KR100326171B1 - 알에프송신기에서사용되는단일루프정방향이송증폭기및그동작방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 네트워크에서 사용되는 단일루프 정방향이송 증폭시스템을 제공한다. 상기 단일루프는 주 증폭브랜치와 이 주 증폭브랜치와 평행한 정방향이송 브랜치를 포함한다. 주 증폭브랜치는 초기 저전력 입력신호를 인가받아 지연시키는 지연라인과 상기 지연된 입력신호를 증폭하여 증폭된 출력신호를 생성하는 전력증폭기를 구비한다. 상기 정방향이송 브랜치는 상기 입력신호를 인가받고 전력증폭기의 비선형성으로 인해 그 출력에 발생하는 왜곡을 보상하기 위한 왜곡 보정신호를 생성한다. 상기 왜곡 보정신호와 왜곡되고 증폭된 출력신호는 조합되어 왜곡이 없는 보정되고 증폭된 출력신호를 생성한다.

Description

알에프송신기에서 사용되는 단일루프 정방향 이송 증폭기 및 그 동작방법
본 발명은 정방향 이송(feedforward) 증폭기에 관한 것으로, 특히 CDMA 송신기에 사용되는 단일루프 정방향 이송 증폭기 및 그에 의한 신호 증폭 방법에 관한 것이다.
본 발명은 본 발명과 동시 출원된 미국특허 출원번호: 09/131,309 (1998년 8월 7일)인 "DIGITAL FEEDFORWARD AMPLIFIER FOR USE IN AN RF TRANSMITTER AND METHOD OF OPERATION"을 참조한다.
1996년 전세계에서 7천 5백만명이상이 휴대폰을 사용하였다. 신뢰성있는 예측에 따르면 2000년에는 휴대폰 사용자가 3억을 넘을 것이라고 한다. 미국내에서 휴대폰 서비스는 전용 휴대폰 서비스 공급자뿐만 아니라 U.S West, Bell Atlantic 및 Southwestern Bell과 같은 지역적인 벨 회사, 그리고 AT&T와 Sprint와 같은 전국적인 장거리전화회사에 의해 제공되고 있다. 이러한 여러 서비스 공급자들간의 경쟁이 심해짐에 따라 대다수의 사람들이 구입할 수 있을 정도까지 휴대폰 서비스의 가격이 감소하였다.
이러한 경쟁은 또한 휴대폰 기술에 엄청한 혁신을 이룩하였는바, 아날로그 셀룰러 시스템은 이제 디지탈 셀룰러 시스템과 경쟁하고 있다. 단일 셀룰러 시스템에서 서비스할 수 있는 가입자수를 최대화하기 위해 개별적인 셀 사이트를 더욱 작게 만들고 더 많은 셀 사이트를 사용하여 동일한 지역을 커버하도록 함으로써 주파수 재사용을 최대화하고 있다. 이에 따라 셀룰러 기지국의 수가 증가하게 되어 그에 따르는 기간시설에 대한 비용도 증가하게 되었다. 이와 같이 증가된 비용을 만회하기 위해 휴대폰 서비스 공급자들은 장치 비용, 유지 및 보수비용, 그리고 작동비용을 감소시킬 수 있거나 또는 서비스 품질과 신뢰성 및 셀룰러 시스템이 서비스할 수 있는 가입자수를 증가시킬 수 있는 신기술을 개발하고자 노력하고 있다.
이러한 신기술의 대부분은 확장된 디지탈 PCS서비스 또는 긴 배터리수명을 가진 보다 작고 가벼운 휴대폰장치와 같은 서비스 품질개선, 또는 셀룰러 기지국을 위한 보다 작고 저렴하고 신뢰성있는 송수신장치와 같은 장치 비용 절감에 촛점을 두고 있다. 그러나 셀룰러 시스템의 구동비용을 감소시키는 것과 관련된 신기술에는 한계가 있었다.
모든 셀룰러 기지국은 이동국(즉, 셀 폰, 셀룰러 모뎀이 장착된 휴대용 컴퓨터등)으로 음성 및 데이타신호를 보내기 위한 송신기와 이동국으로부터 음성 및 데이타신호를 수신하기 위한 수신기를 구비하고 있다. 송신기의 전력 증폭기는 고도의 선형특성을 가져야 하는데, 특히 CDMA 또는 멀티캐리어 동작과 같이 넓은 영역에 걸쳐서 시간에 따라 인벨로프(envelop)가 변하는 신호에 대해서 그러하다. 고도의 선형특성을 갖는 증폭기의 설계에 사용되는 기술중의 하나는 정방향 이송 기술로 알려져 있다. 이 기술은 2-루프 디자인에 기초하고 있는 바, 첫번째 루프는 전력 증폭기에 있어서의 상호변조 왜곡에 의해 발생된 에러신호를 분리하고, 두번째 루프는 전력 증폭기의 출력에서 상기 에러신호를 감산한다. 그러나 상기 2-루프 디자인은 많은 수의 구성요소들을 포함하며, 전력 증폭기의 출력에 지연 라인을 필요로 하여 전력을 많이 소모하고 송신기의 효율성을 대폭 감소시킨다.
