KR100605826B1 - 높은 첨두전력대 평균전력비를 가지는 전력증폭기의 효율개선 장치 및 방법 - Google Patents

높은 첨두전력대 평균전력비를 가지는 전력증폭기의 효율개선 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 높은 첨두전력대 평균전력비(PAR)의 신호를 가지고 동작하는 전력증폭기의 효율을 개선하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 메인 증폭부는 입력되는 기저대역 신호의 엔벨로프 값들을 검출하고 상기 기저대역 신호에서 상기 엔벨로프 값들 중 첨두 값을 감소시켜 첨두감소 신호를 생성한 후 상기 첨두감소 신호를 무선 주파수 대역에서 증폭하여 제1 증폭 신호를 출력한다. 또한 오류보상 증폭부는 상기 기저대역 신호와 상기 첨두감소 신호의 차이를 나타내는 오류신호를 무선 주파수 대역에서 증폭하여 제2 증폭 신호를 출력한다. 그러면 결합기는 상기 제1 증폭 신호와 상기 제2 증폭 신호를 결합하여 높은 증폭 효율을 가지며 오류 보상되어 적은 스펙트럴 리그로스를 가지는 최종 증폭된 신호를 출력한다.
PAR, PEAK REDUCTION, POWER AMPLIFIER, SPECTRAL RE-GROWTH

Description

높은 첨두전력대 평균전력비를 가지는 전력증폭기의 효율 개선 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR IMPROVING THE EFFICIENCY OF POWER AMPLIFIER OPERATING UNDER A LARGE PEAK-TO-AVERAGE RATIO}
도 1은 일반적인 첨두제거 방식을 이용하여 전력증폭기의 효율을 개선하는 장치의 블럭 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 전력증폭기의 효율을 개선하기 위한 장치의 블럭 구성도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 장치에서 첨두제거되는 신호들을 나타낸 도면.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 장치에서 첨두제거되는 신호들의 주파수 응답특성을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따라 전력증폭기의 효율을 개선하기 위한 동작을 나타낸 흐름도.
본 발명은 전력증폭기(Power Amplifier)에 관한 것으로서, 특히 높은 첨두전력대 평균전력비(Peak-to-Average Ratio)의 신호를 가지고 동작하는 전력증폭기의 효율을 개선하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
셀룰러 시스템(Cellular System)과 같은 현재의 무선통신 시스템에서는 소정 서비스영역 내에 분포되어 있는 사용자 단말기들과의 통신을 위하여 기지국에 전력증폭기를 사용하고 있다. 전력증폭기는 다중신호(Multiple signals) 전송이 필요한 통신 시스템에서 사용되는 무선주파수(Radio Frequency: RF) 신호를 증폭하여 전송한다.
특히 부호분할 다중접속(Code Division Multiple Access: CDMA)이나 직교주파수분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 등의 기술을 사용하는 셀룰러 시스템에서는 그 특성상 높은 첨두전력 대 평균전력 비(Peak-to-Average Power Ratio: 이하 PAR이라 함)를 가지는 변조된 다중신호를 동일한 주파수대역을 공유하는 다중 접속자들에게 전송해야만 한다. 이러한 통신시스템에서 무선주파수 신호를 증폭하기 위하여 사용된 기존의 전력증폭기는 높은 PAR을 가지는 신호에 대해서도 모두 증폭하고 전송하여야 하므로, 필연적으로 많은 직류 전력을 소모하여 비효율적이었으며 제조비용(cost)이 상승되었다.
높은 PAR의 신호를 가지고 동작하는 전력증폭기에서 평균전력 손실을 줄이기 위해서는 일반적으로 신호의 첨두값(peak)을 줄이는 첨두제거(peak reduction) 방식이 이용된다. 이러한 방식으로는 "Clipping noise mitigation for OFDM by dicision-aided reconstruction", to Kim et al, IEEE Communications Letters,Vol.3,No.1 January 1999와 "Design Considerations for Multicarrier CDMA Base Station Power Amplifiers", to J.S. Kenney et al, Microwave Journal, Febrary 1999 등이 있다.
