KR102215882B1 - 빔포밍을 수행하기 위한 다중모드 증폭기 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

빔포밍을 수행하기 위한 다중모드 증폭기 및 이를 포함하는 전자 장치 Download PDF

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노건학
김영준
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Abstract

본 발명은 복수개의 입력포트를 포함하는 입력단과 복수개의 출력포트를 포함하는 출력단으로 구성된 다중포트 증폭기에 있어서, 상기 출력단과 상기 입력단 사이에 배치되는 피드백 회로로부터 전달되는 피드백 신호 또는 상기 입력단으로 입력되는 입력신호를 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 증폭기로 연결시키는 제1 스위치, 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 위상 천이기로부터 출력되는 신호를 상기 피드백 회로 또는 상기 출력단으로 연결시키는 제2 스위치 및 기설정된 이득값보다 높은 이득이 요구되는 경우, 상기 제2 스위치가 상기 위상 천이기와 상기 피드백 회로를 연결하고, 상기 제1 스위치가 상기 피드백 회로와 상기 증폭기를 연결하도록 제어하여 상기 입력신호의 증폭횟수를 증가시키는 제어부를 포함하는 다중모드 증폭기를 제공한다.

Description

빔포밍을 수행하기 위한 다중모드 증폭기 및 이를 포함하는 전자 장치{A MULTIPLE PORT AMPLIFIER FOR PERFORMING BEAMFORMING AND AN ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE MULTIPLE PORT AMPLIFIER}
본 발명은 빔포밍을 수행하기 위한 다중모드 증폭기 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로 손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크 (sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술인 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
빔포밍 무선 송신기는 전파를 송신하는 안테나와 RF-Chain이 1 대 1로 구성되거나, 서브 어레이를 통해 1대 다로 연결되어 위상 배열 시스템을 이룰 수 있다. 한편, 고출력이 요구되는 경우, 하나의 전력 증폭기를 통해 안테나를 연결하지 않고, 다수의 전력증폭기를 병렬로 연결하는 다중포트 증폭기가 이용될 수 있다.
종래에 이용되는 다중포트 증폭기는 복수개의 전력증폭기가 병렬로 연결되어 구성될 수 있으며, 입력부에서 신호를 나누어 증폭할 수 있게 하는 입력 매트릭스와 출력부에서 증폭된 신호를 재결합할 수 있게 하는 출력 매트릭스가 필요로 될 수 있다.
상기 입력 매트릭스와 상기 출력 매트릭스는 수동소자로 구성될 수 있는데, 수동소자의 손실로 인해 다중포트 증폭기의 전체 이득이 감소할 수 있다. 뿐만 아니라, 종래에 이용되는 다중포트 증폭기는 신호가 인가되는 입력포트와 신호가 출력되는 출력포트의 관계식이 고정되어 있어 입력포트와 출력포트의 유연성(flexibility)이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 복수개의 입력포트를 포함하는 입력단과 복수개의 출력포트를 포함하는 출력단으로 구성된 다중포트 증폭기에 있어서, 상기 출력단과 상기 입력단 사이에 배치되는 피드백 회로로부터 전달되는 피드백 신호 또는 상기 입력단으로 입력되는 입력신호를 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 증폭기로 연결시키는 제1 스위치, 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 위상 천이기로부터 출력되는 신호를 상기 피드백 회로 또는 상기 출력단으로 연결시키는 제2 스위치 및 기설정된 이득값보다 높은 이득이 요구되는 경우, 상기 제2 스위치가 상기 위상 천이기와 상기 피드백 회로를 연결하고, 상기 제1 스위치가 상기 피드백 회로와 상기 증폭기를 연결하도록 제어하여 상기 입력신호의 증폭횟수를 증가시키는 제어부를 포함하는 다중포트 증폭기를 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 피드백 회로는 일단이 상기 제2 스위치와 연결되며, 상기 위상 천이기로부터 출력되는 신호의 노이즈를 제거하는 필터부 및 일단이 상기 필터부의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제1 스위치와 연결되며, 상기 위산 천이기로부터 출력되는 신호의 이득값을 선택적으로 증가시키는 구동증폭기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 다중모드 증폭기는 일단이 상기 입력단과 연결되고, 외부로부터 공급되는 복수개의 RF(radio frequency) 신호를 각 입력포트에 할당하는 가변 스위치를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 가변 스위치는 상기 다중포트 증폭기의 입력포트 개수와 동일한 개수의 입력포트와 출력포트를 포함하고, 상기 가변 스위치의 각 입력포트를 통해 입력되는 각 RF 신호는 상기 가변 스위치를 구성하는 스위치에 의해 결정되는 경로를 따라 상기 가변 스위치의 각 출력포트로 출력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 스위치는 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 각 입력포트마다 배치되도록 복수개 배치되고, 상기 제2 스위치는 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 각 출력포트마다 배치되도록 복수개 배치되며, 각 입력포트로 입력되는 RF 신호 중에서 상기 제2 스위치에 의해 상기 피드백 회로를 통과하는 신호의 이득값은 상기 피드백 회로를 통과하지 않는 신호의 이득값보다 높을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 상기 제2 스위치는 상기 다중포트 증폭기의 조정(calibration)을 위한 포트를 포함할 수 있다.
