KR100867548B1 - 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템, 방법 및 장치 - Google Patents

선형 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템, 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

직교 순환 전치 왜곡 기법을 적용하여 동작하는 폴라 변조에 기반한 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템, 방법 및 장치가 제공된다. 폴라 변조 기법은 바이어스 레벨의 동적인 조정을 통해 배터리 수명을 향상시킨다. 더하여, 아날로그 직교 순환 전치왜곡은 RF 전력 증폭기의 진폭 및 위상 오차를 효율적으로 수정한다. 더하여, 승산법으로 입력 신호를 전치왜곡하는데 우수 왜곡 성분(even-order distortion components)이 사용되어, 효율적인 수정 대역폭을 가능하게 한다. 또한, 피드백된 포락선 왜곡 신호를 동시에 사용하는 전치왜곡 기법은 포락선 메모리 효과를 포함하여 수정 루프 대역폭 내에서 발생하는 임의의 왜곡의 수정을 가능하게 한다.
Figure R1020070054711
포락선 제거 및 복원(EER), 송신기, 진폭, 위상, 전치왜곡, 신호경로

Description

선형 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템, 방법 및 장치{SYSTEMS, METHODS AND APPARATUSED FOR LINEAR ENVELOPE ELIMINATION AND RESTORATION TRANSMITTERS}
도 1a 및 1b는 본 발명의 일실시형태에 따른 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템의 기능 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 진폭 변조 오차 수정 루프를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 위상 변조 오차 수정 루프를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시형태에 따른 진폭 변조 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일실시형태에 따라, 전치왜곡이 존재하지 않는 경우와 존재하는 경우에 시뮬레이션된 전력 증폭기(PA)의 특성을 각각 도시한 도면이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일실시형태에 따라, 전치왜곡이 존재하지 않는 경우(EVMrms: 14.0%)와 존재하는 경우(EVMrms: 0.07%)에 WCDMA 신호의 시뮬레이션된 컨스털레이션(constellation) 결과를 도시한 도면이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 일실시형태에 따른 WCDMA 신호의 시뮬레이션된 스 펙트럼 결과를 도시한 도면이다.
본 발명은 일반적으로 선형 포락선 제거 및 복원(Envelope Elimination and Restoration: EER) 송신기에 관한 것으로 더욱 상세하게는 고주파수(Radio Frequency: RF) 전력 증폭기의 성능 향상을 위한 시스템, 방법 및 장치에 관한 것이다.
비용에 민감한 모바일 송신기에 있어서, 원하는 이득과 선형성을 만족하면서 고효율, 고출력을 얻기 위해 성능의 트레이드-오프(trade-off)는 신중하게 관리되어야 한다. 본질적으로 비선형 전력 증폭기 자체에서, 더 나은 선형 동작을 얻기위한 유일한 방법은 전력 증폭기 전체 용량의 작은 일부에 신호의 동적범위(dynamic range)를 제한하는 것이다. 불행하게도, 더 나은 선형 동작을 얻기 위한 이러한 동적범위의 제한은, 더 큰 사이즈를 가지며 더 많은 전력이 소모되는 증폭기 구조를 필요로하기 때문에 매우 비효율적이다.
데이터 전송율 및 통신 용량을 증가시키기 위한 요구와 함께, 기존의 GSM(Gloval System for Mobile communication) 스펙과 기반시설 내에서 EDGE(Enhanced Data rate for GSM Evolution)가 제안되었다. GSM은 가우시안 최소 시프트 키잉(Gaussian Minimum Shift Keying: GMSK)의 고정 포락선 변조 기법(constant envelope modulation scheme)에 기반을 두고 있는 반면, EDGE는 주로 스펙트럼 효율을 향상시키기 위해 3π/8 -천이된 8-위상 시프트 키잉(3π/8 -shifted 8-phase shift keying)의 포락선-가변 변조 기법에 기반을 두고 있다. 이 포락선-가변 변조 기법으로 인해 EDGE 송신기는 EDGE 단말기의 성능에 심각하고 부정적인 영향을 미치는 전력 증폭기의 비선형성에 더욱 민감하다. 또한 광대역 코드 분할 다중 접속(WCDMA)은 EDGE의 데이터 전송율(384 kbps)보다 월등히 더 높은 데이터 전송율(~ 2 Mbps)을 갖는 다른 통신 기법이다. 이는 영상회의, 화상 및 동영상, 3차원 게임 및 하이엔드 스테레오(high-end stereo)와 같은 3 세대 멀티미디어 애플리케이션을 모바일 사용자에게 제공하기 위한 선도 글로벌 무선 방송 표준이다. 비용 효율적으로 단일 시스템 상에 GSM/EDGE 및 WCDMA 기술을 결합하는 것은, 상기 두 기술에 의해 제공되는 네트워크 내에서 모바일 사용자가 이동하면서 가능한 최고의 네트워크 연결 속도를 이용하는 것과 같이, 모바일 사용자에게 더욱 고른 경험을 제공한다. 또한, 단일 시스템 상에 선도 모바일 무선 멀티미더어 기법을 결합함으로써 모바일 장치 설계의 복잡도가 감소된다. 그러나, EDGE와 비교하여 WCDMA는 하이브리드 위상 시프트 키잉(Hybrid Phase Shift Keying: HPSK)이라는 포락선 변동 변조 기법에 기반을 두고 있다. 결과적으로, WEDGE(WCDMA+EDGE) 송신기는 전력 증폭기의 비선형 특성 및 고정되지 않은 포락선 변동에 의해 발생하는 왜곡을 보상하기 위한 추가적인 블록을 사용하여 효율적이고 정밀한 진폭 및 위상 제어를 필요로 한다.
