KR101392073B1

KR101392073B1 - 안테나, 기지국 및 빔 프로세싱 방법

Info

Publication number: KR101392073B1
Application number: KR1020137004732A
Authority: KR
Inventors: 밍 아이; 웨이홍 시아오
Original assignee: 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-04-20
Also published as: CN102812645B; JP2013531434A; JP5324014B2; US20130278460A1; RU2530292C1; KR20130142105A; US8462047B1; BR112013008172A2; WO2012126405A3; WO2012126405A2; EP2538578A2; CN102812645A; EP2538578A4; US9673882B2; RU2013114983A

Abstract

안테나, 기지국 및 빔 프로세싱 방법이 개시되는데, 상기 방법은 하이브리드 네트워크가 기지국 송수신기로부터 수신되는 신호에 대한 위상 변조를 수행하고, 미리 설정된 위상을 갖는 신호를 생성하여 전력 분할기에 송신하는 단계; 전력 분할기가 신호에 대한 진폭 변조를 수행하고, 어레이 진폭 및 미리 설정된 위상을 갖는 멀티채널 신호를 복수의 안테나 어레이에 송신하는 단계; 복수의 안테나 어레이가 멀티채널 신호를 전송하는 단계를 포함하며, 상기 멀티채널 신호는 어레이 위상 및 상기 어레이 진폭을 갖고, 멀티채널 신호 내에서, 각각의 단일 채널 신호의 어레이 위상 및 미리 설정된 위상은 동일하고; 대안적으로, 단일 채널 신호 중 적어도 하나의 신호의 어레이 위상과 미리 설정된 위상은 서로 반대이다. 본 발명은 네트워크 내에 빔을 형성하는 것의 복잡성 및 비용을 감소시킨다.

Description

안테나, 기지국 및 빔 프로세싱 방법{ANTENNA, BASE STATION AND BEAM PROCESSING METHOD}

본 발명은 안테나 기술에 관한 것으로, 더 구체적으로는 안테나, 기지국 및 빔 프로세싱 방법에 관한 것이다.

이동 통신의 발전에 따라, 사용자들은 통신 시스템의 용량에 관하여 점점 더 높은 요구사항을 갖게 되었다. 낮은 비용으로 시스템 용량을 효과적으로 늘리는 효과적인 방법 중 하나는 기존 네트워크에 대해 섹터를 늘리기 위해 다중 빔 안테나를 이용하는 것이다. 일반적으로, 다중 빔 안테나는 통상적으로 빔 형성 네트워크 및 그 네트워크에 접속된 안테나 어레이를 포함하고, 여기에서 빔 형성 네트워크는 기지국 신호 포트를 통해 적어도 두 경로의 입력 신호를 수신하고, 미리 설정된 위상 및 진폭을 갖는 출력 신호를 발생시키기 위해 입력 신호에 대한 위상 및 진폭 조절을 수행한 다음, 그 출력 신호를 안테나 신호 포트를 통해 안테나 어레이에 출력할 수 있고; 안테나 어레이는 출력 신호에 대응하는 빔을 이용하여 출력 신호를 전송하도록 구성된다. 통상적으로, 각각의 경로의 신호는 상기 조절이 수행된 후에 하나의 빔에 대응한다. 그러므로, 안테나는 시스템 용량을 늘리기 위해 적어도 2개의 상이한 빔을 생성할 수 있다.

종래 기술에서 안테나의 빔 형성 네트워크를 위한 전형적인 응용 구조는 버틀러(Butler) 매트릭스이다. 예를 들어, 버틀러 매트릭스는 6개의 하이브리드 커플러 및 4개의 위상 시프트 장치를 포함할 수 있으며, 여기에서 6개의 하이브리드 커플러는 3개의 계층으로 범주화되며, 각 계층에는 2개의 하이브리드 커플러가 있게 되고, 두 계층의 하이브리드 커플러들 사이에 위상 시프트 장치가 설정되어, 특정 위상에 대하여 하이브리드 커플러들의 출력 신호를 지연시킨 후에 그 출력 신호를 출력한다. 버틀러 매트릭스는 결국에는 미리 설정된 위상 및 진폭을 갖는 출력 신호를 출력할 수 있고, 그 출력 신호를 안테나 어레이에 송신할 수 있다. 예를 들어, 매트릭스가 4개의 안테나 어레이에 각각 접속되는 4개의 출력 포트를 갖는다고 가정하면, 입력 신호가 버틀러 매트릭스에 의해 프로세싱된 후, 인접 출력 포트들의 출력 신호의 위상들은 결국 90도 차이를 가질 수 있고, 4 경로의 출력 신호의 진폭들은 0.414:1:1:0.414로 분배된다.

상기 안테나에서의 빔 형성 네트워크는 지나치게 많은 하이브리드 커플러 및 위상 시프트 장치를 이용하고, 그 하이브리드 커플러들 및 위상 시프트 장치들은 복잡한 구조를 이용하여 접속되며, 결국 현재의 안테나들에 높은 비용을 유발한다.

<발명의 개요>

본 발명은 빔 형성 네트워크의 복잡성 및 안테나 비용을 감소시키기 위한 안테나, 기지국 및 빔 프로세싱 방법을 제공한다.

제1 양태에서, 본 발명은 빔 형성 네트워크 및 복수의 안테나 어레이를 포함하는 안테나를 제공하며, 빔 형성 네트워크는 하이브리드 네트워크 및 전력 분할 장치를 포함한다.

하이브리드 네트워크는 기지국 송수신기와 통신하기 위한 기지국 신호 포트를 포함하고, 하이브리드 네트워크는 기지국 송수신기에 의해 송신되고 기지국 신호 포트를 통해 수신되는 신호에 대한 위상 조절을 수행하여, 미리 설정된 위상을 갖는 신호를 얻고, 그 신호를 전력 분할 장치에 송신하도록 구성된다.

전력 분할 장치는 안테나 어레이들과 통신하도록 구성된 복수의 안테나 신호 포트를 포함하고, 각각의 안테나 신호 포트는 하나의 안테나 어레이에 접속되고, 하이브리드 네트워크로부터 수신된 신호에 대해 진폭 조절을 수행하고 어레이 진폭 및 미리 설정된 위상을 갖는 복수의 경로의 신호를 복수의 안테나 어레이에 출력하도록 구성된다.

복수의 안테나 어레이는 전력 분할 장치로부터 수신된 다경로 신호를 전송하도록 구성되고, 전송되는 다경로 신호는 어레이 위상 및 어레이 진폭을 갖고, 수신된 다경로 신호 내에서, 각각의 경로의 신호의 미리 설정된 위상은 신호가 전송될 때의 신호의 어레이 위상과 동일하거나, 또는 적어도 하나의 경로의 신호의 미리 설정된 위상은 신호가 전송될 때의 신호의 어레이 위상과 반대인된다.

다른 양태에서, 본 발명은 기지국 송수신기, 피더 라인(feeder line) 및 본 발명의 안테나를 포함하는 기지국을 제공한다.

피더 라인은 기지국 송수신기 및 안테나에 각각 접속되고, 기지국 송수신기에 의해 발생된 신호를 안테나에 전송하도록 구성된다.

다른 양태에서, 본 발명은 안테나에 의해 실행되는 빔 프로세싱 방법을 제공하며, 안테나는 빔 형성 네트워크 및 복수의 안테나 어레이를 포함하고, 빔 형성 네트워크는 하이브리드 네트워크 및 전력 분할 장치를 포함하고; 빔 프로세싱 방법은,

하이브리드 네트워크에 의해, 기지국 송수신기로부터 수신되는 신호에 대한 위상 조절을 수행하고, 미리 설정된 위상을 갖는 신호를 생성하고, 신호를 전력 분할 장치에 송신하는 단계;

전력 분할 장치에 의해, 하이브리드 네트워크로부터 수신된 신호에 대한 진폭 조절을 수행하고, 어레이 진폭 및 미리 설정된 위상을 갖는 다경로 신호를 복수의 안테나 어레이에 출력하는 단계;

복수의 안테나 어레이에 의해, 전력 분할 장치로부터 수신된 다경로 신호를 전송하는 단계 - 전송되는 다경로 신호는 어레이 위상 및 어레이 진폭을 갖고, 수신된 다경로 신호 내에서, 각각의 경로의 신호의 미리 설정된 위상은 신호가 전송될 때의 신호의 어레이 위상과 동일하거나, 또는 적어도 하나의 경로의 신호의 미리 설정된 위상은 신호가 전송될 때의 신호의 어레이 위상과 반대임 -

를 포함한다.

본 발명에 의해 제공되는 안테나, 기지국 및 빔 프로세싱 방법은 안테나의 빔 형성 네트워크 내에 전력 분할 장치를 설정함으로써, 빔 형성 네트워크의 구조를 단순화하고, 그에 의해 빔 형성 네트워크의 복잡성 및 안테나 비용을 감소시킨다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 개략적 구조도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나의 개략적 구조도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나의 개략적 구조도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나의 개략적 구조도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나의 개략적 구조도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나의 개략적 구조도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나의 개략적 구조도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 개략적 구조도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 빔 프로세싱 방법의 개략적 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔 프로세싱 방법의 개략적 흐름도이다.

