KR102161139B1 - 네트워크 보안을 위한 능동 안테나 조종 - Google Patents

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Abstract

본 개시내용은 무선 통신 시스템들에 관한 것이며, 여기에는 안테나 시스템들 및 관련된 방법들이 포함되고, 이들은 각각, 네트워크 상의 하나 이상의 클라이언트 디바이스들과 액세스 포인트 간의 통신 링크 및 네트워크 보안을 증진시키기 위해 하나 이상의 다중-모드 안테나들의 방사 패턴 특성을 변경시킬 목적으로 하나 이상의 다중-모드 안테나들을 활용하는 것에 관한 것이다.

Description

네트워크 보안을 위한 능동 안테나 조종
본 발명은 무선 통신 시스템(wireless communication system)들에 관한 것이고, 더 구체적으로는, 네트워크 보안(network security)을 위해 하나 이상의 능동 다중-모드 안테나(active multi-mode antenna)들을 활용하는 그러한 무선 통신 시스템들 및 관련된 방법들에 관한 것이다.
"모드형 안테나(modal antenna)들"로서 또한 알려져 있는 능동 다중-모드 안테나들은 일반적으로 복수의 가능한 안테나 모드(antenna mode)들에 대해 구성가능한 비교적 작은 형태 인자(form factor)를 포함하고, 여기서 능동 다중-모드 안테나는 복수의 가능한 안테나 모드들 중 각각의 모드에서 개별적인 방사 패턴 특성(radiation pattern characteristic)들을 나타낸다. 결과적으로, 안테나 방사 패턴은 해당 안테나 구조에 대해 점진적으로 조정(adjust) 혹은 "조종(steer)"될 수 있어, 안테나 방사 패턴에서의 널(null) 혹은 이득(gain)이 방향성으로 조정될 수 있게 된다(각각 널 조종(null steering), 빔 조종(beam steering)). 추가적으로, 안테나의 주파수 응답은 하나 이상의 공진(resonance)들을 생성 혹은 제거하기 위해 조정될 수 있고, 공진들은 원하는 주파수 응답을 달성하기 위해 시프팅(shifting) 혹은 튜닝(tuning)될 수 있다. 이에 따라, 빔 조종, 널 조종, 및 주파수 응답은 각각 단일의 능동 다중-모드 안테나에 의해 제어될 수 있는 인자들이다.
능동 다중-모드 안테나가 출현하기 전에, 공학자들은 원하는 안테나 시스템 파라미터(antenna system parameter)들을 달성하기 위해 다양한 기법들을 구현했다. 예를 들어, 두 개의 개별 안테나들이 제공되었고, 그 각각은 개별적 배향(orientation)을 가지며, 여기서 시스템은 원하는 성능 목표를 달성하기 위해 두 개의 개별적으로 배향된 안테나들 간의 스위칭(switching)을 행할 수 있다.
또 하나의 다른 예에서, 별개의 극성(polarization)을 갖는 두 개의 안테나들이 구현될 수 있었고, 원하는 척도(metric)에 따라 더 좋은 성능을 갖는 하나의 안테나가 동작을 위해 선택되게 된다.
다른 종래의 기법들은 안테나 어레이(antenna array)들 내에서 연결되는 복수의 안테나들을 갖는 그러한 안테나 어레이들의 사용을 포함하고, 빔 형성(beam forming) 및/또는 빔 조종(beam steering)을 달성하기 위해 어레이 내의 복수의 안테나들 중 하나 이상의 안테나를 선택적으로 방사시키는 것을 포함한다.
이와는 대조적으로, 능동 다중-모드 안테나는 다중-모드 안테나를 집합적으로 형성하는 단일의 안테나 방사 요소(antenna radiating element) 및 하나 혹은 복수의 기생 전도체 요소(parasitic conductor element)들 및 이와 관련된 능동 컴포넌트(active component)들을 포함한다. 능동 다중-모드 안테나는 하나 이상의 방사 패턴 특성들을 동적으로 조정할 수 있고, 이에 따라 다중-모드 안테나는 원하는 결과를 달성하기 위해 조정가능하게 된다. 이제 더 이상 방향성 널들, 이득들 및 주파수 변화들을 달성하기 위해 복수의 안테나들이 요구되지 않는다.
다중-모드 안테나들의 예들은 공동 소유된 미국 특허번호 제9,240,634호; 제8,648,755호; 제8,362,962호; 및 제7,911,402호에서 설명되고 있으며, 이들 각각의 전체 내용들은 참조로 본 명세서에 통합된다. 다중-모드 안테나의 구조가 적어도 이러한 참조문헌들에서 다루어지고 있기 때문에, 이러한 설명들이 본 명세서에서 반복되지는 않을 것이다. 대신, 본 문서를 검토하는 어떠한 검토자도 다중-모드 안테나들의 구조에 관한 세부사항들에 대해 앞서의 특허 문헌을 참조할 수 있다.
이러한 다중-모드 안테나들의 한 가지 장점은 더 낮은 비용을 포함하는데, 왜냐하면, 어레이 혹은 스위칭가능 구성을 갖는 종래의 안테나들에서의 둘 이상의 안테나들과는 달리, 단지 하나의 안테나 방사 요소만이 제공되기 때문이다. 또 하나의 다른 장점은, 둘 이상의 안테나들을 요구하는 그리고 이에 대응하여 더 큰 공간을 요구하는 종래의 방식을 활용하는 것과는 달리, 단일의 다중-모드 안테나에 의한 점유 공간의 감소를 포함한다. 소비자의 요구가 더 작은 디바이스들에 대한 필요를 구동시키기 때문에, 안테나들과 같은 디바이스 컴포넌트들로부터의 공간을 감소시킬 필요가 점점더 관련되게 된다. 추가적으로, 다중-모드 안테나는 종종 빔 형성 및 널 조종을 위한 다른 복수-안테나 방식들과 비교하여 전력 요건들에서의 감소를 제공한다.
