WO2021125384A1 - 안테나를 구비하는 전자 기기 - Google Patents

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WO2021125384A1
WO2021125384A1 PCT/KR2019/017970 KR2019017970W WO2021125384A1 WO 2021125384 A1 WO2021125384 A1 WO 2021125384A1 KR 2019017970 W KR2019017970 W KR 2019017970W WO 2021125384 A1 WO2021125384 A1 WO 2021125384A1
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WO
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antenna
signal
electronic device
array antenna
reflector
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Application number
PCT/KR2019/017970
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English (en)
French (fr)
Inventor
정강재
김창일
유한필
유승우
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/16—Reflecting surfaces; Equivalent structures curved in two dimensions, e.g. paraboloidal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station

Definitions

  • the present invention relates to an electronic device having an antenna.
  • a specific implementation relates to an electronic device having an antenna operating in the 5G mmWave band.
  • Electronic devices may be divided into mobile/portable terminals and stationary terminals depending on whether they can be moved. Again, the electronic device can be divided into a handheld terminal and a vehicle mounted terminal according to whether the user can directly carry the electronic device.
  • the functions of electronic devices are diversifying. For example, there are functions for data and voice communication, photo and video shooting through a camera, voice recording, music file playback through a speaker system, and an image or video output to the display unit.
  • Some terminals add an electronic game play function or perform a multimedia player function.
  • recent mobile terminals can receive multicast signals that provide broadcast and visual content such as video or television programs.
  • electronic devices have diversified functions, they are implemented in the form of multimedia devices equipped with complex functions, such as, for example, taking pictures or videos, playing music or video files, and receiving games and broadcasts. have.
  • a wireless communication system using LTE communication technology has recently been commercialized for electronic devices to provide various services.
  • a wireless communication system using 5G communication technology will be commercialized in the future to provide various services.
  • some of the LTE frequency bands may be allocated to provide 5G communication services.
  • the mobile terminal may be configured to provide 5G communication services in various frequency bands. Recently, attempts have been made to provide a 5G communication service using the Sub6 band below the 6GHz band. However, in the future, it is expected that 5G communication service will be provided using millimeter wave (mmWave) band other than Sub6 band for faster data rate.
  • mmWave millimeter wave
  • a 5G communication relay device may be provided, but a plurality of antennas are disposed in the 5G communication relay device to provide other communication services. Therefore, the 5G communication relay device has a problem in that it is difficult to implement in a large area so that antennas operating in the 5G mmWave band have sufficiently large directivity.
  • the present invention aims to solve the above and other problems.
  • another object is to provide an electronic device having an antenna operable in the 5G Sub6 band and the mmWave band in the low frequency band.
  • Another object of the present invention is to provide an electronic device having an antenna arrangement structure such that a 5G antenna has a sufficient antenna gain.
  • Another object of the present invention is to provide an electronic device having an antenna structure capable of reducing power loss of a 5G antenna.
  • an electronic device having an antenna according to the present invention is provided.
  • the electronic device is disposed inside the electronic device and is disposed in front of a reflector antenna configured to beam-form and receive a signal from a base station and the reflector antenna to receive the beam-formed signal. It may include an array antenna composed of a plurality of patch antenna elements to do so.
  • a transceiver circuit configured to control a phase of a signal applied to each of the antenna elements may be further included.
  • the apparatus may further include a baseband processor operatively coupled to the transceiver circuit and configured to control the transceiver circuit so that the signal is beam-formed by controlling the phase.
  • the array antenna may be a one-dimensional array antenna arranged to be spaced apart from each other at a predetermined interval in one axial direction.
  • the baseband processor may control the transceiver circuit so that the signal is beam-formed in an azimuth direction or an elevation direction by varying a phase applied to each antenna element of the one-dimensional array antenna.
  • the array antenna may include a first array antenna, which is a one-dimensional array antenna that is spaced apart from each other by a predetermined interval in one axial direction. Meanwhile, the array antenna may further include a second array antenna, which is a one-dimensional array antenna that is spaced apart from each other by a predetermined interval in the other axis direction perpendicular to the one axis direction.
  • the baseband processor may control the transceiver circuit to change the phase applied to each antenna element of the first array antenna so that the signal is beam-formed at a first angle in the first axial direction.
  • the baseband processor may control the transceiver circuit to change the phase applied to each antenna element of the second array antenna so that the signal is beam-formed at a second angle in the second axis direction.
  • the array antenna may be a two-dimensional array antenna in which M antenna elements in one axial direction and N antenna elements in the other axial direction are spaced apart from each other by a predetermined interval.
  • the baseband processor varies the phase applied to each antenna element in the one axial direction and varies the phase applied to each antenna element in the other axial direction so that the signal is transmitted in both axial directions. to control the transceiver circuit to form beams at a specific angle.
  • each element of the array antenna may be connected to a first feeding unit generating a horizontal polarization wave and a second feeding unit generating a vertical polarization wave.
  • a first signal whose phase is changed through the first feeder is applied to the array antenna, and a second signal whose phase is changed through the second feeder is applied to the array antenna. It can be configured to be authorized. Accordingly, the first beam pattern radiated through the reflector antenna may be formed as a vertically polarized wave and may be formed as a horizontally polarized wave by the second beam pattern.
  • the baseband processor may provide a signal to some antenna elements of the one-dimensional array antenna to perform first beamforming with a first beam. Meanwhile, the baseband processor may perform beamforming with a second beam by providing a signal to all antenna elements of the one-dimensional array antenna with respect to a peripheral area of the area selected according to the first beamforming.
  • the beam width of the second beam may be set to be narrower than the beam width of the first beam.
  • the baseband processor may provide a signal to some antenna elements of the 2D array antenna to perform beamforming with a first beam.
  • the baseband processor is configured to provide a signal to all antenna elements of the 2D array antenna for a peripheral area of the area selected according to the first beamforming to perform beamforming with a second beam.
  • a beam width of the second beam may be set to be narrower than a beam width of the first beam.
  • the array antenna may be disposed on the front surface of a dielectric substrate.
  • the rear surface of the dielectric substrate may be provided as a ground layer of the array antenna, and the transceiver circuit may be disposed thereon.
  • the reflector antenna may be configured to be coupled to a second dielectric substrate disposed under a first dielectric substrate on which a plurality of separate antennas are disposed.
  • the reflector antenna may be formed as a partial reflector area in the entire reflector structure to have a height at which the first dielectric substrate and the space inside the body of the electronic device can be disposed.
  • the transceiver circuit and the baseband processor may be disposed on the rear surface of the dielectric substrate.
  • a second baseband processor configured to control an antenna operating in a different band and a second transceiver circuit may be further included.
  • the second baseband processor may be operatively coupled to the baseband processor.
  • the second baseband processor may be configured to control the second antenna and the second transceiver circuit operating in the LTE band or the 5G Sub 6 band.
  • the baseband processor may control to be connected to the first base station of the mmWave band.
  • the second baseband processor may control the electronic device to be in a dual connectivity (DC) state by controlling it to be connected to the second base station of the LTE band or 5G Sub 6 band.
  • DC dual connectivity
  • a first mmWave antenna and a second mmWave antenna disposed at different positions on the first circuit board may be further included.
  • the baseband processor may control to perform multiple input/output (MIMO) through the first mmWave antenna or the second mmWave antenna and the reflector antenna.
  • MIMO multiple input/output
  • the baseband processor may perform beamforming so that the signal is received through the reflector antenna. have.
  • a communication relay device is provided.
  • the communication relay device is disposed inside the communication relay device, and a reflector antenna configured to beam-form and receive a signal from a base station operating in the mmWave band, and is disposed in front of the reflector antenna, so that the beam-formed signal is It may be configured to include an array antenna composed of a plurality of patch antenna elements to feed the reflector antenna to be received.
  • a transceiver circuit configured to control a phase of a signal applied to each of the antenna elements may be further included.
  • the apparatus may further include a baseband processor operatively coupled to the transceiver circuit and configured to control the transceiver circuit to beam-form the signal by controlling the phase.
  • it may further include an indoor antenna unit configured to provide a signal of the mmWave band received from the base station to at least one terminal in an indoor region.
  • An electronic device and a 5G communication relay device having a plurality of antennas and a reflector antenna according to the present invention have been examined.
  • the technical effects of the electronic device and the 5G communication relay device including the plurality of antennas and the reflector antenna will be described as follows.
  • an electronic device with a plurality of antennas and reflector antennas operating in a wide frequency band from a low frequency band to a 5G Sub 6 band and a 5G mmWave band.
  • an electronic device that receives a 5G mmWave signal by beamforming through a reflector antenna by providing an array antenna in various forms.
  • an electronic device that receives a 5G mmWave signal by beamforming through a reflector antenna by providing an array antenna in various forms.
  • the parabolic structure can be designed as a reflective structure using a CPE cover and a heat sink structure.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an electronic device related to the present invention.
  • FIG. 2 illustrates a configuration of a wireless communication unit of an electronic device operable in a plurality of wireless communication systems according to the present invention.
  • FIG. 3a shows the detailed configuration of the 5G CPE and the electronic device according to the present invention.
  • 3B shows a detailed configuration of a 5G CPE that transmits a 5G radio signal between a 5G base station and a UE according to an embodiment.
  • FIG. 4 is an internal configuration diagram of an electronic device having a plurality of antennas according to the present invention.
  • FIG. 5 is a front view of an outdoor unit (ODU) side circuit board in an electronic device having a plurality of antennas according to an exemplary embodiment.
  • ODU outdoor unit
  • FIG. 6 illustrates a comparison between a beam pattern generated through a phased array antenna and a beam pattern generated through a reflector antenna having a feeding structure using a phased array.
  • FIG. 7A shows a configuration in which the one-dimensional array antenna is disposed on the front surface of the reflector.
  • FIG. 7B is a side view showing the array antenna of FIG. 7A disposed on the front surface of the reflector.
  • FIG. 8A illustrates a configuration of a one-dimensional array antenna having a dual feeding structure according to an embodiment.
  • 8B is a conceptual diagram of dynamically adjusting a beam width of a beam pattern radiated through a reflector antenna using some of a plurality of antenna elements according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 10A illustrates a configuration and control method in which a one-dimensional array antenna is disposed on a front surface of a reflector according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 10B illustrates a configuration and control method in which a two-dimensional array antenna is disposed on a front surface of a reflector according to another embodiment.
  • FIG. 11A illustrates a configuration in which a reflector antenna according to an embodiment is disposed inside an electronic device, that is, a 5G communication relay device.
  • 11B is a side view illustrating a reflector antenna disposed on a circuit board according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 12A illustrates a configuration in which a plurality of antennas and a reflector antenna are disposed and a configuration for controlling them according to an embodiment.
  • FIG. 12B illustrates a plurality of circuit boards and an assembly structure in an electronic device on which the plurality of antennas and the reflector antenna of FIG. 12A are disposed.
  • FIG. 13 illustrates a block diagram of a wireless communication system to which the methods proposed in the present specification can be applied.
  • Electronic devices described herein include mobile phones, smart phones, laptop computers, digital broadcasting terminals, personal digital assistants (PDAs), portable multimedia players (PMPs), navigation systems, and slate PCs.
  • PDAs personal digital assistants
  • PMPs portable multimedia players
  • slate PCs slate PCs.
  • tablet PCs ultrabooks
  • wearable devices for example, watch-type terminals (smartwatch), glass-type terminals (smart glass), HMD (head mounted display), etc. may be included. have.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an electronic device related to the present invention.
  • the electronic device 100 includes a wireless communication unit 110 , an input unit 120 , a sensing unit 140 , an output unit 150 , an interface unit 160 , a memory 170 , a control unit 180 , and a power supply unit 190 . ) and the like.
  • the components shown in FIG. 1 are not essential for implementing the electronic device, and thus the electronic device described herein may have more or fewer components than those listed above.
  • the wireless communication unit 110 among the components, between the electronic device 100 and the wireless communication system, between the electronic device 100 and another electronic device 100, or the electronic device 100 and an external server It may include one or more modules that enable wireless communication between them. Also, the wireless communication unit 110 may include one or more modules for connecting the electronic device 100 to one or more networks.
  • the one or more networks may be, for example, a 4G communication network and a 5G communication network.
  • the wireless communication unit 110 may include at least one of a 4G wireless communication module 111 , a 5G wireless communication module 112 , a short-range communication module 113 , and a location information module 114 .
  • the 4G wireless communication module 111 may transmit and receive a 4G signal with a 4G base station through a 4G mobile communication network. In this case, the 4G wireless communication module 111 may transmit one or more 4G transmission signals to the 4G base station. In addition, the 4G wireless communication module 111 may receive one or more 4G reception signals from the 4G base station.
  • Up-Link (UL) Multi-Input Multi-Output (MIMO) may be performed by a plurality of 4G transmission signals transmitted to the 4G base station.
  • Down-Link (DL) Multi-Input Multi-Output (MIMO) may be performed by a plurality of 4G reception signals received from a 4G base station.
  • the 5G wireless communication module 112 may transmit and receive a 5G signal with a 5G base station through a 5G mobile communication network.
  • the 4G base station and the 5G base station may have a Non-Stand-Alone (NSA) structure.
  • NSA Non-Stand-Alone
  • the 4G base station and the 5G base station may be a co-located structure disposed at the same location in a cell.
  • the 5G base station may be disposed in a stand-alone (SA) structure at a location separate from the 4G base station.
  • SA stand-alone
  • the 5G wireless communication module 112 may transmit and receive a 5G signal with a 5G base station through a 5G mobile communication network. In this case, the 5G wireless communication module 112 may transmit one or more 5G transmission signals to the 5G base station. In addition, the 5G wireless communication module 112 may receive one or more 5G reception signals from the 5G base station.
  • the 5G frequency band may use the same band as the 4G frequency band, and this may be referred to as LTE re-farming.
  • the 5G frequency band the Sub6 band, which is a band of 6 GHz or less, may be used.
  • a millimeter wave (mmWave) band may be used as a 5G frequency band to perform broadband high-speed communication.
  • the electronic device 100 may perform beam forming for communication coverage expansion with a base station.
  • the 5G communication system may support a larger number of Multi-Input Multi-Output (MIMO) in order to improve transmission speed.
  • MIMO Multi-Input Multi-Output
  • UL MIMO may be performed by a plurality of 5G transmission signals transmitted to the 5G base station.
  • DL MIMO may be performed by a plurality of 5G reception signals received from a 5G base station.
  • the wireless communication unit 110 may be in a dual connectivity (DC) state with the 4G base station and the 5G base station through the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112 .
  • DC dual connectivity
  • the dual connection with the 4G base station and the 5G base station may be referred to as EN-DC (EUTRAN NR DC).
  • EUTRAN is an Evolved Universal Telecommunication Radio Access Network, which means a 4G wireless communication system
  • NR is New Radio, which means a 5G wireless communication system.
  • the 4G base station and the 5G base station have a co-located structure, throughput improvement is possible through inter-CA (Carrier Aggregation). Therefore, the 4G base station and the 5G base station In the EN-DC state, the 4G reception signal and the 5G reception signal may be simultaneously received through the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112 .
  • inter-CA Carrier Aggregation
  • Short-range communication module 113 is for short-range communication, Bluetooth (Bluetooth), RFID (Radio Frequency Identification), infrared communication (Infrared Data Association; IrDA), UWB (Ultra Wideband), ZigBee, NFC ( Near Field Communication), Wi-Fi (Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, and Wireless USB (Wireless Universal Serial Bus) technologies may be used to support short-distance communication.
  • the short-distance communication module 114 between the electronic device 100 and a wireless communication system, between the electronic device 100 and another electronic device 100, or the electronic device 100 through wireless area networks (Wireless Area Networks) ) and a network in which another electronic device 100 or an external server is located may support wireless communication.
  • the local area network may be a local area network (Wireless Personal Area Networks).
  • short-range communication between electronic devices may be performed using the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112 .
  • short-distance communication may be performed between electronic devices using a device-to-device (D2D) method without going through a base station.
  • D2D device-to-device
  • carrier aggregation using at least one of the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112 and the Wi-Fi communication module 113
  • 4G + WiFi carrier aggregation may be performed using the 4G wireless communication module 111 and the Wi-Fi communication module 113
  • 5G + WiFi carrier aggregation may be performed using the 5G wireless communication module 112 and the Wi-Fi communication module 113 .
  • the location information module 114 is a module for acquiring a location (or current location) of an electronic device, and a representative example thereof includes a Global Positioning System (GPS) module or a Wireless Fidelity (WiFi) module.
  • GPS Global Positioning System
  • Wi-Fi Wireless Fidelity
  • the electronic device may acquire the location of the electronic device by using a signal transmitted from a GPS satellite.
  • the location of the electronic device may be acquired based on information of the Wi-Fi module and a wireless access point (AP) that transmits or receives a wireless signal.
  • AP wireless access point
  • the location information module 114 may perform any function of the other modules of the wireless communication unit 110 to obtain data on the location of the electronic device as a substitute or additionally.
  • the location information module 114 is a module used to obtain the location (or current location) of the electronic device, and is not limited to a module that directly calculates or obtains the location of the electronic device.
  • the electronic device utilizes the 5G wireless communication module 112
  • the 5G base station of the millimeter wave (mmWave) band is deployed in a small cell having a narrow coverage, it is advantageous to obtain the location of the electronic device.
  • the input unit 120 includes a camera 121 or an image input unit for inputting an image signal, a microphone 122 or an audio input unit for inputting an audio signal, and a user input unit 123 for receiving information from a user, for example, , a touch key, a push key, etc.).
  • the voice data or image data collected by the input unit 120 may be analyzed and processed as a user's control command.
  • the sensing unit 140 may include one or more sensors for sensing at least one of information in the electronic device, surrounding environment information surrounding the electronic device, and user information.
  • the sensing unit 140 may include a proximity sensor 141, an illumination sensor 142, an illumination sensor, a touch sensor, an acceleration sensor, a magnetic sensor, and gravity.
  • G-sensor gyroscope sensor
  • motion sensor RGB sensor
  • infrared sensor IR sensor: infrared sensor
  • fingerprint sensor fingerprint sensor
  • ultrasonic sensor ultrasonic sensor
  • optical sensors eg, cameras (see 121)
  • microphones see 122
  • battery gauges environmental sensors (eg, barometers, hygrometers, thermometers, radiation detection sensors, It may include at least one of a thermal sensor, a gas sensor, etc.) and a chemical sensor (eg, an electronic nose, a healthcare sensor, a biometric sensor, etc.).
  • the electronic device disclosed in the present specification may combine and utilize information sensed by at least two or more of these sensors.
  • the output unit 150 is for generating an output related to visual, auditory or tactile sense, and includes at least one of a display unit 151 , a sound output unit 152 , a haptip module 153 , and an optical output unit 154 . can do.
  • the display unit 151 may implement a touch screen by forming a layer structure with the touch sensor or being formed integrally with the touch sensor. Such a touch screen may function as the user input unit 123 providing an input interface between the electronic device 100 and the user, and may provide an output interface between the electronic device 100 and the user.
  • the interface unit 160 serves as a passage with various types of external devices connected to the electronic device 100 .
  • This interface unit 160 a wired / wireless headset port (port), an external charger port (port), a wired / wireless data port (port), a memory card (memory card) port, for connecting a device equipped with an identification module It may include at least one of a port, an audio input/output (I/O) port, a video input/output (I/O) port, and an earphone port.
  • the electronic device 100 may perform appropriate control related to the connected external device.
  • the memory 170 stores data supporting various functions of the electronic device 100 .
  • the memory 170 may store a plurality of application programs (or applications) driven in the electronic device 100 , data for operation of the electronic device 100 , and commands. At least some of these application programs may be downloaded from an external server through wireless communication. In addition, at least some of these application programs may exist on the electronic device 100 from the time of shipment for basic functions (eg, incoming calls, outgoing functions, message reception, and outgoing functions) of the electronic device 100 . Meanwhile, the application program may be stored in the memory 170 , installed on the electronic device 100 , and driven to perform an operation (or function) of the electronic device by the controller 180 .
  • the controller 180 In addition to the operation related to the application program, the controller 180 generally controls the overall operation of the electronic device 100 .
  • the controller 180 may provide or process appropriate information or functions to the user by processing signals, data, information, etc. input or output through the above-described components or by driving an application program stored in the memory 170 .
  • controller 180 may control at least some of the components discussed with reference to FIG. 1A in order to drive an application program stored in the memory 170 . Furthermore, in order to drive the application program, the controller 180 may operate at least two or more of the components included in the electronic device 100 in combination with each other.
  • the power supply unit 190 receives external power and internal power under the control of the control unit 180 to supply power to each component included in the electronic device 100 .
  • the power supply 190 includes a battery, and the battery may be a built-in battery or a replaceable battery.
  • At least some of the respective components may operate in cooperation with each other to implement an operation, control, or control method of an electronic device according to various embodiments described below. Also, the operation, control, or control method of the electronic device may be implemented on the electronic device by driving at least one application program stored in the memory 170 .
  • the electronic device includes a first power amplifier 210 , a second power amplifier 220 , and an RFIC 250 .
  • the electronic device may further include a modem (Modem) 400 and an application processor (AP) 450 .
  • the modem 400 and the application processor AP 450 may be physically implemented on a single chip, and may be implemented in a logically and functionally separated form.
  • the present invention is not limited thereto and may be implemented in the form of physically separated chips depending on the application.
  • the electronic device includes a plurality of low noise amplifiers (LNAs) 310 to 340 in the receiver.
  • LNAs low noise amplifiers
  • the first power amplifier 210 , the second power amplifier 220 , the controller 250 , and the plurality of low-noise amplifiers 310 to 340 are all operable in the first communication system and the second communication system.
  • the first communication system and the second communication system may be a 4G communication system and a 5G communication system, respectively.
  • the RFIC 250 may be configured as a 4G/5G integrated type, but is not limited thereto and may be configured as a 4G/5G separate type according to an application.
  • the RFIC 250 is configured as a 4G/5G integrated type, it is advantageous in terms of synchronization between 4G/5G circuits, as well as the advantage that control signaling by the modem 400 can be simplified.
