KR101444823B1 - 원격통제 안테나 시스템 및 이를 이용한 안테나 운영방법 - Google Patents

원격통제 안테나 시스템 및 이를 이용한 안테나 운영방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 원격통제 안테나 시스템에는 통제영역에 대한 안테나 운용이 이루어지는 기지국 차량(1)에 구비되고, 무지향성 안테나(21)와 지향성 안테나(22)를 함께 갖춘 360도 회전되는 복합 안테나로 구성되며, 상기 복합 안테나(20-1,20-2,20-3,20-4)가 4개로 이루어진 복합 안테나 장치(10)와; 상기 기지국 차량(1)의 운영통제를 받는 지상로봇(100a)에 구비되고, 적어도 1개 이상의 무지향성 안테나를 갖춘 무지향성 다중 안테나(110)가 포함되고, 이를 이용해 지향성 안테나 또는 무지향성 안테나를 적응적으로 스위칭하여 운용해줌으로써 지상 무인체계의 운영 효율 향상과 전송 효율 및 네트워크 연결성 증대가 이루어지고, 특히 기지국 차량에서 다수의 지상로봇에 대한 원격통제시 임무 수행 능력이 극대화 되는 특징을 갖는다.

Description

원격통제 안테나 시스템 및 이를 이용한 안테나 운영방법{Remote Control Antenna System between Mobile Vehicles and Antenna Operation Method thereof}
본 발명은 원격통제를 위한 안테나 운용에 관한 것으로, 특히 원격통제 영역의 링크 품질에 따라 기지국 차량의 복합형 다중 안테나가 지향성 또는 무지향성으로 스위칭되는 이동물체 간 원격통제 안테나 시스템 및 이를 이용한 안테나 운영방법에 관한 것이다.
일반적으로 지상 무인체계는 지상 운용 환경에서 끊임없이 변화하는 무선 채널 환경에도 안정적으로 네트워크를 유지하고, 각 통신단말로부터 기지국 차량으로 다채널의 대용량 영상 정보를 실시간으로 전송할 수 있어야 하며, 이를 위해 지상 무인체계에서는 무선 정보 전송 기술이 가장 근간이 되는 기술이다.
이러한 무선 정보 전송 기술은 다양하게 발전됨으로써 지상 무인체계의 운영 효율을 크게 높여주게 된다.
일례로, 지능형 전송 기술은 주파수 자원이 제한된 환경에서도 스펙트럼 효율 및 전력 효율을 증대함으로써 다수의 지상로봇을 효율적으로 원격통제 할 수 있다.
또한, 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output; MIMO) 안테나를 이용한 무선 전송 기술은 경로 손실과 다중경로 페이딩 및 섀도우잉 등의 통신 저해 요소가 심한 운용 환경에서 대용량 데이터를 끊김 없이 안정적으로 전송할 수 있는 특징을 갖는다.
이러한 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output; MIMO) 안테나를 이용한 무선 전송 기술에서는 단일 안테나가 아닌 다중 안테나 통신 시스템이 적용되고, 개별 안테나는 운용 용도에 맞게 무지향성 안테나 또는 지향성 안테나 중 한 가지 방식을 선택하여 단일 모드로 운용한다.
그러므로, 다중 안테나 통신 시스템을 이용함으로써 여러 개의 안테나가 서로 독립적으로 데이터를 전송하여 전송률이 증대될 수 있다.
또한, 다중 안테나 통신 시스템에서는 안테나 다이버시티 효과를 이용함으로써 데이터 수신률 및 전송거리가 증대될 수 있으며, 이로부터 스펙트럼 및 전력 효율을 효과적으로 개선시킬 수 있다.
국내특허공개 10-2005-0073589(2005년07월14일)
상기 특허문헌은 N개의 중심에서 떨어진 모노폴 안테나 요소를 갖는 지향성 안테나의 예를 나타낸다.
하지만, 상기 특허문헌을 포함한 다중 안테나 통신 시스템이 지향성 안테나 모드나 또는 무지향성 안테나 모드와 같이 단일 모드로 운용되면, 기지국 차량과 각 지상로봇들의 위치가 모두 고정되지 않은 상태이고, 모든 객체들이 다양한 이동 형태를 보이는 지상 무인체계에서는 통신 노드들의 위치에 따라 전송 성능이 저하될 수 있고, 특히 통신이 불가해질 수 있는 상황을 발생시킬 수 있다.
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 지향성 안테나 및 무지향성 안테나를 갖춘 기지국 차량과 무지향성 다중 안테나를 갖춘 각각의 지상로봇들이 원격통제 영역에서 갖는 상대 거리와 위치 및 각 통신 노드들 간의 링크 품질에 맞춰 기지국 차량의 지향성 안테나 또는 무지향성 안테나를 적응적으로 스위칭함으로써, 기지국 차량의 복합형 다중안테나가 효율적으로 운용될 수 있는 원격통제 안테나 시스템 및 이를 이용한 안테나 운영방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원격통제 안테나 시스템은 통제영역에 대한 안테나 운용이 이루어지는 기지국 차량에 구비되고, 무지향성 안테나와 지향성 안테나를 함께 갖춘 360도 회전되는 복합 안테나로 구성되며, 상기 복합 안테나가 4개로 이루어진 복합 안테나 장치와; 상기 기지국 차량의 운영통제를 받는 적어도 1대 이상의 지상로봇들에 각각 구비되고, 적어도 1개 이상의 무지향성 안테나를 갖춘 무지향성 다중 안테나; 가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 무지향성 안테나와 상기 지향성 안테나는 동일선상에서 연속되게 배열된다.
