KR20170105154A - 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성을 제어하는 빔 형성 장치 및 방법 - Google Patents

컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성을 제어하는 빔 형성 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20170105154A
KR20170105154A KR1020160027677A KR20160027677A KR20170105154A KR 20170105154 A KR20170105154 A KR 20170105154A KR 1020160027677 A KR1020160027677 A KR 1020160027677A KR 20160027677 A KR20160027677 A KR 20160027677A KR 20170105154 A KR20170105154 A KR 20170105154A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
antenna
beam forming
compact
present
signal
Prior art date
Application number
KR1020160027677A
Other languages
English (en)
Inventor
김형진
서석
송재수
오정훈
조성철
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020160027677A priority Critical patent/KR20170105154A/ko
Publication of KR20170105154A publication Critical patent/KR20170105154A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0686—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission
    • H04B7/0695—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission using beam selection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성을 제어하는 빔 형성 장치는 채널 상태를 측정하는 수신 성능 측정기, 프레임 타이밍 값을 측정하는 타이머, 상기 측정된 채널 상태를 모니터링하고, 상기 타이머의 프레임 타이밍 값에 기초하여 안테나 제어 신호를 생성하는 빔 형성기 및 상기 안테나 제어 신호에 기초하여 상기 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성을 제어하는 안테나 제어기를 포함한다.

Description

컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성을 제어하는 빔 형성 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING BEAM FORMING IN COMPACT MIMO ANTENNA}
본 발명은 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성을 제어하는 빔 형성 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 스마트폰 및 노트북과 같은 휴대용 통신 장비의 대중화와 함께 무선랜의 투자가 급격히 상승하면서, 무선랜 AP가 집중되는 지역에서 무선랜의 전송 속도가 현저히 떨어지는 문제가 심각하게 발생하고 있다.
뿐만 아니라, 현재 상용 무선랜에 있어서 채널 별로 다수의 간섭원이 존재하며, 해당 여러 간섭 신호의 세기가 무선랜의 폭발적인 보급으로 인하여 급격하게 증가한 상황이다.
이러한 환경에서의 무선랜 시스템의 동작은 매우 불안정하게 되며, 용량이 크게 떨어질 뿐만 아니라 무선랜 서비스 자체가 불가능한 상태에 이를 수 있다.
이를 해결하기 위하여 빔포밍 안테나를 사용하는 방안이 제기되고 있다. 이는 원하는 사용자에게 빔을 집중해줌으로써 전송전력을 줄일 수 있으며, 공간적인 방향성을 형성함으로써 주파수 재사용률을 개선할 수 있도록 해준다.
일반적으로 원하는 방향으로 빔을 형성하기 위해서는 다수 개의 안테나 어레이가 필요하다. 최근에는 하나의 액티브 안테나와 다수 개의 기생 소자를 이용하여 지향성 빔을 형성할 수 있는 기술이 연구되고 있다.
이러한 기술로는 Switched Parasitic Arrays(SPA), Electronically Steerable Passive Array Radiator(ESPAR) 안테나가 있다. 여기에서 SPA 안테나는 기생 소자 스위치의 온/오프에 따라서 빔 방향이 결정되고, ESPAR 안테나는 여러 가변 저항 소자의 저항값을 조절하여 빔 방향을 결정한다.
이처럼 하나의 액티브 안테나와 다수 개의 기생 소자로 구성된 개념의 안테나를 컴팩트 다중 입출력(Compact MIMO) 안테나라 한다. 컴팩트 다중 입출력 안테나는 하나의 RF 체인으로 어레이 안테나의 효과를 냄으로써 전력 소모가 적고, 단순한 구조로 제품화가 가능하기 때문에 저가의 제품 생산이 가능하다. 또한, 작은 사이즈로 구현이 가능하기 때문에, 모바일 디바이스에 탑재할 때 적은 공간만이 필요하므로 소형화에 유리하다.
한편, 비면허 대역에서 빔포밍을 활용해 시스템의 성능 향상을 얻기 위해서는 최적의 성능을 발휘할 수 있는 빔을 찾는 것이 필요하다. 일반적으로 무선 채널은 빠르게 변화하기 때문에 빔포밍을 활용하여 원하는 성능을 얻기 위해서는 빠른 빔 추적이 필수적이다.
