KR101235671B1 - 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기를 사용하는 데이터 전송 방법, 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기, 전송 디바이스, 수신 디바이스, 및 그것들을 위한 통신 네트워크 - Google Patents

엔벨로프 제거 및 복원 증폭기를 사용하는 데이터 전송 방법, 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기, 전송 디바이스, 수신 디바이스, 및 그것들을 위한 통신 네트워크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신호 증폭을 위한 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1, EER2)를 사용하여 전송 디바이스(BS)로부터 수신 디바이스(RAH1)로 데이터 신호들의 전송을 위한 방법으로서, 데이터 신호들이 전송 디바이스(BS)에서 위치되는 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1, EER2)의 제 1 부분에서 엔벨로프 신호 성분들 및 위상 신호 성분들로써 나타내지고, 엔벨로프 신호 성분들 또는 위상 신호 성분들이 전송 디바이스(BS)로부터 수신 디바이스(RAH1)로 적어도 하나의 광학 접속(OF1, OF2)을 통해 전송되고, 엔벨로프 신호 성분들 또는 위상 신호 성분들이 광학 신호들로부터, 상기 수신 디바이스(RAH1)에서의 전기 신호들로 변환되는, 상기 전송 방법, 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기, 전송 디바이스, 수신 디바이스, 및 그것들을 위한 통신 네트워크에 관한 것이다.

Description

엔벨로프 제거 및 복원 증폭기를 사용하는 데이터 전송 방법, 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기, 전송 디바이스, 수신 디바이스, 및 그것들을 위한 통신 네트워크{A METHOD FOR DATA TRANSMISSION USING AN ENVELOPE ELIMINATION AND RESTORATION AMPLIFIER, AN ENVELOPE ELIMINATION AND RESTORATION AMPLIFIER, A TRANSMITTING DEVICE, A RECEIVING DEVICE, AND A COMMUNICATION NETWORK THEREFOR}
본 발명은 제 1 항의 도입부에 따른 데이터 신호들의 전송을 위한 방법, 제 8 항의 도입부에 따른 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기, 제 10 항의 도입부에 따른 전송 디바이스, 제 13 항의 도입부에 따른 수신 디바이스, 및 제 15 항의 도입부에 따른 통신 네트워크에 관한 것이다.
셀룰러 라디오 네트워크에서 임의의 서비스 영역의 커버리지는 서비스 영역 내의 모바일 사용자들로의 그리고 모바일 사용자들로부터의 접속을 서빙(serve)하기 위해 코어 네트워크에 접속되는, 여러 가지 라디오 기지국들에 의해 제공된다. 라디오 기지국은 기저대역 유닛 및 적어도 하나의 안테나 유닛을 포함한다. 라디오 커버리지 및 용량(capacity)을 증가시키기 위해, 현대의 기지국들은 여러 가지 섹터 안테나들(sector antennas)을 사용한다.
기지국들의 유연성을 증가시키기 위해, 안테나들로 하여금 기저대역 유닛으로부터 이격되어 위치되도록 허용하는 것이 바람직하다. 이것은, 소위 원격 안테나 헤드들(remote antenna heads)인 액티브 안테나 시스템들의 개발을 유도하였다. 통상적으로, 하나의 원격 안테나 헤드는 하나의 섹터 안테나를 포함하지만, 또한, 단지 하나의 섹터 안테나보다 많은 원격 안테나 헤드들을 갖는 공지된 시스템이 존재한다.
기지국은 바람직하게는 광섬유들(optical fibers)로써 원격 안테나 헤드들과 접속된다. 종래의 라디오-오버-파이버(radio-over-fiber) 시나리오들은 원격 안테나 헤드에서 증폭기를 갖춘 전송기와 기지국 간의 아날로그 신호들의 광 전송을 수반한다.
두 개의 파이버 링(two-fiber-ring)을 사용하는 셀룰러 라디오 네트워크에서라디오-오버-파이버 개념의 구현 예는 유럽특허 EP1553791 B1에서 주어진다.
하지만, 광학 전송의 품질은 노이즈, 예컨대 색 분산(chromatic dispersion)과 같은 비-선형성들(non-linearities), 및 감쇠 효과들을 심하게 겪는다. 결국, 라디오-오버-파이버 개념들에 대한 기술적인 구현들은 매우 복잡한 광 변조 기술들 및 신호 컨디셔닝(signal conditioning)을 수반해야 한다.
