KR20160092383A - 단일 ｒｆ 체인 기반 배열 안테나 장치 및 그 구현방법 - Google Patents

단일 ｒｆ 체인 기반 배열 안테나 장치 및 그 구현방법 Download PDF

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KR20160092383A
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Abstract

본 발명은 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치 및 그의 구현 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은, 전송할 데이터 스트림의 변조 기법을 정의하는 단계, 상기 정의된 변조 기법에 근거하여 동작 주파수 및 구현되는 안테나 구조 파라미터를 정의하는 단계, 배열 안테나의 기생소자들에 대하여 구현 가능한 모든 로드 조합을 탐색하여 임의의 로드 조합을 선정하는 단계, 상기 선정된 로드 조합에 대하여 상기 변조기법 기반의 기저패턴에 대한 전력 및 위상 오차를 평가하는 단계, 및 상기 모든 로드 조합에 대한 평가 결과에 따라 선택된 하나 이상의 로드 조합을 기반으로 배열 안테나를 구현하는 단계를 포함한다.

Description

단일 ＲＦ 체인 기반 배열 안테나 장치 및 그 구현방법{Array antenna device based on single RF chain and implementation method thereof}
본 발명은 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치 및 그 구현방법에 관한 것으로, 단일 RF 체인 기반의 배열 안테나를 통해 다중화 이득을 구현하는 기술에 관한 것이다.
Multiple-Input Multiple-Output(MIMO) 기술은 송수신 단에 다중 안테나를 사용함으로써 무선 통신의 채널 용량을 증대시키기 위한 기술이다.
무선 채널 용량을 증대시키기 위해서는 다중 안테나 엘리먼트(element) 간의 간격이 최소 반파장 이상이어야 하므로 공간적 제약이 있다. 이러한 공간적인 제약은 제한된 공간에 배치 가능한 안테나 element 수를 제한하기 때문에 다수 개의 안테나 엘리먼트를 기반으로 하는 MIMO 기술을 휴대용 통신 장치에 구현하기에는 어려움이 있으며, 다중 RF 체인을 이용하는 경우 전력 소모를 증가시킬 뿐만 아니라 하드웨어 구현 비용에도 영향을 미친다.
한편, 단일 RF 체인 기반의 배열 안테나는 액티브 소자와 인접한 기생 소자들에 의해 형성된 하나의 패턴을 방사함으로써 송수신을 수행한다. 액티브 소자는 단일 RF 체인에 의해 제어가 되며, 기생 소자는 연결된 로드 값으로 제어되고 액티브 소자와 상호 결합(mutual coupling)에 의해 동작한다.
일 예로, 단일 RF 체인 기반의 배열 안테나는 Electrically Steerable Parasitic Array Radiator(ESPAR) 안테나가 있다. ESPAR 안테나를 이용하는 경우, MIMO 기술의 다중 RF 체인을 줄일 수 있는 반면, 동적 신호 및 다중 레벨 변조 구현에 있어서 높은 설계 난이도가 요구된다.
국내공개특허 제2009-0100877호
본 발명의 목적은, 단일 RF 체인 기반의 배열 안테나를 통해 다중화 이득을 구현할 수 있는 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치 및 그 구현방법을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치의 구현 방법은, 전송하려는 데이터 스트림의 변조 기법을 정의하는 단계, 상기 정의된 변조 기법에 근거하여 동작 주파수 및 구현되는 안테나 구조 파라미터를 정의하는 단계, 배열 안테나의 기생소자들에 대하여 구현 가능한 모든 로드 조합을 탐색하여 임의의 로드 조합을 선정하는 단계, 선정된 각 로드 조합에 대하여 상기 변조기법 기반의 기저패턴에 대한 전력 및 위상 오차를 평가하는 단계, 및 상기 탐색된 모든 로드 조합에 대한 평가 결과에 따라 선택된 하나 이상의 로드 조합을 기반으로 배열 안테나를 구현하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 평가하는 단계는, 상기 로드 조합에 대응하는 기저패턴 간의 전력이 균등하게 할당 가능한지를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 기저패턴 간의 전력 차이는 동작 주파수 및 안테나 간격을 고정한 상태에서 산출된 것을 특징으로 한다.
