KR101278329B1

KR101278329B1 - 스마트 안테나를 위한 온라인 무선 처리 교정 방법

Info

Publication number: KR101278329B1
Application number: KR1020060061117A
Authority: KR
Inventors: 김두석; 박종현; 김제우
Original assignee: 퀄컴 인코포레이티드
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2013-06-25
Also published as: KR20080002340A

Abstract

본 발명은 복수의 안테나에서 빔 성형하여 신호를 전송하는 스마트 안테나 시스템에 관한 것으로, 상기 복수의 안테나들을 통해 전송되는 각 신호들간의 무선 처리 특성에 따른 크기 및 위상 차이를 보정하기 위한 무선 처리 교정 방법에 있어서, 주기적으로 전송되는 비콘 프레임에서 구간을 설정하는 필드에 채널 점유 벡터를 설정하는 과정과, 상기 비콘 프레임을 전송하는 과정과, 상기 비콘 프레임에 설정된 채널 점유 벡터의 구간 내에서 프리앰블 신호를 전송하여 상기 교정을 위한 데이터를 수집하는 과정과, 상기 수집된 데이터로부터 새로운 교정 결과를 산출하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

스마트 안테나, 비콘, 온라인, 교정, 채널 점유 벡터, 프리앰블

Description

스마트 안테나를 위한 온라인 무선 처리 교정 방법{ONLINE RF CALIBRATION METHOD FOR SMART ANTENNA SYSTEMS}

도 1은 일반적인 스마트 안테나 무선랜 시스템에서의 액세스 포인트의 세부 구조를 나타낸 도면.

도 2는 일반적인 스마트 안테나 무선랜 시스템에서의 가입자 단말의 세부 구조를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명이 적용되는 매체 접속 제어 프레임의 구조를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명이 적용되는 스마트 안테나를 이용한 무선랜 시스템의 네트워크 구성을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 주기적 방식의 독립 시스템 온라인 교정 전송 패턴을 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 주기적 방식의 독립 시스템 온라인 교정 절차를 나타낸 흐름도.

도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 비주기적 방식의 독립 시스템 온라인 교정 패턴을 나타낸 도면.

도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 비주기적 방식의 독립 시스템 온라인 교정 절차를 나타낸 흐름도.

도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 주기적 방식의 상호 협력 시스템 온라인 교정 전송 패턴을 나타낸 도면.

도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 주기적 방식의 상호 협력 시스템 온라인 교정 전송 절차를 나타낸 흐름도.

도 11은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 비주기적 방식의 상호 협력 시스템 온라인 교정 전송 패턴을 나타낸 도면.

도 12는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 비주기적 방식의 상호 협력 시스템 온라인 교정 전송 절차를 나타낸 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

102, 222 : 사상기 103, 108, 127 : 승산기

105 : 다중화기 106 : 송신 빔 성형 가중치

107 : 가변 송신 전방향 가중치 110 : 송신 전방향 가중치 제어부

112 : 송신 교정 가중치 113, 223, 227 : 역고속 푸리에 변환기

114, 224 : 보호 구간 삽입부 115, 225 : 송신 무선 처리부

116, 202 : 송/수신 스위치 117, 201 : 안테나

121, 203 : 수신 무선 처리부

122, 204 : 반송파 주파수 오프셋 추정 및 보상기

123, 205 : 고속 푸리에 변환기 124, 206 : FFT 윈도우 검출기

125, 207 : FFT 윈도우 오프셋 129 : 가산기

130 : 수신 빔 성형 가중치 계산기 131, 211 : 기준 신호 생성부

132, 209 : 주파수 영역 등화기 133, 210 : FEQ 추정기

134, 212 : 타이밍 오프셋 추정 및 보상기

135, 213 : 잔류 주파수 오프셋 추정 및 보상기

136, 214 : 역사상기

138, 216 : FFT 윈도우 오프셋 보상 신호 생성기

141, 142, 144 : 승산기 143 : 수신 교정 가중치

219, 220, 228 : 승산기

본 발명은 스마트 안테나 시스템에 관한 것으로, 특히 스마트 안테나 시스템에서의 무선 처리 과정에서 발생하는 신호의 크기 및 위상의 변화를 바로잡기 위한 스마트 안테나를 위한 온라인 무선 처리 교정 방법에 관한 것이다.

무선 인터넷에 대한 관심과 수요가 급증하고 있는 가운데 무선 통신의 품질 및 전송 속도를 획기적으로 향상시키기 위해서 스마트 안테나 시스템(smart antenna system) 기술이 대안으로 여겨지고 있다. 상기 스마트 안테나 시스템의 기본 원리는 원하는 신호는 보강 간섭이 일어나도록 하고, 원하지 않는 신호는 상쇄 간섭이 일어나도록 하는 것으로, 이를 빔 성형(Beam-forming) 이라고도 한다. 이와 같은 스마트 안테나 시스템 기술을 이용하면 간섭 신호는 억제할 수 있고 다이버시 티 이득(diversity gain)과 빔 성형 이득(beam-forming gain)을 얻을 수 있으므로 시스템의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

상기 스마트 안테나 시스템의 장점을 살펴보면, 첫째 신호가 분산되지 않고 원하는 곳으로 모이므로 신호의 이득(Gain)을 증가시킬 수 있다. 따라서 기지국 당 커버(cover)할 수 있는 영역을 늘어나게 할 수 있으며, 또한 이득(Gain)이 증가함으로 인해 단말기의 전력 소비를 줄일 수 있어 배터리 사용시간도 늘어나게 된다. 둘째, 원하지 않는 방향의 신호는 효과적으로 제거되므로 간섭 신호의 제거가 가능하다. 셋째, 스마트 안테나 시스템은 공간적인 필터 효과도 아울러 수행하기 때문에 다중 경로(Multi-path)의 효과를 많이 감소시킬 수 있다.

한편, 무선 랜((Wireless LAN(Local Area Network)) 시스템의 액세스 포인트(Access Point; 이하, 'AP'라 한다)에 상술한 스마트 안테나 기술을 적용하고 가입자 단말(user terminal)은 단일 안테나를 사용하는 방식이 고려될 수 있다. 이때 상기 스마트 안테나 기술을 적용한 AP가 표준 무선 LAN과 완전히 호환이 된다면, 종래의 단일 안테나를 갖는 AP를 스마트 안테나를 갖는 AP로 대체함으로써 기존 가입자 단말의 기술 변경 없이도 무선 LAN 시스템의 성능을 크게 향상시킬 수가 있게 된다.

상기 스마트 안테나 시스템에서 중요한 기술 중의 하나는 교정(calibration) 기술이다. 스마트 안테나 시스템은 다중의 안테나 어레이(antenna array)를 사용하므로 다중 무선(Radio Frequency; RF) 처리 소자들 간의 다른 특성들로 인해 야기될 수 있는 신호의 크기(amplitude) 및 위상(phase)의 변화를 보정하는 것은 안정 적인 성능 유지를 위해 필수적인 사항이며, 이러한 보정 방법을 교정(calibration) 혹은 무선/안테나 교정(RF/antenna calibration)이라 한다.

그런데 상기 무선/안테나 교정은 스마트 시스템 구현 시 반드시 고려되어야 할 사항이지만, 이러한 보정은 일반적인 데이터 전송과는 달리 단위 무선 처리단 마다 프리앰블(preamble)과 같은 특정한 신호 패턴을 반복적으로 전송하면서 이루어지므로 교정(calibration) 중에는 정상적인 시스템 서비스가 잠시 중단될 수 있으므로 시스템 운용이 지장을 받을 수 있다.

도 1 및 도 2는 4개의 안테나 엘리먼트(antenna element)를 갖는 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 통신 방식과 같이 주파수 영역 신호처리를 기반으로 하는 시스템에 적합한 스마트 안테나(smart antenna) 시스템 구조를 보인 것이다. 도 1은 스마트 안테나 시스템의 AP의 세부 구조이며, 도 2는 가입자 단말(user terminal)의 세부 구조이다. 이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 상기 시스템의 동작을 간단히 설명한다.

먼저, AP에서 가입자 단말로 전송할 송신 데이터(Tx Data; 101)는 사상기(mapper; 102)에서 사상된 후, 제1 승산기(103)에서 다중화기(Multiplexer; 이하, 'MUX'라 한다)(105) 출력인 송신 가중치(Tx weight)(104)와 각각 곱하여 진다.

