KR100902294B1

KR100902294B1 - 환경 변화에 적응적인 ｍｉｍｏ 안테나 시스템

Info

Publication number: KR100902294B1
Application number: KR1020070084533A
Authority: KR
Inventors: 박세현; 윤병태; 문영민; 김동진
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2009-06-10
Also published as: US20090051618A1; US8165637B2; KR20090020092A

Abstract

환경 변화에 적응적인 MIMO 안테나 시스템을 제공한다. 본 MIMO 안테나 시스템은, 제1 안테나 소자, 제2 안테나 소자, 제1 안테나 소자를 통해 서로 다른 종류의 편파 신호 중 적어도 어느 하나의 신호를 수신하는 수신부, 수신부를 통해 수신된 신호 및 제2 안테나 소자를 통해 수신된 신호를 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정부 및 추정된 채널로부터 계산된 상관도에 따라 수신부가 특정 편파 신호를 수신하도록 제어하는 상관도 비교부를 포함한다. 이에 의해 다양한 환경변화에 따른 다른 종류의 편파 신호를 수신하여 MIMO 안테나 시스템의 복원 성능을 향상시킬 수 있다.

전계강도, 상관도, MIMO 안테나, 채널

Description

환경 변화에 적응적인 ＭＩＭＯ 안테나 시스템{Multiple-Input Multiple-Output Antenna system adaptable for the multiplicity of environment}

본 발명은 MIMO 안테나 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다양한 환경에서 수신 효율을 향상시킬 수 있는 MIMO 안테나 시스템에 관한 것이다.

최근 무선 이동통신 기술을 이용한 고품질의 멀티미디어 서비스의 요구에 따라, 더 많은 데이터를 더 빨리, 더 낮은 오류 확률로 전송하기 위한 차세대 무선 전송 기술이 요구되고 있다.

이에 따라, 제안된 것이 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)안테나이다. MIMO안테나는, 복수개의 안테나 소자를 특수한 구조로 배열하여 다중 입출력 동작 을 수행한다. 이에 따라, 특정 범위에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나 특정 데이터 전송 속도에 대해 시스템 범위를 증가시킬 수 있다. 이러한 MIMO 안테나는 이동통신 단말과 중계기 등에 폭넓게 사용할 수 있는 차세대 이동통신 기술로서, 데이터 통신 확대 등으로 인해 한계 상황에 다다른 이동통신이 전송량 한계를 극복할 수 있는 차세대 기술로 관심을 모으고 있다.

그런데, MIMO 안테나는, 복수의 안테나 소자를 소형 단말기내에 설치하기 위해서는 보다 작은 안테나 소자를 필요로 하기 때문에, 종래의 안테나로는 구현이 매우 어렵다. 이에 따라, 단말기의 소형화에 부합되도록, MIMO 시스템의 구현이 가능한 작은 안테나 소자가 제안되어야 할 것이다.

뿐만 아니라, MIMO 안테나를 통해 신호를 수신하는 경우, MIMO 안테나가 있는 위치에 따라 채널 환경도 변하게 된다. 그리하여, 수신신호의 전계 강도가 일정하지 않아, 신호를 복원하기 어려운 문제점이 있다. 특히, 선형 편파를 송신하는 안테나에 대응되도록 수신기에서도 선형 편파 안테나를 설계하는 것이 일반적인데, 멀티 패스(Multi-Path)환경에서 편파가 변환되면 수신단에서는 그에 따른 전계강도의 손실이 발생하게 된다.

또한, MIMO 안테나의 경우, 송신기와 근거리에 있는 수신기는 상관도가 높은 신호를 수신하게 됨으로써, 신호를 복원하지 못하는 경우도 발생하게 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 목적은, 다양한 환경변화에 따른 다른 종류의 편파 신호를 수신하여 복원 성능을 향상시킬 수 있는 MIMO 안테나 시스템을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, MIMO 안테나 시스템은, 제1 안테나 소자; 제2 안테나 소자; 상기 제1 안테나 소자를 통해 서로 다른 종류의 편파 신호 중 적어도 어느 하나의 신호를 수신하는 수신부; 상기 수신부를 통해 수신된 신호 및 제2 안테나 소자를 통해 수신된 신호를 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정부; 및상기 추정된 채널로부터 계산된 상관도에 따라 상기 수신부가 특정 편파 신호를 수신하도록 제어하는 상관도 비교부;를 포함한다.

