KR102057744B1 - 비인접 스펙트럼-대역 변조기 및 비인접 스펙트럼-대역 변조를 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

비인접 스펙트럼-대역 변조기 및 비인접 스펙트럼-대역 변조를 위한 방법의 실시예들이 본 명세서에서 개괄적으로 설명된다. 일부 실시예들에서, 입력 심볼 투플은 값들의 시퀀스에 매핑될 수 있다. 시퀀스의 각각의 값은 비인접 스펙트럼의 두 개 이상의 서브대역에 실질적으로 제한되는 전력 스펙트럼 밀도를 가진 신호에 대한 파형의 순간 주파수를 나타낼 수 있다. 순간 주파수 값들의 시퀀스의 값들은 누적될 수 있으며, 송신 파형의 위상 샘플들을 나타내는 위상-샘플시퀀스가 생성될 수 있다. 상수 계수 신호 시퀀스를 생성하기 위해, 지수화가 위상-샘플 시퀀스 상에 수행될 수 있다. 신호가 서브대역 내에 있을 때 환형과 같은 복소 평면 내의 영역에 제한되는 출력 신호 시퀀스가 생성될 수 있다. 출력 신호 시퀀스는 서브대역들의 사이에서의 천이들 동안에 스펙트럼 에너지를 제한하기 위해 쉐이핑될 수 있다.

Description

비인접 스펙트럼-대역 변조기 및 비인접 스펙트럼-대역 변조를 위한 방법{NON-CONTIGUOUS SPECTRAL-BAND MODULATOR AND METHOD FOR NON-CONTIGUOUS SPECTRAL-BAND MODULATION}
<정부의 권리(GOVERNMENT RIGHTS)>
본 발명은 정부의 지원으로 만들어지지 않았다. 정부는 본 발명에 대하여 어떠한 권리도 가지지 못한다.
<우선권 주장(PRIORITY CLAIM)>
이 출원은 2011년 12월 29일에 출원된 미국 임시 특허 출원(Provisional Patent Application) 일련 번호 61/581,248에 대한 우선권을 주장하고, 이는 본 명세서에서 참고문헌으로서 포함되고 본 명세서의 일부를 구성한다.
<기술분야>
실시예들은 변조 기술들(modulation techniques)에 관련된다. 일부 실시예들은 유무선 매체 모두를 포함하는 다양한 매체를 통한 정보 전송에 관련된다. 일부 실시예들은 두 개 이상의 비인접 주파수 서브대역(non-contiguous frequency subbands)으로 구성되는 비인접 스펙트럼(non-contiguous spectrum) 내의 정보의 전송에 관한 것이다.
증가된 데이터 레이트 및/또는 개선된 품질 및 신뢰도를 위해 하나보다 많은 주파수 대역을 사용하여 정보를 송신하는 것이 바람직할 수 있다. 스펙트럼 가용성 때문에, 그러한 주파수 대역들은 비인접일 수 있다. 하나보다 많은 비인접 주파수 대역을 통한 정보의 전송에 대한 하나의 쟁점은 스펙트럼 성장(spectral growth)이다. 스펙트럼 성장은 전송을 위해 신호들을 증폭하기 위해 사용되는 전력 증폭기에서의 비선형성들로부터 기인할 수 있으며, 원하는 주파수 대역들 밖으로 증가된 신호 컨텐츠를 야기할 수 있다.
따라서, 스펙트럼 성장을 감소시키고/감소시키거나 제거하는 비인접 스펙트럼-대역 변조기 및 비인접 스펙트럼-대역 변조를 위한 방법이 필요하다. 전력 증폭기가 더 선형적인 영역에서 동작하도록 허용하는 비인접 스펙트럼-대역 변조기 및 비인접 스펙트럼-대역 변조를 위한 방법도 필요하다. 정보를 비인접 스펙트럼 내에 송신하고 증가된 데이터 레이트 및/또는 개선된 품질 및 신뢰성을 제공하기 위한 무선 통신 디바이스가 또한 필요하다.
일부 실시예들에 따라, 입력 심볼 투플(input symbol tuple)은 위상 값들의 시퀀스(sequence)에 매핑될(mapped) 수 있다. 위상 값들의 시퀀스의 각각의 값은 비인접 스펙트럼에 실질적으로 제한되는 전력 스펙트럼 밀도(power spectral density)를 가진 신호에 대한 파형의 순간 주파수를 나타낼 수 있다. 위상 값들의 시퀀스의 값들은 누적될 수 있고, 송신 파형의 위상 샘플들을 나타내는 위상-샘플 시퀀스가 생성될 수 있다. 지수화(exponentiation)는 상수 계수 신호 시퀀스(constant modulus signal sequence)를 생성하기 위해 위상-샘플 시퀀스 상에 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상수 계수 신호 시퀀스는 출력 신호 시퀀스를 생성하기 위해 가중 시퀀스(weighting sequence)에 의해 곱해질 수 있다. 출력 신호 시퀀스는 복소 평면 내의 영역에 제한될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상수 계수 신호 시퀀스는 출력 신호 시퀀스를 생성하기 위해 출력 신호 시퀀스를 비인접 스펙트럼에 더 제한하도록 필터링될 수 있다.
도 1은 일부 실시예들에 따라 비인접 스펙트럼-대역 변조기를 도시하는 도면.
도 2는 일부 실시예들에 따라 비인접 스펙트럼의 서브대역들 및 서브대역 내에 있는 동안 그 내부에 출력 신호 시퀀스가 제한될 수 있는 복소 평면의 영역을 도시하는 도면.
도 3은 일부 실시예들에 따라 위상 펄스들의 예들을 도시하는 도면.
