KR20160039570A - 다중 안테나 기반 무선 통신 시스템에서 안테나 간 커플링 제거 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

다중 안테나 기반 무선 통신 시스템에서 안테나 간 커플링 제거 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 출원에서는 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 통신 장치가 개시된다. 구체적으로, 상기 통신 장치는, 제 1 버츄얼(virtual) 안테나 집합으로 정의되는 기저대역 신호를 처리하는 제 1 프로세서; 안테나 간 커플링을 제거하기 위하여, 제 2 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 신호와 상기 제 1 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 기저대역 신호를 맵핑하는 제 2 프로세서; 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 신호와 다중 물리 안테나 집합으로 정의되는 신호를 맵핑하는 안테나 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 안테나 기반 무선 통신 시스템에서 안테나 간 커플링 제거 방법 및 이를 위한 장치{METHOD FOR REMOVING COUPLING BETWEEN ANTENNAS IN MULTI-ANTENNA-BASED WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM, AND DEVICE FOR SAME}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다중 안테나 기반 무선 통신 시스템에서 안테나 간 커플링 제거 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
물리 안테나간의 거리가 충분히 확보되지 않은 상태에서 한 안테나에 흐르는 전류의 전자기유도 현상에 의해 다른 안테나에 전류가 유도되는 현상을 안테나 커플링이라고 한다.
최근 안테나 시스템이 고도화 되며 다중 안테나가 널리 쓰이고 있고, 안테나 수가 점점 늘어나는 추세이다. 따라서 안테나의 밀집도 또한 증가하는 추세이다. 따라서 안테나 커플링을 제거 혹은 제어하는 것이 안테나 설계에 있어 매우 중요한 이슈이다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로 이하에서는 다중 안테나 기반 무선 통신 시스템에서 안테나 간 커플링 제거 방법 및 이를 위한 장치를 제안하고자 한다. 특히, 본 발명은, 본 발명에서는 다수의 송신 안테나가 밀집한 환경에서 안테나 커플링의 영향을 최소화하기 위한 디지털 프로세서를 제안한다.
본 발명의 일 실시예인 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 통신 장치는, 제 1 버츄얼(virtual) 안테나 집합으로 정의되는 기저대역 신호를 처리하는 제 1 프로세서; 안테나 간 커플링을 제거하기 위하여, 제 2 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 신호와 상기 제 1 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 기저대역 신호를 맵핑하는 제 2 프로세서; 및 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 신호와 다중 물리 안테나 집합으로 정의되는 신호를 맵핑하는 안테나 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 통신 장치가 상기 다중 물리 안테나 집합의 특성에 관한 파라미터를 산출하는 측정 모듈을 더 포함하고, 이 경우 상기 제 2 프로세서는, 상기 파라미터에 기반하여 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 신호와 상기 제 1 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 기저대역 신호를 맵핑하는 것을 특징으로 한다. 그러나, 상기 제 2 프로세서 자체가 상기 다중 물리 안테나 집합의 특성에 관한 파라미터를 산출할 수도 있다.
구체적으로, 상기 제 2 프로세서는, 아래 수학식에 따라 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 신호와 상기 제 1 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 기저대역 신호를 맵핑할 수 있다.
＜수학식＞
Figure pct00001
(단, X 1 은 상기 제 1 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 기저대역 신호, X 2 는 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 신호, P 는 상기 다중 물리 안테나 집합의 특성에 관한 파라미터에 기반하여 결정되는 프로세싱 행렬을 나타낸다)
위 통신 장치의 제 1 프로세서와 제 2 프로세서는 하나의 프로세서로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 통신 장치는, 제 1 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 기저대역 신호를 처리하고, 안테나 간 커플링을 제거하기 위하여 제 2 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 신호와 상기 제 1 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 기저대역 신호를 맵핑하는 프로세서; 및 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 신호와 다중 물리 안테나 집합으로 정의되는 신호를 맵핑하는 안테나 모듈을 포함하는 것으로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예인, 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 송신 장치가 신호를 송신하는 방법은, 제 1 버츄얼(virtual) 안테나 집합을 이용하여 기저대역 신호를 생성하는 단계; 안테나 간 커플링을 제거하기 위하여, 상기 기저대역 신호를 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호로 신호로 맵핑하는 단계; 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호를 다중 물리 안테나 집합에 대응하는 송신 신호로 맵핑하는 단계; 및 상기 송신 신호를 상기 다중 물리 안테나 집합을 통하여 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 송신 방법에서 상기 기저대역 신호를 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호로 맵핑하는 단계는, 상기 다중 물리 안테나 집합의 특성에 관한 파라미터를 산출하는 단계; 및 상기 파라미터에 기반하여 상기 기저대역 신호를 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호로 맵핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 송신 방법에서 상기 기저대역 신호를 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호로 맵핑하는 단계는, 아래 수학식에 따라 상기 기저대역 신호를 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호로 맵핑하는 단계를 포함할 수도 있다.
