KR20130071799A

KR20130071799A - 편파 제어가 가능한 신호 송수신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130071799A
Application number: KR1020110139230A
Authority: KR
Inventors: 엄순영; 이광재; 최재익
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-07-01
Also published as: US20130162474A1; US9270360B2

Abstract

본 발명은 신호에 가중치를 부여하여 실시간으로 조절 가능한 편파를 발생 시킬 수 있는 신호 송신 장치 및 방법에 관한 것이다. 이와 관련해 본 발명의 서로 수직인 다수의 방사 소자를 통해 임의의 벡터를 갖는 가변 편파를 발생시키기 위한 신호 송신 방법은, 입력 신호를 입력받고, 상기 입력 신호를 상기 방사 소자의 개수에 따라 다수의 분리 신호로 분리하는 단계 및 상기 가변 편파의 벡터를 조절하기 위한 가중치를 상기 다수의 분리 신호에 각각 부여하는 단계를 포함하고, 상기 가변 편파의 벡터는 가중치가 부여된 다수의 분리 신호의 벡터 합으로 표현되는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명에 의하면, 무선 통신 서비스의 품질을 개선하고 통신 용량을 대폭 증대시킬 수 있다. 또한 무선 통신 안테나가 발생시키는 가변 편파의 벡터를 실시간으로 제어함으로써, 다양한 서비스와 복잡한 무선 환경에 적응할 수 있게 하며, 효율적인 무선 전파의 운용을 가능하게 한다.

Description

편파 제어가 가능한 신호 송수신 장치 및 방법 {SIGNAL TRANSMITTING/RECEIVING APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING POLARIZATION}

본 발명은 편파 제어가 가능한 신호 송수신 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 방사 소자를 통해 임의의 벡터를 갖는 가변 편파를 송수신하기 위한 신호 송수신 방법 및 장치에 관한 것이다.

현재의 무선 통신 서비스는 그 종류와 이용량이 계속해서 증가하고 있으며, 이로 인해 무선 통신에서 가장 중요한 자원인 주파수 자원은 고갈되고 있는 실정이다. 이러한 주파수 자원의 부족을 극복하기 위한 통신 방법 중 하나인 MIMO 통신 기술은, 다중 안테나를 이용한 독립적인 다중 채널 전송을 통해, 통신 용량을 증대시키는 것을 목적으로 한다.

