KR101201911B1 - 무선통신 시스템에서 시간지연을 제어하여 전력증폭 장치 및 방법 - Google Patents

무선통신 시스템에서 시간지연을 제어하여 전력증폭 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 시간지연을 제어하여 전력 증폭하는 송신장치 및 방법에 관한 것으로, 무선통신 시스템에서 시간지연을 제어하여 전력 증폭하는 송신장치에 있어서, 기저대역 신호를 포락선 신호와 위상변조 신호로 분리하여 출력하는 신호 변환기와, 상기 포락선 신호와 상기 위상변조 신호의 경로에 대해 상관계수 추출과 보간(Interpolation) 기법을 이용하여 각각 신호 경로에 대한 시간지연 차를 측정하는 시간지연 차이 측정기와, 상기 측정된 시간지연 차이에 따라 시간지연이 작은 신호 경로에는 클럭 주기 단위로 시간지연을 설정하고, 시간지연이 큰 신호 경로에는 나머지 시간지연 차로 시간지연을 설정하는 시간지연 제어기를 포함하여, 각 경로간 신호들의 시간 지연 차이를 정확하게 측정하고 시간정렬의 정확도를 높일 수 있으며, 최종 RF 신호의 스펙트럼 성능의 왜곡을 방지할 수 있는 이점이 있다.
EER(Envelope Elimination and Restoration), 포락선 신호, 위상신호, 상관계수, 보간.

Description

무선통신 시스템에서 시간지연을 제어하여 전력증폭 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR POWER AMPLIFIER WITH DELAY CONTROL IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선통신 시스템에서 EER(Envelope Elimination and Restoration) 기반 전력증폭기에 관한 것으로, 특히 포락선 신호, 위상신호, 및 기저대역 신호의 상관계수와 보간을 통해 시간지연을 제어하여 전력증폭하는 송신장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 이동통신의 보편화로 인해 이동단말기 및 기지국 시스템에서 디지털 변조된 신호를 원하는 송신출력까지 RF(Radio Frequency) 전력증폭기를 이용하여 증폭한 후 전송해야 한다. 이때, 신호의 왜곡 없는 전송을 위해서는 상기 전력증폭기에 고선형 및 고효율 특성이 요구된다.
상기 전력증폭기의 고효율 특성에 따라 EER(Envelope Elimination and Restoration) 기반 송신기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 상기 EER 기반 송 신기는 전력증폭기의 전원공급이 송신신호의 포락선(Envelope)을 따르도록 제어하는 시스템이다. 송신신호의 크기가 커질 때에는 전력증폭기 공급 전원의 크기를 증가시키고, 송신신호의 크기가 작아질 때에는 공급 전원의 크기를 감소시킨다. 이러한 방법은 송신 신호의 최대 크기를 고려해서 설계된 고정적인 전원을 사용하는 경우와 비교해서 전력 효율을 증대시킬 수 있다. 하지만, 상기 EER 기반 송신기의 전력증폭기 출력신호 성능이 왜곡되지 않기 위해서 전력증폭기 공급 전원의 크기를 제어하는 포락선 신호증폭기의 출력신호와 전력증폭기에 입력되는 위상변조 신호 간의 시간정렬이 정확히 이루어져야 한다. 즉, 포락선 신호증폭기의 출력신호와 전력증폭기에 입력되는 위상변조 신호 간에 타이밍 조정이 필요하다. 만약, 시간정렬이 정확히 이루어지지 않을 경우에는 전력증폭기 출력신호의 스펙트럼 특성이 왜곡된다.
상기 전력증폭기 출력신호의 스펙트럼 특성의 왜곡을 방지하기 위해 각 신호들 간의 정확한 시간정렬 기능의 구현이 요구된다. 시간정렬 기능을 구현하기 위해서 기저대역 신호가 포락선 신호 경로를 거쳐 전력증폭기로 공급되는데 소용되는 시간까지 소요된 시간과 위상변조된 신호가 상향변조되어 전력증폭기 경로를 지나는데 소요되는 시간을 정확하게 측정해야 하며, 각 경로별 전송 소요시간의 차를 계산하여 각 경로별 시간지연을 조정할 수 있어야 한다.
종래에 정확한 시간정렬을 수행하기 위해 시간지연 차(포락선 신호 경로와 위상신호 경로의 시간지연 차)를 측정하고 이를 바탕으로 시간정렬을 구현하기 위해 여러 기술이 제안되고 있다. 시간지연 차를 측정하기 위해 시간 지연 차에 의해 발생하는 왜곡 신호를 측정하는 방법(US 2006/0246856 A1, Transmission apparatus, communication apparatus, and Mobile radio apparatus), 시험신호의 위상 차이를 측정하는 방법(대한민국 특허 10-2005-0003164, 무선 통신장치의 타이밍 조정 방법), 상관계수 측정을 통한 시간지연 측정 방법(US 2006/0234652 A1, Transmission apparatus) 등이 있으며, 이렇게 측정된 시간지연을 보정하기 위한 방법으로 디지털 클럭의 위상을 조정해서 시간정렬을 수행하는 방법(대한민국 특허 10-2005-0003164, 무선 통신장치의 타이밍 조정 방법), 디지털 신호 경로에 시간지연 버퍼만을 사용해 시간지연을 제어하는 방법(US 2006/0234652 A1, Transmission apparatus), 위상변조 신호를 증폭하기 위한 전력증폭기의 직렬 연결 개수를 조정하는 방법(US 2006/0264186 A1) 등이 있다.
