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KR100303371B1 - 무선송신장치및무선송신장치의이득제어방법 - Google Patents

무선송신장치및무선송신장치의이득제어방법 Download PDF

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KR100303371B1
KR100303371B1 KR1019980010308A KR19980010308A KR100303371B1 KR 100303371 B1 KR100303371 B1 KR 100303371B1 KR 1019980010308 A KR1019980010308 A KR 1019980010308A KR 19980010308 A KR19980010308 A KR 19980010308A KR 100303371 B1 KR100303371 B1 KR 100303371B1
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가츠히코 히라마츠
가즈유키 미야
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모리시타 요이찌
마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2605—Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays

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  • Transmitters (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

무선 송신 장치에 이용되는 직교 변조기(orthogonal modulator)로의 입력 신호에 대해, 그 입력 신호 레벨이 상기 직교 변조기의 적정 동작 범위내로 되도록 이득 제어를 실행한다. 직교 변조기의 출력을 증폭하여 송신할 때에, 이득 제어는 직교 변조기로의 입력 신호에 대한 제어 이득의 역수에 의해 실행된다. 따라서, 적응형 어레이 안테나(adaptive array antenna)의 직교 변조기로의 입력은 직교 변조기의 적정 동작을 보장하는 적정 범위내에서 보정될 수 있다.

Description

무선 송신 장치 및 무선 송신 장치의 이득 제어 방법{RADIO TRANSMITTING APPARATUS AND GAIN CONTROL METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 적응형 어레이 안테나(adaptive array antenna)에 대해 신호를 송신하는 무선 송신 장치와, 이 무선 송신 장치의 이득 제어 방법에 관한 것이다.
무선 송신 장치로서 잘 알려져 있는 적응형 어레이 안테나 송신 장치는, 동일한 신호를 진폭과 위상을 바꾸면서 복수의 안테나로부터 송신함으로써 지향성 송신을 실행한다. 이 진폭과 위상을 바꾸는 처리는 아날로그 신호에 대한 승산을 수행하거나 또는 디지탈 신호에 대한 승산을 수행하는 것에 의해 실현될 수 있다. 디지탈 신호에 대한 처리가 아날로그 신호에 대한 처리보다 정밀도가 더 높기 때문에, 이 승산은 흔히 디지탈 신호에 대하여 복소 승산 회로를 이용하여 실행된다.
도 5는 적응형 어레이 안테나 송신 장치의 일례를 도시한다. 이 장치는 도시하는 바와 같이, 송신 신호 S에 대해 베이스밴드 변조 회로(baseband modulator)(501)에 의해 변조 처리를 수행한 후, 벡터 승산 회로(502, 503)에 의해 상이한 복소 가중 계수(complex weight coefficients) W1, W2를 이용하여 벡터 승산을 수행한다. 이 승산 회로로부터 얻어진 신호는 D/A(Digital-to-Analog) 변환기들(504∼507)에 의해 아날로그 신호로 변환된다. 이 아날로그 신호들은 직교 변조기(508, 509)에 의해 직교 변조 처리된 후, 밴드-패스 필터들(band-pass filters)(510∼513)에 의해 필터링된다. 이 필터링된 신호들은 파워 앰프(514, 515)에 의해 증폭된 후에 안테나 A, B로부터 송신된다.
앞서의 처리에서 사용되는 직교 변조기들(508, 509)은 입력 신호 레벨에 대하여 도 6에 도시하는 바와 같은 변조 특성을 갖고 있다. 즉, 입력 신호 레벨이 (α-Δ1) 내지 (α+Δ2)의 사이에 있을 때에 변조 정밀도는 실용의 범위인 β보다 이상으로 되며, 입력 신호 레벨이 α일 때에 변조 정밀도가 가장 높게 되는 특성이 있다.
적응형 어레이 안테나 송신 장치는 안테나마다 복소 가중 계수 W1을 승산한 신호를 송신한다. 그러므로, 복소 가중 계수의 진폭｜Wm｜이 작은 경우에는 직교 변조기로의 입력이 작아지는 반면에, 복소 가중 계수의 진폭 ｜Wm｜이 큰 경우에는직교 변조기로의 입력이 커진다. 그러므로, 복소 가중 계수의 진폭｜Wm｜이 너무 작거나, 너무 큰 경우에는, 직교 변조기로의 입력이 (α-Δ1) 내지 (α+Δ2)의 사이에 놓이지 않게 되기 때문에 송신 장치의 변조 정밀도가 낮아진다.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 변조 정밀도를 갖는 적응형 어레이 안테나 송신 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 무선 송신 장치는 상기 목적을 달성하기 위해 적정 범위내에서 직교 변조기로의 입력 신호 레벨을 보정하여 직교 변조기들을 적절하게 동작하도록 설계되었다. 더욱 상세하게는, 본 발명에서 구현한 무선 송신 장치는 송신 베이스밴드 변조 신호에 대해 지향성 제어를 위한 복소 가중 계수를 승산하는 벡터 승산부와, 상기 벡터 승산부의 출력 신호를 직교 변조하기 위한 직교 변조부와, 상기 복소 가중 계수와 미리 측정한 직교 변조부의 변조 정밀도 특성으로부터 정해지는 이득에 근거하여 상기 직교 변조부로의 입력 신호에 대해 이득을 제어하기 위한 이득 제어부와, 상기 직교 변조부의 출력을 증폭하여 송신하기 위한 송신부를 포함한다.
