 모듈 720은 마더보드들 810a 및 810b의 하부에 장착된다. 기저대역 신호 처리부 710은 기저대역 보드 820 및 기저대역 프로세서 825를 포함한다. 기저대역 보드 820은 마더 보드들 810a 및 810b에 각각의 연결부 830을 통해 연결된다. 기저대역 프로세서 825는 히트 싱크 805에 인접해서 장착된다.
도 9는 무선 통신 시스템을 위한 집적된 안테나 어레이 시스템의 다른 측면도를 도시한다. 도 9에 도시된 집적된 안테나 어레이 시스템의 실시 예는 설명의 편의를 위한 것이다. 다른 실시 예들은 본 개시의 범위 내에서 사용될 수 있다.
집적된 안테나 어레이 시스템 700은 기저대역 신호 처리부 710, 안테나 요소들 715, RF 송수신(transceiver) 모듈 720 그리고 캘리브레이션 모듈 725와 같은 전 회로 주위를 감싸는 히트 싱크 805를 포함한다. 히트 싱크 805는 구조 보호와 열 방출을 제공하기 위해 구성된다. 마더 보드 810은 PCB(printed circuit board) 보드 한장(one piece)으로 구성된다. 안테나 요소들 715는 마더 보드 810의 상부에 장착된다. 그리고 RF 송수신 모듈 720은 마더 보드 810의 하부에 장착된다. 기저대역 프로세서 825는 마더 보드 810의 하부에 히트 싱크 805와 인접해서 장착된다.
도 10은 본 개시에 따른 무선 통신 시스템을 위한 집적된 안테나 어레이 시스템 700의 처리 회로를 도시한다. 도 10에 도시된 집적된 안테나 어레이 시스템 700의 실시 예는 설명의 편의를 위한 것이다. 다른 실시 예들은 본 개시의 범위 내에서 사용될 수 있다.
집적된 안테나 어레이 시스템 700은 기저대역 신호 처리부 710, 다중 RF 송수신(transceiver) 모듈 720 그리고 안테나 요소들 715를 포함한다. 기저대역 신호 처리부 710은 기저대역 프로세서 825를 포함한다. 기저대역 프로세서 825는 디지털 신호 처리(digital signal processor, DSP), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA) 또는 어플리케이션 특정 집적 회로(application specific integrated circuit, ASIC)가 될 수 있다. 기저대역 프로세서 825에 의해 송신된 신호는, RF모듈 720에 송신된 하나 이상의 디지털-아날로그 변환기들(digital-to-analog converters, DACs) 1005에 의해 아날로그 신호로 변환된다. 기저대역 신호 처리부 710에 의해 수신된 신호는 하나 이상의 아날로그-디지털 변환기들(analog-to-digital converters, ADCs) 1010에 의해 변환된다. 송신된 아날로그 신호는 하나 이상의 송신용(TX) 믹서(mixers) 1015 및 프론트 엔드 모듈(front end module) 1020을 통해 처리되고, 하나 이상의 안테나 요소들 715를 통해 송신된다. 아날로그 송신 신호는 송신용(TX) 믹서 1015와 송신용(TX) 국부 발진기(local oscillator, LO) 주파수를 이용함으로써 RF 주파수로 변조(modulated)된다. 수신 경로에서, RF 신호는 하나 이상의 안테나 요소들 715에 의해 수신되고, 프론트 앤드 모듈 1020에 의해 처리된다. 그리고 하나 이상의 RF 믹서 1025에 의해 중간 주파수(intermediate frequency, IF)로 하향 변환(down converted)된다.
도 11은 본 개시에 따른
Figure pct00003
RF 송수신 모듈의 개념도를 도시한다. 도 11에 도시된
Figure pct00004
RF 송수신 모듈 720의 실시 예는 설명의 편의를 위한 것이다. 다른 실시 예들은 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
도 11에 도시된 예에서,
Figure pct00005
RF 송수신 모듈 720은 케스털레이티드(castellated) 비아들(vias) 1105를 포함한다. RF 송수신 모듈 720은 마더 보드 810의 구리 패드들(copper pads) 상에 장착될 수 있고, RF, 디지털 및 DC(direct current) 신호를 안테나 715와 기저대역 보드 820로 전송할 수 있다. 예를 들어, 케스털레이티드(castellated) 비아들(vias) 1105는 RF, 디지털 및 DC 신호를 RF 모듈에서 안테나 요소들 715 및 기저대역부로 전송하기 위해 구성된다.
도 12는 본 개시에 따른 2?2 RF 송수신 모듈 720과 마더 보드 810 연결을 도시한다. 도 12에 도시된 2?2 RF 송수신 모듈 720의 실시 예는 설명의 편의를 위한 것이다. 다른 실시 예들은 본 개시의 범위 내에서 사용될 수 있다.