상기 4개의 복합 안테나는 2개의 복합 안테나가 한쌍을 이루어 서로 대향되고, 서로 쌍을 이루는 2개의 복합 안테나는 상기 무지향성 안테나와 상기 지향성 안테나의 배열 상태가 동일하게 이루어진다.
상기 2개의 복합 안테나로 이루어진 한쌍은 상기 무지향성 안테나가 위에 상기 지향성 안테나가 그 밑에 배열되고, 상기 2개의 복합 안테나로 이루어진 또 다른 한쌍은 상기 지향성 안테나가 위에 상기 무지향성 안테나가 그 밑에 배열된다.
상기 2개의 복합 안테나로 이루어진 한쌍과 상기 2개의 복합 안테나로 이루어진 또 다른 한쌍은 안테나 프레임을 이용해 설치되고, 상기 안테나 프레임에는 상기 기지국 차량에 설치되어 일정한 높이를 갖는 안테나 포스트가 결합된다.
상기 안테나 프레임은 동서남북의 4방향을 형성하는 4개의 개별 프레임으로 구성되고, 상기 개별 프레임에서 상기 4개의 복합 안테나가 각각 360도 회전되도록 결합된다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원격통제 안테나 시스템을 이용한 안테나 운영방법은 무지향성 안테나와 지향성 안테나를 함께 갖춘 360도 회전되는 복합 안테나가 4개로 이루어진 복합 안테나 장치를 갖춘 기지국 차량의 전원 온(ON)과, 적어도 1개 이상의 무지향성 안테나를 갖추고 상기 기지국 차량의 운영통제를 받는 적어도 1대 이상의 지상로봇의 전원 온(ON)이 체크되고, 상기 전원 온(ON)이 모두 체크되면 상기 기지국차량과 상기 지상로봇의 운영 범위가 체크되는 안테나 운영조건 체크단계;
상기 안테나에 대한 운영모드가 무지향성 모드로 운영되는 안테나 초기 운영단계;
반전력 빔폭(HPBW)이 체크되고, 상기 반전력 빔폭(HPBW)의 조건이 충족되지 않으면 무지향성 모드를 지속하고, 상기 반전력 빔폭(HPBW)의 조건이 충족될 경우 무지향성 모드가 지향성 모드로 스위칭되는 모드 전환단계;
상기 지향성 모드의 운용시 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)이 체크되고, 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 체크 결과에 따라 상기 지향성 모드를 스위칭해 상기 무지향성 모드로 복귀되거나 상기 지향성 모드가 유지되는 모드 지속단계;
상기 지상로봇들이 상기 반전력 빔폭(HPBW)내에 존재하지 않으면, 상기 지향성 모드에서 상기 무지향성 모드로 복귀되는 모드 확인단계;
상기 지향성 모드에서 수신이상이 발생되는지 체크되고, 상기 수신이상 시 이상현상 해결로직으로 전환되고, 상기 이상현상 해결로직이 수행된 후 상기 수신이상이 해소되지 않으면 운영되던 모든 모드상태가 중단되어 다른 안테나 운영모드로 대체되는 긴급모드운영단계; 가 포함되어 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 초기 운영단계에서, 상기 무지향성 모드로 운영 중 지속적으로 수신신호의 이상 상태 발생여부가 체크되고, 체크 결과 수신이상인 경우 이상 현상 해결로직으로 전환되고, 체크 결과 수신이상이 없을 경우 상기 무지향성 모드가 지속된다.
상기 모드 전환단계에서, 상기 반전력 빔폭(HPBW)은 상기 기지국차량의 위치 기준으로 체크되고, 상기 모드의 스위칭은 히스테리시스 방식의 스위칭이다.
상기 모드 지속단계에서 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)은 설정된 값 이하로 저하되는지 여부가 체크되고, 설정된 값 이하 시 모드를 스위칭해준다.
상기 모드 확인단계에서, 상기 상기 무지향성 모드 복귀는 상기 지상로봇들중 어느 하나라도 상기 반전력 빔폭(HPBW)내에 존재하지 않는 조건이다.
상기 긴급모드운영단계에서, 상기 다른 안테나 운영모드는 중계기 운용 모드나 RF 중계기 운영 모드중 어느 하나이고, 상기 수신이상은 상기 기지국차량과 상기 지상로봇들간 네트워크 접속이 완전히 끊긴 접속단절이나 상기 지상로봇들로부터의 상향링크 제어채널 신호는 수신 가능하나 페이로드(Payload)의 수신 오류율(PER)이 일정 수준(TBD %) 이하인 접속불량중 하나이고, 상기 접속단절과 상기 접속불량은 각각 서로 다른 대응모드다.
상기 접속단절 대응모드는 상기 수신이상이 발생된 모드를 스위칭해주고, 스위칭된 모드를 일정시간동안 유지하는 접속단절해소단계;
상기 스위칭된 모드 유지시간이 초과되면, 상기 스위칭된 모드가 무지향성 모드일 경우 무지향 모드가 수행되던 이전 단계로 복귀되는 반면, 상기 스위칭된 모드가 지향성 모드이면 상기 지상로봇들과 접속을 시도하는 접속단절해소반복단계;
상기 접속 시도로 상기 지상로봇들과 접속 재개 시 지향성 모드로 수행하는 이전 단계로 복귀되는 반면, 상기 지상로봇들과 접속 실패 시 운영되던 모든 모드상태가 중단되어 중계기 운용 모드나 RF 중계기 운영 모드중 어느 하나로 안테나 운영모드가 수행되는 운영모드변경단계; 로 수행된다.
