KR20220060497A - 편파 빔들의 시간적/공간적 분리와 채널 비-가역성 보정을 위한 방법 및 이를 이용한 다중 빔 안테나 장치 - Google Patents

편파 빔들의 시간적/공간적 분리와 채널 비-가역성 보정을 위한 방법 및 이를 이용한 다중 빔 안테나 장치 Download PDF

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Abstract

편파 빔들의 시간적/공간적 분리와 채널 비-가역성 보정 방법 및 이를 이용한 다중 빔 안테나 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 다중 빔 안테나 장치는 복수의 송신 빔을 형성하기 위해 사용되는 송신 안테나 엘리먼트들과 복수의 수신 빔을 형성하기 위해 사용되는 수신 안테나 엘리먼트들을 포함하는 어레이 안테나를 구비한다. 다중 빔 안테나 장치는 서로 다른 2종의 직교 편파를 이용하여, 편파 빔들을 시간적으로 그리고 공간적으로 분리하는 한편, 시간적인 편파 분리로 인해 발생하는 채널 비-가역성을 보정한다.

Description

편파 빔들의 시간적/공간적 분리와 채널 비-가역성 보정을 위한 방법 및 이를 이용한 다중 빔 안테나 장치{METHOD FOR TEMPORAL/SPATIAL SEPARATION OF POLARIZED BEAMS AND CONVERSION CHANNEL NON-RECIPROCITY CORRECTION AND MULTI-BEAM ANTENNA APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 일반적으로 셀룰러 통신 시스템에서 사용될 수 있는 안테나 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 편파 빔들(polarized beams)을 시간적으로 그리고 공간적으로 분리(separation)하고, 편파 분리로 인해 발생하는 채널 비-가역성을 보정(correction)하는 방법 및 이를 이용한 안테나 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
4G(4세대) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5세대) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다.
이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE(Long Term Evolution) 시스템 이후(Post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 60기가(60GHz) 대역)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실을 완화시키고 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 매시브 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중 입출력(Full Dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한, 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network, cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(Device to Device communication, D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation, ACM) 방식인 FQAM(Hybrid Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(Non Orthogonal Multiple Access), 및 SCMA(Sparse Code Multiple Access) 등이 개발되고 있다.
5G 통신 시스템은, 초고주파 대역(예: mmWave)의 특성으로 인한 경로 손실의 문제를 극복하기 위해, 빔포밍 기법을 이용하여 신호 이득을 높이도록 운용되고 있다.
본 발명의 일 측면은, 2종의 상이한 직교 편파들을 이용하여, 편파 빔들을 시간적으로 그리고 공간적으로 분리하는 한편, 편파 분리로 인해 발생하는 채널 비-가역성을 보정하는 방법 및 이를 이용한 다중 빔 안테나 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 2종의 직교 편파들을 이용하는 다중 빔 안테나 장치에 의해 수행되는 방법을 제공한다. 상기 다중 빔 안테나 장치는 복수의 송신 빔을 형성하기 위해 사용되는 송신 안테나 엘리먼트들과 복수의 수신 빔을 형성하기 위해 사용되는 수신 안테나 엘리먼트들을 포함하는 어레이 안테나를 구비한다.
상기 방법은, 각 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 채널에 대응되는 송신 신호들로부터 복수의 송신 편파 성분들을 생성하는 단계와, 공간적으로 인접한 송신 빔들이 서로 상이한 직교 편파를 가지도록, 각 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 채널에 대해, 상기 복수의 송신 편파 성분들 중에서 제1 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들 또는 제2 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들을 출력하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은 채널 비-가역성을 보정하기 위해, 각 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 채널에 대응되는 수신 신호들로부터 복수의 수신 편파 성분들을 생성하는 단계와, 각 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 채널에 대해, 상기 복수의 수신 편파 성분들 중에서, 공간적으로 동일한 방향을 향해 형성되는 송신 빔의 직교 편파에 대응하는, 한 쌍의 수신 편파 성분들을 출력하는 단계를 더 포함한다. 대안적으로, 상기 방법은 채널 비-가역성을 보정하기 위해, 각 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 채널에 대응하는 수신 신호들로부터, 각 수신 빔과 공간적으로 동일한 방향을 향해 형성되는 송신 빔의 직교 편파에 상응하는 편파 변환된 신호들을 생성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 2종의 직교 편파들을 이용하는 다중 빔 안테나 장치를 제공한다. 상기 안테나 장치는 복수의 송신 빔을 형성하기 위해 사용되는 송신 안테나 엘리먼트들과 복수의 수신 빔을 형성하기 위해 사용되는 수신 안테나 엘리먼트들을 포함하는 어레이 안테나와, 각 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 채널에 대응되는 송신 신호들로부터 복수의 송신 편파 성분들을 생성하는 송신 편파 합성부와, 공간적으로 인접한 송신 빔들이 서로 상이한 직교 편파를 가지도록, 각 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 채널에 대해, 상기 복수의 송신 편파 성분들 중에서 제1 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들 또는 제2 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들을 출력하는 송신 편파 할당부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 안테나 장치는, 채널 비-가역성을 보정하기 위해, 각 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 채널에 대응되는 수신 신호들로부터 복수의 수신 편파 성분들을 생성하는 수신 편파 합성부와, 각 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 채널에 대해, 상기 복수의 수신 편파 성분들 중에서, 공간적으로 동일한 방향을 향해 형성되는 송신 빔의 직교 편파에 대응하는, 한 쌍의 수신 편파 성분들을 출력하는 수신 편파 할당부를 더 포함한다. 대안적으로, 상기 안테나 장치는, 각 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 채널에 대응하는 수신 신호들로부터, 각 수신 빔과 공간적으로 동일한 방향을 향해 형성되는 송신 빔의 직교 편파에 상응하는 편파 변환된 신호들을 생성하는 편파 변환부를 더 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 송신 안테나 엘리먼트들과 수신 안테나 엘리먼트들을 포함하는 어레이 안테나를 채용함으로써, 본 발명에 따른 안테나 장치는 TDD(Time Division Duplexing)를 구현함에 있어서 신호 손실 및 NF(noise figure, 잡음 지수)를 악화시킬 수 있는 스위칭 동작을 필요로 하지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 안테나 장치는 다중 빔들을 공간 상에서 다양한 방향으로 분리할 수 있으므로 셀 커버리지를 확장시킬 수 있고, 다중 빔들의 편파 분리(즉, 공간적인 편파 분리)를 통해 빔들 간의 상관관계를 감소시킬 수 있으므로 통신 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 안테나 장치는, 수신 안테나 엘리먼트로부터 입력되는 수신 신호들에 대해 편파 변환(conversion)을 수행하거나 편파 합성(composition) 및 편파 할당을 수행함으로써, 공간적인 그리고 시간적인 편파 분리로 인한 발생하는 업링크 채널과 다운링크 채널 사이의 채널 비-가역성을 보정할 수 있다.
도 1은 종래의 안테나 장치에서 발생하는 NF 악화 문제를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2a 내지 도 2d는 각각 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 안테나 장치의 예시적인 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 안테나 시스템에서 채용될 수 있는 안테나 모듈에 대한 다양한 예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 송신 안테나 엘리먼트와 관련하여 수행되는 편파 합성 및 편파 할당을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 수신 안테나 엘리먼트와 관련하여 수행되는 편파 합성 및 편파 할당을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서 송신 신호들에 대한 편파 합성 및 편파 할당을 수행하기 위한 예시적인 구조를 보이는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치가 제공하는 수평 방향과 수직 방향으로의 공간적인 편파 분리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치가 제공하는 시간적인 편파 분리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 신호의 송신과 신호의 수신 간에 상이한 이중 편파를 사용하는 경우에 발생할 수 있는 채널 비-가역성(channel non-reciprocity) 문제를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 편파 변환을 이용하여 채널 비-가역성을 보정하기 위한 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 편파 합성 및 편파 할당을 이용하여 채널 비-가역성을 보정하기 위한 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서 송신 편파 합성 캘리브레이션을 수행하기 위한 예시적인 구조를 보이는 블록도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 사중 편파를 이용하는 다중 빔 안테나 장치에 의해 수행되는 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함", "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 종래의 안테나 장치에서 발생하는 NF 악화 문제를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1에 나타낸 TDD 방식으로 동작하는 종래의 안테나 장치는 안테나(ANT), 필터(Filter), 스위치(S/W), PA, LNA, AD 컨버터(미도시) 및, (FPGA로 구현되는) 디지털 신호 처리기(미도시) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
안테나(ANT)는 복수 개의 안테나 모듈들이 어레이(array)된 형태를 가질 수 있으며, 각 안테나 모듈은 서로 수직하는 기하학적 방향(orientation)을 가진(즉, 서로 직교하는 편파 특성을 가진) 2개의 방사소자들(radiators)로 구성된 이중 편파 안테나(dual polarized antenna) 모듈일 수 있다. 안테나 모듈들은 스위치(S/W)가 송신 라인(Tx 라인)과 연결되면 신호의 송신 기능을 수행하게 되고, 스위치(S/W)가 수신 라인(Rx 라인)과 연결되면 신호의 수신 기능을 수행하게 된다. 따라서, 도 1의 안테나 장치는 스위치(S/W)의 선택적인 스위칭 동작에 의해 TDD 기능을 구현한다.
이러한 스위칭 동작으로 인해 송신 신호 또는 수신 신호에서 신호 손실이 발생할 수 있으며, 수신 신호가 케이블을 통해 장치 내 후단으로 전달되는 과정에서도 신호 손실이 발생할 수 있다. 이러한 신호 손실은 잡음지수(Noise Figure, NF)를 악화시키고, 무선 통신 시스템의 업링크 커버리지(coverage) 확장을 제한하는 문제들을 야기할 수 있다.
본 발명에 따른 다중 빔 안테나 장치는 한 쌍의 이중 편파 안테나 엘리먼트를 가진 안테나 모듈들로 구성된 어레이 안테나를 채용하여, 하나의 이중 편파 안테나 엘리먼트를 무선 신호를 송신하는 데에 사용하고 다른 하나의 이중 편파 안테나 엘리먼트를 무선 신호를 수신하는 데에 사용한다. 따라서, 본 발명에 따른 다중 빔 안테나 장치는 TDD를 구현함에 있어서 신호 손실 및 잡음 지수를 악화시킬 수 있는 스위칭 동작을 필요로 하지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 다중 빔 안테나 장치는, 공간적으로 인접한 송신 빔들이 서로 상이한 직교 편파를 가지도록, 2종(two kinds)의 직교 편파들을 송신 채널들에 할당함으로써, 2종의 직교 편파들을 공간적으로 분리할 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 개시의 기술들을 구현할 수 있는 다중 빔 안테나 장치의 예시적인 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다.
다중 빔 안테나 장치(10)는 M×N 다중입출력(MIMO) 안테나일 수 있다. 따라서, 안테나 장치(10)는 M개의 송신 채널들과 M개의 수신 채널들을 가질 수 있다. 안테나 장치(10)는 디지털 처리부(110), RF 처리부(120) 및 어레이 안테나(array antenna; 130)를 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 예시된 것과 같이, 디지털 처리부(110)는 프론트홀 인터페이스(1110), 다중 빔 형성부(1120), 편파 합성부(1130), 편파 할당부(1140), 크기-위상 보정부(1150), 및 편파 변환부(1160)를 포함하여 구성될 수 있다. 대안적으로, 도 2c 및 도 2d에 예시된 것과 같이, 디지털 처리부(110)는 편파 변환부(1160) 대신에 편파 합성부(1170) 및 편파 할당부(1180)를 포함하여 구성될 수 있다.
