KR102488035B1 - 임피던스 행렬의 자동 튜닝을 위한 방법 및 장치, 그리고 이러한 장치를 이용하는 무선 송신기 - Google Patents

임피던스 행렬의 자동 튜닝을 위한 방법 및 장치, 그리고 이러한 장치를 이용하는 무선 송신기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 임피던스 행렬, 예컨대 복수의 안테나들을 동시에 사용하는 무선 전송기의 전력 증폭기들에 의해 보여지는 임피던스5 행렬(impedance5 matrix)의 자동 튜닝을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 장치를 이용하는 무선 송신기와도 관련이 있다. 임피던스 행렬을 자동 튜닝하기 위한 장치는 4 개의 사용자 포트(112, 122, 132, 142) 및 4 개의 타깃 포트(111, 121, 131, 141)를 가지며, 4 개의 센싱부(1); 사용자 포트들로 적용되고 그 중 둘 이상은 동시에 적용되는 4 개의 입력 신호들에 대해 얻어지는 센싱부 출력 신호들을 이용하여 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따라 실제 양들을 추정하고 튜닝 명령을 전달하는 a10 신호 처리부(2)(a10 signal processing unit(2)); 조정 가능한 임피던스 소자들을 포함하는 다중입력 포트 다중출력 포트 튜닝부(3); 및 튜닝 명령을 수신하여 다중입력 포트 다중출력 포트 튜닝부로 튜닝 제어 신호들을 전달하는 튜닝 15 제어부(4)(tuning15 control unit(4))를 포함하고, 조정 가능한 임피던스 소자들 각각의 리액턴스는 주로 하나 이상의 튜닝 제어 신호들에 의해 결정된다.

Description

임피던스 행렬의 자동 튜닝을 위한 방법 및 장치, 그리고 이러한 장치를 이용하는 무선 송신기{METHOD AND APPARATUS FOR AUTOMATIC TUNING OF AN IMPEDANCE MATRIX, AND RADIO TRANSMITTER USING THIS APPARATUS}
본 발명은 임피던스 행렬, 예컨대 복수의 안테나들을 동시에 사용하는 무선 전송기의 전력 증폭기들에 의해 보여지는 임피던스 행렬의 자동 튜닝을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 장치를 이용하는 무선 송신기와도 관련이 있다.
2015년 6월 22일자 프랑스 특허 출원 번호 제15/01290, “임피던스 행렬의 자동 튜닝 방법 및 장치, 그리고 이를 이용한 무선 송신기”가 참조 형식으로 포함된다.
임피던스를 튜닝한다는 것은 장치의 입력 포트에 의해 제공되는 임피던스를 원하는 임피던스에 근접하게 얻고, 동시에 출력 포트에 의해 보여지는 임피던스가 가변될 수 있는 상황에서 입력 포트에서 출력 포트로 이상적으로 무손실이거나 거의 무손실의 전력 전송을 제공하는 것을 의미한다. 따라서, 원하는 임피던스의 켤레 복소수와 동일한 임피던스를 나타내는 신호 발생기가 입력 포트에 연결되면, 신호 발생기는 입력 포트로 최대 전력을 전달하고 출력 포트는 이러한 최대 전력에 가까운 전력을 전달할 것이다. 본 특허 출원에서는, 임피던스 튜닝 장치를 “단일입력 단일출력 튜닝부”라 칭한다. 2012년 9월 25일자 프랑스 특허 출원 제12/02542 “다중 액세스 안테나 어레이용 안테나 튜닝 장치” 및 이에 상응하는 2013년 9월 10일자 대응 국제 출원 PCT/IB2013/058423 “다중 포트 안테나 어레이 용 안테나 튜닝 장치”의 배경 기술란에 단일입력 단일출력 튜닝부의 두 가지 예들이 제시되어 있으며, 이 예들 각각은 단일 안테나를 튜닝하는데 사용될 수 있는 안테나 튜닝 장치로 지정된다. 단일입력 단일출력 포트 튜닝부는 하나 이상의 조정가능 임피던스 소자들을 포함하며, 각각의 소자는 조정 가능한 리액턴스를 가진다. 임피던스를 튜닝하기 위해, 조정가능 임피던스 소자들의 리액턴스들이 출력 포트에서 보여지는 임피던스의 함수로서 조정되어야 한다.
임피던스 자동 튜닝을 위한 많은 방법들과 장치들이 기술되었으며, 이들은 입력 포트에 의해 제공되는 임피던스에 따라 하나 이상의 실제 양들을 사용하고, 상기 실제 양들은 “튜닝 제어 신호들”을 획득하기 위해 처리되며, 튜닝 제어 신호들은 단일입력 단일출력 튜닝부의 조정가능 임피던스 소자들의 리액턴스들을 제어하는데 사용된다.
예를 들어, 미국 특허 제2,523,791 “자동 튜닝 시스템”에 개시된 임피던스를 자동 튜닝하기 위한 장치, 미국 특허 제2,745,067 “자동 임피던스 정합 장치”에 개시된 임피던스를 자동 튜닝하기 위한 장치, 및 미국 특허 제3,443,231 “임피던스 정합 시스템”에 개시된 임피던스를 자동 튜닝하기 위한 장치에서, 원하는 임피던스는 저항이다. 이러한 저항을 나타내는데 R0를 사용할 것이다. 상기 장치들 각각에서, 회로의 어떤 주어진 한 지점에서 전압 v 및 전류 i가 감지되며, 입력 포트에 의해 제공되는 임피던스는 Z=v/i가 된다. 그 장치들 각각에서, 입력 포트에서 제시된 임피던스에 따른 실제 양들은 i에 대한 v의 위상에 의해 결정되는 전압이고, 그 위상은 Z의 인수(argument)에 해당하며, 전압은 실질적으로 차 |v|-R0|i에 비례한다. 그러한 장치들 각각에서, 입력 포트에 의해 제공되는 임피던스가 실질적으로 원하는 임피던스에 해당하는 경우 입력 포트에 의해 제공되는 임피던스에 따른 제2실제 양은 실질적으로 0에 해당하나, 그 반대는 성립하지 않는다. 상기 특히 제2,745,067 및 제3,443,231의 경우, 입력 포트에 의해 제공되는 임피던스에 따른 두 실제 양들은 입력 포트에 의해 제시된 임피던스가 원하는 임피던스에 실질적으로 상응하는 경우에만 실질적으로 0에 상응한다. 상기 특허 제3,443,231의 경우, 입력 포트에 의해 제공되는 임피던스가 아닌 임피던스를 대표하는 두 개의 다른 실제 양들 또한 튜닝 제어 신호들을 획득하는데 사용된다.
예를 들어, 미국 특허 제4,356,458 “자동 임피던스 정합 장치”에 개시된 임피던스 자동 튜닝 장치와 미국 특허 제5,225,847 “자동 안테나 튜닝 시스템”에 개시된 임피던스 자동 튜닝 장치에서, 두 개의 전압이 감지된다: 한 전압은 실질적으로, 복소수 입사 전압(입사 전압은 순방향 전압이라고도 칭함)의 절대값에 실질적으로 비례하고, 한 전압은 복소수 반사 전압의 절대값에 실질적으로 비례한다. 위와 동일한 표기를 사용하여 vF는 복소수 입사 전압을 나타내고 vR은 복소수 반사 전압을 나타낼 때, 전문가라면 상기 절대값들이 | vF | = |v + R0 i|/2 및 |vR |=| v - R0 i |/2로 각각 주어진다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러한 장치들 각각에서, 입력 포트에 의해 제공되는 임피던스에 따른 단일 실제 양이 사용된다. 그것은 디지털 회로에서 처리되는 수이다. 그 장치들 중 하나에서, 이러한 수는 실질적으로, 복소수 입사 전압의 절대값에 대한 복소수 반사 전압의 절대값의 비, 즉 | vR | / | vF |에 해당한다. 이 장치들 중 나머지에서 이러한 수는 실질적으로, 이 비율의 제곱의 역수, 즉 |vF |2 / |vR |2에 해당한다.
예를 들어, "안테나 튜너 판별기(Antenna Tuner Discriminator)"라는 명칭의 미국 특허 제4,493,112 호에 개시된 임피던스를 자동으로 튜닝하는 장치에서, 2 개의 복합 전압, 즉 입사 전압에 실질적으로 비례하는 전압과 반사 전압에 실질적으로 비례하는 전압이 감지된다. 입사 전압을 위상 기준으로 사용하면 반사 전압의 실수부에 비례하는 전압과 반사 전압의 허수부에 비례하는 전압이 얻어진다. 이 장치에서, 입력 포트에 의해 제공된 임피던스에 따른 실제 양은 반사된 전압의 실수부에 비례하는 전압과 반사된 전압의 허수부에 비례하는 전압이다. 이 장치에서, 입력 포트에 의해 제공된 임피던스에 의존하는 2 개의 실수는 입력 포트에 의해 제공된 임피던스가 원하는 임피던스와 실질적으로 동일한 경우에만 실질적으로 0에 해당한다.
상기 특허 제 4,356,458 호 및 제 5,225,847 호에 개시된 장치에서, 순차 논리를 포함하는 디지털 피드백 루프는 튜닝 제어 신호를 얻어 입력 포트에 의해 제공된 임피던스를 튜닝하는데 사용되어야 하는데, 이는 입력 포트에 의해 제공되는 임피던스에 의존하는 단일 실수가 입력 포트에 의해 제공되는 임피던스에 대한 완전한 정보를 제공하지 않기 때문이다. 위에서 고려된 다른 장치들에서, 빠른 튜닝이 얻어질 수 있는데, 이는 입력 포트에 의해 제공된 임피던스에 의존하는 2 개의 실제 양들이 입력 포트에 의해 제공된 임피던스에 대한 완전한 정보를 제공하므로, 튜닝 제어 신호를 획득하고 입력 포트에 의해 제공된 임피던스를 튜닝하는데 단순 퇴행(degenerative) 피드백 루프가 사용될 수 있기 때문이다. 그러나, 입력 포트에 의해 제공된 임피던스에 따라 2 개의 실제 양을 사용하여 임피던스를 자동 튜닝하고, 입력 포트에 의해 제공된 임피던스에 대한 완전한 정보를 제공하는 장치는, 주어진 시간에 획득한 그러한 완전한 정보에 기반하여 정확한 튜닝을 얻는데 필요한 튜닝 제어 신호의 값을 계산하고, 대응하는 튜닝 제어 신호를 신속하게 전달할 경우, 빠른 튜닝을 달성할 수 있다.
입력 포트가 무선 수신기 또는 무선 송신기의 무선 주파수 신호 포트에 결합되도록 의도 될 때, 임피던스를 자동으로 튜닝하기 위한 장치는 예를 들어, 미국 특허 제 8,072,285 호 "적응적 임피던스 정합 네트워크를 룩업 테이블을 사용하여 튜닝하는 방법" 또는 미국 특허 제 8,299,867 호 "적응적 임피던스 정합 모듈”에서의 "자동 안테나 튜너"또는 "적응적 임피던스 정합 모듈"이라고 종종 일컬어진다. 임피던스를 자동적으로 튜닝하기 위한 장치는 몇몇 회로 파라미터, 즉 조정 가능한 임피던스 장치의 리액턴스들이 감지된 전압 또는 전류와 같은 회로 변수의 함수로서 시간에 따라 변화한다는 점에서 실제로 적응적이다.
임피던스 행렬을 튜닝한다는 것은 장치의 복수 개의 입력 포트에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 원하는 임피던스 행렬에 근접하게 얻고, 동시에 복수의 출력 포트에 의해 보여지는 임피던스 행렬이 가변 할 수 있는 상황에서 복수의 입력 포트들에서 장치의 복수의 출력 포트들로 이상적으로는 무손실이거나 거의 무손실의 전력 전송을 제공하는 것을 의미한다. 따라서, 원하는 임피던스 행렬의 에르미트 수반행렬과 동일한 임피던스 행렬(즉, 켤레 복소수 행렬의 전치 행렬과 동일한 행렬)을 제공하는 멀티포트 신호 생성기의 포트들이 복수의 입력 포트들에 적절하게 연결된 경우, 상기 멀티포트 신호 생성기는 최대 전력을 복수의 입력 포트들로 전달하며, 복수의 출력 포트들은 이 최대 전력에 가까운 전력을 전달한다. 본 특허 출원에서는, 임피던스 행렬의 튜닝 장치를 “다중입력 포트 다중출력 포트 튜닝부”라 칭한다. 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부의 예들은 상기 프랑스 특허 출원 제 12/02542 호 및 대응하는 국제 출원 PCT/ IB2013/058423에 개시되어 있으며, 이들 각각의 예는 "멀티포트 안테나 어레이를 위한 안테나 튜닝 장치”로서 지정된다. 다중입력 포트 다중출력 포트 튜닝부는 여러 개의 조정가능 임피던스 소자들을 포함하며, 각각의 소자는 조정 가능한 리액턴스를 가진다. 임피던스 행렬을 튜닝하기 위해, 조정가능 임피던스 소자들의 리액턴스들이 복수의 출력 포트에서 보여지는 임피던스 행렬의 함수로서 조정되어야 한다.
전문가는 임피던스를 자동 튜닝하기 위한 복수의 장치들이, 그 복수의 장치들의 출력 포트들과 결합된 멀티포트 부하의 포트들 간 상호작용이 매우 적고 원하는 임피던스 행렬이 대각 행렬인 특수한 경우에, 임피던스 행렬을 자동으로 튜닝하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 접근방식은 출력 포트들에 연결된 멀티포트 부하의 포트들간 상호작용이 매우 적지 않은 경우, 즉 출력 포트들에서 보여지는 임피던스 행렬이 실질적으로 대각 행렬이 아닌 경우, 임피던스 행렬을 자동으로 튜닝하기 위해 사용될 수 없다.
2014년 2월 12일자 국제 출원 PCT/IB2014/058933 및 미국 특허 제9,077,317호 “임피던스 행렬을 자동 튜닝하기 위한 방법 및 장치, 그리고 이 장치를 이용하는 무선 송신기”에 대응하는 2013년 4월 15일자 프랑스 특허 출원 제 13/00878호 "임피던스 행렬을 자동으로 매칭하는 방법 및 장치 그리고 이 장치를 사용하는 무선 송신기”는 크기 mxm인 임피던스 행렬을 자동 튜닝하는 방법을 개시하며, 이 방법은 입력 포트들로 연속 적용되는 m 또는 그 이상의 서로 다른 입력 신호들(excitations)을 이용한다. 공교롭게도, 이 방법은 보통은 MIMO 무선 통신에 사용되는 무선 송신기의 사양과는 호환되지 않는데, 이는 m 또는 그 이상의 서로 다른 입력 신호들의 시퀀스 생성이 전자기파 방출을 수반하기 때문으로, 이것은 보통 적용 가능한 표준들, 예를 들어 LTE-어드밴스드 표준의 모든 MIMO 방출 모드들의 요건들과 양립되지 않는다.
결과적으로, 통상적으로 MIMO 무선 네트워크들에 적용 가능한 표준들에 부합하는 방식으로 MIMO 무선 통신에 사용되는 무선 송신기에서 보여지는 임피던스 행렬을 자동 튜닝하는 문제에 대한 해법은 알려져 있지 않다.
본 발명의 목적은 공지된 기법들의 전술 한 제한 없이 임피던스 행렬을 자동 튜닝하는 방법 및 장치와, 이러한 장치를 사용하는 무선 송신기를 제공하는 데 있다.
이하에서 "영향력을 갖는다"는 것과 "효과가 있다"는 같은 의미를 가진다. 본 발명의 방법은 주어진 주파수에서, 장치의 m 개의 포트에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 자동 튜닝하는 방법으로, 여기서 m은 2 이상의 정수이고, 상기 m 개의 포트 각각은 "사용자 포트”라 지칭하고, 상기 장치는 상기 m 개의 사용자 포트 및 n 개의 다른 포트를 가지며, n은 2 이상의 정수이고, 상기 n 개의 다른 포트 각각은 "타겟 포트(target port)"라 지칭되며, 상기 임피던스 행렬은 "사용자 포트들에 의해 제공된 임피던스 행렬"이라 지칭되어 ZU로 표시되고, 상기 장치가 주어진 주파수에서 사용자 포트들로부터 타겟 포트들로의 전력 전달을 허용할 때, 상기 방법은
상기 사용자 포트들에 m개의 입력 신호들을 적용하되, 상기 사용자 포트들 각각에는 상기 입력 신호들 중 하나만 적용되고, 상기 m개의 입력 신호들이 연속 적용되지 않는 단계;
상기 m 개의 입력 신호들을 사용하여 상기 사용자 포트들에 의해 제공된 임피던스 행렬에 따라 q개의 실제 양들을 추정하되, 상기 q는 상기 m보다 크거나 같은 정수인 단계;
“튜닝 제어 신호"를 얻기 위해 상기 사용자 포트들에 의해 제공된 임피던스 행렬에 따라 상기 q개의 실제 양들을 사용하는 단계;
다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부를 사용하여 사용자 포트들에 의해 제공된 임피던스 행렬을 조정하되, 상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부는 p개의 조정 가능한 임피던스 소자들을 포함하며, 여기서 p는 m 보다 크거나 같은 정수이고, 상기 p개의 조정 가능한 임피던스 소자들은 “튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들”로서 지칭되고, 상기 주어진 주파수에서 상기 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들 각각은 리액턴스를 가지며, 상기 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스는 상기 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 영향을 미치고, 상기 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스는 전기적 수단을 통해 조정 가능하게 되는 단계; 및
튜닝 제어 신호들 각각을 상기 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들 중 하나 이상의 조정 가능한 임피던스 소자들에 적용하되, 상기 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들 각각의 리액턴스는 주로 상기 하나 이상의 튜닝 제어 신호들에 의해 결정되는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 주어진 주파수는 예컨대, 150kHz 이상의 주파수이다. 전문가는 사용자 포트들이 제공하는 임피던스 행렬이 크기 mxm의 복소수 행렬임을 알 수 있다. 사용자 포트들로부터 타겟 포트들로의 상기 전력의 전달은 작거나 무시할 수 있거나 손실이 0인 전력 전달일 수 있으며, 이러한 특성이 바람직하다.
m 개의 입력 신호들은 연속적으로 적용되지 않는다, 즉 m 개의 입력 신호들이 잇달아 적용되지 않는다. 따라서, 예컨대 둘 이상의 입력 신호들이 동시에 적용되는 것이 가능하다. 예컨대 m 개의 입력 신호들이 동시에 적용되는 것도 가능하다.
