KR101175944B1 - 단거리 무선 모바일 통신 시스템용 지향성 최적화 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정보 반송 신호파를 전송 및 수신하도록 각각 적응된 제1 단말기(1) 및 모바일 단말기(2)를 갖는 단거리 무선 모바일 통신 시스템을 제공하며, 적어도 제1 단말기(1) 또는 모바일 단말기(2)는 지향성 특성(1b_I, 1b_II)을 갖는 정보 반송 신호파를 전송 및/또는 수신하기 위한 지향성 신호파 변환기(1a), 및 제1 단말기(1)에 상대적인 모바일 단말기(2)의 위치에 따라 지향성 특성(1b_I, 1b_II)을 제어하기 위한 제어 수단(4, 5, 20)을 포함한다.

신호파, 지향성 특성, 제1 단말기, 모바일 단말기, 단거리 무선 모바일 통신 시스템

Description

단거리 무선 모바일 통신 시스템용 지향성 최적화{Directivity optimization for Short-range wireless mobile communication systems}

본 발명은 통신 단말기들 중의 적어도 하나가 랜덤하게 이동하기 쉬운 단거리 무선 통신 시스템들에서 신호 전송에 관한 것이다.

단거리 무선 모바일 통신 시스템은 통상적으로 단거리 무선 네트워크의 필수 부분을 형성하고, 여기서 액세스 포인트 단말기는 네트워크에 하나 이상의 모바일 단말기들을 무선으로 접속시킬 수 있도록 제공된다. 각각의 시스템의 범위는 보편적으로 몇 미터, 예를 들면 2-10미터로 제한된다. 모바일 단거리 무선 통신은 무선 ad-hoc 네트워크들에 추가로 이용되고, 여기서 무선 링크들은 2개의 노드들, 예를 들면 개인용 디지털 정보 단말기(Personal Digital Assistant) 및 인쇄 또는 디스플레이 디바이스 사이에 직접적으로 확립될 수 있다.

전지향성, 즉 각-독립성 방사 특성(angular-independent radiation characteristic)을 갖는 송수신기들만이 단거리 무선 모바일 통신 시스템에 사용되는 경우, 확립된 신호 전송의 품질은 종종 다중 경로 페이딩으로 인해 손상된다. 이는 예를 들어, 무선 또는 광파와 같은 정보 반송 신호파가 송신기로부터 수신기로 자유-공간을 통해 직접 경로를 따라 전파될 뿐만 아니라, 전송 범위 내에 위치한 대상물들을 반사, 회절 또는 산란시킴으로써 많은 추가의 대체 경로들을 따라 전파된다는 사실에 의해 야기된다. 각각의 개별 신호파의 진폭은 그의 개별 전파 경로에 따른 손실에 따라 감쇠된다. 상이한 개별 경로들로부터 여러 신호파들이 대부분의 부품에 파괴적으로 부가됨으로써, 예를 들면 부호간 간섭을 유발함으로써 수신된 신호를 열화시킨다.

신호 전송 품질을 개선시키는 통상의 방식은 신호 전송을, 간섭이 거의 없이 또는 전혀 없이 저손실 전송 경로로 한정하도록 허용하는 적어도 하나의 지향성, 즉 각-감지 신호파 변환기를 사용하는 것이다. 각각의 전송 경로는 이하에서 '직접-링크 경로'라 칭해진다.

본 명세서에서 추가로 사용된 '신호파 변환기'라는 용어는 공간파를 라인 바운드파로 및/또는 그 역으로 변환시키는 수단을 기술한다. 그의 물리적 실시예는 사용된 무선 신호 전송 유형에 강하게 의존한다.

무선파들에 기초한 무선 신호 전송을 위해, 신호파 변환기는 안테나 형태를 취한다. 안테나는 공급 라인을 통해 제공된 라인 바운드파의 형태의 신호를 안테나 환경의 적어도 제한된 공간 세그먼트 내로 방출되는 전파로 변환시킨다. 전파를 수신함에 따라, 안테나는 신호 처리 회로로의 접속 라인을 통해 전파되는 라인 바운드파로 전파를 변환시킨다.

그러나, 신호들의 광학적 전송에 기초하는 무선 통신의 경우에, 신호파 변환기는 통상적으로 개방된 공간을 통해 전파되는 빛을 전선 또는 광섬유를 통해 전파되는 신호파로 변환시키거나 또는 그 역으로 변환시키도록 적응된 전자 광학 디바이스 또는 광학 결합기에 의해 형성된다.

'지향성 신호파 변환기'라는 표현은 지향성 방사 특성 또는 지향성 특성을 각각 갖는 신호파 변환기를 기술하기 위해 사용되고, 여기서 방사되거나 또는 수신된 신호 파워는 각 분포(angular distribution)를 보여준다. 그것은 때때로 공간파 방사가 제한된 고정각(solid angular)으로부터 수신되거나 또는 그로 전송되는 것을 지시하기 위한 예리한 빔 신호파 변환기라 칭해진다. 마찬가지로, 전지향성 방사 패턴을 갖는 신호파 변환기는 종종 변환기의 실질적인 방향-독립 반향성(sensivity)에 대한 기준을 만들기 위한 넓은 빔 신호파 변환기라 칭해진다.

지향성 신호 전송을 위한 유효 각 세그먼트는 지향성 신호파 변환기의 하프 파워 빔 폭(HPBW), 즉, 각 범위에 의해 한정된 메인 로브(main lobe)의 개방각에 의해 한정되고, 여기서 조사된 파워에 대해 방사된 파워 또는 반향성 각각은 그의 최대값의 절반 아래로 떨어지지 않는다.

모바일 단말기들이 보편적으로 랜덤하게 이동하기 쉽기 때문에, 지향성 신호파 변환기들을 갖는 단기 무선 모바일 통신 시스템에서 신호 전송의 고품질은 보편적으로 직접 링크 경로의 트래킹을 필요로 한다. 신호파 변환기의 방사각, 즉, 그의 메인 로브의 최대 파워의 방향은 직접 링크 경로의 방향으로 정렬된다. 단거리 무선 모바일 네트워크에서 2개의 통신 노드들 사이에서 상대적 방향이 변화하는 경우, 메인 로브는 대응하는 새로운 직접 링크 경로로 재할당된다.

이는 보편적으로 지향성 신호파 변환기의 배향(orientation)을 기계적으로 변화시킴으로써 또는 적응성 신호파 변환기 어레이를 사용함으로써 달성되고, 여기서 어레이를 형성하는 많은 변환기 소자들은 어레이의 원하는 각 방사 패턴을 달성하도록 조율된 각각의 개별 페이스 시프트를 갖는 페이스 시프터들을 통해 상호 접속된다. 신호파 변환기들의 두 유형들은 무선파들을 위한 공통 조종 안테나에 밀접히 관련하여 조종 변환기들로서 발전적으로 다루어질 것이다.

충분한 링크 버짓(budget)의 통신이 전지향성 신호파 변환기를 장착한 모바일 단말기와 지향성 신호파 변환기를 가진 다른 단말기 사이에 셋업되어야 하는 것으로 가정하면, 지향성 신호파 변환기는 도 1에 개략적으로 도시된 직접 링크 경로와 임의의 시점에 정렬될 모바일 단말기의 움직임을 일정하게 트래킹하는 그의 메인 로브에 대해 제어되어야 한다. 본 명세서에서 '링크 버짓(link budget)'이라는 일반적인 용어는 신호 강도 및 잡음 파워에 관하여 통신 링크의 성능을 모델링하도록 디자인된 일련의 수학적 계산들을 기술한다. 이하에서, 상기 다른 단말기로서 표시된 단말기는 단거리 무선 네트워크들에서 통상의 구성인 액세스 포인트라 칭해질 것이다. 그러나, 임의의 유형의 단말기가 액세스 포인트를 대체할 수 있음은 상기 설명으로부터 명백해진다.

