KR20180056781A - 다중 섹터 mimo 능동 안테나 시스템 및 통신 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템 및 통신 장치를 제공하고, 상기 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템은 N개의 열의 이중 편파 안테나를 포함하고, 상기 이중 편파 안테나의 각 열은 제1 편파 방향의 하나의 열의 안테나 유닛과 제2 편파 방향의 하나의 열의 안테나 유닛을 포함하고, 상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛의 안테나 어레이 소자는 제1 안테나 다운틸트를 갖도록 설정되어 제1 섹터를 제공하고, 상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛의 안테나 어레이 소자는 제2 안테나 다운틸트를 갖도록 설정되어 제2 섹터를 제공한다.

Description

다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템 및 통신 장치
본 발명의 실시예들은 안테나 기술에 관한 것이고, 특히, 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템 및 통신 장치에 관한 것이다.
다중 입력 다중 출력(Multiple-Input Multiple-Output(MIMO)) 기술은 다중 전송 안테나 및 수신 안테나가 각각 전송단(transmit end) 및 수신단(receive end)에서 사용됨으로써, 신호가 전송단과 수신단에서 다중 안테나를 통해 전달 및 수신되어 통신 품질을 향상시킬 수 있다. MIMO 기술은, 스펙트럼 리소스(spectrum resource) 및 안테나 전송 전력을 증가시키지 않고 시스템 채널 용량(system channel capacity)을 여러 배로 증가시킬 수 있는, 다중 안테나를 사용하여 다중 전송 다중 수신(multi transmit multi receive)을 구현하기 위해 공간 리소스(spatial resource)를 충분히 활용할 수 있다. 능동 안테나 시스템(Active Antenna System(AAS))은 안테나와 무선 주파수 모듈을 통합하는 무선 주파수 컴포넌트이다. 물리적인 스테이션의 관점에서, AAS는 원격 무선 유닛(Remote Radio Unit(RRU))와 안테나의 통합으로서 고려될 수 있고, 원본 RRU 기능(original RRU function)과 안테나 기능(antenna function)을 결합한다.
AAS는 MIMO 기술의 중요한 서포터이고, 기지국 측에서 다중 오더(multi-order) 전송을 구현하기 위해 MIMO 기술을 사용할 수 있다. 그러나, 일정량의 안테나 어레이가 있는 경우, MIMO 기술만으로 용량을 제한적으로 증가시킨다. 또한, MIMO의 이득은 전송단의 차수(즉, 안테나 포트 수)가 높을수록 이득이 높다고 단순하게 생각할 수 있지만, 전송단의 차수가 클수록 대응하는 단말기(terminal)는 고차원의 수신 성능을 지원해야 한다. 이에, 더 높은 요구 사항이 단말기에 부과된다. 하지만, 단말기는 주기적으로 업그레이드되고, 대량의 기존 단말기는 고차원의 수신 성능을 지원하지 않는다. 따라서 기지국 측에서의 MIMO 전송단의 차수는 무모하게(without discretion) 증가될 수 없다.
통신 기술의 발전과 함께, 단말기의 양이 많이 증가하고 있다. 따라서, 시스템 용량을 급격하게 늘려야 한다. 다운링크(downlink)의 관점에서, 기지국 측에서 안테나의 양을 증가시키지 않고 시스템 용량을 증가시키는 방법은 현재 시급히 재 해결되어야 할 문제점이다.
본 발명의 실시예들은 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템 및 통신 장치를 제공하고, 이는 스펙트럼 이용을 향상시키고 네트워크 용량을 증가시키는데 사용된다.
제1 실시예는 다음을 포함하는 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템을 제공한다:
N개의 열(column)의 이중 편파 안테나(dual-polarized antenna) - 상기 이중 편파 안테나의 각 열은 제1 편파 방향(first polarization direction)의 하나의 열의 안테나 유닛(antenna unit)과 제2 편파 방향(second polarization direction)의 하나의 열의 안테나 유닛을 포함하고, 상기 제1 편파 방향 및 제2 편파 방향은 상이하고, 상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛 및 상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛 각각은 M개의 안테나 어레이 소자(antenna array element)를 포함하고, N은 2이상의 자연수이고, M은 2이상의 자연수임 -,
이중 편파 안테나의 각 열에 있어서, 상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛과 상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛은 하나의 송수신기에 개별적으로 접속되고, 상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛의 안테나 어레이 소자는 제1 안테나 다운틸트(first antenna downtilt)를 갖도록 설정되어 제1 섹터(first sector)를 제공하고, 상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛의 안테나 어레이 소자는 제2 안테나 다운틸트(second antenna downtilt)를 갖도록 설정되어 제2 섹터(second sector)를 제공하고, 상기 제1 안테나 다운틸트 및 상기 제2 안테나 다운틸트는 상이하며, 기지국은 상기 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템을 사용함으로써 상기 제1 섹터의 사용자 장비(user equipment(UE)) 및 상기 제2 섹터의 사용자 장비(UE)와 개별적으로 MIMO 전송을 수행할 수 있다.
