KR102644271B1 - 무선 통신을 위한 안테나 배치 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

안테나 어레이는 안테나 패널들을 포함하는 제1 안테나 어레이로서, 상기 안테나 패널들은, 제1 반경을 갖는 제1 원 상에 배열된 하나 이상의 제1 안테나 패널들, 상기 제1 안테나 패널들은 하나 이상의 안테나 요소들을 포함하고 및 제2 반경을 갖는 제2 원상에 배열된 하나 이상의 제2 안테나 패널들, 상기 제2 안테나 패널들 각각은 하나 이상의 안테나 요소들을 포함하고, 상기 제2 원은 중심점에서 상기 제1 원과 동심이고, 상기 하나 이상의 제2 안테나 패널들은 상기 하나 이상의 제1 안테나 패널들에 대해 상기 중심점 주위에 제1 각도로 배열되고, 상기 제1 반경, 상기 제2 반경 및 상기 제1 각도는 무선 전송 조건에 따라 연산되고, 상기 무선 전송 조건은 두 개 이상의 원들에 배열된 하나 이상의 제3 안테나 패널들을 포함하는 제2 안테나 어레이까지의 가시 영역(line of sight) 거리 및 상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이 사이의 가시 영역 무선 전송의 반송파 주파수를 포함한다.

Description

무선 통신을 위한 안테나 배치 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR ANTENNA PLACEMENT FOR WIRELESS COMMUNICATIONS}
본 개시에 따른 실시예는 무선 통신을 위한 안테나 배치 시스템 및 방법에 관한 것이다.
무선 통신 분야에서 가시 거리(line of sight: LOS) 통신은 벽이나 지구와 같은 장애물 없는 송신 안테나 또는 소스 안테나와 수신 안테나 사이의 직접 경로를 의미한다.
가시 거리 통신은 5G(5th generation) NR(new radio) 표준의 24.25GHZ 내지 52.6GHz의 주파수 범위 2(frequency range 2: FR2)와 같은 고주파 및 향후 6G(6th generation) 무선 통신에서 사용될 수 있는 테라 헤르츠(Terahertz: THz) 주파수와 같은 더 높은 주파수에서 동작할 때 특히 중요하다.
가시 거리 통신 분야에서, 주요 성능 장애 중 하나는 다중 경로(예를 들어, 환경과의 반사, 굴절 및 회절과 같은 상호 작용으로 인한 송신 안테나 및 수신 안테나 사이의 다중 경로)의 부족으로 인한 안테나 간의 상관 관계이다. 안테나 패널을 신중하게 설계하지 않으면 채널 상태가 좋지 않을 수 있고, 전체 성능이 저하될 수 있다.
본 개시의 실시예들은 안테나들 간의 상관 관계(correlation)를 감소 또는 최소화함으로써 안테나 패널들 사이의 통신 처리량을 증가시키거나 최대화하기 위한 안테나 배치를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 개시의 실시예에 따른, 안테나 패널들을 포함하는 제1 안테나 어레이로서, 상기 안테나 패널들은, 제1 반경을 갖는 제1 원 상에 배열된 하나 이상의 제1 안테나 패널들, 상기 제1 안테나 패널들은 하나 이상의 안테나 요소들을 포함하고 및 제2 반경을 갖는 제2 원상에 배열된 하나 이상의 제2 안테나 패널들, 상기 제2 안테나 패널들 각각은 하나 이상의 안테나 요소들을 포함하고, 상기 제2 원은 중심점에서 상기 제1 원과 동심이고, 상기 하나 이상의 제2 안테나 패널들은 상기 하나 이상의 제1 안테나 패널들에 대해 상기 중심점의 주위에 제1 각도로 배열되고, 상기 제1 반경, 상기 제2 반경 및 상기 제1 각도는 무선 전송 조건에 따라 연산되고, 상기 무선 전송 조건은 두 개 이상의 원들에 배열된 하나 이상의 제3 안테나 패널들을 포함하는 제2 안테나 어레이까지의 가시 영역(line of sight) 거리 및 상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이 사이의 가시 영역 무선 전송의 반송파 주파수를 포함한다.
여기서, 상기 무선 전송 조건은, 상기 제1 안테나 어레이의 안테나 패널들, 상기 제1 안테나 어레이의 제1 안테나 패널들이 배열된 다수의 원들 및 상기 안테나 패널들 각각의 안테나 요소들을 더 포함한다.
여기서, 상기 무선 전송 조건은, 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제3 안테나 패널들 및 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제3 안테나 패널들이 배열된 다수의 원들을 더 포함한다.
여기서, 상기 제1 안테나 어레이는 안테나 어레이 제어기를 더 포함하며, 상기 안테나 어레이 제어기는, 상기 무선 전송 조건의 변화에 따라 상기 제1 반경, 상기 제2 반경, 상기 제1 각도 및 상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이 사이의 제2 각도를 연산하고 그리고, 상기 제1 반경, 상기 제2 반경, 상기 제1 각도 및 상기 제2 각도에 기초하여 상기 제1 안테나 어레이를 재구성하도록 구성된다.
여기서, 상기 안테나 어레이 제어기는, 상기 제1 반경, 상기 제2 반경 상기 제1 각도에 따라 상기 안테나 패널들의 그리드로부터 선택된 상기 제1 안테나 패널들 및 상기 제2 안테나 패널들을 활성화하도록 구성된다.
여기서, 상기 안테나 어레이 제어기는, 상기 제1 반경, 상기 제2 반경, 상기 제2 각도에 따라 상기 제1 안테나 패널들 및 상기 제2 안테나 패널들을 위치시키는 하나 이상의 액추에이터를 제어하도록 구성된다.
여기서, 상기 제1 안테나 패널들 및 상기 제2 안테나 패널들은 상기 제1 원 및 상기 제2 원의 주위에 불균일하게 이격된다.
여기서, 상기 제1 반경 및 상기 제2 반경은 동일하다.
여기서, 상기 제1 반경 및 상기 제2 반경은 상이하다.
여기서, 상기 제1 반경, 제2 반경 및 제1 각도는 성능 메트릭의 최적화에 따라 연산된다.
여기서, 상기 메트릭은, 디코딩 에러 확률을 최소화하는 것 및 채널 상관 관계를 최소화하는 것 중 적어도 하나에 기초하여 연산된다.
본 개시의 실시예에 따른 안테나 구성 방법은, 두 개 이상의 제1 원들 상에 배열된 제1 안테나 패널들을 포함하는 제1 안테나 어레이 및 두 개 이상의 제2 원들 상에 배열된 제2 안테나 패널들을 포함하는 제2 안테나 어레이 사이의 가시 영역 거리 및 상기 제1 안테나 어레이와 상기 제2 안테나 어레이 사이의 가시 영역 무선 전송의 반송파 주파수를 포함하는 무선 전송 조건을 수신하는 것, 상기 무선 전송 조건에 기초하여 상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이에 대한 안테나 어레이 파라미터를 연산하는 것을 포함하고, 상기 안테나 어레이 파라미터는, 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 원들의 하나 이상의 제1 반경, 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 원들 사이의 하나 이상의 제1 회전 오프셋, 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 원들의 하나 이상의 제2 반경, 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 원들 사이의 하나 이상의 제2 회전 오프셋 및 상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이 사이의 회전 오프셋을 포함한다.
여기서, 상기 무선 전송 조건은, 상기 제1 안테나 어레이 내의 상기 제1 안테나 패널들, 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 원들, 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 안테나 패널들, 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 원들 및 상기 제1 안테나 패널들 및 상기 제2 안테나 패널들 각각의 안테나 요소들을 포함한다.
여기서, 상기 안테나 어레이 파라미터를 연산하는 것은, 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 안테나 패널들의 수와 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 안테나 패널들의 수는 모두 네 개인 것 및 상기 제1 안테나 패널들은 상기 제1 안테나 어레이에서 두 개의 상기 제1 원으로 배열되고, 상기 제2 안테나 패널들은 상기 제2 안테나 어레이에서 두 개의 상기 제2 원으로 배열되는 것을 결정하는 것을 포함한다.
상기 안테나 어레이 파라미터를 연산하는 것은, 상기 무선 전송 조건이 상기 제1 원들의 상기 제1 반경이 상기 제2 원들의 상기 제2 반경과 다르다는 것을 지시한다고 결정하는 것; 및 다음 제약 조건들에 따라 안테나 어레이 파라미터를 연산하는 것을 포함하고,
여기서, 상기 k, 상기 m 및 상기 l은 양의 홀수일 수 있고, 상기r0 및 r1 은 상기 제1 안테나 어레이의 제1 원들 중 첫 번째 원 및 두 번째 원의 반경이고, 상기 및 상기 는 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 원들 중 첫 번째 원 및 두 번째 원의 반경이다.
여기서, 상기 안테나 어레이 파라미터를 연산하는 것은, 상기 무선 전송 조건이 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 원들의 상기 제1 반경이 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 원들의 상기 제2 반경과 동일하고, 상기 제1 안테나 어레이의 두 개의 상기 제1 원들 사이 및 상기 제2 안테나 어레이의 두 개의 상기 제2 원들 사이의 회전 오프셋은 모두 90˚인 것을 확인하는 것 및, 다음 제약 조건들에 따라 안테나 어레이 파라미터를 연산하는 것을 포함하고,
여기서, 상기 a 및 상기 b는 -1 또는 1 이고, 상기 k, 상기 l 및 상기 b는 양의 홀수 또는 음의 홀수이고, 상기 및 상기 은 상기 제1 안테나 어레이의 제1 원들 중 첫 번째 원 및 두 번째 원의 반경이다.
여기서, 상기 안테나 파라미터를 연산하는 것은, 상기 제1 안테나 어레이의 제1 원들의 상기 제1 반경은 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 원들의 상기 제2 반경과 동일하고, 상기 제1 안테나 어레이의 2 개의 제1 원들 사이 및 상기 제2 안테나 어레이의 2 개의 제2 원들 사이의 회전 오프셋은 모두 90˚가 아니고, 상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이 사이의 회전 오프셋은 0˚인 것을 확인하는 것 및 다음 제약 조건들에 따라 안테나 어레이 파라미터를 연산하는 것을 포함하고,
여기서, 상기 a 및 상기 b는 -1 또는 1 이고, 상기 k, 상기 l 및 상기 b는 양의 홀수 또는 음의 홀수이고, 상기 및 상기 은 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 원들 중 첫 번째 원 및 두 번째 원의 반경이고, 상기 c는 상기 및 상기 의 비율이다.