그러므로 셀룰러 시스템을 개선시키기 위해서는 그것을 동작시키는데 보다 적은 비용이 소요될 것이 요구된다. 특히, 셀룰러 시스템의 기지국 송신장치에 있어서의 전력 증폭기의 개선이 요구된다. 본 명세서에 개시된 새로운 기술은 단일 루프 정방향 이송 설계에 기초한 것으로, 이는 전력 증폭기 출력에 지연 라인을 필요로 하지 않는다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 무선 네트워크 또는 선형 증폭기가 사용되는 다른 네트워크에서 이용하기 위한 주 증폭브랜치(main amplification branch) 및 주 증폭브랜치와 평행한 정방향 이송 브랜치(feedforward branch)를 포함하는 개선된 단일루프 정방향이송 증폭시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 주 증폭브랜치는 초기 저전력 입력신호를 수신하여 지연시키는 지연라인과 상기 지연된 입력신호를 증폭하여 증폭된 출력신호를 생성하는 전력증폭기를 포함한다. 상기 정방향이송 브랜치는 상기 입력신호를 수신하고 상기 전력증폭기의 증폭된 출력신호가 전력증폭기의 포화(saturation)로 인해 왜곡될때마다 왜곡보정신호를 생성한다. 상기 정방향이송 브랜치는 상기 입력신호가 소정의 포화레벨 이상으로 증가할때마다 상기 왜곡보정신호를 생성하거나, 신호왜곡이 상기 전력증폭기의 증폭된 출력에서 검출될때마다 상기 왜곡보정신호를 생성할 수도 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 1) 입력신호를 수신하여 이 입력신호로부터증폭된 출력신호를 생성할 수 있는 전력증폭기를 포함하는 제1브랜치와, 2) 상기 입력신호를 수신하고 상기 증폭된 출력신호에 포함된 왜곡신호를 상쇄하기 위한 보정신호를 생성하는 왜곡보정회로를 포함하는 제2브랜치, 및 3) 상기 증폭된 신호와 상기 보정신호를 조합하여 상기 증폭된 신호에 포함된 상기 왜곡신호가 상쇄된 신호를 출력하는 조합회로를 포함하는 무선 네트워크에서 이용하기 위한 정방향 이송 증폭시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 제1브랜치는 제1브랜치에서의 신호를 지연시키기 위한 지연라인을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 지연라인은 상기 전력증폭기가 상기 입력신호를 수신하기 전에 상기 입력신호를 지연시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 지연라인은 상기 전력증폭기에 의해 증폭된 신호를 지연시킨다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 제2브랜치는 상기 전력증폭기가 포화상태가 되도록 할 수 있는 최대 입력레벨 이상으로 상기 입력신호가 증가할때 마다 상기 보정신호를 생성한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 제2브랜치는 상기 증폭된 신호내의 왜곡신호의 검출에 응답하여 보정신호를 생성한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 제2브랜치는 상기 증폭된 신호의 위상에 대하여 상기 보정신호의 위상을 편이시키는 위상조정기를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 제2브랜치는 상기 보정신호의 진폭을 조정할 수 있는 이득조정기를 더 포함한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 무선 네트워크의 예를 나타낸 도면,
도 2는 종래의 BTS 송신장치에서 사용되는 일반적인 정방향이송 증폭기를 도시한 도면,
도 3a 내지 3f는 도 2에 도시된 종래의 정방향이송 증폭기에 있어서 다양한 지점에서의 주파수 영역내의 신호성분과 왜곡성분을 나타낸 도면,
도 4a 및 4b는 도 2에 도시된 종래의 정방향이송 증폭기에 있어서 시간 영역내에서의 전력증폭기의 비선형 동작을 나타낸 입출력 응답도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 도 1의 무선 네트워크내의 한 개 이상의 기준 송수신장치의 송신기에 사용되는 단일루프 정방향이송 증폭기의 일예를 나타낸 도면,
도 6a는 본 발명의 일실시예에 의한 도 5의 단일루프 정방향이송 증폭기에 사용되는 상관신호 생성장치의 일예를 나타낸 도면,
도 6b 및 도 6c는 본 발명의 일실시예에 의한 도 6a의 상관신호 생성장치에 있어서 시간영역내에서의 상관신호 생성장치의 동작을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 도 5의 단일루프 정방향이송 증폭기의 동작을 나타낸 흐름도.
