KR20110112048A - Method and apparatus for detection of mimo antenna characteristics and performance - Google Patents

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KR20110112048A
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Abstract

적어도 하나 이상의 송신 안테나와 적어도 두 개 이상의 수신 안테나를 포함하는 다중안테나 시스템을 위한 안테나 성능을 측정하기 위한 방법은, 상기 다수안테나에 대한 방사 패턴을 각각 측정하는 과정과, 상기 측정된 다수 안테나에 대한 방사 패턴과 도래각(Angle of Arrival: AoA) 프로파일을 이용하여 안테나간 공간 상관계수를 결정하는 과정을 포함하여, 예측된 안테나간 공간 상관계수를 이용하여 안테나 성능을 측정함으로써 MIMO 안테나 설계를 위한 프로세서 및 시간과 노력, 비용을 줄일 수 있다.A method for measuring antenna performance for a multi-antenna system including at least one transmit antenna and at least two receive antennas includes measuring a radiation pattern for the multiple antennas, and measuring the multiple antennas for the measured multiple antennas. Processor for MIMO antenna design by measuring antenna performance using predicted inter-antenna spatial correlation coefficients, including the process of determining the inter-antenna spatial correlation coefficients using a radiation pattern and an Angle of Arrival (AoA) profile. And saves time, effort and money.

Description

성능 최적화를 위한 다중안테나 특성 검출 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTION OF MIMO ANTENNA CHARACTERISTICS AND PERFORMANCE}METHOD AND APPARATUS FOR DETECTION OF MIMO ANTENNA CHARACTERISTICS AND PERFORMANCE}

본 발명은 안테나 특성 및 성능 측정에 관한 것으로, 특히, 다중안테나 시스템에서 안테나간 신호의 공간 다이버시티를 이용하여 안테나 특성을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to antenna characteristics and performance measurement, and more particularly, to a method and apparatus for detecting antenna characteristics using spatial diversity of signals between antennas in a multi-antenna system.

차세대 통신 시스템으로 다중 입출력(Multiple-Input-Multiple-Output: MIMO) 안테나 통신 방식이 주목받고 있다. 이에 따라 두 개 이상의 안테나가 무선통신 기기에 장착된다. 상기 MIMO 안테나 통신의 성능을 예측하기 위한 안테나 성능을 파악하기는 어렵다.As a next generation communication system, a multiple-input-multiple-output (MIMO) antenna communication method is drawing attention. Accordingly, two or more antennas are mounted in the wireless communication device. It is difficult to grasp antenna performance for predicting the performance of the MIMO antenna communication.

다시 말해, 종래에 안테나의 성능 특성이 하나의 안테나에 국한된 측정방식으로, 두 개 이상의 안테나가 탑재된 MIMO 안테나 통신의 성능을 측정하기 어렵다. 이는 두 안테나 간의 상호 간섭(coupling)에 의해 각각이 가진 특성을 왜곡시킴으로, 안테나 각각의 특성을 MIMO 안테나로서의 특성으로 보기에는 곤란하다.In other words, it is difficult to measure the performance of MIMO antenna communication in which two or more antennas are mounted in the conventional measurement method in which the performance characteristics of the antenna are limited to one antenna. This distorts the characteristics of each antenna due to the mutual interference between the two antennas, and thus it is difficult to regard the characteristics of each antenna as the characteristics of the MIMO antenna.

종래에 하나의 안테나로 통신을 수행하는 통신방식에서의 안테나의 성능은 안테나 이득에 의해 추정된다. 이는 통신성능이 수신전력에 의해 영향을 받는 SISO(Single-Input Single-Output) 통신 특성에 적용할 수 있다. 하지만, MIMO 통신 성능은 안테나 이득에 영향을 받을 뿐만 아니라 안테나 간의 커플링(coupling)이 채널 환경에 따라 변하며 그에 따라 채널 간 상호 간섭이 일어난다. 그러한 이유로 MIMO 안테나는 안테나 자체의 파라미터로는 안테나 성능을 예측하기 어렵다.In the related art, the performance of an antenna in a communication scheme for performing communication with one antenna is estimated by the antenna gain. This can be applied to SISO (Single-Input Single-Output) communication characteristics whose communication performance is affected by the received power. However, MIMO communication performance is not only influenced by the antenna gain, but also the coupling between antennas varies depending on the channel environment, resulting in mutual interference between channels. For that reason, MIMO antennas are difficult to predict antenna performance with their own parameters.

