KR101235156B1 - 디지털 티알에스 기지국 송신 장치, 무선 통신 장치, 및 전력 증폭 선형화 방법 - Google Patents

디지털 티알에스 기지국 송신 장치, 무선 통신 장치, 및 전력 증폭 선형화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 디지털 TRS 기지국 송신 장치 및 전력 증폭 선형화 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 디지털 TRS 기지국 송신 장치는, 복수 개의 주파수 채널 별로 수신된 각각의 기저 입력 신호에 해당 주파수 채널의 카테시안 피드백 신호를 각각 결합하여, 복수 개의 주파수 채널들의 변조된 신호들을 생성하는 변조부; 상기 복수 개의 주파수 채널들의 상기 변조된 신호들을 결합하는 결합기; 상기 결합기로부터 출력되는 상기 결합된 변조된 신호를 공통으로 증폭하여 송신 신호를 생성하는 전력 증폭부; 및 상기 송신 신호로부터 생성된 피드백 신호를 상기 해당 주파수 채널 별로 복조하여, 상기 해당 주파수 채널의 상기 카테시안 피드백 신호를 생성하는 복조부를 포함할 수 있다.

Description

디지털 티알에스 기지국 송신 장치, 무선 통신 장치, 및 전력 증폭 선형화 방법{Radio transmitter for digital TRS Basestation, RF transmitter, and method of linearizing power amplifier}
본 발명은 다중 채널 무선 통신 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 디지털 TRS 기지국 송신 장치, 무선 통신 장치, 및 전력 증폭 선형화 방법에 관한 것이다.
디지털 TRS 시스템은, 일반적인 이동 통신 시스템과 같이 기본적으로 교환국, 기지국, 및 단말기(또는, 이동국)으로 구성된다. 상기 디지털 TRS 시스템에서, 전체 통신 서비스 지역은 여러 개의 작은 서비스 구역인 셀들로 나뉘고, 상기 셀의 중앙에 기지국이 설치되며, 상기 기지국이 셀 내의 단말기와 교환국 사이에 무선통신 링크 역할을 수행한다. 디지털 TRS 시스템의 일종인 테트라(TETRA) 시스템에서는 복수 개의 주파수 채널들을 각 기지국마다 적절히 분배하여 여러 개의 반송파를 갖도록 구성하는 주파수 분할 다중 접속(Frequency Division Multiple Access; FDMA) 방식이 사용되고 있다.
상기 테트라 시스템 규격에서는 인접채널 누설전력 억압도를 -60 dBc 이하로 규정하고 있다. 상키 테트라 시스템 규격은 n/4 디지털 쿼터너리 위상 쉬프트 키잉(digital quaternary phase shift keying; DQPSK)에 의한 선형 변조 방법을 사용하기 때문에, 이와 같은 협소한 범위의 인접채널 누설전력 억압도를 만족시키기 위해서는, 선형화된 전력 증폭이 요구된다. 통상적으로 전력 증폭의 선형화를 위해, 종래의 테트라 시스템에서는 각 주파수 채널별로 전력 증폭 선형화 제어 시스템이 할당된다.
따라서, 기존의 TETRA 시스템의 기지국에서는, 각 주파수 채널마다 전력 증폭기가 할당되기 때문에, 결과적으로 각 기지국에는 할당된 주파수 채널들의 개수 만큼 변조기와 증폭기가 필요하다. 이러한 특징들은 TETRA 규격을 따르는 기지국 송신 장치의 전력 효율 개선과 경박단소화에 큰 장해가 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 다수의 주파수 채널들을 수용하는 디지털 TRS 기지국 송신 장치에서, 전력 증폭기를 선형화하여 전송 신호 품질을 개선하면서도 구성을 단순화하여 전력 효율 개선과 경박단소화를 꾀할 수 있는 다중 디지털 TRS 기지국 송신 장치 또는 무선 통신 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 전술한 이점 및 특징을 갖는 전력 증폭 선형화 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 디지털 TRS 기지국 송신 장치는, 복수 개의 주파수 채널 별로 수신된 각각의 기저 입력 신호에 해당 주파수 채널의 카테시안 피드백 신호를 각각 결합하여, 복수 개의 주파수 채널들의 변조된 신호들을 생성하는 변조부; 상기 복수 개의 주파수 채널들의 상기 변조된 신호들을 결합하는 결합기; 상기 결합기로부터 출력되는 상기 결합된 변조된 신호를 공통으로 증폭하여 송신 신호를 생성하는 전력 증폭부; 및 상기 송신 신호로부터 생성된 피드백 신호를 상기 해당 주파수 채널 별로 복조하여, 상기 해당 주파수 채널의 상기 카테시안 피드백 신호를 생성하는 복조부를 포함할 수 있다.