여기서, 상기 안테나 파라미터를 연산하는 것은, 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 안테나 패널들의 수 및 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 안테나 패널들의 수는 모두 네 개가 아니고, 상기 제1 안테나 패널들이 상기 제1 안테나 어레이에서 두 개의 상기 제1 원들로 배열되지 않거나 상기 제2 안테나 패널들이 상기 제2 안테나 어레이에서 두 개의 상기 제2 원들로 배열되지 않는 것을 결정하는 것 및 다음 제약 조건들에 따라 안테나 어레이 파라미터를 연산하는 것을 포함하고,
여기서, 는 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 원들 중 i 번째 원의 반경이고, 상기 i는 0 이상 Cr-1 이하의 실수이고, c는 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 원들 중 i 번째 원의 반경 및 상기 제1 원들 중 최외각 원의 반경 사이의 비율이고, 상기 는 양의 홀수이고, 상기 j는 0 이상 Ct-1 이하의 실수이고, 상기 는 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 원들 중 j 번째 원의 반경 및 상기 제2 원들 중 최외각 원의 반경 사이의 비율이고, 는 1이고, 상기 는 양의 홀수이다.
` 여기서, 상기 무선 전송 조건의 변경에 따라 상기 안테나 어레이 파라미터를 연산하는 것 및 상기 안테나 어레이 파라미터에 따라 상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이를 재구성하는 것을 더 포함한다.
상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이를 재구성하는 것은, 상기 안테나 어레이 파라미터에 따라 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 안테나 패널들의 제1 그리드로부터 상기 제1 안테나 패널들을 활성화하는 것; 및 상기 안테나 어레이 파라미터에 따라 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 안테나 패널들의 제2 그리드로부터 상기 제2 안테나 패널들을 활성화하는 것을 포함한다.
여기서, 상기 제1 안테나 패널들의 상기 제1 그리드는 평평한 평면, 실린더의 일부 및 구의 일부에 배열된다.
여기서 상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이를 재구성하는 것은, 상기 안테나 어레이 파라미터에 따라 상기 제1 안테나 패널들 및 상기 제2 안테나 패널들을 배열하기 위해 하나 이상의 액추에이터를 사용하여 상기 제1 안테나 패널들 및 상기 제2 안테나 패널들을 이동시키는 것을 포함한다.
본 개시의 실시예들의 특징, 양태 및 이점은 다음의 발명의 설명, 청구 범위 및 첨부된 도면과 관련하여 고려될 때, 더 완전히 이해될 것이다. 본 발명의 실제 범위는 청구 범위에 의해 정의된다.
본 개시의 실시예에 따르면, 가시 영역 채널들의 성능이 개선될 수 있다.
본 개시의 비제한적이고 비포괄적인 실시예는 다음 도면을 참조하여 설명되며, 여기서 동일한 참조 번호는 달리 명시되지 않는 한 다양한 도면에 걸쳐 동일한 부분을 지칭한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 위치에 대한 모델을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 개시의 실시예에 따라 연산된 파라미터로 구성된 안테나 어레이의 예시적인 배열을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 상관 관계를 최소화하는 일부 가능한 솔루션을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 동적으로 재구성 가능한 안테나 어레이를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 어레이를 동적으로 구성하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 어레이 파라미터를 연산하기 위한 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하며, 여기서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 예시된 실시 예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
오히려, 이들 실시예는 본 개시가 철저하고 완전하도록 예시로 제공되며, 본 개시의 양태 및 특징을 통상의 기술자에게 완전히 전달할 것이다. 따라서, 본 개시의 특징 및 양태의 완전한 이해를 위해 통상의 기술자에게 필요하지 않은 프로세스, 구성요소 및 기술은 설명되지 않을 수 있다. 별도의 언급이 없는 한, 동일한 도면 부호는 첨부된 도면 및 발명의 설명을 통해 동일한 구성요소를 나타내므로 그 설명은 반복되지 않을 수 있다. 또한, 도면에서, 구성요소 및 영역의 상대적 크기는 명확성을 위해 과장 및/또는 단순화될 수 있다.
가시 거리 통신(line of sight: LOS)에서, 무선 채널 간의 원하지 않은 상관 관계(correlation)는 통신의 성능(예를 들어, 신호대 잡음비(signal noise ratio: SNR) 및/또는 오류율(error rate)에 의해 측정됨) 저하를 유발할 수 있다. 비교 시스템(comparative system)에서 안테나의 구성은 모든 통신 시나리오에 대해 고정되어 있고, 일반적으로 동작 파장(operating wavelength)의 절반에 배치된다. 그러나 이러한 구성은 가시 영역 통신에서 차선책일 수 있다.
채널 상관 관계를 피하고, 이러한 시나리오에서 성공적으로 동작할 수 있는 무선 통신 장치(예를 들어, 셀룰러 라디오(cellular radio))를 구현하는 한가지 방법은 특정 통신 시나리오에 유리한 채널 조건을 제공하도록 안테나 어레이의 능동 안테나 요소(또는, 안테나 패널(antenna panel))를 구성 또는 배열하는 것이다. 그러나, 안테나 패널 배열을 생성하기 위한 비교 접근법은 일반적으로 매우 규칙적인(균일한) 안테나 위치를 생성하도록 제한되며, 안테나 어레이에서 안테나 요소 또는 안테나 패널의 불규칙한 배열과 관련된 솔루션을 식별하지 못한다. 그러므로, 규칙적인(또는 균일한) 안테나 배열이 물리적 제약을 충족하지 않지만, 불규칙한(또는 균일하지 않은) 안테나 배열이 물리적 제약을 충족할 수 있는, 안테나 패널 또는 안테나 요소의 배열에 특별한 물리적 공간이나 형상 제약이 있는 상황과 같이, 비교 접근법이 실행 가능한 솔루션을 생성하지 못하는 상황이 있다.
따라서, 본 개시의 실시예들의 양태는 채널들 간의 상관 관계를 회피하거나 감소시켜 가시 영역 채널들의 성능을 개선하기 위해 안테나 요소 또는 안테나 패널을 배치하는 방법에 관한 것이다. 본 개시의 실시예들의 양태는 그에 따라 배치된 안테나 요소 또는 안테나 패널을 갖는 안테나 시스템에 관한 것이다. 본 개시의 실시예의 양태는 실내 데이터 센터 및 실외 셀룰러 기지국을 위한 무선 백홀 접속과 같은 고정된 송수신 위치를 포함하는 다양한 가시 영역 무선 통신 환경에 적용될 수 있다. 본 개시의 실시예들의 일부 양태는 송신기와 수신기 사이의 거리(Tx-Rx- 거리)를 포함하는 다양한 파라미터에 따라 안테나 요소 및 안테나 패널의 위치를 결정하는 것에 관한 것이다.
본 개시의 실시예들의 일부 양태는 디코딩 에러 확률을 최소화하고, 채널 용량 또는 처리량을 최대화하고 및/또는 안테나 상관 관계를 최소화하는 것과 같은 성능 메트릭을 개선 또는 최적화함으로써 안테나의 배열을 연산하는 것에 관한 것이다.
본 개시의 실시예들의 일부 양태는 안테나 요소(예를 들어, 안테나 패널)이 동심원 상에 배열되는 안테나 패널에 관한 것이다. 본 개시의 실시예들은 안테나 패널 상의 매우 많은 수의 안테나의 배열을 연산할 수는 것에 관한 것이다. 또한, 본 개시의 실시예들의 일부 양태는 현재 환경 조건 및 통신 시나리오에 기초하여 안테나 배열을 자동으로 연산하고, 연산된 안테나 배열에 따라 안테나 패널의 그룹으로부터 안테나 패널의 서브 셋을 자동으로 선택하는 것에 관한 것이다.
[0001] 도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 위치에 대한 모델의 개략도이다.
도 1에 도시된 실시예에서, 수신 안테나 어레이(100)는 복수의 수신 안테나 패널(N개의 안테나 패널)을 포함할 수 있고, 도 1의 실시예는 4 개의 수신 안테나 패널(111, 112, 113, 114)를 도시한다. 각각의 수신 안테나 패널(110)은 하나 이상의 안테나 요소(안테나 패널(110)의 안테나 요소의 수는 Q로 표시됨)를 포함할 수 있고, 예를 들어, 수신 안테나 패널(110) 각각은 단일 안테나 요소(Q=1) 또는 안테나 어레이 배열(Q>1)을 포함할 수 있다. 안테나 요소는 복수의 수신원(receive circle, 120)(개별적으로 수신원(121 및 122)으로 식별됨) 상에 배열된다. 수신 안테나 어레이(100)는 Cr 개의 원을 포함하고, 수신원(120) 각각은 로 각각 식별되는 반경을 갖는다. 일부 실시예에서, 수신원(120)은 각각 상이한 반경을 갖는다. 일부 실시예에서 수신원(120) 중 일부는 서로 동일한 반경을 가질 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 복수의 수신원(120)은 xy 평면이 동일 평면이고, 동심이 수신 중심점(130) 주위일 수 있다. 각각의 수신원(120)은 최외각 수신원(예를 들어, 가장 큰 반경을 갖는 수신원)으로부터 측정된 값에 대응하는 회전 오프셋(rotational offset, )을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 수신원(121)은 제2 수신원(최외각의)(122)으로부터 만큼 회전 오프셋된다. 이러한 회전에 EK라서, Cr 회전 오프셋()이 있을 수 있다. Cr-1 번째 수신원의 반경이 가장 크다고 가정하면, 은 0˚일 수 있다. 회전 오프셋은 수신 중심점(130) 및 각각의 수신원(120)의 수신 안테나 패널(110) (예를 들어, 해당 원의 가장 낮은 번호의 안테나 패널) 사이의 선분(또는 광선) 사이에서 측정될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 제1 수신 안테나 패널(111) 및 제2 수신 안테나 패널(112)은 제1 수신원(121)(반경 을 가짐), 제3 수신 안테나 패널(113) 및 제4 수신 안테나 패널(114)은 제2 수신원(122)(반경 을 가짐) 상에 있다. 따라서, 회전 오프셋 은 제1 수신원(121) 상의 수신 중심점(130)과 제1 수신원(121) 상의 제1 수신 안테나 패널(111) 사이의 제1 광선(141) 및 제2 수신원(122)(최외각 수신원, 반경 을 가짐)의 수신 중심점(130)과 제3 수신 안테나 패널(113) 사이의 제2 광선(142)사이의 각도로 정의된다.
도 1에 도시된 실시예는 또한 z 축(예를 들어, xy 평면에 수직)을 따라 수신 안테나 어레이(100)로부터 거리 D만큼 이격된 송신 안테나 어레이(200)를 포함한다. 수신 안테나 어레이(100) 및 송신 안테나 어레이(200)는 제1 안테나 어레이 및 제2 안테나 어레이로 지칭될 수 있다. 또한, "송신" 및 "수신"이라는 용어는 편의상 서로 다른 안테나 어레이를 식별하기 위해 사용된다. 본 개시의 실시예는 "수신" 안테나 어레이 및 "송신" 안테나 어레이의 안테나 패널의 배열이 "수신" 안테나 어레이로부터 "송신" 안테나 어레이로의 가시 영역 무선 전송에 사용되는 실시예를 포함하며, 그 역의 경우도 마찬가지이다.