한편, 기존의 무반사실(Anechoic chamber)에서의 안테나 특성 검출은 하나의 안테나를 기반으로 하고 있다. 동시에 공간 상관 계수 두 개 이상의 안테나의 동일 주파수 대역에서의 특성 검출은 안테나 개수만큼의 급전선(feedline)이 있어야 가능하다. 하지만, 이 경우에도, 공간 상관 계수 (spatial correlation)는 안테나의 특성뿐 아니라 전파 환경에 의해 결정되는 특성 때문에, MIMO 통신을 위한 다중안테나의 공간 상관 계수의 특성 검출은 불가능하다.On the other hand, the detection of antenna characteristics in the conventional anechoic chamber is based on one antenna. Simultaneous spatial correlation coefficient Detection of two or more antennas in the same frequency band is possible only by the number of feedlines of the antennas. However, even in this case, since spatial correlation is determined not only by the characteristics of the antenna but also by the propagation environment, it is impossible to detect the characteristics of the spatial correlation coefficient of the multi-antenna for MIMO communication.

즉, MIMO 안테나의 공간 상관 계수는 실환경에서 측정하거나 무반사실이 아닌 임의로 실환경과 유사한 전파 산란(scattering) 환경을 구성한 잔향실(reverberation chamber)에서나 측정 가능하다. 따라서, 무반사실에서 측정한 데이터를 이용하여 MIMO 안테나의 통신 성능을 예측하는 것은 불가능하다. 이는 공간 상관 계수를 검출하는 것은 종래의 기술로는 설명되지 않기 때문이다.That is, the spatial correlation coefficient of the MIMO antenna can be measured in a reverberation chamber in which a scattering environment similar to the real environment is arbitrarily measured, not in the real environment or an anechoic chamber. Therefore, it is impossible to predict the communication performance of the MIMO antenna using the data measured in the anechoic chamber. This is because detecting the spatial correlation coefficient is not explained by the prior art.

안테나의 방사특성을 이용하여 안테나 간 상관계수를 계산하는 방식도 있으나 이는 MIMO 환경에 좌우되는 안테나의 특성인 공간 상관계수와는 상당한 차이가 있다.There is also a method of calculating the correlation coefficient between antennas using the radiation characteristics of the antenna, but this is quite different from the spatial correlation coefficient, which is a characteristic of the antenna depending on the MIMO environment.

따라서, 다중안테나의 성능을 효율적으로 측정하기 위한 방법 및 장치가 필요하다.
Accordingly, there is a need for a method and apparatus for efficiently measuring the performance of multiple antennas.

본 발명의 목적은 다중안테나의 성능을 효율적으로 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for efficiently measuring the performance of multiple antennas.

본 발명의 다른 목적은 무반사실에서의 측정 데이터를 기반으로, 안테나 배열에 따른 성능을 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for measuring performance according to an antenna array based on measurement data in an anechoic chamber.

본 발명의 또 다른 목적은 다중안테나의 성능을 측정하기 위한 안테나간 상호 공간 상관계수를 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
Yet another object of the present invention is to provide a method and apparatus for determining inter-antenna interspatial correlation coefficient for measuring the performance of multiple antennas.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 적어도 하나 이상의 송신 안테나와 적어도 두 개 이상의 수신 안테나를 포함하는 다중안테나 시스템을 위한 안테나 성능을 측정하기 위한 방법에 있어서, 상기 다수안테나에 대한 방사 패턴을 각각 측정하는 과정과, 상기 측정된 다수 안테나에 대한 방사 패턴과 도래각(Angle of Arrival: AoA) 프로파일을 이용하여 안테나간 공간 상관계수를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a first aspect of the present invention for achieving the above objects, a method for measuring antenna performance for a multi-antenna system comprising at least one transmit antenna and at least two receive antennas, And determining a spatial correlation coefficient between antennas by measuring a radiation pattern for each of the plurality of antennas and using the measured radiation pattern and angle of arrival (AoA) profile of the plurality of antennas.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 적어도 하나 이상의 송신 안테나와 적어도 두 개 이상의 수신 안테나를 포함하는 다중안테나 시스템을 위한 안테나 성능을 측정하기 위한 장치에 있어서, 상기 다수안테나에 대한 방사 패턴을 각각 측정하는 계측부와, 상기 측정된 다수 안테나에 대한 방사 패턴과 도래각(Angle of Arrival: AoA) 프로파일을 이용하여 안테나간 공간 상관계수를 결정하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
According to a second aspect of the present invention for achieving the above objects, there is provided an apparatus for measuring antenna performance for a multiple antenna system comprising at least one transmit antenna and at least two receive antennas. And a calculation unit for measuring a radiation pattern for each antenna, and a calculation unit for determining a spatial correlation coefficient between antennas using the measured radiation pattern and angle of arrival (AoA) profile of the plurality of antennas.

