KR100930712B1 - 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100930712B1
KR100930712B1 KR1020030033692A KR20030033692A KR100930712B1 KR 100930712 B1 KR100930712 B1 KR 100930712B1 KR 1020030033692 A KR1020030033692 A KR 1020030033692A KR 20030033692 A KR20030033692 A KR 20030033692A KR 100930712 B1 KR100930712 B1 KR 100930712B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
array antenna
signal
array
mode
ofdm
Prior art date
Application number
KR1020030033692A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20040102292A (ko
Inventor
김연수
Original Assignee
주식회사 케이티
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 케이티 filed Critical 주식회사 케이티
Priority to KR1020030033692A priority Critical patent/KR100930712B1/ko
Publication of KR20040102292A publication Critical patent/KR20040102292A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100930712B1 publication Critical patent/KR100930712B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/155—Ground-based stations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템의 상하향 변환부 뱅크는 배열 안테나를 통해 수신되는 무선신호 및 방사되어야 하는 기저대역 신호를 배열 안테나의 각 엘리먼트별로 변환한다. 어레이 프로세서는 상하향 변환부 뱅크에 연결되며, 배열 안테나의 각 엘리먼트에 대응되는 기저대역 신호에 대한 가중합 동작과 가중 분배 동작을 단말기의 위치에 따라 적응적으로 처리한다. 빔방향 추정부는 상하향 변환부 뱅크에 의해 하향 변환된 수신신호와 미리 설정된 빔방향에 대한 가중치를 사용하여 단말기 빔이 도달하는 방향각과 배열 안테나를 위한 가중치로 결정하여 어레이 프로세서로 제공한다. OFDM 송수신부는 배열 안테나를 통한 송신을 위해 OFDM 방식을 사용하여 데이터패킷을 물리 패킷으로 변환하여 어레이 프로세서로 출력하고, 배열 안테나로부터 수신되어 어레이 프로세서로부터 제공되는 물리패킷을 데이터패킷으로 변환한다. 제어부는 상하향 변환부 뱅크, 어레이 프로세서, 빔방향 추정부 및 OFDM 송수신부에 연결되며, 무선채널의 미점유상태 기간, 전송할 MAC 프레임의 유무 및 수신신호의 유무에 따라 MAC 프레임의 송수신을 위한 빔형성 및 빔조정을 수행한다. 본 발명에 따르면, 안테나의 방사 에너지가 한 방향으로 집중하는 지향성 빔을 형성함으로써 데이터 패킷의 전파거리가 확장되고, 셀 커버리지가 확대되며, 또한 안테나 신호에 대한 가중치를 가변하고, 다양한 방향으로 빔패턴을 조정하는 방사 에너지의 집중화로 인해 신호대 잡음비가 개선되고, 데이 터 처리율이 향상될 수 있어서 통신의 품질과 통신거리가 증가된다.
적응 배열 안테나, 옴니모드, 배열모드, omni, array, 무선 랜 시스템, 무선채널 미점유상태, SIFS, DIFS

Description

적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템 및 그 제어 방법{WIRELESS LOCAL AREA NETWORK SYSTEM BASED ON ADAPTIVE ARRAY ANTENNA AND CONTROL METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템에서 어레이 프로세서의 상세 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.
본 발명은 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜(Local Area Network:LAN) 시스템에 관한 것으로서, 적응 배열 안테나를 이용하여 무선셀 커버리지를 확장할 수 있는 무선 랜 시스템 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
종래의 무선 랜 시스템은 지리적으로 떨어진 무선 랜 단말기와의 통신을 위해 다이폴 안테나를 사용한다. 이 다이폴 안테나는 모든 방향에 대해 균일한 빔 패턴을 가지고 있기 때문에 모든 방향으로 방사되는 전파를 모든 방향으로 전송할 수 있다. 그에 따라 무선 랜의 커버리지는 안테나를 중심으로 하는 반경
Figure 112003018861090-pat00001
인 원형의 무선 셀로서 주어진다. 셀 반경
Figure 112003018861090-pat00002
은 송신 전력의 크기에 비례하여 증가할 수 있지만 무선 랜 시스템에서는 법적규제 및 하드웨어의 한계 때문에 사용가능한 송신 전력이 일정한 크기로 제한되고 셀 반경 역시 해당 송신 전력으로 만들어진 전파거리로서 결정된다.
종래 무선 랜 시스템의 기지국인 접속 시스템(Access Point:AP)에서는 통상 2개의 다이폴 안테나가 사용된다. 송신시에는 1개의 안테나가 모든 방향으로의 전파 방사를 위해 사용되고, 수신시에는 2개의 안테나가 수신 신호에 대한 공간 다이버시티를 위해 각각 사용된다.
종래 무선 랜 시스템에서 전송될 데이터 즉, MAC(Media Access Control) 프레임은 먼저 일정한 크기와 형식을 갖는 데이터패킷으로 만들어지고 고유한 전송방식에 의한 기저대역 신호처리를 거쳐 무선채널을 통해 전달하기 용이한 물리패킷으로 변환된 다음 무선주파수 신호로 전달된다. 여기에서 데이터패킷과 물리패킷은 서로 다른 형식을 갖는다.
데이터패킷은 긴 데이터를 짧은 길이의 데이터로 분할하여 전송하기 위한 형식이며, IEEE 802.11a 표준에서 사용되는 구조는 헤더부, 데이터부 및 패드비트로 이루어져 있다. 헤더부는 무선채널로 전송될 데이터레이트를 나타내는 RATE, 순수한 데이터길이를 나타내는 LENGTH, RATE와 LENGTH에 대한 전송오류의 유무를 판정 하기 위한 패러티비트, 그리고 채널부호화부를 위한 테일비트, 데이터부의 시작을 나타내는 SERVICE 필드로 구성되어 있다. 데이터부는 전송될 데이터인 PSDU(Physical sublayer Service Data Unit)와 별도의 채널부호화부를 위한 테일비트로 구성되어 있다.
물리패킷은 상기 데이터패킷에 대한 기저대역 신호처리 과정을 통해 만들어지는데 프리앰블, SIGNAL 및 DATA로 구성된다. 패킷신호 검출과 자동이득조절, 주파수옵셋 추정, 심볼타이밍, 채널추정을 위해 사용되는 여러 개의 동일한 심볼로 이루어진 프리앰블은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조, 데이터프레임의 헤더정보를 가지고 있는 SIGNAL은 채널부호화와 OFDM 변조, 전송된 데이터를 가지고 있는 DATA는 스크램블과 데이터레이트에 따른 채널부호화와 OFDM변조에 의해 각각 신호처리된다.
한편, 종래의 무선 LAN 시스템은 패킷통신을 위한 무선채널을 효율적으로 제어하기 위해 충돌회피형-케리어탐지다중접속(Carrier Sense Multiple Access protocol with Collision Avoidance:CSMA/CA), 지연간격(backoff interval), 수신응답으로서의 ACK 프레임, 채널을 가상적으로 감지하기 위한 RTS 및 CTS 프레임 등을 사용한다.
CSMA/CA는 모든 단말기가 패킷통신에 필요한 하나의 무선채널을 공동으로 이용함에 따른 전송패킷 간의 상호충돌 문제를 극복하기 위해 각 단말기마다 이용시간이 별도로 정해지지 않고 임의의 시간에 데이터 패킷을 전송하는 방식이다. AP 및 단말기는 무선채널이 정해진 시간구간(Distributed coordinated Function Inter Frame Space:DIFS) 동안 자유로운 상태에 있을 때 데이터 패킷을 전송할 수 있다. 여기에 지연간격이 결합된다.
지연간격은 데이터 패킷의 전송시점에 대한 랜덤성을 높이기 위한 것이며, AP 및 각 단말기에 대해 서로 다른 간격으로 할당된다.
ACK 프레임은 데이터 프레임을 수신하고 그에 대한 긍정 응답으로서 정해진 시간구간(Short Inter Frame Space:SIFS) 후에 전송되는 프레임이다. 송신기는 ACK 프레임을 수신함으로써 그전에 전송된 데이터 프레임이 오류없이 전송되고 수신기에 의해 수신된 것으로 간주한다.