다른 특징들 및 세부사항들은, 본 개시내용을 완벽히 검토하는 경우 혹은 본 명세서에서 언급되는 관련 종래기술 문헌에서 참조되는 바와 같은 다른 세부설명들을 완벽히 검토하는 경우, 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술을 갖는 자들에 의해 인식되게 된다.
본 개시내용은 무선 통신 시스템들에 관한 것이며, 여기에는 안테나 시스템들 및 관련된 방법들이 포함되고, 이들은 각각, 네트워크 상의 하나 이상의 사용자 장비(User Equipment, UE) 디바이스들과 액세스 포인트(access point) 간의 통신 링크(communication link) 및 네트워크 보안을 증진시키기 위해 하나 이상의 능동 다중-모드 안테나들의 방사 패턴 특성을 변경시킬 목적으로 하나 이상의 능동 다중-모드 안테나들을 활용하는 것에 관한 것이다.
도 1은 네 개의 개별 모드들을 갖는 능동 다중-모드 안테나의 방사 모드(radiation mode)들에 대한 피크 이득(peak gain)의 방향을 보여준다.
도 2는 사무실에 대한 예시적인 네트워크 공간을 보여준다.
도 3은 링크 품질 행렬(link quality matrix)의 예를 보여주면, 여기서 각각의 안테나는 네트워크 상의 각각의 디바이스 및 각각의 안테나 모드에 대해 조사(survey)되고, 그리고 대응하는 신호 링크 품질(signal link quality)이 결정되며 행렬 내에 채워진다.
도 4는 다중-모드 안테나 시스템을 사용하여 물리적인 네트워크 보안을 수행하기 위한 알고리즘 프로세스를 보여준다.
도 5는 일 실시예에 따른 안테나 시스템을 보여준다.
다음의 설명에서는, 한정하기 위한 목적이 아닌 설명 목적으로, 본 발명의 완벽한 이해를 제공하기 위해 하나 이상의 예시되는 실시예들에 따른 세부사항들 및 설명들이 제시된다. 하지만, 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어남이 없이 이러한 세부사항들 및 설명들로부터 벗어나는 다른 실시예들로 본 발명이 실시될 수 있음이 본 발명의 기술분야에서 숙련된 자들에게는 명백할 것이다. 예시적 특징들이 참조 번호들에 의해 표시되어 있는 도면들을 참조하여 하나 이상의 예시되는 실시예들이 본 명세서에서 설명될 것이다. 본 명세서에서 설명되는 실시예(들)는 변형될 수 있다는 것, 그리고 특정 특징들이 부가될 수 있고, 제거될 수 있고, 혹은 상호교환될 수 있다는 것, 그럼으로써 유사한 수단들을 통해 실질적으로 동일한 결과가 달성될 수 있게 됨을 인식해야 한다. 이에 따라, 본 발명의 범위는 본 개시내용에 의해 한정되도록 의도된 것이 아니면, 대신 청구항들을 이들의 가장 광범위한 구성으로 검토함으로써 확인돼야만 한다.
정의들(Definitions):
본 명세서에서의 목적들을 위해, 용어 "간섭 신호(interfering signal)"는 목표로 하는 통신 링크의 동일한 주파수 채널(frequency channel) 혹은 동일한 주파수 범위(frequency range) 내에서 동작하는 신호로서 그 전력(power) 혹은 그 행태(behavior)에 의해 해당 주파수 대역(frequency band)들 내에서 또는 해당 채널 내에서 다른 신호들을 교란(disturbing)시키는 신호를 의미한다.
용어 "능동 다중-모드 안테나(active multi-mode antenna)"는 단일 방사 요소를 갖는 안테나를 의미하고, 이러한 단일 방사 요소에 인접하여 하나 이상의 기생 전도체 요소(parasitic conductor element)들이 위치하며, 하나 이상의 기생 전도체 요소들은 또한 기생 요소와 관련된 무효 부하(reactive loading)를 변경시켜 능동 다중-모드 안테나의 방사 패턴 특성을 변경시키기 위해 하나 이상의 능동 컴포넌트들에 각각 결합된다. 능동 다중-모드 안테나는 적어도 두 개의 모드들로 구성가능하고, 여기서 안테나는 적어도 두 개의 모드들 각각에서 별개의 방사 패턴 특성을 제공한다.
용어 "방사 요소(radiating element)"는 신호 소스(signal source)에 결합되는 안테나 구조로서 전자기 신호들의 전파( propagation)를 여기(excite)시키도록 설계된 안테나 구조를 의미한다.
용어들 "기생 전도체 요소(parasitic conductor element)" 혹은 "기생 요소(parasitic element)"는 상호교환가능하게 사용될 수 있으며, 방사 요소에 인접하여 위치하지만 신호 소스에는 연결되지 않은 전도체 요소로서 정의되고, 기생 요소는 인접하는 방사 요소의 방사 패턴 특성을 변경시키도록 구성되고, 여기서 기생 요소가 방사 패턴 특성을 변경할 수 있는 정도(degree)는, 하나 이상의 능동 컴포넌트들을 통해 이루어지는 기생 요소와 관련된 무효 부하, 그리고 방사 요소에 대한 기생 요소의 상대적 배치에 의해 영향을 받는다.
