KR20220006601A - 건물의 제어 커버리지용 안테나 시스템 - Google Patents
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Abstract
건물의 데이터 통신 네트워크가 하나 이상의 외부 안테나들을 포함하는 건물들의 제어 커버리지를 위한 안테나 시스템들이 개시된다. 외부 안테나들 중 적어도 하나는 창, 스카이 센서 또는 디지털 아키텍처 요소에 배치되거나 이와 연관된 건물의 지붕 또는 외부에 배치된다. 하나 이상의 외부 안테나들은 하나 이상의 데이터 전달 라인들 및/또는 무선 링크들을 통해 건물의 네트워크 인프라에 결합되고 외부 무선 네트워크와 통신하도록 구성된다. 네트워크 인프라는 하나 이상의 데이터 전달 라인들, 하나 이상의 네트워크 스위치들 및 적어도 하나의 제어 패널을 포함한다. 일부 실시예들에서, 외부 안테나들 중 적어도 하나는 외부 무선 네트워크와의 통신을 위해 구성된다.
Description
PCT 요청 양식은 본 출원의 일부로 본 명세서와 동시에 제출된다. 본 출원이 동시에 제출된 PCT 요청 양식에서 식별된 바와 같이 우선관 또는 그의 혜택을 주장하는 각 출원은 그 전체가 모든 목적을 위해 본원에 참조로서 통합된다.
높은 데이터 레이트의 무선 연결성이 예상될 뿐만 아니라 필수가 됨에 따라, 건물은 무선 신호들의 전송을 허용할 뿐만 아니라 이러한 전송을 용이하게 해야 한다. 이는 5G 무선 네트워크의 경우와 같이 무선 연결성이 더 높은 주파수 반송파 대역으로 이동함에 따라, 특히 그렇다.
일부 구현들에 따르면, 건물의 데이터 통신 네트워크는 하나 이상의 외부 안테나들을 포함한다. 외부 안테나들 중 적어도 하나는 건물의 지붕 또는 외부에 배치되고 창, 스카이 센서 또는 디지털 아키텍처 요소와 연관된다. 하나 이상의 외부 안테나들은 하나 이상의 데이터 전달 라인들 및/또는 무선 링크들을 통해 건물의 네트워크 인프라에 결합된다. 네트워크 인프라는 하나 이상의 데이터 전달 라인들, 하나 이상의 네트워크 스위치들 및 하나 이상의 제어 패널을 포함한다.
일부 예들에서, 외부 안테나들 중 적어도 하나는 외부 무선 네트워크와의 통신을 위해 구성될 수 있다.
일부 예들에서, 네트워크 인프라는 건물 내에 및/또는 건물 상에 설치되고 건물 내부의 및/또는 건물에 인접하여 무선 데이터 연결을 제공하도록 구성된 하나 이상의 건물 네트워크 안테나들 및 관련 라디오들을 포함할 수 있다.
일부 예에서, 라디오들은 건물 내부의 및/또는 건물에 인접하여 Wi-Fi, CBRS 또는 셀룰러 무선 데이터 연결을 제공하도록 구성될 수 있다.
일부 예들에서, 하나 이상의 외부 안테나들은 외부 셀룰러 네트워크와 통신하도록 구성된 하나 이상의 도너 안테나들을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 적어도 하나의 제어 패널은 고속 케이블을 포함하는 백홀을 통해 외부 셀룰러 네트워크에 연결하도록 구성될 수 있다.
일부 예들에서, 네트워크 인프라의 하나 이상의 데이터 전달 라인들은 1Gb/초 이상의 데이터 통신을 지원할 수 있다.
일부 예들에서, 적어도 하나의 제어 패널은 하나 이상의 IGU들에 연결하기 위해 하나 이상의 윈도우 컨트롤러들에 결합될 수 있다.
일부 예들에서, 디지털 아키텍처 요소에 배치되거나 디지털 아키텍처 요소와 연관된 외부 안테나들 중 적어도 하나는 패스-스루 배열을 통해 건물의 내부에 배치된 전기 커넥터와 결합된 건물 외부에 배치된 방사 소자를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 패스-스루 배열은 건물 내부와 건물 외부 사이에 기밀 밀봉을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 패스-스루 배열은 전기 커넥터와 방사 소자 사이의 전기적 결합을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 전기 커넥터는 건물의 네트워크 인프라와 연결하도록 구성될 수 있다.
일부 구현들에 따르면, 외부 무선 네트워크에 대한 연결을 제공하는 방법은 하나 이상의 외부 안테나들을 사용하여 외부 무선 네트워크와 통신하는 단계로서, 외부 안테나들 중 하나 이상은 건물의 지붕 또는 건물의 외부에 있는 센서 어셈블리를 포함하는 스카이 센서 또는 디지털 아키텍처 요소에 배치되거나 이와 연관되는, 상기 통신하는 단계 및 하나 이상의 데이터 전달 라인들 및/또는 무선 링크들을 사용하여 하나 이상의 외부 안테나들과 건물의 네트워크 인프라 사이에서 데이터를 전송하는 단계를 포함한다. 네트워크 인프라는 하나 이상의 데이터 전달 라인들, 하나 이상의 네트워크 스위치들 및 적어도 하나의 제어 패널을 포함한다.
일부 예들에서, 네트워크 인프라는 건물 내에 및/또는 건물 상에 설치된 하나 이상의 건물 네트워크 안테나들 및 관련 라디오들을 포함할 수 있으며, 방법은 건물의 내부에서 및/또는 건물에 인접하여 무선 데이터 연결을 제공하는 하나 이상의 건물 네트워크 안테나들을 포함한다.
일부 예들에서, 방법은 건물의 내부에서 및/또는 건물에 인접하여 Wi-Fi, CBRS 또는 셀룰러 무선 데이터 연결을 제공하는 관련 라디오들을 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 하나 이상의 외부 안테나들은 외부 셀룰러 네트워크와 통신하는 하나 이상의 도너 안테나들을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 방법은 고속 케이블을 포함하는 백홀을 통해 외부 셀룰러 네트워크와 통신하는 적어도 하나의 제어 패널을 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 방법은 동작 파라미터가 주파수 또는 전력인 동작 파라미터를 변경하기 전에 안테나들 및/또는 라디오 프로토콜들을 안테나들 및/또는 라디오들에 할당하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 방법은 변경된 파라미터의 함수로서 다른 안테나들 및/또는 라디오들에서 신호 세기를 측정하면서 안테나들 및/또는 라디오들 각각의 동작 파라미터를 순차적으로 변경하는 단계 및 측정된 신호 세기를 기반으로 안테나들 및/또는 라디오들 각각에 대한 동작 파라미터의 값을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 구현들에 따르면, 시스템은 건물에 분산된 복수의 안테나들 및/또는 라디오들을 포함하며; 적어도 하나의 로직 장치를 포함한다. 적어도 하나의 로직 장치는 안테나들 및/또는 라디오들에 전력을 공급하고, 변경된 동작 파라미터의 함수로서 다른 안테나들 및/또는 라디오들에서 신호 세기를 측정하는 동안 안테나들 및/또는 라디오들 중 적어도 하나의 동작 파라미터를 변경하고, 측정된 신호 세기에 기초하여 안테나들 및/또는 라디오들 중 적어도 하나의 동작을 위한 동작 파라미터의 값을 선택함으로써 복수의 안테나들 및/또는 라디오들을 구성하기 위한 로직을 포함한다.
일부 예들에서, 복수의 안테나들 및/또는 라디오들을 구성하기 위한 로직은 건물 내의 안테나들 각각의 위치를 결정하는 것을 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 동작 파라미터는 안테나 및/또는 라디오 프로토콜, 주파수 또는 전력일 수 있다.
일부 예들에서, 복수의 안테나들 및/또는 라디오들을 구성하기 위한 로직은 동작 파라미터가 주파수 또는 전력인 동작 파라미터를 변경하기 전에 안테나들 및/또는 라디오들에 안테나 및/또는 라디오 프로토콜들을 할당하는 것을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 로직은 변경된 파라미터의 함수로서 다른 안테나들 및/또는 라디오들에서 신호 세기를 측정하면서 안테나들 및/또는 라디오들 각각의 동작 파라미터를 순차적으로 변경하고, 측정된 신호 세기를 기반으로 안테나들 및/또는 라디오들 각각에 대한 동작 파라미터의 값을 선택하는 것을 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 적어도 하나의 로직 장치는 로컬 로직 장치 또는 원격 로직 장치일 수 있다.
일부 구현들에 따르면, 건물 내의 데이터 통신 네트워크는 건물 내부의 하나 이상의 안테나들 및 건물 외부의 하나 이상의 안테나들, 및 적어도 하나의 외부 안테나와 적어도 하나의 내부 안테나 사이의 유선 또는 무선 결합을 포함한다. 적어도 하나의 외부 안테나는 외부 셀룰러 네트워크와 통신 가능하게 결합된다. 적어도 하나의 내부 안테나는 외부 셀룰러 네트워크로부터 외부 안테나에 의해 수신된 무선 신호를 건물 내부 또는 건물에 근접한 하나 이상의 위치들로 전송하도록 구성된다. 데이터 통신 네트워크는 하나 이상의 위치들에 대한 무선 범위를 제어하도록 구성된다.
일부 예들에서, 하나 이상의 위치들 중 일부는 건물 내부에 있을 수 있고 하나 이상의 위치들 중 다른 일부는 건물 외부에 있을 수 있다.
일부 예들에서, 적어도 하나의 외부 안테나는 하나 이상의 데이터 전달 라인들 및/또는 무선 링크들을 통해 건물의 네트워크 인프라에 결합될 수 있고, 네트워크 인프라는 하나 이상의 데이터 전달 라인들, 하나 이상의 네트워크 스위치들 및 적어도 하나의 제어 패널을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 복수의 내부 안테나들은 건물 내에 분포될 수 있다.
일부 예들에서, 네트워크 인프라는 건물 층들 사이의 수직 데이터 평면과 단일 층 또는 다수의 인접 층들 내의 수평 데이터 평면 모두를 가질 수 있다. 일부 예들에서, 수직 데이터 평면은 다수의 제어 패널들과 고용량 데이터 전달 라인을 포함한다.
일부 예들에서, 건물은 물리적 전기 또는 광학 라인을 통해 외부 셀룰러 네트워크와 통신하도록 구성된 적어도 하나의 루프탑(rooftop) 도너 안테나 및 적어도 하나의 제어 패널을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 루프탑 도너 안테나는 거주자들 및/또는 내부 장치들에 무선 서비스를 제공하기 위해 건물에 다운링크들을 제공하도록 구성될 수 있다.
이들 및 다른 특징들 및 실시예들은 도면들을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 착색 가능 창에 사용될 수 있는 전기변색 장치 코팅의 단면도를 도시한다.
도 2a는 IGU로 구성된 착색 가능 창의 측단면도를 도시한다.
도 2b는 IGU의 코너 부분의 사시 단면도를 도시한다.
도 3은 하나 이상의 착색 가능 창들을 갖는 창 제어 시스템의 창 제어 네트워크의 일 예를 도시한다.
도 4a는 룸에 대한 제어 패널, 안테나 및 다양한 장치들을 포함하는 건물 네트워크 인프라의 간략화된 뷰이다.
도 4b는 본 개시의 특정 실시예들에 따른 제어 패널의 간략화된 뷰이다.
도 5는 파사드 또는 기타 건물 외부 구조의 창들을 지지하기 위해 여러 멀리언(mullion)들을 제공하는 프레임 구조의 일부에 대한 간략화된 뷰이다.
도 6a 내지 도 6g는 하나 이상의 안테나들을 지지하도록 구성된 멀리언을 포함하는 창 프레임 구조의 다양한 뷰들을 나타낸다.
도 7은 무선 신호들을 수신 및/또는 전송하기 위한 루프 장착 안테나를 포함하는 네트워크 구축 인프라의 특징부들을 도시한다.
도 8a 내지 8c는 외부 안테나들을 구축하기 위한 세 가지 사용 사례들의 예들을 나타낸다.
도 9, 9a, 9b 및 9c는 하나 이상의 통신 서비스 제공자 시스템들과 인터페이스하는 구성요소들을 포함하는 유선 고속 빌딩 데이터 통신 네트워크의 구성요소들을 예시한다.
도 10a 내지 도 10d는 예를 들어, 창의 표면 상에 배치되고 창의 표면에 실질적으로 평행하게 배향된 전도성 물질을 갖는 패치 안테나들의 예들을 나타낸다.
도 11은 2-라이트(two-lite) IGU의 식별된 표면들에 형성된 예시적인 모노폴 안테나의 방사 패턴들을 나타낸다.
도 12a 내지 12c는 사행형(serpentine-shaped)의 전도성 안테나 소자와 외부 케이스라는 두 가지 주요 구조적 컴포넌트들을 가진 트로프 안테나(trough antenna)의 일 예를 도시한다.
도 13a 및 13b는 핸들형 안테나 소자를 포함하는 핸들 안테나의 일 예를 도시한다.
도 14a 및 14b는 인쇄 회로 기판 또는 유사한 실질적으로 평면 구조 및 전도성 물질로 제조되거나 이를 포함하는 쉘(shell)을 포함하는 슬롯형 동축 안테나의 일 예를 도시한다.
도 15a 및 15b는 건물들에 사용될 수 있는 마이크로스트립 패치 안테나의 일 예를 도시한다.
도 16은 건물의 다수의 안테나들에 대한 동작 파라미터들을 결정하는 안테나 구성 프로세스의 흐름도를 나타낸다.
도 17a는 특정 실시예들에서 사용될 수 있는 예시적인 소프트웨어 정의 가능 라디오의 블록도를 나타낸다.
도 17b는 기존 하드웨어 라디오와 소프트웨어 정의 가능 라디오에 대한 네트워크 스택들의 비교를 나타낸다.
도 2a는 IGU로 구성된 착색 가능 창의 측단면도를 도시한다.
도 2b는 IGU의 코너 부분의 사시 단면도를 도시한다.
도 3은 하나 이상의 착색 가능 창들을 갖는 창 제어 시스템의 창 제어 네트워크의 일 예를 도시한다.
도 4a는 룸에 대한 제어 패널, 안테나 및 다양한 장치들을 포함하는 건물 네트워크 인프라의 간략화된 뷰이다.
도 4b는 본 개시의 특정 실시예들에 따른 제어 패널의 간략화된 뷰이다.
도 5는 파사드 또는 기타 건물 외부 구조의 창들을 지지하기 위해 여러 멀리언(mullion)들을 제공하는 프레임 구조의 일부에 대한 간략화된 뷰이다.
도 6a 내지 도 6g는 하나 이상의 안테나들을 지지하도록 구성된 멀리언을 포함하는 창 프레임 구조의 다양한 뷰들을 나타낸다.
도 7은 무선 신호들을 수신 및/또는 전송하기 위한 루프 장착 안테나를 포함하는 네트워크 구축 인프라의 특징부들을 도시한다.
도 8a 내지 8c는 외부 안테나들을 구축하기 위한 세 가지 사용 사례들의 예들을 나타낸다.
도 9, 9a, 9b 및 9c는 하나 이상의 통신 서비스 제공자 시스템들과 인터페이스하는 구성요소들을 포함하는 유선 고속 빌딩 데이터 통신 네트워크의 구성요소들을 예시한다.
도 10a 내지 도 10d는 예를 들어, 창의 표면 상에 배치되고 창의 표면에 실질적으로 평행하게 배향된 전도성 물질을 갖는 패치 안테나들의 예들을 나타낸다.
도 11은 2-라이트(two-lite) IGU의 식별된 표면들에 형성된 예시적인 모노폴 안테나의 방사 패턴들을 나타낸다.
도 12a 내지 12c는 사행형(serpentine-shaped)의 전도성 안테나 소자와 외부 케이스라는 두 가지 주요 구조적 컴포넌트들을 가진 트로프 안테나(trough antenna)의 일 예를 도시한다.
도 13a 및 13b는 핸들형 안테나 소자를 포함하는 핸들 안테나의 일 예를 도시한다.
도 14a 및 14b는 인쇄 회로 기판 또는 유사한 실질적으로 평면 구조 및 전도성 물질로 제조되거나 이를 포함하는 쉘(shell)을 포함하는 슬롯형 동축 안테나의 일 예를 도시한다.
도 15a 및 15b는 건물들에 사용될 수 있는 마이크로스트립 패치 안테나의 일 예를 도시한다.
도 16은 건물의 다수의 안테나들에 대한 동작 파라미터들을 결정하는 안테나 구성 프로세스의 흐름도를 나타낸다.
도 17a는 특정 실시예들에서 사용될 수 있는 예시적인 소프트웨어 정의 가능 라디오의 블록도를 나타낸다.
도 17b는 기존 하드웨어 라디오와 소프트웨어 정의 가능 라디오에 대한 네트워크 스택들의 비교를 나타낸다.
소개
특정 개시된 실시예들은 건물의 거주자들 및/또는 건물 외부의 사용자들에게 고대역폭 무선 통신 서비스들을 제공하는 것과 같은 다양한 목적을 위해 이용 가능한 네트워크 인프라를 제공한다. 후자의 경우, 네트워크 인프라는 셀룰라 통신사들의 인프라와 협력하거나, 이를 부분적으로 대체하는 역할을 수 있다. 네트워크 인프라는 전기적 전환 가능 창들을 선택적으로 포함하는 건물에 제공된다. 때때로 네트워크 인프라에 포함되는 컴포넌트들의 예들은 예를 들어, 케이블 및 스위치, 물리적 안테나, 트랜시버 또는 라디오를 포함하는 고속 백홀을 포함한다.
개시된 네트워크 인프라들은 건물 내부에서(셀룰러 통신사 자체에 의해 제공되는 것 이상의) 추가 커버리지를 제공할 수 있고/있거나 건물 외부의, 일반적으로는 건물 근처, 예를 들어 건물에서 약 100미터 이내, 때로는 부지 라인 내의 커버리지 및 용량을 제공하는 셀룰러 통신사의 능력을 제공하거나 보완할 수 있다. 일부 경우에, 건물 및 관련 네트워크 인프라가 심지어 셀룰러 타워 역할도 할 수 있다.
5G와 같은 고속, 고주파 통신 프로토콜들은 이들이 널리 수용되고 배치되기 전까지 수많은 문제들에 직면한다. 예를 들어, 저주파 통신 대역에 비해, 고주파 대역은 더 많은 안테나를 필요로 한다. 예를 들어, 주어진 영역에서 5G 셀룰러 서비스를 배치하려면 4G에 대해 동일한 수준의 셀룰러 서비스를 제공하는 데 필요한 것보다 두 배 이상의 많은 안테나들이 필요할 것으로 추정된다. 이러한 안테나들 중 일부는 건물 또는 건물의 일부에 제공될 수 있다.
맨해튼, 뉴욕 또는 싱가포르와 같은 주요 대도시 지역의 거리와 같은 도심 협곡에서 5G 또는 기타 무선 커버리지를 제공하는 예를 고려하기로 한다. 5G 서비스는 적절한 커버리지와 적절한 용량을 제공하기 위해 많은 안테나들 필요할 것이다. 통신사가 적절한 5G 커버리지와 용량을 제공하기 위해 안테나들을 배치할 수 있는 전신주와 같은 공공 공간이 부족하다. 이를 위해, 도심 협곡을 따라 늘어선 사설 건물들은 5G 안테나들에 대한 위치들을 제공한다.
불행히도, 5G 및 기타 고주파수 프로토콜들은 감쇠에 취약한다. (특히 약 6 내지 30 GHz 범위와 같은 고주파수 대역에서의) 5G 통신들은 벽의 보강 콘크리트, 건물 벽들과 층들의 알루미늄 코팅 단열재, 유리의 Low-E 필름, 및 어쩌면 유리의 전기변색 장치들과 같은 전도성 구조들에 의한 감쇠에 특히 취약하다. 이를 해결하기 위해, 리피터들와 같은 능동 소자들이 건물에 제공될 수 있다. 예를 들어, 셀룰러 리피터들은 무선 신호들을 감쇠시키는 벽, 창문, 층 및/또는 천장에 배치되거나 또는 그에 근접하게 배치될 수 있다.
본원에 개시된 셀룰러 프로토콜들을 설명할 때, 5G가 일 예로 자주 사용된다는 점에 유의한다. 그러나, 개시된 실시예들은 임의의 무선 통신 프로토콜들 또는 프로토콜들의 조합에 관한 것이다.
기능:
본원에 설명된 통신 인프라는 다양한 기능들을 제공할 수 있으며, 그 중 일부는 여기에 나열되어 있다.
1. 본원에 설명된 일부 시스템들은 제어 가능한 방식으로 무선 신호들을 선택적으로 차단하고 전송하도록 구성된다. 다양한 실시예들에서, 시스템은 무선 통신의 전송이 위치, 시간 및/또는 다른 기준에 기초하고 완전히 제어되도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 이는 신호들을 변환하고 재전송하는 제어 가능 능동 소자들을 사용함으로써 달성된다. 예를 들어, 수신 안테나는 벽 또는 창의 일 측에서 한 방향으로 향하며, 송신기 안테나는 벽 또는 창의 다른 측에서 일반적으로 반대 방향으로 향한다. 수신기와 송신기 사이에서, 능동 소자는 하나 이상의 트랜시버들 또는 기타 신호 변환기들을 포함한다. 소자가 켜져 있거나 활성화되어 있을 경우, 신호를 전송하고 있으며, 소자가 꺼져 있거나 비활성화되어 있을 경우, 신호를 전송하지 않는다. 일부 실시예들에서, 무선 통신 신호들을 수신하고 자동으로 재전송하는 능동 소자는 리피터이다. 리피터는 신호를 부스트하고/하거나 이를 신호들을 수신하지 않을 위치로 전송할 수 있다.
리피터 또는 기타 능동 소자는 건물 내부에 한 유형의 안테나가 있고 건물 외부에(또는 내부 벽이나 창의 반대쪽에) 다른 유형의 안테나가 있는, 특정 안테나 조합을 포함할 수 있다. 본원의 다양한 안테나 유형들에 대한 설명과 관련하여, 일부 실시예들은 건물 내부의 다른 안테나들 중 하나(예를 들어, 마이크로스트립 안테나)에 결합된 건물 외부의 핸들 안테나를 사용한다. 일부 구현들에서, 하나 또는 둘 모두의 안테나들은 뷰티 캡과 같은 멀리언 피쳐에 배치된다.
전기변색 창들은 전송 주파수에 따라 10 내지 20 dB의 삽입 손실 범위에서 신호 차단을 제공할 수 있으며, 더 높은 주파수에서 더 큰 손실이 발생하는 것으로 관찰되었다. 따라서, 일부 실시예들은 전기변색 창들에 의한 차단을 피하기 위해 무선 재송신기들 또는 리피터들을 사용한다. 일부 실시예들에서, 이러한 재송신기들은 IGU들 상에 또는 그에 근접하게 배치된다.
특정 실시예들에서, 창 또는 벽은 특정 스펙트럼 범위에 걸친 무선 전송을 완전히 차단하는 레이어 또는 구조를 포함한다. 일 예에서, 차단 레이어는 라이트(lite)의 한 표면, 예를 들어 IGU의 표면 3을 완전히 덮는다. 창들을 위한 차단 구조들의 예들은 2017년 9월 19일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/709,339호에 기술되어 있으며, 이는 그 전체가 참조로서 본원에 통합된다. 리피터들을 사용하는 보안 시스템들은 스펙트럼의 특정 영역들에서, 예를 들어, 적어도 5G 영역에서 전자기 신호들의 전송을 효과적으로 차단하는 벽들 및 창들을 사용할 수 있다.
신호 리피터 또는 재송신기는 벽이나 창을 걸쳐 직접 무선 신호를 재전송할 필요가 없다. 일부 경우에, 건물을 통해 무선 신호를 신호가 수신된 곳에서 멀리 떨어진 하나 이상의 위치들로 선택적으로 전송할 수 있다. 이더넷과 같은 프로토콜을 실행하는 유선 네트워크를 사용하여 수신된 신호를 전달할 수 있다. 예를 들어, 외부에서 생성된 무선 신호는 건물의 지붕이나 외벽에 있는 센서에서 수신되고, 거기에서 지붕 아래 10층 또는 심지어 지하실과 같은 건물 내의 먼 거리 있는 위치들로 전선을 통해 전송된다.
일부 경우에, 재전송 시스템은 무선 신호가 처음 수신되었을 때부터 지연될 수 있는, 선택된 시간에 셀룰러 신호들(또는 기타 적절한 무선 신호들)을 선택된 건물 위치들로 전송한다. 다시 말해서, 통신은(예를 들어, 버퍼에) 저장될 수 있고/있거나 지연 후에 재전송될 수 있다. 재전송은 셀룰러 신호들에 구현된 통신이 수신되는 위치 및 시간과 관계없이 수행될 수 있다.
2. 특정 대도시의 중심과 같이 건물 밀집 지역에서 적절한 커버리지와 용량을 위해 많은 수의 5G 안테나들이 필요할 것으로 예상되는 점을 감안할 때, 건물 외부 일부들에 5G 안테나들을 배치하면 셀룰러 통신사 네트워크의 데이터 전달 및 안테나 인프라를 보완할 수 있다. 일부 경우에, 이러한 안테나들은 건물 내의 이더넷 네트워크 인프라와 같은 고대역폭 네트워크 인프라에 연결될 수 있다. 이러한 5G 애플리케이션들을 지원하기 위한 전체 또는 부분적으로 유선 네트워크 인프라의 일 예가 제WO 2019/246497호에 기술되어 있으며, 이는 본 발명의 양수인에게 양도되고 그 전체가 참조로서 본원에 통합된다.
5G 셀룰러 및 기타 통신 서비스들을 지원하기 위해 다양한 안테나 배열들이 배치될 수 있다. 무선 통신 인프라를 설계할 때 커버리지 및 용량 둘 다 고려될 수 있다. 커버리지는 정의된 영역에 셀룰러 서비스를 제공하기 위해 전략적으로 위치된 다양한 안테나들을 제공하여 해결될 수 있다. 용량은 고대역폭 데이터 전달 라인들 및 스위치들을 가짐으로써 해결될 수 있다. 고용량 인프라의 일부 예들은 미국 임시 특허 출원 번호 제WO 2019/246497호에 제공되어 있으며, 이는 그 전체가 이전에 참조로 본원에 통합되었다. 용량은 또한 정의된 영역 내에 복수의 안테나들을 제공함으로써 해결될 수 있다.
특정 실시예들에서, 개별 안테나들은 각각 자신의 기저 대역 라디오를 갖는, 특정 프로토콜들에 전용된다. 예를 들어, 하나 이상의 안테나들은 CBRS 기저 대역 라디오를 포함하는, 저전력 시민 광대역 무선(citizens broadband radio; CBRS)용으로 사용하도록 설계될 수 있다. 미국에서 CBRS는 3.5 GHz 대역(3550 MHz 내지 3700 MHz)의 150 MHz 광대역 브로드캐스트 대역으로, 미국 연방 통신 위원회에서 허가하지 않은 무선 서비스들을 제공하는 데 사용될 수 있다는 점에 유의한다. 다른 안테나들 및 관련 기저 대역 무선들이 특정 프로토콜에 따른 셀룰러 통신을 위해 제공될 수 있다. 필요한 기저 대역 무선들은 예를 들어 디지털 아키텍처 요소들을 포함하여, 건물의 다양한 위치들에 설치될 수 있다.
다양한 실시예들은 다수의 주파수 대역들 및/또는 다수의 프로토콜들을 지원한다. 예들로는 셀룰러(3G, 4G, 5G 등), Wi-Fi, CBRS, 및 WLAN들과 WLAN을 통한 음성과 같은 관련 애플리케이션들을 포함한 다양한 무선 네트워크들을 포함한다. 일부 경우에, 주어진 안테나 또는 안테나들의 조합, 및 종종 관련 송신기들 및/또는 수신기들은 프로토콜에 독립적이다. 예를 들어, 통신사 A와 통신사 B는 다른 무선들 및/또는 프로토콜들을 사용할 수 있으며, 그 중 일부는 MoCA(Multimedia over Coaxial Alliance)에 의해 정의될 수 있다. 일부 경우에, 유사한 안테나 구조들이 다수의 프로토콜들에 대한 신호들을 전송 및/또는 수신하는 데 사용될 수 있다.
특정 인프라들은 Wi-Fi를 지원하지 않고 5G 프로토콜을 통한 내부(건물 내) 통신을 위한 장치들을 포함한다. 5G는 상대적으로 작은 가시선으로 제한되기 때문에, 많은 5G 안테나들이 건물 전체에 배치되어야 한다. 이들은 일반적으로 Wi-Fi 안테나들이 있는 위치들에 배치될 수 있다. 일부 설치에서, 5G는 현재 Wi-Fi가 서비스하는 모든 기능들을 서비스하기에 충분한 대역폭과 커버리지를 가질 것이다.
착색 가능 창, IGU 및 창 네트워크
다양한 실시예들에서, 모든 실시예들은 아니지만, 건물 네트워크 인프라는 전기변색 창들과 같은 하나 이상의 착색 가능 창들에 대한 제어 시스템을 지원한다. 개시된 실시예들은 전기변색 창들(광학적 전환 가능 창들, 착색 가능 및 스마트 창들이라고도 함)에 초점을 맞추고 있지만, 본원에 개시된 개념들은 그 중에서도, 예를 들어 액정 장치들 및 부유 입자 장치들을 포함하는 다른 유형의 전환 가능 광학 장치들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 전기변색 장치보다는 액정 장치 또는 부유 입자 장치가 개시된 구현들 중 일부 또는 전부에 통합될 수 있다.
