KR100498344B1 - Lenearization method for power amplifier - Google Patents

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KR100498344B1 KR10-2003-0015219A KR20030015219A KR100498344B1 KR 100498344 B1 KR100498344 B1 KR 100498344B1 KR 20030015219 A KR20030015219 A KR 20030015219A KR 100498344 B1 KR100498344 B1 KR 100498344B1
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Abstract

본 발명은 전력 증폭기의 선형화 방법에 관한 것으로 특히, 선형화기의 전치왜곡 이득을 포화점에서 무한대에 접근하도록 함으로써 출력 레벨의 포화점 부근의 비선형성에 의한 왜곡을 최소화하도록 함에 목적이 있다. 이러한 목적의 본 발명은 전력 증폭기의 선형화 방법에 있어서, 기저대역 입력신호에 포화점까지 근접 가능한 전치왜곡 이득함수를 적용하여 전력 증폭기의 출력 레벨을 조정하는 단계와, 상기 전력 증폭기의 출력 레벨을 표본화하여 오차함수를 산출하는 단계와, 상기 오차함수를 참조하여 후치왜곡기 이득함수의 최적 계수값을 산출하는 단계와, 상기에서 산출된 후치왜곡기 이득함수의 최적 계수값를 적용하여 전치왜곡 이득 함수의 계수를 갱신시키는 단계를 RLS(Recursive Least Square) 알고리즘을 적용하여 수행함을 특징으로 한다. The present invention relates to a linearization method of a power amplifier, and more particularly, to minimize the distortion caused by nonlinearity near the saturation point of the output level by making the predistortion gain of the linearizer approach infinity at the saturation point. According to an aspect of the present invention, a method for linearizing a power amplifier includes adjusting a power amplifier output level by applying a predistortion gain function close to a saturation point to a baseband input signal, and sampling the output level of the power amplifier. Calculating an error coefficient; calculating an optimal coefficient value of the post-distorter gain function with reference to the error function; and applying an optimum coefficient value of the post-distorter gain function calculated above to obtain the predistortion gain function. The updating of the coefficients may be performed by applying a recursive least square (RLS) algorithm.

Description

전력 증폭기의 선형화 방법{LENEARIZATION METHOD FOR POWER AMPLIFIER}Linearization method of power amplifier {LENEARIZATION METHOD FOR POWER AMPLIFIER}

본 발명은 전력증폭기에 관한 것으로 특히, 선형화 방법에 관한 것이다. The present invention relates to power amplifiers and, more particularly, to a linearization method.

일반적으로 직교 진폭 변조(QAM) 또는 4위상 편이 변조(QPSK) 등의 선형 변조 방식은 진폭과 위상을 동시에 변조하므로 전력증폭기의 비선형성(nonlinearity)에 의해 많은 영향을 받는다. In general, linear modulation such as quadrature amplitude modulation (QAM) or quadrature phase shifting (QPSK) modulates amplitude and phase at the same time, and thus is affected by nonlinearity of the power amplifier.

특히, 심볼 레벨(symbol level)이 많아 질수록 PAR(Peak to Average Ratio : 피크 대 평균비)이 커지고 증폭기의 비선형성에 의한 영향은 더욱 커진다. In particular, the greater the symbol level, the greater the peak to average ratio (PAR) and the greater the nonlinear effect of the amplifier.

또한, 변조에 의해 입력신호의 전력이 변하는 경우 증폭기의 비선형성에 의해 상호변조 왜곡(intermodulation distortion) 성분이 발생되어 입력신호 채널성분을 왜곡시킬 뿐 아니라 인접채널에 간섭을 일으킨다. In addition, when the power of the input signal is changed by modulation, an intermodulation distortion component is generated by nonlinearity of the amplifier, which not only distorts the input signal channel component but also causes interference in adjacent channels.

따라서, 비선형성의 영향을 줄이기 위해 증폭기의 출력 레벨을 선형영역으로 백오프(back-off)하거나 선형화기를 사용한다. Therefore, to reduce the effects of nonlinearity, the output level of the amplifier is back-off into a linear region or a linearizer is used.

그런데, 증폭기의 출력 레벨을 선형영역으로 백오프하여 사용하면 선형성은 보장되나 출력전력과 효율이 떨어지므로 선형화기를 채용하는 방식을 사용한다. However, if the output level of the amplifier is used by backing off the linear region, linearity is guaranteed, but the output power and efficiency are inferior. Therefore, a linearizer is employed.

