KR101718885B1 - 다중 안테나 송신 및 수신 장치 - Google Patents

다중 안테나 송신 및 수신 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 다중 안테나 송신 장치는, 반송 주파수에서의 기준신호를 발생하는 RF 공진기와, 발생된 상기 기준신호를 기 설정된 크기의 신호로 증폭하는 전력 증폭기와, 증폭된 각 채널별의 기준신호에 기반하여 무선 송출하고자 하는 각 채널별 송신신호의 크기를 각각 조절하는 N개의 스위치와, 크기가 조절된 각 채널별 송신신호의 부호를 각각 결정하는 N개의 인버터와, 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 N개의 안테나가 결정된 각 채널별의 송신신호를 서로 다른 방사 패턴으로 각각 무선 송출하는 송신 안테나 집적 구조를 포함할 수 있다.

Description

다중 안테나 송신 및 수신 장치{MULTI-ANTENNA TRANSMISSION AND RECEIVE APPARATUS}
본 발명은 안테나 송신 및 수신 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일의 RF를 이용하여 정보(심볼)를 전송하고, 소형의 패턴/편파 안테나 집적 구조를 이용하여 정보를 수신하는데 적합한 다중 안테나 송신 및 수신 장치에 관한 것이다.
근래 들어, 무선 통신 기술의 획기적인 발전과 더불어 무선 인터넷 서비스를 이용할 수 있는 휴대 기기(예컨대, 휴대폰, 스마트폰, PMP, 스마트패드, 스마트북, 태블릿 PC, 넷북, 노트북 등과 같은 휴대 단말)기 광범위하게 보급됨으로써, 무선 네트워크 환경에서의 데이터 사용량이 폭발적으로 증가하고 있다.
따라서, 데이터 사용량의 증가에 따른 주파수 부족이 큰 문제로 대두되고 있는데, 이러한 문제를 해결하기 위한 하나의 방안으로서 다중 입력 다중 출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 기술이 제안되고 있다.
도 1은 MIMO 안테나를 이용하는 종래 안테나 송신 장치의 블록구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 안테나 송신 장치는 4개의 RF(102a - 102d)로 된 RF 소자 그룹, 4개의 감쇄기(104a - 104d)로 된 감쇄기 그룹, 4개의 위상 변환기(106a - 106d)로 된 위상 변환기 그룹, 4개의 송신 안테나(108a - 108d)로 된 안테나 그룹을 포함한다.
여기에서, 기존의 MIMO 안테나는 최소한 0.5 파장 정도가 떨어지도록 다수의 안테나 요소를 배열하고, 각 안테나 요소에 각각의 RF 소자를 연결하여 다중화 이득을 얻는 방식의 기술이다.
그러나, MIMO 안테나를 이용한 종래의 안테나 송신 장치는 안테나가 차지하는 설치 공간이 계속적으로 증가하게 되는 문제가 있다.
또한, 종래의 안테나 송신 장치는 각 안테나의 수가 증가함에 따라 필요한 RF 소자의 개수가 증가하게 되므로, 낮은 가격 경쟁력을 갖게 되는 문제가 수반된다.
그리고, 안테나의 설치 공간과 상대적으로 많은 RF 소자로 인해 전체 안테나 시스템의 부피가 상대적으로 커지게 됨으로써, 단말용 안테나 시스템으로는 부적합하다는 한계점을 갖는다.
본 발명은, 일 관점에 따라, 반송 주파수에서의 기준신호를 발생하는 RF 공진기와, 발생된 상기 기준신호를 기 설정된 크기의 신호로 증폭하는 전력 증폭기와, 증폭된 각 채널별의 기준신호에 기반하여 무선 송출하고자 하는 각 채널별 송신신호의 크기를 각각 조절하는 N개의 스위치와, 크기가 조절된 각 채널별 송신신호의 부호를 각각 결정하는 N개의 인버터와, 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 N개의 안테나가 결정된 각 채널별의 송신신호를 서로 다른 방사 패턴으로 각각 무선 송출하는 송신 안테나 집적 구조를 포함하는 다중 안테나 송신 장치를 제공한다.
본 발명의 상기 N개의 스위치 각각은, 심볼 주기보다 적어도 2배 이상 빠른 주기의 일정 패턴으로 스위치 온/오프를 반복함으로써, 송신신호의 크기를 조절할 수 있다.
본 발명의 상기 일정 패턴은, 목표로 하는 신호의 크기 및 부호에 따라 결정될 수 있다.
본 발명은, 다른 관점에 따라, 반송 주파수에서의 기준신호를 발생하는 RF 공진기와, 발생된 상기 기준신호를 기 설정된 크기의 신호로 증폭하는 전력 증폭기와, 증폭된 각 채널별의 기준신호에 기반하여 무선 송출하고자 하는 각 채널별 송신신호의 크기를 기 설정된 크기로 각각 감쇄시키는 N개의 감쇄기와, 크기가 감쇄된 각 채널별의 송신신호를 기 설정된 위상으로 각각 변환하는 N개의 위상 변환기와, 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 N개의 안테나가 위상 변환된 각 채널별의 송신신호를 서로 다른 방사 패턴으로 각각 무선 송출하는 송신 안테나 집적 구조를 포함하는 다중 안테나 송신 장치를 제공한다.
