KR101134072B1 - 이동통신 기지국 및 중계기용 고출력 증폭기의 디지털 전치왜곡 또는 아날로그 전치왜곡을 통한 최적화된 출력 송출 방법 및 그 고출력 증폭기 - Google Patents

이동통신 기지국 및 중계기용 고출력 증폭기의 디지털 전치왜곡 또는 아날로그 전치왜곡을 통한 최적화된 출력 송출 방법 및 그 고출력 증폭기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동통신 기지국 및 중계기용 고출력 증폭기의 전치왜곡을 통한 최적화된 출력 송출 방법에 관한 것으로, (a) 전치왜곡기를 사용한 고출력 증폭기에 입?출력되는 무선주파수 신호의 레벨을 검출하는 단계 (b) 상기 고출력 증폭기에서 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨과 고출력 증폭기로 입?출력되는 무선주파수 신호의 레벨을 비교하는 단계 (c) 상기 두 신호 레벨의 비교로 입?출력된 무선주파수 신호의 레벨이 작으면 작은 양만큼의 신호 레벨을 이득조절장치의 값 조절을 통해 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨로 조절하는 단계 (d) 상기 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨 상태에서 전치왜곡기가 계수 값을 계산 및 저장 후에 정지하는 단계 (e) 상기 전치왜곡기에서 계수 값이 계산 및 저장되면 이득조절장치의 값을 조절 전 이득조절장치의 초기 값으로 조절하여 초기에 고출력 증폭기로 입?출력된 무선주파수의 신호 레벨 값으로 되돌리는 단계 (f) 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨 상태에서 계산된 계수 값으로 전치왜곡기가 동작되는 단계를 포함함으로써, 입력되는 무선주파수 신호의 레벨이 변하더라도 정격 입?출력에서의 계수 값을 이용하여 입력되는 무선주파수 신호의 레벨에 해당하는 출력으로 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기에서 선형화를 수행한다.

Description

이동통신 기지국 및 중계기용 고출력 증폭기의 디지털 전치왜곡 또는 아날로그 전치왜곡을 통한 최적화된 출력 송출 방법 및 그 고출력 증폭기{Method and High Power Amplifier for Transmitting Optimized Power through Digital Pre-Distortion or Analog Pre-Distortion of High Power Amplifier for Mobile Communication Repeater and Base Station}
본 발명은 이동통신용 기지국 및 중계기에 적용되는 고출력 증폭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동통신용 기지국 및 중계기에 적용되는 고출력 증폭기에서 출력되는 신호의 개선된 디지털 전치왜곡 또는 아날로그 전치왜곡으로 최적화된 신호를 출력하기 위한 방법과 고출력 증폭기에 관한 것이다.
종래에 이동통신용 기지국 및 중계기는 고출력의 증폭기가 사용된다. 이러한 고출력증폭기의 선형성을 개선시키기 위하여 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기를 사용하는 송신장치를 사용한다. 도 1에서, 디지털 전치왜곡기를 사용하는 송신장치(10)의 구조는 다수의 주파수 성분을 갖는 신호가 합쳐질 때에 발생하는 피크파워(Peak Power) 성분을 신호 특성의 저하 없이 감소시키기 위한 CFR(Crest Factor Reduction)모듈(12)의 입력단에 광모듈(11)이 연결되고, CFR모듈(12)의 출력단에는 디지털 전치왜곡기(Digital Pre-Distorter; DPD)(13)가 연결된다. 그리고 디지털 전치왜곡기(13)의 출력단에는 디지털-아날로그 컨버터(Digital to Analog Converter)(14)가 연결되고, 디지털-아날로그 컨버터(14)의 출력단에는 고출력 증폭기(1)가 연결된다.
그리고 고출력 증폭기(1)의 피드백 신호는 아날로그-디지털 피드백 데이터(Analog to Digital Converter Feedback Data)모듈(15)을 거쳐 디지털 전치왜곡기(13)로 인가된다. 디지털 전치왜곡기는(13)에 인가된 신호로 고출력 증폭기(1)의 선형화를 위한 제어를 한다.