그리고, 상기 상관도 비교부는, 상기 계산된 상관도가 기준 상관도 이상이면, 상기 수신부가 기수신된 신호와 다른 종류의 편파 신호를 수신하도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수신부는, 상기 수신된 신호의 전계강도에 따라 특정 편파 신호를 수신하도록 제어하는 전력 비교부;를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 전력 비교부는, 상기 수신된 편파의 전계강도가 기준 전계강도 미만이면, 상기 수신부가 기수신된 편파와 다른 종류의 편파 신호를 수신하도록 제어하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 수신부는, 제1 편파 신호를 수신하는 제1 스위칭부; 제2 편파 신호를 수신하는 제2 스위칭부;를 포함하고, 상기 상관 비교부는, 상기 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호 중 어느 하나를 수신하도록 상기 수신부를 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 상관 비교부는, 상기 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호 중 공간 상관도가 낮은 편파 신호를 수신하도록 상기 수신부를 제어하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1 안테나 소자에는 선형 편파 신호가 공진하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수신부는, 일단이 상기 제1 안테나 소자의 제1 변과 연결되어 있고, 타단이 급전부와 연결되어 있는 제1 피딩라인; 및 일단이 상기 제2 안테나 소자의 제1 변과 다른 제2 변과 연결되어 있고, 타단이 상기 급전부와 연결되어 있는 제2 피딩라인;를 더 포함하고, 상기 제1 스위칭부는 상기 제1 피딩라인상에, 상기 제2 스위칭부는 상기 제2 피딩라인상에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1 피딩라인의 일단은 상기 제1 안테나 소자의 제1 변의 중앙에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 편파 신호는 수직 선형 편파이고, 상기 제2 편파 신호는 수평 선형 편파인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 수신부는, 상기 제1 안테나 소자를 통해 수신된 신호의 위상을 변환시키는 위상 변환부; 제1 편파 신호를 선택하는 제1 스위칭부; 제2 편파 신호 를 선택하는 제2 스위칭부; 및 상기 상관 비교부는, 상기 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호 중 낮은 상관도를 갖는 편파 신호를 선택하도록 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부를 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 안테나 소자에는 선형 편파가 공진하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1 안테나 소자에 전류를 공급하는 급전부;를 포함하고, 상기 수신부는, 일단이 상기 제1 안테나 소자의 제1 변과 연결되어 있고, 타단이 상기 급전부와 연결되어 있는 제1 피딩라인; 및 일단 상기 제1 안테나 소자의 제1 변과 다른 제2 변과 연결되어 있고, 타단이 상기 급전부와 연결되어 있는 제2 피딩라인;를 포함하며, 상기 제1 스위칭부는 상기 제1 피딩라인상에, 상기 제2 스위칭부는 상기 제2 피딩라인상에 배치되어 있으며, 상기 위상 변환부는 상기 제1 피딩라인 및 상기 제2 피딩라인 사이에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 편파 신호는 좌원형 편파 신호이고, 상기 제2 편파 신호는 우원형 편파 신호인 것이 바람직하다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, MIMO 안테나 시스템의 제어방법은, 제1 안테나 소자 및 제2 안테나 소자를 포함하는 MIMO 안테나 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 제1 안테나 소자를 통해 서로 다른 종류의 편파 신호 중 적어도 어느 하나의 신호인 제1 신호를 수신하는 단계; 상기 제2 안테나 소자를 통해 제2 신호를 수신하는 단계; 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 이용하여 채널을 추정하는 단계;상기 추정된 채널로부터 계산된 상관도에 따라 상기 제1 신호가 특정 편파 신호가 되도록 제어하는 제1 제어단계;를 포함한다.

그리고, 상기 제1 제어단계는, 상기 계산된 상관도가 기준 상관도 이상이면, 상기 제1 신호가 기수신된 신호와 다른 종류의 편파 신호가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수신단계는, 상기 제1 신호의 전계강도에 따라 상기 제1 신호가 특정 편파 신호가 되도록 제어하는 제2 제어단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제2 제어단계는, 기수신된 제1 신호의 전계강도가 기준 전계강도 미만이면, 상기 제1 신호가 기수신된 편파 신호와 다른 종류의 편파 신호가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 멀티 패스(MULTI-PATH) 환경하에서 수신 전계강도 및 상관도를 이용하여 MIMO 안테나 시스템의 복원 성능을 최대화시킬 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른, 다양한 편파 신호 중 어느 하나를 수신하여 복원하는 안테나 시스템에 관한 블럭도이다. 특정 주파수 대역의 전자기파가 공진하는 안테나 소자(110)(160), 상기한 안테나 소자(110)(160)에서 특정 편파가 공진하게 함으로써, 특정 편파를 수신하는 수신부(120)(170), 상기한 수신부(120)(170)에서 수신된 신호를 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정부(130) 및 채널 행렬의 채널 상태 정보를 이용하여 상관도(correlatin)를 비교하는 상관도 비교부(140) 및 수신신호를 복원하는 하는 복원부(150)를 포함한다.