  • the RFIC 250 when configured as a 4G/5G separate type, it may be referred to as a 4G RFIC and a 5G RFIC, respectively.
  • the RFIC 250 when the difference between the 5G band and the 4G band is large, such as when the 5G band is configured as a millimeter wave band, the RFIC 250 may be configured as a 4G/5G separate type.
  • the RFIC 250 when the RFIC 250 is configured as a 4G/5G separate type, there is an advantage that RF characteristics can be optimized for each of the 4G band and the 5G band.
  • the RFIC 250 is configured as a 4G/5G separate type, the 4G RFIC and the 5G RFIC are logically and functionally separated, and it is also possible to be physically implemented on one chip.
  • the application processor (AP) 450 is configured to control the operation of each component of the electronic device. Specifically, the application processor (AP) 450 may control the operation of each component of the electronic device through the modem 400 .
  • the modem 400 may be controlled through a power management IC (PMIC) for low power operation of the electronic device. Accordingly, the modem 400 may operate the power circuits of the transmitter and the receiver in the low power mode through the RFIC 250 .
  • PMIC power management IC
  • the application processor (AP) 450 may control the RFIC 250 through the modem 400 as follows. For example, if the electronic device is in an idle mode, at least one of the first and second power amplifiers 110 and 120 operates in the low power mode or is turned off via the RFIC through the modem 400 . 250 can be controlled.
  • the application processor (AP) 450 may control the modem 400 to provide wireless communication capable of low power communication.
  • the application processor (AP) 450 may control the modem 400 to enable wireless communication with the lowest power.
  • the application processor (AP) 450 may control the modem 400 and the RFIC 250 to perform short-distance communication using only the short-range communication module 113 even if the throughput is somewhat sacrificed.
  • the modem 400 may be controlled to select an optimal wireless interface.
  • the application processor (AP) 450 may control the modem 400 to receive through both the 4G base station and the 5G base station according to the remaining battery level and available radio resource information.
  • the application processor (AP) 450 may receive the remaining battery level information from the PMIC and the available radio resource information from the modem 400 . Accordingly, if the battery level and available radio resources are sufficient, the application processor (AP) 450 may control the modem 400 and the RFIC 250 to receive through both the 4G base station and the 5G base station.
  • the multi-transceiving system of FIG. 2 may integrate the transmitter and receiver of each radio system into one transceiver. Accordingly, there is an advantage that a circuit part integrating two types of system signals in the RF front-end can be removed.
  • the front-end components can be controlled by the integrated transceiver, the front-end components can be more efficiently integrated than when the transmission/reception system is separated for each communication system.
  • the multi-transmission/reception system as shown in FIG. 2 has the advantage that it is possible to control other communication systems as necessary, and thus system delay can be minimized, so that efficient resource allocation is possible.
  • the first power amplifier 210 and the second power amplifier 220 may operate in at least one of the first and second communication systems.
  • the first and second power amplifiers 220 may operate in both the first and second communication systems.
  • one of the first and second power amplifiers 210 and 220 operates in the 4G band, and the other operates in the millimeter wave band. have.
  • 4x4 MIMO can be implemented using four antennas as shown in FIG. 2 .
  • 4x4 DL MIMO may be performed through the downlink (DL).
  • the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 may be configured to operate in both the 4G band and the 5G band.
  • the 5G band is a millimeter wave (mmWave) band
  • the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 may be configured to operate in any one of the 4G band and the 5G band.
  • each of a plurality of separate antennas may be configured as an array antenna in the millimeter wave band.
  • 2x2 MIMO implementation is possible using two antennas connected to the first power amplifier 210 and the second power amplifier 220 among the four antennas.
  • 2x2 UL MIMO (2 Tx) may be performed through the uplink (UL).
  • the 5G communication system is implemented with 1 Tx, only one of the first and second power amplifiers 210 and 220 needs to operate in the 5G band.
  • an additional power amplifier operating in the 5G band may be further provided.
  • a transmission signal may be branched in each of one or two transmission paths, and the branched transmission signal may be connected to a plurality of antennas.
  • a switch-type splitter or a power divider is built inside the RFIC corresponding to the RFIC 250, there is no need for a separate component to be disposed outside, thereby improving component mountability.
  • SPDT single pole double throw
  • the electronic device operable in a plurality of wireless communication systems may further include a phase controller 230 , a duplexer 231 , a filter 232 , and a switch 233 .
  • each of the antennas ANT1 to ANT4 needs to be implemented as array antennas ANT1 to ANT4 composed of a plurality of antenna elements.
  • the phase controller 230 is configurable to control a phase of a signal applied to each antenna element of each of the array antennas ANT1 to ANT4.
  • the phase controller 230 may control both the magnitude and phase of a signal applied to each antenna element of each of the array antennas ANT1 to ANT4. Accordingly, since the phase control unit 230 controls both the magnitude and the phase of the signal, it may be referred to as a power and phase control unit 230 .
  • phase controller 230 may control the phase of a signal applied to each antenna element so that each of the array antennas ANT1 to ANT4 forms beams in different directions.
  • the duplexer 231 is configured to mutually separate signals of a transmission band and a reception band. At this time, the signals of the transmission band transmitted through the first and second power amplifiers 210 and 220 are applied to the antennas ANT1 and ANT4 through the first output port of the duplexer 231 . On the other hand, signals of the reception band received through the antennas ANT1 and ANT4 are received by the low noise amplifiers 310 and 340 through the second output port of the duplexer 231 .
  • the filter 232 may be configured to pass a signal of a transmission band or a reception band and block a signal of the remaining band.
  • the filter 232 may include a transmit filter connected to a first output port of the duplexer 231 and a receive filter connected to a second output port of the duplexer 231 .
  • the filter 232 may be configured to pass only a signal of a transmission band or only a signal of a reception band according to the control signal.
  • the switch 233 is configured to transmit either only a transmit signal or a receive signal.
  • the switch 233 may be configured in a single pole double throw (SPDT) type to separate a transmission signal and a reception signal using a time division multiplexing (TDD) method.
  • the transmission signal and the reception signal are signals of the same frequency band, and accordingly, the duplexer 231 may be implemented in the form of a circulator.
  • the switch 233 is also applicable to a frequency division multiplexing (FDD: Time Division Duplex) scheme.
  • FDD Fre Division Duplex
  • the switch 233 may be configured in a double pole double throw (DPDT) type to connect or block a transmission signal and a reception signal, respectively.
  • DPDT double pole double throw
  • the electronic device may further include a modem 400 corresponding to a control unit.
  • the RFIC 250 and the modem 400 may be referred to as a first controller (or first processor) and a second controller (second processor), respectively.
  • the RFIC 250 and the modem 400 may be implemented as physically separate circuits.
  • the RFIC 250 and the modem 400 may be physically or logically divided into one circuit.
  • the modem 400 may control and process signals for transmission and reception of signals through different communication systems through the RFIC 250 .
  • the modem 400 may be obtained through control information received from the 4G base station and/or the 5G base station.
  • the control information may be received through a physical downlink control channel (PDCCH), but is not limited thereto.
  • PDCCH physical downlink control channel
  • the modem 400 may control the RFIC 250 to transmit and/or receive signals through the first communication system and/or the second communication system in a specific time and frequency resource. Accordingly, the RFIC 250 may control transmission circuits including the first and second power amplifiers 210 and 220 to transmit a 4G signal or a 5G signal in a specific time period. In addition, the RFIC 250 may control receiving circuits including the first to fourth low-noise amplifiers 310 to 340 to receive a 4G signal or a 5G signal in a specific time period.
  • the 5G frequency band may include a Sub6 band and/or an LTE frequency band higher than the LTE frequency band.
  • a broadband antenna needs to be provided to the electronic device.
  • the present invention provides a broadband antenna (eg, cone antenna) capable of operating from a low frequency band to about 5 GHz band.
  • Figure 3a shows the detailed configuration of the 5G CPE and the electronic device according to the present invention.
  • FIG. 3B shows a detailed configuration of a 5G CPE that transmits a 5G radio signal between a 5G base station and a UE according to an embodiment.
  • the 5G communication system is configurable to include a 4G base station 600 and a 5G base station 700 .
  • the 5G CPE 500 may receive a 5G radio signal from the 5G base station 700 and relay it to the electronic device 100 .
  • the 5G CPE 500 may receive a 5G radio signal from the electronic device 100 and transmit it to the 5G base station 700 .
  • the 5G CPE 500 may maintain a dual connectivity state (EN-DC) with the 4G base station 600 and the 5G base station 700 .
  • the 5G CPE 500 may transmit some control information to both the 4G base station 600 and the 5G base station 700 .
  • the transceiver 110 corresponding to the wireless communication unit includes a 5G wireless communication module and a short-range communication module.
  • the 5G wireless communication module and the short-range communication module correspond to the transceiver 110 and the second transceiver, respectively.
  • the transceiver 110 is configured to transmit and receive a radio signal.
  • the controller 180 is connected to the transceiver 110 and is configured to transmit and receive 5G radio signals to and from the base station through the 5G communication relay device 500 .
  • the 5G communication relay device 500 operates in a test mode and cell search is initiated, the 5G radio signal is not transmitted through the transceiver 110 .
  • the controller 180 transmits user data and control data to the 5G communication relay device 500 so as not to transmit the user data and control data to the transceiver unit ( 110) can be controlled.
  • the 5G base station 700 does not allocate time and frequency resources for transmitting user data and control data to the electronic device 100 and the 5G CPE 500 .
  • the 5G base station 700 sends a first radio resource to the electronic device 100 and 5G to transmit control data for NR measurement and NR measurement report in the RRC-connected state. It can be assigned to the CPE (500).
  • the 5G base station 700 may allocate the second radio resource to the electronic device 100 and the 5G CPE 500 to transmit user data when the PDN (Packet Data Network) attach is completed. .
  • PDN Packet Data Network
  • the controller 180 may transmit Tx restriction signaling to the 5G communication relay device 500 . .
  • the 5G communication relay device 500 may perform a TX disable process.
  • the controller 180 may control the transceiver 110 to transmit the transmission restriction signaling for restricting transmission of user data and control data to the 5G communication relay device 500 .
  • the transmission restriction signaling may be transmitted to the 5G communication relay device 500 through a second air interface different from the 5G air interface.
  • the second wireless interface may be the aforementioned short-range wireless communication interface, for example, a Bluetooth or Wi-Fi interface.
  • the controller 180 may transmit the transmission restriction signaling to the 5G communication relay device 500 so as not to transmit the control data.
  • the transmission restriction signaling is a message for restricting transmission of control data until RRC connection and measurement report.
  • the controller 180 may transmit the second transmission restriction signaling to the 5G communication relay device 500 so as not to transmit user data.
  • the second transmission restriction signaling is a message for restricting transmission of control data until the end of the test mode.
  • the transceiver 520 is configured to transmit and receive a radio signal. Specifically, the transceiver 520 is configured to transmit and receive a 5G NR signal, and may transmit and receive a 4G LTE signal.
  • the 5G wireless communication module for transmitting and receiving the 5G NR signal and the 4G wireless communication module for transmitting and receiving the 4G LTE signal may be implemented in one physical chip or in a separate chip.
  • the second transceiver 530 is configured to perform short-range communication with the electronic device 100 . Specifically, the second transceiver 530 may perform short-distance communication with the paired electronic device 100 by performing a pairing process for short-distance communication with the neighboring electronic device 100 .
  • the controller (processor) 510 is connected to the transceiver 520 and is configured to provide a wireless signal received from the base station to the electronic device 100 . According to the present invention, the controller (processor) 510 can control the radio signal not to be transmitted through the transceiver 520 when a cell search is initiated in the test mode. have.
  • the display unit 540 may be configured to display the 5G NR signal quality and status received from the base station.
  • the display unit 540 may display information guiding a user or an installer who installs the 5G CPE to arrange the 5G CPE at an optimal position and angle.
  • the 5G base station 700 is a 5G communication relay device, that is, when the 5G CEP 500 operates in a test mode and cell search is initiated, the 5G CEP 500 is the user It is possible to control not to transmit a signal, including data and control data.
  • the 5G base station 700 when cell search is initiated, the 5G base station 700 does not allocate time and frequency resources for transmitting user data and control data to the electronic device 100 and the 5G CPE 500 . However, the 5G base station 700 sends a first radio resource to the electronic device 100 and 5G to transmit control data for NR measurement and NR measurement report in the RRC-connected state. It can be assigned to the CPE (500). On the other hand, the 5G base station 700 may allocate the second radio resource to the electronic device 100 and the 5G CPE 500 to transmit user data when the PDN (Packet Data Network) attach is completed. .
  • PDN Packet Data Network
  • the transceiver 520 is configured to transmit and receive a radio signal. Specifically, the transceiver 520 is configured to transmit and receive a 5G NR signal, and may transmit and receive a 4G LTE signal.
  • the 5G wireless communication module for transmitting and receiving the 5G NR signal and the 4G wireless communication module for transmitting and receiving the 4G LTE signal may be implemented in one physical chip or in a separate chip.
  • the second transceiver 530 is configured to perform short-range communication with the electronic device 100 . Specifically, the second transceiver 530 may perform short-distance communication with the paired electronic device 100 by performing a pairing process for short-distance communication with the neighboring electronic device 100 .
  • the controller (processor) 510 is connected to the transceiver 520 and is configured to provide a wireless signal received from the base station to the electronic device 100 . According to the present invention, the controller (processor) 510 can control the radio signal not to be transmitted through the transceiver 520 when a cell search is initiated in the test mode. have.
  • the display unit 540 may be configured to display the 5G NR signal quality and status received from the base station.
  • the display unit 540 may display information guiding a user or an installer who installs the 5G CPE to arrange the 5G CPE at an optimal position and angle.
  • the 5G base station 700 is a 5G communication relay device, that is, when the 5G CEP 500 operates in a test mode and cell search is initiated, the 5G CEP 500 is the user It is possible to control not to transmit a signal, including data and control data.
  • the 5G base station 700 when cell search is initiated, the 5G base station 700 does not allocate time and frequency resources for transmitting user data and control data to the electronic device 100 and the 5G CPE 500 . However, the 5G base station 700 sends a first radio resource to the electronic device 100 and 5G to transmit control data for NR measurement and NR measurement report in the RRC-connected state. It can be assigned to the CPE (500). On the other hand, the 5G base station 700 may allocate the second radio resource to the electronic device 100 and the 5G CPE 500 to transmit user data when the PDN (Packet Data Network) attach is completed. .
  • PDN Packet Data Network
  • FIG. 3B shows a detailed configuration of a 5G CPE that transmits a 5G radio signal between a 5G base station and a UE according to an embodiment.
  • the 5G CPE 500 includes a reception antenna (RX ANT), a transmission antenna (TX ANT), a control unit 510 , and a transmission/reception unit 520 .
  • the 5G CPE 500 may amplify and process the 5G radio signal received from the 5G base station 700 through the reception antenna (RX ANT) through the transceiver 520 .
  • the 5G CPE 500 may transmit the amplified and processed 5G radio signal to the first UE 100a and the second UE 100b through a transmit antenna (TX ANT).
  • TX ANT transmit antenna
  • the receiving antenna RX ANT and the transmitting antenna TX ANT may share an antenna element.
  • the reception antenna RX ANT includes a plurality of antennas ANT1 to ANT4 , and may simultaneously receive a plurality of signals from the 5G base station 700 in the same band. Accordingly, the 5G CPE 500 may perform DL-MIMO of up to 4 RX.
  • the reception antenna (RX ANT) receives a plurality of signals from a plurality of terminals including the first UE 100a and the second UE 100b and simultaneously transmits a plurality of signals to the 5G base station 700 in the same band.
  • the 5G CPE 500 may perform UL-MIMO of up to 4 TX.
  • the transmitting antenna TX ANT may also include a plurality of antennas ANT1 to ANT4 , and may simultaneously transmit a plurality of signals to the plurality of terminals 100a and 100b in the same band.
  • the transmit antenna (TX ANT) receives a plurality of signals from a plurality of terminals including the first UE 100a and the second UE 100b and simultaneously transmits a plurality of signals to the 5G base station 700 in the same band.
  • the 5G CPE 500 does not have to have both a receive antenna (RX ANT) and a transmit antenna (TX ANT).
  • the 5G CPE 500 may include only a reception antenna (RX ANT), and a separate independent communication relay device may include a transmission antenna (TX ANT).
  • a 5G communication relay device may be provided, but a plurality of antennas are disposed in the 5G communication relay device to provide other communication services. Therefore, the 5G communication relay device has a problem in that it is difficult to implement in a large area so that antennas operating in the 5G mmWave band have sufficiently large directivity.
  • an object of the present invention is to solve the above and other problems.
  • Another object of the present invention is to provide an electronic device having an antenna capable of operating in a mmWave band while operating from a low frequency band to a 5G Sub6 band.
  • Another object of the present invention is to provide an electronic device having an antenna arrangement structure such that a 5G antenna has a sufficient antenna gain.
  • Another object of the present invention is to provide an electronic device having an antenna structure capable of reducing power loss of a 5G antenna.
  • CPE 5G communication repeater
  • It relates to the structure of increasing the peak gain of the mm-Wave antenna for 5G CPE, and in particular, it relates to the structure of the phased array feed reflector antenna operating in the 28GHz/39GHz band.
  • Transmission/reception power of 5G CPE mm-Wave is an important factor that should be increased as much as possible to secure transmission distance and coverage. To this end, when the transmitted power is increased, heat generation of the RF module and internal circuit complexity may increase, which may cause an increase in material cost.
  • the number of antenna arrays may be increased.
  • the module area may increase and the complexity of the antenna circuit and beamforming algorithm may increase.
  • FIG. 4 is an internal configuration diagram of an electronic device having a plurality of antennas according to the present invention.
  • FIG. 5 is a front view of an outdoor unit (ODU) side circuit board in an electronic device having a plurality of antennas according to an exemplary embodiment.
  • ODU outdoor unit
  • an electronic device having an antenna according to the present invention may include an outdoor unit (ODU) side circuit board S1 and an indoor unit (IDU) side frame.
  • the circuit board S1 may be configured such that at least one antenna for receiving the first signal from the base station is disposed.
  • the electronic device may include the second antenna ANT 1150 in a slot area within a frame on the indoor unit (IDU) side.
  • the second antenna ANT 1150 may be configured to transmit the first transmission signal whose amplitude is adjusted to at least one terminal in the indoor area.
  • the second antenna ANT 1150 may include a patch antenna configured to radiate a signal through a slot area formed in a metal frame disposed to be spaced apart from the circuit board S1 by a predetermined distance inside the electronic device. .
  • the ODU side may be defined as a front region, and the IDU side may be defined as a backward region. Accordingly, the beam pattern of the second antenna ANT 1150 on the IDU side may be formed with backward coverage.
  • antennas operable in low band LB or antennas ANT1 and ANT2 operable in middle band MB and high band HB may be disposed.
  • the antennas ANT1 , ANT2 may be configured to operate in the mid-band MB and the high-band HB.
  • a low-band (LB) antenna capable of operating in the low-band (LB) may be separately provided.
  • the antennas ANT1 and ANT2 may be configured to operate in the low band LB in addition to the middle band MB and the high band HB.
  • the low band LB may be considered to include 650 MHz to 900 MHz or 600 MHz to 960 MHz.
  • the middle band (MB) may be regarded as a frequency band starting from 1400 MHz, but is not limited thereto and may be changed according to applications.
  • the high band (HB) is a band higher than the middle band (MB) and may be considered as a frequency band starting from 2500 MHz or 3500 MHz, but is not limited thereto and may be changed according to applications.
  • the present invention intends to propose an antenna operating in the 5G mmWave band in addition to the antenna operating in the 5G Sub6 band.
  • a reflector antenna (REF, 1310) operating in a 5G mmWave band may be disposed in the electronic device.
  • an array antenna configured to feed signals to the reflector antennas REF and 1310 may be disposed.
  • the 5G mmWave band signal may be amplified and processed through the transceiver circuit 1250 , and the baseband processor 1400 may process the frequency-converted signal.
  • the LTE/5G Sub6 band signal may be amplified and processed through the second transceiver circuit 1250b, and the second baseband processor 1400 may process the frequency-converted signal.
  • FIG. 6 shows a comparison between a beam pattern generated through a phased array antenna and a beam pattern generated through a reflector antenna having a power feeding structure using a phased array.
  • phased array antenna when the phased array antenna is disposed inside the electronic device 1000 , a radiation region by a beam pattern is formed on the front surface.
  • the phased array antenna may be disposed on the front surface of the substrate.
  • a radiation region by a beam pattern is formed on the front surface.
  • the phased array element may be disposed on the rear surface of the substrate SUB and configured to feed the reflector antenna REF. Accordingly, a radiation region by a beam pattern of a reflector antenna having a power feeding structure using a phased array is formed on the front surface.
  • FIG. 6A a beam having a directivity in which a beamwidth is reduced in inverse proportion to the number of a plurality of antenna elements is generated.
  • FIG. 6B a beam having a directivity in which a beam width decreases in inverse proportion to the size of the reflector antenna REF is generated.
  • the size of the reflector antenna REF of FIG. 6(b) is larger than the size of the phased array antenna of FIG. 6(a). Accordingly, the reflector antenna REF of FIG. 6B may generate an antenna beam having a narrower beam width. Accordingly, the reflector antenna REF of FIG. 6B may be configured to have a wider coverage area.
  • the array antenna may be configured as a one-dimensional array antenna on the front surface of the reflector antenna.
  • FIG. 7A shows a configuration in which the one-dimensional array antenna is disposed in front of the reflector.
  • FIG. 7B shows a side view in which the array antenna of FIG. 7A is disposed on the front surface of the reflector.
  • FIG. 8A shows a configuration of a one-dimensional array antenna having a double feed structure according to an embodiment.
  • FIG. 8B is a conceptual diagram of dynamically adjusting a beam width of a beam pattern radiated through a reflector antenna using some of a plurality of antenna elements according to an exemplary embodiment.
  • each element of the array antenna 1320 may be connected to the first feeding units H1 to H4 generating horizontally polarized waves and the second feeding units V1 to V4 generating vertical polarized waves.