선형화기를 채용하는 방식으로는 포락선 휘드백(envelope feedback), 카테시안 루프(Cartesian loop), 폴라 루프(polar loop), 전치왜곡(predistortion), 피드포워드(feedforward) 기법 등이 제안되었다. Envelope feedback, Cartesian loop, polar loop, predistortion, feedforward techniques, etc., have been proposed as a method of employing a linearizer.

그 중 전치왜곡 방식은 구조가 간단하여 구현이 쉽고 선형화 능력이 비교적 우수하여 많이 이용되어 왔는데, 주로 DSP(Digital Signal Processing)에 기초한 룩업 테이블(look-up table)을 사용하는 방식이 주로 사용되었다. Among them, the predistortion method has been widely used because of its simple structure and easy implementation, and its linearization ability is relatively high. The main method is to use a look-up table based on DSP (Digital Signal Processing).

하지만, 룩업 테이블을 사용하는 전치 왜곡 방식은 많은 기억용량을 필요로 하고 시스템의 변화에 잘 적응하지 못하는 단점이 있다. However, the predistortion method using the lookup table requires a lot of storage capacity and does not adapt well to changes in the system.

최근 선형화 소자의 변화나 주변 환경변화에 잘 적응하는 새로운 전치왜곡기(predistorter)에서는 후처리기(postdistorter)를 도입하여 RLS 알고리즘의 뛰어난 최적화 특성을 이용함으로써 성능을 개선한다In recent years, new predistorters that adapt well to changes in linearization elements or changes in the surrounding environment introduce a postdistorter to improve performance by utilizing the superior optimization characteristics of the RLS algorithm.

도1은 종래의 전치왜곡기를 이용한 전력 증폭기의 블록 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이 기저대역 QAM 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(110)와, 이 아날로그/디지털 변환기(110)의 출력신호를 처리하는 DSP(Digital Signal Processor)(120)와, 이 DSP(120)의 출력신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환기(130)와, 이 디지털/아날로그 변환기(130)의 출력신호를 변조하는 변조부(140)와, 이 변조부(140)의 출력신호를 증폭하는 전력증폭기(150)와, 이 전력 증폭기(150)의 출력신호를 검출하여 복조하는 복조부(150)와, 이 복조부(150)의 출력신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 DSP(120)로 입력시키는 아날로그/디지털 변환기(170)과, 상기 변조부(140) 및 복조부(160)로 발진신호를 제공하는 발진기(181)(182)로 구성된다. 1 is a block diagram of a conventional power amplifier using a predistorter. As shown in FIG. 1, an analog-to-digital converter 110 converting a baseband QAM signal into a digital signal, and the analog-to-digital converter 110 of Digital signal processor (DSP) 120 for processing the output signal, digital / analog converter 130 for converting the output signal of the DSP 120 into an analog signal, and output signal of the digital / analog converter 130 A modulator 140 for modulating the signal, a power amplifier 150 for amplifying the output signal of the modulator 140, a demodulator 150 for detecting and demodulating the output signal of the power amplifier 150, The analog / digital converter 170 converts the output signal of the demodulator 150 into a digital signal and inputs it to the DSP 120, and provides an oscillation signal to the modulator 140 and the demodulator 160. Oscillators 181 and 182.

상기 변조기(140)는 직교 변조기(QM : Quadrature Modulator)(141), 대역통과필터(BPF)(142), 혼합기(143) 및 대역통과필터(144)로 구성된다. The modulator 140 includes a quadrature modulator (QM) 141, a band pass filter (BPF) 142, a mixer 143, and a band pass filter 144.

상기 복조기(160)는 혼합기(161), 대역통과필터(162), 지연기(163) 및 직교복조기(QDM : Quadrature DeModulator)(164)로 구성된다. The demodulator 160 includes a mixer 161, a band pass filter 162, a delay unit 163, and a quadrature demodulator (QDM) 164.

도1에서 아날로그/디지털 변환기(110)의 출력신호(,)는 기저대역 QAM신호의 I, Q 성분을 IF로 변조하기 전에 디지털 변환(A/D : Analog to Digital)한 신호이다.1, the output signal of the analog-to-digital converter 110 ( , ) Is a signal that is digitally converted (A / D: Analog to Digital) before I and Q components of the baseband QAM signal are modulated with IF.

