WO2021172614A1 - 5g 통신 중계 장치 - Google Patents

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WO2021172614A1
WO2021172614A1 PCT/KR2020/002718 KR2020002718W WO2021172614A1 WO 2021172614 A1 WO2021172614 A1 WO 2021172614A1 KR 2020002718 W KR2020002718 W KR 2020002718W WO 2021172614 A1 WO2021172614 A1 WO 2021172614A1
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WO
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relay device
sub
communication
array
communication relay
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/002718
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English (en)
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Inventor
유승우
이주희
정준영
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H04B10/116—Visible light communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/29—Repeaters
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/155—Ground-based stations

Definitions

  • the present invention relates to a 5G communication relay device. More particularly, it relates to a 5G Customer Premises Equipment (CPE) that transmits a 5G wireless signal between a 5G base station and an electronic device and a control method thereof.
  • CPE Customer Premises Equipment
  • 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. In this regard, the 5G communication relay device has a problem in that it is difficult to satisfy the effective isotropic radiated power (EIRP) requirement required by an operator.
  • EIRP effective isotropic radiated power
  • the present invention aims to solve the above and other problems.
  • another object is to provide a 5G communication relay device that can satisfy the effective isotropic radiated power (EIRP) requirements required by the operator (operator).
  • EIRP effective isotropic radiated power
  • Another object of the present invention is to provide a 5G communication relay device having an array antenna structure that can satisfy EIRP requirements.
  • Another object of the present invention is to provide a structural design of a 5G communication relay device to solve a problem that a signal transmitted and output from the 5G communication relay device may have a harmful effect on the human body due to a high output level.
  • the 5G communication relay device may include a plurality of sub-array modules disposed inside the 5G communication relay device and having a plurality of patch antenna elements disposed on a substrate.
  • the 5G communication relay device may include a transceiver circuit configured to control a phase of a signal applied to each of the antenna elements in one of the plurality of sub-array modules; and a baseband processor operatively coupled to the transceiver circuit and configured to control the transceiver circuit.
  • the plurality of sub-array modules may include first to fourth sub-array modules configured such that the plurality of patch antenna elements are respectively disposed on first to fourth substrates.
  • the first to fourth substrates may be disposed to be inclined by a predetermined angle so that the center positions of the plurality of sub-array modules are convex.
  • each of the first sub-array module to the fourth sub-array module may be configured as a 4x4 array antenna.
  • a distance between antenna elements disposed at a boundary between adjacent sub-array modules may be set to a greater value than a distance between antenna elements inside the first sub-array module to the fourth sub-array module.
  • the baseband processor applies a signal to one of the first sub-array module to the fourth sub-array module to form a first beam having a first beam width to perform beam forming.
  • the transceiver circuit may be controlled.
  • the baseband processor applies a signal to two or more adjacent modules among the first sub-array module to the fourth sub-array module to form a second beam having a second beam width to perform beam forming.
  • the transceiver circuit may be controlled to do so.
  • the second beam width may be set to be narrower than the first beam width.
  • the baseband processor controls the transceiver circuit to apply a first signal and a second signal to two modules of the first sub-array module to the fourth sub-array module, respectively, to perform multiple input/output ( MIMO) can be performed.
  • MIMO multiple input/output
  • the 5G communication relay device may further include a plurality of antenna modules disposed to surround the array antennas corresponding to the plurality of sub-array modules and configured to operate as radiators in the Sub6 band.
  • Each of the plurality of antenna modules may be formed as a cone antenna module including a cone radiator, a patch element formed on an upper substrate connected to an upper opening of the cone radiator, and a shorting pin connecting the ground of the upper substrate and the lower substrate.
  • the 5G communication relay device may further include a main body configured to have a substrate on which the plurality of sub-array modules are disposed to receive a 5G wireless signal.
  • the 5G communication relay device may further include a radome cover configured to be coupled to the front surface of the main body to cover the plurality of sub-array modules disposed inside the 5G communication relay device.
  • the height of the radome cover may be set so that the maximum permissible exposure (MPE) of the electromagnetic wave at the height is less than or equal to a threshold.
  • MPE maximum permissible exposure
  • a lighting device configured to be partially accommodated in the body and partially exposed outside the body may be further included.
  • the lighting device may be a first VLC lamp configured to perform visible light communication (VLC).
  • VLC visible light communication
  • the first VLC lamp may perform visible light communication with another second VLC lamp installed in an indoor space in which the electronic device is disposed.
  • the baseband processor may receive control information for 5G wireless communication through the first VLC lamp or the WiFi module.
  • the transceiver circuit and the plurality of sub-array modules may be controlled to perform 5G wireless communication with the base station according to the control information.
  • the baseband processor may receive optimal base station information and beam candidate information for 5G wireless communication through the first VLC lamp or WiFi module.
  • the baseband processor may control to perform 5G wireless communication based on an optimal beam selected from among the optimal base station information and the beam candidate information.
  • the baseband processor may receive the current location of the mobile terminal in the indoor space through the first VLC lamp.
  • the baseband processor may control the transceiver circuit to transmit a wireless communication signal to the mobile terminal when the mobile terminal is within a coverage range based on the current location of the mobile terminal.
  • the baseband processor may determine the current location of the mobile terminal based on the ID of the VLC lamp closest to the location of the mobile terminal.
  • the baseband processor may receive the current location of the mobile terminal in the indoor space through the first VLC lamp.
  • the baseband processor may control the transceiver circuit to transmit the 5G radio signal in a current direction of the mobile terminal when the mobile terminal is within a coverage range of the 5G radio signal based on the current location.
  • the current direction of the mobile terminal may be determined based on the ID of the VLC lamp closest to the location of the mobile terminal and orientation information of the mobile terminal.
  • a 5G communication relay device having a plurality of sub-array structures to satisfy an effective isotropic radiated power (EIRP) requirement required by an operator.
  • EIRP effective isotropic radiated power
  • a radome to cover the plurality of sub-array structures on the front side of the main body of the 5G communication relay device, it is possible to solve the problem that the output level of the output signal is high, which may have a harmful effect on the human body.
  • FIG. 1 shows a detailed configuration of a 5G CPE or electronic device according to the present invention.
  • FIG. 2 shows the configuration of a wireless communication unit of an electronic device or 5G communication relay device capable of operating in a plurality of wireless communication systems according to the present invention.
  • FIG 3 is a conceptual diagram of a method for installing a 5G communication relay device, that is, a 5G CPE according to the present invention.
  • 4A and 4B are flowcharts of a control operation performed in a 5G communication relay device, ie, a 5G CPE, according to the present invention.
  • 5A is a flowchart illustrating an internal configuration of a 5G CPE according to the present invention and a 5G CPE control operation with an electronic device.
  • 5B shows a detailed configuration of a 5G CPE and an electronic device according to the present invention.
  • 5C 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. 6A shows a flowchart of a method for controlling positioning and tilting of a 5G CPE according to the present invention.
  • 6B shows various LEDs provided in the 5G CPE according to the present invention.
  • FIG. 7 shows an arrangement structure of a base station and a 5G CPE according to the present invention.
  • FIG 8 shows a left-right rotation structure and a vertical rotation structure of the 5G communication relay device according to the present invention.
  • 9A shows a structure in which an array antenna and a 5G communication repeater (CPE) in which a plurality of antennas are disposed are combined with a radome.
  • 9B shows the structure of a 5G communication repeater (CPE) in which an array antenna and a plurality of antennas are disposed.
  • FIG. 10 illustrates an array antenna structure that may be disposed inside a 5G communication repeater (CPE) according to various embodiments of the present disclosure.
  • CPE 5G communication repeater
  • Figure 11a is a result showing the EIRP value according to the CDF percentile with respect to the number of different beams.
  • Figure 11b is a graph showing the EIRP value according to the CDF percentile with respect to the number of different beams.
  • FIG. 12A shows a block diagram of a 5G communication repeater (CPE) having a plurality of sub-array module structures according to the present specification.
  • FIG. 12B shows a block diagram of a 5G communication repeater (CPE) having a plurality of antennas according to the present specification.
  • 13A illustrates a maximum permissible exposure (MPE) level by electromagnetic waves according to a distance from a 5G communication relay device according to an embodiment.
  • 13b shows the MPE value according to the distance change when outputting the EIRP having different values.
  • 14A and 14B show the shape of a 5G communication relay device having a radome structure of various shapes.
  • 15 is a conceptual diagram in which a 5G communication relay device performs VLC communication and 5G communication with another lighting device or a mobile terminal.
  • 16A to 16C show a 5G communication relay device in which a plurality of antennas are disposed according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 17 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.
  • the 5G communication relay device described herein may be a CPE (Customer Premises Equipment).
  • the electronic device 100 includes a wireless communication unit 110 corresponding to a transceiver unit, an output unit 150 , and a control unit 180 .
  • 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, a 5G wireless communication module, a short-range communication module, and a location information module.
  • the 4G wireless communication module can transmit and receive 4G signals with a 4G base station through a 4G mobile communication network.
  • the 4G wireless communication module may transmit one or more 4G transmission signals to the 4G base station.
  • the 4G wireless communication module 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 can transmit and receive 5G signals 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 can transmit and receive 5G signals with a 5G base station through a 5G mobile communication network.
  • the 5G wireless communication module may transmit one or more 5G transmission signals to the 5G base station.
  • the 5G wireless communication module 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 and the 5G wireless communication module.
  • 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, a 4G reception signal and a 5G reception signal can be simultaneously received through the 4G wireless communication module and the 5G wireless communication module.
  • inter-CA Carrier Aggregation
  • the short-range communication module is for short range communication, and includes BluetoothTM, Radio Frequency Identification (RFID), Infrared Data Association (IrDA), Ultra Wideband (UWB), ZigBee, and Near Field (NFC). Communication), Wi-Fi (Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, and Wireless USB (Wireless Universal Serial Bus) technology may be used to support short-distance communication.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • IrDA Infrared Data Association
  • UWB Ultra Wideband
  • ZigBee Ultra Wideband
  • NFC Near Field
  • Wi-Fi Wireless-Fidelity
  • Wi-Fi Direct Wireless USB (Wireless Universal Serial Bus) technology
  • Such a short-distance communication module 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 other It is possible to support wireless communication between networks in which the electronic device 100 or an external server is located.
  • the local area network may be a local area network (Wireless Personal Area Network
  • short-range communication between electronic devices may be performed using the 4G wireless communication module and the 5G wireless communication module.
  • 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 may be performed using at least one of a 4G wireless communication module and a 5G wireless communication module and a Wi-Fi communication module for transmission speed improvement and communication system convergence.
  • 4G + WiFi carrier aggregation may be performed using the 4G wireless communication module and the Wi-Fi communication module.
  • 5G + WiFi carrier aggregation may be performed using the 5G wireless communication module and the Wi-Fi communication module.
  • the location information module is a module for acquiring a location (or current location) of an electronic device, and representative examples thereof include 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 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 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 can acquire the location of the electronic device based on the information of the 5G wireless communication module and the 5G base station that transmits or receives the wireless signal.
  • 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 output unit 150 is for generating an output related to visual, auditory or tactile sense, and may include at least one of a display unit, a sound output unit, a haptip module, and an optical output unit.
  • the display unit may implement a touch screen by forming a layer structure with the touch sensor or being integrally formed. Such a touch screen may function as a user input unit providing an input interface between the electronic device 100 and a user, and may provide an output interface between the electronic device 100 and a user.
  • 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. 1 in order to drive an application program stored in the memory. 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.
  • a plurality of antennas disposed on the side of the terminal may be implemented in four or more to support MIMO.
  • the 5G wireless communication module operates in a millimeter wave (mmWave) band
  • mmWave millimeter wave
  • a plurality of array antennas may be disposed in the electronic device.
  • the 5G communication relay device is a device that transmits a 5G radio signal between a base station and an electronic device, that is, a 5G UE.
  • the 5G communication relay device that is, 5G Customer Premises Equipment (CPE) may include a plurality of array antennas ANT1 to ANT4 to optimally transmit and receive 5G radio signals in a specific direction.
  • the 5G communication relay device may include a power and phase control unit 230 to control the beam direction of each of the array antennas ANT1 to ANT4.
  • the power and phase controller 230 may control the magnitude and phase of a signal applied to each antenna element of each of the array antennas ANT1 to ANT4 .
  • the transceiver 520 of FIG. 5B may correspond to the RFIC 250 of .
  • the controller 510 of FIG. 5B may correspond to the modem 400 and the AP 450 of .
  • the electronic device or 5G communication relay device further includes a first power amplifier 210 , a second power amplifier 220 , and an RFIC 250 .
  • the electronic device may further include a modem 400 and an application processor (AP) 500 .
  • 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 or the 5G communication relay device includes a plurality of low noise amplifiers (LNAs) 410 to 440 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 a single 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 300 as follows. For example, if the electronic device is in an idle mode, the RFIC through the modem 300 so that at least one of the first and second power amplifiers 110 and 120 operates in the low power mode or is turned off 250 can be controlled.
  • the application processor (AP) 450 may control the modem 300 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. Accordingly, even if the throughput is somewhat sacrificed, the application processor (AP) 450 may control the modem 400 and the RFIC 250 to perform short-range communication using only the short-range communication module.
  • 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 a transmitter and a 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 shown in FIG. 2 has an advantage in 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 as 1 Tx
  • only one of the first and second power amplifiers 210 and 220 may 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 in 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.
  • a 5G communication relay device that transmits a 5G wireless signal to an electronic device equipped with a multi-transmission/reception system as shown in FIG. 2 , that is, a 5G Customer Premises Equipment (CPE) and a control method thereof will be described.
  • CPE 5G Customer Premises Equipment
  • 5G CPE since the speed of the existing broadband network is low and a huge cost is incurred in order to install a new giga network, 5G CPE is required. In addition, even if new subscribers are created, since the distance between each household is long, it may incur a lot of cost for laying cables and for engineers to visit and install them. In order to solve this problem, it is desirable that 5G communication service be provided through 5G CPE indoors.
  • operators may consider a method of wirelessly supplying the Internet to each home using a high-speed communication network, instead of providing Internet service through an existing cable.
  • 5G uses a very high frequency band as a high-speed communication network. Therefore, the 5G wireless signal causes a large RF loss due to surrounding objects such as buildings and trees.
  • the 5G communication relay device may implement the following technical features to solve the above-described problems.
  • a CPE for indoor use is proposed using an antenna that supports a high power class, that is, Power class 1 (eg, 48dBm).
  • Power class 1 eg, 48dBm
  • a detailed method for implementing the technical features of the 5G communication relay device according to the present invention, that is, 5G CPE, is as follows.
  • the signal arrival distance is short, so the 5G reception performance can be satisfied only when beamforming is performed in the direction of the base station, that is, the optimal signal direction. Therefore, a tilting operation is required to search for an optimal signal direction between the 5G CPE and the base station.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a method for installing a 5G communication relay device, that is, a 5G CPE according to the present invention.
  • FIGS. 4A and 4B are flowcharts of a control operation performed in a 5G communication relay device, ie, a 5G CPE, according to the present invention.
  • a 5G New Radio (NR) signal strength may be measured.
  • a test mode may be performed ( S110 ) while performing 5G NR measurement.
  • a TX disable procedure may be performed (S120).
  • the test mode is performed (S110)
  • the TX Disable procedure is performed (S120)
  • the 5G NR base station is not yet connected.
  • 'No NR Connection' may be displayed through the electronic device corresponding to the test tool.
  • No NR Connection means not a radio resource control (RRC) connection state.
  • RRC radio resource control
  • this test mode is mainly performed during the initial installation of 5G CPE.
  • the present invention is not limited thereto, and may be performed when a user is notified of this according to a change in a radio wave environment and the user selects a test mode.
  • the TX Disable procedure is performed (S120)
  • the 5G CPE does not perform any signal transmission procedure to the base station or the surrounding electronic device.
  • the control signal transmission may be exceptionally performed for the NR measurement report according to the 5G NR signal measurement.
  • the 5G CPE may be moved to another location in the room as shown in FIG. 3(b).
  • NR connection is performed.
  • NR measurement according to 5G NR signal measurement may be performed (S130) even while the TX disable procedure is performed (S120).
  • S130 an NR connection may be made. Therefore, as shown in FIG. 4A , 'NR Connection' can be displayed through the electronic device corresponding to the test tool.
  • NR Connection means a radio resource control (RRC) connection state.
  • RRC radio resource control
  • appropriate altitude detection may be performed through a tilting operation as shown in FIG. 3( c ).
