KR101921494B1 - 무선 통신 시스템에서 안테나 임피던스 매칭 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 안테나 임피던스 매칭 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에서 이동 단말은 상기 이동 단말의 송신 전력을 제어하기 위한 정보를 포함하는 전력 제어 정보를 수신하는 수신부와, 상기 수신된 전력 제어 정보를 근거로 상기 이동 단말의 송신 전력 변화량을 판단하고, 상기 판단된 송신 전력 변화량을 기반으로 매칭 제어 정보를 생성하는 매칭 제어부와, 상기 생성된 매칭 제어 정보를 기반으로 안테나 임피던스 매칭을 수행하는 안테나 매칭부를 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서 안테나 임피던스 매칭 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MATCHING ANTENNA IMPEDENCE IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명의 일 실시 예는 무선 통신 시스템에서 안테나 임피던스 매칭 장치 및 방법에 관한 것이다.
안테나의 송신 효율은 안테나의 입력 임피던스(impedance)에 의해 영향을 받는다. 이에 따라, 일반적으로 송신기에서는 송신 안테나 포트에서의 반사파가 최소가 되도록 임피던스 매칭을 수행한다. 하지만 안테나의 방사 임피던스는 주변 환경에 따라 변경되며, 100MHz 이상의 주파수에서 매우 크게 나타난다.
일 예로 무선 단말의 경우, 사용자의 손의 위치, 상기 무선 단말을 잡는 방법에 따라 안테나의 입력 임피던스가 크게 변경된다. 상기 안테나의 입력 임피던스가 변경되면, 안테나로 실제 출력되는 송신 전력이 크게 감소된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 종래에는 반사파를 최소화하기 위한 안테나 임피던스 매칭 방법이 사용되었다. 하지만 상기 안테나 임피던스 매칭 방법을 사용하기 위해서는 송신기의 반사 계수를 산출하기 위한 구성부가 추가적으로 필요하다. 상기와 같은 추가적인 구성부의 사용은 제조 단가를 상승시키며 안테나 임피던스 매칭 과정을 복잡하게 하는 문제를 초래한다.
본 발명의 일 실시 예는 무선 통신 시스템에서 안테나 임피던스 매칭 장치 및 방법을 제안한다.
그리고 본 발명의 일 실시 예는 무선 통신 시스템에서 안테나의 송신 전력을 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 안테나 임피던스 매칭 장치 및 방법을 제안한다.
또한 본 발명의 일 실시 예는 종래에 비해 간단하고 효과적인 방식으로 안테나 임피던스 매칭을 수행할 수 있도록 하는 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는; 이동 단말에 있어서, 상기 이동 단말의 송신 전력을 제어하기 위한 정보를 포함하는 전력 제어 정보를 수신하는 수신부와, 상기 수신된 전력 제어 정보를 근거로 상기 이동 단말의 송신 전력 변화량을 판단하고, 상기 판단된 송신 전력 변화량을 기반으로 매칭 제어 정보를 생성하는 매칭 제어부와, 상기 생성된 매칭 제어 정보를 기반으로 안테나 임피던스 매칭을 수행하는 안테나 매칭부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 다른 방법은; 이동 단말의 안테나 임피던스 매칭 방법에 있어서, 상기 이동 단말의 송신 전력을 제어하기 위한 정보를 포함하는 전력 제어 정보를 수신하는 과정과, 상기 수신된 전력 제어 정보를 근거로 상기 이동 단말의 송신 전력 변화량을 판단하는 과정과, 상기 판단된 송신 전력 변화량을 기반으로 매칭 제어 정보를 생성하는 과정과, 상기 생성된 매칭 제어 정보를 기반으로 안테나 임피던스 매칭을 수행하는 과정을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예는 무선 통신 시스템에서 안테나의 송신 전력 효율을 최대화할 수 있는 효과가 있다. 아울러 본 발명의 일 실시 예는 전력 제어 방법 등을 사용하여 보다 간단하고 효율적으로 안테나 임피던스 매칭을 수행할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 일반적인 무선 통신 시스템에서 사용되는 안테나 임피던스 매칭 장치를 보인 도면,
도 2는 일반적인 무선 통신 시스템에서 전력 제어 방법을 수행하는 기지국과 이동 단말의 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 임피던스 매칭 장치를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 이동 단말이 안테나 임피던스 매칭을 수행하는 과정을 나타낸 순서도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국과 이동 단말의 블록 구성도를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 단말에서 매칭 제어 정보를 업데이트 하는 과정을 나타낸 순서도,
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나의 주파수 특성을 나타낸 그래프,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 단말에서 안테나 임피던스 매칭을 위한 가변 캐패시터 값을 결정하는 과정을 나타낸 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 일 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
삭제
본 발명의 일 실시 예는 무선 통신 시스템에서 안테나 임피던스 매칭 장치 및 방법을 제안한다. 본 발명의 일 실시 예에서 제안하는 무선 통신 시스템은 GSM(Global System for Mobile communications), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 및 LTE(Long Term Evolution) 시스템 등이 될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에서 제안하는 장치 및 방법은 전력 제어 방법이 사용되는 시스템 일 예로, HSPA(High Speed Packet Access) 시스템 등에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 설명에 앞서, 일반적인 무선 통신 시스템에서 사용되는 안테나 임피던스 매칭 장치 및 방법에 대한 내용을 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 무선 통신 시스템에서 사용되는 안테나 임피던스 매칭 장치를 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 일반적인 무선 통신 시스템에서 사용되는 안테나 임피던스 매칭 장치는 베이스밴드 처리부(Baseband Processor)(100), RF(Radio Frequency)부(102), 전력 증폭부(Power Amplifier)(104), 커플러(Coupler)(106), 검출부(108), 제어부(110) 및 안테나 매칭부(112)를 포함한다.
