KR20230141737A - 매시브 mimo 무선 유닛의 afu(antenna filter unit)의 시스템 및 설계 방법 - Google Patents

Abstract

본 개시내용은 RFEM(RF(Radio Frequency) Front End Module)(250)에 통신 가능하게 커플링된 AFU(antenna filter unit)(280)에 관한 것이다. AFU(280)는 다수의 사용자들에 대한 빔포밍을 가능하게 하기 위한 복수의 캐비티 필터들 및 MIMO(multiple-input multiple-output) 안테나 유닛을 포함한다.

Description

매시브 MIMO 무선 유닛의 AFU(ANTENNA FILTER UNIT)의 시스템 및 설계 방법

[0001] 본 개시내용은 일반적으로 네트워크 디바이스들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 매시브 MIMO(multiple-input multiple-output) 무선 유닛(radio unit)의 AFU(antenna filter unit)의 설계 및 아키텍처(architecture)에 관한 것이다.

[0002] 관련 기술의 이하의 설명은 본 개시내용의 분야에 관한 배경 정보를 제공하기 위한 것이다. 이 섹션은 본 개시내용의 다양한 특징들과 관련될 수 있는 기술의 소정 양상들을 포함할 수 있다. 그러나, 이 섹션은 본 개시내용에 대한 독자의 이해를 향상시키기 위해서만 사용되고, 종래 기술을 인정하기 위한 것이 아님이 인식되어야 한다.

[0003] 5G(Fifth Generation) 통신 시스템은 보다 높은 데이터 레이트(data rate)들을 달성하기 위해 6 ㎓(gigahertz) 미만(Sub-6 ㎓) 및 더 높은 주파수(㎜(milimeter) 파) 대역들, 예를 들어 60 ㎓ 대역들에서 구현되는 것으로 여겨진다. 무선파(radio wave)들의 전파(propagation) 손실을 줄이고 송신 거리를 늘리기 위해, 빔포밍(beam forming), 매시브 MIMO(multiple-input multiple-output), FD-MIMO(Full Dimensional MIMO), 어레이 안테나, 아날로그 빔포밍, 및 대형 안테나 기법들이 5G 통신 시스템들에서의 사용을 위해 논의된다.

[0004] 종래의 안테나 필터 유닛들은 다중-통과(multi-pass) 대역 및 다양한 저지 대역 프로세싱 능력들이 불가능하다. 고유하게 넓은 동작 대역폭과 함께 고성능 용량들을 이용하는 RF(radio frequency) 컴포넌트들의 최적 균형을 찾는 것은 난제이다. 추가로, 종래의 안테나 필터 유닛들은 부피가 크고 동작을 위해 높은 전력이 필요하다. 통상적으로, 케이블 어셈블리(assembly)들이 기존 안테나 필터들의 신호 송신에 사용된다. 그러나, 케이블 어셈블리들과 연관된 품질 및 성능 요건 또한 매우 높으며 동작을 위해 더 큰 공간이 필요하다.

[0005] 따라서, 본 기술 분야에서, 종래 기술들과 연관된 문제들을 경감할 수 있는 시스템 및 방법을 제공할 필요가 있다.

[0006] 일 양상에서, 본 개시내용은 RFEM(radio frequency front end module)과 동작 가능하게 커플링된 AFU(antenna filter unit)에 관한 것이다. AFU는 다수의 사용자들에 대한 빔포밍(beam forming)을 가능하게 하기 위한 MIMO(multiple-input multiple-output) 안테나 유닛 및 복수의 캐비티 필터(cavity filter)들을 포함한다.

[0007] 실시예에서, AFU는 교정 PCB(Printed Circuit Board)를 더 포함할 수 있다.

[0008] 실시예에서, AFU는 RFEM과 블라인드 메이팅(blind mating)될 수 있다.

[0009] 실시예에서, AFU 및 RFEM은 2 개의 커넥터들 사이를 폴(pole)로서 연결하는 송신 라인(line)과 함께 HSTB(High Speed Transceiver Board) 상에 구성될 수 있다. AFU는 수신기 및 송신기 출력들로서 하나 이상의 안테나 포트(antenna port)들을 포함할 수 있다.

[0010] 실시예에서, AFU는 수신기 및 송신기 출력들로서 하나 이상의 안테나 포트들을 포함할 수 있고, 여기서 하나 이상의 안테나 포트들은 개개의 캐비티 필터들에 연결되어 동작 대역 외부에서 더 가파른(steeper) 롤오프(roll-off)를 제공하는 32T32R 구성을 달성할 수 있다.

[0011] 실시예에서, HSTB는 복수의 트랜시버들을 포함할 수 있다. CCDU(Combined Central and Distributed Unit)로부터 수신된 디지털 신호들은 하나 이상의 변환기들을 사용하여 RF 신호들로 변환되고 아날로그(analog) 신호들로 프로세싱되어 RFEM으로 송신될 수 있다.

[0012] 실시예에서, RFEM은 수신된 아날로그 신호들을 프로세싱하고 출력 신호들을 AFU로 송신하기 위해 송신 및 수신 체인들을 위한 하나 이상의 LNA(low noise amplifier)들 및 복수의 RF 스위치들을 포함할 수 있다.