상기 송신 가중치(104)는 통신 규약(protocol)이 송신 빔 성형(beam-forming)을 수행하는 경우이면 송신 빔 성형 가중치(TX BF weight; 106)를, 반면 통신 규약(protocol)이 송신 전방향(omni-directional) 빔 패턴을 사용할 경우이면 가변형(Variable) 송신 전방향 가중치(TX OMNI weight; 107)를 사용한다. 이때, 상 기 송신 빔 성형 가중치(TX BF weight; 106)는 일반적으로 수신 빔 성형 가중치(RX BF weight; 128)를 이용하여 구하며, 반면 가변형 송신 전방향 가중치(TX OMNI weight)(107)는 4개의 안테나 엘리먼트(antenna element)로 빔 성형을 하였을 경우의 빔 패턴이 일반적인 전방향(omni-directional) 안테나 빔 패턴과 가장 유사한 빔 패턴을 생성하도록 하는 가중치(weight)를 구하여 사용한다.

한편, 상기 제1 승산기(103)에서 상기 송신 가중치(TX weight; 104)와 곱하여진 신호는 시스템의 송신단 전달 함수 특성을 보상하기 위해 제2 승산기(108)에서 교정 가중치(calibration weight; 109)와 곱하여 진다. 상기 교정 가중치(209)는 송신 가중치(TX weight; 104)가 송신 빔 성형 가중치(TX BF weight; 106)인 경우에나 가변형 송신 전방향 가중치(TX OMNI weight; 107)인 경우에나 모두 동일한 송신 교정 가중치(TX calibration weight; 109)를 사용한다.

상기 송신 빔 성형 가중치(TX BF weight; 106)는 상술한 바와 같이 수신 빔 성형 가중치(RX BF weight; 128)를 이용하여 구하지만, 상기 수신 빔 성형 가중치(RX BF weight; 128)를 구하기 전에 수신 교정 가중치(RX calibration weight; 144)를 보상한 후의 신호에 대해서 수신 빔 성형 가중치(RX BF weight)를 구한다. 여기서 송신(TX) 및 수신(RX) 교정(calibration)은 초기 시스템의 전원을 켠(power on) 시점뿐만 아니라, 무선 처리 소자(RF 소자)의 특성 변화로 인해 시스템 운용 중에도 지속적으로 교정(calibration)을 해 주어야 적절한 시스템의 성능을 얻을 수 있다.

송신 교정 가중치 생성부(112)에서 산출된 상기 송신 교정 가중치(Tx calibration weight; 109)와 상기 제2 승산기(108)에서 곱하여진 신호는 각각 역고속 푸리에 변환기(113)에서 역고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform; 이하, 'IFFT'라 한다.)하며, 보호 구간 삽입부(114)에서 보호 구간 삽입(Guard Insertion)한 후, 송신 무선 처리부(TX RF; 115)에서 송신 무선 처리 수행한다. 마지막으로, 상기 송신 무선 처리를 한 각각의 신호는 송/수신 스위치(116)를 통과하여 각각의 안테나(117)를 통하여 전파된다.

이와 같이, AP의 4개 안테나(117)를 통하여 전파된 신호는 무선 채널을 경유하여 도 2에 도시된 가입자 단말의 안테나(201)에 도달하고, 송/수신 스위치(202)를 통하여 가입자 수신단의 수신 무선 처리부(RX RF; 203)에 입력되어 신호처리를 거친 후 디지털 신호로 변환된다. 상기 수신 무선 처리부(203)를 통과한 신호는 반송파 주파수 오프셋 추정 및 보상기(204)를 거쳐서 반송파 주파수 오프셋을 제거한다.

그런 다음, 상기 반송파 주파수 오프셋 추정 및 보상기(204)를 통과한 신호를 이용하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; 이하, 'FFT'라 한다.)을 수행하기 전에 어디서부터 FFT를 수행할 것인가를 결정하여야 한다. FFT 윈도우(window) 검출기(206)는 정확한 OFDM 심볼 경계(symbol boundary)를 검출한 후, 이를 기준점으로 하여 지정된 FFT 윈도우 오프셋(window offset; 207)만큼 마진( margin)을 두고 FFT가 이루어지도록 하는 역할을 한다. 고속 푸리에 변환기(205)는 FFT 윈도우(window) 검출기(206)에서 제공하는 FFT 윈도우(window)(208)에 맞추어서 FFT를 수행한다.

상기 고속 푸리에 변환기(205)를 통과한 주파수 영역 수신 신호는 제2 승산기(220)에서 FFT 윈도우 오프셋 보상 신호 생성기(FFT Window Offset Compensation Signal Generator; 216)에서 생성한 수신 신호의 윈도우 오프셋(window offset) 보상 신호(218)와 곱해져서 주파수 영역 등화기(Frequency Domain Equalizer; 이하, 'FEQ'라 한다.)(209)를 통과한다.

상기 FEQ(209)에서 사용되는 주파수 영역 등화 계수는 주파수 영역 등화 계수 추정기(FEQ Estimator; 210)에서 추정한 값을 사용한다. 상기 FEQ 계수 추정기(210)는 기준 신호 생성부(211)에서 생성된 기준 신호열 패턴(Reference training pattern)과 이에 상응하는 수신 신호를 이용하여 등화 계수를 추정하는데, 상기 기준 신호열 패턴(211)은 FFT 윈도우 오프셋 보상 신호 생성기(216)에서 생성한 기준 신호의 윈도우 오프셋 보상 신호(217)와 제1 승산기(219)에서 곱하여진 후에 FEQ 추정기(210)에 사용된다.

상기 FEQ(209)를 통과한 신호는 타이밍 오프셋 추정 및 보상기(Timing offset estimator and compensator; 212)를 통과하여 타이밍 오프셋을 보상하고, 잔류 주파수 오프셋 추정 및 보상기(Residual frequency offset estimator and compensator; 213)를 통과하여 잔여 주파수 오프셋을 보상한다. 이와 같이 잔류 주파수 오프셋이 보상된 신호인 출력 신호는 역사상기(de-mapper; 214)를 통과한 후 수신 데이터(RX data; 215)를 얻는다.

다음으로, 상기 도 2 및 도 1을 참조하여 가입자 단말(user terminal)에서 AP로 통신하는 경로를 살펴보자. 상기 가입자 단말(user terminal)에서 AP로 전송 할 송신 데이터(TX Data; 221)는 사상기(mapper; 222)에서 사상된 후 제3 승산기(228)에서 송신 FEQ 가중치(TX FEQ weight)와 곱하여진다. 상기 TX FEQ 가중치는 수신 FEQ 추정기(210)에서 구한 채널 전달 함수(226)를 제2 역고속 푸리에 변환기(227)로부터 구한다.

상기 제3 승산기(228)에서 송신 FEQ 처리를 거친 신호는 제1 역고속 푸리에 변환기(223), 보호 구간 삽입부(224) 및 송신 무선 처리부(225)를 통과한다. 상기 송신 무선 처리부(225)를 통과한 신호는 송/수신 스위치(202)를 통과하여 안테나(201)를 통하여 전파된다.

다음으로, 가입자 단말에서 AP로 데이터를 전송하는 경로를 설명한다. 상기 가입자 단말의 안테나(201)를 통하여 전파된 신호는 무선 채널을 경유하여 도 1에 도시된 AP의 각 4개 안테나(117)에 도달하고, 상기 각각의 신호는 송/수신 스위치(116)를 통하여 AP 수신 무선 처리부(RX RF; 121)로 각각 입력되어 신호 처리를 거친 후 디지털 신호로 변환된다. 이와 같이 상기 각 수신 무선 처리부(121)를 통과한 신호는 반송파 주파수 오프셋 추정 및 보상기(122)를 거쳐서 반송파 주파수 오프셋을 제거한다.

한편, 상기 반송파 주파수 오프셋 추정 및 보상기(122)를 통과한 신호를 이용하여 FFT 처리를 수행하기 전에 어디서부터 FFT를 수행할 것인가를 결정하여야 한다. FFT 윈도우 검출기(FFT Window Detector; 124)는 정확한 OFDM 심볼 경계(symbol boundary)를 검출한 후, 이를 기준점으로 하여 지정된 FFT 윈도우 오프셋(FFT window offset)(125)만큼 마진(margin)을 두고 FFT가 이루어지도록 하는 역 할을 한다. 고속 푸리에 변환기(123)는 상기 FFT 윈도우 검출기(124)에서 제공하는 FFT 윈도우(126)에 맞추어서 FFT 처리를 수행한다.

