KR102000439B1 - 공간 변조 방식에서의 안테나 스위칭 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수의 안테나 각각에 연결된 스위칭부로부터 출력되는 신호를 입력받아 분석하여 스위칭부 각각에 인가되는 스위칭 제어 신호의 지연 시간을 조절함으로써, 스위칭 시간의 비동기에 의한 신호 왜곡을 최소화시킬 수 있는 공간 변조 방식에서의 안테나 스위칭 장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 스위칭 제어 신호를 발생시키는 제어 신호 발생부와, 다수의 안테나 각각의 전단에 설치되며, 스위칭 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 송신 신호를 안테나에 인가하는 다수의 스위칭부와, 다수의 스위칭부 각각에서 출력되는 송신 신호를 입력받아 다수의 스위칭부 각각에 인가되는 스위칭 제어 신호를 동기화시키기 위한 지연 정보를 산출하는 지연 분석부와, 산출된 지연 정보에 따라 스위칭 제어 신호를 동기화시켜 다수의 스위칭부 각각에 인가하는 지연 조절부를 구비하는 공간 변조 방식에서의 안테나 스위칭 장치를 제공한다.

Description

공간 변조 방식에서의 안테나 스위칭 장치{ANTENNA SWTICHING APPARATUS OF SPATIAL MODULATION}
본 발명은 공간 변조 방식의 안테나 스위칭 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안테나간의 스위칭 시간의 비동기에 의해 발생하는 신호의 왜곡을 최소화시킬 수 있는 공간 변조 방식에서의 안테나 스위칭 장치에 관한 것이다.
최근 무선 통신 기술의 발전과 더불어 무선 인터넷 서비스를 이용할 수 있는 기기가 널리 보급됨에 따라 데이터 사용량의 증가되고 있다. 이러한 데이터 사용량의 증가에 따라 주파수 부족이 큰 문제점으로 대두되고 있다. 이를 해결하기 위하여 다양한 기술이 개발되고 있는데, 그 예로서 고차변조방식의 사용, 다중입력다중출력(MIMO) 기술의 사용, 편파를 이용한 신호 분리 방식의 사용 등을 들 수 있다.
그러나, 이러한 기술들을 실제 무선 통신 시스템에 적용하기 위해서는 안테나 사이의 거리 제한 및 신호간 간섭, 구현의 복잡도 등의 문제점이 존재한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 송신 안테나의 공간 정보를 이용해 주파수 효율을 높이는 공간 변조 방식이 제안되었다.
일반적인 공간 변조 방식의 동작 과정에 대해 설명하면, 데이터가 안테나로 출력되기 전에 다수의 안테나 중 특정 안테나를 선택하여 스위칭되는 과정을 거친다. 이때, 각 안테나의 사용 여부를 결정하는 스위칭 신호 사이에 서로 다른 지연을 가질 수 있다. 이러한 지연에 따라 수신단에서 수신되어 합쳐진 수신 신호들 사이에 불연속이 발생하며, 이러한 불연속은 신호의 심각한 왜곡을 발생시킬 수 있다.
미국등록특허 8094743에는 활성화 안테나 인덱스 및 신호 변조 정도를 정보 소스로 이용한 송신 장치의 공간 변조 방법에 대한 기술이 기재되어 있다.
본 발명은 다수의 안테나 각각에 연결된 스위칭부로부터 출력되는 신호를 입력받아 분석하여 스위칭부 각각에 인가되는 스위칭 제어 신호의 지연 시간을 조절함으로써, 스위칭 시간의 비동기에 의한 신호 왜곡을 최소화시킬 수 있는 공간 변조 방식에서의 안테나 스위칭 장치를 제공한다.
