KR20180050354A - 대용량-mimo를 위한 아날로그 처리 시스템 - Google Patents

대용량-mimo를 위한 아날로그 처리 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20180050354A
KR20180050354A KR1020187009359A KR20187009359A KR20180050354A KR 20180050354 A KR20180050354 A KR 20180050354A KR 1020187009359 A KR1020187009359 A KR 1020187009359A KR 20187009359 A KR20187009359 A KR 20187009359A KR 20180050354 A KR20180050354 A KR 20180050354A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
analog
chip
antenna
processing subsystem
signal
Prior art date
Application number
KR1020187009359A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102006583B1 (ko
Inventor
마르쿠스 토르마넨
퍼-올로프 브랜딧
Original Assignee
세이프 미모 에이비
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 세이프 미모 에이비 filed Critical 세이프 미모 에이비
Publication of KR20180050354A publication Critical patent/KR20180050354A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102006583B1 publication Critical patent/KR102006583B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/0003Software-defined radio [SDR] systems, i.e. systems wherein components typically implemented in hardware, e.g. filters or modulators/demodulators, are implented using software, e.g. by involving an AD or DA conversion stage such that at least part of the signal processing is performed in the digital domain
    • H04B1/0028Software-defined radio [SDR] systems, i.e. systems wherein components typically implemented in hardware, e.g. filters or modulators/demodulators, are implented using software, e.g. by involving an AD or DA conversion stage such that at least part of the signal processing is performed in the digital domain wherein the AD/DA conversion occurs at baseband stage
    • H04B1/0032Software-defined radio [SDR] systems, i.e. systems wherein components typically implemented in hardware, e.g. filters or modulators/demodulators, are implented using software, e.g. by involving an AD or DA conversion stage such that at least part of the signal processing is performed in the digital domain wherein the AD/DA conversion occurs at baseband stage with analogue quadrature frequency conversion to and from the baseband
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/64Impedance arrangements
    • H01L23/66High-frequency adaptations
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0611Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40Circuits
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40Circuits
    • H04B1/44Transmit/receive switching
    • H04B1/48Transmit/receive switching in circuits for connecting transmitter and receiver to a common transmission path, e.g. by energy of transmitter
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413MIMO systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2223/00Details relating to semiconductor or other solid state devices covered by the group H01L23/00
    • H01L2223/58Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for
    • H01L2223/64Impedance arrangements
    • H01L2223/66High-frequency adaptations
    • H01L2223/6605High-frequency electrical connections
    • H01L2223/6611Wire connections
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2223/00Details relating to semiconductor or other solid state devices covered by the group H01L23/00
    • H01L2223/58Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for
    • H01L2223/64Impedance arrangements
    • H01L2223/66High-frequency adaptations
    • H01L2223/6605High-frequency electrical connections
    • H01L2223/6616Vertical connections, e.g. vias
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2223/00Details relating to semiconductor or other solid state devices covered by the group H01L23/00
    • H01L2223/58Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for
    • H01L2223/64Impedance arrangements
    • H01L2223/66High-frequency adaptations
    • H01L2223/6644Packaging aspects of high-frequency amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2223/00Details relating to semiconductor or other solid state devices covered by the group H01L23/00
    • H01L2223/58Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for
    • H01L2223/64Impedance arrangements
    • H01L2223/66High-frequency adaptations
    • H01L2223/6661High-frequency adaptations for passive devices
    • H01L2223/6677High-frequency adaptations for passive devices for antenna, e.g. antenna included within housing of semiconductor device
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/02Transmitters
    • H04B1/04Circuits
    • H04B2001/0408Circuits with power amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06Receivers
    • H04B1/16Circuits
    • H04B1/30Circuits for homodyne or synchrodyne receivers
    • H04B2001/307Circuits for homodyne or synchrodyne receivers using n-port mixer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Transceivers (AREA)

Abstract

아날로그 처리 서브시스템이 개시된다. 상기 서브시스템은 적어도 하나의 안테나(202,302), 듀플렉서(202a,302a), 적어도 하나의 전력 증폭기(203a,203b), 적어도 하나의 믹서(204a,204b,304a,304b), 및 기저대역 처리 서브시스템에 연결가능한 인터페이스를 포함한다..
상기 적어도 하나의 믹서(204a,204b,304a,304b)는 적어도 하나의 안테나(202,302)에 의해 수신된, 수신된 아날로그 무선 주파수 신호를 하향 변환 및 동상/직교-IQ-복조하여, 수신된 아날로그 기저대역 신호를 제공하고, 적어도 하나의 안테나(202,302)에 의해 송신될, 송신 아날로그 기저대역 신호를 IQ-변조하고 상향 변환하여, 송신 아날로그 무선 주파수 신호를 제공하도록 구성된다.
상기 믹서(204a,204b,304a,304b)는 송신 아날로그 기저대역 신호를 획득하기 위해 인터페이스의 입력 단자에 연결된 적어도 하나의 입력 단자(201a,301a) 및 수신된 아날로그 기저대역 신호를 제공하기 위해 인터페이스의 출력 단자에 연결된 적어도 하나의 출력 단자(201b,301b)를 더 포함하고,
상기 적어도 하나의 안테나(202,302)는 듀플렉서(202a,302a)에 직접 연결되고, 듀플렉서(202a,302a)는 적어도 하나의 전력 증폭기(203a,203b,303a,303b)에 직접 연결되며, 상기 적어도 하나의 전력 증폭기(203a,203b,303a,303b)는 적어도 하나의 믹서(204a,204b,304a,304b)에 직접 연결되고, 상기 적어도 하나의 믹서(204a,204b,304a,304b)는 인터페이스에 직접 연결된다.
아날로그 처리 서브시스템은 단일 아날로그 무선 주파수 처리 칩(201,301) 상에 포함된다.
상기 아날로그 무선 주파수 처리 칩(201,301)은 칩의 적어도 일측에 금속화를 포함하고, 금속화는 적어도 하나의 안테나(202,302)의 집적을 포함한다.