기존의 어레이 안테나 기반의 빔포밍 기법에서는 다수의 능동 안테나로부터 수신되는 다수 개의 신호 측정값을 이용하여 안테나 웨이트(weight) 벡터를 조정하는 방법을 사용하였다. 이는 실시간으로 웨이트를 갱신하여 채널의 변화에 빠르게 적응해 나가며, 사용자가 원하는 특정 목적 함수를 최소화하는 웨이트 벡터를 자동으로 갱신하여 가는 구조를 갖는다.
이 방식은 간섭을 최소화하여 사용자가 원하는 방향으로 최적의 빔을 형성할 수 있으며, SNR(Signal to Noise Ratio) 또는 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio) 측면에서 상당한 이득을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 다중 경로 페이딩과 같은 신호 환경의 변화에 빠르게 적응해 나갈 수 있는 장점이 있다.
그러나 어레이 안테나의 신호 처리 과정이 복잡하고 알고리즘의 수렴 속도에 성능이 크게 좌우되는 단점을 가지고 있어, 안테나의 개수가 많아지고, 무선 채널 환경이 빠르게 변하는 경우, 이러한 빔포밍 기법들은 복잡도가 높아서 실시간 통신 시스템에 적용하는데 어려움이 있다.
한편, 컴팩트 다중 입출력 기반의 빔포밍 안테나의 경우, 단일 RF 모듈로 구성되어 집적도가 높으며, 에너지 저감 효과가 뛰어나다는 장점이 있으나, 신호 측정값을 얻을 수 있는 능동 안테나가 한 개만이 존재하므로, 다중 안테나 기반 빔포밍 알고리즘을 적용하기 위해서는 하나의 안테나로부터 다수 개의 측정값을 얻어야 한다. 이에 따라, 기존의 어레이 안테나에 비하여 더 복잡한 빔패턴 탐색으로 많은 탐색 시간을 요하게 된다.
이에 따라, 컴팩트 다중 입출력 안테나에 있어서 최적의 빔을 선택하여 효율적인 빔패턴 탐색을 위한 기술이 요구되고 있는 실정이다.
이와 관련하여, 한국공개특허공보 제10-2011-0011050호(발명의 명칭: 빔 포밍 방법 및 이를 이용한 다중 안테나 시스템)는 트레이닝 수열의 전송 횟수를 감소시킬 수 있는 빔 포밍 방법 및 이를 이용한 다중 안테나 시스템을 개시하고 있다.
본 발명의 실시예는 하나의 능동 안테나와 다수 개의 기생 소자를 갖는 컴팩트 다중 입출력 안테나를 활용하여 간섭을 효과적으로 줄일 수 있는 빔 형성 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명에 따른 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성을 제어하는 빔 형성 장치는 채널 상태를 측정하는 수신 성능 측정기; 프레임 타이밍 값을 측정하는 타이머; 상기 측정된 채널 상태를 모니터링하고, 상기 타이머의 프레임 타이밍 값에 기초하여 안테나 제어 신호를 생성하는 빔 형성기; 및 상기 안테나 제어 신호에 기초하여 상기 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성을 제어하는 안테나 제어기를 포함한다.
또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성을 제어하는 빔 형성 장치에서의 빔 형성 방법은 하나 이상의 종속 디바이스를 등록받는 단계; 상기 컴팩트 다중 입출력 안테나를 전방향성으로 설정하는 단계; 상기 하나 이상의 종속 디바이스로 신호의 전송을 요청하는 단계; 상기 종속 디바이스로부터 수신된 신호 중 기 설정된 조건을 만족하는 신호에 대응하는 빔 패턴을 상기 종속 디바이스의 빔 패턴으로 결정하는 단계; 및 상기 종속 디바이스로 상기 결정된 빔 패턴으로의 설정을 요청하는 단계를 포함한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 단일 RF 체인 기반의 컴팩트 다중 입출력 안테나를 활용하므로써, 구조상 간단하면서도 저전력 및 좁은 공간에서의 빔 형성이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 무선 채널의 빠른 변화를 추적하기 위하여 모든 가능한 빔 패턴의 수를 탐색하지 않더라도 빠르게 최적의 빔 패턴을 찾을 수 있다.