상기 고속 푸리에 변환기(123)를 통과한 각 안테나별 주파수 영역 수신 신호는 제6 승산기(114)에서 수신측 전달 함수 특성을 보상하기 위해서 수신 교정 가중치 생성부(143)의 출력인 수신 교정 가정치(RX Calibration weight; 145) 곱하여 진다.

이와 같이 수신측 전달 함수 특성이 보상된 상기 각 제6 승산기(114) 출력 신호는 제5 승산기(142)에서 FFT 윈도우 오프셋 보상 신호 생성기(FFT Window Offset Compensation Signal Generator; 138)에서 생성한 수신 신호의 윈도우 오프셋 보상 신호(140)와 곱해진다. 상기 제5 승산기(142)의 출력 신호는 안테나 경로 별로 제3 승산기(127)에서 각각의 수신 빔 성형 가중치(128)와 각각 곱하여지고, 가산기(129)에서 더하여져서 수신 빔 성형(RX beam-forming)이 이루어진다.

이때, 수신 빔 성형 가중치(RX beam-forming weight; 278)는 수신 빔 성형 가중치 계산기(RX BF weight Calculatorl; 130)에서 계산한 결과를 사용한다. 상기 수신 빔 성형 가중치 계산기(130)는 기준 신호 생성부(131)에서 생성한 기준 신호 패턴(Reference Training Pattern)과 이에 상응하는 수신 신호를 이용하여 각 안테나 경로별로 최적의 수신 빔 성형 가중치(RX BF weight; 128)를 구하는데, 상기 기준 신호 생성부(131)에서 생성된 기준 신호 패턴은 상술한 FFT 윈도우 오프셋 보상 신호 생성기(138)에서 생성한 기준 신호의 윈도우 오프셋 보상 신호(139)와 제4 승산기(141)에서 곱해진 후에 수신 빔 성형 가중치 계산기(RX BF Weight Calculator; 130)에서 사용된다.

한편, 상기 가산기(129)를 통과한 빔 성형(beam-forming) 된 신호는 주파수영역 등화기(FEQ)(132)를 통과한다. 상기 FEQ(132)에 사용되는 주파수 영역 등화 계수는 FEQ 추정기(FEQ Estimator)(133)에서 추정한 값을 사용한다. 상기 FEQ 추정기(133)는 상술한 기준 신호 생성부(131)에서 생성된 기준 신호열 패턴(training pattern)과 이에 상응하는 수신 신호(가산기(129)의 출력 일부)를 이용하여 등화 계수를 추정한다.

상기 FEQ(132)를 통과한 신호는 타이밍 오프셋 추정 및 보상기(Timing offset estimator and compensator; 134)를 통과하여 타이밍 오프셋을 보상하고, 잔류 주파수 오프셋 추정 및 보상기(Residual frequency offset estimator and compensator; 135)를 통과하여 잔여 주파수 오프셋을 보상한다. 상기 잔류 주파수 오프셋이 보상된 출력 신호는 역사상기(de-mapper; 136)를 통과한 후 수신 데이터(RX data; 137)를 얻는다.

상기한 스마트 안테나 시스템의 동작에서 송신 및 수신 교정(TX and RX calibration)은 송수신단의 무선(RF) 처리 소자들의 상이함과 주변 온도 변화 등으로 야기될 수 있는 신호 크기(amplitude)와 위상(phase)의 변화 때문에 반드시 무선/안테나 교정(RF/antenna calibration)을 시스템 구현 시에 고려해 주어야 한다. 또한, 이러한 변화는 송수신시 서로 다른 영향이 있으므로 송신단과 수신단을 모두 고려하여야 한다. 그러나 기존에 제안된 교정(calibration) 방법들은 송신단과 수신단이 각각 교정(calibration)하거나 혹은 정상적인 시스템 서비스를 잠시 멈추고 교정(calibration)을 수행한 후 다시 시스템 서비스를 가동하는 오프 라인(off-line) 교정(calibration) 방법이 대부분이다. 그러나 송수신단이 각각 교정(calibration)하는 방법은 구현 시 정확한 교정(calibration)을 할 수 없어 성능이 떨어지며, 또한, 상술한 오프라인 교정(off-line calibration) 방법은 송수신단에서 따로 할당한 연산 시스템과의 동기가 없이는 시스템 서비스 중단이 불가피하므로 구현이 어렵거나 교정(calibration)을 위하여 서비스가 중단되는 단점이 있다.

이상에서 간략히 살펴본 종래의 스마트 안테나 시스템은 다음과 같은 문제점이 있다.

상기 스마트 안테나 시스템 교정을 위한 방법은 송신단과 수신단에서 각각 교정을 수행하거나 혹은 정상적인 시스템 서비스를 잠시 멈추고 교정을 수행한 후 다시 시스템 서비스를 가동하는 오프라인 교정 방법을 사용하였다. 그러나 상기 송수신단에서 각각 교정하는 방법은 구현 시 정확한 교정을 할 수 없어 성능이 떨어진다. 또한, 상기 오프라인 교정 방법은 송수신단에서 따로 할당한 연산시스템과의 동기 없이는 시스템 서비스 중단이 불가피하므로 구현이 어렵거나 교정을 위하여 서비스가 중단되는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 스마트 안테나 시스템에서 무선 처리 교정을 수행함에 있어, 주기적 독립 방식의 온라인 교정을 제공하는 스마트 안테나를 위한 온 라인 무선 처리 교정 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 스마트 안테나 시스템에서 무선 처리 교정을 수행함에 있어, 비주기적 독립 방식의 온라인 교정을 제공하는 스마트 안테나를 위한 온라인 무선 처리 교정 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 스마트 안테나 시스템에서 무선 처리 교정을 수행함에 있어, 주기적 상호 협력 방식의 온라인 교정을 제공하는 스마트 안테나를 위한 온라인 무선 처리 교정 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 스마트 안테나 시스템에서 무선 처리 교정을 수행함에 있어, 비주기적 상호 협력 방식의 온라인 교정을 제공하는 스마트 안테나를 위한 온라인 무선 처리 교정 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 방법은; 복수의 안테나에서 빔 성형하여 신호를 전송하는 스마트 안테나 시스템에서, 상기 복수의 안테나들을 통해 전송되는 각 신호들간의 무선 처리 특성에 따른 크기 및 위상 차이를 보정하기 위한 무선 처리 교정 방법에 있어서, 주기적으로 전송되는 비콘 프레임에서 구간을 설정하는 필드에 채널 점유 벡터를 설정하는 과정과, 상기 비콘 프레임을 전송하는 과정과, 상기 비콘 프레임에 설정된 채널 점유 벡터의 구간 내에서 프리앰블 신호를 전송하여 상기 교정을 위한 데이터를 수집하는 과정과, 상기 수집된 데이터로부터 새로운 교정 결과를 산출하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 방법은; 복수의 안테나에서 빔 성형하여 신호를 전송하는 스마트 안테나 시스템에서, 상기 복수의 안테나들을 통 해 전송되는 각 신호들간의 무선 처리 특성에 따른 크기 및 위상 차이를 보정하기 위한 무선 처리 교정 방법에 있어서, 상기 스마트 안테나 시스템의 성능 열화를 판단하는 과정과, 상기 판단 결과 교정이 요구될 경우 CTS 프레임에서 구간을 설정하는 필드에 채널 점유 벡터를 설정하는 과정과, 상기 CTS 프레임을 전송하는 과정과, 상기 CTS 프레임에 설정된 채널 점유 벡터의 구간 내에서 프리앰블 신호를 전송하여 상기 교정을 위한 데이터를 수집하는 과정과, 상기 수집된 데이터로부터 새로운 교정 결과를 산출하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 방법은; 복수의 안테나에서 빔 성형하여 신호를 전송하는 스마트 안테나 시스템에서, 상기 복수의 안테나들을 통해 전송되는 각 신호들간의 무선 처리 특성에 따른 크기 및 위상 차이를 보정하기 위한 무선 처리 교정 방법에 있어서, 제1 시스템에서 제2 시스템으로부터 신호를 수신하는 과정과, 상기 제1 시스템에서 수신된 신호에 의해 성능 열화를 판단하는 과정과, 상기 판단 결과 교정이 요구될 경우, 상기 제1 시스템에서 상기 제2 시스템으로 온라인 교정 수행을 요청하는 과정과, 상기 제2 시스템에서 상기 제1 시스템으로부터 온라인 교정 요청을 수신하고, 주기적으로 전송되는 비콘 프레임에서 구간을 설정하는 필드에 채널 점유 벡터를 설정하여 전송하는 과정과, 상기 비콘 프레임에 설정된 채널 점유 벡터의 구간 내에서 프리앰블 신호를 전송하여 온라인 교정을 수행하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제4 방법은; 복수의 안테나에서 빔 성형하여 신호를 전송하는 스마트 안테나 시스템에서, 상기 복수의 안테나들을 통 해 전송되는 각 신호들간의 무선 처리 특성에 따른 크기 및 위상 차이를 보정하기 위한 무선 처리 교정 방법에 있어서, 제1 시스템에서 제2 시스템으로부터 신호를 수신하는 과정과, 상기 제1 시스템에서 수신된 신호에 의해 성능 열화를 판단하는 과정과, 상기 판단 결과 교정이 요구될 경우, 상기 제1 시스템에서 상기 제2 시스템으로 채널 점유 벡터 구간이 포함된 RTS 프레임을 전송하는 과정과, 상기 RTS 프레임을 수신한 상기 제2 시스템에서 상기 제1 시스템으로 CTS 프레임을 전송하는 과정과, 상기 제2 시스템으로부터 CTS 프레임을 수신한 제1 시스템에서 상기 제2 시스템으로 온라인 교정 수행을 요청하는 과정과, 상기 제2 시스템에서 상기 제1 시스템으로부터 온라인 교정 요청을 수신하고, 온라인 교정을 수행하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 스마트 안테나 시스템에서 중요한 기술 중의 하나인 무선 처리 교정(RF calibration) 방법에 관한 것으로, 효율적인 온라인 무선 처리 교정(online RF calibration) 방법을 제안한다. 후술할 본 발명에서 제안하는 방법에 의해 시스템의 성능 향상을 가져오게 된다. 상기 스마트 안테나 시스템을 위한 온라인 교정 의 방법으로 본 발명에서는 독립 시스템 교정 및 상호 협력 교정 방식을 이용함으로써, 종래의 오프라인 교정(off-line calibration) 방법과는 달리 송수신시 교정(calibration) 동안 시스템 서비스를 중단할 필요가 없다. 따라서, 정상적인 서비스 동작을 유지하면서도 온라인 무선 처리 교정이 이루어지기 때문에 안정적인 성능 유지가 가능한 장점이 있다.