용어들 "능동 컴포넌트(active component)" 혹은 "능동 컴포넌트들(active components)"(복수 형태)은 기생 요소와 관련된 무효 부하를 변경시키는데 사용될 수 있는 (본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술을 가진 자들이 알고 있는) 임의의 컴포넌트, 혹은 이러한 컴포넌트들의 조합을 의미하며, 여기에는 커패시터들, 인덕터들, 가변(튜닝가능) 커패시터들, 가변 인덕터들, 스위치들, 트랜지스터들, 혹은 이들의 임의의 조합이 포함되지만, 이러한 것으로만 한정되는 것은 아니다.
용어 "신호 소스(signal source)"는 수신기, 송신기, 혹은 송수신기와 같은 무선 회로(radio circuit)를 의미한다.
일반적인 정보(General Information):
능동 다중-모드 안테나들은 향상된 통신 시스템 성능을 달성하기 위해 다양한 구현들에서 사용될 수 있다.
하나의 예에서, 능동 다중-모드 안테나는 사용자 장비 디바이스(혹은 "클라이언트") 측 상에 구현될 수 있는데, 즉 셀 폰, 태블릿, 랩탑 혹은 이와 유사한 디바이스와 같은 그러한 디바이스 내에 구현될 수 있다. 디바이스 내의 다중-모드 안테나는, (ⅰ) 액세스 포인트 혹은 네트워크 노드(network node)와 디바이스 간의 신호 링크를 향상시키기 위해서; (ⅱ) 원치않는 소스들로부터의 간섭들을 감소시키기 위해서(널 조종을 위해서); (ⅲ) 노출되는 전자파 인체 흡수율(Specific Absorption Rate, SAR)을 감소시키기 위해서; (ⅳ) 신호의 방향을 추적하기 위해서; (ⅴ) WiFi 네트워크 내에서의 "선명한 대화(clear to talk)" 프로세스를 향상시킴으로써 네트워크 사용을 향상시키기 위해서; 또는 (ⅵ) 이들의 임의의 조합을 위해서, 자신의 안테나 방사 패턴을 변경시키는데 활용될 수 있다.
또 하나의 다른 예에서, 다중-모드 안테나는 액세스 포인트(혹은 "서버") 측 상에 구현될 수 있는데, 즉 액세스 포인트 혹은 이와 유사한 네트워크 노드 내에 구현될 수 있다. 액세스 포인트 내의 다중-모드 안테나는, (ⅰ) 액세스 포인트와 여기에 연결된 하나 이상의 클라이언트 디바이스들 간의 신호 링크 버짓(signal link budget)(처리량(throughput)들 및 커버리지(coverage))을 향상시키기 위해서; (ⅱ) 클라이언트 데이터 액세스 요건들의 부하 균형화(load balancing)를 위해서; (ⅲ) WiFi 네트워크 내에서의 "선명한 대화(clear to talk)" 프로세스를 향상시킴으로써 네트워크 사용을 향상시키기 위해서; (ⅳ) 디바이스 국지화(device localization)를 가능하게 하기 위해서; 또는 (ⅴ) 이들의 임의의 조합을 위해서, 자신의 안테나 방사 패턴을 변경시키는데 활용될 수 있다. 하나 이상의 능동 다중-모드 안테나들은 액세스 포인트 혹은 액세스 포인트 노드에 통합될 수 있고, 다중-모드 안테나들 각각은 앞서의 기능들 혹은 다른 유사한 기능들 중 하나 이상을 제공하도록 구성될 수 있다.
또 하나의 다른 예에서, 하나 이상의 다중-모드 안테나들은 네트워크 레벨(network level) 상에서 구현될 수 있고, 그리고 (ⅰ) 셀간(intercell) 혹은 통신 간(inter communication) 핸드오버(handover)를 향상시키기 위해서; (ⅱ) 액세스 포인트들 간의 동적 부하 균형화를 가능하게 하기 위해서; (ⅲ) 이종 네트워크(heterogamous network)의 동적 메싱 재구성(dynamic meshing reconfiguration)을 가능하게 하기 위해서; 또는 (ⅳ) 이들의 임의의 조합을 위해서, 자신의 각각의 안테나 방사 패턴들을 변경시키는데 활용될 수 있다.
따라서, 능동 다중-모드 안테나들의 사용 및 구현을 통해 가능하게 행해지는 널 조종, 빔 조종, 및 다른 조정들은 다양한 네트워크 레벨들(디바이스, 액세스 포인트, 네트워크)에 걸쳐 통신들을 관리하기 위한 다양한 능력들을 제공한다.
이제 네트워크 보안과 관련하여, 임의의 WiFi 네트워크 상에서 일어나는 원치않는 도청(eaves dropping), 신호 스니핑(signal sniffing), 기록(recording), 및 패킷 스니핑(packet sniffing)은 보안을 약화시키고, 이것은 결과적으로 보안 침입(security breach)을 가능하게 한다.
더욱이, 물리적 네트워크는 하나 이상의 신뢰 영역(trusted area)들 및 하나 이상의 비신뢰 영역(untrusted area)들 혹은 미지 영역(unknown area)들을 포함하는 물리적 공간에 의해 정의될 것이다. 예를 들어, 건물은 키 액세스(keyed access)를 포함할 수 있는데, 이러한 키 액세스에서 피고용인들 및 보안-위탁 직원은 하나 이상의 신뢰 영역들에 대한 액세스 권한을 갖고, 반면 일반 대중(general public)은 하나 이상의 비신뢰 영역들 혹은 미지 영역들에 대한 액세스 권한을 가질 수 있다. 여기서, 네트워크 공간의 신뢰 영역들 외부에 있는 디바이스들에 대해 잡음을 증가시키는 것 혹은 이들 디바이스들에 대한 링크 버짓을 감소시키는 것은 이로울 수 있다.