본 발명에 따르면, 입력 신호들 각각은 예를 들어 대역통과 신호일 수 있다. 이런 종류의 신호는 종종 “통과대역 신호”나 “협대역 신호”(불어로 "signal a bande etroite")라고 부적절하게 지칭되기도 한다. 대역통과 신호는 임의의 실제 신호 s(t)이며, 여기서 t는 시간을 나타내며, s(t)의 스펙트럼이 주파수 인터벌 [fc - W/2,fc + W/2] 안에 포함되도록 하며, 이때 fc는 “캐리어 주파수”라고 지칭되며, W는 W< 2 fc 를 만족시키는 “대역폭”을 지칭한다. 따라서, S(f)로 표기되는 s(t)의 푸리에 변환은 주파수 인터벌 [-fc - W/2, -fc + W/2] 및 [fc - W/2, fc + W/2]에서만 무시될 수 없다. “복소수 기저대역 등가신호” 또는 기저대역 등가 신호”라고도 불리는 실제 신호 s(t)의 복소수 엔벨로프(complex envelope)는 복소수 신호 sB(t)이며, 그것의 푸리에 변환인 SB (f)는 주파수 인터벌 [- W/2, W/2]에서만 무시될 수 없고 그 인터벌에서SB (f) = k S(fc + f)를 만족시킨다. 여기서 A는 일부 저작자들에 의해 2의 제곱근과 동일한 것으로 선택된 실수 상수이다. sB(t)의 실수 부분은 동위상 성분이라 칭하고, sB(t)의 허수 부분은 직교 성분이라 칭한다. 전문가는 대역통과 신호 s(t)가 예컨대 다음과 같은 것으로서 얻어질 수 있다는 것을 알 수 있다:
- 주파수 fc에서 단일 캐리어의 위상 및 진폭 변조의 결과;
- 제1신호 및 제2신호의 선형 결합, 이때 제1신호는 동위상 성분과 주파수 fc의 제1정현파 캐리어의 곱이고, 제2신호는 직교 성분과 fc의 제2정현파 캐리어의 곱이며, 제2정현파 캐리어는 제1정현파 캐리어와 비교해 90° 벗어나 있음;
- 다른 방식에서, 예컨대 어떤 캐리어 사용도 없이, 디지털-아날로그 컨버터의 필터링된 출력을 바로 이용.
주파수 인터벌 [fc - W/2, fc + W/2]는 대역통과 신호의 통과 대역이다. 정의된 사항들로부터, 주어진 한 대역통과 신호에 있어서, 주파수 fc 및 대역폭 W에 대한 여러 가지 선택들이 있을 수 있으므로, 대역통과 신호의 통과 대역은 고유하게 정의되지 않는다. 그러나, 대역통과 신호의 통과 대역은 s(t)의 스펙트럼이 무시될 수 없는 어떤 주파수를 포함해야 한다.
본 발명에 따르면, 입력 신호들 각각은 예컨대, 대역통과 신호일 수 있고, 그 대역통과 신호는 상기 주어진 주파수를 포함하는 통과 대역을 포함한다. 이 경우, 상기 주어진 주파수가 캐리어 주파수라고 간주될 수도 있다. 따라서 이 경우, 입력 신호들 각각이 예컨대 다음과 같은 것으로서 얻어질 수 있다:
- 상기 주어진 주파수에서 단일 캐리어의 위상 및 진폭 변조의 결과;
- 제1신호 및 제2신호의 선형 결합, 이때 제1신호는 동위상 성분과 상기 주어진 주파수에서 제1정현파 캐리어의 곱이고, 제2신호는 직교 성분과 fc의 상기 주어진 주파수에서 제2정현파 캐리어의 곱임;
- 다른 방식에서, 예컨대 어떤 캐리어도 사용하지 않음.
실제 신호 s(t)의 복소수 엔벨로프는 명백히, 캐리어 주파수 fc의 선택에 좌우된다. 그러나, 주어진 캐리어 주파수와 관련하여, 실제 신호 s(t)의 복소수 엔벨로프는 실수인 상수 k에 대한 어떤 주어진 선택에 대해 고유하게 정의된다.
본 발명에 따르면 실수 상수 k에 대해 주어진 선택 시, 상기 주어진 주파수는 캐리어 주파수라고 간주되며, 입력 신호들 각각이 하나의 복소수 엔벨로프를 가지는 것이 가능하고, m 개의 입력 신호들의 m 개의 복소수 엔벨로프들은 복소수들의 필드에 걸친 벡터 공간으로 간주되는 한 실수 변수의 복소수 함수들의 집합 내에서 선형적으로 독립적이다. 이러한 특징은 입력 신호들이 사용자 포트들로 연속해서 적용된 것 같은 적절한 신호 처리를 통해 입력 신호들 각각의 효과들이 식별될 수 있어, 이하에 설명되는 제1실시예에서 상기 m 개의 입력 신호들이 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실제 양들을 추정하는데 사용될 수 있도록 하는 방식으로 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 전문가는 본 발명의 상기 방법의 특징이, 종래 기술 부문에서 설명한 바와 같이 임피던스 행렬을 튜닝하는데 사용되는 임피던스 자동 튜닝을 위한 복수의 장치들을 통해서는 얻어질 수 없다는 것을 알 수 있다. 전문가는 또한, 본 발명의 상기 방법의 특징이, 해당 출력 포트들과 연결된 멀티포트 부하의 포트들 간 상호작용이 아주 작지 않은 경우, 임피던스 행렬을 튜닝하는데 사용되는 임피던스 자동 튜닝을 위한 복수 개의 장치들의 동작에 혼란을 초래하는 간섭들을 피하게 한다는 것을 알 수 있다. 또한, 이하에서 논의되는 제1 및 제3실시예들의 내용들에서, 이러한 특징은 MIMO 무선 통신에 사용되는 무선 송신기들의 일반적인 사양 요건들과 양립되는데, 이는 이러한 특징을 가진 입력 신호들의 생성이 MIMO 무선 네트워크들에 통상적으로 적용 가능한 표준들의 요건과 호환되기 때문이다. 예를 들어, 이 특징은 LTE-어드밴스드 표준의 모든 MIMO 방출 모드들과 호환된다. 결과적으로, 본 발명은 종래 기술의 상술한 한계들을 극복한다.
본 발명에 따르면 실수 상수 k에 대해 주어진 선택 시, 상기 주어진 주파수는 캐리어 주파수라고 간주되며, 입력 신호들 각각이 하나의 복소수 엔벨로프를 가지는 것이 가능하고, m 개의 복소수 엔벨로프들은 주어진 스칼라 곱(scalar product)(“스칼라 곱”은 “내적(inner product)”이라고도 칭함)에 있어 다른 하나와 직교한다. 이러한 특징의 이점이 이하의 제2실시예에서 설명될 것이다.
본 발명에 따르면, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 상기 q 개의 실제 양들 각각은 예컨대, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 나타내는 실제 수량일 수 있다.
본 발명에 따르면, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 상기 q 개의 실제 양들 각각은 예를 들어, 실질적으로 사용자 포트들에 의해 제공된 임피던스 행렬의 엔트리나 사용자 포트들에 의해 제공된 임피던스 역행렬(즉, 사용자 포트들에 의해 제공되는 어드미턴스 (admittance) 행렬)의 엔트리, 또는 (Z U - Z 0 ) (Z U + Z o)-1 (여기서 Z 0 는 기준 임피던스 행렬)과 동일하다고 정의되는 사용자 포트들에서의 전압 반사 계수들의 행렬의 엔트리의 절대값, 또는 위상, 또는 실수부, 또는 허수부에 비례할 수 있다.
전문가는 튜닝 제어 신호들이 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들의 리액턴스들을 결정함으로써, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 대해 영향을 미치도록 한다는 것을 알 수 있다. 본 발명에 따르면, 튜닝 제어 신호들은 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬이, 제곱 복소수 행렬들의 집합으로부터 나온 함수인 행렬 함수 하에서, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬의 이미지의 놈(norm)을 동일한 집합의 제곱 복소수 행렬들 안으로 감소되거나 최소화하도록 하는 것일 수 있다. 예를 들어, 그러한 놈은 벡터 놈이거나 행렬 놈일 수 있다. 예를 들어 원하는 임피던스 행렬을 규정하는 경우, 원하는 임피던스 행렬은 Z w로 표기되며, 상기 행렬 함수는 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112017128496484-pct00001
이 경우, 행렬 함수 하에서 Z U의 이미지는 임피던스 행렬들의 차이다. 상기 행렬 함수는 다음과 같이 정의될 수도 있다.
Figure 112017128496484-pct00002
이 경우, 행렬 함수 하에서 Z U의 이미지는 어드미턴스 행렬들의 차이다. 상기 행렬 함수는 다음과 같이 정의될 수도 있다.
Figure 112017128496484-pct00003
이 경우, 행렬 함수 하에서 Z U의 이미지는 사용자 포트들에서의 전압 반사 계수들의 행렬이다. 이 행렬 함수들 각각은 f(Z w)가 공(null) 행렬이어서, f(Z w)의 놈이 0이 되도록 한다는 것에 주목할 수 있다.
조정 가능 임피던스 소자는, 수동 선형 2 단자 회로 요소의 단자들로서 실질적으로 동작하는 두 개의 단자들을 가지며 결과적으로 주파수에 좌우될 수 있어 조정 가능한 임피던스에 의해 완전히 특징지어지는 성분이다. 조정 가능 임피던스 소자는 기계적 수단들, 예들 들어 가변 저항, 가변 커패시터, 복수의 커패시터들과 하나 이상의 스위치들 또는 체인지오버(change-over) 스위치들을 포함하는 네트워크(상기 스위치들은 네트워크의 여러 커패시터들이 리액턴스에 기여하게 하는데 사용됨), 가변 인덕터, 복수의 인덕터들과 하나 이상의 스위치들 또는 체인지오버 스위치들을 포함하는 네트워크(상기 스위치들은 네트워크의 여러 인덕터들이 리액턴스에 기여하게 하는데 사용됨), 또는 복수의 개방 회로 또는 단락 회로 스텁(stub)들 및 하나 이상의 스위치들 또는 체인지오버 스위치들을 포함하는 네트워크(상기 스위치들은 네트워크의 여러 스텁들이 리액턴스에 기여하게 하는데 사용됨)에 의해 조정될 수 있다. 가변 저항을 제외한 상기 나열 리스트들의 예는 조정 가능한 리액턴스를 제공하도록 되어 있다.
전기적 수단들에 의해 조정 가능한 리액턴스를 가진 조정 가능 임피던스 소자는, 상기 주어진 주파수에서만 리액턴스 값들의 유한 집합을 제공하도록 할 수 있으며, 이러한 특징은 예를 들어 조정 가능 임피던스 소자들이 다음과 같은 것일 때 획득된다:
- 복수의 커패시터들이나 개방 회로 스텁들, 및 전기 기계적 릴레이와 같은 하나 이상의 전기적 제어 스위치들 또는 체인지오버 스위치들, 또는 마이크로 전자기 스위치들(MEMS 스위치들), 또는 PIN 다이오드들 또는 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터들(MOSFETs)을 포함하는 네트워크(상기 스위치들은 네트워크의 여러 커패시터들이나 개방 회로 스텁들은 리액턴스에 기여하도록 사용됨); 또는
- 복수의 코일들이나 단락 회로 스텁들 및 하나 이상의 전기적 제어 스위치들 또는 체인지오버 스위치들을 포함하는 네트워크(상기 스위치들은 네트워크의 여러 코일들이나 단락 회로 스텁들이 리액턴스에 기여하도록 사용됨).
전기적 수단들에 의해 조정 가능한 리액턴스를 가진 조정 가능 임피던스 소자는, 상기 주어진 주파수에서만 리액턴스 값들의 연속 집합을 제공하도록 할 수 있으며, 이러한 특징은 예를 들어 조정 가능 임피던스 소자가 가변 커패시턴스 다이오드나 MOS 바랙터(varactor)나 마이크로 전자기 바랙터(MEMS varactor)나 강유전성 바랙터에 기반하는 경우 획득된다.
본 발명의 방법은 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬의 어떤 대각 엔트리가 튜닝부의 조정 가능 임피던스 소자들 중 적어도 하나의 리액턴스에 의해 영향을 받도록 하는 것일 수 있다. 본 발명의 방법은 튜닝부의 조정 가능 임피던스 소자들 중 적어도 하나의 리액턴스가 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬의 적어도 한 비대각 엔트리에 영향을 미치도록 하는 것일 수 있다. 전문가는 이러한 특징이 종래의 기술 부문에서 설명한 바와 같이 복수의 포트들의 임피던스 행렬을 튜닝하는데 사용되는 임피던스 자동 튜닝을 위한 복수의 장치들의 제한된 튜닝 기능을 피하게 한다는 것을 알 수 있다. 이러한 문제는 제1 및 제4실시예들의 논의를 통해 더 설명될 것이다.
본 발명의 방법을 구현하는 장치는 주어진 주파수에서, 장치의 m 개의 포트에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 자동 튜닝하는 장치로, 여기서 m은 2 이상의 정수이고, 상기 m 개의 포트 각각은 "사용자 포트”라 지칭하고, 상기 장치는 상기 m 개의 사용자 포트 및 n 개의 다른 포트를 가지며, n은 2 이상의 정수이고, 상기 n 개의 다른 포트 각각은 "타겟 포트"라 지칭되며, 상기 임피던스 행렬은 "사용자 포트들에 의해 제공된 임피던스 행렬"이라 지칭되어 Z U로 표시되고, 상기 장치가 주어진 주파수에서 사용자 포트들로부터 타겟 포트들로의 전력 전달을 허용할 때, 상기 장치는
각각이 하나 이상의 “센싱부 출력 신호들”을 전달하되, 상기 센싱부 출력 신호들 각각은 하나 이상의 전기적 변수들에 의해 주로 결정되는 적어도 m 개의 센싱부;
상기 사용자 포트들에 적용되는 m 개의 입력 신호들에 대해 획득된 상기 센싱부 출력 신호들을 이용하여 상기 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실제 양들을 추정하되, 상기 q는 m보다 크거나 동일한 정수이고, 상기 사용자 포트들 각각으로 상기 입력 신호들 중 하나만이 적용되고, 상기 m 개의 입력 신호들은 연속하여 적용되지 않으며, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 상기 q 개의 실제 양들의 함수로서 “튜닝 명령”을 전달하는 신호 처리부;
p개의 조정 가능한 임피던스 소자들을 포함하며, 여기서 p는 m 보다 크거나 같은 정수이고, 상기 p개의 조정 가능한 임피던스 소자들은 “튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들”로서 지칭되고, 상기 주어진 주파수에서 상기 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들 각각은 리액턴스를 가지며, 상기 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스는 상기 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 영향을 미치고, 상기 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스는 전기적 수단을 통해 조정 가능하게 되는 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부; 및
상기 신호 처리부로부터 상기 튜닝 명령을 수신하고, 상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부로 “튜닝 제어 신호들”을 전달하되, 상기 튜닝 제어 신호들은 상기 튜닝 명령의 함수로서 결정되며, 상기 튜닝부의 상기 조정 가능 임피던스 소자들 각각의 리액턴스는 주로 상기 하나 이상의 튜닝 제어 신호들에 의해 결정되는 튜닝 제어부를 포함한다.
m 개의 입력 신호들은 연속적으로 적용되지 않는다, 즉 m 개의 입력 신호들이 잇달아 적용되지 않는다. 따라서, 예컨대 둘 이상의 입력 신호들이 동시에 적용되는 것이 가능하다.
예를 들어 상기 입력 신호들 각각은 대역통과 신호임이 가능하다. 예를 들어 그러한 대역통과 신호들 각각은 상기 주어진 주파수를 포함하는 통과 대역을 포함함이 가능하다.
예를 들어, 상기 전기적 변수들 각각은 전압, 또는 입사 전압, 또는 반사 전압, 또는 전류, 또는 입사 전류, 또는 반사 전류일 수 있다. 예를 들어, 상기 전기적 변수들 각각은 상기 사용자 포트들 중 하나에서, 또는 상기 타겟 포트들 중 하나에서, 또는 상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부에서, 또는 상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부 안에서 감지될 수 있다.
상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부는 m개의 입력 포트들 및 n 개의 출력 포트들을 포함한다. 상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부는 상기 주어진 주파수에서, 그 입력 포트들과 출력 포트들과 관련하여, 실질적으로 수동 선형 소자로서 동작하며, 여기서 “수동”은 회로 이론의 의미 안에서 사용되는 것이다. 보다 정확히는, 상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부는 상기 주어진 주파수에서, n 개의 출력 포트들 및 m 개의 입력 포트들과 관련하여 실질적으로 수동 선형 (n+W) 포트 장치로서 동작한다. 선형성의 결과로서, 입력 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 정의하는 것이 가능하다. 수동성의 결과로서, 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부는 증폭을 제공하지 않는다.
다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부의 m 개의 입력 포트들 각각은 직간접적으로 m 개의 사용자 포트들 중 하나에 연결되며, m 개의 사용자 포트들 각각은 직간접적으로 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부의 m 개의 입력 포트들 중 하나에 연결될 수 있다. 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부의 n 개의 출력 포트들 각각은 직간접적으로 n 개의 타겟 포트들 중 하나에 연결되며, n 개의 타겟 포트들 각각은 직간접적으로 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부의 n 개의 출력 포트들 중 하나에 연결될 수 있다. 따라서, 사용자 포트들에서 타겟 포트들로의 상기 전력 전달이 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부를 통해 일어날 수 있다. 정수 p는 2m보다 크거나 같을 수 있다.
전문가는 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬의 튜닝이 주로 튜닝 제어 신호들에 의해 결정되고, 튜닝 제어 신호들 각각은 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 상기 실제 양들의 함수로서 결정된다는 것과; 본 발명의 장치가 회로 파라미터들, 즉 튜닝부의 조정 가능 임피던스 소자들의 리액턴스들이, 각각이 하나 이상의 전기적 변수들에 의해 주로 결정되는 센싱부 출력 신호들의 함수로서 시간에 따라 가변된다는 점에서 적응적이라는 것을 알 수 있다.