RTS(Request To Send)와 CTS(Clear To Send) 프레임은 무선채널에 대한 예약정보로서 곧바로 무선채널을 사용할 것이라는 것을 공지하기 위한 것으로서 데이터 패킷의 전송에 앞서 서로 교환된다. RTS는 전송할 데이터가 있다는 사실을 알리기 위해 송신 단말기에 의해 전송되고, CTS는 데이터를 수신할 준비가 되어 있음을 알리기 위해 RTS에 대한 응답으로서 SIFS 후에 수신 단말기에 의해 전송되는 프레임이다. 이들 각각은 데이터 패킷과 ACK 패킷의 전송을 위해 무선채널이 예약되어야 할 시간구간을 정의하는 정보와 두 단말기의 ID 정보를 포함한다. 그러므로 다른 단말기는 무선채널의 사용예약 구간을 인지할 수 있는 상기의 두 프레임중 하나를 수신함으로써 송신 단말기의 커버리지를 벗어난 지점에서도 무선채널을 효과적으로 감지한다. 이때 데이터 전송을 필요로 하는 다른 단말기는 데이터 패킷이 수신기에서 충돌하는 상황이 발생하지 않도록 상기 예약기간이 경과할 때까지 그 데이터의 전송을 보류한다.
한편, 종래 무선 랜 시스템에서 무선 랜 전파가 도달하는 커버리지는 다이폴 안테나의 빔 패턴 특성때문에 안테나를 중심으로 하는 일정한 영역인 원형의 무선 셀로 이루어지고, 그 크기는 AP의 송신전력에 의해 결정된다. 따라서 다이폴 안테나는 무선 랜 패킷을 셀 커버리지 내의 모든 방향으로 전송하는 데 효과적이지만 특정의 방향에 있는 고정 AP나 단말기를 위한 데이터 패킷에 대해서는 효과적인 수단이 되지 못한다.
반면에 다중의 다이폴 안테나가 선형적으로 균등하게 배열된 배열 안테나는 방사 에너지를 한 방향으로만 집중시키는 지향성 빔을 형성하기 때문에 동일한 송신전력으로도 빔 방향의 신호대 잡음비와 전파거리를 증가시키고 그것에 따른 보다 개선된 데이터처리율과 커버리지를 제공한다. 나아가 안테나 입출력 신호를 조정할 수 있는 가중치가 적용되는 적응 배열 안테나는 보다 다양한 방향으로의 빔 조정도 가능하다.
상기한 바와 같이, 종래의 무선 랜 시스템에서는 제약된 송신전력으로 인해 셀 커버리지가 제한적으로 형성되기 때문에 서비스제공을 위한 단위면적당 AP 수량 및 구축비용이 상대적으로 많이 소요되고, 특정의 단말기에만 전송되어야 하는 데이터 패킷의 전 방향 송출에 따라 셀경계 지역의 다른 단말기에서의 셀간 간섭이 증가되며, 따라서 데이터 처리율이 감소된다는 문제점이 있으므로, 상기와 같은 적응 배열 안테나가 사용되는 무선 랜 시스템이 요구된다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무선 LAN 시스템, 즉 AP에 있어서 안테나의 방사 에너지가 한 방향으로 집중하는 지향성 빔을 형성함으로써 데이터 패킷의 전파거리를 확장하고, 셀 커버리지를 확대시킬 수 있으며, 또한 안테나 신호에 대한 가중치를 가변하고, 다양한 방향으로 빔패턴을 조정함으로써 신호대 잡음비와 데이터 처리율을 향상시킴으로서 통신의 품질과 통신거리를 증가시킬 수 있는 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템은,
배열 안테나를 통해 수신되는 무선신호 및 방사되어야 하는 기저대역 신호를 상기 배열 안테나의 각 엘리먼트별로 변환하는 상하향 변환부 뱅크; 상기 상하향 변환부 뱅크에 연결되며, 상기 배열 안테나의 각 엘리먼트에 대응되는 기저대역 신호에 대한 가중합 동작과 가중 분배 동작을 단말기의 위치에 따라 적응적으로 처리하는 어레이 프로세서; 상기 상하향 변환부 뱅크에 의해 하향 변환된 수신신호와 미리 설정된 빔방향에 대한 가중치를 사용하여 단말기 빔이 도달하는 방향각과 상기 배열 안테나를 위한 가중치로 결정하여 상기 어레이 프로세서로 제공하는 빔방향 추정부; 상기 배열 안테나를 통한 송신을 위해 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 사용하여 데이터패킷을 물리 패킷으로 변환하여 상기 어레이 프로세서로 출력하고, 상기 배열 안테나로부터 수신되어 상기 어레이 프로세서로부터 제공되는 물리패킷을 데이터패킷으로 변환하는 OFDM 송수신부; 상기 OFDM 송수신부에 연결되며, 사용자에 의해 송신되는 데이터패킷 및 단말기로부터 수신되는 물리패킷의 충돌을 회피할 수 있도록 전송 시점을 설정하고, 다중접속을 위한 신호방식에 대한 제어를 수행하는 MAC(Media Access Control) 시그널링부; 및 상기 상하향 변환부 뱅크, 어레이 프로세서, 빔방향 추정부, OFDM 송수신부 및 MAC 시그널링부에 연결되며, 무선채널의 미점유상태 기간, 전송할 MAC 프레임의 유무 및 수신신호의 유무에 따라 MAC 프레임의 송수신을 위한 빔형성 및 빔조정을 수행하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템은 상기 제어부의 제어에 의해 내부 블록간의 데이터 및 신호 교환을 위한 인터페이스 및 외부 장치와의 데이터 및 신호 교환을 위한 기능을 수행하는 내외부 인터페이스부; 상기 MAC 시그널링부와 내외부 인터페이스부에 연결되며, 상기 제어부의 제어에 의해 전송오류 데이터의 재전송을 위한 신호방식에 대한 제어를 수행하는 링크제어 시그널링부; 및 상기 제어부의 제어에 의해 상기 어레이 프로세서, OFDM 송수신부, MAC 시그널링부, 링크제어 시그널링부 및 내외부 인터페이스부에서 발생되고 사용되는 소프트웨어 및 데이터를 저장하고 관리하는 메모리부를 더 포함한다.
여기서, 상기 어레이 프로세서는, 신호 수신시에는 상기 상하향 변환부 뱅크에서 출력되는 각 신호에 상기 빔방향 추정부에서 출력되는 각 가중치를 곱하여 출력하고, 신호 송신시에는 송신을 위한 신호에 상기 빔방향 추정부에서 출력되는 각 가중치를 곱하여 출력하는 가중부; 상기 가중부에서 출력되는 신호를 결합하여 상기 OFDM 송수신부로 출력하는 결합부; 상기 결합부에서 출력되는 신호와 특정 참조 신호의 차에 기초하여 이전 가중치로부터 새로운 가중치를 OFDM 심볼 간격으로 계산하고, 그 결과를 다음 수신신호에 대한 가중합 처리를 위한 가중치로서 상기 가중부로 출력하는 가중치 갱신부; 및 상기 OFDM 송수신부에서 출력되는 신호를 상기 배열 안테나의 엘리먼트에 대응되는 개수로 동일하게 복제한 후 상기 가중부로 병렬로 제공하는 분배부를 포함한다.
