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KR20220024174A - 안테나 어레이들을 사용한 빔 형성 및 빔 스티어링 - Google Patents

안테나 어레이들을 사용한 빔 형성 및 빔 스티어링 Download PDF

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KR20220024174A
KR20220024174A KR1020217042406A KR20217042406A KR20220024174A KR 20220024174 A KR20220024174 A KR 20220024174A KR 1020217042406 A KR1020217042406 A KR 1020217042406A KR 20217042406 A KR20217042406 A KR 20217042406A KR 20220024174 A KR20220024174 A KR 20220024174A
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KR
South Korea
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antenna
antenna elements
mode
antenna array
communication protocol
Prior art date
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Application number
KR1020217042406A
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English (en)
Inventor
올리비에르 파조나
Original Assignee
에이브이엑스 안테나 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에이브이엑스 안테나 인코포레이티드 filed Critical 에이브이엑스 안테나 인코포레이티드
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Abstract

안테나 시스템이 제공된다. 일 예에서, 안테나 시스템은 복수의 제1 안테나 요소들을 갖는 제1 안테나 어레이를 포함한다. 제1 안테나 요소들은 다중 입력 다중 출력(MIMO) 모드에서 통신 프로토콜을 통해 하나 이상의 신호를 통신하도록 동작 가능하다. 안테나 시스템은 복수의 제2 안테나 요소들을 갖는 제2 안테나 어레이를 포함한다. 안테나 시스템은 제1 모드 또는 제2 모드에서 제2 안테나 어레이의 제2 안테나 요소들 중 하나 이상의 요소의 동작을 제어하도록 구성된 제어 회로를 포함한다. 제1 모드에서, 제2 안테나 요소들 중 하나 이상은 통신 프로토콜을 통해 제1 안테나 요소들의 통신을 지원하기 위한 2차 기능을 제공하도록 구성된다. 제2 모드에서, 제2 안테나 요소들 중 하나 이상은 제1 안테나 요소들의 빔 형성 또는 빔 스티어링을 지원하도록 구성된다.

Description

안테나 어레이들을 사용한 빔 형성 및 빔 스티어링
우선권 청구
본 출원은 2019년 6월 24일에 출원된 "안테나 어레이들을 사용한 빔 형성 및 빔 스트어링"이라는 제목의 가출원 일련 번호 62/865,450의 우선권의 이익을 청구하며, 이는 여기에 참조로 포함된다.
분야
본 발명은 일반적으로 5G 셀룰러 통신 시스템들에서 사용하기 위한 안테나 시스템과 같은 무선 통신 시스템들을 위한 안테나 시스템들에 관한 것이다.
랩톱들, 태블릿들, 스마트폰들, IoT(사물 인터넷) 디바이스들 등과 같은 전자 디바이스들은 셀룰러 네트워크들을 통해 통신하도록 작동할 수 있다. 4G에서 작동하는 셀룰러 네트워크는 널리 사용되며 최근에는 넓은 지역에서 안정적이고 신뢰가능한 네트워크에서 음성 통신과 함께 중간에서 높은 데이터 전송률을 제공하도록 진화했다. 통신 시스템이 5G 프로토콜 및 네트워크들로 전환되고 있다. 5G 네트워크들은 훨씬 더 높은 데이터 속도와 더 낮은 지연 시간을 제공할 수 있으며 음성, 데이터 및 IoT 애플리케이션에 적용할 수 있다.
본 발명의 실시예들의 양태들 및 이점들은 하기 설명에서 부분적으로 설명되거나, 설명으로부터 학습될 수 있거나, 실시예의 실시를 통해 학습될 수 있다.
본 발명의 일 예시적인 양상은 안테나 시스템에 관한 것이다. 안테나 시스템은 복수의 제1 안테나 요소들을 갖는 제1 안테나 어레이를 포함한다. 제1 안테나 요소들은 다중 입력 다중 출력(MIMO) 모드에서 통신 프로토콜을 통해 하나 이상의 신호를 통신하도록 동작 가능하다. 안테나 시스템은 복수의 제2 안테나 요소들을 갖는 제2 안테나 어레이를 포함한다. 안테나 시스템은 제1 모드 또는 제2 모드에서 제2 안테나 어레이의 제2 안테나 요소들 중 하나 이상의 요소의 동작을 제어하도록 구성된 제어 회로를 포함한다. 제1 모드에서, 제2 안테나 요소들 중 하나 이상은 통신 프로토콜을 통해 제1 안테나 요소들의 통신을 지원하기 위한 2차 기능을 제공하도록 구성된다. 제2 모드에서, 제2 안테나 요소들 중 하나 이상은 제1 안테나 요소들의 빔 형성 또는 빔 스티어링을 지원하도록 구성된다.
