본 연구는 다중주파수에 공진하는 안테나에 관한 것으로서, 유전체기판 상에 루프안테나용 동박패턴을 복합적으로 폴딩하여 기본주파수 이외 고 차주파수를 동시에 공진하는 안테나에 관한 것이다. 복합폴딩기법을 통하여 안테나 면적을 줄이는 동시에 폴딩된 루프들의 상호결합 현상을 이용하여 고차모드 공진을 야기하여 다중주파수에 공진이 되게 하는 특징을 가지고 있다. 기본공진주파수를 공진하는 루프안테나의 크기를 줄이기 위하여 루프안테나의 패턴에 폴딩을 수차례 가하여 면적을 줄이면서, 폴딩 루프사이의 결합계수를 조절하여 면적이 좁은 유전체기판 상에 다중주파수를 공진하는 안테나를 제작할 수가 있게 되었다. 실제작에서 크기 $30mm{\times}9mm$ 이하의 사이즈에, 두께 20um 이하의 박막의 유전체기판에 CDMA850 휴대폰대역 및 GPS, DCS, PCS, WCDMA 등의 주파수에 동시에 공진하는 안테나를 구현하여 게인 0dBi 이상 방사효율 50% 이상의 안테나를 구현할 수가 있어, 복수개의 주파수를 사용하는 스마트폰이나 소형 멀티미디어단말기에 유용하게 사용할 수가 있다.
본 논문에서는 적응력 섹터 안테나(adaptive sector antenna)의 섹터화(sectorization) 방안과 멀티코드와 싱글코드를 사용하는 CDMA 무선 멀티미디어(multi-media) 통신을 위한 새로운 수신기 구조를 제안하였다. 제안한 섹터화 방안에 따른 적응형 섹터 안테나의 섹터화와 평균오율 성능을 시뮬레이션을 통해 구하였다. 시뮬레이션 결과, 섹터 크기가 부하의 분포에 따라 적절히 조절되었으며 평균오율 성능이 고정 섹터 안테나에 비해 훨씬 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 CDMA 무선 멀티미디어 시스템에서 멀티코드 신호를 검파하는 위치에 따라 두가지 형태의 수신기 구조를 제안하였다. 각 수신기는 두 개의 적응형 섹터 안테나와 간단한 간섭제거 구조를 가지고 있는데 각 수신기의 적응형 섹터 안테나를 각각 제 1 적응형 섹터 안테나와 제 2 적응형 섹터 안테나로 명명하였다. 본 논문에서는 제안한 수신기의 평균오율 성능을 시뮬레이션하여 비교하였다. 그 결과, 멀티코드 신호를 검파하는 위치가 모든 사용자의 오율성능에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었으며, 멀티코드 신호와 싱글코드 신호의 목표오율 성능과 시스템 복잡도를 함께 고려할 때, 1차와 2차 적응형 섹터 안테나에서 멀티코드 신호를 검파하는 수신기가 CDMA 무선 멀티미디어 통신시스템에 적합할 것으로 판단된다.
본 논문에서는 IEEE 802.16j를 기반으로 하는 중계기를 도입한 와이브로 시스템에서 지향성 안테나를 사용한 3섹터 셀룰러 시스템에서 효율적인 기지국 커버리지 확장에 대해 분석하였다. 현재 진행 중인 IEEE 802.16j MMR 규격에서는 기지국과 멀티홉 중계기에 전방향성 안테나와 지향성 안테나의 사용을 고려하고 있다. 전방향성 안테나는 전방향($360^{\circ}$)으로 서비스 제공이 가능하지만 이웃한 기지국과의 신호간섭 때문에 효율이 떨어진다. 그러나 지향성 안테나의 경우는 빔이 방향성을 갖도록 안테나를 배치하여 이웃한 기지국과의 신호간섭을 줄일 수 있어 전방향성 방식보다 효율성이 높다. 그러나 IEEE 802.16j MMR환경에서는 기지국과 멀티홉 중계기가 지향성 안테나를 사용할 경우 채널 재사용 등에 의해 다른 셀에서 쓰이는 동일 채널의 간섭(Co-channel interference) 때문에 지향성 안테나가 갖는 효율성이 달라질 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 지향성 NBTC, WBTC 방식의 기지국에 지향성 안테나를 갖는 중계기를 multi-tier로 배치하는 구조를 제안하고, 기지국과 중계기들의 빔의 방향에 따른 동일 채널 간섭을 분석하였다. 또한, 제안하는 멀티홉 중계기가 배치된 NBTC안테나와 WBTC 안테나 방식을 전방향성 안테나를 갖는 중계기가 배치된 방식과 비교 분석하여 멀티홉 중계기의 홉 수가 증가함에 따른 성능 저하 및 셀 커버리지 확장과의 상관관계를 알아보았다.
