KR100723541B1 - Feed forward linearization apparatus with limiter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동통신 및 방송용 피드포워드 방식 고주파 선형전력증폭기의 효율개선 및 고출력화를 이루기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 고주파전력증폭기의 피드포워드 회로에 고주파대역의 리미터 회로를 추가하여 즉, 주증폭기 전단에 삽입되는 리미터 회로로 주증폭기에 인가되는 고주파신호의 첨두 대 평균전력비를 감소시켜 주증폭기의 고주파 평균 전력치를 상향시킴과 아울러 리미터에서 부수적으로 발생되는 상호 변조왜곡을 주증폭기에서 발생되는 상호 변조왜곡과 함께 에러증폭기에서 용이하게 제거함으로써 고주파전력증폭기의 선형화 비용을 감소시키고 전력효율을 개선시키는 리미터를 구비한 피드포워드 선형화장치를 제공한다. The present invention relates to a device for improving the efficiency and high output of a feed forward type high frequency linear power amplifier for mobile communication and broadcasting. In particular, the high frequency band limiter circuit is added to the feed forward circuit of the high frequency power amplifier, that is, the front end of the main amplifier. The limiter circuit inserted in the main amplifier reduces the peak-to-average power ratio of the high frequency signal applied to the main amplifier to increase the high frequency average power value of the main amplifier and the intermodulation distortion generated by the main amplifier. In addition, the present invention provides a feedforward linearization device having a limiter that can be easily removed from an error amplifier to reduce the linearization cost of the high frequency power amplifier and improve the power efficiency.
전력증폭기, 피드포워드, 리미터Power Amplifiers, Feed Forwards, Limiters
Description
도 1은 종래기술에 따른 일반적인 피드포워드 선형화 장치를 도시한 도면, 1 illustrates a general feedforward linearization apparatus according to the prior art;
도 2는 종래기술에 따른 리미터를 갖는 전력증폭기용 피크 대 평균 전력비의 축소와 확장을 통한 선형화 장치를 도시한 도면,2 illustrates a linearization apparatus through reduction and expansion of a peak-to-average power ratio for a power amplifier with a limiter according to the prior art;
도 3a 내지 3d는 도 2의 선형화 장치의 각 단계에서 본 신호의 CCDF(Complementary Cumulative probability Distribution Function)곡선과 스펙트럼을 나타낸 도면, 3A to 3D are graphs showing the Complementary Cumulative Probability Distribution Function (CCDF) curve and spectrum of the signal seen at each stage of the linearization device of FIG.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리미터를 구비한 피드포워드 선형화 장치를 도시한 도면, 4 shows a feedforward linearization apparatus with a limiter according to a preferred embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 4의 주증폭기에 적용되는 도허티 회로를 도시한 도면, 5 illustrates a Doherty circuit applied to the main amplifier of FIG. 4 according to an embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 4의 주증폭기에 적용되는 드레인 변조 회로를 도시한 도면, 6 illustrates a drain modulation circuit applied to the main amplifier of FIG. 4 according to another embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 4의 리미터와 주증폭기 사이에 전치왜곡장치를 구비한 피드포워드 선형화 장치를 도시한 도면.FIG. 7 illustrates a feedforward linearization device having a predistortion device between the limiter and main amplifier of FIG. 4 in accordance with another embodiment of the present invention. FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100: 주증폭기 110: 제1지연소자100: main amplifier 110: the first delay element
101,102,103,104: 제1-4 결합기 200: 에러증폭기101, 102, 103, 104: 1-4 coupler 200: error amplifier
210: 제2지연소자 300: 리미터(Limiter)210: second delay element 300: limiter
s1: 입력신호 s2:주증폭기 출력신호s1: input signal s2: main amplifier output signal
s3: 지연신호 e1: 에러신호s3: delay signal e1: error signal
e2: 에러증폭기 출력신호 P1:제1루프지연경로e2: Error amplifier output signal P1: First loop delay path
P2: 주신호전송경로 P3:제2루프지연경로P2: Main signal transmission path P3: Second loop delay path