하지만, 시간지연 차이에 의해 발생되는 왜곡신호를 측정해서 시간정렬을 이루는 방법과 시험신호의 위상 차이를 측정하는 방법은 정량적인 시간 지연 차이를 도출하기 어렵다. 그리고, 상관계수 측정을 통한 시간지연 측정 방법은 클럭주기 단위로 시간지연이 설정되기 때문에 상기 클럭주기 이하의 시간지연은 설정할 수 없다.
시간지연을 보정하기 위한 방법에서 있어서 추정된 시간 지연 차이를 바탕으로 시간정렬을 수행하기 위해 디지털 클럭의 위상을 조정하는 방법은 데이터 변환기의 동작 특성에 따라서 정확한 동작 성능을 보장하기 어려운 단점이 있고, 버퍼를 이용한 시간정렬 방식은 클럭 단위 이하의 시간정렬을 구현할 수 없으며, 전력 증폭기의 직렬 연결 개수의 조정은 시스템 크기 및 비용의 증가와 정확도의 제한 등의 단점이 있다.
무선통신 시스템에서 EER 기반에서 서로 다른 경로 신호들 간의 시간지연 차이를 측정하여 시간지연 보정의 정확도를 높이기 위한 전력증폭 장치 및 방법을 제안한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 시간지연을 제어하여 전력 증폭하는 송신장치에 있어서, 기저대역 신호를 포락선 신호와 위상변조 신호로 분리하여 출력하는 신호 변환기와, 상기 포락선 신호와 상기 위상변조 신호의 경로에 대해 상관계수 추출과 보간(Interpolation) 기법을 이용하여 각각 신호 경로에 대한 시간지연 차를 측정하는 시간지연 차이 측정기와, 상기 측정된 시간지연 차이에 따라 시간지연이 작은 신호 경로에는 클럭 주기 단위로 시간지연을 설정하고, 시간지연이 큰 신호 경로에는 나머지 시간지연 차로 시간지연을 설정하는 시간지연 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 시간지연을 제어하여 전력 증폭하는 송신방법에 있어서, 기저대역 신호를 포락선 신호와 위상변조 신호로 분리하여 출력하는 과정과, 상기 포락선 신호와 상기 위상변조 신호의 경로에 대해 상관계수 추출과 보간(Interpolation) 기법을 이용하여 각각 신호 경로에 대한 시간지연 차를 측정하는 과정과, 상기 측정된 시간 지연 차이에 따라 시간지연이 작은 신호 경로에는 클럭 주기 단위로 시간지연을 설정하고, 시간지연이 큰 신호 경로에는 나머지 시간지연 차로 시간지연을 설정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 무선통신 시스템에서 EER 기반에서 포락선 신호, 위상신호, 및 기저대역 신호의 상관계수와 보간을 통해 시간지연을 보상하여 전력증폭 함으로써, 각 경로간 신호들의 시간 지연 차이를 정확하게 측정하고 시간정렬의 정확도를 높일 수 있으며, 최종 RF 신호의 스펙트럼 성능의 왜곡을 방지할 수 있는 이점이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명은 무선통신 시스템에서 EER(Envelope Elimination and Restoration) 기반에서 포락선 신호, 위상신호, 및 기저대역 신호의 상관계수와 보간을 통해 시간지연을 보상하여 전력증폭하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 EER 기반의 전력증폭 장치를 도시하고 있다.
상기 도 1을 참조하면, 전력증폭 장치는 기저대역 신호(101)의 크기신호를 출력하는 포락선 신호 변환기(102), 기저대역 신호의 위상 정보를 이용해 위상변조 신호를 발생하는 위상신호 변환기(103), 시간지연 차이 측정기(110)로부터 시간지연 차이를 제공받아 포락선 신호(111)의 시간지연을 제어하는 포락선 신호 시간제어기(104), 시간지연 차이 측정기(110)로부터 시간지연 차이를 제공받아 위상변조 신호(112)의 시간지연을 제어하기 위한 위상변조 신호 시간제어기(105), 위상변조 신호를 RF 대역으로 상향 변조하기 위한 상향 변조기(106), 상향 변조된 위상변조 신호를 증폭하기 위한 전력증폭기(107), 포락선 신호의 크기에 따라서 전력증폭기의 전원을 공급하기 위한 포락선 신호증폭기(108), 전력증폭기를 통해 출력되는 RF 신호(109)를 이용해 각 경로 별 신호의 시간지연 차이를 측정하기 위한 시간지연 차이 측정기(110) 등을 포함하여 구성된다.
