KR20070089698A - 다중 입력 다중 출력 무선 근거리 네트워크를 위한 안테나장치 - Google Patents

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이사벨라 모더네시
팀 쉬헨크
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에이저 시스템즈 인크
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Abstract

가시선 및 비가시선 채널 상태들은, 특정 채널 상태의 존재 결정에 응답하여 안테나 출력들의 미리 규정된 조합을 선택하는 제어기를 통해 둘 이상의 이중 편광 안테나들을 함께 결합함으로써 MIMO 무선 네트워크에서 효율적이고 최적으로 처리된다. 이러한 방식으로, 제어된 안테나 어레이는 채널 상태가 제공하든지 간에, 적당한 레벨의 신호 판별(탈상관)을 전개한다. 한 실시예에서, 2개의 이중 편광된 안테나들은 서로 분리되고, 안테나로부터의 직교 출력들이 동일한 스위칭 소자에서 이용 가능하도록 동일한 스위칭 소자에 결합된 이중 편광 출력 신호들을 가진다. 제어기는 미리 결정된 기준에 기초하여 각각의 안테나로부터 특히 편광된 출력 신호들을 선택한다.
무선 안테나 장치, 직교 소자, 이중 편광, 다이폴 안테나, MIMO, 가시선 신호

Description

다중 입력 다중 출력 무선 근거리 네트워크를 위한 안테나 장치{Antenna arrangement for multi-input multi-output wireless local area network}
본 발명은 무선 네트워크에 이용하기 위한 안테나 장치에 관한 것으로서, 특히, 근거리 네트워크와 같은 무선 네트워크에서 가시선 신호들(line-of-sight signals)의 수신을 개선하기 위한 이중-편광된 안테나들(dual-polarized antennas)의 어레이의 제어된 사용에 관한 것이다.
다중 입력, 다중 출력(MIMO: multiple input, multiple output) 시스템들은 무선 네트워크에서 송신기와 수신기 사이의 다중 채널들에 의해 제공된 공간 다이버시티를 활용하도록 잘 설계되어 있다. 독립적 다중 경로 전파는 MIMO 시스템의 공간 다이버시티의 존재 및 그 예상 성능을 보장한다. 다중 경로 신호 성분들은 안테나 어레이 간극(aperture)을 가상적으로 증가시키고, 채널 매트릭스가 반전 가능하도록 보장한다. MIMO에 대한 바람직한 다중 경로 상태는 송신기 및 수신기가 비가시선 채널상에서 동작할 때 존재한다. MIMO는 송신기 및 수신기가 가시선 채널을 통해 동작할 때 상당한 성능 저하에 영향을 받기 쉬우며, 일반적으로 단 하나의 우 세한 경로가 존재한다.
무선 근거리 네트워크들(WLAN들) 등과 같은 네트워크들에서, 송신기 및 수신기가 가시선 채널을 통해 동작하는 경우들이 흔히 있는 것으로 예상된다. 이러한 상태가 발생할 때, 수신된 신호들은 공간적으로 매우 상관되고, 불가능하지 않을 경우 동작하기가 극히 어렵다. 수학적으로, 가시선 상태는 MIMO 시스템이 불량하게 동작하도록 유발하는데, 그 이유는 채널 매트릭스가 불량한 상태이고 랭크 결함 상태, 즉 반전 가능하지 않다.
가시선 환경에서의 이러한 MIMO 시스템들에 대해, 안테나 어레이 간극을 증가시키기 위해, 여러 배의 동작 파장만큼 서로 분리된 복수의 수신기 안테나들이 제안되었다. 예를 들면, 1999년 제49회 IEEE 차량 기술 회의의 회보 2권 996쪽 내지 1000쪽에서, G. D. Durgin 등에 의한 "Effects of multipath angular spread on the spatial cross-correlation of received voltage envelopes"를 참조한다. 안테나 어레이 간극이 가상적으로 증가된 비가시선 상태에 비해, 가시선 상태를 다루기 위해 어레이의 개개의 안테나들을 분리하는 제안된 솔루션은 어레이의 전체 치수를 실제로 증가시킨다.