또한, 도 2에서 아날로그 전치왜곡기를 사용하는 송신장치는 고출력 증폭기 내부에 아날로그 전치왜곡기를 장착하고 있으며 고출력 증폭기의 구조는 전력증폭기(22)의 입력단에 입력검출기(21)가 연결되고, 전력증폭기(22)의 츨력단에 출력검출기(23)가 연결된다. 그리고 입력검출기(21)의 출력단과 전력증폭기(22)의 입력단, 그리고 전력증폭기(22)의 출력단과 출력검출기(23)의 입력단 사이에 아날로그 전치왜곡기(Analog Pre-Distorter; APD)(24)가 연결된다.
상기 아날로그 전치왜곡기(24)는 고출력 증폭기(1)에서 일정 레벨의 무선주파수의 입?출력신호에서 아날로그 전치왜곡을 위한 수단으로 적용된 것이다. 상기 아날로그 전치왜곡기로 주로 적용되는 칩(Chip)으로, 신테라(Scintera)사에서 출시되는 칩이 적용된 경우이다.
디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기는 출력신호의 선형화(Linearization)를 위한 것으로, 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기는 무선주파수 입력신호의 레벨이 바뀔 경우에 바뀐 입력에 적합한 출력의 계수 값을 피드백 신호를 통해 계산하게 된다.
통상 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기가 실제 현장에 설치된 기지국 및 중계기의 고출력 증폭기에 적용된 경우에 있어서 설정된 일정한 레벨의 입력신호가 아닌 특정되지 않는 레벨의 무선주파수 신호가 불규칙적으로 입력된다.
따라서 종래 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기가 적용된 고출력 증폭기는 입?출력되는 전력 값에 관한 룩업 테이블(Look-Up Table)을 이용하여 제작이 이루어져야 한다. 그러나 종래 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기에 룩업 테이블의 적용을 위한 제반 기술의 구현이 용이하지 않은 실정이다. 따라서 고출력 증폭기에 입력되는 무선주파수 신호의 레벨이 바뀔 때마다 계수 값을 계산하게 되고, 이 과정에서 상호 변조왜곡 성분이 흔들리는 현상이 발생되며, 이로 인하여 실제 적용환경에서는 최적화된 출력신호를 출력 및 송출하지 못하는 문제가 발생된다. 또한, 고출력 증폭기에서 최적화된 출력신호를 송출하지 못하게 되면 연관된 장치나 시스템 전체에 영향을 주게 되어 결과적으로 이동통신의 통화 품질이 저하되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 고출력 증폭기에 이득조절장치를 적용하여 입력되는 신호의 레벨이 변화하더라도 계수 값을 계산하지 않고도 무선주파수 신호의 정격 입?출력에서의 계수 값을 이용하여 입력되는 무선주파수 신호의 레벨에 해당하는 출력을 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기에서 선형화를 수행할 수 있도록 하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 종래 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기가 계수 값을 계산하는 과정에서 발생되는 상호 변조왜곡 성분의 열화를 방지할 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, (a) 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기의 고출력 증폭기에서 고출력 증폭기로 입?출력되는 무선주파수 신호의 레벨을 검출하는 단계 (b) 상기 고출력 증폭기에서 무선주파수의 신호의 정격 입?출력과 입력되는 무선주파수 신호의 레벨과 비교하는 단계 (c) 상기 신호 레벨의 비교로 입력되는 무선주파수 신호의 레벨이 작으면 이득조절장치의 값을 조절하여 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨로 조절하는 단계 (d) 상기 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨 상태에서 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기가 계수 값을 계산 및 저장 후에 정지하는 단계 (e) 상기 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기에서 계수 값이 계산 및 저장되면 이득조절장치 조절 전 초기에 설정된 이득조절장치의 값으로 조절하여 본래 고출력 증폭기로 입력된 무선주파수 신호의 레벨 값으로 되돌리는 단계 및 (f) 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨 상태에서 계산 및 저장된 계수 값으로 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기가 동작되는 단계를 포함하여 이루어진 이동통신 기지국 및 중계기용 고출력 증폭기의 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡을 통한 최적화된 출력 송출 방법을 제공한 것이 특징이다.