상기 기저대역 신호(101)는 복소 신호이며 크기를 나타내는 포락선(Envelope)과, 복소신호의 실수부와 허수부의 크기 비에 의해 결정되는 위상 값을 이용해 표현된다. 상기 전력증폭기(107)를 통해 출력되는 RF 신호(109)는 포락 선 신호의 크기를 따르게 된다.
일반적인 송신기의 경우에는 일정한 전압으로 전력증폭기(107)에 전원을 공급한다. 이때, 포락선이 가장 큰 경우를 고려해서 전력증폭기(107)가 포화동작하지 않도록 전원전압의 크기를 결정하여 공급한다. 이러한 경우 포락선이 최대값보다 작을 경우에는 전력효율이 떨어지는 현상이 발생한다. 따라서, 포락선이 작은 신호인 경우에는 전력증폭기의 전원전압의 크기를 작게 공급해서 전력효율을 증가시킬 수 있다. EER 기반 송신기는 이러한 방식으로 전력증폭기(107)의 전원전압을 공급한다. 상기 EER 기반 송신기 구조가 전력효율을 높일 수 있는 장점이 있지만, 포락선 신호(111)가 전력증폭기에 공급되는 시간과 위상변조 신호(112)가 전력증폭기(107)에 공급되는 시간이 일치해야 한다. 그렇지 않을 경우에는 전력증폭기 출력단의 RF 신호(109)의 성능이 열화된다. 도 2에서 포락선 신호와 위상변조 신호 간의 지연시간 차이로 인해 신호 성능이 열화되는 그래프를 나타내고 있다. RF 신호(109)의 성능은 송신신호의 인접 채널 누설비(Adjacent Channel Leakage Ratio: 이하 "ACLR"라 칭함) 또는 성상 에러(Constellation Error)로 나타낼 수 있다. 상기 도 2에서 가로축은 시간지연 차이고, 세로축은 ACLR과 성상 에러 크기이다. 여기서, 상기 ACLR은 무선통신 시스템에서 전력증폭기의 선형성을 나타내는 척도로 사용된다. 상기 도 2를 살펴보면, 시간지연이 클수록 ACLR과 성상 에러 크기가 커지는 것을 알 수 있다.
상기 포락선 신호(111)가 전력증폭기(107)에 공급되는 시간과 상기 위상변조 신호(112)가 전력증폭기(107)에 공급되는 시간이 일치하도록 제어하는 상기 포락선 신호 시간 제어기(104), 상기 위상 변조신호 시간 제어기(105), 상기 시간지연 차이 측정기(110)에 대한 상세한 설명은 하기 도 3에서 하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 시간지연 차이 측정기(110)를 도시하고 있다. 여기서, 상기 시간 지연 차이 측정기(110)는 정확한 시간지연 측정을 위해 상관계수 추출과 보간(Interpolation) 기법을 이용한다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 시간지연 측정기(110)는 하향 변조기(301), 전치 상관계수 추출기(302), ROI(Region of Interest) 선택기(303), 보간기(304), 후치 상관계수 추출기(305), 시간지연 차이 계산기(306)를 포함하여 구성된다.
상기 시간 지연 차이 측정기(110) 동작을 보면, 하향 변조기(301)는 상기 전력증폭기(107)에서 출력되는 RF 신호(109)를 기저대역으로 하향변조한다. 여기서, 상기 기저대역 신호(101)와 시간지연이 발생한 하향변조 신호(307)를 비교해서 도 4에 나타내고 있다. 상기 도 4를 보면, 상기 기저대역 신호(101)와 상기 하향변조 신호(307) 사이에 상관계수를 계산하여 상관계수 값이 최대인 지점을 찾아 경로지연 시간(400)이 발생하는 시점을 알 수 있다.
상기 전치 상관계수 추출기(302)는 상기 하향변조 신호(307)에 대해 기저대역 신호(101)와 상관계수를 계산한다. 여기서, 상기 전치 상관계수 추출기(302)는 기저대역 신호(101)와 하향변조 신호(307)의 샘플링 클럭 단위에 따른 상관계수 값을 계산한다. 계산된 상관계수 값을 기준으로 하향 변조된 신호의 시작 시점을 결정할 수 있다. 상기 도 4와 같이 기저대역 신호 대비 경로지연을 보이는 하향변조 신호에 대해서 상관계수를 계산하고 이를 경로지연 값에 대응시켜 나타내면 도 5와 같다. 상기 도 5에서 보듯이 경로지연 시간 값에서 상관계수 값이 최대치(502)를 보인다. 이를 통해서 하향변조 신호의 대략적인 경로지연 시간 값(504)을 알 수 있다.
