KR101204964B1 - 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치 및 그 방법 - Google Patents

로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 비선형 특성을 선형화하는 전치 왜곡기; 전치 왜곡기의 출력신호를 변조하는 변조기; 변조된 신호를 증폭하는 전력 증폭기; 전력 증폭기의 출력을 피드백하는 복조기; 및 전치 왜곡기의 출력신호와 피드백 된 신호를 사용하여 전치 왜곡기의 계수를 추출하는 계수 추정기;를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 전력 증폭기의 출력이 로컬 오실레이터로 커플링 되어 발생하는 비선형 특성 및 전력 증폭기의 비선형성을 동시에 보상하는 전치왜곡 기법을 제공함으로써, 단일 칩으로 구성된 송신기의 전력 증폭기 효율을 개선함과 동시에, 송신기가 충분하지 않은 신호 격리 조건으로 설계되었더라도 사전 왜곡 기법을 통해 선형 특성을 갖도록 하는 효과가 있다.

Description

로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치 및 그 방법{PREDISTORTION APPARATUS AND METHOD FOR LINEARIZING THE LOCAL OSCILLATOR COUPLING EFFECT AND THE POWER AMPLIFIER NONLINEARITY}
본 발명은 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치 및 그 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 전력증폭기 출력의 로컬 오실레이터 커플링 현상과 비선형 전력증폭기의 사전보상 기술에 관한 것이다.
CMOS 기술의 발전에 따라 전력 증폭기를 포함한 모든 아날로그 블록을 단일 칩으로 구현하는 것이 가능해지고 있다. 특히, 낮은 출력 전력을 가지는 무선 LAN 등에서 이러한 시도들이 주로 이루어지고 있다.
그러나, 더 높은 출력 전력을 요구하는 무선 통신 송신기의 단일 칩 구현은 아직 여러 가지 어려움이 있다. 특히, 전력 증폭기의 높은 출력신호가 로컬 오실레이터(Local Oscillator, 이하, 'LO'라고 표기함)와 충분히 격리되지 못한 경우, LO로 커플링 되어 신호를 오염시키는 현상이 발생할 수 있다.
직접 변환 방식의 송신기의 경우, 이 현상은 두 가지 방식으로 송신 신호를 왜곡 시킬 수 있다. 그 중 한 가지는 널리 알려진 LO 풀링 현상으로, 커플링 된 출력신호가 LO의 PLL에 유입되어 LO의 출력 주파수에 위상 잡음을 증가시키거나 주파수를 불안정하게 만드는 현상이다.
또 다른 한 가지는 출력신호가 커플링 된 LO 신호로 다시 신호를 변조해 송신하게 되면서 발생하는 LO 셀프 커플링 현상이 있다.
전자의 경우에는 LO의 주파수를 여러 다른 주파수의 조합으로 생성하는 등의 방법으로 해결하는 방법들이 많이 제안되어 왔으나 후자의 경우에는 아직 선형 증폭기의 경우에 대해서만 전치왜곡 기법이 제안되어 있고, 비선형 특성을 가지는 전력 증폭기의 경우에는, 전력 증폭기와 LO간의 격리를 강화하는 것 외에는 다른 해결 방법이 아직 존재하지 않는다.
최근들어, 전력 증폭기의 비선형 특성을 사전 보상하기 위한 전치왜곡 기술이 많이 발전되고 있으며, 대한민국 공개특허공보 10-2005-0108024호(광대역 전력 증폭기를 위한 디지털 전치 왜곡 장치 및 방법)외에 다수개의 선행문헌들이 게재되고 있다.
