KR101009778B1 - 높은 첨두전력 대 평균전력비를 가지는 전력증폭 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

높은 첨두전력 대 평균전력비(PAR)를 가지는 기저대역 신호를 증폭하는 전력 증폭기의 효율을 개선하는 장치는, 상기 기저대역 신호에서 첨두 값을 감소시킨 첨두 감소 신호 및 상기 기저대역 신호와 상기 첨두 감소 신호의 차이를 나타내는 오류신호를 생성하여 출력하는 신호 발생기와, 상기 첨두 감소 신호를 무선 주파수 대역에서 제1 증폭 신호로 증폭하는 첨두 감소 신호 증폭부와, 상기 오류신호를 상기 무선 주파수 대역에서 제2 증폭 신호로 증폭하는 오류보상 증폭부와, 상기 제1 증폭 신호와 상기 제2 증폭 신호를 결합하여 출력하는 결합기를 포함한다.
Figure R1020030074425
첨두전력 대 평균전력비, 전력 증폭기

Description

높은 첨두전력 대 평균전력비를 가지는 전력증폭 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR AMPLIFING POWER UNDER A LARGE PEAK-TO-AVERAGE RATIO}
도 1은 일반적인 첨두 제거 방식을 이용하여 전력증폭기의 효율을 개선하는 장치의 블럭 구성도.
도 2는 본 발명의 첫 번째 실시 예에 따라 전력증폭기의 효율을 개선하기 위한 장치의 블럭 구성도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 장치에서 첨두 제거되는 신호들을 나타낸 도면.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 장치에서 첨두 제거되는 신호들의 주파수 응답특성을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 첫 번째 실시 예에 따라 전력증폭기의 효율을 개선하기 위한 동작을 나타낸 흐름도.
도 6는 본 발명의 두 번째 실시 예에 따라 전력증폭기의 효율을 개선하기 위한 장치의 블럭 구성도.
도 7는 본 발명의 두 번째 실시 예에 따라 전력증폭기의 효율을 개선하기 위한 동작을 나타낸 흐름도.
도 8는 본 발명의 세 번째 실시 예에 따라 전력증폭기의 효율을 개선하기 위한 장치의 블럭 구성도.
도 9는 본 발명의 네 번째 실시 예에 따라 전력증폭기의 효율을 개선하기 위한 장치의 블럭 구성도.
본 발명은 전력증폭기(Power Amplifier)에 관한 것으로서, 특히 높은 첨두전력 대 평균전력비(Peak-to-Average Ratio)의 신호를 가지고 동작하는 전력증폭기의 효율을 개선하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
셀룰러 시스템(Cellular System)과 같은 현재의 무선통신 시스템에서는 소정 서비스영역 내에 분포되어 있는 사용자 단말기들과의 통신을 위하여 기지국에 전력증폭기를 사용하고 있다. 전력증폭기는 다중신호(Multiple signals) 전송이 필요한 통신 시스템에서 사용되는 무선주파수(Radio Frequency: RF) 신호를 증폭하여 전송한다.
특히 부호분할 다중접속(Code Division Multiple Access: CDMA)이나 직교주파수분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 등의 기술을 사용하는 셀룰러 시스템에서는 그 특성상 높은 첨두전력 대 평균전력 비(Peak-to- Average Power Ratio: 이하 PAR이라 함)를 가지는 변조된 다중신호를 동일한 주파수대역을 공유하는 다중 접속자들에게 전송해야만 한다. 이러한 통신시스템에서 무선주파수 신호를 증폭하기 위하여 사용된 기존의 전력증폭기는 높은 PAR을 가지는 신호를 증폭하고 전송하여야 하므로, 필연적으로 많은 직류 전력을 소모하여 비효율적이었으며 제조비용(cost)이 상승되었다.
높은 PAR의 신호를 가지고 동작하는 전력증폭기에서 평균전력 손실을 줄이기 위해서는 일반적으로 신호의 첨두 값(peak)을 줄이는 첨두제거(peak reduction) 방식이 이용된다. 이러한 방식으로는 "Clipping noise mitigation for OFDM by decision-aided reconstruction", to Kim et al, IEEE Communications Letters,Vol.3,No.1 January 1999와 "Design Considerations for Multicarrier CDMA Base Station Power Amplifiers", to J.S. Kenney et al, Microwave Journal, February 1999 등이 있다.
도 1은 일반적인 첨두제거 방식을 이용하여 전력증폭기의 효율을 개선하는 장치의 블럭 구성도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하여 일반적인 첨두제거 방식에 대해 설명하면, 높은 PAR를 갖는 입력신호가 기저대역 소스신호 발생기(Base band source Signal Generator: BSG)(110)로부터 첨두 감소신호 발생기(Peak reduced Signal Generator: PSG)(120)로 입력되면, 상기 첨두 감소신호 발생기 PSG(120)는 상기 입력신호에 대해 첨두신호(peak signal)를 검출하여 상기 검출된 첨두신호의 신호레벨을 감소시킴으로써 PAR이 감소된 신호를 출력한다. 상기 첨두 감소신호 발생기 PSG(120)에서 출력된 신호는 구적 변조기(Quadrature Modulator: QM)(130)에 의해 RF 국부발진기(Local Oscillator: RFLO)(145)로부터의 국부발진 신호와 결합되어 구적 변조된 RF 신호로 변환되며, 무선주파수 전력증폭기(RFPA)(140)는 상기 구적 변조기 QM(130)으로부터의 출력을 증폭하여 안테나로 전달한다.
그러나, 상기와 같은 첨두제거 방식에서는 신호의 PAR을 낮출수록 전력 증폭은 개선되나, 신호의 오류 율과 스펙트럴 리그로스(spectral re-growth)가 점차 증가하여 신호의 특성을 크게 저하시킨다는 문제점을 지니고 있다. 즉, 첨두제거 방식을 사용하는 경우 전력증폭기의 효율 개선 정도가 제약을 받게 된다. 따라서, 신호의 오류 율을 증가시키지 않으면서 전력증폭기의 효율을 효과적으로 개선하기 위한 기술을 필요로 하게 되었다.
따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은, 높은 첨두전력 대 평균전력비(PAR)을 갖는 신호를 증폭하는 전력증폭 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 전력증폭기에 의한 평균 전력손실을 감소시켜 전력을 증폭하는 전력증폭 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 전력증폭기에 의한 신호의 오류 율을 증가시키지 않으면서 전력을 증폭하는 전력증폭 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 전력증폭기의 입력신호에서 오류신호를 추출하여 별도의 전력증폭 기를 통해 증폭하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 높은 첨두전력 대 평균전력비(PAR)를 가지는 기저대역 신호를 증폭하는 전력 증폭 장치는, 상기 기저대역 신호의 크기 정보를 검출하고, 상기 검출된 크기 정보를 이용하여 스케일 팩터를 결정하며, 상기 결정된 스케일 팩터를 사용하여 상기 기저대역 신호와 첨두 감소 신호 간의 차이를 나타내는 오류신호를 생성하고, 상기 기저대역 신호에서 상기 생성된 오류신호를 빼줌으로써 상기 첨두 감소 신호를 생성하는 신호 발생기와, 상기 첨두 감소 신호를 무선 주파수 대역에서 제1 증폭 신호로 증폭하는 첨두 감소 신호 증폭부와, 상기 오류신호를 상기 무선 주파수 대역에서 제2 증폭 신호로 증폭하는 오류보상 증폭부와, 상기 제1 증폭 신호와 상기 제2 증폭 신호를 결합하여 출력하는 결합기를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 높은 첨두전력 대 평균전력비(PAR)을 가지는 기저대역 신호를 증폭하는 전력증폭 방법은, 상기 기저대역 신호의 크기 정보를 검출하고, 상기 검출된 크기 정보를 이용하여 스케일 팩터를 결정하며, 상기 결정된 스케일 팩터를 사용하여 상기 기저대역 신호와 첨두 감소 신호 간의 차이를 나타내는 오류신호를 생성하고, 상기 기저대역 신호에서 상기 생성된 오류신호를 빼줌으로써 상기 첨두 감소 신호를 생성하는 제 1 과정과, 상기 첨두 감소 신호 및 상기 오류신호를 무선 주파수 대역에서 증폭하는 제 2 과정과, 상기 증폭된 첨두 감소 신호와 상기 증폭된 오류신호를 결합하는 제 3 과정을 포함한다.