  • a tilting operation may also be an electrical tilting operation through beam forming for fine angle or height adjustment.
  • the 5G CPE may be rotated by a predetermined angle in the horizontal direction ( S141 ).
  • the 5G CPE can be rotated within an azimuth angle of ⁇ 30 degrees in the horizontal direction.
  • the azimuth rotation angle is not limited thereto and may be any rotation angle depending on the application.
  • the 5G CPE may be rotated by a predetermined angle in the vertical direction ( S142 ).
  • the 5G CPE can be rotated within an elevation angle of ⁇ 30 degrees in the vertical direction.
  • the elevation angle rotation angle is not limited thereto, and may be any rotation angle depending on the application, and may be a value different from the azimuth rotation angle.
  • the 5G CPE instead of rotating the 5G CPE by a certain angle in the vertical direction, the height of the installation mechanism in which the 5G CPE is installed can be adjusted. Therefore, the 5G CPE can be disposed in the optimal signal reception direction in the horizontal and vertical directions. Accordingly, as shown in FIG. 3( d ), the 5G CPE may turn off the test mode, transmit the signal received from the base station to the electronic device, and transmit the signal received from the electronic device to the base station.
  • the 5G CPE control operation according to the present invention may be performed in two steps as follows.
  • Step 1 Apply Tx disable algorithm to ensure user or installer safety during installation
  • Step 2 Apply an algorithm to quickly detect which direction is the optimal tilt direction during installation
  • the Tx disable algorithm is applied while the test mode is performed (S110) and the TX disable procedure is performed (S120). Meanwhile, even when the NR connection is established, the Tx disable algorithm may be performed until the test mode is terminated.
  • the application of an algorithm to quickly detect which direction is the optimal tilt direction during installation is performed through a horizontal rotation step (S141) and a vertical rotation step (S142).
  • FIG. 5A is a flowchart illustrating an internal configuration of a 5G CPE according to the present invention and a 5G CPE control operation with an electronic device.
  • Figure 5b shows the detailed configuration of the 5G CPE and the electronic device according to the present invention.
  • the test tool is an electronic device that performs 5G communication with a base station through a 5G CPE.
  • BT is a wireless interface for performing short-range communication between the 5G CPE and the electronic device, and may be, for example, Bluetooth. However, it is not limited to Bluetooth and may be any short-range communication wireless interface such as Wi-Fi or Zigbee.
  • RF/Protocol corresponds to a transceiver of the 5G CPE, and a control operation may be performed by a controller (processor) of the 5G CPE.
  • the LED is provided in the 5G CPE, and may indicate the installation status of the 5G CPE and the 5G signal quality.
  • the 5G CPE 500 includes a controller (processor) 510 , a transceiver 520 , a second transceiver 530 , and a display unit 540 .
  • the electronic device 100 includes a wireless communication unit 110 , an output unit 150 , and a control unit 180 corresponding to the wireless communication unit.
  • 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 wireless communication unit 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 wireless communication unit 110 and the second transceiver, respectively.
  • the wireless communication unit 110 is configured to transmit and receive a radio signal.
  • the controller 180 is connected to and is configured to transmit and receive a 5G radio signal with a 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 wireless communication unit 110 .
  • the controller 180 controls the 5G communication relay device 500 not to transmit user data and control data to the wireless communication 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 control unit 180 transmits transmission restriction signaling for restricting transmission of user data and control data to the wireless communication unit 110 ) can be controlled to transmit 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 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 wireless communication unit 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 wireless communication unit 110 and the second transceiver, respectively.
  • the wireless communication unit 110 is configured to transmit and receive a radio signal.
  • the controller 180 is connected to the wireless communication unit 110 and is configured to transmit and receive 5G wireless 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 wireless communication unit 110 .
  • the controller 180 controls the 5G communication relay device 500 not to transmit user data and control data to the wireless communication 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 control unit 180 transmits transmission restriction signaling for restricting transmission of user data and control data to the wireless communication unit 110 ) can be controlled to transmit 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
  • the 5G CPE control operation according to the present invention may be performed in two steps as follows.
  • Step 1 Apply Tx disable algorithm to ensure user or installer safety during installation
  • Step 2 Apply an algorithm to quickly detect which direction is the optimal tilt direction during installation
  • the 5G CPE according to the present invention uses a 5G signal of a high frequency band, a safety method is applied to prevent harmful effects to the human body during installation.
  • the 5G CPE control operation according to the present invention is to disable the Tx function during positioning, rotation and tilting operations of the 5G CPE.
  • the test tool corresponds to the electronic device 100 .
  • RF/Protocol may correspond to the transceiver or control unit of the 5G CPE.
  • RF/Protocol is referred to as corresponding to the control unit 510 of the 5G CPE.
  • BT is referred to as the second transceiver 530 of the 5G CPE that provides a second air interface for performing short-range communication with the electronic device 100 .
  • the LED indicates the installation state of the 5G CPE and the 5G signal quality as a display unit 540 .
  • the controller 510 of the 5G CPE may control the LTE base station to be in an LTE connection state through activation of a communication function.
  • NR measurement may be performed on a received signal received from an NR base station.
  • the NR measurement may be performed even during the 5G NR Disable process (S120).
  • the NR measurement may be performed during the optimal tilt control process ( S140 ).
  • the controller 510 of the 5G CPE may perform a test mode ( S110 ). Also, when the control unit 510 enters the test mode (ie, the test mode is determined), the controller 510 may control the pairing with the electronic device 100 through the second transceiver 530 . For pairing with the electronic device 100 in the test mode, the surrounding electronic device may be recognized through an advertising process with the surrounding electronic device.
  • the controller 510 disables TX so that a radio signal is not transmitted through the transceiver 520 when a specific control signal is received from the 5G base station or is in an RRC connection state. carry out the process.
  • the controller 510 may search for an optimal direction of a signal received from a 5G base station in a horizontal direction and/or a vertical direction. Accordingly, the controller 510 may perform one of a TX Enable procedure (S150), a tilting procedure, and a reinstallation procedure based on the received signal quality from the 5G base station. Accordingly, when the received signal quality is good, the control unit 510 may display through the display unit 540 that the 5G CPE can be installed at the corresponding location. That is, the controller 510 may transmit information related to whether the 5G CPE can be installed at the corresponding location or the NR status to the display unit 540 .
  • a TX Enable procedure S150
  • the control unit 510 may display through the display unit 540 that the 5G CPE can be installed at the corresponding location. That is, the controller 510 may transmit information related to whether the 5G CPE can be installed at the corresponding location or the NR status to the display unit 540 .
  • the display unit 540 may display the NR status in Red, Yellow, Green, or the like, respectively.
  • the LED is displayed as Green, it indicates that the 5G signal strength is in a good state, and that the 5G CPE can be installed normally at that location.
  • the LED is displayed in Yellow, it indicates that the 5G signal strength is a normal state, and installation is impossible unless the 5G CPE is optimally tilted in the horizontal and/or vertical direction.
  • the LED is displayed in Red, the 5G signal strength is in a weak state, indicating that installation is impossible unless the 5G CPE is moved to another location.
  • the controller 510 accesses the 5G network through a ping operation to the 5G network, and ends the test mode.
  • the controller 510 may terminate the test mode and transmit user data. Accordingly, the 5G CPE is connected to both the 5G base station and the 5G network.
  • the second transceiver 530 may perform a pairing operation with the electronic device 100 .
  • the second transceiver 530 may transmit received signal quality, for example, Reference Signal Received Power (RSRP) to the electronic device 100 .
  • RSRP Reference Signal Received Power
  • the test mode is terminated, information transfer between the electronic device 100 and the 5G CPE may be terminated.
  • the 5G CPE 500 includes a receive array antenna (RX ANT), a transmit array antenna (TX ANT), a controller 510 , and a transmitter/receiver 520 .
  • the 5G CPE 500 may amplify and process the 5G radio signal received from the 5G base station 700 through the reception array 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 array antenna (TX ANT).
  • the receiving array antenna RX ANT and the transmitting array antenna TX ANT may share an antenna element.
  • Figure 6a shows a flow chart of the positioning and tilting control method of the 5G CPE according to the present invention.
  • the positioning and tilting control method of the 5G CPE may be performed by the controller 510 based on a signal received from the 5G base station through the transceiver.
  • the positioning and tilting control method of the 5G CPE may be performed in a mechanical manner or in an electrical manner.
  • the controller 510 may perform 5G NR measurement ( S130 ) at the corresponding location. If it is determined that attachment to the 5G network is not possible according to the 5G NR measurement (S130), the LED may be displayed in Red. If it is determined that a situation such as RRC connection failure is permanent, position control (S101) may be performed to position the 5G CPE to a location other than the corresponding location. In this regard, the 5G CPE may autonomously perform position control ( S101 ) within the movable range. Alternatively, the 5G CPE may indicate the need for position control ( S101 ) through a display unit such as an LED light or through a peripheral electronic device such as a user terminal.
  • horizontal rotation (tilt) control (S140) and/or vertical rotation (tilt) control (S150) operations may be performed.
  • the horizontal rotation (tilt) control (S140) and/or the vertical rotation (tilt) control (S150) operations may correspond to left-right rotation (tilt) and/or vertical rotation (tilt), respectively.
  • the horizontal rotation (tilt) control (S141) may be performed. If the received signal quality through the horizontal rotation (tilt) control (S141) is less than or equal to the threshold, the vertical rotation (tilt) control (S142) operation may be performed.
  • the threshold which is the received signal quality, may correspond to 3 levels. Here, the 3 level indicates that the 5G signal strength indicated by the green LED is a good state, and the 5G CPE can be installed normally at the corresponding position.
  • the number of antennas in the horizontal direction of the array antennas in the 5G CPE may be set to be greater than the number of antennas in the vertical direction. Accordingly, the antenna beam can be precisely adjusted in the horizontal direction and the antenna beam can be adjusted again in the vertical direction.
  • the mechanical stability of the 5G CPE can be improved by not performing the vertical rotation (tilt) of the 5G CPE as much as possible.
  • the received signal quality is greater than or equal to the threshold at the corresponding position and angle, it is determined as a strong electric field state, and the adjustment procedure such as tilt can be stopped (stop adjustment).
  • the received signal quality is greater than or equal to the threshold through the horizontal rotation (tilt) control ( S141 )
  • it is determined that the received signal is in a strong electric field state
  • the adjustment procedure such as tilt can be stopped (stop adjustment).
  • the received signal quality is greater than or equal to the threshold through the vertical rotation (tilt) control (S142)
  • the received signal quality is less than the threshold value, it may be determined as a weak electric field state. Accordingly, it is possible to indicate that the 5G signal strength is a normal state by displaying the LED in Yellow, and installation is impossible unless the 5G CPE is optimally tilted in the horizontal and/or vertical direction.
  • the LED may be displayed in Red to indicate that the 5G signal strength is in a weak state, and that installation is impossible unless the 5G CPE is moved to another location.
  • the received signal quality is less than the first threshold and greater than or equal to the second threshold (2 level)
  • it is possible to control to perform a tilting procedure it is possible to control to move the installation location to perform the reinstallation procedure.
  • the 5G CPE includes an LED 540 indicating the 5G NR signal strength.
  • the LED 540 may be disposed on the upper side so that the installer can easily recognize the 5G NR signal quality, but is not limited thereto and can be changed according to the application. Accordingly, the LED 540 may display the NR status in Red, Yellow, Green, and the like, respectively.
  • the LED 540 is displayed as Green, it indicates that the 5G signal strength is in a good state, and that the 5G CPE can be installed normally in the corresponding position.
  • the LED 540 is displayed in Yellow, it indicates that the 5G signal strength is a normal state, and installation is impossible unless the 5G CPE is optimally tilted in the horizontal and/or vertical direction.
  • the LED 540 is displayed in Red, the 5G signal strength is in a weak state, indicating that installation is impossible unless the 5G CPE is moved to another location.
  • the 5G CPE may further include a first LED 541 for guiding a direction to the left/right according to the left/right tilt.
  • the 5G CPE may further include a second LED 542 for guiding the direction upward/downward according to the vertical tilt.
  • the user or installer can select the corresponding button to enter the test mode, that is, the installation mode to install the 5G CPE.
  • the corresponding button may be physically provided in the 5G CPE or an electronic device paired with the 5G CPE or may be displayed on the display.
  • the 5G CPE can activate the following functions when entering the test mode, that is, the installation mode.
  • TX power disable RX Only mode can be entered to protect the human body from harmful 5G NR radio waves.
  • the LED 240 indicating the 5G NR signal strength may be displayed in a blinking state. Accordingly, the LED 240 may be displayed in a different color, for example, white Blinking, to inform the user or installer not to move the 5G CPE from that location.
  • FIG. 7 shows the arrangement structure of the base station and 5G CPE according to the present invention.
  • the present invention proposes a method of installing a plurality of 5G communication relay devices, that is, 5G CPEs (CPEs 1 to 3) around a space such as a window of a building.
  • CPEs 1 to 3 correspond to 5G CPEs disposed at a higher position, substantially the same position, and lower position than the base station (BS), respectively.
  • CPE 1 needs to electrically down-tilt the antenna beam in the vertical direction.
  • CPE 3 needs to electrically upwardly tilt the antenna beam in the vertical direction (Up e-tilt).
  • CPE 2 needs to form an antenna beam in a bore-site direction in a vertical direction.
  • CPEs 1 to 3 installed in Building 2 can apply more horizontal tilt than CPEs 1 to 3 installed in Building 1. have.
  • the tilt in the horizontal direction applied to CPEs 1 to 3 installed in Building 2 may be determined to be AoA-60 degrees.
  • AoA is the tilt angle in the horizontal direction of CPEs 1 to 3 installed in Building 1.
  • differentiation points for the installation structure and installation method of the 5G communication relay device according to the present invention are as follows.
  • 5G wireless signals have very high straightness.
  • 5G NR uses very high frequency in the 28GHz band, so its straightness is very high. Therefore, since the 5G CPE is often installed directly by the customer, it should be easy to adjust the direction to match the base station.
  • 5G communication using a very high frequency band, especially mmWave has very high straightness, and communication performance may deteriorate if the direction with the 5G repeater or base station does not match. Therefore, there is a need for a structure in which customers can easily control the orientation of 5G CPE.
  • the 5G CPE needs to be installed so that the orientation direction of the 5G CPE (Customer Premises Equipment) coincides with the orientation of the 5G repeater or the 5G base station.
  • the direction of the 5G CPE must match the direction of the 5G repeater or 5G base station to optimize radio performance and thus communication performance such as communication speed can be optimized.
  • the present invention proposes a structure in which anyone can easily adjust the orientation of the 5G CPE in the form of a device that customers can directly install.
  • FIG. 8 shows a left-right rotation structure and a vertical rotation structure of the 5G communication relay device according to the present invention.
  • FIG. 8 is related to a first coupling frame corresponding to the left-right rotation structure of the 5G communication relay device according to the present invention and a second coupling frame corresponding to the vertical rotation structure.
  • Figures 8 (a) and 8 (c) shows a perspective view in which the main body of the 5G communication relay device is coupled to the first coupling frame and the second coupling frame.
  • Figure 8 (b) shows a front view of the 5G communication relay device configured to rotate the main body in the horizontal direction (azimuth direction).
  • Fig. 8 (d) shows a side view of the 5G communication relay device configured to rotate the main body in the vertical direction (elevation direction).
  • the main body 501 is configured to be rotatable in the left and right directions and up and down directions to receive the 5G wireless signal.
  • the first coupling frame 550 is connected to the lower end of the main body 501 and is configured to rotate the main body 501 in the left and right directions.
  • a thread may be disposed inside the first coupling frame 550 .
  • the left and right rotation (tilt) angle of the 5G CPE can be known.
  • an input unit capable of controlling or manipulating LAN/power for example, an input unit in the form of a button, may be disposed on the front or rear surface of the main body 501 .
  • the second coupling frame 560 is connected to the side portion and the lower end of the main body 501, is configured to rotate the main body 501 in the vertical direction.
  • the lower end of the main body 501 can be configured to be fastened with a frame attached to the window.
  • the lower end of the main body 501 can be configured to be fastened with a vertical connection part extendable to a predetermined height.
  • the second coupling frame 560 may be provided with a holding button configured to fix the second coupling frame 560 with the main body 501 . Therefore, the 5G communication relay device according to the present invention, that is, the configuration for controlling the vertical tilt of the 5G CPE and fixing it at a specific angle may be formed as a holding button structure.
