KR100576203B1 - 2톤 파일럿 신호를 이용한 피드포워드 선형 증폭기 - Google Patents

2톤 파일럿 신호를 이용한 피드포워드 선형 증폭기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선형 증폭기에 관한 것으로 보다 구체적으로, 선형 증폭기의 동작 주파수 대역을 중심으로 좌우측에 배치되어 있는, 서로 다른 오프셋을 가지는 2톤 파일럿 신호를 이용하여 상기 선형 증폭기의 혼변조 왜곡(Intermodulation Distortion, IMD) 신호를 제거하는 피드포워드 선형 증폭기에 관한 것이다.
본 발명에 따른, 소정의 입력 신호를 증폭하는 증폭부를 구비하고 있으며 상기 증폭부로부터 출력된 신호에서 상기 증폭부에 의해 발생된 혼변조 왜곡 신호를 분리하는 제1 루프와 상기 혼변조 신호를 제거하는 제2 루프를 구비하는 피드포워드 선형 증폭 장치는 상기 증폭부의 동작 주파수 대역을 중심으로 좌우측에 서로 다른 오프셋을 가지는 복수의 파일럿 신호를 생성하고 상기 생성된 파일럿 신호를 상기 증폭부(325)의 입력 단자로 제공하는 파일럿 신호 생성부(320), 상기 증폭부(325)로부터 출력되어 상기 제2 루프의 제1 경로와 제 2 경로로 분리된 후 합쳐져 오차 상쇄된 파일럿 신호에 기초하여, 상기 증폭부(325)에 의해 발생된 혼변조 신호의 특성을 검출하는 검출부(360) 및 상기 서로 합쳐져 오차 상쇄된 파일럿 신호의 크기가 최소가 되도록, 상기 검출된 파일럿 신호의 특성에 기초하여 상기 증폭부(325)부터 출력되어 상기 제2 루프의 제2 경로로 분리된 파일럿 신호의 진폭과 위상을 변조하는 제어 신호를 생성하기 위한 제어부(370)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

2톤 파일럿 신호를 이용한 피드포워드 선형 증폭기{Linear Power Amplifier using 2 tone pilot signals}
도 1은 1톤 파일럿 신호를 이용하는 종래의 피드포워드 선형 증폭 장치의 기능 블록도를 도시하고 있다.
도 2는 종래의 피드포워드 선형 증폭 장치의 동작 주파수 대역을 중심으로 좌우측 중 일 측에 존재하는 1톤 파일럿 신호를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 상응하는 피드포워드 선형 증폭 장치의 기능 블록도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 상응하는 피드포워드 선형 증폭 장치의 동작 대역 주파수를 중심으로 좌우측에 존재하는 2톤 파일럿 신호를 도시하고 있다.
본 발명은 선형 증폭 장치에 관한 것으로 보다 구체적으로, 선형 증폭 장치의 동작 주파수 대역을 중심으로 좌우측에 서로 다른 오프셋을 가지는 2톤 파일럿 신호를 이용하여 상기 선형 증폭 장치의 혼변조 왜곡 신호를 제거하는 피드포워드 선형 증폭 장치에 관한 것이다.
이동 통신 시스템에서 고주파 전력 증폭 장치는 사용자의 증가, 데이터 양의 증가 및 보다 용이한 이동성의 확보 등의 요구에 따라 고주파 전력 증폭 장치의 선형성이 점점 더 중요하게 되었다. 상기 전력 증폭 장치의 선형성이 좋지 않은 경우, 전력 증폭 장치는 혼변조 왜곡 신호를 발생시키며, 이로 인해 전송 신호의 신호 대 잡음비를 악화시키고 인접 채널에 간섭 신호를 제공하여 궁극적으로 시스템 전체의 성능을 저하시킨다.