RF 처리부(120)는 복수의 송신 RF 체인(radio frequency chain; 1210, 1210-1 ~ 1210-M) 및 복수의 수신 RF 체인(1220, 1220-1 ~ 1220-M)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 2a 내지 도 2d의 안테나 장치(10)의 구성은 명확성을 기할 목적으로만 그려진 예시적인 구성임을 이해하여야 한다. 다른 실시예에서 안테나 장치(10)의 임의의 다른 적절한 컴포넌트들이 더 사용될 수 있다. 이러한 안테나 장치(10)의 각각의 컴포넌트는 일반적으로 전용 하드웨어를 사용하여 예를 들어, 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC), 무선 주파수 집적 회로(RFIC) 및/또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)를 사용하여 구현될 수 있다. 또는 일부 컴포넌트들은 프로그래머블 하드웨어에서 실행되는 소프트웨어를 사용하여 혹은 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 사용하여 구현될 수 있다.
어레이 안테나(130)는 복수의 행들과 복수의 열들로 배열된(arranged) 복수의 어레이 엘리먼트들(array elements) 혹은 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각 어레이 엘리먼트는 이중 편파(dual polarization) 특성을 가지는 이중 편파(dual polarized) 안테나 엘리먼트일 수 있다. 복수의 어레이 엘리먼트들 각각은 송신 안테나 엘리먼트와 수신 안테나 엘리먼트로 구분될 수 있다. 송신 안테나 엘리먼트는 신호의 송신에 이용되며, 수신 안테나 엘리먼트는 신호의 수신에 이용될 수 있다. 송신 안테나 엘리먼트의 직교 편파 특성과 수신 안테나 엘리먼트의 직교 편파 특성은 서로 동일할 수도 있으며, 서로 상이할 수도 있다. 다른 일부 실시예에서, 각 어레이 엘리먼트는 사중 편파(quadruple polarization) 특성을 가지는 사중 편파(quadruple polarized) 안테나 엘리먼트일 수도 있다. 어레이 엘리먼트의 편파 특성과 구조는 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 후술한다.
안테나 장치(10)는 어레이 안테나(130)가 제공하는 직교 편파 특성을 이용하여 편파 다이버시티(polarization diversity)를 구현할 수 있다. 안테나 장치(10)는 각 송신 빔과 관련된 2개의 송신 채널들(혹은 송신 신호들)에 이중 직교 편파를 할당할 수 있다. 송신 채널들에 할당된 직교 편파는 어레이 안테나(130)에 포함된 송신 안테나 엘리먼트의 이중 직교 편파 특성과 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다.
안테나 장치(10)는 편파 합성을 통해 송신 안테나 엘리먼트의 직교 편파 특성과는 상이한 직교 편파를 가진 송신 빔을 생성할 수 있으며, 수신 신호들에 대한 편파 합성을 통해 수신 안테나 엘리먼트의 직교 편파 특성과는 상이한 직교 편파에 대응하는 수신 빔을 형성할 수 있다(즉, 수신 안테나 엘리먼트의 직교 편파 특성과는 상이한 직교 편파에 대응하는 신호 성분을 생성할 수 있다).
안테나 장치(10)는, 공간적으로 인접한 빔들이 서로 상이한 직교 편파를 가지도록, 2종의 직교 편파들을 송신 채널들에 할당함으로써, 2종의 직교 편파들을 공간적으로 분리할 수 있다.
이하의 설명은 2종의 직교 편파들이 ±45도 선형 편파들로 구성된 직교 편파와 수평/수직(vertical/horizontal: V/H) 선형 편파들로 구성된 직교 편파인 경우를 전제하고 있으나, 본 개시의 기술들은 이러한 직교 선형 편파들과, 좌원/우원 편파들로 구성된, 직교 원형 편파의 조합에도 적용가능하다.
이하의 설명에서, 송신 경로에 위치한 편파 합성부(1130)과 편파 할당부(1140)는 각각 송신 편파 합성부(1130)과 송신 편파 할당부(1140)로도 지칭될 수 있으며, 수신 경로에 위치한 편파 합성부(1170)와 편파 할당부(1180)는 각각 수신 편파 합성부(1170)와 수신 편파 할당부(1180)로도 지칭될 수 있다.
송신 신호 처리
M개의 송신 채널들의 송신 신호들은 다중 빔 형성부(1120), 편파 합성부(1130), 편파 할당부(1140), 크기-위상 보정부(1150) 및 송신 RF 체인들(1210-1 ~ 1210-M)로 구성되는 송신 경로들을 거쳐 어레이 안테나(130)를 통해 빔 형태로 방사될 수 있다. 송신 채널들 각각은 대응하는 송신 경로를 가진다. 여기서, 송신 신호는 다운링크(downlink) 신호로도 지칭될 수도 있다. 송신 경로는 송신 신호가 안테나 장치(10) 내에서 진행하는 경로를 지칭한다. 따라서, 송신 경로는 "송신 신호가 진행하는 경로" 또는 "송신 신호가 처리되는 경로"로 지칭될 수도 있다.
먼저, 프론트홀 인터페이스(1110)을 통해 입력된 송신 신호들은 편파 합성부(1130)에 입력되어 편파 합성 프로세스를 거칠 수 있다. 편파 합성부(1130)는 후술한 송신 안테나 엘리먼트를 통해 방사될 한 쌍의 송신 신호들마다 4개의 편파 성분들을 합성하고, 이들을 편파 할당부(1140)에 출력할 수 있다. 편파 합성부(1130)으로부터 출력되는 편파 성분들은 "편파 신호들"로 지칭될 수도 있다. 유의할 것은, 편파 합성부(1130)에서 합성된 편파 성분들이 후속 컴포넌트들을 거쳐 어레이 안테나(130)에 공급(feeding)되어 자유공간상에 방사됨으로써 실질적인 편파 합성이 이루어진다는 점이다.
편파 할당부(1140)는, 공간적으로 인접한 송신 빔들이 서로 다른 직교 편파를 갖도록, 각 송신 빔과 관련된 2개의 송신 채널들(또는 2개의 송신 신호들)에 대해 할당할 직교 편파를 결정할 수 있다. 편파 할당부(1140)는 결정된 직교 편파에 대응하여, 편파 합성부(1130)에서 합성된 4개의 편파 성분들의 일부를 2개의 송신 경로들에 출력할 수 있다. 각 송신 경로에 출력되는 편파 성분들은 "송신 신호의 편파 성분들(편파 신호들)" 혹은 "송신 채널의 편파 성분들(편파 신호들)"혹은 "송신 편파 성분들(송신 편파 신호들)" 로 지칭될 수도 있다. 송신 빔의 직교 편파는 편파 할당부(1140)로부터 출력된 편파 성분들과 송신 안테나 엘리먼트의 직교 편파 특성에 따라 결정될 수 있다. 편파 합성 및 편파 할당에 따른 송신 안테나 엘리먼트에서 발생하는 편파 합성에 대해서는 도 4를 참조하여 후술한다.
송신 RF 체인들(1210-1 ~ 1210-M) 간의 크기(amplitude) 및 위상(phase) 특성의 편차를 보상하기 위해, 각각의 송신 신호의 편파 성분은 송신 RF 체인들(1210-1 ~ 1210-M)에 도달되기에 앞서 크기-위상 보정부(1150)에 입력된다. RF 송신 경로의 크기 및 위상 특성은, RF 신호가 송신 RF 체인이 제공하는 RF 송신 경로를 이동함에 따라 겪게 되는 크기 변화와 위상 변화에 관한 것이다.
크기-위상 보정부(1150)는 송신 RF 체인들(1210-1 ~ 1210-M) 간의 크기(amplitude) 및 위상 특성의 편차를 보상하는 기능을 수행한다. 크기 특성의 편차는 빔포밍에 미치는 영향이 미미하기 때문에 일반적으로 모든 경로에 대해 위상만을 동일하게 보정(calibration)하는 것이 일반적이다. 그러나, 본 발명에 따른 안테나 어레이(130)에서 발생하는 편파 합성의 정확도는 합성되는 무선 신호들의 크기와 위상에 크게 의존하므로, 이러한 크기 및 위상의 보정은 편파 합성의 정확도를 높인다.
크기-위상 보정 프로세스를 거친 송신 신호의 편파 성분들은 송신 RF 체인(1210)에서 아날로그 신호로 변환되어 RF 신호 처리될 수 있다. 송신 RF 체인(1210)은 DAC(digital to analog converter), 필터, 주파수 상향 변환을 위한 믹서(mixer), 전력 증폭기(power amplifier, PA) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
송신 RF 체인(1210)에서 RF 신호 처리되어 아날로그로 변환된 송신 신호는 어레이 안테나(130)를 통해 빔 형태로 방사될 수 있다.
다중 빔 형성부(1120)는, 어레이 안테나(130)에서 다중 빔이 형성되도록, 송신 신호들을 프리코딩(precoding)할 수 있다. 다중 빔 형성부(1120)는 웨이트 벡터(또는 프리코딩 행렬)이 기저대역에서 사용되는지 아니면 RF 대역에서 사용되는지에 따라서 안테나 장치(10)의 송신 경로 상의 위치가 달라질 수 있다..
먼저, 도 2a 혹은 도 2c의 예에서와 같이, 다중 빔 형성부(1122)는 신호의 송신 경로에서 송신 편파 합성부(1130)에 선행하여 위치할 수 있다. 다중 빔 형성부(1122)는 디지털 빔포밍을 수행한다. 이 경우, (기저대역) 디지털 송신 신호들은 다중 빔 형성부(1122)에서 웨이트 벡터(weight vector) 혹은 프리코딩 행렬이 적용되어 복수의 프리코딩된 신호들로 변환될 수 있다.
디지털 송신 신호는 적용된 웨이트 벡터에 따라 위상(phase) 및 진폭(amplitude)이 서로 다른 복수 개의 신호들로 분기될 수 있다. 또한, 분기된 신호들이 어레이 안테나(130)를 통해 특정의 각도 또는 방향(통신 자원을 집중시키고자 하는 방향)에서 보강 간섭함으로써 빔 형태로 방사될 수 있다. 따라서, 디지털 송신 신호에 적용되는 웨이트 벡터의 값에 따라 빔의 방향과 모양이 결정될 수 있다.
다음으로, 도 2b 혹은 도 2d의 예에서와 같이, 다중 빔 형성부(1124)는 신호의 송신 과정에서 송신 RF 체인(1210) 이후에 위치할 수 있다. 따라서 다중 빔 형성부(1124)는 아날로그 빔포밍을 수행할 수 있다. 이 경우, 다중 빔 형성부(1124)는 각 송신 RF 체인(1210)으로부터 수신되는 아날로그 신호를 다수의 경로로 분기하고, 분기된 신호들 각각의 위상 및 진폭을 조절할 수 있다. 빔 형성부(1124)는 분기된 신호들 각각의 위상을 조절하는 다수의 위상 쉬프터(phase shifter) 및 분기된 신호들 각각의 진폭을 조절하는 다수의 전력 증폭기를 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 아날로그 도메인에서 웨이트 벡터를 위상 쉬프터와 전력 증폭기가 처리하게 된다.　 위상 및 진폭이 조절된 아날로그 신호들은 어레이 안테나(130)를 통해 특정의 각도 또는 방향에서 보강 간섭함으로써 빔 형태로 방사될 수 있다. 여기서, 송신 RF 체인(1210)은, 그 기능이 실질적으로 아날로그 컴포넌트들로 구성된 다중 빔 형성부(1224)에 의해서도 수행될 수 있는 바, 안테나 장치(10)로부터 제거될 수도 있다.