본 발명은 RF(radio frequency) 신호를 생성하는 무선통신칩, 상기 무선통신칩으로부터 수신한 RF 신호를 증폭하는 다중포트 증폭기 및 상기 다중포트 증폭기로부터 출력되는 신호에 기반하여 빔포밍을 수행하는 안테나 어레이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 다중포트 증폭기는 복수개의 출력포트를 포함하는 출력단과 복수개의 입력포트를 포함하는 입력단 사이에 배치되는 피드백 회로로부터 전달되는 피드백 신호 또는 상기 입력단으로 입력되는 상기 RF 신호를 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 증폭기로 연결시키는 제1 스위치 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 위상 천이기로부터 출력되는 신호를 상기 피드백 회로 또는 상기 출력단으로 연결시키는 제2 스위치 및 기설정된 이득값보다 높은 이득이 요구되는 경우, 상기 제2 스위치가 상기 위상 천이기와 상기 피드백 회로를 연결하고, 상기 제1 스위치가 상기 피드백 회로와 상기 증폭기를 연결하도록 제어하여 상기 RF 신호의 증폭횟수를 증가시키는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 피드백 회로는 일단이 상기 제2 스위치와 연결되며, 상기 위상 천이기로부터 출력되는 신호의 노이즈를 제거하는 필터부 및 일단이 상기 필터부의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제1 스위치와 연결되며, 상기 위산 천이기로부터 출력되는 신호의 이득값을 선택적으로 증가시키는 구동증폭기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 다중포트 증폭기는 일단이 상기 입력단과 연결되고, 상기 무선통신칩으로부터 수신되는 복수개의 RF 신호를 각 입력포트에 할당하는 가변 스위치를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 가변 스위치는 상기 다중포트 증폭기의 입력포트 개수와 동일한 개수의 입력포트와 출력포트를 포함하고, 상기 가변 스위치의 각 입력포트를 통해 입력되는 각 RF 신호는 상기 가변 스위치를 구성하는 스위치에 의해 결정되는 경로를 따라 상기 가변 스위치의 각 출력포트로 출력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 스위치는 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 각 입력포트마다 배치되도록 복수개 배치되고, 상기 제2 스위치는 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 각 출력포트마다 배치되도록 복수개 배치되며, 각 입력포트로 입력되는 RF 신호 중에서 상기 제2 스위치에 의해 상기 피드백 회로를 통과하는 신호의 이득값은 상기 피드백 회로를 통과하지 않는 신호의 이득값보다 높을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 스위치는 상기 다중포트 증폭기의 조정(calibration)을 위한 포트를 포함할 수 있다.
본 발명에서 개시하고 있는 일 실시예에 따르면, 다중모드 증폭기의 입력단에 회로의 유연성을 확보하기 위한 스위치 회로가 포함됨으로써 입력포트와 출력포트의 관계를 상기 스위치 회로를 통해 조정할 수 있다.
또한 본 발명에서 개시하고 있는 일 실시예에 따르면, 다중모드 증폭기의 입력단측에 배치되는 스위치와 출력단측에 배치되는 스위치를 제어함으로써 일부 출력포트를 통해서는 높은 이득값을 가지는 출력신호를 출력할 수 있다. 즉, 본 발명에서 개시하고 있는 일 실시예에 따를 경우, 하나의 다중포트 증폭기에서 출력되는 출력신호의 이득값이 다중화 될 수 있다.
더불어, 본 발명에서 개시하고 있는 일 실시예에 따를 경우, 동일한 증폭기를 통해 신호가 두 번 증폭되어 높은 이득값을 가지는 출력 신호가 출력되는바, 하나의 증폭기를 구동하기 위한 전력만 소모되므로 다중포트 증폭기의 전력 효율이 향상될 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에서 개시하고 있는 일 실시예에 따를 경우, 피드백 회로에 필터가 포함됨으로써 다중포트 증폭기가 높은 이득값을 얻기 위한 모드로 동작하는 경우 각 채널의 안정성이 향상될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 다중포트 증폭기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에서 개시하고 있는 일 실시예에 따른 다중포트 증폭기의 블록도이다.
