KR20200080592A - Rf 밀리미터파 대역의 신호 크기 및 위상을 캘리브레이션하기 위한 다중 안테나 시스템 - Google Patents

Rf 밀리미터파 대역의 신호 크기 및 위상을 캘리브레이션하기 위한 다중 안테나 시스템 Download PDF

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Abstract

RF 밀리미터파 대역의 신호 크기 및 위상을 캘리브레이션하기 위한 다중 안테나 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 캘리브레이션 장치는 안테나를 통해 수신되는 수신 신호를 캘리브레이션(calibration)하기 위한 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis); 레퍼런스 신호와 상기 직접 디지털 합성기의 출력 신호에 기초하여 캘리브레이션 신호를 출력하는 쿼드러쳐 믹서(quadrature mixer); 및 상기 수신 신호와 상기 캘리브레이션 신호를 믹싱하여 상기 수신 신호를 캘리브레이션하는 믹서를 포함한다.

Description

RF 밀리미터파 대역의 신호 크기 및 위상을 캘리브레이션하기 위한 다중 안테나 시스템 {Multiple antenna system for calibration of signal amplitude and phase with high-resolution in the RF millimeter-wave}
본 발명은 RF 밀리미터파 대역의 안테나 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 능동 소자 및 온도 변화 등에 의해 발생될 수 있는 RF 밀리미터파 대역의 신호 크기 및 위상 손실을 캘리브레이션할 수 있는 다중 안테나 시스템에 관한 것이다.
안테나 시스템이라 함은 이동통신 단말기, 태블릿 PC, 레이더, 위성 장치 등 할당 받은 주파수 대역에 따라 RF 신호의 송/수신 기능을 수행하는 장치를 의미할 수 있다. 예를 들면, 이러한 안테나 시스템들은 원하는 정보를 RF 신호에 담아 고주파 신호를 송/수신함으로써, 이동통신 단말기 간의 무선 통신이 가능하다. 안테나 시스템의 활용도가 높아지고, 무선 통신 시스템이 다양해지면서 최근에는 할당된 주파수 대역이 높아져 초고주파 통신 시스템 개발이 이루어 지고 있다. 예를 들면, 현재 4G(4세대) 이동통신 시스템은 1.70 ~ 2.60 GHz 대역의 주파수 신호를 사용하지만, 5G(5 세대) 이동통신 시스템은 3.42 ~ 3.70 GHz 및 26.50 ~ 29.50 GHz 을 할당 받음으로써, 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시킬 수 있다.
초고주파(밀리미터파) 신호의 경우, 대기 중에서의 신호 손실이 증가되기 때문에 이를 해결하기 위해 다중 안테나 시스템을 활용하여 신호 증폭 및 신호 전달 방향을 제어할 수 있는 빔포밍(beamforming) 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다.
안테나 시스템은 할당된 주파수 대역의 무선 통신을 구현하기 위해, 안정적인 저주파 대역을 믹서(mixer) 또는 주파수 체배기를 이용함으로써 고주파 신호를 생성하여 송신할 수 있으며, 수신 시스템은 고주파 신호가 수신되면 믹서(mixer) 또는 주파수 분배기를 이용함으로써 데이터가 포함된 저주파 신호를 얻을 수 있다. 다중 안테나 시스템은 동일한 안테나 시스템이 같은 배열에 나열된 전체 시스템으로, 동일한 크기 및 위상을 가지는 신호들의 송/수신이 요구된다. 다중 안테나 신호의 크기 및 위상이 다르면, 전자파의 보강/상쇄 간섭 특성에 의해 빔포밍(beamforming) 시스템이 구현되거나 요구되지 않는 신호로 송/수신할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 능동 소자 및 온도 변화 등에 의해 발생될 수 있는 RF 밀리미터파 대역의 신호 크기 및 위상 손실을 캘리브레이션할 수 있는 다중 안테나 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예들은, 신호의 크기 및 위상 제어를 통해 빔 틸팅(beam tilting)의 정확도를 향상시킬 수 있는 다중 안테나 빔포밍(beamforming) 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호 캘리브레이션 장치는 안테나를 통해 수신되는 수신 신호를 캘리브레이션(calibration)하기 위한 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis); 레퍼런스 신호와 상기 직접 디지털 합성기의 출력 신호에 기초하여 캘리브레이션 신호를 출력하는 쿼드러쳐 믹서(quadrature mixer); 및 상기 수신 신호와 상기 캘리브레이션 신호를 믹싱하여 상기 수신 신호를 캘리브레이션하는 믹서를 포함한다.