그러나, 현재 대부분의 MIMO 통신의 통신 단말기 또는 중계기/기지국의 안테나는 고정된 가변 편파를 갖는 안테나 시스템을 사용하고 있어, 서비스의 확대 및 광대역화로 인한 서비스 간 간섭 문제에서 나타나는 통신 품질의 저하에 신속히 대응하기 어렵다. 또한 종래의 안테나 시스템만으로는 주파수 자원 부족을 극복하는 데 한계가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존의 무선 통신 안테나의 고정된 편파를 실시간으로 가변, 제어함으로써, 무선 통신 서비스의 품질을 개선하고 통신 용량을 증대시킬 수 있는 신호 송수신 장치 및 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 다양한 서비스 및 복잡한 무선 환경에 적응할 수 있게 하며, 효율적인 무선 전파의 운용을 가능하게 하는 신호 송수신 장치 및 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 신호 송신 방법에 있어서, 입력 신호를 다수의 분리 신호로 분리하고, 상기 분리 신호 각각에 가변 편파의 벡터를 조절하기 위한 가중치를 부여하는 단계, 상기 가중치가 부여된 분리 신호를 이용하여 무선 전송 가능한 형태의 송신 신호를 생성하는 단계, 서로 수직인 다수의 방사 소자를 통해 상기 방사 소자에 대응되는 각 송신 신호를 전송하여 상기 가변 편파를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 신호 수신 방법에 있어서, 서로 수직인 다수의 방사 소자를 통해 임의의 벡터를 갖는 가변 편파를 수신하는 단계, 상기 수신된 가변 편파의 직교 성분에서 서로 다른 특성을 갖는 수신 신호를 분리하고, 상기 분리된 수신 신호 각각에 가중치를 부여하는 단계, 상기 가중치가 부여된 수신 신호 중 동일한 특성을 갖는 신호들을 결합하는 단계를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 신호 송신 장치에 있어서, 입력 신호를 다수의 분리 신호로 분리하는 신호 분리부, 상기 분리 신호 각각에 가변 편파의 벡터를 조절하기 위한 가중치를 부여하는 가중치 부여부, 상기 가중치가 부여된 분리 신호를 이용하여 무선 전송 가능한 형태의 송신 신호를 생성하는 송신 신호 생성부, 서로 수직인 다수의 방사 소자를 통해 상기 방사 소자에 대응되는 각 송신 신호를 전송하여 상기 가변 편파를 발생시키는 안테나부를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 신호 수신 장치에 있어서, 서로 수직인 다수의 방사 소자를 통해 임의의 벡터를 갖는 가변 편파를 수신하는 안테나부, 상기 수신된 가변 편파의 직교 성분에서 서로 다른 특성을 갖는 수신 신호를 분리하는 신호 분리부, 상기 분리된 수신 신호 각각에 가중치를 부여하는 가중치 부여부, 상기 가중치가 부여된 수신 신호 중 동일한 특성을 갖는 신호들을 결합하는 신호 결합부를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 상황에 따라 다양한 편파를 얻을 수 있는 신호 송수신 장치를 제공함으로써, 무선 통신 서비스의 품질을 개선하고 통신 용량을 대폭 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 무선 통신 안테나가 발생시키는 가변 편파의 벡터를 실시간으로 제어함으로써, 다양한 서비스와 복잡한 무선 환경에 적응할 수 있게 하며, 효율적인 무선 전파의 운용을 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 서로 수직인 다수의 방사 소자를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가변 편파 제어 원리를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 송신 장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 4는 가중치 제어부가 기저 대역에서 신호 처리하는 경우의 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 송신 장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 5는 가중치 제어부가 디지털 단에 위치하는 경우의 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 송신 장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가중치 제어부의 동작 원리를 설명하기 위한 구성도,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 안테나를 도시한 도면,
도 8 및 도 9는 본 발명의 신호 송신 장치를 단말기에 적용한 실시 예를 도시한 도면,
도 10 및 도 11은 본 발명의 신호 송신 장치를 적용한 MIMO 및 다중 대역 안테나의 실시 예를 도시한 도면,
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 수신 장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 송신 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 14는 입력 신호가 기저 대역 신호인 경우의 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 송신 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 15는 입력 신호가 디지털 변조 신호인 경우의 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 송신 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 수신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가변 편파 제어 원리를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 서로 수직인 다수의 방사 소자를 도시한 도면이다.

본 발명에서 이용되는 서로 수직인 다수의 방사 소자는, 본 발명에 의한 신호 송신 장치 및 방법을 적용하여, 임의의 벡터를 갖는 가변 편파를 발생시킬 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 방사 소자는 서로 수직인 세 축에 위치할 수 있다. 이때 방사 소자는 Whip 구조, Retractable 구조 또는 접을 수 있는 구조를 가질 수 있으나, 위 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한 모노폴, 다이폴 안테나 등 어떤 안테나에도 적용될 수 있어, 안테나의 종류에도 제한이 없다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가변 편파 제어 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 각 방사 소자(110, 130, 150)는 x, y, z 축 성분의 편파를 발생시킬 수 있다. 이때 두 축 편파의 벡터 합으로 새로운 편파가 발생한다. 예를 들어, x축 방사 소자(110)에서 발생 되는 편파(210)와 y축 방사 소자에서 발생 되는 편파(230)가 동일한 가중치를 갖는다면, 두 편파의 벡터 합의 결과로 새로운 편파(240)가 발생한다.

위 수학식 1에서 x축 방사 소자(110)에서 가중치는

, y축 방사 소자(110)에서 가중치는

(230으로 수정)로 표현될 수 있다. 위 수학식 1을 참고하면, 각 편파에 부여하는 가중치를 조절하여 다양한 편파를 발생시킬 수 있음을 알 수 있다.

위 수학식1 은 x축과 y축 방사 소자에서 방사되는 편파에 의해 발생 되는 새로운 편파에 관해서만 설명하였으나, 이를 x, y, z 의 세 축에 적용하면 보다 다양한 가변 편파를 발생시킬 수 있다.

