KR101803629B1 - 다중 스트림 송신회로를 이용한 선택적 빔포밍을 수행하는 송신 장치 및 그의 송신 방법 - Google Patents

다중 스트림 송신회로를 이용한 선택적 빔포밍을 수행하는 송신 장치 및 그의 송신 방법 Download PDF

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Abstract

빔 공간 MIMO 시스템을 위한 하나 이상의 기생 안테나 및 하나 이상의 능동 안테나를 포함하는 무선 송신 장치가 개시된다. 본 무선 송신 장치는, 다중 스트림 전송 또는 빔포밍(beamforming)으로 전송하고자 하는 신호를 출력하는 모뎀 회로, 상기 모뎀 회로의 전송 모드에 따라, 다중 스트림 신호 또는 빔포밍(beamforming) 신호를 생성하기 위한 제어 신호를 선택적으로 인가하는 제어 회로 및 상기 인가된 제어 신호에 따라, 상기 빔포밍(beamforming) 신호를 송출하기 위해 복수의 기생 안테나에 대응하는 임피던스를 로드하거나, 상기 다중 스트림 신호를 송출하기 위해 하나 이상의 능동 안테나에 대응하는 임피던스를 로드하는 임피던스 로딩 회로를 포함한다.

Description

다중 스트림 송신회로를 이용한 선택적 빔포밍을 수행하는 송신 장치 및 그의 송신 방법{TRANSMISSION APPARATUS PERFORMING SELECTIVE BEAMFORMING USING MULTIPLE STREAM TRANSMISSION CIRCUIT AND TRANSMISSION METHOD THEREOF}
본 발명은 무선 송신 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 다중 스트림 송신회로를 이용한 선택적 빔포밍을 수행하는 무선 송신 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 음성통신 서비스를 기반으로 하는 통신시스템은 한정된 주파수 영역 안에서 협대역 채널 특성 위주로 단일 안테나 소자만 사용하는 SISO(Single Input Single Output) 시스템이 사용되었으나, 단일 안테나를 사용하는 SISO 시스템으로는 협대역 채널 안에서 대용량의 데이터를 고속으로 전송하기에는 많은 어려움이 존재하였다.
이에 다수의 안테나를 이용하여 각각의 안테나를 독립적으로 구동하게 하여 데이터 송/수신율을 더 빨리 더 낮은 오류 확률로 전송할 수 있는 차세대 무선 전송 기술인 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술이 등장하였다.
그러나, 일반적인 배열 안테나를 이용하여 데이터 속도를 향상시키는 MIMO 기술은, 데이터 속도를 향상시키기 위해 안테나를 확장하는 경우, RF 단도 함께 증가하여 하드웨어의 복잡도가 증가하고 전력 소비를 증가시킨다.
이는 모바일 단말기의 제한적인 크기 및 전력 소비 요구 조건을 고려하면 MIMO 시스템을 확장하기 어렵게 하는 이유가 된다.
이에 따라, 전자적 조향 수동 배열 방사기(Electronically Steerable Passive Array Radiator; ESPAR)를 이용 하는 빔 공간 MIMO (Beamspace MIMO) 기술이 등장하였는데, 이는 능동 소자 주변에 기생 소자가 배치된 구조의 ESPAR 안테나를 이용하여 기존 MIMO 시스템의 한계를 극복하기 위한 것이다.
빔 공간 (Beamspace MIMO) 시스템에서는 기본적으로 하나의 능동 안테나와 다수의 기생 안테나가 상호 커플링되어 빔 패턴을 형성하게 된다. 구체적으로, 하나의 능동 안테나의 급전을 위한 전력 증폭기만을 사용하여 능동 안테나에 인가되며, 능동 안테나의 주변에 배치된 기생 안테나로 상호 커플링을 통해 전력을 전달하며, 기생 안테나에 로딩되는 임피던스 값에 따라 신호를 방사하게 되는데, 이때 원하는 전류를 흐르게 하는 임피던스 값을 안테나로 로딩시켜 주어야 하며, 특히 능동 안테나로 로딩하는 임피던스 값을 항상 50Ω으로 유지시킬 필요가 있다.
