KR100560613B1 - 직교주파수 분할 다중화 시스템을 이용하는 단말기용전력증폭기 및 그에 대한 바이어싱 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직교주파수 분할 다중화 시스템(OFDM)을 이용하는 단말기용 전력증폭기 및 그에 대한 바이어싱 방법에 관한 것으로, 특히 단말기용 전력 증폭기는 제1 및 제2 구동단, 전력단과 바이어스 회로를 포함한다. 제1 구동단은 전력단에 구동 전력을 공급하고, 전력단은 제1 구동단에서 공급되는 전력을 증폭하여 출력한다. 제2 구동단은 제1 구동단과 전력단 사이에 삽입되어 전력단의 바이어스 전류를 급격히 감소시킨다. 바이어스 회로는 제1 및 제2 구동단과 전력단에 바이어스를 인가한다. 본 발명에 따르면, OFDM 시스템의 단말기용 전력증폭기 전력단의 동작 전류를 줄임으로써 전력증폭기의 전력 이득 확장 특성을 이용하여 OFDM 시스템의 높은 PAPR를 만족시키면서 OFDM 단말기의 불필요한 동작 전류를 감소시킬 수 있다.

단말기용 전력증폭기, OFDM, 바이어싱, 구동단, 전력단, PAPR, PAE

Description

직교주파수 분할 다중화 시스템을 이용하는 단말기용 전력증폭기 및 그에 대한 바이어싱 방법 {POWER AMPLIFIER FOR OFDM SYSTEM TERMINAL AND METHOD FOR BIASING THE SAME}

도 1은 종래 기술에 따른 제어기 등을 이용하여 이동통신 단말기의 전력 효율을 높일 수 있는 전력증폭기 구조를 나타내는 도면이다.

도 2는 종래 기술에 따른 스위치 등을 이용하여 이동통신 단말기의 전력 효율을 높일 수 있는 전력증폭기 구조를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템을 이용하는 단말기용 전력증폭기 구조와 바이어싱 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭기의 출력전력과 전력 이득 확장 곡선, 및 OFDM 단말기 시스템의 출력전력 레벨과 최대전력대 평균전력 비(PAPR)에 따른 최고 출력 레벨을 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭기 바이어싱 방법과 일반적인 바이어싱 방법에 의한 입력전력대 출력전력을 비교하여 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭기 바이어싱 방법과 일반적인 바이어싱 방법에 의한 출력전력에 따른 전력 이득과 ACP를 비교하여 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭기 바이어싱 방법과 일반적인 바이어싱 방법에 의한 출력전력에 따른 전력부가 효율을 비교하여 나타내는 도면이다.

본 발명은 직교주파수 분할 다중화 시스템을 이용하는 단말기용 전력증폭기 및 바이어싱 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 높은 최대전력대 평균전력 비(PAPR:Peak to Average Power Ratio)를 갖는 직교주파수 분할 다중화(OFDM) 방식을 이용하는 통신 시스템에 있어서, 시스템 성능에 영향을 미치지 않고 단말기의 전력 소모를 줄일 수 있는 전력증폭기의 구조 및 그에 대한 바이어싱 방법에 관한 것이다.

종래 기술로서, 대한민국 특허출원번호 제1998-23776호(1998. 6. 23 출원)에는 "이동통신 단말기의 출력전력 제어장치 및 방법"이 개시되어 있는 바, 전원 장치가 고주파 전력증폭기와 소정 제어를 받아 상기 고주파 전력증폭기의 바이어스 전압 및 바이어스 전류를 가변하는 전원 장치들과, 수신신호 세기에 따라 출력 레벨을 결정하고 결정된 출력 레벨에 따라 상기 전원 장치들을 제어하는 제어부로 구성되며, 이동통신 단말기의 고주파 전력증폭기의 바이어스/전류를 제어하여 효과적으로 전력을 증폭을 증폭하여 전력 소모를 줄일 수 있는 출력전력 제어장치 및 방법을 개시하고 있는데, 이하 도 1을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 종래 기술에 따른 제어기 등을 이용하여 이동통신 단말기의 전력 효 율을 높일 수 있는 전력증폭기 구조를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 제어부(104)는 전력증폭기(102, 103)의 DC 전력 소모를 줄이기 위하여 별도의 메모리를 구비한다. 이때, 상기 메모리는 검출되는 수신호의 세기를 각각에 대응하여 최적의 출력 레벨을 가지는 송신 신호를 얻기 위해 요구되는 바이어스 전압값들과 바이어스 전류 제어값들 및 자동 이득 증폭기의 제어값들을 저장한다.