도 12에 도시된 예에서,
Figure pct00006
RF 모듈 720은 마더 보드 810에 케스털레이티드(castellated) 비아들(vias) 1105과 구리 패드 1205 에 연결된다. 그 케스털레이티드(castellated) 비아들(vias) 1105은 RF, 디지털 및 DC 신호를
Figure pct00007
RF 모듈 720에서 안테나 요소들 및 기저대역부로 전송하기 위해 구성된다.
도 13은 본 개시에 따른 마더 보드 810에 장착된 집적된 안테나 어레이 시스템 700의 부분을 도시한다. 도 13에 도시된 마더 보드 810에 장착된 집적된 안테나 어레이 시스템 700의 실시 예는 설명의 편의를 위한 것이다. 다른 실시 예들은 본 개시의 범위 내에서 사용될 수 있다.
도 13에 도시된 개략적인 묘사에서, 마더 보드 810에 장착된 집적된 안테나 어레이 시스템 700의 부분들은 RF 모듈 720 및 주요(critical) 트레이스들과 함께 기저대역 신호 처리부 710을 포함한다. 어떤 실시 예에서, 기저대역 신호 처리부 710은 마더 보드 810에 위치되어 있고, 능동 안테나 어레이 705 요소들은 기저대역 신호 처리부 710의 양쪽의 2개의 부분들 705a 및 705b로 나뉘어져 있다. 기저대역 신호 처리부 710가 중간에 배치되어 있고, 능동 안테나 어레이 705가 2개의 부분들 705a 및 705b로 나뉘어진 구성은 RF 신호 및 LO 신호 또는 캘리브레이션 회로와 관련된 신호를 전달하는 정합 라인의 중요한 위상 또는 길이의 분배를 용이하게 한다. 이러한 구성은 캘리브레이션 회로 라인들 뿐만 아니라 LO 신호들, RF 신호들, ADC 및 DAC 신호들과 같은 중요한 신호 라인들의 위상 및 길이의 정합을 용이하게 하는데 매우 결정적이다. 게다가, 두 안테나 어레이 부분들 705a 및 705b 간의 1λ 보다 큰 간격은 증가된 시스템 용량을 가능하게 한다.
도 14a 및 14b는 본 개시에 따른 안테나 요소를 도시한다. 도 14a는 급전 기술 및 마더 보드 상에 설치된 광대역 성능을 가지는 광대역 이중 선형 대각선(±45˚) 편파(polarized) 패치(patch) 안테나를 포함하는 안테나 구성의 평면 개념도이다. 도 14b는 안테나 구성의 횡 단면도를 도시한다. 도 14a 및 14b에 도시된 안테나 요소의 실시 예들은 설명의 편의를 위한 것이다. 다른 실시 예들은 본 개시의 범위 내에서 사용될 수 있다.
어떤 실시 예에서, 안테나 요소들 715는 광대역 성능(12% 대역폭)의 이중 선형 대각선(±45˚) 편파(polarized) 패치(patch)안테나 요소 1405 로 구성된 안테나 요소 1400이다. 별개의 포트들 1410은 각 편파(polarization)를 위해 제공된다. 예를 들어, 첫 번째 급전 선로(feed line) 1410a 는 제1 패치 안테나 요소 1405a에 급전한다. 두 번째 급전 선로 1410b는 제2 패치 안테나 요소 1405b에 급전한다. 패치 안테나 1400은 다중층(multilayer) 마더 보드 810의 상부 층을 포함하는 안테나 접지면 1420 상의 슬롯(slot) 오프닝(opening) 1415에 의해 급전된다. 패치 안테나 1400은 안테나 급전 보드 1430에서 커플링(coupling) 슬롯 1425를 포함하고, 슬롯 오프닝 1415 에 근접하여 배치된다.
Figure pct00008
(2TX 및 2RX) RF 송수신 모듈 720은 마더보드 810의 하부에 있는 각 패치 안테나 요소 1400 아래에 배치되고, 각각의 패치 안테나 요소 1400에 전기적으로 연결된다. 기저대역 모듈로부터 RF 송수신 모듈 720까지의 라우팅은, 기저대역 처리부 825를 포함하거나 또는 그 처리부에 결합되거나, 집적된 안테나 어레이 시스템 700인 안테나 어레이의 중심에 위치되는 기저대역 보드 820의 근접의 결과로써 쉽게 구현될 수 있다.
도 15는 본 개시에 따른 S 파라미터들과 이중(dual) 편파(polarized) 광대역 안테나 요소에 대한 포락선 상관 곡선(envelop correlation curve)을 도시한다. 도 15에 도시된 그래프 1500은 설명의 편의를 위한 것이다. 한 예시에서 집적된 안테나 어레이 시스템 700은 시스템 용량을 최대화하고, 커플링(coupling)과 안테나 요소들 사이의 포락선 상관(envelop correlation)을 최소화하기 위하여 선택된 d1=0.75λ, d2=1λ, 및 d3=2.5λ의 간격을 포함한다. 다른 S 파라미터들 및 포락선 상관 곡선(envelop correlation curve)들은 본 개시의 범위 내에서 사용될 수 있다.
