KR20200029616A - 통신 시스템들에서 채널 선택 관리를 위한 적응형 안테나 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선 근거리 통신망(WLAN) 및 다른 다중 노드 통신 시스템들에서 개선된 채널 선택 관리를 제공하기 위해 알고리즘을 갖는 적응형 안테나 시스템이 사용되는 통신 시스템에 관한 것이다. 적응형 안테나 시스템들은 WLAN에서 사용되는 액세스 포인트들과 같은 통신 네트워크의 다수의 노드들에 통합될 수 있고, 그리고 네트워크 내의 노드들에 걸친 채널 선택을 돕기 위해 클라이언트 통신 링크들에 대하여 액세스 포인트에 대한 최적 모드를 결정하기 위해 생성 및 추적되는 다수의 방사 모드들에 통합될 수 있다. 적응형 안테나 시스템 모드들이 선택되고 그리고 사용 가능한 주파수 채널들에서 신호 대 잡음비(SNR)가 측정되어 네트워크에 확립된 통신 링크들의 SNR을 향상시키는 구현할 방사 모드들과 함께 액세스 포인트 당 할당할 채널을 결정한다.
Description
우선권 청구
본 출원은 2017년 9월 13일자로 출원된 "통신 시스템들에서 채널 선택 관리를 위한 적응형 안테나"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 15/703,794에 우선권의 이익을 주장하며, 이는 모든 목적을 위해 본 명세서에 참조로 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 무선 통신 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 무선 근거리 통신망(WLAN) 및 다른 다중 노드 통신 시스템들에서 개선된 채널 선택 관리를 위한 적응형 안테나 시스템에 관한 것이다.
WLAN은 전 세계 대부분의 지역들에서 가정과 기업에 채택되었으며, WLAN 수신이 가능한 스마트폰들, 랩톱들 및 태블릿들과 같은 많은 클라이언트 디바이스들이 있다. 최근 WLAN은 건물 내 애플리케이션들의 비디오 스트리밍과 같은 고 처리량 애플리케이션에 채택되었다. 이러한 디바이스들은 양질의 작동을 보장하기 위해 RF 라디오 및 안테나 시스템에서 우수한 성능을 요구하고, 그리고 이러한 디바이스들은 기업, 아파트 건물 및 이웃에서 발생하는 WLAN 안테나 시스템들 및 RF 신호의 수를 증가시킨다. 더 많은 수의 사용자들 및 비디오 애플리케이션들을 지원하기 위해 증가된 데이터 레이트들에 대한 요구 사항은 전송된 신호에서 더 높은 변조 차수를 필요로하고, 이는 더 높은 변조율을 지원하기 위해 개선된 레벨들의 신호 대 잡음비(SNR) 또는 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR)를 총괄적으로 "메트릭들(metrics)"로 요구한다. 특히, 더 많은 처리량 및 보다 안정적인 링크를 제공할 임무가 있는 안테나 시스템에 더 나은 통신 링크 품질을 제공하기 위해, 액세스 포인트와 관련된 안테나 시스템으로부터의 방사 필드의 더 나은 제어가 요구될 것이다.
WLAN 주파수 대역들에서 건물 내로 전파되는 전자기(EM) 신호들의 범위 제한으로 인해, 지속적인 무선 서비스를 제공하기 위해 네트워크에 여러 액세스 포인트들을 구성하는 것이 점점 일반화되고 있다. WLAN 내부 로밍은, 원래 액세스 포인트로부터의 신호 강도가 너무 약해지기 때문에 무선 디바이스가 Wi-Fi 네트워크 내에서 하나의 액세스 포인트로부터 다른 액세스 포인트로 연결을 이동시키는 상황을 포함한다. 무선 디바이스는 대안적인 액세스 포인트들의 존재를 주기적으로 모니터링하는 알고리즘을 포함할 수 있고, 이는 더 양호한 연결을 제공할 수 있고 그리고 더 강한 신호를 갖는 액세스 포인트와 관련될 수 있다. 그러나, 무선 전파의 복잡한 특성으로 인해 송신기와 관련하여 특정 영역에 대한 Wi-Fi 신호 강도를 예측하는 것은 어렵다. 많은 경우들에서, 통신에 관련된 송신기와 수신기 사이의 가시선은 벽들, 나무들 및 기타 물체들과 같은 장애물들로 인해 차단되거나 음영이 된다. 각각의 신호 바운스는 위상 시프트들, 시간 지연들, 감쇠들 및 왜곡들을 야기할 수 있으며, 이들 각각은 궁극적으로 수신 안테나에서 간섭한다. 무선 링크의 파괴적인 간섭은 문제가 되고 장치 성능을 저하시킨다. 신호 품질 메트릭은 종종 신호들의 품질을 평가하는데 사용된다. 위에 소개된 품질 메트릭들의 예들은, SNR(Signal-to-Noise Ratio), SINR(Signal to Interference and Noise Ratio), RSSI(Receive Signal Strength Indicator), BER(Bit Error Rate), 및 CQI(channel quality indicator)로 불리는 다양한 다른 메트릭들을 포함할 수 있다.
Wi-Fi 네트워크에서 액세스 포인트들의 수를 증가시키면 일반적으로 네트워크 중복성을 제공하고 더 작은 셀들을 정의하여 빠른 로밍을 지원한다. 그러나, 동일한 지역에서 하나의 액세스 포인트에 연결된 디바이스들이 너무 많으면 간섭으로 인해 Wi-Fi 연결들이 중단되거나 인터넷 속도가 느려질 수 있다. 빌딩에 대한 WLAN 커버리지를 제공하기 위해 시스템에서 다중 액세스 포인트들이 사용되는 경우, 표준 기술은 액세스 포인트들 간의 간섭을 줄이기 위해 인접한 액세스 포인트들에 상이한 채널(주파수)을 할당하는 것이다. 2.4GHz 및 5GHz WLAN 대역에서 사용 가능한 유한 주파수 대역폭 및 사용 가능한 채널들의 설정된 수를 갖는 경우, 인접한 액세스 포인트들 사이에서 달성될 수 있는 주파수 분리는 통상적으로 하나의 액세스 포인트에 의해 방사된 주파수 컴포넌트들의 채널 외 롤-오프가 이웃하는 액세스 포인트를 방해하는 것을 제거하기에 충분히 크지 않다. 이러한 간섭은, 통상적으로 이웃하는 액세스 포인트의 수신 포트에서 SINR의 감소로 나타나며, 이는 지원될 수 있는 변조 방식을 감소시키고, 데이터 처리량을 감소시킨다. 일반적으로 하나 이상의 안테나로 구성된 무선 디바이스들에서, 이러한 안테나들은 고정된 방사 패턴(즉, 하나의 방사 패턴)을 갖는 수동 안테나들이고, 간섭 신호들이 존재하는 경우 안테나 시스템을 액세스 포인트의 SINR을 향상시키는 도구로 사용할 수 없다. 이러한 상황은 최적화되지 않은 사용자들에게 서비스 품질(QOS)이 제공되는 차선의 트래픽으로 이어진다.