방사각의 재정렬은 보편적으로 모바일 단말기의 3차원 움직임에 대해 성취된다. 이는 신호파 변환기의 방사각이 수직 뿐만 아니라 수평 평면으로 변화되어야 함을 의미한다. 다시 말하자면, 방사각의 방위(φ) 및 높이(θ)는 이동하는 모바일 단말기를 트래킹하도록 재정렬되어야 한다.

그러나 적응은 반드시 연속적으로 수행될 필요는 없다. 모든 가능항 방향들을 커버하기 위해, 방사각은 하프 파워 빔 폭(HPBW), 즉 방사 범위에 의해 규정된 메인 로브의 개방각에 의해 규정된 특정 단계들에서 정렬되어야 하고, 여기서 방사 파워는 최대값에서 -3dB 감소된다.

모바일 단말기의 트래킹은 현재 도 3에서 개략적 블록도의 형태로 예시된 시스템에 의해 달성된다. 대응하는 프레임 구조는 도 4에 나타내고, 그 공정은 도 5의 시스템에 따른다. 통신 링크가 액세스 포인트와 모바일 단말기 사이에 확립된 후, 제1 버스트(버스트 1)는 액세스 포인트로부터 모바일 단말기로 전송됨으로써, 액세스 포인트의 신호파 변환기의 방사각은 제1 위치(#0)에 있다. 모바일 단말기는 버스트에 포함된 데이터를 수신하고, 그로부터 RSSI(수신된 신호 강도 지시기) 값 및 FER(프레임 에러율)을 결정한다. 제1 버스트에 따라, 모바일 단말기는 그의 조종 신호파 변환기의 여러 방사각들(예, 도 12에서 #1 내지 #6)에 대해 RSSI 및 가능하게는 FER 측정을 수행하기 위해 액세스 포인트에 의해 사용되는 제2 버스트(버스트 2)를 전송한다. 이어서, 최상의 RSSI(및 측정된 경우 FER) 성능을 갖는 메인 로브 방향은 액세스 포인트로부터 모바일 단말기로 전송되는 버스트 3으로 시작하는 후속 데이터 전송을 위해 사용된다.

버스트 2의 시간은 액세스 포인트에 의해 시험된 RSSI 측정치들에 대한 빔 방향들의 수에 의존한다. 보다 많은 방사 방향들이 시험되면 될수록, 버스트 2에 대해 요구되는 시간 기간을 길어질 것이다. 예를 들면, 액세스 포인트의 메인 로브의 HPBW가 7 빔 방향들은 액세스 포인트와 모바일 단말기 사이의 가능한 모든 방향을 반드시 커버해야 하는 경우, 버스트 2에 대해 요구되는 시간은 통신 링크 품질을 결정하기 위한 측정들을 수행하고 새로운 방향에 대한 방위각을 재조절하기 위해 필요한 시간의 7배이다. 이는 시스템 오버헤드를 확장하게 하고, 페이로드 길이의 대응하는 감소시킨다.

특히 기계적 조종 신호파 변환기를 사용할 때, 방사각의 임의의 재정렬은 기계적 기능의 속도 제한으로 인해 오히려 느리다. 따라서, 하나의 버스트 2 내에서 신호파 변환기의 모든 가능한 방향들을 체크하지 않고, 단지 하나에 대해서만 체크할수도 있다. 이는 재조절을 위해 필요한 연속적인 버스트 2의 수가 체크되어야 하는 가능한 방향들의 수에 대응함을 의미한다. 따라서, 대응하는 트래킹은 활발하지 못한 작용을 보일 것이다.

트래킹 속도, 즉, 이동하는 모바일 단말기의 트랩을 유지하는데 필요한 메인 로브의 각 속도는 2개의 통신하는 단말기들 사이의 거리의 함수이기도 하고; 적어도 메인 로브 방향으로 횡단하는 방향이 먼 만큼 관련된다. 통신하는 단말기들 사이의 짧은 거리들에 대해, 필요한 트래킹 속도는 너무 높아서 종래의 빔 트래킹 시스템으로 규칙적으로 유지될 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 모바일 단말기의 움직임에 따라 빔 트래킹을 갖는 단거리 무선 모바일 통신 시스템을 제공하는 것으로, 이는 페이로드 용량에 부정적인 영향을 미치지 않고, 매우 단거리상의 고속 시프팅 전송 링크들에 대해서도 신뢰할 수 있다.

이러한 목적은 독립항들에 정의된 바의 본 발명에 의해 달성된다. 추가의 발전 사항들은 종속항들에 나타낸다.

상기 목적은 특히 정보 반송 신호파를 전송하고 수신하도록 각각 적응된 제1 단말기 및 모바일 단말기를 갖는 단거리 무선 모바일 통신 시스템에 의해 달성되어, 적어도 제1 단말기 또는 모바일 단말기는 지향성 특성을 갖는 정보 반송 신호파를 송신 및/또는 수신하기 위한 지향성 신호파 변환기 및 제1 단말기에 상대적인 모바일 단말기의 위치에 따라 지향성 특성들을 제어하도록 적응된 제어 수단을 포함한다.

상기 목적은 지향성 특성을 갖는 정보 반송 신호파를 전송 및/또는 수신하기 위한 지향성 신호파 변환기 및 단거리 무선 모바일 통신 시스템의 다른 단말기에 상대적인 단말기의 위치에 따라 지향성 특성을 제어하도록 적응된 제어 수단을 포함하는 단거리 무선 모바일 통신 시스템용 단말기에 의해 추가로 달성된다.

단말기들 중의 적어도 하나의 신호파 변환기의 지향성 특성을 제어함으로써 단거리 무선 모바일 통신 시스템이 설정될지도 모르는 실질적으로 임의의 주변 상황에 대해 매우 휘발성인 적응을 가능케 한다.

다중 경로 페이딩 가능성이 제1 단말기와 모바일 단말기 사이의 증가하는 거리에 따라 증가함에 따라, 2개의 통신하는 단말기들 사이의 보다 짧은 거리에서 지향성 신호파 전송에 대한 요건들은 결과적으로 거의 도전받지 않는다. 본 발명의 특정 실시예에서, 모바일 단말기가 다른 단말기에 근접하게 위치할 때 트래킹 속도에 대한 요건들을 해제시키기 위해 이러한 식견을 유리하게 사용한다. 이는 제1 단말기와 모바일 단말기 사이의 거리에 의존하는 지향성 특성의 하프 파워 빔 폭을 제어하도록 적응된 제어 수단에 의해 달성된다. 그 결과 달성된 빔 트래킹을 위해 필요한 오버헤드의 감소는 보다 큰 통신 데이터 속도를 유리하게 허용한다. 빔 트래킹이 근접한 범위에서 느려지거나 또는 심지어 정지됨에 따라, 전체적인 전력 소비가 감소될 수 있다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서, 제어 수단은 제1 단말기에 상대적인 모바일 단말기의 움직임을 모니터링하기 위한 움직임 모니터링 수단 및 움직임 모니터링 수단에 의해 모니터링되는 바와 같이 제1 단말기에 상대적인 모바일 단말기의 움직임에 따라 제어 가능한 지향성 신호파 변환기의 지향성 특성을 제어하기 위한 방향 조절 수단을 포함한다. 제1 단말기에 상대적인 모바일 단말기의 움직임을 모니터링하는 것에 기초한 지향성 신호파 변환기의 방사각은 모든 가능한 배향들의 점검 결과들을 공유하고, 이는 재정렬에 필요한 시간을 상당히 감소시킬 것이다. 더욱이, 서로 상대적인 단말기들의 움직임을 연속적으로 모니터링함으로써, 본 발명은 보다 빠른 전체적인 트래킹 속도 및 또한 기계적으로 조종된 지향성 신호파 변환기들의 사용을 가능케 한다.

