KR100291413B1 - 이동통신단말기의송신전력제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동통신 단말기에 관한 것으로, 송신부와 자동이득제어 증폭기의 이득을 제어하기 위한 제어수단으로 이루어진다. 먼저 송신부는 자동이득제어 증폭기와, 자동이득제어 증폭기의 출력신호를 증폭하여 송신전력을 발생시키는 증폭수단, 송신전력의 크기를 검출하여 이를 직류전압으로 변환하는 송신전력 검출부로 이루어진다. 제어수단은 이동국과 기지국 사이의 거리에 따라 상기 자동이득제어 증폭기의 이득제어값과 상기 증폭수단의 이득제어값을 발생시키고, 현재 발생되는 자동이득제어 증폭기의 이득제어값과 상기 자동이득제어 증폭기의 증폭특성을 통하여 상기 자동이득제어 증폭기의 예상출력전력을 산출하는 제어부와; 상기 제어부에서 출력되는 상기 증폭수단의 이득제어값과 상기 송신전력 검출부에서 출력되는 상기 직류전압이 입력되며, 상기 직류전압의 레벨을 상기 증폭수단의 이득제어값만큼 감쇄시키는 감쇄부와; 상기 제어부에서 산출되어 출력되는 상기 자동이득제어 증폭기의 예상출력전력과 상기 감쇄부의 출력신호를 상호 비교하여 그 차를 출력하는 비교기와; 상기 제어부에서 출력되는 상기 자동이득제어 증폭기의 이득제어값과 상기 비교기의 출력신호를 가산하여 상기 자동이득제어 증폭기의 이득제어신호로서 출력하는 가산기를 포함하여 이루어진다. 이와 같은 본 발명은 출력되는 송신전력으로부터 자동이득제어 증폭기의 실제 이득을 검출하고, 기지국에서 제공하는 이득제어값과 실제의 이득과의 차이를 자동이득제어 증폭기의 이득제어값에 반영함으로써 송신전력의 크기에 따른 이득제어목표값과 실제 이득의 차로 인하여 발생하는 이득제어오차를 감소시켜서 정확한 크기의 송신전력을 발생시키는 효과를 제공한다.

Description

이동통신 단말기의 송신전력 제어장치

본 발명은 이동통신 단말기의 송신전력 제어장치에 관한 것으로, 특히 기지국과 이동국 사이의 거리에 비례하도록 이동국의 송신전력의 크기를 제어하는 이동통신 단말기의 송신전력 제어장치에 관한 것이다.

이동통신 기술의 초기단계에서는 발신 단말기와 착신 단말기가 직접 무선신호를 처리하여 무선 통신만으로 실행되는 시스템이 주로 사용되었다. 그러나 근래에는 전화망 등의 공중 통신망을 이용하여 통신 전송의 대부분은 유선으로 실행되고, 실제 단말기 즉 이동국(mobile station)과 근접한 지역에서는 통신 전송이 무선으로 실행된다. 이 경우에는 기지국(base station)으로 불리는 무선국을 다수 설치하여 이동국과의 무선통신 형태의 상호접속을 실현한다. 따라서 이동국은 기지국과만 통신하면 되는데, 이때 이동국은 적어도 하나의 기지국이 취급하는 통신서비스 범위 내에 있어야 한다. 하나의 기지국이 취급하는 통신서비스 범위를 셀(cell)이라고 한다. 기지국에서 이동국을 호출할 필요가 있을 때에는 이동국이 존재할 가능성이 있는 하나 또는 소수의 셀을 특별히 지정해야 하기 때문에 각 이동국은 네트워크에 위치등록을 한다. 위치 등록은 이동통신 서비스를 제공하는 네트워크 서비스 구역과 밀접하게 관련된다.

이동국은 선박과 항공기, 그리고 차량 등에 설치하는 것과 휴대용이 있다. 이 가운데 휴대용은 사용자가 직접 휴대하는 것이므로, 이를 경량화 하는 것이 무엇보다 중요하다. 전자공학의 발달로 많은 부품들이 소형·경량화 되었지만 전지(battery)는 중량당 전력량의 향상은 그다지 크게 이루어지지 않고 있다. 특히 송신 전력은 셀의 크기와 매우 깊은 관계인데 셀이 커질수록 전지의 제약 역시 커지게 된다. 휴대용 이동국의 전지의 제약을 줄이기 위해서는 셀의 크기를 줄여야 하는데, 그렇게되면 기지국의 고밀도화가 불가피하기 때문에 네트워크의 운용비용이 증가한다.