또한 본 발명에 따른 높은 첨두전력 대 평균전력비(PAR)를 가지는 기저대역 신호를 증폭하는 전력 증폭 장치는, 상기 기저대역 신호에서 첨두 값을 감소시킨 첨두 감소 신호 및 상기 기저대역 신호와 상기 첨두 감소 신호의 차이를 나타내는 오류신호를 생성하고, 상기 첨두 감소 신호 및 상기 오류신호의 크기를 이용해 각각의 구적 변조 신호 크기 검출 레벨을 생성하여 출력하는 신호 발생기와, 상기 신호 발생기로부터 출력되는 상기 첨두 감소 신호를 무선 주파수 대역에서 바이어스 적응 방식으로 증폭하는 첨두 감소 신호 증폭부와, 상기 신호 발생기로부터 출력되는 상기 첨두 감소 신호의 구적 변조 신호 크기 검출 레벨을 이용하여 바이어스 적응 제어 신호를 생성하여 상기 첨두 감소 신호 증폭부로 출력하는 제 1 바이어스 적응 제어부와, 상기 신호 발생기로부터 출력되는 상기 오류신호를 상기 무선 주파수 대역에서 이용하여 상기 바이어스 적응 방식으로 증폭하는 오류보상 증폭부와, 상기 신호 발생기로부터 출력되는 상기 오류신호의 구적 변조 신호 크기 검출 레벨을 이용하여 바이어스 적응 제어 신호를 생성하여 상기 오류 보상 증폭부로 출력하는 제 2 바이어스 적응 제어부와, 상기 첨두 감소 신호 증폭부에 의해 증폭된 신호와 상기 오류보상 증폭부에 의해 증폭된 신호를 결합하여 출력하는 결합기를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상세 동작 및 구조에 대하여 상세히 설명한다. 도면들 중 참조번호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
후술되는 본 발명은 무선주파수 신호를 증폭하는 전력증폭기에서 높은 첨두전력 대 평균전력비(Peak-to-Average Ratio: 이하 PAR이라 칭한다.)를 가지는 기저대역 소스 신호(Base band source signal: 이하 BS라 기재함)에 대해서 첨두신호를 검출하고, 상기 첨두 신호를 제거한 나머지 신호인 첨두 감소 신호(Peak Reduced Signal: PRS)와 상기 BS와 상기 PRS의 차이를 나타내는 오류신호(Error Signal: ES)를 각각 별도로 증폭기를 사용하여 증폭한 후 결합하는 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 장치는, 상기 첨두 감소 신호(Peak Reduced Signal: PRS) 및 오류신호(Error Signal: ES)를 생성하여 출력하는 신호 발생기와, 상기 신호 발생기로부터 출력되는 첨두 감소 신호를 무선 주파수 대역에서 증폭하는 첨두 감소 신호 증폭부와, 상기 신호 발생기로부터 출력되는 오류신호(Error Signal: ES)를 무선 주파수 대역에서 증폭하는 오류보상 증폭부와, 상기 첨두 감소 신호 증폭부로부터의 증폭된 신호와 상기 오류 보상 증폭부로부터의 증폭된 신호를 결합하여 최종 출력하는 결합기로 구성된다.
하기에서는 신호 발생기의 구성 요소들과 상기 오류 보상 증폭부 및 첨두 감소 신호 증폭부의 구성 요소들을 가장 효과적으로 배치하기 위한 네 가지 실시 예를 제시한다.
상기 첨두 감소 신호 증폭부와 오류 신호 증폭부의 스펙트럴 리그로스(spectral re-growth)가 결합기에서 결합될 때 구적 변조기를 이용하여 두 증폭기의 출력 신호가 동일한 전송시간(delay time)과 크기, 180 위상 차를 유지하도록 하여, 신호 발생기에서 첨두 감소 신호 PRS를 생성할 때 증가되는 오류 율을 보상하고 첨두 감소 신호 PRS와 오류 신호 ES에 추가되는 스펙트럴 리그로스(spectral re-growth)를 어느 정도 상쇄할 수는 있지만, 동작 환경에 따른 두 증폭부 상의 구성 성분들의 크기와 위상의 변화로 인해 결합기에서 보상해줄 수 있는 오류 율과 상쇄시킬 수 있는 스펙트럴 리그로스(spectral re-growth)의 양이 제한적이기 때문에 우선적으로 첨두 감소 신호 PRS의 오류 율과 첨두 감소 신호 PRS와 오류 신호 ES의 스펙트럴 리그로스(spectral re-growth)가 작도록 PEG에서 첨두 감소 신호 PRS와 오류 신호 ES를 발생시켜야만 한다.
따라서, 상기 신호 생성기는 도 2에 도시된 바와 같이 기저 대역 소스 신호(Base band source signal: BS)로부터 SF(Scale Factor)를 이용하여 PRS를 먼저 발생시키고, BS와 PRS의 차이인 ES를 발생시키는 경우와, 도 6에 도시된 바와 같이BS로부터 SF를 이용하여 ES를 먼저 발생시키고 BS와 ES의 차이인 PRS를 발생시키는 경우가 있다.
다음으로 증폭을 위한 구성 요소에 따른 실시 예들은 도 8 및 도 9는 첨두 감소와 오류 보상을 이용한 기지국 BS의 전송구조에서 첨두 감소 신호 증폭부와 오류 신호 증폭부의 효율과 선형성을 개선하기 위하여 무선주파수 전력증폭기(RFPA)와 RFEA에 바이어스 적응(bias adaptation)방식을 적용하는 구조이다.
도 8은 첨두 감소와 에러 보상을 이용한 기지국 BS의 전송구조에서 바이어스 적응을 위한 크기 검출(envelope detection)을 무선 주파수 대역(RF band)에서 한 경우이다.
도 9는 첨두 감소와 오류 보상을 이용한 기지국 BS의 전송구조에서 바이어스 적응을 위한 크기 검출(Envelope detection)을 기저 대역에서 한 경우이다.
그러면, 우선 본 발명의 첫 번째 실시 예에 따라 전력증폭기의 효율을 개선하기 위한 장치를 도 2를 참조하여 살펴보기로 한다.
도 2를 참조하면 본 발명에 따른 장치는, 높은 PAR을 갖는 기저대역 소스신호(Base band source signal: BS)를 발생시키는 기저대역 신호 발생기(Baseband Signal Generator: BSG)(205)와, 상기 기저대역 신호 BS에서 첨두 값(peak)을 감소시킨 첨두 감소 신호(Peak Reduced Signal: PRS) 및 상기 기저대역 신호 BS와 상기 첨두 감소 신호 PRS의 차이를 나타내는 오류신호(Error Signal: ES)를 생성하여 출력하는 신호 발생기(210)와, 상기 신호 발생기(210)로부터 출력되는 첨두 감소 신호(Peak Reduced Signal: PRS)를 무선 주파수(Radio Frequency: RF)대역에서 증폭하는 첨두 감소 신호 증폭부(Main Amplification Part)(255)와, 상기 신호 발생기(210)로부터 출력되는 오류신호(Error Signal: ES)를 무선 주파수 대역에서 증폭하는 오류보상 증폭부(Error Correction Amplification Part)(285)와, 상기 첨두 감소 신호 증폭부(255)로부터의 증폭된 신호와 상기 오류 보상 증폭부(255)로부터의 증폭된 신호를 결합하여 최종 출력하는 결합기(Summer: SUM)(290)로 구성된다.