수신 신호 처리
M개의 수신 채널들에 대응하는 수신 신호들(또는 업링크 신호들)는 어레이 안테나(130)를 통해 수신된 후에, 수신 RF 체인(1220), 크기-위상 보정부(1150), 편파 변환부(1160) (대안적으로, 수신 편파 합성부(1170), 수신 편파 할당부(1180)) 및 다중 빔 형성부(1120)로 구성되는 수신 경로들을 거쳐 처리될 수 있다. 수신 채널들 각각은 대응하는 수신 경로를 가진다. 여기서, 수신 신호는 업링크(uplink) 신호로도 지칭될 수 있다. 수신 경로는 수신 신호가 안테나 장치(10) 내에서 진행하는 경로를 지칭한다. 따라서, 수신 경로는 "수신 신호가 진행하는 경로"또는 "수신 신호가 처리되는 경로"로 지칭될 수도 있다.
어레이 안테나(130)를 통해 수신된 아날로그 수신 신호들은 대응하는 수신 RF 체인들(1220-1 ~ 1220-M)에서 RF 신호 처리될 수 있다. 각 수신 RF 체인(1220)은 ADC(analog to digital converter), 필터, 주파수 하향 변환을 위한 믹서, 저잡음 증폭기(low noise amplifier, LNA) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
수신 RF 체인(1220)를 거쳐 디지털 신호로 변환된 수신 신호는 크기-위상 보정부(1150)에서 수신 RF 체인들(1220-1 ~ 1220-M) 간의 크기 및 위상 특성의 편차를 보정하는 과정을 거칠 수 있다.
동일한 공간 방향을 향해 형성되는 송신 빔과 수신 빔에 대해, (송신 편파 할당부(1140)의 직교 편파 할당에 의해 변경되는) 송신 빔의 직교 편파는 (수신 안테나 엘리먼트의 직교 편파 특성에 의해 정의되는) 수신 신호의 직교 편파와 동일할 수도 있으며 상이할 수도 있다. 후술하는 바와 같이, 송신 빔의 직교 편파가 수신 신호의 직교 편파와 상이한 경우에, 업링크와 다운링크 간에 무선 채널 특성이 상이하게 되며, 그로 인해 다운링크/업링크 채널 가역성이 성립되지 않게 된다.
도 2a 및 도 2b에 예시된 것과 같이, 안테나 장치(10)는 편파 변환을 이용하여 채널 비-가역성을 보정하는 편파 변환부(1160)를 포함할 수 있다. 편파 변환부(1160)는 크기-위상 보정부(1150)로부터 출력된 수신 신호들에 대해 편파 변환을 수행하여 송신 빔의 직교 편파와 동일한 직교 편파를 가지는 편파 변환된 신호들을 출력할 수 있다.
예를 들면, 송신 빔이 ±45도 직교 편파를 가지며 수신 안테나 엘리먼트가 V/H 직교 편파 특성을 가지는 경우에, 편파 변환부(1160)는 V/H 편파의 수신 신호들에 편파 변환을 수행하여 송신 빔의 직교 편파와 동일한 직교 편파(±45도)를 가지는 편파 변환된 신호들을 출력할 수 있다. 다른 예로, 송신 빔이 V/H 직교 편파를 가지며 수신 안테나 엘리먼트가 V/H 직교 편파 특성을 가지는 경우에, 송신 빔의 직교 편파와 수신 신호의 직교 편파가 동일하므로, 편파 변환부(1160)는 수신 신호들에 대해 편파 변환을 수행하지 않을 수 있다.
대안적으로, 도 2c 및 도 2d에 예시된 바와 같이, 안테나 장치(10)는 편파 합성 및 편파 할당을 이용하여 채널 비-가역성을 보정하는 편파 합성부(1170)와 편파 할당부(1180)를 포함할 수 있다.
편파 합성부(1170)는 각 수신 안테나 엘리먼트를 통해 수신된 한 쌍의 수신 신호들마다 4개의 편파 성분들을 합성하고, 이들을 편파 할당부(1180)에 출력할 수 있다. 편파 합성부(1170)으로부터 출력되는 편파 성분들은 "편파 신호들"로 지칭될 수도 있다.
편파 할당부(1180)는, 각 수신 안테나 엘리먼트와 관련된 2개의 수신 채널들(또는 2개의 수신 신호들)에 대해 할당할 직교 편파를 결정할 수 있다. 편파 할당부(1180)는 2개의 대응하는 송신 채널들에 설정된 직교 편파(혹은 송신 빔의 직교 편파)와 동일한 직교 편파를 2개의 수신 채널들에 할당할 수 있다.
편파 할당부(1180)는 결정된 직교 편파에 대응하여, 편파 합성부(1170)에서 합성된 4개의 편파 성분들 중에서, 프론트홀 인터페이스(1110)를 통해 DU(digital unit)로 전송될, 2개의 편파 성분들을 출력할 수 있다. 각 수신 채널에 대해 할당된 편파 성분들은 "수신 채널의 편파 성분들(편파 신호들)" 혹은 "수신 신호의 편파 성분들(편파 신호들)" 혹은 "수신 편파 성분들(수신 편파 신호들)"로 지칭될 수 있다.
예를 들어, 2개의 송신 채널에 ±45도 직교 편파가 설정되고(따라서, 송신 빔이 ±45도 직교 편파를 가지며) 수신 안테나 엘리먼트가 V/H 직교 편파 특성을 가지는 경우에, 편파 할당부(1180)는 편파 합성부(1170)에서 합성된 4개의 편파 성분들 중에서 ±45 직교 편파에 대응하는 2개의 편파 성분들을 출력할 수 있다. 다른 예로, 2개의 송신 채널에 V/H 직교 편파가 설정되고(따라서, 송신 빔이 V/H 직교 편파를 가지며) 수신 안테나 엘리먼트가 V/H 직교 편파 특성을 가지는 경우에, 편파 할당부(1180)는 편파 합성부(1170)에서 합성된 4개의 편파 성분들 중에서 V/H 직교 편파에 대응하는 2개의 편파 성분들을 출력할 수 있다.
채널 비-가역성과 이를 보정하기 위한 편파 변환부(1160)의 동작과 편파 합성부(1170) 및 편파 할당부(1180)의 동작에 대한 자세한 설명은 도 9, 도 10a, 도 10b, 도 11a 및 도 11b를 참조하여 후술된다.
수신 신호들은 관련된 수신 안테나 엘리먼트들에 대응되는, 위상 및 진폭이 상이한, 복수의 신호들을 포함할 수 있다. 다중 빔 형성부(1120)는 복수의 신호들의 위상 및 진폭을 조정한 후, 조정된 신호들을 합산하여 수신 신호를 생성 또는 복원할 수 있다. 이 과정은 다중 빔 형성부(1120)가 송신 신호로부터 위상과 진폭이 서로 다른 복수 개의 신호들을 형성하는 과정의 반대 과정으로 이해될 수 있다. 이를 위해, 도 2a 및 도 2c에 나타낸 바와 같이 다중 빔 형성부(1122)가 수신 경로에서 편파 합성부(1160) 및 수신 편파 할당부(1180) 이후에 위치하여 디지털 빔포밍을 수행하거나, 도 2b 및 도 2d에 나타낸 바와 같이 다중 빔 형성부(1122)가 수신 경로에서 어레이 안테나(130)와 수신 RF 체인(1220) 사이에 위치하여 아날로그 빔포밍을 수행할 수 있다. 도 2b에서, 수신 RF 체인(1220)은, 그 기능이 실질적으로 아날로그 컴포넌트들로 구성된 다중 빔 형성부(1224)에 의해서도 수행될 수 있는 바, 안테나 장치(10)로부터 제거될 수도 있다.
DU 및 RU
한편, 소위 "stand-alone 기지국"은 디지털 유닛(digital unit, DU) 및 라디오 유닛(radio unit, RU) 각각에 대응하는 신호 처리 기능들이 하나의 물리적 시스템 내에 포함하고, 하나의 물리적 시스템이 서비스 대상 지역에 설치된다. 이에 반하여, 클라우드 무선 접속망(Cloud Radio Access Network, C-RAN) 아키텍처에 따르면, DU 및 RU가 물리적으로 분리되어, RU만이 서비스 대상 지역에 설치되고, 중앙집중화된(centralized) DU들인 BBU pool이 각각의 독립적인 셀을 형성하는 복수의 RU에 대한 제어 관리 기능을 가진다.
DU는 디지털 신호 처리 및 자원 관리 제어 기능을 담당하는 파트로서, 백홀(backhaul)을 통해 코어 네트워크에 연결된다. RU는 무선 신호 처리 기능을 담당하는 파트로서, DU로부터 수신한 디지털 신호를 주파수 대역에 따라 무선 주파수 신호로 변환하고 증폭하며, 안테나에서 수신된　RF　신호를 디지털 신호로 변환하여 DU에 전송한다.
안테나 장치(10)는 DU 및 RU가 하나의 물리적인 시스템 내에 포함된 stand-alone 기지국에 설치되거나, DU 및 RU가 물리적으로 분리된 C-RAN 구조에서의 RU에 설치될 수도 있다. 이하에서는, 안테나 장치(10)가 C-RAN 구조에서의 RU에 설치되는 예를 중심으로 하여 설명하도록 한다.
기저대역 신호는 스크램블링 과정, 변조 과정, 레이어 맵핑 과정과 같은 기저대역 처리를 거친 신호일 수 있다. 스크램블링 과정은 기지국 또는 단말을 구별하기 위하여, 스크램블 신호를 이용하여 기저대역 신호를 암호화하는 과정에 해당한다. 변조 과정은 스크램블링된 신호들을 복수 개의 모듈레이션(변조) 심볼들로 변조하는 과정에 해당한다. 스크램블링된 신호는 변조 맵퍼(미도시)에 입력되어 신호의 종류 및/또는 채널 상태에 따라 BPSK(binary phase shift keying), QPSK(quadrature phase shift keying) 또는 16QAM/64QAM(quadrature amplitude modulation) 방식을 통해 변조될 수 있다. 레이어 맵핑 과정은 신호들을 안테나 별로 분리하기 위하여, 변조 심볼들을 하나 이상의 전송 레이어로 맵핑하는 과정에 해당한다. 변조 과정을 통해 얻어진 변조 심볼들에 대해, 이 변조 심볼들을 리소스 엘리먼트들에 맵핑하는 과정이 더 수행할 수 있다.
안테나 장치(10)가 C-RAN 구조에서의 RU에 설치되는 경우에는 위 과정들이 중앙집중화된 DU에서 수행될 수 있다. 반면, 안테나 장치(10)가 stand-alone 기지국에 설치되는 경우에는 위 과정들이 기지국 내 DU에서 수행될 수 있다.