Description

대용량-MIMO를 위한 아날로그 처리 시스템
본 발명은 일반적으로 다중 입력, 다중 출력(MIMO; multiple input, multiple output) 송수신기들의 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 이는 낮은 복잡성, 고성능 MIMO 송수신기의 분할 및 구성에 관한 것이다.
소비자 전자 장치에서 고속 데이터 속도에 대한 요구가 증가하면서, 시스템들은 일반적으로 예를 들어, 대용량 다중 입력, 다중 출력(MIMO) 시스템들에서 더 높은 주파수들을 이용하도록 요구된다.
다중 안테나 아키텍처를 사용하는 하나의 주된 한계는 무선 주파수(RF; radio frequency) 섹션에서 하드웨어의 복잡성 및 높은 비용이며, 이는 일반적으로 안테나들의 수의 증가에 따라 증가한다.
일반적인 MIMO 송수신기의 하드웨어는 별개의 블록들로 분할되며, 각 블록은 일반적으로 별개의 칩들에 배치된다. 일례에 따르면, 디지털 기저대역(BB; baseband) 기능은 하나의 칩 상에, 믹서들과 같은 RF-구성 요소들은 제2칩 상에, 및 전력 증폭기들은 제3칩 상에 배치되는 한편, 안테나들은 별도로 실행될 수 있다.
다중 안테나들을 갖는 것은 일반적으로, 특히 무선 주파수 신호들에 대해 복잡하고 벌키한 실행들을 야기하는, 적어도 일부의 하드웨어 블록들 사이에서, 각각의 안테나에 하나씩 다수의 신호 경로들을 갖는 것을 요구한다.
어떤 경우에는, 단일 신호 경로는 안테나 어레이와 하드웨어 블록들 사이에 다중 신호들을 전달하는 데 사용될 수 있으며, 일반적으로 신호들의 왜곡 및 분리에 대한 신호 경로에 대한 어려운 요구 사항들을 야기한다.
또한 안테나들을 추가, 제거, 또는 재배치하는 것은 하드웨어 블록들을 추가, 제거, 또는 재배치하는, 복잡하고 비용이 많이 드는 공정을 야기하기 때문에 시스템의 확장성이 제한된다.
따라서, 성능에 영향을 주지 않으면서 가능한 한 낮은 회로 풋 프린트로 실행들을 유지하면서 다중 안테나들을 포함하는 MIMO 시스템들의 이용을 가능하게 하는 하드웨어 솔루션들에 대한 필요성이 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "포함하다/포함하는"은 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 또는 구성 요소들의 존재를 나타내지만, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 구성 요소들, 또는 그 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 강조되어야 한다.
일부 실시예들의 목적은 상기 단점들 중 적어도 일부를 제거하고 대용량 MIMO를 위한 대안적인 송수신기 실행들을 제공하는 것이다. 바람직하게는, 이러한 대안적인 송수신기 실행들은 대용량 MIMO를 위해 덜 복잡하고/하거나 비용이 덜 드는 하드웨어 솔루션들을 제공한다.
일부 실시예들의 목적은 또한 이하의 이점들: 높은 확장성, 낮은 에너지 소비, 및 넓은 주파수 범위의 용량 중 하나 또는 그 이상을 갖는 대용량 MIMO를 위한 대안적인 송수신기 실행을 제공하는 것이다.
제1 양태에 따르면, 이는 적어도 하나의 안테나, 듀플렉서, 적어도 하나의 전력 증폭기, 적어도 하나의 믹서, 및 기저대역 처리 서브시스템에 연결가능한 인터페이스를 포함하는 아날로그 처리 서브시스템에 의해 달성된다.
적어도 하나의 믹서는 수신된 아날로그 기저대역 신호를 제공하기 위해, 적어도 하나의 안테나에 의해 수신된, 수신된 아날로그 무선 주파수 신호를 하향 변환하고 동상/직교-IQ(inphase/quadrature)-복조하도록 구성된다. 적어도 하나의 믹서는 또한 송신 아날로그 무선 주파수 신호를 제공하기 위해, 적어도 하나의 안테나에 의해 송신될, 송신 아날로그 기저대역 신호를 IQ-변조 및 상향 변환하도록 구성된다.
믹서는 송신 아날로그 기저대역 신호를 획득하기 위해 인터페이스의 입력 단자에 연결된 적어도 하나의 입력 단자, 및 수신된 아날로그 기저대역 신호를 제공하기 위해 인터페이스의 출력 단자에 연결된 적어도 하나의 출력 단자를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 적어도 하나의 안테나는 듀플렉서에 직접 연결되고, 듀플렉서는 적어도 하나의 전력 증폭기에 직접 연결되며, 적어도 하나의 전력 증폭기는 적어도 하나의 믹서에 직접 연결되고, 적어도 하나의 믹서는 인터페이스에 직접 연결된다.
따라서, 제1 양태에 따른 시스템을 갖는 MIMO 송수신기는 여러 개의 아날로그 처리 서브시스템들로 구성될 것이다. 일부 실시예들에서, 각각의 안테나는 그 자체의 서브시스템을 가질 것이다. 이는 전체 서브시스템들을 제거하거나 추가하는 문제일 뿐이므로 실행 및 확장성을 단순화한다. 이는, 또한 전체 서브시스템이 상업적으로 대량 생산될 수 있기 때문에 비용 효율적이다.
일부 실시예들에서, 서브시스템은 하나의 안테나로만 구성된다.
일부 실시예들에서, 믹서는 전력 증폭기 공정으로 집적화된다.
일부 실시예들에서, 전력 증폭기 공정은 갈륨-비소 부정형 고전자 이동도 트랜지스터들-PHEMT(gallium-arsenide pseudomorphic high electron mobility transistors)-GaAs를 위한 공정, 갈륨-비소 이종접합 바이폴라 트랜지스터 GaAs-HBT(gallium-arsenide heterojunction bipolar transistor)를 위한 프로세스, 실리콘-게르마늄 바이폴라 상보형 금속 산화물 반도체-SiGe Bi-CMOS(silicon-germanium bipolar complementary metal oxide semiconductor)를 위한 공정, 실리콘 온 인슐레이터-SOI(silicon on insulator)을 위한 공정, 완전히 공핍된 SOI-FDSOI(fully depleted SOI)를 위한 공정, 및 Si-CMOS 공정을 위한 공정 중 적어도 하나이다.
일부 실시예들에서, 아날로그 처리 서브시스템은 단일 아날로그 무선 주파수 처리 칩 상에 포함된다.
일부 실시예들에서, 아날로그 무선 주파수 처리 칩은 칩의 적어도 일측에 금속화를 포함하고, 금속화는 적어도 하나의 안테나의 집적화를 포함한다.
일부 실시예들에서, 금속화는 본드 와이어들과 집적화된 안테나 구조체를 형성한다.
일부 실시예들에서, 안테나 구조체는 아날로그 무선 주파수 처리 칩의 제1 면 상에 제공되고, 제1면은 아날로그 무선 주파수 처리 칩의 회로면이다.
일부 실시예들에서, 안테나 구조체는 아날로그 무선 주파수 처리 칩의 제2면 상에 제공되며, 제2면은 아날로그 무선 주파수 처리 칩의 회로면에 대향한다.
