KR20230040986A - 무선 트랜시버용 멀티빔 빔형성 프론트엔드 아키텍처에 대한 시스템 및 방법 - Google Patents

무선 트랜시버용 멀티빔 빔형성 프론트엔드 아키텍처에 대한 시스템 및 방법 Download PDF

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아르민 잼
코사리 아비쉬 쿠착
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스카이기그, 엘엘씨
아르민 잼
코사리 아비쉬 쿠착
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Abstract

하나 이상의 빔들을 송수신하고 RF(Radio Frequency) 단, IF(Intermediate Frequency) 단 및 디지털단 중 적어도 하나를 포함하는 프론트엔드 안테나 시스템은, 하나 이상의 빔들에 대해 하나 이상의 신호 스트림을 형성하도록 구성되는 하나 이상의 빔 네트워크를 포함하고, 하나 이상의 빔 네트워크 중에서 각각의 빔 네트워크는 빔형성기 네트워크, 스위칭 네트워크 또는 이들의 조합을 포함한다. 상기 프론트엔드 안테나 시스템은, 복수의 공간 영역들 중에서 선택된 공간 영역에서 각각의 빔을 출력하도록 구성되는 안테나 어레이를 포함하고, 안테나 어레이 중 하나 이상의 안테나는 멀티포트 안테나이다. 상기 프론트엔드 안테나 시스템은 안테나 어레이와 하나 이상의 빔 네트워크를 전기적으로 결합하는 복수의 트랜시버를 포함한다.

Description

무선 트랜시버용 멀티빔 빔형성 프론트엔드 아키텍처에 대한 시스템 및 방법
본 출원은 2020년 6월 11일에 출원된 미국 가출원 번호 63/038,043을 우선권 주장한 출원이다. 상기 출원의 개시 내용은 본 발명에 참고로 채용된다. 본 출원은 "멀티빔 빔형성 프론트엔드 무선 트랜시버용 안테나 시스템"이라는 명칭으로 동시에 출원된 동시 계류 중인 출원과 관련되며, 이는 본 출원과 함께 양도되며 그 내용들은 여기에 참고로 포함된다.
본 발명은 무선 전파 트랜시버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 멀티빔 빔형성 프론트엔드 안테나 시스템에 관한 것이다.
이 부분의 설명은 단지 본 발명과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 선행 기술을 구성하지 않을 수 있다.
전파 무선 기술은 유비쿼터스이며 통신 및 위성 통신 산업, 모바일 플랫폼의 센서 및 내비게이션 시스템(예를 들어, 자동차 산업의 자율 주행 자동차)을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 응용 분야에서 사용된다.
무선 통신 기술은 더 높은 밀리미터파 주파수 대역으로 전환하고 있다. 이러한 주파수 대역은 더 넓은 대역폭을 사용할 수 있어 연결 속도를 높일 수 있다는 이점이 있다. 그러나, 이러한 장점에도 불구하고 현재의 무선 기술은 기존의 무선 기술에 비해 정교한 접근 방식과 아키텍처를 구현할 수 있다.
예를 들어, 전파 무선 장치는, 다양한 구성 요소들의 동작 및 연결을 제어하는 시스템 아키텍처와 함께, 안테나, 무선 주파수(RF) 회로, 아날로그 및 디지털 회로를 포함할 수 있다. 이와 함께, 무선 프론트엔드 시스템은 무선 장치의 성능과 기능을 규정한다. 특히 높은 밀리미터파 대역에서 데이터 속도가 높은 무선 통신의 경우, 실제 범위에서 신호 전파 손실을 보상하기 위해, 종종 좁은 빔, 높은 전송 파워 레벨 및 수신 감도 레벨을 갖춘 고이득 프론트엔드 시스템이 필요하다. 이와 같이, 이 무선 통신 기술을 구현하기 위해서는 진보된 빔형성 메커니즘을 갖는 고이득 프론트엔드 시스템이 요구될 수 있다.
무선 프론트엔드에서 빔형성을 구현하기 위한 다수의 접근 방식이 있으며, 위상 어레이 시스템 및 조정가능한 메타물질 안테나가 종종 일반적인 접근 방식으로 고려된다. 두 접근 방식들 모두 원하는 빔형성 특성을 생성하기 위해 개별 요소들의 위상 및/또는 진폭을 제어하는 개구에 대한 방사 요소들의 분포에 기초한다. 그러나, 위상 어레이 및 메타물질 기술은 무엇보다도 높은 스펙트럼 비효율성, 제한된 용량 및 고출력 비효율성(특히 큰 개구 및/또는 많은 수의 요소들에 의해)을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 현재의 아날로그 위상 어레이 및 메타물질 접근 방식은, 종종 신호 전송 및/또는 수신을 위한 단일 빔 동작으로 제한되어 용량, 통합 처리량(통신 시스템의 경우) 및 전체 성능을 억제한다. 또한, 큰 개구의 경우, 높은 RF 손실(특히 다수의 요소들의 고이득 프론트엔드에 의해)로 인해 이러한 시스템의 출력 효율성이 불량하게 된다. 반면에, 디지털 빔형성 방식은 멀티빔 동작이 가능하다. 그러나, 더 많은 수의 요소들 및 넓은 동작 대역폭(특히 밀리미터파 주파수 대역)에서 이러한 접근 방식은 과도한 전력 소비와 디지털 및 RF/아날로그 회로(예를 들어, DAC 및 ADC)의 파워 비효율성으로 인해 구현되지 않을 수 있다.
이 부분은 개시 내용의 일반적인 요약을 제공하며 전체 범위 또는 모든 특징에 대한 포괄적인 개시가 아니다.
본 발명은 하나 이상의 빔들을 송수신하고 RF(Radio Frequency) 단, IF(Intermediate Frequency) 단 및 디지털단 중 적어도 하나를 포함하는 프론트엔드 안테나 시스템을 제공한다. 상기 프론트엔드 안테나 시스템은, 하나 이상의 빔에 대해 하나 이상의 신호 스트림을 형성하도록 구성되고, 하나 이상의 빔 네트워크들 중에서 각각의 빔 네트워크는 빔형성기 네트워크, 스위칭 네트워크 또는 이들의 조합을 포함하는, 하나 이상의 빔 네트워크, 복수의 공간 영역 중 선택된 공간 영역에서 빔들의 각각을 출력하도록 구성되고, 안테나 어레이 중에서 하나 이상의 안테나는 멀티포트 안테나이다. 상기 프론트엔드 안테나 시스템은, 상기 안테나 어레이와 하나 이상의 빔 네트워크를 전기적으로 결합하는 복수의 트랜시버를 포함한다.
한 형태에서, 상기 프론트엔드 안테나 시스템은 하나 이상의 빔의 빔 형태 및 방사 파라미터를 독립적으로 제어하도록 구성되는 콘트롤러를 더 포함한다. 상기 방사 파라미터는 방향, 패턴, 파워, 편파, 위상각, 주파수 대역 또는 이들의 조합을 포함한다. 상기 빔 형태는, 송신형 빔, 수신형 빔 및 동시 송수신형 빔 중 하나를 포함한다.
한 형태에서, 상기 하나 이상의 빔들은 복수의 빔들을 포함하고, 멀티포트 안테나는, 복수의 빔들이 동일한 편파, 동일한 주파수 대역 또는 이들의 조합을 갖도록 복수의 빔들을 송신하거나, 복수의 빔들을 수신하거나, 또는 이들의 조합을 행하도록 동작가능하다.
한 형태에서, 상기 하나 이상의 빔 네트워크는 빔형성기 네트워크를 포함하고, 상기 빔형성기 네트워크는 하나 이상의 위상 시프터, 하나 이상의 시간 지연 회로, 하나 이상의 결합기, 하나 이상의 가변 이득 증폭기, 하나 이상의 스플리터, 또는 이들의 조합을 포함한다.
한 형태에서, 상기 하나 이상의 빔 네트워크는, RF단, IF단, 디지털단, 국부 발진기단 또는 이들의 조합에서 하나 이상의 빔들을 형성하도록 구성된다.
한 형태에서, 상기 하나 이상의 빔 네트워크는 스위칭 네트워크를 포함한다. 상기 스위칭 네트워크는 안테나 어레이 및 복수의 트랜시버에 전기적으로 결합되고, 상기 스위칭 네트워크는 멀티포트 안테나의 하나 이상의 포트들에 하나 이상의 신호 스트림을 선택적으로 제공하도록 구성된다.
한 형태에서, 상기 하나 이상의 빔 네트워크는 복수의 스위칭 네트워크들을 포함하고, 복수의 트랜시버들의 수는 멀티포트 안테나의 포트들의 수보다 적다.
한 형태에서, 상기 하나 이상의 빔 네트워크는 스위칭 네트워크를 포함한다. 상기 스위칭 네트워크는, 하나 이상의 스위치, 하나 이상의 결합기, 하나 이상의 스플리터, 하나 이상의 결합 라인, 하나 이상의 필터 또는 이들의 조합을 포함한다.
한 형태에서, 상기 하나 이상의 빔은 적어도 2개의 빔을 포함하고, 상기 하나 이상의 빔 네트워크는 복수의 빔형성기 네트워크를 포함한다. 상기 복수의 빔형성기 네트워크 중에서 각각의 빔형성기 네트워크는 적어도 2개의 지연 요소들을 포함하며, 상기 적어도 2개의 지연 요소들은 위상 시프터, 시간 지연기 또는 이들의 조합을 포함한다. 멀티포트 안테나의 각각의 안테나 포트는, 복수의 빔형성기 네트워크들 중에서 대응하는 빔형성기 네트워크의 적어도 2개의 지연 요소들에 결합된다.
한 형태에서, 상기 빔 네트워크는 아날로그 빔 네트워크 부분과 디지털 빔 네트워크 부분을 갖는 하이브리드 빔 네트워크이고, 복수의 트랜시버들은 아날로그 대 디지털 변환기 및 디지털 대 아날로그 변환기를 포함하고, 송신 모드에서, (i) 디지털 빔 네트워크 부분은 하나 이상의 신호 스트림을 분할하도록 구성되고, (ii) 디지털 빔 네트워크 부분은 하나 이상의 신호 스트림들을 선택하도록 구성되고, (iii) 디지털 대 아날로그 변환기는 하나 이상의 신호 스트림을 하나 이상의 아날로그 신호 스트림으로 변환하도록 구성되고, 아날로그 빔 네트워크 부분은 하나 이상의 신호 스트림을 분할하거나, 하나 이상의 신호 스트림을 선택하거나 또는 이들의 조합을 행하고, (iv) 또는, (i), (ii), (iii)의 조합을 행하도록 구성되며, 수신 모드에서, (v) 아날로그 빔 네트워크 부분은 하나 이상의 신호 스트림을 결합하도록 구성되고, (vi) 아날로그 빔 네트워크 부분은 하나 이상의 신호 스트림을 선택하도록 구성되고, (vii) 아날로그를 디지털로 변환기는 하나 이상의 신호 스트림을 하나 이상의 디지털 신호 스트림으로 변환하도록 구성되고, 디지털 빔 네트워크 부분은, 하나 이상의 신호 스트림을 결합하거나, 하나 이상의 신호 스트림을 선택하거나, 또는 이들의 조합을 행하도록 구성되며, (viii) 또는, (v), (vi), (vii)의 조합을 행하도록 구성된다.
한 형태에서, 상기 프론트엔드 안테나 시스템은 복수의 서브-어레이를 더 포함한다. 복수의 서브어레이들 중에서 각각의 서브어레이는,하나 이상의 기판층, 하나 이상의 전자 칩, 또는 이들의 조합; 상기 안테나 어레이들 중에서 하나 이상의 안테나; 상기 복수의 트랜시버들 중에서 하나의 트랜시버 세트를 포함한다. 상기 복수의 서브-어레이는 신호 분배 네트워크, 하나 이상의 빔 네트워크, 복수의 트랜시버 또는 이들의 조합을 통해 서로 결합된다.
한 형태에서, 상기 복수의 서브-어레이는 평면 배치 및 비평면 배치 중 하나를 갖는다. 상기 복수의 서브-어레이 중에서 제1 서브-어레이는 제1 기하학적 파라미터세트를 갖고, 상기 복수의 서브-어레이 중에서 제2 서브-어레이는 제2 기하학적 파라미터세트를 갖고, 제1 세트의 기하학적 파라미터 중에서 적어도 하나의 기하학적 파라미터는 제2 세트의 기하학적 파라미터 중에서 적어도 하나의 기하학적 파라미터와 상이한다.