공동 소유 특허 US 7,911,402; US 8,362,962; US 8,648,755; 및 US 9,240,634의 각각의 전체 내용들은 본원에 참조로 포함되며, 각각은 단일 안테나가 다수의 방사 모드들을 생성할 수 있는 빔 스티어링 기술을 서술하고, 단일 안테나는 복수의 가능한 모드들 각각에서 별개의 방사 패턴을 나타낸다. 이는 기생의 무효 부하가 변함에 따라 구동 안테나의 전류 분포를 변경하는 오프셋 기생 요소를 사용하여 이루어진다. 다중 모드들이 생성되는 이러한 빔 스티어링 기술은 "모달 안테나 기술"로 지칭되고, 이러한 방식으로 방사 모드를 변경하도록 구성된 안테나는 여기서 "모달 안테나"로 지칭될 것이다. 이 안테나 아키텍처는 보다 전통적인 빔 스티어링 하드웨어를 구현하는데 필요한 안테나 어레이를 수용하기 위해 모바일 디바이스들 및 소형 상용 통신 디바이스들의 볼륨 부족과 관련된 문제를 해결한다.
이 모달 안테나 기술은, WLAN 시스템들의 액세스 포인트들 및 클라이언트 디바이스들에서 구현될 수 있으며 이러한 네트워크들의 통신 링크 성능을 향상시키는 데 사용된다. 다중 사용자 작업이 필요한 경우 링크의 액세스 포인트 쪽에서 액세스 포인트에서 안테나들의 방사 패턴을 최적화하는 기능이 링크 성능을 최적화하는 데 중요하다. 액세스 포인트와 함께 사용되는 수동 안테나와 비교하면, 모달 안테나는, 모달 안테나의 다중 방사 모드를 샘플링하고 클라이언트당 개선된 시스템 이득을 제공하는 모드를 선택함으로써 클라이언트 디바이스들의 방향으로 개선된 안테나 이득 성능을 제공할 수 있다. 모달 안테나로부터의 증가된 안테나 시스템 이득은 신호 대 잡음비(SNR)의 증가로 변환될 것이고, 이는 더 많은 데이터 처리량을 위해 지원될 수 있는 고차 변조 방식으로 변환될 것이다.
도 1은 단일 모달 안테나의 네 가지 방사 패턴 모드들을 도시한다.
도 2는 네트워크 제어기, "API"로 표시된 제1 액세스 포인트 및 "AP2"로 표시된 제2 액세스 포인트를 포함하는 2개의 액세스 포인트들, 및 2개의 액세스 포인트들에 무선으로 연결된 4개의 클라이언트 디바이스들을 포함하는 통신 시스템을 도시한다.
도 3은 "API", "AP2" 및 "AP3"로 표시된 3개의 액세스 포인트들에 대한 채널 활용도를 도시한다.
도 4는 "API", "AP2" 및 "AP3"로 표시된 3개의 액세스 포인트들에 대한 채널 활용도를 도시한다.
도 5는 통신 시스템의 각 액세스 포인트에 대한 노이즈 매트릭스를 도시하고, 상기 액세스 포인트 및 하나 이상의 클라이언트 디바이스들은 적응형 안테나 시스템들을 포함한다.
도 6은 적응형 안테나들을 위한 최적의 능동 스티어링 모드의 선택과 함께, 통신 시스템에서 액세스 포인트 또는 노드 당 채널 선택을 최적화하는 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 7은 "API", "AP2", "AP3" 및 "AP4"로 표시된 4개의 액세스 포인트들에 대한 채널 활용도를 도시한다.
도 8은 복수의 클라이언트 디바이스들 각각과 네트워크 사이의 무선 통신 링크들을 서비스하기 위한 네트워크 통신 시스템을 각각 도시한다.
도 2는 네트워크 제어기, "API"로 표시된 제1 액세스 포인트 및 "AP2"로 표시된 제2 액세스 포인트를 포함하는 2개의 액세스 포인트들, 및 2개의 액세스 포인트들에 무선으로 연결된 4개의 클라이언트 디바이스들을 포함하는 통신 시스템을 도시한다.
도 3은 "API", "AP2" 및 "AP3"로 표시된 3개의 액세스 포인트들에 대한 채널 활용도를 도시한다.
도 4는 "API", "AP2" 및 "AP3"로 표시된 3개의 액세스 포인트들에 대한 채널 활용도를 도시한다.
도 5는 통신 시스템의 각 액세스 포인트에 대한 노이즈 매트릭스를 도시하고, 상기 액세스 포인트 및 하나 이상의 클라이언트 디바이스들은 적응형 안테나 시스템들을 포함한다.
도 6은 적응형 안테나들을 위한 최적의 능동 스티어링 모드의 선택과 함께, 통신 시스템에서 액세스 포인트 또는 노드 당 채널 선택을 최적화하는 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 7은 "API", "AP2", "AP3" 및 "AP4"로 표시된 4개의 액세스 포인트들에 대한 채널 활용도를 도시한다.
도 8은 복수의 클라이언트 디바이스들 각각과 네트워크 사이의 무선 통신 링크들을 서비스하기 위한 네트워크 통신 시스템을 각각 도시한다.