도 4는 일부 실시예들에 따라 환형(annulus)에 대한 커버링 공간을 도시하는 도면.
도 5는 일부 실시예들에 따른 비인접 스펙트럼-대역 변조를 위한 절차.
이하의 설명 및 도면들은 통상의 기술자가 특정한 실시예들을 실시할 수 있도록 특정한 실시예들을 충분히 설명한다. 다른 실시예들은 구조적, 논리적, 전기적, 프로세스 및 다른 변경들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들의 부분들 및 피쳐들은 다른 실시예들의 부분들 및 피쳐들 내에 포함될 수 있거나 다른 실시예들의 부분들 및 피쳐들을 대체할 수 있다. 청구항들에 기재된 실시예들은 그 청구항의 모든 이용가능한 균등물들을 포함한다.
도 1은 일부 실시예들에 따라 비인접 스펙트럼-대역 변조기를 도시한다. 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)는 비인접 스펙트럼 내에서 파형을 송신하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)는 입력 심볼 투플(103)을 위상 값들의 시퀀스(105)[φ(n)]에 매핑하기 위한 신호-궤도 메모리(104)를 포함할 수 있다. 위상 값들의 시퀀스(105)의 각각의 값은 비인접 스펙트럼에 실질적으로 제한되는 전력 스펙트럼 밀도(power spectral density: PSD)를 가진 신호에 대한 파형의 순간 주파수를 나타낼 수 있다. 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)는 위상 값들의 시퀀스(105)의 값들을 누적하고, 송신 파형의 위상 샘플들을 나타내는 위상-샘플 시퀀스(107)[θ(N)]를 생성하기 위한 수치-제어-발진기(numerically-controlled-oscillator: NCO) 컴포넌트(106)도 포함할 수 있다. 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)는 위상-샘플 시퀀스(107) 상에 지수화를 수행하고 상수 계수 신호 시퀀스(109)를 생성하기 위한 복소 지수(complex exponential: EXP) 엘리먼트(108)도 포함할 수 있다. 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)는 상수 계수 신호 시퀀스(109)에 가중 시퀀스(113)를 곱하고 출력 신호 시퀀스(115)를 생성하기 위한 가변 이득(variable gain) 컴포넌트(110)도 포함할 수 있다. 출력 신호 시퀀스(115)는 서브대역 내에 있는 동안 복소 평면 내의 영역에 실질적으로 제한될 수 있고, 서브대역 천이 동안에 제어된 궤도를 가질 수 있다.
실시예들에 따라, 가중 시퀀스(113)에 의해 구현되는 가중 함수는, 출력 신호 시퀀스(115)가 서브대역들 중 하나 내에 있는 동안 [환형(annulus)과 같은] 복소 평면의 영역에 제한되도록 출력 신호 시퀀스(115)를 스케일링(scale)하도록 구성될 수 있다. 신호가 하나의 서브대역으로부터 다른 서브대역으로 (즉, 비인접 서브대역들 사이에서) 천이할 때, 가중 시퀀스(113)에 의해 구현되는 가중 함수는 (0 또는 거의 0으로 천이할 수 있는) 작은 진폭으로 출력 신호 시퀀스(115)를 스케일링하도록 구성될 수도 있다.
이러한 실시예들에서, 출력 신호 시퀀스(115)는 후속의 전송을 위해 비인접 스펙트럼 내로 실질적으로 제한되는, 감소된 스펙트럼 콘텐츠를 가진 무선-주파수(RF) 신호를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 다수의 서브대역을 사용하는 스펙트럼적으로-제한된 파형(spectrally-constrained waveform)이 단일 송신기(transmitter)의 사용으로 생성될 수 있다. 비인접 스펙트럼의 사용은 증가된 데이터 레이트들 및/또는 증가된 신뢰도를 지원할 수 있다. 또한, 출력 신호 시퀀스(115)는 신호가 서브대역 내에 있는 동안 송신기의 전력 증폭기 동작 곡선의 준-선형 영역(quasi-linear region)에 신호를 제한하도록 구성될 수 있고, 스펙트럼 컨테인먼트(containment)를 지원하기 위해 서브대역 천이들 동안에 제어된 방식으로 작은 신호 값들을 얻도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, [출력 신호 시퀀스(115)와 같은] 신호가 서브대역 내에 있는 것의 언급들은, 신호가 서브대역들 사이에서 천이하고 있지 않으며 특정한 서브대역에 실질적으로 제한되는 때의 상황을 지칭한다[예컨대 에너지의 적어도 미리 결정된 퍼센트(예를 들어 80%)가 서브대역 내에 포함된다].
도 2는 일부 실시예들에 따라 비인접 스펙트럼의 서브대역들 및 서브대역 내에 있는 동안 그 내부에 출력 신호 시퀀스가 제한될 수 있는 복소 평면의 영역을 도시한다. 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)(도 1)는 비인접 스펙트럼(200)의 서브대역들을 사용하는 파형을 송신하기 위해 구성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 위상 값들의 시퀀스(105)(도 1)는 비인접 스펙트럼의 서브대역들[예컨대 서브대역(202, 204, 206)]에 실질적으로 제한되는 PSD를 가진 신호에 대한 파형의 순간 주파수를 나타낼 수 있다. 이러한 실시예들에서, 출력 신호 시퀀스(115)(도 1)는, 비인접 서브대역들 사이에서의 천이들 동안에는 (예컨대 208의 내부에서) 거의 0인 값을 가지며, 서브대역들 중 하나 내에 있는 동안에 영역(208)과 같은 복소 평면 내의 영역에 실질적으로 제한될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 서브대역으로 진입할 때 신호 진폭을 평활하게(smoothly) 증가시키거나 서브대역을 이탈할 때 신호 진폭을 평활하게 감소시키기 위해, 출력 신호 시퀀스(115)가 복소 평면 내의 영역에 제한될 수 있거나 진폭 쉐이핑(shaping)이 제어될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상수 계수 신호 시퀀스(109)(도 1)는 복소 I(in-phase) 및 Q(quadrature-phase) 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 출력 신호 시퀀스(115)는, 비인접 서브대역에서 동작하고 있고 작은 진폭을 얻고 있는 동안에는 영역(208)으로 도시된 것과 같은 환형(annulus)과 같으며, 비인접 서브대역들 사이에서의 천이할 때는 영역(208)의 내부와 같은, 복소 평면 내의 영역에 제한되는 디지털 샘플링된 형태에서의 I 및 Q 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 이러한 실시예들은 이하에서 더 상세하게 논의된다.