  • the baseband processor 1400 may control the transceiver 1250 to apply the phase-changed first signal to the array antenna 1320 through the first feeders H1 to H4 .
  • the baseband processor 1400 may be configured to apply the phase-changed second signal to the array antenna 1320 through the second feeders V1 to V4 .
  • the first beam pattern radiated through the reflector antennas REF and 1310 may be formed as a vertically polarized wave and may be formed as a horizontally polarized wave by the second beam pattern.
  • each of the elements 1320 - 1 to 1320 - 4 of the array antenna 1320 may be formed in a multi-layer structure to operate in a wide band.
  • each element 1320 - 1 to 1320 - 4 of the array antenna 1320 may include a first patch antenna and a second patch antenna stacked on top of the first patch antenna.
  • the first feeding units H1 to H4 and the second feeding units V1 to V4 may transmit the first signal and the second signal to the first patch antenna disposed below.
  • FIG. 9 compares two scanning methods in which a beam width of a beam pattern radiated through a reflector antenna is changed according to all/part of a plurality of antenna elements.
  • the electronic device 1000 having an antenna may be configured to include a reflector antenna REF 1310 and an array antenna ARRAY.
  • the electronic device 1000 may be configured to include a reflector antenna REF 1310 , an array antenna ARRAY, a transceiver circuit 1250 , and a baseband processor 1400 .
  • the reflector antenna (REF, 1310) may be disposed inside the electronic device, and may be configured to beam-form and receive a signal from a base station.
  • the reflector antenna (REF, 1310) may be disposed inside the electronic device, and may be configured as a transmitting antenna to beam-form and transmit a signal to the base station.
  • the reflector antennas REF and 1310 may be provided in the outdoor unit ODU of the electronic device to be configured as a transmission/reception antenna.
  • the array antenna ARRAY may be disposed on the front surface of the reflector antennas REF and 1310 to feed the reflector antennas REF and 1310 so that a beam-formed signal is transmitted/received.
  • the array antenna ARRAY may be composed of a plurality of patch antenna elements.
  • the transceiver circuit 1250 may be configured to control a phase of a signal applied to each of the antenna elements.
  • a phase shifter may be provided in the transceiver circuit 1250 or a phase shifter may be provided in an antenna module including an array antenna ARRAY.
  • an array antenna (ARRAY), a phase shifter, and other transceiver circuits may all be implemented as an RFIC-type SoC (System on Chip).
  • the baseband processor 1400 may be operatively coupled to the transceiver circuit 1250 . Accordingly, the baseband processor 1400 may be configured to control the transceiver circuit 1250 so that a signal is beam-formed by controlling a phase of a phase shifter.
  • the array antenna ARRAY may be a one-dimensional array antenna 1320 that is spaced apart from each other at a predetermined interval in one axial direction.
  • the number of antenna elements of the one-dimensional array antenna 1320 is not limited to four, but can be extended to six, eight, ten, twelve, or sixteen.
  • the baseband processor 1400 may control the phase applied to each antenna element of the one-dimensional array antenna 1320 to vary. To this end, the baseband processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 so that the signal radiated through the reflector antenna REF and 1310 is beam-formed in the azimuth direction or the elevation direction.
  • the array antenna in the phased array feeding structure reflector antenna, may be composed of a plurality of one-dimensional array antennas.
  • FIG. 10A shows a configuration and control method in which a one-dimensional array antenna is disposed on the front surface of a reflector according to another embodiment.
  • the array antenna in the phased array feeding structure reflector antenna, may be configured as a two-dimensional array antenna.
  • FIG. 10B shows a configuration and a control method in which a two-dimensional array antenna is disposed on the front surface of a reflector according to another embodiment.
  • the array antenna ARRAY may be configured to include a first array antenna ARRAY1 and a second array antenna ARRAY2 that are antennas.
  • the first arrayed antenna ARRAY1 and the second arrayed antenna ARRAY2 may be disposed substantially perpendicular to each other.
  • the first array antenna ARRAY1 may be configured as a one-dimensional array antenna arranged to be spaced apart from each other at a predetermined interval in one axial direction.
  • the second array antenna ARRAY2 may be configured as a one-dimensional array antenna arranged to be spaced apart from each other by a predetermined interval in the other axis direction perpendicular to one axis direction.
  • the array antenna ARRAY including the first array antenna ARRAY1 and the second array antenna ARRAY2 has an advantage that beamforming is possible in both axial directions compared to the one-dimensional array antenna 1320. .
  • the number of antenna elements does not increase to O(N 2 ) like a two-dimensional array antenna, but has an advantage that the number of antenna elements can be implemented as O(2N). That is, when the number of antenna elements of the one-dimensional array antenna is four, the number of antenna elements of the two-dimensional array antenna consists of 16 antenna elements. On the other hand, in the structure of FIG. 10A , the number of antenna elements of the array antenna may be eight. In addition, when the number of antenna elements of the one-dimensional array antenna is 8, the number of antenna elements of the two-dimensional array antenna is 64. On the other hand, in the structure of FIG. 10A, the number of antenna elements of the array antenna may be 16.
  • the baseband processor 1400 varies the phase applied to each antenna element of the first array antenna ARRAY1 so that the signal is beam-formed at a first angle in the first axis direction.
  • the transceiver circuit 1250 may vary the phase applied to each element of the first arrayed antenna ARRAY1 through the first phase shifter PS1 connected to each element of the first arrayed antenna ARRAY1.
  • the baseband processor 1400 controls the transceiver circuit 1250 so that the signal is beam-formed at a second angle in the second axis direction by varying the phase applied to each antenna element of the second array antenna ARRAY2. can do. Accordingly, the transceiver circuit 1250 may vary the phase applied to each element of the second array antenna ARRAY2 through the second phase shifter PS2 connected to each element of the second array antenna ARRAY2. have.
  • the array antenna ARRAY is a two-dimensional array antenna 1320b in which M antenna elements in one axial direction and N antenna elements in the other axial direction are spaced apart from each other by a predetermined interval.
  • M antenna elements in one axial direction and N antenna elements in the other axial direction are spaced apart from each other by a predetermined interval.
  • the baseband processor 1400 may be configured to vary the phase applied to each antenna element in one axial direction and to vary the phase applied to each antenna element in the other axial direction. Accordingly, the baseband processor 1400 may control the transceiver circuit so that the signal radiated through the reflector antenna 1310b is beam-formed at a specific angle in both axial directions. Accordingly, the transceiver circuit 1250 varies the phase applied to each element of the array antenna ARRAY 1320b through the phase shifters PS-2D 1230 connected to each element of the array antenna ARRAY 1320b. can do.
  • the baseband processor 1400 may control the phase shifters PS-2D and 1230 to vary a phase between antenna elements on a horizontal axis.
  • the baseband processor 1400 may control the phase shifters PS-2D and 1230 to vary a phase between antenna elements on a vertical axis.
  • the baseband processor 1400 may control the phase shifters PS-2D and 1230 to vary the phase between antenna elements on an axis having a predetermined angular direction. have.
  • the baseband processor 1400 in order to perform beamforming in the diagonal axis direction of 45 degrees, is configured to change the phase between the antenna elements on the axis having the diagonal direction so as to vary the phase shifter PS-2D (PS-2D). , 1230) can be controlled.
  • the array antenna ARRAY may generate an antenna beam whose beam width is adjusted by using some of the entire antenna elements, and may perform beamforming using such a beam.
  • beamforming may be generated in one axial direction using the one-dimensional array antenna 1320 .
  • the baseband processor 1400 may provide a signal to some antenna elements of the one-dimensional array antenna 1320 to perform first beamforming with a first beam.
  • a signal may be provided to the antenna elements P3 to P6 in the central region of the one-dimensional array antenna 1320 to perform first beamforming as a first beam.
  • the array antenna formed by the antenna elements P3 to P6 in the central region may be referred to as a sub-array.
  • the beam width BW1 of the beam generated by the reflector antenna REF and 1310 is wider than when the signal is applied to the entire antenna element. That is, when the signal is applied to all the antenna elements P1 to P8, the beam width BW2 of the beam generated by the reflector antenna REF and 1310 is narrower than when the signal is applied to some antenna elements.
  • the switch units SW1 and SW2 may be connected to other antenna elements other than the antenna elements P3 to P6 in the central region.
  • each switch unit may be connected to each antenna element.
  • each switch unit is connected to each predetermined number of elements, thereby reducing the number of switches and shortening the time required for the control operation.
  • the first switch unit SW1 may be connected to the antenna elements P1 and P2 of the left region.
  • the second switch unit SW1 may be connected to the antenna elements P7 and P8 of the right region.
  • a separate switch unit may be connected to the antenna element in the central region to form a dual beam using only the antenna elements in the left region and the right region.
  • positions at which the switch units SW1 and SW2 are disposed are not limited between the phase shifter PS and the transceiver circuit 1250 as shown in FIG. 8B .
  • the receiving end in order to improve noise characteristics, it may be disposed at the rear end of the low noise amplifier (LNA) in the transceiver circuit 1250 .
  • LNA low noise amplifier
  • beamforming may be performed using a beam having a wide beam width BW1 using a sub-array SUB-ARRAY.
  • FIG. 9(a) illustrates a coarse scan concept in which a beam scan is performed using a plurality of beams B1 to B4 having a wide beam width BW1.
  • beamforming may be performed with a beam having a narrow beam width BW2 using the entire array ARRAY.
  • FIG. 9(b) shows a fine scan concept of performing a beam scan with a plurality of beams B2-1 and B2-2 having a narrow beam width BW2.
  • the baseband processor 1400 provides a signal to all antenna elements of the one-dimensional array antenna 1320 with respect to a peripheral area of the area selected according to the first beamforming, and performs beamforming with the second beam. can do.
  • the beam width BW2 of the second beam may be set to be narrower than the beam width BW1 of the first beam.
  • beam search may be performed using 8 beams.
  • FIG. 9( a ) if a coarse scan is performed using some antenna elements and a fine scan is performed again, the beam search time can be shortened.
  • a coarse scan may be performed with four beams using some antenna elements.
  • An optimal beam may be selected by performing a fine scan with two beams again using the entire antenna element for the B2 beam selected as described above. Therefore, when only the fine scan is performed, 8 beam searches are required, but in the coarse + fine scan, only 6 beam searches are required.
  • the coarse + fine scan method is applicable to a structure of a plurality of one-dimensional array antennas ARRAY1 and ARRAY2 and a structure of a two-dimensional array antenna 1320b.
  • the baseband processor 1400 uses at least one of a first sub-array (SUB-ARRAY1) and a second sub-array (SUB-ARRAY2). Beamforming may be performed.
  • a coarse scan may be performed with a first beam having a first beam width BW1 with respect to one axis and/or another axis perpendicular to the one axis.
  • a fine scan may be performed with a second beam having a second beam width BW2 in one axis and/or another axis perpendicular to the one axis in the area around the selected beam.
  • the baseband processor 1400 provides a signal to some antenna elements SUB-ARRAY among the two-dimensional array antenna 1320b to form a first beam with a first beam. can be performed.
  • the baseband processor 1400 provides a signal to all antenna elements of the 2D array antenna 1320b with respect to a peripheral area of the area selected according to the first beamforming to perform second beamforming with a second beam. can do.
  • the beam width BW2 of the second beam may be set to be narrower than the beam width BW1 of the first beam.
  • the reflector antenna system 1300 may be disposed inside an electronic device, that is, a 5G communication relay device, specifically, an outdoor unit (ODU).
  • FIG. 11A shows a configuration in which a reflector antenna according to an embodiment is disposed inside an electronic device, that is, a 5G communication relay device.
  • FIG. 11B is a side view showing a reflector antenna disposed on a circuit board according to an exemplary embodiment.
  • an electronic device may include four cone antennas, that is, a first cone antenna 1100-1 to a fourth cone antenna 1100-4.
  • the number of cone antennas can be changed to various numbers according to applications.
  • the first cone antenna 1100-1 to the fourth cone antenna 1100-4 may be implemented in the same shape for the same antenna performance.
  • the first cone antenna 1100-1 to the fourth cone antenna 1100-4 may be implemented in different shapes for optimal antenna performance and an optimal arrangement structure.
  • the electronic device may be implemented in a communication relay apparatus, a small cell base station, or a base station.
  • the communication relay device may be a Customer Premises Equipment (CPE) capable of providing 5G communication services indoors.
  • CPE Customer Premises Equipment
  • a communication relay device that is, an antenna system disposed in an electronic device, includes a plurality of cone antennas, for example, a first cone antenna 1100-1 to a fourth cone antenna 1100-4.
  • a plurality of cone antennas for example, a first cone antenna 1100-1 to a fourth cone antenna 1100-4.
  • it may be implemented with a plurality of cone antennas disposed on the upper left, upper right, lower left, and lower right of the antenna system, that is, the first to fourth cone antennas 1100-1 to 1100-4.
  • the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4 may include a cone radiator and metal patches 1101-1 and 1101-4.
  • ANT1, LB ANT2) may be further provided.
  • FIG. 12A shows a configuration in which a plurality of antennas and a reflector antenna are disposed and a configuration for controlling them according to an embodiment.
  • FIG. 12B illustrates a plurality of circuit boards and an assembly structure in an electronic device on which the plurality of antennas and the reflector antenna of FIG. 12A are disposed.
  • the array antenna ARRAY 1320 may be disposed on the front surface of a dielectric substrate (SUB).
  • the rear surface of the dielectric substrate SUB may be provided as a ground layer of the array antenna ARRAY 1320 , and the transceiver circuit 1250 may be disposed thereon.
  • the reflector antennas REF and 1310 may be configured to be coupled to a second dielectric substrate disposed under the first dielectric substrate S1 on which a plurality of separate antennas are disposed.
  • the reflector antennas REF and 1310 may be formed as a partial reflector region in the entire reflector structure to have a height that can be disposed between the first dielectric substrate S1 and the space inside the body of the electronic device 1000 . That is, in order to reduce the height of the reflector antenna REF, 1310, it may be configured to have a predetermined height and a predetermined diameter or less.
  • the parabolic curved surface may be adjusted to reduce the height while maintaining the diameter of the reflector antenna REF and 1310 above a certain level. Accordingly, the reflector antennas REF and 1310 according to the present invention may be referred to as a shaped reflector antenna.
  • the reflector antennas REF and 1310 may be implemented in a flat shape rather than a curved shape.
  • a phase mismatch between signals according to the shape of the reflector antennas REF and 1310 may be compensated for by disposing and adjusting the phase of the array antenna ARRAY.
  • the shape of the reflector antennas REF and 1310 is a planar shape
  • the shape of the array antenna ARRAY may be implemented as a two-dimensional array antenna 1320b to compensate for phase mismatch between signals.
  • the transceiver circuit 1250 and the baseband processor 1400 may be disposed on the rear surface of the dielectric substrate 1320b.
  • an electronic device having a plurality of antennas according to the present invention may include a plurality of transceiver circuits and a baseband processor.
  • the second baseband processor 1400b may be configured to control an antenna operating in a different band and the second transceiver circuit 1250b.
  • the second baseband processor 1400b may be operatively coupled to the baseband processor 1400 .
  • the transceiver circuit 1250 and the second transceiver circuit 1250b may be functionally separated and implemented as a single chip Soc.
  • the transceiver circuit 1250 and the second transceiver circuit 1250b may be implemented as separate chips.
  • the baseband processor 1400 and the second baseband processor 1400b may be functionally separated and implemented as a single chip Soc.
  • the baseband processor 1400 and the second baseband processor 1400b may be implemented as separate chips.
  • the second baseband processor 1400b is configured to control the second antennas 1100-1 to 1100-4 and the second transceiver circuit 1250b operating in the LTE band or the 5G Sub 6 band.
  • the baseband processor 1400 may be configured to control the reflector antenna system 1300 and the transceiver circuit 1250 operating in the 5G mmWave band.
  • the electronic device 1000 having antennas operating in different bands may maintain a dual connectivity (DC) state.
  • the baseband processor 1400 may control to be connected to the first base station of the mmWave band.
  • the second baseband processor 1400b may control to be connected to the second base station of the LTE band or the 5G Sub 6 band. Accordingly, it is possible to control the electronic device according to the present invention to be in a dual connectivity (DC) state with different base stations.
  • the electronic device 1000 further includes a first mmWave antenna (mmWave 1) and a second mmWave antenna (mmWave 2) disposed at different positions on the first circuit board S1.
  • mmWave 1 a first mmWave antenna
  • mmWave 2 a second mmWave antenna
  • the baseband processor 1400 includes the transceiver circuit 1250 to perform multiple input/output (MIMO) through the first mmWave antenna (mmWave 1) or the second mmWave antenna (mmWave 2) and the reflector antenna 1300 . can control In this case, the baseband processor 1400 may improve the degree of isolation between MIMO streams by using different types of mmWave antennas.
  • MIMO multiple input/output
  • the baseband processor 1400 uses the reflector antenna 1300 if the signal quality received from either the first mmWave antenna (mmWave 1) or the second mmWave antenna (mmWave 2) is less than or equal to a threshold value.
  • the baseband processor 1400 may perform beamforming by adjusting the phase of the array antenna ARRAY so that a signal is received through the reflector antenna 1300 .
  • the 5G communication relay device 1000 is a reflector antenna (REF, 1310), an array antenna (ARRAY), a transceiver circuit (transceiver circuit, 1250) and a baseband processor (baseband processor) , 1400) may be configured to include.
  • REF reflector antenna
  • ARRAY array antenna
  • transceiver circuit transceiver circuit, 1250
  • baseband processor baseband processor
  • the reflector antenna (REF, 1310) may be disposed inside the communication relay device 100, and may be configured to receive and/or transmit a signal from a base station operating in an mmWave band by beamforming.
  • the array antenna ARRAY may be disposed on the front surface of the reflector antenna and may be configured of a plurality of patch antenna elements to feed the reflector antenna so that a beam-formed signal is received.
  • the transceiver circuit 1250 may be configured to control a phase of a signal applied to each of the antenna elements.
  • the baseband processor 1400 may be operatively coupled to the transceiver circuit 1250 and configured to control the transceiver circuit 1250 so that the signal is beam-formed by controlling the phase of the signal.
  • the 5G communication relay device 1000 may further include an indoor antenna unit 1150 configured to provide a signal of the mmWave band received from the base station to at least one terminal in the indoor region.
  • the array antenna ARRAY may be a one-dimensional array antenna 1320 that is spaced apart from each other at a predetermined interval in one axial direction. Accordingly, the baseband processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to change the phase applied to each antenna element of the one-dimensional array antenna 1320 so that the signal is beam-formed in the azimuth direction or the elevation direction. have.
  • the array antenna is composed of two-dimensional array antennas (ARRAY1 and ARRAY2 or 1320b) in which M antenna elements in one axial direction and N antenna elements in the other axial direction are spaced apart from each other by a predetermined interval.
  • the baseband processor 1400 may be configured to vary the phase applied to each antenna element in one axial direction and to vary the phase applied to each antenna element in the other axial direction.
  • the transceiver circuit 1250 may be controlled so that a signal beam-formed through the reflector antennas REF and 1310 is beam-formed at a specific angle in both axial directions.
  • the array antenna ARRAY may be disposed on the front surface of a dielectric substrate (SUB).
  • the rear surface of the dielectric substrate SUB may be provided as a ground layer of the array antenna ARRAY, and the transceiver circuit 1250 may be disposed thereon.
  • the reflector antennas REF and 1310 may be configured to be coupled to a second dielectric substrate disposed under the first dielectric substrate S1 on which a plurality of separate antennas are disposed. Meanwhile, the reflector antennas REF and 1310 may be formed as a partial reflector region in the entire reflector structure to have a height that can be disposed between the first dielectric substrate S1 and the space inside the body of the electronic device 1000 . That is, in order to reduce the height of the reflector antenna REF, 1310, it may be configured to have a predetermined height and a predetermined diameter or less. In addition, the parabolic curved surface may be adjusted to reduce the height while maintaining the diameter of the reflector antenna REF and 1310 above a certain level. Accordingly, the reflector antennas REF and 1310 according to the present invention may be referred to as a shaped reflector antenna.
  • the reflector antennas REF and 1310 may be implemented in a flat shape rather than a curved shape.
  • a phase mismatch between signals according to the shape of the reflector antennas REF and 1310 may be compensated for by disposing and adjusting the phase of the array antenna ARRAY.
  • the shape of the reflector antennas REF and 1310 is a planar shape
  • the shape of the array antenna ARRAY may be implemented as a two-dimensional array antenna 1320b to compensate for phase mismatch between signals.
  • the 5G communication relay device having a plurality of antennas and a reflector antenna according to the present invention may perform multiple input/output (MIMO) and carrier aggregation (CA) according to various embodiments.
  • MIMO multiple input/output
  • CA carrier aggregation
  • multiple input/output (MIMO) and carrier aggregation (CA) will be described with reference to FIGS. 1 to 11 as follows.
  • the processor 1400b When the resource of the first frequency band is allocated to the communication relay device, the processor 1400b is configured to perform multiple input/output (MIMO) through two or more of the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4. 1250) is controlled.
  • the processor 1400b may control the transceiver circuit 1250 to operate in the first frequency band.
  • the processor 1400b may inactivate some components of the transceiver circuit 1250b operating in the second frequency band.
  • the processor 1400 when the resource of the second frequency band is allocated to the communication relay device, the processor 1400 performs multiple input/output (MIMO) through two or more of the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4. Controls the transceiver 1250b.
  • MIMO multiple input/output
  • the processor 1400b may control the transceiver circuit 1250b to operate in the second frequency band. In this regard, the processor 1400b may inactivate some components of the transceiver circuit 1250b operating in the first frequency band.
  • the processor 1400b may use only one cone antenna. To this end, the processor 1400b may control the transceiver circuit 1250 to perform carrier aggregation (CA) on the first signal and the second signal received through one cone antenna. Accordingly, the processor 1400b may simultaneously acquire both the first and second information included in the first and second signals, respectively.
  • CA carrier aggregation
  • the first frequency band and the second frequency band may refer to two or more bands among a plurality of bands within the LTE/5G Sub6 band.