한 형태에서, 상기 복수의 서브-어레이는 평면 배치 및 비평면 배치 중 하나를 갖는다. 상기 복수의 서브-어레이 중에서 제1 서브-어레이는 제1 세트의 기하학적 파라미터를 갖고, 복수의 서브-어레이 중에서 제2 서브-어레이는 제2 세트의 기하학적 파라미터를 갖고, 제1 세트의 기하학적 파라미터 중에서 각 기하학적 파라미터는 제2 세트의 기하학적 파라미터 중에서 각 기하학적 파라미터와 동일한다.
본 발명은 하나 이상의 빔들을 송수신하고 RF(Radio Frequency) 단, IF(Intermediate Frequency) 단 및 디지털단 중 적어도 하나를 포함하는 프론트엔드 안테나 시스템을 제공하며, 상기 프론트엔드 안테나 시스템은, 하나 이상의 빔에 대해 하나 이상의 신호 스트림을 형성하도록 구성되고, 하나 이상의 빔 네트워크 중에서 각각의 빔 네트워크는 빔형성기 네트워크, 스위칭 네트워크 또는 이들의 조합을 포함하는, 하나 이상의 빔 네트워크; 복수의 공간 영역들 중에서 선택된 공간 영역에서 빔들의 각각을 출력하도록 구성되고, 상기 안테나 어레이 중 하나 이상의 안테나는 단일 포트 안테나이다. 상기 프론트엔드 안테나 시스템은 상기 안테나 어레이와 하나 이상의 빔 네트워크를 전기적으로 결합한다.
한 형태에서, 상기 단일 포트 안테나는 수동 안테나이고, 하나 이상의 빔은 적어도 2개의 빔을 포함하고, 하나 이상의 빔 네트워크는 복수의 빔형성기 네트워크를 포함한다. 상기 복수의 빔형성기 네트워크 중에서 각각의 빔형성기 네트워크는 적어도 2개의 지연 요소를 포함하고, 상기 적어도 2개의 지연 요소는 위상 시프터, 시간 지연기 또는 이들의 조합을 포함한다. 상기 단일 포트 안테나는 복수의 빔형성기 네트워크 중에서 대응하는 빔형성기 네트워크의 적어도 2개의 지연 요소들에 결합된다.
한 형태에서, 상기 단일 포트 안테나들은 하나 이상의 조정가능한 구성 요소들을 포함하는 능동 안테나이다.
한 형태에서, 상기 하나 이상의 빔은 적어도 2개의 빔을 포함하고, 하나 이상의 빔 네트워크는 복수의 빔형성기 네트워크를 포함하고, 상기 복수의 빔형성기 네트워크 중에서 각각의 빔형성기 네트워크는 적어도 2개의 지연 요소들을 포함하고, 상기 적어도 2개의 지연 요소는 위상 시프터, 시간 지연기 또는 이들의 조합을 포함한다. 상기 단일 포트 안테나는 복수의 빔형성기 네트워크 중에서 대응하는 빔형성기 네트워크의 적어도 2개의 지연 요소에 결합된다.
한 형태에서, 상기 프론트엔드 안테나 시스템은 하나 이상의 빔들의 빔 형태 및 방사 파라미터를 독립적으로 제어하도록 구성되는 콘트롤러를 더 포함한다. 상기 방사 파라미터는 방향, 패턴, 파워, 편파, 위상각, 주파수 대역 또는 이들의 조합을 포함한다. 상기 빔 형태는 송신형 빔, 수신형 빔 및 동시 송수신형 빔 중 하나를 포함한다.
한 형태에서, 상기 하나 이상의 빔 네트워크는 스위칭 네트워크를 포함하고,스위칭 네트워크는 하나 이상의 스위치, 하나 이상의 결합기, 하나 이상의 스플리터, 하나 이상의 결합 라인, 하나 이상의 필터 또는 이들의 조합을 포함한다.
한 형태에서, 상기 하나 이상의 빔 네트워크는, RF단, IF단, 디지털단, 국부 발진기단 또는 이들의 조합에서 하나 이상의 빔들을 형성하도록 구성된다.
적용 가능성의 추가 영역은 본 발명에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 설명 및 구체적인 예는 단지 예시를 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
본 발명이 잘 이해될 수 있도록 하기 위해, 첨부된 도면을 참조하여 예시적으로 제공된 그의 다양한 실시 형태들이 설명될 것이다:
도 1은, 본 발명의 개시 내용에 따른 예시적인 실시예의 프론트엔드 안테나 시스템의 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 개시 내용에 따른 프론트엔드 안테나 시스템의 서브어레이의 개략도이다.
도 3은, 본 발명의 개시 내용에 따른 다른 예시적인 프론트엔드 안테나 시스템의 개략도이다.
도 4는, 본 발명의 개시 내용에 따른 빔형성기 세트에 연결된 예시적인 스위칭 네트워크의 개략도이다.
도 5는, 본 발명의 개시 내용에 따른 무선 주파수 집적 회로의 개략도이다.
도 6은, 본 발명의 개시 내용에 따른 예시적인 멀티포트 안테나의 개략도이다.
도 7은, 본 발명의 개시 내용에 따른 예시적인 능동 안테나의 개략도이다.
도 8a는, 본 발명의 개시 내용에 따른 프론트엔드 안테나 시스템의 개략도이다.
도 8b는, 본 발명의 개시 내용에 따른 프론트엔드 안테나 시스템의 다른 개략도이다.
도 8c는, 본 발명의 개시 내용에 따른 프론트엔드 안테나 시스템의 다른 개략도이다.
도 9a는, 본 발명의 개시 내용에 따른 예시적인 안테나 세트의 개략도이다.
도 9b는, 본 발명의 개시 내용에 따른 다른 예시적인 안테나 세트의 개략도이다.
도 9c는, 본 발명의 개시 내용에 따른 다른 예시적인 안테나 세트의 개략도이다.
도 10은, 본 발명의 개시 내용에 따른 멀티포트 안테나 세트를 포함하는 프론트엔드 안테나 시스템의 개략도이다.
도 11은, 본 발명의 개시 내용에 따른 안테나 세트를 포함하는 시스템의 개략도이다.
도 12a는, 본 발명의 개시 내용에 따른 프론트엔드 안테나 시스템의 기능 블록도이다.
도 12b는, 본 발명의 개시 내용에 따른 다른 프론트엔드 안테나 시스템의 기능 블록도이다.
도 12c는, 본 발명의 개시 내용에 따른 다른 프론트엔드 안테나 시스템의 기능 블록도이다.
도 13은, 본 발명의 개시에 따른 프론트엔드 안테나 시스템 및 콘트롤러의 기능 블록도이다.
본 명세서에 기술된 도면은 단지 설명을 위한 것이며 어떤 식으로든 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니다.
이하의 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며 본 발명의 개시, 적용 또는 용도를 제한하려는 의도가 아니다. 도면 전체에서 대응하는 참조 번호는 동일하거나 대응하는 부분 및 특징을 나타낸다는 것을 이해해야 한다.
본 발명은 멀티빔 빔형성, 고출력 효율, 고 스펙트럼 효율 및 동작 주파수 및 크기의 확장성의 고유한 조합을 제공하는 무선 프론트엔드 트랜시버를 위한 프론트엔드 안테나 시스템 아키텍처 기술을 제공한다. 프론트엔드 안테나 시스템은 빔의 생성 및/또는 수신과 무선 주파수(RF) 패턴 및 빔의 전자적 제어를 가능하게 하는 무선 프론트엔드 시스템으로 동작하며, 빔의 방향, 패턴, 파워, 편파 및/또는 위상각과 같은 다양한 방사 파라미터들을 고정밀도로 독립적으로 제어한다. 한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템은 하나의 빔(예를 들어, 단일 빔 동작/모드) 또는 다중 동시 빔(예를 들어, 멀티빔 동작/모드)을 송신, 수신 또는 동시에 송신 및 수신한다. 한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템은 RF(radio frequency)단, IF(intermediate frequency)단 및 디지털단중 적어도 하나를 포함한다. 특정 단들이 제공되지만 프론트엔드 안테나 시스템은 국부 발진기단과 같은 다른 단들을 포함할 수 있다.
본 발명의 프론트엔드 안테나 시스템은, 무엇보다도, 프론트엔드 안테나 시스템, 무선 센싱 및 이미징 시스템, 무선 파워 전송 시스템과 같은 다양한 형태의 신호 또는 파워 전파 송수신을 위해 구현될 수 있다. 프론트엔드 안테나 시스템의 예로는, 네트워크 운영자 및 인터넷 서비스 공급자(ISP)를 위한 위성 신호, 무선 통신, 광대역 및/또는 일반 전기 통신이 포함되지만 이에 한정되지 않는다. 무선 감지 및 이미징 감지 시스템의 예로는, 자동차 레이더 센서 시스템, 보안 및 안전 이미징 및 스크리닝 센서 시스템, 의료 이미징 시스템 등이 포함되지만 이에 한정되지 않는다. 무선 파워 전송 시스템의 예로는, 전자 및 전기 장치의 무선 충전을 위해 파워/에너지를 전송하기 위해 전파를 사용하는 시스템을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템은 밀리미터파 주파수 대역 통신(예를 들어, 5G/6G 통신)을 위해 구현될 수 있으며, 여기서 과도한 신호 전파 손실은 큰 개구들 및/또는 많은 수의 방사 요소들(및 관련 트랜시버 및 빔형성 회로)로 완화된다. 많은 수의 방사 요소들로 인해, 종래의 프론트엔드 안테나 시스템은 과도한 전력(예를 들어, 디지털 빔형성 방식으로 인한 전력 소모)을 소모하고 그들의 기능(예를 들어, 무엇보다도, 빔들의 수, 안테나 이득, 빔형성 능력 등)에 제한이 있고, 및/또는 개구 크기를 제한하는 복잡한 빔형성 네트워크(예를 들어, 무엇보다도, 큰 다이 크기 및 카운트, 요소들 간 복잡한 라우팅 및 동기화)를 필요로 한다.
본 발명의 프론트엔드 안테나 시스템은, 중간 대역 및/또는 저대역 5G 신호 대역, 위성 통신 대역(예를 들어, X-, Ku-, Ka-, V-, W-대역), 자동차 레이더 대역(예를 들어, W-대역) 또는 기타 인가 또는 비인가 주파수 대역(예를 들어, 60GHz)을 포함하는 통신 주파수 대역에 추가로 구현될 수 있다. 프론트엔드 안테나 시스템은, 다른 주파수 대역(예를 들어, 다른 주파수 대역 중에서 RF, 마이크로웨이브, 밀리미터파, 서브밀리미터파, 테라헤르츠)에서도 구현될 수 있다.
멀티빔 모드에서, 페이즈드 어레이 프론트엔드 안테나 시스템은 다중 입력/다중 출력(MIMO) 시그널링 시스템으로 기능할 수 있으며, 이는 향상된 통신 및/또는 검출 목적을 위해 독립적이거나 상관된 신호를 포함할 수 있는 각각의 빔을 갖는 다수의 RF 빔들의 동시 및 연속적 송신(및/또는 수신)을 가능케 한다. 다수의 빔들은 또한, 무선 파워 전송 시스템에서 다수의 충전 장치들에 파워를 전송할 수 있다. 안테나 시스템은, 각각의 빔 형태(예를 들어, 패턴), 포인팅 방향, 출력 레벨, 편파 등에 대한 고정밀 정형 및 제어를 제공하여, 운영자가 원하는 특성을 고유하게 규정할 수 있도록 한다.
프론트엔드 안테나 시스템은 다양한 이점들을 제공할 수 있다. 본 시스템 및 방법은 이러한 이점들을 항상 제공하는 것에 제한되지 않으며, 본 시스템 및 방법이 어떻게 사용될 수 있는지에 대한 예시적인 표현으로만 제공된다. 이점의 목록은 완전하지 않으며 다른 이점이 추가로 또는 대안으로 존재할 수 있다.
일례로서, 프론트엔드 안테나 시스템은, 무선 통신에서 증가된 정보 부하 용량(예를 들어, 총 처리량 또는 데이터 속도)을 제공한다. 멀티빔들은 특정 주파수 대역에서 정보 전송을 증가시켜 스펙트럼 효율과 파워 효율을 높일 수 있다.
