KR100828866B1 - 안테나 패턴을 제어하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

안테나 패턴을 제어하기 위한 통신 시스템 및 방법이 제공된다. 상기 통신 시스템은 이동 국, 또는 기지국, 또는 이들의 조합 상에 장착될 수 있다. 상기 통신 시스템은 스마트 안테나 모듈과, 속력 센서와, 빔 조향 모듈을 포함한다. 이동 국의 속력을 판단하기 위한 수단이 사용된다. 스마트 안테나 모듈은 이동 국, 또는 기지국, 또는 이들의 조합 상에 장착될 수 있다. 스마트 안테나 모듈은 하나 이상의 최초 안테나 패턴을 발생시킨다. 상기 속력 센서는 이동 국의 속력을 판단하도록 구성된다. 상기 빔 조향 모듈은 속력 센서와 통신가능하게 연결되어 있고, 상기 이동 국의 속력을 기반으로 하여 동작 안테나 패턴을 발생시킨다. 상기 동작 안테나 패턴은 최초 안테나 패턴과는 다르다. 상기 동작 안테나 패턴은 이동 국의 속력의 변화에 의해 영향받는다.

Description

안테나 패턴을 제어하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING ANTENNA PATTERN}
본 발명은 안테나 패턴을 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 세부적으로는, 본 발명은 이동 국(mobile station)의 속력의 함수로서, 안테나 패턴을 제어하는 것에 관한 것이다.
이동 통신 시스템에서, 용량(capacity)과 성능은 다중경로(multipath)와 동일 채널 간섭(co-channel interference)에 의해 제한받는 것이 일반적이다. 다중경로는 전파환경에서 송신된 신호가 다양한 장애물에 반사되는 상태이다. 상기 다중경로 신호는 수신기에 도달할 때, 여러 다른 경로를 따르며, 여러 다른 위상을 갖는다. 따라서 위상의 오-정합으로 인하여, 수신기에서 조합될 때의 신호 품질의 저하가 초래된다.
스마트 안테나에 의해, 다중경로와 동일 채널 간섭을 효과적으로 감소시킴으로써, 무선 네트워크에서의 더 높은 용량이 가능해진다. 스마트 안테나는 바람직한 방향으로의 방사에 초점을 맞추고, 혼잡 조건이나 신호 환경을 변화시키는 것을 스스로 조정한다. 이러한 요소로부터의 신호가 조합되어 이동가능하거나 스위칭가능한 빔 패턴이 형성될 수 있다. 신호를 조합하여, 특정 방향으로 방사의 초점을 맞 추는 과정을 디지털 빔형성(digital beamforming)이라고 일컫는다.
제한받지 않는 예를 들자면, 커버리지(coverage)와 범위는 증가시키면서, 간섭과 다중경로 효과를 경감시키기 위해, 자신의 안테나 패턴을 동적으로 변화시키는 2종류의 스마트 안테나, 즉, 스위치 빔(switched beam)과 적응성 어레이(adaptive array)가 존재한다. 상기 스위치 빔 안테나 시스템은, 특정 영역을 커버하는 빔을 발생시키는 안테나 어레이를 이용하여 네트워크 용량의 증가를 제공한다. 기지국을 예를 들면, 상기 기지국이 관심 신호 방향으로 가장 바람직하게 정렬되어 있는 빔을 결정하고, 이동 국과 통신하기 위해 상기 빔을 스위칭한다.
제한받지 않는 예를 들자면, 상기 적응성 어레이 스마트 안테나 시스템은, 메인 빔을 이동 국 방향으로 조향함으로써, 그리고 이와 동시에, 간섭 신호의 방향으로는 널(null)을 형성함으로써, 이동 사용자를 지속적으로 추적한다. 예를 들어, 공간적으로 분산되어 있는 안테나 요소의 각각으로부터 수신된 신호에 가중치가 곱해진다. 상기 가중치는 복합적이며, 진폭과 위상을 조정한다. 이러한 신호는 조합되어 어레이 출력을 생성할 수 있다. 이러한 복합적인 가중치가 적응성 알고리즘(adaptive algorithm)에 의해 계산된다.
스마트 안테나의 사용의 이점은 다양하다, 예를 들어, 동일 채널 간섭의 감소와, 범위 확장과, 용량의 증가와, 송신 파워의 감소와, 다중경로 효과의 경감과, TDMA, FDMA 및 CDMA 시스템과의 호환성이 있다.
그러나 스마트 안테나에 대한 다수의 제한 사항이 있다. 그 예로는 이동 국이 움직이고 있을 때의 성능 저하가 있다. 더 세부적으로, 주행 속력 및 보행 속력 에서, 부적합한 빔 조향(beam steering)에 따른 성능 저하가 초래된다. 빔 조향은 방사 패턴의 메인 로브(lobe)의 방향을 변경하는 것이다. 라디오 시스템에서, 안테나 요소를 스위칭하거나, RF 신호의 상대적 위상을 변경시킴으로써, 빔 조향이 이뤄질 수 있다.
