KR20130083617A - 무선통신 시스템에서 송신 다이버시티를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

무선통신 시스템에서 송신 다이버시티를 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR20130083617A
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조동균
송성욱
김민구
이경하
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 이득의 존재 여부에 따라 송신 다이버시티를 적용하기 위한 것으로, 통신 장치는, 송신 신호를 생성하는 변조부와, 하나의 송신 안테나를 통해 상기 신호를 송신하는 경우에 대비하여 다수의 안테나들을 통해 상기 신호를 송신하는 경우에 이득이 존재하는지 판단하는 제어부와, 상기 이득이 존재하면, 상기 신호로부터 생성된 다중 경로 신호를 RF(Radio Frequency) 신호들로 변환하고, 상기 RF 신호들를 증폭한 후, 다수의 안테나를 통해 송신하는 송신부를 포함한다.

Description

무선통신 시스템에서 송신 다이버시티를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMIT DIVERSITY IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선통신 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 송신 이득(TX gain : Transmit gain)을 조절하는 방식은 RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)를 통해 이득을 조절하고, 송신 전력(Tx Power)에 따라 전력 증폭기(PA : Power Amplifier)를 제어하여 효율을 높이는 것이다. 이에, 다수의 송신 경로들을 이용함으로써 송신 이득을 향상시키는 송신 다이버시티(transmit diversity) 기법이 제안된 바 있다. 상기 송신 다이버시티를 적용한 송신기는 수신된 전력 제어 비트(Power Control Bit)에 기초하여 최적의 신호 크기(Amplitude) 및 위상(Phase)을 계산하고, 벡터 변조(Vector Modulator)를 통해 송신 신호로부터 다수 신호들을 생성한 후, 다수의 안테나들을 통해 송신한다.
상술한 송신 다이버시티 기법은 시스템의 관점에서 기지국의 용량(Capacity), 커버리지(Coverage), 성능 향상 등을 고려한다. 따라서, 제한된 전원 공급 장치를 사용하는 단말에 있어서, 상기 송신 다이버시티 기법의 도입으로 인해 1개가 아닌 다수의 전력 증폭기를 사용하여 전력 소모가 증가되며, 그 결과, 단말의 배터리(battery) 사용 시간의 단축이 야기된다. 또한, 상기 벡터 변조에서 입력 신호의 크기 및 위상이 급격히 변경되는 경우, 송신 전력에 영향을 주며, 결과적으로, 시스템에 악영향을 주게 된다.
상술한 문제점으로 인해, 상기 송신 다이버시티 기법을 단말에서 구현하는데 어려움이 있다. 따라서, 상술한 문제점들을 해소하기 위한 대안이 제시되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 무선통신 시스템에서 송신 다이버시티 기법을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선통신 시스템에서 송신 다이버시티로 인한 전력 소모를 감소시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 무선통신 시스템에서 적응적으로 송신 다이버시티를 적용하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 무선통신 시스템에서 송신 다이버시티 운용 중 신호의 크기 및 위상의 급격한 변화를 방지하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따르면, 통신 장치는, 송신 신호를 생성하는 변조부와, 하나의 송신 안테나를 통해 상기 신호를 송신하는 경우에 대비하여 다수의 안테나들을 통해 상기 신호를 송신하는 경우에 이득이 존재하는지 판단하는 제어부와, 상기 이득이 존재하면, 상기 신호로부터 생성된 다중 경로 신호를 RF(Radio Frequency) 신호들로 변환하고, 상기 RF 신호들를 증폭한 후, 다수의 안테나를 통해 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2견지에 따르면, 통신 장치의 동작 방법은, 하나의 송신 안테나를 통해 신호를 송신하는 경우에 대비하여 다수의 안테나들을 통해 신호를 송신하는 경우에 이득이 존재하는지 판단하는 과정과, 상기 이득이 존재하면, 상기 신호로부터 생성된 다중 경로 신호를 RF 신호들로 변환 및 증폭하는 과정과, 상기 RF 신호들을 다수의 안테나를 통해 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
무선통신 시스템에서 다이버시티(diversity) 이득을 고려하여 송신 다이버시티의 적용 여부를 판단함으로써, 기존의 송신 다이버시티 적용으로 인한 단말의 전력 소모가 감소하며, 오히려 저전력 시스템을 구현하여 배터리 사용 시간을 연장시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 소프트 전환(Soft Transition)을 적용함으로 인해, 시스템이 불안정해질 위험이 감소된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 통신 장치의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 2는 무선통신 시스템에서 다이버시티 이득 및 손실 이득의 관계를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 송신 다이버시티 모드의 소프트 전환을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 통신 장치의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 통신 장치의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 송신 다이버시티 모드의 변화를 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 통신 장치의 블록 구성을 도시하는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 무선통신 시스템에서 송신 다이버시티를 지원하기 위한 기술에 대해 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 송신기는 송신 다이버시티 이득(Tx Diversity Gain)이 손실 이득(Loss Gain)보다 높아서 전력 이득(Power Gain)이 존재하는 경우에만 송신 다이버시티 모드를 온(on), 즉, 송신 다이버시티를 적용한다. 반면, 송신기는 송신 다이버시티 이득이 손실 이득보다 낮은 경우, 상기 송신기는 송신 다이버시티 모드를 오프(off), 즉, 하나의 전력 증폭기(PA : Power Amplifier)만을 사용하고, 나머지 전력 증폭기의 전원을 오프(off)시킴으로써 저전력 상태를 유지한다. 나아가, 송신 다이버시티의 온/오프 시 신호의 크기(amplitude) 및 위상(phase)의 급격한 변동을 방지하기 위해, 상기 송신기는 소프트 전환(soft transition)을 수행함으로써 시스템에 미치는 영향을 최소화한다.