전문가는 튜닝 명령이 예를 들어, 가능한 튜닝 명령들의 집합 가운데에서, 예를 들어 f(ZU)가 수학식 1이나 수학식 2나 수학식 3에 의해 주어지도록 하는 행렬 함수들 중 하나인 행렬 함수 하에서 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬의 이미지의 놈을 감소시키거나 최소화하는 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 생성하는 튜닝 명령으로서 결정될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 전문가는 또한, 튜닝 명령이, 원하는 임피던스 행렬과 실질적으로 동일한 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 제공하는 튜닝 명령, 예를 들어 ZU = ZW가 되게 하는 튜닝 명령으로서 결정될 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명은 또한 임피던스 행렬을 자동 튜닝하기 위한 장치를 사용하는 무선 통신용 송신기에 대한 것이기도 하다. 본 발명의 무선 통신용 송신기는 주어진 주파수 대역에서 복수의 안테나들을 가진 무선 통신용 송신기로서, 다음과 같은 요소들을 포함한다:
2 이상의 정수인 n 개의 안테나 출력 포트들;
m 개의 전력 증폭기들로서, m은 2보다 크거나 같고, 상기 전력 증폭기들 각각이 출력 포트를 가지고, 상기 전력 증폭기들 각각이 상기 주어진 주파수 대역에서 전력을 전달할 수 있으며, 상기 전력 중 일부는 안테나 출력 포트들로 전송되고, 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들은 상기 주어진 주파수 대역 내 한 주파수에서, “상기 전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬”이라 칭해지는 임피던스 행렬을 보며, 상기 출력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬은 크기 mxm인 복소수 행렬인 전력 증폭기들; 각각이 하나 이상의 “센싱부 출력 신호들”을 전달하되, 상기 센싱부 출력 신호들 각각은 하나 이상의 전기적 변수들에 의해 주로 결정되는 적어도 m 개의 센싱부;
상기 전력 증폭기들의 출력 포트들에서 상기 전력 증폭기들에 의해 적용되는 m 개의 입력 신호들에 대해 획득된 상기 센싱부 출력 신호들을 이용하여 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실제 양들을 추정하되, 상기 q는 m보다 크거나 동일한 정수이고, 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들 각각에 상기 입력 신호들 중 하나만이 적용되고, 상기 m 개의 입력 신호들은 연속하여 적용되지 않으며, 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬에 따른 상기 q 개의 실제 양들의 함수로서 “튜닝 명령”을 전달하는 신호 처리부;
p개의 조정 가능한 임피던스 소자들을 포함하며, 여기서 p는 m 보다 크거나 같은 정수이고, 상기 p개의 조정 가능한 임피던스 소자들은 “튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들”로서 지칭되고, 상기 주어진 주파수 대역 내 상기 주파수에서 상기 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들 각각은 리액턴스를 가지며, 상기 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스는 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬에 영향을 미치고, 상기 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스는 전기적 수단을 통해 조정가능하게 되는 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부; 및
상기 신호 처리부로부터 상기 튜닝 명령을 수신하고, 상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부로 “튜닝 제어 신호들”을 전달하되, 상기 튜닝 제어 신호들은 상기 튜닝 명령의 함수로서 결정되며, 상기 튜닝부의 상기 조정 가능 임피던스 소자들 각각의 리액턴스는 주로 상기 하나 이상의 튜닝 제어 신호들에 의해 결정되는 튜닝 제어부를 포함한다.
본 발명의 무선 통신용 송신기의 상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부는 m개의 입력 포트들 및 n 개의 출력 포트들을 포함한다. 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부의 m 개의 입력 포트들 각각은 직간접적으로 상기 전력 증폭기들의 상기 출력 포트들 중 하나에 연결되며, 상기 전력 증폭기들의 상기 출력 포트들 각각은 직간접적으로 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부의 m 개의 입력 포트들 중 하나에 연결될 수 있다. 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부의 n 개의 출력 포트들 각각은 직간접적으로 n 개의 안테나 출력 포트들 중 하나에 연결되며, n 개의 안테나 출력 포트들 각각은 직간접적으로 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부의 n 개의 출력 포트들 중 하나에 연결될 수 있다. 따라서, 전력 증폭기들에 의해 전달된 상기 전력의 일부가 안테나 출력 포트들로 전송될 수 있다. 상기 전력 중 상기 일부는 실질적으로 상기 전력과 동일하며, 이러한 특징이 바람직하다.
기타 이점들 및 특징들은 첨부된 도면을 참조한 비한정적 예들을 통해 주어지는 본 발명의 특정 실시예들에 대한 이하의 설명으로부터 보다 명확하게 드러날 수 있을 것이다.
도 1은 4 개의 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 자동 튜닝하기 위한 장치의 블록도를 도시한다(제1실시예).
도 2는 도 1에 도시된 임피던스 행렬을 자동 튜닝하기 위한 장치에서 사용될 수 있는 4 개의 포트들을 동시 튜닝하기 위한 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부의 개략도를 도시한다(제4실시예).
도 3은 도 1에 도시된 임피던스 행렬을 자동 튜닝하기 위한 장치에서 사용될 수 있는 4 개의 포트들을 동시 튜닝하기 위한 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부의 개략도를 도시한다(제5실시예).
도 4는 4 개의 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 자동 튜닝하기 위한 장치의 블록도를 도시한다(제6실시예).
도 5는 여러 대의 안테나들 및 도 1에 도시된 임피던스 행렬을 자동 튜닝하기 위한 장치를 사용하는 무선 통신용 송신기의 블록도를 도시한다(제7실시예).
제1실시예
비한정적 예를 통해 주어지는 본 발명의 장치에 대한 제1실시예로서, 도 1에서는, 30 Mhz보다 크거나 같은 소정 주파수에서, m=4 개의 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 자동 튜닝하기 위한 장치의 블록도가 표현되며, 상기 장치는 상기 m 개의 사용자 포트들(112, 122, 132, 142)와 n=4 개의 타겟 포트들(111, 121, 131, 141)을 포함하고, 임피던스 행렬은 “사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬”이라고 지칭되고 Z U로 표기되며, 상기 장치는
각각이 두 개의 “센싱부 출력 신호들”을 전달하되, 상기 센싱부 출력 신호들 각각은 하나의 전기적 변수들에 의해 결정되는 m 개의 센싱부들(1);
상기 사용자 포트들에 적용되는 m 개의 입력 신호들에 대해 획득된 상기 센싱부 출력 신호들을 이용하여 상기 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실제 양들을 추정하되, 상기 q는 m보다 크거나 동일한 정수이고, 각각의 사용자 포트로 상기 입력 신호들 중 하나만이 적용되고, 상기 입력 신호들 각각은 대역통과 신호이며, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 상기 q 개의 실제 양들의 함수로서 “튜닝 명령”을 전달하는 신호 처리부(2);
p 개의 조정 가능 임피던스 소자들을 포함하되, p는 2m=8보다 크거나 같고, p는 “튜닝부의 조정 가능 임피던스 소자들”로 지칭되고
상기 주어진 주파수에서 상기 튜닝부의 상기 조정 가능 임피던스 소자들 각각이 리액턴스를 가지게 되며, 상기 튜닝부의 조정가능 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스가 전기적 수단에 의해 조정될 수 있는 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부(3); 및
상기 신호 처리부(2)로부터 상기 튜닝 명령을 수신하고, 상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부(3)로 “튜닝 제어 신호들”을 전달하되, 상기 튜닝 제어 신호들은 상기 튜닝 명령의 함수로서 결정되며, 상기 튜닝부의 상기 조정 가능 임피던스 소자들 각각의 리액턴스는 주로 상기 하나 이상의 튜닝 제어 신호들에 의해 결정되는 튜닝 제어부(4)를 포함한다.
센싱부들(1) 각각은 예를 들어, 상기 각각의 센싱부에 의해 전달되는 두 개의 센싱부 출력 신호들이 사용자 포트들 중 하나에 걸친 전압인 제1전기적 변수에 비례하는 제1센싱부 출력 신호; 및 사용자 포트들 중 상기 하나에 흐르는 전류인 제2전기적 변수에 비례하는 제2센싱부 출력 신호를 포함하도록 한다. 상기 사용자 포트들 중 하나에 걸친 전압은 복소수 전압이고, 상기 사용자 포트들 중 상기 하나에 흐르는 전류는 복소수 전류일 수 있다. 이와 달리, 센싱부들(1) 각각은 예를 들어, 상기 각각의 센싱부에 의해 전달되는 두 개의 센싱부 출력 신호들이 사용자 포트들 중 하나서의 입사 전압(“순방향 전압”이라고도 칭함)인 제1전기적 변수에 비례하는 제1센싱부 출력 신호; 및 사용자 포트들 중 상기 하나서 반사된 전압인 제2전기적 변수에 비례하는 제2센싱부 출력 신호를 포함하도록 한다. 상기 사용자 포트들 중 하나에서의 상기 입사 전압은 복소수 입사 전압이고, 상기 사용자 포트들 중 상기 하나에서의 상기 반사 전압은 복소수 반사 전압일 수 있다.
사용자 포트들 중 어느 하나에도 입력 신호가 적용되지 않는 경우 및 타겟 포트들 중 어느 하나에도 입력 신호가 적용되지 않는 경우, 전기적 변수들 각각은 실질적으로 0이다.
외부 소자는 m 개의 출력 포트들을 포함하고, 외부 소자의 출력 포트들 각각은 사용자 포트들 중 하나에 연결되며, 사용자 포트들 각각은 외부 소자의 출력 포트들 중 하나에 연결된다. 외부 소자가 도 1에서든 도시되지 않는다. 외부 소자는 사용자 포트들로 m 개의 입력 신호들을 적용하고, 신호 처리부(2)에 이러한 행위를 알린다. 상기 m개의 입력 신호들 중 하나가 각각의 사용자 포트들로 적용되며, 둘 이상의 입력 신호들이 동시에 적용된다. 상기 m개의 입력 신호들 각각은 상기 주어진 주파수를 포함하는 통과 대역을 포함하는 대역통과 신호이다. 캐리어 주파수라고 간주되는 상기 주어진 주파수에서, 입력 신호들 각각은 복소수 엔벨로프(또는 복소수 기저대역 등가치)를 가지며, m 개의 복소수 엔벨로프들은 복소수들의 필드에 걸친 벡터 공간이라 간주되는 하나의 실제 변수의 복소수 함수들의 집합인 E 안에서 선형적으로 독립적이다.
사용자 포트들을 1부터 m까지 번호 매기고, 입력 신호들을 1부터 m까지 번호 매겨서, a가 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 정수인 경우, 입력 신호 번호 a는 사용자 포트 번호 a에 적용되도록 한다. 예를 들어, t를 시간을 나타내는 데 사용할 때, 입력 신호들은, 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 임의의 정수 a에 대해, 입력 신호 번호 a가 사용자 포트 번호 a에 적용되는 복소수 엔벨로프 iE a (t)의 전류 ia (t)로 구성되게 되어 있을 수 있고, 복소수 엔벨로프들 iE1l (t),..., iE m (t)은 E 내에서 선형적으로 독립적이다. i E (t) 는 복소수 엔벨로프들 iE 1 (t),..., iE m (t)의 열(column) 벡터를 나타내는데 사용한다. ua (t)는 사용자 포트 번호 a에 걸친 전압을 나타내는데 사용하며, uE a (t)는 ua (t)의 복소수 엔벨로프를 나타내는데 사용한다. u E (t)는 복소수 엔벨로프들 uE1l (t),..., uEm (t)의 열 벡터를 나타내는데 사용한다. 복소수 엔벨로프들 iE 1 (t),..., iE m (t)의 대역폭이 충분히 좁으면, 다음과 같은 식을 얻을 수 있다는 것을 보여줄 수 있다.
Figure 112017128496484-pct00004
t의 고정 값에 대해 수학식 4를 고려할 때, u E (t) 및 i E (t)의 엔트리들은 복소수들이다. 이러한 맥락에서, m≥ 2인 경우, t의 고정값에 대한 u E (t) 및 i E(t)에 대한 지식에 기반하여 Ζ υ를 도출하기 위해 수학식 4를 푸는 것은 가능하지 않다. 반대로, t가 변수인 수학식 4를 고려할 경우, i E (t)의 엔트리들은 E의 선형적 독립 벡터들이다. 따라서, S를 E 안의 iE1 (t),..., iE m (t)의 범위를 나타내기 위해 사용할 때, iE1 (t),..., iEm (t)는 S의 베이스가 된다. 이러한 맥락에서, 수학식 4는 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 임의의 정수에 대해 u E(t)의 각각의 엔트리가 S 안에 있다는 것을 나타내고, 베이스 iE 1 (t),..., iE m (t) 내 벡터 uE a (t)의 좌표들은 Ζυ의 행(row) a의 엔트리들이다. 이러한 좌표들은 고유하므로, 수학식 4는 t가 변수인 경우 u E (t) 및 i E (t)에 대한 지식에 기반하여 Ζ υ를 도출하는데 사용될 수 있다. 따라서, 서로 다른 입력 신호들이 사용자 포트들로 연속적으로 적용된 것처럼 적절한 신호 처리를 함으로써 서로 다른 입력 신호들의 효과들이 식별될 수 있으므로, m 개의 입력 신호들은 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬 및 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 어떤 실제 양을 추정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 연속적으로 적용되지 못하는 m개의 입력 신호들이 본 발명에서 사용될 수 있는 반면, 상기 프랑스 특허 출원 제13/00878호, 상기 국제출원 PCT/IB2014/058933호 및 상기 미국 특허 제9,077,317호에 개시된 방법에서는 사용될 수 없다.
입력 신호들은, 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 임의의 정수 a에 대해, 입력 신호 번호 a가 사용자 포트 번호 a에 적용되는 복소수 엔벨로프 iE a (t)의 전류 ia (t)로 구성되게 되어 있고 복소수 엔벨로프들 iE1 (t),..., iE m (t)은 E 내에서 선형적으로 독립적인 경우를 예로서 고려하였다. 이와 달리, 입력 신호들은 예를 들어, 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 임의의 정수 a에 대해, 입력 신호 번호 a가 사용자 포트 번호 a에 적용되는 복소수 엔벨로프 uE a (t)의 전압 ua (t)로 구성되게 되어 있고 복소수 엔벨로프들 uE1 (t),..., uE m (t)은 E 내에서 선형적으로 독립적인 경우일 수도 있다. 이 경우, 적용된 전류들에 대해 위에서 제공된 것과 유사한 근거를 사용해, 서로 다른 입력 신호들이 사용자 포트들로 연속적으로 적용된 것처럼 적절한 신호 처리를 함으로써 서로 다른 입력 신호들의 효과들이 식별될 수 있어, m 개의 입력 신호들은 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬 및 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 어떤 실제 양을 추정하는데 사용될 수 있다는 것을 보일 수 있다.
통상적으로 MIMO 무선 네트워크들에 적용 가능한 표준에서, E 안에서 선형적으로 독립적인 복소수 엔벨로프들을 가진 신호들이 MIMO 채널 추정을 위한 기준 신호들(파일럿 신호들이라고도 지칭함)로서 사용된다는 것을 관찰하였다. 기준 신호들로서 사용되는 이러한 신호들은 사용자 포트들로 적용될 때, E 안에서 선형적으로 독립적인 복소수 엔벨로프들을 가지는 입력 신호들로서 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 이러한 제1실시예는 MIMO 무선 네트워크들에 통상적으로 적용될 수 있는 표준들의 요건에 양립된다. 이 문제는 이하에서 제3실시예들 통해 더 논의될 것이다.
전문가는 신호 처리부(2)가 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실제 양들을 추정하기 위해, 사용자 포트들로 적용되는 m 개의 입력 신호들에 대해 얻어지는 센싱부 출력 신호들을 어떻게 이용할 수 있는지를 이해할 수 있을 것이며, m 개의 입력 신호들은 E 안에서 선형적으로 독립된 복소수 엔벨로프들을 가지는 대역통과 신호들이다. 이 제1실시예에서, q = 2m2 및 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실제 양들은 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 충분히 결정짓는다. 예를 들어, 상기 센싱부들 중 어느 하나의 두 센싱부 출력 신호들이 사용자 포트들 중 하나에 걸친 복소수 전압과 그 사용자 포트들 중 하나에 흐르는 복소수 전류에 각각 비례한다고 간주되며, 이때 입력 신호 번호 a는 상술한 바와 같이 사용자 포트 번호 a에 적용되는 전류로 구성된다. 수학식 4에 대한 설명에 기반하여, 전문가는 m 개의 입력 신호들이 적용되었을 때 Z U의 모든 엔트리들이 결정될 수 있다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 상기 q 개의 실제 양들은 각각이 Z U의 엔트리의 실수부에 비례하는 m2개의 실수들 및 각각이 Z U의 엔트리의 허수부에 비례하는 m2개의 실수들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 상기 q 개의 실제 양들은 각각이 Z U의 엔트리의 절대값에 비례하는 m2개의 실수들 및 각각이 Z U의 엔트리의 인수에 비례하는 m2개의 실수들로 구성될 수 있다.
예를 들어, 센싱부들(1)이 1에서 m까지 번호 매겨진다고 할 때, 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 임의의 정수에 있어서, 센싱부 번호 a는 사용자 포트 번호 a에 걸친 전압 ua(t)에 비례하는 제1센싱부 출력 신호 및 그 사용자 포트에 흐르는 전류 ia(t)에 비례하는 제2센싱부 출력 신호를 전달하는 특별한 경우를 고려할 수 있다. 이 경우, 신호 처리부(2)는 예컨대, 모든 센싱부 출력 신호들의 동위상/직교(I/Q) 복조(호모다인 수신, homodyne reception)을 수행하여, 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 임의의 정수에 대해 4 개의 아날로그 신호들인 uE a (t)의 실수부, uE a (t)의 허수부, iE a (t)의 실수부, 및 iE a (t)의 허수부를 획득할 수 있다. 이어서 이 아날로그 신호들은 디지털 신호들로 변환될 수 있고, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 완전하게 특징짓는 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 상기 q 개의 실제 양들을 추정하기 위해 디지털 도메인에서 추가 처리될 수 있다.
튜닝 명령은 임의 타입의 디지털 메시지를 가질 수 있다.