본 발명의 추가의 실시예에서, 제어 수단은 제1 단말기와 모바일 단말기 사이의 거리가 미리 규정된 거리 값에 미달할 때 제1 값으로부터 제2 값으로 지향성 특성의 하프 파워 빔 폭을 증가시킨다. 이러한 기술에 의해, 빔 트래킹은 불연속 단계들에서 2개의 통신하는 단말기들 사이의 상대적인 거리에 대해 적응될 수 있고, 이는 시스템의 오퍼레이션에 대한 중요한 거리들을 나타낼 수 있다. 추가의 바람직한 실시예에 따라, 제2 값의 하프 파워 빔 폭은 제1 단말기와 모바일 단말기 사이에 허용된 방향들의 범위를 따르도록 함으로써, 근접 범위 내에서 발생하는 무선 통신에 대한 어떠한 빔 조종도 필요치 않다. 그 결과로, 제2 값의 하프 파워 빔 폭을 갖는 지향성 특성은 2개의 단말기들의 가능한 배치와 관련된 임의의 제한 사항들을 피하기 위해 전지향성 특성에 유리하게 대응한다.

유리한 발전에 따라, 단거리 무선 모바일 통신 시스템은 제1 단말기와 모바일 단말기 사이의 거리를 결정하기 위한 거리 결정 수단을 장착함으로써, 근접한 범위의 통신 조건의 정확한 결정을 허용한다. 거리 결정 수단은 물리적 방법들에 기초하여 신뢰할 수 있는 거리 결정을 제공하는 초음파 거리 결정 시스템 및/또는 광학 거리 결정 시스템을 적절히 포함할 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 거리 결정 수단은 신호 특성 해석에 기초하여 거리 결정을 인에이블시키는 수신된 신호 강도 지시기(RSSI) 값에 기초하여 제1 단말기와 모바일 단말기 사이의 거리를 측정하도록 적응된다.

거리 결정 수단은 단순한 안테나 구조들을 갖는 모바일 단말기들의 사용을 허용하는 제1 단말기 상에 바람직하게 위치한다.

움직임 모니터링 수단을 모바일 단말기 상에 및/또는 제1 단말기 상에 배치함으로써, 각각의 단말기의 움직임은 직접적으로 등록되는 것이 선호된다. 움직임의 등록은 센서 수단을 포함하는 움직임 모니터링 수단에 의해 효과적으로 수행될 수 있고, 이는 제1 단말기에 상대적인 모바일 단말기의 움직임과 관련된 하나 이상의 물리량들에 대응하는 하나 이상의 전기 신호들을 제공하도록 적응된다. 센서 수단은 센서 수단들을 수납하는 단말기의 움직임과 연관된 가속 값을 지시하는 전기 신호를 제공하는 가속 센서를 포함하고, 따라서, 움직임의 속도 또는 방향의 임의의 변화는 가속화와 연관된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 센서 수단은 이 센서 수단을 수납하는 단말기의 움직임과 연관된 배향 값을 지시하는 전기 신호를 제공하도록 적응된 자이로스코프 센서를 장착하고, 따라서 단말기의 움직임의 회전 부분과 관련된 방사각의 용이한 보상을 가능케 한다.

바람직하게는, 움직임 모니터링 수단은 방향 산출 수단에 트래킹 데이터를 제공하고, 트래킹 데이터는 각각의 움직임 모니터링 수단을 수납하는 단말기에 대해 모니터링된 움직임에 기초한다. 이는 모니터링되는 바의 움직임에 따라 하나 이상의 신호파 변환기들의 요구되는 방향 정렬의 수치적 산출을 용이하게 수행하게 한다. 다음 후속 데이터 교환 시점에 지향성 신호파 변환기의 정확한 정렬을 달성하기 위해, 방향 산출 수단은 정보 반송 신호파의 다음 후속 교환 시간 동안 제1 단말기에 상대적인 모바일 단말기의 위치를 추정한다.

융통적인 방향 조절은 트래킹 데이터에 기초하고, 신뢰할 수 있는 신호 전송이 달성되도록 제어 가능한 지향성 신호파 변환기를 조절하도록 적응되는 방향 조절 수단에 제어 신호를 제공하는 방향 산출 수단에 의해 달성된다.

다중 경로 간섭은 직접 링크 경로에 따라 전송된 신호를 지향시키거나 또는 직접 링크 경로에 따라 수신되는 신호파 변환기의 방사각을 정렬시킴으로써 피할 수 있고, 신뢰할 수 있는 데이터 전송은 전지향성 신호파 변환기를 포함하는 모바일 단말기 및 제어 가능한 지향성 신호파 변환기를 포함하는 제1 단말기에 의해서 또는 대안으로 전지향성 신호파 변환기를 포함하는 제1 단말기 및 제어 가능한 지향성 신호파 변환기를 포함하는 모바일 단말기에 의해 실시될 수 있다.

특히, 방사각을 조절하기 위해 넓은 범위가 요구될 때, 기계적으로 조종 가능한 지향성 신호파 변환기는 제어 가능한 지향성 신호파 변환기를 형성하는 것이 바람직하다. 방사각 정렬의 고속 스캔 속도를 위해, 제어 가능한 지향성 신호파 변환기는 적응형 신호파 변환기 어레이에 의해 유리하게 형성된다.

정보 반송 신호파는 광파 또는 무선파 매체 모두가 단거리 무선 통신에 완벽하게 적절함에 따라 광파 또는 무선파에 의해 바람직하게 형성된다. 상황에 따라, 즉, 단거리 무선 통신에 사용된 디바이스들의 유형 및 프로토콜들의 유형에 따라, 제1 단말기 및 모바일 단말기 상의 신호파 변환기는 무선파 및/또는 광파의 형태로 정보를 송신 및 수신하도록 각각 적응된다. 특히, 통신이 무선파들에 기초할 때, 신호파 변환기는 안테나에 의해 효과적으로 형성되는 한편, 광파에 기초한 통신을 위해 전자 광학 디바이스들이 신호파 변환기들의 일부로서 바람직하다.

고정 단말기로서 형성된 제1 단말기에 의해, 움직임 모니터링 수단은 모바일 단말기 만의 움직임을 모니터링하도록 유리하게 감소될 수 있다. 제1 단말기는 유선 네트워크에 대한 액세스 포인트로서 사용될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 '포함한다' 및 '포함하는'이라는 용어는 도면들, 정수들, 단계들 또는 부품들의 존재를 명시하기 위해 취해진 것이지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들 부품들 및 그의 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하지 않음에 주의해야 한다.

다음 설명에서, 본 발명은 특정 실시예들 및 포함된 도면들과 관련하여 보다 상세히 설명된다.