상기 신호 생성부(210)에서 상기 첨두 감소 신호 PRS를 구하기 위한 구성에 대해 설명하면, 크기 검출기(BS Envelope Detector: BED)(225)가 상기 기저대역 신호 BS의 크기정보(Signal Envelope Detection Level: EDL)를 검출하면, 스케일 팩터 결정기(Scale Factor Decider: SFD)(230)는 상기 크기 검출기 ED(255)에 의해 검출된 크기정보 EDL을 이용하여 상기 기저대역 신호 BS의 피크 값을 감소시키기 위한 스케일 팩터(Scale Factor: SF)를 결정한다. 상기 스케일 팩터 SF는 상기 피크 값을 감소시키는 비율을 나타내는 것이며, 첨두 감소 신호 PRS와 오류신호 ES의 스펙트럴 리그로스를 최소화하도록 결정된다. 상기 스케일 팩터 SF를 구하는 방법은 알려진 첨두제거 방식에 의한 것이므로 그 상세한 설명을 생략한다.
여기서 상기 첨두제거 방식은 첨두신호를 제거하는 형태에 따라 하드 클리핑(hard-clipping)과 소프트 클리핑(soft-clipping)으로 구분할 수 있다. 즉 도 3a와 같은 신호크기(Signal Envelope: SE)를 갖는 높은 PAR 신호가 입력되는 경우, 하드 클리핑은 도 3b와 같이 신호크기 SE가 일정 값 L 이하인 신호는 바이패스하고 신호크기 SE가 상기 일정 값 L 이상인 신호는 모두 제거하는 방식이며, 소프트 클리핑은 도 3c와 같이 신호크기 SE가 일정 값 L 이하인 신호는 바이패스하고 신호크기 SE가 상기 일정 값 L을 초과하는 신호의 크기에 따라 클리핑하는 량을 변화시킨다. 하드 클리핑은 입력신호의 스펙트럴 리그로스를 증가시키기 때문에 소프트 클리핑을 이용하여 첨두신호를 제거하는 것이 보다 바람직하다.
다시 도2를 참조하면, 상기 첨두 감소 신호 발생기(Peak reduction Signal Generator: PSG)(220)는 상기 스케일 팩터 SF에 따라 상기 기저대역 신호 BS의 첨두 값을 감소시킴으로써 상기 첨두 감소 신호 PRS를 발생한다. 상기 첨두 감소 신호 PRS는 상기 기저대역 신호 BS에 상기 스케일 팩터 SF를 곱함으로써 발생된다. 상기 첨두 감소 신호 PRS는 상기 제1 구적 변조기 PQM(240)으로 입력되기 전에, 상기 첨두 감소 신호 PRS와 상기 오류신호 ES간의 시간차를 보상하기 위해 제 1 지연기(PRS Delay: PRSD)(235)에 의해 소정시간만큼 지연된다.
다음으로 상기 신호 발생기(210)에서 상기 오류신호 ES를 구하기 위한 구성에 대해 설명하면, 먼저 상기 기저대역 신호 BS는 상기 기저대역 신호 BS와 상기 첨두 감소 신호 PRS간의 시간차를 보상하기 위해 제2 지연기(BS Delay: BSD)(260)에 의해 소정시간만큼 지연된다. 그러면, 오류신호 발생기(Error Signal Generator: ESG)(265)는 상기 제 2 지연기 BSD(260)로부터의 지연된 신호(Delayed BS: DBS)에서 상기 첨두 감소 신호 발생기 PSG(220)로부터의 상기 첨두 감소 신호 PSG를 뺌으로써 상기 오류신호 ES를 발생하여 상기 제2 구적 변조기 EQM(270)로 입력한다.
먼저 첨두 감소 신호 증폭부(255)에서, 제1 구적 변조기(Peak reduced signal Quadrature Modulator: PQM)(240)는, 상기 첨두 감소 신호 PRS를 무선 주파수 대역으로 상승변환(up-conversion)한 후 RF 국부발진기(Local Oscillator: RFLO)(245)로부터의 국부발진 신호 LO와 결합함으로써 제1 구적변조 신호(Peak reduction Qudrature Modulated signal: PQS)로 변환한다. 그러면 제1 전력증폭기(RFPA)(250)는 상기 제1 구적변조 신호 PQS를 증폭하여 제1 증폭신호(Amplified PQS: APQS)를 출력한다.
상기 오류보상 증폭부(285)에, 제2 구적 변조기(Error signal Quadrature Modulator: EQM)(270)는 상기 오류신호 ES를 무선 주파수 대역으로 상승변환한 후 상기 RF 국부발진기 RFLO(245)로부터의 상기 국부발진 신호 LO와 결합함으로써 제2 구적변조 신호(Error Quadrature modulated Signal: EQS)로 변환한다.
오류보상기(Error Quadrature modulated signal Compensation: EQC)(275)는 상기 첨두 감소 신호 증폭부(255)로부터의 증폭된 신호와 상기 오류보상 증폭부(285)로부터의 증폭된 신호를 결합할 수 있도록 하기 위하여, 상기 제2 구적변조 신호 EQS의 크기(Amplitude)와 위상 및 지연을 보상하여 제2 전력증폭기(Radio Frequency Error Correction Amplifier: RFEA)(280)로 제공하며, 상기 제2 전력증폭기 RFEA(280)는 상기 오류보상기 EQC(275)에 의해 보상된 EQS를 증폭하여 제2 증폭신호(Amplified EQS: AEQS)를 출력한다.
그러면 상기 결합기 SUM(290)은 상기 제1 증폭신호 APQS와 상기 제2 증폭신호 AEQS를 결합하여 최종 증폭된 신호(Amplified Output Signal: AOS)를 출력한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 장치에서 신호들의 주파수 응답특성을 나타낸 것이며, 도 5는 본 발명의 첫 번째 실시 예에 따라 전력증폭기의 효율을 개선하기 위한 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 500 단계에서 기저대역 신호 발생기 BSG(205)는 동위상(In phase) 성분 IBS와 직교위상(Quadrature phase) 성분 QBS로 이루어진 기저대역 신호 BS는 크기검출기 BED(225)와 첨두 감소 신호 발생기 PSG(220)와 제 2 지연기 BSD(260)로 각각 입력된다. 도 4a는 상기 기저대역 신호 BS의 주파수 응답특성을 나타낸 것이다. 505 단계에서 상기 크기 검출기 BED(225)는 상기 기저대역 신호 BS의 신호크기(Signal Envelope: SE)를 구하고 상기 구해진 신호크기가 미리 정해진 기준 값 L을 초과하는지 및 초과하는 정도를 검출한다.
상기 신호크기 SE가 상기 기준 값 L을 초과하지 않은 경우 상기 기저대역 신호 BS를 클리핑할 필요는 없다. 그러나 상기 신호크기 SE가 상기 기준 값 L을 초과한 경우에는 상기 기저대역 신호에서 그 초과하는 부분을 클리핑할 시 발생하는 오류 율과 스펙트럴 리그로스(spectral re-growth)를 최소화할 수 있도록, 510 단계에서는 스케일 팩터 결정기 SFD(230)에 의해 상기 신호크기 SE의 상기 기준 값 L의 초과량에 따라 스케일 팩터 SF를 결정한다. 상기 스케일 팩터 SF는 상기 동위상 성분 IBS를 위한 스케일 팩터 SFI와 상기 직교위상 성분 QBS를 위한 스케일 팩터 SFQ로 이루어진다.
