KR100842517B1 - 통신 시스템에서 단말기의 전력 안정화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안테나 포트에서 단말기의 전력을 안정화시키기 위한 장치에 관한 것으로서, 수행 데이터 서비스 및 인체 흡수 손실을 최소화할 수 있는 서로 다른 위치에 존재하는 다수개의 안테나와, 상기 수행 데이터 서비스에 따른 데이터 신호의 송수신 경로를 제공하고, 상기 다수개의 안테나를 결합하는 결합기와, 상기 결합기를 경유하고, 단일 포트를 이용하여 상기 다수개의 안테나와 연결되어 상기 데이터 신호를 송수신하는 트랜시버를 포함함을 특징으로 한다.

안테나, 다이버시티, MIMO, 근접 방해, 흡수 손실, 전력 안정화

Description

통신 시스템에서 단말기의 전력 안정화 장치{APPARATUS FOR STABILITY OF TERMINAL POWER IN COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3개의 방사 요소를 가진 단말기 구조의 예를 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 성분 테스트 단말기의 예를 개략적으로 도시한 도면,

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시 예에 따른 전체 흡수 손실에 대한 수동 다이버시티의 성능 그래프를 도시한 도면.

본 발명은 통신 시스템에서 안테나 장치에 관한 것으로서, 특히 본 발명은 통신 시스템에서 단말기(terminal)의 안테나 선택 사용에 따른 전력 안정화 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 통신 시스템의 성능 및 용량은 셀(Cell) 간 혹은 셀 내에서 발생하는 동일채널 간섭신호와 경로손실, 다중경로 페이딩, 신호의 지연, 도플러 확산 및 음영현상 등의 무선 전파채널 특성에 의해 제한된다. 따라서 상기 통신 시스템에서는 상기와 같은 성능 및 용량 제한을 극복하기 위하여 전력제어, 채널코딩, 레이크(RAKE) 수신, 다이버시티 안테나, 셀의 섹터화, 주파수 분할 및 대역확산 등의 기술을 응용하고 있다.

그러나 통신 서비스의 욕구가 점차 다양해지면서 그 수요도 크게 늘어남에 따라 기존의 기술만으로는 증대되는 고성능, 고용량의 서비스를 제공하기에는 많은 어려움이 따른다. 또한, 여러 패킷 및 영상 신호 전송을 위한 고성능 데이터 및 영상 서비스 시스템에 대한 필요도 크게 부각되고 있다. 이에 따라, 통신 시스템은 기존의 통신 시스템과 비교할 때 고품질, 고용량을 필요로 하는 멀티미디어 통신 서비스 위주로 발전하고 있으며, 통화 품질 측면에서도 고품질 응용 서비스를 요구받고 있다.

따라서, 현재 통신 시스템은 상기와 같은 요구 사항을 만족시키기 위한 연구들이 활발히 진행 중에 있으며, 그 대표적인 예로서 다중 안테나 기술에 대한 연구들이 이루어지고 있다.

한편, 상기한 통신 시스템은 기지국과 하나 이상의 단말기간에 무선 통신을 제공한다. 상기 기지국은 통상적으로, 순방향 링크의 고주파 신호를 단말기에 보내고, 각 단말기들로부터 전송된 역방향 링크의 고주파 신호를 수신하기 위한 안테나 장치를 포함한다. 상기 각 단말기 역시, 순방향 링크 신호의 수신과 역방향 링크 신호의 송신을 위한 안테나 장치를 포함한다.

또한, 상기 단말기는 상기 안테나에 대하여 단기 다이버시티(short-term diversity)와 다중입력 다중출력(Multiple Input Multiple Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 한다) 멀티플렉싱 이득에 대한 효과를 결정하는 전력 안정화 기술을 적용하고 있다. 상기 전력 안정화에 기반한 안테나 기술은 통신 전송 시스템에서 실질적인 이득을 얻기 위한 가장 직접적인 방법이며, 가장 큰 효과를 제공한다.