본 발명은, 또 다른 관점에 따라, 반송 주파수에서의 기준신호를 발생하는 RF 공진기와, 발생된 상기 기준신호를 기 설정된 크기의 신호로 증폭하는 전력 증폭기와, 증폭된 각 채널별의 기준신호에 기반하여 무선 송출하고자 하는 각 채널별 송신신호의 크기를 각각 조절하는 N개의 스위치와, 크기가 조절된 각 채널별의 송신신호를 기 설정된 위상으로 각각 변환하는 N개의 위상 변환기와, 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 N개의 안테나가 위상 변환된 각 채널별의 송신신호를 서로 다른 방사 패턴으로 각각 무선 송출하는 송신 안테나 집적 구조를 포함하는 다중 안테나 송신 장치를 제공한다.
본 발명의 상기 N개의 스위치 각각은, 심볼 주기보다 적어도 2배 이상 빠른 주기의 일정 패턴으로 스위치 온/오프를 반복함으로써, 송신신호의 크기를 조절할 수 있다.
본 발명의 상기 일정 패턴은, 목표로 하는 신호의 크기 및 부호에 따라 결정될 수 있다.
본 발명은, 또 다른 관점에 따라, 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 N개의 안테나가 서로 다른 방사 패턴으로 방사된 각 채널별 신호를 수신하는 수신 안테나 집적 구조와, 수신된 각 채널별의 수신신호에 대해 다른 주기를 가지고 변화하는 위상 값을 각각 인가하는 N개의 위상 변환기와, 위상 변환된 각 채널별 수신신호를 각각 선택할 수 있는 N개의 스위치와, 각 스위치를 통해 전달되는 수신신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC를 포함하는 다중 안테나 수신 장치를 제공한다.
본 발명의 상기 N개의 위상 변환기 각각은, 심볼 주기보다 적어도 2배 이상 빠른 주기를 가지고 위상을 변화시켜 주파수 변조 효과를 유발시킬 수 있다.
본 발명은, 또 다른 관점에 따라, 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 N개의 안테나가 서로 다른 방사 패턴으로 방사된 각 채널별 신호를 수신하는 수신 안테나 집적 구조와, 각 안테나를 통해 수신되는 각 채널별 수신신호를 디지털 신호로 각각 변환하는 N개의 ADC를 포함하는 다중 안테나 수신 장치를 제공한다.
본 발명은, 또 다른 관점에 따라, 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 N개의 안테나가 서로 다른 방사 패턴으로 방사된 각 채널별 신호를 수신하는 수신 안테나 집적 구조와, 각 안테나를 통해 수신되는 반송 주파수 대역에서의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하여 각각 추출하는 N개의 SDR과, 각 SDR을 통해 추출되어 선형 조합된 수신신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC를 포함하는 다중 안테나 수신 장치를 제공한다.
본 발명은, 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 N개의 안테나로 된 송신 및 수신 안테나 집적 구조를 이용함으로써, 상대적으로 작은 안테나 설치 공간을 요구하면서 채널 용량을 효과적으로 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 단일의 RF 공진기와 상대적으로 작은 안테나 설치 공간을 이용하는 구조를 적용함으로써, 단말용 안테나 시스템에 적합한 소형화를 실현할 수 있으며, 또한 시스템 복잡도가 낮고 저가격화가 가능한 단말용 안테나 시스템을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명은 무선 통신의 환경에 따라 적절한 패턴/편파 안테나의 포트 수로 설계할 수 있기 때문에 다양한 모바일 전자기기의 요구 조건에 대응 가능한 작은 크기의 중계기 및 기지국 등에 효과적으로 적용할 수 있다.
도 1은 MIMO 안테나를 이용하는 종래 안테나 송신 장치의 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예1에 따른 다중 안테나 송신 장치의 블록구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예2에 따른 다중 안테나 송신 장치의 블록구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예3에 따른 다중 안테나 송신 장치의 블록구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예4에 따른 다중 안테나 수신 장치의 블록구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예5에 따른 다중 안테나 수신 장치의 블록구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예6에 따른 다중 안테나 수신 장치의 블록구성도이다.
발명의 실시를 위한 최선의 형태
먼저, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 여기에서, 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 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 범주를 명확하게 이해할 수 있도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것이므로, 본 발명의 기술적 범위는 청구항들에 의해 정의되어야 할 것이다.
아울러, 아래의 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성 등에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들인 것으로, 이는 사용자, 운용자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 그 정의는 본 명세서의 전반에 걸쳐 기술되는 기술사상을 토대로 이루어져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 적용되는 패턴/편파 안테나(송신 또는 수신 안테나 집적 구조)는 0.5파장보다 작은 크기 안에 다수의 안테나가 집적되어도 다수의 채널을 확보할 수 있는 안테나 기술이다. 이는 패턴/편파 안테나를 구성하는 각 안테나가 빔 공간의 서로 다른 기저벡터에 해당하는 안테나 방사패턴을 가지기 때문이다.