본 안테나 시스템은 MIMO 안테나 시스템으로써, 설명의 편의를 도모하기 위해 2개의 안테나 소자로 구성되어 있는 MIMO 안테나 시스템에 관하여 설명한다.

제1 안테나 소자(110) 및 제2 안테나 소자(160)는 다양한 다른 종류의 편파 신호가 공진할 수 있도록 구현되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 제1 안테나 소자(110) 및 제2 안테나 소자(160)에서 공진가능한 편파 신호로는, 선형 편파 및 원형 편파가 있을 수 있고, 보다 구체적으로 수직 선형 편파, 수평 선형 편파, 우원형 편파 및 좌원형 편파가 있을 수 있다, 본 실시예에서는 수직 선형 편파 및 수평 선형 편파가 공진하는 경우를 예로 들어 설명한다.

제1 수신부(120) 및 제2 수신부(170) 각각은 제1 안테나 소자(110) 및 제2 안테나 소자(160)에서 특정 편파가 공진하게 함으로써, 특정 편파를 수신한다. 즉, 제1 안테나 소자(110) 및 제2 안테나 소자(160)에서는 수직 선형 편파 및 수평 선형 편파가 공진가능하나, 제1 수신부(120) 및 제2 수신부(170)는 수직 선형 편파 또는 수평 선형 편파 중 어느 하나를 수신하여 채널 추정부(130)로 인가한다.

또한, 제1 수신부(120)는 특정 편파를 수신하는 제1 신호 선택부(122) 및 수신된 특정 편파의 전력값에 따라 제1 신호 선택부(122)를 제어하는 제1 전력 비교부(124)를 포함한다. 제2 수신부(170)도 제1 수신부(120)와 마찬가지로 특정 편파를 수신하는 제2 신호 선택부(172) 및 수신된 특정 편파의 전력값에 따라 제2 신호 선택부(172)를 제어하는 제2 전력 비교부(174)를 포함한다. 제2 수신부(170)내에 마련되어 있는 제2 신호 선택부(172) 및 제2 전력 비교부(174)는 제1 수신부(120)내에 마련되어 있는 제1 신호 선택부(122) 및 제1 전력 비교부(124)와 동일한 기능 을 수행하기 때문에 이하에서는 제1 신호 선택부(122) 및 제1 전력 비교부(124)를 중심으로 설명한다.

제1 신호 선택부(122)는 수직 선형 편파가 공진되도록 제1 안테나 소자(110)를 제어하는 제1 스위칭부(121) 및 수평 선형 편파가 공진되도록 제1 안테나 소자(110)를 제어하는 제2 스위칭부(123)가 마련되어 있다. 그리하여 제1 스위칭부(121)가 온되고 제2 스위칭부(123)가 오프되면 제1 신호 선택부(122)는 수직 선형 편파를 수신하고, 제1 스위칭부(121)가 오프되고 제2 스위칭부(123)가 온되면 제1 신호 선택부(122)는 수평 선형 편파를 수신하게 된다. 제1 스위칭부(121) 및 제2 스위칭부(123)는 제1 전력 비교부(124)의 제어에 따라 온 또는 오프된다.

제1 전력 비교부(124)는 제1 신호 선택부(122)에서 출력되는 신호가 복원하기에 적합한 신호인지를 1차적으로 판단한다. 구체적으로, 제1 전력 비교부(124)는 제1 신호 선택부(122)에서 출력되는 신호의 수신 전계강도(Received Signal Strength Indication)를 계산한다. 그리고, 계산된 수신 전계강도와 기준 전계강도(threshold level of Received Signal Strength Indication:RSSI_th)를 비교하여, 수신 전계강도가 기준 전계강도보다 크면, 수신된 신호를 채널 추정부(130)로 인가한다.

그리고, 수신 전계강도가 기준 전계강도 이하이면, 제1 전력 비교부(124)는 제1 신호 선택부(122)가 다른 종류의 편파를 수신하도록 제어 신호를 제1 신호 선택부(122)로 출력한다. 그리하여, 제1 전력 비교부(124)는 기준 전계강도보다 큰 전계강도를 갖는 수신신호가 복원되도록 함으로써, 신호의 복원 성능을 향상시킬 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 최대 전계강도를 갖는 신호를 복원하는 하는 것이 아니라, 기준 전계강도 보다 큰 전계강도를 갖는 신호를 복원함으로써, 최대 전계강도를 찾아내는 과정이 불필요하여, MIMO 안테나 시스템의 연산 과정을 줄일 수 있는 효과가 있다.

