KR20080089377A

KR20080089377A - 어레이 안테나 장치

Info

Publication number: KR20080089377A
Application number: KR1020087016287A
Authority: KR
Inventors: 스벤 피터손; 마르틴 요한손; 울리카 엥스트룀; 안데르스 데르네리드; 매츠 안데르손; 보 괴란손
Original assignee: 텔레폰악티에볼라겟엘엠에릭슨(펍)
Priority date: 2006-01-04
Filing date: 2006-01-04
Publication date: 2008-10-06
Also published as: US20090010356A1; US20120063525A1; ATE505854T1; CN101356747A; JP2009522885A; WO2007076895A1; US9107082B2; EP1982439A1; EP1982439B1; KR101221136B1; DE602006021344D1; US20140120923A1; US8666451B2

Abstract

본 발명은 통신 셀에 적어도 하나의 기지국(1)을 포함하는 무선 통신 시스템(C)에 관한 것이다. 기지국(1)은 적어도 두 개의 대응하는 안테나 엘리먼트(4,5,6,7;33,34,35,36)에 각각 연결된 적어도 두 개의 안테나 포트(P1,P2,P3,P4; P1a,P1b,P2a,P2b,P3a,P3b,P4a,P4b)를 포함하는 적어도 하나의 어레이 안테나(3,32)가 구비되는데, 적어도 두 개의 안테나 엘리먼트(4,5,6,7;33,34,35,36)들 중 적어도 두 개는 필수적으로 동일한 극성을 갖는다. 어레이 안테나(3,32)는 적어도 두 개의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)를 통한 통신을 위해 배열되는데, 각각의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)는 셀(2)에서 적어도 하나의 UE(23)(사용자 장비)에 정보 스트림을 전달한다. 본 발명의 어떤 양상에 따르면, 제1 동작 모드에서, 어레이 안테나(3,32)가 하나의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)를 통해 통신하도록 배열된다. 본 발명은 또한 상기 통신을 수행하는 방법에 관한 것이다.

안테나 엘리먼트, 안테나 포트, 어레이 안테나, 안테나 방사 로브, 사용자 장비

Description

어레이 안테나 장치{ARRAY ANTENNA ARRANGEMENT}

본 발명은 통신 셀에서 적어도 하나의 기지국을 포함하는 무선 통신 시스템에 관한 것인데, 상기 기지국은 적어도 두 개의 안테나 포트를 포함하는 적어도 하나의 어레이 안테나가 구비되며, 적어도 두 개의 포트는 적어도 두 개의 대응하는 안테나 엘리먼트에 각각 접속되며 적어도 두 개의 안테나 엘리먼트들 중 적어도 두 개가 필수적으로 동일한 극성을 갖는다.

본 발명의 어떤 양상에 따르면, 제1 동작 모드에서, 안테나 어레이가 하나의 안테나 방사 로브를 통한 통신을 위해 배열되어, 셀에서 적어도 하나의 UE(사용자 장비)로 하나의 정보 스트림을 전달한다.

본 발명은 또한 통신 셀에서 기지국 어레이 안테나로부터 적어도 하나의 정보 스트림의 통신을 위한 방법에 관한 것인데, 상기 기지국 어레이 안테나는 적어도 두 개의 안테나 포트를 포함하며, 적어도 두 개의 포트는 적어도 두 개의 대응하는 안테나 엘리먼트에 각각 접속되고, 적어도 두 개의 안테나 엘리먼트 중 적어도 두 개가 필수적으로 동일한 극성을 갖는다.

본 발명의 어떤 양상에 따르면, 제1 동작 모드에서, 방법이: 하나의 안테나 방사 로브를 통해 셀에서 적어도 하나의 UE(사용자 장비)로 적어도 하나의 정보 스트림을 전달하는 단계를 포함한다.

무선 통신 시스템에 대한 요구가 꾸준히 증가하고 있으며, 여전히 증가하고 있으며, 다수의 기술적인 진보 단계가 이러한 성장 동안 행해진다. 상관 해제된 전파 경로를 사용함으로써 무선 시스템을 위한 사용자 데이터 비트 전송률 및 증가된 시스템 용량을 성취하기 위해서, MIMO(다중 입력 다중 출력) 시스템은 사용자 데이터 비트 전송률 및 용량을 개선하기 위한 바람직한 기술을 구성하도록 고려되어왔다. MIMO는 예컨대, 여러 송신 및 전송 안테나에 의해 다수의 별도 독립적인 신호 경로를 사용한다.

일반적으로, MIMO 시스템은 적어도 필수적으로 상관 해제된, 송신된 신호를 사용한다. 용어 "상관 해제된 신호(de-correlated signals)"의 의미는 본원에서 방사 패턴이 필수적으로 상관 해제된다는 것이다. 이는 오늘날 공간적인 분리에 의해 가능하게 만들어지는데, 즉, 안테나 포트에서 신호들 사이의 낮은 상관을 성취하기 위해서, 일반적으로 방위각에서 (안테나가 디자인된 주파수 대역의 중심 주파수로부터 계산된) 5-10 파장에 의해 분리된 적어도 두 개의 안테나를 갖는다. 이러한 적어도 두 개의 안테나는 적어도 하나의 안테나 방사 로브를 각각 갖는다.