본 발명의 실시예들에서, 안테나 내의 빔 형성 네트워크의 구조를 단순화하고 안테나 비용을 감소시키기 위해, 전력 분할 장치가 빔 형성 네트워크 내에 설정된다. 전력 분할 장치는 예를 들어 불균등 전력 분할 장치이다. 불균등 전력 분할 장치는 예를 들어 불균등 전력 분할기 또는 불균등 하이브리드 커플러를 이용하여 구현될 수 있다. 종래 기술과 비교해보면, 종래 기술의 빔 형성 네트워크는 신호에 대한 진폭 조절을 수행하기 위해 설정된 전력 분할 장치를 갖지 않고, 신호에 대한 진폭 조절을 구현하기 위해 하이브리드 커플러 및 위상 시프트 장치만을 이용하며, 그러한 조절 모드에서 복잡한 벡터 동작들이 수반되고, 특정의 진폭 조절을 수행하기 위해 다수의 하이브리드 커플러 및 복잡한 접속 관계가 요구된다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 진폭 조절을 구현하기 위해 주로 전력 분할 장치를 이용하고, 이것은 신호에 대한 진폭 조절이 매우 편리해질 수 있게 할 수 있고, 그에 의해 하이브리드 커플러들과 같은 장치의 개수를 감소시키고, 빔 형성 네트워크의 구조를 크게 단순화한다.

실시예 1

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 개략적 구조도이다. 안테나는 복수의 빔을 발생시킬 수 있는 안테나이다. 예를 들어, 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 안테나의 2개의 기지국 신호 포트를 통해 각각 입력되고, 안테나에 의한 내부 신호 프로세싱 후, 제1 입력 신호는 안테나의 출력 포트를 통해 제1 빔에 대응하는 출력 신호를 출력할 수 있고, 제2 입력 신호는 안테나의 출력 포트를 통해 제2 빔에 대응하는 출력 신호를 출력할 수 있고, 그에 의해 안테나에 의해 복수의 빔을 생성한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 안테나는 빔 형성 네트워크(11) 및 복수의 안테나 어레이(12)를 포함하고, 빔 형성 네트워크(11)는 하이브리드 네트워크(22) 및 전력 분할 장치(21)를 포함한다.

하이브리드 네트워크(22)는 기지국 송수신기와 통신하기 위한 기지국 신호 포트들(13)을 포함한다. 예를 들어, 적어도 2개의 기지국 신호 포트(13)가 존재할 수 있다. 기지국 신호 포트들은 하이브리드 네트워크(22)에 속하고, 기지국 송수신기에 의해 송신되는 신호를 수신할 수 있다. 하이브리드 네트워크(22)는 기지국 송수신기로부터 수신된 신호에 대한 위상 조절을 수행하고, 미리 설정된 위상을 갖는 신호를 생성하고, 그 신호를 전력 분할 장치(21)에 송신하도록 구성된다. 하이브리드 네트워크(22)는 또한 신호에 대한 진폭 조절을 수행할 수 있다. 신호는 예를 들어 두 경로의 신호일 수 있는 다경로 신호일 수 있다. 각 경로의 신호는 하나의 전력 분할 장치에 출력되고, 전력 분할 장치는 한 경로의 신호를 두 경로의 신호로 변환하여 그 두 경로의 신호를 출력할 수 있다.

미리 설정된 위상은 신호가 빔 형성 네트워크의 하이브리드 네트워크(22)에 의해 프로세싱된 후에 얻어지는 위상이다. 예를 들어, 기지국 송수신기에 의해 송신된 신호가 기지국 신호 포트들을 통해 하이브리드 네트워크(22)에 진입하고, 하이브리드 네트워크(22)에 의해 위상 조절이 수행된 후에 얻어지는 위상이 미리 설정된 위상(예를 들어 +180도)이라고 지칭된다.

전력 분할 장치(21)는 안테나 어레이들과 통신하기 위한 복수의 안테나 신호 포트(14)를 포함하고, 각각의 안테나 신호 포트(14)가 하나의 안테나 어레이(12)에 접속되며; 전력 분할 장치는 하이브리드 네트워크(22)로부터 수신된 신호에 대해 진폭 조절을 수행하고, 어레이 진폭 및 미리 설정된 위상을 갖는 다경로 신호를 복수의 안테나 어레이에 출력하도록 구성된다. 통상적으로, 안테나 신호 포트들(14)을 안테나 어레이들(12)과 접속한다는 것은 안테나 신호 포트들(14)이 안테나 어레이들(12) 내의 안테나 유닛들에 접속된다는 것을 의미한다. 구체적으로, 안테나 어레이들(12)은 통상적으로 복수의 안테나 유닛으로 구성되고, 각각의 안테나 유닛은 신호를 전송하기 위한 라디에이터를 갖는다. 안테나 신호 포트들(14)은 실제로 안테나 어레이들(12) 내의 각각의 안테나 유닛에 접속된다. 추가로, 안테나 어레이들이 대응하는 빔을 함께 형성하는 것을 허용하기 위해, 실시예들의 안테나 어레이들(12)은 그들 간에 적어도 하나의 동일한 편파를 갖고, 본 발명의 실시예들에서의 예시적인 안테나 어레이들(12)은 또한 동일한 편파를 갖는 어레이들이다.

전력 분할 장치(21)를 설정함으로써, 신호에 대한 진폭 조절이 매우 편리할 것이고, 전력 분할 장치(21)를 조절함으로써 원하는 진폭이 바로 획득될 수 있다. 하이브리드 커플러들과 같은 장비만이 이용되는 상호접속 벡터 동작들의 진폭 조절 모드와 비교할 때, 이 방법은 하이브리드 커플러들과 같은 장치의 개수를 감소시키고, 빔 형성 네트워크의 구조를 크게 단순화한다.

복수의 안테나 어레이(12)는 전력 분할 장치에 의해 출력된 다경로 신호를 수신하고, 그 다경로 신호를 전송하도록 구성되며, 전송되는 다경로 신호는 어레이 위상 및 어레이 진폭을 갖는다. 어레이 위상은 안테나 어레이들(12)에 의해 전송될 신호의 위상이다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 신호는 하이브리드 네트워크(22)로부터 출력된 후, 전력 분할 장치(21)를 지나간 다음, 안테나 어레이들(12)에 출력되고, 안테나 어레이들(12)에 의해 전송된다. 전력 분할 장치로부터 수신되는 다경로 신호 내에서, 각 경로의 신호의 미리 설정된 위상은 신호가 전송될 때의 신호의 어레이 위상과 동일하거나, 적어도 한 경로의 신호의 미리 설정된 위상은 신호가 전송될 때의 신호의 어레이 위상과 반대된다. 예를 들어, 하이브리드 네트워크(22)에 의해 출력되는 신호의 미리 설정된 위상이 +180도이고, 안테나 어레이들(12)에 의해 요구되는 어레이 위상도 +180도이면, 신호가 하이브리드 네트워크(22)로부터 출력된 후에 위상이 변경될 필요가 없고, 신호는 안테나 어레이들(12)에 직접 출력되며; 또는 안테나 어레이들(12)에 의해 요구되는 어레이 위상이 -180도이면, 미리 설정된 위상은 어레이 위상과 반대이고, 따라서 신호가 하이브리드 네트워크(22)로부터 출력된 후 위상이 조절될 필요가 있고, 신호는 그들의 위상이 -180도로 변환된 후에 안테나 어레이들(12)에 의해 전송된다. 상세한 위상 변환 모드들에 관해서는 후속하는 실시예들을 참조하기 바란다.

이하의 실시예들에서, 첫번째로 "미리 설정된 위상이 어레이 위상과 반대인" 경우 및 "미리 설정된 위상이 어레이 위상과 동일한" 경우가 설명되고; 두번째로 "미리 설정된 위상이 어레이 위상과 반대인" 경우에 대하여 "안테나 어레이 내의 반전 어레이를 이용하는 반전 프로세싱"의 모드 및 "180도 위상 시프터를 이용하는 반전 프로세싱"의 모드가 설명되고; 구체적인 설명에서, 4개의 어레이, 8개의 어레이 또는 6개의 어레이의 구체적인 구조, 및 첨부 도면들에 도시된 구체적인 구조들이 예시로서 이용되며, 신호를 전송하는 프로세스가 예시로서 이용된다. 그러나, 본 기술분야의 숙련된 자들은 구체적인 실시예들이 상기 구조들에 한정되지 않으며, 신호 전송 프로세스와 반대인 신호 수신 프로세스에도 적용가능함을 이해해야 한다. 신호 수신 프로세스에서, 복수의 안테나 어레이는 어레이 위상 및 어레이 진폭을 갖는 다경로 신호를 수신하고, 전력 분할 장치는 다경로 신호에 대해 진폭 조절을 수행한 다음, 그 신호를 하이브리드 네트워크에 출력하고, 하이브리드 네트워크는 신호에 대한 위상 조절 및 진폭 조절을 수행한 다음, 신호를 기지국 송수신기에 출력한다. 전력 분할 장치에 의해 수신된 다경로 신호에서, 각 경로의 신호의 미리 설정된 위상은 신호가 안테나 어레이들에 의해 수신될 때의 신호의 어레이 위상과 동일하고, 또는 적어도 하나의 경로의 신호의 미리 설정된 위상은 신호가 안테나 어레이들에 의해 수신될 때의 신호의 어레이 위상과 반대된다.

