KR100485067B1 - 기지국 증폭기의 출력 안정화 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기지국 고전력 증폭기의 출력신호 크기를 검출하여 입력신호에 대한 이득을 조정하고 최대 출력 이상의 높은 입력신호로 인한 증폭기 손상을 방지하기 위한 것으로, 트랜시버에 의해 주파수 변조된 신호를 증폭하기 위한 증폭 수단과; 증폭 수단의 출력신호를 전압값으로 검출하기 위한 출력검출 수단과; 출력검출 수단에 의해 검출된 전압과 증폭 수단의 최대 출력 전압의 대소를 비교하여 감쇄량을 결정하는 이득제어 수단과, 이득제어 수단에 의해 결정된 감쇄량만큼 증폭 수단으로 입력되는 신호를 감쇄시키기 위한 가변감쇄 수단을 포함하여 이루어지며, 최대 출력 이상의 입력신호에 대해 고전력 증폭기를 보호하고 이득을 조정한다.

Description

기지국 증폭기의 출력 안정화 회로 {Circuit for controlling power of a amplifier in a base station system}

본 발명은 무선통신망의 기지국 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기지국 시스템에서 사용하는 고전력 증폭기의 이득을 일정하게 하고 높은 입력 신호에 대한 손상을 방지하기에 적당하도록 한 기지국 증폭기의 출력 안정화 회로에 관한 것이다.

일반적으로 무선통신망에서는 전화국(또는 교환국)과 이동 단말의 사이에 기지국을 운용한다. 전화국과 기지국간에는 유선링크로 연결되고, 기지국과 이동 단말간에는 무선링크로 연결되어 통신하게 된다. 기지국 시스템은 이동 단말과의 무선통신에 필요한 상당한 출력을 내야 하며, 고출력 증폭은 송신단에 포함된 고출력 증폭기가 담당한다.

도1은 종래기술에 따른 기지국 시스템의 송신단 블록도이다.

도1에 따르면, 기지국 시스템은 신호 변복조를 담당하는 모뎀부(101), 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 RF 신호로 주파수 변조하는 트랜시버부(102), 신호를 증폭시키는 고전력 증폭기(103), 그리고 신호 중에서 원하는 주파수 대역의 신호만을 통과시키는 필터부(104)를 포함한다.

여기서 모뎀부(101)는 송신단으로 입력되는 신호를 약정된 변복조 방식에 따라 변조시켜 기저대역 신호를 생성하는데, 이 기저대역 신호는 디지털 신호이다. 트랜시버부(102)는 기저대역 신호를 디지털에서 아날로그 신호로 변환한 후, 국부 발진기(도시되지 않음)를 이용하여 RF 신호로 주파수 변조한다.

주파수 변조된 RF 신호는 고전력 증폭기(103)에 의해 증폭되어 필터부(104)로 입력된다. 필터부(104)는 입력된 신호 중에서 원하는 주파수 대역의 신호만을 통과시키고 대역외 신호는 감쇄시킨다. 필터부(104)를 통과한 신호는 안테나(105)를 통해 전파된다.

이처럼 기지국 시스템의 송신단에 사용되는 고전력 증폭기는 고정된 이득을 가지는 선형화 증폭기이다. 고전력 증폭기로의 입력신호가 증가하면 증폭기 출력이 선형적으로 증가하게 되는 것인데, 이 선형 특성은 일정 범위의 입력신호의 크기에 대해 제한적으로만 나타난다.

따라서 고전력 증폭기의 최대 출력전력보다 큰 전력의 신호가 고전력 증폭기로 입력되는 경우에는 비선형성으로 인한 신호 왜곡이나 증폭기 손상이 발생되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 기지국 고전력 증폭기의 출력신호 크기를 검출하여 입력신호에 대한 이득을 조정하고 최대 출력 이상의 높은 입력신호로 인한 증폭기 손상을 방지하도록 된 기지국 증폭기의 출력 안정화 회로를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기지국 증폭기의 출력 안정화 회로는, 트랜시버에 의해 주파수 변조된 신호를 증폭하기 위한 증폭 수단과, 상기 증폭 수단의 출력단에서 신호를 분기시키기 위한 커플러부와, 상기 커플러부에 의해 분기된 신호의 전력을 감쇄시키기 위한 감쇄기부와, 상기 감쇄기부에 의해 감쇄된 신호에 선형적으로 비례하는 전압값을 출력하기 위한 로그 증폭기부로 이루어져 상기 증폭 수단의 출력신호를 전압값으로 검출하기 위한 출력검출 수단과, 상기 출력검출 수단에 의해 검출된 전압과 상기 증폭 수단의 최대 출력 전압의 대소를 비교하여 감쇄량을 결정하는 이득제어 수단과, 상기 이득제어 수단에 의해 결정된 감쇄량만큼 상기 증폭 수단으로 입력되는 신호를 감쇄시키기 위한 가변감쇄 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