도 16a, 16b 및 16c는 본 개시에 따른 모의 안테나 요소 이득 패턴 및 대응하는 안테나 어레이 구성을 도시한다. 도 16a 및 16c에 도시된 그래프들 1600, 1605은 설명의 편의를 위한 것이다. 앞에서 본 것처럼, 집적된 안테나 어레이 시스템 700은 고도 및 방위각(azimuth)에서 같은 빔(beam) 폭을 가지도록 설계된다. 집적된 안테나 어레이 시스템 700의 구성 1610은 도 16b에도 도시되어 있다. 집적된 안테나 어레이 시스템 700의 중앙에 기저대역 신호 처리부 710를 수용하기 위해, 기저 대역부 위와 아래로 각각 2개 부분들 705a 및 705b이 분리된다. 이러한 배치는 중요한 디지털 및 RF 신호의 대칭 상태 라우팅의 이점을 제공하며, 안테나 숫자를 증가시키는 데에 특히 유용할 수 있다. 게다가, 2개 부분들 705a 및 705b로의 안테나 어레이의 분할은 안테나 요소들 사이가 d3 = 2.5λ인 특정 예와 같은 경우, 안테나 어레이 빔 패턴 1605에서 본 것처럼, 고도 영역에서 더 좁은 빔 폭을 가지도록 하고, 1λ보다 더 큰 분리를 만든다. 균등하게 배치된 안테나 어레이와 비교하여, 2.5λ 간격은 사이드 로브의 발생에도 불구하고 더 높은 시스템 용량을 제공한다.
시스템 레벨(기하구조 기반) 시뮬레이션 가정들.
표 1은 시스템 레벨 시뮬레이션에 사용된 가정들을 열거한다.
표 1: 시스템 레벨 시뮬레이션 가정들
채널 모델 3DUMa
주파수 10MHz @ 3.5GHz
소형셀 드롭핑 (dropping) 4개의 소형 셀들이 각 클러스터에 임의로 드롭됨
UE 드롭핑 80% 실내, 20% 실외, 8층들을 가로질러 균일하게 드롭됨
eNB 송신전력 30dBm
안테나 요소 패턴 HPBW: 65'@방위각, 40'@고도;이득; 10dBi
안테나 배치 12'전기 다운-틸팅(tilting), 높이10m
스케줄링 모든 UE들을 위한 전 대역폭
프리코딩 공액 빔포밍
UE 수신기 MMSE IRC가 있는 2개의 안테나
채널 상태 정보(CSI) 이상적인 CSI
표 2는 3개의 안테나와 조사된 RF 구성을 요약한다. 모든 세 구성들은 32개의 안테나를 가진다. 구성 1 및 구성 2는 대표적인 균일 직사각형 어레이이며, 구성2는 구성1의 90도 회전된 버전이다. 반면에 구성3은 두 그룹 사이에 갭(gap)이 있는 비균일 직사각형 어레이이다.
도 17은 본 개시에 따른 집적된 안테나 어레이 시스템의 어레이 구성3을 도시한다. 도 17에 도시된 구성 3 1700의 실시 예는 설명의 편의를 위한 것이다. 다른 실시 예들은 본 개시의 범위 내에서 사용 될 수 있다.
구성 3에서, 수평으로 배치된 안테나 710의 8개의 열들(columns) 1705과 수직으로 배치된 안테나 710의 4개의 행들(rows) 1717이 있다. 그리고 각 열 1705은 4개의 안테나 요소들로 구성되어 있고, 각 행 1710은 8개의 안테나 요소들로 구성되어 있다. 첫 번째 및 두 번째 행은 한 그룹 1715로 이루어져 있고, 세 번째 및 네 번째 행은 다른 그룹 1720으로 이루어져 있다. 첫 번째 그룹 1715 및 두 번째 그룹 1720은 2.5 파장 간격만큼 떨어져 있다.(비 균일 배치)
표 2: 안테나 및 조사된 RF 구성들의 요약
어레이 구성 인덱스 어레이 구성
(H-간격(d1), 중간차 (d3), V-간격(d2)) 		폼 팩터 (Form factor)
Figure pct00009
1 8H x 4V (0.5, 0.5, 0.5) 0.34 m x 0.17 m
2 4H x 8V (0.5, 0.5, 0.5) 0.17 m x 0.34 m
3 8H x 4V (0.5, 2.5, 0.5) 0.34 m x 0.38 m
시스템 레벨(기하구조 기반) 시뮬레이션 결과들.
표 3은 베이스라인 방법과 비교하여 3개의 안테나와 RF 구성에 의한 시뮬레이션 결과를 요약한다. (클러스터 스몰 셀 솔루션) 구성 2 는 세 구성 중에서 일관되게 뛰어난 성능을 가진다. 5%ile처리량(throughput)에서 53.6% 이득, 50%ile(중간)처리량에서 57.1%이득 및 95%ile처리량에서 74.4%이득을 보인다. 결과들은 구성2에서 비 균일 직사각형 어레이를 갖는 것, 즉 2개 이상의 안테나 그룹 사이의 분리가 다른 구성들보다 우수하다는 것을 보여준다.