다른 솔루션들은 가시선 환경에서의 이러한 문제를 해결하기 위해 편광 다이버시트를 적용하였다. 예를 들면, 2001년 9월, IEEE 안테나 및 전파에 대한 트랜잭션 49권 제9번 1271쪽 내지 1281쪽에서, C. B. Dietrich, Jr. 등에 의한 "Spatial, Polarization, and Pattern Diversity for Wireless Handheld Terminals"을 참조한다. 그러나, 종래 기술 분야에서는 MIMO 무선 네트워크가 가시선 및 비가시선 채널 상태 모두에서 효율적이고 최적으로 동작하도록 하는 것이 제안되지 않았다. 사실상, 가시선 또는 비가시선 채널 환경에서 동작할 때 충분한 공간 해상도를 제공하는 것이 제안되지 않았다.
가시선 및 비가시선 채널 상태들은, 특정 채널 상태의 존재 결정에 응답하여 안테나 출력들(수신된 신호 편광들)의 미리 규정된 조합을 선택하는 제어기를 통해 둘 이상의 이중 편광 안테나를 함께 결합함으로써 MIMO 무선 네트워크에서 효율적이고 최적으로 처리된다. 이러한 방식으로, 제어된 안테나 어레이는 채널 상태가 제공하든지 간에, 적당한 레벨의 신호 판별(탈상관; decorrelation)을 전개한다.
일 실시예에서, 2개의 이중 편광된 안테나들은 서로 분리되고, 안테나로부터의 직교 출력들이 동일한 스위칭 소자에서의 선택에 이용 가능하도록 동일한 제어 가능한 선택 소자에 결합된 이중 편광 출력 신호들을 가진다. 제어기는 미리 결정된 기준에 기초하여 안테나들로부터 편광된 출력 신호들의 특정한 조합을 선택한다. 하나의 예시적 기준에서, 제어기는, 수신기에 의해 선택된 하나의 편광(예를 들면 H-pol) 또는 다른 편광(예를 들면, V-pol)에서의 안테나 출력들로 향하는 신호를 송신기로부터 수신할 수 있다. 다른 예시적 기준에서, 제어기는, 제 1 직교 편광으로부터의 안테나 출력들이 선택될 때 수신된 전력과 같은 수신된 신호의 특성을 측정하고; 그 후에 제어기는, 안테나 출력들에 대한 제 2 직교 편광 상태를 선택하며 제 2 직교 편광으로부터의 안테나 출력들이 선택될 때의 수신된 전력과 같은 수신된 신호의 특성을 측정하고; 제어기는 어떤 안테나 출력 설정이 최상의 응답을 제공했는지를 결정하기 위해 특성들의 2개의 세트들을 비교한다. 또 다른 예시적 기준에서, 송신기 및 수신기 제어기들은 어떤 안테나 출력 설정이 최상의 응답을 제공했는지를 결정하기 위해 조정된 일련의 선택들을 검토한다.
본 발명은 첨부된 도면들과 함께 본원의 특정한 예시적 실시예들의 다음의 설명을 판독함으로써 더욱 완전한 이해를 얻을 수 있다.
도 1은 예시적 무선 시스템에 대한 간단한 시스템도.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 원리들에 따라 실현된 간극 결합된 패치 안테나 장치를 도시한 도면들.
첨부된 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들을 단지 설명하기 위한 것일 뿐이며, 따라서, 본 발명이 다른 동일하게 효과적인 실시예들을 허용할 수 있도록, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 가능한 한, 도면들에서 동일한 참조 번호들이 동일한 요소들을 표시하도록 삽입되었다.
본 발명은 무선 근거리 네트워크 (WLAN) 표준 IEEE 802.11a/g 및 미래의 WLAN 표준 IEEE 802.11n에 기초한 제품들에 적용된다. 본 발명의 원리들에 따라, MIMO 기반 WLAN 네트워크들에서 가시선(LOS) 통신에 의해 유발된 문제를 극복하는 것이 가능하다. 이러한 저비용 솔루션은 LOS 방식의 통신이 경험될 때 상당한 성능 향상을 제공한다. 더욱이, 본 발명은 통신이 비-LOS 방식일 때의 성능을 저하시키기 않는다. 본 발명은 제품들의 표준 호환성을 악화시키지 않고 표준 순응성 제품들을 보충하기 위해 사용될 수 있다.
