KR20090093996A - 무선 통신 시스템 - Google Patents

무선 통신 시스템

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KR20090093996A
KR20090093996A KR1020097012710A KR20097012710A KR20090093996A KR 20090093996 A KR20090093996 A KR 20090093996A KR 1020097012710 A KR1020097012710 A KR 1020097012710A KR 20097012710 A KR20097012710 A KR 20097012710A KR 20090093996 A KR20090093996 A KR 20090093996A
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올리버 폴 레이스텐
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사란텔 리미티드
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Abstract

안테나 다양성을 제공하는 적어도 두 개의 안테나를 가지는 안테나 어레이를 포함하는 무선 통신 수신기가 개시된다. 본 수신기는 소스 데이터 스트림으로부터 야기되는 직교 코딩 데이터 서브 스트림을 포함하는 신호를 수신한다. 본 수신기는 또한 안테나 어레이에 연결되며, 데이터 서브 스트림을 검출하는 검출단과, 검출된 데이터 서브 스트림을 합성하여 소스 데이터 스트림을 복원하는 합성단을 가지는 수신기 회로를 가진다. 각 안테나는 5보다 큰 유전 상수를 가지는 고체 재질의 전기적 절연 코어를 가진다. 각 안테나는 또한 코어의 외부 표면 상에 또는 그에 인접하여 배치되는 3차원 안테나 요소 구조물을 가진다.

Description

무선 통신 시스템 {A RADIO COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 장치에 관한 것으로, 구체적으로는, 다중 채널 무선 통신 시스템에 사용되는 무선 통신 장치에 관한 것이다.
무선 통신 분야에서 다중-입력 다중-출력(Multiple-Input Multiple- Output( MIMO)) 시스템은 적어도 두 개의 안테나를 통해 신호를 전송하고 적어도 두 개의 안테나를 통해 신호를 수신한다. 전형적인 MIMO 통신 시스템은 이하에서 더 자세하게 기술되는 도 1에 개시된다. 데이터 스트림은 다수의 독립적인 서브 스트림으로 나누어지고, 각 서브 스트림은 동일 주파수 영역을 이용하는 다른 안테나를 통해 전송된다. 각 신호는 다른 신호에 대해 통계적으로 독립되도록 코딩된다. 수신기에서, 각 안테나는 로컬 환경에서 야기되는 어떠한 다중 경로 신호 뿐만 아니라, 모든 전송 안테나에 의해 전송되는 신호들을 수신한다. 수신된 신호는 채널 상태에 따라 가능한 최대한의 정도로 각각의 데이터 서브 스트림을 고립시키도록 처리되어, 재조합되어 원 데이터 스트림을 재생성한다.
개별적인 전송 신호는 직교 주파수 분할 다중 액세스(Orthogonal frequency division multiple access(OFDMA)) 기술 또는 코드 분할 다중 액세스(Code division multiple access(CDMA)) 기술을 이용하여 통계적으로 독립되도록 코딩될 수 있다. 코딩은 신호 간의 낮은 상관을 보장한다.
MIMO 시스템의 스루풋(throughput)은 등가(equivalent) SISO(Single-Input Single-Output)시스템보다 훨씬 더 커지는 것을 보장한다. 이러한 추가 스루풋은 전체 송신 전력 또는 대역폭에서의 증가 없이 잠재적으로 이루어질 수 있다. MIMO 시스템은 독립적인 레이라이 페이딩(Rayleigh fading)으로 모델링될 수 있는 환경과 같은, 스캐터링 양이 큰 환경 환경에서 최적으로 작동한다. 이러한 스캐터링 특징은 신호를 공간적으로 분리하는 공간 멀티플렉서(spatial multiplexer)로서 기능한다. 이러한 환경에서, 수신 안테나는 많은 경로를 따라 전송되는 신호들의 독립적인 선형 콤비네이션(independent linear combinations)를 수신한다. 이에 따라, 수신 안테나의 출력은 서로 구별될 수 있는 송신 신호의 선형 컴비네이션으로 이어진다.
종래의 MIMO 시스템에서, 수신 안테나 사이의 커플링(coupling)은 두 개의 매커니즘에 따라 발생한다. 첫번째로, 각 수신 안테나는 안테나의 도전성 구조에서 전류를 야기하는 송신기로부터의 신호를 수신한다. 야기된 전류는 대응되는 신호를 재방사(re-radiate)하는 그 자신의 전자기장(electromagnetic fields)을 생성한다. 이러한 재방사된 신호는 인접 안테나에 의해 수신된다. 두번째로, 전형적인 시스템에서, 안테나에 의해 생성된 신호는 수신기 그라운드 평면(ground plane)에서의 전류를 야기하며, 이러한 전류는 인접한 안테나로 공유된다. 예를 들어, 그라운드 평면 상의 모노폴 쿼터웨이브(λ/4) 안테나에 있어서, 그라운드 평면에서의 전류는 그라운드 평면 아래의 등가 쿼터웨이브 다이폴에 모방(mimic)된다. 어떠한 메커니즘에서도 수신 안테나 간에 커플링이 발생함에 따라, 수신 안테나로부터 그 안테나에 연결된 수신기 회로로 인가되는 신호들간의 상관이 증가되는 심각한 문제점이 있다. 이러한 영향은 수신 안테나들이 모두 가까이 있을 때 특히 심각하다.
MIMO 채널은 안테나 대 안테나 임펄스 응답(impulse response)의 행렬 또는 시간 채널 행렬로 가시화될 수 있는 채널 행렬[H]로 모델링될 수 있다. 채널 행렬은 복수 개의 항(term), 예를 들어, 각각이 안테나들 사이에서 생성되는 각각의 서브채널들 중 하나를 나타내는 h11인 항을 가진다. 도 1은 전형적인 MIMO 채널을 나타낸다. 송신측은 3개의 송신 안테나를 가지고, 수신측은 3개의 수신 안테나를 가진다. h11, h21, h31은 은 각 송신 및 수신 안테나들 사이의 서브 채널을 나타내는 벡터이다. 다른 벡터는 명료성을 위하여 도시하지 않았다. 채널 행렬은 다음과 같이 표현될 수 있다.
각 송신 안테나에서 송신된 신호가 x1, x2, x3로 표현된다면, 수신 안테나(7a)에 의해 수신된 신호 y1은 h11x1 + h21x2 + h13x3으로 표현될 수 있다. 이러한 모델은 수신 안테나 간의 수신 신호의 재방사에 대해서 설명하는 것은 아니다.
SISO 채널의 정보 용량(information capacity)(초당 이진 비트 단위)는 다음과 같은 새넌 하틀리 법칙(Shannon-Hartley Law)을 사용하여 결정될 수 있다.
C=B·log2(1+ρ)b/s
여기서, B는 채널의 대역폭(banbwidth), ρ는 신호대잡음비(signal-to-noise ratio)이다.
