KR101194817B1 - Digital pre-distortion apparatus and method for mimo system in the presence of crosstalk between signals - Google Patents
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Abstract
본 발명은 송신 경로에 누화가 존재하는 MIMO 송신기에서의 전력 증폭기 선형화를 위한 전치왜곡 장치 및 방법에 관한 것으로서, MIMO 시스템의 전력 증폭기 입/출력 단에서 신호간의 누화가 존재하는 상황에서도 전력 증폭기의 선형화를 이루도록 함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, MIMO 송신기에서 M개의 전력 증폭기들의 비선형 특성을 보상하기 위한 M개의 전력증폭 비선형 보상기; 상기 M개의 전력 증폭기 입력 단에 존재하는 누화를 보상하는 MxM 행렬 입력단 누화 보상기; 상기 M개의 전력 증폭기 출력 단에 존재하는 누화를 보상하는 MxM 행렬 출력단 누화 보상기; 및 상기 전력 증폭기 입출력단 누화 및 전력 증폭기의 비선형 특성을 보상하기 위하여, 상기 전력증폭 비선형 보상기, 입력단 누화 보상기 및 출력단 누화 보상기(300)들의 계수들을 추출하는 적응 계수기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a predistortion apparatus and method for power amplifier linearization in a MIMO transmitter in which crosstalk exists in a transmission path. The present invention relates to a linearization of a power amplifier even when crosstalk between signals exists in a power amplifier input / output stage of a MIMO system. The purpose is to achieve.
The present invention for achieving this object, the M power amplifier non-linear compensator for compensating the non-linear characteristics of the M power amplifiers in the MIMO transmitter; An MxM matrix input stage crosstalk compensator for compensating crosstalk present in the M power amplifier input stages; An MxM matrix output stage compensator to compensate for crosstalk present in the M power amplifier output stages; And an adaptive counter for extracting coefficients of the power amplifier nonlinear compensator, the input crosstalk compensator, and the output crosstalk compensator (300) to compensate for the power amplifier input / output crosstalk and the nonlinear characteristics of the power amplifier. And a control unit.
Description
본 발명은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 송신기를 위한 전치왜곡 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다중 전송 신호 경로 상에서 누화(crosstalk) 가 존재하는 MIMO 송신기에서 전력 증폭기들의 선형화를 가능하게 해주는 송신 경로에 누화가 존재하는 MIMO 송신기에서의 전력 증폭기 선형화를 위한 전치왜곡 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a predistortion apparatus and method for a multiple input multiple output (MIMO) transmitter, and more particularly to a transmission that enables linearization of power amplifiers in a MIMO transmitter where crosstalk exists on a multiple transmission signal path. A predistortion apparatus and method for power amplifier linearization in a MIMO transmitter where crosstalk exists in the path.
전치왜곡 기술이란, 전력 증폭기의 비선형 특성을 보상하여 전력 증폭기의 효율을 극대화 하는 기술이다. 단일 증폭기에 적용 가능한 전치왜곡 기술은 다중 증폭기를 사용하는 MIMO 시스템에도 그대로 적용이 가능하다. 그러나, MIMO 송신기의 다중 송신 경로 간에 누화가 존재 하는 경우, 기존 기술을 그대로 적용해서는 전력 증폭기들의 선형화를 제대로 이룰 수 없다. Predistortion is a technique that maximizes the efficiency of a power amplifier by compensating for the nonlinear characteristics of the power amplifier. The predistortion technology applicable to a single amplifier can be applied to MIMO systems using multiple amplifiers. However, if crosstalk exists between multiple transmission paths of a MIMO transmitter, the linearization of power amplifiers cannot be achieved by applying the existing technology as it is.
한편, 전력 증폭기는 통신시스템에서 필수적인 장치이고, 일반적으로 비선형적 특성을 가지고 있다. 인접 채널간 간섭을 유발하는 spectral regrowth와 BER(bit error rate)과 같은 성능의 저하를 유발하는 inband distortion은 주로 전력 증폭기의 비선형성에서 온다. 이러한 비선형성을 보상하기 위하여, predistortion, feedforward, feedback과 같은 다양한 기술들이 제안되어 왔다. 그 중 디지털 전치왜곡(DPD)은 간단한 구조와 적은 구성요소, 적은 비용으로 구현이 가능하다는 장점을 가지고 있어, 전력 증폭기의 선형화에 많이 쓰이는 기술이다. On the other hand, power amplifiers are essential devices in communication systems, and generally have nonlinear characteristics. Inband distortions that cause performance degradation, such as spectral regrowth and bit error rate (BER), which cause interference between adjacent channels, mainly come from nonlinearities in the power amplifier. To compensate for this nonlinearity, various techniques such as predistortion, feedforward, and feedback have been proposed. Among them, digital predistortion (DPD) has the advantages of simple structure, low component and low cost, which is widely used for linearizing power amplifiers.