착색 가능 창
착색 가능 창(때로는 광학적 전환 가능 창이라고 함)은 예를 들어 인가된 전압과 같은 자극이 적용될 때의 광학 속성의 제어 가능하고 가역적인 변화를 나타내는 창이다. 착색 가능 창들은 태양 에너지의 전송 및 이에 따른 건물 내부에 가해지는 열 부하를 조절하여 건물 내 조명 조건과 온도를 제어하는 데 사용될 수 있다. 제어는 수동 또는 자동일 수 있으며, 난방, 에어컨 및/또는 조명 시스템의 에너지 소모를 줄이면서 거주자의 편안함을 유지하는 데 사용될 수 있다. 일부 경우에, 착색 가능 창은 환경 센서들 및 사용자 제어에 반응할 수 있다. 이 애플리케이션에서, 착색 가능 창들은 건물 또는 구조물의 내부와 외부 사이에 위치된 전기변색 창들과 관련하여 가장 자주 설명된다. 그러나, 그럴 필요는 없다. 착색 가능 창은 액정 장치들, 부유 입자 장치들, 미세 전자기계 시스템(Microelectromechanical Systems; MEMS) 장치들(예컨대 마이크로 셔터들) 또는 현재 알려져 있거나 추후에 개발될 임의의 기술을 사용하여 동작할 수 있으며, 이는 창을 통한 광 투과를 제어하도록 구성된다. 착색용 MEMS 장치들이 있는 창들은 2015년 5월 15일에 출원된 "MULTI-PANE WINDOWS INCLUDING ELECTROCHROMIC DEVICES AND ELECTROMECHANICAL SYSTEMS DEVICES"이라는 제목의 미국 특허 출원 번호 제14/443,353호에 추가로 기술되어 있으며, 이는 그 전체가 본원에 참조로서 통합된다. 일부 경우에, 착색 가능 창들이 건물 내부, 예를 들어 회의실과 복도 사이에 위치될 수 있다. 일부 경우에, 자동차, 기차, 항공기 및 기타 차량들에서 수동 또는 비착색 창 대신 착색 가능 창들이 사용될 수 있다.
전기변색(EC) 장치 코팅 - EC 장치 코팅(종종 EC 장치(ECD)라고도 함)은 전위가 EC 장치 양단에 인가될 때 광학 상태에서 다른 광학 상태로의 변화를 나타내는 전기변색 물질의 적어도 하나의 레이어를 포함하는 코팅이다. 하나의 광학 상태에서 다른 광학 상태로의 전기변색 레이어의 전이는 전기변색 물질로의 가역적 이온 삽입(예를 들어, 인터칼레이션(intercalation)을 통해) 및 전하 밸런싱 전자의 상응하는 주입에 의해 야기될 수 있다. 일부 경우에, 광학적 전이를 담당하는 이온들의 일부분이 전기변색 물질에 비가역적으로 결합되어 있다. 많은 EC 장치들에서, 비가역적으로 결합된 이온들의 일부 또는 전부가 물질의 "블라인드 전하"를 보상하는 데 사용될 수 있다.
일부 구현들에서, 적합한 이온들은 리튬 이온들(Li+) 및 수소 이온들(H+)(즉, 양성자들)을 포함한다. 일부 다른 구현들에서, 다른 이온들이 적합할 수 있다. 예를 들어, 리튬 이온들을 텅스텐 산화물(WO3-y(0 < y ≤ ~0.3))로의 인터칼레이션은 텅스텐 산화물이 투명 상태에서 청색 상태로 변하게 한다. 본원에 설명된 바와 같은 EC 장치 코팅들은 EC 장치 코팅의 착색이 착색 가능 창의 광학 상태를 제어하는 데 사용될 수 있도록 착색 가능 창의 가시 부분 내에 위치된다.
일부 실시예들에 따른 전기변색 장치(100)의 개략적인 단면이 도 1에 도시되어 있다. EC 장치 코팅은 기판(102), 투명 전도 레이어(TCL)(104), 전기변색 레이어(EC)(106)(종종 음극 컬러링 레이어 또는 음극 착색 레이어라고도 함), 이온 전도 레이어 또는 영역(IC)(108), 상대 전극 레이어(CE)(110)(종종 양극 컬러링 레이어 또는 양극 착색 레이어라고도 함) 및 제2 TCL(114)에 부착된다. 요소들(104, 106, 108, 110 및 114)은 집합적으로 전기변색 스택(120)으로 지칭된다. 전기변색 스택(120) 양단에 전위를 인가하도록 동작 가능한 전압원(116)은 전기변색 코팅의 예를 들어, 투명한 상태에서 착색된 상태로의 전이에 영향을 미친다. 다른 실시예들에서, 레이어들의 순서는 기판에 대해 뒤바뀐다. 즉, 레이어들은 기판, TCL, 상대 전극 레이어, 이온 전도 레이어, 전기변색 물질 레이어, TCL의 순서로 되어 있다.
다양한 실시예들에서, 이온 전도체 영역(108)은 EC 레이어(106)의 일부 및/또는 CE 레이어(110)의 일부로부터 형성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 전기변색 스택(120)은 양극 컬러잉 상대 전극 물질(CE 층)과 물리적으로 직접 접촉하는 음극 컬러링 전기변색 물질(EC 층)을 포함하도록 증착될 수 있다. 그런 다음, 이온 전도체 영역(108)(종종 계면 영역이라고 하거나, 또는 이온 전도성 실질적으로 전자적 절연 레이어 또는 영역이라고 함)은 예를 들어 가열 및/또는 다른 처리 단계들을 통해 EC 레이어(106)와 CE 레이어(110)가 만나는 곳에 형성될 수 있다. 별개의 이온 전도체 물질을 증착하지 않고 제조된 전기변색 장치들은 2012년 5월 2일자로 출원된 "전기변색 장치"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 제13/462,725호에서 추가로 논의되며, 이는 전체가 참조로서 본원에 통합된다. 일부 실시예들에서, EC 장치 코팅은 또한 하나 이상의 수동 레이어들과 같은 하나 이상의 추가 레이어들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수동 레이어들은 특정 광학 특성들을 개선하거나, 수분을 제공하거나, 스크래치 방지를 제공하는 데 사용될 수 있다. 이들 또는 다른 수동 레이어들은 또한 EC 스택(120)을 기밀 밀봉하는 역할을 할 수 있다. 추가로, 투명 전도 레이어들(예컨대 104 및 114)을 포함한 다양한 레이어들은 반사 방지 또는 보호 산화물 또는 질화물 레이어들로 처리될 수 있다.
특정 실시예들에서, 전기변색 장치는 투명한 상태와 착색된 상태 사이에서 가역적으로 순환하도록 구성된다. 투명한 상태에서, 전기변색 물질(106)이 착색된 상태에 있도록 할 수 있는 스택의 가용 이온들이 상대 전극(110)에 주로 존재하도록 전위가 전기변색 스택(120)에 인가된다. 전기변색 스택에 인가된 전위가 역전될 때, 이온들은 이온 전도 레이어(108)에 걸쳐 전기변색 물질(106)로 수송되고 물질이 착색된 상태로 들어가도록 한다.
투명한 상태와 착색된 상태 사이의 전이에 대한 언급은 비제한적이며, 구현될 수 있는 전기변색 전이의 많은 것 중에서 단지 하나의 예를 제안한다는 것을 이해해야 한다. 본원에서 달리 명시되지 않는 한, 투명하게 착색된 전이가 언급될 때마다, 해당 장치 또는 프로세스는 비반사-반사, 투명-불투명 등과 같은 다른 광학 상태 전이들을 포함한다. 또한 "투명한" 및 "표백된"이라는 용어들은 광학적으로 중성인 상태, 예를 들어, 착색되지 않은, 투명 또는 반투명을 말한다. 또한, 본원에 달리 명시되지 않는 한, 전기변색 전이의 "컬러(color)" 또는 "착색(tint)"은 임의의 특정 파장 또는 파장 범위로 제한되지 않는다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 적절한 전기변색 및 상대 전극 물질의 선택은 관련 광학 전이를 지배한다.
특정 실시예들에서, 전기변색 스택(120)을 구성하는 모든 물질들은 무기물, 고체(즉, 고체 상태), 또는 무기물과 고체 둘 다이다. 유기 물질들은 시간이 지남에 따라 열화되는 경향이 있기 때문에, 특히 착색된 건물 창들과 같이 열과 자외선에 노출될 때, 무기 물질들은 장기간 동안 기능할 수 있는 신뢰할 수 있는 전기변색 스택의 이점을 제공한다. 고체 상태의 물질들은 또한 액체 상태의 물질이 종종 하는 것처럼 격납 및 누출 문제가 없다는 이점을 제공한다. 스택의 레이어들 중 임의의 하나 이상은 일정량의 유기 물질을 함유할 수 있지만, 많은 구현들에서, 레이어들 중 하나 이상은 유기물을 거의 함유하지 않거나 전혀 함유하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 하나 이상의 레이어들에 소량으로 존재할 수 있는 액체에 대해서도 마찬가지이다. 또한 고체 상태 물질은 졸-겔 또는 화학 기상 증착을 사용하는 특정 공정과 같은 액체 성분들을 사용하는 공정들에 의해 증착되거나 아니면 형성될 수 있음을 이해해야 한다.
도 2a 및 2b는 일부 구현들에 따른 절연 유리 유닛("IGU")(200)에 구현된 예시적인 착색 가능 창의 단면도를 도시한다. 일반적으로, 달리 명시되지 않는 한 "IGU", "착색 가능 창" 및 "광학 전환 가능 창"이라는 용어들은 상호 교환적으로 사용된다. 이 도시된 관습은 예를 들어, 일반적이기 때문에 그리고 건물에 설치하기 위해 제공될 때 IGU들이 전기변색 판유리("라이트(lite)"라고도 함)를 고정하기 위한 기본 구성들의 역할을 하는 것이 바람직할 수 있기 때문에 일반적으로 사용된다. IGU 라이트 또는 판유리(pane)는 단일 기판 또는 두 기판들의 라미네이트와 같은 멀티-기판 구성일 수 있다. 특히 이중 또는 삼중-판유리 구성이 있는 IGU들는 단일 판유리 구성에 비해 많은 이점들을 제공할 수 있다; 예를 들어, 멀티-판유리 구성은 단일-판유리 구성과 비교할 때 향상된 단열, 소음 차단, 환경 보호 및/또는 내구성을 제공할 수 있다. 멀티-판유리 구성은 또한 ECD에 대한 향상된 보호를 제공할 수 있는데. 예를 들어, 전기변색 필름, 뿐만 아니라 관련 레이어들 및 전도성 상호 연결부들이 멀티-판유리 IGU의 내부 표면에 형성될 수 있고 IGU의 내부 용적(208)의 비활성 가스 충전에 의해 보호될 수 있기 때문이다. 비활성 가스 충전은 IGU의 (열) 절연 기능 중 적어도 일부를 제공한다. 전기변색 IGU는 열과 빛을 흡수(또는 반사)하는 착색 가능 코팅 덕분에 열 차단 기능을 추가했다.
도 2a는 제1 표면(S1) 및 제2 표면(S2)을 갖는 제1 판유리(204)를 포함하는 IGU(200)의 예시적인 구현을 도시한다. 일부 구현들에서, 제1 판유리(204)의 제1 표면(S1)은 실외 또는 옥외 환경과 같은 외부 환경을 향한다. IGU(200)는 또한 제1 표면(S3) 및 제2 표면(S4)을 갖는 제2 판유리(206)를 포함한다. 일부 구현들에서, 제2 판유리(206)의 제2 표면(S4)은 가정, 건물 또는 차량의 내부 환경, 또는 가정, 건물 또는 차량 내의 룸이나 구획과 같은 내부 환경을 향한다.
일부 구현들에서, 제1 및 제2 판유리들(204 및 206) 각각은 적어도 가시 스펙트럼의 광에 대해 투명하거나 반투명하다. 예를 들어, 판유리들(204 및 206) 각각은 유리 물질, 특히 건축용 유리 또는 예를 들어 실리콘 산화물(SOx) 기반 유리 물질과 같은 다른 비산 방지 유리 물질로 형성될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 제1 및 제2 판유리들(204 및 206) 각각은 소다 석회 유리 기판 또는 플로트 유리 기판일 수 있다. 이러한 유리 기판들은 예를 들어, 약 75%의 실리카(SiO2) 뿐만 아니라 Na2O, CaO 및 몇 가지 부수적인 첨가제들로 구성될 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 판유리들(204 및 206) 각각은 적절한 광학적, 전기적, 열적 및 기계적 특성들을 갖는 임의의 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 판유리들(204 및 206) 중 하나 또는 둘 모두로서 사용될 수 있는 다른 적합한 기판들은 기타 유리 물질들뿐만 아니라 플라스틱, 반-플라스틱 및 열가소성 물질들(예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 알릴 디글리콜 카보네이트, SAN(스티렌 아크릴로니트릴 공중합체), 폴리(4-메틸-1-펜텐), 폴리에스테르, 폴리아미드) 또는 미러 물질들을 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 제1 및 제2 판유리들(204 및206) 각각은 예를 들어 템퍼링, 가열 또는 화학적 강화에 의해 강화될 수 있다.
일반적으로, 전체로서의 IGU(200) 뿐만 아니라 제1 및 제2 판유리들(204 및 206) 각각은 직사각형 솔리드이다. 그러나, 일부 다른 구현들에서, 다른 형상들(예를 들어, 원형, 타원형, 삼각형, 곡선형, 볼록 또는 오목 형상들)이 가능하며 바람직할 수 있다. 일부 특정 구현들에서, 제1 및 제2 판유리들(204 및 206) 각각의 길이 "L"은 약 20인치(in.) 내지 약 10피트(ft.)의 범위일 수 있고, 제1 및 제2 판유리들(204 및 206) 각각의 폭 "W"는 대략 20인치의 범위에 있을 수 있다. 약 10 피트까지이고, 제1 및 제2 판유리들(204 및 206) 각각의 두께 "T"는 약 0.3 밀리미터(mm) 내지 약 10 mm의 범위에 있다(다른 길이, 폭 또는 두께는 더 작거나 더 큰 것이 둘 다 가능하지만, 특정 사용자, 매니저, 관리자, 빌더, 건축가 또는 소유자의 필요에 따라 바람직할 수 있음). 기판(204)의 두께(T)가 3 mm 미만인 예들에서, 일반적으로 기판은 더 두꺼운 추가 기판에 적층되어 얇은 기판(204)을 보호한다. 추가로, IGU(200)는 2개의 판유리들(204 및 206)을 포함하지만, 일부 다른 구현들에서, IGU는 3개 이상의 판유리들을 포함할 수 있다. 또한, 일부 구현들에서, 판유리들 중 하나 이상은 그 자체가 2개, 3개 또는 그 이상의 레이어들 또는 서브 판유리들의 라미네이트 구조일 수 있다.
제1 및 제2 판유리들(204 및 206)은 내부 용적(208)을 형성하기 위해 일반적으로 프레임 구조인 스페이서(218)에 의해 서로 이격되어 있다. 일부 구현들에서, 내부 용적은 아르곤(Ar)으로 채워지지만, 일부 다른 구현들에서는 내부 용적(108)이 다른 희가스(noble gas)(예를 들어, 크립톤(Kr) 또는 크세논(Xe))와 같은 다른 가스, 다른 (비-희(non-noble)) 가스 또는 가스 혼합물(예를 들어, 공기)로 채워질 수 있다. Ar, Kr, 또는 Xe와 같은 가스로 내부 용적(208)을 채우는 것은 IGU(200)를 통한 전도성 열 전달을 감소시킬 수 있는데, 이들 가스의 낮은 열전도율뿐만 아니라 증가된 원자량으로 인한 방음을 개선할 수 있기 때문이다. 일부 다른 구현들에서, 내부 용적(208)은 공기 또는 다른 가스로 배기될 수 있다. 스페이서(218)는 일반적으로 내부 용적(208)의 높이 "C"를 결정한다; 즉, 제1 및 제2 판유리들(204 및 206) 사이의 간격이다. 도 2a에서, ECD, 밀봉제(220/222) 및 버스 바들(226/228)의 두께는 일정하지 않다; 이러한 컴포넌트들은 일반적으로 매우 얇지만 여기서는 설명의 편의만을 위해 과장되었다. 일부 구현들에서, 제1 및 제2 판유리들(204 및 206) 사이의 간격 "C"는 대략 6 mm 내지 대략 30 mm의 범위에 있다. 스페이서(218)의 폭 "D"는 약 5 mm 내지 약 25 mm의 범위에 있을 수 있다(다른 폭들이 가능하며 바람직할 수 있음).
단면도에는 도시되지 않았지만, 스페이서(218)는 일반적으로 IGU(200)의 모든 측면들(예를 들어, IGU(200)의 상측, 하측, 좌측 및 우측) 둘레에 형성된 프레임 구조이다. 예를 들어, 스페이서(218)는 폼 또는 플라스틱 물질로 형성될 수 있다. 그러나, 일부 다른 구현들에서, 스페이서들은 금속 또는 다른 전도성 물질, 예를 들어, 적어도 3개의 면들, 기판들 각각에 밀봉하기 위한 2개의 면들 및 라이트들을 지지 및 분리를 위한 1개의 면 및 밀봉제를 도포하는 표면으로서 224를 갖는 금속 튜브 또는 채널 구조로 형성될 수 있다. 제1 1차 밀봉부(220)는 스페이서(218) 및 제1 판유리(204)의 제2 표면(S2)을 접착하고 기밀 밀봉한다. 제2 1차 밀봉부(222)는 스페이서(218)와 제2 판유리(206)의 제1 표면(S3)을 접착하고 기밀 밀봉한다. 일부 구현들에서, 1차 밀봉부들(220 및 222) 각각은 예를 들어 폴리이소부틸렌(PIB)과 같은 접착 밀봉제로 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, IGU(200)는 스페이서(218) 외부의 전체 IGU(200) 주위의 경계를 기밀 밀봉하는 2차 밀봉부(224)를 더 포함한다. 이를 위해, 스페이서(218)는 제1 및 제2 판유리들(204 및 206)의 에지들로부터 거리 "E"만큼 삽입될 수 있다. 거리 "E"는 약 4 mm 내지 약 8 mm의 범위일 수 있다(다른 거리들이 가능하고 바람직할 수 있음). 일부 구현들에서, 2차 밀봉부(224)는 실리콘, 폴리우레탄 및 방수 밀봉을 형성하는 유사한 구조적 밀봉제들과 같은, 예를 들어, 방수되고 어셈블리에 구조적 지지를 추가하는 중합체 물질과 같은 접착 밀봉제로 형성될 수 있다.
도 2a에 도시된 구현에서, ECD(210)는 제1 판유리(204)의 제2 표면(S2) 상에 형성된다. 일부 다른 구현들에서, ECD(210)는 다른 적절한 표면, 예를 들어 제1 판유리(204)의 제1표면(S1), 제2 판유리(206)의 제1 표면(S3) 또는 제2 판유리(206)의 제2 표면(S4)에 형성될 수 있다. ECD(210)는 전기변색("EC") 스택(212)을 포함하고, 그 자체는 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이 하나 이상의 레이어들을 포함할 수 있다.
창 컨트롤러
창 컨트롤러들은 하나 이상의 착색 가능한 창들과 연관될 수 있으며 창에 자극을 가함으로써 - 예를 들어, EC 장치 코팅에 전압 또는 전류를 인가함으로써 창의 광학 상태를 제어하도록 구성된다. 본원에 설명된 바와 같은 창 컨트롤러들은 그들이 제어하는 광학적으로 전환 가능한 창들에 대해 많은 크기들, 형식들 및 위치들을 가질 수 있다. 일반적으로, 컨트롤러는 IGU 또는 라미네이트의 라이트에 부착될 수 있지만, IGU 또는 라미네이트를 수용하는 프레임에 있거나 또는 심지어 별도의 위치에 있을 수도 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 착색 가능 창은 1개, 2개, 3개 또는 그 이상의 개별 전기변색 판유리들(투명 기판 상의 전기변색 장치)을 포함할 수 있다. 또한, 전기변색 창의 개별 판유리는 독립적으로 착색 가능 구역들을 갖는 전기변색 코팅을 가질 수 있다. 본원에 설명된 바와 같은 컨트롤러는, 전기변색 코팅이 모놀리식이든 구역화되든, 이러한 창들과 관련된 모든 전기변색 코팅들을 제어할 수 있다.
착색 가능 창, IGU 또는 프레임에 직접 부착되지 않은 경우, 창 컨트롤러는 일반적으로 착색 가능 창에 근접하게 위치된다. 예를 들어, 창 컨트롤러는 창에 인접하거나, 창의 라이트들 중 하나의 표면에 있거나, 창 옆의 벽 내에 있거나, 또는 독립형 창 어셈블리의 프레임 내에 있을 수 있다. 일부 실시예들덜에서, 창 컨트롤러는 "인시츄(in situ)" 컨트롤러이다; 즉, 컨트롤러는 창 어셈블리, IGU 또는 라미네이트의 일부이며, 전기변색 창과 일치하지 할 필요가 없으며 현장에 설치된다. 예를 들어, 컨트롤러는 공장에서 어셈블리의 일부로 창과 함께 이동한다. 컨트롤러는 창 어셈블리의 창 프레임에 설치되거나, 예를 들어, IGU의 판유리 상에 또는 판유리들 사이에 장착되거나 라미네이트의 판유리에 장착되는, IGU 또는 라미네이트 어셈블리의 일부일 수 있다. 컨트롤러가 IGU의 가시 부분에 위치되는 경우, 컨트롤러의 적어도 일부는 실질적으로 투명할 수 있다. 온-글라스 컨트롤러들의 추가 예들이 2015년 11월 14일에 출원된 "SELF CONTAINED EC IGU"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 제14/951,410호에 제공되며, 이는 그 전체가 본원에 참조로서 통합된다. 일부 실시예들에서, 국부화된 컨트롤러는 하나 이상의 부품으로 제공될 수 있으며, 적어도 하나의 부품(예를 들어, 관련 전기변색 창에 대한 정보를 저장하는 메모리 컴포넌트를 포함함)이 창 어셈블리의 일부로 제공되고 적어도 하나의 다른 부품이 분리되어 있고 창 어셈블리, IGU 또는 라미네이트의 일부인 적어도 하나의 부품과 짝을 이루도록 구성된다. 특정 실시예들에서, 컨트롤러는 단일 하우징이 아니라, 오히려 이격되어 있는, 예를 들어 IGU의 2차 밀봉부에 있는 상호 연결된 부품들의 어셈블리일 수 있다. 다른 실시예들에서, 컨트롤러는 예를 들어, 단일 하우징에 있는 또는 예를 들어, 가시 영역이 아닌 유리에 근접하거나, 가시 영역에서의 유리 상에 장착된 도크(dock) 및 하우징 어셈블리를 결합하는 둘 이상의 컴포넌트들에 있는 콤택트 유닛이다.
일 실시예에서, 창 컨트롤러는 착색 가능 창의 설치 전에 IGU 및/또는 창 프레임에 또는 그 위에 통합되거나, 또는 적어도 창과 동일한 건물에서 통합된다. 일 실시예에서, 컨트롤러는 제조 시설을 떠나기 전에 IGU 및/또는 창 프레임에 또는 그 위에 통합된다. 일 실시예에서, 컨트롤러는 IGU 내에, 실질적으로 2차 밀봉부 내에 통합된다. 다른 실시예에서, 컨트롤러는 밀봉 분리기와 기판 사이의 1차 밀봉부에 의해 정의된 주변부 내에서 부분적으로, 실질적으로, 또는 전체적으로 IGU에 또는 그 위에 통합된다.
컨트롤러는 IGU 및/또는 창 어셈블리의 일부일 수 있으며, 예를 들어 IGU 또는 창 유닛과 함께 이동할 수 있다. 컨트롤러가 IGU 어셈블리의 일부인 경우, IGU는 컨트롤러의 로직 및 특징들을 소유할 수 있다.
전기변색 장치(들)의 특성들이 시간에 따라(예를 들어, 열화를 통해) 변하는 경우, 예를 들어 착색 상태 전환을 구동하는 데 사용되는 제어 파라미터들을 업데이트하기 위해 특성화 기능이 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 전기변색 창 유닛에 이미 설치된 경우, 컨트롤러의 로직 및 특징들은 의도한 설치와 일치하도록 제어 파라미터들을 교정하는 데 사용될 수 있고, 예를 들어 이미 설치된 경우, 제어 파라미터들은 전기변색 판유리(들)의 성능 특성들을 일치하도록 다시 교정할 수 있다.
다른 실시예들에서, 컨트롤러는 창과 사전 연관되지 않고, 오히려 예를 들어, 임의의 전기변색 창에 일반적인 부품들을 갖는 도크 컴포넌트가 공장에서 각 윈도우와 연관된다. 창 설치 후, 또는 아니면 현장에서, 컨트롤러의 제2 컴포넌트는 도크 컴포넌트와 결합되어 전기변색 창 컨트롤러 어셈블리를 완성한다. 도크 컴포넌트는 도크가 (예를 들어, 종종 표면 4 또는 "S4"라고 하는, 설치 후 건물 내부를 향하는 표면 상에) 부착된 특정 창의 물리적 특성들 및 파라미터들로 공장에서 프로그래밍된 칩을 포함할 수 있다. 제2 컴포넌트(종종 "캐리어", "케이싱", "하우징" 또는 "컨트롤러"라고 함)는 도크와 짝을 이루며, 전원이 공급되면, 제2 컴포넌트는 칩을 판독하고 칩에 저장된 특정 특성들 및 파라미터들에 따라 창에 전원을 공급하도록 자체적으로 구성할 수 있다. 이러한 방식으로, 출고된 창은 창과 통합된 칩에 저장된 관련 파라미터들만 있으면 되며, 더 정교한 회로부와 컴포넌트들이 나중에 결합될 수 있다(예를 들어, 유리시공자가 창들을 설치한 후 창 제조업체가 별도로 배송 및 설치한 후, 창 제조업체가 시운전함). 다양한 실시예들이 아래에서 보다 상세하게 설명될 것이다. 일부 실시예들에서, 칩은 윈도우 컨트롤러에 부착된 와이어 또는 와이어 커넥터에 포함된다. 커넥터들이 있는 이러한 와이어들은 종종 피그테일이라고 한다.
논의된 바와 같이, "IGU"는 2개(또는 그 이상)의 실질적으로 투명한 기판들, 예를 들어 유래의 2개의 판유리들을 포함하며, 여기서 적어도 하나의 기판은 그 위에 배치된 전기변색 소자를 포함하고, 판유리들은 그들 사이에 배치된 분리기를 갖는다. IGU는 일반적으로 기밀 밀봉되며, 내부 영역이 주변 환경과 격리되어 있다. "창 어셈블리"는 IGU 또는 예를 들어 독립형 라미네이트를 포함할 수 있으며, IGU들 또는 라미네이트를 연결하기 위한 전기 리드들을 포함하거나 하나 이상의 전기변색 장치들을 전압원, 스위치 등에 라미네이트하며, IGU 또는 라미네이트를 지지하는 프레임을 포함할 수 있다. 창 어셈블리는 본원에 설명된 창 컨트롤러, 및/또는 창 컨트롤러의 컴포넌트들(예를 들어, 도크)을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 아웃보드(outboard)라는 용어는 외부 환경에 더 가까운 것을 의미하고, 인보드(inboard)라는 용어는 건물의 내부에 더 가까운 것을 의미한다. 예를 들어, 2개의 판유리들이 있는 IGU의 경우, 외부 환경에 더 가까운 판유리를 아웃보드 판유리 또는 외부 판유리라고 하는 반면, 건물 내부에 더 가까운 판유리를 인보드 판유리 또는 내부 판유리라고 한다. 도 2a 및 2b와 관련하여 예시된 바와 같이, IGU의 서로 다른 표면들은 S1, S2, S3 및 S4(2-판유리 IGU를 가정함)로 지칭될 수 있다. S1은 아웃보드 라이트의 외향 표면(즉, 외부에 서 있는 사람에 의해 물리적으로 터치될 수 있는 표면)을 말한다. S2는 아웃보드 라이트의 내향 표면을 말한다. S3는 인보드 라이트의 외향 표면을 말한다. S4는 인보드 라이트의 내향 표면(즉, 건물 내부에 서 있는 사람에 의해 물리적으로 터치될 수 있는 표면)을 말한다. 즉, 표면들은 IGU의 가장 바깥쪽 표면에서 시작하여 안쪽으로 계산하여, S1 내지 S4로 레이블이 지정된다. IGU가 3개의 판유리들을 포함하는 경우, 이러한 추세가 유지된다(S6은 건물 내부에 서 있는 사람에 의해 물리적으로 터치될 수 있는 표면임). 2개의 판유리들을 사용하는 특정 실시들에서, 전기변색 장치(또는 다른 광학적으로 전환 가능한 장치)는 S3에 배치된다. 특정 실시예들에서, 표면들 중 하나 이상은 전자기 복사의 전송을 차단하기 위한 구조를 갖는다. 도 2b에서, 이는 S3의 "IMI"(다수의 전도성 레이어들의 차폐 스택)로 설명된다. 차폐 스택 구조들의 추가 양태들은 2017년 9월 19일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/709,339호에 제시되며, 이는 그 전체가 참조로서 본원에 통합된다.