DU와 RU 사이의 신호 또는 데이터의 교환은 프론트홀(fronthaul) 혹은 프론트홀 링크(fronthaul link)를 통해 이루어진다. 프론트홀 링크는 셀룰러 무선 접속망에서 DU와 RU 사이를 연결하는 링크이다. 안테나 장치(10)의 프론트홀 인터페이스(1110)는 CPRI(Common Public Radio Interface), eCPRI(enhanced CPRI), ORI(Open Radio Equipment Interface), OBSAI(Open Base Station Architecture Initiative) 등의 표준에 부합하도록 구현될 수 있다.
본 발명의 안테나 장치(10)가 RU에서 구현되는 경우, 안테나 장치(10)는 디지털 처리부(110), RF 처리부(120) 및 어레이 안테나(130)로 구분될 수 있다.
RF 처리부(120)는 송신 신호들과 수신 신호들에 대한 아날로그 신호 처리를 담당한다. RF 처리부(120)는 도 2a에 나타낸 바와 같이 RF 체인(1210, 1220)을 포함하여 구성되거나, 도 2b에 나타낸 바와 같이 RF 체인(1210, 1220) 및 다중 빔 형성부(1124)를 포함하여 구성될 수 있다.
디지털 처리부(110)는 송신 신호들과 수신 신호들에 대한 디지털 신호 처리를 담당한다. 디지털 처리부(110)는 디지털 프론트 엔드(digital front end, DFE)로 구현될 수 있다. DFE는 기존의 아날로그 기능 블록들을 디지털 신호 처리(digital　signal processing, DSP) 블록으로 대체한 것을 의미한다. 디지털 처리부(110)가 DFE로 구현되는 경우에는 설계 소모시간, 전력 소모 그리고 면적을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 다중 모드, 다중 밴드를 지원할 수 있는 유동성을 확보할 수 있게 된다.
디지털 처리부(110)는 편파 변환된 신호들에 대해 IFFT(inverse fast fourier transform) 연산과 FFT 연산을 더 수행할 수 있다. 또한, 디지털 처리부(110)는 심볼 간 간섭(inter-symbol interference, ISI)을 방지하기 위해 보호구간(guard interval)을 삽입할 수 있다. 이를 위해, 디지털 처리부(110)는 IFFT부(미도시)/FFT부(미도시)와 CP(cyclic prefix, 미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
어레이 안테나의 안테나 엘리먼트들
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 안테나 시스템의 어레이 안테나(130)에 채용될 수 있는 안테나 모듈(1310)의 다양한 구조와 직교 편파 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3d에 보인 바와 같이, 안테나 모듈(1310)은 송신용 안테나에 해당하는 송신 안테나 엘리먼트(1312) 및 수신용 안테나에 해당하는 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 페어로 구성될 수 있다. 송신 안테나 엘리먼트(1312)는 송신 라인(Tx1, Tx2)과 연결되어 신호의 송신에 이용되고, 수신 안테나 엘리먼트(1314)는 수신 라인(Rx1, Rx2)과 연결되어 신호의 수신에 이용될 수 있다.
송신 안테나 엘리먼트(1312)는 서로 직교하는 편파 특성을 가지는 두 개의 방사소자들을 포함하는 이중 편파 안테나 엘리먼트이며, 수신 안테나 엘리먼트(1314)도 서로 직교하는 편파 특성을 가지는 두 개의 방사소자들을 포함하는 이중 편파 안테나 엘리먼트이다.
송신 안테나 엘리먼트(1312)의 직교 편파 특성과 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 직교 편파 특성은 다를 수 있다(예컨대, 도 3a의 (b) 및 (c) 참조). 예를 들어, 송신 안테나 엘리먼트(1312)에 포함된 방사소자들이 각각 +45도와 -45도의 편파 특성을 가지고, 수신 안테나 엘리먼트(1314)에 포함된 방사소자들이 각각 V 및 H의 편파 특성을 가질 수 있다. 다른 예로, 송신 안테나 엘리먼트(1312)에 포함된 방사소자들이 각각 V 및 H의 편파 특성을 가지고, 수신 안테나 엘리먼트(1314)에 포함된 방사소자들이 각각 +45도와 -45도의 편파 특성을 가질 수 있다. 즉, 안테나 모듈(1310)은, 송신 안테나 엘리먼트(1312)의 이중 직교 편파(dual orthogonal polarizations)와 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 이중 직교 편파를 포함하는, 2종(two kinds)의 직교 편파 특성을 제공할 수 있다.
송신 안테나 엘리먼트(1312)의 직교 편파 특성과 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 직교 편파 특성은 서로 동일할 수도 있다(도 3a의 (a) 및 (d) 참조). 이러한 안테나 모듈(1310)이 채용된 실시예에서, 도 4를 참조하여 후술하는 바와 같이, 송신 라인(Tx1, Tx2)을 통해 전달될 송신 신호들의 편파 성분들에 의존하여, 송신 안테나 엘리먼트(1312)로부터 방사되는 빔은 송신 안테나 엘리먼트(1312)의 이중 편파 특성과는 상이한 이중 직교 편파 방향을 가질 수 있다. 따라서, 도 3a의 (a) 및 (d)에 예시된 안테나 모듈(1310)을 이용하는 경우에도, 안테나 장치(10)는 송신 빔과 수신 빔 간에 상이한 이중 직교 편파를 사용할 수 있다.
도 3a에 보인 안테나 모듈(1310)에서, 송신 안테나 엘리먼트(1312)를 구성하는 2개의 방사소자들은 제1교차점에서 서로 교차하도록 배치되고 수신 안테나 엘리먼트(1314)를 구성하는 방사소자들은 제2교차점에서 서로 교차하도록 배치되어 있다. 제1교차점과 제2교차점 사이의 거리가 작아질수록 안테나 모듈(1310)이 점유하는 면적의 효율성이 높아진다.
도 3b을 참조하면, 수신 안테나 엘리먼트(1314)를 구성하는 한 쌍의 방사소자들이 (1) 송신 안테나 엘리먼트(1312)의 좌측 및 상측에 인접하여 배치되거나(도 3b의 (a) 참조), (2) 송신 안테나 엘리먼트(1312)의 좌측 및 하측에 인접하여 배치되거나(도 3b의 (b) 참조), (3) 송신 안테나 엘리먼트(1312)의 우측 및 상측에 인접하여 배치되거나(도 3b의 (c) 참조), (4) 송신 안테나 엘리먼트(1312)의 우측 및 하측에 인접하여 배치(도 3b의 (d) 참조)될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 송신 안테나 엘리먼트(1312)를 구성하는 한 쌍의 방사소자들이 (1) 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 좌상측 및 좌하측에 인접하여 배치되거나(도 3c의 (a) 참조), (2) 송신 안테나 엘리먼트(1314)의 좌하측 및 우하측에 인접하여 배치되거나(도 3c의 (b) 참조), (3) 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 좌상측 및 우상측에 인접하여 배치되거나(도 3c의 (c) 참조), (4) 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 우상측 및 우하측에 인접하여 배치(도 3c의 (d) 참조)될 수 있다.
이와 같이, 도 3b 및 도 3c에서 보인 안테나 모듈(1310)은 어느 하나의 안테나 엘리먼트(1312 혹은 1314)가 다른 하나의 안테나 엘리먼트(1314 혹은 1312)에 측면에 인접하여 배치되므로, 도 3a에 보인 안테나 모듈(1310)에 비해 향상된 면적 효율성을 어레이 안테나(130)에 제공할 수 있다. 또한, 면적 효율성의 향상은 제작, 설치, 유지 보수 등의 편의성으로 이어질 수 있다.
도 3d에 보인 안테나 모듈(1310)에서, 송신 안테나 엘리먼트(1312)를 구성하는 2개의 방사소자들과 수신 안테나 엘리먼트(1314)를 구성하는 방사소자들이 하나의 교차점(1316)에서 서로 교차하며, 따라서 도 3d의 배열은 도 3a 내지 도 3c의 배열들에 비해 면적 효율성이 극대화된다.
덧붙여, 도 3a 내지 도 3d을 참조하여 기술된 위 설명에서, 송신 안테나 엘리먼트(1312)의 위치와 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 위치는 서로 뒤바뀔 수 있음을 이해하여야 한다.
편파 합성 및 편파 할당
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 송신 안테나 엘리먼트와 관련하여 수행되는 편파 합성 및 편파 할당을 설명하기 위한 개념도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 수신 안테나 엘리먼트와 관련하여 수행되는 편파 합성 및 편파 할당을 설명하기 위한 개념도이다.
앞서 설명된 바와 같이, 송신 편파 합성부(1130)는 하나의 송신 안테나 엘리먼트(1312)를 통해 송신될 2개의 송신 신호로부터 4개의 서로 다른 편파 성분들을 합성하여 출력할 수 있다.
도 4를 참조하면, 송신 편파 합성부(1130)는 송신 신호들(S1, S2)로부터 서로 다른 편파 성분들("S1", "S2", "S1 + S2", 및 "S1 + S2ejπ")을 합성하여 출력할 수 있다. 여기서, "S1"과 "S2"는 송신 안테나 엘리먼트(1312)의 편파 특성과 동일한 편파 방향을 가지는 빔들을 생성하는 데에 사용되며, "S1 + S2"와 "S1 + S2ejπ"은 송신 안테나 엘리먼트(1312)의 편파 특성과는 상이한 편파 방향을 가지는 빔들을 생성하는 데에 사용된다.
송신 편파 합성부(1130)에서 수행되는 편파 성분들의 합성(composition)은 아래 수학식 1의 행렬 연산을 통해 구현될 수 있다.
Figure pat00001
위 수학식 1에서,
Figure pat00002
는 PVCD(polarization vector composition-decomposition) 행렬을 나타낸다. 여기서, 세 번째 및 네 번째 편파 성분들("S1 + S2"와 "S1 + S2ejπ")의 파워가 증가하는 것을 방지하기 위하여, PD 행렬의 세 번째 행의 원소들과 네 번째 행의 원소들에 스케일 계수가 적용될 수 있다. 스케일 계수는
Figure pat00003
일 수 있다.
송신 편파 할당부(1140)는 송신 편파 합성부(1130)로부터 출력된 송신 신호들(S1, S2)의 4개의 편파 성분들 중에서 송신 안테나 엘리먼트(1312)의 2개의 방사소자들을 통해 방사될 2개의 편파 성분들을 2개의 송신 경로에 출력할 수 있다.
예를 들어, 송신 편파 할당부(1140)는 4개의 편파 성분들("S1", "S2", "S1 + S2", "S1 + S2ejπ") 중에서, (1) "S1" 및 "S2"를 출력하거나(도 4의 (a) 참조) (2) "S1 + S2" 및 "S1 + S2ejπ"를 출력(도 4의 (b) 참조)할 수 있다.
송신 편파 할당부(1140)로부터 출력된 편파 성분들에 따라, ±45도 직교 편파 특성을 가진 송신 안테나 엘리먼트(1312)로부터 방사되는 빔들은 ±45도 직교 편파 혹은 V/H 직교 편파를 가질 수 있다.
도 4의 (a)에서와 같이, 편파 성분들 "S1" 및 "S2"가 송신 채널들에 할당되면, +45˚ 편파 특성을 가지는 방사소자를 통해 방사되는 편파 성분 "S1"은 +45˚ 편파를 가진 빔 패턴을 형성하고, -45˚ 편파 특성을 가지는 방사소자를 통해 방사되는 편파 성분 "S1"은 -45˚ 편파를 가진 빔 패턴을 형성한다. 즉, ±45˚ 직교 편파 특성을 가진 송신 안테나 엘리먼트(1312)는 ±45˚ 직교 편파를 가지는 빔 패턴을 형성한다.