그러면 515 단계에서 첨두 감소 신호 발생기 PSG(220)는 기저대역 신호 BS에 상기 스케일 팩터 SF를 곱하여 첨두 감소 신호 PRS를 발생한다. 도 4b에 상기 첨두 감소 신호 PRS의 주파수 응답특성을 나타내었다.
상기 첨두 감소 신호 발생기 PSG(220)에서 발생된 상기 첨두 감소 신호 PRS는 제 1 지연기 PRSD(235)를 통과하여 제 1 구적 변조기 PQM(240)에 입력되며, 520 단계에서 상기 제1 구적 변조기 PQM(240)에 의하여 RF 국부발진기 RFLO(245)로부터의 국부발진 신호 LO와 결합됨으로써 무선 주파수 대역으로 상승 변환된 제1 구적변조 신호 PQS가 된다. 525 단계에서 상기 제1 구적변조 신호 PQS는 제1 전력증폭기 RFPA(250)에 의해 증폭되어 제1 증폭 신호 APQS가 된다.
한편 535 단계에서 오류신호 발생기 ESG(265)는 제 2 지연기 BSD(260)를 통과한 지연된 기저대역 신호 DBS에서 상기 첨두 감소 신호 PRS를 빼서 오류신호 ES를 발생한다. 상기 오류신호 ES는 상기 기저대역 신호 BS의 첨두신호가 되며 그 주파수 응답특성은 도 4c에 나타내었다. 상기 제 2 지연기 BSD(260)는 상기 지연된 기저대역 신호 DBS와 상기 첨두 감소 신호 PRS의 동기를 맞추기 위해 상기 기저대역 신호 BS를 지연시켜 상기 지연된 기저대역 신호 DBS를 발생한다.
상기 오류신호 발생기 ESG(265)에서 발생된 상기 오류신호 ES는 제2 구적 변조기 EQM(270)에 입력되며, 540 단계에서 상기 제2 구적 변조기 EQM(270)에 의하여 상기 RF 국부발진기 RFLO(245)로부터의 국부발진 신호 LO와 결합됨으로써 무선 주파수 대역으로 상승 변환된 제2 구적변조 신호 EQS가 된다. 545 단계에서 상기 제2 구적변조 신호 EQS는 오류 보상기 EQC(275)를 통과한 후 제2 전력증폭기 RFEA(280)에 의해 증폭되어 제2 증폭 신호 AEQS가 된다. 상기 오류 보상기 EQC(275)는 상기 제1 전력증폭기 RFPA(250)와 상기 제2 전력증폭기 RFEA(280)의 증폭 특성을 고려하여 상기 제2 구적변조 신호 EQS의 크기와 이득 및 지연을 보상한 후 상기 제2 전력증폭기 RFEA(280)로 제공한다.
550 단계에서 상기 제1 전력증폭기 RFPA(250)와 상기 제2 전력증폭기 RFEA(280)에서 각각 증폭된 상기 제1 증폭 신호 APQS 및 상기 제2 증폭 신호 AEQS는 결합기 SUM(285)에서 결합되며, 560 단계에서 상기 결합기 SUM(285)는 상기 결합결과 증폭된 출력신호(Amplified Output Signal: AOS)를 출력한다. 상기 결합에 의해 상기 첨두 감소 신호 발생기 PSG(220)에 의해 클리핑된 부분이 보상될 뿐 아니라, 상기 제1 증폭 신호 APQS에서 오류와 스펙트럴 리그로스가 제거된다.
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도 6은 본 발명의 두 번째 실시 예에 따른 전력증폭기의 효율을 개선하기 위한 장치의 블럭 구성도를 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면 상술한 첫 번째 실시 예에 따른 도 2에 도시한 장치와 동일하게, 높은 PAR을 갖는 기저대역 소스신호(Base band source signal: BS)를 발생시키는 기저대역 신호 발생기(Baseband Signal Generator: BSG)(605)와, 상기 기저대역 신호 BS에서 첨두 값(peak)을 감소시킨 첨두 감소 신호(Peak Reduced Signal: PRS) 및 상기 기저대역 신호 BS와 상기 첨두 감소 신호 PRS의 차이를 나타내는 오류신호(Error Signal: ES)를 생성하여 출력하는 신호 발생기(610)와, 상기 신호 발생기(210)로부터 출력되는 첨두 감소 신호(Peak Reduced Signal: PRS)를 무선 주파수(Radio Frequency: RF) 대역에서 증폭하는 첨두 감소 신호 증폭부(Main Amplification Part)(655)와, 상기 신호 발생기로부터 출력되는 오류신호(Error Signal: ES)를 무선 주파수 대역에서 증폭하는 오류보상 증폭부(Error Correction Amplification Part)(685)와, 상기 첨두 감소 신호 증폭부(655)로부터의 증폭된 신호와 상기 오류보상 증폭부(685)로부터의 증폭된 신호를 결합하여 최종 출력하는 결합기(Summer: SUM)(690)로 구성된다.
도 6에 도시된 장치는 신호 발생기에서 스케일 팩터 신호를 오류 신호 발생기로 출력하도록 구현된다는 점에서 도 2에 도시된 장치 구성과 다르다.
우선 상기 신호 생성부(610)에서 상기 오류 신호 ES를 구하기 위한 구성에 대해 설명하면, 크기 검출기(Envelope Detector: BED)(625)가 상기 기저대역 신호 BS의 크기정보(Signal Envelope Detection Level: EDL)를 검출하면, 스케일 팩터 결정기(Scale Factor Decider: SFD)(630)는 상기 크기검출기 ED(255)에 의해 검출된 크기정보 EDL을 이용하여 상기 기저대역 신호 BS의 피크 값을 감소시키기 위한 스케일 팩터(Scale Factor: SF)를 결정한다. 상기 스케일 팩터 SF는 상기 피크 값을 감소시키는 비율을 나타내는 것이며, 첨두 감소 신호 PRS와 오류신호 ES의 스펙트럴 리그로스를 최소화하도록 결정된다. 상기 스케일 팩터 SF를 구하는 방법은 알려진 첨두제거 방식에 의한 것이므로 그 상세한 설명을 생략한다.
여기서 상기 첨두제거 방식은 첨두신호를 제거하는 형태에 따라 하드 클리핑(hard-clipping)과 소프트 클리핑(soft-clipping)으로 구분할 수 있다. 즉 도 3a와 같은 신호크기(Signal Envelope: SE)를 갖는 높은 PAR 신호가 입력되는 경우, 하드 클리핑은 도 3b와 같이 신호크기 SE가 일정 값 L 이하인 신호는 바이패스하고 신호크기 SE가 상기 일정 값 L 이상인 신호는 모두 제거하는 방식이며, 소프트 클리핑은 도 3c와 같이 신호크기 SE가 일정 값 L 이하인 신호는 바이패스하고 신호크기 SE가 상기 일정 값 L을 초과하는 신호의 크기에 따라 클리핑하는 량을 변화시킨다. 하드 클리핑은 입력신호의 스펙트럴 리그로스를 증가시키기 때문에 소프트 클리핑을 이용하여 첨두신호를 제거하는 것이 보다 바람직하다.