효과적으로 증폭된 신호 전송을 제공하기 위해, 디지털 전치왜곡 기법을 이용한 개방-루프 또는 아날로그 피드백 기법을 이용한 폐쇄-루프의 형태를 갖는 많 은 포락선 제거 및 복원(EER) 송신기 구조가 제안되어 왔다.
먼저, 디지털 전치왜곡 기법을 이용한 전형적인 개방-루프에서, 전력 증폭기는 파워, 온도 및 주파수를 포함하는 캘리브레이션(calibration) 데이터에 특징이 있다. 이 캘리브레이션 데이터는 룩-업 테이블에 저장된다. 룩-업 테이블으로부터 동작 조건에 대한 수정된 계수가 디지털 로직에 의해 선택되며 전치왜곡을 위해 적용된다. DSP 기반 선형화는 정확하고 안정적인 동작뿐만 아니라 소프트웨어 프로그래밍을 이용한 쉬운 변형을 제공할 수 있다. 그러나, 이 기법은 부분 부분 변경에 대한 보상을 위해서 생산 라인상에서 시간이 소모되는 캘리브레이션을 필요로 하며, 시스템 내에서 임의의 에이징 효과(aging effect)를 쉽게 정정할 수 없다. 전력 증폭기 출력에 중점을 둔 피드백 경로를 포함할 때, 회로의 크기와 비용이 증가하고 상당하 많은 양의 DC 전력소모가 발생한다.
다음으로, 폐쇄 루프 포락선 피드백 제어가 아날로그 선형화를 위해 일반적으로 사용된다. 이러한 피드백 제어 구조에서, 송신기 내에 정밀한 수신기가 포함되어야 하며, 제어 루프 대역폭은 신호 대역폭보다 매우 넓어야 한다. 더하여, 네가티브 피드백에서 고유 이득(intrinsic gain) 감소 특성이 충분한 송신 이득을 갖지 못하는 증폭기에 대해 심각한 제약을 발생시킬 수 있다. 더하여, 전형적인 폐쇄 루프 시스템은 왜곡과 신호 파워를 모두 피드백하며, 이로 인해 폐쇄 루프 시스템의 안정성을 감소시킨다. 이와 같이, 전형적인 폴라 변조 시스템에 사용되는 전력 증폭기는 효율성을 위해 높은 비선형 스위칭 모드에서 작동하며 그 결과 고차(high-order) 왜곡 성분의 제거가 매우 중요하게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 고주파수(Radio Frequency: RF) 전력 증폭기의 성능 향상을 위한 시스템, 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시형태들은 다중 경로 직교 순환 전치왜곡(multi-path orthogonal recursive predistortion) 기법을 이용한 아날로그 선형 포락선 제거 및 복원(Envelope Elimination and Restoration: EER) 송신기 구조를 제공한다. 이 송신기 구조는 저주파수 우수(even-order) 왜곡 성분(즉, 선형 이득과의 편차)을 피드백 함으로써 저전력 모드에서 동작할 수 있으며 더 넓은 대역폭을 얻을 수 있다. 더하여, 피드백으로써 왜곡 성분들이 입력 신호에 추가되지 않을 수 있으며 오히려 승산법으로 입력 신호를 전치왜곡하는데 사용할 수 있다. 특히, 기본 신호에 의해 승산될 때, 저주파수 우수 왜곡 성분은 기수 인밴드 왜곡 항(odd-order in-band distortion term)을 생성할 수 있다. 따라서 상기와 같은 구조는 전형적인 부가형 폴라 루프(additive polar loop)보다 근본적으로 더욱 안정적일 수 있다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 선형 포락선 제거 및 복원 송신기를 제공하는 방법이 제공된다. 상기 본 발명의 방법은, 입력 진폭 신호 및 입력 위상 신호를 생성하는 단계- 상기 입력 진폭 신호 및 입력 위상 신호는 입력 신호의 직교 성분이고 상기 입력 진폭 신호 및 입력 위상 신호가 각각 제1 및 제2 신호 경로상에서 생성됨-를 제공한다. 또한, 본 발명의 방법은 진폭 오차 신호를 이용하여 상기 제1 신호 경로를 따라 입력 진폭 신호를 처리하여 전치왜곡된 진폭 신호를 생성하는 단 계, 위상 오차 신호를 이용하여 상기 제2 신호 경로를 따라 입력 위상 신호를 처리하여 전치왜곡된 위상 신호를 성성하는 단계, 및 상기 제1 신호 경로를 따라 전치왜곡된 진폭 신호 및 상기 제2 신호 경로를 따라 전치왜곡된 위상 신호를 전력 증폭기에 제공하여 출력 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 더하여, 본 발명의 방법은 로그 검출된(log-detected) 출력 신호를 얻기 위해 전력 증폭기의 출력 신호에 제1 로그 증폭기(logarithmic amplifier)를 적용하는 