KR100438804B1

KR100438804B1 - 다중적응위상배열안테나를이용한실내무선통신시스템및그통신방법

Info

Publication number: KR100438804B1
Application number: KR1019970019851A
Authority: KR
Inventors: 임규태
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-05-21
Filing date: 1997-05-21
Publication date: 2005-05-09
Also published as: KR19980084169A

Abstract

본 발명은 다중 적응 위상 배열 안테나를 이용한 실내 무선 통신 시스템 및 그 통신 방법에 관한 것으로서, 소정의 데이타를 수신하거나 송신하는 제1단말기; 제1단말기와 소정의 데이타를 송수신하는 제2단말기; 넓은 빔을 갖는 중계기 안테나를 구비하고, 제1단말기 및 제2단말기로부터 수신된 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 제2단말기 또는 제1단말기로 전송함으로써 제1및 제2단말기 간의 데이타 송수신을 중계하는 중계기; 제1단말기에 부착되어 중계기를 통하여 제2단말기와 데이타를 송수신하고 복수 개의 적응 위상 배열 안테나들을 구비하는 제1안테나부; 및 제2단말기에 부착되어 중계기를 통하여 제1단말기와 데이타를 송수신하고 복수 개의 적응 위상 배열 안테나들을 구비하는 제2안테나부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이득이 높은 안테나를 사용하기 때문에 반사파의 영향이 적어 고속 데이타 전송이 가능하고, 단말기의 위치, 숫자의 변화에 따른 유지 관리가 간단하며 비용이 적게 든다. 또한, 사람의 통행 또는 단말기의 위치 이동 등에 의해 통신 링크에 블러킹이 발생하여도 데이타 전송이 중단되지 않기 때문에 연속적인 통신이 가능할 뿐만 아니라, LOS파와 강한 반사파를 이용하여 통신을 하므로 반사가 심한 일반 실내환경에 적합하다는 효과가 있다.

Description

다중 적응 위상 배열 안테나를 이용한 실내 무선통신 시스템 및 그 통신 방법{Indoor communication system & method using multiple adaptive phased array antenna}

본 발명은 실내 무선 통신 시스템에 관한 것이며, 특히 적응 위상 배열 안테나를 이용하여 통신 시스템을 구현하는 다중 적응 위상 배열 안테나를 이용한 실내 무선 통신 시스템 및 그 통신 방법에 관한 것이다.

현대에는 인터넷이 급속도로 확산됨에 따라 멀티미디어에 대한 사용자의 욕구가 증가되었으며, 주고 받는 정보의 양 또한 급격히 증가하였다. 한편, 무선 통신의 발달로 사용자들은 언제 어디서든지 정보를 주고 받는 시스템을 원하게 되었다. 2000년대에는 무선으로 동화상 및 고속의 데이타들을 송수신할 수 있는 통신 시스템이 필요하게 될 것으로 예측되고 있으며, 선진 각국에서는 이를 실현하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 실내의 사무실, 연구실, 공장등의 작업 환경에서는 많은 양의 화상 및 데이타의 전송을 필요로 하기 때문에, 실내에서 수십~수백Mbps의 신호를 무선으로 송수신할 수 있는 통신 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

그러나, 실내에서 무선으로 디지탈 신호를 송수신할 경우, 벽면과 책상등의 구조물에서 발생하는 다중반사와 산란현상 때문에 다음에 들어오는 신호가 반사파의 영향을 받게 된다. 이때의 채널은 신호의 대역에 대해 채널 대역이 균일하지 못한 선택적 페이딩(Selective Fading)의 특성을 갖게 된다. 이러한 이유 때문에 현재의 기술로 수십~수백Mbps 이상의 광대역 디지탈 신호를 안정되게 송수신할 수 있는 통신 시스템을 구현하는 것은 매우 어렵다. 이를 실현하기 위해 새로운 변복조 방식이나 등화기(Equalizer)를 적용하는 방법을 연구하고 있지만, 근본적인 실내 채널 특성의 향상이 없다면 송수신 효율을 높이는 데에는 한계가 있다.

또한, 초고속 통신을 실현하기 위해서는 이러한 신호처리 방식과 함께 채널 특성을 좋게하는 기술을 적용해야 하는데, 송수신 안테나의 빔폭을 좁게 하는 것이 가장 효과적이다. 송신기와 수신기 사이에 마주 보는 경로(Line of Sight:이하 LOS라 함)가 확보되어 있는 경우는 이러한 방법으로 데이타를 고속으로 전송하는 것이 가능하다. 그러나, 실내에서 사람의 움직임이나 단말기의 위치 이동 등에 의해 LOS 링크가 깨어질 때에는 필연적으로 통신 두절이 발생하게 된다.