실시예 2

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나의 개략적 구조도이다. 본 실시예는 "미리 설정된 위상이 어레이 위상과 반대이고", "안테나 어레이 내의 반전 어레이를 이용한 반전 프로세싱"이 구현되는 경우에 관한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 안테나는 함께 설계된 빔 형성 네트워크 및 안테나 어레이들을 갖고, 적어도 하나의 반전 어레이가 안테나 어레이들 내에 설정되며, 반전 어레이의 피딩 위상은 다른 안테나 어레이들의 피딩 위상들과 반대이고; 반전 어레이는 빔 형성 네트워크로부터 수신된 신호의 미리 설정된 위상을 어레이 위상으로 변경한 다음 그 신호를 전송하거나, 수신된 신호의 어레이 위상을 미리 설정된 위상으로 변경한 다음 그 신호를 빔 형성 네트워크에 송신할 수 있는 위상 시프트 유닛으로서 이용된다. 본질적으로, 신호에 대한 위상 조절은 반전 어레이 및 빔 형성 네트워크에 의해 함께 수행된다. 안테나 어레이들은 빔 형성 네트워크의 위상 조절 기능의 일부를 구현하고, 따라서 빔 형성 네트워크의 구조가 더 단순화되고 안테나 비용이 감소된다.

안테나는 빔 형성 네트워크(11) 및 복수의 안테나 어레이(12)를 포함할 수 있고(도 2는 4개의 안테나 어레이를 예로서 보여줌), 빔 형성 네트워크(11)는 적어도 2개의 기지국 신호 포트(13) 및 복수의 안테나 신호 포트(14)를 포함하고, 각각의 안테나 신호 포트(14)는 안테나 어레이(12)에 접속된다. 기지국 신호 포트들(13)은 기지국 송수신기측과 통신하기 위한 포트들을 지칭하고, 안테나 신호 포트들(14)은 안테나 어레이측과 통신하기 위한 포트들을 지칭한다. 안테나의 빔 형성 네트워크는 전력 분할 장치(21) 및 하이브리드 네트워크(22)를 포함할 수 있다. 기지국 신호 포트들(13)은 하이브리드 네트워크(22) 상에 설정되고, 안테나 신호 포트들(14)은 전력 분할 장치(21) 상에 설정되며, 전력 분할 장치(21) 및 하이브리드 네트워크(22)가 접속된다.

안테나는 복수의 빔을 생성할 필요가 있으므로 적어도 2개의 기지국 신호 포트(13)를 포함한다. 통상적으로, 신호가 각각의 기지국 신호 포트(13)를 통해 입력되고 빔 형성 네트워크(11)에 의해 프로세싱된 후에 획득되는 출력 신호는 하나의 빔에 대응한다. 그러므로, 다수의 빔을 생성하기 위해, 통상적으로는 적어도 2개의 기지국 신호 포트가 필요하다. 일반적으로, 4개의 안테나 어레이 또는 8개의 안테나 어레이와 같은 복수의 안테나 어레이(12)도 존재하고, 안테나 어레이들 간의 분리를 보장하기 위해, 어레이들 간에 특정한 공간 간격이 있다. 그에 대응하여, 출력 신호를 안테나 어레이들에 출력하기 위해, 안테나 어레이들과 접속하기 위한 복수의 안테나 신호 포트(14)도 존재한다.

구체적으로, 기지국 신호 포트들(13)은 기지국 송수신기에 의해 송신되는 입력 신호를 수신하기 위해 이용되는데, 여기에서 입력 신호는 안테나에 의해 전송될 기지국의 신호를 지칭한다. 기지국 신호 포트들(13)로부터 입력 신호를 수신한 후, 하이브리드 네트워크(22)는 입력 신호에 대하여 위상 조절 및 진폭 조절을 수행하여 다경로 중간 출력 신호를 생성하고, 다경로 중간 출력 신호를 전력 분할 장치(21)에 출력한다. 다경로 중간 출력 신호를 수신한 후, 전력 분할 장치(21)는 주로 다경로 중간 출력 신호를 다경로 출력 신호로 변환하고, 다경로 출력 신호 간에 전력 할당을 수행하여, 다경로 출력 신호가 미리 설정된 진폭 분배, 즉 어레이 진폭 분배를 갖게 하도록 구성된다. 예를 들어, 4 경로의 신호에 대한 어레이 진폭 분배는 0.412:1:1:0.412이다. 전력 분할 장치(21)는 다경로 출력 신호를 안테나 신호 포트들(14)을 통해 복수의 안테나 어레이(12)에 출력하며, 각각의 안테나 신호 포트(14)는 한 경로의 출력 신호를 하나의 안테나 어레이(12)에 송신한다.

앞에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서, 빔 형성 네트워크(11)에 의해 안테나 신호 포트들(14)을 통해 출력된 출력 신호는 어레이 진폭 분배를 갖는다. 그러나, 본 실시예와 종래 기술에서의 빔 형성 네트워크들 간의 차이는, 본 실시예의 빔 형성 네트워크(11)에 의해 수신되는 출력 신호가 안테나 어레이들에 의해 요구되는 어레이 위상을 갖지 않으며 - 여기에서, 어레이 위상은 안테나 어레이들에 의해 공중으로 전송될 신호의 위상을 지칭함(신호 수신 프로세스에서, 어레이 위상은 안테나 어레이들에 의해 공중으로부터 수신되는 신호의 위상을 지칭함) -, 다경로 출력 신호 내에서, 적어도 하나의 경로의 출력 신호의 미리 설정된 위상은 어레이 위상과 반대인 반면에, 종래 기술에서는 빔 형성 네트워크의 출력 신호가 미리 설정된 어레이 위상 분배를 갖는 것 - 여기에서 미리 설정된 위상은 하이브리드 네트워크에 의해 전력 분할 장치에 전송되는 신호의 위상을 지칭함(신호 수신 프로세스에서, 미리 설정된 위상은 전력 분할 장치에 의해 하이브리드 네트워크에 송신되는 신호의 위상임) - 에 있다.

예를 들어, 4개의 안테나 어레이에 대응하는 출력 신호의 어레이 위상들이 +90도, 0도, -90도 및 -180도이어야 한다고, 즉 인접 출력 신호 간의 차이가 -90도라고 가정하면, 종래 기술의 빔 형성 네트워크의 출력 신호는 이미 상기 위상들을 갖고 있는 반면에, 본 실시예의 빔 형성 네트워크(11)의 출력 신호는 -90도, -180도, -90도 및 -180도인데(도 2에 나타나 있음), 이는 어레이 위상이 아니며, 2 경로의 출력 신호의 미리 설정된 위상들은 어레이들의 미리 설정된 위상과 반대된다. 상기의 어레이 위상들은 절대값이 아니라 상대값이며, 즉 모든 안테나 어레이들의 위상 값들은 안테나 어레이들 중 하나의 위상 값에 대하여 정규화된다. 본 실시예 및 이하의 실시예들에서 언급되는 위상 값들도 상대적인 위상 값들이다.

본 실시예의 복수의 안테나 어레이(12)는 적어도 하나의 반전 어레이를 포함하는데, 여기에서 반전 어레이는 다른 안테나 어레이의 피딩 위상과 반대인 피딩 위상을 갖는 어레이를 지칭하고, 반전 어레이는 위상 시프트 유닛이다. 예를 들어, 도 2에 도시된 안테나 어레이(12a) 및 안테나 어레이(12b)는 반대인 피딩 위상들을 갖는 안테나 어레이들이며, 안테나 어레이(12a)는 대응 신호의 위상(-90도)에 대해 반전 프로세싱을 수행하여 미리 설정된 어레이 위상(+90도)을 획득하는 한편, 안테나 어레이(12b)는 출력 신호의 위상을 프로세싱하지 않는다. 마찬가지로, 도 2에 도시된 안테나 어레이(12c) 및 안테나 어레이(12d)도 반대인 피딩 위상들을 갖는 안테나 어레이들이며, 안테나 어레이(12c)는 대응 신호의 위상(-180도)에 대해 반전 프로세싱을 수행하여 미리 설정된 어레이 위상(0도)을 획득하는 한편, 안테나 어레이(12d)는 출력 신호의 위상을 프로세싱하지 않는다.

