KR100703124B1 - 선형 파워 앰프 - Google Patents

선형 파워 앰프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선형화된 증폭신호를 나타내기 위한 DPD제어모듈에 관한 것으로, 디지털 방식의 Pre-Distortion에 사용한 적응 간섭제거 알고리즘 중 GLMS알고리즘과 CMA알고리즘을 동시에 연동하여 빠르고, 효율적으로 간섭 및 잡음을 제거시켜 선형 증폭신호를 구현시키는 선형 파워 앰프에 관한 것이다. 신호가 입력되는 3개의 FIR필터(11,12,13)가 구비되고, 상기 제1,2FIR필터(11,12)에는 판정기(21,22)와 제1,2에러함수생성부(31,32)가 차례로 연결되고, 상기 제3FIR필터(13)에는 제곱기(71)와 뺄셈기(72), 곱셈기(73) 및 제3에러함수생성부(33)가 차례로 연결되고, 상기 제1,2에러함수생성부(31,32)에는 선택기부(40)가 연결되어 제3에러함수생성부(33)의 출력값과 함께 멀티플렉서(80)로 입력되고, 상기 멀티플렉서(80)에 갱신계수부(51,52,53)가 연결된다. 따라서, 본 발명은 기지국 시스템에 적용이 가능할 뿐만 아니라 이동통신용 무선중계기 시스템에도 적용이 가능한 것으로, 출력 안테나로부터 출력된 무선신호가 입력 안테나로 되돌아감으로 인해 발생되는 현상을 방지하기 위하여 궤환신호를 제거하고, 외부에서 유입되는 다양한 간섭잡음을 제거함으로써 출력되는 신호를 선형적으로 한 파워 앰프를 실현할 수 있다.
FIR필터, 판정기, 에러함수생성부, 선택기부, 갱신계수부, 적응상수부

Description

선형 파워 앰프{Power Amp}
도 1은 종래의 LMS알고리즘을 사용한 블라인드 잡음제거의 개략도.
도 2는 종래의 CMA알고리즘을 사용한 블라인드 잡음제거의 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 선형 파워 앰프의 Group LMS알고리즘을 사용한 잡음제거 필터를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 선형 파워 앰프의 FIR필터구조를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 GLMS알고리즘과 CMA알고리즘을 연동한 선형화된 알고리즘을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 필터부 11 : 제1FIR필터
12 : 제2FIR필터 13 : 제3FIR필터
15 : 딜레이부 16 : 곱셈기
17 : 출력생성덧셈기 21 : 제1판정기
22 : 제2판정기 31 : 제1에러함수생성부
32 : 제2에러함수생성부 33 : 제3에러함수생성부
40 : 선택기부 50 : 갱신계수부
51 : 제1갱신계수부 52 : 제2갱신계수부
53 : 제3갱신계수부 60 : 적응상수부
71 : 제곱기 72 : 뺄셈기
73 : 곱셈기 80 : 멀티플렉서
본 발명은 선형화된 증폭신호를 나타내기 위한 DPD(Digital Pre-Distortion)제어모듈에 관한 것으로, 더욱 세부적으로는 디지털 방식의 Pre-Distortion에 사용한 적응 간섭제거 알고리즘 중 GLMS(Group Least Mean Square)알고리즘과 CMA(Constant Modulus Algorithm)알고리즘을 동시에 연동하여 빠르고, 효율적으로 간섭 및 잡음을 제거시켜 선형 증폭신호를 구현시키는 선형 파워 앰프에 관한 것이다.
종래에 적응 간섭잡음에 관한 기술이 기재되어 있는 문헌으로는 Adaptive Filter Theory과 Blind Adaptive Multi User Detection 등이 있으며, LMS(Least Mean Square)알고리즘과 RLS(Recursive Least Square)알고리즘이 사용되고 있다.