또한, 극성 분리와 공간적인 분리를 결합시킬 수 있는데, 그래서 안테나는 또한, 직교 극성을 갖는 신호의 전송 및 수신을 위해 배열된다.

그러므로 MIMO 시스템에서 기지국은 5-10 파장으로 분리된 다수의 안테나와 함께 배열될 수 있는데, 기지국 안테나들 각각은 하나의 극성으로 디자인되거나 필수적으로 상관 해제된 다수의 극성으로 디자인되는데, 전형적으로 두 개의 필수적 으로 상관 해제된 극성으로 디자인된다. 이러한 안테나는 공간 또는 극성, 또는 이들 둘 다에 의해 상관 해제된 안테나 방사 로브를 생성한다.

사용자 장비(예를 들어, 이동 전화기 또는 휴대용 컴퓨터)가 MIMO 시스템에서 통신을 위해 적어도 두 개의 안테나 포트와 함께 배열되는 것이 필수적이다.

기존 MIMO 장치의 문제점은, 원래 정보 스트림이 두 개 이상의 별도 정보 스트림으로 분리되기 때문에, SNR(신호대잡음비)가 소정의 고정 출력 전력으로 악화된다. 감소된 SNR은 전송된 데이터의 레이트, 데이터 비트 전송률이 감소되는 결과를 가져온다.

게다가, 기지국 및 사용자 장비 사이의 신호 경로는 도시 환경에서 대형 건물과 같은 다수의 물체에 의해 차단될 수 있는데, 이러한 물체는 여러 반사를 야기한다. 이러한 반사는 신호대잡음비(SNR)가 더욱 악화되도록 하는 결과를 가져올 수 있고, 이로 인해, 기지국 및 사용자 장비 사이에 전송된 신호는 잡음이 많을수록 길에 건물이 많을 수 있다. 그러므로 기지국의 주변에서만 MIMO를 사용할 수 있다. 양호한 MIMO 성능은 양호한 SNR을 필요로 한다.

그러므로 안테나당 하나의 정보 스트림을 갖는 종래 MIMO 시스템은 필수적으로 상관 해제된 신호를 획득하기 위해서 기지국 안테나 방사 로브가 공간적으로 분리된다는 사실로 인해, 도시 환경 및 시골 환경 둘 다에서 기지국 및 사용자 장비 사이의 데이터 비트 전송률을 고려하는 단점을 겪는다. 이는 MIMO 시스템이 소정의 표면 에어리어 및 출력 전력에 대해서 최적으로 사용되지 않는다는 것을 의미한다.

본 발명에 의해 해결되는 객관적인 문제점은 MIMO 시스템에 적합한 장치를 제공하는 것인데, 상기 장치는 적어도 두 개의 안테나 포트를 구비한 기지국 및 적어도 두 개의 기지국 안테나 방사 로브를 통해 통산하기 위해 적어도 두 개의 안테나 포트를 구비한 사용자 장비 사이에 강화된 통신을 제공할 수 있다.

객관적인 문제점은 도입에 따른 무선 통신 시스템에 의해 해결되는데, 어레이 안테나는 적어도 두 개의 안테나 방사 로브를 통해 통신하기 위해 배열되며, 각각의 안테나 방사 로브는 셀의 적어도 하나의 UE(사용자 장비)로 정보 스트림을 전달하여, MIMO(다중 입력 다중 출력)에 의해 통신한다.

본 발명의 어떤 양상에 따르면, 이는 제2 동작 모드에 대응한다.

객관적인 문제점은 또한 통신 시스템에서 사용하도록 배열된 어레이 안테나에 의해 해결된다.

게다가, 객관적인 문제점은 또한 도입에 따른 방법에 의해 해결되는데, 상기 방법은 또한 적어도 두 개의 안테나 방사 로브를 통해 셀의 적어도 하나의 UE(사용자 장비)로 적어도 두 개의 정보 스트림을 전달하는 단계를 포함한다.

본 발명의 어떤 양상에 따르면 이는 제2 동작 모드에 대응한다.

이는 원래 정보 스트림을 두 개 이상의 별도 정보 스트림으로 분리하는 것으로 인해 SNR의 감소가 어레이 이득의 사용에 의해 다소 회복된다는 것을 의미하는데, 게다가 채널에 관한 상대적으로 적은 양의 정보가 필요로 된다.

바람직한 실시예는 종속항에서 설명된다.

예컨대,

- 높은 비트 전송 레이트 용량

- 쉬운 설치 및 낮은 사이트 비용

- 단일 안테나 방사 로브를 갖는 다수의 안테나에 흥미있는, 여러 방향을 가리키고, 충분히 상관 해제된 다수의 안테나 방사 로브를 갖는 단일 안테나가 사용되어, 안테나 표면이 효율적으로 사용되고, 안테나 어레이 이득의 이점을 취하며, 전체 안테나 표면이 각각의 방사 로브에 대한 이득을 제공한다는 결과를 가져오는 여러 이점이 본 발명에 의해 성취된다.

본 발명은 이제 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도1a는 본 발명에 따른 시스템의 개략적인 상부도;

도1b는 기지국 어레이 안테나의 개략도;

도2는 본 발명의 실시예의 개략적인 측면도;

도3은 본 발명의 다른 실시예의 개략적인 상부도;

도4는 본 발명의 다른 실시예의 개략적인 측면도;

도5는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략적인 상부도; 및

도6은 이중 극성 기지국 어레이 안테나의 개략도.