이를 해결하기 위해, 빔의 방향을 자유롭게 움직일 수 있는 적응 위상 배열 안테나(Adaptive Phased Array Antenna:이하 APAA라 함)를 적용한 실내 무선 통신 시스템이 제안되었다. APAA는 통신 도중 링크가 깨어졌을 경우 데이타의 손실이 일어나지 않을 정도의 빠른 속도로 새로운 링크를 찾아서 통신을 유지시키게 된다. 백Mbps이상의 고속 통신에서는 통신 두절이 없을 만큼 빠르게 빔 방향을 바꿀 수 있는 안테나를 제작하는 것은 현재의 기술로는 거의 불가능하며, 제작한다고 하더라도 가격이 너무 고가이기 때문에 실용화될 가능성이 매우 적다.

근거리 통신망(Local Area Network:LAN)은 실내의 환경에서 다수의 사용자간에 고속으로 디지탈 신호를 주고 받을 수 있는 통신 시스템을 말한다. 최근에는 인터넷의 발달로 멀티미디어 정보가 이들 LAN을 통하여 전세계로 연결되고 있다. 현재 사용중인 LAN의 대부분은 유선 채널을 사용하고 있으며, 속도는 백Kbps 미만이기 때문에 멀티미디어 통신에 부적합하다. 또한 유선 LAN은 사무환경을 바꿀때마다 모든 사용자들이 일일이 선을 연결해야 하기 때문에, 유지 보수에 시간과 비용이 많이 든다. 최근에는 무선을 이용한 LAN방식이 개발되어, 단말기의 수와 위치가 변하여도 시스템 유지가 용이하게 되었다. 차세대에는 이를 더욱 발전시켜 무선으로 동화상등의 멀티미디어 정보를 자유롭게 주고받을 수 있는 통신 시스템이 필요하게 될 것으로 예상되는데, 전송속도가 100Mbps이상이 되어야 원할한 통신이 이루어질 수 있을 것이다.

도 1은 무지향성 안테나를 이용한 종래의 실내 무선 LAN을 설명하기 위한 블럭도로서, 제1단말기(2)와 제1단말기에 연결된 무지향성 안테나(1), 제2단말기(6)와 제2단말기에 연결된 무지향성 안테나(5)로 이루어진다. 여기에서, 참조 번호12는 단말기 간의 LOS경로를 나타내며, 참조 번호 16및 18은 실내의 벽 또는 천장에 반사되어 수신되는 반사파를 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 각 사용자들의 단말기(2 및 6)는 무선 채널을 통하여 상호 간에 직접 통신하며, 무지향성 안테나(1 및 5)를 이용한다. 이러한 경우에는 사용자 단말기의 위치에 관계없이 통신이 가능하지만, 반사파(16 및 18)의 영향으로 고속으로 데이타를 송수신하는 것이 불가능하다.

도 2는 도 1에 도시된 종래의 실내 통신 시스템에서 나타나는 실내 채널의 시간에 대한 특성을 나타내는 도면으로서, 참조 부호 22는 가장 빠른 시간에 나타나는 신호가 직접 수신되는 LOS 경로의 수신 파를 나타내고, 참조 부호 24는 그 이후에 차례대로 나타나는 반사파를 나타낸다.

상술한 바와 같이, 무지향성 안테나(1및 5)는 모든 방향에서 들어오는 파들을 잘 수신하기 때문에 반사파들의 크기가 크게 나타나고, 그 결과로서 뒤에 나타나는 반사파들이 다음의 송신 신호와 간섭을 일으켜 통신의 에러를 발생시킨다. 따라서, 이 문제를 해결하기 위해서는 반사파의 영향을 줄임으로써 채널 특성을 좋게 해야 하는데, 가장 효과적인 방법이 송수신 안테나의 이득을 높이는 것이다. 즉 송수신 안테나의 빔폭을 좁게 함으로써, 다른 방향에서 입사되는 반사파의 영향을 줄일 수 있다. 현재 개발중인 대부분의 실내 고속 무선 통신 시스템에서는 이득이 높은 안테나를 채택하는 방식을 적용하고 있다.