도 1은 모바일 단말기를 트래킹하기 위한 조종 안테나를 갖는 단거리 무선 모바일 통신 시스템의 개략적인 전체 도면이고,

도 2는 방위-높이-각-평면으로 방사 범위, 반 전력 빔 폭, 및 방사각 사이의 관계를 보여주며,

도 3은 선행 기술의 빔 트래킹 시스템의 블록도를 보여주고,

도 4는 빔 트래킹을 위해 사용된 선행 기술의 프레임 구조의 상태를 보여주며,

도 5는 선행 기술의 빔 트래킹 방법의 처리 단계들을 보여주고,

도 6은 넓은 빔#0의 방사각에 비교한 예리한 빔#0에 대한 방사각을 보여주며,

도 7은 본 발명에 따른 단거리 통신 시스템을 보여주고,

도 8은 본 발명의 제1 국면에 따른 빔 트래킹을 위한 처리 단계들을 보여주며,

도 9는 본 발명에 따른 센서 수단에 대응하는 기계적 배치를 보여주고,

도 10은 본 발명의 제2 국면에 따른 트래킹 시스템의 프레임 구조를 보여주며,

도 11은 본 발명의 제2 국면에 따른 트래킹 목적에 사용된 버스트의 성분들을 보여주고,

도 12는 방위-높이-각-평면으로 제한된 수의 방위각들을 갖는 특정 방사 범위의 커버리지(coverage)를 보여주며,

도 13은 본 발명에 따른 빔 트래킹 방법의 처리 단계들을 보여주고,

도 14는 적응형 안테나 배열의 일 예를 보여주며,

도 15는 기계적 빔 조종 안테나의 일 예를 보여주고,

도 16은 방위-높이-각-평면으로 증분의 상대적 빔 정렬의 개념을 예시한다.

저-손실, 저-신호-간섭 통신에 대한 빔 트래킹에 의한 단거리 무선 모바일 통신 시스템에 대한 기본 개념을 도 1에 나타낸다. 예를 들면 무선 네트워크에 대한 액세스 포인트에 의해 형성된 제1 단말기(1)는 지향성 특성을 갖는 신호파 변환기(1a)에 의해 모바일 단말기(2)로 신호를 전송하고, 그로부터 신호를 수신한다. 모바일 단말기(2)는 마찬가지로 신호파 변환기(2a)를 포함하지만, 전지향성 특성(2b)을 도 1에 나타낸 실시예에 포함한다. 모바일 단말기(2)는 제1 위치(I)로부터 제2 위치(II)로 이동하고, 제1 단말기의 신호파 변환기(1a)의 지향성 특성(1b_I)은 현재 위치(II)의 모바일 단말기 방향으로 조절된 그의 메인 로브에 의해 지향성 특성(1b_II)으로 재정렬된다. 다시 말하자면, 모바일 단자가 위치(I)로부터 위치(II)로 이동하는 동안, 신호파 변환기(1a)의 방사각은 최종적으로 제2 위치(II)로 배향될 때까지 움직임에 따른다.

도 1에 나타낸 실시예에서, 통신이 기초할 수 있는 전송된 신호는 송신기로부터 수신기로 자유 공간을 통해 방해받지 않고 전파될 수 있다. 송수신 직결선에 따른 전송이 일부 대상물들에 의해 디스에이블된 경우, 지향성 방사 특성들(1b_I 및 1b_II) 각각은 상기 설명된 바의 각각의 직접 링크 경로를 따라 정렬될 것이다.

더욱이, 도 1에 나타낸 안테나 배열은 강제적인 것은 아니다. 모바일 단말기(2) 상에 지향성 방사 특성을 갖는 신호파 변환기(2a) 및 제1 단말기(1)에 의해 전방향 신호파 변환기(1a)를 사용하거나 또는 두 단말기 상의 지향성 신호파 변환기들을 사용하는 것이 마찬가지로 가능하다.

도 1에 나타낸 바의 단거리 무선 모바일 통신은 보편적으로 캐리어로서 무선파 또는 광파를 사용하는 신호 통신에 기초한다.

무선 통신을 사용할 때, 신호파 변환기들(1a 및 2a)은 안테나 형태를 갖는다. 보편적으로 막대형, 나선형 또는 패치형 안테나가 전지향성 또는 보다 광대역의 빔 방사 특성을 구현하기 위해 사용된다. 지향성 안테나들은 가장 상이한 디자인들을 갖고, 페이스된 어레이 안테나들은 보편적으로 이들의 작은 크기로 인해 선호된다. 방사각의 조절은 도 15에 나타낸 바의 안테나 어레이를 기계적으로 경사시킴으로써 또는 문헌("A V-Band Micromachined 2-D Beam-Steering Antenna Driven by Magnetic Forch With Polymer-Based Hinges, Chang-Wook 등, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 제51권, 제1호, 2003년 1월")에 기술된 바의 어레이의 각각의 소자를 경사시킴으로써, 또는 안테나 어레이(1a)의 방사각을 선회시키기 위해 도 14에 나타낸 바의 페이스 시프터들(1a**)에 의해 각각의 안테나 소자(1a*)에 대해 페이스 시프트들을 전자적으로 조율함으로써 달성되고, 상기 문헌 은 참조 문헌으로서 인용한다.

광학적 신호 전송을 사용할 때, 신호를 전송하기 위한 신호파 변환기는 보편적으로 신호를 수신하는 것과 상이하다. 전송을 위해, 전기 에너지를 광학 방사선으로 변환시키는 디바이스들, 즉 발광 디바이스들은 일반적으로 LED's 또는 레이저 다이오드들이 선호된다. 광학 신호들을 수신하기 위해, 광다이오드들과 같은 광전지 검출기들은 통상적으로 광학 방사선을 전기 에너지로 변환시키기 위해 사용된다.

대부분의 발광 디바이스들은 지향성 특성을 보여준다. 방사각은 완전한 디바이스를 경사시킴으로써 또는 반사 표면 상으로 광선들을 편향시킴으로써 변경된다. 발광 디바이스의 방출각은 좁거나 넓은 빔을 형성함으로써 렌즈 또는 렌즈 세트에 의해 변형된다. 전지향성 특성은 일반적으로 상이하게 배향된 디바이스들의 세트, 특수 광학 장치들 및/또는 산란 소자들에 의해 이용될 수 있다.

대부분의 종래의 광전지 검출기들은 거의 반구형(ir) 방사 특성을 갖는다. 작은 각 또는 예리한 빔 반응을 얻기 위해, 일부 광학 장치는 그의 앞에 놓인다. 방사각의 편향, 즉 조사가 허용되는 고정각 방향은 디바이스를 직접적으로 경사시킴으로써 또는 방사각을 수신 경로로 선회시킬 수 있는 거울 또는 거울들의 어레이를 사용함으로써 달성될 수 있다.

도 1에 나타낸 것과 유사한 단거리 무선 모바일 통신 시스템을 다시 참조하면, 직접 링크 경로로의 지향성 신호파 변환기의 방사각의 정확한 정렬이 간섭-없는 시스템 오퍼레이션을 위해 반드시 필요하지 않음에 주의해야 한다. 변환기의 각각의 지향성 특성은 메인 로브, 즉 HPBW가 빔 폭을 한정하는 방출되거나 또는 수신된 에너지의 각 분포에 의해 기술될 수 있다. 신호파 변환기의 HPBW 내의 움직임들은 전송 품질의 어떠한 변화도 실제로 유발하지 않는다.

따라서, RSSI(수신된 신호 강도 지시기) 값과 같은 통신 품질 값의 결정에 기초한 재정렬은 도 2에 나타낸 불연속 단계들에서 쉽게 발생할 것이고, 단지 2개의 방사각들을 갖는 확장된 공간 세그먼트의 커버리지(Φ=0˚=θ인 위치 I 및 Φ=22.5˚=θ인 위치 II)는 45˚의 HPBW에 대해 나타낸다. 모바일 단말기(2)가 위치 I에서 위치 II로 이동하는 동안, 제1 단말기(1)는 통신 품질을 규칙적으로 체크할 것이고, 이는 모바일 단말기(2)가 제1 위치 I에 대해 메인 로브(1b_I)의 에지로 근접하게 이동할 때 현저히 강하될 것이다. 그러면 방사각은 대응하는 메인 로브(1b_II)(로브 1b에서 1b'로 변화함)에 의해 새로운 위치 II 로 재정렬될 것이다.