상기 베이스밴드 처리부(100)는 송신 파형(waveform)을 생성하고, 베이스밴드 신호를 상기 RF부(102)로 출력한다. 그러면 상기 RF부(102)는 상기 베이스 밴드 신호를 송신 주파수 대역으로 변환하여 상기 전력 증폭부(104)로 출력한다. 이어 상기 전력 증폭부(104)는 상기 변환된 신호를 미리 설정된 신호 크기로 증폭한 후 증폭된 신호를 안테나를 통해 송신한다.
한편, 안테나 이전 단의 임피던스를 Z로 나타내고 안테나의 임피던스를 Za로 나타낼 경우, 임피던스 부적합에 의한 송신 신호 대 반사 신호 비율은 하기 수학식 1에서 R로 표현된 반사 계수로 나타난다.
Figure 112012032399496-pat00001
임피던스 매칭의 목적은 반사 신호의 전력 즉, 반사 계수를 최소화하는데 있다. 상기 반사 계수를 측정하기 위해서는 도 1에 나타난 바와 같은 커플러(106) 등이 사용되어야 한다. 상기 커플러(106)는 입력 신호와 반사 신호의 전력을 각각 측정하고, 상기 측정된 입력 신호와 반사 신호의 전력에 대한 정보를 상기 검출부(108)로 출력한다. 그러면, 상기 검출부(108)는 상기 측정된 입력 신호와 반사 신호의 전력을 근거로 반사 계수 등과 같은 안테나 임피던스 매칭을 위한 값을 검출하여 상기 제어부(110)로 출력한다.
상기 제어부(110)는 상기 검출된 값을 사용하여 안테나 임피던스 매칭 제어 값을 결정하고, 상기 결정된 안테나 임피던스 매칭 제어 값을 상기 안테나 매칭부(112)로 출력한다. 이에 따라, 상기 안테나 매칭부(112)는 상기 안테나 임피던스 매칭 제어 값을 사용하여 안테나 이전 단의 임피던스와 안테나의 임피던스를 매칭시켜 반사 계수가 최소화된 신호를 송신할 수 있도록 한다.
이처럼 일반적인 무선 통신 시스템에서는 안테나 임피던스 매칭을 위해 커플러(106), 검출부(108) 및 듀플렉서(Duplexer) 등과 같은 추가적인 구성부의 사용이 필요하다. 하지만 추가적인 구성부가 사용되는 경우 제조 비용이 증가되며 임피던스 매칭 과정이 복잡해지는 문제가 발생하게 된다.
따라서 본 발명의 일 실시 예에서는 상기와 같은 문제를 고려하여, 좀 더 간단하고 효과적인 안테나 임피던스 매칭 과정이 수행될 수 있도록 하는 장치 및 방법을 제안한다. 또한 본 발명의 일 실시 예에서는 반사 계수(송신 신호 대 반사 신호의 비율)를 최소화하는 종래 기술과 달리, 전달 계수(반사 신호 대 송신 신호의 비율)를 최대화하여 안테나의 송신 전력 효율을 증가시킬 수 있도록 하는 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명의 일 실시 예에서는 무선 통신 시스템에서 사용되는 전력 제어 방법을 사용하여 안테나 임피던스 매칭을 수행한다. 상기 전력 제어 방법을 사용하는 무선 통신 시스템으로는 대표적으로 HSPA 시스템 등이 있다. 이하 상기 HSPA 시스템 등과 같은 무선 통신 시스템에서 사용되는 전력 제어 방법을 도 2를 참조하여 간단하게 설명하기로 한다. 상기 전력 제어 방법은 도 2에 제시된 전력 제어 방법에 한정되지 않으며 상기 이동 단말에 전력 제어 정보를 송신하는 다른 형태의 전력 제어 방법을 나타낼 수도 있음은 물론이다.
도 2는 일반적인 무선 통신 시스템에서 전력 제어 방법을 수행하는 기지국과 이동 단말의 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 이동 단말(200)은 변조부(Modulation)(202), 전력 증폭부(204), 듀플렉서(206), 복조부(Demodulation)(208) 및 전력 제어 정보 검출부(Power Control Information Extractor)(210)를 포함한다. 그리고, 기지국(220)은 듀플렉서(222), 복조부(224), 수신 신호 세기 추정부(226), 전력 제어 정보 생성부(228), 변조부(230), 멀티플렉서(232) 및 송신부(234)를 포함한다.