본 발명은 WLAN 및 다른 통신 시스템에서 통신 링크 성능을 향상시키기 위해 샘플링되고 선택될 수 있는 다중 방사 모드들을 제공하는 적응형 안테나 시스템에 관한 것이다. 이 적응형 안테나 시스템은 추가 파라메트릭을 제공하고, 이 추가 파라메트릭은, 액세스 포인트들에 내의 수신기들 및 통신 시스템들에서 구현되는 다른 트랜시버들의 노이즈 레벨들을 최적화하고 그리고 다중 경로 및 동적 환경들에서 통신 링크들을 유지하는데 있어 데이터 처리량 및 안정성을 향상시키는 더 높은 SINR을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 방사 모드들을 생성할 수 있는 적응형 안테나는 의도된 통신 링크에 대한 최적 방사 모드를 선택하는 샘플링 프로세스를 구현하는 알고리즘과 결합된다. 이 기술은 특정 지역에서 커버리지를 제공하기 위해 다중 액세스 포인트들이 작업을 수행하고 액세스 포인트들 간의 간섭을 해결해야 하는 WLAN 시스템들에서의 구현에 매우 적합하다. 액세스 포인트들과 함께 사용되는 안테나 시스템의 방사 모드들을 변경하는 기능으로, 이 기술은 인접한 노드들의 방향으로 신호 강도 레벨들을 감소시키는 모드들을 선택함으로써 시스템의 액세스 포인트들에서 SINR 레벨들을 향상시키는데 사용될 수 있다. 안테나 시스템의 방사 모드들을 변경하는 이 기능은 인접 채널이 서로 간섭하는 방식에도 영향을 준다. 따라서, (i) 디바이스들에만, (ii) 액세스 포인트(들)에만, 또는 (iii) 디바이스들 및 액세스 포인트(들) 모두에서 이 기술을 사용하면, 채널 할당 프로세스에서 추가 자유도가 제공되어, 전반적인 네트워크 성능들이 극대화된다.
일 실시예에서, 각 노드가 트랜시버 및 안테나 시스템을 포함하는 2개의 노드들(액세스 포인트들)로 구성되는 통신 시스템은, 정의된 영역에서 무선 통신을 제공하기 위해 사용된다. 이 유형의 시스템의 예는 건물 내 무선 커버리지를 제공하기 위해 두 개의 액세스 포인트들(노드들)로 구성된 WLAN 시스템이다. 제1 액세스 포인트는 채널 A에서 작동하는 반면, 제2 액세스 포인트는 채널 B에서 작동하며 채널 A와 채널 B는 주파수 스펙트럼의 상이한 부분들을 차지한다. 시스템의 제1 액세스 포인트는 다중 방사 모드들(빔 스티어링 또는 널 스티어링이 가능)을 생성할 수 있는 안테나로 정의된 이러한 적응형 안테나 시스템이 있는 적응형 안테나 시스템을 포함하는 반면, 제2 액세스 포인트는 고정된 방사 패턴을 갖는 수동 안테나 시스템을 포함한다. 적응형 안테나 시스템의 각 방사 모드는 이와 연관된 방사 패턴을 가지며, 이들 방사 패턴은 방사 패턴 형상 및/또는 편광 특성들의 관점에서 모드들 사이에서 변한다. 적응형 안테나를 위한 후보 안테나는 모달 안테나이고, 모달 안테나는 단일 포트 안테나로부터 다수의 방사 패턴들을 생성할 수 있다. 네트워크 제어기는 액세스 포인트들의 네트워크에 명령하고 네트워크를 제어하기 위해 구현된다. 알고리즘이 네트워크 제어기의 컴퓨터에 상주하고, 이 알고리즘은, 예를 들어 스위치, 튜닝 가능 커패시터들, 튜닝 가능 인덕터들 등과 같은 능동 컴포넌트들의 리액턴스를 스위치 온/오프하거나 리액턴스를 조정함으로써 제1 액세스 포인트에서 적응형 안테나 시스템의 방사 모드들을 제어하는 것을 목적으로 한다. 두 액세스 포인트들과 시스템의 각 클라이언트 간의 통신 링크 품질이 측정되어 메모리에 저장된다. 적응형 안테나로 구현된 알고리즘은, SINR(Signal to Interference and Noise Ratio), RSSI(Receive Signal Strength Indicator), MCS(Modulation Coding Scheme)과 같은 CQI(channel quality indicator) 메트릭 또는 방사 패턴들을 샘플링하고 상기 CQI에 기초한 최적 방사 패턴 또는 모드에 대한 동작에 관한 결정을 하는 능력을 제공하기 위해 통신 시스템의 기저 대역 프로세서로부터 획득된 유사한 메트릭을 조사하는 기능을 제공한다. 제1 액세스 포인트가 시스템에서 클라이언트들과 통신할 때 제1 액세스 포인트와 관련된 적응형 안테나 시스템에 대한 방사 모드들을 선택함으로써 제2 액세스 포인트의 SINR을 개선하기 위해 최적화가 수행될 수 있다. 두 개의 액세스 포인트들이 상이한 채널들에서 작동하지만, 제1 액세스 포인트로부터의 일부 잔여 대역외 주파수 컴포넌트들이 제2 엑세스 포인트의 수신 포트와 커플링이 발생하는 주파수 응답에 유한한 롤-오프가 존재한다. 예를 들어, 이 액세스 포인트에 연결된 모든 디바이스들의 상이한 안테나들의 모드에 대해 다른 채널을 선택하고 SINR 등과 같은 신호 품질 메트릭들을 모니터링하는 등의 방법으로 제1 액세스 포인트에서 최적화를 수행할 수 있다.
SINR의 개선은, 적응형 안테나의 모드들이 제2 액세스 포인트의 수신 포트에 적은 전력을 결합시키면서 의도된 클라이언트에 서비스를 제공하도록 선택될 때 발생한다. 결과적으로, 시스템의 두 번째 액세스 포인트와 클라이언트들 간에 설정된 통신 링크들의 처리량, 범위 및 용량이 향상된다.
