KR100991691B1 - 고조파 및 혼변조 왜곡을 줄일 수 있는 송신기, 및 그 신호처리방법 - Google Patents

고조파 및 혼변조 왜곡을 줄일 수 있는 송신기, 및 그 신호처리방법 Download PDF

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Abstract

고조파 및 혼변조 왜곡을 줄일 수 있는 송신기는 주파수 혼합부, 제1증폭부, 제2증폭부, 및 결합기를 포함한다. 상기 송신기는 기저대역신호와 다수의 국부발진신호들 중에서 적어도 어느 하나에 기초하여 제1RF 신호와 제2RF 신호를 생성하는 주파수 혼합부와, 상기 제1RF 신호를 수신하여 증폭하는 제1증폭부와, 상기 제1증폭부와 동일한 구조를 갖으며, 상기 제2RF 신호를 수신하여 증폭하는 제2증폭부와, 상기 제1증폭부로부터 출력되는 출력신호와 상기 제2증폭부로부터 출력되는 출력신호를 합산하고, 합산 결과에 따라 고주파 신호를 생성하는 결합기를 포함하며, 상기 제1RF 신호와 상기 제2RF 신호는 Φ만큼의 위상차를 갖는다. 본 발명의 실시예에 따른 상기 송신기는 상기 제1RF 신호와 상기 제2RF 신호의 위상차를 이용하여 고주파 신호의 고조파 및 혼변조 왜곡을 줄일 수 있는 효과가 있다.
주파수 혼합기(mixer), 전력 증폭기, 혼변조 왜곡(IMD:inter-modulation distortion), 송신기

Description

고조파 및 혼변조 왜곡을 줄일 수 있는 송신기, 및 그 신호처리방법{Transmitter for reducing harmonics and inter-modulation distortion, and signal process method the same}
본 발명의 실시예는 RF(radio frequency) 신호 송신 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력 증폭기에서의 고조파 및 혼변조 왜곡을 줄일 수 있는 송신기 및 상기 송신기의 신호처리방법에 관한 것이다.
근래의 무선 이동 통신 시스템은 한정된 주파수 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있는 디지털 변조 통신 방식을 채택하고 있다. 디지털 변조된 기저대역(baseband) 신호는 무선 통신에 적합하도록 RF 주파수로 변환되고 증폭되어 안테나를 통해 방사되는데, 이러한 변환 및 증폭 역할을 하는 것이 송신기이다. 그러나 실제적인 송신기에서는 변환 및 증폭하는 과정에서 트랜지스터 고유의 비선형 특성으로 인한 신호의 왜곡을 피할 수 없으며, 특히 송신기의 최종 단의 전력증폭기에서의 왜곡이 가장 심각하다.
이러한 전력증폭기의 왜곡을 최소화하기 위한 방법으로서, 일반적으로 피드-포워드(feed-forward), 피드-백(feed-back), 및 전치왜곡(pre-distortion) 방식을 많이 사용한다.
그러나 피드-포워드 방식은 우수한 왜곡 제거 능력을 보이나 주변회로가 복잡하고, 피드-백 방식은 협대역에 국한된 기술이며, 전치 왜곡 방식은 RF-디지털 변환에 따른 부담이 여전히 존재하고 있다.
따라서, 무선 RF 신호를 안테나를 통해 방사하기 전에 상기 무선 RF 신호에 포함된 고조파 및 혼변조 왜곡 신호를 효과적으로 제거할 수 있는 송신기와 제거 방법이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 회로 구성을 단순화하고, 고주파 신호의 왜곡을 제거하여 송신할 수 있는 송신기 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 송신기는 주파수 혼합부, 제1증폭부, 제2증폭부, 및 결합기를 포함한다.
상기 주파수 혼합부는 기저대역신호와 다수의 국부발진신호들 중에서 적어도 어느 하나에 기초하여 제1RF 신호와 제2RF 신호를 생성하고, 상기 제1증폭부는 상기 제1RF 신호를 수신하여 증폭하고, 상기 제2증폭부는 상기 제1증폭부와 동일한 구조를 갖으며, 상기 제2RF 신호를 수신하여 증폭하고, 상기 결합기는 상기 제1증폭부로부터 출력되는 출력신호와 상기 제2증폭부로부터 출력되는 출력신호를 합산하고, 합산 결과에 따라 고주파 신호를 생성한다. 상기 제1RF 신호와 상기 제2RF 신호는 Φ만큼의 위상차를 갖는다.
상기 주파수 혼합부는 상기 기저대역 신호와 상기 다수의 국부발진신호들 중에서 어느 하나에 기초하여 상기 제1RF 신호를 생성하는 제1주파수 혼합기와, 상기 제1RF 신호의 위상을 천이하고, 위상 천이된 제1RF 신호를 상기 제2RF 신호로서 출력하는 위상 천이기를 포함한다.
상기 주파수 혼합부는 상기 기저대역 신호와 상기 다수의 국부발진신호들 중에서 어느 하나를 혼합하고, 혼합된 신호를 생성하는 제1주파수 혼합기와, 상기 혼합된 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 제1RF 신호로서 출력하는 제1증폭기와, 상기 제1RF 신호의 위상을 천이하고, 위상 천이된 신호를 상기 제2RF 신호로서 출력하는 위상 천이기를 포함한다.
