KR102700299B1 - 아날로그 빔 스티어링을 위한 방법 및 송신기 - Google Patents

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Abstract

아날로그 빔 스티어링을 위해 구성된 송신기가 개시되며, 송신기는 각각 안테나(326)를 갖는 복수의 안테나 브랜치를 포함한다. 송신기는, 안테나 브랜치들 각각에서, 아날로그 라디오 신호를 다수의 빔 신호들로 분할하기 위한 신호 스플리터(308)를 포함하고, 빔 신호들의 수는 송신될 원하는 빔들의 수와 동일하다. 또한, 송신기는, 다수의 빔 신호들 각각에 대해, 그 빔 및 그 안테나 브랜치에 대한 위상 시프트 설정에 따라 빔 신호를 위상 시프트하기 위한 위상 시프터(310, 312)를 포함하고, 위상 시프트 설정들은 단일 룩업 테이블로부터 구해지고, 위상 시프트된 빔 신호들을 하나의 결합된 신호로 결합하기 위한 신호 결합기(314)를 포함한다. 또한, 송신기는 안테나 브랜치의 안테나(326)로부터 수신기를 향해 상기 결합된 신호를 송신하도록 배치된다.

Description

아날로그 빔 스티어링을 위한 방법 및 송신기
본 발명은 일반적으로 무선 통신 네트워크에서 아날로그 빔 스티어링(beam steering)을 위한 송신기 및 송신기에 의해 수행되는 방법에 관한 것으로, 송신기는 복수의 안테나 브랜치(antenna branch)들을 포함하고, 각각의 안테나 브랜치는 안테나를 포함한다. 또한, 본 발명은 상기 방법들 및 송신기들에 대응하는 컴퓨터 프로그램들 및 캐리어들에 관한 것이다.
신호들의 무선 송신을 위해 송신기들에서 아날로그 빔포밍(beamforming)을 논의할 때의 특별한 조건들을 이해하기 위해, 먼저 디지털 빔포밍을 고려할 가치가 있다. 디지털 빔포밍은 여러 개의 독립적인 빔들이 독립적인 신호들을 여러 빔들에 걸쳐 동시에 전송하는 기저대역(baseband) 주파수에서 형성될 수 있는 기술이다. 여기서, 송신기의 어레이 안테나(array antenna)에서 각 안테나 브랜치는 그 자신의 디지털-아날로그 전환기(DAC)를 갖는 그 자신의 라디오 유닛을 구비한다고 가정한다. 디지털 빔포밍에서는, 아날로그 위상 시프터(phase shifter)들이 하나 또는 여러 빔들을 임의의 방향으로 스티어링할 필요가 없다. 이러한 방식으로, 병렬인 몇몇 빔들이 디지털 기저대역에서 정의될 수 있고, 독립적인 신호들이 이러한 상이한 빔 방향들로 송신될 수 있다.
그러나, 단지 하나의 DAC가 단지 하나의 공통 디지털 라디오에서 이용 가능할 경우, 이것은 각각의 안테나 브랜치로 신호가 분할되기 전에 송신될 신호가 디지털에서 아날로그 형태로 전환되는 것을 의미한다. 따라서, 동일한 신호가 각각의 안테나 브랜치로 분할될 것이고, 각각의 안테나는 동일한 신호를 송신할 것이다. 아날로그 빔 스티어링이라고 하는, 공중으로 송신될 때 이러한 결합된 신호를 특정 빔 방향으로 스티어링하기 위해, 각각의 안테나로부터 송신된 신호는 그 자신의 위상 시프트(phase-shift)를 가질 필요가 있다. 이러한 이유로, 각 안테나 브랜치는 그 자신의 아날로그 위상 시프터(phase shifter)를 구비한다.
결과적인 빔 방향은 각각의 위상 시프터에 대한 위상 시프트 정보를 필요한 페이스(pace) 상에 업로드(upload)함으로써 변경될 수 있다. 그러나, 빔 방향이 특정 시간 주기에 걸쳐 여러 번 방향을 변경하여 빠른 방식으로 시프트되는 경우, 위상 시프터들에 대한 위상 시프트 정보를 포함하는 디지털 제어 신호는 데이터 송신의 관점에서 상당할 수 있다.
따라서, 본 출원인에 의한 방법에서는 기존의 송신기에 대해 로컬 룩-업 테이블(LUT: local Look-up Table)이 개발되었으며, LUT는 송신된 결합 신호에 대한 특정 빔 방향을 달성하기 위해 각각 관련된 위상 시프터에 대한 위상 시프트 정보를 포함한다. 테이블은 라디오 프론트 엔드(radio front end)에서 RF 레벨 상의 모든 위상 시프터들 사이에서 공유된다. 다음으로, 위상 시프트 정보를 포함하는 디지털 제어 신호는 요청된 빔 방향을 정의하는 하나의 엔트리(entry)만을 필요로 할 수 있고, 로컬 포인터는 이 하나의 엔트리 정보를 사용하여 각각의 위상 시프터에 대해 설정될 정확한 위상을 선택할 수 있다. 결과적으로, 예를 들어 32개의 빔 방향들을 획득하도록 위상 시프터들을 제어하기 위해서는 5 비트로 표현되는 숫자를 전송하는 것만이 필요하다. 이 5-비트 신호는 송신기의 중앙 처리 유닛(CPU: Central Processing Unit)으로 전송되고, CPU는 룩-업 테이블(LUT)을 검색한 후, 적절한 위상 시프터에 위상 시프터 설정을 국부적으로 출력한다. 이러한 종류의 절차는 어레이 안테나를 미리 정의된 빔 각도들로 스티어링하기 위한 아주 원초적인 방법이다.
일부 시나리오들에서, 도 1에 도시된 바와 같이 제2 빔이나, 또는 아날로그 빔포밍 설정에서 2개 또는 여러 개의 수신기들에 제공될 훨씬 더 많은 빔들을 정의하는 것에 관심이 있을 수도 있다. 동일한 신호가 모든 빔들로 송신기에 의해 사실상 전송될 것이지만, 그것은 여전히 지원하고자 하는 하나의 시나리오일 수 있다. 이러한 시나리오에 대해, 단지 하나의 빔 및 LUT와 동일한 방식으로는 미리 정의된 위치들로 위상 시프터들을 스위칭하기 위한 임의의 간단한 해법은 존재하지 않는다.
이러한 시나리오에 대해, 위상 시프터 위치 외에도, 안테나 패턴을 양호하고 제어된 방식으로 유지하는 진폭 테이퍼 메커니즘(amplitude taper mechanism)이 필요할 것이다. 서로 다른 방향들과 진폭 테이퍼의 조합은 단일 빔 스티어링에 대한 단순한 LUT 전략을 매우 복잡하게 만든다. 따라서, 존재하는 경우, 기존의 해법은 다차원 LUT를 정의하는 것일 것이다. 그러나, 이것은 높은 정도(high degree)의 메모리 할당을 요구할 것이다. 또한, 많은 처리 전력이 필요할 것이다. 이와 같이, 송신기로부터 무선으로 송신되는 2개 이상의 빔들을 달성할 수 있는 아날로그 빔 스티어링 방법 및 송신기가 필요하다. 또한, 이러한 방법 및 송신기는 사용이 간단해야 하며, 위상 시프터들에 전송될 제어 데이터를 거의 요구하지 않고, 아날로그 프론트 엔드에서 메모리를 거의 필요로 하지 않아야 한다.
본 발명의 목적은 상술한 문제 및 제 중 적어도 일부를 해결하기 위한 것이다. 첨부된 독립 청구항들에 정의된 바와 같은 방법들 및 송신기들을 사용함으로써 이러한 목적들 및 다른 목적들을 달성할 수 있다.