일부 실시예들에서, 신호-궤도 메모리(104)는 신호-궤도 메모리(104) 내에 저장된 복수의 위상-값 시퀀스로부터 위상 값들의 시퀀스(105)를 NCO 컴포넌트(106)에 제공할 수 있다. 심볼 투플(103)은 신호-궤도 메모리(104)로부터 위상 값들의 시퀀스(105)를 선택할 수 있다.
일부 실시예들에서, 신호-궤도 메모리(104)는 입력 심볼 투플(103)에 의해 선택된 것으로서 가중 시퀀스 W(n)(111)을 생성하도록 구성될 수 있다. 가변 이득 컴포넌트(110)는 상수 계수 신호 시퀀스(109)에 가중 시퀀스(113)의 지연된 버전(delayed version)을 곱할 수 있다. 가변 이득 컴포넌트(110)에 의한 가중 시퀀스(113)의 지연된 버전의 적용은, 신호를 비인접 스펙트럼에 실질적으로 제한하면서도, 상수 계수 신호 시퀀스(109)의 진폭을 복소 평면의 제한된 영역으로 쉐이핑할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가중 시퀀스 W(n)(111)는 입력 심볼 투플(103)에 의해 선택된 진폭 가중 값들의 시퀀스를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)는, NCO 컴포넌트(106) 및 복소 지수 엘리먼트(108)의 신호 프로세싱 지연과 대략 동일한 지연량(delay amount)만큼 가중 시퀀스(111)를 지연하기 위한 지연 컴포넌트(delay component; 112)를 포함할 수 있다. 지연 컴포넌트(112)의 사용은 가변 이득 컴포넌트(110)가 상수 계수 신호 시퀀스(109)에, 신호-궤도 메모리(104)로부터의 동일한 신호 궤도 시퀀스 값[W(n), φ(n)]에 의해 생성된 가중 시퀀스(113)를 곱할 수 있도록 한다. 상수 계수 신호 시퀀스(109)에 가중 시퀀스(113)를 곱함으로써, 스펙트럼 콘텐츠는 비인접 스펙트럼의 서브대역의 외부로부터 감소될 수 있다.
전술한 바와 같이, 출력 신호 시퀀스(115)는 서브대역에서 동작하는 동안에 복소 평면 내의 영역(208)에 제한될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복소 평면의 제한된 영역은 도 2에서 도시된 것과 같은 환형 영역을 포함할 수 있지만, 출력 신호 시퀀스(115)의 컴포넌트들이 복소 평면 내의 다른 타입의 영역들에 제한될 수 있으므로, 이것이 필수적인 것은 아니다.
일부 실시예들에서, 신호-궤도 메모리(104)에 의해 제공되는 위상 값들의 시퀀스(105)는 선택된 위상 펄스의 샘플들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 신호-궤도 메모리(104)는 펄스들의 샘플들보다는 신호 궤도들을 저장할 수 있다. 일부 다른 실시들에서, 신호-궤도 메모리(104)는 펄스 메모리일 수 있으며, 펄스들의 대표 샘플들을 저장할 수 있다.
도 3은 일부 실시예들에 따라 위상 펄스들의 예들을 도시한다. 펄스들(305)은 신호-궤도 메모리(104) 내에 저장될 수 있는 위상 값들에 대응할 수 있다. 각각의 펄스(305)는 잘 정의된 영역 및 펄스 폭을 가질 수 있다. 도시된 예에서, 펄스들(305)의 PSD는 서브대역들(202, 204, 및 206)(도 2)과 같은 비인접 스펙트럼의 서브대역에 제한될 수 있다.
일부 실시예들에서, 신호-궤도 메모리(104)는 샘플 위상 값들을 나타내는 샘플들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 펄스들(305)과 같은 펄스들은 신호-궤도 메모리(104) 내에 저장된 값들을 생성하기 위해 샘플링될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 신호 진폭이 또한 샘플링될 수 있고, [가중 시퀀스(111)의] 진폭 W(n) 및 [위상 값들(105)의] 위상 φ(n) 샘플들은 [W(n), φ(n)] 함께 비인접 신호 시퀀스(115)의 I 및 Q 컴포넌트들로 변환되는 극 신호 궤도(polar signal trajectory)를 나타낼 수 있지만, 실시예들의 범위는 이와 관련하여 제한되지 않는다.