[0013] 실시예에서, HSTB는 바닥면에 커버링(covering)을 갖는 금속 하우징(housing) 내에 놓일 수 있고, AFU는 바닥면으로부터 금속 하우징에 커플링되도록 구성될 수 있고, 금속 하우징은 알루미늄 금속 하우징일 수 있다.

[0014] 일 양상에서, 본 개시내용은 MIMO 무선 유닛에 통신 가능하게 커플링된 사용자 장비에 관한 것이다. 사용자 장비는 네트워크를 통해 MIMO 무선 유닛의 하나 이상의 프로세서들에 통신 가능하게 커플링된 하나 이상의 주 프로세서들을 포함할 수 있고, 하나 이상의 주 프로세서들은 메모리와 커플링되고, 여기서 메모리는 명령들을 저장하고, 명령들은, 하나 이상의 주 프로세서들에 의해 실행될 때, 사용자 장비로 하여금, 하나 이상의 RF(radio frequency) 제어 신호들을 MIMO 무선 유닛에 송신하게 하고, AFU(antenna filter unit)가 MIMO 무선 유닛에 통신 가능하게 커플링되고, AFU는 다수의 사용자들에 대한 빔포밍을 가능하게 하기 위한 MIMO 안테나 유닛 및 복수의 캐비티 필터들로 구성되며, AFU는 MIMO 무선 유닛의 RFEM(radio frequency front end module)에 통신 가능하게 커플링된다.

[0015] 일 양상에서, 본 개시내용은 프로세서로 하여금 하나 이상의 RF(radio frequency) 제어 신호들을 MIMO(multiple-input multiple-output) 무선 유닛에 송신하게 하는 프로세서-실행가능 명령들을 포함하는 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체에 관한 것으로서, AFU(antenna filter unit)가 MIMO 무선 유닛에 통신 가능하게 커플링되고, AFU는 다수의 사용자들에 대한 빔포밍을 가능하게 하기 위한 MIMO 안테나 유닛 및 복수의 캐비티 필터들로 구성되며, AFU는 MIMO 무선 유닛의 RFEM(radio frequency front end module)에 통신 가능하게 커플링된다.

발명의 목적들

[0016] 본 발명의 목적은 안테나 어레이가 좁은 빔들을 사용자 쪽으로 집중시킬 수 있도록 함으로써 더 높은 스펙트럼(spectral) 효율을 제공하는 것이다.

[0017] 본 발명의 목적은 안테나 어레이가 작은 특정 섹션에 집중됨에 따라, 더 높은 에너지 효율 시스템을 제공하는 것이며, 이는 매시브 MIMO 시스템들에서 복사 전력(radiated power)을 덜 필요로 하고 에너지 요구량을 감소시킨다.

[0018] 본 발명의 목적은 무선 시스템들의 데이터 레이트 및 용량을 증가시키는 것이다.

[0019] 본 발명의 목적은 보다 신뢰할 수 있고 정확한 사용자 추적을 용이하게 하는 것이다.

[0020] 본 발명의 목적은 높은 전력 소비를 제거하는 것이다.

[0021] 본 발명의 목적은 레이턴시(latency)를 줄이고 네트워크의 신뢰성을 향상시키는 것이다.

[0022] 본 발명의 목적은 매시브 MIMO 무선 유닛의 케이블 없는 설계를 제공하는 것이다.

[0023] 본 발명의 목적은 단일 대류 냉각 인클로저(enclosure) 내에 놓이고 무게가 25 내지 29 kg 미만인 매시브 MIMO 독립형(standalone) 유닛을 제공하는 것이다.

[0024] 본 발명의 목적은 하위 계층 PHY 섹션, 25G 광 인터페이스 상의 ORAN 호환 프론트홀(Fronthaul), 상용 등급 3 개의 FPGA들을 사용하여 32 개의 송신 및 수신 체인들을 지원하는 디지털 프론트 엔드로 구성되는 매시브 MIMO 독립형 유닛을 제공하는 것이다.

[0025] 본 발명의 목적은 AFU(antenna filter unit)로 알려진 하나의 유닛으로 32 캐비티 필터를 갖는 통합 8x8 MIMO 안테나를 포함하는 매시브 MIMO 독립형 유닛을 제공하는 것이다.

[0026] 본원에 포함되고 본 발명의 일부를 구성하는 첨부 도면은 개시된 방법들 및 시스템들의 예시적인 실시예들을 예시하며, 여기서 동일한 참조 번호는 상이한 도면들 전체에 걸쳐 동일한 부분들을 지칭한다. 도면들의 컴포넌트들은 반드시 실척대로일 필요는 없으며, 대신에 본 발명의 원리들을 명확하게 예시할 때 강조가 주어진다. 일부 도면들은 블록도들을 사용하여 컴포넌트들을 나타낼 수 있고 각각의 컴포넌트의 내부 회로를 나타내지 않을 수 있다. 이러한 도면들의 발명이 이러한 컴포넌트들을 구현하기 위해 일반적으로 사용되는 전기 컴포넌트들, 전자 컴포넌트들 또는 회로의 발명을 포함한다는 것이 당업자들에 의해 인식될 것이다.
[0027] 도 1은 본 개시내용의 양상들에 따른 매시브 MIMO 무선 유닛의 예시적인 설계 아키텍처를 예시한다.
[0028] 도 2는 본 개시내용의 양상들에 따른 AFU(antenna filter unit)의 예시적인 설계 아키텍처를 예시한다.
[0029] 도 3은 본 개시내용의 양상들에 따른 MIMO 무선 유닛을 갖는 UE(user equipment)의 예시적인 커플링 표현을 예시한다.
[0030] 도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따른 본 발명의 실시예들이 활용될 수 있는 또는 본 발명의 실시예들과 함께 활용될 수 있는 예시적인 컴퓨터 시스템을 예시한다.
[0031] 전술한 내용은 본 발명의 다음의 보다 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

