WO2016104862A1 - Rf 빔포밍 방법, 및 이를 수행하는 장치들 - Google Patents

Rf 빔포밍 방법, 및 이를 수행하는 장치들 Download PDF

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WO2016104862A1
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signal
digital
beamformer
output signal
generating
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PCT/KR2015/000703
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길계태
이주용
이용훈
조동호
임한영
오상민
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한국과학기술원
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    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
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    • H04B7/0604—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using antenna switching with predefined switching scheme

Definitions

  • the following embodiments relate to an RF beamforming method and apparatuses for performing the same.
  • a conventional RF beamforming system that uses 64 transmit antennas and 16 beams to transmit one signal sequence for each beam requires 1024 phase shifters and attenuators because there are 1024 branches. Upconversion RF chains are needed, including 64 power amplifiers, 32 D / A converters, and analog mixers and filters.
  • Embodiments can provide techniques to improve the complexity of the RF beamformer by using a digital RF beamformer.
  • embodiments use a gain controller that can use a high input voltage to upconvert the signal to be transmitted so that the position of the power amplifier is located at the output of the oscillator rather than at the end of the transmission circuit, thereby reducing the number of power amplifiers. It can provide a technology that can be reduced.
  • a communication apparatus includes a digital RF beamformer for beamforming a digital sample signal based on a weight, an oscillator for generating an oscillation signal according to a carrier frequency, the oscillation signal and the digital signal. It may include an RF (Radio Frequency) modulator for generating a transmission signal based on the output signal of the RF beamformer.
  • RF Radio Frequency
  • the RF modulator may generate the transmission signal by modulating the oscillation signal based on an output signal of the digital RF beamformer.
  • the RF modulator phases a gain controller that controls the gain of the oscillation signal based on the magnitude of the output signal of the digital RF beamformer, and a gain-controlled oscillation signal based on the phase of the output signal of the digital RF beamformer. It may include a phase shifter for shifting (phase shift).
  • the apparatus may further comprise a signal distribution circuit for distributing the oscillation signal to generate distribution signals comprising the oscillation signal.
  • the RF modulator includes a multiplication circuit for multiplying each of the distributed signals with a sign of a real part and an imaginary part of an output signal of the digital RF beamformer, and a real part and an imaginary part of an output signal of the digital RF beamformer.
  • a gain control circuit for controlling the gain of the output signals of the multiplication circuit based on each magnitude, and an adder for adding the output signals of the gain control circuit.
  • the RF modulator may further include an analysis module for analyzing the real part and the imaginary part of the output signal of the digital RF beamformer, and generating the magnitude and the sign of each of the real part and the imaginary part.
  • the RF modulator selects two signals from among the distribution signals, a selection circuit for multiplying each of the selected signals with the sign of each of the real and imaginary parts of the output signal of the digital RF beamformer; A gain control circuit for controlling the gain of the output signals of the selection circuit based on the magnitude of each of the real part and the imaginary part of the output signal of the RF beamformer, and an adder for adding the output signals of the gain control circuit.
  • the RF modulator may further include an analysis module for analyzing the real part and the imaginary part of the output signal of the digital RF beamformer, and generating the magnitude and the sign of each of the real part and the imaginary part.
  • the signal distribution circuit may include a phase shifter that phase shifts the oscillation signal by a first phase.
  • the signal distribution circuit includes a first phase shifter for phase shifting the oscillation signal by a first phase, a second phase shifter for phase shifting the oscillation signal by a second phase, and a phase shift of the oscillation signal by a third phase And a third phase shifter.
  • the apparatus may further comprise a weight generation module for generating the weight for the digital sample signal.
  • the gain controller may be implemented as a digital attenuator.
  • the apparatus may further comprise a power amplifier connected to the output of the oscillator.
  • an RF beamforming method includes the steps of beamforming a digital sample signal based on a weight by a digital RF beamformer, generating an oscillation signal according to a carrier frequency, and generating the oscillation signal. Generating a transmission signal based on the signal and the output signal of the digital RF beamformer.
  • the generating of the transmission signal may include generating the transmission signal by modulating the oscillation signal based on an output signal of the digital RF beamformer.
  • the generating of the transmission signal may include controlling a gain of the oscillation signal based on a magnitude of an output signal of the digital RF beamformer, and a gain controlled oscillation based on a phase of an output signal of the digital RF beamformer. Phase shifting the signal.
  • the method may further comprise distributing the oscillation signal to generate distribution signals comprising the oscillation signal.
  • the generating of the transmission signal may include a step of a multiplication circuit multiplying each of the distribution signals by a sign of each of a real part and an imaginary part of an output signal of the digital RF beamformer, and a gain control circuit outputting the digital RF beamformer. And controlling the gains of the output signals of the multiplication circuit based on the magnitudes of the real and imaginary parts of the signal, and adding the output signals of the gain control circuit.
  • the generating of the transmission signal may further include analyzing a real part and an imaginary part of an output signal of the digital RF beamformer, and generating the magnitude and the sign of each of the real part and the imaginary part.
  • a selection circuit selects two signals from among the distribution signals, and multiply each of the selected signals with a sign of a real part and an imaginary part of an output signal of the digital RF beamformer. Controlling the gain of the output signals of the selection circuit based on the magnitudes of the real part and the imaginary part of the output signal of the digital RF beamformer; Adding may be included.
  • the generating of the transmission signal may further include analyzing a real part and an imaginary part of an output signal of the digital RF beamformer, and generating the magnitude and the sign of each of the real part and the imaginary part.
  • the method may further comprise generating the weight for the digital sample signal.
  • the multi-stream RF beamformer includes a plurality of beamformers and a plurality of adders each of which adds an output signal of each of the plurality of beamformers to generate a transmission signal, wherein the plurality of beamformers
  • the number of formers may be equal to the number of the plurality of adders.
  • 1 shows a communication device that forms a single beam using M antennas to transmit one signal.
  • FIG. 2 shows a structural diagram of the RF beamformer shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a communication device forming a multiple beam.
  • FIG. 4 illustrates an embodiment of a communication device for improving the complexity of a power amplifier included in a multi-stream RF beamformer.
  • FIG. 5 is a schematic structural diagram of an example of a transmission circuit for equivalently implementing the transmission signal of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a schematic structural diagram of another example of a transmission circuit for equivalently implementing the transmission signal of FIG. 4.
  • FIG. 7 is a schematic structural diagram of still another example of a transmission circuit for equivalently implementing the transmission signal of FIG. 4.
  • FIG. 8 is a schematic structural diagram of the analysis module shown in FIGS. 6 and 7.
  • FIG. 9 is a schematic block diagram of an example of a communication device including the RF modulator shown in FIG. 5, 6, or 7.
  • FIG. 10 is a schematic block diagram of another example of a communication device including the RF modulator shown in FIG. 5, 6, or 7.
  • FIG. 11 is a schematic block diagram of another example of a communication device including the RF modulator shown in FIG. 5, 6, or 7.
  • FIG. 12 is a flowchart for describing a method of operating the communication device illustrated in FIG. 9, 10, or 11.
  • first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from another component, for example, without departing from the scope of the rights according to the inventive concept, the first component may be called a second component, Similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • a module in the present specification may mean hardware capable of performing functions and operations according to each name described in the present specification, and may mean computer program code capable of performing specific functions and operations.
  • an electronic recording medium for example, a processor or a microprocessor, in which computer program code capable of performing specific functions and operations is mounted.
  • a module may mean a functional and / or structural combination of hardware for performing the technical idea of the present invention and / or software for driving the hardware.
  • FIG. 1 shows a communication apparatus for forming a single beam using M antennas for transmitting one signal
  • FIG. 2 shows a structural diagram of the RF beamformer shown in FIG.
  • the communication device 10 may perform RF beamforming.
  • the communication device 10 may be a beamforming system forming a single beam.
  • the communication device 10 may be a transmitter or a receiver.
  • RF beamforming is a wireless communication technology that uses a plurality of transmit antennas and RF beamformers to form a spatial beam directed in a specific receiver direction.
  • the communication device 10 includes a single beam RF beamformer.
  • the transmission symbol s k (n) may be a time-domain digital signal corresponding to the output of the baseband module.
  • the transmission symbol s k (n) is upconverted to an RF carrier frequency via pulse shaping and a digital-to-analogue (D / A) converter, and then transmitted through an RF beamformer. And may be transmitted through a wireless channel to a receiver antenna.
  • D / A digital-to-analogue
  • the output signal of the D / A converter may be expressed by Equation 1.
  • the j th receive antenna when the weight of the RF beamformer for the signal s k (n) is expressed by the M x 1 vector w k (w 1k , w 2k , ..., w M, k ) T
  • the signal y j RF (t) received at may be expressed as in Equation 2.