도 1은 일반적인 첨두제거 방식을 이용하여 전력증폭기의 효율을 개선하는 장치의 블럭 구성도를 나타낸 것이다.
상기 도 1을 참조하여 일반적인 첨두제거 방식에 대해 설명하면, 높은 PAR를 갖는 입력신호가 기저대역 소스신호 발생기(Base band source Signal Generator: BSG)(110)로부터 첨두감소신호 발생기(Peak reduced Signal Generator: PSG)(120)로 입력되면, 상기 첨두감소신호 발생기 PSG(120)는 상기 입력신호에 대해 첨두신호(peak signal)를 검출하여 상기 검출된 첨두신호의 신호레벨을 감소시킴으로써 PAR이 감소된 신호를 출력한다. 상기 첨두감소신호 발생기 PSG(120)에서 출력된 신호는 구적 변조기(Quadrature Modulator: QM)(130)에 의해 RF 국부발진기(Local Oscillator: RFLO)(135)로부터의 국부발진 신호와 결합되어 구적 변조된 RF 신호로 변환되며, 무선주파수 전력증폭기(RF Power Amplifier: 이하 RFPA라 칭함)(140)는 상기 구적 변조기 QM(130)으로부터의 출력을 증폭하여 안테나로 전달한다.
상기와 같은 첨두제거 방식에서는 신호의 PAR을 낮출수록 전력증폭기이 개선되나 대신 신호의 오류율과 스펙트럴 리그로스(spectral re-growth)가 점차 증가하여 전송되는 신호의 특성을 크게 저하시켜 전송효율이 나빠지게 된다는 문제점을 가지고 있다. 즉, 첨두제거 방식을 사용하는 경우 전력증폭기의 효율 개선 정도가 제약을 받게 된다. 따라서 신호의 오류율을 증가시키지 않으면서 전력증폭기의 효율을 효과적으로 개선하기 위한 기술을 필요로 하게 되었다.
따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은, 높은 첨두전력대 평균전력비(PAR)을 갖는 신호를 증폭하는 전력증폭기의 효율을 개선하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 전력증폭기에 의한 평균 전력손실을 감소시켜 전력증폭기의 효율을 개선하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 전력증폭기에 의한 신호의 오류율을 증가시키지 않으면서 전력증폭기의 효율을 개선하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 전력증폭기의 입력신호에서 오류신호를 추출하여 별도의 전력증폭기를 통해 증폭하는 장치 및 방법을 제공한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는, 첨두전력대 평균전력비(PAR)을 가지는 기저대역 신호를 증폭하는 전력증폭기의 효율을 개선하는 장치에 있어서,
입력 기저대역 신호의 엔벨로프 값들을 검출하고 상기 기저대역 신호에서 상기 엔벨로프 값들을 미리 정해지는 값 이하로 감소시켜 생성한 첨두감소 신호를 무선 주파수 대역에서 증폭하여 제1 증폭 신호를 출력하는 메인 증폭부와,
상기 기저대역 신호와 상기 첨두감소 신호의 차이를 나타내는 오류신호를 무 선 주파수 대역에서 증폭하여 제2 증폭 신호를 출력하는 오류보상 증폭부와,
상기 메인 증폭부로부터의 상기 제1 증폭 신호와 상기 오류보상 증폭부로부터의 상기 제2 증폭 신호를 결합하는 결합기로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 첨두전력대 평균전력비(PAR)을 가지는 기저대역 신호를 증폭하는 전력증폭기의 효율을 개선하는 방법에 있어서,
입력 기저대역 신호의 엔벨로프 값들을 검출하고 상기 기저대역 신호에서 상기 엔벨로프 값들을 미리 정해지는 값 이하로 감소시켜 생성한 첨두감소 신호를 무선 주파수 대역에서 증폭하여 제1 증폭 신호를 출력하는 제1 과정과,
상기 기저대역 신호와 상기 첨두감소 신호의 차이를 나타내는 오류신호를 무선 주파수 대역에서 증폭하여 제2 증폭 신호를 출력하는 제2 과정과,
상기 제1 증폭 신호와 상기 제2 증폭 신호를 결합하는 제3 과정으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대 로 내려져야 할 것이다.