다양한 실시예들의 이들 및 다른 특징, 양태들 및 이점들은 다음의 설명 및 첨부된 청구범위를 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 도시한 것으로, 상세한 설명과 함께 관련 원리를 설명하기 위한 것이다.
본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 대한 실시예들의 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하는 명세서에 설명되어 있으며, 여기서:
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 안테나 시스템을 갖는 모바일 디바이스를 도시한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 안테나 시스템에서 안테나 어레이(들)의 구성을 도시한다.
도 3a, 3b 및 3c는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 빔 형성 또는 빔 스티어링을 도시한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 안테나 시스템을 구성하기 위한 예시적인 제어 회로를 도시한다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
이제 실시예들에 대한 참조가 상세하게 이루어질 것이며, 그 중 하나 이상의 예가 도면들에 도시되어 있다. 각각의 예는 실시예를 설명하기 위해 제공되는 것으로, 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 사실, 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어남이 없이 실시예들에 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시예의 일부로서 예시되거나 서술된 특징들은 또 다른 실시예와 함께 사용되어 또 다른 실시예를 산출할 수 있다. 따라서, 본 발명의 양태들은 이러한 수정들 및 변형들을 포함하도록 의도된다.
본 발명의 예시적인 양상들은 5G 통신 시스템들과 같은 통신 시스템에서 안테나 어레이(들)를 사용하여 빔 형성 및/또는 빔 스티어링을 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 예를 들어, 디바이스용 안테나 시스템은 복수의 서로 다른 안테나 어레이들을 포함할 수 있다. 각각의 안테나 어레이는 복수의 상이한 안테나 요소들을 가질 수 있다. 안테나 요소들은 2차 기능(예: 다중 입력 다중 출력(MIMO), 다이버시티)을 제공하기 위해, 통신 프로토콜(예: 5G 통신 프로토콜)을 통해 주요 통신을 지원하기 위해 또는 빔 형성 및/또는 빔 스티어링을 지원하기 위해 어레이들 간에 공유될 수 있다.
5G 통신 프로토콜은 예를 들어 MIMO 통신 및/또는 더 높은 주파수 대역(예를 들어, 약 24GHz 내지 약 86GHz 범위의 주파수 대역)에서의 통신을 위해 구성된 안테나 어레이를 사용하여 구현될 수 있다. 이들 안테나 어레이 각각은 복수의 안테나 요소를 포함할 수 있다. 안테나 요소들은 MIMO 모드(예를 들어, 4x4 MIMO 모드)에서 신호들(예를 들어, RF 신호들)을 통신하도록 개별적으로 및/또는 집합적으로 제어될 수 있다. 이것은 무선 통신에서 더 높은 데이터 속도와 더 낮은 대기 시간을 제공할 수 있다.
전자 디바이스(예를 들어, 모바일 디바이스, IoT 디바이스, 또는 다른 전자 디바이스)는 복수의 상이한 안테나 어레이들(예를 들어, 2개의 안테나 어레이들, 3개의 안테나 어레이들, 4개의 안테나 어레이들)을 포함할 수 있다. 안테나 어레이들(예를 들어, 메인 안테나 어레이) 중 하나는 통신 프로토콜(예를 들어, 3G, 4G(LTE), 5G 프로토콜과 같은 셀룰러 통신 프로토콜)을 통한 메인 통신에 사용될 수 있다. 하나 이상의 상이한 안테나 어레이를 사용하여 메인 안테나 어레이의 통신을 지원하는 2차 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 안테나 어레이는 메인 안테나 어레이의 MIMO 및/또는 다이버시티 동작을 더욱 향상시키는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 예시적인 양상들에 따르면, 복수의 상이한 안테나 어레이들로부터 선택된 안테나 요소들은 메인 안테나 어레이의 "빔 형성" 또는 "빔 스티어링"을 지원하기 위해 사용될 수 있다. 빔 형성은 서로 다른 안테나 빔들을 조합하여 특정 방향(예: 기지국 방향)으로 신호 강도를 높여 통신 링크를 강화하는 것을 의미한다. "빔 스티어링"은 안테나 빔의 고이득 방향이 특정 방향(예를 들어, 기지국 방향)을 가리키도록 안테나 빔을 동적으로 스티어링하는 것을 의미한다.
