KR20180090715A - 상호 커플링 기반의 편파 안테나를 이용한 전이중 방식 송수신 장치 및 동작 방법 그리고 안테나 - Google Patents

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Abstract

상호 커플링 기반의 편파 안테나를 이용한 전이중 방식 송수신 장치 및 동작 방법 그리고 안테나가 개시된다. 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나에 있어서, 신호 스트림을 전달하는 RF-chain과 연결되고, 커플링을 통해 기생 안테나로 송신 신호를 전달하고, 상기 송신 신호의 전달 시 이용된 편파 특성과는 다른 편파 특성을 이용하여 상기 기생 안테나로부터 수신 신호를 전달받는 능동 안테나, 및 상기 능동 안테나를 통해 상기 송신 신호를 전송하기 위해 송신 신호를 이용하여 빔 포밍된 빔패턴, 및 상기 수신 신호를 위한 빔 패턴을 생성하기 위해 임피던스 제어부와 연결되는 기생 안테나를 포함할 수 있다.

Description

상호 커플링 기반의 편파 안테나를 이용한 전이중 방식 송수신 장치 및 동작 방법 그리고 안테나{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING SIGNALS BASED ON COUPLING ANTENNA FOR IN-BAND FULL-DUPLEX IN THE WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 다수의 안테나를 이용한 통신 시스템의 송신기 구조를 설계하는 기술에 관한 것이다.
기존의 통신 시스템에서는 하나의 신호 스트림을 전송하기 위해서 적어도 하나의 안테나와 기저대역(baseband) 단과 안테나를 연결하는 적어도 하나의 RF-chain을 필요로 한다. 즉, 통신 시스템의 송신기를 구현하기 위해서 적어도 하나의 안테나와 적어도 하나의 RF-chain이 필요하다. 그리고, 기존의 통신 시스템에서 높은 데이터 전송율을 달성하기 위해서 다수의 안테나를 이용하는 multi-input multi-output (MIMO) 통신 시스템이 제안되었다.
MIMO 통신 시스템의 송신기는 다수의 안테나가 각각의 안테나를 통해서 독립적인 신호 스트림을 전송함으로써 다중 신호 스트림을 전송 가능하다. 이처럼, 다중 신호 스트림을 전송하기 위해서는 MIMO 통신 시스템의 송신기 구조는 각각의 안테나에 기저대역(baseband) 단과 안테나를 연결하는 적어도 하나 이상의 RF 회로가 연결되는 구조를 가진다.
기존의 통신 시스템은 다중 신호 스트림을 전송하거나 또는 빔포밍 시, 다중 신호 스트림의 수에 해당하는 많은 수의 안테나를 요구하고, 빔 패턴을 특정 방향으로 집중 시키기 위해 상응하는 많은 수의 안테나를 요구한다. 이처럼, 다중 신호 스트림 전송 및 빔포밍을 위해 안테나의 개수를 증가하는 경우, 통신 시스템의 송신기 구조를 구현하기 위한 복잡도가 증가하게 된다.
전이중 방식 (in-band full-duplex) 통신 시스템은 동일한 주파수 대역을 공유하면서 동시에 신호의 송신과 수신을 가능하게 하는 통신 방식이다. 그러나, 일반적인 통신 시스템에서 전이중 방식으로 신호를 송수신한다면 자기간섭신호에 의해서 원하는 신호의 수신이 불가능하기 때문에 자기간섭신호를 감쇄 또는 제거할 수 있는 송수신 기법을 필요로 한다.
따라서, 전이중 방식에 따라 동일한 주파수 대역을 공유하면서 동시에 신호의 송신과 수신을 수행하면서, 자기간섭신호에 의한 간섭을 감소 또는 제거하고, 안테나의 개수를 증가시키지 않으면서도 빔포밍 및 다수의 독립적인 신호 스트림을 송수신하는 기술이 요구된다.
한국공개특허 제10-2014-0081754호는 무선 통신 시스템에서 빔포밍을 이용한 제어 채널의 송수신 방법 및 장치에 관한 것으로, 제어 채널들을 통해 전송할 복수의 제어 정보들을 결정하고, 제어 채널들을 통해 전송할 복수의 제어 정보들을 결정하고 상기 제어 정보들의 빔포밍 전송에 사용될 송신 빔들을 결정하는 기술을 기재하고 있다.
본 발명은 기존의 안테나 구조와 달리 송신 또는 수신하고자 하는 신호 스트림의 개수에 해당하는 RF-chain만을 이용하여 신호 스트림을 독립적으로 송신 또는 수신하고, 각각의 신호 스트림은 빔 포밍(beam forming)에 의해 형성된 빔 패턴에 따라 송신 또는 수신되도록 제어하여 빔 포밍 이득을 얻도록 함으로써, 신호 스트림의 송신 및 수신을 동시에 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 통신 시스템보다 구현 복잡도가 낮은 송신기 구조를 제안하는 기술에 관한 것이다.
