KR100592767B1

KR100592767B1 - 개선된 전력증폭기 효율을 가진 듀얼 안테나 다이버시티송신기 및 시스템

Info

Publication number: KR100592767B1
Application number: KR1020030097047A
Authority: KR
Inventors: 성진봉; 강성원; 형창희; 황정환; 김윤태
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2006-06-26
Also published as: KR20050065887A; US7142829B2; US20050143024A1

Abstract

본 발명은 듀얼 안테나(dual antenna) 다이버시티(diversity) 송신기 및 시스템에 관한 발명이다. 특히 개선된 전력증폭기(power amplifier) 효율을 가지는 듀얼 안테나 다이버시티 송신기 및 시스템에 관한 발명이다.

입력신호를 매우 큰 전력을 갖는 신호로 증폭하는 전력증폭기는 시스템 내에서 가장 많은 전력을 소모하게 된다. 본 발명은 듀얼 안테나 다이버시티 송신기 및 시스템에 스위치들을 추가하여 요구되는 송신 출력전력에 따라 전력증폭기에 의해 소모되는 직류 입력전력을 최소로 줄여줌으로써, 효율적인 전력증폭기 운용이 가능하도록 한다.

본 발명을 적용하면 듀얼 안테나 다이버시티 송신기 및 시스템에서 종래의 고효율 전력증폭기 방식과 비교하여 증폭되는 신호의 선형성을 유지하면서 보다 간단하게 전력증폭기를 효율적으로 운용할 수 있다는 장점이 있다.

고효율(high efficiency), 전력증폭기(power amplifier), 듀얼 안테나(dual antenna), 다이버시티(diversity)

Description

개선된 전력증폭기 효율을 가진 듀얼 안테나 다이버시티 송신기 및 시스템 {THE DUAL ANTENNA DIVERSITY TRANSMITTER AND SYSTEM WITH IMPROVED POWER AMPLIFIER EFFICIENCY}

도 1은 종래기술에 의한 듀얼 안테나 다이버시티 시스템의 구성을 도시한 계통도(block diagram)이다.

도 2는 전력증폭기의 출력전력에 따른 전력부가 효율을 나타낸 도면이다.

도 3은 셀룰러 대역 이동통신 단말기의 송신 시스템의 출력전력에 따른 사용빈도 분포도이다.

도 4는 종래기술에 의한 전력증폭기의 효율을 증가시키는 방식 중 하나인 직류 동작점 조절 방식을 사용한 송신부의 구성을 도시한 계통도이다.

도 5는 종래기술에 의한 전력증폭기의 효율을 증가시키는 방식 중 하나인 제 2 증폭기 바이패스 방식을 사용한 전력증폭기의 구성을 도시한 계통도이다.

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 듀얼 안테나 다이버시티 시스템의 구성을 도시한 계통도이다.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 듀얼 안테나 다이버시티 시스템의 구성을 도시한 계통도이다.

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 듀얼 안테나 다이버시티 시스템의 구 성을 도시한 계통도이다.

도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 듀얼 안테나 다이버시티 시스템의 구성을 도시한 계통도이다.

도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 듀얼 안테나 다이버시티 시스템 중 송신기만의 구성을 도시한 계통도이다.

도 11은 종래기술에 의한 듀얼 안테나 다이버시티 시스템과 본 발명의 실시예에 의한 듀얼 안테나 다이버시티 시스템의 송신 출력전력에 따른 전체 시스템의 소모전력을 비교한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 듀얼 안테나의 제 1 안테나 102 : 듀얼 안테나의 제 2 안테나

103 : 다이버스티 제 1 스위치 104 : 다이버시티 제 2 스위치

105 : 전력증폭기 106 : 제 1 안테나의 여파기

107 : 제 2 안테나의 여파기 108 : 송신신호 처리회로부

109 : 수신신호 처리회로부 110 : 기저대역신호 처리회로부

111 : 바이패스용 제 1 스위치 112 : 바이패스용 제 2 스위치

113 : 증폭기 114 : 전력검출기

115 : 제 1 듀플렉스 116 : 제 2 듀플렉스

본 발명은 듀얼 안테나(dual antenna) 다이버시티(diversity) 송신기 및 시스템에 관한 발명이다. 특히 높은 전력증폭기(power amplifier) 효율을 가지는 듀얼 안테나 다이버시티 송신기 및 시스템에 관한 발명이다.

듀얼 안테나 다이버시티 방식은 무선 전파환경에서 무선 신호의 다중경로현상에 따른 페이딩(fading) 현상을 해결하기 위한 방식으로서, 두개의 안테나를 통해 공간상으로 또는 안테나 편파(polarization)상으로 서로 분리된(un-correlated) 두개의 무선신호 경로를 형성한 뒤, 이중 페이딩이 가장 적은 경로를 통해 신호를 수신하는 방식이다. 무선랜(wireless LAN)과 같이 페이딩 현상이 심한 실내환경에서 주로 사용되는 많은 무선통신 시스템들이 이러한 듀얼 안테나 다이버시티 시스템을 사용하고 있다.

이하 도 1 내지 3을 참조하여 종래기술에 의한 듀얼 안테나 다이버시티 시스템을 설명한다.