상기 제1 실시예를 참조하면, 상기 제1 실시예의 제1 가능한 구현 방식으로, 상기 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템은 제1 RCU 및 제2 RCU를 더 포함하고, 상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛은 상기 제1 RCU에 접속되고, 상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛은 상기 제2 RCU에 접속되고, 상기 제1 RCU는 상기 제1 안테나 다운틸트에 대응하고, 및 상기 제2 RCU는 상기 제2 안테나 다운틸트에 대응한다.
상기 제1 실시예 또는 상기 제1 실시예의 제1 가능한 구현 방식을 참조하면, 상기 제1 실시예의 제2 가능한 구현 방식으로, 상기 제1 편파 방향은 +45°이고, 상기 제2 편파 방향은 -45°이다.
상기 제1 실시예 내지 상기 제1 실시예의 제2 가능한 구현 방식 중에서 어느 가능한 구현 방식을 참조하면, 상기 제1 실시예의 제3 가능한 구현 방식으로, 상기 제1 섹터는 상기 제1 편파 방향으로 N개의 빔을 가지고, 상기 제2 섹터는 상기 제2 편파 방향으로 N개의 빔을 갖는다.
제2 실시예는 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템 및 BBU를 포함하는 통신 장치를 제공한다:
상기 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템은,
N개의 열(column)의 이중 편파 안테나(dual-polarized antenna) - 상기 이중 편파 안테나의 각 열은 제1 편파 방향(first polarization direction)의 하나의 열의 안테나 유닛(antenna unit)과 제2 편파 방향(second polarization direction)의 하나의 열의 안테나 유닛을 포함하고, 상기 제1 편파 방향 및 제2 편파 방향은 상이하고, 상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛 및 상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛 각각은 M개의 안테나 어레이 소자(antenna array elements)를 포함하고, N은 2이상의 자연수이고, M은 2이상의 자연수임 -를 포함하고,
이중 편파 안테나의 각 열에 있어서, 상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛과 상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛은 하나의 송수신기에 개별적으로 접속되고, 상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛의 안테나 어레이 소자는 제1 안테나 다운틸트(first antenna downtilt)를 갖도록 설정되어 제1 섹터(first sector)를 제공하고, 상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛의 안테나 어레이 소자는 제2 안테나 다운틸트(second antenna downtilt)를 갖도록 설정되어 제2 섹터(second sector)를 제공하고, 상기 제1 안테나 다운틸트 및 상기 제2 안테나 다운틸트는 상이하고;
상기 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템의 각 송수신기(transceiver)는 광 섬유(optical fiber)를 사용하여 상기 BBU에 연결되고; 및
상기 BBU는 상기 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템을 사용하여 상기 제1 섹터의 사용자 장비(user equipment(UE)) 및 상기 제2 섹터의 UE와 개별적으로 MIMO 전송(MIMO transmission)을 수행한다.
상기 제2 실시예를 참조하면, 상기 제2 실시예의 제1 가능한 구현 방식으로, 상기 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템은 제1 RCU 및 제2 RCU를 더 포함하고, 상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛은 상기 제1 RCU에 접속되고, 상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛은 상기 제2 RCU에 접속되고, 상기 제1 RCU는 상기 제1 안테나 다운틸트에 대응하고, 및 상기 제2 RCU는 상기 제2 안테나 다운틸트에 대응한다.
상기 제2 실시예 또는 상기 제2 실시예의 제1 가능한 구현 방식을 참조하면, 상기 제2 실시예의 제2 가능한 구현 방식으로, 상기 제1 편파 방향은 +45°이고, 상기 제2 편파 방향은 -45°이다.