일 양태에 따르면, 무선 통신 네트워크의 송신기에 의해 수행되는 아날로그 빔 스티어링을 위한 방법이 제공된다. 송신기는 복수의 안테나 브랜치들을 포함하고, 각각의 안테나 브랜치는 안테나를 포함한다. 상기 방법은, 각각의 안테나 브랜치에 대해, 아날로그 라디오 신호를 수신하는 단계 - 여기서 아날로그 라디오 신호는 안테나 브랜치들 각각에서 동일함 -; 아날로그 라디오 신호를 다수의 빔 신호들로 분할하는 단계 - 여기서 빔 신호들의 수는 송신될 원하는 빔들의 수와 동일하고, 빔들의 수는 적어도 2임 -;를 포함한다. 또한, 상기 방법은 다수의 빔 신호들 각각에 대해, 그 빔 및 그 안테나 브랜치에 대한 위상 시프트 설정에 따라 빔 신호를 위상 시프트하는 단계 - 여기서 위상 시프트 설정들은 빔들의 수에 공통인 단일 룩업 테이블로부터 구해짐-; 위상 시프트된 빔 신호들을 하나의 결합된 신호로 결합하는 단계; 및 그 안테나 브랜치의 안테나로부터 수신기를 향해 상기 결합된 신호를 송신하는 단계;를 포함한다.
다른 양태에 따르면, 아날로그 빔 스티어링을 위해 구성된 송신기가 제공된다. 송신기는 복수의 안테나 브랜치들을 포함한다. 각각의 안테나 브랜치는 안테나를 포함한다. 송신기는 안테나 브랜치들 각각에서, 아날로그 라디오 신호를 수신하기 위한 신호 스플리터를 포함하고, 아날로그 라디오 신호는 안테나 브랜치들 각각에서 동일하며, 상기 신호 스플리터는 아날로그 라디오 신호를 다수의 빔 신호들로 분할하도록 추가로 배치되고, 빔 신호들의 수는 송신될 원하는 빔들의 수와 동일하고, 빔들의 수는 적어도 2이다. 상기 송신기는, 다수의 빔 신호들 각각에 대해, 그 빔 및 그 안테나 브랜치에 대한 위상 시프트 설정에 따라 빔 신호를 위상 시프트하기 위한 위상 시프터를 더 포함하고, 상기 위상 시프트 설정들은 단일 룩업 테이블로부터 구해진다. 또한, 송신기는 위상-시프트된 빔 신호들을 하나의 결합된 신호로 결합하기 위한 신호 결합기(combiner)를 더 포함하고, 상기 송신기는 그 안테나 브랜치의 안테나로부터의 수신기를 향해 상기 결합된 신호를 송신하도록 배치된다.
다른 양태에 따르면, 무선 통신 시스템에서 동작 가능하며 아날로그 빔 스티어링을 위해 구성된 송신기가 개시된다. 송신기는 처리 회로 및 메모리를 포함한다. 상기 메모리는 상기 처리 회로에 의해 실행 가능한 명령어들을 포함하며, 상기 송신기는 아날로그 라디오 신호를 수신하도록 동작하며, 상기 아날로그 라디오 신호는 안테나 브랜치들 각각에서 동일하고, 아날로그 라디오 신호를 다수의 빔 신호들로 분할하도록 동작하며, 빔 신호들의 수는 송신될 원하는 빔들의 수와 동일하고, 빔들의 수는 적어도 2이다. 또한, 송신기는, 다수의 빔 신호들 각각에 대해, 그 빔 및 그 안테나 브랜치에 대한 위상 시프트 설정에 따라 빔 신호를 위상 시프트하도록 동작하며, 위상 시프트 설정들은 빔들의 수에 대해 공통인 단일 룩업 테이블로부터 구해지고, 위상 시프트된 빔 신호들을 하나의 결합된 신호로 결합하도록 동작하며, 그 안테나 브랜치의 안테나로부터 수신기를 향해 상기 결합된 신호를 송신하도록 동작한다.
다른 양태들에 따르면, 컴퓨터 프로그램들 및 캐리어들도 제공되며, 이에 대한 세부사항들은 청구항들 및 상세한 설명에 기재될 것이다.
이 해법의 추가적인 가능한 특징들 및 이점들은 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
상기 해법은 예시적인 실시예들에 의해 또한 첨부 도면들을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 의해 생성될 수 있는 예시적인 듀얼 빔 안테나 어레이 패턴의 다이어그램이다.
도 2는 본 발명이 사용될 수 있는 무선 통신 네트워크를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명이 사용될 수 있는 무선 통신 네트워크 또는 시나리오의 다른 블록도이다.
도 4는 가능한 실시예들에 따른, 송신기에 의해 수행되는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 실시예들에 따른 방법의 다른 흐름도이다.
도 6은 안테나 브랜치에 배치된, 실시예들에 따른 장치의 블록도이다.
도 7은 4개의 빔 경우에 대한 추가적인 가능한 실시예들에 따른 장치들의 다른 블록도이며, 장치들은 안테나 브랜치에 배치된다.
도 8은 등가적인 전기 장치의 블록도이다.
도 9는 가능한 실시예들에 따른, 4개의 안테나들을 갖는 송신기의 블록도이다.
도 10은 32개의 안테나들을 갖는 실시예로부터의 결과적인 송신을 나타내는 xy-다이어그램이고, 여기서 2개의 빔들은 원하는 방향들로 근접하게 형성된다.
도 11은 도 10의 32-안테나 실시예로부터 진폭 테이퍼(amplitude taper)를 나타내는 xy-다이어그램이다.
도 12는 실시예들에 따른 송신기의 블록도이다.
본 발명자들은 각 안테나 브랜치에서 아날로그 라디오 신호를 다수의 빔 신호들로 분할하고 (여기서 빔 신호들의 수는 송신하고자 하는 빔의 개수와 동일함), 각 빔 신호에 대해 별도로 위상 시프트(phase shift)를 수행한 다음, 하나의 안테나 브랜치의 빔 신호를 다시 결합함으로써, 하나의 빔만 송신하고자 하는 경우에 사용되는 것과 동일한 룩-업 테이블을 사용할 수 있다는 것을 발견하였다. 다시 말해, 각 안테나 브랜치에 들어오는 아날로그 신호는 송신될 빔들의 수와 동일한 수의 빔 신호들로 분할된다. 그 다음, 안테나 브랜치 당 빔 신호들 각각은 그 자신의 위상 시프터에 의해 위상 시프트된다. 그 다음, 위상 시프터들은 단일 빔 경우에 대해 사용되었던 것과 동일한 룩업 테이블로부터 그들의 위상 설정들을 얻는다. 일례로서, 2개의 빔들이 송신되는 경우, 즉 30°방향에서 하나 및 100°방향에서 하나인 경우, 각각의 안테나 빔에 대한 제1 위상 시프터들은 단일 룩업 테이블에서의 30°위치로부터 그들의 위상 설정들을 구하고, 각각의 안테나 빔에 대한 제2 위상 시프터들은 동일한 단일 룩업 테이블에서의 100°위치로부터 그들의 위상 설정들을 구한다. 그 다음, 동일한 안테나 브랜치의 위상-시프트된 신호들은 결합기에서 결합되고, 수신기를 향해 무선 송신을 위한 안테나 브랜치의 안테나로 보내진다. 그 결과, 사용이 간편하고, 위상 시프터들에 송신될 제어 데이터를 거의 요구하지 않고, 아날로그 프론트 엔드에서 메모리를 거의 필요로 하지 않는 아날로그 빔 스티어링이 달성되며, 또한 상기 송신된 무선 신호들에 의해 양호하게-형성된 빔들이 형성된다.