상기 평가하는 단계는, 데이터 스트림 중 메인 스트림의 신호 성상도 대비 서브 스트림들의 신호 성상도 간의 위상 차이가 상기 변조 기법에 의한 위상 오차 허용 범위 내인지를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 평가하는 단계의 평가 결과에 근거하여 상기 변조기법 기반의 기저패턴에 대한 위상 오차를 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 배열 안테나를 구현하는 단계는, 상기 선택된 로드 조합에 근거하여 RF 포트의 임피던스 정합이 가능한지를 판단하는 단계를 포함하며, RF 포트의 임피던스 정합이 가능한 경우에 상기 배열 안테나를 구현하는 것을 특징으로 한다. 만약 임피던스 부정합 정도가 설계 조건의 허용치 이내이면 로드 조합 변경 단계 및 안테나 구조 평가 단계로 되돌아 가지 않고 탐색을 완료한다.
상기 평가하는 단계에서 상기 변조기법 기반의 기저패턴에 대한 전력 또는 위상 오차가 기준 범위 내가 아니면, 로드 조합을 변경하여 재탐색을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 평가하는 단계에서 모든 로드 조합에 대해 상기 변조기법 기반의 기저패턴에 대한 전력 또는 위상 오차가 기준 범위 내가 아니면, 배열 안테나의 구조를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치는, 단일 RF 체인에 의해 제어되는 하나의 액티브 소자 및 복수의 기생소자를 포함하고, 상기 액티브 소자와 상기 기생 소자의 상호 결합에 의해 동작하는 배열 안테나 장치로서, 전송하려는 데이터 스트림의 변조 기법에 근거하여 동작 주파수 및 구현되는 안테나 구조 파라미터를 정의하고, 배열 안테나의 기생소자들에 대하여 구현 가능한 모든 로드 조합을 탐색하여 탐색된 각 로드 조합에 대하여 상기 변조기법 기반의 기저패턴에 대한 전력 및 위상 오차를 평가는 제어 파라미터 연산부, 상기 평가 결과에 근거하여 상기 변조기법 기반의 기저패턴에 대한 위상 오차를 보상하는 오차보상부, 상기 탐색된 모든 로드 조합에 대한 평가 결과에 따라 선택된 하나 이상의 로드 조합에 근거하여 RF 포트의 임피던스를 정합하는 RF부 또는 제어부, 상기 선택된 로드 조합에 의한 기저패턴 기반의 방사패턴을 통해 신호를 송신하는 안테나부 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 단일 RF 체인 기반의 배열 안테나를 이용함으로써 RF 체인으로 인한 전력소모 및 구현 비용을 최소화할 수 있으며, 기생소자의 로드에 대한 탐색 및 제어를 통해 다중화 이득을 구현할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치의 모듈 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치의 구현방법에 대한 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치의 로드 탐색 과정을 설명하는데 참조되는 실시예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 장치가 적용된 컴퓨팅 시스템을 도시한 도면이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치(이하에서는 '배열 안테나 장치'라 칭하도록 한다.)는 하나의 액티브 소자와 복수의 기생 소자를 포함하며, 액티브 소자와 기생소자는 상호 결합에 의해 동작한다. 여기서, 배열 안테나 장치의 액티브 소자는 단일 RF 체인(10)과 연결되며, 단일 RF 체인(10)에 의해 제어된다. 또한, 배열 안테나 장치의 기생 소자는 로드들이 연결되며, 로드 제어기(50)에 의해 각 기생 소자에 연결된 로드가 제어된다. 본 발명은 로드 구현하는 방식에 있어서 스위치 기반 고정 소자 또는 가변 단일 소자 또는 회로 기반 가변 소자 등과 같은 로드 구현 방식을 포함한다.
이때, 액티브 소자와 인접한 기생 소자들에 의해 형성된 하나의 패턴을 방사함으로써 데이터 스트림을 송신할 수 있다. 이 경우, 배열 안테나 장치는 다중 데이터 스트림에 해당하는 심볼 벡터를 단일 RF 체인(10) 및 로드 제어기(50)를 이용하여 송신하게 된다. 여기서, 단일 RF 체인(10)을 통과하거나, 혹은 다른 데이터 스트림들의 기준이 되는 데이터 스트림을 메인 스트림으로 정의하고, 나머지 데이터 스트림들을 서브 스트림으로 정의할 수 있다.