이러한 제1실시예에서, 튜닝 명령은 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬이 다음과 같이 주어지는 원하는 임피던스 행렬과 실질적으로 동일하도록 하는 것이다.
Figure 112017128496484-pct00005
상술한 바와 같이 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실제 양들이 Z U 를 완전하게 결정하기 때문에, 신호 처리부는 튜닝 명령을 결정하고 전달하여 결과적인 튜닝 제어 신호들이 Z U - Z W의 놈이 작거나 0이 되도록 Z U를 생성하도록 한다. 전문가는 튜닝 명령이 어떻게 결정될 수 있는지를 이해할 수 있다. 신호 처리부의 동작은, 튜닝 명령이 튜닝 시퀀스의 끝에서 생성되어, 다음 튜닝 시퀀스의 끝에서 다음 튜닝 명령이 생성될 때까지 유효하도록 한다.
외부 소자는 또한, 신호 처리부(2)로 “외부 소자의 명령들”을 전달하며, 상기 외부 소자의 명령들은 상기 입력 신호들이 적용되었거나 적용되고 있거나 적용될 것이라는 것을 신호 처리부에 알린다. 예를 들어, 외부 소자는 입력 신호 신호들을 사용자 포트들로 적용할 것임을 신호 처리부에 알릴 때 튜닝 시퀀스를 개시할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리부는 입력 신호들이 적용된 후 튜닝 명령이 전달되었을 때 튜닝 시퀀스를 종료할 수 있다. 부가하여, 외부 소자는 신호 처리부에 다른 신호들을 제공하고/제공하거나 신호 처리부로부터 다른 신호들을 수신한다. 외부 소자의 상기 명령들을 전달하고 그러한 다른 신호들을 보유하는데 필요한 전기적 링크들은 도 1에 도시되어 있지 않다.
타겟 포트들은 상기 주어진 주파수에서, “타겟 포트들에 의해 보여진 임피던스 행렬”이라고 지칭되어 Z A로 표기되는 임피던스 행렬을 본다. 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬은 크기 nxn의 복소수 행렬이다. 전문가는 Z U가 Z A에 좌우된다는 것을 알 수 있다.
다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부(3)는 상기 프랑스 특허 출원 제12/02542호 및 상기 국제 출원 PCT/IB2013/058423에서 개시된, m 개의 입력 포트들과 n 개의 출력 포트들을 가지는 안테나 튜닝 장치이다. 따라서, 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부는, 튜닝부의 조정 가능 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스가 상기 주어진 주파수에서, 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬이 주어진 대각 임피던스 행렬과 동일한 경우, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 영향을 미치도록 하고, 튜닝부의 조정 가능 임피던스 소자들 중 적어도 하나의 리액턴스가 상기 주어진 주파수에서, 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬이 주어진 대각 임피던스 행렬과 동일한 경우, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬의 적어도 한 비대각 엔트리에 영향을 미치도록 한다. 이는 다음과 같은 의미로 해석되어져야 한다: 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부가, 상기 주어진 주파수에서, 주어진 대각 임피던스 행렬이라고 지칭되는 대각 임피던스 행렬이 존재하도록 하고, 상기 주어진 대각 임피던스 행렬은 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬이 상기 주어진 대각 임피던스 행렬과 동일한 경우, (a) 튜닝부의 조정가능 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스가 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 영향을 미치도록 하고 (b) 튜닝부의 조정 가능 임피던스 소자들 중 적어도 하나의 리액턴스가 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬의 적어도 하나의 비대각 엔트리에 영향을 미치도록 하는 것이다.
또한, 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부(3)는, 상기 주어진 주파수에서, 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬이 주어진 비대각 임피던스 행렬과 동일한 경우, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 p 개의 리액턴스들과 연관시키는 매핑이 정의되도록 하며, 상기 매핑은 p 개의 리액턴스들 각각에 대해 주어진 값에서, p 개의 리액턴스들 각각에 대한 편도함수를 가지며, p 개의 편도 함수들의 범위는 실수 벡터 공간이라 간주되는 크기 mxm의 복소수 행렬들의 집합에서 정의되고, 크기 mxm의 어떤 대각 복소수 행렬은 p 개의 편도함수들의 범위의 적어도 한 요소와 동일한 대각 엔트리들을 가진다. 이것은 다음과 같은 의미로서 해석되어져야 한다: 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부가, 주어진 주파수에서, 주어진 비대각 임피던스 행렬이라 지칭되는 비대각 임피던스 행렬이 존재하도록 하고, 상기 주어진 비대각 임피던스 행렬은, 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬이 주어진 비대각 임피던스 행렬과 동일한 경우, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 p 개의 리액턴스들과 연관시키는 매핑이 정의되도록 하며, 상기 매핑은 p 개의 리액턴스들 각각에 대해 주어진 값에서, p 개의 리액턴스들 각각에 대한 편도함수를 가지며, p 개의 편도 함수들의 범위는 실수 벡터 공간이라 간주되는 크기 mxm의 복소수 행렬들의 집합에서 정의되고, 크기 mxm의 어떤 대각 복소수 행렬은 p 개의 편도함수들의 범위의 적어도 한 요소와 동일한 대각 엔트리들을 가진다.
따라서, 전문가는 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬에서의 어떤 작은 변화도 튜닝부의 조정 가능 임피던스 소자들의 새로운 자동 조정을 통해 적어도 부분적으로 보상될 수 있다는 것을 알 수 있다.
전문가는 실수 벡터 공간이라 간주되는 p 개의 편도함수들의 범위의 차원이 프랑스 특허 출원 제12/02542호, 상기 국제 출원 PCT/IB2013/058423, 회로, 및 2015년 2월 정규 논문집 제62권 제2호 423-432 페이지, 시스템 분야 IEEE Trans.에 공개된 “다중 안테나 포트 및 다중 사용자 포트 안테나 튜너들의 몇 가지 특성들”이라는 제목의 F.Broyde와 E. Clavelier 논문의 I, III, VI, VII 및 VIII 장에서 사용되어 설명되었다는 것을 알 수 있다. 이 논문에서, p 개의 편도함수들의 범위에 대한 상기 차원은 사용자 포트 임피던스 범위의 로컬 차원이라고 일컬어져 DUR (Z Sant)로 표기 된다. 전문가는 크기 mxm의 어떤 대각 복소수 함수가 p개의 편도함수들의 범위의 적어도 한 요소와 동일한 대각 엔트리들을 가진다는 것을 얻기 위하여, 실수 벡터 공간이라고 간주되는 p 개의 편도함수들의 범위의 차원이 실제 벡터 공간이라 간주되는 크기 mxm의 대각 복소수 행렬들의 부분공간의 차원보다 크거나 동일해야 할 필요가 있다는 것을 알 수 있다. 실수 벡터 공간이라 간주되는 p 개의 편도함수들의 범위의 차원이 p 보다 적거나 동일하고 실수 벡터 공간이라 간주되는 크기 mxm의 대각 복소수 행렬들의 부분공간의 차원이 2m과 동일하므로, 필요한 조건은 p가 2m보다 크거나 같다는 것을 내포한다. 이것이, “p가 2m 보다 크거나 같은 정수”라는 요건이 이 실시예의 중요한 특징인 이유이다.
다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부(3)의 특징들은 임피던스 행렬을 자동 튜닝하는 장치가 상기 주어진 주파수에서 사용자 포트들에서 타겟 포트들로 거의 무손실의 전력 전송 및 타겟 포트들에서 사용자 포트들로 거의 무손실의 전력 전송을 가능하게 하도록 한다는 것이다.
임피던스 행렬을 자동 튜닝하는 장치가 멀티포트 안테나 어레이의 포트들 중 하나와 연결된 각각의 타겟 포트들을 가지는 경우, 전문가는 Z A가 안테나들을 둘러싸는 볼륨의 전자기 특성들 및 주파수에 의존한다는 것을 이해할 수 있다. 특히, 멀티포트 안테나 어레이가 휴대형 트랜시버, 예컨대 LTE 무선 네트워크의 사용자 기기(UE) 안에 내장된 경우, 사용자의 몸이 Z A에 영향을 미치고 Z A는 사용자 몸의 자세에 좌우된다. 이것을 “사용자 상호작용(유저 인터랙션)” 또는 “핸드 효과” 또는 “핑거 효과”라고 부른다. 전문가는 임피던스 행렬을 자동 튜닝하는 장치가 동작 주파수 변화에 의해 야기되는 Z A의 변화를 보상하고/하거나 사용자 상호작용을 보상하는데 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
이러한 제1실시예에서, n=m=4이다. 따라서, n이 3 이상인 것이 가능하고, n이 4 이상인 것이 가능하고, m이 3 이상인 것이 가능하며, m이 4 이상인 것이 가능하다.
제2실시예
비한정적 예를 통해 주어지는 본 발명의 장치의 제2실시예 또한 도 1에 도시된 m=4 개의 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 자동 튜닝하기 위한 장치에 해당하며, 제1실시예에 대해 제공되는 모든 설명들이 본 제2실시예에 적용될 수 있다. 부가하여, 제2실시예에서, m 개의 입력 신호들의 복소수 엔벨로프들은 서로에 대해 직교한다. 보다 자세히 말하면, m 개의 입력 신호들의 복소수 엔벨로프들은 주어진 스칼라 곱에 있어서 서로에 대해 직교한다. 또한, m 개의 복소수 엔벨로프들 중 어느 하나와 그 자체의 스칼라 곱은 0이 아니므로, 직교성 요건은 m 개의 복소수 엔벨로프들이 선형적으로 독립적이라는 것을 수반한다. <f|g>를 켤레 대칭성(conjugate symmetry), 제2인수에서의 선형성, 및 양성(positivity)(양성적 명확성을 요하지 않음)이라는 특성들을 만족시키는 어떤 스칼라 곱일 수 있는 두 함수들 f와 g의 스칼라 곱을 나타낸다. 예를 들어, 상기 각각의 복소수 엔벨로프는 평방적분 가능하고, 스칼라 곱이 두 개의 평방적분 가능한 함수들 f와 g에 대해 아래의 수학식 6에 주어지는, 실수 변수의 평방적분 가능한 함수들의 힐베르트 공간의 일반 스칼라 곱이라고 간주할 수 있다.
Figure 112017128496484-pct00006
여기서 f(x) 위의 바는 켤레(공액) 복소수를 나타낸다. 이와 달리, 예를 들어 두 함수들 f 및 g가 같은 시점에 샘플링되어 f의 샘플 f(j) 및 g의 샘플 g(j)(j는 정수)을 얻도록 하고, 그 스칼라 곱이 수학식 7에 주어지는 것과 같은 유한 에너지 시퀀스들의 일반 스칼라 곱이라고 간주할 수 있다.
Figure 112017128496484-pct00007
예를 들어, 입력 신호들은, 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 임의의 정수 a에 대해, 입력 신호 번호 a가 사용자 포트 번호 a에 적용되는 복소수 엔벨로프 iE a (t)의 전류 ia (t)로 구성되게 되어 있을 수 있고, 복소수 엔벨로프들 iE1 (t),..., iE m (t)은 E 내에서 선형적으로 독립적이라고 간주할 수 있다. 이 경우 수학식 4를 적용 가능하며, S의 베이스 iE l (t),..., iEm(t)에서 벡터 uEa(t)의 좌표들이 쉽게 계산될 수 있는데, 이는 1보다 크거나 같고 m보다 작은 임의의 정수에 대해, zab로 표기되는 베이스 iE l (t),..., iEm(t)에서의 벡터 uEa(t)의 b 번째 좌표가 수학식 8에 의해 명확히 주어지기 때문이다.
Figure 112017128496484-pct00008
또한 이 경우 베이스 iE l (t),..., iEm(t)에서의 벡터 uEa(t)의 b 번째 좌표는 Z U의 행의 엔트리들이고, zab 는 Z U의 행 a 및 열 b의 엔트리이다. 따라서, 수학식 8은 t가 변수인 경우 u E (t) 및 i E (t)에 대한 지식에 기반하여 Ζ υ를 도출하는데 사용될 수 있다. 따라서, 서로 다른 입력 신호들이 사용자 포트들로 연속적으로 적용된 것처럼 적절한 신호 처리를 함으로써 서로 다른 입력 신호들의 효과들이 식별될 수 있으므로, m 개의 입력 신호들은 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬 및 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 어떤 실제 양을 추정하는데 사용될 수 있다.
입력 신호들은, 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 임의의 정수 a에 대해, 입력 신호 번호 a가 사용자 포트 번호 a에 적용되는 복소수 엔벨로프 iE a (t)의 전류 ia (t)로 구성되게 되어 있고 복소수 엔벨로프들 iE1 (t),..., iE m (t)은 서로 직교하는 경우를 예로서 고려하였다. 이와 달리, 입력 신호들은 예를 들어, 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 임의의 정수 a에 대해, 입력 신호 번호 a가 사용자 포트 번호 a에 적용되는 복소수 엔벨로프 uE a (t)의 전압 ua (t)로 구성되게 되어 있고 복소수 엔벨로프들 uE1 (t),..., uE m (t)은 서로에 대해 직교하는 경우일 수도 있다. 이 경우, 적용된 전류들에 대해 위에서 제공된 것과 유사한 근거를 사용해, 서로 다른 입력 신호들이 사용자 포트들로 연속적으로 적용된 것처럼 적절한 신호 처리를 함으로써 서로 다른 입력 신호들의 효과들이 식별될 수 있어, m 개의 입력 신호들은 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬 및 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 어떤 실제 양을 추정하는데 사용될 수 있다는 것을 보일 수 있다.
전문가는 서로 직교하는 복소수 엔벨로프들을 가지는 m 개의 입력 신호들을 생성하는 방법을 예상할 수 있다. 예를 들어, 데이터 심볼들의 m 개의 임의의 시퀀스들을 고려할 수 있으며, 그 각각의 시퀀스는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 신호의 단일 서브 캐리어 상에서 변조되고, 다른 시퀀스들은 다른 서브 캐리어들 상에서 변조된다. 이러한 m 개의 변조된 서브 캐리어들은 서로에 대해 직교함으로써, 각각의 변조된 서브 캐리어가 m 개의 입력 신호들 중 하나의 복소수 엔벨로프로서 사용될 수 있을 것이다. 예를 들어, OFDM의 어떤 두 개의 서로 다른 자원 요소들(자원 요소는 한 OFDM 심볼의 듀레이션 중 한 OFDM 서브 캐리어를 의미함) 간 직교성이 존재하므로, m 개의 서로 다른 자원 요소들은 각각 m 개의 입력 신호들 중 하나의 복소수 엔벨로프를 획득하는데 사용될 수 있을 것이다.
전문가는 신호 처리부(2)가 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실제 양들을 추정하기 위해, 사용자 포트들로 적용되는 m 개의 입력 신호들에 대해 얻어지는 센싱부 출력 신호들을 어떻게 이용할 수 있는지를 이해할 수 있을 것이며, m 개의 입력 신호들은 서로 직교하는 복소수 엔벨로프들을 가지는 대역통과 신호들이다. 예를 들어, 상기 센싱부들 중 어느 하나의 두 센싱부 출력 신호들이 사용자 포트들 중 하나에 걸친 복소수 전압과 그 사용자 포트들 중 하나에 흐르는 복소수 전류에 각각 비례한다고 간주되며, 이때 입력 신호 번호 a는 사용자 포트 번호 a에 적용되는 전류로 구성된다. 수학식 8에 대한 설명에 기반하여, 전문가는 m 개의 입력 신호들이 적용되었을 때 Z U의 모든 엔트리들이 결정될 수 있다는 것을 알 수 있다.
예를 들어, 센싱부들(1)이 1에서 m까지 번호 매겨진다고 할 때, 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 임의의 정수에 있어서, 센싱부 번호 a는 사용자 포트 번호 a에 걸친 전압 ua(t)에 비례하는 제1센싱부 출력 신호 및 그 사용자 포트 번호 a에 흐르는 전류 ia(t)에 비례하는 제2센싱부 출력 신호를 전달하는 특별한 경우를 고려할 수 있다. 이 경우, 신호 처리부(2)는 예컨대, 모든 센싱부 출력 신호들에 하향 변환을 수행하고 이어서 동위상/직교(I/Q) 복조(호모다인 수신)을 수행하여, 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 임의의 정수에 대해 4 개의 아날로그 신호들인 uE a (t)의 실수부, uE a (t)의 허수부, iE a (t)의 실수부, 및 iE a (t)의 허수부를 획득할 수 있다. 이어서 이 아날로그 신호들은 디지털 신호들로 변환될 수 있고, 상술한 수학식 7 및 8에 기반하여, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 완전하게 특징짓는 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 상기 q 개의 실제 양들을 추정하기 위해 디지털 도메인에서 추가 처리될 수 있다.
제3실시예 (최선의 모드)
본 발명의 비한정적 예 및 최선의 모드를 통해 주어지는 본 발명의 장치의 제3실시예 또한 도 1에 도시된 m=4 개의 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 자동 튜닝하기 위한 장치에 해당하며, 제1실시예에 대해 제공되는 모든 설명들이 본 제3실시예에도 적용될 수 있다. 또한 제3실시예에서, m 개의 입력 신호들의 복소수 엔벨로프들 각각은 제1복소수 신호 및 제2복소수 신호의 합으로, 제1복소수 신호는 복소수 엔벨로프의 기본 성분이라고 일컫고, 제2복소수 신호는 복소수 엔벨로프의 이차 성분이라 일컬으며, m 개의 복소수 엔벨로프들의 기본 성분들은 서로 직교하며, m 개의 복소수 엔벨로프들의 이차 성분들 각각은 m 개의 복소수 성분들의 이차 성분들 각각에 직교한다. 보다 상세히 말하면, m 개의 복소수 엔벨로프들의 기본 성분들은 주어진 스칼라 곱에 있어 서로에 대해 직교하며, m 개의 복소수 엔벨로프들의 기본 성분들 각각은 그 주어진 스칼라 곱에 있어서 m 개의 복소수 엔벨로프들의 이차 성분들 각각에 직교한다. 또한, m 개의 복소수 엔벨로프들의 기본 성분들 중 어느 하나와 그 자체의 스칼라 곱은 0이 아니므로, 직교성 요건은 m 개의 복소수 엔벨로프들이 선형적으로 독립적이라는 것을 수반한다.