상기 주파수 혼합부는 상기 기저대역 신호와 상기 다수의 국부발진신호들 중에서 어느 하나에 기초하여 상기 제1RF 신호를 생성하는 제1주파수 혼합기와, 상기 기저대역신호와 상기 다수의 국부 발진신호들 중에서 다른 하나에 기초하여 상기 제2RF 신호를 생성하는 제2주파수 혼합기를 포함한다. 상기 제1주파수 혼합기로 입력되는 국부발진신호와 상기 제2주파수 혼합기로입력되는 국부발진신호는 서로 Φ만큼의 위상차를 갖는다.
상기 주파수 혼합부는 상기 제1주파수 혼합기와 상기 제2주파수 혼합기 중에서 어느 하나로 입력되는 상기 기저대역신호의 위상을 천이하기 위한 위상 천이기를 더 포함하며, 상기 제1주파수 혼합기로 입력되는 국부발진신호와 상기 제2주파수 혼합기로 입력되는 국부발진신호는 동위상을 갖는다.
상기 송신기는 상기 주파수 혼합부와 상기 제1증폭부 사이에 접속되고, 상기 제1RF 신호의 위상을
Figure 112010044366110-pat00001
만큼의 위상차로 지연하기 위한 제1지연부와, 상기 제2증폭부와 상기 결합기 사이에 접속되고, 상기 제2증폭부로부터 출력되는 신호의 위상을
Figure 112010044366110-pat00002
만큼의 위상차로 지연하기 위한 제2지연부을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 송신기는 상기 주파수 혼합부와 상기 제2증폭부 사이에 접속되고, 상기 제2RF 신호의 위상을
Figure 112010044366110-pat00003
만큼의 위상차로 지연하기 위한 제3지연부와, 상기 제1증폭부와 상기 결합기 사이에 접속되고, 상기 제1증폭부로부터 출력되는 신호의 위상을
Figure 112010044366110-pat00004
만큼의 위상차로 지연하기 위한 제4지연부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 기저대역신호와 다수의 국부발진신호들 중에서 적어도 어느 하나에 기초하여 제1RF 신호와 제2RF 신호를 생성하는 단계와, 상기 제1RF 신호를 수신하여 증폭하고, 증폭된 신호를 제1출력신호로서 출력하는 단계와, 상기 제2RF 신호를 수신하여 증폭하고, 증폭된 신호를 제2출력신호로서 출력하는 단계와, 상기 제1출력신호와 상기 제2출력신호를 합산하고, 합산 결과에 따라 고주파 신호를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 제1RF 신호와 상기 제2RF 신호는 Φ만큼의 위상차를 갖는다.
상기 송신기의 신호처리방법은 상기 제1RF 신호를 수신하여 증폭하는 단계 이전에, 상기 제1RF 신호의 위상을
Figure 112010044366110-pat00005
만큼의 위상차로 지연하는 단계를 더 포함한다. 또한, 상기 송신기의 신호처리방법은 상기 제2출력신호로서 출력하는 단계 이후에, 상기 제2출력신호의 위상을
Figure 112010044366110-pat00006
만큼의 위상차로 지연하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 송신기는 기저대역신호를 두개의 입력신호들로 분리하고, 분리된 입력신호들의 위상차를 이용하여 전력증폭기에서 발생되는 고조파 및 혼변조 왜곡 신호를 상쇄시킴으로써 RF 신호의 왜곡을 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 송신기는 RF 신호의 왜곡을 제거하여 출력 함으로써 높은 선형성을 갖는 송신기를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 송신기의 개략적인 블럭도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 송신기(10)는 주파수 혼합부(20-X, X=1, 2, 3, 또는 4), 제1증폭부(30)와 제2증폭부(35)를 포함하는 한 쌍의 평행 증폭단, 및 결합기(40)를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 송신기(10)는 기저대역 신호를 RF 신호로 직접 변환하여 송신하는 직접 변환(direct conversion) 방식을 사용하고, 이에 한정되는 것은 아니다. 주파수 혼합부(20-X)는 디지털/아날로그 변환기(DAC; Digital to Analog Converter, 미도시), 아날로그 필터(미도시), 또는 가변이득증폭기(미도시) 등으로부터 출력되는 기저대역신호(Sin(t))를 수신하기 위한 제1입력단자(IN), 국부발진기(50)로부터 출력되는 국부발진신호(LO1 또는 LO2)를 수신하기 위한 제2입력단자, 제1출력단자(OUT1), 및 제2출력단자(OUT2)을 포함한다.
주파수 혼합부(20-X)는 기저대역신호(Sin(t))와 일정 주파수의 정현파 신호로 이루어진 국부발진신호(LO1 또는 LO2)를 혼합하여 적절한 송신 주파수 대역의 신호로 변환한다. 또한, 주파수 혼합부(20-X)는 변환된 신호를 제1RF 신호(Srf(t))와 제2RF 신호(Srf(t-φ))로 분리시키고, 분리된 제1RF 신호(Srf(t))와 제2RF 신호(Srf(t-φ)) 각각을 신호 경로를 구분하여 한 쌍의 평행 증폭단으로 전달한다.
즉, 제1RF 신호(Srf(t))는 제1출력단자(OUT1)을 통하여 제1증폭부(30)로 입력되고, 제2RF 신호(Srf(t-φ))는 제2출력단자(OUT2)를 통해 제2증폭부(35)로 입력된다.
여기서, 제1RF 신호(Srf(t)) 및 제2RF 신호(Srf(t-φ))는 주파수 혼합부(20-X)로부터 출력되는 신호로서, 제1RF 신호(Srf(t))와 제2RF 신호(Srf(t-φ))는 서로 다른 위상을 가지는 신호, 즉 소정의 위상차(φ)를 가지는 신호인 것이 바람직하다.