도 4는 각각의 빔 트래킹을 구현하는 단거리 무선 통신 시스템에 사용된 프레임 구조를 나타낸다. 도 4의 상부에 예시된 프레임들은, 예를 들면, 도면에서 AP로 나타낸 유선 네트워크에 대한 액세스 포인트와 같은 지향성 신호파 변환기(1a)를 장착한 단말기(1)에 의해 전송된다. 도면의 아래 부분에 나타낸 프레임들은 MT로 나타낸 다른 통신 단말기에 의해 전송되어야 한다. 단말기 AP는 제1 데이터 버스트(버스트 1)를 다른 단말기(MT)에 전송하고, 이는 막 적용된 빔 방향에 대한 RSSI 값 및 FER(프레임 에러율)을 결정하기 위해 사용된다. '빔 방향'이라는 표현은 그의 현재 방사각에 관하여 신호파 변환기의 지향성 특성을 기술하기 위해 사용된다.

버스트 1에 후속하여, 다른 단말기(MT)는 단말기 AP를 최소 간섭으로 빔 방향을 선택하도록 인에이블시키는 데이터를 포함하는 제2 버스트(버스트 2)를 되 전송한다. 버스트 2는 RSSI 및 FER 결정 결과들 또는 그의 현재 위치에 관련한 데이터 등과 같은 추가의 데이터를 포함할 수 있고, 이들 데이터는 단말기 AP가 그의 상대적인 위치를 결정하는데 보조할 수 있다. 버스트 2 동안, 단말기 AP는 모든 가능한 빔 방향들에 대한 RSSI 및 FER 값들 또는 그의 선택을 측정한다. 이들 값들은 가장 적은 간섭으로 빔 방향을 선택하기 위한 트래킹 알고리즘에 사용된다. 분석에 필요한 프로세싱 시간 및 그것을 위해 소비되는 에너지는 가능한 빔 방향들의 수에 크게 의존한다.

제한된 수의 빔 방향들을 갖는 특정 방사 범위의 커버리지(coverage)의 예는 도 12에 나타낸 방위-높이 평면에 예시된다. 지향성 특성의 HPBW가 예를 들면 45˚라고 가정하면, 7개의 빔 방향들만을 사용함으로써 절반의 공간이 커버된다. 따라서, 하나의 빔 방향으로부터 단계 크기(Δθ, Δφ)는 예를 들면 각각의 방향 θ 및 φ에 대해 약 5˚에 대응한다. 모든 빔 방향들은, 데이터 전송이 버스트 3에서 최적의 빔 방향으로 계속될 수 있기 전에, 버스트 2에 대해 허용된 기간 내에 체크되어야 한다. 보다 적은 빔 폭에 대해, 체크되어야 하는 방향들의 수는 증가한다.

빔 방향들은 지향성 신호파 변환기의 방사 방향으로 가로질러 이동하는 모바일 단말기(2)에 대해 변화되어야 한다. 빔 트래킹의 각 속도는 모바일 단말기(2)가 통신의 상대방인 다른 단말기(1)에 근접할 때 더 커진다. 다른 단말기(1)에 관 하여 매우 근접한 거리에서 랜덤하게 이동하는 모바일 단말기(2)에 대해, 기술된 종래의 빔 트래킹은 임의의 시점에 직접 링크 경로를 따라 지향성 신호파 변환기의 빔 방향을 정렬시킬 수 없을 것이고, 특히 많은 수의 가능한 빔 방향들이 조사되어야 할 때 재정렬 프로세스 역시 너무 느려질 것이다.

다중 경로 페이딩 또는 직접 경로 블로킹에 의한 신호 간섭 확률은 다른 한편으로 서로 근접하게 배치된 2개의 통신하는 단말기들에 대해 크기 감소된다. 본 발명은 다중 경로 페이딩으로 인한 부호간 간섭의 발생 가능성이 2개의 통신하는 단말기들 사이의 거리에 대해 단거리 무선 모바일 통신 시스템에서 의존한다는 견해에 기초한다. 본 발명의 기본적인 개념들에 따라, 지향성 신호파 변환기, 예를 들면 지향성 안테나의 빔 폭은 거리에 의존하게 변형시킴으로써 모바일 단말기(2)와 무선 통신의 다른 단말기 사이의 거리에 대응하는 다중 경로 페이딩 가능성에 대해 적응된다.

종래의 빔 트래킹이 연루된 단말기들 사이의 단거리에 대해서만 너무 느리기 때문에, 주요 거리는 빔 폭, 즉 신호파 변환기의 지향성 특성의 HPBW가 도 6에 예시된 바와 같이 증가되는 것 이하로 제한되는 것이 바람직하다. 증가된 빔 폭(#0')은 이전과 같이 동일한 방사 범위를 커버하는데 필요한 빔 방향들의 수의 감소를 초래한다. 결과적으로, 시험되어야 하는 빔 방향들의 수는 감소될 수 있고, 따라서 버스트 2에 요구되는 보다 짧은 시간을 허용하는 빔 트래킹 알고리즘 및 심지어 보다 고속으로 모바일 단말기(2)에 의해 근접한 횡단 움직임의 보다 신뢰할 수 있는 트래킹에 의해 최상의 적절한 빔 방향의 보다 신속한 실별을 인에이블시킨 다.

2개의 통신하는 단말기들(1 및 2) 사이의 거리는 상이한 빔 방향들에 대해 버스트 2에서 얻어진 RSSI 및 FER 값들로부터 뿐만 아니라 수신된 정보 반송 신호파의 필드 강도 결정으로부터 또는 그와 조합되어 추정될 수 있다. 대안으로 또는 상보적으로, 그 거리는 초음파 또는 광학 거리 측정 시스템 등에 의해 측정된다. 옥내 및/또는 옥외 배치 시스템들이 마찬가지로 잘 사용될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 단거리 무선 모바일 통신 시스템의 부품들을 보여준다. 단말기 1로 대표되는 시스템의 하나의 단말기는 지향성 신호파 변환기(1a)가 장착되어 있다. 다른 단말기(2)는 전지향성 신호파 변환기(2a)가 장착되어 있다. 오퍼레이션은 중앙 처리 장치(CPU)(5 및 10) 각각에 의해 조절되는 각각의 단말기 상에서 이루어진다. 기저대 프로세싱은 기저대 프로세싱 유닛(6)에 의해 단말기(1) 상에서 수행되고, 기저대 프로세싱 유닛(9)에 의해 단말기(2) 상에서 수행된다. RF(무선 주파수) 회로는 기저대 신호에 관하여 각각의 단말기의 신호파 변환기에 공급되거나 또는 그로부터 수신된 신호 반송파를 변조 및 복조시키기 위해 각각의 단말기 상에 제공된다.

도 7에 주어진 실시예에서, 빔 트래킹은 단말기(1) 상에서 구현된다. 지향성 신호파 변환기(1a)는 적응형 어레이 안테나의 형태를 갖는 것으로 보이고, 여기서 페이스 시프터는 방사각을 제어하기 위한 각각의 개별 안테나 소자 뿐만 아니라 안테나 어레이(1a)의 HPBW에 사전 접속된다. 각각의 안테나 소자 및 안테나 패턴에 인가된 개별 페이스 시프트들은 빔 조종 제어(4)에 의해 제어되고, 이는 CPU(5)로 및 그로부터 공급되는 정보에 대해 작용한다. 적응형 어레이 안테나 대신에 기계적 빔 조종 안테나를 사용할 수도 있다.