도1에서 아날로그/디지털 변환기(170)의 출력신호(,)는 전력 증폭기(150)의 출력신호를 직교 복조한 I, Q신호를 디지털 변환(A/D)한 신호이다.1, the output signal of the analog-to-digital converter 170 ( , ) Is a signal obtained by digitally converting (A / D) the I and Q signals orthogonally demodulated from the output signal of the power amplifier 150.

도1에서 DSP(120)는 아날로그/디지털 변환기(110)의 출력신호(,)와 아날로그/디지털 변환기(170)의 출력신호(,)를 이용하여 전치 왜곡기의 진폭 및 위상 다항식 함수의 계수를 최적화한다.In FIG. 1, the DSP 120 outputs an output signal of the analog-to-digital converter 110. , ) And the output signal of the analog / digital converter 170 , Optimize the amplitude of the predistorter and the coefficients of the phase polynomial function.

DSP(120)에서 최적화 과정은 RLS(Recursive Least Square) 알고리즘을 이용한다. The optimization process in the DSP 120 uses a recursive least square (RLS) algorithm.

다항식의 계수가 최적값에 수렴된 후 전치왜곡기의 진폭 및 위상 다항식의 계수들이 추출되고, 전치왜곡기는 전력증폭기 비선형성의 역 특성을 정확히 표현할 수 있다. After the coefficients of the polynomial converge to the optimum values, the coefficients of the amplitude and phase polynomials of the predistorter are extracted, and the predistorter can accurately represent the inverse characteristics of the power amplifier nonlinearity.

만일, 변조부(140)에서 변조된 신호의 진폭이 r(t)이고 위상이 라고 가정할 때 전력 증폭기(150)의 비선형 출력은 아래의 [수학식 1]과 같다.If the amplitude of the signal modulated by the modulator 140 is r (t) and the phase is Assume that the non-linear output of the power amplifier 150 is shown in Equation 1 below.

여기서, 는 반송파 주파수이고 는 각각 증폭기의 진폭 및 위상 전달함수이다.here, Is the carrier frequency Wow Are the amplitude and phase transfer functions of the amplifier, respectively.

한편, 상기 DSP(120)에서 RLS 알고리즘 구현하기 위한 연산 과정을 도2의 등가 회로도를 참조하여 설명하면 다음과 같다. Meanwhile, a calculation process for implementing the RLS algorithm in the DSP 120 will be described with reference to the equivalent circuit diagram of FIG. 2.

DSP(120)가 입력된 l번째 연산 구간의 표본값(,)을 비선형 함수(,)와 복소 연산하면 직교 변조기(141)에서 IF 변조한다. 여기서 l번째 연산구간에서의 의 절대치이다.The sample value of the l th operation section inputted by the DSP 120 ( , ) Is a nonlinear function ( , ) And IF are modulated by quadrature modulator 141. here and Is the l th operation period. Wow Is absolute.

상기 비선형 함수(,)는 l번째 연산구간에서의 전치 왜곡기의 이득을 나타내는 다항식으로 아래의 [수학식 2], [수학식 3]과 같이 입력신호의 진폭에 대한 멱급수로 표현할 수 있다.The nonlinear function ( , ) Is a polynomial representing the gain of the predistorter in the l- th operation period and can be expressed as power series of the amplitude of the input signal as shown in Equations 2 and 3 below.

여기서, M은 전치왜곡기 다항식의 차수(order)이고 은 다항식의 k번째 계수이다.Where M is the order of the predistorter polynomials and Is the kth coefficient of the polynomial.

이후, 변조부(140)는 직교변조된 신호를 혼합기(143)에서 상향 변환한 후 전력증폭기(150)로 입력시킨다. Thereafter, the modulator 140 up-converts the quadrature-modulated signal from the mixer 143 and inputs the signal to the power amplifier 150.

그리고, 전력증폭기(150)의 출력신호는 혼합기(161)에서 하향 변환된(down converted) 후 직교 복조기(160)에서 복조된다. The output signal of the power amplifier 150 is down-converted by the mixer 161 and then demodulated by the quadrature demodulator 160.

도2에서 입력신호의 진폭()과 출력신호의 진폭()은 제곱근(SQRT : square root) 연산한 값들이다.2, the amplitude of the input signal ( ) And the amplitude of the output signal ( ) Are computed square root (SQRT).