안테나 배열은 M 개의 엘리먼트들(element)을 가지며, 이때 방사 패턴은 N개의 기저 함수 또는 패턴들의 조합으로 나타낼 수 있다. 방사 패턴 내의 각 기저함수는 가중치를 가지며, M 개의 각 엘리먼트들에 흐르는 전류, 부하저항, 또는 로드 등을 입력값으로 하는 함수로 표현될 수 있다.
일 예로서, 기저함수는 Bn(f, d, θ, φ, Z1,Z2,…, ZM)과 같이 동작 주파수(f), 안테나 간격(d), 각 엘리먼트(θ, φ), 및 각 엘리먼트에 할당 가능한 로드(Z1,Z2,…, ZM)등을 입력 파라미터로 가질 수 있다.
여기서, 배열 안테나 장치는 다중 데이터 스트림에 대한 정보를 각 기저 패턴의 가중치로 표현함으로써, 단일 RF 체인(10) 기반의 다중화 이득을 얻을 수 있게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치의 모듈 구성을 도시한 도면이다.
데이터 생성부(110)는 배열 안테나 장치를 통해 송신할 데이터 스트림을 생성한다. 이때, 데이터 생성부(110)는 다중 데이터 스트림 중 메인 스트림과 서브 스트림을 정의할 수 있다. 이때, 데이터 생성부(110)는 생성된 데이터 스트림을 RF부(150)와 제어 파라미터 연산부(120)로 각각 전달할 수 있다.
제어 파라미터 연산부(120)는 소정 안테나의 방사 패턴을 설계하기 위한 구조 파라미터들을 정의하고, 각 제어 파라미터들의 값을 연산할 수 있다. 일 예로서, 제어 파라미터는 동작 주파수(f), 각 엘리먼트(θ, φ), 및 각 엘리먼트에 할당 가능한 로드(Z1,Z2,…, ZM) 등과, 방사패턴의 각 엘리먼트들에 흐르는 전류, 부하저항 등이 해당 될 수 있다. 물론, 제어 파라미터 연산부(120)는 안테나 구조 및 데이터 스트림을 변조하는 방식에 따라 정의되는 제어 파라미터가 달라질 수 있다.
이때, 제어 파라미터 연산부(120)는 선택된 변조 방식 기반의 기저패턴 전력 및 위상 오차를 연산하고, 연산된 기저패턴 전력 및 위상 오차를 평가할 수 있다. 또한 본 발명의 제어 파라미터 연산부(120)는 위와 같이 실시간으로 연산할 수도 있고 설계자의 목적에 따라 사전에 연산을 수행하여 미리 저장해놓음으로써 제어 파라미터 연산부(120)의 기능 및 구현을 생략할 수도 있다.
제어 파라미터 연산부(120)는 연산된 제어 파라미터 값들과, 기저패턴 전력 및 위상 오차에 대한 평가 결과를 제어부(130) 및 오차 보상부(140) 로 전달할 수 있다.
오차 보상부(140)는 제어 파라미터 연산부(120)로부터 전달된 제어 파라미터 값들과, 기저패턴 전력 및 위상 오차에 대한 평가 결과에 근거하여 위상 오차를 보상할 수 있다.
일 예로서, 오차 보상부(140)는 메인 스트림을 위한 기준 기저패턴이 B0,ref(φ, θ)이고, 로드 제어에 의한 기저 패턴이 B0(φ, θ)이라 가정하면, 기준 기저패턴 B0,ref(φ, θ)에서 로드 제어에 의한 기저 패턴 B0(φ, θ) 만큼 틀어진 진폭과 위상에 대해 역으로 보상할 수 있다. 한편, 오차 보상부(140)는 로드 트레이스백(load traceback) 방식을 이용하여, 탐색된 로드 조합과 이를 실제로 구현한 안테나, 임피던스 매칭 및 제어회로 간에 발생하는 오차 간격을 보상할 수 있다. 여기서, 로드 트레이스백(load traceback) 방식을 이용하여 오차를 보상하는 동작에 대한 실시예는 도 5를 참조하도록 한다.
RF부(150)는 제어부(130)에 의해 제어된 로드 조합을 토대로 RF포트의 임피던스를 정합하고, 안테나부(160)는 탐색된 로드 조합 중 하나 이상의 로드 조합에 근거하여 결정된 다중화 이득 안테나의 방사 패턴을 구현하도록 한다.