상관계수를 바탕으로 상기 하향변조 신호(307), 포락선 신호(111), 위상변조 신호(112)에 대한 보간(Interpolation)을 수행하기 위한 신호 구간 선택을 상기 ROI선택기(303)에서 수행한다. 상기 ROI선택기(303)를 이용해 신호 구간을 선택하는 이유는 각 신호들 간의 정확한 시간 지연을 측정하기 위한 후치 상관계수 추출기(305)에서 발생하는 연산량을 줄이기 위한 것이다. 상기 도 4에서와 같은 경로지연 시간 계산 결과에 따라 상기 하향변조 신호(307)에 ROI 구간 선택에 대한 예를 도 6에 나타낸다. 상기 도 6에서 표시된 ROI 구간(600)의 길이는 상기 ROI 선택기(303) 이후 단(예: 상기 보간기(304)나 상기 후치 상관계수 추출기(305)의 연산 능력에 따라 제한될 수 있다. 즉, 상기 ROI 구간(600)은 상기 전치 상관계수 추출기(302)로부터 산출된 경로지연 시간에서 시작하여 보간기(304)나 상기 후치 상관계수 추출기(305)의 연산을 위한 메모리 크기에 따라 구간이 결정된다.
상기 보간기(304)는 상기 ROI 선택기(303)에서 결정된 ROI 구간에 대해서 포락선 신호(111), 위상변조 신호(112), 하향변조 신호(307)에 대한 보간(Interpolation)을 수행한다. 상기 보간은 샘플링 주파수를 높이기 위한 것이 아니기 때문에, 상기 보간기(304)는 디지털 블럭의 클럭을 채배해서 동작하지 않는다. 단지 각 신호의 샘플 값에 대한 보간만 수행한다.
상기 하향변조 신호(307)에 대한 보간 기능의 구현방식은 여러 가지 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 하향변조 신호(307)의 이산 점들 사이의 값을 보간하는 방법은 단순히 신호에 영을 부가하여 얻을 수 있는 영부가(Zero Padding)를 사용할 수 있다. 보간 기능을 구현하기 위해 적용되는 함수의 차수를 달리할 수 있으나, 차수가 높아질 수 록 기능구현을 위한 하드웨어 자원량이 증가하고 계산량도 늘어난다. 따라서, 기능 구현에 요구되는 자원 및 계산량을 구현 성능에 따라 결정한다.
상기 후치 상관계수 추출기(305)는 보간기(304)에서 보간된 포락선 신호, 보간된 하향변조 신호, 보간된 위상변조 신호를 이용해 포락선 신호 상관계수와 위상 신호 상관계수를 계산한다. 또한, 상기 후치 상관계수 추출기(305)는 포락선 신호 상관계수 및 위상 신호 상관계수가 최대가 되는 지점을 찾아 포락선 신호 시간 지연량(τenv)과 위상신호 시간 지연량(τph)을 산출한다.
보간 전후의 신호가 동일한 샘플링 주파수를 갖지만, 보간 후의 신호가 갖는 각 샘플들은 보간 차수(Interpolation order) 만큼 샘플링 주파수가 증가된 신호 값을 의미하게 된다. 도 7의 예는 ROI 선택기(303)에 의해 결정된 신호 구간에 대해서 10배 보간이 수행된 하향변조 신호(307)와 포락선 신호(111) 간의 상관계수 계산 결과와 보간 전의 상관계수 값을 나타낸 것이다. 보간한 신호에 대한 상관계수 값의 샘플들은 보간 전보다 분해능이 향상된 결과를 보인다. 상기 도 7의 상관계수 결과를 얻기 위해 하향변조 신호(307)에 적용된 10배 보간은 1차 함수를 따르도록 한 것이며, 이는 하향변조 신호(307)의 각 샘플 사이를 선형보간 혹은 선형내삽(Linear Interpolation)한 방식이다. 상관계수의 최대치 값에 따르면, 보간 전의 신호들 간의 시간지연이 확인되지 않지만, 보간 후의 신호들 간의 상관계수 결과 값은 0.5 샘플 시간 지연이 있음을 알 수 있다. 따라서 보간 차수가 증가되면 상관계수 결과값의 분해능이 향상되어 시간 지연에 대해 분해능이 향상된 결과를 얻을 수 있다. 이때, 보간 차수에 따라 신호의 샘플링 주파수가 증가되지 않기 때문에 디지털 신호처리 부분의 클럭 증가에 대한 하드웨어 성능 증대를 고려할 필요는 없다.
상기 시간지연 차이 계산기(306)는 상기 후치 상관계수 추출기(305)로부터 포락선 신호 시간 지연량(τenv)과 위상신호 시간 지연량(τph)을 제공받아 지연시간 차이(τdiff = τenv -τph)를 계산한다. 또한, 상기 시간지연 차이 계산기(306)는 상기 지연시간 차(τdiff )를 상기 시간지연 제어기(104, 105)에 설정한다. 상기 시간지연 제어기(104, 105)는 설정된 지연시간을 고려하여 입력신호(포락선 신호(111), 위상변조 신호(112))를 출력한다.