송신 안테나 어레이(200)는 복수의 송신 안테나 패널(210)(M 개의 송신 안테나 요소)를 포함하며, 도 1에 도시된 실시예는 6 개의 송신 안테나 패널(211, 212, 213, 214, 215, 216)을 포함한다(M=6). 송신 안테나 패널(210) 중 하나 이상의 안테나 요소(송신 안테나 패널(210)의 안테나 요소의 수는 Q로 표시됨)가 단일 안테나 요소(Q=1) 또는 안테나 요소의 어레이(Q>1)일 수 있다. 송신 안테나 패널(210)은 복수의 송신원(220)(개별적으로 송신원(221, 222, 223)으로 식별됨)상에 배열된다. 송신 안테나 어레이(200)는 Ct개의 원(Ct는 송신원(220)의 수)를 포함하고, 송신원(220) 각각은 각각 로 식별되는 반경을 갖는다. 일부 실시예에서, 송신원(220) 각각은 로 각각 식별되는 반경은 갖는다. 일부 실시예에서, 일부 송신원(220)은 서로 동일한 반경을 갖는다.
도 1에 도시된 실시예에서, 송신원(220)은 xy 평면에 평행하고, 동심이 송신 중심점(230) 주위인 것으로 도시되어 있다. 각각의 송신원(220)은 최외각 송신원(예를 들어, 가장 큰 반경을 갖는 원)으로부터 측정된 값에 대응하는 회전 오프셋() 예를 들어, 제1 송신원(221)은 제3 송신원(223)(최외각 송신원)으로부터 만큼 회전 오프셋된다. 이러한 표기법에 따르면, Ct 회전 오프셋()이 있을 수 있다. Ct-1번째 송신원(220)이 가장 큰 반경을 갖는다고 가정하면 는 0˚일 수 있다. 회전 오프셋()은 송신 중심점(230)과 각각의 송신원(220)의 송신 안테나 패널(210)(예를 들어, 송신 안테나 패널 가장 낮은 안테나 요소) 사이의 선분(또는 광선) 사이에서 측정될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 제1 송신 안테나 패널(211) 및 제2 송신 안테나 패널(212)은 제1 송신원(221)(반경 을 가짐) 상에 있고, 제3 송신 안테나 패널(213) 및 제4 송신 안테나 패널(214)은 제2 송신원(222)(반경을 가짐) 상에 있고, 제5 송신 안테나 패널(215) 및 제6 송신 안테나 패널(216)은 제3 송신원(223)(반경 을 가짐)에 위치한다. 따라서, 회전 오프셋 는 제1 송신원(221)(반경 을 가짐)상의 송신 중심점(230)과 제1 송신 안테나 패널(211) 사이의 제1 광선(241) 및 제3 송신원(223)(예를 들어, 최외각 송신원, 반경 를 가짐)상의 송신 중심점(230)과 제5 송신 안테나 패널(215) 사이의 제3 광선(243)사이의 회전 오프셋으로 정의된다. 마찬가지로, 회전 오프셋 은 제2 송신원(222)(반경 을 가짐) 상의 송신 중심점(230)과 제3 송신 안테나 패널(213) 사이의 제2 광선(242) 및 제3 송신원(223)(예를 들어, 최외각 송신원, 반경 을 가짐)상의 송신 중심점(230)과 제5 송신 안테나 패널(215) 사이의 제3 광선(243)사이의 회전 오프셋으로 정의된다.
[0001] 수신 안테나 어레이(100) 및 송신 안테나 어레이(200)는 서로에 대한 회전 오프셋(α)을 가질 수 있다. 회전 오프셋(α)는 수신 안테나 어레이(100)의 최외각 원의 반경과 송신 안테나 어레이(200) 사이의 각도와 관련하여, 여기서 설명될 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 수신 안테나 어레이(100)의 최외각 수신원(122)(반경 을 가짐)은 송신 안테나 어레이(200)의 최외각 송신원(223)(반경 을 가짐)의 평면에 투영된다. 따라서, 회전 오프셋(α)은 투영 반경(150) 및 제3 송신원(223)(반경 를 가짐)의 제3 광선(243)의 사이의 회전 오프셋일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서 수신 안테나 어레이(100) 및 송신 안테나 어레이(200)에서의 원의 수(각각 Cr개 및 Ct 개)는 상이하다. 일부 실시예에서, 수신 안테나 어레이(100) 및 송신 안테나 어레이(200)에서의 원의 수(각각 Cr개 및 Ct 개)는 동일하다. 안테나 패널이 하나 이상의 안테나 요소(Q>1)를 포함하는 본 개시의 실시예에서, 개별 안테나 요소는 선형, 원형 직사각형 등과 같은 다양하고 상이한 형상으로 배열될 수 있다.
이러한 파라미터를 사용하는 경우, 모델이 선형 또는 원형 어레이가 될 만큼 유연하다. 예를 들어, Ct 및 Cr이 2이고, 두 원의 반경이 동일하고, 가 90˚인 경우, 모델은 원형 어레이가 되고(원당 두 개의 안테나 패널이 있는 경우 사각형 배열로 간주할 수 있음), 두 원의 반경이 상이하고, 가 0˚인 경우, 모델은 선형 어레이가 된다.
[0001] 본 개시에 따른 실시예의 양태는 도 1과 관련하여 설명된 안테나 모델에 따라, 예를 들어, 디코딩 오류 확률을 감소 또는 최소화, 채널 용량 또는 처리량을 최대화 및/또는 안테나 패널 간의 상관 관계를 감소 또는 최소화함으로써 성능 메트릭을 개선 또는 최적화하는 수신 안테나 어레이(100) 및 송신 안테나 어레이(200)의 구성을 특정하는 안테나 어레이 파라미터 셋을 연산하는 것에 관한 것이다.
입력 파라미터는 수신 안테나 패널의 수(N), 송신 안테나 패널의 수(M), 수신원의 수(Cr), 송신원의 수(Ct), 수신 안테나 어레이(100) 및 송신 안테나 어레이(200) 사이의 거리(D), 반송파 파장() 및 각각의 안테나 패널의 안테나 요소의 수(Q)를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예 따른 방법으로부터의 출력 파라미터는 각각의 수신원(120)의 반경(예를 들어, i 번째 수신원(120)의 반경 ri의 경우, , 또는, 등가적으로, ) 및 송신원(220)의 반경((예를 들어, i번째 송신원(220)의 반경 rj의 경우, , 또는, 등가적으로, ), 수신 안테나 어레이(100) 및 송신 안테나 어레이(200) 사이의 회전 오프셋(α) 및 각각의 수신원(120)들 사이 및 각각의 송신원(220)들 사이의 회전 오프셋()(예를 들어, i 번째 수신원(120)의 회전 오프셋()인 경우 이고, i 번째 송신원(220)의 회전 오프셋()인 경우 임)을 포함한다.
도 1에는 안테나 패널(110, 210)이 수신원(120) 및 송신원(220) 상에 위치하는 것으로 도시되어 있다. 본 개시의 실시예는 물리적 안테나 어레이(100, 200)가 안테나 패널(110, 210)이 장착되는 하나 이상의 물리적 원형 지지 구조를 포함하는 실시예를 포함한다. 그러나, 본 개시의 실시예는 이에 한정되지 않으며 안테나 패널(110, 210)이 물리적인 원형에 장착될 필요는 없다. 본 개시의 실시예는 모든 안테나 패널(110, 210)이 중심점으로부터 하나 이상의 거리에 이격되는 배열을 더 포함하고, 여기서 하나 이상의 거리는 상기 원형 물리적 지지 구조가 없는 중심점 주위의 하나 이상의 가상 동심원 반경에 대응한다. 예를 들어, 도 4와 관련하여 더 상세히 설명되는 안테나 패널 어레이(400)를 참조한다.
본 개시의 실시예는 디코딩 오류 확률을 최소화 채널 용량 또는 처리량을 최대화 및/또는 안테나 패널의 간의 상관 관계를 감소 또는 최소화함으로써 안테나 어레이의 부분들 간의 채널 상관 관계를 최소화함으로써 성능 메트릭을 개선 또는 최적화하는 것에 관한 것이다. 상관 관계는 각각의 안테나 패널에서 관찰되는 채널 조건의 유사성을 측정한 것이다. 최상의 성능(예를 들어, 가장 높은 데이터 처리량)은 일반적으로 안테나 패널에서 관찰되는 채널 상태가 서로 독립적이거나 매우 다른 경우 관찰된다. 이는 작은 상관 값에 해당한다. 따라서, 본 개시의 일부 실시예는 다양한 안테나 패널의 가시 영역 채널의 성능 메트릭을 개선 또는 최적화하기 위해 수신원 및 송신원에 대한 반경 및 각도 파라미터를 연산하는 것과 관련된다.
다음 논의에서는 i 번째 행과 j 번째 열 요소가 i번째 수신(Rx) 안테나 패널과 j번째 송신(Tx) 안테나 패널 사이의 채널 상태를 나타내는 채널 행렬 H가 정의된다. 대응하는 안테나 쌍간의 상관 관계 값은 HHH 또는 HHH이다(여기서, HH는 H의 허미션(Hermitian) 행렬임). 결과 행렬의 비 대각 요소(i와 j가 동일하지 않은 i 번째 행 요소 및 j 번째 열 요소)는 해당 안테나 쌍(즉, i 번째 안테나 및 j 번째 안테나) 간의 상관 관계 값을 나타낸다. 따라서, 본 개시의 실시예에 따른 양태는 HHH 또는 HHH의 비대각 요소의 크기를 작게 만드는 안테나 파라미터(예를 들어, 위에서 논의된 바와 같은 및 를 연산하는 것에 관한 것이다.
일부 경우에, 본 개시의 실시예는 4Х4 배열(4개의 수신 안테나 요소 N 및 4 개의 송신 안테나 요소 M)에 대응하는 Q는 1 이고 Cr 및 Ct은 2인 경우에 대한 정확한 솔루션을 연산하는 것과 관련된다. Cr 및 Ct가 2인 경우, 외부원의 는 이고, 은 내부원의 반경이며, c는 0을 초과하고 크고 1 이하의 값이다.
일부 경우에, 수신 안테나 어레이(100) 및 송신 안테나 어레이(200)는 상이한 크기 제약을 가질 수 있다. 예를 들어, 위에서 언급한 바와 같이, 이동국(mobile station)은 기지국보다 안테나에 사용 가능한 공간이 훨씬 적을 수 있다. 또한, 이동국은 안테나의 일부 구성이 다른 구성보다 더 적합하게 하는 특정 폼 팩터(form factor)(예를 들어, 스마트폰은 일반적으로 얇은 직육면체 형상으로, 스마트폰의 전면과 후면에 해당하는 직육면체 형상의 두 대향면이 스마트폰의 가장자리에 해당하는 직육면체 형상의 나머지 네개의 면보다 훨씬 큼)를 가질 수 있다. 다른 예로서, 두 개의 통신 기지국(예를 들어, 건물 측면에 위치하는 것과 독립형에 위치하는 것)은 서로 다른 공간 제약을 가질 수 있다. 따라서, 아래에서 보다 자세히 설명하는 수학식 1, 2, 및 3은 수신 안테나 어레이(100)의 수신원(120)의 반경() 및 송신 안테나 어레이(200)의 송신원(220)의 반경()에 대한 제약과 관련된다. 제약은 디코딩 오류 확률을 최소화하고, 안테나 어레이(100, 200)에 대한 채널 용량을 최대화하고 및/또는 이러한 안테나 어레이(100, 200) 간의 상관 관계를 최소화함으로써 성능 메트릭을 개선 또는 최적화하는 안테나 패널(110, 210)의 다른 배열에 대응한다.