도 3은 지향성 안테나와 APAA를 이용한 종래의 실내 무선 통신 시스템을 설명하기 위한 블럭도로서, 넓은 빔 폭의 중계기 안테나를 갖는 중계기(36), 지향성 안테나(32)와 지향성 안테나에 연결된 제1단말기(34), APAA안테나(35)와 APAA 안테나에 연결된 제2단말기(37)로 이루어진다.

도 3에 도시된 바와 같이, 사람의 통행의 영향을 줄이기 위해 통신이 이루어지는 천장에 중계기(36)가 설치되고, 중계기의 안테나는 실내의 모든 사용자 단말기를 커버할 수 있는 넓은 빔을 갖는 안테나로 구성되어야 하고, 사용자 단말기(34)의 안테나는 이득이 높은, 즉 빔이 좁은 안테나(32)를 사용한다. 그 결과 중계기와 단말기간에 LOS 경로가 확보되어 고속 데이타 전송이 가능하게 된다. 그러나 LOS 경로 사이를 사람이 지나갈 경우, 송수신 링크가 절단되어 통신이 두절되는 현상이 발생할 수 있다. 또한 단말기(34)의 안테나는 항상 정확하게 중계기를 바라보아야 하는데, 단말기(34)의 위치를 조금만 이동시켜도 LOS 링크가 깨지게 되기 때문에 다시 안테나(32)의 방향을 조정해야 하는 문제점이 있다.

이러한 문제를 어느 정도 극복한 것이 도 3의 우측에 도시된 적응 위상 배열 안테나(35)를 단말기 안테나로 이용한 시스템이며, 이 APAA(35)는 다수의 안테나 소자들을 배열하고, 각 소자의 위상을 변화시킴으로써, 안테나의 빔을 원하는 방향으로 움직일 수 있는 안테나이다. 각 소자에 공급하는 위상값은 안테나 내부의 마이크로프로세서에서 계산되는데, 이 계산과정이 APAA(35)의 성능을 좌우한다. LOS 링크가 깨어져 통신이 불가능하게 되는 경우, AAPA(35)는 자동으로 새로운 경로를 찾아 그 방향으로 안테나 빔이 향하도록 함으로써, 항상 통신 링크가 유지되도록 한다. 그러나 수십Mbps 이상의 고속 테이터를 전송할 때 LOS가 깨어지면, 안테나가 새로운 경로를 찾는 시간이 데이타 전송속도보다 늦어지기 때문에 통신 단절을 피할 수 없다. 따라서, 이 문제를 해결하기 위해서는 데이타 전송속도보다 빠르게 최적 방향을 찾아내어 빔을 이동할 수 있는 소형 APAA가 필요하지만, 현재의 기술과 비용면에서 실용화하는 것은 거의 불가능한 실정이다.