상기 쿼드러쳐 믹서는 상기 레퍼런스 신호를 입력으로 하여 90도의 위상 천이 신호를 출력하는 하이브리드 커플러; 상기 하이브리드 커플러의 제1 출력 신호와 상기 직접 디지털 합성기에 의해 생성된 Q(quadrature) 채널 중간 주파수 신호를 믹싱하는 제1 믹서; 및 상기 하이브리드 커플러의 제2 출력 신호와 상기 직접 디지털 합성기에 의해 생성된 I(In-phase) 채널 중간 주파수 신호를 믹싱하는 제2 믹서를 포함하고, 상기 제1 믹서의 출력 신호와 상기 제2 믹서의 출력 신호에 기초하여 상기 캘리브레이션 신호를 출력할 수 있다.
상기 캘리브레이션 신호는 상기 수신 신호의 위상과 크기를 캘리브레이션하는 신호일 수 있다.
상기 직접 디지털 합성기는 단일 채널 또는 다중 채널로 이용하여 상기 쿼드러쳐 믹서로 적어도 하나 이상의 출력 신호를 제공할 수 있다.
상기 쿼드러쳐 믹서는 상기 수신 신호의 사이드밴드(sideband) 신호를 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 시스템은 다중 안테나; 및 상기 다중 안테나 각각으로 수신되는 수신 신호를 캘리브레이션하는 신호 캘리브레이션 장치를 포함하고, 상기 신호 캘리브레이션 장치는 상기 수신 신호를 캘리브레이션하기 위한 직접 디지털 합성기; 레퍼런스 신호와 상기 직접 디지털 합성기의 출력 신호에 기초하여 캘리브레이션 신호를 출력하는 쿼드러쳐 믹서; 및 상기 수신 신호와 상기 캘리브레이션 신호를 믹싱하여 상기 수신 신호를 캘리브레이션하는 믹서를 포함한다.
상기 쿼드러쳐 믹서는 상기 레퍼런스 신호를 입력으로 하여 90도의 위상 천이 신호를 출력하는 하이브리드 커플러; 상기 하이브리드 커플러의 제1 출력 신호와 상기 직접 디지털 합성기에 의해 생성된 Q(quadrature) 채널 중간 주파수 신호를 믹싱하는 제1 믹서; 및 상기 하이브리드 커플러의 제2 출력 신호와 상기 직접 디지털 합성기에 의해 생성된 I(In-phase) 채널 중간 주파수 신호를 믹싱하는 제2 믹서를 포함하고, 상기 제1 믹서의 출력 신호와 상기 제2 믹서의 출력 신호에 기초하여 상기 캘리브레이션 신호를 출력할 수 있다.
상기 캘리브레이션 신호는 상기 수신 신호의 위상과 크기를 캘리브레이션하는 신호일 수 있다.
상기 직접 디지털 합성기는 단일 채널 또는 다중 채널로 이용하여 상기 쿼드러쳐 믹서로 적어도 하나 이상의 출력 신호를 제공할 수 있다.