상술한 바와 같이 이득에 따라 송신 다이버시티를 적응적으로 적용하고, 소프트 전환을 수행하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 장치는 이하 도 1에 도시된 바와 같은 구조를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 통신 장치의 블록 구성을 도시하고 있다. 상기 도 1은 전원 공급 수단으로서 배터리(battery)를 사용하는 통신 장치를 도시하고 있다. 예를 들어, 상기 도 1에 도시된 통신 장치는 사용자 단말일 수 있다.
상기 도 1을 참고하면, 상기 통신 장치는 어플리케이션 서브시스템(application subsystem)(110), 기저대역 서브시스템(baseband subsystem)(120), 무선 서브시스템(radio subsystem)(130), 신호수정부(signal modifier)(140),전력 관리 서브시스템(power management subsystem)(150)을 포함한다.
상기 어플리케이션 서브시스템(110)은 송신 데이터를 생성하고, 수신 데이터를 해석한다. 상기 기저대역 서브시스템(120)은 데이터를 기저대역 신호로 변환하고, 수신되는 기저대역 신호로부터 데이터를 복원한다. 이를 위해, 상기 기저대역 서브시스템(120)은 복소 심벌(complex symbol)을 해석하는 복조부(122) 및 복소 심벌을 생성하는 변조부(124)를 포함한다. 상기 무선 서브시스템(130)은 상기 기저대역 신호 및 RF(Radio Frequency) 신호 간 상호 변환을 수행한다. 구체적으로, 상기 무선 서브시스템(130)은 안테나를 통해 수신된 RF 신호를 기저대역 신호로 변환하는 수신부(132), 기저대역 신호를 RF 신호로 변환하며, 다수의 송신 경로들을 포함하는 다중채널송신부(134)를 포함한다.
상기 신호수정부(140)는 송신 다이버시티 모드의 온/오프에 따라 송신 기저대역 신호를 조절한다. 예를 들어, 송신 다이버시티 모드가 온인 경우, 상기 신호수정부(140)는 상기 다중채널송신부(134)에 포함된 다수의 송신 경로들을 활성화시키고, 상기 기저대역 서브시스템(120)으로부터 제공되는 1개의 송신 신호열을 다수의 송신 신호열들로 변환한다. 이하 설명의 편의를 위해, 본 발명은 상기 다수의 송신 신호열들을 '다중 경로 신호'로 지칭한다. 상기 송신 다이버시티 모드가 오프인 경우, 상기 신호수정부(140)는 상기 다중채널송신부(134)에 포함된 다수의 송신 경로들 중 하나의 송신 경로만을 활성화시키고, 상기 기저대역 서브시스템(120)으로부터 제공되는 1개의 송신 신호열을 바이패스(bypass)한다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 신호수정부(140)는 송신 다이버시티의 이득이 존재하는지 여부에 따라 상기 송신 다이버시티의 적용 여부를 판단하고, 상기 송신 다이버시티 모드의 온/오프를 판단한다.
상기 전력 관리 서브시스템(150)은 다른 블록들에 필요한 전원을 공급하며, 구체적으로, 제한된 용량의 전력을 저장하고 있는 배터리(152), 다른 블록들의 동작 상태에 따라 필요한 양의 전력을 제급하는 PMIC(Power Management Integrated Circuit)(154)를 포함한다. 상기 배터리(152)에서 공급가능한 전력 용량이 제한되므로, 다른 블록들의 전력 소비를 줄임으로써 상기 송신기의 동작 시간을 늘리는 것이 중요한 과제이다.
본 발명에 따라, 상기 송신 다이버시티 모드의 온/오프는 다이버시티 이득 및 손실 이득에 따라 결정된다. 상기 다이버시티 이득 및 상기 손실 이득에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 무선통신 시스템에서 다이버시티 이득 및 손실 이득의 관계를 도시하고 있다. 상기 도 2는 전력 증폭기의 송신 전력이 10dBm일 때 다이버시티 이득(Divsersity Gain)에 따른 손실 이득(Loss Gain) 및 전력 이득(Power Gain)을 나타낸다. 상기 손실 이득은 하기 <수학식 1>과 같이, 상기 전력 이득은 하기 <수학식 2>와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00001
상기 <수학식 1>에서, 상기 LossGain은 손실 이득, 상기 PA Effic.(x)는 송신 전력이 x인 때의 전력 증폭기 효율, 상기 Tx Power는 송신 전력, 상기 DiversityGain은 다이버시티 이득, 상기 N은 송신 다이버시티 적용 시 동작하는 전력 증폭기 개수를 의미한다. 즉, 상기 손실 이득은 송신 다이버시티를 적용한 경우 및 송신 다이버시티를 적용하지 아니한 경우의 전력 증폭기 효율의 차이를 의미한다. 다시 말해, 상기 손실 이득은 송신 다이버시티를 적용한 경우 저하되는 증폭기 효율의 정도를 의미한다.