이와 같은, 빔 공간 (Beamspace MIMO) 시스템은 single-RF를 사용하며 여러 장점이 있지만, 안테나 간의 커플링(coupling)을 기반으로 시스템이 동작하기 때문에 안테나 간의 커플링의 민감도에 따라서 성능이 결정되는 문제점이 있다. 안테나 간의 커플링은 Z-matrix 라는 파라미터로 정의될 수 있으며, 이 값은 안테나 주변의 환경에 따라서 쉽사리 변할 수 있으므로 안테나 단의 안정성(stability)이 보장되지 않는 다는 단점이 존재한다.
이에 따라, 빔 공간 (Beamspace MIMO) 시스템 방식에서 RF단이 능동 안테나뿐만 아니라, 기생 안테나와도 연결되며 임피던스 로딩 회로가 모두 1개의 파워 앰프를 공유하는 로드 변조식 빔 공간(Load-modulated Beamspace-MIMO) 시스템이 대두되고 있다. 이 경우, 안테나가 너무 크지도 너무 작지도 않은 커플링 상태를 유지해야 하는 빔 공간(Beamspace-MIMO) 방식에 비해 기존의 MIMO 안테나 방식처럼 안테나 간의 커플링을 최대한으로 줄일 수 있으며, isolation을 높이게 된다.
다만, 로드 변조식 빔 공간(Load-modulated Beamspace-MIMO) 시스템의 경우 파워 앰프와 임피던스 로딩 회로 사이의 추가적인 매칭 네트워크(matching network)가 필요하다. 왜냐하면, 임피던스 로딩 회로의 경우 임피던스가 변화하게 되지만, 기생 안테나에서 바라본 임피던스는 50옴으로 유지되어야 하기 때문이다.
이에 따라, 로드 변조식 빔 공간(Load-modulated Beamspace-MIMO) 시스템은 안테나단의 안정성은 확보되나, 추가적인 매칭 네트워크로 인한 시스템 구현의 복잡도가 증가하며, 구현의 난이도 및 가격을 증가시키게 되는 문제가 있다.
또한, 로드 변조식 빔 공간(Load-modulated Beamspace-MIMO) 시스템에 있어서, 상기와 같이 매칭 네트워크로 인해 RF단의 복잡도(complexity)가 증가하는 것은 안테나단을 이용하여 추가적인 기능 등을 구현할 수 없는 근본적인 문제를 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하고자 하는 것으로, 능동 안테나와 기생 안테나에 대한 각각의 임피던스 로딩 제어를 통해, 능동 안테나를 이용한 빔 공간 멀티 스트림 전송 및 복수의 기생 안테나를 이용한 빔포밍 기능을 선택적으로 수행할 수 있는 무선 송신 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 빔 공간 MIMO 시스템을 위한 하나 이상의 기생 안테나 및 하나 이상의 능동 안테나를 포함하는 무선 송신 장치는, 다중 스트림 전송 또는 빔포밍(beamforming)으로 전송하고자 하는 신호를 출력하는 모뎀 회로, 상기 모뎀 회로의 전송 모드에 따라, 다중 스트림 신호 또는 빔포밍(beamforming) 신호를 생성하기 위한 제어 신호를 선택적으로 인가하는 제어 회로 및 상기 인가된 제어 신호에 따라, 상기 빔포밍(beamforming) 신호를 송출하기 위해 복수의 기생 안테나에 대응하는 임피던스를 로드하거나, 상기 다중 스트림 신호를 송출하기 위해 하나 이상의 능동 안테나에 대응하는 임피던스를 로드하는 임피던스 로딩 회로를 포함한다.
여기서, 상기 모뎀 회로는, 채널 정보의 업데이트에 따라 상기 전송 모드를 다중 스트림 전송 또는 빔포밍(beamforming) 전송 모드로 결정할 수 있다.