이득 제어부는 벡터 승산부의 출력 신호에 대해 이득 제어를 수행할 수 있거나, 벡터 승산부로 입력될 복소 가중 계수에 대해 이득 제어를 수행할 수 있다. 상기 송신부는 이득 제어에 의해 감쇄된 신호 레벨을 적정 출력으로 증폭한다. 이것에 의해 각 안테나로부터의 송신 출력이 적정 레벨로 유지될 수 있다. 송신 출력은 직교 변조부로의 입력 신호에 대한 제어 이득의 역수에 의해 상기 송신부의 파워 앰프에 대한 이득 제어를 수행함으로써 최적화된다.
상기 이득 제어부가 코드 분할 다중 액세스(code division multiple access;CDMA) 방식에서 각 코드의 송신 신호에 대해 이득 제어를 수행하도록 설계된 경우, CDMA 송신은 적정 송신 레벨에서 수행될 수 있다. 이러한 경우에는, 송신 파워 제어는 코드마다 실행될 수 있다. 사용될 송신 파워 앰프에 대한 이득은 각 코드마다의 송신 파워 제어량 및 상기 직교 변조부의 변조 정밀도 특성, 안테나 m(m=1∼M), 사용자 n(n=1∼N), 복소 가중 계수 Wm,n와 같은 인자들로부터 적정하게 결정될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 면에 따른 무선 송신 장치는, 제어 이득을 일시적으로 얻은 후, 각 직교 변조기가 최적 동작하는 입력 신호 레벨과의 시프트량을 보정하여, 제어 이득을 재설정하도록 설계되었다. 이 때문에 모든 직교 변조기를 모든 입력 신호에 대하여 최적 동작시킬 수 있다. 제어 이득이 재설정되었을 때, 송신 파워 앰프에 있어서, 재설정한 제어 이득의 역수에 의해 이득 제어를 수행한 후에 송신을 실행함으로써, 적정 레벨의 신호를 송신할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 및 6에 따른 무선 송신 장치의 블럭도,
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 무선 송신 장치의 블럭도,
도 3은 본 발명의 실시예 3 및 4에 따른 무선 송신 장치의 블럭도,
도 4는 본 발명의 실시예 4에 따른 무선 송신 장치의 블럭도,
도 5는 종래의 적응형 어레이 안테나 송신 장치의 블럭도,
도 6은 직교 변조기의 변조 특성의 설명도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
102, 103 ; 벡터 승산 회로
104 ; 이득 제어량 산출 회로
105, 106, 107, 108 ; 이득 제어 회로
113, 114 ; 직교 변조기
117, 118 ; 이득 제어 회로
204 ; 이득 제어량 산출 회로
205, 207, 217, 218 ; 이득 제어 회로
304 ; 이득 제어량 산출 회로
305, 306, 307, 308, 317, 318 ; 이득 제어 회로
404 ; 이득 제어량 산출 회로
405, 406, 407, 408 ; 이득 제어 회로.
501 ; 베이스밴드 변조 회로
502, 503 ; 벡터 승산 회로
508, 509 ; 직교 변조기
514, 515 ; 파워 앰프
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 송신 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서는, 본 실시예의 전송 장치가 CDMA무선 통신에 사용되며, 또한 방향성 송신을 수행하는 적응형 어레이 안테나 송신 장치인 것을 전제로 하고 있다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 무선 송신 장치의 블럭도를 도시한다. 설명을 간단히 하기 위해서 안테나 수를 2개로 하지만, 안테나 수를 M 개로 한 경우도 기본적인 동작은 마찬가지이다. 이 실시예 1에 있어서는, 도 6에 도시하는 바와 같은 직교 변조기의 입력 전압 대 변조 정밀도 특성을 미리 측정하여 알고 있는 것으로 한다. 직교 변조기는, M 개의 안테나인 경우는 M 개 있으므로, 사전에 직교 변조기 각각의 특성을 측정해 놓을 필요가 있다. 각 직교 변조기의 측정된 특성 정보인 신호 G는 관련된 이득 제어 회로에 입력된다.
우선, 송신 신호 S1은 베이스밴드 변조 회로(101)로 입력된다. 베이스밴드 변조 회로(101)는 신호 S1을 변조하여 베이스밴드 변조 신호들 S2 및 S3를 출력한다. 이들 신호 S2 및 S3은 안테나 A쪽의 벡터 승산 회로(102)와 안테나 B쪽의 벡터 승산 회로(103)로 각각 입력된다. 벡터 승산 회로(102, 103)는 복소 가중 계수 W1및 W2에 의해 신호 S2 및 S3의 벡터 승산을 수행한다.
이득 제어 회로(105, 106)는 이득 제어량 산출 회로(104)로부터의 이득 제어 신호 G1에 따라 이득 A1로써 벡터 승산 회로(102)의 출력 신호에 대해 이득 제어를 수행한다. 마찬가지로, 이득 제어 회로(107, 108)는 이득 제어량 산출 회로(104)로부터의 이득 제어 신호 G2에 따라 이득 A2로써 벡터 승산 회로(103)의 출력 신호에 대한 이득 제어를 수행한다.