도 2는 본 발명이 사용될 수 있는 무선 통신 네트워크(100)를 나타낸다. 무선 통신 네트워크는 수신기(120)와 통신하거나 또는 수신기(120)와 무선 통신을 위해 적응된 송신기(110)를 포함한다. 송신기(110)는 복수의 안테나들(111, 112, 113)을 구비하지만, 단지 하나의 디지털-아날로그 전환기(DAC)(118)를 구비하며, 이는 복수의 안테나들(111, 112, 113)로부터 무선으로 송신된 하나의 결합된 신호만이 존재할 수 있음을 의미한다. 송신기(110)는 DAC(118)가 위치되는 인입 라인(incoming line)(119)을 구비한다. 인입 라인은 DAC가 복수의 안테나 브랜치(114, 115, 116)로 DAC된 후 분할되는데, 복수의 안테나 브랜치(114, 115, 116) 각각은 안테나(111, 112, 113) 중 하나에서 종료된다. 안테나(111, 112, 113) 당 하나의 안테나 브랜치(114, 115, 116)가 존재하므로, 안테나 브랜치 이름이 있다. 사용 중일 때, 예를 들어 송신기에서 신호 발생기로부터 발신되는 인입 신호가 수신된다. 인입 신호는 인입 라인(119)을 통해 수신된다. DAC(118)에서는 입력되는 신호를 디지털에서 아날로그 형태로 전환한다. 전환된 아날로그 신호는 복수의 안테나 브랜치(114, 115, 116)로 분할되고, 각 안테나(111, 112, 113)로부터 아날로그 신호가 송신된다. 다시 말해, 각 안테나(111, 112, 113)를 통해 동일한 아날로그 신호가 송신된다. 이러한 송신기에서, 무선으로 송신된 상기 결합된 신호는 아날로그 빔 스티어링을 사용하여 스티어링될 수 있고, 이는 상이한 안테나 브랜치에서의 아날로그 신호를 상이하게 위상 시프트하는 것을 포함한다.
도 3은 본 발명이 사용될 수 있는 다른 무선 통신 네트워크(125)의 일례를 나타낸다. 이 네트워크(125)는 무선 통신 장치(140)에 있거나 무선 통신 장치(140)와 무선 통신하는 라디오 액세스 네트워크 노드(130)를 포함한다. 도 2의 송신기(110)는 라디오 액세스 네트워크 노드(130)일 수 있고, 도 2의 수신기(120)는 무선 통신 장치(140)일 수 있다. 이와는 달리, 도 2의 송신기(110)는 무선 통신 장치(140)일 수 있고, 수신기(120)는 라디오 액세스 네트워크 노드(130)일 수 있다.
무선 통신 네트워크들(100, 125)은 무선 통신 장치들에 라디오 액세스를 제공할 수 있는 임의 종류의 무선 통신 네트워크일 수 있다. 이러한 무선 통신 네트워크들의 예로서, GSM(Global System for Mobile communication), EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), CDMA 2000(Code Division Multiple Access 2000), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(LTE Advanced), WLAN(Wireless Local Area Networks), WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access), WiMAX-A(WiMAX Advanced)뿐만 아니라, NR(New Radio)과 같은 기술에 기초한 제5 세대 무선 통신 네트워크들을 포함한다.
라디오 액세스 네트워크 노드(130)는, 단독으로 또는 다른 네트워크 노드와 조합하여 무선 통신 장치(140)에 무선 액세스를 제공하는 임의 종류의 네트워크 노드일 수 있다. 라디오 액세스 네트워크 노드들(130)의 예로서, 기지국(BS), 라디오 BS, 베이스 트랜시버 스테이션(base transceiver station), BS 제어기, 네트워크 제어기, 노드 B(NB), eNB(evolved Node B), NR BS, 멀티-셀/멀티캐스트 조정 엔티티(Multi-cell/multicast Coordination Entity), 릴레이 노드, 액세스 포인트(AP), 라디오 AP, RRU(Remote Radio Unit), RRH(Remote Radio Head) 및 MSR BS(multi-standard BS)가 있다.
무선 통신 장치(140)는 라디오 신호들을 사용하여 라디오 액세스 네트워크 노드(130)와 무선으로 통신할 수 있는 임의 유형의 장치일 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 장치(140)는 사용자 장비(UE), 기계형(machine type) UE 또는 M2M(Machine to Machine) 통신이 가능한 UE, 센서(sensor), 태블릿(tablet), 이동 단말기(mobile terminal), 스마트 폰(smart phone), LEE(Laptop Embedded Equipment), LME(Laptop Mounted Equipment), USB 동글(dongle), CPE(Customer Premises Equipment) 등일 수 있다.
도 4는 도 2와 함께, 무선 통신 네트워크(100)의 송신기(110)에 의해 수행되는 아날로그 빔 스티어링을 위한 방법을 설명한다. 송신기는 복수의 안테나 브랜치들(114, 115, 116)을 포함하고, 각각의 안테나 브랜치는 안테나(111, 112, 113)를 포함한다. 상기 방법은, 각각의 안테나 브랜치(114, 115, 116)에 대해, 안테나 브랜치들 각각에서 동일한 아날로그 라디오 신호를 수신하는 단계(206), 아날로그 라디오 신호를 다수의 빔 신호들로 분할하는 단계(208)를 포함하며, 빔 신호들의 수는 송신될 원하는 빔들의 수와 동일하고, 빔들의 수는 적어도 2이다. 또한, 상기 방법은, 다수의 빔 신호들 각각에 대해, 그 빔 및 그 안테나 브랜치(114, 115, 116)에 대한 위상 시프트 설정에 따라 빔 신호를 위상 시프트하는 단계(210) - 여기서 위상 시프트 설정들은 빔들의 수에 공통인 단일 룩업 테이블로부터 구해짐-, 위상 시프트된 빔 신호들을 하나의 결합된 신호로 결합하는 단계(212); 및 그 안테나 브랜치(114, 115, 116)의 안테나(111, 112, 113)로부터 수신기를 향해 상기 결합된 신호를 송신하는 단계(214)를 포함한다.
송신기(110)는 예를 들어 무선 액세스 노드(130) 또는 무선 통신 장치(140)에 위치될 수 있다. 안테나들(111, 112, 113)은 예를 들어 1차원 어레이로 또는 2차원 어레이로 배치될 수 있다. "단일 룩업 테이블(single look-up table)"은 1개 및 동일한 룩업 테이블이 모든 빔 신호들의 위상 시프트를 위해 사용된다는 것을 의미한다. 단일 룩업 테이블은 특정 빔 각도에 대해 또한 그 안테나 구성을 갖는 특정 송신기에 대한 각각의 안테나 브랜치에 대해 미리 설정된 위상 시프트 설정들을 포함한다. 동일한 안테나 브랜치에서 상이한 빔 신호들의 위상 시프트를 위해, 송신기는 상이한 빔 각도들에서 그러나 동일한 안테나 브랜치에서의 값들을 검색(look up)할 것이다. 동일한 빔 신호들의 그러나 상이한 안테나 브랜치들에 대한 위상 시프트를 위해, 송신기는 동일한 빔 각도들에서 그러나 상이한 안테나 브랜치들에서의 값들을 검색할 것이다. 룩업 테이블의 예에 대해서는, 표 1을 더 참조한다. 특히, 열(column)은 “위상 시프터들”로 표시되고, 이것은 안테나 브랜치 당 상이한 위상 시프터 빔 설정을 나타내고, 행(row)은 상이한 빔 각도에 대해 표시된다. 다시 말해, 2개의 빔을 갖는 일례 및 표 1의 16-안테나 설정에 대해, 제1 빔 각도가 50°이고 제2 빔 각도가 100°인 경우, 제1 안테나의 2개의 빔 신호들은 각각 115.8도 및 31.1도로 위상 시프트될 것이다. 다시 말해, 빔에 대한 표에서의 위상 시프트 값들은, 송신되어야 하는 많은 다른 빔들(만약 있는 경우)과 독립적이다. 주어진 빔에 대해, 안테나 브랜치 당 단일 위상 시프트 값만이 표로부터 요구된다.