또한, 상기 가중부는, 상기 배열 안테나가 불특정 단말기와의 송수신시 사용되는 옴니(Omni)모드로 설정되어 있는 경우에는 상기 빔방향 추정부에서 전달된 가중치를 사용하고, 상기 배열 안테나가 특정 단말기와의 송수신시 사용되는 배열(Array)모드로 설정되어 있는 경우에는 미리 설정된 가중치를 그대로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 특징에 따른 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템 제어 방법은,
a) 무선채널의 미점유상태 기간을 측정하는 타이머를 작동시키는 단계; b) 상기 타이머가 SIFS(Short Inter Frame Space)가 되는 경우, 송신할 MAC 프레임이 있는 지의 여부를 판단하는 단계; c) 상기 b) 단계에서 송신할 MAC 프레임이 있는 경우, 상기 타이머를 재설정하는 단계; d) 상기 c) 단계 후에, 상기 송신할 MAC 프레임의 종류에 따라 상기 배열 안테나의 빔형성을 조정하여 MAC 프레임을 송신하는 단계; e) 상기 b) 단계에서 송신할 MAC 프레임이 없는 경우, 수신신호가 있는 지의 여부를 판단하는 단계; f) 상기 e) 단계에서 수신신호가 있는 경우, 상기 타이머를 재설정하는 단계; 및 g) 상기 f) 단계 후에, 상기 배열 안테나의 빔형성 상태에 따 라 상기 수신신호로부터 OFDM 패킷을 복조하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 d) 단계는, i) 상기 송신할 MAC 프레임이 CTS(Clear To Send) 프레임인 지의 여부를 판단하는 단계; ii) 상기 i) 단계에서 송신할 MAC 프레임이 CTS 프레임인 경우, 상기 배열 안테나의 빔이 전방향으로 형성되도록 하는 옴니(Omni)모드로 상기 배열 안테나의 모드를 설정하는 단계; iii) 상기 ii) 단계 후에, 상기 CTS 프레임에 대응되는 물리 프레임을 생성하여 OFDM 송신하는 단계; iv) 상기 i) 단계에서 송신할 MAC 프레임이 CTS 프레임이 아닌 경우, 상기 배열 안테나의 빔이 특정 방향으로 집중되게 형성되도록 하는 배열(Array)모드로 상기 배열 안테나의 모드를 설정하는 단계; 및 v) 상기 iv) 단계 후에, 상기 MAC 프레임에 대응되는 물리 프레임을 생성하여 OFDM 송신하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 e) 단계는, 상기 수신신호를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 수신신호가 특정 임계값 이상인 지의 여부를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 f) 단계에서, 상기 측정된 수신신호가 상기 특정 임계값 이상인 경우 상기 수신신호가 있는 것으로 판단하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 f) 단계와 g) 단계 사이에는, i) 상기 배열 안테나의 모드가 상기 배열 안테나의 빔을 특정 방향으로 집중되도록 형성하는 배열모드인 지의 여부를 판단하는 단계; ii) 상기 i) 단계에서 상기 배열 안테나의 모드가 배열모드인 경우, 상기 배열 안테나의 각 엘리먼트에 대응되는 각 가중치를 갱신하는 단계; iii) 상기 i) 단계에서 상기 배열 안테나의 모드가 상기 배열모드가 아닌 경우, 상기 배열 안테나의 모드를 상기 배열 안테나의 빔이 전방향으로 형성되도록 하는 옴 니모드로 설정하는 단계; iv) 상기 수신신호의 빔방향을 추정하는 단계; 및 v) 상기 배열 안테나의 모드를 상기 iv) 단계에서 추정된 빔방향으로 빔이 형성되도록 하는 배열모드로 설정하는 단계가 포함된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템 제어 방법은,
a) 무선채널의 미점유상태 기간을 측정하는 타이머를 작동시키는 단계; b) 상기 타이머가 DIFS(Distributed coordinated function Inter Frame Space) 이상이 되는 경우, 상기 배열 안테나의 모드를 상기 배열 안테나의 빔이 전방향으로 형성되도록 하는 옴니모드로 설정하는 단계; c) 송신할 MAC 프레임이 있는 지의 여부를 판단하는 단계; d) 상기 c) 단계에서 송신할 MAC 프레임이 있는 경우, 상기 타이머를 재설정하는 단계; e) 상기 d) 단계 후에, 상기 MAC 프레임에 대응되는 물리 프레임을 생성하여 OFDM 송신하는 단계; f) 상기 c) 단계에서 송신할 MAC 프레임이 없는 경우, 수신신호가 있는 지의 여부를 판단하는 단계; 및 g) 상기 f) 단계에서 수신신호가 있는 경우, 상기 수신신호를 수신하여 OFDM 패킷으로 복조하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 g) 단계는, i) 상기 타이머를 재설정하는 단계; ii) 상기 수신신호의 빔방향을 추정하는 단계; iii) 상기 배열 안테나의 모드를 상기 ii) 단계에서 추정된 빔방향으로 빔이 형성되도록 하는 배열모드로 설정하는 단계; 및 iv) 상기 수신신호에 대한 OFDM 패킷을 복조하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 빔방향 추정 단계는, 상기 수신신호에 대한 자기상관행렬을 생성 하는 단계; 상기 생성된 자기상관행렬을 역행렬로 변환하는 단계; 각 방향을 위한 가중치와 상기 역행렬에 기초하여 각 방향에 따른 출력전력인 공간 스펙트럼을 계산하는 단계; 및 상기 공간 스펙트럼에서 최대 출력전력을 나타내는 방위각과 그에 대응하는 가중치를 결정하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 자기상관행렬은 최소의 데이터로 상기 자기상관행렬의 기대치에 상응하는 결과를 얻기 위해 상기 OFDM 패킷 프리앰블의 구조를 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자기상관행렬 생성 단계는, 상기 OFDM 패킷 프리앰블 내의 각 샘플신호의 두 심볼구간 평균에 대한 자기상관행렬을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 각 샘플신호의 자기상관행렬에 대해 한 심볼구간 동안 평균하여 최종 자기상관행렬을 생성하는 단계를 포함한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템의 블록도이다. 본 발명의 실시예에서는 IEEE 802.11a 표준을 지원하는 무선 랜 시스템에 대해서 설명한다.
도 1에서 실선으로 표시된 것은 데이터의 흐름을 나타낸 것이고, 점선으로 표시된 것은 제어 신호의 흐름을 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 무선 랜 시스템은 배열 안테나(100), 상하향 변환부 뱅크(110), 어레이 프로세서(120), 빔방향 추정부(130), OFDM 송수신부(140), MAC 시그널링부(150), 링크제어 시그널링부(160), 내외부 인터페이스부(170), 메모리부(180) 및 MPU(Micro Processor Unit)(190)를 포함한다.
상하향 변환부 뱅크(110)는 배열 안테나(100), 어레이 프로세서(120) 및 빔방향 추정부(130)에 연결되고, 안테나 엘리먼트 개수와 같은 수의 상하향 변환부로 이루어지며, 각 상하향 변환부는 대응하는 안테나 엘리먼트와 어레이 프로세서(120)와 독립적으로 연결된다. 각 상하향 변환부는 송신의 경우 어레이 프로세서(120)에서 제공되는 물리패킷의 저주파 아날로그 신호를 고주파 RF신호로 변환하여 배열 안테나(100)로 출력하고, 수신의 경우 배열 안테나(100)로부터 수신된 고주파 RF 신호를 저주파 아날로그신호로 변환하여 어레이 프로세서(120)로 출력한다.
어레이 프로세서(120)는 상하향 변환부 뱅크(110)에서 하향변환된 M개의 이산 수신신호에 대해서는 M개의 가중치에 의한 가중합 신호를 생성하여 OFDM 송수신부(140)로 제공하고, OFDM 송수신부(140)에서 제공되는 OFDM 변조신호에 대해서는 1/M의 비율로 그 크기가 축소된 M개의 신호로 분배한 다음 M개의 가중치로 각각을 곱하여 안테나 엘리멘트 각각을 위한 가중 신호를 생성하여 상햐항 변환부 뱅크(110)로 제공한다. 또한, 어레이 프로세서(120)는 수신과정에서 참조심볼과의 비교를 통해 심볼단위로 어레이 가중치를 계산하고 다음 심볼에 대한 수신처리를 위해 어레이 가중치를 갱신한다.