새넌 하틀리 법칙에 따르면, 채널 용량의 이론적 한계는, 주어진 비트 에러 레이트를 가지는 코딩 신호의 검출에 대한 신호대 잡음비에 의해 결정된다. 이로부터, 노이즈의 존재시에는, 정보는 채널의 이론적 용량보다 작은 레이트로 채널을 통해 송신될 수 있다는 사실이 도출된다.
m개의 수신 안테나 및 n개의 송신 안테나를 가지는 MIMO 채널의 용량(단위 주파수 당 초 당 비트 단위(b/s/Hz))은 다음과 같이 나타난다.
C=log2det[[Im]+(ρ/n)[H][H]tc] b/s/Hz
여기서, Im은 단위 행렬(identity matrix), 및, [H]tc는 [H]의 복소 공액 전치(complex conjugate transpose)이다.
다중 [H][H]tc는 정규화된 크기 제곱 상관 행렬(normalised magnitude squared correlation matrix) [R]과 동일한 것이 보여질 수 있다. 따라서, MIMO 채널의 용량은 다음과 같이 기재될 수 있다.
C=log2det[[Im]+(ρ/n)[R]] b/s/Hz
3x3 케이스의 상관 행렬은 다음과 같이 기재될 수 있다.
여기서, r12는 예를 들어, 수신 안테나 7a 및 7b 로부터 인가되는 신호들 사이의 상관이다.
채널들이 통계적으로 직교하고 병렬적인 MIMO 시스템의 경우에, [R]은 단위 행렬과 유사하게 보여질 수 있다. 따라서, 수학식 2는 다음과 같이 유도될 수 있다.
C=nlog2[1+(ρ/n)] b/s/Hz (when n=m)
따라서, 이상적인 채널 환경에서, 용량은 송신 및 수신 안테나의 개수 n에 따라 선형적으로 증대된다.
하지만, 상술한 바와 같이 안테나들 사이의 커플링은 각 수신 안테나로부터 인가되는 신호들 사이의 상관을 야기한다. 이는 각 안테나로부터 수신되는 신호들 사이의 상관이 동일한 MIMO 시스템을 고려함으로써 모델링될 수 있다. 이는 동일한 상관 계수 r에 의해 표현될 수 있다. 소정의 다른 단순화 가정에 따르면, 용량 표현은 다음과 같이 간략화(approximate)될 수 있다.
C≒nlog2(1+(ρ/n)(1-r)) b/s/Hz (when n=m)
이 수학식은 r→0 일 때(상관 없음), MIMO 시스템의 용량은 그 용량이 송신 및 수신 안테나의 개수의 선형 배수가 되는 이상적인 케이스(수학식 4)로 수렴하는 것을 보여준다. 하지만, 상관이 존재하는 경우, 즉, 1>r>0일 때, 상관의 영향은 신호대잡음 비의 감소와 유사하다. 예를 들어, 상관 계수 r=0.5 는 신호대잡음비의 3dB 감소와 등가이다. 이 결과로, 상관은 시스템이 다른 데이터 서브 스트림으로부터의 공통 채널 간섭을 겪게 하는 원인이 된다.
이러한 수학식은 안테나들 사이의 커플링이 MIMO 채널의 용량을 어떻게 감소시키는지를 보여준다.
하나의 해법은 어떠한 주어진 MIMO 어레이의 안테나가, 각 안테나가 다른 안테나의 전자기장 영역 바깥에 위치하여 수신 어레이에서의 이웃 안테나들의 신호 사이에 상관이 감소될 수 있도록, 큰 공간 분포를 가지는 것이다. 하지만, 이것은 언제나 가능한 것은 아니다. 예를 들어, 작은 장치에서는 안테나의 분리가 장치 크기에 의해 제한된다. 또한, 상기와 같은 커플링은 그라운드 평면을 가로질러 발생할 수도 있다.
편극(polarisation) 및 패턴 다양성은, 다르게 편극화된 신호에 민감한 다르게 배향된 방사 패턴을 가지는 수신 안테나들을 사용함으로써 얻을 수 있다. 이론적으로, 편극 다양성은 인접 안테나들에 의해 생성된 신호들 사이의 높은 통계적인 독립성을 낳는다. 하지만, 실제로는, 안테나들이 근접 장 영역(near-field region)이 중첩되는 정도로 서로 근접하게 배치되었을 때, 방사패턴은 결합되고 편극 및 패턴 다양성은 크게 감소된다. 인접한 안테나들로부터 인가되는 신호들 간의 통계적 독립성 역시 감소된다.
텍스트북 "Space-Time Processing of MIMO Communications(A.B. Gersham and N.D. Sidroponlos; 2005; Wiley) 페이지 28-31"에서는, 근접하게 배치된 안테나 요소들 사이의 상호 커플링이 통신 성능에 영향을 미칠 수 있다고 기재되어 있다. 상호 커플링의 영향은 MIMO 시스템에서의 각 수신안테나로부터 인가되는 신호들 사이의 상관을 고려함으로써 측정된다. 신호들 사이의 상관은 시스템 용량을 결정하는 데 사용된다. 도 4에 도시된 것과 유사한 MIMO 네트워크 모델을 이것의 분석에 사용한다. 상기 모델은 송신 및 수신 안테나 어레이, MIMO 전파 채널, 매칭 네트워크, 수신 증폭기 및 부하를 포함한다. 상기 네트워크 모델을 통한 신호 플로우는 분산 파라미터(scattering parameters)(s-parameter)를 사용하여 설명될 수 있다. 매칭 네트워크의 s-파라미터는 수신 안테나 어레이의 s-파라미터의 복소 공액 전치로 선택된다.
도 1은 종래 기술에서 알려진 MIMO 시스템의 구조도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 무선 통신 장치의 도면,
도 3은 도 2에 도시된 장치에 사용되기 적합한 유전체 탑재 안테나의 투시도,
도 4는 도 2의 무선 통신 장치를 포함하는 MIMO 통신 시스템의 일부를 나타내는 도면,
도 5는 도 3의 안테나의 방사 패턴을 나타내는 도면,
도 6은 도 3의 안테나의 3차원에서의 방사 패턴을 나타내는 도면,
도 7은 3차원에서 수직으로 편극화된 신호에 대한 도 3의 안테나의 방사 패턴을 나타내는 도면,
도 8은 3차원에서 수평으로 편극화된 신호에 대한 도 3의 안테나의 방사 패턴을 나타내는 도면, 그리고,
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 통신 장치의 도면이다.
본 발명의 목적은 복수 개의 안테나를 가지는 무선 통신 장치에서 신호 수신을 개선하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 소스로부터 나온 직교 코딩 데이터 서브스트림을 포함하는 복수 개의 신호를 수신하는 200MHz 이상의 적어도 하나의 주파수에서 동작하는 무선 통신 수신기 장치는 다양성을 제공하는 적어도 두 개의 안테나, 안테나 어레이에 연결되며, 상기 데이터 서브스트림을 검출하도록 배열된 검출단(detection stage)과 상기 검출된 데이터 서브스트림을 합성하여 소스데이터 스트림을 복원하는 합성단(combiner stage)을 구비하는 수신기 회로를 가지며, 상기 안테나 각각은 5보다 큰 상관 유전 상수(relative dielectric constant)를 가지는 고체의 전기 절연 코어, 상기 코어의 외부 표면 상에 또는 인접하게 배치되어 내부 볼륨을 정의하는 3차원 안테나 요소 구조를 가지며, 상기 코어 물질은 상기 내부 볼륨의 주요 부분을 차지한다.