일부 실시예들에서, 안테나 구조체는 방사선으로부터 아날로그 처리 시스템을 격리시키도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 안테나 구조체는 도파관에 대한 커넥터로서 작동하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 아날로그 처리 서브시스템은 다중 입력 다중 출력-MIMO -송수신기의 복수의 아날로그 처리 서브시스템들에 포함되기에 적합하다. 송수신기는 추가로 MIMO 신호들을 송신 및 수신하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 아날로그 처리 서브시스템은 MIMO 신호들의 신호 성분을 처리하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 아날로그 처리 서브시스템은 다중 입력, 다중 출력-MIMO- 송수신기의 복수의 아날로그 처리 서브시스템들에 포함되도록 구성된다. 송수신기는 추가로 MIMO 신호들을 송신 및 수신하도록 구성되고, 아날로그 처리 서브시스템은 MIMO 신호들의 신호 성분을 처리하도록 구성된다.
제2 양태는 적어도 하나의 기저대역 처리 서브시스템에 작동 가능하게 연결된 제1 양태에 따른 복수의 아날로그 처리 서브시스템들을 포함하는 장치이다. 기저대역 처리 서브시스템은 수신된 아날로그 기저대역 신호를 수신된 디지털 신호로 변환하도록 구성된-적어도 하나의 아날로그-디지털 변환기-ADC를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 기저대역 처리 서브시스템은 송신 디지털 신호를 송신 아날로그 기저대역 신호로 변환하도록 구성된-적어도 하나의 디지털-아날로그 변환기-DAC를 더 포함한다. 기저대역 처리 서브시스템은 송신 아날로그 기저대역 신호를 아날로그 처리 칩에 제공하도록 추가로 구성된다.
일부 실시예들에서, 기저대역 처리 서브시스템은 기저대역 처리 칩 상에 포함된다.
일부 실시예들에서, 장치는 다중 입력 다중 출력-MIMO-송수신기 장치이다.
일부 실시예들에서, 복수의 아날로그 처리 서브시스템들은 제1 개수의 아날로그 처리 서브시스템들을 포함한다. 적어도 하나의 기저대역 처리 서브시스템은 제2 개수의 기저대역 처리 서브시스템들을 포함할 수 있다. 제1 개수는 제2 개수를 초과한다.
제3 양태는 제1 양태에 따른 아날로그 처리 서브시스템 또는 제2 양태에 따른 장치를 포함하는 무선 통신 디바이스이다.
일부 실시예들에서, 무선 통신 디바이스는 이동 통신 디바이스다.
일부 실시예들에서, 제2 및 제3 양태들은 제1 양태에 대해 상기 설명된 바와 같은 다양한 특징들 중 임의의 것과 동일하거나 그에 대응하는 특징들을 추가적으로 가질 수 있다.
일부 실시예들의 이점은 대형 MIMO 송수신기들이 고성능 및 낮은 복잡성을 갖는 것이 가능해질 수 있다는 것이다. 예를 들어, 일반적으로 MIMO 송수신기의 일부 실행들에 따라 각 안테나에 대해 하나의 무선 주파수 신호 경로가 있으며, 여러 개의 안테나들로부터의 신호들은 기저대역에서만 단일 신호 경로로 결합된다.
일부 실시예들의 다른 이점은 모든 구성 요소들의 분할이 안테나 및 필터들이 개별 유닛들 상에 있도록 요구하지 않는다는 것이다. 이는 MIMO 송수신기의 복잡성을 더 감소시킨다.
일부 실시예들의 다른 이점은 구성 요소들의 분할이, MIMO 송수신기의 복잡성을 보다 더 감소시키는 별도의 수신기(Rx) 및 송신기(Tx)를 필요로 하지 않는다는 것이다.
일부 실시예들의 다른 이점은 MIMO 시스템들의 비용 효율적인 실행이 가능해진다는 것이다.
일부 실시예들의 다른 이점은 MIMO 송수신기들의 확장성이 단순화된다는 것이다. 따라서, MIMO 송수신기들을 구성하는 유연한 방법이 제공된다.
일부 실시예들의 다른 이점은 송수신기의 전력 소모 및/또는 신호들 간의 간섭을 감소시키기 위해 MIMO 송수신기의 선택된 부분들이 분리될 수 있다는 것이다.
일부 실시예들의 다른 이점은 대용량 MIMO가 보다 낮은 전력 소모로 더 높은 데이터 속도들을 제공할 수 있다는 것이다.
일부 실시예들의 다른 이점은 각 신호 경로에 단 하나의 또는 몇개의 안테나들이 있어, MIMO 송수신기들을 단순화된 실행을 야기한다는 것이다.
일부 실시예들의 다른 이점은 안테나 구조체 및 구성 요소들의 분할이 간섭의 누설을 방지할 수 있어, 보다 안정하고 견고하며 신뢰성 있는 MIMO 송수신기를 야기한다는 것이다.
일부 실시예들의 다른 이점은 안테나 구조체와 관련한 구성 요소들의 분할이 전체 아날로그 처리 시스템이 웨이브 커넥터 내부에 배치되는 것을 가능하게 하여, 웨이브 커넥터의 종래의 사용과 비교하여 MIMO 송수신기에서의 에너지 손실을 감소시키는 한편, 또한 덜 복잡한 장치를 제공할 수 있다는 것이다.
추가의 목적들, 특징들, 및 이점들은 첨부된 도면을 참조하여 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 예시적인 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2는 일부 실시예들에 따른 예시적인 장치를 도시하는 개략도이다.
도 3은 일부 실시예들에 따른 예시적인 장치를 도시하는 개략도이다.
도 4는 일부 실시예들에 따른 예시적인 장치를 도시하는 개략도이다.
다음에서, 다중 입력, 다중 출력(MIMO) 어플리케이션들에 대해 저비용, 낮은 복잡성 프론트 엔드들이 제공되는 실시예들이 설명될 것이다.
여기서 설명된 방식들 중 임의의 방식으로 MIMO 송수신기의 기능 유닛들을 분할함으로써, 하나 또는 그 이상의 이점들이 다음에서 설명될 바와 같이 달성될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 MIMO 프론트 엔드의 예시적인 장치(100)를 도시한다. 장치(100)는 디지털 기저대역 칩(BB-칩)(105), 무선 주파수부(RF)(104), 전력 증폭기 칩(PA; power amplifier-칩)(103), 및 안테나 어레이(102)를 포함한다.
안테나 어레이(102)는 듀플렉서(102a)에 의해 PA-칩(103)에 작동 가능하게 연결가능하다. 듀플렉서(102a)는 예를 들어, 시간 영역 또는 주파수 영역에서 수신된 신호들 및 송신을 위한 신호들을 분리함으로써 안테나 어레이(102)로부터의 데이터 전송 및 송신 사이의 변환을 용이하게 한다.
신호는 일반적으로 안테나 어레이(102)에 의해 수신될 수 있고, 이후 수신된 신호는 듀플렉서(102a)를 통해 송신되며, 이는 장치(100) 상의 수신 경로(RX-경로)를 따르기 위해 분리된다. 이후, 수신된 신호는 저잡음 증폭기(LNA; low noise amplifier)를 통과할 수 있는 PA-칩(103)으로 송신된다.
PA-칩(103)은 복수의 전력 증폭기들(PA) 및 LNA들을 포함할 수 있다.
PA-칩(103)은 RF-부(104)에 작동 가능하게 연결가능하다. 수신된 신호는 일반적으로 저전력 및 저전압일 수 있으며, LNA는 일반적으로, RF-부(104)로 송신되기 전에 수신된 신호를 증폭할 수 있다.
RF-부(104)는 임피던스 정합 회로(미도시), 필터들(미도시), RF 증폭기들(미도시), 동상/직교(IQ) 변조기들(미도시), 국부 발진기 및 믹서들과 같은 상이한 RF 구성 요소들을 포함할 수 있다.
수신된 신호는 IQ-복조기에 의해 복조될 수 있다. 일반적으로 높은, 수신된 신호의 주파수는 이후 믹서에 의해 더 낮은 주파수로 변환된다.
RF-부(104)는 적어도 하나의 아날로그-디지털 변환기(ADC)(106) 및 적어도 하나의 디지털-아날로그 변환기(DAC)(107)를 포함하는 BB-칩(105)에 작동 가능하게 연결 가능하다. BB-칩은 수신된 아날로그 신호를 디지털화하도록 구성된다. BB-칩은 또한 디지털 신호를 송신을 위한 아날로그 신호로 변환하도록 구성된다.