또한, 일정 시간 또는 수신 신호의 성능이 기준 성능 이하로 떨어진 경우에도 다시 빠르게 최적의 빔 패턴을 찾을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서의 컴팩트 다중 입출력 안테나를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 형성 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 형성 장치에서의 빔 형성 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서의 빔 형성 알고리즘을 동작시키기 위한 제어 디바이스의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서의 컴팩트 다중 입출력 안테나(10)를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에서의 컴팩트 다중 입출력 안테나(10)는, 능동 안테나(1) 및 복수의 기생 소자(2)를 포함한다. 능동 안테나(1)는 RF 소스(4)와 연결되어 있으며, 복수의 기생 소자(2)는 리액턴스 부하(reactance load, 3)와 연결되며, 능동 안테나(1)와 일정 간격 이격되어 배치된다. 이때, 기생 소자(2)는 radiation director 및 reflector 역할을 함으로써, 안테나 빔의 방향성을 제어할 수 있다.
컴팩트 다중 입출력 안테나(10)는 기생 소자(2)간의 커플링 효과를 이용하여 안테나 패턴을 형성할 수 있기 때문에, 복잡한 피드 네트워크(Feed network)를 요구하지 않으며, 매우 단순한 수동 소자(Passive reactance)의 제어만을 이용하므로 간단한 구조로 실현 가능하다.
도 1에서 리액턴스 부하(3)가 온/오프인 구조가 SPA 안테나이고, 가변값을 가지는 경우에는 ESPAR 안테나가 된다.
한편, 컴팩트 다중 입출력 안테나(10)는 RF 신호가 피드(feed)되는 하나의 능동 안테나(1)와 가변 리액턴스(3)가 부가된 다수의 기생 소자(2)들로 구성된다. 능동 안테나(1)는 다이폴 또는 모노폴로 구성되고, 가변 리액턴스 소자(3)는 버렉터(varactor)가 주로 사용되며, 단순한 스위칭 구조의 경우 핀 다이오드(PIN diode) 또는 MEMS 스위치가 적용될 수 있다.
이러한 기생 소자(2)들의 리액턴스 값에 의하여 하나의 방사 패턴이 형성되고, 이것이 빔포밍을 적용하기 위한 하나의 빔 패턴이 된다. 그러므로 ESPAR 안테나에서의 빔포밍 알고리즘은 적절한 빔 패턴을 찾고 이러한 빔 패턴을 형성하기 위한 리액턴스 값을 찾는 작업이라 할 수 있다.
이처럼 적절한 리액턴스 값을 찾기 위하여, 기존의 어레이 안테나에서 사용되는 적응형(adaptive) 빔포밍 알고리즘을 적용할 경우, 단일 RF 구조상 알고리즘 수렴 속도가 느려 실시간 적용이 어렵게 된다. 이러한 문제는 ESPAR 안테나뿐만 아니라 어레이 안테나의 경우에도 안테나 개수가 증가하거나 무선 채널이 급격하게 변하는 환경에서 발생할 수 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, ESPAR 안테나 또는 SPA 안테나 기반의 빔포밍 적용에 있어서, 빔포밍을 위한 빔 패턴 세트를 미리 생성하고, 이에 대응되는 리액턴스 값을 구해서 룩업 테이블(lookup table)을 만든다. 이처럼 생성된 룩업 테이블을 기반으로 실제 시스템에 적용할 때에는 빔 패턴 탐색을 통하여 각 빔 패턴별로 측정되는 측정값에 근거하여 어떤 빔 패턴을 선택할지 판단하고, 룩업 테이블에서 해당 빔 패턴에 대응되는 리액턴스 값을 로딩할 수 있다.
이하에서는 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 컴팩트 다중 입출력 안테나(10)의 빔 형성을 제어하는 빔 형성 장치(100)에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)는 수신 성능 측정기(110), 타이머(120), 빔 형성기(130) 및 안테나 제어기(140)를 포함한다.
수신 성능 측정기(110)는 PER, SNR, RSSI 등 채널 및 신호의 상태를 측정한다. 이와 같은 수신 성능 측정기(110)는 주기적 또는 비주기적으로 요청에 따라 채널 및 신호의 상태를 측정할 수 있다.
타이머(120)는 프레임 타이밍 값을 측정하여 빔 형성기에 프레임 타이밍 정보를 제공한다.
빔 형성기(130)는 수신 성능 측정기(110)에 의해 측정된 채널 상태를 모니터링하고, 타이머(120)의 프레임 타이밍 값에 기초하여 컴팩트 다중 입출력 안테나(10)를 제어하기 위한 안테나 제어 신호를 생성한다.