디지털 전치왜곡 기술은 전력 증폭기와 반대의 특성을 가지는 전치왜곡기(predistorter)를 기저대역에서 디지털로 구현하여 전치왜곡기를 통해 역 왜곡된 신호가 전력 증폭기의 비선형 특성을 거치면서 전체적으로 선형특성을 보이도록 한다.Digital predistortion technology implements a digital predistorter at the baseband, which has the opposite characteristics as a power amplifier, so that the reversely distorted signal through the predistorter shows the linear characteristics as a whole through the nonlinear characteristics of the power amplifier. do.
전치왜곡 기술은 MIMO 통신시스템에 직접적으로 적용가능한데, 이는 독립적인 다중 RF(radio frequency) 경로가 다중 안테나 송신을 위해 하나의 장치에 통합되어있기 때문이다. 최근 급속한 CMOS 기술의 발달로 MIMO 송신기는 단일 칩으로 집적 구현되는 수준에 이르고 있으며, 증폭기 및 전치왜곡 기능까지 하나로 집적한 시스템도 등장하고 있다. 그러나, MIMO 집적 칩셋에서 다중 경로 상의 누화 문제가 보고되었으며, 이러한 누화가 존재하는 상황에서 기존 전치왜곡 기법은 정상적으로 동작하지 않는다. 최근 MIMO 시스템에서 누화가 존재하는 경우의 전치왜곡 기술에 대하여 제안하였다. 그러나, 이러한 기술은 오직 전력 증폭기 입력단에서의 누화(비선형적 누화가 발생했다고 표현)만 고려하고 있으며, 출력단의 누화(선형적 누화가 발생했다고 표현)는 수신부에서 보상 된다고 가정하고 있다. Predistortion technology is directly applicable to MIMO communication systems because independent multiple radio frequency (RF) paths are integrated into one device for multiple antenna transmission. Recent advances in CMOS technology have resulted in the integration of MIMO transmitters into a single chip, as well as the integration of amplifiers and predistortion functions into one. However, crosstalk crosstalk problems have been reported in MIMO integrated chipsets. In the presence of such crosstalk, existing predistortion techniques do not operate normally. Recently, we have proposed a predistortion technique when crosstalk exists in MIMO systems. However, this technique only considers crosstalk at the power amplifier input stage (expressed as nonlinear crosstalk has occurred) and assumes that crosstalk at the output stage (expressed as linear crosstalk has occurred) is compensated at the receiver.
그러나, 전력 증폭기 출력단에서 누화가 존재한다면 전치왜곡의 피드백신호가 서로 간섭을 일으켜 올바른 전치왜곡 계수를 구할 수 없다. 그러므로, MIMO 통신시스템에서 전치왜곡 알고리즘은 입력단의 누화뿐만 아니라 출력단의 누화까지 고려해야 한다. However, if there is crosstalk at the output stage of the power amplifier, the predistortion feedback signals interfere with each other, so that the correct predistortion coefficient cannot be obtained. Therefore, in the MIMO communication system, the predistortion algorithm should consider not only the crosstalk at the input but also the crosstalk at the output.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, MIMO 시스템의 전력 증폭기 입/출력 단에서 신호간의 누화가 존재하는 상황에서도 전력 증폭기의 선형화를 이루도록 함에 그 목적이 있다. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to achieve linearization of a power amplifier even when crosstalk between signals exists in a power amplifier input / output stage of a MIMO system.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 송신 경로에 누화가 존재하는 MIMO 송신기에서의 전력 증폭기 선형화를 위한 전치왜곡 장치에 관한 것으로서, MIMO 송신기에서 M개의 전력 증폭기들의 비선형 특성을 보상하기 위한 M개의 전력증폭 비선형 보상기; 상기 M개의 전력 증폭기 입력 단에 존재하는 누화를 보상하는 MxM 행렬 입력단 누화 보상기; 상기 M개의 전력 증폭기 출력 단에 존재하는 누화를 보상하는 MxM 행렬 출력단 누화 보상기; 및 상기 전력 증폭기 입출력단 누화 및 전력 증폭기의 비선형 특성을 보상하기 위하여, 상기 전력증폭 비선형 보상기, 입력단 누화 보상기 및 출력단 누화 보상기들의 계수들을 추출하는 적응 계수기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the technical problem relates to a predistortion device for linearizing the power amplifier in the MIMO transmitter with crosstalk in the transmission path, M power to compensate for the non-linear characteristics of the M power amplifier in the MIMO transmitter Amplified nonlinear compensators; An MxM matrix input stage crosstalk compensator for compensating crosstalk present in the M power amplifier input stages; An MxM matrix output stage compensator to compensate for crosstalk present in the M power amplifier output stages; And an adaptive counter for extracting coefficients of the power amplifier nonlinear compensator, the input crosstalk compensator, and the output crosstalk compensator to compensate for the power amplifier input / output crosstalk and the nonlinear characteristics of the power amplifier. Characterized in that it comprises a.
