KR20150116503A - 빔 방향 조절 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 빔 방향 조절 방법은 복수의 빔 방향들의 신호 품질들을 검색하는 단계, 상기 검색 결과에 따라, 상기 복수의 빔 방향들 중 가장 높은 신호 품질을 갖는 제 1 빔 방향을 선택하는 단계, 신호 탐색 구간에서, 상기 복수의 빔 방향들 중 제 2 빔 방향에 따라 제 1 RF 신호를 수신하는 단계, 신호 수신 구간에서, 상기 제 1 빔 방향을 통해 제 2 RF 신호를 수신하는 단계, 상기 제 1 및 제 2 RF 신호들의 신호 품질을 비교하는 단계, 상기 비교의 결과에 따라 상기 제 1 빔 방향을 갱신하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 빔 방향은 상기 제 1 빔 방향으로부터 소정 범위 이내에서 선택되며, 상기 갱신하는 단계에서, 상기 제 1 RF 신호의 품질이 상기 제 2 RF 신호의 품질보다 높을 경우, 상기 제 1 빔 방향이 상기 제 2 빔 방향으로 변경되며, 상기 제 1 RF 신호의 품질이 상기 제 2 RF 신호의 품질보다 높지 않을 경우, 상기 제 1 빔 방향이 유지된다.

Description

빔 방향 조절 방법{METHOD OF ADJUSTING BEAM DIRECTION}
본 발명은 무선 신호 수신기에 관한 것으로, 더 상세하게는 단일 능동 안테나를 사용한 빔 방향 조절 방법에 관한 것이다.
현재 이동 통신시스템은 가입자 수의 증가 및 고품질ㆍ광대역 데이터 통신의 요구가 증가하면서, 이동 통신에 사용되는 주파수원이 부족해지고 있다. 이러한 현상은 훨씬 더 심각하게 될 것으로 전망된다. 따라서, 주파수의 사용 효율을 증가시킬 필요가 있다. 주파수의 사용 효율을 증가시킬 수 있는 가장 좋은 방법은 주파수를 재사용(Frequence Reuse)하는 것이다. 즉, 주위 신호에 간섭을 일으키지 않고 주파수의 재사용률을 향상시키는 방법으로, 공간적인 방향성을 가지는 안테나를 이용하는 방식과 송신하는 전력을 줄이는 방식이 있다.
특히, 향후 신속한 신호 추적이 가능하고 안테나의 지향성을 조절할 수 있는 안테나 방식은 보다 광범위하게 사용될 것으로 예상된다. 그 중에서도, 전자적 조향 수동 배열 방사기(Electronically Steerable Passive Array Radiator, 이하: ESPAR)는 위상변위기 없이 빔 조향이 가능한 장점이 있다. 그러나, 이러한 ESPAR 은 신호를 계속해서 수신함과 동시에, 빔의 방향성을 회전 또는 패턴 해야 함에 따라, 최적의 방향성이 실시간으로 업데이트 되기 어려운 문제점을 가진다.
본 발명의 목적은 단일 능동 안테나를 사용한 ESPAR에 기반하여, 최적의 빔 방향성을 제공할 수 있는 빔 방향 조절 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 빔 방향 조절 방법은 복수의 빔 방향들의 신호 품질들을 검색하는 단계, 상기 검색 결과에 따라, 상기 복수의 빔 방향들 중 가장 높은 신호 품질을 갖는 제 1 빔 방향을 선택하는 단계, 신호 탐색 구간에서, 상기 복수의 빔 방향들 중 제 2 빔 방향에 따라 제 1 RF 신호를 수신하는 단계, 신호 수신 구간에서, 상기 제 1 빔 방향을 통해 제 2 RF 신호를 수신하는 단계, 상기 제 1 및 제 2 RF 신호들의 신호 품질을 비교하는 단계, 상기 비교의 결과에 따라 상기 제 1 빔 방향을 갱신하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 빔 방향은 상기 제 1 빔 방향으로부터 소정 범위 이내에서 선택되며, 상기 갱신하는 단계에서, 상기 제 1 RF 신호의 품질이 상기 제 2 RF 신호의 품질보다 높을 경우, 상기 제 1 빔 방향이 상기 제 2 빔 방향으로 변경되며, 상기 제 1 RF 신호의 품질이 상기 제 2 RF 신호의 품질보다 높지 않을 경우, 상기 제 1 빔 방향이 유지된다.
본 발명에 따른 빔 방향 조절 방법은 단일 능동 안테나를 사용하여 최적의 빔 방향을 제공할 수 있다. 따라서, 가격이 저렴하며, 소형화가 가능한 빔 방향 장치가 제공될 수 있다.