다른 예로서, 프론트엔드 안테나 시스템은, 다수의 노드들과의 연속적이고 동시적인 연결을 제공할 수 있는 다수의 빔들을 제공함으로써, 속도를 개선하고 복잡한 다수의 노드 통신 또는 보다 효율적인 무선 통신 토폴로지를 가능하게 한다.
또 다른 예로서, 프론트엔드 안테나 시스템은, 통신을 위한 멀티빔 MIMO 동작을 제공함으로써, 주파수 재사용을 위한 공간 다중화 방법, 무선 링크의 증가된 용량 및 프론트엔드 안테나 시스템에서의 향상된 스펙트럼 효율을 가능하게 한다.
또한, 종래의 페이즈드 어레이 안테나는 빔 호핑을 필요로 하는 다수의 위치를 갖는 단일 빔, 신호 전송만을 갖는다. 이와 같이, 본 발명의 페이즈드 어레이 안테나에 의해 제공되는 멀티빔 기능은, 다수의 위치들과의 연속적인 연결을 제공함으로써 빔 호핑을 불필요하게 한다.
본 발명의 프론트엔드 안테나 시스템은 또한, 휴대폰 사용자, 비행기, 위성 및 자동차 등과 같은 이동 신호원들을 추적하기 위해 제공된다. 본 발명의 프론트엔드 안테나 시스템에 의해 제공되는 연속적인 연결은 지속적인 신호 추적을 가능하게 하고 신호를 추적하는 데 필요한 지연을 제거하여, 연결 대기 시간을 최소화한다.
본 발명의 프론트엔드 안테나 시스템은, 통신 네트워크에서 소정 방향으로 또는 소정 노드들 사이에 중첩 신호 빔들을 추가로 제공할 수 있다. 이와 같이, 프론트엔드 안테나 시스템은 통신 네트워크에서 추가적인 병렬 확장(redundancy)을 제공한다.
다른 예로서, 프론트엔드 안테나 시스템은, 하나 이상의 노드들에 대한 동시 송신 및 수신을 제공하며, 이는 통신 시스템의 대기 시간을 감소시키고 통신 네트워크의 데이터 속도를 증가시킨다.
이미징 시스템의 경우, 본 발명의 프론트엔드 안테나 시스템은 검출 해상도(예를 들어, 각도 및/또는 범위 해상도)를 증가시킨다. 또한, 프론트엔드 안테나 시스템의 멀티빔 동작은 예를 들어 단일 빔 빔-스티어링 시스템과 달리 보다 빠른 이미징 및 검출을 가능하게 한다.
무선 파워 송신 시스템의 경우, 본 발명의 프론트엔드 안테나 시스템은 다수의 무선 장치의 동시 충전을 위한 다수의 빔 생성을 제공한다. 이와 같이, 프론트엔드 안테나 시스템은 충전 시간을 줄이고 각 장치의 효율성을 향상시킨다.
다른 예로서, 본 발명의 프론트엔드 안테나 시스템은 임의의 소정 개구 크기에 대해 그리고 단일 빔 및 멀티빔 동작 모두에 대해 복잡성, 크기 및 출력을 감소시킨다. 더욱이, 본 발명의 프론트엔드 안테나 시스템은 전체 다이 회로 크기 및 소정 개구 치수에 대한 카운트 요건을 감소시킨다. 결과적으로, 프론트엔드 안테나 시스템은, 시스템의 크기 감소, 무게 감소 및 파워 소비 감소를 제공한다.
한 형태에서, 도 1을 참조하면, 프론트엔드 안테나 시스템(1)은 복수의 안테나(10), 복수의 트랜시버(30) 및 복수의 빔 네트워크(50)를 포함한다. 한 형태에서, 트랜시버(30)는 안테나(10)와 빔 네트워크(50)를 전기적으로 연결한다. 한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1)은 다수의 동시 빔들을 제공하는 MIMO(multi-input/multi-output) 시스템으로서 동작 가능하고 빔의 방향, 패턴, 파워, 편파 및 위상각과 같은 신호 빔 방사 파라미터를 독립적으로 제어하도록 동작 가능하다. 한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1)은, 송신형 빔, 수신형 빔 및 동시 수신 및 송신형 빔과 같은 빔의 빔 형태을 독립적으로 제어하도록 동작할 수 있다. 상기 빔 형태는, 송신형 빔, 수신형 빔 및 동시 송수신형 빔 중 하나를 포함한다. 한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1)은 디지털 및 아날로그 시그널링 모두에 대해 구현될 수 있다.
한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1)은 전파의 빔을 송신 및 수신하도록 구성된다. 한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1)은 빔 관리 제어 루틴에 의해 규정되는 다른 방사 파라미터들 중에서 상이한 방향, 패턴, 파워 레벨을 갖는 다수의 전파 빔을 송신 및/또는 수신한다. 한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1)은 하나 이상의 전파 빔을 동시에 송신 및 수신한다.
한 형태에서, 프론트 엔드 안테나 시스템(1)은, 어레이(예를 들어, 다른 어레이 형태 중에서, 동적 어레이, 고정 어레이, 능동 어레이, 수동 어레이, 디지털 어레이, 아날로그 어레이 또는 하이브리드 어레이)로 구현될 수 있다. 일례로서 그리고 도 2에 도시된 바와 같이. 프론트엔드 안테나 시스템(1)은, 어레이(2)를 집합적으로 형성하는 하나 이상의 서브어레이들(70-1, 70-2, 70-3, 70-4, 70-5, 70-6)(이하, 집합적으로 서브어레이(70)라 함)을 포함할 수 있다. 각각의 서브어레이(70)는 복수의 안테나들(10) 중에서 하나 이상의 안테나들(10) 세트를 포함한다. 일례로, 서브어레이(70-1)는, 복수의 안테나들(10) 중에서 안테나(10-1, 10-2, 10-3, 10-4)를 포함하는 안테나 세트를 포함할 수 있다. 한 형태에서, 서브어레이(70)는 신호 분배 네트워크(보다 상세히 후술됨), 복수의 빔 네트워크(50), 복수의 트랜시버(30) 또는 이들의 조합을 통해 서로 결합된다.
한 형태에서, 하나 이상의 어레이(70)는 서로 동일하거나 유사하지 않을 수 있다. 일례로서, 각각의 서브어레이(70)는 도 2b에 도시된 바와 같이, 동일한 기하학적 파라미터(예를 들어, 형상, 크기, 방향, 길이, 폭, 깊이 등)를 가질 수 있다. 다른 예로서, 둘 이상의 어레이들(70)은 도 2a 도시된 바와 같이 서로 다른 기하학적 파라미터 세트를 가질 수 있다. 한 형태에서, 서브어레이(70)는 무작위로 배치되거나 그리드 또는 라인으로 배치된다. 한 형태에서, 하나 이상의 서브어레이(70)는 다양한 평면형, 비평면형 또는 등각 형상(예를 들어, 직사각형, 원형, 육각형 등)을 가질 수 있다. 추가로, 하나 이상의 서브어레이(70)는 평면 방식, 비평면 방식 또는 등각 방식으로 서로 통합될 수 있다. 한 형태에서, 하나 이상의 서브어레이(70)는 서로 인터리빙되거나 중첩될 수 있다. 한 형태에서, 하나 이상의 서브어레이(70)는 전방 단부 개구를 확장하기 위해 거친 구성을 형성하고, 하나 이상의 서브어레이(70)는 사이드로브를 억제하기 위해 서로에 대해 회전 및 이동될 수 있다.
한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1)의 크기 및 기하학적 구조는, 어레이 안테나의 수, 각 안테나의 요소의 수, 및/또는 연속 개구 안테나의 치수에 기초할 수 있다. 한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1)의 크기 및 기하학적 구조는 다른 신호 송신 및/또는 수신 파라미터 중에서 원하는 신호 강도, 주파수 대역폭, 신호 부하 용량, 수신/발신 신호의 수에 기초한다. 일례로서, 5G 구현에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1)은 236개의 요소(예를 들어, 16x16 어레이) 또는 1024개의 요소(32x32 어레이)를 갖는 어레이(2)를 포함한다. 다른 예로서, 장거리 통신 구현에서, 어레이(2)는 2000개의 요소(또는 안테나(10)가 연속 개구 안테나 서브-어레이에 의해 구현될 때 2000개의 요소 크기와 등가물)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면. 안테나(10)는 다른 방사 파라미터들 중에서 파동/신호 빔 패턴(들), 방향(들)과 같은 프론트엔드 안테나 시스템(1)의 방사 파라미터를 제어하도록 구성된다. 예시적인 안테나(10)는 (패치, 슬롯, 링, 스파이럴, 보타이 등과 같은) 평면 안테나, 캐비티-백 안테나 및 멤브레인 안테나를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
한 형태에서, 서브어레이(70)의 안테나 세트(10)는 단일 안테나 요소, 방사 요소 세트 또는 연속적인 방사 개구를 포함할 수 있다. 일례로서, 안테나 세트(10)는 개구 안테나, 연속 개구 안테나, 평면 안테나, 렌즈 안테나(예를 들어, 타원형 렌즈, 루넨버그 렌즈 등), 평면 렌즈 안테나(예를 들어, 로트만 렌즈), 와이어 안테나 및/또는 반사체 안테나를 포함한다. 다른 예로서, 메타물질 안테나, 누설파 안테나, 파브리-페롯(Fabry-Perot) 안테나, 슬롯 어레이 안테나, 도파관 안테나 등을 포함할 수 있다. 특정 예로서, 그룹화된 요소는 각각의 서브세트 안테나에 대해 원하는 패턴 및 방사 특성을 생성하도록 배치된 메타물질 요소 또는 메타-픽셀을 갖는 메타물질 안테나를 포함할 수 있다.
한 형태에서, 안테나 세트(10)는 신호 분배 네트워크를 더 포함한다. 예시적인 신호 분배 네트워크는, 누설파 또는 슬롯 결합 도파관 구조(예를 들어, 특히 공기 충전 도파관, 기판 통합 도파관), 캐비티 구조(예를 들어, 공기 충전 또는 유전체 충전 맞춤형 모양), 빔형성 매트릭스 구조(예를 들어, 버틀러 매트릭스, 하이브리드 커플러, 쿼드러처 커플러, 블래스 매트릭스, 빔스위치 매트릭스 등), 마이크로스트립 구조, H-트리 구조 등을 포함한다.
한 형태에서, 안테나 세트(10)는 단일 포트 안테나 또는 멀티포트 안테나를 포함할 수 있고, 단일 포트 및 멀티포트 안테나의 임의의 수/조합이 포함될 수 있다. 예를 들어, 안테나(10)의 멀티포트 구현을 위해, 각각의 포트는 특정 영역에서 빔을 여기 및 생성할 수 있으며, 여기서 빔은 집합적으로 선택된 3D 시야(FoV) 공간에 걸쳐 있다. 한 형태에서, 멀티포트 안테나의 빔은 겹치는 영역/패턴을 가질 수 있다. 프론트엔드 안테나 시스템(1)의 멀티빔 패턴의 생성은 빔 네트워크(50)를 통해 멀티포트 안테나 세트, 안테나 세트의 어레이 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다.
한 형태에서, 안테나(10)는 수동 안테나 또는 능동 안테나일 수 있다. 예를 들어, 안테나(10)는 가변 구성요소(예를 들어, 버랙터, 다이오드 등) 및/또는 가변 재료(예를 들어, 바륨 스트론튬 티타네이트(BST), 액정 등)가 동적으로 통합된 능동 안테나를 포함할 수 있다. 소정 안테나 속성(예를 들어, 안테나 패턴, 빔 패턴 등)의 제어. 어떤 형태에서 능동 안테나는 아래에서 더 자세히 설명하는 바와 같이 원하는 방사 특성을 생성하기 위해 콘트롤러에 의해 전자적으로 제어된다.
한 형태에서, 안테나(10)는 추가적인 빔형성 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나(10)가 멀티포트 안테나일 때, 프론트엔드 안테나 시스템(1)은 안테나 세트및 다른 시스템 구성요소들을 연결하는 적어도 하나의 스위칭 네트워크 세트를 포함할 수 있으며, 이에 의해, 이하에 보다 상세히 기술되는 바와 같이 멀티포트 안테나의 포트 제어 기능을 가능하게 한다. 예를 들어, 멀티포트 안테나는, 복수의 빔들이 동일한 편파, 동일한 주파수 대역 또는 이들의 조합을 갖도록 복수의 빔들을 송신하거나, 복수의 빔들을 수신하거나, 또는 이들의 조합을 행하도록 동작할 수 있다. 안테나(10)의 일례는 본 발명과 함께 공유되고 동시 출원 및 출원 계류중이고 그 내용이 참고로 본 명세서에 전체적으로 포함된, "멀티빔 빔형성 프론트엔드 무선 트랜시버용 안테나 시스템(발명의 명칭)"에 제공된다.