상기 쿼드러쳐 믹서는 상기 수신 신호의 사이드밴드(sideband) 신호를 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 능동 소자 및 온도 변화 등에 의해 발생될 수 있는 RF 밀리미터파 대역의 신호의 크기 및 위상 손실을 신호의 크기 및 위상 제어를 통해 캘리브레이션함으로써, 빔 틸팅(beam tilting)의 정확도를 향상시키고, 고성능 빔포밍(beamforming) 시스템을 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 5G 이동통신 안테나 특성 측정을 위한 다중프로브 무반사실(multi-probe anechoic chamber)에 사용되는 다중프로브 시스템에서 잡음의 영향 및 능동 소자 등 불가피하게 생기는 다중 시스템간의 신호 크기 및 위상 차이를 캘리브레이션함으로써 정확한 안테나 특성 측정이 가능하다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 5G 초고주파 대역뿐만 아니라 고주파 대역을 사용하는 레이더 및 위성 시스템을 포함하는 모든 다중 안테나 시스템에 적용이 가능하며, 각 시스템에서의 RF 신호 크기 및 위상을 정교히 제어할 수 있다. 시스템에서 믹서(mixer)을 활용하면 낮은 주파수 대역에서의 신호 제어 기술을 초고주파 대역의 신호로 구현할 수 있으며, 높은 레졸루션(resolution)을 그대로 유지할 수 있기 때문에 고성능의 초고주파 대역 신호 제어 기술 시스템을 구성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 5G 초고주파 대역에서의 다중 채널 신호 특성 제어를 위한 다중안테나 시스템으로, 고성능의 저주파 신호를 활용하여 초고주파 대역의 신호를 정교히 제어할 수 있으며, 이를 활용하여 다중안테나 시스템의 신호 증폭 및 신호 전달 방향을 제어할 수 있는 빔포밍(beamforming) 시스템을 개발할 수 있고, 초고주파 대역의 빔포밍 기술을 가진 안테나를 측정하기 위한 다중프로브 무반사실(multi-probe anechoic chamber) 시스템에서
다중프로브안테나 시스템 간의 신호 캘리브레이션(calibration)을 할 수 있다.
도 1은 종래 일 실시예에 따른 다중 안테나 시스템 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 종래 다른 일 실시예에 따른 다중 안테나 시스템 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에서 믹서를 사용하여 신호의 크기 및 위상을 제어하는 구조 해석 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 4는 RF 신호의 주파수, 크기, 위상 제어가 가능한 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis)의 개략도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에서 quadrature mixer을 사용하여 신호의 크기 및 위상을 제어하는 시스템 구조에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 시스템에 대한 구성을 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형 태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상 의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사 전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예들은, 능동 소자 및 온도 변화 등에 의해 발생될 수 있는 RF 밀리미터파 대역의 신호의 크기 및 위상 손실을 신호의 크기 및 위상 제어를 통해 캘리브레이션함으로써, 빔 틸팅(beam tilting)의 정확도를 향상시키고, 고성능 빔포밍(beamforming) 시스템을 구현하는 것을 그 요지로 한다.
여기서, 본 발명은 직접 디지털 합성기, quadrature mixer, 복수의 믹서 및 90도 하이브리드 커플러를 이용하여 RF 밀리미터파 대역 신호의 크기 손실과 위상 손실을 보상할 수 있다.
도 1은 종래 일 실시예에 따른 다중 안테나 시스템 구조를 나타낸 것으로, 디지털 제어용 감쇠기(digital controlled attenuator)와 위상 쉬프터(phase shifter)을 이용하여 신호의 크기 및 위상을 조절할 수 있는 다중안테나 시스템 구조에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 다중 안테나 시스템(100)은 다중 안테나(105)을 통해 무선 통신이 가능하며, 이동통신 주파수대역에 맞춰 통신하기 위해, 중간 주파수(intermediate frequency)를 RF 주파수로 증가시키기 위한 믹서(mixer)(104)와 RF 주파수를 중간 주파수로 낮추기 위한 믹서(103)를 필요로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 다중안테나 시스템에서는 동일한 주파수를 송/수신하기 위해 power divider/combiner or RF switch(102)를 포함할 수 있다.