이러한 안테나에서, 근접 전기장은 안테나의 유전체 코어 내부로 집중될 수 있다. 이는, 예를 들어 모노폴 안테나와 관련된 근접장과 비교할 때, 이러한 안테나에 인접한 근접장의 범위(extent) 및 세기(strength)에서 중대한 감소를 가져온다. 그러므로, 주어진 안테나 공간에 있어서, 인접 안테나들 간의 커플링을 중대하게 감소시킬 수 있고 그 결과 안테나들로부터 획득된 신호들 간의 상관을 줄이는 것이 가능해진다.
바람직하게는, 상기 검출단은 상기 어레이의 안테나들 사이의 상호작용에 의해 야기되는 상관, 즉, 상기 안테나 어레이로부터 상기 검출단으로 인가되는 신호들 사이에 존재하는 상관을 주로 제거하는 보상 네트워크(compensation network)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 보상 네트워크는 안테나의 회로 다운스트림의 S-파라미터가 상기 안테나 어레이의 S-파라미터(매칭 및 커플링을 나타내는)의 복소 공액 전치가 되도록 설정될 수 있다.
바람직하게는, 각 안테나는 각 안테나의 동작 주파수에서 각 안테나가 제1 축을 따라 편극화되고 그 주파수에서 수신되는 신호에 대하여 그 방사 패턴에서 적어도 하나의 제1 최대값을 가지도록 설정될 수 있다. 각 안테나의 동작 주파수에서 각 안테나는 제2 축을 따라 편극화되고 그 주파수에서 수신되는 신호에 대하여 그 방사 패턴에서 적어도 하나의 제2 최대값을 가진다.
상기 제1 최대값은 제1 평면에 실제적으로 놓여질 수 있고, 상기 제2 최대값은 제2 평면에 놓여질 수 있으며, 상기 제1 평면은 제2 평면에 수직하다. 상기 안테나 각각은 그 관련 제1 평면이 인접한 안테나의 제1 평면에 직교하도록 디바이스 내에서 배향될 수 있다. 이것은 편극 다양화를 제공하며, 전형적인 다중 경로 환경에 의해 야기되는 편극 분산의 이득을 취할 수 있다. 이러한 배열은 또한 본 발명에 따른 휴대형 단말의 다른 배향에 따른 신호 세기를 유지하는 데 기여할 수 있다.
바람직하게는, 각 안테나는, 그 안테나의 동작 주파수에서 수신되는 신호에 대하여 각 안테나가 그 방사 패턴에서 널(null)을 가지도록 설정될 수 있다. 상기 장치는 적어도 하나의 안테나가 다른 수신 안테나 방향으로 그 널을 향하도록 배향되도록 설정될 수 있다. 이는 또한 안테나들 사이에서, 즉, 안테나의 동작 주파수에서의 방사 패턴에서 널 값을 가지도록 안테나를 설정하고, 그들을 적절히 배향되도록 함으로써, 커플링을 저감시킨다. 그러므로, 상기 근접장은 다른 안테나 방향으로 감소되어, 안테나들 사이의 커플링을 감소시킨다.
바람직하게는, 모든 안테나는 각 안테나의 널이 안테나 어레이의 인접 안테나 방향으로 향하도록 배향되어진다.
바람직하게는, 상기 장치는 2.65GHz, 3.5GHz 또는 5GHz의 동작주파수를 가지는 신호를 수신하는 데 사용되도록 배열된다. 이러한 주파수에서, 상기 안테나들은 가장 가까운 지점에서 각각 0.043m, 0.0325m, 0.0228m의 거리만큼 서로 이격된다.
바람직하게는, 상기 안테나 각각은 중앙 축(central axis)을 가진다. 다르게 배향된 방사 패턴을 가지는 안테나들은 서로 더 가까이 위치할 수 있다. 구체적으로 안테나들은 동작 주파수에서 파(wave)의 공기 중 파장에 해당하는 0.38λ 미만으로 떨어진 그 축에 위치할 수 있다. 이러한 특징은 Jake의 모델로부터 얻어진다(예를 들어, Liang 및 Chin : "Downlink channel covariance matrix(DCCM) estimation..." IEEE J. Sel. Area Commun., vol. 19, no.2, pages 222-232, Feb 2001 참조).
상기 어레이가 적어도 3개의 안테나를 포함한다면, 그들 중 적어도 두개는 동일한 배향의 방사 패턴을 가지고, 동일 배향을 가지는 각 안테나의 축은 가장 가까운 다른 안테나의 축으로부터 적어도 0.38λ 거리만큼 이격 배치되는 것이 유리하고, 다른 배향 방사 패턴을 가지는 인접 안테나들은 0.910λ미만으로 떨어진 축을 가진다.
상기 무선 통신 장치의 그라운드 평면으로부터 절연되도록 하는 각 안테나에 대한 절연 트랩(isolating trap)이 있을 수 있다. 이러한 장치는 그라운드 평면을 통한 안테나들 사이의 어떠한 직접적인 커플링을 최소화한다. 이것은 이웃 안테나로부터 신호 사이의 상관을 감소시킨다. 일반적으로 상기 트랩은 안테나의 안테나 요소 구조와 그것이 연결되는 무선 통신 장치의 무선 주파수(RF) 회로 사이에 위치하는 발룬(balun)의 형태이다. 급전 구조물(feeder structure)과 연결되어 루프(loop)의 일부를 형성하는 복수 개의 연장 안테나 도전체(elongate antenna conductors)를 가지는 안테나의 경우, 상기 트랩은 링크 도전체(link conductor)를 포함할 수 있다. 이 링크 도전체는 코어의 외부 표면의 근접 파트(proximal part)에서 코어를 둘러싸는 도전성 슬리브(conductive sleeve)가 될 수 있고, 상기 슬리브의 근접단은 상기 급전 구조물의 외부 스크린(outer screen) 파트에 연결되고, 후자는 상기 코어의 원격 단(distal end)에서의 상기 안테나 요소로의 연결지점으로부터 상기 코어의 근접 단까지 가로지른다. 슬리브의 영향은, 안테나의 동작 주파수에서 슬리브의 림(rim)이 근접 단에서의 급전 구조물의 외부 도전체로 표현되는 그라운드로부터 효과적으로 절연된다는 것이다. 이에 따라, 슬리브는 참고문헌 GB-A-2292638 및 GB-A-2309592호에 기재된 방식과 같이 절연 트랩으로 동작할 수 있다.