송신을 위한 신호는 일반적으로 BB-칩에서 RF-부로의 송신 경로를 따르며, 송신 신호의 일반적으로 저주파는 믹서에 의해 상향 변환된다. 송신 신호는 또한, PA-칩(103) 상으로 통과되기 전에, IQ-변조기에 의해 변조되며, 전력 증폭기에 의해 증폭된다. 이후, 송신 신호는 듀플렉서(102a)를 통과하며, 안테나 어레이(102)로 유도된다. 이후, 송신 신호는 하나 또는 그 이상의 안테나들에 의해 수신 디바이스로 송신된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디지털 기저대역은 일반적으로 제1 칩에 실행되고, RF는 일반적으로 제2 칩에서 실행되며, 전력 증폭기(들)는 일반적으로 제3에서 실행되고, 안테나 어레이는 일반적으로 자체 유닛에서 실행된다. PA-칩(103) 및 듀플렉서(102a)는 종종 프론트 엔드 모듈(FEM; front-end-module)이라 할 수 있다.
MIMO 시스템들은 여러 개의 안테나들, 예를 들어, 16-100개의 안테나들을 포함할 수 있다. 다중 안테나들을 갖는 것은 다중 경로 수신 및 송신을 허용한다. 빔 형성이 적절하게 기능하도록 하기 위해서, 각 안테나 경로는 일반적으로 별도의 IQ-변조기를 필요로 한다.
다수의 안테나들 각각에 대해 IQ-경로를 실행하는 것이 기존 시스템들에서는 어렵고, 이는 안테나 어레이에서 안테나들의 개수의 제한을 야기한다.
다중 안테나들을 실행하는 MIMO 기술은 여전히 비교적 새롭기 때문에, MIMO 시스템을 임플란팅(implanting)하는 전통적인 방법은 지금까지 충분했다. 현재의 표준에 따라 MIMO를 실행하는 것은 벌키한 실행들을 야기할 것이지만, 상대적으로 작은 크기(예를 들어, 핸드헬드형 소비자 제품들)를 갖는 디바이스들로의 결합을 위해 의도된 상용 제품들에서 안테나들의 양은 매우 커서 실행들이 매우 벌키하게 되지 않았다. 따라서 다중 안테나들을 포함하는 MIMO 시스템들을 실행하는 다른 방법들을 시도하고 개발할 어떠한 이유도 없었다.
또한, 기저대역 처리부들, 안테나부들, 및 무선 주파수 처리 부들을 별도로 설계하는 송수신기 실행 분야에서 오랜 전통이 있다. 이는, MIMO 안테나 어레이, MIMO를 위한 무선 주파수 처리 유닛, 및 MIMO를 위한 기저대역 처리 유닛을 별도로 설계하고, MIMO 송수신기를 형성하기 위해 이들 디자인들을 서로 연결시키기 위해, MIMO 송수신기를 설계할 때-안테나 디자인, 무선 주파수 처리 디자인, 및 기저대역 처리 부품들에서 각각 숙련된-통상의 기술자, 또는 오히려 통상의 기술자들 팀에게 자연스럽다는 것을 야기한다.
본 발명자들은, 통찰력 있는 추론을 통해, MIMO 송수신기의 기존 아키텍처의 기능 유닛들을 다른 방식으로 분할함으로써, 많은 수의 안테나들을 포함하는 송수신기 시스템들의 더 적은 복잡성, 더 저렴하고/하거나 더 유연한 실행들을 가능하게 할 수 있다는 것을 인식했다.
안테나 어레이가 듀플렉서를 통해 증폭기 칩에, 믹서 칩을 통해 기저대역 처리 칩에 연결되는 대신, 여기서 설명된 실시예들은-하나의 엔드 프론트 유닛, 예를 들어, 칩에서-MIMO 송수신기의 안테나 어레이를 구성하는 안테나들의 큰 컬렉션(또는 안테나들의 작은 컬렉션)의 각 안테나에 대해, 증폭기(들) 및 믹서(들)의 별개의 컬렉션을 실행한다.
이후, 여러 개의 이러한 프론트 엔드 유닛들은 자유롭게 결합되어 MIMO 시스템의 프론트 엔드부를 구성할 수 있으며, 이후 프론트 엔드부는 기저대역 처리 유닛에 연결될 수 있다.
MIMO 시스템을 구성하는 매우 유연한 방법이 제공되는데, 안테나들의 재배치, 추가, 제거가 전체 대응하는 프론트 엔드 유닛들의 재배치, 추가, 제거에 의해 용이하게 달성되며, 어떠한 추가의 하드웨어 조정도 필요하지 않기 때문이다(또는 추가의 하드웨어 조정이 거의 필요하지 않기 때문이다). 따라서, 확장성이 향상된다.
또한, MIMO 구성이 현재 그 안테나 어레이의 모든 안테나들을 사용하지 않는 경우, 대응하는 프론트 엔드 유닛들은 쉽게 턴 오프되거나 저전력 모드에 놓일 수 있는데, 이는 종래 기술에 따른 해결책들에서, 일반적으로 가능하지 않거나 적어도 번거롭다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 예시적인 장치(200)를 도시한다.
예시적인 장치(200)는 칩(201)를 포함하며, 이는 순차적으로 안테나(202), 전력 증폭기들(203a,203b), RF-부(204a,204b)로도 나타내는 변조부(204a,204b), 및 RF 믹서를 포함한다.
일부 실시예들에서, RF부(204,204b)의 변조 또는 복조는 동상/직교(IQ) 변조/복조를 통해 수행될 수 있다.
일부 실시예들에서, 안테나(202)는 하나의 안테나를 포함한다. 일부 실시예들에서, 안테나(202)는 하나 이상의 안테나를 포함할 수 있는 한편, 여전히 대용량-MIMO 시스템을 구성하는 모든 안테나들을 포함하지는 않는다. 예를 들어, 안테나(202)는 2개, 3개, 또는 4개의 안테나들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 적어도 하나의 안테나는 하나의 안테나로만 구성되며, 덜 복잡한 MIMO 송수신기 및 아날로그 처리 서브시스템을 야기한다.
일부 실시예들에서, 하나의 안테나로만 구성되는 적어도 하나의 안테나는 적어도 하나의 급전점을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 안테나는 칩의 표준 금속화, 즉 모든 상용 칩이 제공되는 금속화를 사용함으로써 칩(201)에 집적화된다. 일부 실시예들에서, 칩(201)에는 안테나의 집적을 위한 맞춤형 금속화가 제공될 수 있다. 이러한 맞춤형 금속화는 예를 들어, 실리콘 관통 비아들이 연결된 칩의 제2면(예를 들어, 칩의 후면) 상에 또는 칩(201)의 제1면(예를 들어, 회로면, 또는 탑면) 상에 제공될 수 있다.
칩(201) 상에 안테나를 제공한 결과로서, 종래의 분리된 안테나 유닛이 필요하지 않고, 따라서 보다 적은 복잡성을 갖는 아날로그 처리 서브시스템이 달성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 안테나는 예를 들어, 금속화가 안테나 구조체를 형성하는 본드 와이어들(또는 임의의 다른 적합한 연결 기술)을 사용함으로써 집적화된다.
일부 실시예들에서, 안테나 구조는 칩(201)의 제2면에 제공될 수 있다. 칩(201)의 제2면은 칩(201)의 회로면에 대향할 수 있다.