일부 실시예들에서, 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)는, 입력 데이터 시퀀스(101)를 직렬 형태로 수신하고, 입력 심볼 투플(103)을 제공하도록 직렬 형태를 병렬 형태로 변환하기 위한 직렬-병렬 컴포넌트(serial-to-parallel component; 102)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 입력 데이터 시퀀스(101)는 비트 레이트로 수신될 수 있고, m 진 래치(m-ary latch)로서 동작하는 직렬-병렬 컴포넌트(102)는 심볼 레이트로 심볼들을 생성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 입력 심볼 투플(103)은 병렬 형태의 심볼 값들의 컬렉션(collection)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 입력 심볼 투플(103)은 병렬 형태의 m 진 심볼 값들의 컬렉션일 수 있다. 예를 들어, QPSK(quadrature phase-shift keyed) 변조를 위해, 4개의 점이 있고, 변조 심볼 값들은 4개의 정의된 값들의 세트로부터 선택될 수 있다.
일부 실시예들에서, 신호-궤도 메모리(104)에 의해 제공되는 위상 값들의 시퀀스(105)는 NCO 컴포넌트(106)가 잘 정의된 위상 궤도(well-defined phase trajectory)를 설정하게 하도록 배열될 수 있고, 이는 상수 계수 신호 시퀀스(109)를 가변 이득 컴포넌트(110)에 제공하기 위해 복소 지수 엘리먼트(108)의 동작에 의해 데카르트 포맷(Cartesian format)으로 변환된다. 이러한 실시예들에서, 가변 이득 컴포넌트(110)는 가중 시퀀스(113)의 값들을 가중하는 컴패니온(companion)에 의해 상수 계수 신호 시퀀스(109)를 수정할 수 있고, 출력 신호 시퀀스(115)의 결합된 위상 및 진폭은 비인접 스펙트럼에 실질적으로 제한되는 주파수 콘텐츠와 함께 신호 궤도를 명시한다.
일부 실시예들에서, 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)는 비인접 스펙트럼의 서브대역들[예컨대 서브대역들(202, 204, 및 206)]을 포함하는 통과-대역(pass-band)을 가지는 필터(filter; 116)를 포함할 수도 있다. 필터(116)는 출력 신호 시퀀스(115)를 비인접 스펙트럼의 서브대역들[예컨대 서브대역들(202, 204, 및 206)]에 더 제한할 수 있다. 일부 실시예들에서, 출력 신호 시퀀스(115)가 이미 비인접 스펙트럼의 서브대역들[예컨대 서브대역들(202, 204, 및 206)]에 실질적으로 제한되어 있을 수 있음에 따라, 필터(116)가 선택사항일(optional) 수 있다. 필터(116)를 포함하는 실시예들에서, 필터(116)는 추가적인 스펙트럼 콘텐츠를 서브대역 외부로부터 제거할 수 있다.
일부 실시예들에서, 위상 값들의 시퀀스(105)의 각각의 값은 그 내부에서 에너지의 적어도 80%가 비인접 스펙트럼의 서브대역들의 내에 있을 수 있는 PSD를 가진 신호에 대한 파형의 순간 주파수를 나타낼 수 있지만, 실시예들의 범위는 이와 관련하여 제한되지 않는다.
일부 실시예들에서, 신호-궤도 메모리(104)는 위상 값들의 시퀀스(105)를 NCO 컴포넌트(106)에 클럭 레이트(clock rate; fs)로 제공하도록 구성될 수 있다. NCO 컴포넌트(106)는 적어도 클럭 레이트(fs)로 동작할 수 있다.
일부 실시예들에서, 필수적인 것은 아니지만, NCO 컴포넌트(106)는 클럭 레이트(fs)로 동작할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, NCO 컴포넌트(106)는 클럭 레이트보다 큰 레이트로 동작한다. 이러한 실시예들에서, 신호-궤도 메모리(104)의 출력에서 [위상 값들의 시퀀스(105) 및 가중 시퀀스(111)를 포함하는] 위상 및 진폭 값들은 보간될(interpolated) 수 있으며, 이는 메모리 스토리지 요건들(memory storage requirements)을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예들은 신호-궤도 메모리(104)에 의해 제공된 것들보다는 매핑들을 사용하고, 그렇게 함으로써 신호-궤도 메모리(104) 이후의 샘플 레이트가, 샘플들이 신호-궤도 메모리(104)로부터 취해지는 레이트보다 크도록 한다.
일부 실시예들에서, 클럭 레이트(fs)는 샘플 클럭 레이트로 지칭될 수 있지만, 실시예들의 범위가 이와 관련하여 제한되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, NCO 컴포넌트(106)는 위상 값들의 시퀀스(105)를 적어도 샘플 클럭 레이트만큼 큰 레이트로 통합할 수 있다.
일부 실시예들에서, 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)는, 출력 신호 시퀀스(115)를 I 및 Q 아날로그 기저대역 신호들(analog baseband signals; 119)로 변환하기 위한 디지털-아날로그 변환(DAC) 컴포넌트(118), 및 I 및 Q 아날로그 기저대역 신호들(119)을 RF 신호들(121)로 상향 변환(up-convert)하기 위한 RF 회로(RF circuitry; 120)를 포함할 수도 있다. 출력 신호 시퀀스(115)의 설정 때문에, RF 신호들(121)은 비인접 스펙트럼의 서브대역들[예컨대 서브대역들(202, 204, 및 206)(도 2)]에 실질적으로 제한될 수 있다.
일부 실시예들이 데카르트 좌표계에서의 신호 표현들을 사용하는 변조에 대하여 본 명세서에서 설명되고 있지만, 다른 변조 기술들 및 디지털 포맷들(digital formats) 및 신호 매핑 기술들이 사용될 수 있으므로, 실시예들의 범위는 이와 관련하여 제한되지 않는다. 일부 다른 실시예들에서, 극 변조 기술들(polar modulation techniques)이 사용된다. 다른 실시예들에서, 신호는 이산 영역(discrete domain) 내의 실수 값 대역통과 신호로 변환될 수 있으며, 아날로그 신호로 변환된 이후에 RF에 믹싱될(mixed) 수 있다.