도 1은 전자적 조향 수동 배열 방사기를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 리액턴스 값의 제어를 위한 리액턴스 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 빔 방향 조절 방법을 보여주는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들 의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 전자적 조향 수동 배열 방사기를 보여주는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전자적 조향 수동 배열 방사기(Electronically Steerable Passive Array Radiator, 이하: ESPAR, 100)는 능동 소자 안테나(110), 제 1 내지 제 4 기생 소자들(121~124), 접지면(130), 유전체기판(140), 제 1 내지 제 4 리액턴스 회로들(151~154), 제어회로(160), 및 급전점(170)을 포함한다.
능동 소자 안테나(110)는 급전점(170)을 통해 RF 신호를 수신한다.
제 1 내지 제 4 기생 소자들(121~124)은 능동 소자 안테나(110)와 일정한 거리를 두고 45도, 135도, 225도, 315도 대각선방향으로 배치될 수 있다. 즉, 제 1 내지 제 4 기생 소자들(121~124)은 H-면(x-z평면), E-면(y-z평면)에 대하여 대칭적으로 구성될 수 있다. 그러나, 제 1 내지 제 4 기생 소자들(121~124)가 능동 소자 안테나(110) 주위에 배치되는 방향은 이에 한정되지 않는다.
자세하게, 제 1 기생 소자(121)는 제 1 리액턴스 회로(151)와 전기적으로 연결된다. 제 2 기생 소자(122)는 제 2 리액턴스 회로(152)와 전기적으로 연결된다. 제 3 기생 소자(123)는 제 3 리액턴스 회로(153)와 전기적으로 연결된다. 제 4 기생 소자(124)는 제 4 리액턴스 회로(154)와 전기적으로 연결된다. 또한, 제 1 내지 제 4 기생 소자들(121~124)은 제 1 내지 제 4 리액턴스 회로들(151~154) 및 SMA 커넥터를 통해, 급전점(170)에 연결될 수 있다.
한 편, 제 1 내지 제 4 기생소자들(121~124)의 부하 임피던스는 제 1 내지 제 4 리액턴스 회로들(151~154)의 리액턴스 값에 따라 제어될 수 있다. 이러한 제 1 내지 제 4 리액턴스 회로들(151~154)의 리액턴스 값은 제어회로(160)로부터 전달되는 바이어스 전압에 응답하여 제어될 수 있다.
이처럼, 제 1 내지 제 4 기생소자들(121~124)의 부하 임피던스가 제 1 내지 제 4 리액턴스 회로들(151~154)의 리액턴스 값에 의해 제어됨에 따라, 원하는 방향으로의 빔 방향이 조절될 수 있다. 즉, 제 1 내지 제 4 기생소자들(121~124)과 전기적으로 연결된 제 1 내지 제 4 리액터스 회로들(151~152)의 제어를 통해, 신속한 빔 스캐닝과 빔 방향이 조절될 수 있다. 또한, 일반적으로, 이러한 아날로그 방식의 빔 방향 조절 방법은, 다른 위상배열안테나와 디지털 빔 성형(Digital beam-forming) 방식보다 저가, 단순성, 그리고 저전력에 대한 장점을 가진다.
또한, 능동 소자 안테나(110)와 제 1 내지 제 4 기생 소자들(121~124) 각각은 동일한 반지름을 갖는 원형패치 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 원형패치의 반지름은 안테나의 동작주파수인 공진주파수를 결정하는 중요한 요소일 수 있다.
유전체기판(140)은 두께와 재질에 따라, 안테나의 대역폭 및 유전체 손실을 결정한다.
제 1 내지 제 4 리액턴스 회로들(151~154)은 제어회로(160)와 전기적으로 연결된다. 제 1 내지 제 4 리액턴스 회로들(151~154) 각각의 리액턴스 값은 제어회로(160)로부터 제공되는 바이어스 전압에 응답하여 제어될 수 있다.
제어회로(160)는 제 1 내지 제 4 리액턴스 회로들(151~154)와 전기적으로 연결되며, 각 리액턴스 회로도의 리액턴스 값을 전반적으로 제어한다.
도 2는 도 1에 도시된 리액턴스 값의 제어를 위한 리액턴스 회로도이다.
도 2를 참조하면, 리액턴스 회로(200)는 도 1에 도시된 제 1 내지 제 4 리액턴스 회로들(151~154) 중 어느 하나의 회로도로서 설명될 수 있다. 리액턴스 회로(200)는 바렉터 다이오드(210), 마이크로 스트립라인(220), 방사형 스터브(230), 바이패스 캐패시터(240), 급전점(250), 및 제어회로 연결부(260)를 포함한다.
리액턴스 회로(200)는 바렉터 다이오드(210)에 역바이어스를 인가한다. 이 후, 리액턴스 회로(200)는 원하는 리액턴스 값을 급전점(250)에서 SMA 커넥터를 통해 기생소자의 부하에 제공한다.