상술한 바와 같이, 안테나의 방사 패턴을 기반으로 실환경에서 얻을 수 있는 공간 상관 계수를 예측함으로써, 실환경에서 직접 안테나간 공간 상관계수를 측정하지 않고, 다중안테나의 성능을 측정할 수 있는 이점이 있다. 또한, 예측된 안테나간 공간 상관계수를 이용하여 다중안테나의 성능을 측정함으로써 MIMO 안테나 설계를 위한 프로세서 및 시간과 노력, 비용을 줄일 수 있다.
As described above, by predicting the spatial correlation coefficient obtained in the real environment based on the radiation pattern of the antenna, it is possible to measure the performance of the multi-antenna without measuring the spatial correlation coefficient between the antennas directly in the real environment. have. In addition, by measuring the performance of multiple antennas using the predicted inter-antenna spatial correlation coefficient, the processor, time, effort, and cost for MIMO antenna design can be reduced.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나의 성능을 측정하기 위한 흐름도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나의 성능을 측정하기 위한 장치도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다이폴 안테나의 상호 커플링에 의한 방사 패턴 왜곡을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 방향에 따른 각 안테나의 방사 패턴의 예,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 채널 특성(angular profile)에 따른 각 패턴(angular pattern) 및,
도 6은 본원발명과 실환경에서의 측정에 의한 공간 상관 계수의 비교 그래프.
1 is a flow chart for measuring the performance of a multi-antenna according to an embodiment of the present invention;
2 is a device diagram for measuring the performance of a multi-antenna according to an embodiment of the present invention;
3 is a diagram illustrating radiation pattern distortion caused by mutual coupling of dipole antennas according to an embodiment of the present invention;
4 is an example of the radiation pattern of each antenna according to the direction of the antenna according to an embodiment of the present invention,
5 is an angular pattern according to an angular profile according to an embodiment of the present invention, and
6 is a graph comparing the spatial correlation coefficients measured by the present invention and the real environment.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 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.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed descriptions of related well-known functions or configurations will be omitted if it is determined that the detailed description of the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. Terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may be changed according to intentions or customs of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.

이하, 본 발명은 다중안테나 성능을 측정하기 위한 방법 및 장치에 대해 설명하기로 한다. 특히, 각 안테나 특성을 기반으로 하여 실환경 테스트 또는 전파 시뮬레이션을 수행하지 않고, 안테나 간 신호의 공간 상관계수를 예측하여 다중 입출력(Multiple-Input-Multiple-Output: MIMO) 안테나 설계 및 배열(array) 방식 등을 결정하는 기법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described a method and apparatus for measuring multi-antenna performance. In particular, multiple-input-multiple-output (MIMO) antenna designs and arrays are estimated by predicting the spatial correlation coefficient of signals between antennas without performing real-world tests or propagation simulations based on the characteristics of each antenna. Techniques for determining the method will be described.

상기 공간 상관 계수는 MIMO 통신에서의 통신 성능을 결정짓는 중요한 인자이다. 상기 공간 상관 계수는 안테나 특성뿐만 아니라 채널환경에 의해 결정되는 것으로, 상기 공간 상관 계수를 예측하는 것은 어렵다. 본 발명은 안테나 특성을 측정하는 단계에서 채널 환경에 대한 정보를 제공함으로써 안테나 설계에서 공간 상관 계수를 예측한다.The spatial correlation coefficient is an important factor in determining communication performance in MIMO communication. The spatial correlation coefficient is determined by the channel environment as well as the antenna characteristics, and it is difficult to predict the spatial correlation coefficient. The present invention predicts a spatial correlation coefficient in an antenna design by providing information about a channel environment in measuring antenna characteristics.

본 발명은 안테나간의 상호 간섭에 대한 파라미터를 구하고 채널 모델에 의한 채널환경을 도래각(Angle of Arrival: AoA) 프로파일(profile)에 정의하여 상기 공간 상관 계수를 검출한다.
The present invention detects the spatial correlation coefficient by obtaining parameters for mutual interference between antennas and defining a channel environment by a channel model in an Angle of Arrival (AoA) profile.

MIMO 통신의 성능은 샤논의 용량(Shanon's capacity)에 의해 하기 <수학식 1>과 정의된다.The performance of the MIMO communication is defined by Equation 1 below by Shannon's capacity.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, MT는 송신 안테나 수, MR은 수신 안테나 수, IMR은 크기가 MR인 단위 행렬(identity matrix)이고, SNR는 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio) 이고, H는 채널 행렬(MR×MT)이다.Where M T is the number of transmit antennas, M R is the number of receive antennas, I MR is an identity matrix of size M R , SNR is the Signal to Noise Ratio, and H is the channel matrix (M). R x M T ).

공간 상관계수는 하기 <수학식 2>와 같이 표현된다.The spatial correlation coefficient is expressed by Equation 2 below.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, vec(.)는 벡터화 연산(vectorizing operator)이며, E(.)는 평균값이다.Where vec (.) Is a vectorizing operator and E (.) Is an average value.