상기 변조부는 상기 해당 주파수 채널 별로 각각 할당되는 복수 개의 변조기들을 포함하며, 상기 복수 개의 변조기들과 상기 전력 증폭부는 N : 1로 결합되며, 상기 N은 2 이상의 정수일 수 있다. 또한, 상기 복조부도 상기 해당 주파수 채널 별로 각각 할당되는 복수 개의 변조기들을 포함할 수도 있다.
일부 실시예에서, 상기 다중 디지털 TRS 기지국 송신 장치는, 상기 전력 증폭부의 출력단에 결합되어, 상기 피드백 신호를 생성하는 커플러; 상기 커플러의 출력단에 결합되어, 상기 복수 개의 주파수 채널들의 개수만큼 상기 피드백 신호를 분할하는 분배기; 및 상기 분배기의 출력단에 결합되어, 상기 분할된 피드백 신호로부터, 상기 해당 주파수 채널의 피드백 신호를 선택하는 주파수 채널 선택기를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 복조부는 상기 선택된 해당 주파수 채널의 피드백 신호를 복조하여 상기 해당 주파수 채널의 상기 카테시안 피드백 신호를 생성한다.
상기 주파수 채널 선택기는, 상기 분배기로부터 출력되는 신호를 중간 주파수 신호로 변환하는 햐향 주파수 변환부, 상기 중간 주파수 신호로부터 해당 주파수 채널의 중간 신호를 선택하는 필터링부, 및 상기 중간 신호를 상향 변환하여 상기 송신 신호의 주파수 신호로 변환하는 상향 주파수 변환부를 포함할 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 증폭 선형화 방법은, 복수 개의 주파수 채널 별로 수신된 각각의 기저 입력 신호에 해당 주파수 채널의 카테시안 피드백 신호를 각각 결합하여, 복수 개의 변조된 신호들을 생성하는 단계; 상기 복수 개의 주파수 채널들의 상기 변조된 신호들을 결합하는 단계; 상기 결합된 변조된 신호를 공통으로 증폭하여 송신 신호를 생성하는 단계; 상기 증폭된 송신 신호로부터 피드백 신호를 생성하는 단계; 및 상기 피드백 신호를 상기 해당 주파수 채널 별로 복조하여, 상기 해당 주파수 채널의 상기 카테시안 피드백 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서는, 상기 피드백 신호를 생성하는 단계와 상기 카테시안 피드백 신호를 생성하는 단계 사이에, 상기 피드백 신호로부터 상기 복수 개의 주파수 채널들의 개수만큼 상기 피드백 신호를 분할하는 단계; 및 상기 분할된 피드백 신호를 필터링하여, 상기 해당 주파수 채널의 피드백 신호를 선택하는 단계가 더 수행될 수 있다. 이 경우, 상기 해당 주파수 채널의 피드백 신호를 복조하여, 상기 해당 주파수 채널의 상기 카테시안 피드백 신호가 생성될 수 있다.
상기 해당 주파수 채널 별로 상기 피드백 신호를 선택하는 단계는, 상기 분할된 피드백 신호는 중간 주파수 신호로 하향 변환하는 단계를 포함하며, 상기 중간 주파수 신호로부터 해당 주파수 채널의 중간 신호를 선택하는 단계; 및 상기 중간 신호를 상기 송신 신호의 주파수 신호로 상향 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 복수 개의 주파수 채널들을 갖는 송신 신호를 전파하는 기지국에서 상기 복수 개의 주파수 채널들의 변조된 신호들을 전력 증폭부에서 공통으로 증폭하여 송신 신호를 생성함으로써 소형화와 운영 경제성을 도모할 수 있는 다중 디지털 TRS 송신 장치가 제공될 수 있다. 또한, 복수 개의 주파수 채널 별로 수신된 기저 입력 신호에 해당 주파수 채널의 피드백 신호를 결합하여 변조 및 증폭함으로써, 상기 전력 증폭부를 선형화하여 각각의 주파수 채널의 신호에 대하여 상호 혼변조 왜곡없이 다중화된 주파수 채널의 증폭이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전술한 이점과 특징을 갖는 중계기와 같은 다른 무선 통신 장치과 전력 증폭 선형화 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 다중 디지털 TRS 기지국 송신 장치의 구성을 도시하는 블럭도이다.