또한, 서로 다른 편파 특성을 갖는 송신 능동 안테나와 수신 능동 안테나를 이용하여 신호를 송수신함으로써, 기존 통신 시스템의 안테나보다 안테나를 집적시키기 위한 것이다.
또한, 복수의 기생 안테나들 중에서 송신 또는 수신 능동 안테나를 위해 선택적으로 일부 기생 안테나를 이용하고, 일부 기생 안테나는 해당하는 능동 안테나와 동일한 편파 특성을 갖는 안테나를 이용함으로써, 송신 신호와 수신 신호를 독립적으로 송신 및 수신하기 위한 것이다.
다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나에 있어서, 신호 스트림을 전달하는 RF-chain과 연결되고, 커플링을 통해 기생 안테나로 송신 신호를 전달하고, 상기 송신 신호의 전달 시 이용된 편파 특성과는 다른 편파 특성을 이용하여 상기 기생 안테나로부터 수신 신호를 전달받는 능동 안테나, 및 상기 능동 안테나를 통해 상기 송신 신호를 전송하기 위해 송신 신호를 이용하여 빔 포밍된 빔패턴, 및 상기 수신 신호를 위한 빔 패턴을 생성하기 위해 임피던스 제어부와 연결되는 기생 안테나를 포함할 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 능동 안테나는, 상기 송신 신호를 상기 기생 안테나로 전달하는 송신 능동 안테나, 및 상기 송신 능동 안테나와는 직교성을 유지하는 편파를 이용하여 상기 기생 안테나로부터 수신 신호를 전달받는 수신 능동 안테나를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 송신 능동 안테나와 상기 수신 능동 안테나 사이의 거리는 반파장 이하의 거리를 두고 배치될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 송신 신호의 전달 시 이용된 편파 특성이 수평(horizontal) 편파 및 수직(vertical) 편파 중 어느 하나에 해당하는 경우, 상기 다른 편파 특성은 상기 편파 특성이 해당하는 어느 하나의 편파를 제외한 나머지 하나의 편파를 나타낼 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 송신 신호의 전달 시 이용된 편파 특성이 RHCP(right hand circular polarization) 및 LHCP(left hand circular polarization)에 해당하는 경우, 상기 다른 편파 특성은 상기 편파 특성이 해당하는 어느 하나의 편파를 제외한 나머지 하나의 편파를 나타낼 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나는, 송신 및 수신에 이용되는 복수 개의 능동 안테나와 상기 복수 개의 능동 안테나 중 어느 하나에 의해 선택적으로 이용되는 복수 개의 기생 안테나를 포함하는 안테나 세트로 구성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수 개의 능동 안테나 중 어느 하나에 의해 선택적으로 이용되는 기생 안테나는 해당 능동 안테나와 동일한 편파 특성을 갖는 안테나에 해당할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 기생 안테나는, 상기 임피던스 제어부를 통해 임피던스의 값을 조절하여 빔 패턴을 변화시킬 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 변화된 빔 패턴을 통해서 상기 신호 스트림이 독립적으로 송신 또는 수신될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 능동 안테나와 상기 기생 안테나 사이의 거리는 반파장 이하의 거리를 두고 배치될 수 있다.