이때, 제어부(130)는 데이터 생성부(110)에 의해 생성된 데이터 스트림을 다중화 이득 방사패턴으로 구현된 안테나를 통해 방사하도록 제어할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 배열 안테나 장치에 대한 구체적인 동작 흐름은 도 3의 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치의 구현방법에 대한 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배열 안테나 장치는 배열 안테나의 방사패턴을 구현하기 위해 전송 가능한 데이터 스트림의 변조기법을 정의한다(S110). 이때, 배열 안테나 장치는 'S110' 과정에서 정의된 변조 기법에 근거하여 동작 주파수 및 구현하고자 하는 안테나 구조 파라미터를 정의 한다(S120).
배열 안테나 장치는 배열 안테나를 구현하는 기생소자의 로드 조합을 탐색을 위하여 임의의 로드 조합을 선정한다(S130). 일 예로서, PSK 변조 방식을 위한 로드 조합을 탐색하는 동작은 도 3의 실시예와 같이 나타낼 수 있으며, 도 4 및 도 5는 변조 기법에 따라 탐색된 로드 조합에 따라 탐색 시뮬레이션 및 패턴 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다. 여기서, 도 4는 16PSK 기법 기반의 로드 탐색을 시뮬레이션 한 결과이며, 도 5는 탐색 된 로드 조합을 바탕으로 패턴 시뮬레이션 한 결과이다.
이때, 배열 안테나 장치는 'S130' 과정에서 로드 탐색을 위한 임의의 로드 조합 선정이 수행되면, 'S130' 과정에서 선정된 로드 조합에 대한 변조기법 기반의 기저패턴의 전력을 평가한다(S140).
여기서, 로드 조합에 대한 변조기법 기반의 기저패턴에 대한 전력은 아래 [수학식 1]을 이용하여 평가할 수 있다.
Figure pat00001
이때, [수학식 1]에서, Rn은 전력 비, B0()는 메인 스트림에 대한 기저패턴 함수, Bn()는 n번째 기저패턴 함수를 나타내며, n은 1 ≤ n ≤ N-1인 정수인 것으로 한다. 또한, θ 및 φ는 기저패턴의 각 요소(element)이며, Z1내지 ZM은 할당 가능 한 로드 변수를 나타낸다.
여기서, 배열 안테나 장치는 동작 주파수(f) 및 안테나 간격(d)을 고정한 상태에서, [수학식 1]을 이용하여 로드 조합에 대한 성능을 평가한다.
배열 안테나 장치는 'S110' 과정에서 정 의된 변조 기법으로부터 도출 가능한 전력 할당 방식에 가깝게 기저패턴 간의 전력이 균등 또는 불균등하게 할당 가능한지를 판단한다. 이때, 배열 안테나 장치는 [수학식 1에서 산출된 Rn 값이 기준치와 동일하거나 기준치에 근사할 경우에 전력 할당 조건을 만족하는 것으로 평가할 수 있다.
만일, 'S140' 과정의 평가 결과가 'S110' 과정에 서 정의된 변조 기법에 의한 전력 할당 조건을 만족하면(S150), 배열 안테나 장치는 해당 변조 기법 기 반의 위상 오차를 평가하도록 한다(S160).
Figure pat00002
[수학식 2]에서, Δphs, n은 위상 오차를 나타내며, fδ위상 산출 함수, Wn은 해당 로드 조합에 의한 기저패턴 내에서 기저 함수가 갖는 가중치, S0은 메인 스트림에 대한 정보, Sn은 다중 데이터 스트림 정보 중 메인 데이터 스트림을 제외한 나머지 데이터 스트림에 대한 정보를 나타내며, n은 1 ≤ n ≤ N-1인 정수인 것으로 한다.
위상 오차는 데이터 스트림 중 메인 스트림의 신호 성상도 대비 서브 스 트림들의 신호 성상도 간의 위상 차이를 나타내는 것이다. 여기서, 배열 안테나 장치는 [수학식 2]를 이용하 여 Δphs, n을 산출하고, 산출된 Δphs, n 값이 기준치 보다 작은 경우에 위상 오차 허용 범위를 만족하는 것으로 평가할 수 있다.
이때, 'S160' 과정의 평가 결과가 해당 변조 기법에 의한 위상 오차 허용 범위를 만족하면(S170), 다중화 이득을 위한 모든 로드 조합이 탐색되었는지를 확인한다(S180).