한편, 본 발명은 송신 경로에 누화가 존재하는 MIMO 송신기에서의 전력 증폭기 선형화를 위한 전치왜곡 방법에 관한 것으로서, (a) 전력증폭 비선형 보상기, 입력단 누화 보상기 및 출력단 누화 보상기의 계수를 추출하는 단계; (b) 상기 (a) 단계를 통해 추출된 계수들을 상기 전력증폭 비선형 보상기에 적용하는 단계; 및 (c) 상기 전력증폭 비선형 보상기의 출력이 전력 증폭기 의해 증폭되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a predistortion method for power amplifier linearization in a MIMO transmitter in which crosstalk exists in a transmission path, the method comprising: extracting coefficients of a power amplifying nonlinear compensator, an input crosstalk compensator, and an output crosstalk compensator; (b) applying the coefficients extracted through step (a) to the power amplifier nonlinear compensator; And (c) the output of the power amplifying nonlinear compensator is amplified by a power amplifier; Characterized in that it comprises a.
상기와 같은 본 발명에 따르면, MIMO 송신 경로에서 전력 증폭기 입력단 및 출력단 모두에서 누화가 발생하는 경우에도, 전력 증폭기들의 비선형 특성을 보상하여 전력 증폭기들이 선형 특성을 갖도록 하는 효과가 있다.According to the present invention as described above, even if crosstalk occurs at both the power amplifier input terminal and the output terminal in the MIMO transmission path, the non-linear characteristics of the power amplifiers are compensated for, so that the power amplifiers have a linear characteristic.
도 1 은 본 발명에 따른 송신 경로에 누화가 존재하는 MIMO 송신기에서의 전력 증폭기 선형화를 위한 전치왜곡 장치를 개념적으로 도시한 전체 구성도.
도 2 는 다중 안테나 송신기에서 전력 증폭기의 입력 단과 출력단에 누화가 존재할 때 기저대역 등가모델을 보이는 일예시도.
도 3 은 본 발명에 따른 전치왜곡 구조를 보이는 일예시도.
도 4 는 본 발명에 따른 간접 학습 구조를 보이는 일예시도.
도 5 는 본 발명에 따른 송신 경로에 누화가 존재하는 MIMO 송신기에서의 전력 증폭기 선형화를 위한 전치왜곡 장치의 성능을 비교하기 위한 그래프.1 is an overall configuration diagram conceptually showing a predistortion apparatus for linearizing a power amplifier in a MIMO transmitter in which crosstalk exists in a transmission path according to the present invention.
2 is a diagram illustrating a baseband equivalent model when crosstalk exists at an input terminal and an output terminal of a power amplifier in a multi-antenna transmitter.
3 is an exemplary view showing a predistortion structure according to the present invention.
4 is an exemplary view showing an indirect learning structure according to the present invention.
5 is a graph for comparing the performance of a predistortion apparatus for power amplifier linearization in a MIMO transmitter in which crosstalk exists in a transmission path according to the present invention.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.Specific features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. It is to be noted that the detailed description of known functions and constructions related to the present invention is omitted when it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily blurred.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 송신 경로에 누화가 존재하는 MIMO 송신기에서의 전력 증폭기 선형화를 위한 전치왜곡 장치에 관하여 도 1 내지 도 5 를 참조하여 설명하면 다음과 같다. A predistortion apparatus for power amplifier linearization in a MIMO transmitter in which crosstalk exists in a transmission path according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
도 1 은 본 발명에 따른 송신 경로에 누화가 존재하는 MIMO 송신기에서의 전력 증폭기 선형화를 위한 전치왜곡 장치를 개념적으로 도시한 전체 구성도로서, 도시된 바와 같이 MIMO 송신기에서 M개의 전력 증폭기들의 비선형 특성을 보상하기 위한 M개의 전력증폭 비선형 보상기(100), 상기 M개의 전력 증폭기 입력 단에 존재하는 누화를 보상하는 MxM 행렬 입력단 누화 보상기(200), 상기 M개의 전력 증폭기 출력 단에 존재하는 누화를 보상하는 MxM 행렬 출력단 누화 보상기(300) 및 상기 전력 증폭기 입출력단 누화 및 전력 증폭기의 비선형 특성을 보상하기 위하여, 상기 전력증폭 비선형 보상기(100), 입력단 누화 보상기(200) 및 출력단 누화 보상기(300)들의 계수를 추출하는 적응 계수기(400)를 포함하여 이루어진다. 1 is a schematic diagram illustrating a predistortion device for power amplifier linearization in a MIMO transmitter in which crosstalk exists in a transmission path according to the present invention. As illustrated, nonlinear characteristics of M power amplifiers in a MIMO transmitter are illustrated. M power amplification
한편, 본 발명에 따른 송신 경로에 누화가 존재하는 MIMO 송신기에서의 전력 증폭기 선형화를 위한 전치왜곡 방법에 있어, (a) 전력증폭 비선형 보상기(100), 입력단 누화 보상기(200) 및 출력단 누화 보상기(300)의 계수를 추출하는 단계와, (b) 상기 (a) 단계를 통해 추출된 계수들을 상기 전력증폭 비선형 보상기(100)에 적용하는 단계 및 (c) 상기 전력증폭 비선형 보상기(100)의 출력이 전력 증폭기 의해 증폭되는 단계를 포함한다.
