KR100282384B1 - 안테나 어레이 수신 장치와 수신 신호의 위상 시프트량 보정 방법 - Google Patents
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Abstract
제 1 및 제 2 위상 제어량 테이블은, 인수로서 입력 이득 제어 신호 Sg1, Sg2로 표시되는 이득에 따라 대응하는 위상 시프트량을 나타내는 위상 제어 신호 Sc1, Sc2를 제 1 및 제 2 벡터 승산 회로로 출력한다. 제 1 및 제 2 벡터 승산 회로는 이 위상 제어 신호 Sc1, Sc2에 따라 안테나(2)의 동위상 성분(in-phase component) S13, S23과 직교 성분(quadrature component) S14, S24의 위상을 반대 방향으로 시프트시킨다. 이에 따라, 수신 앰프에 의해 야기되는 위상 시프트량이 안테나로의 입력 신호들간에 안테나단에서의 위상차를 유지할 수 있도록 보정된다.
Description
본 발명은 안테나 어레이를 이용하여 수신을 행하기 위한 안테나 어레이 수신 장치에 관한 것이다.
또한 본 발명은 수신 신호의 위상 시프트량을 보정하는 방법에 관한 것이다.
통상, 안테나 어레이를 이용하여 지향성 수신을 행하려면, 수신 장치가 복수의 안테나로부터의 수신 신호 중 안테나단에서 위상차를 유지한 채로 수신을 행하도록 설계된다.
도 1은 이 안테나 어레이 수신 장치의 일례를 도시한다.
우선, 안테나(1301, 1302)에서 수신된 수신 신호 S1, S2는 수신 앰프(1303, 1304)에 의해 증폭된다. 그리고 나서, 신호는 발진기(1307)로부터의 신호와 믹서(1305, 1306)에 의해 승산되고, 저주파수 신호는 대역 통과 필터(band pass filter; BPF)(1308, 1309)에 의해 추출된다. 직교 검파기(1310, 1311)에서 직교 검파는 발진기(1312)로부터의 신호를 이용하여 실행되고, 동위상 성분(in-phase component) S11, S21과 직교 성분 S21, S22가 출력된다. 이들 출력 신호는 A/D 변환기(1313, 1314, 1315, 1316)에 의해 디지털값으로 변환되어 적응형 안테나 어레이 수신 회로(1317)로 출력된다.
RSSI 검출 회로(1318, 1319)에서는, BPF(1308, 1309)에 의해 추출된 저주파수 신호가 모니터되어 수신 신호의 레벨이 검출된다. 이 수신 신호 레벨에 따라 수신 앰프(1303, 1304)의 이득이 이득 제어 회로(1320, 1321)에 의해 제어된다.
무선 통신에서 수신 신호의 레벨은 시간에 따라 변화한다. 특히, 이동 통신 환경에서, 수신 신호의 레벨은 페이딩(fading), 전파 거리의 변화 및 건축물 등에 의한 섀도우잉(shadowing)에 의해 짧은 기간 동안에 크게 변동한다.
앞서 설명한 종래의 안테나 어레이 수신 장치에서는 RSSI 검출 회로(1318, 1319) 및 이득 제어 회로(1320, 1321)에 의해 수신 앰프(1303, 1304)의 이득을 제어함으로써 수신 신호 레벨을 보정하여 A/D 변환기로의 입력을 최적화한다.
그러나, 일반적으로, 수신 앰프의 위상 시프트량이 그 이득에 따라 변화한다. 이 위상 변화량은 수신 앰프에 따라 상이하다. 그 위상 시프트량은 수신 앰프의 주파수 및 온도에 따라 상이하다. 전기 길이(electric length), 즉, 파장으로 변환된 길이는 주파수에 따라 변화한다.
이 때문에, 앞서 설명한 종래의 구성에 따라서는, 안테나의 수신 신호들간에 안테나단의 위상차가 일정하게 유지될 수 없다.
본 발명의 목적은 수신 신호가, 안테나의 수신 신호들간에 안테나단의 위상차가 일정하게 유지된 채로 수신 회로에 입력될 수 있는 안테나 어레이 수신 장치(antenna array receiver)를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수신 신호가, 안테나의 수신 신호들간에 안테나단의 위상차가 일정하게 유지된 채로 수신 회로에 입력될 수 있는 수신 신호의 위상 시프트량 보정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나 요소와,
상기 안테나 요소에 각각 연결되어, 상기 안테나 요소로부터 수신 신호를 증폭하는 수신 앰프와,
상기 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성에 근거하여 상기 수신 앰프의 이득에 따라 상기 수신 신호의 위상 제어량을 결정하기 위한 위상 제어량 결정 수단과,
상기 위상 제어량 결정 수단에 의해 결정된 위상 제어량을 이용하여 상기 수신 신호의 위상 시프트량을 보정하는 위상 시프트량 보정 수단을 포함하는 안테나 어레이 수신 장치를 제공한다.