스마트 안테나의 한계에 의해, 성능 저하가 초래된다. 상기 스마트 안테나의 빔 조향은 너무 집중되어 있으며, 이동 국의 움직임을 쉽게 적용하지 않는다. 따라서 이동 국이 콜을 끊을 수 있다. 프로세서 속력을 증가시키는 등의 해결책은 이러한 스마트 안테나의 한계를 해결하기에 실패한다. 왜냐하면 문제가 빔 조향을 위해 요구되는 데이터를 수집하기 위해 필요한 측정과 관련되어 있기 때문이다. 빔 조향을 위해 수행될 수 있는 측정은 파워 레벨과, 신호-대-노이즈 비와, 파워 제어와, 빔 조향 프로세스 동안 수행되는 그 밖의 다른 측정을 포함한다. 이러한 측정의 각각은 충분한 정확도를 제공하기 위해, 일정한 시간 주기에 걸쳐 이뤄져야 한다. 그러나 이동 국이 움직이고 있을 때, 정확도를 갖는 이러한 측정을 만들기 위해 요구되는 시간이 사용가능하지 않다. 최종 측정 데이터는 덜 정확하거나, 또는 불완전한 결과이고, 이것은 스마트 안테나의 성능 저하를 초래한다. 따라서 이동 국이 스마트 안테나 측정이 완료되는 속력보다 더 빨리 이동할 때, 성능이 저하된다.
안테나 패턴을 제어하기 위한 통신 시스템 및 방법에 있어서, 상기 통신 시스템은 이동 국, 또는 기지국, 또는 이들의 조합 상에 장착될 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 통신 시스템은 스마트 안테나 모듈과, 속력 센서와, 빔 조향 모듈을 포함한다. 대안적 실시예에서, 이동 국의 속력을 판단하기 위한 수단이 사용된다. 스마트 안테나 모듈은 이동 국, 또는 기지국, 또는 이들의 조합 상에 장착될 수 있다. 스마트 안테나 모듈은 하나 이상의 최초 안테나 패턴을 발생시킨다. 상기 속력 센서는 이동 국의 속력을 판단하도록 구성된다. 상기 빔 조향 모듈은 속력 센서와 통신가능하게 연결되어 있고, 상기 이동 국의 속력을 기반으로 하여 동작 안테나 패턴을 발생시킨다. 상기 동작 안테나 패턴은 최초 안테나 패턴과는 다르다. 따라서 상기 동작 안테나 패턴은 이동 국의 속력의 변화에 의해 영향받는다.
일반적으로, 이동 국이 측정 속력을 초과할 때, 상기 동작 안테나 패턴은 최초 안테나 패턴보다 넓다. 예를 들어, 이동 국의 증가하는 속력으로 인하여, 상기 동작 안테나 패턴의 커버리지가 증가하고, 상기 이동 국의 감소하는 속력으로 인하여 동작 안테나 패턴의 커버리지가 감소한다. 예를 들어, 이동 국이 주행 속도일 때, 상기 동작 안테나 패턴은 전-방향성일 수 있다. 상기 통신 시스템이 이동 국, 또는 기지국, 또는 이들의 조합 상에 장착될 수 있다. 덧붙여, 통신 시스템이 집적 회로, 또는 프로세서, 또는 이러한 장치들의 조합으로 구현될 수 있다.
도 1은 이동 국과 통신하는 스마트 안테나를 갖는 기지국의 다이어그램이다.
도 2는 기지국과 통신하는 스마트 안테나를 갖는 이동 국의 다이어그램이다.
도 3은 스마트 안테나와 빔 조향 모듈을 갖는 이동 국을 나타낸다.
도 4는 이동 국과 통신하는, 스마트 안테나와 빔 조향 모듈을 갖는 기지국을 나타낸다.
도 5는 서로 다른 속력으로 움직이는 이동 국과, 상기 이동 국에 의해 발생되는 최종 안테나 빔 폭을 나타낸다.
도 6은 이동 국의 속력의 변화로 인한 안테나 빔 폭을 제어하기 위한 흐름도이다.
도 1은 최초 안테나 패턴(initial antenna pattern)을 발생시키는 스마트 안테나 모듈을 갖는 기지국의 다이어그램이다. 기지국(10)은 최초 안테나 패턴(12)을 발생시키는 스마트 안테나 모듈(도면상 나타나지 않음)을 갖는다. 상기 기지국(10)은 3개의 섹션, 알파(α), 베타(β), 감마(γ)로 나뉜다. 예를 들자면, 각각의 기지국 섹터는 약 120°의 빔폭(beamwidth)을 송신 및 수신할 수 있는 안테나를 포함한다. 기지국(10)의 경계부는 원(14)으로 식별된다. 상기 원(14)은 방사 패턴을 보여주기 위해 사용된다.
