KR100693622B1 - 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스를 이용한무선통신 단말기 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은, 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스를 이용한 무선통신 단말기 및 그 방법에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은, 무선통신 단말기의 송신전력 레벨이 변할 경우, 전력증폭부의 출력로드임피던스를 가변시켜 전력부가효율(PAE : Power Added Efficiency)이 최적이 되도록 하는, 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스를 이용한 무선통신 단말기 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.

방법을 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 무선통신 단말기에 있어서, 무선 신호의 송신과 수신을 분리하기 위한 송수신경로분리수단; 상기 송수신경로분리수단을 통해 인가되는 무선 신호를 수신하기 위한 수신수단; 송신전력 레벨에 따른 전력증폭의 전력부가효율(PAE : Power Added Efficiency)이 최적이 되도록 하는 각각의 출력로드임피던스값과 그때의 위상값과 감쇄값을 저장하기 위한 저장수단; 상기 수신수단으로부터 수신한 수신신호 레벨에 따른 송신전력 레벨에 따라 송신전력 조절을 위한 송신전력 레벨신호를 출력하고, 상기 저장수단에 저장되어 있는 출력로드임피던스값과 그때의 위상값과 감쇄값을 이용하여 송신전력 레벨에 따른 최적 전력부가효율의 출력로드임피던스값에 상응하는 위상값과 감쇄값을 가변하여 출력하는 제어수단; 상기 제어수단으로부터 상기 송신전력 레벨신호를 전달받아 전력 증폭 조절을 위한 조절신호를 출력하는 전력조절수단; 상기 제어수단으로부터 전달받은 기저대역 신호를 고주파 신호로 변환하기 위한 신호처리수단; 상기 신호처리수단으로부터의 고주파 신호를 상기 전력조절수단으로부터의 조절신호에 따라 증폭시키기 위한 전력증폭수단; 및 상기 제어수단으로부터의 위상값과 감쇄값에 따라 송신전력 레벨에 따른 최적 전력부가효율의 출력로드임피던스로 가변되어, 상기 전력증폭수단으로부터의 출력 신호를 임피던스 매칭시켜 상기 송수신경로분리수단에 송신 신호로 인가하기 위한 가변 출력로드임피던스수단을 포함한다.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 무선통신 단말기 등에 이용됨.

전력증폭부, 송신 전력부가효율(PAE), 가변 출력로드임피던스, 발룬, 위상변위부, 감쇄부, 무선통신 단말기

Description

송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스를 이용한 무선통신 단말기 및 그 방법{Wireless communication terminal for improving power added efficiency by using variable output load impedance}

도 1 은 종래의 고정 출력로드임피던스를 이용한 무선통신 단말기의 일예시도,

도 2 는 본 발명에 따른 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스를 이용한 무선통신 단말기의 일실시예 구성도,

도 3 은 본 발명에 따른 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스 조절 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 송수신경로분리부 11 : 수신부

12 : 제어부 13 : 주파수상향변환부

14 : 전력조절부 15 : 전력증폭부

16 : 고정 출력로드임피던스부 21 : 저장부

22 : 가변 출력로드임피던스부 221 : 발룬(balun)

222 : 위상변위부(phase shifter) 223 : 감쇄부(atteuator)

본 발명은 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스를 이용한 무선통신 단말기 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송신전력 레벨에 따른 전력증폭부의 전력부가효율(PAE : Power Added Efficiency)이 최적이 되는 각각의 출력로드임피던스값과 그때의 위상변위부(phase shifter)의 위상값과 감쇄부(atteuator)의 감쇄값을 저장부에 저장한 후, 무선통신 단말기의 송신전력 레벨이 변할 경우, 상기 저장부로부터 기 저장된 값들을 전달받아 제어부에서 출력로드임피던스를 가변시킴으로써 무선통신 단말기 내의 전력증폭부의 최적의 송신 전력부가효율을 얻을 수 있는, 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스를 이용한 무선통신 단말기 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명에서 무선통신 단말기란, 이동통신 단말기, 개인 휴대통신 단말기(PCS), 개인용 디지털 단말기(PDA), 차세대 무선통신 단말기(IMT-2000), 무선랜 단말기, 스마트폰 등과 같은 개인이 휴대하면서 무선통신이 가능한 단말기를 말한다.