기본적으로, 아날로그 라디오 주파수 신호들의 광학 전송은 신호 변조 기술들 및 신호 컨디셔닝에 대해 높은 전자적인 효과들을 수반한다. 대신에, 예컨대 강한 변조 및 직접 검출의 방법은 간단하고 단순하며, 공정하게 선형 광 전송 특성들을 허용하지만, 다른 한편으로는, 그것은 아날로그 라디오 주파수 전송을 위한 요구사항들을 만족시키기 위해 고가의 변조기들 및 변조기 드라이버들을 필요로 한다. 이중 사이즈 대역 변조(double side band modulation)가 사용되는 경우에, 색 분산은 전송 품질을 열화시키는, 라디오 주파수 파워의 억제의 의존하는 주파수 및 길이를 야기한다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 전송 디바이스와 적어도 하나의 수신 디바이스 간에 광학 접속을 갖는 신호 증폭을 위한 에너지 효율적인 전력 증폭기 아키텍처를 사용하여 전송 디바이스에서 적어도 하나의 수신 디바이스로 신호들을 전송하기 위한 비용 효과적이고 폴트-톨러런트(fault-tolerant) 방법을 제안하는 것이다.
이 목적은 제 1 항의 교시에 따르는 방법, 제 8 항의 교시에 따르는 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기, 제 10 항의 교시에 따르는 전송 디바이스, 제 13 항의 교시에 따르는 수신 디바이스, 및 제 15 항의 교시에 따르는 통신 네트워크에 의해 달성된다.
예컨대, UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), WIMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access), 또는 3GPP LTE(Third Generation Partnership Project Long Term Evolution)와 같은 모바일 통신 시스템들이 2.6GHz까지의 주파수들에서 높은 출력 파워를 갖는 전력 증폭기들을 필요로 하므로, 바람직하게는, 소위 엔벨로프 및 복원 증폭기들은 그것들이 높은 정도의 선형성 및 효율성을 특징으로 하기 때문에, 신호 증폭을 위해 사용된다.
상기 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기들에서, 데이터 신호는 비교적 느리게 변하는 진폭의 엔벨로프 신호 성분 및 일정한 진폭의 빠르게 변하는 위상 신호 성분에 의해 나타내진다. 빠른 위상 신호는 예컨대 클래스 E 또는 F 출력 스테이지의 입력을 제어하는 반면에, 엔벨로프 신호는 다시 상기 출력 스테이지의 공급 전압을 제어하는 변조기를 구동시킨다. 엔벨로프 신호 성분들 또는 위상 신호 성분들은 예컨대 스위칭된 출력 스테이지들에서 증폭을 위해 사용되는 디지털 신호들일 수 있다.
미국특허출원 US2002/0141510 A1에서, 위상 또는 주파수 변조 및 진폭 변조를 사용하는 변조기 및 변조 방법이 개시된다. 지연 회로 또는 동기화 회로는 진폭 변조 및 위상 변조의 퍼포먼스(performance)를 조정하는데 사용된다. 변조 회로는 높은 주파수 및 낮은 주파수 회로들을 포함하는 임의의 주파수 범위에서 사용될 수 있다.
본 발명의 주요 아이디어는, 디지털 신호들이 아날로그 신호들보다 간섭들에 대해 보다 많은 폴트-톨러런트하기 때문에, 적어도 하나의 광학 접속에 의해 접속된 두 개의 원격 부분들로 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기를 분할함으로써 데이터 신호들의 광 전송을 위한 기존의 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기 개념 내의 디지털 신호 경로의 존재를 활용하는 것이다.
본 발명은 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기들 내에 이미 존재하는 디지털 신호 경로로부터의 사용을 드로잉(drawing)함으로써 아날로그 신호들 대신에 디지털 전송을 가능하게 한다. 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기들 내에서 이미 이용가능한 디지털 신호가 사용되므로, 고가의 부가적인 고속 아날로그 대 디지털 및 디지털 대 아날로그 변환에 대한 필요성이 존재하지 않는다. 그러므로, 종래의 라디오-오버-파이버 시나리오들에 비하여, 비용 부가 없이, 디지털 신호들의 광학 전송에 대한 모든 개념들이 라디오-오버-파이버 어플리케이션들에 적용될 수 있다.