[0032] 다음의 설명에서, 설명의 목적들을 위해, 다양한 특정 세부사항들은 본 개시내용의 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 본 개시내용의 실시예들이 이러한 특정 세부사항들 없이 실시될 수 있음이 명백할 것이다. 이후에 설명되는 여러 특징들은 각각 서로 독립적으로 또는 다른 특징들과 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 개별 특징은 위에서 논의된 모든 문제들을 해결하지 못하거나 위에서 논의된 문제들 중 일부만을 해결할 수 있다. 위에서 논의된 문제들 중 일부는 본원에 설명된 특징들 중 임의의 특징에 의해 완전히 해결되지 않을 수 있다.

[0033] 다음의 설명은 단지 예시적인 실시예들을 제공하며, 본 개시내용의 범위, 적용가능성 또는 구성을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 오히려, 예시적인 실시예들의 다음의 설명은 예시적인 실시예를 구현하기 위한 가능한 설명을 당업자들에게 제공할 것이다. 제시된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 엘리먼트들의 기능 및 배열에 다양한 변화들이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

[0034] 구체적인 세부사항들은 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 다음 설명에서 제공된다. 그러나, 실시예들이 이들 특정 세부사항들 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 회로들, 시스템들, 네트워크들, 프로세스들 및 다른 컴포넌트들은 불필요한 세부사항으로 실시예들을 모호하게 하지 않기 위해 블록도 형태의 컴포넌트들로 도시될 수 있다. 다른 경우들에서, 잘 알려진 회로들, 프로세스들, 알고리즘들, 구조들 및 기법들은 실시예들을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 불필요한 세부사항 없이 도시될 수 있다.

[0035] 또한, 개별적인 실시예들이 흐름도, 흐름 다이어그램, 데이터 흐름 다이어그램, 구조 다이어그램, 또는 블록 다이어그램으로서 묘사된 프로세스로서 설명될 수 있다는 것이 주목된다. 흐름도가 순차적인 프로세스로서 동작들을 설명할 수 있지만, 동작들 중 많은 동작들은 병렬로 또는 동시에 수행될 수 있다. 부가하여, 동작들의 순서는 재배열될 수 있다. 프로세스는, 자신의 동작들이 완료될 때 종료되지만, 도면에 포함되지 않은 부가적인 단계들을 가질 수 있다. 프로세스는 방법, 기능, 절차, 서브루틴, 서브프로그램 등에 대응할 수 있다. 프로세스가 함수에 대응할 때, 프로세스의 종료는 호출 함수 또는 메인 함수로의 함수의 리턴에 대응할 수 있다.

[0036] "예시적인" 및/또는 "예증적인"이란 단어는 "예, 사례 또는 예시로서의 역할을 하는" 것을 의미하기 위해 본원에서 사용된다. 의심의 회피를 위해, 본원에서 개시되는 청구 대상은 그러한 예들에 의해 제한되지 않는다. 부가하여, "예시적인" 및/또는 "예증적인" 것으로서 본원에서 설명된 임의의 양상 또는 설계는 반드시 다른 양상들 또는 설계들에 비해 바람직하거나 또는 유리한 것으로 해석되지 않아야 하며, 이는 당업자들에게 알려진 등가의 예시적인 구조들 및 기법들을 배제하는 것으로 의도되지도 않는다. 더욱이, "포함한다", "갖는", "함유한다"의 용어들 및 다른 유사한 단어들이 상세한 설명 또는 청구항들에서 사용되는 한, 그러한 용어들은, 어떤 부가적인 또는 다른 엘리먼트들도 배제하지 않으면서, 개방 접속사로서 "포함하는"이란 용어와 유사한 방식으로, 포괄적인 것으로 의도된다.

[0037] 본 명세서 전체에 걸쳐 "일 실시예" 또는 "실시예" 또는 "사례" 또는 "일례"에 대한 지칭은 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 장소들에서 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"란 문구의 출현들이 반드시 모두가 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 더욱이, 특정 특징들, 구조들 또는 특성들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.

[0038] 본원에서 사용된 용어는 특정 실시예들을 설명하는 목적만을 위한 것이며, 본 발명에 대한 제한인 것으로 의도되지 않는다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 문맥이 명확하게 달리 표시하지 않는 한, 단수 형태들은 복수 형태들도 또한 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용될 때 "포함한다" 및/또는 "포함하는"이란 용어들은 서술된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하지는 않는다는 것이 추가로 이해될 것이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "및/또는"이란 용어는 연관된 열거된 항목들 중 하나 이상의 항목들의 임의의 및 모든 조합들을 포함한다.