여기서, 상기 지연시간 차이(τdiff)는 디지털 클럭 주기(Ts)에 대한 몫(N)과 나머지(τred)로 표현된다. 몫 N이 양수이면 포락선 신호의 지연 시간(τenv)이 위상변조 신호의 지연시간(τph)보다 긴 것을 의미하며, N이 음수이면 그 반대이다. 상기 시간지연 차이 계산기(306)는 N의 부호에 따라 경로마다 시간제어 설정 값을 달리한다. 예를 들어, 시간지연이 작은 신호 경로에는 샘플링 클럭 단위의 큰 시간지연을 설정하고, 나머지 시간지연 차이인 τred는 시간지연이 큰 신호 경로에 설정한다. 예를 들어, 포락선 신호의 지연시간(τenv)이 위상변조 신호의 지연시간(τph)보다 길 때(N>0), 위상변조 신호의 경로는 N 배의 클럭 주기의 정수배 만큼 표현되는 시간지연량으로, 포락선 신호의 경로는 나머지 시간지연 차이인 τred로 시간지연을 설정한다. 반대로, 포락선 신호의 지연 시간(τenv)이 위상변조 신호의 지연시간(τph)보다 짧을 때(N<0), 포락선 신호의 경로는 N 배의 클럭 주기의 정수배 만큼 표현되는 시간지연량으로, 위상변조 신호의 경로는 나머지 시간지연 차이인 τred로 시간지연을 설정한다.
여기서, 클럭 주기의 정수배 만큼 표현되는 시간지연 차는 해당 신호 경로에 버퍼를 삽입해서 시간지연을 제어할 수 있다. 버퍼를 삽입한 시간지연 제어 방법을 나타내면 도 8과 같다. 상기 도 8을 참조하면, 상기 지연시간 차이(τdiff)가 디지털 클럭 주기(Ts)에 대한 몫(N)과 나머지(τred)로 표현될 때, 상기 해당 신호 경로(포락선 신호 경로(111) 또는 위상변조 신호 경로(112))에 제 1 클럭 지연 버퍼, 제 2 클럭 지연 버퍼, ... 제 N 클럭 지연 버퍼가 삽입되어 N배 클럭 주기 만큼 시간지연이 제어된다.
다른 신호 경로에 대해 클럭 주기보다 작은 시간 지연량의 차에 대한 시간지연 설정은 입력신호(S(t))에 대해 분해능 파라미터(M)와 나머지 시간지연 차(τred)의 관계를 이용하여 출력신호(S'(t))를 결정한다. 여기서, 상기 입력신호(S(t))와 출력신호(S'(t))의 관계는 고차방정식으로 구할 수 있다.
도 9(a)는 시간지연 제어를 수행하기 위한 신호와 나머지 시간지연 차의 관계를 나타내며, 도 9(b)는 시간지연 제어가 반영된 신호에 대한 예를 나타낸 것이다.
즉, 상기 도 9(a)에서 S(t) 입력신호는 설정된 나머지 시간지연 차(τred)에 의해 S'(t) 출력신호로 출력된다. 이때, S'(t)는 고차방정식으로 유추될 수 있다.
예를 들어, 1차 방정식을 이용하여 S(t) 신호 입력시 출력되는 S'(t) 신호의 관계는 하기 <수학식 1>과 같다.
Figure 112007072569268-pat00001
Figure 112007072569268-pat00002
Figure 112007072569268-pat00003
여기서, S(t-Ts)는 시간지연 제어를 수행하기 위한 입력신호이고, M, M1, M2는 분해능 파라미터이고, Ts는 클럭 주기, s'(t)는 S(t-Ts) 신호가 시간지연 설정에 따라 출력되는 신호이고, τred는 나머지 시간지연 차이다.
상기 도 9(a)에서 정의된 M 값은 분해능을 결정한다. M이 클수록 분해능이 좋아진다. 하지만, FPGA(Field-Programmable Gate Array)와 같은 하드웨어를 이용한 연산 기능 구현시 필요한 하드웨어 자원을 최소화하기 위해 분해능을 고려한 M 값 설정시 2의 지수 값으로 정의하는 것이 유리하다. 2의 지수 값으로 정의되면, 나누기 연산은 2 진수 표현 값에 대해서 시프트 레지스터(shift register)로 대체 가능하기 때문이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 EER 기반의 전력증폭 흐름도를 도시하고 있다.
상기 도 10을 참조하면, 신호변환기(102, 103)는 1000 단계에서 기저대역 신호가 있는지를 확인하여, 1002 단계에서 기저대역 신호로부터 포락선 신호 및 위상신호를 분리하여 검출한다.
이후, 시간지연차이 측정기(110)는 1004 단계에서 상관계수 추출하고 보간 기법을 이용하여 포락선신호 경로와 위상신호 경로 사이의 시간지연 차(τdiff)를 측정한다.
이후, 상기 시간지연차이 측정기(110)는 1006 단계에서 시간지연 차(τdiff)를 샘플링 클럭 단위로 표현하여 시간지연 설정을 수행한다.