도 1을 참조하면. 트랜시버(30)는, 안테나(10)를 빔 네트워크(50)에 연결함으로써 안테나(10)가 선택적으로, 신호, 지향성 빔 및/또는 다차원 빔을 송/수신하도록 구성된다. 한 형태에서, 트랜시버(30)는 트랜시버 세트(30)로서 구현되며, 이때 소정 트랜시버 세트로부터의 적어도 하나의 트랜시버(30)는 안테나 세트로부터의 하나의 안테나(10)를 빔 네트워크 세트(50)에 연결한다. 한 형태에서, 소정 트랜시버 세트로부터의 적어도 하나의 트랜시버(30)는 안테나 세트로부터 하나의 빔 네트워크(50) 세트로 하나의 안테나(10)를 연결한다. 한 형태에서, 각각의 안테나(10)에 연결되는 트랜시버(30)의 수는 안테나(10)의 포트 수와 동일한다. 한 변형예에서, 각 안테나(10)를 연결하는 트랜시버(30)의 수는 안테나(10)의 포트 수와 다를 수 있다.
한 형태에서, 트랜시버(30)는 각각 전력 증폭기(32) 및 저잡음 증폭기(34)와 같이 수신 및 발신 신호를 증폭하는 둘 이상의 증폭기를 포함한다. 한 변형예에서, 트랜시버(30)는 전력 증폭기(32)와 저잡음 증폭기(34) 사이의 전환을 가능하게 하는 하나 이상의 스위치들(36)을 포함할 수 있으며, 이에 의해 수신 신호와 송신 신호 사이의 전환을 가능하게 한다. 대안적으로, 전력 증폭기(32) 및 저잡음 증폭기(34)는 스위치들(36) 없이 안테나(10)의 안테나 포트에 연결되어 동시 Tx/Rx를 가능하게 및/또는 스위치(36)와 관련된 손실을 방지할 수 있다.
한 형태에서, 저잡음 증폭기(34)는, 신호에 최소 잡음/왜곡을 부가하면서 안테나(10)에 의해 수신된 신호를 증폭하도록 구성된다. 저잡음 증폭기(34)는 다양한 이득, 잡음 지수, 선형성 및 임피던스 정합 특성을 가질 수 있다. 한 형태에서, 전력 증폭기(32)는 안테나 포트에 대해 소정 파워 레벨로 신호를 증폭하도록 구성된다. 이와 같이, 전력 증폭기(32)는, 소정 방향/빔에서 원하는 등가 동위원소 방사 출력(EIRP)에 따라 신호를 소정 파워 레벨로 증폭하기 위한 이득 및 출력 특성을 가질 수 있다. 한 형태에서, 전력 증폭기(32)는 직교 주파수 분할 다중화 변조와 같은 다양한 변조 신호를 지원하기 위해 높은 선형성과 파워 효율을 갖는다. 어떤 형태에서, 전력 증폭기(32)에 의한 파워 출력은, 임피던스 변환 접근법, 파워 결합 기술 및 트랜지스터 적층을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 기술을 사용하여 향상될 수 있다. 이들 기술은 고급 실리콘 기반 공정((예를 들어, 벌크 CMOS 서브음(sub-um), SOI(silicon on insulator) 및/또는 SiGe BiCMOS 기술))과 같이 오프칩 또는 온칩으로 구현될 수 있다.
예를 들어, 전력 증폭기(32)는 도허티(Doherty) 전력 증폭기, 아웃페이징 전력 증폭기, 치레익스(Chireix) 아웃페이징 전력 증폭기 또는 이들의 조합일 수 있다. 다른 예로서, 전력 증폭기(32)는, 선형 전력 증폭기(예를 들어, 클래스 A 증폭기, 클래스 B 증폭기) 또는 스위칭 방식 전력 증폭기(예를 들어, 클래스 E 증폭기, 클래스 F-1 증폭기)일 수 있다. 추가적인 예로서, 전력 증폭기(32)는 예를 들면 고주파 밀리미터파 시스템에서 구현될 때(즉, 고주파는 30~300기가헤르츠를 포함한다) 프론트엔드 안테나 시스템(1)의 신호 전파 감쇠 손실 및 높은 RF 손실을 보상하는 고전력 증폭기이다.
한 형태에서, 전력 증폭기(32)는 출력 신호 선형성을 개선하기 위해 전치왜곡 회로를 포함할 수 있다. 전치왜곡 회로는 디지털단, 아날로그단 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하나의 예에서, 전치왜곡 회로는 디지털단에서 구현되고 디지털 전치왜곡 회로(DPD 회로)이다. 한 형태에서, DPD 회로는 메모리리스 모델(예를 들어, 메모리리스 다항식 알고리즘 및/또는 룩업 테이블(LUT) 기반 알고리즘) 또는 메모리(예를 들어, 메모리 다항식 모델)를 갖는 모델에 기초할 수 있다. 다른 예에서, DPD 회로는 각각의 전력 증폭기(32)로부터의 정보와 대조적으로 프론트엔드 안테나 시스템(1)의 하나 이상의 빔으로부터의 정보에 기초하여 구현된다.
한 형태에서, 빔 네트워크(50)는 건설적 및 파괴적 조합, 선택, 및/또는 안테나(10)로/그로부터의 신호 조작에 의해 (인입 및 인출 모두의) 신호 스트림을 생성, 제공 및/또는 변경하도록 구성된다. 빔 네트워크(50)는, 원하는 신호 스트림/빔에 대한 빔형성 조합/처리를 위해 각 안테나(10) 및/또는 안테나(10) 세트로부터의 각 신호 경로에서 특정 신호 위상, 진폭 및/또는 선택 교번을 지정하도록 구성된다. 빔 네트워크(50)는 빔형성기 네트워크(51) 및 스위칭 네트워크(58) 모두를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 빔 네트워크(50)는 일부 변형예에서 빔형성기 네트워크(51) 및 스위칭 네트워크(58) 중 하나만을 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
한 형태에서, 빔 네트워크(50)는 세트로 제공된다. 빔 네트워크(50)의 각 세트는, 다중(멀티)빔, 다중 스트림 신호 전송 및/또는 수신을 위한 다수 방향 및/또는 다차원 빔을 생성하도록 구성된다. 빔 네트워크 세트(50)는 트랜시버(30)를 통해 소정 안테나 세트(10)의 각 안테나(10)에 연결된다. 한 형태에서, 빔 네트워크(50) 및/또는 그의 구성요소들은, RF단, IF단, 기저대역단, 디지털단 또는 이들의 조합을 포함한 여러 단들로 구현될 수 있다. 어떤 형태에서, 안테나(10)가 능동 안테나를 포함할 때 빔 네트워크(50)는 하이브리드 빔 네트워크에 대한 안테나(10)와 결합될 수 있다.
한 형태에서, 빔형성기 네트워크(51)는 ,위상 시프터(PS) 회로의 네트워크(52), 시간 지연 회로의 네트워크(54), 증폭기 네트워크(56), 스플리터, 결합기 또는 이들의 조합을 포함한다. 한 형태에서, 위상 시프터 회로(52)의 네트워크(이하 "위상 시프터(52)"라고 함)는 인입 신호를 수신하고 인입 신호와 관련된 빔의 위상 및 진폭을 변경하도록 구성된다. 한 형태에서, 위상 시프터(52)는 아날로그 회로, 디지털 회로 또는 이들의 조합(예를 들어, 하이브리드 모델)에 의해 구현될 수 있다. 위상 시프터(52)는 능동 요소들(예를 들어, 벡터 변조기 기반 위상 시프터(52)), 수동 요소들 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 예로서, 위상 시프터(52)는 반사형 위상 시프터(RTPS), 로드 라인 위상 시프터, 스위치드 전송 라인 위상 시프터(STPS), 로드 라인 기반 수동 위상 시프터 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 한 형태에서, 지연 변화 제거 기술은 소정 부분 대역폭(예를 들어, 20%보다 크거나 같은 부분 대역폭)에 걸쳐 지연 변화를 억제하도록 구현될 수 있다.
한 형태에서, 시간 지연 회로의 네트워크(54)(이하 "시간 지연기(54)"라 함)는 또한 인입 신호를 수신하고 인입 신호와 관련된 빔의 위상을 변경하도록 구성된다. 일례로서, 시간 지연기(54)는 콘트롤러에 의해 규정 및/또는 동적으로 조정되는 제어 가능한 시간 지연만큼 신호를 지연시키도록 구성된다. 한 형태에서, 시간 지연기(54)는 아날로그 회로, 디지털 회로 또는 이들의 조합(예를 들어, 하이브리드 모델)에 의해 구현될 수 있다.
한 형태에서, 위상 시프터(52) 및/또는 시간 지연기(54)는 빔형성기 네트워크(51)의 빔 스퀸트 또는 왜곡을 최소화하기 위해 TTD(true-time delay)로서 구현된다. 한 형태에서, 위상 시프터(52 및 54) 및 시간 지연기(54)는 본 발명에서 집합적으로 "지연 요소"로 지칭될 수 있다.
한 형태에서, 빔형성기 네트워크(51)는 빔형성기 네트워크(51)가 아날로그 회로에 의해 구현될 때 증폭기 네트워크(56)를 포함한다. 증폭기 네트워크(56)는, 신호 결합, 분할 및/또는 조작이 수행되기 전/후에 신호가 소정 강도에 있도록 수신 또는 송신된 신호의 진폭을 변경하도록 구성된다. 일례로서, 증폭기 네트워크(56)는, 아날로그 회로, 디지털 회로 또는 이들의 조합(예를 들어, 하이브리드 모델)으로서 구현되는 하나 이상의 가변 이득 증폭기를 포함할 수 있다.
어떤 형태에서, 예를 들어 안테나(10)가 멀티포트 안테나를 포함할 때, 빔 네트워크(50)는 스위칭 네트워크(58)를 포함한다. 일례로서, 각각의 멀티포트 안테나에 대해, 프론트엔드 안테나 시스템(1)은, 멀티포트 안테나 포트의 서브세트를 트랜시버 세트(30)에 연결하는 스위칭 네트워크(58)를 포함한다. 추가로 또는 대안적으로, 프론트엔드 안테나 시스템(1)은, 트랜시버 세트를 빔형성기 네트워크 세트(51)에 연결하는 스위칭 네트워크(58)를 포함할 수 있다. 어떤 형태에서, 스위칭 네트워크(58)는, 임의의 스위칭 회로 없이 단일 포트/멀티포트 안테나의 모든 포트를 트랜시버(30)에 연결한다. 스위칭 네트워크(58)는 서로 다른 레벨의 구성 요소 연결성/활동성을 제공하도록 구성되어, 빔을 통합 또는 분할하고 빔 방향을 제어하도록 한다. 스위칭 네트워크(58)는, 빔형성기의 복잡성을 단순화하고 및/또는 프론트엔드 안테나 시스템(1)의 빔형성 멀티빔, 멀티스트림 기능을 상당히 증가시킬 수 있다. 스위칭 네트워크(58)는, RF단, IF단, 기저대역단, 디지털단 또는 이들의 조합과 같은 여러 단(stage)들에서 구현될 수 있다. 한 형태에서, 스위칭 네트워크(58)는, 하나 이상의 스위치, 하나 이상의 결합기, 하나 이상의 스플리터, 하나 이상의 필터, 하나 이상의 결합 라인 또는 이들의 조합을 포함한다.