채널 추정부(130)는 제1 수신부(120) 및 제2 수신부(170)에서 출력된 신호에 기초하여 채널 이득을 나타내는 채널 행렬 H(channel matrix)을 추정한다. 채널 추정부(130)가 채널 행렬을 추정하는 방법은 송신신호의 변조 방식에 따라 다른 방법이 적용될 수 있으며, 채널 추정 방법은 당업자에게 널리 알려져 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.

상관도 비교부(140)는 채널 추정부(130)로부터 출력된 채널 행렬의 채널 상태 정보로부터 상관도를 계산한다. 상관도 계산 방법 또한 당업자에게 널리 알려져 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 상관도 비교부(140)는 계산된 상관도와 기준 상관도(threshold level of Correlation: Corr_th)를 비교한다. 그리하여, 계산된 상관도가 기준 상관도 미만이면, 송신신호의 추정치를 복조하기 위해 복조부로 인가한다. 반면, 계산된 상관도가 기준 상관도 이상이면, 상관도 비교부(140)는 제1 신호 선택부(122)가 다른 종류의 편파를 수신하도록 하는 제어 신호를 제1 신호 선택부(122)로 인가한다. 상관도 비교부(140)는 다른 종류의 편파를 선택하도록 하는 제어신호를 제1 신호 선택부(122)로 인가할 뿐만 아니라, 제2 신호 선택부(172)로도 인가할 수 있는데, 설명의 편의를 위해 제1 신호 선택부(122)로 인가한 경우에 한해 설명한다.

MIMO 안테나 시스템의 경우, 상관도가 크면 수신신호의 전계 강도가 크다하더라도 신호를 복원하기 어려워진다. 그리하여, 상관도가 일정값미만인 경우에만 신호를 복원함으로써, 복원 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 환경변화에 적응적인 특정 편파를 수신하여 복원하는 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다,

먼저, 제1 안테나 소자(110) 및 제2 안테나 소자(160)내에 특정 주파수 대역의 전자기파가 공진하게 되고, 제1 신호 선택부(122) 및 제2 신호 선택부(172) 각각은 특정 편파를 수신하여 제1 전력 비교부(124) 및 제2 전력 비교부(174)로 인가한다(S210)(S215). 제1 신호 선택부(122)가 수신하는 편파의 종류와 제2 신호 선택부(172)가 수신하는 편파의 종류를 독립적이다. 본 실시예에서는 제1 신호 선택부(122) 및 제2 신호 선택부(172) 모두 선형 편파를 수신하였다고 가정한다.

제1 전력 비교부(124) 및 제2 전력 비교부(174) 각각은 제1 신호 선택부(122) 및 제2 신호 선택부(172)로부터 인가받은 수신신호의 전계강도를 계산한다(S220)(S225).

그리고, 다시 제1 전력 비교부(124) 및 제2 전력 비교부(174) 각각은 계산된 전계강도가 기준 전계강도를 초과하는지 판단한다(S230)(S235).

전계강도가 기준 전계강도를 미만이라고 판단되면(S230-N)(S235-N), 제1 전력 비교부(124) 및 제2 전력 비교부(174) 각각은 수신할 편파를 변경하라는 제어신호를 제1 신호 선택부(122) 및 제2 신호 선택부(172)로 인가한다(S240)(S245).

제1 신호 선택부(122)가 수신한 편파와 제2 신호 선택부(172)가 수신한 편파 는 서로 무관하기 때문에 제1 전력 비교부(124)가 계산한 전계강도도 제2 전력 비교부(174)가 계산한 전계강도와 무관하다. 만약, 제1 전력 비교부(124)가 계산한 전계강도는 기준 전계강도를 초과하지만, 제2 전력 비교부(174)가 계산한 전계강도는 기준 전계강도 이하이면, 제2 전력 비교부(174)만이 수신할 편파를 변경하라는 제어신호를 제2 신호 선택부(172)로 인가한다. 그러면, 제2 신호 선택부(172)는 수직 선형 편파 대신 수평 선형 편파를 수신하여 제2 전력 비교부(174)로 인가한다. 다시 제2 전력 비교부(174)는 수평 선형 편파의 전계강도를 계산하고, 계산된 전계강도가 기준 전계강도를 초과하는지 판단한다. 수평 선형 편파의 전계강도가 기준 전계강도를 초과한다고 가정한다.