  • the second coupling frame 560 may include a holding button configured to hold the main body 501 by being fixed to the second coupling frame 560 .
  • the holding button may be configured to tilt the main body 501 in the vertical direction in the region where the second coupling frame 560 and the main body 501 are connected.
  • CPE 5G communication repeater
  • 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 5G communication relay device has a problem in that it is difficult to satisfy the effective isotropic radiated power (EIRP) requirement required by an operator.
  • EIRP effective isotropic radiated power
  • the output level of the signal transmitted and output from the 5G communication relay device is high, which may have a harmful effect on the human body.
  • Another object is to provide a 5G communication relay device that can satisfy the effective isotropic radiated power (EIRP) requirements required by the operator (operator).
  • EIRP effective isotropic radiated power
  • Another object of the present invention is to provide a 5G communication relay device having an array antenna structure that can satisfy EIRP requirements.
  • Another object of the present invention is to provide a structural design of a 5G communication relay device to solve a problem that a signal transmitted and output from the 5G communication relay device may have a harmful effect on the human body due to a high output level.
  • FIG. 9a shows a structure in which an array antenna and a 5G communication repeater (CPE) in which a plurality of antennas are disposed are combined with a radome.
  • 9B shows the structure of a 5G communication repeater (CPE) in which an array antenna and a plurality of antennas are disposed.
  • FIG. 10 illustrates an array antenna structure that may be disposed inside a 5G communication repeater (CPE) according to various embodiments of the present disclosure.
  • 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.
  • 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 array 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.
  • the number of antenna array elements is increased and signals are radiated using all of them, there is a problem that the EIRP value according to the CDF percentile is difficult to satisfy the requirements.
  • the 5G communication repeater includes a plurality of antenna modules 1100 operating in a Sub6 band and an array antenna module 1300 operating in a mmWave band.
  • the plurality of antenna modules 1100 may include a plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4 disposed at different positions on the substrate to support multiple input/output (MIMO).
  • the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4 may be disposed while maintaining the maximum possible separation distance from the lower substrate S2 to support multiple input/output (MIMO).
  • the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4 are configured to feed power through the lower substrate S2. Upper openings of the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4 may be connected to the upper substrate S1.
  • the plurality of antenna modules 1100 is configurable to include a cone radiator 1100R, a patch element 1101 and a shorting pin 1102 .
  • the upper substrate S1 may be spaced apart from the upper opening so that a patch element 1101 may be formed to partially surround the upper opening.
  • a shorting pin 1102 configured to connect the upper substrate S1 and the lower substrate S2 may be included.
  • the 5G communication relay device described herein may be configured to include a plurality of antenna modules 1100-1 to 1100-4 in addition to the array antenna 1300.
  • each of the plurality of antenna modules 1100-1 to 1100-4 may be formed of a cone antenna module including a cone radiator 1100R, a patch element 1101, and a shorting pin 1102.
  • the patch element 1101 may be formed on an upper substrate connected to the upper opening of the cone radiator 1100R, and may be configured to operate in a wide band in combination with the cone radiator 1100R.
  • the shorting pin 1102 is configured to connect the ground of the upper substrate S1 and the lower substrate S2, and the size of the cone antenna module can be reduced.
  • the radiation pattern can prevent nulls from being created at the bore site by one shorting pin 1102 disposed only on one point.
  • the array antenna 1300 may be configured as one array antenna as shown in FIG. 10( a ). As an example, the array antenna 1300 may be configured as one 8x8 array antenna as shown in FIG. 10( a ). Meanwhile, the array antenna 1300 may include a plurality of array antennas, that is, a plurality of sub-array modules 1300-1 to 1300-4 as shown in FIG. 10(b) . As an example, the array antenna 1300 may include four 4x4 array antennas, that is, four sub-array modules 1300-1 to 1300-4, as shown in FIG. 10(b) .
  • FIG. 11a is a result showing EIRP values according to CDF percentiles for different beam numbers.
  • Figure 11b is a graph showing the EIRP value according to the CDF percentile with respect to the number of different beams.
  • the beam width is increased. Accordingly, if a 4x4 array antenna is used, EIRP can be improved based on 50% CDF.
  • four 4x4 array antennas that is, four sub-array modules 1300-1 to 1300-4, are disposed in an inclined form by a predetermined angle to further improve EIRP based on 50% CDF can do.
  • the four sub-array modules 1300-1 to 1300-4 may be disposed in an inclined shape by a predetermined angle to satisfy a power density specification.
  • the 5G communication repeater has an array antenna 1300, that is, a substrate SUB1 on which a plurality of sub-array modules 1300-1 to 1300-4 are disposed to receive a 5G radio signal.
  • SUB4 may further include a main body (501) configured to be disposed therein.
  • the main body 501 may be configured to be rotatable in the left-right direction and the vertical direction.
  • the 5G communication relay device may further include a radome cover 1010 configured to be coupled to the front surface of the main body 501 to cover a plurality of sub-array modules disposed therein.
  • FIG. 12A shows a block diagram of a 5G communication relay device (CPE) having a plurality of sub-array module structures according to the present specification.
  • FIG. 12B shows a block diagram of a 5G communication repeater (CPE) having a plurality of antennas according to the present specification.
  • CPE 5G communication relay device
  • the 5G communication relay device includes an array antenna 1300 composed of a plurality of sub-array modules 1300-1 to 1300-4, a transceiver circuit 1250, and a baseband processor ( baseband processor, 1400).
  • the 5G communication relay device may also be referred to as an electronic device performing 5G wireless communication.
  • an electronic device having an antenna according to the present specification that is, a 5G communication repeater (CPE), includes an outdoor unit (ODU) side circuit board (S1) and an indoor unit (IDU) side frame (Frame). ) may be included.
  • 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 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 present invention intends to propose an antenna operating in the 5G mmWave band in addition to the antenna operating in the 5G Sub6 band.
  • 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.
  • the plurality of sub-array modules 1300-1 to 1300-4 are disposed inside an electronic device, and a plurality of patch antenna elements are disposed on a substrate to radiate signals.
  • the transceiver circuit 1250 may be configured to control a phase of a signal applied to each of the antenna elements.
  • the transceiver circuit 1250 may be configured to control a phase of a signal applied to each of the antenna elements in one of the plurality of sub-array modules.
  • the entire array may use a partial array to maintain the EIRP output value according to the CDF percentile at a certain level.
  • the transceiver circuit 1250 may be configured to control the phase and magnitude of a signal applied to each of the antenna elements.
  • the transceiver circuit 1250 may be configured to control the phase and magnitude of a signal applied to each of the antenna elements in one of the plurality of sub-array modules.
  • the entire array may use a partial array to maintain the EIRP output value according to the CDF percentile at a certain level.
  • the transceiver circuit 1250 may be configured to include a phase shifter of FIG. 3B , a power amplifier PA, and a low noise amplifier LNA.
  • the transceiver circuit 1250 may include only the transceiver circuits other than the above-described configuration, and may be configured to control a phase shifter, a power amplifier (PA), and a low-noise amplifier (LNA).
  • PA power amplifier
  • LNA low-noise amplifier
  • the baseband processor 1400 may be operatively coupled to the transceiver circuit 1250 and configured to control the transceiver circuit 1250 .
  • the plurality of sub-array modules 1300 includes a first sub-array module 1300-1 to a fourth sub-array module ( 1300-4) may be included.
  • the first substrate SUB1 to the fourth substrate SUB4 may be disposed to be inclined by a predetermined angle so that the center positions of the plurality of sub-array modules are convex.
  • each of the first sub-array module 1300-1 to the fourth sub-array module 1300-4 may be configured as a 4x4 array antenna.
  • the distance between the antenna elements disposed at the boundary of adjacent sub-array modules may be set to a greater value than the distance between the antenna elements inside the first sub-array module 1300-1 to the fourth sub-array module 1300-4. Accordingly, it is easy for each of the first sub-arrangement module 1300-1 to the fourth sub-array module 1300-4 to operate independently.
  • the EIRP characteristic according to the CDF percentile may be improved.
  • the baseband processor 1400 applies a signal to one of the first sub-array modules 1300-1 to the fourth sub-array module 1300-4 to form a first beam having a first beam width.
  • the transceiver circuit 1250 may be controlled to perform beamforming.
  • the baseband processor 1400 applies a signal to two or more adjacent modules among the first sub-array module 1300-1 to the fourth sub-array module 1300-4 to generate a second beam having a second beam width.
  • the transceiver circuit 1250 may be controlled to form and perform beamforming.
  • the second beam width formed through two or more sub-array modules may be set to be narrower than the first beam width through one sub-array module.
  • the 5G communication relay device can perform fast beamforming while maintaining the EIRP characteristic according to the CDF percentile through the first beam, which is a coarse beam having a wide beam width.
  • the 5G communication relay device may perform fine beam forming only within a certain range through the second beam, which is a fine beam having a narrow beam width. As described above, by performing fine beam forming only within a certain range, fast beam forming is possible while maintaining the EIRP characteristics according to the CDF percentile.
  • multiple input/output may be performed using the first sub-array module 1300-1 to the fourth sub-array module 1300-4.
  • the baseband processor 1400 includes a transceiver to apply the first signal and the second signal to two modules of the first sub-array module 1300-1 to the fourth sub-array module 1300-4, respectively.
  • Multiple input/output (MIMO) may be performed by controlling the circuit 1250 .
  • the baseband processor 1400 controls the transceiver circuit 1250 to apply the first to fourth signals to the first sub-array module 1300-1 to the fourth sub-array module 1300-4, respectively.
  • MIMO multiple input/output
  • the 5G communication relay device having a plurality of antennas 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 according to various embodiments 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. (LB ANT2) may be further included.
  • 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.
  • the radome cover 1010 may be configured to be coupled with the front surface of the main body 501 to protect components including the plurality of antenna modules 1100 and the module array antenna 1300 .
  • the radome cover 1010 may be designed to be higher than a predetermined height to avoid harmful effects on the human body by the high-output signal from the 5G communication relay device.
  • FIG. 13A illustrates a maximum permissible exposure (MPE) level by electromagnetic waves according to a distance from a 5G communication relay device according to an embodiment. 13b shows the MPE value according to the distance change when outputting the EIRP having different values.
  • MPE maximum permissible exposure
  • FIG. 13a it shows the relationship with the minimum separation distance to satisfy the FCC regulation (regulation) according to different EIRP values.
  • the minimum separation distance to satisfy 10W/m 2 or less is set to 450mm.
  • the minimum separation distance to satisfy 10W/m 2 or less is set to 250mm.
  • the minimum separation distance to satisfy 10W/m 2 or less is set to 200mm.
  • the minimum separation distance to satisfy 10W/m2 or less can be set to about 500mm, 450mm, 250mm and 200mm.
  • FCC regulations require an MPE level of no more than 10 W/m 2 at 200 mm. Therefore, if the 5G communication relay device has an EIRP output value of 38dBm according to option 3, it satisfies the FCC regulations without any other special measures. However, according to option 1 and option 2, a separation distance greater than 200mm is required to satisfy FCC regulations.
  • the height (h) of the radome cover 1010 may be set such that the maximum allowable exposure (MPE) of electromagnetic waves at the height (h) is less than or equal to a threshold value. have.
  • the height (h) of the radome cover 1010 may be set to be 450mm and 250mm or more.
  • transmit power control and object detection may be performed.
  • the radome cover 1010 is implemented with a height lower than 250mm or 400mm, which is the height (h) of the radome cover required in option 1 and option 2, 5G transmission power level can be reduced.
  • an object such as a part of the body may be detected and an alarm may be generated.
  • the height (h) of the radome cover 1010 may be set to be 200mm or more. Therefore, according to option 3, techniques such as transmit power control and object detection are not required.
  • FIGS. 14A and 14B show the shape of a 5G communication relay device having a radome structure of various shapes.
  • FIG. 14A shows the shape of a 5G communication relay device having a multi-step-shaped radome structure.
  • Figure 14b shows the shape of a 5G communication relay device having a streamlined radome structure.
  • VLC visible light communication
  • the 5G communication relay device may further include a lighting device 1020a disposed on the connection part of the radome 1010a at a height spaced apart from the main body 501 by a predetermined distance.
  • the lighting device 1020a may be a first VLC lamp 1020a configured to perform visible light communication (VLC).
  • VLC visible light communication
  • the first VLC lamp 1020a may be disposed on the dielectric substrate to be spaced apart by a predetermined height so as not to cause electromagnetic interference with the array antenna 1300 .
  • a first VLC lamp may perform visible light communication with another second VLC lamp installed in an indoor space in which an electronic device is disposed.
  • the baseband processor 1400 may perform VLC communication and 5G communication through the following operations.
  • the 5G communication relay device may further include a lighting device 1020b configured to be partially accommodated inside the main body 501 and partially exposed outside the main body 501 .
  • the lighting device 1020b may be disposed inside the streamlined radome 1010b.
  • the lighting device 1020b may be a first VLC lamp 1020b configured to perform visible light communication (VLC).
  • the array antenna 1300 may be disposed offset in one axial direction, and the first VLC lamp 1020b may be disposed in the central region.
  • the first VLC lamp 1020b may be disposed to be offset in one axial direction, and the array antenna 1300 may be disposed in the central region.
  • the first VLC lamp 1020b may be disposed at a different height from that of the and array antenna 1300 , and both may be disposed in the central region.
  • first VLC lamp 1020 configured to perform visible light communication (VLC).
  • the first VLC lamp 1020a may be disposed on the same dielectric substrate spaced apart by a predetermined distance so as not to cause electromagnetic interference with the array antenna 1300 .
  • the first VLC lamps 1020a may be disposed on different dielectric substrates apart from each other by a predetermined distance so as not to cause electromagnetic interference with the array antenna 1300 .
  • FIG. 15 is a conceptual diagram in which a 5G communication relay device performs VLC communication and 5G communication with another lighting device or a mobile terminal.
  • a first VLC lamp may perform visible light communication with another second VLC lamp installed in an indoor space in which an electronic device is disposed.
  • the baseband processor 1400 may perform VLC communication and 5G communication through the following operations.
  • the baseband processor 1400 may receive control information for 5G wireless communication using VLC communication. Accordingly, it is possible to improve the reliability of control information transmission by receiving control information for 5G wireless communication through a plurality of communication links.
  • the baseband processor 1400 may receive control information for 5G wireless communication through the first VLC lamp 1020 or the WiFi module.
  • the baseband processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 and the plurality of sub-array modules 1300-1 to 1300-4 to perform 5G wireless communication with the base station according to the control information.
  • the baseband processor 1400 may receive optimal base station information and beam candidate information for 5G wireless communication using VLC communication. Accordingly, by receiving connection information such as optimal base station information for 5G wireless communication and beam selection information such as beam candidate information through a plurality of communication links, low-latency communication is possible. In this regard, the baseband processor 1400 may receive optimal base station information and beam candidate information for 5G wireless communication through the first VLC lamp 1020 or the WiFi module.
  • the baseband processor 1400 includes a transceiver circuit 1250 and a plurality of sub-array modules 1300-1 to 1300-4 to perform 5G wireless communication based on an optimal beam selected from among optimal base station information and beam candidate information. can be controlled
  • the baseband processor 1400 may identify the positions of the mobile terminals (UE, 100a, 100b) in the indoor space using VLC communication. In this regard, the baseband processor 1400 may receive the current positions of the mobile terminals 100a and 100b in the indoor space through the first VLC lamp 1020 . The baseband processor 1400 transmits and receives a wireless communication signal to the mobile terminals 100a and 100b when the mobile terminals 100a and 100b are within the coverage range based on the current positions of the mobile terminals 100a and 100b. 1250) can be controlled. In this regard, the current location of the mobile terminals 100a and 100b may be determined based on the ID of the VLC lamp closest to the location of the mobile terminals 100a and 100b.
  • the baseband processor 1400 may identify an orientation state other than the positions of the mobile terminals (UE, 100a, 100b), and provide an optimal beam candidate to minimize a delay according to a beamforming process.
  • the baseband processor 1400 may receive the current positions of the mobile terminals 100a and 100b in the indoor space through the first VLC lamp 1020 .
  • the baseband processor 1400 transmits a 5G radio signal to the mobile terminals 100a and 100b when the mobile terminals 100a and 100b are within the coverage range of the 5G radio signal based on the current positions of the mobile terminals 100a and 100b.
  • the transceiver circuit 1250 may be controlled to transmit in the current position and in the current direction.