도 7의 모바일 단말기(2)는 전지향성 안테나가 장착되어 있다. 모바일 단말기 상에 지향성 조종 안테나를 가질 수 있는 한편, 제1 단말기는 전지향성 안테나를 이용한다. 더욱이, 두 단말기들은 지향성 조종 안테나가 장착될 수 있고, 이는 두 단말기들이 방향 조절 수단(4)을 포함하는 것을 의미한다. 이는 각각의 단말기가 대안으로 다양한 다른 단말기들과 직접적으로 통신함으로써 상이한 쌍의 단말기들이 다른 단말기들로부터 신호 간섭 없이 동시에 정보를 교환하기 위해 인에이블되는 많은 단말기들 사이의 단거리 통신에 특히 유용하다.

CPU(5)에 의해 제공된 정보는 필요한 빔 방향 및 빔 폭에 관련한다. CPU(5)에 의해 공급된 빔 폭 정보는 거리 결정 수단(20)에 의해 결정되고 제공된 바와 같이 단말기(2)에 대한 단말기(1)의 거리에 관련한 정보에 기초한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 빔 폭은 기준 거리보다 큰 거리에 대해 보다 작은 값으로 설정되고, 기준 또는 임계 거리에 미달하는 거리에 대해 보다 넓은 값으로 설정된다.

강한 RF-신호는 사이에 어떠한 장애물도 없이 근접한 다른 단말기(2)에 대해 이용될 수 있기 때문에, 거리 결정은 RF-회로(7)에서 얻어진 RF-신호의 강도로부터 효과적으로 유도된다. RSSI 유닛(3)으로부터 산출된 RSSI 값을 추가로 처리함으로써 이러한 거리 추정의 신뢰도를 유리하게 증진시킨다.

유리한 발전에 따라, 거리 정보는 초음파 및 광학 거리 측정 시스템을 사용함으로써 얻어지고, 이는 신호 특성들을 해석함으로써 상기 거리 결정에 비교한 바 '직접' 거리 측정을 허용한다. 거리 정보는 유사한 결과들이 최종적으로 결정된 거리 값을 지명하는 방식으로 기술된 상이한 거리 결정 수단으로부터 얻어진 결과들을 조합함으로써 증진될 수 있다.

추가의 바람직한 발전에서, 빔 트래킹은 미리 규정된 거리에 미달하는 보완 통신 단말기(complementary communication terminal)에 대한 거리에 대해 완전히 스위치-오프된다. 이어서, 빔 폭(#0')은 그와 병렬로 그와 같이 짧은 거리에서 단거리 통신에 필요한 각 범위를 커버하기에 충분히 넓은 값으로 설정된다. 방사 특성은 이 경우에 통상적으로 반구 또는 전방향 특성으로 설정된다. 거리 결정이 RSSI에 기초하지 않는 경우, 버스트 2는 현재 생략될 수 있음으로써, 정보 전송 속도를 증가시키고, 빔 트래킹과 관련된 전력 소비를 감소시킨다.

근접하게 배열된 통신 단말기들에 대해 그러한 종류의 해제된 요건들을 갖는 빔 트래킹에 필요한 프로세싱 단계들은 도 8에 나타낸다. 트래킹 시스템을 포함하는 단말기 AP에 대해 취해져야 하는 공정 단계들은 흐름도의 좌측에 배열되고, 그것들은 우측의 다른 단말기 MT 상에서 수행된다. 통신의 초기 확립(단계 S11) 및 초기 빔 조절(단계 S12)은 선행 기술에서와 같이 수행된다. 단계 S13에서 단말기 AP로부터 단말기 MT로 버스트 1로 전송된 데이터는 단계 S14에서 전송 품질 결정을 위해 RSSI 값 및 FER 값을 측정하기 위해 단말기 MT 상에서 사용된다. 다음으로, 버스트 2의 데이터는 단말기 AP로 전송되고(단계 S15), 단계 S16에서 RSSI 및 FER 결정을 위해 사용된다. 동일한 프로세싱 단계에서, 2개의 단말기들 사이의 현재 거리(Δd)가 결정되고, 이는 이어서 단계 S17에서 기준 거리와 비교된다. 거리(Δd)가 기준 거리보다 짧은 것으로 밝혀진 경우, 빔의 HPBW는 단계 S18.1에서 넓은 각(#0')으로 설정되고, 그렇지 않으면 단계 S18.2에서 작은 각(#0)으로 설정된다. 단계 S19에서 데이터 전송이 계속되어야 하는지가 체크되고, 긍정적인 체크에 따라 방법은 단계 S13으로 계속된다. 다른 경우에, 이 방법은 단계 S110에서 통신 링크의 방출에 의해 종료된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 움직임 모니터링 수단은 RSSI 및 가능하게는 FER 측정치들에 대한 메인 로브의 각 정렬을 편향키는 대신에 사용된다. 이는 데이터 버스트들 내의 시스템 오버헤드를 최소값으로 감소시킴으로써, 신호파 변환기들의 지향성의 정렬은 버스트들의 페이로드 용량에 부정적인 영향을 미치지 않을 것이다.

움직임 모니터링 수단은 모바일 단말기(2)의 임의의 움직임을 모니터링하기 위해 사용되는 것이 바람직하다. 제1 단말기(1)가 이동되어야 하는 경우, 이 모니터링 수단은 마찬가지로 이러한 단말기의 움직임을 모니터링할 것이다. 그러나 두 경우에 대해, 모바일 단말기(2)의 상대적인 움직임은 제1 단말기(1)에 관하여 모니터링된다.

필요할 경우, 움직임 모니터링 수단은 모바일 단말기 및/또는 제1 단말기의 위치를 얻기 위해 GPS(Global Positioning System)를 사용할 수 있다. 그러나, GPS에 의해 현재 달성될 수 있는 불량한 정확도는 이 정확도를 개선시키기 위해 어떠한 추가의 수단도 부가적으로 사용되지 않는 경우의 단거리 무선 통신에 규칙적으로 사용될 수 없게 한다. 따라서, 예를 들면 옥내 배치 시스템들과 같은 단거리 배치 시스템들은 이들의 보다 높은 정확도로 인해 바람직하다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서, 모바일 단말기(2) 내에 위치하는 센서 수단 및 제1 단말기(1)가 이동하는 것을 제외하고는 마찬가지로 이러한 단말기 내의 센서 수단은 서로 상대적인 2개의 단말기들의 움직임을 결정하기 위해 사용된다. 센서 수단은 움직임에 관련된 물리량들을 감지하기 위해서 및 감지된 물리량의 현재 값들에 대응하는 하나 이상의 출력 신호들을 제공하기 위해 적응된다.

도 9는 2가지 상이한 유형의 기계적 센서들을 사용하는 본 발명에 따른 센서 수단, 즉 가속 센서들(11-1 및 11-2) 및 각각의 움직임 트레이싱을 가능케 하는 자이로스코프 센서들(12-1 및 12-2)에 대한 실시예를 보여준다. 한 쌍의 동일한 유형의 각각의 개별 센서는 상이한 자유도에 대한 동일한 물리량의 값들을 얻기 위해 각각의 나머지에 대해 상이한 방향, 바람직하게는 직교 방향으로 배향된다. 도 9에 예시된 실시예와 구별되고, 사용된 센서들의 유형에 좌우되어, 단 하나의 센서가 이미 충분할 수 있거나 또는 동일한 유형의 2개 이상의 개별 센서들이 요구될지도 모른다.

도 7은 무선파 전송에 기초한 단거리 무선 모바일 통신 시스템에 대한 실시예의 개략적 대표도이고, 이는 상기 설명된 본 발명의 제1 국면에 관하여 이미 부분적으로 기술되었다. 따라서, 지향성 조종을 조절하는 움직임 수단에 대해 필요한 정도 만이 아래 설명될 것이다.