도 1은 예를 들면 무선 근거리 네트워크(WLAN)를 포함하는 무선 시스템에 대한 간단한 블록도를 도시한다. 이것은 수신기 사이트와 통신하는 송신기 사이트를 도시한다. 실제로, 송신기 및 수신기 사이트들은 일반적으로 송수신기 사이트들이며, 각 사이트는 송신 및 수신의 이중 역할을 수행한다. 설명을 쉽게 하기 위해, 시스템은 예상된 양방향 시스템보다는 단방향 시스템으로 도 1에 도시된다. 송신기 사이트는 송신기(11), 안테나 어레이(12) 및 제어기(13)를 포함한다; 수신기 사이트는 수신기(15), 안테나 어레이(14) 및 제어기(16)를 포함한다. 송신기 및 수신기 둘 다는 본 기술 분야에 잘 알려져 있으며, 본 명세서에 기술하지 않는다. WLAN 응용들 및 다른 MIMO 디바이스들을 위한 표준 순응 디바이스들이 본원에 사용하기 위해 고려된다.
안테나 어레이들(12 및 14)은 동일하거나 실질적으로 유사한 것이 바람직하다. 예시적 실시예에서, 2개의 이중 편광 안테나들은 도 2 내지 도 4에 도시된 각 어레이에 사용된다. 도면들에 도시된 안테나들은 간극 결합된 패치 안테나들이다. 다이폴 안테나들이 또한 본원에 사용하기 위해 고려된다.
제어기(13)는 송신기와 안테나 어레이 사이에 결합되어 안테나 어레이(12)를 제어한다. 유사하게, 제어기(16)는 송신기와 안테나 어레이 사이에 결합되어 안테 나 어레이(14)를 제어한다. 제어기 동작의 양상들은 하기에 더 상세히 기술될 것이다. 이때, 제어기는, 특히 LOS 통신 환경에서 시스템의 성능을 최대화하는 송신 또는 수신된 편광들의 조합을 결정하기 위해 사용된다는 것을 이해하는 것이 중요하다.
본 발명의 양상들에 관한 부가의 세부사항들을 제공하기 전에, 시스템에서 가시선 상태의 결과로서 발생하는 문제들 및 어려움들을 이해하는 것이 중요하다.
다중 경로가 오랫동안 통신 시스템들에 대한 주요 문제로 간주되었다. 그러나, 이 문제는 시스템 설계 및 동작 특성들, 즉 협대역 시스템 및 고유 페이딩 효과로 인해 증가하는 경향이 있다. 그렇더라도, 특정 환경들에서 다중 경로가 유리한 특성이 될 수 있다. 광대역 시스템에서, 신호들은 시간 도메인에서 높은 해상도를 가지며, 그에 의해 다수의 서브 경로들이 분해되고 유리하게 합계되도록 허용되고, 송신 대역폭의 가역보다 적은 시간 지연차를 가진 소수의 서브 경로들만이 통신에 영향을 미친다. MIMO 시스템에서, 다중 경로는 어레이 간극(크기)을 가상적으로 증가시킨다. 실제로, 모든 정 반사(specular reflection)는 가상 수신기를 생성한다. 실제 환경에서, 공간적 널 패턴은 자유 공간 전파 경우에 예상되는 연필 형상 대신 다중 경로로 인한 스폿 형상이 될 가능성이 있다.
그래도, 덜 강한 다중 경로 성분들을 가지거나 그 어느 것도 가지지 않은 실제 환경을 만날 수 있다. 이것은 리시언 페이딩(Ricean fading)으로 흔히 모델링되거나, 가시선(LOS) 상황이라고 칭해진다. 불행히도, LOS 상태는 MIMO 시스템의 성능을 악화시킨다. 이것은 다음의 예로부터 이해될 수 있다. 수신기 어레이의 보어 사이트(boresight)에 2개의 송신기들이 위치된 자유 공간 전파 환경(
Figure 112007043940988-PCT00001
인 리시언 페이딩의 극한의 경우)을 가정한다. 제 2 송신기로부터의 신호들을 수신기들에서 억제하기 위해, MIMO의 디멀티플렉싱 함수는 가중들을 조정하여(이 경우 [0.5, -0.5]라고 가정), 제 2 송신기의 방향으로 널(null)을 배치한다. 제 1 송신기가 2 송신기와 동일한 방향이기 때문에 제 1 송신기로부터의 신호들도 마찬가지로 널로 출력된다. 채널 매트릭스,
Figure 112007043940988-PCT00002
는 단일이다. 송신기들로부터의 파형들은 수신기들에 도달하기 위해 매우 작은 홀을 통해 전파되는 소위 키-홀 효과(key-hole effect)에 동일하게 유효하다. MIMO 동작은 이 지점에서 공간적 널을 배치한다. 다시, 채널 매트릭스는 다 대 일 및 일 대 다 맵핑으로 인해 랭크 결함이 있다(퇴화).