  • Equation 1 g (t) may be a function that expresses phase shaping, oversampling, baseband filtering, and the like.
  • the RF beamformer for the signal s k (n) has M branches, and the output signal of the i th branch may be expressed as Equation 3 below. That is, the i-th output signal of the RF beamformer is the absolute value of the beamformer weight in the phase shifted version of a k (t) expressed by Equation 4
  • FIG. 3 shows a communication device forming a multiple beam.
  • the communication device 20 may perform RF beamforming.
  • the communication device 20 may be a beamforming system that forms multiple beams.
  • the communication device 20 may be a transmitter or a receiver.
  • the communication device 20 may include a multi-stream RF beamformer including K single RF beamformers of FIG. 1 in parallel.
  • a multi-stream RF beamformer including K RF beamformers may include K ⁇ M branches. Accordingly, the number of attenuators, phase shifters, and power amplifiers is each required by K x M, so that the hardware complexity of the communication device 20 for transmitting RF beamforming, for example, a multi-stream RF beamformer, is required. Can be very large.
  • FIG. 4 illustrates an embodiment of a communication device for improving the complexity of a power amplifier included in a multi-stream RF beamformer.
  • the communication device 30 may perform RF beamforming.
  • the communication device 30 may be a transmitter or a receiver.
  • a communication device 30 having an improved complexity of a multi-stream RF beamformer for example, a transmission signal x i RF (t) transmitted from a transmission antenna in order to derive a transmitter structure is another method.
  • a method of equivalently implementing this transmission signal x i RF (t) can be derived.
  • the multi-stream RF beamformer may be a multi-beam RF beamformer.
  • the signal y j RF (t) received at the j-th reception antenna may be expressed as Equation 5 below.
  • the signal y j RF (t) can also be obtained through the equivalent transmitter structure of FIG. 4. This defines the i th transmitted signal in FIG. 4 as x i RF (t), and the signal x i RF (t) may be expressed as Equation 6, where y j RF (t) is represented by Equation 7 It may be derived as shown in Equation 5 to be the same value.
  • the structure of the multi-stream RF beamformer can reduce the number of power amplifiers from K x M to M power amplifiers included in the multi-stream RF beamformer shown in FIG. 3.
  • the multi-stream RF beamformer of FIG. 4 also includes K x M phase shifters and attenuators.
  • a multi-stream RF beamformer i.e. a transmit signal x i RF (t) transmitted to the transmit antenna of the transmitter to derive a transmitter, for example a transmit circuit, for improving the complexity of the multi-beam RF beamformer
  • a transmitter for example a transmit circuit
  • the transmit symbol s k (t) is a digital sample that is the input signal of the digital RF beamformer, as shown in equation (8).
  • s k D (m) the input signal of the digital RF beamformer
  • u (t) the step response u (t).
  • the output signal x i D (m) of the digital RF beamformer may be defined as in Equation (9).
  • Equation 6 x i RF (t) of Equation 6 may be represented again as in Equation 10.
  • T S may mean a sample duration of the RF stage, that is, a sample rate.
  • a transmission circuit that equally implements a transmission signal x i RF (t) is derived from equations (11) and (12).
  • Multiplies the signal (cos w c t) by the magnitude (e.g., absolute value) of x i D (m) from equation (11) and phase shifts by the phase of x i D (m) May be the same as
  • Each of the signals cos w c t and sin w c t may be expressed in a form in which each of a real part and an imaginary part of x i D (m) is multiplied.
  • each of the real part and the imaginary part of x i D (m) may be decomposed into a magnitude and a sign.
  • FIG. 5 is a schematic structural diagram of an example of a transmission circuit for equivalently implementing the transmission signal of FIG. 4.
  • the transmission circuit 100A may include an oscillator 150 and an RF modulator 190A.
  • the oscillator 150 may transmit an oscillation signal, that is, an output signal cos w c t, to the RF modulator 190A.
  • the oscillator 150 may be a local oscillator having a carrier frequency w c .
  • the RF modulator 190A may generate the transmission signal x i RF (t) based on the output signal cos w c t of the oscillator 150 and x i D (m).
  • the RF modulator 190A may include a gain controller and a phase shifter.
  • the gain controller may control the gain of the output signal cos w c t of the oscillator 150 based on the magnitude of x i D (m). More specifically, the gain controller may multiply the output signal cos w c t by the magnitude of x i D (m). For example, the gain controller may be implemented by reflecting u (t) of Equation 10. The gain controller can be implemented as a digital attenuator.
  • a gain controller implemented with a digital attenuator may use high input power to upconvert the signal to transmit. Therefore, the number of power amplifiers required can be reduced by placing the position of the power amplifier at the output terminal of the oscillator 150 instead of the output terminal (or final stage) of the transmission circuit.
  • the phase shifter may phase shift the output signal of the gain controller, for example the gain controlled output signal cos w c t, based on the phase of x i D (m).
  • the phase shifter may phase shift the output signal of the gain controller by a phase of x i D (m).
  • an analysis module for analyzing the magnitude and phase of x i D (m) and transmitting the same may be implemented in the RF modulator 190A.
  • the RF modulator 190A uses the output signal cos w c t of the oscillator 150 as a desired input signal, and the magnitude and phase of the output signal cos w c t of the oscillator 150 every sample time. Can be modulated. Thus, the RF modulator 190A can operate at a sample rate of a high speed digital RF beamformer.
  • FIG. 6 is a schematic structural diagram of another example of a transmission circuit for equivalently implementing the transmission signal of FIG. 4.
  • the transmission circuit 100B may include an oscillator 150, a signal distribution circuit 170A, and an RF modulator 190B.
  • the oscillator 150 may transmit an oscillation signal, that is, an output signal cos w c t, to the signal distribution circuit 170A.
  • the oscillator 150 may be a local oscillator having a carrier frequency w c .
  • the signal distribution circuit 170A may generate distribution signals cos w c t and ⁇ sin w c t based on the output signal cos w c t of the oscillator 150. For example, the signal distribution circuit 170A may distribute the output signal cos w c t to generate a bypassed signal, an output signal cos w c t, and a phase shifted signal (-sin w c t). Can be.
  • the signal distribution circuit 170A may include a phase shifter 171 for phase shifting the output signal cos w c t.
  • the phase shifter 171 may phase shift the output signal cos w c t by a first phase, for example, ( ⁇ ) 90 degrees.
  • the RF modulator 190B may generate the transmission signal x i RF (t) based on the distribution signals cos w c t and ⁇ sin w c t of the signal distribution circuit 170A and x i D (m). have.
  • the RF modulator 190B may include an analysis module 191, a multiplying circuit 193, a gain control circuit 195, and an adder 197.
  • the analysis module 191 may analyze the real part and the imaginary part of x i D (m) and generate magnitudes and signs of the real part and the imaginary part, respectively. For example, the analysis module 191 transmits the sign of each of the real part and the imaginary part of x i D (m) to the multiplication circuit 193, and the magnitude of each of the real part and the imaginary part of x i D (m). I. E., To the control circuit 195.
  • the analysis module 191 may be implemented as shown in FIG. 8.
  • the multiplication circuit 193 may multiply each of the distribution signals cos w c t and ⁇ sin w c t with the sign of each of the real part and the imaginary part of x i D (m).
  • the multiplication circuit 193 may include a first multiplier 193-3 and a second multiplier 193-5.
  • the first multiplier 193-3 is a sign of the real part of the first distribution signal cos w c t and x i D (m). Can be multiplied by
  • the second multiplier 193-5 has a sign of an imaginary part of the second distribution signal (-sin w c t) and x i D (m). Can be multiplied by
  • the gain control circuit 195 may control the gain of the output signals of the multiplication circuit 193 based on the magnitude of each of the real part and the imaginary part of x i D (m).
  • the gain control circuit 195 may include a first gain controller 195-3 and a second gain controller 195-5.
  • the first gain controller 195-3 is the real part size of x i D (m)
  • the gain of the output signal of the first multiplier 193-3 may be controlled based on.
  • the first gain controller 195-3 may output the output signal of the first multiplier 193-3 and the real part size of x i D (m). Can be multiplied by
  • Second gain controller 195-5 has an imaginary size of x i D (m)
  • the gain of the output signal of the second multiplier 193-5 can be controlled based on.
  • the second gain controller 195-5 may output an output signal of the second multiplier 193-5 and an imaginary magnitude of x i D (m). Can be multiplied by
  • each gain controller 195-3 and 195-5 may be implemented by reflecting u (t) of Equation 10.
  • each gain controller 195-3 and 195-5 may be implemented in the form of a digital attenuator.