단계, 및 로그 검출되고 전치왜곡된 진폭 신호(log-detected predistored amplitude signal)를 얻기 위해 전치 왜곡된 진폭 신호에 제2 로그 증폭기를 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 진폭-제한된(amplitude-limited) 출력 신호를 얻기 위해 전력 증폭기의 출력 신호에 제1 진폭 제한기를 를종하는 단계, 및 진폭-제한되고 전치왜곡된 위상 신호(amplitude-limited predistored phase signal)를 얻기 위해 전치왜곡된 위상 신호에 제2 진폭 제한기를 적용하는 단계를 더 포함한다. 이 때, 상기 진폭 오차 신호는 상기 로그-검출된 출력 신호의 적어도 일부와 상기 로그-검출되고 전치왜곡된 진폭 신호의 비교를 통해 성성되고, 상기 위상 오차 신호는 상기 진폭 제한된 출력 신호의 적어도 일부와 상기 진폭-제한되고 전치왜곡된 위상 신호의 비교를 통해 생성된다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 선형 폴라 송신기 시스템이 제공된다. 본 발명의 시스템은 입력 진폭 신호와 입력 위상 신호를 포함한다. 상기 입력 진폭 신호 및 입력 위상 신호는 입력신호의 직교 성분들이며, 상기 입력 위상 신호 및 입력 위상 신호는 각각 제1 및 제2 신호 경로 상에 제공된다. 또한, 상기 본 발명 의 시스템은, 역 진폭 오차 신호(inverse amplitude error signal)를 이용하여 상기 제1 신호 경로를 따라 입력 진폭 신호를 처리하여 전치왜곡된 진폭 신호를 생성하는 제1 전치왜곡 모듈, 역 위상 오차 신호(inverse phase error signal)를 이용하여 상기 제2 신호 경로를 따라 상기 입력 위상 신호를 처리하여 전치왜곡된 위상 신호를 생성하는 제2 전치왜곡 모듈, 및 상기 제1 신호 경로를 따라 상기 전치왜곡된 진폭 신호를 수신하고 상기 제2 신호 경로를 따라 상기 전치왜곡된 위상 신호를 수신하며, 상기 전치왜곡된 진폭 신호 및 상기 전치왜곡된 위상 신호에 기반하여 출력 신호를 생성하는 전력 증폭기를 포함한다. 본 발명의 시스템은, 전력 증폭기의 출력 신호로부터 로그 검출된 출력 신호를 구하고 전치왜곡된 진폭 신호로부터 로그 검출되고 전치왜곡된 진폭 신호를 구하는 적어도 하나의 로그 증폭기(logarithmic amplifier), 및 전력 증폭기의 출력 신호로부터 제한된 출력 신호를 구하고 전치왜곡된 위상 신호로부터 제한되고 전치왜곡된 위상 신호를 구하는 적어도 하나의 진폭 제한기(amplitude limiter)를 포함한다. 이 때, 상기 진폭 오차 신호는 상기 로그-검출된 출력 신호의 적어도 일부와 상기 로그-검출되고 전치왜곡된 진폭 신호의 비교를 통해 성성되고, 상기 위상 오차 신호는 상기 진폭 제한된 출력 신호의 적어도 일부와 상기 진폭-제한되고 전치왜곡된 위상 신호의 비교를 통해 생성된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템이 제공된다. 본 발명의 시스템은 입력 진폭 신호와 입력 위상 신호를 포함한다. 상기 입력 진폭 신호 및 입력 위상 신호는 입력신호의 직교 성분들이며, 상기 입력 위상 신호 및 입력 위상 신호는 각각 제1 및 제2 신호 경로 상에 제공된다. 또한, 상기 본 발명의 시스템은, 역 진폭 오차 신호(inverse amplitude error signal)를 이용하여 상기 제1 신호 경로를 따라 입력 진폭 신호를 처리하여 전치왜곡된 진폭 신호를 생성하는 제1 수단, 역 위상 오차 신호(inverse phase error signal)를 이용하여 상기 제2 신호 경로를 따라 상기 입력 위상 신호를 처리하여 전치왜곡된 위상 신호를 생성하는 제2 수단, 및 상기 제1 신호 경로를 따라 상기 전치왜곡된 진폭 신호를 수신하고 상기 제2 신호 경로를 따라 상기 전치왜곡된 위상 신호를 수신하며, 상기 전치왜곡된 진폭 신호 및 상기 전치왜곡된 위상 신호에 기반하여 출력 신호를 생성하는 전력 증폭기를 포함한다. 더하여, 본 발명의 시스템은 출력 신호 및 전치왜곡된 진폭 신호로부터 역 진폭 오차 신호(inverse amplitude error signal)를 생성하기 위한 제3 수단, 및 출력 신호 및 전치왜곡된 위상 신호로부터 역 위상 오차 신호(inverse phase error signal)를 생성하기 위한 제4 수단을 더 포함한다.