본 발명에서 제안하는 스마트 안테나 시스템을 위한 온라인 교정 방법을 간략히 요약하면 다음과 같다. 본 발명에서 제안하는 교정 방법은 독립 시스템 교정(stand alone online calibration)과 상호 협력 교정(cooperative online calibration) 방법으로 구분된다. 상기 방법들은 종래의 오프라인 교정(off-line calibration) 방법과는 달리 송수신시 부가적인 교정 시간 동안 시스템 서비스를 중단할 필요가 없다.

또한, 기존의 온라인 교정시 무선 LAN과 같은 시분할 이중(Time Division Duplex; TDD) 시스템에서는 교정을 위해 별도의 송수신기가 필요하지만 제안한 방법에서는 별도의 송수신기를 가질 필요가 없고 표준 매체 접속 제어(Medium Access Control; 이하, 'MAC'이라 한다.) 규약(프로토콜; Protocol)과 프레임(Frame)을 이용하므로 구현 시 큰 장점이 있다. 아울러, 정상적인 동작에 지장을 주지 않고 온라인 상에서 RF 교정이 이루어지기 때문에 안정적인 성능 유지가 가능한 장점을 갖는다.

한편, 본 발명에서는 주파수 영역 신호 처리에 적합한 스마트 안테나 시스템의 성능 향상을 위한 교정 방법에 대한 실시 예로서 4개의 안테나 엘리먼 트(antenna element)를 갖는 주파수 영역 신호 처리에 적합한 스마트 안테나 시스템 및 시간 영역 신호 처리에 적합한 스마트 안테나 시스템을 적용한 무선 LAN AP와 단일 안테나를 갖는 가입자 단말로 구성되는 통신 시스템 구조를 가지게 된다. 그러나 후술하는 본 발명에서 제안하는 스마트 안테나 시스템은 무선 LAN 뿐만이 아니라 다른 시스템에도 적용이 가능하며, 안테나 엘리먼트도 4개뿐만이 아니라 2개 혹은 4개 이상의 경우에도 적용이 가능하다.

<온라인 무선 처리/안테나 교정 방법>

이하, 먼저 본 발명에서 제안하는 스마트 안테나 시스템을 사용하는 무선 LAN에 적용 가능한 온라인 교정 방법을 기술한다. 본 발명에서 제시하는 스마트 안테나 구현 방법들은 성능과 계산량이 종래의 방식에 비해 우수하며, 기존 무선 LAN시스템을 고려한 호환성에 적합한 구조를 갖는다. 상기 교정 방식에 대해서 자세히 기술하면 다음과 같다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 먼저 도 3을 참조하여 IEEE 802.11 MAC 프로토콜 계층에서 사용되는 프레임(Frame)의 기본 구조를 설명한다.

도 3은 본 발명이 적용되는 MAC 프레임의 구조를 나타낸 도면이다. 상기 도 3을 참조하면, MAC 프레임 구조는 MAC 헤더(Header)(300), 프레임 바디(Frame Body)(310) 및 FCS(Frame Check Sequence)(320) 등으로 구성되며, 상기 MAC 헤더는 다시 프레임 제어 필드(301), 기간/ID(Duration/ID) 필드(302), 복수의 주소 필드들(303, 304, 305, 307), 시퀀스 제어(Sequence Control) 필드(306), 서비스 품질 제어(QoS Control) 필드(308) 등으로 구성된다.

여기서 상기 프레임 제어 필드(301)는 MAC 프로토콜 버전과 프레임의 종류를 나타낸다. 프레임 종류로는 크게 관리(Management) 프레임, 제어(Control) 프레임 및 데이터(Data) 프레임으로 구분되며, 각 프레임은 다시 부타입(Subtype)들로 세분화된다. 상기 기간/ID 필드(302)는 주로 이 프레임 이후로 얼마 동안 더 무선 매체(Wireless Medium)가 점유될 것인가에 대한 시간 정보가 기록된다.

상기 주소 필드들(303, 304, 305, 307)은 수신측 주소(RA; Receiver Address), 송신측 주소(TA; Transmitter Address), 목적지 주소(DA; Destination Address) 그리고 소스 주소(SA; Source Address) 등을 기록하는데 쓰인다. 여기서 주소라고 하는 것은 이더넷(Ethernet)의 MAC 주소(MAC Adress)와 동일한 구조로써 6 바이트 길이의 데이터이며, 모든 이더넷 장치들은 고유의 MAC 주소를 가진다.

마지막으로 FCS 필드는 상기 프레임 제어 필드(301)로부터 프레임 바디 필드(310)의 끝 부분까지에 대한 CRC(Cyclic Redundancy Code) 계산 결과를 기록하고, 수신자가 동일한 방법으로 CRC를 계산하여 프레임에 첨부된 FCS 필드 값과 비교함으로써 프레임 내용이 전송되는 중에 변형되었는가를 확인하는 용도로 사용된다.

한편, 빔 성형을 위해 어레이 안테나에 인가되는 해(solution 혹은 weight)는 기저 대역(baseband)에서 연산 된 후 무선 처리(즉, RF) 단으로 신호가 전달된다. 그런데 RF 소자의 특성은 시간과 온도에 따라 변화하고, 송신시와 수신시 RF소자의 영향이 다르므로 교정시 이러한 영향을 동시에 고려해 주어야 한다. 따라서, 지속적으로 인가된 해에 따라 적절한 빔 성형이 이루어지도록 하려면 송수신단 RF 소자들의 상이함으로 야기될 수 있는 신호 크기(amplitude)와 위상 (phase)의 변화를 보정해 주는 무선 처리/안테나(RF/antenna) 교정이 시스템에 구현되어 있어야 한다.