은 도2의 대수기(AU : Arithmetic Unit)에서 아래의 [수학식 4], [수학식 5]와 같이 연산된다. and Is calculated as shown in Equation 4 and Equation 5 below in the Arithmetic Unit (AU) of FIG. 2.

여기서, 은 각각 증폭기 출력신호와 전치왜곡기 입력신호의 위상이고, 는 수렴속도에 영향을 미치는 위상변위 상수이다.here, and Are the phases of the amplifier output signal and the predistorter input signal, respectively. Is the phase shift constant that affects the convergence speed.

N번째 연산구간에서 후치왜곡기의 이득 함수는 다항식(,)에 대한 멱급수로서 아래의 [수학식 6],[수학식 7]과 같이 표현된다.The gain function of the post-distorter in the Nth operation period is polynomial ( , ) Is expressed as Equation 6 and Equation 7 below.

여기서, M은 후치왜곡기 다항식의 차수이며, , 은 후치왜곡기 다항식의 k번째 계수이고 , 은 M+k번째 계수이다.Where M is the order of the post-distorter polynomial, , Is the kth coefficient of the postdistorter polynomial , Is the M + kth coefficient.

그러나, 전력 증폭기는 포화영역에서 동작할 때 효율이 가장 좋지만, 종래 기술은 전력 증폭기의 역 비선형 특성이 포화점 부근에서 무한대로 발산하여 다항식으로는 근사화할 수 없기 때문에 다항식형 전치왜곡기의 성능이 포화영역 부근에서 떨어지는 문제점이 있다. However, the power amplifier has the best efficiency when operating in the saturation region, but the prior art shows that the performance of the polynomial predistorter is poor because the inverse nonlinear characteristic of the power amplifier diverges infinity near the saturation point and cannot be approximated by polynomial. There is a problem of falling near the saturation region.

따라서, 전력증폭기를 포화점 부근까지 선형화하기 위한 기술을 필요로 한다.Therefore, there is a need for a technique for linearizing the power amplifier to near the saturation point.

본 발명은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 선형화기의 전치왜곡 이득을 포화점에서 무한대에 접근하도록 함으로써 출력 레벨의 포화점 부근의 비선형성에 의한 왜곡을 최소화하도록 창안한 전력 증폭기의 선형화 방법을 제공함에 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a linearization method of a power amplifier designed to minimize the distortion caused by nonlinearity near the saturation point of the output level by bringing the predistortion gain of the linearizer to infinity at the saturation point in order to solve the conventional problems. There is this.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 전력 증폭기의 선형화 방법에 있어서, 기저대역 입력신호에 포화점까지 근접 가능한 전치왜곡 이득함수를 적용하여 전력 증폭기의 출력 레벨을 조정하는 단계와, 상기 전력 증폭기의 출력 레벨을 표본화하여 오차함수를 산출하는 단계와, 상기 오차함수를 참조하여 후치왜곡기 이득함수의 최적 계수값을 산출하는 단계와, 상기에서 산출된 후치왜곡기 이득함수의 최적 계수값를 적용하여 전치왜곡 이득 함수의 계수를 갱신시키는 단계를 RLS(Recursive Least Square) 알고리즘을 적용하여 수행함을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of linearizing a power amplifier, the method comprising: adjusting an output level of a power amplifier by applying a predistortion gain function close to a saturation point to a baseband input signal; Calculating an error function by sampling the output level; calculating an optimum coefficient value of the post-distorter gain function with reference to the error function; and applying the optimum coefficient value of the post-distorter gain function calculated above to the transpose The updating of the coefficient of the distortion gain function is performed by applying a recursive least square (RLS) algorithm.

즉, 본 발명은 전력 증폭기의 포화점의 비선형성에 의한 왜곡을 최소화하기 위해 새로운 비선형 함수 를 선형화기의 전치 왜곡 이득 함수에 적용하여 포화점 부근에서 이득을 무한대로 접근시킴에 의해 포화점 부근까지 전력 증폭기를 선형화하는 방법을 구현함을 특징으로 한다.That is, the present invention provides a new nonlinear function to minimize distortion caused by nonlinearity of the saturation point of the power amplifier. Is applied to the predistortion gain function of the linearizer to implement a method of linearizing the power amplifier to near the saturation point by approaching the gain infinitely near the saturation point.

이로 인해 포화점에서 출력 레벨을 백오프하지 않아도 전치 왜곡기가 진폭 및 위상에 대해 증폭기 비선형성의 역함수를 정확히 구현할 수 있다. This allows the predistorter to accurately implement the inverse of the amplifier nonlinearity for amplitude and phase without having to back off the output level at the saturation point.