Figure pat00002
상기 <수학식 2>에서, 상기 PowerGain은 전력 이득, 상기 DiversityGain은 다이버시티 이득, 상기 LossGain은 손실 이득을 의미한다.
상기 도 2를 참고하면, 상기 다이버시티 이득이 3dB를 초과하면, 상기 전력 이득이 0을 초과한다. 따라서, 상기 다이버시티 이득이 3dB를 초과하는 경우, 상기 송신 다이버시티를 적용하는 것이 바람직하다. 다시 말해, 상기 다이버시티 이득이 상기 손실 이득보다 큰 경우, 상기 송신 다이버시티를 적용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 이득이 없는 경우에 송신 다이버시티가 적용되지 아니함으로써, 전력 소모량이 감소될 수 있다.
소프트 전환에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 송신 다이버시티 모드의 소프트 전환을 도시하고 있다. 상기 도 3은 2개의 송신 안테나들, 즉, 상기 2개의 송신 경로들이 사용되는 경우의 다이버시티 모드(310), 소프트 다이버시티 팩터(soft diversity factor)(320), 안테나1의 전력(330), 안테나2의 전력(340)의 시간 흐름에 따른 변화를 도시하고 있다. 상기 도 3에서, 시간 유닛(Time Unit)은 슬롯(slot), 서브프레임(subframe), 프레임(frame) 또는 임의의 구간으로 설정될 수 있다.
상기 도 3을 참고하면, 시간 유닛 3에서, 상기 다이버시티 모드는(310) 온(on)으로 천이된다. 이에 따라, 상기 소프트 다이버시티 팩터(320)는 상기 시간 유닛 3 내지 5의 3개 시간 유닛들에 걸쳐 0에서 1로 점진적으로 천이된다. 상기 소프트 다이버시티 팩터는 상기 안테나1 및 상기 안테나2에 대응하는 전력 증폭기들 및 RF 회로들의 이득을 제어하는 제어 신호에 대한 가중치로 작용한다. 이에 따라, 상기 소프트 다이버시티 팩터(330)의 변화에 따라, 상기 안테나1의 전력(330) 및 상기 안테나2의 전력(340)도 상기 시간 유닛 3 내지 5의 3개 시간 유닛들에 걸쳐 P1 및 P2로 점진적으로 천이된다. 즉, 상기 안테나1의 전력(330) 및 상기 안테나2의 전력(340)은 미리 정의된 시간 구간 동안 점진적으로 목표값이 도달한다.
이후, 시간 유닛 15에서, 상기 다이버시티 모드는(310) 오프(off)로 천이된다. 이에 따라, 상기 소프트 다이버시티 팩터(320)는 상기 시간 유닛 15 내지 17의 3개 시간 유닛들에 걸쳐 1에서 0로 점진적으로 천이된다. 이에 따라, 상기 소프트 다이버시티 팩터(330)의 변화에 따라, 상기 안테나1의 전력(330) 및 상기 안테나2의 전력(340)도 상기 시간 유닛 15 내지 17의 3개 시간 유닛들에 걸쳐 P 및 0로 점진적으로 천이된다.
상기 도 3에서, 상기 소프트 다이버시티 팩터(320)가 점진적으로 변화되는 구간은 '소프트 전환 구간(soft transiton period)'이라 지칭될 수 있다. 또한, 상기 다이버시티 모드(310)이 온 상태인 구간은 '다이버시티 이득 측정 구간(diversity gain measurement period)' 구간이라 지칭될 수 있다. 상기 도 3은 송신 다이버시티 모드(310)의 온/오프 변경만을 도시하고 있다. 그러나, 상기 도 3과 같은 점진적 변환은 다이버시티 파라미터(diversity parameter)인 크기 및 위상이 급격히 변경되는 때에도 적용될 수 있다. 또한, 상기 도 3에서, 상기 소프트 전환 구간이 3개 시간 유닛들로 도시되었으나, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 소프트 전환 구간은 2개 이하 또는 4개 이상의 시간 유닛들로 정의될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 통신 장치의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 4를 참고하면, 상기 통신 장치는 401단계에서 다이버시티 이득이 손실 이득보다 큰지 판단한다. 다시 말해, 상기 통신 장치는 상기 다이버시티를 적용한 경우 전력 이득이 존재하는지 판단한다. 다시 말해, 상기 통신 장치는 상기 도 2와 같은 전력 이득이 0보다 큰지 판단한다. 다시 말해, 상기 통신 장치는 하나의 송신 안테나를 통해 신호를 송신하는 경우에 대비하여 다수의 안테나들을 통해 신호를 송신하는 경우에 이득이 존재하는지 판단한다. 상기 다이버시티 이득 및 상기 손실 이득을 비교하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 통신 장치는 상기 다이버시티 이득 및 상기 손실 이득을 추정할 수 있다. 이 경우, 상기 손실 이득을 추정하기 위해, 상기 통신 장치는 전력 증폭기 효율 함수 또는 테이블을 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 손실 이득은 상기 <수학식 1>과 같이 추정될 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 통신 장치는 상기 다이버시티 이득 및 상기 손실 이득을 직접 추정하지 아니하고, 송신 다이버시티 전후의 송신 전력의 변화량을 통해 이득의 존재 여부를 판단할 수 있다.