창 컨트롤러들 및 그들의 특징들에 대한 추가 예들은 2012년 4월 17일자로 출원된 "FOR OPTICALLY-SWITCHABLE WINDOWS"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제13/449,248호; 2012년 4월 17일자로 출원된 "CONTROLLER FOR OPTICALLY-SWITCHABLE WINDOWS"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제13/449,251호; 2016년 10월 26일에 출원된 "CONTROLLERS FOR OPTICALLY-SWITCHABLE DEVICES"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제15/334,835호; 및 2017년 3월 3일에 출원된 "METHOD OF COMMISSIONING ELECTROCHROMIC WINDOWS"라는 명칭의 국제 특허 출원 번호 제PCT/US17/20805호에 제시되며, 그 각각은 그 전체가 본원에 참조로서 통합된다.
창 제어 시스템
건물에 착색 가능 창들이 있는 경우, 창 컨트롤러들은 종종 창 제어 네트워크 또는 창 네트워크라고 하는 통신 네트워크를 통해 서로 및/또는 다른 엔티티들에 연결될 수 있다. 네트워크 및 네트워크(예를 들어, 유선 또는 무선 전력 전송 및/또는 통신)를 통해 연결되는 다양한 장치들(예를 들어, 컨트롤러들 및 센서들)은 본원에서 창 제어 시스템으로 지칭된다. 창 제어 네트워크는 윈도우 컨트롤러에 착색 인스트럭션들을 제공하고, 마스터 컨트롤러들 또는 다른 네트워크 엔티티들 등에 창 정보를 제공할 수 있다. 창 정보의 예들에는 현재 착색 상태 또는 창 컨트롤러에 의해 수집된 기타 정보가 포함된다. 일부 경우에, 창 컨트롤러는 예를 들어, 네트워크를 통해 감지된 정보를 제공하는 광센서, 온도 센서, 점유 센서, 및/또는 가스 센서들을 포함하는 하나 이상의 관련 센서들을 갖는다. 일부 경우에, 창 통신망을 통해 전송되는 정보가 창 제어에 영향을 줄 필요가 없다. 예를 들어, Wi-Fi 또는 LiFi 신호를 수신하도록 구성된 제1 창에서 수신된 정보는, 예를 들어, Wi-Fi 또는 LiFi 신호로서 정보를 무선으로 브로드캐스트하도록 구성된 제2 창으로 통신 네트워크를 통해 전송될 수 있다. 창 제어 네트워크는 착색 가능 창들을 제어하기 위한 정보를 제공하는 것으로 제한될 필요는 없지만, HVAC 시스템, 조명 시스템, 보안 시스템, 개인용 컴퓨팅 장치 등과 같은 통신 네트워크와 인터페이스하는 다른 장치들에 대한 정보를 전달할 수도 있다.
도 3은 창 제어 시스템(300)의 제어 네트워크(301)의 일 예를 제공한다. 네트워크는 제어 인스트럭션들 및 피드백 둘 다를 분배할 수 있을 뿐만 아니라, 전력 분배 네트워크 역할을 할 수도 있다. 마스터 컨트롤러(302)는 다수의 네트워크 컨트롤러들(304)과 함께 통신하고 기능하며, 그 네트워크 컨트롤러들 각각은 하나 이상의 광학적 전환 가능 창(308)의 착색 상태를 제어하기 위해 전압 또는 전류를 인가하는 복수의 창 컨트롤러들(306)(본원에서는 종종 리프(leaf) 컨트롤러들로 지칭됨)을 어드레싱할 수 있다. 통신 컨트롤러들(304, 306 및 308)은 유선(예를 들어, 이더넷) 또는 무선(예를 들어, Wi-Fi, CBRS, 셀룰러 또는 LiFi) 연결을 통해 발생할 수 있다. 일부 구현들에서, 마스터 컨트롤러는 상위 레벨 인스트럭션들(전기변색 창들의 최종 착색 상태들과 같은)을 네트워크 컨트롤러들에 발행하고, 그런 다음 네트워크 컨트롤러들은 인스트럭션들을 대응하는 창 컨트롤러들에 전달한다. 일반적으로 마스터 컨트롤러는 하나 이상의 외향 네트워크들(309)과 통신하도록 구성된다. 창 제어 네트워크(301)는 다양한 능력들 또는 기능들을 갖는 임의의 적절한 수의 분산 컨트롤러들을 포함할 수 있으며, 도 3에 도시된 계층 구조로 배열될 필요는 없다. 네트워크(301)는 또한 다른 장치들 또는 시스템들(예를 들어, 309)에 대한 통신 노드들로서 작용하는 분산 컨트롤러들(예를 들어, 302, 304, 306) 사이의 통신 네트워크로서 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 외향 네트워크(309)는 건물 관리 시스템(BMS)의 일부이거나 이에 연결된다. BMS는 건물의 기계 및 전기 장비를 모니터링 및 제어하기 위해 건물에 설치될 수 있는 컴퓨터 기반 제어 시스템이다. BMS는 HVAC 시스템, 조명 시스템, 전력 시스템, 엘리베이터, 소방 시스템, 보안 시스템 및 기타 안전 시스템의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. BMS는 건물 내 환경을 제어하는 기능을 하는 대형 건물에서 자주 사용된다. 예를 들어, BMS는 건물 내의 조명, 온도, 이산화탄소 수준 및 습도를 모니터링하고 제어할 수 있다. 그렇게 할 때, BMS는 용광로, 에어컨, 송풍기, 통풍구, 가스관, 급수관 등의 동작을 제어할 수 있다. 건물의 환경을 제어하기 위해, BMS는 예를 들어 건물 관리자가 설정한 규칙들에 따라 이러한 다양한 장치들을 턴 온 및 오프할 수 있다. BMS의 한 가지 기능은 건물의 거주자들을 위해 쾌적한 환경을 유지하는 것이다. 일부 구현들에서, BMS는 건물 상태들을 모니터링 및 제어할 뿐만 아니라, 다양한 시스템들 간의 시너지를 최적화 - 예를 들어, 에너지 절약 및 건물 운영 비용 절감 - 하도록 구성할 수 있다. 일부 구현들에서, BMS는 재해 대응으로 구성될 수 있다. 예를 들어, BMS는 백업 생성기들의 사용을 시작하고 급수관과 가스관을 턴 오프할 수 있다. 일부 경우에, BMS에는 - 조명, 착색 가능 창 및/또는 보안 시스템들과 같은 병렬 시스템들이 단독으로 서 있거나 BMS와 상호 작용하는 동안 - 예를 들어, 단순히 HVAC 시스템을 제어하는 - 보다 집중된 애플리케이션이 있다
일부 실시예들에서, 네트워크(309)는 원격 네트워크이다. 예를 들어, 네트워크(309)는 클라우드에서 또는 광학적으로 전환 가능한 창들을 갖는 건물로부터 멀리 떨어진 장치에서 동작할 수 있다. 일부 실시예들에서, 네트워크(309)는 정보를 제공하거나 원격 무선 장치를 통해 광학적으로 전환 가능한 창들의 제어를 허용하는 네트워크이다. 일부 경우에, 네트워크(309)는 지진 이벤트 검출 로직을 포함한다. 창 제어 시스템 및 그 특징들의 추가 예들은 2016년 10월 26일자로 출원된 "CONTROLLERS FOR OPTICALLY-SWITCHABLE DEVICES"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제15/334,832호 및 2016년 11월 23일자로 출원된 "AUTOMATED COMMISSIONING OF CONTROLLERS IN A WINDOW NETWORK"이라는 명칭의 국제 특허 출원 번호 제PCT/US17/62634에 제시되며, 둘 다 그 전체가 본원에 참조로서 통합된다.
도시된 실시예는 창(308) 및 창 제어 네트워크(301)를 도시하지만, 일부 실시예들은 EC 창들 또는 임의의 다른 유형의 광학적으로 전환 가능한 창들을 포함하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 또한, 특정 실시예들에서, 네트워크는 컨트롤러들을 포함하지만, 컨트롤러들은 창들을 제어하지 않는다. 일부 실시예들에서, 네트워크는 도 3에 도시된 것과 유사한 토폴로지를 갖지만, 반드시 창들을 제어하는 역할을 하는 것은 아니다. 이러한 네트워크는 다양한 다른 목적들을 제공할 수 있으며, 광학적으로 전환 가능한 창들 또는 기타 건물 기능들의 착색 상태들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 제공하는 것을 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수도 있다. 일부 경우에, 네트워크는 처음에 광학적으로 전환 가능한 창들 없이 배치되지만, 나중에 이러한 창들이 설치되어 네트워크에 부착된다. 창 부착 여부에 관계없이, 네트워크는 창 제어와 무관한 다양한 기능들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예들에서, 전환 가능 창들을 포함하거나 포함하지 않는 건물 파사드(엔벨로프) 컴퓨팅 및 전력 분배 시스템이 설명된다. 이러한 시스템들은 건물 건설 초기에 설치될 수 있으므로, 전원 및 컴퓨팅 능력, 예를 들어, 건물 건설 완료되고 건물이 점유될 때 건물 거주자들에 의해 사용될 및/또는 건설 완료에 사용될 수 있는 에지 컴퓨팅 플랫폼 및/또는 클라우드를 공급할 수 있다. 예를 들어, 2019년 5월 2일자로 출원된 PCT 특허 출원 번호 제PCT/US19/30467호에 대한 논의를 참조하기로 한다.
본원에 개시된 바와 같은 통신 인프라는 광학적으로 전환 가능한 창들이 제공되거나 제공되지 않고 제공될 수 있음을 이해해야 한다. 후자의 경우, 즉 창 인프라 없이, 네트워크는 전기적으로 전환 가능한 창들에 연결될 필요가 없고, 창 컨트롤러들을 포함하고 및/또는 창들에 대한 적절한 광학 상태들을 결정하기 위한 로직을 가질 필요가 없다.
통신 인프라 컴포넌트
네트워크 인프라 구축에는 일반적으로 무선 신호들을 수신 및/또는 전송하기 위한 안테나들, 안테나들과 케이블들 사이에 정보를 결합하기 위한 고속 스위치들 또는 기타 네트워크 장치들, 및 안테나들로부터 또는 안테나들로 정보를 전달하기 위한 고용량 라인들과 같은 다양한 컴포넌트들이 포함된다.
고용량 케이블들, 이중와선 컨덕터들 또는 기타 데이터 전달 라인들이 사용될 수 있다. 특정 실시예들에서, 이러한 라인들은 적어도 1 기가비트/초 이더넷 통신, 또는 적어도 10 기가비트/초 이더넷 통신을 전달하도록 구성된다. 특정 실시예들에서, 이러한 라인들은 이전에 그 전체가 본원에 참조로 통합된, 2019년 2월 8일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 제62/803,324호에 기술된 바와 같은 MoCA 회로부에 결합된 동축 케이블들이다.
안테나들과 관련하여, 이들 중 일부는 건물 내부를 향할 수 있다(예를 들어, 안테나들은 룸 또는 건물의 다른 내부 부분의 방향으로 전자기 신호를 전송 및/또는 수신하도록 배치 및 배향됨). 일부 경우에, 하나 이상의 안테나들이 건물 내부로부터 떨어진, 바깥쪽을 향한다. 이러한 안테나들은 건물 외부에서 전자기 신호들(예를 들어, 셀룰러 신호들)을 전송 및/또는 수신하도록 위치 및 배향될 수 있다. 또 다른 안테나들은 무지향성 또는 거의 무지향성일 수 있다.
네트워크 인프라는 안테나들과 함께 동작하는 하나 이상의 무선들을 포함할 수 있다. 건물에서 사용되는 다양한 통신 프로토콜들을 위해 다양한 무선들이 사용될 수 있다. 무선들에는 다양한 공급업체들의 무선 주파수(RF) 라디오 칩셋들이 포함될 수 있다. 무선들은 안테나로부터 무선 신호들을 수신하고 MoCA(예를 들어, 캘리포니아 칼스배드의 Maxlinear의 MoCA 트랜시버 장치 참조)와 같은 적절한 형식을 통해 통신하는 케이블에 전기 신호들을 제공하기 위한 하나 이상의 회로부들을 사용할 수 있다.
본원에 설명된 네트워크 인프라는 건물 거주자들 및 건물 자체에 의해 제공되는 다양한 장치들에 서비스를 제공할 수 있다. 일반적으로, 인프라는 통신을 사용하는 모든 장치들에 서비스를 제공할 수 있다. 예들로는 휴대폰, 태블릿, 사물 인터넷(IoT) 장치, 센서, 컴퓨터, 디스플레이 등이 포함된다.
일부 경우에, 건물 네트워크 인프라는 건물 외부에 수신기 안테나를 갖고 건물 내부에 하나 이상의 재송신 안테나들을 가짐으로써 제어된 전송을 제공한다. 그러나, 건물이 더 넓은 지리적 셀룰러 통신 인프라와 함께 작동하는 경우, 건물은 건물 외부에 있는 하나 이상의 송신기 안테나들, 뿐만 아니라 건물 내부 및/또는 외부에 있는 수신기 안테나들을 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 예를 들어 건물의 지붕에 배치된 외부 안테나는 4G 또는 5G 통신과 같은 셀룰러 통신과 인터페이스하도록 구성된다. 이러한 안테나는 2016년 10월 6일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/287,646호에 기술되고 그 전체가 참조로서 본원에 통합된 바와 같이, 하나 이상의 공기 또는 기상 센서들을 갖는 스카이 또는 링 센서와 통합되거나 아니면 함께 배치될 수 있다. 특정 실시예들에서, 스카이 또는 링 센서는 복수의 공기 센서들, 방사선 센서들(예를 들어, 적외선 및/또는 가시 스펙트럼 광센서들)과 같은 환경 센서들, 또는 다른 유형의 센서들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 센서들 중 하나 이상은 건물에서 날씨를 결정 및/또는 예측하기 위한 정보를 캡처하도록 배향되거나 아니면 캡처하도록 구성된다. 예를 들어, 광센서들 및/또는 적외선 센서들은 구름 상태들(예를 들어, 운량의 유형, 위치 및 양), 온도, 방사속 등을 결정하는 데 사용될 수 있다. 임의의 이러한 파라미터들은 시간이 지남에 따라 및/또는 여러 방향들로 모니터링될 수 있다.
일부 경우에, 일부 방사선 센서들은 수평으로 또는 실질적으로 수평으로 배향된 링 또는 다른 평면 구조 주위에 방위각으로 분포되고, 이들이 장착되는 링 또는 다른 구조로부터 멀리 바깥쪽으로 향한다. 일부 실시예들에서, 방위각으로 분포된 센서들 외에, 스카이 또는 링 센서는 위에서 오는 방사선을 검출하기 위해, 위쪽으로 또는 실질적으로 위쪽으로 향하는 하나 이상의 추가 센서들을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 스카이 또는 링 센서는 감지된 양이 창 착색 상태들 및/또는 다른 건물 파라미터 설정들을 결정하기 위한 루틴에서 사용될 수 있는 건물의 지붕에 장착된다. 본원에서 보다 완전히 설명되는 바와 같이, 스카이 또는 링 센서는 셀룰러 통신(예를 들어, 5G 셀룰러 통신)을 송신 및/또는 수신하도록 구성된 하나 이상의 안테나들을 포함할 수 있다. 달리 명시되지 않는 한, 본 개시가 건물 지붕에 장착된 안테나를 지칭하는 경우, 이러한 안테나는 스카이 또는 링 센서로 구현될 수 있다.
나타낸 바와 같이, 건물 네트워크 인프라는 전자기 신호들이 한 위치에서 수신되고, 디지털 또는 아날로그 형식으로 변환된 다음, 다른 위치에서 전자기 신호들로서 전송되는 능동 결합 및 전송을 사용할 수 있다. 일부 경우에, 건물 네트워크 인프라에는 안테나들에서 송수신되는 전자기 신호들을 건물 네트워크 인프라(유선 또는 무선)의 데이터 전송에 결합하는 리피터 역할을 하는 컴포넌트들이 포함된다.
건물 네트워크 인프라 컴포넌트들은 건물 또는 건물 층 내의 임의의 다양한 레벨들에서 통합될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 건물 층 또는 층의 일부는 신호를 내부 안테나들에 분배하기 위해 여러 라인들이 그로부터 떨어져 있는 제어 패널을 갖는다. 일부 경우에, 네트워크 인프라는 테넌시를 기반으로 나누어지며, 한 명 이상의 테넌트들이 일부 네트워크 리소스들에 대한 액세스를 수신하지만 다른 테넌트들에 대한 액세스를 수신하지 않는 반면, 다른 테넌트들은 다른 네트워크 서비스 세트를 수신한다.
도 4a는 룸 또는 건물 층의 다른 부분에 있는 건물 통신 인프라(401)의 일부의 일 예를 예시한다. 통신 인프라의 유사한 부분이 건물의, 존재하는 경우, 층의 다른 영역들에서 그리고 다수의 층들에 걸쳐 복제될 수 있다.
도 4a에 예시된 바와 같이, 제어 패널(403)은 건물 인프라(401)의 통신 장치들과 광역 네트워크, 인터넷, 하나 이상의 클라우드 기반 스토리지 및/또는 처리 리소스 등과 같은 외부 네트워크(405) 사이의 인터페이스를 제공한다. 제어 패널(403)은 건물의 그 부분에 통신 및 전력 분배 리소스들을 제공하기 위한 다양한 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 제어 패널(403)에서 제공될 수 있는 통신 리소스들의 예들로는 마스터 컨트롤러 및/또는 네트워크 컨트롤러가 포함된다. 제어 패널(403)에 포함될 수 있는 전력 분배 리소스들의 예들로는 네트워크 인프라의 창 컨트롤러 및/또는 기타 장치들에 클래스 1 또는 클래스 2 전력을 제공하는 변압기들 및 인터페이스들이 포함된다. 제어 패널들과 마스터 및 네트워크 컨트롤러들에 대한 자세한 정보는, 예를 들어 둘 다 그 전체가 본원에 참조로서 통합된, 2016년 11월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/365,685호 및 2016년 10월 26일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/365,685호를 참조하기로 한다.
제어 패널(403)은 동축 신호 전달 라인들을 갖는 네트워크들과 같은 하나 이상의 내부 네트워크들 상에서 고속 통신을 제공하도록 구성된 하나 이상의 장치들을 포함한다. 예를 들어, MoCA 장치/인터페이스가 이러한 목적으로 사용될 수 있다. 앞서 그 전체가 본원에 참조로서 통합된, 예를 들어 2019년 2월 8일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제62/803,324호를 참조하기로 한다. 제어 패널(403)은 CAN(controller area network)과 같은 별도의 네트워크를 통해 창 컨트롤러들에 데이터 및 인스트럭션들을 제공하도록 구성된 하나 이상의 장치들을 추가로 포함할 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 제어 패널(403)은 MoCA 트랜시버(404)를 포함할 수 있다.
예시된 예에서, 전도성 라인들(409)(예를 들어, 동축 케이블들)은 제어 패널(403)과 디지털 벽 인터페이스들 및 디지털 아키텍처 요소들(411)과 같은 하나 이상의 디지털 요소들 사이에서(예를 들어, 이더넷을 통해) 고속 통신을 전달하도록 구성된다. 마찬가지로, 전도성 라인들(413)은 제어 패널(403)과 룸의 벽 또는 건물 층 하우징 인프라(401)의 일부를 따라 배치된, 하나 이상의 창 컨트롤러들(415) 사이에서(예를 들어, CANbus를 통해) 데이터 및 통신을 전달하도록 구성된다. 예시된 예에서, 각 창 컨트롤러(415)는 연관된 전기적으로 전환 가능한 창(417)을 제어한다. 일부 경우에, 단일 창 컨트롤러가 두 개 이상의 전기적으로 전환 가능한 창들을 제어한다.
예시된 예에서, 통신 인프라(401)는 건물 외부의 위치들(또는 건물의 일부)와 건물 하우징 인프라(401)의 일부 사이에서 무선 통신 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성된 외부로 향하는 안테나(419)를 포함한다. 예시된 바와 같이, 통신 링크(421)(유선 또는 무선)는 안테나(419)를 제어 패널(403)에 연결한다. 결과적으로, 셀룰러 신호들이 건물의 벽들과 창들을 침투할 수 없더라도, 예를 들어 셀룰러 신호들에 의해 제공되는 외부 생성 통신은 건물의 내부 또는 건물의 일부에 결합될 수 있다.
특정 실시예들에서, 디지털 아키텍처 요소들(411) 중 하나 이상은, 건물에 또는 건물의 일부에 있는 통신 장치들과 Wi-Fi, 셀룰러(예를 들어, 5G), 블루투스 등의 통신을 제공하도록 구성될 수 있는, 각자의 안테나(423)를 포함한다. 디지털 아키텍처 요소들(411)은 다양한 센서들, 사용자 인터페이스 장치들, 계산/처리 장치들 및/또는 오디오 장치들을 가질 수 있다. 디지털 아키텍처 요소들의 양태들은 앞서 그 전체가 본원에 참조로서 통합된, 2019년 2월 8일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제62/803,324호에 설명되어 있다.
MoCA 프로토콜 이더넷 통신과 같은 이더넷 통신에 안테나들에 결합하기 위해 다양한 장치들이 사용될 수 있다. 이러한 장치들은 예를 들어, 제어 패널에 및/또는 디지털 아키텍처 요소(411)와 같은 디지털 요소에 위치될 수 있다. 특정 구현들에서, 단일 칩 또는 트랜시버 장치는 안테나로부터의 아날로그 신호들을 동축 케이블을 통해 제공되는 기가비트 이더넷 통신으로 또는 그 반대로 변환하는 데 사용될 수 있다. 다른 구현들에서, 변환을 수행하기 위해 다수의 집적 회로들이 필요할 수 있다. 한 예에서, 적절한 장치는 3개의 포트들을 가지고 있는데, 하나는 동축 케이블용, 예를 들어 MoCA 프로토콜에 따라 기가비트 이더넷 통신을 송수신하는 데 적합한 하나의 포트이고, 하나의 포트는 PCI(Peripheral Component Interconnect) 버스(예를 들어, PCIE(PCI Express) 버스)용이며, 세 번째 포트는 기존 기가비트 이더넷 통신용이다. 또 다른 예에서, 적절한 장치에는 3개의 포트들이 있지만, 하나는 동축 케이블 및 MoCA 통신용이고, 두 개의 다른 포트들은 기존 기가비트 이더넷 통신용이다. 이러한 기능을 제공하는 적절한 장치들의 예들로는 캘리포니아 칼즈배드의 MaxLinear에서 생산된 MxL3710 및 MxL3712가 포함된다.
제어 패널(403) 또는 건물 데이터 통신 네트워크 인프라의 다른 요소는 헤드 엔드 역할을 할 수 있다. 일부 구현들에서, 헤드엔드는 송신 대역폭을 타임 슬라이스들로 나누도록 구성되고, 각각은 특정 고객(예를 들어, 수평 데이터 평면 상의 특정 장치)에 할당된다. 시분할 다중화는 특정 보장된 레이턴시로 구현될 수 있다. 일부 구현들에서, 헤드엔드는 지점 대 다지점 연결들을 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 헤드엔드는 특정 수(예를 들어, 31개)의 다운스트림 클라이언트들 각각에 서비스를 제공할 수 있다. 이러한 각 클라이언트들은 별도의 대화 또는 세션에 참여할 수 있다. 일부 구현들에서, 클라이언트들은 서로 대화할 수 없다. 이는 케이블 TV 모델을 기반으로 한다.
이러한 방식으로 설계 또는 구성된 칩 또는 기타 로직 장치는 한쪽에서 동축 케이블을 통해 건물 네트워크의 디지털 요소들과 인터페이스하고 MoCA 프로토콜을 사용하여 통신에 참여할 수 있고, 다른 쪽에서 PCIE 또는 기가비트 이더넷 포트를 사용하여 안테나의 아날로그 안테나 신호들과 다른 집적 회로 또는 장치, 즉, 동축을 통한 기가비트 이더넷과 두 개의 다른 포트들 중 하나를 통한 기가비트 이더넷 사이를 변환하는 회로 또는 장치에 의해 지원되는 다른 통신 링크들 중 하나를 통해 제공된 디지털 기가비트 이더넷 간의 인터페이싱 또는 변환을 위한 트랜시버 역할을 하는 또 다른 집적 회로 또는 장치와 인터페이스할 수 있다.
네트워크 백본 컴포넌트들은 동축 케이블을 통한 기가비트 이더넷 통신을 지원하는 네트워크 또는 데이터 변환 칩과 케이블링을 사용할 수 있다. 언급된 바와 같이, MoCA 통신 프로토콜은 이러한 목적으로 사용될 수 있다.
건물의 주어진 층에 대한 제어 패널(441)의 간단한 블록도가 도 4b에 예시되어 있다. 제어 패널(441)은 종래의 10 내지 40 Gb/초 이더넷 스위치(443)를 포함할 수 있다. 제어 패널(441)은 또한 건물의 어느 한 층 전반에 걸쳐(또는 여러 층들에 걸쳐) 연결된 케이블들에서 MoCA 호환 가능 고대역폭 이더넷과 인터페이싱하기 위한 장치(445)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스웨덴 Gavle의 InCoax는 10 Gb/초 입력 신호(이더넷)를 수신하고 4개의 2.5 Gb/초c 출력 신호들(이더넷)을 전송할 수 있는 MoCA용 송신기를 공급한다.
도 4b의 특정 예에서, 제어 패널(441)은 4개의 MoCA 라인들(449)을 예를 들어 10 Gb/초 이상의 데이터 레이트로 공급한다. 즉, 시스템은 예를 들어, 단일 층 전반에 걸쳐 연결된 10 Gb/초 MoCA 라인들을 지원한다. 제어 패널(441)은 또한 4개의 CAN 라인들(451)을 공급한다.
시스템은 각 케이블에 대해 별도의 병렬 트렁크 라인들(예를 들어, 이 예에서는 8개의 트렁크 라인들)을 제공할 수 있거나, 이 예에서는 공유 트렁크 라인들을 제공하여 총 2개 또는 4개의 트렁크 라인들이 있을 수 있도록 한다. 이더넷 MoCA 케이블들은 동축 케이블, 예를 들어 CATV 등에 사용되는 RG-6 또는 그 이상의 게이지 케이블과 같은 저임피던스 동축 케이블이다. CAN 버스 연결들은 예를 들어 두 개의 이중와선 케이블들을 사용하여 구현될 수 있으며 예를 들어 총 5개의 컨덕터들을 가지고 구현될 수 있다. 일 예에서, 하나의 이중와선은 장치에 DC 전원을 제공하기 위한 하이 게이지 컨덕터들(예를 들어, 14 게이지)를 포함하고, 제2 이중와선은 CAN 버스 통신용 임피던스 제어 컨덕터들(예를 들어, 22 게이지)를 포함하며 최종 컨덕터는 접지용이다. 이 예에서, 제어 패널은 각각 두 개 이상의 트렁크 라인들이 있는, 두 개의 네트워크들(도면의 좌측 및 우측)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 각 트렁크 라인은 MoCA 케이블과 CAN 케이블을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 창 컨트롤러들 또는 다른 계산 하드웨어와 같은 고정 노드들에 대한 통신 능력은 트렁크 라인들로부터의 드롭들(드롭 라인 케이블들)을 통해 제공된다. 일부 경우에, 어느 한 층에 있는 소수의 노드들에만 고대역폭 통신 능력을 제공하는 케이블 드롭이 필요하다. 예를 들어, 일부 노드들은 본원의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 디지털 요소들 중 하나 이상에 의해 제공되는 것과 같은, 무선 연결성에 의해 적절하게 서비스될 수 있다.
MoCA 프로토콜들은 2개의 주파수 대역들을 사용하는데, 하나는 700 MHz 미만의 주파수이고, 다른 하나는 700 MHz 이상의 주파수이다. 700 MHz 미만 대역이 CATV 신호들 또는 휴대폰 신호들을 전송하지 않는 특정 네트워크들에서, 네트워크는 약 3 기가비트/초 이더넷 성능에 충분한, 500 MHz를 중심으로 하는 대역을 갖는 송신기를 포함할 수 있다. 그리고 네트워크는 700 MHz 이상의 주파수들(예를 들어, 최대 약 1455 MHz)에서 동작하고 또한 대략 3 기가비트 이더넷 성능을 제공하는 다른 장치를 사용할 수 있다. 이들 2개의 장치들 사이에서, 일부 실시예들에 따른 네트워크는 최대 약 126개의 엔드 포인트들(예를 들어, 휴대폰 및 기타 무선 통신 장치들)을 어드레싱할 수 있다.
MoCA 표준은 시간 도메인 변조 신호를 사용한다. 따라서 네트워크가 임의의 순간에 네트워크를 사용하는 장치들이 비교적 적은 경우(예를 들어, 약 10개 내지 20개의 장치들), 각각은 전체 대역폭(예를 들어, 6 기가비트 용량의 1/126 이상)을 효과적으로 수신할 수 있다.