D/A 변환기(109∼112)는 이들 이득 제어 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 이들 아날로그 신호중 몇몇은 안테나 A의 베이스밴드 신호에 대해 직교 변조를 수행하여 직교 변조기(113)에서 IF 주파수 신호 S4로 변환되며, 다른 아날로그 신호들은 안테나 B의 베이스밴드 신호에 대해 직교 변조를 수행하여 직교 변조기(114)에서 IF 주파수 신호 S5로 변환된다.
이어서, 믹서(115)는 안테나 A쪽의 IF 주파수 신호 S4를 송신 주파수 신호로 변환한다. 파워 앰프로서의 이득 제어 회로(117)는 이득 제어량 산출 회로(104)로부터의 이득 제어 신호 G3에 따라 이득 B1로써 송신 주파수 신호에 대해 이득 제어를 수행하여, 그 결과의 신호를 안테나 A에서 송신한다. 마찬가지로, 믹서(116)는 안테나 B쪽의 IF 주파수 신호 S5를 송신 주파수 신호로 변환한다. 파워 앰프로서의 이득 제어 회로(118)는 이득 제어량 산출 회로(104)로부터의 이득 제어 신호 G4에 따라 이득 B2로써 송신 주파수 신호에 대해 이득 제어를 수행하여, 그 결과의 신호를 안테나 B에서 송신한다.
믹서(115, 116)전의 BPF(Band-Pass Filter)(119, 121)는 직교 변조후에 불필요한 신호를 제거하기 위한 주파수 필터이며, 믹서(115, 116)후의 BPF(120, 122)는 신호 믹싱후의 불필요한 신호를 제거하기 위한 주파수 필터라는 것에 주목해야 한다.
이득 제어량 산출 회로(104)는 안테나 A에 대한 이득 제어에서 이득 A1및 B1을, 안테나 B에 대한 이득 제어에서 이득 A2및 B2를 아래와 같이 산출한다.
안테나 A에 대해, 이득 제어량 산출 회로(104)는 직교 변조기(113)의 특성 정보와 복소 가중 계수 W1에 근거하여 이득 A1및 B1을 산출한다. 직교 변조기(113)의 최적 입력 전압값이 α1이고 ｜W1｜=1일 때 D/A 변환기(109, 110)의 출력이 α1이 되도록 직교 변조기(113)를 조정하면, 이득 제어기(104)는 이득 A1이 1/｜W1｜로 되도록 제어를 수행한다. 이 때, 이득 B1은 안테나 출력단에서 송신 신호가 ｜W1｜배 될 필요가 있기 때문에, 이득 B1은 ｜W1｜로 되어 이하의 수학식 1에 의해 결정된다.
마찬가지로, 안테나 B에 관해서는 직교 변조기(114)의 특성 정보와 복소 가중 계수 W2에 근거하여 이득 A2및 B2를 산출하여, 이득 A2는 1/｜W2｜로 되고, 이득 B2는 ｜W2｜로 되며, 이하의 수학식 2에 의해 결정된다.
안테나 수를 m이라 하면, 수학식 1과 수학식 2는 아래와 같이 된다.
이하, 수학식 1, 수학식 2에 대하여 설명한다. 예로서 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조 방식이 이용된다. QPSK 변조 방식에서는, 평균 송신 전력은 수학식 3으로 된다. 단, 수학식 3의 제 1 항은 QPSK 변조 방식의 신호점(a, a)의 전력을 나타내고, 수학식 3의 제 2 항은 QPSK 변조 방식의 신호점(a,-a)의 전력을 나타내고, 수학식 3의 제 3 항은 QPSK 변조 방식의 신호점(-a,-a)의 전력을 나타내고, 수학식 3의 제 4 항은 QPSK 변조 방식의 신호점(-a, a)의 전력을 나타낸다. 신호점의 수는 각각 k1, k2, k3, k4로서, 신호점의 총수는 수학식 4에서 나타낸 바와 같이 K로 된다.
QPSK 변조 방식에서는, 송신이 어떠한 값으로 되기 전에 송신 신호가 가중 계수 W에 의해 승산되었을 때, 평균 송신 전력은 수학식 5로 된다. 단, 가중 계수 W가 복소수이기 때문에, QPSK 변조 방식의 신호점도 복소수로 표현하고 있다. 이와 같이, 평균 송신 전력은 가중 계수에 의해 전력을 승산한 것에 의해 수학식 3에 의해 나타나는 값으로부터 수학식 5에 의해 나타나는 값의 2배로 변화한다. 전력의 변화량이 ｜W｜2배이기 때문에, 진폭의 변화량은 ｜W｜ 배이다.
이와 같이, 무선 송신 장치를 구현한 본 발명은 각 직교 변조기로의 입력 신호에 대해 이득 제어 Am을 수행함과 동시에, 송신 전에 신호 레벨을 본래의 신호 레벨로 되돌리는 이득 제어 Bm을 수행하므로, 직교 변조기로의 입력 신호 레벨이 (α-Δ1) 내지 (α+Δ2)의 범위내에 있어 직교 변조기를 최적 정밀도로 동작시키면서 고출력의 송신을 할 수 있다.