본 발명에서 제안하는 교정 방법들은 도 4에 도시된 어레이 안테나를 사용하는 스마트 안테나 무선 LAN 시스템을 목표로 한다.

도 4는 본 발명이 적용되는 스마트 안테나를 이용한 무선랜 시스템의 네트워크 구성을 나타낸 도면이다. 상기 도 4를 참조하면, 본 발명이 적용되는 스마트 안테나 무선랜 시스템은 인터넷(401)과 유선으로 연결되는 무선 AP(402), 상기 무선 AP(402)의 안테나(403)가 커버하는 영역(400) 내에 설치되는 하나 이상의 가입자 단말(STA; Station)(405)로 구성될 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 스마트 안테나 시스템을 상기 무선 AP(402)에 적용함으로써 스마트 무선 AP(403)를 구성하게 된다. 즉, 상기 무선 AP(402)에는 복수의 안테나(403)가 설치되며, 상기 각 안테나(403)에서 출력되는 신호를 빔 성형하여 출력시킴으로써 스마트 안테나 시스템을 무선랜 시스템에 적용하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 온라인 교정은 일정한 주기로 수행하거나, RF 성능이 열화 되었을 때만 비주기적인 방법으로 수행할 수 있다. 상기 RF 교정 동안 시스템에서는 프리앰블(preamble)과 같은 특정한 시그널을 어레이 안테나 중 특정 안테나를 번갈아 가며 선택해서 전송하고 나머지 안테나들은 수신하면서 RF 특성을 측정하게 된다.

어레이 안테나의 모든 안테나에 대해 상술한 과정을 반복적으로 수행하여 통 계적인 RF 특성을 얻은 다음, 시스템의 연산 처리부에서 RF 교정 파라미터(parameter)를 계산한 후 그 결과를 어레이 안테나에 적용하게 된다. 이때, RF 계층에서의 상세한 교정 방법은 다양한 방법에 의해 구현 가능하며, 본 발명에서는 MAC 계층 관점에서의 온라인 교정 방법을 제안한다.

한편, 운용 중인 무선 LAN에서는 다수의 가입자 단말(405)이 불특정 시간에 데이터를 송신하게 된다. 특히, 스마트 안테나 시스템에서 RF 교정 도중 타 시스템에서 전송하는 신호가 함께 수신된다면 교정 결과는 RF 특성을 제대로 반영하지 못하게 된다. 따라서 교정 주기가 되면 타 시스템으로부터의 신호 간섭을 방지하기 위해 채널 점유 벡터(Network Allocation Vector; 이하, 'NAV'라 한다.)를 설정한다. 이는 MAC 프레임 구조 중 기간/ID 필드(302)를 이용하여 일정 기간 동안 NAV를 설정하면 표준 프로토콜을 따르는 모든 무선 LAN 시스템이 해당 네트워크 내에서 실제 무선 채널에서 신호가 전송되는 지의 여부와 상관없이 설정된 기간만큼 무선 채널에 전송을 중단하도록 되어 있는 규정을 이용하는 것이다.

따라서, 후술할 본 발명에서 제안하는 방법들은 MAC 계층에서 온라인 중에 채널 점유 벡터 NAV를 설정함으로써 일반적인 무선 LAN 시스템에서 데이터 전송에 의해 무선 채널이 점유되어 있는 것과 같은 원리에 의해 NAV 기간 동안만 무선 채널을 비지(busy) 상태로 설정하여 타 가입자 단말로부터의 간섭을 받지 않으면서도 운용상 중단 없이 교정이 이루어지도록 한다.

이하, 제안하는 교정 방법은 시스템 내에서 단독으로 시행할 수 있는 독립 시스템 교정(Standalone Online Calibration)과 2대 이상의 시스템 간에 상호 협력 에 의해 이루어지는 상호 협력 시스템 교정(Cooperative Online Calibration)으로 구분할 수 있다. 또한, 각각의 방법은 교정 수행의 주기성에 따라 주기적 방법 혹은 비주기적 방법으로 구분된다.

<제1 실시 예 - 주기적 방식의 독립 시스템 온라인 교정>

스마트 안테나 시스템이 AP로 동작할 경우 해당 시스템은 주기적으로 비콘(Beacon) 관리 프레임을 전송하게 된다. 일반적으로 상호 운용성을 위한 와이 파이(Wi-Fi) 규격을 준수하는 경우 AP에서 비콘을 전송하는 주기는 100ms~1000ms 가 된다.

상기 비콘은 AP가 무선 LAN 서비스 단위인 BSS(Basic Service Set)를 구성하고 무선 망의 능력을 알리거나 관리 기능 수행하거나 전력 저장(Power Save) 기능 지원 등을 위해 반드시 주기적으로 송신해야 하는 프레임이다. 따라서, 본 발명의 제1 실시 예에서는 상기 비콘 전송에 동기를 맞춰 RF 교정을 함으로써 별도의 프레임 전송에 의한 오버 헤드를 줄이는 방법을 제안한다.

한편, 구현상에서 조정될 수 있는 사항이나 RF 교정은 하루에 1~2회 정도만 수행하게 되므로 매 비콘 주기를 계수(count)하여 교정하는 것은 빈번한 계수 갱신(counter update)을 필요로 한다. 따라서 MAC 계층에서 일정한 시간 단위로 타이머(예컨대, 소프트웨어 타이머(software timer))를 설정하고, 상기 타이머가 만료되면 바로 다음 비콘 구간부터 교정 구간(period)으로 들어가 교정을 수행하는 방법을 사용할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 주기적 방식의 독립 시스템 온라인 교 정 전송 패턴을 나타낸 도면이다. 상기 도 5를 참조하면, 타이머에 의해 설정된 시간 주기(501, 502, 503)마다 교정함으로써 일정한 교정 간격(Calibration Interval)을 유지하게 되며, 상기 설정된 시간 주기에 교정 구간(Calibration Period)을 설정함으로써 주기적인 교정을 수행하게 된다.

한편, 정상 프레임 송신(Normal Frame Tx) 구간에서는 주기적으로 비콘 신호(도면상에서 'B'로 표시됨)(510, 512, 515)가 전송되고, 상기 비콘 신호들(510, 512, 515) 사이에 데이터(Data) 신호(도면상에서 'D'로 표시됨)(511, 513, 514)가 전송된다. 이때, 본 발명의 제1 실시 예에서는 상기 비콘 신호에 교정 수행 기간(즉, NAV 구간(521, 522))을 설정함으로써 상기 교정 수행 기간 동안 P1(531, 532), P2(533) 및 P3(534)과 같이 교정을 수행하게 된다. 상기 P1(531, 532) 구간은 교정 데이터 수집(Collect calibration data) 구간이며, 상기 P2(533) 구간은 새로운 교정 결과를 처리(Process new calibration result)하는 구간이며, 상기 P3(534) 구간은 새로운 교정 결과를 RF/BBP에 설정(Set new result to RF/BBP)하는 구간이다.

예컨대, 한밤이나 정오 등과 같이 주변 기온 변화가 크거나 트래픽이 없는 시간대에 교정이 수행되도록 상기 소프트웨어 타이머를 설정하여 둘 수 있다. 이때, 상기 타이머가 만료되면 교정과 관련된 시스템 파라미터를 읽어 들이고 다음 비콘 프레임의 기간/ID 값을 도시된 P1(531, 532), P2(533) 및 P3(534)과 같이 교정에 소요되는 시간 만큼으로 설정한다.

한편, 일반적으로 교정은 정확성을 요구하므로 통계적 평균값을 취하기 위해 반복적인 작업이 필요하게 된다. 이에 따라, 소요 시간이 커질 수 있으며 이로 인하여 시스템의 성능 저하를 초래할 수 있다. 따라서, 한 비콘 구간 동안 교정 수행 기간을 표준에서 정한 경쟁 자유(Contention Free; CF) 구간(period)과 같은 32,768us(32ms)로 설정하여 수행하고, 상기 기간이 모자라는 경우는 상기 도 5에 도시된 바와 같이 연속된 비콘 구간 동안 나누어 처리하는 방법을 사용할 수도 있다.

또한, 상기 CF 구간인 32,768us 이내에 RF 교정을 완료할 수 없는 경우 스마트 안테나 시스템이 수신 주소(DA: Destination Address)를 자신으로 한 CF-POLL 프레임을 교정이 완료될 때까지 주기적으로 전송하여 타 경쟁(contention) 가입자 단말로부터의 간섭 없이 온라인 교정을 수행하는 방법을 사용하도록 한다.