Meanwhile, in the predistortion method for power amplifier linearization in a MIMO transmitter in which crosstalk exists in a transmission path according to the present invention, (a) a power amplifying
이하에서는, 본 발명에 따른 전치왜곡 장치에 관하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다. Hereinafter, the predistortion device according to the present invention will be described in more detail.
도 2 는 다중 안테나 송신기에서 전력 증폭기의 입력 단과 출력단에 누화가 존재할 때 기저대역 등가모델이다. 2 is a baseband equivalent model when crosstalk exists at the input and output ends of a power amplifier in a multi-antenna transmitter.
M개의 전송 안테나 시스템에는 M개의 RF경로에 각각 전력 증폭기가 있다. j번째 경로의 누화가 발생된 전력 증폭기의 입력값은 다음의 [수식 1] 과 같다.The M transmit antenna systems each have a power amplifier in the M RF paths. The input value of the power amplifier having crosstalk of the j-th path is as shown in
[수식 1][Equation 1]
여기서 , 는 i번째 경로에서 j번째 경로의 누화 계수이며 = 1이다. 이 신호들은 전력 증폭기에 의해 증폭된다. 만약 전력 증폭기가 memoryless 특성을 갖는다고 가정하면 전력 증폭기는 다음의 [수식 2] 와 같이 표현될 수 있다.here , Is the crosstalk coefficient for the j th path in the i th path = 1 These signals are amplified by the power amplifier. If it is assumed that the power amplifier has a memoryless characteristic, the power amplifier may be expressed as
[수식 2][Equation 2]
이때, 2L-1은 비선형 차수이고, 는 j번째 전력 증폭기의 특성 계수이다. 증폭 후, 증폭된 출력 값들은 출력단에서의 누화에 의해 다음의 [수식 3] 과 같이 서로 간섭한다.Where 2L-1 is a nonlinear order, Is the characteristic coefficient of the j th power amplifier. After amplification, the amplified output values interfere with each other as shown in Equation 3 by crosstalk at the output stage.
[수식 3][Equation 3]
이때, 는 i번째 경로에서 j번째 경로로의 누화 계수이며, = 1이다. At this time, Is the crosstalk coefficient from the i th path to the j th path, = 1
[수식 1], [수식 2] 및 [수식 3] 을 종합하면, 다음의 [수식 4] 와 같이 누화가 발생된 전력 증폭기의 입력/출력 관계식을 구할 수 있다.By combining [Equation 1], [Equation 2] and [Equation 3], the input / output relational expression of the power amplifier with which crosstalk is generated can be obtained as shown in [Equation 4] below.
[수식 4][Equation 4]
전치왜곡 알고리즘에서 누화가 발생된 전력 증폭기의 보상을 위한 계수들은 위의 누화가 포함된 증폭기 출력신호를 이용하여 계산된다. 그러나, 기존 전치왜곡 알고리즘에서 전치왜곡기의 계수들은 전력 증폭기 출력단에서 누화를 보상해주지 않으면 올바른 값을 구할 수 없는데, 이는 피드백 신호가 출력단 누화에 의해 변질되기 때문이다. 그러므로, 본 발명에서는 입력단과 출력단에 누화가 존재할 때 전력 증폭기를 선형화 하는 전치왜곡 구조와 알고리즘을 제안한다.In the predistortion algorithm, the coefficients for compensating a crosstalk generated power amplifier are calculated by using the amplifier output signal including the above crosstalk. However, in the existing predistortion algorithm, the coefficients of the predistorter cannot be obtained without compensating crosstalk at the power amplifier output stage because the feedback signal is deteriorated by the crosstalk of the output stage. Therefore, the present invention proposes a predistortion structure and algorithm for linearizing a power amplifier when crosstalk is present at the input and output ends.