이동국 차원의 전지 소모를 줄이기 위한 방법으로는 이동국에서 기지국으로 송신되는 전력의 크기를 이동국과 기지국 사이의 거리에 따라 적절히 제어하여 필요 이상의 큰 전력의 신호를 송신하지 않도록 하는 것이다. 만약 이동국에서 송신되는 전력의 크기를 셀의 최대크기에 적합하게 고정시켜 놓았을 때 기지국과 이동국 사이의 거리가 근거리인 경우에는 필요 이상의 송신출력으로 인하여 불필요한 전지 소모가 발생하기 때문에 이동국에서는 현재 이동국과 기지국 사이의 거리를 판단하여 필요한 크기의 송신전력 만을 출력하는 것이 무엇보다도 중요하다.

도 1은 종래의 이동통신 단말기의 송신부와 송신전력 제어부를 나타낸 도면이다. 송신부는 자동이득제어 증폭기(10)와 혼합기(12), 여진 증폭기(14), 전력 증폭기(16)로 구성된다. 자동이득제어 증폭기(10)에는 변조기에서 출력되는 고주파 신호가 입력되며, 이후 설명하는 이동국 모뎀(24)에서 출력되는 소정의 이득제어 신호에 의해 그 이득이 제어된다. 자동이득제어 증폭기(10)에서 출력되는 고주파 신호는 혼합기(12)에서 국부발진신호(LO)와 혼합된다. 이 혼합 과정에서 고주파 신호의 반송주파수는 국부발진신호(LO)의 주파수로 상향 조절되어 RF 신호로 된다. 여진 증폭기(14)는 혼합기(12)에서 출력되는 RF 신호를 다음 단의 전력 증폭기(16)에 전달한다. 혼합기(12)에서 출력되는 RF 신호는 전력 증폭기(16)의 입력신호가 되기에는 충분하지 않기 때문에 여진 증폭기(14)에서 전력 증폭기(16)가 구동하는데 필요한 크기로 충분히 증폭시켜서 전력 증폭기(16)로 출력한다. 전력 증폭기(16)는 여진 증폭기(14)에 의해 충분히 증폭된 RF 신호를 안테나(18)를 통하여 송신할 실제의 크기로 증폭시킨다. 전력 검출기(20)는 안테나(18)를 통하여 실제로 송신되는 송신전력을 직류신호로 변환하여 그 크기를 검출한다.

송신부의 전력 증폭기(16)는 이동국 모뎀(24)에 의해 그 이득이 제어된다. A/D 변환기(22)는 전력 검출기(20)에서 출력되는 직류신호를 디지탈 신호로 변환한다. 이동국 모뎀(24)은 이동국 제어에 필요한 여러 가지 장치를 포함하며, 특히 룩업 테이블(25)에 이동국 제어에 필요한 여러 가지 데이타를 저장한다. 이동국 모뎀(24)은 별도의 수신부를 통하여 기지국과의 거리 정보를 제공받는다. 기지국은 개루프 전력체크 방법을 통해 이동국에 거리 정보를 제공한다. 이동국 모뎀(24)은 기지국으로부터 제공받은 거리 정보에 따라 룩업 테이블(25)로부터 송신 전력의 크기를 제어하는데 필요한 데이타를 인출한다. 인출된 데이타 가운데 전력 증폭기(16)의 이득제어 신호는 D/A 변환기(26)에 의해 아날로그 신호로 변환되어 비교기(28)에 입력된다. 비교기(28)는 전력 검출기(20)의 검출 신호와 D/A 변환기(26)의 출력신호를 그 차에 비례하는 전력 증폭기(16)로 출력한다. 전력 증폭기(16)의 이득은 이 신호에 의해 제어된다. 자동이득제어 증폭기(10)의 이득제어 데이타는 D/A 변환기(30)에 의해 아날로그 신호로 변환되어 가산기(38)로 출력된다.

또 다른 D/A 변환기(30)는 이동국 모뎀(24)에서 출력되는 PDM(Pulse Density Modulation) 신호를 직류신호로 변환하여 출력한다. 이 PDM 신호는 이동국과 기지국 사이에 이루어지는 개루프 전력체크(open loop power check) 동작에 의해 그 값이 결정된다. 개루프 전력체크는 이동국에서 기지국으로 송신되는 전력의 크기와 이동국과 기지국과의 거리를 판단하여 적정 송신전력의 정보를 이동국에 제공하는 것이다. 이동국에서는 기지국으로부터 제공된 송신전력 대 거리 정보에 따라 미리 프로그램된 제어신호를 출력하는 것이다.