상기와 같이 구성된 이동 단말(200)과 기지국(220)에서 상기 이동 단말(200)의 전력을 제어하는 방법은 다음과 같다.
먼저 상기 이동 단말(200)에서 상기 변조부(202)는 송신할 신호를 변조하여 상기 전력 증폭부(204)로 출력한다. 상기 전력 증폭부(204)는 상기 변조된 신호를 미리 설정된 신호 크기로 증폭하고, 듀플렉서(206)는 상기 증폭된 신호를 안테나를 통해 상기 기지국(220)으로 송신한다.
그러면 상기 기지국(220)에서는 상기 이동 단말(200)로부터 송신된 신호가 안테나를 통해 수신되면, 상기 듀플렉서(222)에서 상기 수신된 신호를 상기 복조부(324)로 출력한다. 상기 복조부(224)는 상기 수신된 신호를 복조하여 상기 수신 신호 세기 추정부(226)로 출력한다. 그리고 상기 수신 신호 세기 추정부(226)는 상기 수신된 신호의 세기(일 예로, 수신 신호의 신호 대 간섭비(Signal to Interference Ratio: SIR), 수신 신호 세기 강도(Received Signal Strength Indication: RSSI) 및 블록 에러율(Block Error Rate: BLER)) 등을 측정한다.
이어, 상기 전력 제어 정보 생성부(228)는 상기 측정된 수신 신호 세기 등을 근거로 상기 기지국(220)의 복조 성능을 유지하기 위한 전력 제어 정보를 생성한다. 예를 들어 WCDMA 통신 시스템의 경우, 상기 전력 제어 정보 생성부(228)는 원하는 수준의 음질을 유지하기 위하여 타겟 SIR(target SIR) 또는 타겟 BLER(target BLER)를 설정하고, 상기 설정된 타겟 SIR 또는 BLER을 기반으로 이동 단말 송신단의 송신 전력을 증가 또는 감소시킬 수 있도록 하는 전력 제어 정보(일 예로, TPC(Transmit Power Control) command)를 생성할 수 있다.
이해를 돕기 위해 구체적인 예를 들어 설명하면, 상기 전력 제어 정보 생성부(228)는 매 슬롯(일 예로 '0.667usec') 마다 수신 SIR을 측정하여 타겟 SIR과 비교한다. 그리고, 상기 전력 제어 정보 생성부(228)는 상기 수신 SIR이 상기 타겟 SIR 보다 크면 제1값(일 예로 '1')이 포함된 전력 제어 정보를 생성하고, 상기 수신 SIR이 상기 타겟 SIR 보다 작거나 같으면 제2값(일 예로 '0')이 포함된 전력 제어 정보를 생성한다.
상기 생성된 전력 제어 정보는 상기 멀티플렉서(232)에서 상기 변조부(230)에 의해 변조된 신호에 더해져 상기 송신기(234) 및 듀플렉서(222)를 통해 상기 이동 단말(200)로 송신된다.
그러면 상기 이동 단말(200)에서는 안테나 및 듀플렉서(208)를 통해 신호를 수신하고, 상기 복조부(208)에서 상기 수신된 신호가 복조되어 상기 전력 제어 정보 검출부(210)로 출력된다. 상기 전력 제어 정보 검출부(210)는 상기 복조된 신호로부터 전력 제어 정보를 검출한다. 상기 전력 제어 정보는 매 슬롯(일 예로 '0.666usec')마다 검출될 수 있다.
상기 전력 제어 정보는 검출된 전력 제어 정보에 상응하는 크기로 신호를 증폭하도록 상기 전력 증폭부(204)의 이득(gain)을 제어한다. 예를 들어, 상기 이동 단말(200)은 상기 검출된 전력 제어 정보에 상기 제1값이 포함된 경우 송신 전력을 1dB 낮추도록 상기 전력 증폭부(204)의 이득을 제어하고, 상기 검출된 전력 제어 정보에 상기 제2값이 포함된 경우 상기 송신 전력을 1dB 높이도록 상기 전력 증폭부(204)의 이득을 제어할 수 있다.
이에 따라, 상기 이동 단말(200)의 송신단에서는 상기 기지국(220)에서 결정된 송신 전력으로 신호를 송신함으로써 상기 기지국(220)과의 통신 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
상기와 같이 이동 단말(200)과 기지국(220) 간의 피드백 과정을 통해 전력을 제어하는 방법을 일반적으로 전력 제어 루프(Power Control Loop)라 한다. 그리고, 도 2에서는 상기 이동 단말(200)에 대한 전력을 제어하는 방법을 설명하였지만 이와 반대로, 상기 기지국(220)의 전력을 도 2에서 설명한 방법과 유사한 방법을 사용하여 제어하는 것도 가능하다. 또한, 상기 이동 단말(200)과 상기 기지국(220)이 서로의 전력을 제어하는 것도 가능하다. 실제로 GSM 및 WCDMA 통신 시스템에서는 페이딩(fading) 등의 무선 채널 환경 변화에도 수신 성능을 유지할 수 있도록 상기 전력 제어 방법이 상향링크 및 하향링크에서 모두 사용되고 있다.