  • the current positions and current directions of the mobile terminals 100a and 100b are the IDs of the VLC lamps closest to the positions of the mobile terminals 100a and 100b and the rotation information of the mobile terminals 100a and 100b (orientation information). can be judged based on To this end, the mobile terminals 100a and 100b may provide information about their current rotational state obtained through the gyro sensor 340b and/or the acceleration sensor 340e of FIG. 1A through one or more communication links. .
  • the 5G communication relay device is a first LB antenna (LB ANT1) and a second LB operating in a low band (LB) separately from the plurality of cone antennas (1100-1 to 1100-4).
  • An antenna (LB ANT2) may be further included.
  • FIGS. 16A to 16C show a 5G communication relay device in which a plurality of antennas are disposed according to various embodiments of the present disclosure.
  • 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. (LB ANT2) may be further included.
  • LB ANT2 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.
  • the first LB antenna LB ANT1 and the second LB antenna LB ANT2 may be implemented as inverted PIFA antennas.
  • the first LB antenna LB ANT1 and the second LB antenna LB ANT2 may be implemented as patch antennas.
  • the first LB antenna LB ANT1 and the second LB antenna LB ANT2 may be implemented as patch loop antennas.
  • WiFi antennas W-ANT1 and W-ANT2 may be disposed in the center of both sides of the circuit board.
  • the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4 may be disposed in various shapes and positions.
  • the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4 may be disposed at four ends of the circuit board.
  • the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4 may be rotated by a predetermined angle to minimize mutual interference during MIMO operation.
  • some of the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4 may be disposed adjacent to each other.
  • a plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4 are can be optimally placed.
  • one of the first cone antenna 1100-1 and the second cone antenna 1100-2 may be used.
  • one of the third cone antenna 1100 - 3 and the second cone antenna 1100 - 3 may be used. Therefore, when MIMO is supported, a maximum of 2RX or 2TX can be supported.
  • a 5G communication relay device having a plurality of sub-array structures to satisfy an effective isotropic radiated power (EIRP) requirement required by an operator.
  • EIRP effective isotropic radiated power
  • a radome to cover the plurality of sub-array structures on the front side of the main body of the 5G communication relay device, it is possible to solve the problem that the output level of the output signal is high, which may have a harmful effect on the human body.
  • FIG. 17 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 device 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.

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Abstract

일 실시 예에 따른 안테나를 구비하는 5G 통신 중계 장치가 제공된다. 상기 5G 통신 중계 장치는 상기 5G 통신 중계 장치 내부에 배치되고, 복수의 패치 안테나 소자들이 기판에 배치된 복수의 서브 배열 모듈을 포함할 수 있다. 한편, 상기 5G 통신 중계 장치는 상기 복수의 서브 배열 모듈 중 하나의 모듈 내의 안테나 소자들 각각에 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit); 및 상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 기저대역 프로세서(baseband processor)를 더 포함할 수 있다.

Description

5G 통신 중계 장치
본 발명은 5G 통신 중계 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 5G 기지국과 전자 기기 간에 5G 무선 신호를 전달하는 5G CPE (Customer Premises Equipment) 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
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. 이와 관련하여, 5G 통신 중계 장치는 사업자(operator)가 요구하는 effective isotropic radiated power (EIRP) 요구 조건을 만족시키기 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 5G 통신 중계 장치에서 송신되어 출력되는 신호의 출력 레벨이 높아서 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 사업자(operator)가 요구하는 effective isotropic radiated power (EIRP) 요구 조건을 만족시킬 수 있는 5G 통신 중계 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, EIRP 요구 조건을 만족시킬 수 있는 배열 안테나 구조를 갖는 5G 통신 중계 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 5G 통신 중계 장치에서 송신되어 출력되는 신호의 출력 레벨이 높아서 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있는 문제점을 해결하기 위한 5G 통신 중계 장치의 구조 설계를 제공하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 일 실시 예에 따른 안테나를 구비하는 5G 통신 중계 장치가 제공된다. 상기 5G 통신 중계 장치는 상기 5G 통신 중계 장치 내부에 배치되고, 복수의 패치 안테나 소자들이 기판에 배치된 복수의 서브 배열 모듈을 포함할 수 있다. 한편, 상기 5G 통신 중계 장치는 상기 복수의 서브 배열 모듈 중 하나의 모듈 내의 안테나 소자들 각각에 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit); 및 상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 기저대역 프로세서(baseband processor)를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 서브 배열 모듈은 상기 복수의 패치 안테나 소자들이 각각 제1 기판 내지 제4 기판에 배치되도록 구성된 제1 서브 어레이 모듈 내지 제4 서브 배열 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 기판 내지 상기 제4 기판은 상기 복수의 서브 배열 모듈의 중심 위치가 볼록하도록 소정 각도만큼 경사진 형태로 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 서브 배열 모듈 내지 상기 제4 서브 배열 모듈은 각각 4x4 배열 안테나로 구성될 수 있다. 상기 제1 서브 배열 모듈 내지 상기 제4 서브 배열 모듈 내부의 안테나 소자 간 간격보다 인접한 서브 배열 모듈 경계에 배치된 안테나 소자 간 간격이 더 큰 값으로 설정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 서브 어레이 모듈 내지 상기 제4 서브 배열 모듈 중 하나의 모듈로 신호를 인가하여 제1 빔 폭을 갖는 제1 빔을 형성하여 빔 포밍을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 서브 어레이 모듈 내지 상기 제4 서브 배열 모듈 중 인접한 둘 이상의 모듈로 신호를 인가하여 제2 빔 폭을 갖는 제2 빔을 형성하여 빔 포밍을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다. 상기 제2 빔 폭은 상기 제1 빔 폭보다 좁게 설정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 서브 어레이 모듈 내지 상기 제4 서브 배열 모듈 중 두 개의 모듈로 각각 제1 신호 및 제2 신호를 인가하도록 상기 송수신부 회로를 제어하여 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 5G 통신 중계 장치는 상기 복수의 서브 배열 모듈에 해당하는 배열 안테나를 둘러싸도록 배치되고, Sub6 대역에서 방사체로서 동작하도록 구성된 복수의 안테나 모듈을 더 포함할 수 있다. 상기 복수의 안테나 모듈 각각은 콘 방사체, 상기 콘 방사체의 상부 개구와 연결된 상부 기판에 형성된 패치 소자 및 상기 상부 기판과 하부 기판의 그라운드를 연결하는 단락 핀을 포함하는 콘 안테나 모듈로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 5G 통신 중계 장치는 5G 무선 신호를 수신하도록 상기 복수의 서브 배열 모듈이 배치된 기판이 내부에 배치되도록 구성된 본체(main body)를 더 포함할 수 있다. 상기 5G 통신 중계 장치는 상기 5G 통신 중계 장치 내부에 배치된 상기 복수의 서브 배열 모듈을 커버하도록 상기 본체 전면과 결합되도록 구성된 레이돔 커버를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 레이돔 커버의 높이는 상기 높이에서 전자파의 최대 허용 노출(maximum permissible exposure, MPE)이 임계치 이하가 되도록 설정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 본체 내부에 일부가 수용되고 상기 본체 외부에 일부가 노출되도록 구성된 조명 기기를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 조명 기기는 가시광 통신(visible light communication, VLC)을 수행하도록 구성된 제1 VLC 램프일 수 있다. 상기 제1 VLC 램프는 상기 전자 기기가 배치되는 실내 공간에 설치된 다른 제2 VLC 램프와 가시광 통신을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 5G 무선 통신을 위한 제어 정보를 상기 제1 VLC 램프 또는 WiFi 모듈을 통해 수신할 수 있다. 상기 제어 정보에 따라 기지국과 5G 무선 통신을 수행하도록 상기 송수신부 회로와 상기 복수의 서브 배열 모듈을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 5G 무선 통신을 위한 최적의 기지국 정보와 빔 후보 정보를 상기 제1 VLC 램프 또는 WiFi 모듈을 통해 수신할 수 있다. 상기 기저대역 프로세서는 상기 최적의 기지국 정보와 상기 빔 후보 정보 중 선택된 최적 빔에 기반하여 5G 무선 통신을 수행하도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 실내 공간에 있는 이동 단말의 현재 위치를 상기 제1 VLC 램프를 통해 수신할 수 있다. 상기 기저대역 프로세서는 상기 이동 단말의 현재 위치에 기반하여 상기 이동 단말이 커버리지 범위 내에 있으면 무선 통신 신호를 상기 이동 단말로 송신하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다. 상기 기저대역 프로세서는 상기 이동 단말의 현재 위치는 상기 이동 단말의 위치와 가장 근접한 VLC 램프의 ID에 기반하여 판단할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 실내 공간에 있는 이동 단말의 현재 위치를 상기 제1 VLC 램프를 통해 수신할 수 있다. 상기 기저대역 프로세서는 상기 현재 위치에 기반하여 상기 이동 단말이 5G 무선 신호의 커버리지 범위 내에 있으면 상기 5G 무선 신호를 상기 이동 단말의 현재 방향으로 송신하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다. 상기 이동 단말의 현재 방향은 상기 이동 단말의 위치와 가장 근접한 VLC 램프의 ID와 상기 이동 단말의 회전 정보(orientation information)에 기반하여 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 배열 안테나를 구비하는 5G 통신 중계 장치의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 사업자(operator)가 요구하는 effective isotropic radiated power (EIRP) 요구 조건을 만족시킬 수 있도록 복수의 서브 배열 구조를 갖는 5G 통신 중계 장치를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, EIRP 요구 조건을 만족시킬 수 있는 경사진 형태로 구성된 복수의 서브 배열 구조를 갖는 5G 통신 중계 장치를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 5G 통신 중계 장치의 본체 전면에 복수의 서브 배열 구조를 커버하도록 레이돔을 배치하여, 출력 신호의 출력 레벨이 높아서 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있는 문제점을 해결할 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 발명에 따른 5G CPE 또는 전자 기기의 상세 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기 또는 5G 통신 중계 장치의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 5G 통신 중계 장치, 즉 5G CPE의 설치 방법에 대한 개념도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 5G 통신 중계 장치, 즉 5G CPE에서 수행되는 제어 동작의 흐름도를 나타낸다.
도 5a는 본 발명에 따른 5G CPE의 내부 구성과 전자 기기와의 5G CPE 제어 동작을 위한 흐름도를 나타낸다.
도 5b는 본 발명에 따른 5G CPE와 전자 기기의 상세 구성을 나타낸다.
도 5c는 일 실시 예에 따른 5G 기지국과 UE 간에 5G 무선 신호를 전달하는 5G CPE의 상세 구성을 나타낸다.
도 6a는 본 발명에 따른 5G CPE의 포지셔닝 및 틸팅 제어 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 6b는 본 발명에 따른 5G CPE에 구비되는 다양한 LED를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 기지국과 5G CPE의 배치 구조를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 5G 통신 중계 장치의 좌우 회전 구조 및 상하 회전 구조를 나타낸다.
도 9a는 배열 안테나와 다수의 안테나들이 배치된 5G 통신 중계 장치(CPE)가 레이돔과 결합된 구조를 나타낸다. 도 9b는 배열 안테나와 다수의 안테나들이 배치된 5G 통신 중계 장치(CPE)의 구조를 나타낸다.
도 10은 다양한 실시 예에 따른 5G 통신 중계 장치(CPE) 내부에 배치될 수 있는 배열 안테나 구조를 나타낸다.
도 11a는 서로 다른 빔 개수에 대하여 CDF percentile에 따른 EIRP 값을 나타낸 결과이다. 한편, 도 11b는 서로 다른 빔 개수에 대하여 CDF percentile에 따른 EIRP 값을 나타낸 그래프이다.
도 12a는 본 명세서에 따른 복수의 서브 배열 모듈 구조를 갖는 5G 통신 중계 장치(CPE)의 블록 구성도를 나타낸다. 또한, 도 12b는 본 명세서에 따른 복수의 안테나들을 갖는 5G 통신 중계 장치(CPE)의 블록 구성도를 나타낸다.
도 13a는 일 실시 예에 따른 5G 통신 중계 장치로부터의 거리에 따른 전자파에 의한 최대 허용 노출(maximum permissible exposure, MPE) 레벨을 나타낸 것이다. 도 13b는 서로 다른 값을 갖는 EIRP 출력 시, 거리 변화에 따른 MPE 값을 나타낸 것이다.
도 14a 및 도 14b는 다양한 형상의 레이돔 구조를 갖는 5G 통신 중계 장치의 형상을 나타낸다.
도 15는 5G 통신 중계 장치가 다른 조명 기기 또는 이동 단말과 VLC 통신과 5G 통신을 수행하는 개념도이다.
도 16a 내지 도 16c는 다양한 실시 예에 따른 복수의 안테나들이 배치된 5G 통신 중계 장치를 나타낸다.
도 17은 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. 또한, 본 명세서에서 설명되는 5G 통신 중계 장치는 CPE (Customer Premises Equipment)일 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 발명에 따른 5G CPE 또는 전자 기기의 상세 구성을 나타낸다. 전자 기기(100)는 송수신부에 해당하는 무선 통신부(110), 출력부(150) 및 제어부(180)를 포함한다.
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, 5G 무선 통신 모듈, 근거리 통신 모듈, 위치정보 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
4G 무선 통신 모듈은 4G 이동통신 네트워크를 통해 4G 기지국과 4G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 4G 무선 통신 모듈은 하나 이상의 4G 송신 신호를 4G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 4G 무선 통신 모듈은 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 모듈은 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 모듈은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 5G 무선 통신 모듈은 하나 이상의 5G 송신 신호를 5G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈은 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 모듈과 5G 무선 통신 모듈을 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 및 5G 무선 통신 모듈을 통해 4G 수신 신호와 5G 수신 신호를 동시에 수신할 수 있다.
근거리 통신 모듈은 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 모듈은, 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 및 5G 무선 통신 모듈을 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 및 5G 무선 통신 모듈 중 적어도 하나와 Wi-Fi 통신 모듈을 이용하여 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈과 Wi-Fi 통신 모듈을 이용하여 4G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 또는, 5G 무선 통신 모듈과 Wi-Fi 통신 모듈을 이용하여 5G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
위치정보 모듈은 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, 위치정보 모듈은 치환 또는 부가적으로 전자 기기의 위치에 관한 데이터를 얻기 위해 무선 통신부(110)의 다른 모듈 중 어느 기능을 수행할 수 있다. 위치정보 모듈은 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 모듈을 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.
출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부, 음향 출력부, 햅팁 모듈, 광 출력부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부는 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 입력부로써 기능함과 동시에, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 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 메모리에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1과 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.
한편, 단말기 측면에 배치되는 복수의 안테나는 MIMO를 지원하도록 4개 이상으로 구현될 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 복수의 안테나 각각이 배열 안테나(array antenna)로 구현됨에 따라, 전자 기기에 복수의 배열 안테나가 배치될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기 또는 5G 통신 중계 장치의 무선 통신부의 구성을 도시한다. 여기서, 본 발명에 따른 5G 통신 중계 장치는 5G 무선 신호를 기지국과 전자 기기, 즉 5G UE 간에 전달하는 장치이다. 이와 관련하여, 5G 통신 중계 장치, 즉 5G CPE (Customer Premises Equipment)는 5G 무선 신호를 특정 방향에서 최적으로 송신 및 수신하기 위해 복수의 배열 안테나들(ANT1 내지 ANT4)을 구비할 수 있다. 또한, 5G 통신 중계 장치는 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 빔 방향을 제어하기 위해 전력 및 위상 제어부(230)를 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 전력 및 위상 제어부(230)는 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 안테나 소자(element)에 인가되는 신호의 크기와 위상을 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 도 5b의 송수신부(520)는 의 RFIC(250)에 해당할 수 있다. 또한, 도 5b의 제어부(510)는 의 모뎀(400)과 AP(450)에 해당할 수 있다.
도 2를 참조하면, 전자 기기 또는 5G 통신 중계 장치는 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220) 및 RFIC(250)를 더 포함한다. 또한, 전자 기기는 모뎀(Modem, 400) 및 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor, 500)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 기기 또는 5G 통신 중계 장치는 수신부에서 복수의 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 410 내지 440)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(300)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(300)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(300)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 모듈만을 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 전자 기기로 5G 무선 신호를 전달하는 5G 통신 중계 장치, 즉 5G CPE (Customer Premises Equipment) 및 그 제어 방법에 대해 살펴보기로 한다.