(실시예 2)
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 무선 송신 장치의 블럭도를 도시한다. 실시예 1에서는 D/A 변환기의 전에 마련된 이득 제어 회로(105, 106)에 의해 이득 A1과 A2에 의한 이득 제어를 실행하고 있지만, 실시예 2에서는 이득 제어 회로(205)와 이득 제어 회로(207)에 의해 벡터 승산 회로(202, 203)로 입력되는 복소 가중 계수 W1, W2에 대해 이득 A1, A2에 의한 이득 제어를 실행한다.
이득 제어 회로(205)에서는 복소 가중 계수 W1를 이득 제어량 산출 회로(204)로부터의 제어 정보 G1로 나누어 이득 제어를 실행한다. 마찬가지로, 이득 제어 회로(207)에서는 복소 가중 계수 W2를 이득 제어량 산출 회로(204)로부터의 제어 정보 G2로 나누어 이득 제어를 실행한다.
또한, 파워 앰프로서의 이득 제어 회로(217)는 안테나 A의 송신 신호에 대해 이득 제어량 산출 회로(204)로부터의 이득 제어 신호 G3에 따라서 이득 B1로써 이득 제어를 수행하며, 파워 앰프로서의 이득 제어 회로(218)는 안테나 B의 송신 신호에 대해 이득 제어량 산출 회로(204)로부터의 이득 제어 신호 G4에 따라서 이득 B2로써 이득 제어를 수행하는 점에 대해서는 실시예 1과 마찬가지이다.
안테나 수를 m이라고 하면, 이득 제어 회로(205, 207, 217, 218)에서의 이득A1, A2와 이득 B1, B2는 아래의 수학식 6 내지 수학식 7에 의하여 정해진다.
이와 같이, 실시예 2에서는, 사전에 복소 가중 계수 W1, W2에 대해 이득 제어를 수행하므로, 벡터 승산 회로(202, 203)에서의 처리는 진폭을 변화시킬 필요없이 위상을 회전시키는 것만으로 좋다. 따라서, 간단한 회로 구성으로 직교 변조기로의 입력 신호의 범위를 일정하게 할 수 있다.
(실시예 3)
도 3은 본 발명의 실시예 3에 따른 무선 송신 장치의 블럭도를 도시한다. 본 실시예에서는 멀티 코드 CDMA 통신 방식의 적응형 어레이 안테나 송신 장치에 대하여 설명한다. 설명을 간단히 하기 위해서, 안테나 수를 2, 코드 수를 2로 하고 있다. 또한, 안테나 m의 코드 n의 복소 가중 계수를 일반적으로 Wm,n으로 표기한다.
실시예 3 이후에 있어서의 무선 송신 장치는 실시예 2와 마찬가지로 복소 가중 계수의 진폭을 보정하는 것에 의해 이득 제어를 실행한다. 그러나, 이득 제어 방법으로서는, 실시예 1에서 도시한 바와 같이, 벡터 승산을 실행한 후에 D/A 변환기의 직전에서 이득 제어를 수행하는 방법과, 실시예 2에서 도시한 바와 같이, 벡터 승산을 하는데 사용되는 복소 가중 계수의 진폭을 보정하는 방법이 있는데, 실시예 3에서는 어느 한쪽의 방법을 채용해도 된다.
우선, 송신 신호 S1을 베이스밴드 변조 회로(30la, 301b)에 의해 수신하여, 송신하기 위한 신호점에 배치한다. 이어서, 베이스밴드 변조 회로(301a)는, 코드 1의 베이스밴드 변조 신호 S2를 안테나 A쪽의 벡터 승산 회로(302a)와 안테나 B쪽의 벡터 승산 회로(303a)로 송신한다. 마찬가지로, 베이스밴드 변조 회로(301b)는 코드 2의 베이스밴드 변조 신호 S3을 안테나 A쪽의 벡터 승산 회로(302b)와 안테나 B쪽의 벡터 승산 회로(303b)로 송신한다.
이어서, 이득 제어 회로(305, 306)는 안테나 A로부터 송신되는 코드 1 및 코드 2의 복소 가중 계수 W1,1, W1,2에 대해 이득 제어량 산출 회로(304)로부터의 제어 신호 G1에 따라 이득 제어를 수행하여, 이 이득 제어된 복소 가중 계수 W1,1, W1,2를 벡터 승산 회로(302a, 302b)로 송신한다. 또한, 이득 제어 회로(307, 308)는 안테나 B로부터 송신되는 코드 1 및 코드 2의 복소 가중 계수 W2,1, W2,2에 대해 이득 제어량 산출 회로(304)로부터의 제어 신호 G2에 따라 이득 제어를 수행하여, 이 이득 제어된 복소 가중 계수 W2,1, W2,2를 벡터 승산 회로(303a, 303b)로 송신한다.
이어서, 벡터 승산 회로(302a, 302b, 303a, 303b)는 베이스밴드 변조 신호 S2, S3과 이득 제어된 복소 가중 계수 WG1, WG2, WG3 및 WG4와의 벡터 승산을 수행한다.