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상기한 해결 수단을 갖는 본 발명은 이동통신 기지국 및 중계기에 적용된 고출력 증폭기에 이득조절장치를 적용하여 입력되는 무선주파수 신호의 레벨이 변하더라도 일일이 계수 값을 계산하지 않고도 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨에서 계산된 계수 값을 이용하여 입력되는 무선주파수 신호 레벨에 해당하는 출력으로 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기에서 선형화를 수행하는 효과를 제공하며, 또한, 무선주파수 입력 신호 레벨이 변하더라도 계수 값을 계산하지 않아도 되므로 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기에서 발생할 수 있는 상호 변조왜곡 성분이 열화되는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 디지털 전치왜곡기가 적용된 고출력 증폭기를 나타낸 구성도이다.
도 2는 종래 아날로그 전치왜곡기가 적용된 고출력 증폭기를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 디지털 전치왜곡기가 적용된 고출력 증폭기를 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 아날로그 전치왜곡기가 적용된 고출력 증폭기를 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 고출력 증폭기의 디지털 전치왜곡기 및 아날로그 전치왜곡기를 통한 최적화된 출력을 송출하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명에서 입력이 변경될 경우에 순간적으로 상호 변조왜곡 성분이 열화되는 상황을 나타낸 스펙트럼으로, 도 6a는 종래 송신장치의 출력결과이고, 도 6b는 본 발명의 송신장치의 출력결과이다.
도 7은 본 발명에서 아날로그 디지털 전치왜곡기를 사용하는 고출력 증폭기에서 상온의 계수 값으로 저온 및 고온에서 상호 변조왜곡 성분이 변하는 것을 보상하기 위한 구성을 나타낸 구성도이다.
이하, 본 발명의 이동통신 기지국 및 중계기용 고출력 증폭기와 고출력 증폭기의 디지털 전치왜곡 및 아날로그 전치왜곡을 통한 최적화된 출력 송출 방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3에서, 본 발명의 고출력 증폭기(1)는 디지털 전치왜곡기를 사용한 이동통신용 기지국 및 중계기의 송수신기(10)에 적용되는 것이다. 고출력 증폭기(1)에는 입력된 신호의 레벨을 검출하는 입력검출기(3)와, 입력검출기(3)에서 입력된 신호를 일정 레벨로 전력 증폭시키는 전력증폭기(4)의 증폭된 출력신호의 레벨을 검출하는 출력검출기(5)가 구비되어 있다.
상기 고출력 증폭기(1)의 입력검출기(3) 입력단에는 이득조절장치(2)가 연결된다. 이득조절장치(2)는 외부에서 입력된 신호의 레벨을 가변 조절하는 것이다.
그리고 고출력 증폭기(1)의 입력으로 디지털-아날로그 컨버터(14)가 연결되어 있다. 디지털 전치왜곡기(13)는 고출력 증폭기(1)에서 피드백 되어 입력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(15)를 통해 피드백 신호를 얻는다. 디지털 전치왜곡기(13)는 아날로그-디지털 컨버터(15)에서 들어온 피드백 신호와 CFR모듈(12)을 통해 입력된 신호를 통해 계수 값을 계산한 뒤 계산을 멈추고 처리된 신호를 디지털-아날로그 컨버터(14)로 내보낸다. 디지털-아날로그 컨버터(14)는 디지털신호를 아날로그신호로 변환하여 고출력 증폭기(1)로 내보낸다. 디지털 전치왜곡기(13)는 입력되는 무선주파수 신호 레벨이 바뀔 때마다 계수 값을 일일이 계산하지 않도록 하고, 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨에서 계산한 계수 값으로 선형화 작업을 수행하기 때문에 무선주파수의 입ㆍ출력 신호 레벨이 바뀔 때마다 선형화 작업을 수행하면서 발생하는 상호 변조왜곡 성분이 열화 되는 것을 방지 및 개선할 수 있다.