이하, 본 발명의 일부 실시형태가 도시된 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명은 여러가지 다른 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 기재된 실시형태들에 한정되어서는 안된다. 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 표시한다.
본 발명의 실시형태들은 진폭 및 위상을 위한 두 개의 직교 경로(orthogonal path)와 아날로그 직교 순환 전치왜곡 선형화 기법(analog orthogonal recursive predistortion linearization technique)을 사용한 폴라 변조 기법에 기반한 선형 포락선 제거 및 복원 송신기를 제공할 것이다. 폴라 변조 기법은 바이어스 레벨을 동적으로 조정함으로써 배터리 수명을 향상시킬 수 있다. 더하여, 아날로그 직교 순환 전치왜곡은, 고주파수(RF) 전력 증폭기에서 진폭 오차와 위상 오차의 실질적으로 순간적인 수정을 제공할 수 있으며, 이를 통해 선형 출력 파워 용량 및 전력 증폭기의 효율성을 향상시킬 수 있다. 더하여, 본 발명의 실시형태들은, 수정 루프 대역폭(correction loop bandwidth) 내에서 발생할 수 있는 임의의 왜곡을 수정 가능하게 하며, 포락선 메모리 효과(envelope memory effect)를 포함하는 승산법(multiplicative manner)으로 입력 신호를 전치왜곡하기 위해 우수 왜곡 성분(even-order distortion component)을 사용할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일실시형태에 따른 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템의 개략적인 기능 블록도이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템(100)은, 진폭 전치왜곡 모듈(118), 위상 전치왜곡 모듈(120), 증폭기 전력 제어(APC) 모듈(110), 상기 증폭기 전력 제어모듈의 입력에 배치된 다이오드-기반 포락선 검출기(111), 전력 증폭기 모듈(112), 진폭 변조 오차 검출 모듈(114), 및 위상 변조 오차 검출 모듈(116)을 포함할 수 있다. 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템(100)이 동작하는 동안, 복소 RF 신호는 두 개의 직교 기저대역 입력 신호- - 하나는 입력 신호의 진폭을 나타내는 신호이고 다른 하나는 입력 신호의 위상을 나타내는 신호- 를 이용하여 변조될 수 있다. 이 복소 RF 입력 신호는 진폭 선형화를 위한 진폭 전치왜곡 모듈(118)과 위상 선형화를 위한 위상 전치왜곡 모듈(120)으로 제공될 수 있다. 상기 두 직교 입력 신호 각각은 진폭과 위상에 관련된 것이 나, 다른 실시형태는 직교 시스템(Cartesian system)에 사용되는 I- 및 Q- 신호를 사용할 수 있을 것이다. 더하여, 다른 직교 입력 신호가 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있다.
상기 진폭 전치왜곡 모듈(118) 및 위상 전치왜곡 모듈(120)이 도 1b를 참조하여 설명될 것이다. 도 1b는 도 1a의 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템(100)을 더욱 상세하게 도시한 기능 블록도이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 진폭 전치왜곡 모듈(118)은 가변 이득 증폭기(VGA)일 수 있으며, 위상 전치왜곡 모듈(120)은 전압 제어 가변 위상(VVP) 시프터와 같은 위상 가산기(phase adder)일 수 있다. 전력 증폭기 모듈(112)은 G{·}의 전달함수를 갖는 전력 증폭기(124)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 증폭기 모듈(112)은 추가적으로 하나 이상의 입력 정합 회로(122) 및 출력 정합 회로(126)을 포함할 수 있다. 상기 입력 정합 회로(122)는 상기 전력 증폭기(124)의 입력에서 입피던스 정합을 위해 제공될 수 있으며, 출력 정합 회로(126)는 전력 증폭기(124)의 출력에서 입피던스 정합을 위해 제공될 수 있다.
계속 도 1b를 참조하면, 진폭 변조 오차 검출 모듈(114)은, 차동 오차 증폭기와 같은 감산 장치(132), 1/a1의 감쇠율을 갖는 감쇠기(128), 및 진폭 전치왜곡기(118)의 출력(raz(t))의 로그 검출된 값(zA(t)) 및 전력 증폭기 모듈(112)의 로그 검출된 출력(yA(t))을 각각 생성하기 위한 로그 증폭기들(140, 130)을 포함할 수 있다. 위상 변조 오차 검출기 모듈(116)은 승산기(136), 및 위상 전치왜곡 모듈(120)의 진폭-제한된 출력(rzP(t)) 및 전력 증폭기 모듈(112)의 진폭 제한된 출력 ryP(t))을 각각 생성하기 위한 진폭 제한기들(134, 138)을 포함할 수 있다.