＜수학식＞
Figure pct00002
(단, X 1 은 상기 기저대역 신호, X 2 는 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호, P 는 상기 다중 물리 안테나 집합의 특성에 관한 파라미터에 기반하여 결정되는 프로세싱 행렬을 나타낸다)
한편, 본 발명의 또 다른 실시예인, 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 수신 장치가 신호를 수신하는 방법은, 다중 물리 안테나 집합에 대응하는 수신 신호를 상기 다중 물리 안테나 집합을 통하여 수신하는 단계; 상기 수신 신호를 제 2 버츄얼(virtual) 안테나 집합에 대응하는 신호로 맵핑하는 단계; 및 안테나 간 커플링을 제거하기 위하여, 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호를 제 1 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 기저대역 신호로 맵핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 수신 방법 중 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호를 상기 기저대역 신호로 맵핑하는 단계는, 상기 다중 물리 안테나 집합의 특성에 관한 파라미터를 산출하는 단계; 및 상기 파라미터에 기반하여 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호를 상기 기저대역 신호로 맵핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또는 상기 수신 방법 중 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호를 상기 기저대역 신호로 맵핑하는 단계는, 아래 수학식에 따라 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호를 상기 기저대역 신호로 맵핑하는 단계를 포함할 수도 있다.
＜수학식＞
Figure pct00003
(단, X 1 은 상기 기저대역 신호, X 2 는 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호, P 는 상기 다중 물리 안테나 집합의 특성에 관한 파라미터에 기반하여 결정되는 프로세싱 행렬을 나타낸다)
상술한 실시예들에서 상기 파라미터는 상기 안테나 간 커플링 값, 각 안테나의 신호 응답 중 적어도 하나를 포함하는 개념이다.
본 발명의 실시예에 따르면 다중 안테나 기반 무선 통신 시스템에서 안테나 간 커플링을 효율적으로 제거할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따르면 다수의 송신 안테나가 밀집한 환경에서 안테나 간 커플링의 영향을 최소화할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.
도 2는 일반적인 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도.
도 3은 논리 안테나의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다수의 물리 안테나가 하나의 논리 안테나로 맵핑되는 예를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 안테나 커플링 제거 기법이 적용되는 예를 도시한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들에 의해 본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.
도 1을 참조하면, 통신 장치(100)는 프로세서(110), 메모리(120), RF 모듈(130), 디스플레이 모듈(140) 및 사용자 인터페이스 모듈(150)을 포함한다.
통신 장치(100)는 설명의 편의를 위해 도시된 것으로서 일부 모듈은 생략될 수 있다. 또한, 통신 장치(100)는 필요한 모듈을 더 포함할 수 있다. 또한, 통신 장치(100)에서 일부 모듈은 보다 세분화된 모듈로 구분될 수 있다.
메모리(120)는 프로세서(110)에 연결되며 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 프로그램 코드, 데이터 등을 저장한다. RF 모듈(130)은 프로세서(110)에 연결되며 베이스밴드 신호를 무선 신호를 변환하거나 무선신호를 베이스밴드 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 이를 위해, RF 모듈(130)은 아날로그 변환, 증폭, 필터링 및 주파수 상향 변환 또는 이들의 역과정을 수행한다. 디스플레이 모듈(140)은 프로세서(110)에 연결되며 다양한 정보를 디스플레이한다. 디스플레이 모듈(140)은 이로 제한되는 것은 아니지만 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diode)와 같은 잘 알려진 요소를 사용할 수 있다. 사용자 인터페이스 모듈(150)은 프로세서(110)와 연결되며 키패드, 터치 스크린 등과 같은 잘 알려진 사용자 인터페이스의 조합으로 구성될 수 있다.