신호 증폭을 위한 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기는 적어도 하나의 원격 안테나 헤드를 통해 기지국으로부터 사용자 단말로의 신호들의 전송을 위해 사용되며, 신호들은 기지국으로부터 적어도 하나의 원격 안테나 헤드로 적어도 하나의 광학 접속을 통해 전송된다. 본 발명은, 각각 디지털 광학 링크들에 의해 분리되는 두 개의 부분들로 상술한 기존의 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기를 분할하고, 그것들을 중앙 기지국에 그리고 원격 안테나 유닛에 가깝게 놓음으로써 우수한 라디오-오버-파이버 아키텍처의 구현을 허용한다. 이 개념은 예컨대 빔형성 및 다입력 다출력(multiple input multiple output: MIMO) 어플리케이션들에서, 비용들 및 하드웨어 효과를 쉽게 감소시키는 새로운 아키텍처들을 가능하게 한다.
본 발명에 따라, 데이터 신호들은 전송 디바이스에서 위치된 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기의 제 1 부분에서 엔벨로프 신호 성분들 및 위상 신호 성분들에 의해 나타내고, 엔벨로프 신호 성분들 및 위상 신호 성분들의 그룹 중 적어도 하나는 전송 디바이스에서 위치된 적어도 하나의 전기-광학 변환기(electro-optical converter)에서 전기 신호들로부터 광학 신호들로 변환되고, 엔벨로프 신호 성분들 및 위상 신호 성분들의 그룹 중 적어도 하나는 전송 디바이스에서 적어도 하나의 수신 디바이스로 적어도 하나의 광학 접속을 통해 전송되고, 엔벨로프 신호 성분들과 위상 신호 성분들의 그룹 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 수신 디바이스에 위치되는 적어도 하나의 광-전기 변환기(opto-electrical converter)에서 광학 신호들로부터 전기 신호들로 변환되고, 상기 데이터 신호들은 상기 적어도 하나의 수신 디바이스에 위치되는 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기의 제 2 부분에서 출력 스테이지에 의해 증폭된다.
본 발명의 추가적인 전개는 종속 청구항들 및 아래의 상세한 설명으로부터 수집될 수 있다.
아래에서, 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 추가로 설명된다.
본 발명은 전송 디바이스와 적어도 하나의 수신 디바이스 간에 광학 접속을 갖는 신호 증폭을 위한 에너지 효율적인 전력 증폭기 아키텍처를 사용하여 전송 디바이스에서 적어도 하나의 수신 디바이스로 신호들을 전송하기 위한 비용 효과적이고 폴트-톨러런트(fault-tolerant) 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명이 구현될 수 있는 기지국과 원격 안테나 헤드들을 갖춘 셀룰러 통신 네트워크를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 최신 기술에 따르는 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기 아키텍처를 개략적으로 도시하는 도면.
도 3은 최신 기술에 따르는 전압 스위칭된 회로 토폴로지에 의존하는 스위칭된 모드 전력 증폭기 아키텍처를 개략적으로 도시하는 도면.
도 4는 최신 기술에 따르는 델타 시그마 변조기(delta sigma modulator)를 개략적으로 도시하는 도면.
도 5는 최신 기술에 따르는 델타 시그마 변조기, 스위칭된 출력 스테이지 및 필터를 갖춘 스위칭된 모드 전력 증폭기를 개략적으로 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따르는 기지국과 원격 안테나 헤드에 각각 위치되는 두 개의 부분들로 분할되는 스위칭된 모드 전력 증폭기를 개략적으로 도시하는 도면.
도 7은 본 발명에 따르는 분배된 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기를 포함하는 전송기 및 수신기를 개략적으로 도시하는 도면.
도 8은 본 발명에 따르는 광학 멀티플렉싱 및 디멀티플렉싱의 원리들을 적용하여 단일 광학 경로에 의해 상호접속되는 분배된 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기를 포함하는 전송기 및 수신기를 개략적으로 도시하는 도면.
본 발명이 구현될 수 있는 신호 전송 및 수신을 위한 통신 네트워크(CN)의 원리적인 구조가 도 1에 도시되어 있다. 통신 네트워크(CN)는 기지국(BS), 원격 안테나 헤드들(RAH1-RAH4) 및 사용자 단말들(UE1-UE4)을 포함한다.
상기 원격 안테나 헤드들(RAH1-RAH4) 각각은 예를 들면 광섬유 또는 광학 프리-스페이스 접속(optical free-space connection)(OF1, OF2, OF11, OF12, OF13) 각각에 의해 기지국(BS)에 접속된다. 상기 사용자 단말들(UE1-UE4) 각각은 도 1에서 이중 화살표들로써 기호화된, 하나 또는 다수의 상기 원격 안테나 헤드들(RAH1-RAH4)에 접속된다. 기지국(BS)은 단순화를 위해, 도 1에 도시되지 않은, 코어 네트워크에 차례로 접속된다.