누화가 발생할 때 비선형성을 보상하기 위한 보상 블록은 도 3 과 같이 구성할 수 있다. 제안된 보상 블록은 세 부분으로 이루어져 있는데 출력 누화 보상 블록, 전력 증폭기의 비선형 보상 블록, 입력 누화 보상 블록이 순서대로 다단 연결 되어있다. 각각의 블록은 전력 증폭기 부분에서 발생한 누화 및 비선형 특성을 보상한다. [수식 1] 을 행렬 형식으로 다시 쓰면,A compensation block for compensating for nonlinearity when crosstalk occurs may be configured as shown in FIG. 3. The proposed compensation block consists of three parts: output crosstalk compensation block, power amplifier nonlinear compensation block, and input crosstalk compensation block in order. Each block compensates for crosstalk and nonlinear characteristics that occur in the power amplifier section. If you rewrite
[수식 4] [Equation 4]
이때, 이고, A는 성분이 인 M×M 행렬이다. At this time, Where A is the component Is an M × M matrix.
[수식 4] 에서 비선형 누화에 대한 보상기는 로 디자인 되는데, F는 입력 누화 보상을 위한 M×M 행렬이다. 그러므로, 입력 누화 보상기에서 입력값과 출력값의 관계는 과 같고, In
이때, 이다. At this time, to be.
같은 방식으로, [수식 3] 에서 다음의 [수식 5] 와 같이 나타낸다.In the same manner, it is represented by the following [formula 5] in [formula 3].
[수식 5][Equation 5]
이때, , 이고, B는 성분이 인 M×M 행렬이다. At this time, , Where B is the component Is an M × M matrix.
그러므로, 선형 누화 보상기는 이고, G는 출력 누화 보상기에 대한 M×M 행렬이다. Therefore, linear crosstalk compensators And G is the M × M matrix for the output crosstalk compensator.
이때, 이고, , 이다. At this time, ego, , to be.
입력과 출력 누화가 보상되었다고 가정하면 전력 증폭기의 비선형성은 각각의 경로에서 독립적으로 보상 가능하다. Assuming the input and output crosstalks are compensated, the nonlinearity of the power amplifier can be compensated independently in each path.
[수식 2] 의 비선형 모델의 정확한 비선형 특성을 찾기는 힘들기 때문에 일반적으로 근사된 역함수 모델이 쓰인다. 역함수 특성은 다음의 [수식 6] 과 같이 표현할 수 있다.Since it is difficult to find the exact nonlinear characteristics of the nonlinear model of
[수식 6][Equation 6]
여기서, 2Q-1은 비선형 차수이고, 는 j번째 PD의 계수인데 전력 증폭기의 비선형성을 보상하기 위해 , 을 만족하도록 설계한다. 보상 블록들의 계수를 얻기 위해서는 누화가 발생된 전력 증폭기의 특성 정보를 미리 알아야 한다. Where 2Q-1 is a nonlinear order, Is the coefficient of the j th PD to compensate for the nonlinearity of the power amplifier. Design to satisfy. In order to obtain the coefficients of the compensation blocks, it is necessary to know in advance the characteristic information of the power amplifier from which the crosstalk is generated.
그러므로, 초기에, 누화가 발생된 전력 증폭기의 특성을 추정해야한다. 그러나, 이러한 추정 과정이 없이도 간접 학습 방식(indirect learning)을 이용하여 제안된 전치왜곡기의 계수를 직접적으로 구할 수 있다. 이제 제안된 블록의 계수들을 얻기 위한 알고리즘을 다음과 같이 유도한다. Therefore, initially, it is necessary to estimate the characteristics of the power amplifier from which crosstalk has occurred. However, even without this estimation process, the coefficients of the proposed predistorter can be directly obtained by using indirect learning. Now we derive the algorithm for obtaining the coefficients of the proposed block as follows.
도 4 는 간접학습구조를 보여주는데, 적응 보상 블록이 누화가 발생된 전력 증폭기의 역함수 특성을 구하기 위해 피드백 경로(feedback path)에 사용되었고, 제안된 보상 블록에서 계산된 계수 값들이 피드포워드 경로(feedforward path)의 보상기에 적용된다. 누화가 발생된 전력 증폭기의 최종 출력값이 목표 이득 값에 의해 감쇄된다고 가정하면, 4 shows an indirect learning structure in which an adaptive compensation block is used in a feedback path to obtain an inverse function characteristic of a crosstalk generated power amplifier, and coefficient values calculated in the proposed compensation block are used as a feedforward path. applied to the compensator of path). The final output of the crosstalk generated power amplifier is the target gain. Assuming it is attenuated by a value,
과 은 , and silver ,
으로 표현된다. .
j번째 피드백 경로의 블록에서 출력 값은In the block of the jth feedback path, the output value is
이다. to be.