본 발명의 일 실시 예에서는 일반적인 전력 제어 과정에서 송수신되는 전력 제어 정보를 사용하여 안테나 임피던스 매칭을 수행할 수 있도록 한다. 이에 대한 설명을 이하 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 임피던스 매칭 장치를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 안테나 임피던스 매칭 장치는 베이스 밴드 처리부(300), RF부(302), 전력 증폭부(304), 안테나 매칭부(306) 및 매칭 제어부(308)를 포함한다.
상기 베이스 밴드 처리부(300)는 무선 주파수 신호를 업/다운 컨버팅하여 중간 주파수에 해당하는 아날로그 신호 또는 디지털 신호로 변환한다. 상기 RF 부(302)는 상기 베이스 밴드 처리부(300)로부터 출력된 신호를 송신 주파수 대역의 신호로 변환하며, 상기 전력 증폭부(304)는 상기 변환된 신호를 미리 설정된 크기로 증폭한다.
상기 안테나 매칭부(306)는 상기 매칭 제어부(308)의 제어에 따라 안테나의 임피던스와 안테나 이전 단의 임피던스를 매칭시켜 상기 전력 증폭부(304)로부터 증폭된 신호를 안테나를 통해 송신한다.
상기 매칭 제어부(308)는 송신기로부터 신호가 수신되어 상기 베이스 밴드 처리부(300)로부터 신호가 출력되면, 상기 출력된 신호로부터 전력 제어 정보를 검출한다. 상기 전력 제어 정보는 일 예로 매 슬롯(예를 들어 '0.666usec') 마다 검출될 수 있다. 이어 상기 매칭 제어부(308)는 미리 설정된 시간 동안 수신된 신호로부터 전력 제어 정보를 검출하고, 상기 검출된 전력 제어 정보를 근거로 송신 전력의 변화량을 판단한다. 그리고, 상기 매칭 제어부(308)는 상기 판단된 송신 전력의 변화량을 근거로 상기 안테나의 임피던스와 안테나 이전 단의 임피던스를 매칭시키기 위한 매칭 제어 정보를 생성한다. 이어, 상기 매칭 제어부(308)는 상기 생성된 매칭 제어 정보를 상기 안테나 매칭부(306)로 출력함으로써 안테나 임피던스 매칭이 수행될 수 있도록 한다.
상기와 같이 구성된 안테나 매칭 장치는 수신기, 일 예로 이동 단말에 포함될 수 있다. 하지만, 상기 안테나 매칭 장치는 송신기, 일 예로 기지국에 포함되는 것도 가능하다. 이하에 제시될 본 발명의 일 실시 예에서는 설명의 편의를 위해, 상기 안테나 매칭 장치가 이동 단말에 포함되는 경우를 일 예로 설명하기로 한다.
이하 상기 안테나 매칭 장치를 포함하는 이동 단말이 안테나 임피던스 매칭을 수행하는 과정을 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 이동 단말이 안테나 임피던스 매칭을 수행하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 상기 이동 단말은 400 단계에서 상기 이동 단말의 송신 전력을 제어하기 위한 정보를 포함하는 전력 제어 정보를 수신한다. 상기 전력 제어 정보는 매 슬롯 또는 미리 설정된 주기 마다 기지국으로부터 수신될 수 있다. 하지만 상기 전력 제어 정보가 수신되는 주기는 이에 한정되지 않고 다양하게 변경되는 것이 가능하다.
상기 이동 단말의 송신 전력을 제어하기 위한 정보는 상기 이동 단말의 송신 전력을 증가 또는 감소시킬 수 있도록 하는 정보를 나타내며, 상기 기지국에서 측정된 수신 신호 세기 값(일 예로, RSSI, SIR 및 BLER 등) 등을 근거로 결정될 수 있다.
이에 따라 상기 이동 단말은 상기 전력 제어 정보가 수신되면, 상기 이동 단말의 송신 전력 변화량을 판단할 수 있게 된다. 따라서, 상기 이동 단말은 402 단계에서 상기 수신된 전력 제어 정보를 근거로, 상기 판단된 송신 전력의 변화량에 따른 매칭 제어 정보를 생성한다. 이어 상기 이동 단말은 404 단계에서 상기 생성된 매칭 제어 정보에 따라 안테나 임피던스 매칭을 수행한다.
한편, 상기 400 및 402 단계는 도 3에 도시된 상기 매칭 제어부(308)에서 수행될 수 있으며, 상기 404 단계는 상기 안테나 매칭부(306)에서 수행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국과 이동 단말의 블록 구성도를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 기지국(520)은 듀플렉서(522), 복조부(524), 수신 신호 세기 추정부(526), 전력 제어 정보 생성부(528), 변조부(530), 멀티플렉서(532) 및 송신부(534)를 포함한다. 상기 기지국(520)의 구성은 도 2에 도시된 기지국(220)의 구성과 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이동 단말(500)은 변조부(502), 전력 증폭부(504), 안테나 매칭부(506), 듀플렉서(508), 복조부(510), 전력 제어 정보 검출부(512) 및 매칭 제어부(514)를 포함한다. 상기 변조부(502), 전력 증폭부(504), 듀플렉서(508), 복조부(510) 및 전력 제어 정보 검출부(512)는 도 2에 도시된 변조부(202), 전력 증폭부(204), 듀플렉서(208), 복조부(210) 및 전력 제어 정보 검출부(212)와 동일한 동작을 수행한다.