이와 관련하여, 기존 브로드 밴드 망(broadband network)의 속도가 낮고, 새로운 기가 네트워크를 설치하기 위해서는 막대한 비용이 발생하기 때문에, 5G CPE가 필요하다. 또한, 새로운 가입자가 생기더라도 각 세대별 거리가 멀기 때문에 케이블을 매설하고, 엔지니어들이 방문해서 설치하는데 많은 비용이 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 5G 통신 서비스는 실내에서 5G CPE를 통해 제공되는 것이 바람직하다.
4G LTE 이후 새로운 비즈니스를 창출하고자 하는 망 사업자들이 경쟁적으로 5G 망 구축을 진행하고 있다. 하지만, 5G 망이 4G 망보다 빠르다는 장점만으로 새로운 비즈니스를 창출하기는 어려운 상황이다.
따라서, 사업자(operator)들은 기존의 케이블로 인터넷 서비스를 제공하는 대신, 초고속 통신망을 활용하여 무선으로 각 가정으로 인터넷을 공급하는 방안을 고려할 수 있다.
하지만, 기존 LTE나 3G에서 사용한 주파수와 비교하면, 5G는 초고속 통신망으로 매우 높은 주파수 대역을 사용한다. 따라서, 5G 무선 신호는 건물, 나무 등 주변의 오브젝트에 기인하여 RF 손실이 크게 발생한다.
사업자는 5G CPE를 제공하고, 사용자가 self-install을 하여 엔지니어가 방문하거나 케이블을 따로 매설하지 않기를 원할 수 있다. 하지만, 5G NR radio 특성상 설치를 위한 5G CPE의 최적 설치 각도 및 위치를 파악하기 힘들다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에 따른 5G 통신 중계 장치, 즉 5G CPE는 전술한 문제점을 해결하기 위해 다음과 같은 기술적 특징이 구현될 수 있다.
1) 높은 전력 등급, 즉 Power class 1(예: 48dBm)을 지원하는 안테나를 사용하여 indoor용 CPE를 제안한다.
2) 지향성 안테나와 빔포밍 방식 사용하여 5G CPE의 5G 서비스 coverage를 확장한다.
3) 지향성 안테나를 사용하는 경우 5G 서비스를 제공하는 각도 영역(angular region)이 제한되는 이슈를 커버하기 위한 방안을 적용한다
4) 높은 주파수를 사용하는 경우 인체에 해로운 영향이 발생하지 않도록 safety 방안을 적용한다.
이러한 본 발명에 따른 5G 통신 중계 장치, 즉 5G CPE의 기술적 특징을 구현하기 위한 구체적인 방식은 다음과 같다.
1) 고주파 특성을 갖는 5G 무선 신호는 직진성이 강하므로, 실내에서 신호가 포착(capture)되는 영역을 탐색하기 어렵다. 따라서, 실내에서 신호를 수신 및 포착하기 위해 5G CPE에 대한 적절한 포지셔닝(positioning)이 필요하다.
2) 고주파 특성에 따라 파장이 짧아 신호의 도달 거리가 짧기 때문에, 기지국 방향, 즉 최적 신호 방향으로 빔포밍을 수행하여야 5G 수신 성능을 만족할 수 있다. 따라서, 5G CPE와 기지국 간 최적 신호 방향을 탐색하는 틸팅(tilting) 동작이 필요하다.
이와 관련하여, 도 3은 본 발명에 따른 5G 통신 중계 장치, 즉 5G CPE의 설치 방법에 대한 개념도이다. 한편, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 5G 통신 중계 장치, 즉 5G CPE에서 수행되는 제어 동작의 흐름도를 나타낸다.
도 3의 (a)를 참조하면, 5G NR(New Radio) 신호 강도(signal strength)를 측정할 수 있다. 이와 관련하여 도 4a를 참조하면, 5G NR 측정을 수행하는 동안 테스트 모드가 수행(S110)될 수 있다. 한편, 테스트 모드가 수행(S110)됨에 따라, TX 비활성화(Disable) 절차가 수행(S120)될 수 있다. 이와 관련하여, 테스트 모드가 수행(S110)되고, TX 비활성화(Disable) 절차가 수행(S120)되는 동안 5G NR 기지국과는 아직 연결 상태가 아니다. 따라서, 도 4a에 도시된 바와 같이, Test Tool에 해당하는 전자 기기를 통해 'No NR Connection'임을 표시할 수 있다. 여기서, No NR Connection은 무선 자원 제어(radio resource control: RRC) 연결(connection) 상태가 아님을 의미한다.
한편, 이러한 테스트 모드는 주로 5G CPE의 초기 설치 시에 이루어진다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 전파 환경 변화에 따라 사용자에게 이를 통지하고 사용자가 테스트 모드를 선택하는 경우에 수행될 수 있다. TX 비활성화(Disable) 절차가 수행(S120)되는 동안 5G CPE는 기지국 또는 주변 전자 기기로의 임의의 신호 송신 절차를 수행하지 않는다. 하지만, 5G NR 신호 측정에 따른 NR 측정 보고를 위해 제어 신호 송신은 예외적으로 수행될 수 있다.
5G NR 신호 강도가 일정 수준 이상이 되지 않으면, 도 3(b)와 같이 실내의 다른 위치로 5G CPE를 이동시킬 수 있다. 이와 같이 실내의 다른 위치에서 5G NR 신호 강도가 일정 수준 이상이 되면, NR 연결(connection)이 수행된다. 이와 관련하여 도 4a를 참조하면, TX 비활성화(Disable) 절차가 수행(S120)되는 동안에도 5G NR 신호 측정에 따른 NR 측정이 수행(S130)될 수 있다. 이와 관련하여, NR 측정이 수행(S130)됨에 따라 NR 연결(connection)이 이루어질 수 있다. 따라서, 도 4a에 도시된 바와 같이, Test Tool에 해당하는 전자 기기를 통해 'NR Connection'임을 표시할 수 있다. 여기서, NR Connection은 무선 자원 제어(radio resource control: RRC) 연결(connection) 상태임을 의미한다.
NR 연결이 이루어지면, 도 3(c)와 같이 틸팅(tilting) 동작을 통해 적절한 고도(altitude) 검출을 수행할 수 있다. 이러한 틸팅 동작은 기계적 틸팅 동작 이외에 미세한 각도 또는 높이 조정을 위해 빔 포밍 등을 통해 전기적 틸팅 동작도 가능하다.
도 3(c)를 참조하면, 수평 방향(horizontal direction)에서 5G CPE를 일정 각도만큼 회전(S141)시킬 수 있다. 예를 들어, 수평 방향에서 ±30도의 방위각(azimuth angle) 범위 내에서 5G CPE를 회전시킬 수 있다. 하지만, 방위각 회전 각도는 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 임의의 회전 각도일 수 있다.
또한, 도 3(c)를 참조하면, 수직 방향(vertical direction)에서 5G CPE를 일정 각도만큼 회전(S142)시킬 수 있다. 예를 들어, 수직 방향에서 ±30도의 고도각(elevation angle) 범위 내에서 5G CPE를 회전시킬 수 있다. 하지만, 고도각 회전 각도는 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 임의의 회전 각도일 수 있고, 방위각 회전 각도와 상이한 값일 수 있다. 또한, 수직 방향에서 5G CPE를 일정 각도만큼 회전시키는 것에 대신하여 5G CPE가 설치된 설치 기구의 높이를 조절할 수 있다. 따라서, 5G CPE를 수평 방향 및 수직 방향에서 최적의 신호 수신 방향으로 배치시킬 수 있다. 이에 따라, 도 3(d)와 같이 5G CPE는 테스트 모드를 오프하고 기지국으로부터 수신된 신호를 전자 기기로 전달하고, 전자 기기로부터 수신된 신호를 기지국으로 전달할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 5G CPE 제어 동작은 다음과 같이 2 단계로 이루어질 수 있다.
1단계: 설치 시 사용자 또는 설치 관리자의 안전을 보장하기 위한 Tx disable 알고리즘 적용
2단계: 설치 시 어느 방향이 최적의 Tilt 방향인지 빠르게 감지하는 알고리즘 적용
이와 관련하여, Tx disable 알고리즘 적용은 테스트 모드가 수행(S110)되고, TX 비활성화(Disable) 절차가 수행(S120)되는 동안 이루어진다. 한편, NR connection이 이루어진 경우에도 Tx disable 알고리즘은 테스트 모드가 종료되기 전까지 이루어질 수 있다. 한편, 설치 시 어느 방향이 최적의 Tilt 방향인지 빠르게 감지하는 알고리즘 적용은 수평 회전 단계(S141) 및 수직 회전 단계(S142)를 통해 이루어진다.
한편, 도 5a는 본 발명에 따른 5G CPE의 내부 구성과 전자 기기와의 5G CPE 제어 동작을 위한 흐름도를 나타낸다. 또한, 도 5b는 본 발명에 따른 5G CPE와 전자 기기의 상세 구성을 나타낸다.
도 5a를 참조하면, Test Tool은 5G CPE를 통해 기지국과 5G 통신을 수행하는 전자 기기이다. 한편, BT는 5G CPE와 전자 기기 간의 근거리 통신을 수행하기 위한 무선 인터페이스로, 예를 들어 블루투스일 수 있다. 하지만, 블루투스에 한정되는 것은 아니고 와이파이, 지그비 등 임의의 근거리 통신 무선 인터페이스일 수 있다. 한편, RF/Protocol은 5G CPE의 송수신부에 해당하고, 5G CPE의 제어부 (프로세서)에 의해 제어 동작이 수행될 수 있다. 또한, LED는 5G CPE에 구비되고, 5G CPE의 설치 상태 및 5G 신호 품질 등을 표시할 수 있다.
한편, 도 5b를 참조하면, 5G CPE(500)는 제어부 (프로세서)(510), 송수신부(transceiver, 520), 제2 송수신부(530) 및 표시부(540)를 포함한다. 한편, 전자 기기(100)는 무선 통신부에 해당하는 무선 통신부(110), 출력부(150) 및 제어부(180)를 포함한다.
또한, 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 1을 참조하면, 무선 통신부에 해당하는 무선 통신부(110)는 5G 무선 통신 모듈 및 근거리 통신 모듈을 포함한다. 여기서, 5G 무선 통신 모듈 및 근거리 통신 모듈을 각각 무선 통신부(110) 및 제2 송수신부에 해당한다.
5G UE인 전자 기기와 관련하여, 무선 통신부(110)는 무선 신호(radio signal)를 송신 및 수신하도록 구성된다. 한편, 제어부(180)는 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 무선 통신부(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 무선 통신부(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 수행하는 경우, 제어부(180)는 사용자 데이터 및 제어 데이터를 송신하지 않도록 제한하는 송신 제한 시그널링을 무선 통신부(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.
한편, 도 5b를 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 1을 참조하면, 무선 통신부에 해당하는 무선 통신부(110)는 5G 무선 통신 모듈 및 근거리 통신 모듈을 포함한다. 여기서, 5G 무선 통신 모듈 및 근거리 통신 모듈은 각각 무선 통신부(110) 및 제2 송수신부에 해당한다.
5G UE인 전자 기기와 관련하여, 무선 통신부(110)는 무선 신호(radio signal)를 송신 및 수신하도록 구성된다. 한편, 제어부(180)는 무선 통신부(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 무선 통신부(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 무선 통신부(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 수행하는 경우, 제어부(180)는 사용자 데이터 및 제어 데이터를 송신하지 않도록 제한하는 송신 제한 시그널링을 무선 통신부(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.
도 1, 도 3 내지 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 5G CPE 제어 동작은 다음과 같이 2 단계로 이루어질 수 있다.
1단계: 설치 시 사용자 또는 설치 관리자의 안전을 보장하기 위한 Tx disable 알고리즘 적용
2단계: 설치 시 어느 방향이 최적의 Tilt 방향인지 빠르게 감지하는 알고리즘 적용
따라서, 본 발명에 따른 5G CPE는 높은 주파수 대역의 5G 신호를 사용하므로, 설치 도중 인체에 유해한 영향이 발생하지 않도록 safety 방안을 적용한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 5G CPE 제어 동작은 5G CPE의 포지셔닝, 회전 및 틸팅 동작 시 Tx 기능을 사용하지 않도록 하는 것이다.
도 1 및 도 5a을 참조하면, Test Tool은 전자 기기(100)에 해당한다. 한편, RF/Protocol은 5G CPE의 송수신부 또는 제어부에 해당할 수 있다. 설명의 편의를 위해, RF/Protocol은 5G CPE의 제어부(510)에 해당하는 것으로 지칭한다. 한편, BT는 전자 기기(100)와 근거리 통신을 수행하기 위한 제2 무선 인터페이스를 제공하는 5G CPE의 제2 송수신부(530)로 지칭한다. 또한, LED는 5G CPE의 설치 상태 및 5G 신호 품질 등을 표시 표시부(540)로 지칭한다.
5G CPE의 제어부(510)는 통신 기능 활성화(activation)를 통해 LTE 기지국과 LTE 연결(LTE connection) 상태가 되도록 제어할 수 있다. LTE 연결 상태에서 NR 기지국으로부터 수신되는 수신 신호에 대한 NR 측정 (NR measurement)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, NR 측정은 5G NR Disable 과정(S120) 동안에도 수행될 수 있다. 또한, NR 측정은 최적 Tilt 제어 과정(S140) 동안에도 수행될 수 있다.
한편, 5G CPE의 제어부(510)는 5G CPE를 설치(install)하려는 사용자 입력이 수신(예: Button On)되면, 테스트 모드를 수행(S110) 할 수 있다. 또한, 제어부(510)는 테스트 모드에 진입 (즉, 테스트 모드라고 판단)한 경우 제2 송수신부(530)를 통해 전자 기기(100)와 페어링 되도록 제어할 수 있다. 테스트 모드에서 전자 기기(100)와 페어링을 위해, 주변 전자 기기와의 Advertising 과정을 통해 주변 전자 기기를 인식할 수 있다.
5G NR Disable 과정(S120)과 관련하여, 제어부(510)는 5G 기지국으로부터 특정 제어 신호가 수신되거나 또는 RRC 연결 상태인 경우, 무선 신호가 송수신부(520)를 통해 송신되지 않도록 TX 비활성화(Disable) 과정(process)을 수행한다.
최적 Tilt 제어 과정(S140)과 관련하여, 제어부(510)는 수평 방향 및/또는 수직 방향에서 5G 기지국으로부터 수신되는 신호의 최적 방향을 탐색할 수 있다. 이에 따라, 제어부(510)는 5G 기지국으로부터의 수신 신호 품질(received signal quality)에 기반하여, TX 활성화(Enable) 절차(S150), 틸팅(Tilting) 절차, 재설치 절차 중 하나를 수행할 수 있다. 따라서, 수신 신호 품질이 양호한 경우, 제어부(510)는 5G CPE가 해당 위치에서 설치 가능함을 표시부(540)를 통해 표시할 수 있다. 즉, 제어부(510)는 5G CPE가 해당 위치에서 설치 가능한지 여부와 관련된 정보 또는 NR 상태(status)를 표시부(540)로 전달할 수 있다. 이에 따라, 표시부(540)는 NR 상태(status)를 각각 Red, Yellow, Green 등으로 표시할 수 있다. 예를 들어, LED가 Green으로 표시되면 5G 신호 강도가 양호한 상태(good state)이고, 5G CPE가 해당 위치에서 정상 설치 가능함을 나타내다. 반면에, LED가 Yellow로 표시되면 5G 신호 강도가 일반 상태(normal state)이고, 5G CPE를 수평 및/수직 방향에서 최적 틸트 하지 않으면 설치가 불가능함을 나타낸다. 반면에, LED가 Red로 표시되면 5G 신호 강도가 취약 상태(weak state)로, 5G CPE를 다른 위치로 이동하지 않으면 설치가 불가능함을 나타낸다.
TX 활성화(Enable) 절차(S150)가 수행되면, 제어부(510)는 5G 네트워크로의 ping 동작을 통해 5G 네트워크에 액세스하고, 테스트 모드를 종료한다. 이와 관련하여, 제어부(510)는 PDN (Packet Data Network) 어태치(attach)가 완료된 경우, 테스트 모드를 종료하고 사용자 데이터를 송신할 수 있다. 이에 따라, 5G CPE는 5G 기지국 및 5G 네트워크에 모두 연결 상태가 된다.
전술한 바와 같이, 테스트 모드가 수행(S110)되면, 제2 송수신부(530)는 전자 기기(100)와 페어링 동작 수행할 수 있다. 전자 기기(100)와 페어링이 이루어지면, 제2 송수신부(530)는 수신 신호 품질, 예를 들어 RSRP(Reference Signal Received Power)를 전자 기기(100)로 전달할 수 있다. 한편, 테스트 모드가 종료되면, 전자 기기(100)와 5G CPE와의 정보 전달이 종료될 수 있다.