일부 실시예들에서, 능동 다중-모드 안테나는 네트워크 디바이스 혹은 네트워크 노드 내에 구현되고, 그리고 최대 이득(maximum gain)이 네트워크 공간 내의 식별된 영역을 향해 제공되도록 (복수의 가능한 안테나 모드들 중) 하나의 안테나 모드로 구성되며, 또는 이 경우 예를 들어, "비신뢰 영역(untrusted area)" 내에 잡음 바닥 레벨(noise floor level)을 올리는 것이 요구될 수 있다. 이와 동시에, 안테나는 또한 신뢰 디바이스들이 상주하는 네트워크 공간의 또 하나의 다른 영역 혹은 "신뢰 영역(trusted area)"을 향하는 안테나 이득을 최상으로 최소화시키는 모드로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 능동 다중-모드 안테나는 신뢰 영역(들) 내의 디바이스들에 대해서는 잡음 영향을 최소화시키면서 비신뢰 영역(들) 내에서는 잡음을 증가시키도록 구성될 수 있다. 이것은 널들 및 이득 최대치들이 각각 의도된 방향으로 고려되고 배향되는 최적의 모드를 선택함으로써 달성된다.
비신뢰 영역의 방향으로 잡음을 증가시킴으로써, 액세스 포인트에서의 보안 침입의 가능성은 크게 감소된다.
다른 실시예들에서, 액세스 포인트 내에는 다중-입력 다중-출력(Multi-Input Multi-Output, MIMO) 안테나 시스템이 구현되고, 이러한 MIMO 안테나 시스템은 복수의 능동 다중-모드 안테나들을 포함한다. MIMO 체인들 중 하나 이상이 사용되고 있지 않는 경우에, 액세스 포인트 및 통합된 MIMO 안테나 시스템은 잡음을 발생시키도록 구성되고, 이 경우 방사 패턴 내에는 하나 이상의 널들이 형성되며, 상기 하나 이상의 널들은 신뢰 영역을 향해 지향되어 잡음은 신뢰 영역 내의 승인 디바이스(approved device)들 혹은 신뢰 디바이스(trusted device)들을 향해 지향되지 않게 된다.
클라이언트 디바이스로 전송되는 유용한 페이로드(payload)를 향상시키기 위해 액세스 포인트와 클라이언트 디바이스 간의 링크 버짓이 최대화될 수 있음이 고려되었다. 링크 버짓은 링크를 최적화하는 모드형 안테나의 모드를 선택함으로써 최대화될 수 있다. 하지만, 특정 실시예들에서, 액세스 포인트가 잡음-생성 안테나를 통해 발생시킬 잡음으로부터 사용자 장비(UE) 디바이스를 보호하기 위해 신호 대 간섭 플러스 잡음 비(SINR)는 최소화된다.
다양한 실시예들에서, 액세스 포인트는 네트워크에 핑잉(pinging)을 행하는 혹은 네트워크에 연결된 하나 이상의 사용자 장비(UE) 디바이스를 식별하도록 구성되고, 그리고 상기 액세스 포인트는 또한 자신의 하나 이상의 능동 다중-모드 안테나들을 통해 잡음을 생성하도록 구성되며, 이 경우 잡음은 비신뢰 디바이스(untrusted device)들, 비신뢰 영역들, 혹은 이들의 조합을 향해 지향되어 네트워크 보안이 물리적으로 보호되게 된다.
일부 실시예들이 잡음 신호들 혹은 간섭 신호들을 발생시키기 위해서 아울러 간섭 신호들이 비신뢰 디바이스들 혹은 비신뢰 영역들로 지향되도록 능동 다중-모드 안테나를 조종하기 위해서 능동 다중-모드 안테나를 사용하는 것을 기술하고 있지만, 그 반대의 응용이 고려될 수 있는바, 즉, (잡음이 아니라) 통신 신호가 신뢰 디바이스들 혹은 신뢰 영역들을 향해 지향되어 최대치들로 전달되고 하나 이상의 널들이 하나 이상의 비신뢰 디바이스들 혹은 비신뢰 영역을 향해 지향되는 것이 고려될 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 능동 다중-모드 안테나들은 네트워크 공간 내의 디바이스들과의 링크 품질을 샘플링(sampling)하는데 사용될 수 있고, 아울러 디바이스 위치들을 추정하기 위해 디바이스들로부터의 샘플링된 데이터와 저장된 방사 패턴 모드 데이터를 비교하는 동작에 근거하여 디바이스들의 위치를 추정하는데 사용될 수 있다. 디바이스 위치들을 결정하면, 그리고 비신뢰 디바이스(untrusted device)들 혹은 미지 디바이스(unknown device)들을 결정하면, 하나 이상의 능동 다중-모드 안테나들 중 하나는 간섭 신호를 생성하는데 사용될 수 있고 아울러 네트워크 연결을 보호하기 위해 그리고 네트워크 보안을 향상시키기 위해 비신뢰 디바이스 혹은 미지 디바이스의 방향으로 간섭 신호의 이득을 지향시키는 모드로 구성될 수 있다.