  • the first frequency band and the second frequency band may be WiFi bands of different bands.
  • the communication relay device may acquire the corresponding band resource based on contention.
  • the cone antenna according to the present invention may be configured to operate in both the middle band (MB) and the high band (HB).
  • the cone antenna may be configured to operate in all of the low band (LB), middle band (MB) and high band (HB).
  • the low band LB may be considered to include 650 MHz to 900 MHz or 600 MHz to 960 MHz.
  • the low band LB is not limited thereto and may be changed according to applications.
  • the middle band (MB) may be regarded as a frequency band starting from 1400 MHz, but is not limited thereto and may be changed according to applications.
  • the high band (HB) is a band higher than the middle band (MB) and may be considered as a frequency band starting from 2500 MHz or 3500 MHz, but is not limited thereto and may be changed according to an application.
  • the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4 are configured to operate in the mid-band (MB) and high-band (HB) of the LTE/5G Sub 6 band.
  • the communication relay device 1000 includes a first LB antenna (LB ANT1) and a second LB antenna operating in a low band (LB) separately from the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4. 2 LB antennas (LB ANT2) may be further included.
  • the communication relay device 1000 may further include a plurality of array antenna modules mmWave1 and mmWave2 operating in a 5G mmWave band.
  • a DL-MIMO stream of up to 4 RX may be received from the 5G base station 700 of FIG. 3B through the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4 according to the present invention.
  • a DL-MIMO stream of up to 4RX may be received from the mmWave base station through the plurality of array antenna modules (mmWave1, mmWave2) and/or the reflector antenna 1300 .
  • the array antenna feeding the reflector antenna 1300 may be the dual feeding antennas 1320-1 to 1320-4 as shown in FIG. 8A .
  • each of the double feed antennas 1320-1 to 1320-4 may include horizontally polarized wave feed units H1 to H4 to form a horizontally polarized wave.
  • each of the double feed antennas 1320-1 to 1320-4 may include vertically polarized wave feeding units V1 to V4 to form a vertically polarized wave.
  • a UL-MIMO stream of up to 4 TX may be received from the 5G base station 700 of FIG. 3B through the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4 according to the present invention.
  • a UL-MIMO stream of up to 4TX may be transmitted from the mmWave base station through the plurality of array antenna modules (mmWave1, mmWave2) and/or the reflector antenna 1400 .
  • the array antenna feeding the reflector antenna 1300 may be the dual feeding antennas 1320-1 to 1320-4 as shown in FIG. 8A .
  • each of the double feed antennas 1320-1 to 1320-4 may include horizontally polarized wave feed units H1 to H4 to form a horizontally polarized wave.
  • each of the double feed antennas 1320-1 to 1320-4 may include vertically polarized wave feeding units V1 to V4 to form a vertically polarized wave.
  • the communication relay device 1000 uses a first band corresponding to the low band (LB) and a second band corresponding to the middle band (MB) and the high band (HB) for carrier aggregation (CA). can be performed.
  • the baseband processor 1400b uses the first band through the low band antenna LB ANT1 or LB ANT2 and the second band through at least one of the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4. to receive a signal.
  • the baseband processor 1400b transmits a signal using a first band through the low band antenna LB ANT1 or LB ANT2 and a second band through at least one of the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4. can be sent.
  • an electronic device with a plurality of antennas and reflector antennas operating in a wide frequency band from a low frequency band to a 5G Sub 6 band and a 5G mmWave band.
  • an electronic device that receives a 5G mmWave signal by beamforming through a reflector antenna by providing an array antenna in various forms.
  • an electronic device that receives a 5G mmWave signal by beamforming through a reflector antenna by providing an array antenna in various forms.
  • the parabolic structure can be designed as a reflective structure using a CPE cover and a heat sink structure.
  • FIG. 12 illustrates a block diagram of a wireless communication system to which the methods proposed in the present specification can be applied.
  • the wireless communication system includes a first communication device 910 and/or a second communication device 920 .
  • 'A and/or B' may be interpreted as having the same meaning as 'including at least one of A or B'.
  • the first communication device may represent the base station and the second communication device may represent the terminal (or the first communication device may represent the terminal and the second communication device may represent the base station).
  • the 5G base station may be the first communication device and the communication relay device may be the second communication device.
  • the communication relay device may be the first communication device and the 5G base station may be the second communication device.
  • the communication relay device may be the first communication device and the 5G UE may be the second communication device.
  • the 5G UE may be the first communication device and the communication relay may be the second communication device.
  • Base station is a fixed station (fixed station), Node B, evolved-NodeB (eNB), gNB (Next Generation NodeB), BTS (base transceiver system), access point (AP: Access Point), gNB (general) NB), 5G system, network, AI system, RSU (road side unit), may be replaced by terms such as robot.
  • the terminal may be fixed or have mobility
  • UE User Equipment
  • MS Mobile Station
  • UT user terminal
  • MSS Mobile Subscriber Station
  • SS Subscriber Station
  • AMS Advanced Mobile
  • WT Wireless terminal
  • MTC Machine-Type Communication
  • M2M Machine-to-Machine
  • D2D Device-to-Device
  • vehicle robot
  • AI module may be replaced by terms such as
  • the first communication device and the second communication device include a processor 911,921, a memory 914,924, one or more Tx/Rx radio frequency modules 915,925, Tx processors 912,922, Rx processors 913,923 , including antennas 916 and 926 .
  • the processor implements the functions, processes and/or methods salpinned above. More specifically, in DL (communication from a first communication device to a second communication device), an upper layer packet from the core network is provided to the processor 911 .
  • the processor implements the functions of the L2 layer.
  • the processor provides multiplexing between logical channels and transport channels, allocation of radio resources to the second communication device 920, and is responsible for signaling to the second communication device.
  • a transmit (TX) processor 912 implements various signal processing functions for the L1 layer (ie, the physical layer).
  • the signal processing function facilitates forward error correction (FEC) in the second communication device, and includes coding and interleaving.
  • FEC forward error correction
  • the coded and modulated symbols are divided into parallel streams, each stream mapped to OFDM subcarriers, multiplexed with a reference signal (RS) in the time and/or frequency domain, and using Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) are combined together to create a physical channel carrying a stream of time domain OFDMA symbols.
  • RS reference signal
  • IFFT Inverse Fast Fourier Transform
  • the OFDM stream is spatially precoded to generate multiple spatial streams.
  • Each spatial stream may be provided to a different antenna 916 via a separate Tx/Rx module (or transceiver) 915 .
  • Each Tx/Rx module may modulate an RF carrier with a respective spatial stream for transmission.
  • each Tx/Rx module (or transceiver) 925 receives a signal via each antenna 926 of each Tx/Rx module.
  • Each Tx/Rx module recovers information modulated with an RF carrier and provides it to a receive (RX) processor 923 .
  • the RX processor implements the various signal processing functions of layer 1.
  • the RX processor may perform spatial processing on the information to recover any spatial streams destined for the second communication device. If multiple spatial streams are destined for the second communication device, they may be combined into a single OFDMA symbol stream by multiple RX processors.
  • the RX processor uses a Fast Fourier Transform (FFT) to transform the OFDMA symbol stream from the time domain to the frequency domain.
  • the frequency domain signal includes a separate OFDMA symbol stream for each subcarrier of the OFDM signal.
  • the symbols and reference signal on each subcarrier are recovered and demodulated by determining the most probable signal placement points transmitted by the first communication device. These soft decisions may be based on channel estimate values.
  • the soft decisions are decoded and deinterleaved to recover the data and control signal originally transmitted by the first communication device on the physical channel. Corresponding data and control signals are provided to the processor 921 .
  • the UL (second communication device to first communication device) is handled in the first communication device 910 in a manner similar to that described with respect to the receiver function in the second communication device 920 .
  • Each Tx/Rx module 925 receives a signal via a respective antenna 926 .
  • Each Tx/Rx module provides an RF carrier and information to the RX processor 923 .
  • the processor 921 may be associated with a memory 924 that stores program code and data. Memory may be referred to as a computer-readable medium.
  • the design of the plurality of antennas and the phased array feeding structure reflector antenna and their driving can be implemented as computer-readable codes on a program-recorded medium.
  • the computer-readable medium includes any type of recording device in which data readable by a computer system is stored. Examples of the computer-readable medium include a hard disk drive (HDD), a solid state disk (SSD), a silicon disk drive (SDD), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device. and the like, and also includes those implemented in the form of a carrier wave (eg, transmission through the Internet).
  • the computer may include a control unit of the terminal.

Landscapes

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Abstract

본 발명에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 상기 전자 기기 내부에 배치되고, 기지국으로부터 신호를 빔 포밍하여 수신하도록 구성된 반사판 안테나(reflector antenna) 및 상기 반사판 안테나의 전면에 배치되어 상기 빔 포밍된 신호가 수신되도록 상기 반사판 안테나를 급전하도록 복수의 패치 안테나 소자들로 구성된 배열 안테나를 포함할 수 있다.

Description

안테나를 구비하는 전자 기기
본 발명은 안테나를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다. 특정 구현은 5G mmWave 대역에서 동작하는 안테나를 구비하는 전자 기기와 관련된다.
전자기기(electronic devices)는 이동 가능여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)로 나뉠 수 있다. 다시 전자기기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mounted terminal)로 나뉠 수 있다.
전자기기의 기능은 다양화되고 있다. 예를 들면, 데이터와 음성통신, 카메라를 통한 사진촬영 및 비디오 촬영, 음성녹음, 스피커 시스템을 통한 음악파일 재생 그리고 디스플레이부에 이미지나 비디오를 출력하는 기능이 있다. 일부 단말기는 전자게임 플레이 기능이 추가되거나, 멀티미디어 플레이어 기능을 수행한다. 특히 최근의 이동 단말기는 방송과 비디오나 텔레비전 프로그램과 같은 시각적 컨텐츠를 제공하는 멀티캐스트 신호를 수신할 수 있다.
이와 같은 전자기기는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.
이러한 전자기기의 기능 지지 및 증대를 위해, 단말기의 구조적인 부분 및/또는 소프트웨어적인 부분을 개량하는 것이 고려될 수 있다.
상기 시도들에 더하여, 최근 전자기기는 LTE 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공하고 있다. 또한, 향후에는 5G 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공할 것으로 기대된다. 한편, LTE 주파수 대역 중 일부를 5G 통신 서비스를 제공하기 위하여 할당될 수 있다.
이와 관련하여, 이동 단말기는 5G 통신 서비스를 다양한 주파수 대역에서 제공하도록 구성될 수 있다. 최근에는 6GHz 대역 이하의 Sub6 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 하지만, 향후에는 보다 빠른 데이터 속도를 위해 Sub6 대역 이외에 밀리미터파(mmWave) 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공할 것으로 예상된다.
이에 따라, 5G mmWave 신호를 이용한 무선 통신 시 5G mmWave 신호는 건물 내의 실내 공간으로 전달되기 어렵다는 문제점이 있다. 이를 극복하기 위해, 5G 통신 중계 장치가 제공될 수 있지만, 5G 통신 중계 장치는 다른 통신 서비스를 제공하기 위해 복수의 안테나들이 배치되어 있다. 따라서, 5G 통신 중계 장치는 5G mmWave 대역에서 동작하는 안테나들이 충분히 큰 지향성을 갖도록 넓은 면적으로 구현되기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 저주파수 대역에서 5G Sub6 대역과 mmWave 대역에서 동작 가능한 안테나를 구비하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 5G 안테나가 충분한 안테나 이득을 가지도록 안테나 배치 구조를 갖는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 5G 안테나의 급전 손실을 감소시킬 수 있는 안테나 구조를 갖는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 상기 전자 기기 내부에 배치되고, 기지국으로부터 신호를 빔 포밍하여 수신하도록 구성된 반사판 안테나(reflector antenna) 및 상기 반사판 안테나의 전면에 배치되어 상기 빔 포밍된 신호가 수신되도록 상기 반사판 안테나를 급전하도록 복수의 패치 안테나 소자들로 구성된 배열 안테나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 안테나 소자들 각각에 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 위상을 제어하여 상기 신호가 빔 포밍 되도록 상기 송수신부 회로를 제어하는 기저대역 프로세서(baseband processor)를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 배열 안테나는 일 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치되는 1차원 배열 안테나일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 1차원 배열 안테나의 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하여 상기 신호가 방위각 방향 또는 앙각 방향으로 빔 포밍 되도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 배열 안테나는 일 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 1차원 배열 안테나인 제1 배열 안테나를 포함할 수 있다. 한편, 상기 배열 안테나는 상기 일 축 방향에 수직한 타 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 1차원 배열 안테나인 제2 배열 안테나를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 배열 안테나의 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하여 상기 신호가 제1 축 방향으로 제1 각도로 빔 포밍 되도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제2 배열 안테나의 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하여 상기 신호가 제2 축 방향으로 제2 각도로 빔 포밍 되도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 배열 안테나는 일 축 방향으로 M개의 안테나 소자와 타 축 방향으로 N개의 안테나 소자가 소정 간격으로 이격되어 배치된 2차원 배열 안테나일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 일 축 방향으로 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하고, 상기 타 축 방향으로 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하여 상기 신호가 양 축 방향으로 특정 각도로 빔 포밍 되도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 배열 안테나의 각각의 소자는 수평 편파를 생성하는 제1 급전부 및 수직 편파를 생성하는 제2 급전부와 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 급전부를 통해 위상 가변된 제1 신호가 상기 배열 안테나로 인가되고, 상기 제2 급전부를 통해 위상 가변된 제2 신호가 상기 배열 안테나로 인가되도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 반사판 안테나를 통해 방사되는 제1 빔 패턴은 수직 편파로 형성되고 제2 빔 패턴에 의해 수평 편파로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 1차원 배열 안테나 중 일부 안테나 소자로 신호를 제공하여 제1 빔으로 제1 빔 포밍을 수행할 수 있다. 한편, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 빔 포밍에 따라 선정된 영역의 주변 영역에 대해, 상기 1차원 배열 안테나의 전체 안테나 소자로 신호를 제공하여 제2 빔으로 빔 포밍을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 빔의 빔 폭은 상기 제1 빔의 빔 폭보다 좁게 설정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 2차원 배열 안테나 중 일부 안테나 소자로 신호를 제공하여 제1 빔으로 빔 포밍을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 빔 포밍에 따라 선정된 영역의 주변 영역에 대해, 상기 2차원 배열 안테나의 전체 안테나 소자로 신호를 제공하여 제2 빔으로 빔 포밍을 수행할 수 있다. 한편, 상기 제2 빔의 빔 폭은 상기 제1 빔의 빔 폭보다 좁게 설정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 배열 안테나는 유전체 기판(dielectric substrate)의 전면에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 유전체 기판의 배면은 상기 배열 안테나의 그라운드 층으로 제공되고, 상기 송수신부 회로가 배치되도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반사판 안테나는 별도의 복수의 안테나들이 배치되는 제1 유전체 기판의 하부에 배치되는 제2 유전에 기판과 체결되도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반사판 안테나는 상기 제1 유전체 기판과 상기 전자 기기의 바디 내부의 공간에 배치될 수 있는 높이를 갖도록 전체 반사판 구조에서 일부 반사판 영역으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 유전체 기판의 배면에는 상기 송수신부 회로와 상기 기저대역 프로세서가 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 다른 대역에서 동작하는 안테나와 제2 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 제2 기저대역 프로세서를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기저대역 프로세서는 상기 기저대역 프로세서와 동작 가능하게 결합될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기저대역 프로세서는 LTE 대역 또는 5G Sub 6 대역에서 동작하는 제2 안테나와 제2 송수신부 회로를 제어하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 mmWave 대역의 제1 기지국과 연결 상태가 되도록 제어할 수 있다. 한편, 상기 제2 기저대역 프로세서는 LTE 대역 또는 5G Sub 6 대역의 제2 기지국과 연결 상태가 되도록 제어하여, 상기 전자 기기가 이중 연결(dual connectivity, DC) 상태가 되도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 회로 기판의 서로 다른 위치에 배치되는 제1 mmWave 안테나 및 제2 mmWave 안테나를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 mmWave 안테나 또는 상기 제2 mmWave 안테나와 상기 반사판 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 mmWave 안테나 또는 상기 제2 mmWave 안테나 중 어느 하나로부터 수신되는 신호 품질이 임계치 이하이면, 상기 반사판 안테나를 통해 신호가 수신되도록 빔 포밍을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 통신 중계 장치가 제공된다. 상기 통신 중계 장치는 상기 통신 중계 장치 내부에 배치되고, mmWave 대역에서 동작하는 기지국으로부터 신호를 빔 포밍하여 수신하도록 구성된 반사판 안테나(reflector antenna) 및 상기 반사판 안테나의 전면에 배치되어 상기 빔 포밍된 신호가 수신되도록 상기 반사판 안테나를 급전하도록 복수의 패치 안테나 소자들로 구성된 배열 안테나를 포함하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 안테나 소자들 각각에 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 위상을 제어하여 상기 신호가 빔 포밍 되도록 상기 송수신부 회로를 제어하는 기저대역 프로세서(baseband processor)를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기지국으로부터 수신된 mmWave 대역의 신호를 실내 영역(indoor region) 내의 적어도 하나의 단말로 제공하도록 구성된 실내 안테나 유닛(indoor antenna unit)을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 복수의 안테나와 반사판 안테나를 구비하는 전자 기기 및 5G 통신 중계 장치에 대해 살펴보았다. 이와 같은 복수의 안테나와 반사판 안테나를 구비하는 전자 기기 및 5G 통신 중계 장치의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 저주파수 대역에서 5G Sub 6 대역과 5G mmWave 대역까지 넓은 주파수 대역에서 동작하는 복수 개의 안테나와 반사판 안테나를 전자 기기에 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 배열 안테나를 다양한 형태로 제공하여 반사판 안테나를 통해 빔 포밍하여 5G mmWave 신호를 수신하는 전자 기기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 배열 안테나를 다양한 형태로 제공하여 반사판 안테나를 통해 빔 포밍하여 5G mmWave 신호를 수신하는 전자 기기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 파라볼라 반사판으로 인하여 안테나의 지향성 향상 및 안테나의 실효방사면적 증가로 5G mmWave 신호 수신 시 안테나 이득 증가 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, parabolic 구조는 CPE 커버 및 히트싱크 구조를 이용하여 반사 구조를 설계할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명과 관련된 전자 기기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
도 3a는 본 발명에 따른 5G CPE와 전자 기기의 상세 구성을 나타낸다.
도 3b는 일 실시 예에 따른 5G 기지국과 UE 간에 5G 무선 신호를 전달하는 5G CPE의 상세 구성을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 복수의 안테나를 구비하는 전자 기기의 내부 구성도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나를 구비하는 전자 기기에서 실외 유닛(ODU) 측 회로 기판의 전면도이다.
도 6은 위상 배열 안테나를 통해 생성되는 빔 패턴과 위상 배열을 이용한 급전 구조를 갖는 반사판 안테나를 통해 생성되는 빔 패턴을 비교한 것이다.
도 7a는 1차원 배열 안테나가 반사판 전면에 배치된 구성을 나타낸다.
도 7b는 도 7a의 배열 안테나가 반사판 전면에 배치된 측면도를 나타낸다.
도 8a는 일 실시 예에 따른 이중 급전 구조를 갖는 1차원 배열 안테나 구성을 나타낸다.
도 8b는 일 실시 예에 따른 다수의 안테나 소자 중 일부를 이용하여 반사판 안테나를 통해 방사되는 빔 패턴의 빔 폭을 동적으로 조정하는 개념도이다.
도 9는 다수의 안테나 소자 중 전부/일부를 이용함에 따라 반사판 안테나를 통해 방사되는 빔 패턴의 빔 폭이 변경되는 2가지 방식의 스캔 방식을 비교한 것이다.
도 10a는 다른 실시 예에 따른 1차원 배열 안테나가 반사판 전면에 배치된 구성 및 제어 방법을 나타낸다.
도 10b는 또 다른 실시 예에 따른 2차원 배열 안테나가 반사판 전면에 배치된 구성 및 제어 방법을 나타낸다.
도 11a는 일 실시 예에 따른 반사판 안테나가 전자 기기, 즉 5G 통신 중계 장치의 내부에 배치된 구성을 나타낸다.
도 11b는 일 실시 예에 따른 반사판 안테나가 회로 기판에 배치된 측면도를 나타낸다.
도 12a는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나들과 반사판 안테나가 배치된 구성과 이들을 제어하는 구성을 나타낸다.
도 12b는 도 12a의 복수의 안테나들과 반사판 안테나가 배치되는 전자 기기 내의 복수의 회로 기판 및 조립 구조를 나타낸다.
도 13은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명과 관련된 전자 기기를 설명하기 위한 블록도이다.
상기 전자 기기(100)는 무선 통신부(110), 입력부(120), 센싱부(140), 출력부(150), 인터페이스부(160), 메모리(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들은 전자 기기를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 전자 기기는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 무선 통신부(110)는, 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(110)는, 전자 기기(100)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 하나 이상의 네트워크는 예컨대 4G 통신 네트워크 및 5G 통신 네트워크일 수 있다.
이러한 무선 통신부(110)는, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113), 위치정보 모듈(114) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
4G 무선 통신 모듈(111)은 4G 이동통신 네트워크를 통해 4G 기지국과 4G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 4G 무선 통신 모듈(111)은 하나 이상의 4G 송신 신호를 4G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 4G 무선 통신 모듈(111)은 하나 이상의 4G 수신 신호를 4G 기지국으로부터 수신할 수 있다.
이와 관련하여, 4G 기지국으로 전송되는 복수의 4G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다. 또한, 4G 기지국으로부터 수신되는 복수의 4G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다.
5G 무선 통신 모듈(112)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 여기서, 4G 기지국과 5G 기지국은 비-스탠드 얼론(NSA: Non-Stand-Alone) 구조일 수 있다. 예컨대, 4G 기지국과 5G 기지국은 셀 내 동일한 위치에 배치되는 공통-배치 구조(co-located structure)일 수 있다. 또는, 5G 기지국은 4G 기지국과 별도의 위치에 스탠드-얼론(SA: Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다.