모든 MoCA 표준이 지원될 수 있다; 예를 들어, 시스템은 MoCA Mesh 및 MoCA Access(예를 들어, MoCA Access 2.5또는 MoCA Access 3.0)를 지원할 수 있다. MoCA Mesh는 메쉬(mesh) 네트워크를 지원하도록 설계되는 반면, MoCA Access는 소스에서 대상으로의 라우팅을 지원하도록 설계된다. 두 표준 모두 네트워크당 63개의 장치들을 지원한다. 두 개의 MoCA 채널들은 함께 126개의 장치들을 지원할 수 있다. 비교를 위해, CAN 네트워크는 128개의 장치들을 지원할 수 있다.
백본 또는 기타 건물 네트워크 인프라의 모든 통신 링크들이 유선일 필요는 없으며, 일부는 무선일 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 라인들(409 및 413)은 유선 또는 무선일 수 있다. 셀룰러(4G, 5G 등), Wi-Fi, LiFi와 같은 다양한 무선 프로토콜들이 사용될 수 있다. LiFi를 건물 네트워크 인프라에 통합하는 예시적인 실시예들은 2019년 4월 1일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 번호 제62/827,674호에 제시되며, 이는 전체가 본원에 참조로서 통합된다. 또한 안테나들은 도 4a에 도시된 것들과 다른 위치들에 배치될 수 있음을 이해해야 한다. 다양한 예들이 본원 어디 다른 곳에서 논의된다. 예를 들어, 안테나들은 창들, 창 컨트롤러, 창 프레임들, 멀리언들 및/또는 임의의 유형의 기타 구조적 요소들에 직접 배치될 수 있다. 안테나 유형의 예들은 아래와 같이 열거된다. 그들 중에는 패치 안테나, 핸들 안테나, 마이크로스트립 안테나, 슬롯형 동축 안테나 및 트로프 안테나가 있다.
안테나(건물에 통합)
일반적으로
본원에 설명된 안테나들은 건물의 다양한 위치들에 설치될 수 있다. 일부 경우에, 안테나가 듀얼 라이트 IGU의 표면들(S1 내지 S4) 중 어느 하나와 같은 창 표면에 설치된다. 이러한 표면들을 보여주는 도 2a 및 2b를 참조하기로 한다. 유리 위의 안테나들은 투명 안테나들일 수 있다. 일부 경우에, 안테나는 창 또는 IGU와 관련된 컴포넌트에 설치된다. 예들은 IGU 스페이서, 창 프레임 부품, 창 또는 IGU 스페이서에 장착된 창 컨트롤러 등을 포함한다. 도 2a 및 IGU와 관련 컴포넌트들에 대한 관련 설명을 참조하기로 한다. 일부 경우에, 안테나가 구조적 요소에 설치되는데, 이는 일반적으로 건설 중에 제공되는 요소와 같은 건물의 영구 요소이다. 이러한 요소들은는 영구적일 수 있다. 즉, 건물에서 쉽게 제거할 수 없다. 예들로는 벽, 파티션(예를 들어, 사무실 공간 파티션), 문, 보, 계단, 파사드, 몰딩, 멀리언 및 트랜섬 등을 포함한다. 다양한 예들에서, 건물 구조적 요소들은 건물 또는 룸 주변에 위치된다. 구조적 요소들은 선택적으로 하나 이상의 창들(예를 들어, 멀리언들)과 연관된다. 일부 경우에, 안테나가 고정물에 설치되며, 이는 건설 후 건물 설치일 수 있다. 예들로는 부 유형의 조명, 큐비클, 천장 타일 등과 같은 작업 영역 구조들을 포함한다. 일부 경우에, 안테나는 가구 아이템과 같은 고정되지 않은 요소에 설치된다. 안테나가 설치될 수 있는 가구의 예들로는 책상, 의자, 캐비닛, 아크워크 등을 포함한다.
안테나가 설치될 수 있는 창 컴포넌트들 및 관련 건물 구조적 요소들의 예들은, 프레임; 헤드, 잼(jamb) 및 실(sill)을 포함한 전체 창 시스템을 둘러싸고 지지하는 프레임워크로서, 헤드는 창 프레임의 상부를 형성하는 수평 부분이고; 잼은 창 프레임의 측면들을 형성하고, 건물의 고정된 부분에 접하거나 형성하는(즉, 일반적으로 두 측면들에서 창들에 의해 접촉되지 않는) 수직 부분이고; 실은 창 프레임의 하단을 형성하는 수평 부분인, 상기 프레임워크; 및 잼라이너들로서, 창 섀시에 딱 맞는 핏을 제공하는 창 프레임의 측면들에 있는 스트립인, 상기 잼라이너들; 그릴들로서, 유리가 다수의 유리 판들인 것처럼 보이도록 하는, 시각적으로 창 패널들을 분할하는 장식 조각들인, 상기 그릴들; 머튼(mutton)들로서, 얇은 나무 조각들 또는 창들을 세분화하는 기타 물질(예를 들어, 문에 있는 다수의 작은 창들)인, 상기 머튼들; 및 멀리언으로서, 두 개 이상의 창들을 지지하면서 이들을 분리하는 주요 구조적 수직 또는 수평 조각을 포함한다.
머튼들은 일반적으로 구조적이라기보다는 장식적이며, 수평으로 또는 수직으로 배향될 수 있다. 멀리언은 창 또는 화면의 단위 사이에 구분을 이루고/이루거나 장식적으로 사용되는 수직 또는 수평 요소이다. 인접한 창 단위들을 구분할 때, 멀리언은 창 유리에 단단한 지지대를 제공할 수 있다. 또한 창 개구부 위의 아치 또는 상인방에 구조적 지지대를 제공할 수 있다. 위의 창에서 문의 헤드를 분리하는 수평 요소들은 헤드 잼과 수평 멀리언 둘 다이며, 종종 "트랜섬(transom)"이라고도 한다. 파사드 또는 기타 건물 외부 구조의 창들을 지지하기 위해 여러 멀리언들을 제공하는 프레임 구조의 일 예가 도 5에 도시되어 있다. 예시된 멀리언 네트워크는 예를 들어 예시된 프레임 구조, 경로(510)에서 전기적 및/또는 광 전달 라인들 및 섬유들에 대한 경로들을 제공할 수 있다. 이들은 안테나, 무선, 컨트롤러, 센서 등을 장착하기 위한 부착 지점들을 제공할 수도 있다.
이러한 요소들 중 어느 하나는 위에 페인팅되거나 아니면 커버될 수 있다.
특정 실시예들에서, 안테나는 디지털 아키텍처 요소 또는 디지털 벽 고정물과 같은 디지털 요소에 설치될 수 있다. 디지털 아키텍처 요소들은 2018년 11월 16일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 번호 제62/803,324호에 설명되며, 이는 그 전체가 본원에 참조로서 통합된다. 건물의 디지털 요소들은 멀리언과 같은 다양한 위치들에 장착될 수 있다.
디지털 아키텍처 요소는 다양한 센서들, 프로세서(예를 들어, 마이크로컨트롤러), 네트워크 인터페이스 및 하나 이상의 주변 인터페이스들을 포함할 수 있다. 요소에 대한 센서들의 예들로는 카메라(시각 또는 IR 이미지)와 같은 이미지 캡처 센서, 보이스 코일 또는 마이크와 같은 오디오 센서, 공기 품질 센서(미립자 센서, 이산화탄소, 휘발성 유기물과 같은 가스 센서 등), 및 근접 센서(예를 들어, 특정 IR 및/또는 RF 센서)를 선택적으로 포함하는 광 센서들을 포함한다. 네트워크 인터페이스는 기가비트(또는 더 빠른) 이더넷 인터페이스와 같은 고대역폭 인터페이스일 수 있다. 주변 장치들의 예들로는 비디오 디스플레이 모니터, 애드-온(add-on) 스피커, 모바일 장치, 배터리 충전기 등을 포함한다. 주변 장치 인터페이스들의 예들로는 표준 블루투스 모듈, USB 포트 및 네트워크 포트와 같은 포트 등을 포함한다. 추가로 또는 대안으로, 포트들에는 제3자 장치들에 대한 다양한 독점 포트들 중 어느 하나를 포함한다.
특정 실시예들에서, 디지털 아키텍처 요소는 광학적으로 전환 가능한 창 시스템(예를 들어, 창에 있는 디스플레이)을 위해 제공된 다른 하드웨어 및 소프트웨어와 함께 작동한다. 특정 실시예들에서, 디지털 아키텍처 요소는 창 컨트롤러 또는 예컨대 마스터 컨트롤러, 네트워크 컨트롤러 등과 같은 기타 컨트롤러를 포함한다.
특정 실시예들에서, 디지털 아키텍처 요소는 예컨대 스피커, 광원(예를 들어, LED), 비콘, 안테나(예를 들어, Wi-Fi 또는 셀룰러 통신 안테나) 등과 같은 하나 이상의 신호 생성 장치를 포함한다. 특정 실시예들에서, 디지털 아키텍처 요소는 에너지 저장 컴포넌트 및/또는 전력 하비스팅 컴포넌트를 포함한다. 예를 들어, 요소는 에너지 저장 장치들로서 하나 이상의 배터리들 또는 커패시터들을 포함할 수 있다. 이러한 요소는 광전지를 추가로 포함할 수 있다. 일 예에서, 디지털 아키텍처 요소는 하나 이상의 사용자 인터페이스 컴포넌트들(예를 들어, 마이크 또는 스피커), 및 하나 이상의 센서들(예를 들어, 근접 센서), 뿐만 아니라 고대역폭 통신을 위한 네트워크 인터페이스를 갖는다.
다양한 실시예들에서, 디지털 아키텍처 요소는 건물의 구조적 요소에 부착되거나 아니면 함께 배치되도록 설계 또는 구성된다. 일부 경우에, 디지털 아키텍처 요소는 연관된 구조적 요소와 혼합되는 외관을 갖는다. 예를 들어, 디지털 아키텍처 요소는 연관된 구조적 요소와 혼합되는 모양, 크기 및 색상을 가질 수 있다. 일부 경우에, 디지털 아키텍처 요소는 건물의 거주자들에게 쉽게 보이지 않는다; 예를 들어, 요소가 완전히 또는 부분적으로 위장되어 있다. 그러나, 이러한 요소는 예컨대 비디오 디스플레이 모니터, 터치 스크린, 프로젝터 등과 같이 혼합되지 않는 다른 컴포넌트들과 인터페이스할 수 있다.
디지털 아키텍처 요소들이 부착될 수 있는 건물 구조적 요소들은 다양한 건물 구조들 중 어느 하나를 포함한다. 특정 실시예들에서, 디지털 아키텍처 요소들이 부착되는 건물 구조들은 건물 건설 동안, 일부 경우에 건물 건설 초기에 설치되는 구조들이다. 특정 실시예들에서, 디지털 아키텍처 요소들에 대한 건물 구조적 요소들은 건물 구조적 기능의 역할을 하는 요소들이다. 이러한 요소들은 영구적일 수 있다. 즉, 건물에서 쉽게 제거할 수 없다. 예들로는 벽, 파티션(예를 들어, 사무실 공간 파티션), 문, 보, 계단, 파사드, 몰딩, 멀리언 및 트랜섬 등을 포함한다. 다양한 예들에서, 건물 구조적 요소들은 건물 또는 룸 주변에 위치된다. 일부 경우에, 디지털 아키텍처 요소들은 건물 구조적 요소에 부착되는 별도의 모듈식 유닛 또는 박스로 제공된다. 일부 경우에, 디지털 아키텍처 요소들은 구조적 요소들을 구축하기 위한 파사드로 제공된다. 예를 들어, 디지털 아키텍처 요소는 멀리언, 트랜섬 또는 문의 일부에 대한 커버로 제공될 수 있다. 일 예에서, 디지털 아키텍처 요소는 멀리언 내에 또는 멀리언 상에 배치된다. 멀리언에 부착된 경우, 볼트로 고정되거나 아니면 멀리언의 단단한 부분들에 부착된다. 특정 실시예들에서, 디지털 아키텍처 요소는 건물 구조적 요소에 스냅될 수 있다. 특정 실시예들에서, 디지털 아키텍처 요소는 예를 들어, 크라운 몰딩과 같은 몰딩으로서 기능한다. 특정 실시예들에서, 디지털 아키텍처 요소는 모듈식이다; 즉, 외부 비디오 디스플레이 및/또는 기타 사용자 인터페이스 컴포넌트들을 사용하는 통신 네트워크, 전력 분배 네트워크 및/또는 계산 시스템과 같은 대형 시스템의 일부를 위한 모듈 역할을 한다.
일부 실시예들에서, 디지털 아키텍처 요소는 룸, 층 또는 건물의 모든 멀리언들이 아닌 일부에 배치되도록 설계된 디지털 멀리언이다. 일부 경우에, 디지털 멀리언들이 정기적 또는 주기적 방식으로 배치된다. 예를 들어, 디지털 멀리언들은 매 6번째 멀리언에 배치될 수 있다.
특정 실시예에서, 고대역폭 네트워크 연결(포트, 스위치, 라우터 등) 및 하우징 외에, 디지털 아키텍처 요소는 다수의 다음의 디지털 및/또는 아날로그 컴포넌트들을 포함한다:
카메라로서, 가시광선, IR(아래 열 화상 장치의 사용 참조) 또는 기타 파장 영역의 이미징 특징들을 위한 센서 및 처리 로직을 포함할 수 있고; HD 이상을 포함한 다양한 해상도가 가능한, 상기 카메라.
근접 또는 움직임 센서 - 일부 경우에, 이 센서는 적외선 센서, 예를 들어 IR 센서인, 상기 근접 또는 움직임 센서. 일부 실시예들에서, 근접 센서는 레인징 기능을 사용하여 오브젝트들로부터 그리고 오브젝트들 사이의 거리들을 검출하는 레이더 또는 레이더형 장치이다. 레이더 센서들은 생체 인식 기능의 검출, 예를 들어 다양한 호흡 움직임 검출을 통해 근접하게 이격된 거주자들을 구별하는 데 사용할 수도 있다. 레이더 또는 레이더형 센서들이 사용되는 경우, 방해받지 않고 배치되거나 디지털 아키텍처 요소의 플라스틱 케이스 뒤에 배치될 때 더 나은 동작이 촉진될 수 있다.
점유 센서 - 일 실시예에서, 점유 센서는 다중 픽셀 열 화상 장치를 포함하며, 이는 적절한 컴퓨터 구현 알고리즘으로 구성될 경우, 룸에 있는 거주자 수를 검출 및/또는 카운트하는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 열 화상 장치 또는 열 카메라로부터의 데이터는 레이더 센서로부터의 데이터와 상관되어 특정 결정이 이루어 질 시 더 나은 수준의 신뢰도를 제공한다. 실시예들에서, 열 화상 장치 측정은 특정 위치에서 다른 열 이벤트, 예를 들어 열린 창들과 문들, 침입자들의 존재 및/또는 화재로 인한 기류의 변화들을 평가하는 데 사용될 수 있다.
색 온도 센서로서, 이는 특정 위치에 존재하는 조명 스펙트럼을 분석하고 필요에 따라 또는 원하는 대로 조명의 변화들을 구현하는 데, 예를 들어 거주자의 건강 또는 기분을 개선하는 데 사용될 수 있는 출력들을 제공하는 데 사용될 수 있다.
생체 측정 센서(지문, 망막, 안면 인식)로서; 이들 중 어느 하나는 독립형 센서로 제공되거나 카메라와 같은 또 다른 센서와 통합될 수 있다.
스피커(들)(이들은 상대적으로 작을 수 있은; 예를 들어, 가로로 대략 1인치)
스피커용 전력 증폭기 - 일부 실시예들에서, 스피커들과 증폭기는 집합적으로 사운드바로; 즉, 다수의 스피커들을 포함하는 바 형태의 장치로 구성된다. 장치는 고충실도 사운드를 제공하도록 설계 또는 구성될 수 있다.
마이크(때로는 관련 이퀄라이저 포함) - 일부 실시예들에서, 마이크 신호들을 처리하기 위한 로직(예를 들어, 이퀄라이저 및/또는 장치의 1차 프로세서)는 스피커들에 의해 생성되지만 룸의 벽이나 오브젝트들로부터 반사된 사운드 신호들을 검출하며, 로직은 주파수 변동, 에코 및 사운드에 대한 사용자 인식에 부정적인 영향을 미치는 기타 요인들을 보정하기 위해 스피커 출력을 자동으로 조정한다. 마이크, 로직 및 스피커들은 주변 소음 또는 백색 소음을 제거하기 위해 협력하여 작동하도록 구성될 수도 있다.
공기 품질 센서(선택적으로는 다음 공기 성분들 중 하나 이상을 측정할 수 있음: 휘발성 유기 화합물(VOC), 이산화탄소 온도, 습도, 미립자)로서; HVAC 제어와 함께 사용될 수 있으며; 공기 순환을 제어할 수 있다.
센서(들), 스피커들, 마이크 등에 대한 전원 및/또는 데이터 연결성을 위한 허브. 허브는 USB 허브, 블루투스 허브 등일 수 있다. 허브는 USB 포트, HDMI 포트 등과 같은 하나 이상의 포트들을 포함할 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 요소는 외부 센서, 조명 설치물, 주변 장치들(예를 들어, 카메라, 마이크, 스피커(들)), 네트워크 연결성, 전원 등을 포함할 수 있다.
아키텍처 요소와 관련된 IGU 상에 또는 그에 근접한 디스플레이(예를 들어, 투명 OLED 장치)용 비디오 드라이버. 드라이버는 유선 연결되거나 광학적으로 결합될 수 있다; 예를 들어, 광 신호는 광 전송에 의해 창으로 시작된다; 예를 들어, 유리를 통해 전달되고 가시선에 수직으로 이동하는 유리 도파관에 초점을 맞춘 렌즈와 광 엔진이 있는 디스플레이를 포함하는 전환 가능한 브래그 격자를 참조하기로 한다.
Wi-Fi 액세스 포인트
안테나로서, 이는 Wi-Fi 액세스 포인트의 일부이거나 다른 용도로 사용될 수 있다. 특정 실시예들에서, 아키텍처 요소 자체 또는 아키텍처 요소의 전부 또는 일부를 덮는 페이스플레이트는 안테나 역할을 한다. 아키텍처 요소를 절연시키고 방향에 따라 송수신하도록 하기 위해 다양한 접근 방식들이 사용될 수 있다. 대안으로, 조립식 안테나가 사용되거나 또는 그 전체가 본원에 참조로서 통합된, 2017년 5월 4일자로 출원된 PCT 특허 출원 번호 제PCT/US17/31106호에 기술된 바와 같은 창 안테나가 사용될 수 있다. 특정 실시예들에서, Wi-Fi 액세스 포인트들은 IEEE 802.11AT 표준을 통해 통신을 제공하도록 구성된다.
비콘 또는 기타 메커니즘을 통한 위치 설정 서비스
에너지 저장 장치(예를 들어, 재충전 가능한 배터리 또는 커패시터)와 같은 전원 등. 일부 구현들에서, 전력 하비스팅 장치; 예를 들어, 광전지 또는 전지 패널이 포함된다. 이를 통해 장치를 자체 완비식이 되도록 하거나 부분적으로 자체 완비식이 되도록 할 수 있다. 광 하비스팅 장치는 그가 부착되는 위치에 따라 투명하거나 불투명할 수 있다. 예를 들어, 광전지는 디지털 멀리언의 외부를 부분적으로 또는 완전히 덮도록 부착되는 반면, 투명 광전지는 디지털 아키텍처 요소 상의 디스플레이 또는 사용자 인터페이스(예를 들어, 다이얼, 버튼 등)를 덮을 수 있다.
장치가 활성 상태일 때 시그널링과 같은 특정 조건들 하에서 광을 방출하도록 프로세서로 구성된 광원(예를 들어, LED).
다양한 임베디드 또는 비-임베디드 애플리케이션들을 제공하도록 구성된 프로세서. 프로세서는 마이크로컨트롤러일 수 있다. 특정 실시예들에서, 프로세서는 메모리가 있는 저전력 MCU(모바일 컴퓨팅 유닛)이고 애플리케이션들 및 데이터를 호스팅하는 경량 보안 운영 체제를 실행하도록 구성된다. 특정 실시예들에서, 프로세서는 임베디드 시스템, 시스템 온 칩, 또는 익스텐션이다.
그래픽 처리 장치와 같은 보조 처리 장치, 오디오 신호들을 해석하도록 구성된 이퀄라이저 또는 기타 오디오 처리 장치.
건물 특징부에는 하나 이상의 안테나들이 있을 수 있다. 이들은 사전 구성되며 요소에 부착되거나, 또는 표면이든 요소의 내부든, 요소에 임베디드될 수 있다. 대안으로, 또는 추가로, 안테나는 디지털 아키텍처 요소 또는 건물 구조적 요소의 구조가 안테나 컴포넌트 역할을 하도록 제조될 수 있다. 예를 들어, 멀리언의 전도성 금속 조각은 안테나 소자 또는 접지면 역할을 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 디지털 아키텍처 요소 또는 건물 구조적 요소의 일부가 제거(또는 추가)되어 나머지 부분이 동조 안테나 소자의 역할을 하도록 한다. 예를 들어, 멀리언의 일부는 동조 안테나 소자를 제공하기 위해 펀칭될 수 있다. 동축 또는 기타 케이블을 요소 및 RF 송신기 또는 수신기에 부착함으로써, 건물 구조적 요소 및/또는 관련 디지털 아키텍처 요소가 안테나 소자의 역할을 할 수 있다. 안테나 컴포넌트들은 예를 들어 RF 송신기의 임피던스와 일치하는 임피던스(예를 들어, 약 50옴)로 설계되어야 할 수 있다.
구성에 따라, 안테나 소자는 Wi-Fi 안테나, 블루투스 안테나, 셀룰러 통신 안테나(4G, 5G, ...) 등의 역할을 할 수 있다. 안테나는 패치 안테나, 모노폴 안테나, 다이폴 안테나, 또는 아래에 제시된 다른 예일 수 있다. 이는 임의의 적절한 파장 범위에서 전자기 신호들을 전송하거나 수신하도록 구성할 수 있다. 광학적으로 전환 가능한 창 시스템들에 사용될 수 있는 안테나 컴포넌트들의 예들로는 2017년 5월 4일자로 출원된 PCT 특허 출원 번호 제PCT/US17/31106호에 설명되어 있으며, 이는 그 전체가 본원에 참조로서 통합된다.
도 6a는 하나 이상의 안테나들이 갖춰질 수 있는 전형적인 구성에서 인접한 IGU들(603)을 갖는 멀리언(601)의 (아래를 내려다보는) 단면도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 멀리언(601)은 구조적 공동(605)을 갖는다. 멀리언(601)은 IGU들(603)에 걸쳐 있다.
도시된 실시예에서, 멀리언(601)에는 전력 및 통신 라인(615)(때때로 피그테일이라고도 함)이 IGU(603)의 광학적으로 전환 가능한 창으로부터 드롭 라인 또는 트렁크 라인(예시되지 않음)에 연결될 수 있는 멀리언의 구조적 공동(605)으로 배치되는 홀(607)을 갖는다. 피그테일 또는 기타 라인이 홀을 통해 공급된 후 홀에 밀봉제가 도포될 수 있다.
예시된 예에서, 압력판(609)은 멀리언(601)에 나사로 연결되거나 아니면 멀리언에 부착되고 멀리언에 걸쳐 있는 2개의 인접한 IGU들 상의 에지 포인트들에 대해 푸시된다. 예를 들어, 약 2피트(60 cm)만큼 서로 분리된, IGU의 둘레 주위에 배치된 여러 개의 압력판들이 있을 수 있다. 그 둘레 주변에 배치된 다수의 압력판들이 있는 IGU의 정면도에 대한 도 6b를 참조하기로 한다. 개스킷(611)은 압력판(609)이 멀리언과 체결될 때 멀리언(601)에 대해 인접한 IGU들 상의 지점들을 밀봉한다.
압력판들은 덮개 없이 건물 외부에서 보여 질 것이다. 뷰티 캡(613)은 2개의 IGU들(603) 사이의 멀리언(601)에 있는 개별 압력판들을 덮는 역할을 한다. 하나의 뷰티 캡으로 다수의 압력판들을 숨길 수 있다. 뷰티 캡(613)은 IGU들 사이의 영역이 연속적으로 보이도록 하는 방식으로 압력판들(609)을 숨긴다. 뷰티 캡들은 스냅 방식과 같이 다양한 방식들로 부착될 수 있다. 창의 크기에 따라, 뷰티 캡은 비교적 길 수 있다(예를 들어, 최대 약 20 피트 길이). 트로프 안테나 또는 핸들 안테나(아래에 설명됨)와 같은 안테나가 뷰티 캡(613) 상에 장착될 수 있다. 일 예에서, 트로프 안테나는 예를 들어 뷰티 캡(613) 자체의 역할을 한다.
도 6c는 멀리언에 설치된 압력판들을 덮고 외향 트로프 안테나 또는 다른 안테나를 제공하도록 구성되는 H형 뷰티 캡(613C)의 일 예를 예시한다.
외향 안테나 방사 소자들은 내부 전기 공급부들과 전기적으로 결합될 필요가 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한 특정 상황들에서는 건물 내부에서 외향 안테나들을 설치, 업그레이드 및/또는 유지 관리하는 것이 유리할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 실시예에서, 공급부들은 멀리언 및/또는 뷰티 캡을 통과하도록 구성될 수 있다. 따라서, 건물 외부와 내부 사이에 내후성 밀봉부를 포함하는 패스-스루 배열이 고려될 수 있다. 도 6d는 이러한 패스-스루 배열을 포함하는 안테나 어셈블리(650)의 단순화된 예를 예시한다. 먼저 상세도 A를 참조하면, 예시된 예에서, 안테나 어셈블리는 외부 부분에 방사 소자(651)를 포함하도록 구성된다. 방사 소자(651)의 내부 부분은 관절형 링크(653)를 통해 패스-스루 부분(652)과 결합된다. 관절형 링크(653)는 방사 소자(651)가 수동으로든 또는 작동 장치(예시되지 않음)로든 관절식으로 연결될 수 있는 하나 또는 두 개의 회전 축들을 제공할 수 있다. 패스-스루 배열(652)은 플랜지들(656(i) 및 656(o))로 구성되며, 각 플랜지는 관련 밀봉 부재(예를 들어, O-링)(655(i) 및 655(o))를 갖는다. 결합 배열의 내부 단부는 방사 소자(651) 및 네트워크 구축 인프라로부터의 전기 공급부(예시되지 않음)와 전기적으로 결합될 수 있는 전기 커넥터(657)와 결합된다. 전기 커넥터(657)는 일부 실시예들에서는 동축 커넥터일 수 있다.
안테나 어셈블리(650)는 도 6a에 도시된 것과 유사한, 멀리언(601)과 함께 설치되도록 구성될 수 있다. 상세도 B를 참조하면, 개스킷(611)에 의해 IGU(603)와 결합되고 그 사이에 결합된 멀리언(601)은 구조적 공동(605)을 포함하고 액세스 홀들(620 및 621)로 구성되는 것으로 관찰될 수 있다. 상세도 C는 방사 소자(651)가 건물 외부로 돌출하는 반면 전기 커넥터는 건물 내부에서 쉽게 접근할 수 있도록, 멀리언(601)에 안테나 어셈블리(650)를 설치하는 일 예를 예시한다. 밀봉 부재들(655(i) 및 655(o))은 개스킷(611)과 함께 건물 외부와 내부 사이에 내후성 밀봉부를 제공하도록 구성될 수 있다. 상세도 C에서, 방사 소자(651)는 일반적으로 패스-스루 배열과 정렬된 장축을 갖는 것으로 도시되어 있다. 상세도 D에서, 방사 소자(651)는 방사 소자가 수평에 대해 예각이 되도록, 관절형 링크(653)에 대해 관절 연접될 것으로 도시되어 있다.
도 6d에 의해 예시된 예에서, 뷰티 캡(예를 들어, 도 6a의 뷰티 캡(613))은 명료성을 위해 생략되었지만, 뷰티 캡이 고려될 수 있음이 이해될 것이다. 일부 구현들에서, 방사 소자(651)의 일부 또는 전부는 뷰티 캡의 외부로 돌출한다. 일부 구현들에서, 방사 소자(651)는 뷰티 캡의 외부로 돌출되지 않을 수 있다. 이러한 구현들에서, 뷰티 캡은 캡 물질 및/또는 기하학적 구조의 선택에 의해, 적어도 일부 방향에서 RF 신호의 실질적인 감쇠를 방지하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 일반적으로 금속 뷰티 캡은 낮은 감쇠 갭, 홀 또는 섹션을 포함할 수 있으며, 이는 방사 소자에 근접한 위치들에서 비금속 물질의 "패치"로 덮일 수 있다.
일부 구현들에서, 방사 소자(651)는 예를 들어 멀리언의 전형적인 폭에 비해 상당히 작을 수 있다. 예를 들어, 5G 호환 가능 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 안테나 어레이는 일반적인 크기의 뷰티 캡의 내부 또는 외부 표면에 편리하게 수납될 수 있다. 이러한 구현들에서, 패스-스루 배열(652)은 예를 들어 4X4 또는 8X8 MIMO 안테나 어레이로부터의 다수의 전기 공급부들을 수용하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 방사 소자는 종래의 유리 라미네이트와 유사한 방식으로 프레이밍 시스템에 장착되도록 폼 팩터를 가질 수 있다. 다른 구현들에서, 방사 소자는 IGU 라이트의 유리 상에 라미네이트될 수 있다. 또 다른 구현들에서, 방사 소자는 표준 멀리언 및/또는 뷰티 캡과 유사한 폼 팩터를 갖도록 구성될 수 있다.