도 3은 본 발명에서 개시하고 있는 일 실시예에 따른 다중포트 증폭기의 회로도이다.
도 4는 본 발명에서 개시하고 있는 다중포트 증폭기가 실시예에 따라 제1 모드로 동작하는 경우 신호의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에서 개시하고 있는 다중포트 증폭기가 실시예에 따라 제2 모드로 동작하는 경우 신호의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에서 개시하고 있는 다중포트 증폭기가 실시예에 따라 제3 모드로 동작하는 경우 신호의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에서 개시하고 있는 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 다중포트 증폭기의 구조를 나타낸 도면이다.
종래 기술에 따른 다중포트 증폭기는 복수개의 전력증폭기(PA)를 병렬로 공유하여 사용하며, 특정 입력 매트릭스(input hybrid matrix)와 특정 출력 매트릭스(output hybrid matrix)에 기반하여 입력 신호를 증폭시킬 수 있다. 종래 기술에 따른 다중포트 증폭기의 입력 매트릭스와 출력 매트릭스는 수동소자로 구성될 수 있으며, 수동소자를 통해 발생하는 손실에 의해 다중포트 증폭기의 이득이 감소할 수 있다.
뿐만 아니라, 종래 기술에 따른 다중포트 증폭기는 입력 매트릭스와 출력 매트릭스를 통해 입력포트와 출력포트와의 관계식이 고정되므로 입력포트와 출력포트의 유연성 및 재구성 성능이 떨어질 수 있다.
보다 구체적으로 입력포트와 출력포트가 각각 4개인 다중포트 증폭기를 고려해보도록 하자. 종래 기술에 따른 다중포트 증폭기는 A 입력포트를 통해 입력된 입력 신호(f1)를 out 4 포트를 통해서만 출력할 수 있다. 이는 다중포트 증폭기를 구성하는 입력 매트릭스와 출력 매트릭스가 고정되어 있기 때문이다. 동일한 원리로 B 입력포트를 통해 입력되는 입력 신호(f2)는 out 3 포트를 통해서만 출력되며, C 입력포트를 통해 입력되는 입력 신호(f3)는 out 2 포트를 통해서만 출력되고, D 입력포트를 통해 입력되는 입력 신호(f4)는 out 1 포트를 통해서만 출력될 수 있다.
따라서 종래 기술에 따를 경우 입력포트와 출력포트와의 관계가 결정되어 있으므로 통신 상황에 따른 유연한 대처가 불가능할 수 있다. 특히, 빔포밍을 이용하는 5G 통신 시스템에서는 다양한 통신환경에 즉각적으로 대처하기 위한 구조가 요구될 수 있는바 도 1에서 도시하고 있는 다중포트 증폭기 구조는 5G 통신 시스템에 적합하지 않을 수 있다.
도 2는 본 발명에서 개시하고 있는 일 실시예에 따른 다중포트 증폭기의 블록도이다.
일 실시예에 따르면, 다중포트 증폭기(200)는 복수개의 입력포트를 포함하는 입력단과 복수개의 출력포트를 포함하는 출력단으로 구성될 수 있다. 도 2에서는 본 발명의 일 실시예로써 4개의 입력포트와 4개의 출력포트로 구성된 다중포트 증폭기를 도시하였다.