도 2a는 도 1의 카테시안 피드백 루프 회로의 구성을 개념적으로 나타내는 블럭도이며, 도 2b는 카테시안 피드백 루프 회로에 의한 전력 증폭 선형화 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 채널 선택기를 도시하는 블록도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 디지털 TRS 기지국 송신 장치에서 출력되는 송신 신호의 출력 스펙트럼이며, 도 4b는 비교예로서 카테시안 피드백 루프 회로가 완성되기 전에 얻어지는 왜곡된 출력 스펙트럼을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
도 1은 다중 디지털 TRS 기지국 송신 장치(100)의 구성을 도시하는 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 다중 디지털 TRS 기지국 송신 장치(100)는 복수 개의 카테시안 피드백 루프 회로들(CFBL1, CFBL2,..., CFBLi,..., CFBLN)을 포함한다. 피드백 루프 회로들(CFBL1, CFBL2,..., CFBLi,..., CFBLN)은 사용자 주파수 채널(f1, f2,..., fi,..., fN)마다 할당될 수 있다. 예를 들면, TETRA 무선 규격에서, 사용자 주파수 채널들(f1, f2,..., fi,..., fN)은 4 개 내지 8 개일 수 있으며(즉, N은 4 내지 8임), 이들 주파수 채널들의 개수에 상응하는 개수만큼 카테시안 피드백 루프 회로들(CFBL1, CFBL2,..., CFBLi,..., CFBLN)이 적용될 수 있다.
카테시안 피드백 루프 회로들(CFBL1, CFBL2,..., CFBLi,..., CFBLN)로부터 각각 출력된 복수 개의 변조된 신호들(SM1, SM2,..., SMi,..., SMN)은 결합기(combiner; 101)에 의해 결합된다. 상기 결합된 신호(SCB)는 전력 증폭부(102, 또는 공통 전력 증폭부라 함)에 의해 공통으로 증폭되어, 소정의 출력 레벨을 갖는 정방향 송신 신호(SRF)가 생성될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서는, 카테시안 피드백 루프 회로들(CFBL1, CFBL2,..., CFBLi,..., CFBLN)로부터 각각 출력된 복수 개의 변조된 신호들(SM1, SM2,..., SMi,..., SMN)이 단일한 전력 증폭부(102)에 의해 증폭된다. 즉, 복수 개(N)의 주파수 채널들의 변조된 신호들과 이를 공통으로 증포하는 전력 증폭부는 N : 1의 결합 관계를 갖는다. 하드웨어적 측면에서, 카테시안 피드백 루프 회로들(CFBL1, CFBL2,..., CFBLi,..., CFBLN)과 이의 출력 신호를 증폭하는 공통 전력 증폭부(102)는 N : 1의 결합 관계를 갖는다. 예를 들어, 주파수 채널의 개수가 8인 경우, 카테시안 피드백 루프 회로들과 이의 출력 신호를 증폭하는 공통 전력 증폭부는 8 : 1 의 관계를 갖는다.
필요에 따라, 복수 개의 변조된 신호들(SM1, SM2,..., SMi,..., SMN) 중 2 이상의 신호들을 결합기(101)에 의해 결합하고, 상기 결합된 신호들에 각각 상기 공통 전력 증폭부를 할당하여, 소정 출력 레벨의 송신 신호를 생성할 수도 있다. 예를 들면, 8 개의 카테시안 피드백 루프 회로들이 있는 경우, 각각 4 개의 카테시안 피드백 루프 회로들로 각각 이루어진 2 개의 그룹들을 구성하고, 각 그룹마다 결합기(101)와 공통 전력 증폭부(102)를 할당할 수도 있다. 이 경우, 카테시안 피드백 루프 회로들과 이의 출력 신호를 증폭하는 공통 전력 증폭부는 4 : 1 의 관계를 가질 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에서, 카테시안 피드백 루프 회로들과 이의 출력 신호를 증폭하는 공통 전력 증폭부는 N : 1 의 관계를 가질 수 있다.
전력 증폭부(102)의 게인은 제어부(미도시)로부터 인가되는 게인 제어 입력 신호에 의해 조절될 수 있다. 전력 증폭부(102)로서, 선형 RF 전력 증폭기에 비하여 경제적인 고효율의 비선형 RF 전력 증폭기가 이용될 수 있다. 상기 비선형 RF 전력 증폭기는 후술하는 바와 같이, 상호 혼변조 왜곡(intermodulatin distortion)을 제거할 수 있는 카테시안 피드백 루프 회로들(CFBL1, CFBL2,..., CFBLi,..., CFBLN)에 의해 선형화될 수 있기 때문에, 비선형 RF 전력 증폭기가 사용되어도 송신 장치(100)의 송신 품질이 확보될 수 있다. 또한, 각 주파수 채널 별로 변조된 신호들을 단일한 RF 전력 증폭기로 공통으로 공유하기 때문에, 송신 장치(100)의 경량화와 운영 경제성이 도모될 수 있다.