상술한 바와 같이, 종래의 실내 무선 통신 시스템에서는 사람의 이동, 단말기 위치 변경등에 의한 통신의 단절 현상, APAA의 과중한 계산량 및 고성능 프로세서의 사용에 따른 비용 증가가 발생한다는 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 복수 개의 APAA를 이용하여 실내의 단말기간 또는 컴퓨터와 단말기간에 무선으로 데이타를 송수신하는 다중 APAA를 이용한 실내 무선 통신 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 다중 APAA를 이용한 실내 무선 통신 시스템에서 수행되는 통신 방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 다중 APAA를 이용한 실내 무선 통신 시스템은, 소정의 데이타를 수신하거나 송신하는 제1단말기; 제1단말기와 소정의 데이타를 송수신하는 제2단말기; 넓은 빔을 갖는 중계기 안테나를 구비하고, 제1단말기 및 제2단말기로부터 수신된 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 제2단말기 또는 제1단말기로 전송함으로써 제1및 제2단말기 간의 데이타 송수신을 중계하는 중계기; 제1단말기에 부착되어 중계기를 통하여 제2단말기와 데이타를 송수신하고 복수 개의 적응 위상 배열 안테나들을 구비하는 제1안테나부; 및 제2단말기에 부착되어 중계기를 통하여 제1단말기와 데이타를 송수신하고 복수 개의 적응 위상 배열 안테나들을 구비하는 제2안테나부로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 다중 APAA를 이용한 실내 무선 통신 방법은, 복수 개의 적응 위상 배열 안테나들이 각각 부착된 소정 단말기 간의 데이타를 송수신하는 다중 적응 위상 배열 안테나를 이용한 실내 무선 통신 시스템의 무선 통신 방법에 있어서,시스템이 가동되는 단계; 최대 빔 방향을 탐색하는 단계; 수신된 신호의 세기와 위상을 저장하는 단계; 저장된 신호 중에서 세기가 가장 큰 신호를 수신하는 적응 위상 배열 안테나를 송수신기와 연결하는 단계; 방해파로 인해 신호의 수신 감도가 떨어지는 블러킹(BLOCKING) 현상이 발생하였는지 판단하는 블러킹 발생 판단 단계; 블러킹이 발생하지 않았으면, 통신 상태에서 적응 위상 배열 안테나를 통하여 서로 데이타를 송수신하는 단계; 블러킹이 발생하였으면, 새로운 경로의 적응 위상 배열 안테나를 송수신기에 연결하고 데이타를 송수신하는 단계; 데이타 송수신이 완료되었는지 판단하고, 완료되었으면 통신을 종료하는 단계; 및 데이타 전송이 완료되지 않았으면, 블러킹 발생 판단을 반복하는 단계로 구성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 다중 APAA를 이용한 실내 무선 통신 시스템에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 다중 APAA를 이용한 실내 무선 통신 시스템의 바람직한 일실시예의 블럭도로서, 넓은 빔폭의 중계기 안테나를 갖는 중계기(44), 제1안테나부(40), 제1안테나부(40)와 연결된 제1단말기(42), 제2안테나부(43), 제2안테나부와 연결된 제2단말기(47)로 이루어지며, 여기에서 제1안테나부(40)는 N개의 APAA 안테나들(40a~40n)로 이루어지고, 제2안테나부(43)는 N개의 APAA 안테나들(43a~43n)로 이루어진다.

상기 중계기(44)는 사람의 이동에 의한 전파 방해를 최소로 하기 위해 통신이 이루어지는 실내의 천장에 설치되며, 중계기 안테나는 실내의 모든 사용자에 빔이 도달할 수 있도록 넓은 빔 폭을 가져야 한다. 그 아래에는 사용자 단말기들(42및 47)이 위치하며, 상기 사용자 단말기들 즉, 도 4에 도시된 제1 및 제2단말기들(42 및 47)에는 각각 2개 이상의 공간적으로 소정 간격 떨어져 있는 APAA들을 설치함으로써 제1안테나부(40) 또는 제2안테나부(43)를 구성한다. 즉, 제1단말기(42)에 부착된 제1안테나부(40)는 N개의 APAA들(40a~40n)로 이루어지고, 제2단말기(47)에 부착된 제2안테나부(43)는 N개의 APAA들(43a~43n)로 이루어진다.

도 4에 도시된 다중APAA를 이용한 실내 무선 통신 시스템의 동작을 개략적으로 설명하면, 상기 시스템이 작동될 때, 통신이 이루어지는 각 단말기들(42 및 47)은 중계기(44)를 통하여 서로 데이타를 전송한다. 각 단말기(42및 47)의 제1안테나부(40) 및 제2안테나부(43)의 APAA 안테나들은 중계기(44)의 안테나로부터 수신되는 신호들 중 가강 강하게 그 신호의 전파가 들어오는 방향을 찾아 그 방향으로 빔을 향하도록 한다. 사용자 단말기(42 및 47)에는 데스크 탑, 노트북 컴퓨터 또는 개인 휴대용 단말기(PDA)등이 있다.

도 5는 도 4에 도시된 다중 APAA를 이용한 실내 무선 통신 시스템의 다중 APAA를 설명하기 위한 블럭도로서, 제1안테나부(40)와 단말기(42)로 구성되고, 상기 제1안테나부(40)는 N개의 APAA들(40a~40n)로 이루어지며, 상기 단말기(42)는 송수신기(426), 빔 선택 제어기(424) 및 소정 주변기기(미도시)로 이루어지며, 여기에서 도 4의 제2안테나부(43)와 제2단말기(47)도 제1안테나부(40), 제1단말기(42)와 같은 구성 요소들을 갖는다.

상기 단말기(42)는 빔 선택 제어기(Beam Selecting Controller:BSC)(424), 송수신기(426) 및 그 밖의 주변 장치를 구비하며, 빔 선택 제어기(426)는 N개의 APAA들 중에서 가장 강한 파를 수신하는 APAA를 선택하여 상기 송수신기(426)와 연결한다. 상기 송수신기(426)는 상기 빔 선택 제어기(424)에 의해 선택된 APAA를 통하여 상대방 단말기로 데이타를 전송하거나 상대방 단말기로부터 데이타를 수신한다. 또한, 송수신기(426)는 단말기들(42 및 47)간에 전송하고자 하는 데이타를 수신 또는 송신하는 경로로서, 통신 방식에 관계없이 종래의 모든 송수신기를 이용할 수 있다.