상기 전력 안정화에 기반하는 안테나 기술은, 모뎀(modem), 코딩(coding) 및 알고리즘(algorithm) 등과 비교해 더욱 높은 이득을 얻을 수 있다. 또한, 상기 전력 안정화를 이용한 안테나 기술은 그 구현상의 용이함 및 비용과 비교하여 효과적인 측면을 가진다.

한편, 소형 단말기(small terminal) 또는 통상의 휴대 단말기(handsets)에 대한 근접 방해(near field disturbances)는 핸들링(handling) 즉, 사용자에게 제공되는 서비스 형식과 동일 타입의 단말기를 사용하는 각 사용자에 기반하여, 단일 안테나 단말기에서 통상적으로 0 내지 -10dB 범위의 흡수 손실(absorption loss)이 발생한다. 따라서, 통신 시스템에서는 상기 흡수 손실을 감소시키기 위해 단말기에서 평균 전력의 안정화가 필요하게 된다. 상기 흡수 손실이라 함은 통상적으로, 통신 회로에서, 인접하는 회로 또는 도체를 통과하면서 생기를 신호 전력의 손실을 나타낸다.

또한, 상기 전력 안정화와 더불어, 차세대 통신 시스템에서 고려되는 통신 서비스는 하나의 단말기로 다양한 서비스를 가능하게 해줄 수 있는 특징이 있다. 그러나 이러한 경우 하나의 단말기로 다양한 핸들링 예컨대, 게임, 동영상 서비스, 통화 서비스 등으로 단말기를 사용하는 경우, 상기 단말기의 안테나 위치에 따라 사용자의 손 또는 다른 인접 장치들로 인해 전파 수신이 약해지는 단점을 가지게 된다. 예를 들면, 사용자가 단말기를 이용하여 게임 서비스를 이용하는 경우, 안테나의 위치가 상기 단말기에서 어디에 위치하느냐에 따라 상기 사용자의 손으로부터 차단되어 수신되는 전파의 세기가 달라질 수 있다.

따라서, 차세대 시스템에서 고려되는 다양한 서비스를 하나의 단말기로 수용하기 위해서는 안테나의 위치나 방향을 고려하여 요구되는 전파신호의 세기를 충족할 수 있도록 하는 방안이 요구된다. 또한, 상기와 같은 안테나 시스템에서 원활한 서비스 제공을 위해 상기 안테나 시스템에 상응하는 전력 안정화 방안이 요구된다.

따라서 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은, 통신 시스템에서 근접 흡수 손실에 따른 보상 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 통신 시스템에서 단말기의 근접 흡수 손실을 보상함으로써, 전력 안정화 및 효율을 높일 수 있는 전력 안정화 장치를 제공함에 있다.

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본 발명의 또 다른 목적은, 통신 시스템에서 수동 결합을 통한 장기 다이버시티 및 단기 다이버시티 이득을 제공할 수 있는 안테나 장치를 제공함에 있다.

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상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 장치는; 다중 안테나를 이용한 통신 시스템의 단말기에서 전력 안정화를 위한 장치에 있어서, 수행 데이터 서비스 및 인체 흡수 손실을 최소화할 수 있는 서로 다른 위치에 존재하는 다수개의 안테나와, 상기 수행 데이터 서비스에 따른 데이터 신호의 송수신 경로를 제공하고, 상기 다수개의 안테나를 결합하는 결합기와, 상기 결합기를 경유하고, 단일 포트를 이용하여 상기 다수개의 안테나와 연결되어 상기 데이터 신호를 송수신하는 트랜시버를 포함함을 특징으로 한다.

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이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 동작 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그리고 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 단말기 안테나 포트(Antenna ports)에서 단말기의 전력을 안정화시킬 수 있는 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명에서는 단말기의 근접 흡수 손실(Near field Absorption Loss)을 보상(immunization)함으로써, 더욱 안정적인 링크 버짓(Link Budget)과 전력 안정화 및 효율과, 임피던스 안정화 등을 제공할 수 있는 안테나 장치를 제안한다. 또한, 본 발명에 따른 안테나 시스템에서 수동 결합을 통한 장기 다이버시티(Long term diversity), 즉 평균 전력 다이버시티와 단기 다이버시티(Short term diversity) 이득을 얻을 수 있다.