한 형태에서, 빔형성기 네트워크(51)는 아날로그 빔형성기, 디지털 빔형성기 또는 이들의 조합(예를 들어, 하이브리드 빔형성기)일 수 있다. 일례로서, 다수의 안테나 요소들/세트들을 갖는 큰 안테나 개구의 경우, 빔형성기 네트워크(51)는 디지털 빔형성기의 과도한 파워 소비 때문에, 아날로그 빔형성기 또는 하브리드 빔형성기로 될 수 있다. 다른 예로서, 보다 높은 주파수 대역(예를 들어, 밀리미터파 대역)에서, 빔형성기 네트워크(51)는 RF 구성요소 및 분배/결합 네트워크의 손실 및/또는 보다 높은 주파수 대역에서의 RF 구성요소의 크기를 억제하기 위해 IF단에 제공되는 아날로그 빔형성기를 포함할 수 있다. 어떤 형태에서, IF 구현 또는 디지털 빔형성기가 사용되는 경우, 국부 발진기(LO) 신호의 동기화는, 안테나 세트 및/또는 서브세트 레벨에서의 믹서의 구현과 함께, 모든 안테나 요소들 및/또는 안테나 세트들에서 수행될 수 있다. 어떤 형태에서, LO 신호 동기화는, 안테나 요소, 안테나 세트 및/또는 안테나 서브세트 레벨에서 구현되는 이들의 조합에 의해 구현되는, 기준 신호, PLL(Phase-Locked Loop) 회로, 증폭기 회로, 믹서 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다.
어떤 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1)은 콘트롤러(90)를 포함할 수 있다. 콘트롤러(90)는 원하는 출력을 달성하기 위해 프론트엔드 안테나 시스템(1)의 구성요소를 동작시키도록 구성된다. 한 형태에서, 콘트롤러(90)는 모든 활성(능동) 구성요소에 연결되고, 무엇보다도, 빔 관리 제어 루틴, 빔 추적 루틴, 사용자 관리 루틴을 수행하도록 구성된다. 일례로서, 콘트롤러(90)는 하나 이상의 빔에 대한 다른 신호 파라미터 중에서 파워 레벨, 대역폭, 빔 방향, 빔 폭, 편파, 스트림/사용자들의 수, 통신 범위 및 변조를 독립적으로 설정할 수 있다. 한 형태에서, 콘트롤러(90)는 시스템이 프론트엔드 안테나 시스템(1)에 대한 입력 및 출력 신호에 특정 방식으로 응답하도록 자동화될 수 있다. 한 형태에서, 콘트롤러(90)는, 임의및/또는 원하는 모든 프론트엔드 안테나 시스템 파라미터(예를 들어, 신호 증폭 레벨, 빔 형태 및 방향 설정)의 사용자 관리를 가능케 한다. 한 형태에서, 콘트롤러(90)는 통신 네트워크에서 신호 흐름의 관리를 가능하게 한다.
예시적인 변형예에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1)의 구성요소들(예를 들어, 안테나(10), 트랜시버(30), 빔 네트워크(50) 및/또는 콘트롤러(90))는 하나 이상의 전자 칩(예를 들어, 집적 회로(IC) 칩) 및/또는 이들의 하나 이상의 기판 층들에 분포된다. IC 칩은 여기에 설명된 기능을 수행하기 위한 시스템 온 칩(SoC) 구성의 베이스밴드, 디지털, 모뎀 및/또는 제어 회로를 포함할 수 있다. 한 형태에서, 각 IC 칩은 단일 안테나 요소 및/또는 안테나 세트(10)와 연관된다. 한 형태에서 각 IC 칩은 다수의 안테나 요소들 또는 서브어레이(70)와 연관된다. 한 형태에서 하나의 IC 칩은 모든 안테나 요소 또는 안테나 세트(10)와 연관된다.
도 3을 참조하면. 프론트엔드 안테나 시스템(1-1)이 도시되어 있다. 프론트엔드 안테나 시스템(1-1)은 프론트엔드 안테나 시스템(1)과 유사하지만, 이 변형에서 프론트엔드 안테나 시스템(1-1)은, 트랜시버 세트(30-1, 30-2, ... 30-k')에 연결된 포트들(16-1, 16-2, ... 16-k)을 포함하는 멀티포트 안테나(10-5)를 포함하는 하나 이상의 서브어레이(72)를 포함한다. 따라서, 각각의 서브어레이(72)는, k개의 포트들을 갖는 멀티포트 안테나(10-5)를 포함하고, 각각의 서브어레이(72)는 k' 트랜시버 세트를 포함한다.
한 형태에서, 각각의 서브어레이(72)는 빔 네트워크(50)의 빔형성기 네트워크(51-1, 51-2, … 51-M)에 연결된다. 한 형태에서, 트랜시버 세트(30)는, 스위칭 네트워크(58)를 통해 신호 스트림을 생성하기 위해 빔형성기 네트워크(51)의 각각에 연결되며, 이에 의해 프론트엔드 안테나 시스템(1-1)이 빔 결합, 분할 및 스위칭 루틴을 수행할 수 있도록 한다. 한 형태에서, 멀티포트 안테나(10-5)는 스위칭 네트워크(58)와 유사한 스위칭 네트워크(110)에 의해 트랜시버 세트(30)에 연결될 수 있고, 이에 의해 (예를 들어, 빔의 방향(들)을 선택하기 위해) 프론트엔드 안테나 시스템(1-1)이 멀티포트 안테나(10-5)의 액티브 포트를 스위칭할 수 있도록 한다
한 형태에서, 각각의 서브어레이(72)는 안테나 형태(예를 들어, 메타물질 안테나 또는 연속 개구 안테나)에 기초하여 n개의 요소들 또는 그 등가물을 포함한다. 각각의 서브어레이(72)가 동일할 때, 프론트 엔드 안테나 시스템(1-1)은 N = n x m 요소(또는 N 요소와 동등한 어레이 시스템)의 총 크기를 가지며, 여기서 m은 서브어레이(72) 또는 프론트 엔드 안테나 시스템(1-1)의 안테나 세트의 수를 나타낸다. 요컨대, N개의 요소 어레이는 각각 n개 요소들의 서브어레이(72)로 그룹화될 수 있다. 이들 서브어레이(72)는 시스템 제조를 위해 어레이 구성요소에 예시적인 그룹화를 추가할 때 기능할 수 있다. 예를 들어, 일부 예시적인 변형예에서, 서브어레이(72)용 드라이버는 단일 RFIC 또는 RFIC 세트에 조립될 수 있다.
한 형태에서, 멀티포트 안테나(10-5)(또는 단일 포트 안테나)는 다양한 기능들(무엇보다도, 액티브, 패시브, 고이득 또는 저이득, 펜슬빔 또는 팬빔 또는 광역빔) 및/또는 형태들(예컨대, 메타물질 안테나)을 갖는다. 멀티포트 안테나(10-5)(또는 싱글 포트 안테나)가 패시브(수동) 안테나인 경우, 각 어레이의 요소들의 수 n은 안테나 포트의 수 k에 대응될 수 있다. 예를 들어, n과 k는 같거나 같은 차수 크기일 수 있다. 다른 예로서, k는 √n의 차수일 수 있다.
한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1-1)의 트랜시버 세트(30)는 하나 이상의 트랜시버(30)를 포함한다. 어떤 형태에서, 트랜시버(30)의 수는 안테나 포트의 수 k보다 작거나 같다.
도 4를 참조하면, 빔형성기 네트워크(51) 및 스위칭 네트워크(58-1, 58-2, … 58-M(집합적으로 "스위칭 네트워크 58"로 지칭)가 도시된다. 한 형태에서, 빔형성기 네트워크(51) 및 스위칭 네트워크(58)는 k' 트랜시버(30)에 연결된다. 한 형태에서, M 빔 및 k' 트랜시버(30)에 대해, 스위칭 네트워크(58)는 각각 스위치(60-1, 60-2, ... 60-k'(집합적으로 "스위치 60"로 지칭))를 포함한다. 한 형태에서, 각 빔은 스위칭 네트워크(58) 중 하나에 연결되고, 하나의 스위칭 네트워크(58)는 스위치(60)를 통해 k' 트랜시버(30) 각각에 연결된다. 일례로서, 스위칭 네트워크(58-1)의 스위치(60-1)는 트랜시버(30-1)에 연결되고, 스위칭 네트워크(58-1)의 스위치(60-2)는 트랜시버(30-2)에 연결되고, 스위칭 네트워크(58-1)의 스위치(60-k')는 트랜시버(30k')에 연결된다. 한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1)은 각각 M개의 스위치(60)를 갖는 k' 스위칭 네트워크(58)를 포함할 수 있고, 각각의 스위칭 네트워크(58)는 그에 위치된 스위치에 의해 모든 위상 시프터(52)에 연결된 트랜시버(30) 중 하나에 연결된다. .
한 형태에서, 빔형성기 네트워크(51)는 다른 단계들에서 상이한 특성을 가질 수 있고 특정 주파수 대역(예를 들어, 밀리미터파 대역)에 대한 특정 적용성을 가질 수 있다. 일 예로서, 아날로그 빔형성기는 RF(radio frequency)단, IF(intermediate frequency)단, LO단 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
한 형태에서, 빔형성기 네트워크(51)가 RF단에서 구현되는 경우(즉, RF 빔형성), 위상 시프터(52), 시간 지연 회로(54), 가변 이득 증폭기(62) 및 신호 결합기(64) 중 하나가 각 신호 경로의 각 빔에 대해 구비될 수 있다. 한 형태에서, 각각의 위상 시프터(52) 및 가변 이득 증폭기(62)는, RF 신호를 RF 대역 내에서 원하는 위상 및 진폭으로 변경한다. 다음, 신호 결합기(64)는 각 빔과 포트의 변경된 신호들을 결합한다.
한 형태에서, 빔형성기 네트워크(51)가 IF단에서 구현될 때(즉, IF 빔형성), 위상 시프터(52), 시간 지연 회로(54), 가변 이득 증폭기(62), 신호 결합기(64) 및 믹서(66) 중 하나가 각 신호 경로의 각 빔에 대해 제공될 수 있다. 위상 시프터(52) 및 가변 이득 증폭기(62)는 RF 신호를 IF 대역으로 변환하여 생성된 IF 신호를 원하는 위상 및 진폭으로 변경한다. 다음, 신호 결합기(64)는, 각 빔과 포트의 변경된 신호를 결합하고, 믹서(66)는 입력 신호를 LO 신호와 결합하여 그 신호를 IF 대역으로 변환하도록 한다. LO 신호는 모든 안테나 및/또는 빔형성기에 대해 분산되고 동기화된다.
한 형태에서, 빔형성기 네트워크(51)가 LO단(즉, LO 빔형성)에서 구현될 때, 위상 시프터(52)(예를 들어, 위상 회전기 또는 벡터 변조기 기반 위상 시프터), 시간 지연 회로(54) , 가변 이득 증폭기(62) 및 믹서(66)들 중 하나는 각 신호 경로의 각 빔에 대해 제공될 수 있다. 위상 시프터(52)와 가변 이득 증폭기(62)는 각 포트의 각 빔에 대해 LO 신호의 위상 및/또는 진폭을 변경하고, 믹서(66)는 RF 신호를 변경된 LO 신호와 혼합하고 원하는 위상 및 진폭에 따라 그를 IF 대역으로 변환한다. 한 형태에서, 가변 이득 증폭기(62)는 IF 또는 LO 경로에 제공된다. 한 형태에서, 위상 시프터(52)는 믹서(66)와 통합될 수 있다.
한 형태에서, 빔형성기 네트워크(51)가 디지털단(즉, 디지털 빔형성)에서 구현될 때, 위상 시프터(52), 시간 지연 회로(54), 가변 이득 증폭기(62), 신호 결합기(64), 믹서(66), 디지털-아날로그 변환기(DAC)(68) 및 아날로그-디지털 변환기(ADC)(69) 중 하나는 각 신호 경로의 각 빔에 대해 제공될 수 있다. 한 형태에서, IF 신호는 수신 모드 동안 ADC(69)를 사용하여 아날로그 신호로부터 디지털 신호로 변환되고, 위상 시프터(52), 시간 지연 회로(54) 및 가변 이득 증폭기(62)는 디지털 신호의 위상, 시간 지연 및/또는 진폭 중 적어도 하나를 변경한다. 다음, 신호 결합기(64)는, 각 빔 및 포트의 변경된 디지털 신호를 결합한다. 이와 유사하게, 송신 모드 동안, DAC(68)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 위상 시프터(52), 시간 지연 회로(54) 및 가변 이득 증폭기(62)는 아날로그 신호의 위상, 시간 지연 및/또는 진폭 중 적어도 하나를 변경한다. 신호 결합기(64)는 다음, 각 빔과 포트의 변경된 아날로그 신호를 결합한다.