이후, 포락선 신호증폭기(108)는 1008 단계에서 시간지연 설정에 따라 정렬된 시간에 포락선 신호를 증폭하고 상향변조기(106)는 위상신호를 상향변조한다.
이후, 전력증폭기(107)는 1010 단계에서 증폭된 포락선 신호 제어하에 위상변조 신호를 증폭하여 출력한다.
이후, 본 발명의 전력증폭 절차를 종료한다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 시간지연 차이를 측정하기 위한 흐름도를 도시하고 있다.
상기 도 11을 참조하면, 하향변조기(301)는 1100 단계에서 출력되는 RF 신호를 피득백 받는다.
이후, 상기 하향변조기(301)는 1102 단계에서 출력되는 RF 신호를 기저대역 신호로 하향변조시킨다.
이후, 전치상관계수 추출기(302)는 1104 단계에서 하향변조된 기저대역 신호에 대해 원래 기저대역 신호와 상관계수를 계산한다.
이후, ROI 선택기(303)는 1106 단계에서 계산된 상관계수 값을 기준으로 하향변조된 신호의 시작시점을 결정하여, 보간을 수행하기 위한 ROI 신호구간을 선택한다. 상기 ROI 신호 구간을 선택하는 이유는 각 신호들 간의 정확한 시간 지연을 측정하기 위한 후치 상관계수 추출기(305)에서 발생하는 연산량을 줄이기 위한 것이다. 즉, 상기 ROI 구간(600)은 상기 전치 상관계수 추출기(302)로부터 산출된 경로지연 시간에서 시작하여 보간기(304)나 상기 후치 상관계수 추출기(305)의 연산을 위한 메모리 크기에 따라 구간이 결정될 수 있다.
이후, 보간기(304)는 1108 단계에서 결정된 ROI 신호구간에 대해서 포락선 신호, 위상변조 신호, 하향변조 신호에 대해서 보간을 수행한다. 상기 보간은 샘플링 주파수를 높이기 위한 것이 아니기 때문에, 상기 보간은 디지털 블럭의 클럭을 채배해서 동작하지 않는다. 단지 각 신호의 샘플 값에 대한 보간만 수행한다. 또한, 상기 보간 기능의 구현방식은 여러 가지 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 하향변조 신호(307)의 이산 점들 사이의 값을 보간하는 방법은 단순히 신호에 영을 부가하여 얻을 수 있는 영부가(Zero Padding)를 사용할 수 있다.
이후, 후치상관계수 추출기(305)는 1110 단계에서 보간된 하향변조 신호와 보간된 포락선 신호와 보간된 위상변조 신호를 이용하여 포락선 신호 상관계수와 위상 신호 상관계수를 계산한다.
이후, 시간지연차이 계산기(306)는 1112 단계에서 포락선 신호 시간 지연량 τenv과 위상신호 시간 지연량 τph 간의 지연시간 차이 τdiff를 계산한다. 여기서, 상기 지연시간 차이(τdiff)는 디지털 클럭 주기(Ts)에 대한 몫(N)과 나머지(τred)로 표현된다. 몫 N이 양수이면 포락선 신호의 지연 시간(τenv)이 위상변조 신호의 지연시간(τph)보다 긴 것을 의미하며, N이 음수이면 그 반대이다.
이후, 상기 송신장치는 시간지연 차이를 측정하기 위한 절차를 종료한다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 시간지연 설정 흐름도를 도시하고 있다.
상기 도 12를 참조하면, 시간지연차이 측정기(110)는 1200 단계에서 시간지연 차이를 샘플링 클럭 단위로 표현한다.
이후, 상기 시간지연차이 측정기(110)는 1202 단계에서 몫(N)이 0보다 크면(포락선 신호의 지연시간(τenv)이 위상변조 신호의 지연시간(τph)보다 길 때), 상기 1204 단계로 진행하여, 위상변조 신호의 경로는 N 배의 클럭 주기의 정수배 만큼 표현되는 시간지연량으로, 포락선 신호의 경로는 나머지 시간지연 차이인 τred로 시간지연을 설정한다.
상기 시간지연차이 측정기(110)는 1202 단계에서 몫(N)이 0보다 작으면(포락선 신호의 지연 시간(τenv)이 위상변조 신호의 지연시간(τph)보다 짧을 때), 상기 1206 단계로 진행하여, 포락선 신호의 경로는 N 배의 클럭 주기의 정수배 만큼 표현되는 시간지연량으로, 위상변조 신호의 경로는 나머지 시간지연 차이인 τred로 시간지연을 설정한다.
이후, 상기 시간지연차이 측정기(110)는 시간지연 설정 절차를 종료한다.