  • each gain controller 195-3 and 195-5 implemented as a digital attenuator is used to upconvert the signals to be transmitted. Therefore, high input power can be used. Therefore, the number of power amplifiers required can be reduced by placing the position of the power amplifier at the output terminal of the oscillator 150 instead of the output terminal (or final stage) of the transmission circuit.
  • the RF modulator 190B may use two gain controllers 195-3 and 195-5 for one transmit antenna. That is, the number of branches of the RF modulation circuit including M RF modulators 190B can be reduced to 2M.
  • the adder 197 may add output signals of the gain control circuit 195.
  • the RF modulator 190B uses the output signal cos w c t of the oscillator 150 as a desired input signal, and the magnitude and phase of the output signal cos w c t of the oscillator 150 every sample time. Can be modulated. Thus, the RF modulator 190B can operate at a sample rate of a high speed digital RF beamformer.
  • FIG. 7 is a schematic structural diagram of still another example of a transmission circuit for equivalently implementing the transmission signal of FIG. 4.
  • the transmission circuit 100C may include an oscillator 150, a signal distribution circuit 170B, and an RF modulator 190C.
  • the signal distribution circuit 170B receives the distribution signals cos w c t, -cos w c t, sin w c t, and -sin w c t based on the output signal cos w c t of the oscillator 150. Can be generated. For example, the signal distribution circuit 170B distributes the output signal cos w c t so that the bypassed signal cos w c t and the phase shifted signals-cos w c t, sin w c t and -sin w c t)
  • the signal distribution circuit 170B may include phase shifters 173, 175, and 177 for phase shifting the output signal cos w c t.
  • the first phase shifter 173 may phase shift the output signal cos w c t by a first phase, for example, 180 degrees.
  • the second phase shifter 175 may phase shift the output signal cos w c t by a second phase, for example, 90 degrees.
  • the third phase shifter 177 may phase shift the output signal cos w c t by a third phase, for example, 270 degrees.
  • the RF modulator 190B is coupled with the distribution signals cos w c t, -cos w c t, sin w c t, and -sin w c t of the signal distribution circuit 170A.
  • a transmission signal x i RF (t) may be generated based on x i D (m).
  • the RF modulator 190C may include an analysis module 191, a gain control circuit 195, an adder 197, and a selection circuit 199.
  • the selection circuit 199 selects two signals from among the distribution signals cos w c t, -cos w c t, sin w c t, and -sin w c t, and selects each of the selected signals by x i D ( m) can be multiply with the sign of each real and imaginary part.
  • the selection circuit 199 may include a first selector 199-3 and a second selector 199-5.
  • the first selector 199-3 selects one signal from the first distribution signals cos w c t and -cos w c t, and selects the selected signal as a real part of x i D (m). Can be multiply with the sign.
  • the second selector 199-5 selects one of the second distribution signals sin w c t and -sin w c t, and multiplies the selected signal by the sign of the imaginary part of x i D (m) ( can be multiply).
  • the structure and operation of the analysis module 191, the gain control circuit 195, and the adder 197 of the oscillator 150 and the RF modulator 190C of FIG. 7 may be described with reference to the oscillator 150 and the RF modulator 190B of FIG. 6.
  • the structure and operation of the analysis module 191, the gain control circuit 195, and the adder 197 may be substantially the same. Therefore, detailed description is omitted.
  • the transmission signal x i RF (t) of the i th antenna is transmitted through the transmission circuit shown in FIG. 5, 6, or 7. It can be implemented equivalently.
  • FIG. 9 is a schematic block diagram of an example of a communication device including the RF modulator shown in FIG. 5, 6, or 7.
  • the communication device 40A includes a digital RF beamformer 110, a weight generation module 130, an oscillator 150, a signal distribution circuit 170, and an RF modulator.
  • circuit 190 For example, communication device 40A may be a transmitter or a receiver.
  • the digital RF beamformer 110 may beamform the digital sample signals based on the weights generated from the weight generation module 130.
  • the digital RF beamformer 110 may output output signals to the RF modulation circuit 190.
  • the weight generation module 130 may generate weights for the digital sample signals and transmit the weights to the digital RF beamformer 110.
  • Oscillator 150 may generate an oscillation frequency signal, for example cos w c t.
  • the oscillator 150 may transmit an oscillation frequency signal to the signal distribution circuit 170.
  • oscillator 150 may be a local oscillator having a carrier frequency w c .
  • the signal distribution circuit 170 may generate distribution signals based on the oscillation frequency signal of the oscillator 150.
  • the signal distribution circuit 170 may be implemented with the signal distribution circuit 170A or 170B shown in FIG. 6 or 7.
  • the structure and operation of the signal distribution circuit 170 may be substantially the same as the structure and operation of the signal distribution circuit 170A or 170B shown in FIG. 6 or 7. Therefore, a detailed description of the structure and operation of the signal distribution circuit 170 of FIG. 9 will be omitted.
  • the RF modulation circuit 190 may include a plurality of RF modulators 190-1 to 190 -M (M is a natural number greater than 1).
  • Each of the RF modulators 190-1 to 190 -M may modulate an output signal of the oscillator 150 based on the output signal of the digital RF beamformer 110.
  • each of the RF modulators 190-1 to 190 -M may generate a transmission signal by modulating the distribution signal (s) of the signal distribution circuit 170 based on the output signal of the digital RF beamformer 110.
  • the distribution signal of the signal distribution circuit 170 may be an output signal of the oscillator 150 or an output signal of the phase shifted oscillator 150.
  • each of the RF modulators 190-1 to 190 -M may be implemented with the RF modulators 190A, 190B, or 190C illustrated in FIG. 5, 6, or 7.
  • the structure and operation of each RF modulator 190-1 to 190 -M may be substantially the same as the structure and operation of the RF modulator 190A, 190B, or 190C illustrated in FIG. 5, 6, or 7.
  • detailed descriptions of the structure and operation of each of the RF modulators 190-1 to 190 -M of FIG. 9 will be omitted.
  • the communication device 40A can eliminate K x M phase shifters and attenuators, and one RF modulator 190-1, 190-2, ..., or 190-M) can implement multiple beams. Accordingly, the communication device 40A can improve the complexity of the RF modulation circuit 190, for example, each RF modulator 190-1 to 190-M.
  • FIG. 10 is a schematic block diagram of another example of a communication device including the RF modulator shown in FIG. 5, 6, or 7.
  • each power amplifier 210 may be located at an output terminal of each RF modulator 190-1 to 190 -M.
  • each power amplifier 210 is located at the output terminal of each of the RF modulators 190-1 to 190-M
  • the structure and operation of the communication device 40B of FIG. 10 are similar to those of the communication device 40A of FIG. It may be substantially the same as the structure and operation.
  • the communication device 40B of FIG. 10 includes, but is used with, M power amplifiers as in FIG. 4, but can eliminate K x M phase shifters and attenuators.
  • the communication device 40B may improve the complexity of the RF modulation circuit 190, eg, each RF modulator 190-1-190 -M.
  • FIG. 11 is a schematic block diagram of another example of a communication device including the RF modulator shown in FIG. 5, 6, or 7.
  • the power amplifier 210 may be connected to an output terminal of the oscillator 150.
  • the structure and operation of the communication device 40C of FIG. 11 is similar to that of the communication device 40A of FIG. 9 or the communication device 40B of FIG. It may be substantially the same as the structure and operation.
  • the communication device 40C may remove K x M phase shifters and attenuators. Accordingly, the communication device 40C may improve the complexity of the RF modulation circuit 190, for example, each RF modulator 190-1 to 190 -M.
  • the communication device 40C may reduce the number of power amplifiers 210 required for multi-beam RF beamforming to one.
  • the PAPR of the input signal of the power amplifier 210 becomes 0 dB, and when K is large, the communication device 40C has a high power efficiency ( power efficiency).
  • the communication devices 40B and 40C are communication devices 40B such as circulators and impedance matching circuits for preventing the reflected current from the output terminal of the power amplifier 210. And 40C), for example, additional circuitry required for the transmitter.
  • FIG. 12 is a flowchart for describing a method of operating the communication device illustrated in FIG. 9, 10, or 11.
  • the digital RF beamformer 110 may beamform a digital sample signal based on a weight (S1210).
  • the oscillator 150 may generate an oscillation signal according to the carrier frequency (S1230).
  • the RF modulation circuit 190 for example the RF modulators 190-1, 190-2,..., Or 190 -M, transmits a transmission signal based on the oscillation signal and the output signal of the digital RF beamformer 110. It may be generated (S1250).
  • the apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components.
  • the devices and components described in the embodiments are, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors, microcomputers, field programmable gate arrays (FPGAs).
  • ALUs arithmetic logic units
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • PLU programmable logic unit
  • the processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system.
  • the processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software.
  • processing device includes a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include.