상기 오류 신호 발생기(Error Signal Generator: ESG)(620)는 상기 스케일 팩터 SF에 따라 상기 기저대역 신호 BS의 첨두 값을 감소시킴으로써 상기 오류 신호 ES를 발생한다. 상기 오류 신호 ES는 상기 기저대역 신호 BS에 상기 스케일 팩터 SF를 곱함으로써 발생된다. 상기 오류 신호 ES는 상기 제 2 구적 변조기 PQM(670)으로 입력되기 전에, 상기 첨두 감소 신호 PRS와 상기 오류신호 ES간의 시간차를 보상하기 위해 제 1 지연기(ES Delay: ESD)(235)에 의해 소정시간만큼 지연된다.
또한 상기 신호 발생기(610)에서 상기 첨두 감소 신호 PRS를 구하기 위한 구성에 대해 설명하면, 먼저 상기 기저대역 신호 BS는 상기 기저대역 신호 BS와 상기 오류 신호 ES간의 시간차를 보상하기 위해 제 2 지연기(BS Delay: BSD)(660)에 의해 소정시간만큼 지연된다. 그러면 첨두 신호 발생기(Peak Reduced Signal Generator: PSG)(665)는 상기 제 2 지연기 BSD(660)로부터의 지연된 신호(Delayed BS: DBS)에서 상기 오류 신호 발생기 ESG(620)로부터의 상기 오류 신호 ESG를 뺌으로써 상기 첨두 감소 신호 PRS를 발생하여 상기 제 1 구적 변조기 PQM(640)로 입력한다.
첨두 감소 신호 증폭부(Main Amplification Part)(655)와, 오류보상 증폭부(Error Correction Amplification Part)(685)와, 결합기(Summer: SUM)(690)의 구성 및 동작은 도 2를 참조하여 설명한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명의 두 번째 실시 예에 따라 전력증폭기의 효율을 개선하기 위한 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 700 단계에서 기저대역 신호 발생기 BSG(605)는 동위상(In phase) 성분 IBS와 직교위상(Quadrature phase) 성분 QBS로 이루어진 기저대역 신호 BS는 크기검출기 BED(625)와 오류 신호 발생기 ESG(220)와 제 2 지연기 BSD(660)로 각각 입력된다. 도 4a는 상기 기저대역 신호 BS의 주파수 응답특성을 나타낸 것이다. 705 단계에서 상기 크기 검출기 BED(625)는 상기 기저대역 신호 BS의 신호크기(Signal Envelope: SE)를 구하고 상기 구해진 신호크기가 미리 정해진 기준 값 L을 초과하는지 및 초과하는 정도를 검출한다.
상기 신호크기 SE가 상기 기준 값 L을 초과하지 않은 경우 상기 기저대역 신호 BS를 클리핑할 필요는 없다. 그러나 상기 신호크기 SE가 상기 기준 값 L을 초과한 경우에는 상기 기저대역 신호에서 그 초과하는 부분을 클리핑할 시 발생하는 오류 율과 스펙트럴 리그로스(spectral re-growth)를 최소화할 수 있도록, 710 단계에서는 스케일 팩터 결정기 SFD(630)에 의해 상기 신호크기 SE의 상기 기준 값 L의 초과량에 따라 스케일 팩터 SF를 결정한다. 상기 스케일 팩터 SF는 상기 동위상 성분 IBS를 위한 스케일 팩터 SFI와 상기 직교위상 성분 QBS를 위한 스케일 팩터 SFQ로 이루어진다.
그러면 715 단계에서 오류 신호 발생기 ESG(620)는 기저대역 신호 BS에 상기 스케일 팩터 SF를 곱하여 오류 신호 ES를 발생한다. 도 4b에 상기 오류 신호 ES의 주파수 응답특성을 나타내었다.
상기 오류 신호 발생기 ESG(620)에서 발생된 상기 오류 신호 ERS는 제 1 지연기 ESD(635)를 통과하여 제 2 구적 변조기 EQM(670)에 입력되며, 720 단계에서 상기 제 2 구적 변조기 EQM(670)에 의하여 RF 국부발진기 RFLO(645)로부터의 국부발진 신호 LO와 결합됨으로써 무선 주파수 대역으로 상승 변환된 제1 구적변조 신호 EQS가 된다. 725 단계에서 상기 제 2 구적변조 신호 EQS는 오류 보상기 EQS(675)를 통과하여 제 2 전력증폭기 RFEA(650)에 의해 증폭되어 제 1 증폭 신호 AEQS가 된다.
상기 오류 보상기 EQC(675)는 상기 제 1 전력증폭기 RFPA(650)와 상기 제2 전력증폭기 RFEA(680)의 증폭 특성을 고려하여 상기 제 2 구적변조 신호 EQS의 크기와 이득 및 지연을 보상한 후 상기 제 2 전력증폭기 RFEA(280)로 제공한다.
한편 735 단계에서 첨두 감소 신호 발생기 PSG(665)는 제 2 지연기 BSD(660)를 통과한 지연된 기저대역 신호 DBS에서 상기 오류 신호 ES를 빼서 첨두 감소 신호 PRS를 발생한다. 상기 첨두 감소 신호 PRS는 상기 기저대역 신호 BS의 첨두신호가 되며 그 주파수 응답특성은 도 4c에 나타내었다. 상기 제 2 지연기 BSD(660)는 상기 지연된 기저대역 신호 DBS와 상기 오류 신호 ES의 동기를 맞추기 위해 상기 기저대역 신호 BS를 지연시켜 상기 지연된 기저대역 신호 DBS를 발생한다.
상기 첨두 감소 신호 발생기 PSG(665)에서 발생된 상기 첨두 감소 신호 PRS는 제 1 구적 변조기 PQM(640)에 입력되며, 740 단계에서 상기 제 1 구적 변조기 PQM(640)에 의하여 상기 RF 국부발진기 RFLO(645)로부터의 국부발진 신호 LO와 결합됨으로써 무선 주파수 대역으로 상승 변환된 제 1 구적변조 신호 PQS가 된다. 745 단계에서 상기 제 1 구적변조 신호 PQS는 제 1 전력증폭기 RFPA(650)에 의해 증폭되어 제 1 증폭 신호 APQS가 된다.
750 단계에서 상기 제1 전력증폭기 RFPA(650)와 상기 제2 전력증폭기 RFEA(680)에서 각각 증폭된 상기 제1 증폭 신호 APQS 및 상기 제2 증폭 신호 AEQS는 결합기 SUM(685)에서 결합되며, 760 단계에서 상기 결합기 SUM(685)는 상기 결합결과 증폭된 출력신호(Amplified Output Signal: AOS)를 출력한다. 상기 결합에 의해 상기 첨두 감소 신호 발생기 PSG(220)에 의해 클리핑된 부분이 보상될 뿐 아니라, 상기 제1 증폭 신호 APQS에서 오류와 스펙트럴 리그로스가 제거된다.
도 2 및 도 6의 구성에서 제1 전력증폭기 RFPA의 효율은 높은 PAR을 갖는 입력신호를 첨두제거 방식을 이용해 낮은 PAR을 갖는 신호로 변환해줌으로써 개선할 수 있다. 그러나 이러한 경우 상기 제1 전력증폭기 RFPA로부터 출력되는 신호의 오류 율과 스펙트럴 리그로스가 크게 증가한다. 본 발명에서는 제2 전력증폭기 RFEA의 출력신호를 이용하여 상기 제1 전력증폭기 RFPA 출력의 증가된 오류 율과 스펙트럴 리그로스를 보상하게 되면, 결과적으로 효율은 증가하면서 오류 율과 스펙트럴 리그로스는 개선된다. 여기서 제2 전력증폭기 RFPA의 효율개선 정도를 결정하는 요인은 첨두 감소 신호 PRS의 PAR이며, 제2 전력증폭기 RFEA의 용량을 결정하는 요인은 첨두 감소 신호 PRS의 스펙트럴 리그로스, 즉 오류신호 ES의 크기이다.
