There have been researches on pattern gain to enhance channel capacity in mobile communication environment. To obtain the pattern gain, theoretical radiation patterns and practical antenna prototypes have been proposed. However, practical pattern antennas for mobile communication system have not been proposed. Also, there have been few researches on array structure based on pattern antennas. Therefore, objective of this thesis is to propose a pattern antenna system for mobile communications and to verify the performance of the proposed system.
In the first topic, we provide an algorithm to figure out theoretical pattern antennas which achieve the pattern gain effectively according to the channel condition. We propose a channel model for the pattern antenna which considers the characteristics of the mobile communication system. We verify that the proposed pattern antenna can increase the channel capacity in mobile communication system.
In the second topic, it is the objective to verify the performance of the pattern antenna based array system in mobile communication environment. We propose a channel model and hybrid-beamforming algorithms for the pattern antenna based array system. We show that the proposed system can improve transmission rate in mobile communication environment.
In the third topic, we provide practical pattern antennas which can obtain the pattern gain in mobile communication environment. We propose a compact 16-port pattern antenna and a 4-port pattern antenna.
We verify that the proposed pattern antenna obtains pattern gain practically in the mobile communication environment.
In addition, we measure transmission data rate of the proposed 4-port pattern antenna compared to that of the conventional systems so that we can verify that the pattern gain can be utilized in real environment and could be larger than the polarization gain.
이동통신환경에서의 채널용량을 증대시키기 위해 패턴 이득에 대한 연구가 진행되어왔다. 이러한 패턴 이득을 얻기 위한 이론적인 방사패턴과 실제적인 안테나가 제안되었다. 그러나, 이동통신 시스템을 위한 실제적인 패턴 안테나가 제시되지 않았다. 또한, 패턴 안테나 기반 배열구조에 대한 연구도 거의 진행되지 않았다. 그러므로, 본 박사학위논문에서는 이동통신을 위한 패턴 안테나 시스템을 제시하고 제안한 시스템의 성능을 검증하는 데에 그 목적이 있다.
첫 주제에서는 채널 환경에 따라 패턴 이득을 효과적으로 얻을 수 있는 이론적인 패턴 안테나를 도출해내는 알고리즘을 제시한다. 먼저, 이동통신 시스템의 특성을 고려하여 패턴 안테나를 위한 채널 모델을 제시한다. 이동통신 환경에서 제안 패턴 안테나가 가지는 채널 용량을 도출하여, 이동통신 환경에서도 패턴 이득을 얻을 수 있다는 것을 검증한다.
두 번째 주제에서는, 이동통신 환경에서의 패턴 안테나 기반 배열 시스템의 성능을 검증하는 데에 그 목적이 있다. 패턴 안테나 기반 배열 시스템을 위한 채널 모델과 하이브리드-빔포밍 알고리즘을 제시한다. 이동통신 환경의 실제적인 채널 모델에서 제안 시스템이 전송속도를 개선하는 것을 보인다.
세 번째 주제에서는, 이동통신 환경에서 패턴 이득을 얻을 수 있는 실제적인 패턴 안테나인 소형 16-포트 패턴 안테나와 4포트 패턴 안테나를 제안한다. 제안한 패턴 안테나가 이동통신 환경에서 실제적으로 패턴 이득을 얻을 수 있다는 것을 검증한다.
추가적으로, 제안한 4-포트 패턴 안테나와 기존 시스템의 전송 속도를 측정 및 비교하여 패턴 이득이 실제 환경에서 사용될 수 있다는 것과 그 패턴 이득이 편파 이득보다 클 수 있다는 것을 검증한다.