즉, x 축, y 축 편파 성분을 이용하여 x-y 평면상에서 발생 가능한 모든 선형 편파를 생성 할 수 있고, x-y 평면상에서 회전하는 좌,우수 편파를 생성할 수 있다. 다른 실시 예로 y 축, z 축 편파 성분을 이용하여 y-z 평면상에서 발생 가능한 모든 선형 편파를 생성 할 수 있고, y-z 평면상에서 회전하는 좌,우수 원형 편파를 생성할 수 있다. 또 다른 실시 예로, z 축, x 축 편파 성분을 이용하여 z-x 평면상에서 발생 가능한 모든 선형 편파를 생성 할 수 있고, z-x 평면상에서 회전하는 좌,우수 편파를 생성할 수 있다. 전술한 내용은 본 발명에 따른 일 실시 예이며, 각 편파에 부여되는 가중치를 조절함으로써 위상과 진폭에 관계없이 사용자가 원하는 편파를 발생시킬 수 있으므로, 본 발명은 위 실시 예에 의해 제한되지 않는다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 송신 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 송신 장치(300)는 가중치 제어부(310), 송신 신호 생성부(350), 안테나부(370)를 포함하며, 가중치 제어부(310)는 신호 분리부(313), 가중치 부여부(315), 신호 결합부(317)를 포함할 수 있다.

가중치 제어부(310)는 입력 신호를 다수의 분리 신호로 분리하고, 상기 분리 신호 각각에 가변 편파의 벡터를 조절하기 위한 가중치를 부여한다.

보다 구체적으로, 가중치 제어부(310)는 하나의 신호를 입력받을 수도 있고, 다수의 신호를 입력 받을 수도 있는데, 가중치 제어부(310)의 신호 분리부(313)는

입력 신호를 방사 소자의 개수에 따라 다수의 분리 신호로 분리한다. 예를 들어, 입력 신호가 하나이고, 방사 소자의 개수가 3개라면, 신호 분리부(313)는 입력 신호를 3개의 분리 신호로 분리한다. 이때, 각각의 분리 신호는 가중치를 부여하기 전이므로, 입력 신호와 동일하다. 만약, 서로 다른 2개의 입력 신호가 입력되고, 방사 소자의 개수가 3개인 경우에는 각각의 입력 신호가 방사 소자의 개수인 3개로 분리되어, 분리 신호는 총 6개가 될 것이다.

가중치 부여부(315)는 가변 편파의 벡터를 조절하기 위한 가중치를 다수의 분리 신호에 각각 부여한다. 즉, 가중치 부여부(315)는 신호 분리부(313)에서 분리된 분리 신호의 진폭과 위상을 독립적으로 조절할 수 있는 가중치를 분리 신호에 부여할 수 있다. 이때, 가중치는 진폭 및 위상으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 신호 분리부(313)에서 서로 다른 2개의 입력 신호가 각각 3개의 신호로 분리되었다면, 가중치가 부여되는 신호의 개수는 6개이다. 각각의 신호는 독립적이며, 가중치는 방사되는 가변 편파의 벡터를 조절하기 위한 것이므로, 원하는 편파의 벡터 값에 따라 6개의 신호에 부여되는 가중치는 달라질 수 있다. 각 신호에 부여되는 가중치는, 도 2에서 전술한 바와 같이 각 방사 소자에서 방사되는 편파의 벡터 합을 고려하여 결정된다.

신호 결합부(317)는 입력되는 입력 신호가 다수인 경우, 가중치가 부여된 분리 신호 중 같은 방사 소자를 통해 방사되는 신호들을 결합한다.

입력 신호가 하나인 경우, 신호 분리부(313)에서 방사 소자의 개수만큼 분리된 신호는 출력되는 방사 소자에 따라 가중치 부여부(315)에서 독립적으로 가중치를 부여받는다. 가중치를 부여받은 신호는 이후 무선 전송 가능한 형태의 RF 신호로 변환되어 서로 다른 다수의 방사 소자를 통해 방사된다.

그러나 입력 신호가 다수인 경우, 신호 분리부(313)에서 각각의 신호가 방사 소자의 개수만큼 분리되면, 각 신호에 대응되는 방사 소자에 따라 다시 신호를 결합하는 단계가 필요하다. 예를 들어, data 1, data 2를 x, y, z 세 축에 놓인 방사 소자를 통해 방사하고자 하는 경우, 각각의 신호는 x축 방사 소자를 통해 방사될 것인지, y축 방사 소자를 통해 방사될 것인지에 따라 독립된 가중치를 부여받는다. data 1에 대한 가변 편파를 발생시키기 위해, 독립된 가중치를 부여받은 분리 신호는 이후 RF 신호로의 변환과정을 거쳐 x, y, z 세 축에 놓인 방사 소자를 통해 방사되며, 이는 data 2에 대해서도 마찬가지이다. 그러므로 신호 결합부(317)는 가중치를 부여받기 위해 분리되었던 data1 과 data2를 결합하여 각 축의 방사 소자를 통해 동시에 두 신호가 송신될 수 있도록 한다.