도 1은 종래기술에 의한 듀얼 안테나 다이버시티 시스템의 구성을 도시한 계통도(block diagram)로써, 동일한 안테나 특성을 지니면서 공간상으로 또는 안테나 편파상으로 서로 분리된 무선신호 경로를 형성하는 두개의 안테나(101, 102), 두개의 안테나로 수신된 신호의 스위칭(switching) 위한 다이버시티 스위치(103, 104), 송신신호의 전력증폭을 위한 전력증폭기(power amplifier)(105), 불요신호의 제거 를 위한 두개의 여파기(filter)(106, 107), 송수신 신호의 처리를 위한 송/수신신호 처리회로부 (transmitter/receiver circuit)(108, 109), 및 기저대역 신호의 처리를 위한 기저대역신호 처리회로부(base-band process circuit)(110)로 구성된다. 여파기(106, 107)는 시스템에 포함되지 아니할 수 있으며, 이 경우 여파기의 기능을 송/수신신호 처리회로부(108, 109)에서 수행할 수도 있다. 신호를 송신하는 경우 제 2 스위치는 제 1 경로로 스위칭 되어 전력증폭기에서 증폭된 신호를 제 2 안테나로 전송하게 되며, 신호를 수신하는 경우 제 2 스위치는 제 2 경로로 스위칭 되어 제 1 안테나와 제 2 안테나로 수신된 신호 중 페이딩이 가장적은 신호를 제 1 스위치를 통해 선택하여 수신하게 된다.

전력증폭기(105)는 입력된 신호를 매우 큰 전력을 갖는 신호로 증폭하는 회로로써, 무선 통신 시스템상에서 송신 안테나와 송신신호 처리회로부 사이에 위치하게 되며, 보통 다수의 트랜지스터를 병렬로 묶어서 출력을 높이는 구조로 이루어져 있다. 전력증폭기(105)의 성능을 나타내는 지표로서 전력증폭기(105)에 동작 전류 및 전압(bias current & voltage) 형태로 입력된 직류전력(DC power)에 대한 전력증폭기(105)의 증폭전력의 비를 의미하는 전력부가 효율(PAE, power added efficiency)이 사용되며 수학식 1 로 정의된다.

상기한 바와 같이 전력증폭기(105)는 다수의 트랜시스터로 구성되어 있으며 이로 인해 소수의 트랜지스터로 구성된 보통의 증폭기보다 많은 동작전류가 항시 소모되게 된다는 문제점이 있다. 또한 대부분의 시스템에서는 전력증폭기에서 증폭되는 신호가 일정한 선형성(Linearity)이 유지되도록 요구하므로, 전력증폭기 동작점(Bias Point)은 AB 급(Class AB)으로 설계되며 이로 인해 전력증폭기의 출력전력이 높아짐에 따라 입력되는 동작전류도 증가하게 된다는 문제점이 있다.

도 2는 전력증폭기의 출력전력에 따른 전력부가 효율을 나타낸 도면이다. 도 2에서, 전력부가 효율은 출력전력이 높아짐에 따라 점점 높아지게 되며, 최대 출력전력 영역을 제외한 나머지 영역에서는 매우 낮은 전력부가 효율을 나타내게 된다. 하지만 무선통신 시스템 상에서 전력증폭기가 항상 최대 전력이 출력되도록 요구되어 지지는 않으며, 송수신기 사이의 거리와 같은 시스템이 운영되는 환경요소에 따라 적절한 전력이 출력되게 된다.

도 3은 셀룰러 대역 이동통신 단말기의 송신 시스템의 출력전력에 따른 사용빈도 분포도를 나타내는 도면이다. 도 3에서, 송신시스템의 출력전력은 -10 ~ 5 dBm 부근 사이에서 사용빈도가 매우 높고 최대 출력전력인 25 dBm 이상의 영역에서는 사용빈도가 매우 적게 나타난다. 또한, 전력증폭기와 송신안테나 사이의 신호손실은 적으므로 결과적으로 전력증폭기의 출력전력에 따른 사용빈도도 비슷한 분포를 이루게 된다. 한편, 이동통신을 포함한 거의 대부분의 무선통신 시스템의 경우에도 이와 비슷한 사용빈도 분포를 이루게 된다. 이처럼 전력증폭기의 최대 사용빈도가 전력증폭기가 최대 전력부가 효율을 나타내는 최대 출력전력 영역이 아닌 비교적 낮은 전력부가 효율을 나타내는 중간 출력전력 영역에 분포함으로써, 전력증 폭기의 사용기간 중 대부분의 기간동안 전력증폭기가 비효율적으로 운용되게 된다는 문제점이 있다.

이하 도 4 내지 5를 참조하여 종래기술에 의한 전력증폭기의 효율을 증가시키는 방식을 설명한다.

도 4는 종래기술에 의한 전력증폭기의 효율을 증가시키는 방식 중 하나인 직류 동작점 조절 방식(DC bias point control)을 사용한 송신부의 구성을 도시한 계통도이다. 도 4에서, 송신부는 송신신호 처리회로부(108), 전력증폭기(105), 여파기(107), 안테나(102), 출력전력의 검출을 위한 전력검출기(121), 및 동작점 제어기(122)로 구성되며, 전력증폭기(105)의 출력전력을 전력검출기(121)를 통해 검출한 후 출력전력에 따라 전력증폭기(105)에서 입력되는 직류 동작전압 혹은 직류 동작전류의 양을 조절하여 전력증폭기(105)의 동작점을 조절하게 된다. 즉, 동작점 제어기(122)를 통해 전력증폭기(105)에 입력되는 직류 동작전압 혹은 직류 동작전류의 입력량을 요구되는 출력전력에 비례하도록 제어함으로써, 전력증폭기(105)의 최대 출력전력 영역이 아닌 그 외의 영역에서는 직류 입력전력의 양을 감소시켜 전력증폭기(105)의 전력부가 효율을 향상시킬 수 있다. 이와 관련된 내용은 "Young-Kai Chen, Jenshan Lin, Linear Power Amplifier With Automatic Gate/Base Bias Control for Optimum Efficiency, US Patent, No. 5,724,005, Mar.3, 1998"에 기재되어 있다.