5G 무선 통신 모듈(112)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 5G 무선 통신 모듈(112)은 하나 이상의 5G 송신 신호를 5G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(112)은 하나 이상의 5G 수신 신호를 5G 기지국으로부터 수신할 수 있다.
이때, 5G 주파수 대역은 4G 주파수 대역과 동일한 대역을 사용할 수 있고, 이를 LTE 재배치(re-farming)이라고 지칭할 수 있다. 한편, 5G 주파수 대역으로, 6GHz 이하의 대역인 Sub6 대역이 사용될 수 있다.
반면, 광대역 고속 통신을 수행하기 위해 밀리미터파(mmWave) 대역이 5G 주파수 대역으로 사용될 수 있다. 밀리미터파(mmWave) 대역이 사용되는 경우, 전자 기기(100)는 기지국과의 통신 커버리지 확장(coverage expansion)을 위해 빔 포밍(beam forming)을 수행할 수 있다.
한편, 5G 주파수 대역에 관계없이, 5G 통신 시스템에서는 전송 속도 향상을 위해, 더 많은 수의 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)을 지원할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 기지국으로 전송되는 복수의 5G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) MIMO가 수행될 수 있다. 또한, 5G 기지국으로부터 수신되는 복수의 5G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) MIMO가 수행될 수 있다.
한편, 무선 통신부(110)는 4G 무선 통신 모듈(111)과 5G 무선 통신 모듈(112)을 통해 4G 기지국 및 5G 기지국과 이중 연결(DC: Dual Connectivity) 상태일 수 있다. 이와 같이, 4G 기지국 및 5G 기지국과의 이중 연결을 EN-DC(EUTRAN NR DC)이라 지칭할 수 있다. 여기서, EUTRAN은 Evolved Universal Telecommunication Radio Access Network로 4G 무선 통신 시스템을 의미하고, NR은 New Radio로 5G 무선 통신 시스템을 의미한다.
한편, 4G 기지국과 5G 기지국이 공통-배치 구조(co-located structure)이면, 이종 반송파 집성(inter-CA(Carrier Aggregation)을 통해 스루풋(throughput) 향상이 가능하다. 따라서, 4G 기지국 및 5G 기지국과 EN-DC 상태이면, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 통해 4G 수신 신호와 5G 수신 신호를 동시에 수신할 수 있다.
근거리 통신 모듈(113)은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 이러한, 근거리 통신 모듈(114)은, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100, 또는 외부서버)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다. 상기 근거리 무선 통신망은 근거리 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Networks)일 수 있다.
한편, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 이용하여 전자 기기 간 근거리 통신이 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 기지국을 경유하지 않고 전자 기기들 간에 D2D (Device-to-Device) 방식에 의해 근거리 통신이 수행될 수 있다.
한편, 전송 속도 향상 및 통신 시스템 융합(convergence)을 위해, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112) 중 적어도 하나와 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈(111)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 4G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 또는, 5G 무선 통신 모듈(112)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 5G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
위치정보 모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 WiFi(Wireless Fidelity) 모듈이 있다. 예를 들어, 전자 기기는 GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 다른 예로서, 전자 기기는 Wi-Fi모듈을 활용하면, Wi-Fi모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 필요에 따라서, 위치정보모듈(114)은 치환 또는 부가적으로 전자 기기의 위치에 관한 데이터를 얻기 위해 무선 통신부(110)의 다른 모듈 중 어느 기능을 수행할 수 있다. 위치정보모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위해 이용되는 모듈로, 전자 기기의 위치를 직접적으로 계산하거나 획득하는 모듈로 한정되지는 않는다.
구체적으로, 전자 기기는 5G 무선 통신 모듈(112)을 활용하면, 5G 무선 통신 모듈 과 무선신호를 송신 또는 수신하는 5G 기지국의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 특히, 밀리미터파(mmWave) 대역의 5G 기지국은 좁은 커버리지를 갖는 소형 셀(small cell)에 배치(deploy)되므로, 전자 기기의 위치를 획득하는 것이 유리하다.
입력부(120)는, 영상 신호 입력을 위한 카메라(121) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 122), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(123, 예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.
센싱부(140)는 전자 기기 내 정보, 전자 기기를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(140)는 근접센서(141, proximity sensor), 조도 센서(142, illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(121 참조)), 마이크로폰(microphone, 122 참조), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 전자 기기는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부(151), 음향 출력부(152), 햅팁 모듈(153), 광 출력부(154) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부(151)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부(123)로써 기능함과 동시에, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.
인터페이스부(160)는 전자 기기(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 인터페이스부(160)는, 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자 기기(100)에서는, 상기 인터페이스부(160)에 외부 기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부 기기와 관련된 적절할 제어를 수행할 수 있다.
또한, 메모리(170)는 전자 기기(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 전자 기기(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 전자 기기(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 또한 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 전자 기기(100)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 전자 기기(100)상에 존재할 수 있다. 한편, 응용 프로그램은, 메모리(170)에 저장되고, 전자 기기(100) 상에 설치되어, 제어부(180)에 의하여 상기 전자 기기의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.
제어부(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 전자 기기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(180)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1a와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 전자 기기(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
전원공급부(190)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 전자 기기(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(190)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.
상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법은 상기 메모리(170)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 전자 기기 상에서 구현될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 다중 송신 시스템 구조 및 이를 구비하는 전자 기기, 특히 이종 무선 시스템(heterogeneous radio system)에서 전력 증폭기 및 이를 구비하는 전자 기기와 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보겠다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 2는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다. 도 2를 참조하면, 전자 기기는 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220) 및 RFIC(250)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 모뎀(Modem, 400) 및 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor, 450)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 모뎀(Modem, 400)과 어플리케이션 프로세서(AP, 450)와 물리적으로 하나의 chip에 구현되고, 논리적 및 기능적으로 분리된 형태로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 물리적으로 분리된 chip의 형태로 구현될 수도 있다.
한편, 전자 기기는 수신부에서 복수의 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 310 내지 340)을 포함한다. 여기서, 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220), 제어부(250) 및 복수의 저잡음 증폭기(310 내지 340)는 모두 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템에서 동작 가능하다. 이때, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 각각 4G 통신 시스템과 5G 통신 시스템일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, RFIC(250)는 4G/5G 일체형으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. RFIC(250)가 4G/5G 일체형으로 구성되는 경우, 4G/5G 회로 간 동기화 (synchronization) 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 모뎀(400)에 의한 제어 시그널링이 단순화될 수 있다는 장점이 있다.
한편, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G RFIC 및 5G RFIC로 각각 지칭될 수 있다. 특히, 5G 대역이 밀리미터파 대역으로 구성되는 경우와 같이 5G 대역과 4G 대역의 대역 차이가 큰 경우, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. 이와 같이, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G 대역과 5G 대역 각각에 대하여 RF 특성을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
한편, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우에도 4G RFIC 및 5G RFIC가 논리적 및 기능적으로 분리되고 물리적으로는 하나의 chip에 구현되는 것도 가능하다.
한편, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어하도록 구성한다. 구체적으로, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 모뎀(400)을 통해 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 전자 기기의 저전력 동작(low power operation)을 위해 전력 관리 IC (PMIC: Power Management IC)를 통해 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 모뎀(400)은 RFIC(250)를 통해 송신부 및 수신부의 전력 회로를 저전력 모드에서 동작시킬 수 있다.
이와 관련하여, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 전자 기기가 대기 모드(idle mode)에 있다고 판단되면, 모뎀(400)을 통해 RFIC(250)를 다음과 같이 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기가 대기 모드(idle mode)에 있다면, 제1 및 제2 전력 증폭기(110, 120) 중 적어도 하나가 저전력 모드에서 동작하거나 또는 오프(off)되도록 모뎀(400)을 통해 RFIC(250)를 제어할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 전자 기기가 low battery mode이면, 저전력 통신이 가능한 무선 통신을 제공하도록 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기가 4G 기지국, 5G 기지국 및 액세스 포인트 중 복수의 엔티티와 연결된 경우, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 가장 저전력으로 무선 통신이 가능하도록 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스루풋을 다소 희생하더라도 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 근거리 통신 모듈(113)만을 이용하여 근거리 통신을 수행하도록 모뎀(400)과 RFIC(250)를 제어할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 전자 기기의 배터리 잔량이 임계치 이상이면, 최적의 무선 인터페이스를 선택하도록 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 배터리 잔량과 가용 무선 자원 정보에 따라 4G 기지국 및 5G 기지국 모두를 통해 수신할 수 있도록 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 이때, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 배터리 잔량 정보는 PMIC로부터 수신하고, 가용 무선 자원 정보는 모뎀(400)으로부터 수신할 수 있다. 이에 따라, 배터리 잔량과 가용 무선 자원이 충분하면, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 4G 기지국 및 5G 기지국 모두를 통해 수신할 수 있도록 모뎀(400)과 RFIC(250)를 제어할 수 있다.
한편, 도 2의 다중 송수신 시스템(multi-transceiving system)은 각각의 무선 시스템(radio System)의 송신부와 수신부를 하나의 송수신부로 통합할 수 있다. 이에 따라, RF 프론트 엔드(Front-end)에서 두 종류의 시스템 신호를 통합하는 회로부분을 제거할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 프론트 엔드 부품을 통합된 송수신부로 제어 가능하므로, 송수신 시스템이 통신 시스템 별로 분리되었을 경우보다 효율적으로 프론트 엔드 부품을 통합할 수 있다.
또한, 통신 시스템 별로 분리되는 경우, 필요에 따라 다른 통신 시스템을 제어하는 것이 불가능하거나, 이로 인한 시스템 지연(system delay)를 가중시키기 때문에 효율적인 자원 할당이 불가능하다. 반면에, 도 2와 같은 다중 송수신 시스템은, 필요에 따라 다른 통신 시스템을 제어하는 것이 가능하고, 이로 인한 시스템 지연을 최소화할 수 있어 효율적인 자원 할당이 가능한 장점이 있다.
한편, 제1 전력 증폭기(210)와 제2 전력 증폭기(220)는 제1 및 제2 통신 시스템 중 적어도 하나에서 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 통신 시스템이 4G 대역 또는 Sub6 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(220)는 제1 및 제2 통신 시스템에서 모두 동작 가능하다.
반면에, 5G 통신 시스템이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)는 어느 하나는 4G 대역에서 동작하고, 다른 하나는 밀리미터파 대역에서 동작할 수 있다.
한편, 송수신부와 수신부를 통합하여, 송수신 겸용 안테나를 이용하여 하나의 안테나로 2개의 서로 다른 무선 통신 시스템을 구현할 수 있다. 이때, 도 2와 같이 4개의 안테나를 이용하여 4x4 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 하향링크(DL)를 통해 4x4 DL MIMO가 수행될 수 있다.
한편, 5G 대역이 Sub6 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역에서 모두 동작하도록 구성될 수 있다. 반면에, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역 중 어느 하나의 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이때, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 별도의 복수 안테나 각각이 밀리미터파 대역에서 배열 안테나로 구성될 수 있다.
한편, 4개의 안테나 중 제1 전력 증폭기(210)와 제2 전력 증폭기(220)에 연결된 2개의 안테나를 이용하여 2x2 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 상향링크(UL)를 통해 2x2 UL MIMO (2 Tx)가 수행될 수 있다. 또는, 2x2 UL MIMO에 한정되는 것은 아니고, 1 Tx 또는 4 Tx로 구현 가능하다. 이때, 5G 통신 시스템이 1 Tx로 구현되는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220) 중 어느 하나만 5G 대역에서 동작하면 된다. 한편, 5G 통신 시스템이 4Tx로 구현되는 경우, 5G 대역에서 동작하는 추가적인 전력 증폭기가 더 구비될 수 있다. 또는, 하나 또는 두 개의 송신 경로 각각에서 송신 신호를 분기하고, 분기된 송신 신호를 복수의 안테나에 연결할 수 있다.
한편, RFIC(250)에 해당하는 RFIC 내부에 스위치 형태의 분배기(Splitter) 또는 전력 분배기(power divider)가 내장되어 있어, 별도의 부품이 외부에 배치될 필요가 없고 이로 인해 부품 실장성을 개선시킬 수 있다. 구체적으로, 제어부(250)에 해당하는 RFIC 내부에 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태의 스위치를 사용하여 2개의 서로 다른 통신 시스템의 송신부(TX) 선택이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기는 위상 제어부(230), 듀플렉서(duplexer, 231), 필터(232) 및 스위치(233)를 더 포함할 수 있다.
mmWave 대역과 같은 주파수 대역에서 전자 기기는 기지국과의 통신을 위한 커버리지 확보를 위해 지향성 빔을 사용할 필요가 있다. 이를 위해, 각각의 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 복수의 안테나 소자들로 이루어질 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)로 구현될 필요가 있다. 위상 제어부(230)는 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 안테나 소자로 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성 가능하다. 이와 관련하여, 위상 제어부(230)는 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 안테나 소자로 인가되는 신호의 크기와 위상을 모두 제어 가능하다. 이에 따라, 위상 제어부(230)는 신호의 크기와 위상을 모두 제어하므로 전력 및 위상 제어부(230)로 지칭할 수 있다.
따라서, 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 안테나 소자에 인가되는 신호의 위상을 제어하여, 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)를 통해 독립적으로 빔 포밍(beam-forming)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)를 통해 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다. 이 경우, 위상 제어부(230)는 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)가 서로 다른 방향으로 빔을 형성하도록 각각의 안테나 소자에 인가되는 신호의 위상을 제어할 수 있다.
듀플렉서(231)는 송신 대역과 수신 대역의 신호를 상호 분리하도록 구성된다. 이때, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)를 통해 송신되는 송신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트를 통해 안테나(ANT1, ANT4)에 인가된다. 반면에, 안테나(ANT1, ANT4)를 통해 수신되는 수신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제2 출력포트를 통해 저잡음 증폭기(310, 340)로 수신된다.
필터(232)는 송신 대역 또는 수신 대역의 신호를 통과(pass)시키고 나머지 대역의 신호는 차단(block)하도록 구성될 수 있다. 이때, 필터(232)는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트에 연결되는 송신 필터와 듀플렉서(231)의 제2 출력포트에 연결되는 수신 필터로 구성될 수 있다. 대안적으로, 필터(232)는 제어 신호에 따라 송신 대역의 신호만을 통과시키거나 또는 수신 대역의 신호만을 통과시키도록 구성될 수 있다.
스위치(233)는 송신 신호 또는 수신 신호 중 어느 하나만을 전달하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시 예에서, 스위치(233)는 시분할 다중화(TDD: Time Division Duplex) 방식으로 송신 신호와 수신 신호를 분리하도록 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 이때, 송신 신호와 수신 신호는 동일 주파수 대역의 신호이고, 이에 따라 듀플렉서(231)는 서큘레이터(circulator) 형태로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에서, 스위치(233)는 주파수 분할 다중화(FDD: Time Division Duplex) 방식에서도 적용 가능하다. 이때, 스위치(233)는 송신 신호와 수신 신호를 각각 연결 또는 차단할 수 있도록 DPDT (Double Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 한편, 듀플렉서(231)에 의해 송신 신호와 수신 신호의 분리가 가능하므로, 스위치(233)가 반드시 필요한 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따른 전자 기기는 제어부에 해당하는 모뎀(400)을 더 포함할 수 있다. 이때, RFIC(250)와 모뎀(400)을 각각 제1 제어부 (또는 제1 프로세서)와 제2 제어부(제2 프로세서)로 지칭할 수 있다. 한편, RFIC(250)와 모뎀(400)은 물리적으로 분리된 회로로 구현될 수 있다. 또는, RFIC(250)와 모뎀(400)은 물리적으로 하나의 회로에 논리적 또는 기능적으로 구분될 수 있다.
모뎀(400)은 RFIC(250)를 통해 서로 다른 통신 시스템을 통한 신호의 송신과 수신에 대한 제어 및 신호 처리를 수행할 수 있다. 모뎀(400)은 4G 기지국 및/또는 5G 기지국으로부터 수신된 제어 정보(Control Information)를 통해 획득할 수 있다. 여기서, 제어 정보는 물리 하향링크 제어 채널(PDCCH: Physical Downlink Control Channel)을 통해 수신될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
모뎀(400)은 특정 시간 및 주파수 자원에서 제1 통신 시스템 및/또는 제2 통신 시스템을 통해 신호를 송신 및/또는 수신하도록 RFIC(250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, RFIC(250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 송신하도록 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)를 포함한 송신 회로들을 제어할 수 있다. 또한, RFIC(250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 수신하도록 제1 내지 제4 저잡음 증폭기(310 내지 340)를 포함한 수신 회로들을 제어할 수 있다.
한편, 도 2와 같은 다중 송수신 시스템이 구비된 본 발명에 따른 서로 다른 대역에서 동작하는 안테나를 구비하는 전자기기의 구체적인 동작 및 기능에 대해서 이하에서 검토하기로 한다.
본 발명에 따른 5G 통신 시스템에서, 5G 주파수 대역은 LTE 주파수 대역보다 높은 Sub6 대역 및/또는 LTE 주파수 대역을 포함할 수 있다. 이와 같이, 4G 통신 시스템과 5G 통신 시스템을 모두 지원할 수 있든 광대역 안테나가 전자 기기에 제공될 필요가 있다. 이와 관련하여, 본 발명은 저주파수 대역에서 약 5GHz 대역까지 동작 가능한 광대역 안테나 (예컨대, 콘 안테나)를 제공한다.
이와 관련하여, 도 3a는 본 발명에 따른 5G CPE와 전자 기기의 상세 구성을 나타낸다. 한편, 도 3b는 일 실시 예에 따른 5G 기지국과 UE 간에 5G 무선 신호를 전달하는 5G CPE의 상세 구성을 나타낸다.
도 3a를 참조하면, 본 발명에 따른 5G 통신 시스템은 4G 기지국(600) 및 5G 기지국(700)을 포함하도록 구성 가능하다. 이와 관련하여, 5G CPE(500)는 5G 기지국(700)으로부터 5G 무선 신호를 수신하여 전자 기기(100)로 중계할 수 있다. 또한, 5G CPE(500)는 전자 기기(100)로부터 5G 무선 신호를 수신하여 5G 기지국(700)으로 전달할 수 있다. 이와 관련하여, 5G NSA (non-stand-alone) 구조에서, 5G CPE(500)는 4G 기지국(600) 및 5G 기지국(700)과 이중 연결 상태(EN-DC)를 유지할 수 있다. 또한, 5G NSA 구조에서, 5G CPE(500)는 일부 제어 정보를 4G 기지국(600) 및 5G 기지국(700)으로 모두 전달할 수 있다.
도 1 및 도 3a를 참조하면, 무선 통신부에 해당하는 송수신부(110)는 5G 무선 통신 모듈 및 근거리 통신 모듈을 포함한다. 여기서, 5G 무선 통신 모듈 및 근거리 통신 모듈은 각각 송수신부(110) 및 제2 송수신부에 해당한다.
5G UE인 전자 기기와 관련하여, 송수신부(110)는 무선 신호(radio signal)를 송신 및 수신하도록 구성된다. 한편, 제어부(180)는 송수신부(110)와 연결되고, 5G 통신 중계 장치(500)를 통해 기지국과 5G 무선 신호를 송신 및 수신하도록 구성된다. 이와 관련하여, 5G 통신 중계 장치(500)가 테스트 모드(test mode)에서 동작하여 셀 탐색(cell search)이 개시(initiate)된 경우, 5G 무선 신호는 송수신부(110)를 통해 송신되지 않는다. 이를 위해, 5G 통신 중계 장치(500)가 TX 비활성화(Disable) 과정(process)을 수행하는 경우, 제어부(180)는 5G 통신 중계 장치(500)로 사용자 데이터 및 제어 데이터를 송신하지 않도록 송수신부(110)를 제어할 수 있다.
한편, 셀 탐색이 개시된 경우, 5G 기지국(700)은 사용자 데이터 및 제어 데이터를 송신하기 위한 시간 및 주파수 자원을 전자 기기(100)와 5G CPE(500)에게 할당하지 않는다. 하지만, 5G 기지국(700)은 RRC 연결 상태(RRC-connected state)에서 NR 측정(measurement) 및 NR 측정 보고를 위한 제어 데이터를 송신하도록 제1 무선 자원(radio resource)을 전자 기기(100)와 5G CPE(500)에게 할당할 수 있다. 반면에, 5G 기지국(700)은 PDN (Packet Data Network) 어태치(attach)가 완료된 경우, 사용자 데이터를 송신하도록 제2 무선 자원을 전자 기기(100)와 5G CPE(500)에게 할당할 수 있다.
따라서, 5G 통신 중계 장치(500)가 TX 비활성화(Disable) 과정(process)을 수행하는 경우, 제어부(180)는 5G 통신 중계 장치(500)에게 송신 제한 시그널링(Tx restriction signalling)을 송신할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 통신 중계 장치(500)가 TX 비활성화(Disable) 과정(process)을 수행할 수 있다. 이 경우, 제어부(180)는 사용자 데이터 및 제어 데이터를 송신하지 않도록 제한하는 송신 제한 시그널링을 송수신부(110)로 하여금 5G 통신 중계 장치(500)로 송신하도록 제어할 수 있다. 여기서, 송신 제한 시그널링은 5G 무선 인터페이스와 다른 제2 무선 인터페이스로 5G 통신 중계 장치(500)로 송신될 수 있다. 구체적으로, 제2 무선 인터페이스는 전술한 근거리 무선 통신 인터페이스, 예를 들어, 블루투스, 와이파이 인터페이스 등일 수 있다.
구체적으로, 제어 데이터 송신을 위한 제1 무선 자원이 할당된 경우에도, 제어부(180)는 제어 데이터를 송신하지 않도록 5G 통신 중계 장치(500)에게 송신 제한 시그널링을 송신할 수 있다. 여기서, 송신 제한 시그널링은 RRC 연결 및 측정 보고 전까지 제어 데이터를 송신하지 않도록 제한하는 메시지이다.