원격 안테나 헤드(RAH1-RAH4)를 통해 기지국(BS)로부터 사용자 단말(UE1-UE4)로 전송되는 신호들의 증폭을 위해, 바람직하게는, 최신 기술에 따르는 원격 안테나 헤드들(RAH1-RAH4)에 위치되는 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기들이 사용된다.
도 2는 최신 기술의 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기를 개략적으로 도시한다.
엔벨로프 제거 및 복원 증폭기의 라디오 주파수(RF) 신호들을 위한 입력은 진폭 검출기(DET)의 입력 및 리미터(limier)(LIM)의 입력에 접속된다.
진폭 검출기(DET)의 출력은 진폭 증폭기(AAM)의 제 1 입력에 접속된다. 진폭 증폭기(AAM)의 제 2 입력은 전원(VS)을 접속시키기 위해 제공된다.
리미터(LIM)의 출력은 위상 증폭기(PAM)의 제 1 입력에 접속되고, 진폭 증폭기의 출력(AAM)은 위상 증폭기(PAM)의 제 2 입력인 전원 입력에 접속된다.
위상 증폭기(PAM)의 출력은 증폭된 위상 및 진폭 변조된 신호를 출력시키기 위해 제공된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 최신 기술에 따라 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기를 사용하는 신호 증폭을 위한 방법에서, 아날로그 라디오 주파수 입력 신호는 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기의 입력에 전달된다. 입력 신호의 엔벨로프 신호 성분은 예컨대 결합기 및 진폭 검출기(DET)를 사용하여 감지되고, 엔벨로프 신호 성분은 진폭 증폭기(AAM)에 제공된다.
메인 진폭 및 위상 변조된 라디오 주파수 입력 신호는 리미터(LIM)의 입력에 전달되고, 여기에서, 복잡한 입력 신호(
Figure 112011082671358-pct00001
)(A(t)가 시간 의존형 진폭이고, ω가 캐리어 주파수(carrier frequency)이고,
Figure 112011082671358-pct00002
이 시간 의존형 위상임)가 일정한 진폭(
Figure 112011082671358-pct00003
)의 위상 신호 성분을 야기하여 클립(clip)된다.
엔벨로프 신호 성분은 리미터(LIM) 앞에 신호를 감지하는 진폭 검출기(DET)에 의해 감지된다. 진폭 검출기(DET)에 의해, 변하는 위상 신호는 느리게 변하는 진폭(A(t))의 엔벨로프 신호 성분을 야기하여 제거된다.
느리게 변하는 진폭의 엔벨로프 신호 성분은 진폭 증폭기(AAM)의 제 1 입력에 전달된다. 진폭 증폭기(AA,)의 제 2 입력에 접속되는 공급 전압(VS)은 증폭된 엔벨로프 신호 성분을 야기하는 느리게 변하는 진폭의 엔벨로프 신호 성분으로 변조된다.
일정한 진폭의 위상 신호 성분은 위상 증폭기(PAM)의 제 1 입력, 즉 라디오 주파수 입력에 전달되고, 증폭된 엔벨로프 신호 성분은 위상 증폭기(PAM)의 출력에서 아날로그 라디오 주파수 입력 신호의 증폭된 카피(copy)를 야기하는, 위상 증폭기(PAM)의 제 2 입력, 즉 공급 전압 입력에 대해 공급 전압으로서 접속된다.
본 발명에 따라, 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기 내에 디지털 신호 경로의 존재는 신호들의 광학 전송을 위해 사용된다. 그러한 디지털 신호 경로는 예컨대 느리게 변하는 진폭의 엔벨로프 신호 성분의 경로에서 델타 시그마 변조기 및 후속하는 스위칭된 출력 스테이지에 의해, 도 2에 도시된 바와 같이, 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기에서 구현될 수 있다.
디지털 신호 경로의 이 구현을 수행하기 위해, 진폭 검출기(DET)의 출력은 델타 시그마 변조기의 입력에 접속되고, 델타 시그마 변조기의 출력은, 예컨대 이 경우에 클래스 D 증폭기로서, 스위칭된 출력 스테이지인, 진폭 증폭기(AAM)의 입력에 접속된다.