하지만, 이러한 방식은 전력증폭기의 동작점이 변화함으로써 전력증폭기의 출력 정합조건(matching condition)이 바뀌게 되어 전력증폭기(105)의 선형성(linearity)이 악화된다는 문제점이 있다. 따라서, 시스템에서 요구되는 선형성 규격을 만족하기 위해서는 동작점 제어기의 제어에 의하여 감소되는 직류 입력전력의 양에 제한을 두어야 한다. 그러므로, 전력부의 효율이 향상되는 정도가 매우 적다는 문제점을 가지고 있다.

도 5는 종래기술에 의한 전력증폭기의 효율을 증가시키는 방식 중 하나인 제 2 증폭기 바이패스 방식(second stage by-pass)을 사용한 전력증폭기의 구성을 도시한 계통도이다. 도 5에서, 전력증폭기는 제 1 증폭기(first stage)(124), 제 2 증폭기(second stage)(128), 신호의 정합조건 형성을 위한 입력 정합회로(matching circuit)(123), 출력 정합회로(129), 중간 정합회로(127), 바이패스 정합회로(125), 3 개의 1 회로 1 접점(SPST, single pole single throw) 스위치(126, 130, 132) 및 스위치 제어기(131)로 구성되며, 요구되는 전력증폭기의 출력전력에 따라 제 2 증폭기(128)의 바이패스 여부를 결정하여 신호를 스위칭하게 된다. 즉, 높은 출력전력이 요구되는 경우 제 1 경로상의 스위치(126, 130)를 닫고(close) 제 2 경로상의 스위치(132)를 열어(open) 제 1 경로를 통해 제 1 증폭기(124)의 출력신호가 제 2 증폭기(128)에서 보다 높은 전력을 갖는 신호로 증폭된다. 또한, 제 1 증폭기(124)만으로도 증폭될 수 있을 만큼의 높지 않은 출력전력이 요구되는 경우 제 1 경로상의 스위치(126, 130)를 열고 제 2 경로상의 스위치(132)를 닫아 제 2 경로를 통해 제 2 증폭기(128)를 바이패스한 신호를 출력하며, 이때 제 2 증폭기(128)는 증폭기능을 하지 않으므로 제 2 증폭기(128)에서 입력되는 직 류 동작전력을 최소로 줄여 전력증폭기의 전력부가 효율을 향상시킬 수 있다. 이와 관련된 내용은 "R. Steven Brozovich, Wayne Kennan, High Efficiency Multiple Power Level Amplifier Circuit, US Patent, No. 5,661,434, Aug.26, 1998"에 기재되어 있다.

하지만, 제 1 증폭기(124)의 출력신호가 제 2 경로로 스위칭되는 경우 제 1 증폭기(124)의 출력 임피던스(impedance) 조건과 여파기(미도시)의 입력 임피던스 조건이 일치하지 않아 신호의 반사현상이 나타나게 되며, 이러한 반사현상을 방지하기 위해서 기존의 정합회로 외에 추가의 바이패스 정합회로가 요구된다. 또한 제 1 및 제 2 경로의 격리(isolation)를 위해 제 1 증폭기(124) 및 제 2 증폭기(128)의 출력과 바이패스 경로상에 각각 1 회로 1 접점 스위치가 설치 되어야 한다. 이러한 이유로 인해 제 2 증폭기 바이패스 방식은 전력증폭기의 구성이 복잡해지는 문제점을 지니고 있다. 또한 기존의 전력증폭기 회로 내에서 제 1 증폭기(124)와 제 2 증폭기(128) 사이의 신호 경로상에 스위치 및 바이패스 경로를 구성해야 하므로 전력증폭기의 설계에서부터 이러한 구조가 반영되어야 하고 기존의 전력증폭기 구조에는 적용이 불가능하다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 높은 송신 출력전력이 요구되지 않을 경우 전력증폭기의 소모전력을 최소로 줄여주면서도, 신호의 선형성을 유지하고, 간단하게 구성될 수 있는 듀얼 안테나 다 이버시티 송신기 및 시스템을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면은 기저대역신호를 처리하여 기저대역 송신신호를 출력하는 기저대역신호 처리회로부, 상기 기저대역 송신신호를 무선주파수 송신신호로 변환하기 위한 송신신호 처리회로부, 스위치 제어신호에 의하여 열리거나 닫기고, 상기 무선주파수 송신신호를 입력받는 바이패스용 제 1 스위치, 상기 바이패스용 제 1 스위치의 출력을 입력받은 제 1 안테나, 상기 스위치 제어신호에 의하여 열리거나 닫기고, 상기 무선주파수 송신신호를 입력받는 바이패스용 제 2 스위치, 상기 제 2 스위치의 출력을 증폭하여 출력하는 전력증폭기, 상기 전력증폭기의 출력을 입력받는 제 2 안테나를 포함하는 듀얼 안테나 다이버시티 송신기를 제공한다.