예를 들어, 메인 안테나 어레이의 하나 이상의 안테나 요소는 MIMO 및/또는 다이버시티를 지원하는 데 사용되는 것에서 빔 스티어링 또는 빔 형성에 사용되는 것으로 전환될 수 있다. 추가로, 및/또는 대안으로, 서로 다른 안테나 어레이로부터의 하나 이상의 추가 안테나 요소는 MIMO 및/또는 다이버시티를 지원하는 데 사용되는 것에서 빔 스티어링 또는 빔 형성에 사용되는 것으로 전환될 수 있다. 이러한 방식으로, 본 발명의 양태들은 MIMO/다이버시티 지원 및/또는 빔 스티어링 또는 빔 형성을 위해 서로 다른 안테나 어레이들 간에 서로 다른 안테나 요소를 공유하여 안테나 어레이들 내에서 사용 가능한 리소스들의 사용을 향상하고 무선 성능을 향상시키는 기술적 효과를 가질 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "모바일 디바이스"는 무선으로 통신할 수 있고 정상 작동 중에 사용자의 손에 들고 다닐 수 있는 전자 디바이스이다. 모바일 디바이스들의 예에는 스마트폰, 태블릿, 랩톱, 웨어러블 디바이스, PDA( personal digital assistant) 및 휴대용 디지털 뮤직 플레이어가 포함된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 수치와 함께 용어 "약"의 사용은 명시된 수치의 10% 이내를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따라 셀룰러 통신을 지원하고 빔 스티어링 또는 빔 형성 능력들을 갖는 예시적인 모바일 디바이스(100)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 모바일 디바이스는 하우징(104)을 포함한다. 하우징(104)은 복수의 상이한 표면들(예를 들어, 에지 표면들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하우징(104)은 제1 표면(107) 및 제2 표면(109) 및 다른 표면들(지정되지 않음)을 갖는다. 모바일 디바이스(100)는 사용자가 모바일 디바이스(100)와 상호작용할 수 있도록 하는 인터페이스 요소들(예를 들어, 터치 스크린, 터치 패드, 키보드, 카메라, 마이크로폰)을 포함할 수 있다.
하우징(104)은 3개의 안테나 어레이들, 즉 제1 안테나 어레이(110), 제2 안테나 어레이(120), 및 제3 안테나 어레이(130)를 수용한다. 설명 및 논의를 위해 3개의 안테나 어레이가 예시되어 있다. 본 명세서에 제공된 개시물들을 사용하여 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 더 많거나 더 적은 안테나 어레이가 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
제1 안테나 어레이(110), 제2 안테나 어레이(120) 및 제3 안테나 어레이(130) 각각은 복수의 안테나 요소들을 포함할 수 있다. 각 안테나 요소는 5G 통신 프로토콜과 같은 셀룰러 통신 프로토콜을 통해 하나 이상의 신호를 통신하도록 구성될 수 있다. 각각의 안테나 요소는 약 24GHz 내지 약 86GHz 범위의 주파수 대역에서 하나 이상의 신호를 통신하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 안테나 어레이는 기판(예를 들어, 회로 기판) 상에 배치된 복수의 안테나 요소들(예를 들어, 방사 요소들)을 포함할 수 있다.
제1 안테나 어레이(110) 및 제2 안테나 어레이(120)는 모바일 디바이스(100)의 동일한 표면, 즉 표면(107)에 근접한 것으로 예시된다. 제3 안테나 어레이(130)는 제1 안테나 어레이(110) 및 제2 안테나 어레이(120)에 대해 상이한 표면(예를 들어, 표면(109)) 상에 있는 것으로 예시된다. 이러한 방식으로, 안테나 어레이는 모바일 디바이스(100)의 동일한 표면에 근접하게 위치되거나 상이한 표면들에 근접하게 위치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 제1 안테나 어레이(110) 및 제2 안테나 어레이(120)의 예시적인 구성을 도시한다. 보다 구체적으로, 구성(202)에서, 복수의 제1 안테나 요소(112)는 통신 프로토콜(예를 들어, 5G 통신 프로토콜)을 통한 메인 통신을 지원하도록 구성된다. 복수의 제1 안테나 요소들(112)은 MIMO 모드에서 통신 프로토콜을 통해 통신할 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 안테나 요소들(112)은 4x4 MIMO 모드에서 동작하도록 구성될 수 있다.
구성(202)에서, 제2 안테나 어레이(120)와 연관된 복수의 제2 안테나 요소들(122)은 제1 안테나 어레이(110)에서 제1 안테나 요소들(112)의 주 통신을 지원하는 2차 기능을 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 제2 안테나 어레이(120)의 복수의 제2 안테나 요소들(122)은 제1 안테나 어레이(110)의 제1 안테나 요소들(112)에 대한 추가적인 MIMO 능력 및/또는 다이버시티를 제공할 수 있다.
구성(202)에서, 제2 안테나 요소들(122)의 제1 서브세트(126)는 제1 안테나 어레이(110)의 제1 안테나 요소들(112)을 지원하는 2차 기능을 제공하도록 구성된다. 제1 서브세트(126)는 제2 안테나 어레이(120)의 제2 안테나 요소들(122) 모두를 포함한다. 제2 안테나 어레이(120)의 제2 서브세트(안테나 요소들 없음)는 제1 안테나 어레이(110)의 제1 안테나 요소들(112)의 빔 스티어링 또는 빔 형성을 지원하도록 구성된다.