제1증폭부(30)는 다수의 전력 증폭기들(31, 32,.. 및 33)을 포함하고, 주파수 혼합부(20-X)의 제1출력단자(OUT1)로부터 출력되는 제1RF 신호(Srf(t))를 상기 전력 증폭기들(31, 32,.., 및 33)을 이용하여 순차적으로 증폭한다. 즉, 제1증폭부(30)는 제1RF 신호(Srf(t))를 증폭하고, 증폭된 신호를 제1출력신호(Sout1(t))로서 출력한다.
제2증폭부(35)는 다수의 전력 증폭기들(36, 37, .. 및 38)을 포함하며, 제1증폭부(30)와 실질적으로 동일한 구조 및 특성을 갖는다. 제2증폭부(35)는 제1증폭부(30)로 입력되는 제1RF 신호(Srf(t))와 서로 다른 위상을 갖는 제2RF 신호 (Srf(t-φ))를 수신하고, 수신된 제2RF 신호(Srf(t-φ))를 다수의 전력 증폭기들 (36, 37, .. 및 38)을 이용하여 순차적으로 증폭한다. 즉, 제2증폭부(35)는 제2RF 신호(Srf(t-φ))를 증폭하고, 증폭된 신호를 제2출력신호(Sout2(t))로서 출력한다. 여기서, 제1RF 신호(Srf(t))와 제2RF 신호(Srf(t-φ))가 φ만큼의 위상차를 갖는 경우, 제2출력신호(Sout2(t))는 제1출력신호(Sout1(t))와 φ만큼의 위상차를 갖는다.
이러한 제1증폭부(30)와 제2증폭부(35)를 구성하는 다수의 전력 증폭기들(31 내지 38) 각각은 비선형적인 특성을 갖는 비선형 증폭기로서, 입력 신호와 출력 신호 간의 관계가 선형 1차 함수가 아닌 다차항의 함수로 나타난다. 즉, 하나의 신호가 비선형 증폭기에 인가될 경우, 상기 비선형 증폭기의 출력 신호에는 원래의 신호뿐만 아니라 고조파 및 혼변조 왜곡 신호들도 함께 출력된다. 상기 고조파 및 혼변조 왜곡 신호들은 대부분의 회로에서 설계자가 원하지 않는 신호, 즉 노이즈 성분이 된다. 따라서, 송신기(10)가 RF 신호를 안테나를 통해 외부로 방사하기 전에, RF 신호에 포함된 고조파 및 혼변조 왜곡을 감소시킬 필요가 있다.
본 발명의 실시 예에서, 제2증폭부(35)는 제1증폭부(30)와 실질적으로 동일한 구조를 갖으므로, 제1증폭부(30)를 통하여 증폭된 제1출력 신호(Sout1(t))에 포함된 고조파 및 혼변조 왜곡 신호의 크기와 제2증폭부(35)를 통하여 증폭된 제2출력 신호(Sout2(t))에 포함된 고조파 및 혼변조 왜곡 신호의 크기가 동일할 수 있다.
결합기(40)는 제1증폭부(30)로부터 출력되는 제1출력신호(Sout1(t))와 제2증폭부(35)로부터 출력되는 제2출력신호(Sout2(t))를 수신하고, 수신된 제1출력신호 (Sout1(t))와 수신된 제2출력신호(Sout2(t))를 합산(adding)하고, 합산 결과에 따라 고조파 및 혼변조 왜곡을 감소시킨 고주파 신호(Sout(t))를 출력한다. 이에 대한 보다 구체적인 설명은 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명할 것이다.
또한, 결합기(40)로부터 출력되는 고주파 신호(Sout(t))는 안테나(미도시)를 통하여 공중으로 전송된다.
국부발진기(Local Oscillator; LO, 50)는 다수의 국부발진신호들(LO1 및 LO2)을 생성하고, 생성된 다수의 국부발진신호들 중에서 적어도 어느 하나를 주파수 혼합부(20-X)로 출력한다.
여기서, 국부발진신호들(LO1 및 LO2)은 주파수 상향 변환을 하기 위한 기준 주파수원을 나타내며, 국부발진기(50)는 PLL(Phase-locked loop)로 구현될 수 있다.
도 2a는 도 1의 주파수 혼합부의 제1실시 예를 나타내고, 도 2b는 도1의 주파수 혼합부의 제2실시 예를 나타내고, 도 2c는 도 1의 주파수 혼합부의 제3실시 예를 나타내고, 도 2d는 도 1의 주파수 혼합부의 제4실시 예를 나타낸다.
도 2a를 참조하면, 주파수 혼합부(20-1)는 기저대역신호(Sin(t))를 제1RF 신호(Srf(t))로 변환하기 위한 제1주파수 혼합기(21)와 상기 제1RF 신호(Srf(t))의 위상을 천이(shifting)하기 위한 위상 천이기(phase shifter; 23)를 포함한다.
제1주파수 혼합기(21)는 기저대역 신호(Sin(t))와 국부발진기(50)로부터 출력되는 국부발진신호(LO1, 예컨대 LO1=cos(WLOt))를 이용하여 RF 신호를 생성한다. 즉, 주파수 혼합기(21)는 기저대역신호(Sin(t))와 국부발진신호(LO1=cos(WLOt))를 혼합하고, 상기 기저대역신호(Sin(t))와 국부발진신호(LO1=cos(WLOt))의 곱에 해당하는 RF 신호를 생성하고, 생성된 RF 신호를 제1RF 신호(Srf(t))로서 제1출력단자(OUT1)을 통하여 출력한다.