일 실시예에 따르면, 다중포트 증폭기(200)는 상기 출력단과 상기 입력단 사이에 배치되는 피드백 회로(250, 260)로부터 전달되는 피드백 신호 또는 상기 입력단으로 입력되는 입력신호를 상기 다중포트 증폭기(200)를 구성하는 증폭기(220)로 연결시키는 제1 스위치(210), 상기 다중포트 증폭기(200)를 구성하는 위상 천이기(230)로부터 출력되는 신호를 상기 피드백 회로(250, 260) 또는 상기 출력단으로 연결시키는 제2 스위치(240) 및 기설정된 이득값보다 높은 이득이 요구되는 경우, 상기 제2 스위치(240)가 상기 위상 천이기(230)와 상기 피드백 회로(250, 260)를 연결하고, 상기 제1 스위치(210)가 상기 피드백 회로(250, 260)와 상기 증폭기(220)를 연결하도록 제어하여 상기 입력신호의 증폭횟수를 증가시키는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 피드백 회로는 제1 피드백 회로(250)와 제2 피드백 회로(260)로 구성될 수 있으며, 제1 피드백 회로(250)는 복수개의 출력포트 중 일부 출력포트(예를 들어 제1 출력포트와 제2 출력포트)로부터 출력되는 출력 신호를 제1 스위치(210)로 피드백시킬 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 제2 피드백 회로(260)는 제1 피드백 회로(250)가 피드백 시키는 출력포트를 제외한 출력포트(예를 들어 제3 출력포트와 제4 출력포트)로부터 출력되는 출력신호를 제1 스위치(210)로 피드백시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 스위치(240)가 위상 천이기(230)와 출력단 사이에 배치됨으로써 다중포트 증폭기의 아이솔레이션(isolation) 성능을 향상시킬 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 도 2에서 도시하고 있는 다중포트 증폭기(200)는 무선 통신을 수행하기 위한 전자 장치에 이용될 수 있다. 예를 들어, 빔포밍을 통해 무선 신호를 전송하는 송신기에 도 2에서 도시하고 있는 다중포트 증폭기가 적용될 수 있다.
한편, 도 2에서 도시하고 있는 각 블록도의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 3에 대한 설명을 통해 후술한다.
도 3은 본 발명에서 개시하고 있는 일 실시예에 따른 다중포트 증폭기의 회로도이다.
일 실시예에 따르면, 다중포트 증폭기(300)는 복수개의 입력포트를 포함하는 입력단과 복수개의 출력포트를 포함하는 출력단으로 구성될 수 있다. 도 3에서는 앞선 도 2와 동일하게 일 실시예로써 4개의 입력포트와 4개의 출력포트로 구성된 다중포트 증폭기를 도시하였다.
일 실시예에 따르면, 다중포트 증폭기(300)는 상기 출력단과 상기 입력단 사이에 배치되는 피드백 회로(350, 360)로부터 전달되는 피드백 신호 또는 상기 입력단으로 입력되는 입력신호를 상기 다중포트 증폭기(300)를 구성하는 증폭기(320)로 연결시키는 제1 스위치(310), 상기 다중포트 증폭기(300)를 구성하는 위상 천이기(330)로부터 출력되는 신호를 상기 피드백 회로(350, #60) 또는 상기 출력단으로 연결시키는 제2 스위치(340) 및 기설정된 이득값보다 높은 이득이 요구되는 경우, 상기 제2 스위치(340)가 상기 위상 천이기(330)와 상기 피드백 회로(350, 360)를 연결하고, 상기 제1 스위치(310)가 상기 피드백 회로(350, 360)와 상기 증폭기(320)를 연결하도록 제어하여 상기 입력신호의 증폭횟수를 증가시키는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 다중포트 증폭기(300)는 일단이 상기 입력단과 연결되고, 외부로부터 공급되는 복수개의 RF(radio frequency) 신호를 각 입력포트에 할당하는 가변 스위치(380)를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 상기 가변 스위치(380)는 상기 다중포트 증폭기(300)의 입력포트 개수와 동일한 개수의 입력포트와 출력포트를 포함하고, 상기 가변 스위치(380)의 각 입력포트를 통해 입력되는 각 RF 신호는 상기 가변 스위치를 구성하는 스위치에 의해 결정되는 경로를 따라 상기 가변 스위치의 각 출력포트로 출력될 수 있다. 즉, 상기 가변 스위치(380)를 통해 다중포트 증폭기(300)로 입력되는 RF 신호의 경로를 다양하게 조정할 수 있다. 예를 들어 RF IN1 신호는 상기 가변 스위치(380)에 의해 다중포트 증폭기(300)의 4개의 출력포트(RF OUT1, RF OUT2, RF OUT3, RF OUT4) 중 하나로 출력될 수 있다.
한편, 도 2에서는 하나의 실시예로써 DPDT(double pole double throw) 스위치로 가변 스위치(380)를 구성하는 경우를 도시하고 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 국한되지는 않는다.