도 4의 (b)에서와 같이, 편파 성분들 "S1 + S2" 및 "S1 + S2ejπ"가 송신 채널들에 할당되면, +45˚ 편파 특성을 가지는 방사소자를 통해 방사되는 편파 성분 "S1 + S2"이 형성하는 빔과, -45˚ 편파 특성을 가지는 방사소자를 통해 방사되는 편파 성분 "S1 + S2ejπ"이 형성하는 빔 간에 편파 합성이 발생한다.
구체적으로, 편파 성분 "S1"의 경우에, +45˚ 편파 특성을 가지는 방사소자를 통해 방사되는 제1빔이 +45˚ 편파 방향(polarization orientation)을 가지며, -45˚ 편파 특성을 가지는 방사소자를 통해 방사되는 제2빔이 -45˚ 편파 방향을 가지며, 따라서 제1빔과 제2빔이 합성되어 V 편파 방향을 가지는 합성 빔이 나타난다. 편파 성분 "S2"의 경우에, +45˚ 편파 특성을 가지는 방사소자를 통해 방사되는 제3빔이 +45˚ 편파 방향을 가지며, -45˚ 편파 특성을 가지는 방사소자를 통해 방사되는 제4빔이 "-45˚+π" 편파 방향을 가지며, 따라서 제3빔과 제4빔이 합성되어 V 편파 방향을 가지는 합성 빔이 나타난다.
한편, 수신 안테나 엘리먼트(1314)가 자유공간상의 무선 신호들(S1, S2)를 수신할 때 수신 신호들(a, b)의 직교 편파 방향은 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 직교 편파 특성에 의해 결정된다. 예를 들어, 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 이중 편파 특성이 V/H 직교 편파인 경우에, 수신 신호들은 V/H 직교 편파를 가진다.
도 5를 참조하면, 무선 신호(S1, S2)에 대해, 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 V 편파를 가진 방사소자에 의해 캡쳐된 수신 신호(a)는 V 편파의 S1 신호성분 S1(V)과 V 편파의 S2 신호성분 S2(V)을 포함하고, H 편파를 가진 방사소자에 의해 캡쳐된 수신 신호(b)는 H 편파의 S1 신호성분 S1(H)과 H 편파의 S2 신호성분 S2(H)을 포함한다.
앞서 설명된 바와 같이, 수신 편파 합성부(1170)는 하나의 수신 안테나 엘리먼트(1314)가 수신한 2개의 수신 신호들(a, b)로부터 서로 다른 4개의 편파 성분들을 합성하여 출력할 수 있다. 수신 편파 합성부(1170)에서 수행되는 편파 성분 합성은 수학식 1의 행렬 연산을 통해 구현될 수 있다.
도 5에 보인 바와 같이, 수신 편파 합성부(1170)는 RF 신호(S1, S2)에 대한 수신 신호들(a, b)로부터 서로 다른 편파 성분들("a", "b", "a + b" 및 "a + bejπ")을 합성하여 출력할 수 있다. 여기서, a"과 "b" 은 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 편파 특성과 동일한 편파 방향을 가지는 편파 성분들이며, "a + b"와 "a + bejπ"는 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 편파 특성과는 상이한 편파 방향을 가지는 편파 성분들이다.
구체적으로, 편파 성분 "a"는 V 편파의 S1 신호성분 S1(V)과 V 편파의 S2 신호성분 S2(V)을 가지며, 편파 성분 "b"는 H 편파의 S1 신호성분 S1(H)과 H 편파의 S2 신호성분 S2(H)을 가진다.
또한, 편파 성분 "a + b"는 (1) V 편파의 S1 신호성분 S1(V)과 H 편파의 S1 신호성분 S1(H)가 합성된 +45˚편파의 S1 신호성분 S1(+45˚)과 (2) V 편파의 S2 신호성분 S2(V)과 H 편파의 S2 신호성분 S2(H)가 합성된 +45˚편파의 S2 신호성분 S2(+45˚)를 가진다.
또한, 편파 성분 "a + bejπ"는 (1) V 편파의 S1 신호성분 S1(V)과 H+π편파의 S1 신호성분 S1(H+π)가 합성된 -45˚편파의 S1 신호성분 S1(-45˚)과 (2) V 편파의 S2 신호성분 S2(V)과 H+π 편파의 S2 신호성분 S2(H+π)가 합성된 -45˚편파의 S2 신호성분 S2(-45˚)를 가진다.
수신 편파 할당부(1180)는 수신 편파 합성부(1170)로부터 출력된 수신 신호들(a, b)의 편파 성분들 중에서 2개의 편파 성분들을 2개의 수신 경로에 출력할 수 있다. 예를 들어, 수신 편파 할당부(1180)는 4개의 편파 성분들("a", "b", "a + b", 및 "a + bejπ") 중에서, (1) "a" 및 "b"를 출력하거나(도 5의 (a) 참조) (2) "a + b" 및 "a + bejπ"를 출력(도 5의 (b) 참조)할 수 있다.
도 5의 (a)에서와 같이, 편파 성분들 "a" 및 "b"가 수신 채널들에 할당되면, RF 신호(S1, S1)에 대해, 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 직교 편파 특성과 동일한 직교 편파의 신호성분들 "S1(V), S2(V)"과 "S1(H), S2(H)"이 수신 채널들로 출력된다.
도 5의 (b)에서와 같이, 편파 성분들 "a + b" 및 "a + bejπ"가 수신 채널들에 할당되면, RF 신호(S1, S1)에 대해, 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 직교 편파 특성과는 상이한 합성된 직교 편파의 신호성분들 "S1(+45˚), S2(+45˚)"과 "S1(-45˚), S2(-45˚)"이 수신 채널들로 출력된다.
도 2a 내지 도 2d는, 안테나 장치(10)가, 모든 송신 신호들 혹은 송신 채널들에 대해 편파 합성 및 편파 할당을 통합적으로 수행하는, 하나의 송신 편파 합성부(1130)와 하나의 송신 편파 할당부(1140)를 포함하는 것으로 예시하고 있다.
그러나, 다른 실시예에서, 안테나 장치(10)는 각각의 송신 빔과 관련된 송신 신호들 혹은 송신 채널들에 대해 편파 합성 및 편파 할당을 수행하는 복수의 송신 편파 합성부와 복수의 송신 편파 할당부를 포함하도록 구성될 수도 있다. 유사하게, 안테나 장치(10)은 복수의 수신 편파 합성부와 복수의 수신 편파 할당부를 포함하도록 구성될 수도 있다. 그러한 구성의 일 예가 도 6에 도시되어 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서 송신 신호들에 대한 편파 합성 및 편파 할당을 수행하기 위한 예시적인 구조를 보이는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 안테나 장치는 복수의 편파 합성부(1130-1 ~ 1130-M), 복수의 편파 할당부(1140-1 ~ 1140-M) 및 편파 할당 제어부(1142)를 포함하여 구성될 수 있다. 편파 할당 제어부(1142)는 복수의 송신 편파 합성부(1130-1 ~ 1130-M)에 의해 수행되는 송신 신호들의 편파 할당을 통합적으로 관리한다.
편파 할당 제어부(1142)는 빔의 개수와 기준 빔의 직교 편파에 기초하여, 송신 채널들 각각에 대한 직교 편파를 결정할 수 있다. 여기서, 빔의 개수는 어레이 안테나(130)을 이용하여 생성할 빔들의 개수를 의미하며, 기준 빔은 다중 빔들 중에서 미리 정의된 어느 하나의 빔(예를 들어, M개의 송신 채널 중에서 제1 송신 채널과 제2 송신 채널과 관련된 송신 빔)일 수 있다. 다중의 송신 빔들 중에서 서로 이웃하는 송신 빔들이 서로 다른 직교 편파를 가지도록, 편파 할당 제어부(1142)는 송신 채널들 각각에 대한 직교 편파를 결정할 수 있다.
편파 할당 제어부(1142)는 송신 채널들에 대한 직교 편파의 할당을 제어하기 위한 할당 제어신호들을 생성할 수 있다. 편파 할당 제어부(1142)는 할당 제어신호들을 편파 할당부들(1140-1 ~ 1140-M)로 전송할 수 있다. 각 편파 할당부(1140-1 ~ 1140-M)는 대응하는 편파 합성부(1130-1 ~ 1130-M)에서 생성된 4개의 편파 성분들 중에서, 할당 제어신호에 의해 지시되는 직교 편파에 대응하는 편파 성분들을 출력할 수 있다.
각 편파 할당부(1140-1 ~ 1140-M)에 의해 출력된 편파 성분들이 후속 컴포넌트들을 거쳐 대응하는 송신 안테나 엘리먼트(1312)에 공급된다. 직교 편파가 할당된 송신 신호들은 송신 안테나 엘리먼트들(1312)를 통해 자유공간 상에서 서로 다른 방향의 빔들로 방사될 수 있다. 이러한 공간적인 편파 분리는 수평 방향(direction)과 수직 방향 중에서 하나 이상의 방향으로 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치가 제공하는 수평 방향과 수직 방향으로의 공간적인 편파 분리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7에 보인 바와 같이, 안테나 장치(10)는, 어레이 안테나(130)를 이용하여, c개의 섹터들(sectors)에 대응하여 수평 방향으로 분리된 c개의 빔들을 형성할 수 있으며, c개의 섹터 각각에 대해 수직 방향으로 분리된 d개의 빔들을 형성할 수 있다. 즉, 안테나 장치(10)는 3D 빔포밍을 제공할 수 있다. 각 섹터들 마다 수직 방향으로 공간 분리된 빔들의 수는 동일하거나 상이할 수도 있다. 따라서 안테나 장치(10)의 커버리지 영역(coverage area)은 최대 c×d 개의 서브섹터들로 나뉠 수 있다.
수평 방향으로 분리된 빔들은 인접한 빔들 간에 서로 상이한 직교 편파를 가지며(즉, 수평 방향의 공간적 편파 분리), 따라서 수평으로 인접한 빔들 간의 상관관계는 충분히 작을 수 있다. 또한, 각 섹터에서, 수직 방향으로 분리된 빔들은 인접한 빔들 간에 서로 상이한 직교 편파를 가지며(즉, 수직 방향의 공간적 편파 분리), 수직으로 인접한 빔들 간의 상관관계는 충분히 작을 수 있다. 나아가, 인접한 섹터 간에 동일한 직교 편파를 가지는 빔들(예를 들어, 첫 번째 섹터의 첫 번째 빔과 두 번째 섹터의 두 번째 빔)은 수평 방향으로 그리고 수직 방향으로 충분히 이격되어 있어서, 두 빔들 사이의 상관관계도 충분히 작을 수 있다.
이전까지는, ±45˚의 직교 편파와 H/V의 직교 편파 간의 높은 상관관계로 인해, 이들 2종의 직교 편파들을 함께 사용하는 안테나 장치가 시도되지 않았음에 주목한다. 본 발명에 따른 안테나 장치(10)는 공간적으로 서로 인접한 빔들 간에 상이한 직교 편파를 할당함으로써 직교 편파들 간 상관관계를 개선하여, 2종의 직교 편파들(즉, 4개의 상이한 편파들)이 제공하는 편파 다이버시티의 효율을 완전하게 사용할 수 있는 편파 재사용(polarization reuse)를 구현할 수 있다. "편파 재사용"이라는 용어는 주파수 재사용(frequency reuse)에 착안한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치가 제공하는 시간적인 편파 분리를 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명에 따른 안테나 장치(10)는, 동일한 방향을 향해 형성되는 송신 빔과 수신 빔이 서로 상이한 직교 편파를 가지도록, 2종의 직교 편파들을 송신 채널과 수신 채널에 할당함으로써, 2종의 직교 편파들을 시간적으로 분리할 수 있다.