바렉터 다이오드(210)는 가변 정전용량을 가지는 소자로서, 역바이어스 전압에 따라 양에서 음까지의 리액턴스 값을 가지도록 제어될 수 있다. 마이크로스트립선로(220)는 원하는 리액턴스 범위를 가지도록 길이 L을 변화시켜 얻을 수 있다. 방사형 스터브(Radial stub, 230)는 마이크로 스트립라인(220)과 전기적으로 연결되어, 고주파적으로 신호를 개방시키는 역할을 한다. 바이패스 캐패시터(240)는 제어회로(160)에서 인가되는 바이어스 전압의 저주파 잡음을 차단하여 원하지 않는 저주파 발진성분들을 제거하는 역할을 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 빔 방향 조절 방법을 보여주는 순서도이다.
일반적으로, ESPAR은 하나의 능동 소자 안테나를 통해 수신된 신호를 처리할 수 있다. 그러나, 하나의 능동 소자 안테나를 통해 신호를 수신하면서, 동시에 빔 방향성을 회전시켜야 하기 때문에 최적의 빔 방향으로 빔 방향을 조절하기 어려운 문제점을 가진다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 빔 방향 조절 방법은 최적의 빔 방향으로 조절하기 위한 방법을 제공한다. 본 발명의 설명에 있어서, ESPAR(100, 도1 참조)은 저속신호의 다중전파 발신기법(Othogonal Frequency Division Multiplexing, 이하:OFDM)에 기반하여 동작될 수 있다. OFDM 방식은 지연 확산(delay spread)으로 인한 심볼간 간섭(Symbol interference)을 피하기 위해, 각 OFDM 심볼 앞에 신호 탐색 구간(guard interval)을 삽입한다. 예를 들어, 신호 탐색 구간은 반송파들 간의 성분 분리를 위한 직교성 유지를 위해, CP(Cyclic prefix)형태로 삽입될 수 있다. 여기서 지연 확산이란 동일 신호가 다중 경로 페이딩에 의해 시간적으로 확산되는 정도를 의미한다.
또한, 신호 탐색 구간에서, 신호 품질을 탐색할 빔 방향에 따른 리액턴스 값이 설정될 수 있다. 신호 품질을 탐색할 빔 방향에 따른 리액턴스 값은 탐색 구간 동안 유지된다. 또한, 탐색 구간은 심볼간 간섭 성능에 영향을 미치지 않을 정도로 소정의 시간으로 유지될 수 있다.
자세하게, S110 단계에서, ESPAR(100, 도1 참조)이 처음 RF 신호를 수신할 때, 최적의 빔 방향성에 대한 정보가 설정되어 있지 않는다. 따라서, 제어회로(160, 도 1 참조)는 설정 가능한 복수의 빔 방향들 중 가장 높은 신호 품질을 갖는 제 1 빔 방향을 검색한다. 이 후, 제어회로(160)는 검색 결과에 따라, 가장 높은 신호 품질로서 검색된 제 1 빔 방향이 선택되도록 리액턴스 회도로를 제어한다. 앞으로 본 발명의 설명에 있어서, 제 1 빔 방향에 대응하는 리액턴스 값은 제 1 리액턴스 값으로 정의된다. 한 편, 복수의 빔 방향들은 대응하는 각각의 리액턴스 값으로 결정될 수 있다. 신호 품질은 수신된 RF 신호의 SNR 등으로 판단될 수 있다.
S120 단계에서, 제어회로(160)는 선택된 제 1 빔 방향에 대응하는 제 1 리액턴스 값이 설정되도록 제어한다.
한 편, 일반적으로, 무선 신호는 이동 단말이 이동함에 따라, 시간적으로 계속하여 변화될 수 있다. 그 결과, S110 및 S120 단계들에서 설정된 최적의 신호 품질을 갖는 빔 방향성이 달라질 수 있다. 본 발명에 따른 ESPAR(100)은 탐색 구간을 통해 최적의 빔 방향을 계속하여 탐색함으로써, 최적의 신호 품질을 갖는 빔 방향을 설정할 수 있다.
S130 단계에서, 무선 신호가 시간적으로 계속하여 변화됨에 따라, 제어회로(160)는 신호 탐색 구간에서, 새로운 빔 방향으로서 제 2 빔 방향이 설정되도록 제어한다. 여기서, 새로운 빔 방향의 설정은 계속하여 변화하는 무선 신호에 기반하여 최적의 빔 방향을 예측하는 것일 수 있다. 제어회로(160)는 제 2 리액턴스 값이 리액턴스 회로도에 설정되도록 제어함으로써, ESPAR(100)이 제 2 빔 방향으로 RF 신호를 수신하도록 제어할 수 있다.