후술되는 본 발명은 무선주파수 신호를 증폭하는 전력증폭기에서 높은 첨두전력대 평균전력비(Peak-to-Average Ratio: 이하 PAR이라 칭한다.)를 가지는 기저대역 신호에 대해서 첨두신호를 검출하고, 상기 첨두신호를 제거한 나머지 신호와 상기 첨두신호를 각각 별도의 증폭기를 사용하여 증폭한 후 결합하는 것이다. 이를 위해, 하기에서는 첨두신호를 검출하기 위한 구성요소들과 상기 첨두신호를 증폭하기 위한 구성요소들을 가장 효과적으로 배치하는 내용을 설명할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 전력증폭기의 효율을 개선하기 위한 장치의 블럭 구성도를 나타낸 것이다. 여기서 장치들(215, 220, 225, 230, 235)은 제1 기저대역 신호 발생기에 대응하며, 다른 장치들(260, 265)는 제2 기저대역 신호 발생기에 대응한다.
상기 도 2를 참조하면 본 발명에 따른 장치는, 높은 PAR을 갖는 기저대역 소스신호(Base band source signal: 이하 BS라 칭하고 도시함)을 발생시키는 모뎀(MODEM)인 기저대역 신호 발생기(Baseband Signal Generator: 이하 BSG라 칭하고 도시함)(205)와, 상기 기저대역 소스신호 BS에서 첨두값(peak)을 감소시킨 첨두감소 신호(Peak Reduced Signal: 이하 PRS라 칭하고 도시함)를 무선 주파수(Radio Frequency: RF) 대역에서 증폭하는 메인 증폭부(Main Amplification Part)(210)와, 상기 기저대역 소스신호 BS와 상기 첨두감소 신호 PRS의 차이를 나타내는 오류신호(Error Signal: 이하 ES라 칭하고 도시함)를 무선 주파수 대역에서 증폭하는 오류보상 증폭부(Error Correction Amplification Part)(255)와, 상기 메인 증폭부(210)로부터의 증폭된 신호와 상기 오류보상 증폭부(255)로부터의 증폭된 신호를 결합하여 최종 출력하는 결합기(Summer: 이하 SUM라 칭하고 도시함)(285)로 구성된다.
먼저 상기 메인 증폭부(210)에서, 제1 구적 변조기(Quadrature Modulator 1 or Peak reduced signal Quadrature Modulator: 이하 PQM라 칭하고 도시함)(240)는, 상기 첨두감소 신호 PRS를 무선 주파수 대역으로 상승변환(up-conversion)한 후 RF 국부발진기(RF Local Oscillator: 이하 RFLO라 칭하고 도시함)(245)로부터의 국부발진 신호 LO와 결합함으로써 제1 구적변조 신호(이하 PQS(Peak reduction Qudrature Modulated signal)라 칭하고 도시함)로 변환한다. 그러면 제1 전력증폭기(Power Amplifier 1: 이하 RFPA(RF Power Amplifier)라 칭하고 도시함)(250)는 상기 제1 구적변조 신호 PQS를 증폭하여 제1 증폭신호(이하 APQS(Amplified PQS)라 칭하고 도시함)를 출력한다.
상기 오류보상 증폭부(255)에, 제2 구적 변조기(Quadrature Modulator 2 or Error signal Quadrature Modulator: 이하 EQM라 칭하고 도시함)(270)는 상기 오류신호 ES를 무선 주파수 대역으로 상승변환한 후 상기 RF 국부발진기 RFLO(245)로부터의 상기 국부발진 신호 LO와 결합함으로써 제2 구적변조 신호(이하 EQS(Error Quadrature modulated Signal)라 칭하고 도시함)로 변환한다.