수신 전계강도(RSSI:Received Signal Strength Indicaton) 검출부(105)는 기지국으로부터 수신되는 신호의 세기를 검출하여 제어부(104)로 통보하며, 상기 제어부(104)는 상기 수신 전계강도 검출부(105)로부터 통보되는 수신신호 세기에 의해 내부 메모리에 저장된 바이어스값과 바이어스 전류 제어값 및 자동 이득 제어값을 독출하여 각 구성 요소들에게 공급한다.

상기 바이어스 전압 제어값과 상기 바이어스 전류값은 상기 전력증폭기(102, 103)에서 요구되는 최적의 바이어스 전압 및 바이어스 전류를 조절하기 위한 제어값으로 사용된다. 그리고 상기 자동 이득 제어값은 상기 최종 출력단(RF_out)에서 요구되는 전력 레벨을 얻기 위한 상기 자동 이득 증폭기(107)의 전력 이득을 제어하기 위한 제어값이다. 이때, 상기 자동 이득 제어값은 상기 바이어스 전압 제어값과 상기 바이어스 전류 제어값에 의해 변화되는 전력증폭기(102, 103)의 전력 이득을 고려하여 정하여져야 한다.

한편, 상기 제어부(104)는 전술한 제어값들을 전압값의 형태로 사용하고자 하는 경우에는, 상기 제어부(104)의 제어에 의해 전압값을 발생하는 구성을 내부 구성 또는 추가 구성으로 구비하여야 한다. 상기 제어부(104)는 MSM(Mobile Station Modem)에 포함되거나 별도의 ASIC 회로를 사용하여 구성할 수 있다. 여기서, 미설명 도면부호 101은 가변 전원 공급부를 나타내며, 도면부호 106은 제어부(104)의 제어신호 라인, 도면부호 108은 국부 발진기, 도면부호 109는 혼합기, 도면부호 110은 증폭기를 각각 나타낸다.

그러나 상기와 같은 제어 형식의 전력증폭기 구조는 다음과 같은 문제점이 존재한다.

첫째, 단말기의 특성상 추가적인 부품 추가는 단말기의 비용을 증가시킨다. 이는 ASIC으로 제조되는 경우라 할지라도 웨이퍼의 면적을 증가시켜 추가적인 비용을 요구한다.

둘째, 추가적인 메모리와 제어부와 가변 공급부가 능동 소자이기 때문에 추가적인 전력 소모를 야기한다.

셋째, 전술한 전력증폭기 구조는 IS-95나 CDMA와 같은 셀룰러 시스템에서의 단말기의 최대전력대 평균전력 비(PAPR)에 의한 백오프 양은 3㏈ 정도로서, 증폭기의 효과적인 최대 효율을 만족시킬 수 있는 구조지만, OFDMA과 같은 백오프 양이 큰 경우에서는 단말기용 전력증폭기의 1㏈ 전력 이득 압축점이 상당히 높아야 하고, 그에 따른 동작 전류가 크기 때문에 상기 구조를 적용한 경우 효과적인 전력부가 효율의 증가를 기대하기 어렵다는 문제점이 있다.