빔방향 추정부(130)는 DIFS 구간이상 동안 무선채널이 점유되지 않은 상태에서 수신된 프리앰블 신호를 바탕으로 단말기 패킷이 배열 안테나(100)로 들어오는 방위각, 즉 빔방향을 추정하는 기능을 갖는다. 빔방향 추정부(130)는 상하향 변환부 뱅크(110)에서 하향변환된 수신신호와 미리 준비된 빔방향에 대한 가중치로부터 수신신호의 세기인 공간 스펙트럼을 계산하고, 그중에서 피크전력에 해당하는 방향각과 가중치를 각각 단말기 빔이 배열 안테나(100)로 도달하는 방향각과 배열 안테나(100)의 빔을 단말기 쪽으로 맞추기 위한 안테나 가중치로 결정한다. 결정된 안테나 가중치는 배열 안테나(100)의 빔을 현재 수신되는 패킷의 방향으로 형성하기 위해 어레이 프로세서(120)로 전달된다.
OFDM 송수신부(140)는 MAC 시그널링부(150)에서 제공되는 데이터패킷을 물리패킷으로 변환하여 어레이 프로세서(120)로 출력하고, 어레이 프로세서(120)에서 제공되는 물리패킷을 데이터패킷으로 변환하여 MAC 시그널링부(150)로 제공한다.
MAC 시그널링부(150)는 OFDM 송수신부(140)와 링크제어 시그널링부(160)에 연결되며, 여러 사용자에 의해 전송되는 각각의 데이터패킷 및 물리패킷의 충돌을 회피할 수 있도록 전송 시점을 설정하고, 다중접속을 위한 신호방식에 대한 제어를 수행한다.
링크제어 시그널링부(160)는 MAC 시그널링부(150)와 내외부 인터페이스부 (170)에 연결되며, 전송오류 데이터의 재전송을 위한 신호방식에 대한 제어를 수행한다.
내외부 인터페이스부(170)는 내부 블록간의 데이터 및 신호교환을 위한 인터페이스 및 외부 장치와의 데이터 및 신호교환을 위한 기능을 수행한다.
메모리부(180)는 어레이 프로세서(120), OFDM 송수신부(140), MAC 시그널링부(150), 링크제어 시그널링부(160) 및 내외부 인터페이스부(170) 등에서 발생되고 사용되는 소프트웨어 및 데이터를 저장하고 관리한다.
MPU(190)는 상하향 변환부 뱅크(110), 어레이 프로세서(120), 빔방향 추정부(130), OFDM 송수신부(140), MAC 시그널링부(150), 링크제어 시그널링부 (160), 내외부 인터페이스부(170) 및 메모리부(180)에 대한 태스크를 제어한다.
도 1을 참조하면, 배열 안테나(100)의 빔형성 및 조정은 상하향 변환부 뱅크(110), 어레이 프로세서(120) 및 빔방향 추정부(130)에 의해 이루어진다. 이 중에서 어레이 프로세서(120)는 상기한 바와 같이 배열 안테나(100)의 빔형성 및 빔조정을 직접적으로 수행하지만 그것을 위한 신호처리는 송신단계와 수신단계에서 다른 과정으로 이루어진다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템에서 어레이 프로세서(120)의 상세 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 어레이 프로세서(120)는 가중부(122), 결합기(124), 덧셈기(126), 가중치 갱신부(128) 및 분배기(129)를 포 함한다.
도 2를 참조하면, 수신단계의 경우 각 상하향 변환부(110)와 AD/DA 변환기(112)를 통해 이산적으로 샘플링된 수신신호는 어레이 프로세서(120)의 가중부(122)로 전달되고, 다른 한편으로는 빔방향 추정부(130)로 전달된다.
빔방향 추정부(130)로 전달되는 신호데이터는 OFDM 패킷의 프리앰블, 즉 단구간 트레이닝 심볼이다. 하향 변환된 수신신호가 각각의 AD/DA 변환부(112)에 의해 샘플링되므로 수신 샘플신호는
Figure 112003018861090-pat00003
로 주어질 수 있다. 여기에서
Figure 112003018861090-pat00004
는 m번째 안테나를 통해 수신된 신호성분을 나타내고, T는 행과 열을 서로 바꾼다는 의미이다. 따라서 수신 샘플신호는 M개의 신호가 동시에 수신되고 샘플링된 것으로서 병렬로 처리된다.
한편, 수신 샘플신호
Figure 112003018861090-pat00005
의 각 성분은 가중부(122)의 가중치와 곱해지고 결합기(124)를 통해 아래의 수학식 1과 같이 선형합의 신호
Figure 112003018861090-pat00006
로서 출력된다.
[수학식 1]
Figure 112003018861090-pat00007
여기서
Figure 112003018861090-pat00008
는 가중치 벡터이고,
Figure 112003018861090-pat00009
는 m번째 엘레멘트를 위한 가중치이며, H는 행과 열을 서로 바꾸고 행렬의 각 원소를 공액복소 성분으로 대체하는 것을 의미한다. 이 때 가중치 벡터는 2가지 방법으로 주어진다. 상기 신호를 수신하는 시점에 안테나가 옴니(Omni) 모드로 설정되어 있는 경우에는 빔이 전방향으로 형성되도록 빔방향 추정부(130)에서 전달된 가중치로 설정되고, 배열(Array) 모드로 설정된 경우에는 빔이 특정 방향으로 집중되게 형성되도록 설정되며, 이 경우에 있어서는 현재 설정된 가중치가 그대로 사용된다.
한편, 결합기(124)의 출력은 다음에 OFDM 송수신부(140)로 전달되고, 다른 한편으로는 가중치 갱신을 위해 사용된다. 가중치 갱신은 OFDM 패킷의 단심볼 프리앰블에 대해서만 이루어지고 장심볼 프리앰블 및 데이터 심볼에 대해서는 적용되지 않는다.
가중치 갱신부(128)의 입력은 결합기(124)의 출력신호
Figure 112003018861090-pat00010
와 참조신호 d간의 차 e로서 주어지며, 덧셈기(126)에 의해 처리된다. 여기에서 참조신호는 OFDM 패킷의 프리앰블인 단구간 트레이닝 심볼로서 OFDM 심볼이다. 프리앰블은 모든 패킷과 모든 단말기 및 AP에 의해 공통적으로 사용되기 때문에 참조신호로서 유용하다.
가중치 갱신부(128)는 덧셈기(126)에서 출력되는 차신호 e와 이전 가중치로부터 새로운 가중치를 OFDM 심볼 간격으로 계산하고, 그 결과를 다음 수신신호에 대한 가중합 처리를 위한 가중치로서 출력한다. 가중치 갱신에 사용되는 계산식은 다음의 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
Figure 112003018861090-pat00011
여기서
Figure 112003018861090-pat00012
는 수학식 2의 적응률을 제어하는 수렴계수로서 적절한 수렴특성을 갖도록 0과 1사이의 값으로 결정된다. 그리고 첨자 n은 n번째 시점, 즉 심볼구간을 나타낸다. 차
Figure 112003018861090-pat00013
는 가중치 갱신부(122)의 입력단에서 결합기(124)의 출력과 참 조신호간의 순간오차
Figure 112003018861090-pat00014
로서 주어진다. 그리고 n=0일 때의 가중치
Figure 112003018861090-pat00015
는 초기 가중치이며 빔방향 추정부(130)에서 단말기 빔의 도착각으로 결정된 해당 가중치를 사용한다. 상기 수학식 2에서 n이 증가하면 정지된 단말기의 경우에는 일정한 값으로 수렴하여 정학한 빔 방향을 지향할 수 있고 이동하는 단말기의 경우에는 단말기의 빔을 추적할 수 있다.
한편, 송신단계의 경우에 입력된 샘플 신호는 OFDM 송수신부(140)의 출력신호이고, 패킷의 성격에 따라 특정 또는 모든 단말기로 전송되어야 할 OFDM 패킷이다.
이러한 패킷을 특정 단말기로 전송해야 하는 경우에 배열 안테나(100)는 빔형성을 위한 가중치를 필요로 한다. 그러나 이 때는 AP가 이 전의 패킷 수신 과정을 통해 그 단말기의 방향과 해당 가중치를 알고 있는 상태이기 때문에 현재 설정된 값을 그대로 유지한다.