일 실시예에 따르면, 제1 스위치(310)는 SP2T(single pole 2 throw) 스위치로 구성될 수 있으며, 상기 SP2T 스위치는 다중포트 증폭기(300)의 각 입력포트에 대응되도록 배치될 수 있다. 즉, 4개의 입력포트를 포함하는 다중포트 증폭기라면 각각의 입력포트에 대응되도록 4개의 SP2T 스위치가 다중포트 증폭기의 입력단과 증폭기(320) 사이에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 증폭기(320)는 병렬로 연결된 4개의 PA(power amplifier)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 각 PA는 다중포트 증폭기(300)의 각 입력포트를 통해 수신되는 RF 신호를 증폭할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 위상 천이기(phase shifter, 330)는 각 출력포트에 대응되도록 배치될 수 있다. 예를 들어 4개의 출력포트를 포함하는 다중포트 증폭기는 4개의 위상 천이기를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 위상 천이기(330)와 다중포트 증폭기 출력단 사이에는 제2 스위치(340)가 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 스위치(340)를 SP3T(single pole 3 throw) 스위치로 구성할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 상기 제2 스위치(340)를 통해 위상 천이기(330)를 통해 출력되는 신호를 피드백 회로(350, 360) 또는 안테나 어레이(370)로 전달할 수 있다. 한편, 상기 제2 스위치(340)는 다중포트 증폭기의 조정을 위한 포트를 포함할 수 있다. 상기 포트를 통해 다중포트 증폭기의 성능을 측정할 수 있으며, 측정된 결과에 기반하여 다중포트 증폭기 회로를 보정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 피드백 회로는 RF OUT1 출력포트와 RF OUT2 출력포트에 대응하는 제1 피드백 회로(350)와 RF OUT3 출력포트와 RF OUT4 출력포트에 대응하는 제2 피드백 회로(360)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 제1 피드백 회로(350)는 일단이 상기 제2 스위치(340)와 연결되며, 상기 위상 천이기(330)로부터 출력되는 신호의 노이즈를 제거하는 필터부(353) 및 일단이 상기 필터부(353)의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제1 스위치(310)와 연결되며, 상기 위산 천이기(330)로부터 출력되는 신호의 이득값을 선택적으로 증가시키는 구동증폭기(355)를 포함할 수 있다. 동일한 원리로 제2 피드백 회로(360)도 일단이 상기 제2 스위치(340)와 연결되며, 상기 위상 천이기(330)로부터 출력되는 신호의 노이즈를 제거하는 필터부(363) 및 일단이 상기 필터부(363)의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제1 스위치(310)와 연결되며, 상기 위산 천이기(330)로부터 출력되는 신호의 이득값을 선택적으로 증가시키는 구동증폭기(365)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 필터부(353, 363)를 통해 원하는 주파수 대역만을 다중포트 증폭기의 입력단으로 피드백 시킴으로써 다중포트 증폭기의 효율을 향상시킬 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 상기 구동증폭기(355, 365)가 턴 온 되는 경우, 다중포트 증폭기의 입력단으로 피드백되는 신호가 증폭될 수 있다. 따라서, 필요에 따라 상기 구동증폭기(355, 365)를 턴 온 시킴으로써 다중포트 증폭기(300)의 이득값을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 위상 천이기(330)를 통해 출력되는 신호 중 상기 제2 스위치(340)에 의해 상기 제1 피드백 회로(350) 또는 상기 제2 피드백 회로(360)를 통과한 신호는 다시 다중포트 증폭기(300)의 입력단으로 전달될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 상기 제1 피드백 회로(350) 또는 상기 제2 피드백 회로(360)를 통해 상기 입력단으로 전달된 회로는 증폭기(320)에 의해 한 번 더 증폭되어 안테나 어레이(370)로 전달 될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어부를 통한 제2 스위치(340)의 제어를 통해 다중포트 증폭기의 일부 출력포트로는 고이득모드의 출력신호를 출력하고, 다중포트 증폭기의 일부 출력포트로는 일반이득모드의 출력신호를 출력할 수 있다. 고이득모드와 일반이득모드에 대한 구체적인 설명은 도 4 내지 도 6에 대한 설명으로 후술한다.
일 실시예에 따르면, 안테나 어레이(370)는 복수개의 서브 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 다중포트 증폭기(300)의 각 출력포트는 각각 하나의 서브 안테나 어레이와 연결될 수 있으며, 각 출력포트를 통해 출력되는 RF 신호에 기반하여 각 서브 안테나 어레이가 동작함으로써 빔포밍을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명에서 개시하고 있는 다중포트 증폭기가 실시예에 따라 제1 모드로 동작하는 경우 신호의 흐름을 나타낸 도면이다.