도1a에 도시된 바와 같이, 통신 시스템(C)은 MIMO(다중 입력 다중 출력) 시스템에서 통신을 위해 배열된 기지국(1)을 포함한다. 기지국(1)은 통신 셀(2)을 커버하는 방법으로 위치된다. 또한, 도1b를 참조하면, 기지국(1)은 어레이 안테나(3) 가 구비되는데, 제1 실시예에서, 어레이 안테나(3)는 제1 안테나 엘리먼트(4), 제2 안테나 엘리먼트(5), 제3 안테나 엘리먼트(6), 제4 안테나 엘리먼트(7)를 포함한다. 각각의 안테나 엘리먼트(4,5,6,7)는 적어도 하나의 방사 엘리먼트를 포함한다. 안테나 엘리먼트(4,5,6,7)는 제1 열(8) 및 제2 열(9) 및 제1 행(10) 및 제2 행(11)에 위치되어 2x2 어레이 안테나(3)를 형성한다. 안테나 엘리먼트(4,5,6,7)는 방위각으로 빔 형성을 위해 수평 평면에서 약 0.5-1 파장으로 그리고 수직으로 빔 형성을 위해 수직 평면에서 약 0.5-4 파장으로 서로 분리되는 것이 바람직하다. 이러한 안테나 엘리먼트(4,5,6,7)는 FDD(주파수 분할 듀플렉스)가 사용된다면 다운링크를 위해 다른 주파수 대역을 사용하며 업링크를 위해 동일한 주파수 대역을 사용하여 신호를 수신하고 송신하며, TDD(시분할 듀플렉스)가 사용된다면 다운링크 및 업링크를 위해 동일한 주파수 대역을 사용하여 신호를 수신하고 송신한다.

제1 실시예에서, 제4 안테나 엘리먼트(4,5,6,7)는 각각 제1 안테나 포트(P1), 제2 안테나 포트(P2), 제3 안테나 포트(P3) 및 제4 안테나 포트(P4)를 통해 제1 급전 라인(12), 제2 급전 라인(13), 제3 급전 라인(14) 및 제4 급전 라인(15)에 각각 접속되며, 급전 라인(12,13,14,15)은 이미 공지된 종류의 빔 형성 디바이스(16), 예컨대, 디지털 빔-형성 디바이스에 접속된다. 빔 형성 디바이스(16)는 그 후에 제1 정보 스트림 급전 라인(17), 제2 정보 스트림 급전 라인(18), 제3 정보 스트림 급전 라인(19) 및 제4 정보 스트림 급전 라인(20)에 접속되며, 각각의 정보 스트림은 총 정보 스트림 급전 라인(21)으로부터 발생한다. 총 정보 스트림은 분리 디바이스(22)에 의해 네 개의 정보 스트림으로 분리된다.

하나의 사용자 장비(UE)(23)는 셀(2) 내에 위치되는데, 사용자 장비(23)는 예컨대, 이동 전화기이거나 휴대용 컴퓨터이다. UE(23)가 네 개의 상관 해제된 신호의 수신을 위해 배열된다고 가정되는데, 다시 말해서, UE(23)SMS 네 개의 독립적인 안테나 포트(도시되지 않음)가 구비된다고 가정된다.

본 발명에 따르면, 방사 로브(24,25,26,27)는 기지국(1) 및 UE(23) 사이의 전송을 위해 전송 환경에 기초하여 제어된다. 제어는 기지국(1) 및 UE(23) 사이의 강화된 통신이 획득되는 방법으로 수행된다.

현재 실시예에서, 빔 형성 디바이스(16)는 수직 및 방위각으로 고정된 소정의 방향으로 제1 방사 로브(24), 제2 방사 로브(25), 제3 방사 로브(26) 또는 제4 방사 로브(27)가 스위치 온 되는 방법으로 출력 방사 로브의 수를 제어하도록 배열된다. 턴 온 및 턴 오프되어야만 하는 방사 로브의 수는 기지국(1) 및 UE(23) 사이의 강화된 통신이 획득되는 방법으로 제어된다.

제1 동작 모드에서, 통신은 단지 하나의 방사 로브를 통해 수행되어, 하나의 정보 스트림을 전달한다. 그 후에, 통신 시스템(C)은 MIMO를 통해 통신하지 않는다. 제2 동작 모드에서, 통신은 적어도 두 개의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)를 통해 수행되는데, 각각의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)는 정보 스트림을 전달한다. 그 후에 통신 시스템(C)은 MIMO를 통해 통신한다.

얼마나 만은 방사 로브가 사용되는지에 관계없이, 총 정보 스트림으로부터의 모든 정보는 안테나 엘리먼트의 구경(aperture)의 총 에어리어를 사용하여, 네 개의 안테나 엘리먼트(4,5,6,7)에 의해 항상 방사된다.

기지국(1)에 관하여 이동할 수 있는 UE는 항상 가능한 가장 높은 데이터 비트 전송률에 관하여 기지국(10으로 피드백을 계속 제공한다. 이러한 정보에 기초하여, 안테나 방사 로브(24,25,26,27)는 적응할 수 있게 제어된다. 적응형 제어는 각각의 정보 스트림에서 여러 전력 레벨 및/또는 데이터 비트 전송률을 분배할 뿐만 아니라 방사 로브를 턴 온 및 턴 오프하는 것을 포함한다.