표 3: 시뮬레이션 결과들의 요약
구성 5%ile
처리량
(bps/Hz) 		50%ile
처리량
(bps/Hz) 		95%ile
처리량 (bps/Hz 		클러스터 합계비율
(bps/Hz)
1 0.1(44.9%) 0.386(7.5%) 2.152(74.1%) 3.332(35%)
2 0.083(20%) 0.272(-24.2%) 1.624(31.3%) 2.423(-1.8%)
3 0.106(53.6%) 0.564(57.1%) 2.153(74.1%) 4.086(65.5%)
베이스라인(소형 셀 클러스터들) 0.069 0.359 1.236 2.468
9.5.3링크 레벨 시뮬레이션 가정들.
표 4는 링크 레벨 시뮬레이션에서의 가정들을 열거한다. 시뮬레이션은 400번 보다 많은 채널의 랜덤 구현에 의해 수행되며, 각 구현은 400개의 서브프레임들의 지속기간을 가지고 있다.
표 4: 링크 레벨 시뮬레이션 가정들의 요약
채널 모델 3D ITU, NLoS
주파수 10MHz @ 3.5GHz
UE 배치 랜덤 드롭핑(Random dropping)
스케줄링 모든 UE들을 위한 전 대역폭
프리코딩 SLNR 또는 공액 빔포밍
UE 수신기 MMSE IRC가 있는 2개의 안테나
채널 상태 정보 (CSI) 이상적인 CSI
CQI MU CQI 예측
링크 적응 예
9.5.4링크 레벨 시뮬레이션 결과들.
도 18은 본 개시에 따른 제안된 RF와 안테나 구조의 링크 레벨 시뮬레이션 결과들을 도시한다. 그 링크 레벨 시뮬레이션 결과들의 도시는 설명의 편의를 위한 것이며, 다른 시뮬레이션 및 결과들도 얻어질 수 있다.
결합 빔포밍(conjugate beamforming, CB) 및 SLNR와 같은 두 프리코딩 방법이 평가된다. SLNR 프리코딩을 사용하면서, 집적된 안테나 어레이 시스템 700을 위한 제안된 구조는 15dB에서 27bps/Hz를 얻는데, 그 것은 랭크(rank) 1 송신의 8 UE MU-MIMO에 의해 얻을 수 있는 거의 최대합계이다. 그리고 SU(single-user) 랭크 1과 비교하여 7.3x이득 및 SU 랭크2와 비교하여 3.6x이득을 얻는다.
도 19는 본 개시에 따른 SLNR의 합계 분포를 도시한다. SLNR 결과의 합계 분포의 도시는 설명의 편의를 위한 것이며, 다른 결과도 얻어질 수 있다.
결과들은 표 5에 요약되어 있다. 높은 SNR(signal to noise ratio)에서 합계비율의 중간 값은 29bps/Hz의 최적 합계와 거의 같은 28bps/Hz임이 분명하다.
표 5: 다른 SNR 하에서 SLNR의 중간 합 전송률
SNR (dB) -10 0 15
합계속도 비율( SLNR )
Bps/Hz 		4.7 13 28
도 20은 본 개시에 따른 SINR(signal-to-interference-plus-noise ratio) 분포 분석을 도시한다. SINR 분포 분석 결과의 도시는 설명의 편의를 위한 것이며, 다른 결과들도 얻어질 수 있다. SLNR의 경우, 제안된 구조가 대략 15 내지 29dB의 분포를 가지며 모든 UE에게 높은 SINR을 유지한다는 것이 명백하다.
무선 통신 시스템을 위한 집적 대형 안테나 어레이 시스템에서, 폼 팩터(form factor), 어레이 성능, 하드웨어 레이아웃 및 열 방출은 4가지의 주요한 과제이다.
어떤 실시 예에서, 안테나 요소들은 안테나 요소들의 커플링(coupling)을 최소화 하기 위해 특정 거리상에 위치된다. 그리고 그것은 다른 안테나 요소들 간의 간섭(interference)을 야기할 수 있다. 게다가, 폭, 길이, 깊이에 관하여 집적된 유닛(integrated unit)의 폼 팩터(form factor)는 충분히 작아서 배치는 유동적이며, 예를 들어, 빌딩의 램프 극, 천장, 건물의 측벽에 배치될 수 있다. 많은 배치 시나리오에서, 유닛의 크기와 무게는 주요한 고려요소이다. 그러므로 유닛의 폼 팩터를 줄이는 것이 중요하다.
두 번째로, 안테나 어레이 시스템의 용량에 관한 통신 시스템 성능을 결정하는 주요한 요소는 개구(aperture) 크기이다. 고도 영역에서 개구 크기는 시스템 레벨 성능을 지배한다. 시스템 레벨 디자인 트레이드오프(tradeoff)는 전체적인 유닛 크기를 희생시키지 않으면서도 고도 영역 개구를 증가시키는 것을 포함한다. 안테나 어레이를 2개 부분들로 분할함으로써, 2개 부분들 사이에 공간이 남는다. 그러므로, 개구 크기는 고도 도메인에서 증가한다. 그 동안에, 중간의 공간은 기저대역 모듈로 채워진다.