또한, 사용자 데이터 송신을 위한 제2 무선 자원이 할당된 경우에도, 제어부(180)는 사용자 데이터를 송신하지 않도록 5G 통신 중계 장치(500)에게 제2 송신 제한 시그널링을 송신할 수 있다. 여기서, 제2 송신 제한 시그널링은 테스트 모드 종료 전까지 제어 데이터를 송신하지 않도록 제한하는 메시지이다.
5G CPE와 관련하여, 송수신부(520)는 무선 신호(radio signal)를 송신 및 수신하도록 구성된다. 구체적으로, 송수신부(520)는 5G NR 신호를 송신 및 수신하도록 구성되고, 4G LTE 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 이와 관련하여, 5G NR 신호를 송신 및 수신하는 5G 무선통신 모듈과 4G LTE 신호를 송신 및 수신하는 4G 무선통신 모듈은 하나의 물리적 칩에 구현되거나 또는 별도의 칩에 구현될 수 있다.
제2 송수신부(530)는 전자 기기(100)와 근거리 통신을 수행하도록 구성된다. 구체적으로, 제2 송수신부(530)는 주변 전자 기기(100)와의 근거리 통신을 위한 페어링 과정을 수행하여, 페어링된 전자 기기(100)와 근거리 통신을 수행할 수 있다.
제어부 (프로세서)(510)는 송수신부(520)와 연결되고, 기지국으로부터 수신된 무선 신호를 전자 기기(100)로 제공하도록 구성된다. 본 발명에 따르면, 제어부 (프로세서)(510)는 테스트 모드(test mode)에서 셀 탐색(cell search)이 개시(initiate)된 경우, 무선 신호가 송수신부(520)를 통해 송신되지 않도록 제어할 수 있다.
표시부(540)는 기지국으로부터 수신되는 5G NR 신호 품질 및 상태를 표시하도록 구성될 수 있다. 또한, 표시부(540)는 5G CPE를 설치하는 사용자 또는 설치 관리자에게 5G CPE를 최적의 위치와 각도에 배치할 수 있도록 가이드하는 정보를 표시할 수 있다.
한편, 5G 기지국(700)은 5G 통신 중계 장치, 즉 5G CEP(500)가 테스트 모드(test mode)에서 동작하여 셀 탐색(cell search)이 개시(initiate)된 경우, 5G CEP(500)가 사용자 데이터 및 제어 데이터를 포함하여 신호를 송신하지 않도록 제어할 수 있다.
이를 위해, 셀 탐색이 개시된 경우, 5G 기지국(700)은 사용자 데이터 및 제어 데이터를 송신하기 위한 시간 및 주파수 자원을 전자 기기(100)와 5G CPE(500)에게 할당하지 않는다. 하지만, 5G 기지국(700)은 RRC 연결 상태(RRC-connected state)에서 NR 측정(measurement) 및 NR 측정 보고를 위한 제어 데이터를 송신하도록 제1 무선 자원(radio resource)을 전자 기기(100)와 5G CPE(500)에게 할당할 수 있다. 반면에, 5G 기지국(700)은 PDN (Packet Data Network) 어태치(attach)가 완료된 경우, 사용자 데이터를 송신하도록 제2 무선 자원을 전자 기기(100)와 5G CPE(500)에게 할당할 수 있다.
5G CPE와 관련하여, 송수신부(520)는 무선 신호(radio signal)를 송신 및 수신하도록 구성된다. 구체적으로, 송수신부(520)는 5G NR 신호를 송신 및 수신하도록 구성되고, 4G LTE 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 이와 관련하여, 5G NR 신호를 송신 및 수신하는 5G 무선통신 모듈과 4G LTE 신호를 송신 및 수신하는 4G 무선통신 모듈은 하나의 물리적 칩에 구현되거나 또는 별도의 칩에 구현될 수 있다.
제2 송수신부(530)는 전자 기기(100)와 근거리 통신을 수행하도록 구성된다. 구체적으로, 제2 송수신부(530)는 주변 전자 기기(100)와의 근거리 통신을 위한 페어링 과정을 수행하여, 페어링된 전자 기기(100)와 근거리 통신을 수행할 수 있다.
제어부 (프로세서)(510)는 송수신부(520)와 연결되고, 기지국으로부터 수신된 무선 신호를 전자 기기(100)로 제공하도록 구성된다. 본 발명에 따르면, 제어부 (프로세서)(510)는 테스트 모드(test mode)에서 셀 탐색(cell search)이 개시(initiate)된 경우, 무선 신호가 송수신부(520)를 통해 송신되지 않도록 제어할 수 있다.
표시부(540)는 기지국으로부터 수신되는 5G NR 신호 품질 및 상태를 표시하도록 구성될 수 있다. 또한, 표시부(540)는 5G CPE를 설치하는 사용자 또는 설치 관리자에게 5G CPE를 최적의 위치와 각도에 배치할 수 있도록 가이드하는 정보를 표시할 수 있다.
한편, 5G 기지국(700)은 5G 통신 중계 장치, 즉 5G CEP(500)가 테스트 모드(test mode)에서 동작하여 셀 탐색(cell search)이 개시(initiate)된 경우, 5G CEP(500)가 사용자 데이터 및 제어 데이터를 포함하여 신호를 송신하지 않도록 제어할 수 있다.
이를 위해, 셀 탐색이 개시된 경우, 5G 기지국(700)은 사용자 데이터 및 제어 데이터를 송신하기 위한 시간 및 주파수 자원을 전자 기기(100)와 5G CPE(500)에게 할당하지 않는다. 하지만, 5G 기지국(700)은 RRC 연결 상태(RRC-connected state)에서 NR 측정(measurement) 및 NR 측정 보고를 위한 제어 데이터를 송신하도록 제1 무선 자원(radio resource)을 전자 기기(100)와 5G CPE(500)에게 할당할 수 있다. 반면에, 5G 기지국(700)은 PDN (Packet Data Network) 어태치(attach)가 완료된 경우, 사용자 데이터를 송신하도록 제2 무선 자원을 전자 기기(100)와 5G CPE(500)에게 할당할 수 있다.
한편, 도 3b는 일 실시 예에 따른 5G 기지국과 UE 간에 5G 무선 신호를 전달하는 5G CPE의 상세 구성을 나타낸다. 도 3b를 참조하면, 5G CPE(500)는 수신 안테나(RX ANT), 송신 안테나(TX ANT), 제어부(510) 및 송수신부(520)를 포함한다.
이와 관련하여, 5G CPE(500)는 수신 안테나(RX ANT)를 통해 5G 기지국(700)으로부터 수신한 5G 무선 신호를 송수신부(520)를 통해 증폭 및 처리할 수 있다. 또한, 5G CPE(500)는 증폭 및 처리된 5G 무선 신호를 송신 안테나(TX ANT)를 통해 제1 UE(100a) 및 제2 UE(100b)로 전달할 수 있다. 이 경우, 수신 안테나(RX ANT)와 송신 안테나(TX ANT)는 안테나 소자를 공유할 수 있다.
한편, 수신 안테나(RX ANT)는 복수의 안테나들(ANT1 내지 ANT4)를 구비하고, 5G 기지국(700)으로부터 복수의 신호들을 동일 대역에서 동시에 수신할 수 있다. 이에 따라, 5G CPE(500)는 최대 4 RX의 DL-MIMO를 수행할 수 있다.
또한, 수신 안테나(RX ANT)는 제1 UE(100a) 및 제2 UE(100b)를 포함한 복수의 단말로부터 복수의 신호들을 전달받아 5G 기지국(700)으로 동일 대역에서 동시에 복수의 신호들을 송신할 수 있다. 이에 따라, 5G CPE(500)는 최대 4 TX의 UL-MIMO를 수행할 수 있다.
한편, 송신 안테나(TX ANT)도 복수의 안테나들(ANT1 내지 ANT4)를 구비하고, 동일 대역에서 복수의 단말들(100a, 100b)로 동시에 복수의 신호들을 송신할 수 있다. 또한, 송신 안테나(TX ANT)는 제1 UE(100a) 및 제2 UE(100b)를 포함한 복수의 단말로부터 복수의 신호들을 전달받아 5G 기지국(700)으로 동일 대역에서 동시에 복수의 신호들을 송신할 수 있다.
한편, 5G CPE(500)가 수신 안테나(RX ANT)와 송신 안테나(TX ANT)를 모두 구비해야 하는 것은 아니다. 이와 관련하여, 5G CPE(500)는 수신 안테나(RX ANT)만을 구비하고, 별도의 독립적인 통신 중계 장치가 송신 안테나(TX ANT)를 구비할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 복수의 안테나들을 구비하는 전자 기기, 즉 5G 통신 중계 장치에 대해 살펴보기로 한다.
이와 관련하여, 5G mmWave 신호를 이용한 무선 통신 시 5G mmWave 신호는 건물 내의 실내 공간으로 전달되기 어렵다는 문제점이 있다. 이를 극복하기 위해, 5G 통신 중계 장치가 제공될 수 있지만, 5G 통신 중계 장치는 다른 통신 서비스를 제공하기 위해 복수의 안테나들이 배치되어 있다. 따라서, 5G 통신 중계 장치는 5G mmWave 대역에서 동작하는 안테나들이 충분히 큰 지향성을 갖도록 넓은 면적으로 구현되기 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 저주파수 대역에서 5G Sub6 대역까지 동작하면서도 mmWave 대역에서 동작 가능한 안테나를 구비하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 5G 안테나가 충분한 안테나 이득을 가지도록 안테나 배치 구조를 갖는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 5G 안테나의 급전 손실을 감소시킬 수 있는 안테나 구조를 갖는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
이와 관련하여, 본 발명에 따른 복수의 안테나를 구비하는 전자 기기, 즉 5G 통신 중계 장치(CPE)의 컨셉은 다음과 같다.
- 5G CPE용 mm-Wave 안테나의 Peak gain 증가 구조에 관한 것으로, 특히 28GHz/39GHz 대역에서 동작하는 위상 배열 급전 반사판 안테나 구조에 관한 것이다.
- 5G CPE mm-Wave의 송수신 power는 전송 거리 및 coverage 확보를 위해 최대한 증가시켜야 할 중요 인자이다. 이를 위해, 전송 전력(transmitted power)을 증가 시 RF모듈의 발열 및 내부 회로 복잡도가 증가하고 재료비 증가의 원인이 될 수 있다.
- 따라서, 안테나의 peak gain을 증가시키는 것이 가장 좋은 솔루션이 될 수 있다. 이를 위해, 안테나 antenna array 개수를 증가시킬 수 있다. 하지만, antenna array 개수를 증가시키는 경우 모듈 면적 증가 및 안테나 회로 및 빔포밍 알고리즘 복잡도가 증가될 수 있다.
- 제안 기술: 따라서, array 안테나를 parabolic antenna의 feeder로 활용하는 방안을 제안하고자 한다. 파라볼라 반사판(parabolic reflector으로 인하여 안테나의 directivity 향상 및 안테나의 실효방사면적 증가로 안테나 gain 증가 효과를 얻을 수 있다. parabolic 구조는 CPE 커버 및 히트싱크 구조를 이용하여 반사 구조를 설계할 수 있다.
전술한 기술적 특징과 관련하여, 도 4는 본 발명에 따른 복수의 안테나를 구비하는 전자 기기의 내부 구성도이다. 한편, 도 5는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나를 구비하는 전자 기기에서 실외 유닛(ODU) 측 회로 기판의 전면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기는 실외 유닛(ODU) 측 회로 기판(S1)과 실내 유닛(IDU) 측 프레임(Frame)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 회로 기판(S1)은 기지국으로부터 제1 신호를 수신하는 적어도 하나의 안테나가 배치되도록 구성될 수 있다. 한편, 전자 기기는 실내 유닛(IDU) 측 프레임(Frame) 내 슬롯 영역 내에 제2 안테나(ANT, 1150)를 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 제2 안테나(ANT, 1150)는 제1 신호의 진폭(amplitude)이 조정된 제1 송신 신호를 실내 영역의 적어도 하나의 단말로 전달하도록 구성될 수 있다. 한편, 제2 안테나(ANT, 1150)는 전자 기기 내부에 회로 기판(S1)과 소정 간격 이격되어 배치되는 금속 프레임(Frame)에 형성된 슬롯 영역을 통해 신호를 방사하도록 구성된 패치 안테나를 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 편의상 ODU측을 전방 영역(front region)으로 정의하고, IDU 측을 후방 영역(backward region)으로 정의할 수 있다. 따라서, IDU측의 제2 안테나(ANT, 1150)의 빔 패턴은 후방 커버리지(backward coverage)로 형성될 수 있다.
한편, 전자 기기(100)의 ODU 측에는 저대역(LB)에서 동작할 수 있는 안테나 또는 중대역(MB) 및 고대역(HB)에서 동작할 수 있는 안테나들(ANT1, ANT2)이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나들(ANT1, ANT2)은 중대역(MB) 및 고대역(HB)에서 동작하도록 구성될 수 있다. 한편, 저대역(LB)에서 동작할 수 있는 저대역(LB) 안테나가 별도로 구비될 수 있다. 또는, 안테나들(ANT1, ANT2)은 중대역(MB) 및 고대역(HB) 이외에 저대역(LB)에서도 동작하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 저대역(LB)은 650MHz 내지 900MHz 또는 600MHz 내지 960MHz를 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 하지만, 저대역(LB)은 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 한편, 중대역(MB)은 1400MHz부터 시작하는 주파수 대역으로 간주될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 또한, 고대역(HB)은 중대역(MB)보다 높은 대역으로 2500MHz 또는 3500 MHz부터 시작하는 주파수 대역으로 간주될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다.
한편, 본 발명에서는 5G Sub6 대역에서 동작하는 안테나 이외에 5G mmWave 대역에서 동작하는 안테나를 제안하고자 한다. 이와 관련하여, 도 5 및 도 6을 참조하면, 5G mmWave 대역에서 동작하는 반사판 안테나(reflector antenna, REF, 1310)가 전자 기기 내에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 반사판 안테나(REF, 1310)로 신호를 급전하도록 구성된 배열 안테나가 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 5G mmWave 대역의 신호는 송수신부 회로(1250)를 통해 증폭 및 처리되고, 기저대역 프로세서(1400)가 주파수 변환된 신호를 처리할 수 있다. 또한, LTE/5G Sub6 대역의 신호는 제2 송수신부 회로(1250b)를 통해 증폭 및 처리되고, 제2 기저대역 프로세서(1400)가 주파수 변환된 신호를 처리할 수 있다.
이와 관련하여, 도 6은 위상 배열 안테나를 통해 생성되는 빔 패턴과 위상 배열을 이용한 급전 구조를 갖는 반사판 안테나를 통해 생성되는 빔 패턴을 비교한 것이다.
도 6(a)를 참조하면, 전자 기기(1000) 내부에 위상 배열 안테나가 배치된 경우 빔 패턴에 의한 방사 영역(radiation region)이 전면에 형성된다. 이 경우, 위상 배열 안테나는 기판의 전면에 배치될 수 있다.
반면에, 도 6(b)를 참조하면, 전자 기기(1000) 내부에 위상 배열을 이용한 급전 구조를 갖는 반사판 안테나가 배치된 경우 빔 패턴에 의한 방사 영역(radiation region)이 전면에 형성된다. 이 경우, 위상 배열 소자는 기판(substrate, SUB)의 배면에 배치되어, 반사판 안테나(REF)를 급전하도록 구성될 수 있다. 따라서, 위상 배열을 이용한 급전 구조를 갖는 반사판 안테나의 빔 패턴에 의한 방사 영역(radiation region)이 전면에 형성된다.
이와 관련하여, 도 6(a)에서 다수 개의 안테나 소자들의 개수에 반비례하여 빔 폭(beamwidth)이 감소하는 지향성(directivity)을 갖는 빔이 생성된다. 반면에, 도 6(b)에서 반사판 안테나(REF)의 크기에 반비례하여 빔 폭이 감소하는 지향성을 갖는 빔이 생성된다.
이와 관련하여, 도 6(a)의 위상 배열 안테나의 크기보다 도 6(b)의 반사판 안테나(REF)의 크기가 더 크다. 따라서, 도 6(b)의 반사판 안테나(REF)가 더 좁은 빔 폭을 갖는 안테나 빔을 생성할 수 있다. 이에 따라, 도 6(b)의 반사판 안테나(REF)가 더 넓은 커버리지 영역을 갖도록 구성될 수 있다.
이러한 위상 배열을 이용한 급전 구조를 갖는 반사판 안테나와 관련하여, 배열 안테나는 반사판 안테나의 전면에 1차원 배열 안테나(one-dimensional array antenna)로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 7a는 1차원 배열 안테나가 반사판 전면에 배치된 구성을 나타낸다. 한편, 도 7b는 도 7a의 배열 안테나가 반사판 전면에 배치된 측면도를 나타낸다.
한편, 본 발명에 따른 1차원 배열 안테나(1320)는 이중 급전(dual feeding) 구조로 구현될 수 있다. 이에 따라, 반사판 안테나(1310)를 통해 방사되는 신호도 이중 편파(dual polarization) 형태로 상호 분리 가능하다. 이와 관련하여, 도 8a는 일 실시 예에 따른 이중 급전 구조를 갖는 1차원 배열 안테나 구성을 나타낸다.
한편, 본 발명에 따른 1차원 배열 안테나(1320)의 다수의 안테나 소자 중 일부를 이용하여 반사판 안테나(1300)를 통해 방사되는 빔 패턴의 빔 폭을 동적으로 조정할 수 있다. 이와 관련하여, 도 8b는 일 실시 예에 따른 다수의 안테나 소자 중 일부를 이용하여 반사판 안테나를 통해 방사되는 빔 패턴의 빔 폭을 동적으로 조정하는 개념도이다.
이와 관련하여, 배열 안테나(1320)의 각각의 소자는 수평 편파를 생성하는 제1 급전부(H1 내지 H4) 및 수직 편파를 생성하는 제2 급전부(V1 내지 V4)와 연결될 수 있다. 따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 급전부(H1 내지 H4)를 통해 위상 가변된 제1 신호가 배열 안테나(1320)로 인가되도록 송수신부(1250)를 제어할 수 있다. 이와 동시에, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 급전부(V1 내지 V4)를 통해 위상 가변된 제2 신호가 배열 안테나(1320)로 인가되도록 구성될 수 있다. 따라서, 반사판 안테나(REF, 1310)를 통해 방사되는 제1 빔 패턴은 수직 편파로 형성되고 제2 빔 패턴에 의해 수평 편파로 형성될 수 있다.
한편, 배열 안테나(1320)의 각각의 소자(1320-1 내지 1320-4)는 다층 구조로 형성되어 광대역 동작하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 배열 안테나(1320)의 각각의 소자(1320-1 내지 1320-4)는 제1 패치 안테나와 상기 제1 패치 안테나의 상부에 적층된 제2 패치 안테나를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 급전부(H1 내지 H4)와 제2 급전부(V1 내지 V4)는 하부에 배치되는 제1 패치 안테나로 제1 신호 및 제2 신호를 전달할 수 있다.
한편, 도 9는 다수의 안테나 소자 중 전부/일부를 이용함에 따라 반사판 안테나를 통해 방사되는 빔 패턴의 빔 폭이 변경되는 2가지 방식의 스캔 방식을 비교한 것이다.
전술한 바와 같이, 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 위상 배열 급전 구조 반사판 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하면 다음과 같다.
일 실시 예에 따르면, 안테나를 구비하는 전자 기기(1000)는 반사판 안테나(REF, 1310) 및 배열 안테나(ARRAY)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 반사판 안테나(REF, 1310)와 이를 급전하는 배열 안테나(ARRAY)를 포함하여 반사판 안테나 시스템(1300)으로 지칭할 수 있다. 또한, 반사판 안테나(REF, 1310)와 이를 급전하는 배열 안테나(ARRAY)를 포함하여 하이브리드 안테나(1300)로 지칭할 수도 있다.
또한, 전자 기기(1000)는 반사판 안테나(REF, 1310), 배열 안테나(ARRAY), 송수신부 회로(1250, transceiver circuit) 및 기저대역 프로세서(baseband processor, 1400)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 반사판 안테나(REF, 1310)는 전자 기기 내부에 배치되고, 기지국으로부터 신호를 빔 포밍하여 수신하도록 구성될 수 있다. 또한, 반사판 안테나(REF, 1310)는 전자 기기 내부에 배치되고, 기지국으로 신호를 빔 포밍하여 송신하도록 송신 안테나로 구성될 수 있다. 따라서, 반사판 안테나(REF, 1310)는 전자 기기의 실외 유닛(ODU)에 구비되어 송수신 안테나로 구성될 수 있다.
한편, 배열 안테나(ARRAY)는 반사판 안테나(REF, 1310)의 전면에 배치되어 빔 포밍된 신호가 송신/수신되도록 반사판 안테나(REF, 1310)를 급전하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 배열 안테나(ARRAY)는 복수의 패치 안테나 소자들로 구성될 수 있다.
한편, 송수신부 회로(1250)는 안테나 소자들 각각에 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 송수신부 회로(1250) 내부에 위상 변위기(phase shifter)가 구비되거나 배열 안테나(ARRAY)를 포함하는 안테나 모듈에 위상 변위기(phase shifter)가 구비될 수 있다. 또는, 배열 안테나(ARRAY), 위상 변위기(phase shifter) 및 다른 송수신부 회로들이 모두 RFIC 형태의 SoC (System on Chip)으로 구현될 수 있다.
또한, 기저대역 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 위상 변위기(phase shifter)의 위상을 제어하여 신호가 빔 포밍 되도록 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배열 안테나(ARRAY)는 일 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치되는 1차원 배열 안테나(1320)일 수 있다. 이 경우, 1차원 배열 안테나(1320)의 안테나 소자의 개수는 4개에 한정되는 것은 아니고, 6개, 8개, 10개, 12개, 16개 등으로 확장 가능하다.