이하, 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명의 실시예를 위한 전력 증폭기는 도1의 블록도와 동일하게 구성하며, DSP(120)에서의 연산 과정은 도2와 전반적인 흐름은 동일하지만, 실제 연산 과정에 차이가 있다. The power amplifier for the embodiment of the present invention is configured in the same way as the block diagram of FIG. 1, and the operation process of the DSP 120 is the same as that of FIG. 2, but the actual operation process is different.

본 발명의 실시예에서 RLS 최적화 알고리즘의 목적함수는 ,의 제곱으로 이루어지고 이에 대하여 후처리기 다항식의 계수에 관한 그래디언트(gradient)가 계산된다. 이로써 후처리기 다항식의 계수에 대해 글로벌(grobal) 최적화가 가능하고 안정하게 된다.In the embodiment of the present invention, the objective function of the RLS optimization algorithm is , Squared of and the gradient of the coefficients of the postprocessor polynomial is calculated. This enables global optimization and stability for the coefficients of the postprocessor polynomial.

본 발명의 실시예에서는 전력증폭기(150)의 출력레벨을 선형영역으로 백오프하지 않고 포화점 부근까지 선형화하기 위하여 비선형 함수()를 이용함으로 l번째 연산구간에서 전치왜곡기 이득함수는 아래의 [수학식 8], [수학식 9]와 같은 다항식으로 표현된다.In the embodiment of the present invention, in order to linearize the output level of the power amplifier 150 to the vicinity of the saturation point without backing off to the linear region, a nonlinear function ( ) By using the l-th group in the operation section predistortion gain function it is expressed by a polynomial, such as Equation 8, Equation 9 below.

여기서, 와 같이 표시되며, 는 증폭기의 포화점 근처까지 인가되는 입력 진폭의 최대값이다.here, Is Will look like this, Is the maximum value of the input amplitude applied near the saturation point of the amplifier.

의 미분이 입력 진폭의 최대치, 즉 일 때 무한대에 접근하며, 이 결과 전치왜곡기의 I와 Q의 이득함수(,) 역시 무한대에 접근하여 포화점 근처에서 전력증폭기가 선형화될 수 있다. The derivative of is the maximum value of the input amplitude, When we approach infinity, the gain function of I and Q of the predistorter , ) Can also approach infinity and linearize the power amplifier near the saturation point.

n번째 연산구간에서 후치왜곡기 이득함수는 아래의 [수학식 10], [수학식 11]과 같다.The post-distorter gain function in the nth operation section is expressed by Equation 10 and Equation 11 below.

여기서, 이다.here, to be.

n번째 연산구간에서 l번째 연산구간의 표본으로 구성된 RLS 알고리즘의 오차함수(,)는 아래의 [수학식 12],[수학식 13]과 같다.n error function of the RLS algorithm consisting of a sample of the l-th operation period in the second operation period ( , ) Is as shown in [Equation 12] and [Equation 13] below.

여기서 이다.here to be.

만일, 의 연산구간에서 후치왜곡기 다항식의 계수가 최적값에 수렴되면, 에서 두 오차함수(,)는' 0'이므로 [수학식 12],[수학식 13]으로부터 아래의 [수학식 14], [수학식 15]가 성립된다.if, If the coefficients of the post-distorter polynomial converge to the optimal values in Two error functions in , ) Is '0', and the following [Equation 14] and [Equation 15] are established from [Equation 12] and [Equation 13].

그리고, 일 때 아래의 [수학식 16], [수학식 17]이 성립한다고 가정한다.And, In this case, it is assumed that Equation 16 and Equation 17 below hold.

상기 [수학식 16],[수학식 17]과 같은 가정에 의해 아래의 [수학식 18],[수학식 19]가 성립하게 된다.[Equation 18] and [Equation 19] below are established based on the same assumptions as [Equation 16] and [Equation 17].

그런데, 증폭기 왜곡 출력함수의 진폭()와 위상()는 단가 함수(single valued function)이므로 후치왜곡기 이득함수(,) 역시 단가 함수이다.However, the amplitude of the amplifier distortion output function ( ) And phase ( ) Is a single valued function, so the post-distorter gain function ( , ) Is also a cost function.

따라서, 아래의 [수학식 20], [수학식 21]이 성립한다.Therefore, Equations 20 and 21 below hold.