본 실시예는 로그 증폭기(LOG Amplifier, 또는 로그앰프)로 출력검출회로를 구현하여 기지국 시스템의 송신단에 구비된 고전력 증폭기의 출력신호 크기를 로그 증폭기로 검출하고, 검출된 출력신호 크기와 최대출력을 비교하여 고전력 증폭기의 입력단에서 그 입력신호의 크기를 조정한다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 기지국 고전력 증폭기(204)의 출력 안정화 회로의 블록도이다.

도2에 따르면, 본 실시예는 기지국 시스템의 송신단에 구비된 고전력 증폭기(204), 고전력 증폭기(204)의 출력단에서 출력신호를 분기시키는 커플러(205), 신호의 레벨을 조정하는 감쇄기(206), 신호의 크기를 검출하는 로그 증폭기(207), 동위상으로 입력되는 두 신호들의 전압차에 비례하는 신호를 출력하는 차동증폭기1, 입력 신호를 적분하는 적분기(209), 차동 증폭기2(210), 그리고 고전력 증폭기(204)로 입력되는 신호의 크기를 감쇄시키는 가변 감쇄기(203)를 포함한다.

그리고 기지국 시스템의 송신단은 모뎀부(201), 트랜시버부(202) 및 필터부(도시되지 않음)를 포함한다.

로그 증폭기(207)는 입력되는 RF 신호를 디지털 전압값으로 변환하여 출력한다. 도3은 로그 증폭기의 출력 특성을 보인 것이다. 도3에 도시된 바와 같이 로그 증폭기(207)는 입력이 증가하면 출력 전압값이 선형적으로 증가하는 특성을 나타낸다.

차동 증폭기1(208)은 로그 증폭기(207)의 출력 전압을 인가받아 고전력 증폭기(204)의 출력이 최대출력 이상인지 여부를 비교하기 위한 것이다. 적분기(209)는 0V를 기준값으로 한다. 그리고 차동 증폭기2(210)와 가변 감쇄기(203)를 이용하여 고전력 증폭기(204)로 입력되는 신호의 이득을 조정한다. 이때 차동 증폭기1(208)과 차동 증폭기2(210)는 12V의 기준 전압을 사용한다.

이러한 회로에서 고전력 증폭기(204)의 선형 특성이 만족되도록 그 입력신호의 전력 크기를 조정하는 과정은 다음과 같다.

우선, 커플러(205)를 이용하여 고전력 증폭기(204)에서 출력되는 RF 신호를 분기시킨다. 분기된 신호는 감쇄기(206)에 의해 감쇄되어 로그 증폭기(207)로 인가된다. 그러면 로그 증폭기(207)는 입력되는 RF 신호의 전력에 따라 증가되는 전압값을 출력하게 되며, 로그 증폭기(207)의 출력은 차동 증폭기1(208)의(-) 단자로 입력된다.

가변저항 VR1을 이용하여 차동 증폭기1(208)로 입력되는 전압 V1이 고전력 증폭기(204)가 출력할 수 있는 최대 전압이 되도록 조정한다. 전압 V1은 차동 증폭기1(208)의 (+) 단자로 입력된다.

차동 증폭기1(208)의 출력은 (-)와 (+) 단자로 각각 입력된 신호들의 전압차에 비례하므로, 고전력 증폭기(204)의 최대출력 전압과 현재 출력 전압간의 차이에 해당한다. 이때 차동 증폭기1(208)의 출력은 로그 증폭기(207)를 통해 입력되는 전압이 비교기준이 되는 전압인 V1 보다 작으면 양의 전압이 출력되고 전압 V1 보다 크면 음의 전압이 출력된다.

차동 증폭기1(208)의 출력은 적분기(209)로 인가되어 적분된다.

차동 증폭기1(208)의 출력이 음의 전압이라면, 이는 고전력 증폭기(204)의 현재 출력이 최대 출력 이상임을 나타낸다. 반면에 차동 증폭기1(208)의 출력이 양의 전압일 경우에는 적분기(209)의 출력은 0V이다. 즉, 고전력 증폭기(204)의 출력이 최대 출력값 이하일 경우에는 적분기(209)의 출력이 항상 0V가 되는 것이다.