한편, 대한민국 특허출원번호 제2001-1032호(2001. 1. 8 출원)에는 "이동통 신용 단말기의 전력 제어장치"가 개시되어 있는 바, 이러한 이동통신용 단말기의 전력 제어장치는 외부에서 입력되는 전송 신호를 증폭하는 구동 증폭기, 상기 구동 증폭기의 출력과 연결되어 신호를 안테나를 통해 외부로 전송하기 위해 증폭하는 최대 전력 출력에 적합한 제1 전력증폭기, 저전력 출력 모드에서 구동 증폭기로부터 바이패스된 전송 신호를 최대 효율로 증폭하는 제2 전력증폭기, 상기 구동 증폭기의 입력 및 출력에 위치하여 상기 구동 증폭기로의 입력을 선택적으로 전환시키는 스위칭 수단, 및 상기 스위칭 수단의 선택 제어 및 증폭기의 활성화이나 비활성 모드를 제어하는 제어 수단으로 구성되어 있으며, 이하, 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 2는 종래 기술에 따른 스위치 등을 이용하여 이동통신 단말기의 전력 효율을 높일 수 있는 전력증폭기 구조를 나타내는 도면으로서, 병렬로 연결된 증폭기를 출력전력 레벨에 따라 스위칭하는 방법을 나타내고 있다.

도 2를 참조하면, 먼저 제2 전력증폭기(202)는 제1 전력증폭기(203)와 병렬 연결되어 저전력 수신신호 입력 시에 구동 증폭기(201)에서 바이패스된 신호를 그 전력에 대한 최대 효율을 가질 수 있는 크기의 증폭기로 이루어진다. 여기서, 스위치(204a, 204b)는 3-웨이 스위치(3-way switch)로서, 상기 구동 증폭기(201)의 앞단 및 뒷단의 전송 라인에 각각 삽입되는 동시에 공통 터미널에 선택적으로 접속되는 두 개의 단자를 가지고 있다.

또한, 이동통신 단말기 수신기(206) 회로는 기지국으로부터 수신된 신호가 사전 결정된 레벨 또는 전압 미만으로 떨어지면 외부 제어신호가 제어 수단(205)에 전송되고, 상기 제어 수단(205)은 상기 구동 증폭기(201)를 활성화함으로써 상기 제1 스위치(204a, 204b)를 동작시켜 전송 신호가 구동 증폭기(201)를 통해 제1 전력증폭기(203)에 전달하게 한다.

그러나 상기와 같은 스위치를 이용하는 제어 형식의 전력증폭기 구조는 다음과 같은 문제점이 존재한다.

첫째, 병렬로 연결된 전력증폭기는 부가적으로 증폭기가 요구되기 때문에 가격이 증가하는 문제점을 가지고 있다.

둘째, 스위치를 필요로 하는 구조이기 때문에 스위치로 인한 전력 소모를 무시할 수 없으며, 부가적인 가격 상승의 문제점을 가지고 있다.

셋째, OFDMA과 같은 백오프 양이 큰 경우에서는 단말기용 전력증폭기의 1㏈ 전력 이득 압축점이 상당히 높아야 하고, 그에 따른 동작 전류가 크기 때문에 상기 구조를 적용한 경우, 효과적인 전력부가 효율의 증가를 기대하기 어렵다는 문제점이 있다.