Figure 112007043940988-PCT00003
상기 예들은 LOS 상태에서 공간 다이버시티의 결여를 지적한다. 그러나, 송신기들 둘 다가 수신기 어레이와의 병렬 통신 상태에 있도록 위치되는 경우에, 공간 다이버시티가 달성된다. 공간적 해상도, 즉, 도착 방향(DOA)의 차이는 거의 최대에 도달한다. 제 2 송신기의 방향에 널을 배치한 후에, 어레이 크기 응답은,
Figure 112007043940988-PCT00004
,
Figure 112007043940988-PCT00005
여기서 dRx, dTx, 및 r은 수신기 간극, 송신기 이격 및 제 1 송신기와 수신기 어레이의 중심 사이의 거리를 각각 표시한다. 공간적 널 평면 근처의 임의의 소스는 감쇠될 것이다. 제 1 송신기의 20log 10 P(θ)로 규정된 신호 대 잡음비(SNR) 저하는 송신기들 및 수신기들 둘 다의 상이한 간극 설정들을 위한 하기 표 1에 나열되어 있다. 제 2 송신기와 수신기 어레이의 중심 사이의 거리가 100 파장(2.4GHz에서 약 12.5미터)인 것을 주지한다. 약 50cm인 4 파장의 이격은 노트북 컴퓨터 덮개의 최대 대각선 크기이기 때문에 어레이의 최대 이용 가능한 크기가 될 수 있다. 전파의 손실의 영향들을 무시함으로써, 수신기 간극 또는 송신기 이격의 두 배마다 SNR이 6dB 증가함을 알 수 있다. 결과적으로, MIMO는 LOS 환경에서 작동하지 않는다고 결론지을 수 있다.
Figure 112007043940988-PCT00006
표 1. 2 ×2 MIMO 디멀티플렉싱으로 인한 원하는 신호의 SNR 저하
WLAN 시스템의 공간 제한들이 주어지면, 편광 다이버시티 및 패턴 다이버시티를 포함한 각각의 안테나 소자의 이방성 특성들을 사용함으로써 LOS 환경을 처리하는 것이 가능하다. 간단한 편광 및 라디에이션 패턴의 사용함으로써 필요한 성능을 달성할 수 있다. 이를 이해하기 위해, 부가의 직교 편광이 송신기들 및 수신기들 둘 다에서 이용되는 상술한 동일한 2 ×2 MIMO 시스템을 고려한다. 즉, 각각의 송신기 및 각각의 수신기에서의 2개의 안테나 소자들 사이의 편광차가 90°이다. 도 2는 직교 소자들을 갖는 패치 안테나의 하나의 예시적 실시예를 도시한다. 제 2 송신기에서 널을 출력하기 위해, 디멀티플렉싱 함수에 의해 조정된 가중들은 하기와 같다.
Figure 112007043940988-PCT00007
여기서 β는 제 1 송신기에 의해 송신된 신호와 제 1 수신기에 의해 수신된 신호 사이의 각도 오프셋이다. 어레이 크기 응답은 하기와 같이 기재될 수 있다.
Figure 112007043940988-PCT00008
제 1 송신기가 제 2 송신기와 동일한 방향인 경우라면(즉, θ=0),
Figure 112007043940988-PCT00009
따라서, 편광 다이버시티가 이용되었을 때의 SNR 저하는 최악의 경우에 -3dB이다.
공간 다이버시티 손실을 고려한 후에, LOS 및 NLOS 환경들 둘 다의 MIMO 시스템으로부터 양호한 성능을 보장하기 위한 최상의 가능한 방식은 적어도 2개의 이중 편광된 안테나 소자들 및 각 편광 쌍의 안테나 소자들에 결합된 적어도 2개의 스위치들을 가진 안테나 어레이를 구성하는 것임을 알았다. 스위치들은, 수신된 신호 편광들의 모든 가능한 조합들이 수신기(또는 송신기)에서의 제어기에 의해 선택되도록 허용하며, LOS 및 NLOS와 같은 상이한 채널 상태들에 대해 적절하게 안테나 공급들을 적응시킨다. 간극 결합된 패치 안테나들에 대한 예시적 구성은 도 2에 도시되어 있다. 유사한 안테나 장치가 송신기에 사용하기 위해 고려된다. 편향된 다이폴 소자들과 같은 다른 안테나 설계들이 본 발명에 활용될 수 있음을 고려한다.