가변 편파의 벡터는 가중치가 부여된 다수의 분리 신호의 벡터 합으로 표현되는데, 이에 대한 구체적인 설명은 도 2에서 전술한 바와 같다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 가중치 제어부(310)는 어떤 부분에서도 신호 처리가 가능하다. 즉, 순수한 입력 데이터인 기저 대역 신호를 입력 받아 처리할 수도 있고, 변조된 디지털 신호를 처리할 수도 있고, IF, RF 신호와 같은 아날로그 신호를 처리할 수도 있다. 즉, 데이터 송신을 위한 전(全) 신호 처리 과정에서, 원하는 벡터를 갖는 가변 편파를 발생시킬 수 있도록 신호를 처리할 수 있다.

송신 신호 생성부(350)는 가중치가 부여된 분리 신호를 이용하여 무선 전송 가능한 형태의 송신 신호를 생성한다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 의한 가중치 제어부(310)는 모든 대역에서 신호에 가중치를 부여하는 신호 처리가 가능하므로, 가중치 제어부(310)의 출력 신호에 따라 송신 신호 생성부(350)의 처리는 달라질 수 있다. 예를 들어, 가중치 제어부(310)에 입력되는 신호가 IF 신호인 경우, 송신 신호 생성부(350)는 가중치 제어부(310)에서 출력된 신호를 RF 대역으로 주파수 변환할 수 있다. 만약 가중치 제어부(310)에 입력되는 신호가 RF 신호이면, 송신 신호 생성부(350)에서의 별도의 처리는 불필요하므로, 송신 신호 생성부(350)는 가중치가 부여된 RF 신호를 안테나 부(370)로 전달하는 역할을 할 수 있다. 이 밖에 가중치 제어부(310)가 기저 대역 또는 디지털 단에 위치하여 신호처리 하는 경우의 구체적인 실시 예는 이하 도 4 및 도 5를 참조하여 살펴보기로 한다.

안테나부(370)는 서로 수직인 다수의 방사 소자를 통해 방사 소자에 대응되는 각 송신 신호를 전송하여 가변 편파를 발생한다. 즉, 안테나부(370)는 다수의 방사 소자를 통해 각 송신 신호를 가변 편파의 직교 성분으로 하여 전송하며, 전술한 바와 같이 가변 편파의 벡터 값은 가중치가 부여된 각 송신 신호의 벡터 합으로 표현될 수 있다.

도 4는 가중치 제어부가 기저 대역에서 신호 처리하는 경우의 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 송신 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 송신 장치(400)는 가중치 제어부(410), 송신 신호 생성부(450), 안테나부(470)를 포함하며, 송신 신호 생성부(450)는 디지털 변조부(453), 아날로그 변환부(457)를 포함할 수 있다.

가중치 제어부(410)로 입력되는 신호가 기저 대역 신호인 경우, 가중치 제어부(410)는 도 3에서 전술한 바와 같이, 입력된 기저 대역 신호를 방사 소자의 개수에 따라 다수의 분리 신호로 분리하고, 분리된 다수의 분리 신호 각각에 가변 편파의 벡터를 조절하기 위한 가중치를 부여한다.

만약, 가중치 제어부(410)로 입력된 기저 대역 신호가 다수인 경우에는, 가중치 제어부(410)는 가중치가 부여된 분리 신호 중 같은 방사 소자를 통해 방사되는 다수의 신호를 결합한다.

방사될 방사 소자에 따라 독립된 가중치를 부여받은 기저 대역 신호는 디지털 변조부(453)로 입력된다. 디지털 변조부(453)는 가중치가 부여된 기저 대역 신호를 디지털 변조하며, 변조 방식은 어떠한 것이든 무관하다.

아날로그 변환부(457)는 디지털 변조된 신호를 이용하여 RF 신호를 생성한다. 보다 구체적으로, 아날로그 변환부(457)는 디지털 변조된 신호를 중간 주파수 대역의 신호로 변환한 후 디지털-아날로그 변환을 통해, 아날로그 IF 신호로 변환한다. 그리고 RF 주파수 변환을 통해, 무선 전송 가능한 형태의 RF 대역의 송신 신호를 생성할 수 있다.

안테나부(470)는 서로 수직인 다수의 방사 소자를 통해 방사 소자에 대응되는 각 송신 신호를 전송하여 가변 편파를 발생한다.