본 발명의 제 2 측면은 제 1 안테나, 제 2 안테나, 다이버시티 제 1 스위치, 다이버시티 제 2 스위치, 전력증폭기, 제 1 여파기, 제 2 여파기, 송신신호 처리회로부, 수신신호 처리회로부, 기저대역신호 처리회로부, 바이패스용 제 1 스위치 및 바이패스용 제 2 스위치를 포함한 듀얼 안테나 다이버시티 시스템에 있어서, 상기 송신신호 처리회로부는 상기 기저대역신호 처리회로부에서 출력되는 기저대역 송신신호를 무선주파수 송신신호로 변환하며, 상기 바이패스용 제 1 스위치는 스위치 제어신호에 따라 열리거나 닫기며, 닫긴 상태일 때에는 무선주파수 송신신호를 상기 제 1 여파기로 출력하며, 상기 바이패스용 제 2 스위치는 스위치 제어신호에 따 라 열리거나 닫기며, 닫긴 상태일 때에는 무선주파수 송신신호를 상기 전력증폭기로 출력하며, 상기 전력증폭기는 제 2 스위치의 출력을 증폭하여 출력하며, 상기 수신신호 처리회로부는 입력되는 무선주파수 수신신호를 기저대역 수신신호로 변환하여 상기 기저대역신호 처리회로부로 출력하며, 상기 다이버시티 제 1 스위치는 스위치 제어신호에 따라 상기 수신신호 처리회로부의 입력을 상기 제 1 여파기 또는 상기 다이버시티 제 2 스위치의 한 단자에 연결하며, 상기 다이버시티 제 2 스위치는 스위치 제어신호에 따라 상기 제 2 여파기를 상기 전력증폭기 출력 또는 상기 다이버시티 제 1 스위치의 한 단자에 연결하며, 상기 제 1 안테나는 상기 제 1 여파기에 연결되며, 상기 제 2 안테나는 상기 제 2 여파기에 연결되는 듀얼 안테나 다이버시티 시스템을 제공한다.

본 발명의 제 3 측면은 제 1 안테나, 제 2 안테나, 다이버시티 스위치 전력증폭기, 송신신호 처리회로부, 수신신호 처리회로부, 기저대역신호 처리회로부, 바이패스용 제 1 스위치, 바이패스용 제 2 스위치, 제 1 듀플렉스 및 제 2 듀플렉스를 포함한 듀얼 안테나 다이버시티 시스템에 있어서, 상기 송신신호 처리회로부는 상기 기저대역신호 처리회로부에서 출력되는 기저대역 송신신호를 무선주파수 송신신호로 변환하며, 상기 바이패스용 제 1 스위치는 스위치 제어신호에 따라 열리거나 닫기며, 닫긴 상태일 때에는 무선주파수 송신신호를 상기 제 1 듀플렉스로 출력하며, 상기 바이패스용 제 2 스위치는 스위치 제어신호에 따라 열리거나 닫기며, 닫긴 상태일 때에는 무선주파수 송신신호를 상기 전력증폭기로 출력하며, 상기 전력증폭기는 제 2 스위치의 출력을 증폭하여 출력하며, 상기 수신신호 처리회로부는 입력되는 무선주파수 수신신호를 기저대역 수신신호로 변환하여 상기 기저대역신호 처리회로부로 출력하며, 상기 다이버시티 스위치는 스위치 제어신호에 따라 상기 수신신호 처리회로부의 입력을 상기 제 1 듀플렉스 또는 상기 제 2 듀플렉스에 연결하며, 상기 제 1 듀플렉스는 상기 제 1 안테나로부터 수신한 신호를 상기 다이버시티 스위치로 전달하고, 상기 바이패스용 제 1 스위치로부터 입력받은 신호를 상기 제 1 안테나로 전달하며, 상기 제 2 듀플렉스는 제 2 안테나로부터 수신한 신호를 상기 다이버시티 스위치로 전달하고, 상기 전력증폭기로부터 입력받은 신호를 상기 제 2 안테나로 전달하는 듀얼 안테나 다이버시티 시스템을 제공한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어 져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

도 6에서 듀얼 안테나 다이버시티 시스템은 동일한 안테나 특성을 지니면서 공간상으로 또는 안테나 편파상으로 서로 분리된 무선신호 경로를 형성하는 제 1 안테나(101) 및 제 2 안테나(102), 두개의 안테나로 수신된 신호의 스위칭을 위한 다이버시티 제 1 스위치(103) 및 제 2 스위치(104), 송신신호의 전력증폭을 위한 전력증폭기(105), 불요신호의 제거를 위한 제 1 여파기(106) 및 제 2 여파기(107), 송신 신호를 처리하는 즉 기저대역신호를 무선주파수(radio frequency) 신호로 변환하는 송신신호 처리회로부(108), 수신 신호를 처리하는 즉 무선주파수 신호를 기저대역신호로 변환하는 수신신호 처리회로부(109), 기저대역 신호의 처리를 위한 기저대역신호 처리회로부(110)로 구성된 종래기술에 의한 듀얼 안테나 다이버시티 시스템에 기저대역신호 처리회로부(110)에 의하여 제어되는 바이패스용 제 1 스위치(111) 및 제 2 스위치(112)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 듀얼 안테나 다이버시티 시스템은, 신호를 수신하는 경우에는 종래기술에 의한 듀얼 안테나 다이버시티 시스템과 마찬가지로, 제 1 안테나(101) 및 제 2 안테나(102)로 수신된 각각의 신호 중 다이버시티 제 1 스위치(103) 및 제 2 스위치(104)에 의하여 페이딩이 적은 신호를 선택하여 수신하게 된다.