상기 LMS알고리즘은 수신된 신호와 판정된 신호간 오차의 MSE(Mean Square Error)를 최소화하는 기법으로 RLS알고리즘보다 수식이 간단하고 하드웨어가 적으나, 채널 적응 속도가 느린 단점이 있으며, 상기 RLS알고리즘은 가중 오차 신호의 제곱합을 반복적으로 필터 계수를 갱신시키면서 최소화하는 방법으로 LMS알고리즘보다 효율적으로 간섭잡음을 제거할 수 있으나, 하드웨어가 복잡한 단점이 있다.
블라인드 적응알고리즘은 전송신호의 통계적인 성질을 이용하여 특정사용자의 확산코드와 타이밍만 제공하면 원신호를 추정해 나가는 방식으로써 사용되는 알고리즘들은 RCA(Reduced Constellation Algorithm)와 CMA(Constant Modulus Algorithm) 및 MMA(Multi Modulus Algorithm)으로 구분할 수 있다.
상기 RCA는 송신신호의 성좌도(Constellation)를 줄여서 채널적응을 시작하는 블라인드 알고리즘이며, 상기 CMA는 성좌도의 원점을 중심으로 하나의 원을 그리고 원과의 거리를 계산하여 거리를 줄이는 방향으로 탭계수를 적응시키는 블라인드 알고리즘이며, 상기 MMA는 성좌도의 실수축과 허수축을 나누어서 독립적으로 적응하도록 하는 블라인드 알고리즘이다.
도 1은 종래의 LMS알고리즘을 사용한 블라인드 잡음제거의 개략도로써, 탭계수인 Wk를 갱신하여 채널을 적응하도록 구성되는 한 개의 FIR(Finite Impulse Response)필터(310)와, 상기 FIR필터(310)를 통해 입력된 신호를 판정하는 판정기(320)와, 상기 FIR필터(310)의 출력(yk)을 입력받아 에러함수(ek)를 생성하고, 갱신계수부(340)에서 계수를 갱신한 후 FIR필터(310)에 공급하는 에러함수생성부(330)로 구성된다.
도 2는 종래의 CMA알고리즘을 사용한 블라인드 잡음제거의 개략도로써, 채널을 통과하여 입력되는 신호를 이용하여 처리하는 FIR필터(410)를 통해 출력(yk)을 입력받아 제곱기를 통해 적응상수부(420)를 빼고, 다시 출력(yk)을 곱하여 에러함수생성부(430)에서 에러함수(ek)를 생성하고, 갱신계수부(440)에서 계수를 갱신한 후 FIR필터(410)로 계수값을 공급하는 구성이다.
그러나, 상기와 같은 LMS와 CMA알고리즘은 채널적응속도가 느리거나 하드웨어와 수식이 복잡하고, 초기채널 및 악화된 채널 상태일 때 채널적응속도가 느리다는 문제점이 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 수신한 RF신호를 디지털신호로 변환한 후 DPD(Digital Pre-Distortion)모듈제어에 의해 간섭 잡음 신호(피드백신호 및 잡음신호)를 최대한 빠른 속도로 안정적으로 제거함으로써, 선형적 신호의 상태로 개선하여 양질이 신호를 전송할 수 있는 선형 파워 앰프를 제공하는데 목적이 있다.
목적을 달성하기 위한 구성으로는,
신호가 입력되는 3개의 FIR필터가 구비되고, 상기 제1,2FIR필터에는 판정기와 제1,2에러함수생성부가 차례로 연결되고, 상기 제3FIR필터에는 제곱기와 뺄셈기, 곱셈기 및 제3에러함수생성부가 차례로 연결되고, 상기 제1,2에러함수생성부에는 선택기부가 연결되어 제3에러함수생성부의 출력값과 함께 멀티플렉서로 입력되고, 상기 멀티플렉서에 갱신계수부가 연결된다.