한편, 계산된 전계강도가 기준 전계강도를 초과한다고 판단되면(S230-Y)(S235-Y), 제1 전력 비교부(124) 및 제2 전력 비교부(174)는 수신된 신호를 채널 추정부(130)로 인가하고, 채널 추정부는 수신 신호를 이용하여 채널을 추정한다(S250). 제1 전력 비교부(124)는 수신된 수직 선형 편파의 전계강도가 기준 전계강도를 초과한다고 판단하였기 때문에 수직 선형 편파를 채널 추정부(130)로 인가한다. 그리고, 제2 전력 비교부(174)는 기준 전계강도를 초과한 수평 선형 편파를 채널 추정부(130)로 인가한다. 그리고, 채널 추정부(130)는 제1 전력 비교부(124) 및 제2 전력 비교부(174)로부터 인가받은 수신 신호를 이용하여 채널 이득을 나타내는 채널 행렬 H을 추정한다.

그리고, 상관도 비교부(140)는 채널의 채널 상태 정보를 이용하여 상관도를 계산한다(S260). 이때, 상관도는 공간적 상관도(Spatial correlation)인 것이 바람 직하다.

또한, 상관도 비교부(140)는 계산된 상관도가 기준 상관도 미만이지 판단한다(S270). 이와 같이, 상관도 비교부(140)가 계산된 상관도를 기준 상관도와 비교하는 이유는 상관도가 낮을수록 신호의 복원이 쉽기 때문에, 기준 상관도 미만의 신호만을 복원하기 위함이다.

상관도가 기준 상관도 미만이라고 판단되면(S270-Y), 상관도 비교부(140)는 수신신호를 복원부(150)로 인가하고, 복윈부는 송신신호에 적용된 변조 방식에 상응하는 복원방식으로 수신신호를 원래의 데이터로 복원한다(S280).

한편, 상관도가 기준 상관도 이상이라고 판단되면(S270-N), 상관도 비교부(140)는 수신할 편파를 변경하라는 제어신호를 제1 신호 선택부(122) 및 제2 신호 선택부(172) 중 적어도 어느 하나에 인가한다. 만약, 상관도 비교부(140)가 제어신호를 제1 신호 선택부(122)로 인가하였다면, 제1 신호 선택부(122)는 수직 선형 편파 대신 수평 선형 편파를 수신하여 제1 전력 비교부(124)로 인가한다. 그리하여 다시 S230 내지 S270단계가 수행되고, S270단계에서, 계산된 상관도가 기준 상관도 미만이면, 수신된 신호를 복원하게 된다.

이와 같이, 제1 전력 비교부(124) 및 제2 전력 비교부(174)는 기준 전계강도 초과의 수신신호만을 수신하고, 상관도 비교부(140)는 기준 상관도 미만의 수신신호만을 수신하도록 하는 필터링 역할을 한다. 그리하여 다양한 환경에 따라 다른 종류의 편파 신호를 이용하여 신호를 복원하기 때문에 MIMO 안테나 시스템의 성능을 최대화시킬 수 있다.

본 실시예에서는, 수신부가 수직 선형 편파 및 수평 선형 편파를 이용하여 신호를 복원하는 방법에 대해 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 수신부가 수신하는 신호는 수직 선형 편파 및 수평 선형 편파 이외에도 듀얼 선형 편파, 우원형 편파 및 좌선형 편파가 있을 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 제1 안테나 소자(110) 및 제2 안테나 소자(160)의 기능과 제1 수신부(120) 및 제2 수신부(170)의 기능이 동일하다고 하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 제1 안테나 소자(120)는 본 발명에서 설명한 바와 같이, 여러 종류의 편파들이 공진가능하게 설계되어 있다고 하더라도, 제2 안테나 소자(160)는 특정 편파만이 공진가능하게 설계되어 있어도 무방하다. 또한, 제1 수신부(120)도 여러 종류의 편파들 중 특정 편파를 수신하게 설계되어 있더라도, 제2 수신부(170)는 특정 편파만을 수신하도록 설계될 수 있음도 물론이다. 이와 같은 경우, 특정 편파를 수신하도록 하는 제어신호는 제1 수신부(120)에만 인가될 것이다.