한 형태에서, 빔형성기 네트워크(51)가 하이브리드 빔형성기에서 IF와 디지털단의 조합으로 구현될 때, 위상 시프터(52), 시간 지연 회로(54), 가변 이득 증폭기(62), 신호 결합기, 믹서(66) 중 하나는 IF단에서 각 신호경로의 각 빔에 대해 제공될 수 있다. IF 빔형성기의 입출력은 디지털 빔형성기와 연결되며 DAC(68), ADC(69), 위상 시프터(52), 가변 이득 증폭기(62) 및/또는 신호 결합기(64) 중 하나는 각 신호 경로의 각 빔에 대해 제공될 수 있다. 하이브리드 빔형성기의 각 단에서, 위상 시프터(52)와 가변 이득 증폭기(62)는 신호의 위상, 시간 지연 및/또는 진폭 중 적어도 하나를 변경하도록 구성된다. 다음, 신호 결합기(64)는 각 빔과 포트의 변경된 신호를 결합한다.
도 5을 참조하면. M개의 빔 네트워크(50)와 k' 트랜시버(30')를 포함하는 RFIC(100)가 도시되어 있다. 한 형태에서, RFIC(100)는 N개의 요소들(또는 프론트엔드 안테나 시스템(1)의 N개의 요소와 등가물)를 포함한다. 한 형태에서, M개의 빔 네트워크(50)는 서브어레이의 안테나의 포트 및/또는 요소에 연결되며, 그에 따라 사용자 정의가 가능하고 복잡성과 비용을 억제하는 모듈식 타일형 프론트엔드 안테나 시스템을 제공한다.
도 6을 참조하면. 포트들 16-1, 16-2, … 16-k(집합적으로 "포트 16"으로 지칭)을 갖는 패시브 멀티포트 안테나일 수 있는 안테나(10-6)에 의해 출력되는 빔들(18, 20, 22)의 개략도가 도시된다. 한 형태에서, 포트(16) 중 하나를 여기시키면 패턴 및 방향과 같은 소정 방사선 파라미터를 갖는 대응하는 빔을 생성한다. 한 형태에서, 빔들(18, 20, 22)은 중첩될 수 있지만, 빔들(18, 20, 22)은 다른 형태에서 중첩되지 않을 수 있음을 이해해야 한다. 한 형태에서, 빔들(18, 20, 22)은 원하는 공간 영역(예를 들어, 2D 또는 3D FOV)에 걸쳐 있다. 한 형태에서, 빔들(18, 20, 22)의 방사 파라미터는 빔 네트워크(50) 및/또는 콘트롤러(90)에 의해 독립적으로 제어된다. 안테나(10-6)는, 다른 형태에서 항상 특정 방사 파라미터를 갖는 단일 빔을 생성하는 단일 포트 안테나로 될 수 있음을 이해해야 한다.
도 7을 참조하면. 포트 17-1, 17-2, … 17-k(집합적으로 "포트 17"로 지칭)를 갖는 액티브 멀티포트 안테나일 수 있는 안테나(10-7)에 의해 출력되는 빔들(24, 26, 28)의 개략도가 도시된다. 한 형태에서, 안테나(10-7)는 전기적으로 제어되는 조정가능한 메커니즘을 포함하고, 콘트롤러(90)는 안테나(10-7)의 튜닝 가능한 메커니즘을 튜닝함으로써 빔들(24, 26, 28)의 방사 파라미터를 변경하도록 구성된다. 이와 같이, 콘트롤러(90)는 본원에 설명된 기능을 수행하기 위한 외부 및/또는 디지털 제어 회로를 포함할 수 있다. 한 형태에서, 안테나(10-7)는 그에 통합된 능동 요소를 포함하여, 콘트롤러(90)가 빔 변경 및 제어 루틴을 수행할 수 있도록 한다. 하나의 콘트롤러(90)가 도시되어 있지만, 프론트엔드 안테나 시스템(1)은 다른 형태의 다수의 콘트롤러들(90)((예를 들어, 각각의 안테나(10)에 대해 하나의 콘트롤러(90))를 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 프론트엔드 안테나 시스템의 다양한 예시적인 빔 네트워크들(50)이 도시되어 있다. 구체적으로, 도 8a는 프론트엔드 안테나 시스템(1-2)의 빔 네트워크(50)로서 디지털 빔 네트워크를 도시하고; 도 8b는 프론트엔드 안테나 시스템(1-3)의 빔 네트워크(50)로서 하이브리드 빔 네트워크(예를 들어, 아날로그 빔 네트워크 및 디지털 빔 네트워크)를 도시하며; 도 8c는 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)의 빔 네트워크(50)로서 하이브리드 빔 네트워크(예를 들어, 아날로그 빔 네트워크 및 디지털 빔 네트워크)를 도시한다.
도 8a에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1-2)은, 디지털 빔 네트워크(200) 세트(빔 네트워크(50)로서), 변환기 네트워크(202)(예를 들어, DAC(68) 및/또는 ADC(69)), 중간 주파수(IF) 변환기 네트워크(204), 트랜시버 세트(30) 및 안테나 어레이(10)를 포함한다. 한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1-2)은 k개의 빔(여기서 각 빔은 하나 이상의 신호 스트림을 포함), k개의 디지털 빔 네트워크(200) 및 N개의 안테나 어레이(10)를 포함한다. 디지털 빔 네트워크(200)는 빔을 IF 대역의 소망 주파수로 변환하기 위해 IF 변환기 네트워크(204)(예를 들어, 업/다운 주파수 변환기 세트)에 결합된 변환기 네트워크(202)에 결합된다. 여기에 설명된 IF단은 IF 변환기 네트워크(204)에 대응할 수 있고; 여기에 기술된 디지털 빔 네트워크(200)는 디지털단에 대응할 수 있으며; RF단은 변환기 네트워크(202)에 대응할 수 있다.
도 8b를 참조하면. 프론트엔드 안테나 시스템(1-3)은 (빔 네트워크(50)로서) 아날로그 빔 네트워크(206) 세트를 포함한다. 프론트엔드 안테나 시스템(1-3)은 변환기 네트워크(202), IF 변환기 네트워크(204), 트랜시버 세트(30) 및 안테나 어레이(10)를 더 포함한다. 한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1-3)은 k개 빔들( 각 빔은 하나 이상의 신호 스트림을 포함), k개 아날로그 빔 네트워크(206) 및 N개의 안테나 어레이(10)를 포함한다. 변환기 네트워크(202)는 아날로그 신호를 생성하기 위해 아날로그 빔 네트워크(206)에 결합된다. 아날로그 빔 네트워크(206)는 빔을 IF 대역의 원하는 주파수로 변환하기 위해 IF 변환기 네트워크(204)(예를 들어, 업/다운 주파수 변환기 세트)에 결합된다. 프론트엔드 안테나 시스템(1-3)의 구성 요소는 다른 형태로 다른 배치을 가질 수 있음을 이해해야 한다. 일례로서, 변환기 네트워크(202)는 빔을 RF 대역의 원하는 주파수로 변환하기 위해 IF 변환기 네트워크(204)에 결합될 수 있고, IF 변환기 네트워크(204)는 아날로그 빔 네트워크(206)의 세트에 결합되어 RF 신호를 생성하도록 한다.
도 8c을 참조하면, 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)은 디지털 빔 네트워크 세트(200) 및 (빔형성기 네트워크(50)로서) 아날로그 빔 네트워크 세트(206)를 포함한다. 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)은 변환기 네트워크(202), IF 변환기 네트워크(204), 트랜시버 세트(30), 안테나 어레이(10) 및 안테나 어레이(208)(예를 들어, 능동 안테나 어레이)를 더 포함한다. 한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)은 k개의 빔(각각의 빔은 하나 이상의 신호 스트림을 포함), k개의 디지털 빔 네트워크(200), M개의 아날로그 빔 네트워크(206), N개의 안테나 어레이(208) 및 안테나(208)의 포트들을 결합하는 N' 접속부를 포함한다. 한 형태에서, N' 접속부는 도 9a 내지 9c를 참조하여 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 멀티포트 안테나 세트 또는 단일 포트 안테나 세트의 포트들에 대한 접속부들을 포함할 수 있다. 한 형태에서, 접속붇을의 수(N')는 어레이(N)의 안테나(208)의 수보다 적거나 같다. 한 형태에서, 빔들의 수(k)는 아날로그 빔 네트워크(206)의 수(M)보다 적거나 같다.
한 형태에서, 디지털 빔 네트워크(200)는 아날로그 신호를 생성하기 위해 아날로그 빔 네트워크(206)에 결합되는 변환기 네트워크(202)에 결합된다. 아날로그 빔 네트워크(206)는, 빔을 IF 대역의 원하는 주파수로 변환하기 위해 IF 변환기 네트워크(204)(예를 들어, 업/다운 주파수 변환기 세트)에 결합된다. 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)의 구성 요소들은 다른 형태로 다른 배치을 가질 수 있음을 이해해야 한다. 일례로서, 변환기 네트워크(202)는 빔을 RF 대역의 원하는 주파수로 변환하기 위해 IF 변환기 네트워크(204)에 결합될 수 있고, IF 변환기 네트워크(204)는 아날로그 빔 네트워크(206)의 세트에 결합되어 RF 신호를 생성할 수 있다.
한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)은 송신 모드, 수신 모드에서 동작가능하거나 또는 동시에 송신 및 수신 모드에서 동작할 수 있다. 일례로서, 송신 모드에서, 디지털 빔 네트워크(200)는 하나 이상의 신호 스트림을 분할 및/또는 선택하도록 구성되고, DAC(68)는 하나 이상의 신호 스트림을 하나 이상의 아날로그 신호 스트림으로 변환하도록 구성되며, 아날로그 빔 네트워크(206)는 하나 이상의 신호 스트림 또는 이들의 조합을 분할 및/또는 선택하도록 구성된다. 다른 예로서, 수신 모드에서, 아날로그 빔 네트워크(206)는 하나 이상의 신호 스트림을 결합 및/또는 선택하도록 구성되고, ADC(69)는 하나 이상의 신호 스트림을 하나 이상의 디지털 신호 스트림으로 변환하도록 구성되며, 디지털 빔 네트워크(200)는 하나 이상의 신호 스트림 또는 이들의 조합을 결합 및/또는 선택하도록 구성된다.
도 9a를 참조하면, 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)의 예시적인 안테나 세트(208-1)(안테나(208)로서)가 도시되어 있다. 한 형태에서, 안테나 세트(208-1)는, x' 포트를 갖는 멀티포트 안테나(210)를 포함하고 스위칭 네트워크(58)에 결합될 수 있다. 한 형태에서, 스위칭 네트워크(58)는 멀티포트 안테나의 x' 포트를 독립적으로 제어하도록 구성되며 그에 따라 빔 방향, 편파, 파워 등과 같은 멀티포트 안테나(210)의 다양한 방사 파라미터를 제어하도록 한다. 스위칭 네트워크(58)는, 디지털단, IF단, RF단 또는 이들의 조합과 같은 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)의 하나 이상의 단들에서 구현될 수 있다. 한 형태에서, 빔형성기 네트워크 세트(51)는 디지털단(DBF), 아날로그 단(ABF) 또는 이들의 조합과 같은 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)의 하나 이상의 단들에서 구현될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)의 예시적인 안테나 세트(208-2)(안테나(208))가 도시되어 있다. 한 형태에서, 안테나 세트(208-2)는, 집합적으로 y' 포트를 형성하는 복수의 멀티포트 안테나(212-1, … 212-n)(집합적으로 멀티포트 안테나(212)로 지칭)를 포함한다. 멀티포트 안테나(212)의 각각은 동일하거나 상이한 수의 포트들을 가질 수 있음을 이해해야 한다. 한 형태에서, 포트들의 수(y')는 안테나(208-2)(J)에 대한 접속부들의 수와 동일한다. 안테나 세트(208-2)는 멀티포트 안테나(212)의 y' 포트를 독립적으로 제어하기 위해 스위칭 네트워크(58)에 결합할 수 있으며 그에 따라 빔 방향, 편파, 파워 등과 같은 멀티포트 안테나(212)의 다양한 방사 파라미터를 제어할 수 있음을 이해해야 한다. 한 형태에서, 스위칭 네트워크 세트(58)는, 디지털단, IF단, RF단 또는 이들의 조합과 같은 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)의 하나 이상의 단에서 구현될 수 있다. 이와 유사하게, 빔형성기 네트워크 세트(51)는 DBF, ABF 또는 이들의 조합과 같은 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)의 하나 이상의 단들에서 구현될 수 있다.