이하, 다중 안테나 시스템, 즉 MIMO 시스템에 대하여 설명한다. MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)는 복수개의 송신안테나와 복수개의 수신안테나를 사용하는 방법으로서, 이 방법에 의해 데이터의 송수신 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 무선 통신 시스템의 송신단 혹은 수신단에서 복수개의 안테나를 사용함으로써 용량을 증대시키고 성능을 향상 시킬 수 있다. 이하 본 문헌에서 MIMO를 '다중 안테나'라 지칭할 수 있다.
다중 안테나 기술에서는, 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않는다. 그 대신 다중 안테나 기술에서는 여러 안테나에서 수신된 데이터 조각(fragment)을 한데 모아 병합함으로써 데이터를 완성한다. 다중 안테나 기술을 사용하면, 특정된 크기의 셀 영역 내에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나, 또는 특정 데이터 전송 속도를 보장하면서 시스템 커버리지(coverage)를 증가시킬 수 있다. 또한, 이 기술은 이동통신 단말과 중계기 등에 폭넓게 사용할 수 있다. 다중 안테나 기술에 의하면, 단일 안테나를 사용하던 종래 기술에 의한 이동 통신에서의 전송량 한계를 극복할 수 있다.
일반적인 다중 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도가 도 2에 도시되어 있다. 송신단에는 송신 안테나가 NT개 설치되어 있고, 수신단에서는 수신 안테나가 NR개가 설치되어 있다. 이렇게 송신단 및 수신단에서 모두 복수개의 안테나를 사용하는 경우에는, 송신단 또는 수신단 중 어느 하나에만 복수개의 안테나를 사용하는 경우보다 이론적인 채널 전송 용량이 증가한다. 채널 전송 용량의 증가는 안테나의 수에 비례한다. 따라서, 전송 레이트가 향상되고, 주파수 효율이 향상된다 하나의 안테나를 이용하는 경우의 최대 전송 레이트를 Ro라고 한다면, 다중 안테나를 사용할 때의 전송 레이트는, 이론적으로, 아래 수학식 1과 같이 최대 전송 레이트 Ro에 레이트 증가율 Ri를 곱한 만큼 증가할 수 있다. 여기서 Ri는 NT와 NR 중 작은 값이다.
Figure pct00004
예를 들어, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIMO 통신 시스템에서는, 단일 안테나 시스템에 비해 이론상 4배의 전송 레이트를 획득할 수 있다. 이와 같은 다중 안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90 년대 중반에 증명된 이후, 실질적으로 데이터 전송률을 향상시키기 위한 다양한 기술들이 현재까지 활발히 연구되고 있으며, 이들 중 몇몇 기술들은 이미 3 세대 이동 통신과 차세대 무선랜 등의 다양한 무선 통신의 표준에 반영되고 있다.
현재까지의 다중안테나 관련 연구 동향을 살펴보면 다양한 채널 환경 및 다중접속 환경에서의 다중안테나 통신 용량 계산 등과 관련된 정보 이론 측면 연구, 다중안테나 시스템의 무선 채널 측정 및 모형 도출 연구, 그리고 전송 신뢰도 향상 및 전송률 향상을 위한 시공간 신호 처리 기술 연구 등 다양한 관점에서 활발한 연구가 진행되고 있다.
다중 안테나 시스템에 있어서의 통신 방법을 보다 구체적인 방법으로 설명하기 위해 이를 수학적으로 모델링 하는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 NT개의 송신 안테나와 NR개의 수신 안테나가 존재하는 것을 가정한다. 먼저, 송신 신호에 대해 살펴보면, NT개의 송신 안테나가 있는 경우 최대 전송 가능한 정보는 NT개이므로, 전송 정보를 하기의 수학식 2와 같은 벡터로 나타낼 수 있다.
Figure pct00005
한편, 각각의 전송 정보
Figure pct00006
에 있어 전송 전력을 다르게 할 수 있으며, 이때 각각의 전송 전력을
Figure pct00007
라 하면, 전송 전력이 조정된 전송 정보를 벡터로 나타내면 하기의 수학식 3과 같다.