상기 접속단절해소반복단계에서, 상기 접속시도는 상기 기지국차량의 지향성 안테나로 상기 지상로봇들이 분포된 영역을 스캐닝하여 시도하고, 일정 시간동안 반복된다.
상기 접속불량 대응모드는 상기 수신이상이 발생된 모드를 스위칭해주고, 스위칭된 모드를 일정시간동안 유지하는 접속불량해소단계;
상기 스위칭된 모드 유지시간이 초과되면, 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)을 체크하는 접속불량해소조건단계;
상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 체크결과, 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 조건이 충족되었을 경우 무지향 모드로 수행하는 이전 단계로 복귀되고, 반면 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 조건이 충족되지 않으면 상기 지상로봇들 각각에 대한 개별적인 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)이 체크되는 접속불량해소반복단계;
상기 개별적인 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 체크로 운영 가능한 모드가 파악되지 않으면 운영되던 모든 모드상태가 중단되어 중계기 운용 모드나 RF 중계기 운영 모드중 어느 하나로 안테나 운영모드가 수행되고, 반면 상기 개별적인 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 체크로 운영 가능한 모드가 파악될 경우 심벌 전송 구조를 조정하여주는 접속불량해소최종단계;
상기 심벌 전송 구조 조정 후, 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)이 다시 체크되는 접속불량해소확인단계;
상기 다시 체크된 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)이 만족될 경우 지향 모드로 수행하는 이전 단계로 복귀되고, 반면 만족되지 않으면 운영되던 모든 모드상태가 중단되어 중계기 운용 모드나 RF 중계기 운영 모드중 어느 하나로 안테나 운영모드가 수행되는 운영모드변경단계; 로 수행된다.
상기 접속불량해소조건단계에서, 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)은 설정된 값을 충족하는지 여부가 체크된다.
상기 접속불량해소반복단계에서, 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 조건 충족은 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)이 평균되고, 평균된 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)을 이용해 상기 개별적인 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 조건이 체크된다.
상기 접속불량해소최종단계에서, 상기 심벌 전송 구조 조정은 상향링크 심벌전송구조가 조정되고, 상기 심벌 전송 구조 조정이 하향링크 심벌전송구조로 이루어지면, 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 평균값이 양호한 상태인 모드가 유지되는 조건을 충족할 때이다.
상기 접속불량해소확인단계에서, 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 체크 조건은 상대적으로 개선된 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)이다.
이러한 본 발명은 단일 안테나를 갖춘 각각의 지상로봇들을 원격통제하는 기지국 차량이 지향성 및 무지향성의 복합형 다중 안테나로 구성됨으로써, 기지국 차량에서 원격통제 영역의 링크 품질에 맞춰 적응적으로 이루어지는 지향성 안테나 또는 무지향성 안테나의 스위칭으로 지상 무인체계의 운영 효율이 크게 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기지국 차량의 지향성 및 무지향성의 복합형 다중 안테나 운용이 무지향성 다중 안테나를 갖춘 각각의 지상로봇들이 원격통제 영역에서 갖는 상대 거리와 위치 및 각 통신 노드들 간의 링크 품질에 맞춰짐으로써 기지국 차량의 복합형 다중안테나 운용이 효율적이고, 특히 단일형 안테나 운용 방식에 비해 전송 효율과 네트워크 연결성이 크게 증대되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기지국 차량의 지향성 및 무지향성의 복합형 다중 안테나를 이용함으로써, 무선 네트워크의 접속 상태의 불량 혹은 단절에 대한 즉각적인 감지로 네트워크 연결의 단절이 최소화되고, 특히 기지국 차량에서 다수의 지상로봇에 대한 원격통제시 임무 수행 능력이 극대화 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 원격통제 안테나 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 무지향성 안테나 장치와 복합 안테나 장치의 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 원격통제 안테나 시스템의 운영 로직이고, 도 4는 본 발명에 따른 안테나 운영이 지향성 모드로 스위칭되기 위한 반전력 빔폭(HPBW)의 충족상태이며, 도 5는 본 발명에 따른 안테나 시스템의 운영 시 히스테리시스 방식의 모드 스위칭 상태이고, 도 6은 본 발명에 따른 안테나 운영이 무지향성 모드로 스위칭되기 위한 반전력 빔폭(HPBW)의 미 충족상태이며, 도 7및 도 8은 본 발명에 따른 원격통제 안테나 시스템의 이상현상 해결 로직이고, 도 9는 본 발명에 따른 원격통제 안테나 시스템의 운영 로직 테이블이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 원격통제 안테나 시스템의 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 원격통제 안테나 시스템은 기지국 차량(1)에 구비된 지향성 및 무지향성의 복합 안테나 장치(10)와, 지상로봇(100a)에 구비된 무지향성 다중 안테나(110)로 구성된다.
통상, 기지국 차량(1)은 1대로 구성됨으로써 복합 안테나 장치(10)도 1개로 구성되고, 반면 지상로봇(100a)은 적어도 2대 이상의 다수로 구성됨으로써 무지향성 다중 안테나(110)도 지상로봇의 수량에 맞춰진다.
일례로, 기지국 차량(1)이 1대일 때 지상로봇이 제1지상로봇(100a)과 제2지상로봇(100b)및 제3지상로봇(100c)과 제4지상로봇(100d)으로 이루어지면, 1개의 복합 안테나 장치(10)와 함께 제1 무지향성 다중 안테나(110)와 제2 무지향성 다중 안테나(120)및 제3 무지향성 다중 안테나(130)와 제4 무지향성 다중 안테나(140)로 구성된다.