상기 <수학식 1>에서 MT와 MR을 갖는 MIMO 통신의 용량은 SNR과 HHH에 의해 결정된다. 상기 SNR은 수신전력 및 안테나 이득(gain)에 의존한다. 하지만, HHH는 안테나 특성과 채널 환경에 따라 달라진다. 그러므로, 안테나 설계를 위해서 통신기기와 안테나 특성뿐만 아니라 채널 환경에 따른 공간 상관계수를 예측할 필요가 있다. 본 발명에서는 안테나 특성인 복소 방사패턴(complex radiation pattern)과 채널 모델에 의한 채널 환경을 도입하여 수학적 연산을 거쳐 공간 상관 계수를 예측한다.In Equation 1, the capacity of MIMO communication having M T and M R is determined by SNR and HH H. The SNR depends on the received power and antenna gain. However, HH H depends on antenna characteristics and channel environment. Therefore, for the antenna design, it is necessary to predict the spatial correlation coefficient according to the channel environment as well as the communication device and antenna characteristics. In the present invention, a complex radiation pattern, which is an antenna characteristic, and a channel environment based on a channel model are introduced to predict spatial correlation coefficients through mathematical operations.

MIMO 통신에서의 공간 상관 계수에 따른 채널 용량(capacity)은 하기 <수학식 3> 혹은 하기 <수학식 4>와 같이 정의된다.Channel capacity according to the spatial correlation coefficient in MIMO communication is defined as in Equation 3 or Equation 4 below.

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, RR와 RT는 각각 수신단과 송신단에서의 상관행렬(correlation matrix)이고,

Figure pat00006
는 크로네커(Kronecker) 연산을 의미한다.
Here, R R and R T are the correlation matrix at the receiving end and the transmitting end, respectively.
Figure pat00006
Means Kronecker operation.

상호 공간 상관 관계에 의한 채널 용량은

Figure pat00007
에 의해 변화한다. 공간 상관 관계가 높으면 α는 작아지게 되고 채널 용량의 열화를 가져오게 된다. 그러므로 본 발명은 공간 상관 계수를 미리 판단하여 안테나 특성에 의한 MIMO 통신 성능을 예측한다.
Channel capacity due to cross-spatial correlation
Figure pat00007
To change. If the spatial correlation is high, α becomes small, resulting in deterioration of channel capacity. Therefore, the present invention predicts the MIMO communication performance by antenna characteristics by determining the spatial correlation coefficient in advance.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나의 성능을 측정하기 위한 흐름도를 도시하고 있다.1 is a flowchart for measuring the performance of a multi-antenna according to an embodiment of the present invention.

상기 도 1을 참조하면, 안테나 성능 측정장치는 101단계에서 i=1로 설정한다. 여기서, i는 안테나 인덱스이다.Referring to FIG. 1, the antenna performance measuring apparatus sets i = 1 in step 101. Where i is the antenna index.

이후, 안테나 성능 측정장치는 103단계에서 안테나 인덱스 i를 기반으로 안테나를 선택하고 105단계에서 선택된 안테나에 대해 복소 방사패턴(complex radiation pattern)를 결정하고, 107단계에서 상기 선택된 안테나의 방사 패턴을 데이터베이스에 저장한다. 여기서, 상기 안테나 방사 패턴은 안테나에서 전파가 각 방향으로 어느 정도 강하게 방사되고 있는지를 나타내는 곡선도를 의미한다.In operation 103, the antenna performance measuring apparatus selects an antenna based on the antenna index i, determines a complex radiation pattern for the antenna selected in step 105, and sets a database of the radiation pattern of the selected antenna in step 107. Store in Here, the antenna radiation pattern means a curve showing how strongly the radio waves are radiated in each direction in the antenna.

이후, 상기 안테나 성능 측정장치는 상기 109단계에서 i=N인지를 판단하여, i≠=N일 때 111단계에서 i=1+1로 설정하고 103단계로 진행한다. 여기서, N은 다중안테나 시스템의 안테나 개수이다.Thereafter, the antenna performance measuring apparatus determines whether i = N in step 109, and sets i = 1 + 1 in step 111 and proceeds to step 103 when i ≠ N. Where N is the number of antennas in the multiple antenna system.