분배기(129)는 입력 샘플신호를 M개의 동일한 신호로 복제한 다음 이들 M개의 신호를 병렬로 가중부(122)로 전달한다. 여기에서 분배기(129) 출력의 각 엘리멘트에서 샘플신호는 분배기(129)의 입력과 동일한 크기를 갖기 때문에 분배기(129) 출력신호의 총합, 즉 안테나의 출력이 배열 안테나(100)의 특성으로 인해 입력신호의 M배로 커지고 또한 신호대 잡음비도 M배 개선되는 결과가 얻어진다. 설정된 가중치는 하나의 패킷을 송신하는 구간동안 변동없이 동일한 값을 유지하며, 또한 안테나 가중치를 갱신하기 위한 어떠한 과정도 수행하지 않는다.
또한, 모든 단말기로 전송되어야 하는 패킷은 단말기의 위치 또는 방향을 알 수 없기 때문에 모든 방향으로 송출해야 한다. 이 경우에는 하나의 엘리멘트, 즉 다이폴 안테나를 선택하고 그것의 가중치로서 M값을 설정한다. 그러면 가중된 샘플신호는 원래의 신호보다 M배가 큰 진폭을 갖게 되고 셀 커버리지 전역을 전파시키기에 충분한 방사전력을 얻을 수 있다. 따라서 M값의 가중치를 갖는 하나의 다이폴 안테나가 신호를 M배 증폭하는 효과가 얻어지기 때문에 배열 안테나(100)의 사용에 따른 이득감소를 보상하는데는 큰 어려움을 일으키지 않는다.
한편, 빔방향 추정부(130)는 배열 안테나(100)로 수신되어 AD/DA 변환기(112)를 통해 출력되는 신호, 즉 입력데이터를 바탕으로 한 공간 스펙트럼으로부터 현재의 신호가 도달하는 방향을 결정한다. 이것은 기본적으로 모든 방향의 안테나가중치, 즉 빔조정 벡터에 대해 배열 안테나(100) 수신신호의 전력이 가장 크게 얻어지는 빔조정 벡터에 해당하는 방향을 찾고 그것을 현재의 단말기 빔 방향으로 간주하는 방법을 따른다. 여기에서 사용되는 입력데이터는 OFDM 패킷의 프리앰블, 즉 단구간 트레이닝 심볼이 사용된다.
빔방향 추정은 어레이 프로세서(120) 입력데이터에 대한 자기상관행렬 생성과정과, 이 자기상관행렬을 역행렬로 변환하는 행렬변환과정과, 각 방향을 위한 가중치, 즉 빔조정 벡터와 상기 역행렬로부터 각 방향에 따른 출력전력인 공간 스펙트럼을 계산하는 과정과, 최대 전력을 나타내는 방향각과 그에 대응하는 가중치 벡터를 결정하는 과정으로 이루어진다.
먼저, 자기상관행렬
Figure 112003018861090-pat00016
은 AD/DA 변환기(112)로부터의 입력신호
Figure 112003018861090-pat00017
로부터 다음의 수학식 3과 같이 주어진다.
[수학식 3]
Figure 112003018861090-pat00018
본 발명의 실시예에서는 최소의 데이터로 특정 기대치에 상응하는 결과를 얻기 위해 OFDM 패킷 프리앰블의 구조를 바탕으로 한 평균을 이용한다.
IEEE 802.11a는 OFDM 패킷의 프리앰블, 즉 단구간 트레이닝 심볼로서 10개의 동일한 OFDM 심볼을 가지며 각 심볼은 16샘플로 구성되어 있다. 이것은 16개의 샘플이 연속적으로 10회 반복되는 샘플시퀀스이기 때문에 임의의 한 샘플이 16번째 마다 주기적으로 한번씩 나타나 10회 반복되는 구조를 갖는다.
따라서 자기상관행렬은 2단계 평균, 즉 심볼구간평균과 샘플평균으로 얻을 수 있다. 샘플에 대한 자기상관행렬은 먼저 상기 구간에 대한 각 샘플성분의 평균으로 얻어진다. 즉, n번째 OFDM 심볼을 구성하는 s번째 샘플의 m번째 안테나 엘리먼트 성분
Figure 112003018861090-pat00019
에 대한 심볼구간 평균은 다음의 수학식 4와 같고,
[수학식 4]
Figure 112003018861090-pat00020
각 OFDM 샘플의 자기상관행렬은 다음의 수학식 5와 같이 얻어진다.
[수학식 5]
Figure 112003018861090-pat00021
여기서
Figure 112003018861090-pat00022
는 심볼갯수이고,
Figure 112003018861090-pat00023
이다.
다음에 각 샘플의 자기상관행렬에 대해 평균을 취하면, 입력데이터의 자기상관행렬은 다음의 수학식 6과 같이 얻어진다.
[수학식 6]
Figure 112003018861090-pat00024
여기서
Figure 112003018861090-pat00025
는 OFDM 샘플의 갯수이다.
다음, 행렬변환과정은 자기상관행렬에 대해 수행하되 통상적인 방법을 따른다. 따라서 여기서는 구체적인 과정을 별도로 언급하지 않더라도 본 발명의 기술분야의 당업자에 의해 쉽게 이해될 것이다.
다음, 공간스펙트럼은 배열 안테나(100)의 출력전력으로서 자기상관행렬 또는 그의 역행렬과 자체적으로 가지고 있는 각 방향을 위한 가중치인 빔조정 벡터로부터 얻어진다. 요구되는 방위각 분해능에 따라 다양한 방법이 사용될 수 있으며 비교적 간단하게는 다음의 수학식 7과 같은 방법이 사용된다.
[수학식 7]
Figure 112003018861090-pat00026
또한, 방위각 분해능을 개선하기 위해서는 다음의 수학식 8과 같은 방법이 이용될 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112003018861090-pat00027
여기서
Figure 112003018861090-pat00028
는
Figure 112003018861090-pat00029
각의 방향으로 빔이 지향하는 빔조정 벡터이고,
Figure 112003018861090-pat00030
는 일정한 간격의 이산값을 값는다. 이것은
Figure 112003018861090-pat00031
각을 중심으로 전후 일정한 빔폭을 하나의 셀섹션으로 보고 그 셀섹션의 대표각으로 간주할 수 있다. 빔조정 벡터
Figure 112003018861090-pat00032
는 별도의 측정과정을 통해 수집되고, 상기 빔조정 벡터의 개수 즉, 셀섹션 갯수 L은 메모리 공간 및 공간스펙트럼의 계산량을 고려하되
Figure 112003018861090-pat00033
인 적절한 값을 정한다.
빔방향은 상기 공간스펙트럼에서 상호비교를 통해 가장 큰 출력전력을 나타내는 방위각으로 결정되고 그때의 빔조정 벡터가 배열 안테나(100)를 위한 가중치로서 어레이 프로세서(120)로 전달된다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템에서의 빔형성 및 빔조정을 위한 동작 제어 과정에 대해 설명한다.
적응 배열 안테나(100)를 통한 빔형성 및 조정은 무선채널의 미점유상태 기간과 전송할 프레임의 유무, 그리고 수신신호의 유무로서 트리거되며, MPU(190)에 의해 제어된다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템에 전원이 공급되면, 무선채널의 미점유상태 기간을 측정하는 타이머
Figure 112003018861090-pat00034
가 작동되고(S10), 무선채널 미점유 상태(S12)로 천이한다. 여기서,
Figure 112003018861090-pat00035
는 외부에서 인터럽트를 받지 않는 한 작동상태를 유지하는 타이머이다.
따라서, 무선채널 미점유상태는 패킷신호가 없고
Figure 112003018861090-pat00036
가 시간 측정을 지속하는 상태이다. 이 상태에서
Figure 112003018861090-pat00037
가 특정 시간인 SIFS가 되면(S14) MPU(190)는 먼 저 MAC 시그널링부(150)에서 전송할 MAC 프레임이 있는지를 판정한다(S16). 그러나
Figure 112003018861090-pat00038
의 측정시간이 SIFS이 아니라면
Figure 112003018861090-pat00039
의 시간측정 상태를 지속하고 무선채널 미점유 상태(S12)로 천이한다.