아울러, 본 발명은 통신 시스템에서 단말기가 데이터 서비스 수행시, 근접 방해(near field disturbances)로 인해 발생하는 흡수 손실(absorption loss)을 보상함으로써 전력 안정화 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에서는 상기와 같은 전력 안정화를 위하여, 상기 단말기가 데이터 서비스 수행시, 상기 안테나의 위치나 방향을 고려하여, 해당 데이터 서비스 수행에 요구되는 전파 신호 세기를 충족할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명에서는 중심 주파수가 다른 서비스를 수행할 경우 하나의 단말기에서 서로 다른 대역에서 동작하는 안테나를 설치하여, 다양한 대역으로 송신되는 신호들을 하나의 단말기가 수신할 수 있도록 한다.

이러한 조건들을 충족하기 위해 본 발명의 실시 예에서는 하나의 단말기에 서로 다른 대역에서 동작하는 안테나뿐만 아니라, 수직 편파와 수평 편파 효과를 가지는 안테나를 제안함으로써, 다양한 데이터 서비스 수용 및 데이터 서비스에 따른 전력 안정화를 이룰 수 있도록 한다. 또한, 본 발명의 실시 예에서는 상기 안테나 배치에서 안테나 효과를 다이버시티 또는 멀티플렉싱도 안테나 제어에 상응하여 다양하게 선택할 수 있도록 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 안테나 포트에서 단말기의 전력을 안정화시키기 위한 장치에 관한 것이다. 이를 통해 본 발명에서는 다이나믹 근접 로딩(dynamic near field loading)에서 기인하는 전체 평균 전력 손실의 제어가 가능하다.

또한, 본 발명에서는 단말기를 커버하는 다중 방사 안테나(multiple radiating antenna)를 사용함으로써, 채널 상태 또는 안테나 시스템의 간섭 등에 관한 피드백 정보를 필요로 하지 않는다. 이러한 본 발명은 피드백 정보를 이용하여 결합(combing)이나 선택(selection) 기법을 수행하는 기존 다이버시티 기술과 구별된다. 즉, 본 발명에서는 시스템 설정에 따라 정해진 일정 범위 내의 이득을 가지는 수동 다이버시티(passive diversity) 기술을 가진다. 이를 통해 본 발명에 따른 각 안테나 요소들(antenna elements)은 상기 근접 방해에 의한 영향을 제거할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 각 안테나 요소들은 모든 안테나에서 전력을 분산한다. 이때, 하나의 안테나 요소에서 다른 안테나 요소로 전력을 재분산하기 위해 상기 서로 다른 요소들은 수동 안테나 네트워크와 연결된다. 상기 수동 안테나 네트워크는 기존의 다중 안테나를 이용하는 기술과 표준 안테나 다이버시티/다중입력 다중출력(Multiple Input Multiple Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 한다) 기술에서 실제적인 성능을 향상시킬 수 있다.

통상적으로, 상기 표준 안테나 다이버시티와 MIMO 기술은 신호 정보를 기반으로 하여 안테나 신호를 선택/결합하기 위한 기술이다. 대부분의 다이버시티 이득 또는 MIMO 멀티플렉싱 이득에 대해서, 신호 분포(Signal distribution), 브랜치 관계(Branch correlation) 및 브랜치 전력 차(Branch Power Difference, 이하 'BPD'라 칭하기로 한다) 등은 중요한 요소로 작용한다. 여기서, 상기 BPD는 실제적인 다이버시티/MIMO 기술에서는 고려되지 않지만, 근접 방해에 대한 단말기의 안테나 다이버시티 이득을 얻기 위해서는 중요하다고 할 수 있다.