만일, 상기 다이버시티 이득이 상기 손실 이득보다 크지 아니하면, 상기 통신 장치는 403단계로 진행하여 하나의 송신 안테나를 선택하고, 나머지 적어도 하나의 송신 안테나에 대응되는 RF 회로 및 전력 증폭기를 턴 오프(turn off)한다. 즉, 상기 통신 장치는 송신 다이버시티 모드를 오프(off)한다. 다시 말해, 상기 통신 장치는 안테나별 채널 품질, 채널 상태 등을 고려하여 최적의 송신 안테나를 선택한다. 그리고, 상기 통신 장치는 나머지 적어도 하나의 송신 안테나에 대응되는 RF 회로 및 전력 증폭기의 전원 공급을 차단한다.
반면, 상기 다이버시티 이득이 상기 손실 이득보다 크지 아니하면, 상기 통신 장치는 405단계로 진행하여 안테나 별 크기 및 위상을 결정하고, 다수의 송신 안테나들에 대응되는 RF 회로 및 전력 증폭기를 모두 턴 온(turn on)한다. 즉, 상기 통신 장치는 송신 다이버시티 모드를 온(on)한다. 다시 말해, 상기 통신 장치는 전력 제어 신호, DOA(Difference Of Arrival) 측정 값, 수신 전력 측정 값, 도플러(doppler) 측정 값, 지연 확산(delay spread) 값, RSCP(Received Signal Code Power), 제어 메시지 중 적어도 하나를 이용하여 안테나 별 크기 및 위상을 결정한다. 그리고, 상기 통신 장치는 상기 다수의 송신 안테나들에 대응되는 RF 회로 및 전력 증폭기의 동작을 위한 제어 신호들을 공급한다. 상기 제어 신호는 전원, 바이어스(bias) 등을 포함한다.
이후, 상기 통신 장치는 407단계로 진행하여 신호를 송신한다. 상기 송신 다이버시티 모드가 오프 상태이고, 상기 403단계가 수행된 경우, 상기 통신 장치는 선택된 하나의 송신 안테나에 대응되는 RF 회로 및 전력 증폭기를 통해 신호를 처리한 후, 상기 선택된 하나의 송신 안테나를 통해 신호를 송신한다. 상기 송신 다이버시티 모드가 온 상태이고, 상기 405단계가 수행된 경우, 상기 통신 장치는 결정된 안테나 별 크기 및 위상을 이용하여 다중 경로 신호를 생성하고, 다수의 송신 안테나들에 대응되는 RF 회로 및 전력 증폭기를 통해 상기 다중 경로 신호를 처리한 후, 상기 다수의 송신 안테나들을 통해 상기 다중 경로 신호를 송신한다. 이 경우, 상기 통신 장치는 소프트 전환을 수행함으로써 다수의 안테나들의 출력 전력을 점진적으로 변경한다.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 통신 장치의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 5를 참고하면, 상기 통신 장치는 501단계에서 안테나 별 크기 및 위상을 결정하고, 다이버시티 모드를 온한다. 예를 들어, 상기 통신 장치는 전력 제어 신호, DOA 측정 값, 수신 전력 측정 값, 도플러 측정 값, 지연 확산 값, RSCP, 제어 메시지 중 적어도 하나를 이용하여 안테나 별 크기 및 위상을 결정할 수 있다. 여기서, 상기 안테나 별 크기 및 위상은 빔포밍(beamforming) 가중치(weight)라 지칭될 수 있다.
이후, 상기 통신 장치는 503단계로 진행하여 송신 전력의 감소량이 제1임계치보다 큰지 판단한다. 즉, 상기 송신 다이버시티를 적용함으로 인해, 송신 전력이 감소한다. 이때, 상기 송신 다이버시티를 적용함으로 인한 송신 전력의 감소량이 상기 제1임계치보다 큰 경우, 상기 송신 다이버시티를 수행할 이득이 존재한다. 즉, 상기 송신 다이버시티를 적용함으로 인한 송신 전력의 감소량이 상기 제1임계치보다 큰 경우, 다이버시티 이득이 손실 이득보다 크다.
만일, 상기 송신 다이버시티를 적용함으로 인한 송신 전력의 감소량이 상기 제1임계치보다 크지 아니한 경우, 상기 통신 장치는 507단계로 진행하여 송신 다이버시티 모드를 오프한다. 즉, 상기 통신 장치는 상기 송신 다이버시티를 수행할 이득이 없다고 판단하고, 상기 송신 다이버시티 모드를 오프한다. 이때, 급격한 출력 전력 변화를 방지하기 위해, 상기 통신 장치는 상술한 소프트 전환을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 통신 장치는 다수의 시간 슬롯들에 걸쳐 점진적으로 변화하는 가중치를 생성하고, 상기 가중치를 적용함으로써 각 안테나의 전력을 점진적으로 천이시킨다.