도 9c를 참조하면, 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)의 예시적인 안테나 세트(208-3)(안테나(208)로서)가 도시되어 있다. 한 형태에서, 안테나 세트(208-3)는 스위칭 네트워크(58)에 결합할 수 있는 z' 포트를 집합적으로 형성하는 복수의 능동 안테나(214-1, … 214-n)을 포함하고, 스위칭 네트워크(58)는 다수의 스위치(60)를 갖는다. 스위칭 네트워크(58)는 능동 안테나(214)의 z' 포트를 독립적으로 제어하도록 구성되며 그에 따라 빔의 방향, 파워, 편파, 빔 형태 등과 같은 다양한 방사 파라미터를 제어한다. 한 형태에서, 스위칭 네트워크 세트(58)는 디지털단, IF단, RF단, 또는 이들의 조합과 같은 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)의 하나 이상의 단에서 구현될 수 있다. 유사하게, 빔형성기 네트워크 세트(51)는 DBF, ABF 또는 이들의 조합과 같은 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)의 하나 이상의 단에서 구현될 수 있다.
도 10을 참조하면, (도 9a-9b에 도시된 멀티포트 안테나(210, 212) 중 하나로서, 집합적으로 "멀티포트 안테나(220)"로 지칭되는) 예시적인 멀티포트 안테나(220-1, 220-2, ... 220-n)가 도시되어 있다. 한 형태에서, 각각의 멀티포트 안테나(220)는 k' 포트를 포함하고 k'' 빔형성기 네트워크(51)의 세트에 연결된다. 한 형태에서, 각각의 멀티포트 안테나(220)는 소정 트랜시버(30)에 연결되지만, 각 멀티포트는 안테나(220)는 트랜시버 세트(30) 중에서 하나 이상의 트랜시버(30)에 연결될 수 있음을 이해해야 한다. 한 형태에서, 트랜시버 세트(30)는 k'' 빔형성기 네트워크(51)의 세트에 연결된다. 이와 같이, k'' 빔형성기 네트워크는 51은 k개의 빔을 형성할 수 있으며, 이때 k = k' * k''이다. 한 형태에서, 멀티포트 안테나(220)의 각 안테나 포트는 소정 빔형성기 네트워크(51)의 적어도 2개의 지연 요소들((즉, 위상 시프터(52) 및/또는 시간 지연기(54))에 결합된다.
도 11을 참조하면. 예시적인 (안테나(208)로서) N' 능동 안테나(214)의 도시되어 있다. 한 형태에서 능동 안테나(214)는 단일 포트 안테나, 멀티포트 안테나 또는 이들의 조합을 포함하고, 능동 안테나(214)는 집합적으로 k' 포트를 형성한다. 한 형태에서, 각각의 능동 안테나(214)는 k'' 빔형성기 네트워크(51)의 세트 및 소정 트랜시버(30)에 연결되지만, 각각의 능동 안테나(214)는 트랜시버 세트(30) 중에서 하나보다 많은 트랜시버(30)에 연결될 수 있음을 이해해야 한다. . 한 형태에서, 트랜시버 세트(30)는 k'' 빔형성기 네트워크(51)의 세트에 연결된다. 이와 같이, k'' 빔형성기 네트워크(51)는 k 빔을 형성할 수 있으며, 여기서 k=k'', k =k' * k'', 또는 k'' ≤ k ≤ k' * k''이다. 한 형태에서, 능동 안테나(214)의 각 안테나 포트는 소정 빔형성기 네트워크(51)의 적어도 2개의 지연 요소들((즉, 위상 시프터(52) 및/또는 시간 지연기(54))에 결합된다.
도 12a를 참조하면, 하이브리드 빔 네트워크 처리를 수행하도록 구성된 프론트엔드 안테나 시스템(예를 들어, 프론트엔드 안테나 시스템 1-4)의 예시적인 기능 블록도가 도시되어 있다. 한 형태에서, 기능 블록도의 층은 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)의 다양한 단들/기능부들에 대응한다. 층들은 개별적으로 도시되어 있지만, 층들 중 어느 하나는 다른 형태로 서로 결합될 수 있고 여기에서 설명된 배치에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다.
한 형태에서, 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)은 안테나 층(300), 아날로그 층(310)(본 명세서에서 RF 층(310)으로 상호교환적으로 지칭) 및 디지털 층(320)을 포함한다. 한 형태에서, 안테나 층(300)은 안테나 인터페이스/포트를 포함하는 분배 네트워크 층(302), 안테나 구조를 포함하는 피드 층(304), 및 안테나(10)의 조정 가능한 구성요소를 포함하는 방사 층(306)을 포함한다. 한 형태에서, 아날로그 층(310)은 IF 빔 네트워크 층(312), RF 빔 네트워크 층(314) 및 여기서 설명된 기능을 수행하기 위한 TRX 층(316)을 포함한다. 한 형태에서, 디지털 층(320)은, 기저대역 처리를 수행하기 위한 기저대역 층(322), 디지털 빔 네트워크 층(324) 및 아날로그-디지털/디지털-아날로그 변환을 수행하기 위한 DAC/ADC 층(326)을 포함한다. 디지털 층(320)은 모뎀 및 기타 디지털 시스템 구성 요소를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 한 형태에서, 아날로그 및 디지털 그룹의 분리는 동일한 기술 노드를 사용하여 단일 다이 또는 다이 세트의 아날로그 회로 및 블록 통합을 제공할 수 있다.
도 12b를 참조하면, 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)의 다른 예시적인 기능 블록도가 도시되어 있다. 도 12b에 도시된 기능 블록도는, IF 빔형성 층(312)이디지털 층(320) 내에 제공되는 것을 제외하고는 도 12a의 기능 블록도와 유사하다.
도 12c를 참조하면, 프론트엔드 안테나 시스템(1-4)의 추가적인 예시적인 기능 블록도가 도시되어 있다. 도 12c에 도시된 기능 블록도는 F 층(310) 및 디지털 층(320)이 집적 회로 층(330) 내에 제공되는 것을 제외하고 도 12c에 도시된 기능 블록도와 유사하다.
한 형태에서, 안테나 층(300), 아날로그 층(310), 디지털 층(320) 및/또는 집적 회로 층(330)은, 무엇보다도, 인쇄 회로 기판(PCB); 3D 또는 2.5D 성형 및/또는 기계 가공 구조물; 유전체, 금속 및/또는 공기 충전 구조 및 재료; 수동 및/또는 능동 전자 장치(예를 들어, 버랙터, 다이오드, 트랜지스터, 박막 트랜지스터(TFT) 등), 조정가능 물질(예를 들어, 티탄산 바륨 스트론튬(BST) 기반 물질, 액정 등) 및/또는 구조 상에 제공 및/또는 이들을 포함할 수 있다. 한 형태에서, 안테나층(300), 아날로그층(310), 디지털층(320) 및/또는 집적회로층(330)은, RFIC, ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), SoC 및/또는 PCB에 통합된 (다른 블록들, 구성요소들, 연결 라인들 등 중에서) 이와 같은 블럭들 세트상에 제공 및/또는 이들을 포함할 수 있다.
도 13을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000) 및 프론트엔드 안테나 시스템(1)의 일 구현예의 예시적인 컴퓨터 아키텍처 다이어그램이 도시되어 있다. 어떤 구현예에서, 컴퓨팅 시스템(1000)은 통신 채널 및/또는 네트워크를 통해 통신 가능하게 결합된 복수의 장치에서 구현된다. 어떤 형태에서, 컴퓨팅 시스템(1000)의 구성요소들은 별도의 컴퓨팅 및/또는 센서 장치에서 구현된다. 몇몇 형태에서, 컴퓨팅 시스템(1000)의 2개 이상의 구성요소들은 동일한 장치에서 구현된다. 컴퓨팅 시스템(1000) 및 그의 일부는 컴퓨팅 및/또는 무선 장치에 통합될 수 있다.
한 형태에서, 통신 채널(1001)은 프로세서(1002A-1002N), 메모리 구성요소((예를 들어, RAM(random-access memory))(1003), ROM(read-only memory)(1004), 및/또는 프로세서 판독 가능한 저장 매체(1005)), 디스플레이 장치(1006), 사용자 입력 장치(1007), 네트워크 장치(1008), 본원에 기술된 프론트 엔드 안테나 시스템(1), 및/또는 다른 적절한 컴퓨팅 장치와 인터페이싱한다.
한 형태에서, 프로세서(1002A-1002N)는, 중앙 처리 장치(CPU), 그래픽 처리 장치(GPU), 마이크로프로세서, 머신 러닝/딥 러닝(ML/DL) 처리 장치(예를 들어, 텐서 처리 장치), FPGA(Field Programmable Gate Arrays, 커스텀 프로세서 및/또는 적절한 형태의 프로세서를 포함할 수 있다.
한 형태에서, 프로세서(1002A-1002N) 및 메모리 구성요소(1003)는 집합적으로 처리 장치(1010)를 형성한다. 어떤 실시예에서, 처리 장치(1010)는, 저장되어 있는 명령을 실행하기 위해 버스를 통해, 메모리 구성요소들(1003), ROM(1004) 및 프로세서 판독가능 저장 매체(1005)중 하나 이상에 통신가능하게 결합된 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 한 형태에서, 처리 장치(1010)은 ASIC, SoC, 또는 이들의 조합이다.
한 형태에서, 네트워크 장치(1008)는 컴퓨팅 시스템(1000) 및/또는 외부 장치와 같은 다른 장치들 사이에서 정보를 교환하기 위한 하나 이상의 유선 또는 무선 인터페이스를 제공한다. 네트워크 장치(1008)의 예로는, 무엇보다도, USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, BLUETOOTH 인터페이스, Wi-Fi(Wireless Fidelity) 인터페이스, 이더넷 인터페이스, NFC(Near Field Communication) 인터페이스, 셀룰러 인터페이스를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
한 형태에서, 프로세서 판독 가능 저장 매체(1005)는, 하드 드라이브, 플래시 드라이브, DVD, CD, 광 디스크, 플로피 디스크, 플래시 스토리지, 솔리드 스테이트 드라이브, ROM, EEPROM, 전자 회로, 반도체 메모리 장치 또는 이들의 조합을 포함한다. 프로세서 판독 가능 저장 매체(1005)는, 운영 체제, 소프트웨어 프로그램, 장치 드라이버 및/또는 다른 적절한 하위 시스템 또는 소프트웨어를 포함할 수 있다.
본원에서 달리 명시하지 않는 한, 기계적/열적 특성, 조성 백분율, 치수 및/또는 공차 또는 기타 특성을 나타내는 모든 수치는 범위를 설명할 때 "약" 또는 "대략"이라는 단어에 의해 변경되는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 이러한 변경은 산업 관행, 재료, 제조 및 조립 공차, 테스트 기능을 포함한 다양한 이유로 바람직한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "A, B 및 C 중 적어도 하나" 및 "이들의 조합"이라는 어구는 비배타적 논리 OR을 사용하여 논리(A OR B OR C)를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. "A 중 적어도 하나, B 중 적어도 하나 및 C 중 적어도 하나"를 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 출원에서, "콘트롤러" 및/또는 "모듈"이라는 용어는, 주문형 집적 회로(ASIC); 디지털, 아날로그 또는 혼합 아날로그/디지털 이산 회로; 디지털, 아날로그 또는 혼합 아날로그/디지털 집적 회로; 조합 논리 회로; FPGA(field programmable gate array); 코드를 실행하는 프로세서 회로(공유, 전용 또는 그룹); 프로세서 회로에 의해 실행되는 코드를 저장하는 메모리 회로(공유, 전용 또는 그룹); 기술된 기능을 제공하는 다른 적절한 하드웨어 구성 요소; 또는 시스템 온 칩과 같이 상기의 일부 또는 전부의 조합의 일부 또는 이들을 포함하도록 지칭될 수 있다.