다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나의 동작 방법에 있어서, 커플링을 통해 기생 안테나로 송신 신호를 전달하고, 상기 송신 신호의 전달 시 이용된 편파 특성과는 다른 편파 특성을 이용하여 상기 기생 안테나로부터 수신 신호를 전달받는 능동 안테나를 신호 스트림을 전달하는 RF-chain과 연결되도록 배치하는 단계, 및 상기 능동 안테나를 통해 상기 송신 신호를 전송하기 위해 송신 신호를 이용하여 빔 포밍된 빔패턴, 및 상기 수신 신호를 위한 빔 패턴을 생성하기 위해 임피던스 제어부와 연결되도록 기생 안테나를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 능동 안테나를 신호 스트림을 전달하는 RF-chain과 연결되도록 배치하는 단계는, 상기 송신 신호를 상기 기생 안테나로 전달하는 송신 능동 안테나가 상기 RF-chain과 연결되도록 배치하는 단계, 및 상기 송신 능동 안테나와는 직교성을 유지하는 편파를 이용하여 상기 기생 안테나로부터 수신 신호를 전달받는 수신 능동 안테나가 상기 RF-chain과 연결되도록 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 송신 능동 안테나와 상기 수신 능동 안테나 사이의 거리는 반파장 이하의 거리를 두고 배치될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 송신 신호의 전달 시 이용된 편파 특성이 수평(horizontal) 편파 및 수직(vertical) 편파 중 어느 하나에 해당하는 경우, 상기 다른 편파 특성은 상기 편파 특성이 해당하는 어느 하나의 편파를 제외한 나머지 하나의 편파를 나타낼 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 송신 신호의 전달 시 이용된 편파 특성이 RHCP(right hand circular polarization) 및 LHCP(left hand circular polarization)에 해당하는 경우, 상기 다른 편파 특성은 상기 편파 특성이 해당하는 어느 하나의 편파를 제외한 나머지 하나의 편파를 나타낼 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나는, 송신 및 수신에 이용되는 복수 개의 능동 안테나와 상기 복수 개의 능동 안테나 중 어느 하나에 의해 선택적으로 이용되는 복수 개의 기생 안테나를 포함하는 안테나 세트로 구성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수 개의 능동 안테나 중 어느 하나에 의해 선택적으로 이용되는 기생 안테나는 해당 능동 안테나와 동일한 편파 특성을 갖는 안테나를 나타낼 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 임피던스 제어부를 통해 기생 안테나의 임피던스의 값을 조절하여 빔 패턴을 변화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 변화된 빔 패턴을 통해서 상기 신호 스트림이 독립적으로 송신 또는 수신될 수 있다.
다수의 안테나를 이용한 송수신 장치에 있어서, 미리 지정된 빔 패턴을 형성하기 위한 임피던스 제어신호를 생성하는 기저대역(baseband) 단, 상기 기저대역(baseband) 단과 연결되고, 신호 스트림을 전달하는 RF-chain, 상기 RF-chain과 연결되고, 커플링을 통해 기생 안테나로 송신 신호를 전달하고, 상기 송신 신호의 전달 시 이용된 편파 특성과는 다른 편파 특성을 이용하여 상기 기생 안테나로부터 수신 신호를 전달받는 능동 안테나, 상기 능동 안테나를 통해 상기 송신 신호를 전송하기 위한 송신 빔 패턴, 상기 능동 안테나를 통해 상기 수신 신호를 수신하기 위한 수신 빔 패턴을 생성하는 기생 안테나, 및 상기 기저대역(baseband) 단과 연결되며, 미리 지정된 상기 송신 빔 패턴 및 수신 빔 패턴이 형성되도록 상기 임피던스 제어신호에 기초하여 기생 안테나의 임피던스 값의 조절을 제어하는 임피던스 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 기존의 안테나 구조와 달리 송신 또는 수신하고자 하는 신호 스트림의 개수에 해당하는 RF-chain만을 이용하여 신호 스트림을 독립적으로 송신 또는 수신하고, 각각의 신호 스트림은 빔 포밍(beam forming)에 의해 형성된 빔 패턴에 따라 송신 또는 수신되도록 제어하여 빔 포밍 이득을 얻도록 함으로써, 신호 스트림의 송신 및 수신을 동시에 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 통신 시스템보다 송신기 구조의 구현 복잡도를 낮출 수 있다.
또한, 서로 다른 편파 특성을 갖는 송신 능동 안테나와 수신 능동 안테나를 이용하여 신호를 송수신함으로써, 기존 통신 시스템의 안테나보다 안테나를 집적시킬 수 있다.
또한, 복수의 기생 안테나들 중에서 송신 또는 수신 능동 안테나를 위해 선택적으로 일부 기생 안테나를 이용하고, 일부 기생 안테나는 해당하는 능동 안테나와 동일한 편파 특성을 갖는 안테나를 이용함으로써, 송신 신호와 수신 신호를 독립적으로 송신 및 수신할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 다수의 안테나를 이용하는 송수신 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 신호의 동시 송신 및 수신을 지원하는 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 신호의 동시 송신 및 수신을 지원하는 안테나의 설계 및 동작하는 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 다수의 안테나를 이용한 통신 시스템의 송신기 구조를 설계하는 기술에 관한 것으로, 특히, 빔포밍 및 다중 신호 스트림의 송신 시 대응하여 안테나의 개수가 증가함에 따른 구현의 복잡도를 낮추는 기술에 관한 것이다. 다시 말해, 본 발명은 빔공간 MIMO 통신 시스템에서 하나의 송신 신호 스트림을 전송하기 위해 하나의 송신 RF-chain을 사용하고, 하나의 수신 신호 스트림을 수신하기 위해 하나의 수신 RF-chain을 사용함으로써, 신호 스트림의 송신 및 수신을 동시에 수행하면서, 구현 복잡도는 낮추는 기술에 관한 것이다.