Figure pct00008
또한,
Figure pct00009
를 전송 전력의 대각행렬 P 를 이용하여 나타내면 하기의 수학식 4와 같다.
Figure pct00010
한편, 전송전력이 조정된 정보 벡터
Figure pct00011
에 가중치 행렬 W 가 적용되어 실제 전송되는 NT 개의 송신신호(transmitted signal)
Figure pct00012
가 구성되는 경우를 고려해 보자. 여기서, 가중치 행렬은 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 수행한다. 이와 같은 전송신호
Figure pct00013
는 벡터 X 를 이용하여 하기의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. 여기서 W ij 는 i 번째 송신안테나와 j 번째 정보 간의 가중치를 의미한다. W 는 가중치 행렬(Weight Matrix) 또는 프리코딩 행렬(Precoding Matrix)이라고 불린다.
Figure pct00014
일반적으로, 채널 행렬의 랭크의 물리적인 의미는, 주어진 채널에서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수라고 할 수 있다. 따라서 채널 행렬의 랭크(rank)는 서로 독립인(independent) 행(row) 또는 열(column)의 개수 중에서 최소 개수로 정의되므로, 행렬의 랭크는 행(row) 또는 열(column)의 개수보다 클 수 없게 된다. 수식적으로 예를 들면, 채널 행렬 H의 랭크(rank(H))는 수학식 6과 같이 제한된다.
Figure pct00015
또한, 다중 안테나 기술을 사용해서 보내는 서로 다른 정보 각각을 '전송 스트림(Stream)' 또는 간단하게 '스트림' 으로 정의하기로 하자. 이와 같은 '스트림' 은 '레이어 (Layer)' 로 지칭될 수 있다. 그러면 전송 스트림의 개수는 당연히 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수인 채널의 랭크 보다는 클 수 없게 된다. 따라서, 채널 행렬이 H는 아래 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pct00016
여기서 "# of streams"는 스트림의 수를 나타낸다. 한편, 여기서 한 개의 스트림은 한 개 이상의 안테나를 통해서 전송될 수 있음에 주의해야 한다.
한 개 이상의 스트림을 여러 개의 안테나에 대응시키는 여러 가지 방법이 존재할 수 있다. 이 방법을 다중 안테나 기술의 종류에 따라 다음과 같이 설명할 수 있다. 한 개의 스트림이 여러 안테나를 거쳐 전송되는 경우는 공간 다이버시티 방식으로 볼 수 있고, 여러 스트림이 여러 안테나를 거쳐 전송되는 경우는 공간 멀티플렉싱 방식으로 볼 수 있다. 물론 그 중간인 공간 다이버시티와 공간 멀티플렉싱의 혼합(Hybrid)된 형태도 가능하다.
한편, 안테나 커플링 제거를 위하여, 기존에는 다양한 하드웨어적 방법이 고려되었다. 예를 들어, 안테나 사이에 절연체를 삽입하거나, 커플링 제거를 위한 별도의 RF 회로를 추가하였으며, 혹은 절연체와 같은 새로운 인공 물질을 이용하여 안테나 간 독립성을 확보하려는 노력을 기울이고 있다.
그러나, 상술한 기존 안테나 커플링 제거 기법은 아날로그 단에서 물리 안테나 간 커플링을 제거하기 위한 방법 이었다. 본 발명에서는 디지털 단에서 가상 안테나 간 커플링을 제거하기 위한 방법 및 장치를 제안한다. 여기서, 논리 안테나란 디지털 프로세싱 상에서의 안테나 포트 개념으로, 가상 안테나 혹은 버츄얼(Virtual) 안테나로 지칭될 수도 있다.
도 3은 논리 안테나의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 디지털 프로세싱을 수행하는 베이스밴드 프로세서(baseband processor; 301) 상에서 처리된 신호는 복수의 논리 안테나 (302)로 정의되어 각각에 대응하는 ADC (analog-digital converter; 303)로 입력된다. 여기서 베이스밴드 프로세서 (301)은 채널 코딩(channel coding), 변/복조 등을 수행하는 모듈을 지칭하며, 도 1에서 RF 모듈에 대응하므로 베이스밴드 신호를 무선 신호를 변환하거나 무선신호를 베이스밴드 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 또한, ADC (303)는 베이스밴드 프로세서 (301)에서 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 장치를 지칭한다.