위에서 설명된 프로세싱 후에, 빔 형성 네트워크(11)의 출력 신호의 미리 설정된 위상들 "-90도, -180도, -90도 및 -180도"는 안테나 어레이들에 의해 미리 설정된 어레이 위상들 "+90도, 0도, -90도 및 -180도"로 변환된다. 지금까지, 안테나 어레이들에서의 출력 신호는 어레이 진폭 분배 및 어레이 위상 분배를 갖고, 신호는 안테나 어레이들에서의 어레이 진폭 및 어레이 위상에 대응하는 빔을 이용하여 전송될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 4개의 안테나 어레이(12)는 상기의 어레이 진폭 및 어레이 위상 분배에 따라 함께 빔을 형성할 수 있다.

이하에서는, 상기 안테나 어레이들에서 수행되는 반전 기능을 설명한다. 기지국 송수신기의 입력 신호가 수신되기 전에, 안테나 어레이들의 피딩 위상들은 위상 반전을 위하여 미리 설정되어 있다. 상기 안테나 어레이들의 피딩 위상들에 대한 위상 반전은 본 분야에 흔하게 알려져 있는 설정 방법들을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 반파(half-wave) 다이폴 안테나 어레이들에 대하여, 오실레이터 아암의 피딩 포인트와 동축 케이블의 내측 및 외측 커넥터들 간의 접속 모드가 안테나 어레이들의 피딩 위상을 변경하도록 변경될 수 있다. 다른 타입들의 안테나 어레이들에 대하여, 반전 설정은 또한 통상의 기술을 이용하여 수행되고 여기에 설명되지 않을 것이다. 안테나 어레이들에 대한 반전 설정에 의해, 신호가 수신된 후, 안테나 어레이들은 신호의 위상에 대해 반전 프로세싱을 수행하는데, 예를 들면 위상을 -180도 또는 +180도만큼 변경한다. 주기적 신호인 전자기 신호에 대하여, 신호 주기는 360도이다. 그러므로, 원래의 신호를 -180도 또는 +180도만큼 변경함으로써, 본질적으로 동일한 효과가 획득된다.

상기 설명에 기초하여, 본 실시예의 안테나에서, 종래 기술의 빔 형성 네트워크의 기능들 중 일부는 실질적으로 안테나 어레이들에 의해 구현되고, 빔 형성 네트워크와 안테나 어레이들이 함께 작동하여 입력 신호에 대한 위상 조절을 수행한다. 즉, 종래 기술의 빔 형성 네트워크는 어레이 위상 및 어레이 진폭을 갖는 출력 신호를 획득하기 위하여 입력 신호를 스스로 조절할 수 있으나, 본 실시예의 빔 형성 네트워크 자체에 의해 획득되는 출력 신호는 어레이 진폭을 가질 뿐이고, 복수의 출력 신호 중 일부만이 어레이 위상을 갖지만(예를 들어, 한 경로의 출력 신호의 위상은 -90도이고, 이 위상의 신호가 안테나 어레이들에 출력될 것으로 여겨짐), 출력 신호의 일부는 어레이 위상과 반대인 위상들을 갖고(예를 들어, 한 경로의 출력 신호의 위상은 -90도이지만, 안테나 어레이들에 출력될 신호의 위상은 +90도이어야 함); 이 경우에서는 안테나 어레이들의 반전 특징을 이용하여, 안테나 어레이들이 위상들에 대한 반전 프로세싱을 수행한 후에 어레이 위상이 획득된다.

이하의 실시예 3 및 실시예 4는 각각 4-어레이 안테나 및 8-어레이 안테나를 예로 들어, 위상 시프트 유닛이 안테나 어레이들 내의 반전 어레이인 해법을 상세하게 설명한다. 이러한 두 실시예에 기초하면, 이러한 해법을 이용하는 빔 형성 네트워크의 구조가 매우 간단해질 것이 분명하다.

실시예 3

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나의 개략적 구조도이다. 본 실시예는 4-어레이 안테나, 즉 4개의 안테나 어레이(12)를 갖는 안테나를 보여준다.

도 3에 도시된 바와 같이, 안테나는 4개의 안테나 어레이(12)를 포함한다(도면에서 12a, 12b, 12c 및 12d로 표시되는 형상들은 안테나 어레이들을 표현함). 안테나의 빔 형성 네트워크는 하이브리드 네트워크(22)를 포함한다. 본 실시예의 하이브리드 네트워크(22)는 90도 하이브리드 커플러만을 이용한다. 구체적으로, 특정 실시예들에서는 다른 구조들도 이용될 수 있는데, 예를 들면 180도 하이브리드 커플러 및 위상 시프터의 조합이 이용될 수 있다. 하이브리드 네트워크(22)는 2개의 기지국 신호 포트(13)(도 3에서 A 및 B로 나타남)를 포함한다. 빔 형성 네트워크는 2개의 전력 분할 장치를 더 포함하는데(예를 들어, 전력 분할 장치들은 불균등 전력 분할기들임), 이들은 각각 제1 전력 분할 장치(21a) 및 제2 전력 분할 장치(21b)이고, 각각의 전력 분할 장치는 2개의 안테나 신호 포트(14)를 갖는다. 전력 분할 장치들의 안테나 신호 포트들은 안테나 어레이들에 접속된다. 4개의 안테나 신호 포트(14)와 4개의 안테나 어레이(12) 간의 접속 라인들은 각각 14a, 14b, 14c 및 14d로 표현된다.

90도 하이브리드 커플러는 2개의 출력 포트, 즉 제1 출력 포트 M1 및 제2 출력 포트 M2를 포함하며, 여기에서 제1 출력 포트 M1은 제1 전력 분할 장치(21a)에 접속되고, 제2 출력 포트 M2는 제2 전력 분할 장치(21b)에 접속된다. 각각의 전력 분할기는 제1 출력 포트 및 제2 출력 포트를 포함하고, 이들은 도 3에 도시된 2개의 안테나 신호 포트(14)이다. 예를 들어, 제1 전력 분할 장치(21a)의 2개의 안테나 신호 포트는 접속 라인들(14a 및 14c)을 통해 안테나 어레이들(12a 및 12c)에 접속되고, 제2 전력 분할 장치(21b)의 2개의 안테나 신호 포트는 접속 라인들(14b 및 14d)을 통해 안테나 어레이들(12b 및 12d)에 접속된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 안테나 어레이들(12a 및 12c)의 피딩 위상들은 반대이고, 안테나 어레이들(12b 및 12d)의 피딩 위상들은 반대된다. 즉, 전력 분할 장치의 2개의 출력 포트 중 하나는 위상 시프트 유닛, 즉 반전 어레이에 접속되고, 다른 쪽은 안테나 어레이에 직접 접속된다.

본 실시예의 구조의 동작 원리가 이하에서 예시들을 이용하여 설명된다.

신호가 기지국 신호 포트 A를 통해 입력되며, 하이브리드 네트워크(22)의 90도 하이브리드 커플러가 신호에 대해 위상 조절 및 진폭 조절을 수행한 후, 2 경로의 중간 출력 신호가 출력된다고 가정하자. 즉, S1(-90)은 90도 하이브리드 커플러의 제1 출력 포트 M1을 통해 출력되고, 여기에서 S1(-90)은 신호 S1을 나타내고, 신호 S1의 위상은 -90도(즉, 미리 설정된 위상)이며; S2(-180)는 90도 하이브리드 커플러의 제2 출력 포트 M2를 통해 출력되고, 여기에서 신호 S2의 위상은 -180도(즉, 미리 설정된 위상)이다. 각 경로의 중간 출력 신호가 전력 분할 장치에 출력된다. 즉, S1(-90)은 제1 전력 분할 장치(21a)에 출력되고, S2(-180)는 제2 전력 분할 장치(21b)에 출력된다.

각각의 전력 분할 장치는 수신된 중간 출력 신호를 동일 위상을 갖는 2 경로의 출력 신호로 분할할 수 있다. 예를 들어, 제1 전력 분할 장치(21a)를 통과한 후, S1(-90)은 S1(-90) 및 S3(-90)으로서 출력되고, 여기에서 두 신호의 위상들은 처음에 입력된 S1(-90)의 위상과 동일하여 둘 다 -90도이며(즉, 여전히 미리 설정된 위상임); 제2 전력 분할 장치(21b)를 통과한 후, S2(-180)는 S2(-180) 및 S4(-180)로서 출력되고, 마찬가지로 출력 신호의 위상은 동일하며 둘 다 -180도이다. 그러나, 전력 분할 장치들은 출력 신호가 미리 설정된 어레이 진폭을 갖도록 신호 진폭 할당을 변경하였다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 2개의 전력 분할기(21a 및 21b)를 통해 출력되는 4 경로의 출력 신호의 진폭 분배는 미리 설정된 진폭 분배 값들, 즉 0.412:1:1:0.412이다.

2개의 전력 분할기에 의해 출력되는 4 경로의 출력 신호 S1(-90), S2(-180), S3(-90) 및 S4(-180)는 각각 접속 라인들(14a, 14b, 14c 및 14d)을 통해 4개의 안테나 어레이에 출력된다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 안테나 어레이들(12a 및 12c)의 피딩 위상들은 반대이고, 안테나 어레이(12a)는 S1(-90)에 대해 반전 프로세싱을 수행하여 그것을 S1(+90)(즉, 어레이 위상)으로 변환할 수 있다. 마찬가지로, 안테나 어레이들(12b 및 12d)의 피딩 위상들도 반대이고, 안테나 어레이(12d)는 S4(-180)에 대해 반전 프로세싱을 수행하여 그것을 S4(0)(즉, 어레이 위상)로 변환할 수 있다.