피드백은 일반적으로 채널에 관한 상대적으로 제한된 정보를 포함하는데, 가장 단순한 형태에서 피드백은 오직 하나의 데이터 비트 형태이다. 피드백에 포함된 채널에 관한 정보가 많을수록, 적응형 제어가 양호해진다. 그러나 채널에 관한 상기 상대적으로 제한된 정보와 허용 가능한 적응형 제어를 성취할 수 있다. 전형적인 유형의 피드백은 소위 기술에서 널리 공지된 CQI-값(채널 품질 표시자)이다.

또한 도1a 및 도1b를 참조하여 구현될 수 있는 제2 실시예에서, 네 개의 정보 스트림은 여기서 각각의 출력 안테나 방사 로브(24,25,26,27)에 대해서 방위각 및 수직 방향을 제어하도록 배열된 빔 형성 디바이스에 제공된다. 빔 형성 디바이스는 이러한 예에서 디지털 빔 형성 디바이스인 것이 바람직하다.

네 개의 정보 스트림 각각은 네 개의 기지국 안테나 방사 로브에 대응하는데, 각각의 로브는 임의의 UE와 최적의 통신이 성취되는 방향으로 방향지어진다. 로브의 조정은 방위각 및 수직으로 수행된다. 이러한 방법으로 로브의 방향을 정하는 것은 필수적으로 상관해제되는 것이 아니라 본 발명에 따라 충분한 정도로 상관해제되는 방법으로 신호 경로에 영향을 미칠 수 있다.

제1 실시예에서와 같이, 기지국(1)에 대해 이동할 수 있는 UE(23)는 현재 가 능한 가장 높은 전송 데이터 비트 전송률에 관하여 기지국(1)으로 피드백을 계속 제공한다. 이러한 정보에 기초하여, 안테나 방사 로브(24,25,26,27)의 방향은 적응할 수 있게 제어된다.

그러므로 상관 해제의 정도가 감소된다는 것을 의미할지라도, 본 발명의 주요 목적은 통신을 강화시키는 것이다. 그래서 상관 해제는 모든 실시예에 대해 통신 데이터 비트 전송률의 비용 면에서 절약되지 않는다.

상기 실시예에 따르면, 전송 동안, 디지털 빔 형성 디바이스(16)는 각각의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)에 대해 방사각 및 수직으로 희망하는 안테나 방사 로브 방향을 획득하기 위해서 임의의 위상 관계 및 임의의 진폭 관계로 기지국 어레이 안테나(3)에서 안테나 포트(P1,P2,P3,P4) 각각에 네 개의 정보 스트림 각각을 공급한다.

이는 안테나 포트(P1,P2,P3,P4) 각각에 대한 임의의 진폭 관계 및 임의의 위상 관계를 갖는, 네 개의 안테나 포트(P1,P2,P3,P4) 모두에 공급된다. 이는 동시에 모든 정보 스트림에 대해 수행될 수 있고, 겹쳐지는 위치(superposition)로 인해, 네 개의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)가 획득되고, 각각의 정보 스트림에 대해 하나의 스트림이며, 각각의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)는 네 개의 안테나 엘리먼트(4,5,6,7)에 의해 획득된다.

제1 실시예에서, 안테나 방사 로브(24,25,26,27)의 방향을 변경시키기 위한 기능이 제공되지 않고, 소정의 방향을 가리키도록 안테나 방사 로브(24,25,26,27)를 온 및 오프시킬 가능성만이 존재한다.

상술된 디지털 빔 형성은 이미 공지되어 있으므로, 본원에서 더 이상 설명되지는 않을 것이다.

제2 실시예의 기능의 예를 도시하는 도2에 측면도에서 보여지는 바와 같이, 상대적으로 작은 건물(28)이 UE(23) 앞에 위치되고, 큰 건물이 UE(23) 뒤에 위치된다. 세 개의 안테나 방사 로브(24',25',26')는 UE(23)에서 방향지어지는데, 필수적으로 방위각에서 동일한 방향각을 가지지만, 수직으로 상이한 방향각을 갖는다.

안테나 방사 로브의 방위 방향각은 안테나 방사 로브의 방위각 방향 및 안테나의 주요 방사 표면의 중심으로부터 신장하는 법선 사이의 각으로서 규정된다. 대응하는 정의는 안테나 방사 로브의 수직 방향각에 대해 유효하다. 안테나 방사 로브의 방향은 안테나 방사 로브가 그의 최대 신호를 갖는 방향으로 한정되는 것이 바람직하고, 다른 정의가 발생한다.

경로를 부분적으로 차단하는 작은 건물(28)로 인해, 네 개의 안테나 방사 로브(24',25',26',27') 모두 UE(23)에서 다소 직접 방향지어짐으로써 UE(23)와 최적의 통신을 성취할 수 없다. 그러므로 이러한 예에서, 네 개의 안테나 방사 로브 중 하나인 제4 안테나 방사 로브(27')는 대신 제4 안테나 방사 로브(27')에 의해 전송되는 제4 정보 스트림이 큰 건물(29)에서 반사에 의해 UE(23)에 도달하는 방법으로 큰 건물(29)을 향하여 방향지어진다.