본 발명은, 안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나 요소로부터 수신 신호를 증폭하기 위한 수신 앰프의 이득을 획득하는 단계와,
상기 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성에 근거하여 상기 수신 앰프의 이득에 따라 상기 수신 신호의 위상 제어량을 결정하는 단계와,
상기 결정된 위상 제어량을 이용하여 상기 수신 신호의 위상 시프트량을 보정하는 단계를 포함하는 수신 신호의 위상 시프트량을 보정하는 방법을 제공한다.
또한 본 발명은, 안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나 요소와,
상기 안테나 요소에 각각 연결되어, 상기 안테나 요소로부터의 수신 신호를 증폭하는 수신 앰프와,
상기 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성에 근거하여 상기 수신 앰프의 이득에 따라 상기 수신 신호의 위상 제어량을 결정하는 위상 제어량 결정 수단과,
주파수의 오프세트 제어 정보에 근거하여 상기 수신 신호의 위상 시프트량을 보정하기 위한 위상 시프트량 보정 수단을 포함하는 안테나 어레이 수신 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나 요소와,
상기 안테나 요소에 각각 연결되어, 상기 안테나 요소로부터의 수신 신호를 증폭하는 수신 앰프와,
상기 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성에 근거하여 상기 수신 앰프의 이득에 따라 상기 수신 신호의 위상 제어량을 결정하는 위상 제어량 결정 수단과,
상기 결정된 위상 시프트량과 주파수 오프세트 신호에 근거하여 주파수 오프세트 보정값을 출력하는 주파수 오프세트 제어 수단과,
상기 주파수 오프세트 보정값에 따라 상기 수신 신호의 위상 시프트량을 보정하는 위상 시프트량 보정 수단을 포함하는 안테나 어레이 수신 장치를 제공한다.
또한 본 발명은, 안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나 어레이로부터의 수신 신호를 증폭하기 위해 수신 앰프의 이득을 획득하는 단계와,
상기 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성에 근거하여 상기 수신 앰프의 이득에 따라 상기 수신 신호의 위상 제어량을 결정하는 단계와,
상기 결정된 위상 제어량과 주파수 오프세트 신호에 근거하여 주파수 오프세트 보정값을 출력하는 단계와,
상기 주파수 오프세트 보정값에 따라 상기 수신 신호의 위상 시프트량을 보정하는 단계를 포함하는 수신 신호의 위상 시프트량 보정 방법을 제공한다.
도 1은 종래의 안테나 어레이 수신 장치를 도시하는 블럭도,
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 안테나 어레이 수신 장치를 도시하는 블럭도,
도 3은 실시예 1에서 이득 대 위상 시프트량 특성을 도시하는 도면,
도 4는 실시예 2에 따른 안테나 어레이 수신 장치의 관련부를 도시하는 블럭도,
도 5a 및 도 5b는 실시예 2에 있어서 이득 대 위상 시프트량 특성을 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 실시예 3에 따른 안테나 어레이 수신 장치의 관련부를 도시하는 블럭도,
도 7a 및 7b는 실시예 3에 있어서 이득 대 위상 시프트량 특성을 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 실시예 4에 따른 안테나 어레이 수신 장치의 관련부를 도시하는 블럭도,
도 9a∼9d는 실시예 4에 있어서 이득 대 위상 시프트량 특성을 도시하는 도면,
도 10은 본 발명의 실시예 4에 따른 안테나 어레이 수신 장치의 관련부를 도시하는 블럭도,
도 11은 실시예 4에 있어서 이득 대 위상 시프트량 특성을 도시하는 도면,
도 12는 실시예 5에 있어서 이득 대 위상 시프트량 특성을 도시하는 도면,
도 13은 본 발명의 실시예 6에 따른 안테나 어레이 수신 장치의 관련부를 도시하는 블럭도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
101, 102 ; 안테나 103, 104 ; 수신 앰프
124, 125 ; 이득 제어 회로 117, 118 ; 벡터 승산 회로
119, 120 ; 위상 제어량 테이블 121 ; 적응형 안테나 어레이 수신 회로
930, 931 ; 보간 회로 1232, 1233 ; 주파수 옵세트 제어 회로
1234 ; 주파수 옵세트 보정 테이블
이하, 본 발명의 바람직한 실시예가 도면을 참조하여 구체적으로 설명된다.
(실시예 1)
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 안테나 어레이 수신 장치를 도시하는 블럭도이다. 설명을 간단히 하기 위해 안테나의 수를 2개로 하였지만, 안테나의 수가 3개 이상인 경우도 기본적인 동작은 마찬가지이다.