일부 실시예들에서, 재구성 필터(reconstruction filter)는 각각의 DAC 컴포넌트(118) 및 RF 회로(120) 사이 내에 포함될 수 있지만, 실시예들의 범위는 이와 관련하여 제한되지 않는다. 이러한 실시예들에서, 재구성 필터들은 안티-이미징 필터(anti-imaging filter)로서 동작할 수 있고, 이산 샘플링된 신호 입력으로부터 평활한(smooth) 아날로그 신호를 구축(construct)하기 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)는, RF 신호들(121)을 증폭하고 전송할 출력 RF 신호들(123)을 생성하기 위한 전력 증폭기(power amplifier: PA)(122)를 포함할 수도 있다. 이러한 실시예들에서, 출력 신호 시퀀스(115)는 두 개 이상의 비인접 스펙트럼-대역[예컨대 서브대역들(202, 204, 206)]에 실질적으로 제한될 수 있고, 신호는 서브대역 내에 있는 동안에 (예를 들어 클래스 C 동작을 위해) 전력 증폭기(122)의 동작 곡선의 제한된 영역 내에 상주할(stay) 수 있다. 증폭기의 동작 곡선 및 스펙트럼 컨테인먼트의 정도(degree)[즉, 대역-외 에너지가 감쇄되는(attenuated) 정도]는, 서브대역들 사이에서 천이할 때 복소 평면의 영역(208)의 형상(shape) 및 출력 신호 시퀀스(115)의 특징을 결정하는 데 도움을 줄 수 있다.
이러한 실시예들에서, RF 출력 신호(123)는 비인접 스펙트럼의 서브대역들[예컨대 서브대역들(202, 204, 206)]에 실질적으로 제한될 수 있고, PA(122)는 서브대역 내에 있는 동안에 그 동작 곡선의 제한된 영역 내에서 동작할 수 있으며, (예를 들어 클래스-C 증폭기 동작을 위해) 서브대역 천이들 동안에 진폭을 평활하게(smoothly) 쉐이핑할(shape) 수 있다. 따라서, PA(122)의 비선형성들은 실질적으로 회피되고, 출력 신호(124)의 스펙트럼 성장은 그렇게 함으로써 감소될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 출력 신호 시퀀스(115)의 적절한 생성으로써, RF 출력 신호(123)는 신호를 비인접 스펙트럼에 실질적으로 제한하기 위해 PA(122)의 동작 곡선의 영역에 로컬화될(localized) 수 있다. 실시예들은 증폭기 동작들의 다른 타입들에도 적용가능할 수 있다. 예를 들어, 일부 다른 실시예들에서, 환형 영역보다는, 출력 신호 시퀀스(115)가 클래스-A 증폭기 동작을 위해 디스크형 영역에 제한될 수 있다.
일부 실시예들에 따라, 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)는 스펙트럼 성장을 감소시키고/감소시키거나 제거할 수 있다. 일부 실시예들에 따라, 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)는 신호가 서브대역 내에 있는 동안에 PA(122)가 더 선형적인 영역에서 동작하도록 한다. 일부 실시예들에 따라, 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)는 비인접 스펙트럼 내의 정보를 송신하기 위해 구성될 수 있고, 그렇게 함으로써 전력 증폭기가 스펙트럼 성장을 감소시키기 위해 더 선형적인 영역에서 동작하도록 하는 한편, 증가된 데이터 레이트 및/또는 개선된 품질 및 신뢰도를 제공하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 출력 신호(123)는 단일 안테나에 의해 송신될 수 있고, 반면 다른 실시예들에서, 출력 신호(123)는 하나보다 많은 안테나에 의해 송신될 수 있다. 하나 이상의 안테나는 하나 이상의 방향성 또는 전방향성(omnidirectional)의 안테나들을 포함할 수 있으며, 이는 예컨대 다이폴(dipole) 안테나, 모노폴(monopole) 안테나, 패치(patch) 안테나, 루프(loop) 안테나, 마이크로스트립(microstrip) 안테나, 또는 RF 신호들의 송신에 적절한 다른 타입들의 안테나들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 두 개 이상의 안테나 대신에, 다수의 개구면(apertures)을 가진 단일 안테나가 사용될 수 있다.
스펙트럼을 제한하기 위해 통신 버스트(communications burst)의 에지(edge)에서 신호가 감쇄되는 한편, 주파수들이 변경되는 종래의 FHSS(frequency-hopping spread-spectrum) 전송들과 달리, 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)의 실시예들은 비인접 스펙트럼에 실질적으로 제한되는 쉐이핑된 신호 궤도를 선택하기 위해 정보 심볼들(information symbols)의 투플(tuple)을 사용한다. 비인접 스펙트럼에 스펙트럼적으로 제한된 대략 평균이 0인 가우시안 분포된 신호(approximately zero-mean Gaussian distributed signal)를 가진 신호를 실현하기 위해 비인접 스펙트럼의 서브대역들 내의 서브캐리어들을 활성화시키며 비인접 서브대역들 외의 서브캐리어들을 비활성시키는 OFDM(orthogonal frequency division multiplexed) 신호들의 비인접 적용과 달리, 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)의 실시예들은, 개선된 비인접 스펙트럼 컨테인먼트(containment)를 공동으로(jointly) 달성하기 위해 신호가 서브대역 천이들을 하는 동안에 제어된 방식으로 작은 진폭들과 함께 천이하거나, 신호가 전력 증폭기의 동작 특성의 선형 영역 내에서 동작하도록 신호 궤도를 제어한다.