도 4에서, 본 발명의 고출력 증폭기는 아날로그 전치왜곡기를 사용한 이동통신용 기지국 또는 중계기의 송수신기에 적용되는 것이다. 고출력 증폭기(1)에는 입력된 무선주파수 신호의 레벨을 검출하는 입력검출기(21)와, 입력검출기(21)에서 입력된 무선주파수 신호를 일정 레벨로 전력 증폭시키는 전력증폭기(22)의 증폭된 출력신호의 레벨을 검출하는 출력검출기(23)가 구비되어 있다.
상기 고출력 증폭기(1)의 입력검출기(12) 입력단에는 이득조절장치(6)가 연결된다. 이득조절장치(6)는 외부에서 입력된 무선주파수 신호의 레벨을 가변 조절하는 것이다.
그리고 입력검출기(21)의 출력단과 전력증폭기(22)의 입력단 및 출력검출기(23)의 입력단 사이에 아날로그 전치왜곡기(Analog Pre-Distorter; APD)(24)가 연결되어 있다. 아날로그 전치왜곡기(24)는 입력검출기(21) 및 출력검출기(23)의 정격 입?출력 신호로부터 계수 값을 계산하고 계산 후 계산을 멈춘다. 이득조절장치(6)는 계산 및 저장 후 원래의 값으로 조절하여 초기에 입력된 무선주파수 신호의 레벨로 되돌리는 것이다. 아날로그 전치왜곡기(24)는 입력되는 무선주파수 신호가 바뀔 때마다 계수 값을 일일이 계산하지 않도록 하고, 아날로그 전치왜곡기(24)가 계수 값을 계산하는 과정에서 상호 변조왜곡 성분이 열화되는 것을 방지 및 개선할 수 있도록 한다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 이동통신 기지국 및 중계기용 고출력 증폭기의 디지털 전치왜곡 또는 아날로그 전치왜곡을 통한 최적화된 출력 송출 방법을 도 5의 흐름도를 참조하여 설명한다.
디지털 전치왜곡기(13) 또는 아날로그 전치왜곡기(24)를 이용한 고출력 증폭기(1)의 입?출력된 무선주파수 신호 레벨을 검출한다(S10). 무선주파수의 정격 입?출력 신호의 레벨과 검출된 입?출력 무선주파수 신호 레벨을 비교한다(S11).
상기 입력되는 무선주파수 신호의 레벨 비교를 통해서 입력되는 신호의 레벨이 같으면 다음 단계로 넘어가고, 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨보다 작으면 이득조절장치(2)의 값을 조절하여 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨로 조절한다(S12). 따라서 고출력 증폭기(1)에서는 이득조절장치(2)에 의해 조절된 정격의 무선주파수 신호 레벨이 입?출력된다(S13)
그리고 상기 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨 상태에서 디지털 전치왜곡기(13) 또는 아날로그 전치왜곡기(24)가 계수 값을 계산 및 저장 후에 디지털 전치왜곡기(13) 또는 아날로그 전치왜곡기(24)의 계수 값을 계산하는 수행이 정지된다(S14). 상기 디지털 전치왜곡기(13) 또는 아날로그 전치왜곡기(24)에서 계수 값이 계산되면 변경된 이득조절장치를 초기에 설정된 이득조절장치(2)의 값으로 조절하여 원래의 고출력 증폭기로 입력된 무선주파수 신호 레벨 값으로 되돌린다(S15).
그 후에 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨 상태에서의 계산된 계수 값을 가지고 아날로그 전치왜곡기(24)의 동작이 수행된다(S16).
따라서 실제 환경에서 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨에서의 계수 값을 계산한 후에 입력되는 무선주파수 신호의 레벨이 변하더라도 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨에서 계산된 계수 값을 이용하여 고출력 증폭기로 입력되는 무선주파수 신호의 레벨에 해당하는 출력에서 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기로서 수행이 이루어진다. 그러므로 무선주파수 입?출력 신호가 변할 때마다 계수 값을 계산하는 번거로움이 없고, 계수 값을 계산하는 과정에서 상호 변호왜곡 성분이 열화되는 현상이 없어진다.