빔공간 MIMO 통신 시스템은 다수의 안테나를 이용하는 통신 시스템으로써 능동 안테나와 적어도 하나 이상의 기생 안테나로 구성된 electronically steerable parasitic array radiator (ESPAR) 안테나를 이용할 수 있다. 그리고, 능동 안테나에는 하나의 RF chain(즉 RF 회로)가 연결될 수 있고, 각각의 기생 안테나에는 임피던스 역할을 하는 장치가 연결되어 있으며 임피던스 값은 조절될 수 있다.
ESPAR 안테나는 능동 안테나와 기생 안테나와의 상호 커플링이 존재하는 상태에서 기생 안테나에 연결된 임피던스 값을 조절해서 다중 신호 스트림을 전송하거나 빔포밍을 수행할 수 있다.
빔공간 MIMO 통신 시스템(즉, 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치)은 MIMO 통신 시스템과 같이 다수의 안테나를 이용하지만 단일 RF-chain을 이용해서 MIMO 통신 시스템과 기능적으로 유사한 역할을 수행하며, MIMO 통신 시스템의 전송 용량을 달성할 수 있다.
본 실시예에서, 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치(즉, 빔공간 MIMO 통신 시스템)는 ESPAR 안테나를 이용하여 빔포밍을 수행하고, 빔포밍을 통해 형성된 빔 패턴에 따라 동일한 주파수 대역에서 송신 신호를 전송하고, 수신 신호를 수신하는 경우를 예로 들어 설명하나, 이는 실시예에 해당되며, ESPAR 안테나 이외에 다른 안테나가 이용될 수도 있다. 예를 들어, 능동 안테나와 기생 안테나는 다이폴 안테나, 모노폴 안테나, 마이크로스트립 패치 안테나 형태로 구성될 수 있다. 이때, 패치 안테나로 구성되는 경우, 전체 안테나는 평면 구조로 구현될 수 있다.
본 실시예들에서, '다수의 안테나를 이용한 송수신 장치(즉, 송수신 장치)'는 빔공간 MIMO 통신 시스템을 나타낼 수 있다.
본 실시예들에서, 빔 포밍을 통해 형성하고자 하는 원하는 빔 패턴은 신호의 송신 및 수신에 따라 미리 지정된 원하는 빔 방향 및 빔 폭을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 다수의 안테나를 이용하는 송수신 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 1에 따르면, 송수신 장치(100)는 기저대역(baseband) 단(110), RF-chain(120), 안테나(130) 및 임피던스 제어부(140)를 포함할 수 있다.
기저대역(baseband) 단(110)은 RF-chain(120)과 연결되며, 전송하고자 하는 데이터 신호를 처리할 수 있다. 그리고, 기저대역(baseband) 단(110)은 신호 처리된 데이터 신호(즉, 송신 신호)를 RF-chain(120)으로 전달할 수 있다.
기저대역(baseband) 단(110)은 신호 처리된 상기 송신 신호를 능동 안테나를 통해 전송 시, 해당 기생 안테나에 연결된 임피던스 값을 조절하기 위한 임피던스 제어신호를 임피던스 제어부(140)로 전달할 수 있다. 그리고, 기저대역(baseband) 단(110)은 능동 안테나를 통해 수신 신호를 수신하는 경우, 해당 기생 안테나에 연결된 임피던스 값을 조절하기 위한 임피던스 제어신호를 임피던스 제어부(140)로 전달할 수 있다.
이처럼, 기저대역(baseband) 단(110)은 송신 신호의 처리 및 수신 신호의 처리, 그리고, 송신 신호를 위한 임피던스 제어신호, 수신 신호를 위한 임피던스 제어신호를 생성하여 임피던스 제어부(140)로 전달하기 위해 송신 기저대역(Tx baseband) 단(111) 및 수신 기저대역(Rx baseband) 단(112)을 포함할 수 있다.
RF-chain(120)은 송신 및 수신 신호를 위한 RF-chain으로 구분될 수 있다. 예컨대, RF-chain(120)은 송신 기저대역(Tx baseband) 단(111)으로부터 전달받은 송신 신호를 전송 가능한 형태로 변환하는 송신 RF-chain(Tx RF-chain, 121) 및 수신 기저대역(Rx baseband) 단(112)으로 수신 신호를 전달 가능한 형태로 수신 신호를 변환하는 수신 RF-chain(Rx RF-chain, 122)을 포함할 수 있다.
송신 RF-chain(Tx RF-chain, 121)은 DAC(Digital to Analog Converter), 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), 및 전력 증폭기(Power Amplifier)를 포함할 수 있다.