우선, 제 1 및 제 2 안테나(101, 102)에서 수신 신호 S1 및 S2는 수신 앰프(103, 104)에 의해 증폭된다. 그리고 나서, 신호는 믹서(105, 106)에서 발진기(107)로부터의 신호와 승산되며, 대역 통과 필터(이후, BPFs라고 참조됨)(108, 109)에 의해 저주파수 신호가 추출된다. 직교 검파기(110, 111)에서 발진기(112)로부터의 신호를 이용하여 직교 검파가 행하여져, 동위상 성분 S11 및 S21과 직교 성분 S21 및 S22가 출력된다. 이들 출력 신호는 A/D 변환기(113, 114, 115, 116)에 의해 디지탈값으로 변환된다. 이 결과는 벡터 승산 회로(117, 118)로 입력된다. 이 벡터 승산 회로(117, 118)는 위상 제어량 테이블(119, 120)로부터의 제어 신호 SC1 및 SC2에 따라 입력 신호 S13, S14, S23 및 S24의 위상을 시프트하여, 이 위상 시프트된 신호를 적응형 안테나 어레이 수신 회로(121)로 출력한다.
RSSI 검출 회로(122, 123)에서, BPFs(108, 109)에 의해 추출된 저주파수 신호가 모니터되어 수신 신호의 레벨이 검출된다. 수신 신호 레벨에 따라 수신 앰프(103, 104)의 이득은 이득 제어 회로(124, 125)에 의해 제어된다.
이 이득 제어 신호는 A/D 변환기(126, 127)에 의해 디지탈값으로 동시에 변환되어, 제 1 및 제 2 위상 제어량 테이블(도면에서 제 1 테이블 및 제 2 테이블로서 참조됨)(119, 120)로 각각 입력된다. 이 위상 제어량 테이블(119, 120)로 부터의 위상 제어 신호 Sc1 및 Sc2는 벡터 승산 회로(117, 118)로 출력된다. 이 위상 제어 신호 Sc1 및 Sc2는 인수로서 이득 제어 신호 Sg1 및 Sg2로 표시되는 이득에 대응하는 위상 시프트량을 나타낸다.
위상 제어량 테이블(119, 120)에는 미리 측정된, 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량이 저장된다. 도 3은 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성을 도시하는 도면이다. 실선은 제 1 안테나(101)의 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성을 나타내고, 점선은 제 2 안테나(102)의 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성을 나타낸다.
위상 제어량 테이블(119, 120)에는 이들 특성은 인수로서 이득과 함께 저장되어 있다. 실제로 n개 안테나가 있는 경우, n개 수신 앰프가 존재하므로, 각 앰프의 특성은 미리 측정되어 테이블에 저장된다.
이와 같이, 각 안테나에서 주로 수신 앰프에 의해 야기되는 위상 시프트량은 수신 신호 레벨에 대응하는 이득 제어량에 따라 보정된다. 그러므로, 수신 신호는 안테나단에서 위상차를 유지한 채로 적응형 안테나 어레이 수신 회로(121)로 입력될 수 있다.
여기서, 제 1 및 제 2 안테나(101, 102) 각각으로부터 벡터 승산 회로(117, 118)의 입력단, 즉 A/D 변환기(113, 114, 115, 116)까지의 채널 길이의 차이에 의해 생성되는 위상 시프트량의 차이에 근거하여 미리 결정된 위상 시프트 제어량이 보정될 수 있다. 예를 들어, (d-b)는 제 1 및 제 2 안테나(101, 102)측에서 채널의 단부에서의 수신 신호 a × exp(jb)를 A/D 변환기(113∼116) 앞의 수신 신호 c × exp(jb)와 비교함으로써 획득된다. 이 값 (d-b)는 제 1 및 제 2 안테나(101, 102)로부터 A/D 변환기(113, 114, 115, 116)로의 위상 시프트량이다. 그러므로, 앞서 설명된 이 위상 시프트 제어량은 이 값 (d-b)에 근거하여 보정된다.
(실시예 2)
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 안테나 어레이 수신 장치의 관련부를 도시하는 블럭도이다. 이 도면은, 설명을 간단히 하기 위해 도 2에 도시된 안테나 어레이 수신 장치의 블럭도로부터 안테나단과 수신 RF부를 생략하고 도시되어 있다.
실시예 1에서, 각 수신 앰프의 제어 이득에 대한 위상 시프트량을 보정함으로써, 신호는, 안테나단에서 수신 위상차가 유지된 채로 적응형 안테나 어레이 수신 회로로 입력된다.
그러나, 통상, 하나의 캐리어 주파수(carrier frequency)는 복수의 캐리어 주파수 중에서 이용을 위해 선택된다. 이 때문에, 또한 수신 앰프의 위상 시프트량은 주파수에 따라 변화한다. 그래서, 실시예 2에서, 위상 시프트량의 보정은 사용중인 주파수에 대해서도 행해진다.