본 발명은 CDMA(Code Division Multiple Access)나 OFDM/OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing/Orthogonal Frequency Division Multiple Access)등의 변조신호나 다중 반송파 신호와 같이 수dB~수십dB의 첨두(尖頭) 대 평균전력비(Peak to Average Power Ratio, 이하 "PAR"이라 칭함)를 갖는 고주파신호를 전력 증폭하는 피드포워드방식의 선형화 전력증폭기에 관한 것으로서, 특히 이동통신 및 방송용 피드포워드 방식 고주파 선형전력증폭기의 효율개선 및 고출력화를 이루기 위하여 고주파전력증폭기의 피드포워드 회로에 고주파대역의 리미터 회로를 추가하여 주증폭기 전단에 삽입되는 리미터 회로로 주증폭기에 인가되는 고주 파신호의 첨두(尖頭) 대 평균전력비를 감소시켜 주증폭기의 고주파 평균 전력치를 상향시킴과 아울러 리미터에서 부수적으로 발생되는 상호 변조왜곡을 주증폭기에서 발생되는 상호 변조왜곡과 함께 에러증폭기에서 용이하게 제거함으로써 고주파전력증폭기의 선형화 비용을 감소시키고 전력효율을 개선시키는 리미터를 구비한 피드포워드 선형화장치에 관한 것이다. The present invention provides a peak to average power ratio of several dB to several tens of dB, such as a modulation signal such as CDMA (Code Division Multiple Access) or OFDM / OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing / Orthogonal Frequency Division Multiple Access) or a multicarrier signal. The present invention relates to a feedforward linearization power amplifier for power amplifying a high frequency signal having a peak to average power ratio (hereinafter referred to as a "PAR"). In particular, efficiency improvement and high output of a feedforward high frequency linear power amplifier for mobile communication and broadcasting are provided. In order to achieve this, a high-frequency limiter circuit is added to the feed-forward circuit of the high-frequency power amplifier to reduce the peak-to-average power ratio of the high frequency signal applied to the main amplifier. In addition to increasing the high-frequency average power of the amplifier, the main amplification of the intermodulation distortion generated by the limiter The present invention relates to a feedforward linearization device having a limiter which reduces the linearization cost of a high frequency power amplifier and improves power efficiency by easily removing the error amplifier along with the intermodulation distortion generated in the device.
종래의 고전력, 광대역 전력증폭기들은 입출력 전달함수의 선형화를 위하여 피드포워드(Feed Forward)구성으로 동작하거나, 전치왜곡(Predistortion)에 의한 선형화 처리를 수행함으로써, 왜곡을 줄이는 동시에 효율을 유지 또는 개선하기 위한 여러 가지 형태의 에러 또는 왜곡정정을 수행하는 선형화 방법들을 적용해 왔다. Conventional high power, broadband power amplifiers operate in a feed forward configuration for linearization of input / output transfer functions, or perform linearization processing by predistortion, thereby reducing or reducing distortion while maintaining or improving efficiency. Linearization methods that perform various forms of error or distortion correction have been applied.
종래의 전력증폭기 비선형성분을 보정하는 방법의 일례로서 전치보상회로(Pre-distortion Circuit)를 이용하는 방법은 주(Main)증폭기의 AM-TO-AM, AM-TO-PM특성을 보상하는 회로를 주증폭기 전단에 사용함으로써 주증폭기의 비선형성분을 정정할 수 있다. 통상 전치보상회로는 대역폭 및 정정능력에 있어 피드포워드 방식보다 열등한 성능을 나타낸다. As an example of a conventional method for correcting nonlinear components of a power amplifier, a method using a pre-distortion circuit is a circuit for compensating AM-TO-AM and AM-TO-PM characteristics of a main amplifier. Use in front of the amplifier can correct the nonlinear components of the main amplifier. In general, the predistortion circuit is inferior to the feedforward method in terms of bandwidth and correction capability.
다른 예로서 피드포워드(FeedForward) 방법이 사용되는데, 상기 피드포워드 방법은 제1루프에서 주증폭기의 비선형성분을 검출하여 제2루프에서 주증폭기의 비선형성분을 제거한다. As another example, a feedforward method is used. The feedforward method detects a nonlinear component of the main amplifier in the first loop and removes the nonlinear component of the main amplifier in the second loop.
또 다른 예로는 대한민국공개특허 제10-2004-0009768호(공개일 : 2004.01.31, 이하 "공개특허"라 칭함) '피크 대 평균 전력비의 축소와 확장을 통한 선형화 장치'와 같이 고주파대역의 레이트 리미터(Rate Limiter)를 이용하여 입력신호의 PAR을 감쇠시킨 후 상술한 전치보상회로를 이용하여 선형성을 개선시키는 방법 등이 소개되어 있다.In another example, the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2004-0009768 (published: 2004.01.31, hereinafter referred to as "public patent") rate of high frequency band, such as 'linearization device by reducing and expanding the peak-to-average power ratio' A method of attenuating a PAR of an input signal using a limiter and then improving linearity using the predistortion circuit described above is introduced.