다중 디지털 TRS 기지국 송신 장치(100)에는 공통 전력 증폭부(102)를 선형화하기 위한 피드백 경로가 제공된다. 상기 피드백 경로는 커플러(coupler, 103), 분배기(Splitter; 104) 및 주파수 채널 선택기(105)를 포함할 수 있다. 커플러(103)는 공통 전력 증폭부들(102)의 출력단에 결합되어 정방향 송신 신호(SRF)로부터 피드백 신호(SPB)를 생성한다.
분배기(104)는 커플러(103)의 출력단에 결합되어, 피드백 신호(SPB)를 주파수 채널들(f1, f2,..., fi,..., fN)의 개수인 N개로 분할한다. 분할된 피드백 신호들(SDF)은 주파수 채널 선택기(105)에 전달되고, 주파수 채널 선택기(105)는 해당 주파수 채널의 피드백 신호를 선택할 수 있다. 주파수 채널 선택기(105)는 해당 주파수 채널 성분의 피드백 신호를 선택하기 위하여 주파수 채널들의 개수와 동일한 주파수 채널 선택기들(FS1, FS2,..., FSi,..., FSN)로 이루어질 수 있다. 각 주파수 채널 선택기(FS1, FS2,..., FSi,..., FSN)에 의해 분배기(104)와 카테시안 피드백 루프 회로들(CFBL1, CFBL2,..., CFBLi,..., CFBLN) 사이에서 해당 주파수 채널의 피드백 신호(SSF1, SSF2,.., SSFi,..., SSFN)만이 선택적으로 피드백될 수 있다.
해당 주파수 채널의 피드백 신호(SSF1, SSF2,..., SSFi,..., SSFN)는 각 카테시안 피드백 루프 회로들 내에서, 적절히 복조되고, 기저 대역 신호들(SBS1, SBS2,..., SBSi,..., SBSN)과 각각 결합됨으로써 카테시안 피드백 루프가 완성된다. 이와 관련하여서는, 후술하는 도 2a 및 도 2b의 설명으로부터 상세히 개시될 것이다.
전술한 바와 같이, 카테시안 피드백 루프 회로들(CFBL1, CFBL2,..., CFBLi,..., CFBLN), 결합기(101), 및 공통 전력 증폭부(102)에 의해 소정의 출력 레벨을 갖는 정방향 송신 신호(SRF)가 생성된다. 정방향 송신 신호(SRF)는 선형화된 전력 증폭부(102)의 출력 신호로서 비선형 왜곡 성분이 보정되어 인접 채널 누설 전력 억압도가 현저히 개선된 신호이다. 정방향 송신 신호(SRF)는 출력 부하로서 작용하는 안테나(MA)를 통하여 중계기 또는 이동국으로 전파된다.
전술한 실시예에서, 카테시안 피드백 루프 회로들(CFBL1, CFBL2,..., CFBLi,..., CFBLN)은 각 주파수 채널 별로 독립적으로 할당된 것으로 개시되어 있지만, 이는 예시적일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 각 카테시안 피드백 루프 회로 내의 적어도 하나 이상의 부재들, 예를 들면, 후술하는 변조기 및/또는 복조기는 다른 카테시안 피드백 루프 회로의 내의 해당 부재들과 공통될 수도 있음을 이해하여야 하며, 이들 카테시안 피드백 루프 회로들을 기능적으로 구별되는 것일 뿐, 하나의 하드웨어로도 구현할 수 있음을 이해하여야 할 것이다.
도 2a는 도 1의 카테시안 피드백 루프 회로(CFBLi)의 구성을 개념적으로 나타내는 블럭도이며, 도 2b는 카테시안 피드백 루프 회로(CFBLi)에 의한 전력 증폭 선형화 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 카테시안 피드백 루프 회로(CFBLi)에는 주파수 채널들(f1, f2,..., fi,..., fN) 별로 수신된 기저 대역 신호(SBSi)와 주파수 채널 선택부(105)에서 선택된 해당 주파수 채널의 피드백 신호(SSFi)가 입력된다. 기저 대역 신호(SBSi)는, 예를 들면, 서로 직교하는 I(in-phase) 채널 신호(Id) 및 Q(Quadrature-phase) 채널 신호(Qd)를 포함할 수 있다. 기저 대역 신호(SBSi)는 디지털 입력에 응답하여 기저 대역 신호 발생기(미도시)에 의해 생성할 수 있다.
카테시안 피드백 루프 회로(CFBLi)의 정방향 경로는 변조부(modulator; 10)를 포함할 수 있다. 변조부(10)는, 예를 들면, 동기화된 I-Q 변조기일 수 있다. I-Q 변조기는 2 개의 상향 변환 믹서들(10M1, 10M2), 90°위상 분리기(phase splitter; 10P), 및 RF 결합기(10C)를 포함할 수 있다. 송신 장치(도 1의 100)가 TETRA 무선 규격을 따르는 경우, 디지털 변조파는 예를 들면, Pi/4 DQPSK 방식으로 변조될 수 있다.