다른 실시예에서, 전술한 바와 같은 통신 시스템은 적응형 안테나 시스템들이 제1 액세스 포인트 및 제 2 액세스 포인트 모두에 통합되는 경우에 구현된다. 네트워크 제어기 내의 컴퓨터에 상주하는 알고리즘은 제1 액세스 포인트 및 제2 액세스 포인트에서 적응형 안테나 시스템들의 방사 모드들을 제어하도록 하는 작업을 수행한다. 제1 액세스 포인트는 채널 A에서 작동하고, 제2 액세스 포인트는 채널 B에서 작동하며 채널 A와 B는 주파수 스펙트럼의 상이한 부분들을 차지한다. 액세스 포인트들이 시스템의 클라이언트들과 통신할 때, 제1 액세스 포인트 및 제2 액세스 포인트 각각과 관련된 적응형 안테나 시스템들에 대한 방사 모드들을 선택함으로써 제1 액세스 포인트 및 제2 액세스 포인트의 SINR을 개선하기 위해 최적화가 수행될 수 있다.
다른 실시예에서, 복수의 액세스 포인트들은 통신 시스템에서 필드화되고, 이러한 복수의 액세스 포인트들은 적응형 안테나 시스템들을 포함한다. 네트워크 제어기에 상주하는 알고리즘은 네트워크의 모든 적응형 안테나 시스템들을 제어하고, 그 목표는 액세스 포인트들과 클라이언트들 사이에 통신 링크들이 확립될 때 하나의 액세스 포인트에서 인접 액세스 포인트로 결합하는 방사 모드들을 선택함으로써 시스템의 모든 액세스 포인트들의 수신 포트들에서 SINR을 증가시키는 것이다.
다른 실시예에서, 복수의 클라이언트뿐만 아니라 복수의 액세스 포인트들은 각각 적응형 안테나 시스템으로 구성되어 네트워크에 확립된 통신 링크들의 양단에 복수의 방사 모드들을 제공한다. 네트워크 제어기에 상주하는 알고리즘은 네트워크의 모든 적응형 안테나 시스템들을 제어하고, 그 목표는 액세스 포인트들과 클라이언트들 사이에 통신 링크들이 확립될 때 하나의 액세스 포인트에서 인접 액세스 포인트로 결합하는 방사 모드들을 선택함으로써 시스템의 모든 액세스 포인트들의 수신 포트들에서 SINR을 증가시키는 것이다. 클라이언트 디바이스들의 적응형 안테나 시스템들은 최적화 프로세스 중에 조정할 추가 파라미터를 제공한다.
또 다른 실시예에서, 복수의 액세스 포인트들은 통신 시스템에서 필드화되고, 복수의 이들 액세스 포인트들은 적응형 안테나 시스템들을 포함하고, 적어도 2개의 액세스 포인트들은 서로 인접하여 동일한 채널에서 동작한다. 네트워크 제어기에 상주하는 알고리즘은 이전에 설명한 것과 동일한 방식으로 작동하고, 최종 결과는 액세스 포인트들과 클라이언트들 사이에 통신 링크들이 확립될 때 하나의 액세스 포인트에서 인접 액세스 포인트로 결합하는 방사 모드들을 선택함으로써 시스템의 모든 액세스 포인트들의 수신 포트들에서 SINR을 개선하는 것이다.
이전에 언급된 실시예들에서 서술된 알고리즘은 네트워크에서 모든 적응형 안테나 시스템들의 방사 모드들을 조사하도록 구성된다. 모든 적응형 안테나 가능 액세스 포인트들과 시스템의 각 클라이언트 간의 통신 링크 품질이 측정되어 메모리에 저장된다. 적응형 안테나로 구현된 알고리즘은, SINR(Signal to Interference and Noise Ratio), RSSI(Receive Signal Strength Indicator), MCS(Modulation Coding Scheme)과 같은 CQI(channel quality indicator) 메트릭 또는 방사 패턴들을 샘플링하고 상기 CQI에 기초한 최적 방사 패턴 또는 모드에 대한 동작에 관한 결정을 하는 능력을 제공하기 위해 통신 시스템의 기저 대역 프로세서로부터 획득된 유사한 메트릭을 조사하는 기능을 제공한다. 시스템 내의 액세스 포인트들 및 클라이언트들과 관련된 적응형 안테나 시스템들에 대한 방사 모드들을 선택함으로써 네트워크에서 액세스 포인트들과 클라이언트들 사이에 확립된 통신 링크들의 SINR을 개선하기 위해 최적화가 수행될 수 있다. 이 알고리즘은 적응형 안테나 시스템이 연결된 네트워크의 각 액세스 포인트에 대한 노이즈 매트릭스를 덧붙인다. 네트워크에서 액세스 포인트와 클라이언트들 사이의 각 통신 링크에 대한 평균 노이즈 측정이 수행되며 이러한 노이즈 값들은 노이즈 매트릭스에 저장된다. 네트워크의 각 액세스 포인트와 관련된 노이즈 매트릭스는 알고리즘에 의해 조사되며, 액세스 포인트들에 대해 또는 액세스 포인트/클라이언트 쌍들에 대해 적응형 안테나 시스템에 대한 방사 모드 상태들이 선택되어, 액세스 포인트들 및 클라이언트들 내의 수신기들에서의 노이즈 레벨들이 각각 최소화된다. 노이즈 매트릭스는 전파 채널의 변화들 및 액세스 포인트들에서의 채널 변화들을 설명하기 위해 지속적으로 업데이트된다.
이제 도면으로 돌아가서, 도 1은 단일 모달 안테나의 4가지 방사 패턴 모드들을 도시한다. 모달 안테나는 다중 방사 패턴들을 생성할 수 있다(4개로 표시되지만 더 많을 수 있음). 도시된 4개의 방사 모드들은 4개의 개별 방향들 (D1; D2; D3 및 D4)으로 피크 이득 커버리지를 제공한다.