또한, 고주파 전력증폭기의 효율을 개선하기 위한 방법으로서 도허티 증폭기와 드레인 변조 방식을 이용한 방법 등이 Masaya Iwamoto외, 'An Extended Doherty Amplifier With High Efficiency Over a Wide Power Range,' in IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 49, NO. 12, DECEMBER 2001, pp. 2472-2479와, Gary Hanington외, "High-Efficiency Power Amplifier Using Dynamic Power-Supply Voltage for CDMA Applications," in IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 47, NO. 8, AUGUST 1999, pp. 1471-1476에 소개되어 있다.In addition, methods such as Doherty amplifier and drain modulation method for improving the efficiency of the high frequency power amplifier are described in Masaya Iwamoto et al., 'An Extended Doherty Amplifier With High Efficiency Over a Wide Power Range,' in IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY TECHNIQUES, VOL. 49, NO. 12, DECEMBER 2001, pp. 2472-2479 and Gary Hanington et al., "High-Efficiency Power Amplifier Using Dynamic Power-Supply Voltage for CDMA Applications," in IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 47, NO. 8, AUGUST 1999, pp. Introduced in 1471-1476.
기존의 CDMA 기반의 이동 통신 시스템은 일반적으로 송/수신을 FDD(Frequency Division Duplex) 방식을 취했으나 최근의 휴대인터넷 시스템과 같이 TDD(Time Division Duplex) 방식의 시스템에 사용되는 선형증폭기는, 송신에 필요한 프레임에 맞추어 선형화 증폭기의 주 증폭소자(트랜지스터)를 Turn On/Off를 반복해야 한다. Conventional CDMA-based mobile communication systems generally use FDD (Frequency Division Duplex) for transmission / reception, but linear amplifiers used in TDD (Time Division Duplex) systems, such as mobile Internet systems, The main amplifier (transistor) of the linearization amplifier must be turned on and off repeatedly to fit the required frame.
이를 위하여, 본 발명의 출원인에 의하여 2004년 05월 18일에 출원된 대한민국특허출원번호 제10-2004-0035368호인 '시분할 듀플렉스 방식 휴대인터넷 시스템의 중계기 및 기지국에 적용되는 전력증폭기의 바이어스 제어장치 및 그 제어방법'에는 게이트 바이어스 회로를 단속하는 선형화 증폭기 등이 개시되어 있다. To this end, the bias control apparatus of the power amplifier applied to the repeater and the base station of the 'time division duplex portable Internet system of Korea Patent Application No. 10-2004-0035368 filed on May 18, 2004 by the applicant of the present invention and The control method 'discloses a linearization amplifier or the like for interrupting the gate bias circuit.
도 1은 종래기술에 따른 일반적인 전력증폭기용 피드포워드 선형화 장치를 도시한 도면으로서, 도시된 바와 같이 기존의 피드포워드 방식에서는 주증폭기의 입력에 PAR을 작게 하는 장치가 없이 신호를 인가하기 때문에 주증폭기는 신호의 PAR을 유지하기 위하여 주증폭기의 P1dB점과 Pavg의 비가 신호의 PAR과 거의 동일하게 설계되어야만 하는 어려움이 있었다.1 is a view illustrating a feedforward linearization apparatus for a general power amplifier according to the prior art, and as shown in the conventional feedforward scheme, since a signal is applied to the input of the main amplifier without a device for reducing the PAR, the main amplifier In order to maintain the PAR of the signal, there is a difficulty that the ratio of the P 1dB point of the main amplifier and the P avg should be designed to be almost the same as the PAR of the signal.
일반적으로 CDMA등과 같거나 유사한 선형성을 필요로 하는 변조신호에서 PAR 감쇠방법은 최근에 소개되고 있는 기저대역에서의 디지털 처리하는 방법 이외에는 마땅한 방법이 고안되어 있지 않다. In general, the PAR attenuation method for modulated signals requiring the same or similar linearity as CDMA has not been devised except for the baseband digital processing.
고주파대역에서 리미터 등을 이용한 방법에는 항상 리미터의 비선형성이 문제가 되어 적절한 해결책이 아니었다.In the high frequency band, the limiter's nonlinearity has always been a problem because it is not a proper solution.