도 5는 가중치 제어부가 디지털 단에 위치하는 경우의 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 송신 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 송신 장치(500)는 입력 신호가 디지털 변조 신호인 경우, 가중치 제어부(530), 송신 신호 생성부(550), 안테나부(570)를 포함할 수 있으며, 송신 신호 생성부(550)는 아날로그 변환부(550)를 포함할 수 있다.

가중치 제어부(530)에 입력되는 입력 신호가 디지털 변조부(510)에서 출력된 디지털 변조 신호인 경우, 가중치 제어부(530)는 입력된 디지털 변조 신호를 방사 소자의 개수에 따라 다수의 분리 신호로 분리하고, 다수의 분리 신호 각각에 편파의 벡터를 조절하기 위한 가중치를 부여한다. 이때 가중치 제어부(530)로 입력된 디지털 변조 신호가 다수인 경우에는, 가중치 제어부(530)는 가중치가 부여된 분리 신호 중 같은 방사 소자를 통해 방사되는 다수의 신호를 결합하여 출력한다.

아날로그 변환부(550)는 가중치가 부여된 디지털 변조 신호를 이용하여 RF 신호를 생성한다. 보다 구체적으로, 아날로그 변환부(550)는 가중치가 부여된 디지털 변조 신호를 중간 주파수 대역의 신호로 변환한 후 디지털-아날로그 변환을 통해, 아날로그 IF 신호로 변환할 수 있다. 그리고 RF 주파수 변환을 통해, RF 대역의 송신 신호를 생성할 수 있다.

안테나부(570)는 아날로그 변환부(550)에서 생성된 송신 신호를 다수의 방사 소자를 통해 방사한다. 이때, 서로 수직인 각 방사 소자는 각 송신 신호를 가변 편파의 직교 성분으로 하여 방사하므로, 안테나부(570)에서는 각 방사 소자를 통해 방사되는 편파의 벡터 합을 갖는 가변 편파가 발생된다. 안테나부(570)에서 발생되는 가변 편파는 가중치 제어부(530)에서 부여한 가중치에 의해 발생되는 것이므로, 가중치 제어부(530)에서 가중치를 조절하면, 다른 벡터 값을 갖거나 다른 형태를 갖는 편파를 발생시킬 수 있다.

도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가중치 제어부의 동작 원리를 설명하기 위한 구성도이다. 보다 구체적으로, 도 6에 도시된 가중치 제어부는 서로 독립한 세 개의 RF 신호를 입력 받고 이를 서로 수직한 세 축으로 놓인 방사 소자를 포함하는 안테나부로 전송하는 경우의 실시 예이다. 이러한 구성은 신호 수신 장치에서도 그대로 사용 가능하다.

도 6를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가중치 제어부(600)는 입력받은 신호를 분리하는 신호 분리부(610), 가중치 부여부(630), 신호 결합부(650)를 포함하며, 가중치 제어부(600)에서 출력되는 송신 신호는 안테나부(670)에 포함된 방사 소자를 통해 전송된다. 이하의 설명은 가중치 제어부(600)가 신호 수신 장치에 사용되는 경우에 역으로 적용되며, 수신 모드에서 신호 결합부(650)는 신호 분리부와 같이, 신호 분리부(610)는 신호 결합부와 같이 동작함을 유념한다.

먼저, Data 1, Data 2, Data 3을 실은 신호 M1, M2, M3가 본 발명의 일 실시 예에 따른 가중치 제어부(600)로 입력되면, 신호 분리부(610)는 M1, M2, M3 각각을 방사 소자의 개수인 세 개로 분리한다.

가중치 부여부(630)는 신호 분리부(610)에서 분리된 신호에 가중치를 부여한다. 신호 분리부(610)에서 분리된 신호는 총 9개이므로, 분리된 신호의 벡터 즉, 진폭 및 위상을 조절할 수 있는 가중치 인자(W₁₁, W₁₂, W₁₃, W₂₁, W₂₂, W₂₃, W₃₁, W₃₂, W₃₃)가 9개의 신호에 독립적으로 부여된다. 이 가중치는 안테나 부에서 3개의 독립적인 직교 편파를 생성할 수 있다.

다음 표 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따라, x-y 평면상의 2 개의 독립적인 가변 직교 편파와 z-축 상에서 1 개의 독립적인 직교 편파를 발생시킬 수 있는 가중치 인자 값을 보여준다. 가중치는 진폭과 위상으로 표현되며, 여기서 α 는 z=0 일 때 가변 편파가 x-y 평면과 이루는 각으로, 각 방사 소자에서 방사되는 편파의 벡터 합에 의해 발생되는 가변 편파의 고유 특징을 나타낸다.