이상 설명한 종래의 이동통신 단말기의 송신전력 제어장치에서 전력 증폭기(16)는 여진 증폭기(14)에 일차 증폭된 신호를 증폭하기 위한 것이어서 이득의 가변범위가 좁다. 또한 자동이득제어 증폭기(10)에서 출력되는 신호가 시스템의 열 발생 등에 의해 자동이득제어 증폭기(10)의 이득이 변화하면 최종출력레벨이 불안정한 결과를 가져온다. 따라서 신뢰도가 떨어지는 송신전력의 크기와 프로그램된 데이타에 의해 구동하는 가변이득제어 증폭기(10)의 동작 역시 신뢰할 수 없다.

따라서 본 발명은 출력되는 송신전력으로부터 자동이득제어 증폭기의 실제 이득을 검출하고, 기지국에서 제공하는 정보에 의해 결정되는 이득제어값과 실제 이득의 차이를 자동이득제어 증폭기의 이득 제어에 반영하여 송신전력의 크기에 따른 이득제어값과 실제 이득의 오차를 보상함으로써 정확한 크기의 송신전력을 발생시키는 이동통신 단말기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 이동통신 단말기의 송신부와 송신전력 제어부를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 송신부와 송신전력 제어부를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 송신전력 제어장치에 따른 이득제어전압과 이득의 관계를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10, 110 : 자동이득제어 증폭기 12, 112 : 혼합기

14, 114 : 여진 증폭기 16, 116 : 전력 증폭기

18, 118 : 안테나 20, 120 : 전력 검출기

22, 122 : A/D 변환기 24, 124 : 이동국 모뎀

26, 30, 126, 130, 131, 132 : D/A 변환기 25, 125 : 룩업 테이블

134 : 감쇄회로 136 : 비교기

138 : 가산기 140, 142, 144 : PDM

R1∼R3 : 저항 C1∼C3 : 캐패시터

이와 같은 목적의 본 발명은 송신부와 자동이득제어 증폭기의 이득을 제어하기 위한 제어수단으로 이루어진다. 먼저 송신부는 자동이득제어 증폭기와, 자동이득제어 증폭기의 출력신호를 증폭하여 송신전력을 발생시키는 증폭수단, 송신전력의 크기를 검출하여 이를 직류전압으로 변환하는 송신전력 검출부로 이루어진다. 제어수단은 이동국과 기지국 사이의 거리에 따라 상기 자동이득제어 증폭기의 이득제어값과 상기 증폭수단의 이득제어값을 발생시키고, 현재 발생되는 자동이득제어 증폭기의 이득제어값과 상기 자동이득제어 증폭기의 증폭특성을 통하여 상기 자동이득제어 증폭기의 예상출력전력을 산출하는 제어부와; 상기 제어부에서 출력되는 상기 증폭수단의 이득제어값과 상기 송신전력 검출부에서 출력되는 상기 직류전압이 입력되며, 상기 직류전압의 레벨을 상기 증폭수단의 이득제어값만큼 감쇄시키는 감쇄부와; 상기 제어부에서 산출되어 출력되는 상기 자동이득제어 증폭기의 예상출력전력과 상기 감쇄부의 출력신호를 상호 비교하여 그 차를 출력하는 비교기와; 상기 제어부에서 출력되는 상기 자동이득제어 증폭기의 이득제어값과 상기 비교기의 출력신호를 가산하여 상기 자동이득제어 증폭기의 이득제어신호로서 출력하는 가산기를 포함하여 이루어진다.

이와 같이 이루어진 본 발명의 바람직한 실시예를 도 2와 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 송신부와 송신전력 제어부를 나타낸 도면이다. 송신부는 자동이득제어 증폭기(110)와 혼합기(112), 여진 증폭기(114), 전력 증폭기(116)로 구성된다. 자동이득제어 증폭기(110)에는 변조기에서 출력되는 고주파 신호가 입력되며, 이후 설명하는 이동국 모뎀(124)에서 출력되는 소정의 이득제어신호에 의해 그 이득이 제어된다. 자동이득제어 증폭기(110)에서 출력되는 고주파 신호는 혼합기(112)에서 국부발진신호(LO)와 혼합된다. 이 혼합 과정에서 고주파 신호의 반송주파수는 국부발진신호(LO)의 주파수로 상향 조절되어 RF 신호로 된다. 여진 증폭기(114)는 혼합기(112)에서 출력되는 RF 신호를 다음 단의 전력 증폭기(116)에 전달한다. 혼합기(112)에서 출력되는 RF 신호는 전력 증폭기(116)의 입력신호가 되기에는 충분하지 않기 때문에 여진 증폭기(114)에서 전력 증폭기(116)가 구동하는데 필요한 크기로 충분히 증폭시켜서 전력 증폭기(116)로 출력한다. 전력 증폭기(116)는 여진 증폭기(114)에 의해 충분히 증폭된 RF 신호를 안테나(118)를 통하여 송신할 실제의 크기로 증폭시킨다. 전력 검출기(120)는 안테나(118)를 통하여 실제로 송신되는 송신전력을 직류신호로 변환하여 그 크기를 검출한다.