예를 들어, 입력 신호들은, 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 임의의 정수 a에 대해, 입력 신호 번호 a가 사용자 포트 번호 a에 적용되는 복소수 엔벨로프 iE a (t)의 전류 ia (t)로 구성되게 되어 있고, 복소수 엔벨로프 iE a (t)는 수학식 9의 형식을 가진다고 간주할 수 있다.
Figure 112017128496484-pct00009
여기서 iC a (t)는 복소수 엔벨로프의 기본 성분이고, iD a (t)는 복소수 엔벨로프의 이차 성분이며, m 개의 복소수 엔벨로프들의 기본 성분들 ic1 (t),..., iCm(t)은 서로에 대해 직교하고, m 개의 복소수 엔벨로프들의 기본 성분들 ic1 (t),..., iCm(t) 각각은 m 개의 복소수 엔벨로프들의 이차 성분들 iD1 (t),..., iDm(t) 각각에 직교한다. 이 경우 수학식 4를 적용 가능하며, S의 베이스iE1 (t),..., iE m (t)에서 벡터 uE a (t)의 좌표들이 쉽게 계산될 수 있는데, 이는 1보다 크거나 같고 m보다 작은 임의의 정수에 대해, za b로 표기되는 베이스 iE1 (t),..., iE m (t)에서의 벡터 uE a (t)의 b 번째 좌표가 수학식 10에 의해 명확히 주어지기 때문이다.
Figure 112017128496484-pct00010
또한 이 경우 베이스 iE1 (t),..., iE m (t) 에서의 벡터 uE a (t)의 b 번째 좌표는 Z U의 행의 엔트리들이고, zab 는 Z U의 행 a 및 열 b의 엔트리이다. 따라서, 수학식 10은 t가 변수인 경우 uE (t) 및 ic1 (t),..., iC m (t)에 대한 지식에 기반하여 Ζ υ를 도출하는데 사용될 수 있다. 따라서, 서로 다른 입력 신호들이 사용자 포트들로 연속적으로 적용된 것처럼 적절한 신호 처리를 함으로써 서로 다른 입력 신호들의 효과들이 식별될 수 있으므로, m 개의 입력 신호들은 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬 및 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 어떤 실제 양을 추정하는데 사용될 수 있다.
예를 들어, 입력 신호들이 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 임의의 정수에 대해 사용자 포트 번호 a에 적용되는 복소수 엔벨로프 iE a (t)의 전류 ia (t)로 구성되도록 하고, 복소수 엔벨로프 iE a (t)는 iC a (t) 및 iD a (t)의 합이며, ic a (t)는 복소수 엔벨로프의 기본 성분이고 iD a (t)는 복소수 엔벨로프의 이차 성분이고, m 개의 복소수 엔벨로프들의 일차 성분들 iCl (t),..., iCm(t)은 서로에 대해 직교하고, m 개의 복소수 엔벨로프들의 일차 성분들 iC1 (t),..., iCm(t) 각각은 m 개의 복소수 엔벨로프들의 이차 성분들 iD1 (t),..., iD m (t) 각각에 직교하는 경우를 고려하였다. 이와 달리, 입력 신호들은 예를 들어, 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 임의의 정수에 대해 사용자 포트 번호 a에 적용되는 복소수 엔벨로프 uEa(t)의 전압 ua (t)로 구성되도록 하고, 복소수 엔벨로프 uE a (t)는 uC a (t) 및 uD a (t)의 합이며, uc a (t)는 복소수 엔벨로프의 기본 성분이고 uD a (t)는 복소수 엔벨로프의 이차 성분이고, m 개의 복소수 엔벨로프들의 일차 성분들 uC l (t),..., uCm(t)은 서로에 대해 직교하고, m 개의 복소수 엔벨로프들의 일차 성분들 uC1 (t),..., uCm(t) 각각은 m 개의 복소수 엔벨로프들의 이차 성분들 uD1l (t),..., uD m (t) 각각에 직교할 수도 있다. 이 경우, 적용된 전류들에 대해 위에서 제공된 것과 유사한 근거를 사용해, 서로 다른 입력 신호들이 사용자 포트들로 연속적으로 적용된 것처럼 적절한 신호 처리를 함으로써 서로 다른 입력 신호들의 효과들이 식별될 수 있어, m 개의 입력 신호들은 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬 및 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 어떤 실제 양을 추정하는데 사용될 수 있다는 것을 보일 수 있다.
제2실시예에 사용된 입력 신호들의 타입은 제3실시예에 사용되는 입력 신호들의 보다 일반적인 타입에 대한 특수한 경우이며, 제3실시예에서 사용되고 0 개의 이차 성분들을 가지는 입력 신호들이 제2실시예에서 사용될 수 있다.
전문가는 복소수 엔벨로프들을 가지는 m 개의 입력 신호들을 생성하는 방법에 대해 알 수 있으며, 상기 복소수 엔벨로프들 각각은 제1복소수 신호 및 제2복소수 신호의 합으로, 제1복소수 신호는 복소수 엔벨로프의 기본 성분이라고 일컫고, 제2복소수 신호는 복소수 엔벨로프의 이차 성분이라 일컬으며, m 개의 복소수 엔벨로프들의 기본 성분들은 서로 직교하며, m 개의 복소수 엔벨로프들의 이차 성분들 각각은 m 개의 복소수 성분들의 이차 성분들 각각에 직교한다. 예를 들어, 데이터 심볼들의 m 개의 임의의 시퀀스들을 고려할 수 있으며, 그 각각의 시퀀스는 OFDM 신호의 단일 서브 캐리어 상에서 변조되고, 다른 시퀀스들은 다른 서브 캐리어들 상에서 변조된다. m 개의 임의의 시퀀스들에 의해 변조된 서브 캐리어들은 서로 직교하며, 이들 각각은 m 개의 임의의 시퀀스들 중 어느 하나에 의해 변조되고 어떤 데이터를 운반할 수 있는 서브 캐리어들의 어떤 조합에 대해 직교한다. 따라서, m 개의 임의의 시퀀스들에 의해 변조된 서브 캐리어들 각각은 m 개의 입력 신호들 중 하나의 복소수 엔벨로프의 기본 성분으로서 사용될 수 있고, m 개의 임의의 시퀀스들 중 어느 하나에 의해서도 변조되지 않고 어떤 데이터를 운반할 수 있는 서브 캐리어들의 어떤 조합은 m 개의 입력 신호들 중 어느 하나의 복소수 엔벨로프의 이차 성분으로서 사용될 수 있다. 예를 들어 OFDM 신호의 m 개의 서로 다른 자원 요소들을 고려할 수 있다. m 개의 서로 다른 자원 요소들은 서로에 대해 직교하며, m 개의 서로 다른 자원 요소들 각각은 상기 m 개의 서로 다른 자원 요소들 중 하나가 아닌 자원 요소들의 어떤 조합에 직교한다. 따라서, 상기 m 개의 서로 다른 요소들 각각은 m 개의 입력 신호들 중 하나의 복소수 엔벨로프의 기본 성분을 획득하는데 사용될 수 있으며, 상기 m 개의 서로 다른 자원 요소들 중 하나가 아닌 자원 요소들의 임의의 조합은 m 개의 입력 신호들 중 어느 하나의 복소수 엔벨로프의 이차 성분을 획득하는데 사용될 수 있다.
MIMO 무선 네트워크에 적용 가능한 통상적인 표준에 있어서, OFDM 또는 단일 캐리어 주파수 도메인 등화(SC-FDE)가 전송에 사용되며, 서로 다른 공간 계층들(“공간 스트림들”이라고도 칭함) 내 서로 다른 자원 요소들은 MIMO 채널 추정을 위한 기준 신호들(“파일럿”들이라고도 칭함)을 제공하는데 사용된다는 것을 알았다. 주어진 공간 계층 내에서 고려되는 그러한 기준 신호는, m 개의 입력 신호들 중 하나의 복소수 엔벨로프의 기본 성분으로서 사용될 수 있고, 주어진 공간 계층 내에서 고려되고 어떤 데이터 심볼들을 운반하는, 그러한 기준 신호에 의해 사용되지 않는 자원 요소들의 어떤 조합은 m 개의 입력 신호들 중 어느 하나의 복소수 엔벨로프의 이차 성분을 획득하는데 사용될 수 있다. 이는 기준 신호들이 적절한 직교 관계를 충족시키기 때문이다. 결과적으로, 이러한 제3실시예는 MIMO 무선 네트워크들에 통상적으로 적용될 수 있는 표준들의 요건에 호환된다.
전문가는 신호 처리부(2)가 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실제 양들을 추정하기 위해, 사용자 포트들로 적용되는 m 개의 입력 신호들에 대해 얻어지는 센싱부 출력 신호들을 어떻게 이용할 수 있는지를 이해할 수 있을 것이며, m 개의 입력 신호들은 제3실시예의 요건을 만족시키는 제1복소수 신호 및 제2복소수 신호의 합인 복소수 엔벨로프들을 가지는 대역통과 신호들이다. 예를 들어, 상기 센싱부들 중 어느 하나의 두 센싱부 출력 신호들이 사용자 포트들 중 하나에 걸친 복소수 전압과 사용자 포트들 중 상기 하나에 흐르는 복소수 전류에 각각 비례하는 경우를 고려할 수 있으며, 이때 1이상이고 m 이하인 임의의 정수에 대해, 입력 신호 번호 a는 사용자 포트 번호 a에 적용되는 전류로 구성된다. 수학식 10에 대한 설명에 기반하여, 전문가는 m 개의 입력 신호들이 적용되었을 때 Z U의 모든 엔트리들이 결정될 수 있다는 것을 알 수 있다.
예를 들어, 센싱부들(1)이 1에서 m까지 번호 매겨진다고 할 때, 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 임의의 정수에 있어서, 센싱부 번호 a는 사용자 포트 번호 a에 걸친 전압 ua(t)에 비례하는 제1센싱부 출력 신호 및 그 사용자 포트 번호 a에 흐르는 전류 ia(t)에 비례하는 제2센싱부 출력 신호를 전달하는 특별한 경우를 고려할 수 있다. 이 경우, 신호 처리부(2)는 예컨대, 모든 센싱부 출력 신호들에 하향 변환을 수행하고 이어서 대역통과 샘플링을 이용한 디지털 신호들로의 변환을 수행하고, 이어서 디지털 직교 복조를 수행하여, 1보다 크거나 같고 m보다 작거나 같은 임의의 정수에 대해 4 개의 디지털 신호들인 uE a (t)의 실수부의 샘플들, uE a (t)의 허수부의 샘플들, iE a (t)의 실수부의 샘플들, 및 iE a (t)의 허수부의 샘플들을 획득할 수 있다. OFDM 복조는 예를 들어, 1 이상이고 m 이하인 임의의 정수에 대해 iC a (t)의 실수부의 샘플들 및 iC a (t)의 허수부의 샘플들을 얻기 위해 사용될 수 있다. 이어서 이 디지털 신호들은, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 완전하게 특징짓는 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 상기 q 개의 실제 양들을 추정하기 위해 상술한 수학식 7 및 10에 기반하여 추가 처리될 수 있다.
제4실시예
비한정적 예를 통해 주어지는 본 발명의 장치의 제4실시예 또한 도 1에 도시된 m=4 개의 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 자동 튜닝하기 위한 장치에 해당하며, 제1실시예에 대해 제공되는 모든 설명들이 본 제4실시예에도 적용될 수 있다. 또한, 도 2에서 제4실시예에 사용되는 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부(3)를 도시하였다. 이러한 다중입력 다중출력 포트 튜닝부는
n = 4 개의 출력 포트들(311, 321, 331, 341);
m = 4 개의 입력 포트들(312, 322, 332, 342);
각각이 음의 리액턴스를 제공하고 출력 포트들 중 하나와 병렬로 연결되는, 튜닝부(301)의 n 개의 조정 가능 임피던스 소자들;
각각이 음의 리액턴스를 제공하고 출력 포트들 중 하나와 연결된 제1단자와 제1단자와 연결된 출력포트와는 다른 출력 포트들 중 하나에 연결되는 제2단자를 포함하는, 튜닝부(302)의 n(n-1)/2 개의 조정가능 임피던스 소자들;
각각이 출력 포트들 중 하나에 연결된 제1단자와 입력 포트들 중 하나에 연결된 제2단자를 가지는 n=m 개의 권선(winding)들(303);
각각이 음의 리액턴스를 제공하고 입력 포트들 중 하나와 병렬로 연결되는, 튜닝부(304)의 n 개의 조정 가능 임피던스 소자들;
각각이 음의 리액턴스를 제공하고 입력 포트들 중 하나와 연결된 제1단자와 제1단자와 연결된 입력 포트와는 다른 입력 포트들 중 하나에 연결되는 제2단자를 포함하는, 튜닝부(305)의 m(m-1)/2 개의 조정가능 임피던스 소자들을 포함한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 출력 포트들(311, 321, 331, 341) 각각은 타겟 포트들(111, 121, 131, 141) 중 하나에 직접 연결되고, 입력 포트들(312, 322, 332, 342) 각각은 센싱부들(1) 중 하나를 통해 사용자 포트들(112, 122, 132, 142) 중 하나와 간접 연결된다. 따라서, 상기 주어진 주파수에서, 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬은 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬과 동일하다. 센싱부들은, 상기 주어진 주파수에서, 입력 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬이 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬과 근접하도록 한다.
권선들(303) 사이에서는 상호 유도가 존재할 수 있다. 이 경우, 권선들의 임피던스 행렬은 대각 행렬이 아니다.
튜닝부(301, 302, 304, 305)의 모든 조정 가능 임피던스 소자들은 전기적 수단을 통해 조정될 수 있으나, 튜닝부의 조정 가능 임피던스 소자들의 리액턴스를 결정하는데 필요한 회로들과 제어 링크들이 도 2에 도시되어 있지는 않다. 제4실시예에서, n=m이며, p = m (m + 1) = 20 개의 튜닝부 조정가능 임피던스 소자들을 사용한다.
전문가는 그림 2에 표시된 튜닝부의 특징이 F. Broyde 및 E. Clavelier, "새로운 다중 안테나 포트 및 다중 사용자 포트 안테나 튜너"라는 제목으로 2015년 1월, 2015 IEEE RWW(Radio & Wireless Week) 2015, 41 ~ 43 페이지에 공개된 논문, "다중 안테나 포트 및 다중 사용자 포트 안테나 튜너의 일부 속성들"이라는 제목의 논문, 및 F. Broyde와 E.Clavelier의 "두 개의 다중 안테나 포트 및 다중 사용자 포트 안테나 튜너"라는 제목으로 2015 년 4 월 EuCAP 2015에서 개최된 제 9회 유럽 전파 통신 회의 (European Conference on Antenna and Propagation)에서 공개된 논문에서 조사되었다는 것을 알고 있다.
전문가는 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부가 동작하도록 된 주파수에서, 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬이 50Ω에 해당하는 모든 대각 엔트리들을 가진 대각 행렬인 경우, 튜닝부의 조정가능 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스가 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 영향을 미치며, 튜닝부의 하나 이상의 조정 가능 임피던스 소자들의 리액턴스가 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬의 비대각 엔트리들 중 하나 이상에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.
타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬이 주어진 대칭적 복소수 행렬일 때, 적절한 성분값들에 대해, 위에서 정의된 p 개의 편도함수들이 크기 mxm인 복소수 행렬들의 실수 벡터 공간(규모가 2m2임)에서 선형적으로 독립적이라는 것을 보여질 수도 있다. 이러한 벡터 공간에서, p 개의 편도함수들의 범위는 크기 mxm의 대칭적 복소수 행렬들의 집합에 해당하는 규모 p의 서브공간이다. 여기서, 크기 mxm의 어떤 대칭적 복소수 행렬은 p 개의 편도함수들의 범위에서의 한 요소이다. 결과적으로, 크기 mxm의 어떤 대각 복소수 행렬은 p 개의 편도함수들의 범위에서의 적어도 한 한 요소와 동일한 대각 엔트리들을 가진다.
조정가능 임피던스 소자의 리액턴스는 일부 타입의 조정가능 임피던스소자들에 있어서 주변 온도에 의존적일 수 있다. 그러한 타입의 조정가능 임피던스 소자가 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부에 사용되는 경우, 튜닝부의 조정 가능 임피던스 소자들 각각의 리액턴스에 대한 온도 효과를 보상하기 위해, 튜닝 제어 신호들이 튜닝 명령 및 온도 함수로서 정해질 수 있다.
전문가는, 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬이 대칭적인 경우, 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬에서의 어떤 작은 변화라도 튜닝부의 조정 가능 임피던스 소자에 대한 새로운 조정을 통해 보상될 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, Z U가 Z W에 항상 근사되어 얻어질 수 있다.
제4실시예에서, 하나 이상의 튜닝 시퀀스들 중에 신호 처리부에 의해 적응적 프로세스가 구현된다. 제1의 가능한 적응적 프로세스는 다음과 같다: 상기 튜닝 시퀀스들의 각각의 기간 중에, 신호 처리부가 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 q = 2m2 개의 실제 양들인, Z U의 m2 개의 엔트리들의 실수부와 허수부를 추정한다; 신호 처리부는 Z U -1에 해당하는 사용자 포트들에 의해 제공되는 어드미턴스 행렬의 q = 2m2 개의 엔트들의 실수부 및 허수부를 계산한다; 신호 처리부는 어떤 행렬 함수 하에서 상술한 바와 같이 계산된 이러한 어드미턴스 행렬의 이미지의 놈이 감소되도록(어떤 행렬 함수 하에서 Z U의 이미지의 놈이 감소된다고 말할 수 있음) 튜닝 명령을 결정한다. 제2의 가능한 적응적 프로세스는 다음과 같다: 상기 튜닝 시퀀스들의 각각의 기간 중에, 신호 처리부가 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 q = 2m2 개의 실제 양들인, 사용자 포트들에 의해 제공되는 어드미턴스 행렬의 m2 개의 엔트리들의 실수부와 허수부를 추정한다; 신호 처리부는 어떤 행렬 함수 하에서 상술한 바와 같이 추정된 이러한 어드미턴스 행렬의 이미지의 놈이 감소되도록(어떤 행렬 함수 하에서 Z U의 이미지의 놈이 감소된다고 말할 수 있음) 튜닝 명령을 결정한다. 제3의 가능한 적응적 프로세스는 다음과 같다: 상기 튜닝 시퀀스들의 각각의 기간 중에, 신호 처리부는 사용자 포트들에 의해 제공되는 어드미턴스 행렬의 m2 개의 엔트리들의 실수부와 허수부를 추정한다; 신호 처리부는 사용자 포트들에 의해 제공되는 어드미턴스 행렬이 실질적으로 Z w의 역행렬과 동일한 원하는 어드미턴스 행렬과 같도록 하는 튜닝 명령을 결정한다.