일부 실시예들에서, 안테나 구조체를 형성하는 금속화는 또한 RF-송신 회로를 방사선으로부터 격리시키도록 구성될 수 있다. 상기 일부 실시예들에 따르면, 안테나 구조체는 아날로그 처리 서브시스템, 즉 아날로그 처리 서브시스템의 회로 및 접지 지점에 직접 연결될 수 있다. 따라서, 안테나 구조체는 적어도 하나의 접지된 연결부를 포함할 수 있다. 따라서, 간섭들이 아날로그 처리 서브시스템으로부터 누설되는 것이 방지될 수 있고, 따라서 보다 강력하고 안정적인 서브시스템이 달성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 금속화에 의해 형성된 안테나 구조체는 도파관에 대한 커넥터로서 작동하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 안테나 구조체 및 칩(201)은 웨이브 커넥터 내부에 배치되도록 구성될 수 있다. 칩(201)은 적어도 하나의 체결 수단 또는 지지 구조물을 갖는 웨이브 커넥터 내부에, 또는 웨이브 커넥터 자체에 직접, 또는 웨이브 커넥터에 연결된 중간 체결부에 배치되도록 구성될 수 있다. 상기 웨이브 커넥터는 파이프, 바람직하게는 직사각형 또는 원형 단면을 갖는 금속 파이프와 같은 금속 파이프일 수 있다. 따라서, 전체 칩으로부터의 파동 전파는 적어도 하나의 차원에서 파동 전파를 방해하는 개방된 금속 물체 내부에서 발생하여 더 적은 에너지 손실, 견고하고 효율적이며 신뢰할 수 있는 시스템을 야기할 수 있다.
안테나(202)는 송신 경로(TX-경로)와 수신 경로(RX-경로) 사이를 스위칭하거나 그렇지 않으면 분리할 수 있는 듀플렉서(202a)를 포함하거나 그에 연결될 수 있다. TX-경로는 TX-전력 증폭기(203a) 및 TX-RF-부(204a)를 포함한다. RX-경로는 RX-전력 증폭기(203b) 및 RX-RF-부(204b)를 포함한다.
일부 실시예들에서, RX-전력 증폭기(203b)는 LNA일 수 있다.
RF-부(204a,204b)의 믹서는 칩(201)의 입력 단자(201a)에 연결된 적어도 하나의 입력 단자(in) 및 칩(201)의 출력 단자(201b)에 연결된 적어도 하나의 출력 단자(out)를 포함한다.
일부 실시예들에 따르면, 일반적인 시나리오는 안테나(202)에 의해 수신되는 신호이다. 듀플렉서(202a)는, 예를 들어, 수신된 신호의 페이징(phasing) 또는 위상 변이함으로써, 또는 임의의 다른 적합한 방식으로, 송신 신호들로부터 수신된 신호를 분리할 수 있어, 이는 RX-경로로 조종될 수 있다. 이후, 수신된 신호는 RX-전력 증폭기(203b)로 통과되며, 수신된 신호의 잡음을 최소로 유지하면서 일반적으로 저전력 및 저전압인, 수신된 신호를 증폭한다. 수신된 신호는, 예를 들어, 안테나(202)로부터 추가된 무작위 잡음을 받을 수 있다.
이후, 증폭된 수신된 신호는 칩(201)의 RX-RF-부(204b)를 통과한다.
RX-RF부(204b)에서, 수신된 신호는 IQ-복조기에 의해 복조된다. 수신된 신호는 일반적으로 고주파이며, 이 주파수는 RX-RF-부(204b)에서 믹서에 의해 하향 변환된다. 이후, 복조 및 하향 변환된 수신된 신호는 칩(201)의 출력 단자(201b)에 연결된 RX-RF-부(204b)의 출력 단자(out)로 송신된다.
일부 실시예들에서 칩(201)은 무선 주파수 처리 칩일 수 있다. 일부 실시예들에서, 칩(201)은 RF-서브시스템이다.
일부 실시예에들서, 신호가 칩(201)으로부터 송신되면, 송신 신호가 칩(201)의 입력 단자(201a)에서 수신된다. 송신 신호는 입력 단자(in)를 통해 TX-RF 부(204a)로 전송된다.
TX-RF-부(204a)에서, 송신 신호는 IQ-변조기에 의해 변조되고, 송신 신호의 주파수는 믹서에 의해 상향 변환된다.
믹서들로부터 송신 신호는 송신 신호를 증폭시키는 TX-전력 증폭기(203a)로 통과된다.
이후, 송신 신호는 듀플렉서(202a)에 의해 수신된 신호들로부터 분리되어 안테나(202)에 의해 송신된다.
도 2에서, 안테나 어레이(202), 전력 증폭기들(203a,203b) 및 RF부들(204a,204b)이 모두 별개의 부분들인 것을 알 수 있지만, 이는 단지 명료함을 위해서 도시되었다는 것을 유의해야 한다. 상이한 부분들은 모두 단일 칩(201) 상에 집적화될 수 있다.
적어도 하나의 안테나(202)는 듀플렉서(202a)에 직접 연결될 수 있고, 순차적으로 적어도 하나의 전력 증폭기(203a,203b)에 직접 연결될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 전력 증폭기는 인터페이스에 연결될 수 있는 적어도 하나의 믹서(204a,204b)에 직접 연결될 수 있다.
상술한 구성으로, 하나의 칩(201) 상으로 아날로그 처리 시스템의 집적이 가능해진다. 또한, 종래의 아날로그 처리 서브시스템과는 반대로, 일반적으로 종래의 시스템들의 복잡성을 추가하는 Tx 및 Rx의 분리를 필요로 하지 않는다.
칩(201) 상으로 집적된 안테나와 관련하여 상술한 구성 요소들의 상기 구성은 아날로그 처리 서브시스템의 모든 기능이 하나의 칩(201) 상으로 집적되는 것을 가능하게 한다. 따라서, 구성 요소들의 분할은, 아날로그 처리 서브시스템이, 감소된 복잡성 및 증가된 모듈성으로 인해 대형 MIMO 송수신기에 결합하기에 더 적합하다.
실행을 단순화하기 위해, 전력 증폭기들, RF 구성 요소들, 및 안테나들은 하나의 칩 또는 서브시스템에 집적화된다(이 발명에서 용어들은 호환할 수 있게 사용될 수 있다). RF부의 IQ-변조기 및 복조기는 비교적 고급 전력 증폭기 공정들에서 집적화되는 것을 더 적합하게 한다.
이러한 고급 공정들은 예를 들어, 갈륨-비소 부정형 고전자 이동도 트랜지스터들(PHEMT-GaAs), 갈륨-비소 이종접합 바이폴라 트랜지스터 GaAs HBT, 실리콘-게르마늄 바이폴라 상보형 금속 산화물 반도체(SiGe Bi-CMOS)와 같은 특수화된 실리콘 공정, 실리콘 온 인슐레이터(SOI), 완전히 공핍된 SOI(FDSOI)이다.
이들 공정들은 실리콘 CMOS 공정들, 및, 또한 BB-필터 및 전력 관리 기능들과 같은 저성능 기능의 집적화와 비교하여, 실행하기에 비용이 많이 들 수 있다. 이들 기능들은 크고, 덜 복잡한 공정들을 필요로 한다.
그러나 고급 공정들은 보다 높은 주파수들을 사용하는 것이 유리할 수 있다.
따라서, IQ-변조기 및 복조기가 RF 공정에 집적화되는 종래 기술의 시스템들과 비교하여, 전력 증폭기 공정에서 IQ-변조기 및 복조기를 집적화하는 것이 유리하다. 그러나, 송수신기의 성능이 높으면, 실행들은 대안으로서 표준 CMOS 공정으로 갈 수 있다는 것을 유의해야 한다.
도 3은 일부 실시예들에 따른 예시적인 장치(300)를 도시한다. 예시적인 장치(300)는 디지털 기저대역(BB) 칩(305)에 작동 가능하게 연결된 RF-칩(301)을 포함한다.
RF-칩(301)은 안테나(302), 전력 증폭기들(303a,303b), 믹서, 및 변조(RF) 부(304a,304b)를 포함한다. 일부 실시예들에서, RF-칩(301) 및 그 구성 요소들은 도 2과 관련하여 설명된 칩(201) 및/또는 구성요소들일 수 있다.
BB-칩(305)은 적어도 하나의 ADC(306), 및 적어도 하나의 DAC(307), 및 적어도 하나의 BB-처리 유닛(들)(미도시)을 포함한다.
일부 실시예들에서, RF부(304a,304b)는 적어도 하나의 IQ-변조기 및 복조기, 및 적어도 하나의 믹서를 포함한다.
일부 실시예들에서, RF-부(304a,304b)의 믹서는 칩(301)의 입력 단자(301a)에 연결된 적어도 하나의 입력 단자(in) 및 칩(201)의 출력 단자(301b)에 연결된 적어도 하나의 출력 단자(out)이다.
일부 실시예들에서, 안테나(302)는 하나의 안테나를 포함한다. 일부 실시예에서, 안테나(302)는 1개 이상을 포함하지만 2개와 같은 작은 수의 안테나들을 여전히 포함할 수 있다.