  • the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller.
  • other processing configurations are possible, such as parallel processors.
  • the software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the above, and configure the processing device to operate as desired, or process it independently or collectively. You can command the device.
  • Software and / or data may be any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device in order to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. Or may be permanently or temporarily embodied in a signal wave to be transmitted.
  • the software may be distributed over networked computer systems so that they may be stored or executed in a distributed manner.
  • Software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
  • the method according to the embodiment may be embodied in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • the program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks.
  • Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

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Abstract

RF 빔포밍 방법, 및 이를 수행하는 장치들이 개시된다. 일 실시예에 따른 통신 장치는 가중치(weight)에 기초하여 디지털 샘플 신호를 빔포밍하는 디지털 RF 빔포머와, 반송파 주파수(carrier frequency)에 따라 발진 신호를 생성하는 발진기와, 상기 발진 신호와 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호에 기초하여 송신 신호를 생성하는 RF(Radio Frequency) 변조기를 포함한다.

Description

RF 빔포밍 방법, 및 이를 수행하는 장치들
아래 실시예들은 RF 빔포밍 방법, 및 이를 수행하는 장치들에 관한 것이다.
기존의 다중빔 RF 빔포밍 방식은 K개의 신호를 송신하기 위하여 K개의 RF 빔포머를 사용하고 각각의 RF 빔포머는 M개 씩의 페이즈 시프터(phase shifter)들과 감쇠기(attenuator)들을 요구함으로써 구현상의 복잡도가 매우 크다. 이것은 각 RF 빔포머가 M개의 브랜치(branch)로 구성되어 있어 전체 브랜치의 수가 K x M개이고, 각 브랜치마다 1개의 페이즈 시프터와 1개의 감쇠기를 사용하여 빔포밍을 수행하기 때문이다.
예를 들어, 64개의 송신 안테나와 16개의 빔을 사용하여 각 빔마다 1개씩의 신호열을 송신하는 기존의 RF 빔포밍 시스템은 1024개의 브랜치가 존재하기 때문에 1024개의 페이즈 시프터들과 감쇠기가 필요하게 되고 64개의 전력 증폭기와 32개의 D/A 컨버터 및 아날로그 믹서와 필터들을 포함하는 업컨버전 RF 체인이 필요하게 된다.
이러한 기존 RF 빔포머 구조의 높은 복잡도는 많은 수의 RF 소자 사용으로 인한 구현 비용의 증가와 시스템의 전력 효율(power efficiency)를 악화시킨다.
실시예들은 디지털 RF 빔포머를 사용함으로써 RF 빔포머의 복잡도를 개선하는 기술을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들은 송신할 신호를 업컨버전하는 데 있어서 높은 입력 전압을사용할 수 있는 이득 컨트롤러를 사용함으로써 전력 증폭기의 위치를 송신 회로의 최종단이 아닌 발진기의 출력단에 위치시켜 상기 전력 증폭기의 수를 감소할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 통신 장치는 가중치(weight)에 기초하여 디지털 샘플 신호를 빔포밍하는 디지털 RF 빔포머와, 반송파 주파수(carrier frequency)에 따라 발진 신호를 생성하는 발진기와, 상기 발진 신호와 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호에 기초하여 송신 신호를 생성하는 RF(Radio Frequency) 변조기를 포함할 수 있다.
상기 RF 변조기는 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호에 기초하여 상기 발진 신호를 변조하여 상기 송신 신호를 생성할 수 있다.
상기 RF 변조기는 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 크기에 기초하여 상기 발진 신호의 이득을 제어하는 이득 컨트롤러와, 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 위상에 기초하여 이득이 제어된 발진 신호를 위상 시프트(phase shift)하는 페이즈 시프터를 포함할 수 있다.
상기 장치는 상기 발진 신호를 분배하여 상기 발진 신호를 포함하는 분배 신호들을 생성하는 신호 분배 회로를 더 포함할 수 있다.
상기 RF 변조기는 상기 분배 신호들을 각각을 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부 각각의 부호와 곱하는(multiply) 곱셈 회로와, 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부 각각의 크기에 기초하여 상기 곱셈 회로의 출력 신호들의 이득을 제어하는 이득 제어 회로와, 상기 이득 제어 회로의 출력 신호들을 가산하는 가산기를 포함할 수 있다.
상기 RF 변조기는 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부를 분석하고, 상기 실수부와 상기 허수부 각각의 상기 크기와 상기 부호를 생성하는 분석 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 RF 변조기는 상기 분배 신호들 중에서 두 개의 신호들을 선택하고, 상기 선택된 신호들 각각을 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부 각각의 부호와 곱하는(multiply) 선택 회로와, 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부 각각의 크기에 기초하여 상기 선택 회로의 출력 신호들의 이득을 제어하는 이득 제어 회로와, 상기 이득 제어 회로의 출력 신호들을 가산하는 가산기를 포함할 수 있다.
상기 RF 변조기는 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부를 분석하고, 상기 실수부와 상기 허수부 각각의 상기 크기와 상기 부호를 생성하는 분석 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 신호 분배 회로는 상기 발진 신호를 제1 위상만큼 위상 시프트하는 페이즈 시프터를 포함할 수 있다.
상기 신호 분배 회로는 상기 발진 신호를 제1 위상만큼 위상 시프트하는 제1 페이즈 시프터와, 상기 발진 신호를 제2 위상만큼 위상 시프트하는 제2 페이즈 시프터와, 상기 발진 신호를 제3 위상만큼 위상 시프트하는 제3 페이즈 시프터를 포함할 수 있다.
상기 장치는 상기 디지털 샘플 신호를 위한 상기 가중치를 생성하는 가중치 생성 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 이득 컨트롤러는 디지털 감쇠기(digital attenuator)로 구현될 수 있다.
상기 장치는 상기 발진기의 출력단에 접속하는 전력 증폭기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 RF 빔포밍 방법은 디지털 RF 빔포머가 가중치(weight)에 기초하여 디지털 샘플 신호를 빔포밍하는 단계와, 반송파 주파수(carrier frequency)에 따라 발진 신호를 생성하는 단계와, 상기 발진 신호와 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호에 기초하여 송신 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 송신 신호를 생성하는 단계는 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호에 기초하여 상기 발진 신호를 변조하여 상기 송신 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 송신 신호를 생성하는 단계는 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 크기에 기초하여 상기 발진 신호의 이득을 제어하는 단계와, 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 위상에 기초하여 이득이 제어된 발진 신호를 위상 시프트(phase shift)하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 발진 신호를 분배하여 상기 발진 신호를 포함하는 분배 신호들을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 송신 신호를 생성하는 단계는 곱셈 회로가 상기 분배 신호들을 각각을 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부 각각의 부호와 곱하는 단계와, 이득 제어 회로가 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부 각각의 크기에 기초하여 상기 곱셈 회로의 출력 신호들의 이득을 제어하는 단계와, 상기 이득 제어 회로의 출력 신호들을 가산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 송신 신호를 생성하는 단계는 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부를 분석하고, 상기 실수부와 상기 허수부 각각의 상기 크기와 상기 부호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 송신 신호를 생성하는 단계는 선택 회로가 상기 분배 신호들 중에서 두 개의 신호들을 선택하고, 상기 선택된 신호들 각각을 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부 각각의 부호와 곱하는(multiply) 단계와, 이득 제어 회로가 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부 각각의 크기에 기초하여 상기 선택 회로의 출력 신호들의 이득을 제어하는 단계와, 상기 이득 제어 회로의 출력 신호들을 가산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 송신 신호를 생성하는 단계는 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부를 분석하고, 상기 실수부와 상기 허수부 각각의 상기 크기와 상기 부호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 디지털 샘플 신호를 위한 상기 가중치를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 멀티-스트림 RF 빔포머는 복수의 빔포머들과, 각각이 상기 복수의 빔포머들 각각의 출력 신호를 가산하여 송신 신호를 생성하는 복수의 가산기들을 포함하고, 상기 복수의 빔포머들의 수는 상기 복수의 가산기들의 수와 같을 수 있다.
도 1은 1개의 신호를 송신하기 위해 M개의 안테나를 사용하여 단일 빔을 형성하는 통신 장치를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 RF 빔포머의 구조도를 나타낸다.
도 3은 다중 빔을 형성하는 통신 장치를 나타낸다.
도 4는 멀티-스트림 RF 빔포머에 포함된 전력 증폭기의 복잡도를 개선하기 위한 통신 장치의 일 실시예를 나타낸다.
도 5는 도 4의 송신 신호를 등가적으로 구현하기 위한 송신 회로의 일 예에 따른 개략적인 구조도이다.
도 6은 도 4의 송신 신호를 등가적으로 구현하기 위한 송신 회로의 다른 예에 따른 개략적인 구조도이다.