세 번째로, 대규모 2D 능동 안테나 어레이 하드웨어 레이아웃에서, 라우팅 및 고주파수 및 광대역폭 아날로그 신호 또는 고속 디지털 신호의 분배는 주요한 과제이다. 신호는 간섭을 야기하는 PCB 보드 상의 크로스토크(cross talk)를 가질 수 있다. 또한 데이터 경로 신호는 전체 유닛을 가로지르는 균일 신호 전파를 달성하기 위해 길이 정합될 필요가 있다. 본 개시의 실시 예로 도시된, 대칭 및 중앙 집중식 기저대역 모듈은 대칭적인 방법에서 신호를 라우팅 하는 것을 더 쉽게 한다. 그러므로 전체적인 트레이스들의 길이 및 트레이스들 사이의 크로스 토크 또한 감소시킨다.
마지막으로, 대용량 2D 능동 안테나 어레이 시스템의 열 방출은 시스템의 좋은 성능을 실현하기 위해 중요하다. 일반적으로 실외 배치용 에서, 유닛은 주로 신뢰성 이유 때문에(동작부가 아니라) 냉각 팬을 가지고 있지 않을 수 있다. 집적된 유닛들은 PA(power amplifier), 송수신부, 기저대역부 및 전원 공급 장치를 포함하는 많은 능동 요소를 가지고 있다. 본 개시의 실시 예에서, 이러한 유닛들은 접합(junction) 온도를 파괴한계(breakdown threshold) 미만으로 유지하기 위하여 히트 싱크(heat sink)를 이용하여 열을 방출한다. 히트 싱크의 사용량을 최대화하기 위해서, 능동 요소들이 고르게 배열된다.
안테나들의 수가 작기 때문에, 종래의 1D 능동 안테나 어레이 시스템에서, PA는 상대적으로 높은 전력에서 출력하도록 구성된다. PA에 의해 생성된 열은 유닛에 의해 생성된 전체적인 열을 지배한다. 하지만, 대형 2D 안테나 어레이 시스템에서는 송수신 체인의 수는 많다. 그러므로 각 개별적인 PA는 상대적으로 더 낮은 출력 전력을 가질 수 있다. 그 대신에, 기저대역부는 다중 채널의 광범위한 신호 처리 때문에 더 높은 전력의 비율을 소비하는 것을 필요로 한다.
중앙 집중화된 기저대역부를 가짐으로써, 기저대역 프로세서는 전체 히트 싱크를 가로질러 고르게 열을 방출 할 수 있다. 이것은 차례로 히트 싱크의 두께를 감소시킬 것이다. 왜냐하면 더 큰 히트 싱크의 영역이 열방출을 위해 이용 가능하기 때문이다. 적합한 열방출 뿐만 아니라 기저대역부로의 쉬운 물리적인 접근을 보장하기 위해서도, 기저대역부는 유닛의 정면 쪽으로 마더보드의 상부에 설치된다.
비록 본 개시가 대표적인 실시 예를 통해 설명되었지만, 당업자의 입장에서, 다양한 변경 및 수정들이 제안될 것이다. 또한 본 발명은 첨부된 청구범위 내에 속하는 이러한 변경 및 수정을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 안테나 어레이 모듈에 있어서,
    기저대역(base band) 기능들을 수행하는 기저대역부(baseband unit)와,
    그룹들 내에 배치된 복수의 안테나 요소들(antenna elements)을 포함하고,
    상기 그룹들 각각은, 동일한 개수의 안테나 요소들을 포함하고,
    상기 그룹들은, 상기 기저대역부 주변에 대칭되도록 배치되는 안테나 어레이 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    각 부분(section) 내의 상기 복수의 안테나 그룹들은 1차원에서 제1 동일 간격으로 배치되고, 다른 차원에서 제2 동일 간격으로 배치되는 안테나 어레이 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    적어도 하나의 상기 안테나 요소는, 이중 편파(dual polarized)인 안테나 어레이 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 안테나 요소들 각각은, 개별 RF(radio frequency) 송수신부에 의해 결합되고, 급전되는 안테나 어레이 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 기저대역부는, 2개의 부분들 사이 또는 상기 그룹들 중 2개의 사이에 배치되는 안테나 어레이 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 기저대역부에 결합된 적어도 하나의 아날로그-디지털 변환기 및 적어도 하나의 디지털-아날로그 변환기를 더 포함하는 안테나 어레이 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 안테나 요소들 각각은, 트레이스(trace)를 통해 상기 기저대역부에 결합되고,
    2개의 안테나 부분들 및 기저대역부 사이의 트레이스들의 길이는, 정합되는(matched) 안테나 어레이 모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    복수의 데이터 변환기들을 더 포함하고,
    상기 기저대역부 및 상기 데이터 변환기들은, 정합된 길이 트레이스들을 통해 RF 송수신기들과 하향링크 신호들을 송신하고, 상향링크 신호들을 수신하는 안테나 어레이 모듈.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수의 안테나 요소들 각각은, 위상 천이기에 연결되고,
    위상 천이기들의 그룹은, 각 RF(radio frequency) 송수신부에 결합되고, 급전되는 안테나 어레이 모듈.