송신부의 전력 증폭기(116)는 A/D 변환기(122)와 D/A 변환기(126), 비교기(128)로 구성되는 제어부에 의해 그 이득이 제어된다. A/D 변환기(122)는 전력 검출기(120)에서 출력되는 직류신호를 디지탈 신호로 변환한다. 이동국 모뎀(124)은 이동국 제어에 필요한 여러 가지 장치를 포함하며, 특히 룩업 테이블(125)에 이동국 제어에 필요한 여러 가지 데이타를 저장한다. 이동국 모뎀(124)은 별도의 수신부를 통하여 기지국과의 거리 정보를 제공받는다. 기지국은 개루프 전력체크 방법을 통해 이동국에 거리 정보를 제공한다. 이동국 모뎀(124)은 기지국으로부터 제공받은 거리 정보에 따라 룩업 테이블(125)로부터 송신 전력의 크기를 제어하는데 필요한 데이타를 인출한다. 이때 이동국 모뎀(124)의 룩업 테이블(125)로부터 인출되는 데이타는 전력 증폭기(116)와 여진 증폭기(114), 자동이득제어 증폭기(110)의 이득제어 데이타를 포함한다. 인출된 데이타 가운데 전력 증폭기(116)의 이득 제어 데이타는 D/A 변환기(126)에 의해 아날로그 신호로 변환되어 비교기(128)에 입력된다. 비교기(128)는 전력 검출기(120)의 검출 신호와 D/A 변환기(126)의 출력신호의 차에 비례하는 이득 제어신호를 전력 증폭기(116)로 출력한다. 전력 증폭기(116)의 이득은 이 신호에 의해 조절된다. 자동이득제어 증폭기(110)의 이득제어 데이타는 D/A 변환기(130)에 의해 아날로그 신호로 변환되어 가산기(138)로 출력된다. D/A 변환기(132)는 전력 증폭기(116)의 이득제어 데이타와 여진 증폭기(114)의 이득제어 데이타를 아날로그 신호로 변환하여 감쇄회로(134)로 출력한다. 감쇄회로(134)에는 전력 검출기(120)에서 출력되는 직류신호가 입력된다. 이 직류신호의 레벨은 감쇄회로(134)에서 D/A 변환기(132)의 출력신호 만큼 감쇄되어 출력된다. 결과적으로 감쇄회로(134)의 출력신호를 통하여 자동이득제어 증폭기(110)에서 실제로 출력되는 신호의 전력 크기를 알 수 있다. D/A 변환기(131)는 자동이득제어 증폭기(110)에서 출력예상 전력 데이타를 아날로그 신호로 변환한다. 이동국 모뎀(124)에서는 룩업 테이블(125)에 저장되어 있는 자동이득제어 증폭기(110)의 고유 특성과 현재 D/A 변환기(130)에서 출력되는 이득제어 신호를 상호 참조하여 자동이득제어 증폭기(110)의 출력신호의 크기를 예측한다. 예측결과는 D/A 변환기(131)에 의해 아날로그 신호로 변환되어 비교기(136)에 기준신호로서 입력된다. 이 비교기(136)에는 감쇄회로(134)의 출력신호가 비교신호로서 입력된다. 비교기(136)의 출력신호는 자동이득제어 증폭기(110)에서 실제로 출력되는 전력의 크기와 시스템에서 예측하는 이상적인 전력의 크기의 오차인 것이다. 만약 자동이득제어 증폭기(110)의 실제 출력이 시스템에서 예측한 값보다 크다면 비교기(136)에서는 음(-)의 신호가 출력되어 가산기(138)의 출력을 감소시킨다. 가산기(138)의 출력신호 즉, 자동이득제어 증폭기(110)의 이득제어 신호의 크기가 감소하면 자동이득제어 증폭기(110)의 실제 이득이 감소하여 목표값에 근접하게 된다. 반대로 시스템에서 예측한 값이 실제 크기보다 크다면 비교기(136)에서는 양(+)의 신호가 출력되어 가산기(138)의 출력을 증가시킨다. 이때에는 가산기(138)에서 출력되는 자동이득제어 증폭기(110)의 이득제어 신호의 크기가 증가함에 따라 자동이득제어 증폭기(110)의 실제 이득 역시 증가하여 목표값에 근접하게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 자동이득제어 증폭기의 이득제어동작에 따른 이득제어저압과 이득의 관계를 나타낸 그래프이다. X축은 혼합기(130)에서 출력되는 이득제어 신호의 직류전압 레벨을 나타내었으며, Y축은 자동이득제어 증폭기(110)의 이득을 나타내었다. 도 3에서 점선으로 나타낸 직선 그래프(1)가 이동국 모뎀(124)이 목적하는 자동이득제어 증폭기(110)의 이득제어값이다. 이 값은 현재 이동국과 기지국 사이의 거리 대 송신전력의 정보에 의해 결정된 값이다. 따라서 그 값이 실제의 자동이득제어 증폭기(110)의 이득과는 차이가 있을 수 있다. 도 3에서 실선으로 나타낸 곡선 그래프(2)가 실제의 자동이득제어 증폭기(110)의 이득인데, 이동국 모뎀(124)에서 출력되는 목표값과 차이가 있다. X축의 이득제어전압이 V1일 때의 목표값(1)과 실제값(2)의 이득은 각각 G1과 G2이다. 그래프에서 A점은 이동국 모뎀(124)이 목적하는 이득이며, B점은 다소 높게 설정된 실제의 자동이득제어 증폭기(110)의 이득이다. 따라서 이득제어전압을 V1에서 V2로 낮추면 이득 역시 G1에서 G2로 낮아져서 자동이득제어 증폭기(110)의 이득이 이동국 모뎀이 목적하는 크기의 이득으로 제어된다.