또한, 상기 제어 회로는, 상기 모뎀 회로부터 수신되는 상기 다중 스트림 신호에 대응하는 임피던스 코드를 생성하여 상기 임피던스 로딩 회로로 출력하는 다중 스트림 임피던스 변환부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어 회로는, 상기 모뎀 회로에서 수신된 빔포밍(beamforming)으로 전송하고자 하는 신호로부터 상기 복수의 기생 안테나에 대응하는 임피던스를 로드하기 위한 제어 신호를 생성하여 상기 임피던스 로딩 회로로 출력하는 빔포밍 임피던스 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 임피던스 로딩 회로는, 상기 제어 회로로부터 인가되는 빔포밍(beamforming) 신호 출력을 위한 임피던스 로딩 값에 따라, 하나 이상의 스위치를 제어하여 상기 복수의 기생 안테나에 각각에 대응하는 임피던스를 각각 로드하는 하나 이상의 빔포밍 임피던스 로딩 회로를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 하나 이상의 스위치는, 상기 임피던스 로딩 값에 따라 커패시터 어레이를 제어하는 복수의 스위치 어레이, 상기 기생 안테나로 출력되는 출력 신호의 리액턴스 영역 음양을 조절하는 제1 스위치 및 상기 출력 신호의 인덕터 연동 여부를 결정하는 제2 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 임피던스 로딩 회로는, 상기 제어 회로로부터 인가되는 다중 스트림 신호 출력을 위한 임피던스 코드에 따라, 하나 이상의 가변 저항을 각각 제어하여 상기 능동 안테나에 대응하는 로드 변조(Load modulated) 임피던스를 각각 로드하는 하나 이상의 로드 변조 임피던스 로딩 회로를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔 공간 MIMO 시스템을 위한 하나 이상의 기생 안테나 및 하나 이상의 능동 안테나를 포함하는 무선 송신 장치를 이용한 무선 송신 방법은, 다중 스트림 전송 또는 빔포밍으로 전송하고자 하는 신호를 출력하는 단계, 상기 출력된 신호에 따라, 다중 스트림 신호 또는 빔포밍 신호를 생성하기 위한 제어 신호를 선택적으로 인가하는 단계 및 상기 인가된 제어 신호에 따라, 상기 빔포밍 신호를 송출하기 위해 복수의 기생 안테나에 대응하는 임피던스를 로드하거나, 상기 다중 스트림 신호를 송출하기 위해 하나 이상의 능동 안테나에 대응하는 임피던스를 로드하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 신호를 출력하는 단계는, 채널 정보의 업데이트에 따라 다중 스트림 전송 신호 또는 빔포밍 전송 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 인가하는 단계는, 상기 다중 스트림 신호에 대응하는 임피던스 코드를 생성하는 단계 및 상기 생성된 임피던스 코드를 포함하는 제어 신호를 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 인가하는 단계는, 상기 빔포밍 신호로부터 상기 복수의 기생 안테나에 대응하는 임피던스를 로드하기 위한 제어 신호를 인가할 수 있다.
또한, 상기 임피던스를 로드하는 단계는, 인가되는 빔포밍 신호 출력을 위한 임피던스 로딩 값에 따라, 하나 이상의 스위치를 제어하여 상기 복수의 기생 안테나에 각각에 대응하는 임피던스를 각각 로드할 수 있다.
여기서, 상기 하나 이상의 스위치는, 상기 임피던스 로딩 값에 따라 커패시터 어레이를 제어하는 복수의 스위치 어레이, 상기 기생 안테나로 출력되는 출력 신호의 리액턴스 영역 음양을 조절하는 제1 스위치 및 상기 출력 신호의 인덕터 연동 여부를 결정하는 제2 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 임피던스를 로딩하는 단계는, 인가되는 다중 스트림 신호 출력을 위한 임피던스 코드에 따라, 하나 이상의 가변 저항을 각각 제어하여 상기 능동 안테나에 대응하는 로드 변조(Load modulated) 임피던스를 각각 로드할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 단일 RF로 다중 스트림 신호의 전송을 수행하므로 집적화에 유리하며 비용을 줄일 수 있고, 안테나단의 안정성(stability)을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 송신 장치의 세부 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 스트림 임피던스 변환부의 세부 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로드변조 임피던스 로딩부의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 임피던스 로딩부의 세부 구성을 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신 장치의 송신 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들뿐만 아니라 특정 실시 예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블록을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.
또한 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 명확한 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비 휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.