한편, 도 2는 본 실시예에 따른 복합 안테나 장치와 무지향성 다중 안테나를 나타낸다.
도 2(가)는 무지향성 다중 안테나(110,120,130,140)의 예로서, 상기 무지향성 다중 안테나(110,120,130,140)는 그 각각이 4개의 무지향성 안테나를 일체형으로 갖춘 다중 안테나 구조로 이루어진다.
반면, 도 2(나)는 복합 안테나 장치(10)의 예로서, 상기 복합 안테나 장치(10)는 제1 복합 안테나(20-1)와 제2 복합 안테나(20-2) 및 제3 복합 안테나(20-3)와 제4 복합 안테나(20-4)가 한쌍인 총 4개의 복합 안테나로 이루어진다.
본 실시예에서 상기 제1 복합 안테나(20-1)와 제2 복합 안테나(20-2) 및 제3 복합 안테나(20-3)와 제4 복합 안테나(20-4)는 모두 동일한 구성으로 이루어지며, 일례로 제1ㅇ2ㅇ3ㅇ4 복합 안테나(20-1,20-2,20-3,20-4)는 각각 무지향성 안테나(21)와 이에 함께 구성된 지향성 안테나(22)로 구성된다.
또한, 복합 안테나 장치(10)에는 제1ㅇ2ㅇ3ㅇ4 복합 안테나(20-1,20-2,20-3,20-4)가 각각 설치되는 안테나 프레임(30)과, 안테나 프레임(30)에 결합되어 일정한 높이로 위치시켜주는 안테나 포스트(40)가 더 구성된다.
통상, 상기 안테나 프레임(30)은 "+"자 형상을 이룸으로써 4개의 개별 프레임이 동서남북의 4방향을 형성하고, 각각의 방위를 이루는 제1 프레임에는 제1 복합 안테나(20-1)가 설치되며, 제2 프레임에는 제2 복합 안테나(20-2)가 설치되고, 제3 프레임에는 제3 복합 안테나(20-3)가 설치되며, 제4 프레임에는 제4 복합 안테나(20-4)가 설치된다.
이때, 제1ㅇ2ㅇ3ㅇ4 복합 안테나(20-1,20-2,20-3,20-4)는 안테나 프레임(30)의 각 프레임에서 선회 방향으로 360˚ 구동됨으로써, 실시간으로 각 안테나를 원하는 방향으로 지향 구동할 수 있다.
상기 제1ㅇ2ㅇ3ㅇ4 복합 안테나(20-1,20-2,20-3,20-4)의 설치 구조에서, 제1 프레임에 설치된 제1 복합 안테나(20-1)는 제3 프레임에 설치된 제3 복합 안테나(20-3)와 서로 쌍을 이루고, 반면 제2 프레임에 설치된 제2 복합 안테나(20-2)는 제4 프레임에 설치된 제4 복합 안테나(20-4)와 서로 쌍을 이루게 된다.
상기 제1 복합 안테나(20-1)와 제3 복합 안테나(20-3)에서는 무지향성 안테나(21)가 하방향을 향함으로써 지향성 안테나(22)는 상방향을 향하도록 배열된다. 반면, 제2 복합 안테나(20-2)와 제4 복합 안테나(20-4)에서는 무지향성 안테나(21)가 상방향을 향함으로써 지향성 안테나(22)는 하방향을 향하도록 배열된다.
이러한 안테나 교차 배치로 인해 제1 복합 안테나(20-1)와 제2 복합 안테나(20-2) 및 제3 복합 안테나(20-3)와 제4 복합 안테나(20-4)에서 발생되는 안테나 상호 커플링이 최소화될 수 있다.
그러므로, 본 실시예에 따른 복합 안테나 장치(10)는 복합 안테나가 총 4개로 구성되면, 2개의 복합 안테나로 이루어진 2개조로 나뉘어지고, 2개조 각각은 지향성 안테나 또는 무지향성 안테나의 방향이 서로 반대를 형성하며, 이러한 방향성은 복합 안테나가 짝수로 증가되더라도 동일한 원리로 적용된다.
한편, 도 3은 본 실시예에 따른 원격통제 안테나 시스템의 운영 로직을 나타낸다.
S10은 안테나 시스템에서 안테나 운영이 수행되기 위한 과정으로서, 이는 S20의 기지국차량(또는 기지국)의 전원 온(ON)과 S30의 지상로봇(단말기)의 전원 온(ON)이 체크됨으로써 안테나 시스템을 이용한 원격통제가 준비상태로 전환된다.
체크결과, 기지국차량(또는 기지국)과 지상로봇(단말기)의 전원이 모두 온(ON)이 되면, S40과 같이 기지국차량(또는 기지국)과 지상로봇(단말기)의 운영 범위가 체크된다.
S100은 원격통제 운영 로직이 실행되는 단계로서, 이 단계로 진입하면 S110과 같이 안테나운영모드는 무지향성 모드로 운영이고, S120과 같이 원격통제 시스템에서는 무지향성 모드로 안테나 시스템이 운영된다.
이러한 이유는, 무지향성 모드가 기지국 및 단말기들의 전원이 켜진후 최초 동작시 혹은 단말이 기지국 근거리에서 운용시는 위치에 무관한 신호 수신 및 근거리에서의 수신 전력 포화 방지에 효과가 있음에 기인된다.
이때, 상기 안테나 시스템은 기지국차량(1)의 복합 안테나 장치(10)이고, 무지향성 모드는 복합 안테나 장치(10)를 구성하는 무지향성 안테나(21)와 지향성 안테나(22)중 무지향성 안테나(21)가 이용됨을 의미한다.