상기 제2 실시예 내지 상기 제2 실시예의 제2 가능한 구현 방식 중에서 어느 가능한 구현 방식을 참조하면, 상기 제2 실시예의 제3 가능한 구현 방식으로, 상기 제1 섹터는 상기 제1 편파 방향으로 N개의 빔을 가지고, 상기 제2 섹터는 상기 제2 편파 방향으로 N개의 빔을 갖는다.
실시예들에서 제공된 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템 및 통신 장치에서, N개의 열의 이중 편파 안테나이 배치되고, 이중 편파 안테나의 각 열은 제1 편파 방향의 하나의 열의 안테나 유닛과 제2 편파 방향의 하나의 열의 안테나 유닛을 포함하고, 여기서 상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛과 상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛 각각은 M개의 안테나 어레이 소자(antenna array element)를 포함한다; 이중 편파 안테나의 각 열에 있어서, 상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛과 상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛은 하나의 송수신기에 개별적으로 접속되고, 상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛은 수직 면(vertical plane)의 제1 안테나 틸트(first antenna tilt)에 대응하고 제1 섹터를 형성하고, 상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛은 상기 수직 면의 제2 안테나 틸트(second antenna tilt)에 대응하고 제2 섹터를 형성한다. 두 개의 상이한 편파 방향의 MIMO는 스펙트럼 이용 효율(spectrum utilization efficiency)을 향상시켜 네트워크 용량(network capacity)을 증가시키는 상기 안테나 시스템을 사용함으로써 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예들 또는 선행 기술의 기술적 해결 방법들(technical solutions)을 더욱 명확하게 설명하기 위하여, 이하에서는 실시예들 또는 선행 기술을 설명하기 위하여 첨부되는 도면들을 간략하게 설명한다. 명백하게, 이하의 설명에서 첨부되는 도면들은 본 발명의 일부 실시예들을 나타내고, 당업자들은 창의적인 노력 없이 이들 첨부되는 도면들로부터 다른 도면들을 유도할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템의 실시예 1의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템의 실시예 2의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 통신 장치의 실시예 1의 개략적인 구조도이다.
본 발명의 실시예들의 목적들, 기술적 해결 방법들, 및 이점들을 보다 명확하게 하기 위하여, 이하에서는 본 발명의 실시예들의 기술적 해결 방법들을 본 발명의 실시 예들의 첨부되는 도면을 참조하여 명확하고 완전하게 설명한다. 명백하게, 설명되는 실시예들은 본 발명의 일부 실시예들이고, 전부는 아니다. 창의적인 노력 없이 본 발명의 실시예들에 기초하여 당업자들에 의해 획득되는 다른 모든 실시예들은 본 발명의 보호 범위 내에 있다.
다중 섹터 기술은 다중 안테나 어레이를 사용하여 원천 섹터(original sector)를 다수의 섹터로 분할하여, 대역폭을 증가시키지 않고 용량을 증가시키는 기술이다. 즉, 다중 섹터 기술은 하나의 안테나 빔에 대응하는 원천 섹터를 다중 빔에 대응하는 섹터로 분할하는 것이다. 현재, 다중 섹터 기술은 크게 두 가지 범주로 나뉜다. 하나의 카테고리에서, 버틀러 매트릭스 기술 -N×N 버틀러 매트릭스(Butler matrix)가 사용되고, 입력 신호가 N개의 출력 포트를 통해 출력됨으로써 안테나 빔이 N개의 빔으로 분할됨-이 사용된다. 그러나, 버틀러 행렬이 분할에 사용될 때, N개의 빔 사이의 각도는 고정되어 조정될 수 없다. 다른 카테고리의 다중 섹터 기술은 디지털 영역에서 기저 대역 신호에 가중 처리(weighted processing)를 수행하여 안테나 빔이 분리되도록 하는 것이다. 그러나, 이런 방식의 분리를 통해 획득된 셀 간의 간섭은 상대적으로 높다.