본 명세서의 청구범위에서, 상세한 설명에 기재된 기능을 수행하기 위한 수단으로 표현된 구성요소는 예를 들어 상기 기능을 수행하는 회로 소자의 조합 또는 펌웨어/마이크로 코드 등을 포함하는 모든 형식의 소프트웨어를 포함하는 기능을 수행하는 모든 방법을 포함하는 것으로 의도되었으며, 상기 기능을 수행하도록 상기 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 결합된다. 이러한 청구범위에 의해 정의되는 본 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신 장치를 나타내는 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신 장치(100)는 모뎀 회로(110), 제어 회로(120), 임피던스 로딩 회로(130), 안테나부(140) 및 전력 분배 회로(150)를 포함한다.
모뎀 회로(110)는 다중 스트림(multi-stream) 전송 또는 빔포밍(beamforming)으로 전송하고자 하는 신호를 출력할 수 있다. 여기서, 다중 스트림 전송 또는 빔포밍으로 전송되는 신호는 복소수 신호일 수 있다. 모뎀 회로(110)는 LTE 모뎀 또는 LTE-A 모뎀으로 구현될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 모뎀 회로(110)는 채널 정보의 업데이트에 따라 다중 스트림 전송 모드 또는 빔포밍 전송 모드로 출력 신호의 전송 모드를 결정할 수 있다.
제어 회로(120)는 모뎀 회로(110)의 전송 모드에 따라, 다중 스트림 신호 또는 빔포밍 신호를 생성하기 위한 제어 신호를 선택적으로 임피던스 로딩 회로(130)에 인가한다. 다중 스트림 전송 모드인 경우, 다중 스트림 신호를 생성하기 위한 제어 신호를 인가하고, 빔포밍 전송 모드인 경우, 빔포밍 신호를 생성하기 위한 제어 신호를 인가할 수 있다.
또한, 제어 회로(120)는 모뎀 회로(110)로부터 전송되는 I/Q 신호를 임피던스 로딩 값으로 변경할 수 있다. 여기서, 임피던스 로딩 값은 안테나부(140)에 특정한 크기의 전류가 전달되기 위하여 필요한 임피던스의 크기가 될 수 있다. 구체적으로, I/Q 신호를 임피던스 로딩 값으로 변환하는 방법은 도 3을 참조하여 후술한다.
임피던스 로딩 회로(130)는 제어 회로(120)로부터 인가된 제어 신호에 따라, 능동 안테나(active antenna)에 대응하는 임피던스 또는 기생 안테나(parasitic antenna)에 대응하는 임피던스를 로드할 수 있다.
구체적으로, 임피던스 로딩 회로(130)는 채널 정보에 따라 모뎀 회로의 전송 모드가 다중 스트림 전송 모드인 경우, 다중 스트림 신호를 송출하기 위해 적어도 하나의 능동 안테나에 대응하는 임피던스를 로드할 수 있다. 또한, 임피던스 로딩 회로(130)는 모뎀 회로의 전송 모드가 빔포밍 전송 모드인 경우, 빔포밍 신호를 송출하기 위해 복수의 기생 안테나에 대응하는 임피던스를 로드할 수 있다.
또한, 임피던스 로딩 회로(130)는 모뎀 회로(110)의 전송 모드가 빔포밍 모든인 경우, 하나 이상의 스위치를 제어하여 빔포밍 신호 출력을 위한 임피던스 로딩 값을 설정할 수 있다. 구체적인 임피던스 로딩 회로(130)의 동작은 도 5를 참조하여 후술한다.
안테나부(140)는 외부로 신호를 송출한다. 안테나부(140)는 적어도 하나의 능동 안테나 및 복수의 기생 안테나를 포함할 수 있으며, 능동 안테나를 통해 방사되는 전자기장이 복수의 기생 안테나들에 상호 커플링을 통해 유도될 수 있다.
또한, 안테나부(140)는 마더보드와 같은 인쇄 회로 기판(printed circuit board(PCB)), 집적 회로(intergrated circuit(IC)) 또는 SoC(system on chip) 등으로 구현될 수 있다.