각 안테나 브랜치를 다수의 빔 브랜치들 또는 빔 신호들로 분할함으로써, 안테나 브랜치 당 빔 신호들은 송신될 빔들의 수와 동일하며, 다음으로 이들 빔 신호들 각각에 대해 개별적으로 위상 시프트를 행함으로써, 본 발명자들은 오직 하나의 빔만이 송신될 경우에 사용되는 것과 동일한 룩업 테이블을 사용하는 것이 가능하다는 것을 발견하였다. 다시 말해, 추가 분할 및 결합 단계를 삽입하고 빔 당 및 안테나 브랜치 당 위상 시프트함으로써, 하나의 빔의 경우에 사용되는 단일 룩업 테이블이 2개 이상의 빔들에 대해 재사용될 수 있다. 결과적으로, 매우 제한된 제어 데이터가 빔 관리 시스템으로부터 송신기로 전송될 필요가 있는데, 이는 제어 데이터가 단일 룩업 테이블의 어느 위치에서 검색되는지를 정의할 필요만 있기 때문이다.
아날로그 라디오 신호를 적어도 안테나 브랜치의 수와 동일한 수의 아날로그 라디오 신호로 분할하는 단계(204)는, 이 분할된 아날로그 라디오 신호가 각각의 안테나 브랜치에서 수신되는 단계(206) 전에, 각각의 안테나 브랜치로 분할되는 제1 하나의 신호가 존재한다는 것을 정의하기 위해, 수신 단계(206) 전에 삽입될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 방법은 각각의 안테나 브랜치에 대해, 안테나 브랜치에 배치된 격리 임피던스(isolation impedance)를 사용하여 상기 결합된 신호를 진폭 테이퍼링(amplitude tapering)하는 단계(213)를 더 포함한다. 각각의 안테나 브랜치에 위치된 격리 임피던스를 가짐으로써, 본 발명의 송신기는 진폭 테이퍼에 대한 임의의 사전 계산들에 대한 필요성 없이 안테나 어레이에 원하는 진폭 테이퍼를 자동으로 제공할 것이다. 격리 임피던스는 위상 시프트된 빔 신호들을 하나의 결합된 신호로 결합하는 단계(212)를 달성하는 신호 결합기의 출력에 위치될 수 있다. 안테나 브랜치를 갖는다는 것은 "안테나 당 하나의 브랜치"인 브랜치를 의미하는데, 즉 브랜치가 안테나를 만나기 전에 임의의 다른 유닛들을 통과하는지에 관계없이, 안테나로 이어지는 브랜치를 의미한다.
도 5에 나타낸 다른 실시예에 따르면, 상기 방법은 아날로그 라디오 신호가 안테나 브랜치들 각각에서 수신되는 단계(206) 전에, 디지털 기저대역 신호를 수신하는 단계(201), 신호를 아날로그 형태로 전환하는 단계(202), 신호를 기저대역 주파수로부터 라디오 주파수로 변환하는 단계(203), 신호를 안테나 브랜치들의 수와 동일한 수의 신호들로 분할하는 단계(204)를 더 포함한다. 전환 단계(202), 변환 단계(203) 및 분할 단계(204)는, D/A 전환 단계(202)가 분할 단계(204) 이전에 발생하는 한, 임의의 가능한 순서로 일어날 수 있다. 예를 들어, 디지털-아날로그 형태로의 전환(202)은 라디오 주파수에서뿐만 아니라 기저대역 주파수에서, 즉 변환 단계(203) 이전 또는 이후에 발생할 수 있다. 다른 예로서, 분할 단계(204)는 변환 단계(203) 이전에 일어날 수 있다.
본 발명을 이해하기 위해, 아날로그 빔 스티어링을 하나의 송신된 빔으로만 처리하고 하나의 LUT(Look-Up Table)만 필요로 하는 기존의 방법이 독자에게 먼저 소개된다. 이후, 동일하고 단순한 LUT가 다른 방향들에서 하나 이상의 빔들을 완전하게 달성하도록 실제로 재사용될 수 있음을 독자에게 나타낸다.
먼저, 특정 각도 빔 위치에 대한 위상 설정들을 나타내는 모든 열들을 가로지르는 하나의 엔트리 행으로부터 위상 설정들이 올 수 있는 LUT-지원 어레이 안테나를 고려한다. 빔 스티어링은 다음과 같이 표시될 수 있다.
1)
또는
2)
여기서, θ는 송신 각도, θ0는 요청된 빔 각도, d는 안테나 요소들(안테나들이라고도 함) 사이의 거리, n은 안테나 요소들의 개수이다. 여기서 d는 파장의 관점에서 주어진다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 송신 패턴이라고도 하는 복사 패턴(radiation pattern)들은 외견상 정규화(normalized)되나 주파수에 의존하지 않는다. 이러한 정식화(formulation)는 일반적인 정식화에 어떠한 제한도 부과하지 않아야 한다. 복사 패턴을 설명하기 위한 또 다른 방법은 아래 공식과 같이 복소 진폭(complex amplitude)들을 추출하는 것이다.
3)
여기서
4)
이것은 방향 θ0을 가리키는 빔을 정의한다. 여기서, 예를 들어 하부 사이드 로브(side lobe)를 얻기 위해 테이퍼링 없이 이러한 단일 빔에 대해, 복소 진폭이 임의의 테이퍼링을 가질 필요가 없다는 점에 유의해야 한다. 즉, 이러한 진폭들의 크기는 1(unity)이다. 어레이에서의 요소들 각각에 적용되어야 하는 위상 시프트 φn은 다음과 같이 도출될 수 있다.
5)
일반적으로, 요소 거리 d는 d = λ/2 인 것으로 정의되고, 그 경우, 다음과 같이 단순화된다.
6)
이것은 본 발명이 사용될 수 있는 1D-어레이의 일례를 기술하는 아래의 예시적인 표 1에 정의된 바와 같은 단일 엔트리 LUT로서 빔의 그리드(GOB: Grid of Beams)에 대해 동일시될 수 있다. 이 예에서의 빔 입도(granularity)는 각각 10도의 단계들이고, 이 예시적인 1D-어레이에서의 요소들의 수 n은 16이다.
표 1은 빔 방향(여기서는 50°)을 표시하는 엔트리를 갖는 빔 LUT의 일례이고, 출력은 0.5λ안테나 요소 거리를 갖는 16-요소 선형 어레이에서의 모든 16 안테나 요소들에 대한 위상 시프터 설정이다. 다른 빔 방향들 또는 어레이 구성들에 대해, 표의 값들은 이 예에서 표시되는 것과 상이할 것이다. 상기 표는 이 예에서 50°의 각도를 가리키는 빔에 대응하는 행을 향하는 포인터를 갖는다. 표로 나타낸 셀들에 표시된 위상 각도들은 위상 시프터들로 보내질 위상 설정들이다. 따라서, 정확한 행을 가리킬 수 있다는 것을 제외하고는 아무것도 계산할 필요가 없다.
다음으로, 위에서 정의된 것과 다른 방향으로 제2 빔을 형성하기 위해, 상기 식 1)에 다른 빔 표현을 간단히 추가할 수 있다. 이것은 아래에 정의된 바와 같이 형식적으로 수행된다.