만일, 'S180' 과정에서 모든 로드 조합이 탐색되지 않은 경우, 배열 안테나 장치는 모든 로드 조합에 대한 평가가 완료되었는지를 확인하여 평가가 완료되지 않았으면, 다른 로드 조합으로 변경하고(S230), 'S230' 과정에서 변경된 로드 조합에 대한 변조기법 기반의 기저패턴의 전력을 평가하도록 한다(S140). 여기서, 배열 안테나 장치는 방사 패턴과 로드 간의 비선형 특성으로 인해 다양 한 로드 조합에 대한 탐색을 반복적으로 수행하도록 한다.
한편, 'S220' 과정에서 로드 조합들이 전력 평가 결과 또는 위상 오차 평가 결과가 만족스럽지 못한 상태에서 모든 로드 조합에 대한 평가가 완료되었다면, 배열 안테나 장치는 구현하고자 하는 안테나의 구조 파라미터를 변경 하고(S240), 기생소자들의 로드 조합을 초기화하도록 한다(S250). 이후, 배열 안테나 장치는 'S130' 과정을 통해 임의의 로드 조합을 다시 선택하도록 한다.
또한, 배열 안테나 장치는 'S150' 과정에서 기저패턴의 전력 평가 결과가 변조 기법에 의한 전력 할당 조건을 만족하지 않거나, 'S170' 과정에서 변조 기법 기반의 위상 오차 평가 결과가 해당 변조 기법에 의한 전력 할당 조건을 만족하지 않는 경우에도 'S220' 과정을 수행하고, 그 결과에 따라 'S230' 혹은 'S240' 과정을 수행하도록 한다.
배열 안테나 장치는 하나 이상의 로드 조합에 대한 전력 평가 결과 및 위상 오차 평가 결과가 만족스러운 상태에서 로드 탐색이 완료된 경우, 배열 안테나 장치는 전력 평가 결과 및 위상 오차 평가를 만족하는 하나 이상의 로드 조합을 결정한다(S190). 이때, 배열 안테나 장치는 변조 기법 기반의 기저패턴에 대한 전력 평가 및 위상 오차 평가를 최대한 만족시키는 로드 조합을 선택함으로써, 배열 안테나 장치를 구동하는 경우 전력 및 위상 오차 문제로 인한 송수신 성능 열화를 감소시킬 수 있다. 여기서, 배열 안테나 장치는 변조 기법 기반의 기저패턴에 대한 전력 평가 및 위상 오차 평가 결과에 근거하여 변조기법 기반의 기저패턴에 대한 위상 오차를 보상할 수 있다.
한편, 배열 안테나 장치는 로드 트레이스백(load traceback) 방식을 이용하여, 탐색된 로드 조합과 이를 실제로 구현한 안테나, 임피던스 매칭 및 제어회로 간에 발생하는 오차 간격을 보상할 수도 있다. 이에 대한 실시예는 도 5를 참조하도록 한다.
이후, 배열 안테나 장치는 결정된 로드 조합에 근거 하여 RF 포트의 임피던스 정합이 가능한지를 판단하고(S200), 'S200' 과정에서 RF 포트의 임피던스 정합이 가능하지 않거나 임피던스 부정합 정도가 설계 조건의 허용치를 초과한다면, 배열 안테나 장치는 'S220' 과정을 수행하고, 그 결과에 따라 'S230' 혹은 'S240' 과정을 수행하도록 한다.
반면, 'S200' 과정에서 RF 포트의 임피던스 정합이 가능하거나 부정합 정도가 허용치 이내로 확인 되면, 최종 결정된 로드 조합에 해당하는 기저패턴 기반의 방사패턴을 통해 배열 안테나를 구현하도록 한다 (S210).
여기서, 배열 안테나의 방사 패턴은 N개의 기저함수 또는 기저패턴들의 조합으로 나타낼 수 있다. 이때, 방사 패턴은 아래 [수학식 3]를 통해 산출할 수 있다.