본 논문은 광대역 무선통신환경에서 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에 기반한 비동기 IMT-2000 시스템의 송수신 시스템을 구성하여 기지국의 수신성능을 분석하였다. 이동국과 기지국간의 Uplink 채널 환경을 고려하였으며, 기지국의 수신신호는 다중경로 페이딩(Multi-path Fading)과 다중접속간섭(Mult Access Interference : MAI)의 영향으로 성능일 열화된다. 이에 대한 대책으로 Array 안테나를 채용하였을 경우와 MRC-Diversity(Maximal Combining Diversity)를 채용하였을 경우의 수신성능을 동일한 환경에서 비교 분석하였으며, 각각의 시스템에 간섭제거기를 직렬로 비교분석하였다. 본 논문에서 적용한 Array 안테나는 수신 신호의 방향에 따라 적응적으로 추적하여 수신 SNR(Singnal-to-Noise power Ratio)을 최대로 형성하여 시스템의 성능을 개선하는 기법이며, 안테나의 방향성(Directivity :D=2.67)을 이용하는 3-element Array 안테나를 채용하였다. 최대비 합성 다이버시티 기법은 다이버시티 기법 중 수신효율이 가장 좋으며 가지수(L=2)를 함수를 사용하였다. 성능분석 결과 다중경로 페이딩과 다중접속간섭 환경에서 최대비 합성 다이버시티 기법이 Array 안테나보다 수신효율이 우수하였다.
통신시스템이 진보되고 다양화 되어감에 따라 안테나의 구조, 성능도 응용목적에 맞게 개선되어 왔다. 특히, 음성 및 멀티미디어 응용을 위한 고속 데이터 서비스(high speed data services), 고정 및 이동서비스를 위한 시스템 요구사항들이 점점 증가하고 있으며 그 결과로 밀리미터파 대역에서 동작하는 광대역 멀티미디어 무선 접속 기술이 출현하게 되었다. 본 논문에서는 소형, 경박이면서 밀리미터파 대역에서 광대역 특성을 가지는 안테나의 종류 및 구조에 관하여 설명하고, 패키지화 될 때 필수적인 저손실 전송선로 구조에 대해서 언급한다.
공간-시간 블록 부호(STBC)는 다중안테나 시스템에서 기존 기술에 비해서 부가적인 대역폭 필요 없이 부호화 이득을 얻을 수 있다. STBC의 우수한 디자인 조건은 다이버시티 이득 관점에서는 신호 행렬들의 차가 완전 계수(Full-Rank)를 가져야 하고 코딩 이득의 관점에서는 신호 행렬들의 차의 determinant 값이 최소값을 가져야 한다. 본 논문에서는 STBC가 Full Rank 와 non-Full Rank 때 성능에 관하여 실험하였다. 시스템모델에 관하여 간략한 설명과 이 실험결과에 관하여 논의하였다. 본 논문의 실험 결과는 전송안테나와 수신안테나가 각각 4개씩, BPSK, QPSK, 8PSK 변조(modulation)을 사용하여 실험결과를 얻었다.
본고에서는 이동통신 단말기의 첫 단에서 중요한 역할을 하는 단말기용 안테나의 일반적 개요와 안테나의 종류를 알아보고, 안테나의 소형화 기술, 다기능화 기술, 광대역화 및 멀티 밴드화 기술 스마트 안테나기술 그리고 메타물질 안테나에 대한 기술 개발현황에 대하여 알아보고자 한다. 이어 휴대폰 안테나의 국내 외 시장동향을 알아보고자 한다. 세계시장은 국가별, 년도별 피처 폰 및 스마트폰 판매 수 등을 살펴보고 급변하는 시장변화의 원인 및 예측되는 사항에 대해서도 알아보고자 한다. 국내시장은 업체별로 생산 및 수출량 등을 살펴보고자 한다. 끝으로 결론에서는 휴대폰 안테나의 향후 기술적 요구사항과 세계 시장에 대한 대용방안 및 시사점에 대하여 알아본다.
차세대 이동 통신은 기존의 음성 서비스뿐만 아니라 훨씬 높은 용량을 필요로 하는 고품질 멀티미디어 서비스를 제공하여야 하므로 기지국의 용량을 획기적으로 증가시키는 스마트 안테나 기술이 요구되고 있다. 스마트 안테나에 대한 논의가 IMT-2000 표준화에서 활발히 이루어지고 있으며 실시간 적응 알고리즘을 장착한 스마트 안테나 제품들이 상용화되어 출시되고 있는 시점이다. 본고에서는 차세대 이동 통신 기술로 각광 받고 있는 스마트 안테나 기술의 개념, 스마트 안테나의 종류, 적응 신호 처리 알고리즘, 스마트 안테나의 IMT-2000 표준화 동향 그리고 적용 사례들을 기술하고자 한다.
본 논문은 광대역 무선통신환경에서 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에 기반한 비동기 IMT-2000 시스템의 송수신 시스템을 구성하여 기지국의 수신성능을 분석한다. 이동국과 기지국간의 Uplink채널 환경을 고려하였으며, 다중경로 페이딩(Multi-path Fading)채널과 다중접속간섭(Mult-Access Interference : MAI)에 의한 성능열화의 대책으로 Adaptive away 안테나와 동일채널 간섭제거기(Co-Channel Interference Canceler : CCI Canceller)를 직렬로 채용하였을 경우의 수신 성능을 수치해석을 통하여 분석하였다. Adaptive array 안테나는 방향성(Directivity : D=2.67) 이용하는 3-element array 안테나를 채용하였으며 성능분석 결과, Adaptive array 안테나와 간섭제거기를 직렬로 연결하였을 경우 다중접속간섭이 효과적으로 감소하여 수신성능이 큰 폭으로 향상됨을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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