아래의 수학식 1은 내부 수신원의 반경() 및 내부 송신원의 반경()의 곱이 λD/4(λ는 반송파 파장이고, D는 수신 안테나 어레이(100) 및 송신 안테나 어레이(200) 사이의 거리이며, 스케일링 상수를 사용한 λ 및 D의 곱)의 홀수 배수인 제약을 나타낸다.
여기서, k는1, 3 및 5와 같은 홀수일 수 있다.
아래의 수학식 2는 내부 수신원의 반경() 및 내부 송신원의 반경()에 외부 수신원의 반경() 및 외부 송신원의 반경()의 곱을 더한 값은 반송파 파장(λ)과 수신 안테나 어레이(100) 및 송신 안테나 어레이(200) 사이의 거리(D)를 곱한 값의 절반의 홀수 배수인 제약을 나타낸다.
m은 1, 3 및 5와 같은 홀수일 수 있다.
상기 수학식 1과 유사하게, 수학식 3은 신원의 반경() 및 외부 송신원의 반경()의 곱이 λD/4(λ는 반송파 파장이고, D는 수신 안테나 어레이(100) 및 송신 안테나 어레이(200) 사이의 거리이며, 스케일링 상수를 사용한 λ 및 D의 곱)의 홀수 배수인 제약을 나타낸다.
[0001] ㅣ은 1, 3 및 5와 같은 홀수일 수 있다.
[0002] 수학식 1, 2 및 3의 제약을 만족하는 솔루션은 수신 안테나 어레이(100) 및 송신 안테나 어레이(200)가 서로 다른 반경을 갖는 상황을 포함한다. 이것은 모바일 장치가 상당한 크기 제약을 가질 수 있고(예를 들어, 모바일 장치는 일반적으로 휴대용 장치이며 포켓 크기일 수 있음), 따라서, 모바일 장치의 안테나는 폼 팩터 또는 인클로저(enclosure)의 물리적 크기 제약을 충족시켜야 하기 때문에, 기지국 장치 및 스마트폰과 같은 모바일 장치를 구현하는 경우, 특히 유용한 상황일 수 있다.
[0003] 상기 수학식들은 수신 안테나 어레이(100) 및 송신 안테나 어레이(200)의 크기가 다를 수 있음을 나타낸다. 일반적으로 크기 제약이 적은 기지국에서 대형 안테나 어레이를 사용하여 모바일 장치의 소형 안테나 어레이를 보상할 수 있다. 또한, 다른 반경의 수신(또는 송신)원을 갖는 것은 스마트폰의 경우 특히 유용할 수 있으며, 스마트폰의 크기는 더 큰 직경의 원의 안테나 패널의 배치를 제한할 수 있으나(예를 들어, 스마트폰의 긴 치수 또는 스마트폰의 대각선에 의해 제한됨), 더 작은 직경의 원형 안테나 패널은 스마트폰의 더 작은 치수를 따라 배열될 수 있다.
두 개의 원(Ct 및 Cr은 2)이 있는 또 다른 특별한 경우로, 다른 설계 제약으로 인해 원 사이의 회전 오프셋이 90°(=90°)이고, 수신원 및 송신원이 동일한 크기인 경우, 본 개시의 실시예의 일부 양태는 예를 들어, 디코딩 오류 확률을 최소화하거나, 채널 용량을 최대화하거나 또는 안테나 채널 상관 관계를 줄이거나 최소화함으로써, 성능 메트릭을 개선하기 위해 수학식 4, 5 및 6의 제약을 충족시키는 파라미터 k, l, m 및 회전 오프셋(α)을 찾는 것과 관련된다.
아래의 수학식 4, 5 및 6에 도시된 바와 같이, 내부 및 외부 수신원(120)의 반경과 내부 및 외부 송신원(220)의 반경에 대한 제약 조건(, 여기서 c는 내부원 및 외부원의 반경의 비율(임) 및 수신 안테나 어레이 및 송신 안테나 어레이 사이의 회전 오프셋(α)은 반송파 파장(λ) 거리(D), 및 1/2의 홀수 배수에 의해 제어된다.
여기서,a는 ±1일 수 있고, k는 ±1, ±3 및 ±5 와 같은 홀수일 수 있다.
여기서, l은 ±1, ±3 및 ±5 와 같은 홀수일 수 있다.
여기서,b는 ±1일 수 있고, m은 ±1, ±3 및 ±5 와 같은 홀수일 수 있다.
일부 실시예에서, 수학식 5를 대신하여 다른 제약이 사용된다. 최적의 솔루션을 제공하는 다른 제약은 다음 수학식 7에 도시된다.
여기서, l은 ±1, ±3 및 ±5 와 같은 홀수일 수 있다.
이러한 제약을 사용하면 다른 최적의 솔루션이 생성된다.
위의 수학식 4, 5, 6 및 7의 조건 또는 제약을 충족하고, 가 90˚인 경우, 이론적으로 안테나 패널 사이에 최소 상관 관계가 있는(따라서, 이론적으로 채널 용량을 최대화하는) 안테나 파라미터의 예시가 아래 표 1에 나타난다.
두 개의 원이 있는 세 번째 특별한 경우(Cr 및 ct는 2)로, 다른 설계 제약으로 인해 수신 안테나 어레이와 송신 안테나 사이의 회전 오프셋(α)이 0˚이고, 수신원 및 송신원이 동일한 크기로 간주되는 경우, 본 개시의 실시예의 일부 양태는 디코딩 오류 확률을 최소화하고, 채널 용량을 최대화하고, 안테나 상관 관계를 줄이거나 최소화함으로써 성능 메트릭을 개선 또는 최적화하기 위해 아래 수학식 8 내지 11의 제약(또는 다른 유사한 제약)을 충족시키는 파라미터 k, l, m 및 회전 오프셋(α)을 찾는 것과 관련된다.
여기서,α는 ±1일 수 있고, k은 ±1, ±3 및 ±5 와 같은 홀수일 수 있다.
여기서, l은 ±1, ±3 및 ±5 와 같은 홀수일 수 있다.
여기서, b는 ±1일 수 있고, m은 ±1, ±3 및 ±5 와 같은 홀수일 수 있다.
여기서, 및 은 안테나 어레이의 첫 번째 원 및 두 번째 원의 반경이고, c는 첫 번째 안테나 어레이의 첫 번째 원 및 두 번째 원의 반경인 및 사이의 비율이고, β는 첫번째 안테나 어레이의 첫 번째 및 두 번째 원 및 두 번째 안테나 어레이의 첫 번째 및 두 번째 원 사이의 회전 오프셋이다.
위의 수학식 8 내지 11의 조건 또는 제약을 충족하고, α가 0˚인 경우 이론적으로 안테나 패널 사이에 상관이 최소인(따라서, 이론적으로 채널 용량을 최대화하는) 안테나 파라미터의 솔루션의 예시가 아래 표 2에 나타난다.
도 2a 내지 도 2d는 본 개시의 실시예에 따라 연산된 파라미터로 구성된 안테나 어레이의 예시적인 배열을 개략적으로 도시한 개념도이다. 보다 상세하게는, 도 2a는 k=1, l=-1, m=3, c=0.33 β=0.00 및 인 표 2의 첫 번째 행을 도시한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 안테나 패널(311, 312)은 제3 및 제4 안테나 패널(313, 314)이 있는 외부원의 반경의 0.33배의 반경을 갖는 내부원 상에 있고, β가 0˚이기 때문에, 네 개의 안테나 패널(311 내지 314)이 일렬로 배열된다(예를 들어, 일렬로 배열되므로 균일한 선형 어레이를 형성함).
도 2b는 k=1, l=1, m=1, c=1 β=90.00˚ 및 인 표 2의 두 번째 행을 도시한다. 도 2b에서, c는 1.00이므로, 내부원 및 외부원은 동일한 반경을 가지며, 네 개의 안테나 패널(321 내지 324)은 모두 중심으로부터 동일한 거리에 위치한다. 두 개의 원은 90°(β=90°) 오프셋되므로 제1 및 제2 안테나 패널(321, 322)은 x축을 따라 위치하는 것으로 표시되고, 제3 및 제4 안테나 패널(323, 324)은 x축으로부터 y축을 따라 90°회전한 것으로 표시된다. 따라서, 네 개의 안테나 패널(321 내지 324)은 단일 원에 고르게 배열되므로, 균일한 원형 어레이를 형성한다(이 경우, 네 개의 안테나 패널은 정사각형 어레이임).
[0001] 도 2c는 k=3, l=-1, m=5, c=0.60 β=0.00˚및 인 표 2의 세 번째 행을 도시한다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 안테나 패널(331, 332)은 제3 및 제4 안테나 패널(333, 334)이 있는 외부원의 반지름의 0.6배의 반지름을 갖는 내부원에 있으며, β가 0°이므로, 4개의 안테나 패널(311 내지 314)은 일렬로 배열된다(예를 들어, 불균일한 선형 어레이를 형성한다).
도 2d는 k=1, l=-1, m=3, c=1.00 β=60.00˚, 및 인 표 2의 네 번째 행을 도시한다. 도 2d에 도시된 바와 같이, c는 1이므로, 내부원 및 외부원은 동일한 반경을 가지며, 네 개의 안테나 패널(321 내지 324)은 모두 중심으로부터 동일한 거리에 위치한다.
두 개의 원은 60˚오프셋 되므로(=60˚) 제1 및 제2 안테나 패널(341, 342)은 x축을 따라 있는 것으로 도시되고, 제3 및 제4 안테나 패널(343, 344)은 x축으로부터 60° 회전된 것으로 표시된다. 네 개의 안테나 패널(341 내지 344)은 원상에 불균일하게 배치되어 네 개의 안테나 패널(341 내지 344)은 불균일한 원형 어레이를 형성한다(이 경우, 4개의 안테나 패널은 직사각형 어레이임).
도 2a 내지 도 2d는 본 개시의 일부 실시예에 따라 일부의 예시적인 안테나 어레이를 도시하나, 본 개시의 실시예는 이에 제한되지 않고, 본 개시의 다양한 다른 실시예에 따라 수신 안테나 어레이 및 송신 안테나 어레이의 안테나 패널이 다양하고 적절하게 배열될 수 있다. 예를 들어, 모바일 장치의 크기 또는 기지국에 할당된 위치의 크기와 형상과 같은 물리적 제약은 최외각의 수신원 또는 송신원의 크기를 제한할 수 있다. 이러한 제약은 위의 표 1 및 표 2의 열에 반영될 수 있고, 무선 통신 시스템의 반송파 파장(λ) 및 수신 안테나 어레이(100) 및 송신 안테나 어레이(200) 사이의 거리(D)에 따라 달라질 수 있다.