바람직하게는, 각 안테나의 코어는 원통형(cylindrical)이며, 중앙 축을 정의한다. 각 안테나는 축방향으로 공통적으로 실질적으로 동일한 공간에 걸쳐 있는 다수의 안테나 요소를 가지며, 각 요소는 코어의 외부 표면 또는 그에 인접하여, 축방향으로 공간적으로 떨어진 위치 사이로 확장되는 안테나 요소 구조물(antenna element structure)를 포함한다. 상기 안테나 요소 구조물은 공간적으로 떨어진 위치 중 하나에서 안테나 요소들의 부분을 연결시켜 루프를 형성하는 링크 도전체를 또한 포함한다. 공간적으로 떨어진 위치 중 다른 위치에서의 안테나 요소 부분들은 코어의 원격 단에서 안테나의 발란스 급전 연결(balanced feed connection)로 연결된다.
더욱이, 상기 안테나 요소의 공간적으로 떨어진 부분들 각각은, 바람직하게는 앞서 언급한 GB-A-2309592호에서 기재하고 있는 바와 같이 코어의 중앙 축을 포함하는 단일 평면에 실제적으로 놓여진다. 각 안테나의 안테나 요소는 동일한 길이를 가지며, 나선형이고, 각각은 상기 공간적으로 떨어진 위치 사이에서 코어를 하프턴(half-turn)한다. 상기 어레이의 각 안테나는 상술한 바와 같이 안테나의 급전 연결에서 실제적으로 밸런스된 상황을 촉진하기 위하여 배열되는 인테그럴 트랩(integral trap)을 포함한다.
바람직하게는, 상기 장치는 컴퓨터와 상기 장치를 인터페이싱시키는데 적합한 커넥터(connector) 및 인터페이스를 포함한다. 상기 장치느는 범용 직렬 버스(Universal Serial Bus) 장치 또는 PCMCIA 카드가 될 수 있다.
바람직하게는, 상기 장치는 서로 통계적으로 독립적인, 다르게 코딩된 서브 스트림들을 수신하는데 적용된다. 바람직하게는, 상기 장치는 MIMO 통신 장치이다. 바람직하게는, 상기 장치는 직교 주파수 분할 다중(orthogonal frequency division multiplexing) 또는 직교 확산 코드(orthogonal spreading code)를 이용하여 변조된 서브 스트림들의 이용에 적용된다.
바람직하게는, 상기 장치는 송수신기로 구성되고, 상기 안테나는 데이터 스트림 전송을 위하여 각각 배열된다.
바람직하게는, 상기 장치는 송수신기로 구성되고, 상기 안테나 중 적어도 두개는 송신을 위하여 배열되고, 적어도 두개는 신호 수신을 위하여 배열된다.
다른 측면에 따르면, 본 발명은 다중 채널 무선 통신 네트워크에서 200MHz보다 큰 주파수에서 사용되는 무선 통신 장치를 제공한다. 상기 장치는 적어도 두개의 송신 안테나 및 송신 안테나 개수에 대응되는 다수의 데이터 서브스트림으로 단일 데이터를 나누는 신호 프로세서(signal processor), 상기 안테나들 중 각각으로 각 데이터 서브 스트림을 공급하는 인코딩 단(encoding stage)를 포함하며, 상기 데이터 서브스트림 세트는 직교 코딩되고, 상기 송신 안테나 각각은 5보다 큰 상대 유전 상수를 가지는 고체 재질의 전기적 절연 코어 및 상기 코어의 외부 표면 상 또는 그에 인접하게 배치되어 내부 볼륨을 정의하는 3차원 안테나 요소 구조를 포함하고, 상기 코어 재질은 상기 내부 볼륨의 주요 부분을 차지한다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 서로 통신하도록 구성되는 복수의 무선 통신장치를 포함하는 다중 채널 무선 통신 시스템을 제공하며, 여기서, 상기 무선통신장치 각각은 신호의 수신 또는 송신을 위하여 배열된 적어도 두 개의 안테나를 구비하고, 각 안테나는 5보다 큰 상대 유전 상수를 가지는 고체 재질의 전기 절연 코어 및 상기 코어의 외부 표면 상 또는 그에 인접하게 배치되어 내부 볼륨을 정의하는 3차원 안테나 요소 구조물을 가지고, 상기 코어 재질은 상기 내부 볼륨의 주요 부분을 차지한다.
이하에서는, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명에 대하여 자세하게 설명한다.
도 1에 대한 설명으로 돌아가서, MIMO 무선 통신 시스템(1)에서, 데이터 스트림(2)은 송신단에서 송신 신호 프로세서(4)에 의해 다수의 직교 코딩 서브스트림(3)으로 분리된다. 상기 서브스트림들은 송신기(5)에 의해 개별 송신 안테나(6a, 6b, 6c)를 통해 송신된다. 수신단에서는, 각 수신 안테나(7a, 7b, 7c)가 송신 안테나에 의해 송신된 모든 신호를 수신한다. 추가로, 각 수신 안테나는 빌딩과 같은 환경에서의 객체에 의해 야기되는 개별 서브 스트림의 반사본(reflected version)도 수신한다. 상기 수신 안테나는 수신기(8)에 연결되며, 수신기(8)로부터 수신된 서브 스트림(9)은 수신기 신호 프로세서(10)로 전달된다. 상기 수신기 신호 프로세서는 수신된 서브 스트림을 합성하여 재구성된 데이터 스트림(11)을 생성한다. 이는 데이터 멀티플렉싱 과정을 포함한다. 주어진 스캐터링 환경에서 존재하는 MIMO 채널은 채널 행렬 [H]로 표현될 수 있다. 이 행렬은 송신기로부터 직교 트레이닝 시퀀스를 알려진 방식으로 송신함으로써 특징화될 수 있다.
도 1의 시스템에 사용될 수 있는, 본 발명에 따른 무선 통신 장치(20)는 도 2에 도시된다. 도 2에 따르면, 상기 장치(20)는 개인용 컴퓨터 등에 연결하기에 적합한 USB(Universal Serial Bus) 인터페이스(21)를 가진다. 상기 장치(20)의 구성요소는 케이스(22) 내에 탑재된다. USB 인터페이스는 케이스(22)의 한 쪽 에지를 따라 위치하는 USB 커넥터(23)를 포함한다. 상기 장치(20)는 2 개의 수신 안테나(24, 25)와 하나의 송신 안테나(26)를 포함한다. 상기 안테나는 신호 프로세서(28)에 연결되는 송신기/수신기(27)로 연결된다. 상기 신호 프로세서(28)는 USB 인터페이스(21)로 연결된다. 상기 안테나들은 모두 유전체 탑재 안테나이며, 이에 대해서는 도 4에 대한 부분에서 자세하게 기재한다. 무선 통신 장치(20)는 두 개의 수신 안테나를 포함하기 때문에 수신된 신호를 위한 MIMO 통신에 적합하다. 다만 하나의 송신 안테나를 포함하기 때문에 MIMO에 기초하여 신호를 송신하는 것은 지원하지 않는다.