도 7은 도 4의 송신 신호를 등가적으로 구현하기 위한 송신 회로의 또 다른 예에 따른 개략적인 구조도이다.
도 8은 도 6 및 도 7에 도시된 분석 모듈의 개략적인 구조도이다.
도 9는 도 5, 도 6 또는 도 7에 도시된 RF 변조기를 포함하는 통신 장치의 일 예의 개략적인 블록도이다.
도 10은 도 5, 도 6 또는 도 7에 도시된 RF 변조기를 포함하는 통신 장치의 다른 예의 개략적인 블록도이다.
도 11은 도 5, 도 6 또는 도 7에 도시된 RF 변조기를 포함하는 통신 장치의 또 다른 예의 개략적인 블록도이다.
도 12는 도 9, 도10 또는 도 11에 도시된 통신 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 명세서에서의 모듈(module)은 본 명세서에서 설명되는 각 명칭에 따른 기능과 동작을 수행할 수 있는 하드웨어를 의미할 수도 있고, 특정 기능과 동작을 수행할 수 있는 컴퓨터 프로그램 코드를 의미할 수도 있고, 또는 특정 기능과 동작을 수행시킬 수 있는 컴퓨터 프로그램 코드가 탑재된 전자적 기록 매체, 예를 들어 프로세서 또는 마이크로 프로세서를 의미할 수 있다.
다시 말해, 모듈이란 본 발명의 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어 및/또는 상기 하드웨어를 구동하기 위한 소프트웨어의 기능적 및/또는 구조적 결합을 의미할 수 있다.
도 1은 1개의 신호를 송신하기 위해 M개의 안테나를 사용하여 단일 빔을 형성하는 통신 장치를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 RF 빔포머의 구조도를 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 통신 장치(10)는 RF 빔포밍을 수행할 수 있다. 통신 장치(10)는 단일 빔을 형성하는 빔포밍 시스템일 수 있다. 예를 들어, 통신 장치(10)는 송신기(transmitter) 또는 수신기(receiver)일 수 있다.
RF 빔포밍은 다수의 송신 안테나와 RF 빔포머를 사용하여 특정 수신기 방향으로 지향성을 갖는 공간적인 빔을 형성하는 무선통신기술이다.
통신 장치(10)는 단일 빔 RF 빔포머를 포함한다.
송신 심볼 sk(n)은 베이스밴드 모듈(baseband module)의 출력에 해당하는 시간 영역(time-domain) 디지털 신호일 수 있다. 송신 심볼 sk(n)은 펄스 정형(pulse shaping) 및 D/A(digital-to-analogue) 컨버터를 거쳐 RF 반송 주파수(carrier frequency)로 업컨버전(upconversion)된 후, RF 빔포머를 통해 송신되고, 무선 채널을 통과하여 수신기 안테나로 전송될 수 있다.
D/A 컨버터의 출력 신호는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2015000703-appb-I000001
신호 sk(n)을 위한 RF 빔포머의 가중치(weigh)를 M x 1 벡터인 wk = (w1k, w2k, ..., wM,k)T로 표현할 경우에 j번째 수신 안테나에 수신되는 신호 yj RF(t)는 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2015000703-appb-I000002
수학식 1에서 g(t)는 위상 정형(phase shaping), 오버샘플링(oversampling), 베이스밴드 필터링(baseband filtering) 등을 통합적으로 표현하는 함수일 수 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 신호 sk(n)을 위한 RF 빔포머는 M개의 브랜치를 가지며 그 i번째 브랜치의 출력 신호는 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. 즉, RF 빔포머의 i번째 출력 신호는 수학식 4와 같이 표현되는 ak(t)의 phase shifted version에 beamformer weight의 절대치 |wik| 가 곱해진 형태로 표현될 수 있다. 따라서, 신호 sk(n)을 위한 RF 빔포머의 각 브랜치는 도 2와 같이 별도의 RF 빔포밍 알고리즘에 의하여 계산된 RF 빔포머의 가중치를 입력으로 동작하는 감쇠기(attenuator)와 페이즈 시프터(phase shifter)로 구현될 수 있다.
Figure PCTKR2015000703-appb-I000003
Figure PCTKR2015000703-appb-I000004
도 3은 다중 빔을 형성하는 통신 장치를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 통신 장치(20)는 RF 빔포밍을 수행할 수 있다. 통신 장치(20)는 다중 빔을 형성하는 빔포밍 시스템일 수 있다. 예를 들어, 통신 장치(20)는 송신기(transmitter) 또는 수신기(receiver)일 수 있다.
통신 장치(20)는 K개의 신호 {sk(n), k=1, 2,...., K}를 동시에 전송할 수 있다. 통신 장치(20)는 도 1의 단일 RF 빔포머 K개를 병렬로 포함하는 멀티-스트림(multi-stream) RF 빔포머를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, K개의 RF 빔포머를 포함하는 멀티-스트림 RF 빔포머는 K x M개의 브랜치를 포함할 수 있다. 이에, 감쇠기, 페이즈 시프터, 및 전력 증폭기(power amplifier)의 개수가 각각 K x M개가 필요하게 되어 송신 RF 빔포밍을 위한 통신 장치(20), 예를 들어 멀티-스트림 RF 빔포머의 하드웨어 복잡도가 매우 클 수 있다.
도 4는 멀티-스트림 RF 빔포머에 포함된 전력 증폭기의 복잡도를 개선하기 위한 통신 장치의 일 실시예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 통신 장치(30)는 RF 빔포밍을 수행할 수 있다. 통신 장치(30)는 송신기(transmitter) 또는 수신기(receiver)일 수 있다.
본 발명에서는 멀티-스트림(multi-stream) RF 빔포머의 복잡도가 개선된 통신 장치(30), 예를 들어 송신기 구조를 도출하기 위하여 송신 안테나로부터 전송되는 송신 신호 xi RF(t) 를 다른 방식으로 표현하여 이 송신 신호 xi RF(t) 를 등가적으로 구현하는 방법을 도출할 수 있다. 예를 들어, 멀티-스트림 RF 빔포머는 다중 빔 RF 빔포머일 수 있다.
도 3의 송신기 구조를 가정할 때 j번째 수신 안테나에서 수신된 신호 yj RF(t)는 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2015000703-appb-I000005
신호 yj RF(t)는 도 4의 등가적인 송신기 구조를 통해서도 동일한 값을 얻을 수 있다. 이것은 도 4에서 i번째 송신되는 신호를 xi RF(t)라고 정의하면, 신호 xi RF(t)는 수학식 6과 같이 표현될 수 있고, 이때, yj RF(t)는 수학식 7과 같이 유도되어 수학식 5와 동일한 값이 될 수 있다.
Figure PCTKR2015000703-appb-I000006
Figure PCTKR2015000703-appb-I000007
도 4에 도시된 바와 같이, 멀티-스트림 RF 빔포머의 구조는 전력 증폭기의 수를 도 3에 도시된 멀티-스트림 RF 빔포머에 포함된 전력 증폭기 K x M개에서 M개로 줄일 수 있다. 다만, 도 4의 멀티-스트림 RF 빔포머도 K x M개의 페이즈 시프터와 감쇠기를 포함한다.
이하에서는 멀티-스트림 RF 빔 포머, 즉 다중 빔 RF 빔포머의 복잡도를 개선하기 위한 송신기, 예를 들어 송신 회로를 도출하기 위하여 송신기의 송신 안테나로 송신되는 송신 신호 xi RF(t)를 등가적으로 구현하고 동시에 구현 복잡도를 개선할 수 있는 새로운 송신 회로의 구조를 설명한다.
K x M개의 페이즈 시프터와 감쇠기를 포함하는 멀티-스트림 RF 빔포머의 복잡도를 개선하기 위해, 송신 심볼 sk(t)는 수학식 8과 같이 디지털 RF 빔포머의 입력 신호인 디지털 샘플(digital sample) 신호 sk D(m)와 스텝 응답(step response) u(t)의 함수로 근사화될 수 있다. 또한, 디지털 RF 빔포머의 출력 신호 xi D(m) 는 수학식 9와 같이 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2015000703-appb-I000008
Figure PCTKR2015000703-appb-I000009
따라서, 수학식 6의 xi RF(t)는 수학식 10과 같이 다시 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2015000703-appb-I000010
여기서, TS는 RF 단의 샘플 지속 시간(sample duration), 즉 샘플 레이트(sample rate)을 의미할 수 있다.
또한, 수학식 10에서
Figure PCTKR2015000703-appb-I000011
는 수학식 11과 수학식 12와 같이 다시 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2015000703-appb-I000012
Figure PCTKR2015000703-appb-I000013
송신 신호 xi RF(t)를 등가적으로 구현하는 송신 회로는 수학식 11과 수학식 12으로부터 도출된다.