여기서, 수신기 시스템에서는 안테나 이 후 LNA(low noise amplifier)(106)을 연결하고, 송신기 시스템에서는 안테나(105) 이 전에 power amplifier(107)을 연결함으로써, RF 신호를 수월하게 송/수신할 수 있다.
이러한 다중 안테나 시스템은 잡음의 영향 및 능동 소자 특성으로 인해 시스템간의 신호의 크기 및 위상 차이가 발생할 수 있는데, 이러한 신호의 크기 및 위상 차이를 디지털 제어용 감쇠기(digital controlled attenuator)(108)와 위상 쉬프터(phase shifter)(109)를 이용하여 캘리브레이션할 수 있다. 즉, 디지털 제어용 감쇠기(digital controlled attenuator)(108)은 신호의 크기를 제어할 수 있고, 위상 쉬프터(phase shifter)(109)는 신호의 위상을 제어할 수 있다.
디지털 제어용 감쇠기(digital controlled attenuator)(108) 및 위상 쉬프터(phase shifter)(109)을 사용한 밀리미터파 대역의 다중 안테나 시스템은 구현하기 위한 비용이 많이 들며, 현재 기술의 한계로 각각 낮은 레졸루션(resolution)을 가지고 있다.
여기서, 디지털 제어용 감쇠기(digital controlled attenuator)(108)와 위상 쉬프터(phase shifter)(109)는 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis)와 함께 이용하거나 독립적으로 이용함으로써 신호의 크기 및 위상의 해상도를 결정할 수 있다.
또한, 디지털 제어용 감쇠기(digital controlled attenuator)(108)는 신호의 크기 제어용으로 가변 이득 증폭기(variable gain amplifier) 등과 같이 RF 신호의 크기를 조절할 수 있는 소자 또는 회로로 대체할 수도 있다.
도 2는 종래 다른 일 실시예에 따른 다중 안테나 시스템 구조를 나타낸 것으로, 국부 발진기의 신호를 이용하여 이동 통신 시스템 신호의 크기 및 위상을 제어할 수 있는 다중안테나 시스템 구조에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 다중 안테나 시스템(200)은 도 1과 같이 power divider/combiner(202), 안테나(203), LNA(low noise amplifier)(204), power amplifier(205), 믹서(mixer)(206)를 포함할 수 있다.
또한, 다중 안테나 시스템은 믹서(mixer)(206)을 활용하여 국부 발진기(local oscillator)(207) 신호의 크기와 위상을 통해 전체 시스템의 신호를 제어할 수 있다. 예를 들어, 송신기 시스템의 경우 국부 발진기(local oscillator) 신호를 제어함으로써 안테나(203)로 송신되는 RF 신호를 제어가 가능하고, 수신기 시스템의 경우 안테나(203)로 수신된 RF 신호가 믹서(mixer)(206)을 통과함으로써, 생성되는 IF(intermediate frequency) 신호의 특성을 제어할 수 있다.
도 3 은 본 발명에서 믹서를 사용하여 신호의 크기 및 위상을 제어하는 구조 해석 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것으로, 도 3a는 믹서(mixer)(302)를 주파수 증가시키기 위하여 업 컨버젼(up-conversion) 할 때 이용되는 구조이며 도 3b는 믹서(mixer)(301)를 주파수 감소시키기 위하여 다운 컨버젼(down-conversion) 할 때 이용되는 구조를 나타낸 것이다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 국부 발진기(local oscillator) 신호의 크기 및 위상은 믹서(mixer)(301, 302)을 통과한 신호에 그대로 전해지므로 낮은 주파수 대역의 국부 발진기(local oscillator) 신호의 특성을 제어함으로써 전체 고주파 대역의 신호 크기 및 위상 제어가 가능한 시스템을 구현할 수 있다.