도 3에 있어서, 도 2에 도시된 무선 통신 장치에서 사용되는 안테나(40)은 세라믹 코어(41)의 원통형 외부 표면 상의 금속 도전체 트랙들로서 형성되는 2개의 세로 방향 연장 나선형 안테나 요소(40A, 40B)를 갖춘 안테나 요소 구조물을 포함한다. 코어(41)는 동축 급전 구조물(coaxial feed structure)을 하우징(housing)하는 축 통로(42)를 가진다. 동축 급전 구조물은 금속 아우터(metallic outer)(43) 및 축 내부 급전 도전체(axial inner feeder conductor)(44)를 포함한다. 이 경우의 내부 도전체(44) 및 아우터(43)는 코어의 원격 단 면(distal end face)(41D)의 급전 위치에서, 급전선을 안테나 요소(40A, 40B)로 연결하는 급전 구조물을 형성한다. 상기 안테나 요소 구조물은 또한, 세로 연장 요소(40A, 40D) 각각의 반대 방향으로 대치되는 단(40AE, 40BE)을 급전 구조물로 연결하는 원격 단 면(41D) 상의 금속 트랙으로 형성되는 대응되는 반지름 안테나 요소(40AR, 40BR)을 포함한다. 안테나 요소 (40A, 40B)의 다른 단(40AF, 40BF)은 또한 반대 방향으로 대치되며, 코어(41)의 근접 단 부분(proximal end portion)을 둘러싸는 판형 슬리브 형상으로 환형의 공통 가상 그라운드 도전체(annular common virtual ground conductor)(45)에 의해 연결된다. 이 슬리브(45)는 코어(41)의 근접 단 면(41P) 상의 플레이팅(plating)(46)에 의해 축 통로(42)의 라이닝(lining)(43)에 차례로 연결된다.
바람직하게는, 도전성 슬리브(45)는 안테나 코어(41)의 근접 부분을 커버하고, 그에 따라 급전 구조물(43, 44)를 둘러싸며, 코어(41)의 재질은 슬리브(45) 및 축통로(42)의 금속 라이닝(43) 사이의 공간 전체를 채운다. 슬리브(45)는 코어(41)의 근접 단 면(41P)의 플레이팅(46)에 의해 라이닝(43)에 연결되는 실린더를 형성하고, 슬리브(45) 및 플레이팅(46)의 조합은 발룬을 형성하여, 급전 구조물(43, 44)에 의해 형성되는 송신 라인에서의 신호가, 안테나의 근접 단에서의 언밸런스 상태와 대략 슬리브(45)의 상부 에지(45U) 면의 축 위치에서의 밸런스 상태 사이에서 변환되도록 한다.
더욱 바람직한 본 안테나의 특징은 GB2309592A에서 발견될 수 있다. 유사한 구조 및 특징을 가진 안테나는 WO 00/74173A1 및 GB2399948A에 기재되어 있다.
상술한 유전체 탑재 안테나는 코어의 유전물질 내로 근접 전기장(electric near-field)을 집중시킨다. 안테나가 신호를 수신할 때, 안테나 요소에서 야기되는 전압은 안테나 주변에서 매우 작은 전기장을 생성한다. 다시 도 2에 대한 설명으로 돌아가서, 장(field)은 인접 수신 안테나(즉, 안테나 24 또는 25)가 다른 안테나의 전기장에 의해 중대하게 여기되지 않을 정도로 작다. 이에 따라, 안테나 사이의 커플링은 종래의 모노폴 안테나와 비교할 때 크게 감소된다. 이는 각 수신 안테나로부터 인가되는 신호 사이의 상관이 중대하게 감소되는 것을 보장한다.
상술한 바와 같이, 안테나(40)는 발룬으로 기능하는 슬리브(45)를 가진다. 슬리브(45)의 추가적인 영향은, 안테나의 동작 주파수 영역에서의 신호에 대하여, 슬리브(45)의 림(45U)이 급전 구조물의 외부 도전체(43)로 나타나는 그라운드로부터 효과적으로 절연되는 것이다. 이것은 안테나 요소(40A, 40B) 사이를 흐르는 전류가 림(45U) 및 나선형 안테나 요소에 의해 형성되는 루프로 한정되며, 그에 따라 림이 절연된다는 것을 의미한다. 그에 따라, 슬리브(45)는 또한 절연 트랩(isolating trap)으로 동작한다. 도 2에 있어서, 수신 안테나(24, 25)는 모두 장치(20)의 그라운드 면으로부터 절연된다. 이것은 신호가 수신 안테나(24, 25)에 의해 수신될 때 두 안테나 사이에는 어떠한 전류도 흐르지 않으며, 그에 따라 안테나들은 장치의 그라운드 면을 통해 전기적으로 연결되지 않는다는 것을 의미한다. 이것은 각 수신 안테나에 의해 생성되는 신호 사이의 상관을 감소시킨다.
이것의 다른 장점은 안테나가 탑재되는 케이스(22)가 방사 구조물(이 경우, 수신 구조물)의 일부를 형성하지 않는다는 것이다. 이는 각 안테나의 방사 요소가 그라운드 면과 절연되어, 그에 따라 케이스로부터도 절연되기 때문이다. 이것은 사용자가 케이스를 다룰 때, 안테나 간의 커플링 정도가 크게 변화되지 않는다는 것을 의미한다. 반대로, 종래의 모노폴 안테나는 케이싱으로부터 절연되지 않았다. 따라서, 케이스는 두 개의 매커니즘에 따른 방사 구조물의 일부로 작용했다. 첫번째로는, 케이스로부터의 어떠한 반사는 안테나 방향으로 방사된다. 두번째로, 케이스은 수신기 그라운드 면을 통한 커플링에 의해 안테나 요소를 직접적으로 동작시킨다. 따라서, 만약 사용자가 케이스를 만지게 되면, 안테나 간의 커플링 정도가 변화된다.
장치(20)의 이러한 특징은 중대한 효과를 가져온다. 그것은 수신 안테나 간의 커플링이 상대적으로 안정하다는 것이다. 상관 행렬 [R]은 수신 안테나 사이의 커플링을 나타낸다. 커플링의 영향은 어레이 조합 네트워크(array combining network)를 이용하여 제거될 수 있다. 어레이 조합 네트워크는 안테나들 사이의 커플링을 나타내는 각 안테나로부터 인가되는 신호의 일부를 제거하기 위하여 안테나에 의해 인가되는 신호에 역전력(reverse power)을 인가하기 위하여 사용될 수 있다.
도 4와 관련하여, MIMO 통신 시스템에 있어서, 송신 안테나 어레이(50)는 채널[H]를 통해 수신 안테나 어레이(51)로 신호를 송신한다. 송신 안테나 어레이(50)는 두 개의 송신 안테나(50A, 50B)를 포함한다. 수신 어레이(51)는 안테나(24, 25)에 대응되는 두 개의 수신 안테나(51A, 51B)를 포함한다. 각 수신 안테나(51A, 51B)는 증폭기 어레이(53)로 연결되는 매칭 및 합성 네트워크(52)로 연결된다. 증폭기 어레이(53)는 수신 안테나(51A, 51B) 각각과 대응되는 두 개의 증폭기(53A, 53B)를 포함한다. 각 증폭기는 각각의 부하(54A, 54B)에 연결된다.