도 6e는 건물의 글레이징 시스템의 무결성을 손상시키지 않으면서 멀리언의 내부 부분으로부터 IGU의 외부 측면으로의 전기적 패스-스루를 제공하는 본 개시에 의해 고려되는 내후성 패스-스루의 추가 예를 예시한다. 도 6e에 의해 고려된 예에서, IGU(603)에 의해 걸쳐진 멀리언(601)은 가요성 밀봉 요소(667)와 결합된다. 상세도 E에 도시된 바와 같이, 안테나 구조(661)의 설치 전(및/또는 안테나 구조(661)의 제거 후), 스프링 형태의 요소들(665(i) 및 665(o))은 폐쇄 위치를 향해 밀봉 요소(667)를 압축할 수 있다. 상세도 F에 도시된 바와 같이, 안테나 구조(651)가 설치될 때(유리하게는, 건물 내부로부터), 밀봉 요소(667)는 안테나 구조에 맞도록 확장되고 스프링 형태의 요소들(665(i) 및 665(o))을 방사상 외측으로 푸시한다. 밀봉 요소(667)는 예를 들어 멀리언(601) 내로의 습기 침입을 방지하는 내후성 밀봉을 제공할 수 있다. 예시의 명확성을 위해 생략되었지만, 안테나 구조(661)는 도 6d의 관절형 링크(653)와 유사한 하나 이상의 관절형 링크들을 포함하여 안테나 구조(601)의 방사 소자가 IGU들(603)에 대해 원하는 각도에 있도록 할 수 있다. 따라서, 안테나 방사 소자는, 설치 시, 건물 외부에 배치될 수 있지만 설치는 건물 내부에서만 영향을 받는다.
대안으로 또는 추가로, 멀리언은 안테나 방사 소자 어레이, 예를 들어 MIMO 어레이, 또는 수평, 수직 또는 대각선으로 배향된 멀리언을 따라 정렬된 이격된 일련의 개별 방사 소자들을 수용할 수 있다. 도 6f 및 6g를 참조하면, 일부 예들에서, 뷰티 캡은 용적(614)을 둘러싸도록 구성될 수 있다. 방사 소자들(예시되지 않음)은 뷰티 캡의 외부 또는 내부 표면에 또는 용적(614) 내에 배치될 수 있다. 이러한 방사 소자들은 예를 들어 건물 외부의 관찰자들의 시야로부터 숨겨질 수 있다. 도 6f에서, 뷰티 캡(613F)의 평평한 부분은 평평한 부분의 내부 또는 외부에 배치된 임의 개수의 방사 소자들을 위한 장착 공간을 제공할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 도 6g는 뷰티 캡(613G)이 그 위에 배치된 방사 소자들이 IGU들(603)에 대해 다양한 배향을 갖도록 만곡면(도시된 예에서, 대략 반구형)으로 구성될 수 있음을 예시한다. 유리하게는, 이러한 배열은 각 방사 소자가 공통 방향을 향하도록 배향되는 배열에 비해 효과적인 안테나 커버리지를 증가시킬 수 있다.
대안으로 또는 추가로, 방사 소자들은 건물의 건축 미학에 대한 영향을 최소화하기 위해 뷰티 캡(613)의 외부 표면과 같은 높이로 배치되거나 그 외부 표면으로부터 최소한으로 돌출될 수 있다.
특정 실시예들에서, 멀리언에는 2개 이상 또는 3개 이상의 이러한 안테나들과 같은 다수의 외향 안테나들이 갖춰져 있다. 일부 구현들에서, 2개 이상의 외향 안테나들은 수직 멀리언을 따라 서로 수직으로 분리된다. 일부 구현들에서, 둘 이상의 외향 안테나는 수평 멀리언을 따라 서로 수평으로 분리된다. 특정 실시예들에서, 둘 이상의 외향 테나들은 그들 중 하나가 고장나는 경우 리던던시를 제공하도록 구성되며, 그렇지 않으면 값비싼 및/또는 복잡한 교체를 필요로 할 수 있다. 일부 경우에, 2개 이상의 외향 안테나들은 상보적 주파수 범위 및/또는 상보적 커버리지 볼륨과 같은 상보적 서비스를 제공하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 안테나 방사 소자와 연관된 라디오 또는 다른 전자 기기를 수용하는 멀리언 또는 그 내부의 공동은 전자 기기를 위한 방열판의 역할을 한다. 일부 구현들에서, 라디오 또는 다른 관련 전자 기기는 안테나 방사 소자에 매우 근접하게 유지된다. 예를 들어, 전자 기기는 방사 소자의 약 1미터 이내에 또는 약 0.5미터 이내에 배치될 수 있다.
안테나들은 건물에서 수평으로, 수직으로 또는 대각선으로 배향될 수 있다. 이러한 방향들은 주요 축을 따르는 안테나의 물리적 방향뿐만 아니라 추가로 또는 대안으로 (안테나에 의해 전송 또는 수신된) 신호 세기 또는 편광의 방향을 지칭할 수 있다. 특정 실시예들에서, 안테나는 수직으로 배향된 건물 구조적 요소 또는 다른 건물 특징부에 장착된다. 예를 들어, 안테나는 천장까지 확장되는 수직으로 배향된 디지털 아키텍처 요소에 장착될 수 있다. 이러한 안테나는 디지털 아키텍처 요소의 길이를 따라 수직으로 연장될 수 있고(예를 들어, 안테나의 가장 긴 치수의 축은 수직 방향과 실질적으로 평행함), 천장과 마주치면, 수평으로 연장되도록 방향을 변경할 수 있다(예를 들어, 안테나 소자는 T 또는 L 모양을 가짐). 특정 실시예들에서, 안테나는 수평으로 장착되고 건물 거주자들이 일반적으로 작업 및/또는 상호 작용하는 룸으로 연장되는 수평 방향의 방사 패턴을 제공한다.
셀룰러 사용 사례(예시)
5G는 고주파 프로토콜이기 때문에, 5G 신호들은 멀리 이동할 수 없고 많은 물질들을 통과할 수 없다. 따라서, 5G 통신에는 송신 안테나와 수신 안테나 사이에 명확한 사이트 라인이 필요한 경우가 있다. 그런 다음, 당연히, 셀룰러 인프라와 서비스 제공업체들은 5G 통신을 건물들에 도입하는 문제들에 직면해 있다. 본원의 특정 실시예들에서, 하나 이상의 안테나들은 건물의 지붕에 제공되고, 이러한 안테나(들)는 건물에 대한 셀룰러 통신을 위한 게이트웨이의 역할을 한다. 일부 구현들에서, 지붕에 위치된 안테나는 건물에 대한 셀룰러 서비스의 유일한 또는 주요 지점일 수 있다. 지붕 위치는 다양한 이점들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 루프(roof) 안테나는 360도에서 액세스할 수 있다(90도만 볼 수 있는 파사드 설치 안테나를 비교함). 또한, 건물의 지붕에는 종종 나무와 같은 신호 감쇠 장애물들이 비교적 적다. 또한, 지붕에는 일반적으로 안테나들을 수용할 수 있는 상당한 공간이 있으며, 이들은 수용 가능한 미적 절충점을 제공한다.
건물로의 및/또는 건물로부터의 셀룰러 통신(예를 들어, 5G 통신)을 위한 게이트웨이로 구성된 루프 안테나는 다양한 통신 경로들을 열 수 있다. 예를 들어, 루프 안테나는 셀룰러 신호들을 수신하며 실내 커버리지를 위해 건물에 다시 브로드캐스팅하도록 구성될 수 있다. 이는 건물의 다른 통신 노드들(예를 들어, 디지털 아키텍처 요소들)과의 유선 또는 무선 연결을 사용하여 달성될 수 있다. 일부 경우에, 루프 셀룰러 안테나는 셀룰러 통신을 루프 안테나가 설치된 동일한 건물내에 또는 그 건물 상에 있는 하나 이상의 다른 안테나들로 전송하도록 구성된다. 예를 들어, 루프 안테나는 셀룰러 통신을, 다른 셀룰러 안테나를 수용하는 루프-장착형 센서로 다시 브로드캐스팅하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 루프 안테나는 건물 파사드에 장착된 안테나들 사이에서(이들로부터 및/또는 이들로) 신호들을 재전송하도록 구성된다. 일부 경우에, 루프 안테나는 독립형 셀 타워 또는 인근 건물의 셀 타워와 같은 하나 이상의 외부 통신 노드들과의 셀룰러 통신을 위해 구성된다.
특정 실시예들에서, 하나 이상의 루프 안테나들은 하나 이상의 센서들을 갖는 구조에 포함될 수 있다. 이러한 센서들의 예들로는 앞서 그 전체가 본원에 참조로서 통합된, 2016년 10월 6일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/287,646호에 설명되어 있다. 일부 경우에, 루프 안테나는 센서 어셈블리와 분리될 수 있는 루프 장착형 안테나 타워에 제공된다. 일부 경우에, 안테나 타워는 상대적으로 상당한 높이(예를 들어, 지붕 위 약 5 미터 이상)를 가지며 그 구조는 셀룰러 통신을 송수신하는 데 최적화되어 있다.
단일 루프 안테나 또는 다중 루프 안테나들이 배치되고 셀룰러 신호들을 전송 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 루프 안테나 배치는 크기, 위치, 리던던시 등을 고려할 수 있다. 루프 안테나가 루프 센서의 일부인 경우, 배치는 셀룰러 신호 수신 및 감지 성능의 조합을 최적화하도록(창 착색 결정에 영향을 미칠 하늘 상태를 결정하고 기상 상태에 근접하도록) 선택될 수 있다 일부 구현들에서, 셀룰러 루프 안테나는 다수의 통신사들로부터의 서비스들을 지원하며, 그 각각은 자체 트랜시버를 가질 수 있다.
도 7은 무선 신호들을 수신 및/또는 송신하기 위해 루프 장착형 안테나(703)를 사용하는 네트워크 구축 인프라(701)의 특징부들을 도시한다. 안테나(703)는 네트워크 구축 인프라(701)와 셀 타워들과 같은 외부 셀룰러 통신 노드들 사이의 브리지 또는 게이트웨이의 역할을 할 수 있다. 도시된 실시예에서, 안테나(703)는 전도성 라인(705)을 통해 네트워크 구축 인프라(701)의 나머지 부분에 결합된다. 대안적인 실시예들에서, 안테나(703)는 하나 이상의 무선 링크들을 통해 네트워크 구축 인프라(701)의 나머지 부분에 결합된다. 예시된 바와 같이, 라인(705)은 안테나(703)를 제어 패널(707)에 전기적으로 연결한다. 트랜시버는 안테나(703) 또는 제어 패널(707)에 제공될 수 있다. 제어 패널(707)은 입력 전력 라인(709) 및 예시된 예에서 광섬유 연결부(711) 및 이더넷 연결부(713)와 같은 내부 백본 또는 외부 네트워크들에 대한 하나 이상의 통신 연결부들을 포함한다.
제어 패널(707)은 전력 삽입 라인(717), 트렁크 라인(719), 및 드롭 라인들(721)을 통해 창 컨트롤러들(715)에 전력 및 데이터를 제공하도록 구성될 수 있다. 다양한 커넥터들과 터미네이터들이 도시된 바와 같이 사용될 수 있다. 창 컨트롤러들(715)은 IGU들(723)에서 전기적으로 전환 가능한 장치들의 착색 상태들을 제어하기 위한 전력을 제공한다. 창 컨트롤러들(715)은 IGU 연결 라인들(725) 및 IGU 피그테일들(727)을 통해 IGU들(723)에 연결된다.
외부 안테나들을 구축하기 위한 세 가지 예시적인 사용 사례들이 도 8a 내지 8c에 도시된다. 도 8a에서, 2개의 루프 장착형 안테나들(803 및 805)은 서로의 사이트 라인 내에 있다. 이들 중 하나 또는 둘 모두는 (a) 특정 통신사(예를 들어, Sprint 5G)용 셀룰러 타워, 및/또는 (b) 관련 건물(예를 들어, 루프 안테나가 장착되는, 건물(807 또는 809))에서의 셀룰러 서비스용 게이트웨이 역학을 할 수 있다. 건물들(807및 809)은 예를 들어 이웃 지역 내에 또는 단일 도시 블록 내에, 서로 적정하게 근접하게 위치될 수 있다.
도 8b에서, 루프 장착형 안테나(811)는 다른 건물(817)의 파사드 위 또는 근처에 있는 안테나(813)의 사이트 라인 내에 있다. 안테나(813)는 셀룰러 통신(예를 들어, 5G 통신)을 수신하고 이를 예를 들어 고대역폭 라인(819) 및 안테나들(821)을 포함하는 건물의 네트워크 인프라 상에서 전달하기 위한 디지털(또는 아날로그) 통신으로 변환하도록 구성된 관련 라디오(815)를 가지며, Wi-Fi 또는 5G 셀룰러 통신을 전송 및/또는 수신하도록 선택적으로 구성된다. 제어 패널 및 Wi-Fi 트랜시버들과 같은 네트워크 인프라의 세부 사항들은 명확성을 위해 생략된다. 안테나들(821)에 의해 사용되는 주파수 대역 또는 대역들이 루프 장착형 안테나(811)에 의해 사용되는 것과 동일할 필요는 없다는 점에 유의한다.
건물(833) 외부에서 셀룰러 커버리지를 제공하는 또 다른 사용 사례가 도 8c에 도시되어 있다. 관련 셀룰러 인프라는 건물(833)의 외부 벽에 또는 외부 벽 상에 장착되고 건물(833) 외부에서 셀룰러 신호들(예를 들어, 5G 신호들)을 송수신하도록 구성된 안테나(831)를 포함한다. 안테나(831)는 케이블(837)을 포함하는 고속 통신 백본에 연결된 라디오(835)를 포함하는 건물(833)의 특정 네트워크 인프라를 활용하도록 구성될 수 있다. 안테나(831)는 셀룰러 통신사 인프라의 컴포넌트로 사용될 수 있고 건물(833) 외부에서 셀룰러 서비스를 제공할 수 있다.
어떤 의미에서는, 본원에 설명된 건물 네트워크 인프라는, 각각이 무선 통신 프로토콜들을 위해 구성될 수 있는 컴포넌트들을 수용할 수 있는, 다수의 소켓들을 갖는 플랫폼으로 볼 수 있다. 이러한 프로토콜들의 예들로는 Wi-Fi, CBRS 라디오, 소형 셀(예를 들어, 마이크로셀 또는 펨토셀), 통신사별 프로토콜들, vRAN(가상 무선 액세스 네트워크)과 같은 통신사 애그노스틱 셀룰러 서비스 등을 포함한다. 플랫폼은 예를 들어, 충분한 게이지의 데이터 전송 케이블들(동축, UTP, 광섬유 등), 고속 스위치들, 라우터들 및/또는 하나 이상의 네트워크 프로토콜들(예를 들어, 이더넷, 광섬유 채널, MoCA 등), 안테나, 라디오 등과 작동할 수 있는 기타 네트워크 장치들을 포함하는 네트워크 인프라이다.
도 9, 9a, 9b 및 9c는 분산 안테나 시스템 및 하나 이상의 통신 서비스 제공자 시스템들과 인터페이스하는 컴포넌트들을 포함하는, 고속 건물 데이터 통신 네트워크의 컴포넌트들을 예시한다. 특정 실시예들에서, 건물 네트워크 인프라는 수직 데이터 평면(건물 층 사이) 및 수평 데이터 평면(단일 층 또는 다수의 연속 층 내 모두)을 갖는다. 일부 경우에, 수평 및 수직 데이터 평면들은 동일하거나 유사한 데이터 전달 능력들 및 컴포넌트들을 갖는다. 다른 경우에, 이러한 두 데이터 평면들이 서로 다른 데이터 전달 능력들을 갖는다. 예를 들어, 수직 데이터 평면은 더 빠른 데이터 전송 속도 및/또는 대역폭을 위한 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일 예에서, 수직 데이터 평면은 10 기가비트/초 또는 그보다 빠른 이더넷 전송(예를 들어, UTP 와이어 및/또는 광섬유 케이블 사용)을 지원하는 컴포넌트들을 포함하는 반면, 수평 데이터 평면은 동축 케이블을 통해 1 기가비트/초 또는 그보다 다소 빠른 기가비트 이더넷 전송을 지원하는 컴포넌트들을 포함한다. 일부 경우에, 수평 데이터 평면은 MoCA 2.5 표준 또는 MoCA 3.0 표준을 통한 데이터 전송을 지원한다. 특정 실시예들에서, 수직 데이터 평면의 층들 사이의 연결부들은 고속 이더넷 스위치들이 있는 제어 패널들을 사용한다. 이러한 동일한 제어 패널들은 MoCA 인터페이스 및 수평 데이터 평면의 관련 동축 케이블들을 통해 지정된 층의 노드들과 통신한다. 단일 건물 구조의 수평 및 수직 데이터 평면들이 도 9 및 9c에 도시되어 있다.
데이터 전송 및 일부 실시예들에서 음성 서비스들은 건물의 거주자들에게로의 및/또는 거주자들로부터의 무선 통신을 통해 건물에서 제공될 수 있다. 그러나, 3G 또는 4G 셀룰러와 같은 비교적 저주파 프로토콜들을 사용하더라도, 벽, 층, 천장 및 창문과 같은 건물 구조들에 의한 감쇠로 인해 부분적으로 문제가 된다. 감쇠는 5G와 같은 더 높은 주파수 프로토콜에서 더 심해진다. 이 문제를 해결하기 위해, 건물에는 종종 셀룰러 신호들에 대한 게이트웨이들 또는 포트들의 역할을 하는 컴포넌트들이 장착된다. 이러한 게이트웨이들은 Wi-Fi, 소형 셀 서비스(예를 들어, 마이크로셀 또는 펨토셀 장치들을 통해), CBRS 등을 구현하는 내부 안테나들 및 기타 인프라를 통해 무선 서비스를 제공하는 건물 내부의 인프라에 결합된다. 게이트웨이들 또는 이러한 서비스들에 대한 진입 지점들에는 통신사의 중앙 사무실의 고속 케이블(일반적으로 지하) 및/또는 건물 외부에 전략적으로 위치된 안테나(예를 들어, 건물 지붕의 도너 안테나 또는 스카이 센서)에서 수신된 무선 신호가 포함될 수 있다. 건물에 연결되는 고속 케이블을 종종 "백홀"이라고 한다.
도 9 및 9c는 건물 내의 분산 안테나 시스템의 컴포넌트들에 대한 다양한 뷰들을 예시한다. 도 9c는 건물 스킨 및 건물 외부의 통신에 참여하고/하거나 건물 내부의 통신을 용이하게 하는 다양한 안테나들을 예시한다. 도 9는 층별로 유선 신호 분배를 용이하게 하는 제어 패널 또는 유사한 내부 네트워크 부분들을 강조한다. 제어 패널들의 일부 기능들은 도 4a 및 4b를 참조하여 위에서 설명되었다.
도 9 및 9c는 건물 서비스 네트워크가 하나 이상의 통신 서비스 제공자 시스템들과 무선으로 인터페이스할 수 있도록 하는 컴포넌트들을 도시한다. 연결 지점들로서, 예시된 예에서, 건물은 무선 신호들을 송수신하기 위한 스카이 센서(907)뿐만 아니라 다수의 루프탑 도너 안테나들(905)을 포함한다. 건물은 또한 물리적 라인(909)(예를 들어, 단일 모드 광섬유와 같은 광섬유)을 통해 제공자의 중앙 사무실(911)에 연결하도록 구성된 적어도 하나의 제어 패널(913)을 갖는다. 제어 패널(913)은 예를 들어, 신호 소스 전달 헤드엔드, 광섬유 분배 헤드엔드, 및 양방향 증폭기 또는 리피터의 기능들을 제공하도록 구성된 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 집합적으로, 루프탑 도너 안테나들(905), 스카이 센서(907), 및 제어 패널(913)은 건물 거주자들 및/또는 장치들이 통신 서비스 제공자의 무선 시스템에 액세스할 수 있도록 한다. 이러한 인터페이스 소자들 각각은 동일한 서비스 제공자의 시스템, 다른 서비스 제공자의 시스템, 또는 한 제공자의 시스템에 대한 액세스를 제공하는 두 개의 인터페이스 소자들과 두 번째 제공자의 시스템에 대한 액세스를 제공하는 다른 인터페이스 소자와 같은 일부 변형에 대한 액세스를 제공할 수 있다.
도 9에 예시된 바와 같이, 수직 데이터 평면은 다수의 제어 패널들(917) 및 단일 모드 광섬유 또는 충분한 게이지의 UTP 구리 라인들과 같은 고용량 데이터 전달 라인(919)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 별도의 제어 패널(917)이 각 층에 제공된다. 일부 실시예들에서, 하나의 고용량 라인은 최상층의 제어 패널(917)을 최하층의 제어 패널(913)과 직접 연결한다. 제어 패널(917)은 루프탑 안테나(905) 및/또는 스카이 센서(909)에 직접 연결되는 반면, 제어 패널(913)은 서비스 제공자 중앙 사무실(911)에 직접 연결된다.
예시된 바와 같이, 여전히 도 9를 참조하면, 수평 데이터 평면은 트렁크 라인들(921)을 포함하는, 제어 패널들(917)(또는 접지 층의 913) 및 데이터 전달 라인들 중 하나를 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 트렁크 라인들은 동축 케이블로 만들어진다. 제어 패널들은 MoCA와 같은 프로토콜을 통해 트렁크 라인들(921)에 대한 데이터를 제공하도록 구성될 수 있다. 각 수평 데이터 평면은 하나 이상의 디지털 요소들(923)(예를 들어, 본원의 어딘가 다른 곳에서 설명된 바와 같은 디지털 아키텍처 요소들) 및/또는 안테나들(925)에 대한 고속 네트워크 액세스를 제공할 수 있으며, 그 안테나들 중 일부 또는 전부가 선택적으로 디지털 요소들(923)과 통합되는 된다. 안테나(925)(및 관련 라디오, 도시되지 않음)는, 예를 들어, 셀룰러(예를 들어, 28 GHz에서의 또는 이에 근접한 하나 이상의 주파수 대역), Wi-Fi(예를 들어, 2.4, 5 및 60 GHz에서의 하나 이상의 주파수 대역), CBRS 등을 포함하는, 다양한 프로토콜들 중 어느 하나에 의한 무선 액세스를 제공하도록 구성될 수 있다. 드롭 라인들(예를 들어, 드롭 라인(927))은 디지털 요소들(923)를 트렁크 라인들(921)에 연결할 수 있다. 일부 실시예들에서, 수평 데이터 평면은 건물의 단일 층에 배치된다.
도 9 및 9a에 예시된 바와 같이, 하나 이상의 도너 안테나들(905)은 고속 라인들(예를 들어, 단일 모드 광섬유 또는 구리)(929)을 통해 제어 패널(917)에 연결할 수 있다. 도시된 예에서, 제어 패널은 건물의 상위 층에 위치될 수 있다. 또한 도시된 바와 같이, 도너 안테나(들)(905)에 대한 연결은 하나 이상의 vRAN 라디오들(915) 및 동축 케이블을 통해 이루어질 수 있다.
도 9 및 9b에 예시된 바와 같이, 통신 서비스 제공자 중앙 사무실(911)은 고속 라인(909)(예를 들어, 백홀의 일부로서 기능하는 광섬유)을 통해 접지 층 제어 패널(913)에 연결된다. 건물에 대한 서비스 제공자의 이 진입 지점은 주 진입 지점(Main Point of Entry; MPOE)라고도 하며, 건물이 음성 및 데이터 트래픽을 모두 분배할 수 있도록 구성될 수 있다.
나타낸 바와 같이, 특정 실시예들에서, 하나 이상의 셀룰러 서비스 게이트웨이들은 vRAN을 사용한다. vRAN 기술은 예를 들어, 서버 하드웨어와 같은 기저대역 기능들을 가상화한다. vRAN의 컴포넌트는 여러 다른 통신사 통신 프로토콜들을 지원할 수 있지만, 일반적으로 한 번에 하나씩만 지원할 수 있다. 예를 들어, 안테나 및 관련 vRAN은 어느 하나의 시간에 하나의 통신사(예를 들어, ATT)에 대한 데이터를 송수신하도록 구성될 수 있으며, 다른 시간에 다른 통신사(예를 들어, T-Mobile)에 대한 데이터를 송수신하도록 재구성될 수 있다. vRAN 라디오에서 설정될 수 있는 통신사별 파라미터들 중에는 통신사별 주파수(예를 들어, 800 MHz 및 1.2 GHz 주변에 할당된 통신사별 스펙트럼), 변조 모드, 데이터 패킹(예를 들어, CDMA 대 GSM), 암호화 프로토콜, 서비스 품질 등이 있다. vRAN을 구현하도록 구성된 라디오들은 한 통신사에 대한 제1 파라미터 세트에서 다른 통신사에 대한 제2 파라미터 세트로 쉽게 변환하도록 하는 구성 가능한 로직(프로그래밍, 펌웨어 등)을 포함할 수 있다. 건물의 총 셀룰러 트래픽 증가에 따라 확장하기 위해, 건물에 추가 안테나와 vRAN 라디오들이 배치될 수 있다. 총 트래픽 중 한 통신사의 비율이 증가하거나 감소하는 경우, vRAN 라디오들은 건물의 총 셀룰러 통신사 전용 인프라의 균형을 재조정하도록 재구성될 수 있다. 도 9 및 9a에 도시된 바와 같이, 다수의 루프탑 안테나들(905) 각각은 특정 통신사의 무선 트래픽을 전달하도록 구성될 수 있는 vRAN 라디오(915)를 가질 수 있다. 도너 안테나들 및/또는 스카이 센서 안테나들은 vRAN들을 통해 통신할 수 있다.
다양한 구현들에서, vRAN 라디오는 라디오를 관리하는 명령 세트에 좌우된다. 안테나들 및 vRAN 라디오들에 의해 지원되는 각 셀룰러 통신사에 대해 별도의 관리가 제공될 수 있다. 관리 통신은 vRAN 라디오에 대한 전용 또는 공유 라인에서 제공될 수 있다.
루프탑 안테나들(905) 및/또는 스카이 센서(907)의 안테나들은 도너 안테나들의 역할을 하도록 구성될 수 있다. 도너 안테나들은 일반적으로 특정 지리적 현장에서 셀룰러 통신사의 서비스를 위한 점대점 무선 연결을 제공하는 데 사용된다. 이들은 서로와 및/또는 주어진 셀룰러 통신사의 전용 셀 타워와 통신할 수 있다. 이들은 통신사가 새로운 타워를 구축할 필요 없이 특정 타워로부터 셀룰러 통신사의 서비스 범위를 확장할 수 있다. 이들은 또한 새 건물, 나무 등에 의해 드리워진 그림자와 같이 무선 셀룰러 통신에 영향을 미치는 변화하는 조건들을 해결할 수 있다. 이들은 전용 타워와 핸드셋 또는 기타 무선 서비스 소비자들 사이에 새로운 경로들을 제공하여 이러한 문제들을 해결할 수 있다. 일부 경우에, 도너 안테나들은 또한 유선 케이블 링크를 통해 셀룰러 통신사의 중앙 사무실에 및/또는 건물 내의 내부 안테나들에 연결하여 거주자들 및/또는 내부 장치들에 무선 서비스를 제공함으로써 건물에 다운링크들을 제공할 수 있다. 전자의 경우, 도너 안테나는 단순히 건물의 수직 데이터 평면을 사용할 수 있다; 후자의 경우, 도너 안테나는 건물의 수직 및 수평 데이터 평면들을 사용할 수 있다.
건물이 통신사 중앙 사무실에서 건물까지의 물리적 라인들이 없는 지역에 있는 경우, 건물에 대한 셀룰러 서비스는 인근 건물들에 있는 하나 이상의 도너 안테나들, 및 건물 자체에 있는 하나 이상의 안테나들에 의존해야 할 수 있다. 도너 안테나는 건물 자체에 대한 셀룰러 서비스의 게이트웨이 역할을 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 건물의 모든 노드들(예를 들어, 안테나들 및 관련 라디오들)은 동일한 서비스로 설정된다. 예를 들어, 단일 통신사는 건물 전체에 서비스들을 제공한다. 중앙 사무실과 도너 안테나는 건물의 여러 층들에 있는 여러 개의 내부 안테나들을 통해, 건물 전체에 셀룰러 서비스를 제공한다. 이는 건물이 단일 통신사의 서비스를 부족함 없이 사용하는 한 괜찮을 수 있다. 그러나, 건물 관리가 다른 통신사의 셀룰러 서비스로 전환하기로 결정하는 경우, 새로운 통신사는 건물에 자체 통신사별 하드웨어를 설치한다. 옵션들에는 동일한 건물에서 다수의 소형 셀 시스템들을 사용하는 것 및 vRAN 기술을 사용하여 다수의 통신사들을 통해 통신하도록 하는 것을 포함한다.