수학식 11을 참조하면,
Figure PCTKR2015000703-appb-I000014
는 수학식 11로부터 신호(cos wct)에 xi D(m)의 크기(magnitude), 예를 들어 절대값을 곱하고, xi D(m) 의 위상(phase)만큼 위상 시프트(phase shift)시킨 것과 동일할 수 있다.
수학식 12의 첫째 줄을 참조하면,
Figure PCTKR2015000703-appb-I000015
는 신호들(cos wct 및 sin wct) 각각에 xi D(m)의 실수부(real part)와 허수부(imaginary part) 각각이 곱해진 형태로 표현될 수 있다. 또한, 수학식 12의 셋째 줄을 참조하면, xi D(m) 의 실수부와 허수부 각각은 크기(magnitude)와 부호(sign)로 분해가 가능할 수 있다.
도 5에서는 수학식 11로부터 도출된 송신 회로를 설명하고, 도 6 및 도 7에서는 수학식 12로부터 도출된 송신 회로를 설명한다.
도 5는 도 4의 송신 신호를 등가적으로 구현하기 위한 송신 회로의 일 예에 따른 개략적인 구조도이다.
도 5를 참조하면, 송신 회로(100A)는 발진기(oscillator; 150) 및 RF 변조기(RF modulator; 190A)를 포함할 수 있다.
발진기(150)는 발진 신호, 즉 출력 신호(cos wct)를 RF 변조기(190A)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 발진기(150)는 반송파 주파수(carrier frequency; wc)를 갖는 국부 발진기(local oscillator)일 수 있다.
RF 변조기(190A)는 발진기(150)의 출력 신호(cos wct)와 xi D(m)에 기초하여 송신 신호 xi RF(t) 를 생성할 수 있다.
RF 변조기(190A)는 이득 컨트롤러(gain controller)와 페이즈 시프터(phase shifter)를 포함할 수 있다.
이득 컨트롤러는 xi D(m)의 크기(magnitude)에 기초하여 발진기(150)의 출력 신호(cos wct)의 이득을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 이득 컨트롤러는 출력 신호(cos wct)에 xi D(m) 의 크기(magnitude)를 곱할 수 있다. 예를 들어, 이득 컨트롤러는 수학식 10의 u(t)를 반영하여 구현될 수 있다. 이득 컨트롤러는 디지털 감쇠기(digital attenuator)로 구현될 수 있다.
높은 입력 전력(high input power)에 취약한 믹서(mixer) 회로를 사용하는 대신에, 디지털 감쇠기로 구현된 이득 컨트롤러는 송신할 신호를 업컨버전(uncoversion)하는 데 있어서 높은 입력 전력을 사용할 수 있다. 따라서, 전력 증폭기(power amplifier)의 위치를 송신회로의 출력단(또는 최종단)이 아닌 발진기(150) 의 출력단에 위치시켜서 필요한 전력 증폭기의 수를 줄일 수 있다.
페이즈 시프터는 xi D(m) 의 위상(phase)에 기초하여 이득 컨트롤러의 출력 신호, 예를 들어 이득이 제어된 출력 신호(cos wct)를 위상 시프트할 수 있다. 예를 들어, 페이즈 시프터는 이득 컨트롤러의 출력 신호를 xi D(m) 의 위상(phase)만큼 위상 시프트할 수 있다.
일 예에 따라, xi D(m)의 크기(magnitude)와 위상(phase)을 분석하고, 이를 전송하기 위한 분석 모듈이 RF 변조기(190A) 내에 구현될 수 있다.
RF 변조기(190A)는 발진기(150)의 출력 신호(cos wct)를 원하는 입력 신호로 사용하여 샘플 시간(sample time)마다 발진기(150)의 출력 신호(cos wct)의 크기와 위상을 변조할(modulate) 수 있다. 이에, RF 변조기(190A)는 높은 속도의 디지털 RF 빔포머의 샘플 레이트으로 동작할 수 있다.
도 6은 도 4의 송신 신호를 등가적으로 구현하기 위한 송신 회로의 다른 예에 따른 개략적인 구조도이다.
도 6을 참조하면, 송신 회로(100B)는 발진기(150), 신호 분배 회로(signal distribution circuit; 170A) 및 RF 변조기(190B)를 포함할 수 있다.
발진기(150)는 발진 신호, 즉 출력 신호(cos wct)를 신호 분배 회로(170A)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 발진기(150)는 반송파 주파수(carrier frequency; wc)를 갖는 국부 발진기(local oscillator)일 수 있다.
신호 분배 회로(170A)는 발진기(150)의 출력 신호(cos wct)에 기초하여 분배 신호들(cos wct 및 -sin wct)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 분배 회로(170A)는 출력 신호(cos wct)를 분배하여 바이패스된 신호, 출력 신호(cos wct)와 위상 시프트된 신호(-sin wct)를 생성할 수 있다. 신호 분배 회로(170A)는 출력 신호(cos wct)를 위상 시프트하기 위한 페이즈 시프터(phase shifter; 171)를 포함할 수 있다. 페이즈 시프터(171)는 출력 신호(cos wct)를 제1 위상, 예를 들어 (-)90도만큼 위상 시프트할 수 있다.
RF 변조기(190B)는 신호 분배 회로(170A)의 분배 신호들(cos wct 및 -sin wct)과 xi D(m)에 기초하여 송신 신호 xi RF(t) 를 생성할 수 있다.
RF 변조기(190B)는 분석 모듈(analysis module; 191), 곱셈 회로(multiplying circuit; 193), 이득 제어 회로(gain control circuit; 195), 및 가산기(adder; 197)를 포함할 수 있다.
분석 모듈(191)은 xi D(m) 의 실수부와 허수부를 분석하고, 실수부와 허수부 각각의 크기(magnitude)와 부호(sign)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 분석 모듈(191)은 xi D(m)의 실수부와 허수부 각각의 부호를 곱셈 회로(193)로 전송하고, xi D(m) 의 실수부와 허수부 각각의 크기를 이즉 제어 회로(195)로 전송할 수 있다. 분석 모듈(191)은 도 8에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다.
곱셈 회로(193)는 분배 신호들(cos wct 및 -sin wct) 각각을 xi D(m)의 실수부와 허수부 각각의 부호와 곱할(multiply) 수 있다. 곱셈 회로(193)는 제1 곱셈기(first multiplier; 193-3)와 제2 곱셈기(second multiplier; 193-5)를 포함할 수 있다.
제1 곱셈기(193-3)는 제1 분배 신호(cos wct)와 xi D(m)의 실수부의 부호
Figure PCTKR2015000703-appb-I000016
를 곱할 수 있다. 제2 곱셈기(193-5)는 제2 분배 신호(-sin wct)와 xi D(m)의 허수부의 부호
Figure PCTKR2015000703-appb-I000017
를 곱할 수 있다.
이득 제어 회로(195)는 xi D(m) 의 실수부와 허수부 각각의 크기에 기초하여 곱셈 회로(193)의 출력 신호들의 이득을 제어할 수 있다. 이득 제어 회로(195)는 제1 이득 컨트롤러(first gain controller; 195-3) 및 제2 이득 컨트롤러(second gain controller; 195-5)를 포함할 수 있다.
제1 이득 컨트롤러(195-3)는 xi D(m)의 실수부 크기
Figure PCTKR2015000703-appb-I000018
에 기초하여 제1 곱셈기(193-3)의 출력 신호의 이득을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 이득 컨트롤러(195-3)는 제1 곱셈기(193-3)의 출력 신호와 xi D(m)의 실수부 크기
Figure PCTKR2015000703-appb-I000019
를 곱할 수 있다.
제2 이득 컨트롤러(195-5)은 xi D(m)의 허수부 크기
Figure PCTKR2015000703-appb-I000020
에 기초하여 제2 곱셈기(193-5)의 출력 신호의 이득을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제2 이득 컨트롤러(195-5)은 제2 곱셈기(193-5)의 출력 신호와 xi D(m)의 허수부 크기
Figure PCTKR2015000703-appb-I000021
를 곱할 수 있다.
예를 들어, 각 이득 컨트롤러(195-3 및 195-5)는 수학식 10의 u(t)를 반영하여 구현될 수 있다. 또한, 각 이득 컨트롤러(195-3 및 195-5)는 디지털 감쇠기(digital attenuator)의 형태로 구현될 수 있다. 높은 입력 전력(high input power)에 취약한 믹서(mixer) 회로를 사용하는 대신에, 디지털 감쇠기로 구현된 각 이득 컨트롤러(195-3 및 195-5)는 송신할 신호를 업컨버전(uncoversion)하는 데 있어서 높은 입력 전력을 사용할 수 있다. 따라서, 전력 증폭기(power amplifier)의 위치를 송신회로의 출력단(또는 최종단)이 아닌 발진기(150) 의 출력단에 위치시켜서 필요한 전력 증폭기의 수를 줄일 수 있다.