그리고 상기 안테나 매칭부(506) 및 매칭 제어부(514)는 본 발명의 일 실시 예에서 새롭게 제안하는 구성부로서, 도 3에 도시된 안테나 매칭부(306) 및 매칭 제어부(318)에 대응한다. 상기 안테나 매칭부(506)는 가변 캐패시터(Capacitor) 등을 포함한다. 그리고 상기 매칭 제어부(514)는 SPI(Serial Peripheral Interface) 등을 사용하여 상기 가변 캐패시터를 제어함으로써 안테나 임피던스 매칭이 수행될 수 있도록 한다.
구체적으로, 상기 매칭 제어부(514)는 미리 설정된 시구간 동안 상기 기지국(520)으로부터 수신된 전력 제어 정보를 근거로, 상기 이동 단말(500)의 송신 전력 변화량을 검출한다. 그리고 상기 매칭 제어부(514)는 송신 전력 변화량 별 가변 캐패시터 값이 포함된 테이블 등을 참조하여, 상기 검출된 변화량에 대응되는 가변 캐패시터 값을 검출한다. 이어 상기 매칭 제어부(514)는 상기 검출된 가변 캐패시터 값을 포함하는 매칭 제어 정보를 생성하여 상기 안테나 매칭부(506)로 출력한다. 그러면, 상기 안테나 매칭부(506)는 상기 매칭 제어 정보에 포함된 가변 캐패시터 값을 갖도록 상기 가변 캐패시터를 제어함으로써 안테나 임피던스 매칭이 수행될 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에서는 송신 전력과 전달 계수 간의 관계를 고려하여 안테나 임피던스 매칭을 수행한다. 이에 대해 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 이동 단말(500)의 입력 임피던스 부정합을 고려하여 결정되는 전달 계수는 하기 수학식 2와 같이 나타난다.
Figure 112012032399496-pat00002
상기 수학식 2에서 T는 상기 전달 계수를 나타내고, Za는 상기 이동 단말(500)의 안테나 이전 단의 임피던스를 나타내고, Z는 상기 이동 단말(500)의 안테나의 임피던스를 나타낸다.
그리고 상기 기지국(520)에서 측정되는 상기 이동 단말(500)의 송신 신호 전력 Pt는 하기 수학식 3을 사용하여 나타낼 수 있다.
Figure 112012032399496-pat00003
상기 수학식 3에서, Pr 은 상기 수신 신호 세기 즉, 수신 신호의 전력을 나타내고, Gh는 무선 채널 상의 경로 손실값을 나타낸다.
한편, 안테나 임피던스 매칭 제어 전의 전달 계수를 T0라 하면, 상기 이동 단말(500)의 송신 신호 전력 Pt는 하기 수학식 4를 사용하여 조정될 수 있다. 즉, 상기 기지국(520)의 수신 신호 전력이 무선 채널 변화를 보상한 일정한 값을 유지하도록 상기 이동 단말(500)의 송신 신호 전력 Pt가 조정된다.
Figure 112012032399496-pat00004
상기 수학식 4에서 P0는 상기 기지국(520)의 수신 신호 전력을 나타내며, C는 미리 설정된 전력 값을 나타낸다.
한편 전력 제어 방법을 사용하여 안테나 임피던스 매칭이 수행된 경우 즉, 상기 이동 단말(500)의 임피던스 매칭부(506)에서 안테나 임피던스 매칭을 위한 가변 캐패시터 값이 변경된 경우의 전달 계수를 Tk라 하면 상기 기지국(520)의 안테나 수신 전력 PI은 하기 수학식 5와 같이 나타난다.
Figure 112012032399496-pat00005
전력 제어 방법은 수신 전력을 일정하게 유지할 수 있도록 하므로, 상기 전력 제어 방법이 사용되는 경우 다음 수학식 6과 같은 결과가 나타난다.
Figure 112012032399496-pat00006
이 경우, 상기 이동 단말(500)의 송신 전력은 다음 수학식 7을 사용하여 추정된다.
Figure 112012032399496-pat00007
전력 제어 방법이 사용되는 동안 상기 이동 단말(500)의 송신 전력이 증가되었음은 전달 계수 Tk가 T0 대비 감소하였음을 나타내며, 상기 이동 단말(500)의 송신 전력이 감소되었음은 전달 계수 Tk가 T0 대비 증가하였음을 나타낸다. 즉, 상기 기지국(520)의 전력 제어에 따른 상기 이동 단말(500)의 송신 전력의 변화량과 전달 계수는 다음 수학식 8에 나타난 바와 같이 반비례한다.