본 발명의 원리들에 따라, 안테나 어레이는 수신 및 송신되는 신호 편광들의 조합을 선택하기 위해 하나 이상의 제어 가능한 스위칭 소자들에 결합된다. 이 재료의 표시를 간단히 하기 위해, 그 설명은 수신기에서의 안테나 어레이(14)에 초점이 맞추어질 것이다. 당업자는 안테나 어레이들 둘 다의 동작이 실질적으로 동일함을 알 것이다. 도 2 내지 도 4 각각에서, 이중 화살표들을 동반한 표시 "Tx/Rx"는 각 스위치에 부착된 리드의 한 단부에 도시된다. 이 표시는 어레이가 송신기(Tx) 사이트에서 활용될 때, 스위치들을 향해 신호들의 내부 흐름을 표시한다. 유사하게, 이 표시는 어레이가 수신기(Rx) 사이트에서 활용될 때, 스위치들로부터 외부쪽으로 멀어지는 신호들의 흐름을 표시한다. 이것 또한 이해해야 한다.
도 2는 본 발명의 원리들에 따라 제어 가능한 안테나 어레이의 예시적 실시예를 도시한다. 어레이는 2개의 이중 편광, 간극 결합된 패치 안테나들 및 2개의 제어 가능한 스위치 소자들을 포함한다. 도면들에는 도시되지 않았지만, 제어기(16)는 스위치들(27 및 28)의 동작을 제어한다. 스위치들(27 및 28)은 소자들이 제어 가능하고 인가된 제어 신호에 응답한다고 가정하여, 도 1에 도시된 표준 스위치 소자들, 멀티플렉서 소자들, 선택기 소자들 등에 의해 실현될 수 있다.
패치 안테나(21)는 직교 편광된 소자들(23 및 24)을 포함한다. 소자(23)는 수평으로 편광된 소자(H-pol)를 표시하고, 소자(24)는 수직으로 편광된 소자(V-pol)를 표시한다. 패치 안테나(22)는 직교 편광된 소자들(25 및 26)을 포함한다. 소자(25)는 수평으로 편광된 소자(H-pol)를 표시하고, 소자(26)는 수직으로 편광된 소자(V-pol)를 표시한다. 간극 결합된 패치 안테나는 본 기술 분야에 잘 알려져 있고, 그 구성 및 제조는 본 명세서에 기술하지 않을 것이다.
스위치들(27 및 28)은 2개의 안테나들 중 하나로부터 이용 가능한 특정 편광에 선택 가능하게 결합된다. 스위치(27)는 스위치의 "a" 위치에서 안테나(21)로부터의 H-pol 안테나 소자에 결합될 수 있거나, 또는 스위치의 "b" 위치에서 안테나(22)로부터의 V-pol 안테나 소자에 결합될 수 있다. 유사하게, 스위치(28)는 스위치의 "a" 위치에서 안테나(21)로부터의 V-pol 안테나 소자에 결합될 수 있거나, 또는 스위치의 "b" 위치에서 안테나(22)로부터의 H-pol 안테나 소자에 결합될 수 있다. 통상적으로, 제어기는 각 안테나로부터 하나의 편광을 선택하며, 일반적으로 편광은 동일할 것이다. 예를 들면, 제어기는 스위치(27)를 "b" 위치에 접속하고, 스위치(28)를 "a" 위치에 접속함으로써 수직으로 편광된 안테나 소자들을 선택할 것이다. 결과적으로, 수직 편광에서의 각 안테나에 의해 수신된 신호들은 MIMO 처 리를 위해 안테나 어레이를 수신기(15)에 결합할 것이다.
어레이가 동일한 편광으로부터 신호들을 출력하는 것이 바람직하지만, 제어기가, 직교 편광들이 안테나 어레이에 의해 출력되도록 하는 스위치 위치들을 선택하는 것이 고려된다. 이것은 LOS 환경에서 더욱 바람직하다는 것을 이해해야 한다.