한편, 는 일 실시 예에 따른 5G 기지국과 UE 간에 5G 무선 신호를 전달하는 5G CPE의 상세 구성을 나타낸다. 도 5c를 참조하면, 5G CPE(500)는 수신 배열 안테나(RX ANT), 송신 배열 안테나(TX ANT), 제어부(510) 및 송수신부(520)를 포함한다.
이와 관련하여, 5G CPE(500)는 수신 배열 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 배열 안테나(TX ANT)를 통해 제1 UE(100a) 및 제2 UE(100b)로 전달할 수 있다. 이 경우, 수신 배열 안테나(RX ANT)와 송신 배열 안테나(TX ANT)는 안테나 소자를 공유할 수 있다.
한편, 도 6a는 본 발명에 따른 5G CPE의 포지셔닝 및 틸팅 제어 방법의 흐름도를 나타낸다. 도 5a 내지 도 6a를 참조하면, 5G CPE의 포지셔닝 및 틸팅 제어 방법은 제어부(510)가 송수신부를 통해 5G 기지국으로부터 수신된 신호를 기반으로 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 5G CPE의 포지셔닝 및 틸팅 제어 방법은 기계적 방식 또는 전기적 방식으로 수행될 수 있다.
도 6a를 참조하면, 제어부(510)는 해당 위치에서 5G NR 측정(S130)을 수행할 수 있다. 5G NR 측정(S130)에 따라 5G 네트워크에 어태치(attach)가 가능하지 않다고 판단되면 LED를 Red로 표시할 수 있다. 이러한 RRC 연결 실패와 같은 상황이 영구적이라고 판단되면, 해당 위치가 아닌 다른 위치로 5G CPE를 포지셔닝 하도록 포지션 제어(S101)를 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 5G CPE가 이동 가능 범위 내에서 자율적으로 포지션 제어(S101)를 수행할 수 있다. 대안으로, 5G CPE는 LED 등 표시부를 통해 또는 사용자 단말 등 주변 전자 기기를 통해 포지션 제어(S101)가 필요함을 표시할 수 있다.
한편, 5G NR 측정(S130)을 통한 수신 신호 품질, 예를 들어 RSRP에 따라 수평 방향 회전 (틸트) 제어(S140) 및/또는 수직 방향 회전 (틸트) 제어(S150) 동작을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 수평 방향 회전 (틸트) 제어(S140) 및/또는 수직 방향 회전 (틸트) 제어(S150) 동작은 각각 좌우 회전 (틸트) 및/또는 상하 회전 (틸트)에 해당할 수 있다.
이와 관련하여, 5G NR 측정(S130)을 통한 수신 신호 품질인 임계치 이하이면, 수평 방향 회전 (틸트) 제어(S141)를 수행할 수 있다. 수평 방향 회전 (틸트) 제어(S141)를 통해서도 통한 수신 신호 품질인 임계치 이하이면, 수직 방향 회전 (틸트) 제어(S142) 동작을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 수신 신호 품질인 임계치는 3 level에 해당할 수 있다. 여기서, 3 level은 LED가 Green으로 표시되는 5G 신호 강도가 양호한 상태(good state)이고, 5G CPE가 해당 위치에서 정상 설치 가능함을 나타내다.
이와 관련하여, 5G CPE 내의 배열 안테나의 수평 방향의 안테나 개수가 수직 방향의 안테나 개수보다 더 많도록 설정될 수 있다. 따라서, 수평 방향으로 안테나 빔을 정밀하게 조정하고, 수직 방향으로 안테나 빔을 다시 조정할 수 있다. 이와 관련하여, 수평 방향 회전 (틸트) 제어(S140)를 통해서 수신 신호 품질이 임계치 이상이면 더 이상 수직 방향 회전 (틸트) 제어(S150) 동작을 수행할 필요가 없다는 장점이 있다. 따라서, 5G CPE의 수직 방향 회전 (틸트)를 가능한 수행하지 않아 5G CPE의 기구적 안정성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
따라서, 해당 위치 및 각도에서 수신 신호 품질이 임계치 이상이면 강 전계(strong electric field) 상태로 판단하고 틸트 등 조정 절차를 중단(stop adjustment)할 수 있다. 또한, 수평 방향 회전 (틸트) 제어(S141)를 통해 수신 신호 품질이 임계치 이상이면 강 전계(strong electric field) 상태로 판단하고 틸트 등 조정 절차를 중단(stop adjustment)할 수 있다. 또한 수직 방향 회전 (틸트) 제어(S142)를 통해 수신 신호 품질이 임계치 이상이면 강 전계(strong electric field) 상태로 판단하고 틸트 등 조정 절차를 중단(stop adjustment)할 수 있다.
반면에, 수직 방향 회전 (틸트) 제어(S142)를 통해서도 수신 신호 품질이 임계치 미만이면 약 전계(weak electric field) 상태로 판단할 수 있다. 이에 따라, LED를 Yellow로 표시하여 5G 신호 강도가 일반 상태(normal state)이고, 5G CPE를 수평 및/수직 방향에서 최적 틸트 하지 않으면 설치가 불가능함을 표시할 수 있다. 한편, 5G 신호 강도에 따라, LED를 Red로 표시하여 5G 신호 강도가 취약 상태(weak state)로, 5G CPE를 다른 위치로 이동하지 않으면 설치가 불가능함을 표시할 수 있다. 구체적으로, 수신 신호 품질이 상기 제1 임계치 미만이고 제2 임계치 이상 (2 level)이면, 틸팅 절차를 수행하도록 제어할 수 있다. 반면에, 수신 신호 품질이 상기 제2 임계치 미만 (1 level)이면, 설치 장소를 이동하여 재설치 절차를 수행하도록 제어할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 5G CPE 설치 시 최적 틸팅 방향 예측 방법에 대해 살펴보기로 한다. 이와 관련하여, 도 6b는 본 발명에 따른 5G CPE에 구비되는 다양한 LED를 나타낸다. 도 6b를 참조하면, 5G CPE는 5G NR 신호 강도를 나타내는 LED(540)를 포함한다. LED(540)는 설치 관리자가 5G NR 신호 품질을 용이하게 인식하기 위해 상부 측면에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 이에 따라, LED(540)는 NR 상태(status)를 각각 Red, Yellow, Green 등으로 표시할 수 있다. 예를 들어, LED(540)가 Green으로 표시되면 5G 신호 강도가 양호한 상태(good state)이고, 5G CPE가 해당 위치에서 정상 설치 가능함을 나타내다. 반면에, LED(540)가 Yellow로 표시되면 5G 신호 강도가 일반 상태(normal state)이고, 5G CPE를 수평 및/수직 방향에서 최적 틸트 하지 않으면 설치가 불가능함을 나타낸다. 반면에, LED(540)가 Red로 표시되면 5G 신호 강도가 취약 상태(weak state)로, 5G CPE를 다른 위치로 이동하지 않으면 설치가 불가능함을 나타낸다.
5G CPE는 좌우 틸트에 따라 좌측/우측으로 방향을 가이드하는 제1 LED(541)를 더 포함할 수 있다. 또한, 5G CPE는 상하 틸트에 따라 상부/하부로 방향을 가이드하는 제2 LED(542)를 더 포함할 수 있다.
한편, 사용자 또는 설치 관리자가 5G CPE를 설치하기 위해 테스트 모드, 즉 설치 모드로 진입하기 위해 해당 버튼을 선택할 수 있다. 이러한 테스트 모드, 즉 설치 모드로 진입하기 위해 해당 버튼은 5G CPE 또는 5G CPE와 페어링된 전자 기기에 물리적으로 구비되거나 또는 디스플레이 상에 표시될 수 있다. 이와 관련하여, 5G CPE는 테스트 모드, 즉 설치 모드 진입 시 다음과 같은 기능을 활성화할 수 있다.
1) 5G CPE 설치 시 5G NR 유해 전파로부터 인체를 보호하기 위하여 TX power disable, RX Only mode로 진입할 수 있다.
2) 최적 설치 위치, 각도를 찾기 위한 알고리즘을 적용할 수 있다.
3) 설치 보조수단으로 전자 기기와 BT pairing 이 가능하게 CPE Side BT advertise mode가 ON 상태가 되도록 제어할 수 있다.
한편, 5G CPE 설치 시, 5G 신호를 측정하고, 최적의 수신 각도를 찾기 위하여 5G CPE를 정지 상태로 유지하도록 할 수 있다. 이를 위해, 5G NR 신호 강도를 표시하는 LED(240)를 Blinking 상태로 표시할 수 있다. 이에 따라, LED(240)를 다른 색, 예컨대 흰색 Blinking으로 표시하여, 사용자 또는 설치 관리자에게 해당 위치에서 5G CPE를 이동시키지 않을 것을 알려줄 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 5G 통신 중계 장치, 즉 5G CPE의 설치 구조 및 설치 방법에 대해 살펴보기로 한다. 이와 관련하여, 도 7은 본 발명에 따른 기지국과 5G CPE의 배치 구조를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 기지국(BS: Base Station)에서 송신되는 5G 무선 신호는 빌딩과 같은 실내 공간 내부로 전달되기 어렵다. 따라서, 본 발명에서는 빌딩의 창문과 같은 공간 주위에 복수의 5G 통신 중계 장치, 즉 5G CPE (CPE 1 내지 3)를 설치하는 방법을 제시한다. 여기서, CPE 1 내지 3은 각각 기지국(BS)에 비해 높은 위치, 실질적으로 동일한 위치 및 낮은 위치에 배치된 5G CPE에 해당한다. 이에 따라, CPE 1은 수직 방향에서 안테나 빔을 전기적으로 하향 틸트(Down e-tilt)할 필요가 있다. 반면에, CPE 3은 수직 방향에서 안테나 빔을 전기적으로 상향 틸트(Up e-tilt)할 필요가 있다. 한편, CPE 2는 수직 방향에서 안테나 빔을 보어사이트(Bore-site) 방향으로 형성할 필요가 있다.
한편, Building 2가 Building 1에 비해 수평 방향으로 소정 각도, 예컨대 60만큼 이격된 경우, Building 2에 설치된 CPE 1 내지 3은 Building 1에 설치된 CPE 1 내지 3에 비해 수평 방향의 틸트를 더 적용할 수 있다. 이와 관련하여, Building 2에 설치된 CPE 1 내지 3에 적용되는 수평 방향의 틸트는 AoA-60도로 결정될 수 있다. 여기서, AoA는 은 Building 1에 설치된 CPE 1 내지 3의 수평 방향의 틸트 각도이다.
이와 관련하여, 본 발명에 따른 5G 통신 중계 장치, 즉 5G CPE의 설치 구조 및 설치 방법을 위한 차별화 포인트는 다음과 같다.
1) 5G 직진성을 가지고 있는 안테나(고주파에서 동작)의 빔 방향을 중계기(access unit) 또는 기지국(BS)로의 방향으로의 matching이 필요하다. 이를 위해, 안테나 빔 방향의 각도를 조절할 수 있는 기구 구조 및 각도 변경에 대한 감지(sensing)가 필요하다. 따라서, 5G 통신 중계 장치, 즉 5G CPE에서 기지국(BS)으로의 각도 계산 concept이 필요하다.
2) 한편, 실내 유닛(Indoor unit) 형태로 빌딩 이외에 일반 가정 실내환경에 맞춘 다양한 설치 시나리오 및 전원연결 등이 필요하다. 이를 위해, 다양한 고객이 원하는 위치에 설치할 수 있는 시나리오가 필요하다. 따라서, 5G 통신 중계 장치, 즉 5G CPE의 실내 설치 시나리오에 대한 검토가 필요하다.
한편, 5G NR의 고주파 특성상 5G 무선 신호는 직진성이 매우 높다. 구체적으로, 5G NR은 28GHz 대역의 초 고주파를 사용하기 때문에 직진성이 매우 높아 5G 중계기 또는 기지국과 5G CPE의 방향성이 일치하지 않으면 통신속도 등 통신 성능이 현저히 떨어지게 된다. 따라서, 5G CPE는 고객이 직접 설치하는 경우가 많기 때문에 기지국과 방향을 맞추는 조절이 용이하여야 한다. 즉, 초고주파 대역, 특히 mmWave를 사용하는 5G 통신은 직진성이 매우 높아, 5G 중계기 또는 기지국과의 방향이 맞지 않으면 통신 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 5G CPE의 지향 방향을 고객이 손쉽게 조절할 수 있는 구조가 필요하다.
이에 따라, 5G CPE(Customer Premises Equipment)의 지향 방향이 5G 중계기 또는 5G 기지국의 방향이 일치하도록 5G CPE가 설치될 필요가 있다. 전술한 바와 같이, Line of sight (LOS) 환경에서 5G CPE 지향 방향을 5G 중계기 또는 5G 기지국의 방향 과 일치시켜야 무선 성능이 최적화되고 이에 따라 통신 속도 등 통신 성능이 최적화될 수 있다. 이러한 5G CPE 지향 방향을 최적화하기 위해, 본 발명에서는 5G CPE를 고객이 직접 설치할 수 있는 기기(device) 형태로 누구나 쉽게 지향 방향 조절이 가능한 구조를 제시한다.
한편, 본 발명에 따른 5G 통신 중계 장치, 즉 5G CPE의 회전 구조에 대해 살펴보면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 8은 본 발명에 따른 5G 통신 중계 장치의 좌우 회전 구조 및 상하 회전 구조를 나타낸다.
이와 관련하여, 도 8은 본 발명에 따른 5G 통신 중계 장치의 좌우 회전 구조에 해당하는 제1 결합 프레임 및 상하 회전 구조에 해당하는 제2 결합 프레임과 관련된다. 구체적으로, 도 8(a) 및 도 8(c)는 5G 통신 중계 장치의 본체가 제1 결합 프레임 및 제2 결합 프레임과 결합된 사시도를 나타낸다. 도 8(b)는 본체가 수평 방향(azimuth direction)으로 회전하도록 구성된 5G 통신 중계 장치의 전면도를 나타낸다. 또한, 도 8(d)는 본체가 수직 방향(elevation direction)으로 회전하도록 구성된 5G 통신 중계 장치의 측면도를 나타낸다.
따라서, 본체(main body, 501)는 5G 무선 신호를 수신하도록 좌우 방향 및 상하 방향으로 회전 가능하게 구성된다. 이를 위해, 제1 결합 프레임(550)은 본체(501)의 하단부와 연결되고, 본체(501)를 좌우 방향으로 회동하도록 구성된다. 제1 결합 프레임(550) 내부에는 나사산(thread)이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 나사산의 회전에 따라 5G CPE의 좌우 회전(틸트) 각도를 알 수 있다. 또한, 본체(501)의 전면 또는 배면에는 LAN/전원(power)을 제어 또는 조작할 수 있는 입력부, 예컨대 버튼 형태의 입력부가 배치될 수 있다.
한편, 제2 결합 프레임(560)은 본체(501)의 측면부 및 하단부와 연결되고, 본체(501)를 상하 방향으로 회동하도록 구성된다. 한편, 본체(501)의 하단부는 창문에 부착되는 프레임과 체결되도록 구성 가능하다. 또한, 본체(501)의 하단부는 일정 높이로 연장 가능한 수직 연결부와 체결 가능하도록 구성 가능하다.
또한, 제2 결합 프레임(560)에는 제2 결합 프레임(560)을 본체(501)와 고정하도록 구성된 홀딩 버튼이 구비될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 5G 통신 중계 장치, 즉 5G CPE의 상하 틸트를 제어하고 특정 각도로 고정시키는 구성은 홀딩 버튼 구조로 형성될 수 있다.
구체적으로, 제2 결합 프레임(560)은 본체(501)가 제2 결합프레임(560)에 고정되어 홀딩 (holding)되도록 구성된 홀딩 버튼을 포함할 수 있다. 한편, 홀딩 버튼은 제2 결합 프레임(560)과 본체(501)가 연결되는 영역에 본체(501)를 상하 방향으로 틸트(tilt)하도록 구성될 수 있다.
이하에서는, 일 실시예에 따른 배열 안테나를 구비하는 전자 기기, 즉 5G 통신 중계 장치(CPE)에 대해 설명한다.