이러한 시스템은 낮은 주파수 대역에서 신호를 제어해도 RF 초고주파 신호에 특성이 그대로 전달되므로 도 1 보다 높은 레졸루션(resolution)을 가질 수 있으나, 5G 이동통신에서는 국부 발진기(local oscillator) 주파수 또한 RF 고주파 대역이기 때문에 해당 주파수를 구현하기 위한 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis, DDS)는 아직까지 구현되지 않았으며, 혹은 주파수 체배기를 사용하여 주파수를 증가시킬 경우 신호의 위상 레졸루션(resolution)이 감소할 수 있다.
도 4 는 RF 신호의 주파수, 크기, 위상 제어가 가능한 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis)의 개략도를 나타낸 것으로, 도 4a는 단일 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis)의 개략도를 나타낸 것이고, 도 4b는 다중 채널 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis)의 개략도를 나타낸 것이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis)는 accumulator(402), adder(403), phase-to-amplitude converter(404), digital/analog converter(405)를 포함한다. 예를 들어, reference clock(401) 주파수의 2N으로 나눈 정수 배만큼 신호를 생성할 수 있다.
여기서, 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis)는 phase register을 가지고 있으므로, 해당 bit만큼 신호의 위상을 제어할 수 있다.
이러한 시스템은 도 2와 같은 국부 발진기(local oscillator) 신호의 특성을 제어할 때 사용할 수 있으나, 믹서(mixer)의 특성상 도 3 에 도시된 바와 같이, upper-band 와 lower-band가 같이 출력되기 때문에 신호의 품질이 떨어질 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 다중 채널 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis)를 이용하면 다중 채널에서 신호의 주파수, 크기, 위상이 모두 동일하여 동기화된 신호를 출력할 수 있으며, 각 채널의 신호를 독립적으로 제어할 수 있다.
이러한 다중 채널 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis)를 이용하면, 다중안테나 시스템을 더 저렴하게 구현할 수 있고, 신호의 품질도 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명에서 quadrature mixer을 사용하여 신호의 크기 및 위상을 제어하는 시스템 구조에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 믹서(mixer)(501, 502)를 2개 이용함으로써 믹서(mixer) 특성상 출력되는 sideband 신호를 제거하여 품질이 높은 국부 발진기(local oscillator) 신호를 출력할 수 있다.
이 때, 본 발명은 reference 신호가 믹서(mixer)(501, 502)에 입력되기 전 90 degree hybrid coupler(503)을 이용하여 reference 신호의 위상을 90° 천이할 수 있다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 2개의 믹서(mixer)(501, 502)를 quadrature mixer와 같이 IF 중간 주파수(intermediate frequency)를 I/Q채널로 입력함으로써 믹서(mixer)를 통과한 신호는 upper-band 혹은 lower-band 신호를 제거할 수 있다. 예를 들어, sideband 신호는 아주 좁은 대역의 필터를 사용할지라도 제거가 힘들며, 필터 제작에도 많은 비용이 소모될 수 있다.
이러한 시스템은 신호의 품질을 높이기 위해 quadrature mixer와 함께 대역통과필터(band pass filter)을 사용함으로써 sideband 신호의 power을 더 낮출 수 있다.
도 5에서 2개의 믹서(mixer)(501, 502)로 입력되는 중간 주파수 신호 예를 들어, 도 6에서의 IF1(Q)과 IF1(I)는 직접 디지털 합성기(DDS)의 출력 신호이며, 신호 sn은 위상이 제어된 신호일 수 있다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 시스템에 대한 구성을 나타낸 것으로, 신호의 정교한 크기 및 위상 제어가 가능한 다중안테나 시스템 구조에 관한 예시도를 나타낸 것이다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다중 안테나 시스템(600)은 믹서(mixer)(608, 609, 610)를 이용하면 도 2와 도 3 에 도시된 바와 같이, 단일 믹서(mixer)의 특성으로 인해 sideband가 형성되어 국부 발진기(local oscillator) 신호의 품질이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
즉, 본 발명은 5G 이동통신의 밀리미터파(26.5 ~ 29.5GHz) 시스템을 낮은 주파수 시스템으로 활용함으로써 신호의 정교한 크기 및 위상을 제어할 수 있다.