선형화 방식에 따라 상기 전력 증폭 장치는 피드백 선형 증폭 장치, 사전 왜곡형 선형 증폭 장치 및 피드포워드 선형 증폭 장치 등이 있다. 소정의 입력 신호가 상기 증폭 장치를 통해 처리되면, 상기 입력 신호에 일정한 왜곡이 발생한다. 따라서, 상기 증폭 장치로부터 출력되는 신호에는 소정의 혼변조 왜곡 신호가 부가된다. 상기 혼변조 왜곡 신호는 상기 선형 증폭 장치의 선형성을 저하시키는 신호이다. 1톤 파일럿 신호를 이용하여 획득한 혼변조 왜곡 신호의 특성을 통해 상기 혼변조 왜곡 신호를 제거하는 방법이 본 발명의 기술 분야에 공지되어 있다.
도 1은 1톤 파일럿 신호를 이용하는 종래의 피드포워드 선형 증폭 장치의 기능 블록도를 도시하고 있다.
도 1을 참고로, 상기 피드포워드 선형 증폭 장치는 제1 루프, 제2 루프, 파일럿 신호 생성부(115), 검출부(155) 및 제어부(160)를 구비하고 있다. 상기 제1 루프는 제1 커플러(100), 제1 변조부(105), 제2 커플러(110), 제1 증폭부(120), 제 3커플러(125), 제 4커플러(135) 및 제1 지연부(130)를 구비하고 있다. 상기 제1 루프는 상기 제4 커플러(135)를 통해 상기 제1 증폭부(120)에 의해 발생된 혼변조 왜곡 신호를 분리한다.
한편, 상기 제2 루프는 제2 지연부(140), 제2 변조부(165), 제2 증폭부(170) 및 제5 커플러(145)를 구비하고 있다. 상기 제2 루프는 파일럿 신호를 이용하여 상기 제1 증폭부(120)에 의해 발생된 혼변조 왜곡 신호를 제거한다. 상기 파일럿 신호 생성부(115)로부터 생성되어 제2 커플러(110)를 통해 상기 제1 증폭부(120)로 제공된 파일럿 신호는 제 1 증폭부(120)를 지나 제 3커플러(125)를 통해 제 2루프의 제 1 및 제 2 경로로 분리된 후 제 5커플러(145)를 통해 합쳐진 후 상기 검출부(155)에서 검출된다. 상기 제어부(160)는 상기 검출된 파일럿 신호의 특성에 기초하여 상기 제2 변조부(165)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 상기 제1 증폭부(120)에서 발생된 혼변조 왜곡 신호를 제거한다.
그러나, 상기 선형 증폭 장치의 경우 1톤 파일럿 신호만을 상쇄시키는 구조이므로 상기 선형 증폭 장치의 평탄도 특성이 나쁘거나, 온도 또는 기타 환경이 변화하는 경우, 동작 주파수의 파일럿이 위치한 좌측 혹은 우측만을 상쇄시키므로 상기 혼변조 왜곡 신호는 증폭부의 동작 주파수 대역을 중심으로 좌우측 밸런스가 비대칭적으로 발생한다. 따라서, 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 증폭부의 동작 주파수 대역을 중심으로 좌우측 중 일측에만 존재하는 1톤 파일럿 신호(200)에 의한 혼변조 왜곡 신호의 제거 능력은 혼변조 왜곡 신호의 좌우 밸런스의 비대칭으로 인해 저하된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 서로 다른 오프셋을 가지는 2톤 파일럿 신호를 상기 선형 증폭 장치의 동작 대역 주파수를 중심으로 좌우측에 배치하고, 상기 2톤 파일럿 신호를 이용하여 혼변조 왜곡 신호를 제거하는 피드포워드 선형 증폭 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 소정의 입력 신호를 증폭하는 증폭부(325)를 구비하고 있으며 상기 증폭부(325)로부터 출력된 신호에서 상기 증폭부(325)에 의해 발생된 혼변조 신호를 분리하는 제1 루프와 상기 혼변조 신호를 제거하는 제2 루프를 포함하는 피드포워드 선형 증폭 장치는 상기 증폭부의 동작 주파수 대역을 중심으로 좌우측 