전문가는 많은 가능한 응용예들에서, 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬이 대칭 행렬이므로, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬 및 사용자 포트들에 의해 제공되는 어드미턴스 행렬이 각각 m(m+1) 개의 실제 양들에 의해 완전히 정의되는 대칭 행렬들이 된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬 및 사용자 포트들에 의해 제공되는 어드미턴스 행렬을 완전하게 정의하기 위해서는 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 m(m+1) 개의 실제 양들 만이 필요로 된다. 전문가는 위에서 정의된 3 개의 가능한 적응적 프로세스들이 이러한 속성을 어떻게 이용할 수 있고/있거나 이러한 속성을 어떻게 유리하게 이용하도록 변형할 수 있는지를 알 수 있을 것이다.
전문가는 각각이 입력 포트들 중 하나와 연결된 단자를 가지는 튜닝부(304, 305)의 조정 가능 임피던스 소자들의 리액턴스가 사용자 포트들에 의해 제공되는 어드미턴스 행렬의 실수부에 영향을 주지 못한다는 사실과 관련되는, 사용자 포트들에 의해 제공되는 어드미턴스 행렬의 엔트리들의 실수부 및 허수부를 이용하는 이점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 각각이 출력 포트들 중 하나에 연결된 단자를 가지는 튜닝부(301, 302)의 m(m+1)/2 조정 가능 임피던스 소자들의 리액턴스들의 변동을 일차적으로 결정하여, 행렬 함수 하에서 Z U - 1 의 실수부의 이미지 놈을 감소시키거나 최소화하고, 그런 다음 각각이 입력 포트들 중 하나에 연결된 단자를 가지는 튜닝부(304, 305)의 m(m+1)/2 조정 가능 임피던스 소자들의 리액턴스들의 변동을 결정하여 행렬 함수 하에서 Z U - 1 의 허수부의 이미지 놈을 감소시키거나 최소화할 수 있다. 전문가는 이러한 방식이 튜닝 명령을 결정함에 있어 왜 바람직한지 알 수 있을 것이다.
전문가는, 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬이 대칭 행렬인 경우, 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬에서의 어떤 작은 변화라도 자동 보상될 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 사용자 포트들에 의해 제공된 임피던스 행렬을 언제나 자동으로, 그리고 정확히 튜닝할 수 있다.
제5실시예
비한정적 예를 통해 주어지는 본 발명의 장치의 제5실시예 또한 도 1에 도시된 m=4 개의 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 자동 튜닝하기 위한 장치에 해당하며, 제1실시예에 대해 제공되는 모든 설명들이 본 제5실시예에도 적용될 수 있다. 또한, 도 3에서 제5실시예에 사용되는 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부(3)를 도시하였다. 이러한 다중입력 다중출력 포트 튜닝부는
n = 4 개의 출력 포트들(311, 321, 331, 341);
m = 4 개의 입력 포트들(312, 322, 332, 342);
각각이 음의 리액턴스를 제공하고 출력 포트들 중 하나와 병렬로 연결되는, 튜닝부(301)의 n 개의 조정 가능 임피던스 소자들;
각각이 출력 포트들 중 하나와 연결된 제1단자와 제1단자와 연결된 출력포트와는 다른 출력 포트들 중 하나에 연결되는 제2단자를 포함하는 n(n-1)/2 개의 커패시터들(306);
각각이 출력 포트들 중 하나에 연결된 제1단자와 입력 포트들 중 하나에 연결된 제2단자를 가지는 n=m 개의 권선들(303);
각각이 음의 리액턴스를 제공하고 입력 포트들 중 하나와 병렬로 연결되는, 튜닝부(304)의 n 개의 조정 가능 임피던스 소자들;
각각이 입력 포트들 중 하나와 연결된 제1단자와 제1단자와 연결된 입력 포트와는 다른 입력 포트들 중 하나에 연결되는 제2단자를 포함하는 m(m-1)/2 개의 커패시터들(307)을 포함한다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 출력 포트들(311, 321, 331, 341) 각각은 타겟 포트들(111, 121, 131, 141) 중 하나에 직접 연결되고, 입력 포트들(312, 322, 332, 342) 각각은 센싱부들(1) 중 하나를 통해 사용자 포트들(112, 122, 132, 142) 중 하나와 간접 연결된다. 따라서, 상기 주어진 주파수에서, 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬은 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬과 동일하다. 센싱부들은, 상기 주어진 주파수에서, 입력 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬이 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬과 근접하도록 한다.
권선들(303) 사이에서는 상호 유도가 존재할 수 있다. 이 경우, 권선들의 임피던스 행렬은 대각 행렬이 아니다. 튜닝부(301, 304)의 모든 조정 가능 임피던스 소자들은 전기적 수단을 통해 조정될 수 있으나, 튜닝부의 조정 가능 임피던스 소자들의 리액턴스를 결정하는데 필요한 회로들과 제어 링크들이 도 3에 도시되어 있지는 않다.
전문가는 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부가 동작하도록 된 주파수에서, 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬이 50Ω에 해당하는 모든 대각 엔트리들을 가진 대각 행렬인 경우, 튜닝부의 조정가능 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스가 Z U에 영향을 미치며, 튜닝부의 하나 이상의 조정 가능 임피던스 소자들의 리액턴스가 Z U의 비대각 엔트리들 중 하나 이상에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 적절한 성분값들에 있어서, 위에서 정의된 p=8 개의 편도함수들은 크기 4x4의 복소수 행렬들의 차원 32의 실수 벡터 공간 안에서 선형적으로 독립적이라는 것을 보여줄 수 있다. 이러한 벡터 공간에서, 편도함수들의 범위는 차원 8에 대한 것이다. 크기 mxm의 어떤 대각 복소수 행렬은 p 개의 편도함수들의 범위에서의 적어도 한 요소와 동일한 대각 엔트리들을 가진다는 것을 또한 보여줄 수 있다.
제5실시예에서, 하나 이상의 튜닝 시퀀스들 중에 신호 처리부에 의해 적응적 프로세스가 구현된다. 그 적응적 프로세스는 다음과 같다: 상기 튜닝 시퀀스들 각각의 기간에, 신호 처리부는 유한 집합의 튜닝 명령들에 대해 사용자 포트들에서 전압 반사 계수들의 행렬의 놈을 추정하고, 최소 놈을 생성하는 튜닝 명령이 선택된다. 전문가는 이러한 적응적 프로세스가 제4실시예에서 고려된 적응적 프로세스들보다 훨씬 적은 계산을 수반한다는 것을 알 수 있다. 전문가는 제5실시예의 적응적 프로세스가 감지부들 각각이 상기 감지부들 각각에 의해 전달되는 두 개의 센싱부 출력 신호들인, 사용자 포트들 중 하나에서의 입사 전압에 비례하는 제1센싱부 출력 신호 및 사용자 포트들 중 상기 하나에서의 반사 전압에 비례하는 제2센싱부 출력 신호를 포함하도록 하는 경우 매우 단순한 것임을 알 수 있다.
전문가는 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬에서의 어떠한 작은 변화도 튜닝부의 조정 가능 임피던스 소자들의 새로운 조정을 통해 부분적으로 보상될 수 있고, 그러한 보상은 자동으로, 그리고 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬 및 원하는 임피던스 행렬이 대칭 행렬들인 경우에 보통 더 잘 될 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 사용자 포트들에 의해 제공된 임피던스 행렬을 언제나 자동으로, 그리고 근사하게 튜닝할 수 있다.
커패시터들(306, 307)이 0pF에 해당하는 값을 가지고(혹은 도 3에 도시된 회로에 존재하지 않고), 혹은 권선들(303) 간 상호 유도가 존재하지 않는 경우, 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부(3)가 사실 4 개의 단일입력 포트 및 단일출력 포트 튜닝부들로 구성되며, 이 단일입력 포트 및 단일출력 포트 튜닝부들은 독립적으로, 분리되어 있다는 것을 알 수 있다. 보다 일반적으로, m 개의 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 자동 튜닝하기 위한 장치는 상기 m 개의 사용자 포트들 및 n 개의 타겟 포트들을 가지며, n=m인 경우, 자신의 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부가 n 개의 단일입력 포트 및 단일출력 포트 튜닝부들로 구성되고, 각 튜닝부는 튜닝부의 상기 조정가능 임피던스 소자들 중 하나 이상이나 튜닝부의 상기 조정가능 임피던스 소자들 중 둘 이상을 포함하며, 이러한 단일입력 포트 및 단일출력 포트 튜닝부들은 독립적으로, 분리되어 있도록 되어 있다.
이 경우, 본 발명의 방법은, 주어진 주파수에서, 장치의 n 개의 포트에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 자동 튜닝하는 방법이 될 수 있으며, 여기서 n은 2 이상의 정수이고, 상기 n 개의 포트 각각은 "사용자 포트”라 지칭하고, 상기 장치는 상기 n 개의 사용자 포트들 및 n 개의 다른 포트들을 가지며, 상기 n 개의 다른 포트들 각각은 "타겟 포트"라 지칭되며, 상기 임피던스 행렬은 "사용자 포트들에 의해 제공된 임피던스 행렬"이라 지칭되어 ZU로 표시되고, 상기 장치가 주어진 주파수에서 사용자 포트들로부터 타겟 포트들로의 전력 전달을 허용할 때, 상기 방법은
상기 n개의 입력 신호들을 사용자 포트들로 적용되고, 각각의 사용자 포트들도 입력 신호들 중 하나가 적용되며, 둘 이상의 입력 신호들이 동시에 적용되는 단계; 상기 n 개의 입력 신호들을 사용하여 상기 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따라 q개의 실제 양들을 추정하되, 상기 q는 상기 n보다 크거나 같은 정수인 단계;
“튜닝 제어 신호"를 얻기 위해 상기 사용자 포트들에 의해 제공된 임피던스 행렬에 따라 상기 q개의 실제 양들을 사용하는 단계;
n 개의 단일입력 포트 단일출력 포트 튜닝부들을 사용하여 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 조정하되, 상기 단일입력 포트 단일출력 포트 튜닝부들 각각은 하나 이상의(또는 둘 이상의) 조정가능 임피던스 소자들을 포함하고, 상기 단일입력 포트 및 단일출력 포트 튜닝부들 각각의 조정가능 임피던스 소자들 각각은 상기 주어진 주파수에서 리액턴스를 가지며, 상기 조정가능 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스는 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 영향을 미치며, 조정가능 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스는 전기적 수단에 의해 조정 가능한 단계; 및
조정 가능한 임피던스 소자들 중 하나 이상으로 튜닝 제어 신호들 각각을 적용하되, 조정 가능한 임피던스 소자들 각각의 리액턴스는 주로 하나 이상의 튜닝 제어 신호들에 의해 결정되는 단계를 포함한다.
이 방법을 구현하는 장치는, 주어진 주파수에서, 장치의 n 개의 포트에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 자동 튜닝하는 장치이며, 여기서 n은 2 이상의 정수이고, 상기 n 개의 포트 각각은 "사용자 포트”라 지칭하고, 상기 장치는 상기 n 개의 사용자 포트들 및 n 개의 다른 포트들을 가지며, 상기 n 개의 다른 포트들 각각은 "타겟 포트"라 지칭되며, 상기 임피던스 행렬은 "사용자 포트들에 의해 제공된 임피던스 행렬"이라 지칭되어 ZU로 표시되고, 상기 장치가 주어진 주파수에서 사용자 포트들로부터 타겟 포트들로의 전력 전달을 허용할 때, 상기 장치는
각각이 하나 이상의 “센싱부 출력 신호들”을 전달하되, 상기 센싱부 출력 신호들 각각은 하나 이상의 전기적 변수들에 의해 주로 결정되는 적어도 n 개의 센싱부;
상기 사용자 포트들에 적용되는 n 개의 입력 신호들에 대해 획득된 상기 센싱부 출력 신호들을 이용하여 상기 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실제 양들을 추정하되, 상기 q는 n보다 크거나 동일한 정수이고, 각각의 사용자 포트로 상기 입력 신호들 중 하나만이 적용되고, 둘 이상의 입력 신호들이 동시에 적용되며, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 상기 q 개의 실제 양들의 함수로서 “튜닝 명령”을 전달하는 신호 처리부;
각각이 하나 이상의(또는 둘 이상의) 조정가능 임피던스 소자들을 포함하고, 상기 조정가능 임피던스 소자들 각각은 상기 주어진 주파수에서 리액턴스를 가지며, 상기 조정가능 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스는 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 영향을 미치며, 조정가능 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스는 전기적 수단에 의해 조정 가능한 n 개의 단일입력 포트 단일출력 포트 튜닝부들; 및
상기 신호 처리부로부터 상기 튜닝 명령을 수신하고, 상기 단일입력 포트 및 단일출력 포트 튜닝부들로 “튜닝 제어 신호들”을 전달하되, 상기 튜닝 제어 신호들은 상기 튜닝 명령의 함수로서 결정되며, 상기 조정 가능 임피던스 소자들 각각의 리액턴스는 주로 상기 하나 이상의 튜닝 제어 신호들에 의해 결정되는 튜닝 제어부를 포함한다.
제6실시예
비한정적 예를 통해 주어지는 본 발명의 장치에 대한 제6실시예로서, 도 4에서는, 300 Mhz보다 크거나 같은 소정 주파수에서, m=4 개의 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 자동 튜닝하기 위한 장치의 블록도가 표현되며, 상기 장치는 상기 m 개의 사용자 포트들(112, 122, 132, 142)와 n=4 개의 타겟 포트들(111, 121, 131, 141)을 포함하고, 임피던스 행렬은 “사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬”이라고 지칭될 때, 상기 장치는
각각이 두 개의 “센싱부 출력 신호들”을 전달하되, 상기 센싱부 출력 신호들 각각은 하나의 전기적 변수들에 의해 결정되는 m 개의 센싱부들(1); 상기 사용자 포트들에 적용되는 m 개의 입력 신호들에 대해 획득된 상기 센싱부 출력 신호들을 이용하여 상기 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실제 양들을 추정하되, 상기 q는 m보다 크거나 동일한 정수이고, 상기 각각의 사용자 포트들로 상기 입력 신호들 중 하나만이 적용되고, 상기 m 개의 입력 신호들은 연속하여 적용되지 않는 대역통과 신호들이며, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 상기 q 개의 실제 양들의 함수로서 “튜닝 명령”을 전달하는 신호 처리부;
p개의 조정 가능한 임피던스 소자들을 포함하며, 여기서 p는 2m=8 보다 크거나 같은 정수이고, 상기 p개의 조정 가능한 임피던스 소자들은 “튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들”로서 지칭되고, 상기 주어진 주파수에서 상기 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들 각각은 리액턴스를 가지며, 상기 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스는 상기 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 영향을 미치고, 상기 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스는 전기적 수단을 통해 조정 가능하게 되는 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부; 및
상기 신호 처리부(2)로부터 상기 튜닝 명령을 수신하고, 상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부(3)로 “튜닝 제어 신호들”을 전달하되, 상기 튜닝 제어 신호들은 상기 튜닝 명령의 함수로서 결정되며, 상기 튜닝부의 상기 조정 가능 임피던스 소자들 각각의 리액턴스는 주로 상기 하나 이상의 튜닝 제어 신호들에 의해 결정되는 튜닝 제어부(4)를 포함한다.
센싱부들(1) 각각은 예를 들어, 상기 각각의 센싱부에 의해 전달되는 두 개의 센싱부 출력 신호들이 타겟 포트들 중 하나에 걸친 전압인 제1전기적 변수에 비례하는 제1센싱부 출력 신호; 및 타겟 포트들 중 상기 하나에 흐르는 전류인 제2전기적 변수에 비례하는 제2센싱부 출력 신호를 포함하도록 한다. 상기 타겟 포트들 중 하나에 걸친 전압은 복소수 전압이고, 상기 타겟 포트들 중 상기 하나에 흐르는 전류는 복소수 전류일 수 있다. 이와 달리, 센싱부들(1) 각각은 예를 들어, 상기 각각의 센싱부에 의해 전달되는 두 개의 센싱부 출력 신호들이 타겟 포트들 중 하나에서의 입사 전압인 제1전기적 변수에 비례하는 제1센싱부 출력 신호; 및 타겟 포트들 중 상기 하나에서의 반사 전압인 제2전기적 변수에 비례하는 제2센싱부 출력 신호를 포함하도록 한다. 상기 타겟 포트들 중 하나에서의 상기 입사 전압은 복소수 입사 전압이고, 상기 타겟 포트들 중 상기 하나에서의 상기 반사 전압은 복소수 반사 전압일 수 있다.
전문가는 제6실시예에서 센싱부 출력 신호들이 타겟 포트들에서 측정된 전기적 변수들에 의해 결정되는 반면 제1실시예에서는 센싱부 출력 신호들이 사용자 포트들에서 측정된 전기적 변수들에 의해 결정된다는 사실의 결론을 알 수 있을 것이다. 전문가는 이러한 사실을 감안할 때, 신호 처리부가 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실제 양들을 추정하기 위해 센싱부 출력 신호들을 어떻게 사용할 수 있는지를 알 수 있다. 이러한 사실의 결론은 예컨대, 제6실시예에서, 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬을 나타내는 실제 양들을 도출하는데 특수한 계산이 필요로 된다는 것이다. 예를 들어 그러한 특수한 계산은 전기적 변수들이 타겟 포트들에서 측정되었을 때 유효했던 튜닝 명령에 대응하여 튜닝부의 조정 가능 임피던스 소자들 각각의 리액턴스에 대한 지식을 요할 수 있다. 전문가는 상기 미국 특허 제8,299,867에서 단일 센싱부 출력 신호가 단일 타겟 포트에서 측정된 전기적 변수에 의해 결정된다는 것을 알 수 있다.