이하에 더욱 상세하게 기술되는 바와 같이, 진폭 전치왜곡 모듈(118)과 위상 전치왜곡 모듈(120)은 입력 RF 신호(rx(t))의 진폭 신호 및 위상 신호를 각각 전치왜곡하도록 동작할 수 있다. 특히, RF 신호(rx(t))의 진폭 직교 성분(xA(t))은, 진폭 변조 오차 검출 모듈로부터의 역 진폭 오차 신호(eA(t))에 의해 전치왜곡 되어 진폭-전치왜곡된 RF 신호(raz(t))를 생성할 수 있다. 역 진폭 오차 신호(eA(t))를 생성하기 위해, 진폭 변조 오차 검출 모듈(114)은, 일반적으로 전치왜곡 모듈(118)의 출력(raz(t))의 로그 검출된 출력(zA(t))과 전력 증폭기 모듈(112) 출력(ry(t))의 로그-검출된 출력(yA(t))의 비교를 수행한다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 역 진폭 오차 신호(eA(t))는 로그-검출된 출력(zA(t))에서 로그-검출된 출력(yA(t))를 감산함으로써 결정될 수 있다. 이 과정은 최적의 전치왜곡 선형화를 이루기 위해 반복적으로 실행될 수 있다.
이와 유사하게, RF 신호(rx(t))의 위상 직교 성분(xP(t))은, 위상 변조 오차 검출 모듈(116)으로부터의 역 위상 오차 신호(eP(t))에 의해 전치왜곡되어 위상-전치왜곡된 RF 신호(rpz(t))를 생성할 수 있다. 역 위상 오차 신호(eP(t))를 생성하기 위해, 위상 변조 오차 검출 모듈(116)은, 일반적으로 전치왜곡 모듈(120)의 출력(rpz(t))의 진폭-제한된 출력(rzP(t))과 전력 증폭기 모듈(112) 출력(ry(t))의 진 폭 제한된 출력(ryP(t))의 비교를 수행한다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 역 위상 오차 신호(eP(t))는 진폭-제한된 출력(rzP(t))과 진폭-제한된 출력(ryP(t))를 승산함으로써 결정될 수 있다.
도 1b에서, 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템(100)은, 전력 증폭기 출력(ry(t))의 임의 변동을 관찰하고, 거의 동시에 입력 신호(rx(t))를 전치왜곡하는 선형적 기법을 제공할 수 있다. 더욱 상세하게, 본 발명의 일실시형태에 따른 전치왜곡 메커니즘은, 변조 오차 검출 모듈(114, 116)의 출력들(eA(t), ep(t))이 단순하게 전력 증폭기(124) 전달 함수(G{·})의 역수의 형태로 표현될 수 있도록, 순환 전치왜곡(recursive predistortion)을 위한 참조로써 전력 증폭기(124)로 입력되는 전치왜곡된 신호를 사용할 수 있다. 따라서, 전치왜곡 함수는 아날로그 요소에 의해 수행될 수 있다.
두 경로가 완벽하게 동기화된다고 가정할 때, 전력 증폭기(124)로의 복소 기저대역 입력 신호(z(t))는 다음의 식 1과 같이 정의될 수 있다.
[식 1]
Figure 112008046612775-pat00015
상기 식 1에서 xA(t) 및 xP(t)는 각각 직교 기저대역 진폭 및 위상 입력 신호이다. 유사하게, eA(t) 및 eP(t)는 각각 진폭 변조 오차 검출 모듈(114) 및 위상 변조 오차 검출 모듈(116)의 출력이다. 단순화를 위해 복소수형(complex-form) 분 석이 고려되는 경우, 전력 증폭기(124)의 출력(y(t))은 다음의 식 2 및 식 3과 같이 기술될 수 있다.
[식 2]
Figure 112008046612775-pat00016
[식 3]
Figure 112008046612775-pat00017
상기 식 2 내지 식 3에서, G{·}는 전력 증폭기(124)의 전달 함수이고, e(t)는 복소 변조 오차 신호이고, x(t)는 복소 시스템 입력 신호이고, z(t)는 복소 전치왜곡된 전력 증폭기 입력 신호이고, y(t)는 복소 전력 증폭기 출력 신호이고, zA'(t)는 전력 제어기(110)를 구동하기 위한 다이오드-검출된(diode-detected) 진폭 신호이다. 상기 식 1 내지 식 3로부터 얻어지는 결과와 같이, 선형적으로 증폭된 신호 a1·x(t)가 전술한 구조를 이용하여 간단하게 생성될 수 있다.