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. 이와 관련하여, 5G 통신 중계 장치는 사업자(operator)가 요구하는 effective isotropic radiated power (EIRP) 요구 조건을 만족시키기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 5G 통신 중계 장치에서 송신되어 출력되는 신호의 출력 레벨이 높아서 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있다는 문제점이 있다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 사업자(operator)가 요구하는 effective isotropic radiated power (EIRP) 요구 조건을 만족시킬 수 있는 5G 통신 중계 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, EIRP 요구 조건을 만족시킬 수 있는 배열 안테나 구조를 갖는 5G 통신 중계 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 5G 통신 중계 장치에서 송신되어 출력되는 신호의 출력 레벨이 높아서 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있는 문제점을 해결하기 위한 5G 통신 중계 장치의 구조 설계를 제공하기 위한 것이다.
이와 관련하여, 도 9a는 배열 안테나와 다수의 안테나들이 배치된 5G 통신 중계 장치(CPE)가 레이돔과 결합된 구조를 나타낸다. 도 9b는 배열 안테나와 다수의 안테나들이 배치된 5G 통신 중계 장치(CPE)의 구조를 나타낸다. 한편, 도 10은 다양한 실시 예에 따른 5G 통신 중계 장치(CPE) 내부에 배치될 수 있는 배열 안테나 구조를 나타낸다.
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 명세서는 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 배열 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. 또한, antenna array 소자 개수를 증가시키고 이들을 모두 이용하여 신호를 방사하는 경우 CDF percentile에 따른 EIRP 값이 요구사항을 만족시키기 어렵다는 문제점이 있다.
도 9a 내지 도 10을 참조하면, 5G 통신 중계 장치(CPE)는 Sub6 대역에서 동작하는 복수의 안테나 모듈(1100)과 mmWave 대역에서 동작하는 배열 안테나 모듈(1300)을 포함한다. 이와 관련하여, 복수의 안테나 모듈(1100)은 다중 입출력(MIMO)을 지원하기 위하여 기판의 서로 다른 위치에 배치된 복수의 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)가 다중 입출력(MIMO)을 지원하도록 하부 기판(S2)에서 가능한 최대 이격 거리를 유지하면서 배치될 수 있다.
복수의 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)는 하부 기판(S2)을 통해 급전이 이루어지도록 구성된다. 복수의 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)의 상부 개구는 상부 기판(S1)과 연결될 수 있다. 복수의 안테나 모듈(1100)은 콘 방사체(1100R), 패치 소자(1101) 및 단락 핀(shorting pin, 1102)를 포함하도록 구성 가능하다.
상부 기판(S1)에는 상부 개구와 이격되어 패치 소자(patch element, 1101)가 상부 개구를 일부 둘러싸도록 형성될 수 있다. 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)을 연결하도록 구성된 단락 핀(1102)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에서 설명되는 5G 통신 중계 장치는 배열 안테나(1300) 이외에 복수의 안테나 모듈(1100-1 내지 1100-4)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 안테나 모듈(1100-1 내지 1100-4) 각각은 콘 방사체(1100R), 패치 소자(1101) 및 단락 핀(1102)을 포함하는 콘 안테나 모듈로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 패치 소자(1101)는 콘 방사체(1100R)의 상부 개구와 연결된 상부 기판에 형성되고, 콘 방사체(1100R)와 결합하여 광대역 동작하도록 구성될 수 있다. 한편, 단락 핀(1102)은 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)의 그라운드를 연결하도록 구성되고, 콘 안테나 모듈의 크기를 소형화 할 수 있다. 또한, 일 지점 상에만 배치된 하나의 단락 핀(1102)에 의해 방사 패턴이 보어 사이트에서 널(null)이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
배열 안테나(1300)는 도 10(a)와 같이 하나의 배열 안테나로 구성될 수 있다. 일 예로, 배열 안테나(1300)는 도 10(a)와 같이 하나의 8x8 배열 안테나로 구성될 수 있다. 한편, 배열 안테나(1300)는 도 10(b)와 같이 복수의 배열 안테나, 즉 복수의 서브 배열 모듈(1300-1 내지 1300-4)로 구성될 수 있다. 일 예로, 배열 안테나(1300)는 도 10(b)와 같이 4개의 4x4 배열 안테나, 즉 4개의 서브 배열 모듈(1300-1 내지 1300-4)로 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 배열 안테나의 안테나 소자의 개수가 증가함에 따라 이용 가능한 빔의 개수가 증가하게 된다. 따라서, 배열 안테나의 안테나 소자의 개수가 증가함에 따라 CDF (cumulative distribution function)에 따른 EIRP 특성이 개선된다. 구체적으로, 특정 빔(beam)에 대한 EIRP 측정만으로는 단말의 전 방위 방사 특성을 확인하기 어려우므로, 측정 대상이 방사할 수 있는 여러 개의 빔을 측정하여, 그 값을 누적분포도로 표현하고, 누적분포도 값의 50% 이상의 EIRP 수치가 지정된 EIRP 값을 초과하면 요구 조건에 충족하는 방식으로 단말기의 성능을 평가할 수 있다. 이와 관련하여, 도 11a는 서로 다른 빔 개수에 대하여 CDF percentile에 따른 EIRP 값을 나타낸 결과이다. 한편, 도 11b는 서로 다른 빔 개수에 대하여 CDF percentile에 따른 EIRP 값을 나타낸 그래프이다.
도 10, 도 11a 및 도 11b와 관련하여, 8x8 배열 안테나를 사용하고 49개의 빔을 사용하는 것을 고려할 수 있다. 한편, 8x8 배열 안테나를 사용하고 256개의 더 많은 빔을 사용하는 것을 고려할 수도 있다. 이와 관련하여, 256개의 더 많은 빔을 사용하면 50% CDF를 기준으로 EIRP가 다소 개선될 수 있다.
하지만, 도 10(b)과 같이 4개의 4x4 배열 안테나, 즉 4개의 서브 배열 모듈(1300-1 내지 1300-4) 중 어느 하나만을 사용하면 빔 폭이 증가하게 된다. 이에 따라, 4x4 배열 안테나를 사용하면 50% CDF를 기준으로 EIRP가 개선될 수 있다. 또한, 도 10(c)와 같이 4개의 4x4 배열 안테나, 즉 4개의 서브 배열 모듈(1300-1 내지 1300-4)를 소정 각도만큼 경사진 형태로 배치하여 50% CDF를 기준으로 EIRP를 더 개선할 수 있다.
일 예로, 4x4 배열 안테나를 사용하여 보어사이트 방향으로 45dBm의 EIRP를 출력한다면, 50% CDF를 기준으로 39dBdBm의 EIRP를 달성할 수 있다. 따라서, 8x8 배열 안테나를 사용하는 경우에 비해 4x4 배열 안테나를 사용하면 EIRP가 개선된다. 따라서, 4개의 서브 배열 모듈(1300-1 내지 1300-4)를 소정 각도만큼 경사진 형태로 배치하여 전력 밀도 스펙(power density specification)을 만족시킬 수 있다.
도 9a 내지 도 10을 참조하면, 5G 통신 중계 장치(CPE)는 5G 무선 신호를 수신하도록 배열 안테나(1300), 즉 복수의 서브 배열 모듈(1300-1 내지 1300-4)이 배치된 기판(SUB1 내지 SUB4)이 내부에 배치되도록 구성된 본체(main body, 501)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예로, 도 8 내지 도 10을 참조하면, 본체(501)는 좌우 방향 및 상하 방향으로 회전 가능하게 구성될 수도 있다. 또한, 5G 통신 중계 장치(CPE)는 내부에 배치된 복수의 서브 배열 모듈을 커버하도록 본체(501) 전면과 결합되도록 구성된 레이돔 커버(1010)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도 12a는 본 명세서에 따른 복수의 서브 배열 모듈 구조를 갖는 5G 통신 중계 장치(CPE)의 블록 구성도를 나타낸다. 또한, 도 12b는 본 명세서에 따른 복수의 안테나들을 갖는 5G 통신 중계 장치(CPE)의 블록 구성도를 나타낸다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 5G 통신 중계 장치는 복수의 서브 배열 모듈(1300-1 내지 1300-4)로 구성된 배열 안테나(1300), 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및 기저대역 프로세서(baseband processor, 1400)를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 통신 중계 장치도 5G 무선 통신을 수행하는 전자 기기로 지칭할 수 있다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 본 명세서에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기, 즉 5G 통신 중계 장치(CPE)는 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, 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.
한편, 복수의 서브 배열 모듈(1300-1 내지 1300-4)은 전자 기기 내부에 배치되고, 복수의 패치 안테나 소자들이 기판에 배치되어 신호를 방사하도록 구성된다. 송수신부 회로(1250)는 안테나 소자들 각각에 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성될 수 있다. 일 예시로, 송수신부 회로(1250)는 복수의 서브 배열 모듈 중 하나의 모듈 내의 안테나 소자들 각각에 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 전체 배열이 일부 배열을 사용하여 CDF percentile에 따른 EIRP 출력 값을 일정 수준으로 유지할 수 있다.
또한, 송수신부 회로(1250)는 안테나 소자들 각각에 인가되는 신호의 위상 및 크기를 제어하도록 구성될 수 있다. 일 예시로, 송수신부 회로(1250)는 복수의 서브 배열 모듈 중 하나의 모듈 내의 안테나 소자들 각각에 인가되는 신호의 위상 및 크기를 제어하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 전체 배열이 일부 배열을 사용하여 CDF percentile에 따른 EIRP 출력 값을 일정 수준으로 유지할 수 있다.
이 경우, 송수신부 회로(1250)는 도 3b의 위상 변위기(phase shifter)와 전력 증폭기(PA) 및 저잡음 증폭기(LNA)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또는, 송수신부 회로(1250)는 전술한 구성을 제외한 나머지 송수신부 회로만을 포함하고, 위상 변위기(phase shifter)와 전력 증폭기(PA) 및 저잡음 증폭기(LNA)를 제어하도록 구성될 수도 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합되고, 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성될 수 있다. 복수의 서브 배열 모듈(1300)은 복수의 패치 안테나 소자들이 각각 제1 기판(SUB1) 내지 제4 기판(SUB4)에 배치되도록 구성된 제1 서브 어레이 모듈(1300-1) 내지 제4 서브 배열 모듈(1300-4)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 기판(SUB1) 내지 제4 기판(SUB4)은 복수의 서브 배열 모듈의 중심 위치가 볼록하도록 소정 각도만큼 경사진 형태로 배치될 수 있다.
일 예로, 제1 서브 배열 모듈(1300-1) 내지 제4 서브 배열 모듈(1300-4)은 각각 4x4 배열 안테나로 구성될 수 있다. 제1 서브 배열 모듈(1300-1) 내지 제4 서브 배열 모듈(1300-4) 내부의 안테나 소자 간 간격보다 인접한 서브 배열 모듈 경계에 배치된 안테나 소자 간 간격이 더 큰 값으로 설정될 수 있다. 이에 따라, 제1 서브 배열 모듈(1300-1) 내지 제4 서브 배열 모듈(1300-4) 각각이 독립적으로 동작하는 것이 용이하게 된다. 또한, 제1 서브 배열 모듈(1300-1) 내지 제4 서브 배열 모듈(1300-4) 중 적어도 하나를 이용하여 빔 포밍을 수행함에 따라 CDF percentile에 따른 EIRP 특성이 개선될 수 있다.
한편, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 서브 배열 모듈(1300-1) 내지 제4 서브 배열 모듈(1300-4) 중 하나의 모듈로 신호를 인가하여 제1 빔 폭을 갖는 제1 빔을 형성하여 빔 포밍을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 서브 배열 모듈(1300-1) 내지 제4 서브 배열 모듈(1300-4) 중 인접한 둘 이상의 모듈로 신호를 인가하여 제2 빔 폭을 갖는 제2 빔을 형성하여 빔 포밍을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 둘 이상의 서브 배열 모듈을 통해 형성되는 제2 빔 폭은 하나의 서브 배열 모듈을 통해 제1 빔 폭보다 좁게 설정될 수 있다.
이와 관련하여, 5G 통신 중계 장치는 넓은 빔 폭을 갖는 coarse beam인 제1 빔을 통해 CDF percentile에 따른 EIRP 특성을 유지하면서 빠른 빔 포밍이 가능하다. 5G 무선 신호 방향을 대략적으로 검출한 후, 5G 통신 중계 장치는 좁은 빔 폭을 갖는 fine beam인 제2 빔을 통해 일정 범위 내에서만 fine beam forming을 수행할 수 있다. 이와 같이 일정 범위 내에서만 fine beam forming을 수행하여 CDF percentile에 따른 EIRP 특성을 유지하면서 빠른 빔 포밍이 가능하다.
다른 실시 예에 따르면, 제1 서브 배열 모듈(1300-1) 내지 제4 서브 배열 모듈(1300-4)을 이용하여 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 서브 배열 모듈(1300-1) 내지 제4 서브 배열 모듈(1300-4) 중 두 개의 모듈로 각각 제1 신호 및 제2 신호를 인가하도록 송수신부 회로(1250)를 제어하여 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 서브 배열 모듈(1300-1) 내지 제4 서브 배열 모듈(1300-4) 각각으로 제1 신호 내지 제4 신호를 인가하도록 송수신부 회로(1250)를 제어하여 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 복수의 안테나들을 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)에 대해 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 16을 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. 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.
한편, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 레이돔 커버(1010)는 복수의 안테나 모듈(1100)과 모듈배열 안테나(1300)를 포함한 부품들을 보호하도록 본체(501) 전면과 결합되도록 구성될 수 있다. 또한, 레이돔 커버(1010)는 5G 통신 중계 장치로부터의 고출력 신호에 의한 인체에 유해한 영향을 회피하도록 소정 높이 이상으로 설계될 수 있다. 이와 관련하여, 도 13a는 일 실시 예에 따른 5G 통신 중계 장치로부터의 거리에 따른 전자파에 의한 최대 허용 노출(maximum permissible exposure, MPE) 레벨을 나타낸 것이다. 도 13b는 서로 다른 값을 갖는 EIRP 출력 시, 거리 변화에 따른 MPE 값을 나타낸 것이다.
도 13a를 참조하면, 서로 다른 EIRP 값에 따른 FCC 규정(regulation)을 만족하기 위한 최소 이격 거리와의 관계를 나타낸다. Option 1에 따라 5G 통신 중계 장치가 44dBm의 EIRP 출력 값을 갖는 경우, 10W/m 2 이하를 만족하기 위한 최소 이격 거리는 450mm로 설정된다. Option 2에 따라 5G 통신 중계 장치가 40dBm의 EIRP 출력 값을 갖는 경우, 10W/m 2 이하를 만족하기 위한 최소 이격 거리는 250mm로 설정된다. Option 3에 따라 5G 통신 중계 장치가 38dBm의 EIRP 출력 값을 갖는 경우, 10W/m 2 이하를 만족하기 위한 최소 이격 거리는 200mm로 설정된다.
도 13b를 참조하면, EIRP 출력 값이 45dBm, 44dBm, 40dBm 및 38dBm으로 변경됨에 따라, 10W/m2 이하를 만족하기 위한 최소 이격 거리는 약 500mm, 450mm, 250mm 및 200mm로 설정될 수 있다. 이와 관련하여, FCC 규정에 따르면 200mm에서 10W/m 2 이하의 MPE 레벨을 요구한다. 따라서, option 3에 따라 5G 통신 중계 장치가 38dBm의 EIRP 출력 값을 갖는 경우, 다른 특별한 조치 없이도 FCC 규정을 만족한다. 하지만, option 1 및 option 2에 따르면 FCC 규정을 만족하기 위해서는 200mm보다 더 큰 이격 거리가 요구된다.
따라서, 도 9a, 도 9b, 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 레이돔 커버(1010)의 높이(h)는 상기 높이(h)에서 전자파의 최대 허용 노출(MPE)이 임계치 이하가 되도록 설정될 수 있다.
예를 들어, option 1 및 option 2에 따르면 레이돔 커버(1010)의 높이(h)는 450mm 및 250mm 이상이 되도록 설정될 수 있다. 이와 관련하여, FCC 규정, 즉 200mm에서 10W/m 2 이하의 MPE 레벨을 만족하기 위해, option 1 및 option 2의 경우 전송 전력 제어 및 객체 검출(object detection) 등이 수행될 수 있다. 일 예로, option 1 및 option 2에서 요구되는 레이돔 커버의 높이(h)인 250mm 또는 400mm보다 낮은 높이로 레이돔 커버(1010)가 구현되는 경우, 5G 전송 전력 레벨을 감소시킬 수 있다. 또한, 사용자의 손과 같은 신체의 일부가 레이돔 커버 근처로 근접하는 경우 상기 신체의 일부와 같은 객체를 검출하여 알람을 발생시킬 수 있다.