안테나 제어기(140)는 빔 형성기(130)에 의해 생성된 안테나 제어 신호에 기초하여 컴팩트 다중 입출력 안테나(10)의 빔 형성을 제어한다.
한편, 수신 성능 측정기(110), 타이머(120), 빔 형성기(130) 및 안테나 제어기(140)는 메모리(미도시) 및 프로세서(미도시)로 구성되어 동작할 수 있다.
여기에서, 메모리는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 비휘발성 저장장치 및 휘발성 저장장치를 통칭하는 것이다.
예를 들어, 메모리는 콤팩트 플래시(compact flash; CF) 카드, SD(secure digital) 카드, 메모리 스틱(memory stick), 솔리드 스테이트 드라이브(solid-state drive; SSD) 및 마이크로(micro) SD 카드 등과 같은 낸드 플래시 메모리(NAND flash memory), 하드 디스크 드라이브(hard disk drive; HDD) 등과 같은 마그네틱 컴퓨터 기억 장치 및 CD-ROM, DVD-ROM 등과 같은 광학 디스크 드라이브(optical disc drive) 등을 포함할 수 있다.
프로세서는 메모리에 저장된 프로그램을 실행시킬 수 있다.
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 도 2에 도시된 구성 요소들은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 형태로 구현될 수 있으며, 소정의 역할들을 수행할 수 있다.
그렇지만 '구성 요소들'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 각 구성 요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 구성 요소는 소프트웨어 구성 요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.
구성 요소들과 해당 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성 요소들로 결합되거나 추가적인 구성 요소들로 더 분리될 수 있다.
이하에서는 도 3 및 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)에서의 빔 형성 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)는 도 2의 구성을 각각 포함하는 제어 디바이스(100A)와 종속 디바이스(100B)로 구분될 수 있는바, 이하 제어 디바이스(100A) 및 종속 디바이스(100B) 간의 각 동작 단계에 대해 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)에서의 빔 형성 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 빔 형성 방법은 먼저, 제어 디바이스(100A) 및 종속 디바이스(100B)가 각각 최적의 빔을 형성하기 위하여 초기화 과정을 수행한다(S100, S200).
초기화가 완료되면, 하나 이상의 제어 디바이스(100A)가 제어 디바이스(100A)로 등록 요청을 전송하고(S205), 이를 수신한 제어 디바이스(100A)는 하나 이상의 종속 디바이스(100B)를 등록받는다(S105).
다음으로, 제어 디바이스(100A) 및 종속 디바이스(100B)는 각각 자신의 컴팩트 다중 입출력 안테나를 전방향성으로 설정한다(S110, S210).
다음으로, 제어 디바이스(100A)는 종속 디바이스(100B)로 최적의 빔 형성을 위하여 신호의 전송을 요청한다(S115). 종속 디바이스(100B)는 제어 디바이스(100A)로부터 신호 전송 요청을 수신함에 따라(S215), 미리 설정된 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성 패턴을 변경하면서 제어 디바이스(100A)로 신호를 전송한다(S220).
이때, 종속 디바이스(100B)가 제어 디바이스(100A)로부터 신호 전송 요청을 수신하지 못한 경우, 신호 전송 요청을 위한 대기 모드로 동작할 수 있다.
다음으로, 제어 디바이스(100A)는 종속 디바이스(100B)로부터 수신된 신호 중 기 설정된 조건을 만족하는 신호에 대응하는 빔 패턴을 종속 디바이스(100B)의 빔 패턴으로 결정한다(S120).
예를 들어, 제어 디바이스(100A)는 전방향성 컴팩트 다중 입출력 안테나로 수신한 신호 중 가장 성능이 뛰어난 신호에 대응하는 빔 패턴을 결정할 수 있다.
그리고 종속 디바이스(100B)로 위와 같이 결정된 빔 패턴으로의 설정을 요청한다(S125). 이에 따라, 종속 디바이스(100B)는 결정된 빔 패턴으로 최적의 송신 빔을 전송하도록 컴팩트 다중 입출력 안테나를 설정할 수 있다(S225).
다음으로, 제어 디바이스(100A)는 다시 한번 종속 디바이스(100B)로 설정된 빔 패턴에 따른 신호의 전송을 요청한다(S130).