Figure 112012032399496-pat00008
따라서 본 발명의 일 실시 예에서는 상기 전력 제어 정보를 사용하여 전달 계수가 커지는 주파수 특성을 갖도록 안테나 임피던스 매칭이 수행될 수 있도록 한다. 한편, 본 발명의 일 실시 예에서는 안테나 임피던스 매칭 과정이 미리 설정된 주기에 따라 주기적으로 수행될 수 있다. 따라서, 상기 안테나 임피던스 매칭을 위해 사용되는 매칭 제어 정보인 가변 캐패시터 값은 주기적으로 업데이트되어 사용될 수 있다.
이하 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 매칭 제어 정보 업데이트 과정을 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 단말에서 매칭 제어 정보를 업데이트 하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 6의 과정은 이동 단말의 신호 복조 횟수(또는 전력 제어 정보 수신 횟수) n이 미리 설정된 횟수 N에 도달하지 않은 경우 시작될 수 있다. 600 단계에서 상기 이동 단말은 상기 신호 복조 횟수 n이 0인 경우, 602 단계로 진행하여 상기 신호 복조 횟수를 1 카운트한다. 즉, 상기 이동 단말은 상기 신호 복조 횟수 n을 1 증가시킨다(*n=n+1).
그리고 상기 이동 단말은 604 단계에서 전력 제어 정보를 검출하고, 606 단계에서 상기 전력 제어 정보를 처리한다. 즉, 상기 이동 단말은 상기 전력 제어 정보를 사용하여 안테나 임피던스 매칭을 위해 사용할 매칭 제어 정보(일 예로, 가변 캐패시터 값을 포함)를 생성한다. 또한, 상기 이동 단말은 608 단계에서 상기 전력 제어 정보에 상응하는 크기로 신호를 증폭하도록 전력 증폭 이득을 제어한다.
이어 상기 이동 단말은 610 단계에서 상기 *n이 상기 미리 설정된 횟수 N과 동일한지 여부를 판단하고, 상기 *n이 N과 동일한 경우 612 단계로 진행하여 상기 생성된 매칭 제어 정보를 사용하여 이전에 설정된 매칭 제어 정보를 업데이트 한다. 그리고, 상기 이동 단말은 상기 n을 다시 0으로 설정한다. 한편, 상기 이동 단말은 상기 *n이 N과 상이한 경우에는 614 단계로 진행하여 매칭 제어 정보의 업데이트 없이 신호를 송신한다.
도 6에 나타난 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에서는 안테나 임피던스 매칭을 위한 매칭 제어 정보의 업데이트 과정이 주기적으로 수행될 수 있다.
다음으로, 도 7 및 도 8을 참조하여 상기 매칭 제어 정보를 사용함으로써 전달 계수가 커지도록 안테나의 주파수 특성을 변경시키는 과정을 설명하기로 한다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나의 주파수 특성을 나타낸 그래프이다. 도 7 및 도 8에서 가로축은 주파수를 나타내며, 세로축은 반사 계수를 나타낸다.
사용자가 이동 단말을 손으로 잡는 경우 안테나 임피던스 부정합이 발생하여, 안테나의 주파수 특성은 도 7(a)에 나타난 바와 같이 제1그래프(700)에서 제2그래프(702)와 같이 변경되고 반사 계수(S11)도 높아지게 된다.
이에 따라 본 발명의 일 실시 예에서는 앞서 설명한 바와 같이, 안테나 매칭을 위한 가변 캐패시터 값을 제어함으로써 안테나 이전 단과 안테나 간에 임피던스 매칭이 수행될 수 있도록 한다. 상기 가변 캐패시터 값이 제어될 경우, 도 7(b)에 나타난 바와 같이 안테나의 주파수 특성을 원하는 방향(즉, 제3그래프(704)에서 제4그래프(706)의 방향)으로 변경시킬 수 있다. 그러면 반사 계수(S11)가 낮아져 신호가 급속이 저하되는 현상을 상쇄시킬 수 있게 된다.
한편 도 8(a)와 같이, 사용자가 이동 단말을 잡지 않은 경우의 안테나의 주파수가 제5그래프(800)와 같이 나타나며 사용자가 이동 단말을 잡은 경우의 안테나의 주파수가 제6그래프(802)와 같이 나타난 경우, 상기 이동 단말은 주파수 매칭을 위해 상기 제6그래프(802)를 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동시키기 위한 가변 캐패시티 값을 결정한다. 상기 가변 캐패시티 값의 결정을 위해서는 기지국으로부터 수신되는 전력 제어 정보가 사용될 수 있다.
도 8(a)에 나타난 바와 같이 상기 제6그래프(802)가 왼쪽으로 주파수를 이동하여 제7그래프(804)의 위치에 위치하는 경우, 반사 계수는 주파수 특성 변경 전에 비해 높아져 송신 전력이 낮아지게 된다. 따라서 이 경우 상기 기지국은 상기 이동 단말로 송신 전력을 높일 것을 지시하는 전력 제어 정보를 송신한다.
그리고, 도 8(b)에 나타난 바와 같이 상기 제6그래프(802)가 오른쪽으로 주파수를 이동하여 제8그래프(806)의 위치에 위치하는 경우, 상기 반사 계수는 주파수 특성 변경 전에 비해 낮아져 송신 전력이 높아지게 된다. 따라서 이 경우 상기 기지국은 상기 이동 단말로 송신 전력을 낮출 것을 지시하는 전력 제어 정보를 송신한다.