또한, ADC (303)에서 변환된 아날로그 신호는 안테나 모듈 (304)에서 증폭, 위상 천이 (Phase Shift) 등의 처리를 거친 후, 물리 안테나 (305)를 통하여 송신된다. 여기서, 안테나 모듈 (304)은 전력 증폭 모듈, 위상 천이 모듈, 듀플렉서(Duplexer), LNA (Low-noise amplifier) 등으로 구성될 수 있다.
이상에서는, 송신 과정을 위주로 설명하였지만, 수신 과정은 물리 안테나 (305)로부터 수신된 아날로그 신호가 안테나 모듈 (304), ADC (303)를 거쳐, 복수의 논리 안테나 (302)로 정의되는 디지털 신호로 변환되어 베이스밴드 프로세서 (301)에서 처리된다.
일반적으로 물리 안테나와 논리 안테나 간에는 일대일 혹은 다대일 형태의 맵핑 관계를 갖는다. 휴대폰과 같이 물리 안테나의 개수가 제한된 환경에서는 도 3과 같이 일대일 관계를 갖는 것이 일반적이다. 그러나, 기지국과 같이 물리 안테나의 개수가 많은 경우에는 다수의 물리 안테나가 하나의 논리 안테나로 연결되는 경우도 있다.
도 4는 다수의 물리 안테나가 하나의 논리 안테나로 맵핑되는 예를 도시한다.
도 4를 참조하면, 베이스밴드 프로세서 (301) 상에서 처리된 신호는 2개의 논리 안테나 (302)로 정의되어 각각에 대응하는 ADC (303)로 입력된다. 또한, ADC (303)에서 변환된 아날로그 신호는 소정의 처리를 거친 후, 4 개의 물리 안테나 (305)를 통하여 송신된다. 즉, 2 개의 물리 안테나가 1 개의 논리 안테나와 맵핑되는 것이다.
상술한 바에 따르면, 물리 안테나 간의 커플링은 논리 안테나들 간의 커플링으로 나타날 수 있으며, 간섭 증가, 상관도(correlation) 증가, 전력 감쇄 등 다양한 성능 열화 요인으로 작용할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 기존의 베이스밴드 프로세서와 ADC 사이에 논리 안테나/물리 안테나 및/또는 하드웨어 특성을 파악하여, 논리 안테나의 특성을 최적화하는 디지털 프로세서를 추가하는 것을 제안한다. 도면을 참조하여, 보다 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 안테나 커플링 제거 기법이 적용되는 예를 도시한다.
도 5를 참조하면, 채널 코딩(channel coding), 변/복조 등을 수행하는 베이스밴드 프로세서 혹은 제 1 디지털 프로세서 (501)와 함께, 추가적으로 안테나 간 커플링 제거를 위한 디지털 프로세싱을 수행하는 제 2 디지털 프로세서 (503)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 제 2 디지털 프로세서 (503)는 송신 측면에서는 제 1 디지털 프로세서 (501)에서 정의되는 기존의 제 1 논리 안테나 집합 (502)를 제 2 논리 안테나 집합 (504)로 변환하는 기능을 수행한다. 또는, 수신 측면에서 제 2 디지털 프로세서 (503)는 물리 안테나 (507), 안테나 모듈 (506), ADC (505) 및 제 2 논리 안테나 집합 (504)를 통하여 수신된 신호를 제 1 디지털 프로세서 (501)에 입력하기 위하여 기존의 제 1 논리 안테나 집합 (502)의 신호로 변환하는 기능을 수행할 수도 있다.
여기서, 본 발명의 제 2 디지털 프로세서 (503)은, 제 2 논리 안테나 집합 (504)에 비해 우수한 특성을 갖는 제 1 논리 안테나 집합 (502)를 형성하는 목표로 설계된다. 예를 들어, 제 2 논리 안테나 집합 (504)만을 사용할 때는 물리 안테나간 커플링에 의한 성능 저하가 심각하였으나, 제 2 디지털 프로세서 (503)에 의해 재구성된 제 1 논리 안테나 집합 (502)을 사용하면 물리 안테나 간 커플링에 의한 성능 저하가 최소화되도록 설계하는 것이다.