이어서, 안테나 A로부터의 송신 신호로 되는, 2 계통으로 분리된 벡터 승산 회로(302a, 302b)의 출력을 가산기(323)에서 가산하며, 안테나 B로부터의 송신 신호로 되는, 2 계통으로 분리된 벡터 승산 회로(303a, 303b)의 출력을 가산기(324)에서 가산한다. 파워 앰프인 이득 제어 회로(317, 318)는 실시예 1과 마찬가지로 이들 가산된 신호의 D/A 변환된 신호를 안테나 A 및 B로부터의 송신 전에 송신 주파수 밴드로 업-컨버트(up-convert)한다. 이 때, 이득 제어 회로(317, 318)의 제어 이득 Bm은 이하의 수학식 8에 근거하여 이득 제어량 산출 회로(304)에 의해 결정된다.
코드수가 2인 경우에, 안테나 1쪽의 직교 변조기로의 입력의 평균값의 변화량의 추정값은 하기에 주어진 양만큼 커진다.
QPSK 변조 방식을 예로 하여, 수학식 8에 대하여 설명한다. 송신 신호는 코드 1의 신호에 복소 가중 계수 W1,1를 승산한 결과와, 코드 2의 신호에 복소 가중 계수 W1,2를 승산한 결과를 가산하여 얻어진 것이다. 코드 1의 QPSK 신호점은, 진폭을로 하면, 위상은 π/4, 3π/4, 5π/4, 7π/4로 되기 때문에, 11=0, 1, 2, 3의 4가지이고, 코드 2도 마찬가지로 QPSK 신호점은 12=0, 1, 2, 3의 4가지이다. 각 코드에 대해 4개의 QPSK 신호점이기 때문에 합계 16가지의 신호점으로 된다.
신호수가 많다고 가정하고, 이 16가지가 동일한 확률로 일어난다라고 하면,평균 전력을 수학식 9와 같이 산출할 수 있다. 이 수학식에서는 코드 1과 코드 2의 위상의 조합(11, 12)은 동등하게 1/16의 확률로 발생하는 것을 이용하고 있다. 이와 같이, 수학식 3에 나타낸 가중 계수를 이용하지 않은 경우의 평균 전력의 값과 다른 산출 결과를 나타낸다. 따라서, 진폭의 변화분은 수학식 9에서 나타내는 값이 된다.
이렇게 하여, 모든 송신 신호에 대해 실제로 송신 전력의 평균값을 산출하는 일 없이 간편한 방법으로 평균값을 추정할 수 있다.
상술한 설명에서는 PSK(Phase Shift Keying)변조 방식에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 APSK(amplitude Phase Shift Keying)변조 방식이나 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)변조 방식에서도 마찬가지로 적용될 수 있다.
그래서, 실시예 3에서는 이득 제어 회로(305, 306)에 있어서, 안테나 A쪽의 코드 1의 벡터 승산 회로(302a)로의 복소 가중 계수 W1,1과, 코드 2의 벡터 승산 회로(302b)로의 복소 가중 계수 W1,2를 각각, 수학식 10으로 나누어 얻은 이득 A1에 의해 이득 제어를 수행한다.
이것에 대응하여 송신은 이득 제어 회로(317)에서 수학식 11에 의해 나타나는 양만큼 이득 B1를 증폭한 후 송신을 실행한다.
마찬가지로, 안테나 B쪽의 코드 1의 벡터 승산 회로(303a)로의 복소 가중 계수 W2,1과, 코드 2의 벡터 승산 회로(303b)로의 복소 가중 계수 W2,2를 각각, 수학식 12로 나누어 얻은 이득 A2에 의해 이득 제어를 실행한다.
이것에 대응하여 이득 제어 회로(318)에서 수학식 13에 의해 주어진 양만큼 이득 B2를 증폭한 후 송신을 실행한다.
일반적으로는, M 개의 안테나의 m 번째의 안테나에 있어서, 코드 1에 대한 이득 제어 Am,1및 코드 2에 대한 이득 제어 Am,2의 이득을 Am, 이득 제어 회로(317, 318)의 이득을 Bm으로 하면, 이들 이득을 아래의 수학식(14, 15)과 같이 나타낼 수있다.
안테나수가 M이고 코드수가 N인 경우에 대하여 정식화(formation)하면, 평균 전력은 가중 계수의 파워를 가산한 값으로 된다. 따라서, 직교 변조기 입력은 가중 계수의 파워를 가산한 결과의 평방근으로 된다.
따라서, 제어 이득 Am, Bm은 각각 이하의 수학식(16, 17)과 같이 된다.
이와 같이, 실시예 3에서는 CDMA 통신 방식의 멀티 코드를 다중하여 송신하는 적응형 어레이 안테나 송신 장치에 적용된다. 실시예 3에서의 무선 송신 장치는 가중 계수를 승산하는 것에 의한 평균값의 증가분을 고려한 이득 제어를 실행하는 것에 의해, 모든 직교 변조기를 모든 입력 신호에 대하여 최적 동작시킬 수 있다.
(실시예 4)
실시예 3에서의 무선 송신 장치는, m 번째의 안테나마다의 코드 n의 복소 가중 계수 Wm,n에 수학식 16에 나타내는 계수를 곱해 각 직교 변조기로의 입력을 일정하게 유지하도록 이득 제어를 수행하고 있다. 즉, 각 복소 승산 회로의 복소 가중 계수는 수학식 18에 나타내는 값으로 되어있다.