역사적으로, 소형 셀 통신사 서비스(예를 들어, 마이크로셀 및 펨토셀)는 백홀 연결을 통해 소형 장치들을 연결하는 라인에 의존했다. 이러한 서비스는 예를 들어, 원격 위치들 또는 건물 감쇠로 인해 액세스가 제한되었던 핸드셋에 대한 무선 액세스를 제공했다. 이 서비스는 TCP/IP와 같은 네트워크 통신 프로토콜을 사용하여 유선을 통해 데이터를 전송했다. 주어진 소형 셀 서비스는 일반적으로 단일 통신사로 제한된다.
일부 경우에, 소형 셀 시스템이 스카이 센서에 있는 하나 이상의 안테나들을 통해, 적어도 부분적으로, 건물에 사용할 수 있게 된다. 하늘을 향하는 다중 센서 장치에 배치되거나 그와 관련된 것을 참조한다. 이러한 하늘을 향하는 다중 센서 장치들이 예를 들어, 2016년 10월 6일자로 출원된, 미국 특허 출원 번호 제15/287,646호에 설명되어 있으며, 앞서 그 전체가 본원에 참조로서 통합되었으며, 본원에서는 "스카이 센서"로 지칭될 수 있다. 스카이 센서의 사용은 도너 안테나들에 대해 위에서 설명된 모드와 유사하게, 증가된 영역(지리학적으로)에 대한 셀룰러 커버리지를 가능하게 하는 것과 같은 다른 이점들을 제공할 수 있다. 일부 경우에, 소형 셀 시스템이 하나 이상의 도너 안테나들을 통해, 적어도 부분적으로, 건물에 사용할 수 있게 된다.
고용량, 고속 광섬유가 (예를 들어, 유틸리티를 통해) 널리 배포된 대도시에서는, 적어도 광섬유가 건물들 간의 무선 서비스를 위한 링크 역할을 하는 한, 도너 안테나들에 대한 필요성이 감소한다. 셀룰러 서비스가 지리적 영역으로 진화함에 따라, 단일 통신사가 서비스를 제공하고 모든 데이터가 무선으로 전송되는 경우 RAN에 의해 서비스가 먼저 제공될 수 있다. 다음으로 진화에서, 지리적 영역의 로컬 서비스는 vRAN 서비스들에 의해 제공될 수 있다. 이는 추가 통신사들이 시장에 진입했지만 데이터를 전송할 수 있는 고속 광섬유가 아직 없을 때 발생한다. 진화의 다음 단계는 지리적 영역에서 고속 광섬유가 사용될 수 있을 때 발생할 수 있다. 이 시점에서, 셀룰러 서비스는 스몰 셀 서비스를 통해 이용 가능하게 될 수 있으며, 건물의 각 통신사에 대해 별도의 스몰 셀 인프라가 제공된다. 하나 이상의 스카이 센서들 및/또는 도너 안테나들의 안테나들은 이 서비스를 가능하게 할 수 있다.
일부 건물 통신 시스템들에서, 데이터 또는 음성 정보는 한 프로토콜로 건물에서 송수신되지만 다른 프로토콜로 건물의 거주자들에게 전달되거나 건물 거주자들이 이용할 수 있도록 한다. 이러한 시스템들은 예를 들어 5G와 같은 특정 셀룰러 프로토콜이 건물 내부에 배치되지 않고 건물 외부에서 통신사들 또는 기타 무선 통신 시스템들과 통신을 송수신하기 위해 건물에 의해 사용되는 경우에 사용될 수 있다. 본원의 어느 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 외부 안테나들은 예를 들어 하나 이상의 루프 안테나들 및/또는 스카이 센서들을 통해 건물의 지붕에 배치될 수 있다.
특정 실시예들에서, 건물과 건물 외부의 하나 이상의 다른 통신 구조들(예를 들어, 셀 타워들 또는 루프 안테나가 있는 다른 건물들) 사이의 무선 통신은 한 주파수에서 동작하는 제1 프로토콜을 사용하여 수행되는 반면, 건물 내에서의 동신은 하나 이상의 다른 주파수들에서 동작하는 하나 이상의 섹션 프로토콜들에서 발생한다. 일부 실시예들에서, 건물 외부에서 통신하기 위해 건물에 의해 사용되는 프로토콜의 주파수는 건물의 거주자들이 이용할 수 있도록 하는 건물 내 통신보다 더 높은 주파수에서 수행된다. 예를 들어, 5G 셀룰러 프로토콜은 건물과 외부 통신 구조들(예를 들어, 셀 타워들) 간의 통신에 사용될 수 있는 반면, 4G, Wi-Fi(2.4, 5 및 60 GHz 표준 포함), CBRS 또는 기타 프로토콜은 건물 내 통신에 사용된다. 일부 경우에, 건물 내 통신이 MoCA 프로토콜을 사용하는 동축 케이블이나 기존 이더넷을 사용하는 비차폐 이중와선 케이블과 같은 유선 인프라를 통해 적어도 부분적으로 전달된다. 또한, 설명된 바와 같이, 다중 프로토콜 시스템들은 건물 외부에서 5G(또는 다른 제1 프로토콜) 무선 통신을 송수신하기 위한 제1 트랜시버 및 Wi-Fi, CBRS 또는 건물 내부의 다른 제2 프로토콜 무선 통신을 송수신을 위한 제2 트랜시버를 갖는 리피터 또는 기타 유사한 구조를 사용할 수 있다.
이러한 접근 방식들은 초고주파 신호들(예를 들어, 5G)을 통해 전달되는 통신을 건물로 가져오고 건물 내 잠재적으로 수천 개의 위치들에서 동일한 주파수로 다시 브로드캐스팅하는 것을 피하기 위해 사용될 수 있다. 특정 실시예들에서, 건물 외부(그러나 건물을 포함함) 외부의 통신 신호들은 30 내지 300 GHz의 또는 그 부근의 파장들에서 5G를 통해 이루어지지만, 이러한 신호들은 건물 내에서 3.5 GHz CBRS 신호들로서 다시 브로드캐스트된다. 월드 와이드 웹 사이트 firecewireless.com/wireless/next-release-cbrs-specs-will-support-5G에서 언급한 바와 같이, CBRS는 5G와 호환될 수 있다. 따라서, 5G 프로토콜을 지원하거나 의존하는 건물은 건물 내부에서 30 내지 300 GHz 신호들을 제공할 필요가 없다.
위에서 설명된 이중 프로토콜 접근 방식들은 창, 벽 및/또는 기타 건물 구조들이 5G 신호들을 차단하거나 강하게 감쇠하고 5G 통신이 건물에 직접 들어가는 것을 효과적으로 방지할 때 특히 적합할 수 있다.
일부 경우에, 룸, 건물의 한 영역 또는 전체 건물이 일종의 패러데이 케이지에 효과적으로 포함되도록; 적어도 특정 주파수 범위 내에서 실질적으로 모든 전자기 복사를 차단하는 방식으로 창 및 기타 건물 구조들이 수정되거나 제조될 수 있다. 특정 전자기 복사를 실질적으로 차단하는 구조들의 예들에 대한 설명은 2017년 9월 19일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/709,339호를 참조하며, 이는 그 전체가 본원에 참조로서 통합된다. 특정 실시예들에서, 이러한 구조들은 하나의 프로토콜(예를 들어, 5G)의 주파수들을 차단하는 동시에 다른 프로토콜들의 주파수들이 침투하도록 설계되거나 조정되며, 이러한 구조들은 다중 프로토콜 시스템들을 지원하기 위해 창들 또는 다른 건물 구조들에 배치된다.
따라서, 특정 실시예에서, 루프 안테나(들) 또는 다른 외부 안테나들은 건물 외부로부터의 5G 셀룰러와 인터페이스하는 반면, 와이어들 및/또는 내부 안테나들은 비-5G 프로토콜을 통해 건물 거주자들과 인터페이스한다. 그리고 내부 안테나들 및 라디오들이 사용되는 경우(배선되지 않음), 안테나들/라디오들은 5G 미만, 예를 들어 약 10 GHz 미만의 주파수들에서 통신할 수 있다. 이러한 경우, 적절한 내부 통신들의 예들로는 4G 및 3G 셀룰러, Wi-Fi, CBRS 등을 포함한다. 일부 경우에, 내부 통신은 유선을 통해 및/또는 LiFi를 통해 적어도 부분적으로 이루어진다. 건물과의 LiFi 통신을 위한 예시적인 시스템 구현들은 2019년 4월 1일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제62/827,674호에 설명되어 있으며, 이는 그 전체가 본원에 참조로서 통합된다.
특정 실시예들에서, 건물 통신 시스템은 다수의 셀룰러 통신사들(예를 들어, Verizon, Sprint 등)를 위해 허가 대역(예를 들어, 미국 연방 통신 위원회와 같은 통신 기관들에 의해 허가됨)을 통해 건물 내부의 무선 통신을 제공하기 위한 인프라를 포함하며, 건물 내부에서 해당 대역들을 단독으로 또는 선택적으로 CBRS 대역과 같은 비허가 대역과 조합하여 사용한다. 특정 실시예들에서, 건물 통신 인프라는 FCC 허가 대역을 통해 건물 내부로의 셀룰러 통신을 용이하게 하기 위해 셀룰러 통신사들이 허가 또는 임대할 수 있는 게이트웨이의 역할을 할 수 있다. 어느 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 셀룰러 통신사들은 기존 시스템들을 보완하는 건물 통신 시스템 인프라를 사용할 수 있다.
안테나(전송 및 수신 속성)
방사 패턴
주어진 안테나에 대한 송신 또는 수신 방사 패턴은 층, 로비 또는 층 내의 룸과 같은 건물의 특정 영역을 덮도록 모양 및 크기가 지정될 수 있다. 수평 및 수직 범위는 안테나 설계와 건물 내 위치에 의해 제어될 수 있다. 특정 실시예들에서, 안테나의 방사 패턴은 일반적으로 반구형 형상을 갖는다. 일부 경우에, 이러한 패턴은 건물의 전체 측면 또는 여러 층들을 커버하는 데 적합하다. 그러나, 일부 건물들에는 층들 사이에 금속 구조들(예를 들어, 주름진 금속판)이 있으며, 이러한 구조들은 층들 사이를 수직으로 통과하는 임의의 방사 신호를 강하게 감쇠시킬 수 있다. 이 점 또는 기타 고려 사항을 염두에 두고, 안테나의 방사 패턴은 수평 방향으로 평평하거나 팬(fan) 모양일 수 있다. 이러한 패턴들은 단일 층 또는 층의 일부를 커버하는 데 효과적일 수 있다. 이러한 패턴들은 층들이나 천장의 건물 구조들에 의해 감쇠될 수 있는 수직 방향 신호에 상대적으로 적은 전력을 낭비한다. 특정 실시예들에서, 안테나는 그 방사 패턴의 수평 형태 또는 각도 확산이 제한되도록(예를 들어, 90도 대 180도) 설계된다. 특정 실시예들에서, 안테나는 카디오이드 형태의 방사 패턴을 생성한다.
특정 실시예들에서, 방사 패턴의 형상은 서로 분리된 2개 이상의 안테나들을 사용하여 제어된다(예를 들어, 룸 또는 층의 반대쪽 벽들에 배치됨). 예를 들어, 두 개의 분리된 안테나들은 두 개의 안테나들을 연결하는 가상 라인의 전면과 후면에 가장 큰 전력 분배를 제공할 수 있다.
안테나 설계의 다양한 특징들은 방사 패턴의 모양에 영향을 준다. 예들에는 (i) 안테나 소자 컨덕터의 전체 모양(직선형, 로브형, 물결 모양, 핸들 모양, 스트립 모양 등), (ii) 컨덕터 내부의 슬롯들 또는 홀들, (iii) 접지면이 사용되는 지 여부 등을 포함한다.
일부 구현들에서, 건물 안테나들에는 제한된 범위의 신호들만 생성할 수 있는 트랜시버들이 제공된다; 예를 들어, 신호는 약 10미터 이하와 같은 제한된 거리만 효과적으로 전파한다. 이러한 제한된 범위의 트랜시버들 및 관련 안테나들은 미국 연방 통신 위원회(Federal Communications Commission) 제한과 같은 특정 규제 제한들이 적용되는 도메인 외부에서 작동할 수 있다는 이점이 있다. 이러한 안테나들은 건물의 내부 영역들에서 신호들을 송수신하는 데 특히 유용할 수 있다.
편광:
안테나에 의해 방출되는 전파들은 종종 특정 편광을 가지고 있다. 유사하게, 수신 안테나들을 특정 편광의 전파들에 주로 민감할 수 있다. 건물 안테나에 의해 방출되거나 이로부터 수신된 방사선은 선형 편광 또는 원형 편광과 같은 우선적 편광을 가질 수 있다. 선형 편광 신호는 예를 들어 수평 편광 또는 수직 편광일 수 있다. 지구의 전리층 노이즈는 일반적으로 수직 배향된다. 따라서, 많은 기존 실외 안테나들은 주로 수평 편광 신호를 송수신한다. 그러나, 건물에서는, 전리층 소음의 영향이 그다지 크지 않다. 따라서, 수평이 아닌 편광 신호가 허용될 수 있다.
주파수:
건물 안테나들은 단일 주파수에서 또는 다중 주파수들, 예를 들어, Wi-Fi, 4G 셀룰러, 5G 셀룰러 및 밀리미터파 주파수 대역들 중 임의의 하나 이상을 통해 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 특정 안테나 구현들은 다중 주파수 대역들에서 전송 또는 수신을 요구한다. 이 경우 시스템은 다중 필수 주파수들을 통해 신호들을 전송 및/또는 수신할 수 있는 단일 안테나를 포함하거나 각각 필요한 주파수들 중 하나에서 신호를 전송 및/또는 수신하도록 구성된 다수의 단일 주파수 대역 안테나들을 포함할 수 있다. 후자의 경우, 시스템은 밀접하게 이격된 안테나 어레이와 같은 안테나 그룹을 사용할 수 있으며, 여기서 각 안테나는 자신의 고유 주파수에서 송신/수신하도록 구성된다. 이러한 각 안테나는 또한 서로 병렬로 실행될 수 있는 자체 커넥터와 케이블을 필요로 하며 - 일부 경우에 이러한 각 안테나는 자체 트랜시버를 필요로 한다. 서로 다른 트랜시버들의 제어 하에 동작하는 다중 안테나들을 사용할 수 있는 또 다른 애플리케이션은 특정 셀룰러 프로토콜들에 의해 사용되는 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 구성이다. MIMO 안테나 설계는 종종 고대역폭을 지원하는 데 사용된다. 안테나 및 관련 하드웨어에서 입력 및 출력을 위한 다중 채널들 또는 주파수들을 제공함으로써, 주변 무선 통신 신호, 예를 들어, 3G, 4G, 5G 셀룰러 신호 또는 Wi-Fi 신호에 대한 양호한 연결을 가질 가능성이 높아진다.
다중 주파수 안테나를 사용하는 경우, 안테나와 해당 트랜시버는 단일 케이블만 필요하므로, 설치 및 유지 관리해야 하는 케이블 또는 라인의 수를 줄일 수 있다. 일 예에서, 다중 주파수 안테나는 넓은 범위, 예를 들어, 약 700 MHz 내지 약 60 GHz에 걸쳐, 다양한 주파수에서, 예를 들어, 2 내지 5 주파수 대역들에서 신호들을 송신/수신한다.
안테나(유형의 예)
일반적인
건물들에 사용되며 본원에 설명된 네트워크 또는 서비스 기능들을 제공하는 안테나들은 다양한 디자인들 중 어느 하나를 가질 수 있다. 몇 가지 예들이 아래에 제공된다. 다른 예들이 그 전체가 본원에 참조로서 통합된 다음의 특허 출원들에 제시된다: 2017년 5월 4일자로 출원된 PCT 특허 출원 번호 제PCT/US17/31106호(PCT 특허 출원 공개 번호 제2017192881호); 2016년 10월 6일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/287,646호(미국 특허 출원 공개 번호 제20170122802호); 및 2018년 5월 25일에 출원된 PCT 특허 출원 번호 제PCT/US18/29460호(PCT 특허 출원 공개 번호 제2018200740호).
패치 안테나
패치 안테나들은 라이트의 표면에 구현될 수 있다. 이들은 창의 표면에 전도성 물질의 평평한 패치로 제공될 수 있으며 창의 표면에 실질적으로 평행하게 배향될 수 있다. 예를 들어, 도 10a 내지 10d에 제공된 예들을 참조하기로 한다. 이러한 안테나들은 창의 내부 또는 외부를 향하는 면들에 제공될 수 있다. 예를 들어, 이중 판유리 IGU에서, 이러한 안테나들은 4개의 라이트 표면들 중 어느 하나에 배치될 수 있다. 특정 실시예들에서, 패치 안테나는 IGU의 표면 3 또는 4에 배치된다. 특정 실시예들에서, 접지면(도면들에 도시되지 않음)이 제공된다. 일부 구현들에서, 접지면은 투명 전도성 물질(예를 들어, 인듐 주석 산화물)의 레이어와 같은 전도성 표면으로 제공되거나 패치 안테나에 평행한 표면 상의(예를 들어, 패치 안테나를 포함하는 IGU의 라이트 표면 상의) 전도성 라인들 또는 곡선들의 매우 미세한(인간의 시각에 감지할 수 없는) 메쉬로 제공된다. 창문용 패치 안테나들의 다양한 예들이 2017년 5월 4일자로 출원된 특허 출원 번호 제PCT/US17/31106호(PCT 특허 출원 공개 번호 제2017192881호)에 설명되어 있으며, 이는 그 전체가 참조로서 본원에 통합된다.
도 10a는 유리 또는 다른 창 기판(1003A) 상의 패치 안테나 소자(1001A)의 레이아웃을 상부 패널에 나타낸다. 패치의 모양 - 패치에 연결되고 정의된 간격을 갖는 직사각형 및 날개 모양의 특징부들에 주의함 - 은 패치 안테나로부터 방출되는 방사선의 다양한 속성들에 영향을 준다. 이러한 속성들의 예들로는 주파수 대역들의 수와 위치, 이러한 대역들의 폭, 편광, 안테나에 의해 방출 및/또는 수신되는 방사선의 강도 분포를 포함한다. 예를 들어, 직사각형들의 간격은 방출되거나 수신된 방사선의 파장에 대응할 수 있다. 전기 커넥터는 안테나의 왼쪽 하단에 표시된다. 도 10a의 하부 패널은 패치 안테나(1001A) 소자의 방사 강도 프로파일을 보여준다. 제1 곡선(1010A)은 y-z 평면에서 안테나의 방사 강도 분포를 나타내고, 제2 곡선(1020A)은 x-y 평면에서 안테나의 방사 강도 분포를 나타내며, 두 경우 모두 0도가 y축 방향에 해당한다. 예시된 예에서, 패치의 시트 저항이 약 1 ohm/sq라고 가정하여 곡선들이 생성된다. 특정 실시예들에서, 도시된 패치 안테나는 약 5 GHz의 주파수에 중심을 둔 방사선을 송신 및/또는 수신한다.
도 10b는 유리 또는 다른 창 기판(1003B) 상의 패치 안테나 소자(1001B)의 레이아웃을 상부 패널에 나타낸다. 안테나 소자(1001A)의 패치 설계에서와 같이, 안테나 소자(1001B)의 모양 - 패치에 연결되고 정의된 간격을 갖는 다수의, 분리된 직사각형 특징부들에 주의함 - 은 패치 안테나로부터 방출되는 방사선의 다양한 속성들에 영향을 준다. 이러한 속성들의 예들로는 주파수 대역들의 수와 위치, 이러한 대역들의 폭, 편광, 안테나에 의해 방출 및/또는 수신되는 방사선의 강도 분포를 포함한다. 예를 들어, 직사각형 특징부들의 간격은 방출되거나 수신된 방사선의 파장에 대응할 수 있다. 안테나 소자(1001B)는 접지면과 함께 또는 접지면 없이 제공될 수 있다. 전기 커넥터는 안테나의 왼쪽 하단에 도시된다. 도 10B의 하부 패널은 패치 안테나(1001B) 소자의 방사 특성들을 나타낸다. 제1 곡선(1010B)은 y-z 평면에서 안테나의 방사 강도 분포를 나타내고, 제2 곡선(1020B)은 x-y 평면에서 안테나의 방사 강도 분포를 나타내며, 두 경우 모두 0도는 y축 방향에 해당한다. 앞의 예와 같이, 패치의 시트 저항이 약 1 ohm/sq로 가정하여 곡선들이 생성된다. 특정 실시예들에서, 도시된 패치 안테나는 약 2.4 GHz의 주파수에 중심을 둔 방사선을 송신 및/또는 수신한다.
도 10c는 유리 또는 다른 창 기판(1003C) 상의 패치 안테나 소자(1001C)의 레이아웃을 상부 패널에 나타낸다. 안테나 소자들(1001B 및 1001A)의 패치 디자인과 마찬가지로, 안테나 소자(1001C)의 모양 - 패치에 연결되고 정의된 분리가 있는 일반적으로 직사각형 특징부들인, 두 개의 약간 다른 모양에 주의함 - 은 패치 안테나에서 방출되는 방사선의 다양한 속성들에 영향을 준다. 이러한 속성들의 예들로는 주파수 대역들의 수와 위치, 이러한 대역들의 폭, 편광, 안테나에 의해 방출 및/또는 수신되는 방사선의 강도 분포를 포함한다. 예를 들어, 직사각형 특징부들의 간격은 방출되거나 수신된 방사선의 파장에 대응할 수 있다. 안테나 소자(1001C)는 접지면과 함께 또는 접지면 없이 제공될 수 있다. 전기 커넥터는 안테나의 왼쪽 하단에 도시된다. 도 10c의 하부 패널은 패치 안테나(1001C) 소자의 방사 특성들을 나타낸다. 제1 곡선(1010C)은 y-z 평면에서 안테나의 방사 강도 분포를 나타내고, 제2 곡선(1020C)은 x-y 평면에서 안테나의 방사 강도 분포를 나타내며, 두 경우 모두 0도는 y 축에 해당한다. 이전 예들에서와 같이, 패치의 시트 저항이 약 1 ohm/sq라고 가정하여 곡선이 생성된다. 특정 실시예들에서, 도시된 패치 안테나는 약 2.4 GHz의 주파수에 중심을 둔 방사선을 송신 및/또는 수신한다.
도 10d는 유리 또는 다른 창 기판(1003D) 상의 안테나 소자(1001D)의 레이아웃을 나타낸다. 안테나 소자(1001D)의 복잡한 그리드 구조는 서로에 대해 서로 다른 폭과 각도의 10개 이상의 세그먼트들을 가지고 있다. 이 그리드 구조는 패치 안테나로부터 방출되는 방사선의 다양한 속성들에 영향을 준다. 이러한 속성의 예로는 주파수 대역의 수와 위치, 이러한 대역의 폭, 편광, 안테나에서 방출 및/또는 수신되는 방사선의 강도 분포가 있다. 안테나 소자(1001D)는 접지면과 함께 또는 접지면 없이 제공될 수 있다. 특정 실시예들에서, 도시된 패치 안테나는 다수의 주파수들에서 방사선을 송신 및/또는 수신한다. 특정 실시예들에서, 이는 그리드의 상이한 전기적으로 절연된 요소들(예를 들어, 유전체 기판의 평면 상에서 서로 전기적으로 접촉하지 않는 개별 안테나 소자들)에 연결된 상이한 트랜시버들을 갖는 것으로 달성된다.
도 11은 2-라이트 IGU의 식별된 표면들에 형성된 예시적인 모노폴 안테나의 방사 패턴들을 나타낸다. EC는 "전기변색"을 나타내고, "Ant"는 "안테나"를 나타내고, "GP"는 "접지면"을 나타내며, "TCO"는 "투명 전도성 산화물"(예를 들어, 인듐 주석 산화물)을 나타낸다. 이들 모두는 IGU의 식별된 라이트 표면에 레이어들 또는 부분 레이어들로 제공될 수 있다.
트로프 안테나
도 12a 내지 12c는 2개의 주요 컴포넌트들: 사행형(serpentine-shaped) 전도성 안테나 소자(1209) 및 외부 케이스(1203)를 갖는 예시적인 트로프 안테나(1201)를 도시한다. 도 12a는 외부 케이스(1203)의 벽들이 투명한 전체 안테나의 투시도를 제공한다. 도 12b는 x-z 평면에서 안테나의 단면도를 제공한다. 마지막으로, 도 12C는, (송신기 및/또는 수신기와의 전기적 결합을 위한) 컨덕터가 안테나 소자(1209)에 연결되는, 안테나의 단부에서 y-z 평면의 단면도를 제공한다.
안테나의 외부 케이스(1203)는 두 부분들로 제공된다. 제1 부분(1205)은 전도성이고 접지면 역할을 하는 부분적으로 둘러싸는 구조(예를 들어, 일반적으로 욕조 형상의 부분)이다. 제2 부분(1207)은 제1 부분의 개구를 덮고 안테나의 주파수들에서 전자기 복사에 대해(제1부분에 비해) 더 투명한 물질로 만들어진다. 제2 부분(1207)은 선택적일 수 있다.
트로프 외부 케이스(1203) 내부에는 일반적으로 사행형의 컨덕터(1209)가 있으며, 이는 때때로 본원에서 안테나 소자로 지칭된다. 특정 실시예들에서, 안테나 소자(1209)는 하나 이상의 피크들 및 하나 이상의 트로프들을 갖는, 일반적으로 물결 모양 또는 파형을 갖는다. 일부 경우에, 안테나 소자(1209)는 적어도 2개의 피크들과 적어도 2개의 트로프들을 갖는다. 다양한 실시예들에서, 피크(들) 및/또는 트로프(들)은 일반적으로 정사각형 또는 직사각형 모양을 가지며; 예를 들어, 전체적으로 이들은 일반적으로 구형파 모양을 가질 수 있다. 다른 실시예들은 곡선형, 삼각형 또는 기타 다각형 형상의 피크들 및/또는 트로프들을 사용할 수 있다. 전송 또는 수신 동안, 신호는 이 컨덕터를 통해 전파된다.
전도성 릿지 또는 격벽(1211)은 트로프를 통해 세로로 연장되고 컨덕터(1209)를 2개의 조각들 또는 부분들(1210A 및 1210B)로 나눈다. 컨덕터 소자들, 특히 격벽(1211) 및 부분들(1210A 및 1210B)의 형상, 크기 및 상대 방향은 방출된 및/또는 수신된 방사선의 주파수 대역, 편광 및/또는 강도 분포를 결정한다. 예를 들어, 부분들(1210A 및 1210B)의 형상은 인접 공간으로 전파되는 전자기 복사의 특징적인 형상 및 주파수를 생성하는 보강 및 상쇄 간섭의 특정 패턴들을 결정한다. 컨덕터 형태에 따라, 방사 강도 패턴은 팬형, 반구형, 카디오이드형, 실린더형 등일 수 있다. 컨덕터 모양과 크기는 또한 안테나가 신호들을 송신/수신하는 주파수 분포(들)와 편광을 지시한다. 트로프 외부 케이스(1203)의 나머지 부분(사행형 컨덕터가 차지하지 않는 부분)은 선택적으로 유전 물질로 채워진다.
일부 구현들에서, 부분(1210A)의 피크들 및 트로프들은 방출되거나 수신된 방사선의 대략 파장만큼 서로로부터 분리된다. 유사하게, 부분(1210B)의 피크들 및 트로프들은 방출되거나 수신된 방사선의 대략적인 파장만큼 분리될 수 있지만, 이 경우에는 1210A의 피크들 및 트로프들과 위상이 약 180도 벗어난 방향으로 배향된다. 부분들(1210A 및 1210B) 상에서 송신 또는 수신된 신호는 상응하여 위상이 약 180도 벗어날 수 있다. 결과적인 구조는 일반적으로 z-방향으로 전파하는 일반적으로 평평하거나 팬 모양의 방사 강도 프로파일을 생성할 수 있다. 구동 또는 수신 방사선 소스의 파장을 부분들(1210A 및 1210B)에 의해 정의된 파장보다 약간 더 낮거나 더 높게 이동시키는 것은 파장 오프셋의 방향에 따라 양 또는 음의 x-방향으로 방사선 강도 프로파일을 약간 이동시킨다. 특정 실시예들에서, 트로프 안테나(1201)는 일반적으로 x 방향으로 편광을 갖는 방사선을 방출한다.
트로프 안테나(1201)는 트랜시버로 이어지는 전도성 라인에 전도성 안테나 소자(1209)를 부착하기 위해 트로프 외부 케이스(1203)의 하단부들 중 하나에 위치된 급전 지점(1213)을 포함한다. 다른 라인은 트로프 제1 부분(1205)을 접지에 연결한다. 특정 실시예들에서, 단일 동축 케이블이 제1부분(1205)에 연결된 케이블의 외부 컨덕터(접지됨) 및 일반적으로 사행형 컨덕터(1209)에 연결된 중심 컨덕터와 함께 사용된다.
다양한 실시예들에서, 안테나 소자(1209)는 금속 또는 다른 높은 전도성 물질로 만들어진다. 예들로는 알루미늄, 구리, 황동 등을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 외부 케이스(1203)의 제1 부분(1205)은 알루미늄, 구리, 황동 등과 같은 전도성 물질로 제조된다. 다양한 실시예들에서, 외부 케이스(1203)의 제2 부분(1207)은 유전체 물질로 제조된다. 예들로는 유리, 폴리머 및 세라믹을 포함한다. 트로프 안테나들은 햇빛 노출, 바람, 강수, 극단적인 온도 및 큰 변화, 및 진동 및/또는 먼지 그리고 기타 입자들과 같은 기타 환경 문제들에 직면하여 내구성이 있도록 구성될 수 있다.