전력 분배 회로(150)는 임피던스 로딩 회로(130)에 전력을 공급한다. 구체적으로, 전력 분배 회로(150)는 제어 회로(120)로부터 인가되는 제어 신호에 기초하여 임피던스 로딩 회로(130)의 각 임피던스 로딩부에 서로 다른 전력을 공급할 수 있다. 다만, 임피던스 로딩 회로(130)의 각 임피던스 로딩부에 공급되는 전력은 동일한 값일 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시된 송신 장치의 세부 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2에 따르면, 송신 장치(100')는 베이스밴드 모뎀(110), 다중 스트림 임피던스 변환부(121), 빔포밍 임피던스 제어부(122), 빔포밍 임피던스 로딩부(131), 로드변조 임피던스 로딩부(132), 안테나(141) 및 전력분배부(150)를 포함한다. 도 2에 도시된 구성 중 도 1에 도시된 구성과 중복되는 부분에 대해서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.
다중 스트림 임피던스 변환부(121)는 모뎀 회로(110)의 전송 모드가 다중 스트림 전송 모드로 결정된 경우, 모뎀 회로(110)에서 수신된 다중 스트림 신호에 대응하는 임피던스 코드를 생성하여 임피던스 로딩 회로(130)로 출력할 수 있다.
이 경우, 임피던스 로딩 회로(130)는 제1 내지 제n 로드변조 임피던스 로딩부(132-1, 132-2, ..., 132-n)를 로드하여 안테나(141-1, 141-2, ..., 141-n))가 다중 스트림 신호를 송출하도록 할 수 있다.
빔포밍 임피던스 제어부(122)는 모뎀 회로(110)의 전송 모드가 빔포밍 전송 모드로 결정된 경우, 모뎀 회로(110)에서 수신된 빔포밍 신호로부터 기생 안테나에 대응하는 임피던스를 로드하기 위한 제어 신호를 생성하여 임피던스 로딩 회로(130)로 출력할 수 있다.
이 경우, 임피던스 로딩 회로(130)는 제1 내지 제n 빔포밍 임피던스 로딩부(131-1, 131-2, ..., 131-n)를 로드하여 안테나(141-1, 141-2, ..., 141-n))가 빔포밍 신호를 송출하도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 스트림 임피던스 변환부의 세부 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3에 따르면, 다중 스트림 임피던스 변환부(121)는 코드 생성부(310), 인터페이스부(320) 및 룩업테이블(look-up table)(330)을 포함할 수 있다.
다중 스트림 임피던스 변환부(121)는 모뎀 회로(110)로부터 다중 스트림 신호가 수신되면, 다중 스트림 신호에 대응하는 임피던스 코드를 생성할 수 있다. 구체적으로, 코드 생성부(310)는 모뎀 회로(110)로부터 수신된 I/Q 신호에 대응되는 임피던스 코드를 생성한다. 이 경우, 코드 생성부(310)는 수신된 I/Q 신호에서 I, Q 값을 분리하고, 기저장된 룩업테이블(130)에서 각각의 I, Q 값에 기초하여 임피던스 코드를 생성할 수 있다. 이후, 인터페이스부(320)는 생성된 임피던스 코드를 로드변조 임피던스 로딩부(132)로 전송할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로드변조 임피던스 로딩부의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
로드변조 임피던스 로딩부(132)는 90도 하이브리드 커플러(90 degree hybrid coupler)(411, 412, 413), 윌킨슨 전력 결합기(Wilkinson power combiner)(420)를 포함한다.
로드변조 임피던스 로딩부(132)는 능동 안테나의 로드되는 임피던스 값을 조절하여 능동 안테나에 흐르는 전류의 진폭 및 위상을 변화시킬 수 있다. 결과적으로, 로드변조 임피던스 로딩부(132)는 모뎀 회로(110)에서 출력되는 다중 스트림 신호에 대응되는 신호가 능동 안테나에서 송출되도록 능동 안테나의 임피던스 값을 조절할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔포밍 임피던스 로딩부의 세부 구성을 나타내는 회로도이다.
빔포밍 임피던스 로딩부(131)는 제1 스위치(510), 제2 스위치(520) 및 복수의 스위치 어레이(531, 532)를 포함한다.
제1 스위치(510)는 기생 안테나로 출력되는 출력 신호의 리액턴스 영역의 음양을 조절할 수 있다. 구체적으로, 제1 스위치(510)가 위쪽으로 온되는 경우, 출력 신호의 리액턴스가 양의 값을 가질 수 있고, 제1 스위치(510)가 아래쪽으로 온되는 경우, 출력 신호의 리액턴스가 음의 값을 가질 수 있다.