진폭 오차 수정
진폭 변조 오차 검출 모듈(114)을 포함하는 진폭 오차 수정 루프가 도 2를 참조하여 기술된다. 진폭-전치왜곡된 신호(zA(t))가, 로그 증폭기(140)에 의해 진폭 전치 왜곡 모듈(118)(예를 들어, 가변 이득 증폭기)의 RF 신호 출력(raz(t))으로부터 추출될 수 있다. 더하여, 감쇠기(128)를 통과한 RF 전력 증폭기(112)의 출력(ry(t))의 진폭 신호(yA(t))가 로그 증폭기(130)에 의해 추출될 수 있다. 이어, 진폭-전치왜곡된 신호(zA(t))는, 진폭 오차 신호(eA(t))를 얻기 위해 차동 오차 증폭기와 같은 감산 장치(132)를 사용하여 진폭 신호(yA(t))와 비교된다. 이어, 진폭 오차 신호(eA(t))는, 진폭-전치왜곡된 RF 신호(rpz(t))를 생성하기 위해 진폭 전치왜곡 모듈(118)(예를 들어, 가변 이득 증폭기)를 통과해 RF 입력(rx(t))의 직교 진폭(xA(t))에 로그적으로 가산된다. 즉, 진폭 전치왜곡 모듈(118)에서, 진폭 오차 신호(eA(t))는 입력 RF 신호(rx(t))의 진폭(xA(t))과 선형적으로 승산된다.
위상 오차 수정
도 3은 위상 변조 오차 검출 모듈(116)을 포함하는 위상 오차 수정 루프를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 위상 오차 신호(eP(t))는, 진폭 제한기(138, 134)를 각각 통과한 위상 전치 왜곡 모듈(120)(예를 들어, 위상 시프터)의 진폭-제한된 출력(rzP(t))과 전력 증폭기 출력(ry(t))의 진폭-제한된 출력(ryP(t))을 비교하여 얻을 수 있다. 이어, 위상 오차 신호(eP(t))는, 위상 전치왜곡된 RF 신호(rpz(t))를 얻기 위해 RF 입력(rx(t))의 직교 위상(xP(t))에 가산된다.
진폭 변조
GSM/EDGE와 같은 시간 영역 다중 접근(TDMA) 통신 시스템에서, 전력 증폭기 출력의 제어는 시간 마스크 스펙을 충족시켜야 하는 반명 전력 공급의 효율성을 유지해야 할 필요가 있다. 이러한 전력 제어는 선형 레귤레이터, 스위칭 레귤레이터 또는 그 결합 구조를 사용하여 수행될 수 있다. GSM 시스템과는 달리, 본 발명의 일실시형태에 따른 EDGE 또는 WCDMA 시스템은 전력 제어뿐만 아니라 RF 포락선 신호의 추적을 필요로 할 수 있다. 포락선 신호를 추적하는 것은 훨씬 넓은 동작 대역폭을 필요로 한다. 도 4는 전력 효율 및 광대역 동작에 적용될 수 있는 복합 전력 증폭 제어기(110)의 일례를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 직류-직류 변환기(404)는 직류 및 저주파수 부하 전류를 제공할 수 있으며, 클래스-AB 선형 증폭기(402)가 고주파수 부하 전류를 제공하며 폐쇄된 추적 루프를 유지한다. 직류-직류 변환기(404)는 클래스-AB 증폭기(402)의 출력 전류에 의해 제어될 수 있다. 직류-직류 변환기(404)의 히스테릭 전류 제어기는 클래스-AB 증폭기(402)의 출력 전류를 최소화하고 전체적인 효율성을 최대화하도록 동작한다. 도 4에 도시된 구조에서 출력 캐패시턴스(428)는 클래스-AB 증폭기(402) 루프의 높은 대역폭을 유지하기 위해 낮은 값을 가질 수 있다. 더하여, 직류-직류 변환기(404)의 리플 전류는 피드백 루프와 연결되어 동작하는 클래스-AB 선형 증폭기(402)에 의해 대체로 흡수된다. 따라서, 이 선형 지원(linear-assisted) 구조는 높은 포락선 추적 대역폭을 가질 수 있으며 우수한 선형성 및 유율성을 보장할 수 있다.
시뮬레이션 결과
도 5a 및 5b에 도시된 시간 영역 신호 테스트는 본 발명의 일실시형태에 따른 전력 증폭기(124)의 향상된 성능을 나타낸다. 특히, 도 5a는 선형화기를 사용하지 않은 경우 얻어지는 결과를 도시하며, 도 5b는 본 발명의 일실시형태에 따라 제공되는 전치왜곡을 사용하여 실행되는 선형화기를 사용한 결과를 도시한다. 도 5b 에 도시된 바와 같이, 전력에 대해 산재된(scattered) 전력 증폭기(124) 특성을 나타내는 메모리 효과를 고려한 시뮬레이션에서 조차, 턴온된 선형화기를 사용한 전력 증폭기(124) 출력은 원래의 입력 신호를 잘 추적하고 있으며, 진폭 및 위상의 비선형성 또한 잘 선형화됨을 알 수 있다.