일 실시예에 따르면 제1 모드는 다중포트 증폭기를 구성하는 모든 출력포트가 일반이득모드로 동작하는 모드를 의미할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 4개의 입력포트를 통해 입력되는 각 입력신호(I1, I2, I3, I4)는 가변 스위치를 거쳐 다중포트 증폭기로 입력될 수 있다. 한편, 가변 스위치를 통과하는 각 입력신호의 경로는 가변 스위치의 제어를 통해 변경될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 스위치(SP2T)를 통과한 각 입력신호는 증폭기의 의해 증폭될 수 있으며, 위상 천이기를 통과한 이후 제2 스위치(SP3T)에 도달할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 다중포트 증폭기가 일반이득모드로 동작하는 경우, 제2 스위치는 위상 천이기가 안테나 어레이와 연결되도록 구성될 수 있다. 즉, 다중포트 증폭기가 일반이득모드로 동작하는 경우, 각 입력포트를 통해 입력된 각 입력신호(I1, I2, I3, I4)는 모두 피드백 회로를 거치지 않고 바로 안테나 어레이로 전달되어 출력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 안테나 어레이를 통해 출력되는 각 출력신호(O1, O2, O3, O4)는 모두 다중포트 증폭기를 구성하는 증폭기에 의해 한 번 증폭된 신호일 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 증폭기에 의해 한 번만 증폭된 신호를 일반이득모드에 따른 출력신호라고 명명할 수 있다.
도 5는 본 발명에서 개시하고 있는 다중포트 증폭기가 실시예에 따라 제2 모드로 동작하는 경우 신호의 흐름을 나타낸 도면이다.
일 실시예에 따르면 제2 모드는 다중포트 증폭기를 구성하는 출력포트가 고이득모드로 동작하는 모드를 의미할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 2개의 입력포트를 통해 입력되는 각 입력신호(I1, I2)는 가변 스위치를 거쳐 다중포트 증폭기로 입력될 수 있다. 한편, 가변 스위치를 통과하는 각 입력신호의 경로는 가변 스위치의 제어를 통해 변경될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 스위치(SP2T)를 통과한 각 입력신호는 증폭기의 의해 증폭될 수 있으며, 위상 천이기를 통과한 이후 제2 스위치(SP3T)에 도달할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 다중포트 증폭기가 고이득모드로 동작하는 경우, 제2 스위치는 위상 천이기가 피드백 회로와 연결되도록 구성될 수 있다. 즉, 다중포트 증폭기가 고이득모드로 동작하는 경우, 입력포트를 통해 입력된 각 입력신호(I1, I2)는 피드백 회로를 거쳐 제1 스위치로 다시 공급될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 피드백 회로로 피드백되는 피드백 신호(F1, F2)는 다중포트 증폭기를 구성하는 증폭기에 의해 한 번 더 증폭된 이후, 안테나 어레이로 전달되어 출력될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 필요에 따라 피드백 회로를 구성하는 구동증폭기가 턴 온 되어 동작함으로써 피드백 신호(F1, F2)가 추가적으로 증폭될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 다중포트 증폭기가 고이득 모드로 동작하는 경우, 안테나 어레이를 통해 출력되는 각 출력신호(O1, O2)는 다중포트 증폭기를 구성하는 증폭기에 의해 두 번 증폭된 신호일 수 있다. 또는 안테나 어레이를 통해 출력되는 각 출력신호(O1, O2)는 다중포트 증폭기를 구성하는 증폭기의 의해 두 번 증폭되고 피드백회로를 구성하는 구동증폭기에 의해 한 번 증폭된 신호일 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 출력신호가 포화(saturation)되지 않는 범위에서 다중포트 증폭기로 입력되는 입력신호는 상기 제2 스위치(SP3T)에 의해 2번 이상 피드백 될 수 있다.
도 6은 본 발명에서 개시하고 있는 다중포트 증폭기가 실시예에 따라 제3 모드로 동작하는 경우 신호의 흐름을 나타낸 도면이다.