[0039] 본 개시내용에서, 다양한 실시예들은 일부 통신 표준들(예를 들어, 3GPP(3rd generation partnership project), xRAN(extensible radio access network), 및 O-RAN(open-radio access network)에서 사용되는 용어들을 사용하여 설명되지만, 이들은 단지 설명을 위한 예시들이다. 본 개시내용의 다양한 실시예들은 또한 쉽게 변경되고 다른 통신 시스템들에 적용될 수 있다.

[0040] 전형적으로, 기지국은 하나 이상의 단말기들에 대한 무선 액세스를 제공하는 네트워크 기반 시설이다. 기지국은 신호가 송신될 수 있는 거리를 기반으로 미리 결정된 지리적 영역으로 정의된 커버리지를 갖는다. 기지국은 "기지국"에 부가하여, "AP(access point)", "eNB(evolved NodeB; eNodeB)", "5G 노드(5세대 노드)", "gNB(next generation NodeB)", "무선 포인트(wireless point)", "TRP(transmission/reception point)" 또는 이와 동등한 기술적 의미들을 갖는 다른 용어들로 지칭될 수 있다.

[0041] 본 개시내용은 O-RAN(Open Radio Access Network) 호환 5G MRU(Massive MIMO Radio Unit)(이하에서 "5G MRU" 또는 "RU"로 또한 대안적으로 그리고 상호교환적으로 지칭됨)에 관한 것이다. 예시적이고 비제한적인 실시예에서, 본 개시내용은, 예시적인 구현에서, 독립형 모드를 위한 다중 안테나 구성 32T32R(32 개의 송신기들 및 32 개의 수신기들) 기반 5G MRU(Massive MIMO Radio Unit)의 하드웨어 아키텍처 및 설계를 제공하며, 여기서 제안된 5G MRU는 25G 광 인터페이스를 사용하여 프론트홀 인터페이스 상의 CCDU(Combined Central and Distributed Unit)에 연결된 RU(radio unit)이며, 3GPP(Third Generation Partnership Project) 기반 ORAN(Open Radio Access Network) 사양들을 준수한다. 제안된 MRU는, 예시적인 구현에서, CCDU와 함께 사용되는 3 개의 셀 사이트들 및 3 개의 대응하는 MRU들이 있는 방식으로 구성될 수 있으며, 여기서 각각의 MRU는 25G 인터페이스를 통해 CCDU에 연결될 수 있다.

[0042] 예시적인 양상에서, 제안된 5G MRU는 7.2X의 네트워크 계층 분할(O-DU 내지 O-RRU 사이의 O-RAN 얼라이언스 프론트홀 사양)을 갖는 L1 계층의 하위 PHY(Physical) 부분, 베이스밴드(baseband) 섹션, RFEM(RF(Radio Frequency) Front End module), 및 쉽고 효율적인 설치를 위한 단일 인클로저/유닛의 일부로서 AFU(antenna filter unit)를 포함한다. 그러나 제안된 RU의 컴포넌트들/유닛들 각각의 설계 및 아키텍처는 본 개시내용과 관련하여 신규하고 독창적이며, 따라서 각각의 컴포넌트 및 그 구조/구성은 개개/별도의 특허출원을 통해 보호될 것임을 이해해야 한다.

[0043] 예시적인 양상에서, 도 1과 관련하여, 제안된 5G MRU(100)는, 하위 계층 PHY 섹션을 갖는 HSTB(High Speed Transceiver Board)(200), 25G 광 인터페이스(204) 상의 ORAN 호환 프론트홀, 및 예를 들어 상용 등급의 3 개의 FPGA들/트랜시버들(202-1 내지 202-3, 이하에서 총괄하여 202로 지칭됨)을 사용하는 송신 및 수신 체인들(예시적인 사례에서 32 개의 체인들)을 갖는 디지털 RFEM(RF front end support module)을 포함할 수 있고, 상기 엘리먼트들/컴포넌트들은 HSTB(200)의 고밀도 다중-계층 구조(예를 들어, 일 실시예에서 26 개 계층들)에 통합된다. 본 개시내용은 FPGA(Field Programmable Gate Arrays)에 관해서 설명되고 있지만, 임의의 다른 동등한 트랜시버가 본 개시내용의 범위 내에 완전히 포함되며, 따라서 각 FPGA의 범위는 임의의 트랜시버, 또는 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)와 같은 기술적으로 동등한 컴포넌트의 범위로 취급되어야 한다는 것을 이해할 것이다.

[0044] 예시적인 양상에서, L1 하위 계층 PHY 개발 및 비트 스트림(bit stream) 생성은 FPGA(202) 자체에서 구현/수행될 수 있다. L1 상위 계층은 타워(tower) 아래의 CCDU(Communication and Capacity Development Unit)에 구성될 수 있으며, 여기서 L2 및 L3는 DU(Distributed Unit)에 구성될 수 있고, 매크로 사이트(macro-site)는 통상적으로 중앙 유닛 노드(서버 측) 및 분산 유닛 노드(CU(Centralized Unit)와 RU(Radio Unit)들 사이에 구성됨)를 포함한다. 본 개시내용은 중앙 유닛 노드를 분산 유닛 노드와 병합하여, 본 개시내용에서 제안된 25G 광 인터페이스를 통해 RU들/MRU들과 인터페이스하는 CCDU를 형성한다. 제안된 MRU는 시스템 동기화기 IC 및 클록 생성기들을 사용하는 25G 광 인터페이스(204) 상의 IEEE 1588v2 PTP 기반 클록 동기화 아키텍처를 더 포함할 수 있다.