우선, 도 5a 및 5b에 도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 안테나(101, 102)의 각 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성은 사용중인 주파수 f1 및 f2 각각에 대해서 측정되고, 이 측정된 특성은 제 1 및 제 2 위상 제어량 테이블(319, 320)에 저장된다. 결과적으로, 제 1 위상 제어량 테이블(319)에는, 제 1 안테나(101)의 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성이 저장된다. 또한, 제 2 위상 제어량 테이블(320)에는, 제 2 안테나(102)의 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성이 저장된다.
인수로서 수신 앰프의 이득 제어 신호 Sg1 및 Sg2와 사용중인 주파수 신호 Sf가 위상 제어량 테이블(319, 320)에 입력되어, 위상 시프트량을 나타내는 위상 제어 신호 Sc1 및 Sc2가 획득된다. 벡터 승산 회로(317, 318)에서, 제 1 및 제 2 안테나(101, 102)의 동위상 성분 S13 및 S23과 직교 성분 S14 및 S24는 위상 제어 신호 Sc1 및 Sc2에 따라 반대 방향으로 시프트된다.
실시예 2에 따르면, 각 사용중인 주파수에 대한 이득 대 위상 시프트량을 사전에 측정함으로써, 신호는 안테나단에서 위상차가 모든 사용중인 주파수에 대해 유지된 채로 적응형 안테나 어레이 수신 회로(321)로 입력될 수 있다.
또한, 실시예 1과 같이, 결정된 위상 시프트 제어량이 채널 길이의 차이에 의해 생성된 위상 시프트량의 차이에 근거하여 보정될 수 있다.
(실시예 3)
도 6은 본 발명의 실시예 3에 따른 안테나 어레이 수신 장치의 관련부를 도시하는 블럭도이다. 실시예 2에서와 마찬가지로, 설명을 간단히 하기 위해 안테나단과 수신 RF부는 생략하고 도시되었다.
실시예 3에서, 위상 시프트량은 수신 앰프의 동작 온도를 고려하여 제어된다. 본 발명의 안테나 어레이 수신 장치는 통상의 송수신 장치의 일부로서 이용되며, 송신 RF부는 전력 소비가 크기 때문에 고온이 된다. 위상 시프트량은 때때로 몇몇 수신 앰프의 온도에 따라 변화하기 때문에, 각 온도에 대한 이득 대 위상 시프트량 특성 테이블을 이용하여 수신 앰프의 온도 변화에 대해서도 위상 시프트량의 보정을 행하는 것이 바람직하다.
우선, 도 7a 및 7b에 도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 안테나(101, 102)의 각 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성이 각 동작 온도 T1 및 T2에 대해서 측정되며, 이 측정된 특성은 제 1 및 제 2 위상 제어량 테이블(519, 520)에 저장된다.
인수로서 수신 앰프의 이득 제어 신호 Sg1 및 Sg2와 동작 온도 신호 St1 및 St2가 위상 제어량 테이블(519, 520)에 입력되어, 위상 시프트량을 나타내는 위상 제어 신호 Sc1 및 Sc2가 획득된다. 벡터 승산 회로(517, 518)에서, 제 1 및 제 2 안테나(101, 102)의 동위상 성분 S13 및 S23과 직교 성분 S14 및 S24의 위상은 위상 제어 신호 Sc1 및 Sc2에 따라 반대 방향으로 시프트된다.
실시예 3에 따르면, 사전에 앰프의 각 온도에 대해서 이득 대 위상 시프트량 특성을 측정함으로써, 신호는, 모든 온도에 대해서 안테나단에서의 위상차가 유지된 채로 적응형 안테나 어레이 수신 회로(521)에 입력될 수 있다.
또한, 실시예 1과 같이, 결정된 위상 시프트 제어량은 채널 길이의 차이에 의해 생성된 위상 시프트량의 차이에 근거하여 보정될 수 있다.
(실시예 4)
도 8은 본 발명의 실시예 4에 따른 안테나 어레이 수신 장치의 관련부를 도시하는 블럭도이다. 실시예 3과 마찬가지로, 설명을 간단하게 하기 위해 안테나단과 수신 RF부는 생략되어 있다.
실시예 4에서, 위상 시프트량의 보정은 주파수와 온도 양쪽 모두를 고려하여 각 주파수와 사용 온도에 대한 이득 대 위상 시프트량 특성의 테이블을 이용하여 행해진다.
우선, 이득 대 위상 시프트량 특성은 각 사용중인 주파수와 각 온도에 대해서 측정된다. 예를 들어, 도 9a 및 9b에 도시한 바와 같이, 4 종류의 이득 대 위상 시프트량 특성이 2 종류의 주파수(f1, f2)와 2 종류의 온도(T1, T2)의 조합으로 측정되고, 안테나(101, 102)의 수신 앰프(103, 104)의 특성은 제 1 및 제 2 위상 제어량 테이블(719, 720)에 저장된다.