도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 설명된 프로세싱 후, 안테나 어레이들에서의 신호는 미리 설정된 어레이 위상 분배 및 미리 설정된 어레이 진폭 분배를 가지며, 신호를 전송하기 위해, 대응 빔이 안테나 어레이들에서 형성될 수 있다.

추가로, 본 실시예의 90도 하이브리드 커플러의 2개의 기지국 신호 포트 간의 분리 정도는 높고, 전력 분할 장치들은 실제 요구조건들에 따라 각 경로의 출력 신호의 진폭을 유연하게 조절할 수 있다. 신호가 포트 B를 통해 입력되는 경우, 안테나는 상기 절차와 유사한 프로세스로 신호를 프로세싱하며, 이는 여기에 반복하여 설명되지 않는다. 추가로, 앞에서 설명한 바와 같이, 도 3의 90도 하이브리드 커플러와 불균등 전력 분할기들은 등가의 기능을 갖는 다른 구조들로 대체될 수 있다.

상기 설명에 기초하면, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 실시예의 빔 형성 네트워크는 안테나 어레이들에서의 어레이 진폭 및 어레이 위상을 구현하기 위해, 실제로 하나의 90도 하이브리드 커플러 및 2개의 불균등 전력 분할기만을 이용한다(안테나 어레이들이 반전 프로세싱을 보조한다). 종래 기술과 비교해보면, 종래 기술은 안테나 어레이들에서의 미리 설정된 어레이 진폭 및 어레이 위상을 구현하기 위해, 통상적으로 6개의 90도 하이브리드 커플러 및 4개의 위상 시프터를 이용한다. 그러므로, 본 실시예가 빔 형성 네트워크의 구조를 크게 단순화하고, 빔 형성 네트워크 내부의 장비 상호접속 복잡성을 감소시키며, 그에 대응하여, 안테나 구조도 역시 단순화하고 안테나 비용을 감소시킨다는 것이 분명하다.

실시예 4

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나의 개략적 구조도이다. 본 실시예는 8-어레이 안테나, 즉 8개의 안테나 어레이(12)를 갖는 안테나를 도시한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 안테나는 8개의 안테나 어레이(12)를 포함한다. 안테나의 빔 형성 네트워크는 하이브리드 네트워크(22)를 포함한다. 본 실시예의 하이브리드 네트워크(22)는 4개의 90도 하이브리드 커플러 및 2개의 -45도 위상 시프터를 이용한다. 구체적으로, 하이브리드 네트워크(22)는 계층 1의 제1 90도 하이브리드 커플러(22a) 및 제2 90도 하이브리드 커플러(22d), 및 계층 2의 제3 90도 하이브리드 커플러(22b) 및 제4 90도 하이브리드 커플러(22c)를 포함하고(층 1 또는 계층 2는 도면에 나타난 제1 계층 또는 제2 계층을 나타냄), 여기에서 제1 90도 전기(22a) 및 제3 90도 하이브리드 커플러(22b)는 서로 반대이고, 제2 90도 하이브리드 커플러(22d) 및 제4 90도 하이브리드 커플러(22c)는 서로 반대된다. 제1 90도 하이브리드 커플러(22a)의 하나의 출력 포트는 -45도 위상 시프터를 통해 제3 90도 하이브리드 커플러(22b)에 접속되고, 다른 출력 포트는 제4 90도 하이브리드 커플러(22c)에 접속된다. 제2 90도 하이브리드 커플러(22d)의 하나의 출력 포트는 45도 위상 시프터를 통해 제4 90도 하이브리드 커플러(22c)에 접속되고, 다른 출력 포트는 제3 90도 하이브리드 커플러(22b)에 접속된다. 제3 90도 하이브리드 커플러(22b) 및 제4 90도 하이브리드 커플러(22c)의 각각의 출력 포트는 전력 분할 장치에 접속된다.

빔 형성 네트워크는 각각 21a, 21b, 21c 및 21d로 표현된 4개의 전력 분할 장치를 포함한다. 전력 분할 장치들은 또한 불균등 전력 분할기들을 예로서 이용한다. 각각의 전력 분할 장치는 제1 출력 포트 및 제2 출력 포트를 포함한다. 2개의 출력 포트는 도 4에 도시된 각각의 전력 분할 장치의 2개의 안테나 신호 포트(14)이다. 전력 분할 장치의 2개의 안테나 신호 포트는 안테나 어레이들에 접속되고, 여기에서 하나는 위상 시프트 유닛에 접속되고, 다른 하나는 안테나 어레이에 접속된다.

하이브리드 커플러들, 위상 시프터들, 전력 분할기들 및 안테나 어레이들의 접속 구조들은 도 4에 도시되어 있으며 여기에 설명되지 않을 것이다. 본 실시예의 구조의 동작 원리는 이하에서 예시들을 이용하여 설명된다.

신호가 기지국 신호 포트 A를 통해 입력된다고 가정하면, 하이브리드 네트워크(22) 내의 제1 90도 하이브리드 커플러(22a)를 통과한 후, 신호는 2 경로의 중간 출력 신호, 즉 S(-90) 및 S(-180)을 출력한다. 즉, 각각 -90도 및 -180도의 위상을 갖는 2 경로의 신호가 출력된다.

S(-90)이 -45도 위상 시프터를 통과한 후, 위상은 -135도, 즉 S(-135)로 변경된다. S(-135)는 다른 90도 하이브리드 커플러(22b)를 통과하고, S(-225) 및 S(-315)(즉, 미리 설정된 위상)를 출력한다. S(-225) 및 S(-315)는 각각 2개의 불균등 전력 분할기에 입력되고, 여기에서 S(-225)는 전력 분할기(21a)에 입력되고, S(-315)는 전력 분할기(21b)에 입력된다. S(-180)는 제4 90도 하이브리드 커플러(22c)에 직접 들어가고, 제4 90도 하이브리드 커플러(22c)의 2개의 안테나 신호 포트를 통해 2개의 신호 S(-270) 및 S(-360)(즉, 미리 설정된 위상들)를 출력하며; S(-360)는 전력 분할기(21c)에 입력되고, S(-270)는 전력 분할기(21d)에 입력된다.

4개의 전력 분할기(21a, 21b, 21c 및 21d)는 주로 출력 신호가 미리 설정된 어레이 진폭 분배를 갖도록, 수신된 신호에 대하여 진폭 조절을 수행하도록 구성된다(도 4는 예를 들어 0.412/0.412/1/1/1/1/0.412/0.412 또는 다른 진폭 분배 값들일 수 있는 진폭 분배 값들은 도시하고 있지 않고; 진폭 분배 값들은 불균등 전력 분할기들을 이용하여 유연하게 조절될 수 있음). 수신된 신호의 위상들은 변경되지 않는다. 그러므로, 4개의 전력 분할기에 의해 8개의 안테나 어레이(12a 내지 12h)에 출력되는 신호의 위상들은 순서대로 -315, -270, -225, -360, -315, -270, -225 및 -360이고, 이들은 도 4의 "위상 반전 전"에 도시되어 있다.

마찬가지로, 출력 신호가 안테나 어레이들에 도달한 후, 출력 신호 중 일부의 피딩 위상들은 안테나 어레이들의 피딩 위상들과 반대이고; 그러므로 대응 안테나 어레이들은 출력 신호의 이러한 부분에 대하여 반전 프로세싱을 수행할 것이다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 안테나 어레이들(12a, 12b, 12c 및 12h)의 피딩 위상들은 포지티브인 반면, 대응 수신 신호의 위상들은 네거티브이다. 그러므로, 상기 안테나 어레이들은 수신 출력 신호에 대한 반전을 수행하여, 출력 신호를 어레이 위상으로 변환할 수 있다. 반전 후에, 안테나 어레이들에 대응하는 출력 신호의 위상 분배는 -135(-315 + 180), -90(-270 + 180), -45(-225 + 180), 0(실제로 위상이 변하는 것이 아니라 다른 값으로 표현될 뿐임. 전자기파 신호는 360도의 주기를 갖는 신호이므로, -360과 0은 본질적으로 동일함. 예를 들어, 0은 다음과 같이 획득될 수 있음: -360 + 360. 한 주기가 360도이고, mx360이 더해질 수 있으며, m은 양의 정수, 음의 정수 또는 0임), +45(-315 + 360), +90(-270 +360), +135(-225 + 360), +180(-360 - 180 + 720)이다.