[0045] 제안된 MRU(100)는 AFU(antenna filter unit)(280)로 알려진 하나의 유닛으로서 32 개의 캐비티(cavity) 필터를 갖는 통합 8x8 MIMO 안테나를 더 포함할 수 있다. 제안된 MRU(100)는, 구성된 바와 같이, 블라인드 메이팅될 수 있고 케이블 없는 설계를 가질 수 있다.

[0046] 본 개시내용의 예시적이고 비제한적인 양상에서, 제안된 5G MRU(100)는 매크로 클래스(통상적으로 안테나 포트당 6.25 W 또는 38 dBm)에서 동작하는 200 W 고전력 gNB이며, 밀집된 도시 형태와 높은 트래픽 및 QoS 요구들을 갖는 핫 존(hot zone)/핫 스팟(hot spot) 영역들에서의 유용성을 찾을 수 있는 커버리지 및 용량을 위한 매크로 수준의 광역 솔루션들을 제공하도록 구성된다. 제안된 5G MRU(100)는 하위 계층 PHY 섹션과, 32 개의 송신 및 수신 체인들을 위한 (HSTB(200)의 일부로서) 상용 등급 FPGA들을 기반으로 하는 RF 트랜시버를 집합시킬 수 있다. MRU(100)는 복수의 RF 전력 증폭기들, LNA(low noise amplifier)들 및 32 개의 체인들을 위한 RF 스위치들을 포함할 수 있는 RFEM(RF Front End Module)(250)을 더 포함할 수 있다. MRU는 단일 대류 냉각 인클로저의 일부로서 AFU(Antenna Filter Unit)(280)로 알려진 복수의 캐비티 필터들(예를 들어, 32 개의 필터들)을 갖고, 무게가 25kg 미만인 8*8 MIMO 안테나를 더 포함할 수 있다. 일 양상에서, 매크로 gNB는 다중 UE 시나리오(scenario)들에서 다운링크(downlink)의 8 개 빔과 4 개의 업링크(uplink) 빔 서포트(beam support)로 인해 밀집된 도시 클러터(clutter)에 대해 양호한 커버리지 및 용량을 제공할 수 있다. 제안된 5G MRU(100)는 트래픽 수요가 상당히 높고 커버리지 및 용량 향상을 위해 4G gNB만으로는 서비스를 제공할 수 없는 고층 건물, 밀집된 클러터들 및 핫스팟 위치들에 배치(deploy)될 수 있다.

[0047] 다른 양상에서, 제안된 5G MRU는 케이블을 사용할 필요 없이 안테나 및 캐비티 필터 솔루션이 통합된 설계로 구성될 수 있으므로 케이블이 없는 설계가 가능하다. 제안된 MRU(100)는 타워 사이트들, GBT들 및 GBM들에 배치될 수 있다. MRU는 신속하게 배치될 수 있어 낮은 전력 소비로 고성능을 제공함으로써, MRU를 전력 효율적인 솔루션으로 만들 수 있다. 제안된 MRU는 3GPP ORAN과 호환되는 단일 25G 광학 프론트홀 인터페이스에서 타워 아래의 CCDU에 연결될 수 있다.

[0048] 일 양상에서, 제안된 5G MRU는 매크로 클래스(일반적으로 안테나 포트당 ≤ 38 dBm)에서 동작하는 고 전력 gNB(차세대 노드 B)이며, 커버리지 및 용량에 대해 매크로 수준의 광역 솔루션들을 보완하도록 구성될 수 있다. 예시적인 양상에서, 제안된 32T32R 5G NR MRU의 높은 수준의 아키텍처는 고속 트랜시버 보드(HSTB)(200), 32T32R RFEM(RF Front End Module) 보드(250), AFU(antenna filter unit)(280), 및 기계식 하우징(예를 들어, 2 개의 하우징들, HSTB(200)용 하우징과 RFEM(250)용 하우징이 있을 수 있음)을 포함할 수 있다. 제안된 MRU 구조는 -10 ℃ 내지 50 ℃ 범위의 기상 조건에서 작동하기 때문에 최적의 열 분산을 더욱 촉진하고 가능하게 한다.

[0049] 예시적인 일 양상에서, 제안된 5G NR MRU(100)는, 하위 계층 PHY 섹션, RF 샘플링(중간 주파수 단계 없음)(HSTB(200)의 일부로서)이 있는 32 개의 송신 및 수신 체인들을 위한 상용 등급 FPGA들을 기반으로 하는 RF 트랜시버, RF 전력 증폭기들, 저 노이즈 증폭기들(LNA), 및 32 개 체인들을 위한 RF 스위치들을 포함하는 RFEM(RF Front End Module)(250), 및 단일 대류 냉각 인클로저 내의 AFU(antenna filter unit)(350)로 알려진 32 개의 캐비티 필터들과 함께 무게가 29 kg 이하인 8*8 MIMO 안테나를 통합한다.