한편, 상기 단말기에서 각 안테나 포트(antenna port)는 상기 각 안테나 요소들의 동시적인 방해를 줄이고, 수동적으로 결합된 몇몇 안테나 요소들의 안테나 시스템과 결합된다. 그러므로 수동적인 안테나 시스템은 다이버시티 또는 MIMO 동작에 있어서 높은 성공률을 가질 수 있다. 따라서, 서로 다른 사용자의 핸들링들 간의 링크 버짓(link budget)을 안정화시키고, 다른 무선 네트워크 예컨대, 셀룰라 네트워크 등에서 단말기의 효율 변동을 줄일 수 있다.

일반적으로, 상기 단말기는 상술한 근접 로딩에서 기인하는 평균 전력 손실이 약 10~20dB 정도의 변화를 가진다. 또한, 같은 형식의 안테나와 일반적인 서비스 예컨대, 음성 서비스 핸들링에 대해서는 평균 전력이 10dB 정도의 차이를 보인다. 하지만, 앞으로의 단말기들은 서비스의 다양한 형태 예컨대, 음성, 비디오 및 데이터 서비스 등을 제공하며, 사용자에 따라 다양한 핸들링이 요구됨에 따라 평균 전력 손실은 더욱 크게 변화하게 될 것이다.

따라서, 각 사용자에 대해 안테나 시스템에서 방해받는 완전 방사 구조(complete radiating structure)의 위험을 줄이기 위해 단말기의 다이나믹 근접 변화(dynamic near field variations)를 보상(immunization)해 주어야 한다.

상기와 같이, 근접 변화에 대한 보상은 링크 버짓(link budget)을 안정화시키고, 낮은 평균 전력 손실과 단말기의 배터리 수명을 연장시켜 주는 이점을 가진다. 또한, 소정의 안테나 부요소들(Antenna Sub-elements) 또는 안테나 요소들 선택에 대한 전력 분산은 각 안테나 요소들의 전력을 낮게 하며, 따라서 단말기와 관련된 전자파 인체 흡수율(Specific Absorption Rate, 이하 'SAR'이라 칭하기로 한다)을 낮추게 된다.

본 발명의 실시 예에서 제안하는 안테나 타입은 어떠한 신호 상태의 피드백 정보 없이 고정된 안테나 네트워크를 구성하는 것이다. 이러한 기술은 하나의 단말기를 다른 사용자가 사용하거나, 또는 상기 단말기에서 서로 다른 핸들링 형식, 예컨대 키보드 모드(keyboard mode), 통화(talk) 또는 몸체 위치(body position), 동영상 감상(video viewing) 등을 수행하는 사용자에게 근접 영향(near field influences)을 주는 평균 전력을 안정화시키는데 도움을 줄 수 있다.

이를 위해 본 발명에서는 충분한 공진 요소(resonance element)를 가지도록 설계된다. 또한, 본 발명에서는 배티러 팩의 표면 커버리지(surface coverage)에 대해 디자인 우선도(design priority)를 가지며, 안테나 시스템의 상기 각 안테나 부요소들에서의 전력 분산은 상기 각 안테나 요소들 서로가 독립적으로 방사하는 것을 특징으로 한다.

이를 위해 본 발명에서는 안테나 네트워크 및 전력 스플리터(power splitter) 네트워크를 경유하는 이산 분산 시스템 구조를 가지며, 이때, 상기 이산 구현을 위한 회로는 단일 공진 구조(single resonance structure)로 이루어질 수 있다. 즉, 전체 방사 안테나 시스템은 동일한 근접 로딩의 동일각이 적은 위치의 독립적인 방사 요소에 대해 나누어지며, 이러한 요소들은 결합 네트워크나 이와 유사한 것에 의해 수동적으로 결합될 수 있다. 또한, 본 발명에서는 연속적인 안테나 요소를 경유하는 연속 구현으로 이루어진다.