오류보상기(Error Compensator or Error Quadrature modulated signal Compensation: 이하 EQC라 칭하고 도시함)(275)는 상기 메인 증폭부(210)으로부터의 증폭된 신호와 상기 오류보상 증폭부(255)로부터의 증폭된 신호를 결합할 수 있도록 하기 위하여, 상기 제2 구적변조 신호 EQS의 크기(Amplitude)와 위상 및 지연을 보상하여 제2 전력증폭기(Power Amplifier 2: 이하 RFEA(Radio Frequency Error Correction Amplifier)라 칭하고 도시함)(280)로 제공하며, 상기 제2 전력증폭기 RFEA(280)는 상기 오류보상기 EQC(275)에 의해 보상된 EQS를 증폭하여 제2 증폭신호(이하 AEQS(Amplified EQS)라 칭하고 도시함)를 출력한다.
그러면 상기 결합기 SUM(285)은 상기 제1 증폭신호 APQS와 상기 제2 증폭신호 AEQS를 결합하여 최종 증폭된 신호(이하 AOS(Amplified Output Signal)라 칭하고 도시함)를 출력한다.
한편 상기 메인 증폭부(210)에서 상기 첨두감소 신호 PRS를 구하기 위한 구성에 대해 설명하면, 엔벨로프 검출기(Envelope Detector: ED)(225)가 상기 기저대역 소스신호 BS의 엔벨로프 레벨(Envelope level or Signal Envelope Detection Level: 이하 EDL라 칭하고 도시함)를 검출하면, 스케일 팩터 결정기(Scale Factor Decider: 이하 SFD라 칭하고 도시함)(230)는 상기 엔벨로프 검출기 ED(225)에 의해 검출된 엔벨로프 레벨 EDL을 이용하여 상기 기저대역 소스신호 BS의 첨두값을 감소시키기 위한 스케일 팩터(Scale Factor: 이하 SF라 칭하고 도시함)를 결정한다. 상기 스케일 팩터 SF는 상기 첨두값을 감소시키는 비율을 나타내는 것으로서, 상기 첨두감소 신호 PRS와 상기 오류신호 ES의 스펙트럴 리그로스를 최소화하도록 결정된다. 상기 스케일 팩터 SF는 알려진 첨두제거 방식에 의하여 구해진다.
여기서 상기 첨두제거 방식은 첨두값을 제거하는 형태에 따라 하드 클리핑(hard-clipping)과 소프트 클리핑(soft-clipping)으로 구분할 수 있다. 도 3a와 같은 엔벨로프(Signal Envelope: SE)를 갖는 높은 PAR 신호가 입력되는 경우, 하드 클리핑은 도 3b와 같이 신호 엔벨로프 SE가 일정값 L 이하인 신호는 바이패스하고 신호엔벨로프 SE가 상기 일정값 L 이상인 신호는 모두 제거하는 방식이다. 이에 비해 소프트 클리핑은 도 3c와 같이 신호엔벨로프 SE가 일정값 L 이하인 신호는 바이패스하고 신호 엔벨로프 SE가 상기 일정값 L을 초과하는 신호의 레벨에 따라 클리핑하는 량을 변화시킨다. 하드 클리핑은 구현이 간단하지만 입력신호의 스펙트럴 리그로스를 증가시키기 때문에 소프트 클리핑을 이용하여 첨두신호를 제거하는 것이 보다 바람직하다.
제1 지연기(Delay 1 or BS Delay for PSG: 이하 BSDP라 칭하고 도시함)(215)는, 상기 엔벨로프 검출기 ED(225)와 상기 스케일 팩터 결정기 SFD(230)에 의한 상기 기저대역 소스신호 BS와 상기 스케일 팩터 SF간의 시간차를 보상하기 위해 상기 기저대역 소스신호 BS를 소정시간만큼 지연시켜 지연된 기저대역 신호(Delayed BS for PSG: 이하 DBSP라 칭하고 도시함)를 출력한다.