무선통신 단말기는 이동 중에 어느 장소에서나 편리하게 통화하거나 데이터 전송을 할 수 있는 편리한 통신수단으로 사회의 발전과 함께 널리 사용되고 있다.

이러한 무선통신 단말기는 개인이 휴대용으로 사용하므로 에너지를 저장해 두는 충전식 배터리를 사용하고 있다.

통상적으로 무선통신 단말기는 이동성을 보장하기 위해 니켈수소, 리튬이온 등의 2차 충전용 배터리를 사용하고 있다. 이러한 무선통신 단말기의 이동성으로 인해 사용자는 배터리의 사용 시간의 길이에 대해 항상 관심을 가지고 있다. 이는 무선통신 단말기의 배터리를 완충전해서 배터리가 완방전 될때까지의 시간으로, 이 시간이 길수록 사용자가 배터리를 충전하는 횟수가 줄어들어 사용자가 보다 편리하게 사용할 수 있다.

한편, 종래의 무선통신 단말기에서 전력증폭부의 출력로드임피던스는 송신전력 레벨이 최대일 때의 고정된 출력로드임피던스를 사용함으로써, 무선통신 단말기의 송신전력 레벨이 변할 경우, 각각의 송신전력 레벨에 따른 전력증폭부의 최적의 전력부가효율을 얻을 수 없는 문제점이 있다. 그 일예를 도1을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.

도 1 은 종래의 고정 출력로드임피던스를 이용한 무선통신 단말기의 일예시도이다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 종래의 고정 출력로드임피던스를 이용한 무선통신 단말기는, 무선 신호의 송신과 수신을 분리하기 위한 송수신경로분리부(10), 무선 신호를 수신하기 위한 수신부(11), 기 수신한 수신신호 레벨에 따른 송신전력 레벨에 따라 전력조절부(14)를 제어하고, 그에 따라 결과적으로 전력증폭부(15)의 동작을 제어하기 위한 제어부(12), 상기 제어부(12)로부터 송신전력 레벨에 따른 신호를 전달받아 전력증폭부(15)의 출력 신호를 송신전력 레벨에 따라 조절하기 위 한 전력조절부(14), 상기 제어부(12)로부터 전달받은 기저대역 신호를 고주파 신호로 변환하기 위한 주파수상향변환부(13), 상기 주파수상향변환부(13)로부터 고주파 신호를 전달받아 증폭시키기 위한 전력증폭부(15), 전류소모가 가장 많은 최대 송신전력 레벨에서 고정되어 전력증폭부(15)의 출력신호를 임피던스 매칭시켜 상기 송수신경로분리부(10)로 전달하기 위한 출력로드임피던스부(16)를 포함한다.

현재, 상기 송수신경로분리부(10)는 CDMA(code division multiple access) 방식의 경우에는 듀플렉서(Duplexer)를 사용하고, GSM(Global System for Mobile communication) 방식의 경우에는 ASM(Antenna Switch Module)을 사용한다.