7)
여기서, θ1은 제2 빔에 대한 요청된 빔 각도고, θ0은 제1 빔에 대한 요청된 빔 각도이다. 이것은 복사 패턴에 대한 다음의 표현과 동등하다.
8)
9)
영리한 독자라면 이 복소 값이 2개의 방향들 θ0 및 θ1에 따라 상이한 진폭들을 가질 것이고, 결과적인 위상도 θ0 및 θ1의 특정 값들에 의존할 것임을 알 수 있을 것이다. 따라서, 2개의 빔들을 조합하는 것은 이 경우에 적어도 상당히 복잡한 2D 테이블을 의미한다는 것이 명백하다. 그러나, An-벡터에 의해 설명된 바와 같이 복소 페이저(complex phasor)들에서 다시 찾아보면, 하드웨어 구현을 이용하는 상이한 해법을 가능하게 한다. 구체적으로, 2개의 위상 시프터들을 분할 신호에 대해 작용하게 하고, 분할 신호들을 다시 결합할 경우, 위상 시프트 후, 적절한 결합 위상이 자동적으로 유도될 것이고, 필요한 진폭 테이퍼(amplitude taper)가 격리된 포트(isolated port)로의 전력 손실에 의해 설명될 것이다. 제1 경우로서 가정하면, 각도 방향 θ0 = θ1 이면, 총 진폭은 식 9)로부터 2일 것이다. 대신에, 빔 방향들이 사실상 상이하면, 총 진폭은 식 9)에서 다시 인덱싱 'n'에 전적으로 의존하여, 0과 2 사이의 어떤 것이 될 것이다. 따라서, 신호 분할 + 개별 위상 추가 후에 다시 복소 합산(complex summation)하는 것은 듀얼 빔(다중 빔) 위상 조정기를 통과하는 신호에 적절한 진폭을 제공할 것이다. 결합된 진폭이 각각의 안테나 브랜치에서 상이하기 때문에, 손실 전력은 어떻게든 처리되어야 하고, 하이브리드 결합기(hybrid combiner)들의 경우에는 출력 상의 종단/격리 부하(termination/isolation load)에서, 또는 윌킨슨 결합기/분배기(Wilkinson combiner/divider)를 갖는 경우에는 격리 임피던스에서 수행되어야 한다. 윌킨슨 결합기/분배기의 격리 임피던스는 분할 신호들이 결합기로 공급되는 브랜치들 사이에 배치될 것이다.
도 6에 나타낸 실시예에 따르면, 다음의 새로운 전기 장치(301)가 개발되었다. 송신기(110)의 일부인 전기 장치(301)는 신호 스플리터(signal splitter)(308), 2개의 위상 시프터들(310, 312) 및 신호 결합기(314)를 포함한다. 이러한 전기 장치는 각각의 안테나 브랜치 내에 배치된다 (도 1 참조). 도 6의 전기 장치(301)는 다음과 같이 동작한다. 각각의 안테나 브랜치에서, 아날로그 라디오 신호(Sn)가 수신된다. 아날로그 라디오 신호는 신호 스플리터(308)에서 안테나 브랜치마다 제1 및 제2 빔 신호로 분할된다. 제1 빔 신호는 제1 위상 시프터(310)로 유도된다. 제1 위상 시프터(310)는 요청된 제1 빔 각도(θ0)에 대한 단일 LUT에서 발견되는 값에 따른 제1 위상(φ0)으로 제1 빔 신호를 시프트한다. 제1 위상은 각각의 안테나 브랜치에 대해 상이하다 (예시적인 표 1 참조). 제2 빔 신호는 제2 위상 시프터(312)로 유도된다. 제2 위상 시프터(312)는 요청된 제2 빔 각도(θ1)에 대한 단일 LUT에서 발견되는 값에 따른 제2 위상(φ1)으로 제2 빔 신호를 시프트한다. 그 후, 제1 및 제2 위상 시프트된 빔 신호들은 위상 시프트된 빔 신호들이 결합 신호(xn)로 결합되는 신호 결합기(314)로 보내지고, 결합 신호(xn)는 전기 장치(301)의 출력으로서 보여질 수 있다. 전기 장치(301)는 전력 증폭기(322) 및 필터(324)를 통해 안테나(326)에 추가적으로 연결된다. 결과적으로, 전기 장치(301)의 결합된 출력 신호(xn)는 전력 증폭기(322) 및 필터(324)를 통해, 수신기로의 무선 송신을 위해 각각의 안테나 브랜치의 안테나(326)로 보내진다. 결합 전력 손실은 결합기(314)의 출력에 배치된 격리 저항기(318)에 수집된다. 격리 저항기(318)에 수집된 결합 전력 손실은 필요한 테이퍼 손실과 동일할 것이고, 이로써 상기 요청된 빔 및 사이드 로브들의 테이퍼를 제공한다 (아래의 추가 설명 참조). 격리 저항기(318)에 의해 흡수되지 않는 임의의 반사 전력을 처리하기 위해, 제2 격리 저항기(320)가 신호 스플리터(308)의 입력 상에 배치될 수 있다.
도 6에 설명된 장치는 2개의 상이한 빔들을 달성하는 것을 가능하게 한다. 새로운 장치를 반복함으로써, 2개를 넘는 빔들이 달성될 수 있다는 것이 관찰되어야 한다. 4개의 빔들을 달성하기 위한 예시적인 구현이 도 7에 나타나 있다. 여기서, 각각의 안테나 브랜치에서, 인입 아날로그 신호(Sn)는 제1 신호 스플리터(416)를 통해 입력되고, 그 후, 2개의 분할 신호들은 각각 신호 스플리터(408, 418)에 입력되고, 2개의 신호들 각각은 다시 분할되어, 안테나 브랜치 당 총 4개의 신호를 생성한다. 4개의 분할 신호들은, 요청된 4개의 빔 각도들에 따라, 표 1에 도시된 것과 같은 공통 LUT로부터 구해진 위상 시프트 데이터(φ11, φ12, φ13, φ14)에 따라, 그 자신의 위상 시프터(410, 412, 420, 422)에 의해 개별적으로 위상 시프트된다. 그 후, 위상 시프트된 신호들은 도 6에 나타낸 결합기와 같은 결합기(414, 424, 426)에서 출력 신호(Xn)로 결합된다. 또한, 도 7은 결합기들(414, 424, 426)의 출력에 배치된 가능한 격리 저항기들(428, 430, 432)뿐만 아니라 신호 스플리터들(408, 416, 418)의 입력에 배치된 가능한 격리 저항기들(434, 436, 438)을 나타낸다.