본 실시예에서 신호가 포트 B를 통해 입력된 후, 8개의 안테나 어레이의 신호의 위상들은 결국 -135도의 차이를 가지며; 신호가 포트 C를 통해 입력된 후, 8개의 안테나 어레이의 신호의 위상들은 결국 135도의 차이를 갖고, 신호가 포트 D를 통해 입력된 후, 8개의 안테나 어레이들의 신호의 위상은 결국 -45도의 차이를 갖는다. 구체적인 신호 프로세스 및 원리는 신호가 포트 A를 통해 입력될 때와 유사하며, 여기에 반복하여 설명되지 않을 것이다. 추가로, 본 실시예의 4개의 기지국 신호 포트 A, B, C 및 D 간의 분리 정도는 높고, 전력 분할기들은 실제 요구조건들에 따라 각 경로의 출력 신호의 진폭을 유연하게 조절할 수 있다.

본 실시예는 빔 형성 네트워크의 구조를 크게 단순화하고, 네트워크 내부의 장비 상호접속 복잡성을 감소시키며, 그에 대응하여, 안테나 구조도 역시 단순화하고 안테나 비용을 감소시킨다.

상기 실시예 3 및 실시예 4에서, 반전 어레이는 위상 시프트 유닛의 예로서 사용된다. 이하의 실시예 5에서, 도 5 및 도 6은 "미리 설정된 위상이 어레이 위상과 반대이고", "위상 시프트 유닛이 180도 위상 시프터이고, 반전 프로세싱이 그 180도 위상 시프터를 이용하여 구현되는" 경우에 관한 다른 해법을 보여준다.

실시예 5

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 위상 시프트 유닛은 180도 위상 시프터이고, 안테나는 적어도 하나의 180도 위상 시프터를 포함한다. 180도 위상 시프터는 전력 분할 장치 및 안테나 어레이에 각각 접속되고, 전력 분할 장치에 의해 수신되고 어레이 위상과 반대인 미리 설정된 위상을 갖는 신호에 대해 위상 반전을 수행하여 그 신호를 안테나 어레이에 출력하거나, 안테나 어레이에 의해 수신되고 미리 설정된 위상과 반대인 어레이 위상을 갖는 신호에 대해 반전을 수행하여 그 신호를 전력 분할 장치에 출력하도록 구성된다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나의 개략적 구조도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 도 3에 도시된 안테나 구조에 비교하여, 본 실시예의 주된 차이는 위상 시프트 유닛이 안테나 어레이와 불균등 전력 분할기 사이에 설정된 180도 위상 시프터(51)라는 것에 있다. 이 경우, 안테나 어레이는 종래 기술의 안테나 어레이와 동일하고, 반전 어레이는 설정되지 않는다. 180도 위상 시프터(51)가 위상 반전을 수행하기 위해 이용된다. 본 안테나의 동작 원리는 도 3에 도시된 안테나의 원리와 동일하고 여기에 반복하여 설명되지 않는다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나의 개략적 구조도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 도 4에 도시된 안테나 구조와 비교할 때, 본 실시예의 주된 차이는 위상 시프트 유닛이 안테나 어레이와 불균등 전력 분할기 사이에 설정된 180도 위상 시프터(51)라는 점에 있다. 도 6에서, 21a, 21b, 21c 및 21d가 4개의 전력 분할 장치, 예를 들어 불균등 전력 분할기이다. 각각의 전력 분할 장치의 2개의 출력 포트 중 하나는 180도 위상 시프터(51)를 통해 안테나 어레이에 접속되고, 다른 출력 포트는 안테나 어레이에 직접 접속된다. 도 6의 8개의 안테나 어레이(12a-12h)는 종래 기술에서와 동일하고, 반전 어레이는 설정되지 않는다. 180도 위상 시프터(51)가 위상 반전을 수행하기 위해 이용된다. 이 안테나의 동작 원리는 도 4에 도시된 안테나의 원리와 동일하고, 여기에 반복하여 설명되지 않는다.

실시예 6

본 실시예는 "미리 설정된 위상이 어레이 위상과 동일한" 경우에 관한 것이며, 도 7의 6-어레이 안테나의 구조가 예로서 사용되고 설명된다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나의 개략적 구조도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 미리 설정된 위상과 어레이 위상이 동일하기 때문에, 위상 시프트 유닛은 필요하지 않다. 구체적으로, 안테나는 빔 형성 네트워크 및 안테나 어레이들(12)을 포함하고, 빔 형성 네트워크는 하이브리드 네트워크(22) 및 전력 분할 장치(21)를 포함한다.

하이브리드 네트워크(22)는 계층 1에서의 2개의 90도 하이브리드 커플러(71) 및 계층 2에서의 2개의 180도 하이브리드 커플러(72)를 포함한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 90도 하이브리드 커플러(71)의 각각의 출력 포트는 180도 하이브리드 커플로(72)에 접속되는데, 각각의 180도 하이브리드 커플러(72)의 2개의 출력 포트 중 하나는 전력 분할 장치(21)에 접속되고, 다른 출력 포트는 안테나 어레이(12)에 직접 접속된다. 전력 분할 장치(21)의 각각의 출력 포트는 하나의 안테나 어레이에 접속된다. 본 실시예에 있어서는 위상 반전이 요구되지 않으며; 따라서 전력 분할 장치(21)는 수신 신호에 대한 진폭 조절만을 수행한다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 수신 신호는 0.8:0.6의 두 경로의 신호로 분할된다.

본 실시예의 구조의 안테나는 포트 A, 포트 B 및 포트 H의 신호를 각각 안테나 어레이들에 전달하도록 구성되며, 포트 A를 통해 입력된 신호에 대한 안테나 어레이들의 출력 어레이 위상들이 결국 -90도의 차이를 갖고, 포트 B를 통해 입력된 신호에 대한 안테나 어레이들의 출력 어레이 위상들이 결국 90도의 차이를 가지며, 포트 H를 통해 입력된 신호에 대한 안테나 어레이들의 출력 어레이 위상들이 동일해지는 것을 가능하게 한다. 한편, 3개의 포트 A, B 및 H 간의 분리 정도는 높다. 추가로, 본 실시예는 또한 빔 형성 네트워크 내의 하이브리드 네트워크의 일부가 안테나 어레이들에 직접 접속되고, 일부가 전력 분할 장치를 통해 안테나 어레이들에 접속되는 것을 허용할 수 있다.

상기 실시예들은 신호 전송 프로세스를 예로 들어 본 발명의 해법을 상세하게 설명한다. 본 기술분야의 숙련된 자들은 안테나가 신호를 수신할 수도 있는데, 즉 신호를 수신한 후에, 안테나 어레이들이 신호를 빔 형성 네트워크에 전달한다는 것을 이해할 것이다. 신호 수신의 프로세싱은 신호 전송의 프로세싱에 반대된다. 이하는 단순히 신호 수신 프로세싱을 간략하게 설명하는데, 예를 들어 복수의 어레이 위상이 미리 설정된 위상과 반대일 때, 위상 시프트 유닛은 안테나 어레이들에 의해 수신된 신호의 어레이 위상들을 미리 설정된 위상으로 변경하고 그 신호를 전력 분할 장치에 출력하며, 전력 분할 장치는 미리 설정된 위상을 갖는 수신된 다경로 신호에 대해 진폭 조절을 수행하고 그 다경로 신호를 하이브리드 네트워크에 출력하며, 하이브리드 네트워크는 다경로 신호에 대하여 위상 조절 및 진폭 조절을 수행한 다음, 그 다경로 신호를 기지국 송수신기에 출력한다. 전력 분할 장치가 이용되기 때문에, 본 발명의 실시예들에 따른 안테나 구조는 신호 전송 또는 신호 수신 프로세스에 대해 단순화된다.

실시예 7

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 개략적 구조도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 기지국은 기지국 송수신기(81), 피더 라인(82) 및 안테나(83)를 포함하고, 안테나(83)는 본 발명의 임의의 실시예에 따른 안테나일 수 있다.

안테나(83)는 통상적으로 폴(84) 상에 고정된 다음, 폴(84)과 함께 철탑(85) 상에 고정된다. 피더 라인(82)은 기지국 송수신기(81) 및 안테나(83)에 각각 접속된다. 기지국 송수신기(81)는 기지국에 의해 전송될 신호인 입력 신호를 생성하도록 구성된다. 피더 라인(82)은 기지국 송수신기(81)에 의해 생성된 입력 신호를 안테나(83)에 전달하도록 구성된다. 안테나(83)는 입력 신호를 출력 신호로 변환하고, 그 출력 신호를 전송한다.

본 실시예의 기지국 내의 안테나에 의한 입력 신호 프로세싱의 상세한 프로세스에 관해서는 본 발명의 임의의 안테나 실시예의 설명을 참조하기 바란다. 신호에 대한 진폭 조절을 수행하기 위해 안테나의 빔 형성 네트워크 내에 전력 분할 장치를 설정함으로써, 빔 형성 네트워크의 구조 및 접속 복잡도가 단순화되고, 그에 의해 안테나 비용이 감소되고, 대응하여 기지국의 구성 비용도 감소된다.

실시예 8

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 빔 프로세싱 방법의 개략적 흐름도이다. 본 실시예의 빔 프로세싱 방법은 본 발명의 임의의 실시예의 안테나에 의해 실행될 수 있다. 그러므로, 본 방법의 구체적인 원리들에 관하여, 안테나 실시예들의 설명이 참조될 수 있다. 본 실시예는 방법을 간략하게 설명할 뿐이다.