즉, 넓은 빔 폭을 갖는 중계기(44)를 통하여 상대방 즉, 제2단말기(47)로부터 데이타를 수신하면, 상기 데이타들은 제1단말기(42)의 제1안테나부(40)에 입력되고, 제1안테나부(40)의 N개의 각 APAA들(40a~40n)에 수신 또는 송신되는 신호들은 빔 선택 제어기(424)에 입력된다. 빔 선택 제어기(424)는 입력된 N개의 신호들 을 비교하고, 그 세기가 가장 큰 신호를 수신하는 APAA를 선택하여 송수신기(426)에 연결하며, 송수신기(426)는 사용하는 단말기에 적합한 방식으로 수신된 신호를 복조한다. 또한, 상대방 제2단말기(47)로 소정의 데이타를 송신하고자 할 때는 적합한 방식으로 변조하여 선택된 APAA를 통하여 중계기(44)를 거쳐 제2단말기로 출력한다.

도 6은 도 5에 도시된 다중 APAA로 이루어진 안테나부(40)의 APAA를 설명하기 위한 상세한 블럭도로서, 제1APAA(40a)를 예를 들어 설명하면, M개의 복사 소자들(62a~62m)로 이루어진 복사기(radiator)(62), 위상 변이기(63)와 전계 감쇄기(65)로 이루어진 급전기(64), 빔 형성 처리기(66), M개의 복사 소자들로부터 출력된 M개의 신호들을 합산하는 가산기(68)로 이루어진다.

상술한 바와 같이, APAA는 평면위에 다수의 복사 소자들을 배열하고 각 복사 소자에 수신 또는 송신되는 신호의 위상과 크기를 변화시킴으로써 안테나의 빔을 원하는 방향으로 움직일 수 있는 안테나이다. 즉, 상기 N개의 APAA들(402a~402n) 중에서 제1APAA(40a)는 평면위에 다수의 복사 소자(62a~62m)들을 배열하고, 각각의 복사 소자(62a~62m)에 수신 또는 송신되는 신호의 위상과 그 크기를 변화시킴으로써, 안테나의 빔을 원하는 방향으로 움직일 수 있도록 한다.

상기 복사기(62)는 M개의 기본적인 복사 소자들(62a~62m)들이 평면 판 위에 배열되어 있는 구조를 갖고, 전파를 복사하거나 수신한다. 상기 복사기(62) 하단에 있는 급전부(64)는 M개의 복사소자들(62a~62m)과 연결된 위상변이기(63)와 전계감쇄기(Attenuator)(65)로 이루어지며, 상기 복사 소자들에 공급되는 신호의 위상과 전계강도를 조절한다. 상기 빔 형성 처리기(66)는 내부의 마이크로프로세서(미도시) 또는 DSP칩과 그 주변 회로로 구성되어 있으며, 원하는 방향으로 안테나 빔이 향하도록 위상변이기(63)와 전계감쇄기(65)를 조절한다.

제1APAA(40a)의 동작에 관해 도 6을 참조로 하여 상세히 설명하면, 각 복사소자(62a~62m)에 공급되는 위상과 전계강도는 안테나의 배열 이론에 의해 구해진다. 또한, 빔 형성 처리기(66)는 수신되는 신호를 감지하며, 상기 신호의 세기와 위상을 적절히 변화시켜 원하는 방향으로 안테나의 빔을 움직이게 한다. 예를 들어, 신호 세기가 급격히 감소할 경우 새로운 경로를 찾도록 제어하고, 상기 가산기(68)는 급전부(64)로부터 출력된 신호들을 모두 합산하여 하나의 출력으로서 빔 선택 제어기(424)로 전송한다. 제2APAA(40b) 및 그 외의 APAA들도 상기와 같은 방식으로 동작한다.

도 7은 도 5에 도시된 빔 선택 제어기(424)를 설명하기 위한 상세한 블럭도로서, 진폭/위상 검출기(72), 마이크로프로세서(70), 스위치(74), 위상 변이기(76)로 이루어지며, 여기에서 진폭/위상 검출기(72)는 N개의 진폭/위상 검출부 (72a∼72n)로 이루어진다.