즉, 도 1 에 도시된 종래의 무선통신 단말기에서의 전력증폭부(15)의 출력로드임피던스부(16)는 전류소모가 가장 많은 최대 송신전력 레벨에서의 고정된 출력로드임피던스로서, 송신전력 레벨이 변할 경우 각각의 송신전력 레벨에 따른 최적의 전력부가효율을 얻지 못하는 단점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 무선통신 단말기의 송신전력 레벨이 변할 경우, 전력증폭부의 출력로드임피던스를 가변시켜 전력부가효율(PAE : Power Added Efficiency)이 최적이 되도록 하는, 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스를 이용한 무선통신 단말기 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 무선통신 단말기에 있어서, 무선 신호의 송신과 수신을 분리하기 위한 송수신경로분리수단; 상기 송수신경로분리수단을 통해 인가되는 무선 신호를 수신하기 위한 수신수단; 송신전력 레벨에 따른 전력증폭의 전력부가효율(PAE : Power Added Efficiency)이 최적이 되도록 하는 각각의 출력로드임피던스값과 그때의 위상값과 감쇄값을 저장하기 위한 저장수단; 상기 수신수단으로부터 수신한 수신신호 레벨에 따른 송신전력 레벨에 따라 송신전력 조절을 위한 송신전력 레벨신호를 출력하고, 상기 저장수단에 저장되어 있는 출력로드임피던스값과 그때의 위상값과 감쇄값을 이용하여 송신전력 레벨에 따른 최적 전력부가효율의 출력로드임피던스값에 상응하는 위상값과 감쇄값을 가변하여 출력하는 제어수단; 상기 제어수단으로부터 상기 송신전력 레벨신호를 전달받아 전력 증폭 조절을 위한 조절신호를 출력하는 전력조절수단; 상기 제어수단으로부터 전달받은 기저대역 신호를 고주파 신호로 변환하기 위한 신호처리수단; 상기 신호처리수단으로부터의 고주파 신호를 상기 전력조절수단으로부터의 조절신호에 따라 증폭시키기 위한 전력증폭수단; 및 상기 제어수단으로부터의 위상값과 감쇄값에 따라 송신전력 레벨에 따른 최적 전력부가효율의 출력로드임피던스로 가변되어, 상기 전력증폭수단으로부터의 출력 신호를 임피던스 매칭시켜 상기 송수신경로분리수단에 송신 신호로 인가하기 위한 가변 출력로드임피던스수단을 포함한다.

여기서, 상기 가변 출력로드임피던스수단은 상기 전력증폭수단의 컬렉터(드레인)단에서 출력된 신호를 분배하기 위한 발룬(balun)과 상기 발룬에 의하여 분배된 신호의 위상과 크기를 최적의 전력부가효율을 가지도록 변화시키기 위한 위상변위수단과 감쇄수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 방법은, 무선통신 단말기에서의 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스 조절 방법에 있어서, 송신전력 레벨에 따른 최적의 전력부가효율을 갖는 출력로드임피던스를 얻을 수 있는 위상값과 감쇄값을 상응시켜 저장하는 저장 단계; 무선 신호를 수신부로 수신하는 경우에 수신한 신호 레벨에 따른 전력 조절 레벨을 결정하는 단계; 송신 신호를 전력 증폭시키는 단계; 상기 전력 조절 레벨에 따라 상기 증폭시킨 송신 신호의 출력을 조절하는 단계; 상기 증폭시켜 출력한 송신 신호를 분배하는 단계; 상기 분배한 송신 신호의 위상과 크기를 상기 저장되어 있는 위상값과 감쇄값에 따라 변환하는 단계; 및 상기 위상과 크기를 변환한 송신 신호를 원신호와 결합시켜 송신전력 레벨에 따른 최적의 전력부가효율을 갖는 출력로드임피던스를 얻는 단계를 포함한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명 이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

일반적으로 무선통신 단말기의 배터리 사용 시간을 늘리기 위해서는 여러가지 방법이 있겠지만, 본 발명에서는 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스를 이용하여 무선통신 단말기 전체적으로 가장 많은 전력을 소비하는 전력증폭부의 전력부가효율을 개선시킴으로써, 무선통신 단말기 전체 소모전류를 줄여 배터리의 사용 시간을 늘릴 수 있다.