최적의 효율개선을 위해서 첨두 감소 신호 PRS에 요구되는 특성은 PAR과 스펙트럴 리그로스가 모두 낮아야 한다는 점이다. 만일 첨두 감소 신호 PRS가 도 3b와 같은 하드 클리핑에 가깝도록 첨두 제거된 경우, 첨두 감소 신호 PRS에 의해 생성된 제1 구적변조 신호 PQS의 PAR이 감소되어 제1 전력증폭기 RFPA의 효율은 개선되나 스펙트럴 리그로스가 악화되어 결국 요구되는 제2 전력증폭기 RFEA의 용량이 증가된다. 이는 전체 시스템의 효율개선에 나쁜 영향을 미치게 되므로, 첨두 감소 신호 PRS는 PAR과 스펙트럴 리그로스가 모두 낮아지도록 발생되어야 전체 시스템의 효율개선이 최적화된다.
다음으로 본 발명의 세 번째 실시 예에 따른, 첨두 감소와 에러 보상을 이용한 기지국 BS의 전송구조에서 바이어스 적응을 위한 크기 검출(envelope detection)을 무선 주파수 대역(RF band)에서 하는 경우의 장치를 도 8을 참조하여 살펴보기로 한다.
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도 8을 참조하면, 신호 발생기(810)에서 발생된 첨두 감소 신호 PRS는 제 1 구적 변조기 PQM(840)에 입력되며 이 신호는 제1 구적 변조기 PQM(840)에서 RF 국부발진기 RFLO(845)와 결합되어 무선 주파수 대역으로 상승 변환(up-conversion)된 제1 구적변조 신호 PQS로 변환된다. 제1 구적변조 신호 커플러(Peak reduction Qudrature Modulated signal Coupler: PQSC)(847)는 제1 구적변조 신호 PQS의 신호를 분리하여 제 1 구적 변조 신호 크기 검출기(PQS Envelope Detection: PED)(848)와 무선주파수 전력증폭기(RFPA)(850)로 나누어 주는 역할을 하며, 제 1 구적 변조 신호 크기 검출기 PED(848)는 제1 구적변조 신호 PQS의 크기를 검출한 제 1 구적 변조 신호 크기 검출 레벨(PQS Envelope Detection Level: PEDL)을 제 1 전력 증폭기 바이어스 적응 제어부(RFPA Bias Adaptation Controller: PBAC)(849)로 전달하고 제 1 전력 증폭기(RFPA)(850)는 입력된 제1 구적변조 신호 PQS를 증폭하여 제1 증폭신호 APQS로 변환시킨다. 제 1 전력 증폭기 바이어스 적응 제어부 PBAC(849)는 검출된 제 1 구적 변조 신호 크기 검출 레벨 PEDL을 이용하여 제 1 구적변조 신호 PQS를 증폭하는 제 1 전력증폭기(RFPA)(850)가 바이어스 적응 방식으로 동작할 수 있도록 제 1 전력 증폭기 바이어스 적응 제어 신호(RFPA Bias Adaptation Controller Signal: PBS)를 조절하여 무선주파수 전력증폭기(RFPA)(850) 내부의 무선 트랜지스터(RF transistor)에 공급되는 바이어스를 변화시켜준다.
제 1 전력 증폭기(RFPA)(850)에 적용할 수 있는 바이어스 적응 방식으로는 무선주파수 전력증폭기(RFPA)(850)에 사용되는 트랜지스터의 드레인(drain)공급 전압을 변화시켜주는 드레인 바이어스 제어(drain bias control)방법, 제 1 전력증폭기(RFPA)(850)에 사용되는 트랜지스터의 게이트(gate)전압을 변화시켜 드레인 공급 전류를 변화시켜주는 게이트 바이어스 제어(gate bias control)방법, 드레인 바이어스 제어 방법과 게이트 바이어스 제어 방법을 동시에 사용하는 이중 바이어스 제어(dual bias control)방법 등이 있다. 제 1 전력증폭기(RFPA)(850) 에서 증폭하는 제 1 구적변조 신호 PQS의 경우 첨두 감소에 의해서 BS보다 PAR이 낮기 때문에 제 1 전력증폭기(RFPA)(850)의 선형성과 효율이 개선될 뿐 아니라 바이어스 적응 방식을 제 1 전력증폭기(RFPA)(850)에 적용하여 여기에 추가적으로 선형성과 효율을 개선하는 효과를 얻을 수 있다.
신호 발생기(810)에서 발생된 오류 신호 ES는 제 2 구적 변조기 EQM(870)에 입력되며, 이 신호는 제 2 구적 변조기 EQM(870)에서 RF 국부발진기 RFLO(845)와 결합되어 무선 주파수 대역(RF band)으로 상승 변환된 제 2 구적변조 신호 EQS로 변환된다. 오류보상기 EQC(875)에 입력된 제 2 구적변조 신호 EQS는 시간지연(time delay), 크기변화, 위상변화를 거쳐 제 2 구적변조 신호 커플러(Error Qudrature Modulated signal Coupler: EQSC)(877)로 보내진다. 제 2 구적 변조 신호 커플러EQSC(877)는 제2 구적변조 신호 EQS의 신호를 분리하여 제 2 구적 변조 신호 크기 검출기(EQS Envelope Detection: EED)(878)와 제2 전력증폭기 RFEA(880)로 나누어 주는 역할을 하며, 제 2 구적 변조 신호 크기 검출기 EED(878)는 제2 구적변조 신호 EQS의 신호 크기(Signal Envelope: SE)을 검출한 제 2 구적 변조 신호 크기 검출 레벨(EQS Envelope Detection Level: EEDL)을 제 2 전력 증폭기 바이어스 적응 제어부(RFPA Bias Adaptation Controller: EBAC)(879)로 전달하고 제 2 전력증폭기 RFEA(880)는 입력된 제2 구적변조 신호 EQS를 증폭하여 AEQS로 변환시킨다. 제 2 전력 증폭부 바이어스 적응 제어부 EBAC(879)는 검출된 제 2 구적 변조 신호 크기 검출 레벨 EEDL을 이용하여 제2 구적변조 신호 EQS를 증폭하는 제2 전력증폭기 RFEA(880)가 바이어스 적응 방식으로 동작할 수 있도록 제 2 전력 증폭기 바이어스 적응 제어 신호(RFEA Bias Adaptation Controller Signal: PBS)를 조절하여 준다.
제 2 전력증폭기 RFEA(880)에 적용할 수 있는 바이어스 적응 방식으로는 제2 전력증폭기 RFEA(880)에 사용되는 트랜지스터의 공급전압을 변화시켜주는 드레인 바이어스 제어 방법, 제 2 전력증폭기 RFEA(880)에 사용되는 트랜지스터의 공급전류를 변화시켜주는 게이트 바이어스 제어 방법, 드레인 바이어스 제어 방법과 게이트 바이어스 제어 방법을 동시에 사용하는 이중 바이어스 제어 방법 등이 있다. 제2 전력증폭기 RFEA(880)에서 증폭하는 제2 구적변조 신호 EQS의 경우 BS보다 훨씬 높은 PAR을 갖기 때문에 바이어스 방식을 적용할 경우 선형성과 효율의 개선 정도가 PAR이 낮은 신호를 증폭하는 무선주파수 전력증폭기(RFPA)(850)의 경우보다 훨씬 크게 된다.
도 9는 첨두 감소와 오류 보상을 이용한 기지국 BS의 전송구조에서 바이어스 적응을 위한 크기 검출(Envelope detection)을 기저 대역에서 한 경우이며 동작은 다음과 같다.