도 1을 참조하여 선행문헌을 살피면, 주소에 대응하는 왜곡 제어값을 룩업 테이블로부터 읽어서 디지털 입력 신호에 읽어온 왜곡 제어값을 적용하여 전치 왜곡하는 제 1과정과, 전치 왜곡된 신호를 상향 변환한 후 증폭하는 제 2과정과, 증폭된 신호를 하향 변환한 후 소정 시간만큼 지연시키는 제 3과정과, 지연된 신호를 근거로 제 2과정 및 제 3과정 과정에서 발생하는 비선형 에러값을 계산하여 룩업 테이블에 소정의 왜곡 제어값을 업데이트하는 과정으로 이루어지며, 이 기법들은 전력 증폭기의 기저대역 특성을 기반으로 해당 기저대역 특성 함수의 역함수를 추정하여 사전 보상하는 기법이다.
그러나, 기존에 제안되어 왔던 전력 증폭기를 위한 전치왜곡 기법들은 LO 셀프 커플링에 의한 비선형 효과가 발생하는 경우에는 전혀 성능이 개선되지 않으며, LO 셀프 커플링이 존재하는 경우에는 비선형 전력 증폭기만의 비선형 왜곡 성분도 제대로 추정 및 제거할 수 없다는 문제점이 있다.
하지만, 전력 증폭기의 비선형 특성에 LO 셀프 커플링을 동시에 고려한 적절한 기저 대역 신호 모델을 구성할 수 있다면, 이를 선형화하기 위한 전치왜곡 방법 및 장치를 설계하는 것이 가능하다.
전치왜곡기를 설계하기 위해서는 전력 증폭기 출력을 기저대역으로 피드백 하는 것이 필요한데, 피드백 신호를 별도의 LO를 사용하지 않고 송신에 사용한 LO를 공유하는 경우에는 피드백 경로에도 비선형 왜곡이 추가로 발생하는 문제점이 있다. 이 경우 전치왜곡기를 제대로 추정할 수 없기 때문에 피드백 단의 비선형 왜곡을 선형화하는 피드백 등화기가 추가로 필요하게 된다.
피드백 등화기와 전치왜곡기를 사용해 LO 셀프 커플링 효과와 전력 증폭기의 비선형성을 함께 사전 보상할 수 있다면 전력 증폭기의 선형화를 통한 전력 효율 개선 효과를 얻을 수 있을 뿐 아니라, 무선 송신기를 단일 칩으로 집적화 할 때의 신호 격리 요구조건을 완화시킬 수 있으며, 격리가 충분하지 않은 경우에도 전치왜곡기를 사용하여 시스템 요구 조건을 만족시키는 성능의 송신기를 구성할 수 있을 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 전력증폭기 출력의 로컬 오실레이터 셀프 커플링 현상으로 인해 발생하는 비선형 특성을 사전 보상하여 송신기의 응답 특성을 선형화함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전력증폭기가 비선형 특성을 가지는 경우, 전력증폭기의 비선형성과 로컬 오실레이터 셀프 커플링 효과의 비선형성을 동시에 선형화함에 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 피드백 경로에도 동일한 로컬 오실레이터 신호를 사용하여 비선형 왜곡이 있는 경우, 피드백 경로의 비선형 왜곡을 선형화함에 그 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치는, 비선형 특성을 선형화하는 전치 왜곡기; 전치 왜곡기의 출력신호를 변조하는 변조기; 변조된 신호를 증폭하는 전력 증폭기; 전력 증폭기의 출력을 피드백하는 복조기; 및 전치 왜곡기의 출력신호와 피드백 된 신호를 사용하여 전치 왜곡기의 계수를 추출하는 계수 추정기;를 포함한다.
또한, 피드백을 위한 상기 복조기가 송신단과 동일한 로컬 오실레이터(LO)를 사용하는 경우, 전치 왜곡기의 출력신호와 피드백 된 신호를 사용하여 피드백 비선형 왜곡 계수를 추정하는 피드백 계수 추정기; 및 피드백 계수 추정기의 결과를 사용하여 피드백 신호를 등화하는 피드백 등화기;를 더 포함한다.