Figure pat00003
[수학식 3]에서, P(φ,θ)는 방사패턴 함수를 나타내며, Bn(φ ,θ)는 n번째 기저패턴 함수, Wn은 해당 기저패턴 함수가 갖는 가중치, Sn은 다 중 데이터 스트림 정보, φ 및 θ는 기저패턴의 각 요소(element)를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 장치가 적용된 컴퓨팅 시스템을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)는 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저 장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memo ry) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하 여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPR OM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1 300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으 로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내 에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체 는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구 체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보 다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발 명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아 니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상 은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: RF 체인 50: 로드 제어기
110: 데이터 생성부 120: 제어 파라미터 연산부
130: 제어부 140: 오차 보상부
150: RF부 160: 안테나부

Claims (11)

  1. 전송할 데이터 스트림의 변조 기법을 정의하는 단계;
    상기 정의된 변조 기법에 근거하여 동작 주파수 및 구현되는 안테나 구조 파라미터를 정의하는 단계;
    배열 안테나의 기생소자들에 대하여 구현 가능한 모든 로드 조합을 탐색하여 임의의 로드 조합을 선정하는 단계;
    상기 선정된 로드 조합에 대하여 상기 정의된 변조기법 기반의 기저패턴에 대한 전력 및 위상 오차를 평가하는 단계; 및
    상기 모든 로드 조합에 대한 전력 및 위상 오차의 평가 결과에 따라 선택된 하나 이상의 로드 조합을 기반으로 배열 안테나를 구현하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인 기반 배열 안 테나 장치의 구현 방법.
  2. 청구항 1 에 있어서,
    상기 평가하는 단계는,
    상기 로드 조합에 대응하는 기저패턴 간의 전력이 균등하게 할당되는 정 정도에 따라 상기 변조기법 기반의 기저패턴에 대한 전력을 평가하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치의 구현 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 기저패턴 간의 전력 차이는 동작 주파수 및 안테나 간격을 고정한 상태에서 산출된 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치 의 구현 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 평가하는 단계는,
    데이터 스트림 중 메인 스트림의 신호 성상도 대비 서브 스트림들의 신호 성상도 간의 위상 차이가 상기 변조 기법에 의한 위상 오차 허용 범위 내인지를 판단하는 것을 특징으로 하 는 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치의 구현 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 평가하는 단계의 평가 결과에 근거하여 상기 변조기법 기반의 기저패턴에 대한 위상 오차를 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치의 구현 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 위상 오차를 보상하는 단계는,
    로드 제어에 의해 틀어진 위상 오차를 미리 설정된 기준치에 따라 보상하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치의 구현 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 배열 안테나를 구현하는 단계는,
    상기 선택된 로드 조합에 근거하여 RF 포트의 임피던스 정합이 가능 한지를 판단하는 단계를 포함하며,
    RF 포트의 임피던스 정합이 가능한 경우에 상기 배열 안테나를 구현 하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치의 구현 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 배열 안테나를 구현하는 단계는
    상기 RF 포트의 임피던스 부정합 정도를 판단하는 단계를 더 포함하며,
    해당 RF 포트의 임피던스 부정합 정도가 미리 설정된 허용치 이내인 경우에 상기 배열 안테나를 구현하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치의 구현 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 평가하는 단계에서 상기 변조기법 기반의 기저패턴에 대한 전력 또는 위상 오차가 기준 범위 내가 아니면, 로드 조합을 변경하여 재탐색하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치의 구현 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 평가하는 단계에서 모든 로드 조 합에 대해 상기 변조기법 기반의 기저패턴에 대한 전력 또는 위상 오차가 기준 범위 내가 아니면, 배열 안테 나의 구조를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치의 구현 방법.
  11. 단일 RF 체인에 의해 제어되는 하나의 액티브 소자 및 복수의 기생소자를 포함하고, 상기 액티브 소자와 상기 기생 소자의 상호 결합에 의해 동작하는 배열 안테나 장치로서,
    기저패턴의 변조 기법에 근거하여 구현되는 안테나 구조 파라미터를 정의하고, 배열 안테나의 기생소자들에 대하여 구현 가능한 모든 로드 조합을 탐색하여 탐색된 각 로드 조합에 대하여 상기 변조기법 기반의 기저패턴에 대한 전력 및 위상 오차를 평가는 제어 파라미터 연산부;
    상기 평가 결과에 근거하여 로드 제어에 의한 위상 오차를 보상하는 오차보상부;
    상기 탐색된 모든 로드 조합에 대한 평가 결과에 따라 선택된 하나 이상의 로드 조합에 근거하여 RF 포트의 임피던스를 정합하는 RF부; 및
    상기 선택된 로드 조합에 의한 기저패턴 기반의 방사패턴을 통해 신 호를 송신하는 안테나부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인 기반 배열 안테나 장치.
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