이하에서는 다른 종류의 편파를 수신하는 안테나 소자 및 신호 선택부에 관하여 설명한다.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 종류의 선형 편파를 수신하는 안테나 소자 및 신호 선택부가 도시된 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 안테나 소자(310)는 수직 선형 편파(311) 및 수평 선형 편파(313)가 모두 공진할 수 있는 패치(patch) 안테나 소자인 것이 바람직하다. 특히, 패치 안테나 소자 중에서도 사각형 형태을 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 피딩라인은 일단이 안테나 소자의 가로 변(X)의 중앙과 연결되어 있고, 타단이 급전부(360)와 연결되어 있는 제1 피딩라인(320)과 일단이 안테나 소자의 세로변(Y)의 중앙과 연결되어 있고, 타단이 급전부(360)와 연결되어 있는 제2 피딩라인(330)로 구성되어 있다. 그리고, 피딩 라인은 스트립 라인인 것이 바람직하다.

그리고, 제1 피딩라인(320) 및 제2 피딩라인(330) 상에는 각각 제1 스위칭부(340) 및 제2 스위칭부(350)가 마련되어 있다. 그리하여, 제1 스위칭부(340)가 온되고, 제2 스위칭부(350)가 오프되면, 안테나 소자(310)내에는 수직 선형 편파(311)가 공진하게 된다. 또한, 제1 스위칭부(340)가 오프되고, 제2 스위칭부(350)가 온되면, 안테나 소자(310)내에는 수평 선형 편파(313)가 공진하게 된다. 한편, 제1 스위칭부(340) 및 제2 스위칭부(350)가 모두 온되면, 안테나 소자내에는 듀얼 선형 편파(daul linear polarization)(315)가 공진하게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 종류의 원형 편파를 수신하는 안테나 소자 및 신호 선택부가 도시된 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 안테나 소자(410)는 도 3에 도시된 안테나 소자와 동일한 안테나 소자이다. 그리고, 피딩라인은 제1 피딩라인 내지 제4 피딩라인(420)(430)(440)(450)(460)으로 구성되어 있다. 제1 피딩라인(420)의 일단은 안테나 소자의 가로변(X)의 중앙과 연결되어 있고, 타단은 급전부과 연결되어 있다. 제2 피딩라인(430)의 일단은 안테나 소자의 세로변(Y)의 중앙과 연결되어 있고, 타단은 급전부와 연결되어 있다.

제3 피딩라인(440)의 일단은 제1 피딩라인(420)의 임의의 지점과 연결되어 있고, 타단은 제2 피딩라인(430)의 임의의 지점과 연결되어 있다. 제4 피딩라 인(450)의 일단은 제1 피딩라인(420)의 임의의 지점과 연결되어 있고, 타단은 제2 피딩라인(430)의 임의의 지점과 연결되어 있다. 또한, 제3 피딩라인(440)과 제4 피딩라인(450)은 나란히 배치되어 있는 것이 바람하며, 제3 피딩라인(440)과 제4 피딩라인(450)의 길이는 공진하는 전자기파에 대한 파장의 1/4인 것이 바람직하다. 그리하여, 제3 피딩라인(440) 및 제4 피딩라인(450)는 위상 변환부의 역할을 수행한다. 뿐만 아니라, 제1 피딩라인(420) 및 제2 피딩 라인(430) 상에는 제1 스위칭부(470) 및 제2 스위칭부(480)가 마련되어 있다.

그리하여, 제1 스위칭부(470)가 온되고, 제2 스위칭부(480)가 오프되면, 신호 선택부는 우원형 편파를 선택하게 되고, 제1 스위칭부(470)가 오프되고, 제2 스위칭부(480)가 온되면 좌원형 편파를 선택하게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 다른 종류의 선형 편파 및 원형 편파를수신하는 안테나 소자 및 신호 선택부를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 안테나 소자(510)는 도 3에 도시된 안테나 소자와 동일한 안테나 소자인 것이 바람직하다. 그리고, 피딩라인은 제1 피딩라인(520)과 제2 피딩라인(530)으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 제1 피딩라인(520)의 일단은 안테나 소자의 가로변(X)의 중앙과 연결되어 있고, 타단은 급전부(580)와 연결되어 있다. 또한, 제2 피딩라인(530)의 일단은 안테나 소자의 세로변(Y)의 중앙과 연결되어 있으며 타단은 급전부(580)와 연결되어 있다.