또한, 계수 추정기는, 전치 왜곡기의 출력신호와 피드백 등화기의 출력신호를 사용하여 전치 왜곡기의 계수를 추출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 계수 추정기는, 전치 왜곡기의 출력신호와 피드백 된 신호를 사용하여, 피드백 된 신호를 입력으로 하고 전치 왜곡기의 출력신호를 출력으로 가지는 post-inverse 함수를 추정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 전치 왜곡기는, 전력 증폭기의 역함수
Figure 112011055885614-pat00001
가 메모리 다항식 또는 Volterra 다항식 항들의 합으로 도출되는 모델을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 피드백 계수 추정기는, 전치 왜곡기의 출력신호와 피드백 된 신호 사이의 특성 함수를 추정하고, 추정된 특성 함수의 계수로부터 피드백 비선형 왜곡 계수를 계산하는 것을 특징으로 한다.
또한, 계수 추정기는, 다항식으로 근사화 된 시스템 역함수의 계수를 추정하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상술한 시스템을 기반으로 하는 본 발명의 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 방법은, 송신기로부터 인가받은 송신 신호 및 피드백 신호를 사용하여 피드백 등화기의 계수를 추정하는 (a) 단계; 추정된 계수를 사용하여 피드백 신호를 등화하는 (b) 단계; 송신 신호와 등화된 피드백 신호를 사용하여 송신기 기저대역 모델의 역함수를 추정하는 (c) 단계; 및 추정한 역함수를 사용하여 송신 신호를 전치 왜곡하여 송신하는 (d) 단계;를 포함한다.
또한, (a) 단계 이후, 피드백 경로에 별도의 로컬 오실레이터가 사용되는 경우, 송신 신호와 피드백 신호를 통해 송신기 기저대역 모델의역함수를 추정하는 (e) 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 무선 통신용 송신기는, 송신기의 송신신호의 비선형 특성을 선형화하기 위한 전치 왜곡기; 전치 왜곡기의 출력신호를 변조하는 변조기; 변조된 신호를 증폭하는 전력 증폭기; 전력 증폭기의 출력신호를 피드백하는 복조기; 및 전치 왜곡기의 출력신호와 복조기로부터 피드백된 신호를 사용하여 전치 왜곡기의 계수를 추출하는 계수 추정기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 피드백을 위한 복조기가 송신단과 동일한 로컬 오실레이터(LO)를 사용하는 경우, 전치 왜곡기의 출력신호와 피드백 된 신호를 사용하여 피드백 비선형 왜곡 계수를 추정하는 피드백 계수 추정기; 및 피드백 계수 추정기의 결과를 사용하여 피드백 신호를 등화하는 피드백 등화기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 피드백 계수 추정기는, 전치 왜곡기의 출력 신호와 피드백된 신호 사이의 특성 함수를 추정하고, 추정된 특성 함수의 계수로부터 피드백 비선형 왜곡 계수를 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 전력 증폭기의 출력이 로컬 오실레이터로 커플링 되어 발생하는 비선형 특성 및 전력 증폭기의 비선형성을 동시에 보상하는 전치왜곡 기법을 제공함으로써, 단일 칩으로 구성된 송신기의 전력 증폭기 효율을 개선함과 동시에, 송신기가 충분하지 않은 신호 격리 조건으로 설계되었더라도 사전 왜곡 기법을 통해 선형 특성을 갖도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 디지털 전치 왜곡 장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치의 기저대역 등가모델을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 방법을 도시한 순서도.
본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 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.
도 2는 본 발명에 따른 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치의 기저대역 등가모델을 도시한 구성도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치는, 비선형 특성을 선형화하는 전치 왜곡기(10)와, 전치 왜곡기(10)의 출력신호를 변조하는 변조기(20)와, 변조된 신호를 증폭하는 전력 증폭기(30)와, 전력 증폭기(30)의 출력을 피드백하는 복조기(40), 및 전치 왜곡기(10)의 출력신호와 피드백 된 신호를 사용하여 전치 왜곡기(10)의 계수를 추출하는 계수 추정기(50)로 구성된다.