위상 천이기(23)는 제1주파수 혼합기(21)와 제2출력단자(OUT2) 사이에 접속되고, 제1주파수 혼합기(21)로부터 출력되는 RF 신호(Srf(t))를 φ만큼의 위상을 천이한 후, 위상 천이된 RF 신호를 제2RF 신호(Srf(t-φ))로서 제2출력단자(OUT2)를 통하여 출력한다.
즉, 주파수 혼합부(20-1)는 기저대역신호(Sin(t))를 고주파 신호로 변환하고, 변환된 신호를 위상 천이기(23)를 통해 서로 위상차를 갖는 두 개의 신호 즉, 제1RF 신호(Srf(t))와 제2RF 신호(Srf(t-φ))로 분리한다. 다시 말해, 주파수 혼합부(20-X)는 제1RF 신호(Srf(t))와, 상기 제1RF 신호(Srf(t))와 서로 다른 위상을 갖는 제2RF 신호(Srf(t-φ))를 출력한다.
여기서, 제1주파수 혼합기(21)는 기저대역신호(Sin(t))를 RF 신호로 상향 변환하기 위한 업-컨버젼 믹서(up-conversion mixer)로 구현될 수 있다. 예컨대, 상기 업-컨버젼 믹서는 입력 신호와 국부발진신호를 혼합하는 경우, 두 신호 주파수의 곱에 해당하는 RF 신호를 생성한다.
도 2b를 참조하면, 주파수 혼합부(20-X)는 제1주파수 혼합기(21), 위상천이기(23), 및 제1증폭기(25)를 포함한다. 또한, 주파수 혼합부(20-X)는 제1증폭기(25)의 출력단과 직렬로 접속되는 적어도 하나의 증폭기를 더 포함할 수 있다. 주파수 혼합기(21)는 기저대역신호(Sin(t))와 국부발진신호(LO1, 예컨대 LO1=cos(WLOt))를 혼합하고, 상기 기저대역신호(Sin(t))와 국부발진신호(LO1=cos(WLOt))의 곱에 해당하는 RF 신호를 생성한다.
제1증폭기(25)는 생성된 RF 신호를 증폭하고, 증폭된 신호는 제1RF 신호(Srf(t))로서 제1출력단자(OUT1)를 통하여 출력한다.
위상 천이기(23)는 상기 제1증폭기(25)와 제2출력단자(OUT2) 사이에 접속되고, 제1증폭기(25)로부터 출력되는 신호를 φ만큼 위상 천이한 후, 위상 천이된 신호를 제2RF 신호(Srf(t-φ))로서 제2출력단자(OUT2)를 통하여 출력한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 혼합부(20-2)가 적어도 하나의 증폭기를 포함하는 경우, 즉 제1주파수 혼합기(21)의 뒷단에 단수 또는 복수의 증폭기들이 연결되는 경우, 도 1의 제1증폭부(30)와 제2증폭부(35) 각각에 포함된 전력 증폭기의 개수를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 2c를 참조하면, 주파수 혼합부(20-3)는 제1주파수 혼합기(41)와 제2주파수 혼합기(43)를 포함한다.
제1주파수 혼합기(41)는 기저대역 신호(Sin(t))와 다수의 국부발진신호들 중에서 제1국부발진신호(LO1, 예컨대 LO1=cos(WLOt))를 기초하여 제1RF 신호(Srf(t))를 생성하고, 생성된 제1RF 신호(Srf(t))를 제1출력단자(OUT1)을 통하여 출력한다.
제2주파수 혼합기(43)는 기저대역신호(Sin(t))와 다수의 국부발진신호들 중에서 제2국부발진신호(LO2, 예컨대 LO2=cos(WLOt-φ))를 기초하여 제2RF 신 호(Srf(t-φ))를 생성하고, 생성된 제2RF 신호(Srf(t-φ))를 제2출력단자(OUT2)을 통하여 출력한다. 여기서, 제1국부발진신호(LO1=cos(WLOt))와 제2국부발진신호(LO2=cos(WLOt-φ))는 φ만큼의 위상차를 갖는 한 쌍의 국부발진신호들이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 위상차 φ는 송신기(10)의 동작 환경 예컨대, 전력 증폭기의 비선형 특성에 따라 원하는 신호를 출력하기 위한 값으로 임의로 설정될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 혼합부(20-3)는 φ만큼의 위상차를 갖는 제1국부발진신호(LO1=cos(WLOt))와 제2국부발진신호(LO2=cos(WLOt-φ))를 사용하여 기저대역신호(Sin(t))를 RF 주파수 대역의 신호로 변환함과 동시에 φ만큼의 위상차를 갖는 제1RF 신호(Srf(t))와 제2RF 신호(Srf(t-φ))로 분리할 수 있다.
도 2d를 참조하면, 주파수 혼합부(20-4)는 제1주파수 혼합기(41), 제2주파수 혼합기(43), 및 위상 천이기(45)를 포함한다.
제1주파수 혼합기(41)는 제1입력단자(IN)와 제1출력단자(OUT1) 사이에 접속되고, 기저대역 신호(Sin(t))와 국부발진신호(LO1, 예컨대 LO1=cos(WLOt))를 기초하여 RF 신호를 생성하고, 생성된 RF 신호를 제1RF 신호(Srf(t))로서 제1출력단자(OUT1)을 통하여 출력한다.
위상 천이기(45)는 제1입력단자(IN)과 제2주파수 혼합기(43) 사이에 접속되고, 제1입력단자(IN)를 통해 입력되는 기저대역 신호(Sin(t))를 φ만큼 위상 천이 한 후, 위상 천이된 신호를 출력한다.