DAC(Digital Analog Converter)는 송신 기저대역(Tx baseband) 단(111)으로부터 전달받은 디지털의 송신 신호를 아날로그 신호로 변환할 수 있다.
믹서(mixer)는 DAC에서 변환된 아날로그 신호와 오실레이터에서 생성된 발진 신호를 믹싱(mixing)하여 전력 증폭기(Power Amplifier)로 전달할 수 있다.
전력 증폭기(Power Amplifier)는 믹서(mixer)로부터 전달받은 신호의 전력이 기정의된 기준 전력 이상이 되도록 증폭하여 안테나(130)로 전달할 수 있다. 예컨대, 전력 증폭기는 증폭된 신호를 능동 안테나(Act_ant)들 중 송신 능동 안테나로 전달할 수 있다.
수신 RF-chain(Rx RF-chain, 122)은 LNA(Low Noise Amplifier), 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), 및 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함할 수 있다.
LNA(Low Noise Amplifier)는 수신 능동 안테나로부터 전달받은 수신 신호를 대상으로 저잡음 증폭시킬 수 있다.
믹서(mixer)는 LNA를 통해 증폭된 신호와 오실레이터에서 수신된 신호를 혼합(mixing)하여 ADC로 전달할 수 있다.
ADC(Analog to Digital Converter)는 믹서로부터 수신된 아날로그 신호를 신호 처리가 가능하도록 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
안테나(130)는 신호의 전송을 위해 이용되는 송신 능동 안테나, 신호의 수신을 위해 수신 능동 안테나 및 복수개의 기생 안테나를 포함하는 안테나 세트(set)로 구성될 수 있다. 이때, 복수개의 기생 안테나 중 적어도 하나가 송신 능동 안테나에 대응하여 선택적으로 이용되고, 상기 복수개의 기생 안테나 중 적어도 하나가 수신 능동 안테나에 대응하여 선택적으로 이용될 수 있다.
안테나(130)에 포함된 두 개 이상의 능동 안테나(131)와 복수개의 기생 안테나(132) 사이에는 상호 커플링이 존재하며, 송신 능동 안테나는 상호 커플링을 통해 해당하는 기생 안테나로 송신 신호를 전달할 수 있다. 그리고, 기생 안테나(132) 각각은 연결된 임피던스 제어부(140)를 통해서 임피던스의 값을 조절하여 빔 패턴을 변화시킬 수 있다. 즉, 임피던스 제어신호에 기초하여 임피던스의 값이 조절됨에 따라, 송신 또는 수신 시 원하는 빔 패턴이 형성될 수 있다. 다시 말해, 빔 포밍(beam forming)이 수행될 수 있다.
임피던스 제어부(140)는 기저대역(baseband) 단(110) 및 안테나(130)와 연결될 수 있으며, 기저대역(baseband) 단(110)으로부터 수신된 임피던스 제어신호에 기초하여 기생 안테나의 임피던스 값을 조절할 수 있다. 즉, 임피던스 제어부(140)는 상기 임피던스 제어신호에 기초하여 기생 안테나의 임피던스 값을 조절하여 송신 신호의 전송, 수신 신호의 수신 시 원하는 송신 빔 패턴 및 수신 빔 패턴이 형성되도록 제어할 수 있으며, 상기 제어에 기초하여 기생 안테나는 빔 패턴을 변화시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 신호의 동시 송신 및 수신을 지원하는 안테나의 구조를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 신호의 동시 송신 및 수신을 지원하는 안테나의 설계 및 동작하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2의 안테나 구조는 도 1의 안테나(130) 구조를 나타낼 수 있다.
도 2에 따르면, 안테나(200, 즉, 도 1의 130)는 두 개 이상의 능동 안테나 및 임피던스(즉, 임피던스 제어부)와 연결된 복수개의 기생 안테나를 포함할 수 있다.
도 3에서 각 단계들(310 내지 330)은 도 2의 능동 안테나 및 기생 안테나에 의해 수행될 수 있다.
310 단계에서, 신호 스트림을 전달하는 RF-chain과 연결되도록 능동 안테나가 배치될 수 있다. 여기서, 능동 안테나는 두 개 이상의 능동 안테나(210, 220)를 포함할 수 있으며, 예컨대, 송신 신호의 전송에 이용되는 송신 능동 안테나(210) 및 수신 신호의 수신을 위해 이용되는 수신 능동 안테나(220)를 포함할 수 있다.
311 단계에서, 제1 편파 특성을 갖는 송신 능동 안테나(210)가 RF-chain과 연결되도록 배치될 수 있다.
송신 능동 안테나(210)는 하나의 독립적인 신호 스트림을 전송하기 위해 적어도 하나의 능동 안테나를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 RF-chain과 연결될 수 있다.