인수로서 수신 앰프(103, 104)의 이득 신호 Sg1 및 Sg2, 사용중인 주파수 신호 Sf 및 동작 온도 신호 St1 및 St2가 위상 제어량 테이블(719, 720)에 입력되어 위상 시프트량을 나타내는 위상 제어 신호 Sc1 및 Sc2가 획득된다. 벡터 승산 회로(717, 718)에서, 안테나(101, 102)의 동위상 성분 S13 및 S23과 직교 성분 S14 및 S24의 위상이 위상 제어 신호 Sc1 및 Sc2에 따라 반대 방향으로 시프트된다.
실시예 4에 따르면, 사전에 각 주파수와 사용 온도에 대해서 이득 대 위상 시프트량 특성을 측정함으로써, 신호는, 안테나단에서의 위상차가 모든 주파수와 사용 온도에 대해서 유지된 채로 적응형 안테나 어레이 수신 회로(721)로 입력될 수 있다.
또한, 실시예 1과 같이, 결정된 위상 시프트 제어량은 채널 길이의 차이에 의해 생성된 위상 시프트량의 차이에 근거하여 보정될 수 있다.
(실시예 5)
도 10은 본 발명의 실시예 5에 따른 안테나 어레이 수신 장치의 관련부를 도시하는 블럭도이다. 실시예 4와 마찬가지로, 설명을 간단히 하기 위해 안테나단과 수신 RF부는 생략되어 있다.
실시예 4에서, 각 주파수와 사용 온도에 대해서 수신 앰프의 이득에 대한 위상 시프트량을 보정함으로써, 신호가 안테나단에서의 수신 위상차가 유지된 채로 적응형 안테나 어레이 수신부로 입력된다. 그러나, 사용중인 주파수와 평가된 온도 환경의 종류가 증가하는 경우 방대한 량의 테이블이 필요해진다.
그래서, 실시예 4에서, 몇가지 특성이 사용중인 주파수 및 온도에 대해서 측정되며, 이들 몇개의 데이터에 근거하여 필요로 하는 이득에 대한 위상 시프트량이 보간 처리를 거쳐 산출된다.
우선, 도 11에 도시한 바와 같이, 몇개의 이득 대 위상 시프트량 특성이 사용중인 각 주파수 및 온도에 대해서 측정된다. 예를 들어, 도 12에 도시한 바와 같이, 2 종류의 주파수(f1, f2)와 2 종류의 온도(T1, T2)의 조합으로 이루어지는 4 종류의 이득 대 위상 시프트량 특성에 대해서, 이득 G1에 대한 위상 시프트량 aij(i는 주파수 번호를 나타내고, j는 온도 번호를 나타냄), 이득 G2에 대한 위상 시프트량 bij 및 이득 G3에 대한 위상 시프트량 cij가 측정되며, 수신 앰프(103)의 특성과 수신 앰프(104)의 특성이 각각 위상 제어량 테이블(919, 920)에 저장된다.
제 1 안테나(101)의 신호 처리 시스템에 대해서, 인수로서 사용중인 주파수 신호 Sf와 온도 St1이 제 1 위상 제어량 테이블(919)에 입력되어, 위상 시프트량 벡터(aij, bij, cij)가 획득된다.
위상 시프트량 벡터를 나타내는 신호 Sr1과 수신 앰프의 이득 신호 Sg1이 보간 회로(930)에 입력되며, 수신 앰프의 이득 신호 Sr1에 대응하는 위상 제어 신호 Sc1이 산출된다. 벡터 승산 회로(917)에서, 제 1 안테나(101)에서의 동위상 성분 S13과 직교 성분 S14의 위상은 위상 제어 신호 Sc1을 이용하여 반대 방향으로 시프트된다.
마찬가지로, 제 2 안테나(102)의 신호 처리 시스템에 대해서, 사용중인 주파수 Sf와 온도 St2가 인수로서 제 2 위상 제어 테이블(920)에 입력되어, 위상 시프트량 벡터(aij, bij, cij)가 획득된다.
위상 시프트량 벡터를 나타내는 신호 Sr2와 수신 앰프의 이득 신호 Sg2가 보간 회로(931)에 입력되어, 수신 앰프의 이득 신호 Sg2에 대응하는 위상 제어 신호 Sc2가 산출된다. 벡터 승산 회로(918)에서, 제 2 안테나(102)에서의 동위상 성분 S23과 직교 성분 S24의 위상은 위상 제어 신호 Sc2를 이용하여 반대 방향으로 시프트된다.
실시예 5에 따르면, 사용중인 주파수와 온도에 대해서 몇개의 특성을 측정하고, 이 몇개의 데이터에 근거해 보간 처리를 거쳐 필요로 하는 이득에 대한 위상 시프트량을 산출함으로써, 신호는, 안테나단에서의 위상차가 모든 사용중인 주파수 및 온도에 대해 유지된 채로 작은 저장 용량을 갖는 적응형 안테나 어레이 수신 회로(921)에 입력될 수 있다.