이후, 상기 통신 장치는 509단계로 진행하여 시간 T3가 경과하는지 판단한다. 상기 시간 T3가 경과하면, 상기 통신 장치는 상기 501단계로 되돌아간다. 즉, 다이버시티 모드가 오프된 경우, 상기 통신 장치는 적어도 시간 T3 동안 상기 오프 상태를 유지한다. 상기 T3는 다이버시티 오프 홀드 타임(diversity off hold time)이라 지칭될 수 있다.
상기 503단계에서, 상기 송신 다이버시티를 적용함으로 인한 송신 전력의 감소량이 상기 제1임계치보다 큰 경우, 상기 통신 장치는 511단계로 진행하여 안테나 별 크기 및 위상을 결정하고, 다이버시티 모드를 온 상태로 유지한다. 즉, 상기 통신 장치는 상기 송신 다이버시티를 수행할 이득이 있다고 판단하고, 상기 송신 다이버시티 모드를 온 상태로 유지한다. 예를 들어, 상기 통신 장치는 전력 제어 신호, DOA 측정 값, 수신 전력 측정 값, 도플러 측정 값, 지연 확산 값, RSCP, 제어 메시지 중 적어도 하나를 이용하여 안테나 별 크기 및 위상을 결정할 수 있다. 여기서, 상기 안테나 별 크기 및 위상은 빔포밍 가중치라 지칭될 수 있다. 단, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 511단계는 생략될 수 있다.
이후, 상기 통신 장치는 513단계로 진행하여 시간 T2가 경과하는지 판단한다. 상기 시간 T2가 경과하지 아니하면, 상기 통신 장치는 상기 511단계로 되돌아간다. 즉, 다이버시티 모드가 온된 경우, 상기 통신 장치는 적어도 시간 T2 동안 상기 온 상태를 유지한다. 상기 T2는 다이버시티 온 홀드 타임(diversity on hold time)이라 지칭될 수 있다.
상기 시간 T2가 경과하면, 상기 통신 장치는 515단계로 진행하여 송신 다이버시티 모드를 오프한다. 이때, 급격한 출력 전력 변화를 방지하기 위해, 상기 통신 장치는 상술한 소프트 전환을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 통신 장치는 다수의 시간 슬롯들에 걸쳐 점진적으로 변화하는 가중치를 생성하고, 상기 가중치를 적용함으로써 각 안테나의 전력을 점진적으로 천이시킨다.
이후, 상기 통신 장치는 517단계로 진행하여 송신 전력의 증가량이 제2임계치보다 큰지 판단한다. 즉, 상기 통신 장치는 송신 다이버시티를 해제한 경우의 송신 전력 감소량이 상기 제2임계치보다 큰지 판단한다. 여기서, 상기 제2임계치는 상기 505단계의 제1임계치와 동일하거나 또는 다를 수 있다. 이때, 상기 송신 다이버시티를 해제함으로 인한 송신 전력의 증가량이 제2임계치보다 큰 경우, 상기 송신 다이버시티를 수행할 이득이 존재한다. 즉, 상기 송신 다이버시티를 해제함으로 인한 송신 전력의 증가량이 상기 제2임계치보다 큰 경우, 다이버시티 이득이 손실 이득보다 크다.
만일, 상기 송신 전력의 증가량이 상기 제2임계치보다 크면, 상기 통신 장치는 517단계로 진행하여 상기 송신 다이버시티 모드를 온하고, 상기 509단계로 되돌아간다. 이때, 급격한 출력 전력 변화를 방지하기 위해, 상기 통신 장치는 상술한 소프트 전환을 수행할 수 있다. 반면, 상기 송신 전력의 증가량이 상기 제2임계치보다 크지 아니하면, 상기 통신 장치는 상기 509단계로 되돌아가 오프 상태를 시간 T3 동안 유지한다.
상기 도 5와 같이 송신 다이버시티 모드를 제어하는 경우, 송신 다이버시티 모드의 변화 예는 이하 도 6과 같다. 도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 송신 다이버시티 모드의 변화를 도시하고 있다.
상기 도 6에서, 시간 T1은 송신 전력의 증가량 또는 감소량을 임계치와 비교하는 프로세싱 시간(prosessing time)으로서, 상기 도 5의 503단계 및 505단계를 수행하는데 필요한 시간 또는 515단계 및 517단계를 수행하는데 필요한 시간을 의미한다. 시간 T2는 송신 다이버시티 모드의 온 상태가 유지되는 시간, 시간 T3는 송신 다이버시티 모드의 오프 상태가 유지되는 시간을 의미한다. 소프트 전환 구간은 상기 도 3을 참고하여 설명한 바와 같은 급격한 전력 변화를 방지하기 위한 모드 전환 시간을 의미한다.