312 단계에서, 제1 편파 특성과는 다른 제2 편파 특성을 갖는 수신 능동 안테나(220)가 RF-chain과 연결되도록 배치될 수 있다. 이때, 서로 다른 편파 특성을 갖는 송신 능동 안테나(210)와 수신 능동 안테나(220) 사이의 거리는 반파장 이하의 거리를 두고 배치될 수 있다.
수신 능동 안테나(220)는 하나의 독립적인 신호 스트림을 수신하기 위해 적어도 하나의 능동 안테나를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 RF-chain과 연결될 수 있다. 그리고, 송신 능동 안테나(210)와 송신 능동 안테나(220)는 동일한 주파수 대역에서 동시에 신호를 송신 및 수신하면서 간섭 영향을 받지 않도록(즉, 송신 신호와 수신 신호 간의 간섭이 미리 정의된 기준 간섭 이하가 되도록) 직교성을 유지하는 서로 다른 편파 특성을 가질 수 있다.
일례로, 송신 능동 안테나(210)가 수직(vertical) 편파 및 수평(horizontal) 편파 중 어느 하나의 편파 특성을 이용하여 신호를 전송하는 경우, 수신 능동 안테나(220)는 나머지 하나의 편파 특성을 가질 수 있다. 예컨대, 송신 능동 안테나(210)가 수직 편파 특성을 갖는 경우, 수신 능동 안테나(220)는 수평 편파 특성을 가질 수 있고, 송신 능동 안테나(210)가 수평 편파 특성을 갖는 경우, 수신 능동 안테나(220)는 수직 편파 특성을 가질 수 있다.
다른 예로, 송신 능동 안테나(210)가 RHCP(right hand circular polarization) 및 LHCP(left hand circular polarization) 중 어느 하나의 편파 특성을 이용하여 신호를 전송하는 경우, 수신 능동 안테나(220)는 나머지 하나의 편파 특성을 가질 수 있다. 예컨대, 송신 능동 안테나(210)가 RHCP 특성을 갖는 경우, 수신 능동 안테나(220)는 LHCP 특성을 가질 수 있고, 송신 능동 안테나(210)가 LHCP 특성을 갖는 경우, 수신 능동 안테나(220)는 RHCP 특성을 가질 수 있다.
320 단계에서, 미리 지정된 원하는 빔 패턴(예컨대, 원하는 빔 폭 및 빔 방향)을 생성하기 위해 임피던스 제어부와 연결되도록 복수개의 기생 안테나(230, 240)가 배치될 수 있다. 이때, 기생 안테나(230, 240)는 능동 안테나(210, 220) 주변에 배치될 수 있다.
일례로, 복수개의 기생 안테나들(230, 240) 중 일부 기생 안테나(230)가 선택적으로 신호 스트림의 송신(즉, 송신 능동 안테나를 통한 신호 전송)을 위해 이용될 수 있다. 그리고, 복수개의 기생 안테나들(230, 240) 중 일부 기생 안테나(240)가 선택적으로 신호 스트림의 수신 (즉, 수신 능동 안테나를 통한 신호 수신)을 위해 이용될 수 있다. 이때, 신호 스트림의 송신을 위해 이용되는 일부 기생 안테나(230)는 송신 능동 안테나(210)와 동일한 편파 특성을 가질 수 있으며, 신호 스트림의 수신을 위해 이용되는 일부 기생 안테나(240)는 수신 능동 안테나(220)와 동일한 편파 특성을 가질 수 있다.
그리고, 기생 안테나(230, 240)와 능동 안테나(210, 220) 사이에 커플링(coupling)이 존재하므로, 능동 안테나(210, 220)와 기생 안테나(230, 240) 사이의 거리는 반파장 이하가 되도록 기생 안테나(230, 240)가 능동 안테나(210, 220) 주변에 배치될 수 있다. 예컨대, 기생 안테나(230, 240)와 능동 안테나(210, 220)는 다이폴 안테나, 모노폴 안테나, 마이크로스트립 패치 안테나 등 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 패치 안테나로 구성되는 경우, 전체 안테나는 평면 구조로 구현될 수 있다.
330 단계에서, 임피던스 제어신호에 기초하여 기생 안테나의 임피던스의 값을 조절하여 빔 패턴이 변화될 수 있다.