즉, ESPAR(100)은 신호 탐색 구간에서, 새로운 제 2 리액턴스 값의 설정에 따른 제 2 빔 방향에 따라 제 1 RF 신호를 수신한다. 예를 들어, ESPAR(100)은 S110 단계에서 설정된 최적의 제 1 빔 방향을 기준으로, 소정 방향 조절된 제 2 빔 방향에 따라 제 1 RF 신호를 수신할 수 있다.
S140 단계에서, ESPAR(100)은 신호 탐색 구간 이후, 신호 수신 구간에서 S110 단계에서 설정된 제 1 빔 방향에 따라 제 2 RF 신호를 수신한다. 즉, ESPAR(100)은 제 1 리액턴스 값의 설정에 따른 제 1 빔 방향에 따라 제 2 RF 신호를 수신한다.
S150 단계에서, 제어회로(160)는 신호 탐색 구간 및 신호 수신 구간으로부터 각각 제 1 및 제 2 RF 신호들을 수신한다. 이 후, 제어회로(160)는 수신된 제 1 및 제 2 RF 신호들의 신호 품질을 서로 비교한다.
S160 단계에서, 제어회로(160)는 제 1 RF 신호의 품질이 제 2 RF 신호의 품질보다 높을 경우, S170 단계에 따라, 제 1 빔 방향에 대응하는 제 1 리액턴스 값이 제 2 빔 방향에 대응하는 제 2 리액턴스 값으로 설정되도록 제어한다. 이 경우, 무선 신호가 변화됨에 기반하여, 최적의 빔 방향이 제 1 빔 방향에서 신호 탐색 구간에서 새롭게 설정된 제 2 빔 방향으로 변경된 예이다.
이와 반대로, 제어회로(160)는 제 1 RF 신호의 품질이 제 2 RF 신호의 품질보다 낮을 경우, 제 2 RF 신호에 따른 제 1 빔 방향의 제 1 리액턴스 값이 유지되도록 제어한다. 이 경우, 무선 신호가 변화됨에 기반하여, 최적의 빔 방향이 신호 탐색 구간에서 새롭게 설정된 제 2 빔 방향이 아닌 제 1 빔 방향으로 유지되는 예이다.
상술된 바에 따라, S130 단계 내지 S160 단계가 반복됨에 따라, 무신 신호의 변화에 대응하여 최적의 빔 방향이 계속하여 설정될 수 있다. 즉, 신호 탐색 구간 마다, 무선 신호의 변화에 대응하여 새로운 빔 방향이 설정된다. 새로운 빔 방향을 통해 수신된 RF 신호와 신호 수신 구간에서 설정된 빔 방향을 통해 수신된 RF 신호가 서로 비교되고, 비교 결과에 따라 신호 수신 구간에서의 빔 방향이 갱신 또는 유지될 수 있다. 이를 통해, 신호 품질이 높은 빔 방향이 지속적으로 조절되어, 신호 품질이 향상될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
110: 능동 소자 안테나 151: 제 1 리액턴스 회로도
121: 제 1 기생 소자 152: 제 2 리액턴스 회로도
122: 제 2 기생 소자 153: 제 3 리액턴스 회로도
123: 제 3 기생 소자 154: 제 4 리액턴스 회로도
124: 제 4 기생 소자 160: 제어회로
130: 제 1 기생 소자 170: 급전점
140: 유전체기판

Claims (1)

  1. 단일 능동 소자 안테나를 사용한 빔 방향 조절 방법에 있어서,
    복수의 빔 방향들의 신호 품질들을 검색하는 단계;
    상기 검색 결과에 따라, 상기 복수의 빔 방향들 중 가장 높은 신호 품질을 갖는 제 1 빔 방향을 선택하는 단계;
    신호 탐색 구간에서, 상기 복수의 빔 방향들 중 제 2 빔 방향에 따라 제 1 RF 신호를 수신하는 단계;
    신호 수신 구간에서, 상기 제 1 빔 방향을 통해 제 2 RF 신호를 수신하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 RF 신호들의 신호 품질을 비교하는 단계; 및
    상기 비교의 결과에 따라 상기 제 1 빔 방향을 갱신하는 단계를 포함하고,
    상기 제 2 빔 방향은 상기 제 1 빔 방향으로부터 소정 범위 이내에서 선택되며,
    상기 갱신하는 단계에서, 상기 제 1 RF 신호의 품질이 상기 제 2 RF 신호의 품질보다 높을 경우, 상기 제 1 빔 방향이 상기 제 2 빔 방향으로 변경되며, 상기 제 1 RF 신호의 품질이 상기 제 2 RF 신호의 품질보다 높지 않을 경우, 상기 제 1 빔 방향이 유지되는 빔 방향 조절 방법.



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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021221355A1 (ko) * 2020-04-29 2021-11-04 삼성전자 주식회사 안테나 모듈 및 안테나 모듈을 포함하는 전자 장치

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