도 4에서, 부하(54A, 54B)는 증폭기(53A, 53B)의 모든 회로 다운스트림(circuitry downstream)을 나타낸다. 부하 전압 벡터는 증폭기 어레이(도 4의 a2)로부터 반사의 표현으로 나타날 수 있다. 반사된 성분은 중요하며, 시스템에서의 최고 반사 계수가 될 수 있다. 이것은 단순히 노이즈로 고려될 수 없다(종래 기술에서의 케이스에서와 같이). 수신 안테나 어레이(51)로부터(도 4의 안테나 어레이(51)의 우측으로)의 네트워크 다운스트림 전체의 S-파라미터는 수신 안테나들 사이를 각각 연결하는 수신 안테나의 S-파라미터의 복소 공액 전치와 동일하게 선택되어져야만 한다.
매칭 및 합성 네트워크(52)는 커플링의 영향을 제거하는 것과 함께 임피던스 매칭 기능을 제공한다. 매칭 및 커플링은 예를 들어, 수신 안테나들 사이의 커플링이 매칭에 영향을 주는 것과 같이 관련이 있다. 두 기능은 매칭 및 합성 네트워크(52)의 s-파라미터를 수신 안테나 어레이의 s-파라미터의 복소 공액 전치로 세팅함으로써 수행된다.
매칭 및 합성 네트워크(52)에서 요구되는 s-파라미터를 유도하는 하나의 테크닉은 네트워크 분석기(network analyser)를 사용하는 것이다. 네트워크 분석기는 수신 안테나의 어셈블리에 연결되고, 관련된 급전 도전체들은 그들을 네트워크(52)에 커플링시킨다. 테스트 신호가 그 급전 도전체를 통해 하나의 안테나로 인가되고, 다른 안테나의 급전 도전체에서 생성되는 신호 및 반사 신호 모두가 측정된다. 다른 안테나 및 각 안테나들에 대하여도 테스트 신호가 인가됨으로써 동일한 과정이 수행된다. 그 결과는 안테나 어레이를 나타내는 n x n (n은 수신 안테나의 개수) s-파라미터 행렬을 생성하는 데 이용되며, 그로부터 여기서, 복소 공액 전치 s-파라미터 행렬은 매칭 및 합성 네트워크를 위하여 계산된다.
안테나 자체에 대한 설명으로 돌아와서, 안테나 중 하나가 도 3에 도시된다. 각 안테나의 안테나 요소 구조물은 안테나가 그 방사 패턴으로 트랜스버스 널(transverse null)을 가지도록 동작하는 하프턴 나선형 요소(40A, 40B)를 포함한다. 상기 널은 축(41A)에 가로 방향, 평면(47)에 수직 방향을 향한다. 이에 따라, 상기 방사 패턴은, 도 5에 도시된 바와 같이, 축(41A)을 가로지르는 수평 평면 및 수직 평면 모두에서 대략 8 모양이 된다. 도 3의 투시도와 관련된 방사 패턴의 배향은 도 3 및 도 5 모두에서 보여지는 X,Y,Z 축을 포함하는 축 시스템으로 도시될 수 있다. 방사 패턴은 안테나의 각 사이드 상에 하나인 두 개의 널 또는 노치(notch)를 가지며, 각각은 도 3에 도시된 라인(48) 상에 집중된다.
어레이에서의 안테나의 배향(orientation)을 선택함으로써, 그 방사 패턴은 편극 다양화를 제공할 수 있다. 먼저, 방사 패턴은 다음과 같이 보다 자세하게 고려될 수 있다.
도 6은 조합된 모든 편극 모드에 대하여, 도 5에 도시된 방사 패턴의 3차원 표현이다. 방사 패턴은 도 3의 화살표 (48)에 대응하여 y 방향으로 널을 가진다. 대응되는 널은 y축을 따라 반대 방향으로 존재한다.
도 7은 수직 편극 신호에 대해서만, 도 3에 도시된 안테나의 3차원 방사 패턴을 나타낸다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 안테나는 xz 평면에서 사실상 옴니(omni)-방향성을 가지고, 널은 yz 평면에서 y축으로부터 외부로 확장된다.
지금 살피면, 수평 방향으로 편극화된 파(wave)의 패턴 대신에 도 8은 yz 평면의 각 사분면(quadrant)에서의 최대값을 나타낸다. 하지만, 그들은 y 축 자체로 확장되지는 않는다. 최대값은 z 축을 따라 존재하지만, z 축으로부터 zx 평면을 따라 외부로 확장되지는 않는다.
다시 도 2로 돌아가서, 수신 안테나(24)는 그 x 축이 화살표(29)가 가리키는제1 방향을 가지고, 그 y 축이 화살표(30)이 가리키는 제2 방향을 가지도록 무선 통신 장치(20) 내에서 배향된다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 안테나(24)의 널은 y축을 따라 향한다. 따라서, 안테나(24)의 방사 패턴에서의 널 중 하나는 제2 방향, 즉, 수신 안테나(25)의 방향으로 향한다. 더욱이, 수직 편극을 나타내는 방사 패턴의 최대값은 화살표(29)에 평행하게 향하지만, 수평 편극을 나타내는 방사 패턴의 최대값은 그렇지 아니하다. 이것은 도 7 및 도 8에서 볼 수 있다. 이러한 방법으로 안테나들 사이의 커플링은 감소된다.
안테나(25)는 그 z 축이 화살표(29)에 평행하고, 그 y 축이 화살표(30)에 평행하도록 무선 통신 장치(20) 내에서 배향된다. 따라서, 안테나(25)의 방사 패턴에서의 널은 화살표(30)에 평행하고, 수신 안테나(24)의 방향으로 향한다. 더욱이, 수평 편극을 나타내는 방사 패턴에서의 최대값은 일반적으로 화살표(29)에 평행하게 향한다.
이러한 배열은 편극 및 패턴 다양성을 제공한다. 상술한 바와 같이, 안테나(24 및 25)는 안테나(24)가 화살표(29)에 평행한 방향으로 수신되는 수직 편극 신호를 수신하기에 더 적합하고, 안테나(25)가 그 방향으로 수신되는 수평 편극 신호를 수신하기에 더 적합해지도록 배향된다. 장치(20)을 포함하는 MIMO 시스템에서, 두 개의 송신 안테나가 사용되어 질 수 있으며, 각각은 수신 안테나(24, 25) 중 하나의 편극에 대응하는 편극을 가지는 신호를 송신하도록 배향된다.
편극 다양성은, 다르게 편극화된 파가 수신되도록 정해진 안테나들 사이에서 커플링이 감소하기 때문에, 상술한 바와 같은 안테나가 사용될 때 특히 유리하다. 상술한 바와 같이, 도 3에 기초하여 기술된 유전체 탑재 안테나는 대부분의 근접 장 에너지가 안테나의 유전체 코어에 저장되기 때문에, 작은 근접장 도달 거리(near-field outreach)를 가진다. 이것은 종래 안테나와 비교할 때, 안테나가 서로 더 가까이 배치될 수 있게 한다. 실제로, 수신 안테나 간의 최소 거리는 안테나의 코어의 유전 상수에 좌우될 것이며, 의도한 케이스(22)의 사이즈에 적합하게 최적화될 수 있다.