다른 실시 예로, 다음 표 2 는 y-z 평면상에서 2 개의 독립적인 가변 직교 편파와 x-축 상에서 1 개의 독립적인 직교 편파를 발생시킬 수 있는 가중치 인자 값을 보여준다. 여기서, β는 x=0 일 때 가변 편파가 y-z 평면과 이루는 각으로, 각 방사 소자에서 방사되는 편파의 벡터 합에 의해 발생되는 가변 편파의 고유 특징을 나타낸다.

또 다른 실시 예로, 다음 표 3은 z-x 평면상에서 2 개의 독립적인 가변 직교 편파와 y-축 상에서 1 개의 독립적인 직교 편파를 발생시킬 수 있는 가중치 인자 값을 보여준다. 여기서, γ는 y=0 일 때 가변 편파가 x-z 평면과 이루는 각으로, 각 방사 소자에서 방사되는 편파의 벡터 합에 의해 발생되는 가변 편파의 고유 특징을 나타낸다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 안테나를 도시한 도면이다.

본 발명에 의한 신호 송수신 장치는 도 7에 도시된 바와 같이 다중 안테나에서도 활용이 가능하다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 신호 송수신 장치를 단말기에 적용한 실시 예를 도시한 도면이다.

도 8 과 같이 2개의 방사 소자(810, 830)를 서로 수직한 두 축에 놓이도록 단말기에 부착하여 사용할 수도 있고, 도 9와 같이 3개의 방사 소자(910, 930, 950)를 서로 수직한 세 축에 놓이도록 단말기에 부착하여 사용하는 것도 가능하다.

안테나를 도 8 및 도 9와 같이 부착하여 사용하는 실시 예는 종래에도 존재하였으나 이러한 방사 소자에서 발생 되는 편파는 고정적이었다. 그러나 본 발명의 신호 송수신 장치를 사용하면 전파 환경에 따라 편파를 다양하게 조절 가능하므로, 종래에 비해 훨씬 향상된 품질의 서비스를 제공할 수 있다는 점에서 차이가 있다.

도 10 및 도 11은 본 발명의 신호 송수신 장치를 적용한 MIMO 및 다중 대역 안테나의 실시 예를 도시한 도면이다.

도 10 및 도 11에서와 같이 기본적인 방사 소자를 적절히 변형하는 것도 가능하다. 도 10에 도시된 바와 같이, 같은 축에 두는 방사 소자를 1010, 1030과 같이 다수로 분할하여 MIMO 방식의 시스템에 이용할 수 있으며, 도 11에 도시된 바와 같이 다수로 분할된 방사 소자(1110, 1130)의 물리적 길이나 전기적 길이를 다르게 하여 다중 대역 시스템에 적용할 수도 있다.

이하에서는 도 12을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 수신 장치를 설명한다.

도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 수신 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 수신 장치(1200)는 안테나부(1210), 가중치 제어부(1250)를 포함하며, 가중치 제어부(1250)는 신호 분리부(1253), 가중치 부여부(1255), 신호 결합부(1257)를 포함할 수 있다.

먼저, 안테나부(1210)는 서로 수직인 다수의 방사 소자를 통해 임의의 벡터를 갖는 가변 편파를 수신한다.

안테나부(1210)가 서로 다른 특성을 갖는 다수의 신호를 포함하는 가변 편파를 수신하는 경우, 가중치 제어부(1250)의 신호 분리부(1253)는 수신된 가변 편파의 직교 성분에서 서로 다른 특성을 갖는 수신 신호를 분리한다. 가중치 부여부(1255)는 분리된 수신 신호 각각에 가중치를 부여하고, 신호 결합부(1257)는 가중치가 부여된 수신 신호 중 동일한 특성을 갖는 신호들을 결합한다.

만약, 안테나부(1210)가 하나의 데이터를 실은 가변 편파를 수신하는 경우에는, 가중치 제어부(1250)는 각 방사 소자를 통해 수신된 가변편파의 직교 성분 각각에 가중치를 부여하고, 가중치가 부여된 신호를 결합하여 원 신호를 복원할 수 있다.

도 12에 도시된 신호 수신 장치에서도 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 신호 수신 장치의 각 구성은 전술한 신호 송수신 장치의 각 구성을 역으로 적용 가능하다.