RF 변조기(190B)는 하나의 송신 안테나에 2개의 이득 컨트롤러(195-3 및 195-5)를 사용할 수 있다. 즉, M개의 RF 변조기(190B)를 포함하는 RF 변조 회로의 브랜치의 수는 2M로 감소될 수 있다.
가산기(197)는 이득 제어 회로(195)의 출력 신호들을 가산할 수 있다.
RF 변조기(190B)는 발진기(150)의 출력 신호(cos wct)를 원하는 입력 신호로 사용하여 샘플 시간(sample time)마다 발진기(150)의 출력 신호(cos wct)의 크기와 위상을 변조할(modulate) 수 있다. 이에, RF 변조기(190B)는 높은 속도의 디지털 RF 빔포머의 샘플 레이트으로 동작할 수 있다.
도 7은 도 4의 송신 신호를 등가적으로 구현하기 위한 송신 회로의 또 다른 예에 따른 개략적인 구조도이다.
도 7을 참조하면, 송신 회로(100C)는 발진기(150), 신호 분배 회로(170B) 및 RF 변조기(190C)를 포함할 수 있다.
신호 분배 회로(170B)는 발진기(150)의 출력 신호(cos wct)에 기초하여 분배 신호들(cos wct, -cos wct, sin wct 및 -sin wct)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 분배 회로(170B)는 출력 신호(cos wct)를 분배하여 바이패스된 신호(cos wct)와 위상 시프트된 신호들(-cos wct, sin wct 및 -sin wct)을 생성할 수 있다.
신호 분배 회로(170B)는 출력 신호(cos wct)를 위상 시프트하기 위한 페이즈 시프터들(173, 175, 및 177)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 페이즈 시프터(173)는 출력 신호(cos wct)를 제1 위상, 예를 들어 180도만큼 위상 시프트할 수 있다. 제2 페이즈 시프터(175)는 출력 신호(cos wct)를 제2 위상, 예를 들어 90도만큼 위상 시프트할 수 있다. 제3 페이즈 시프터(177)는 출력 신호(cos wct)를 제3 위상, 예를 들어 270도만큼 위상 시프트할 수 있다.
RF 변조기(190B)는 신호 분배 회로(170A)의 분배 신호들(cos wct, -cos wct, sin wct, 및 -sin wct) 과
xi D(m) 에 기초하여 송신 신호 xi RF(t) 를 생성할 수 있다.
RF 변조기(190C)는 분석 모듈(191), 이득 제어 회로(195), 가산기(197), 및 선택 회로(selection circuit; 199)를 포함할 수 있다.
선택 회로(199)는 분배 신호들(cos wct, -cos wct, sin wct, 및 -sin wct) 중에서 두 개의 신호들을 선택하고, 선택된 신호들 각각을 xi D(m) 의 실수부와 허수부 각각의 부호와 곱할(multiply) 수 있다. 선택회로(199)는 제1 선택기(first selector; 199-3) 및 제2 선택기(second selector; 199-5)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 선택기(199-3)는 제1 분배 신호들(cos wct 및 -cos wct) 중에서 하나의 신호를 선택하고, 선택된 신호를 xi D(m)의 실수부의 부호와 곱할(multiply) 수 있다. 제2 선택기(199-5)는 제2 분배 신호들(sin wct 및 -sin wct) 중에서 하나의 신호를 선택하고, 선택된 신호를 xi D(m) 의 허수부의 부호와 곱할(multiply) 수 있다.
도 7의 발진기(150)와 RF 변조기(190C)의 분석 모듈(191), 이득 제어 회로(195), 및 가산기(197)의 구조와 동작은 도 6의 발진기(150)와 RF 변조기(190B)의 분석 모듈(191), 이득 제어 회로(195), 및 가산기(197)의 구조와 동작과 실질적으로 동일할 수 있다. 이에, 상세한 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이, xi D(m)과 반송파 주파수(carrier frequency)가 주어질 때, 도 5, 도 6 또는 도 7에 도시된 송신 회로를 통해서 i번째 안테나의 송신신호 xi RF(t) 를 등가적으로 구현할 수 있다.
이하에서는, 도 9 내지 도 11을 참조하여 멀티-스트림 RF 빔포머에 포함된 전력 증폭기의 복잡도를 개선하기 위한 통신 장치의 다른 실시예들을 설명한다.
도 9는 도 5, 도 6 또는 도 7에 도시된 RF 변조기를 포함하는 통신 장치의 일 예의 개략적인 블록도이다.
도 9를 참조하면, 통신 장치(40A)는 디지털 RF 빔포머(110), 가중치 생성 모듈(weight generation module; 130), 발진기(150), 신호 분배 회로(170), 및 RF 변조 회로(RF modulator circuit; 190)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 장치(40A)는 송신기(transmitter) 또는 수신기(receiver)일 수 있다.
디지털 RF 빔포머(110)는 가중치 생성 모듈(130)로부터 생성된 가중치에 기초하여 디지털 샘플 신호들을 빔포밍할 수 있다. 디지털 RF 빔포머(110)는 출력 신호들을 RF 변조 회로(190)로 출력할 수 있다.
가중치 생성 모듈(130)은 디지털 샘플 신호들을 위한 가중치를 생성하고, 가중치를 디지털 RF 빔포머(110)로 전송할 수 있다.
발진기(150)는 발진 주파수 신호, 예를 들어 cos wct를 생성할 수 있다. 발진기(150)는 발진 주파수 신호를 신호 분배 회로(170)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 발진기(150)는 반송파 주파수(wc)를 갖는 국부 발진기일 수 있다.
신호 분배 회로(170)는 발진기(150)의 발진 주파수 신호에 기초하여 분배 신호들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 분배 회로(170)는 도 6 또는 도 7에 도시된 신호 분배 회로(170A 또는 170B)로 구현될 수 있다. 신호 분배 회로(170)의 구조와 동작은 도 6 또는 도 7에 도시된 신호 분배 회로(170A 또는 170B)의 구조와 동작과 실질적으로 동일할 수 있다. 이에, 도 9의 신호 분배 회로(170)의 구조와 동작에 대한 상세한 설명은 생략한다.
RF 변조 회로(190)는 복수의 RF 변조기들(190-1~190-M; M은 1보다 큰 자연수)을 포함할 수 있다.
각 RF 변조기(190-1~190-M)는 디지털 RF 빔포머(110)의 출력 신호에 기초하여 발진기(150)의 출력 신호를 변조할 수 있다. 예를 들어, 각 RF 변조기(190-1~190-M)는 디지털 RF 빔포머(110)의 출력 신호에 기초하여 신호 분배 회로(170)의 분배 신호(들)를 변조하여 송신 신호를 생성할 수 있다. 이때, 신호 분배 회로(170)의 분배 신호는 발진기(150)의 출력 신호 또는 위상 시프트된 발진기(150)의 출력 신호일 수 있다.
예를 들어, 각 RF 변조기(190-1~190-M)는 도 5, 도 6 또는 도 7에 도시된 RF 변조기(190A, 190B 또는 190C)로 구현될 수 있다. 각 RF 변조기(190-1~190-M)의 구조와 동작은 도 5, 도 6 또는 도 7에 도시된 RF 변조기(190A, 190B 또는 190C)의 구조와 동작과 실질적으로 동일할 수 있다. 이에, 도 9의 각 RF 변조기(190-1~190-M)의 구조와 동작에 대한 상세한 설명은 생략한다.
디지털 RF 빔포머(110)를 구현함으로써, 통신 장치(40A)는 K x M개의 페이즈 시프터와 감쇠기를 제거할 수 있고, 1개의 RF 변조기(190-1, 190-2,...., 또는 190-M)로 다중 빔을 구현할 수 있다. 따라서, 통신 장치(40A)는 RF 변조 회로(190), 예를 들어 각 RF 변조기(190-1~190-M)의 복잡도를 개선할 수 있다.
도 10은 도 5, 도 6 또는 도 7에 도시된 RF 변조기를 포함하는 통신 장치의 다른 예의 개략적인 블록도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 각 전력 증폭기(210)는 각 RF 변조기(190-1~190-M)의 출력단에 위치할 수 있다.
각 전력 증폭기(210)가 각 RF 변조기(190-1~190-M)의 출력단에 위치하는 것을 제외하면, 도 10의 통신 장치(40B)의 구조와 동작은 도 9의 통신 장치(40A)의 구조와 동작과 실질적으로 동일할 수 있다.