안테나는 함께 접속된 빔 형성 네트워크 및 복수의 안테나 어레이를 포함한다. 빔 형성 네트워크는 함께 접속된 하이브리드 네트워크 및 전력 분할 장치를 포함한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 신호 전송 프로세스를 예로서 이용하고, 빔 프로세싱 방법은:

901 : 하이브리드 네트워크가 기지국 송수신기로부터 수신되는 신호를 위한 위상 조절을 수행하고, 미리 설정된 위상을 갖는 신호를 생성하고, 미리 설정된 위상을 갖는 신호를 전력 분할 장치에 송신하는 단계;

902 : 전력 분할 장치가 하이브리드 네트워크로부터 수신된 신호에 대한 진폭 조절을 수행하고, 어레이 진폭 및 미리 설정된 위상을 갖는 다경로 신호를 출력한 다음, 그 다경로 신호를 복수의 안테나 어레이에 출력하는 단계; 및

903 : 복수의 안테나 어레이가 다경로 신호를 전송하는 단계 - 전송되는 다경로 신호는 어레이 위상 및 어레이 진폭을 갖고, 수신된 다경로 신호 내에서, 각각의 경로의 신호의 미리 설정된 위상은 신호가 전송될 때의 신호의 어레이 위상과 동일하거나, 또는 적어도 하나의 경로의 신호의 미리 설정된 위상은 신호가 전송될 때의 신호의 어레이 위상과 반대됨 -

를 포함할 수 있다.

다경로 신호 내의 적어도 하나의 경로의 신호의 미리 설정된 위상이 어레이 위상과 반대일 때, 그에 대응하여, 전력 분할 장치가 하이브리드 네트워크로부터 수신된 다경로 신호에 대한 진폭 조절을 수행하고 나서, 복수의 안테나 어레이가 다경로 신호를 전송하기 전에, 방법은:

안테나 어레이들 내의 반전 어레이가 미리 설정된 위상이 어레이 위상과 반대인 신호에 대한 위상 반전을 수행하여, 신호의 위상이 미리 설정된 위상으로부터 어레이 위상으로 변경되게 하는 단계 - 반전 어레이의 피딩 위상은 다른 안테나 어레이들의 피딩 위상들과 반대됨 -; 또는

180도 위상 시프터가 미리 설정된 위상이 어레이 위상과 반대인 신호에 대한 위상 반전을 수행하여, 신호의 위상이 미리 설정된 위상으로부터 어레이 위상으로 변경되게 하는 단계 - 180도 위상 시프터는 전력 분할 장치와 안테나 어레이들 사이에 위치되고 전력 분할 장치 및 안테나 어레이들에 각각 접속됨 -

를 더 포함한다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔 프로세싱 방법의 개략적 흐름도이다. 본 실시예는 신호 수신 프로세스를 예로서 이용하며, 빔 프로세싱 방법은:

1001 : 복수의 안테나 어레이가 다경로 신호를 수신하고, 그 다경로 신호를 전력 분할 장치에 출력하는 단계 - 수신된 다경로 신호는 어레이 위상 및 어레이 진폭을 가짐 - ;

1002 : 전력 분할 장치가 복수의 안테나 어레이로부터 수신된 다경로 신호에 대한 진폭 조절을 수행하고 신호를 하이브리드 네트워크에 출력하는 단계 - 전력 분할 장치에 의해 수신된 다경로 신호는 미리 설정된 위상을 갖고, 전력 분할 장치에 의해 수신된 다경로 신호 내에서, 각 경로의 신호의 미리 설정된 위상은 신호가 안테나 어레이들에 의해 수신될 때의 신호의 어레이 위상과 동일하거나, 또는 적어도 하나의 경로의 신호의 미리 설정된 위상은 신호가 안테나 어레이에 의해 수신될 때의 신호의 어레이 위상과 반대됨 - ;

1003 : 하이브리드 네트워크가 전력 분할 장치에 의해 수신되는 신호에 대한 위상 조절 및 진폭 조절을 수행하고, 신호를 기지국 송수신기에 출력하는 단계

를 포함할 수 있다.

다경로 신호 내의 적어도 하나의 경로의 신호의 미리 설정된 위상이 어레이 위상과 반대일 때, 그에 대응하여, 복수의 안테나 어레이가 다경로 신호를 수신하고 나서, 전력 분할 장치가 복수의 안테나 어레이에 의해 수신된 다경로 신호에 대한 진폭 조절을 수행하기 전에, 방법은:

안테나 어레이들 내의 반전 어레이에 의해, 미리 설정된 위상이 어레이 위상과 반대인 신호에 대한 위상 반전을 수행하여, 신호의 위상이 어레이 위상으로부터 미리 설정된 위상으로 변경되게 하는 단계 - 반전 어레이의 피딩 위상은 다른 안테나 어레이들의 피딩 위상들과 반대됨 -; 또는

180도 위상 시프터에 의해, 미리 설정된 위상이 어레이 위상과 반대인 신호에 대한 위상 반전을 수행하여, 신호의 위상이 어레이 위상으로부터 미리 설정된 위상으로 변경되게 하는 단계 - 180도 위상 시프터는 전력 분할 장치와 안테나 어레이들 사이에 위치되고 전력 분할 장치 및 안테나 어레이들에 각각 접속됨 -

를 더 포함한다.

본 실시예에 따른 빔 프로세싱 방법에서, 안테나의 빔 형성 네트워크 내의 전력 분할 장치는 신호에 대한 진폭 조절을 수행하여, 빔 형성 프로세스가 단순화되고 빔 형성 네트워크의 복잡성 및 비용이 감소되게 한다.

본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들은 실시예들의 따른 방법의 단계들 중 일부 또는 전부가 관련 하드웨어에 명령을 내리는 프로그램에 의해 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 프로그램은 컴퓨터 판독가능한 저장 매체 내에 저장될 수 있다. 프로그램이 실행될 때, 실시예들에 따른 방법의 단계들이 수행된다. 저장 매체는 ROM, RAM, 자기 디스크 또는 CD-ROM과 같이 프로그램 코드들을 저장할 수 있는 다양한 매체들을 포함한다.

마지막으로, 상기 실시예들은 본 발명을 제한하도록 의도된 것이 아니라, 단순히 본 발명의 기술적 해법들을 설명하기 위해 제공된 것에 지나지 않음에 유의해야 한다. 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 실시예들을 참조하여 상세하게 설명되었지만, 실시예들에서 설명된 기술적 해법들에 수정이 가해질 수 있거나, 기술적 해법의 일부 기술적 특징들에 대해 등가의 대체가 이루어질 수 있으나, 그러한 수정 또는 대체로 인해, 해당 기술적 해법의 본질이 본 발명의 실시예들에 따른 기술적 해법들의 범위를 벗어나지 않을 것임을 이해해야 한다.

