육상 이동 위성 시스템의 통신 성능 향상을 위한 MIMO 원형 편파 급전 네트워크

Abstract

본 논문은 육상 이동 위성(Land Mobile Satellite: LMS) 시스템의 통신 성능 향상을 위해 기존의 <TEX>$2{\times}2$</TEX> MIMO 채널에서 <TEX>$4{\times}4$</TEX> 채널로 확장할 수 있는 MIMO 원형 편파 급전 네트워크를 제안한다. 기존의 추가적인 통신 채널 확보를 위해서는 위성국에서 안테나 설치 공간상의 제약이 있기 때문에 이격 거리가 충분한 추가 위성국을 필요로 한다. 이로 인한 비용 및 MIMO 통신 채널의 한계 문제를 극복하기 위하여, 동일한 원형 편파 간에 이격 거리가 없이도 높은 격리성을 확보할 수 있는 MIMO 원형 편파 급전 네트워크를 제안하였다. 제안하는 급전 네트워크의 포트간 격리성과 각 포트의 매칭 상태를 수식적으로 증명하였고, <TEX>$4{\times}4$</TEX> MIMO 채널의 통신 성능 향상을 채널 모델 측면에서 제시 및 확인하였다. MIMO 원형 편파 급전 네트워크를 원형 편파 패치 안테나 구조로 실제 제작하고 측정하여 7~10 dB의 다이버시티 이득을 얻었고, 약 1.8배로 채널 용량이 향상되었음을 확인하였다. In this paper, we propose the MIMO circular polarization feed network to enhance the communication performances from the previous <TEX>$2{\times}2$</TEX> MIMO channel to <TEX>$4{\times}4$</TEX> channel for Land Mobile Satellite communication system. The only possibility to extend the communication channel is to use the additional satellite because of the limitation of satellite spaces to install additional antennas. For overcoming this problems, we propose the MIMO circular polarization feed network to secure the isolation characteristics without the distant antenna space. The port isolation characteristics and each port impedance matching conditions are numerically verified and we suggest the <TEX>$4{\times}4$</TEX> MIMO channel model of the proposed system and the performances are verified. The fabricated circular polarization patch antennas with the proposed feed network are measured in the reverberation chamber and 7~10 dB of diversity gain and 80 % increasement of channel capacity are obtained.