(실시예 6)
도 13은 본 발명의 실시예 6에 따른 안테나 어레이 수신 장치를 도시하는 블럭도이다. 실시예 5와 마찬가지로, 설명을 간단히 하기 위해 안테나단과 수신 RF부는 생략되어 있다.
실시예 1 내지 5에서, 사용중인 주파수와 온도를 포함하는 환경에 대해서 수신 앰프의 이득에 대한 위상 시프트량을 보정함으로써, 신호는 안테나단에서의 수신 위상차가 유지된 채로 적응형 안테나 어레이 수신 회로에 입력된다.
그러나, 통상의 수신 장치에서, AFC(automatic frequency control) 처리는 송신 장치의 주파수와 수신 장치의 주파수 사이의 차이를 보정하기 위해 실행된다. 실시예 6은 수신 앰프와 AFC 처리에 의해 야기되는 두 위상 시프트량의 보정을 효율적으로 행하기 위해 고려되었다.
제 1 안테나의 신호 처리 시스템의 수신 앰프의 이득 Sg1은 위상 제어량 테이블(1219)에 입력되고, 위상 시프트량 벡터를 나타내는 신호 Sr1은 주파수 오프세트 제어 회로(1232)에 입력된다. 주파수 오프세트 제어 회로(1232)에서, 주파수 오프세트 보정 테이블(1234)은 주파수 오프세트 신호 So와 신호 Sr1을 이용하여 검색되고, 주파수 오프세트 보정값 Soc1에 대응하는 위상 제어 신호 Sc1이 출력된다. 벡터 승산 회로(1217)에서, 제 1 안테나의 동위상 성분 S13과 직교 성분 S14의 위상은 위상 제어 신호 Sc1에 따라 반대 방향으로 시프트된다.
제 2 안테나의 신호 처리 시스템에서, 마찬가지로 신호 처리가 실행된다. 제 2 안테나의 신호 처리 시스템의 수신 앰프의 이득 Sg2는 위상 제어량 테이블(1220)에 입력되어, 위상 시프트량 벡터를 나타내는 신호 Sr2가 주파수 오프세트 제어 회로(1233)로 출력된다. 주파수 오프세트 제어 회로(1233)에서, 주파수 오프세트 보정 테이블(1234)이 주파수 오프세트 신호 So와 신호 Sr2를 이용하여 검색되어 주파수 오프세트 보정값 Soc1에 대응하는 위상 제어 신호 Sc2가 출력된다. 벡터 승산 회로(1218)에서, 제 2 안테나의 동위상 성분 S23과 직교 성분 S24의 위상이 위상 제어 신호 Sc2에 따라 반대 방향으로 시프트된다.
그 후, 앞서 설명한 시프트된 동위상 성분 S13, S23과 직교 성분 S14, S24는 적응형 안테나 수신 회로(1221)에 입력된다.
여기서, 주파수 오프세트 신호 So는 다음과 같이 계산을 수행하는 주파수 오프세트 검출 회로(1240)에 의해 획득된다.
송신 신호 tx(kT) = a(kT) × exp(iθ(kT))가 전송된다. 이하, 심볼 시간 간격은 T라고 가정한다. 주파수 오프세트가 존재하는 경우, 수신 신호는 다음 수학식으로 나타내어진다.
여기서, a(kT)는 시간 kT의 진폭, θ(kT)는 시간 kT의 위상, b(kT)는 라인에 대한 진폭 변동, δ는 시간 T 간격에서의 위상 변화량 및 β는 수신 장치의 초기 위상이다.
앞서 설명한 수학식 1에서, 이미 알려진 신호 패턴이 전송 장치와 수신 장치 사이에서 전송되는 시간은 알려져 있다고 가정한다. 즉, 수신 장치는 a(kT) × exp(iθ(kT))를 인식한다. 따라서, 수신 신호 rx(kT)는 이미 알려진 신호의 켤레 복소수(complex conjugate)에 의해 승산되어, 그 결과로서 다음 수학식 2가 얻어진다.
여기에서 {·}^*는 켤레 복소수 계산을 나타낸다.
또한, 여기에서 x(kT)는 하나의 심볼 시간 간격에 복소수 승산되어, 다음 수학식 3이 얻어진다.
여기에서 {·}^*는 켤레 복소수 계산을 나타낸다.
결과적으로, 하나의 심볼 시간 간격에 주파수 오프세트 성분 δ가 산출된다.
주파수 오프세트 보정값 Soc1 및 Soc2의 산출은 구체적으로 다음 방법에 의해 행해진다.