상술한 바와 같은 안테나의 배향 선택으로 인해 얻어지는 편극 다양성의 사용은, 인접한 수신 안테나가 공간 다양성을 유지하면서 0.38λ 이내의 거리를 가지도록 배치될 수 있게 한다. 근접 장의 범위가 다른 타입의 안테나보다 작기 때문에, 인접한 안테나의 근접 장 영역은 중첩되지 않으며, 그 방사 패턴은 개별 패턴들을 파괴할 정도로 크게 합쳐지지 않는다. 최적 배열은 그들의 패턴 최대가 각각 x, y, z 축의 하나로 정렬되도록 3개의 수신 안테나가 배열되는 것이다. 이러한 안테나는 0.38λ 거리 이내의 공간에서 일직선으로 배치될 수 있다.
이러한 배열의 다른 측면은 안테나(24 및 25)의 방사 패턴에서의 널이 서로를 향하도록 방향지어지는 것이다. 그 결과로, 다른 방향에서보다, 수신 안테나(24, 25)의 방향에서의 수신 신호의 더 작은 재방사가 있게 되며, 그 결과로, 안테나 사이의 커플링이 더 작아지게 된다.
인접 안테나가 가장 가까운 지점에서 적어도 0.38λ만큼 이격되어 있고, λ가 요망 신호(wanted signal)의 중심 주파수에서의 공기 중 파장이라면, 송신기로부터 수신되는 신호 및 동일한 방사 패턴을 가지는 인접 안테나로부터의 재방사에 의해 수신되는 신호 사이의 상관은 크게 감소될 수 있다는 것을 알 수 있다. 동일한 방사 패턴을 가지는 안테나를 포함하는 무선 통신 장치에서, 2.65GH의 주파수, 0.38λ가 사용되도록 채용될 수 있다. 유사하게 구성된 장치는 예를 들어 3.5GHz 및 5GHz와 같은 다른 주파수에 집중되는 신호에 사용될 수 있으며, 이 경우에 0.38λ는 3.25cm 및 2.28cm이다. 하지만, 이러한 거리로 분리된 장치는, 작은 장치가 고려될 때 언제나 현실적인 것은 아니다.
하지만, 다른 방사 패턴을 가지는 두 개의 안테나가 사용되고, 각각이 통계적으로 독립한 신호를 수신하는 데 사용되는 경우, 안테나들은 인접 안테나로부터의 재방사에 의해 수신되는 신호와 송신기에서 수신되는 신호 사이의 상관을 크게 증대시키지 않고도, 0.38λ보다 더 가깝게 배치될 수 있다. 따라서, 도 2에 있어서, 수신 안테나(24, 25)는 수신 신호의 중심 주파수에서 그들의 가장 가까운 지점에서 서로 0.38λ보다 더 가깝게 위치할 수 있다. 바람직하게는, 2.65GHz의 중심 주파수에서 동작하는 시스템에서 수신 안테나(24, 25)는 가장 가까운 지점에서 서로 2cm 이내로 위치한다. 이는 장치의 전체 크기를 줄여줄 수 있다.
도 9에 있어서, 개인용 컴퓨터 등에 연결하기에 적합한 PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association) 장치 형태인, 본 발명에 따른 대체 가능한 무선 통신 장치(60)가 개시된다. 이 장치는 4 개의 안테나(61, 62, 63, 64)를 포함한다. 안테나들 중 두개(61, 63)는 수신 안테나이고, 다른 두 개의 안테나(62, 64)는 송신 안테나이다. 안테나들은 신호 프로세서(66)에 연결된 송신기/수신기(65)에 연결된다. 신호 프로세서(66)는 PCMCIA 인터페이스(67)로 연결된다. 안테나들은 모두 도 3과 관련하여 상술한 바 있는 유전체 탑재 안테나이다. 상기 무선 통신 장치(60)는 각각 두 개의 안테나를 포함하기 때문에 신호 수신 및 신호 송신 용 MIMO 통신에 적합하다.
장치(60)에서의 수신 안테나(61, 63)의 서로에 대한 배향은 도 5와 관련하여 상술된 제1 무선 통신 장치에서의 그것과 동일하다. 송신 안테나(62, 64)에 대해서도 마찬가지이다.

Claims (36)

  1. 200MHz를 초과하는 적어도 하나의 주파수에서 동작하며, 소스 데이터 스트림으로부터 야기되는 직교 코딩 데이터 서브 스트림을 포함하는 복수 개의 신호를 수신하는 무선 통신 수신기 장치에 있어서, 상기 장치는 안테나 다양성을 제공하는 적어도 두 개의 안테나를 구비한 안테나 어레이, 상기 안테나 어레이에 연결되며, 데이터 서브 스트림을 검출하도록 설정된 검출단 및 상기 검출된 데이터 서브 스트림을 합성하여 상기 소스 데이터 스트림을 복원하는 합성단을 구비한 수신기 회로를 포함하며, 상기 안테나 각각은 5보다 큰 상대 유전 상수를 가지는 고체 재질의 전기적 절연 코어, 및, 상기 코어의 외부 표면 상 또는 그에 인접하여 배치되며, 내부 볼륨을 정의하는 3차원 안테나 요소 구조물을 포함하고, 상기 코어 재질은 상기 내부 볼륨의 주요 부분을 차지하는, 무선 통신 수신기 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출단은 상기 어레이의 안테나들 사이의 상호 작용에 의해 야기되는 안테나 어레이로부터 상기 검출단에 인가되는 신호간에 존재하는 상관을 주로 제거하기 위한 보상 네트워크를 포함하는, 무선 통신 수신기 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보상 네트워크는 상기 안테나의 회로 다운 스트림의 S-파라미터가 상기 안테나 어레이의 S-파라미터의 복소 공액 전치와 동일하도록 설정된 것인, 무선 통신 수신기 장치.
  4. 제1 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나 각각은 안테나의 공통 동작 주파수에서, 각 안테나가 제1 축을 따라 편극된 파에 대하여 그 방사 패턴으로 적어도 하나의 제1 최대값을 가지고, 제2 축을 따라 편극된 파에 대하여 그 방사 패턴으로 적어도 하나의 제2 최대값을 가지도록 설정된 것인, 무선 통신 수신기 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 최대값은 제1 평면 상에 실제로 놓여지고, 상기 제2 최대값은 상기 제1 평면과 다른 제2 평면 상에 실제로 놓여지는, 무선 통신 수신기 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 평면은 상기 제2 평면에 직교하는, 무선 통신 수신기 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 안테나 각각은 그 제1 평면이 인접한 안테나의 제1 평면과 직교하도록 상기 장치 내에서 배향되는, 무선 통신 수신기 장치.
  8. 제4 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 축은 수평 축이고, 상기 제2 축은 수직 축인, 무선 통신 수신기 장치.