안테나(302)는 송신 경로(TX-경로)와 수신 경로(RX-경로) 사이에서 스위칭하거나 분리할 수 있는 듀플렉서(302a)를 포함하거나 이에 연결될 수 있다. TX-경로는 TX-전력 증폭기(303a) 및 TX-RF-부(304a)를 포함하고, RX-경로는 RX-전력 증폭기(303b) 및 RX-RF-부(304b)를 포함한다.
일부 실시예들에 따르면, 일반적인 시나리오는 안테나(302)에 의해 수신되는 신호이다. 듀플렉서는 수신된 신호의 페이징 또는 위상 변이함으로써 송신 신호들로부터 수신된 신호를 분리하여 RX-경로로 조종될 수 있다. 이후, 수신된 신호는 RX-전력 증폭기(303b)로 통과된다. RX-전력 증폭기(303b)는 수신된 신호의 잡음을 최소로 유지하면서, 일반적으로 저전력 및 저전압인 수신된 신호를 증폭한다. 수신된 신호는, 예를 들어, 안테나(302)로부터 추가된 무작위 잡음을 받을 수 있다.
이후, 증폭된 수신된 신호는 RF 칩(301)의 RX-RF-부(304b)를 통해 송신된다.
RX-RF-부(304b)에서, 수신된 신호는 IQ-복조기에 의해 복조된다. 수신된 신호는 일반적으로 고주파이며, 이 주파수는 RX-RF-부(304b)에서 믹서에 의해 하향 변환된다. 이후, 복조된 및 하향 변환된 수신된 신호는 RX-RF-부(304b)의 출력 단자(out)로 통과되고, 출력 단자(out)는 RF-칩(301)의 출력 단자(301b)에 연결된다.
이후, 수신된 신호는 출력 단자(301b)로부터 BB-칩(305) 및 ADC(306)로의 RX-경로를 지속할 수 있으며, 수신된 신호는 디지털 신호로 변환된다.
TX-경로는 BB-칩(305)에서 시작할 수 있으며, DAC(307)는 디지털 신호를 아날로그 송신 신호로 변환하고, 이를 입력 단자(301a)를 통해 TX-경로를 따라 전송하며, 입력 단자(301a)는 TX-RF부(304a)의 입력 단자(in)에 연결된다.
TX-RF부(304a)에서, 송신 신호는 IQ-변조기 및 믹서에 의해 변조 및 상향 변환된다.
이후, 송신 신호는 듀플렉서(302a)에서 입력되는 수신 신호들로부터 분리되기 전에 TX-전력 증폭기(303a)에 통과되고 증폭된다. 이후, 송신 신호는 안테나(302)에 의해 송신된다.
도 2 및 도 3과 관련하여 설명된 칩(201 또는 301)과 같은 하나 또는 여러 개의 RF-칩들 또는 서브시스템들을 하나 또는 그 이상의 디지털 BB-칩에 연결함으로써, 고성능을 갖는 대용량 MIMO-시스템들의 복합 어레이들이 가능해질 수 있다.
일부 실시예들에서, 복수의 처리 서브시스템들은 MIMO 신호들을 송신 및 수신하도록 구성될 수 있는 MIMO-송수신기의 일부를 형성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 서브시스템은 추가로 MIMO 신호들의 신호 성분을 처리하도록 구성될 수 있다.
도 4는 일부 실시예들에 따른 예시적인 장치를 도시하며, 하나의 칩(401) 상에 포함된 여러 개의 RF 서브시스템들은 하나의 디지털 BB-칩(405)에 작동 가능하게 연결된다.
일부 실시예들에서, 도 2 및 도 3의 칩(201, 301)과 같은 개별적인 칩들 상에 포함된 여러 개의 서브시스템들은 단일 시스템에 작동 가능하게 연결될 수 있다.
각각의 RF 서브시스템들은 예를 들어 도 2 및 도 3과 관련하여 설명된 바와 같이 칩(301 또는 21)일 수 있다.
디지털 BB-칩은 예를 들어 도 3과 관련하여 설명된 디지털 BB-칩(305)일 수 있다.
각각의 RF 서브시스템은 일부 실시예들에서 칩(401)의 조인트 출력 단자(401a)에 연결될 수 있는 신호 경로를 포함한다.
일부 실시예들에서, 조인트 출력 단자(401a)는 또한 입력 단자일 수 있다. 일부 실시예들에서, 칩(401)은 적어도 하나의 출력 단자(401a)와 적어도 하나의 입력 단자를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, RF-서브시스템의 각 신호 경로는 칩(401) 상에 포함된 개별 출력, 및/또는 입력, 단자에 연결될 수 있다.
일반적으로, 종래 기술에서, 전력 증폭기들은 성능 및 전력 소비를 최대화하기 위해 고성능 공정으로 설계된다. RF부들은 일반적으로 중간 CMOS 공정에서 설계된 한편 BB는 최신 이용가능한 CMOS 공정 기술로 설계되었다. 이 분할은 일반적으로 실행하기에 복잡하고 비용이 많이 든다.
따라서 전력 증폭기들 및 IQ-변조기들을 집적화하는 것과 같은 유사한 집적 공정들이 동일한 집적화 공정에서 수행될 수 있기 때문에 RF-서브시스템의 아키텍처는 또한 비용 효율적이다.
개별 신호 경로들을 갖는 일부 실시예들에 따라 다중 RF-서브시스템들을 갖는 것은 또한 종래 기술에 비해 개선된 확장성을 가능하게 한다. 또한, RF 서브시스템들을 추가하거나 제거함으로써 칩(401)의 아키텍처가 쉽게 변경될 수 있기 때문에 증가된 유연성이 있다.
일부 실시예들에서, RF 서브시스템들은 또한 클러스터들로 배치될 수 있고, 또는 칩(401) 상에 분산될 수도 있다.
일부 실시예들에 따르면, 다중 RF 서브시스템들은 여러 개의 송수신기 안테나들이 단일 칩 상에 실행될 수 있기 때문에 복잡한 MIMO 시스템들을 가능하게 할 수 있다. RF 서브시스템들은 상이한 신호들 간의 간섭이 최소로 유지될 수 있도록 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 RF-서브시스템들은 송수신기의 전력 소비를 감소시키기 위해 및/또는 신호들 간의 간섭을 완화시키기 위해, 차단되거나 그렇지 않으면 분리될 수 있다.
또한, BB 칩(405)에 들어가기 전에 수신된 신호가 하향 변환되고, BB- 칩(405)을 이탈한 후에 송신 신호가 상향 변환되기 때문에, BB-칩(405)과 칩(401) 사이의 인터페이스는 저주파다. 저주파 인터페이스는 추가로, 신호들이 더 낮은 주파수 대역폭을 필요로 하기 때문에 신호들을 수신 또는 송신하는 다중 안테나들의 사용을 가능하게 한다.
실시예들은 임의의 실시예들에 따른 회로/로직을 포함하는 (무선 통신 디바이스와 같은) 전자 장치 내에 나타날 수 있다. 전자 장치는 예를 들어 휴대용 또는 핸드헬드형 이동 무선 통신 장비, 이동 무선 단말기, 이동 전화, 기지국, 통신기, 전자 수첩, 스마트폰, 컴퓨터, 노트북, 또는 모바일 게임 디바이스일 수 있다.
여기서 다양한 실시예에 대한 언급이 이루어졌다. 그러나, 통상의 기술자는 청구 범위의 범주 내에 여전히 속하는 설명된 실시예들에 대한 다수의 변형들을 인식할 것이다.
예를 들어, 실시예들의 설명에서, 기능 블록들의 특정 유닛들로의 분할은 결코 제한하는 것이 아니라는 것을 유의해야 한다. 반대로, 이들 분할들은 단지 예시들이다. 하나의 단위로서 여기에 설명된 기능 블록들은 2개 또는 그 이상의 유닛들로 분리될 수 있다. 동일한 방식으로, 2개 또는 그 이상의 유닛들로서 실행되는 바와 같이 여기서 설명된 기능 블록들은 청구범위의 범주를 벗어나지 않으면서 단일 유닛으로서 실행될 수 있다.
따라서, 설명된 실시예들의 세부 사항들은 예시적인 목적을 위한 것이며 제한하는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 대신, 청구범위의 범위 내에 속하는 모든 변형들은 그 내부에 포함되도록 의도된다.