본 발명의 다른 특징으로서, 상기 선택기부는 최소 에러함수와 최소 계수값을 선택한다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 멀티플렉서는 MSE값에 따라 알고리즘을 선택한다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 갱신계수부는 갱신계수값을 적응상수의 크기에 따라 2개로 그룹화하고, 나머지 1개로 나누어 갱신한다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 뺄셈기는 FIR필터에서의 출력값 y3가 제곱기에서 제곱되어 적응상수부;R2 C(i)를 제곱한 것과 뺀 후 다시 출력값 y3와 곱해서 에러함수를 생성한다.
도 3은 본 발명에 따른 선형 파워 앰프의 Group LMS알고리즘을 사용한 잡음제거 필터를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 선형 파워 앰프의 FIR필터구조를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 GLMS알고리즘과 CMA알고리즘을 연동한 선형화된 알고리즘을 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참고로 구성요소를 설명하면 다음과 같다.
선형 파워 앰프는 도 5와 같이, 신호가 입력되는 3개의 FIR필터(11,12,13)가 구비되고, 상기 제1,2FIR필터(11,12)에는 판정기(21,22)와 제1,2에러함수생성부(31,32)가 차례로 연결되고, 상기 제3FIR필터(13)에는 제곱기(71)와 뺄셈기(72), 곱셈기(73) 및 제3에러함수생성부(33)가 차례로 연결되고, 상기 제1,2에러함수생성부(31,32)에는 선택기부(40)가 연결되어 제3에러함수생성부(33)의 출력값과 함께 멀티플렉서(80)로 입력되고, 상기 멀티플렉서(80)에 갱신계수부(51,52,53)가 연결된다.
상기 선택기부(40)는 최소 에러함수와 최소 계수값을 선택하고, 상기 멀티플렉서(80)는 MSE값에 따라 알고리즘을 선택하고, 상기 갱신계수부(51,52,53)는 갱신 계수값을 적응상수의 크기에 따라 2개로 그룹화하고, 나머지 1개로 나누어 갱신하고, 상기 뺄셈기(72)는 FIR필터(13)에서의 출력값 y3가 제곱기(71)에서 제곱되어 적응상수부;R2 C(i)(60)를 제곱한 것과 뺀 후 다시 출력값 y3와 곱해서 에러함수를 생성한다.
도 3은 본 발명의 Group LMS알고리즘을 사용한 잡음제거 필터를 나타낸 도면으로, 수신된 신호를 필터링하여 출력하는 필터부(10) 내부 각각의 제1,2,3FIR필터(11,12,13)를 통해 나온 출력값(y1(i), y2(i))들은 판정기(21,22)를 거쳐 나온 값(d1(i), d2(i))에 의해 에러함수생성부(31,32)에서 뺀 후 각각의 에러함수(e1(i), e2(i))를 출력하게 된다. 상기 에러함수(e1(i), e2(i)) 중 가장 최소의 에러값과 계수값을 선택기부(40)에서 선택하여 그룹화된 갱신계수부(50) 각각의 제1,2갱신계수부(51,52)에 최소의 에러값(emin(i), Wmin(i))을 동시에 적용시키고, 하기의 수학식 1에서 갱신계수부(50)에 포함되어 있는 적응상수(
Figure 112006042392763-pat00001
)의 크기를 결정하여 적응속도와 평균값을 결정한다.
Figure 112006042392763-pat00002
여기서 상기 적응상수(
Figure 112006042392763-pat00003
) 값이 크면 적응속도는 빨라지나, 평균자승에러는 높은 단점이 있으며, 적응상수(
Figure 112006042392763-pat00004
) 값이 작으면 적응속도는 느려지나, 평균자승에러는 낮은 장점이 있으므로, 각각의 큰 값과 작은 값의 적응상수 값이 포함되어 있 는 전체 갱신계수부(50)를 그룹화하여 동시에 최소에러값과 최소계수값을 적용시킨다.