따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 1차원 배열 안테나(1320)의 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하도록 제어할 수 있다. 이를 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 반사판 안테나(REF, 1310)를 통해 방사되는 신호가 방위각 방향 또는 앙각 방향으로 빔 포밍 되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 위상 배열 급전 구조 반사판 안테나에서 배열 안테나는 복수 개의 1차원 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 10a는 다른 실시 예에 따른 1차원 배열 안테나가 반사판 전면에 배치된 구성 및 제어 방법을 나타낸다.
또 다른 실시 예에 따르면, 위상 배열 급전 구조 반사판 안테나에서 배열 안테나는 2차원 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 10b는 또 다른 실시 예에 따른 2차원 배열 안테나가 반사판 전면에 배치된 구성 및 제어 방법을 나타낸다.
도 4 내지 도 9 및 도 10a를 참조하면, 배열 안테나(ARRAY)는 안테나인 제1 배열 안테나(ARRAY1) 및 제2 배열 안테나(ARRAY2)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 배열 안테나(ARRAY1)와 제2 배열 안테나(ARRAY2)는 실질적으로 상호 수직하게 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 제1 배열 안테나(ARRAY1)는 일 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 1차원 배열 안테나로 구성될 수 있다. 또한, 제2 배열 안테나(ARRAY2)는 일 축 방향에 수직한 타 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 1차원 배열 안테나로 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 제1 배열 안테나(ARRAY1) 및 제2 배열 안테나(ARRAY2)를 포함하는 배열 안테나(ARRAY)는 1차원 배열 안테나(1320)에 비해 양 축 방향으로 모두 빔 포밍이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 2차원 배열 안테나와 같이 안테나 소자 수가 O(N 2)으로 증가하는 것이 아니고, 안테나 소자 수가 O(2N)으로 구현될 수 있다는 장점이 있다. 즉, 1차원 배열 안테나의 안테나 소자 수가 4개인 경우, 2차원 배열 안테나의 안테나 소자 수는 16개로 구성된다. 반면에, 도 10a의 구조에서 배열 안테나의 안테나 소자 수는 8개로 구성될 수 있다. 또한, 1차원 배열 안테나의 안테나 소자 수가 8개인 경우, 2차원 배열 안테나의 안테나 소자 수는 64개로 구성된다. 반면에, 도 10a의 구조에서 배열 안테나의 안테나 소자 수는 16개로 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 배열 안테나(ARRAY1)의 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하여 신호가 제1 축 방향으로 제1 각도로 빔 포밍 되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 송수신부 회로(1250)는 제1 배열 안테나(ARRAY1)의 각 소자에 연결된 제1 위상 변위기(PS1)를 통해 제1 배열 안테나(ARRAY1)의 각 소자에 인가되는 위상을 가변할 수 있다.
또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 배열 안테나(ARRAY2)의 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하여 신호가 제2 축 방향으로 제2 각도로 빔 포밍 되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 송수신부 회로(1250)는 제2 배열 안테나(ARRAY2)의 각 소자에 연결된 제2 위상 변위기(PS2)를 통해 제2 배열 안테나(ARRAY2)의 각 소자에 인가되는 위상을 가변할 수 있다.
도 4 내지 도 9 및 도 10b를 참조하면, 배열 안테나(ARRAY)는 일 축 방향으로 M개의 안테나 소자와 타 축 방향으로 N개의 안테나 소자가 소정 간격으로 이격되어 배치된 2차원 배열 안테나(1320b)로 구성될 수 있다.
따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 일 축 방향으로 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하고, 타 축 방향으로 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 기저대역 프로세서(1400)는 반사판 안테나(1310b)를 통해 방사되는 신호가 양 축 방향으로 특정 각도로 빔 포밍 되도록 송수신부 회로를 제어할 수 있다. 이에 따라, 송수신부 회로(1250)는 배열 안테나(ARRAY, 1320b)의 각 소자에 연결된 위상 변위기(PS-2D, 1230)를 통해 배열 안테나(ARRAY, 1320b)의 각 소자에 인가되는 위상을 가변할 수 있다.
일 예로, 방위각 방향으로 빔 포밍을 수행하기 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 수평 축 상의 안테나 소자 간의 위상을 가변하도록 위상 변위기(PS-2D, 1230)를 제어할 수 있다. 다른 예로, 앙각 방향으로 빔 포밍을 수행하기 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 수직 축 상의 안테나 소자 간의 위상을 가변하도록 위상 변위기(PS-2D, 1230)를 제어할 수 있다.
또 다른 예로, 소정 각도 방향으로 빔 포밍을 수행하기 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 소정 각도 방향을 갖는 축 상의 안테나 소자 간의 위상을 가변하도록 위상 변위기(PS-2D, 1230)를 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 45도 방향의 대각선 축(diagonal axis) 방향으로 빔 포밍을 수행하기 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 대각선 방향을 갖는 축 상의 안테나 소자 간의 위상을 가변하도록 위상 변위기(PS-2D, 1230)를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배열 안테나(ARRAY)는 전체 안테나 소자 중 일부 안테나 소자를 이용하여 빔 폭이 조정된 안테나 빔을 생성하고 이러한 빔을 이용하여 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 도 4 내지 도 8b를 참조하면, 1차원 배열 안테나(1320)를 사용하여 일 축 방향으로 빔 포밍을 생성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 기저대역 프로세서(1400)는 1차원 배열 안테나(1320) 중 일부 안테나 소자로 신호를 제공하여 제1 빔으로 제1 빔 포밍을 수행할 수 있다. 도 8b를 참조하면, 1차원 배열 안테나(1320) 중 중앙 영역의 안테나 소자(P3 내지 P6)로 신호를 제공하여 제1 빔으로 제1 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 중앙 영역의 안테나 소자(P3 내지 P6)에 의해 형성되는 배열 안테나를 서브-어레이(SUB-ARRAY)로 지칭할 수 있다.
이와 관련하여, 안테나 소자(P3 내지 P6)로 신호가 인가된 경우 반사판 안테나(REF, 1310)에 의해 생성되는 빔의 빔 폭(BW1)은 전체 안테나 소자로 신호가 인가된 경우보보다 더 넓다. 즉, 전체 안테나 소자(P1 내지 P8)로 신호가 인가된 경우 반사판 안테나(REF, 1310)에 의해 생성되는 빔의 빔 폭(BW2)은 일부 안테나 소자로 신호가 인가된 경우보다 더 좁다.
이를 위해, 중앙 영역의 안테나 소자(P3 내지 P6) 이외에 다른 안테나 소자에 스위치 유닛(SW1, SW2)이 연결될 수 있다. 이 경우, 안테나 소자마다 각각 스위치 유닛이 연결될 수 있다. 또는, 일정한 소자 개수마다 각각 스위치 유닛이 연결되어 스위치의 개수를 감소시키고 제어 동작에 따른 시간을 단축할 수 있다.
이와 관련하여, 좌측 영역의 안테나 소자(P1 및 P2)에 제1 스위치 유닛(SW1)이 연결될 수 있다. 한편, 우측 영역의 안테나 소자(P7 및 P8)에 제2 스위치 유닛(SW1)이 연결될 수 있다. 또한, 중앙 영역의 안테나 소자에도 별도의 스위치 유닛이 연결되어, 좌측 영역과 우측 영역의 안테나 소자만을 이용하여 이중 빔(dual beam)을 형성할 수도 있다.
한편, 스위치 유닛(SW1, SW2)이 배치되는 위치는 도 8b와 같이 위상 변위기(PS)와 송수신부 회로(1250) 사이로 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 수신단의 경우 잡음 특성을 개선하기 위해, 송수신부 회로(1250) 내의 저잡음 증폭기(LNA) 후단에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 서브-어레이(SUB-ARRAY)를 이용하여 넓은 빔 폭(BW1)을 갖는 빔으로 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 도 9(a)는 넓은 빔 폭(BW1)을 갖는 복수의 빔들(B1 내지 B4)로 빔 스캔을 수행하는 coarse scan 개념을 나타낸다.
다른 실시 예에 따르면, 전체 어레이(ARRAY)를 이용하여 좁은 빔 폭(BW2)을 갖는 빔으로 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 도 9(b)는 좁은 빔 폭(BW2)을 갖는 복수의 빔들(B2-1, B2-2)로 빔 스캔을 수행하는 fine scan 개념을 나타낸다.
이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 빔 포밍에 따라 선정된 영역의 주변 영역에 대해, 1차원 배열 안테나(1320)의 전체 안테나 소자로 신호를 제공하여 제2 빔으로 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 제2 빔의 빔 폭(BW2)은 제1 빔의 빔 폭(BW1)보다 좁게 설정될 수 있다.
이와 관련하여, 도 9(b)와 같이 전체 안테나 소자를 이용하여 fine scan을 수행하는 경우 8개의 빔을 사용하여 빔 탐색을 수행할 수 있다. 반면에, 도 9(a)와 같이 일부 안테나 소자를 이용하여 coarse scan을 수행하고 다시 fine scan을 수행하면 빔 탐색 시간을 단축할 수 있다.
즉, 도 9(a)와 같이 일부 안테나 소자를 이용하여 4개의 빔으로 coarse scan을 수행할 수 있다. 이와 같이 선택된 B2 빔에 대해 다시 전체 안테나 소자를 이용하여 2개의 빔으로 fine scan을 수행하여 최적 빔(optimal beam)을 선택할 수 있다. 따라서, fine scan만을 수행하는 경우 8번의 빔 탐색이 필요하지만, coarse + fine scan 시 총 6번의 빔 탐색만이 필요하다.
또 다른 실시 예에 따르면, coarse + fine scan 방법은 복수의 1차원 배열 안테나(ARRAY1, ARRAY2) 구조 및 2차원 배열 안테나(1320b) 구조에 대해서도 적용 가능하다. 이와 관련하여, 도 4 내지 도 9 및 도 10a를 참조하면, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 서브-어레이(SUB-ARRAY1) 및 제2 서브-어레이(SUB-ARRAY2) 중 적어도 하나를 이용하여 빔 포밍을 수행할 수 있다.
이와 관련하여, 일 축 및/또는 상기 일 축에 수직한 타 축에 대하여 제1 빔 폭(BW1)을 갖는 제1 빔으로 coarse scan을 수행할 수 있다. coarse scan 결과 선택된 빔 주변 영역에 대해 일 축 및/또는 상기 일 축에 수직한 타 축에 대하여 제2 빔 폭(BW2)을 갖는 제2 빔으로 fine scan을 수행할 수 있다.
한편, 도 4 내지 도 9 및 도 10b를 참조하면, 기저대역 프로세서(1400)는 2차원 배열 안테나(1320b) 중 일부 안테나 소자(SUB-ARRAY)로 신호를 제공하여 제1 빔으로 제1 빔 포밍을 수행할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 빔 포밍에 따라 선정된 영역의 주변 영역에 대해, 2차원 배열 안테나(1320b)의 전체 안테나 소자로 신호를 제공하여 제2 빔으로 제2 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 제2 빔의 빔 폭(BW2)은 제1 빔의 빔 폭(BW1)보다 좁게 설정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 반사판 안테나 시스템(1300)은 전자 기기, 즉 5G 통신 중계 장치의 내부, 구체적으로 실외 유닛(ODU)에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 11a는 일 실시 예에 따른 반사판 안테나가 전자 기기, 즉 5G 통신 중계 장치의 내부에 배치된 구성을 나타낸다. 한편, 도 11b는 일 실시 예에 따른 반사판 안테나가 회로 기판에 배치된 측면도를 나타낸다.
도 5 및 도 12a를 참조하면, 전자 기기 즉 5G 통신 중계 장치는 4개의 콘 안테나, 즉 제1 콘 안테나(1100-1) 내지 제4 콘 안테나(1100-4)를 포함할 수 있다. 여기서, 콘 안테나의 개수는 응용에 따라 다양한 개수로 변경 가능하다. 여기서, 제1 콘 안테나(1100-1) 내지 제4 콘 안테나(1100-4)는 동일한 안테나 성능을 위해 동일한 형상으로 구현될 수 있다. 또한, 제1 콘 안테나(1100-1) 내지 제4 콘 안테나(1100-4)는 최적의 안테나 성능 및 최적의 배치 구조를 위해 상이한 형상으로 구현될 수 있다.
여기서, 전자 기기는 통신 중계 장치(communication relay apparatus), 소형 셀 기지국 또는 기지국 등에 구현될 수 있다. 여기서, 통신 중계 장치는 5G 통신 서비스를 실내에서 제공할 수 있는 CPE (Customer Premises Equipment)일 수 있다.
한편, 통신 중계 장치, 즉 전자 기기에 배치되는 안테나 시스템은 복수의 콘 안테나들, 예컨대 제1 콘 안테나(1100-1) 내지 제4 콘 안테나(1100-4)를 포함한다. 구체적으로, 안테나 시스템의 좌측 상부, 우측 상부, 좌측 하부 및 우측 하부 상에 배치된 복수의 콘 안테나들, 즉 제1 내지 제4 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)은 콘 방사체와 금속 패치(1101-1, 내지 1101-4)를 포함할 수 있다. 한편, 전자 기기는 중대역(MB) 및 고대역(HB)에서 동작하는 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4) 이외에 저대역(LB)에서 동작하는 저대역(LB) 안테나(LB ANT1, LB ANT2)를 더 구비할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 반사판 안테나가 배치되는 회로 기판 상에는 다른 복수의 안테나들이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 12a는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나들과 반사판 안테나가 배치된 구성과 이들을 제어하는 구성을 나타낸다. 한편, 도 12b는 도 12a의 복수의 안테나들과 반사판 안테나가 배치되는 전자 기기 내의 복수의 회로 기판 및 조립 구조를 나타낸다.
도 1 내지 도 11b를 참조하면, 배열 안테나(ARRAY, 1320)는 유전체 기판(dielectric substrate, SUB)의 전면에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 7b를 참조하면, 유전체 기판(SUB)의 배면은 배열 안테나(ARRAY, 1320)의 그라운드 층으로 제공되고, 송수신부 회로(1250)가 배치되도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 반사판 안테나(REF, 1310)는 별도의 복수의 안테나들이 배치되는 제1 유전체 기판(S1)의 하부에 배치되는 제2 유전체 기판과 체결되도록 구성될 수 있다. 한편, 반사판 안테나(REF, 1310)는 제1 유전체 기판(S1)과 전자 기기(1000)의 바디 내부의 공간에 배치될 수 있는 높이를 갖도록 전체 반사판 구조에서 일부 반사판 영역으로 형성될 수 있다. 즉, 반사판 안테나(REF, 1310)의 높이를 감소시키기 위해, 소정 높이와 소정 직경 이하로 구성될 수 있다. 또한, 반사판 안테나(REF, 1310)의 직경을 일정 수준 이상으로 유지하면서 높이를 감소시키기 위해 파라볼라 형상의 곡면을 조정할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 반사판 안테나(REF, 1310)를 성형 반사판 안테나(shaped reflector antenna)로 지칭할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반사판 안테나(REF, 1310)를 low-profile 구조로 형성하기 위해, 반사판 안테나(REF, 1310)는 곡면 형태가 아닌 평면 형태로 구현될 수 있다. 이 경우, 반사판 안테나(REF, 1310)의 형상에 따른 신호 간의 위상 불일치(phase mismatch)는 배열 안테나(ARRAY)의 배치 및 위상 조정을 통해 보상할 수 있다. 일 예시로, 반사판 안테나(REF, 1310)의 형상이 평면 형상인 경우, 배열 안테나(ARRAY)의 형태는 신호 간 위상 불일치 보상을 위해 2차원 배열 안테나(1320b)로 구현될 수 있다.
일 예시에 따르면, 유전체 기판(1320b)의 배면에는 송수신부 회로(1250)와 기저대역 프로세서(1400)가 배치될 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 복수의 안테나들을 구비하는 전자 기기에는 복수의 송수신부 회로와 기저대역 프로세서가 구비될 수 있다. 이와 관련하여, 도 1 내지 도 12b를 참조하면, 제2 기저대역 프로세서(1400b)는 다른 대역에서 동작하는 안테나와 제2 송수신부 회로(1250b)를 제어하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 기저대역 프로세서(1400b)는 기저대역 프로세서(1400)와 동작 가능하게 결합될 수 있다.
이와 관련하여, 송수신부 회로(1250)와 제2 송수신부 회로(1250b)는 기능적으로 분리되고, 단일 칩 형태로 Soc 구현될 수 있다. 또는 송수신부 회로(1250)와 제2 송수신부 회로(1250b) 별도의 칩 형태로 구현될 수도 있다.
또한, 기저대역 프로세서(1400)와 제2 기저대역 프로세서(1400b)는 기능적으로 분리되고, 단일 칩 형태로 Soc 구현될 수 있다. 또는 기저대역 프로세서(1400)와 제2 기저대역 프로세서(1400b)는 별도의 칩 형태로 구현될 수도 있다.
일 실시 예에 따르면, 제2 기저대역 프로세서(1400b)는 LTE 대역 또는 5G Sub 6 대역에서 동작하는 제2 안테나(1100-1 내지 1100-4)와 제2 송수신부 회로(1250b)를 제어하도록 구성될 수 있다. 반면에, 기저대역 프로세서(1400)는 5G mmWave 대역에서 동작하는 반사판 안테나 시스템(1300)과 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 서로 다른 대역에서 동작하는 안테나들을 구비한 전자 기기(1000)는 이중 연결(dual connectivity, DC) 상태를 유지할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 기저대역 프로세서(1400)는 mmWave 대역의 제1 기지국과 연결 상태가 되도록 제어할 수 있다. 한편, 제2 기저대역 프로세서(1400b)는 LTE 대역 또는 5G Sub 6 대역의 제2 기지국과 연결 상태가 되도록 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전자 기기가 서로 다른 기지국과 이중 연결(dual connectivity, DC) 상태가 되도록 제어할 수 있다.
한편, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 전자 기기(1000)는 제1 회로 기판(S1)의 서로 다른 위치에 배치되는 제1 mmWave 안테나 (mmWave 1) 및 제2 mmWave 안테나(mmWave 2)를 더 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 mmWave 안테나 (mmWave 1) 또는 제2 mmWave 안테나(mmWave 2)와 반사판 안테나(1300)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 기저대역 프로세서(1400)는 서로 다른 타입의 mmWave 안테나를 이용하여 MIMO 스트림 간 격리도를 향상시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 mmWave 안테나 (mmWave 1) 또는 제2 mmWave 안테나(mmWave 2) 중 어느 하나로부터 수신되는 신호 품질이 임계치 이하이면, 반사판 안테나(1300)를 이용할 수 있다. 이 경우, 기저대역 프로세서(1400)는 반사판 안테나(1300)를 통해 신호가 수신되도록 배열 안테나(ARRAY)의 위상 조절을 통해 빔 포밍을 수행할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 양상에 따른 복수의 안테나와 반사판 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 다른 양상에 따른 복수의 안테나와 반사판 안테나를 구비하는 5G 통신 중계 장치에 대한 설명하기로 한다. 이와 관련하여 전술한 복수의 안테나와 반사판 안테나를 구비하는 전자 기기에 대한 설명이 5G 통신 중계 장치에도 적용 가능하다.
도 1 및 도 11b를 참조하면, 5G 통신 중계 장치(1000)는 반사판 안테나(reflector antenna, REF, 1310), 배열 안테나(ARRAY), 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및 기저대역 프로세서(baseband processor, 1400)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 반사판 안테나(REF, 1310)는 통신 중계 장치(100) 내부에 배치되고, mmWave 대역에서 동작하는 기지국으로부터 신호를 빔 포밍하여 수신 및/또는 송신하도록 구성될 수 있다. 한편, 배열 안테나(ARRAY)는 반사판 안테나의 전면에 배치되어 빔 포밍된 신호가 수신되도록 반사판 안테나를 급전하도록 복수의 패치 안테나 소자들로 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 송수신부 회로(1250)는 안테나 소자들 각각에 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합되고, 신호의 위상을 제어하여 상기 신호가 빔 포밍 되도록 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 5G 통신 중계 장치(1000)는 기지국으로부터 수신된 mmWave 대역의 신호를 실내 영역(indoor region) 내의 적어도 하나의 단말로 제공하도록 구성된 실내 안테나 유닛(indoor antenna unit, 1150)을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배열 안테나(ARRAY)는 일 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치되는 1차원 배열 안테나(1320)일 수 있다. 따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 1차원 배열 안테나(1320)의 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하여 상기 신호가 방위각 방향 또는 앙각 방향으로 빔 포밍 되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배열 안테나(ARRAY)는 일 축 방향으로 M개의 안테나 소자와 타 축 방향으로 N개의 안테나 소자가 소정 간격으로 이격되어 배치된 2차원 배열 안테나(ARRAY1 및 ARRAY2 또는 1320b)로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 일 축 방향으로 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하고, 타 축 방향으로 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하도록 구성될 수 있다. 따라서, 반사판 안테나(REF, 1310)를 통해 빔 포밍 되는 신호가 양 축 방향으로 특정 각도로 빔 포밍 되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배열 안테나(ARRAY)는 유전체 기판(dielectric substrate, SUB)의 전면에 배치될 수 있다. 또한, 유전체 기판(SUB)의 배면은 배열 안테나(ARRAY)의 그라운드 층으로 제공되고, 송수신부 회로(1250)가 배치되도록 구성될 수 있다.
반사판 안테나(REF, 1310)는 별도의 복수의 안테나들이 배치되는 제1 유전체 기판(S1)의 하부에 배치되는 제2 유전체 기판과 체결되도록 구성될 수 있다. 한편, 반사판 안테나(REF, 1310)는 제1 유전체 기판(S1)과 전자 기기(1000)의 바디 내부의 공간에 배치될 수 있는 높이를 갖도록 전체 반사판 구조에서 일부 반사판 영역으로 형성될 수 있다. 즉, 반사판 안테나(REF, 1310)의 높이를 감소시키기 위해, 소정 높이와 소정 직경 이하로 구성될 수 있다. 또한, 반사판 안테나(REF, 1310)의 직경을 일정 수준 이상으로 유지하면서 높이를 감소시키기 위해 파라볼라 형상의 곡면을 조정할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 반사판 안테나(REF, 1310)를 성형 반사판 안테나(shaped reflector antenna)로 지칭할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반사판 안테나(REF, 1310)를 low-profile 구조로 형성하기 위해, 반사판 안테나(REF, 1310)는 곡면 형태가 아닌 평면 형태로 구현될 수 있다. 이 경우, 반사판 안테나(REF, 1310)의 형상에 따른 신호 간의 위상 불일치(phase mismatch)는 배열 안테나(ARRAY)의 배치 및 위상 조정을 통해 보상할 수 있다. 일 예시로, 반사판 안테나(REF, 1310)의 형상이 평면 형상인 경우, 배열 안테나(ARRAY)의 형태는 신호 간 위상 불일치 보상을 위해 2차원 배열 안테나(1320b)로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 복수의 안테나들과 반사판 안테나를 구비하는 5G 통신 중계 장치는 다양한 실시 예에 따라 다중 입출력(MIMO) 및 반송파 집성(carrier aggregation, CA)을 수행할 수 있다.