상술한 내용은 본 발명의 특징과 기술적인 이점을 대략적으로 설명함으로써 당 분야의 통상의 지식을 가진 자로 하여금 후술될 본 발명의 상세한 내용을 보다 잘 이해할 수 있도록 한 것이다. 본 발명의 부가적인 특징과 이점들이 후술될 것이며 이들에 의해 본 발명의 특허청구범위가 구성될 것이다. 본 발명의 개념 및 실시예는 당 분야의 통상의 지식을 가진 자들에 의해 본 발명과 동일한 목적을 수행하기 위한 다른 구조들을 설계하거나 수정하기 위한 기초로서 이용될 수 있다. 또한 그러한 동등한 구성이 본 발명의 사상과 범위에서 벗어나지 않는다는 것이 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해될 수 있을 것이다.
발명의 상세한 설명에 앞서 본 명세서에서 사용되는 단어와 어구들에 대하여 정의를 내리는 것이 편리할 것이다. "제어기"는 적어도 한 동작을 제어하여 어떤 장치가 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어, 또는 이들중 적어도 두개의 조합에서 동작할 수 있도록 하는 장치, 시스템 또는 그 일부를 의미한다. 어떤 특정한 제어기와 관련된 기능이 국부적이거나 원격적으로 중앙에 집중되거나 분포될 수 있다는데 주목해야 한다. 특정 단어들과 어구들에 대한 정의는 본 명세서 전체에 걸쳐 통용되는 것으로, 당 분야의 통상의 지식을 가진자들은 많은 경우에 있어서 이러한 정의들이 기존의 그리고 미래의 기술에서 적용된다는 것을 이해해야 한다.
본 명세서에서 본 발명의 원리를 설명하기 위해 사용되는 도 1 내지 7, 그리고 다양한 실시예들에 의해 본 발명의 범위가 제한되지 않는다. 본 발명의 원리가어떠한 적절하게 조정된 무선 네트워크에서도 수행될 수 있음은 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 무선 네트워크(100)를 도시한 것이다. 무선 전화망(100)은 각각이 기지국 송수신기 서브스테이션들인 BTS(101), BTS(102) 또는 BTS(103)중의 하나를 포함하는 복수개의 셀 사이트(121-123)를 구비하고 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 무선 전화망(100)은 CDMA에 기초한 네트워크이다. 기지국 송수신기 서브스테이션(101-103)은 복수개의 이동국(111-114)과 통신가능하도록 동작한다. 이동국(111-114)은 통상의 휴대폰, PSC 휴대장치, 휴대용 컴퓨터, 계량장치등과 같은 적절한 셀룰러 장치일 수 있다.
도 1에서 점선은 기지국 송수신기(101-103)가 위치하는 셀 사이트(121-123)의 대략적인 경계를 나타낸다. 여기서, 셀 사이트는 단지 도면상의 표시 및 설명을 위하여 원으로 나타내었으나, 선택된 셀 구성과 자연적인 방해물 및 인공적인 방해물에 의해 다른 불규칙적인 형태를 가질 수도 있다.
BTS(101), BTS(102) 및 BTS(103)는 통신라인(131)을 통해 음성 및 데이타신호를 서로 주고받고, 또한 다른 전화시스템(도시하지 않음)과도 주고 받는다. 통신라인(131)은 T1라인, T3라인, 광섬유 링크, 네트워크 백본(backbone) 연결부등과 같은 적절한 연결수단일 수 있다. 어떠한 실시예에 있어서, BTS(101), BTS(102) 및 BTS(103)는 위성 링크에 의해 서로 서로 그리고/또는 공중전화망과 무선으로 연결될 수 있다.
무선 네트워크(100)에 있어서, 이동국(111)은 셀 사이트(121)내에 위치하며BTS(101)와 통신하고, 이동국(113)은 셀 사이트(122)에 위치하며 BTS(102)와 통신하고, 이동국(114)은 셀 사이트(123)에 위치하며 BTS(103)과 통신한다. 이동국(112)은 셀 사이트(121)내에서 셀 사이트(123)의 가장자리에 근접하여 위치한다. 이동국(112)의 화살표시는 이동국(112)이 셀 사이트(123) 쪽으로 이동한다는 것을 나타낸다. 어떠한 시점에서 이동국(112)이 셀 사이트(121)를 나와 셀 사이트(123)로 들어가면 "핸드오프"가 일어날 것이다.
"핸드오프"는 제1셀에서 제2셀로 호출 제어를 전송하기 위한 공지의 과정이다. 예를 들면, 이동국(112)이 BTS(101)과 통신하여 BTS(101)로부터의 신호가 약해지는 것을 감지하면, 이동국(112)은 BTS(103)에 의해 전송되는 신호와 같이 보다 강한 신호를 갖는 BTS로 스위치한다. 이동국(112)과 BTS(103)는 새로운 통신링크를 형성하고 신호는 BTS(101)와 공중전화망으로 보내져 BTS(103)를 통해 진행중인 음성 및/또는 데이타신호를 전송한다. 이에 따라 호출은 끊어지는 일 없이 BTS(101)에서 BTS(103)으로 전송되게 된다.