트로프 안테나는 건물 내부 또는 건물 상의 다양한 위치들에 배치될 수 있다. 일반적으로, 이는 위에서 설명된 안테나 위치들 중 어느 하나에 설치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이는 건물의 외부에 위치된다. 일부 실시예들에서, 멀리언, 문턱 또는 천장과 같은 아키텍처 요소에 설치되거나, 또는 IGU나 창에 설치될 수 있다. 멀리언의 경우, 트로프 안테나는 건물의 멀리언 또는 기타 아키텍처 요소의 슬롯에 설치될 수 있다.
특정 실시예들에서, 트로프 안테나는 가장 긴 치수가 약 5 내지 50 cm, 또는 약 10 내지 40 cm이다. 일부 이러한 실시예들에서, 나머지 치수들은 약 2 내지 20 cm일 수 있다.
전송된 신호는 트로프 안테나의 부분적으로 둘러싸는 구조(1205)의 개구부로부터 발산된다. 대안으로, 트로프 안테나가 신호들을 수신하도록 구성된 경우, 신호는 개구부를 통해 수신된다. 특정 실시예들에서, 이 개구로부터 방출된(또는 수신된) 신호는 안테나의 장축에 일반적으로 평행한 일반적으로 평면 형상을 갖는, 편평한 팬 모양의 형상을 갖는다. 장착된 안테나의 방향에 따라, 팬 모양의 신호는 수평으로 배향될 수 있다. 그러나, 사행형 컨덕터의 크기와 모양은 카디오이드 패턴, 부분 반구, 실린더 등과 같은 신호의 대안적인 모양들을 허용한다. 특정 실시예들에서, 방출된 신호는 안테나의 장축 방향으로 편광된다; 예를 들어, 안테나는 수평으로 편광된 방사선을 방출할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 트로프 안테나는 단일 주파수 대역에서만 동작하도록 구성될 수 있다. 따라서, 도 12a 내지 12c에 도시된 트로프 안테나의 특정 구현들에서, 전도성 안테나 소자(1209)는 단일 주파수 대역에서만 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성된다. 시스템이 다수의 프로토콜들(예를 들어, 4G 및 5G 셀룰러 프로토콜들)을 지원하는 경우, 시스템은 룸 또는 기타 서비스 영역에서 각 관심 주파수별로 하나씩 다수의 트로프 안테나들을 사용할 수 있다. 특정 실시예들에서, 트로프 안테나는 약 700 MHz 내지 60 GHz의 주파수 범위에서 방사선을 송신 또는 수신하도록 설계 또는 구성된다. 특정 실시예들에서, 트로프 안테나는 약 700 MHz 내지 6 GHz의 주파수 범위에서 방사선을 송신 또는 수신하도록 설계되거나 구성된다. 특정 실시예들에서, 트로프 안테나는 약 6 GHz 내지 30 GHz의 주파수 범위에서 방사선을 송신 또는 수신하도록 설계 또는 구성된다.
핸들 안테나
도 13a 및 13b에 도시된 바와 같이, 핸들 안테나는 핸들 모양의 안테나 소자(1301)를 포함한다. 도 13a는 안테나 소자 및 안테나 소자가 부착되는 접지면(1307)을 포함하는 핸들 안테나의 사시도를 제공한다. 도 13b는 접지면(1307) 및 지지 기판(1305)과 함께, 핸들형 안테나 소자(1301)의 예시적인 프로파일을 보여주는, y-z 평면의 측면도를 나타낸다. 핸들형의 안테나 소자(1301)는 아키텍처 요소들과 같은 다양한 건물 구조들과 같은 다양한 기판들 중 어느 하나에 기계적으로 장착될 수 있다. 특정 실시예들에서, 핸들 안테나는 (예를 들어, 동축 케이블의 중심 컨덕터를 통해) 핸들형 안테나 소자에 RF 신호를 공급하기 위한 전기 전도성 커넥터를 갖는다. 도 13b에서 핸들 안테나 소자(1301)의 왼쪽 하단에 있는 커넥터(1303)를 참조하기로 한다. 안테나 소자(1301)의 전기 에너지는 루프(loop) 또는 루프(loop)의 일부로 이동할 수 있다.
일부 구현들에서, 안테나 소자(핸들)(1301)는 접지면(1307)의 앞에 위치한다. 접지면은 예를 들어 안테나 소자와 함께 제공되는 별도의 레이어일 수 있거나, 또는 멀리언, 뷰티 캡 또는 안테나 소자가 장착되는 기타 전도성 구조와 같은 아키텍처 요소의 전도성 부분일 수 있다. 이러한 접지면은 동축 케이블의 외부 컨덕터와 같은 전기적 접지에 연결되는 제2 컨덕터에 연결될 수 있다. 특정 실시예들에서, 안테나 소자(1301)는 소자의 일단에서, 예를 들어 연결 지점(1309)에서 접지에 연결된다.
일부 경우에, 하나 이상의 역 F 안테나들은 본원에 설명된 핸들 안테나의 방식으로 사용된다. 사실상, 다양한 실시예들에서, 핸들 안테나는 역 F 안테나의 형태이다. 역 F 안테나는 접지면에 실질적으로 평행하게 배향된 모노폴 안테나 소자를 가질 수 있다. 안테나 소자의 일단은 접지에 연결되고, 접지단으로부터 일정 거리에 위치된, 안테나 소자의 중간 지점에는 전기 신호가 공급된다. 특정 실시예들에서, 역 F 안테나는 평면 역 F 안테나이다. 일부 경우에, 역 F 안테나는 평면 패치 역 F 안테나이다.
핸들형 안테나 소자(1301)의 형상, 치수 및 두께는 안테나가 전자기 복사를 송신 및/또는 수신하는 주파수 또는 주파수들뿐만 아니라, 안테나의 방사 패턴의 특성들을 적어도 부분적으로 결정한다. 일반적으로, 핸들형 안테나 소자(1301)는 실질적으로 평평하고(도 13a 및 13b에서 y-z 평면) 직선이 아닌(예를 들어, 물결 모양의) 프로파일을 갖는다.
특정 실시예들에서, 핸들형 안테나 소자(1301)는 도 13b의 y-z 평면에서 볼 때 안테나 소자 내부에 슬롯, 홀, 또는 재료가 없는 다른 영역(도시되지 않음)을 갖는다. 이러한 영역들은, 핸들의 외부 모양 또는 프로파일과 함께, 주파수 대역들의 수 및 위치, 이러한 대역들의 폭, 편광 및 안테나의 강도 분포(방사 패턴)와 같은 안테나 파라미터들에 영향을 미칠 수 있다.
안테나 소자는 안테나가 기판에 안전하고 견고하게 장착되는 것을 보장하기 위해 원하는 대로 도 13b에 도시된 연결 지점들(1303및 1309) 외에 하나 이상의 추가 위치들에서 기판(1305)에 부착될 수 있다.
일부 구현들에서, 안테나 구조는 각각 자체 핸들 프로파일(및 선택적으로 내부 홀(들))을 갖는 다수의 핸들들을 포함한다. 집합적으로, 이러한 구조의 핸들들은 다중 주파수 안테나를 제공한다. 일부 경우에, 다중 핸들 안테나의 주파수 범위가 상당히 크다; 예를 들어, 약 700 MHz 내지 30GHz. 일 예로서, 하나 이상의 핸들 안테나들은 약 700 MHz, 약 900 MHz, 약 2.1 GHz를 포함하는 하나 이상의 주파수 대역들 및 약 2.4 GHz와 5 GHz 사이의 하나 이상의 대역들에서 공진할 수 있다.
핸들 안테나는 건물 내부 또는 외부와 같이 건물 내부 또는 외부의 다양한 위치들에 배치될 수 있다. 핸들 안테나의 견고한 구조를 고려하여, 건물 외부에 적절하게 부착될 수 있다. 특정 실시예들에서, 핸들 안테나는 아키텍처 요소에 배치된다; 예를 들어 안테나는 아키텍처 요소에 볼트로 고정되거나 나사로 고정된다. 일부 구현들에서, 홀은 멀리언을 통해 드릴링되어 피그테일 또는 다른 와이어/케이블을 광학적으로 전환 가능한 창에서 창 네트워크로 공급한다. 동일한 홀 또는 유사한 홀이 핸들 안테나를 멀리언에 부착하는 데 사용될 수 있다. 사실상, 멀리언 또는 다른 아키텍처 요소의 이러한 홀은 본원에 설명된 안테나들 중 어느 하나를 아키텍처 요소에 부착하는 데 사용될 수 있다. 도 6c와 관련하여 상기에 설명된 바와 같이, 멀리언은 안테나를 수용할 수 있는 공동을 갖는 H형 뷰티 캡을 가질 수 있다. 일 예에서, 핸들 안테나는 공동 내에 있다. 안테나를 보호하고 감추기 위해, 공동은 플라스틱 수지 또는 안테나를 감추지만 안테나에 의해 수신 및 전송되는 신호들에 대해 투명한 기타 물질로 채워질 수 있다. 따라서, 프레임 또는 멀리언은, 안테나가 들어 있다는 표시가 거의 없는 또는 전혀 없는, 임의의 다른 것과 같이 보인다.
핸들 안테나는 위에서 논의된 트로프 안테나보다 상대적으로 작을 수 있다. 특정 실시예들에서, 핸들 안테나는 가장 긴 치수들(예를 들어, x-방향)에서 약 50 내지 500 mm(예를 들어, 약 100 내지 300 mm)이다. 특정 실시예들에서, 핸들 안테나는 약 10 내지 400 mm(예를 들어, 약 40 내지 100 mm)의 높이(z-방향 치수)를 갖는다.
단일 핸들 안테나는 하나 이상의 주파수 대역들을 방출하거나 수신하도록 설계될 수 있다. 안테나 구조가 다양한 모양들 및/또는 크기들의 다수의 핸들형 안테나 소자들을 포함하는 한, 안테나 구조는 다수의 주파수들에서 신호들을 전송 및/또는 수신할 수 있다. 이러한 경우, 핸들 안테나는 다수의 프로토콜들(예를 들어, 4G 및 5G)을 지원할 수 있으며, 이러한 안테나 구조들 중 단일 안테나 구조는 룸 또는 기타 서비스 영역에서 사용될 수 있다. 일 예로서, 하나 이상의 핸들 안테나들은 약 700 MHz, 약 900 MHz, 약 2.1 GHz, 및 약 2.4 GHz 내지 5 GHz 사이의 하나 이상의 대역들을 중심으로 하는 주파수 대역들을 포함하는 하나 이상의 주파수 대역들에서 공진할 수 있다.
특정 실시예들에서, 다수의 주파수 대역들 각각은 핸들형 안테나 소자들 중 개별적인 하나에 의해 제공된다. 이 접근 방식은 단일 핸들 안테나가 충분히 넓은 범위의 주파수들을 커버할 수 없을 때 또는 서로 다른 주파수 대역들이, 각각이 자체 트랜시버를 필요로 하는, 서로 다른 통신 프로토콜들과 연관되어 있을 때 적절할 수 있다. 또한 일부 셀룰러 통신 프로토콜들(예를 들어, 5G MIMO)에서 사용되는 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 형식들과 같은 다수의 안테나 형식들을 사용하는 통신 프로토콜들에 적합할 수 있다.
다수의 안테나 소자들 각각은 별도의 웨이퍼 또는 다른 기판으로 제조될 수 있으며, 얇고 평평한 기판들이 나란히 적층될 수 있다. 그러나, 개별 핸들들은 고유한 프로파일들 및/또는 크기들을 가질 수 있으며, 다른 주파수들에 맞게 조정될 수 있다. 일 예에서, 안테나는 적어도 4개의 상이한 평면 핸들 안테나 소자들을 가지며, 각각은 고유한 형상이고 각각은 각자의 주파수 대역을 갖지만 각각은 상대적으로 얇은(예를 들어, 약 0.1 내지 약 2 센티미터 두께) 두께를 갖는다. 이러한 개별 소자들 각각은 나란히 제공될 수 있다. 핸들들 각각은 집합적으로 핸들들이 모놀리식 구조로 동작하도록 함께 결합될 수 있다.
슬롯형 동축 안테나
도 14a 및 14b에 도시된 바와 같이, 슬롯형 동축 안테나(1401)는 인쇄 회로 기판 또는 유사한 실질적으로 평면 구조(1403) 및 전도성 물질로 제조되거나 이를 포함하는 쉘(1405)을 포함한다. 도 14a는 구조(1403) 및 쉘(1405)을 포함하는 슬롯형 동축 안테나의 사시도를 제공한다. 도 14b는 x-y 평면의 측면도를 나타내며, 또한 평면 구조자(1403) 및 쉘(1405)을 도시한다. 특정 실시예들에서, 슬롯형 동축 안테나(1401)는 (예를 들어, 동축 케이블의 중심 컨덕터를 통해) 평면 구조(1403)에 RF 신호를 공급하기 위한 전기 전도성 커넥터(1415)를 갖는다.
언급된 바와 같이, 요소(1403)는 인쇄 회로 기판 또는 다른 실질적으로 평면 구조로서 구현될 수 있다. 단일 전도성 레이어 또는 유전체 레이어에 의해 분리된 두 개의 전도성 레이어들을 포함할 수 있다. 평면 구조(1403)와 주변 쉘(1405)의 조합은 도파관을 효과적으로 형성할 수 있고; 일부 방식에서 평면 구조(1403) 및 쉘(1405)은 동축 케이블의 내부 및 외부 컨덕터들의 기능들의 역할을 할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 평면 요소(1403)는 요소로부터 방출되는 방사선의 속성들을 조정하는 역할을 하는 다양한 슬롯들을 갖는다.
특정 실시예들에서, 요소(1403)는 2개의 실질적으로 평면인 전도성 레이어들을 포함한다. 전도성 레이어들의 분리 및 이러한 레이어들의 단면들은 특정 임피던스들을 제공하도록 조정될 수 있다. 이들 레이어들 모두는 패턴화될 수 있다. 그러나, 일반적으로 요소(1403)에 대한 단일 전기 공급부가 있다. 공급부는 분할되어 예를 들어 요소(1403)의 슬롯들 각각과 연관된 전도성 요소들에 제공될 수 있다.
도시된 바와 같이, 회로 기판(1403)은 전력 분배를 조정하는 역할을 하는 슬롯들(1411)을 갖는다. 슬롯들의 다른 위치들, 크기들 및 모양들은 방출된 방사선에서 주파수 분포, 편광 및 전력 분포의 모양을 조정한다. 예를 들어, 슬롯들(1411)에 인접한 영역들로부터 개별 공급부들 및 방출된 전력은 방출된 방사선의 원하는 형상을 생성하기 위해 위상 결합될 수 있다. 특정 실시예들에서, 슬롯들(1411)은 방출된 또는 수신된 방사선의 파장(또는 반파장)에 대응하는 거리만큼 서로 분리된다.
도 14a 및 14b에 도시된 바와 같이, 쉘은 실질적으로 평면 구조(1403)를 적어도 부분적으로 둘러싸며, 동작 동안 안테나로부터 외부로 방사선을 방출하거나 수신하는 개구부들 또는 슬롯들(1413)을 갖는다. 또한, 도시된 바와 같이, 쉘(1405)은 또한 실질적으로 평면 구조(1403)를 유지하기 위한 리지들(1417)(홈을 정의함)을 가질 수 있다.
특정 실시예들에서, 슬롯형 동축 안테나로부터 방출된(또는 수신된) 신호는 팬 형상을 갖는다. 그러나, 임의의 주어진 슬롯형 동축 안테나에 의해 생성되는 실제 방사 패턴은 슬롯 설계 및 인쇄 회로 기판과 쉘의 컨덕터에 있는 슬롯들의 분리에 의해 제어된다. 장착된 안테나의 방향에 따라, 신호가 수평으로 또는 수직으로 배향될 수 있다.
슬롯형 동축 안테나는 위에서 논의된 트로프 안테나보다 상대적으로 작을 수 있다. 특정 실시예들에서, 슬롯형 동축 안테나는 가장 긴 치수들이 약 100 내지 1000 mm(예를 들어, 약 300 내지 800 mm)이다.
슬롯형 동축 안테나들은 건물 내부 및/또는 외부의 다양한 위치들에 배치될 수 있다. 일 예에서, 슬롯형 동축 안테나는 창의 상단 또는 하단에 있는 수평 멀리언, 문턱에 배치된다. 일부 경우에, 슬롯형 동축 안테나는 창과 연관되지 않은 구조자에 배치된다. 예를 들어, 안테나는 천장 타일, 큐비클 벽 등에 설치될 수 있다. 특정 실시예들에서, 슬롯형 동축 안테나는 룸의 비교적 높은 고도(예를 들어, 층 위로 약 2미터 이상)에서 수평 배향으로 제공되지만 하향 초점 빔 패턴을 갖도록 회전된다. 이는 건물 거주자들이 사용할 수 있는 영역의 무선 신호들에 초점을 맞춘다. 특정 구현들에서, 수평 배향된, 하향 초점 슬롯형 동축 안테나는 수평 디지털 멀리언과 같은 디지털 아키텍처 요소의 일부이거나 이에 설치된다. 수평으로 배향될 때, 슬롯형 동축 케이블은 수평으로 편광된 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
특정 실시예들에서, 쉘(1405)은 멀리언, 트랜섬, 디지털 아키텍처 요소 케이싱 등과 같은 건물 아키텍처 요소의 전부 또는 일부로서의 역할을 한다. 예를 들어, 멀리언의 중공 전도성 구조의 일부는 쉘의 역할을 할 수 있다.
이 안테나의 잠재적으로 컴팩트한 크기를 감안할 때, 많은 안테나들이 건물의 룸이나 다른 영역 전반 걸친 위치들에 배치될 수 있으며, 이들은 각각 짧은 범위의 커버리지를 제공하지만 집합적으로는 넓은 영역을 포괄한다. 일부 구현들에서, 슬롯형 동축 안테나들에는 제한된 범위의 신호들을 생성하는 트랜시버들이 제공된다; 예를 들어, 신호는 약 10 미터 이하와 같은 제한된 거리만 효과적으로 전파한다. 이러한 제한된 범위의 트랜시버들은 미국 연방 통신 위원회에 의해 공표된 것과 같은 특정 규제 요구 사항들의 적용을 받지 않는다는 이점이 있다.
일 실시예에서, 다수의 슬롯형 동축 안테나들은 사무실 공간의 큐비클 벽 또는 다른 작업 영역 구조들에 배치된다. 안테나들의 집합적인 효과는 작업 영역을 커버리지로 포괄하지만 신호들이 건물 밖으로 또는 일부 경우에는 룸 밖으로도 방출되기에 충분하지 않은 범위로 작업 영역을 포괄하는 것이다.
일부 경우에, 장착된 슬롯형 동축 안테나들이 수평으로 배향되지만 소량(예를 들어, 약 +/- 10도)만큼 위 또는 아래로 기울어진다. 이는 거주자들이 거주할 것으로 예상되는 영역들을 커버파는 팬 형태의 방사 패턴을 생성하는 데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 안테나들이 대부분의 사람들의 키보다 높은 고도에 장착된 경우, 안테나들은 수평에서 몇 도 정도 아래로 방사선을 향하게 하도록 배향될 수 있다.
특정 실시예들에서, 슬롯형 동축 안테나는 단일 주파수 대역 또는 광대역 신호를 송신 및/또는 수신하도록 구성된다.
마이크로스트립 패치 안테나
일부 건물들에서는 마이크로스트립 패치 안테나가 사용될 수 있다. 이러한 안테나의 일 예가 도 15a 및 15b에 도시되어 있다. 마이크로스트립 패치 안테나의 안테나 소자는 박막 플라스틱 기판과 같은 유전체 기판 상의 호일(예를 들어, 약 2 mm 두께 이하)과 같은 박막 금속일 수 있다. 이 구조는 반드시 접지면을 포함하는 것은 아니다. 그러나, 유전체 기판이 멀리언 또는 뷰티판과 같은 전도성 및 접지 구조에 접착되거나 아니면 부착될 때, 이는 안테나 역할을 할 수 있다.
안테나 소자 전도성 구조는 모노폴, 다이폴, 및 그 전체가 본원에 참조로서 통합된, 2017년 5월 4일자로 출원된 PCT 공개 특허 출원 제PCT/US17/31106호(공개 번호 제2017192881호)에 설명된 것과 같은 다양한 패치 안테나 구성들과 같은 다양한 구성들을 가질 수 있다.
특정 실시예들에서, 마이크로스트립 안테나의 안테나 소자가 장착되는 유전체는 UV 방사 및 다른 풍화 효과에 대해 상대적으로 내성이 있다. 특정 실시예들에서, 유전체의 상부에 배치된 금속 스트립은 비교적 두꺼워서(예를 들어, 1 mm 이상) 장기간 동안 UV 및 다른 주변 조건들에 노출될 때 쉽게 마모되지 않는다. 일부 경우에, 유전체 물질이 안테나 소자에 사용되는 금속 외부의 일부 또는 전체 영역들에서 절단된다.
도 15a 및 15b에 도시된 바와 같이, 마이크로스트립 패치 안테나(1501)는 실질적으로 평평한, 전도성 안테나 소자(1503) 및 유전체 기판(1505)을 포함할 수 있다. 도 15a는 사시도이고 도 15b는 구조적 요소 또는 설비(1507)에 장착된 마이크로스트립 패치 안테나(1501)의 x-y 평면에서의 단면도이다. 특정 실시예들에서, 요소(1507)는 접지에 연결되어 안테나 소자(1503)에 대한 접지면의 역할을 할 수 있는 뷰티 캡과 같은 전도성 구조이다. 특정 실시예들에서, 안테나 소자(1503)는 스탬핑된 금속 조각이다. 안테나 소자(1503)는 구리, 알루미늄, 강철 등과 같은 적절한 전도성 물질일 수 있다. 특정 실시예들에서, 직사각형들 또는 안테나 소자의 다른 상대적으로 더 큰 연결 부분들은 대략 방출되거나 수신될 방사선의 파장 또는 반파장만큼 서로 분리된다.
마이크로스트립 패치 안테나는 위에서 논의된 트로프 안테나보다 상대적으로 작을 수 있다. 특정 실시예들에서, 마이크로스트립 패치 안테나는 가장 긴 치수가 약 100내지 1000 mm(예를 들어, 약 300 내지 800 mm)이다.
일부 경우에, 마이크로스트립 패치 안테나는 멀리언, 뷰티 캡 또는 디지털 아키텍처 요소의 표면과 같은 건물 요소에 달라붙거나 아니면 접착되도록 구성된다. 마이크로스트립 패치 안테나는 단순히 전도성 구조에 접착할 수 있기 때문에, 홀을 뚫거나 아니면 안테나가 접착되는 건물 요소를 수정할 필요가 없을 수 있다. 마이크로스트립 패치 안테나는 또한 구조 요소 또는 설비에 적용될 때 숨겨질 필요가 없도록 충분히 작거나 및/또는 눈에 띄지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로스트립 패치 안테나는 안테나용으로 설계되거나 건물 설비 또는 뷰티 캡과 같은 구조적 요소의 일부를 형성하는 트로프에 임베디드된다. 일부 경우에, 마이크로스트립 패치 안테나는 건물 구조적 요소 또는 IGU나 큐비클과 같은 설치에 수직으로 배향된다. 이러한 경우에, 안테나는 수직으로 편광된 전자기 복사를 방출 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, 마이크로스트립 패치 안테나가 뷰티 캡에 장착되는 경우와 같이, 건물에서 떨어진 바깥쪽을 향하여 장착된다. 일부 경우에, 마이크로스트립 패치 안테나는 멀리언을 장착할 때의 경우 같이 건물 내부를 향해 안쪽을 향하여 장착된다.
일부 다른 비교적 작은 안테나들과 같이, 일부 마이크로스트립 패치 안테나들은 제한된 범위의 신호들을 생성할 수 있다; 예를 들어, 신호는 약 10 미터 이하와 같은 제한된 거리만 효과적으로 전파한다.
특정 실시예들에서, 마이크로스트립 패치 안테나는 실질적으로 수평 방향(예를 들어, y-방향은 실질적으로 수직임)으로 장착된다. 이러한 경우에, 안테나는 수직으로 편광된 방사선을 방출 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다.
슬롯형 동축 안테나와 같이, 마이크로스트립 패치 안테나의 상대적으로 콤팩트한 크기로 인해 많은 안테나들을 건물의 룸이나 다른 영역 전반에 걸친 위치들에 배치되도록 할 수 있다. 각 안테나가 짧은 범위의 커버리지를 제공할 수 있지만, 전체적으로 안테나들은 넓은 영역을 포괄할 수 있다. 예를 들어, 마이크로스트립 패치 안테나에는 제한된 범위의 신호들을 생성하는 트랜시버들이 제공될 수 있다; 예를 들어, 신호는 약 10미터 이하와 같은 제한된 거리만 효과적으로 전파하며, 미국 연방 통신 위원회(Federal Communications Commission)에서 공표한 것과 같은 특정 규제 요구 사항들의 적용을 받지 않는다.
일부 경우에, 다수의 마이크로스트립 패치 안테나들은 사무실 공간의 큐비클 벽이나 기타 작업 영역 구조들에 배치된다. 안테나들의 집합적인 효과는 작업 영역을 커버리지로 포괄하지만 신호들이 건물 밖으로 또는 일부 경우에는 룸 밖으로도 방출되기에 충분하지 않은 범위로 작업 영역을 포괄하는 것이다.
일부 경우에, 장착된 안테나들은, 설명된 바와 같이, 수평으로 배향되지만, 소량(예를 들어, 약 +/- 10도)만큼 위 또는 아래로 기울어진다.
자체 구성 안테나 구조(안테나 및 트랜시버 구성 및 재구성)
특정 실시예들에서, 하나 이상의 안테나들 및 관련 라디오들은 특정 프로토콜, 또는 일부 경우에는 심지어 주파수 대역을 먼저 할당하지 않고 설치된다. 일부 경우에, 프로토콜들 및/또는 주파수 대역들이 설치 전, 설치 시 또는 설치 직후에 할당되지만, 동작 전력은 아직 할당되지 않는다. 설치 중 또는 설치 후에, 전원, 및 선택적으로는 프로토콜 및/또는 주파수는 적절한 프로그래밍에 의해 설정된다. 이 프로세스의 목표는 개별 안테나들 간의 간섭 및 도달 가능성을 테스트하고, 적절한 경우, 각 라디오에 대한 전력 레벨들을 설정하는 것일 수 있다.
일부 구현들에서, 구성 또는 커미셔닝 시스템은 특정 안테나들 및 관련 라디오들이 설치된 후에만 제공할 기능들 및/또는 동작 파라미터들을 결정한다. 이 시점에서, 라디오들은 원하는 기능들 및/또는 파라미터들을 통합하도록 구성된다. 그런 다음, 기능들/파라미터들은 일부 변경이 필요한 경우가 아닌 한 또는 일부 변경이 필요할 때까지 고정되며, 이 경우 라디오들이 재구성될 수 있다.
특정 실시예들에서, 프로세스는 두 단계로 일어난다. 초기 단계는 설치 중 또는 설치 후에 수행되며, 선택적으로는 새로 설치된 안테나들 중 주변 통신 인프라 및 사용자 로드들을 기반으로 특정 도달 가능성이 있는 안테나를 결정하기 위해 발견 단계 후에 수행된다. 이후, 정상 동작 동안, 환경이나 상황이 변경됨에 따라, 안테나들 및 트랜시버들은 변화하는 요구 또는 요구 사항들에 적응하도록 재구성될 수 있다. 예를 들어, 트리 또는 기타 특징부가 안테나 앞에 나타나면, 안테나의 트랜시버 전력을 높이거나 네트워크 인프라에서 안테나의 역할을 줄이거나 아니면 변경해야 할 수 있다. 또한, 무선 트래픽 패턴들이 변경되면, 짧은 기간 동안에도, 라디오/안테나 파라미터들이 일시적이기는 하지만 이러한 변경을 수용하기 위해 조정될 수 있다.
안테나들 및 관련 라디오들의 이러한 자체 구성을 수행하기 위한 로직은 건물 내부 또는 건물 외부에 위치(및 실행)될 수 있다. 두 경우 모두, 로직이 중앙 집중화되거나, 다수의 처리 노드들 사이에 분산될 수 있다. 일부 경우에, 안테나들/라디오들의 자체 구성을 담당하는 로직은 안테나들 및 라디오들의 초기 설정 또는 구성과 같은 한 기능에 전용되는 처리 용량 사이에 분산되고, 다른 로직은 변화하는 상황들에 대처하기 위해 라디오들의 조정 또는 적응하는 데 전용된다. 특정 실시예들에서, 마스터 네트워크 컨트롤러와 같은 로컬(건물 내) 로직 장치가 이러한 목적을 위해 사용된다. 다른 실시예들에서, 원격(건물 외부) 로직 장치 또는 장치들의 집합이 사용된다(예를 들어, 클라우드 기반 리소스들).
이 프로세스에서 조정되거나 설정될 수 있는 파라미터들 중에는 안테나 신호의 주파수, 전송된 안테나 신호들의 전력, 및 사용되는 통신 프로토콜이 있다. 이들은 다양한 안테나들에 의해 사용되는 송신기들 및/또는 수신기들의 설정들을 수정하여 조정 또는 설정될 수 있다.