다른 실시예들에서, 네트워크 공학자는 액세스 포인트와 통신하기 위한 소프트웨어 애플리케이션("앱(app)")을 갖도록 구성된 디바이스를 사용할 있고, 이 경우 앱은 "학습 모드(learning mode)"에서 액세스 포인트와 디바이스의 위치를 통신하며, 이에 따라 액세스 포인트는 건물 혹은 네트워크 공간 내의 어떤 위치들이 "비신뢰" 위치들이고 어떤 위치들이 "신뢰" 위치들인지를 학습할 수 있게 된다. 예를 들어, 디바이스는 GPS 혹은 (본 발명의 기술분야에서 알려진) 다른 위치 발견 수단들을 갖도록 구성될 수 있고, 디바이스의 위치는 디바이스 상에서 혹은 네트워크 서버 상에서 데이터의 형태로 저장될 수 있고 앱에 의해 액세스될 수 있다. 디바이스 상에 설치된 앱은 또한 GUI 및 "신뢰 위치임" 혹은 "비신뢰 위치임"을 선택하기 위한 수단들을 갖도록 구성될 수 있다. 네트워크 공학자는 네트워크 공간 내의 각각의 위치에서 디바이스를 물리적으로 제공할 수 있고, "신뢰" 위치 및 "비신뢰" 위치로부터 실행할 수 있어, 액세스 포인트는 신뢰 영역 및 비신뢰 영역에 관한 데이터를 학습 및 저장할 수 있게 된다. 본 예에서, 세 개 이상의 비신뢰 지점들 사이에 위치하는 임의의 영역은 비신뢰 영역으로서 학습될 것이고, 반면 세 개 이상의 비신뢰 지점들 사이에 위치하는 임의의 영역은 액세스 포인트에 의해 신뢰 영역으로서 학습될 것이다. 이와 관련하여, 액세스 포인트는 네트워크 보안을 위해 간섭 신호들을 지향시키는 장래의 사용을 위해서 네트워크 공간 내의 신뢰 영역들 및 비신뢰 영역들에 관한 정보를 학습 및 저장할 수 있다.
예시된 실시예들(Illustrated Embodiments):
이제 도면들을 참조하면, 도 1은 네 개의 개별 모드들을 갖는 능동 다중-모드 안테나의 방사 패턴 모드들에 대한 피크 이득의 방향을 보여준다. 여기서, 안테나는 네 개의 모드들 각각에서 개별적인 방사 패턴(방사 모드 1 내지 방사 모드 4)을 나타낸다. 복수의 방사 모드들을 갖는(각각의 모드에 있을 때 해당 안테나에 대응하는 각각의 개별 방사 패턴을 갖는) 이러한 다중-모드 안테나는 무선 포인트 혹은 액세스 포인트에 통합되고, 그리고 안테나의 모드는 통신 링크 성능을 향상시키기 위해서 안테나 방사 패턴을 최적화하기 위해 선택되거나, 또는 원하는 경우 통신 성능을 감소시키기 위해서 잡음을 생성하기 위해 선택된다. 피크 이득의 방향이 능동 다중-모드 안테나의 네 개의 모드들 각각에서 개별적임에 유의해야 한다.
도 2는 사무실에 대한 예시적인 네트워크 공간을 보여준다. 사무실은 두 개의 사무공간들 혹은 실내공간들(실내공간 1 및 실내공간 2), 그리고 사무공간들에 액세스하기 위한 복도(corridor)를 포함한다. 액세스 포인트(AP1)는 네트워크 공간의 필요들을 서비스하기 위해 중심부에 위치한다. 다섯 개의 사용자 장비 디바이스들, 혹은 클라이언트들이 사무실 주위에 분포하고 있는데, 여기서 디바이스들(UE1; UE2; 및 UE3)은 "신뢰 영역(trusted area)"인 실내공간 1 내에 위치하고, 반면 디바이스(UE4)는 실내공간 2 내에 위치하고, 디바이스(UE5)는 복도 내에 위치하며, 실내공간 2와 복도는 각각 "미지 영역(unknown area)" 혹은 "비신뢰 영역(untrusted area)"이다. 액세스 포인트(AP1)는 MIMO 구성으로 네 개의 안테나들을 포함하고, 이러한 네 개의 안테나들 중 하나 이상의 안테나는 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 능동 다중-모드 안테나를 포함한다. 이러한 안테나들 중 세 개의 안테나는 대응하는 제 1 방사 패턴 내지 제 3 방사 패턴을 생성하기 위해 사용되고, 제 1 방사 패턴 내지 제 3 방사 패턴 각각은 신뢰 영역 내에서 디바이스들과의 링크 버짓을 최대화하기 위해 액세스 포인트에 의해 발생된다. 액세스 포인트의 제 4 안테나는 인접하는 실내공간 2 및 복도 혹은 미지/비신뢰 영역들을 향해 지향되는 제 4 방사 패턴을 생성하도록 구성된다. 제 4 방사 패턴은 디바이스들(UE4 및 UE5)이 네트워크에 연결될 수 없도록 잡음을 생성하게 구성되고 이것은 물리적 의미에서 네트워크를 효과적으로 보안화함(securing)에 유의해야 한다.
액세스 포인트는, 신뢰 영역들 내에서는 신호 링크를 제공하도록 그리고, 또한, 비신뢰 영역 내에서는 간섭 혹은 잡음을 제공하도록 구성되거나 설정될 수 있는데, 이러한 설정은 주로 보안을 위한 영역 공간에 초점이 맞추어져 있다(즉, 특정 실내공간들은 신뢰 영역 또는 비신뢰 영역임). 대안적으로, 액세스 포인트는 네트워크를 샘플링하고 (액세스 질의(access query) 혹은 로그인 승인(login permission)들에 근거하여) 개개의 디바이스들의 방향으로 (능동 다중-모드 안테나(들)의 모드를 변경하여 이에 따라 최대치들 및/또는 널들이 지향되게 함으로써) 신호 링크 혹은 잡음을 조종하도록 구성될 수 있다.