그런데 상기 공개특허는 고주파대역의 레이트 리미터(rate limiter)를 이용하여 입력신호의 PAR을 감쇠시킨 후 보정루프를 이용하여 선형성을 개선시키는 방법은 고주파대역에서도 PAR 감쇠를 시킬 수 있다는 것을 보여주고 있다. However, the patent discloses that a method of attenuating PAR of an input signal using a rate limiter of a high frequency band and then improving linearity using a correction loop can reduce a PAR attenuation even at a high frequency band.
즉, 레이트 리미터를 이용하여 PAR 감쇠를 시킨 후에 주증폭기에 변조신호를 인가함으로써 주증폭기의 전력효율 및 평균전력 동작점을 상향시키고, 레이트 리미터의 비선형성으로 인해 발생된 스퓨리어스 성분은 별도의 루프를 이용하여 제거하는 방법을 제시함으로써 고주파 영역에서 주파수 변환 없이 PAR 감쇠 효과를 얻게 되어 있다.In other words, after the PAR attenuation using the rate limiter, the modulation signal is applied to the main amplifier to increase the power efficiency and the average power operating point of the main amplifier, and the spurious components generated by the nonlinearity of the rate limiter are separated from the loop. By using the proposed method, the PAR attenuation effect is obtained without frequency conversion in the high frequency region.
그러나, 상기 공개특허에서는 주증폭기의 비선형성은 전치왜곡기(Pre- Distorter)로만 제거시키고 레이트 리미터의 비선형성만을 에러루프에서 제거하기 때문에, 선형화 장치의 전체 특성은 피드포워드 선형화 방법보다는 선형화가 미흡하고 전치 왜곡 선형화보다는 향상된 중간 정도의 선형화 방법으로 그 선형화 효과가 제한되어 있다.However, since the non-linearity of the main amplifier eliminates only the pre-distorter and only the non-linearity of the rate limiter in the error loop, the overall characteristics of the linearization device are less linearized than the feedforward linearization method. The linearization effect is limited by an improved intermediate linearization method rather than predistortion linearization.
따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 리미터의 고주파 영역에서의 PAR 감쇠효과를 활용하여 고주파 선형전력증폭기의 효율개선 및 고출력화를 구현할 수 있는 리미터를 구비한 피드포워드 선형화 장치를 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention to solve the above problems is to provide a feedforward linearization device having a limiter that can improve the efficiency and high output of the high frequency linear power amplifier by utilizing the PAR attenuation effect in the high frequency region of the limiter. It is.
또한, 본 발명의 다른 목적은 피드포워드 방식의 우수한 상호변조왜곡 제거효과는 그대로 유지하면서 PAR의 축소 또는 확장효과를 더불어 얻을 수 있는 리미터를 구비한 피드포워드 선형화 장치를 제공하는데 있다. In addition, another object of the present invention is to provide a feedforward linearization device having a limiter which can obtain a reduction or expansion effect of the PAR while maintaining the excellent intermodulation distortion elimination effect of the feedforward method.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 CDMA 또는 OFDM/OFDMA 등과 같은 첨두 대 평균전력의 차이가 큰 신호에 대하여 전력효율이 우수한 도허티구조 및 드레인 변조구조를 적용하여 주증폭기 자체의 전력효율을 개선시킴으로써 선형화 효과를 배가시킬 수 있는 리미터를 구비한 피드포워드 선형화 장치를 제공하는데 있다. In addition, another object of the present invention is to linearize by improving the power efficiency of the main amplifier itself by applying the power efficiency doherty structure and drain modulation structure for a signal having a large peak-to-average power difference, such as CDMA or OFDM / OFDMA It is to provide a feedforward linearization device having a limiter that can double the effect.
또한, 본 발명의 목적은 전치왜곡장치를 적용하여 주증폭기의 상호변조왜곡을 상대적으로 낮게 유지함으로써 더욱 우수한 선형화 효과를 얻을 수 있는 리미터를 구비한 피드포워드 선형화 장치를 제공하는데 있다.