도 2 내지 도 4의 각각에 2개의 안테나들이 도시되어 있다. 그러나, 더 많은 안테나들이 안테나 어레이에 사용될 수 있는 것이 고려된다. 더 많은 안테나들이 어레이에 부가될 때, 안테나들의 공간적 분포가 고려된다. 도면들에 도시된 바와 같이 선형 어레이 패턴이 고려되지만, 원형과 같은 다른 어레이 배향들도 또한 가능하다. 일반적으로, 분포 패턴은 안테나 어레이의 전체 밑넓이(영역)를 최소화하도록 선택되고, 산업 사회에 공통인 원하는 크기를 유지한다. 패턴 분포 및 안테나 형태들은 모든 송신기들 및 수신기들에 대한 전체 시스템 전반에서 실질적으로 동일한 것으로 예상된다.
어레이의 크기에 기여할 수 있는 하나의 부가적 인자는 안테나 분리이다. 일반적으로 안테나 분리는 최대화되어야 한다. 그러나, 본 기술 분야에서, 수용 가능하고 더욱 바람직한 분리는 적어도 λ/2(여기서 λ는 파장을 표시함)인 것으로 나타난다. 5GHz 대역에서의 동작에 대해, λ는 5cm이다. 2GHz 대역에서, λ는 약 15cm이다. 실제 견해에서 안테나 분리는 NLOS MIMO 모드에서 송신 및 수신된 신호들의 상관을 감소시키기 위해 필요하다.
상술한 바와 같이, 어레이에서의 안테나들은 직교 다이폴들 또는 이중 편광된 간극 결합된 패치 소자들이 될 수 있다. 본 명세서에 기술된 무선 응용들을 위 해, 각 개개의 패치 안테나의 치수는 0.37λ×0.37λ인 것이 바람직하고, 각각의 직교 다이폴의 치수는 0.5λ인 것이 바람직하다. IEEE 802.11a 기반 WLAN 시스템들이 5GHz 대역에서 동작하기 때문에, λ는 약 6cm이다. UMTS/IMT200 및IEEE 802.11g 기반 시스템들이 2GHz 대역에서 동작하기 때문에, λ는 약 15cm이다. 그 결과들이 덜 최적인 것으로 예상되지만, 다이폴 안테나들에 대한 1/4 파장과 같은 다른 치수가 본 명세서에서 활용될 수 있다.
안테나 장치는 다른 고려사항이다. 동일한 평면에서 동일한 직교 편광된 안테나 소자들의 각각의 세트를 가지는 것이 이상적이지만, 일부 오정렬이 고려된다. 실제로, 동일한 편광 소자들의 정렬이 90°정도로 오정렬된다면, 오정렬된 소자들에 대한 극성 지정들을 스위칭함으로써 오정렬은 간단히 극복될 수 있다.
동일한 안테나로부터의 직교 편광들 둘 다를 송신(및 수신)하기 위한 정렬들은 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 이들 예시적 실시예들에서, 각각의 스위치(도 3의 소자들(31 내지 34) 및 소자들(35 내지 38))는 제어 가능하게 스위칭 가능한 전극들을 갖는다. 예를 들면, 스위치(31)가 위치 a에 있을 때, 스위치(32)는 위치 b에 있을 수 있거나 위치 a로 또한 라벨이 붙여진 먼 위치에 있을 수 있다. 동일한 안테나 상의 편광들 둘 다에서 신호들을 송신 수신하는 것이 바람직할 때, 제어기는 두 스위치들을 위치 b에 있도록 스위칭하게 하기 위해 신호를 안테나에 결합된 스위치들에 송신한다. 명백히, 단 하나의 편광이 안테나에 또는 그로부터 바람직할 때, 제어기는 하나의 스위치를 위치 a에 있도록 스위칭하게 하고, 다른 스위치를 위치 b에 있도록 스위칭하게 하는 신호를 송신한다. 다양한 수신기들의 안테나 구 성들이 알려지지 않고 송신기 안테나 구성과도 다를 수 있을 때, 도 3 및 도 4에 도시된 정렬들이 송신기에 의해 사용될 수 있다.