그러면 이하에서는, 상기에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 구성 및 작용에 대한 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면들을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 단말기 구조 및 안테나 적용 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

먼저, 도 1은 3개의 방사 요소를 가지는 단말기의 예를 나타낸 것으로서, 단일 트랜시버 포트에 연결된 무급전 안테나의 예를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 안테나 시스템은 트랜시버(transceiver)(101)와, 결합기(combiner)(103) 및 다수개의 안테나(105,107,109)를 포함한다. 또한, 상기와 같은 각 안테나 시스템은 하나의 전방사 구조를 가진다. 또한, 도 1은 상기 구성 외에도 도시하지는 않았으나 신호를 실질적으로 처리하는 베이스밴드 보드(Baseband Board)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 도 1에서는 단일 트랜시버 포트에 세 개의 안테나가 연결되는 경우를 예로 하고 있으나, 상기한 구성 외에도 상기 결합기(103)의 구조에 상응하여 단일 안테나를 비롯하여 두 개 또는 그 이상의 안테나 구성도 고려할 수 있음은 물론이다.

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도 1에 도시한 바와 같이, 상기 안테나 시스템은 상기 트랜시버(101) 측에 하나의 포트와 연결된 구조를 가진다. 따라서, 이러한 구조를 통해 서로 다른 부요소에 대한 방사 독립성을 동시에 가지는 단일 대형 방사기에 비해 전체 방사 구조(radiating structure) 공간을 줄일 수 있다.

상기 결합기(103)는 그 구성이 매우 간단하며, 낮은 가격으로 구현할 수 있다. 상기 결합기(103)의 일 예로서, 일반적으로 사용되는 Wilkinson 또는 3dB 스플리터(splitter)가 사용된다. 이때, 2 브랜치(2-branch)의 경우에는 길이

의 2조각 전송선로(transmission line)와 1개의 분리 저항(isolation resistance)으로 구성될 수 있다. 그리고 결합기(103)는 하나의 부요소에서 다른 요소까지 반사된 전력 방향을 변환(redirect)하는 방사 효율이 최적화된 결합 구조를 갖는다. 즉, 상기 안테나 부요소들 각각은 흡수 손실을 최소화할 수 있는 서로 다른 위치에 존재하며, 결합기(103)는 상기 안테나 부요소들 중에서 하나의 안테나 부요소로부터 다른 안테나 부요소까지 반사된 전력 방향을 변환하도록 상기 안테나 부요소들을 결합한다.

한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 실시 예에서 사용되는 상기 안테나는 지향성(directional) 또는 무지향성(omni-directional)이 될 수 있으며, 또한 서로 다른 편광(different polarizations) 특성을 가질 수 있다.

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도 2를 참조하면, 도 2는 일부 안테나 요소들이 5GHz에서 동작되는 소형 단말기(201)에 적용한 예와 결합회로(203)의 예를 나타낸 것이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 시스템에서 모노폴 안테나(monopole antenna) 타입 안테나를 예로 나타내고 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 그 내부에 세 개의 안테나를 구비한다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 모노폴 안테나 타입 외에 통신 시스템에 적용되는 모든 안테나를 응용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에서는 상기 결합회로(203)에 세 개의 안테나가 연결되는 경우를 예로 하지만, 본 발명이 이에 한정되지 않으며, 다양한 형태 및 다양한 안테나 수를 적용할 수 있음은 물론이다. 또한, 상술한 바와 같이 상기 결합회로(203)는 통상적인 전력 스플리터(power-splitter)를 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 이산 부요소 대신에 연속적인 전력 분산을 위해 상술한 바와 같이 전방사 구조가 적용된다. 또한, 전체 부하 매칭(total load matching)은 단일 공진 요소(single resonance element)를 사용하는 것과 비교되어 안정화된다. 상기 안정화(power stabilization) 즉, 흡수 손실 보상(absorption loss immunization) 측면을 살펴보면 다음과 같다.