It is also an object of the present invention to provide a feedforward linearization device having a limiter which can obtain a better linearization effect by maintaining a relatively low intermodulation distortion of the main amplifier by applying a predistortion device.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 입출력신호를 갖는 전력증폭기를 선형화하는 피드포워드 선형화 장치에 있어서, In order to achieve the above object, the present invention provides a feedforward linearization apparatus for linearizing a power amplifier having an input / output signal,
입력신호(s1)를 주신호전송경로(P2)와 제1루프지연경로(P1)로 분배하는 제1결합기(101), 상기 주신호전송경로(P2)상의 신호를 증폭하는 수단을 포함하는 주증폭기(100), 상기 제1결합기(101)에서 분배된 입력신호를 지연시키는 상기 제1루프지연경로(P1)상의 제1지연소자(110), 상기 주증폭기(100)의 출력신호(s2)를 분배하는 제2결합기(102) 및 상기 제2결합기(102)의 출력과 상기 제1지연소자(110)의 출력을 차분해서 에러신호(e1)를 생성하는 제3결합기(103)로 구성되는 제1루프회로와; A first combiner (101) for distributing an input signal (s1) to a main signal transmission path (P2) and a first loop delay path (P1), and a main comprising a means for amplifying a signal on said main signal transmission path (P2); An
상기 제1결합기(101)로부터 분배된 주신호전송경로(P2) 신호의 피크 대 평균전력비를 낮추어 상기 주증폭기(100)로 인가하는 리미터(300)와; A limiter (300) for lowering the peak-to-average power ratio of the main signal transmission path (P2) signal distributed from the first combiner (101) and applying it to the main amplifier (100);
상기 주증폭기(100)의 출력신호(s2)로부터 분배된 제2루프지연경로(P3)상의 신호를 지연시키는 제2지연소자(210), 상기 에러신호(e1)를 증폭하는 수단을 포함하는 에러증폭기(200) 및 상기 제2지연소자(210)의 출력신호(s3)에 상기 에러증폭기(200)의 출력신호(e2)를 가산하는 제4결합기(104)로 구성되는 제2루프회로;로 구성됨을 특징으로 하는 리미터를 구비한 피드포워드 선형화 장치를 제공한다. An error including a
또한, 본 발명에 따른 리미터를 구비한 피드포워드 선형화 장치에 있어서, 상기 리미터(300)는 입력신호(s1)가 증가함에 따라 감쇠량이 증가하는 레이트 리미터 및 일정 임계치보다 같거나 큰 입력신호에 대하여 출력이 더 이상 증가하지 않 는 클리핑 리미터 중 어느 하나임을 특징으로 한다. In addition, in the feedforward linearization device having a limiter according to the present invention, the
또한, 본 발명에 따른 리미터를 구비한 피드포워드 선형화 장치는 상기 리미터(300)와 주증폭기(100) 사이에 주증폭기(100)의 일차적인 선형화를 위한 전치왜곡장치(400)를 더 구비함을 특징으로 한다. In addition, the feed forward linearization device having a limiter according to the present invention further includes a
또한, 본 발명에 따른 리미터를 구비한 피드포워드 선형화 장치에 있어서, 상기 주증폭기(100)는 도허티구조 또는 드레인 변조 구조 중 적어도 하나 이상의 구조를 가짐을 특징으로 한다. In addition, in the feed forward linearization device having a limiter according to the present invention, the
또한, 본 발명에 따른 리미터를 구비한 피드포워드 선형화 장치에 있어서, 상기 주증폭기(100)는 TDD(Time Division Duplex) 동작을 위하여 게이트 바이어스 스위치 장치를 갖는 LDMOS 트랜지스터 또는 GaAs 트랜지스터 중 어느 하나를 증폭소자로 가지는 것을 특징으로 한다. In addition, in the feedforward linearization device having a limiter according to the present invention, the
또한, 본 발명에 따른 리미터를 구비한 피드포워드 선형화 장치는 상기 제1결합기(101)와 상기 리미터(300) 사이 및 상기 리미터(300)와 상기 주증폭기(100) 사이 중 어느 한 곳에 신호의 크기와 위상을 조절할 수 있는 수단과, 상기 제3결합기(103)와 상기 에러증폭기(200) 사이에 신호의 크기와 위상을 조절할 수 있는 수단을 더 구비함을 특징으로 한다. In addition, the feedforward linearization device having a limiter according to the present invention has a magnitude of a signal anywhere between the
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다 고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components have the same reference numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. Detailed descriptions of well-known functions and configurations that are determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리미터를 구비한 피드포워드 선형화 장치를 도시한 도면으로서, 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전력증폭기용 피드포워드 선형화 장치는 리미터(300), 주증폭기(100) 및 제1지연소자(110)를 포함하여 제1루프회로를 구성한다. 4 is a diagram illustrating a feedforward linearization device having a limiter according to a preferred embodiment of the present invention. As shown, the feedforward linearization device for a power amplifier according to the present invention includes a