비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)(도 1)는 여러 분리된 기능적인 엘리먼트들을 가지는 것으로서 도시되지만, 하나 이상의 기능적인 엘리먼트는 결합될 수 있으며, DSP들(digital signal processors)을 포함하는 프로세싱 엘리먼트들과 같은 소프트웨어-구성된 엘리먼트들 및/또는 다른 하드웨어 엘리먼트들의 조합들에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 엘리먼트들은 하나 이상의 마이크로프로세서들, DSP들, FPGA들(field programmable gate arrays), ASIC들(application specific integrated circuits), RFIC들(radio-frequency integrated circuits), 및 적어도 본 명세서에서 설명된 기능들을 수행하기 위한 다양한 하드웨어 및 로직 회로의 조합들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 변조기(100)의 기능적인 엘리먼트들은 하나 이상의 프로세싱 엘리먼트 상에서 동작하는 하나 이상의 프로세스로 지칭될 수 있다.
비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)의 실시예들은 무선 디바이스의 부분으로서 구현될 수도 있다. 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어 중 하나 또는 조합으로 구현될 수도 있다. 실시예들은 본 명세서에서 설명되는 동작들을 수행하기 위해 적어도 하나의 프로세서에 의해 판독되며 실행될 수 있는 컴퓨터-판독가능 저장 디바이스 상에 저장된 명령어들(instructions)로서 구현될 수도 있다. 컴퓨터-판독가능 저장 디바이스는 정보를 머신(예컨대 컴퓨터)에 의해 판독가능한 형태로 저장하기 위한 임의의 비일시적인 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터-판독가능 저장 디바이스는 ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 자기 디스크 저장 매체, 광 저장 매체, 플래시-메모리(flash-memory) 디바이스들, 및 다른 저장 디바이스들 및 매체를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있으며, 컴퓨터-판독가능 저장 디바이스 상에 저장된 명령어들로 구성될 수 있다.
도 4는 일부 실시예들에 따라 환형(annulus)에 대한 커버링 공간을 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 임의의 서브대역 내에 있는 신호의 부분은 신호-궤도 메모리(104)(도 1) 내의 3차원 나선(402) 상에 생성될 수 있으며, 2차원 환영(404) 위로 투영될(projected) 수 있고, 그 다음으로 상수 계수 값들(110)(도 1)을 가중함으로써 매핑될 수 있다. 서브대역들 사이의 신호 천이들은 작은 신호 값들[예컨대 환형(404)의 내부에 놓인 값들]을 획득하기 위해 쉐이핑될 수 있다.
도 5는 일부 실시예들에 따른 비인접 스펙트럼-대역 변조를 위한 절차이다. 절차(500)는 비인접 스펙트럼-대역 변조기(100)와 같은 비인접 스펙트럼-대역 변조기에 의해 수행될 수 있지만, 다른 구성들이 절차(500)를 수행하기 위해 사용될 수 있으므로, 실시예들의 범위는 이와 관련하여 제한되지 않는다.
동작(502)은 입력 심볼 투플(103)(도 1)을 위상 값들의 시퀀스(105)(도 1)에 매핑하는 단계를 포함한다. 위상 값들의 시퀀스(105)의 각각의 값은 비인접 스펙트럼에 실질적으로 제한되는 PSD를 가진 신호에 대한 파형의 순간 주파수를 나타낼 수 있다.
동작(504)은 송신 파형의 위상 샘플들을 나타내는 위상-샘플 시퀀스(107)(도 1)를 생성하기 위해 위상 값들의 시퀀스(105)를 누적하는 단계를 포함한다.
동작(506)은 상수 계수 신호 시퀀스(109)(도 1)를 생성하기 위해 위상-샘플 시퀀스(107) 상에 지수화를 수행하는 단계를 포함한다.
동작(508)은 출력 신호 시퀀스(115)(도 1)를 생성하기 위해 상수 계수 신호 시퀀스(109)에 가중 시퀀스(113)를 곱하는 단계를 포함한다. 출력 신호 시퀀스(115)는 서브대역들 사이에서의 천이들 동안에 제어된 방식으로 환형의 내부를 통하거나, 복소 평면 내의 환형 영역(208)(도 2)에 제한될 수 있다.
일부 실시예들은 FPGA 또는 FPGA 회로로 구현될 수 있다. 이러한 실시예들에서, FPGA 회로는 위상 값들의 시퀀스(105)의 각각의 값이 비인접 스펙트럼에 실질적으로 제한되는 PSD를 가진 신호에 대한 파형의 순간 주파수를 나타내도록, 입력 심볼 투플(103)을 위상 값들의 시퀀스(105)에 매핑하도록 구성될 수 있다. FPGA 회로는 송신 파형의 위상 샘플들을 나타내는 위상-샘플 시퀀스(107)를 생성하기 위해 위상 값들의 시퀀스(105)의 값들을 누적하도록 구성될 수도 있다. FPGA 회로는 위상-샘플 시퀀스(107) 상에 지수화를 수행하고 상수 계수 신호 시퀀스(109)를 생성하도록 구성될 수도 있다.
이러한 FPGA 실시예들에서, FPGA 회로는 출력 신호 시퀀스(115)를 생성하기 위해 상수 계수 신호 시퀀스(109)에 가중 시퀀스(113)를 곱하도록 구성될 수도 있다. 출력 신호 시퀀스(115)는 복소 평면 내의 영역(208)에 제한되거나, 비인접 서브대역들 사이의 제어된 천이들 동안에 영역(208)의 내부에서 동작할 수 있다. 출력 신호 시퀀스(115)는 출력 신호 시퀀스(117)를 생성하기 위해 출력 신호 시퀀스(115)를 비인접 스펙트럼에 더 제한하도록 필터링될 수 있다.