도 3은 링크 품질 행렬의 예를 보여주면, 여기서 각각의 안테나는 네트워크 상의 각각의 디바이스 및 각각의 안테나 모드에 대해 조사(survey)되고, 그리고 대응하는 신호 링크 품질이 결정되며 행렬 내에 채워진다. 행렬은 메모리 내에서 참조표(lookup table)의 형태로 구현될 수 있다. 신호 품질 척도는, 신호 대 간섭 플러스 잡음 비(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR), 수신 신호 강도 지수(Received Signal Strength Indicator, RSSI), 기준 신호 수신 전력(Reference Signal Received Power, RSRP), 또는 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술을 자진 자들에 의해 인식되는 유사한 척도, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 미리-결정된 시간 간격들에서, 안테나 시스템은 링크 품질 행렬 데이터를 재-조사(re-survey)하고 업데이트(update)하도록 구성될 수 있다. 따라서, (링크 품질 행렬을 포함하는 메모리 및 제어기에 결합된) 하나 이상의 능동 다중-모드 안테나들을 포함하는 안테나 시스템은, 네트워크 상에서 하나 이상의 디바이스들과의 최적 통신 링크에 가장 적합한 안테나와 모드의 조합이 어떤 조합인지를 결정할 수 있다. 이와 동시에, 만약 원하는 경우, 신뢰 디바이스(trusted device)들과의 통신을 위해 사용되지 않는 또 하나의 다른 다중-모드 안테나는 신뢰 디바이스들과는 동떨어진 방향으로 조종되는 잡음을 생성할 수 있다. 제어기 및 메모리는 액세스 포인트 내에 하우징될 수 있거나 혹은 네트워크 상의 다른 곳에 하우징될 수 있으며, 또는 네트워크 상의 디바이스 내에 하우징될 수 있다.
도 4는 능동 다중-모드 안테나를 사용하여 물리적인 네트워크 보안을 수행하기 위한 알고리즘 프로세스를 보여주며, 여기서 알고리즘은 다음과 같은 단계 1 내지 단계 7을 포함한다:
단계 1: 시작/초기화; 임의의 혹은 모든 간섭 신호들 혹은 잡음 신호들을 "턴오프(turning off)"함;
단계 2: 액세스 포인트가 통신하고자 하는 다음(next) UEi에 대한 프레임(frame)을 액세스 포인트의 MAC 계층이 컴퓨팅(computing)함;
단계 3: UEi와 통신하기 위한 안테나 체인(antenna chain)이 모두 사용되고 있는가?(만약 "예"라면 단계 2를 반복함; 만약 "아니오"라면 단계 4로 진행함);
단계 4: 잡음을 발생시키기 위한 미사용 안테나 N을 선택함;
단계 5: 해당 사용자에 대한 신호 품질 행렬(Signal Quality Matrix)이 채워져 있는가?(만약 "예"라면 단계 6으로 진행함; 만약 "아니오"라면 단계 2를 반복함);
단계 6: 선택된 안테나 N과 사용자들(UEi)에 대해 가장 약한 신호 품질을 갖는 안테나 N의 모드 "K"를 선택함;
단계 7: 모드 K로 구성된 선택된 안테나 N을 사용하여 간섭 신호를 턴온(turn on)함.
본 문서가 특정의 예시되는 사례들을 포함하고 있지만, 이렇게 예시되는 실시예들의 세부사항들 및 설명들은 본 청구되는 발명의 범위에 관한 한정들로서 해석돼서는 안 되면, 오히려 이와는 달리 본 청구되는 발명의 하나 이상의 실시예들을 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술을 가진 자들로 하여금 일반적으로 제조 및 사용할 수 있도록 하기 위해 제공되는 본 발명의 특정 실시예들에 특정된 특징들의 설명들로서 해석돼야 한다. 본 개시내용을 완벽히 검토하는 경우 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술을 가진 자들에 의해 다른 실시예들이 이해될 것이다.
도 5는 일 실시예에 따른 안테나 시스템을 보여준다. 이러한 예에서는, 하나 이상의 신뢰 영역(trusted area)들 및 하나 이상의 비신뢰 영역(untrusted area)들을 포함하는 네트워크 공간(network footprint)을 갖는 네트워크에서의 안테나 시스템(antenna system)이 개시되는데, 여기서 네트워크는 또한 신뢰 영역들 및 비신뢰 영역들 내에 위치하는 하나 이상의 사용자 장비 디바이스(User Equipment device)(UE)들을 포함함과 아울러 네트워크 공간 내의 사용자 장비 디바이스들과 통신하기 위한 액세스 포인트를 포함하고, 이 경우 액세스 포인트는 안테나 시스템(100)을 포함하고, 안테나 시스템은 능동 다중-모드 안테나(active multi-mode antenna)(101)를 포함하고, 능동 다중-모드 안테나는 복수의 가능한 안테나 모드(antenna mode)들 중 하나의 모드로 구성가능하고, 능동 다중-모드 안테나는 상기 복수의 가능한 안테나 모드들 각각으로 구성될 때 별개의 방사 패턴(radiation pattern)을 나타내고, 능동 다중-모드 안테나는 제어기(controller)(102) 및 메모리(memory)(103)에 결합되고, 상기 메모리는 하나 이상의 사용자 장비 디바이스들 각각과 복수의 가능한 안테나 모드들 각각에서의 능동 다중-모드 안테나 간의 링크 품질(link quality)에 관한 링크 품질 척도(link quality metric)와 관련된 신호 품질 데이터(signal quality data)를 포함하고, 제어기는 신호 품질 데이터에 근거하여 능동 다중-모드 안테나의 모드를 조정하기 위한 신호들을 전달하도록 구성되고, 능동 다중-모드 안테나는 간섭 신호를 생성하도록 조절되고, 능동 다중-모드 안테나는 또한 능동 다중-모드 안테나의 모드를 변경함으로써 네트워크 공간의 비신뢰 영역들 중 적어도 하나의 비신뢰 영역을 향하는 방향으로 나아가게 간섭 신호를 조종(steer)하도록 조절되고, 상기 간섭 신호는 네트워크 공간의 비신뢰 영역들 중 적어도 하나의 비신뢰 영역 내에 위치하는 디바이스와 액세스 포인트 간의 링크 버짓(link budget)을 물리적으로 제한(limit)한다.