Claims (17)

  1. 적어도 하나의 안테나(202,302), 듀플렉서(202a,302a), 적어도 하나의 전력 증폭기(203a,203b), 적어도 하나의 믹서(204a,204b,304a,304b), 및 기저대역 처리 서브시스템에 연결가능한 인터페이스를 포함하는 아날로그 처리 서브시스템으로서,
    상기 적어도 하나의 믹서(204a,204b,304a,304b)는 적어도 하나의 안테나(202,302)에 의해 수신된, 수신된 아날로그 무선 주파수 신호를 하향 변환하고 동상/직교-IQ-복조하여, 수신된 아날로그 기저대역 신호를 제공하며, 적어도 하나의 안테나(202, 02)에 의해 송신될, 송신 아날로그 기저대역 신호를 IQ-변조 및 상향 변환하여, 송신 아날로그 무선 주파수 신호를 제공하도록 구성되며,
    상기 믹서(204a,204b,304a,304b)는 송신 아날로그 기저대역 신호를 획득하기 위해 인터페이스의 입력 단자에 연결된 적어도 하나의 입력 단자(201a,301a) 및 수신된 아날로그 기저대역 신호를 제공하기 위해 인터페이스의 출력 단자에 연결된 적어도 하나의 출력 단자(201b,301b)를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 안테나(202,302)는 듀플렉서(202a,302a)에 직접 연결되고, 상기 듀플렉서(202a,302a)는 적어도 하나의 전력 증폭기(203a,203b,303a,303b)에 직접 연결되며, 상기 적어도 전력 증폭기(203a,203b,303a,303b)는 적어도 하나의 믹서(204a,204b,304a,304b)에 직접 연결되고, 상기 적어도 하나의 믹서(204a,204b,304a,304b)는 인터페이스에 직접 연결되며,
    상기 아날로그 처리 서브시스템은 단일 아날로그 무선 주파수 처리 칩(201,301) 상에 포함되고, 그리고
    상기 아날로그 무선 주파수 처리 칩(201,301)은 상기 칩의 적어도 일측에 금속화를 포함하고, 상기 금속화는 적어도 하나의 안테나(202,302)의 집적을 포함하는, 아날로그 처리 서브시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나(202,302)는 적어도 하나의 안테나로만 구성되는, 아날로그 처리 서브시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 믹서(204a,204b,304a,304b) 및 상기 적어도 하나의 전력 증폭기(203a,203b,303a,303b)는 전력 증폭기 공정으로 단일 아날로그 무선 주파수 처리 칩(201,301)에 집적화된, 아날로그 처리 서브시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전력 증폭기 공정은 갈륨-비소 부정형 고전자 이동도 트랜지스터들-PHEMT-GaAs를 위한 공정, 갈륨-비소 이종접합 바이폴라 트랜지스터 GaAs-HBT를 위한 공정, 실리콘-게르마늄 바이폴라 상보형 금속 산화물 반도체-SiGe Bi-CMOS를 위한 공정, 실리콘 온 인슐레이터-SOI을 위한 공정, 완전히 공핍된 SOI-FDSOI을 위한 공정, 및 Si-CMOS를 위한 공정 중 적어도 하나인, 아날로그 처리 서브시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속화는 본드 와이어들과 집적화된 안테나 구조체를 형성하는, 아날로그 처리 서브시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 안테나 구조체는 아날로그 무선 주파수 처리 칩(201,301)의 제1면 상에 제공되고, 상기 제1면은 상기 칩(201,301)의 회로 면인, 아날로그 처리 서브시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 안테나 구조체는 아날로그 무선 주파수 처리 칩의 제2면 상에 제공되고, 상기 제2면은 상기 칩의 회로면에 대향하는, 아날로그 처리 서브시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 안테나 구조체는 방사선으로부터 아날로그 처리 서브시스템을 격리시키도록 구성되는, 아날로그 처리 서브시스템.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나 구조체는 도파관에 대한 커넥터로서 작동하도록 구성되는, 아날로그 처리 서브시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아날로그 처리 서브시스템은 MIMO 신호들을 송신 및 수신하도록 구성된 다중 입력, 다중 출력-MIMO-송수신기의 복수의 아날로그 처리 서브시스템들에 포함되는데 적합한, 아날로그 처리 서브시스템.
  11. 상기 적어도 하나의 기저대역 처리 서브시스템에 작동 가능하게 연결된 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 복수의 아날로그 처리 서브시스템들을 포함하는 장치(200,300)로서,
    상기 기저대역 처리 서브시스템은 수신된 아날로그 기저대역 신호를 수신된 디지털 신호로 변환하도록 구성된-적어도 하나의 아날로그-디지털 변환기(106)-ADC를 포함하는, 장치(200,300).
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기저대역 처리 서브시스템은 송신 디지털 신호를 송신 아날로그 기저대역 신호로 변환하도록 구성된-적어도 하나의 디지털-아날로그 변환기(107)-DAC를 더 포함하고, 상기 기저대역 처리 서브시스템은 송신 아날로그 기저대역 신호를 아날로그 처리 칩(201,301)에 제공하도록 구성된, 장치(200,300).
  13. 제11항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기저대역 처리 서브시스템은 기저대역 처리 칩 상에 포함되는, 장치(200,300).
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 다중 입력 다중 출력-MIMO-송수신기 장치인, 장치(200,300).
  15. 제11항 내지 제14항에 있어서,
    상기 복수의 아날로그 처리 서브시스템들은 제1 개수의 아날로그 처리 서브시스템들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 기저대역 처리 서브시스템은 제2 개수의 기저대역 처리 서브시스템들을 포함하며, 상기 제1 개수는 제2개수를 초과하는, 장치(200,300).
  16. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 아날로그 처리 서브시스템 또는 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는 무선 통신 디바이스.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 무선 통신 디바이스는 이동 통신 디바이스인, 무선 통신 디바이스.
KR1020187009359A 2015-09-08 2016-09-08 대용량-mimo를 위한 아날로그 처리 시스템 KR102006583B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1551147-0 2015-09-08
SE1551147 2015-09-08
PCT/SE2016/050842 WO2017044038A1 (en) 2015-09-08 2016-09-08 Analog processing system for massive-mimo