AAS 및 MIMO 기술의 특성들을 참조하여, 본 발명의 실시예들은 새로운 다중 섹터 분할 방식이 사용되는 MIMO 안테나 시스템을 제안한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템의 실시예 1의 개략적인 구조도이다. 도 1에 도시 된 바와 같이, 본 실시예의 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템은 다음을 포함한다:
네 개의 열의 이중 편파 안테나를 포함하는 안테나(10) -이중 편파 안테나(11)의 각 열은 제1 편파 방향의 하나의 열의 안테나 유닛(12)과 제2 편파 방향의 하나의 열의 안테나 유닛(13)을 포함하고, 제1 편파 방향 및 제2 편파 방향은 상이하고, 예를 들어, 제1 편파 방향 및 제2 편파 방향은 직교(orthogonal)한다: 제1 편파 방향은 +45°이고, 제2 편파 방향은 -45°이고; 제1 편파 방향의 안테나 유닛(12) 및 제2 편파 방향의 안테나 유닛(13) 각각은 네 개의 안테나 어레이 소자를 포함한다-.
이중 편파 안테나(11)의 각 열에서, 제1 편파 방향의 안테나 유닛(12) 및 제2 편파 방향의 안테나 유닛(13)은 개별적으로 하나의 송수신기(Transmitter and Receiver(TRX); 14)에 연결된다. 제1 편파 방향의 안테나 유닛(12)의 네 개의 안테나 어레이 소자는 제1 안테나 다운틸트(first antenna downtilt)를 갖도록 설정되어 제1 섹터(first sector)를 제공하고, 제2 편파 방향의 안테나 유닛(13)의 네 개의 안테나 어레이 소자는 제2 안테나 다운틸트(second antenna downtilt)를 갖도록 설정되어 제2 섹터(second sector)를 제공한다. 제1 안테나 다운틸트 및 제2 안테나 다운틸트는 안테나 어레이 소자에 의해 수평선에 수직한 방향으로 방사되는 빔과 수평선 사이의 각도를 나타낸다. 제1 안테나 다운틸트 및 제2 안테나 다운틸트는 상이하고, 예를 들어, 제1 안테나 다운틸트는 8°이고, 제2 안테나 다운틸트는 12°다.
제1 편파 방향의 각각의 열의 안테나 유닛(12)과 제2 편파 방향의 각각의 열의 안테나 유닛(13)은 개별적으로 하나의 송수신기(14)에 연결된다. 따라서, 본 실시예에서 제공되는 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템은 여덟 개의 송수신기(14)를 포함한다. 이러한 방식으로, 본 실시예에서 제공되는 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템은 8 전송 8 수신(8 transmit 8 receive(8T8R))의 안테나 전송 및 수신 성능(antenna transmit and receive capability)을 구현할 수 있으며, 여기서 두 개의 상이한 다운틸트에 대응하는 섹터 각각은 4T4R의 안테나 전송 및 수신 성능, 즉, 4T4R의 MIMO 전송 및 수신 성능(MIMO transmit and receive capability)을 구현한다.
이중 편파 안테나(11)의 각 열에서, 제1 편파 방향의 안테나 유닛(12)은 제1 안테나 다운틸트에 대응하고, 제2 편파 방향의 안테나 유닛(13)은 제2 안테나 다운틸트에 대응하고, 여기서 제1 안테나 다운틸트 및 제2 안테나 다운틸트는 상이하다. 즉, 동일한 편파 방향의 안테나는 동일한 다운틸트에 대응한다. 이에, 전체 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템에 대해, 제1 안테나 틸트에 대응하는 제1 섹터 및 제2 안테나 다운틸트에 대응하는 제2 섹터가 형성된다. 제1 안테나 다운틸트가 제2 안테나 다운틸트보다 작은 경우, 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템의 수직 방사 패턴으로부터, 제2 섹터가 내부 원(inner circle)에 위치한 링 타입 영역(ring-type area)을 커버하고, 제1 섹터가 외부 원(outer circle)에 위치한 링 타입 영역을 커버하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 방식으로, 이중 편파 안테나(11)의 네 개의 열은 수직 방향으로 2 개의 섹터, 즉, 외부 섹터(outer sector) 및 내부 섹터(inner sector)로 분리된다. 또한, 내부 원 내의 섹터 및 외부 원 내의 섹터 각각은 네 개의 공동 편파 빔(co-polarized beam)을 포함하고, 내부 원 내의 섹터에서의 빔의 편파 방향 및 외부 원 내의 섹터에서의 빔의 편파 방향은 상이하다.