본 발명은, 일 관점에 따르면, 스위칭 제어 신호를 발생시키는 제어 신호 발생부와, 상기 다수의 안테나 각각의 전단에 설치되며, 상기 스위칭 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 송신 신호를 안테나에 인가하는 다수의 스위칭부와, 상기 다수의 스위칭부 각각에서 출력되는 송신 신호를 입력받아 상기 다수의 스위칭부 각각에 인가되는 스위칭 제어 신호를 동기화시키기 위한 지연 정보를 산출하는 지연 분석부와, 상기 산출된 지연 정보에 따라 상기 스위칭 제어 신호를 동기화시켜 상기 다수의 스위칭부 각각에 인가하는 지연 조절부를 구비하는 공간 변조 방식에서의 안테나 스위칭 장치를 제공한다.
본 발명에서 상기 지연 분석부는, 상기 다수의 스위칭부 각각에서 출력되는 송신 신호를 결합하는 결합기와, 상기 결합된 송신 신호를 하향 변환시키는 리시버와, 상기 하향 변환된 신호 중 잡음 신호만을 추출하는 필터와, 상기 필터에서 출력된 잡음 신호를 기반으로 지연 정보를 산출하여 상기 지연 조절부에 제공하는 지연 제어기를 구비할 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 리시버는, 상기 결합된 송신 신호를 중간주파수대역신호로 변환하여 상기 필터에 제공할 수 있으며, 상기 필터는 노치 필터를 이용하여 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 리시버는, 상기 결합된 송신 신호를 기저대역신호로 변환하여 상기 필터에 제공할 수 있으며, 상기 필터는, 고주파대역통과필터를 이용하여 구현할 수 있다.
본 발명에서 상기 지연 조절부는, 상기 다수의 스위칭부 각각에 연결되며, 상기 지연 정보에 따라 상기 다수의 스위칭부 각각에 입력될 스위칭 제어 신호의 지연을 조절하는 다수의 DLL(Delay Lock Loop)를 이용하여 구현할 수 있다.
본 발명은 스위칭부에서 출력되는 신호의 분석을 통해 스위칭 제어 신호의 지연을 서로 다르게 설정함으로써, 안테나 간 스위칭 시간의 비동기에 의해 발생하는 신호의 왜곡을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공간 변조 방식의 송신 장치를 도시한 회로도,
도 2는 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 스위칭 신호를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공간 변조 방식의 송신 장치를 도시한 회로도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공간 변조 방식의 송신 장치를 도시한 회로도이다. 즉, 도 1은 "single chain IF" 방식을 이용한 동기화의 세부 구조를 도시한 회로도이다.
도 1의 송신 장치(100)는 정보 데이터가 입력되는 디멀티플렉서(de-multiplexer)(110), PSF(Pulse Shaping Filter)(112), DAC(Digital Analog Converter)(114), 송신부(116), 제어 신호 발생부(118), 다수의 안테나(120, 122, 124, 126), 다수의 안테나(120, 122, 124, 126) 각각에 연결된 스위칭부(130, 132, 134, 136), 다수의 안테나(120, 122, 124, 126)에서 출력되는 송신 신호를 입력받는 지연 분석부(140), 지연 분석부(140)에서 분석된 정보를 근거하여 다수의 스위칭부(130, 132, 134, 136) 각각의 스위칭 동작을 제어하는 지연 조절부(150)으로 구성될 수 있다.
이러한 송신 장치(100)는 제어 신호 발생부(118)에서 발생되는 스위칭 제어 신호에 따라 다수의 안테나(120, 122, 124, 126) 중 어느 하나를 선택하며, 선택된 안테나를 통해 정보 데이터를 송신한다. 여기에서, 정보 데이터는 PSF(112)를 거쳐 DAC(114)에 의해 아날로그 신호로 변환된 후 송신부(116)에 입력되며, 송신부(116)는 아날로그 신호를 선택된 안테나를 통해 외부로 송신하게 된다.
제어 신호 발생부(118)에서 발생되는 스위칭 제어 신호(s1, s2, s3, s4)는 스위칭 지연에 의거하여 도 2에 도시된 바와 같이 서로 동기가 맞지 않는 경우가 발생될 수 있다. 이를 보상하기 위하여 본 발명의 실시 예에서는 지연 분석부(140)를 이용하여 다수의 안테나(120, 122, 124, 126)에 출력될 송신 신호를 분석하여 지연 정보를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서의 지연 분석부(140)는 다수의 스위칭부(130, 132, 134, 136)에서 출력되는 신호를 분석하여 지연 정보, 즉 다수의 스위칭부(130, 132, 134, 136)에 인가되는 스위칭 제어 신호 각각의 지연 시간을 산출할 수 있다. 이렇게 산출된 지연 시간은 지연 조절부(150)에 입력된다.