외부 소자는 m 개의 출력 포트들을 포함하고, 외부 소자의 출력 포트들 각각은 사용자 포트들 중 하나에 연결되며, 사용자 포트들 각각은 외부 소자의 출력 포트들 중 하나에 연결된다. 외부 소자가 도 4에서든 도시되지 않는다. 외부 소자는 사용자 포트들에 입력 신호들을 적용한다. 외부 소자는 또한, 신호 처리부(2)로 “외부 소자의 명령들”을 전달하며, 상기 외부 소자의 명령들은 상기 입력 신호들 중 하나 이상이 적용되었거나 적용되고 있거나 적용될 것이라는 것을 신호 처리부에 알린다. 부가하여, 외부 소자는 신호 처리부에 다른 신호들을 제공하고/제공하거나 신호 처리부로부터 다른 신호들을 수신한다. 외부 소자의 상기 명령들을 전달하고 그러한 다른 신호들을 보유하는데 필요한 전기적 링크들은 도 4에 도시되어 있지 않다.
제6실시예에서, 하나 이상의 튜닝 시퀀스들 중에 신호 처리부에 의해 적응적 프로세스가 수행된다. 적응적 프로세스는 다음과 같다: 상기 튜닝 시퀀스들 각각의 기간에, 신호 처리부는 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬의 실수부 및 허수부를 추정하고, 룩업 테이블(lookup table)(“look-up table”이라고도 표기)을 이용하여 튜닝 명령을 결정한다. 전문가는 그러한 룩업 테이블을 구축하고 사용하는 방법을 알 수 있다.
제7실시예
비한정적 예로서 주어지는 본 발명의 장치에 대한 제7실시예로서, 도 5는 본 발명의 임피던스 행렬을 자동 튜닝하는 장치를 이용한 무선 통신용 송신기의 블록도를 나타낸다. 도 5에 도시된 무선 통신용 송신기는 주어진 주파수 대역에서 복수의 안테나들을 가진 무선 통신용 송신기로서, 다음과 같은 요소들을 포함한다:
각각이 안테나(9)와 연결된 n=4 개의 안테나 출력 포트들; 소스(5)에 의해 전달되는 신호를 처리하고, m=4 개의 신호 출력을 가지며, 상기 신호 출력들 각각은 상기 신호 출력들 각각이 액티브일 때 디지털 신호를 전달하고, 튜닝 시퀀스가 수행 중일 때를 나타내는 “튜닝 시퀀스 명령들”을 전달하고, 상기 튜닝 시퀀스 중에 m 개의 입력 신호들이 적용되고, m 개의 입력 신호들 각각은 상기 튜닝 시퀀스 중에 신호 출력들 중 하나에 의해 전달되는 디지털 신호에 대응하며, 신호 출력들 중 둘 이상이 상기 튜닝 시퀀스 중에 동시에 액티브 상태가 되는 다중출력 신호 처리 소자(6);
각각이, 다중출력 신호 처리 소자(6)의 신호 출력들 각각에 연결되는 하나의 입력과, 상기 주어진 주파수 대역 내 아날로그 신호를 전달하는 출력을 가지는, m 개의 변환 및 아날로그 처리 회로들(7); m 개의 전력 증폭기들(8)로서, 상기 전력 증폭기들 각각이 상기 변환 및 아날로그 처리 회로들(7) 중 하나의 출력과 연결되는 입력을 가지고, 상기 전력 증폭기들 각각이 출력 포트를 가지며, 상기 전력 증폭기들은 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들에서 상기 입력 신호들을 전달하고, 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 상기 주어진 주파수 대역 내 한 주파수에서 보여지는 임피던스 행렬을 “전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬”이라고 일컫는 전력 증폭기들(8);
각각이 하나 이상의 “센싱부 출력 신호들”을 전달하되, 상기 센싱부 출력 신호들 각각은 하나 이상의 전기적 변수들에 의해 결정되는 m 개의 센싱부들(1);
튜닝 시퀀스 명령들 및 튜닝 시퀀스 중에 획득되는 센싱부 출력 신호들을 이용하여 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실제 양들을 추정하되, 상기 q는 m보다 크거나 동일한 정수이고, 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬에 따른 상기 q 개의 실제 양들의 함수로서 “튜닝 명령”을 전달하는 신호 처리부(2);
제1실시예에서 사용된 것과 동일한 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부(3)로서, 상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부의 출력 포트들 각각은 안테나 출력 포트들 중 하나를 통해 안테나들 중 하나와 연결되고, 상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부의 입력 포트들 각각은 센싱부들 중 하나를 통해 전력 증폭기들의 출력 포트들 중 하나에 연결되는 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부; 제1실시예에서 사용된 것과 동일한 튜닝 제어부(4).
전문가는 제7실시예의 “안테나 출력 포트들”이 제1실시예의 “타겟 포트들”에 대응하고, 제7실시예의 “전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬”이 제1실시예의 “사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬”에 대응한다는 것을 알 수 있다. 결론적으로, 제1, 제4 및 제7실시예들의 제시에 기반하여 전문들은 다음과 같은 것을 알 수 있다:
- 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부는 전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬의 어떤 대각 엔트리가 튜닝부의 조정 가능 임피던스 소자들 중 적어도 하나의 리액턴스에 의해 영향을 받도록 하는 것일 수 있다;
- 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부는 튜닝부의 조정 가능 임피던스 소자들 중 적어도 하나의 리액턴스가 전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬의 적어도 한 비대각 엔트리에 영향을 미치도록 하는 것일 수 있다;
- 무선 통신용 송신기는 n=m일 때, 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부가, 각각이 튜닝부의 상기 조정 가능 임피던스 소자들 중 하나 이상을 포함하는 n 개의 단일입력 포트 및 단일출력 포트 튜닝부들로 구성되는 것일 수 있다.
무선 통신용 송신기는, 각각의 센싱부에 의해 전달되는 센싱부 출력 신호들이 전력 증폭기들의 출력 포트들 중 하나에 걸친 전압인 제1전기적 변수에 비례하는 제1센싱부 출력 신호; 및 전력 증폭기들의 출력 포트들 중 상기 하나에 흐르는 전류인 제2전기적 변수에 비례하는 제2센싱부 출력 신호를 포함하도록 하는 것일 수 있다. 무선 통신용 송신기는, 각각의 센싱부에 의해 전달되는 센싱부 출력 신호들이 전력 증폭기들의 출력 포트들 중 하나에서의 입사 전압인 제1전기적 변수에 비례하는 제1센싱부 출력 신호; 및 전력 증폭기들의 출력 포트들 중 상기 하나에서의 반사 전압인 제2전기적 변수에 비례하는 제2센싱부 출력 신호를 포함하도록 하는 것일 수 있다.
튜닝 명령은 전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬이 실질적으로 원하는 임피던스 행렬과 동일하게 하는 것일 수 있다.
무선 통신용 송신기는 셀룰라 네트워크에서의 MIMO 무선 전송에 사용된다. 튜닝 시퀀스 중, 상기 m 개의 입력 신호들 각각은 상술한 바와 같이, 다중출력 신호 처리 소자(6)의 신호 출력들 중 하나에 의해 전달되는 디지털 신호에 해당한다. 예를 들어, 제3실시예에서 설명된 것과 같이, 상기 디지털 신호 각각은 MIMO 채널 추정을 위해 사용되는 기준 신호, 및 가능한 다른 신호들을 포함할 수 있다.
상기 각각의 입력 신호들 중에, 전력 증폭기들 각각은 자신의 출력 포트에, 알려진 임피던스를 제공하며, 상기 각각의 전력 증폭기의 출력 포트의 노턴(Norton) 등가 회로의 단락 전류 역시 알려져 있다. 따라서, 전문가는 전력 증폭기들의 출력 포트들에서의 복소수 전압들의 측정이, 전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬의 모든 엔트리들을 도출하기 충분하다는 것을 알 수 있다. 결론적으로, 센싱부들(1) 각각은 예를 들어, 전기적 변수와 비례하는 단일 센싱부 출력 신호를 전달할 수 있고, 상기 전기적 변수는 전력 증폭기들의 출력 포트들 중 하나에 걸친 전압이며, 상기 전압은 복소수 전압이다.
전문가는, 안테나들에 의해 형성된 멀티포트 안테나 어레이의 임피던스 행렬에서의, 동작 주파수 변화나, 예컨대 사용자 상호작용(인터랙션)으로 인해 안테나들을 둘러싸는 매체의 변화로 인해 야기되는 어떤 작은 변화라도, 예컨대 튜닝부의 조정 가능 임피던스 소자들의 자동 조정을 통해 보상될 수 있어, 전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬이 원하는 임피던스 행렬, 예를 들어 수학식 5에서 주어지는 원하는 임피던스 행렬에 가깝게 유지되도록 얻어진다는 것을 알 수 있다. 따라서, 다수의 안테나들을 가진 무선 통신용 송신기로부터 항상 최선의 성능을 얻을 수 있다.
결과적으로, 제7실시예는, 통상적으로 MIMO 무선 네트워크들에 적용 가능한 표준들에 부합하는 방식으로 MIMO 무선 통신에 사용되는 무선 송신기에서 보여지는 임피던스 행렬을 자동 튜닝하는 문제에 대한 해법을 제공한다.
제8실시예
비한정적 예를 통해 주어지는 본 발명의 장치의 제8실시예 또한 도 5에 도시된 무선 통신용 송신기에 해당하며, 제7실시예에 대해 제공되는 모든 설명들이 본 제8실시예에도 적용될 수 있다. 추가적으로, 제8실시예에서, 신호 처리부(2)는 전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실제 양들의 함수로서, 그리고 하나 이상의 국지화(localization) 변수들의 함수로서 “튜닝 명령”을 전달하며, 상기 국지화 변수들 각각은 인간 몸의 일부와 무선 통신용 송신기 존(zone) 사이의 거리에 의존한다.
국지화 변수들 각각은 인간의 몸의 일부와 무선 통신용 송신기 간 거리에 좌우된다는 것을 위에서 언급하였다. 이것은 다음과 의미로서 해석되어야 한다: 국지화 변수들 각각이, 인간 몸의 일부 및 무선 통신용 송신기 존 사이의 거리가 상기 국지화 변수들 각각에 영향을 미치는 적어도 하나의 설정이 존재하도록 한다는 것이다.
예를 들어, “국지화 센서부”는 각각이 어떤 주어진 사용 설정에서 인간 몸의 일부 및 무선 통신용 송신기 사이의 거리에 따라 좌우되는 하나 이상의 국지화 변수들을 추정할 수 있다. 국지화 센서부는 복수의 국지화 센서들을 포함할 수 있다. 상기 존들 각각은 해당하는 국지화 센서에 의해 차지되는 공간의 일부일 수 있으며, 이 공간은 무선 통신용 송신기에 의해 차지되는 공간 안에 있어, 이 경우 상기 존들 각각은 무선 통신용 송신기의 부피보다 훨씬 적은 볼륨을 가진다. 안테나들 각각에 있어, 국지화 변수들 중 적어도 하나는 인간의 몸의 일부와 상기 안테나들 각각에 가까운 작은 영역 간 거리에 의존할 수 있다. 적절한 국지화 센서가 사용되면, 상기 존은 어떤 점(point), 또는 실질적인 점일 수 있다.
예를 들어, 국지화 변수들 중 적어도 하나는 인간 몸의 일부에 의해 발휘되는 압력에 따른 국지화 센서의 출력일 수 있다. 예를 들어, 국지화 변수들 중 적어도 하나는 근접 센서의 출력일 수 있다.
국지화 센서부는 각각이 어떤 주어진 사용 설정에서 인간 몸의 일부 및 무선 통신용 송신기 사이의 거리에 따라 좌우되는 복수의 국지화 변수들을 평가한다(또는 등가적으로 추정한다). 그러나, 각각이 어떤 주어진 사용 설정에서 인간 몸의 일부 및 무선 통신용 송신기 사이의 거리에 따라 좌우되는 하나 이상의 다른 국지화 변수들은 국지화 센서부에 의해 추정되지 않을 수 있다. 예를 들어, 국지화 변수들 중 적어도 하나는 터치 스크린의 출력 상태의 변화에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 국지화 센서부는 복수의 변수들을 추정하는(또는 평가하는) 국지화부의 일부로서 간주될 수 있고, 상기 변수들 각각은 “국지화 변수”라고 지칭되며, 국지화 변수들 각각은 인간 몸의 일부 및 무선 통신용 송신기 사이의 거리에 좌우된다. 이러한 국지화부의 일부는 전체 국지화부일 수 있다.
제8실시예는 2015년 3월 3일자 국제 출원 번호 PCT/IB2015/051548 “다중 안테나들 및 국지화 변수들을 이용한 무선 통신”에 대응하는 2014년 3월 13일자 프랑스 특허 출원 제14/00606 “다중 안테나 및 국지화 변수를 사용하는 무선통신”에 개시된 기법의 일부 양태들을 이용할 수 있다.
제9실시예
비한정적 예를 통해 주어지는 본 발명의 장치의 제9실시예 또한 도 5에 도시된 무선 통신용 송신기에 해당하며, 제7실시예에 대해 제공되는 모든 설명들이 본 제9실시예에도 적용될 수 있다. 또한, 제9실시예에서, 적어도 하나의 튜너블(tunable) 수동 안테나는 상기 n 개의 안테나들 중에 있고, 상기 적어도 하나의 튜너블 수동 안테나는 적어도 하나의 안테나 제어 소자를 포함하고, 상기 적어도 하나의 튜너블 수동 안테나의 하나 이상의 특징은 상기 적어도 하나의 안테나 제어 소자를 이용하여 제어되고, 상기 적어도 하나의 안테나 제어 소자는 상기 하나 이상의 특징들에 영향을 미치는 적어도 하나의 파라미터를 가지고, 상기 적어도 하나의 파라미터는 전기적 수단에 의해 조정될 수 있고, 상기 파라미터들 각각은 하나 이상의 “안테나 제어 신호들”에 의해 주로 결정된다. 이전 문장에서 “상기 파라미터들 각각”은 “각각의 상기 적어도 하나의 튜너블 수동 안테나의 각각의 상기 적어도 하나의 안테나 제어 소자의 각각의 상기 적어도 하나의 파라미터”를 분명하게 의미한다.
각종 다양한 타입의 안테나 제어 소자가 튜너블 수동 안테나들 중 어느 하나의 하나 이상의 특징들을 제어하는데 사용될 수 있다. 적절한 안테나 제어 장치는 예를 들어,
- 전기적으로 제어되는 스위치 또는 체인지오버 스위치이며, 이 경우 튜너블 수동 안테나의 하나 이상의 특징들에 영향을 미치는 안테나 제어 소자의 파라미터는 스위치나 체인지오버 스위치의 상태일 수 있고;
- 조정 가능 임피던스 소자이며, 이 경우 튜너블 수동 안테나의 하나 이상의 특징들에 영향을 미치는 안테나 제어 소자의 파라미터는 특정 주파수에서의 조정 가능 임피던스 소자의 리액턴스나 임피던스일 수 있고;
- 튜너블 수동 안테나의 기계적 변형을 일으키도록 구성된 액추에이터이며, 이 경우 튜너블 수동 안테나의 하나 이상의 특징들에 영향을 미치는 안테나 제어 소자의 파라미터는 변형 길이일 수 있다.
안테나 제어 소자가 전기적으로 제어되는 스위치나 체인지오버 스위치인 경우, 예를 들어 그것은 전기 기계적 릴레이이거나, 마이크로 전기 기계적 스위치(MEMS 스위치)이거나, 스위칭 소자들로서 하나 이상의 PIN 다이오드들을 및/또는 하나 이상의 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터들(MOSFETs)을 이용하는 회로일 수 있다.
제9실시예는 2015년 3월 6일자 국제 출원 번호 PCT/IB2015/051644 “튜너블 안테나들 및 안테나 튜닝 장치를 이용하는 무선 통신”에 대응하는 2014년 3월 20일자 프랑스 특허 출원 제14/00666 “튜너블 안테나 및 안테나 튜너를 사용한 무선 통신”에 개시된 기법의 일부 양태들을 이용할 수 있다.
제10실시예
비한정적 예로서 주어진 본 발명의 장치의 제10실시예는 주어진 주파수 대역에서 복수의 안테나들을 가진 무선 통신용 송신기로서, 다음과 같은 요소들을 포함한다:
N이 3이상의 정수일 때, 각각이 상기 주어진 주파수 대역 내 어떤 주파수에서 동작할 수 있도록 된 N 개의 안테나들;
n이 2이상이고 N-1 이하일 때, n 개의 안테나 출력 포트들;
m 개의 전력 증폭기들로서, m은 2보다 크거나 같고, 상기 전력 증폭기들 각각이 출력 포트를 가지고, 상기 전력 증폭기들 각각이 상기 주어진 주파수 대역에서 자신의 출력 포트에서 전력을 전달할 수 있으며, 상기 전력 중 일부는 안테나 출력 포트들로 전송되고, 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들은 상기 주어진 주파수 대역 내 한 주파수에서, “상기 전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬”이라 칭해지는 임피던스 행렬을 보며, 상기 출력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬은 크기 mxm인 복소수 행렬인 전력 증폭기들;
각각이 하나 이상의 “센싱부 출력 신호들”을 전달하되, 상기 센싱부 출력 신호들 각각은 하나 이상의 전기적 변수들에 의해 주로 결정되는 적어도 m 개의 센싱부;
상기 전력 증폭기들의 출력 포트들에서 상기 전력 증폭기들에 의해 적용되는 m 개의 입력 신호들에 대해 획득된 상기 센싱부 출력 신호들을 이용하여 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실제 양들을 추정하되, 상기 q는 m보다 크거나 동일한 정수이고, 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들 각각에 상기 입력 신호들 중 하나만이 적용되고, 둘 이상의 입력 신호들은 동시에 적용되며, 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬에 따른 상기 q 개의 실제 양들의 함수로서 “튜닝 명령”을 전달하고, “설정 명령”을 전달하는 신호 처리부;
N 개의 안테나 포트들 및 n 개의 어레이 포트들을 포함하는 스위칭부로서, 상기 N 개의 안테나 포트들 각각은 N 개의 안테나들 중 하나에 직간접적으로 연결되고, 상기 n 개의 어레이 포트들 각각은 n 개의 안테나 출력 포트들 중 하나에 직간접적으로 연결되고, 상기 스위칭부는 설정 명령에 의해 결정된 액티브 설정 내에서 동작하고, 상기 액티브 설정은 복수의 허용된 설정들 중 하나이며, 상기 스위칭부는 상기 허용된 설정들 중 어느 하나에서, 주어진 주파수 대역 내 신호들 및 어레이 포트들 중 어느 하나에 대해, 어레이 포트들 중 상기 어느 하나 및 안테나 포트들 중 하나 간 양방향 경로를 제공하는 스위칭부;
m 개의 입력 포트들 및 n 개의 출력 포트들을 가지고, p개의 조정 가능한 임피던스 소자들을 포함하며, 여기서 p는 2m 보다 크거나 같은 정수이고, 상기 p개의 조정 가능한 임피던스 소자들은 “튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들”로서 지칭되고, 상기 주어진 주파수 대역 내 상기 주파수에서 상기 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들 각각은 리액턴스를 가지며, 상기 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스는 상기 사용자 포트들에 의해 제공되는 임피던스 행렬에 영향을 미치고, 상기 튜닝부의 조정 가능한 임피던스 소자들 중 어느 하나의 리액턴스는 전기적 수단을 통해 조정가능하게 되는 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부; 및
상기 신호 처리부로부터 상기 튜닝 명령을 수신하고, 상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부로 “튜닝 제어 신호들”을 전달하되, 상기 튜닝 제어 신호들은 상기 튜닝 명령의 함수로서 결정되며, 상기 튜닝부의 상기 조정 가능 임피던스 소자들 각각의 리액턴스는 주로 상기 하나 이상의 튜닝 제어 신호들에 의해 결정되는 튜닝 제어부.