한편, 상기 단계(S16)에서 전송할 MAC 프레임이 있다면
Figure 112003018861090-pat00040
를 재설정한다(S18). 이러한 재설정은
Figure 112003018861090-pat00041
를 중지시킨 후 초기값으로 설정하는 것을 의미한다.
이와같이
Figure 112003018861090-pat00042
가 SIFS가 되고 전송할 MAC 프레임이 있는 경우에는 응답 프레임을 전송하거나 분할된 데이터 프레임 중 하나의 세그먼트를 전송해야 하는 경우에 해당한다. 이 때 전송할 프레임이 CTS 프레임이라면(S20) 이것은 모든 단말기에 방송되어야 할 정보이므로 MPU(190)는 어레이 프로세서(120)를 제어하여 적응 배열 안테나(100)를 옴니(Omni)모드로 설정하고(S22), CTS 프레임이 OFDM 송수신부(140)로 전달되도록 제어한다(S24). 한편, 적응 배열 안테나(100)의 모드로는 옴니모드와 배열(Array)모드 등 2가지가 사용된다. 옴니모드는 어레이 프로세서(120)의 결합기(124) 및 분배기(129)가 각각 입력 또는 출력단자로서 첫 번째 엘리멘트만을 가지고 있고 그것의 가중치가 M값으로 설정되는 상태이다. 반면에 배열모드는 어레이 프로세서(120)의 결합기(124) 및 분배기(129)가 각각 입력 또는 출력단자로서 모든 엘리멘트를 가지고 있고 어레이 가중치가 설정된 상태이다.
한편, 전송할 프레임이 CTS 프레임이 아니라면(S20), 수신 단말기의 방향이 이미 알려진 상태이므로 적응 배열 안테나(100)를 배열모드로 설정하고 현재 가지 고 있는 안테나 가중치를 그대로 유지한다(S26). 다음에 B 타입의 MAC 프레임을 OFDM 송수신부(140)로 전달한다(S28). B 타입의 MAC 프레임에는 수신된 데이터 프레임에 대한 응답인 ACK, 전송될 데이터 프레임 또는 그것의 세그먼트 등이 포함된다.
이어서 OFDM 송수신부(140)는 MAC 시그널링부(150)에서 전달되는 CTS 프레임 또는 B 타입의 MAC 프레임에 대해 물리프레임을 생성하고 OFDM 변조를 거친 후 앞서 설정된 모드에 따라 배열 안테나(100)를 통해 무선채널로 송신한다(S30). 그 후 다시
Figure 112003018861090-pat00043
를 작동한 후(S10) 무선채널 미점유상태(S12)로 천이한다.
한편, 상기 단계(S16)에서
Figure 112003018861090-pat00044
가 SIFS일 때 전송할 MAC 프레임이 없다면 MPU(190)는 입력신호의 수신레벨을 측정한다(S32). 측정된 신호가 임계치
Figure 112003018861090-pat00045
보다 작다면(S34) 수신되는 신호가 없는 것으로 판단하여 무선채널 미점유상태(S12)로 천이하고
Figure 112003018861090-pat00046
의 시간측정 상태를 지속한다.
그러나 만약 수신신호가 임계치
Figure 112003018861090-pat00047
와 같거나 크다면(S34) 타이머
Figure 112003018861090-pat00048
를 재설정하고(S36) 적응 배열 안테나(100) 모드가 배열모드인지를 검사한다(S38). 검사 결과 적응 배열 안테나(100) 모드가 배열모드에 있다면 그 모드를 유지하고(S40) OFDM 패킷의 프리앰블기간 동안 어레이 프로세서(120)의 피드백루프를 통해 가중치를 갱신한다(S42).
적응 배열 안테나(100) 모드가 배열모드에 있지 않다면 적응 배열 안테나(100) 모드를 옴니모드로 설정하고(S46) 빔방향(Direction Of Arrival:DOA) 을 추정한다(S48).
다음에 적응 배열 안테나(100)를 배열모드로 설정한 다음 어레이 프로세서 (120)의 가중부(122)를 빔방향 추정부(130)에서 결정되어 전달된 가중치로 설정한다(S50). 다음에 적응 배열 안테나(100)를 통해 수신되고 있는 OFDM 패킷을 OFDM 송수신부(140)를 통해 복조하고(S44) 다시 타이머
Figure 112003018861090-pat00049
를 작동시킨다(S10).
한편, 무선채널 미점유상태(S12)에서
Figure 112003018861090-pat00050
가 DIFS 시간보다 작다면(S52), 다시 무선채널 미점유상태(S12)로 천이하고
Figure 112003018861090-pat00051
의 시간측정 상태를 지속한다. 그런데 만약
Figure 112003018861090-pat00052
가 DIFS와 같거나 크다면, 적응 배열 안테나(100) 모드를 옴니모드로 설정한다(S54).
다음에 전송할 MAC 프레임이 있는지를 검사하고(S56), 만약 전송할 MAC 프레임이 있다면 타이머
Figure 112003018861090-pat00053
를 재설정하고(S58), RTS 프레임을 OFDM 송수신부(140)로 전달한다(S60). 이 RTS 프레임은 방향이 알려지지 않은 특정 단말기에게 전송할 데이터가 있음을 알리기 위해 전방향으로 방송되어야 하는 MAC 프레임이다.
그 후, OFDM 송수신부(140)는 RTS 프레임에 대해 물리프레임을 생성하고 OFDM 변조를 거친 후 앞서 설정된 적응 배열 안테나(100)를 통해 무선채널로 전송한다(S62). 다음에 다시
Figure 112003018861090-pat00054
이 작동된다(S10).
한편,
Figure 112003018861090-pat00055
가 DIFS와 같거나 클 때 전송할 MAC 프레임이 없다면(S56), 입력신호의 수신레벨을 측정한다(S64). 측정된 신호가 임계치
Figure 112003018861090-pat00056
보다 작다면(S66) 수신되는 신호가 없는 것으로 판단하여 다시 무선채널 미점유상태(S12)로 천이하고,
Figure 112003018861090-pat00057
의 시간측정 상태를 지속한다. 그러나 만약 측정된 신호가 임계치
Figure 112003018861090-pat00058
와 같거나 크다면(S66), 타이머
Figure 112003018861090-pat00059
를 재설정하고(S68) 빔방향(DOA)을 추정하여(S70) 추정된 방향을 위한 안테나 가중치를 결정하고, 적응 배열 안테나(100) 모드를 배열모드로 설정한 다음, 어레이 프로세서(120)의 가중부(122)를 빔방향 추정부(130)에서 결정되어 전달된 가중치로 설정한다(S72).
다음에 적응 배열 안테나(100)를 통해 수신되고 있는 OFDM 패킷을 OFDM 송수신부(140)를 통해 복조하여 MAC 시그널링부(150)로 전달하고(S74), 다음 패킷을 송신 또는 수신하기 위한 시간을 측정하기 위해 타이머
Figure 112003018861090-pat00060
를 작동시킨다(S10).
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.