상기 필터부(10)의 FIR필터(11,12,13) 구조는 도 4와 같이, 입력신호값(X(i))을 지연시키기 위한 딜레이부(15)와, 지연된 입력신호값을 곱하는 곱셈기(16)와, 전체 출력생성덧셈기(17)로 구성되어, 상기 딜레이부(15)에 의해 지연된 입력신호값(X(i))은 탭계수(Wk,n)를 각 딜레이부(15)마다 곱하여 출력생성덧셈기(17)에서 전체값을 누적하여 출력하고, 이러한 탭계수 갱신을 통해서 채널의 잡음들을 제거하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 GLMS알고리즘과 CMA알고리즘을 연동한 선형화된 알고리즘을 나타낸 도면으로, 상기 GLMS알고리즘의 단점인 초기 또는 채널환경에서의 적응속도를 보완하기 위한 방안으로 GLMS알고리즘에 CMA알고리즘과 같이 훈련순열 없이 송신측 데이터의 확률분포와 수신신호를 이용하여 에러를 제거하는 기술을 연동하여 3개의 FIR필터(11,12,13)로 구성되는 필터부(10)를 제공하여 성능을 향상시키고, 에러함수생성부(31,32,33)에서 3개의 에러함수를 생성하여 2개는 선택기부(40)에서 최소의 에러값(emin(i))과 최소계수값(Wmin(i))을 선택하여 GLMS알고리즘의 제1,2갱신계수부(51,52)에 적용하고, 나머지 하나의 에러값과 계수값은 CMA알고리즘의 제3갱신계수부(53)에 적용하는데, 선택되는 기준은 멀티플렉서(80)에서의 MSE값에 의해 선택된다.
상기 멀티플렉서(80)를 이용하여 MSE값을 기준으로 적응속도를 결정하는 적 응상수(Stepsize)를 선택함으로써 기존 LMS나 CMA보다 적응속도가 빠르고 평균자승에러를 대폭 줄일 수 있으며, GLMS의 단점인 초기채널적응속도를 보완함으로써 훨씬 안정적으로 사용할 수 있다.
상기 GLMS와 CMA알고리즘을 연동하여 사용한 도 5를 참고하여 본 발명의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
3개의 FIR필터(11,12,13)를 통해 동시에 y1,y2,y3가 동시에 출력되고, 출력된 y1,y2는 판정기(21,22)를 거쳐 신호값(d1,d2)으로 제1,2에러함수생성부(31,32)에서 에러함수를 생성하여, 둘 중 최소의 에러값(emin(i))과 계수값(Wmin(i))을 선택한다. 또한 나머지 출력된 y3는 제곱기(71)를 통해 제곱해서 적응상수부;R2 C(i)(60)를 제곱한 것과 뺄셈기(72)에서 뺀 후 다시 출력값 y3와 곱셈기(73)에서 곱해서 제3에러함수생성부(33)에서 에러함수를 생성한다.
상기 GLMS 알고리즘의 선택기부(40)에서 최소 에러값과 최소 가중치를 선택하여 나온 에러함수와 CMA알고리즘의 에러함수는 MSE값에 의해 둘 중 하나의 알고리즘의 멀티플렉서(80)를 통해 선택하고, 선택된 에러함수는 갱신계수부(50)의 갱신계수값의 요소로 작용하게 되고, 이것은 필터부(10) 내부의 딜레이부(15)에서 딜레이된 필터입력값과 곱셈기(16)에 의해 곱해져 출력생성덧셈기(17)로 출력된다.
여기서 MSE(Mean Square Error)이 처음 시작하거나, 채널상태가 악화될때는 CMA알고리즘의 에러함수를 선택하고, 처음 채널 적응이 성립된 후 MSE값이 기준이하의 낮은 값이 되면 GLMS알고리즘의 에러함수를 선택하여 채널의 오류를 보상하게 된다. 상기 CMA알고리즘의 에러함수와 탭계수 갱신수식은 하기의 수학식 2와 3과 같다.