발명의 실시를 위한 형태
도 2는 본 발명의 실시 예1에 따른 다중 안테나 송신 장치의 블록구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시 예의 다중 안테나 송신 장치는 하나의 RF 공진기(202), 하나의 전력 증폭기(204), 4개의 스위치(206a, 206b, 206c, 206d)로 된 스위치 그룹, 4개의 인버터(208a, 208b, 208c, 208d)로 된 인버터 그룹, 4개의 안테나(210a, 210b, 210c, 210d)로 된 송신 안테나 집적 구조 등을 포함할 수 있다.
본 실시 예에 따른 다중 안테나 송신 장치는 각 안테나에 있는 스위치와 인버터를 이용하여 목표 주파수 대역으로 보내고자 하는 신호의 크기와 부호를 조절하여, 각 안테나에 독립된 실수(real number) 신호를 인가한다.
즉, 2N 포트의 안테나를 통해 독립된 2N개의 실수(real number) 신호를 인가하므로, 단말이 독립된 N개의 복소수(complex number) 신호를 송신할 수 있다.
먼저, RF 공진기(202)는, 예컨대 RF 오실레이터를 의미할 수 있는 것으로, 반송 주파수(carrier frequency)에서의 기준신호(reference signal)를 발생(생성)하여 다음 단의 전력 증폭기(204)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
또한, 전력 증폭기(204)는 RF 공진기(202)로부터 제공되는 기준신호를 기 설정된 크기, 즉 원하는 크기를 갖는 큰 신호로 변경(증폭)하는 등의 기능을 제공할 수 있으며, 여기에서 증폭된 기준신호는 전력 분배를 통해 스위치 그룹을 형성하는 각 스위치(206a, 206b, 206c, 206d)로 각각 전달된다.
그리고, 스위치 그룹 내의 제 1 스위치(206a)는 전력 증폭기(204)를 통해 증폭되고 각 안테나로 분배된 전력(Pwr1)을 가지는 해당 채널의 기준신호에 기반하여 해당 주파수 대역으로 무선 송출하고자 하는 채널(예컨대, 채널 1)의 송신신호(심볼 정보)의 크기를 기 설정된 크기, 즉 원하는 크기로 조절하여 제 1 인버터(208a)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
또한, 제 2 스위치(206b)는 전력 증폭기(204)를 통해 증폭되고 각 안테나로 분배된 전력(Pwr2)을 가지는 해당 채널의 기준신호에 해당 주파수 대역으로 무선 송출하고자 하는 채널(예컨대, 채널 2)의 송신신호(심볼 정보)의 크기를 기 설정된 크기, 즉 원하는 크기로 조절하여 제 2 인버터(208b)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
또한, 제 3 스위치(206c)는 전력 증폭기(204)를 통해 증폭되고 각 안테나로 분배된 전력(Pwr2N-1)을 가지는 해당 채널의 기준신호에 기반하여 해당 주파수 대역으로 무선 송출하고자 하는 채널(예컨대, 채널 3)의 송신신호(심볼 정보)의 크기를 기 설정된 크기, 즉 원하는 크기로 조절하여 제 3 인버터(208c)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
또한, 제 4 스위치(206d)는 전력 증폭기(204)를 통해 증폭증폭되고 각 안테나로 분배된 전력(Pwr2N)을 가지는 해당 채널의 기준신호에 기반하여 해당 주파수 대역으로 무선 송출하고자 하는 채널(예컨대, 채널 4)의 송신신호(심볼 정보)의 크기를 기 설정된 크기, 즉 원하는 크기로 조절하여 제 4 인버터(208d)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
여기에서, 각 스위치(206a, 206b, 206c, 206d)는 심볼 주기보다 적어도 2배 이상 빠른 주기의 일정 패턴으로 스위치 온/오프를 반복하는 방식으로 송신신호의 크기를 조절할 수 있는데, 이러한 일정 패턴은 목표로 하는 신호의 크기 및 부호에 따라 결정될 수 있다.
다음에, 인버터 변환기 그룹 내의 제 1 인버터(208a)는 제 1 스위치(206a)를 통해 원하는 크기로 조절된 해당 채널(해당 주파수 대역)의 송신신호의 부호를 결정하여 대응하는 제 1 안테나(210a)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
또한, 제 2 인버터(208b)는 제 2 스위치(206b)를 통해 원하는 크기로 조절된 해당 채널(해당 주파수 대역)의 송신신호의 부호를 결정하여 대응하는 제 2 안테나(210b)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
또한, 제 3 인버터(208c)는 제 3 스위치(206c)를 통해 원하는 크기로 조절된 해당 채널(해당 주파수 대역)의 송신신호의 부호를 결정하여 대응하는 제 3 안테나(210c)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
또한, 제 4 인버터(208d)는 제 4 스위치(206d)를 통해 원하는 크기로 조절된 해당 채널(해당 주파수 대역)의 송신신호의 부호를 결정하여 대응하는 제 4 안테나(210d)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
여기에서, 각 인버터(208a, 208b, 208c, 208d)는 스위치가 온을 선택할 때 기존 부호의 신호를 인가하고, 인버터를 선택할 때 반대 부호의 신호를 인가하는 방식으로 송신신호의 부호를 결정할 수 있다.