  10. 청구항 1에 있어서,
    2개 부분들 사이에 배치된 캘리브레이션(calibration) 유닛을 더 포함하는 하는 안테나 어레이 모듈.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수의 안테나 요소들 각각은, RF 송수신부에 결합되고, 급전되고,
    상기 RF 송수신부들 각각은, 송신기와 수신기를 포함하고,
    상기 캘리브레이션 유닛은, 2개 부분들의 송신기들에서의 적어도 하나의 신호 또는 상기 2개 부분들의 수신기들에서의 적어도 하나의 신호를 측정하는 안테나 어레이 모듈.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 캘리브레이션 유닛은, 2개 부분들의 송신기들에서의 위상 변이 또는 2개 부분들의 수신기들에서의 위상 변이를 측정하는 안테나 어레이 모듈.
  13. 청구항 1에 있어서,
    안테나 어레이의 2개 부분들 사이에 배치되고, 정합된 길이의 트레이스들에 의해 상기 2개 부분들로 분배되는 국부 발진기(local oscillator)를 더 포함하는 하는 안테나 어레이 모듈.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 안테나 요소들 및 상기 기저대역부를 호스트(host)하는 마더 보드(mother board)를 더 포함하는 안테나 어레이 모듈.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 마더 보드는, 상기 복수의 안테나 요소들에 개별적으로 급전하는 복수의 RF 송수신부들을 호스트(host)하고,
    상기 복수의 RF송수신부들 각각은, 각 안테나 요소 바로 아래에(directly under) 배치되는 안테나 어레이 모듈.
KR1020177008374A 2014-10-30 2015-10-28 집적된 2차원 능동 안테나 어레이 통신 시스템 KR102376987B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462072853P 2014-10-30 2014-10-30
US62/072,853 2014-10-30
US14/817,018 2015-08-03
US14/817,018 US9584231B2 (en) 2014-10-30 2015-08-03 Integrated two dimensional active antenna array communication system
PCT/KR2015/011411 WO2016068591A1 (en) 2014-10-30 2015-10-28 Integrated two dimensional active antenna array communication system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170080572A true KR20170080572A (ko) 2017-07-10
KR102376987B1 KR102376987B1 (ko) 2022-03-21

Family

ID=55853830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177008374A KR102376987B1 (ko) 2014-10-30 2015-10-28 집적된 2차원 능동 안테나 어레이 통신 시스템

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9584231B2 (ko)
EP (2) EP3178130B1 (ko)
KR (1) KR102376987B1 (ko)
CN (1) CN107078379B (ko)
WO (1) WO2016068591A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107808997A (zh) * 2017-10-06 2018-03-16 廖忠民 太空阵列天线
KR20190037083A (ko) * 2017-09-28 2019-04-05 한국과학기술원 그룹배열안테나 기반의 mimo 송수신 방법, mimo 송신기 및 mimo 수신기
KR102239268B1 (ko) * 2020-12-23 2021-04-12 한화시스템(주) 이중편파 안테나, 이를 포함하는 안테나 시스템 및 이의 동작 방법

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3192187B1 (en) * 2014-09-08 2020-12-02 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Scheduled transmission in cellular communications networks
EP3272027B1 (en) 2015-03-16 2024-05-01 Commscope Technologies LLC Das management by radio access network node
JP6520568B2 (ja) * 2015-08-25 2019-05-29 住友電気工業株式会社 アンテナ装置
WO2017058446A1 (en) * 2015-10-01 2017-04-06 Intel Corporation Integration of millimeter wave antennas in reduced form factor platforms
US10177464B2 (en) 2016-05-18 2019-01-08 Ball Aerospace & Technologies Corp. Communications antenna with dual polarization
US10868357B2 (en) 2016-12-14 2020-12-15 Intel Corporation Massive antenna array architecture for base stations designed for high frequency communications
US10523345B2 (en) * 2017-03-06 2019-12-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods and apparatus for calibration and array operation in advanced MIMO system
US10128894B1 (en) * 2017-05-09 2018-11-13 Analog Devices Global Active antenna calibration
WO2018208966A1 (en) 2017-05-09 2018-11-15 Ball Aerospace & Technologies Corp. Planar phased array antenna
CN109921198A (zh) * 2017-12-12 2019-06-21 中国移动通信有限公司研究院 一种模数混合的天线阵列
US11923924B2 (en) * 2018-02-26 2024-03-05 Parallel Wireless, Inc. Miniature antenna array with polar combining architecture
US11159187B2 (en) 2018-02-26 2021-10-26 Parallel Wireless, Inc. Microcomponent massive MIMO arrays
TW202002401A (zh) * 2018-06-06 2020-01-01 財團法人工業技術研究院 多輸入多輸出天線系統及其控制方法
CN113169767A (zh) 2018-07-30 2021-07-23 盈诺飞公司 大规模mimo通信系统和方法
KR20200014601A (ko) * 2018-08-01 2020-02-11 삼성전자주식회사 안테나 어레이를 포함하는 전자 장치
US11532897B2 (en) 2018-11-01 2022-12-20 Innophase, Inc. Reconfigurable phase array