전술한 바와 같이, 종래 기술에 따른 전력증폭기의 모듈 부분에 제어기와 비교기를 사용하는 경우에, 또는 스위칭 소자를 삽입하여 수신신호의 크기에 따라 송신 신호를 우회(Bypass)나 병렬 구조의 증폭기를 사용하는 경우에, 부피나 추가적인 비용이 증가하여 실제적인 OFDM 단말기에는 실현이 불가능하고, 또한, OFDM 시스템은 많은 부반송파(sub-carrier)를 사용하기 때문에 높은 PAPR로 인하여 단말기의 전력증폭기의 높은 최대 출력을 요구하고 사용되는 평균 출력전력은 작아 단말기의 불필요한 전력 소비를 야기하고 있으므로, OFDM 단말기 전력증폭기의 동작 전 류를 줄이고, 높은 PAPR에 기인하는 선형성을 만족시킬 수 있는 바이어싱 구조가 필요하다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 PAPR이 큰 단말기 시스템에서 전력증폭기의 전력 소모를 줄일 수 있는 OFDM 단말기용 전력증폭기 및 바이어싱 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, OFDM 단말기용 전력증폭기를 설계함에 있어 부피와 가격을 고려하고 높은 PAPR을 고려했을 때의 전력증폭기에 불필요한 동작 전류를 줄여 그에 상응하는 전력 부가 효율(PAE:Power Added Efficiency)을 높여 단말기의 배터리 사용 시간을 연장시킬 수 있는 OFDM 단말기용 전력증폭기 및 바이어싱 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 OFDM 시스템 단말기용 전력증폭기는,

구동 전력을 공급하는 제1 구동단; 상기 제1 구동단의 전력을 증폭하여 출력하는 전력단; 상기 제1 구동단과 전력단 사이에 삽입되어 상기 전력단의 바이어스 전류를 급격히 감소시키기 위한 제2 구동단; 및 상기 제1 및 제2 구동단과 상기 전력단에 바이어스를 인가하기 위한 바이어스 회로를 포함한다.

여기서, 상기 제1 및 제2 구동단에 사용되는 전력증폭기의 트랜지스터에 대해 A급에 가까운 AB급 바이어싱이 적용되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2 구동단에 적용되는 A급에 가까운 AB급 바이어싱에 기인하는 전력 이득 확장 현상을 통해 직류 전류 소모가 감소되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전력단은 병렬로 연결된 다수의 트랜지스터로 이루어지며, B급에 가까운 AB급 바이어싱이 적용되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 OFDM 단말기의 최대 출력 전력 레벨의 증가에 대해 전력 이득이 일정한 구간까지 상기 전력단이 바이어싱된 후, 피크전력 레벨까지의 출력전력 요구량이 1㏈ 전력 이득 압축점이 되도록 상기 전력단이 동작되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 특징에 따른 OFDM 단말기용 전력증폭기의 바이어싱 방법은,

a) 구동 전력을 공급하는 제1 구동단을 A급에 가까운 AB급으로 바이어싱하는 단계; b) 상기 제1 구동단의 전력을 증폭하여 출력하는 전력단의 바이어스 전류를 급격히 감소시키도록 상기 제1 구동단과 전력단 사이에 삽입되는 제2 구동단을 A급에 가까운 AB급으로 바이어싱하는 단계; 및 c) 상기 전력단을 B급에 가까운 AB급으로 바이어싱하는 단계를 포함한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 단말기용 전 력증폭기 및 바이어싱 방법을 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 전력증폭기 구조와 바이어싱 방법을 설명하기 전에, 통상적인 전력증폭기에 대하여 간략하게 설명하기로 한다.

상기 전력증폭기는 소신호 대신 대신호를 취급하는데, 여기서 소신호란 신호 전압의 진폭이 전원 전압보다 매우 낮은 전압을 가리킨다. 반면에 대신호는 신호 전압의 진폭이 전원 전압에 거의 근접한 수치를 가진다. 또한 전력증폭기는 고전력을 취급하는데, 고전력이란 대략 1 와트(watt) 이상의 전력을 뜻한다. 이러한 전력증폭기의 출력단은 선형성이 요구되며, 선형성의 정도는 전체 고조파 왜곡 (total harmonic distortion ; THD)에 의해 판단된다. 상기 전력증폭기가 취급하는 전력의 양이 크기 때문에 가능하면 출력단 트랜지스터가 소비하는 전력을 낮추는 것이 바람직하다. 또한 소형 및 경량인 전원 장치를 채택할 수도 있기에 가능한 한 전력증폭기의 소비 전력을 낮추어야 한다. 이와 연관된 것이 전력 변환 효율이다. 그러나 최대 전력 변환 효율과 소자의 최소 전력 소비를 동시에 성취하지는 못한다.