도 2는 네트워크 제어기, "API"로 표시된 제1 액세스 포인트 및 "AP2"로 표시된 제2 액세스 포인트를 포함하는 2개의 액세스 포인트들, 및 2개의 액세스 포인트들에 무선으로 연결된 4개의 클라이언트 디바이스들을 포함하는 통신 시스템을 도시한다. 각 액세스 포인트는 모든 장치를 인식한다. 하지만, 각 엑세스 포인트의 적응형 안테나 시스템들의 "모드"를 구성하여 시스템 처리량을 최적화하여, 모드가 의도하지 않은 링크들을 식별하도록 하고(예를 들어, 특정 선택된 모드의 방사 패턴에서 널(null)이 링크가 바람직하지 않은 클라이언트 디바이스의 방향을 지시함), 그리고 또한, 모드는 의도된 클라이언트 디바이스들과의 링크 통신을 우선 순위로 한다(예를 들어, 방사 패턴의 이득 최대 값은 링크가 필요한 클라이언트 디바이스를 향하여 스티어링됨). 여기서, 제1 액세스 포인트(API)는 제1 모드로 구성되고, 제1 모드는 의도된 클라이언트들(디바이스 1 및 디바이스 3)의 방향으로 이득을 설정하는 모드인 반면, 의도하지 않은 클라이언트 디바이스들(디바이스 2 및 디바이스 4)와의 링크를 동시에 제외한다. 그러나, 제2 액세스 포인트(AP2)는 의도 된 클라이언트들(디바이스 2 및 디바이스 4)과의 링크가 확립되도록 제2 모드로 구성되는 반면, 동시에 상기 제2 모드는 의도되지 않은 클라이언트들(디바이스 1 및 디바이스 3)과의 링크를 구별한다. 이와 관련하여, 모든 디바이스들(디바이스들 1 내지 4)은 네트워크상의 서비스들이지만, 처리량은 네트워크상의 액세스 포인트들 및 디바이스들 간에 균등하게 분산되고, 제1 액세스 포인트 및 제2 액세스 포인트의 적응형 안테나 시스템들을 구성하기 위해 네트워크 제어기에 의해 제공되는 제어에 의해 달성된다.
도 3은 "API", "AP2" 및 "AP3"으로 표시된 3개의 액세스 포인트들에 대한 채널 활용도를 나타낸다. 각 액세스 포인트에 대한 주파수 응답은 SINR과 함께 표시된다. 도면에서 볼 수 있듯이, 각 액세스 포인트의 유효 노이즈 플로어는 통신 시스템의 다른 액세스 포인트들에 의해 생성된 주파수 컴포넌트들에 의해 제한되거나 설정된다. 이 3개의 액세스 포인트들과 함께 사용되는 안테나 시스템들에는, 전통적인 패시브 안테나들이 포함되어 있으며, 각 패시브 안테나마다 단일 방사 모드 또는 방사 패턴을 갖는다(모달 안테나의 다중 재구성 가능 안테나 모드들과 반대임).
도 4는 "API", "AP2" 및 "AP3"으로 표시된 3개의 액세스 포인트들에 대한 채널 활용도를 나타낸다. 3개의 액세스 포인트들은 적응형 안테나 시스템들이 있으며, 이 적응형 안테나 시스템들은 다중 방사 모드들을 생성할 수 있고, 상기 안테나 시스템은 상기 복수의 모드들 각각에서 구성될 때 별개의 방사 패턴을 생성한다. 각각의 액세스 포인트에 대한 주파수 응답은 각각의 액세스 포인트의 적응형 안테나 시스템에 의해 생성된 3개의 적응형 스티어링 모드들의 SINR과 함께 도시되어 있다. 적응형 안테나 시스템과 상이한 방사 패턴 및/또는 편광 상태를 제공하는 능동 스트어링 모드들에서, SINR은 하나의 모드에서 다음 모드로 변할 것이다. 가장 높은 SINR을 제공하는 모드는 선택될 수 있고 그리고 액세스 포인트와 클라이언트 디바이스 사이의 통신에 사용되어 통신 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 적응형 스티어링 모드들은 각각의 액세스 포인트에 대해 다수의 채널들에 대해 조사될 수 있고, 그리고 적응형 조향 모드 선택과 함께 액세스 포인트들에 대한 채널 선택이 수행될 수 있다. 결과는 최적의 채널 선택 및 적응형 스티어링 모드 선택이 수행될 때 개선된 주파수 응답 롤 오프로 인해 각 액세스 포인트에서 SINR 성능이 향상된다.
도 5는 통신 시스템의 각 액세스 포인트에 대한 노이즈 매트릭스를 나타내고, 액세스 포인트 및 하나 이상의 클라이언트 디바이스들은 적응형 안테나 시스템들을 포함한다. 액세스 포인트의 수신기 및 클라이언트 디바이스들의 수신기들에서의 평균 노이즈 레벨은 적응형 안테나 시스템들의 능동 스티어링 모드들이 샘플링됨에 따라 결정될 수 있다. 이 노이즈 매트릭스는, 시스템에서 액세스 포인트들에 대한 최적의 채널들을 선택할 때 조사할 데이터베이스 및 클라이언트마다 사용할 적응형 조향 모드를 제공한다.
도 6은 적응형 안테나들을 위한 최적의 능동 스티어링 모드들의 선택과 함께, 통신 시스템에서 액세스 포인트 또는 노드 당 채널 선택을 최적화하는 프로세스의 흐름도를 나타낸다.
도 7은 "API", "AP2", "AP3" 및 "AP4"로 표시된 4개의 액세스 포인트들에 대한 채널 활용도를 나타낸다. "AP1"와 "AP4"가 동일한 채널에서 작동하면서 각 액세스 포인트에 대한 주파수 응답이 표시된다. 각 액세스 포인트의 주파수 응답에 대한 최적의 액티브 스티어링 모드가 표시된다.