보상 블록의 계수를 계산하기 위하여, 다음의 [수식 7] 과 같이 비용함수를 정의한다.In order to calculate the coefficient of the compensation block, a cost function is defined as in Equation 7 below.
[수식 7][Formula 7]
이때, , 이고, N 은 관찰된 데이터의 개수이다. 여기서는 feedforward 경로의 블록이 인지 과정에서 bypass 되었다고 가정한다. At this time, , And N is the number of observed data. In this case, it is assumed that the block of the feedforward path has been bypassed in the recognition process.
그러면, , 이 된다.then, , .
계수 , , 를 갱신하기 위한 적응 알고리즘은 stochastic gradient method를 적용하여 얻을 수 있고, N=1인 경우 최종 알고리즘은 전통적인 LMS(least mean squares) 알고리즘이다. 의 j번째 경로에서 갱신 알고리즘은 다음의 [수식 8] 과 같다.Coefficient , , The adaptive algorithm for updating is obtained by applying stochastic gradient method, and when N = 1, the final algorithm is the traditional least mean squares (LMS) algorithm. The update algorithm in the j-th path of is shown in [Equation 8].
[수식 8][Equation 8]
이때, , 는 스텝 사이즈 이다. 이와 같이 j번째 경로의 역 비선형 특성 에 대한 적응 알고리즘은 다음의 [수식 9] 와 같다.At this time, , Is the step size. Thus the inverse nonlinear nature of the j-th path The adaptive algorithm for is given by
[수식 9][Equation 9]
이때, [수식 10] At this time, [Formula 10]
이고, 는 스텝 사이즈 이다. ego, Is the step size.
마지막으로, 에 대한 적응 알고리즘은 [수식 11] 과 같다. Finally, The adaptive algorithm for is given by Equation 11.
[수식 11][Equation 11]
이때, , At this time, ,
이고, 는 스텝 사이즈 이다. ego, Is the step size.
계수 갱신 알고리즘 [수식 8], [수식 9] 및 [수식 11] 은 동시에 계산되며, 수렴된 후에 최종 구해진 계수들은 feedforward path의 제안 전치왜곡 블록에 적용된다.
The coefficient update algorithms [Equation 8], [Equation 9] and [Equation 11] are calculated at the same time, and after convergence, the coefficients finally obtained are applied to the proposed predistortion block of the feedforward path.
본 발명에서 제안하는 전치왜곡 알고리즘의 성능은 컴퓨터 모의실험에 의해 검증되었다. 시뮬레이션 환경은 다음과 같다. 간결성을 위해 두 개의 송신 안테나 시스템 (M=2)을 고려하였고, 송신 데이터는 독립적으로 생성되며 송신 심볼은 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)에 의해 변조된다. The performance of the predistortion algorithm proposed in the present invention was verified by computer simulation. The simulation environment is as follows. For simplicity, we consider two transmit antenna systems (M = 2), the transmit data are generated independently and the transmit symbols are modulated by Quadrature Phase Shift Keying (QPSK).
각 경로의 심볼은 총 1024개의 subcarrier를 갖는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조기에 옮겨진다. 1024개의 subcarrier 중 840 subcarrier는 데이터 송신에 쓰이고 나머지는 subcarrier 보호를 위해 쓰인다. 전력 증폭기의 앞과 뒤에서 누화의 진폭은 20dB로 가정되고, (i.e, ), 위상은 임의로 선택되었다. 전력 증폭기의 비선형성을 모델링함에 있어서 [수식 13] 과 같은 Saleh model의 memoryless 비선형 모델이 쓰였다. The symbols of each path are transferred to an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulator having a total of 1024 subcarriers. Of the 1024 subcarriers, 840 subcarriers are used for data transmission and the rest are used for subcarrier protection. The amplitude of crosstalk at the front and back of the power amplifier is assumed to be 20 dB, ie, ), The phase was randomly selected. In modeling the nonlinearity of the power amplifier, a memoryless nonlinear model of Saleh's model is used.
[수식 13][Equation 13]
도 5 는 다양한 PD 알고리즘을 적용하였을 때 전력 증폭기 출력값의 power spectrum density를 비교하고 있다. 기존 전치왜곡 방식들에서는 증폭기 출력단에서의 누화를 고려하지 않았기 때문에 전력 증폭기를 선형화 시키지 못하는 것을 보여준다. 그러나 본 발명에서 제안한 방법은 증폭기 입력 및 출력 단에서의 누화가 모두 보상되어 좋은 선형화 성능을 보여준다.5 compares power spectrum density of power amplifier output values when various PD algorithms are applied. Existing predistortion schemes do not account for crosstalk at the amplifier output stage, thus showing that the power amplifier is not linearized. However, the proposed method shows good linearization performance by compensating crosstalk at both the input and output stages of the amplifier.