즉, 본 발명에 따른 신호 수신 장치의 다른 실시 예로, 안테나부로 수신된 가변 편파는, 아날로그 변환부, 디지털 복조부, 가중치 제어부를 거쳐 원 신호로 복원 될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 신호 수신 장치의 다른 실시 예로, 안테나부로 수신된 가변 편파는 아날로그 변환부, 가중치 제어부, 디지털 복조부를 거쳐 원 신호로 복원 될 수도 있다.

본 발명에 따른 신호 수신 장치는 위 실시 예에 의해 제한되지 않으며, 신호 수신 장치에 포함된 가중치 제어부는 신호 송수신 장치에서와 마찬가지로 원 신호를 복원하기 위한 전(全) 신호 처리 과정에서 신호를 처리 할 수 있음에 유념한다.

도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

먼저, 입력 신호를 다수의 분리 신호로 분리하고, 분리 신호 각각에 가변 편파의 벡터를 조절하기 위한 가중치를 부여한다(1310). 이때 가중치는 진폭 및 위상으로 표현될 수 있다. 또한 도면에 도시되지는 않았으나, 입력 신호가 다수인 경우에는 가중치가 부여된 분리 신호 중 같은 방사 소자를 통해 방사되는 신호들을 결합한다. 다음으로, 가중치가 부여된 분리 신호를 이용하여 무선 전송 가능한 형태의 송신 신호를 생성(1350)하는데, 입력 신호가 다수인 경우에는 결합된 신호를 이용하여 무선 전송 가능한 형태의 송신 신호를 생성할 수 있다. 마지막으로, 서로 수직인 다수의 방사소자를 통해 방사소자에 대응되는 각 송신 신호를 전송하여 가변 편파를 발생시킨다(1370).

도 14는 입력 신호가 기저 대역 신호인 경우의 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 입력 신호가 기저 대역 신호인 경우, 입력 신호를 다수의 분리 신호로 분리하고, 분리 신호 각각에 가변 편파의 벡터를 조절하기 위한 가중치를 부여한다(1410). 다음으로, 가중치가 부여된 분리 신호를 디지털 변조한다(1430). 그리고 디지털 변조된 신호를 이용하여 RF 신호를 생성한다(1450). 다음으로, 서로 수직인 다수의 방사소자를 통해 방사소자에 대응되는 각 RF 신호를 전송하여 가변 편파를 발생시킨다(1470).

도 15는 입력 신호가 디지털 변조 신호인 경우의 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 입력 신호가 디지털 변조 신호인 경우, 입력 신호를 다수의 분리 신호로 분리하고, 분리 신호 각각에 가변 편파의 벡터를 조절하기 위한 가중치를 부여한다(1510). 그리고, 가중치가 부여된 분리 신호를 이용하여 RF 신호를 생성한다(1550). 다음으로, 서로 수직인 다수의 방사소자를 통해 방사소자에 대응되는 각 RF 신호를 전송하여 가변 편파를 발생시킨다(1570).

도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 수신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

먼저, 서로 수직인 다수의 방사소자를 통해 임의의 벡터를 갖는 가변 편파를 수신한다(1610). 다음으로, 수신된 가변 편파의 직교 성분에서 서로 다른 특성을 갖는 수신 신호를 분리하고, 분리된 수신 신호 각각에 가중치를 부여한다(1650). 그리고, 가중치가 부여된 수신 신호 중 동일한 특성을 갖는 신호들을 결합한다(1670).

또 다른 실시 예로, 하나의 데이터를 실은 가변 편파를 수신하는 경우에는, 각 방사 소자를 통해 수신된 가변편파의 직교 성분 각각에 가중치를 부여하고, 가중치가 부여된 신호를 결합하여 원 신호를 복원할 수 있다.