제2주파수 혼합기(43)는 위상천이기(45)와 제2출력단자(OUT2) 사이에 접속되고, 위상 천이기(45)의 출력신호와 국부발진신호(LO1, 예컨대 LO1=cos(WLOt))에 기초하여 RF 신호를 생성하고, 생성된 RF 신호를 제2RF 신호(Srf(t-φ))로서 제2출력단자(OUT2)를 통하여 출력한다.
이 경우, 주파수 혼합부(20-4)는 위상 천이기(45)를 이용하여 기저대역신호(Sin(t))를 φ만큼의 위상차를 갖는 두 개의 신호들로 분리하고, 분리된 신호들을 제1주파수 혼합기(41)와 제2주파수 혼합기(43)를 사용하여 제1RF 신호(Srf(t))와 제2RF 신호(Srf(t-φ))를 생성한다.
상술한 바와 같이, 도 2a 내지 도 2d를 참조하면 주파수 혼합부(20-1, 20-2, 20-3, 또는 20-4)는 위상 천이기 또는 한 쌍의 주파수 혼합기를 이용하여 기저대역신호(Sin(t))를 제1RF 신호(Srf(t))와 상기 제1RF 신호(Srf(t))와 서로 다른 위상을 갖는 제2RF 신호(Srf(t-φ))로 분리할 수 있다.
이하, 도 1과 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 혼합부(20-1, 20-2, 20-3, 또는 20-4)를 포함하는 송신기의 동작을 설명하면 다음과 같다. 특히, 도 1에는 본 발명의 송신기(10)의 구조와 더불어 송신하고자하는 주요 신호의 흐름과 고조파 및 혼변조 왜곡 신호들 중에서 송신기 시스템에 가장 영향이 큰 3차 혼변조 왜곡 성분이 제거되는 과정을 도시하였다.
주파수 혼합부(20-X)는 기저대역신호(Sin(t))와 다수의 국부발진신호들 중에 서 적어도 어느 하나를 사용하여 제1RF 신호(Srf(t))와 상기 제1RF 신호(Srf(t))와 φ만큼의 위상차를 갖는 제2RF 신호(Srf(t-φ))를 생성한다.
제1증폭부(30)는 제1RF 신호(Srf(t))를 다수의 전력 증폭기들이 사용하여 순차적으로 증폭하고, 증폭된 신호를 출력한다.
여기서, 전력 증폭기의 출력 신호는 비선형 특성에 의해 다음과 같은 테일러 급수(Taylor series)로 나타낼 수 있다. 즉, 하나의 신호가 비선형 증폭기에 인가될 경우, 상기 비선형 증폭기의 출력 신호는 원래의 신호뿐만 아니라 상기 주요 신호에 중첩되는 고조파 및 혼변조 왜곡 신호들도 함께 출력된다.
즉, 제1증폭부(30)의 제1출력 신호(Sout1(t))는 전력 증폭기의 비선형 특성에 의하여 수학식 1과 같이 나타내진다.
Sout1(t) = a0 + a1Srf(t)+a2Srf2(t)+a3Srf3(t)+a4Srf4(t)+a5Srf5(t)+ ...
여기서, a0은 DC 신호이며, a1Srf(t)은 출력하고자 하는 주요 신호이며, 나머지 성분들 각각은 비선형 특성에 의해 나타나는 항으로 고조파 및 혼변조 왜곡 신로를 생성한다. 이 중에서 특히 홀수-차수의 항목들이 신호의 왜곡을 일으키는 주요 원인이 된다.
이러한 홀수-차수의 항목들 즉, a3Srf3(t)와 a5Srf5(t)는 주요 신호 즉, a1Srf(t)의 근처에서 혼변조 왜곡을 유발하므로, 이를 필터로 제거할 수 없다.
또한, 제2증폭부(35)는 제2RF 신호(Srf(t-φ))를 다수의 전력 증폭기들(31, 32, ... 및 33)을 사용하여 순차적으로 증폭하고, 증폭된 신호를 출력한다. 제2증폭부(35)의 출력 신호는 전력 증폭기의 비선형 특성에 의하여 수학식 2와 같이 나타내진다.
Sout2(t) = a0 + a1Srf(t)ㆍexp(-jφ) + a2Srf2(t)ㆍexp(-j2φ) + a3Srf3(t)ㆍexp(-j3φ) + a4Srf4(t)ㆍexp(-j4φ) + a5Srf5(t)ㆍexp(-j5φ) + ...
상기 제1증폭부(30)의 전력증폭기들(31, 32. .. 및 33) 각각은 상기 제2증폭부(35)의 전력 증폭기들(35, 36. .. 및 37) 각각과 동일한 비선형 특성을 갖는다. 이에 따라, 제1증폭부(30)를 통해 출력된 제1출력신호(Sout1(t))에 포함된 고조파 신호들과 제2증폭부(35)를 통해 출력되는 제2출력신호(Sout2(t))에 포함된 고조파 신호들의 양은 동일할 수 있다.
결합기(40)는 제1증폭부(30)로부터 출력되는 제1출력신호(Sout1(t))와 제2증폭부(35)로부터 출력되는 제2출력신호(Sout2(t))를 합산하고, 합산 결과에 따른 출력신호를 출력한다. 결합기(40)의 출력신호는 수학식 3과 같이 나타내진다.