본 발명의 예시적인 양태들에 따르면, 제어 회로는 제1 안테나 어레이(110) 및 제2 안테나 어레이(120)의 구성을 구성(202)에서 구성(204)으로 조정할 수 있다. 구성(204)에서, 제2 안테나 요소들(122)의 서브세트(124)는 제1 안테나 어레이(110)의 제1 안테나 요소들(112)의 빔 스티어링 또는 빔 형성을 지원하도록 구성되었다. 제2 안테나 요소들(122)의 서브세트(126)는 제1 안테나 어레이(110)의 제1 안테나 요소들(112)의 2차 기능(예를 들어, MIMO, 다이버시티)을 지원하도록 구성된 채로 유지된다.
도 2의 예들은 설명 및 논의를 위해 2개의 안테나 어레이들에 걸친 안테나 요소들의 구성에 대해 논의한다. 본 명세서에 제공된 개시물들을 사용하여 당업자는 안테나 요소가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 단일 안테나 어레이 또는 2개보다 많은 안테나 어레이들과 연관될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 안테나 요소들(112, 122)은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 단일 안테나 어레이의 모든 부분일 수 있다. 다른 예로서, 제1 안테나 어레이(110), 제2 안테나 어레이(120), 및 제3 안테나 어레이(130)에 걸친 안테나 요소들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 이 예에서 빔 형성 또는 빔 스티어링을 위해 안테나 요소들을 구성하기 위한 메커니즘은 예를 들어 안테나 요소들에 통신되는 신호들에 위상 편이를 도입함으로써 구현될 수 있다. 일부 구현들에서, 위상 시프트들은 지연 라인을 사용하여 통신되는 신호들에 시간 지연을 도입하는 지연 라인들을 사용하여 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 위상 시프트들은 위상 시프터를 사용하여 구현될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 안테나 요소들 사이에서 구현되는 3개의 상이한 위상 시프트들에 대응하는 3개의 상이한 방사 패턴들의 예들을 도시한다. 이 예에서 모바일 디바이스는, Y 방향에서 가장 높은 이득을 갖는 제1 방사 패턴을 생성하는 제1 안테나 어레이 또는 제1 안테나 어레이의 하나 이상의 제1 안테나 요소들 포함하고, Z 방향에서 가장 높은 이득을 갖는 제2 방사 패턴을 생성하는 제2 안테나 어레이 또는 제2 안테나 어레이의 하나 이상의 제2 안테나 요소를 포함하도록 구성된다. 도 3a는 제2 방사 패턴으로부터의 기여가 거의 무시할 수 있도록 시간 지연 또는 위상 편이가 설정되어 Y 방향에서 가장 높은 이득을 갖는 결합 방사 패턴을 초래하는 제1 모드를 예시한다. 도 3b는 제1 방사 패턴과 제2 방사 패턴이 위상이 공존하도록 시간 지연 또는 위상 편이를 설정하여 Y+Z 방향에서 가장 높은 이득을 갖는 결합 방사 패턴을 초래하는 제2 모드를 나타낸다. 도 3c는 제1 방사 패턴으로부터의 기여가 거의 무시될 수 있도록 시간 지연 또는 위상 편이가 설정되어 Z 방향에서 가장 높은 이득을 갖는 결합 방사 패턴을 초래하는 제3 모드를 예시한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 안테나 어레이들을 구성하도록 구성된 예시적인 제어 회로(200)의 개략도를 도시한다. 이 예는 5G 통신 프로토콜을 포함하는 제1 내지 제N 프로토콜이 복수의 안테나 요소들을 갖는 제1 안테나(110)로 지원되는 경우를 예시한다. 제1 안테나 어레이(110)는 도 1 및 도 2에 도시된 제1 안테나 어레이(110)와 유사할 수 있다. 복수의 안테나 요소들을 갖는 제2 안테나 어레이(120)는 2차 기능(예를 들어, MIMO, 다이버시티)을 위해 구성되거나 빔 스티어링 또는 빔 형성을 위해 구성됨으로써 제1 안테나 어레이(110)의 통신들을 지원하는데 사용될 수 있다. 제2 안테나 어레이(120)는 도 1 및 도 2에 도시된 제2 안테나 어레이(120)와 유사할 수 있다.
제어 회로(200)는 제1 안테나 어레이(110)와 제2 안테나 어레이(120) 사이의 안테나 요소들을 2차 기능을 지원하는 것과 빔 형성 또는 빔 스티어링을 지원하는 것 사이에서 구성하도록 동작가능하다.