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한편, 본 발명의 다른 실시 예로서, 상기 고출력 증폭기의 출력단에서 RF신호를 강제 접지(Short)시켜 본 발명의 실시 예와 동일한 동작은 하지만 외부로 출력은 검출되지 않는 회로가 적용되는 고출력 증폭기나 시스템이 설계될 수 있다.
본 발명과 종래 기술이 적용된 송신장치의 출력 결과를 스펙트럼으로 나타낸 도 6a(본 발명)와 도 6b(종래 기술)를 비교하면 선형성의 개선으로 상호 변조왜곡 성분의 열화가 없음을 알 수 있다. 도 6a와 도 6b는 송신장치의 입력이 변할 경우에 -10dB~정격 입력이 순간적으로 상호 변조왜곡 성분이 열화되는 상황을 MAX HOLD로 저장한 스펙트럼을 나타낸 것이다. 즉 종래 기술과 본 발명에서 비교된 스펙트럼의 첨두치 양측에 표시된 1~4에서 상호 변조왜곡 성분에 대한 열화가 없다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예로서, 도 7에서, 아날로그 디지털 전치왜곡기를 사용하는 고출력 증폭기에 있어서, 상온에서 계수 값을 가지고 저온 및 고온에서 상호 변조왜곡 성분이 변하는 것을 보상하기 위하여 아날로그 전치왜곡기의 입력 및 출력 부분에 각각 온도보상회로(A/Φ)(7a, 7b)의 적용이 설계될 수 있다.
또한, 본 발명의 이동통신 기지국 및 중계기용 고출력 증폭기에서 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기를 통한 최적화된 출력을 송출하는 방법을 제시한 것이지만, 이득조절장치를 전력 증폭이 아닌 송수신기에 장착하여 본 발명과 동일한 효과를 거둘 수 있을 것이다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
1: 고출력 증폭기 2: 이득조절장치
3: 입력검출기 4: 전력증폭기
5: 출력증폭기 7a, 7b: 온도보상회로
10: 송신장치 11: 광모듈
12: CFR(Crest Factor Reduction) 13: 디지털 전치왜곡기
14: 디지털-아날로그 컨버터 15: 아날로그-디지털 컨버터
21: 입력검출기 22: 전력증폭기
23: 출력검출기 24: 아날로그 전치왜곡기

Claims (6)

  1. (a) 전치왜곡기를 사용한 고출력 증폭기에 입?출력되는 무선주파수 신호의 레벨을 검출하는 단계
    (b) 상기 고출력 증폭기에서 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨과 고출력 증폭기로 입?출력되는 무선주파수 신호의 레벨을 비교하는 단계
    (c) 상기 두 신호 레벨의 비교로 입?출력된 무선주파수 신호의 레벨이 작으면 작은 양만큼의 신호 레벨을 이득조절장치의 값 조절을 통해 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨로 조절하는 단계
    (d) 상기 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨 상태에서 전치왜곡기가 계수 값을 계산 및 저장 후에 정지하는 단계
    (e) 상기 전치왜곡기에서 계수 값이 계산 및 저장되면 이득조절장치의 값을 조절 전 이득조절장치의 초기 값으로 조절하여 초기에 고출력 증폭기로 입?출력된 무선주파수의 신호 레벨 값으로 되돌리는 단계
    (f) 무선주파수 신호의 정격 입?출력 레벨 상태에서 계산된 계수 값으로 전치왜곡기가 동작되는 단계
    를 포함하는 이동통신 기지국 및 중계기용 고출력 증폭기의 전치왜곡을 통한 최적화된 출력 송출 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전치왜곡기는 디지털 전치왜곡기 또는 아날로그 전치왜곡기인 이동통신 기지국 및 중계기용 고출력 증폭기의 전치왜곡을 통한 최적화된 출력 송출 방법.
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