일례로, 임피던스 제어부(140)는 기저대역 단(110)으로부터 전달받은 임피던스 제어신호에 기초하여 미리 지정된 원하는 빔패턴(예컨대, 송신 빔 패턴, 및 수신 빔 패턴)을 형성하도록, 연결된 기생 안테나(230, 240)의 임피던스 값을 조절할 수 있다. 여기서, 원하는 빔 패턴에 해당하는 임피던스 값은 시뮬레이션이나 실험적인 방법을 통해 미리 지정될 수 있으며, 임피던스 제어신호는 임피던스 제어부에 연결된 기생 안테나의 임피던스값이 상기 미리 지정된 임피던스 값으로 조절하기 위한 제어신호를 나타낼 수 있다. 이때, 송신 신호를 위한 빔 패턴 및 수신 신호를 위판 빔 패턴이 상이할 수 있으며, 송신 및 수신 빔 패턴을 구분하기 위해 임피던스 제어 신호는 송신 빔 패턴에 이용될 제어신호인지, 수신 빔 패턴에 이용될 제어신호인지 여부를 나타내는 정보(또는 플래그 등)을 포함할 수 있다. 그리고, 임피던스 제어부(140)는 상기 정보에 기초하여 해당 임피던스 제어신호를 이용하여 송신 빔 패턴 형성을 위해 이용되는 기생 안테나, 수신 빔 패턴 형성을 위해 이용되는 기생 안테나의 임피던스값을 조절할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 상호 커플링 기반의 편파 안테나를 이용한 전이중 방식 송수신 장치 및 동작 방법 그리고 안테나는, 서로 다른 편파 특성을 갖는 능동 안테나를 이용하여 독립적인 신호 스트림을 동시에 송신 및 수신할 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 기생 안테나의 임피던스 값을 조절하는 빔 포밍을 통해 원하는 빔 패턴으로 신호 스트림을 독립적으로 송신 및 수신할 수 있다. 즉, 송신하고자 하는 신호 스트림은 빔 포밍에 의해서 형성된 송신 빔 패턴을 따라 송신되고, 수신하고자 하는 신호 스트림을 빔 포밍에 의해서 형성된 수신 빔 패턴에 따라 수신되도록 하여 빔 포밍 이득을 얻을 수 있다. 그리고, 하나의 신호 스트림을 송신하기 위해서 하나의 송신 RF-chain을 이용하고, 하나의 신호 스트림을 수신하기 위해서 하나의 수신 RF-chain을 이용함으로써, 기존의 MIMO 통신 시스템보다 신호의 송수신을 위한 송수신기의 구현 복잡도를 낮출 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나에 있어서,
    신호 스트림을 전달하는 RF-chain과 연결되고, 커플링을 통해 기생 안테나로 송신 신호를 전달하고, 상기 송신 신호의 전달 시 이용된 편파 특성과는 다른 편파 특성을 이용하여 상기 기생 안테나로부터 수신 신호를 전달받는 능동 안테나; 및
    상기 능동 안테나를 통해 상기 송신 신호를 전송하기 위해 송신 신호를 이용하여 빔 포밍된 빔패턴, 및 상기 수신 신호를 위한 빔 패턴을 생성하기 위해 임피던스 제어부와 연결되는 기생 안테나
    를 포함하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 능동 안테나는,
    상기 송신 신호를 상기 기생 안테나로 전달하는 송신 능동 안테나; 및
    상기 송신 능동 안테나와는 직교성을 유지하는 편파를 이용하여 상기 기생 안테나로부터 수신 신호를 전달받는 수신 능동 안테나
    를 포함하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 송신 능동 안테나와 상기 수신 능동 안테나 사이의 거리는 반파장 이하의 거리를 두고 배치되는 것
    을 특징으로 하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송신 신호의 전달 시 이용된 편파 특성이 수평(horizontal) 편파 및 수직(vertical) 편파 중 어느 하나에 해당하는 경우, 상기 다른 편파 특성은 상기 편파 특성이 해당하는 어느 하나의 편파를 제외한 나머지 하나의 편파를 나타내는 것
    을 특징으로 하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 송신 신호의 전달 시 이용된 편파 특성이 RHCP(right hand circular polarization) 및 LHCP(left hand circular polarization)에 해당하는 경우, 상기 다른 편파 특성은 상기 편파 특성이 해당하는 어느 하나의 편파를 제외한 나머지 하나의 편파를 나타내는 것
    을 특징으로 하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나는, 송신 및 수신에 이용되는 복수 개의 능동 안테나와 상기 복수 개의 능동 안테나 중 어느 하나에 의해 선택적으로 이용되는 복수 개의 기생 안테나를 포함하는 안테나 세트로 구성되는 것
    을 특징으로 하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수 개의 능동 안테나 중 어느 하나에 의해 선택적으로 이용되는 기생 안테나는 해당 능동 안테나와 동일한 편파 특성을 갖는 안테나인 것
    을 특징으로 하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기생 안테나는,
    상기 임피던스 제어부를 통해 임피던스의 값을 조절하여 빔 패턴을 변화시키는 것
    을 특징으로 하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 변화된 빔 패턴을 통해서 상기 신호 스트림이 독립적으로 송신 또는 수신되는 것
    을 특징으로 하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 능동 안테나와 상기 기생 안테나 사이의 거리는 반파장 이하의 거리를 두고 배치되는 것
    을 특징으로 하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나.