S130은 무지향성 모드로 운영 중 지속적으로 수신신호의 이상 상태 발생여부가 체크되는 과정으로서, 이러한 체크 결과 수신이상이 발생될 경우 즉시 이상 현상 해결로직(도 7의 S400, 이후 상세 설명)으로 전환되는 반면, 수신이상이 없을 경우 무지향성 모드가 지속되는 상태에서 다음절차가 수행된다.
S140은 수신이상이 없을 경우 반전력 빔폭(HPBW)이 체크되는 과정으로서, 반전력 빔폭(HPBW)은 기지국(기지국차량)의 위치 기준으로 체크된다.
도 4는 반전력 빔폭(HPBW)에 대한 예로서, 도시된 바와 같이, 기지국차량(1)에서 주변 영역에 흩어져 있는 개개의 지상로봇(100a,100b,100c)들이 스캔되고, 제1 지상로봇(100a)과 제2 지상로봇(100b) 및 제3 지상로봇(100c)이 모두 검출됨으로써 반전력 빔폭(HPBW)이 충족됨을 알 수 있다.
S150은 반전력 빔폭(HPBW)의 체크 결과에 따른 안테나 운영 모드 스위칭 여부가 판단되는 과정으로서, 체크 결과 반전력 빔폭(HPBW)의 조건이 충족되지 않으면 무지향성 모드를 지속하고, 반면 체크 결과 반전력 빔폭(HPBW)의 조건이 충족될 경우 다음절차가 수행된다.
S160은 안테나운영모드가 무지향성 모드에서 지향성 모드로 전환되는 과정이고, 이 과정에서는 무지향성 모드가 지향성 모드로 스위칭되어진다.
이러한 이유는, 본 실시예에서 지향성 안테나의 최대 이득이 무지향성 안테나의 이득보다 3dB 이상 높음에 기인된다.
하지만, 모드 스위칭(무지향성 안테나에서 지향성 안테나로 전환 또는 지향성 안테나에서 무지향성 안테나로 전환)은 순간적인 접속 단절이 발생될 수 있고, 특히 빈번한 모드 전환시에는 순간적인 접속 단절도 과다 발생될 수밖에 없다.
그러므로, 본 실시예에서는 히스테리시스 방식의 스위칭이 적용된다.
도 5에는 히스테리시스 방식의 스위칭이 예시되어 있고, 도시된 바와 같이 히스테리시스 방식의 스위칭은 상태 전환후 다시 이전 상태로 환원시 이전 전환시의 임계치에 완충값을 부가해줌으로써 빈번한 변환이 방지될 수 있음을 나타낸다.
S170은 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 저하여부를 체크하는 과정으로서, 이로부터 모드 스위칭에 따른 유불리를 판단하고, 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 저하정도가 크면 모드 스위칭전 모드인 무지향성 모드로 복귀된다.
반면, 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 저하정도가 고려될 만한 상태이면, S180과 같이 스위칭된 모드인 지향성 모드가 계속 유지된다.
이와 같이 본 실시예에서는 스위칭된 모드의 유지여부가 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)을 기준으로 하고, 특히 모드 전환전의 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)과 모드전환 후의 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)을 서로 비교함으로써 항상 최적의 모드로 안테나 시스템이 운용될 수 있다.
한편, S200은 지향성 모드 운영중 지향성 모드를 중단할 수 있는 예기치 못한 상황이 발생되는지 여부가 지속적으로 체크되는 과정으로서, 이는 지향성 모드 운영중 운영대상인 모든 지상로봇들중 어느 하나라도 반전력 빔폭(HPBW)내에 존재하지 않는지 여부로 판별된다.
도 6은 반전력 빔폭(HPBW)을 벗어난 지상로봇이 존재하는 예로서, 도시된 바와 같이, 기지국차량(1)에서 주변 영역에 흩어져 있는 개개의 지상로봇(100a,100b,100c)들이 모두 반전력 빔폭(HPBW)에 존재하지만, 제어 대상인 또 다른 1개의 지상로봇(100d)이 위치이동에 의해 반전력 빔폭(HPBW)을 벗어난 상태를 알 수 있다.
그러므로, S200의 체크결과, 반전력 빔폭(HPBW)내에 존재하지 않는 지상로봇이 검출되는 경우 지향성 모드로 전환되기 전 상태인 무지향성 모드로 복귀되고, 반면 체크결과, 반전력 빔폭(HPBW)내에 존재하지 않는 지상로봇이 검출되지 않는 경우 지향성 모드가 그대로 유지된다.
S300은 안테나 시스템이 지향성 모드(또는 무지향성 모드)의 운영시 수신신호의 이상 상태 발생여부가 체크되는 과정으로서, 이러한 체크 결과 수신이상이 없을 경우 무지향성 지향성 모드가 지속되고, 반면 체크 결과 수신이상이 발생될 경우 즉시 이상현상 해결로직으로 전환된다.
한편, 도 7은 안테나 시스템의 이상 현상 해결 로직을 나타낸다.
S400의 이상 현상 해결 로직은 S500의 접속단절 대응모드와 S600의 접속불량 대응모드로 구분된다.
상기 접속단절 대응모드는 지상로봇(단말기)들로부터의 상향링크 제어 채널 신호가 기지국차량(기지국(에 일정시간 이상 수신이 되지 않을 때 해결방안으로서, 이를 통해 기지국과 단말기들간 네트워크 접속이 완전히 끊긴 상태가 해소될 수 있다.