상기 전력증폭기는 그 동작점의 위치에 따라 증폭기를 나누면 A급 증폭기, B급 증폭기, AB급 증폭기 및 C급 증폭기 등으로 구분된다. 여기서, A급 증폭기는 동작점의 위치를 활성 영역의 중앙에 오도록 설계하여 정현파의 교류 입력 신호가 가해지면 360°의 전주기가 출력되도록 하는 증폭기를 말하며, B급 증폭기는 활성 영역과 차단 영역 경계에 동작점이 위치하도록 설계하여 180°의 반주기 동안만 신호가 출력되는 증폭기이다. 그리고 AB급 증폭기는 A급과 B급 증폭기의 중간적인 성질을 지닌 증폭기를 말하며, C급 증폭기는 그 동작점이 차단 영역에 위치하도록 하여 180°미만의 주기만이 출력으로 나타나는 증폭기를 말한다. 전력 변환 효율 면에서는 C급이 가장 높고, B급, AB급, A급 순서로 낮아진다. 여기서, A급이 가장 낮은 이유는 입력 신호가 인가되지 않은 경우에도, 동작점 전류가 흘러서 트랜지스터 소자에서 전력이 소비되기 때문이다. 반면에 B급은 입력 신호가 인가될 때만 트랜지스터에서 전력이 소비된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템을 이용하는 단말기에 내장되는 전력증폭기 구조와 바이어싱 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭기(300)의 구조는 2개의 구동단(301, 302), 전력단(303) 및 바이어스 회로(304)를 포함하며, 앞단의 2개의 구동단(301, 302)에 사용되는 전력증폭기의 트랜지스터 면적은 작고 A급에 가까운 AB급 바이어싱을 하여 전체 전력증폭기의 이득을 좌우하는 역할을 한다.

통상적인 전력증폭기 구조에서 전력 소비가 가장 큰 전력단(303)의 전력증폭기의 경우에, 병렬로 연결된 트랜지스터의 개수가 많고 일정한 이득을 얻기 위하여 사용되는 동작 전류값도 크기 때문에 상기 전력증폭기의 높은 출력 범위에서의 전력단은 전력 소비가 매우 커서 단말기 배터리 사용 시간을 단축시키게 된다.

본 발명의 실시예에서는 상기 전력단(303)의 바이어스 방법을 일반적인 AB급이 아닌 B급에 가까운 바이어싱을 함으로써 동작 전류에 대한 전력 소비량을 줄이는 것을 특징으로 하며, 구체적인 동작 원리를 살펴보면 다음과 같다.

상기 전력단(303)의 바이어싱 방법은 B급에 가까운 AB급으로 증폭기를 동작 시키면, 출력 전류 신호의 음의 부분이 클리핑 됨에 따라 입력전력이 커지게 되며, 이에 따라서 DC 전류는 증가하게 된다.

이와 같이 증가된 DC 전류는 트랜지스터 특성 중에서 트랜스-컨덕턴스(Gm) 값을 증가시켜, 입력전력이 커지면 커질수록 전력 이득이 커지게 하는 요인이 된다. 이러한 현상을 전력 이득 확장이라고 하며, 동작 전류를 감소시키면 감소시킬수록 클리핑되는 전류량이 입력전력에 따라 급격히 커지므로 전력 이득 확장의 폭은 커지게 된다.