또한, 피드백을 위한 복조기(40)가 송신단과 동일한 로컬 오실레이터(LO)를 사용하는 경우, 전치 왜곡기(10)의 출력신호와 피드백 된 신호를 사용하여 피드백 비선형 왜곡 계수를 추정하는 피드백 계수 추정기(60)와, 피드백 계수 추정기(60)의 결과를 사용하여 피드백 신호를 등화하는 피드백 등화기(70)를 더 포함하여 구성되며, 계수 추정기(50)는 전치 왜곡기(10)의 출력신호와 피드백 등화기(70)의 출력신호를 사용하여 전치 왜곡기(10)의 계수를 추출한다.
이하에서는 그 구체적인 언급을 생략하겠으나, 본 발명에 따른 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치는 무선 통신용 송신기로 구성될 수 있다.
이하, [수학식 1] 내지 [수학식 24]를 참조하여 본 발명에 따른 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치의 셀프 로컬 오셀레이터의 커플링 모델, 피드백 등화기 설계 및 디지털 전치 왜곡기 설계에 대해 살피면 아래와 같다.
1. 셀프 로컬 오실레이터 커플링 모델
전력증폭기(Power Amplifier; PA)의 비선형성과 로컬 오실레이터(Local Oscillator; LO) 셀프 커플링에 의한 비선형 왜곡을 기저대역에서 전치왜곡하는 방법을 유도하기 위해 우선 도 2의 송신 모델로부터 도 3과 같이 셀프 LO 커플링효과에 대한 기저대역 모델을 유도한다.
Figure 112011055885614-pat00002
을 PA의 출력신호
Figure 112011055885614-pat00003
의 기저대역 등가신호라고 할 때, 아래의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112011055885614-pat00004
또한,
Figure 112011055885614-pat00005
와
Figure 112011055885614-pat00006
를 각각 up-conversion, down-conversion을 위해 사용되는 LO 신호라고 할 때, PA의 출력신호가 coupling 된 LO 출력신호는 다음의 [수학식 2]와 같이 나타내어진다.
[수학식 2]
Figure 112011055885614-pat00007
상기 [수학식 2]에서,
Figure 112011055885614-pat00008
는 LO 주파수,
Figure 112011055885614-pat00009
는 커플링 계수,
Figure 112011055885614-pat00010
는 PA 출력에서 LO 까지의 시간지연을 나타낸다. 이 시간 지연이 매우 작다고 가정하면
Figure 112011055885614-pat00011
라고 가정할 수 있고, 이러한 가정 하에서
Figure 112011055885614-pat00012
는 아래의 [수학식 3]과 같이 나타내어진다.
[수학식 3]
Figure 112011055885614-pat00013
[수학식 3]에서
Figure 112011055885614-pat00014
이며, LO 출력신호는 아래의 [수학식 4]와 같이 도출된다.
[수학식 4]
Figure 112011055885614-pat00015
또한, LO 신호에 의해 변조된 신호는 [수학식 5]와 같이 나타내어진다.
[수학식 5]
Figure 112011055885614-pat00016
또한, 상기 [수학식 5]의 신호가 전력증폭기를 통과한 신호는 아래의 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112011055885614-pat00017
또한, 상기 [수학식 1] 내지 [수학식 6]으로부터 전력증폭기 출력의 기저대역 모델은 아래의 [수학식 7]과 같이 얻어진다.
[수학식 7]
Figure 112011055885614-pat00018
[수학식 7]은 전력증폭기의 출력이 자기 자신의 함수로 나타나는 셀프 커플링 효과를 보여준다. 이 셀프 커플링 효과는 전력증폭기가 선형일 때도 출력에 심각한 비선형 왜곡을 가져온다. 예를 들어, [수학식 7]에서
Figure 112011055885614-pat00019
라고 가정하고 수식을 정리하면 [수학식 8]과 같은 closed-form 표현식이 얻어진다.
[수학식 8]
Figure 112011055885614-pat00020
이 [수학식 8]을 Taylor 시리즈로 전개해 보면 입력에 대해 선형인 성분 외에도 모든 차수의 비선형 항들이 나타남을 알 수 있다.