예를 들어, 제 2 논리 안테나 집합 (504) 내의 안테나 간 커플링의 영향 혹은 물리 안테나 (507) 간의 커플링 영향 혹은 물리 안테나 (507)에서의 전류의 누출(leakage) 정도를 측정한 후 이를 디-커플링(de-coupling)시키는 디지털 프로세서를 설계하는 것이다.
구체적으로 본 발명의 제 2 디지털 프로세서 (503)는 안테나 및/또는 하드웨어 특성에 관련된 파라미터를 프로세서 설계의 입력으로 갖고, 제 2 디지털 프로세서 (503)는 안테나 및 하드웨어 특성이 변경되지 않는 한 그 프로세서의 구성 및 기능을 변경하지 않는다. 물론, 베이스밴드 프로세서, 즉 제 1 디지털 프로세서 (501)에서 정의하는 논리 안테나 포트의 개수(도 5에서는 제 1 논리 안테나의 개수)나 특성의 변화에 따라 적용되는 프로세싱 기법은 달라질 수 있으나, 해당 프로세싱 기법은 주어진 물리/논리 안테나 및 하드웨어 특성에 따라 미리 결정되는 것이다.
또한, 상기 안테나 및/또는 하드웨어 특성에 관련된 파라미터는 제안된 프로세서 내에서 자체적으로 측정할 수도 있으나, 별도의 장치를 통해 측정한 값을 입력하도록 설계될 수도 있다. 추가적으로, 상기 안테나 및/또는 하드웨어 특성에 관련된 파라미터는 안테나 간 커플링 정도, 각 안테나의 신호 응답, RF 파라미터 등 다양한 안테나 및 하드웨어적 특성을 포괄하는 개념이다.
한편, 제 2 디지털 프로세서 (503)에서 수행되는 프로세싱의 일 예로서, 제 1 논리 안테나 집합 (502)과 제 2 논리 안테나 집합 (504)을 아래 수학식 8과 같이 행렬로 변환하는 선형 시스템을 고려할 수 있다.
Figure pct00017
수학식 8에서, X 1 은 제 1 논리 안테나 벡터, 즉 제 1 논리 안테나 집합에 의하여 정의되는 신호들, X 2 는 제 2 논리 안테나 벡터, 즉 제 2 논리 안테나 집합에 의하여 정의되는 신호들, P 는 프로세싱 행렬을 나타내며, 특히, 프로세싱 행렬 P 는 측정한 안테나/하드웨어 특성을 기반으로 결정된다.
본 발명에서 제안하는 제 2 디지털 프로세서 (503)는 안테나 간의 커플링을 감소시키는 효과 이외에도, 물리(혹은 논리) 안테나 간 상관도(correlation) 저하, 간섭 저하, 전력 효율 향상, 채널 용량 향상 등 다양한 효과를 가질 수 있다. 즉, 제 2 디지털 프로세서 (503)는 논리 안테나 최적화 프로세서로 지칭할 수도 있다.
위 실시예에서는 제 2 디지털 프로세서 (503)가 베이스밴드 프로세서인 제 1 디지털 프로세서 (501)과 독립적으로 구현되는 것으로 설명하였지만, 제 1 디지털 프로세서 (501) 및 제 2 디지털 프로세서 (503)이 하나의 프로세서로서 통합되어 구현될 수 있음은 물론이다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
본 발명은 본 발명의 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (14)

  1. 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 통신 장치로서,
    제 1 버츄얼(virtual) 안테나 집합으로 정의되는 기저대역 신호를 처리하는 제 1 프로세서;
    안테나 간 커플링을 제거하기 위하여, 제 2 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 신호와 상기 제 1 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 기저대역 신호를 맵핑하는 제 2 프로세서; 및
    상기 제 2 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 신호와 다중 물리 안테나 집합으로 정의되는 신호를 맵핑하는 안테나 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    통신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중 물리 안테나 집합의 특성에 관한 파라미터를 산출하는 측정 모듈을 더 포함하고,
    상기 제 2 프로세서는,
    상기 파라미터에 기반하여 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 신호와 상기 제 1 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 기저대역 신호를 맵핑하는 것을 특징으로 하는,
    통신 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 프로세서는,
    상기 다중 물리 안테나 집합의 특성에 관한 파라미터를 산출하고, 상기 파라미터에 기반하여 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 신호와 상기 제 1 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 기저대역 신호를 맵핑하는 것을 특징으로 하는,
    통신 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 프로세서는,
    아래 수학식에 따라 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 신호와 상기 제 1 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 기저대역 신호를 맵핑하는 것을 특징으로 하는,
    통신 장치.