차동 증폭기2(210)는 고전력 증폭기(204)의 초기 이득을 조정한다. 차동 증폭기2(210)의 (-) 단자로는 적분기(209)의 출력이 인가되고, (+) 단자로는 가변저항 VR2의 양단에 걸리는 전압이 인가된다. 고전력 증폭기(204)의 출력이 최대 출력 이하일 때 적분기(209)의 출력이 항상 0V가 되도록 하되, 가변저항 VR2를 이용하여 차동 증폭기2(210)의 출력값을 조정한다.

차동 증폭기2(210)의 출력에 의해 가변 감쇄기(203)의 감쇄량이 조정되는데, 적분기(209)의 출력이 0V일 경우에는 차동 증폭기2(210)가 고전력 증폭기(204)의 초기 이득을 고정시키게 된다.

도4는 가변 감쇄기의 특성을 보인 것이다. 가변 감쇄기(203)는 입력 전압값이 증가할수록 감쇄량이 감소하는 특성을 나타낸다. 고전력 증폭기(204)의 출력이 최대 출력 이하일 경우, 적분기(209)의 출력은 항상 0V가 되므로 차동 증폭기2(210)의 출력은 초기값으로 고정되어져 일정한 이득을 갖게 되는 것이다.

도5는 입력신호의 전력에 대한 고전력 증폭기(204)의 출력 특성을 보인 것이다. 도5에 따르면, 고전력 증폭기(204)는 일정범위의 입력에 대해 출력이 선형적으로 증가하는 특성을 갖는다.

고전력 증폭기(204)의 출력이 최대 출력 이상일 경우, 차동 증폭기1(208)의 출력은 음의 전압이 출력된다. 음의 전압이 적분기(209)로 입력되면, 적분기(209) 출력은 양의 전압으로 증가한다. 적분기(209)로부터 출력되는 양의 전압이 차동 증폭기2(210)로 입력되면, 차동 증폭기2(210)의 출력 전압은 감소되어 가변 감쇄기(203)의 감쇄량을 증가시킨다.

적분기(209)의 출력은 차동 증폭기1(208)의 출력이 0V로 될 때까지 차동 증폭기2(210)로 입력되는 전압을 증가시켜 가변 감쇄기(203)의 감쇄량을 증가시킨다. 즉, 로그 증폭기(207)를 통해 차동 증폭기1(208)에 입력되는 전압이 고전력 증폭기(204)의 최대 출력 전압인 V1과 같아질 때까지 적분기(209)가 차동 증폭기2(210)로의 입력 전압을 증가시키는 동작이다.

이처럼 고전력 증폭기(204)의 출력이 최대 출력 이하인 상태에서 고전력 증폭기(204)로 신호가 인가되면 일정한 이득을 가지게 된다. 그런데 고전력 증폭기(204)가 일정한 이득을 가지고 있을 때 입력신호의 전력이 증가하면 출력이 증가하는 선형적 특성이 나타나게 되어 최대 출력 이상의 신호가 출력되는 경우가 있다. 최대 출력 이상의 신호가 로그 증폭기(207)로 인가되는 경우, 차동 증폭기2(210)가 가변 감쇄기(203)의 감쇄량을 조정하게 되어 고전력 증폭기(204)의 출력이 최대 출력값 이상으로 증가되는 것을 방지하게 된다. 도5는 고전력 증폭기(204)의 입력신호 전력에 따른 증폭기 출력이 최대값, 즉 최대 출력 이상을 넘지 않음을 보인다.

한편, 도4에 도시된 바와 같이, 가변 감쇄기(203)의 특성은 전압에 따라 선형적이지 않지만 적분기(209)로 입력되는 전압이 양의 전압인지 음의 전압인지만 확인하여 제어하기 때문에 비선형적인 특성에 관계없이 사용할 수 있게 된다. 따라서 차동 증폭기2(210)로 가변 감쇄기(203)의 감쇄량을 제어하여 고전력 증폭기(204)의 입력신호 전력을 조정함으로써 그 출력 전력을 일정 수준 이하로 유지하는 것이 가능하게 되는 것이다.

이처럼 본 실시예는 기지국 시스템의 고전력 증폭기에 대하여 이득 조정하고 그 최대 출력 이상의 전력으로부터 보호한다.