기지국(10)은 스마트 안테나 모듈을 포함한다. 예를 들자면, 기지국(10) 동작에 대한 스마트 안테나 모듈은, Arraycomm, Inc(캘리포니아, 산호세)에 의해 획득될 수 있다. 예를 들어, 기지국(10)에 설치된 스마트 안테나 모듈은 정교한 신호 프로세싱 기법과 연계되어 있는 규격품의 안테나의 작은 어레이를 사용하여, 기지국과 이동 국(mobile station, 16) 사이의 무선 신호를 동적으로 제어할 수 있다. 기지국에서 발생하는 신호 프로세싱이 각각의 이동 국의 의도된 신호를 증폭시키고, 모든 원치 않는 신호를 거절하며, 이에 따라서, 다수의 이동 국이 스펙트럼을 공유할 수 있다. 따라서 용량 및 커버리지(coverage)의 명백한 증가가 야기된다. 종래의 기지국(스마트 안테나 모듈을 포함하지 않는 기지국)은, 신호의 단지 작은 조각(fraction)을 의도된 이동 국으로 도달시키기 위해, 에너지를 모든 방향으로 송신하여, 나머지 RF 에너지가 낭비되고, 시스템의 다른 사용자와 간섭을 일으키는 노이즈가 발생된다.
도 2는 기지국(10)과 통신하는 스마트 안테나 모듈을 갖는 이동 국(16)의 다이어그램이다. 스마트 안테나 모듈(도면상 나타나지 않음)은 이동 국(10) 상에 설치되어 있으며, 스마트 안테나 모듈과 조화를 이루는 방식으로 동작하며, 이는 앞서 설명되었다. 예를 들어, 이동 국(16)은 최초 안테나 패턴(antenna pattern, 18)을 생성한다. 이러한 최초 안테나 패턴(18)은 이동 국 송신, 또는 이동 국 수신, 또는 이들의 조합에 관한 것이다.
도 3은 스마트 안테나 모듈과 빔 조향 모듈을 갖는 이동 국(100)을 나타난다. 덧붙이자면, 위치파악 모듈(location module), 또는 위치파악 센서(116)가 나타난다. 제 1 안테나 요소(102)는 듀플렉서(duplexer, 103)와 기능적으로 연결되어 있으며, 상기 듀플렉서(103)는 송신기(10) 및 수신기(108)와 기능적으로 연결되어 있다. 제 2 안테나 요소(106)가 수신기(108)에 기능적으로 연결되어 있다. 스마트 안테나 모듈(110)과 논리 소자(logic component, 112)가 빔형성 모듈(beamforming module, 114)을 통해 송신기(104) 및 수신기(108)로 통신 연결되어 있다. 또한 이동 국의 속력을 결정하기 위한 수단이 나타나며, 이는 위치파악 모듈, 또는 위치파악 센서(116)라고 일컬어진다. 덧붙이자면, 타이밍 요소를 갖는 위치파악 센서와 위치파악 모듈의 조합은 속력 센서(speed sensor) 기능을 할 수 있다. 덧붙이자면, 센서가 도플러 편이(Doppler shift)를 검출하고, 상기 도플러 편이를 기반으로 해서 속력을 계산할 수 있다. 덧붙여, 속도 센서(velocity sensor)가 사용되거나, 속도를 검출하기 위한 수단이 이동 국의 속력을 판단하기 위해 사용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
예를 들어, 위치파악 모듈, 또는 위치파악 센서(116)는 GPS 수신기, 또는 센서, 또는 이동 국 상에 설치된, 이동 국(100)의 속력을 판단하기 위해 사용되는 데이터를 제공하는 그 밖의 다른 임의의 장치일 수 있다. 하나의 실시예에서, GPS 수신기는 이동 국 상에 설치되어 있으며, 이동 국에 대한 위치를 식별하도록 구성된다. 상기 이동 국의 논리 소자(112)는 GPS 수신기와 통신하고, 이동 국에 대한 속력을 판단하도록 구성되어 있다.
스마트 안테나 모듈(110)의 논리 제어기(도면 상 나타나지 않음)가 이동 국의 논리 제어기(112)와 구별되는 별도의 동작을 수행할 수 있음이 당업자에게는 자명하다. 예를 들어, 이동 국의 논리 제어기(112)는 속력 계산을 수행하도록 구성될 수 있고, 이러한 계산은 스마트 안테나 모듈(110)로 제공될 수 있다. 대안적 실시예에서, 이동 국의 논리 제어기(112)는 위치파악 데이터를 스마트 안테나의 논리 제어기(도면상 나타나지 않음)로 제공하며, 상기 스마트 안테나 모듈의 논리 제어기는 이동 국의 속력을 계산한다.
또 다른 실시예에서, 속력을 판단하기 위한 수단은, 속력 센서, 또는 속도 센서, 또는 도플러 편이를 검출하는 센서, 또는 가속도계, 또는 이동 국의 속력을 결정하기 위해 사용될 수 있는 그 밖의 다른 임의의 센서 등의 위치파악 센서(116)일 수 있다. 예를 들어, 속도 센서는 회전 속도 센서, 또는 각속도 센서, 또는 등선 속도 센서일 수 있다.