상기 도 6을 참고하면, 최초, 송신 다이버시티 모드는 오프(=0)이다. 상기 도 5의 503단계에 따라, 상기 송신 다이버시티 모드는 온(=1)된다. 이후, T1 동안 상기 도 5의 505단계가 수행되고, 송신 전력의 감소량이 제1임계치보다 크지 아니하여, 507단계에 따라 상기 송신 다이버시티 모드는 오프되고, 오프 상태는 T3 동안 유지된다. 이후, 상기 도 5의 503단계에 따라, 상기 송신 다이버시티 모드는 다시 온된다. 이어, T1 동안 상기 도 5의 505단계가 수행되고, 송신 전력의 감소량이 제1임계치보다 크고, 511단계 및 513단계에 따라 온 상태는 T2 동안 유지된다. 이후, 상기 도 5의 515단계에 따라, 송신 다이버시티 모드는 오프되고, T1 동안 상기 도 5의 517단계가 수행된다. 이때, 송신 전력의 증가량이 제2임계치보다 크고, 상기 도 5의 519단계에 따라 상기 송신 다이버시티 모드는 온된다. 이후, 상기 도 5의 515단계에 따라, 송신 다이버시티 모드는 오프되고, T1 동안 상기 도 5의 517단계가 수행된다. 이때, 송신 전력의 증가량이 제2임계치보다 크지 아니하고, 상기 도 5의 509단계에 따라 오프 상태가 T3 동안 유지된다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 통신 장치의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 7을 참고하면, 상기 통신 장치는 기저대역 서브시스템(710), 무선 서브시스템(720), 다이버시티 제어부(730)를 포함한다.
상기 기저대역 서브시스템(710)은 데이터를 기저대역 신호로 변환하고, 수신되는 기저대역 신호로부터 데이터를 복원한다. 이를 위해, 상기 기저대역 서브시스템(710)은 복소 심벌을 복조함으로써 비트열을 복원하는 복조부(712) 및 비트열을 변조함으로써 복소 심벌을 생성하는 변조부(714)를 포함한다. 상기 복조부(712)는 복원된 비트열에서 전력 제어 비트를 추출하여 상기 다이버시티 제어부(730)로 제공한다. 또한, 상기 복조부(712)는 채널에 대한 측정 정보를 상기 다이버시티 제어부(730)로 제공한다.
상기 무선 서브시스템(720)은 상기 기저대역 신호 및 RF 신호 간 상호 변환을 수행한다. 상기 무선 서브시스템(720)은 안테나를 통해 수신된 RF 신호를 처리하는 RX RFIC(Receive RF Integrated Circuit)(722), 기저대역 신호를 RF 신호로 변환하는 TX RFIC(Transmit RF Integrated Circuit)들(724-1 및 724-1), RF 신호를 증폭하는 전력 증폭기들(726-1 및 726-2), 상기 전력 증폭기들(726-1 및 726-2)로 전원 Vcc를 제공하는 DC(Direct Current)전원공급부(728), 안테나를 통해 수신된 신호를 수신 경로로 제공하고, 송신 경로로부터 제공되는 신호를 안테나로 출력하는 복신부(duplexer)(729)를 포함한다. 상기 RFIC들(722, 724-1, 724-2) 각각은 DAC(Digital to Analog Convertor), ADC(Analog to Digital Convertor), 오실레이터(oscillator), 믹서(mixer), 필터(filter), 증폭기(amplifier) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 DC전원공급부(728)는 DC-DC 컨버터(convertor)를 포함할 수 있다. 상기 도 7에 도시된 상기 무선 서브시스템(720)은 2개의 Tx RFIC들(724-1, 724-2) 및 2개의 전력 증폭기들(726-1, 726-2)을 포함, 즉, 2개의 송신 경로들을 포함한다. 본 발명의 다른 실시 예들에 따라, 상기 무선 서브시스템(720)은 3개 이상의 송신 경로들을 포함할 수 있다. 상기 무선 서브시스템(720)에서, 상기 Tx RFIC들(724-1, 724-2) 및 상기 전력 증폭기들(726-1, 726-2)는 신호 송신을 위한 구성이므로, '송신부'로 지칭될 수 있다.
상기 다이버시티 제어부(730)는 송신 신호에 대하여 송신 다이버시티를 적용한다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 다이버시티 제어부(730)는 송신 다이버시티를 적용할 이득이 존재하는지 여부를 판단하고, 이득 존재 여부에 따라 적응적으로 상기 송신 다이버시티를 적용하고, 다중 경로 신호를 생성한다. 이를 위해, 상기 다이버시티 제어부(730)는 이득측정 및 제어로직(gain measurement and control logic)(722) 및 적응형 다이버시티 변조부(734)를 포함한다.
상기 이득측정 및 제어로직(732)은 송신 다이버시티를 적용할 이득이 존재하는지 여부를 판단하고, 송신 다이버시티 적용 여부를 판단한다. 그리고, 상기 이득측정 및 제어로직(732)은 상기 송신 다이버시티의 적용 여부에 따라 상기 무선 서브시스템(720) 내의 소자들을 제어하는 신호를 제공한다. 예를 들어, 상기 이득측정 및 제어로직(732)은 전원 공급 여부를 제어하는 신호, 바이어스 신호, 전력 증폭기의 모드를 제어하는 신호, 송신 회로의 이득을 제어하는 신호, 상기 적응형 다이버시티 변조부(734)의 동작을 제어하는 신호 중 적어도 하나를 제공한다. 예를 들어, 상기 이득측정 및 제어로직(732)은 상기 도 4의 401단계 내지 405단계와 같은 동작을 수행할 수 있다. 또는, 상기 이득측정 및 제어로직(732)은 상기 도 5의 503단계 내지 509단계, 513단계 내지 519단계와 같은 동작을 수행할 수 있다.