이처럼 상기 이동 단말은 상기 도 8(a) 및 도 8(b) 각각의 경우에서 상기 기지국으로부터 전력 제어 정보를 수신하여, 상기 수신된 전력 제어 정보를 근거로 주파수 특성 변경을 위한 가변 캐패시터 값을 결정하게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따라 상기 이동 단말은 안테나의 주파수 특성을 오른쪽 주파수 방향으로 변경시킬지 또는 왼쪽 주파수 방향으로 변경시킬지 여부를 판단하여 가변 캐패시터 값을 결정할 수 있다. 이를 위해 상기 이동 단말은 도 9에 도시된 바와 같은 과정을 수행한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 단말에서 안테나 임피던스 매칭을 위한 가변 캐패시터 값을 결정하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 9를 참조하면, 900 단계에서 상기 이동 단말은 제1매칭 주파수(Matching Freq1)를 위한 제1가변 캐패시터 값을 결정한다. 상기 제1매칭 주파수는 현재 설정된 기준 주파수(Fref)에서 미리 설정된 제1값(Fdelta1) 만큼 증가된 주파수를 나타낸다(즉, Matching Freq1 = Fref + Fdelta1). 그리고 상기 제1가변 캐패시터 값은 송신 전력 증가량 및 주파수 별 가변 캐패시터 값이 저장된 테이블 등을 사용하여 결정될 수 있다.
이어 상기 이동 단말은 상기 제1가변 캐패시터 값이 사용되어 안테나 임피던스 매칭이 수행되는 시구간 동안, N개의 전력 제어 정보를 기지국으로부터 수신한다. 그리고 상기 이동 단말은 상기 수신된 N개의 전력 제어 정보를 사용하여 제1송신 전력 변화량을 판단한다. 상기 제1송신 전력 변화량은 상기 수신된 N개의 전력 제어 정보를 사용하여 판단된 제1송신 전력 증가량 및 제1송신 전력 감소량 중 하나가 될 수 있다.
도 9에서는 설명의 편의를 위해 상기 제1송신 전력 변화량이 상기 제1송신 전력 증가량을 나타내는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 따라서, 상기 이동 단말은 902 단계에서 상기 수신된 N개의 전력 제어 정보를 사용하여 상기 제1송신 전력 증가량을 판단한다.
한편, 상기 제1송신 전력 증가량은 다음과 같이 판단될 수 있다. 예를 들어 상기 이동 단말의 송신 전력을 현재 설정된 송신 전력보다 높일 것을 지시하는 정보가'1'로서 표현되고, 상기 이동 단말의 송신 전력을 현재 설정된 송신 전력보다 낮출 것을 지시하는 정보가 '0'으로 표현되며, 상기 '1' 및 '0' 중 하나가 하나의 전력 제어 정보에 포함되는 경우, 상기 이동 단말은 상기 N개의 전력 제어 정보의 평균값을 상기 제1송신 전력 증가량으로서 판단할 수 있다.
상기 이동 단말은 904 단계에서 제2매칭 주파수(Matching Freq2)를 위한 제2가변 캐패시터 값을 결정한다. 상기 제2매칭 주파수는 현재 설정된 기준 주파수(Fref)에서 미리 설정된 제2값(Fdelta2) 만큼 감소된 주파수를 나타낸다(Matching Freq2 = Fref -- Fdelta2). 그리고 상기 제2가변 캐패시터 값은 상기 제1가변 캐패시터 값을 결정할 때와 유사하게, 송신 전력 증가량 및 주파수 별 가변 캐패시터 값이 저장된 테이블 등을 사용하여 결정될 수 있다.
이어 상기 이동 단말은 상기 제2가변 캐패시터 값이 사용되어 안테나 임피던스 매칭이 수행되는 시구간 동안, N개의 전력 제어 정보를 기지국으로부터 수신한다. 그리고 상기 이동 단말은 상기 수신된 N개의 전력 제어 정보를 사용하여 제2송신 전력 증가량을 판단한다. 앞서 설명한 상기 제1송신 전력 변화량과 마찬가지로 상기 제2송신 전력 변화량은 상기 수신된 N개의 전력 제어 정보를 사용하여 판단된 제2송신 전력 증가량 및 제2송신 전력 감소량 중 하나가 될 수 있다.
도 9에서는 설명의 편의를 위해 상기 제2송신 전력 변화량이 상기 제2송신 전력 증가량을 나타내는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 따라서, 상기 이동 단말은 906 단계에서 상기 수신된 N개의 전력 제어 정보를 사용하여 상기 제2송신 전력 증가량을 판단한다.
한편, 상기 제2송신 전력 증가량은 상기 제1송신 전력 증가량을 판단하는 방식과 유사한 방식을 사용하여 판단될 수 있다. 그리고 도 9의 실시 예에서는 제1송신 전력 증가량이 판단된 후, 상기 제2송신 전력 증가량이 판단되는 경우를 설명하였으나, 이와 반대로 상기 제2송신 전력 증가량이 상기 제1송신 전력 증가량보다 먼저 판단될 수도 있음은 물론이다.