기타 기지국 시스템의 고전력 증폭기 뿐만 아니라, 무선통신 시스템의 증폭기들중에서 선형화 특성 및 최대 출력을 갖는 증폭기에 대해 본 발명을 적용할 수 있다. 시스템의 송신단에 구비된 증폭기의 최대 출력을 고려하여 차동 증폭기1 및 차동 증폭기2의 각 가변저항 VR1과 VR2의 조정값을 결정해 주는 정도의 간단한 변경으로 다양한 증폭기들에 적용될 수 있다.

이상 설명한 실시예는 본 발명의 다양한 변화, 변경 및 균등물의 범위에 속한다. 따라서 실시예에 대한 기재내용으로 본 발명이 한정되지 않는다.

본 발명의 기지국 증폭기의 출력 안정화 회로에 따르면, 최대 출력 이상의 입력신호가 입력될 때 고전력 증폭기를 보호하여 그 손상을 방지하고 이득을 조정할 수 있게 된다.

도1은 종래기술에 따른 기지국 시스템의 송신단 블록도.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 기지국 증폭기의 출력 안정화 회로의 블록도.

도3은 본 발명에 적용되는 로그 증폭기의 입력전력에 대한 출력 특성을 보인 선도.

도4는 본 발명에 적용되는 가변 감쇄기의 입력전압에 대한 감쇄 특성을 보인 선도.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 고전력 증폭기의 입력신호 전력에 대한 출력 특성을 보인 선도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

210 : 모뎀부 202 : 트랜시버부

203 : 가변 감쇄기 204 : 고전력 증폭기

205 : 커플러 206 : 감쇄기

207 : 로그 증폭기 208, 210 : 차동 증폭기

209 : 적분기

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 트랜시버에 의해 주파수 변조된 신호를 증폭하기 위한 증폭 수단과;

   상기 증폭 수단의 출력단에서 신호를 분기시키기 위한 커플러부와;

   상기 커플러부에 의해 분기된 신호의 전력을 감쇄시키기 위한 감쇄기부와;

   상기 감쇄기부에 의해 감쇄된 신호에 선형적으로 비례하는 전압값을 출력하기 위한 로그 증폭기부로 이루어져 상기 증폭 수단의 출력신호를 전압값으로 검출하기 위한 출력검출 수단과;

   상기 출력검출 수단에 의해 검출된 전압과 상기 증폭 수단의 최대 출력 전압의 대소를 비교하여 감쇄량을 결정하는 이득제어 수단과;

   상기 이득제어 수단에 의해 결정된 감쇄량만큼 상기 증폭 수단으로 입력되는 신호를 감쇄시키기 위한 가변감쇄 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 증폭기의 출력 안정화 회로.
4. 제3항에 있어서, 상기 이득제어 수단은,

   상기 출력검출 수단에서 출력되는 전압과 상기 증폭 수단의 최대 출력 전압의 차이에 비례하는 전압을 출력하는 제1 차동 증폭부와;

   상기 제1 차동 증폭부의 출력 전압의 부호에 따라 상기 제1 차동 증폭부의 출력 전압의 적분값 또는 설정된 기준전압을 출력하는 적분기부와;

   상기 출력검출 수단에서 출력되는 전압이 상기 증폭 수단의 최대 출력 전압보다 큰 경우에는 상기 가변감쇄 수단의 감쇄량을 가변시키고, 상기 출력검출 수단에서 출력되는 전압이 상기 증폭 수단의 최대 출력 전압보다 크지 않은 경우에는 상기 가변감쇄 수단의 감쇄량을 고정시키는 제2 차동 증폭부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기지국 증폭기의 출력 안정화 회로.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제1 차동 증폭부는 상기 출력검출 수단에서 출력되는 전압이 상기 증폭 수단의 최대 출력 전압보다 클 경우에는 음의 전압을 출력하고, 상기 비교결과가 크지 않을 경우에는 양의 전압을 출력하며,

   상기 적분기부는 상기 제1 차동 증폭부의 출력 전압이 양의 부호이면 설정된 기준전압을 출력하고, 상기 출력 전압이 음의 부호이면 양의 부호를 갖는 전압을 출력하며,

   상기 제2 차동 증폭부는 상기 적분기에서 상기 기준전압이 출력되면 상기 감쇄량을 고정시키고, 상기 적분기의 출력 전압이 양의 부호이면 상기 적분기부에서 기준전압이 출력되도록 상기 감쇄량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 기지국 증폭기의 출력 안정화 회로.