도 2 는 본 발명에 따른 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스를 이용한 무선통신 단말기의 일실시예 구성도이다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스를 이용한 무선통신 단말기는, 무선 신호의 송신과 수신을 분리하기 위한 송수신경로분리부(10), 무선 신호를 수신하기 위한 수신부(11), 송신전력 레벨에 따른 전력증폭부(15)의 전력부가효율(PAE : Power Added Efficiency)이 최적이 되는 각각의 출력로드임피던스값과 그때의 위상변위부(phase shifter)(222)의 위상값과 감쇄부(atteuator)(223)의 감쇄값을 저장하고 있는 저장부(21), 상기 수신부(11)로부터 기 수신한 수신신호 레벨에 따른 송신전력 레벨에 따라 전력조절부(14)를 제어하여 결과적으로 전력증폭부(15)의 동작을 제어하고 상기 저장부(21)에 저장되어 있는 값들을 전달받아 위상변위부(222)와 감쇄부(223)를 제어하여 송신전력 레벨에 따른 출력로드임피던스값으로 가변하기 위하여 위상변위부(222)의 위상값과 감쇄부(223)의 감쇄값을 가변시키기 위한 제어부(12), 상기 제어부(12)로부터 송신전력 레벨에 따른 신호를 전달받아 전력증폭부(15)의 출력 신호를 송신전력 레벨에 따라 조절하기 위한 전력조절부(14), 상기 제어부(12)로부터 전달받은 기저대역 신호를 고주파 신호로 변환하기 위한 주파수상향변환부(13), 상기 주파수상향변환부(13)로부터 고주파 신호를 전달받아 상기 전력조절부(14)로부터의 조절 신호에 따라 증폭시키기 위한 전력증폭부(15), 상기 제어부(12)로부터의 위상값, 감쇄값에 따라 송신전력 레벨에 따른 출력로드임피던스로 가변되어, 상기 전력증폭부(15)의 출력신호를 임피던스 매칭시키기 위한 가변 출력로드임피던스부(22)를 포함한다.

여기서, 상기 가변 출력로드임피던스부(22)는 전력증폭부(15)에서 출력된 신호를 분배하기 위한 발룬(balun)(221)과 상기 발룬(221)에 의하여 분배된 신호의 위상과 크기를 상기 제어부(12)로부터의 위상값과 감쇄값에 따라 최적의 전력부가효율을 가지도록 변화시키기 위한 위상변위부(222)와 감쇄부(223)를 포함한다.

도 3은 본 발명에 따른 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스 조절 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.

먼저, 제어부(12)에서 전력조절부(14)로 입력되는 신호를 조절 입력하여 튜너(tuner)를 이용하여 송신전력 레벨에 따른 로드풀(load pull) 측정 데이터를 생성하여(301), 상기 생성한 로드풀 측정 데이터 상에서 각각의 송신전력 레벨에 따른 최적의 전력부가효율을 얻을 수 있는 출력로드임피던스를 찾는다(302). 상기 찾은 출력로드임피던스를 얻기 위한 위상변위부(222)의 위상값과 감쇄부(223)의 감쇄 값을 찾아(303), 각각의 송신전력 레벨에 따른 최적의 전력부가효율을 얻을 수 있는 출력로드임피던스와 그때의 위상변위부(222)의 위상값과 감쇄부(223)의 감쇄값들의 관련 표를 만들어 저장부(21)에 저장한다(304).

이후, 외부기기로부터 송수신경로분리부(10)를 통해 무선 신호를 수신하고(305), 상기 제어부가 수신부(11)로부터 기 수신된 수신신호 레벨에 따른 송신신호 레벨에 따라 기저대역 신호를 주파수상향변환부(13)로 보내고, 상기 제어부(12)가 수신부(11)로부터 기 수신한 신호 레벨에 따른 송신전력 레벨 신호를 전력조절부(14)에 입력한다(306). 상기 기저대역 신호를 주파수상향변환부(13)에서 고주파 신호로 변환하여 전력증폭부(15)에 입력하고, 상기 전력증폭부(15)에서 증폭된 출력 신호를 전력조절부(14)로부터의 조절 신호에 따라 출력한다(307).

그리고, 상기 전력증폭부(15)로부터의 출력 신호를 발룬(221)에 의해 분배하고(308), 상기 분배된 신호를 위상변위부(222)와 감쇄부(223)에서 상기 저장부(21)에 저장된 값을 이용하여 위상과 크기를 변환한다(308). 상기 위상과 크기가 변환된 신호를 원신호와 결합시켜 송신전력 레벨에 따른 최적의 전력부가효율을 갖는 출력로드임피던스를 얻어 부하에 전달한다(310).