WO2021080034A1 (ko) * 2019-10-24 2021-04-29 엘지전자 주식회사 5g 배열 안테나를 구비하는 전자 기기

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050084978A (ko) * 2005-05-06 2005-08-29 프레이투스, 에스.에이. 소형 안테나를 포함한 집적 회로 패키지
US20070135167A1 (en) * 2005-12-08 2007-06-14 Accton Technology Corporation Method and system for steering antenna beam
KR20110073226A (ko) * 2009-12-23 2011-06-29 한국전자통신연구원 다중 모드 광대역 무선통신 장치 및 방법
US20140016731A1 (en) * 2011-02-17 2014-01-16 Kenichi Okada Millimeter-Wave Band Radio Transceiver Device

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5619503A (en) * 1994-01-11 1997-04-08 Ericsson Inc. Cellular/satellite communications system with improved frequency re-use
JPH10336149A (ja) * 1997-05-28 1998-12-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd アレーアンテナ無線ｃｄｍａ通信装置
US6295035B1 (en) * 1998-11-30 2001-09-25 Raytheon Company Circular direction finding antenna
SE518207C2 (sv) 1999-09-10 2002-09-10 Ericsson Telefon Ab L M Gles gruppantenn
JP2001168778A (ja) * 1999-12-06 2001-06-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 無線通信基地局
US20030134664A1 (en) * 2001-10-30 2003-07-17 Gregory Zancewicz System, Method, and apparatus for improving the performance of space division multiple access and other systems that shape antenna beams by employing postdetection polarimetric beamsteering and utilizing genetic algorithms to synthesize beams
CN100388655C (zh) * 2001-12-29 2008-05-14 中兴通讯股份有限公司 一种到达角度型智能天线装置
US7031669B2 (en) 2002-09-10 2006-04-18 Cognio, Inc. Techniques for correcting for phase and amplitude offsets in a MIMO radio device
US6791507B2 (en) * 2003-02-13 2004-09-14 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Feed network for simultaneous generation of narrow and wide beams with a rotational-symmetric antenna
JP4329594B2 (ja) * 2004-03-30 2009-09-09 富士通株式会社 アレーアンテナ無線通信装置およびそのパスタイミング検出方法
US20060285480A1 (en) * 2005-06-21 2006-12-21 Janofsky Eric B Wireless local area network communications module and integrated chip package
US8203483B2 (en) * 2008-03-13 2012-06-19 Cubic Corporation Digital beamforming antenna and datalink array
GB2463884B (en) * 2008-09-26 2014-01-29 Kathrein Werke Kg Antenna array with differently power rated amplifiers
US8380140B2 (en) * 2008-09-26 2013-02-19 National Institute Of Information And Communications Technology Microwave/millimeter wave communication apparatus
EP2173010A1 (en) * 2008-10-02 2010-04-07 Nokia Siemens Networks OY Improved probe calibration for an active antenna
IL197906A (en) * 2009-04-05 2014-09-30 Elta Systems Ltd Antenna arrays and method for creating them
WO2010131408A1 (ja) * 2009-05-14 2010-11-18 日本電気株式会社 移相器、無線通信装置及び位相制御方法
GB2476252B (en) * 2009-12-17 2012-10-24 Socowave Technologies Ltd Communication unit, integrated circuit and method of diverse polarisation
WO2011077617A1 (ja) * 2009-12-21 2011-06-30 日本電気株式会社 無線通信装置、送信機および無線通信方法
US8736336B2 (en) * 2010-04-19 2014-05-27 Nec Corporation Phase shifter having transistor of which impedance is changeable according to phase control amount
US8666450B2 (en) * 2010-05-09 2014-03-04 Ralink Technology Corp. Antenna and multi-input multi-output communication device using the same
CN103119784B (zh) * 2010-09-17 2015-09-23 黑莓有限公司 用于分集天线的紧凑辐射结构
KR20120074586A (ko) * 2010-12-28 2012-07-06 한국전자통신연구원 적응형 편파 제어를 갖는 안테나 시스템
US8928542B2 (en) * 2011-08-17 2015-01-06 CBF Networks, Inc. Backhaul radio with an aperture-fed antenna assembly
WO2013067657A1 (en) * 2011-11-11 2013-05-16 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Method, apparatus and system of antenna array dynamic configuration
CA2873411C (en) 2012-05-13 2020-06-16 Amir Khandani Full duplex wireless transmission with self-interference cancellation
EP2929592A4 (en) * 2012-12-10 2016-08-17 Intel Corp MODULAR ANTENNA GROUP WITH HF AND BASE BAND BEAM MOLDING