일부 실시예들에서, FPGA 회로는 신호-궤도 메모리(104), NCO 컴포넌트(106), 복소 지수 엘리먼트(108), 가변 이득 컴포넌트(110), 및 지연 컴포넌트(112)의 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, FPGA 회로는 직렬-병렬 컴포넌트(102)의 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, FPGA 회로는 비인접 필터(116)의 동작들을 수행하도록 구성될 수도 있다.
요약서는 독자가 기술적 개시의 본성 및 요지를 확인할 수 있게 하는 요약서를 요구하는 37 C.F.R. Section 1.72(b)를 준수하기 위해 제공된다. 요약서는 청구항들의 의미 또는 범위를 해석하거나 제한하기 위해 사용되지 않을 것이라는 이해와 함께 제출된다. 이하의 청구항들은 각각의 청구항이 그 자체로서 별개의 실시예임과 함께 이에 의하여 상세한 설명 내에 포함된다.

Claims (20)

  1. 비인접 스펙트럼(non-contiguous spectrum)의 두 개 이상의 서브대역 내에서 파형(waveform)을 송신하기 위한 비인접 스펙트럼-대역 변조기(non-contiguous spectral-band modulator)로서,
    입력 심볼 투플(symbol tuple)을 위상 값들의 시퀀스(sequence)에 매핑하기 위한 신호-궤도 메모리(signal-trajectory memory) - 상기 위상 값들의 시퀀스의 각각의 값은 상기 비인접 스펙트럼에 제한되는 전력 스펙트럼 밀도(power spectral density)를 가진 신호에 대한 파형의 순간 주파수를 나타냄 - ;
    상기 위상 값들의 시퀀스의 값들을 누적하고, 송신 파형의 위상 샘플들을 나타내는 위상-샘플 시퀀스를 생성하기 위한 수치-제어-발진기(numerically-controlled-oscillator: NCO) 컴포넌트;
    상기 위상-샘플 시퀀스 상에 지수화(exponentiation)를 수행하고, 상수 계수 신호 시퀀스(constant modulus signal sequence)를 생성하기 위한 복소 지수(complex exponential) 엘리먼트; 및
    출력 신호 시퀀스를 생성하기 위해 상기 상수 계수 신호 시퀀스에 가중 시퀀스를 곱하기 위한 가변 이득(variable gain) 컴포넌트 - 상기 출력 신호 시퀀스의 진폭은 서브대역 내에 있는 동안에 복소 평면 내의 영역에 제한되거나, 서브대역들 사이에서의 천이들(transitions) 동안에 제어된 신호 궤도를 가짐 -
    를 포함하는 비인접 스펙트럼-대역 변조기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호-궤도 메모리는 상기 위상 값들의 시퀀스를 상기 신호-궤도 메모리 내에 저장된 복수의 위상-값 시퀀스로부터 상기 NCO 컴포넌트에 제공하기 위한 것이고,
    상기 심볼 투플(symbol tuple)은 상기 신호-궤도 메모리로부터 상기 위상 값들의 시퀀스를 선택하는, 비인접 스펙트럼-대역 변조기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 신호-궤도 메모리는 상기 입력 심볼 투플에 의해 선택된 상기 가중 시퀀스를 더 생성하고,
    상기 가변 이득 컴포넌트에 의한 상기 가중 시퀀스의 적용은, 서브대역 내에 있는 동안에 상기 상수 계수 신호 시퀀스의 진폭을 상기 복소 평면의 제한된 영역으로 쉐이핑하고, 서브대역들 사이에서의 천이들 동안에 상기 상수 계수 신호 시퀀스의 신호 궤도를 0 또는 거의 0으로 천이하기 위한 것인, 비인접 스펙트럼-대역 변조기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 NCO 컴포넌트 및 상기 복소 지수 엘리먼트의 신호 프로세싱 지연에 대략 동일한 지연 양만큼 상기 가중 시퀀스를 지연하기 위한 지연 컴포넌트(delay component)
    를 더 포함하는 비인접 스펙트럼-대역 변조기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복소 평면의 상기 제한된 영역은 환형 영역(annulus region)을 포함하는, 비인접 스펙트럼-대역 변조기.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 신호-궤도 메모리에 의해 제공되는 상기 위상 값들의 시퀀스는, 상기 NCO가 상기 상수 계수 신호 시퀀스를 상기 가변 이득 컴포넌트에 제공하기 위해 상기 복소 지수 엘리먼트의 동작에 의해 데카르트 포맷(Cartesian format)으로 변환되는 위상 궤도를 설정하게 하도록 배열되는, 비인접 스펙트럼-대역 변조기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 출력 신호 시퀀스를 상기 비인접 스펙트럼에 더 제한하기 위해 상기 비인접 스펙트럼의 상기 서브대역들을 포함하는 통과-대역(pass-band)을 가지는 필터
    를 더 포함하는 비인접 스펙트럼-대역 변조기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 신호-궤도 메모리는 상기 위상 값들의 시퀀스를 상기 NCO 컴포넌트에 클럭 레이트(clock rate)로 제공하기 위한 것이고,
    상기 NCO 컴포넌트는 적어도 상기 클럭 레이트로 동작하는, 비인접 스펙트럼-대역 변조기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 출력 신호 시퀀스를 I 및 Q 아날로그 기저대역 신호들로 변환하기 위한 디지털-아날로그 변환 컴포넌트들(digital-to-analog conversion components);
    상기 I 및 Q 아날로그 기저대역 신호들을 RF 신호들로 상향 변환(up-convert)하기 위한 무선-주파수 회로(radio-frequency circuitry) - 상기 RF 신호들은 상기 비인접 스펙트럼에 제한됨 - ; 및
    상기 RF 신호들을 증폭하고 전송을 위한 출력 RF 신호를 생성하기 위한 전력 증폭기(power amplifier; PA)
    를 더 포함하는, 비인접 스펙트럼-대역 변조기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 출력 RF 신호는 상기 비인접 스펙트럼에 제한되며,
    상기 전력 증폭기(PA)는 클래스-C 동작을 위해 그것의 동작 곡선의 제한된 영역 내에서 동작하는 것인, 비인접 스펙트럼-대역 변조기.