그러면 상기 첨두감소 신호 발생기(Peak reduction Signal Generator: 이하 PSG라 칭하고 도시함)(220)는 상기 스케일 팩터 SF에 따라 상기 지연된 기저대역 신호 DBSP의 첨두값을 감소시킴으로써 상기 첨두감소 신호 PRS를 발생한다. 상기 첨두감소 신호 PRS는 상기 지연된 기저대역 신호 DBSP에 상기 스케일 팩터 SF를 곱함으로써 발생된다. 상기 첨두감소 신호 PRS는 상기 제1 구적 변조기 PQM(240)으로 입력되기 전에, 오류신호 발생기(265)에 의한 상기 첨두감소 신호 PRS와 상기 오류신호 ES간의 시간차를 보상하기 위해 제2 지연기(Delay 2 or PRS Delay: 이하 PRSD라 칭하고 도시함)(235)에 의해 소정시간만큼 지연된다.
또한 상기 오류보상 증폭부(255)에서 상기 오류신호 ES를 구하기 위한 구성에 대해 설명하면, 먼저 상기 기저대역 소스신호 BS는 상기 첨두감소 신호 발생기 PSG(220)에 의한 상기 기저대역 소스신호 BS와 상기 첨두감소 신호 PRS간의 시간차를 보상하기 위해 제3 지연기(Delay 3 or BS Delay for ESG: 이하 BSDE라 칭하고 도시함)(260)에 의해 소정시간만큼 지연된다. 그러면 상기 오류신호 발생기(Error Signal Generator: 이하 ESG라 칭하고 도시함)(265)는 상기 제3 지연기 BSDE(260)로부터의 지연된 신호(이하 DBSE(Delayed BS for ESG)라 칭하고 도시함)에서 상기 첨두감소 신호 발생기 PSG(220)로부터의 상기 첨두감소 신호 PSG를 뺌으로써 상기 오류신호 ES를 발생하여 상기 제2 구적 변조기 EQM(270)로 입력한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 장치에서 신호들의 주파수 응답특성을 나타낸 것이며 도 5는 본 발명에 따라 전력증폭기의 효율을 개선하기 위한 동작을 나타낸 흐름도이다.
상기 도 5를 참조하면, 과정(305)에서 기저대역 신호 발생기 BSG(205)로부터 출력되는 동위상(In phase) 성분 IBS와 직교위상(Quadrature phase) 성분 QBS로 이루어진 기저대역 소스신호 BS를 엔벨로프 검출기 ED(225)와 제1 지연기 BSDP(215)와 제3 지연기 BSDE(260)로 각각 입력한다. 도 4a는 상기 기저대역 소스신호 BS의 주파수 응답특성을 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이 평균전력에 비하여 첨두전력이 매우 높음을 알 수 있다.
과정(310)에서 상기 엔벨로프 검출기 ED(225)는 상기 기저대역 소스신호 BS의 신호 엔벨로프(Signal Envelope: 이하 SE라 칭하고 도시함)를 구하고 상기 구해진 신호 엔벨로프가 미리 정해진 기준값 L을 초과하는지 및 초과하는 정도를 검출한다.
상기 신호 엔벨로프 SE가 상기 기준값 L을 초과하지 않은 경우 상기 기저대역 소스신호 BS의 첨두값을 클리핑할 필요는 없다. 그러나 상기 신호 엔벨로프 SE가 상기 기준값 L을 초과한 경우에는 상기 기저대역 소스신호에서 상기 초과하는 부분을 클리핑할 시 발생하는 오류율과 스펙트럴 리그로스(spectral re-growth)를 최소화할 수 있도록, 과정(315)에서는 스케일 팩터 결정기 SFD(230)에 의해 상기 신호 엔벨로프 SE의 상기 기준값 L의 초과량에 따라 스케일 팩터 SF를 결정한다. 상기 스케일 팩터 SF는 상기 동위상 성분 IBS를 위한 스케일 팩터 SFI와 상기 직교위상 성분 QBS를 위한 스케일 팩터 SFQ로 이루어진다.