즉, 101단계 내지 111단계를 통해, 다수의 안테나로 구성된 안테나 어레이에서, 각 안테나별로 방사패턴을 결정한다. 일반적으로 안테나 방사 패턴은 무반사실에서 측정되어 진다. N개의 수신 안테나가 있을 경우 각 안테나에 따라 방사 패턴을 측정한다. 이때, 선택된 안테나가 나머지 안테나에 의해 커플링(coupling)된 방사 패턴을 얻게 된다(하기 도 3 참조).
That is, through steps 101 to 111, in the antenna array composed of a plurality of antennas, the radiation pattern is determined for each antenna. In general, antenna radiation patterns are measured in an anechoic chamber. If there are N receive antennas, the radiation pattern is measured according to each antenna. In this case, the selected antenna obtains a radiation pattern coupled by the remaining antennas (see FIG. 3 below).

이후, 상기 안테나 성능 측정장치는 113단계에서 N개의 안테나의 커플링된 방사 패턴(coupled pattern)을 한 후, 채널 모델에서 얻은 각 프로파일(angular profile)을 데이터베이스로부터 독출한다. 상기 각 프로파 일( angular profile )은 채널환경에 따른 빔패턴 정보를 의미한다. In operation 113, the antenna performance measuring apparatus performs a coupled radiation pattern of N antennas, and then reads each profile obtained from the channel model from a database. Each of the profile (angular profile ) means beam pattern information according to channel environment .

이후, 상기 안테나 성능 측정장치는 115단계에서 상기 안테나 방사 패턴과 상기 각 프로파일을 이용하여 각 패턴(angular pattern)을 결정한다. 즉, 상기 각 패턴(angular pattern)은 상기 각 프로파일의 빔패턴과 상기 안테나 방사패턴의 곱으로 정의된다.In operation 115, the antenna performance measuring apparatus uses the antenna radiation pattern and the respective profile to angular the pattern. pattern). That is, each pattern (angular) pattern) is defined as the product of the beam pattern of each profile and the antenna radiation pattern.

이후, 상기 안테나 성능 측정장치는 117단계에서 각 패턴 상관계수를 결정한다. 여기서, 상기 각 패턴 상관계수는 MIMO 안테나 성능을 결정하기 위한 공간 상관계수이다.In operation 117, the antenna performance measurement apparatus determines each pattern correlation coefficient. Here, each pattern correlation coefficient is a spatial correlation coefficient for determining MIMO antenna performance.

상기 공간 상관계수는 상기 <수학식 2>에서 보는 바와 같이 채널 행렬(H)이 측정되어야 계산 가능하다. 따라서, 본원발명에서 상기 공간 상관계수를 위한 행렬은 안테나 방사 패턴과 송신단에서 전송한 전파가 수신단에 수신되는 방향에 따른 전파 세기(AoA profile) 혹은 안테나 방사 패턴을 이용하여 예측한다.The spatial correlation coefficient can be calculated only when the channel matrix H is measured as shown in Equation 2. Therefore, in the present invention, the matrix for the spatial correlation coefficient is predicted by using the antenna radiation pattern and the radio wave intensity (AoA profile) or the antenna radiation pattern according to the direction in which the radio wave transmitted from the transmitter is received.

일반적으로 MIMO 안테나의 안테나 간 상호 상관 계수(pattern correlation)는 방사 패턴에 의해 하기 <수학식 5>와 같이 계산된다.In general, a pattern correlation between antennas of a MIMO antenna is calculated as shown in Equation 5 by a radiation pattern.

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서, m,n은 안테나 인덱스이고, Em은 두 개의 직교한(orthogonal) 전기장(electric field)이다. 상기 <수학식 5>는 안테나 1과 안테나 2 사이에서의 상관 계수를 계산하는 예이다.Where m and n are antenna indices and E m is two orthogonal electric fields. Equation 5 is an example of calculating a correlation coefficient between antenna 1 and antenna 2.

상기 <수학식 5>에서는 채널 환경에 영향을 받는 공간 상관 계수를 적용하면, 하기 <수학식 6>과 같이 나타낸다.In Equation 5, when the spatial correlation coefficient influenced by the channel environment is applied, Equation 6 is expressed.

즉, 공간 상관계수(

Figure pat00009
)는 상기 각 프로파일(angular profile)을 가중치 함수(weighting function)으로 정의하여 하기 <수학식 6>과 같이 정의하여 계산한다.That is, the spatial correlation coefficient (
Figure pat00009
) Is calculated by defining each of the profiles (angular profile) as a weighting function (Equation 6).

Figure pat00010
Figure pat00010

Figure pat00011
Figure pat00011

Figure pat00012
Figure pat00012

여기서, w(φ)는 가중치이며 각 프로파일(angular profile) 이다. 상기 <수학식 6>은 참조하면, 본원발명의 공간 상관계수

Figure pat00013
는 무반사실에서 측정된 안테나 방사 패턴과 각 프로파일(angular profile)에 의해 예측된다. 제안된
Figure pat00014
를 각 패턴 상관계수(angular pattern correlation)으로 칭한다.
Where w (φ) is a weight and is an angular profile. Referring to Equation 6, the spatial correlation coefficient of the present invention
Figure pat00013
Is predicted by the antenna radiation pattern and the angular profile measured in the anechoic chamber. Proposed
Figure pat00014
Is referred to as angular pattern correlation.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나의 성능을 측정하기 위한 장치를 도시하고 있다.2 illustrates an apparatus for measuring the performance of multiple antennas according to an embodiment of the present invention.