반면에, option 3에 따르면, 레이돔 커버(1010)의 높이(h)는 200mm 이상이 되도록 설정될 수 있다. 따라서, option 3에 따르면, 전송 전력 제어 및 객체 검출(object detection) 등과 같은 기법이 요구되지 않는다.
한편, 본 명세서에서 설명되는 레이돔 커버의 형상은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 14a 및 도 14b는 다양한 형상의 레이돔 구조를 갖는 5G 통신 중계 장치의 형상을 나타낸다.
도 14a는 다단(multi-step) 형상의 레이돔 구조를 갖는 5G 통신 중계 장치의 형상을 나타낸다. 한편, 도 14b는 유선형의(streamlined) 레이돔 구조를 갖는 5G 통신 중계 장치의 형상을 나타낸다. 이와 관련하여, 도 14a 및 도 14b와 같은 다양한 구조의 레이돔을 본체와 연결하여 5G 통신 중계 장치와 함께 램프로도 활용할 수 있다. 또한, 도 14a 및 도 14b와 같은 다양한 구조의 레이돔을 본체와 연결하여 5G 통신 중계 장치와 함께 램프를 통해 가시광 통신(visible light communication, VLC)을 수행할 수도 있다.
도 14a를 참조하면, 5G 통신 중계 장치는 본체(501)와 소정 거리만큼 이격된 높이에서 레이돔(1010a)의 연결부에 배치된 조명 기기(1020a)를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 조명 기기(1020a)는 가시광 통신(visible light communication, VLC)을 수행하도록 구성된 제1 VLC 램프(1020a)일 수 있다. 이와 관련하여, 제1 VLC 램프(1020a)가 배열 안테나(1300)와 전자기적으로 간섭을 발생시키지 않도록 소정 높이만큼 이격되어 유전체 기판 상에 배치될 수 있다.
도 9a, 도 9b, 도 12, 도 14a 및 도 15를 참조하면, 제1 VLC 램프는 전자 기기가 배치되는 실내 공간에 설치된 다른 제2 VLC 램프와 가시광 통신을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 다음과 같은 동작을 통해 VLC 통신과 5G 통신을 수행할 수 있다.
도 14b를 참조하면, 5G 통신 중계 장치는 본체(501) 내부에 일부가 수용되고 본체(501) 외부에 일부가 노출되도록 구성된 조명 기기(1020b)를 더 포함할 수 있다. 조명 기기(1020b)는 유선형의(streamlined) 레이돔(1010b) 내부에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 조명 기기(1020b)는 가시광 통신(visible light communication, VLC)을 수행하도록 구성된 제1 VLC 램프(1020b)일 수 있다. 이 경우, 배열 안테나(1300)가 일 축 방향으로 오프셋(offset)되어 배치되고, 제1 VLC 램프(1020b)가 중심 영역에 배치될 수 있다. 또는, 제1 VLC 램프(1020b)가 일 축 방향으로 오프셋(offset)되어 배치되고, 배열 안테나(1300)가 중심 영역에 배치될 수도 있다. 또는, 제1 VLC 램프(1020b)가 와 배열 안테나(1300)와 서로 다른 높이에 배치되고, 모두 중심 영역에 배치될 수도 있다.
한편, 도 14a 및 도 14b와 같이 서로 다른 실시예에서 가시광 통신(visible light communication, VLC)을 수행하도록 구성된 제1 VLC 램프(1020)으로 지칭할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 VLC 램프(1020a)가 배열 안테나(1300)와 전자기적으로 간섭을 발생시키지 않도록 소정 거리만큼 이격되어 동일한 유전체 기판 상에 배치될 수 있다. 대안으로, 제1 VLC 램프(1020a)가 배열 안테나(1300)와 전자기적으로 간섭을 발생시키지 않도록 소정 거리만큼 이격되어 서로 다른 유전체 기판 상에 배치될 수 있다.
한편, 도 15는 5G 통신 중계 장치가 다른 조명 기기 또는 이동 단말과 VLC 통신과 5G 통신을 수행하는 개념도이다.
도 9a, 도 9b, 도 12, 도 14b 및 도 15를 참조하면, 제1 VLC 램프는 전자 기기가 배치되는 실내 공간에 설치된 다른 제2 VLC 램프와 가시광 통신을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 다음과 같은 동작을 통해 VLC 통신과 5G 통신을 수행할 수 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 5G 무선 통신을 위한 제어 정보를 VLC 통신을 이용하여 수신할 수 있다. 따라서, 5G 무선 통신을 위한 제어 정보를 복수의 통신 링크를 통해 수신하여 제어 정보 전달의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 5G 무선 통신을 위한 제어 정보를 제1 VLC 램프(1020) 또는 WiFi 모듈을 통해 수신할 수 있다. 기저대역 프로세서(1400)는 제어 정보에 따라 기지국과 5G 무선 통신을 수행하도록 송수신부 회로(1250)와 복수의 서브 배열 모듈(1300-1 내지 1300-4)을 제어할 수 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 5G 무선 통신을 위한 최적의 기지국 정보와 빔 후보 정보를 VLC 통신을 이용하여 수신할 수 있다. 따라서, 5G 무선 통신을 위한 최적의 기지국 정보 와 같은 연결 정보와 빔 후보 정보와 같은 빔 선택 정보를 복수의 통신 링크를 통해 수신하여, 저 지연 통신(low-latency communicaiton)이 가능하다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 5G 무선 통신을 위한 최적의 기지국 정보와 빔 후보 정보를 제1 VLC 램프(1020) 또는 WiFi 모듈을 통해 수신할 수 있다. 기저대역 프로세서(1400)는 최적의 기지국 정보와 빔 후보 정보 중 선택된 최적 빔에 기반하여 5G 무선 통신을 수행하도록 송수신부 회로(1250)와 복수의 서브 배열 모듈(1300-1 내지 1300-4)을 제어할 수 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 VLC 통신을 이용하여 실내 공간 내의 이동 단말(UE, 100a, 100b)의 위치를 식별할 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 실내 공간에 있는 이동 단말(100a, 100b)의 현재 위치를 제1 VLC 램프(1020)를 통해 수신할 수 있다. 기저대역 프로세서(1400)는 이동 단말(100a, 100b)의 현재 위치에 기반하여 이동 단말(100a, 100b)이 커버리지 범위 내에 있으면 무선 통신 신호를 이동 단말(100a, 100b)로 송신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 이동 단말(100a, 100b)의 현재 위치는 이동 단말(100a, 100b)의 위치와 가장 근접한 VLC 램프의 ID에 기반하여 판단할 수 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 이동 단말(UE, 100a, 100b)의 위치 이외에 회전 상태(orientation state)를 식별하여, 빔 포밍 과정에 따른 지연을 최소화하도록 최적 빔 후보를 제공할 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 실내 공간에 있는 이동 단말(100a, 100b)의 현재 위치를 상기 제1 VLC 램프(1020)를 통해 수신할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 이동 단말(100a, 100b)의 현재 위치에 기반하여 이동 단말(100a, 100b)이 5G 무선 신호의 커버리지 범위 내에 있으면 5G 무선 신호를 이동 단말(100a, 100b)의 현재 위치와 현재 방향으로 송신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
이와 관련하여, 이동 단말(100a, 100b)의 현재 위치와 현재 방향은 이동 단말(100a, 100b)의 위치와 가장 근접한 VLC 램프의 ID와 이동 단말(100a, 100b)의 회전 정보(orientation information)에 기반하여 판단할 수 있다. 이를 위해, 이동 단말(100a, 100b)은 도 1a의 자이로 센서(340b) 및/또는 가속도 센서(340e)를 통해 획득한 자신의 현재 회전 상태에 관한 정보를 하나 이상의 통신 링크를 통해 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 명세서에 따른 5G 통신 중계 장치는 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. 이와 관련하여, 도 16a 내지 도 16c는 다양한 실시 예에 따른 복수의 안테나들이 배치된 5G 통신 중계 장치를 나타낸다.
도 16a를 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. 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.
일 예로, 도 16a를 참조하면, 제1 LB 안테나 (LB ANT1) 및 제2 LB 안테나 (LB ANT2)는 inverted PIFA 안테나로 구현될 수 있다. 대안으로, 도 16b를 참조하면, 제1 LB 안테나 (LB ANT1) 및 제2 LB 안테나 (LB ANT2)는 patch 안테나로 구현될 수 있다. 대안으로, 도 16c를 참조하면, 제1 LB 안테나 (LB ANT1) 및 제2 LB 안테나 (LB ANT2)는 patch loop 안테나로 구현될 수 있다. 한편, 도 16(c)를 참조하면, WiFi 안테나(W-ANT1, W-ANT2)가 회로 기판의 양 측면의 중앙부에 배치될 수 있다.
한편, 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)은 다양한 형태 및 위치에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 16a 및 도 16b를 참조하면, 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)은 회로 기판의 4개의 단부에 배치될 수 있다. 이 경우, 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)은 MIMO 동작 시 상호 간 간섭을 최소화하기 위해 소정 각도만큼 회전된 상태로 배치될 수 있다.
반면에, 도 16c를 참조하면, 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4) 중 일부는 상호 인접하여 배치될 수 있다. 이와 관련하여, WiFi 안테나(W-ANT) 및 제1 LB 안테나 (LB ANT1) 및 제2 LB 안테나 (LB ANT2)와의 간섭을 고려하여, 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)이 최적으로 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 콘 안테나(1100-1)와 제2 콘 안테나(1100-2) 중 하나가 사용될 수 있다. 또한, 제3 콘 안테나(1100-3)와 제2 콘 안테나(1100-3) 중 하나가 사용될 수 있다. 따라서, MIMO를 지원하는 경우 최대 2RX 또는 2TX를 지원할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 배열 안테나를 구비하는 5G 통신 중계 장치에 대해 설명하였다. 이와 같은 배열 안테나를 구비하는 5G 통신 중계 장치의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 사업자(operator)가 요구하는 effective isotropic radiated power (EIRP) 요구 조건을 만족시킬 수 있도록 복수의 서브 배열 구조를 갖는 5G 통신 중계 장치를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, EIRP 요구 조건을 만족시킬 수 있는 경사진 형태로 구성된 복수의 서브 배열 구조를 갖는 5G 통신 중계 장치를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 5G 통신 중계 장치의 본체 전면에 복수의 서브 배열 구조를 커버하도록 레이돔을 배치하여, 출력 신호의 출력 레벨이 높아서 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있는 문제점을 해결할 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.
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 17은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.
도 17을 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 장치가 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 (15)

  1. 안테나를 구비하는 5G 통신 중계 장치에 있어서,
    상기 5G 통신 중계 장치 내부에 배치되고, 복수의 패치 안테나 소자들이 기판에 배치된 복수의 서브 배열 모듈;
    상기 복수의 서브 배열 모듈 중 하나의 모듈 내의 안테나 소자들 각각에 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit); 및
    상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 기저대역 프로세서(baseband processor)를 포함하는, 5G 통신 중계 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 서브 배열 모듈은,
    상기 복수의 패치 안테나 소자들이 각각 제1 기판 내지 제4 기판에 배치되도록 구성된 제1 서브 어레이 모듈 내지 제4 서브 배열 모듈을 포함하고,
    상기 제1 기판 내지 상기 제4 기판은 상기 복수의 서브 배열 모듈의 중심 위치가 볼록하도록 소정 각도만큼 경사진 형태로 배치되는, 5G 통신 중계 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 서브 배열 모듈 내지 상기 제4 서브 배열 모듈은 각각 4x4 배열 안테나로 구성되고,
    상기 제1 서브 배열 모듈 내지 상기 제4 서브 배열 모듈 내부의 안테나 소자 간 간격보다 인접한 서브 배열 모듈 경계에 배치된 안테나 소자 간 간격이 더 큰 값으로 설정되는, 5G 통신 중계 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 제1 서브 어레이 모듈 내지 상기 제4 서브 배열 모듈 중 하나의 모듈로 신호를 인가하여 제1 빔 폭을 갖는 제1 빔을 형성하여 빔 포밍을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 5G 통신 중계 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 제1 서브 어레이 모듈 내지 상기 제4 서브 배열 모듈 중 인접한 둘 이상의 모듈로 신호를 인가하여 제2 빔 폭을 갖는 제2 빔을 형성하여 빔 포밍을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하고,
    상기 제2 빔 폭은 상기 제1 빔 폭보다 좁게 설정되는, 5G 통신 중계 장치.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 제1 서브 어레이 모듈 내지 상기 제4 서브 배열 모듈 중 두 개의 모듈로 각각 제1 신호 및 제2 신호를 인가하도록 상기 송수신부 회로를 제어하여 다중 입출력(MIMO)를 수행하는, 5G 통신 중계 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 서브 배열 모듈에 해당하는 배열 안테나를 둘러싸도록 배치되고, Sub6 대역에서 방사체로서 동작하도록 구성된 복수의 안테나 모듈을 더 포함하고,
    상기 복수의 안테나 모듈 각각은 콘 방사체, 상기 콘 방사체의 상부 개구와 연결된 상부 기판에 형성된 패치 소자 및 상기 상부 기판과 하부 기판의 그라운드를 연결하는 단락 핀을 포함하는 콘 안테나 모듈로 형성되는, 5G 통신 중계 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    5G 무선 신호를 수신하도록 상기 복수의 서브 배열 모듈이 배치된 기판이 내부에 배치되도록 구성된 본체(main body); 및
    상기 5G 통신 중계 장치 내부에 배치된 상기 복수의 서브 배열 모듈을 커버하도록 상기 본체 전면과 결합되도록 구성된 레이돔 커버를 더 포함하는, 5G 통신 중계 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 레이돔 커버의 높이는 상기 높이에서 전자파의 최대 허용 노출(maximum permissible exposure, MPE)이 임계치 이하가 되도록 설정되는, 5G 통신 중계 장치.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 본체 내부에 일부가 수용되고 상기 본체 외부에 일부가 노출되도록 구성된 조명 기기를 더 포함하는, 5G 통신 중계 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 조명 기기는 가시광 통신(visible light communication, VLC)을 수행하도록 구성된 제1 VLC 램프이고,
    상기 제1 VLC 램프는 상기 전자 기기가 배치되는 실내 공간에 설치된 다른 제2 VLC 램프와 가시광 통신을 수행하는, 5G 통신 중계 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 기저대역 프로세서는,
    5G 무선 통신을 위한 제어 정보를 상기 제1 VLC 램프 또는 WiFi 모듈을 통해 수신하고,
    상기 제어 정보에 따라 기지국과 5G 무선 통신을 수행하도록 상기 송수신부 회로와 상기 복수의 서브 배열 모듈을 제어하는, 5G 통신 중계 장치.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 기저대역 프로세서는,
    5G 무선 통신을 위한 최적의 기지국 정보와 빔 후보 정보를 상기 제1 VLC 램프 또는 WiFi 모듈을 통해 수신하고,
    상기 최적의 기지국 정보와 상기 빔 후보 정보 중 선택된 최적 빔에 기반하여 5G 무선 통신을 수행하도록 제어하는, 5G 통신 중계 장치.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 기저대역 프로세서는,
    실내 공간에 있는 이동 단말의 현재 위치를 상기 제1 VLC 램프를 통해 수신하고,
    상기 이동 단말의 현재 위치에 기반하여 상기 이동 단말이 커버리지 범위 내에 있으면 무선 통신 신호를 상기 이동 단말로 송신하도록 상기 송수신부 회로를 제어하고,
    상기 이동 단말의 현재 위치는 상기 이동 단말의 위치와 가장 근접한 VLC 램프의 ID에 기반하여 판단하는, 5G 통신 중계 장치.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 기저대역 프로세서는,
    실내 공간에 있는 이동 단말의 현재 위치를 상기 제1 VLC 램프를 통해 수신하고,
    상기 현재 위치에 기반하여 상기 이동 단말이 5G 무선 신호의 커버리지 범위 내에 있으면 상기 5G 무선 신호를 상기 이동 단말의 현재 방향으로 송신하도록 상기 송수신부 회로를 제어하고,
    상기 이동 단말의 현재 방향은 상기 이동 단말의 위치와 가장 근접한 VLC 램프의 ID와 상기 이동 단말의 회전 정보(orientation information)에 기반하여 판단하는, 5G 통신 중계 장치.
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