각각의 BTS(101,102,103)내에서 전송회로는 통신라인(131)으로부터 음성 및 데이타 트래픽을 수신하고 통신을 위해 이를 예컨대 TDMA신호, FDMA신호 또는 CDMA신호로 변조한다. 상기 전송회로는 변조된 입력 RF신호를 전송에 필요한 적절한 전력레벨로 증폭하는 전송장치 전력증폭기를 포함한다. 이 전력증폭기는 상기 입력 RF신호의 전력과 주파수의 변동에 있어서 선형성을 유지해야 한다는데 유의해야 한다. 이러한 선형성을 유지하기 위해 정방향이송 기술을 채용한 증폭기 설계가 이용될 수 있다.
도 2는 종래기술에 의한 BTS 전송장치에 사용되는 2-루프 정방향이송 증폭기(200)를 나타낸 것이다. 도 3a 내지 3f는 도 2의 정방향이송 증폭기(200)에 있어서 여러 시점에서의 신호성분과 왜곡성분을 나타낸 주파수도이다. 도 3A 내지 3F는 본 발명의 설명에 있어서 도 5와 관련지어 설명될 것이다.
신호 분리기(205)에 신호(RF IN)-CDMA 변조된 신호, TDMA 변조된 신호, 또는 FDMA 변조된 신호일 수 있다-가 입력된다. 도 3a는 신호성분(301)와 신호성분(302)를 포함하는 신호(RF IN)의 일예를 나타내고 있다. 신호성분(301)은 주파수 f1에서 발생하고 신호성분(302)은 주파수 f2에서 발생한다. 신호분리기(205)는 RF IN신호를 두개 복사한 신호를 출력하는바, 각각의 복사된 신호는 신호 분리기(205)에 의해 인가되는 이득요소를 선택적으로 가질 수 있다.
RF IN신호를 복사한 신호들중의 하나는 위상조정기(210), 이득조정기(215) 및 전력증폭기(220)에 의해 처리된다. 위상조정기(210)는 RF IN신호의 위상을 편이시키도록 조정될 수 있다. 이득조정기(215)는 RF IN신호에 소정량의 이득을 인가하도록 조정될 수 있다. 전력증폭기(220)는 이득조정기(215)로부터 수신된 RF IN신호에 보다 많은 양의 이득을 인가한다.
전력증폭기(220)의 비선형응답은 전력증폭기(220)의 출력에 상호변조 왜곡(IMD)를 발생시킨다. 도 3b는 주파수영역에서의 전력증폭기(220) 출력의 일예를 나타내고 있다. 전력증폭기(220)의 출력은 신호성분(301)과 신호성분(302)을 포함하는 RF IN신호와, 신호성분(303)과 신호성분(304)을 포함하는 IMD신호를 포함한다. 신호성분(303)은 주파수 f3에서 발생하고, 신호성분(304)은 주파수 f4에서 발생한다.
RF IN신호의 또다른 복사신호는 지연라인(225)과 신호조합기(230)에 의해 처리된다. RF커플러(235)는 전력증폭기(220)의 출력상의 (RF IN+IMD)신호를 수신하여 이것을 신호조합기(230)의 제1입력에 인가한다. RF커플러(235)는 또한 (RF IN+IMD)신호에 소정의 이득요소를 인가한다. 지연라인(225)의 출력은 RF IN신호의 시간지연된 형태로서 지연라인(225)에 있어서의 손실로 인해 감쇠될 수 있다. 지연라인(225)의 출력은 신호조합기(230)의 제2입력에 인가됨으로써 (RF IN+IMD)신호의 RF IN성분과 지연라인(225)으로부터 수신된 RF IN신호의 시간지연된 형태 사이가 상쇄된다.
도 3C는 신호조합기(230)에 의해 (RF IN+IMD)신호와 조합되는 반전된 시간지연 RF IN신호를 나타낸다. 이득조정기(215)에 의해 인가되는 이득과 위상조정기(10)에 의해 인가되는 위상편이를 조정함으로써 신호조합기(230)의 두 입력으로 수신되는 RF IN신호성분들은 진폭은 동일하지만 위상은 정반대로 정렬되어 신호조합기(230)의 출력에서 서로를 상쇄시킬 수 있다. 이상적으로는, 신호조합기(230)의 출력은 RF커플러(235)로부터 수신된 IMD신호만을 포함한다. 도 3d는 신호조합기(230)의 출력에서의 분리된 IMD신호를 나타낸다. 신호조합기(230)는 그 출력상에서 IMD신호에 이득요소를 인가할 수 있다.