제1 내지 제N 트랜시버(302)는 5G 통신 프로토콜을 포함하는 제1 내지 제N 프로토콜에 따라 신호들을 처리하기 위해 제1 안테나 어레이(110)와 연관된다. 트랜시버들(302)에 의해 지원되는 다른 프로토콜들은 2G 프로토콜, 3G 프로토콜, 4G(LTE) 프로토콜 등을 포함할 수 있다. (N+l)번째 내지 (N+M)번째 트랜시버(304)는 5G 통신 프로토콜을 포함하는 제1 내지 제N 프로토콜 중 하나 이상과 함께 원래 의도된 기능을 수행하기 위해 제2 안테나 어레이(120)와 연관된다. 트랜시버들(304)에 의해 지원되는 다른 프로토콜들은 2G 프로토콜, 3G 프로토콜, 4G(LTE) 프로토콜 등을 포함할 수 있다.
제어 회로(200)는 제1 스위칭 컴포넌트(220) 및 제2 스위칭 컴포넌트(224)를 포함할 수 있다. 제1 스위칭 컴포넌트(220) 및 제2 스위칭 컴포넌트(224)는 위상 시프팅 컴포넌트(227)를 통해 서로 결합될 수 있다. 위상 시프팅 컴포넌트(227)는 빔 스티어링 및/또는 빔 형성 기능을 구현하기 위해 제1 어레이(110, 120)의 안테나 소자들 사이에서 통신되는 신호들 사이에 다중 위상 시프트를 제공하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 위상 시프팅 컴포넌트(227)는 제1 스위칭 컴포넌트(220) 및 제2 스위칭 컴포넌트(224)를 사용하여 하나 이상의 안테나 요소에 선택적으로 결합될 수 있는 지연 라인들로서 기능할 수 있는 상이한 전기적 길이의 복수의 전송 라인들을 포함할 수 있다. 추가로 및/또는 대안으로, 위상 시프팅 컴포넌트(227)는 위상 시프팅 컴포넌트(227)를 통해 통신되는 신호들에서 위상 시프트들을 구현하도록 구성된 하나 이상의 위상 시프터를 포함할 수 있다.
제1 스위칭 컴포넌트(220)는 제1 안테나 어레이(110)의 개별 안테나 요소를 위상 시프팅 컴포넌트(227)에 선택적으로 결합하도록 구성된 복수의 제1 스위치들(예를 들어, 트랜지스터들, 또는 다른 스위칭 디바이스들)을 포함할 수 있다. 제2 스위칭 컴포넌트(224)는 제2 안테나 어레이(120)의 개별 안테나 소자를 위상 시프팅 컴포넌트(227)에 선택적으로 결합하도록 구성된 복수의 제2 스위치들(예를 들어, 트랜지스터 또는 다른 스위칭 디바이스)을 포함할 수 있다. 제1 스위칭 컴포넌트(224)는 블록(236)에 의해 표현된 바와 같이 시스템의 컴포넌트 또는 모듈에 대해 개방, 접지 또는 단락되는 경로를 포함할 수 있다.
제어 회로(200)는 일정 기간 동안 제1 안테나 어레이(110)의 개별 안테나 요소에 결합될 트랜시버들(302) 중 하나 이상을 선택하도록 구성된 모듈(240)을 포함할 수 있다. 모듈(240)은 안테나 어레이(110) 및/또는 제1 스위칭 컴포넌트(220)에 신호들을 제공하는 것 사이에서 선택하도록 구성될 수 있는 전력 결합기/분배기(242)에 결합될 수 있다. 제어 회로(200)는 시간 기간 동안 제2 안테나 어레이(120)의 개별 안테나 요소에 결합될 트랜시버들(304) 중 하나 이상을 선택하도록 구성된 모듈(245)을 포함할 수 있다.
제어기(244)(예를 들어, 하나 이상의 메모리 디바이스에 저장된 컴퓨터 판독 가능 명령어들을 실행하도록 구성된 프로세서, 마이크로프로세서 등)는, 경로/위상 시프트의 선택을 제어하기 위해 제1 스위칭 컴포넌트(220), 제2 스위칭 컴포넌트(224), 위상 시프팅 컴포넌트(227), 모듈(240), 모듈(245), 및 전력 결합기/분배기(242)와 같은 제어 회로(200)의 다양한 컴포넌트들에 연결될 수 있다.
제어 회로(200)는 트랜시버들(302) 중 선택된 트랜시버를 제1 안테나 어레이(110)의 하나 이상의 안테나 요소에 연결하도록 모듈(240)을 제어함으로써 통신 프로토콜을 통해 하나 이상의 신호를 통신하도록 요소들을 제어할 수 있다. 통신 프로토콜은 예를 들어 5G 통신 프로토콜일 수 있다. 제1 안테나 어레이(110)의 안테나 요소들 중 하나 이상은 MIMO 모드에서 통신 프로토콜을 통해 신호를 통신하도록 구성될 수 있다.