상기 진폭/위상 검출기(72)는 N개의 각 APAA들(40a~40n)로부터 수신된 신호의 세기 즉, 진폭과 위상을 검출한다. 상기 마이크로프로세서(70)는 검출된 상기 신호들의 세기와 위상을 저장하고, 입력된 신호들의 세기를 비교하여 세기가 가장 큰 APAA를 송수신기(426)와 연결한다. 스위치(74)는 마이크로프로세서(70)의 제어에 따라 선택된 APAA를 위상 변이기(76)에 연결하고, 위상 변이기(76)는 마이크로프로세서(70)의 제어 명령에 응답하여 입력된 신호의 위상을 보정한다.

빔 선택 제어기(424)의 동작에 관해 상세히 설명하면, 상기 마이크로프로세서(70)는 통신이 계속 이루어지는 동안 우선 송수신기(426)와 연결되어 있는 APAA의 신호 세기를 계속 관찰하고, 다른 APAA들로부터 수신되는 신호 세기와 위상을 계속 갱신(update)하여 기억한다. 통신 도중 신호 세기가 갑자기 줄어들 경우 상기 마이크로프로세서(70)는 통신 링크가 가로막힌 것으로 판단하고, 다른 APAA에서 입력되는 신호의 세기를 탐색하고, 스위치(74)를 제어하여 이미 저장되어 있는 다른 경로의 신호들 중 가장 강한 파를 수신하는 APAA를 송수신기(426)에 연결한다. 즉, 수신 전계가 가장 큰 APAA를 송수신기(426)와 연결한다. 위상변이기(76)는 상기 마이크로프로세서(70)의 제어에 응답하여 상기 송수신기(426)와 연결된 안테나의 신호를 조정함으로써, 이전 경로의 신호 위상과 같은 위상을 갖도록 위상보정을 한다. 따라서, 서로 다른 경로를 통하여 수신되는 신호들 간의 위상 차이를 보상하여 위상차에 따른 전송 에러를 없앤다. 한편, 통신 링크가 깨어진 APAA는 다시 새로운 최적의 경로를 찾기 때문에 통신이 두절되는 일이 없이 항상 유지되므로 반사파가 많은 일반 실내 환경에 적합하다. 또한 각 APAA들은 서로 다른 각각의 방향으로 독립적으로 최적 경로를 찾고 있기 때문에 빠른 속도를 가질 필요가 없다.

이하, 본 발명에 의한 다중 APAA를 이용한 실내 무선 통신 방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 다중 APAA를 이용한 무선 통신 방법을 설명하기 위한 플로우차트로서, 시스템이 가동되어 APAA들이 최대 빔 방향으로 소정 신호를 수신하고, 신호들을 비교하여 가장 큰 신호를 수신하는 APAA를 송수신기에 연결하는 단계(제810~825단계), 블러킹이 발생하면, 새로운 경로의 APAA를 찾아 송수신기에 연결하는 단계(제830~835단계) 및 데이타 전송이 완료될 때까지 블러킹 발생 판단을 반복하는 단계(제840~850단계)로 이루어진다.

상술한 바와 같이, 시스템이 가동되기 시작하면(제810단계), 도 4에 도시된 N개의 각 APAA들(40a~40n)은 신호가 최대로 들어오는 방향을 탐색하여 그 방향으로 안테나 빔을 향하게 한다(제815단계). 빔 선택 제어기(424)는 N개 각각의 APAA들로부터 수신되는 신호들의 크기와 위상들을 내부의 마이크로프로세서(70)에 저장하고(제820단계), 각각의 APAA들로부터 입력된 신호들을 비교한다. 그리고, 스위치(74)를 동작시켜 가장 신호 세기가 큰 APAA를 송수신기(426)와 연결한다(제825단계). 통신이 이루어지는 동안 빔 선택 제어기(424)는 송수신기(426)와 연결된 신호의 세기가 변화하는 것을 계속 관찰하고, 다른 APAA들로부터 수신되는 신호의 세기와 위상들을 계속 업데이트(update)시키면서 저장한다. 여기에서, 상기 APAA들로부터 입력되는 신호의 크기가 갑자기 줄어드는 경우는 방해파로 인해 전파의 수신 감도가 떨어지는 블러킹(blocking)이 발생한 경우이므로, 이러한 블러킹 현상이 발생하였는지 판단하고(제830단계), 블러킹이 발생하였으면 미리 기억되어있는 다른 안테나들의 수신 전계 정보로부터 새로운 최적 APAA를 찾아내어 송수신기(426)와 연결한다(제835단계). 이때 위상변이기(76)를 동작시켜 이전 경로의 신호와 위상이 같아지도록 위상보정을 해준다. 새로운 경로가 선택되면, 상기 단말기들은 새로운 경로를 통하여 전송하고자 하는 데이타를 송수신한다(제840단계). 한편, 블러킹이 발생했던 APAA는 새로운 경로의 전파를 찾아 빔을 그 방향으로 향하도록 한다. 이러한 과정을 거쳐서 데이타 전송이 완료되면(제845단계), 상기 다중 APAA를 이용한 실내 무선 통신 시스템은 가동이 종료되고(제850단계), 상기 데이타 전송이 완료되지 않았으면, 전송이 완료될 때까지 제830단계를 반복한다. 즉 제830~850단계를 반복함으로써 블러킹의 영향을 받지 않고, 연속적인 통신이 가능해진다.