따라서 신호분리기(205), 위상조정기(210), 이득조정기(215), 전력증폭기(220), 지연라인(225), RF커플러(235) 및 신호조합기(230)는 2-루프 정방향이송 증폭기(200)의 제1루프를 포함한다. 제1루프는 RF IN신호를 증폭하고, 전력증폭기(220)의 비선형 왜곡 및 포화에 의해 발생되는 IMD신호성분을 분리한다. 후술할 2-루프 정방향이송 증폭기(200)의 제2루프는 전력증폭기(220)의 증폭된 출력으로부터의 IMD 신호성분을 상쇄시킨다.
2-루프 정방향이송 증폭기(200)의 제2루프는 신호조합기(230)로부터 수신된 상기 분리된 IMD신호성분을 위상편이시키고 증폭하기 위해 사용되는 위상조정기(240), 이득조정기(245) 및 보정 증폭기(250)를 포함한다. 제2루프는 또한 지연라인(255)과 RF커플러(260)를 포함한다. RF커플러(260)에 의해 수신되는 지연라인(255)의 출력은 도 3B에 나타낸 (RF IN+IMD)신호의 시간지연된 형태이며, RF커플러(235) 및/또는 지연라인(255)에 의한 양(positive) 또는 음(negative)의 이득요소만큼 선택적으로 감소될 수 있다.
RF커플러(260)의 다른 입력으로는 보정 증폭기(250)의 출력으로 부터 도 3E에 도시한 IMD신호성분이 인가된다. 이 신호는 도 3d의 분리된 IMD성분의 반전되고 증폭된 형태이다. 위상조정기(240), 이득조정기(245) 및 보정증폭기(250)는 RF커플러(260)에 인가된 IMD성분의 위상 및 진폭을 조정함으로써 RF커플러(260)의 양 입력에서의 IMD신호성분들을 상쇄시킨다. 도 3f는 RF커플러(260)의 출력상의 출력신호, RF OUT신호를 나타낸다. 상기 RF OUT신호는 RF IN신호의 증폭된 형태이다. IMD신호성분은 RF OUT신호로부터 상쇄된다.
도 4a 및 4b는 도 2에 도시한 종래의 정방향이송 증폭기(200)에 있어서의 전력증폭기(220)의 비선형 동작을 나타내는 입출력 응답도이다. 도 4a에 있어서 곡선(401)은 이상적인 선형곡선을 나타낸 점선으로 도시한 바와 같이 로우레벨로부터 입력전력이 증가함에 따라 출력전력이 초기에는 선형적으로 증가하는 것을 나타내고 있다. 그러나 입력전력이 너무 커지면 출력전력은 비선형이 되고 곡선(401)은 평탄해진다. 도 4b에 있어서, 사인파 입력 X(t)의 진폭이 증가함에 따라 전력증폭기(220)가 포화되게 된다. 이상화시킨 출력 Y(t)(점선으로 나타냄)의 피크(402,403,404)는 클리핑되어 왜곡된 사인파의 출력이 나타내게 된다. 상기 클리핑된 피크(402,403,404)의 "없어진" 부분들은 이상화시킨 출력 Y2(t)(점선으로 나타냄)에 정렬되어 그 하부에 파형들(410,411,412)로 나타난다.
종래의 2-루프 정방향이송 증폭기(200)는 2개의 지연라인들을 포함하는 많은 수의 회로요소들을 구비한다. 지연라인(225)은 위상조정기(210), 이득조정기(215) 및 전력증폭기(220)를 통해 처리될때 나타나는 지연을 보상하기 위해 사용된다. 지연라인(255)은 위상조정기(240), 이득조정기(245) 및 보정 증폭기(250)를 통해 처리될때 나타나는 지연을 보상하기 위해 사용된다. 또한, 지연라인(255)은 전력증폭기(220)의 출력에 연결되어 고출력 신호를 지연시킨다. 지연라인(255)에서의 전력손실은 상당한 것으로, 2-루프 정방향이송 증폭기(200)의 전체 효율을 저하시킨다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 무선 네트워크(100)내의 한개 이상의 BTS (101-103)에 있어서의 전송장치에 사용되는 단일루프 정방향이송 증폭기(500)의 일예를 나타낸 것이다. 상기 정방향이송 증폭기(500)는 오직 한개의 지연요소인 지연라인(510)을 포함하는데, 이 지연라인은 고전력의 출력신호가 아닌 저전력 입력신호를 지연시키는데 사용되는 것이다. RF IN신호 (CDMA 변조된 신호, TDMA 변조된 신호, FDMA 변조된 신호)는 RF커플러(505)에 인가된다.
도 3a는 정방향이송 증폭기(500)에 인가되는 고주파 입력신호인 RF IN신호의 일예를 도시한 것이다. RF IN신호는 신호성분(301)과 신호성분(302)를 포함한다. 신호성분(301)은 주파수 f1에서 발생되며 신호성분(302)는 주파수 f2에서 발생된다. RF커플러(505)는 RF IN신호를 복사한 두개의 복사신호를 출력하는바, 각각의 복사 신호는 RF커플러(505)에 의해 인가되는 소정의 이득요소를 선택적으로 가질 수 있다.