제어 회로(200)는 제2 안테나 어레이(120)의 안테나 요소들 중 하나 이상이 제1 모드 또는 제2 모드에 있도록 구성할 수 있다. 제1 모드에서, 제2 안테나 요소들 중 하나 이상은 통신 프로토콜을 통한 제1 안테나 요소들의 통신을 지원하기 위해 2차 기능(예를 들어, MIMO, 다이버시티)을 제공하도록 구성된다.
보다 구체적으로, 제2 안테나 어레이(120)의 하나 이상의 안테나 소자가 MIMO 또는 다이버시티를 위해 사용되는 경우, 제어기(244)는 제2 안테나 어레이(120)의 안테나 요소들 중 하나 이상을 트랜시버들(304) 중 적절한 트랜시버에 선택적으로 결합하도록 제2 스위칭 컴포넌트(224) 및 모듈(245)을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(244)는 블록(236)(예를 들어, 개방, 접지, 단락 등)에 제1 안테나 어레이(110)의 안테나 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합하도록 제1 스위칭 컴포넌트(224)를 제어할 수 있다. 제어기(244)는 또한 제1 안테나 어레이(110)의 하나 이상의 안테나 요소를 제2 안테나 어레이(120)의 하나 이상의 안테나 요소로부터 분리하도록 컴포넌트들을 제어할 수 있다.
제2 모드에 있을 때, 제어 회로(200)는 제1 안테나 요소들의 빔 형성 또는 빔 스티어링을 지원하기 위해 제2 안테나 어레이(120) 및/또는 제1 안테나 어레이(110)의 안테나 요소들 중 하나 이상을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 스위칭 구성요소(220) 및 제2 스위칭 구성요소(240)는, 제1 안테나 어레이(110) 및/또는 제2 안테나 어레이(120) 사이에서 2개 이상의 안테나 요소들을 결합하기 위해 위상 시프팅 컴포넌트(227)에 경로(들)를 연결하도록 제어기(244)에 의해 제어될 수 있다. 위상 시프팅 컴포넌트(227)는 빔 형성 또는 빔 스티어링을 위한 안테나 요소들과 연관된 방사 패턴들 사이의 위상 시프트들일 수 있다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 예시적인 방법(400)의 흐름도를 도시한다. 방법(400)은, 예를 들어, 도 1 내지 도 4에 예시된 안테나 시스템(들)을 사용하여 구현될 수 있다. 도 5는 예시 및 논의를 위해 특정 순서로 수행되는 단계들을 도시한다. 본 명세서에 제공된 개시내용을 사용하여 당업자는, 여기에 설명된 모든 방법들의 다양한 단계들이 조정, 생략, 재배열되고, 그리고 도시되지 않았거나, 동시에 수행되거나, 그리고/또는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 방식으로 변형된 단계들을 포함할 수 있다.
402에서, 방법은 안테나 시스템과의 통신을 위한 통신 프로토콜을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 통신 프로토콜은 예를 들어 5G 통신 프로토콜일 수 있다. 5G 통신 프로토콜은 안테나들의 MIMO 동작 및/또는 약 24GHz 내지 약 86GHz 범위의 주파수 대역과 같은 더 높은 주파수 대역에서의 통신을 요구할 수 있다.
404에서, 방법은 통신 프로토콜을 통한 통신을 위해 제1 안테나 요소들을 구성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 모바일 디바이스의 하나 이상의 안테나 어레이에 걸친 복수의 안테나 요소들은 트랜시버에 연결되어, 예를 들어, MIMO 모드에서 5G 통신 프로토콜을 통해 신호를 전달할 수 있다.
406에서, 방법은 통신 프로토콜을 통해 제1 안테나 요소들에 의한 하나 이상의 신호의 통신을 지원하기 위한 2차 기능을 제공하기 위해 하나 이상의 제2 안테나 요소(들)를 동작시키는 단계를 포함할 수 있다. 2차 기능은 통신 프로토콜을 통한 MIMO 통신을 지원하도록 제2 안테나 요소들을 구성하는 것을 포함할 수 있다. 2차 기능은 다이버시티 안테나 요소들로서 작용하도록 하나 이상의 제2 안테나 요소를 동작시키는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 제2 안테나 요소는 제1 안테나 요소들 및/또는 상이한 안테나 어레이와 동일한 안테나 어레이의 일부일 수 있다.