또한, 상기 실시예들에 따르면, 결합기/결합기들(314, 414, 424, 426)의 출력 상의 격리 저항들(318, 428, 430, 432)로의 결합 손실은 위상 시프터 및 감쇠기(attenuator)의 단일 조합에 의해 요구되는 것과 동일할 것이다. 따라서, 상기 설명된 장치들 및 송신기들에 의해 본질적으로 주어지는 바와 같이, 이 감쇠를 계산하거나 또는 표로 만드는 것은 필요하지 않다. 도 6 및 도 7의 회로들은 도 8의 회로 기능성과 동일할 것이다. 따라서, 도 8은 도 6 및 도 7에 나타낸 회로들과 같은 멀티-빔 위상 시프터들에 대한 복소 위상 시프터 등가(φn) 및 감쇠기 등가(An)를 나타낸다. 그러나 AnS와 φnS를 별도로 계산할 필요는 없으며, 대신에 첫 번째 매우 동일한 LUT를 사용할 수 있고 그러나 위상 설정에 대해 다른 엔티티들을 사용할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 송신기의 예를 나타내며, 송신기는 4개의 안테나들(501, 502, 503, 504)를 구비하고 2개의 빔들이 송신된다. 또한, 송신기는 안테나들(501, 502, 503, 504)로부터 수신기로 무선으로 송신될 정보를 갖는 기저대역 신호를 획득하는 획득 유닛(511)을 구비한다. 획득 유닛(511)은 기저대역 신호 발생기일 수 있고, 획득 유닛(511)은 다른 유닛으로부터 기저대역 신호를 수신할 수 있다. 또한, 송신기는 기저대역 신호를 디지털에서 아날로그 형태로 전환하는 DAC(512)와, 기저대역 신호를 기저대역 주파수로부터 라디오 주파수로 전환하는 주파수 전환기(513)를 더 포함한다. 도 9의 예에서, 주파수 전환기(513)는 송신될 라디오 신호(s)를 달성하기 위해 기저대역 신호를 국부 발진기(LO)로부터 발생하는 라디오 주파수 신호와 혼합하는 혼합기(mixer)이다. 또한, 송신기가 4개의 안테나를 구비함에 따라, 라디오 신호(s)가 분할되는 4개의 안테나 브랜치들(521, 522, 523, 524)이 존재한다. 그 후, 각각의 분할 신호는 각각 본 발명의 전기 장치(531, 532, 533, 534)에 입력된다. 전기 장치들(531, 532, 533, 534)은 여기서 도 6의 전기 장치(301)로 예시된다. 인입 신호(s)는 각각의 안테나 브랜치(521, 522, 523, 524)에서 분할되고 위상 시프트된다. 각각의 안테나 브랜치(521, 522, 523, 524)의 각각의 위상 시프터들의 각각에 대한 위상 설정들은 이 4-안테나 구성에 대해 적응된 LUT(540)로부터 구해진다. 일례로서, 각각의 안테나 브랜치의 제1 위상 시프터들은 제1 빔 각도 행(예: 50°)에서 LUT(540)로부터 그들의 위상 설정들(φ11, φ21, φ31, φ41)을 획득하고, 각각의 안테나 브랜치의 제2 위상 시프터들은 제2 빔 각도 행(예: 100°)에서 LUT(540)로부터 그들의 위상 설정들(φ12, φ22, φ32, φ42)을 획득한다. 위상 시프트 후, 각각의 안테나 브랜치(521, 522, 523, 524)의 2개의 위상 시프트된 신호들은, 각각의 전기 장치(531, 532, 533, 534.)의 결합기에서 결합된다. 각각의 안테나 브랜치(521, 522, 523, 524)의 결과적인 결합 신호는 전력 증폭기(541, 542, 543, 544) 및 필터(551, 552, 553, 554)를 통해 안테나 브랜치의 안테나로 보내진다.
듀얼 빔 여기(dual beam excitation)의 실제 경우로서, 브로드사이드(broadside)에 -10°및 +20°벗어난 방향에서 이중 빔을 생성하기 위해 복소 진폭 조합이 주어지는 32-요소의 예를 들 수 있다. 결과적인 송신 패턴은 도 10에 나타내었으며, x-축 상의 빔 스티어링 각도 및 y-축 상의 dB 단위의 신호 강도를 갖는다. 송신 패턴은 큰 연속적인 안테나 개구(aperture)들에 대해 획득되는 공통 Sin(x)/x 패턴과 일치하는 사이드 로브 롤-오프(roll-off)를 나타낸다.
송신 패턴은 표 1에서와 유사한 단일-엔트리(single-entry) 테이블을 사용함으로써 상기한 도 10 에서 설명된 것과 같은 송신기에 의해 획득된다. 그러나, -10, +20°예에서, 0°는 표 1의 90도와 유사하며, 다시 말해, 표 1에서 -10°는 80°와 같으며, +20°는 110°와 같다. 결합된 위상-시프터 구조로부터의 안테나 요소들에서 발생할 대응 진폭 테이퍼는, x-축 상의 안테나 요소 개수 및 y-축 상의 -dB의 감쇠를 갖는, 이러한 특정 빔 각도 설정에 대해 도 11에 표시된다. 진폭 테이퍼는 위상 시프터 네트워크 내의 일부 격리 포트(isolation port)에 대한 상대적인 전력 손실에 의해 달성될 것이라는 점에 유의해야 한다. 정확한 복소 진폭 및 위상 설정들은 단지 하나의 룩업 테이블로부터 이 경우의 스티어링 각도들 -10° 및 +20°에 의해 주어진 바와 같이 이들 2개의 엔트리들을 단지 선택(picking)함으로써 어레이에 제공될 것이다. 도 11의 어레이 테이퍼들에 대한 합은 -3 dB 총 테이퍼링 손실에 대응한다.
일 실시예에 따르면, 상기 도시된 위상 시프터들은 참 시간 지연(True Time Delay) 유닛들로 변경될 수 있다. 또한, 다른 실시예에 따르면, 제안된 구현들에 대한 특성들은 공통 테이퍼 손실이 10·log10(N)과 동일하고, 여기서 N은 2, 4, 8 빔들에 대해 각각 3, 6, 9 dB 손실인 것을 지원하기 위한 빔들의 수이다. 빔 당 지향성(directivity)도 테이퍼링 손실만큼 감소할 것이다. 결국, 등가 등방성 복사 전력(Equivalent Isotropically Radiated Power: EIRP)은 각각 2, 4, 8 빔들에 대해 6, 12, 16 dB를 상실할 것이다. 이것은 구현과 무관하다. 그러나, 저전력에서의 증폭 전에 테이퍼 손실을 경험하는 것을 기억해야 하므로, 실제 영향(implication)은 오히려 상이한 빔들 간의 방향성(directivity)의 분할에 있을 것이다.
또한, 도 1 및 도 6을 참조하여, 후에 기술하는 안테나 브랜치의 세부사항들, 아날로그 빔 스티어링을 위해 구성되는 송신기(110)에 대해 설명된다. 송신기는 복수의 안테나 브랜치(114, 115, 116)를 포함한다. 각각의 안테나 브랜치는 안테나(111, 112, 113)를 포함한다. 안테나 브랜치(114, 115, 116) 각각에서, 송신기(110)는 아날로그 라디오 신호를 수신하기 위한 신호 스플리터(308)를 포함하고, 아날로그 라디오 신호는 안테나 브랜치 각각에서 동일하며, 신호 스플리터(308)는 아날로그 라디오 신호를 다수의 빔 신호로 분할하도록 더 배치되고, 빔 신호의 수는 송신될 원하는 빔의 수와 동일하며, 빔의 수는 적어도 2이다. 다수의 빔 신호들 각각에 대해, 송신기(110)는 그 빔 및 그 안테나 브랜치에 대한 위상 시프트 설정에 따라 빔 신호를 위상 시프트하기 위한 위상 시프터(310, 312)를 더 포함하며, 위상 시프트 설정들은 단일 룩업 테이블로부터 구해지고, 송신기(110)는 위상-시프트된 빔 신호들을 하나의 결합된 신호로 결합하기 위한 신호 결합기(314)를 더 포함한다. 또한, 송신기(110)는 그 안테나 브랜치(114, 115, 116)의 안테나(111, 112, 113)로부터의 상기 결합된 신호를 수신기(120)를 향해 송신하도록 배치된다. 송신기(110)는 예를 들어 라디오 액세스 네트워크 노드 또는 무선 통신 장치에 위치될 수 있다. 안테나들(111, 112, 113)은 예를 들어 1차원 어레이 또는 2차원 어레이로 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 송신기(110)는 각각의 안테나 브랜치(114, 115, 116)에 대해 또한 신호 결합기(314)에서, 신호의 진폭 테이퍼링을 위한 격리 임피던스(318)를 더 포함한다. 신호 결합기(314)에서 각각의 안테나 브랜치에 위치된 격리 임피던스(318)를 가짐으로써, 본 발명의 송신기는 진폭 테이퍼에 대한 임의의 사전-계산(pre-calculations) 없이 안테나 어레이에 원하는 진폭 테이퍼를 자동으로 제공할 것이다. 격리 임피던스(318)는 50 또는 100Ω과 같은 사용된 유형의 신호 결합기에 따라 설계된 값을 가질 수 있다. 이러한 격리 임피던스로, 전력이 신호의 발생기로 다시 반사되지 않도록 브랜치에 임피던스 매칭을 달성하는 것을 목표로 하고 있으며, 반면 발생기가 이러한 반사 전력을 사용하기 위해 준비되지 않은 경우, 발생기에 위험이 될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 신호 스플리터(308)는 하이브리드 전력 스플리터(hybrid power splitter)이고, 신호 결합기(314)는 하이브리드 결합기이다. 또한, 격리 임피던스(318)는 각각의 안테나 브랜치(114, 115, 116)와 접지 사이의 신호 결합기(314)의 출력에 배치된다.