예를 들어, UE(23)가 작은 건물(28)을 떠난다면, 제4 로브(27')는 UE(23)로부터 피드백에 직접 기초하여 UE에서 방향지어지는 방법으로 다시 방향지어진다. 그 후에, 네 개의 안테나 방사 로브(24',25',26',27') 모두 UE(23)에서 방향지어지 는데, 필수적으로 방위각에서 동일한 방향 각을 가지지만, 충분히 상관 해제된 전파 경로를 제공하기 위해서 수직으로 상이한 방향 각을 갖는다.

제2 실시예의 기능의 다른 예를 도시하는 도3의 상부도에서 보여지는 바와 같이, 상대적으로 작은 건물(30)은 UE(23) 앞에 위치되지만, UE(23) 뒤에 큰 건물이 존재하지는 않는다. 상대적으로 큰 건물(31)은 기지국(1)으로부터 UE(23)에서 볼 때, UE(23)의 왼쪽에 위치된다.

세 개의 안테나 방사 로브(24'',25'',26'')는 UE(23)에서 방향지어지는데, 필수적으로 방위각으로 동일한 방향각을 갖지만, 수직으로 상이한 방향각을 갖는다(상부도이므로 도3에 도시되지는 않는다). 경로를 부분적으로 차단하는 작은 건물으로 인해, 네 개의 안테나 방사 로브(24'',25'',26'',27'') 모두는 UE(230에서 직접 방향지어짐으로써 UE(23)와 최적의 통신을 성취할 수 없다. 그러므로 이러한 예에서 네 개의 안테나 방사 로브 중 하나인 제4 안테나 방사 로브(27'')는 대신 제4 안테나 방사 로브(27'')에 의해 전송되는 제4 정보 스트림이 기지국(1)의 관점으로부터 왼쪽에서 큰 건물(31)에서 반사에 의해 UE(23)에 도달하는 방법으로 왼 쪽의 큰 건물(31)을 향하여 방향지어진다.

상술된 방법과 동일한 방법으로, 로브 방향은 UE(23)의 움직임 및 다른 환경으로 인해 변경될 수 있다. 이는 UE의 피드백에 기초하여 제어된다.

제2 실시예의 기능의 또 다른 예를 도시하는 도4의 측면도에서 도시된 바와 같이, UE(23)는 건물이 없는 반대측에 위치된다. 여기서, 안테나 방사 로브(24"', 25"', 26"', 27"') 모두는 UE(23)에서 방향지어지는데, 필수적으로 방위각에서 동 일한 방향각을 가지지만, 수직으로 상이한 방향각을 갖는다. 제4 실시예는 본 발명이 건물에서 반사를 향하여 일차적으로 방향지어지는 것이 아니라 환경에 관계없이, 상관 해제 정도가 감소되는지 여부에 관계없이 기지국(1) 및 UE(23) 사이의 통신의 최적화를 향하여 방향지어진다는 것을 설명한다.

물론, 셀에 하나 이상의 UE가 존재한다. 도5를 참조하면, 셀(2)에 제1 UE(23a), 제2 UE(23b) 및 제3 UE(23c)가 존재한다. 본 발명에 따르면, 셀(2)의 UE(23a,23b,23c) 각각이 임의의 시간 슬롯을 수신하는데, 여기서 기지국 안테나 방사 로브(도5에서는 도시되지 않음) 모두가 기지국(1) 및 임의의 UE 사이의 통신을 최적화하도록 공동 동작한다. 제1 시간 슬롯 동안, 모든 기지국 안테나 방사 로브는 기지국(1) 및 제1 UE(23a) 사이의 통신을 최적화시키도록 공동 동작한다. 제2 및 제3 시간 슬롯 동안, 통신은 기지국(1) 및 제2 UE(23b) 및 제3 UE(23c) 사이에서 각각 동일한 방법으로 최적화된다. 안테나 방사 로브가 각각의 UE(23a,23b,23c)에 대해 방향지어지는 방법은 예를 들어, 빌딩(도시되지 않음)이 존재하는지 여부와 같은 각각의 UE(23a,23b,23c)에 대한 주변 환경에 좌우된다. 물론 시분할 다중 액세스(TDMA) 시스템 및 주파수 분할 다중 액세스(FDMA) 시스템 또는 이들의 결합물과 같은 다른 시스템에 관한 절차가 가능하다.

UE(23)는 어떤 수의 안테나 포트가 구비될 수 있지만, UE(23)가 MIMO 시스템을 위해 배열되도록 하기 위해서, UE(23)가 적어도 두 개의 안테나 포트를 구비할 필요가 있다. 통신이 개시될 때, 기지국(1)은 UE(23)에서 사용 가능한 안테나 포트의 수에 적응한다.

UE(23)는 적응형 안테나가 구비될 수 있는데, 이러한 안테나는 가장 높은 데이터 비트 전송률이 성취되는 방향으로 전기적으로 제어 가능하다. UE(23)는 또한 최적의 통신 특성을 제공하는 UE(23)의 방향을 결정하기 위한 수단(도시되지 않음)이 구비될 수 있다.