또한, 상기 전력단(303)에 사용되는 트랜지스터들의 전류 바이어스가 낮으면 출력전력에 따라 어느 정도 전력 이득이 일정하다가 갑자기 전력 이득 확장이 일어나는데, 본 발명의 실시예에서는 상기 전력 이득 확장을 이용하여 OFDM 단말기 시스템의 최대 출력 전력 레벨을 전력 이득이 일정한 구간까지 전력증폭기를 바이어싱하며, 이후 피크전력 레벨까지의 출력전력 요구량을 1㏈ 전력 이득 압축점이 되도록 증폭기를 동작시킨다.

또한, 바이폴라 트랜지스터의 경우, 동작 전류를 감소시키면 정상적인 동작전류로 동작시키는 것에 비해 작은 입력전력 레벨에서의 전력 이득은 감소하지만 1㏈ 전력 이득 압축점은 거의 같고, 선형성 또한 크게 변하지 않기 때문에 전력단(303)의 동작 전류 감소로 인한 전력 이득의 감소는 앞단의 구동단(301)에 추가로 구동단 증폭기(302)를 하나 추가함으로써 해결할 수 있다.

실질적으로 앞단의 추가 구동단(302)은 3~4개의 트랜지스터로 구현되기 때문에 추가적인 비용과 전력 소모는 거의 무시할 수 있다. 이것은 OFDM 단말기 시스 템의 실제적으로 상용화될 수 있는 전력증폭기 구조와 바이어스 방법으로 동작 전류를 감소시킴으로써 단말기의 배터리 수명을 연장시키게 된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭기의 출력전력과 전력 이득 확장 곡선, 및 OFDM 단말기 시스템의 출력전력 레벨과 PAPR에 따른 최고 출력 레벨을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, OFDM의 평균전력 레벨까지 전력 이득을 평탄화시키고, 상기 PAPR로 인하여 요구되는 피크전력 레벨까지의 전력 이득의 상승은 전력 이득 확장 현상에 의해 일어난다. 이러한 전력 이득 확장 현상은 트랜지스터의 비선형성에 기인한 현상이 아니라 바이어스 조건에 따라 DC 전류의 증가로 인한 현상이므로, 피크전력의 크기가 매우 큰 OFDM 심볼도 비선형성으로 인한 왜곡은 실질적으로 거의 없게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭기 바이어싱 방법과 일반적인 바이어싱 방법에 의한 입력전력대 출력전력을 비교하여 나타내는 도면으로서, B급에 가까운 AB급으로 전력증폭기를 동작시켰을 때와 정상적인 AB급으로 동작시킨 전력증폭기의 입력전력대 출력전력을 나타내는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 도면부호 A 부분에서 전력증폭기의 바이어스 전류를 감소시켜도 전력 이득만 감소할 뿐 증폭기의 최대 전력 지점은 거의 변하지 않음을 알 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭기 바이어싱 방법과 일반적인 바이어싱 방법에 의한 출력전력에 따른 전력 이득과 ACP를 비교하여 나타내는 도면으로 서, B급에 가까운 AB급으로 전력단를 동작시켰을 때와 정상적인 AB급으로 동작시킨 전력단의 이득 곡선과 ACP를 나타낸다. 여기서, ACP는 인접 채널 전력(Adjacent Channel Power)을 나타내며, 자기 채널 전력/남의 채널 전력으로 정해진다.

이와 같이, B급에 가까운 AB급으로 전력단을 동작시키는 경우, 도면부호 B로 도시된 바와 같이, 동작 전류량은 절반 이하로 감소시킬 수 있고, 도 6에서 도면부호 C로 도시된 바와 같이, 비선형성에 의한 신호의 왜곡도 AB급으로 동작시키는 전력증폭기에 비해 2~3㏈ 정도로 거의 변동이 없음을 알 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭기 바이어싱 방법과 일반적인 바이어싱 방법에 의한 출력전력에 따른 PAE를 비교하여 나타내는 도면으로서, B급에 가까운 AB급으로 전력증폭기를 동작시켰을 때와 정상적인 AB급으로 동작시킨 전력증폭기의 DC 전류 소비량과 PAE를 나타내는 도면이다.