카테시안 피드백 루프 회로(CFBLi)의 피드백 경로는 주파수 채널 별로 수신된 피드백 신호(SSFi)를 복조하여 해당 주파수 채널(fi)의 카테시안 피드백 신호(I', Q'), 즉, 복조된 기저 대역 신호를 생성하기 위한 복조기(demodulator; 20)를 포함한다. 복조기(20)는, 예를 들면, I-Q 복조기일 수 있다. 상기 I-Q 복조기는, RF 분리기(20S), 2 개의 하향 변환 믹서들(20M1, 20M2), 및 90°위상 분리기(phase splitter; 20P)를 포함할 수 있다.
변조부(10)와 복조부(20)의 동기화는 국부 발진기(30)에 의해 생성되는 RF 반송파를 변조부(10)와 복조부(20)로 전달되도록 분리함으로써 달성될 수 있다. 카테시안 피드백 루프 회로(CFBLi)의 정방향 경로와 피드백 경로에서 발생할 수 있는 위상 지연을 보상하기 위한 위상 변위기(Phase shifter; 40)가 제공될 수도 있다.
해당 주파수 채널(fi)의 피드백 신호(SSFi)는 하향 변환 믹서들(20M1, 20M2)에 의해 복조되어, 카테시안 피드백 신호(I', Q')를 생성할 수 있다. 하향 변환 믹서들(20M1, 20M2)에 전달되는 반송파 신호는 국부 발진기(30)에 의해 생성될 수 있다.
해당 주파수 채널(fi)의 카테시안 피드백 신호(I', Q')는 해당 주파수 채널(fi) 별로 수신된 각각의 기저 입력 신호(SBSi)에 감산 결합기(50)에 의해 결합되고, 이에 의해 카테시안 피드백 루프가 완성된다. 감산 결합기(50)는 다양한 방법에 의해 달성될 수 있다. 예를 들면, 기저 입력 신호(SBSi)에서 카테시안 피드백 신호(I', Q')를 직접 감산하거나, 이들 신호들 중 어느 하나의 경로에 인버터를 배치하고 더하는 것도 가능하다.
상기 감산 결합에 의해 오차 신호들(error signals; ei, eq)이 생성된다. 생성된 오차 신호들(ei, eq)은 로우 레벨 신호일 수 있다. 필요에 따라, 오차 신호들(ei, eq)은 기저 대역 증폭기(미도시)를 이용하여 증폭시킨 후에 변조기에 입력시킬 수도 있다. 일부 실시예에서는, 오차 신호들(ei, eq)의 대역을 한정하고 잡음을 제거하기 위하여 보상 필터(compensation filter; 미도시)가 추가적으로 결합될 수도 있을 것이다. 오차 신호들(ei, eq)은 전력 증폭부(도 1의 102)의 왜곡을 제거하여 선형화하기 위한 전치 왜곡 성분이 된다. 필요에 따라, 오류 정정 회로가 더 결합될 수도 있다.
도 2b를 참조하면, 신호 처리 측면에서, 변조기(10)에 의해 오차 신호들(ei, eq)로부터 해당 주파수 채널(fi)의 변조된 신호(SMi)가 생성될 수 있다(S100). 이와 같은 방식으로, 도 1의 카테시안 피드백 루프 회로들(CFBL1, CFBL2,..., CFBLi,..., CFBLN)의 각 변조기(10)로부터 복수 개의 주파수 채널들(f1, f2,..., fi,..., fN)의 변조된 신호들(SM1, SM2,..., SMi,..., SMN)이 생성되고, 상기 신호들은 결합기(도 1의 101)에 의해 결합될 수 있다(S200).
이후, 결합된 신호(SCB)는 공통 전력 증폭부(102)에 의해 증폭되어, 정방향 송신 신호(SRF)가 생성된다(S300). 이후, 전술한 바와 같이, 커플러(coupler, 103)에 의해 정방향 송신 신호(SRF)로부터 피드백 신호(SPB)를 얻을 수 있다(S400). 피드백 신호(SPB)는 분배기(104) 및 주파수 채널 선택기(105), 그리고, 카테시안 피드백 루프 회로들(CFBL1, CFBL2,..., CFBLN) 내의 복조기(20)에 의해 변환되어 해당 주파수 채널의 카테시안 피드백 신호(I', Q')가 생성될 수 있다(S500). 카테시안 피드백 신호(I', Q')는 기저 입력 신호(SBSi)에 네가티브 결합됨으로써 카테시안 피드백 루프가 완성되는 것이다(S600).