그러나, 실제의 하드웨어에서는 승산 회로의 비트수는 유한하다. 따라서, 수학식 18의 복소 가중 계수의 진폭이 지나치게 큰 경우는, 복소 승산 회로에서 오버 플로우(overflow)가 발생하여 정확한 연산 결과를 얻을 수 없게 된다. 반대로, 복소 가중 계수의 진폭이 지나치게 작은 경우는, 복소 승산 회로에서 언더 플로우(underflow)가 발생하여 정확한 연산 결과를 얻을 수 없게 된다.
따라서, 수학식 18로 주어진 값을 보정하여 복소 승산 회로의 오버 플로우 및 언더 플로우를 방지할 필요가 있다. 수학식 18에 대한 보정은, 사전에 측정한 각 직교 변조기의 특성에 근거하여 원하는 변조 정밀도 β를 얻는 것이다. 이 보정을 통해서, 도 6에 도시한 바와 같은 특성의 직교 변조기가 (α-Δ1) 내지 (α+Δ2)의 입력 범위내에서 적절하게 동작하게 된다.
실시예 4의 무선 송신 장치의 회로 구성은 이득 제어량 산출 회로(304)의 동작 이외에는 실시예 3과 마찬가지이기 때문에 도 3을 참조하여 설명한다. 이득 제어량 산출 회로(304)에서는 직교 변조기의 특성 정보 G와 복소 가중 계수 W1,1, W1,2, W2,1, W2,2로부터 이득 제어 정보 G1, G2를 수학식 18에 근거하여 결정한다.
다음에, 이득 제어 회로(305, 306, 307, 308)에서는 수학식 18에 따라서 상기의 각 복소 가중 계수의 값을 연산한다. 상기 연산한 결과가 조건 (1) 내지 조건 (3)중 어디에 적합한지에 따라서, 이득 제어 회로(305, 306, 307, 308)는 이득 제어 정보 G1, G2를 재산출한다.
조건 (1) : m 번째 안테나의 보정된 모든 복소 가중 계수중에서 오버 플로우하는 계수가 있는 경우.
복소 가중 계수는 수학식 19에 의해 결정된다. 이 때문에, 제어 이득은 수학식 20 및 수학식 21에 나타내는 값으로 된다. 이들 수학식은 직교 변조기 입력의 평균값을 α로 하는 보정을 의미한다. 이와 같이 보정하면, 직교 변조기 입력의 평균값이 α로 설정되는 경우에, 복소 가중 계수가 (α-Δ1)배만큼 증가된다. 따라서, 복소 가중 계수는 오버 플로우되지 않아, 변조 정밀도는 낮아지지 않는다. 이 처리에 의해, 오버 플로우가 보정되지 않을 정도로 복소 가중 계수가 큰 경우는, 복소 가중 계수에는 오버 플로우되지 않은 최대값이 설정된다.
조건 (2) : m 번째 안테나의 보정된 모든 복소 가중 계수중에서 언더 플로우하는 계수가 있는 경우.
복소 가중 계수를 수학식 22에 의해 결정한다. 이 때문에, 제어 이득은 수학식 23 및 수학식 24에 의해 결정된다.
이들 수학식은 직교 변조기 입력의 평균값을 α+Δ2로 하는 보정을 의미한다. 이와 같이 보정하면, 직교 변조기 입력의 평균값이 α로 설정되는 경우에, 복소 가중 계수가 (α+Δ2)/α 배만큼 증가된다. 따라서, 복소 가중 계수는 오버 플로우하지 않아, 변조 정밀도는 낮아지지 않는다. 이 처리에 의해, 언더 플로우가 보정되지 않을 정도로 복소 가중 계수가 작은 경우는, 복소 가중 계수에는 언더 플로우되지 않은 최소값 "0"이 설정된다.
조건 (3) : m 번째 안테나의 보정된 복소 가중 계수중에서 오버 플로우하는 계수가 없고, 또한, 언더 플로우하는 계수가 없는 경우.
복소 가중 계수는 보정되지 않으며, 제어 이득은 수학식 25 및 수학식 26에 의해 결정된다.
직교 변조기 출력이 (α-Δ1)/α 배 또는 (α+ Δ2)/α 배 되기 때문에, 송신시에 파워 앰프로 기능하는 어떠한 이득 제어 회로에서도 이득을 α/(α-Δ1) 배 하는 것에 의해, 적정한 신호 레벨을 획득할 수 있다.
이와 같이, 실시예 4에서의 무선 송신 장치는 어떠한 복소 가중 계수의 진폭이 오버 플로우 또는 언더 플로우하는 경우에도, 제어 이득을 재산출하는 것에 의해 관련된 직교 변조기로의 입력 신호를 적정 범위에서 항상 유지할 수 있다.
(실시예 5)
무선 통신에서는 몇몇의 경우에 불필요한 간섭을 억제할 목적이나 전력 사용량을 삭감할 목적으로 송신 파워 앰프의 이득을 작게하거나, 회선 품질을 유지하기 위해서 파워 앰프의 이득을 크게하는 경우가 있다. 일반적으로 이러한 제어를 송신 전력 제어라고 부른다. 실시예 5에서는 적응형 어레이 안테나 송신 장치에 있어서 송신 전력 제어를 하는 경우에 대하여 설명한다.
도 4는 실시예 5에 따른 무선 송신 장치의 블럭도이다. 이러한 무선 송신 장치는 이득 제어량 산출 회로(404)의 동작 이외에는 실시예 3과 마찬가지이다.