스위칭부는 설정 명령에 의해 결정된 액티브 설정 안에서 동작하고(사용되고), 액티브 설정은 복수의 허용된 설정들 중 하나이고, 스위칭부는 허용된 설정들 중 어느 하나에서, 주어진 주파수 대역 내 신호들 및 어레이 포트들 중 어느 하나에 대해, 어레이 포트들 중 상기 어느 하나 및 안테나 포트들 중 하나의 사이에 경로를 제공한다. 따라서, 스위칭부는 허용된 설정들 중 하나인 액티브 설정 안에서 동작하며, 각각의 허용된 설정은 N 개의 안테나 포트들 사이에서 n 개의 안테나 포트들의 선택에 해당한다. 스위칭부가 N 개의 안테나 포트들 가운데 n 개의 안테나 포트들의 선택에 해당하는 액티브 설정 안에서 동작한다고도 말할 수 있다.
각각의 허용된 설정은 N 개의 안테나 포트들 가운데 n 개의 안테나 포트들의 선택에 해당하며, 스위칭부는 주어진 주파수 대역 내 신호들에 대해, 그리고 어레이 포트들 중 어느 하나에 대해, 상기 어레이 포트들 중 어느 하나 및 상기 선택된 안테나 포트들 중 하나 간 경로를 제공한다. 이 경로는 바람직하게는, 주어진 주파수 대역 내 신호들에 대한 저손실 경로일 수 있다. 전문가는 하나 이상의 전기적으로 제어되는 스위치들 및/또는 체인지오버 스위치들(여기서, “전기적 수단”에 의해 제어되는 “전기적으로 제어되는” 수단”)을 포함할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이 경우, 상기 전기적으로 제어되는 스위치들 및/또는 체인지오버 스위치들 중 하나 이상은, 예를 들어 전기 기계적 릴레이이거나, 마이크로 전기 기계적 스위치(MEMS 스위치)이거나, 스위칭 소자들로서 하나 이상의 PIN 다이오드들을 및/또는 하나 이상의 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터들(MOSFETs)을 이용하는 회로일 수 있다.
예를 들어, 설정 명령 및/또는 튜닝 명령은 다음의 함수로서 결정될 수 있다:
전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬에 따른 q개의 실제 양들;
제8실시예에서와 같이 정의되는 하나 이상의 국지화 변수들;
안테나들을 통한 무선 통신에 사용되는 주파수들;
하나 이상의 추가 변수들이되, 그 추가 변수들 각각은 추가 변수들의 집합 안에 놓이고, 추가 변수들의 집합의 요소들은 무선 통신 세션이 음선 통신 세션인지, 데이터 통신 세션인지 또는 다른 타입의 통신 세션인지 여부를 나타내는 통신 타입 변수; 스피커폰 모드 활성화 지시자; 스피커 활성화 표시자; 하나 이상의 가속계를 이용하여 획득된 변수들; 현재 사용자의 아이디에 따른 사용자 아이디 변수들; 및 방출 품질 변수들을 포함한다.
상기 추가 변수들의 집합의 요소는 국지화 변수들과 상이하고 사용자가 무선 통신용 송신기를 쥐는 그립(grip)을 특징짓는 하나 이상의 변수들을 더 포함할 수 있다.
설정 명령 및/또는 튜닝 명령은 예컨대, 신호 처리부에 구현된 룩업 테이블을 사용하여 결정될 수 있다.
제10실시예는 2015년 4월 23일자 국제 출원 번호 PCT/IB2015/052974 “복수의 선택된 안테나들을 이용하는 무선 통신”에 대응하는 2014년 5월 28일자 프랑스 특허 출원 제14/01221 “복수의 선택된 안테나를 사용하는 무선 통신”에 개시된 기법의 일부 양태들을 이용할 수 있다.
본 발명의 방법 및 장치는 복수의 안테나들을 동시에 사용하여 무선 수신기의 무선 주파수 신호 입력 포트들에 의해 보여지거나 복수의 안테나들을 동시에 사용하여 무선 송신기의 무선 주파수 신호 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬을 자동 튜닝하는데 적합하다. 그러한 응용예들에서, 본 발명의 장치의 각각의 타겟 포트는 안테나와 연결될 수 있고, 본 발명의 장치의 각각의 사용자 포트는 목수의 안테나들을 동시에 사용하는 무선 수신기의 무선 주파수 신호 입력 포트들 중 하나나 복수의 안테나들을 동시에 사용하는 무선 송신기의 무선 주파수 신호 출력 포트들 중 하나에 연결될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법 및 장치는 MIMO 무선 통신에 적합하다.
본 발명의 무선 송신기 또는 MIMO 무선 통신에 적합하다. 본 발명의 무선 송신기는 매우 가까운 안테나들을 사용하여 안테나들 사이에 강한 상호작용을 보이는 최선의 가능한 특성들을 제공한다. 따라서 본 발명은 예컨대 휴대형 무선전화기들이나 휴대형 컴퓨터에 사용되는 모바일 무선 송신기들 및 무선 트랜시버들에 특히 적합하다.
본 발명의 무선 송신기는 주어진 용적 내에 매우 많은 수의 안테나들을 사용하여 안테나들 사이에 강한 상호작용을 보이는 최선의 가능한 특성들을 제공한다. 따라서 본 발명은 예컨대 셀룰라 무선전화 네트워크들의 고정 스테이션들에서 사용되는 고성능 무선 송신기들 및 무선 트랜시버들에 특히 적합하다.
본 발명의 무선 송신기는 본 발명의 무선 송신기와 공통으로 하나 이상의 부품들을 가지는 무선 수신기도 포함하는 장치 안에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 무선 송신기에 사용되는 안테나들 및/또는 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝부가 무선 수신기의 부품일 수도 있다.

Claims (20)

  1. 미리결정된 주파수에서, m 개의 사용자 포트들 및 n 개의 타겟 포트들을 포함하는 장치의 상기 m 개의 사용자 포트들에 의해 제시되는 임피던스 행렬을 튜닝하기 위한 방법으로서 ― m은 2 이상의 정수이고, n은 2 이상의 정수이고, 상기 장치는 상기 미리결정된 주파수에서 상기 사용자 포트들로부터 상기 타겟 포트들로의 전력 전달을 허용함 ―, 상기 방법은:
    적어도 m 개의 센서들에 의해, 적어도 하나의 센서 출력 신호를 전송하는 단계 ― 상기 적어도 하나의 센서 출력 신호는 적어도 하나의 전기적 변수에 의해 결정됨 ―;
    상기 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실수 값들(real quantities)의 함수로서 튜닝 명령을 전송하기 위해, 신호 처리기에 의해, 상기 사용자 포트들에 적용되는 m 개의 전기적 자극들(excitations)에 대해 획득되는 상기 적어도 하나의 센서 출력 신호를 이용하여, 상기 사용자 포트들에 의해 제시되는 상기 임피던스 행렬에 따라 상기 q 개의 실수 값들을 추정하는 단계 ― q는 m보다 크거나 같은 정수이고, 상기 사용자 포트들의 각각에 적어도 하나의 전기적 자극이 적용되고, 상기 적어도 하나의 전기적 자극의 각각은 복소수들의 필드 상의 벡터 공간으로 간주되는 하나의 실수 변수의 복소수 함수들의 집합 내에서 선형적으로 독립적인 복소수 엔벨로프(complex envelope)를 가짐 ―; 및
    튜닝 처리기에 의해 상기 신호 처리기로부터 상기 튜닝 명령을 수신하고, 그리고 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝 유닛으로 튜닝 제어 신호들을 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 튜닝 제어 신호들은 상기 튜닝 명령의 함수로서 결정되고, p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 각각의 리액턴스는 상기 튜닝 제어 신호들 중 적어도 하나에 의해 결정되고, 상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝 유닛은 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들을 포함하고, p는 m 이상의 정수이고, 상기 미리결정된 주파수에서 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들의 각각은 리액턴스를 갖고, 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 중 임의의 하나의 리액턴스는 상기 임피던스 행렬에 영향을 미치고, 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 중 임의의 하나의 리액턴스는 전기적 수단에 의해 조정가능한,
    방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 임피던스 행렬의 임의의 대각 엔트리는 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 중 적어도 하나의 리액턴스에 의해 영향을 받는,
    방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 중 적어도 하나의 리액턴스는 상기 임피던스 행렬의 적어도 한 비대각 엔트리에 영향을 미치는,
    방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    n=m이고, 그리고
    상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝 유닛은, 각각이 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 중 하나 이상을 포함하는 n 개의 단일입력 포트 및 단일출력 포트 튜닝 유닛들로 구성되는,
    방법.
  5. 미리결정된 주파수에서, m 개의 사용자 포트들 및 n 개의 타겟 포트들을 포함하는 장치의 상기 m 개의 사용자 포트들에 의해 제시되는 임피던스 행렬을 튜닝하기 위한 상기 장치로서, ― m은 2 이상의 정수이고, n은 2 이상의 정수이고, 상기 장치는 상기 미리결정된 주파수에서 상기 사용자 포트들로부터 상기 타겟 포트들로의 전력 전달을 허용함 ―, 상기 장치는:
    적어도 하나의 센서 출력 신호를 전송하도록 구성되는 적어도 m 개의 센서들 ― 상기 적어도 하나의 센서 출력 신호의 각각은 하나 이상의 전기적 변수들에 의해 결정됨 ―;
    상기 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실수 값들(real quantities)의 함수로서 튜닝 명령을 전송하기 위해, 상기 사용자 포트들에 적용되는 m 개의 전기적 자극들(excitations)에 대해 획득되는 상기 적어도 하나의 센서 출력 신호를 이용하여, 상기 사용자 포트들에 의해 제시되는 상기 임피던스 행렬에 따라 상기 q 개의 실수 값들을 추정하도록 구성되는 신호 처리기 ― q는 m보다 크거나 같은 정수이고, 상기 사용자 포트들의 각각에 적어도 하나의 전기적 자극이 적용되고, 상기 적어도 하나의 전기적 자극의 각각은 복소수들의 필드 상의 벡터 공간으로 간주되는 하나의 실수 변수의 복소수 함수들의 집합 내에서 선형적으로 독립적인 복소수 엔벨로프(complex envelope)를 가짐 ―;
    p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들을 포함하는 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝 유닛 ― p는 m보다 크거나 같은 정수이고, 상기 미리결정된 주파수에서, 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들의 각각은 리액턴스를 갖고, 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 중 임의의 하나의 리액턴스는 상기 임피던스 행렬에 영향을 미치고, 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 중 임의의 하나의 리액턴스는 전기적 수단에 의해 조정가능함 ―; 및
    상기 신호 처리기로부터 상기 튜닝 명령을 수신하고 그리고, 상기 다중입력 포트 및 상기 다중출력 포트 튜닝 유닛으로 튜닝 제어 신호들을 전송하도록 구성되는 튜닝 처리기를 포함하고,
    상기 튜닝 제어 신호들은 상기 튜닝 명령의 함수로서 결정되고, 그리고 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들의 각각의 리액턴스는 상기 튜닝 제어 신호들 중 적어도 하나에 의해 결정되는,
    장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서 출력 신호는, 상기 사용자 포트들 중 하나에 걸친 전압인 제1 전기적 변수에 비례하는 제1 센서 출력 신호, 및 상기 사용자 포트들 중 하나에 흐르는 전류인 제2 전기적 변수에 비례하는 제2 센서 출력 신호를 포함하는,
    장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서 출력 신호는, 상기 사용자 포트들 중 하나에서의 입사 전압인 제1 전기적 변수에 비례하는 제1 센서 출력 신호, 및 상기 사용자 포트들 중 하나에서의 반사 전압인 제2 전기적 변수에 비례하는 제2 센서 출력 신호를 포함하는,
    장치.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 튜닝 명령은 상기 임피던스 행렬이 원하는 임피던스 행렬과 동일하도록 하는,
    장치.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬이 대각 임피던스 행렬과 동일한 경우, 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 중 임의의 하나의 리액턴스가 상기 사용자 포트들에 의해 제시되는 임피던스 행렬에 영향을 미치는,
    장치.
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 타겟 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬이 대각 임피던스 행렬과 동일한 경우, 상기 p 개의 조정가능 임피던스 디바이스들 중 적어도 하나의 리액턴스가 상기 사용자 포트들에 의해 제시되는 임피던스 행렬의 적어도 하나의 비대각 엔트리에 영향을 미치는,
    장치.
  11. 제5 항에 있어서,
    n=m이고, 상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝 유닛은, 각각이 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 중 하나 이상을 포함하는 n 개의 단일입력 포트 및 단일출력 포트 튜닝 유닛들로 구성되는,
    장치.
  12. 제5 항에 있어서,
    상기 전기적 자극들 중 둘 이상은 동시에 적용되는,
    장치.
  13. 복수의 안테나들을 가진 무선 통신을 위한 송신기로서,
    2 이상의 정수인 n 개의 안테나 출력 포트들;
    2 이상의 정수인 m 개의 전력 증폭기들, ― 상기 전력 증폭기들 각각은 출력 포트를 가지고, 상기 전력 증폭기들 각각은 미리결정된 주파수 대역에서 전력을 전송하도록 구성되고, 상기 전력 중 일부는 안테나 출력 포트들로 전송됨 ―;
    적어도 하나의 센서 출력 신호를 전송하도록 구성되는 적어도 m 개의 센서들 ― 상기 적어도 하나의 센서 출력 신호의 각각은 적어도 하나의 전기적 변수에 의해 결정됨 ―;
    상기 전력 증폭기들의 출력 포트들에서 상기 전력 증폭기들에 의해 적용되는 m 개의 전기적 자극들(excitation)에 대해 획득된 상기 적어도 하나의 센서 출력 신호를 이용하여, 미리결정된 주파수 대역 내의 주파수에서 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들에 의해 보여지는 임피던스 행렬에 따른 q 개의 실수 값들(real quantities) 을 추정하도록 구성되는 신호 처리기 ― q는 m보다 크거나 동일한 정수이고, 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들 각각에 상기 전기적 자극들 중 적어도 하나가 적용되고, 상기 전기적 자극들의 각각은 복소수들의 필드 상의 벡터 공간으로 간주되는 하나의 실수 변수의 복소수 함수들의 집합 내에서 선형적으로 독립적인 복소수 엔벨로프(complex envelope)를 가지고, 상기 신호 처리기는 상기 임피던스 행렬에 따른 상기 q 개의 실수 값들의 함수로서 튜닝 명령을 전달함 ―;
    p개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 포함하는 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝 유닛 ― p는 m 보다 크거나 같은 정수이고, 상기 미리결정된 주파수 대역 내의 상기 주파수에서 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 각각은 리액턴스를 가지며, 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 중 임의의 하나의 리액턴스는 상기 임피던스 행렬에 영향을 미치고, 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 중 임의의 하나의 리액턴스는 전기적 수단에 의해 조정 가능함 ―; 및
    상기 신호 처리기로부터 상기 튜닝 명령을 수신하고, 그리고 상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝 유닛으로 튜닝 제어 신호들을 전송하도록 구성되는 튜닝 처리기를 포함하고,
    상기 튜닝 제어 신호들은 상기 튜닝 명령의 함수로서 결정되고, 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 각각의 리액턴스는 상기 튜닝 제어 신호들 중 하나 이상에 의해 결정되는,
    송신기.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서 출력 신호는, 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들 중 하나에 걸친 전압인 제1 전기적 변수에 비례하는 제1 센서 출력 신호, 및 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들 중 하나에 흐르는 전류인 제2 전기적 변수에 비례하는 제2 센서 출력 신호를 포함하는,
    송신기.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서 출력 신호는, 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들 중 하나에서의 입사 전압인 제1 전기적 변수에 비례하는 제1 센서 출력 신호, 및 상기 전력 증폭기들의 출력 포트들 중 하나에서의 반사 전압인 제2 전기적 변수에 비례하는 제2 센서 출력 신호를 포함하는,
    송신기.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 튜닝 명령은, 상기 임피던스 행렬이 원하는 임피던스 행렬과 실질적으로 동일하도록 하는,
    송신기.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 임피던스 행렬의 임의의 대각 엔트리는 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 중 적어도 하나의 리액턴스에 의해 영향을 받는,
    송신기.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 중 적어도 하나의 리액턴스는 상기 임피던스 행렬의 적어도 하나의 비대각 엔트리에 영향을 미치는,
    송신기.
  19. 제13 항에 있어서,
    n=m이고, 상기 다중입력 포트 및 다중출력 포트 튜닝 유닛은, 각각이 상기 p 개의 조정가능한 임피던스 디바이스들 중 하나 이상을 포함하는 n 개의 단일입력 포트 및 단일출력 포트 튜닝 유닛들로 구성되는,
    송신기.
  20. 제13 항에 있어서,
    상기 전기적 자극들 중 둘 이상은 동시에 적용되는,
    송신기.
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