Figure 112006042392763-pat00005
Figure 112006042392763-pat00006
GLMS알고리즘은 하기의 수학식 4에서 계산된 에러함수 2개를 동시에 생성하여 갱신계수부(51,52,53)의 갱신계수값의 요소로 사용하고, 입력값(X(i))과 갱신계수값에 의해 나온 출력값은 하기의 수학식 5와 같다.
Figure 112006042392763-pat00007
Figure 112006042392763-pat00008
상기 수학식 1은 갱신계수부(50)로써 여기에 포함되어 있는 에러함수(e(i))는 MSE값을 기준으로 1개의 에러함수와 2개의 에러함수가 그룹으로 된 것 중 하나를 멀티플렉서(80)에 의해 선택되어진다.
따라서, 본 발명의 로직구조는 LMS알고리즘과 계수갱신 수식이 비슷하여 하드웨어적으로 구성이 쉽고, 무선환경에 능동적으로 선택할 수 있도록 하여 채널환 경에의 적응이 높고 다른 시스템과의 연동도 비교적 쉽다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 기지국 시스템에서 송신신호의 궤환에 의한 간섭잡음 및 기타 다양한 무선환경에서 발생하여 수신 안테나로 정보신호와 함께 들어오는 간섭잡음을 제거할 수 있으며, 각각의 FIR필터를 GLMS와 CMA알고리즘을 연동하여 사용하므로써 채널에 적응하는 속도와 평균에러율이 기존 LMS알고리즘보다 수렴속도가 빨라지고 평균자승에러값을 향상시킬 수 있다.
또한, 처음 시작될 때와 악화된 채널상태일 때 생기는 에러값들을 향상시킬 수 있고, 중계 및 기지국용 시스템에 광범위하게 적용할 수 있으며, DPD처리기술을 이용하여 음영지역 내 고출력으로 대용량, 멀티미디어 정보전송과 광대역의 효과가 있다.
즉, 본 발명은 기지국 시스템에 적용이 가능할 뿐만 아니라 이동통신용 무선중계기 시스템에도 적용이 가능한 것으로, 출력 안테나로부터 출력된 무선신호가 입력 안테나로 되돌아감으로 인해 발생되는 현상을 방지하기 위하여 궤환신호를 제거하고, 외부에서 유입되는 다양한 간섭잡음을 제거함으로써 출력되는 신호를 선형적으로 한 파워 앰프(Power AMP)를 실현할 수 있다.

Claims (5)

  1. 선형 파워 앰프에 있어서,
    신호가 입력되는 3개의 FIR필터(11,12,13)가 구비되고, 상기 제1,2FIR필터(11,12)에는 판정기(21,22)와 제1,2에러함수생성부(31,32)가 차례로 연결되고, 상기 제3FIR필터(13)에는 제곱기(71)와 뺄셈기(72), 곱셈기(73) 및 제3에러함수생성부(33)가 차례로 연결되고, 상기 제1,2에러함수생성부(31,32)에는 선택기부(40)가 연결되어 제3에러함수생성부(33)의 출력값과 함께 멀티플렉서(80)로 입력되고, 상기 멀티플렉서(80)에 갱신계수부(51,52,53)가 연결되는 것을 특징으로 하는 선형 파워 앰프.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 선택기부(40)는 최소 에러함수와 최소 계수값을 선택하는 것을 특징으로 하는 선형 파워 앰프.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 멀티플렉서(80)는 MSE값에 따라 알고리즘을 선택하는 것을 특징으로 하는 선형 파워 앰프.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 갱신계수부(51,52,53)는 갱신계수값을 적응상수의 크기에 따라 2개로 그룹화하고, 나머지 1개로 나누어 갱신하는 것을 특징으로 하는 선형 파워 앰프.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 뺄셈기(72)는 FIR필터(13)에서의 출력값 y3가 제곱기(71)에서 제곱되어 적응상수부;R2 C(i)(60)를 제곱한 것과 뺀 후 다시 출력값 y3와 곱해서 에러함수를 생성하는 것을 특징으로 하는 선형 파워 앰프.
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