  9. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    각 안테나는 안테나의 공통 동작 주파수에서 수신된 신호에 대하여 그 방사 패턴으로 널(null)을 가지도록 구성되며, 상기 안테나의 적어도 하나는 각 널이 다른 안테나를 향하도록 배향되는, 무선 통신 수신기 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    모든 안테나는 각 안테나의 방사 패턴에서의 널이 다른 안테나들을 향하도록 배향되는, 무선 통신 수신기 장치.
  11. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나의 동작 주파수는 2.65GHz, 3.5GHz 또는 5GHz인, 무선 통신 수신기 장치.
  12. 제1 항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나 각각은 중심 축을 가지며, 다른 방향의 방사 패턴을 가지는 인접 안테나의 중심 축은 0.38λ 이내의 거리만큼 떨어지며, 여기서 λ는 동작 주파수에서의 수신 파의 공기중 파장인, 무선 통신 수신기 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 어레이는 동일한 배향의 방사 패턴을 가지는 적어도 두 개의 안테나들을 포함하고, 상기 안테나들 각각의 축은 상기 안테나들 중 가장 근접한 다른 안테나의 축으로부터 적어도 0.38λ의 거리만큼 이격되고, 여기서 다른 배향의 방사 패턴을 가지는 인접 안테나들은 0.19λ 이내만큼 떨어진 축을 갖는, 무선 통신 수신기 장치.
  14. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나 각각은 상기 장치의 그라운드 평면으로부터 절연된 방사 요소를 가지는, 무선 통신 수신기 장치.
  15. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어레이의 각 안테나는 밸런스된 급전 연결을 가지는, 무선 통신 수신기 장치.
  16. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어레이의 각 안테나는 관련된 발룬(balun)을 가지는, 무선 통신 수신기 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 발룬은 상기 안테나의 일체로 형성된 부분(integrally formed part)인, 무선 통신 수신기 장치.
  18. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나 각각의 코어는 중심 축을 정의하고, 상기 안테나 요소 구조물은 적어도 두 개의 안테나 요소를 포함하며, 상기 안테나 요소 각각은 상기 코어의 외부 표면 상 또는 그에 인접하여 공간 이격 배치된 축 사이로 연장되는 요소 각각과 축방향으로 실질적으로 동일한 공간에 걸쳐 있으며(co-extensive), 상기 안테나 요소 구조물은 상기 안테나 요소 부분을 공간적으로 이격된 위치 중 하나에서 연결시켜 루프를 형성하는 링크 도전체를 더 포함하며, 상기 안테나 요소 부분은 공간적으로 이격된 위치 중 다른 하나에서 급전 연결과 연결되는, 무선 통신 수신기 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 안테나 각각의 코어는 원통형인, 무선 통신 수신기 장치.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 안테나 요소의 공간적으로 이격된 부분 각각은 상기 코어의 중심 축을 포함하는 단일 평면에 실질적으로 놓여진, 무선 통신 수신기 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 안테나 각각의 안테나 요소는 동일한 길이를 가지고, 나선형이며, 각각은 상기 공간적으로 이격된 위치 사이의 코어를 하프턴(half-turn)하는, 무선 통신 수신기 장치.
  22. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나 각각은 안테나의 급전 연결(feed connection)에서의 실질적인 밸런스 상태를 촉진시키고, 상기 장치의 그라운드 평면으로부터 안테나 요소 구조물을 절연시키도록 구성되는 인테그럴 트랩을 포함하는, 무선 통신 수신기 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 안테나 각각은 중앙 구멍(central bore) 및 상기 구멍에 탑재되는 급전 구조물을 포함하며, 상기 급전 구조물은 상기 코어의 원격 단에서 상기 안테나 요소와 연결되는, 무선 통신 수신기 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 안테나 각각의 링크 도전체는 상기 코어의 외부 표면의 근접 단의 원통형 도전성 슬리브를 포함하고, 상기 슬리브의 근접단은 상기 급전 구조물의 외부 스크린 파트에 연결되는, 무선 통신 수신기 장치.
  25. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치가 컴퓨터와 인터페이스하기에 적합한 커넥터 및 인터페이스를 더 포함하는, 무선 통신 수신기 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 장치는 범용 직렬 버스 장치이고, 상기 인터페이스는 범용 직렬 버스 인터페이스인, 무선 통신 수신기 장치.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 장치는 PCMCIA 카드이고, 상기 인터페이스는 PCMCIA 인터페이스인, 무선 통신 수신기 장치.
  28. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    통계적으로 독립적으로 코딩된 다른 코딩 서브스트림들을 수신하는, 무선 통신 수신기 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 장치는 MIMO 통신 장치인, 무선 통신 수신기 장치.
  30. 제28 또는 제29항에 있어서,
    직교 주파수 분할 다중을 이용하여 변조된 데이터 서브 스트림을 이용하는, 무선 통신 수신기 장치.
  31. 제30항에 있어서,
    직교 확산 코드를 이용하여 변조된 데이터 서브 스트림을 이용하는, 무선 통신 수신기 장치.
  32. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    트랜스시버로 구성되며, 상기 안테나는 각각 데이터 스트림 송신을 위하여 연결된, 무선 통신 수신기 장치.
  33. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    트랜스시버로 구성되며, 상기 안테나의 적어도 두개는 데이터 스트림의 송신을 위하여 연결되며, 상기 안테나의 적어도 두개는 신호의 수신을 위하여 연결된, 무선 통신 수신기 장치.
  34. 다중 채널 무선 통신 네트워크에서, 200MHz를 넘는 주파수에서 사용되는 무선 통신 장치에 있어서, 상기 장치는, 적어도 두 개의 송신 안테나와, 상기 안테나의 개수에 대응되는 일련의 데이터 서브 스트림으로 하나의 데이터 스트림을 분리하는 신호 프로세서와, 상기 안테나 중 하나로 코딩된 신호로서의 데이터 서브 스트림을 공급하는 인코딩 단을 포함하며, 상기 일련의 데이터 서브 스트림은 직교 코딩되고,
    상기 송신 안테나 각각은, 5보다 큰 상대 유전 상수를 가지는 고체 재질의 전기적 절연 코어 및 상기 코어의 외부 표면 상 또는 그에 인접하여 배치되며 내부 볼륨을 정의하는 3차원 안테나 요소 구조물을 포함하며, 상기 코어의 재질은 상기 내부 볼륨의 주요 부분을 차지하는 무선 통신 장치.
  35. 다중 채널 무선 통신 시스템에 있어서,
    서로 통신하는 복수 개의 무선 통신 장치를 포함하며,
    상기 장치 각각은 신호 송신 또는 수신을 위한 적어도 두 개의 안테나를 가지고, 상기 적어도 두 개의 안테나 각각은 5보다 큰 상대 유전 상수를 가지는 고체 재질의 전기적 절연 코어 및 상기 코어의 외부 표면 상 또는 그에 인접하여 배치되어 내부 볼륨을 정의하는 3차원 안테나 요소 구조물을 가지며, 상기 코어의 재질은 상기 내부 볼륨의 주요 부분을 차지하는 다중 채널 무선 통신 시스템.
  36. 제35항에 있어서, MIMO 통신 시스템인 다중 채널 무선 통신 시스템.
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