본 발명에 따른 상기 리미터(300)는 입력신호(s1)가 증가함에 따라 감쇠량이 증가하는 레이트 리미터 및 일정 임계치보다 같거나 큰 입력신호에 대하여 출력이 더 이상 증가하지 않는 클리핑 리미터 중 어느 하나로 구성된다. The
본 발명에 따른 전력증폭기용 피드포워드 선형화 장치에 입력되는 입력신호(s1)는 일부 신호가 상기 제1지연소자(110)로 인가되도록 하기 위하여 제1결합기(101)에 의해 분할되어, 제1루프지연경로(P1)를 거쳐 제3결합기(103)에 입력된다. The input signal s1 input to the power amplifier linear feeder for power amplifier according to the present invention is divided by the
상기 주신호전송경로(P2)를 거치는 상기 제1결합기(101)로부터의 입력신호(s1)는 상기의 레이트 리미터(300)에 의해 수신되며, 상기 리미터(300)는 입력신호(s1)의 PAR을 낮추는 동작과 이로 인해 상호변조파가 발생되는 동작을 하게 되고 그 출력은 상기 주증폭기(100)로 입력된다.The input signal s1 from the
상기 주증폭기(100)는 상기 리미터(300)의 동작으로 인해 상기 최초입력신호(s1)의 PAR보다 낮은 상태의 PAR에서 증폭 동작을 하게 되고 이는 전력효율의 개선 효과와 보다 적은 용량 또는 적은 숫자의 증폭용 트랜지스터를 사용하게 됨으로써 좀 더 값싸고 고효율의 특성을 갖게 된다.Due to the operation of the
상기 주증폭기(100)에서 증폭된 신호는 출력신호(s2)로 출력되어 제2결합기 (102)에 의해 분할되고, 분할된 출력신호(s2)는 제2루프회로에 대한 입력이 되도록 제3결합기(103)에 의해 상기 제1지연소자(110)의 출력신호와 차분되어 에러신호(e1)를 생성한다. The signal amplified by the
상기 에러신호(e1)는 리미터(300)의 상호변조파와 상기 주증폭기(100)의 상호변조파가 혼합된 신호가 주 성분이 된다.The error signal e1 is a main component of a signal in which the intermodulation wave of the
도시된 바와 같이, 상기 제2루프회로는 상기 에러증폭기(200)의 출력을 제4결합기(104)를 통하여 제2지연소자(210)에 의한 상기 주증폭기(100)의 지연출력(s3)에 다시 결합한다. As shown, the second loop circuit outputs the output of the
이에 따라, 본 발명에 따른 전력증폭기용 피드포워드 선형화 장치는 상기 주증폭기(100)에서 발생되는 상호변조파 뿐만 아니라 상기 리미터(300)에서 발생되는 상호변조파까지도 상기 에러증폭기(200)에서 함께 제거되는 장점을 지니게 된다. Accordingly, the feedforward linearization apparatus for power amplifier according to the present invention removes not only the intermodulation waves generated by the
이 동작은 달리 기술하면, 도 2에 도시된 바와 같은 공개특허에 개시된 선형화 장치의 보상방법과는 다르게 상기 제2루프의 주증폭기(56)를 제1루프로 이동시킨 전통적인 피드포워드 보상방법으로 대체함으로써 피드포워드 고유의 우수한 상호변조왜곡 제거특성을 얻을 수 있다.In other words, this operation is replaced with the conventional feedforward compensation method in which the
따라서, 본 발명은 상기 리미터(300)를 기존의 피드포워드 선형화 장치의 주증폭기(100) 전단에 삽입함으로써 피드포워드 방식의 우수한 상호변조왜곡 제거 효과는 그대로 유지하면서도 PAR 축소 또는 확장의 효과를 더불어 얻음으로써, 리미터가 없는 기존의 피드포워드 전력증폭기보다 고효율 및 저비용의 효과를 동시에 얻을 수 있게 된다.Therefore, the present invention obtains the effect of reducing or expanding the PAR while maintaining the excellent intermodulation distortion removal effect of the feedforward method by inserting the
도 2는 종래기술에 따른 리미터를 갖는 전력증폭기용 피크 대 평균 전력비의 축소와 확장을 통한 선형화 장치를 도시한 도면이고, 도 3a 내지 3d는 도 2의 선형화 장치의 각 단계에서 본 신호의 CCDF(Complementary Cumulative probability Distribution Function)곡선과 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 2 is a diagram illustrating a linearization apparatus through reduction and expansion of a peak-to-average power ratio for a power amplifier having a limiter according to the prior art, and FIGS. 3A to 3D illustrate a CCDF of a signal viewed at each stage of the linearization apparatus of FIG. Complementary Cumulative Probability Distribution Function)
상기 리미터(300)는 상기 제1결합기(101)로부터 제공되는 전력 분배된 신호의 첨두 대 평균 전력비를 낮추어서 입력 신호를 왜곡시켜 주증폭기(100)로 제공하는데, 본 발명에 따른 리미터(300)를 통과하기 전과 후의 CCDF(Complementary Cumulative probability Distribution Function)곡선과 스펙트럼은 각기 도 3a와 도 3b와 동일하게 표현될 수 있다. The