여기서, 이다.here, to be.

이에 따라, 수렴 이후 이고 이 된다. 즉, 전력증폭기의 특성이 선형화 된다.Accordingly, after convergence ego Becomes That is, the characteristics of the power amplifier are linearized.

그런데, 수렴 이후 후처리기 다항식의 계수는 이전 연산구간에서의 계수와 같으므로 이고 이 된다.However, after convergence, the coefficients of the postprocessor polynomial are the same as the coefficients in the previous calculation interval. ego Becomes

따라서, 아래의 [수학식 22],[수학식 23]이 성립된다. Therefore, the following Equations 22 and 23 are established.

이에 따라, [수학식 8],[수학식 9], [수학식 10], 및 [수학식 11]을 [수학식 22],[수학식 23]에 대입하면 아래와 같은 관계식을 얻을 수 있다.Accordingly, the following relation can be obtained by substituting [Equation 8], [Equation 9], [Equation 10], and [Equation 11] into [Equation 22] and [Equation 23].

여기서, 이다.here, to be.

상기 관계식을 이용하여 전치왜곡 다항식의 계수를 갱신할 수 있다. The coefficient of the predistortion polynomial can be updated using the relational expression.

n번째 연산구간에서의 목적함수는 아래의 [수학식 24],[수학식 25]와 같이 주어진다.The objective function in the nth operation section is given by Equations 24 and 25 below.

상기 [수학식 24],[수학식 25]를 다시 정리하면 아래의 [수학식 26],[수학식 27]과 같이 표현할 수 있다. Re-arranged [Equation 24], [Equation 25] can be expressed as shown in [Equation 26], [Equation 27] below.

여기서, : 기준왜곡 동위상 신호here, : Reference Distortion In-Phase Signal

: 기준왜곡 직교위상 신호 : Reference Distortion Quadrature Signal

: 데이터 벡터 Data vector

: 후처리기 다항식의 계수벡터 : Coefficient vector of postprocessor polynomial

: 후처리기 다항식의 계수벡터이고, 는 전치행렬을 뜻한다. : Coefficient vector of the postprocessor polynomial, Means transpose.

그리고, 상기 [수학식 26],[수학식 27]로 표현되는 을 각각 , 으로 편미분하면 아래의 [수학식 28]과 [수학식 29]를 얻을 수 있다.And, represented by the above [Equation 26], [Equation 27] and Each and , By partial differential, the following [Equation 28] and [Equation 29] can be obtained.

만일, [수학식 28]과 [수학식 29]가 각각 '0'이 될 때 , 이라 하면 상기 [수학식 28]과 [수학식 29]는 아래의 [수학식 30]과 [수학식 31]과 같이 표시된다.If [Equation 28] and [Equation 29] are each '0' , In this case, Equation 28 and Equation 29 are expressed as Equation 30 and Equation 31 below.

여기서, [수학식 30]과 [수학식 31]을 아래의 [수학식 32], [수학식 33], [수학식 34]로 치환하면 [수학식 35]와 [수학식 36]으로 표현할 수 있다. In this case, when [Equation 30] and [Equation 31] is replaced with [Equation 32], [Equation 33], and [Equation 34] below, it can be expressed as [Equation 35] and [Equation 36]. have.

치환된 행렬()이 특이형렬이 아니면 이라 할 수 있고, 따라서 후처리기 다항식의 계수는 아래의 [수학식 37]과 [수학식 38]과 같이 표현된다.Substituted procession( ) Is not singular Therefore, the coefficient of the postprocessor polynomial is expressed as Equation 37 and Equation 38 below.

이로부터 RLS 알고리즘은 아래의 [수학식 39] 내지 [수학식 44]와 같은 관계식을 얻는다.From this, the RLS algorithm obtains relations as shown in Equations 39 to 44 below.

여기서, 는 이득벡터(gain vector), , 는 추정오차(estimation error)이다.here, Is the gain vector, , Is an estimation error.

상기 [수학식 42],[수학식 43],[수학식 44]은 , 로 초기화하는데, 는 매우 작은 상수이고, 영 벡터이다.[Equation 42], [Equation 43], [Equation 44] is , To initialize with Is a very small constant, silver Zero vector.

한편, 본 발명의 실시예에서의 상기 과정에 대한 시뮬레이션 결과는 다음과 같다. On the other hand, the simulation results for the above process in the embodiment of the present invention are as follows.