서로 다른 오프셋을 가지는 복수의 파일럿 신호를 생성하고 상기 생성된 파일럿 신호를 상기 증폭부(325)의 입력 단자로 제공하는 파일럿 신호 생성부(320), 상기 증폭부(325)로부터 출력되어 상기 제2 루프의 제1 경로와 제 2 경로로 분리된 후 합쳐져 오차 상쇄된 파일럿 신호에 기초하여, 상기 증폭부(325)에 의해 발생된 혼변조 신호의 특성을 검출하는 검출부(360) 및 상기 서로 합쳐져 오차 상쇄된 파일럿 신호의 크기가 최소가 되도록, 상기 검출된 파일럿 신호의 특성에 기초하여 상기 증폭부(325)부터 출력되어 상기 제2 루프의 제2 경로로 분리된 파일럿 신호의 진폭과 위상을 변조하는 제어 신호를 생성하기 위한 제어부(370)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 파일럿 신호 생성부(320)는 상기 증폭부의 동작 주파수 대역보다 상위 주파수의 제1 파일럿 신호를 생성하는 제1 파일럿 신호 생성부(324) 및 상기 증폭 부의 동작 주파수 대역보다 하위 주파수의 제2 파일럿 신호를 생성하는 제2 파일럿 신호 생성부(326)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
삭제
이하 첨부된 도면을 참고로, 본 발명에 따른 피드포워드 선형 증폭 장치에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 상응하는 피드포워드 선형 증폭 장치의 기능 블록도를 도시하고 있다.
도 3을 참고로, 본 발명에 따른 피드포워드 선형 증폭 장치는 제1 루프, 제 2루프, 파일럿 신호 생성부(320), 검출부(360) 및 제어부(370)를 구비하고 있다. 상기 1 루프는 제1 증폭부(325)에서 생성된 혼변조 왜곡 신호를 분리하는데 사용되며, 상기 제1 루프는 제1 커플러(300), 제1 변조부(305), 제1 증폭부(325) 및 제 1 지연부(335)를 구비하고 있다.
소정의 입력 신호가 제1 커플러(300)를 통해 입력되면, 상기 입력 신호는 2개의 신호로 분리되어 제1 신호는 제1 변조부(305)로 출력되며, 제2 신호는 제1 지연부(335)로 출력된다.
상기 제1 변조부(305)로 출력된 제1 신호는 제1 증폭부(325)에 의해 증폭된다. 상기 제1 증폭부(325)는 고주파 선형 증폭기, 전력 증폭기 등과 같은 회로 소자일 수 있다. 상기 제1 증폭부(325)는 비선형 소자이기 때문에, 상기 제1 증폭부(325)를 통과한 제1 신호에는 상기 제1 증폭부(325)에 의해 혼변조 왜곡 신호가 생성된다. 상기 제1 증폭부(325)를 통과한 신호의 일부는 제3 커플러(330)에 의해 분리되어 제4 커플러(340)에 제공된다.
한편, 상기 제1 지연부(335)는 상기 제1 신호가 상기 제1 변조부(305)와 제1 증폭부(325)를 통과하는 시간 만큼 상기 제2 신호를 지연시켜 제4 커플러(340)로 제공한다. 상기 제4 커플러(340)는 상기 제1 증폭부(325)로부터 출력된 제1 신호와 상기 제1 지연부(340)로부터 출력된 제2 신호를 결합하여 상기 제1 증폭부(325)에서 생성된 혼변조 왜곡 신호를 분리한다.
상기 제4 커플러(340)의 출력 단자에는 상기 제4 커플러(340)의 출력 신호를 검출하고, 상기 검출된 신호에 기초하여 상기 제1 변조부(305)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어부(미도시)가 구비되어 있다. 상기 제어 신호에 의해 상기 제1 변조부(305)는 상기 제1 증폭부(325)로부터 출력된 제1 신호와 상기 제1 지연부(335)로부터 출력된 제2 신호가 진폭은 동일하고 위상은 서로 180도 차이 나도록 변조한다.