오차 벡터 크기(Error Vector Magnitude: EVM) 측정은 넓은 동적 영역에서 전력 증폭기의 비선형 동작에 의해 제공되는 진폭 및 위상 변동을 나타내는 수단으로 제공된다. 도 6a 및 6b에 도시된 비교 결과에서, 오차 벡터 크기 시뮬레이션은, 본 발명의 실시형태들에 의해 제공되는 전치왜곡의 사용을 통해 RMS값에서 13.9%의 개선된 결과를 나타내었다. 도 7a 및 7b는 스펙트럼 결과를 도시한다. 전치왜곡을 수행하지 않는 경우 많은 량의 상호 변조 왜곡이 발생하는 것이 도 7a에 도시된다. 반면, 도 7b에 도시된 것과 같이, 전치왜곡을 수행한 시뮬레이션은 왜곡이 거의 수정되거나 제거됨을 나타낸다.
전술한 설명 및 첨부 도면에 개시된 기술을 이용하여 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 많은 변형예와 다른 실시형태들을 도출해낼 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 변형예 및 다른 실시형태들은 이하 기재되는 특허 청구 범위 내에 포함되는 것으로 간주되어야 한다. 본 명세서에서 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 일반적이고 설명을 위한 의미로 사용되었을 뿐이며 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 선형 포락선 제거 및 복원 송신기에 적용되는 고주파수(RF) 전력 증폭기의 선형성 및 효율성을 향상시킬 수 있다.

Claims (20)

  1. 입력 진폭 신호 및 입력 위상 신호를 생성하는 단계- 상기 입력 진폭 신호와 상기 입력 위상 신호는 입력 신호의 직교 성분이며, 각각 제1 신호 경로 및 제2 신호 경로 상에서 생성됨;
    진폭 오차 신호를 이용하여 상기 제1 신호 경로를 따라 상기 입력 진폭 신호를 처리하여 전치왜곡된 진폭 신호를 생성하는 단계;
    위상 오차 신호를 이용하여 상기 제2 신호 경로를 따라 상기 입력 위상 신호를 처리하여 전치왜곡된 위상 신호를 생성하는 단계;
    상기 제1 신호 경로를 따라 상기 전치왜곡된 진폭 신호를 전력 증폭기에 제공하고, 상기 제2 신호 경로를 따라 상기 전치왜곡된 위상 신호를 상기 전력 증폭기에 제공하여, 출력 신호를 생성하는 단계;
    상기 전력 증폭기의 상기 출력 신호에 제1 로그 증폭기를 적용하여 로그-검출된(log-detected) 출력 신호를 획득하고, 상기 전치왜곡된 진폭 신호에 제2 로그 증폭기를 적용하여 로그-검출되고 전치왜곡된 진폭 신호를 획득하는 단계; 및
    상기 전력 증폭기의 출력 신호에 제1 진폭 제한기를 적용하여 진폭-제한된(amplitude-limited) 출력 신호를 획득하고, 상기 전치왜곡된 위상 신호에 제2 진폭 제한기를 적용하여 진폭-제한되고 전치왜곡된 위상 신호를 획득하는 단계를 포함하며,
    상기 진폭 오차 신호는 상기 로그-검출된 출력 신호의 적어도 일부와 상기 로그-검출되고 전치왜곡된 진폭 신호를 비교하여 생성되고, 상기 위상 오차 신호는 상기 진폭-제한된 출력 신호의 적어도 일부와 상기 진폭-제한되고 전치왜곡된 위상 신호를 비교하여 생성되는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 제공 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전치왜곡된 진폭 신호를 생성하는 단계는, 상기 입력 진폭 신호와 상기 진폭 오차 신호를 승산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 제공 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 입력 진폭 신호는 가변 이득 증폭기를 이용하여 상기 진폭 오차 신호와 승산되는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 제공 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 입력 위상 신호는 전압 제어 가변 위상 시프터를 이용하여 상기 위상 오차 신호에 가산되는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 제공 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입력 진폭 신호 및 입력 위상 신호를 생성하는 단계는, 상기 제1 신호 경로 상에 입력 진폭 벡터를 생성하고, 상기 제2 신호 경로 상에 입력 위상 벡터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 제공 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 진폭 오차 신호는 상기 전력 증폭기 전달함수의 역수의 형태로 표현되는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 제공 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 진폭 오차 신호는 상기 로그-검출되고 전치왜곡된 진폭 신호에서 상기 로그-검출된 출력 신호를 감산함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 제공 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 로그-검출된 출력 신호는, 차동 오차 증폭기를 이용하여 상기 로그-검출되고 전치왜곡된 진폭 신호에서 감산되는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 제공 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 위상 오차 신호는 상기 진폭-제한되고 전치왜곡된 위상 신호로 상기 진폭-제한된 출력 신호를 승산함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 제공 방법.