이에 대체적으로, 속도를 판단하기 위한 수단은 이동 국과 통신하는 하나 이상의 네트워크된 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 TDD(Time Division Duplex) 기법에서, 상기 네트워크된 장치는 이동 국의 속력을 판단하기에 충분한 정보를 제공할 수 있다. 상기 네트워크된 장치는 속력을 판단하기 위해 구성되는, 기지국, 또는 그 밖의 다른 이동 국, 또는 그 밖의 다른 네트워크 장치, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 네트워크된 장치는 특정 이동 국(100)의 속력을 판단하기 위한 종래의 삼각 방법(triangulation method)를 사용할 수 있다.
수신기(108)는 하나 이상의 기지국 송신기에 의해 통신되는 다수의 RF 신호를 수신하도록 구성된다. 상기 RF 신호는 서비스 중인 기지국(10)에 의해 이동 국(100)으로 통신된다. 스마트 안테나 모듈(110)은 하나의 안테나 구성으로부터 다른 것으로의 조향, 또는 빔형성 기능을 한다. 스마트 안테나 모듈(110)과 연계되어 있는 디지털 신호 프로세싱에 의해, 스마트 안테나가 다수의 서로 다른 안테나 구성을 동시에 처리할 수 있다. 논리 소자(112)가 하나 이상의 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함한다.
스마트 안테나 모듈(110)은 상기 안테나 소자를 들어오거나 나오는 신호로 복합적인 가중치를 적용하며, 이에 따라서 효율적인 방사 패턴일 수 있는 하나 이상의 최초 안테나 패턴이 발생된다. 예를 들어, 스마트 안테나 모듈(110)은 하나 이상의 최초 안테나 패턴을 생성하도록 구성된다. 빔 조향 모듈(114)은, 이동 국의 속력의 함수로서 상기 최초 안테나 패턴을 동작 안테나 패턴(operating antenna pattern)으로 변경시키도록 구성된다. 따라서 상기 동작 안테나 패턴은, 상기 동작 안테나 패턴이 이동 국의 속력의 변화에 영향을 받는다는 사실을 제외하고, 앞서 언급된 최초 안테나 패턴과 유사하다.
예를 들어, 빔 조향 모듈(114)은 도 3에서 별도의 소자, 즉 모듈로서 나타난다. 도 3의 경우에서 예를 들자면, 빔 조향 모듈(114)은 특정 속력, 또는 속도를 동작 안테나 패턴으로 사상시키는 특정 동작검색 테이블(look-up table)을 포함한다. 대안적으로, 안테나의 빔 조향을 프로그래밍하기 위해 디지털 신호 프로세싱을 사용하는 것이 바람직하기 때문에, 빔 조향 모듈이 논리 소자(112)내에 위치할 수 있다.
빔 조향 모듈(114)은 스마트 안테나 모듈(110)에 의해 발생되는 최초 안테나 패턴과는 다른 동작 안테나 패턴을 발생하도록 구성된다. 상기 동작 안테나 패턴은 이동 국의 속력의 변화에 영향을 받는다. 예를 들어, 빔 조향 모듈(114)과, 스마트 안테나 모듈(112)과, 논리 소자를 발달시키기 위한 소프트웨어 및 하드웨어 툴은 Magnolia Broadband, Inc(뉴저지, 베드민스터)와, Interdigital Communications, Corp(펜실배니아, 킹 오브 프러시아)와, Qualcomm Inc(캘리포니아, 산 호세)와, Arraycomm(캘리포니아, 산 호세) 등의 회사에 의해 제공될 수 있다.
동작 중에, 이동 국이 특정 속력을 초과할 때, 동작 안테나 패턴은 최초 안테나 패턴보다 더 넓다. 예를 들어, 이동 국의 증가하는 속력에 의해, 동작 안테나 패턴 커버리지가 증가된다. 덧붙이자면, 이동 국의 감소하는 속력으로 인하여, 동작 패턴 커버리지가 감소된다. 덧붙이자면, 동작 안테나 패턴이 동작 한계로 인하여 증가되거나, 감소될 수 없는 이동 국 속력이 존재할 수 있다.
예를 들어, 이동 국이 높은 속력 임계치 이상의 속력으로 이동할 때, 상기 동작 안테나 패턴은 모든 방향성의 안테나 패턴 360°일 수 있다. 높은 속력 임계치는, 특히 네트워크 설계와, 통신 프로토콜 및 표준과, 특정 이동 국의 설계에 따라 좌우된다. 광범위한 예를 들어, 높은 속력 임계치는 20mph를 초과한다. 더 구체적인 실시예를 들자면, 높은 속력 임계치는 30mph를 초과한다. 더 구체적인 실시예를 들자면, 높은 속력 임계치는 40mph를 초과한다. 더 더욱 구체적인 실시예를 들자면, 높은 속력 임계치는 50mph를 초과한다.