도 2e 내지 2g는 본 개시의 다양한 실시예에 따라 연산된 파라미터로 구성된 안테나 어레이의 추가적인 예를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2e는 반경이 서로 다른 2 개의 원이 있는 실시예를 도시하며, 내부원은 서로 120˚ 반경 간격으로 이격된 세 개의 안테나 패널을 갖고, 외부원은 30˚ 간격으로 이격된 열두 개의 안테나 패널을 갖는다.
도 2f는 안테나 패널이 4 개의 원으로 배열된 실시예를 도시하며, 여기서 각각의 원은 원의 중심을 기준으로 서로 반대편에 배열된 두 개의 안테나 패널을 포함한다. 각각의 원은 이전의 원으로부터 90˚ 오프셋된다. 예를 들어, 내부원으로부터 외부원으로 1 내지 4의 번호가 매겨진 경우, =90˚ =0˚ 및 =90˚이다.
도 2g는 4 개의 원이 있는 실시예를 도시하며, 각각의 원은 서로 90˚ 간격으로 균일하게 이격된 4 개의 안테나 패널을 포함하고, 원 사이에 상대적인 회전이 없다(예를 들어, =0˚ =0˚ 및 =0˚이다).
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 상관 관계를 최소화하는 일부 가능한 솔루션을 나타낸 그래프이다.
도 3은 Ct 및 Cr 값이 2 인 경우, 원 사이의 회전 오프셋(β)에 대한 다양한 (λD의 단위) 값의 디코딩 오류 확률을 최소화하고, 채널 용량을 최대화하고 및/또는 채널 상관 관계를 최소화함으로써 성능 메트릭을 개선하거나 최적화하는 몇 가지 가능한 솔루션을 나타내는 그래프이다. 여기서, 파라미터는 본 개시의 일 실시예에 따른 모델에 따라 연산된다.
[0001] 수학식 1 내지 11에서 상기 제약 조건에 따라 연산된 특정 파라미터는 이론적으로 안테나 패널 간의 상관 관계를 0으로 만드는 솔루션과 관련된다. 그러나, 본 개시의 실시예는 이에 제한되지 않으며, 수신 안테나 어레이 및 송신 안테나 어레이의 배치, 어레이 내의 안테나 패널의 위치, 안테나 패널 내의 안테나 요소의 배치 등을 실질적으로 고려하고, 따라서, 실제 안테나 상관 관계가 0이 아닐 수 있다. 그러나, 본 개시의 실시예는 본 개시의 실시예에 따라 배열되지 않은 안테나 어레이와 비교하여 고성능을 제공하기에 충분히 작거나 감소된 상관 관계를 나타내는 안테나 패널을 배열하기 위한 연산 파라미터에 관한 것이다. 예를 들어, 본 개시의 일부 실시예에서, 대략적인 배열은 수학식 1 내지 11에 대한 제약을 완화함으로써 획득된다(예를 들어, 수신원의 반경(ri) 및 송신원의 반경(ρi)이 이상적인 값의 마진 내에 있도록 허용함).
본 개시의 일부 실시예는 수신 안테나 어레이(100) 및 송신 안테나 어레이(200) 모두에서 다중원을 갖는 MХN 안테나에 대한 근사 솔루션을 연산하는 것에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 수신원의 회전 오프셋(βi)은 송신원의 회전 오프셋(βi)과 상이하다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 일반 프로세스는 예를 들어, 디코딩 오류 확률을 최소화 또는 감소시키거나 안테나 채널 상관 관계를 최소화 또는 감소시키거나 및/또는 주어진 제약 셋(예를 들어, 반송파 파장(λ), 거리(D) 및 기타 유사한 메트릭)에 따라 채널 용량(또는 기타 유사한 메트릭)을 최대화함으로써 성능 메트릭을 개선하거나 최적화한다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 제1 안테나 어레이에 있는 원의 반경에 대한 근사 값은 수학식 12의 해를 찾는 것과 같이 반송파 주파수(λ) 및 거리(D)에 대한 함수로 연산된다.
여기서, i는 0 내지 Cr-1일 수 있고, kj는 양의 스케일링 파라미터이고, cj는 i번째 원의 반경 및 최외각 원의 반경(Cr-1)의 비율이고, 여기서 는 1이다. 본 개시의 일부 실시예에서, kj 및 Cj 파라미터는 실험 또는 시뮬레이션을 통해 결정된다. 제2 안테나 어레이에도 유사한 접근 방식이 적용된다.
여기서, j는 0 내지 Ct-1일 수 있고, lj는 양의 스케일링 파라미터이고, 는 i번째 원의 반경 및 최외각 원의 반경(Ct-1)의 비율이고, 여기서 는 1이다. 본 개시의 일부 실시예에서 및 는 실험 또는 시물레이션을 통해 결정된다.
본 개시에 따른 실시예의 일부 양태는 현재 전자기 조건에 적응하도록 구성된 동적으로 구성 가능한 안테나 어레이(예를 들어, 수신 안테나 어레이 및/또는 송신 안테나 어레이)에 관한 것이다. 다양한 안테나 형상은 송신기 및 수신기가 직접 무선 통신 경로를 갖는 가시 영역 상황에서 특히 유용하다. 여기서, 지리적인 이유 또는 재난 등으로 인해 상호간에 통신이 어려운, 실내 사무실 통신 및 셀 타워 간의 실외 무선 통신과 같은 일부 시나리오가 포함된다.
예를 들어, 본 개시의 일부 실시예에서, 구성 가능한 안테나 어레이는 실외 셀룰러 기지국이 무선 백홀을 통해 다른 실외 셀룰러 기지국과 통신하기 위해 사용된다. 동적으로 구성 가능한 안테나를 사용하는 경우, 기지국이 사용 가능한 특정 가시 영역 통신 경로에 적합하도록 안테나 어레이를 구성할 수 있다(예를 들어, 기지국 간의 거리 및/또는 안테나 어레이에 사용할 수 있는 크기 또는 공간을 기초로 함). 다른 예시로, 동적으로 구성 가능한 안테나 어레이는 하나 이상의 이동국과 통신하기 위해 사용될 수 있다. 기지국과 이동국 사이 거리(D)는 이동국이 기지국에 의해 서비스되는 셀을 통해 이동함에 따른 시간에 따라 변할 수 있다.
본 개시에 따른 일부 실시예에서, 기지국 및/또는 이동국은 거리(D)가 시간에 따라 변경되거나 또는 가시 영역 경로가 변경, 차단 또는 손실(예를 들어, 기지국 고장으로 인해)됨에 따라 하나 이상의 안테나 어레이를 동적으로 재구성할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 동적으로 재구성 가능한 안테나 어레이를 개략적으로 도시한 개념도이다.
보다 상세하게는, 본 개시의 일부 실시예는 상기 논의된 바와 같이, 연산된 반경 및 오프셋(예를 들어, ri 및 βi)을 포함하는 주어진 안테나 어레이 파라미터에 기초하여 동작하도록 재구성 가능한 안테나 어레이에 관한 것이다. 전술한 바와 같이, 이러한 파라미터는 특정 안테나 어레이의 물리적인 제약(예를 들어, 외부원의 최대 반경), 반송파 주파수(λ) 및 수신 안테나 어레이 및 송신 안테나 어레이 사이의 거리(D)에 따라 연산될 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 재구성 가능성을 달성하기 위해 대규모 그룹의 안테나 패널이 사용된다. 도 4에 도시된 실시예에서, 안테나 어레이(예를 들어, 수신 안테나 어레이(100) 또는 송신 안테나 어레이(200))는 그리드로 배열된 복수의 안테나 패널(410)을 포함한다. 각각의 안테나 패널(410)은 독립적이고 전기적으로 활성화 및 비활성화 될 수 있으며, 이에 의해 안테나 패널(410)의 임의의 조합이 활성화되어 다른 안테나 어레이와의 가시 영역 통신을 위한 활성 안테나 어레이를 형성할 수 있다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 각각의 안테나 패널(410)은 복수의 Q 개의 안테나 요소(도 4에서 X로 도시됨)가 직사각형()으로 배열된 형태를 갖는다. 그러나 본 개시의 실시예는 이에 제한되지 않고, 다른 형태(예를 들어, 직사각형, 타원, 선형 어레이 등)로 배열된 Q 개의 안테나 요소를 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 특정 실시예에서, 64 개의 안테나 패널(410)은 8Х8 그리드로 배열되나, 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 안테나 어레이(400)는 64 개 이상의 안테나 패널을 포함하거나, 64 개 미만의 안테나 패널을 포함할 수 있으며, 높이와 너비가 다른 직사각형 형상으로 형성될 수 있고(예를 들어, 스마트폰의 일반적인 형상과 일치하도록 높이가 폭보다 큰 패널 그리드) 및/또는 육각 격자, 삼각격자 또는 원형 격자와 같은 다른 형상의 2 차원 격자로 배열된 안테나 패널(410)을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 안테나 패널(410)은 평면상에 배열된다. 일부 실시예에서, 안테나 패널(410)은 실린더의 주변 또는 실린더의 일부에 배열될 수 있다. 일부 실시예에서, 안테나 패널(410)은 잘린 정 이십면체의 일반적인 패턴으로 구 또는 반구 주변에 배열될 수 있다.
[0001] 본 개시의 실시예들에 따르면, 통신 시스템이 3GPP 5G 및 6G 무선 통신 표준에서 사용되거나 제안된 반송파 파장과 같이 매우 높은 반송파 파장(λ)을 사용하는 경우 안테나 어레이(400)의 전체 크기는 매우 작을 수 있다. 특정 조건에 대해 본 개시의 실시예에 따라 연산된 파라미터에 기초하여 연산된 형상에 가장 가까운 안테나 패널(예를 들어, 연산된 반경 (ri) 파라미터 및 회전 오프셋(βi) 파라미터에 따라 안테나 패널의 이상적인 위치에 가장 가까운 위치)이 선택되고 사용을 위해 켜지거나 활성화된다. 예를 들어, 도 4는 4 개의 패널이 활성화되어 반경이 다른 2 개의 원으로 모델링될 수 있는 안테나 어레이를 형성하는 상태의 안테나 어레이(400)를 도시한다.