일 예에서, 도 16의 흐름도에 도시된 바와 같이, 안테나 구성 프로세스(1601)는 건물에 있는 모든 안테나들의 위치들 및 해당 위치들에 있는 안테나들의 관련 속성들을 결정하는 것으로 시작한다. 블록(1603)을 참조한다. 이는 특정 위치 정보가 개별 안테나들을 구성하는 방법을 결정하는 데 도움이 될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 안테나들이 하위 층들에 있는 경우, 건물 외부 및 건물에 인접한 거리나 광장에서 휴대전화 사용자들이 통신하거나 이들에게 서비스를 제공하는 데 더 적합할 수 있다. 대조적으로, 건물의 상위 층들에 있는 안테나들은 타워 셀의 안테나와 관련된 서비스를 제공하고 셀룰러 네트워크의 다른 원거리 통신 노드들과 통신하는 데 더 적합할 수 있다. 특정 실시예들에서, 안테나들을 찾는 것은 2017년 10월 6일자로 출원되고 그 전체가 본원에 참조로서 통합된 미국 특허 출원 번호 제15/727,258호에 설명된 것과 같은 창 또는 창 컨트롤러 커미셔닝과 유사한 방식으로 수행된다. 일부 구현들에서, 안테나들 중 일부 또는 전부의 정확한 위치는 알려지거나 결정될 필요가 없다.
다음 단계로서, 안테나들에 전원이 공급되고 사용 가능한 주파수들에 걸쳐 스캔되어 그들이 통신할 수 있는 네트워크 상의 다른 셀룰러 또는 기타 무선 노드들이 어느 것인지를 결정한다. 블록들(1605 및 1607)을 참조한다. 스캐닝은 선택적으로는 안테나별로 수행된다. 예를 들어, 각 안테나/라디오가 순차적으로 스캔되고(블록 1605), 인접 안테나들/라디오들은 전력(또는 인접 안테나들의 다른 파라미터 조정)의 함수로서 송신된 및/또는 수신된 신호들의 간섭에 대해 보고한다(블록 1607).
특정 셀룰러 또는 기타 무선 네트워크 요구 사항들을 처리하기 위한 개별 안테나들의 위치들 및 능력들에 대한 정보를 통해, 시스템은 건물 전반에 걸쳐 개별 라디오들 중 특정 라디오들에 대한 파라미터들을 설정하는 방법을 결정한다. 블록(1609)를 참조한다. 이를 염두에 두고, 시스템은 이제 어느 라디오들에 어느 파라미터들이 주어져야 하는지, 예를 들어 어느 라디오들이 어느 주파수들에서 그리고 어떤 전력 레벨들에서 송수신해야 하는지를 결정하도록 구성될 수 있다. 적절한 파라미터들이 결정되면, 구성 시스템은 해당 파라미터들을 적용한다. 블록(1611)을 참조한다.
선택적으로, 네트워크/통신 인프라의 동작 동안, 시스템은 네트워크의 동작, 관리 결정, 및/또는 특정 사용자들을 위한 추가 용량 또는 커버리지를 제공하는 것과 같은 특정 애플리케이션에 대한 안테나 재구성에 적합한 사용 패턴들을 듣거나 모니터링한다. 예를 들어, 시위나 축하 행사 중과 같이 많은 사용자들이 건물 근처의 길모퉁이에 갑자기 나타나는 경우, 시스템은 셀룰러 또는 기타 무선 인프라에 대한 새로운 요구들을 처리하기 위해 추가 용량을 배치할 수 있다. 변화하는 조건들은 뉴스 피드, 안테나들이 연결할 수 있는 위치를 확인하기 위한 주기적 안테나 재스캔, 전력 또는 기타 성능 저하 감지 등과 같은 다양한 방식들로 검출될 수 있다.
일부 경우에, 스케줄은 안테나들의 특성들을 재스캔하거나 아니면 확인하기 위해 사용된다. 예를 들어, 이러한 스케줄은 매일, 매주, 매월, 매년 등의 특성들을 확인할 수 있다. 다른 설정을 제안하는 임의의 조건들이 검출되는 경우, 시스템은 하나 이상의 안테나들의 파라미터들을 조정할 수 있다. 스캔 및 재설정 동작들은 처음에는 한 유형의 계산 인프라를 사용하여 수행될 수 있지만 이후 동작들은 다른 계산 인프라를 사용하여 수행될 수 있음에 유의한다.
특정 실시예들에서, 라디오/안테나 자체 구성 프로세스는 구성하기 위해 적어도 약 10개의 설치된 라디오들/안테나들을 갖는 건물에서 사용된다. 특정 실시예들에서, 이러한 프로세스는 구성하기 위해 적어도 약 50개 또는 적어도 약 100개의 설치된 라디오들/안테나들을 갖는 건물에서 사용된다.
예를 들어, 일반적인 고층 건물의 일반적인 층에는 약 200개의 창과 약 100개의 멀리언이 있을 수 있으며, 그 중 다수 또는 모두에는 관련 라디오와 함께 장착된 안테나가 있을 수 있다. 이렇게 많은 안테나들과 그에 따른 간섭 가능성이 있으므로, 사용자들이 건물을 통해 이동할 때 무선 연결(예를 들어, 휴대폰 또는 Wi-Fi 신호)이 효과적으로 전송되도록 라디오들이 조정될 수 있다. 자체 구성 네트워크는 개별 라디오들이 순서대로 핸드오프를 제공하도록 적절하게 구성되도록 설계되었다; 즉, 이들은 서로 간섭하지 않고 건물에서 양호한 커버리지를 제공한다.
특정 실시예들에서, 대부분의 또는 모든 라디오들은 vRAN들의 컴포넌트들일 수 있는 SDR들(소프트웨어 정의 가능한 라디오)이다. vRAN은 SDR 앞에 애플리케이션 프로세서를 포함한다. SDR들은 이용 가능한 넓은 스펙트럼 대역, 예를 들어, 약 20 MHz 내지 6 GHz를 가질 수 있다. 일부 경우에, SDR은 20 MHz 내지 6 GHz 사이의 모든 주파수 대역에서 모든 프로토콜을 지원한다.
일부 구현들에서, vRAN들은 두 가지 주요 컴포넌트들인, 헤드 엔드(HE) 및 HE에 의해 공급되는 다수의 원격 소프트웨어 정의 가능한 라디오 유닛들(RRU들)을 포함한다. 특정 실시예들에서, HE는 도 9에 도시된 제어 패널(917)과 같은 하나 이상의 제어 패널들에서 구현되고, RRU들은 도 9에도 도시된 요소들(923)과 같은 디지털 아키텍처 요소들에서 구현된다. 특정 실시예들에서, 데이터는 제어 패널로부터 MoCA 표준을 통해 구현된 동축 케이블들 상의 RRU들로 전달된다.
그러나, RRU들 중 하나 이상이 센서 등과 통합되지 않은 독립형 유닛들인 시스템들과 같은 다른 구현들이 사용될 수 있다. 그리고 일부 구현들에서, HE는 원격 사이트에서 또는 심지어 인터넷을 거쳐 클라우드 리소스를 통해 구현된다.
도 17a는 예시적인 SDR/RRU의 블록도이다. 이 도면에서, 데이터와 전력은 HE로부터 보드로 또는 마이크로컨트롤러와 프로그램 가능 로직 장치(예를 들어, FPGA)가 있는 기타 컴포넌트로 또는 기타 고성능 프로세서로 제공된다. 이 컴포넌트는 RRU의 동작 속성들(예를 들어, 라디오의 프로토콜, 주파수 대역, 변조 모드 및 전송 전력)을 정의하는 동작 파라미터들을 저장한다. 또한 관련 데이터 전송을 위해 라디오를 동작시키기 위한 소프트웨어 인스트럭션들을 실행한다. 특정 실시예들에서, FPGA 또는 기타 프로세서는 라이브 데이터를 처리하기 위해 실시간 운영 체제로 구성된다. 송신기 ID, 특정 주파수, 채널 대역폭, 변조, 전력 등으로 구성할 수 있다. FPGA는 RF 프로세서용 ARM A53 코어 및 RF 섹션 관리용 ARM A9 애플리케이션 코어와 같이, 라이선스 가능한 IP 블록들로 구축될 수 있다. 일 예에서, 프로세서는 캘리포니아 산호세의 Xilinx, Inc.로부터 입수 가능한 ZYNQ 7045와 같은 FPGA이다.
SDR은 또한 RF 전력 증폭기 및 아날로그-디지털 변환기를 포함하는 라디오 칩을 포함할 수 있다. 적합한 라디오 칩의 일 예로는 매사추세츠주 노우드에 있는 Analog Devices, Inc.로부터 입수 가능한 AD9361가 있다. 적절한 완전한 RRU의 일 예로는 캘리포니아 산타클라라의 Ettus Research로부터 입수가능한 USRP E320가 있다.
도 17b는 데이터 전송에 사용되는 예시적인 라디오용 스택을 도시한다. 도시된 바와 같이, 스택 중간에 있는 많은 기능들은 하드웨어 기반 라디오용 하드웨어에서 구현되는 반면, 동일한 기능들은 SDR용 소프트웨어에서 구현될 수 있다. SDR의 소프트웨어 컴포넌트는 GNU Radio와 같은 오픈 소스 제품 또는 캘리포니아 알라메다의 Wind River Systems, Inc.에서 제공하는 "Titanium Cloud"와 같은 비오픈 소스 소프트웨어를 사용할 수 있다.
자체 구성 라디오 특성 프로세스를 위한 예시적인 시퀀스는 다음과 같다. 다층 건물의 층에 있는 일부 또는 모든 라디오(예를 들어, 그 중 100개 있음)에 특정 프로토콜 및 주파수 대역(예를 들어, CBRS 대역 48)이 할당된다고 가정한다.
층에 있는 모든 100개의 라디오들을 턴 온시하고 적절한 스펙트럼 할당 등을 사용하여 특정 프로토콜/대역(CBRS, 대역 48)에 따라 이들 모두를 구성하라는 인스트럭션들을 보낸다. 일부 실시예들에서, 현장 서비스 엔지니어 또는 네트워크 운영 센터의 운영자는 라디오가 이 프로토콜에서 동작하도록 라디오에 지시하는 조치를 취한다. 대안적인 접근 방식에서, 자동화된 프로세스는 다양한 라디오들의 프로토콜들, 주파수 대역들 등을 선택한다. 특정 실시예들에서, 하나의 주파수 대역에 대해 안테나 서브셋이 선택되고 다른 주파수 대역에 대해 다른 서브셋이 선택된다. 일반적으로, 층에 있는 각 안테나/라디오에 대해 주파수 대역과 프로토콜 둘 다 선택된다. 일 예에서, 서로 다른 셀룰러 프로토콜들에 대해 서로 다른 라디오들/안테나들이 선택된다; 예를 들어, 28 GHz 대역에서, ATT에 대해 일부 라디오들이 선택되고 Verizon에 대하 다른 라디오들이 선택된다.
엔지니어, 운영자 또는 자동화된 로직은 출력 전력을 조정하기 위해 라디오에 인스트럭션들을 보낸다. 이는 라운드 로빈 방식으로 수행될 수 있다; 예를 들어, 순차적으로, 각 라디오는 예를 들어 1 mW로 그 전력을 점진적으로 증가시킨다.
각 장치를 폴링하여 신호 세기, 인접 안테나에 대해 겪는 임의의 간섭 등을 결정한다.
2와 3을 기반으로, 어떤 라디오를 어떤 전력으로 설정할지를 결정(예를 들어, 어떤 라디오를 크랭크업하고 어떤 라디오를 다이얼 백할 것인지를 결정)한다. 일 예로서, 제1 안테나가 층의 중앙이나 룸의 한가운데에 위치되고 약 180° 떨어져 있는 두 개의 다른 안테나들(인접한 이웃)에 의해 양측에 접하게 되는 경우, 동작들 2 및 3은 제1 안테나가 비교적 높은 전력으로 동작할 수 있음을 시사한다. 그러나, 층이나 룸의 코너에 위치하고, 약 90° 각도에 있는 인접한 안테나들이 있는 제2 안테나는 제2 안테나를 위한 라디오를 인접한 안테나들을 위한 라디오의 전력에 비해 더 낮은 전력으로 설정할 수 있다.
전반적으로, 프로세스는 인접성 및 신호 세기의 프로파일을 제공할 수 있다. 개별 안테나들에 의해 제공되는 전력은 "필요한 만큼만 크게 말하라"는 원칙에 기초하여 최적화될 수 있다. 일부 구현들에서, 안테나들의 정확한 위치는 알려지거나 결정될 필요가 없고, 단지 인접성만 필요할 뿐이다.
프로세스는 이기종 라디오들을 설명할 수 있으며, 일부는 하나의 프로토콜에서 동작하고 다른 일부는 하나 이상의 다른 프로토콜들에서 동작한다. 예를 들어, 층에 있는 4개의 라디오 중 1개는 CBRS를 구현하도록 구성될 수 있고, 층에 있는 4개의 라디오 중 나머지 3개는 28 GHz(다중 대역들)에서 동작하는 5G 셀룰러를 구현할 수 있으며, 이는 선택적으로는 물리적으로 건물 외부의 안테나(예를 들어, 도너 안테나 또는 스카이 센서)에 연결된다. 5G 셀룰러는 각각 자신의 안테나 서브셋을 갖는 서로 다른 통신사들(예를 들어, Sprint 대 ATT)로 분할될 수 있다. 다른 라디오들이 다른 스펙트럼 영역들에서 동작할 수 있고, 이러한 서로 다른 라디오들이 서로 인접할 수 있다는 점을 감안할 때, 서로 간섭하지 않거나, 또는 적어도 스펙트럼의 동일한 부분에서 동작하는 라디오들만큼 중요하지 않을 수 있다.
나타낸 바와 같이, 라디오의 구성들은 거주자의 사용 패턴들을 고려하는 방식으로 로드 밸런스를 맞추도록 조정될 수 있다. 층에 있는 안테나들 또는 건물의 일부 다른 부분을 위한 SDR 제어 시스템은 트래픽 패턴들을 시간의 함수로 고려할 수 있다. 그런 다음, 다른 시간에, 이는 예를 들어 특정 순간에 가장 필요한 곳에 위치된 라디오들/안테나들에 더 많은 대역폭을 사용할 수 있도록 하여 그 라디오들 중 특정 라디오들에 사용할 수 있는 대역폭을 조정한다.
결론
본원에 설명된 특정 실시예들은 모듈식 또는 통합된 방식으로 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 제어 로직의 형태로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 본원에 제공된 개시 및 교시에 기초하여, 당업자는 하드웨어 및 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 사용하여 본 발명을 구현하는 다른 방식들 및/또는 방법들을 알고 인식할 것이다.
본 출원에 기술된 소프트웨어 컴포넌트들 또는 기능들 중 어느 하나는 예를 들어, 종래 또는 객체-지향 기술을 사용하는, 예를 들어 Java, C++ 또는 Python과 같은 임의의 적절한 컴퓨터 언어를 사용하여 프로세서에 의해 실행될 소프트웨어 코드로서 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 읽기 전용 메모리(ROM), 하드 드라이브나 플로피 디스크와 같은 자기 매체, 또는 CD-ROM과 같은 광 매체와 같은, 컴퓨터 판독 가능 매체에 일련의 인스트럭션들 또는 명령들로 저장될 수 있다. 임의의 이러한 컴퓨터 판독가능 매체는 단일 계산 장치 상에 또는 그 내에 상주할 수 있고, 시스템 또는 네트워크 내의 서로 다른 계산 장치들 상에 또는 내에 존재할 수 있다.
전술한 실시예들은 이해의 명확성을 위해 일부 상세하게 설명되었지만, 특정 변경들 및 수정들이 첨부된 청구범위의 범위 내에서 실시될 수 있음이 명백할 것이다. 본 실시예의 프로세스들, 시스템들 및 장치를 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있음에 유의해야 한다. 추가로, 임의의 실시예로부터의 하나 이상의 특징들은 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 임의의 다른 실시예의 하나 이상의 특징들과 결합될 수 있다. 또한, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 임의의 실시예에 대한 수정, 추가 또는 생략이 이루어질 수 있다. 임의의 실시예의 컴포넌트들은 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 특정 요구들에 따라 통합되거나 분리될 수 있다. 따라서, 본 실시예들은 예시적인 것으로 간주되어야 하며 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 하며, 실시예들은 본원에 제공된 세부사항들로 제한되어서는 안 된다.
Claims (42)
- 하나 이상의 외부 안테나들을 포함하는 건물의 데이터 통신 네트워크에 있어서,
상기 외부 안테나들 중 적어도 하나는 상기 건물의 지붕 또는 외부에 배치되고, 창, 스카이 센서 또는 디지털 아키텍처 요소와 연관되며;
상기 하나 이상의 외부 안테나들은 하나 이상의 데이터 전달 라인들 및/또는 무선 링크들을 통해 상기 건물의 네트워크 인프라에 결합되고;
상기 네트워크 인프라는 하나 이상의 데이터 전달 라인들, 하나 이상의 네트워크 스위치들 및 적어도 하나의 제어 패널을 포함하는, 데이터 통신 네트워크. - 청구항 1에 있어서, 상기 외부 안테나들 중 적어도 하나는 외부 무선 네트워크와 통신하도록 구성되는, 데이터 통신 네트워크.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 네트워크 인프라는 상기 건물 내부에 및/또는 상기 건물 상에 설치되고 상기 건물 내부에 및/또는 상기 건물에 인접하여 무선 데이터 연결을 제공하도록 구성된 하나 이상의 건물 네트워크 안테나들 및 관련 라디오들을 포함하는, 데이터 통신 네트워크.
- 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라디오들은 상기 건물 내부에 및/또는 상기 건물에 인접하여 Wi-Fi, CBRS 또는 셀룰러 무선 데이터 연결을 제공하도록 구성되는, 데이터 통신 네트워크.
- 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 외부 안테나들은 외부 셀룰러 네트워크와 통신하도록 구성된 하나 이상의 도너 안테나들을 포함하는, 데이터 통신 네트워크.
- 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어 패널은 고속 케이블을 포함하는 백홀을 통해 외부 셀룰러 네트워크에 연결하도록 구성되는, 데이터 통신 네트워크.
- 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 네트워크 인프라의 상기 하나 이상의 데이터 전달 라인들은 1 Gb/초 이상의 데이터 통신을 지원하는, 데이터 통신 네트워크.
- 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어 패널은 하나 이상의 IGU들에 연결하기 위한 하나 이상의 창 컨트롤러들에 결합되는, 데이터 통신 네트워크.
- 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 디지털 아키텍처 요소 내에 배치되거나 그와 연관된 상기 외부 안테나들 중 적어도 하나는 패스-스루 배열을 통해 상기 건물의 내부에 배치된 전기 커넥터와 결합된 상기 건물 외부에 배치된 방사 소자를 포함하는, 데이터 통신 네트워크.
- 청구항 9에 있어서, 상기 패스-스루 배열은 상기 건물 내부와 상기 건물 외부 사이에 내후성 밀봉부를 제공하도록 구성되는, 데이터 통신 네트워크.
- 청구항 9 또는 10에 있어서, 상기 패스-스루 배열은 상기 전기 커넥터와 상기 방사 소자 사이의 전기적 결합을 포함하는, 데이터 통신 네트워크.
- 청구항 11에 있어서, 상기 전기 커넥터는 상기 건물의 상기 네트워크 인프라와 연결되도록 구성되는, 데이터 통신 네트워크.
- 외부 무선 네트워크에 대한 연결을 제공하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
하나 이상의 외부 안테나들을 사용하여 상기 외부 무선 네트워크와 통신하는 단계로서, 상기 외부 안테나들 중 적어도 하나는 건물의 지붕 또는 외부에 있는 센서 어셈블리를 포함하는 디지털 아키텍처 요소 또는 스카이 센서에 배치되거나 이와 연관되는, 상기 통신하는 단계; 및
하나 이상의 데이터 전달 라인들 및/또는 무선 링크들을 사용하여 상기 하나 이상의 외부 안테나들과 상기 건물의 네트워크 인프라 사이에서 데이터를 전송하는 단계를 포함하며,
상기 네트워크 인프라는 하나 이상의 데이터 전달 라인들, 하나 이상의 네트워크 스위치들 및 적어도 하나의 제어 패널을 포함하는, 방법. - 청구항 13에 있어서, 상기 네트워크 인프라는 상기 건물 내에 및/또는 상기 건물 상에 설치된 하나 이상의 건물 네트워크 안테나들 및 관련 라디오들을 포함하고, 상기 방법은 상기 건물 내부에서 및/또는 상기 건물에 인접하여 무선 데이터 연결을 제공하는 상기 하나 이상의 건물 네트워크 안테나들을 포함하는, 방법.
- 청구항 13 또는 14에 있어서, 상기 건물 내부에서 및/또는 상기 건물에 인접하여 Wi-Fi, CBRS 또는 셀룰러 무선 데이터 연결을 제공하는 상기 관련 라디오들을 더 포함하는, 방법.
- 청구항 13 내지 15 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 외부 안테나들은 외부 셀룰러 네트워크와 통신하는 하나 이상의 도너 안테나들을 포함하는, 방법.
- 청구항 13 내지 16 중 어느 한 항에 있어서, 고속 케이블을 포함하는 백홀을 통해 외부 셀룰러 네트워크와 통신하는 상기 적어도 하나의 제어 패널을 더 포함하는, 방법.
- 청구항 13 내지 17 중 어느 한 항에 있어서, 상기 네트워크 인프라의 상기 하나 이상의 데이터 전달 라인들은 1 Gb/초 이상의 데이터 통신을 지원하는, 방법.
- 청구항 13 내지 18 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 IGU들을 제어하기 위해 하나 이상의 창 컨트롤러들과 통신하는 상기 적어도 하나의 제어 패널을 더 포함하는, 방법.
- 청구항 13 내지 19 중 어느 한 항에 있어서, 디지털 아키텍처 요소에 배치되거나 이와 연관된 상기 외부 안테나들 중 적어도 하나는 패스-스루 배열을 통해 상기 건물의 내부에 배치된 전기 커넥터와 결합된 상기 건물 외부에 배치된 방사 소자를 포함하는, 방법.
- 청구항 20에 있어서, 상기 패스-스루 배열은 상기 내부와 상기 건물 외부 사이에 내후성 밀봉부를 제공하도록 구성되는, 방법.
- 청구항 20 또는 21에 있어서, 상기 패스-스루 배열은 상기 전기 커넥터와 상기 방사 소자 사이의 전기적 결합을 포함하는, 방법.
- 청구항 22에 있어서, 상기 전기 커넥터는 상기 건물의 상기 네트워크 인프라와 연결하도록 구성되는, 방법.
- 건물에 분산된 복수의 안테나들 및/또는 라디오들을 구성하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
상기 안테나들 및/또는 라디오들에 전원을 공급하는 단계;
변경된 동작 파라미터의 함수로서 다른 안테나들 및/또는 라디오들에서 신호 세기를 측정하는 동안 상기 안테나들 및/또는 라디오들 중 적어도 하나의 동작 파라미터를 변경하는 단계; 및
상기 측정된 신호 세기에 기초하여 상기 안테나들 및/또는 라디오들 중 상기 적어도 하나의 동작을 위한 상기 동작 파라미터의 값을 선택하는 단계를 포함하는, 방법. - 청구항 24에 있어서, 상기 건물 내의 상기 안테나들 각각의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 24 또는 25에 있어서, 상기 동작 파라미터는 안테나 및/또는 라디오 프로토콜, 주파수 또는 전력인, 방법.
- 청구항 24 내지 26 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 동작 파라미터를 변경하기 전에 안테나들 및/또는 라디오 프로토콜들을 상기 안테나들 및/또는 라디오들에 할당하는 단계를 포함하며, 상기 동작 파라미터는 주파수 또는 전력인, 방법.
- 청구항 24 내지 27 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변경된 파라미터의 함수로서 상기 다른 안테나들 및/또는 라디오들에서의 신호 세기를 측정하는 동안 상기 안테나들 및/또는 라디오들 각각의 동작 파라미터를 순차적으로 변경하는 단계; 및
상기 측정된 신호 세기에 기초하여 상기 안테나들 및/또는 라디오들 각각에 대한 상기 동작 파라미터의 값을 선택하는 단계를 포함하는, 방법. - 시스템에 있어서,
건물에 분산된 복수의 안테나들 및/또는 라디오들; 및
적어도 하나의 로직 장치를 포함하며,
상기 적어도 하나의 로직 장치는,
상기 안테나들 및/또는 라디오들에 전원을 공급하고;
변경된 동작 파라미터의 함수로서 다른 안테나들 및/또는 라디오들에서 신호 세기를 측정하는 동안 상기 안테나들 및/또는 라디오들 중 적어도 하나의 동작 파라미터를 변경하고;
상기 측정된 신호 세기에 기초하여 상기 안테나들 및/또는 라디오들 중 상기 적어도 하나의 동작을 위한 상기 동작 파라미터의 값을 선택함으로써, 상기 복수의 안테나들 및/또는 라디오들을 구성하기 위한 로직을 포함하는, 시스템. - 청구항 29에 있어서, 상기 복수의 안테나들 및/또는 라디오들을 구성하기 위한 상기 로직은, 상기 건물 내의 상기 안테나들 각각의 위치를 결정하는 것을 더 포함하는, 시스템.
- 청구항 29 또는 30에 있어서, 상기 동작 파라미터는 안테나 및/또는 라디오 프로토콜, 주파수 또는 전력인, 시스템.
- 청구항 29 내지 31 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 안테나들 및/또는 라디오들을 구성하기 위한 상기 로직은, 상기 동작 파라미터를 변경하기 전에 안테나들 및/또는 라디오 프로토콜들을 상기 안테나들 및/또는 라디오들에 할당하는 것을 포함하며; 상기 동작 파라미터는 주파수 또는 전력인, 시스템.
- 청구항 29 내지 32 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로직은,
상기 변경된 파라미터의 함수로서 상기 다른 안테나들 및/또는 라디오들에서의 신호 세기를 측정하는 동안 상기 안테나들 및/또는 라디오들 각각의 동작 파라미터를 순차적으로 변경하는 단계; 및
상기 측정된 신호 세기에 기초하여 상기 안테나들 및/또는 라디오들 각각에 대한 상기 동작 파라미터의 값을 선택하는 단계를 더 포함하는, 시스템. - 청구항 29 내지 33 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 로직 장치는 로컬 로직 장치 또는 원격 로직 장치인, 시스템.
- 건물 내부의 하나 이상의 안테나들 및 상기 건물 외부의 하나 이상의 안테나들, 및 적어도 하나의 외부 안테나와 적어도 하나의 내부 안테나 사이의 유선 또는 무선 결합을 포함하는 상기 건물 내의 데이터 통신 네트워크에 있어서,
상기 적어도 하나의 외부 안테나는 외부 셀룰러 네트워크와 통신 가능하게 결합되고;
상기 적어도 하나의 내부 안테나는 상기 외부 안테나에 의해 수신된 무선 신호를 상기 외부 셀룰러 네트워크로부터 상기 건물 내부 또는 상기 건물에 근접한 하나 이상의 위치들로 전송하도록 구성되고;
상기 데이터 통신 네트워크는 상기 하나 이상의 위치들에 대한 무선 커버리지를 제어하도록 구성되는, 데이터 통신 네트워크. - 청구항 35에 있어서, 상기 하나 이상의 위치들 중 일부는 상기 건물 내부에 있고 상기 하나 이상의 위치들 중 다른 일부는 상기 건물 외부에 있는, 데이터 통신 네트워크.
- 청구항 35 또는 36에 있어서,
상기 적어도 하나의 외부 안테나는 하나 이상의 데이터 전달 라인들 및/또는 무선 링크들을 통해 상기 건물의 네트워크 인프라에 결합되고;
상기 네트워크 인프라는 하나 이상의 데이터 전달 라인들, 하나 이상의 네트워크 스위치들 및 적어도 하나의 제어 패널을 포함하는, 데이터 통신 네트워크. - 청구항 35 내지 37 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 내부 안테나들이 상기 건물 내에 분산되어 있는, 데이터 통신 네트워크.
- 청구항 35 내지 38 중 어느 한 항에 있어서, 상기 네트워크 인프라는 건물 층들 사이에 수직 데이터 평면과 단일 층 또는 다수의 연속 층들 내의 수평 데이터 평면 모두를 갖는, 데이터 통신 네트워크.
- 청구항 39에 있어서, 상기 수직 데이터 평면은 다수의 제어 패널들 및 고용량 데이터 전달 라인을 포함하는, 데이터 통신 네트워크.
- 청구항 35 내지 40 중 어느 한 항에 있어서, 상기 건물은 물리적 전기적 또는 광학적 라인을 통해 상기 외부 셀룰러 네트워크와 통신하도록 구성된 적어도 하나의 제어 패널 및 적어도 하나의 루프탑 도너 안테나를 포함하는, 데이터 통신 네트워크.
- 청구항 41에 있어서, 상기 루프탑 도너 안테나는 거주자들 및/또는 내부 장치들에 무선 서비스를 제공하기 위해 상기 건물에 다운링크들을 제공하도록 구성되는, 데이터 통신 네트워크.
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