또 다른 실시예에서, 20mile/h를 초과하는 주행 속력으로 이동하는 이동 국을 위한 동작 안테나 패턴은 정지되어 있는 이동 국을 위한 최초 안테나 패턴보다 더 넓다. 또 다른 실시예에서, 40mile/h를 초과하는 운행 속력의 이동 국에 대한 동작 안테나 패턴은 20mile/h의 속력을 갖는 이동 국에 대한 동작 안테나 패턴보다 더 넓다. 또 다른 실시예에서, 50mile/h를 초과하는 이동 국에 대한 동작 안테나 패턴은 전-방향 안테나 패턴(omni-directional antenna pattern)일 수 있다. 예제와 실시예는 서로 다른 운행 속력에서의 동작 안테나 패턴을 명확히 하기 위한 의도이다.
도 4를 참조하여, 이동 국과 통신하는 스마트 안테나 모듈 및 빔 조향 모듈을 갖는 기지국이 나타난다. 이 실시예에서, 이동 국(120)은 단순화되었고, 송신 기(124) 및 수신기(128)와 통신하는 듀플렉서(duplexer, 123)로 연결되어 있는 제 1 안테나 요소(122)를 포함한다. 상기 송신기(124) 및 수신기(128)는 논리 소자(129)로 기능적으로 연결되어 있다. 이러한 실시예에서, 스마트 안테나 모듈은 기지국(130)에 장착되어 있다.
상기 기지국(130)은 이동 국(120)과 통신하도록 구성되어 있다. 기지국(130)은 송신기(134)로 기능적으로 연결되어 있는 다수의 제 1 스마트 안테나 요소(132)를 포함한다. 다수의 제 2 스마트 안테나 요소(136)는 수신기(138)와 기능적으로 연결되어 있다. 스마트 안테나 모듈(140)과 논리 소자(142)는 빔 조향 모듈(144)을 통해, 송신기(134) 및 수신기(138)로 통신 연결되어 있다. 이동 국의 속력을 결정하기 위한 수단이 나타나며, 이는 속력 센서(146)로 일컬어진다. 기지국(130)은 디지털 신호 프로세싱 실시예를 설명함이 당업자에게는 자명하다. 대안적인 진정한 빔 조향 실시예에서, 스마트 안테나 모듈(140)과 다수의 스마트 안테나 요소(132, 136) 사이에서 연결이 필요하다는 것이 자명하다.
기지국(130)의 실시예에서, 이동 국의 속도를 결정하기 위한 수단이 기지국 상에 장착되어 있다. 이러한 실시예에서, 상기 기지국(130)은 이동 국(120)의 속력을 추적함으로써, 이동 국의 속력을 판단한다. 예를 들어, GPS가 사용될 경우, 기지국(130)은 위치 판단 세션(position determination session)을 초기화하여, 이동 국(120)이 의사-범위 데이터(pseudo-range data), 또는 위도/경도 데이터를 기지국으로 반환할 수 있다. 또 다른 예에서, 그 밖의 다른 기지국(도면상 나타나지 않음)과 연계되어 있는 기지국(130)은 이동 국(120)으로부터의 도플러 편이를 측정할 수 있다. 또 다른 예에서, 이동 국의 위치를 식별하기 위해, 삼각 방법(triangulation method)이 사용되어, 상기 위치의 임의의 변화가 속력 변화와 연계될 수 있다. 또 다른 예에서, 공간 분할 다중 액세스(SDMA: Spatial Division Multiple Access) 통신 동안 수집된 공간 채널 정보가 이동 국(120)의 위치를 식별하기 위해 사용될 수 있다. 공간 채널 정보를 시간의 함수로서 분석함으로써, 속도가 계산될 수 있다.
기지국 실시예의 또 다른 경우, 이동 국의 속력을 판단하기 위한 수단이 상기 기지국(130)과 이동 국(120) 모두에 장착된다. 예를 들어, 위치파악 모듈, 또는 위치파악 센서(148)는 GPS 수신기, 또는 센서, 또는 상기 이동 국 상에 장착되는 그 밖의 다른 장치이다. 상기 위치파악 모듈, 또는 위치파악 센서는 기지국으로 통신되는 데이터를 제공하고, 그 후, 이동 국(100)의 속력을 결정하기 위해 기지국에 의해 사용된다. 예를 들어, 속력을 결정하기 위한 수단은 위치파악 센서(116)가 있으며, 그 예로는 속도 센서, 또는 가속도계, 또는 이동 국의 속력을 판단하기 위해 사용될 수 있는 그 밖의 다른 속력 센서가 있다. 이러한 실시예에서, 그 후, 이동 국(120)에 의해 수집되는 속력 정보가 기지국으로 통신된다. 또 다른 실시예에서, 위치 판단 객체는 기지국(130)에 위치하지 않고 네트워크 상에 위치하는 장치이다. 이동 국의 속력을 판단할 수 있게 해주는 그 밖의 다른 다양한 실시예가 본원 발명의 이점을 제공할 수 있다.
이동 국(120)의 속력이 기지국에 의해 판단되면, 기지국은 이러한 정보를 이용하여 동작 안테나 패턴을 판단한다. 상기 동작 안테나 패턴은 송신 모드, 또는 수신 모드, 또는 이들의 조합에서 기지국에 의해 이용되는 안테나 패턴이다. 예를 들어, 기지국(130) 상에 장착되어 있는 스마트 안테나 모듈(140)은 하나 이상의 최초 안테나 패턴을 발생시키고, 빔 조향 모듈(144)은 최초 안테나 패턴을 동작 안테나 패턴으로 변경시키도록 구성된다. 상기 동작 안테나 패턴은 이동 국의 속력의 변화에 영향을 받는다.