도 4에 도시된 배열에서 안테나 패널(411, 412, 413 및 414)은 활성화(또는 켜짐) 상태임을 나타내기 위해 음영처리되고, 나머지 안테나 패널은 비활성화(또는 꺼짐) 상태임을 표시하기 위해 음영처리되지 않는다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 안테나 패널(411, 412)(점선 원으로 표시됨)은 제1 원(421) 상에 있고, 제3 및 제4 안테나 패널(413, 414)는 제2 원(422)(점선 원으로 표시됨) 상에 있다. 유사한 방식으로, 안테나 어레이(400)의 안테나 패널(410)의 다양한 조합이 활성화되어 안테나 어레이를 개선되거나 최적화된 성능 메트릭으로 안테나 어레이의 연산된 파라미터에 근접하거나 일치하는 안테나 패널(410) 셋으로 재구성할 수 있다. 예를 들어, 성능 메트릭은 본 개시의 실시예들에 따른 최소화 또는 감소된 디코딩 오류 확률, 최대화된 채널 용량 또는 처리량 및/또는 감소되거나 최소화된 채널 상관 관계일 수 있다. 도 4는 하나의 안테나 어레이를 형성하기 위해 활성화된 4 개의 안테나 패널을 도시하고 있으나, 본 개시의 실시예는 이에 제한되지 않으며, 다른 안테나 어레이와의 가시 영역 통신을 위한 안테나 어레이를 형성하기 위해 임의의 수의 안테나 패널이 활성화될 수 있다. 더 나아가, 본 개시의 실시예는 다수의 상이한 다른 안테나 어레이와 통신하기위한 다수의 안테나 어레이가 단일 그리드에서 동시에 활성화되는 실시예를 포함한다. 예를 들어 안테나 패널(411, 412, 413 및 414)은 하나의 원격 안테나 어레이와 통신하기 위한 하나의 활성 안테나 어레이를 형성하고, 다른 안테나 패널(410)이 활성화되어 다른 원격 안테나 어레이와 동시에 통신하기 위한(예를 들어, 다른 거리 및/또는 다른 반송파 주파수에서) 또 다른 활성 안테나 어레이를 형성할 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서, 안테나 패널(410)은 안테나 어레이 제어기(430) 또는 처리 회로와 통신하고, 안테나 어레이 제어기(430)에 의해 제어 된다. 안테나 어레이 제어기(430)는 처리 회로일 수 있다. 안테나 어레이 제어기(430)는 안테나 패널(410)을 제어하기 위해 인터커넥트(interconnect, 432, 434)를 통해 안테나 패널(410)에 연결된다. 인터커넥트(432, 434)는 각각의 개별 패널에 대한 별도의 직접 연결 또는 크로스바 스위치 또는 다른 멀티플렉싱 기술을 통해 안테나 패널(410)을 제어하도록 배열될 수 있다. 안테나 어레이 제어기(430)는 무선 시스템(440)의 통신 구성요소일 수 있으며, 이는 무선에서 안테나 어레이(400)(예를 들어, 수신 안테나 어레이(100) 및/또는 송신 안테나 어레이(200))를 통해 무선 통신 장치에서 무선 통신을 수행하기 위한 믹서, 필터 및 디지털 신호 프로세서(예를 들어, 베이스밴드 프로세서) 등과 같은 아날로그 및 디지털 무선 구성 요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 안테나 어레이 제어기(430)는 무선 시스템(440)으로부터 변조된 무선 신호를 안테나 어레이(400)의 특정 안테나 패널에 공급하고, 활성화된 안테나로부터 수신된 신호를 무선 시스템(440)에 연결함으로써(예를 들어, 활성화된 안테나 패널(410)을 무선 시스템(440)의 연결 포트에 전기적으로 연결함으로써) 활성화(또는 켜짐) 하도록 안테나 패널(410)을 제어한다.
본 개시의 일부 실시예에서, 안테나 어레이 제어기(430)는 안테나 어레이 구성 파라미터를 연산하도록 구성된다(예를 들어, 도 5 및 도 6과 관련하여 더 상세히 설명됨). 그러나, 본 개시의 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 개시의 일부 실시예에서, 안테나 어레이 제어기(430)는 외부 소스(예를 들어, 무선 시스템(440))로부터 수신된 안테나 어레이 파라미터에 따라 안테나 어레이(400)의 안테나 패널(410)을 제어한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 이동국은 이동국 및 기지국 모두에 대한 안테나 파라미터를 연산하고 원하는 안테나 어레이 파라미터를 기지국으로 전송할 수 있다(예를 들어, 이동국은 기지국에 대한 안테나 어레이의 방향에 대한 더 많은 정보를 가질 수 있다). 마찬가지로, 일부 실시예에서, 기지국은 이동국에 대한 안테나 파라미터를 연산하고, 안테나 어레이의 구성을 위해 이동국에 안테나 파라미터를 전송할 수 있다.
도 4는 안테나 어레이(400)가 그리드로 배열된 복수의 안테나 패널(410)을 포함하는 실시예를 도시하였으나, 본 개시의 실시예는 이에 제한되지 않는다. 본 개시의 일부 실시예에서, 재구성 가능한 안테나 어레이는 복수의 이동 가능한 안테나 패널(410)을 포함하고, 여기서 하나 이상의 액추에이터(예를 들어, 전기 모터, 솔레노이드 및 압전 액추에이터와 같은 전기 기계식 엑추에이터)는 안테나 어레이 구성 파라미터에 따라(예를 들어, 연산된 반경(ri) 및 회전 오프셋()에 기초하여) 안테나 패널(410)을 다른 위치에 배치(예를 들어, 물리적으로 이동하도록)하도록 구성된다.
[0001] 도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 어레이를 동적으로 구성하기 위한 방법의 흐름도이다.
[0002] 방법(500)은 무선 통신 장치의 안테나 어레이(400)를 제어하도록 구성된 안테나 어레이 제어기(430)에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 안테나 어레이 제어기(430)는 이동국의 구성요소 또는 기지국의 구성요소일 수 있다. 안테나 어레이 제어기(430)는 또한 무선 통신 장치 내의 애플리케이션 프로세서 및/또는 기저 대역 프로세서로서 동작하는 것과 같은 다른 기능을 수행하도록 구성될 수 있다.
[0003] 도 5를 참조하면, 동작(510)에서, 안테나 어레이 제어기(430)는 안테나 어레이를 동작시키기 위한 무선 전송 조건을 수신한다. 상술한 바와 같이, 무선 전송 조건의 다양한 변경으로 인해 이러한 조건을 정의하는 하나 이상의 파라미터가 변경될 수 있다. 이러한 파라미터는 송신 안테나 패널의 수(M), 수신 안테나 패널의 수(N), 각 안테나 패널의 안테나 요소의 수(Q), 반송파 파장(λ), 송신 안테나 어레이와 수신 안테나 어레이 사이의 거리(D), 송신원의 수(Ct) 및 수신원의 수(Cr)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시간이 지남에 따라 이동국이 셀을 통해 이동할 수 있기 때문에 거리(D)는 이동국과 통신하는 시간에 따라 변할 수 있다. 다른 예로써, 반송파 파장(λ)은 이동국이 다른 주파수 대역으로 전환하는 경우 또는 다른 간섭 소스(예를 들어, 근처 주파수에서 동작하는 인접 안테나 어레이)를 수용하기 위한 무선 백홀의 재구성하는 경우 변경될 수 있다.
[0001] 수신 안테나 패널의 수(N) 또는 송신 안테나 패널의 수(M)는 조건의 다양한 변화(예를 들어, 패널의 고장, 다른 다중화 처리량 요구 사항 등)으로 인해 변경될 수 있으며, 송신원의 수(Ct) 및 수신원의 수(Cr)는 다양한 제약(예를 들어, 원의 최대 크기 또는 안테나 어레이의 설계로 인한 가능한 원의 수의 제한)으로 인해 변경될 수 있다.
[0001] 동작 530에서, 안테나 어레이 제어기(430)는 수신원의 반경(ri) 및 송신원의 반경(ρi), 수신 안테나 어레이 및 송신 안테나 어레이 사이의 회전 오프셋(α) 및 안테나 어레이 내의 송신원들 사이 및/또는 수신원들 사이의 회전 오프셋()등과 같은 새로운 안테나 구성 파라미터를 연산한다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 안테나 어레이 제어기(430)는 주어진 무선 전송 조건(M, N, Q, λ, D, Ct, Cr)을 충족하고, 무선 통신 장치의 물리적 제약(예를 들어, 안테나 어레이(400)의 안테나 패널(410)의 물리적 크기 또는 배열로 인한 제약)도 충족하는 가능한 솔루션을 연산하기 위해 수학식 1 내지 11과 관련하여 전술한 바와 같이 하나 이상의 기술을 적용한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 가능한 파라미터 셋은 입력 무선 송신 조건을 만족시킨다. 본 개시에 따른 이러한 실시예에서, 안테나 어레이 제어기(430)는 안테나 어레이(400)를 구성하기 위해 사용될 수 있는 가능한 솔루션 중 특정 솔루션을 선택한다. 일부 실시예에서, 가능한 솔루션 셋은 물리적 안테나 어레이(400)의 물리적 특성(예를 들어, 치수 및 방향)에 의해 제한된다. 일부 실시예에서, 솔루션은 실제 안테나 어레이(400)에 얼마나 가깝게 구현될 수 있는지의 관점에서 평가된다(예를 들어, 안테나 어레이(400)의 선택된 안테나 패널(410) 셋이 연산된 이상적인 값과 얼마나 일치하는지 여부, 따라서, 주어진 솔루션이 허용 가능한 낮은 채널 상관 관계를 가지는 여부에 따름). 일부 실시예에서, 실제 안테나 어레이(400)에서 구현될 수 없는 솔루션을 제거한 후, 나머지 가능한 솔루션 중에서 하나의 솔루션이 무작위로 선택된다.
동작 550에서, 안테나 어레이 제어기(430)는 연산된 파라미터(예를 들어, 수신원의 반경(ri), 송신원의 반경(ρi) 및 수신 안테나 어레이와 송신 안테나 어레이 사이의 회전 오프셋(α) 및 송신원들 사이 및/또는 수신원들 사이의 회전 오프셋())를 기초로 안테나 어레이(400)를 재구성한다. 전술한 바와 같이, 본 개시의 일부 실시예에서, 안테나 어레이(400)를 재구성하는 것은 연산된 파라미터에 가장 가까운 특정 안테나 패널(410)을 활성화하는 것을 포함한다(예를 들어, 연산된 반경(ri 및/또는 ρi)에 따라 이격되고, 연산된 회전 오프셋()에 따라 회전됨).
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 다른 무선 통신 장치와의 가시 영역 통신을 위한 안테나 어레이(400)의 특정 안테나 패널(410)의 활성화가 안테나 어레이(400)의 다른 안테나 패널(410)의 동시 사용을 반드시 배제하는 것은 아니다. 예를 들어, 기지국의 안테나 어레이(400)의 한 셋의 안테나 패널(410)은 제1 이동국과 통신하기 위해 활성화될 수 있고, 동일한 안테나 어레이의 제2 안테나 패널 셋은 제2 이동국과 통신하기 위해 활성화될 수 있다. 제1 이동국 및 제2 이동국은 상이한 반송파 파장(λ) 및/또는 기지국으로부터 상이한 거리(D)와 같은 다른 무선 통신 조건에서 통신할 수 있고, 상이한 안테나 크기 제한을 가질 수 있다(예를 들어, 스마트폰은 차량 탑재 무선 통신 장치보다 더 작은 안테나 어레이를 가질 수 있음). 일부 실시예에서, 빔포밍 또는 멀티플렉싱은 다른 무선 송수신기와 통신하기 위한 안테나 패널의 동시 사용 사이의 간섭을 제한하기 위해 추가로 적용될 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 어레이 파라미터를 연산하기 위한 방법의 흐름도이다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 도 6에서 도시된 방법(600)은 도 5의 동작 530에서 새로운 안테나 어레이 구성 파라미터를 연산할 때 사용된다.