또한, 각각의 편파 방향에 대하여, 4 전송 4 수신(4-transmit 4-receive(4T4R)) 안테나(즉, 다운링크에서 4 전송 및 업링크에서 4 수신)와 등가인 네 개의 TRX 드라이버가 있다. 따라서, 단말 장치의 성능에 따라 다운링크에서 4×4 MIMO 또는 4×2 MIMO를 구현할 수 있다. 이러한 방식으로, 전체의 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템은 내부 원 및 외부 원에서 상이한 편파 방향으로 두 세트의 4×4 MIMO 또는 4×2 MIMO 세트를 구현할 수 있다. 또한, 내부 원의 빔의 편파 방향과 외부 원의 빔의 편파 방향이 상이하므로, 내부 원과 외부 원이 서로 겹치는 위치에서는 어떠한 상호 간섭도 생성되지 않을 것이다. 따라서, 내부 원과 외부 원의 두 가지 다른 편파 방향의 안테나는 동일한 스펙트럼 리소스(spectrum resource)를 재사용할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 제공되는 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템에서는 섹터 분할 기술(sector splitting technology)과 MIMO 기술(MIMO technology)이 병합된다; 따라서, 스펙트럼 리소스의 재사용 이외에도, 분할을 통해 획득된 각 섹터의 스펙트럼 효율(spectrum efficiency)은 빔포밍 기술(beamforming technology)을 사용함으로써 개선되어, 네트워크 용량(network capacity)을 증가시킨다.
각각의 편파 방향에서, 4×4 MIMO 안테나 또는 4×2 MIMO 안테나가 구체적으로 구현되는지 여부는 단말기의 성능에 달려있다. 단말기가 4×4 MIMO를 지원하는 경우, 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템의 각 편파 방향에 대해 4×4 MIMO가 구성된다; 단말기가 4×2 MIMO를 지원하는 경우, 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템의 각 편파 방향에 대해 4×2 MIMO가 구성된다.
본 발명의 본 실시예에 제공된 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템을 설명하기 위하여 본 실시예에서 사용된 예에서, 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템은 네 개의 열의 이중 편파 안테나(11) - 이중 편파 안테나(11)의 각 열은 제1 편파 방향의 하나의 열의 안테나 유닛(12)과 제2 편파 방향의 하나의 열의 안테나 유닛(13)을 포함하고, 제1 편파 방향의 안테나 유닛(12) 및 제2 편파 방향의 안테나 유닛(13) 각각은 네 개의 안테나 어레이 소자를 포함한다 - 을 포함한다. 그러나, 본 발명의 본 실시예에 제공된 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템은 반드시 이에 한정되지 않는다. 능동 안테나 시스템은 N개의 열의 이중 편파 안테나를 포함할 수 있고, 제1 편파 방향의 안테나 유닛(12) 및 제2 편파 방향의 안테나 유닛(13) 각각은 M개의 안테나 어레이 소자를 포함할 수 있고, N은 2이상의 자연수이고, M은 2이상의 자연수이다. N개의 열의 이중 편파 안테나(11)를 포함하는 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템은 2N개의 송수신기(14)를 포함한다. N개의 열의 이중 편파 안테나(11)를 포함하는 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템에 대해, 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템은 내부 원 및 외부 원에서 상이한 편파 방향으로 두 세트의 MIMO를 구현하는데 사용될 수 있다.
본 실시예에서 제공되는 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템에서, N개의 열의 이중 편파 안테나가 배치된다 - 이중 편파 안테나의 각 열은 제1 편파 방향의 하나의 열의 안테나 유닛과 제2 편파 방향의 하나의 열의 안테나 유닛을 포함하고, 제1 편파 방향의 안테나 유닛 및 제2 편파 방향의 안테나 유닛 각각은 M개의 안테나 어레이 소자를 포함한다; 이중 편파 안테나의 각 열에 있어서, 제1 편파 방향의 안테나 유닛과 제2 편파 방향의 안테나 유닛은 하나의 송수신기에 개별적으로 접속되고, 제1 편파 방향의 안테나 유닛은 수직 면(vertical plane)의 제1 안테나 틸트(first antenna tilt)에 대응하고 제1 섹터를 형성하고, 제2 편파 방향의 안테나 유닛은 수직 면의 제2 안테나 틸트(second antenna tilt)에 대응하고 제2 섹터를 형성한다-. 두 개의 상이한 편파 방향의 MIMO는 스펙트럼 이용 효율(spectrum utilization efficiency)을 향상시켜 네트워크 용량(network capacity)을 증가시키는 안테나 시스템을 사용함으로써 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템의 실시예 2의 개략적인 구조도이다. AAS 안테나는 안테나 빔 조정(antenna beam adjustment)을 구현할 수 있고, 일반적으로 무선 조정 장치(Radio Control Unit(RCU))는 빔 조정을 구현하는 데 사용된다. 따라서, 도 1에 도시된 실시예에 기초하면, 본 실시예에 제공된 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템은 제1 RCU(21) 및 제2 RCU(22)를 더 포함한다. 제1 편파 방향의 안테나 유닛(12)은 제1 RCU에 접속되고, 제2 편파 방향의 안테나 유닛(13)은 제2 RCU에 접속되고, 제1 RCU는 제1 안테나 다운틸트에 대응하고, 제2 RCU는 제2 안테나 다운틸트에 대응하므로, 제1 안테나 다운틸트 및 제2 안테나 다운틸트는 제1 RCU 및 제2 RCU를 조정함으로써 조정될 수 있다.