Claims

빔 형성 네트워크(beamforming network; 11) 및 복수의 안테나 어레이(12)를 포함하는 안테나로서,
상기 빔 형성 네트워크(11)는 하이브리드 네트워크(22) 및 전력 분할 장치(21)를 포함하고,
상기 하이브리드 네트워크(22)는 기지국 송수신기와 통신하기 위한 기지국 신호 포트를 포함하고, 상기 하이브리드 네트워크는 상기 기지국 송수신기에 의해 송신되며 상기 기지국 신호 포트를 통해 수신되는 신호에 대한 위상 조절을 수행하고, 미리 설정된 위상을 갖는 신호를 생성하고, 상기 신호를 상기 전력 분할 장치에 송신하도록 구성되고;
상기 전력 분할 장치(21)는 상기 안테나 어레이들과 통신하도록 구성된 복수의 안테나 신호 포트를 포함하고, 각각의 안테나 신호 포트는 하나의 안테나 어레이에 접속되고, 상기 하이브리드 네트워크로부터 수신된 신호에 대해 진폭 조절을 수행하고, 어레이 진폭 및 상기 미리 설정된 위상을 갖는 다경로 신호를 상기 복수의 안테나 어레이에 출력하도록 구성되며;
상기 복수의 안테나 어레이(12)는 상기 전력 분할 장치로부터 수신된 상기 다경로 신호를 전송하도록 구성되고, 상기 전송되는 다경로 신호는 어레이 위상 및 상기 어레이 진폭을 가지며, 상기 수신된 다경로 신호 내에서, 적어도 하나의 경로의 신호의 상기 미리 설정된 위상은 상기 신호가 전송될 때의 상기 신호의 상기 어레이 위상과 반대이며;
상기 복수의 안테나 어레이(12)는 적어도 하나의 반전 어레이를 포함하고, 상기 반전 어레이의 피딩 위상은 다른 안테나 어레이들의 피딩 위상들과 반대이며;
각각의 반전 어레이는 상기 어레이 위상과 반대인 상기 미리 설정된 위상을 가지며 상기 전력 분할 장치로부터 수신된 경로의 신호에 대한 위상 반전을 수행하여, 상기 신호의 상기 미리 설정된 위상이 상기 어레이 위상으로 변경되게 한 다음, 상기 신호를 전송하도록 구성되는, 안테나.
제1항에 있어서,
반전 어레이들의 개수는 2이고, 상기 전력 분할 장치(21)는 제1 전력 분할 장치 및 제2 전력 분할 장치를 포함하고;
상기 하이브리드 네트워크는 90도 하이브리드 커플러를 포함하고, 상기 90도 하이브리드 커플러는 제1 출력 포트 및 제2 출력 포트를 포함하고, 상기 제1 출력 포트는 상기 제1 전력 분할 장치에 접속되고, 상기 제2 출력 포트는 상기 제2 전력 분할 장치에 접속되며;
각각의 전력 분할 장치는 제1 출력 포트 및 제2 출력 포트를 포함하고, 상기 제1 출력 포트는 상기 반전 어레이에 접속되고, 상기 제2 출력 포트는 상기 반전 어레이 외의 다른 안테나 어레이에 접속되는, 안테나.
제1항에 있어서,
반전 어레이들의 개수는 4이고, 전력 분할 장치들의 개수는 4이며;
상기 하이브리드 네트워크는 계층 1의 제1 90도 하이브리드 커플러 및 제2 90도 하이브리드 커플러, 및 계층 2의 제3 90도 하이브리드 커플러 및 제4 90도 하이브리드 커플러를 포함하고, 상기 제1 90도 하이브리드 커플러 및 상기 제3 90도 하이브리드 커플러는 서로 반대이고, 상기 제2 90도 하이브리드 커플러 및 상기 제4 90도 하이브리드 커플러는 서로 반대이며;
상기 제1 90도 하이브리드 커플러의 출력 포트는 -45도 위상 시프터를 통해 상기 제3 90도 하이브리드 커플러에 접속되고, 다른 출력 포트는 상기 제4 90도 하이브리드 커플러에 접속되며; 상기 제2 90도 하이브리드 커플러의 출력 포트는 -45도 위상 시프터를 통해 상기 제4 90도 하이브리드 커플러에 접속되고, 다른 출력 포트는 상기 제3 90도 하이브리드 커플러에 접속되며; 상기 제3 90도 하이브리드 커플러 및 상기 제4 90도 하이브리드 커플러의 각각의 출력 포트는 하나의 전력 분할 장치에 접속되고;
각각의 전력 분할 장치는 제1 출력 포트 및 제2 출력 포트를 포함하고, 상기 제1 출력 포트는 상기 반전 어레이에 접속되고, 상기 제2 출력 포트는 상기 반전 어레이 외의 다른 안테나 어레이에 접속되는, 안테나.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 안테나 어레이는 다경로 신호를 수신하고, 상기 다경로 신호를 상기 전력 분할 장치에 출력하도록 또한 구성되며, 수신된 상기 다경로 신호는 상기 어레이 위상 및 상기 어레이 진폭을 갖고;
상기 전력 분할 장치는 상기 복수의 안테나 어레이로부터 수신된 상기 다경로 신호에 대한 진폭 조절을 수행하고, 상기 신호를 상기 하이브리드 네트워크에 출력하도록 또한 구성되고, 상기 전력 분할 장치에 의해 수신된 상기 다경로 신호는 상기 미리 설정된 위상을 갖고, 상기 전력 분할 장치에 의해 수신된 상기 다경로 신호 내에서, 각각의 경로의 신호의 상기 미리 설정된 위상은 상기 신호가 상기 안테나 어레이들에 의해 수신될 때의 상기 신호의 상기 어레이 위상과 동일하거나, 또는 적어도 하나의 경로의 신호의 상기 미리 설정된 위상은 상기 신호가 상기 안테나 어레이들에 의해 수신될 때의 상기 신호의 상기 어레이 위상과 반대이고;
상기 하이브리드 네트워크는 상기 전력 분할 장치로부터 수신된 신호에 대한 위상 조절을 수행하고, 상기 신호를 상기 기지국 송수신기에 출력하도록 또한 구성되는, 안테나.
기지국으로서,
기지국 송수신기,
피더 라인(feeder line), 및
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 안테나
를 포함하고,
상기 피더 라인은 상기 기지국 송수신기 및 상기 안테나에 각각 접속되고, 상기 기지국 송수신기에 의해 발생된 신호를 상기 안테나에 전송하도록 구성되는, 기지국.
빔 형성 네트워크 및 복수의 안테나 어레이를 포함하는 안테나에 의해 실행되는 빔 프로세싱 방법으로서,
상기 빔 형성 네트워크는 하이브리드 네트워크 및 전력 분할 장치를 포함하고,
상기 빔 프로세싱 방법은,
상기 하이브리드 네트워크에 의해, 기지국 송수신기로부터 수신되는 신호에 대한 위상 조절을 수행하고, 미리 설정된 위상을 갖는 신호를 생성하고, 상기 신호를 상기 전력 분할 장치에 송신하는 단계(901);
상기 전력 분할 장치에 의해, 상기 하이브리드 네트워크로부터 수신된 신호에 대한 진폭 조절을 수행하고, 어레이 진폭 및 상기 미리 설정된 위상을 갖는 다경로 신호를 상기 복수의 안테나 어레이에 출력하는 단계(902); 및
상기 복수의 안테나 어레이에 의해, 상기 전력 분할 장치로부터 수신된 상기 다경로 신호를 전송하는 단계(903) - 상기 전송되는 다경로 신호는 어레이 위상 및 상기 어레이 진폭을 갖고, 상기 수신된 다경로 신호 내에서, 적어도 하나의 경로의 신호의 상기 미리 설정된 위상은 상기 신호가 전송될 때의 상기 신호의 상기 어레이 위상과 반대임 - 를 포함하고,
상기 전력 분할 장치가 상기 하이브리드 네트워크로부터 수신된 상기 다경로 신호에 대한 진폭 조절을 수행하고 나서, 상기 복수의 안테나 어레이가 상기 다경로 신호를 전송하기 전에, 상기 빔 프로세싱 방법은,
상기 안테나 어레이들 내의 적어도 하나의 반전 어레이 중의 각각의 반전 어레이에 의해, 상기 어레이 위상과 반대인 미리 설정된 위상을 갖는 경로의 신호에 대한 위상 반전을 수행하여, 상기 신호의 위상이 상기 미리 설정된 위상으로부터 상기 어레이 위상으로 변경되게 하는 단계 - 상기 반전 어레이의 피딩 위상은 다른 안테나 어레이들의 피딩 위상들과 반대임 -;
를 더 포함하는 빔 프로세싱 방법.
제6항에 있어서,
상기 복수의 안테나 어레이에 의해, 다경로 신호를 수신하고, 상기 다경로 신호를 상기 전력 분할 장치에 출력하는 단계(1001) - 상기 수신된 다경로 신호는 상기 어레이 위상 및 상기 어레이 진폭을 가짐 -;
상기 전력 분할 장치에 의해, 상기 복수의 안테나 어레이로부터 수신된 상기 다경로 신호에 대한 진폭 조절을 수행하고, 상기 신호를 상기 하이브리드 네트워크에 출력하는 단계(1002) - 상기 전력 분할 장치에 의해 수신된 상기 다경로 신호는 상기 미리 설정된 위상을 갖고, 상기 전력 분할 장치에 의해 수신된 상기 다경로 신호 내에서, 각각의 경로의 신호의 상기 미리 설정된 위상은 상기 신호가 상기 안테나 어레이들에 의해 수신될 때의 상기 신호의 상기 어레이 위상과 동일하거나, 또는 적어도 하나의 경로의 신호의 상기 미리 설정된 위상은 상기 신호가 상기 안테나 어레이들에 의해 수신될 때의 상기 신호의 상기 어레이 위상과 반대임 -; 및
상기 하이브리드 네트워크에 의해, 상기 전력 분할 장치로부터 수신된 신호에 대한 위상 조절을 수행하고, 상기 신호를 상기 기지국 송수신기에 출력하는 단계(1003)
를 더 포함하는 빔 프로세싱 방법.
제7항에 있어서,
상기 다경로 신호 내의 적어도 하나의 경로의 신호의 상기 미리 설정된 위상이 상기 어레이 위상과 반대일 때, 그에 대응하여,
상기 복수의 안테나 어레이가 상기 다경로 신호를 수신하고 나서, 상기 전력 분할 장치가 상기 복수의 안테나 어레이에 의해 수신된 상기 다경로 신호에 대한 진폭 조절을 수행하기 전에, 상기 빔 프로세싱 방법은,
상기 안테나 어레이들 내의 적어도 하나의 반전 어레이 중의 각각의 반전 어레이에 의해, 상기 어레이 위상과 반대인 미리 설정된 위상을 갖는 경로의 신호에 대한 위상 반전을 수행하여, 상기 신호의 위상이 상기 어레이 위상으로부터 상기 미리 설정된 위상으로 변경되게 하는 단계 - 상기 반전 어레이의 피딩 위상은 다른 안테나 어레이들의 피딩 위상들과 반대임 -;
를 더 포함하는 빔 프로세싱 방법.
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