다음에, 송신 안테나 집적 구조 내의 각 안테나는 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 송신 안테나인 것으로, 대응하는 각 인버터를 전달되는 각 채널별의 송신신호를 서로 다른 방사 패턴으로 각각 무선 송출하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
예컨대, 제 1 안테나(210a)는 제 1 인버터(208a)로부터 전달되는 해당 채널의 송신신호를 자신에게 기 설정된 제 1 방사 패턴으로 무선 송출하고, 제 2 안테나(210b)는 제 2 인버터(208b)로부터 전달되는 해당 채널의 송신신호를 제 1 방사 패턴과는 다르게 설정된 기 설정된 제 2 방사 패턴으로 무선 송출하며, 제 3 안테나(210c)는 제 3 인버터(208c)로부터 전달되는 해당 채널의 송신신호를 제 1 및 제 2 방사 패턴과는 각각 다르게 설정된 기 설정된 제 3 방사 패턴으로 무선 송출하고, 제 4 안테나(210d)는 제 4 인버터(208d)로부터 전달되는 해당 채널의 송신신호를 제 1, 제 2 및 제 3 방사 패턴과는 각각 다르게 설정된 기 설정된 제 4 방사 패턴으로 무선 송출한다.
즉, 본 실시 예에 따른 다중 안테나 송신 장치는 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 4개의 안테나로 된 송신 안테나 집적 구조를 통해 1개 채널, 2개 채널 동시, 3개 채널 동시 또는 4개 채널 동시의 송신신호(심볼 정보)를 선택적으로 무선 송출할 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는 4개의 안테나로 구성되는 송신 안테나 집적 구조를 적용하는 것으로 하여 설명하였으나, 본 실시 예의 다중 안테나 송신 장치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요(또는 용도) 및 적용 환경 등에 따라 4개의 이하의 안테나 혹은 4개 이상의 안테나로 설계할 수도 있음은 물론이다.
따라서, 본 실시 예에서 예시하고 있는 4개의 스위치는 N개의 스위치로, 4개의 인버터는 N개의 인버터로, 4개의 안테나는 N개의 안테나로 각각 정의될 수 있다.
[실시 예2]
도 3은 본 발명의 실시 예2에 따른 다중 안테나 송신 장치의 블록구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시 예의 다중 안테나 송신 장치는 하나의 RF 공진기(302), 하나의 전력 증폭기(304), 3개의 스위치(306a, 306b, 306c)로 된 스위치 그룹, 3개의 위상 변환기(308a, 308b, 308c)로 된 위상 변환기 그룹, 3개의 안테나(310a, 310b, 310c)로 된 송신 안테나 집적 구조 등을 포함할 수 있다.
먼저, 하나의 RF 공진기(302)는, 예컨대 RF 오실레이터를 의미할 수 있는 것으로, 반송 주파수(carrier frequency)에서의 기준신호(reference signal)를 발생(생성)하여 다음 단의 전력 증폭기(304)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
또한, 전력 증폭기(304)는 RF 공진기(302)로부터 제공되는 기준신호를 기 설정된 크기, 즉 원하는 크기를 갖는 큰 신호로 변경(증폭)하는 등의 기능을 제공할 수 있으며, 여기에서 증폭된 기준신호는 전력 분배를 통해 스위치 그룹을 형성하는 각 스위치(306a, 306b, 306c)로 각각 전달된다.
그리고, 스위치 그룹 내의 제 1 스위치(306a)는 전력 증폭기(304)를 통해 증폭되고 각 안테나로 분배된 전력(Pwr1)을 가지는 해당 채널의 기준신호에 기반하여 해당 주파수 대역으로 무선 송출하고자 하는 채널(예컨대, 채널 1)의 송신신호(심볼 정보)의 크기를 기 설정된 크기, 즉 원하는 크기로 조절하여 제 1 위상 변환기(308a)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
또한, 제 2 스위치(306b)는 전력 증폭기(304)를 통해 증폭되고 각 안테나로 분배된 전력(Pwri)을 가지는 해당 채널의 기준신호에 기반하여 해당 주파수 대역으로 무선 송출하고자 하는 채널(예컨대, 채널 2)의 송신신호(심볼 정보)의 크기를 기 설정된 크기, 즉 원하는 크기로 조절하여 제 2 위상 변환기(308b)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
또한, 제 3 스위치(306c)는 전력 증폭기(304)를 통해 증폭되고 각 안테나로 분배된 전력(PwrN)을 가지는 해당 채널의 기준신호에 기반하여 해당 주파수 대역으로 무선 송출하고자 하는 채널(예컨대, 채널 3)의 송신신호(심볼 정보)의 크기를 기 설정된 크기, 즉 원하는 크기로 조절하여 제 3 위상 변환기(308c)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
여기에서, 각 스위치(306a, 306b, 306c)는 심볼 주기보다 적어도 2배 이상 빠른 주기의 일정 패턴으로 스위치 온/오프를 반복하는 방식으로 송신신호의 크기를 조절할 수 있는데, 이러한 일정 패턴은 목표로 하는 신호의 크기 및 부호에 따라 결정될 수 있다.