RF커플러(505)에 의해 생성된 두개의 RF IN신호 복사신호중의 한 신호는 지연라인(510), 전력증폭기(515)를 포함하는 제1브랜치 및 신호 조합회로로서 역할하는 RF커플러(520)에 의해 처리된다. 지연라인(510)에는 저전력 RF IN신호가 인가되므로 지연라인(510)에서의 전력손실은 쉽게 보상된다. 지연라인(510)은 이하에 설명하는 바와 같이 위상조정기(525), 이득조정기(530), 보정신호 형성장치(535) 및 보정증폭기(540)에서의 지연을 보상한다.
도 3b는 전력증폭기(515)의 출력 주파수영역의 일예를 나타낸다. 전력증폭기(515)의 출력은 신호성분(301)과 신호성분(302)를 포함하는 RF IN신호와, 신호성분(303)과 신호성분(304)를 포함하는 IMD신호를 포함한다. 전력증폭기(515)의 비선형 응답은 전력증폭기(515)의 출력에서의 상호변조 왜곡(IMD)신호를 생성한다.
RF커플러(505)에 의해 생성된 RF IN신호를 복사한 두개의 복사신호들중 다른 한 신호는 위상조정기(525)와, 이득조정기(530)와, 왜곡 보정회로로서의 보정신호 형성장치(535) 및 보정증폭기(540)를 포함하는 제2브랜치에 의해 처리된다. 위상조정기(525)는 RF IN신호의 위상을 편이시키도록 조정될 수 있다. 이득조정기(530)는 RF IN신호에 소정량의 이득을 인가하도록 조정될 수 있다. 본질적으로, 보정신호 형성장치(535)는 도 4b의 사인파 신호 Y(t)에 있어서의 클리핑된 피크(402,403,404)의 "없어진" 부분들에 대응하는 파형들(410,411,412)(도 4b에 나타냄)을 생성한다. 보정 증폭기(540)는 보정신호 형성장치(535)의 출력을 증폭항 상기 전력증폭기(515)에 의해 증폭된 신호에 포함된 왜곡신호인 IMD신호를 상쇄하기 위한 보정신호를 출력한다. 보정신호 형성장치(535)의 출력신호는 RF커플러(505)에 의해 적어도 부분적으로 전력증폭기(515)의 출력신호의 클리핑된 신호성분들에 더해지는 상기 신호성분의 클리핑된 부분들을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서 유의해야 할 점은 지연라인(510)을 전력증폭기(515)의 입력보다는 출력에 연결한다는 것이다. 이 경우, 단일루프 정방향이송 증폭기(500)는 종래의 정방향이송 증폭기에 비해 보다 단순해지며 많은 이점을 가지게 된다. 그러나 지연라인(510)을 전력증폭기(515)의 출력에 위치시키면 지연라인(510)이 전력증폭기(515)의 출력에서 고전력신호를 지연시킬때 보상될 수 없는 전력손실을 유발하므로 도 5에 도시한 회로의 전력 절약 효과를 감소시키게 된다.
도 6의 (a)는 다이오드 설계에 기초한 보정신호 형성장치(535)의 일예를 나타낸 것이다. 도면에 도시할 목적으로 가장 단순화된 형태의 보정신호 형성장치에 2개의 다이오드만을 사용하였다. 도 6의 (b) 및 (c)는 보정신호 형성장치(535)의 동작을 나타낸 도면이다. 도 6의 (b)는 보정신호 형성장치(535)에 인가된 입력 사인파를 나타낸다. 보정신호 형성장치(535)내의 다이오드들은 +VT와 -VT사이에서 입력 사인파의 모든 부분을 클리핑한다. 여기서 +VT와 -VT는 전력증폭기(515)의 비선형 특성과 관련된 값을 갖는 문턱전압이다. 따라서, 도 6의 (c)에 나타낸 바와 같이 보정신호 형성장치(535)의 출력은 입력 사인파의 양 및 음의 클리핑된 피크들을 갖는다. 위상조정기(525) 및 이득조정기(530)는 상기 클리핑된 피크들의 진폭과 위상을 조정하는데 사용될 수 있다.