[0050] 예시적인 구현에서, 제안된 MRU(100)는 64 개의 커넥터들(송신 및 수신기 측 각각에 32 개)과 2 개의 DC 커넥터들(커넥터 각각은 25 개의 핀들이 있어 2 개의 DC 커넥터들에 걸쳐 50 개의 핀들이 됨)를 포함한다. 이러한 커넥터들은, HSTB(200) 상에서, RFEM 보드(250)와 상하로 겹쳐서 블라인드 연결/맵핑(mapping)/메이팅(mating)/샌드위치(sandwich)하는 방식으로 구성된다.

[0051] 일 양상에서, 제안된 설계 아키텍처는 제어 평면, 사용자 평면, 및 동기화 평면을 포함하고, 여기서 제어 평면은 거리-장소 관점에서 제안된 MRU(100)의 일부를 형성하는 유닛들/서브-유닛들의 구성을 제어하도록 구성되고, 사용자 평면은 사용자 데이터를 포함하고, 마지막으로 동기화 평면은 타이밍 프로토콜을 사용하는 글로벌 클록에 대해 유닛/서브-유닛들을 동기화하고(즉, 슬레이브 디바이스는 위상 및 주파수 측면에서 마스터 디바이스와 클록을 동기화함), 그리고 CCDU와의 일관성/동기화를 유지하기 위해 본 25G 인터페이스에서 PTP(precision time-based protocol)를 이용하도록 구성된다.

[0052] 제안된 MRU는, TDD 기반 5G NR MRU를 CFR(Crest Factor Reduction) 및 DPD(Digital Pre-Distortion) 모듈들과 디지털 프론트 엔드 라인업(lineup) 방식으로 통합한 후, RF 성능 요건들을 모두 충족함을 이해할 것이다. 더욱이, MRU는 전력 소모가 적고, IP65 진입(ingress) 보호 기계 하우징에 의해 최적으로 열 처리된다.

AFU(antenna filter unit)(280)

[0053] 도 2는 본 개시내용의 양상들에 따른 AFU(antenna filter unit)의 예시적인 설계 아키텍처를 예시한다.

[0054] 예시적인 양상에서, 제안된 AFU는 캐비티 필터 및 AFU로 알려진 하나의 통합 유닛에 교정 PCB를 갖는 8*8 MIMO(128 개의 단일 안테나 엘리먼트들) 안테나 유닛을 포함하며, 이는 RFEB와 블라인드 메이팅되고 다중 사용자 MIMO에 대한 빔포밍을 가능하게 하도록 구성된다. 예시적인 구현/설계에서, AFU는 아래로부터 하우징에 커플링되도록 구성될 수 있으며, 보드는 바닥 면에 커버링이 있는 알루미늄 금속 하우징 내에 놓인다. 일 양상에서, AFU 및 RFEB는, 2 개의 리셉터클(receptacle)들이 있고 그 사이에서 기둥(pillar)이 이들 유닛들/서브-유닛들을 연결되도록, 폴과 같은 두 개의 커넥터들 사이에 연결될 양 측들 모두에서 원통형인 송신 라인을 따라 HSTB 상에 구성될 것이다.

[0055] 제안된 AFU는 동작 대역 외부에서 더 가파른 롤오프를 제공하는 32T3R 구성을 위한 32-포트(수신기 및 송신기로서의 32 개의 안테나 포트들이 동일한 안테나 포트로 오게 되며, 여기서 32 개의 포트들은 대응하는/개개의 32 개의 캐비티 필터들에 연결될 것임) 캐비티 필터를 포함할 수 있다. 제안된 AFU는 고유한 복사(radiation) 패턴, 낮은 손실 및 낮은 간섭을 가능하게 한다.

[0056] 일 양상에서, 제안된 MRU는 MRU 아키텍처의 설계 및 레이아웃(layout)과 손실량 및 케이블들 수의 감소로 인해 3.5 내지 3.6 dB의 시스템 노이즈 지수 레벨(system noise figure level)을 달성할 수 있으며, 블라인드 메이팅을 가능하게 한다.

[0057] 도 3은 MRU를 포함하는 UE(user equipment)의 예시적인 커플링 표현을 예시한다. 예시된 바와 같이, UE(302)는 MRU(100)에 통신 가능하게 커플링될 수 있다. 커플링은 무선 네트워크(304)를 통해 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 통신 네트워크(304)는, 제한 없는 예로서, 하나 이상의 메시지들, 패킷들, 신호들, 파동들, 전압 또는 전류 레벨들, 이들의 일부 조합 등을 송신하고, 수신하고, 전달하고, 생성하고, 버퍼링(buffering)하고, 저장하고, 라우팅하고, 교환하고, 또는 이들의 조합 등을 수행하는 하나 이상의 노드들을 갖는 하나 이상의 네트워크들의 적어도 일부를 포함할 수 있다. UE(302)는 임의의 휴대형 디바이스, 모바일 디바이스, 팜톱(palmtop), 랩탑(laptop), 스마트폰(smart phone), 호출기(pager) 등일 수 있다. 커플링 결과, UE(302)는 MRU(100)로부터 연결 요청을 수신하고, MRU(100)로의 연결 요청 승인을 전송하고, 연결 요청에 대해 응답하여 복수의 신호들을 추가로 송신할 수 있도록 구성될 수 있다.