상기 도 2를 참조하면, 안테나 성능 측정장치는 송수신부(200), 계측부(205), 제어부(210), 연산부(215) 및 채널저장부(220)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 2, the antenna performance measuring apparatus includes a transceiver 200, a measurement unit 205, a controller 210, a calculator 215, and a channel storage 220.

상기 송수신부(200)는 상기 제어부(210)의 제어하에 스위칭된 안테나로 를 통해 RF 신호를 송출하고, 상기 송출된 RF 신호를 수신 안테나를 통해 수신하여 상기 계측부(205)로 제공한다.The transceiver 200 transmits an RF signal through a switched antenna under the control of the controller 210, receives the transmitted RF signal through a reception antenna, and provides the received RF signal to the measurement unit 205.

상기 계측부(205)는 상기 송수신부(200)로부터의 신호를 기반으로 해당 안테나의 방사 패턴을 측정한다.The measurement unit 205 measures a radiation pattern of the corresponding antenna based on the signal from the transceiver 200.

상기 제어부(210)는 상기 송수신부(200), 상기 계측부(205) 그리고 상기 연산부(215)를 제어하여, 상기 측정장치의 전반적이 제어를 수행한다.The controller 210 controls the transceiver 200, the measurement unit 205, and the calculator 215 to perform overall control of the measurement device.

예를 들어, 상기 제어부(210)는 해당 안테나와 상기 송수신부(200)가 연결되도록 스위칭 동작을 제어하고, 상기 계측부(205)에서 안테나 방사 패턴 정보를 구성하도록 제어한다. 또한 상기 연산부(215)에서 상기 <수학식 6>에서의 공간 상관계수를 연산하도록 제어한다.For example, the controller 210 controls a switching operation so that the corresponding antenna and the transceiver 200 are connected, and controls the measurement unit 205 to configure antenna radiation pattern information. In addition, the operation unit 215 controls to calculate the spatial correlation coefficient in Equation (6).

상기 연산부(215)는 상기 계측부(205)로부터 결정된 해당 안테나의 방사 패턴 정보와 상기 채널 저장부(220)로부터의 각 프로파일(angular profile)를 이용하여 상기 <수학식 6>에 적용하여 공간 상관계수를 결정한다.The calculation unit 215 applies a spatial correlation coefficient by applying the radiation pattern information of the corresponding antenna determined from the measurement unit 205 and the angular profile from the channel storage unit 220 to the equation (6). Determine.

상기 채널저장부(220)는 채널환경에 따른 각 프로파일(angular profile)을 저장/관리하고, 필요시 상기 각 프로파일 정보를 상기 연산부(215)로 제공한다.
The channel storage unit 220 stores / manages each profile according to a channel environment, and provides each profile information to the calculation unit 215 when necessary.

도 3은 다이폴 안테나의 상호 커플링에 의한 방사 패턴 왜곡을 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating radiation pattern distortion due to mutual coupling of dipole antennas.

상기 도 3을 참조하면, 두 다이폴 안테나가 0.3 파장으로 이격된 상태에서 측정된 안테나 방사 패턴을 도시하고 있다.Referring to FIG. 3, an antenna radiation pattern measured when two dipole antennas are separated by 0.3 wavelength is illustrated.

(a)는 안테나간 커플링이 없을 때의, 해당 안테나의 방사 패턴이고, (b)는 제1 안테나가 제2 안테나와 커플링될 때의 방사 패턴이고, (c)는 제2 안테나가 제1 안테나와 커플링될 때의 방사 패턴이다. (a) is the radiation pattern of the antenna when there is no inter-antenna coupling, (b) is the radiation pattern when the first antenna is coupled with the second antenna, and (c) is the second antenna 1 Radiation pattern when coupled with an antenna.

상기 다이폴 안테나는 θ에 대해 전방향으로 등방성을 가지며 방사 패턴을 형성하지만(a), 각 안테나는 다른 안테나에 의해 패턴이 왜곡된다((b), (c)). 상기 <수학식 5>에 따라 안테나 방사 패턴이 계산되어 진다.
The dipole antenna is isotropic to θ and forms a radiation pattern (a), but each antenna is distorted by another antenna ((b), (c)). The antenna radiation pattern is calculated according to Equation 5 above.