    ＜수학식＞
    Figure pct00018

    (단, X 1 은 상기 제 1 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 기저대역 신호, X 2 는 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 신호, P 는 상기 다중 물리 안테나 집합의 특성에 관한 파라미터에 기반하여 결정되는 프로세싱 행렬을 나타낸다)
  5. 제 2 항 내지 제 4 항에 있어서,
    상기 파라미터는,
    상기 안테나 간 커플링 값, 각 안테나의 신호 응답 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    통신 장치.
  6. 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 송신 장치가 신호를 송신하는 방법으로서,
    제 1 버츄얼(virtual) 안테나 집합을 이용하여 기저대역 신호를 생성하는 단계;
    안테나 간 커플링을 제거하기 위하여, 상기 기저대역 신호를 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호로 신호로 맵핑하는 단계;
    상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호를 다중 물리 안테나 집합에 대응하는 송신 신호로 맵핑하는 단계; 및
    상기 송신 신호를 상기 다중 물리 안테나 집합을 통하여 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    송신 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기저대역 신호를 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호로 맵핑하는 단계는,
    상기 다중 물리 안테나 집합의 특성에 관한 파라미터를 산출하는 단계; 및
    상기 파라미터에 기반하여 상기 기저대역 신호를 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호로 맵핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    송신 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 기저대역 신호를 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호로 맵핑하는 단계는,
    아래 수학식에 따라 상기 기저대역 신호를 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호로 맵핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    송신 방법.
    ＜수학식＞
    Figure pct00019

    (단, X 1 은 상기 기저대역 신호, X 2 는 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호, P 는 상기 다중 물리 안테나 집합의 특성에 관한 파라미터에 기반하여 결정되는 프로세싱 행렬을 나타낸다)
  9. 제 7 항 내지 제 8 항에 있어서,
    상기 파라미터는,
    상기 안테나 간 커플링 값, 각 안테나의 신호 응답 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    송신 방법.
  10. 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 수신 장치가 신호를 수신하는 방법으로서,
    다중 물리 안테나 집합에 대응하는 수신 신호를 상기 다중 물리 안테나 집합을 통하여 수신하는 단계;
    상기 수신 신호를 제 2 버츄얼(virtual) 안테나 집합에 대응하는 신호로 맵핑하는 단계; 및
    안테나 간 커플링을 제거하기 위하여, 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호를 제 1 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 기저대역 신호로 맵핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    수신 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호를 상기 기저대역 신호로 맵핑하는 단계는,
    상기 다중 물리 안테나 집합의 특성에 관한 파라미터를 산출하는 단계; 및
    상기 파라미터에 기반하여 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호를 상기 기저대역 신호로 맵핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    수신 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호를 상기 기저대역 신호로 맵핑하는 단계는,
    아래 수학식에 따라 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호를 상기 기저대역 신호로 맵핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    수신 방법.
    ＜수학식＞
    Figure pct00020

    (단, X 1 은 상기 기저대역 신호, X 2 는 상기 제 2 버츄얼 안테나 집합에 대응하는 신호, P 는 상기 다중 물리 안테나 집합의 특성에 관한 파라미터에 기반하여 결정되는 프로세싱 행렬을 나타낸다)
  13. 제 11 항 내지 제 12 항에 있어서,
    상기 파라미터는,
    상기 안테나 간 커플링 값, 각 안테나의 신호 응답 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    수신 방법.
  14. 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 통신 장치로서,
    제 1 버츄얼(virtual) 안테나 집합으로 정의되는 기저대역 신호를 처리하고, 안테나 간 커플링을 제거하기 위하여 제 2 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 신호와 상기 제 1 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 기저대역 신호를 맵핑하는 프로세서; 및
    상기 제 2 버츄얼 안테나 집합으로 정의되는 신호와 다중 물리 안테나 집합으로 정의되는 신호를 맵핑하는 안테나 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    통신 장치.
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