상기 이득측정 및 제어로직(732)은 다이버시티 이득이 손실 이득보다 큰 경우에 상기 송신 다이버시티를 적용할 것을 판단한다. 이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 이득측정 및 제어로직(732)은 상기 다이버시티 이득 및 상기 손실 이득을 추정하고, 상기 다이버시티 이득 및 상기 손실 이득을 비교할 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 이득측정 및 제어로직(732)은 송신 다이버시티의 적용 전후의 송신 전력 변화량에 따라 상기 다이버시티 이득이 상기 손실 이득보다 큰지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 이득측정 및 제어로직(732)은 상기 다이버시티 모드를 온하고, 이득이 존재하지 아니하면, 상기 다이버시티 모드를 일정 시간 동안 오프 상태로 유지한 후, 다시 상기 다이버시티 모드를 온한다. 이득이 존재하면, 상기 이득측정 및 제어로직(732)은 일정 시간 동안 온 상태를 유지한 후, 상기 다이버시티 모드를 오프한다. 이때, 이득이 존재한다고 판단되면, 상기 이득측정 및 제어로직(732)은 다시 상기 다이버시티 모드를 온하고, 이득이 없다고 판단되면, 일정 시간 동안 오프 상태를 유지한 후, 상기 다이버시티 모드를 온한다.
예를 들어, 상기 송신 다이버시티 모드가 오프 상태인 경우, 상기 이득측정 및 제어로직(732)은 하나의 안테나를 선택하고, 선택된 안테나에 대응되는 송신 경로 상의 소자들만이 활성화되도록 제어하고, 상기 적응형 다이버시티 변조부(734)가 하나의 신호열을 출력하도록 제어한다. 예를 들어, 상기 이득측정 및 제어로직(732)은 선택된 안테나에 대응되는 전력 증폭기를 동작 모드로, 나머지를 비동작 모드로 제어하고, 상기 선택된 안테나에 대응되는 전력 증폭기에만 전원이 공급되도록 상기 DC전원공급부(728)를 제어하고, 상기 선택된 안테나에 대응되는 전력 증폭기에만 바이어스를 제공한다. 즉, 상기 이득측정 및 제어로직(732)은 선택되지 아니한 안테나에 대응되는 전력 증폭기로의 전원 공급 및 바이어스 공급을 차단한다. 또한, 상기 이득측정 및 제어로직(732)은 선택되지 아니한 안테나에 대응되는 Tx RFIC로의 전원 공급을 차단할 수 있다.
반면, 상기 송신 다이버시티 모드가 온 상태인 경우, 상기 이득측정 및 제어로직(732)은 다수의 안테나들에 대응되는 송신 경로들의 소자들이 활성화되도록 제어하고, 상기 적응형 다이버시티 변조부(734)가 다중 경로 신호를 출력하도록 제어한다. 예를 들어, 상기 이득측정 및 제어로직(732)은 다수의 안테나들에 대응되는 전력 증폭기들를 동작 모드로 제어하고, 상기 다수의 안테나들에 대응되는 전력 증폭기들에 전원이 공급되도록 상기 DC전원공급부(728)를 제어하고, 상기 다수의 안테나들에 대응되는 전력 증폭기들에 바이어스를 제공하고, 상기 다수의 안테나들에 대응되는 Tx RFIC들의 이득을 조절한다.
상기 적응형 다이버시티 변조부(734)는 상기 이득측정 및 제어로직(732)의 제어에 따라 상기 기저대역 서브시스템(710)으로부터 제공되는 송신 신호열을 처리한다. 즉, 상기 송신 다이버시티 모드가 오프인 경우, 상기 적응형 다이버시티 변조부(734)는 상기 송신 신호열을 상기 무선 서브시스템(720)으로 바이패스한다. 반면, 상기 송신 다이버시티 모드가 온인 경우, 상기 적응형 다이버시티 변조부(734)는 송신 다이버시티를 위하여 안테나 별 크기 및 위상, 다시 말해, 빔포밍 가중치를 결정하고, 상기 안테나 별 크기 및 위상을 이용하여 다중 경로 신호를 생성한다. 예를 들어, 상기 적응형 다이버시티 변조부(734)는 전력 제어 신호, DOA 측정 값, 수신 전력 측정 값, 도플러 측정 값, 지연 확산 값, RSCP, 제어 메시지 중 적어도 하나를 이용하여 안테나 별 크기 및 위상을 결정할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (22)

  1. 통신 장치에 있어서,
    송신 신호를 생성하는 변조부와,
    하나의 송신 안테나를 통해 상기 신호를 송신하는 경우에 대비하여 다수의 안테나들을 통해 상기 신호를 송신하는 경우에 이득이 존재하는지 판단하는 제어부와,
    상기 이득이 존재하면, 상기 신호로부터 생성된 다중 경로 신호를 RF(Radio Frequency) 신호들로 변환하고, 상기 RF 신호들를 증폭한 후, 다수의 안테나를 통해 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 이득이 존재하지 아니하면, 하나의 안테나를 선택하고, 상기 송신부에 포함된 소자들 중 선택되지 아니한 나머지 적어도 하나의 안테나에 대응되는 적어도 하나의 소자로의 전원 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소자는, 전원 증폭기, 오실레이터, 믹서, DAC(Digital to Analog Convertor) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 이득이 존재하지 아니하면, 하나의 안테나를 선택하고, 상기 송신부에 포함된 소자들 중 선택되지 아니한 나머지 적어도 하나의 안테나에 대응되는 적어도 하나의 소자로의 바이어스 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 이득이 존재하는 경우, 안테나별 신호의 크기 및 위상을 결정하고, 상기 안테나 별 신호의 크기 및 위상을 이용하여 상기 