본 발명은 상술된 실시예에 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구항의 범위 내에서 자유롭게 변경될 수 있다. 예를 들어, 기지국 어레이 안테나는 예를 들어, 4행 및 4 열의 4 x 4 어레이 안테나의 임의의 적합한 구성의 안테나를 가질 수 있으므로, 16개의 안테나 방사 로브까지 성취하기 위해 배열된다.

특히, 기지국 안테나는 적어도 두 개의 안테나 포트가 구비된 어레이 안테나이고, 적어도 두 개의 포트는 적어도 두 개의 대응 안테나 엘리먼트에 개별적으로 접속되며, 적어도 두 개의 안테나 엘리먼트의 적어도 두 개는 필수적으로 동일한 극성을 갖는다.

그러므로 본 발명에 따라, 적어도 두 개의 안테나 포트는 기지국 어레이 안테나에 포함되어야만 하며, 기지국 어레이 안테나는 그로 인해 두 개의 방사 로브를 방사시키도록 배열되는데, 이는 MIMO 통신을 위해 필수적이다.

그러나 제1 실시예가 도4에 따른 상황에 사용된다고 가정하면, 하나 이상의 안테나 방사 로브는 기지국(1) 및 UE(23) 사이의 최적의 통신을 성취하는데 필수적이지 않기 때문에 단지 하나의 안테나 방사 로브만이 스위치 온 된다고 인식될 수 있다.

물론, 안테나 방사 로브를 제어할 수 있는, 제2 실시예는 제1 실시예와 동일 한 방법으로 안테나 방사 로브를 턴 오프하도록 배열될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따르면 기지국 어레이 안테나(3)의 로브는 단지 방위각에서 조절 가능할 수 있거나, 수직으로만 조절 가능하고, 상술된 실시예에서와 같이, 방위각 및 수직 둘 다 조절 가능하다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 기지국 어레이 안테나는 방위각 및 수직으로 제어 가능한 기지국 어레이 안테나는 2-차원인데, 즉 열 및 행으로 안테나 엘리먼트를 갖는다.

모든 실시예에 대해서, 기지국 어레이 안테나(3)는 이중 극성 안테나 엘리먼트를 더 포함할 수 있는데, 이로 인해 기지국 어레이 안테나(3)는 두 개의 필수적으로 직교하는 극성을 통한 통신을 위해 배열되며, 그러므로 정보 스트림 전송 레이트가 두 배가 된다.

이중 극성 안테나 엘리먼트가 배열될 수 있는 방법의 한 예는 도6을 참조하여 후술된다. 도6에는 제1 안테나 엘리먼트(33), 제2 안테나 엘리먼트(34), 제3 안테나 엘리먼트(35) 및 제4 안테나 엘리먼트(36)를 갖는 어레이 안테나(32)가 도시된다. 각각의 안테나 엘리먼트(33,34,35,36)는 적어도 하나의 방사 엘리먼트를 포함한다. 안테나 엘리먼트(33,34,35,36)는 제1 열(37) 및 제2 열(38)과 제1 행(39) 및 제2 행(40)에서 위치되어, 2 x 2 어레이 안테나(32)를 형성한다. 안테나 엘리먼트(33,34,35,36)는 방위각으로 빔 형성을 위해 수평 평면에서 (안테나가 디자인된 주파수 대역의 중심 주파수로부터 계산된) 약 0.5-1 파장 및 수직으로 빔 형성을 위해 수직 평면에서 약 0.5-4 파장으로 분리되는 것이 바람직하다. 각각의 안테나 엘리먼트(33,34,35,36)는 제1 극성 및 제2 극성에 대해 배열되며, 상기 극성은 필 수적으로 상관 해제된다.

안테나 엘리먼트(33,34,35,36)는 FDD(주파수 분할 듀플렉스)가 사용된다면 다운링크를 위해 다른 주파수 대역 및 업링크를 위해 동일한 주파수 대역을 사용하거나, TDD(시분할 듀플렉스)가 사용된다면 업링크 및 다운링크 둘 다를 위해 동일한 주파수 대역을 사용하여 신호를 수신하고 송신한다.

이러한 예에서, 제1 안테나 엘리먼트(33), 제2 안테나 엘리먼트(34), 제3 안테나 엘리먼트(35) 및 제4 안테나 엘리먼트(36)의 제1 극성이 각각 제1 안테나 포트(P1a), 제2 안테나 포트(P2a), 제3 안테나 포트(P3a) 및 제4 안테나 포트(P4a)를 통해 제1 급전 라인(41), 제2 급전 라인(42), 제3 급전 라인(43) 및 제4 급전 라인(44)에 각각 접속된다. 동일한 방법으로 제1 안테나 엘리먼트(33), 제2 안테나 엘리먼트(34), 제3 안테나 엘리먼트(35) 및 제4 안테나 엘리먼트(36)의 제2 극성이 각각 제5 안테나 포트(P1b), 제6 안테나 포트(P2b), 제7 안테나 포트(P3b) 및 제8 안테나 포트(P4b)를 통해 제5 급전 라인(45), 제6 급전 라인(46), 제7 급전 라인(47) 및 제8 급전 라인(48)에 각각 접속된다.