메모리는 신호 품질 데이터를 포함할 수 있는 임의의 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 구성할 수 있다. 메모리는 제어기의 용적(volume) 내에 하우징될 수 있거나 제어기 용적 외부에 별도로 하우징될 수 있다.
링크 품질 척도는, 신호 대 간섭 플러스 잡음 비(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR), 수신 신호 강도 지수(Received Signal Strength Indicator, RSSI), 및/또는 기준 신호 수신 전력(Reference Signal Received Power, RSRP)을 포함할 수 있다.
안테나 시스템은 복수의 능동 다중-모드 안테나들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 안테나 시스템은 네 개의 능동 다중-모드 안테나들을 포함하며, 여기서 상기 네 개의 능동 다중-모드 안테나들 중 제 1 능동 다중-모드 안테나 내지 제 3 능동 다중-모드 안테나는 각각, 네트워크 공간의 하나 이상의 신뢰 영역들 내에 위치하는 사용자 장비 디바이스들과의 최적 링크 품질(optimal link quality)이 달성되는 대응하는 모드들로 구성되고, 그리고 상기 네 개의 능동 다중-모드 안테나들 중 제 4 능동 다중-모드 안테나는, 간섭 신호를 생성하고, 그리고 네트워크 공간의 하나 이상의 신뢰 영역들 내에 위치하는 사용자 장비 디바이스들과의 가장 약한 신호 품질이 달성되는 모드로 구성된다.
제 4 능동 모드형 안테나(active modal antenna)는 네트워크 공간의 비신뢰 영역들 중 하나 이상의 영역들을 향하게 간섭 신호를 지향(direct)시키도록 구성될 수 있다.
제어기와 메모리는 액세스 포인트 내에 하우징(housing)될 수 있거나 적어도 하나는 액세스 포인트 외부에 하우징될 수 있다.
또 하나의 다른 실시예에서, 제어기는, 능동 다중-모드 안테나들 중 하나의 안테나를 선택하는 것 그리고 선택된 안테나를 복수의 가능한 안테나 모드들 중 하나의 모드로 구성하는 것을 수행하기 위한 알고리즘을 실행하도록 구성되고, 여기서 알고리즘은, (ⅰ) 단계 1: 간섭 신호들을 "턴오프(turning off)"하는 단계; (ⅱ) 단계 2: 액세스 포인트의 MAC 계층으로, 액세스 포인트가 통신하고자 하는 다음(next) UEi에 대한 프레임(frame)을 컴퓨팅(computing)하는 단계; (ⅲ) 단계 3: 만약 UEi와 통신하기 위한 안테나 체인(antenna chain)이 모두 사용되고 있다면, 단계 2를 반복하고, 그렇지 않다면 단계 4로 진행하는 단계; (ⅳ) 단계 4: 잡음을 발생시키기 위한 미사용 안테나 N을 선택하는 단계; (ⅴ) 단계 5: 만약 해당 사용자에 대한 신호 품질 행렬(Signal Quality Matrix)이 채워져 있다면, 단계 6으로 진행하고, 그렇지 않다면 단계 2를 반복하는 단계; (ⅵ) 단계 6: 선택된 안테나 N과 사용자(UEi)들에 대해 가장 약한 신호 품질을 갖는 모드 "K"를 선택하는 단계; 그리고 (ⅶ) 단계 7: 모드 K로 구성된 선택된 안테나 N을 사용하여 간섭 신호를 턴온(turn on)하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상이한 채널들 상에 혹은 상이한 영역들 내에 간섭 신호(들)를 발생시키기 위해 수 개의 안테나들이 사용될 수 있다.
본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술을 가진 자는, 본 발명의 기술분야에서의 지식 및 기술에 관한 통상의 수준으로 본 개시내용의 명시적 특징들을 조합함으로써 과도한 실험 없이 특정 변형들, 조합들, 및 파생들이 달성될 수 있다는 것, 그리고 따라서 이러한 변형들, 조합들 및 파생들은 본 개시내용 및 첨부되는 청구항들의 범위 내에서 포착될 것으로 고려된다는 것을 인식할 것이다.