또한, 제2 스위치(520)는 출력 신호의 인덕터 연동 여부를 결정할 수 있다. 구체적으로, 제2 스위치(520)가 온되는 경우 인덕터가 연동되고, 제2 스위치(520)가 오프되는 경우 인덕터가 연동되지 않는다.
또한, 복수의 스위치 어레이(531, 532)는 임피던스 로딩 값에 따라 커패시터 어레이를 제어할 수 있다.
다만, 도 5에 도시된 회로는 본 발명에 따른 빔포밍 임피던스 로딩부의 일 실시 예일 뿐, 빔포밍 임피던스 로딩부는 다른 다양한 회로로 구현될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신 장치의 송신 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6에 도시된 송신 장치의 송신 방법에 따르면, 우선 다중 스트림 전송 또는 빔포밍으로 전송하고자 하는 신호를 출력한다(S610). 여기서, 출력되는 신호는 채널 정보의 업데이트에 따라 다중 스트림 전송 신호 또는 빔포밍 전송 신호로 결정될 수 있다.
이어서, 출력된 신호에 따라, 다중 스트림 신호 또는 빔포밍 신호를 생성하기 위한 제어 신호를 선택적으로 인가한다(S620). 구체적으로, 다중 스트림 신호에 대응하는 임피던스 코드를 생성하여 다중 스트림 신호에 대응되는 제어 신호를 인가하거나 빔포밍 신호로부터 복수의 기생 안테나에 대응하는 임피던스를 로드하기 위한 제어 신호를 인가할 수 있다.
이어서, 인가된 제어 신호에 따라, 빔포밍 신호를 송출하기 위해 복수의 기생 안테나에 대응하는 임피던스를 로드하거나, 다중 스트림 신호를 송출하기 위해 하나 이상의 능동 안테나에 대응하는 임피던스를 로드한다(S630).
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 단일 RF로 다중 스트림 신호의 전송을 수행하므로 집적화에 유리하며 비용을 줄일 수 있고, 안테나단의 안정성(stability)을 확보할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 방법은 프로그램 코드로 구현되어 다양한 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장된 상태로 각 서버 또는 기기들에 제공될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100: 송신 장치
110: 모뎀 회로
120: 제어 회로
130: 임피던스 로딩 회로
140: 안테나부
150: 전력 분배 회로

Claims (14)

  1. 빔 공간 MIMO 시스템을 위한 하나 이상의 기생 안테나 및 하나 이상의 능동 안테나를 포함하는 무선 송신 장치에 있어서,
    다중 스트림 전송 또는 빔포밍(beamforming)으로 전송하고자 하는 신호를 출력하는 모뎀 회로;
    상기 모뎀 회로의 전송 모드에 따라, 다중 스트림 신호 또는 빔포밍(beamforming) 신호를 생성하기 위한 제어 신호를 선택적으로 인가하는 제어 회로;
    상기 인가된 제어 신호에 따라, 상기 빔포밍(beamforming) 신호를 송출하기 위해 복수의 기생 안테나에 대응하는 임피던스를 로드하는 하나 이상의 빔포밍 임피던스 로딩 회로와, 상기 다중 스트림 신호를 송출하기 위해 하나 이상의 능동 안테나에 대응하는 임피던스를 로드하는 하나 이상의 로드 변조 임피던스 로딩 회로를 구비하는 임피던스 로딩 회로; 및
    상기 로드 변조 임피던스 로딩 회로 각각에 전력을 공급하되, 상기 인가되는 제어 신호에 따라 상기 로드 변조 임피던스 로딩 회로 각각으로의 전력 공급값을 조정하는 전력 분배 회로를 포함하는 무선 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모뎀 회로는,
    채널 정보의 업데이트에 따라 상기 전송 모드를 다중 스트림 전송 또는 빔포밍(beamforming) 전송 모드로 결정하는 무선 송신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 모뎀 회로부터 수신되는 상기 다중 스트림 신호에 대응하는 임피던스 코드를 생성하여 상기 임피던스 로딩 회로로 출력하는 다중 스트림 임피던스 변환부를 포함하는 무선 송신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 모뎀 회로에서 수신된 빔포밍(beamforming)으로 전송하고자 하는 신호로부터 상기 복수의 기생 안테나에 대응하는 임피던스를 로드하기 위한 제어 신호를 생성하여 상기 임피던스 로딩 회로로 출력하는 빔포밍 임피던스 제어부를 포함하는 무선 송신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 빔포밍 임피던스 로딩 회로 각각은