한편, 제1 피딩라인(520) 상에는 제1 위상 변환부(540)와 제1 스위칭부(560)가 마련되어 있으며, 제2 피딩라인(530) 상에는 제2 위상 변환부(550)와 제2 스위 칭부(570)가 마련되어 있다. 그리하여, 제1 위상 변환부(540) 및 제2 위상 변환부(550)는 안테나 소자(510)에 공진하는 전자기파의 위상을 변환시킨다. 물론 제1 위상 변환부(540) 및 제2 위상 변환부(550)는 경우에 따라 안테나 소자(510)에 공진하는 전자기파의 위상을 변환시키지 않을 수 있다. 제1 위상 변환부(540) 및 제2 위상 변환부(550)가 전자기파의 위상을 변환시킬 것인지의 여부는 전력 비교부(124)(174) 및 상관도 비교부(140)의 제어신호에 따라 결정된다.

예를 들어, 제1 위상 변환부(540)가 전자기파의 위상을 변환시키기 않고, 제1 스위칭부(560)가 온되며, 제2 스위칭부(570)가 오프되면, 신호 선택부는 수직 선형 편파를 선택하게 된다.. 또한, 제2 위상 변환부(550)가 전자기파의 위상을 변환시키기 않고, 제1 스위칭부(560)가 오프되고 제2 스위칭부(570)가 온되면, 신호 선택부는 수평 선형 편파를 선택하게 된다.

한편, 제1 스위칭부(560) 및 제2 스위칭부(570) 모두가 온된 상태에서 제1 위상 변환부(540)가 전자기파의 위상을 90° 지연시키고, 제2 위상 변환부(550)가 전자기파의 위상을 변환시키지 않는다면, 신호 선택부는 좌원형 편파를 선택하게 된다. 반면 제1 스위칭부(560) 및 제2 스위칭부(570)가 모두 온된 상태에서 제1 위상 변환부(540)가 전자기파의 위상을 변환시키지 않고 제2 위상 변환부(550)가 전자기파의 위상을 90° 지연시키면, 신호 선택부는 우원형 편파를 선택하게 된다.

본 실시예에서는, 안테나 소자의 형태를 사각형 형상의 패치 안테나를 일 예로 들어 설명하였다. 그러나 이에 한정되지 않는다. 안테나 소자가 서로 다른 선형 편파를 공진시킬 수 있는 직선 편파용 안테나라면, 안테나의 형상이 어떠한 형태여 도 무방하다.

도 6는 본 발명에 적용된 사각형 형상의 패치 안테나의 가로변 및 세로변의 중앙에 피딩라인이 연결되었을 때의 리턴 로스 및 아이솔레이션을 나타내는 그래프이다. S₁₁은 제1 피딩라인를 통해 급전될 때의 안테나 소자의 리턴 로스를 나타내며, S₂₁는 제1 피딩라인를 통해 급전될 때 제2 피딩라인에서의 아이솔레이션을 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이,직선 편파용 안테나의 가로변 및 세로변 중앙에 두개의 피딩라인을 연결하면, 공진하는 전자기파의 리턴 로스와 아이솔레이션이 우수함을 확인할 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른, 다양한 편파 신호 중 어느 하나를 수신하여 복원하는 안테나 시스템에 관한 블럭도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 환경변화에 적응적인 특정 편파를 수신하여 복원하는 방법의 설명에 제공되는 흐름도,

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 종류의 선형 편파를 수신하는 안테나 소자 및 신호 선택부가 도시된 도면,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 종류의 원형 편파를 수신하는 안테나 소자 및 신호 선택부가 도시된 도면,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 편파 및 원형 편파를 수신하는 안테나 소자 및 신호 선택부가 도시된 도면,

도 6는 본 발명에 적용된 사각형 형상의 패치 안테나의 가로변 및 세로변의 중앙에 피딩라인이 연결되었을 때의 리턴 로스 및 아이솔레이션을 나타내는 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

110: 제1 안테나 소자 120: 제1 수신부

122: 제1 신호 선택부 124: 제1 전력 비교부

130: 채널 추정기 140: 상관도 비교부

150: 복원부 160: 제2 안테나 소자

170: 제2 수신부 172: 제2 신호 선택부

174: 제2 전력 비교부

Claims

제1 안테나 소자;

제2 안테나 소자;

상기 제1 안테나 소자를 통해 서로 다른 종류의 편파 신호 중 적어도 어느 하나의 신호를 수신하는 수신부;

상기 수신부를 통해 수신된 신호 및 제2 안테나 소자를 통해 수신된 신호를 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정부; 및

상기 추정된 채널로부터 계산된 상관도에 따라 상기 수신부가 특정 편파 신호를 수신하도록 제어하는 상관도 비교부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 상관도 비교부는,

상기 계산된 상관도가 기준 상관도 이상이면, 상기 수신부가 기수신된 신호와 다른 종류의 편파 신호를 수신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 수신부는,