본 발명에 따르면, 이득이 높은 안테나를 사용하기 때문에 반사파의 영향이 적어 고속 데이타 전송이 가능하고, 단말기의 위치, 숫자의 변화에 따른 유지 관리가 간단하며 비용이 적게 든다.

또한, 사람의 통행 또는 단말기의 위치 이동 등에 의해 통신 링크에 블러킹이 발생하여도 데이타 전송이 중단되지 않기 때문에 연속적인 통신이 가능할 뿐만 아니라, LOS파와 강한 반사파를 이용하여 통신을 하므로 반사가 심한 일반 실내환경에 적합하다.

또한, 본 발명에 이용되는 적응 위상 배열 안테나는 데이타 전송 속도보다 빠르게 최적 빔 방향을 찾을 필요가 없기 때문에, 마이크로프로세서를 포함한 제어부에서 안테나 내부의 각 소자에 공급하는 위상값을 계산하는 계산량이 적고, 시스템의 구조가 간단하다. 따라서 저렴한 마이크로프로세서를 이용하여 적은 비용으로 대량 생산을 할 수 있기 때문에, 경제적인 측면에서 훨씬 유리하다.

또한, 안테나 및 제어부의 소형화가 용이하여 소형 단말기에 부착이 가능하고, 통신 방식과 무관하게 채널의 특성을 향상시키므로 어떠한 종류의 송수신기도 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 무지향성 안테나를 이용한 종래의 실내 무선 통신 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다.

도 2는 도 1에 도시된 종래의 실내 무선 통신 시스템의 무선 채널 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 지향성 및 적응 위상 배열 안테나(Adaptive Phased Array Antenna:APAA)를 이용한 종래의 실내 무선 통신 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다.

도 4는 본 발명에 의한 다중 APAA를 이용한 실내 무선 통신 시스템을 설명하기 위한 바람직한 일실시예의 블럭도이다.

도 5는 도 4에 도시된 다중 APAA를 이용한 실내 무선 통신 시스템에 이용되는 다중 APAA를 설명하기 위한 블럭도이다.

도 6은 도 5에 도시된 다중 APAA 중 하나의 APAA를 설명하기 위한 상세한 블럭도이다.

도 7은 도 4에 도시된 다중 APAA를 이용한 실내 무선 통신 시스템의 빔 선택 제어기를 설명하기 위한 개략적인 블럭도이다.

도 8은 본 발명에 의한 다중 APAA를 이용한 실내 무선 통신 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

Claims

소정의 데이타를 수신하거나 송신하는 제1단말기;

상기 제1단말기와 소정의 데이타를 송수신하는 제2단말기;

넓은 빔을 갖는 중계기 안테나를 구비하고, 상기 제1단말기 및 제2단말기 로부터 수신된 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 상기 제2단말기 또는 제1단말기로 전송함으로써 상기 제1및 제2단말기 간의 데이타 송수신을 중계하는 중계기;

상기 제1단말기에 부착되어 상기 중계기를 통하여 상기 제2단말기와 데이타를 송수신하고 복수 개의 적응 위상 배열 안테나들을 구비하는 제1안테나부; 및

상기 제2단말기에 부착되어 상기 중계기를 통하여 상기 제1단말기와 데이타를 송수신하고 복수 개의 적응 위상 배열 안테나들을 구비하는 제2안테나부를 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 제1및 제2단말기는,