또한, 피드백 경로의 비선형 왜곡은 [수학식 9]와 같이 도출할 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112011055885614-pat00021
이때, [수학식 9]에서 피드백 비선형 왜곡 계수
Figure 112011055885614-pat00022
는 [수학식 10]으로 표현된다.
[수학식 10]
Figure 112011055885614-pat00023

2. 피드백 등화기 설계
피드백 등화기의 목적은 비선형적으로 왜곡되어 수신된 discrete-time 피드백 신호
Figure 112011055885614-pat00024
으로부터 이상적인 피드백 신호인
Figure 112011055885614-pat00025
를 구하는 것이다. 이를 위해 [수학식 9]를 변형하면 [수학식 11]과 같은
Figure 112011055885614-pat00026
에 대한 2차 방정식을 얻을 수 있다.
[수학식 11]
Figure 112011055885614-pat00027
상기 [수학식 11]의 2차 방정식은 아래의 [수학식 12]와 같이 두 개의 해를 가진다.
[수학식 12]
Figure 112011055885614-pat00028
여기에, [수학식 9]의 discrete-time 표현식을 대입하면 아래의 [수학식 13]과 같이
Figure 112011055885614-pat00029
의 구간에 따라 [수학식 12]에 의해
Figure 112011055885614-pat00030
를 얻을 수 있는 구간이 나누어짐을 알 수 있다.
[수학식 13]
Figure 112011055885614-pat00031
일반적으로 고려되는 커플링 계수의 범위 내에서는
Figure 112011055885614-pat00032
을 만족한다. 따라서 피드백 비선형 왜곡 계수
Figure 112011055885614-pat00033
가 알려져 있다면, 피드백 등화기로
Figure 112011055885614-pat00034
를 사용하면
Figure 112011055885614-pat00035
으로부터
Figure 112011055885614-pat00036
를 구할 수 있다.
또한, 피드백 계수 추정기(60)는, 전치 왜곡기(10)의 출력신호와 피드백 된 신호 사이의 특성 함수를 추정하고, 추정된 특성 함수의 계수로부터 피드백 비선형 왜곡 계수를 계산하고, 피드백 등화기(70)는 [수학식 12]의
Figure 112011055885614-pat00037
와 동일한 형태를 가지며, 계수 추정기(50)는, 다항식으로 근사화 된 시스템 역함수의 계수를 추정하는 것을 특징으로 한다.
한편, 피드백 비선형 왜곡 계수
Figure 112011055885614-pat00038
를 구하기 위해서 우선 신호의 크기가 작은 영역에서 일반적으로 전력 증폭기는 선형 특성을 보인다는 사실을 이용해 송신 신호와 피드백 신호 사이의 시스템 특성을 분석한다.
Figure 112011055885614-pat00039
을 입력 신호가 일정 크기보다 작은 경우에 해당하는 인덱스라고 할 때, 상기 [수학식 8]과 [수학식 9]를 조합하면 아래와 같은 [수학식 14]를 유도할 수 있다.
[수학식 14]
Figure 112011055885614-pat00040
여기에서
Figure 112011055885614-pat00041
,
Figure 112011055885614-pat00042
, 그리고
Figure 112011055885614-pat00043
이다. [수학식 14]를 전개해 정리하면 다음과 같은 [수학식 15]를 도출할 수 있다.
[수학식 15]
Figure 112011055885614-pat00044
또한, 상기 [수학식 15]에서
Figure 112011055885614-pat00045
,
Figure 112011055885614-pat00046
,
Figure 112011055885614-pat00047
,
Figure 112011055885614-pat00048
,
Figure 112011055885614-pat00049
,
Figure 112011055885614-pat00050
,
Figure 112011055885614-pat00051
,
Figure 112011055885614-pat00052
이다. 그리고
Figure 112011055885614-pat00053
과
Figure 112011055885614-pat00054
는 다음과 같다.
Figure 112011055885614-pat00055
Figure 112011055885614-pat00056
만일,
Figure 112011055885614-pat00057
가 도출되었다면,
Figure 112011055885614-pat00058
는
Figure 112011055885614-pat00059
로부터 [수학식 16]과 같이 계산해 낼 수 있다.