한편, 상기 파일럿 신호 생성부(320)로부터 생성된 파일럿 신호가 상기 제1 증폭부(325)로 제공되고, 상기 제1 증폭부(325)에서 출력된 파일럿 신호를 이용하여 상기 검출부(360)로부터 상기 파일럿 신호에 대한 혼변조 왜곡 신호의 특성을 검출하고, 상기 획득한 특성에 기초하여 상기 제2 루프에서 상기 혼변조 왜곡 신호를 제거한다. 상기 제2 루프는 제2 지연부(345), 제5 커플러(350), 제2 변조부(375) 및 제2 증폭부(380)를 구비하고 있다.
상기 파일럿 신호 생성부(320)는 오프셋 제어부(322), 제1 파일럿 신호 생성부(324) 및 제2 파일럿 신호 생성부(326)를 구비하고 있다. 상기 오프셋 제어부(322)는 상기 제1 파일럿 신호 생성부(324)와 제2 파일럿 신호 생성부(326)에서 생성되는 파일럿 신호가 상기 제1 증폭부(325)의 동작 주파수 대역을 중심으로 소정의 오프셋을 가지도록 제어한다. 상기 오프셋 제어부(322)의 제어에 의해 상기 제1 파일럿 신호 생성부(324)와 제2 파일럿 신호 생성부(326)는 상기 제1 증폭부(325)의 동작 주파수 대역을 중심으로 좌우에 배치되는 2개의 파일럿 신호를 생성한다.
바람직하게, 상기 제1 파일럿 신호 생성부(324)와 제2 파일럿 신호 생성부(326)에서 생성된 파일럿 신호는 상기 제1 증폭부(325)의 동작 주파수 대역을 중심으로 상기 동작 대역 주파수의 외곽에 배치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 오프셋 제어부(322)는 상기 제1 파일럿 신호 생성부(324)와 제2 파일럿 신호 생성부(326)에서 생성되는 제1 파일럿 신호와 제2 파일럿 신호가 상기 제1 증폭부(325)의 동작 주파수 대역을 중심으로 서로 다른 오프셋을 가지도록 제어하는 것을 특징으로 한다. 상기 오프셋 제어부(322)의 제어에 의해 제1 파일럿 신호 생성부(324)와 제2 파일럿 신호 생성부(326)는 상기 제1 증폭부(325)의 동작 주파수 대역을 중심으로 서로 다른 오프셋을 가지는 즉, 상기 제1 증폭부(325)의 동작 대역 주파수를 중심으로 서로 비대칭적으로 배치되는 파일럿 신호를 각각 생성한다.
본 발명이 적용되는 분야에 따라, 상기 파일럿 신호 생성부(320)는 오프셋 제어부(322)를 구비하지 않을 수 있다. 이 경우, 상기 제1 파일럿 신호 생성부(324)와 제2 파일럿 신호 생성부(326)는 고정된 주파수의 파일럿 신호를 생성하며, 상기 제1 파일럿 신호 생성부(324)와 제2 파일럿 신호 생성부(326)를 통해 생성된 각각의 파일럿 신호는 상기 제1 증폭부(325)의 동작 주파수 대역을 중심으로 좌우 대칭 또는 비대칭일 수 있다.
상기 파일럿 신호 생성부(320)로부터 생성된 파일럿 신호들은 제2 커플러(310)를 통해 상기 제1 증폭부(325)로 제공한다. 상기 제1 증폭부(325)로부터 출력된 파일럿 신호에는 상기 제1 증폭부(325)에 의해 혼변조 왜곡 신호가 생성된다. 상기 제1 증폭부(325)를 통과한 파일럿 신호의 일부는 제3 커플러(330)를 통해 제2 지연부(345)로 출력되며(이하 제1 경로라 한다), 또 다른 일부의 파일럿 신호는 제2 변조부(375)로 출력된다(이하 제2 경로로 한다).