본 발명에 따르면, 안테나의 방사 에너지가 한 방향으로 집중하는 지향성 빔을 형성함으로써 데이터 패킷의 전파거리가 확장되고, 셀 커버리지가 확대되며, 또한 안테나 신호에 대한 가중치를 가변하고, 다양한 방향으로 빔패턴을 조정하는 방사 에너지의 집중화로 인해 신호대 잡음비가 개선되고, 데이터 처리율이 증가될 수 있어서 통신품질과 통신거리를 상당히 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (14)

  1. 배열 안테나를 통해 수신되는 무선신호 및 방사되어야 하는 기저대역 신호를 상기 배열 안테나의 각 엘리먼트별로 변환하는 상하향 변환부 뱅크;
    상기 상하향 변환부 뱅크에 연결되며, 상기 배열 안테나의 각 엘리먼트에 대응되는 기저대역 신호에 대한 가중합 동작과 가중 분배 동작을 단말기의 위치에 따라 적응적으로 처리하는 어레이 프로세서;
    상기 상하향 변환부 뱅크에 의해 하향 변환된 수신신호와 미리 설정된 빔방향에 대한 가중치를 사용하여 단말기 빔이 도달하는 방향각과 상기 배열 안테나를 위한 가중치로 결정하여 상기 어레이 프로세서로 제공하는 빔방향 추정부;
    상기 배열 안테나를 통한 송신을 위해 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 사용하여 데이터패킷을 물리 패킷으로 변환하여 상기 어레이 프로세서로 출력하고, 상기 배열 안테나로부터 수신되어 상기 어레이 프로세서로부터 제공되는 물리패킷을 데이터패킷으로 변환하는 OFDM 송수신부;
    상기 OFDM 송수신부에 연결되며, 사용자에 의해 송신되는 데이터패킷 및 단말기로부터 수신되는 물리패킷의 충돌을 회피할 수 있도록 전송 시점을 설정하고, 다중접속을 위한 신호방식에 대한 제어를 수행하는 MAC(Media Access Control) 시그널링부; 및
    상기 상하향 변환부 뱅크, 어레이 프로세서, 빔방향 추정부, OFDM 송수신부 및 MAC 시그널링부에 연결되며, 무선채널의 미점유상태 기간, 전송할 MAC 프레임의 유무 및 수신신호의 유무에 따라 MAC 프레임의 송수신을 위한 빔형성 및 빔조정을 수행하는 제어부
    를 포함하는 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부의 제어에 의해 내부 블록간의 데이터 및 신호 교환을 위한 인터페이스 및 외부 장치와의 데이터 및 신호 교환을 위한 기능을 수행하는 내외부 인터페이스부;
    상기 MAC 시그널링부와 내외부 인터페이스부에 연결되며, 상기 제어부의 제어에 의해 전송오류 데이터의 재전송을 위한 신호방식에 대한 제어를 수행하는 링크제어 시그널링부; 및
    상기 제어부의 제어에 의해 상기 어레이 프로세서, OFDM 송수신부, MAC 시그널링부, 링크제어 시그널링부 및 내외부 인터페이스부에서 발생되고 사용되는 소프트웨어 및 데이터를 저장하고 관리하는 메모리부
    를 더 포함하는 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 어레이 프로세서는,
    신호 수신시에는 상기 상하향 변환부 뱅크에서 출력되는 각 신호에 상기 빔 방향 추정부에서 출력되는 각 가중치를 곱하여 출력하고, 신호 송신시에는 송신을 위한 신호에 상기 빔방향 추정부에서 출력되는 각 가중치를 곱하여 출력하는 가중부;
    상기 가중부에서 출력되는 신호를 결합하여 상기 OFDM 송수신부로 출력하는 결합부;
    상기 결합부에서 출력되는 신호와 특정 참조신호의 차에 기초하여 이전 가중치로부터 새로운 가중치를 OFDM 심볼 간격으로 계산하고, 그 결과를 다음 수신신호에 대한 가중합 처리를 위한 가중치로서 상기 가중부로 출력하는 가중치 갱신부; 및
    상기 OFDM 송수신부에서 출력되는 신호를 상기 배열 안테나의 엘리먼트에 대응되는 개수로 동일하게 복제한 후 상기 가중부로 병렬로 제공하는 분배부
    를 포함하는 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가중부는,
    상기 배열 안테나가 불특정 단말기와의 송수신시 사용되는 옴니(Omni)모드로 설정되어 있는 경우에는 상기 빔방향 추정부에서 전달된 가중치를 사용하고,
    상기 배열 안테나가 특정 단말기와의 송수신시 사용되는 배열(Array)모드로 설정되어 있는 경우에는 미리 설정된 가중치를 그대로 사용하는
    것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템.
  5. 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    a) 무선채널의 미점유상태 기간을 측정하는 타이머를 작동시키는 단계;
    b) 상기 타이머가 SIFS(Short Inter Frame Space)가 되는 경우, 송신할 MAC 프레임이 있는 지의 여부를 판단하는 단계;
    c) 상기 b) 단계에서 송신할 MAC 프레임이 있는 경우, 상기 타이머를 재설정하는 단계;
    d) 상기 c) 단계 후에, 상기 송신할 MAC 프레임의 종류에 따라 상기 배열 안테나의 빔형성을 조정하여 MAC 프레임을 송신하는 단계;
    e) 상기 b) 단계에서 송신할 MAC 프레임이 없는 경우, 수신신호가 있는 지의 여부를 판단하는 단계;
    f) 상기 e) 단계에서 수신신호가 있는 경우, 상기 타이머를 재설정하는 단계; 및
    g) 상기 f) 단계 후에, 상기 배열 안테나의 빔형성 상태에 따라 상기 수신신호로부터 OFDM 패킷을 복조하는 단계
    를 포함하는 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템의 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 d) 단계가,
    i) 상기 송신할 MAC 프레임이 CTS(Clear To Send) 프레임인 지의 여부를 판 단하는 단계;
    ii) 상기 i) 단계에서 송신할 MAC 프레임이 CTS 프레임인 경우, 상기 배열 안테나의 빔이 전방향으로 형성되도록 하는 옴니(Omni)모드로 상기 배열 안테나의 모드를 설정하는 단계;
    iii) 상기 ii) 단계 후에, 상기 CTS 프레임에 대응되는 물리 프레임을 생성하여 OFDM 송신하는 단계;
    iv) 상기 i) 단계에서 송신할 MAC 프레임이 CTS 프레임이 아닌 경우, 상기 배열 안테나의 빔이 특정 방향으로 집중되게 형성되도록 하는 배열(Array)모드로 상기 배열 안테나의 모드를 설정하는 단계; 및
    v) 상기 iv) 단계 후에, 상기 MAC 프레임에 대응되는 물리 프레임을 생성하여 OFDM 송신하는 단계
    를 포함하는 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 e) 단계가,
    상기 수신신호를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 수신신호가 특정 임계값 이상인 지의 여부를 판단하는 단계
    를 포함하고,
    상기 f) 단계에서, 상기 측정된 수신신호가 상기 특정 임계값 이상인 경우 상기 수신신호가 있는 것으로 판단하는
    것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템 제어 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 f) 단계와 g) 단계 사이에,
    i) 상기 배열 안테나의 모드가 상기 배열 안테나의 빔을 특정 방향으로 집중되도록 형성하는 배열모드인 지의 여부를 판단하는 단계;
    ii) 상기 i) 단계에서 상기 배열 안테나의 모드가 배열모드인 경우, 상기 배열 안테나의 각 엘리먼트에 대응되는 각 가중치를 갱신하는 단계;
    iii) 상기 i) 단계에서 상기 배열 안테나의 모드가 상기 배열모드가 아닌 경우, 상기 배열 안테나의 모드를 상기 배열 안테나의 빔이 전방향으로 형성되도록 하는 옴니모드로 설정하는 단계;
    iv) 상기 수신신호의 빔방향을 추정하는 단계; 및
    v) 상기 배열 안테나의 모드를 상기 iv) 단계에서 추정된 빔방향으로 빔이 형성되도록 하는 배열모드로 설정하는 단계
    를 포함하는 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템의 제어 방법.