[수학식 16]
Figure 112011055885614-pat00060
또한,
Figure 112011055885614-pat00061
는 [수학식 15]의 관계로부터 여러 가지 알고리즘으로 추정 가능하다. 여기에서는 가장 간단히 최소자승법으로 추정하는 예를 소개한다.
Figure 112011055885614-pat00062
를 피드백 값들을 모은 관측 벡터라고 하고, 행렬
Figure 112011055885614-pat00063
라고 할 때,
Figure 112011055885614-pat00064
의 최소 자승 추정값은 다음의 [수학식 17]과 같다.
[수학식 17]
Figure 112011055885614-pat00065

3. 디지털 전치 왜곡기 설계
만일 피드백 등화기가 완벽하다고 가정하면, 피드백 등화기의 출력
Figure 112011055885614-pat00066
은 [수학식 18]과 같이 나타낼 수 있을 것이다.
[수학식 18]
Figure 112011055885614-pat00067
이 식으로부터 송신단 비선형성에 대한 역함수를 유도하기 위해, 우선 scaling 된 전력증폭기의 역함수를
Figure 112011055885614-pat00068
라고 가정한다.
즉,
Figure 112011055885614-pat00069
의 관계를 가진다. 이 역함수를 [수학식 18]의 양 변에 적용한 후 정리하면 [수학식 19]와 같이
Figure 112011055885614-pat00070
을 피드백 값
Figure 112011055885614-pat00071
의 함수로 나타낼 수 있다.
[수학식 19]
Figure 112011055885614-pat00072
여기서,
Figure 112011055885614-pat00073
,
Figure 112011055885614-pat00074
,
Figure 112011055885614-pat00075
이다. [수학식 19]를 추정 가능한 형태의 수식으로 변형하기 위해
Figure 112011055885614-pat00076
가 어떤 다항식으로 근사화 된다고 가정한다. 본 예에서는 협대역 전력증폭기의 역함수를 근사하기 위해 주로 사용되는 다음의 [수학식 20]과 같은 다항식을 사용했다.
[수학식 20]
Figure 112011055885614-pat00077
함수를 근사하기 위해서는 위의 식 외에도 메모리 다항식, Volterra 다항식 등의 여러 가지 모델들이 적용 가능하나 유도 과정 및 추정 과정은 동일하다. 위의 [수학식 20]을 [수학식 19]에 적용하면 다음과 같은 [수학식 21]을 도출할 수 있다.
[수학식 21]
Figure 112011055885614-pat00078
또한, [수학식 21]은 다음의 [수학식 22]와 같이 정리될 수 있다.
[수학식 22]
Figure 112011055885614-pat00079
이 식에서
Figure 112011055885614-pat00080
와
Figure 112011055885614-pat00081
는 각각 다음과 같다.
Figure 112011055885614-pat00082
Figure 112011055885614-pat00083
한편, 본 발명에 따른 계수 추정기(50)는, 전치 왜곡기(10)의 출력신호와 피드백 된 신호를 사용하여, 피드백 된 신호를 입력으로 하고 전치 왜곡기(10)의 출력신호를 출력으로 가지는 post-inverse 함수를 추정하고, 계수 추정기(50)는 상기 [수학식 22]로부터 적응 신호처리 기법을 통해 post-inverse 함수의 계수를 적응적으로 도출한다.
이때, [수학식 22]로부터 여러 가지 알고리즘으로 역함수의 파라메터
Figure 112011055885614-pat00084
를 추정 가능하나, 여기에서는 최소자승법에 의한 예를 소개한다. 송신 데이터 벡터를
Figure 112011055885614-pat00085
라고 하고, 피드백 값으로부터 얻어지는 행렬을
Figure 112011055885614-pat00086
라고 할 때,
Figure 112011055885614-pat00087
의 추정값은 다음의 [수학식 23]과 같다.