따라서 본 발명은 출력되는 송신전력으로부터 자동이득제어 증폭기의 실제 이득을 검출하고, 기지국에서 제공하는 이득제어값과 실제의 이득과의 차이를 자동이득제어 증폭기의 이득제어값에 반영함으로써 송신전력의 크기에 따른 이득제어목표값과 실제 이득의 차로 인하여 발생하는 이득제어오차를 감소시켜서 정확한 크기의 송신전력을 발생시키는 효과를 제공한다.

Claims (3)

  1. 이동통신 단말기에 있어서,
    변조신호가 입력되는 자동이득제어 증폭기와, 상기 자동이득제어 증폭기의 출력신호를 증폭하여 송신신호을 발생시키는 증폭수단, 상기 송신신호의 전력을 직류전압으로 변환하는 송신전력 검출부를 갖는 송신부와;
    이동국과 기지국 사이의 거리에 따라 상기 자동이득제어 증폭기의 이득제어값과 상기 증폭수단의 이득제어값을 발생시키고, 현재 발생되는 자동이득제어 증폭기의 이득제어값과 상기 자동이득제어 증폭기의 증폭특성을 통하여 상기 자동이득제어 증폭기의 예상출력전력을 산출하는 제어부와;
    상기 제어부에서 출력되는 상기 증폭수단의 이득제어값과 상기 송신전력 검출부에서 출력되는 상기 직류전압이 입력되며, 상기 직류전압의 레벨을 상기 증폭수단의 이득제어값만큼 감쇄시키는 감쇄부와;
    상기 제어부에서 산출되어 출력되는 상기 자동이득제어 증폭기의 예상출력전력과 상기 감쇄부의 출력신호를 상호 비교하여 그 차를 출력하는 비교기와;
    상기 제어부에서 출력되는 상기 자동이득제어 증폭기의 이득제어값과 상기 비교기의 출력신호를 가산하여 상기 자동이득제어 증폭기의 이득제어신호로서 출력하는 가산기를 포함하는 이동통신 단말기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제어부에서 출력되는 상기 증폭수단의 이득제어값은, 상기 제어부에 저장되어 있는 거리 대 송신전력 데이타를 참조하여 결정되는 이동통신 단말기.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제어부에서 출력되는 상기 자동이득제어 증폭기의 이득제어값은, 상기 제어부에 저장되어 있는 상기 거리 대 송신전력 데이타를 참조하여 결정되는 이동통신 단말기.
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