도 6을 참조하면, 동작 610에서 처리 회로는 현재 무선 전송 조건이 4x4 전송의 특정 조건(송신 안테나 요소의 수(M) 및 수신 안테나 요소의 수(N)는 4), 즉 M 및 N은 4)을 충족하는지 여부를 결정한다. 여기서, 송신 안테나 어레이 및 수신 안테나 어레이는 모두 두 개의 원을 포함한다(Ct 및 Cr은 2). 그렇다면, 안테나 어레이 제어기(430)는 현재 무선 전송 조건이 수학식 1 내지 3, 4 내지 7 또는 8 내지 11과 관련하여 상술한 특수한 경우 중 하나를 만족하는지 결정한다.
구체적으로, 동작 620에서 안테나 어레이 제어기(430)는 전류 제약으로 인해 수신원의 반경(ri)이 송신원의 반경(ρi)과 다른지 여부를 판단한다. 그러한 경우, 동작 630에서, 안테나 어레이 제어기(430)는 수신원의 반경(ri), 송신원의 반경(ρi) 송신 안테나 어레이 및 수신 안테나 어레이 사이의 회전 오프셋(α) 및 전술한 바와 같은 수학식 1 내지 3에 따른 수신원들 사이의 회전 오프셋() 및 송신원들 사이의 회전 오프셋()을 포함하는 안테나 파라미터의 집합을 연산한다.
동작 620에서, 현재 제약이 수신원의 반경(ri)이 송신원의 반경(ρi)이 다른 것을 허용하지 않는다는 결정(예를 들어, 수신원의 반경(ri)이 송신원의 반경(ρi)과 동일해야함)에 대한 응답으로, 동작 640에서 안테나 어레이 제어기(430)는 두 개의 수신원이 서로 90˚만큼 회전 오프셋되어야 하는지 여부 및 2 개의 송신원이 서로 90˚만큼 회전 오프셋되어야 하는지 여부를 결정한다. 그러한 경우, 동작 650에서, 안테나 어레이 제어기(430)는 수신원 및 송신원의 반경 및 수신 안테나 어레이와 송신 안테나 어레이 사이의 회전 오프셋(α)을 포함하는 안테나 파라미터의 집합을 연산한다. 수신원들 사이의 회전 오프셋() 및 송신원들 사이의 회전 오프셋()은 90˚로 설정된다. 따라서, 이러한 파라미터는 상술한 바와 같이, 수학식 4 내지 7에 의해 연산될 수 있다.
동작 640에서, 현재 제약이 수신원 및 송신원이 90˚의 회전 오프셋을 가질 것을 요구하지 않는다는 결정에 대한 응답으로, 안테나 어레이 제어기(630)는 동작 660에서 안테나 어레이 제어기(430)는 수신 안테나 어레이 및 송신 안테나 어레이 사이의 회전 오프셋(α)이 0˚인지 여부를 결정한다.
수신 안테나 어레이 및 송신 안테나 어레이 사이의 오프셋(α)이 0˚인 경우, 동작 670에서 안테나 어레이 제어기(430)는 상술한 바와 같은, 수학식 8 내지 11에 따라 안테나 파리미터를 연산한다. 연산된 안테나 파라미터의 집합은 수신원 및 송신원의 반경(수신원 및 송신원의 반경은 동일함)과 수신원들 사이의 회전 오프셋()과 송신원들 사이의 회전 오프셋()을 포함한다. 수신 안테나 어레이 및 송신 안테나 어레이 사이의 회전 오프셋(α)은 0˚로 설정된다.
동작 610에서 안테나 어레이 제어기(430)가 현재 무선 전송 조건이 M 및 N이 4이고, Ct 및 Cr이 2인 특정 경우를 만족하지 않는다고 판단한 경우 또는 동작 660에서 안테나 어레이 제어기(430)가 수신 안테나 어레이 및 송신 안테나 어레이 사이의 회전 오프셋(α)이 0˚가 아니라고 판단한 경우, 안테나 어레이 제어기(430)는 수학식 12에 따라 안테나 어레이 파라미터를 연산한다.
동작 630, 650, 670 또는 680에서 안테나 어레이 파라미터를 연산한 결과는 수신원의 반경(ri), 송신원의 반경(ρi), 수신 안테나 어레이 및 송신 안테나 어레이 사이의 오프셋(α) 및 수신원들 사이의 회전 오프셋() 및 송신원들 사이의 회전 오프셋()을 포함하는 안테나 어레이 파라미터의 집합일 수 있다. 이렇게 연산된 안테나 어레이 파라미터는 도 5의 동작 550과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 수신 안테나 어레이 및 송신 안테나 어레이 중 하나 이상을 재구성하는데 사용될 수 있다.
따라서, 본 개시에 따른 실시예들의 양태는 예를 들어, 디코딩 오류 확률(또는, 디코딩 오류율)을 감소 또는 최소화, 처리량 또는 채널 용량을 최대화 또는 안테나 패널수, 무선 송수신기간의 거리, 반송파 파장과 같은 입력 무선 전송 조건을 기초로 무선 송수신기 간의 가시 영역 통신에서 채널 상관 관계를 최소화함으로써, 성능 메트릭을 개선 또는 최적화 하기 위한 다수의 안테나 구성 파라미터를 연산하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 개시의 실시예에 따라 연산된 안테나 파라미터는 규칙적인(예를 들어, 균일하게 이격된) 불규칙적인(예를 들어, 균일하지 않게 이격된) 안테나 어레이 모두를 초래할 수 있다. 본 개시에 따른 일부 실시예에서, 안테나 어레이 제어기는 연산된 안테나 구성 파라미터에 기초하여 안테나 어레이의 안테나 패널을 재구성한다.
도 5는 무선 구성 파라미터를 기초로 안테나 어레이를 재구성하는 방법의 흐름도이고, 도 6은 안테나 구성 파라미터를 연산하기 위한 방법의 흐름도이다. 공정 단계의 순서는 고정되어 있지 않고, 통상의 기술자에 의해 인식되는 임의의 원하는 순서로 변경될 수 있음을 이해해야 한다.
일부 실시예에서, 상술한 안테나 구성 파라미터를 연산하기 위한 시스템 및 방법은 하나 이상의 처리 회로에서 구현된다. 여기서 처리 회로라는 용어는 데이터 또는 디지털 신호를 처리하는데 사용되는 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어의 임의의 조합을 의미하는 것으로 사용된다. 처리 회로 하드웨어에는 예를 들어, ASIC, 범용 또는 특수 목적의 중앙 처리 유닛(central processing unit, CPU), 기저대역 프로세서(baseband processor), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 그래픽 처리 유닛(graphic processing unit, GPU) 및 FPGA(field programmable gate array)와 같은 프로그래밍이 가능한 논리 장치를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 처리 회로에서, 각각의 기능은 그 기능을 수행하도록 구성된 하드웨어, 즉, 하드-와이어(hard-wired)에 의해 수행되거나, 비일시적 저장 매체에 저장된 명령을 실행하도록 구성된 중앙 처리 장치와 같은 보다 일반적인 목적의 하드웨어에 의해 수행된다. 처리 회로는 단일 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)에서 제작되거나 여러 개의 상호 연결된 인쇄 회로 기판에 분산될 수 있다. 처리 회로는 다른 처리 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 처리 회로는 PCB 상에서 상호 연결된 두 개의 프로세싱 회로인 FPGA 및 중앙 처리 유닛을 포함할 수 있다.
비록 용어 "제 1", "제 2" 및 "제 3"등이 본 명세서에서 다양한 구성 요소, 영역 및/또는 섹션을 설명하기 위해 사용되어도 이러한 구성요소 영역 및/또는 섹션은 이에 의해 제한되지 않는다. 이러한 용어는 하나의 구성요소 영역 또는 섹션을 다른 구성요소, 영역 또는 섹션과 구별하는 데만 사용된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 제1 구성요소, 영역 또는 섹션은 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고, 제2 구성요소, 영역 또는 섹션으로 지칭될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위한 것이고, 본 개시의 개념을 제한하려는 의도가 아니다. 본 명세서에서 사용되는 용어" 실질적으로","약" 및 이와 유사한 용어는 정도의 용어가 아닌 근사값의 용어로 사용되며, 의해 인식될 측정 또는 연산된 값의 고유한 편차를 설명하기 위한 것이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 명백하게 달리 나타내지 않는 한 복수형태도 포함하도록 의도된다. 본 명세서에서, "포함하는"이라는 용어는 언급된 특징, 정수, 단계, 연산 및/또는 구성요소의 존재를 지정하나, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 연산, 및/또는 구성요소 및/또는 그 그룹의 추가하거나 이를 배제하지 않는다는 것이 추가로 이해될 것이다.
본 명세서에서, 사용되는 용어 "및/또는"은 하나 이상의 연관된 열거 항목의 임의의 및 모든 조합을 포함한다. "적어도 하나의"와 같은 표현은 구성요소 목록 앞에 쓰일 때 전체 구성요소 목록을 수정하고 목록의 개별요소는 수정하지 않는다. 또한, 본 개시의 실시예를 설명할 때 "할 수 있다"라는 용어는 "본 개시의 적어도 하나의 실시예"를 의미한다. 또한, "예시적인"이라는 용어는 예시를 나타내는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "사용하다"는 "활용하다"라는 용어와 동의어로 간주될 수 있다. 안테나 구성 파라미터를 연산하고 연산된 파라미터에 기초하여 안테나 어레이를 재구성하기 위한 시스템 및 방법에 대한 실시예가 본 명세서에서 구치적으로 설명되고 예시되었지만, 많은 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시의 원리에 따라 구성된 연산된 파라미터에 기초하여 안테나 구성 파라미터를 연산하고 안테나 어레이를 재구성하기 위한 시스템 및 방법이 본 명세서에서 구체적으로 설명된 것과 다르게 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 본 개시는 다음의 청구 범위 및 이의 균등물에서 정의된다.