상기 이동 단말은 상기 제1송신 전력 증가량과 상기 제2송신 전력 증가량이 판단되면, 상기 제1송신 전력 증가량과 상기 제2송신 전력 증가량을 비교한다. 그리고 상기 이동 단말은 908 단계에서 상기 제1송신 전력 증가량이 상기 제2송신 전력 증가량 보다 큰지 여부를 판단한다.
상기 이동 단말은 상기 제1송신 전력 증가량이 상기 제2송신 전력 증가량 보다 큰 경우, 상기 제2매칭 주파수가 상기 제1매칭 주파수보다 반사 계수를 작게 하는 것으로 판단한다. 따라서, 상기 이동 단말은 910 단계에서 상기 제2매칭 주파수에 대응되는 제2가변 캐패시터 값을 선택한다.
한편 상기 이동 단말은 상기 제1송신 전력 증가량이 상기 제2송신 전력 증가량 보다 작거나 같은 경우, 상기 제1매칭 주파수가 상기 제2매칭 주파수보다 반사 계수를 작게 하는 것으로 판단한다. 따라서, 상기 이동 단말은 912 단계에서 상기 제1매칭 주파수에 대응되는 제1가변 캐패시터 값을 선택한다.
이어 상기 이동 단말은 914 단계에서 상기 선택된 가변 캐패시터 값을 사용하여 안테나 임피던스 매칭을 수행한다.
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.

Claims (12)

  1. 이동 단말에 있어서,
    상기 이동 단말의 송신 전력을 제어하기 위한 정보를 포함하는 전력 제어 정보를 수신하는 수신부와,
    상기 수신된 전력 제어 정보를 근거로 상기 이동 단말의 송신 전력 변화량을 판단하고, 상기 판단된 송신 전력 변화량을 기반으로 매칭 제어 정보를 생성하는 매칭 제어부와,
    상기 생성된 매칭 제어 정보를 기반으로 안테나 임피던스 매칭을 수행하는 안테나 매칭부를 포함하는 이동 단말.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 제어 정보는 기지국에서 측정된 수신 신호 세기를 기반으로 생성됨을 특징으로 하는 이동 단말.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 매칭 제어부는 미리 결정된 임피던스 값들 중 상기 판단된 송신 전력 변화량에 대응하는 임피던스 값을 선택하고, 상기 선택된 임피던스 값을 기반으로 상기 매칭 제어 정보를 생성함을 특징으로 하는 이동 단말.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 매칭 제어부는 상기 판단된 송신 전력 변화량을 기반으로 안테나 임피던스를 조정하기 위한 매칭 값을 포함하는 상기 매칭 제어 정보를 생성함을 특징으로 하는 이동 단말.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 안테나 매칭부는 상기 생성된 매칭 제어 정보에 포함된 매칭 값을 사용하여 상기 안테나 임피던스 매칭을 수행함을 특징으로 하는 이동 단말.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 매칭부 이전 단에 위치하여 상기 수신된 전력 제어 정보를 기반으로 결정된 크기로 신호를 증폭하는 전력 증폭부를 더 포함하는 이동 단말.
  7. 이동 단말의 안테나 임피던스 매칭 방법에 있어서,
    상기 이동 단말의 송신 전력을 제어하기 위한 정보를 포함하는 전력 제어 정보를 수신하는 과정과,
    상기 수신된 전력 제어 정보를 근거로 상기 이동 단말의 송신 전력 변화량을 판단하는 과정과,
    상기 판단된 송신 전력 변화량을 기반으로 매칭 제어 정보를 생성하는 과정과,
    상기 생성된 매칭 제어 정보를 기반으로 안테나 임피던스 매칭을 수행하는 과정을 포함하는 안테나 임피던스 매칭 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전력 제어 정보는 기지국에서 측정된 수신 신호 세기를 기반으로 생성됨을 특징으로 하는 안테나 임피던스 매칭 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 매칭 제어 정보를 생성하는 과정은,
    미리 결정된 임피던스 값들 중 상기 판단된 송신 전력 변화량에 대응하는 임피던스 값을 선택하는 과정과,
    상기 선택된 임피던스 값을 기반으로 상기 매칭 제어 정보를 생성하는 과정을 포함하는 안테나 임피던스 매칭 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 매칭 제어 정보를 생성하는 과정은,
    상기 판단된 송신 전력 변화량을 기반으로 안테나 임피던스를 조정하기 위한 매칭 값을 포함하는 상기 매칭 제어 정보를 생성하는 과정을 포함하는 안테나 임피던스 매칭 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 안테나 임피던스 매칭을 수행하는 과정은,
    상기 생성된 매칭 제어 정보에 포함된 매칭 값을 사용하여 상기 안테나 임피던스 매칭을 수행하는 과정을 포함하는 안테나 임피던스 매칭 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 수신된 전력 제어 정보를 기반으로 결정된 크기로 신호를 증폭하는 과정을 더 포함하는 안테나 임피던스 매칭 방법.
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