메모리라는 용어는 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어의 하위 집합이다. 본 명세서에서 사용되는 컴퓨터 판독가능 매체라는 용어는 (반송파와 같은) 매체를 통해 전파되는 일시적인 전기 또는 전자기 신호를 포함하지 않는다. 따라서, 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어는 형태적이고 일시적이지 않은 것으로 간주될 수 있다. 비일시적 형태의 컴퓨터 판독 가능 매체의 비제한적 예는 비휘발성 메모리 회로(예를 들어, 플래시 메모리 회로, 소거 가능 프로그램 가능 읽기 전용 메모리 회로 또는 마스크 읽기 전용 회로), 휘발성 메모리 회로(예를 들어, 정적 랜덤 액세스 메모리 회로 또는 동적 랜덤 액세스 메모리 회로), 자기 저장 매체(예를 들어, 아날로그 또는 디지털 자기 테이프 또는 하드 디스크 드라이브) 및 광학 저장 매체(예를 들어, CD, DVD 또는 블루레이 디스크)를 들 수 있다..
본 출원에 기술된 장치 및 방법은 컴퓨터 프로그램에 구현된 하나 이상의 특정 기능을 실행하도록 범용 컴퓨터를 구성함으로써 생성된 특수 목적 컴퓨터에 의해 부분적으로 또는 완전히 구현될 수 있다. 위에서 설명한 기능 블록, 흐름도 구성요소 및 기타 요소들은 통상의 기술자 또는 프로그래머의 일상적인 작업에 의해 컴퓨터 프로그램으로 변환될 수 있는 소프트웨어 사양으로 기능한다.
본 발명의 설명은 사실상 예시적일 뿐이며, 이에 따라 발명의 요지에서 벗어나지 않는 변형은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 이러한 변형들은 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나는 것으로 간주되어서는 안 된다.

Claims (20)

  1. 하나 이상의 빔들을 송수신하고 RF(radio frequency)단, IF(intermediate frequency)단 및 디지털단 중 적어도 하나를 포함하는 프론트엔드 안테나 시스템에 있어서, 상기 프론트엔드 안테나 시스템은,
    하나 이상의 빔에 대해 하나 이상의 신호 스트림을 형성하도록 구성되고, 하나 이상의 빔 네트워크들 중에서 각각의 빔 네트워크는 빔형성기 네트워크, 스위칭 네트워크 또는 이들의 조합을 포함하는, 하나 이상의 빔 네트워크,
    복수의 공간 영역 중 선택된 공간 영역에서 빔들의 각각을 출력하도록 구성되고, 안테나 어레이 중에서 하나 이상의 안테나는 멀티포트 안테나인, 안테나 어레이,
    상기 안테나 어레이와 하나 이상의 빔 네트워크를 전기적으로 결합하는 복수의 트랜시버를 포함하는, 프론트엔드 안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 빔의 빔 형태 및 방사 파라미터를 독립적으로 제어하도록 구성되는 콘트롤러를 더 포함하고,
    상기 방사 파라미터는 방향, 패턴, 파워, 편파, 위상각, 주파수 대역 또는 이들의 조합을 포함하고;
    상기 빔 형태는, 송신형 빔, 수신형 빔 및 동시 송수신형 빔 중 하나를 포함하는, 프론트엔드 안테나 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 빔은 복수의 빔들을 포함하고;
    멀티포트 안테나는, 복수의 빔들이 동일한 편파, 동일한 주파수 대역 또는 이들의 조합을 갖도록 복수의 빔들을 송신하거나, 복수의 빔들을 수신하거나, 또는 이들의 조합을 행하도록 동작가능한, 프론트엔드 안테나 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 빔 네트워크는 빔형성기 네트워크를 포함하고;
    상기 빔형성기 네트워크는 하나 이상의 위상 시프터, 하나 이상의 시간 지연 회로, 하나 이상의 결합기, 하나 이상의 가변 이득 증폭기, 하나 이상의 스플리터, 또는 이들의 조합을 포함하는, 프론트엔드 안테나 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 빔 네트워크는, RF단, IF단, 디지털단, 국부 발진기단 또는 이들의 조합에서 하나 이상의 빔들을 형성하도록 구성되는, 프론트엔드 안테나 시스템. .
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 빔 네트워크는 스위칭 네트워크를 포함하고;
    상기 스위칭 네트워크는 안테나 어레이 및 복수의 트랜시버에 전기적으로 결합되며;
    상기 스위칭 네트워크는 멀티포트 안테나의 하나 이상의 포트들에 하나 이상의 신호 스트림을 선택적으로 제공하도록 구성되는, 프론트엔드 안테나 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 빔 네트워크는 복수의 스위칭 네트워크들을 포함하고;
    복수의 트랜시버들의 수는 멀티포트 안테나의 포트들의 수보다 적은, 프론트엔드 안테나 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 빔 네트워크는 스위칭 네트워크를 포함하고;
    상기 스위칭 네트워크는, 하나 이상의 스위치, 하나 이상의 결합기, 하나 이상의 스플리터, 하나 이상의 결합 라인, 하나 이상의 필터 또는 이들의 조합을 포함하는, 프론트엔드 안테나 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 빔은 적어도 2개의 빔을 포함하고;
    상기 하나 이상의 빔 네트워크는 복수의 빔형성기 네트워크를 포함하고;
    상기 복수의 빔형성기 네트워크 중에서 각각의 빔형성기 네트워크는 적어도 2개의 지연 요소들을 포함하며, 상기 적어도 2개의 지연 요소들은 위상 시프터, 시간 지연기 또는 이들의 조합을 포함하고;
    멀티포트 안테나의 각각의 안테나 포트는, 복수의 빔형성기 네트워크들 중에서 대응하는 빔형성기 네트워크의 적어도 2개의 지연 요소들에 결합되는, 프론트엔드 안테나 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 빔 네트워크는 아날로그 빔 네트워크 부분과 디지털 빔 네트워크 부분을 갖는 하이브리드 빔 네트워크이고;
    복수의 트랜시버들은 아날로그 대 디지털 변환기 및 디지털 대 아날로그 변환기를 포함하고;
    송신 모드에서, (i) 디지털 빔 네트워크 부분은 하나 이상의 신호 스트림을 분할하도록 구성되고, (ii) 디지털 빔 네트워크 부분은 하나 이상의 신호 스트림들을 선택하도록 구성되고, (iii) 디지털 대 아날로그 변환기는 하나 이상의 신호 스트림을 하나 이상의 아날로그 신호 스트림으로 변환하도록 구성되고, 아날로그 빔 네트워크 부분은 하나 이상의 신호 스트림을 분할하거나, 하나 이상의 신호 스트림을 선택하거나 또는 이들의 조합을 행하고, (iv) 또는, (i), (ii), (iii)의 조합을 행하도록 구성되며;
    수신 모드에서, (v) 아날로그 빔 네트워크 부분은 하나 이상의 신호 스트림을 결합하도록 구성되고, (vi) 아날로그 빔 네트워크 부분은 하나 이상의 신호 스트림을 선택하도록 구성되고, (vii) 아날로그를 디지털로 변환기는 하나 이상의 신호 스트림을 하나 이상의 디지털 신호 스트림으로 변환하도록 구성되고, 디지털 빔 네트워크 부분은, 하나 이상의 신호 스트림을 결합하거나, 하나 이상의 신호 스트림을 선택하거나, 또는 이들의 조합을 행하도록 구성되며, (viii) 또는, (v), (vi), (vii)의 조합을 행하도록 구성되는, 프론트엔드 안테나 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 복수의 서브-어레이를 더 포함하며,
    복수의 서브어레이들 중에서 각각의 서브어레이는,
    하나 이상의 기판층, 하나 이상의 전자 칩, 또는 이들의 조합;
    상기 안테나 어레이들 중에서 하나 이상의 안테나;
    상기 복수의 트랜시버들 중에서 하나의 트랜시버 세트를 포함하고;
    상기 복수의 서브-어레이는 신호 분배 네트워크, 하나 이상의 빔 네트워크, 복수의 트랜시버 또는 이들의 조합을 통해 서로 결합되는, 프론트엔드 안테나 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 서브-어레이는 평면 배치 및 비평면 배치 중 하나를 갖고;
    상기 복수의 서브-어레이 중에서 제1 서브-어레이는 제1 기하학적 파라미터세트를 갖고;
    상기 복수의 서브-어레이 중에서 제2 서브-어레이는 제2 기하학적 파라미터세트를 갖고;
    제1 세트의 기하학적 파라미터 중에서 적어도 하나의 기하학적 파라미터는 제2 세트의 기하학적 파라미터 중에서 적어도 하나의 기하학적 파라미터와 상이한, 프론트엔드 안테나 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 서브-어레이는 평면 배치 및 비평면 배치 중 하나를 갖고;
    상기 복수의 서브-어레이 중에서 제1 서브-어레이는 제1 세트의 기하학적 파라미터를 갖고;
    복수의 서브-어레이 중에서 제2 서브-어레이는 제2 세트의 기하학적 파라미터를 갖고;
    제1 세트의 기하학적 파라미터 중에서 각 기하학적 파라미터는 제2 세트의 기하학적 파라미터 중에서 각 기하학적 파라미터와 동일한, 프론트엔드 안테나 시스템.
  14. 하나 이상의 빔들을 송수신하고 RF(Radio Frequency) 단, IF(Intermediate Frequency) 단 및 디지털단 중 적어도 하나를 포함하는 프론트엔드 안테나 시스템으로서, 상기 프론트엔드 안테나 시스템은,
    하나 이상의 빔에 대해 하나 이상의 신호 스트림을 형성하도록 구성되고, 하나 이상의 빔 네트워크 중에서 각각의 빔 네트워크는 빔형성기 네트워크, 스위칭 네트워크 또는 이들의 조합을 포함하는, 하나 이상의 빔 네트워크;
    복수의 공간 영역들 중에서 선택된 공간 영역에서 빔들의 각각을 출력하도록 구성되고, 안테나 어레이 중 하나 이상의 안테나는 단일 포트 안테나인, 안테나 어레이; 및
    상기 안테나 어레이와 하나 이상의 빔 네트워크를 전기적으로 결합하는 복수의 트랜시버를 포함하는, 프론트엔드 안테나 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    단일 포트 안테나는 수동 안테나이고,
    하나 이상의 빔은 적어도 2개의 빔을 포함하고;
    하나 이상의 빔 네트워크는 복수의 빔형성기 네트워크를 포함하고;
    상기 복수의 빔형성기 네트워크 중에서 각각의 빔형성기 네트워크는 적어도 2개의 지연 요소를 포함하고, 상기 적어도 2개의 지연 요소는 위상 시프터, 시간 지연기 또는 이들의 조합을 포함하고;
    상기 단일 포트 안테나는 복수의 빔형성기 네트워크 중에서 대응하는 빔형성기 네트워크의 적어도 2개의 지연 요소들에 결합되는, 프론트엔드 안테나 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 단일 포트 안테나는 하나 이상의 조정가능한 구성 요소들을 포함하는 능동 안테나인, 프론트엔드 안테나 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    하나 이상의 빔은 적어도 2개의 빔을 포함하고;
    하나 이상의 빔 네트워크는 복수의 빔형성기 네트워크를 포함하고;
    상기 복수의 빔형성기 네트워크 중에서 각각의 빔형성기 네트워크는 적어도 2개의 지연 요소들을 포함하고, 상기 적어도 2개의 지연 요소는 위상 시프터, 시간 지연기 또는 이들의 조합을 포함하고;
    단일 포트 안테나는 복수의 빔형성기 네트워크 중에서 대응하는 빔형성기 네트워크의 적어도 2개의 지연 요소에 결합되는, 프론트엔드 안테나 시스템.
  18. 제14항에 있어서, 상기 복수의 빔들의 빔 형태 및 방사 파라미터를 독립적으로 제어하도록 구성되는 콘트롤러를 더 포함하며,
    상기 방사 파라미터는 방향, 패턴, 파워, 편파, 위상각, 주파수 대역 또는 이들의 조합을 포함하고;
    상기 빔 형태는 송신형 빔, 수신형 빔 및 동시 송수신형 빔 중 하나를 포함하는, 프론트엔드 안테나 시스템.
  19. 제14항에 있어서,
    하나 이상의 빔 네트워크는 스위칭 네트워크를 포함하고;
    스위칭 네트워크는 하나 이상의 스위치, 하나 이상의 결합기, 하나 이상의 스플리터, 하나 이상의 결합 라인, 하나 이상의 필터 또는 이들의 조합을 포함하는, 프론트엔드 안테나 시스템.
  20. 제14항에 있어서, 상기 하나 이상의 빔 네트워크는, RF단, IF단, 디지털단, 국부 발진기단 또는 이들의 조합에서 하나 이상의 빔들을 형성하도록 구성되는, 프론트엔드 안테나 시스템.




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