초기값으로 위상 시프트량(φ1)을 가지고서, 위상 시프트량 적분값(integration value)(nθ+φ1에서 θ는 위상 시프트량이고 n은 심볼 번호)이 1 심볼 시간당 주파수 오프세트에 근거하여 모든 심볼 시간마다 산출된다. 위상 시프트량 적분값에 대응하는 sin((nθ + φ1)%2π)와 cos((nθ + φ1)%2π)는 상기 테이블의 검색하여 검출된다. 그 출력 결과는 주파수 오프세트 보정값 Soc1이고 위상 제어 신호 Sc1로서 벡터 승산 회로로 출력된다.
여기에서, %는 모듈로 연산(modulo arithmetic)이다. 도 13에서는, sin((nθ + φ1)%2π)와 cos((nθ + φ1)%2π)가 주파수 오프세트 보정 테이블을 참조하여 산출되었지만, 이들은 상기 테이블을 이용하지 않고 근사식 등을 이용하여 직접적으로 산출될 수도 있다.
실시예 6에 따르면, 2개의 벡터 승산 회로, 즉, 위상 시프트량 보정용 벡터 승산 회로와 AFC 처리용 벡터 승산 회로가 하나로 감소될 수 있다.
실시예 1 내지 6에 대한 앞서의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 각 안테나의 수신 앰프의 이득에 대한 위상 시프트량의 보정을 행함으로써, 신호는 안테나단에서 위상차가 유지된 채로 적응형 안테나 어레이 수신 회로로 입력될 수 있다.
이 위상 시프트량 보정 테이블은 주파수, 온도 및 주파수와 온도 양쪽 모두에 대해 제공될 수 있다.
또한, 메모리량을 감소하기 위해, 이득에 대한 위상 시프트량이 사전에 개략적으로 설정되어, 미리 획득한 값에 근거하여 보간 처리를 행함으로써 소망하는 이득에 대한 위상 시프트량이 산출될 수 있다.
또한, 이들 구성과 AFC 처리를 조합함으로써, 2개의 벡터 승산 회로, 즉, 위상 시프트량 보정용 벡터 승산 회로와 AFC 처리용 벡터 승산 회로가 1개로 감소될 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 안테나 어레이 수신 장치는 기지국과 이동국에 대한 수신 장치로 응용가능하다.
본 발명에 의하면, 수신 신호가, 안테나의 수신 신호들간에 안테나단에서의 위상차가 유지된 채로 수신 회로에 입력될 수 있는 안테나 어레이 수신 장치(antenna array receiver)가 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 수신 신호가, 안테나의 수신 신호들간에 안테나단에서의 위상차가 유지된 채로 수신 회로에 입력될 수 있는 수신 신호의 위상 시프트량 보정 방법이 제공된다.
Claims (22)
- 안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나 요소와,상기 안테나 요소에 각각 연결되어, 상기 안테나 요소로부터 수신 신호를 증폭하는 수신 앰프와,상기 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성에 근거하여, 상기 수신 앰프의 이득에 대응하는 상기 수신 신호의 위상 제어량을 결정하는 위상 제어량 결정 수단과,상기 위상 제어량 결정 수단에 의해 결정된 위상 제어량을 이용하여 상기 수신 신호의 위상 시프트량을 보정하는 위상 시프트량 보정 수단을 포함하는 안테나 어레이 수신 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 위상 시프트량 보정 수단은 이득 제어 수단으로부터 상기 수신 앰프의 이득을 획득하여 상기 수신 앰프의 이득을 제어하는 안테나 어레이 수신 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 위상 제어량 결정 수단은 각 사용중인 주파수에 대해서 이득 대 위상 시프트량 특성을 갖는 안테나 어레이 수신 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 위상 제어량 결정 수단은 각 수신 앰프 온도에 대한 이득 대 위상 시프트량 특성을 갖는 안테나 어레이 수신 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 위상 제어량 결정 수단은 사용중인 각 주파수와 수신 앰프 온도에 대한 상기 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성을 갖는 안테나 어레이 수신 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 위상 제어량 결정 수단은 상기 수신 앰프의 이득에 대응하는 위상 제어량을 포함하는 테이블을 갖고, 상기 위상 시프트량 보정 수단은 상기 테이블로부터 획득된 위상 제어량에 따라 상기 수신 신호를 위상-시프트시켜서 위상-시프트된 신호를 출력하는 벡터 승산 회로를 갖는 안테나 어레이 수신 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 위상 제어량 결정 수단은 2개의 사전에 저장된 이득 대 위상 시프트량 특성값으로부터, 2개의 값 사이에 존재하는 이득 대 위상 시프트량 특성값을 산출하는 산출 수단을 포함하는 안테나 어레이 수신 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 위상 제어량 결정 수단은 안테나 요소로부터 상기 위상 시프트량 보정 수단까지의 경로 길이의 차이에 기인하여 발생하는, 수신 신호들간의 위상 시프트량의 차이에 근거하여, 결정된 위상 제어량를 보정하는 보정 수단을 포함하는 안테나 어레이 수신 장치.