도 8에서, 빗금으로 표시된 영역(Tx)은 송신 안테나 엘리먼트(1312)를 통해 신호가 송신되는 시간 구간을 나타내고, 빗금으로 표시되지 않은 영역(Rx)은 수신 안테나 엘리먼트(1314)를 통해 신호가 수신되는 시간 구간을 나타낸다.
도 8의 예시에서, 송신 시간 구간 동안에 ±45도의 직교 편파가 사용되며, 수신 시간 구간 동안에 vertical/horizontal의 직교 편파가 사용되어, 상이한 직교 편파가 시간적으로 분리되어 사용된다. 예시된 것과 반대로, 수신 시간 구간 동안에 ±45도의 직교 편파가 사용되고 송신 시간 구간 동안에 vertical/horizontal의 직교 편파가 사용될 수도 있음을 이해하여야 한다.
특히, 본 발명에 따른 안테나 장치(10)는 TDD 동작을 위해 사용하는 송신 안테나 엘리먼트와 수신 안테나 엘리먼트 간의 직교 편파 특성이 서로 상이할 수도 있으며, 따라서 신호의 송신과 신호의 수신에 사용하는 직교 편파가 서로 상이할 수 있다.
채널 비-가역성 보정(correction)
채널 가역성이란, 동일한 주파수 대역에서 다운링크 채널과 업링크 채널의 채널 특성이 동일하다는 전제이다. 즉, 채널 가역성은 다운링크 채널과 업링크 채널이 서로 유사한 특성을 가지는 성질을 의미한다.
채널　가역성을 이용하면, 기지국이 업링크　채널　응답을 이용하여 다운링크　채널　응답을 얻거나 단말이 다운링크　채널　응답을 이용하여 업링크　채널　응답을 얻는 것이 가능하다. 따라서, 채널 가역성은 FDD(Frequency Division Duplexing) 방식에 비해 TDD(Time Division Duplexing) 방식이 가지는 가장 큰 이점이라 할 수 있다.
도 9는 안테나 장치가 신호의 송신과 신호의 수신 간에 상이한 이중 편파를 사용하는 경우에 발생할 수 있는 채널 비-가역성(channel non-reciprocity) 문제를 설명하기 위한 개념도이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나 장치는 공간적인 편파 분리와 시간적인 편파 분리를 사용한다. 따라서, 어떤 공간 방향을 향해 형성되는 송신 빔의 직교 편파는 그 공간 방향으로부터 무선 신호를 수신하는 데에 사용되는 수신 안테나 엘리먼트의 직교 편파 특성과 상이할 수도 있다. 예를 들어, 어떤 공간 방향에 대해, 송신 빔이 ±45˚의 직교 편파를 가지고 수신 안테나 엘리먼트가 H/V의 직교 편파 특성을 가질 수 있다. 다른 예로, 송신 빔이 H/V의 직교 편파를 가지고, 수신 안테나 엘리먼트가 ±45˚의 직교 편파 특성을 가질 수 있다. 이와 같이, 다운링크와 업링크에 서로 다른 직교 편파가 사용되면, 업링크와 다운링크 간에 무선 채널 특성이 상이하게 되며, 그로 인해 다운링크/업링크 간의 채널 가역성이 성립되지 않게 된다. 즉, 채널 비-가역성이 발생한다.
이러한 채널 가역성의 불성립(즉, 채널 비-가역성의 발생)은 빔포밍을 수행하지 않는 경우 혹은 5G NR에서 기지국(gNB)이 단말(UE)에 전송하는 CSI-RS(channel state information-reference signal)에 기반한 빔포밍을 수행하는 경우에는 문제가 되지 않는다. 그러나, SRS(sounding reference signal)에 기반한 빔포밍을 수행하는 경우에는 채널 가역성의 불성립이 안테나 장치의 성능을 저하시킬 수 있다.
SRS는 업링크 채널의 상태를 추정하기 위해 단말(UE)이 기지국(gNB)으로 전송하는 업링크 기준 신호로서, 단말(UE)은 주기적 또는 비주기적으로 SRS를 기지국(gNB)으로 전송하여 업링크 채널의 상태정보를 알릴 수 있다. 기지국(gNB)은 수신된 SRS를 통해 업링크 채널의 채널상태정보(CSI)를 획득하고, 획득된 CSI를 이용하여 다운링크 빔포밍을 위한 가중치 벡터를 결정할 수 있다.
따라서, 채널 가역성이 성립하지 않는 경우에는, SRS를 이용하여 구한 가중치 벡터를 다운링크 빔포밍에 이용하면 안테나 장치의 성능이 저하될 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 안테나 장치(10)는, 수신 신호들의 신호 처리를 통해, 수신 신호들의 직교 편파를 송신 채널들(혹은 송신 빔)의 직교 편파에 일치시킴으로써 채널 비-가역성을 보정한다(즉, 채널 가역성을 확보한다).
전술한 바와 같이, 채널 비-가역성 보정은 편파 변환부(1160)의 편파 변환에 의해, 대안적으로 편파 합성부(1170) 및 편파 할당부(1180)의 편파 합성 및 편파 할당에 의해 달성될 수 있다. 이하, 도 10a, 도 10b, 도 10c, 및 도 10d를 참조하여, 채널 비-가역성을 보정하기 위한 예시적인 구조들과 그 동작을 설명한다.
도 10의 예시적인 구조는 채널 비-가역성을 보정하는 기능을 수행하는 편파 변환부(1160)를 포함한다.
도 10a의 예에서는, 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 직교 편파 특성(V/H)이 다운링크 채널의 전파(혹은 송신 빔)의 직교 편파(±45˚)와 상이하므로, 채널 비/가역성 보정이 필요하다.
도 10a를 참조하면, ±45˚ 직교 편파가 할당된 2개의 디지털 송신 신호가 송신 RF 체인(1210)의 RF 신호 처리를 거쳐 송신 안테나 엘리먼트(1312)에 공급(feed)된다. 송신 RF 체인에 ±45˚ 직교 편파에 대응하는 편파 성분들이 입력되면, 송신 안테나 엘리먼트(1312)은 ±45˚ 직교 편파 특성을 가지는 바, 다운링크 채널의 전파는 ±45˚ 직교 편파를 가진다. 수신 안테나 엘리먼트(1314)는 업링크 채널의 전파를 수신하여 아날로그 수신 신호를 출력한다. 수신 안테나 엘리먼트(1314)은 V/H 직교 편파 특성을 가지는 바, 아날로그 수신 신호는 전파의 V/H 직교 편파 성분에 대응한다. 아날로그 수신 신호들은 수신 RF 체인(1220)의 RF 신호 처리를 거쳐 디지털 수신 신호들로 변환된다.
편파 변환부(1160)는 디지털 수신 신호들에 대해 편파 변환을 수행하여 다운링크 채널의 직교 편파와 동일한 직교 편파를 가지는 편파 변환된 신호들을 출력한다. 편파 변환부(1160)에서 수행되는 편파 변환은 아래 수학식 2의 행렬 연산을 통해 구현될 수 있다.
Figure pat00004
위 수학식 2에서, a와 b는 편파 변환부(1160)에 입력되는 디지털 수신 신호들이며. a+b와 a+bejπ는 편파 변환부(1160)로부터 출력되는 편파 변환된 수신 신호이다. 나아가,
Figure pat00005
는 직교 편파의 변환을 위한 PD(polarization decomposition) 행렬을 나타낸다. 다만, 편파 변환된 수신 신호의 파워가 증가하는 것을 피하기 위하여, PD 행렬 내 모든 원소들에 스케일 계수가 적용될 수 있다. 스케일 계수는
Figure pat00006
일 수 있다.
도 10b의 예에서는, 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 직교 편파 특성(V/H)이 다운링크 채널의 전파(혹은 송신 빔)의 직교 편파(V/H)와 일치하므로, 채널 비/가역성 보정이 필요하지 않다. 따라서, 편파 변환부(1160)는, 편파 변환 없이, 입력된 디지털 수신 신호들을 그대로 출력한다.
도 11a 및 도 11b의 예시적인 구조에서, 채널 비-가역성을 보정하는 기능은 편파 할당 제어부(1142), 수신 편파 합성부(1170), 및 수신 편파 할당부(1180)에 의해 구현된다.
도 11a의 예에서는, 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 직교 편파 특성(V/H)이 다운링크 채널의 전파(혹은 송신 빔)의 직교 편파(±45˚)와 상이하므로, 채널 비/가역성 보정이 필요하다. 따라서, 수신 편파 합성부(1170)에 입력되는 신호들과 수신 편파 할당부(1180)로부터 출력되는 신호 간에 직교 편파가 달라진다.
도 11a를 참조하면, 수신 편파 합성부(1170)은 한 쌍의 송신 신호에 대해 4개의 편파 성분들을 생성하고, 편파 할당 제어부(1142)의 제어신호에 응답하여, 수신 편파 할당부(1140)은 ±45˚ 직교 편파에 대응하는 2개의 편파 성분들을 출력한다. 2개의 편파 성분들은 송신 RF 체인(1210)을 거쳐 송신 안테나 엘리먼트(1312)에 공급(feed)된다. 송신 안테나 엘리먼트(1312)은 ±45˚ 직교 편파 특성을 가지는 바, 다운링크 채널의 전파(혹은 송신 빔)는 ±45˚ 직교 편파를 가진다.
수신 안테나 엘리먼트(1314)는 업링크 채널의 전파를 수신하여 2개의 아날로그 수신 신호들을 출력한다. 수신 안테나 엘리먼트(1314)은 V/H 직교 편파 특성을 가지는 바, 2개의 아날로그 수신 신호들은 전파의 V/H 직교 편파 성분에 대응한다. 2개의 아날로그 수신 신호들은 수신 RF 체인(1220)의 RF 신호 처리를 거쳐 2개의 디지털 수신 신호들로 변환된다. 수신 편파 합성부(1170)는 2개의 디지털 수신 신호로부터 4개의 직교 편파 성분들을 합성할 수 있다.
채널 비-가역성을 보정하기 위해, 편파 할당 제어부(1142)는 송신 편파 할당부(1140)에 대해 선택된 직교 편파와 동일한 직교 편파(즉, ±45˚ 직교 편파)를 선택하고, 선택된 직교 편파를 지시하는 할당 제어신호를 수신 편파 할당부(1180)에 전송한다. 수신 편파 할당부(1180)는 4개의 직교 편파 성분들 중에서, 할당 제어신호에 의해 지시되는 직교 편파(즉, ±45˚ 직교 편파)에 대응하는 2개의 편파 성분을 출력한다.
도 11b의 예에서는, 수신 안테나 엘리먼트(1314)의 직교 편파 특성(V/H)이 다운링크 채널의 전파(혹은 송신 빔)의 직교 편파(V/H)와 일치하므로, 채널 비/가역성 보정이 필요하지 않다. 따라서, 수신 편파 합성부(1170)에 입력되는 신호들과 수신 편파 할당부(1314)로부터 출력되는 신호 간에 직교 편파가 달라지지 않는다.