이득 제어량 산출 회로(404)는 직교 변조기의 특성 정보 G와 복소 가중 계수 W1,1, W1,2, W2,1, W2,2및 코드 1의 송신 전력 제어 정보 C1과 코드 2의 송신 전력 제어 정보 C2를 수신한다. 다음에, 이득 제어량 산출 회로(404)에서는 수학식 28에 근거하여 이득 제어 회로(405, 406)로의 이득 제어 정보 G1, G2를 결정함과 동시에, 아래에 나타낸 수학식 29에 근거하여 이득 제어 회로(407,408)로의 이득 제어 정보 G3, G4를 결정한다.
상기의 송신 전력 제어는 코드마다 실행되기 때문에, 송신 전력 제어량을 Cn이라고 하면, 제어 정보는 안테나 m과 코드 n에 대하여 복소 가중 계수 Wm,n과 송신 전력 Cn으로 구성된다. 이 경우에, 각 직교 변조기 입력은 수학식 27에 나타난 바와 같은 양만큼 증가된다.
따라서, 이득 제어 회로(405, 406, 407 및 408)는 안테나마다 수학식 28에나타나는 이득 제어량 Am으로써 복소 가중 계수에 대해 이득 제어를 수행하며, 송신 파워 앰프로서 기능하는 모든 이득 제어 회로는 수학식 29에 나타나는 이득 제어량 Bm으로써 이득 제어를 실행한다.
또한, 수학식 28에 나타내는 진폭 보정을 실행한 복소 가중 계수가 지나치게 커서 연관된 복소 승산 회로가 오버 플로우하는 경우나, 반대로, 복소 가중 계수가 지나치게 작아 연관된 복소 승산 회로가 언더 플로우하는 경우는, 실시예 4에서 나타내었던 것 같은 보정을 실행한다.
이와 같이, 실시예 5의 무선 송신 장치는 송신 전력 제어를 코드마다 실행하는 것에 의해 생기는 직교 변조기 입력의 변동에 대해 보정한다. 따라서, 적응형 어레이 안테나 송신에 있어서 송신 전력 제어를 하는 경우에 있어서도, 직교 변조기를 최적 정밀도로 동작시키면서 적응형 어레이 안테나 송신용의 가중 계수의 승산의 정밀도를 적정히 유지한 상태로 송신을 실현할 수 있다.
(실시예 6)
이상의 실시예에서의 무선 송신 장치는 파워 앰프로서 기능하는 이득 제어회로를 제어 이득 Bm에 의해 제어한다. 그러나, 파워 앰프의 동작 특성에 따라서는 제어 이득 Bm의 변동에 파워 앰프가 고속으로 추종할 수 없는 경우가 있다. 실시예 6은 이러한 문제를 해결하기 위해 설계되었다.
실시예 6에 따른 무선 송신 장치의 회로 구성은 이득 제어량 산출 회로(104)의 동작 이외에는 실시예 1과 마찬가지이기 때문에 도 1을 참조하여 설명한다.
이득 제어량 산출 회로(104)는 직교 변조기의 특성 정보 G와 복소 가중 계수 W1,1, W1,2를 수신하며, 일시적인 제어 이득량 G1, G2, G3, G4를 상술의 수학식 3 및 수학식 4에 근거하여 산출한다.
이어서, 각 안테나의 일시적으로 산출된 이득 제어량과 각 파워 앰프의 추종성에 대하여 판정한다.
판정 순서는 우선, 연관된 파워 앰프가 추종할 수 있는 이득 제어량을 임계값으로서 설정한다. 다음에, 가령 산출한 이득 제어량이 임계값 미만인 경우는, 이득 제어량에 파워 앰프가 추종할 수 있다고 판정한다. 반대로, 가령 산출한 이득 제어량이 임계값 이상인 경우는, 이득 제어량에 파워 앰프가 추종할 수 없다고 판정한다.
구체적으로는, 이득 제어량 Bm의 값과, 관련된 파워 앰프의 추종성을 판정하는 이득 제어량 임계값 P을 비교한다. 이득 제어량 Bm이 임계값 P보다 작은 경우는, 파워 앰프가 그 양을 추종할 수 있다는 것이므로, 이득 제어량 산출 회로(104)는 파워 앰프의 이득을 이득 제어량 Bm으로 설정하며, 그 이득으로 파워 앰프를 동작시킨다. 이득 제어량 Bm이, 연관된 파워 앰프의 추종성을 판정하는 임계값 P보다 큰 경우는, 파워 앰프가 그 양을 추종할 수 없다는 것이므로, 이득 제어량 산출 회로(104)는 파워 앰프의 이득을 추종가능한 임계값 P로 설정하며, 그 이득으로 파워 앰프를 동작시킨다.
즉, Bm≤P인 경우에는 Bm을 그대로 사용하고 Am=1/Bm이며, Bm>P인 경우에는 Bm=P, Am=1/P로 된다.
이와 같이, 실시예 6에서의 무선 송신 장치는 연관된 파워 앰프의 제어 이득과 얼마의 상관성을 가지면서 각 벡터 승산 회로의 제어 이득을 설정한다. 이득 제어량 산출 회로(104)는 단계적으로 파워 앰프의 제어 이득 Bm을 설정하고, 파워 앰프의 제어 이득 Bm에 대응하여 벡터 승산 회로의 제어 이득 Am의 값을 재설정하는 것에 의해, 파워 앰프의 이득 제어 특성을 보상하는 것이다.