도 4는 안테나 방향에 따른 각 안테나의 방사 패턴의 예를 나타내고 있다.4 shows an example of a radiation pattern of each antenna according to the antenna direction.

상기 도 4를 참조하면, 0.3 파장과 0.6 파장에서 안테나의 방향에 따라 계산되는 안테나 간 커플링이 변하게 되는지를 나타낸다. 즉, 방향 1, 방향 2 그리고 방향 3에 대한 안테나 방사 패턴이 달라지는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 안테나 방향뿐만 아니라 두 안테나 간의 이격 거리(0.3λ, 0.6λ)에 따라 달라지는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, it is shown whether the coupling between antennas calculated according to the direction of the antenna changes at 0.3 wavelength and 0.6 wavelength. That is, it can be seen that the antenna radiation patterns for directions 1, 2, and 3 are different. In addition, it can be seen that not only the direction of the antenna but also depends on the separation distance (0.3λ, 0.6λ) between the two antennas.

하지만, 상기 <수학식 5>에 의한 공간 상관계수 값은 방사 패턴이 달라짐에도 동일한 값을 갖는다. 그러나 MIMO 안테나는 수신 안테나의 방향이 달라짐으로써 안테나 간 상호 상관 값이 달라진다. 그러므로, 방사 패턴에 따른 상관계수뿐만 아니라 방향에 따른 상관계수도 고려해야 한다.
However, the spatial correlation coefficient value according to Equation 5 has the same value even if the radiation pattern is different. However, MIMO antennas have different cross-correlation values due to different directions of receiving antennas. Therefore, not only the correlation coefficient according to the radiation pattern but also the correlation coefficient according to the direction should be considered.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 채널 특성(angular profile)에 따른 각 패턴(angular pattern)을 도시하고 있다.FIG. 5 illustrates an angular pattern according to a channel characteristic (angular profile) according to an embodiment of the present invention.

상기 도 5를 참조하면, 송신 안테나의 빔(beam) 방향에 따라 각 패턴(angular pattern)을 도시하고 있다.Referring to FIG. 5, an angular pattern is shown according to a beam direction of a transmitting antenna.

여기서, 상기 각 패턴(angular pattern)은 빔 패턴 정보를 나타내는 각 프로파일(angular profile)과 AoA 프로파일(f(θ))의 곱으로 나타낸다.Here, each of the patterns (angular pattern) is represented by the product of each profile (angular profile) representing the beam pattern information and the AoA profile (f (θ)).

상기 결정된 각 패턴을 상기 <수학식 6>에 적용하여, 상호 상관 계수를 구하면 실환경에서 측정하지 않더라도 공간 상관 계수를 예측할 수 있다.By applying the determined patterns to Equation (6), a cross correlation coefficient can be obtained to predict the spatial correlation coefficient even if not measured in a real environment.

상기 공간 상관 계수를 예측함으로써, 안테나 배열에 따른 실제 환경에서의 성능을 예측할 수 있다.
By predicting the spatial correlation coefficient, it is possible to predict the performance in the real environment according to the antenna arrangement.

도 6은 본원발명과 실환경에서의 측정에 의한 공간 상관 계수의 비교 그래프이다.6 is a comparison graph of the spatial correlation coefficients measured by the present invention and the real environment.

상기 도 6을 참조하면, 실환경에서 측정해 얻은 공간 상관 계수(spatial correlation), 기존의 안테나 간 상호 상관 계수(pattern correlation), 그리고 본 발명에 의해 제안된 각 패턴 상관계수(angular pattern correlation)을 함께 나타내고 있다. 기존의 패턴 상관계수(pattern correlation)는 안테나의 이격 거리에만 의존하지만 본 제안은 채널 환경에 따라 공간 상관계수를 예측할 수 있다.
Referring to FIG. 6, spatial correlation coefficients obtained in a real environment, cross-correlation coefficients between antennas, and angular pattern correlations proposed by the present invention are described. It is shown together. The existing pattern correlation depends only on the separation distance of the antenna, but this proposal can predict the spatial correlation coefficient according to the channel environment.

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 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.

계측부: 205, 연산부: 215, 제어부: 210, 채널 저장부: 220Measuring unit: 205, Computing unit: 215, Control unit: 210, Channel storage unit: 220

Claims (12)