여기서, 믹서(mixer)(606)는 다중 안테나 시스템 신호를 공통적으로 up-conversion 혹은 down-conversion 하기 위해 포함할 수 있다. 예를 들어, 믹서(mixer)(608, 609, 610)는 상대적으로 낮은 주파수 시스템으로 RF 신호를 정교히 제어할 수 있으며, 믹서(mixer)(606)를 이용하는 송신 시스템의 경우 5G 이동통신 주파수 대역으로 증가시킬 수 있고, 수신 시스템의 경우 5G 이동통신 주파수를 크기 및 위상 제어가 가능한 낮은 주파수 신호로 출력할 수 있다.
이러한 다중안테나 시스템은 저주파 대역의 시스템으로 신호를 제어하기 때문에 높은 레졸루션(resolution)을 가질 수 있으며, 기존의 고주파 대역의 시스템보다 저렴할 뿐만 아니라 고성능의 시스템을 구성할 수 있다.
도 6에서의 601은 다중 안테나로 수신되는 수신 신호의 위상 또는 크기를 캘리브레이션하기 위한 신호 캘리브레이션 장치일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 신호 캘리브레이션 장치 또는 다중 안테나 시스템은 적어도 2개의 믹서(mixer)을 활용하여 믹서(mixer)을 통과함으로써 발생하는 사이드밴드(sideband) 신호를 제거할 수 있으며 이는 크기 및 위상을 제어하는 신호의 품질을 향상시킬 수 있다. 이러한 시스템은 복수 개의 90 도 하이브리드 커플러(90 degree hybrid coupler)을 포함할 수 있으며, 초고주파 신호 대역에 따라 복수 개의 믹서(mixer)을 구성할 수 있다. 다중안테나 시스템을 구현하기 위해, 다중 채널 동기화 구조가 가능한 다중 채널 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis)를 포함할 수 있다. 이러한 다중 채널 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis)는 각 채널의 신호 주파수, 크기 및 위상을 독립적으로 제어가 가능하다.
이러한 본 발명은 미리 결정된 위상이 아닌 0 ~ 360 도 범위에서 임의의 위상으로 제어할 수 있으며, 낮은 레졸루션(resolution)를 가지는 위상 쉬프터(phase shifter)를 사용하지 않고, 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis)를 활용함으로써 높은 위상 레졸루션(resolution)을 가지는 시스템을 구현할 수 있다. 또한, 다중 채널의 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis)를 이용하여 다중채널의 동기화를 구현할 수 있으며 믹서(mixer)의 다이나믹 레인지(dynamic range) 특성으로 신호 크기까지 제어가 가능할 수 있다.
나아가, 본 발명은 복수 개의 믹서(mixer)와 90 도 하이브리드 커플러를 활용하여 높은 레졸루션(resolution)을 유지한 채 밀리미터파 대역의 신호로 증가시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 빔포밍(beamforming) 시스템에서도 잡음의 영향 및 능동 소자로 인해 흔들리는 신호의 특성을 고성능으로 캘리브레이션(calibration)할 수 있다.
나아가, 본 발명에서 국부 발진기(local oscillator) 또는 중간주파수(intermediate frequency) 발진기는 정교한 신호 제어가 가능한 저주파 신호를 고주파 신호로 변환하는 up-conversion 주파수 변환용 혹은 고주파 신호를 저주파 신호로 변환하는 down-conversion 주파수 변환용으로 전체 안테나 시스템의 송/수신 주파수를 결정할 수 있다.
본 발명에서의 믹서(mixer)는 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis) 신호 또는 디지털 제어용 감쇠기(digital controlled attenuator) 신호와 국부 발진기(local oscillator) 또는 중간 주파수(intermediate frequency) 발진기의 신호를 곱함으로써 주파수를 변환시킬 수 있으며, quadrature mixer을 이용하여 불필요한 sideband RF 신호를 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에서 복수 개의 다중 채널 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis)를 이용하여 중간 주파수(intermediate frequency) 신호로 들어가는 IF 채널을 모두 동기화할 수 있으며, 신호의 특성인 주파수, 크기, 위상을 제어할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.　 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.　 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다.　 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다.　 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.　 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다.　 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.　 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.　 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.　 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.　 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.　