이에 따라, 종속 디바이스(100B)는 위와 같은 과정에 따라 설정된 최적의 송신 빔을 형성하여 신호를 전송하고, 제어 디바이스(100A)는 자신의 미리 설정된 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성 패턴을 변경하면서 종속 디바이스(100B)로부터 수신된 신호의 성능을 측정한다(S135).
이와 같은 과정에 따라, 제어 디바이스(100A)는 수신된 신호의 성능이 기 설정된 조건을 만족하는 신호에 대응하는 빔 패턴으로 수신 빔을 형성할 수 있다(S140).
한편, 제어 디바이스(100A)는 타이머를 동작시키거나, 주기적으로 종속 디바이스(100B)로부터 수신되는 신호의 성능을 측정할 수 있다(S145).
그리고 타이머가 종료되거나 수신된 신호의 성능이 기 설정된 조건을 만족하지 않는 경우, 제어 디바이스(100A)와 종속 디바이스(100B) 간의 빔 형성을 설정하는 단계를 다시 시도할 수 있다(S150).
일반적으로 최적의 빔을 착지 위해서 선형 탐색을 시도할 경우, 제어 디바이스(100A)의 모든 가능한 빔 패턴의 경우의 수(M)와 종속 디바이스(100B)의 모든 가능한 빔 패턴의 경우의 수(N)의 곱인 (M×N)의 측정이 필요하다. 그러나 채널이 급격하게 변화하는 무선 채널의 특성을 고려할 때, 보다 빠른 빔 형성 방법이 필요하다.
본 발명의 일 실시예의 경우, 이를 좀더 빠르게 제공하기 위하여 (M×N)이 아닌, 제어 디바이스(100A)의 모든 가능한 빔 패턴의 경우의 수(M)와 종속 디바이스(100B)의 모든 가능한 빔 패턴의 경우의 수(N)의 합인 (M+N)의 측정으로 최적의 빔을 형성할 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에서의 빔 형성 알고리즘을 동작시키기 위한 제어 디바이스(100A)의 상태에 대하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서의 빔 형성 알고리즘을 동작시키기 위한 제어 디바이스(100A)의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
빔 형성을 위한 알고리즘이 시작되면, S_M_0 ~ S_M_4 상태까지는 순차적으로 진행이 된다(S_M_0 ~ S_M_4).
그리고 S_M_4 상태에서 종속 디바이스(100B)의 최적의 송신 빔을 찾기 위해서 종속 디바이스(100B)에게 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 패턴을 변경하면서 측정 신호의 전송을 요청하고(S_M_5), 제어 디바이스(100A)는 전방향성으로 컴팩트 다중 입출력 안테나 설정을 한 후 S_M_7 상태로 이동한다.
제어 디바이스(100A)는 종속 디바이스(100B)가 송신한 측정 신호를 수신하여 수신 성능을 측정하고(S_M_7), 수신 성능을 기준으로 종속 디바이스(100B)의 컴팩트 다중 입출력 안테나 송신 빔 패턴을 설정한다(S_M_9, S_M_A).
제어 디바이스(100A)는 이와 같은 과정에 따라 설정된 컴팩트 다중 입출력 안테나 빔 패턴을 이용한 측정 신호의 송신을 종속 디바이스(100B)에게 다시 요청한다(S_M_5).
종속 디바이스(100B)는 이미 설정된 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 패턴을 이용하여 측정 신호를 송신하고, 제어 디바이스(100A)는 자신의 컴팩트 다중 입출력 안테나 빔 패턴을 변경하면서 측정 신호의 수신 성능을 측정한다(S_M_7).
그리고 제어 디바이스(100A)는 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 패턴을 변경하면 상태는 S_M_B로 된다. 만약 타이머가 종료되거나, 또는 수신 신호의 성능이 특정 기준치 이하가 되면 상태는 S_M_4로 된다.
한편, 상술한 설명에서, 단계 S100 내지 S225는 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.
아울러, 기타 생략된 내용이라 하더라도 도 1 내지 도 2에서의 빔 형성 장치(100)에 관하여 이미 기술된 내용은 도 3 및 도 4의 빔 형성 방법에도 적용된다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단일 RF 체인 기반의 컴팩트 다중 입출력 안테나를 활용하므로써, 구조상 간단하면서도 저전력 및 좁은 공간에서의 빔 형성이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 무선 채널의 빠른 변화를 추적하기 위하여 모든 가능한 빔 패턴의 수를 탐색하지 않더라도 빠르게 최적의 빔 패턴을 찾을 수 있다.