408에서, 방법은 빔 스티어링 또는 빔 형성을 지원하기 위해 제2 안테나 요소들의 동작 모드를 조정하기 위한 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 동작 모드를 조정하기 위한 신호는 안테나 시스템과 기지국 사이의 통신 링크와 연관된 채널 품질 표시자(CQI)에 기초할 수 있다. 예를 들어, 동작 모드를 조정하기 위한 신호는 통신 링크의 CQI를 증가시키기 위해 구현될 수 있다. 예시적인 CQI들은 신호 대 잡음비(SNR), 신호 대 간섭 플러스 잡음비(S1NR), 수신 신호 강도 표시기(RSSI), 비트 오류율(BER) 및 채널 품질 표시기(CQI)라고 하는 기타 메트릭들 중 하나 이상을 포함한다. 특정 기지국들과 통신할 때 일정 간격들로 기간 만료와 같은 제2 안테나 요소(들)의 작동 모드를 조정하는 데 다른 트리거들/신호들이 사용될 수 있다.
410에서, 방법은 위에서 상세히 설명된 바와 같이 빔 스티어링 또는 빔 형성을 지원하기 위해 하나 이상의 제2 안테나 요소를 동작시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 신호들은 하나 이상의 지연 라인, 위상 시프터 등을 포함하는 위상 시프터 모듈을 통해 전달되어 제2 안테나 요소들로 빔 스티어링 및/또는 빔 형성을 구현할 수 있다.
412에서, 방법은 2차 기능을 지원하기 위해 제2 안테나 요소들의 동작 모드를 조정하기 위한 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 동작 모드를 조정하기 위한 신호는 안테나 시스템과 기지국 사이의 통신 링크와 연관된 CQI에 기초할 수 있다. 예를 들어, 동작 모드를 조정하기 위한 신호는 통신 링크의 CQI를 증가시키기 위해 구현될 수 있다. 특정 기지국들과 통신할 때 일정 간격들로 기간 만료와 같은 다른 트리거들/신호들을 사용하여 제2 안테나 요소(들)의 동작 모드를 조정할 수 있다.
412에서 신호를 수신하면, 방법은 406으로 리턴하여 통신 프로토콜을 통해 제1 안테나 요소들에 의한 통신을 지원하기 위한 2차 기능을 제공하는 모드에서 하나 이상의 제2 안테나 요소들을 동작시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 2차 기능 지원(예: MIMO, 다이버시티)과 빔 스티어링 또는 빔 형성 지원 간의 제2 안테나 요소들의 동적 조정을 통해 통신 링크 품질이 향상될 수 있다.
본 주제가 그것의 특정 예시적인 실시예와 관련하여 상세하게 설명되었지만, 당업자는 전술한 내용을 이해하면 이러한 실시예들에 대한 변경, 변형 및 등가물을 쉽게 생성할 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 제한이 아니라 예시이고, 본 개시는 당업자에게 용이하게 명백한 바와 같이 본 발명에 대한 그러한 수정들, 변형들 및/또는 추가들의 포함을 배제하지 않는다.

Claims (20)

  1. 안테나 시스템으로서,
    복수의 제1 안테나 요소들을 갖는 제1 안테나 어레이 - 상기 제1 안테나 요소들은 다중 입력 다중 출력(MIMO) 모드에서 통신 프로토콜을 통해 하나 이상의 신호를 통신하도록 동작가능함 - 와;
    복수의 제2 안테나 요소들을 갖는 제2 안테나 어레이와; 그리고
    제1 모드 또는 제2 모드에서 상기 제2 안테나 어레이의 제2 안테나 요소들 중 하나 이상의 요소의 동작을 제어하도록 구성된 제어 회로를 포함하고,
    상기 제1 모드에서, 상기 제2 안테나 요소들 중 하나 이상은 상기 통신 프로토콜을 통해 상기 제1 안테나 요소들의 통신을 지원하기 위한 2차 기능을 제공하도록 구성되고; 그리고
    상기 제2 모드에서, 상기 제2 안테나 요소들 중 하나 이상은 상기 제1 안테나 요소들의 빔 형성 또는 빔 스티어링을 지원하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통신 프로토콜은 5G 통신 프로토콜인 것을 특징으로 하는
    안테나 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2차 기능은 상기 통신 프로토콜을 통한 다중 입력 다중 출력(MIMO) 모드 통신을 지원하기 위해 하나 이상의 추가 안테나 요소를 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는
    안테나 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 2차 기능은 다이버시티 안테나 요소들로서 작용하는 하나 이상의 추가 안테나 요소를 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는
    안테나 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모드에서, 상기 제2 안테나 요소들의 제1 서브세트는 상기 통신 프로토콜을 통해 상기 제1 안테나 요소들의 통신을 지원하기 위한 2차 기능을 제공하도록 구성되고 그리고 상기 제2 안테나 요소들의 제2 서브세트는 상기 제1 안테나 요소들의 빔 형성 또는 빔 스티어링을 지원하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    안테나 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 모드에서, 상기 제2 안테나 요소들의 제3 서브세트는 빔 형성 또는 빔 스티어링을 지원하도록 구성되고, 상기 제3 서브세트는 상기 제2 서브세트에 대해 하나 이상의 추가적인 제2 안테나 요소를 갖는 것을 특징으로 하는
    안테나 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 어레이는 4x4 MIMO 안테나 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는