일반적으로, AAS의 이중 편파 안테나는 +45° 및 -45°의 두 가지 편파 방향의 두 세트의 안테나 유닛을 사용함으로써 구현된다. 따라서, 도 1에 도시된 실시예에서, 제1 편파 방향은 +45°이고 제2 편파 방향은 -45°이다.
다음은 도 1에 도시된 실시예에서 4×2 MIMO를 구현하는 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템의 예를 사용하여, 본 발명의 본 실시예에 제공된 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템의 빔 생성 방식(beam generation manner)을 자세히 설명한다.
3GPP(3rd Generation Partnership Project) 프로토콜은 4×2 MIMO가 16개의 PMI(Precoding Matrix Indication)를 포함한다고 규정하고 있다. 이들 16개의 PMI에 대응하여, 도 1에 도시된 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템의 두 개의 섹터, 즉 내부 섹터 및 외부 섹터는, 16개의 서브 빔(sub-beam)에 각각 대응한다.
폐루프 MIMO(closed-loop MIMO)에 있어서, 단말기로 전송된 각각의 신호(
Figure pct00001
)는 프리코딩 행렬(precoding matrix(
Figure pct00002
)에 의해 곱해져야 하고, 안테나 포트 0-(P-1)의 프리코딩된 전송 신호 벡터(precoded transmit signal vector(
Figure pct00003
)는 다음과 같다:
Figure pct00004
여기서,
Figure pct00005
는 초기 전송 벡터(initial transmit vector)이고,
Figure pct00006
는 프리코딩 된 전송 신호 벡터이고, 프리코딩 행렬(
Figure pct00007
)은 프리코딩 코드북(precoding codebook)으로부터 발생하고, P는 안테나 포트의 양이고(하나의 안테나 포트는 이중 편파 안테나에서 각각의 열의 하나의 편파(one polarization of each column of dual-polarized antennas)로 간단하게 해석될 수 있음), 본 실시예에서, 내부 섹터 및 외부 섹터는 각각 네 개의 안테나 포트를 갖는다.
3GPP 프로토콜에 따르면, 4×2 폐루프 MIMO는, 표 1에 나타낸 바와 같이, 16개의 PMI를 가지고, 여기서
Figure pct00008
는 프리코딩 행렬(
Figure pct00009
)을 생성하기 위한 기저 벡터(basis vector)이고,
Figure pct00010
는
Figure pct00011
의 단위 행렬을 나타내고, 위 첨자 "H"는 공액 전치 연산(conjugate transpose)을 나타낸다.
공동 편파된 어레이 소자(co-polarized array element) 사이에는 높은 관련성(high relevance)이 있고, 상이하게 편파된 어레이 소자(differently-polarized array element) 사이에는 낮은 관련성이 있다. 이러한 특성 때문에, 빔포밍은 가중치 벡터(weight vector)가 공동 편파된 안테나(co-polarized antenna)에 작용할 때에만 구현될 수 있다.
표 1 및 프리코딩 행렬 계산식에 따르면, 표 2에 도시된 바와 같이, 16개의 상이한 코드북(
Figure pct00012
)이 계산을 통해 획득 될 수 있다.