앞서 언급된 바와 같이, 이동 국이 움직이고 있을 때, 동작 안테나 패턴은 최초 안테나 패턴보다 넓다. 동작 중에, 이동 국의 속력이 증가할 때, 상기 동작 안테나 패턴은 증가한다. 덧붙여, 이동 국의 속력이 감소할 때, 동작 안테나 패턴이 감소한다. 이동 국이 높은 속력, 가령 주행 속력으로 이동할 때, 기지국(130)에서 발생되는 동작 안테나 패턴은 전방향일 수 있다. 예를 들어, 이동 국의 특정한 높은 속력 임계치 이상에서, 기지국(130)에 장착되어 있는 빔 조향 모듈(144)이 전방향 모드에서 송신될 수 있다.
도 5를 참조하여, 서로 다른 속력으로 이동하는 이동 국에 의해 발생되는 동작 안테나 패턴의 다이어그램이 나타난다. 실시예에서, 이동 국에 의해 동작 안테나 패턴이 제어된다. 도 5에는 나타나 있지 않지만, 기지국은 기지국의 동작 안테나 패턴을 이동 국과 유사한 방식으로 제어하도록 구성될 수 있다.
이러한 실시예에서, 제 1 위치(152)의 이동 국은 정지 상태이며, 동작 안테나 패턴은, 도 3의 스마트 안테나 모듈(110)과 연계되어 있는 최초 안테나 패턴과 동일하다. 상기 최초 안테나 패턴은 위치(152)의 이동 국으로부터 뻗어 나오는 점선에 의해 식별된다. 이동 국이 제 2 위치(154)에 있을 때, 상기 이동 국은 이동하 며, 이와 관련하여, “보행”속도를 갖는다. 위치(154)에서, 이동 국 상의 속도 변화 때문에, 동작 안테나 패턴이 증가한다. 예를 들어, 보행 속력은 약 3mile/h이다.
앞서 언급된 바와 같이, 스마트 안테나의 최초 안테나 패턴은 너무 집중되어 있다. 프로세서 속력을 증가시키는 등의 해결책은 이러한 스마트 안테나 한계를 해결할 수 없다. 왜냐하면 문제에는 빔 조향을 제어하기 위해 사용되는 측정에 관한 것이기 때문이다. 이러한 측정은 파워 레벨과, 신호-대-노이즈 비와, 파워 제어와, 빔 조향 프로세스 동안 수행되는 그 밖의 다른 측정을 포함한다. 이러한 측정의 각각은 일정한 시간 주기 동안 수집되어, 스마트 안테나 한계를 극복하기에 충분한 정확성을 제공해야한다. 요구되는 측정치의 정확도를 획득하기 위해 필요한 시간을 갖지 않음에 따라, 이동 국이 이동하고, 패턴이 요구되는 즉시 수정될 수 없을 때, 성능 저하가 초래된다.
이동 국은 동작 안테나 패턴을 증가시키고, 스마트 안테나의 최초 안테나 패턴에 연계되어 있는 한계를 극복한다. 위치(154)에서의 동작 안테나 패턴을 증가시킴에 따라, 더 적은 정보가 수집될 필요가 있고, 통신에 대한 더 적은 측정 정확도가 요구된다. 덧붙이자면, 동작 안테나 패턴이 더 넓기 때문에, 빔 조향 동작은 정확할 필요가 없다. 따라서 동작 안테나 패턴을 증가시킴으로써, 이동 국이 집중된 스마트 안테나 빔 패턴의 한계를 극복한다.
제 3 위치(156)에서, 이동 국은 비교적 높은 속력을 갖는다. 예를 들어, 높은 속력은 높은 속력 임계치, 가령 50mile/h를 초과한다. 이러한 높은 속력에서, 동작 안테나 패턴은 전-방향성을 갖는다. 전-방향성 안테나 패턴을 제공함으로써, 이동 국은 스마트 안테나의 빔 조향 한계 중 임의의 것에 종속되지 않는다. 빔 조향 모듈을 갖는 이동 국은, 상기 이동 국이 이동 중일 때 성능을 저하시킬 수 있는 집중된 안테나 패턴을 발생시키는 스마트 안테나 해결책과 연계되어 있는 한계를 극복할 수 있다.
도 6은 이동 국의 속도의 변화에 따른 안테나 패턴을 제어하기 위한 흐름도이다. 상기 흐름도(200)는 스마트 안테나를 갖는 이동 국, 또는 스마트 안테나를 갖는 기지국, 또는 이들의 조합에 적용될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 기지국, 또는 이동 국 상에 배치되어 있는 스마트 안테나 모듈은 보행 속도의 최초 안테나 패턴을 갖는다.