상기 제1 경로와 제 2경로의 제1 및 제2 파일럿 신호는 제 5커플러에서 합쳐진 후, 제6 커플러(355)를 통해 검출부(360)로 입력된다. 상기 검출부(360)는 주파수 변조부, 필터링부 및 특성 검출부를 구비하고 있다.
상기 주파수 변조부는 제 5 커플러에서 합쳐진 제 1, 2 경로상의 제1 및 제2 파일럿 신호와 발진부(361)에서 생성된 신호를 혼합부(362)에서 혼합하여 제1 및 제2 파일럿 신호를 중간 주파수 대역의 신호로 하향 변조한다. 상기 필터링부는 대역 선택 필터(363), 제3 증폭부(364) 및 대역 통과 필터(365)로 구비되어 있으며, 상기 하향 변조된 제1 및 제2 파일럿 신호에서 각각 제1 및 제2 파일럿 신호의 주파수 대역을 필터링한다. 상기 특성 검출부(367)는 상기 필터링된 제1 및 제2 파일럿 신호의 크기를 검출한다.
상기 검출된 파일럿 신호의 크기에 대한 정보를 이용하여 상기 제어부(370)는 상기 제2 변조부(375)로 하여금 상기 제3커플러(330)에서 분리된 제2 경로 상의 제1 및 제2 파일럿 신호를 변조하도록 하기 위한 제어 신호를 생성한다. 상기 제어 신호에 의해 제2 변조부(375)는 상기 제1 경로 상의 제1 및 제2 파일럿 신호와 제2 경로 상의 제1 및 제2 파일럿 신호가 서로 진폭은 동일하고 위상은 서로 180도 차이가 나도록 상기 제2 경로 상의 제1 및 제2 파일럿 신호의 위상과 진폭을 제어한다.
상기 검출된 파일럿 신호의 특성을 이용하여 상기 제어부(370)에서 생성된 제어 신호에 기초하여, 상기 제1 루프에서 생성된 혼변조 신호는 상기 제2 변조부(375)에서 변조되어 상기 제2 루프에서 제거된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 상응하는 파일럿 신호를 도시하고 있다. 상기 제1 증폭부(325)의 동작 주파수 대역 외곽에 상기 제1 증폭부(325)의 동작 주파수의 중심 주파수(f1)을 기준으로 좌우 파일럿 신호가 배치된다. 제1 파일럿 신호(400)는 중심 주파수(f1)을 기준으로 제1 오프셋(△f2)으로 좌측에 배치되어 있으며, 제2 파일럿 신호(410)는 중심 주파수(f1)을 기준으로 제2 오프셋(△f3)으로 우측에 배치되어 있다.
바람직하게, 상기 제1 오프셋(△f2)과 제2 오프셋(△f3)을 서로 다르게 설정함으로써, 혼합부(362)에서 하향 변조된 상기 제1 오프셋(△f2)과 제2 오프셋(△f3)의 합이 스칼라 합이 되도록 한다. 상기 제1 오프셋(△f2)과 제2 오프셋(△f3)이 같은 경우 혼합부(362)에서 하향 변조된 값은 상기 제1 오프셋(△f2)과 제2 오프셋(△f3)이 동일 주파수에 위치하게 되어 벡터합이 된다. 극단적인 예를 들면 혼합부(362)에서 하향 변조된 상기 제1 오프셋(△f2)과 제2 오프셋(△f3)의 위상이 반대이고, 크기가 같을 경우 그 벡터합은 0이 되므로 상기 특성 검출기(367)에서 검출되는 검출값은 0이 된다. 다시 말해 위상차가 생기면 스칼라 합과는 달리 손실이 발생하여, 즉 본래 목적에 부합하지 않는 부적절한 검출값을 갖게 되어 제 2 루프의 정상적인 동작에 지장을 초래하여 전력 증폭기의 특성을 저하 시키게 된다.