  11. 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나의 동작 방법에 있어서,
    커플링을 통해 기생 안테나로 송신 신호를 전달하고, 상기 송신 신호의 전달 시 이용된 편파 특성과는 다른 편파 특성을 이용하여 상기 기생 안테나로부터 수신 신호를 전달받는 능동 안테나를 신호 스트림을 전달하는 RF-chain과 연결되도록 배치하는 단계; 및
    상기 능동 안테나를 통해 상기 송신 신호를 전송하기 위해 송신 신호를 이용하여 빔 포밍된 빔패턴, 및 상기 수신 신호를 위한 빔 패턴을 생성하기 위해 임피던스 제어부와 연결되도록 기생 안테나를 배치하는 단계
    를 포함하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나의 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 능동 안테나를 신호 스트림을 전달하는 RF-chain과 연결되도록 배치하는 단계는,
    상기 송신 신호를 상기 기생 안테나로 전달하는 송신 능동 안테나가 상기 RF-chain과 연결되도록 배치하는 단계; 및
    상기 송신 능동 안테나와는 직교성을 유지하는 편파를 이용하여 상기 기생 안테나로부터 수신 신호를 전달받는 수신 능동 안테나가 상기 RF-chain과 연결되도록 배치하는 단계
    를 포함하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나의 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 송신 능동 안테나와 상기 수신 능동 안테나 사이의 거리는 반파장 이하의 거리를 두고 배치되는 것
    을 특징으로 하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나의 동작 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 송신 신호의 전달 시 이용된 편파 특성이 수평(horizontal) 편파 및 수직(vertical) 편파 중 어느 하나에 해당하는 경우, 상기 다른 편파 특성은 상기 편파 특성이 해당하는 어느 하나의 편파를 제외한 나머지 하나의 편파를 나타내는 것
    을 특징으로 하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나의 동작 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 송신 신호의 전달 시 이용된 편파 특성이 RHCP(right hand circular polarization) 및 LHCP(left hand circular polarization)에 해당하는 경우, 상기 다른 편파 특성은 상기 편파 특성이 해당하는 어느 하나의 편파를 제외한 나머지 하나의 편파를 나타내는 것
    을 특징으로 하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나의 동작 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나는, 송신 및 수신에 이용되는 복수 개의 능동 안테나와 상기 복수 개의 능동 안테나 중 어느 하나에 의해 선택적으로 이용되는 복수 개의 기생 안테나를 포함하는 안테나 세트로 구성되는 것
    을 특징으로 하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나의 동작 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수 개의 능동 안테나 중 어느 하나에 의해 선택적으로 이용되는 기생 안테나는 해당 능동 안테나와 동일한 편파 특성을 갖는 안테나인 것
    을 특징으로 하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나의 동작 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 임피던스 제어부를 통해 기생 안테나의 임피던스의 값을 조절하여 빔 패턴을 변화시키는 단계
    를 더 포함하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나의 동작 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 변화된 빔 패턴을 통해서 상기 신호 스트림이 독립적으로 송신 또는 수신되는 것
    을 특징으로 하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치를 위한 안테나의 동작 방법.
  20. 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치에 있어서,
    미리 지정된 빔 패턴을 형성하기 위한 임피던스 제어신호를 생성하는 기저대역(baseband) 단;
    상기 기저대역(baseband) 단과 연결되고, 신호 스트림을 전달하는 RF-chain;
    상기 RF-chain과 연결되고, 커플링을 통해 기생 안테나로 송신 신호를 전달하고, 상기 송신 신호의 전달 시 이용된 편파 특성과는 다른 편파 특성을 이용하여 상기 기생 안테나로부터 수신 신호를 전달받는 능동 안테나;
    상기 능동 안테나를 통해 상기 송신 신호를 전송하기 위한 송신 빔 패턴, 상기 능동 안테나를 통해 상기 수신 신호를 수신하기 위한 수신 빔 패턴을 생성하는 기생 안테나; 및
    상기 기저대역(baseband) 단과 연결되며, 미리 지정된 상기 송신 빔 패턴 및 수신 빔 패턴이 형성되도록 상기 임피던스 제어신호에 기초하여 기생 안테나의 임피던스 값의 조절을 제어하는 임피던스 제어부
    를 포함하는 다수의 안테나를 이용한 송수신 장치.

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