도 5 에서, (a) 는 전치 왜곡기(PD)가 적용되지 않은 전력 증폭기(PA)의 출력이며, (b) 는 기존의 전치 왜곡기(PD)를 적용한 전력 증폭기(PA)의 출력이며, (c) 는 기존의 비선형 누화를 고려한 전치 왜곡기(PD)를 적용한 전력 증폭기(PA)의 출력이며, (d) 는 제안된 전치 왜곡기(PD)를 사용한 전력 증폭기(PA) 출력이며, (e) 는 누화가 없는 경우에 기존 전치 왜곡기(PD)를 적용한 전력 증폭기(PA) 출력이며, (f) 는 입력 신호이다.
In FIG. 5, (a) is an output of the power amplifier PA to which the predistorter PD is not applied, and (b) is an output of the power amplifier PA to which the conventional predistorter PD is applied. (c) is the output of the power amplifier PA applying the predistorter PD considering the conventional nonlinear crosstalk, and (d) is the output of the power amplifier PA using the proposed predistorter PD. e) is the output of the power amplifier PA to which the existing predistorter PD is applied when there is no crosstalk, and (f) is an input signal.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be appreciated by those skilled in the art that numerous changes and modifications may be made without departing from the invention. Accordingly, all such appropriate modifications and changes, and equivalents thereof, should be regarded as within the scope of the present invention.
100: 전력증폭 비선형 보상기 200: 입력단 누화 보상기
300: 출력단 누화 보상기 400: 적응 계수기100: power amplifier nonlinear compensator 200: input crosstalk compensator
300: output crosstalk compensator 400: adaptive counter
Claims (6)
상기 M개의 전력 증폭기 입력 단에 존재하는 누화를 보상하는 MxM 행렬 입력단 누화 보상기(200);
상기 M개의 전력 증폭기 출력 단에 존재하는 누화를 보상하는 MxM 행렬 출력단 누화 보상기(300); 및
상기 전력 증폭기 입출력단 누화 및 전력 증폭기의 비선형 특성을 보상하기 위하여, 상기 전력증폭 비선형 보상기(100), 입력단 누화 보상기(200) 및 출력단 누화 보상기(300)들의 계수들을 추출하는 적응 계수기(400); 를 포함하되,
상기 적응 계수기(400)는,
상기 전력 증폭기 입출력단 누화 및 비선형 특성을 보상하는 상기 전력증폭 비선형 보상기(100), 입력단 누화 보상기(200) 및 출력단 누화 보상기(300)들의 계수를 다음의 [수식 8], [수식 9] 및 [수식 11] 을 통해 동시에 추출하는 것을 특징으로 하는 송신 경로에 누화가 존재하는 MIMO 송신기에서의 전력 증폭기 선형화를 위한 전치왜곡 장치.
[수식 8]
이때, , 는 스텝 사이즈이며,
[수식 9]
이때,
이고, 는 스텝 사이즈이며,
[수식 11]
이때, ,
이고, 는 스텝 사이즈.
M power amplification nonlinear compensators 100 for compensating the nonlinear characteristics of the M power amplifiers in a MIMO transmitter;
An MxM matrix input stage crosstalk compensator (200) for compensating crosstalk present in the M power amplifier input stages;
An MxM matrix output stage compensator (300) for compensating crosstalk present in the M power amplifier output stages; And
An adaptive counter 400 for extracting coefficients of the power amplifier nonlinear compensator 100, the input crosstalk compensator 200, and the output stage crosstalk compensator 300 to compensate for crosstalk of the power amplifier input / output stage and nonlinear characteristics of the power amplifier; Including,
The adaptive counter 400,
The coefficients of the power amplifier nonlinear compensator 100, the input crosstalk compensator 200, and the output crosstalk compensator 300 for compensating the power amplifier input / output stage crosstalk and nonlinear characteristics are expressed by the following Equations 8, 9, and 9 A predistortion device for linearizing a power amplifier in a MIMO transmitter having crosstalk in a transmission path, characterized in that it is simultaneously extracted through Equation 11.
Equation 8
At this time, , Is the step size,
[Equation 9]
At this time,
ego, Is the step size,
[Equation 11]
At this time, ,
ego, Is the step size.