상기 수신된 신호의 전계강도에 따라 특정 편파 신호를 수신하도록 제어하는 전력 비교부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템.
제 3항에 있어서,

상기 전력 비교부는,

상기 수신된 편파의 전계강도가 기준 전계강도 미만이면, 상기 수신부가 기수신된 편파와 다른 종류의 편파 신호를 수신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 수신부는,

제1 편파 신호를 수신하는 제1 스위칭부;

제2 편파 신호를 수신하는 제2 스위칭부;를 포함하고,

상기 상관도 비교부는,

상기 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호 중 어느 하나를 수신하도록 상기 수신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템.
제 5항에 있어서,

상기 상관도 비교부는,

상기 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호 중 공간 상관도가 낮은 편파 신호를 수신하도록 상기 수신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템.
제 5항에 있어서,

상기 제1 안테나 소자에는 선형 편파 신호가 공진하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템.
제 7항에 있어서,

상기 수신부는,

일단이 상기 제1 안테나 소자의 제1 변과 연결되어 있고, 타단이 급전부와 연결되어 있는 제1 피딩라인; 및

일단이 상기 제2 안테나 소자의 제1 변과 다른 제2 변과 연결되어 있고, 타단이 상기 급전부와 연결되어 있는 제2 피딩라인;를 더 포함하고,

상기 제1 스위칭부는 상기 제1 피딩라인상에, 상기 제2 스위칭부는 상기 제2 피딩라인상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템.
제 8항에 있어서,

상기 제1 피딩라인의 일단은 상기 제1 안테나 소자의 제1 변의 중앙에 배치되는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템.
제 6항에 있어서,

상기 제1 편파 신호는 수직 선형 편파이고, 상기 제2 편파 신호는 수평 선형 편파인 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 수신부는,

상기 제1 안테나 소자를 통해 수신된 신호의 위상을 변환시키는 위상 변환부;

제1 편파 신호를 선택하는 제1 스위칭부;

제2 편파 신호를 선택하는 제2 스위칭부; 및

상기 상관도 비교부는,

상기 제1 편파 신호 및 상기 제2 편파 신호 중 낮은 상관도를 갖는 편파 신호를 선택하도록 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템.
제 11항에 있어서,

상기 제1 안테나 소자에는 선형 편파가 공진하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템.
제 12항에 있어서,

상기 제1 안테나 소자에 전류를 공급하는 급전부;를 포함하고,

상기 수신부는,

일단이 상기 제1 안테나 소자의 제1 변과 연결되어 있고, 타단이 상기 급전부와 연결되어 있는 제1 피딩라인; 및

일단 상기 제1 안테나 소자의 제1 변과 다른 제2 변과 연결되어 있고, 타단이 상기 급전부와 연결되어 있는 제2 피딩라인;를 포함하며,

상기 제1 스위칭부는 상기 제1 피딩라인상에, 상기 제2 스위칭부는 상기 제2 피딩라인상에 배치되어 있으며, 상기 위상 변환부는 상기 제1 피딩라인 및 상기 제2 피딩라인 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템.
제 13항에 있어서,

상기 제1 편파 신호는 좌원형 편파 신호이고, 상기 제2 편파 신호는 우원형 편파 신호인 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템.
제1 안테나 소자 및 제2 안테나 소자를 포함하는 MIMO 안테나 시스템의 제어방법에 있어서,

상기 제1 안테나 소자를 통해 서로 다른 종류의 편파 신호 중 적어도 어느 하나의 신호인 제1 신호를 수신하는 단계;

상기 제2 안테나 소자를 통해 제2 신호를 수신하는 단계;

상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 이용하여 채널을 추정하는 단계;

상기 추정된 채널로부터 계산된 상관도에 따라 상기 제1 신호가 특정 편파 신호가 되도록 제어하는 제1 제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템의 제어방법.
제 15항에 있어서,

상기 제1 제어단계는,

상기 계산된 상관도가 기준 상관도 이상이면, 상기 제1 신호가 기수신된 신호와 다른 종류의 편파 신호가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템의 제어방법.
제 15항에 있어서,

상기 제1 신호를 수신하는 단계는,

상기 제1 신호의 전계강도에 따라 상기 제1 신호가 특정 편파 신호가 되도록 제어하는 제2 제어단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템의 제어방법.
제 17항에 있어서,

상기 제2 제어단계는,

기수신된 제1 신호의 전계강도가 기준 전계강도 미만이면, 상기 제1 신호가 기수신된 편파 신호와 다른 종류의 편파 신호가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템의 제어방법.