다른 실시예에 따르면, 신호 스플리터(308)는 윌킨슨 분배기이고, 신호 결합기(314)는 윌킨슨 결합기이다. 또한, 각각의 안테나 브랜치(114, 115, 116)는 다수의 빔 브랜치들로 분할되며, 빔 브랜치들의 수는 빔 신호들의 수와 동일하고, 격리 임피던스(318)는 신호 결합기(314)의 입력에서 다수의 빔 브랜치들 중 적어도 2개의 빔 브랜치들 사이에 배치된다.
다른 실시예에 따르면, 송신기(110)는 각각의 안테나 브랜치(114, 115, 116)에 대해, 신호 스플리터(308)의 입력에 배치된 제2 격리 임피던스(320)를 더 포함한다. 신호 스플리터의 입력에 배치된, 이러한 제2 추가 격리 임피던스(320)를 가짐으로써, 신호 결합기(314)에서의 격리 임피던스(318)의 불일치로 인해 발생기를 향해 반사하는 전력은 제2 격리 임피던스를 가질 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 위상 시프터들(310, 312)은 참 시간 지연(True Time Delay) 유닛들로서 실현된다.
도 12는 무선 통신 시스템(100)에서 동작 가능하며 아날로그 빔 스티어링을 위해 구성된 송신기(110)의 다른 실시예를 설명한다. 송신기(110)는 처리 회로(603) 및 메모리(604)를 포함한다. 상기 메모리는 상기 처리 회로(603)에 의해 실행 가능한 명령어들을 포함하며, 이에 의해 송신기(110)는 아날로그 라디오 신호를 수신하도록 동작하며 (아날로그 라디오 신호는 안테나 브랜치들 각각에서 동일함), 아날로그 라디오 신호를 다수의 빔 신호들로 분할하도록 동작한다 (빔 신호들의 수는 송신될 원하는 빔들의 수와 동일하고, 빔들의 수는 적어도 2임). 또한, 송신기(110)는, 다수의 빔 신호들 각각에 대해, 그 빔 및 그 안테나 브랜치(114, 115, 116)에 대한 위상 시프트 설정에 따라 빔 신호를 위상 시프트시키도록 동작하고 (위상 시프트 설정들은 빔들의 수에 공통인 단일 룩업 테이블로부터 구해짐), 위상 시프트된 빔 신호들을 하나의 결합된 신호로 결합하도록 동작하고, 그 안테나 브랜치의 안테나(111, 112, 113)로부터 수신기(120)를 향해 결합된 신호를 송신하도록 동작한다.
일 실시예에 따르면, 송신기(110)는, 각각의 안테나 브랜치(114, 115, 116)에 대해, 안테나 브랜치에 배치된 격리 임피던스를 사용하여 결합된 신호를 진폭 테이퍼링하도록 더 동작한다.
일 실시예에 따르면, 송신기(110)는 아날로그 라디오 신호가 안테나 브랜치들(114, 115, 116) 각각에서 수신되기 전에, 디지털 기저대역 신호를 수신하도록 동작하고; 신호를 아날로그 형태로 전환하도록 동작하고; 기저대역 주파수로부터 라디오 주파수로 신호를 변환하도록 동작하고, 및 신호를 안테나 브랜치들의 수와 동일한 수의 신호들로 분할하도록 더 동작한다.
다른 실시예들에 따르면, 송신기(110)는 통신 유닛(602)을 더 포함할 수 있으며, 이것은 수신기(120)와의 무선 통신을 위한 종래의 수단을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 상기 처리 회로(603)에 의해 실행 가능한 명령어들은, 예를 들어 상기 메모리(604)에 저장된 컴퓨터 프로그램(605)으로서 구성될 수 있다. 처리 회로(603) 및 메모리(604)는 서브-구성(sub-arrangement)(601)으로 배치될 수 있다. 서브 구성(601)은 마이크로프로세서 및 적절한 소프트웨어 및 저장장치로 될 수 있으며, 따라서 PLD(Programmable Logic Device) 또는 상술한 방법을 수행하도록 구성된 다른 전자 구성요소(들)/처리 회로(들)일 수 있다. 처리 회로(603)는 하나 이상의 프로그램 가능 프로세서, 주문형 집적 회로, FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 명령어를 실행하도록 구성된 이들의 조합을 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램(605)은 그 명령어들이 처리 회로에서 실행될 때, 송신기(110)의 상기 설명된 실시예들 중 임의의 실시예에서 기재된 단계들 및 그 방법을 송신기(110)가 수행하게 하도록 배치될 수 있다. 컴퓨터 프로그램(605)은 처리 회로(603)에 연결 가능한 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 운반될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 메모리(604)일 수 있고, 또는 적어도 메모리 내에 배치될 수 있다. 메모리(604)는 예를 들어 RAM(Random-Access Memory), ROM(Read-Only Memory) 또는 EEPROM(Electrical Erasable Programmable ROM)으로 실현될 수 있다. 또한, 컴퓨터 프로그램(605)은 프로그램이 메모리(604)로 다운로드될 수 있는 CD, DVD 또는 플래시 메모리와 같은 별도의 컴퓨터 판독 가능 매체에 의해 운반될 수 있다. 대안적으로, 컴퓨터 프로그램은 서버 또는 송신기(110)가 통신 유닛(602)을 통해 액세스하는 임의의 다른 엔티티에 저장될 수 있다. 다음으로, 컴퓨터 프로그램(605)은 서버로부터 메모리(604)로 다운로드될 수 있다.
상기한 설명은 다수의 특이성을 포함하지만, 단지 설명된 개념의 일부 예시적인 실시예들을 나타내는 것으로서, 본 명세서에 설명된 개념의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 현재 설명되는 개념의 범위는 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 수 있는 다른 실시예들을 전적으로 포함하며, 이에 따라 현재 설명된 개념의 범위가 제한되지 않는다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 단수의 요소에 대한 참조는 "하나 또는 유일한" 것을 의미하고자 하는 것이 아니고, 명시적으로 언급하지 않는 한, 오히려 "하나 이상"을 의미하고자 하는 것이다. 본 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 상술한 실시예들의 요소들에 대한 모든 구조적 및 기능적 등가물들은, 여기에 참조로서 명백히 포함되며, 이에 의해 포함되고자 하는 것이다. 또한, 여기에 포함되기 위해, 현재 설명되는 개념에 의해 해결되어야 하는 각각의 그리고 모든 문제를 장치 또는 방법이 다루어야 할 필요는 없다. 예시적인 도면들에서, 파선은 일반적으로, 파선 내의 특징들이 선택적임을 표시한다.