도 8은 복수의 클라이언트 디바이스들(31; 32; 33; 34) 각각과 네트워크 사이의 무선 통신 링크들을 서비스하기 위한 네트워크 통신 시스템을 각각 도시한다. 복수의 클라이언트 디바이스들 각각과 네트워크 사이의 무선 통신 링크들을 서비스하기 위한 네트워크 통신 시스템은, 각각, 제1 액세스 포인트(10), 제2 액세스 포인트(20) 및 네트워크 제어기(40)를 포함할 수 있다. 제1 액세스 포인트는 이와 연관된 적응형 안테나 시스템(100)을 포함할 수 있고, 적응형 안테나 시스템은 복수의 가능한 모드들 중 하나에서 구성 가능하고, 상기 적응형 안테나 시스템은 상기 복수의 가능한 모드들 각각에서 구성될 때 별개의 방사 패턴(101a 내지 101d)을 나타낸다. 네트워크 제어기(40)는 특정 시간 동안 적응형 안테나 시스템(100)의 최적 모드를 결정하기 위한 알고리즘(50)을 실행하도록 구성될 수 있으며, 상기 알고리즘은: (i) 상기 제1 액세스 포인트로, 상기 네트워크와의 통신에 이용 가능한 복수의 클라이언트 디바이스들 각각을 조사하는 단계, (ii) 복수의 가능한 모드들 각각에서 제1 액세스 포인트의 적응형 안테나 시스템을 구성하는 단계, 및 각 모드에 대해, 제1 액세스 포인트의 적응형 안테나 시스템 및 복수의 클라이언트 디바이스들 각각과 관련된 CQI(channel quality indicator)를 측정하는 단계, (iii) 측정된 적응형 안테나 시스템의 각 모드, 디바이스 및 CQI에 대응하는 안테나 모드 데이터를 네트워크 상에 저장하는 단계, (iv) 안테나 모드 데이터에 기초하여 복수의 가능한 모드들 중 최적 모드를 선택하는 단계, 및 (v) 최적 모드에서 제1 액세스 포인트의 적응형 안테나 시스템을 구성하는 단계를 포함한다.
제2 액세스 포인트(20)는 고정 방사 패턴(201a)을 갖는 제2 수동 안테나(200)를 포함하는 것으로 도시되어있다. 그러나, 위에서 논의된 바와 같이, 제2 안테나는 대안적으로 적응형 안테나 시스템을 포함할 수 있다.
적응형 안테나 시스템은, 방사 요소, 방사 요소에 인접하여 위치된 하나 이상의 기생 요소, 및 하나 이상의 능동 튜닝 컴포넌트에 의해 특성화될 수 있고, 하나 이상의 능동 튜닝 컴포넌트 각각은 상기 하나 이상의 기생 요소 중 하나에 결합되고, 그리고 각각의 기생 요소의 전류 모드를 조정하도록 구성된다.
능동 튜닝 컴포넌트들은 스위치들, 튜닝 가능 커패시터들, 튜닝 가능 인덕터들, MEMs 디바이스들, 튜닝 가능 위상 시프터들 및 다이오드들로 구성된 그룹으로부터 개별적으로 선택될 수 있다.
제2 액세스 포인트는 이와 연관된 복수의 가능한 제2 모드들 중 하나에서 구성 가능한 제2 적응형 안테나 시스템을 포함할 수 있고, 제2 적응형 안테나 시스템은 복수의 가능한 제2 모드들 각각에서 구성될 때 별개의 방사 패턴을 나타낸다.
네트워크 통신 시스템은 3개 이상의 액세스 포인트들을 포함할 수 있다.
최적 모드는 네트워크의 최대 처리량을 달성하는 복수의 가능한 모드들 중 하나일 수 있다. 최적 모드는 개별 디바이스 처리량에 대한 네트워크 선호도에 따라 우선 순위 처리량을 달성하는 복수의 가능한 모드들 중 하나일 수 있다.
최대 처리량은 네트워크의 각 액세스 포인트들 간에 디바이스 로드를 밸런싱할 때 달성될 수 있다. 최대 처리량은 네트워크에 있는 각 액세스 포인트들의 각 채널 간에 디바이스 로드를 밸런싱할 때 달성된다.
안테나 모드 데이터는 주파수 또는 채널 정보를 더 포함한다.
전술한 바와 같이, CQI는 SINR(Signal to Interference and Noise Ratio), RSSI(Receive Signal Strength Indicator), MCS(Modulation Coding Scheme) 또는 다른 유사한 메트릭으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.
일부 실시예들에서, 통신 시스템은, 주파수 Fl에서 동작하는 제1 무선 주파수 트랜시버; 상기 제1 트랜시버에 연결된 제1 안테나 시스템; 주파수 F2에서 동작하는 제2 무선 주파수 트랜시버; 상기 제2 트랜시버에 연결된 제2 안테나 시스템; 상기 제1 및 제2 트랜시버의 명령 및 제어를 위한 네트워크 제어기; 각 클라이언트 디바이스가 주파수 Fl 또는 F2 또는 F1 및 F2 둘 다에서 동작할 수 있는 송신기, 수신기 또는 트랜시버를 포함하는 복수의 클라이언트 디바이스를 포함하고, 상기 제1 트랜시버에 결합된 제1 안테나 시스템은 적응형 안테나 시스템이며, 이 적응형 안테나 시스템은 둘 이상의 방사 모드들을 생성할 수 있으며, 각 방사 모드는 다른 모드들과 비교하여 상이한 방사 패턴 및/또는 편광을 갖고, 그리고 알고리즘은 네트워크 제어기에 상주하며, 상기 알고리즘은 네트워크의 액세스 포인트 각각에 의해 사용되는 채널만 아니라 적응형 안테나 시스템의 방사 모드들의 변화를 제어하고, 제1 트랜시버가 적응형 안테나 시스템의 방사 모드들을 이용하여 하나 또는 복수의 클라이언트 디바이스와의 통신 링크를 확립함에 따라 통신 링크 메트릭을 조사하고, 제2 트랜시버가 하나 또는 복수의 클라이언트 디바이스와의 통신 링크를 확립함에 따라 통신 링크 메트릭을 조사하고, 그리고 제2 트랜시버가 동일한 시간 간격으로 제2 클라이언트 디바이스와의 통신 링크를 확립할 때, 제1 트랜시버가 제2 트랜시버의 수신기에서 최소 노이즈 레벨을 제공하는 제1 클라이언트와 통신 링크를 확립하는 경우 제1 트랜시버에 연결된 적응형 안테나 시스템에 대한 방사 모드를 선택하도록 구성된다.