또한, 일정 시간 또는 수신 신호의 성능이 기준 성능 이하로 떨어진 경우에도 다시 빠르게 최적의 빔 패턴을 찾을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 빔 형성 장치(100)에서의 빔 형성 방법은 컴퓨터에 의해 실행되는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성을 제어하는 빔 형성 장치 및 방법을 실시 예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 기재된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 능동 안테나
2: 기생 소자
3: 리액턴스 부하
4: RF 소스
10: 컴팩트 다중 입출력 안테나
100: 빔 형성 장치
110: 수신 성능 측정기
120: 타이버
130: 빔 형성기
140: 안테나 제어기

Claims (1)

  1. 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성을 제어하는 빔 형성 장치에 있어서,
    채널 상태를 측정하는 수신 성능 측정기,
    프레임 타이밍 값을 측정하는 타이머,
    상기 측정된 채널 상태를 모니터링하고, 상기 타이머의 프레임 타이밍 값에 기초하여 안테나 제어 신호를 생성하는 빔 형성기 및
    상기 안테나 제어 신호에 기초하여 상기 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성을 제어하는 안테나 제어기를 포함하는 빔 형성 장치.
KR1020160027677A 2016-03-08 2016-03-08 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성을 제어하는 빔 형성 장치 및 방법 KR20170105154A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160027677A KR20170105154A (ko) 2016-03-08 2016-03-08 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성을 제어하는 빔 형성 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160027677A KR20170105154A (ko) 2016-03-08 2016-03-08 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성을 제어하는 빔 형성 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170105154A true KR20170105154A (ko) 2017-09-19

Family

ID=60033303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160027677A KR20170105154A (ko) 2016-03-08 2016-03-08 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성을 제어하는 빔 형성 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20170105154A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9577737B2 (en) Antenna apparatus and method for beam forming thereof
Donelli et al. A planar electronically reconfigurable Wi-Fi band antenna based on a parasitic microstrip structure
US20170332249A1 (en) Methods and Apparatus for Generating Beam Pattern with Wider Beam Width in Phased Antenna Array
KR102289945B1 (ko) 초고주파 대역의 이동 통신 시스템에서의 빔 스케줄링 방법 및 그 장치
US9571176B2 (en) Active MIMO antenna configuration for maximizing throughput in mobile devices
KR20220108803A (ko) 고객 댁내 장비, 안테나 제어 방법 및 비일시적 저장 매체
US8362968B2 (en) Array antenna, radio communication apparatus, and array antenna control method
US20170195893A1 (en) Method and Apparatus for Directing an Antenna Beam based on a Location of a Communication Device
JP3211445U (ja) ダイバーシティ用途のための相関調整を有するモーダルアンテナ
KR20050073587A (ko) 수신 소정 신호를 이용한 안테나 어레이 적응 방법 및 장치
US10505284B2 (en) Antenna system
JP7459144B2 (ja) 受信信号チャネル品質指標に基づいて、送信信号チャネル品質指標を推定する方法
US20130135163A1 (en) Active mimo antenna configuration for maximizing throughput in mobile devices
US20150263423A1 (en) Method and System for Multiband, Dual Polarization, and Dual Beam-Switched Antenna for Small Cell Base Station
US11038270B2 (en) Active antenna steering for network security
EP3252964B1 (en) Adjusting an antenna configuration of a terminal device in a cellular communication system
US20230421212A1 (en) Client Grouping for Point to Multipoint Communications
US20230246348A1 (en) Apparatus for processing radio frequency signals, network element for a wireless communications system, and user equipment for a wireless communications system
US11515642B2 (en) Antenna cover with integrated static lens
KR20170105154A (ko) 컴팩트 다중 입출력 안테나의 빔 형성을 제어하는 빔 형성 장치 및 방법
JP6820813B2 (ja) アンテナ装置
IL293723A (en) System and method for removing channel quality indicator (cqi) data associated with a multimode antenna
CN113169750B (zh) 无线范围扩展器
JP7115022B2 (ja) アンテナ装置
WO2023111657A1 (en) Reconfigurable massive mimo array system for energy efficient communications