  11. 비인접 스펙트럼(non-contiguous spectrum)의 두 개 이상의 서브대역 내에서의 전송을 위한 파형을 생성하기 위한 방법으로서,
    입력 심볼 투플에 의해, 위상 값들의 시퀀스를 선택하는 단계 - 상기 위상 값들의 시퀀스의 각각의 값은 상기 비인접 스펙트럼에 제한되는 전력 스펙트럼 밀도를 가진 신호를 위한 파형의 순간 주파수를 나타냄 - ;
    송신 파형의 위상 샘플들을 나타내는 위상-샘플 시퀀스를 생성하기 위해 상기 위상 값들의 시퀀스의 상기 값들을 누적하는 단계;
    상수 계수 신호 시퀀스를 생성하기 위해 상기 위상-샘플 시퀀스 상에 지수화를 수행하는 단계; 및
    출력 신호 시퀀스의 진폭이 서브대역 내에 있는 동안에 복소 평면 내의 영역에 제한되거나, 서브대역들 사이에서의 천이들 동안에 제어된 신호 궤도를 갖게 하도록, 상기 출력 신호 시퀀스를 생성하기 위해, 상기 상수 계수 신호 시퀀스에 가중 시퀀스를 곱하는 단계
    를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 위상 값들의 시퀀스를 복수의 저장된 위상-값 시퀀스로부터 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 심볼 투플은 상기 위상 값들의 시퀀스를 선택하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 입력 심볼 투플에 의해 선택된 것에 따라 가중 시퀀스를 생성하는 단계; 및
    서브대역 내에 있는 동안에 상기 상수 계수 신호 시퀀스의 진폭을 상기 복소 평면의 제한된 영역으로 쉐이핑하는 단계; 및
    서브대역들 사이에서의 천이들 동안에 상기 상수 계수 신호 시퀀스의 신호 궤도를 0 또는 거의 0으로 천이하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복소 평면의 상기 제한된 영역은 환형 영역(annulus region)을 포함하는, 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    제공되는 상기 위상 값들의 시퀀스는 상기 상수 계수 신호 시퀀스를 제공하기 위해 데카르트 포맷(Cartesian format)으로의 변환을 위한 위상 궤도를 설정하도록 배열되는, 방법.
  16. 비인접 스펙트럼-대역 변조를 위해 구성된 FPGA(field-programmable gate array)로서,
    입력 심볼 투플을 위상 값들의 시퀀스에 매핑하고 - 상기 위상 값들의 시퀀스의 각각의 값은 상기 비인접 스펙트럼에 제한되는 전력 스펙트럼 밀도를 가진 신호에 대한 파형의 순간 주파수를 나타냄 - ;
    송신 파형의 위상 샘플들을 나타내는 위상-샘플 시퀀스를 생성하기 위해 상기 위상 값들의 시퀀스의 상기 값들을 누적하고;
    상수 계수 신호 시퀀스를 생성하기 위해 상기 위상-샘플 시퀀스 상에 지수화를 수행하고;
    출력 신호 시퀀스의 진폭이 서브대역 내에 있는 동안에 복소 평면 내의 영역에 제한되거나, 서브대역들 사이에서의 천이들 동안에 제어된 작은 신호 궤도를 갖게 하도록, 상기 출력 신호 시퀀스를 생성하기 위해, 상기 상수 계수 신호 시퀀스에 가중 시퀀스를 곱하는 것; 또는
    출력 신호 시퀀스를 생성하기 위해 상기 출력 신호 시퀀스를 상기 비인접 스펙트럼에 더 제한하도록 상기 상수 계수 신호 시퀀스를 필터링하는 것
    중 어느 하나를 하도록 구성되는 FPGA.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 위상 값들의 시퀀스를 복수의 저장된 위상-값 시퀀스로부터 제공하도록 더 구성되고,
    상기 심볼 투플은 상기 위상 값들의 시퀀스를 선택하는, FPGA.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 입력 심볼 투플에 의해 선택된 것에 따라 가중 시퀀스를 생성하고,
    서브대역 내에 있는 동안에 상기 상수 계수 신호 시퀀스의 진폭을 상기 복소 평면의 제한된 영역으로 쉐이핑하고, 서브대역들 사이에서의 천이들 동안에 상기 상수 계수 신호 시퀀스의 신호 궤도를 0 또는 거의 0으로 천이하도록 더 구성되는, FPGA.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복소 평면의 상기 제한된 영역은 환형 영역(annulus region)을 포함하는, FPGA.
  20. 제18항에 있어서,
    제공되는 상기 위상 값들의 시퀀스는 상기 상수 계수 신호 시퀀스를 제공하기 위해 데카르트 포맷(Cartesian format)으로의 변환을 위한 위상 궤도를 설정하도록 배열되는, FPGA.
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