예시적인 컴퓨터 시스템(400)

[0058] 도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따른, 본 발명의 실시예들이 활용될 수 있는 또는 본 발명의 실시예들과 함께 활용될 수 있는 예시적인 컴퓨터 시스템을 예시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 시스템(400)은 외부 저장 디바이스(410), 버스(420), 메인 메모리(430), 판독-전용 메모리(440), 대용량 저장 디바이스(450), 통신 포트(460), 및 프로세서(470)를 포함할 수 있다. 당업자는 컴퓨터 시스템이 하나 초과의 프로세서 및 통신 포트들을 포함할 수 있음을 인지할 것이다. 프로세서(470)는 본 발명의 실시예들과 연관된 다양한 모듈들을 포함할 수 있다. 통신 포트(460)는 모뎀-기반 다이얼업(dialup) 연결과 함께 사용하기 위한 RS-232 포트, 10/100 이더넷(ethernet) 포트, 구리 또는 섬유를 사용하는 기가비트 또는 10 기가비트 포트, 직렬 포트, 병렬 포트, 또는 다른 기존의 또는 미래의 포트들 중 임의의 것일 수 있다. 통신 포트(460)는 LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network), 또는 컴퓨터 시스템이 연결되는 임의의 네트워크와 같은 네트워크에 따라 선택될 수 있다. 메모리(430)는 RAM(Random Access Memory) 또는 기술분야에 일반적으로 알려진 임의의 다른 동적 저장 디바이스일 수 있다. 판독-전용 메모리(440)는 임의의 정적 저장 디바이스(들)일 수 있다. 대용량 저장소(450)는 정보 및/또는 명령들을 저장하기 위해 사용될 수 있는 임의의 현재의 또는 미래의 대용량 저장 솔루션일 수 있다.

[0059] 버스(420)는 프로세서(들)(470)을 다른 메모리, 저장소 및 통신 블록들과 통신 가능하게 커플링한다.

[0060] 선택적으로, 오퍼레이터 및 관리 인터페이스들, 예를 들어 디스플레이, 키보드, 및 커서 제어 디바이스가 또한 컴퓨터 시스템과의 직접적인 오퍼레이터 상호작용을 지원하기 위해 버스(420)에 커플링될 수 있다. 통신 포트(460)를 통해 연결된 네트워크 연결들을 통해 다른 오퍼레이터 및 관리 인터페이스들이 제공될 수 있다. 위에서 설명된 컴포넌트들은 다양한 가능성을 예시하기 위한 것일 뿐이다. 전술된 예시적인 컴퓨터 시스템은 결코 본 개시내용의 범위를 제한해서는 안 된다.

[0061] 본원에서 바람직한 실시예들에 대한 상당한 강조가 이루어졌지만, 많은 실시예들이 만들어질 수 있고, 본 발명의 원리들을 벗어나지 않으면서 바람직한 실시예들에 많은 변화들이 이루어질 수 있다는 것이 인식될 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예들에서의 이들 및 다른 변화들은 본원의 개시내용으로부터 당업자들에게 자명할 것이며, 이로써 전술한 설명 내용은 본 발명을 제한하는 것이 아니라 단지 본 발명의 예시로서 구현된다는 것이 명확하게 이해되어야 한다.

[0062] 본 특허 문서의 개시내용의 일부는 Jio Platforms Limited( JPL) 또는 그 계열사들(본원에서 이하 소유자로 지칭됨)에 속하는 저작권, 디자인, 상표, IC 레이아웃 설계, 및/또는 트레이드 드레스 보호(그러나 이에 제한되지 않음)와 같은 지적 재산권들이 적용되는 자료를 포함한다. 소유자는 특허청 특허 파일들 또는 기록들에 나타난 바와 같이 특허 문서 또는 특허 개시내용을 누군가 팩스로 복제하는 것에 대해 이의를 제기하지 않지만, 달리 어떠한 것이든 모든 권리들을 보유한다. 이러한 지적 재산권에 대한 모든 권리들은 소유자가 전적으로 보유한다.

발명의 이점들

[0063] 본 개시내용은 안테나 어레이가 좁은 빔들을 사용자 쪽으로 집중시킬 수 있도록 함으로써 더 높은 스펙트럼 효율을 제공한다.

[0064] 본 개시내용은 안테나 어레이가 작은 특정 섹션에 집중됨에 따라 더 높은 에너지 효율 시스템을 제공하고, 이는 매시브 MIMO 시스템들에서 복사 전력을 덜 필요로하고 에너지 요구량을 감소시킨다.

[0065] 본 개시내용은 무선 시스템들의 데이터 레이트 및 용량을 증가시킨다.

[0066] 본 개시내용은 보다 신뢰할 수 있고 정확한 사용자 추적을 용이하게 한다.

[0067] 본 개시내용은 높은 전력 소비를 제거한다.

[0068] 본 개시내용은 레이턴시를 줄이고 네트워크의 신뢰성을 향상시킨다.

[0069] 본 개시내용은 매시브 MIMO 무선 유닛의 케이블 없는 설계를 제공한다.

[0070] 본 개시내용은 단일 대류 냉각 인클로저 내에 놓이고 무게가 25 내지 29 kg 미만인 매시브 MIMO 독립형 유닛을 제공한다.