Sout(f)= Sout1(t) + Sout2(t)
= 2a0 + a1Srf(t)*(1+exp(-jφ) + a2Srf2(t)*(1+exp(-j2φ)
+ a3Srf3(t)*(1+exp(-j3φ) + a4Srf4(t)*(1+exp(-j4φ)
+ a5Srf5(t)*(1+exp(-j5φ)+ ...
여기서, a1Srf(t)*(1+exp(-jφ)가 송신하고자 하는 최종 주요신호이다. 2a0은 DC 신호로서, 이는 출력단에 캐패시터(미도시)를 추가함으로써 쉽게 제거될 수 있다. 또한, 나머지 성분들 각각은 전력 증폭기의 출력신호를 왜곡하는 항목들이며, 본 발명의 실시 예에서는 상기 항목들 중에서 3차 성분(즉, a3Srf3(t)*(1+exp(-j3φ))과 5차 성분(즉, a5Srf5(t)*(1+exp(-j5φ))에 초점이 맞춰진다. 이러한 홀수 차수의 왜곡 성분은 신호 대역에 걸쳐 존재하기 때문에 필터를 이용해 제거할 수 없으므로 증폭기 자체에서 제거되어야 할 필요가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 송신기(10)는 제1RF 신호(Srf(t))와 제2RF 신호(Srf(t-φ))의 위상차를 이용하여 고주파 신호(Sout(f))의 제3차 고조파 및 혼변조 왜곡 신호 및/또는 제5차 고조파 및 혼변조 왜곡 신호성분을 제거할 수 있다.
예컨대, φ=60°로 설정하는 경우, exp(-j3*60)= -1 이 되므로 3차 고조파 신호는 서로 상쇄되어 완전히 제거되고, 5차 고조파 신호의 크기도 줄어든다.
또한, φ=36°로 설정하는 경우, exp(-j5*36)= -1이 되므로, 5차 고조파 신호는 서로 상쇄되어 완전히 제거되고, 3차 고조파 신호의 크기는 줄어든다.
또한, 36°과 60° 사이에서 설정되는 φ값에 대해서는 3차 고조파 신호와 5차 고조파 신호를 적절한 수준으로 동시에 제거할 수도 있다. 이에 대한 최적값은 증폭기의 비선형 특성에 따라 사용자에 의해 설정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 송신기(10)는 제1출력신호(Sout1(t))와 제2출력신호(Sout2(t))의 위상차를 이용하여, 제1출력신호(Sout1(t))에 포함된 왜곡 신호와 제2출력신호(Sout2(t))에 포함된 왜곡 신호의 적어도 일부를 서로 상쇄시킴으로써 증폭기의 비선형 특성에 의한 왜곡을 줄일 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 송신기(10)는 입력 신호들의 위상차(φ)에 기초하여 증폭기의 출력 신호에 포함된 특정 차수의 왜곡 성분을 제거 또는 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 송신기의 개략적인 블럭도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 송신기(10)는 주파수 혼합부(20-X), 제1증폭부(30)와 제2증폭부(35)를 포함하는 한 쌍의 평행 증폭단, 결합기(40), 제1지연부(51), 및 제2지연부(53)를 포함한다.
제1지연부(51)와 제2지연부(53) 이외의 구조는 도 1에 예시된 바와 동일하다. 즉, 도 3의 송신기는 도 1에 예시된 송신기와 그 구조와 동작이 유사하므로, 도 3을 참조한 설명에서는 그 구체적인 구조 설명을 생략한다.
제1지연부(51)는 주파수 혼합부(20-X)의 제1출력단자(OUT1)과 제1증폭부(30) 사이에 접속되며, 주파수 혼합부(20-X)로부터 출력되는 제1RF 신호(Srf(t))를
Figure 112008065898288-pat00007
(예컨대,
Figure 112008065898288-pat00008
=90°, 180°등) 만큼 지연하고, 지연된 신호를 제1증폭부(30)로 출력한다.
제2지연부(53)는 제2증폭부(35)의 출력단자과 결합기(40) 사이에 접속되며, 제2증폭부(35)로부터 출력되는 제2출력 신호(Sout2(t))를
Figure 112008065898288-pat00009
만큼 지연하고, 상기 지연된 신호를 결합기(40)로 출력한다.
본 발명의 실시 예에서 입력신호 즉, 기저대역신호(Sin(t))는 주파수 혼합부(20-X)를 거쳐 제1RF 신호(Srf(t))와 제2RF 신호(Srf(t-φ))로 분리되고, 제1RF 신호(Srf(t))는 제1지연부(51)를 거쳐 제2RF 신호(Srf(t-φ))에 비해
Figure 112008065898288-pat00010
만큼 위상이 천이 된다.
제1증폭부(30)는
Figure 112008065898288-pat00011
만큼 위상이 천이된 제1RF 신호(Srf(t))를 수신하여 증폭하고, 제2증폭부(35)는 제2RF 신호(Srf(t-φ))를 증폭하여 출력한다. 즉, 제1증폭부(30)는 제1지연부(51)의 출력신호 즉,
Figure 112008065898288-pat00012
만큼 위상이 천이된 제1RF 신호(Srf(t))를 수신하고, 제2증폭부(35)는 주파수 혼합부(20-x)의 제2출력단자로부터 출력되는 제2RF 신호(Srf(t-φ))를 수신함에 따라 이 두 신호는
Figure 112008065898288-pat00013
만큼의 위상차를 갖는다.