이러한 지연 분석부(140)는 다수의 안테나(120, 122, 124, 126) 전단에 연결되어 다수의 스위칭부(130, 132, 134, 136)에서 출력되는 신호를 결합하는 결합기(142), 결합된 신호를 중간주파대역 신호로 하향 변환하여 출력하는 리시버(144), 하향 변환된 신호에서 잡음 신호 외의 신호를 제거하는 노치 필터(146) 및 노치 필터(146)에서 출력되는 잡음 신호를 이용하여 잡음 크기가 가장 작아지는 스위칭 제어 신호의 지연 정보를 산출하는 지연 제어기(148)로 구성될 수 있다
상기의 지연 분석부(140)에서는 지연 제어기(148)의 입력 신호로 중간주파대역 신호가 이용되는 것으로 예를 들어 설명하였지만, 기저대역신호가 이용될 수도 있다.
지연 제어기(148)의 입력 신호가 기저대역 신호인 경우, 지연 분석부(140)는 도 3에 도시된 바와 같이, 노치 필터 대신에 고주파대역통과필터(310)를 이용한다. 여기에서, 도 3은 "quadrature chain baseband" 방식을 이용한 동기화의 세부 회로도이며, 필터를 제외한 나머지 부분은 도 2의 구성과 동일하다.
또한, 기저대역 신호를 이용하는 경우 송신 반송파 신호와 수신 반송파 신호 사이의 위상 오차에 무관하게 하기 위해서 I 채널 신호와 Q 채널 신호의 직각 위상차(Quadrature) 신호가 필요하다.
지연 조절부(150)는 지연 분석부(140)의 지연 제어기(148)로부터 제공받은 지연 정보에 따라 스위칭 제어 신호 각각의 지연 시간을 조절한 후 이를 각 스위칭부(130, 132, 134, 136)에 제공할 수 있다.
이러한 지연 조절부(150)는 각 스위칭부(130, 132, 134, 136)에 연결되는 다수의 DLL(Delay Lock Loop, 이하 'DLL'라고 함)(152, 154, 156, 158)로 구성될 수 있다. 즉, 각 DLL(152, 154, 156)은 지연 시간에 따라 스위칭 제어 신호를 지연시켜 각 스위칭부(130, 132, 134, 136)에 출력할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 송신 장치(100)가 동작하는 과정에 대해 설명하면 아래와 같다.
먼저, 지연 분석부(140)는 스위칭부(120, 122, 124, 126) 각각에서 출력되는 송신 신호를 입력받으며, 지연 분석부(140)의 결합기(142)는 각 스위칭부(120, 122, 1224, 126)로부터 출력되는 송신 신호를 결합한 후 이를 리시버(144)에 제공한다.
리시버(144)는 결합된 송신 신호를 중간주파수대역 신호로 하향 변환시킨 후 이를 노치 필터(146)에 제공한다. 노치 필터(146)는 하향 변환된 신호에서 잡음 이외의 신호를 제거한 후 이를 지연 제어기(148)에 제공한다.
지연 제어기(148)는 잡음 신호의 크기를 기반으로 각 스위칭부(120, 122, 124, 126)에 인가될 스위칭 제어 신호의 지연 정보를 분석할 수 있는데, 즉 다양한 경우의 수를 통해 각 스위칭부(120, 122, 124, 126)에 인가될 스위칭 제어 신호를 조절함으로써, 잡음의 크기가 가장 작아지는 스위칭 제어 신호의 조합을 찾는다. 이렇게 찾아진 지연 정보는 지연 조절부(150)에 전달된다.