도 11b를 참조하면, 편파 할당 제어부(1142)의 제어신호에 응답하여, 수신 편파 할당부(1140)은 V/H 직교 편파에 대응하는 2개의 편파 성분들을 출력한다. 2개의 편파 성분들은 송신 RF 체인(1210)을 거쳐 송신 안테나 엘리먼트(1312)에 공급(feed)된다. 송신 안테나 엘리먼트(1312)은 ±45˚ 직교 편파 특성을 가지는 바, 편파 합성에 의해 다운링크 채널의 전파(혹은 송신 빔)는 V/H 직교 편파를 가진다.
수신 안테나 엘리먼트(1314)는 업링크 채널의 전파를 수신하여 2개의 아날로그 수신 신호들을 출력한다. 수신 안테나 엘리먼트(1314)은 V/H 직교 편파 특성을 가지는 바, 2개의 아날로그 수신 신호들은 전파의 V/H 직교 편파 성분에 대응한다. 2개의 아날로그 수신 신호들은 수신 RF 체인(1220)의 RF 신호 처리를 거쳐 2개의 디지털 수신 신호들로 변환된다. 수신 편파 합성부(1170)는 2개의 디지털 수신 신호로부터 4개의 직교 편파 성분들을 합성할 수 있다.
편파 할당 제어부(1142)는 송신 편파 할당부(1140)에 대해 선택된 직교 편파와 동일한 직교 편파(즉, V/H 직교 편파)를 선택하고, 선택된 직교 편파를 지시하는 할당 제어신호를 수신 편파 할당부(1180)에 전송한다. 수신 편파 할당부(1180)는 4개의 직교 편파 성분들 중에서, 할당 제어신호에 의해 지시되는 직교 편파(즉, V/H 직교 편파)에 대응하는 2개의 편파 성분을 출력한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 안테나 장치(10)는 수신 안테나 엘리먼트(1314)로부터 입력되는 수신 신호들에 대해 편파 변환을 수행하거나 편파 합성 및 편파 할당을 수행하여, 다운링크 채널의 (혹은 송신 빔의 혹은 송신 채널들의) 직교 편파와 동일한 직교 편파에 대응하는 신호 성분들을 출력할 수 있다. 이로써 업링크 채널과 다운링크 채널 사이의 채널 비-가역성이 보정될 수 있으며, 그에 따라 업링크 채널로 수신되는 SRS로부터 추정된 업링크 채널의 상태정보(CSI)에 기초하여 수행되는 송신 빔포밍의 성능 저하가 방지될 수 있다. 덧붙여, RU에서 구현되는 안테나 장치(10)에서 수신 신호들에 대한 신호처리를 통해 채널 비-가역성을 보정(correction)되므로, DU에서는 채널 가역성이 확보될 수 있다.
크기-위상 보정(calibration)
앞서 언급한 바와 같이, 도 2a 및 도 2b에서, 크기-위상 보정부(1150)는 RF 신호들이 RF 경로들을 이동하는 과정에서 발생하는 편파의 크기 변화와 위상 변화의 편차를 보정할 수 있다.
크기-위상 보정부(1150)는 복수의 송신/수신 신호들 혹은 송신/수신 채널들에 대해 크기 및 위상 보정을 통합적으로 수행하는 하나의 컴포넌트로 구현될 수 있으며, 대안적으로, 복수의 송신/수신 신호들 혹은 송신/수신 채널들 각각에 대해 크기 및 위상 보정을 개별적으로 수행하는 복수의 모듈로 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 안테나 어레이(130)에서 발생하는 편파 합성의 정확도는 합성되는 무선 신호들의 크기와 위상에 크게 의존하므로, 이러한 크기 및 위상의 보정은 편파 합성의 정확도를 높인다. 따라서 크기 및 위상 보정은 모든 RF 경로들에 대해 적용될 수도 있으나, 복수의 RF 송신 경로들 중에서 편파 합성이 필요한 송신 경로들과, 복수의 RF 수신 경로들 중에서 채널 비-가역성 보정이 필요한 수신 경로들에 대해서만 선택적으로 적용될 수도 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서 송신 편파 합성 캘리브레이션을 수행하기 위한 예시적인 구조를 보이는 블록도이다.
도 12에 예시된 바와 같이, 크기-위상 보정부(1150)는 보정 제어부(1152) 및 복수의 보정 실행부(1154)를 포함하여 구성될 수 있다.
보정 제어부(1152)는 복수의 송신 채널에 대해 수행되는 크기 및 위상 보정을 통합적으로 관리한다. 보정 제어부(1152)는 "송신 편파 할당부(1140)로부터 출력되는 편파 성분들"과 "송신 RF 체인(1210)으로부터 출력되는 편파 성분들"을 비교하여, 보정 실행부(1154)에 의해 수행될 크기 및 위상의 보정을 제어하기 위한 보정 제어신호를 생성할 수 있다. 보정 제어신호는 보상될 크기 값과 위상 값을 포함할 수 있다.
보정 제어부(1152)는 각 보정 실행부(1154)에 보정 제어신호를 송신할 수 있다. 각 보정 실행부(1154)는 보정 제어신호에 기초하여 크기 및 위상의 보정을 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이, 복수의 송신 경로들 중에서, 송신 경로에 할당된 직교 편파와 송신 안테나 엘리먼트의 직교 편파 특성이 상이한 (따라서 송신 안테나 엘리먼트에서 편파 합성이 발생하는) 송신 경로들에 대해서만 선택적으로 크기 및 위상 보정이 적용될 수도 있다.
따라서, 송신 안테나 엘리먼트에서 편파 합성이 발생하지 않는 경우에, 보정 제어부(1152)는 관련된 보정 실행부(1154)에 보정 제어신호를 전송하지 않거나, 보상될 크기 값과 위상 값이 각각 0(zero)로 설정된 보정 제어신호를 관련된 보정 실행부(1154)에 전송할 수 있다.
도 12를 참조하면, 편파 할당부(1140-1)는 2개의 송신 채널에 각각 편파 성분들 "a" 와 "b"을 출력하므로, 관련된 송신 안테나 엘리먼트(1312)에서 방사되는 송신 빔은 편파 합성을 수반하지 않는다. 따라서, 보정 제어부(1152)는 보정 실행부(1154-1)에 보정 제어신호를 전송하지 않거나, 보상될 크기 값과 위상 값이 각각 0(zero)로 설정된 보정 제어신호를 보정 실행부(1154-1)에 전송할 수 있다. 반면, 편파 할당부(1140-E)는 2개의 송신 채널에 각각 편파 성분들 "i + j"와 "i + jejπ"을 출력하므로, 관련된 송신 안테나 엘리먼트(1312)에서 방사되는 송신 빔은 편파 합성을 수반한다. 따라서, 보정 제어부(1152)는 "송신 편파 할당부(1140-E)로부터 출력되는 편파 성분들과 송신 RF 체인들(1210 E-1, 1210 E-2)으로부터 출력되는 편파 성분들을 비교하여, 송신 RF 체인들(1210 E-1, 1210 E-2) 간의 편차를 계산하고, 보정 실행부(1154-E)에 의해 수행될 크기 및 위상의 보정을 제어하기 위한 보정 제어신호를 생성할 수 있다. 보정 실행부(1154-E)는 보정 제어신호를 기초로 송신 편파 할당부(1140-E)로부터 출력되는 편파 성분들의 크기 및 위상을 조정하여, 송신 RF 체인(1210 E-1)과 송신 RF 체인(1210 E-2) 간의 RF 경로의 크기 및 위상 특성의 편차를 보상할 수 있다.
도 12에 예시된 구조 및 그 동작 방법이 수신 RF 체인들(1210-1 ~ 1210-M) 간의 RF 경로의 크기 및 위상 특성의 편차를 보상하는 데에도 동등하게 적용될 수 있다.
이러한 크기-위상 보정 기능을 통해, 안테나 어레이(130)에서 발생하는 편파 합성과 채널 비-가역성 보정이 더욱 정확하게 구현될 수 있게 된다. 또한, 크기-위상 보정 기능을 편파 합성을 수반하는 송신 경로들과 채널 비-가역성 보정을 수반하는 수신 경로들에 대해서만 선택적으로 적용함으로써, 보정 제어부(1152)의 보정 제어신호 생성에 따른 연산 부담을 줄여, 신속한 크기-위상 보정을 가능하게 한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 사중 편파를 이용하는 다중 빔 안테나 장치에 의해 수행되는 방법을 도시한 흐름도이다. 다중 빔 안테나 장치는 복수의 송신 빔을 형성하기 위해 사용되는 송신 안테나 엘리먼트들과 복수의 수신 빔을 형성하기 위해 사용되는 수신 안테나 엘리먼트들을 포함하는 어레이 안테나를 구비한다.
다중 빔 안테나 장치는 각 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 채널에 대응되는 송신 신호들로부터 복수의 송신 편파 성분들을 생성할 수 있다(S1310).
다중 빔 안테나 장치는, 공간적으로 인접한 송신 빔들이 서로 상이한 직교 편파를 가지도록, 각 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 채널에 대해, 상기 복수의 송신 편파 성분들 중에서 제1 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들 또는 제2 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들을 출력할 수 있다(S1320).
제1 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들은 제1 직교 편파를 가지는 송신 안테나 엘리먼트들에 방사되는 경우에, 제1 직교 편파를 가지는 송신 빔을 형성할 수 있다(즉, 편파 합성이 발생하지 않는다). 제2 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들은 제1 직교 편파를 가지는 송신 안테나 엘리먼트들에 방사되는 경우에, 편파 합성에 의해, 제2 직교 편파를 가지는 송신 빔을 형성할 수 있다.
다중 빔 안테나 장치는, 각 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 채널에 대응하는 한 쌍의 송신 경로들 간의 크기 및 위상 특성의 편차를 보정하기 위해 상기 한 쌍의 송신 편파 성분들의 크기 및 위상을 조정할 수 있다(S1330).
송신 경로들 간의 크기 및 위상 특성의 편차를 보정은, 편파 합성에 의해, 송신 빔이 송신 안테나 엘리먼트들의 직교 편파 특성과는 상이한 직교 편파를 가지는 경우에만 수행될 수 있다. 즉, 주어진 송신 빔의 직교 편파가 관련된 송신 안테나 엘리먼트들의 직교 편파 특성과 상이한 경우에, 다중 빔 안테나 장치는, 상기 주어진 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 경로들 간의 크기 및 위상 특성의 편차를 보정하기 위해 한 쌍의 송신 편파 성분들에 대해 크기 및 위상을 조정할 수 있다. 또한, 주어진 송신 빔의 직교 편파가 관련된 송신 안테나 엘리먼트들의 직교 편파 특성과 동일한 경우에, 다중 빔 안테나 장치는, 상기 주어진 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 경로들 간의 크기 및 위상 특성의 편차를 보정하지 않을 수 있다.
다중 빔 안테나 장치는, 각 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 채널에 대응하는 한 쌍의 수신 경로들 간의 크기 및 위상 특성의 편차를 보정하기 위해, 한 쌍의 수신 경로들로부터 출력되는 한 쌍의 수신 신호들의 크기 및 위상을 조정할 수 있다(S1340).