도 10의 통신 장치(40B)는 도 4에서와 같이 M개의 전력 증폭기들을 포함하지만 이용되지만, K x M개의 페이즈 시프터와 감쇠기를 제거할 수 있다. 디지털 RF 빔포머(110)를 구현함으로써, 통신 장치(40B)는 RF 변조 회로(190), 예를 들어 각 RF 변조기(190-1~190-M)의 복잡도를 개선할 수 있다.
도 11은 도 5, 도 6 또는 도 7에 도시된 RF 변조기를 포함하는 통신 장치의 또 다른 예의 개략적인 블록도이다.
도 11을 참조하면, 전력 증폭기(210)는 발진기(150)의 출력단에 접속할 수 있다.
전력 증폭기(210)가 발진기(150)의 출력단에 위치하는 것을 제외하면, 도 11의 통신 장치(40C)의 구조와 동작은 도 9의 통신 장치(40A) 또는 도 10의 통신 장치(40B)의 구조와 동작과 실질적으로 동일할 수 있다.
디지털 RF 빔포머(110)를 구현함으로써, 통신 장치(40C)는 K x M개의 페이즈 시프터와 감쇠기를 제거할 수 있다. 이에, 통신 장치(40C)는 RF 변조 회로(190), 예를 들어 각 RF 변조기(190-1~190-M)의 복잡도를 개선할 수 있다.
또한, 통신 장치(40C)는 다중 빔 RF 빔포밍에 필요한 전력 증폭기(210)의 수를 1개로 감소시킬 수 있다. 발진기(150)의 출력 신호가 전력 증폭기(210)의 입력 신호로서 입력되어, 전력 증폭기(210)의 입력 신호의 PAPR이 0dB가 되고, K가 큰 경우에 통신 장치(40C)는 높은 전력 효율(power efficiency)를 갖을 수 있다.
도 10 및 도 11에 있어서, 통신 장치(40B 및 40C)는 전력 증폭기(210)의 출력단의 반사 전류를 방지하기 위한 서큘레이터(circulator)와 임피던스 정합 회로(impedance matching circuit) 회로등 통신 장치(40B 및 40C), 예를 들어 송신기에 필요한 부가적인 회로들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 12는 도 9, 도10 또는 도 11에 도시된 통신 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 12를 참조하면, 디지털 RF 빔포머(110)는 가중치에 기초하여 디지털 샘플 신호를 빔포밍할 수 있다(S1210).
발진기(150)는 반송파 주파수에 따라 발진 신호를 생성할 수 있다(S1230).
RF 변조 회로(190), 예를 들어 RF 변조기(190-1, 190-2,...., 또는 190-M)는 발진 신호와 디지털 RF 빔포머(110)의 출력 신호에 기초하여 송신 신호를 생성할 수 있다(S1250).
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, FPGA(field programmable gate 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 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 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. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
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 (23)

  1. 가중치(weight)에 기초하여 디지털 샘플 신호를 빔포밍하는 디지털 RF 빔포머;
    반송파 주파수(carrier frequency)에 따라 발진 신호를 생성하는 발진기; 및
    상기 발진 신호와 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호에 기초하여 송신 신호를 생성하는 RF(Radio Frequency) 변조기
    를 포함하는 통신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 RF 변조기는 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호에 기초하여 상기 발진 신호를 변조하여 상기 송신 신호를 생성하는 통신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 RF 변조기는,
    상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 크기에 기초하여 상기 발진 신호의 이득을 제어하는 이득 컨트롤러; 및
    상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 위상에 기초하여 이득이 제어된 발진 신호를 위상 시프트(phase shift)하는 페이즈 시프터
    를 포함하는 통신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발진 신호를 분배하여 상기 발진 신호를 포함하는 분배 신호들을 생성하는 신호 분배 회로
    를 더 포함하는 통신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 RF 변조기는,
    상기 분배 신호들을 각각을 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부 각각의 부호와 곱하는(multiply) 곱셈 회로;
    상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부 각각의 크기에 기초하여 상기 곱셈 회로의 출력 신호들의 이득을 제어하는 이득 제어 회로; 및
    상기 이득 제어 회로의 출력 신호들을 가산하는 가산기
    를 포함하는 통신 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 RF 변조기는,
    상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부를 분석하고, 상기 실수부와 상기 허수부 각각의 상기 크기와 상기 부호를 생성하는 분석 모듈
    을 더 포함하는 통신 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 RF 변조기는,
    상기 분배 신호들 중에서 두 개의 신호들을 선택하고, 상기 선택된 신호들 각각을 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부 각각의 부호와 곱하는(multiply) 선택 회로;
    상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부 각각의 크기에 기초하여 상기 선택 회로의 출력 신호들의 이득을 제어하는 이득 제어 회로; 및
    상기 이득 제어 회로의 출력 신호들을 가산하는 가산기
    를 포함하는 통신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 RF 변조기는,
    상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부를 분석하고, 상기 실수부와 상기 허수부 각각의 상기 크기와 상기 부호를 생성하는 분석 모듈
    을 더 포함하는 통신 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 신호 분배 회로는,
    상기 발진 신호를 제1 위상만큼 위상 시프트하는 페이즈 시프터
    를 포함하는 통신 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 신호 분배 회로는,
    상기 발진 신호를 제1 위상만큼 위상 시프트하는 제1 페이즈 시프터;
    상기 발진 신호를 제2 위상만큼 위상 시프트하는 제2 페이즈 시프터; 및
    상기 발진 신호를 제3 위상만큼 위상 시프트하는 제3 페이즈 시프터
    를 포함하는 통신 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 샘플 신호를 위한 상기 가중치를 생성하는 가중치 생성 모듈
    을 더 포함하는 통신 장치.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 이득 컨트롤러는 디지털 감쇠기(digital attenauator)로 구현되는 통신 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 발진기의 출력단에 접속하는 전력 증폭기
    를 더 포함하는 통신 장치.
  14. 디지털 RF 빔포머가 가중치(weight)에 기초하여 디지털 샘플 신호를 빔포밍하는 단계;
    반송파 주파수(carrier frequency)에 따라 발진 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 발진 신호와 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호에 기초하여 송신 신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 RF 빔포밍 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 송신 신호를 생성하는 단계는,
    상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호에 기초하여 상기 발진 신호를 변조하여 상기 송신 신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 RF 빔포밍 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 송신 신호를 생성하는 단계는,
    상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 크기에 기초하여 상기 발진 신호의 이득을 제어하는 단계; 및
    상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 위상에 기초하여 이득이 제어된 발진 신호를 위상 시프트(phase shift)하는 단계
    를 포함하는 RF 빔포밍 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 발진 신호를 분배하여 상기 발진 신호를 포함하는 분배 신호들을 생성하는 단계
    를 더 포함하는 RF 빔포밍 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 송신 신호를 생성하는 단계는,
    곱셈 회로가 상기 분배 신호들을 각각을 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부 각각의 부호와 곱하는 단계;
    이득 제어 회로가 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부 각각의 크기에 기초하여 상기 곱셈 회로의 출력 신호들의 이득을 제어하는 단계; 및
    상기 이득 제어 회로의 출력 신호들을 가산하는 단계
    를 포함하는 RF 빔포밍 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 송신 신호를 생성하는 단계는,
    상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부를 분석하고, 상기 실수부와 상기 허수부 각각의 상기 크기와 상기 부호를 생성하는 단계
    를 더 포함하는 RF 빔포밍 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 송신 신호를 생성하는 단계는,
    선택 회로가 상기 분배 신호들 중에서 두 개의 신호들을 선택하고, 상기 선택된 신호들 각각을 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부 각각의 부호와 곱하는(multiply) 단계;
    이득 제어 회로가 상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부 각각의 크기에 기초하여 상기 선택 회로의 출력 신호들의 이득을 제어하는 단계; 및
    상기 이득 제어 회로의 출력 신호들을 가산하는 단계
    를 포함하는 RF 빔포밍 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 송신 신호를 생성하는 단계는,
    상기 디지털 RF 빔포머의 출력 신호의 실수부와 허수부를 분석하고, 상기 실수부와 상기 허수부 각각의 상기 크기와 상기 부호를 생성하는 단계
    를 더 포함하는 RF 빔포밍 방법.
  22. 제14항에 있어서,
    상기 디지털 샘플 신호를 위한 상기 가중치를 생성하는 단계
    를 더 포함하는 RF 빔포밍 방법.
  23. 복수의 빔포머들; 및
    각각이 상기 복수의 빔포머들 각각의 출력 신호를 가산하여 송신 신호를 생성하는 복수의 가산기들
    를 포함하고,
    상기 복수의 빔포머들의 수는 상기 복수의 가산기들의 수와 같은 멀티-스트림 RF 빔포머.
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