모바일 단말기(2)는 한 쌍의 가속 센서들(11-1 및 11-2) 및 한 쌍의 자이로스코프 센서들(12-1 및 12-2)을 포함하는 움직임 모니터링 수단(13)을 수납한다. 움직임 모니터링 수단(13)은 모바일 단말기(2)의 CPU(10)(중앙 처리 장치)에 트래킹 데이터를 제공한다. 트래킹 데이터는 모바일 단말기(2)의 현재 움직임에 관한 정보를 포함한다. 단순한 실시예에서, 트래킹 데이터는 단지 디지털 포맷의 센서들(11-1 내지 12-2)의 출력을 나타내고, 이어서 이는 현재 위치, 방향 벡터, 속도 벡터 및 가속 벡터 등과 같은 모바일 단말기(2)의 움직임을 산출하기 위해 CPU(10)에 의해 처리된다. 따라서, CPU(10)는 움직임 모니터링 수단의 통합 부분으로서 고려될 수 있다.

추가의 진보된 실시예에서, 움직임 모니터링 수단(13)은 감지 수단으로부터 얻어진 데이터를 전처리함으로써 이미 유도된 데이터를 갖는 CPU(10)를 제공한다. 유도된 데이터는 모바일 단말기(2)의 현재 움직임의 설명의 형태를 나타낸다. CPU(10)는 제1 단말기(1)로 또는 그로부터 다음 신호 전송 시점에 모바일 단말기(2)의 가장 용이한 위치를 산출하기 위해 이 데이터를 사용할 수 있다. CPU(10)는 트래킹 데이터 또는 처리된 트래킹 데이터를 기저대 회로(9)에 공급하고, 여기서 이들은 조종 명령으로서 버스트 2 내로 통합시키고, RF-회로(8) 내의 무선 주파수 상에서 변조시키고, 마지막으로 안테나(2a)를 통해 제1 단말기(1)로 전송된다.

제1 단말기(1)는 안테나(1a)를 통해 버스트 2를 포함하는 신호를 수신한다. RF-회로(7) 내에서 복조되고, 기저대 회로(6)에서 처리된 후, RSSI 값은 전송 품질 결정 수단(3)에서 이와 같이 복조된 버스트 2에 기초하여 결정된다. 제1 단말기의 CPU(5)는 버스트 2로부터 조종 명령을 추출하고, 각각의 제어 신호는 조절 가능한 지향성 안테나(1a)를 제어하는 방향 조절 수단(4)에 제공된다.

본 발명의 대안의 실시예에서, 방향 산출은 제1 단말기(1) 상에서 완전히 다루어진다. 모바일 단말기(2)로부터 움직임 방향에 관한 유일한 데이터가 수신되는 한편, 방향 산출 수단으로서 작용하는 CPU(5)는 다음 데이터 전송을 위해 지향성 안테나(1a)의 필요한 배향을 결정한다. 특정 기간에 대한 모바일 단말기(2)의 지난 움직임을 기록함으로써, 방향 산출 수단은 외삽법을 통해 가까운 장래에 신호 전송에 요구되는 안테나(1a)의 다음 방사각들을 예측할 수 있다.

또한 제1 단말기(1)가 이동되는 경우, 움직임 모니터링 수단은 이 단말기의 움직임을 추가로 모니터링해야 하고, 그 이유는 지향성 안테나의 정확한 정렬이 서로에 관하여 연결된 단말기들의 상대적 움직임의 함수이기 때문이다. 움직임 모니터링 수단(13)은 하나의 제1 단말기(1) 상에 위치하고, 나머지가 모바일 단말기(2) 상에 위치하는 2개의 부품들(13)로 구성되는 것이 바람직하다. 이어서, 모션 관련 데이터는 2개의 단말기들 사이에서 교환되고, 수신된 데이터는 각각의 단말기 상에서 지향성 조종 안테나에 대한 상대적 움직임을 모니터링하고, 조종 명령을 산출하기 위해 국지적 부품(13)으로부터 얻어진 데이트와 함께 사용된다. 물론, 단 하나의 단말기가 지향성 조종 안테나를 장착한 경우, 그 산출은 이러한 단말기로 제한되고, 나머지 단말기 만이 그의 모션 관련 데이터를 전송해야 한다.

도 10은 본 발명의 제2 국면에 따른 빔 트래킹을 위한 프레임 구조를 보여주고, 이는 도 7의 시스템으로 구현되는 것이 바람직하다. 상부 프레임들은 제1 단말기(1)에 의해 전송되어야 하는 것들이고; 하위 프레임들은 모바일 단말기(2)에 의해 전송되어야 한다. 제1 단말기(1)에 의해 전송된 제1 데이터 버스트 1은 모바일 단말기 상에서 수신되고, 현재 빔 방향, 즉 지향성 데이터의 현재 방사각에 대한 RSSI 값 및 FER을 측정하기 위해 사용된다. 모바일 단말기(2)의 움직임은 관련된 트래킹 데이터의 발생을 초래하거나 또는 도 11에 주어진 실시예에서와 같이, 조종 명령의 직접 발생을 초래하도록 동시에 모니터링된다. 버스트 1에 따라, 모바일 단말기(2)는 조종 명령을 포함하는 제2 버스트 2를 제1 단말기(1a)에 전송한다. 제1 단말기(1) 상에서, 지향성 안테나는 다음 데이터가 버스트 3에 의해 모바일 단말기(2)로 전송되기 전에 재정렬된다.

도 11의 상세한 예시로부터 알 수 있듯이, 버스트 2는 서두, 조종 명령 및 페이로드로 구성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 조종 명령은 단지 4개의 숫자, 즉 b1, b2, b3 및 b4로 구성되고, 이는 아래 표 1에 나타낸 바의 안테나 재정렬 값들을 나타낸다.

따라서, 도 11 및 표 1의 표시에 따른 조종 명령은 안테나 배향의 방위 Δφ 및 높이 각 Δθ로 증분 변화에 대한 유일한 값들을 포함한다. 어떠한 재정렬도 필요치 않은 경우, b2, b3 및 b4와 같이 b1=0이다. 양의 방향의 증분 변화는 b1=0 및 b2=1인 방위에 대해 달성되고; 음의 방향의 변화에 대해 b1=1 및 b2=0이다. 높이 각의 증분 변화들은 유사하게 제어된다.

표 1

b1	b2	평균		b1	b2	평균
0	0	θ에 대해 어떠한 변화도 없음		0	0	θ에 대해 어떠한 변화도 없음
0	1	+Δθ		0	1	+Δθ
1	0	-Δθ		1	0	-Δθ

1

1

보존됨

1

1

보존됨

조종이 제1 단말기(1)에 관하여 모바일 단말기(2)의 상대적 움직임을 모니터링하는 것에 기초함에 따라, 증분 변화들(Δφ및 Δθ)은 지향성 안테나의 HPBW보다 작아질 수 있다(도 16 참조). 도 12는 선행 기술에서와 같이 RSSI 측정에 기초할 때 얻어진 빔 방향들을 보여준다. 실시예에서 커버된 공간은 방사 특성의 HPBW의 약 3배의 빔 폭에 대응하고, 분명히 볼 수 있듯이, Δφ및 Δθ는 각각 사용된 HPBW와 동일하다. 본 발명에 따라 Δφ뿐만 아니라 Δθ는 사용된 지향성 안테나의 HPBW보다 훨씬 작게 유지될 수 있고, 따라서 기계적 조종 안테나의 이용을 가능케 하고, 그렇지 않으면 너무 느려서 필요한 시간 내에 HPBW-크기의 Δφ및/또는 Δθ를 수행할 수 없다.