그러면 과정(320)에서 첨두감소 신호 발생기 PSG(220)는 상기 제1 지연기 BSDP(215)를 통과한 지연된 기저대역 신호 DBSP에 상기 스케일 팩터 SF를 곱하여 첨두감소 신호 PRS를 발생한다. 도 4b에 상기 첨두감소 신호 PRS의 주파수 응답특성을 나타내었다. 도시된 바와 같이 도 4a에 나타낸 기저대역 소스신호 BS에 비하여 PAR이 상당히 감소되었다. 상기 제1 지연기 BSDP(215)는 상기 지연된 기저대역 신호 DBSP와 상기 스케일 팩터 SF의 동기를 맞추기 위해 상기 기저대역 소스신호 BS를 지연시켜 상기 지연된 기저대역 신호 DBSP를 발생한다.
상기 첨두감소 신호 발생기 PSG(220)에서 발생된 상기 첨두감소 신호 PRS는 제2 지연기 PRSD(235)를 통과하여 제1 구적 변조기 PQM(240)에 입력되며, 과정(325)에서 상기 제1 구적 변조기 PQM(240)에 의하여 RF 국부발진기 RFLO(245)로부터의 국부발진 신호 LO와 결합됨으로써 무선 주파수 대역으로 상승 변환된 제1 구적변조 신호 PQS가 된다. 과정(330)에서 상기 제1 구적변조 신호 PQS는 제1 전력증폭기 RFPA(250)에 의해 증폭되어 제1 증폭 신호 APQS가 된다.
한편 과정(335)에서 오류신호 발생기 ESG(265)는 제3 지연기 BSDE(260)를 통과한 지연된 기저대역 신호 DBSE에서 상기 첨두감소 신호 PRS를 빼서 오류신호 ES를 발생한다. 상기 오류신호 ES는 상기 기저대역 소스신호 BS의 첨두신호가 되며 그 주파수 응답특성은 도 4c에 나타내었다. 도시된 바와 같이 도 4c의 신호는 도 4a의 신호와 도 4b의 신호간의 차이신호가 된다.
상기 제3 지연기 BSDE(260)는 상기 지연된 기저대역 신호 DBSE와 상기 첨두감소 신호 PRS의 동기를 맞추기 위해 상기 기저대역 소스신호 BS를 지연시켜 상기 지연된 기저대역 신호 DBSE를 발생한다.
상기 오류신호 발생기 ESG(265)에서 발생된 상기 오류신호 ES는 제2 구적 변조기 EQM(270)에 입력되며, 과정(340)에서 상기 제2 구적 변조기 EQM(270)에 의하여 상기 RF 국부발진기 RFLO(245)로부터의 국부발진 신호 LO와 결합됨으로써 무선 주파수 대역으로 상승 변환된 제2 구적변조 신호 EQS가 된다. 과정(345)에서 상기 제2 구적변조 신호 EQS는 오류 보상기 EQC(275)를 통과한 후 제2 전력증폭기 RFEA(280)에 의해 증폭되어 제2 증폭 신호 AEQS가 된다. 상기 오류 보상기 EQC(275)는 상기 제1 전력증폭기 RFPA(250)와 상기 제2 전력증폭기 RFEA(280)의 증폭 특성을 고려하여 상기 제2 구적변조 신호 EQS의 크기와 위상 및 지연을 보상한 후 상기 제2 전력증폭기 RFEA(280)로 제공한다.
과정(350)에서 상기 제1 전력증폭기 RFPA(250)와 상기 제2 전력증폭기 RFEA(280)에서 각각 증폭된 상기 제1 증폭 신호 APQS 및 상기 제2 증폭 신호 AEQS는 결합기 SUM(285)에서 결합되며, 과정(355)에서 상기 결합기 SUM(285)는 상기 결합결과 증폭된 출력신호(Amplified Output Signal: AOS)를 출력한다. 상기 결합에 의해 상기 첨두감소 신호 발생기 PSG(220)에 의해 클리핑된 부분이 보상될 뿐 아니라, 상기 제1 증폭 신호 APQS에서 오류와 스펙트럴 리그로스가 제거된다.