제어기(16)는 수신기(15)에 의해 수신된 신호들을 모니터링하고, 안테나 출력들(편광들)의 특정 조합을 응답적으로 선택하며, 안테나 출력들은 송신 채널이 판별을 제공하든지 간에, 동작한 MIMO WLAN에 대한 충분한 신호 판별을 전개한다. NLOS 환경에서, 신호 다중 경로의 결과로서 충분한 판별이 발생한다. LOS 환경에서, 상술된 바와 같이, 2개의 수신 안테나들에서 하나의 수신된 신호를 다른 하나와 판별하기에 불충분한 다중 경로가 있다. 제어기와 함께 도면들에 도시된 제어 가능하게 스위칭 가능한 안테나 어레이(14)를 사용함으로써, LOS 환경에 둘러싸여 있을 때, 충분한 신호 판별 또는 탈상관을 제공하고 그에 의해 MIMO 시스템 성능을 개선하는 안테나 출력들(편광들)의 세트를 선택하는 것이 가능하다.
하나의 예시적 실시예에서, 제어기(16)는 송신기로부터, 제어기(16)가 안테나 출력들의 특정 조합을 선택하도록 명령하는 신호를 수신한다. 이것은 초기화 절차가 될 수 있거나, 그때에 이용되는 송신기 안테나 패턴에 기초할 수 있다. 예를 들면, 제어기(16)는 H-pol 안테나 출력들 둘 다 또는 V-pol 안테나 출력들 둘 다 또는 동일한 안테나로부터 또는 분리된 안테나로부터의 둘의 조합을 선택하도록 지시할 수 있다. 제어기(16)가 적당한 안테나 출력들이 수신기에서 나타나게 하는 제어 신호들을 스위치들에 송신한 후에, 제어기(16)는 시스템 성능을 측정하기 위해 수신된 신호들의 특성을 모니터링한다. 안테나 출력들의 조합을 요청된 상태로 스위칭함으로써 성능 저하가 유발되는지를 제어기가 관찰하고 측정한다면, 제어 기(16)는 개선된 성능을 제공하는 것으로 예상되는 안테나 출력들의 새로운 조합으로의 변경을 개시할 수 있다. 성능의 다른 측정들이 관찰될 수 있더라도, 제어기에 의해 관찰된 양호한 측정은 수신된 신호 출력 전력이다.
많은 MIMO 시스템들에서, 신호 프리앰블의 수신에 대응하는 시간 기간은 채널 상태에 대한 트레이닝에 사용될 수 있다. 수신된 신호들의 페이로드 또는 다른 부분들을 방해하는 것을 회피하기 위해, 제어기(16)가 그 기간 동안 모니터링 및 제어 스위칭 함수들을 수행할 수 있는 것이 고려된다.
상술한 바와 같이, 제어기(16)는 수신된 신호들의 하나 이상의 특성들을 모니터링한다. 송신기로부터의 예비 명령이 없더라도, 제어기(16)는 신호 성능을 모니터링하는 것으로부터의 관찰된 결과들에 기초하여 안테나 출력들의 조합을 원하는 상태로 스위칭하기 위한 제어 신호들을 발생시킨다. 하나의 안테나 출력 조합으로부터 다른 안테나 출력 조합으로의 스위칭을 개시함으로써, 제어기는 잠재적으로 상이한 성능 레벨들을 관찰하고, 안테나 출력들을 최상의 성능 레벨을 제공하는 조합으로 제어 가능하게 스위칭하여 조정 행동을 취한다.