전술한 카테시안 피드백 루프 회로의 전부 또는 일부 구성은 아나로그 신호 처리, 디지털 신호 처리 또는 이들의 조합에 의해 실행될 수 있다. 예를 들면, 위상 변위기(40)의 경우, 아나로그 방식의 위상 천이기는 물리적으로 크고 추가적인 잡음이나 왜곡을 초래할 수 있다. 또한, 주파수 채널들마다 위상 변위기(40)의 설정 값과 최적 조건은 서로 다르기 때문에, 이들을 보정하는 것은 다소 어려움이 있다. 따라서, 위상 변위기(40)는 디지털 신호 처리에 구현될 수 있다. 이러한 구성은 예시적이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 구성인 변조부(10), 복조부(20), 감산 결합기(50) 중 어느 하나 또는 2 이상의 조합도 아나로그 신호 처리 또는 디지털 신호 처리에 구현될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 카테시안 피드백 루프 회로는 그 구성 요소들이 적절히 선택되어 구성된 아나로그 신호 처리부, 디지털 신호 처리부 또는 이들의 조합으로 실시될 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 당해 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이, 상기 아나로그 신호 처리부와 상기 디지털 신호 처리부는 ADC(analog to digital converter) 회로, 또는 DAC(digital to analogh converter) 회로에 의해 서로 상호 호환적으로 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 채널 선택기를 도시하는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 주파수 채널 선택기(FSi)는 하향 주파수 변환부(105M1) 대역 통과 필터부(105F), 및 상향 주파수 변환부(105M2)를 포함할 수 있다. 주파수 채널 선택기(FSi)는 분배기(104)로부터 출력되는 분할된 피드백 신호들(SDF)를 수신한다.
분할된 피드백 신호들(SDF)은 주파수 도메인에서 복수의 주파수 채널들(f1, f2,..., fi,..., fN)의 신호가 결합된 신호이다. 분할된 피드백 신호들(SDF)은 하향 주파수 변환부(105M1)에 의해 중간 주파수 신호로 변환된다. 대역 통과 필터부(105F)는 상기 중간 주파수 신호로부터 해당 주파수 채널의 성분을 갖는 중간 신호를 선택한다. 상기 선택된 중간 신호는 상향 주파수 변환부(105M2)에 의해 변환되어, 원래의 송신 신호(SRF)의 주파수를 갖는 해당 주파수 채널(Fi)의 피드백 신호(SDFi)가 출력될 수 있다. 해당 주파수 채널(Fi)의 피드백 신호(SDFi)는, 해당 주파수 채널(Fi)에 할당되는 카테시안 피드백 루프 회로(도 1의 CFBLi)에 입력된다.
주파수 채널 선택기(FSi)는, 다중 디지털 TRS 기지국 송신 장치 내에서, 주파수의 정합과 동기화를 위하여, 국부 발진기(105LO)를 더 포함할 수 있으며, 국부 발진기(105LO)의 기준 주파수는 도 2a에 도시된 카테시안 피드백 루프 회로(CFBLi) 내의 국부 발진기(30)의 기준 주파수와 동일할 수 있다.
전술한 주파수 채널 선택기(FSi)는 다른 주파수 채널들의 주파수 채널 선택기들과 함께, 그 구성 요소들이 적절히 선택되어 구성된 아나로그 신호 처리부, 디지털 신호 처리부 또는 이들의 조합으로 실시될 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 당해 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이, 송신 장치는 상기 아나로그 신호 처리부와 상기 디지털 신호 처리부의 연결을 위하여, ADC(analog to digital converter) 회로, 또는 DAC(digital to analogh converter) 회로를 더 포함할 수도 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 디지털 TRS 기지국 송신 장치에서 출력되는 송신 신호의 출력 스펙트럼이며, 도 4b는 비교예로서 카테시안 피드백 루프 회로가 완성되기 전에 얻어지는 왜곡된 출력 스펙트럼을 나타낸다.
본 발명의 다중 디지털 TRS 기지국 송신 장치는, 기저 대역 신호와 카테시안 피드백 신호를 서로 비교하여, 전력 증폭기를 거치는 과정에서 발생된 왜곡 성분을 검출하고, 왜곡 성분 만큼을 변조부에서 미리 보상함으로써, 전력 증폭부가 선형화될 수 있다. 그 결과, 출력된 송신 신호(SRF)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 상호 혼변조 왜곡이 감소되어 선형성을 갖게 된다. 각 주파수 채널들의 송신 신호들은 각각 왜곡된 인접채널 성분이 제거된 후, 결합되어, 다수의 주파수 채널군을 형성하여 안테나로 전달된다.