적어도 하나 이상의 송신 안테나와 적어도 두 개 이상의 수신 안테나를 포함하는 다중안테나 시스템을 위한 안테나 성능을 측정하기 위한 방법에 있어서,
상기 다수안테나에 대한 방사 패턴을 각각 측정하는 과정과,
상기 측정된 다수 안테나에 대한 방사 패턴과 도래각(Angle of Arrival: AoA) 프로파일을 이용하여 안테나간 공간 상관계수를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
A method for measuring antenna performance for a multiple antenna system comprising at least one transmit antenna and at least two receive antennas, the method comprising:
Measuring a radiation pattern for each of the plurality of antennas;
And determining a spatial correlation coefficient between antennas using the measured radiation pattern and angle of arrival (AoA) profile for the plurality of antennas.
제 1항에 있어서,
상기 공간 상관계수는 상기 측정된 다수 안테나에 대한 방사 패턴과 도래각(Angle of Arrival: AoA) 프로파일의 곱으로 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
Wherein the spatial correlation coefficient is determined by the product of the measured radiation pattern for the multiple antennas and the Angle of Arrival (AoA) profile.
제 1항에 있어서,
상기 공간 상관계수는 하기 수학식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
Figure pat00015

Figure pat00016

Figure pat00017

여기서,
Figure pat00018
는 공간 상관계수이고, m,n은 안테나 인덱스이고, Em은 두 개의 직교한(orthogonal) 전기장(electric field)이고, w(φ)는 가중치이며 각 프로파일(angular profile)이고,
Figure pat00019
은 XPD(cross-polarization discrimination)임.
The method of claim 1,
The spatial correlation coefficient is characterized by the following equation.
Figure pat00015

Figure pat00016

Figure pat00017

here,
Figure pat00018
Is the spatial correlation coefficient, m, n is the antenna index, E m is the two orthogonal electric fields, w (φ) is the weight and is the angular profile,
Figure pat00019
Is cross-polarization discrimination (XPD).
제 1항에 있어서,
상기 안테나의 방사 패턴은 무반실에서 측정되어 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
And the radiation pattern of the antenna is measured and determined in the anechoic chamber.
제 1항에 있어서,
상기 공간 상관계수는 채널행렬 없이 예측가능한 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
Wherein the spatial correlation is predictable without a channel matrix.
제 1항에 있어서,
상기 측정된 안테나의 방사 패턴은 다른 안테나들에 의해 왜곡되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
The measured radiation pattern of the antenna is distorted by other antennas.
적어도 하나 이상의 송신 안테나와 적어도 두 개 이상의 수신 안테나를 포함하는 다중안테나 시스템을 위한 안테나 성능을 측정하기 위한 장치에 있어서,
상기 다수안테나에 대한 방사 패턴을 각각 측정하는 계측부와,
상기 측정된 다수 안테나에 대한 방사 패턴과 도래각(Angle of Arrival: AoA) 프로파일을 이용하여 안테나간 공간 상관계수를 결정하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
An apparatus for measuring antenna performance for a multiple antenna system comprising at least one transmit antenna and at least two receive antennas,
A measurement unit for measuring radiation patterns for the plurality of antennas, respectively;
And a calculation unit for determining a spatial correlation coefficient between antennas using the measured radiation pattern and angle of arrival (AoA) profile for the plurality of antennas.
제 7항에 있어서,
상기 공간 상관계수는 상기 측정된 다수 안테나에 대한 방사 패턴과 도래각(Angle of Arrival: AoA) 프로파일의 곱으로 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
The method of claim 7, wherein
Wherein the spatial correlation coefficient is determined by the product of the measured radiation pattern for the multiple antennas and the Angle of Arrival (AoA) profile.
제 7항에 있어서,
상기 공간 상관계수는 하기 수학식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
Figure pat00020

Figure pat00021

Figure pat00022

여기서,
Figure pat00023
는 공간 상관계수이고, m,n은 안테나 인덱스이고, Em은 두 개의 직교한(orthogonal) 전기장(electric field)이고, w(φ)는 가중치이며 각 프로파일(angular profile)이고,
Figure pat00024
은 XPD(cross-polarization discrimination)임.
The method of claim 7, wherein
Wherein the spatial correlation coefficient is determined by the following equation.
Figure pat00020

Figure pat00021

Figure pat00022

here,
Figure pat00023
Is the spatial correlation coefficient, m, n is the antenna index, E m is the two orthogonal electric fields, w (φ) is the weight and is the angular profile,
Figure pat00024
Is cross-polarization discrimination (XPD).
제 7항에 있어서,
상기 안테나의 방사 패턴은 무반실에서 측정되어 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
The method of claim 7, wherein
And the radiation pattern of the antenna is measured and determined in the anechoic chamber.
제 7항에 있어서,
상기 공간 상관계수는 채널행렬 없이 예측가능한 것을 특징으로 하는 장치.
The method of claim 7, wherein
Wherein the spatial correlation is predictable without a channel matrix.
제 7항에 있어서,
상기 측정된 안테나의 방사 패턴은 다른 안테나들에 의해 왜곡되는 것을 특징으로 하는 장치.
The method of claim 7, wherein
And wherein the measured radiation pattern of the antenna is distorted by other antennas.
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