제2지연부(53)는 제2증폭부(35)로부터 출력되는 제2출력신호(Sout2(t))의 위상을 제1증폭부(30)의 제1출력신호(Sout1(t))에 비해
Figure 112008065898288-pat00014
(예컨대,
Figure 112008065898288-pat00015
=90°, 180°등)만큼 천이하고, 천이된 신호를 결합기(40)로 출력한다. 즉, 제1RF 신호(Srf(t))는 먼저 위상이
Figure 112008065898288-pat00016
만큼 천이된 후 제1 증폭부(30)에서 증폭되고, 제2RF 신호(Srf(t-φ))는 제2증폭부(35)에서 증폭된 후에 위상을
Figure 112008065898288-pat00017
만큼 천이된다.
예컨대,
Figure 112008065898288-pat00018
가 90°인 경우, 제1증폭부(30)는 제2증폭부(35)에 비해 90°만큼 위상이 천이된 신호를 수신하고, 제2증폭부(35)로 입력되는 신호는 제1증폭기(30) 로부터 출력되는 신호에 비해 90°만큼 위상차를 갖고 결합기(40)로 입력된다. 즉, 결합기(40)에서 제1출력신호(Sout1(t))와 제2출력신호(Sout2(t)) 각각은 90°의 위상차를 이미 가진채 합성되므로, 결과적으로 출력단에서는 동위상으로 합성된 것과 같다. 이러한 한 쌍의 평행 증폭단을 평형 증폭기(Balanced Amplifier)라 하며, 상기 평형 증폭기는 반사 손실을 최소화하는데 효과적이다.
또한,
Figure 112008065898288-pat00019
가 180°인 경우, 제1증폭부(30)는 제2증폭부(35)에 비해 180°만큼 위상이 천이된 신호를 수신하고, 제2증폭부(35)로부터 출력되는 신호는 제1증폭기(30)로부터 출력되는 신호에 비해 180°만큼 지연되어 결합기(40)로 입력된다. 즉, 제1증폭부(30)의 입력 신호와 제2증폭부(35)의 입력 신호는 서로 180°의 위상차가 발생하고, 그것이 다시 출력단의 결합기에서 합성되기 전에 180°의 위상차를 보상하여 결국 동위상으로 합성되어 출력된다. 이러한 한 쌍의 평행 증폭단을 차동 증폭기(Differential Amplifier)라 하며, 짝수 차수의 왜곡 및 잡음(noise)를 제거하는데 효과적이다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 송신기(10)는 주파수 혼합부(20-x)의 제2출력단자(OUT2)과 제2증폭부(35)의 입력단자 사이에 접속되는 제3지연부(55)와 제1증폭부(30)의 출력단자과 결합기(40) 사이에 접속되는 제4지연부(57)를 더 포함할 수 있다. 제3지연부(55)는 주파수 혼합부(20-X)의 제2출력단자(OUT2)로부터 출력되는 신호 즉, 제2RF 신호의 위상을
Figure 112008065898288-pat00020
만큼의 위상차로 지연하고, 제4지연부(57)는 제1증폭부(30)로부터 출력되는 출력신호의 위상을
Figure 112008065898288-pat00021
만큼의 위상차로 지연한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 송신기(10)는 한 쌍의 제1지연부(51)와 제2지연부(53) 및 한 쌍의 제3지연부(55)와 제4지연부(57) 중에서 어느 한 쌍만을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 혼합부(20-X)를 포함하는 송신기(10)는 왜곡 발생 매커니즘이 동일한 평형 증폭기를 이용하기 때문에 상당한 왜곡 개선 능력을 기대할 수 있으며, 그 구조가 간단하여 구현이 쉽기 때문에 기지국, 중계기 응용뿐만 아니라 단말기 응용에도 쉽게 적용이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 송신기의 개략적인 블럭도를 나타낸다.
도 2a는 도 1의 주파수 혼합부의 제1실시 예를 나타낸다.
도 2b는 도1의 주파수 혼합부의 제2실시 예를 나타낸다.
도 2c는 도 1의 주파수 혼합부의 제3실시 예를 나타낸다.
도 2d는 도 1의 주파수 혼합부의 제4실시 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 송신기의 개략적인 블럭도를 나타낸다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 기저대역신호와 다수의 국부 발진 신호들 중에서 적어도 어느 하나에 기초하여 제1RF 신호와 제2RF 신호를 생성하는 주파수 혼합부;
    상기 제1RF 신호를 수신하여 증폭하는 제1증폭부;
    상기 제1증폭부와 동일한 구조를 갖으며, 상기 제2RF 신호를 수신하여 증폭하는 제2증폭부; 및
    상기 제1증폭부의 출력신호와 상기 제2증폭부의 출력신호를 합산하고, 합산 결과에 따라 고주파 신호를 생성하는 결합기를 포함하며,
    상기 제1RF 신호와 상기 제2RF 신호는 Φ만큼의 위상차를 갖고,
    상기 주파수 혼합부는,
    상기 기저대역 신호와 상기 다수의 국부 발진 신호들 중에서 어느 하나에 기초하여 상기 제1RF 신호를 생성하는 주파수 혼합기; 및
    상기 제1RF 신호의 위상을 천이하고, 위상 천이된 신호를 상기 제2RF 신호로서 출력하는 위상 천이기를 포함하는 송신기.