우선, 입력 변조신호는 25% 레이즈드 코사인 필터(raised cosine filter)를 거친 16 QAM 랜덤 변조 신호를 사용하며 직교 복조(QDM)는 완벽하다고 가정하였다. First, it is assumed that the input modulated signal uses a 16 QAM random modulated signal passed through a 25% raised cosine filter and that quadrature demodulation (QDM) is perfect.

또한, 전력증폭기의 포화점 부근에서의 선형성을 평가하기 위해 I,Q 피크 신호 전력에 대해 포화점에서 각각 '0'dB 입력 백오프를 가정하였다. Also, to evaluate the linearity near the saturation point of the power amplifier, we assumed '0' dB input backoff at the saturation point for the I, Q peak signal power, respectively.

전치왜곡기를 거친 전력 증폭기의 입력진폭과 위상 전달함수 와, 는 아래의 [수학식 45]와 [수학식 46]과 같이 표현된다.Input Amplitude and Phase Transfer Function of Power Amplifiers Predistorted Wow, Is expressed as Equation 45 and Equation 46 below.

그리고, 시뮬레이션에 사용된 전치왜곡 다항식은 다음의 [수학식 47]과 [수학식 48]과 같다.In addition, the predistortion polynomial used in the simulation is represented by Equations 47 and 48 below.

전치왜곡 다항식의 계수와 후처리기 다항식의 계수벡터는 각각 다음과 같이 초기화한다.The coefficients of the predistortion polynomial and the coefficient vectors of the postprocessor polynomial are initialized as follows.

, , , , , , , , , , , , , ,

, , , , , , , , , , , , , ,

따라서, 본 발명의 실시예에서 RLS 알고리즘에 사용한 위상변위 상수()가 라면 전치왜곡기의 수렴 후 다항식은 아래의 수학식과 같이 표현된다.Therefore, in the embodiment of the present invention, the phase shift constant ( )end After convergence of the ramen predistorter, the polynomial is expressed as the following equation.

도3은 전치왜곡기의 이득함수 , 를 나타내고 선형화된 증폭기의 AM/AM 특성과 AM/PM 특성을 도4와 도5에 제시한다.Figure 3 shows the gain function of the predistorter , 4 and 5 show the AM / AM characteristics and AM / PM characteristics of the linearized amplifier.

따라서, 도3에서 보듯이 이득함수가 최대 입력값에서 무한대로 접근하고 전치왜곡기가 진폭 및 위상에 대해 증폭기 비선형성의 역함수를 구현함에 매우 효과적임을 알 수 있다. Thus, as shown in Fig. 3, it can be seen that the gain function approaches infinity at the maximum input value, and the predistorter is very effective in implementing the inverse of the amplifier nonlinearity with respect to amplitude and phase.

이에 따라, 전력기 출력레벨을 선형영역으로 백오프하지 않더라도 포화점 부근까지 선형성이 매우 높은 전력증폭기 시스템을 구현할 수 있다.Accordingly, a power amplifier system having a very high linearity up to a saturation point can be realized even if the power output level is not backed off to the linear region.

도6은 전치왜곡기의 유무에 따른 증폭기 출력 전력 스펙트럼을 도시한 것이다. 도6에서 보듯이 증폭기 출력 전력 스펙트럼 대역의 가장자리에서 약 40dB 이상의 개선효과가 있음을 알 수 있다. Figure 6 shows the amplifier output power spectrum with or without predistorter. As shown in FIG. 6, it can be seen that there is an improvement of about 40 dB or more at the edge of the amplifier output power spectrum band.

즉, 본 발명의 실시예에서 도6과 같은 출력 전력 스펙트럼을 갖는 신호는 기저대역 I,Q 입력신호의 전력 스펙트럼을 거의 원 상태로 복원한다. That is, in the embodiment of the present invention, the signal having the output power spectrum as shown in Fig. 6 restores the power spectrum of the baseband I and Q input signals to almost the original state.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 선형화기의 전치 왜곡 이득함수에 비선형 함수를 적용하여 거의 포화점까지 전력 증폭기를 선형하도록 함으로써 포화점의 비선형성에 의한 왜곡을 최소화할 수 있다. As described in detail above, the present invention can minimize the distortion caused by the nonlinearity of the saturation point by applying the nonlinear function to the predistortion gain function of the linearizer so that the power amplifier is linear to almost the saturation point.