신호를 송신하는 경우에는 송수신기 사이의 거리와 같은 시스템이 운영되는 환경요소에 따라 듀얼 안테나 다이버시티 시스템의 송신 출력전력이 조절되게 된다. 상기된 바와 같이 무선통신 시스템에 대한 송신 출력전력에 따른 사용빈도는 25 dBm 이상의 최대 송신 출력전력 영역 보다는 -10 ~ 5 dBm 부근의 낮은 송신 출력전력 영역에서 높게 분포하게 된다. 또한, 이러한 낮은 전력을 갖는 신호는 대부분의 무선통신 시스템의 송신신호 처리회로부(108)에서 출력이 가능하다. 따라서 송신 신호 처리회로부(108)의 최대 출력전력을 기준 출력전력으로 설정한 뒤, 요구되는 송신 출력전력을 기준 출력전력과 비교하여 다음의 두 가지 방식으로 송신하게 된다.

먼저 요구되는 송신 출력전력이 기준 출력전력 보다 큰 경우에는 송신 신호 처리회로부(108) 만으로는 충분한 송신 출력전력을 얻을 수 없으므로, 바이패스용 제 1 스위치(111)는 열고 바이패스용 제 2 스위치(112)는 닫아 송신 신호 처리회로부(108)의 출력신호를 제 1 경로로 스위칭하여 전력증폭기(105)에 의해 높은 전력을 갖는 신호로 증폭한다. 증폭된 신호는 다이버시티 제 2 스위치(104)에 의해 제 2 안테나(102)로 송신되게 된다. 반면, 요구되는 송신 출력전력이 기준 출력전력보다 적은 경우에는 송신 신호 처리회로부(108) 만으로도 충분한 송신 출력전력을 얻을 수 있으므로, 바이패스용 제 1 스위치(111)는 닫고 바이패스용 제 2 스위치(112)는 열어 송신 신호 처리회로부(108)의 출력신호를 제 2 경로로 바이패스 하여 제 1 안테나(101)로 송신하게 된다. 이때 전력증폭기(105)는 증폭기능을 하지 않으므로, 전력증폭기(105)를 대기상태(idle mode)로 전환할 수 있게 되고, 따라서 기존의 전력증폭기 구조에서 항시 소모되던 직류 입력전력을 최소로 줄여줌으로써 효율적인 전력증폭기(105) 운용이 가능하다.

도 7에서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 듀얼 안테나 다이버시티 시스템은, 상기한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 듀얼 안테나 다이버시티 시스템과 달리, 송신신호 처리회로부(108) 내에 증폭기(113)를 추가적으로 포함한다. 이는, 송신신호 처리회로부(108)의 최대 출력전력이 사용빈도가 높은 송신 출력전력 영역보다 낮을 경우에 송신신호 처리회로부(108)만으로도 사용빈도가 높은 송신 출력전력을 갖는 신호를 출력할 수 있게 함으로써, 제 1 실시예와 유사한 구성으로 전력증폭기(105) 운용이 가능하도록 하기 위함이다. 이러한 경우에는, 설치되는 증폭기(113)의 출력전력은 전력증폭기(105)의 출력전력에 비해 매우 낮으므로, 증폭기(113)의 출력 신호가 다른 회로의 출력신호에 간섭현상을 일으킬 가능성은 매우 적어 증폭기(113)를 송신신호 처리회로부(108)내의 다른 회로들과 인접하여 설치할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 증폭기(113)에 사용되는 트랜지스터의 개수가 적어 증폭기(113)가 차지하는 면적은 매우 작으므로 송신신호 처리회로부(108)내에 직접화(integration) 하여 설치가 가능하다는 장점이 있다.

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 듀얼 안테나 다이버시티 시스템의 구성을 도시한 계통도이다.

도 8에서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 듀얼 안테나 다이버시티 시스템은 상기된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 듀얼 안테나 다이버시티 시스템 구성에 송신신호 처리회로부(108)의 출력에 전력검출기(Power detector,114)를 추가하여 구성된다. 전력검출기(114)를 통해 송신신호 처리회로부(108)의 출력전력을 감지하고 이를 제 1 실시예에서 설명한 송신 출력전력과 비교하여 바이패스용 제 1 스위치(111) 및 제 2 스위치(112)의 열림과 닫힘을 제어해 준다. 이와 같은 방식으로 동작함으로써, 제 1 실시예에서 바이패스용 제 1 스위치(111) 및 제 2 스위치(112)가 기저대역신호 처리회로부(110)에 의해 제어되는 것과는 달리 전력검출기(114)에 의해 스위치가 자체적으로 제어되게(Self-controlled) 한다. 이로써 기저대역신호 처리회로부(110)에서 바이패스용 제 1 스위치(111) 및 제 2 스위치(112)를 제어하기 위한 적절한 신호가 출력될 수 없고 자체적인 스위치의 제어가 요구될 경우에도 제 1 실시예와 같은 효율적인 전력증폭기(105) 운용이 가능하다.

또한, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 듀얼 안테나 다이버시티 시스템의 송신신호 처리회로부(108)에 증폭기를 추가함으로써, 도 7에 표현된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 듀얼 안테나 다이버시티 시스템과 유사한 효과를 얻을 수 있다.