  3. 기저대역신호와 다수의 국부 발진 신호들 중에서 적어도 어느 하나에 기초하여 제1RF 신호와 제2RF 신호를 생성하는 주파수 혼합부;
    상기 제1RF 신호를 수신하여 증폭하는 제1증폭부;
    상기 제1증폭부와 동일한 구조를 갖으며, 상기 제2RF 신호를 수신하여 증폭하는 제2증폭부; 및
    상기 제1증폭부의 출력신호와 상기 제2증폭부의 출력신호를 합산하고, 합산 결과에 따라 고주파 신호를 생성하는 결합기를 포함하며,
    상기 제1RF 신호와 상기 제2RF 신호는 Φ만큼의 위상차를 갖고,
    상기 주파수 혼합부는,
    상기 기저대역 신호와 상기 다수의 국부발진신호들 중에서 어느 하나를 혼합하고, 혼합된 신호를 생성하는 주파수 혼합기;
    상기 혼합된 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 상기 제1RF 신호로서 출력하는 증폭기; 및
    상기 제1RF 신호의 위상을 천이하고, 위상 천이된 신호를 상기 제2RF 신호로서 출력하는 위상 천이기를 포함하는 송신기.
  4. 기저대역신호와 다수의 국부 발진 신호들 중에서 적어도 어느 하나에 기초하여 제1RF 신호와 제2RF 신호를 생성하는 주파수 혼합부;
    상기 제1RF 신호를 수신하여 증폭하는 제1증폭부;
    상기 제1증폭부와 동일한 구조를 갖으며, 상기 제2RF 신호를 수신하여 증폭하는 제2증폭부; 및
    상기 제1증폭부의 출력신호와 상기 제2증폭부의 출력신호를 합산하고, 합산 결과에 따라 고주파 신호를 생성하는 결합기를 포함하며,
    상기 제1RF 신호와 상기 제2RF 신호는 Φ만큼의 위상차를 갖고,
    상기 주파수 혼합부는,
    상기 기저대역 신호와 상기 다수의 국부발진신호들 중에서 어느 하나에 기초하여 상기 제1RF 신호를 생성하는 제1주파수 혼합기; 및
    상기 기저대역신호와 상기 다수의 국부 발진신호들 중에서 다른 하나에 기초하여 상기 제2RF 신호를 생성하는 제2주파수 혼합기를 포함하며,
    상기 제1주파수 혼합기로 입력되는 국부발진신호와 상기 제2주파수 혼합기로 입력되는 국부발진신호는 서로 Φ만큼의 위상차를 갖는 송신기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 주파수 혼합부는,
    상기 제1주파수 혼합기와 상기 제2주파수 혼합기 중에서 어느 하나로 입력되는 상기 기저대역신호의 위상을 천이하기 위한 위상 천이기를 더 포함하며,
    상기 제1주파수 혼합기로 입력되는 국부발진신호와 상기 제2주파수 혼합기로입력되는 국부발진신호는 동위상을 갖는 송신기.
  6. 기저대역신호와 다수의 국부 발진 신호들 중에서 적어도 어느 하나에 기초하여 제1RF 신호와 제2RF 신호를 생성하는 주파수 혼합부;
    상기 제1RF 신호를 수신하여 증폭하는 제1증폭부;
    상기 제1증폭부와 동일한 구조를 갖으며, 상기 제2RF 신호를 수신하여 증폭하는 제2증폭부; 및
    상기 제1증폭부의 출력신호와 상기 제2증폭부의 출력신호를 합산하고, 합산 결과에 따라 고주파 신호를 생성하는 결합기를 포함하며,
    상기 제1RF 신호와 상기 제2RF 신호는 Φ만큼의 위상차를 갖고,
    상기 송신기는,
    상기 주파수 혼합부와 상기 제1증폭부 사이에 접속되고, 상기 제1RF 신호의 위상을
    Figure 112010044366110-pat00022
    만큼의 위상차로 지연하기 위한 제1지연부; 및
    상기 제2증폭부와 상기 결합기 사이에 접속되고, 상기 제2증폭부로부터 출력되는 신호의 위상을
    Figure 112010044366110-pat00023
    만큼의 위상차로 지연하기 위한 제2지연부을 포함하는 송신기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 송신기는,
    상기 주파수 혼합부와 상기 제2증폭부 사이에 접속되고, 상기 제2RF 신호의 위상을
    Figure 112010044366110-pat00024
    만큼의 위상차로 지연하기 위한 제3지연부; 및
    상기 제1증폭부와 상기 결합기 사이에 접속되고, 상기 제1증폭부로부터 출력되는 신호의 위상을
    Figure 112010044366110-pat00025
    만큼의 위상차로 지연하기 위한 제4지연부를 더 포함하는 송신기.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기
    Figure 112010044366110-pat00026
    만큼의 위상차는 0°, 90°또는 180°인 송신기.
  9. 삭제
  10. 기저대역신호와 다수의 국부발진신호들 중에서 적어도 어느 하나에 기초하여 제1RF 신호와 제2RF 신호를 생성하는 단계;
    상기 제1RF 신호를 수신하여 증폭하고, 증폭된 신호를 제1출력신호로서 출력하는 단계;
    상기 제2RF 신호를 수신하여 증폭하고, 증폭된 신호를 제2출력신호로서 출력하는 단계; 및
    상기 제1출력신호와 상기 제2출력신호를 합산하고, 합산 결과에 따라 고주파 신호를 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 제1RF 신호와 상기 제2RF 신호는 Φ만큼의 위상차를 갖고,
    상기 제1RF 신호를 수신하여 증폭하는 단계 이전에,
    상기 제1RF 신호의 위상을
    Figure 112010044366110-pat00027
    만큼의 위상차로 지연하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2출력신호로서 출력하는 단계 이후에,
    상기 제2출력신호의 위상을
    Figure 112010044366110-pat00028
    만큼의 위상차로 지연하는 단계를 더 포함하는 송신기의 신호처리방법.
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