일 실시예에 따르면 제3 모드는 다중포트 증폭기를 구성하는 일부 출력포트는 일반이득모드로 동작하고 다른 일부 출력포트는 고이득모드로 동작하는 모드를 의미할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 3개의 입력포트를 통해 입력되는 각 입력신호(I1, I2, I3)는 가변 스위치를 거쳐 다중포트 증폭기로 입력될 수 있다. 한편, 가변 스위치를 통과하는 각 입력신호의 경로는 가변 스위치의 제어를 통해 변경될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 스위치(SP2T)를 통과한 각 입력신호는 증폭기의 의해 증폭될 수 있으며, 위상 천이기를 통과한 이후 제2 스위치(SP3T)에 도달할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 일반이득모드에 대응되는 입력신호(I2, I3)가 유입되는 제2 스위치는 위상 천이기가 안테나 어레이와 연결되도록 구성될 수 있다. 반면, 고이득모드에 대응되는 입력신호(I1) 가 유입되는 제2 스위치는 위상 천이기가 피드백 회로와 연결되도록 구성될 수 있다. 즉, 다중포트 입력포트를 통해 입력된 입력신호(I1)는 피드백 회로를 거쳐 제1 스위치로 다시 공급될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 피드백 회로로 피드백되는 피드백 신호(F1)는 다중포트 증폭기를 구성하는 증폭기에 의해 한 번 더 증폭된 이후, 안테나 어레이로 전달되어 출력될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 필요에 따라 피드백 회로를 구성하는 구동증폭기가 턴 온 되어 동작함으로써 피드백 신호(F1)가 추가적으로 증폭될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 다중포트 증폭기가 제3 모드로 동작하는 경우, 피드백되지 않고 안테나 어레이를 통해 출력되는 각 출력신호(O2, O3)는 일반이득모드에 대응되는 신호일 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 다중포트 증폭기가 제3 모드로 동작하는 경우 일부 출력포트를 통해서는 일반이득모드에 대응되는 신호(O2, O3)가 출력되고, 일부 출력포트를 통해서는 고이득모드에 대응되는 신호(O1)가 출력될 수 있다.
도 7은 본 발명에서 개시하고 있는 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록도이다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(700)는 RF 신호를 생성하는 무선통신칩(710), 상기 무선통신칩(710)으로부터 수신한 RF 신호를 증폭하는 다중포트 증폭기(720) 및 상기 다중포트 증폭기(720)로부터 출력되는 신호에 기반하여 빔포밍을 수행하는 안테나 어레이(730)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 상기 다중포트 증폭기는 복수개의 출력포트를 포함하는 출력단과 복수개의 입력포트를 포함하는 입력단 사이에 배치되는 피드백 회로로부터 전달되는 피드백 신호 또는 상기 입력단으로 입력되는 상기 RF 신호를 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 증폭기로 연결시키는 제1 스위치, 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 위상 천이기로부터 출력되는 신호를 상기 피드백 회로 또는 상기 출력단으로 연결시키는 제2 스위치 및 기설정된 이득값보다 높은 이득이 요구되는 경우, 상기 제2 스위치가 상기 위상 천이기와 상기 피드백 회로를 연결하고, 상기 제1 스위치가 상기 피드백 회로와 상기 증폭기를 연결하도록 제어하여 상기 RF 신호의 증폭횟수를 증가시키는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(700)는 외부로 무선 신호를 송신하는 송신기일 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 상기 전자 장치(700)가 외부로부터 무선 신호를 수신하는 송신하는 송신기인 경우, 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 증폭기는 LNA(low noise amplifier)로 구성될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 복수개의 입력포트를 포함하는 입력단과 복수개의 출력포트를 포함하는 출력단으로 구성된 다중포트 증폭기에 있어서,
    상기 출력단과 상기 입력단 사이에 배치되는 피드백 회로로부터 전달되는 피드백 신호 또는 상기 입력단으로 입력되는 입력신호를 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 증폭기로 연결시키는 제1 스위치;
    상기 다중포트 증폭기를 구성하는 위상 천이기로부터 출력되는 신호를 상기 피드백 회로 또는 상기 출력단으로 연결시키는 제2 스위치; 및
    기설정된 이득값보다 높은 이득이 요구되는 경우, 상기 제2 스위치가 상기 위상 천이기와 상기 피드백 회로를 연결하고, 상기 제1 스위치가 상기 피드백 회로와 상기 증폭기를 연결하도록 제어하여 상기 입력신호의 증폭횟수를 증가시키는 제어부를 포함하고,
    상기 제1 스위치는 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 각 입력포트마다 배치되도록 복수개 배치되고, 상기 제2 스위치는 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 각 출력포트마다 배치되도록 복수개 배치되며,
    각 입력포트로 입력되는 RF 신호 중에서 상기 제2 스위치에 의해 상기 피드백 회로를 통과하는 신호의 이득값은 상기 피드백 회로를 통과하지 않는 신호의 이득값보다 높은 것을 특징으로 하는,
    다중포트 증폭기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 회로는,
    일단이 상기 제2 스위치와 연결되며, 상기 위상 천이기로부터 출력되는 신호의 노이즈를 제거하는 필터부; 및
    일단이 상기 필터부의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제1 스위치와 연결되며, 상기 위상 천이기로부터 출력되는 신호의 이득값을 선택적으로 증가시키는 구동증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    다중포트 증폭기.