[0071] 본 발명은 하위 계층 PHY 섹션, 25G 광 인터페이스 상의 ORAN 호환 프론트홀, 상용 등급 3 FPGA들을 사용하여 32 개의 송신 및 수신 체인들을 지원하는 디지털 프론트 엔드로 구성되는 매시브 MIMO 독립형 유닛을 제공한다. 본 발명은 AFU(Antenna Filter Unit)로 알려진 하나의 유닛으로서 32 캐비티 필터를 갖는 통합 8x8 MIMO 안테나를 포함하는 매시브 MIMO 독립형 유닛을 제공한다.

Claims (10)

1. AFU(antenna filter unit)(280)로서,
   다수의 사용자들에 대한 빔포밍(beam forming)을 가능하게 하기 위한 MIMO(multiple-input multiple-output) 안테나 유닛 및 복수의 캐비티 필터(cavity filter)들을 포함하고,
   상기 AFU(280)는 RFEM(radio frequency front end module)(250)에 통신 가능하게 커플링되는,
   AFU(280).
2. 제1 항에 있어서,
   상기 AFU(280)는 교정 PCB(Printed Circuit Board)를 포함하는,
   AFU(280).
3. 제1 항에 있어서,
   상기 AFU(280)는 RFEM(250)과 블라인드 메이팅(blind mating)되는,
   AFU(280).
4. 제1 항에 있어서,
   상기 AFU(280) 및 상기 RFEM(250)은 2 개의 커넥터(connector)들 사이에 폴(pole)로서 연결되는 송신 라인과 함께 HSTB(high speed transceiver board)(200) 상에 구성되는,
   AFU(280).
5. 제1 항에 있어서,
   상기 AFU(280)는 수신기 및 송신기 출력들로서 하나 이상의 안테나 포트들을 포함하고, 상기 하나 이상의 안테나 포트들은 개개의 캐비티 필터들에 연결되어 동작 대역 외부에 더 가파른(steeper) 롤오프(roll-off)를 제공하는 32T32R 구성을 달성하는,
   AFU(280).
6. 제4 항에 있어서,
   상기 HSTB(200)는 복수의 트랜시버들을 포함하고, CCDU(Combined Central and Distributed Unit)로부터 수신된 디지털 신호들은 하나 이상의 변환기들을 사용하여 RF(radio frequency) 신호들로 변환되고 아날로그 신호들로 프로세싱되어 상기 RFEM(250)으로 송신되는,
   AFU(280).
7. 제6 항에 있어서,
   상기 RFEM(250)은 수신된 아날로그 신호들을 프로세싱하고 출력 신호들을 상기 AFU(280)로 송신하기 위해 송신 및 수신 체인들을 위한 하나 이상의 LNA(low noise amplifier)들 및 복수의 RF 스위치들을 포함하는,
   AFU(280).
8. 제4 항에 있어서,
   상기 HSTB(200)는 바닥면에 커버링(covering)을 갖는 금속 하우징 내에 놓이고, 상기 AFU(280)는 상기 바닥면으로부터 상기 금속 하우징에 커플링되도록 구성되고, 상기 금속 하우징은 알루미늄 금속 하우징인,
   AFU(280).
9. MIMO(multiple-input multiple-output) 무선 유닛(100)에 통신 가능하게 커플링된 UE(user equipment)(302)로서, 상기 UE(302)는,
   네트워크(304)를 통해 상기 MIMO 무선 유닛(100)의 하나 이상의 프로세서들에 통신 가능하게 커플링된 하나 이상의 주 프로세서들을 포함하고, 상기 하나 이상의 주 프로세서들은 메모리와 커플링되고, 상기 메모리는 명령들을 저장하며, 상기 명령들은 상기 하나 이상의 주 프로세서들에 의해 실행될 때, 상기 UE(302)로 하여금,
   하나 이상의 RF(radio frequency) 제어 신호들을 상기 MIMO 무선 유닛(100)에 송신하게 하고,
   AFU(antenna filter unit)(280)가 상기 MIMO 무선 유닛(100)에 통신 가능하게 커플링되고, 상기 AFU(antenna filter unit)(280)는 다수의 사용자들에 대한 빔포밍을 가능하게 하기 위한 MIMO 안테나 유닛 및 복수의 캐비티 필터들로 구성되며, 상기 AFU(280)는 상기 MIMO 무선 유닛(100)의 RFEM(radio frequency front end module)(250)에 통신 가능하게 커플링되는,
   UE(302).
10. 프로세서-실행가능 명령들을 포함하는 비일시적인 컴퓨터 판독 매체로서,
    상기 프로세서-실행가능 명령들은, 프로세서로 하여금,
    하나 이상의 RF(radio frequency) 제어 신호들을 MIMO(multiple-input multiple-output) 무선 유닛(100)에 송신하게 하고,
    AFU(antenna filter unit)(280)가 상기 MIMO 무선 유닛(100)에 통신 가능하게 커플링되고, 상기 AFU(antenna filter unit)(280)는 다수의 사용자들에 대한 빔포밍을 가능하게 하기 위한 MIMO 안테나 유닛 및 복수의 캐비티 필터들로 구성되며, 상기 AFU(280)는 상기 MIMO 무선 유닛(100)의 RFEM(radio frequency front end module)(250)에 통신 가능하게 커플링되는,
    비일시적인 컴퓨터 판독 가능 매체.