도 4b를 참조하면, 카테시안 피드백 루프가 완성되기 전에 전력 증폭부에서 얻어지는 송신 신호(SRF)는 인접하는 채널의 신호들 사이의 상호 혼변조 왜곡으로 인하여, 서비스 주파수 채널 대역 내에서 불필요한 고차 고조파 신호가 발생한다. 상기 고차 고조파 신호는 하나의 대역 잡음을 이루면서 원 신호의 전송 용량과 전송 품질을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 이웃하는 채널의 잡음 레벨을 증가시킬 수 있어 인접 채널의 파형의 품질에도 영향을 끼치게 된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 카테시안 피드백 루프 회로에 의해 전력 증폭부가 선형화되어 혼변조 없이 다중화된 채널 증폭이 가능하다. 또한, 각 주파수 채널들의 선형화를 위한 카테시안 피드백 루프 회로들과 이에 결합되는 전력 증폭기를 N : 1 관계로 구성함으로써, 카테시안 피드백 루프 회로들과 전력 증폭기를 1 : 1로 단순 결합하는 경우에 비하여 송신 장치의 소형화를 도모하고, 소모 전력을 감소시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 고비용의 전력 증폭기의 개수를 감소시킬 수 있으므로, 기지국 송신 장치를 경제적으로 제조할 수 있다.
전술한 본 발명의 이점은, 채널 대역폭이 25 kHz이고, 인접채널 누설 전력의 규격을 - 60 dBc로 규정한 TETRA 규격에 유리하게 적용될 수 있다. 표 1은 TETRA 규격을 나타낸다. 그러나, 상기 TETRA 규격은 예시적이며, 본 발명의 특징과 이점들은, 다른 변조 방식을 사용하는 TRS 시스템 규격에 적용될 수도 있으며, 이들 실시예에 또한 본 발명의 범위에 포함됨을 이해하여야 한다.
TETRA 무선 규격
항목 내용
주파수 대역 806 ~ 870 MHz
다중 접속 방식 TDMA 4-Time Slot, FDD
송수신 주파수 간격 45MHz
채널 대역폭 25kHz
데이터 속도 7.2kbps(28.8kbps for TETRA R1 MSPD)
변조 방식 Pi/4 DQPSK
출력 전력 1, 3, 5, 10, 20 watts
인접 채널 누설 전력 -60dBc
음성 코덱 ACELP
보안 TEA1,2,3 & E2EE
전술한 구성 요소들, 예를 들면, 카테시안 피드백 루프 회로, 주파수 채널 선택기, 결합기 및 분배기 중 적어도 어느 하나 또는 이들 구성 요소들의 내부 부재들은 컴퓨터에서 읽고 실행될 수 있는 하나 이상의 코드들의 집합; 마이크로 프로세서, FPGA(field programmable gate array), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), 또는 DSP(digital signal processor)와 같은 하드웨어들; 또는 상기 코드들과 하드웨어의 집합들로 구현될 수 있다. 또한, 전술한 신호 처리 방법도 마찬가지로 컴퓨터에서 읽고 실행될 수 있는 하나 이상의 코드들의 집합, 하드웨어들 또는 이들의 집합에 의해 구현될 수 있으며, 상기 코드들 중 적어도 일부는 컴퓨터에서 독출가능한 저장 미디어에 저장될 수 있다. 상기 저장 미디어도 본 발명의 실시예이며, 이러한 저장 미디어는 램(RAM), 롬(ROM), 이이피롬(EEPROM), 플래시 메모리 또는 상변화 메모리(PcRAM)와 같은 다른 메모리 소자, 씨디롬 및 디브이디(DVD)와 같은 광 또는 홀로그래프 미디어, 자기테이프, 하드디스크, 또는 고상 디스크 장치(SSD)를 포함할 수 있다. 이러한 장치들은 예시적이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 전술한 실시예들은 기지국의 송신 장치에 관하여 개시하고 있지만, 이는 예시적이며, 기지국 이외의 중계 장치와 같은 멀티 채널 신호의 송신을 위한 다른 무선 통신 장치의 경우도 본 발명의 범위에 포함됨을 이해하여야 한다.