즉, 소형 단말기에 대한 가장 중요한 근접 효과(near field effect)는 다른 손실 매체(lossy media) 또는 본체 접근(body proximity)에서 기인하는 흡수 손실이다. 따라서, 임피더스 변환(impedance change)과 같이 상기 부하 매칭은 차수(degree)가 큰 경우에 대해 영향을 받지 않는다. 하지만, 상기 흡수 손실은 다른 사용자의 핸들링(handling)에 대해 같은 단말기와 안테나를 사용했을 경우에는 통상적으로 0에서 10dB 사이의 변화를 가진다. 또한, 상기 사용자의 핸들링과 다른 안테나 형식을 고려할 경우에는 통상적으로 0에서 20dB의 확산(spread)을 가진다.

따라서, 상기한 근접 로딩과 관련된 부요소에 대한 분포(distributing)는 흡수 손실의 위험을 확산시킬 수 있다. 이에 반해 전체 발산 시스템은 안정적인 평균 전력과 매우 감소된 손실 확률을 가진다. 이는 무선 셀룰라 네트워크에서 더욱 안정적인 링크 버짓을 주는데 중요한 역할을 하며, 요구되는 평균 배터리 전력을 감소시킬 수 있다. 그러므로 능동 다이버시티(active diversity) 또는 MIMO 시스템에 대해 높은 이익을 가진다.

다음으로, 본 발명에 따른 부하 부조합 보상(Immunization of load mismatch) 측면에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 전도성이 높은 물질(metallic table & shelves, metalized glass, cutlery, thermo cans, PC cabinets 등)에 의한 근접 방해의 경우에는, 표준 안테나 요소의 상기 트랜시버 부하 상태는 변화하게 된다. 이러한 경우에는 근접 보상(near field immunization)을 통해 단말기 트랜시버가 안정적이고 효과적인 안테나 부하의 동작 상태를 가질 수 있도록 한다.

즉, 안테나 로드는 안테나 형식과 근접 효과에 따라 로드 범위(50 옴 시스템에서 10~16.7 옴부터 150~250 옴)로부터 팩터(factor) 3에서 팩터 5 사이에서 변화한다. 예컨대, 셀룰라 단말기(cellular handsets)에서 허용되는 전압정재파비(tolerable VSWR(Voltage Standing Wave Ratio))는 보통 최대치가 약 4로 고려된다. 따라서, 상기한 바와 같이, 본 발명에서는 상기 단말기의 전력 효율의 증가와 소형 단말기의 배터리 공급의 요구 전력을 감소시킬 수 있다.

그러면 이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 성능을 살펴보기로 한다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 시스템에서의 전체 흡수 손실에 대한 수동 다이버시티의 성능 그래프를 나타낸 것이다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 시스템에서 적절하게 포지티브 상관(positive correlate)된 전체 흡수 손실에 대한 수동 다이버시티의 성능 그래프를 나타낸 것이고, 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 시스템에서 적절하게 비상관(non-correlate)된 전체 흡수 손실에 대한 수동 다이버시티의 성능 그래프를 나타낸 것이고, 도 3c는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 시스템에서 적절하게 네거티브 상관(negative correlate)된 전체 흡수 손실에 대한 수동 다이버시티의 성능 그래프를 나타낸 것이다.

도 3a 내지 도 3c에서 320, 340,360이 나타낸 도면은 본 발명에 의해 감소되는 흡수 손실 변화 및 전력 안정화 이득을 나타낸 것으로서, 도 3a 내지 도 3c에서 310, 330,350이 나타낸 도면은 개별 브랜치 상관도를 나타낸다. 또한, 소정의 부요소 M(sub-elements M)에 대한 흡수는 5dB의 표준 분산과 5dB 평균의 로그-노말 분산 손실을 가진 단순한 모델을 나타낸다. 실측 실험에서 전체 범위에서 0~20dB 사이의 손실 분포를 가짐을 알 수 있다.

도 3a 내지 도 3c에 도시한 성능 그래프의 결과들은 다음과 같은 경우를 나타낸다.

- 분산의 경사도는 부요소 수의 증가와 상호 부요소 흡수 손실의 감소와 함께 증가한다. 즉, 평균전력 변화를 줄이는 것은 손실의 확률을 줄이는 것과 같다.