도 3a가 나타내는 CCDF곡선(상단에 위치)은 짙은 실선으로 표시 된 것처럼 x축의 신호 범위에 대해서 상대적으로 높게 위치하게 된다. 즉, 도 3a의 하단에 위치한 스펙트럼 상에서 비 선형성에 의한 스펙트럼 재성장이 나타나지 않는 순수한 선형입력 신호를 의미한다. The CCDF curve (located at the top) shown in FIG. 3A is positioned relatively high with respect to the signal range of the x-axis as indicated by the dark solid line. That is, it means a pure linear input signal in which spectral regrowth due to nonlinearity does not appear on the spectrum located at the bottom of FIG. 3A.
RF에서 구현될 수 있는 리미터(300)를 통과한 후의 신호는 도 3b에서 보여 지는 CCDF곡선과 스펙트럼을 가진다. 피크 신호가 상당 부분 클리핑(Clipping) 되어서 전체 신호의 첨두 대 평균 전력의 비가 상당히 낮아져 있으며(상단의 짙은 실선) 스펙트럼은 상당한 왜곡을 보이게 된다.The signal after passing through the
한편, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 리미터를 구비한 피드포워드 선형화 장치는 아래에서 기술하는 몇 가지의 기능 블록을 변형하거나 추가함으로서 선형화 효과를 배가시킬 수 있는 또 다른 실시 예들을 보인다. On the other hand, the feedforward linearization device having a limiter according to the present invention as described above shows another embodiment that can double the linearization effect by modifying or adding some of the functional blocks described below.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 4의 주증폭기에 적용되는 도허티 회로를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 4의 주증폭기에 적용되는 드레인 변조 회로를 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 4의 리미터와 주증폭기 사이에 전치왜곡장치를 구비한 피드포워드 선형화 장치를 도시한 도면이다. 5 is a diagram illustrating a Doherty circuit applied to the main amplifier of FIG. 4 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a view illustrating a drain modulation circuit applied to the main amplifier of FIG. 4 according to another embodiment of the present invention. 7 is a diagram illustrating a feedforward linearization device having a predistortion device between the limiter and the main amplifier of FIG. 4 according to another embodiment of the present invention.
우선, 도 7에 도시된 바와 같이 리미터(300)와 주증폭기(100) 사이에 상기 주증폭기(100)의 일차적인 선형화를 위한 전치왜곡장치(400)를 추가함으로써 상기 주증폭기(100)의 상호변조왜곡을 상대적으로 낮게 유지하여 좀 더 우수한 선형화 특성을 얻을 수 있다. First, as shown in FIG. 7, a
또한, 상기 주증폭기(100)는 일반적인 Class-AB구조로 사용되나, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 주증폭기(100)가 도허티구조이거나 도 6에 도시된 바와 같이 드레인 변조 구조 또는 두 가지 특징을 모두 가지도록 구성할 수도 있다. In addition, the
이에 따라, 본 발명에 따른 리미터를 구비한 피드포워드 선형화 장치는 상기 주증폭기(100)를 CDMA 또는 OFDM/OFDMA 등과 같은 첨두 대 평균전력이 차이가 나는 신호에 대해서 통상적인 Class-A, AB, B등과 같은 증폭기에 비하여 전력효율이 매우 뛰어난 도허티 구조 및/또는 드레인 변조 구조로 대체함으로써 주증폭기(100) 자체의 전력효율을 개선시키고 리미터(300)를 구비한 피드포워드 선형화 장치의 효율을 배가시킬 수 있다. Accordingly, the feedforward linearization device having the limiter according to the present invention is a class-A, AB, B B for the signal that the peak-to-average difference of the
또한, 본 발명에 따른 리미터를 구비한 피드포워드 선형화 장치는 TD-CDMA, TDS-CDMA, 휴대 인터넷 시스템 등과 같이 송/수신 채널을 TDD 방식으로 분리하는 방식의 통신 또는 방송 시스템의 전력증폭기에 있어서, 송신에 할당된 시간 프레임 동안만 일시적으로 증폭동작을 하고 수신 프레임에서는 증폭을 멈추는 동작을 반복하기 위해서 주증폭기의 트랜지스터를 게이트 바이어스 스위치 장치로 바이어스 단속을 하여 해결하는 방법에도 응용될 수 있다. In addition, the feedforward linearization device having a limiter according to the present invention is a power amplifier of a communication or broadcasting system in which a transmission / reception channel is separated by a TDD scheme such as TD-CDMA, TDS-CDMA, portable Internet system, In order to repeat the amplification operation only temporarily for the time frame allocated to the transmission and stop the amplification in the receiving frame, the method can be applied to the method of solving the transistor of the main amplifier by biasing the gate bias switch device.