Claims (8)

  1. 하나 이상의 신뢰 영역(trusted area)들 및 하나 이상의 비신뢰 영역(untrusted area)들을 포함하는 네트워크 공간(network footprint)을 갖는 네트워크에서의 안테나 시스템(antenna system)으로서, 상기 네트워크는 또한 상기 신뢰 영역들 및 상기 비신뢰 영역들 내에 위치하는 하나 이상의 사용자 장비 디바이스(user equipment device)들을 포함함과 아울러 상기 네트워크 공간 내의 상기 사용자 장비 디바이스들과 통신하기 위한 액세스 포인트(access point)를 포함하고, 상기 액세스 포인트는 상기 안테나 시스템을 포함하고,
    상기 안테나 시스템은 능동 다중-모드 안테나(active multi-mode antenna)를 포함하고, 상기 능동 다중-모드 안테나는 복수의 가능한 안테나 모드(antenna mode)들 중 하나의 모드로 구성가능하고, 상기 능동 다중-모드 안테나는 상기 복수의 가능한 안테나 모드들 각각으로 구성될 때 별개의 방사 패턴(radiation pattern)을 나타내고,
    상기 능동 다중-모드 안테나는 제어기(controller) 및 메모리(memory)에 결합되고, 상기 메모리는 상기 하나 이상의 사용자 장비 디바이스들 각각과 상기 복수의 가능한 안테나 모드들 각각에서의 상기 능동 다중-모드 안테나 간의 링크 품질(link quality)에 관한 링크 품질 척도(link quality metric)와 관련된 신호 품질 데이터(signal quality data)를 포함하고,
    상기 제어기는, 제 1 기간 동안,
    상기 신뢰 영역들 내의 상기 하나 이상의 사용자 장비 디바이스들과 신호들을 주고받기 위해서 상기 복수의 가능한 안테나 모드들 중 제 1 모드에서 동작하도록 상기 능동 다중-모드 안테나를 제어하게 되어 있고,
    상기 제 1 모드는 상기 신호 품질 데이터에 근거하여 결정되며,
    상기 제어기는, 제 2 기간 동안,
    간섭 신호(interfering signal)를 생성하기 위해서 상기 복수의 가능한 안테나 모드들 중 제 2 모드에서 동작하도록 상기 능동 다중-모드 안테나를 제어하게 되어 있고, 아울러 또한,
    상기 네트워크 공간의 상기 비신뢰 영역들 내의 상기 하나 이상의 사용자 장비 디바이스들을 향하는 방향으로 상기 간섭 신호의 이득(gain)을 지향시키게 되어 있고,
    상기 제 2 모드에서 동작할 때의 상기 능동 다중-모드 안테나는, 상기 비신뢰 영역들 내의 상기 하나 이상의 사용자 장비 디바이스들과 상기 네트워크 간의 통신이 감소하도록 상기 비신뢰 영역들 내의 상기 하나 이상의 사용자 장비 디바이스들과 관련된 잡음을 발생시키게 되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 링크 품질 척도는, 신호 대 간섭 플러스 잡음 비(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR), 수신 신호 강도 지수(Received Signal Strength Indicator, RSSI), 기준 신호 수신 전력(Reference Signal Received Power, RSRP)을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 시스템은 복수의 능동 다중-모드 안테나들을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 시스템은 네 개의 능동 다중-모드 안테나들을 포함하며,
    상기 네 개의 능동 다중-모드 안테나들 중 제 1 능동 다중-모드 안테나 내지 제 3 능동 다중-모드 안테나는 각각, 상기 네트워크 공간의 상기 하나 이상의 신뢰 영역들 내에 위치하는 상기 사용자 장비 디바이스들과의 최적 링크 품질(optimal link quality)이 달성되는 대응하는 모드들로 구성되고,
    상기 네 개의 능동 다중-모드 안테나들 중 제 4 능동 모드형 안테나(active modal antenna)는, 간섭 신호를 생성하고, 그리고 상기 네트워크 공간의 상기 하나 이상의 신뢰 영역들 내에 위치하는 상기 사용자 장비 디바이스들과의 가장 약한 신호 품질이 달성되는 모드로 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제 4 능동 모드형 안테나는 상기 네트워크 공간의 상기 비신뢰 영역들 중 하나 이상의 영역들을 향하게 상기 간섭 신호를 지향(direct)시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어기 및 상기 메모리는 상기 액세스 포인트 내에 하우징(housing)되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  7. 청구항 제3항의 안테나 시스템에서 수행되는 방법으로서, 상기 방법은 상기 능동 다중-모드 안테나들 중 하나의 안테나를 선택하는 것 그리고 상기 선택된 안테나를 상기 복수의 가능한 안테나 모드들 중 하나의 모드로 구성하는 것을 수행하기 위한 방법이고, 상기 안테나 시스템의 상기 제어기는 상기 방법을 실행하도록 구성되고, 상기 방법은,
    단계 1: 간섭 신호들을 "턴오프(turning off)"하는 단계;
    단계 2: 상기 액세스 포인트의 MAC 계층으로, 상기 액세스 포인트가 통신하고자 하는 다음(next) UEi에 대한 프레임(frame)을 컴퓨팅(computing)하는 단계;
    단계 3: 만약 상기 UEi와 통신하기 위한 안테나 체인(antenna chain)이 모두 사용되고 있다면, 단계 2를 반복하고, 그렇지 않다면 단계 4로 진행하는 단계;
    단계 4: 잡음을 발생시키기 위한 미사용 안테나 N을 선택하는 단계;
    단계 5: 만약 해당 사용자에 대한 신호 품질 행렬(Signal Quality Matrix)이 채워져 있다면, 단계 6으로 진행하고, 그렇지 않다면 단계 2를 반복하는 단계;
    단계 6: 상기 선택된 안테나 N과 사용자(UEi)들에 대해 가장 약한 신호 품질을 갖는 모드 "K"를 선택하는 단계;
    단계 7: 모드 K로 구성된 상기 선택된 안테나 N을 사용하여 간섭 신호를 턴온(turn on)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템에서 수행되는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상이한 채널(channel) 혹은 상이한 영역들 상에 간섭 신호들을 발생시키기 위해 수 개의 안테나들이 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
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