- 전체 평균 전력은 부요소 또는 상관도의 수에 관계없이 변화하지 않는다. 이러한 것은 수동 동작으로 가능하며 부요소 신호의 결합이나 선택을 위한 기능 등 과는 무관하다.

도 3a 내지 도 3c에서는 2dB 비상관 흡수 손실과 양수에서 음수의 상관까지 변화할 때 두 개의 부요소(M=2)에 대한 90% 레벨에서 다이버시티 이득 1~4dB까지 증가하고 있는 것을 나타낸다. 상기 2dB는 58% 전력 감소 및 90% 레벨에서 배터리 전력 보존을 가지며, 전 안테나 시스템에 효과적인 SAR(Specific Absorption Ratio)을 가진다.

또한, 본 발명의 다른 장점으로는 두 개의 표준 발산 감소평균 전력 변화를 나타낸 비상관 경우는, 도 3b의 330에서 단일 요소와 비교되는 두 개의 부요소 배치를 사용하여 4.5~3dB까지 표준 발산 감소를 통한 평균 손실 변화의 압축성에 있다. 손실 분포(10~90% 레벨)의 경사도는 도 3b의 340 결과에서 하나의 요소를 사용하는 대신 두 개의 요소를 사용하여 약 11.5~8dB 범위를 가진다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 성능 그래프들은 이전에 측정된 흡수 손실 분포와 최대 임피던스 변화 등을 사용한 결과들을 나타낸다. 이러한 결과들을 정리하면 다음과 같다.

먼저, 전력 안정화(Power Stabilization) 측면에 대한 성능을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에 따른 전력 안정화 효과는 소정의 부요소(sun-element) 시스템의 전체 흡수 손실은 단일 안테나 요소 시스템과 비교된다. 또한, 단기 다이버시티 이득은 90% 레벨에서 약 5dB가 달성된다. 또한, 비상관(un-correlated) 로딩 효과에서도 이득은 90% 레벨에서 약 2dB 이득을 가진다.

다음으로, 부하 부정합 보상(Load mismatch immunization) 측면에 대한 성능을 살펴보면 다음과 같다.

매우 강인한 로딩 상황(very strong loading situations)에서 안테나 임피던스는 변화할 수 있다. 이는 본 발명의 실시 예에 따른 결합기의 성능과 트랜시버의 기능 및 성능에 영향을 준다.

예를 들어, 매우 심플한 표준 3dB 결합회로에서 사용되는 2 브랜치 시뮬레이션에서는 단일 안테나 요소를 사용하여 결합한 입력에서 안테나 로드의 안정성 및 안테나 요소 임피던스를 확장 예컨대, 기존 25~100 옴에서 10~250 옴으로 확장 가능하다.

마지막으로, 상술한 본 발명의 실시 예에서는 새로운 수동 안테나 다이버시티 방안을 제안한다. 즉, 기존 기술에서의 사용자 핸들링은 일정 시간 동안 정적 예컨대, 비디오 게임(video game) 또는 전화 통화(phone conversation)에 한정되며, 또한 흡수 손실에 대해 보상되지 않으며 좋지 못한 평균 채널 상태를 만든다. 이에 반하여, 상기 수동 안테나 다이버시티 방식에 기반하는 본 발명의 안테나 시스템은 단말기에서 근접 방해 보상을 통해 더욱 안정적인 평균 전력을 제공하며, 테일 사고 상태(tail outage) 확률을 줄이고 즉, SAR를 개선할 수 있다. 또한, 제안하는 본 발명에 따른 부요소당 평균 전력은 무상관화(de-correlate) 된다. 또한, 더욱 안정적인 링크 버짓과 소형 단말기에서 배터리 전력을 보상할 수 있다.

이러한 본 발명은 임피던스 매칭을 안정화시키고 효과적인 전력 전송 이득을 제공할 수 있으며, 또한 능동 마이크로 다이버시티 또는 MIMO와 결합하여 평균 전력을 안정화시킬 수 있는 이점을 가진다.