이러한 전력증폭기의 PAE는 출력 전력대 소비되는 DC 전력 소모로 표현되는데, OFDM 단말기 배터리 소모량과 밀접한 관계를 가진다. 도 7에 도시된 바와 같이, 일반적인 방법보다 본 발명의 실시예에 따른 바이어싱을 사용하였을 경우, AB급으로 동작시켰을 경우보다 PAE가 증가됨을 알 수 있고, 따라서 출력전력이 매우 작은 범위에서는 동작 전류를 절반 이상 감소시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.

본 발명에 따르면, OFDM 단말기에 내장 가능한 전력증폭기의 구조를 제공함 으로써, 구동단과 전력단의 바이어스 방법에 따른 전력 이득 확장 현상을 통해 높은 PAPR을 만족시킴과 동시에 단말기의 배터리 사용 시간을 연장시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 직교주파수 분할 다중화(OFDM) 시스템을 이용하는 단말기용 전력증폭기에 있어서,

   구동 전력을 공급하는 제1 구동단;

   상기 제1 구동단의 전력을 증폭하여 출력하는 전력단;

   상기 제1 구동단과 전력단 사이에 삽입되어 상기 전력단의 바이어스 전류를 급격히 감소시키기 위한 제2 구동단; 및

   상기 제1 및 제2 구동단과 상기 전력단에 바이어스를 인가하기 위한 바이어스 회로

   를 포함하는 직교주파수 분할 다중화 시스템 단말기용 전력증폭기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 구동단에 사용되는 전력증폭기의 트랜지스터에 대해 A급에 가까운 AB급 바이어싱을 적용하는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할 다중화 시스템 단말기용 전력증폭기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제2 구동단에 적용되는 A급에 가까운 AB급 바이어싱에 기인하는 전력 이득 확장 현상을 통해 직류 전류 소모를 감소시키 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할 다중화 시스템 단말기용 전력증폭기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제2 구동단은 3개 내지 4개의 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할 다중화 시스템 단말기용 전력증폭기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 전력단은 병렬로 연결된 다수의 트랜지스터로 이루어지며, B급에 가까운 AB급 바이어싱이 적용되는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할 다중화 시스템 단말기용 전력증폭기.
6. 제1항 또는 제5항에 있어서,

   상기 OFDM 단말기의 최대 출력 전력 레벨의 증가에 대해 전력 이득이 일정한 구간까지 상기 전력단을 바이어싱한 후, 피크전력 레벨까지의 출력전력 요구량이 1㏈ 전력 이득 압축점이 되도록 상기 전력단을 동작시키는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할 다중화 시스템 단말기용 전력증폭기.
7. 직교주파수 분할 다중화(OFDM) 시스템을 이용하는 단말기용 전력증폭기의 바이어싱 방법에 있어서,

   a) 구동 전력을 공급하는 제1 구동단을 A급에 가까운 AB급으로 바이어싱하는 단계;

   b) 상기 제1 구동단의 전력을 증폭하여 출력하는 전력단의 바이어스 전류를 급격히 감소시키도록 상기 제1 구동단과 전력단 사이에 삽입되는 제2 구동단을 A급에 가까운 AB급으로 바이어싱하는 단계; 및

   c) 상기 전력단을 B급에 가까운 AB급으로 바이어싱하는 단계

   를 포함하는 직교주파수 분할 다중화 시스템 단말기용 전력증폭기의 바이어싱 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 c) 단계는,

   상기 OFDM 단말기의 최대 출력 전력 레벨의 증가에 대해 전력 이득이 일정한 구간까지 상기 전력단을 바이어싱하는 단계; 및

   피크전력 레벨까지의 출력전력 요구량이 1㏈ 전력 이득 압축점이 되도록 상기 전력단을 동작시키는 단계

   를 포함하는 직교주파수 분할 다중화 시스템 단말기용 전력증폭기의 바이어싱 방법.

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