다음에, 위상 변환기 그룹 내의 제 1 위상 변환기(308a)는 제 1 스위치(306a)를 통해 원하는 크기로 조절된 해당 채널(해당 주파수 대역)의 송신신호를 기 설정된 위상, 즉 원하는 위상으로 변환하여 대응하는 제 1 안테나(310a)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
또한, 제 2 위상 변환기(308b)는 제 2 스위치(306b)를 통해 원하는 크기로 조절된 해당 채널(해당 주파수 대역)의 송신신호를 기 설정된 위상, 즉 원하는 위상으로 변환하여 대응하는 제 2 안테나(310b)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
또한, 제 3 위상 변환기(308c)는 제 3 스위치(306c)를 통해 원하는 크기로 감쇄된 해당 채널(해당 주파수 대역)의 송신신호를 기 설정된 위상, 즉 원하는 위상으로 변환하여 대응하는 제 3 안테나(310c)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
다음에, 송신 안테나 집적 구조 내의 각 안테나는 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 송신 안테나인 것으로, 대응하는 각 위상 변환기를 통해 위상 변환된 각 채널별의 송신신호를 서로 다른 방사 패턴으로 각각 무선 송출하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
예컨대, 제 1 안테나(310a)는 제 1 위상 변환기(308a)를 통해 위상 변환된 해당 채널의 송신신호를 자신에게 기 설정된 제 1 방사 패턴으로 무선 송출하고, 제 2 안테나(310b)는 제 2 위상 변환기(308b)를 통해 위상 변환된 해당 채널의 송신신호를 제 1 방사 패턴과는 다르게 설정된 제 2 방사 패턴으로 무선 송출하며, 제 3 안테나(310c)는 제 3 위상 변환기(308c)를 통해 위상 변환된 해당 채널의 송신신호를 제 1 및 제 2 방사 패턴과는 각각 다르게 설정된 제 3 방사 패턴으로 무선 송출한다.
즉, 본 실시 예에 따른 다중 안테나 송신 장치는 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 3개의 안테나로 된 송신 안테나 집적 구조를 통해 1개 채널, 2개 채널 동시 또는 3개 채널 동시의 송신신호(심볼 정보)를 선택적으로 무선 송출할 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는 3개의 안테나로 구성되는 송신 안테나 집적 구조를 적용하는 것으로 하여 설명하였으나, 본 실시 예의 다중 안테나 송신 장치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요(또는 용도) 및 적용 환경 등에 따라 2개의 안테나 혹은 3개 이상의 안테나로 설계할 수도 있음은 물론이다.
따라서, 본 실시 예에서 예시하고 있는 3개의 스위치는 N개의 스위치로, 3개의 위상 변환기는 N개의 위상 변환기로, 3개의 안테나는 N개의 안테나로 각각 정의될 수 있다.
[실시 예3]
본 실시 예에 따른 발명은 패턴/편파 안테나 기술과 레이더 안테나 기술을 접목하여 다중화 이득을 얻을 수 있는 기술이다.
즉, 다이버시티 이득을 극대화하기 위해서 감쇄기와 위상 변환기를 사용하였던 기존의 레이더 안테나 기술과는 달리, 본 실시 예는 각 안테나 요소에 감쇄기와 위상 변환기를 이용해 서로 다른 신호를 인가하여 다중화 이득을 얻는 기술이다.
이것은 단일의 RF 공진기를 통하여 생성되는 기준신호 x에 감쇄기와 위상 변환기를 이용하여 각 패턴/편파 안테나 요소에 해당하는 정보신호 xi를 인가하므로 패턴/편파 안테나 포트 수만큼의 신호를 보낼 수 있음을 의미한다. 이렇게 인가된 신호는 패턴/편파 안테나가 생성하는 빔 공간을 통하여 전송되므로 다중화 이득을 얻을 수 있게 된다.
본 실시 예에 따른 발명은 독립적으로 동작하는 다수 포트의 패턴/편파 안테나를 이용하여 소형의 안테나로 구성될 수 있다. 또한, 간섭효과를 이용하여 다중화 이득을 얻는 ESPAR(Electronically Steerable Passive Array Radiator)와는 다르게, 본 발명은 주위 환경에 대해 안정적으로 빔 공간을 생성할 수 있다. 즉, 패턴/편파 안테나의 경우 각 안테나 요소가 기저벡터의 방사 패턴을 형성하도록 구조적으로 설계되어서 주위 환경에 대해 안정적으로 빔 공간을 생성할 수 있기 때문이다.
도 4는 본 발명의 실시 예3에 따른 다중 안테나 송신 장치의 블록구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시 예의 다중 안테나 송신 장치는 하나의 RF 공진기(402), 하나의 전력 증폭기(404), 3개의 감쇄기(406a, 406b, 406c)로 된 감쇄기 그룹, 3개의 위상 변환기(408a, 408b, 408c)로 된 위상 변환기 그룹, 3개의 안테나(410a, 410b, 410c)로 된 송신 안테나 집적 구조 등을 포함할 수 있다.