도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 주기적 방식의 독립 시스템 온라인 교정 절차를 나타낸 흐름도이다. 상기 도 6을 참조하면, 먼저, 교정 타이머를 구동시키고 상기 교정 타이머가 만료(S601)되어 온라인 교정을 수행할 교정 주기가 도래할 경우, 교정 관련 처리 파라미터들을 독출(S602)하게 된다.

그런 다음, RF 교정 처리를 위해 다음 비콘 신호에 NAV를 설정(S603)하게 된다. 상기 NAV가 설정된 비콘 신호를 전송(S604)한 후, 상기 NAV 구간 동안 온라인 RF 교정을 수행하게 된다. 즉, 상기 NAV 구간 동안 어레이 안테나에서 프리앰블 신호를 연속적으로 전송함으로써 교정 데이터를 수집(S605)하게 된다.

한편, 상기 NAV 구간 동안 수집한 교정 데이터가 교정을 위해 충분한 데이터가 아닐 경우(S606)에는 상술한 바와 같이 다음 비콘 신호에서 다시 NAV 구간을 설 정함으로써 상기 절차를 반복하게 된다. 상기 절차를 반복하여, 교정을 위한 충분한 데이터 수집이 완료되면, 상기 수집된 데이터로부터 새로운 교정 결과를 산출(S607)하게 된다. 마지막으로, 어레이 RF/BBP에 새로운 교정 결과를 설정(S608)하고, 교정 타이머를 설정(S609)하게 된다.

<제2 실시 예 - 비주기적 방식의 독립 시스템 온라인 교정>

본 발명의 제2 실시 예에 따른 온라인 교정 방법은 시간이나 온도 등 환경의 변화로 인해 스마트 안테나 시스템의 성능 열화가 감지될 때만 온라인 교정할 수 있는 비주기적 방식의 독립 시스템 온라인 교정 방식이다. 이하, 상기 비주기적 방식의 독립 시스템 온라인 교정 방법을 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.

어레이 안테나의 성능이 열화되면 원하는 빔 패턴을 형성할 수 없으며, 이로 인해 MAC 단에서는 ACK를 받지 못하는 비율이 늘어나거나, 수신 프레임의 FCS(Frame Check Sequence) 오류가 많아지게 된다. 따라서, 시스템에서 이러한 오류 특성을 감지하고 있다가 그 비율이 일정 임계치(threshold) 이상으로 커지면 비주기적 온라인 교정 절차에 들어가게 된다.

비주기적 방식의 독립 시스템 온라인 교정의 구체적인 방법은 다음과 같다. 스마트 안테나 시스템의 오류 특성 등을 근거로 RF 교정이 필요하다고 판단된 경우에는 수신 주소(DA: Destination Address)를 자신으로 하고, RF 교정에 필요한 만큼의 기간/ID 값을 설정한 CTS(Clear To Send) 프레임을 전송한다. 상기 전송된 CTS 프레임을 수신한 타 경쟁(contention) 가입자 단말은 설정된 NAV(Duration) 동안 프레임 전송을 중단하게 되고, 이 기간을 이용하여 스마트 안테나 시스템은 필 요한 만큼 신호를 반복 전송하면서 교정을 수행한다.

도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 비주기적 방식의 독립 시스템 온라인 교정 패턴을 나타낸 도면이다. 상기 도 7을 참조하면, 오류가 임계치 이하인 양호 구간(Good Period)(701, 703)에서는 온라인 교정을 수행하지 않으며, 오류가 임계치 이상인 불량 구간(Bad Period)(702)에서는 본 발명의 제2 실시 예에 따라 온라인 교정을 수행하게 된다.

즉, 상술한 바와 같이 ACK를 수신하지 못하는 비율이 임계치 이상일 경우 또는 수신 프레임의 FCS 오류가 임계치 이상일 경우, 교정이 필요하다고 판단하여 CTS 프레임(710)의 기간/ID 필드에 교정을 위한 NAV 구간 설정을 하게 된다. 따라서, 상기 설정된 NAV 구간(720)에서 교정 데이터를 전송함으로써 P1(731), P2(732) 및 P3(733)과 같이 교정을 수행하게 된다. 상기 P1(731) 구간은 교정 데이터 수집(Collect calibration data) 구간이며, 상기 P2(732) 구간은 새로운 교정 결과를 처리(Process new calibration result)하는 구간이며, 상기 P3(733) 구간은 새로운 교정 결과를 RF/BBP에 설정(Set new result to RF/BBP)하는 구간이다.

도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 비주기적 방식의 독립 시스템 온라인 교정 절차를 나타낸 흐름도이다. 상기 도 8을 참조하면, 프레임 전송(S801) 중 ACK 신호의 수신 실패 여부를 검사(S802)하고, 상기 ACK 신호를 수신하지 못할 경우 수신하지 못한 ACK 신호의 비율이 기준치를 초과하는 지를 검사(S803)하게 된다.

상기 검사 결과 ACK 신호를 수신하지 못하는 비율이 기준치를 초과하지 않을 경우에는 계속해서 프레임 전송을 수행하게 되며, 상기 검사 결과 ACK 신호를 수신 하지 못하는 비율이 기준치를 초과할 경우에는 본 발명의 제2 실시 예에 따라 온라인 교정을 수행하게 된다.

즉, 먼저 교정 파라미터를 독출(S804)하고, 상술한 바와 같이 RF 교정 처리를 위해 CTS 프레임에 NAV를 설정(S805)하게 된다. 그런 다음, 상기 CTS 프레임에 수신 주소를 자신의 MAC 주소로 설정(S806)하고, 상기 CTS 프레임을 전송(S807)하게 된다.

상기 NAV가 설정된 CTS 프레임을 전송한 후, 상기 설정된 NAV 구간 동안 온라인 RF 교정을 수행하게 된다. 즉, 상기 NAV 구간 동안 어레이 안테나에서 프리앰블 신호를 연속적으로 전송함으로써 교정 데이터를 수집(S808)하게 된다.

한편, 상기 NAV 구간 동안 수집한 교정 데이터가 교정을 위해 충분한 데이터가 아닐 경우(S809)에는 CTS 프레임에 다시 NAV 구간을 설정함으로써 상기 절차를 반복하게 된다. 상기 절차를 반복하여, 교정을 위한 충분한 데이터 수집이 완료되면, 상기 수집된 데이터로부터 새로운 교정 결과를 산출(S810)하게 된다. 마지막으로, 어레이 RF/BBP에 새로운 교정 결과를 설정(S811)하고, 교정 타이머를 설정(S812)하게 된다.

본 발명의 제3 또는 제4 실시 예에 따른 상호 협력 온라인 교정은 어레이 안테나를 사용하는 스마트 안테나 시스템에서 어레이 안테나의 교정을 자신이 스스로 판단하는 것이 아니라 상대 시스템의 협력(coordination)에 의해 판단하게 된다. 이때, 상호 프레임 교환 및 특정 신호 패턴을 정기적 혹은 비정기적으로 교환하면서 온라인 상으로 교정하는 방식이다.

<제3 실시 예 - 주기적 방식의 상호 협력 시스템 온라인 교정>

먼저, 도 9 및 도 10을 참조하여 주기적인 상호 협력 온라인 교정 방식에 대해 설명한다.

도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 주기적 방식의 상호 협력 시스템 온라인 교정 전송 패턴을 나타낸 도면이다. 상기 도 9를 참조하면, 스마트 안테나 시스템 A와 B간에 통신을 진행하다 시스템 B의 RF 교정이 틀어져 통신 상태가 열화되면, 상기 시스템 A에서 액션 프레임(ACTION Frame)을 시스템 B로 전송함으로써 온라인 교정이 수행된다.

이때, 상기 시스템 A에서 상기 시스템 B의 통신 상태의 열화 여부를 판단하는 방법은 제2 실시 예에서 상술한 바와 같이 수신 프레임에서 FCS 오류가 일정 비율 이상으로 증가하거나 ACK를 수신하지 못하는 비율이 일정 비율 이상으로 증가하는 지를 검사하는 등 여러 가지 방법으로 판단할 수 있다.