상기 도 2의 구성에서 제1 전력증폭기 RFPA(250)의 효율은 높은 PAR을 갖는 입력신호를 첨두제거 방식을 이용해 낮은 PAR을 갖는 신호로 변환해줌으로서 개선할 수 있다. 그러나 이러한 경우 상기 제1 전력증폭기 RFPA(250)로부터 출력되는 신호의 오류율과 스펙트럴 리그로스가 크게 증가한다. 본 발명에서는 제2 전력증폭기 RFEA(280)의 출력신호를 이용하여 상기 제1 전력증폭기 RFPA(250) 출력의 증가된 오류율과 스펙트럴 리그로스를 보상함으로써, 결과적으로 효율을 증가시키면서 오류율과 스펙트럴 리그로스를 개선한다. 여기서 제1 전력증폭기 RFPA(250)의 효율개선 정도를 결정하는 요인은 첨두감소 신호 PRS의 PAR이며, 제2 전력증폭기 RFEA(280)의 용량을 결정하는 요인은 첨두감소 신호 PRS의 스펙트럴 리그로스, 즉 오류신호 ES의 크기이다.
최적의 효율개선을 위해서 첨두감소 신호 PRS에 요구되는 특성은 PAR과 스펙트럴 리그로스가 모두 낮아야 한다는 점이다. 만일 첨두감소 신호 PRS가 도 3b와 같은 하드 클리핑에 가깝도록 첨두 제거된 경우, 첨두감소 신호 PRS에 의해 생성된 제1 구적변조 신호 PQS의 PAR이 감소되어 제1 전력증폭기 RFPA(250)의 효율은 개선되나 스펙트럴 리그로스가 악화되어 결국 요구되는 제2 전력증폭기 RFEA(280)의 용량이 증가된다. 이는 전체 시스템의 효율개선에 나쁜 영향을 미치게 되므로, 첨두감소 신호 PRS는 PAR과 스펙트럴 리그로스가 모두 낮아지도록 발생되어야 전체 시스템의 효율개선이 최적화된다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 전력증폭기의 고효율화 저비용화의 적합한 장치와 방법을 제공한다. 즉, 본 발명은 높은 PAR을 갖는 입력신호를 가지고 동작하는 이동통신 기지국의 전력증폭기에서 입력신호의 PAR을 낮추어 효율을 증대시키면서, PAR 감소로 인 해 증가된 오류율과 스펙트럴 리그로스는 오류보상 방식을 통해 제거함으로써 전력증폭기의 효율을 개선하여 제조비용을 낮출 수 있다.

Claims (15)

  1. 첨두전력대 평균전력비(PAR)을 가지는 기저대역 신호를 증폭하는 전력증폭 장치에 있어서,
    입력 기저대역 신호의 엔벨로프 값들을 검출하고 상기 엔벨로프 값들 중 첨두 값들을 미리 결정된 값 이하로 감소시킴으로써 생성한 첨두감소 신호를 증폭하여 제1 증폭 신호를 출력하는 메인 증폭부와,
    상기 기저대역 신호와 상기 첨두감소 신호의 차이를 나타내는 오류신호를 증폭하여 제2 증폭 신호를 출력하는 오류보상 증폭부와,
    상기 메인 증폭부로부터의 상기 제1 증폭 신호와 상기 오류보상 증폭부로부터의 상기 제2 증폭 신호를 결합하는 결합기로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력증폭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 메인 증폭부는,
    상기 첨두감소 신호를 변조하여 무선 주파수 대역의 구적변조 신호를 발생하는 구적 변조기와,
    상기 구적변조 신호를 증폭하여 상기 제1 증폭 신호를 출력하는 전력증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 메인 증폭부는,
    상기 기저대역 신호의 신호 엔벨로프를 검출하는 엔벨로프 검출기와,
    상기 검출된 신호 엔벨로프가 미리 정해지는 기준값을 초과하는 경우 상기 초과되는 부분을 클리핑하기 위한 비율을 나타내는 스케일 팩터를 결정하는 스케일 팩터 결정기와,
    상기 기저대역 신호를 지연시키는 지연기와,
    상기 지연된 기저대역 신호에 상기 스케일 팩터를 곱하여 상기 첨두감소 신호를 생성하는 첨두감소 신호 발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 스케일 팩터는,
    상기 기저대역 신호의 첨두전력대 평균전력비를 감소시켜 상기 첨두전력대 평균전력비로 인한 오류율과 스펙트럴 리그로스를 최소화하도록 결정됨을 특징으로 하는 전력증폭 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 첨두감소 신호를 미리 정해지는 시간지연만큼 지연시켜 상기 구적 변조기로 제공하는 지연기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 오류보상 증폭부는,