도 13은 본 발명에 따른 빔 조종의 절차적 시퀀스를 보여준다. 제1 단말기(1) 상에서 취해진 작용들은 좌측 분지 상에서 지시되고, 모바일 단말기(2) 상에서 위해진 작용들은 우측 분지 상에 지시된다. 통신의 초기 확립(단계 S21) 및 초기 빔 조절(단계 S22)은 도 5에 나타낸 선행 기술에서와 같이 수행된다. 단계 S23에서 제1 단말기(1)(AP)로부터 모바일 단말기(2)(MT)로 전송된 데이터는 단계 S24에서 전송 품질 결정을 위해 RSSI 값 및 FER을 측정하기 위해 모바일 측에서 사용된다. 단계 S25에서 모바일 단말기(2)의 움직임의 측정치에 기초한 동시 또는 후속 센서로부터, 조종 명령은 단계 S26에서 산출되고, 상기한 바와 같이 제1 단말기(1)로 전송된다.

거기서, 조종 명령은 단계 S27에서 수신되고, 조종 안테나의 방사각은 단계 S28에서 상응하게 조절된다. 데이터 전송이 단계 S29에서 체크된 바와 같이 연속되어야 하는 경우, 다음 데이터는 단계 S23에서 새로운 방사각의 방향으로 전송된다. 단계 S23 내지 S29는 데이터 전송이 불연속될 때까지 반복되어, 단계 S210에서 통신 링크가 해제된다.

무선 베이스 단거리 무선 통신을 위한 안테나와 관련되어 기술된 것은 단거리 광학 통신을 위한 전자 광학 신호파 변환기들에 유사하게 적용될 수 있다는 것에 주의해야 한다. 때때로 기계적 빔 조종 안테나라 칭해지기도 하는 기계적 조종 안테나의 원리는 도 15에 나타낸다. 광학 빔 안테나에 대해 반사되는 표면일 수도 있는 방사 소자(1a)는 1차원 또는 2차원에 대해서만 요구되는 트래킹에 좌우되어, 하나의 또는 2개의 직교 방향으로 경사질 수 있다. 경사는 예를 들면 서보모터, 갈바노메트릭 드라이브 또는 규정된 편향을 허용하는 임의의 다른 수단에 의해 조절될 수 있다.

적응형 안테나 어레이의 예는 도 14에 나타낸다. 그것은 보편적으로 각각 페이스 시프터(1a**)에 의해 RF 회로에 접속되는 안테나 소자들(1a*)의 규칙적 배치로 구성된다. 각각의 안테나 소자에서 RF 신호의 페이스를 개별적으로 적절히 이동시킴으로써, 제어 가능한 방사각을 갖는 지향성 특성이 얻어진다. 광학적 적응형 신호파 변환기에 대해, 굴절률이 인가된 전위에 의해 조절될 수 있는 투명한 액정 충전된 전극은 예를 들면 페이스 시프터 및 안테나 소자를 대체할 수 있다. 각각의 전극의 굴절률을 변화시킴으로써 마지막으로 전극을 통해 통과하는 빛의 페이스를 시프트한다.

모바일 단말기를 추적하기 위한 빔 트래킹을 수행하는데 필요한 시간의 감소를 본 발명의 주요 장점으로서 찾아야 한다. 이는 별개의 움직임 조절과 관련하여 거리 반향성 빔 폭 제어에 의해 달성된다. 그러나, 더 나아가, 본 발명은 고속으로 이동하는 단말기들에 대해서조차 느린 기계적 조종 신호파 변환기들의 사용을 가능케 하는 지향성 신호파 변환기의 보다 정교한 등급의 재정렬을 허용한다.

Claims (29)

1. 단거리 무선 모바일 통신 시스템용 단말기(1)에 있어서,

   지향성 신호파 변환기 및

   최적 빔을 결정하고, 상기 최적빔에 의해 상기 지향성 신호파 변환기가 정보 반송 신호파를 송신 및 수신하도록 조절(adjust)하는 제어 수단을 포함하고,

   상기 제어수단은

   상기 단말기(1)와 추가 단말기(2) 사이의 거리가 미리 규정된 거리값에 미달하는지를 판단하고,

   상기 거리가 상기 미리 규정된 거리값에 미달할 때, 빔폭은 고정된 빔폭값으로 증가되도록 결정되고, 허용된 빔 방향 세트는 특유의 빔 방향(unique beam direction)을 포함하도록 결정되고, 상기 최적 빔은 상기 고정된 빔폭값 및 상기 특유의 빔 방향값을 갖는 빔으로 결정되도록 동작하고,

   상기 거리가 상기 미리 규정된 거리값에 미달하지 않을 때, 빔폭은 감소하고, 허용된 빔 방향 세트는 복수의 개수의 허용된 빔 방향을 포함하도록 상기 빔 폭에 기초하여 결정되고, 상기 개수는 상기 빔폭이 증가할 때 감소하며, 상기 최적 빔은 보고된 품질이 빔 트랙킹 알고리즘에 따라 가장 높은 빔으로서 결정되도록 동작하며,

   상기 빔 트래킹 알고리즘에서는 상기 허용된 빔 방향 세트의 각 특정 빔 방향에 대해 순차적으로, 상기 특정 빔 방향 및 상기 결정된 빔폭을 갖는 빔에 의해 버스트(burst)가 전송되고, 이 전송에 응답하여, 상기 빔 품질의 표시를 포함하는 리포트가 상기 추가 단말로부터 수신되는 것인

   단거리 무선 모바일 통신 시스템용 단말기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 빔폭은 구체적으로 하프 하워 빔폭(Half Power Beam Width)인 것을 특징으로 하는 단거리 무선 모바일 통신 시스템용 단말기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 고정 빔폭값은 전지향성(omnidirectional) 특성에 대응되는 것을 특징으로 하는 단거리 무선 모바일 통신 시스템용 단말기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 단말기(1)와 상기 추가 단말기(2) 사이의 거리를 결정하는 거리 결정 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단거리 무선 모바일 통신 시스템용 단말기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 거리 결정 수단은 초음파 거리 측정 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 단거리 무선 모바일 통신 시스템용 단말기.
6. 제4항에 있어서,

   상기 거리 결정 수단은 광학 거리 측정 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 단거리 무선 모바일 통신 시스템용 단말기.
7. 제4항에 있어서,

   상기 거리 결정 수단은 수신된 신호 강도 지시자 값(Received Signal Strength Indicator value)을 기초로 상기 단말기(1)와 상기 추가 단말기(2) 사이의 거리를 결정하도록 적응된 것을 특징으로 하는 단거리 무선 모바일 통신 시스템용 단말기.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 지향성 신호파 변환기의 방사각을 조종하기 위한 기계적 조종장치(mechanical steering)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단거리 무선 모바일 통신 시스템용 단말기.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 지향성 신호파 변환기는 적응형 신호파 변환기 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 단거리 무선 모바일 통신 시스템용 단말기.
10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 단말기(1)상의 상기 신호파 변환기는 라디오파(radio wave) 및 광파 중 적어도 하나의 형태로 정보를 전송 및 수신하도록 적응된 것을 특징으로 하는 단거리 무선 모바일 통신 시스템용 단말기.
11. 제1항에 따른 단말기인 제1 단말기, 및 추가 단말기를 갖는 단거리 무선 모바일 통신 시스템.
12. 제11항에 있어서,

    상기 추가 단말기는 모바일 단말기인 것인 단거리 무선 모바일 통신 시스템.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,

    상기 제1 단말기는 고정 단말기인 것을 특징으로 하는 단거리 무선 모바일 통신 시스템.
14. 제11항 또는 제12항에 있어서,

    상기 제1 단말기와 상기 추가 단말기 사이의 거리를 결정하는 거리결정수단을 더 포함하고, 상기 거리결정수단은 상기 제1 단말기상에 위치하는 것을 특징으로 하는 단거리 무선 모바일 통신 시스템.
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