도 1에 도시된 다중 섹터 분할 방법이 적용되지 않은 이중 편파 MIMO 안테나에서, 각각의 가중치 벡터에서 네 개의 가중치(weighted value) 중에서 두 개는 +45° 편파에 작용하고, 다른 두 개는 -45°에 작용한다. 각각의 편파에 대한 16개의 코드북의 가중치 조합은 최대 8개가 있다; 따라서, 16개의 코드북은 최대 8개의 빔에 대응할 수 있다. 각각의 편파에 대해, 즉, 코드북에서 네 개의 행(row)의 처음 두 행 또는 마지막 두 행은 다음과 같은 가중치 조합이 발생할 수 있다: [1, 1], [1, -1], [1, j], [1, -j], [1, (1+j)/sqrt(2)], [1, (-1+j)/sqrt(2)], [1, (1-j)/sqrt(2)], and [1, (-1-j)/sqrt(2)].
도 1에 도시된 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템에 있어서, 각각의 섹터는 공동 편파된 안테나의 네 개의 열에 의해 형성된 4*2개의 폐루프 MIMO를 갖기 때문에, 각각의 가중치에 대응하는 네 개의 가중치는 동시에 네 개의 공동 편파된 안테나에 작용한다. 이에, 16개의 코드북, 즉, 16개의 가중치 조합은 16개의 빔에 대응한다.
내부 원의 섹터 및 외부 원의 섹터는 각각 16개의 빔을 갖는다. 내부 원과 외부 원의 중첩 영역은 수평면에서 빔 영역(beam domain)에서 서로 엇갈리게 배치되어, 중첩 영역에서의 간섭 문제를 상당 부분 해결한다; 겹치는 영역의 빔 도메인에서 콜라보레이션 효과(collaboration effect)가 자연스럽게 생성된다. 따라서, 도 1에 도시된 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템에서 다음이 구현된다: 수직 분할에 의한 스펙트럼 리소스 재사용, 4*2개의 MIMO 빔포밍, 다양한 빔의 사용에 의한 내부 원과 외부 원의 중첩 영역의 간섭 콜라보레이션(interference collaboration)은 시스템의 퍼포먼스를 크게 향상시킨다.
Figure pct00013
Figure pct00014
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 통신 장치의 제1 실시예의 개략적인 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 통신 장치는 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템(31) 및 BBU(Baseband Unit, 기저대역 유닛; 32)을 포함한다.
다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템(31)은 도 1 또는 도 2에 도시된 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템을 포함한다. 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템(31)은 도 1 또는 도 2에 도시된 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템의 프로세싱을 수행하는데 사용된다. 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템(31)의 각 송수신기는 광 섬유(optical fiber)를 사용하여 BBU(32)에 연결된다. BBU(32)는, 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템(31)을 사용하여, 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템(31)에 의해 제공되는 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템(31)의 제1 섹터의 사용자 장비(User Equipment(UE)) 및 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템(31)에 의해 제공되는 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템(31)의 제2 섹터의 UE와 개별적으로 MIMO 전송을 수행한다.
다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템(31)의 예는 도 1에 도시된 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템이고, 4×2 MIMO를 구현하는 예가 사용된다. 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템(31)에서, MIMO 전송에 사용되는 16개의 PMI는 모두 BBU(32)에 저장된다. BBU(32)는, MIMO 전송의 가중치를 획득하기 위해, 전송해야 하는 신호에 대하여 프리코딩 프로세싱을 수행하고, 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템(31)의 각 안테나를 통해 가중치를 사용함으로써 전송해야 하는 신호를 전송하여, MIMO 전송을 구현할 수 있다. 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템(31)은 두 개의 상이한 편파 방향으로 MIMO를 구현하고, 두 개의 상이한 편파 방향으로의 MIMO는 서로 간섭하지 않는다. 따라서, 본 실시예에서 제공되는 통신 장치는 스펙트럼 이용 효율을 향상시켜 네트워크 용량을 증가시킨다.
마지막으로, 전술한 실시예들은 본 발명의 기술적 해결 방법들을 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 본 발명은 전술한 실시예들을 참조하여 상세히 설명되었지만, 당업자들은 전술한 실시예들에서 설명된 기술적 해결 방법들에 변형(modifications)을 가하거나 또는 그들 일부 또는 모든 기술적 특징들에 동등한 대체(equivalent replacements)를 가할 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 청구항들의 보호 범위를 따른다.