RF커플러(520)는 전력증폭기(515)로부터 시간지연되고 증폭된 (RF IN+IMD)신호를 인가받고, 보정 증폭기(540)로 부터는 도 6의 c에 도시된 양 및 음의 클리핑된 피크들을 포함하는 (-IMD)보정신호를 인가받는다. RF커플러(520)는 2개의 입력신호를 조합하여 고주파 출력신호인 RF OUT신호를 출력한다. 즉, 상기 RF커플러(520)는 제1브랜치의 전력증폭기(515)에 의해 증폭된 신호와 제2브랜치의 왜곡보정회로에 의해 생성된 보정신호를 조합하여 상기 증폭된 신호에 포함된 왜곡 신호가 상쇄된 신호를 RF OUT신호로서 출력한다. RF OUT신호는 이득 및 위상조정기(550)에 의해 측정 및 조정되어 보정신호들(GAIN1 CORRECTION, GAIN2 CORRECTION, PAHSE CORRECTION)을 생성한다.
RF IN신호가 충분히 작으면, 전력증폭기(515)는 선형적으로 동작하며 그 출력은 클리핑되지 않는다. 이때, 보정증폭기(540)의 출력은 0이다. 그러나, RF IN신호가 증가하여 전력증폭기(515)의 출력신호상의 사인파 피크들이 클리핑되기 시작하면, 상기 보정신호들(GAIN1 CORRECTION, GAIN2 CORRECTION, PHASE CORRECTION)은 보정증폭기(540)의 출력상에 상기 클리핑된 피크들(예컨대, 도 4의 파형들(410,411,412))의 "없어진" 부분들을 생성하도록 조정된다. 이상적으로는,전력증폭기(515)의 클리핑된 출력과 보정증폭기(540)의 출력상의 보정신호가 RF커플러(520)에 의해 조합됨으로써 상기 RF OUT신호가 클리핑되지 않고 적절하게 증폭된 사인파 신호가 되도록 한다.
일반적으로, 전력증폭기(515)와 같은 증폭기의 동작특성은 특징지워지므로 전력증폭기(515)의 출력에서 상기 신호의 클리핑된 부분을 생성하도록 보정신호 형성장치(535)를 설계할 수 있다. 이 경우, 위상조정기(525)에서 위상 조정을 설정하고 이득조정기(530)에서 이득조정을 설정하여 전력 증폭기(515)의 출력이 비선형이 될때 보정 증폭기(540)로 하여금 보정신호를 생성하기 시작하도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 도 5의 단일루프 정방향이송 증폭기(500)의 동작을 나타낸 흐름도(700)이다. 입력신호(RF IN)가 정방향이송 증폭기(500)의 주 증폭브랜치(즉, 지연라인(510)과 전력증폭기(515))에서 지연되고 증폭된다(705단계). 다음에, 정방향이송 증폭기(500)가 전력증폭기(515)의 출력에서 상관변조 왜곡(+IMD) 신호성분을 검출한다(710단계). +IMD 왜곡이 검출되면, 정방향이송 증폭기(500)는 정방향이송 증폭기(500)의 정방향 이송 브랜치(즉, 위상조정기(525), 이득조정기(530), 보정신호 형성장치(535) 및 보정 증폭기(540))에서 -IMD신호성분을 생성한다(715단계).
+IMD신호성분의 검출은 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 전력증폭기(515)의 출력을 직접 측정하여 이상적인 사인파형과 비교하여 IMD신호성분을 검출할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서는, RF커플러(505)로부터 인가된 RF IN신호가 최대 임계진폭 이상으로 증가할때 마다정방향이송 증폭기(500)의 정방향이송 브랜치를 -IMD신호성분을 생성하도록 조정할 수 있다. 상기 최대 임계진폭은 전력증폭기(515)가 포화되기 시작하는 진폭에 해당한다.
다음에 정방향이송 증폭기(500)는 -IMD신호성분을 +IMD신호성분과 정렬시키고 두 신호성분의 진폭을 정합시키기 위해 (두 신호성분이 비록 반대위상을 가지지만 (즉 180도 이상)) -IMD신호성분의 이득과 위상을 선택적으로 조정한다. 이득과 위상은 정방향이송 증폭기(500)의 정방향이송 브랜치에서 조정된다(720단계). 최종적으로, 정방향이송 증폭기(500)의 정방향이송 브랜치에 생성된 -IMD보정신호는 RF커플러(520)에 의해 전력증폭기(515)의 출력신호와 조합되어 보정된 출력신호인 RF OUT신호를 생성한다(725단계).