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 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 EER 기반의 전력증폭 송신장치도,
도 2에서 포락선 신호와 위상변조 신호 간의 지연시간 차이로 인해 신호 성능 그래프,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 시간지연 차이 측정기(110),
도 4는 기저대역 신호와 상기 하향변조 신호 사이 경로지연 예시도,
도 5는 기저대역 신호와 상기 하향변조 신호 사이 경로지연에 따른 상관계수 그래프,
도 6은 ROI 구간 선택에 대한 예,
도 7은 보간 전과 보간 후의 상관계수 비교 그래프,
도 8은 클럭 단위 시간지연 버퍼 예시도,
도 9는 시간 지연량과 신호 관계 그래프,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 EER 기반의 전력증폭 흐름도,
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 시간지연 차이를 계산하기 위한 흐름도 및,
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 시간지연 차이에 따른 시간지연 설정 흐름도.

Claims (25)

  1. 무선통신 시스템에서 시간지연을 제어하여 전력 증폭하는 송신장치에 있어서,
    기저대역 신호를 포락선 신호와 위상변조 신호로 분리하여 출력하는 신호 변환기와,
    상기 포락선 신호의 경로와 상기 위상변조 신호의 경로에 대해 상관계수 추출과 보간(Interpolation) 기법을 이용하여 각각 신호 경로에 대한 시간지연 차를 측정하는 시간지연 차이 측정기와,
    상기 측정된 시간지연 차이에 따라 상기 포락선 신호의 경로에는 클럭 주기 단위로 시간지연을 설정하고, 상기 위상변조 신호의 경로에는 나머지 시간지연 차로 시간지연을 설정하거나, 혹은 상기 측정된 시간지연 차이에 따라 상기 위상변조 신호의 경로에는 클럭 주기 단위로 시간지연을 설정하고, 상기 포락선 신호의 경로에는 나머지 시간지연 차로 시간지연을 설정하는 시간지연 제어기를 포함하되,
    상기 시간지연 차이 측정기는
    출력되는 RF 신호를 기저대역 신호로 하향변조하는 하향 변조기와,
    상기 하향변조된 기저대역 신호와 입력 기저대역 신호 사이 상관계수를 계산하는 전치 상관계수 추출기와,
    상기 상관계수를 바탕으로 ROI(Region of Interest) 신호 구간을 결정하는 ROI 선택기와,
    상기 결정된 ROI 구간에 대해서 포락선 신호, 위상변조 신호, 하향변조 신호에 대한 보간을 수행하는 보간기와,
    상기 보간된 포락선 신호, 보간된 하향변조 신호, 보간된 위상변조 신호를 이용해 포락선 신호 상관계수와 위상 신호 상관계수를 계산하는 후치 상관계수 추출기와,
    상기 후치 상관계수 추출기로부터 포락선 신호 시간 지연량(τenv)과 위상신호 시간 지연량(τph)을 제공받아 지연시간 차(τdiff = τenv -τph)를 계산하는 시간지연 차이 계산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전치 상관계수 추출기는
    상기 기저대역 신호와 상기 하향변조 신호의 샘플링 클럭 주기 단위에 따른 상관계수 값을 계산하여 하향변조된 신호의 시작시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 ROI 신호구간은 상기 후치 상관계수 추출기의 연산 능력에 따라 제한되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보간기는 디지털 블럭의 클럭을 채배해서 동작하지 않고, 각 신호의 샘플 값에 대한 보간을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보간 전후의 신호는 동일한 샘플링 주파수를 갖지만, 보간 후의 신호가 갖는 상기 하향변조된 기저대역 신호의 각 샘플들은 보간 차수(Interpolation order) 만큼 선형보간(Linear Interpolation)되어 시간지연에 대해 분해능이 향상되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 시간지연 차이 계산기는 상기 지연시간 차(τdiff)를 디지털 클럭 주기(Ts)에 대한 몫(N)과 나머지(τred)로 표현하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 시간지연 제어기는
    상기 포락선 신호의 지연시간(τenv)이 상기 위상변조 신호의 지연시간(τph)보다 길 때(N>0), 상기 위상변조 신호의 경로를 N 배의 클럭 주기의 정수배 만큼 표현되는 시간지연량으로, 상기 포락선 신호의 경로는 나머지 시간지연 차이인 τred로 시간지연을 설정하고, 상기 포락선 신호의 지연 시간(τenv)이 상기 위상변조 신호의 지연시간(τph)보다 짧을 때(N<0), 상기 포락선 신호의 경로는 N 배의 클럭 주기의 정수배 만큼 표현되는 시간지연량으로, 상기 위상변조 신호의 경로는 나머지 시간지연 차이인 τred로 시간지연을 설정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 클럭 주기의 정수배 만큼 표현되는 시간지연량은 해당 신호 경로에 버퍼를 삽입해서 시간지연을 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 클럭 주기보다 작은 시간 지연량의 차에 대한 시간지연 설정은 입력신호(S(t))에 대해 분해능 파라미터(M)와 나머지 시간지연 차(τred)의 관계를 이용한 고차방정식을 이용하여 출력신호(S'(t))를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 분해능 파라미터(M)는 2의 지수 값으로 정의되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 포락선 신호에 따라 상기 위상변조 신호를 증폭하는 증폭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 증폭부는