통신 시스템의 실시예에 따르면, 복수의 주파수들이 송신 및 수신을 위해 이용 가능하고, 그리고 네트워크 제어기에 상주하는 알고리즘은 네트워크의 액세스 포인트 각각에 의해 사용되는 채널만 아니라 적응형 안테나 시스템의 방사 모드들의 변화를 제어하고, 제1 트랜시버가 적응형 안테나 시스템의 방사 모드들을 이용하여 하나 또는 복수의 클라이언트 디바이스와의 통신 링크를 확립함에 따라 통신 링크 메트릭을 조사하고, 제2 트랜시버가 하나 또는 복수의 클라이언트 디바이스와의 통신 링크를 확립함에 따라 통신 링크 메트릭을 조사하고, 그리고 제2 트랜시버가 동일한 시간 간격으로 제2 클라이언트 디바이스와의 통신 링크를 확립할 때, 제1 트랜시버가 제2 트랜시버의 수신기에서 최소 노이즈 레벨을 제공하는 제1 클라이언트와 통신 링크를 확립하는 경우 제1 트랜시버에 연결된 적응형 안테나 시스템에 대한 방사 모드를 선택하도록 구성되고, 다양한 모드들에 대한 통신 링크 메트릭의 조사는 둘 이상의 주파수들에서 수행되며, 제1 트랜시버 및 제2 트랜시버에 대해 선택된 최적의 주파수는 제1 트랜시버 및 제2 트랜시버의 수신기에서 최소 노이즈 레벨로 동작한다.
다른 실시예에서, 상기 제2 트랜시버에 결합된 제2 안테나 시스템은 적응형 안테나 시스템이며, 이 적응형 안테나 시스템은 둘 이상의 방사 모드들을 생성할 수 있으며, 각 방사 모드는 다른 모드들과 비교하여 상이한 방사 패턴 및/또는 편광을 갖고, 그리고 네트워크 제어기에 상주하는 상기 알고리즘은 네트워크의 액세스 포인트 각각에 의해 사용되는 채널만 아니라 제1 및 제2 적응형 안테나 시스템의 방사 모드들의 변화를 제어하고, 제1 트랜시버가 적응형 안테나 시스템의 방사 모드들을 이용하여 하나 또는 복수의 클라이언트 디바이스와의 통신 링크를 확립함에 따라 통신 링크 메트릭을 조사하고, 적응형 안테나 시스템의 방사 모드들을 이용하여 제2 트랜시버가 하나 또는 복수의 클라이언트 디바이스와의 통신 링크를 확립함에 따라 통신 링크 메트릭을 조사하고, 그리고 제2 트랜시버가 제2 클라이언트와 통신 링크를 확립할 때, 제1 트랜시버가 제2 트랜시버의 수신기에서 최소 노이즈 레벨을 제공하는 제1 클라이언트와 통신 링크를 확립하는 경우 제1 트랜시버에 연결된 적응형 안테나 시스템에 대한 방사 모드를 선택하고, 제1 트랜시버가 동일한 시간 간격으로 제1 클라이언트 디바이스와의 통신 링크를 확립할 때, 제2 트랜시버가 제1 트랜시버의 수신기에서 최소 노이즈 레벨을 제공하는 제2 클라이언트와 통신 링크를 확립하는 경우 제2 트랜시버에 연결된 적응형 안테나 시스템에 대한 방사 모드를 선택하도록 구성되고, 다양한 모드들에 대한 통신 링크 메트릭의 조사는 둘 이상의 주파수들에서 수행되며, 상기 제1 트랜시버 및 제2 트랜시버에 대해 선택된 최적의 주파수는 제1 트랜시버 및 제2 트랜시버의 수신기에서 최소 노이즈 레벨로 동작한다.
다양한 실시예들에서, 통신 링크 메트릭은, SINR(Signal to Interference and Noise Ratio), RSSI(Receive Signal Strength Indicator), MCS(Modulation Coding Scheme)과 같은 CQI(Channel Quality Indicator) 메트릭 또는 방사 패턴들을 샘플링하고 상기 CQI에 기초한 최적 방사 패턴 또는 모드에 대한 동작에 관한 결정을 하는 능력을 제공하기 위해 통신 시스템의 기저 대역 프로세서로부터 획득된 유사한 메트릭을 조사하는 기능을 제공한다.
알고리즘은 제1 또는 제2 트랜시버와 함께 위치한 프로세서에 상주할 수 있다. 알고리즘은 제1 또는 제2 적응형 안테나 시스템과 함께 위치한 프로세서에 상주할 수 있다.
특정 실시예들은 하나 이상의 트랜시버가 그들에 결합된 적응형 안테나 시스템들을 갖는 복수의 트랜시버들을 포함할 수 있고, 네트워크 제어기에 상주하는 알고리즘은, 통신 시스템에서 모든 적응형 안테나 시스템들의 방사 모드들의 선택을 제어하고, 트랜시버들이 적응형 안테나 시스템들의 방사 모드들을 이용하여 클라이언트 디바이스들과 통신 링크들을 설정함에 따라 적응형 안테나 시스템들을 갖는 모든 트랜시버들에 대한 통신 링크 메트릭들을 조사하고, 그리고 통신 시스템의 트랜시버들에서 최소 노이즈 레벨이 최적화되도록 통신 시스템의 다른 트랜시버들과 동시에 통신 링크들을 확립하기 위해 트랜시버/클라이언트 페어링을 선택하도록 구성된다.
특정 실시예들은, 또한, 네트워크 제어기에 상주하는 알고리즘이, 통신 시스템에서 모든 적응형 안테나 시스템들의 방사 모드들의 선택을 제어하고, 트랜시버들이 적응형 안테나 시스템들의 방사 모드들을 이용하여 클라이언트 디바이스들과 통신 링크들을 설정함에 따라 적응형 안테나 시스템들을 갖는 모든 트랜시버들에 대한 통신 링크 메트릭들을 조사하고, 그리고 통신 시스템의 트랜시버들에서 최소 노이즈 레벨이 최적화되도록 통신 시스템의 다른 트랜시버들과 동시에 통신 링크들을 확립하기 위해 트랜시버/클라이언트 페어링들을 위한 상기 트랜시버들에 대한 주파수 채널들을 선택하는 것을 포함한다.