상기 접속불량 대응모드는 지상로봇(단말기)들로부터의 상향링크 제어채널 신호는 수신 가능하나 페이로드(Payload)의 수신 오류율(PER)이 일정 수준(TBD %) 이하인 경우일 때 해결방안으로서, 이를 통해 신호 품질이 가장 좋은 변조/부호화 조건으로 전송하는 제어채널 수신은 가능한 반면 고차의 변조/부호화 방식으로 운용되는 유저 트래픽 정보에 대해서는 일정 수준 이하로 수신률이 저하되는 상태가 해소될 수 있다.
S510은 접속단절을 해소하기위해 안테나 운용모드를 스위칭해주는 과정으로써, 이는 수신 이상이 발생된 모드에 따라 각각 모드 전환을 시도하여 준다.
S520은 무지향성 모드 -> 지향성 모드의 스위칭 시도이고, S521은 모드 전환된 지향성 모드 유지가 유지되는 상태이다.
반면, S530은 지향성 모드 -> 무지향성 모드의 스위칭 시도이고, S531은 모드 전환된 무지향성 모드 유지가 유지되는 상태이다.
S522는 지향성 모드가 일정 시간 경과된 후 접속을 시도하는 과정으로서, 이를 통해 지향성 안테나가 지상로봇(단말기)이 분포된 영역을 스캐닝하고 동시에 지상로봇(단말기)에 대한 접속이 시도된다.
S523은 스캐닝 및 접속시도 결과, 지상로봇(단말기)과 접속 복원여부에 따른 대응으로서, 만약 지상로봇(단말기)과 접속이 재개된 경우 지향성 모드는 안테나 시스템을 지향성 모드로 수행하는 이전 단계로 복귀되고, 반면 지상로봇(단말기)과 접속이 재개되지 않은 경우 다음 단계로 계속 진행된다.
S524는 지상로봇(단말기)에 대한 접속시도가 일정시간 경과되었는지를 체크하는 과정으로서, 이로부터 접속시도시간 경과로 판단되면 현재의 안테나 운용 시스템의 작동불가로 판단한다.
S700은 지상로봇(단말기)에 대한 접속시도가 실패해 현재의 안테나 운용 시스템 작동이 중단됨으로써 모든 운영통제가 중계기 운용 모드로 전환되고, 별도의 RF 중계기 동작되는 또 다른 안테나 시스템 운영을 의미한다.
한편, 도 8은 안테나 시스템의 이상 현상 해결 로직중 접속불량 대응모드의 로직을 나타낸다.
S610은 접속불량을 해소하기위해 안테나 운용모드를 스위칭해주는 과정으로써, 이는 수신 이상이 발생된 모드에 따라 각각 모드 전환을 시도하여 준다.
S620은 무지향성 모드 -> 지향성 모드의 스위칭 시도이고, S621은 모드 전환된 지향성 모드 유지가 유지되는 상태이다.
반면, S630은 지향성 모드 -> 무지향성 모드의 스위칭 시도이고, S631은 모드 전환된 무지향성 모드 유지가 유지되는 상태이다.
S640에서는 S621의 지향성 모드 또는 S631의 무지향성 모드는 모두 일정시간동안 유지된 후, 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)을 체크함으로써 접속불량이 해소되었는지 여부가 판단된다.
수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 체크결과, 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 조건이 충족되었을 경우 안테나 시스템을 무지향 모드로 수행하는 이전 단계로 복귀되고, 반면 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 조건이 충족되지 않으면 다음 단계로 진입된다.
S650에서는 체크된 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)로부터 그 상태가 양호한 안테나 운영모드가 파악되고, 만약 양호한 안테나 운영모드가 파악되지 않으면 S700으로 진입됨으로써 현재의 안테나 운용 시스템 작동을 중단하고, 모든 운영통제를 중계기 운용 모드로 전환해주고, 별도의 RF 중계기를 동작시킴으로써 또 다른 안테나 시스템을 운영하여 준다.
반면, S650의 체크결과 양호한 안테나 운영모드가 파악되면, S660과 같이 상향링크 심벌전송구조를 조정해주고, 이어 S670과 같이 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)이 개선되었는지 여부를 다시 판단하여준다.
이때, 심벌 전송 구조는 MIMO 모드에서의 SM/STBC 모드, 변조 방식 및 채널 부호화율을 모두 포함하는 차수로서, 각 차수가 높을수록 요구되는 SNR도 높은 값이 된다. 단, 심벌 전송 구조를 하향 조정시에는 전체 단말의 평균 PER이 양호한 안테나 운용모드를 유지한 상태에서 실시하여 준다.
S670의 체크결과, 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)이 개선된 경우 안테나 시스템을 지향성 모드로 수행하는 이전 단계로 복귀되고, 반면 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)이 개선되지 않은 경우 현재의 안테나 운용 시스템의 작동불가로 판단한다.
S700은 지상로봇(단말기)에 대한 접속시도가 실패해 현재의 안테나 운용 시스템 작동이 중단됨으로써 모든 운영통제가 중계기 운용 모드로 전환되고, 별도의 RF 중계기 동작되는 또 다른 안테나 시스템 운영을 의미한다.