본 발명에 따른 피드포워드 선형 증폭 장치는 제1 및 제2 파일럿 신호 발생부를 이용하여 증폭부의 동작 주파수 대역을 중심으로 좌우측에 서로 다른 오프셋을 가지는 2톤 파일럿 신호를 인가시킴으로써, 온도 변화 또는 기타 환경 변화에 의해 혼변조 왜곡 신호가 상기 증폭부의 동작 주파수 대역을 중심으로 좌우 대칭 또는 비대칭으로 발생하는 경우에도 혼변조 왜곡 신호를 효과적으로 제거할 수 있다.
삭제

Claims (7)

  1. 소정의 입력 신호를 증폭하는 증폭부를 구비하고 있으며 상기 증폭부로부터 출력된 신호에서 상기 증폭부에 의해 발생된 혼변조 왜곡(Inter-Modulation Distortion, IMD) 신호를 분리하는 제1 루프 및 상기 혼변조 신호를 제거하는 제2 루프를 포함하는 피드포워드 선형 증폭 장치에 있어서,
    상기 증폭부의 동작 주파수 대역을 중심으로 좌우측에 서로 다른 오프셋을 가지는 복수의 파일럿 신호를 생성하고 상기 생성된 파일럿 신호를 상기 증폭부의 입력 단자로 제공하는 파일럿 신호 생성부;
    상기 증폭부로부터 출력되어 상기 제2 루프의 제1 경로와 제 2 경로로 분리된 후 서로 합쳐져 오차 상쇄된 파일럿 신호에 기초하여, 상기 증폭부에 의해 발생된 혼변조 신호의 특성을 검출하는 검출부; 및
    상기 검출된 혼변조 신호의 특성에 기초하여 상기 증폭부로부터 출력되어 상기 제2 루프의 제2 경로로 분리된 파일럿 신호의 진폭과 위상을 변조하는 제어 신호를 생성하기 위한 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 피드포워드 선형 증폭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 파일럿 신호 생성부는
    상기 증폭부의 동작 주파수 대역을 중심으로 좌측에 제1 오프셋을 가지는 제1 파일럿 신호를 생성하는 제1 파일럿 신호 생성부; 및
    상기 증폭부의 동작 주파수 대역을 중심으로 우측에 제2 오프셋을 가지는 제2 파일럿 신호를 생성하는 제2 파일럿 신호 생성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 피드포워드 선형 증폭 장치.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 파일럿 신호 생성부와 제2 파일럿 신호 생성부는 PLL(Phase Locked Loop)인 것을 특징으로 하는 피드포워드 선형 증폭 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 파일럿 생성부와 제2 파일럿 생성부의 오프셋을 제어하는 오프셋 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 증폭 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 파일럿 신호 생성부에 의해 생성된 파일럿 신호는 상기 증폭부의 동작 주파수 대역 중심을 기준으로 상기 증폭부의 동작 주파수 대역 외곽에 위치하는 것을 특징으로 하는 피드포워드 선형 증폭 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 검출부는
    상기 증폭부로부터 출력되어 상기 제2 루프부의 제1 경로와 제 2 경로로 합쳐져 오차 상쇄된 제 1 및 제 2 파일럿 신호를 하향 변조하는 주파수 변조부;
    상기 하향 변조된 제1 및 제2 파일럿 신호에서 각각 제1 및 제2 파일럿 신호의 주파수 대역을 필터링하는 필터링부; 및
    상기 필터링된 제1 및 제2 파일럿 신호에서 상기 혼변조 왜곡 신호의 특성을 검출하는 특성 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피드포워드 선형 증폭 장치.
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KR101863253B1 (ko) * 2016-12-23 2018-06-01 주식회사 인스파워 다중대역 고효율 전력 증폭기

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