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 안테나를 통해 수신되는 수신 신호를 캘리브레이션(calibration)하기 위한 직접 디지털 합성기(direct digital synthesis);
    레퍼런스 신호와 상기 직접 디지털 합성기의 출력 신호에 기초하여 캘리브레이션 신호를 출력하는 쿼드러쳐 믹서(quadrature mixer); 및
    상기 수신 신호와 상기 캘리브레이션 신호를 믹싱하여 상기 수신 신호를 캘리브레이션하는 믹서
    를 포함하는 신호 캘리브레이션 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 쿼드러쳐 믹서는
    상기 레퍼런스 신호를 입력으로 하여 90도의 위상 천이 신호를 출력하는 하이브리드 커플러;
    상기 하이브리드 커플러의 제1 출력 신호와 상기 직접 디지털 합성기에 의해 생성된 Q(quadrature) 채널 중간 주파수 신호를 믹싱하는 제1 믹서; 및
    상기 하이브리드 커플러의 제2 출력 신호와 상기 직접 디지털 합성기에 의해 생성된 I(In-phase) 채널 중간 주파수 신호를 믹싱하는 제2 믹서
    를 포함하고,
    상기 제1 믹서의 출력 신호와 상기 제2 믹서의 출력 신호에 기초하여 상기 캘리브레이션 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 신호 캘리브레이션 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 신호는
    상기 수신 신호의 위상과 크기를 캘리브레이션하는 신호인 것을 특징으로 하는 신호 캘리브레이션 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 직접 디지털 합성기는
    단일 채널 또는 다중 채널로 이용하여 상기 쿼드러쳐 믹서로 적어도 하나 이상의 출력 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 신호 캘리브레이션 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 쿼드러쳐 믹서는
    상기 수신 신호의 사이드밴드(sideband) 신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 신호 캘리브레이션 장치.
  6. 다중 안테나; 및
    상기 다중 안테나 각각으로 수신되는 수신 신호를 캘리브레이션하는 신호 캘리브레이션 장치
    를 포함하고,
    상기 신호 캘리브레이션 장치는
    상기 수신 신호를 캘리브레이션하기 위한 직접 디지털 합성기;
    레퍼런스 신호와 상기 직접 디지털 합성기의 출력 신호에 기초하여 캘리브레이션 신호를 출력하는 쿼드러쳐 믹서; 및
    상기 수신 신호와 상기 캘리브레이션 신호를 믹싱하여 상기 수신 신호를 캘리브레이션하는 믹서
    를 포함하는 다중 안테나 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 쿼드러쳐 믹서는
    상기 레퍼런스 신호를 입력으로 하여 90도의 위상 천이 신호를 출력하는 하이브리드 커플러;
    상기 하이브리드 커플러의 제1 출력 신호와 상기 직접 디지털 합성기에 의해 생성된 Q(quadrature) 채널 중간 주파수 신호를 믹싱하는 제1 믹서; 및
    상기 하이브리드 커플러의 제2 출력 신호와 상기 직접 디지털 합성기에 의해 생성된 I(In-phase) 채널 중간 주파수 신호를 믹싱하는 제2 믹서
    를 포함하고,
    상기 제1 믹서의 출력 신호와 상기 제2 믹서의 출력 신호에 기초하여 상기 캘리브레이션 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 신호는
    상기 수신 신호의 위상과 크기를 캘리브레이션하는 신호인 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 직접 디지털 합성기는
    단일 채널 또는 다중 채널로 이용하여 상기 쿼드러쳐 믹서로 적어도 하나 이상의 출력 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 쿼드러쳐 믹서는
    상기 수신 신호의 사이드밴드(sideband) 신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템.
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