US9768501B2 (en) * 2013-01-21 2017-09-19 Intel Corporation Apparatus, system and method of steering an antenna array
US20140242914A1 (en) * 2013-02-22 2014-08-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for calibrating multiple antenna arrays
US20140313081A1 (en) * 2013-04-17 2014-10-23 Nokia Siemens Networks Oy Multiple Beam Formation for RF Chip-Based Antenna Array
GB2516617B (en) * 2013-06-12 2018-02-21 Analog Devices Global Communication unit or method for identifying a connectivity relationship between a logical channel and an antenna element of an active antenna system
KR20160039570A (ko) * 2013-07-31 2016-04-11 엘지전자 주식회사 다중 안테나 기반 무선 통신 시스템에서 안테나 간 커플링 제거 방법 및 이를 위한 장치
US9960828B2 (en) * 2014-05-08 2018-05-01 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Beam forming using an antenna arrangement
US20150333884A1 (en) * 2014-05-08 2015-11-19 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Beam Forming Using a Two-Dimensional Antenna Arrangement

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050084978A (ko) * 2005-05-06 2005-08-29 프레이투스, 에스.에이. 소형 안테나를 포함한 집적 회로 패키지
US20070135167A1 (en) * 2005-12-08 2007-06-14 Accton Technology Corporation Method and system for steering antenna beam
KR20110073226A (ko) * 2009-12-23 2011-06-29 한국전자통신연구원 다중 모드 광대역 무선통신 장치 및 방법
US20140016731A1 (en) * 2011-02-17 2014-01-16 Kenichi Okada Millimeter-Wave Band Radio Transceiver Device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190037083A (ko) * 2017-09-28 2019-04-05 한국과학기술원 그룹배열안테나 기반의 mimo 송수신 방법, mimo 송신기 및 mimo 수신기
CN107808997A (zh) * 2017-10-06 2018-03-16 廖忠民 太空阵列天线
KR102239268B1 (ko) * 2020-12-23 2021-04-12 한화시스템(주) 이중편파 안테나, 이를 포함하는 안테나 시스템 및 이의 동작 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016068591A1 (en) 2016-05-06
EP3178130B1 (en) 2020-03-18
EP3178130A1 (en) 2017-06-14
US20160127003A1 (en) 2016-05-05
CN107078379B (zh) 2020-02-07
EP3178130A4 (en) 2018-04-04
CN107078379A (zh) 2017-08-18
EP3723199A1 (en) 2020-10-14
EP3723199B1 (en) 2022-01-12
US9584231B2 (en) 2017-02-28
KR102376987B1 (ko) 2022-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102376987B1 (ko) 집적된 2차원 능동 안테나 어레이 통신 시스템
KR102278563B1 (ko) 다층 인쇄 회로 기판에 집적된 안테나
Yang et al. Digital beamforming-based massive MIMO transceiver for 5G millimeter-wave communications
Mumtaz et al. MmWave massive MIMO: a paradigm for 5G
US20180159710A1 (en) System and Method for Massive Multiple-Input Multiple-Output Communications
KR101841552B1 (ko) 밀리미터파 통신 시스템에서 공간 분할 이중화를 위한 장치 및 방법
CN107820682B (zh) 无线通信网络中的方法和节点
CN111712970B (zh) 用于快速波束搜索的相控阵天线系统
KR20170008143A (ko) 무선 통신 시스템에서 하이브리드 프리코딩을 위한 장치 및 방법
US20140313081A1 (en) Multiple Beam Formation for RF Chip-Based Antenna Array
KR20190118794A (ko) 무선 통신 시스템에서 렌즈를 이용하여 빔을 조절하기 위한 장치 및 방법
CN111656611A (zh) 包含内置的差分馈电方案的高增益和大带宽天线
CN108463952B (zh) 方法、系统和装置
Hu et al. A sub 6GHz massive MIMO system for 5G new radio
KR20220115431A (ko) 안테나 구조 및 이를 포함하는 전자 장치
US11943010B2 (en) Composite beam pairing
US20230019046A1 (en) Hybrid pdsch for out-of-band earth station interference cancelation
US20220376754A1 (en) Method and apparatus for antenna port switching in near field los mimo
US20240014881A1 (en) Method and apparatus for transmission configuration indication signaling
US20220038142A1 (en) Method and apparatus for end-to-end gigahertz beamforming system
US20240056273A1 (en) Measurement configurations for reporting in multi-trp communication systems
US20230362671A1 (en) Mobility robustness using joint phase-time arrays
US20230283349A1 (en) Method and apparatus for ul transmission
US20230369752A1 (en) In-panel antenna isolation for a dual-polarized massive multiple input multiple output (mimo) antenna array
KR20230012864A (ko) 안테나를 위한 인터포징 보드를 포함하는 전자 장치

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