한편, 도 9는 본 실시예에 따른 원격통제 안테나 시스템의 운영 로직을 테이블로 표현한 것으로서, 이로부터 본 실시예에서 수행되는 원격통제 운영 로직과, 접속차단 해소로직이나 첩속불량 해소로직등의 운영상태가 기지국차량(기지국) 및 지상로봇(단말기)에 적용되어 실행되는 상태를 보다 명확히 알 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 원격통제 안테나 시스템에는 통제영역에 대한 안테나 운용이 이루어지는 기지국 차량(1)에 구비되고, 무지향성 안테나(21)와 지향성 안테나(22)를 함께 갖춘 360도 회전되는 복합 안테나로 구성되며, 상기 복합 안테나(20-1,20-2,20-3,20-4)가 4개로 이루어진 복합 안테나 장치(10)와; 상기 기지국 차량(1)의 운영통제를 받는 지상로봇(100a)에 구비되고, 적어도 1개 이상의 무지향성 안테나를 갖춘 무지향성 다중 안테나(110)가 포함되고, 이를 이용해 지향성 안테나 또는 무지향성 안테나를 적응적으로 스위칭하여 운용해줌으로써 지상 무인체계의 운영 효율 향상과 전송 효율 및 네트워크 연결성 증대가 이루어지고, 특히 기지국 차량에서 다수의 지상로봇에 대한 원격통제시 임무 수행 능력이 극대화 될 수 있다.
1 : 기지국 차량 10 : 복합 안테나 장치
20-1,20-2,20-3,20-4 : 제1ㅇ2ㅇ3ㅇ4 복합 안테나
21 : 무지향성 안테나 22 : 지향성 안테나
30 : 안테나 프레임 40 : 안테나 포스트
100a,100b,100c,100d : 지상로봇
110,120,130,140 : 무지향성 다중 안테나

Claims (22)

  1. 통제영역에 대한 안테나 운용이 이루어지는 기지국 차량에 구비되고, 무지향성 안테나와 지향성 안테나를 함께 갖춘 360도 회전되는 복합 안테나로 구성되며, 상기 복합 안테나가 4개로 이루어진 복합 안테나 장치와;
    상기 기지국 차량의 운영통제를 받는 적어도 1대 이상의 지상로봇들에 각각 구비되고, 적어도 1개 이상의 무지향성 안테나를 갖춘 무지향성 다중 안테나;가 포함되고,
    상기 4개의 복합 안테나는 2개의 복합 안테나가 한쌍을 이루어 서로 대향되며, 상기 2개의 복합 안테나로 이루어진 한쌍과 상기 2개의 복합 안테나로 이루어진 또 다른 한쌍은 안테나 프레임을 이용해 설치되고, 상기 안테나 프레임에는 상기 기지국 차량에 설치되어 일정한 높이를 갖는 안테나 포스트가 결합된 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 무지향성 안테나와 상기 지향성 안테나는 동일선상에서 연속되게 배열된 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 서로 쌍을 이루는 2개의 복합 안테나는 상기 무지향성 안테나와 상기 지향성 안테나의 배열 상태가 동일한 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템.

  4. 청구항 3에 있어서, 상기 2개의 복합 안테나로 이루어진 한쌍은 상기 무지향성 안테나가 위에 상기 지향성 안테나가 그 밑에 배열되고, 상기 2개의 복합 안테나로 이루어진 또 다른 한쌍은 상기 지향성 안테나가 위에 상기 무지향성 안테나가 그 밑에 배열되는 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 안테나 프레임은 동서남북의 4방향을 형성하는 4개의 개별 프레임으로 구성되고, 상기 개별 프레임에서 상기 4개의 복합 안테나가 각각 360도 회전되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템.
  7. 무지향성 안테나와 지향성 안테나를 함께 갖춘 360도 회전되는 복합 안테나가 4개로 이루어진 복합 안테나 장치를 갖춘 기지국 차량의 전원 온(ON)과, 적어도 1개 이상의 무지향성 안테나를 갖추고 상기 기지국 차량의 운영통제를 받는 적어도 1대 이상의 지상로봇의 전원 온(ON)이 체크되고, 상기 전원 온(ON)이 모두 체크되면 상기 기지국차량과 상기 지상로봇의 운영 범위가 체크되는 안테나 운영조건 체크단계;
    상기 안테나에 대한 운영모드가 무지향성 모드로 운영되는 안테나 초기 운영단계;
    반전력 빔폭(HPBW)이 체크되고, 상기 반전력 빔폭(HPBW)의 조건이 충족되지 않으면 무지향성 모드를 지속하고, 상기 반전력 빔폭(HPBW)의 조건이 충족될 경우 무지향성 모드가 지향성 모드로 스위칭되는 모드 전환단계;
    상기 지향성 모드의 운용시 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)이 체크되고, 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 체크 결과에 따라 상기 지향성 모드를 스위칭해 상기 무지향성 모드로 복귀되거나 상기 지향성 모드가 유지되는 모드 지속단계;
    상기 지상로봇들이 상기 반전력 빔폭(HPBW)내에 존재하지 않으면, 상기 지향성 모드에서 상기 무지향성 모드로 복귀되는 모드 확인단계;
    상기 지향성 모드에서 수신이상이 발생되는지 체크되고, 상기 수신이상 시 이상현상 해결로직으로 전환되고, 상기 이상현상 해결로직이 수행된 후 상기 수신이상이 해소되지 않으면 운영되던 모든 모드상태가 중단되어 다른 안테나 운영모드로 대체되는 긴급모드운영단계;
    가 포함되어 수행되는 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템을 이용한 안테나 운영방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 안테나 초기 운영단계에서, 상기 무지향성 모드로 운영 중 지속적으로 수신신호의 이상 상태 발생여부가 체크되고, 체크 결과 수신이상인 경우 이상 현상 해결로직으로 전환되고, 체크 결과 수신이상이 없을 경우 상기 무지향성 모드가 지속되는 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템을 이용한 안테나 운영방법.
  9. 청구항 7에 있어서, 모드 전환단계에서, 상기 반전력 빔폭(HPBW)은 상기 기지국차량의 위치 기준으로 체크되는 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템을 이용한 안테나 운영방법.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 모드 전환단계에서, 상기 모드의 스위칭은 히스테리시스 방식의 스위칭인 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템을 이용한 안테나 운영방법.