본 발명에 의하면, 높은 변조 정밀도를 갖는 적응형 어레이 안테나 송신 장치를 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 송신 신호에 대해서 지향성 제어를 위한 복소 가중 계수를 승산하는 벡터 승산 수단과,
    상기 복소 가중 계수 및 직교 변조에 있어서의 변조 정밀도 특성으로부터 이득 제어량을 구하는 이득 제어량 산출 수단과,
    상기 벡터 승산 수단의 출력에 대해서 상기 이득 제어량으로 이득 제어를 실행하는 제 1 이득 제어 수단과,
    상기 이득 제어 수단의 출력을 직교 변조하는 직교 변조 수단
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 송신 장치.
  2. 송신 신호에 대해서 지향성 제어를 위한 복소 가중 계수를 승산하는 벡터 승산 단계와,
    상기 복소 가중 계수 및 직교 변조에 있어서의 변조 정밀도 특성으로부터 이득 제어량을 구하는 이득 제어량 산출 단계와,
    상기 벡터 승산 단계에 있어서의 출력에 대해서 상기 이득 제어량으로 이득 제어를 행하는 제 1 이득 제어 단계와,
    상기 이득 제어 단계에 있어서의 출력을 직교 변조하는 직교 변조 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이득 제어 방법.
  3. 복소 가중 계수 및 직교 변조에 있어서의 변조 정밀도 특성으로부터 이득 제어량을 구하는 이득 제어량 산출 수단과,
    지향성 제어를 위한 복소 가중 계수에 대해서 상기 이득 제어량으로 이득 제어를 행하는 제 1 이득 제어 수단과,
    송신 신호에 대해서 상기 제 1 이득 제어 수단의 출력을 승산하는 벡터 승산 수단과,
    상기 벡터 승산 수단의 출력에 대해서 상기 이득 제어 수단의 출력을 직교 변조하는 직교 변조 수단
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 송신 장치.
  4. 제 1 또는 3 항에 있어서,
    상기 직교 변조 수단의 출력에 대해서 상기 이득 제어량의 역수를 이용해서 이득 제어를 행하는 제 2 이득 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 송신 장치.
  5. 제 1 또는 3 항에 있어서,
    상기 이득 제어량 산출 수단은, 상기 변조 정밀도 특성에 있어서 실용적인변조 정밀도 범위로부터 이득 제어량을 구하는 것을 특징으로 하는 무선 송신 장치.
  6. 제 1 또는 3 항에 있어서,
    상기 송신 신호는, 코드 분할 다중 액세스(CDMA) 방식에 있어서의 각 코드의 송신 신호인 것을 특징으로 하는 무선 송신 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 이득 제어 수단은, 안테나 m(m= 1∼M), 사용자 n(n= 1∼N) 및 복소 가중 계수 Wm,n인 경우에, 사용자 N 분의 복소 가중 계수의 2승합의 평균값(mean square of a power)에 의해 정해지는 상기 직교 변조 수단으로의 입력 평균값의 변화분의 추정값에 기초하여 이득을 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 송신 장치.
  8. 제 1 또는 3 항에 있어서,
    상기 제 1 이득 제어 수단에 의한 이득 제어 후의 복소 가중 계수가 언더 플로우 하는 경우, 상기 직교 변조 수단으로의 입력 레벨 대 변조 정밀도 특성에 기초해서 제어 이득을 감소시키는 이득 보정을 행하는 이득 보정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 송신 장치.
  9. 제 1 또는 3 항에 있어서,
    상기 제 1 이득 제어 수단에 의한 이득 제어 후의 복소 가중 계수가 오버 플로우 하는 경우, 상기 직교 변조 수단으로의 입력 레벨 대 변조 정밀도 특성에 기초해서 제어 이득을 증가시키는 이득 보정을 행하는 이득 보정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 송신 장치.
  10. 복소 가중 계수 및 직교 변조에 있어서의 변조 정밀도 특성으로부터 이득 제어량을 구하는 이득 제어량 산출 단계와,
    지향성 제어를 위한 복소 가중 계수에 대해서 상기 이득 제어량으로 이득 제어를 행하는 제 1 이득 제어 단계와,
    송신 신호에 대해서 상기 제 1 이득 제어 단계에 있어서의 출력을 승산하는 벡터 승산 단계와,
    상기 벡터 승산 단계에 있어서의 출력에 대해서 상기 이득 제어 수단의 출력을 직교 변조하는 직교 변조 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이득 제어 방법.
  11. 제 2 또는 10 항에 있어서,
    상기 직교 변조 단계에 있어서의 출력에 대해서 상기 이득 제어량의 역수를 이용하여 이득 제어를 행하는 제 2 이득 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이득 제어 방법.
  12. 제 2 또는 10 항에 있어서,
    상기 이득 제어량 산출 단계에 있어서, 상기 직교 변조 정밀도 특성에 있어서의 실용적인 변조 정밀도의 범위로부터 이득 제어량을 구하는 것을 특징으로 하는 이득 제어 방법.
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