수신 경로들 간의 크기 및 위상 특성의 편차를 보정하는 것은, 대응하는 송신 빔의 직교 편파와는 상이한 직교 편파 특성을 가지는 수신 안테나 엘리먼트로부터 입력되는 (그에 따라 채널 비-가역성 보정이 필요한) 한 쌍의 수신 신호들에 대해서만 수행될 수 있다. 따라서, 주어진 수신 빔과 관련된 수신 안테나 엘리먼트들의 직교 편파 특성이 공간적으로 동일한 방향을 향해 형성되는 송신 빔의 직교 편파와는 상이한 경우에, 다중 빔 안테나 장치는, 상기 주어진 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 경로들 간의 크기 및 위상 특성의 편차를 보정하기 위해 한 쌍의 수신 신호들에 대해 크기 및 위상을 조정할 수 있다. 또한, 주어진 수신 빔과 관련된 수신 안테나 엘리먼트들의 직교 편파 특성이 공간적으로 동일한 방향을 향해 형성되는 송신 빔의 직교 편파와는 동일한 경우에, 다중 빔 안테나 장치는, 상기 주어진 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 경로들 간의 크기 및 위상 특성의 편차를 보정하지 않을 수 있다.
다중 빔 안테나 장치는, 각 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 채널들에 대응되는 수신 신호들에 대해 채널 비-가역성 보정을 수행할 수 있다(S1350).
일부 실시예에서, 채널 비-가역성 보정을 수행하는 것(S1350)의 일부로서, 다중 빔 안테나 장치는, 각 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 채널에 대응하는 수신 신호들로부터, 각 수신 빔과 공간적으로 동일한 방향을 향해 형성되는 송신 빔의 직교 편파에 상응하는 편파 변환된 신호들을 생성할 수 있다. 구체적으로, 다중 빔 안테나 장치는, 대응하는 송신 빔의 직교 편파와는 상이한 직교 편파 특성을 가지는 수신 안테나 엘리먼트로부터 입력되는 (그에 따라 채널 비-가역성 보정이 필요한) 한 쌍의 수신 신호들에 대해서 편파 변환을 수행하여, 공간적으로 동일한 방향을 향해 형성되는 송신 빔의 직교 편파에 상응하는, 한 쌍의 수신 편파 성분들을 출력할 수 있다.
다른 일부 실시예에서, 채널 비-가역성 보정을 수행하는 것(S1350)의 일부로서, 다중 빔 안테나 장치는, 각 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 채널에 대응되는 수신 신호들로부터 복수의 수신 편파 성분들을 생성할 수 있다. 또한, 다중 빔 안테나 장치는, 각 수신 빔에 관련된 한 쌍의 수신 채널에 대해, 상기 복수의 수신 편파 성분들 중에서, 공간적으로 동일한 방향을 향해 형성되는 송신 빔의 직교 편파에 상응하는, 한 쌍의 수신 편파 성분들을 출력할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 다중 빔 안테나 장치
110: 디지털 처리부 120: RF 처리부
130: 어레이 안테나 1310: 안테나 모듈
1312: 송신 안테나 엘리먼트
1314: 수신 안테나 엘리먼트

Claims (15)

  1. 2종의 직교 편파들을 이용하는 다중 빔 안테나 장치에 의해 수행되는 방법으로서, 상기 다중 빔 안테나 장치는 복수의 송신 빔을 형성하기 위해 사용되는 송신 안테나 엘리먼트들과 복수의 수신 빔을 형성하기 위해 사용되는 수신 안테나 엘리먼트들을 포함하는 어레이 안테나를 구비하고, 상기 방법은,
    각 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 채널에 대응되는 송신 신호들로부터 복수의 송신 편파 성분들을 생성하는 단계;
    공간적으로 인접한 송신 빔들이 서로 상이한 직교 편파를 가지도록, 각 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 채널에 대해, 상기 복수의 송신 편파 성분들 중에서 제1 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들 또는 제2 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들을 출력하는 단계;
    각 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 채널에 대응되는 수신 신호들로부터 복수의 수신 편파 성분들을 생성하는 단계; 및
    각 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 채널에 대해, 상기 복수의 수신 편파 성분들 중에서, 공간적으로 동일한 방향을 향해 형성되는 송신 빔의 직교 편파에 대응하는, 한 쌍의 수신 편파 성분들을 출력하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들은 상기 제1 직교 편파를 가지는 상기 송신 안테나 엘리먼트들에 방사되는 경우에, 상기 제1 직교 편파를 가지는 송신 빔을 형성하고,
    상기 제2 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들은 상기 제1 직교 편파를 가지는 상기 송신 안테나 엘리먼트들에 방사되는 경우에, 편파 합성에 의한 상기 제2 직교 편파를 가지는 송신 빔을 형성하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    각 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 경로들 간의 크기 및 위상 특성의 편차를 보정하기 위해 상기 한 쌍의 송신 편파 성분들의 크기 및 위상을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    주어진 송신 빔의 직교 편파가 관련된 송신 안테나 엘리먼트들의 직교 편파 특성과 상이한 경우에, 상기 주어진 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 경로들 간의 크기 및 위상 특성의 편차를 보정하기 위해 상기 한 쌍의 송신 편파 성분들에 대해 크기 및 위상을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    각 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 경로들 간의 크기 및 위상 특성의 편차를 보정하기 위해 상기 한 쌍의 수신 편파 성분들의 크기 및 위상을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    주어진 수신 빔과 관련된 수신 안테나 엘리먼트들의 직교 편파 특성이 공간적으로 동일한 방향을 향해 형성되는 송신 빔의 직교 편파와는 상이한 경우에, 상기 주어진 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 경로들 간의 크기 및 위상 특성의 편차를 보정하기 위해 한 쌍의 수신 신호들에 대해 크기 및 위상을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 송신 안테나 엘리먼트들과 상기 수신 안테나 엘리먼트는 서로 상이한 직교 편파 특성을 가지는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 송신 안테나 엘리먼트들과 상기 수신 안테나 엘리먼트는 서로 동일한 직교 편파 특성을 가지는, 방법.
  9. 2종의 직교 편파들을 이용하는 다중 빔 안테나 장치에 의해 수행되는 방법으로서, 상기 다중 빔 안테나 장치는 복수의 송신 빔을 형성하기 위해 사용되는 송신 안테나 엘리먼트들과 복수의 수신 빔을 형성하기 위해 사용되는 수신 안테나 엘리먼트들을 포함하는 어레이 안테나를 구비하고, 상기 방법은,
    각 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 채널에 대응되는 송신 신호들로부터 복수의 송신 편파 성분들을 생성하는 단계;
    공간적으로 인접한 송신 빔들이 서로 상이한 직교 편파를 가지도록, 각 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 채널에 대해, 상기 복수의 송신 편파 성분들 중에서 제1 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들 또는 제2 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들을 출력하는 단계; 및
    각 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 채널에 대응하는 수신 신호들로부터, 각 수신 빔과 공간적으로 동일한 방향을 향해 형성되는 송신 빔의 직교 편파에 상응하는 편파 변환된 신호들을 생성하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    주어진 송신 빔의 직교 편파가 관련된 송신 안테나 엘리먼트들의 직교 편파 특성과 상이한 경우에, 상기 주어진 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 경로들 간의 크기 및 위상 특성의 편차를 보정하기 위해 상기 한 쌍의 송신 편파 성분들에 대해 크기 및 위상을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    주어진 수신 빔과 관련된 수신 안테나 엘리먼트들의 직교 편파 특성이 공간적으로 동일한 방향을 향해 형성되는 송신 빔의 직교 편파와는 상이한 경우에, 상기 주어진 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 경로들 간의 크기 및 위상 특성의 편차를 보정하기 위해 한 쌍의 수신 신호들에 대해 크기 및 위상을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 2종의 직교 편파들을 이용하는 다중 빔 안테나 장치로서,
    복수의 송신 빔을 형성하기 위해 사용되는 송신 안테나 엘리먼트들과 복수의 수신 빔을 형성하기 위해 사용되는 수신 안테나 엘리먼트들을 포함하는 어레이 안테나;
    각 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 채널에 대응되는 송신 신호들로부터 복수의 송신 편파 성분들을 생성하는 송신 편파 합성부;
    공간적으로 인접한 송신 빔들이 서로 상이한 직교 편파를 가지도록, 각 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 채널에 대해, 상기 복수의 송신 편파 성분들 중에서 제1 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들 또는 제2 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들을 출력하는 송신 편파 할당부;
    각 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 채널에 대응되는 수신 신호들로부터 복수의 수신 편파 성분들을 생성하는 수신 편파 합성부; 및
    각 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 채널에 대해, 상기 복수의 수신 편파 성분들 중에서, 공간적으로 동일한 방향을 향해 형성되는 송신 빔의 직교 편파에 대응하는, 한 쌍의 수신 편파 성분들을 출력하는 수신 편파 할당부
    를 포함하는, 다중 빔 안테나 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 송신 채널들에 대응하는 복수의 송신 경로들을 형성하는 복수의 송신 RF 체인 및 상기 복수의 수신 채널들에 대응하는 복수의 수신 경로들을 형성하는 복수의 수신 RF 체인; 및
    주어진 송신 빔의 직교 편파가 관련된 송신 안테나 엘리먼트들의 직교 편파 특성과 상이한 경우에, 상기 주어진 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 경로들 간의 크기 및 위상 특성의 편차를 보정하기 위해 상기 한 쌍의 송신 편파 성분들에 대해 크기 및 위상을 조정하는 크기-위상 보정부
    를 더 포함하는, 다중 빔 안테나 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 크기-위상 보정부는,
    주어진 수신 빔과 관련된 수신 안테나 엘리먼트들의 직교 편파 특성이 공간적으로 동일한 방향을 향해 형성되는 송신 빔의 직교 편파와는 상이한 경우에, 상기 주어진 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 경로들 간의 크기 및 위상 특성의 편차를 보정하기 위해 한 쌍의 수신 신호들에 대해 크기 및 위상을 조정하는, 다중 빔 안테나 장치.
  15. 2종의 직교 편파들을 이용하는 다중 빔 안테나 장치로서,
    복수의 송신 빔을 형성하기 위해 사용되는 송신 안테나 엘리먼트들과 복수의 수신 빔을 형성하기 위해 사용되는 수신 안테나 엘리먼트들을 포함하는 어레이 안테나;
    각 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 채널에 대응되는 송신 신호들로부터 복수의 송신 편파 성분들을 생성하는 송신 편파 합성부;
    공간적으로 인접한 송신 빔들이 서로 상이한 직교 편파를 가지도록, 각 송신 빔과 관련된 한 쌍의 송신 채널에 대해, 상기 복수의 송신 편파 성분들 중에서 제1 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들 또는 제2 직교 편파에 대응하는 한 쌍의 송신 편파 성분들을 출력하는 송신 편파 할당부; 및
    각 수신 빔과 관련된 한 쌍의 수신 채널에 대응하는 수신 신호들로부터, 각 수신 빔과 공간적으로 동일한 방향을 향해 형성되는 송신 빔의 직교 편파에 상응하는 편파 변환된 신호들을 생성하는 편파 변환부
    를 포함하는, 다중 빔 안테나 장치.
KR1020210150406A 2020-11-04 2021-11-04 편파 빔들의 시간적/공간적 분리와 채널 비-가역성 보정을 위한 방법 및 이를 이용한 다중 빔 안테나 장치 KR102588806B1 (ko)

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