지연 조절부(150)는 지연 제어기(148)로부터 제공받은 지연 정보를 기반으로 각 스위칭부(120, 122, 124, 126)에 스위칭 제어 신호를 인가하는 DLL(152, 154, 156, 158)을 조절하여 각 스위칭부(120, 122, 124, 126)간 동기를 맞춘다. 여기에서, 지연 조절부(150)의 각 DLL(152, 154, 156, 158)에는 제어 신호 발생부(118)에서 발생되는 스위칭 제어 신호가 인가된다.
본 발명의 실시 예에서는 지연 제어기(148)에서 중간주파수대역신호를 이용하는 것으로 예를 들어 설명하였지만, 기저대역 신호를 이용할 수도 있다. 기저대역신호가 이용되는 경우, 노치 필터(146) 대신 도 3에 도시된 바와 같이, 고주파대역통과필터(160)가 필요하며, 송신 반송파 신호와 수신 반송파 신호 사이의 위상 오차에 무관하게 하기 위해서 I 채널 신호와 Q 채널 신호의 직각 위상차 신호가 필요하다.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
100 : 송신 장치 110 : 디멀티플렉서
112 : PSF 114 : DAC
116 : 전송부 118 : 제어 신호 발생부
120, 122, 124, 126 : 스위칭부 130, 132, 134, 136 : 안테나
140 : 지연 분석부 142 : 결합기
144 : 리시버 146 : 노치 필터
148 : 지연 제어기 150 : 지연 조절부
152, 154, 156, 158 : DLL

Claims (7)

  1. 다수의 안테나를 구비한 장치로서,
    스위칭 제어 신호를 발생시키는 제어 신호 발생부와,
    상기 다수의 안테나 각각의 전단에 설치되며, 상기 스위칭 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 송신 신호를 안테나에 인가하는 다수의 스위칭부와,
    상기 다수의 스위칭부 각각에서 출력되는 송신 신호를 입력받아 상기 다수의 스위칭부 각각에 인가되는 스위칭 제어 신호를 동기화시키기 위한 지연 정보를 산출하는 지연 분석부와,
    상기 산출된 지연 정보에 따라 상기 스위칭 제어 신호를 동기화시켜 상기 다수의 스위칭부 각각에 인가하는 지연 조절부를 구비하고,
    상기 지연 분석부는,
    상기 다수의 스위칭부 각각에서 출력되는 송신 신호를 결합하는 결합기와,
    상기 결합된 송신 신호를 하향 변환시키는 리시버와,
    상기 하향 변환된 신호 중 잡음 신호만을 추출하는 필터와,
    상기 필터에서 출력된 잡음 신호를 기반으로 지연 정보를 산출하여 상기 지연 조절부에 제공하는 지연 제어기를 구비하는,
    공간 변조 방식에서의 안테나 스위칭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지연 제어기는,
    상기 필터에서 출력된 잡음 신호를 기반으로 상기 스위칭부 각각에 인가될 스위칭 제어 신호를 조절함으로써 잡음의 크기가 가장 작아지는 스위칭 제어 신호의 조합을 찾고 상기 스위칭 제어 신호의 조합을 상기 지연 조절부에 제공하는,
    공간 변조 방식에서의 안테나 스위칭 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 리시버는, 상기 결합된 송신 신호를 중간주파수대역신호로 변환하여 상기 필터에 제공하는
    공간 변조 방식에서의 안테나 스위칭 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 필터는 노치 필터인
    공간 변조 방식에서의 안테나 스위칭 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 리시버는, 상기 결합된 송신 신호를 기저대역신호로 변환하여 상기 필터에 제공하는
    공간 변조 방식에서의 안테나 스위칭 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 필터는, 고주파대역통과필터인
    공간 변조 방식에서의 안테나 스위칭 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 지연 조절부는,
    상기 다수의 스위칭부 각각에 연결되며, 상기 지연 정보에 따라 상기 다수의 스위칭부 각각에 입력될 스위칭 제어 신호의 지연을 조절하는 다수의 DLL(Delay Lock Loop)인
    공간 변조 방식에서의 안테나 스위칭 장치.
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