제1 열(37)에서 안테나 엘리먼트(33,34)의 제1 극성에 접속된 제1 급전 라인(41) 및 제2 급전 라인(42)은 제1 전력 분리기(49)에 접속되며, 제2 열(38)에서 안테나 엘리먼트(35,36)의 제1 극성에 접속된 제2 급전 라인(43) 및 제3 급전 라인(44)이 제2 전력 분리기(50)에 접속된다.

제1 행(39)에서 안테나 엘리먼트(33,35)의 제2 극성에 접속된 제5 급전 라인(45) 및 제7 급전 라인(47)은 제3 전력 분리기(51)에 접속되며, 제2 행에 연결된 안테나 엘리먼트의 제2 극성에 접속된 제6 급전 라인(46) 및 제8 급전 라인(48)이 제4 전력 분리기(52)에 접속된다.

제1 전력 분리기(49) 및 제2 전력 분리기(50)는 제1 빔 형성 디바이스(53)에 접속되며, 제3 전력 분리기(51) 및 제4 전력 분리기(52)는 제2 빔 형성 디바이스(54)에 접속된다. 빔 형성 디바이스(53,54)는 이미 공지된 종류로서, 예컨대, 디지털 빔 형성 디바이스이다. 디바이스(53,54)는 하나의 빔 형성 디바이스로 결합될 수 있다.

이러한 장치에 의해서, 제1 극성을 갖는, 열(37,38)에 의해 형성된 방사 로브는 제2 극성을 갖는, 행(39,40)에 의해 형성된 방사 로브로부터 별도로 제어될 수 있다. 안테나 방사 빔은 먼-필드에서 모순적으로 부가된다.

일반적으로, 상술된 모든 실시예에 대해서, 모든 안테나 장치가 상호적이기 때문에, 고려되는 전송에서와 같이 설명된 모든 특징은 모두 수신을 고려하여 사용 가능하다.

게다가, 기지국 안테나 방사 로브(24,25,26,27), 기지국 어레이 안테나(3)의 수는 시스템이 또한 MIMO를 위해 배열된다면 임의의 편리한 방법으로 바뀔 수 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명은 임의의 수의 UE(23;23a,23b,23c)에 대해 사용 가능하다. 하나 이상의 기지국(10은 또한 예컨대, 셀(2) 환경의 용량 및/또는 레이아웃을 위한 요구로 인해 필수적일 수 있다.

기지국(1)은 무선 로컬 에어리어 네트워크(WLAN)와 같은 임의의 무선 통신 시스템에서 기지국일 수 있다.

Claims

통신 셀(2)에서 적어도 하나의 기지국(1)을 포함하며, 상기 기지국(1)은 적어도 두 개의 안테나 포트(P1,P2,P3,P4;P1a,P1b,P2a,P2b,P3a,P3b,P4a,P4b)를 포함하는 적어도 하나의 어레이 안테나(3,32)가 구비되며, 상기 적어도 두 개의 포트(P1,P2,P3,P4;P1a,P1b,P2a,P2b,P3a,P3b,P4a,P4b)가 적어도 두 개의 대응하는 안테나 엘리먼트(4,5,6,7;33,34,35,36) 각각에 접속되며, 상기 적어도 두 개의 안테나 엘리먼트(4,5,6,7;33,34,35,36) 중 적어도 두 개가 필수적으로 동일한 극성을 가지며, 제1 동작 모드에서, 상기 어레이 안테나(3,32)는 하나의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)를 통한 통신을 위해 배열되어, 상기 셀(2)에서 적어도 하나의 UE(23)(사용자 장비)에 하나의 정보 스트림을 전달하는, 무선 통신 시스템(C)에 있어서,

제2 동작 모드에서, 상기 어레이 안테나(3,32)는 적어도 두 개의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)를 통한 통신을 위해 배열되며, 각각의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)는 상기 셀(2)에서 적어도 하나의 UE(23)에 정보 스트림을 전달하여, MIMO(다중 입력 다중 출력)에 의해 통신하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
통신 셀(2)에서 적어도 하나의 기지국(1)을 포함하는데, 상기 기지국(1)은 적어도 두 개의 안테나 포트(P1,P2,P3,P4;P1a,P1b, P2a,P2b,P3a,P3b,P4a,P4b)를 포 함하는 적어도 하나의 어레이 안테나(3,32)가 구비되며, 상기 적어도 두 개의 포트(P1,P2,P3,P4;P1a,P1b,P2a,P2b,P3a,P3b,P4a,P4b)가 적어도 두 개의 대응하는 안테나 엘리먼트(4,5,6,7;33,34,35,36) 각각에 접속되며, 상기 적어도 두 개의 안테나 엘리먼트(4,5,6,7;33,34,35,36) 중 적어도 두 개가 필수적으로 동일한 극성을 갖는, 무선 통신 시스템(C)에 있어서,

상기 어레이 안테나(3,32)는 적어도 두 개의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)를 통한 통신을 위해 배열되며, 각각의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)는 상기 셀(2)DPTJ 적어도 하나의 UE(23)(사용자 장비)로 정보 스트림을 전달하여, MIMO(다중 입력 다중 출력)에 의해 통신하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 각각의 안테나 엘리먼트(4,5,6,7;33,34,35,36)는 적어도 하나의 방사 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

각각의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)는 고정된 소정의 방위각 및 수직 방향각을 갖는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제 4항에 있어서,