먼저, 본 실시 예에서는 하나의 RF 공진기만을 적용하는 모델을 제시하는데, RF 공진기(402)는, 예컨대 RF 오실레이터를 의미할 수 있는 것으로, 반송 주파수(carrier frequency)에서의 기준신호(reference signal)를 발생(생성)하여 다음 단의 전력 증폭기(404)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
또한, 전력 증폭기(404)는 RF 공진기(402)로부터 제공되는 기준신호를 기 설정된 크기, 즉 원하는 크기를 갖는 큰 신호로 변경(증폭)하는 등의 기능을 제공할 수 있으며, 여기에서 증폭된 기준신호는 전력 분배를 통해 감쇄기 그룹을 형성하는 각 감쇄기(406a, 406b, 406c)로 각각 전달된다.
그리고, 감쇄기 그룹 내의 제 1 감쇄기(406a)는 전력 증폭기(404)를 통해 증폭되고 각 안테나로 분배된 전력(Pwr1)을 가지는 해당 채널의 기준신호에 기반하여 해당 주파수 대역으로 무선 송출하고자 하는 채널(예컨대, 채널 1)의 송신신호(심볼 정보)의 크기를 기 설정된 크기, 즉 원하는 크기로 감쇄시켜 제 1 위상 변환기(408a)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
또한, 제 2 감쇄기(406b)는 전력 증폭기(404)를 통해 증폭되고 각 안테나로 분배된 전력(Pwri)을 가지는 해당 채널의 기준신호에 기반하여 해당 주파수 대역으로 무선 송출하고자 하는 채널(예컨대, 채널 2)의 송신신호(심볼 정보)의 크기를 기 설정된 크기, 즉 원하는 크기로 감쇄시켜 제 2 위상 변환기(408b)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
또한, 제 3 감쇄기(406c)는 전력 증폭기(404)를 통해 증폭되고 각 안테나로 분배된 전력(PwrN)을 가지는 해당 채널의 기준신호에 기반하여 해당 주파수 대역으로 무선 송출하고자 하는 채널(예컨대, 채널 3)의 송신신호(심볼 정보)의 크기를 기 설정된 크기, 즉 원하는 크기로 감쇄시켜 제 3 위상 변환기(408c)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
다음에, 위상 변환기 그룹 내의 제 1 위상 변환기(408a)는 제 1 감쇄기(406a)를 통해 그 크기가 원하는 크기로 감쇄된 해당 채널(해당 주파수 대역)의 송신신호를 기 설정된 위상, 즉 원하는 위상으로 변환하여 대응하는 제 1 안테나(410a)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
또한, 제 2 위상 변환기(408b)는 제 2 감쇄기(406b)를 통해 그 크기가 원하는 크기로 감쇄된 해당 채널(해당 주파수 대역)의 송신신호를 기 설정된 위상, 즉 원하는 위상으로 변환하여 대응하는 제 2 안테나(410b)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
또한, 제 3 위상 변환기(408c)는 제 3 감쇄기(406c)를 통해 그 크기가 원하는 크기로 감쇄된 해당 채널(해당 주파수 대역)의 송신신호를 기 설정된 위상, 즉 원하는 위상으로 변환하여 대응하는 제 3 안테나(410c)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
다음에, 송신 안테나 집적 구조 내의 각 안테나는 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 송신 안테나인 것으로, 대응하는 각 위상 변환기를 통해 위상 변환된 각 채널별의 송신신호를 서로 다른 방사 패턴으로 각각 무선 송출하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
예컨대, 제 1 안테나(410a)는 제 1 위상 변환기(408a)를 통해 위상 변환된 해당 채널의 송신신호를 자신에게 기 설정된 제 1 방사 패턴으로 무선 송출하고, 제 2 안테나(410b)는 제 2 위상 변환기(408b)를 통해 위상 변환된 해당 채널의 송신신호를 제 1 방사 패턴과는 다르게 설정된 제 2 방사 패턴으로 무선 송출하며, 제 3 안테나(410c)는 제 3 위상 변환기(408c)를 통해 위상 변환된 해당 채널의 송신신호를 제 1 및 제 2 방사 패턴과는 각각 다르게 설정된 제 3 방사 패턴으로 무선 송출한다.
즉, 본 실시 예에 따른 다중 안테나 송신 장치는 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 3개의 안테나로 된 송신 안테나 집적 구조를 통해 1개 채널, 2개 채널 동시 또는 3개 채널 동시의 송신신호(심볼 정보)를 선택적으로 무선 송출할 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는 3개의 안테나로 구성되는 송신 안테나 집적 구조를 적용하는 것으로 하여 설명하였으나, 본 실시 예의 다중 안테나 송신 장치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요(또는 용도) 및 적용 환경 등에 따라 2개의 안테나 혹은 3개 이상의 안테나로 설계할 수도 있음은 물론이다.