상기 흐름도는 블록(202)에서 시작되며, 이때, 이동 국의 위치가 식별된다. 속력 측정이 속도 센서, 가령 가속도계에 의해 이뤄질 수 있을 경우, 이 단계가 필수적이지 않음을 당업자라면 알 것이다. 따라서 이동 국, 또는 기지국이 단지 속력 데이터를 수집하기 위해 구성되는 경우, 이 절차는 생략될 수 있다. 그러나 이동 국이 장착된 GPS 수신기를 가질 경우, 상기 GPS 수신기가 시간의 함수로서 이동 국의 위치를 식별할 것이다.
결정 다이아몬드(204)에서, 이동 국이 이동 중인지의 여부에 관한 2진 판단이 이뤄진다. 예를 들어, 시간의 함수로서 위치 변화, 또는 속력, 또는 속도, 또는 이동 국의 가속도 등을 식별함으로써, 이동 국이 이동 중인지의 여부에 대한 판단이 이뤄진다. 이동 국과 연계되어 있는 어떠한 움직임도 없을 경우, 방법은 블 록(206)으로 진행하고, 이때, 스마트 안테나 모듈과 연계되어 있는 최초 안테나 패턴이 사용된다. 상기 최초 안테나 패턴은 도 3의 이동 국의 스마트 안테나 모듈(110), 또는 도 4의 기지국의 스마트 안테나 모듈(140) 중 하나 이상의 산물이다. 예를 들어, 스위치된 빔 시스템, 또는 적응성 어레이 시스템, 또는 그 밖의 다른 스마트 안테나 시스템을 이용함으로써, 상기 최초 안테나 패턴은 발생된다.
결정 다이아몬드(204)에서 이동 국이 이동 중이라는 판단이 이뤄질 경우, 상기 방법은 블록(208)으로 진행한다. 블록(208)에서, 앞서 언급된 속력 센서에 의해 이동 국의 속력이 판단된다. 동작 안테나 패턴을 판단하기 위해, 상기 속력 정보가 사용된다. 일반적으로, 이동 국이 이동 중일 때, 동작 패턴은 스마트 안테나 모듈의 최초 안테나 패턴보다 더 넓다. 이러한 결과가 블록(210, 212)에 반영된다.
블록(210)에서, 이동 국의 속력이 증가할 때, 동작 안테나 패턴은 증가된다. 블록(212)에서, 이동 국의 속력이 감소될 경우, 동작 안테나 패턴은 감소한다. 결정 다이아몬드(214)에서 기술된 바와 같이, 이동 국의 속력의 함수로서 동작 안테나 패턴을 변경시키는 프로세스가, 통신이 완료될 때까지 반복된다.
이동 국의 속력의 함수로서 동작 안테나 패턴을 증가시킴으로써, 스마트 안테나의 집중된 빔 조향에 관련된 한계가 극복된다. 앞서 기재된 실시예 및 예제가 이동 국, 또는 기지국, 또는 이들의 조합에 적용될 수 있다. 이동 국의 속력을 판단하기 위한 다수의 수단이 기술되었다.

Claims (20)

  1. 이동 국(mobile station) 안테나의 안테나 패턴(antenna pattern)을 제어하기 위한 통신 시스템에 있어서, 상기 시스템은
    상기 이동 국의 안테나에 대한 하나 이상의 최초 안테나 패턴(initial antenna pattern)을 발생시키도록 구성된 스마트 안테나 모듈,
    이동 국과 연계되어 있는 속력을 측정하기 위한 속력 센서(speed sensor),
    상기 속력 센서와 통신 가능하게 연결되어 있는 빔 조향 모듈(beam steering module)로서, 상기 이동 국의 상기 속력을 기반으로 하여 상기 이동 국 안테나에 대한, 상기 최초 안테나 패턴과는 다른 동작 안테나 패턴(operating antenna pattern)을 발생시키도록 구성되어 있는 상기 빔 조향 모듈(beam steering module)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 국 안테나의 안테나 패턴을 제어하기 위한 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 국이 특정 속력을 초과할 때, 상기 동작 안테나 패턴은 상기 최초 안테나 패턴보다 더 넓은 것을 특징으로 하는 이동 국 안테나의 안테나 패턴을 제어하기 위한 통신 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 이동 국의 증가하는 속력으로 인하여 상기 동작 안테나 패턴의 커버리지(coverage)가 증가하며, 상기 이동 국의 감소하는 속력으로 인하여 상기 동작 안테나 패턴 커버리지가 감소하는 것을 특징으로 하는 이동 국 안테나의 안테나 패턴을 제어하기 위한 통신 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 이동 국의 상기 속력이 높은 속력 임계치(high speed threshold)를 초과할 때, 상기 동작 안테나 패턴은 전-방향성(omni-directional)임을 특징으로 하는 이동 국 안테나의 안테나 패턴을 제어하기 위한 통신 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 통신 시스템은 이동 국 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 이동 국 안테나의 안테나 패턴을 제어하기 위한 통신 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 통신 시스템은 기지국 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 이동 국 안테나의 안테나 패턴을 제어하기 위한 통신 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 통신 시스템은 집적 회로로 구현되는 것을 특징으로 하는 이동 국 안테나의 안테나 패턴을 제어하기 위한 통신 시스템.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 통신 시스템은 프로세서로 구현되는 것을 특징으로 하는 이동 국 안테나의 안테나 패턴을 제어하기 위한 통신 시스템.