각각의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)는 턴 온 또는 오프됨으로써 그리고 상기 안테나 엘리먼트(4,5,6,7;33,34,35,36)를 공급하는 각각의 정보 스트림에 데이터 비트 전송률 및/또는 상이한 전력 레벨을 분배시킴으로써 제어되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

각각의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)는 정보 스트림의 통신이 필수적으로 최적화되는 방법으로 개별적으로 방위각 또는 수직, 또는 방위각 및 수직 둘 다에서 제어 가능한 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 안테나 로브(24,25,26,27)의 제어가 UE(23)로부터 피드백 정보에 기초하여 적응 가능하게 수행되며, 상기 피드백 정보는 적어도 하나의 데이터 비트의 형태인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제 7항에 있어서,

상기 피드백 정보는 소위 CQI-값(채널 품질 표시자)의 형태인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

총 정보 스트림은 통신 시스템에 공급되며, 상기 총 정보 시스템은 항상 안 테나 엘리먼트의 구경의 총 에어리어를 사용하여 상기 안테나 엘리먼트(4,5,6,7;33,34,35,36)에 의해 방사되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 어레이 안테나(32)는 이중 극성 안테나 엘리먼트(33,34,35,36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제 10항에 있어서,

상기 어레이 안테나(32)는 적어도 네 개의 안테나 엘리먼트(33,34,35,36)를 포함하며, 각각의 안테나 엘리먼트(33,34,35,36)는 제1 극성 및 제2 극성을 가지며, 상기 극성은 필수적으로 상관 해제되며, 상기 안테나 엘리먼트(33,34,35,36)는 또한, 적어도 두 개의 열(37,38) 및 두 개의 행(39,40)을 형성하는데, 열(37,38)에서 제1 열(37)에서 안테나 엘리먼트(33,34)의 제1 극성(37,38) 및 제2 열(38)에서 안테나 엘리먼트(35,36)의 제1 극성이 빔 형성 디바이스(53)에 접속되며, 상기 제1 행에서 안테나 엘리먼트(33,35)의 제2 극성 및 제2 행(40)에서 안테나 엘리먼트(34,36)의 제2 극성이 빔 형성 디바이스(54)에 접속되어 제1 극성을 갖는, 열(37,38)에 의해 형성된 방사 로브가 행(39,40)에 의해 형성된 방사 로브로부터 별도로 제어되도록 하며, 상기 안테나 방사 로브는 먼-필드에 모순적으로 부가되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서 통신 시스템(C)에서 사용하기 위해 배열된 어레이 안테나(3,32).
기지국 어레이 안테나(3,32)는 적어도 두 개의 안테나 포트(P1,P2,P3,P4;P1a,P1b,P2a,P2b,P3a,P3b,P4a,P4b)를 포함하고, 적어도 두 개의 포트(P1,P2,P3,P4;P1a,P1b,P2a,P2b,P3a,P3b,P4a,P4b)는 적어도 두 개의 대응하는 안테나 엘리먼트(4,5,6,7;33,34,35,36) 각각에 접속되고, 상기 적어도 두 개의 안테나 엘리먼트(4,5,6,7;33,34,35,36) 중 적어도 두 개가 필수적으로 동일한 극성을 가지며, 제1 동작 모드에서, 하나의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)를 통해 상기 셀(2)의 적어도 하나의 UE(23)(사용자 장비)로 하나의 정보 스트림을 전달하는 단계를 포함하는, 통신 셀(2)에서 기지국 어레이 안테나(3,32)로부터 적어도 하나의 정보 스트림의 전달 방법에 있어서,

적어도 두 개의 안테나 방사 로브(24,25,26,27)를 상기 셀(2)의 적어도 하나의 UE(23)로 적어도 두 개의 정보 스트림을 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 셀에서 기지국 어레이 안테나로부터 적어도 하나의 정보 스트림의 전달 방법.
기지국 어레이 안테나(3,32)는 적어도 두 개의 안테나 포트(P1,P2,P3,P4; P1a,P1b,P2a,P2b,P3a,P3b,P4a,P4b)를 포함하고, 적어도 두 개의 포트(P1,P2,P3, P4;P1a,P1b,P2a,P2b,P3a,P3b,P4a,P4b)는 적어도 두 개의 대응하는 안테나 엘리먼 트(4,5,6,7;33,34,35,36)에 각각 접속되며, 적어도 두 개의 안테나 엘리먼트(4,5, 6,7;33,34,35,36) 중 적어도 두 개가 필수적으로 동일한 극성을 갖는, 통신 셀(2)에서 기지국 어레이 안테나(3,32)로부터 적어도 두 개의 정보 스트림의 전달 방법에 있어서,
제 13항 또는 제 14항에 있어서,

상기 안테나 로브(24,25,26,27)는 UE(23)로부터 피드백 정보를 사용하여 적응 가능하게 제어되며, 상기 피드백 정보는 적어도 하나의 데이터 비트의 형태인 것을 특징으로 하는 정보 스트림의 전달 방법.
제 15항에 있어서,

상기 피드백은 소위 CQI-값(채널 품질 표시자)을 사용하는 것을 특징으로 하는 정보 스트림의 전달 방법.
제 13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

이중 극성이 사용되는 것을 특징으로 하는 정보 스트림의 전달 방법.