PEG 에서는 BS를 첨두 감소 신호 PRS와 오류 신호 ES로 분리하여 제1 구적 변조기 PQM(940)과 제2 구적 변조기 EQM(970)으로 보내고 첨두 감소 신호 PRS의 신호 크기(Signal Envelope: SE)과 오류 신호 ES의 신호 크기(Signal Envelope: SE)을 알 수 있으므로, PEG에서 직접 제 1 구적 변조 신호 크기 검출 레벨 PEDL과 제 2 구적 변조 신호 크기 검출 레벨 EEDL을 추출하여 제 1 전력 증폭기 바이어스 적응 제어부 PBAC(949)와 제 2 전력 증폭기 바이어스 적응 제어부 EBAC(979)로 보내준다. 제1 구적 변조기 PQM(940)에서 출력된 제1 구적변조 신호 PQS는 무선주파수 전력증폭기(RFPA)(950)로 입력되고, 제2 구적 변조기 EQM(970)에서 출력된 제2 구적변조 신호 EQS는 오류보상기 EQC(975)를 거쳐 제2 전력증폭기 RFEA(980)로 입력된다. 제 1 전력 증폭기 바이어스 적응 제어부 PBAC(949)는 제 1 구적 변조 신호 크기 검출 레벨 PEDL을 이용하여 무선주파수 전력증폭기(RFPA)(950)가 제1 구적변조 신호 PQS를 증폭할 때, 바이어스 적응 방식이 적용되도록 무선주파수 전력증폭기(RFPA)(950)에 PBS를 조절하여 주며, 제 2 전력 증폭기 바이어스 적응 제어부 EBAC(979)는 제 2 구적 변조 신호 크기 검출 레벨 EEDL을 이용하여 제 2 전력증폭기 RFEA(980)가 제 2 구적변조 신호 EQS를 증폭할 때 바이어스 적응 방식이 적용되도록 제2 전력증폭기 RFEA(980)에 제 2 전력 증폭기 바이어스 적응 제어 신호(RFEA Bias Adaptation Controller Signal: EBS)를 조절하여 준다.
무선주파수 전력증폭기(RFPA)(950) 에 적용할 수 있는 바이어스 적응 방식으로는 무선주파수 전력증폭기(RFPA)(950)에 사용되는 트랜지스터의 드레인 공급전압을 변화시켜주는 드레인 바이어스 제어 방법에서 무선주파수 전력증폭기(RFPA)(950)에 사용되는 트랜지스터의 게이트 전압을 변화시켜 드레인 공급전류를 변화시켜주는 게이트 바이어스 제어 방법, 드레인 바이어스 제어 방법과 게이트 바이어스 제어 방법을 동시에 사용하는 이중 바이어스 제어 방법 등이 있다. 무선주파수 전력증폭기(RFPA)(950)에서 증폭하는 제1 구적변조 신호 PQS의 경우 첨두 감소에 의해서 BS보다 PAR이 낮기 때문에 무선주파수 전력증폭기(RFPA)(950)의 선형성과 효율이 개선될 뿐 아니라 바이어스 적응 방식을 무선주파수 전력증폭기(RFPA)(950)에 적용하여 여기에 추가적으로 선형성과 효율을 개선하는 효과를 얻을 수 있다.
제 2 전력증폭기 RFEA(980)에 적용할 수 있는 바이어스 적응 방식으로는 제2 전력증폭기 RFEA(980)에 사용되는 트랜지스터의 공급전압을 변화시켜주는 드레인 바이어스 제어 방법, 제2 전력증폭기 RFEA(980)에 사용되는 트랜지스터의 공급전류를 변화시켜주는 게이트 바이어스 제어 방법, 드레인 바이어스 제어 방법과 게이트 바이어스 제어 방법을 동시에 사용하는 이중 바이어스 제어 방법 등이 있다. 제2 전력증폭기 RFEA(980)에서 증폭하는 제2 구적변조 신호 EQS의 경우 BS보다 훨씬 높은 PAR을 갖기 때문에 바이어스 적응 방식을 적용할 경우 선형성과 효율의 개선 정도가 PAR이 낮은 신호를 증폭하는 제 1 전력증폭기(RFPA)(950)의 경우보다 훨씬 크게 된다.
전체 전력 증폭기의 효율개선과 선형성 개선을 위해서 첨두 감소 신호 PRS에 요구되는 특성은 PAR과 스펙트럴 리그로스가 모두 낮아야 한다는 점이다. 만일 첨두 감소 신호 PRS가 도 3b와 같이 하드 클리핑에 가까워 지도록 SF를 설정할 경우 첨두 감소 신호 PRS와 제1 구적변조 신호 PQS의 PAR은 감소되어 제 1전력증폭기(RFPA)(950)의 효율은 증가되나, 스펙트럴 리그로스를 증가시키게 되므로 요구되는 제 2 전력증폭기 RFEA(980)의 용량이 증가되어 전체 시스템의 효율개선에 나쁜 영향을 미치게 된다. 그러므로 PSG는 PAR과 스펙트럴 리그로스가 낮은 첨두 감소 신호 PRS를 발생시켜야 전체 시스템의 효율개선을 최적화할 수 있다.
제 1 전력증폭기(RFPA)(950)의 효율은 높은 PAR을 갖는 입력신호를 첨두 감소 방식을 이용해 낮은 PAR을 갖는 신호로 변환해줌으로써 크게 개선될 수 있다. 그러나 제 1 전력증폭기(RFPA)(950)의 출력신호는 제1 구적변조 신호 PQS의 낮은 PAR로 인하여 오류 율과 스펙트럴 리그로스가 높아져 전송되는 신호의 특성을 크게 저하시킨다. 그러므로 증가된 오류 율과 스펙트럴 리그로스를 제2 전력증폭기 RFEA(980)의 출력신호를 이용하여 감소시키게 되므로, 결과적으로 효율은 증가되고 오류 율과 스펙트럴 리그로스는 개선된다. 즉 제 1 전력증폭기(RFPA)(950)의 효율 개선 정도를 결정하는 요인은 첨두 감소 신호 PRS의 PAR이며, 제2 전력증폭기 RFEA(980)의 용량을 결정하는 요인은 첨두 감소 신호 PRS의 스펙트럴 리그로스(spectral re-growth) 즉, 오류 신호 ES의 크기이다.
또한 첨두 감소 신호 PRS와 ES가 첨두 감소 신호 증폭부와 오류 신호 증폭부를 각각 지나면서 추가되는 스펙트럴 리그로스의 양이 전체 전력 증폭기의 에러 보상 성능을 좌우하므로 두 증폭부에서는 스펙트럴 리그로스가 추가되어서는 안 된다. 두 증폭부의 선형성이 전체 전력 증폭기의 성능에 중요한 영향을 미치므로 본 발명에서는 두 증폭부의 선형성을 개선하고 제 1 전력증폭기(RFPA)(950)와 제 2 전력증폭기 RFEA(980)의 효율을 더욱 증가시키기 위해 바이어스 적응 방식을 이용하였다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 전력증폭기의 고효율화 저비용화의 적합한 장치와 방법을 제공한다. 즉, 본 발명은 높은 PAR을 갖는 입력신호를 가지고 동작하는 이동통신 기지국의 전력증폭기에서 입력신호의 PAR을 낮추어 효율을 증대시키면서, PAR 감소로 인해 증가된 오류 율과 스펙트럴 리그로스는 오류보상 방식을 통해 제거함으로써 전력증폭기의 효율을 개선하여 제조비용을 낮출 수 있다.