100: 수신 안테나 어레이 110: 수신 안테나 패널
111: 제1 수신 안테나 패널 112: 제2 수신 안테나 패널
113: 제3 수신 안테나 패널 114: 제4 수신 안테나 패널
120: 수신원 121: 제1 수신원
122: 제2 수신원 130: 수신 중심점
141: 제1 광선 142: 제2 광선
200: 송신 안테나 어레이 210: 송신 안테나 패널
220: 송신원 221: 제1 송신원 222: 제2 송신원
230: 송신 중심점 311, 312, 313, 314: 안테나 패널

Claims (22)

  1. 안테나 패널들을 포함하는 제1 안테나 어레이로서, 상기 안테나 패널들은, 제1 반경을 갖는 제1 원 상에 배열된 하나 이상의 제1 안테나 패널들, 상기 제1 안테나 패널들은 하나 이상의 안테나 요소들을 포함하고; 및
    제2 반경을 갖는 제2 원상에 배열된 하나 이상의 제2 안테나 패널들, 상기 제2 안테나 패널들 각각은 하나 이상의 안테나 요소들을 포함하고,
    상기 제2 원은 중심점에서 상기 제1 원과 동심이고, 상기 하나 이상의 제2 안테나 패널들은 상기 하나 이상의 제1 안테나 패널들에 대해 상기 중심점의 주위에 제1 각도로 배열되고,
    상기 제1 반경, 상기 제2 반경 및 상기 제1 각도는 무선 전송 조건에 따라 상기 제1 안테나 어레이의 크기 제약을 만족하도록 연산되고,
    상기 무선 전송 조건은 두 개 이상의 원들에 배열된 하나 이상의 제3 안테나 패널들을 포함하는 제2 안테나 어레이까지의 가시 영역(line of sight) 거리 및 상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이 사이의 가시 영역 무선 전송의 반송파 주파수를 포함하는 안테나 어레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전송 조건은,
    상기 제1 안테나 어레이의 안테나 패널들;
    상기 제1 안테나 어레이의 제1 안테나 패널들이 배열된 다수의 원들; 및
    상기 안테나 패널들 각각의 안테나 요소들을 더 포함하는, 안테나 어레이.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 무선 전송 조건은,
    상기 제2 안테나 어레이의 상기 제3 안테나 패널들; 및
    상기 제2 안테나 어레이의 상기 제3 안테나 패널들이 배열된 다수의 원들을 더 포함하는, 안테나 어레이.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 어레이는 안테나 어레이 제어기를 더 포함하며,
    상기 안테나 어레이 제어기는, 상기 무선 전송 조건의 변화에 따라 상기 제1 반경, 상기 제2 반경, 상기 제1 각도 및 상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이 사이의 제2 각도를 연산하고; 그리고,
    상기 제1 반경, 상기 제2 반경, 상기 제1 각도 및 상기 제2 각도에 기초하여 상기 제1 안테나 어레이를 재구성하도록 구성된, 안테나 어레이.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 안테나 어레이 제어기는,
    상기 제1 반경, 상기 제2 반경 상기 제1 각도에 따라 상기 안테나 패널들의 그리드로부터 선택된 상기 제1 안테나 패널들 및 상기 제2 안테나 패널들을 활성화하도록 구성되는, 안테나 어레이.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 안테나 어레이 제어기는,
    상기 제1 반경, 상기 제2 반경, 상기 제2 각도에 따라 상기 제1 안테나 패널들 및 상기 제2 안테나 패널들을 위치시키는 하나 이상의 액추에이터를 제어하도록 구성된, 안테나 어레이.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 패널들 및 상기 제2 안테나 패널들은 상기 제1 원 및 상기 제2 원의 주위에 불균일하게 이격되는, 안테나 어레이.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반경 및 상기 제2 반경은 동일한, 안테나 어레이.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반경 및 상기 제2 반경은 상이한, 안테나 어레이.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반경, 제2 반경 및 제1 각도는 데이터 처리량을 최대화 하도록 성능 메트릭의 최적화에 따라 연산되는, 안테나 어레이.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 메트릭은,
    디코딩 에러 확률을 최소화하는 것 및 채널 상관 관계를 최소화하는 것 중 적어도 하나에 기초하여 연산되는, 안테나 어레이.
  12. 두 개 이상의 제1 원들 상에 배열된 제1 안테나 패널들을 포함하는 제1 안테나 어레이 및 두 개 이상의 제2 원들 상에 배열된 제2 안테나 패널들을 포함하는 제2 안테나 어레이 사이의 가시 영역 거리; 및
    상기 제1 안테나 어레이와 상기 제2 안테나 어레이 사이의 가시 영역 무선 전송의 반송파 주파수를 포함하는 무선 전송 조건을 수신하는 것;
    상기 무선 전송 조건에 기초하여 상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이에 대한 안테나 어레이 파라미터를 상기 제1 안테나 어레이의 크기 제약을 만족하도록 연산하는 것을 포함하고,
    상기 안테나 어레이 파라미터는,
    상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 원들의 하나 이상의 제1 반경;
    상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 원들 사이의 하나 이상의 제1 회전 오프셋;
    상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 원들의 하나 이상의 제2 반경;
    상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 원들 사이의 하나 이상의 제2 회전 오프셋; 및
    상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이 사이의 회전 오프셋을 포함하는, 안테나 구성 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 무선 전송 조건은,
    상기 제1 안테나 어레이 내의 상기 제1 안테나 패널들;
    상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 원들;
    상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 안테나 패널들;
    상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 원들; 및
    상기 제1 안테나 패널들 및 상기 제2 안테나 패널들 각각의 안테나 요소들을 포함하는, 안테나 구성 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 안테나 어레이 파라미터를 연산하는 것은,
    상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 안테나 패널들의 수와 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 안테나 패널들의 수는 모두 네 개인 것; 및
    상기 제1 안테나 패널들은 상기 제1 안테나 어레이에서 두 개의 상기 제1 원으로 배열되고, 상기 제2 안테나 패널들은 상기 제2 안테나 어레이에서 두 개의 상기 제2 원으로 배열되는 것을 결정하는 것을 포함하는, 안테나 구성 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 안테나 어레이 파라미터를 연산하는 것은,
    상기 무선 전송 조건이 상기 제1 원들의 상기 제1 반경이 상기 제2 원들의 상기 제2 반경과 다르다는 것을 지시한다고 결정하는 것; 및
    다음 제약 조건들에 따라 안테나 어레이 파라미터를 연산하는 것을 포함하고,

    여기서, 상기 k, 상기 m 및 상기 l은 양의 홀수일 수 있고, 상기 및 상기 은 상기 제1 안테나 어레이의 제1 원들 중 첫 번째 원 및 두 번째 원의 반경이고, 상기 및 상기 는 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 원들 중 첫 번째 원 및 두 번째 원의 반경이고, 상기 는 상기 반송파 주파수이고, 상기 는 상기 가시 영역 거리인 안테나 구성 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 안테나 어레이 파라미터를 연산하는 것은,
    상기 무선 전송 조건이 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 원들의 상기 제1 반경이 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 원들의 상기 제2 반경과 동일하고, 상기 제1 안테나 어레이의 두 개의 상기 제1 원들 사이 및 상기 제2 안테나 어레이의 두 개의 상기 제2 원들 사이의 회전 오프셋은 모두 90°인 것을 확인하는 것 및,
    다음 제약 조건들에 따라 안테나 어레이 파라미터를 연산하는 것을 포함하고,

    여기서, 상기 a 및 상기 b는 -1 또는 1 이고, 상기 k, 상기 l 및 상기 m은 양의 홀수 또는 음의 홀수이고, 상기 및 상기 은 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 원들 중 첫 번째 원 및 두 번째 원의 반경이고, 상기 c는 상기 및 상기 의 비율이고, 상기 는 상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이 사이의 회전 오프셋인 안테나 구성 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 안테나 파라미터를 연산하는 것은,
    상기 제1 안테나 어레이의 제1 원들의 상기 제1 반경은 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 원들의 상기 제2 반경과 동일하고, 상기 제1 안테나 어레이의 2 개의 제1 원들 사이 및 상기 제2 안테나 어레이의 2 개의 제2 원들 사이의 회전 오프셋은 모두 90˚가 아니고, 상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이 사이의 회전 오프셋은 0˚인 것을 확인하는 것; 및
    다음 제약 조건들에 따라 안테나 어레이 파라미터를 연산하는 것을 포함하고,

    여기서, 상기 a 및 상기 b는 -1 또는 1 이고, 상기 k, 상기 l 및 상기 m은 양의 홀수 또는 음의 홀수이고, 상기 및 상기 은 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 원들 중 첫 번째 원 및 두 번째 원의 반경이고, 상기 c는 상기 및 상기 의 비율이고, 상기 는 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 원들 중 첫 번째 원 및 두 번째 원 및 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 원들 중 첫 번째 원 및 두 번째 원 사이의 회전 오프셋인 안테나 구성 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 안테나 파라미터를 연산하는 것은,
    상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 안테나 패널들의 수 및 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 안테나 패널들의 수는 모두 네 개가 아니고, 상기 제1 안테나 패널들이 상기 제1 안테나 어레이에서 두 개의 상기 제1 원들로 배열되지 않거나 상기 제2 안테나 패널들이 상기 제2 안테나 어레이에서 두 개의 상기 제2 원들로 배열되지 않는 것을 결정하는 것; 및
    다음 제약 조건들에 따라 안테나 어레이 파라미터를 연산하는 것을 포함하고,

    여기서, 상기 는 반송파 주파수이고, 상기 는 상기 가시 영역 거리이고, 상기 는 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 원들 중 i 번째 원의 반경이고, 상기 i는 0 이상 Cr-1 이하의 실수이고, c는 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 원들 중 i 번째 원의 반경 및 상기 제1 원들 중 최외각 원의 반경(Cr-1) 사이의 비율이고, 상기 는 양의 홀수이고, 상기 는 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 원들 중 j 번째 원의 반경이고, 상기 j는 0 이상 Ct-1 이하의 실수이고, 상기 는 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 원들 중 j 번째 원의 반경 및 상기 제2 원들 중 최외각 원의 반경(Ct-1) 사이의 비율이고, 는 1이고, 상기 는 양의 홀수인, 안테나 구성 방법.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 무선 전송 조건의 변경에 따라 상기 안테나 어레이 파라미터를 연산하는 것; 및
    상기 안테나 어레이 파라미터에 따라 상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이를 재구성하는 것을 더 포함하는, 안테나 구성 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이를 재구성하는 것은,
    상기 안테나 어레이 파라미터에 따라 상기 제1 안테나 어레이의 상기 제1 안테나 패널들의 제1 그리드로부터 상기 제1 안테나 패널들을 활성화하는 것; 및
    상기 안테나 어레이 파라미터에 따라 상기 제2 안테나 어레이의 상기 제2 안테나 패널들의 제2 그리드로부터 상기 제2 안테나 패널들을 활성화하는 것을 포함하는, 안테나 구성 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 안테나 패널들의 상기 제1 그리드는 평평한 평면, 실린더의 일부 및 구의 일부에 배열되는, 안테나 구성 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 제1 안테나 어레이 및 상기 제2 안테나 어레이를 재구성하는 것은,
    상기 안테나 어레이 파라미터에 따라 상기 제1 안테나 패널들 및 상기 제2 안테나 패널들을 배열하기 위해 하나 이상의 액추에이터를 사용하여 상기 제1 안테나 패널들 및 상기 제2 안테나 패널들을 이동시키는 것을 포함하는, 안테나 구성 방법.
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