    상기 오류 신호를 변조하여 무선 주파수 대역의 구적변조 신호를 발생하는 구적 변조기와,
    상기 구적변조 신호를 증폭하여 상기 제2 증폭 신호를 출력하는 전력증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 오류보상 증폭부는,
    상기 메인 증폭부와 상기 오류보상 증폭부의 증폭특성 차이를 보상하기 위해 상기 구적변조 신호의 크기와 위상을 보상하여 상기 전력증폭기로 제공하는 오류 보상기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 오류보상 증폭부는,
    상기 기저대역 신호를 지연시키는 지연기와,
    상기 지연된 기저대역 신호에서 상기 첨두감소 신호를 빼서 상기 오류신호를 생성하는 오류신호 발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭 장치.
  9. 첨두전력대 평균전력비(PAR)을 가지는 기저대역 신호를 증폭하는 전력증폭기의 효율을 개선하는 방법에 있어서,
    입력 기저대역 신호의 엔벨로프 값들을 검출하고 상기 엔벨로프 값들 중 첨두 값들을 미리 결정된 값 이하로 감소시킴으로써 생성한 첨두감소 신호를 증폭하여 제1 증폭 신호를 출력하는 제1 과정과,
    상기 기저대역 신호와 상기 첨두감소 신호의 차이를 나타내는 오류신호를 증폭하여 제2 증폭 신호를 출력하는 제2 과정과,
    상기 제1 증폭 신호와 상기 제2 증폭 신호를 결합하는 제3 과정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력증폭기의 효율 개선 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제1 과정은,
    상기 첨두감소 신호를 변조하여 무선 주파수 대역의 구적변조 신호를 발생하는 단계와,
    상기 구적변조 신호를 증폭하여 상기 제1 증폭 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭기의 효율 개선 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제1 과정은,
    상기 기저대역 신호의 신호 엔벨로프를 검출하는 단계와,
    상기 검출된 신호 엔벨로프가 미리 정해지는 기준값을 초과하는 경우 상기 초과되는 부분을 클리핑하기 위한 비율을 나타내는 스케일 팩터를 결정하는 단계와,
    상기 기저대역 신호에 상기 스케일 팩터를 곱하여 상기 첨두감소 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭기의 효율 개선 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 스케일 팩터는,
    상기 기저대역 신호의 첨두전력대 평균전력비를 감소시켜 상기 첨두전력대 평균전력비로 인한 오류율과 스펙트럴 리그로스를 최소화하도록 결정되는 값임을 특징으로 하는 전력증폭기의 효율 개선 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 제2 과정은,
    상기 오류 신호를 변조하여 무선 주파수 대역의 구적변조 신호를 발생하는 단계와,
    상기 구적변조 신호를 증폭하여 상기 제2 증폭 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭기의 효율 개선 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제2 과정은,
    상기 제1 과정과 상기 제2 과정에서의 증폭특성 차이를 보상하기 위해 상기 구적변조 신호를 증폭하기 이전에 크기와 위상 및 지연을 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭기의 효율 개선 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제2 과정은,
    상기 기저대역 신호에서 상기 첨두감소 신호를 빼서 상기 오류신호를 생성하는 단게를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭기의 효율 개선 방법.
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