Claims (20)

  1. 높은 첨두전력 대 평균전력비(PAR)를 가지는 기저대역 신호를 증폭하는 전력 증폭 장치에 있어서,
    상기 기저대역 신호의 크기 정보를 검출하고, 상기 검출된 크기 정보를 이용하여 스케일 팩터를 결정하며, 상기 결정된 스케일 팩터를 사용하여 상기 기저대역 신호와 첨두 감소 신호 간의 차이를 나타내는 오류신호를 생성하고, 상기 기저대역 신호에서 상기 생성된 오류신호를 빼줌으로써 상기 첨두 감소 신호를 생성하는 신호 발생기와,
    상기 첨두 감소 신호를 무선 주파수 대역에서 제1 증폭 신호로 증폭하는 첨두 감소 신호 증폭부와,
    상기 오류신호를 상기 무선 주파수 대역에서 제2 증폭 신호로 증폭하는 오류보상 증폭부와,
    상기 제1 증폭 신호와 상기 제2 증폭 신호를 결합하여 출력하는 결합기를 포함함을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 첨두 감소 신호 증폭부는,
    상기 첨두 감소 신호를 변조하여 상기 무선 주파수 대역의 구적변조 신호를 발생하는 구적 변조기와,
    상기 구적변조 신호를 증폭하여 상기 제1 증폭 신호를 출력하는 전력증폭기를 포함함을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 오류 보상 증폭부는,
    상기 오류신호를 변조하여 상기 무선 주파수 대역의 구적변조 신호를 발생하는 구적 변조기와,
    상기 구적변조 신호를 증폭하여 상기 제2 증폭 신호를 출력하는 전력증폭기를 포함함을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 오류 보상 증폭부는,
    상기 구적 변조기로부터 출력되는 신호의 위상 및 지연을 보상하여 상기 전력 증폭기로 출력하는 오류 보상기를 더 포함함을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 발생기는,
    상기 기저대역 신호의 신호크기를 검출하는 크기 검출기와,
    상기 검출된 신호크기가 소정 기준 값을 초과하는 경우 초과되는 부분을 클리핑하기 위한 스케일 팩터를 결정하는 스케일 팩터 결정기와,
    상기 기저대역 신호에 상기 스케일 팩터를 곱하여 상기 오류신호를 생성하는 오류신호 발생기와,
    상기 기저대역 신호에서 상기 오류신호를 빼서 상기 첨두 감소 신호를 생성하는 첨두 감소 신호 발생기를 더 포함함을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 신호 발생기는,
    상기 오류신호를 지연시켜 상기 오류보상 증폭부로 출력하는 제 1 지연기와,
    상기 기저 대역 신호를 지연시켜 상기 첨두 감소 신호 발생부로 출력하는 제 2 지연기를 더 포함함을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 높은 첨두전력 대 평균전력비(PAR)을 가지는 기저대역 신호를 증폭하는 전력증폭 방법에 있어서,
    상기 기저대역 신호의 크기 정보를 검출하고, 상기 검출된 크기 정보를 이용하여 스케일 팩터를 결정하며, 상기 결정된 스케일 팩터를 사용하여 상기 기저대역 신호와 첨두 감소 신호 간의 차이를 나타내는 오류신호를 생성하고, 상기 기저대역 신호에서 상기 생성된 오류신호를 빼줌으로써 상기 첨두 감소 신호를 생성하는 제1과정과,
    상기 첨두 감소 신호 및 상기 오류신호를 무선 주파수 대역에서 증폭하는 제 2 과정과,
    상기 증폭된 첨두 감소 신호와 상기 증폭된 오류신호를 결합하는 제 3 과정을 포함함을 특징으로 하는 전력 증폭 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 과정은,
    상기 기저대역 신호의 신호크기를 검출하여, 상기 검출된 신호크기가 소정 기준 값을 초과하는 경우 초과되는 부분을 클리핑하기 위한 스케일 팩터를 결정하는 제 1 단계와,
    상기 기저대역 신호에 상기 스케일 팩터를 곱하여 상기 오류신호를 생성하는 제 2 단계와,
    상기 기저대역 신호에서 상기 오류신호를 빼서 상기 첨두 감소 신호를 생성하는 제 3 단계를 포함함을 특징으로 하는 전력 증폭 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 과정은,
    상기 첨두 감소 신호를 생성하기 위해 상기 기저 대역 신호를 지연시키는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 전력 증폭 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 과정은,
    상기 첨두 감소 신호를 변조하여 상기 무선 주파수 대역의 구적변조 신호를 발생하는 단계와,
    상기 구적변조 신호를 증폭하여 상기 증폭된 첨두 감소 신호를 출력하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 전력 증폭 방법.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 과정은,
    상기 오류신호를 변조하여 무선 주파수 대역의 구적변조 신호를 발생하는 단계와,
    상기 구적변조 신호를 증폭하여 상기 증폭된 오류신호를 출력하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 전력 증폭 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 과정은,
    상기 구적 변조 신호를 증폭하기 전에 위상 및 지연을 보상하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 전력 증폭 방법.
  17. 높은 첨두전력 대 평균전력비(PAR)를 가지는 기저대역 신호를 증폭하는 전력 증폭 장치에 있어서,
    상기 기저대역 신호에서 첨두 값을 감소시킨 첨두 감소 신호 및 상기 기저대역 신호와 상기 첨두 감소 신호의 차이를 나타내는 오류신호를 생성하고, 상기 첨두 감소 신호 및 상기 오류신호의 크기를 이용해 각각의 구적 변조 신호 크기 검출 레벨을 생성하여 출력하는 신호 발생기와,
    상기 신호 발생기로부터 출력되는 상기 첨두 감소 신호를 무선 주파수 대역에서 바이어스 적응 방식으로 증폭하는 첨두 감소 신호 증폭부와,
    상기 신호 발생기로부터 출력되는 상기 첨두 감소 신호의 구적 변조 신호 크기 검출 레벨을 이용하여 바이어스 적응 제어 신호를 생성하여 상기 첨두 감소 신호 증폭부로 출력하는 제 1 바이어스 적응 제어부와,
    상기 신호 발생기로부터 출력되는 상기 오류신호를 상기 무선 주파수 대역에서 이용하여 상기 바이어스 적응 방식으로 증폭하는 오류보상 증폭부와,
    상기 신호 발생기로부터 출력되는 상기 오류신호의 구적 변조 신호 크기 검출 레벨을 이용하여 바이어스 적응 제어 신호를 생성하여 상기 오류보상 증폭부로 출력하는 제 2 바이어스 적응 제어부와,
    상기 첨두 감소 신호 증폭부에 의해 증폭된 신호와 상기 오류보상 증폭부에 의해 증폭된 신호를 결합하여 출력하는 결합기를 포함함을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 첨두 감소 신호 증폭부는,
    상기 첨두 감소 신호를 변조하여 상기 무선 주파수 대역의 구적변조 신호를 발생하는 구적 변조기와,
    상기 구적변조 신호를 상기 제 1 바이어스 적응 제어부로부터 출력되는 바이어스 적응 제어 신호에 의해 적응 제어 방식으로 증폭하여 제1 증폭 신호를 출력하는 전력증폭기를 포함함을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 오류 보상 증폭부는,
    상기 오류신호를 변조하여 상기 무선 주파수 대역의 구적변조 신호를 발생하는 구적 변조기와,
    상기 구적변조 신호를 상기 제 2 바이어스 적응 제어부로부터 출력되는 바이어스 적응 제어 신호에 의해 적응 제어 방식으로 증폭하여 제2 증폭 신호를 출력하는 전력증폭기를 포함함을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 오류 보상 증폭부는,
    상기 구적 변조기로부터 출력되는 신호의 위상 및 지연을 보상하여 상기 전력 증폭기로 출력하는 오류 보상기를 더 포함함을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
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