따라서, 본 발명은 포화점에서 출력레벨을 백오프하지 않더라도 전치왜곡기가 진폭 및 위상에 대해 증폭기 비선형성의 역함수를 정확히 구현하여 포화점 부근에서도 매우 높은 출력전력과 최적효율을 발휘할 수 있는 효과가 있다. Therefore, even if the output level is not backed off at the saturation point, the predistorter accurately implements the inverse function of the amplifier nonlinearity with respect to the amplitude and phase, thereby achieving a very high output power and optimum efficiency even near the saturation point.

또한, 본 발명은 아날로그 전치왜곡기와 포락선 검파기를 가진 회로가 제작과 튜닝에 어려움이 있고 이로 인한 부정확성이 발생하게 됨을 감안하여 전치왜곡을 포함한 대부분의 연산이 DSP로 이루어지도록 구현함으로써 시스템을 쉽게 구현할 수 있도록 하는 효과가 있다. In addition, the present invention is difficult to manufacture and tune a circuit having an analog predistorter and an envelope detector, and inaccuracies occur due to the inaccuracy of the circuit. It is effective.

도1은 전치 왜곡기를 이용한 전력 증폭기의 블록 구성도. 1 is a block diagram of a power amplifier using a predistorter.

도2는 도1에서 DSP의 등가 회로도. 2 is an equivalent circuit diagram of the DSP in FIG.

도3은 전치 왜곡기의 이득 함수를 보인 파형도. 3 is a waveform diagram showing a gain function of a predistorter;

도4는 전력 증폭기의 AM/AM 특성을 보인 파형도. 4 is a waveform diagram showing AM / AM characteristics of a power amplifier.

도5는 전력 증폭기의 AM/PM 특성을 보인 파형도. 5 is a waveform diagram showing AM / PM characteristics of a power amplifier.

도6은 전력 증폭기의 전치 왜곡기 유무에 따른 출력 스펙트럼 파형도. 6 is an output spectral waveform diagram with or without a predistorter of a power amplifier.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings

120 : DSP(Digital Signal Processor) 120: DSP (Digital Signal Processor)

140 : 변조부 150 : 전력 증폭기 140: modulator 150: power amplifier

160 : 복조부 160: demodulation unit

Claims (3)

전력 증폭기의 선형화 방법에 있어서, In the linearization method of the power amplifier, 기저대역 입력신호에 포화점까지 근접 가능한 전치왜곡 이득함수를 적용하여 전력 증폭기의 출력 레벨을 조정하는 단계와, Adjusting the output level of the power amplifier by applying a predistortion gain function close to the saturation point to the baseband input signal; 상기 전력 증폭기의 출력 레벨을 표본화하여 오차함수를 산출하는 단계와, Sampling an output level of the power amplifier to calculate an error function; 상기 오차함수를 참조하여 후치왜곡기 이득함수의 최적 계수값을 산출하는 단계와, Calculating an optimal coefficient value of a post-distorter gain function with reference to the error function; 상기에서 산출된 후치왜곡기 이득함수의 최적 계수값을 적용하여 전치왜곡 이득 함수의 계수를 갱신시키는 단계를 수행함을 특징으로 하는 전력 증폭기의 선형화 방법. And updating the coefficient of the predistortion gain function by applying the optimum coefficient value of the postdistorter gain function calculated above. 제1항에 있어서, 전치왜곡 이득함수는 The predistortion gain function of claim 1 wherein 비선형 함수()를 적용하여 아래의 수학식과 같은 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 선형화 방법.Nonlinear functions ( The linearization method of the power amplifier, characterized in that to perform the operation as shown in the following equation. 여기서, 와 같이 표시되며, 는 증폭기의 포화점 근처까지 인가되는 입력 진폭의 최대값이다.here, Is Will look like this, Is the maximum value of the input amplitude applied near the saturation point of the amplifier. 제1항에 있어서, RLS(Recursive Least Square) 알고리즘은 아래의 관계식으로 성립함을 특징으로 하는 전력 증폭기의 선형화 방법. The method of claim 1, wherein the recursive least square (RLS) algorithm is established by the following relationship. 여기서, 는 이득벡터(gain vector), , 는 추정오차(estimation error)이다. 단, , 로 초기화하며, 는 매우 작은 상수이고, 영 벡터이다.here, Is the gain vector, , Is an estimation error. only, , Initialize to, Is a very small constant, silver Zero vector.
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