Claims (8)

  1. N개의 열(column)의 이중 편파 안테나(dual-polarized antenna) - 상기 이중 편파 안테나의 각 열은 제1 편파 방향(first polarization direction)의 하나의 열의 안테나 유닛(antenna unit)과 제2 편파 방향(second polarization direction)의 하나의 열의 안테나 유닛을 포함하고, 상기 제1 편파 방향 및 제2 편파 방향은 상이하고, 상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛 및 상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛 각각은 M개의 안테나 어레이 소자(antenna array elements)를 포함하고, N은 2이상의 자연수이고, M은 2이상의 자연수임 -
    를 포함하고,
    이중 편파 안테나의 각 열에 있어서, 상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛과 상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛은 하나의 송수신기에 개별적으로 접속되고,
    상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛의 안테나 어레이 소자는 제1 안테나 다운틸트(first antenna downtilt)를 갖도록 설정되어 제1 섹터(first sector)를 제공하고,
    상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛의 안테나 어레이 소자는 제2 안테나 다운틸트(second antenna downtilt)를 갖도록 설정되어 제2 섹터(second sector)를 제공하고,
    상기 제1 안테나 다운틸트 및 상기 제2 안테나 다운틸트는 상이한
    다중 섹터 MIMO(multi-input multi-output, 다중 입력 다중 출력) 능동 안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 RCU(radio control unit, 무선 제어 유닛) 및 제2 RCU를 더 포함하고,
    상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛은 상기 제1 RCU에 접속되고,
    상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛은 상기 제2 RCU에 접속되고,
    상기 제1 RCU는 상기 제1 안테나 다운틸트에 대응하고, 및
    상기 제2 RCU는 상기 제2 안테나 다운틸트에 대응하는
    다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 편파 방향은 +45°이고,
    상기 제2 편파 방향은 -45°인
    다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 섹터는 상기 제1 편파 방향으로 N개의 빔을 가지고,
    상기 제2 섹터는 상기 제2 편파 방향으로 N개의 빔을 갖는
    다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템.
  5. 다중 섹터 MIMO(multi-input multi-output, 다중 입력 다중 출력) 능동 안테나 시스템 및 BBU(baseband unit, 기저대역 유닛)를 포함하는 통신 장치에 있어서,
    상기 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템은,
    N개의 열(column)의 이중 편파 안테나(dual-polarized antenna) - 상기 이중 편파 안테나의 각 열은 제1 편파 방향(first polarization direction)의 하나의 열의 안테나 유닛(antenna unit)과 제2 편파 방향(second polarization direction)의 하나의 열의 안테나 유닛을 포함하고, 상기 제1 편파 방향 및 제2 편파 방향은 상이하고, 상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛 및 상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛 각각은 M개의 안테나 어레이 소자(antenna array element)를 포함하고, N은 2이상의 자연수이고, M은 2이상의 자연수임 -
    를 포함하고,
    이중 편파 안테나의 각 열에 있어서, 상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛과 상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛은 하나의 송수신기에 개별적으로 접속되고,
    상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛의 안테나 어레이 소자는 제1 안테나 다운틸트(first antenna downtilt)를 갖도록 설정되어 제1 섹터(first sector)를 제공하고,
    상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛의 안테나 어레이 소자는 제2 안테나 다운틸트(second antenna downtilt)를 갖도록 설정되어 제2 섹터(second sector)를 제공하고,
    상기 제1 안테나 다운틸트 및 상기 제2 안테나 다운틸트는 상이하고;
    상기 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템의 각 송수신기(transceiver)는 광 섬유(optical fiber)를 사용하여 상기 BBU에 연결되고; 및
    상기 BBU는 상기 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템을 사용하여 상기 제1 섹터의 사용자 장비(user equipment(UE)) 및 상기 제2 섹터의 UE와 개별적으로 MIMO 전송(MIMO transmission)을 수행하는
    통신 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다중 섹터 MIMO 능동 안테나 시스템은 제1 RCU(radio control unit, 무선 제어 유닛) 및 제2 RCU를 더 포함하고,
    상기 제1 편파 방향의 안테나 유닛은 상기 제1 RCU에 접속되고,
    상기 제2 편파 방향의 안테나 유닛은 상기 제2 RCU에 접속되고,
    상기 제1 RCU는 상기 제1 안테나 다운틸트에 대응하고, 및
    상기 제2 RCU는 상기 제2 안테나 다운틸트에 대응하는
    통신 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1 편파 방향은 +45°이고,
    상기 제2 편파 방향은 -45°인
    통신 장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 섹터는 상기 제1 편파 방향으로 N개의 빔을 가지고,
    상기 제2 섹터는 상기 제2 편파 방향으로 N개의 빔을 갖는
    통신 장치.
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