  9. 이동 국(mobile station)의 안테나 패턴(antenna pattern)을 제어하도록 구성되는 이동 국에 있어서, 상기 이동 국은
    상기 이동 국 상에 장착되는 스마트 안테나 모듈로서, 상기 이동 국에 대한 하나 이상의 최초 안테나 패턴(initial antenna pattern)을 발생시키도록 구성되는 상기 스마트 안테나 모듈,
    상기 이동 국의 속력, 즉 상기 이동 국으로의 통신 속력을 판단하기 위한 수단,
    상기 이동 국 상에 장착되어 있으며, 속력을 판단하기 위한 상기 수단에 통신 가능하도록 연결되어 있고, 상기 이동 국의 상기 속력을 기반으로 하여 상기 이동 국 안테나에 대한, 상기 최초 안테나 패턴과는 다른 동작 안테나 패턴(operating antenna pattern)을 발생시키도록 구성되는 빔 조향 모듈(beam steering module)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 국의 안테나 패턴을 제어하도록 구성되는 이동 국.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 이동 국이 특정 속력을 초과할 때, 상기 동작 안테나 패턴은 상기 최초 안테나 패턴보다 더 넓은 것을 특징으로 하는 이동 국의 안테나 패턴을 제어하도록 구성되는 이동 국.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 이동 국의 증가하는 속력으로 인하여, 상기 동작 안테나 패턴의 커버리지(coverage)가 증가하며, 상기 이동 국의 감소하는 속력으로 인하여, 상기 동작 안테나 패턴의 커버리지가 감소하는 것을 특징으로 하는 이동 국의 안테나 패턴을 제어하도록 구성되는 이동 국.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 이동 국의 상기 속력이 높은 속력 임계치(high speed threshold)를 초과할 때, 상기 동작 안테나 패턴은 전-방향성(omni-directional)인 것을 특징으로 하는 이동 국의 안테나 패턴을 제어하도록 구성되는 이동 국.
  13. 제 11 항에 있어서, 속력을 판단하기 위한 상기 수단은, 상기 이동 국 상에 장착되는 GPS 수신기를 포함하며, 상기 GPS 수신기는 상기 이동 국에 대한 위치를 식별하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이동 국의 안테나 패턴을 제어하도록 구성되는 이동 국.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 GPS 수신기와 통신하는 논리 소자(logic component)를 더 포함하며, 상기 논리 소자는 상기 이동 국에 대한 상기 속력을 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이동 국의 안테나 패턴을 제어하도록 구성되는 이동 국.
  15. 제 11 항에 있어서, 속력을 판단하기 위한 상기 수단은, 상기 이동 국과 통 신하는 하나 이상의 네트워크된 장치를 포함하며, 상기 네트워크된 장치는 상기 이동 국의 상기 속력을 판단하기 위한 정보를 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이동 국의 안테나 패턴을 제어하도록 구성되는 이동 국.
  16. 제 11 항에 있어서, 속력을 판단하기 위한 상기 수단이 상기 이동 국의 상기 속력을 판단하도록 구성되는 하나 이상의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 국의 안테나 패턴을 제어하도록 구성되는 이동 국.
  17. 기지국과 이동 국(mobile station) 사이의 통신을 유도하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
    이동 국 안테나에 대한 하나 이상의 최초 안테나 패턴(initial antenna pattern)을 발생시키도록 구성되는 상기 이동 국 상에 장착되는 스마트 안테나 모듈을 제공하는 단계,
    상기 이동 국에 대한 속력을 판단하는 단계, 그리고
    상기 이동 국의 상기 속력을 기반으로 하여, 상기 이동 국 안테나에 대한, 상기 최초 안테나 패턴과는 다른 동작 안테나 패턴(operating antenna pattern)을 발생시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국과 이동 국 사이의 통신을 유도하기 위한 방법.
  18. 제 25 항에 있어서, 상기 이동 국이 특정 속력을 초과할 때, 상기 최초 안테나 패턴보다 넓은 동작 안테나 패턴을 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국과 이동 국 사이의 통신을 유도하기 위한 방법.
  19. 제 26 항에 있어서, 상기 이동 국의 증가하는 속력으로 인하여, 상기 동작 안테나 패턴의 커버리지가 증가하고, 상기 이동 국의 감소하는 속력으로 인하여, 상기 동작 안테나 패턴의 커버리지가 감소되는 것을 특징으로 하는 기지국과 이동 국 사이의 통신을 유도하기 위한 방법.
  20. 제 27 항에 있어서, 상기 이동 국의 상기 속력이 높은 속력 임계치를 초과할 때, 상기 동작 안테나 패턴은 전-방향성임을 특징으로 하는 기지국과 이동 국 사이의 통신을 유도하기 위한 방법.
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