Claims (14)

  1. 무선 통신 네트워크(100)의 송신기(110)에 의해 수행되는 아날로그 빔 스티어링을 위한 방법으로서, 상기 송신기는 복수의 안테나 브랜치들(114, 115, 116)을 포함하고, 각각의 안테나 브랜치는 안테나(111, 112, 113)를 포함하고, 상기 방법은 각각의 안테나 브랜치(114, 115, 116)에 대해,
    아날로그 라디오 신호를 수신하는 단계(206) - 여기서 아날로그 라디오 신호는 안테나 브랜치들 각각에서 동일함 -;
    아날로그 라디오 신호를 다수의 빔 신호들로 분할하는 단계(208) - 여기서 빔 신호들의 수는 송신될 원하는 빔들의 수와 동일하고, 빔들의 수는 적어도 2임 -;
    다수의 빔 신호들 각각에 대해, 그 빔 및 그 안테나 브랜치(114, 115, 116)에 대한 위상 시프트 설정에 따라 빔 신호를 위상 시프트하는 단계(210) - 여기서 위상 시프트 설정들은 다수의 빔들에 공통인 단일 룩업 테이블로부터 구해짐-;
    결합기에서, 위상 시프트된 빔 신호들을 하나의 결합된 신호로 결합하는 단계(212);
    및
    안테나 브랜치의 안테나로부터 수신기를 향해 상기 결합된 신호를 송신하는 단계(214);를 포함하고,
    결합된 신호의 진폭 테이퍼는 진폭 테이퍼에 대한 소정의 사전-계산 없이 결합기의 출력에서 격리 임피던스에 의해서 생성되고,
    빔에 대한 룩업 테이블에서 위상 시프트 값들은, 송신되어야 하는 많은 다른 빔과 독립적이고, 주어진 빔에 대해, 안테나 브랜치 당 단일 위상 시프트 값만이 룩업 테이블로부터 사용되고, 진폭 테이퍼는 표로 만들어지지 않는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    아날로그 라디오 신호가 안테나 브랜치들(114,115,116) 각각에서 수신되는 단계(206) 전에,
    디지털 기저대역 신호를 수신하는 단계(201);
    상기 신호를 아날로그 형태로 전환하는 단계(202);
    상기 신호를 기저대역 주파수로부터 라디오 주파수로 변환하는 단계(203); 및
    상기 신호를 안테나 브랜치의 수와 동일한 수의 신호들로 분할하는 단계(204);를 더 포함하는, 방법.
  3. 아날로그 빔 스티어링을 위해 구성된 송신기(110)로서, 송신기는 복수의 안테나 브랜치들(114,115, 116)을 포함하고, 각각의 안테나 브랜치는 안테나(111, 112, 113)를 포함하고, 안테나 브랜치들 각각에서, 상기 송신기는
    아날로그 라디오 신호를 수신하기 위한 신호 스플리터(308) - 여기서 아날로그 라디오 신호는 안테나 브랜치들 각각에서 동일하며, 상기 신호 스플리터(308)는 아날로그 라디오 신호를 다수의 빔 신호들로 분할하도록 추가로 배치되고, 빔 신호들의 수는 송신될 원하는 빔들의 수와 동일하고, 빔들의 수는 적어도 2임;
    다수의 빔 신호들 각각에 대해, 그 빔 및 그 안테나 브랜치에 대한 위상 시프트 설정에 따라 빔 신호를 위상 시프트하기 위한 위상 시프터(310, 312) - 여기서 상기 위상 시프트 설정들은 다수의 빔들에 공통인 단일 룩업 테이블로부터 구해짐 -; 및
    위상 시프트된 빔 신호들을 하나의 결합된 신호로 결합하기 위한 신호 결합기(314);를 포함하고,
    상기 송신기(110)는 안테나 브랜치(114,115,116)의 안테나(111,112,113)로부터 수신기(120)를 향해 상기 결합된 신호를 송신하도록 배치되고,
    결합된 신호의 진폭 테이퍼는 진폭 테이퍼에 대한 소정의 사전-계산 없이 결합기의 출력에서 격리 임피던스에 의해서 생성되고,
    빔에 대한 룩업 테이블에서 위상 시프트 값들은, 송신되어야 하는 많은 다른 빔과 독립적이고, 주어진 빔에 대해, 안테나 브랜치 당 단일 위상 시프트 값만이 룩업 테이블로부터 사용되고, 진폭 테이퍼는 표로 만들어지지 않는, 송신기(110).
  4. 제3항에 있어서,
    각각의 안테나 브랜치(114, 115, 116)에 대해, 신호 결합기(314)에, 상기 신호의 진폭 테이퍼링을 위한 격리 임피던스(318)를 더 포함하는, 송신기(110).
  5. 제4항에 있어서,
    신호 스플리터(308)는 하이브리드 전력 스플리터이고, 신호 결합기(314)는 하이브리드 결합기이고,
    격리 임피던스(318)는 각각의 안테나 브랜치(114, 115, 116)와 접지 사이에서 신호 결합기(314)의 출력에 배치되는, 송신기(110).
  6. 제4항에 있어서,
    신호 스플리터(308)는 윌킨슨(Wilkinson) 분배기이고, 신호 결합기(314)는 윌킨슨 결합기이고, 각 안테나 브랜치(114, 115, 116)는 빔 신호의 수와 동일한 수의 빔 브랜치로 분할되고,
    격리 임피던스(318)는 신호 결합기(314)의 입력에서 적어도 2개의 빔 브랜치들 사이에 배치되는, 송신기(110).
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 안테나 브랜치(114, 115, 116)에 대해, 신호 스플리터(308)의 입력에 배치된 제2 격리 임피던스(320)를 더 포함하는, 송신기(110).
  8. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    위상 시프터들(310, 312)은 참 시간 지연(True Time Delay) 유닛들로서 구현되는, 송신기(110).
  9. 아날로그 빔 스티어링을 위해 구성된, 무선 통신 네트워크의 송신기(110)의 적어도 하나의 처리 회로에 의해 실행될 때, 송신기(110)가 다음의 단계들을 수행하게 하는 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램(605)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체로서, 상기 단계들은
    아날로그 라디오 신호를 수신하는 단계 - 여기서 아날로그 라디오 신호는 안테나 브랜치들 각각에서 동일함 -;
    아날로그 라디오 신호를 다수의 빔 신호들로 분할하는 단계 - 여기서 빔 신호들의 수는 송신될 원하는 빔들의 수와 동일하고, 빔들의 수는 적어도 2임 -;
    다수의 빔 신호들 각각에 대해, 그 빔 및 그 안테나 브랜치(114, 115, 116)에 대한 위상 시프트 설정에 따라 빔 신호를 위상 시프트하는 단계 - 여기서 위상 시프트 설정들은 다수의 빔들에 공통인 단일 룩업 테이블로부터 구해짐 -;
    결합기에서, 위상 시프트된 빔 신호들을 하나의 결합된 신호로 결합하는 단계; 및
    안테나 브랜치의 안테나(111, 112, 113)로부터 수신기(120)를 향해 상기 결합된 신호를 송신하는 단계;를 포함하고,
    결합된 신호의 진폭 테이퍼는 진폭 테이퍼에 대한 소정의 사전-계산 없이 결합기의 출력에서 격리 임피던스에 의해서 생성되고,
    빔에 대한 룩업 테이블에서 위상 시프트 값들은, 송신되어야 하는 많은 다른 빔과 독립적이고, 주어진 빔에 대해, 안테나 브랜치 당 단일 위상 시프트 값만이 룩업 테이블로부터 사용되고, 진폭 테이퍼는 표로 만들어지지 않는, 컴퓨터 프로그램(605).
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