도 9에서, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 듀얼 안테나 다이버시티 시스템은 상기된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반이중(half duplex) 듀얼 안테나 다이버시티 시스템을 양방향(full duplex) 통신이 가능하도록 변형한 시스템이다. 제 1 실시예와 달리 다이버시티 제 2 스위치를 포함하지 아니하고, 듀플렉서(duplexer)(115, 116)를 이용하여 동시에 송신신호를 안테나(101, 102)로 전송하고, 수신신호를 안테나(101, 102)로부터 수신한다. 또한 여파기의 기능은 송/수신신호 처리회로부에 포함되어 여파기를 따로 구성하지 아니한 경우이다. 본 발명의 작용 및 효과는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 듀얼 안테나 다이버시티 시 스템과 유사하므로 설명의 편의상 그 기재를 생략한다. 또한, 본 발명의 제 2 내지 3 실시예에 표현된 증폭기, 및 전력검출기를 활용하는 방식은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 듀얼 안테나 다이버시티 시스템에도 그대로 적용될 수 있다.

도 10에서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 듀얼 안테나 다이버시티 송신기는 제 1 내지 2 안테나(101, 102), 전력증폭기(105), 제 1 내지 2 여파기(106, 107), 송신신호 처리회로부(108), 기저대역신호 처리회로부(110) 및 바이패스용 제 1 내지 2 스위치(111, 112)를 포함하며, 바이패스용 제 1 내지 2 스위치의 출력은 각각 제 1 내지 2 여파기에 연결된다. 본 송신기의 작용 및 효과는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 듀얼 안테나 다이버시티 시스템과 유사하므로 설명의 편의상 그 기재를 생략한다. 또한, 본 발명의 제 2 내지 3 실시예에 표현된 증폭기, 및 전력검출기를 활용하는 방식은 본 송신기에도 그대로 적용될 수 있다.

도 11은 종래기술에 의한 듀얼 안테나 다이버시티 시스템과 본 발명의 실시예에 의한 듀얼 안테나 다이버시티 시스템의 송신 출력전력에 따른 전체 시스템의 소모전력을 비교한 도면이다. 종래기술에 의한 시스템의 경우 송신 출력전력이 증가함에 따라 AB 급으로 설계된 전력증폭기(105)의 소모전력이 증가함으로써, 전체 시스템의 소모전력이 상승하게 된다. 반면, 상기된 시스템의 경우 송신 출력전력이 바이패스용 제 1 스위치(111) 및 제 2 스위치(112)의 스위칭 기준이 되는 기준 출력전력보다 큰 영역에서는 기존의 시스템과 같은 양의 전력을 소모하나, 송신 출력전력이 기준 출력전력보다 작은 영역에서는 전력증폭기(105)의 소모전력을 최소로 줄어줌으로써, 전체 시스템의 소모전력이 감소하게 된다는 장점이 있다.

본 발명을 도 4에 표현된 종래기술에 의한 전력증폭기의 효율을 증가시키는 방식 중 하나인 직류 동작점 조절 방식과 비교해 볼 때, 직류 동작전류 조절 방식은 동작점의 변화에 따른 전력증폭기의 출력 정합조건 변화에 의해 선형성 악화의 문제점이 있으나 본 발명은 전력증폭기가 동작하는 경우 전력증폭기에 입력되는 직류 동작전류의 양은 일정하게 유지되므로 출력정합 조건은 동일하게 유지되어 선형성이 악화되지 않는다는 장점이 있다

또한, 본 발명을 도 5에 표현된 종래기술에 의한 전력증폭기의 효율을 증가시키는 방식 중 하나인 제 2 증폭기 바이패스 방식과 비교해 볼 때, 제 2 증폭기 바이패스 방식은 세 개의 1회로 1접점 바이패스용 스위치를 사용하고 기존의 정합회로 외에 추가의 바이패스 정합회로가 요구되므로 전력증폭기의 구조가 복잡해지는 문제점을 갖고 있으나, 본 발명은 제 1 경로 및 제 2 경로를 격리하는데 있어 두 경로의 한쪽은 듀얼 안테나의 제 1 안테나(101) 및 제 2 안테나(102)에 의해 격리되어 있으므로 나머지 한쪽만을 두 개의 1 회로 1 접점 바이패스용 스위치(111, 112)만을 사용하여 격리하면 된다. 또한 송신 신호 처리회로부(108)의 출력신호가 제 2 경로로 스위칭 되는 경우, 제 1 안테나의 여파기(106)의 입력과 송신 신호 처 리 회로부(108)의 출력은 동일한 임피던스 조건을 갖게 되므로 바이패스 정합회로의 추가가 요구되지 않는다. 그리고 제 2 증폭기 바이패스 방식은 전력증폭기의 설계에서부터 바이패스를 위한 구조가 반영되어야 하므로 제 1 및 제 2 증폭기, 입력/출력/중간 정합회로로 구성되는 기존의 전력증폭기에는 적용이 불가능하나, 상기된 방식은 바이패스 경로 및 스위치들이 전력증폭기 외부에 설치될 수 있으므로 기존의 전력증폭기에도 적용이 가능하다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 듀얼 안테나 다이버시티 송신기 및 시스템은 종래기술에 의한 듀얼 안테나 다이버시티 송신기 및 시스템에 스위치를 추가하는 단순한 구성으로 운용기간 중 일부기간에 대해서 전력증폭기를 대기상태로 전환해 줌으로써 보다 효율적으로 전력증폭기를 운용할 수 있다는 장점이 있다 .