이와 같이 시스템 A는 시스템 B와 통신 상태가 열화된 것을 판단 시 이를 시스템 B에 알리게 된다. 이를 알리기 위해 여러 가지 프레임을 사용할 수 있으며 상기 도 9에서는 관리 프레임의 하나인 액션 프레임(900)을 사용하여 RF 교정의 수행을 요청하는 예를 도시하였다.

상기 RF 교정 요청을 받은 스마트 안테나 AP 시스템 B는 다음 비콘 전송 시 기간/ID 필드에 NAV 구간을 상술한 제1 실시 예의 독립 시스템 온라인 교정 방식에서와 같이 설정하여 전송한 후, 상기 설정된 NAV 구간(920, 921)을 이용하여 교정 시그널을 전송하여 특정한 시스템 간에 교정이 이루어지도록 한다.

즉, 비콘 신호(910)에 NAV 구간(920)을 설정하고, 상기 NAV 구간(920) 동안 교정 데이터를 전송하게 된다. 이때, 상기 최초 NAV 구간(920)에서, P1(930)과 같이 교정 데이터를 전송하고, 상기 최초 NAV 구간(920)에서 교정 데이터 수집이 완료되지 않을 경우에는, 다음 비콘 신호에 다시 NAV 구간(921)을 설정함으로써 계속하여 교정 과정을 수행하게 된다. 따라서, 다음 NAV 구간(921)에서 P1(931) 및 P2(932), P3(933)과 같이 교정을 수행하게 된다. 상기 P1(930, 931) 구간은 교정 데이터 수집(Collect calibration data) 구간이며, 상기 P2(932) 구간은 새로운 교정 결과를 처리(Process new calibration result)하는 구간이며, 상기 P3(933) 구간은 새로운 교정 결과를 RF/BBP에 설정(Set new result to RF/BBP)하는 구간이다.

도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 주기적 방식의 상호 협력 시스템 온라인 교정 전송 절차를 나타낸 흐름도이다. 상기 도 10을 참조하면, 먼저 시스템 A에서 시스템 B로부터 전송된 신호(S1001)의 정상 수신 여부를 검사하여 오류 비율이 기준치를 초과하는 지를 판단(S1002)하게 된다. 이때, 상기 오류 비율의 판단은 상술한 바와 같이 수신 프레임에서 FCS 오류가 일정 비율 이상으로 증가하거나 ACK를 수신하지 못하는 비율이 일정 비율 이상으로 증가하는 지를 판단함으로써 수행될 수 있다.

상기 판단 결과 오류 비율이 기준치를 초과하는 것으로 판단할 경우 상기 시스템 A에서 상기 시스템 B로 액션 프레임을 전송(S1003)함으로써 온라인 교정을 수행할 것을 요청하게 된다.

시스템 A로부터 상기 액션 프레임을 수신한 시스템 B는 교정 관련 파라미터 를 추출(S1004)하고, 다음 비콘에 NAV 구간을 설정(S1005)하여 전송(S1006)하게 된다. 그런 다음, 상기 설정된 NAV 구간에서 교정 데이터를 전송함으로써 온라인 교정을 수행(S1007)하게 된다.

<제4 실시 예 - 비주기적 방식의 상호 협력 시스템 온라인 교정>

마지막으로 본 발명의 제4 실시 예에 따라 비주기적으로 상호 협력 온라인 교정을 하는 방법을 설명한다. 도 11은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 비주기적 방식의 상호 협력 시스템 온라인 교정 전송 패턴을 나타낸 도면이다. 상기 도 11을 참조하면, 시스템 A가 스마트 안테나 시스템 B와의 통신 상태가 열화된 것으로 판단할 경우, DA를 B의 MAC 주소로 하고 기간/ID 값을 하기 <수학식 1>과 같이 설정한 RTS(Request To Send) 프레임(1101)을 시스템 B로 전송한다.

상기 RTS 프레임(1101)을 수신한 시스템 B는 이에 대한 응답으로 CTS 프레임(1111)을 전송하게 된다. 이때, 상기 프레임 전송 방법이 통상적인 RTS/CTS 핸드 쉐이크(Handshake) 방식과 다른 점은 채널을 점유하는 NAV 기간으로 RF 교정을 요청하는 프레임(상기 제3 실시 예에서는 액션 프레임을 사용하는 것을 예시) 전송 시간과 RF 교정 소요 시간을 포함한다는 점이다. 즉, 표준에 따른 RTS/CTS 핸드 쉐이크를 이용하여 RF 교정의 시작을 알리는 프레임 전송 시간과 RF 교정 기간을 확보하여 온라인 중에 특정 시스템간 교정이 이루어지도록 하게 된다.

이때, 상기 RF 교정을 알리는 액션 프레임(1102) 등은 일반적인 프레임 전송 시 필요한 "DIFS + Backoff" 시간만큼 채널 아이들(idle)을 기다리지 않고 CTS 응답 확인 시 바로 전송할 수가 있게 된다. 상기 RTS에 설정된 NAV 구간을 이용하여 교정 신호를 전송함으로써 자신의 어레이 안테나의 RF 교정이 이루어지도록 하게 된다.

따라서, 상기 NAV 구간은 상기 RTS 프레임에 의해 결정되는 구간(1121) 및 상기 CTS 프레임에 의해 결정되는 구간(1122)으로 표시될 수 있으며, 상기 시스템 B는 상기 NAV 구간에서 P1(1131) 및 P2(1132), P3(1133)과 같이 교정을 수행하게 된다. 상기 P1(1131) 구간은 교정 데이터 수집(Collect calibration data) 구간이며, 상기 P2(1132) 구간은 새로운 교정 결과를 처리(Process new calibration result)하는 구간이며, 상기 P3(1133) 구간은 새로운 교정 결과를 RF/BBP에 설정(Set new result to RF/BBP)하는 구간이다.

도 12는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 비주기적 방식의 상호 협력 시스템 온라인 교정 전송 절차를 나타낸 흐름도이다. 상기 도 12를 참조하면, 먼저 시스템 A에서 시스템 B로부터 전송된 신호(S1201)의 정상 수신 여부를 검사하여 오류 비율이 기준치를 초과하는 지를 판단(S1202)하게 된다. 이때, 상기 오류 비율의 판단은 상술한 바와 같이 수신 프레임에서 FCS 오류가 일정 비율 이상으로 증가하거나 ACK를 수신하지 못하는 비율이 일정 비율 이상으로 증가하는 지를 판단함으로써 수행될 수 있다.

상기 판단 결과 오류 비율이 기준치를 초과하는 것으로 판단할 경우 상기 시스템 A에서 상기 시스템 B로 NAV 구간이 포함된 RTS 프레임을 전송(S1203)하게 된 다. 상기 시스템 A로부터 상기 RTS 프레임을 수신한 시스템 B는 이에 대한 응답으로 CTS 프레임을 상기 시스템 A로 전송(S1204)하게 된다.

한편, 상기 시스템 A는 상기 설정된 NAV 구간에서 상기 시스템 B로 액션 프레임(1102)을 전송(S1205)함으로써 온라인 교정을 요청하게 된다. 상기 액션 프레임(1102)을 수신한 시스템 B는 상기 설정된 NAV 구간에서 교정 데이터를 전송함으로써 온라인 교정을 수행(S1206)하게 된다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명에 따라 제안된 교정 방식을 사용하면 기존의 무선 LAN 프로토콜과 완전 호환이 되며 기본 기능을 이용하므로 이미 널리 보급된 무선 LAN 시스템을 스마트 안테나 시스템으로 확장하는 것을 용이하게 해주는 장점이 있다.

또한, 온라인 교정을 시스템 운용시 교정 시간을 효율적으로 활용하므로, 운용 중인 무선 LAN 시스템의 네트워크 성능 열화 없이 안정적으로 서비스가 지속될 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 제안된 온라인 교정 방법은 무선 LAN의 기본적인 표준 프로토콜과 프 레임만을 이용하므로 별도의 추가 프로토콜 구현이 필요 없다는 장점을 갖는다.