- 제 1 내지 제 8 항중 어느 한 항에 따른 안테나 어레이 수신 장치를 포함하는 기지국.
- 제 1 내지 제 8 항중 어느 한 항에 따른 안테나 어레이 수신 장치를 포함하는 이동국.
- 수신 신호의 위상 시프트량을 보정하는 방법에 있어서,안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나 요소로부터의 수신 신호를 증폭하기 위한 수신 앰프의 이득을 획득하는 단계와,상기 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성에 근거하여, 상기 수신 앰프의 이득에 대응하는 상기 수신 신호의 위상 제어량을 결정하는 단계와,상기 결정된 위상 제어량을 이용하여 상기 수신 신호의 위상 시프트량을 보정하는 단계를 포함하는 위상 시프트량 보정 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 수신 앰프의 이득은 상기 수신 앰프의 이득을 제어하기 위해 이득 제어 수단으로부터 획득되는 위상 시프트량 보정 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 수신 신호의 위상 제어량은 이득 대 위상 시프트량 특성에 근거하여 사용중인 각 주파수에 대해 결정되는 위상 시프트량 보정 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 수신 신호의 위상 제어량은 각 수신 앰프 온도에 대한 이득 대 위상 시프트량 특성에 근거하여 결정되는 위상 시프트량 보정 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 수신 신호의 위상 제어량은 사용중인 각 주파수와 수신 앰프 온도에 대한 이득 대 위상 시프트량 특성에 근거하여 결정되는 위상 시프트량 보정 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 수신 신호의 위상 제어량은 2개의 사전에 저장된 이득 대 위상 시프트량 특성값으로부터 산출된, 상기 2개의 사전에 저장된 이득 대 위상 시프트량 특성값 사이에 존재하는 이득 대 위상 시프트량 특성값에 근거하여 결정되는 위상 시프트량 보정 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 결정된 위상 제어량은 경로 길이의 차이에 기인한, 수신 신호들간의 위상 시프트량의 차이에 근거하여 보정되는 위상 시프트량 보정 방법.
- 안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나 요소와,상기 안테나 요소에 각각 연결되어, 상기 안테나 요소로부터 수신 신호를 증폭하는 수신 앰프와,상기 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성에 근거하여, 상기 수신 앰프의 이득에 대응하는 상기 수신 신호의 위상 제어량을 결정하는 위상 제어량 결정 수단과,주파수의 오프세트 제어 정보에 근거하여, 상기 수신 신호의 위상 시프트량을 보정하는 위상 시프트량 보정 수단을 포함하는 안테나 어레이 수신 장치.
- 안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나 요소와,상기 안테나 요소에 각각 연결되어, 상기 안테나 요소로부터 수신 신호를 증폭하는 수신 앰프와,상기 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성에 근거하여, 상기 수신 앰프의 이득에 대응하는 상기 수신 신호의 위상 제어량을 결정하는 위상 제어량 결정 수단과,상기 결정된 위상 제어량과 주파수 오프세트 신호에 근거하여, 주파수 오프세트 보정값을 출력하는 주파수 오프세트 제어 수단과,상기 주파수 오프세트 보정값에 따라 상기 수신 신호의 위상 시프트량을 보정하는 위상 시프트량 보정 수단을 포함하는 안테나 어레이 수신 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 주파수 오프세트 제어 수단은 위상 시프트량 적분값에 대응하는 주파수 오프세트 보정값을 포함하는 테이블을 갖고, 결정된 위상 제어량과 상기 주파수 오프세트 신호를 적분하여 위상 시프트량 적분값을 계산하며, 상기 테이블에 따라 상기 계산된 위상 시프트량 적분값에 대응하는 주파수 오프세트 보정값을 출력하는 안테나 어레이 수신 장치.
- 수신 신호의 위상 시프트량을 보정하는 방법에 있어서,안테나 어레이를 구성하는 복수의 안테나 요소로부터의 수신 신호를 증폭하기 위한 수신 앰프의 이득을 획득하는 단계와,상기 수신 앰프의 이득 대 위상 시프트량 특성에 근거하여, 상기 수신 앰프의 이득에 대응하는 상기 수신 신호의 위상 제어량을 결정하는 단계와,상기 결정된 위상 제어량과 주파수 오프세트 신호에 근거하여, 주파수 오프세트 보정값을 출력하는 단계와,상기 주파수 오프세트 보정값에 따라 상기 수신 신호의 위상 시프트량을 보정하는 단계를 포함하는 위상 시프트량 보정 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 결정 위상 제어량과 상기 주파수 오프세트 신호는 위상 시프트량 적분값을 계산하기 위해 적분되며, 상기 계산된 위상 시프트량 적분값에 대응하는 주파수 오프세트 보정값이 출력되는 위상 시프트량 보정 방법.
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