  3. 제1항에 있어서,
    일단이 상기 입력단과 연결되고, 외부로부터 공급되는 복수개의 RF(radio frequency) 신호를 각 입력포트에 할당하는 가변 스위치를 더 포함하는,
    다중포트 증폭기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가변 스위치는,
    상기 다중포트 증폭기의 입력포트 개수와 동일한 개수의 입력포트와 출력포트를 포함하고, 상기 가변 스위치의 각 입력포트를 통해 입력되는 각 RF 신호는 상기 가변 스위치를 구성하는 스위치에 의해 결정되는 경로를 따라 상기 가변 스위치의 각 출력포트로 출력되는 것을 특징으로 하는,
    다중포트 증폭기.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스위치는 상기 다중포트 증폭기의 조정(calibration)을 위한 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    다중포트 증폭기.
  7. 전자 장치에 있어서,
    RF(radio frequency) 신호를 생성하는 무선통신칩;
    상기 무선통신칩으로부터 수신한 RF 신호를 증폭하는 다중포트 증폭기; 및
    상기 다중포트 증폭기로부터 출력되는 신호에 기반하여 빔포밍을 수행하는 안테나 어레이를 포함하며,
    상기 다중포트 증폭기는,
    복수개의 출력포트를 포함하는 출력단과 복수개의 입력포트를 포함하는 입력단 사이에 배치되는 피드백 회로로부터 전달되는 피드백 신호 또는 상기 입력단으로 입력되는 상기 RF 신호를 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 증폭기로 연결시키는 제1 스위치;
    상기 다중포트 증폭기를 구성하는 위상 천이기로부터 출력되는 신호를 상기 피드백 회로 또는 상기 출력단으로 연결시키는 제2 스위치; 및
    기설정된 이득값보다 높은 이득이 요구되는 경우, 상기 제2 스위치가 상기 위상 천이기와 상기 피드백 회로를 연결하고, 상기 제1 스위치가 상기 피드백 회로와 상기 증폭기를 연결하도록 제어하여 상기 RF 신호의 증폭횟수를 증가시키는 제어부를 포함하고,
    상기 제1 스위치는 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 각 입력포트마다 배치되도록 복수개 배치되고, 상기 제2 스위치는 상기 다중포트 증폭기를 구성하는 각 출력포트마다 배치되도록 복수개 배치되며,
    각 입력포트로 입력되는 RF 신호 중에서 상기 제2 스위치에 의해 상기 피드백 회로를 통과하는 신호의 이득값은 상기 피드백 회로를 통과하지 않는 신호의 이득값보다 높은 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 피드백 회로는,
    일단이 상기 제2 스위치와 연결되며, 상기 위상 천이기로부터 출력되는 신호의 노이즈를 제거하는 필터부; 및
    일단이 상기 필터부의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제1 스위치와 연결되며, 상기 위상 천이기로부터 출력되는 신호의 이득값을 선택적으로 증가시키는 구동증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 다중포트 증폭기는
    일단이 상기 입력단과 연결되고, 상기 무선통신칩으로부터 수신되는 복수개의 RF 신호를 각 입력포트에 할당하는 가변 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가변 스위치는,
    상기 다중포트 증폭기의 입력포트 개수와 동일한 개수의 입력포트와 출력포트를 포함하고, 상기 가변 스위치의 각 입력포트를 통해 입력되는 각 RF 신호는 상기 가변 스위치를 구성하는 스위치에 의해 결정되는 경로를 따라 상기 가변 스위치의 각 출력포트로 출력되는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  11. 삭제
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제2 스위치는 상기 다중포트 증폭기의 조정(calibration)을 위한 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
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KR1020190135456A KR102215882B1 (ko) 2019-10-29 2019-10-29 빔포밍을 수행하기 위한 다중모드 증폭기 및 이를 포함하는 전자 장치

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100156528A1 (en) * 2007-05-04 2010-06-24 Alan David Couchman Multiport amplifiers in communications satellites
KR20120070966A (ko) * 2010-12-22 2012-07-02 한국전자통신연구원 다중 안테나를 이용한 무선 채널 측정 장치
KR101712753B1 (ko) * 2015-12-31 2017-03-08 서울시립대학교 산학협력단 높은 이득 특성을 갖는 피드백 포트 증폭기 및 그 동작방법
KR20180065554A (ko) * 2016-12-08 2018-06-18 엘지전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 빔포밍을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치

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