따라서, 본 실시 예에서 예시하고 있는 3개의 감쇄기는 N개의 감쇄기로, 3개의 위상 변환기는 N개의 위상 변환기로, 3개의 안테나는 N개의 안테나로 각각 정의될 수 있다.
[실시 예4]
도 5는 본 발명의 실시 예4에 따른 다중 안테나 수신 장치의 블록구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시 예의 다중 안테나 수신 장치는 3개의 안테나(502a, 502b, 502c)로 된 수신 안테나 집적 구조, 3개의 위상 변환기(504a, 504b, 504c)로 된 위상 변환기 그룹, 3개의 스위치(506a, 506b, 506c)로 된 스위치 그룹, ADC(508) 등을 포함할 수 있다.
먼저, 수신 안테나 집적 구조를 구성하는 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 각 안테나는 서로 다른 방사 패턴으로 방사된 각 채널별 신호를 수신하여 대응하는 각 위상 변환기로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
예컨대, 제 1 안테나(502a)는 제 1 채널의 방사 패턴을 수신하여 제 1 위상 변환기(504a)로 전달하고, 제 2 안테나(502b)는 제 2 채널의 방사 패턴을 수신하여 제 2 위상 변환기(504b)로 전달하며, 제 3 안테나(502c)는 제 3 채널의 방사 패턴을 수신하여 제 3 위상 변환기(504c)로 전달한다.
다음에, 위상 변환기 그룹 내의 각 위상 변환기는 수신된 각 채널별의 수신신호에 대해 다른 주기(예컨대, 심볼 주기보다 적어도 2배 이상 빠른 주기)를 가지고 위상을 변화시킴으로써, 주파수 변조 효과를 유발할 수 있다.
예컨대, 제 1 위상 변환기(504a)는 제 1 안테나(502a)로부터 전달되는 채널의 수신신호에 대해 심볼 주기보다 적어도 2배 이상 빠른 주기를 가지고 위상을 변화시켜 제 1 스위치(506a)로 전달하고, 제 2 위상 변환기(504b)는 제 2 안테나(502b)로부터 전달신되는 채널의 수신신호에 대해 심볼 주기보다 적어도 2배 이상 빠른 주기를 가지고 위상을 변화시켜 제 2 스위치(506b)로 전달하며, 제 3 위상 변환기(504c)는 제 3 안테나(502c)로부터 전달신되는 채널의 수신신호에 대해 심볼 주기보다 적어도 2배 이상 빠른 주기를 가지고 위상을 변화시켜 제 3 스위치(506c)로 전달한다.
그리고, 스위치 그룹 내의 제 1 스위치(506a)는 위상 변환된 제 1 채널의 수신신호를 선택하여 ADC(508)로 전달하고, 제 2 스위치(506b)는 위상 변환된 제 2 채널의 수신신호를 선택하여 ADC(508)로 전달하며, 제 3 스위치(506c)는 위상 변환된 제 3 채널의 수신신호를 선택하여 ADC(508)로 전달한다.
마지막으로, ADC(508)는 각 스위치(506a, 506b, 506c)를 전달되는 각 채널의 수신신호를 디지털 신호로 변환하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
즉, 본 실시 예에 따른 다중 안테나 수신 장치는 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 3개의 안테나로 된 수신 안테나 집적 구조를 통해 1개 채널, 2개 채널 동시 또는 3개 채널 동시의 수신신호(심볼 정보)를 선택적으로 수신할 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는 3개의 안테나로 구성되는 수신 안테나 집적 구조를 적용하는 것으로 하여 설명하였으나, 본 실시 예의 다중 안테나 수신 장치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요(또는 용도) 및 적용 환경 등에 따라 2개의 안테나 혹은 3개 이상의 안테나로 설계할 수도 있음은 물론이다.
따라서, 본 실시 예에서 예시하고 있는 3개의 안테나는 N개의 안테나로, 3개의 위상 변환기는 N개의 위상 변환기로, 3개의 스위치는 N개의 스위치로 각각 정의될 수 있다.
[실시 예5]
도 6은 본 발명의 실시 예5에 따른 다중 안테나 수신 장치의 블록구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시 예의 다중 안테나 수신 장치는 3개의 안테나(602a, 602b, 602c)로 된 수신 안테나 집적 구조 및 3개의 ADC(604a, 604b, 604c)로 된 ADC 그룹 등을 포함할 수 있다.
먼저, 수신 안테나 집적 구조를 구성하는 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 각 안테나는 서로 다른 방사 패턴으로 방사된 각 채널별 신호를 수신하여 대응하는 각 ADC로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
예컨대, 제 1 안테나(602a)는 제 1 채널의 방사 패턴을 수신하여 제 1 ADC(604a)로 전달하고, 제 2 안테나(602b)는 제 2 채널의 방사 패턴을 수신하여 제 2 ADC(604b)로 전달하며, 제 3 안테나(602c)는 제 3 채널의 방사 패턴을 수신하여 제 3 ADC(604c)로 전달한다.