    상기 제어 회로로부터 인가되는 빔포밍(beamforming) 신호 출력을 위한 임피던스 로딩 값에 따라, 하나 이상의 스위치를 제어하여 상기 복수의 기생 안테나에 각각에 대응하는 임피던스를 각각 로드하는 것을 특징으로 하는 무선 송신 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하나 이상의 스위치는,
    상기 임피던스 로딩 값에 따라 커패시터 어레이를 제어하는 복수의 스위치 어레이;
    상기 기생 안테나로 출력되는 출력 신호의 리액턴스 영역 음양을 조절하는 제1 스위치; 및
    상기 출력 신호의 인덕터 연동 여부를 결정하는 제2 스위치;를 포함하는 무선 송신 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 로드 변조 임피던스 로딩 회로 각각은
    상기 제어 회로로부터 인가되는 다중 스트림 신호 출력을 위한 임피던스 코드에 따라, 하나 이상의 가변 저항을 각각 제어하여 상기 능동 안테나에 대응하는 로드 변조(Load modulated) 임피던스를 각각 로드하는 것을 특징으로 하는 포함하는 무선 송신 장치.
  8. 빔 공간 MIMO 시스템을 위한 하나 이상의 기생 안테나 및 하나 이상의 능동 안테나를 포함하는 무선 송신 장치를 이용한 무선 송신 방법에 있어서,
    다중 스트림 전송 또는 빔포밍으로 전송하고자 하는 신호를 출력하는 단계;
    상기 출력된 신호에 따라, 다중 스트림 신호 또는 빔포밍 신호를 생성하기 위한 제어 신호를 선택적으로 인가하는 단계;
    상기 인가된 제어 신호에 따라, 상기 빔포밍 신호를 송출하기 위해 복수의 기생 안테나에 대응하는 임피던스를 로드하거나, 상기 다중 스트림 신호를 송출하기 위해 하나 이상의 능동 안테나에 대응하는 임피던스를 로드하는 단계; 및
    상기 능동 안테나 각각에 대응하는 임피던스 각각의 로드를 위한 전력을 공급하되, 상기 인가된 제어 신호에 따라 전력 공급값 각각을 조정하는 단계를 포함하는 무선 송신 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 신호를 출력하는 단계는,
    채널 정보의 업데이트에 따라 다중 스트림 전송 신호 또는 빔포밍 전송 신호를 출력하는 무선 송신 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 인가하는 단계는,
    상기 다중 스트림 신호에 대응하는 임피던스 코드를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 임피던스 코드를 포함하는 제어 신호를 인가하는 단계;를 더 포함하는 무선 송신 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 인가하는 단계는,
    상기 빔포밍 신호로부터 상기 복수의 기생 안테나에 대응하는 임피던스를 로드하기 위한 제어 신호를 인가하는 무선 송신 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 임피던스를 로드하는 단계는,
    인가되는 빔포밍 신호 출력을 위한 임피던스 로딩 값에 따라, 하나 이상의 스위치를 제어하여 상기 복수의 기생 안테나에 각각에 대응하는 임피던스를 각각 로드하는 무선 송신 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하나 이상의 스위치는,
    상기 임피던스 로딩 값에 따라 커패시터 어레이를 제어하는 복수의 스위치 어레이;
    상기 기생 안테나로 출력되는 출력 신호의 리액턴스 영역 음양을 조절하는 제1 스위치; 및
    상기 출력 신호의 인덕터 연동 여부를 결정하는 제2 스위치를 포함하는 무선 송신 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 임피던스를 로드하는 단계는,
    인가되는 다중 스트림 신호 출력을 위한 임피던스 코드에 따라, 하나 이상의 가변 저항을 각각 제어하여 상기 능동 안테나에 대응하는 로드 변조(Load modulated) 임피던스를 각각 로드하는 무선 송신 방법.
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