    안테나 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 안테나 어레이는 4x4 MIMO 안테나 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는
    안테나 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이는 약 24GHz 내지 약 86GHz 범위의 주파수 대역에서 통신하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는
    안테나 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    복수의 제3 안테나 요소들을 갖는 제3 안테나 어레이를 더 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 제1 모드 또는 상기 제2 모드에서 상기 제3 안테나 어레이의 제3 안테나 요소들 중 하나 이상의 동작을 제어하도록 구성되고, 상기 제1 모드에서, 상기 제3 안테나 요소들 중 하나 이상은 상기 통신 프로토콜을 통해 상기 제1 안테나 요소들의 통신을 지원하기 위한 2차 기능을 제공하고, 상기 제2 모드에서, 상기 제3 안테나 요소들 중 하나 이상은 상기 제1 안테나 요소들의 빔 형성 또는 빔 스티어링을 지원하는 것을 특징으로 하는
    안테나 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 제1 안테나 어레이에 결합된 하나 이상의 제1 스위치를 갖는 제1 스위칭 컴포넌트와;
    상기 제2 안테나 어레이에 결합된 하나 이상의 제2 스위치를 갖는 제2 스위칭 컴포넌트와;
    상기 제1 스위칭 컴포넌트와 상기 제2 스위칭 컴포넌트 사이에 결합된 위상 시프팅 컴포넌트를 포함하는 것을 특징으로 하는
    안테나 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 위상 시프팅 컴포넌트는 하나 이상의 위상 시프터를 포함하는 것을 특징으로 하는
    안테나 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 위상 시프팅 컴포넌트는 상이한 전기적 길이의 하나 이상의 전송 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는
    안테나 시스템.
  14. 모바일 디바이스로서,
    복수의 제1 안테나 요소들을 갖는 제1 안테나 어레이 - 상기 제1 안테나 요소들은 다중 입력 다중 출력(MIMO) 모드에서 통신 프로토콜을 통해 하나 이상의 신호를 통신하도록 동작가능함 - 와;
    복수의 제2 안테나 요소들을 갖는 제2 안테나 어레이와; 그리고
    제1 모드 또는 제2 모드에서 상기 제2 안테나 어레이의 제2 안테나 요소들 중 하나 이상의 요소의 동작을 제어하도록 구성된 제어 회로를 포함하고,
    상기 제1 모드에서, 상기 제2 안테나 요소들 중 하나 이상은 상기 통신 프로토콜을 통해 상기 제1 안테나 요소들의 통신을 지원하기 위한 2차 기능을 제공하도록 구성되고; 그리고
    상기 제2 모드에서, 상기 제2 안테나 요소들 중 하나 이상은 상기 제1 안테나 요소들의 빔 형성 또는 빔 스티어링을 지원하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    모바일 디바이스.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이는 상기 모바일 디바이스의 상이한 표면들에 근접하여 위치되는 것을 특징으로 하는
    모바일 디바이스.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이는 상기 모바일 디바이스의 동일한 표면에 근접하게 위치되는 것을 특징으로 하는
    모바일 디바이스.
  17. 안테나 시스템을 구성하는 방법으로서,
    다중 입력 다중 출력 모드에서 통신 프로토콜을 통해 하나 이상의 신호를 통신하기 위해 복수의 제1 안테나 요소들을 동작시키는 단계와;
    상기 통신 프로토콜을 통해 상기 제1 안테나 요소들의 통신을 지원하기 위한 2차 기능을 제공하기 위해 제1 모드에서 하나 이상의 제2 안테나 요소를 동작시키는 단계와; 그리고
    상기 복수의 제1 안테나 요소들에 대한 빔 형성 또는 빔 스티어링을 제공하기 위해 상기 제1 모드에서 제2 모드로 상기 하나 이상의 제2 안테나 요소의 동작을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    안테나 시스템을 구성하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 2차 기능은 상기 통신 프로토콜을 통해 다중 입력 다중 출력(MIMO) 모드 통신을 지원하도록 상기 하나 이상의 제2 안테나 요소를 동작시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    안테나 시스템을 구성하는 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 2차 기능은 다이버시티 안테나 요소들로서 동작하도록 상기 하나 이상의 제2 안테나 요소를 동작시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    안테나 시스템을 구성하는 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 통신 프로토콜은 5G 통신 프로토콜이고, 상기 하나 이상의 신호는 약 24GHz 내지 약 86GHz 범위의 주파수 대역에 있는 것을 특징으로 하는
    안테나 시스템을 구성하는 방법.
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