[수학식 23]
Figure 112011055885614-pat00088
한편, [수학식 21]은 피드백 된 신호로부터 입력 신호를 구해내는 post-inverse에 해당한다. 일반적으로 DPD 설계를 위해 사용되는 간접 학습 방법은 이와 같이 post-inverse를 구한 후 입력 신호를 사전 왜곡 하는 pre-inverse로 사용한다. 따라서 최종적으로 얻어지는 사전 왜곡 함수는 다음의 [수학식 24]와 같다.
[수학식 24]
Figure 112011055885614-pat00089
본 설명에서는 상세한 이해를 위해 제안된 특허의 한 가지 예를 기술했으나, 상기 설명된 내용을 바탕으로 여러 가지 응용이 가능하다.
또한, 전치 왜곡기(10)는 [수학식 24]와 동일한 형태로 구성되며, 전력증폭기의 역함수
Figure 112011055885614-pat00090
가 메모리 다항식이나 Volterra 다항식과 같이 다항식 항들의 합으로 나타내어지는 모델을 사용한다.
예를 들어, 전력 증폭기의 역함수 모델
Figure 112011055885614-pat00091
에 대해 협대역 전력 증폭기를 위한 다항식 모델이 사용되었으나, 이는 메모리 다항식, Volterra 다항식 등 다양한 모델로의 응용이 가능하다.
또한, 피드백 등화기와 전치왜곡기의 계수 추정을 위해 최소자승법에 의한 알고리즘만 구성했으나, 상기 유도된 기저대역 등가 모델로부터 LMS, RLS 등의 적응 신호처리 기법으로의 변화도 쉽게 얻어질 수 있다.
또한, 피드백 경로가 별도의 LO를 사용하는 경우에는 피드백 경로의 비선형 왜곡이 발생하지 않으므로 피드백 등화기와 관련된 부분을 제외하고 적용 가능하며, 제안된 기법은 전력 증폭기가 비선형 증폭기가 아니라 선형 특성을 가지는 증폭기인 경우에도 당연히 적용 가능하다. 또한 피드백 등화기의 복잡한 제곱근 연산 등을 간단하게 하기 위해 Taylor 시리즈 등을 이용해 연산을 간단하게 하는 구현상의 변화도 포함될 수 있을 것이다.
그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 방법은, 송신 신호 및 피드백 신호를 사용하여 피드백 등화기의 계수를 추정(S10).
이어서, 추정된 계수를 사용하여 피드백 된 신호를 등화한다(S20).
뒤이어, 송신 신호와 등화된 피드백 신호를 사용하여 송신기 기저대역 모델의 역함수를 추정한다(S30).
그리고, 추정한 역함수를 사용하여 송신 신호를 전치 왜곡하여 송신한다(S40).
이때, 피드백 경로에 별도의 로컬 오실레이터가 사용되는 경우, 피드백 등화기 추정 및 피드백 등화 단계는 생략되고, 송신기 기저대역 모델의 역함수 추정 단계에서는 송신 신호와 피드백 신호를 사용하게 된다.