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180050354A true KR20180050354A (ko) 2018-05-14
KR102006583B1 KR102006583B1 (ko) 2019-10-01

Family

ID=58240948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187009359A KR102006583B1 (ko) 2015-09-08 2016-09-08 대용량-mimo를 위한 아날로그 처리 시스템

Country Status (6)

Country Link
US (2) US10263646B2 (ko)
EP (2) EP3347996B1 (ko)
KR (1) KR102006583B1 (ko)
CN (1) CN108141258B (ko)
SE (1) SE541375C2 (ko)
WO (1) WO2017044038A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10845477B2 (en) 2017-05-10 2020-11-24 Google Llc Power management using a low-power radar
US10754005B2 (en) 2017-05-31 2020-08-25 Google Llc Radar modulation for radar sensing using a wireless communication chipset
US10782390B2 (en) 2017-05-31 2020-09-22 Google Llc Full-duplex operation for radar sensing using wireless communication chipset
US10795009B2 (en) 2017-05-31 2020-10-06 Google Llc Digital beamforming for radar sensing using wireless communication chipset
EP3621214B1 (en) * 2018-09-10 2022-08-10 Beammwave AB Transceiver element for beamforming
KR20210125577A (ko) 2019-05-20 2021-10-18 구글 엘엘씨 멀티 모드 인터페이스를 제공하기 위한 모바일 디바이스 기반 레이더 시스템
CN113632046A (zh) 2019-06-17 2021-11-09 谷歌有限责任公司 用于将不同功率模式应用于多模式界面的基于移动设备的雷达系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090180466A1 (en) * 2006-04-07 2009-07-16 Belair Networks System and method for frequency offsetting of information communicated in mimo-based wireless networks
KR20090082190A (ko) * 2006-10-24 2009-07-29 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 멀티모드 통신 단말기 및 멀티모드 통신 구현 방법
US20100283700A1 (en) * 2009-05-08 2010-11-11 Anokiwave, Inc. Antennas Using Chip-Package Interconnections for Millimeter-wave Wireless Communication
US20130336415A1 (en) * 2012-06-18 2013-12-19 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Multiple input multiple output transceiver

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7088964B2 (en) * 2002-10-02 2006-08-08 University Of Florida Research Foundation, Inc. Single chip radio with integrated antenna
US8185075B2 (en) * 2003-03-17 2012-05-22 Broadcom Corporation System and method for channel bonding in multiple antenna communication systems
US7812775B2 (en) * 2005-09-23 2010-10-12 California Institute Of Technology Mm-wave fully integrated phased array receiver and transmitter with on-chip antennas
CN100542068C (zh) * 2006-07-07 2009-09-16 广东鼎威科技有限公司 实现rf信号和中频有线信号之间的双向转换集成电路
US7973730B2 (en) * 2006-12-29 2011-07-05 Broadcom Corporation Adjustable integrated circuit antenna structure
US7796684B2 (en) * 2007-02-26 2010-09-14 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. RF transceiver adapted for signal isolators and proximity sensors
US8483627B2 (en) * 2008-05-09 2013-07-09 Texas Instruments Incorporated Circuits, processes, devices and systems for full integration of RF front end module including RF power amplifier
CN101651480B (zh) * 2008-08-14 2013-04-24 华为技术有限公司 有源天线、基站、刷新幅度和相位的方法及信号处理方法
US8554136B2 (en) * 2008-12-23 2013-10-08 Waveconnex, Inc. Tightly-coupled near-field communication-link connector-replacement chips
US8437299B2 (en) * 2010-08-17 2013-05-07 Qualcomm Incorporated Radio channel aggregation and segmentation
CN102694567B (zh) * 2012-06-11 2015-02-18 天津里外科技有限公司 多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发系统及其应用系统
US9100253B2 (en) * 2012-08-07 2015-08-04 Freescale Semiconductor, Inc. Block-based crest factor reduction
US10403511B2 (en) * 2013-01-14 2019-09-03 Intel Corporation Backside redistribution layer patch antenna
US8779564B1 (en) * 2013-03-14 2014-07-15 Intel IP Corporation Semiconductor device with capacitive coupling structure
GB2517217B (en) 2013-08-16 2018-03-21 Analog Devices Global Communication unit, integrated circuit and method for generating a plurality of sectored beams
US20160134316A1 (en) * 2014-11-12 2016-05-12 Qualcomm Incorporated System and Methods for Enabling MIMO Operation During Inactive SIM State on a Multi-SIM Wireless Communication Device
JP6483422B2 (ja) * 2014-12-05 2019-03-13 Dynabook株式会社 電子機器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090180466A1 (en) * 2006-04-07 2009-07-16 Belair Networks System and method for frequency offsetting of information communicated in mimo-based wireless networks
KR20090082190A (ko) * 2006-10-24 2009-07-29 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 멀티모드 통신 단말기 및 멀티모드 통신 구현 방법
US20100283700A1 (en) * 2009-05-08 2010-11-11 Anokiwave, Inc. Antennas Using Chip-Package Interconnections for Millimeter-wave Wireless Communication
US20130336415A1 (en) * 2012-06-18 2013-12-19 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Multiple input multiple output transceiver

Also Published As

Publication number Publication date
US20190199380A1 (en) 2019-06-27
US10263646B2 (en) 2019-04-16
EP3347996A4 (en) 2019-06-05
SE1850093A1 (en) 2018-01-29
US20180219563A1 (en) 2018-08-02
CN108141258A (zh) 2018-06-08
KR102006583B1 (ko) 2019-10-01
WO2017044038A1 (en) 2017-03-16
US10644728B2 (en) 2020-05-05
EP3347996A1 (en) 2018-07-18
SE541375C2 (en) 2019-09-03
EP4142165A1 (en) 2023-03-01
CN108141258B (zh) 2021-01-26
EP3347996B1 (en) 2022-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102006583B1 (ko) 대용량-mimo를 위한 아날로그 처리 시스템
EP3195482B1 (en) Dual stage low noise amplifier for multiband receiver
US11621733B2 (en) Radio-frequency circuit and communication device
US10038409B2 (en) RF switch with integrated tuning
US9374121B2 (en) Transceiver with super-heterodyne and zero intermediate frequency (ZIF) topologies
US10439858B2 (en) Multiplex modules for carrier aggregation receivers
CN106464277B (zh) 具有多个低噪声放大器模块的射频(rf)前端
US11265037B2 (en) Radio frequency circuit and communication device
CN100417036C (zh) 时分双工无线通信系统收发信机
WO2014133809A1 (en) Shared filter for transmit and receive paths
US10965325B2 (en) Communication unit
US10193580B2 (en) Multi-band radio-frequency reception
US20230170861A1 (en) Integrated directional coupler for broadband amplifier
JP2018033121A (ja) 通信ユニット
WO2016118375A1 (en) Half-duplex sawless receiver
US20190356362A1 (en) Mimo transceiver array for multi-band millimeter-wave 5g communication
CN107580753B (zh) 具有输出耦合器的低噪声放大器模块
US20230403052A1 (en) Radio architecture for switching among transmission paths
US11942971B2 (en) Split chaining for large phase array systems
US20230091253A1 (en) Doherty transceiver interface

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E701 Decision to grant or registration of patent right