다중 경로 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 다수의 안테나들을 통해 상기 신호를 송신하는 경우의 이득이 상기 다수의 안테나들을 통해 상기 신호를 송신함으로 인한 손실보다 큰 경우, 상기 이득이 존재한다 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 다수의 안테나들을 통해 상기 신호를 송신하는 경우 및 상기 하나의 안테나를 통해 상기 신호를 송신하는 경우의 송신 전력 변화량이 임계치를 초과하면, 상기 이득이 존재한다 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 다수의 안테나들을 통해 상기 신호를 송신하도록 제어하고, 상기 송신 전력 변화량이 상기 임계치보다 작으면, 상기 하나의 안테나를 통해 상기 송신 신호를 송신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 다수의 안테나들을 통해 상기 신호를 송신하도록 제어하고, 상기 송신 전력 변화량이 상기 임계치보다 크면, 상기 다수의 안테나들을 통해 상기 신호를 송신하는 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는, 미리 정의된 시간 경과 후, 상기 하나의 안테나를 통해 상기 신호를 송신하도록 제어한 후, 상기 송신 전력 변화량이 상기 임계치보다 크면, 상기 다수의 안테나들을 통해 상기 신호를 송신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 이득이 존재하면, 상기 다수의 안테나들의 송신 전력이 미리 정의된 시간 구간 동안 점진적으로 목표값이 도달하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 통신 장치의 동작 방법에 있어서,
    하나의 송신 안테나를 통해 신호를 송신하는 경우에 대비하여 다수의 안테나들을 통해 신호를 송신하는 경우에 이득이 존재하는지 판단하는 과정과,
    상기 이득이 존재하면, 상기 신호로부터 생성된 다중 경로 신호를 RF(Radio Frequency) 신호들로 변환 및 증폭하는 과정과,
    상기 RF 신호들을 다수의 안테나를 통해 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 이득이 존재하지 아니하면, 하나의 안테나를 선택하는 과정과,
    상기 송신부에 포함된 소자들 중 선택되지 아니한 나머지 적어도 하나의 안테나에 대응되는 적어도 하나의 소자로의 전원 공급을 차단하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소자는, 전원 증폭기, 오실레이터, 믹서, DAC(Digital to Analog Convertor) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 이득이 존재하지 아니하면, 하나의 안테나를 선택하는 과정과,
    상기 송신부에 포함된 소자들 중 선택되지 아니한 나머지 적어도 하나의 안테나에 대응되는 적어도 하나의 소자로의 바이어스 공급을 차단하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 이득이 존재하는 경우, 안테나별 신호의 크기 및 위상을 결정하는 과정과,
    상기 안테나 별 신호의 크기 및 위상을 이용하여 상기 다중 경로 신호를 생성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 이득이 존재하는지 판단하는 과정은,
    상기 다수의 안테나들을 통해 상기 신호를 송신하는 경우의 이득이 상기 다수의 안테나들을 통해 상기 신호를 송신함으로 인한 손실보다 큰 경우, 상기 이득이 존재한다 판단하는 과정을 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 이득이 존재하는지 판단하는 과정은,
    상기 다수의 안테나들을 통해 상기 신호를 송신하는 경우 및 상기 하나의 안테나를 통해 상기 신호를 송신하는 경우의 송신 전력 변화량이 임계치를 초과하면, 상기 이득이 존재한다 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 다수의 안테나들을 통해 상기 신호를 송신하도록 제어한 후, 상기 송신 전력 변화량이 상기 임계치보다 작으면, 상기 하나의 안테나를 통해 상기 송신 신호를 송신하도록 제어하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 다수의 안테나들을 통해 상기 신호를 송신하도록 제어한 후, 상기 송신 전력 변화량이 상기 임계치보다 크면, 상기 다수의 안테나들을 통해 상기 신호를 송신하는 상태를 유지하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    미리 정의된 시간 경과 후, 상기 하나의 안테나를 통해 상기 신호를 송신하도록 제어하는 과정과,
    상기 송신 전력 변화량이 상기 임계치보다 크면, 상기 다수의 안테나들을 통해 상기 신호를 송신하도록 제어하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제12항에 있어서,
    상기 이득이 존재하면, 상기 다수의 안테나들의 송신 전력이 미리 정의된 시간 구간 동안 점진적으로 목표값이 도달하도록 제어하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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