Claims

복수의 안테나에서 빔 성형하여 신호를 전송하는 스마트 안테나 시스템에서, 상기 복수의 안테나들을 통해 전송되는 각 신호들간의 무선 처리 특성에 따른 크기 및 위상 차이를 보정하기 위한 무선 처리 교정 방법에 있어서,

주기적으로 전송되는 비콘 프레임에서 구간을 설정하는 필드에 채널 점유 벡터를 설정하는 단계와,

상기 비콘 프레임을 전송하는 단계와,

상기 비콘 프레임에 설정된 채널 점유 벡터의 구간 내에서 프리앰블 신호를 전송하여 상기 교정을 위한 데이터를 수집하는 단계와,

상기 수집된 데이터로부터 새로운 교정 결과를 산출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제1항에 있어서,

상기 채널 점유 벡터 설정 단계 이전에,

교정 시점을 결정하기 위한 타이머를 구동시키는 단계와,

상기 타이머가 만료되어 교정 주기가 도래할 경우, 교정 관련 처리 파라미터들을 추출하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제2항에 있어서,

상기 교정 결과를 산출하는 단계 이후에,

교정 타이머를 설정하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제1항에 있어서,

상기 채널 점유 벡터의 구간 내에서,

교정 데이터를 수집하는 단계와,

새로운 교정 결과를 처리하는 단계와,

상기 새로운 결과를 무선 및 기저대역 처리부에 설정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제1항에 있어서,

상기 채널 점유 벡터는 경쟁 자유 기간을 고려하여 설정하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제1항에 있어서,

상기 설정된 채널 점유 벡터의 구간 내에서 교정이 완료되지 않을 경우 다음 비콘 구간에서 채널 점유 벡터를 재설정하여 교정을 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제1항에 있어서,

상기 설정된 채널 점유 벡터의 구간 내에서 교정이 완료되지 않을 경우 CF-POLL 프레임을 전송하여 교정을 계속 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제7항에 있어서,

상기 CF-POLL 프레임의 수신 주소는 자신으로 설정하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
복수의 안테나에서 빔 성형하여 신호를 전송하는 스마트 안테나 시스템에서, 상기 복수의 안테나들을 통해 전송되는 각 신호들간의 무선 처리 특성에 따른 크기 및 위상 차이를 보정하기 위한 무선 처리 교정 방법에 있어서,

상기 스마트 안테나 시스템의 성능 열화를 판단하는 단계와,

상기 판단 결과 교정이 요구될 경우 CTS 프레임에서 구간을 설정하는 필드에 채널 점유 벡터를 설정하는 단계와,

상기 CTS 프레임을 전송하는 단계와,

상기 CTS 프레임에 설정된 채널 점유 벡터의 구간 내에서 프리앰블 신호를 전송하여 상기 교정을 위한 데이터를 수집하는 단계와,

상기 수집된 데이터로부터 새로운 교정 결과를 산출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제9항에 있어서,

상기 성능 열화에 대한 판단은,

ACK 신호에 대한 수신 비율에 의해 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제9항에 있어서,

상기 성능 열화에 대한 판단은,

수신 프레임의 프레임 검사 시퀀스 오류 비율에 의해 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제9항에 있어서,

상기 채널 점유 벡터 설정 단계 이전에,

교정 관련 처리 파라미터들을 추출하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제9항에 있어서,

상기 채널 점유 벡터의 구간 내에서,

교정 데이터를 수집하는 단계와,

새로운 교정 결과를 처리하는 단계와,

상기 새로운 결과를 무선 및 기저대역 처리부에 설정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
복수의 안테나에서 빔 성형하여 신호를 전송하는 스마트 안테나 시스템에서, 상기 복수의 안테나들을 통해 전송되는 각 신호들간의 무선 처리 특성에 따른 크기 및 위상 차이를 보정하기 위한 무선 처리 교정 방법에 있어서,

제1 시스템에서 제2 시스템으로부터 신호를 수신하는 단계와,

상기 제1 시스템에서 수신된 신호에 의해 성능 열화를 판단하는 단계와,

상기 판단 결과 교정이 요구될 경우, 상기 제1 시스템에서 상기 제2 시스템으로 온라인 교정 수행을 요청하는 단계와,

상기 제2 시스템에서 상기 제1 시스템으로부터 온라인 교정 요청을 수신하고, 주기적으로 전송되는 비콘 프레임에서 구간을 설정하는 필드에 채널 점유 벡터를 설정하여 전송하는 단계와,

상기 비콘 프레임에 설정된 채널 점유 벡터의 구간 내에서 프리앰블 신호를 전송하여 온라인 교정을 수행하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제14항에 있어서,

상기 성능 열화에 대한 판단은,

ACK 신호에 대한 수신 비율에 의해 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제14항에 있어서,

상기 성능 열화에 대한 판단은,

수신 프레임의 프레임 검사 시퀀스 오류 비율에 의해 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제14항에 있어서,

상기 온라인 교정 수행 요청은 액션 프레임을 전송하여 요청하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제14항에 있어서,

상기 온라인 교정을 수행하는 단계는,

상기 비콘 프레임에 설정된 채널 점유 벡터의 구간 내에서 프리앰블 신호를 전송하여 상기 교정을 위한 데이터를 수집하는 단계와,

상기 수집된 데이터로부터 새로운 교정 결과를 산출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제14항에 있어서,

상기 채널 점유 벡터의 구간 내에서,

교정 데이터를 수집하는 단계와,

새로운 교정 결과를 처리하는 단계와,

상기 새로운 결과를 무선 및 기저대역 처리부에 설정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제14항에 있어서,

상기 채널 점유 벡터는 경쟁 자유 기간을 고려하여 설정하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제14항에 있어서,

상기 설정된 채널 점유 벡터의 구간 내에서 교정이 완료되지 않을 경우 다음 비콘 구간에서 채널 점유 벡터를 재설정하여 교정을 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제14항에 있어서,

상기 설정된 채널 점유 벡터의 구간 내에서 교정이 완료되지 않을 경우 CF-POLL 프레임을 전송하여 교정을 계속 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
복수의 안테나에서 빔 성형하여 신호를 전송하는 스마트 안테나 시스템에서, 상기 복수의 안테나들을 통해 전송되는 각 신호들간의 무선 처리 특성에 따른 크기 및 위상 차이를 보정하기 위한 무선 처리 교정 방법에 있어서,

제1 시스템에서 제2 시스템으로부터 신호를 수신하는 단계와,

상기 제1 시스템에서 수신된 신호에 의해 성능 열화를 판단하는 단계와,

상기 판단 결과 교정이 요구될 경우, 상기 제1 시스템에서 상기 제2 시스템으로 채널 점유 벡터 구간이 포함된 RTS 프레임을 전송하는 단계와,

상기 RTS 프레임을 수신한 상기 제2 시스템에서 상기 제1 시스템으로 CTS 프레임을 전송하는 단계와,

상기 제2 시스템으로부터 CTS 프레임을 수신한 제1 시스템에서 상기 제2 시스템으로 온라인 교정 수행을 요청하는 단계와,

상기 제2 시스템에서 상기 제1 시스템으로부터 온라인 교정 요청을 수신하고, 온라인 교정을 수행하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제23항에 있어서,

상기 성능 열화에 대한 판단은,

ACK 신호에 대한 수신 비율에 의해 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제23항에 있어서,

상기 성능 열화에 대한 판단은,

수신 프레임의 프레임 검사 시퀀스 오류 비율에 의해 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제23항에 있어서,

상기 온라인 교정 수행 요청은 액션 프레임을 전송하여 요청하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제23항에 있어서,

상기 온라인 교정을 수행하는 단계는,

상기 RTS 프레임에 설정된 채널 점유 벡터의 구간 내에서 프리앰블 신호를 전송하여 상기 교정을 위한 데이터를 수집하는 단계와,

상기 수집된 데이터로부터 새로운 교정 결과를 산출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제23항에 있어서,

상기 채널 점유 벡터의 구간 내에서,

교정 데이터를 수집하는 단계와,

새로운 교정 결과를 처리하는 단계와,

상기 새로운 결과를 무선 및 기저대역 처리부에 설정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제23항에 있어서,

상기 RTS 프레임은,

목적지 주소를 상기 제2 시스템의 매체 접속 제어 주소로 설정하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제23항에 있어서,

상기 채널 점유 벡터 구간은,

상기 온라인 교정에 소요되는 시간을 고려하여 설정하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제23항에 있어서,

상기 채널 점유 벡터 구간은,

상기 제1 시스템에서 상기 제2 시스템으로의 온라인 교정 수행 요청에 소요되는 시간을 고려하여 설정하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.
제23항에 있어서,

상기 채널 점유 벡터 구간은,

하기 <수학식>에 의해 설정하는 것을 특징으로 하는 무선 처리 교정 방법.