특정 실시예들은 또한 제1 및 제2 무선 주파수 트랜시버들이 주파수 F1에서 동작하는 것을 포함할 수 있다. 특정 실시예들은 또한 적응형 안테나 시스템들을 갖는 2개 이상의 트랜시버들이 주파수 F1에서 동작하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명은 많은 세부 사항들을 포함하지만, 이들은 본 발명의 범위 또는 청구될 수 있는 것에 대한 제한으로 해석되어서는 아니되고, 본 발명의 특정 실시예들에 특정한 특징들의 설명으로 해석되어야한다. 별도의 실시예들과 관련하여 본 문서에서 서술된 특정 특징들은 또한 단일 실시예에서 조합하여 구현될 수 있다. 반대로, 단일 실시예와 관련하여 서술된 다양한 특징들은 또한 다수의 실시예들에 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 구현될 수 있다. 더욱이, 특징들이 특정 조합들로 작용하는 것으로서 서술될 수 있고, 심지어 처음에 그렇게 청구될 수 있을지라도, 청구된 조합의 하나 이상의 특징은 경우들에 따라 조합에서 행사될 수 있으며, 그리고 청구된 조합은 하위 조합 또는 하위 조합의 변형에 관한 것일 수 있다.
Claims (11)
- 복수의 클라이언트 디바이스들 각각과 네트워크 사이의 무선 통신 링크들을 서비스하기 위한 네트워크 통신 시스템에 있어서,
상기 네트워크 통신 시스템은:
제1 액세스 포인트;
제2 액세스 포인트; 및
네트워크 제어기를 포함하고,
상기 제1 액세스 포인트는 제1 액세스 포인트와 연관된 적응형 안테나 시스템(adaptive antenna system)을 포함하고, 상기 적응형 안테나 시스템은 복수의 가능한 모드들 중 하나의 모드에서 구성 가능하고, 상기 적응형 안테나 시스템은 상기 복수의 가능한 모드들 각각에서 구성될 때 별개의 방사 패턴을 나타내고; 그리고
상기 네트워크 제어기는 특정 시간 주기 동안 상기 적응형 안테나 시스템의 최적 모드를 결정하기 위한 알고리즘을 실행하고,
상기 알고리즘은:
상기 제1 액세스 포인트로, 상기 네트워크와의 통신에 이용 가능한 복수의 클라이언트 디바이스들 각각을 조사하는 단계와;
상기 복수의 가능한 모드들 각각에서 상기 제1 액세스 포인트의 상기 적응형 안테나 시스템을 구성하고, 그리고 각 모드에 대해, 상기 제1 액세스 포인트의 적응형 안테나 시스템 및 상기 복수의 클라이언트 디바이스들 각각과 관련된 CQI(channel quality indicator)를 측정하는 단계와;
측정된 상기 적응형 안테나 시스템의 각 모드, 디바이스 및 CQI에 대응하는 안테나 모드 데이터를 상기 네트워크 상에 저장하는 단계와;
상기 안테나 모드 데이터에 기초하여 상기 복수의 가능한 모드들 중 최적 모드를 선택하는 단계와; 그리고
상기 최적 모드에서 상기 제1 액세스 포인트의 적응형 안테나 시스템을 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
네트워크 통신 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 적응형 안테나 시스템은, 방사 요소, 상기 방사 요소에 인접하여 위치 된 하나 이상의 기생 요소, 및 하나 이상의 능동 튜닝 컴포넌트를 특징으로 하며, 상기 하나 이상의 능동 튜닝 컴포넌트 각각은 상기 하나 이상의 기생 요소 중 하나에 결합되고, 상기 기생 요소 각각의 전류 모드를 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
네트워크 통신 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 능동 튜닝 컴포넌트들은, 스위치들, 튜닝 가능한 커패시터들, 튜닝 가능한 인덕터들, MEMs 디바이스들, 튜닝 가능한 위상 시프터들 및 다이오드들로 이루어진 그룹으로부터 개별적으로 선택되는 것을 특징으로 하는
네트워크 통신 시스템. - 제1항에있어서,
상기 제2 액세스 포인트는 제2 액세스 포인트와 관련된 복수의 가능한 제2 모드들 중 하나에서 구성 가능한 제2 적응형 안테나 시스템을 포함하고, 상기 제2 적응형 안테나 시스템은 상기 복수의 가능한 제2 모드들 각각에서 구성될 때 별개의 방사 패턴을 나타내는 것을 특징으로 하는
네트워크 통신 시스템. - 제4항에 있어서,
3개 이상의 액세스 포인트를 포함하는 것을 특징으로 하는
네트워크 통신 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 최적 모드는 상기 네트워크의 최대 처리량을 달성하는 복수의 가능한 모드들 중 하나인 것을 특징으로 하는
네트워크 통신 시스템. - 제6항에 있어서,
최대 처리량은 상기 네트워크상의 각각의 액세스 포인트들 사이에서 디바이스 로드(device load)를 밸런싱할 때 달성되는 것을 특징으로 하는
네트워크 통신 시스템. - 제6항에 있어서,
최대 처리량은 네트워크상의 각각의 액세스 포인트들의 각 채널 사이에서 디바이스 로드를 밸런싱할 때 달성되는 것을 특징으로 하는
네트워크 통신 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 안테나 모드 데이터는 주파수 또는 채널 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
네트워크 통신 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 최적 모드는 개별 디바이스 처리량에 대한 네트워크 선호도에 따라 우선 순위 처리량을 달성하는 복수의 가능한 모드들 중 하나인 것을 특징으로 하는
네트워크 통신 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 CQI는, SINR(Signal to Interference and Noise Ratio), RSSI(Receive Signal Strength Indicator) 및 MCS(Modulation Coding Scheme)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는
네트워크 통신 시스템.
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