    상기 포락선 신호를 증폭하여 전력증폭기의 전원을 공급하는 포락선 신호 증폭기와,
    상기 위상변조 신호를 RF(Radio Frequency) 대역으로 상향변조하는 상향 변조기와,
    상기 포락선 신호의 크기에 따라 상기 상향변조된 위상신호를 증폭하는 상기 전력증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 무선통신 시스템에서 시간지연을 제어하여 전력 증폭하는 송신방법에 있어서,
    기저대역 신호를 포락선 신호와 위상변조 신호로 분리하여 출력하는 과정과,
    상기 포락선 신호의 경로와 상기 위상변조 신호의 경로에 대해 상관계수 추출과 보간(Interpolation) 기법을 이용하여 각각 신호 경로에 대한 시간지연 차를 측정하는 과정과,
    상기 측정된 시간지연 차이에 따라 상기 포락선 신호의 경로에는 클럭 주기 단위로 시간지연을 설정하고, 상기 위상변조 신호의 경로에는 나머지 시간지연 차로 시간지연을 설정하거나, 혹은 상기 측정된 시간지연 차이에 따라 상기 위상변조 신호의 경로에는 클럭 주기 단위로 시간지연을 설정하고, 상기 포락선 신호의 경로에는 나머지 시간지연 차로 시간지연을 설정하는 과정을 포함하되,
    상기 시간지연 차를 측정하는 과정은
    출력되는 RF 신호를 기저대역 신호로 하향변조하는 과정과,
    상기 하향변조된 기저대역 신호와 입력 기저대역 신호 사이 상관계수를 계산하는 과정과,
    상기 상관계수를 바탕으로 ROI(Region of Interest) 신호 구간을 결정하는 과정과,
    상기 결정된 ROI 구간에 대해서 포락선 신호, 위상변조 신호, 하향변조 신호에 대한 보간을 수행하는 과정과,
    상기 보간된 포락선 신호, 보간된 하향변조 신호, 보간된 위상변조 신호를 이용해 포락선 신호 상관계수와 위상 신호 상관계수를 계산하는 과정과,
    상기 포락선 신호 상관계수와 상기 위상 신호 상관계수를 이용하여[후치 상관계수 추출기로부터] 포락선 신호 시간 지연량(τenv)과 위상신호 시간 지연량(τph)을 제공받아 지연시간 차(τdiff = τenv -τph)를 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서,
    상기 기저대역 신호와 상기 하향변조 신호의 샘플링 클럭 주기 단위에 따른 상관계수 값을 계산하여 하향변조된 신호의 시작시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 ROI 신호구간은 상기 후치 상관계수 추출기의 연산 능력에 따라 제한되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 보간을 수행하는 과정은
    디지털 블럭의 클럭을 채배해서 동작하지 않고, 각 신호의 샘플 값에 대한 보간을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 보간 전후의 신호는 동일한 샘플링 주파수를 갖지만, 보간 후의 신호가 갖는 상기 하향변조된 기저대역 신호의 각 샘플들은 보간 차수(Interpolation order) 만큼 선형보간(Linear Interpolation)되어 시간지연에 대해 분해능이 향상되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 지연시간 차를 계산하는 과정은
    상기 지연시간 차(τdiff)는 디지털 클럭 주기(Ts)에 대한 몫(N)과 나머지(τred)로 표현하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 14항에 있어서,
    상기 시간지연을 설정하는 과정은
    상기 포락선 신호의 지연시간(τenv)이 상기 위상변조 신호의 지연시간(τph)보다 길 때(N>0), 상기 위상변조 신호의 경로을 N 배의 클럭 주기의 정수배 만큼 표현되는 시간지연량으로, 상기 포락선 신호의 경로는 나머지 시간지연 차이인 τred로 시간지연을 설정하고, 상기 포락선 신호의 지연 시간(τenv)이 상기 위상변조 신호의 지연시간(τph)보다 짧을 때(N<0), 상기 포락선 신호의 경로는 N 배의 클럭 주기의 정수배 만큼 표현되는 시간지연량으로, 상기 위상변조 신호의 경로는 나머지 시간지연 차이인 τred로 시간지연을 설정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 클럭 주기의 정수배 만큼 표현되는 시간지연량은 해당 신호 경로에 버퍼를 삽입해서 시간지연을 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 클럭 주기보다 작은 시간 지연량의 차에 대한 시간지연 설정은 입력신호(S(t))에 대해 2의 지수 값으로 정의되는 분해능 파라미터(M)와 나머지 시간지연 차(τred)의 관계를 이용한 고차방정식을 이용하여 출력신호(S'(t))를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 14항에 있어서,
    상기 포락선 신호에 따라 상기 위상변조 신호를 증폭하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 위상신호를 증폭하는 과정은
    상기 포락선 신호를 증폭하여 전력증폭기의 전원을 공급하는 과정과,
    상기 위상변조 신호를 RF(Radio Frequency) 대역으로 상향변조하는 과정과,
    상기 포락선 신호의 크기에 따라 상기 상향변조된 위상신호를 증폭하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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