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은, 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스를 이용하여 무선통신 단말기 전체적으로 가장 많은 전력을 사용하는 전력증폭부의 전력부가효율(PAE : Power Added Efficiency)을 개선시킴으로써, 무선통신 단말기 전체 소모전류를 줄이는 효과가 있다. 이는 에너지를 저장해 두는 충전식 배터리를 사용하는 무선통신 단말기에 있어서 배터리 사용 시간을 늘리는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 무선통신 단말기에 있어서,

   무선 신호의 송신과 수신을 분리하기 위한 송수신경로분리수단;

   상기 송수신경로분리수단을 통해 인가되는 무선 신호를 수신하기 위한 수신수단;

   송신전력 레벨에 따른 전력증폭의 전력부가효율(PAE : Power Added Efficiency)이 최적이 되도록 하는 각각의 출력로드임피던스값과 그때의 위상값과 감쇄값을 저장하기 위한 저장수단;

   상기 수신수단으로부터 수신한 수신신호 레벨에 따른 송신전력 레벨에 따라 송신전력 조절을 위한 송신전력 레벨신호를 출력하고, 상기 저장수단에 저장되어 있는 출력로드임피던스값과 그때의 위상값과 감쇄값을 이용하여 송신전력 레벨에 따른 최적 전력부가효율의 출력로드임피던스값에 상응하는 위상값과 감쇄값을 가변하여 출력하는 제어수단;

   상기 제어수단으로부터 상기 송신전력 레벨신호를 전달받아 전력 증폭 조절을 위한 조절신호를 출력하는 전력조절수단;

   상기 제어수단으로부터 전달받은 기저대역 신호를 고주파 신호로 변환하기 위한 신호처리수단;

   상기 신호처리수단으로부터의 고주파 신호를 상기 전력조절수단으로부터의 조절신호에 따라 증폭시키기 위한 전력증폭수단; 및

   상기 제어수단으로부터의 위상값과 감쇄값에 따라 송신전력 레벨에 따른 최적 전력부가효율의 출력로드임피던스로 가변되어, 상기 전력증폭수단으로부터의 출력 신호를 임피던스 매칭시켜 상기 송수신경로분리수단에 송신 신호로 인가하기 위한 가변 출력로드임피던스수단

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스를 이용한 무선통신 단말기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가변 출력로드임피던스수단은,

   상기 전력증폭수단에서 출력되는 신호를 분배하기 위한 발룬(balun); 및

   상기 발룬에 의하여 분배된 신호의 위상과 크기를 상기 제어수단으로부터의 위상값과 감쇄값에 따라 최적의 전력부가효율을 가지도록 변화시키기 위한 위상변위부와 감쇄부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스를 이용한 무선통신 단말기.
3. 무선통신 단말기에서의 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스 조절 방법에 있어서,

   송신전력 레벨에 따른 최적의 전력부가효율을 갖는 출력로드임피던스를 얻을 수 있는 위상값과 감쇄값을 상응시켜 저장하는 저장 단계;

   무선 신호를 수신부로 수신하는 경우에 수신한 신호 레벨에 따른 전력 조절 레벨을 결정하는 단계;

   송신 신호를 전력 증폭시키는 단계;

   상기 전력 조절 레벨에 따라 상기 증폭시킨 송신 신호의 출력을 조절하는 단계;

   상기 증폭시켜 출력한 송신 신호를 분배하는 단계;

   상기 분배한 송신 신호의 위상과 크기를 상기 저장되어 있는 위상값과 감쇄값에 따라 변환하는 단계; 및

   상기 위상과 크기를 변환한 송신 신호를 원신호와 결합시켜 송신전력 레벨에 따른 최적의 전력부가효율을 갖는 출력로드임피던스를 얻는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 단말기에서의 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스 조절 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 저장 단계는,

   송신전력 레벨에 따른 로드풀(load pull) 측정 데이터를 생성하는 단계;

   상기 생성한 로드풀 측정 데이터 상에서 각각의 송신전력 레벨에 따른 최적의 전력부가효율을 갖는 출력로드임피던스를 찾는 단계;

   상기 찾은 출력로드임피던스를 얻을 수 있는 위상값과 감쇄값을 찾는 단계; 및

   상기 각각의 송신전력 레벨에 따른 최적의 전력부가효율을 갖는 출력로드임피던스와 그때의 위상값과 감쇄값들을 상응시켜 저장하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 단말기에서의 송신전력 레벨에 따른 가변 출력로드임피던스 조절 방법.

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