각각 복수 개의 적응 위상 배열 안테나들 중 최적의 신호가 수신되는 방향의 안테나를 통하여 데이타를 송수신하는, 다중 적응 위상 배열 안테나를 이용한 실내 무선 통신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1단말기 및 제2단말기는,

송신하고자 하는 데이타를 변조하여 출력하거나 수신된 데이타를 복조하는 송수신기; 및

상기 복수개의 적응 위상 배열 안테나들로부터 송신 또는 수신되는 복수개의 신호들의 크기와 위상을 저장하고, 저장된 상기 신호들의 크기를 비교하여 가장 큰 신호를 상기 송수신기에 연결시키는 빔 선택 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 적응 위상 배열 안테나를 이용한 실내 무선 통신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1및 제2안테나부는.

각각 N(1보다 큰 정수)개의 적응 위상 배열 안테나를 구비하며,

상기 적응 위상 배열 안테나는,

각각 M(1보다 큰 정수)개의 복사 소자들이 평면판에 배열되어 있는 구조를 가지며, 송신하고자 하는 신호를 복사하거나, 상기 중계기로부터 소정의 신호를 수신하는 복사기;

상기 복사기의 복사 소자에 수신된 신호의 위상과 전계 강도를 조절하는 급전기;

상기 급전기를 제어하여 복사 소자들에 공급되는 신호의 크기와 위상을 변화시키고, 적절한 방향으로 빔을 움직이는 빔 형성 처리기; 및

상기 급전기로부터 출력된 M개의 신호들을 하나의 신호로서 합산하는 가산기를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 적응 위상 배열 안테나를 이용한 실내 무선 통신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1안테나부 및 제2안테나부는,

복수개의 적응 위상 배열 안테나들이 서로 다른 경로의 파들을 수신하도록 공간적으로 소정 간격 떨어져있는 것을 특징으로 하는 다중 적응 위상 배열 안테나를 이용한 실내 무선 통신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 중계기는,

사람의 이동에 따른 전파 방해를 최소로 하기 위해 통신이 이루어지는 실내의 천장에 위치하는 것을 특징으로 하는 다중 적응 위상 배열 안테나를 이용한 실내 무선 통신 시스템.
제2항에 있어서, 상기 빔 선택 제어기는,

상기 복수개의 적응 위상 배열 안테나로부터 수신된 복수개의 신호를 각각 입력하고, 상기 신호들의 진폭과 위상을 검출하여 복수개의 신호로서 출력하는 진폭/위상 검출기;

상기 위상 검출기로부터 출력된 상기 신호들을 저장하며, 상기 신호들의 크기를 비교하고, 비교된 결과를 소정의 제어 신호로서 출력하는 마이크로 프로세서;

상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수개의 적응 위상 배열 안테나들 중 하나를 상기 송수신기에 연결하는 스위치; 및

상기 적응 위상 배열 안테나로부터 수신된 신호의 위상을 보정하는 위상 변이기를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 적응 위상 배열 안테나를 이용한 실내 무선통신 시스템.
복수 개의 적응 위상 배열 안테나들이 각각 부착된 소정 단말기 간의 데이타를 송수신하는 다중 적응 위상 배열 안테나를 이용한 실내 무선 통신 시스템의 무선 통신 방법에 있어서,

시스템이 가동되는 단계;

최대 빔 방향을 탐색하는 단계;

수신된 신호의 세기와 위상을 저장하는 단계;

상기 저장된 신호 중에서 세기가 가장 큰 신호를 수신하는 적응 위상 배열 안테나를 송수신기와 연결하는 단계;

방해파로 인해 신호의 수신 감도가 떨어지는 블러킹 현상이 발생하였는지 판단하는 블러킹 발생 판단 단계;

상기 블러킹이 발생하지 않았으면, 통신 상태에서 상기 적응 위상 배열 안테나를 통하여 서로 데이타를 송수신하는 단계;

상기 블러킹이 발생하였으면, 새로운 경로의 적응 위상 배열 안테나를 상기 송수신기에 연결하고 데이타를 송수신하는 단계;

상기 데이타 송수신이 완료되었는지 판단하고, 완료되었으면 상기 통신을 종료하는 단계; 및

상기 데이타 전송이 완료되지 않았으면, 상기 블러킹 발생 판단을 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 적응 위상 배열 안테나를 이용한 실내 무선 통신 방법.