전술한 바와 같이, 본발명은 단일 루프 정방향 이송 설계에 기초한 것으로, 이는 전력 증폭기 출력에 지연 라인을 필요로 하지 않게 되어, 전력소모를 줄이고 송신기의 효율성을 증가시키게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 입력신호를 수신하고, 이 입력신호로부터 증폭된 신호를 생성하는 전력증폭기를 포함하는 제1브랜치와;
    상기 입력신호를 수신하고, 상기 전력증폭기에 의해 증폭된 신호에 포함된 왜곡신호를 상쇄하기 위한 보정신호를 생성하는 왜곡 보정회로를 포함하는 제2브랜치;및
    상기 증폭된 신호와 상기 보정신호를 조합하여 상기 증폭된 신호에 포함된 상기 왜곡신호가 상쇄된 신호를 출력하는 조합회로를 포함하는 무선 네트워크의 전송장치에 사용되는 정방향이송 증폭시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1브랜치가 상기 제1브랜치내의 신호를 지연시키기 위한 지연라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크의 전송장치에 사용되는 정방향이송 증폭시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지연라인이 상기 전력증폭기가 상기 입력신호를 수신하기 전에 상기 입력신호를 지연시키는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크의 전송장치에 사용되는 정방향이송 증폭시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 지연라인이 상기 전력증폭기에 의해 증폭된 신호를 지연시키는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크의 전송장치에 사용되는 정방향이송 증폭시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입력신호가 상기 전력증폭기가 포화상태로 들어가도록 할 수 있는 최대 입력레벨 이상으로 증가할때 마다 상기 제2브랜치가 상기 보정신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크의 전송장치에 사용되는 정방향이송 증폭시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 증폭된 신호내에서의 상기 왜곡신호의 검출에 응답하여 상기 제2브랜치가 상기 보정신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크의 전송장치에 사용되는 정방향이송 증폭시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2브랜치가 상기 증폭된 신호의 위상과 관련하여 상기 보정신호의 위상을 편이시키는 위상 조정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크의 전송장치에 사용되는 정방향이송 증폭시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2브랜치가 상기 보정신호의 진폭을 조정하는 이득조정기를 더 포함하느 것을 특징으로 하는 무선 네트워크의 전송장치에 사용되는 정방향이송 증폭시스템.
  9. 복수개의 이동국과 통신가능한 복수개의 기지국을 포함하며, 상기 복수개의 기지국들중의 적어도 하나가 정방향이송 증폭시스템을 구비한 무선 통신시스템에 있어서,
    상기 정방향이송 증폭시스템이
    입력신호를 수신하고, 이 입력신호로부터 증폭된 출력신호를 생성하는 전력증폭기를 포함하는 제1브랜치와;
    상기 입력신호를 수신하고, 상기 제1브랜치의 상기 전력증폭기에 의해 증폭된 신호에 포함된 왜곡신호를 상쇄하기 위한 보정신호를 생성하는 왜곡 보정회로를 포함하는 제2브랜치; 및
    상기 증폭된 신호와 상기 보정신호를 조합하여 상기 증폭된 신호에 포함된 상기 왜곡신호가 상쇄된 신호를 출력하는 조합회로를 포함하는 무선 통신시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1브랜치가 상기 제1브랜치내의 신호를 지연시키기 위한 지연라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 지연라인이 상기 전력증폭기가 상기 입력신호를 수신하기 전에 상기 입력신호를 지연시키는 것을 특징으로 하는 무선 통신시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 지연라인이 상기 전력증폭기에 의해 증폭된 신호를 지연시키는 것을 특징으로 하는 무선 통신시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 입력신호가 상기 전력증폭기가 포화상태로 들어가도록 할 수 있는 최대 입력레벨 이상으로 증가할때 마다 상기 제2브랜치가 상기 보정신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 통신시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 증폭된 신호내에서의 상기 왜곡신호의 검출에 응답하여 상기 제2브랜치가 상기 보정신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 통신시스템.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제2브랜치가 상기 증폭된 신호의 위상과 관련하여 상기 보정신호의 위상을 편이시키는 위상 조정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신시스템.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 제2브랜치가 상기 보정신호의 진폭을 조정하는 이득조정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신시스템.
  17. 입력신호를 지연라인에서 지연시키는 단계와;
    상기 지연된 입력신호를 증폭하여 증폭된 신호를 생성하는 단계;
    상기 증폭된 신호에 포함된 왜곡신호를 상쇄하기 위한 보정신호를 상기 입력신호로 부터 생성하는 단계; 및
    상기 증폭된 신호와 상기 보정신호를 조합하여 상기 증폭된 신호에 포함된 상기 왜곡신호가 상쇄된 신호를 출력신호로서 출력하는 단계를 포함하는 무선 네트워크의 송신장치에서 사용되는 입력신호 증폭방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 보정신호를 생성하는 단계가
    상기 왜곡신호가 상기 증폭된 신호에 포함됨을 나타내는 최대 입력레벨을 상기 입력신호가 초과하는지를 결정하는 단계와,
    상기 입력신호가 상기 최대 입력레벨을 초과한다는 결정에 응답하여 상기 보정신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크의 송신장치에서 사용되는 입력신호 증폭방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 증폭된 신호내에서의 상기 보정신호의 검출에 응답하여 상기 보정신호가 생성되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크의 송신장치에서 사용되는 입력신호 증폭방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 증폭된 신호의 위상과 관련하여 상기 보정신호의 위상을 편이시키는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크의 송신장치에서 사용되는 입력신호 증폭방법.
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