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 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100: 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치
10: 전치 왜곡기 20: 변조기
30: 전력 증폭기 40: 복조기
50: 계수 추정기 60: 피드백 계수 추정기
70: 피드백 등화기

Claims (12)

  1. 비선형 특성을 선형화하는 전치 왜곡기;
    상기 전치 왜곡기의 출력신호를 변조하는 변조기;
    변조된 신호를 증폭하는 전력 증폭기;
    상기 전력 증폭기의 출력을 피드백하는 복조기;
    상기 전치 왜곡기의 출력신호와 피드백 된 신호를 사용하여 상기 전치 왜곡기의 계수를 추출하는 계수 추정기;
    피드백을 위한 상기 복조기가 송신단과 동일한 로컬 오실레이터(LO)를 사용하는 경우, 상기 전치 왜곡기의 출력신호와 피드백 된 신호를 사용하여 피드백 비선형 왜곡 계수를 추정하는 피드백 계수 추정기; 및
    상기 피드백 계수 추정기의 결과를 사용하여 피드백 신호를 등화하는 피드백 등화기;를 포함하되,
    상기 계수 추정기는, 상기 전치 왜곡기의 출력신호와 피드백 등화기의 출력신호를 사용하여 상기 전치 왜곡기의 계수를 추출하는 것을 특징으로 하는 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 계수 추정기는,
    상기 전치 왜곡기의 출력신호와 피드백 된 신호를 사용하여, 피드백 된 신호를 입력으로 하고 상기 전치 왜곡기의 출력신호를 출력으로 가지는 post-inverse 함수를 추정하는 것을 특징으로 하는 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전치 왜곡기는,
    상기 전력 증폭기의 역함수
    Figure 112011055885614-pat00092
    가 메모리 다항식 또는 Volterra 다항식 항들의 합으로 도출되는 모델을 사용하는 것을 특징으로 하는 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 계수 추정기는,
    상기 전치 왜곡기의 출력신호와 피드백 된 신호 사이의 특성 함수를 추정하고, 추정된 특성 함수의 계수로부터 피드백 비선형 왜곡 계수를 계산하는 것을 특징으로 하는 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 계수 추정기는,
    다항식으로 근사화 된 시스템 역함수의 계수를 추정하는 것을 특징으로 하는 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 장치.
  8. 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 방법에 있어서,
    (a) 송신기로부터 인가받은 송신 신호 및 피드백 신호를 사용하여 피드백 등화기의 계수를 추정하는 단계;
    (b) 추정된 계수를 사용하여 상기 피드백 신호를 등화하는 단계;
    (c) 상기 송신 신호와 등화된 피드백 신호를 사용하여 송신기 기저대역 모델의 역함수를 추정하는 단계; 및
    (d) 추정한 역함수를 사용하여 상기 송신 신호를 전치 왜곡하여 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이후,
    (e) 피드백 경로에 별도의 로컬 오실레이터가 사용되는 경우, 상기 송신 신호와 피드백 신호를 통해 송신기 기저대역 모델의 역함수를 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 오실레이터 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 선형화를 위한 전치왜곡 방법.
  10. 무선 통신용 송신기에 있어서,
    상기 송신기의 송신신호의 비선형 특성을 선형화하기 위한 전치 왜곡기;
    상기 전치 왜곡기의 출력신호를 변조하는 변조기;
    변조된 신호를 증폭하는 전력 증폭기;
    상기 전력 증폭기의 출력신호를 피드백하는 복조기;
    상기 전치 왜곡기의 출력신호와 상기 복조기로부터 피드백된 신호를 사용하여 상기 전치 왜곡기의 계수를 추출하는 계수 추정기;
    피드백을 위한 상기 복조기가 송신단과 동일한 로컬 오실레이터(LO)를 사용하는 경우, 상기 전치 왜곡기의 출력신호와 피드백 된 신호를 사용하여 피드백 비선형 왜곡 계수를 추정하는 피드백 계수 추정기; 및
    상기 피드백 계수 추정기의 결과를 사용하여 피드백 신호를 등화하는 피드백 등화기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 오실레이터의 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 성능을 개선한 무선 통신용 송신기.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 피드백 계수 추정기는,
    상기 전치 왜곡기의 출력 신호와 피드백된 신호 사이의 특성 함수를 추정하고, 추정된 특성 함수의 계수로부터 피드백 비선형 왜곡 계수를 계산하는 것을 특징으로 하는 로컬 오실레이터의 커플링 효과와 비선형 전력 증폭기의 성능을 개선한 무선 통신용 송신기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109067369A (zh) * 2018-07-06 2018-12-21 京信通信系统（中国）有限公司 预失真优化方法、装置和系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6774719B1 (en) 2002-06-25 2004-08-10 Nortel Networks Limited Power amplifier configuration

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6774719B1 (en) 2002-06-25 2004-08-10 Nortel Networks Limited Power amplifier configuration

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109067369A (zh) * 2018-07-06 2018-12-21 京信通信系统（中国）有限公司 预失真优化方法、装置和系统

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