누화가 발생된 전력 증폭기의 역함수 특성을 구하기 위하여, 상기 전력증폭 비선형 보상기(100), 입력단 누화 보상기(200) 및 출력단 누화 보상기(300)가 피드백 경로(feedback path)에 사용되며,
상기 전력증폭 비선형 보상기(100), 입력단 누화 보상기(200) 및 출력단 누화 보상기(300)로부터 계산된 계수의 값들이 피드포워드 경로(feedforward path)의 보상기에 적용되는 것을 특징으로 하는 송신 경로에 누화가 존재하는 MIMO 송신기에서의 전력 증폭기 선형화를 위한 전치왜곡 장치.
The method of claim 1,
In order to obtain an inverse function characteristic of a crosstalk generated power amplifier, the power amplifying nonlinear compensator 100, the input crosstalk compensator 200, and the output crosstalk compensator 300 are used in a feedback path.
Crosstalk is applied to the transmission path, characterized in that the values of the coefficients calculated from the power amplification nonlinear compensator 100, the input crosstalk compensator 200 and the output crosstalk compensator 300 are applied to the compensator of the feedforward path. Predistortion device for power amplifier linearization in existing MIMO transmitters.
(b) 상기 (a) 단계를 통해 추출된 계수들을 상기 전력증폭 비선형 보상기(100)에 적용하는 단계; 및
(c) 상기 전력증폭 비선형 보상기(100)의 출력이 전력 증폭기 의해 증폭되는 단계; 를 포함하되,
상기 (a) 단계에서,
상기 전력 증폭기 입출력단 누화 및 비선형 특성을 보상하는 상기 전력증폭 비선형 보상기(100), 입력단 누화 보상기(200) 및 출력단 누화 보상기(300)들의 계수를 다음의 [수식 8], [수식 9] 및 [수식 11] 을 통해 동시에 추출하는 것을 특징으로 하는 송신 경로에 누화가 존재하는 MIMO 송신기에서의 전력 증폭기 선형화를 위한 전치왜곡 방법.
[수식 8]
이때, , 는 스텝 사이즈이며,
[수식 9]
이때,
이고, 는 스텝 사이즈이며,
[수식 11]
이때, ,
이고, 는 스텝 사이즈.
(a) extracting coefficients of the power amplification nonlinear compensator 100, the input crosstalk compensator 200, and the output crosstalk compensator 300;
(b) applying the coefficients extracted through step (a) to the power amplifier nonlinear compensator (100); And
(c) amplifying the output of the power amplifying nonlinear compensator (100) by a power amplifier; Including,
In the step (a)
The coefficients of the power amplifier nonlinear compensator 100, the input crosstalk compensator 200, and the output crosstalk compensator 300 for compensating the power amplifier input / output stage crosstalk and nonlinear characteristics are expressed by the following Equations 8, 9, and 9 A predistortion method for linearizing a power amplifier in a MIMO transmitter in which crosstalk exists in a transmission path, which is simultaneously extracted through Equation 11.
Equation 8
At this time, , Is the step size,
[Equation 9]
At this time,
ego, Is the step size,
[Equation 11]
At this time, ,
ego, Is the step size.
누화가 발생된 전력 증폭기의 역함수 특성을 구하기 위하여, 상기 전력증폭 비선형 보상기(100), 입력단 누화 보상기(200) 및 출력단 누화 보상기(300)가 피드백 경로(feedback path)에 사용되며,
상기 전력증폭 비선형 보상기(100), 입력단 누화 보상기(200) 및 출력단 누화 보상기(300)로부터 계산된 계수의 값들이 피드포워드 경로(feedforward path)의 보상기에 적용되는 것을 특징으로 하는 송신 경로에 누화가 존재하는 MIMO 송신기에서의 전력 증폭기 선형화를 위한 전치왜곡 방법. The method of claim 4, wherein
In order to obtain an inverse function characteristic of a crosstalk generated power amplifier, the power amplifying nonlinear compensator 100, the input crosstalk compensator 200, and the output crosstalk compensator 300 are used in a feedback path.
Crosstalk is applied to the transmission path, characterized in that the values of the coefficients calculated from the power amplification nonlinear compensator 100, the input crosstalk compensator 200 and the output crosstalk compensator 300 are applied to the compensator of the feedforward path. Predistortion method for power amplifier linearization in existing MIMO transmitters.
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.S.A et al. BER performance assessment of linearized MIMO transmitters in presence of RF crosstalk, IEEE Radio and Wireless Symposium, 10-14 Jan., 2010, pp. 33-36* |
Z.R. et al. Crossover Neural Network Predistorter for the compensation of Crosstalk and nonlinearity in MIMO OFDM systems, IEEE 21st Int. Symp. on PIMRC, 26-30 Sept., 2010, pp 966-970* |
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