  11. 청구항 7에 있어서, 상기 모드 지속단계에서 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)은 설정된 값 이하로 저하되는지 여부가 체크되고, 설정된 값 이하 시 모드를 스위칭해주는 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템을 이용한 안테나 운영방법.
  12. 청구항 7에 있어서, 상기 모드 확인단계에서, 상기 상기 무지향성 모드 복귀는 상기 지상로봇들중 어느 하나라도 상기 반전력 빔폭(HPBW)내에 존재하지 않는 조건인 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템을 이용한 안테나 운영방법.
  13. 청구항 7에 있어서, 상기 긴급모드운영단계에서, 상기 다른 안테나 운영모드는 중계기 운용 모드나 RF 중계기 운영 모드중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템을 이용한 안테나 운영방법.
  14. 청구항 7에 있어서, 상기 긴급모드운영단계에서, 상기 수신이상은 상기 기지국차량과 상기 지상로봇들간 네트워크 접속이 완전히 끊긴 접속단절이나 상기 지상로봇들로부터의 상향링크 제어채널 신호는 수신 가능하나 페이로드(Payload)의 수신 오류율(PER)이 일정 수준(TBD %) 이하인 접속불량중 하나이고, 상기 접속단절과 상기 접속불량은 각각 서로 다른 대응모드인 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템을 이용한 안테나 운영방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 접속단절 대응모드는 상기 수신이상이 발생된 모드를 스위칭해주고, 스위칭된 모드를 일정시간동안 유지하는 접속단절해소단계;
    상기 스위칭된 모드 유지시간이 초과되면, 상기 스위칭된 모드가 무지향성 모드일 경우 무지향 모드가 수행되던 이전 단계로 복귀되는 반면, 상기 스위칭된 모드가 지향성 모드이면 상기 지상로봇들과 접속을 시도하는 접속단절해소반복단계;
    상기 접속 시도로 상기 지상로봇들과 접속 재개 시 지향성 모드로 수행하는 이전 단계로 복귀되는 반면, 상기 지상로봇들과 접속 실패 시 운영되던 모든 모드상태가 중단되어 중계기 운용 모드나 RF 중계기 운영 모드중 어느 하나로 안테나 운영모드가 수행되는 운영모드변경단계;
    로 수행되는 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템을 이용한 안테나 운영방법.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 접속단절해소반복단계에서, 상기 접속시도는 상기 기지국차량의 지향성 안테나로 상기 지상로봇들이 분포된 영역을 스캐닝하여 시도하고, 일정 시간동안 반복되는 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템을 이용한 안테나 운영방법.
  17. 청구항 14에 있어서, 상기 접속불량 대응모드는 상기 수신이상이 발생된 모드를 스위칭해주고, 스위칭된 모드를 일정시간동안 유지하는 접속불량해소단계;
    상기 스위칭된 모드 유지시간이 초과되면, 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)을 체크하는 접속불량해소조건단계;
    상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 체크결과, 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 조건이 충족되었을 경우 무지향 모드로 수행하는 이전 단계로 복귀되고, 반면 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 조건이 충족되지 않으면 상기 지상로봇들 각각에 대한 개별적인 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)이 체크되는 접속불량해소반복단계;
    상기 개별적인 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 체크로 운영 가능한 모드가 파악되지 않으면 운영되던 모든 모드상태가 중단되어 중계기 운용 모드나 RF 중계기 운영 모드중 어느 하나로 안테나 운영모드가 수행되고, 반면 상기 개별적인 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 체크로 운영 가능한 모드가 파악될 경우 심벌 전송 구조를 조정하여주는 접속불량해소최종단계;
    상기 심벌 전송 구조 조정 후, 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)이 다시 체크되는 접속불량해소확인단계;
    상기 다시 체크된 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)이 만족될 경우 지향 모드로 수행하는 이전 단계로 복귀되고, 반면 만족되지 않으면 운영되던 모든 모드상태가 중단되어 중계기 운용 모드나 RF 중계기 운영 모드중 어느 하나로 안테나 운영모드가 수행되는 운영모드변경단계;
    로 수행되는 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템을 이용한 안테나 운영방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 접속불량해소조건단계에서, 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)은 설정된 값을 충족하는지 여부가 체크되는 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템을 이용한 안테나 운영방법.
  19. 청구항 17에 있어서, 상기 접속불량해소반복단계에서, 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 조건 충족은 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)이 평균되고, 평균된 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)을 이용해 상기 개별적인 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 조건이 체크되는 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템을 이용한 안테나 운영방법.
  20. 청구항 17에 있어서, 상기 접속불량해소최종단계에서, 상기 심벌 전송 구조 조정은 상향링크 심벌전송구조가 조정되는 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템을 이용한 안테나 운영방법.
  21. 청구항 20에 있어서, 상기 심벌 전송 구조 조정이 하향링크 심벌전송구조로 이루어지면, 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 평균값이 양호한 상태인 모드가 유지되는 조건을 충족할 때 인 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템을 이용한 안테나 운영방법.
  22. 청구항 17에 있어서, 상기 접속불량해소확인단계에서, 상기 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)의 체크 조건은 상대적으로 개선된 수신 오류율(PER; Packet Error Ratio)인 것을 특징으로 하는 원격통제 안테나 시스템을 이용한 안테나 운영방법.
KR1020130035648A 2013-04-02 2013-04-02 원격통제 안테나 시스템 및 이를 이용한 안테나 운영방법 KR101444823B1 (ko)

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