  9. 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    a) 무선채널의 미점유상태 기간을 측정하는 타이머를 작동시키는 단계;
    b) 상기 타이머가 DIFS(Distributed coordinated function Inter Frame Space) 이상이 되는 경우, 상기 배열 안테나의 모드를 상기 배열 안테나의 빔이 전 방향으로 형성되도록 하는 옴니모드로 설정하는 단계;
    c) 송신할 MAC 프레임이 있는 지의 여부를 판단하는 단계;
    d) 상기 c) 단계에서 송신할 MAC 프레임이 있는 경우, 상기 타이머를 재설정하는 단계;
    e) 상기 d) 단계 후에, 상기 MAC 프레임에 대응되는 물리 프레임을 생성하여 OFDM 송신하는 단계;
    f) 상기 c) 단계에서 송신할 MAC 프레임이 없는 경우, 수신신호가 있는 지의 여부를 판단하는 단계; 및
    g) 상기 f) 단계에서 수신신호가 있는 경우, 상기 수신신호를 수신하여 OFDM 패킷으로 복조하는 단계
    를 포함하는 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 f) 단계가,
    상기 수신신호를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 수신신호가 특정 임계값 이상인 지의 여부를 판단하는 단계
    를 포함하고,
    상기 g) 단계에서, 상기 측정된 수신신호가 상기 특정 임계값 이상인 경우 상기 수신신호가 있는 것으로 판단하는
    것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 g) 단계가,
    i) 상기 타이머를 재설정하는 단계;
    ii) 상기 수신신호의 빔방향을 추정하는 단계;
    iii) 상기 배열 안테나의 모드를 상기 ii) 단계에서 추정된 빔방향으로 빔이 형성되도록 하는 배열모드로 설정하는 단계; 및
    iv) 상기 수신신호에 대한 OFDM 패킷을 복조하는 단계
    를 포함하는 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템의 제어 방법.
  12. 제8항 또는 제11항에 있어서,
    상기 빔방향 추정 단계는,
    상기 수신신호에 대한 자기상관행렬을 생성하는 단계;
    상기 생성된 자기상관행렬을 역행렬로 변환하는 단계;
    각 방향을 위한 가중치와 상기 역행렬에 기초하여 각 방향에 따른 출력전력인 공간 스펙트럼을 계산하는 단계; 및
    상기 공간 스펙트럼에서 최대 출력전력을 나타내는 방위각과 그에 대응하는 가중치를 결정하는 단계
    를 포함하는 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 자기상관행렬은 최소의 데이터로 상기 자기상관행렬의 기대치에 상응하는 결과를 얻기 위해 상기 OFDM 패킷 프리앰블의 구조를 이용하는 것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템의 제어 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 자기상관행렬 생성 단계는,
    상기 OFDM 패킷 프리앰블 내의 각 샘플신호의 두 심볼구간 평균에 대한 자기상관행렬을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 각 샘플신호의 자기상관행렬에 대해 한 심볼구간 동안 평균하여 최종 자기상관행렬을 생성하는 단계
    를 포함하는 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템의 제어 방법.
KR1020030033692A 2003-05-27 2003-05-27 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템 및 그 제어 방법 KR100930712B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030033692A KR100930712B1 (ko) 2003-05-27 2003-05-27 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템 및 그 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030033692A KR100930712B1 (ko) 2003-05-27 2003-05-27 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템 및 그 제어 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040102292A KR20040102292A (ko) 2004-12-04
KR100930712B1 true KR100930712B1 (ko) 2009-12-09

Family

ID=37378607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030033692A KR100930712B1 (ko) 2003-05-27 2003-05-27 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템 및 그 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100930712B1 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2005239262B2 (en) * 2004-04-28 2008-04-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for generating preamble sequence for adaptive antenna system in Orthogonal Frequency Division Multiple Access Communication system
CN100370699C (zh) * 2005-05-17 2008-02-20 上海原动力通信科技有限公司 一种自适应天线数调整方法
KR100788894B1 (ko) 2005-12-09 2007-12-27 한국전자통신연구원 확대된 서비스 영역을 제공하는 직교 주파수 분할 다중방식의 무선 랜 송수신 시스템 및 그 방법
US7839760B2 (en) 2005-12-09 2010-11-23 Electronics And Telecommunications Research Institute Transmitting and receiving systems for increasing service coverage in orthogonal frequency division multiplexing wireless local area network, and method thereof
KR100785852B1 (ko) * 2006-06-26 2007-12-14 한국전자통신연구원 직교 주파수 분할 다중 접속 기반 무선 통신 시스템에서의전송효율 최대화를 위한 서브채널 할당 및 고정빔 형성전송 방법 및 장치
KR101397326B1 (ko) * 2007-04-25 2014-05-20 인하대학교 산학협력단 무선 통신시스템의 스펙트럼 검출방법
US10231179B2 (en) * 2015-08-06 2019-03-12 Qualcomm Incorporated Access point standby power optimization across an arbitrary number of associated clients
CN115022963B (zh) * 2022-05-28 2023-12-01 江苏蓝策电子科技有限公司 基于蓝牙的室内定位方法及装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1070494A (ja) 1996-08-27 1998-03-10 N T T Ido Tsushinmo Kk 送信ダイバーシティ用送受信装置
KR20010011216A (ko) * 1999-07-26 2001-02-15 오성근 다중경로 별 사전 빔 형성기와 다중경로 신호의 주파수 성분별적응 등화 결합기 구조를 갖는 스마트 안테나 시스템
KR20020029172A (ko) * 2000-10-12 2002-04-18 오길록 배열 안테나를 이용하는 코드분할다중접속 기지국시스템및 그의 초기 동기 획득장치 및 방법
KR20020034531A (ko) * 2000-11-02 2002-05-09 박종섭 Ｉｍｔ-2000 기지국 시스템에서의 송/수신 겸용 스마트안테나를 이용한 ｒｆ 송/수신 장치 및 그 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1070494A (ja) 1996-08-27 1998-03-10 N T T Ido Tsushinmo Kk 送信ダイバーシティ用送受信装置
KR20010011216A (ko) * 1999-07-26 2001-02-15 오성근 다중경로 별 사전 빔 형성기와 다중경로 신호의 주파수 성분별적응 등화 결합기 구조를 갖는 스마트 안테나 시스템
KR20020029172A (ko) * 2000-10-12 2002-04-18 오길록 배열 안테나를 이용하는 코드분할다중접속 기지국시스템및 그의 초기 동기 획득장치 및 방법
KR20020034531A (ko) * 2000-11-02 2002-05-09 박종섭 Ｉｍｔ-2000 기지국 시스템에서의 송/수신 겸용 스마트안테나를 이용한 ｒｆ 송/수신 장치 및 그 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040102292A (ko) 2004-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4539891B2 (ja) マルチアンテナを用いた無線通信方法、無線通信システムおよび無線通信装置
JP5905561B2 (ja) 無線通信システムにおけるスマートアンテナに対する測定サポート
US6795409B1 (en) Cooperative polling in a wireless data communication system having smart antenna processing
US7062294B1 (en) Downlink transmission in a wireless data communication system having a base station with a smart antenna system
US9241331B2 (en) Method and system for optimal beamforming in wireless networks
US8032160B2 (en) Repetitive paging from a wireless data base station having a smart antenna system
US6982968B1 (en) Non-directional transmitting from a wireless data base station having a smart antenna system
US7400609B2 (en) Partitioning scheme for an OFDM transceiver
WO2010079582A1 (ja) マルチアンテナを用いた無線通信方法、無線通信システムおよび無線通信装置
KR101423382B1 (ko) 다중 입출력 직교 주파수 분할 다중화 무선 네트워크에서 안테나 맵핑을 선택하는 방법 및 장치
WO2003075470A2 (en) Systems and methods for improving range for multicast wireless communication
KR20120031475A (ko) 이종의 안테나 시스템들을 위한 고정된 시간 윈도우를 이용한 적응적인 빔포밍 트레이닝을 위한 시스템 및 방법
US20160174260A1 (en) Method and system for carrier sense multiple access with collision avoidance (csma/ca) with directional transmission
CN101124734A (zh) 选择多输入多输出天线波束组合的方法及装置
KR100930712B1 (ko) 적응 배열 안테나 기반의 무선 랜 시스템 및 그 제어 방법
EP2237567B1 (en) Wireless sensor network system, information gathering apparatus, sensor device, and connection method for use in wireless sensor network
JP2007525036A (ja) スマート・アンテナ・システムを有する無線データ基地局からの繰り返しページング
KR200430280Y1 (ko) 안테나 맵핑을 최적화하기 위한다중-입력/다중-출력(ｍｉｍｏ) 무선 송신/수신 유닛
JP2007525035A (ja) スマート・アンテナ・システムを有する無線データ基地局からの無指向性送信

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121203

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131202

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141201

Year of fee payment: 6