본 발명의 실시예들에 대해 상술하였지만, 본 발명의 다른 실시예들이 본 발명의 기본 범주를 벗어나지 않고 고안될 수 있으며, 그 범주는 특허청구범위에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 무선 안테나 장치에 있어서,
    미리 결정된 거리만큼 서로 떨어져 이격된 적어도 제 1 및 제 2 안테나들로서, 각각의 안테나는 신호의 제 1 및 제 2 편광들을 각각 수신하는 제 1 및 제 2 직교 소자들을 갖는, 상기 적어도 제 1 및 제 2 안테나들; 및
    상기 적어도 제 1 및 제 2 안테나들의 각각의 직교 소자에 결합된 제어 가능한 선택 소자로서, 상기 제어 가능한 선택 소자는 또한 적어도 제 1 및 제 2 출력 포트들을 포함하고, 제어 신호에 응답하여, 상기 제 1 안테나에 의해 수신된 신호의 원하는 편광을 상기 제 1 출력 포트에 접속하고 상기 제 2 안테나에 의해 수신된 신호의 원하는 편광을 상기 제 2 출력 포트에 접속하는, 상기 제어 가능한 선택 소자를 포함하는, 무선 안테나 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    수신된 신호들의 선택된 조합이 상기 제어 가능한 선택 소자에 의해 출력되도록 하기 위해, 상기 안테나들에 의해 수신된 신호들의 특성에 응답하여 상기 제어 신호를 발생하는 제어기를 더 포함하는, 무선 안테나 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 제 1 및 제 2 안테나들 각각은 이중 편광 간극 결합된 패치 안 테나(dual polarization aperture coupled patch antenna)인, 무선 안테나 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 제 1 및 제 2 안테나들 각각은 직교 다이폴 안테나들의 세트인, 무선 안테나 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나들에 의해 수신된 신호들의 특성을 모니터링하고, 수신된 신호들의 선택된 조합이 상기 제어 가능한 선택 소자에 의해 출력되도록 하기 위해 상기 제어 신호를 발생하는 제어기를 더 포함하는, 무선 안테나 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어기는 또한, 상기 안테나들에 의해 수신된 최상의 특성들을 결정하고, 그에 의해 상기 제어 가능한 선택 소자에 의해 출력되도록 상기 수신된 신호들의 조합을 선택하는 상기 제어 신호를 발생하기 위해, 미리 결정된 모니터링 기간 동안 상기 안테나들에 의해 수신된 신호들의 특성들을 비교하는, 무선 안테나 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 제 1 및 제 2 안테나들 각각은 이중 편광 간극 결합된 패치 안 테나인, 무선 안테나 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 제 1 및 제 2 안테나들 각각은 직교 다이폴 안테나들의 세트인, 무선 안테나 장치.
  9. 무선 안테나 장치에 있어서,
    미리 결정된 거리만큼 서로 떨어져 이격된 적어도 제 1 및 제 2 안테나들로서, 각각의 안테나는 신호의 제 1 및 제 2 편광들을 수신하는 직교 소자들을 갖는, 상기 적어도 제 1 및 제 2 안테나들; 및
    상기 적어도 제 1 및 제 2 안테나들의 각각의 직교 소자에 결합된 제어 가능한 선택 소자로서, 상기 제어 가능한 선택 소자는 또한 적어도 제 1 및 제 2 입력 포트들을 포함하고, 제어 신호에 응답하여, 상기 제 1 입력 포트의 신호를 상기 제 1 안테나의 원하는 직교 소자에 접속하고 상기 제 2 입력 포트의 신호를 상기 제 2 안테나의 원하는 직교 소자에 접속하는, 상기 제어 가능한 선택 소자를 포함하는, 무선 안테나 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    수신된 신호들의 선택된 조합이 상기 제어 가능한 선택 소자에 의해 출력되도록 하기 위해 상기 제어 신호를 발생하는 제어기를 더 포함하는, 무선 안테나 장 치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 제 1 및 제 2 안테나들 각각은 이중 편광 간극 결합된 패치 안테나인, 무선 안테나 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 제 1 및 제 2 안테나들 각각은 직교 다이폴 안테나들의 세트인, 무선 안테나 장치.
  13. 무선 네트워크에서의 통신들을 개선하는 방법에 있어서,
    각각의 이중 편광된 안테나로부터 제 1 및 제 2 출력 신호들을 발생하기 위해 제 1 및 제 2 이중 편광된 안테나에서 신호들을 수신하는 단계; 및
    제어 신호에 응답하여, 다중 입력, 다중 출력(MIMO) 수신기에 대한 입력 신호들로서 신호들의 제 1 조합을 선택하는 단계로서, 상기 신호들의 조합은 상기 제 1 이중 편광된 안테나의 상기 제 1 및 제 2 출력 신호들로부터의 하나의 신호 및 상기 제 2 이중 편광된 안테나의 상기 제 1 및 제 2 출력 신호들로부터의 다른 신호를 포함하는, 상기 선택 단계를 포함하는, 통신 개선 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어 신호에 응답하여, 상기 신호들의 제 1 조합으로부터 신호들의 제 2 조합으로 스위칭하는 단계로서, 상기 신호들의 제 2 조합은 상기 하나의 신호 및 상기 다른 신호 각각에 직교하는 신호들을 포함하는, 상기 스위칭 단계를 더 포함하는, 통신 개선 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 안테나에 의해 수신된 신호들의 특성을 모니터링하는 단계; 및
    상기 모니터링된 특성에 응답하여 상기 제어 신호를 발생하는 단계를 더 포함하는, 통신 개선 방법.
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