이와 관련하여, 다양한 실시 예에 따라 다중 입출력(MIMO) 및 반송파 집성(CA)과 관련하여, 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 제1 주파수 대역의 자원이 통신 중계 장치에 할당된 경우, 프로세서(1400b)는 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부(1250)를 제어한다. 이를 위해, 제1 주파수 대역의 자원이 통신 중계 장치에 할당된 경우, 프로세서(1400b)는 송수신부 회로(1250)를 제1 주파수 대역에서 동작하도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400b)는 제2 주파수 대역에서 동작하는 송수신부 회로(1250b)의 일부 구성을 비활성화할 수 있다.
반면에, 제2 주파수 대역의 자원이 통신 중계 장치에 할당된 경우, 프로세서(1400)는 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부(1250b)를 제어한다. 이를 위해, 제2 주파수 대역의 자원이 통신 중계 장치에 할당된 경우, 프로세서(1400b)는 송수신부 회로(1250b)를 제2 주파수 대역에서 동작하도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400b)는 제1 주파수 대역에서 동작하는 송수신부 회로(1250b)의 일부 구성을 비활성화할 수 있다.
한편, 제1 주파수 대역의 자원과 제2 주파수 대역의 자원이 모두 통신 중계 장치에 할당된 경우, 프로세서(1400b)는 하나의 콘 안테나만을 사용할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(1400b)는 하나의 콘 안테나를 통해 수신되는 제1 신호와 제2 신호에 대해 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 프로세서(1400b)는 제1 및 제2 신호에 각각 포함된 제1 및 제2 정보를 모두 동시에 획득할 수 있다.
이와 관련하여, 제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역은 LTE/5G Sub6 대역 내의 복수의 대역 중 둘 이상의 대역을 지칭할 수 있다. 또한, 제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역은 서로 다른 대역의 WiFi 대역일 수 있다. 이와 관련하여, 제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역이 WiFi 대역인 경우, 통신 중계 장치는 해당 대역 자원이 경쟁(contention) 기반으로 획득될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 콘 안테나는 중대역(MB) 및 고대역(HB)에서 모두 동작하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 콘 안테나를 저대역(LB), 중대역(MB) 및 고대역(HB)에서 모두 동작하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 저대역(LB)은 650MHz 내지 900MHz 또는 600MHz 내지 960MHz를 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 하지만, 저대역(LB)은 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 한편, 중대역(MB)은 1400MHz부터 시작하는 주파수 대역으로 간주될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 또한, 고대역(HB)은 중대역(MB)보다 높은 대역으로 2500MHz 또는 3500 MHz 부터 시작하는 주파수 대역으로 간주될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다.
이와 관련하여, 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)는 LTE/5G Sub 6 대역의 중대역(MB) 및 고대역(HB)에서 동작하도록 구성된다. 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 통신 중계 장치(1000)는 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)과 별도로 저대역(LB)에서 동작하는 제1 LB 안테나 (LB ANT1) 및 제2 LB 안테나 (LB ANT2)를 더 포함할 수 있다. 또한, 통신 중계 장치(1000)는 5G mmWave 대역에서 동작하는 복수의 배열 안테나 모듈들(mmWave1, mmWave2)을 더 포함할 수 있다.
일 예시로, 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)를 통해 도 3b의 5G 기지국(700)으로부터 최대 4 RX의 DL-MIMO 스트림을 수신할 수 있다.
또한, 복수의 배열 안테나 모듈들(mmWave1, mmWave2) 및/또는 반사판 안테나(1300)를 통해 mmWave 기지국으로부터 최대 4RX의 DL-MIMO 스트림을 수신할 수 있다. 이와 관련하여, 반사판 안테나(1300)를 급전하는 배열 안테나는 도 8a와 같은 이중 급전 안테나(1320-1 내지 1320-4)일 수 있다. 이 경우, 각각의 이중 급전 안테나(1320-1 내지 1320-4)는 수평 편파를 형성하도록 수평 편파 급전부(H1 내지 H4)를 포함할 수 있다. 또한, 각각의 이중 급전 안테나(1320-1 내지 1320-4)는 수직 편파를 형성하도록 수직 편파 급전부(V1 내지 V4)를 포함할 수 있다.
따라서, 5G mmWave 대역에서 배열 안테나 모듈들(mmWave1, mmWave2)을 통해 2RX와 수평 편파 급전부(H1 내지 H4)와 수직 편파 급전부(V1 내지 V4)에 따라 반사판 안테나(1300)에서 형성되는 2RX를 이용할 수 있다. 따라서, mmWave 기지국으로부터 최대 4RX의 DL-MIMO 스트림을 수신할 수 있다.
다른 예시로, 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)를 통해 도 3b의 5G 기지국(700)으로부터 최대 4 TX의 UL-MIMO 스트림을 수신할 수 있다.
또한, 또한, 복수의 배열 안테나 모듈들(mmWave1, mmWave2) 및/또는 반사판 안테나(1400)를 통해 mmWave 기지국으로부터 최대 4TX의 UL-MIMO 스트림을 송신할 수 있다. 이와 관련하여, 반사판 안테나(1300)를 급전하는 배열 안테나는 도 8a와 같은 이중 급전 안테나(1320-1 내지 1320-4)일 수 있다. 이 경우, 각각의 이중 급전 안테나(1320-1 내지 1320-4)는 수평 편파를 형성하도록 수평 편파 급전부(H1 내지 H4)를 포함할 수 있다. 또한, 각각의 이중 급전 안테나(1320-1 내지 1320-4)는 수직 편파를 형성하도록 수직 편파 급전부(V1 내지 V4)를 포함할 수 있다.
따라서, 5G mmWave 대역에서 배열 안테나 모듈들(mmWave1, mmWave2)을 통해 2TX와 수평 편파 급전부(H1 내지 H4)와 수직 편파 급전부(V1 내지 V4)에 따라 반사판 안테나(1300)에서 형성되는 2TX를 이용할 수 있다. 따라서, mmWave 기지국으로부터 최대 4TX의 UL-MIMO 스트림을 수신할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 통신 중계 장치(1000)는 저대역(LB)에 해당하는 제1 대역과 중대역(MB) 및 고대역(HB)에 해당하는 제2 대역을 이용하여 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400b)는 저대역 안테나(LB ANT1 또는 LB ANT2)를 통해 제1 대역과 복수의 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4) 중 적어도 하나를 통해 제2 대역을 이용하여 신호를 수신할 수 있다.
또한, 기저대역 프로세서(1400b)는 저대역 안테나(LB ANT1 또는 LB ANT2)를 통해 제1 대역과 복수의 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4) 중 적어도 하나를 통해 제2 대역을 이용하여 신호를 송신할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 복수의 안테나와 반사판 안테나를 구비하는 전자 기기 및 5G 통신 중계 장치에 대해 살펴보았다. 이와 같은 복수의 안테나와 반사판 안테나를 구비하는 전자 기기 및 5G 통신 중계 장치의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 저주파수 대역에서 5G Sub 6 대역과 5G mmWave 대역까지 넓은 주파수 대역에서 동작하는 복수 개의 안테나와 반사판 안테나를 전자 기기에 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 배열 안테나를 다양한 형태로 제공하여 반사판 안테나를 통해 빔 포밍하여 5G mmWave 신호를 수신하는 전자 기기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 배열 안테나를 다양한 형태로 제공하여 반사판 안테나를 통해 빔 포밍하여 5G mmWave 신호를 수신하는 전자 기기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 파라볼라 반사판으로 인하여 안테나의 지향성 향상 및 안테나의 실효방사면적 증가로 5G mmWave 신호 수신 시 안테나 이득 증가 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, parabolic 구조는 CPE 커버 및 히트싱크 구조를 이용하여 반사 구조를 설계할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 복수의 안테나들을 구비하는 전자 기기와 5G 통신 중계 장치에 대해 살펴보았다. 이러한 복수의 안테나들을 구비하는 전자 기기와 5G 통신 중계 장치와 기지국을 포함하는 무선 통신 시스템에 대해 살펴보면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 12는 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.
도 12를 참조하면, 무선 통신 시스템은 제 1 통신 장치(910) 및/또는 제 2 통신 장치(920)을 포함한다. 'A 및/또는 B'는 'A 또는 B 중 적어도 하나를 포함한다'와 동일한 의미로 해석될 수 있다. 제 1 통신 장치가 기지국을 나타내고, 제 2 통신 장치가 단말을 나타낼 수 있다(또는 제 1 통신 장치가 단말을 나타내고, 제 2 통신 장치가 기지국을 나타낼 수 있다).
이와 관련하여, 5G 기지국이 제 1 통신 장치이고 통신 중계 장치가 제 2 통신 장치일 수 있다. 또한, 통신 중계 장치가 제 1 통신 장치이고 5G 기지국이 제 2 통신 장치일 수 있다.
반면에, 통신 중계 장치가 제 1 통신 장치이고 5G UE가 제 2 통신 장치일 수 있다. 또한, 5G UE가 제 1 통신 장치이고 통신 중계 치가 제 2 통신 장치일 수 있다.
기지국(BS: Base Station)은 고정국(fixed station), Node B, eNB(evolved-NodeB), gNB(Next Generation NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(AP: Access Point), gNB(general NB), 5G 시스템, 네트워크, AI 시스템, RSU(road side unit), 로봇 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, 단말(Terminal)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), UT(user terminal), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station), WT(Wireless terminal), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치, D2D(Device-to-Device) 장치, 차량(vehicle), 로봇(robot), AI 모듈 등의 용어로 대체될 수 있다.
제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치는 프로세서(processor, 911,921), 메모리(memory, 914,924), 하나 이상의 Tx/Rx RF 모듈(radio frequency module, 915,925), Tx 프로세서(912,922), Rx 프로세서(913,923), 안테나(916,926)를 포함한다. 프로세서는 앞서 살핀 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 보다 구체적으로, DL(제 1 통신 장치에서 제 2 통신 장치로의 통신)에서, 코어 네트워크로부터의 상위 계층 패킷은 프로세서(911)에 제공된다. 프로세서는 L2 계층의 기능을 구현한다. DL에서, 프로세서는 논리 채널과 전송 채널 간의 다중화(multiplexing), 무선 자원 할당을 제 2 통신 장치(920)에 제공하며, 제 2 통신 장치로의 시그널링을 담당한다. 전송(TX) 프로세서(912)는 L1 계층 (즉, 물리 계층)에 대한 다양한 신호 처리 기능을 구현한다. 신호 처리 기능은 제 2 통신 장치에서 FEC(forward error correction)을 용이하게 하고, 코딩 및 인터리빙(coding and interleaving)을 포함한다. 부호화 및 변조된 심볼은 병렬 스트림으로 분할되고, 각각의 스트림은 OFDM 부반송파에 매핑되고, 시간 및/또는 주파수 영역에서 기준 신호(Reference Signal, RS)와 멀티플렉싱되며, IFFT (Inverse Fast Fourier Transform)를 사용하여 함께 결합되어 시간 영역 OFDMA 심볼 스트림을 운반하는 물리적 채널을 생성한다. OFDM 스트림은 다중 공간 스트림을 생성하기 위해 공간적으로 프리코딩된다. 각각의 공간 스트림은 개별 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,915)를 통해 상이한 안테나(916)에 제공될 수 있다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 전송을 위해 각각의 공간 스트림으로 RF 반송파를 변조할 수 있다. 제 2 통신 장치에서, 각각의 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,925)는 각 Tx/Rx 모듈의 각 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 캐리어로 변조된 정보를 복원하여, 수신(RX) 프로세서(923)에 제공한다. RX 프로세서는 layer 1의 다양한 신호 프로세싱 기능을 구현한다. RX 프로세서는 제 2 통신 장치로 향하는 임의의 공간 스트림을 복구하기 위해 정보에 공간 프로세싱을 수행할 수 있다. 만약 다수의 공간 스트림들이 제 2 통신 장치로 향하는 경우, 다수의 RX 프로세서들에 의해 단일 OFDMA 심볼 스트림으로 결합될 수 있다. RX 프로세서는 고속 푸리에 변환 (FFT)을 사용하여 OFDMA 심볼 스트림을 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한다. 주파수 영역 신호는 OFDM 신호의 각각의 서브 캐리어에 대한 개별적인 OFDMA 심볼 스트림을 포함한다. 각각의 서브캐리어 상의 심볼들 및 기준 신호는 제 1 통신 장치에 의해 전송된 가장 가능성 있는 신호 배치 포인트들을 결정함으로써 복원되고 복조 된다. 이러한 연 판정(soft decision)들은 채널 추정 값들에 기초할 수 있다. 연판정들은 물리 채널 상에서 제 1 통신 장치에 의해 원래 전송된 데이터 및 제어 신호를 복원하기 위해 디코딩 및 디인터리빙 된다. 해당 데이터 및 제어 신호는 프로세서(921)에 제공된다.
UL(제 2 통신 장치에서 제 1 통신 장치로의 통신)은 제 2 통신 장치(920)에서 수신기 기능과 관련하여 기술된 것과 유사한 방식으로 제 1 통신 장치(910)에서 처리된다. 각각의 Tx/Rx 모듈(925)는 각각의 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 반송파 및 정보를 RX 프로세서(923)에 제공한다. 프로세서 (921)는 프로그램 코드 및 데이터를 저장하는 메모리 (924)와 관련될 수 있다. 메모리는 컴퓨터 판독 가능 매체로서 지칭될 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
전술한 본 발명과 관련하여, 복수의 안테나들과 위상 배열 급전 구조 반사판 안테나의 설계와 이들의 구동은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독될 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 판독될 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 안테나를 구비하는 전자 기기에 있어서,
    상기 전자 기기 내부에 배치되고, 기지국으로부터 신호를 빔 포밍하여 수신하도록 구성된 반사판 안테나(reflector antenna);
    상기 반사판 안테나의 전면에 배치되어 상기 빔 포밍된 신호가 수신되도록 상기 반사판 안테나를 급전하도록 복수의 패치 안테나 소자들로 구성된 배열 안테나; 및
    상기 안테나 소자들 각각에 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit)를 포함하는, 전자 기기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 위상을 제어하여 상기 신호가 빔 포밍 되도록 상기 송수신부 회로를 제어하는 기저대역 프로세서(baseband processor)를 더 포함하는, 전자 기기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 배열 안테나는 일 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치되는 1차원 배열 안테나이고,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 1차원 배열 안테나의 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하여 상기 신호가 방위각 방향 또는 앙각 방향으로 빔 포밍 되도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 전자 기기.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 배열 안테나는
    일 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 1차원 배열 안테나인 제1 배열 안테나; 및
    상기 일 축 방향에 수직한 타 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 1차원 배열 안테나인 제2 배열 안테나를 포함하고,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 제1 배열 안테나의 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하여 상기 신호가 제1 축 방향으로 제1 각도로 빔 포밍 되도록 상기 송수신부 회로를 제어하고,
    상기 제2 배열 안테나의 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하여 상기 신호가 제2 축 방향으로 제2 각도로 빔 포밍 되도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 전자 기기.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 배열 안테나는 일 축 방향으로 M개의 안테나 소자와 타 축 방향으로 N개의 안테나 소자가 소정 간격으로 이격되어 배치된 2차원 배열 안테나이고,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 일 축 방향으로 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하고, 상기 타 축 방향으로 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하여 상기 신호가 양 축 방향으로 특정 각도로 빔 포밍 되도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 전자 기기.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 배열 안테나의 각각의 소자는 수평 편파를 생성하는 제1 급전부 및 수직 편파를 생성하는 제2 급전부와 연결되고,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 제1 급전부를 통해 위상 가변된 제1 신호가 상기 배열 안테나로 인가되고, 상기 제2 급전부를 통해 위상 가변된 제2 신호가 상기 배열 안테나로 인가되도록 구성되고,
    상기 반사판 안테나를 통해 방사되는 제1 빔 패턴은 수직 편파로 형성되고 제2 빔 패턴에 의해 수평 편파로 형성되는, 전자 기기.
  7. 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 1차원 배열 안테나 중 일부 안테나 소자로 신호를 제공하여 제1 빔으로 제1 빔 포밍을 수행하고,
    상기 제1 빔 포밍에 따라 선정된 영역의 주변 영역에 대해, 상기 1차원 배열 안테나의 전체 안테나 소자로 신호를 제공하여 제2 빔으로 빔 포밍을 수행하고,
    상기 제2 빔의 빔 폭은 상기 제1 빔의 빔 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 2차원 배열 안테나 중 일부 안테나 소자로 신호를 제공하여 제1 빔으로 빔 포밍을 수행하고,
    상기 제1 빔 포밍에 따라 선정된 영역의 주변 영역에 대해, 상기 2차원 배열 안테나의 전체 안테나 소자로 신호를 제공하여 제2 빔으로 빔 포밍을 수행하고,
    상기 제2 빔의 빔 폭은 상기 제1 빔의 빔 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 배열 안테나는 유전체 기판(dielectric substrate)의 전면에 배치되고,
    상기 유전체 기판의 배면은 상기 배열 안테나의 그라운드 층으로 제공되고, 상기 송수신부 회로가 배치되도록 구성되는, 전자 기기.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 반사판 안테나는 별도의 복수의 안테나들이 배치되는 제1 유전체 기판의 하부에 배치되는 제2 유전에 기판과 체결되도록 구성되고,
    상기 반사판 안테나는 상기 제1 유전체 기판과 상기 전자 기기의 바디 내부의 공간에 배치될 수 있는 높이를 갖도록 전체 반사판 구조에서 일부 반사판 영역으로 형성되는, 전자 기기.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 유전체 기판의 배면에는 상기 송수신부 회로와 상기 기저대역 프로세서가 배치되고,
    다른 대역에서 동작하는 안테나와 제2 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 제2 기저대역 프로세서를 더 포함하고,
    상기 제2 기저대역 프로세서는 상기 기저대역 프로세서와 동작 가능하게 결합되는, 전자 기기.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 기저대역 프로세서는 LTE 대역 또는 5G Sub 6 대역에서 동작하는 제2 안테나와 제2 송수신부 회로를 제어하도록 구성되는, 전자 기기.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 기저대역 프로세서는 mmWave 대역의 제1 기지국과 연결 상태가 되도록 제어하고,
    상기 제2 기저대역 프로세서는 LTE 대역 또는 5G Sub 6 대역의 제2 기지국과 연결 상태가 되도록 제어하여, 상기 전자 기기가 이중 연결(dual connectivity, DC) 상태가 되도록 제어하는, 전자 기기.
  14. 제12 항에 있어서,
    제1 회로 기판의 서로 다른 위치에 배치되는 제1 mmWave 안테나 및 제2 mmWave 안테나를 더 포함하고,
    상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 mmWave 안테나 또는 상기 제2 mmWave 안테나와 상기 반사판 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어하는, 전자 기기.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 제1 mmWave 안테나 또는 상기 제2 mmWave 안테나 중 어느 하나로부터 수신되는 신호 품질이 임계치 이하이면, 상기 반사판 안테나를 통해 신호가 수신되도록 빔 포밍을 수행하는, 전자 기기.
  16. 통신 중계 장치에 있어서,
    상기 통신 중계 장치 내부에 배치되고, mmWave 대역에서 동작하는 기지국으로부터 신호를 빔 포밍하여 수신하도록 구성된 반사판 안테나(reflector antenna);
    상기 반사판 안테나의 전면에 배치되어 상기 빔 포밍된 신호가 수신되도록 상기 반사판 안테나를 급전하도록 복수의 패치 안테나 소자들로 구성된 배열 안테나; 및
    상기 안테나 소자들 각각에 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit); 및
    상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 위상을 제어하여 상기 신호가 빔 포밍 되도록 상기 송수신부 회로를 제어하는 기저대역 프로세서(baseband processor)를 포함하는, 통신 중계 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 수신된 mmWave 대역의 신호를 실내 영역(indoor region) 내의 적어도 하나의 단말로 제공하도록 구성된 실내 안테나 유닛(indoor antenna unit)을 더 포함하는, 통신 중계 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 배열 안테나는 일 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치되는 1차원 배열 안테나이고,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 1차원 배열 안테나의 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하여 상기 신호가 방위각 방향 또는 앙각 방향으로 빔 포밍 되도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 통신 중계 장치.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 배열 안테나는 일 축 방향으로 M개의 안테나 소자와 타 축 방향으로 N개의 안테나 소자가 소정 간격으로 이격되어 배치된 2차원 배열 안테나이고,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 일 축 방향으로 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하고, 상기 타 축 방향으로 각각의 안테나 소자에 인가되는 위상을 가변하여 상기 신호가 양 축 방향으로 특정 각도로 빔 포밍 되도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 통신 중계 장치.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 배열 안테나는 유전체 기판(dielectric substrate)의 전면에 배치되고,
    상기 유전체 기판의 배면은 상기 배열 안테나의 그라운드 층으로 제공되고, 상기 송수신부 회로가 배치되도록 구성되고,
    상기 반사판 안테나는 별도의 복수의 안테나들이 배치되는 제1 유전체 기판과 체결되도록 구성되고,
    상기 반사판 안테나는 상기 제1 유전체 기판과 상기 전자 기기의 바디 내부의 공간에 배치될 수 있는 높이를 갖도록 전체 반사판 구조에서 일부 반사판 영역으로 형성되는, 통신 중계 장치.
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