그리고, 제 1 ADC(604a)는 제 1 안테나(602a)로부터 전달되는 제 1 채널의 아날로그 수신신호를 디지털 데이터로 변환하고, 제 2 ADC(604b)는 제 2 안테나(602b)로부터 전달되는 제 2 채널의 아날로그 수신신호를 디지털 데이터로 변환하며, 제 3 ADC(604c)는 제 3 안테나(602c)로부터 전달되는 제 3 채널의 아날로그 수신신호를 디지털 데이터로 변환하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
즉, 본 실시 예에 따른 다중 안테나 수신 장치는 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 3개의 안테나로 된 수신 안테나 집적 구조를 통해 1개 채널, 2개 채널 동시 또는 3개 채널 동시의 수신신호(심볼 정보)를 선택적으로 수신할 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는 3개의 안테나로 구성되는 수신 안테나 집적 구조를 적용하는 것으로 하여 설명하였으나, 본 실시 예의 다중 안테나 수신 장치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요(또는 용도) 및 적용 환경 등에 따라 2개의 안테나 혹은 3개 이상의 안테나로 설계할 수도 있음은 물론이다.
따라서, 본 실시 예에서 예시하고 있는 3개의 안테나는 N개의 안테나로, 3개의 ADC는 N개의 ADC로 각각 정의될 수 있다.
[실시 예6]
도 7은 본 발명의 실시 예6에 따른 다중 안테나 수신 장치의 블록구성도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시 예의 다중 안테나 수신 장치는 3개의 안테나(702a, 702b, 702c)로 된 수신 안테나 집적 구조, 3개의 SDR(704a, 704b, 704c)로 된 SDR 그룹 및 하나의 ADC(706) 등을 포함할 수 있다.
먼저, 수신 안테나 집적 구조를 구성하는 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 각 안테나는 서로 다른 방사 패턴으로 방사된 각 채널별 신호를 수신하여 대응하는 각 SDR(Software-Defined Radio)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
예컨대, 제 1 안테나(702a)는 제 1 채널의 방사 패턴을 수신하여 제 1 SDR(704a)로 전달하고, 제 2 안테나(702b)는 제 2 채널의 방사 패턴을 수신하여 제 2 SDR(704b)로 전달하며, 제 3 안테나(702c)는 제 3 채널의 방사 패턴을 수신하여 제 3 SDR(704c)로 전달한다.
다음에, 제 1 SDR(704a)은 제 1 안테나(702a)를 통해 수신되는 반송 주파수 대역에서의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하여 추출하고, 제 2 SDR(704b)은 제 2 안테나(702b)를 통해 수신되는 반송 주파수 대역에서의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하여 추출하며, 제 3 SDR(704c)은 제 3 안테나(702c)를 통해 수신되는 반송 주파수 대역에서의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하여 추출하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
마지막으로, ADC(706)는 각 SDR(704a, 704b, 704c)을 통해 추출되어 선형 조합된 수신신호를 디지털 신호로 변환하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
즉, 본 실시 예에 따른 다중 안테나 수신 장치는 서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 3개의 안테나로 된 수신 안테나 집적 구조를 통해 1개 채널, 2개 채널 동시 또는 3개 채널 동시의 수신신호(심볼 정보)를 선택적으로 수신할 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는 3개의 안테나로 구성되는 수신 안테나 집적 구조를 적용하는 것으로 하여 설명하였으나, 본 실시 예의 다중 안테나 수신 장치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요(또는 용도) 및 적용 환경 등에 따라 2개의 안테나 혹은 3개 이상의 안테나로 설계할 수도 있음은 물론이다.
따라서, 본 실시 예에서 예시하고 있는 3개의 안테나는 N개의 안테나로, 3개의 SDR은 N개의 SDR로 각각 정의될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 등이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 즉, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술되는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 반송 주파수에서의 기준신호를 발생하는 단일의 RF 공진기와,
    발생된 상기 기준신호를 기 설정된 크기의 신호로 증폭하는 단일의 전력 증폭기와,
    증폭된 각 채널별의 기준신호에 기반하여 무선 송출하고자 하는 각 채널별 송신신호의 크기를 각각 조절하는 2N개의 스위치와,
    크기가 조절된 각N개의 채널별 송신신호의 부호를 각각 결정하여 N개의 실수 신호를 생성하는 N개의 인버터와,
    크기가 조절된 N개의 채널별 송신신호의 부호를 각각 결정하여 N개의 허수 신호를 생성하는 N개의 인버터와,
    서로 다른 패턴 및 편파 특성을 갖는 2N개의 안테나를 구비하고, 상기 2N개의 안테나가 상기 N개의 실수 신호 및 상기 N개의 허수 신호로부터 결정된 각 채널별의N개의 복소수 송신신호를 서로 다른 방사 패턴으로 각각 무선 송출하는 송신 안테나 집적 구조
    를 포함하고,
    상기 2N개의 스위치 각각은,
    상기 기준신호의 심볼 주기보다 적어도 2배 이상 빠른 주기의 일정 패턴으로 스위치 온/오프를 반복함으로써, 송신신호의 크기를 조절하는
    다중 안테나 송신 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 일정 패턴은,
    목표로 하는 신호의 크기 및 부호에 따라 결정되는
    다중 안테나 송신 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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