  10. 입력 진폭 신호 및 입력 위상 신호- 상기 입력 진폭 신호와 상기 입력 위상 신호는 입력 신호의 직교 성분이며, 각각 제1 신호 경로 및 제2 신호 경로 상에 제공됨;
    역 진폭 오차 신호(inverse amplitude error signal)를 이용하여 상기 제1 신호 경로를 따라 상기 입력 진폭 신호를 처리하여 전치왜곡된 진폭 신호를 생성하는 제1 전치왜곡 모듈;
    역 위상 오차 신호(inverse phase error signal)를 이용하여 상기 제2 신호 경로를 따라 상기 입력 위상 신호를 처리하여 전치왜곡된 위상 신호를 생성하는 제2 전치왜곡 모듈;
    상기 제1 신호 경로를 따라 상기 전치왜곡된 진폭 신호를 입력받고 상기 제2 신호 경로를 따라 상기 전치왜곡된 위상 신호를 입력받아, 상기 전치왜곡된 진폭 신호 및 상기 전치왜곡된 위상 신호에 기반하여 출력 신호를 생성하는 전력 증폭기;
    상기 전력 증폭기의 상기 출력 신호로부터 로그-검출된(log-detected) 출력 신호를 구하고, 상기 전치왜곡된 진폭 신호로부터 로그-검출되고 전치왜곡된 진폭 신호를 구하는 적어도 하나의 로그 증폭기; 및
    상기 전력 증폭기의 출력 신호로부터 진폭-제한된(amplitude-limited) 출력 신호를 획득하고, 상기 전치왜곡된 위상 신호로부터 진폭-제한되고 전치왜곡된 위상 신호를 구하는 적어도 하나의 진폭 제한기를 포함하며,
    상기 진폭 오차 신호는 상기 로그-검출된 출력 신호의 적어도 일부와 상기 로그-검출되고 전치왜곡된 진폭 신호를 비교하여 생성되고, 상기 위상 오차 신호는 상기 진폭-제한된 출력 신호의 적어도 일부와 상기 진폭-제한되고 전치왜곡된 위상 신호를 비교하여 생성되는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 전치왜곡 모듈은, 상기 입력 진폭 신호와 상기 진폭 오차 신호를 승산하여 입력 진폭 신호를 처리하는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 전치왜곡 모듈은 상기 입력 진폭 신호와 상기 진폭 오차 신호를 승산하기 위한 가변 이득 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2 전치왜곡 모듈은 상기 입력 위상 신호와 상기 위상 오차 신호를 가산하기 위한 전압 제어 가변 위상 시프터를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 입력 진폭 신호는 상기 제1 신호 경로 상에 입력 진폭 벡터를 포함하고, 상기 입력 위상 신호는 상기 제2 신호 경로 상에 입력 위상 벡터를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 진폭 오차 신호는 상기 전력 증폭기 전달함수의 역수의 형태로 표현되는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 진폭 오차 신호는 상기 로그-검출되고 전치왜곡된 진폭 신호에서 상기 로그-검출된 출력 신호를 감산함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 로그-검출되고 전치왜곡된 진폭 신호에서 상기 로그-검출된 출력 신호 를 감산하기 위한 차동 오차 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 위상 오차 신호는 상기 진폭-제한되고 전치왜곡된 위상 신호로 상기 진폭-제한된 출력 신호를 승산함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 시스템.
  19. 입력 진폭 신호 및 입력 위상 신호- 상기 입력 진폭 신호와 상기 입력 위상 신호는 입력 신호의 직교 성분이며, 각각 제1 신호 경로 및 제2 신호 경로 상에 제공됨;
    역 진폭 오차 신호(inverse amplitude error signal)를 이용하여 상기 제1 신호 경로를 따라 상기 입력 진폭 신호를 처리하여 전치왜곡된 진폭 신호를 생성하기 위한 제1 수단;
    역 위상 오차 신호(inverse phase error signal)를 이용하여 상기 제2 신호 경로를 따라 상기 입력 위상 신호를 처리하여 전치왜곡된 위상 신호를 생성하기 위한 제2 수단;
    상기 제1 신호 경로를 따라 상기 전치왜곡된 진폭 신호를 입력받고 상기 제2 신호 경로를 따라 상기 전치왜곡된 위상 신호를 입력받아, 상기 전치왜곡된 진폭 신호 및 상기 전치왜곡된 위상 신호에 기반하여 출력 신호를 생성하는 전력 증폭 기;
    상기 출력 신호 및 상기 전치왜곡된 진폭 신호로부터 상기 역 진폭 오차 신호를 생성하기 위한 제3 수단; 및
    상기 출력 신호 및 상기 전치왜곡된 위상 신호로부터 상기 역 위상 오차 신호를 생성하기 위한 제4 수단을 포함하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 제공 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제3 수단은, 상기 전력 증폭기의 상기 출력 신호로부터 로그-검출된(log-detected) 출력 신호를 구하고, 상기 전치왜곡된 진폭 신호로부터 로그-검출되고 전치왜곡된 진폭 신호를 구하는 적어도 하나의 로그 증폭기를 포함하며,
    상기 제4 수단은, 상기 전력 증폭기의 출력 신호로부터 진폭-제한된(amplitude-limited) 출력 신호를 구하고, 상기 전치왜곡된 위상 신호로부터 진폭-제한되고 전치왜곡된 위상 신호를 구하는 적어도 하나의 진폭 제한기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 포락선 제거 및 복원 송신기 제공 시스템.
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