또한, 본 발명에 의한 듀얼 안테나 다이버시티 송신기 및 시스템은 휴대용 단말기와 같이 전력의 양이 제한되는 경우 보다 적은 전력량으로 송신기 및 시스템을 운용함으로써 송신기 및 시스템의 운용시간을 늘릴 수 있다는 장점이 있다.

Claims

기저대역신호를 처리하여 기저대역 송신신호를 출력하는 기저대역신호 처리회로부;

상기 기저대역 송신신호를 무선주파수 송신신호로 변환하기 위한 송신신호 처리회로부;

스위치 제어신호에 의하여 열리거나 닫기고, 상기 무선주파수 송신신호를 입력받는 바이패스용 제 1 스위치;

상기 바이패스용 제 1 스위치의 출력을 입력받은 제 1 안테나;

상기 스위치 제어신호에 의하여 열리거나 닫기고, 상기 무선주파수 송신신호를 입력받는 바이패스용 제 2 스위치;

상기 제 2 스위치의 출력을 증폭하여 출력하는 전력증폭기;

상기 전력증폭기의 출력을 입력받는 제 2 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 다이버시티 송신기.
제 1 항에 있어서,

상기 스위치 제어신호가 상기 기저대역신호 처리회로부로부터 출력되는 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 다이버시티 송신기.
제 1 항에 있어서,

상기 송신신호 처리 회로부의 최대출력 전력인 임계 전력값과 요구되는 송신 출력전력을 상기 기저대역 신호처리부를 통해 비교하고, 상기 비교결과,

요구되는 송신 출력 전력이 소정의 임계 전력보다 큰 경우에는 상기 바이패스용 제 1 스위치가 열리고, 상기 바이패스용 제 2 스위치가 닫기도록 상기 스위치 제어신호가 설정되고,

요구되는 송신 출력 전력이 상기 임계 전력보다 작은 경우에는 상기 바이패스용 제 1 스위치가 닫기고, 상기 바이패스용 제 2 스위치가 열리도록 상기 스위치 제어신호가 설정되는 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 다이버시티 송신기.
제 3 항에 있어서,

상기 비교결과,

요구되는 송신 출력 전력이 상기 임계 전력보다 큰 경우에는 상기 기저대역 신호 처리회로부에서 출력되는 스위치 제어신호를 통해 제 2 스위치가 닫혀 상기 전력 증폭기가 증폭을 수행하고,

요구되는 송신 출력 전력이 상기 임계 전력보다 작은 경우에는 상기 기저대역 신호 처리회로부에서 출력되는 스위치 제어신호를 통해 제 2 스위치가 열려 상기 전력 증폭기가 증폭을 수행하지 아니하는 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 다이버시티 송신기.
제 3 또는 4 항에 있어서,

상기 임계 전력이 상기 무선주파수 송신신호 처리회로부의 최대 출력 전력인 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 다이버시티 송신기.
제 1 항에 있어서,

상기 송신신호 처리회로부는 상기 전력증폭기에 비하여 증폭 능력이 적은 증 폭기를 구비하는 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 다이버시티 송신기.
제 1 항에 있어서,

상기 바이패스용 제 1 스위치의 출력 신호에서 불요 신호를 제거하여 상기 제 1 안테나에 입력하는 제 1 여파기; 및

상기 전력증폭기의 출력 신호에서 불요 신호를 제거하여 상기 제 2 안테나에 입력하는 제 2 여파기를 추가적으로 포함한 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 다이버시티 송신기.
제 1 안테나, 제 2 안테나, 다이버시티 제 1 스위치, 다이버시티 제 2 스위치, 전력증폭기, 제 1 여파기, 제 2 여파기, 송신신호 처리회로부, 수신신호 처리회로부, 기저대역신호 처리회로부, 바이패스용 제 1 스위치 및 바이패스용 제 2 스위치를 포함한 듀얼 안테나 다이버시티 시스템에 있어서,

상기 송신신호 처리회로부는 상기 기저대역신호 처리회로부에서 출력되는 기저대역 송신신호를 무선주파수 송신신호로 변환하며,

상기 바이패스용 제 1 스위치는 스위치 제어신호에 따라 열리거나 닫기며, 닫긴 상태일 때에는 무선주파수 송신신호를 상기 제 1 여파기로 출력하며,

상기 바이패스용 제 2 스위치는 스위치 제어신호에 따라 열리거나 닫기며, 닫긴 상태일 때에는 무선주파수 송신신호를 상기 전력증폭기로 출력하며,

상기 전력증폭기는 제 2 스위치의 출력을 증폭하여 출력하며,

상기 수신신호 처리회로부는 입력되는 무선주파수 수신신호를 기저대역 수신신호로 변환하여 상기 기저대역신호 처리회로부로 출력하며,

상기 다이버시티 제 1 스위치는 스위치 제어신호에 따라 상기 수신신호 처리회로부의 입력을 상기 제 1 여파기 또는 상기 다이버시티 제 2 스위치의 한 단자에 연결하며,

상기 다이버시티 제 2 스위치는 스위치 제어신호에 따라 상기 제 2 여파기를 상기 전력증폭기 출력 또는 상기 다이버시티 제 1 스위치의 한 단자에 연결하며,

상기 제 1 안테나는 상기 제 1 여파기에 연결되며,

상기 제 2 안테나는 상기 제 2 여파기에 연결되는 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 다이버시티 시스템.
제 8 항에 있어서,