이에 따라, 상기 주증폭기(100)를 TDD(Time Division Duplex) 동작을 위하여 게이트 바이어스 스위치 장치를 갖는 LDMOS 트랜지스터 또는 GaAs 트랜지스터를 증폭소자로 구비함이 바람직하다. Accordingly, it is preferable that the
한편, 본 발명에 따른 리미터를 구비한 피드포워드 선형화 장치는 상기 제1결합기(101)와 상기 리미터(300) 사이 및 상기 리미터(300)와 상기 주증폭기(100) 사이 중 어느 한 곳에 신호의 크기와 위상을 조절할 수 있는 수단과, 상기 제3결합기(103)와 상기 에러증폭기(200) 사이에 신호의 크기와 위상을 조절할 수 있는 수단을 더 구비함으로써 환경변화에 적응하기 위한 피드포워드 전력증폭기를 구현할 수 있다. On the other hand, the feed forward linearization device having a limiter according to the present invention is the magnitude of the signal at any one of the
또한, 상기 다양한 실시 예에서 제시한 바와 같은 장치 및 구조들은 개별적으로 기본 발명에 추가 될 수도 있으며 또는 하나 이상이 복합된 형태로 구현될 수 도 있다. In addition, the devices and structures as presented in the various embodiments may be added to the basic invention individually, or may be implemented in a complex form of one or more.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해 져야 한다.On the other hand, in the detailed description of the present invention has been described with reference to specific embodiments, various modifications are possible without departing from the scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.
상술한 바와 같이 본 발명은 리미터를 기존의 피드포워드 전력증폭기의 주증폭기 전단에 삽입함으로써 리미터의 고주파 영역에서의 PAR 감쇠효과를 활용하여 고주파 선형전력증폭기의 효율개선 및 고출력화를 구현할 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention has the effect of improving efficiency and high output of the high frequency linear power amplifier by utilizing the PAR attenuation effect in the high frequency region of the limiter by inserting the limiter in front of the main amplifier of the existing feedforward power amplifier. have.
또한, 본 발명은 피드포워드 방식의 우수한 상호변조왜곡 제거효과는 그대로 유지하면서도 PAR 축소 및 확장의 효과를 더불어 얻음으로써, 리미터가 없는 기존의 피드포워드 전력 증폭기보다 고 효율 및 저 비용의 효과를 동시에 얻을 수 있다.In addition, the present invention obtains the effect of reducing and expanding the PAR while maintaining the excellent intermodulation distortion canceling effect of the feedforward method, thereby simultaneously achieving higher efficiency and lower cost than the conventional feedforward power amplifier without limiter. Can be.
뿐만 아니라, 본 발명은 CDMA 또는 OFDM/OFDMA 등과 같은 첨두 대 평균전력의 차이가 큰 신호에 대하여 전력효율이 우수한 도허티구조 및 드레인 변조구조를 적용하여 주증폭기 자체의 전력효율을 개선시킴으로써 선형화 효과를 배가시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention improves the power efficiency of the main amplifier itself by applying a Doherty structure and a drain modulation structure having excellent power efficiency to a signal having a large difference in peak-to-average power such as CDMA or OFDM / OFDMA. It can be effected.
또한, 본 발명은 전치왜곡장치를 적용하여 주증폭기의 상호변조왜곡을 상대적으로 낮게 유지함으로써 더욱 우수한 선형화 효과를 얻을 수 있다. In addition, the present invention can obtain a more excellent linearization effect by applying the predistortion device to keep the intermodulation distortion of the main amplifier relatively low.
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2004
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