본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 다중 디지털 TRS 기지국 송신 장치
101: 결합기 102: 공통 전력 증폭부
103: 커플러 104: 분배기
105: 주파수 채널 선택기(105)
CFBL1, CFBL2, CFBLi, CFBLN: 각 주파수 채널의 카테시안 피드백 루프 회로들

Claims (9)

  1. 복수 개의 주파수 채널 별로 수신된 각각의 기저 입력 신호에 해당 주파수 채널의 카테시안 피드백 신호를 각각 결합하여, 복수 개의 주파수 채널들의 변조된 신호들을 생성하는 변조부;
    상기 복수 개의 주파수 채널들의 상기 변조된 신호들을 결합하는 결합기;
    상기 결합기로부터 출력되는 상기 결합된 변조된 신호를 공통으로 증폭하여 송신 신호를 생성하는 전력 증폭부; 및
    상기 송신 신호로부터 생성된 피드백 신호를 상기 해당 주파수 채널 별로 복조하여, 상기 해당 주파수 채널의 상기 카테시안 피드백 신호를 생성하는 복조부을 포함하는 다중 디지털 TRS(Trunked Radio System) 송신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변조부는 상기 해당 주파수 채널 별로 각각 할당되는 복수 개의 변조기들을 포함하며,
    상기 복수 개의 변조기들과 상기 전력 증폭부는 N : 1로 결합되며, 상기 N은 2 이상의 정수인 것을 특징으로 하는 다중 디지털 TRS 송신 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 증폭부의 출력단에 결합되어, 상기 피드백 신호를 생성하는 커플러;
    상기 커플러의 출력단에 결합되어, 상기 복수 개의 주파수 채널들의 개수만큼 상기 피드백 신호를 분할하는 분배기; 및
    상기 분배기의 출력단에 결합되어, 상기 분할된 피드백 신호로부터, 상기 해당 주파수 채널의 피드백 신호를 선택하는 주파수 채널 선택기를 더 포함하며,
    상기 복조부는 상기 선택된 해당 주파수 채널의 피드백 신호를 복조하여 상기 해당 주파수 채널의 상기 카테시안 피드백 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 다중 디지털 TRS 기지국 송신 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주파수 채널 선택기는, 상기 분배기로부터 출력되는 신호를 중간 주파수 신호로 변환하는 햐향 주파수 변환부, 상기 중간 주파수 신호로부터 해당 주파수 채널의 중간 신호를 선택하는 필터링부, 및 상기 중간 신호를 상향 변환하여 상기 송신 신호의 주파수 신호로 변환하는 상향 주파수 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 디지털 TRS 기지국 송신 장치.
  5. 복수 개의 주파수 채널 별로 수신된 각각의 기저 입력 신호에 해당 주파수 채널의 카테시안 피드백 신호를 각각 결합하여, 복수 개의 변조된 신호들을 생성하는 단계;
    상기 복수 개의 주파수 채널들의 상기 변조된 신호들을 결합하는 단계;
    상기 결합된 변조된 신호를 공통으로 증폭하여 송신 신호를 생성하는 단계;
    상기 증폭된 송신 신호로부터 피드백 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 피드백 신호를 상기 해당 주파수 채널 별로 복조하여, 상기 해당 주파수 채널의 상기 카테시안 피드백 신호를 생성하는 단계를 포함하는 전력 증폭 선형화 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 피드백 신호를 생성하는 단계와 상기 카테시안 피드백 신호를 생성하는 단계 사이에,
    상기 피드백 신호로부터 상기 복수 개의 주파수 채널들의 개수만큼 상기 피드백 신호를 분할하는 단계; 및
    상기 분할된 피드백 신호를 필터링하여, 상기 해당 주파수 채널의 피드백 신호를 선택하는 단계를 더 포함하며,
    상기 해당 주파수 채널의 피드백 신호를 복조하여, 상기 해당 주파수 채널의 상기 카테시안 피드백 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 선형화 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 해당 주파수 채널의 피드백 신호를 선택하는 단계는,
    상기 분할된 피드백 신호를 중간 주파수 신호로 하향 변환하는 단계를 포함하며,
    상기 중간 주파수 신호로부터 해당 주파수 채널의 중간 신호를 선택하는 단계; 및
    상기 중간 신호를 상기 송신 신호의 주파수 신호로 상향 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 선형화 방법.
  8. 복수 개의 주파수 채널 별로 수신된 각각의 기저 입력 신호에 해당 주파수 채널의 카테시안 피드백 신호를 각각 결합하여, 복수 개의 주파수 채널들의 변조된 신호들을 생성하는 변조부;
    상기 복수 개의 주파수 채널들의 상기 변조된 신호들을 결합하는 결합기;
    상기 결합기로부터 출력되는 상기 결합된 변조된 신호를 공통으로 증폭하여 송신 신호를 생성하는 전력 증폭부; 및
    상기 송신 신호로부터 생성된 피드백 신호를 상기 해당 주파수 채널 별로 복조하여, 상기 해당 주파수 채널의 상기 카테시안 피드백 신호를 생성하는 복조부을 포함하는 다중 디지털 송신부를 포함하는 무선 통신 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다중 디지털 송신부는 디지털 주파수 공용 시스템용인 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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