본 발명의 신호 송수신 장치 및 방법에 의하면, 상황에 따라 다양한 편파를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 본 발명의 신호 송수신 장치는 통신 시스템의 주파수 자원 부족을 해결하기 위해 편파의 다양성을 이용하는 무선 통신 시스템의 기지국, 중계국, 이동국에서 사용될 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 다양한 편파의 생성과 제어가 가능하기 때문에 운용 데이터 용량을 대폭 증가시킬 수 있다. 또한 본 발명은 복잡한 무선 채널 환경에서 가장 양호한 편파 신호를 선택 가능하게 하므로 서비스의 품질을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims

입력 신호를 다수의 분리 신호로 분리하고, 상기 분리 신호 각각에 가변 편파의 벡터를 조절하기 위한 가중치를 부여하는 단계;
상기 가중치가 부여된 분리 신호를 이용하여 무선 전송 가능한 형태의 송신 신호를 생성하는 단계;
서로 수직인 다수의 방사소자를 통해 상기 방사소자에 대응되는 각 송신 신호를 전송하여 상기 가변 편파를 발생시키는 단계;
를 포함하는 신호 송신 방법.
제1항에 있어서,
상기 가중치는,
진폭 및 위상으로 표현되는 신호 송신 방법.
제1항에 있어서,
상기 입력 신호가 다수인 경우,
가중치가 부여된 분리 신호 중 같은 방사 소자를 통해 방사되는 신호들을 결합하는 단계를 더 포함하며,
상기 송신 신호 생성 단계는,
상기 결합된 신호를 이용하여 무선 전송 가능한 형태의 송신 신호를 생성하는 단계;
를 포함하는 신호 송신 방법.
제1항에 있어서,
상기 입력 신호가 기저 대역 신호인 경우,
상기 송신 신호 생성 단계는,
상기 가중치가 부여된 분리 신호를 디지털 변조하는 단계;
상기 디지털 변조된 신호를 이용하여 RF 신호를 생성하는 단계;
를 포함하는 신호 송신 방법.
제1항에 있어서,
상기 입력 신호가 디지털 변조된 신호인 경우,
상기 송신 신호 생성 단계는,
상기 가중치가 부여된 분리 신호를 이용하여 RF 신호를 생성하는 단계;
를 포함하는 신호 송신 방법.
서로 수직인 다수의 방사소자를 통해 임의의 벡터를 갖는 가변 편파를 수신하는 단계;
상기 수신된 가변 편파의 직교 성분에서 서로 다른 특성을 갖는 수신 신호를 분리하고, 상기 분리된 수신 신호 각각에 가중치를 부여하는 단계;
상기 가중치가 부여된 수신 신호 중 동일한 특성을 갖는 신호들을 결합하는 단계;
를 포함하는 신호 수신 방법.
입력 신호를 다수의 분리 신호로 분리하고, 상기 분리 신호 각각에 가변 편파의 벡터를 조절하기 위한 가중치를 부여하는 가중치 제어부;
상기 가중치가 부여된 분리 신호를 이용하여 무선 전송 가능한 형태의 송신 신호를 생성하는 송신 신호 생성부;
서로 수직인 다수의 방사소자를 통해 상기 방사소자에 대응되는 각 송신 신호를 전송하여 상기 가변 편파를 발생시키는 안테나부;
를 포함하는 신호 송신 장치.
제7항에 있어서,
상기 가중치는,
진폭 및 위상으로 표현되는 신호 송신 장치.
제7항에 있어서,
상기 입력 신호가 다수인 경우,
상기 가중치 제어부는,
가중치가 부여된 분리 신호 중 같은 방사 소자를 통해 방사되는 신호들을 결합하는 신호 결합부를 더 포함하며,
상기 송신 신호 생성부는,
상기 결합된 신호를 이용하여 무선 전송 가능한 형태의 송신 신호를 생성하는
를 포함하는 신호 송신 장치.
제7항에 있어서,
상기 입력 신호가 기저 대역 신호인 경우,
상기 송신 신호 생성부는,
상기 가중치가 부여된 분리 신호를 디지털 변조하는 디지털 변조부;
상기 디지털 변조된 신호를 이용하여 RF 신호를 생성하는 아날로그 변환부;
를 포함하는 신호 송신 장치.
제7항에 있어서,
상기 입력 신호가 디지털 변조된 신호인 경우,
상기 송신 신호 생성 단계는,
상기 가중치가 부여된 분리 신호를 이용하여 RF 신호를 생성하는 아날로그 변환부;
를 포함하는 신호 송신 장치.
서로 수직인 다수의 방사소자를 통해 임의의 벡터를 갖는 가변 편파를 수신하는 안테나부;
상기 수신된 가변 편파의 직교 성분에서 서로 다른 특성을 갖는 수신 신호를 분리하는 신호 분리부;
상기 분리된 수신 신호 각각에 가중치를 부여하는 가중치 부여부;
상기 가중치가 부여된 수신 신호 중 동일한 특성을 갖는 신호들을 결합하는 신호 결합부;
를 포함하는 신호 수신 장치.