이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 특징을 정리하면 다음과 같다.

(1) 안테나 시스템의 제어 피드백을 이용하지 않는다. 그러므로 피드백 신호 상태에 대한 기존 기술과 다르다.

(2) 독립적으로 방사되는 부요소의 고정된 수동 결합을 이용한다. 이를 통해 본 발명에서는 그 구현이 쉽고, 구현 비용이 적은 장점을 가진다. 또한, 다이버시티 효과는 다른 근접 필드 방해와 사용자 인체 접근성에서 기인되는 부요소의 로딩과 decorrelated blocking에 의해 달성된다.

(3) 기존 소형 단말기에서 극복하지 못했던 장기 다이버시티(long term diversity)의 경우에서도 전력의 안정화를 가진다.

(4) 단기(short term) 다이버시티를 가진 캐스캐이드(cascade) 결합의 전단 시스템(front-end system)에서 상승효과의 잠재력을 가진다. 또한, 단기 안테나 신호 처리 기법에서 이상적인 동작을 확보하는데 전력을 균등하게 분배할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 구현은, 인쇄된 안테나 형식이나 패치형 등의 안테나 형식으로 이용되어 구조가 매우 단순하며, 단말기의 다이나믹한 조작이나 피드백(feedback) 정보도 요구하지 않는다. 또한, 2GHz 대역의 안테나와 비교하여 5~6GHz 안테나는 안테나 요소들이 작게 구성되기 때문에 작은 단말기에 몇 개의 안테나를 사용하거나 위치시키는데 어려움이 없다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명의 통신 시스템에서 단말기의 전력 안정화 장치는, 근접 흡수 손실에 대한 보상을 제공할 수 있으며, 이로 인하여 더욱 안정적인 링크 버짓과 전력 안정화를 구현할 수 있는 이점을 가진다. 또한, 본 발명은, 상기 근접 흡수 손실에 대한 보상을 통해 전력 효율 및 임피더스의 안정화를 구현할 수 있는 이점을 가진다. 또한, 본 발명에서는 수동 결합을 통한 평균 전력 다이버시티 및 단기 다이버시티 획득을 얻을 수 있다.

Claims (7)

1. 다중 안테나를 이용한 통신 시스템의 단말기에서 전력 안정화를 위한 장치에 있어서,

   수행 데이터 서비스 및 인체 흡수 손실을 최소화할 수 있는 서로 다른 위치에 존재하는 다수개의 안테나들과,

   상기 수행 데이터 서비스에 따른 데이터 신호의 송수신 경로를 제공하고, 상기 다수개의 안테나들을 결합하는 결합기와,

   상기 결합기를 경유하고, 단일 포트를 이용하여 상기 다수개의 안테나들과 연결되어 상기 데이터 신호를 송수신하는 트랜시버를 포함함을 특징으로 하는 전력 안정화 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 결합기는 상기 다수개의 안테나들 중에서 임의의 안테나에서 다른 안테나까지 반사된 전력 방향을 변환(redirect)하는 방사 효율이 최적화된 결합 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전력 안정화 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 결합기의 결합 형태는 단기 다이버시티 및 다중입력 다중출력에 상응한 캐스캐이드 형태로 결합하는 것을 특징으로 하는 전력 안정화 장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 결합기는 장기 다이버시티를 위한 상기 안테나들 각각을 결합하는 것을 특징으로 하는 전력 안정화 장치.
5. 제2항에 있어서,

   상기 전력 안정화 장치는 근접 로딩 효과에 기반하는 평균 전력 손실 및 임피던스 비정합 효과를 줄이기 위해 상기 결합기에 의해 수동적으로 결합되는 이산 분산 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전력 안정화 장치.
6. 제2항에 있어서,

   상기 전력 안정화 장치는, 근접 로딩 효과에 기반하는 평균 전력 손실 및 임피던스 비정합 효과를 줄이기 위해 상기 다수개의 안테나들을 경유하는 연속 분산 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전력 안정화 장치.
7. 삭제

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