상기 송신신호 처리 회로부의 최대출력 전력인 임계 전력값과 요구되는 송신 출력전력을 상기 기저대역 신호처리부를 통해 비교하고, 상기 비교결과,

요구되는 송신 출력 전력이 상기 무선주파수 송신신호 처리회로부의 최대 출력 전력보다 큰 경우에는 상기 바이패스용 제 1 스위치가 열리고, 상기 바이패스용 제 2 스위치가 닫기도록 상기 스위치 제어신호가 설정되고,

요구되는 송신 출력 전력이 상기 무선주파수 송신신호 처리회로부의 최대 출력 전력보다 작은 경우에는 상기 바이패스용 제 1 스위치가 닫기고, 상기 바이패스용 제 2 스위치가 열리도록 상기 스위치 제어신호가 설정되는 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 다이버시티 시스템.
제 9 항에 있어서,

상기 비교결과,

요구되는 송신 출력 전력이 상기 무선주파수 송신신호 처리회로부의 최대 출력 전력보다 큰 경우에는 상기 기저대역 신호 처리회로부에서 출력되는 스위치 제어신호를 통해 제 2 스위치가 닫혀 상기 전력 증폭기가 증폭을 수행하고,

요구되는 송신 출력 전력이 상기 무선주파수 송신신호 처리회로부의 최대 출력 전력보다 작은 경우에는 상기 기저대역 신호 처리회로부에서 출력되는 스위치 제어신호를 통해 제 2 스위치가 열려 상기 전력 증폭기가 증폭을 수행하지 아니하는 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 다이버시티 시스템.
제 8 내지 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 송신신호 처리회로부는 상기 전력증폭기에 비하여 증폭 능력이 적은 증폭기를 구비하는 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 다이버시티 시스템.
제 1 안테나, 제 2 안테나, 다이버시티 스위치 전력증폭기, 송신신호 처리회로부, 수신신호 처리회로부, 기저대역신호 처리회로부, 바이패스용 제 1 스위치, 바이패스용 제 2 스위치, 제 1 듀플렉스 및 제 2 듀플렉스를 포함한 듀얼 안테나 다이버시티 시스템에 있어서,

상기 송신신호 처리회로부는 상기 기저대역신호 처리회로부에서 출력되는 기저대역 송신신호를 무선주파수 송신신호로 변환하며,

상기 바이패스용 제 1 스위치는 스위치 제어신호에 따라 열리거나 닫기며, 닫긴 상태일 때에는 무선주파수 송신신호를 상기 제 1 듀플렉스로 출력하며,

상기 바이패스용 제 2 스위치는 스위치 제어신호에 따라 열리거나 닫기며, 닫긴 상태일 때에는 무선주파수 송신신호를 상기 전력증폭기로 출력하며,

상기 전력증폭기는 제 2 스위치의 출력을 증폭하여 출력하며,

상기 수신신호 처리회로부는 입력되는 무선주파수 수신신호를 기저대역 수신신호로 변환하여 상기 기저대역신호 처리회로부로 출력하며,

상기 다이버시티 스위치는 스위치 제어신호에 따라 상기 수신신호 처리회로부의 입력을 상기 제 1 듀플렉스 또는 상기 제 2 듀플렉스에 연결하며,

상기 제 1 듀플렉스는 상기 제 1 안테나로부터 수신한 신호를 상기 다이버시티 스위치로 전달하고, 상기 바이패스용 제 1 스위치로부터 입력받은 신호를 상기 제 1 안테나로 전달하며,

상기 제 2 듀플렉스는 제 2 안테나로부터 수신한 신호를 상기 다이버시티 스위치로 전달하고, 상기 전력증폭기로부터 입력받은 신호를 상기 제 2 안테나로 전달하는 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 다이버시티 시스템.
제 12 항에 있어서,

상기 송신신호 처리 회로부의 최대출력 전력인 임계 전력값과 요구되는 송신 출력전력을 상기 기저대역 신호처리부를 통해 비교하고, 상기 비교결과,

요구되는 송신 출력 전력이 상기 무선주파수 송신신호 처리회로부의 최대 출력 전력보다 큰 경우에는 상기 바이패스용 제 1 스위치가 열리고, 상기 바이패스용 제 2 스위치가 닫기도록 상기 스위치 제어신호가 설정되고,

요구되는 송신 출력 전력이 상기 무선주파수 송신신호 처리회로부의 최대 출력 전력보다 작은 경우에는 상기 바이패스용 제 1 스위치가 닫기고, 상기 바이패스용 제 2 스위치가 열리도록 상기 스위치 제어신호가 설정되는 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 다이버시티 시스템.
제 13 항에 있어서,

상기 비교결과,

요구되는 송신 출력 전력이 상기 무선주파수 송신신호 처리회로부의 최대 출력 전력보다 큰 경우에는 상기 기저대역 신호 처리회로부에서 출력되는 스위치 제어신호를 통해 제 2 스위치가 닫혀 상기 전력 증폭기가 증폭을 수행하고,

요구되는 송신 출력 전력이 상기 무선주파수 송신신호 처리회로부의 최대 출력 전력보다 작은 경우에는 상기 기저대역 신호 처리회로부에서 출력되는 스위치 제어신호를 통해 제 2 스위치가 열려 상기 전력 증폭기가 증폭을 수행하지 아니하는 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 다이버시티 시스템.
제 12 내지 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 송신신호 처리회로부는 상기 전력증폭기에 비하여 증폭 능력이 적은 증폭기를 구비하는 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 다이버시티 시스템.