아래에서, 델타 시그마 변조기를 사용하는 스위칭된 모드 증폭기의 기본 원리가 설명되며, 후속하여, 본 발명의 2가지 실시예들에서 델타 시그마 변조기를 갖춘 스위칭된 모드 증폭기의 어플리케이션이 설명된다.
스위칭된 모드 전력 증폭기에 대한 예로서, 최신 기술에 따르는 전압 스위칭된 전력 증폭기 시스템이 도 3에 도시된다. 그러한 전압 스위칭된 전력 증폭기 시스템은 본 발명에 따른 엔벨로프 신호 성분 또는 아날로그 라디오 주파수 입력 신호의 수신을 위한 그리고 클로킹 신호(clocking signal)(CS)의 수신을 위한 입력들을 갖는 델타 시그마 변조기(DSM)를 포함한다. 델타 시그마 변조기(DSM)의 출력은 드라이버(DR)의 입력에 접속된다.
바람직하게는, 델타 시그마 변조기(DSM)는 노이즈-형성 필터(noise-shaping filter)(NF)에 접속되고, 또는 노이즈 형성 필터를 포함한다.
드라이버(DR)의 제 1 출력은 제 1 트랜지스터(T1)의 게이트(G)에 접속되고, 드라이버(DR)의 제 2 출력은 제 2 트랜지스터(T2)의 게이트(G)에 접속된다.
제 1 트랜지스터(T1)의 소스(S)는 그라운드에 접속되고, 제 2 트랜지스터(T2)의 소스는 제 1 트랜지스터(T1)의 드레인에 접속된다.
제 1 트랜지스터(T1)의 드레인과 제 2 트랜지스터(T2)의 소스는 라디오 주파수 신호들에 대한 출력에 또는 직렬로 인덕터(L)와 캐패시터(C)를 포함하는 재구성 필터(reconstruction filter)(RFILT)를 통해 본 발명에 따른 증폭된 아날로그 엔벨로프 신호 성분들에 접속된다. 하지만, 개시된 바와 같이, 본 발명에 대해 중요하지 않은, L-C 필터 토폴로지(topology)의 변형들이 존재한다.
제 2 트랜지스터(T2)의 드레인은 일정한 전원의 공급에 접속된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 최신 기술에 따르는 전압 스위칭된 전력 증폭기 시스템을 사용하는 신호 증폭을 위한 방법에서, 본 발명에 따르는 아날로그 라디오 주파수 입력 신호들 또는 엔벨로프 신호 성분들은 델타 시그마 변조기(DSM)에 전달된다. 또한, 다수의 라디오 주파수 캐리어 주파수를 갖는 클로킹 신호들은 델타 시그마 변조기(DSM)에 전달된다.
델타 시그마 변조기(DSM)에서, 아날로그 라디오 주파수 입력 신호들 또는 엔벨로프 신호 성분들은 디지털 1비트 또는 보다 높은 해상도 신호들(resolution signals)로 변환된다. 샘플링 레이트는 수신된 클로킹 신호들에 의해 결정된다. 디지털 1 비트 신호들은 델타 시그마 변조기(DSM)의 출력에서 제공된다.
바람직하게는, 노이즈 형성 필터(NF)는 신호 프로세싱을 위해 관련이 없거나 거의 관련이 없는 주파수 범위들로 양자화 노이즈(quantization noise)를 시프트(shift)함으로써 양자화 에러를 최소화하는데 사용된다.
상기 디지털 1 비트 신호들은 디지털 1 비트 신호들에 기초한 제 1 드라이버 신호들 및 반전된 디지털 1 비트 신호들에 기초한 제 2 드라이버 신호들을 생성하는 드라이버(DR)에 전달된다. 제 1 드라이버 신호들은 제 2 트랜지스터(T2)의 게이트에 전달되고, 제 2 드라이버 신호들은 제 1 트랜지스터(T1)의 게이트에 전달된다. 그러므로, 드라이버(DR)의 출력 신호들은, 제 1 트랜지스터(T1)가 온(on)이며, 제 2 트랜지스터(T2)가 오프(off)이고, 또는 그 반대임을 의미하는 반위상(antiphase)에 있다. 두 개의 트랜지스터들(T1, T2)을 갖는 개시된 증폭기 아키텍처는 단지 예이며, 대안의 아키텍처들에서, 예컨대, 클래스 J 증폭기들에서와 같이 단지 하나 또는 2 이상의 트랜지스터들이 사용되며, 그것은 하지만 본 발명에 영향을 미치지 않는다. 후자의 경우에, 그러한 대안의 아키텍처들은 더 많은 각각의 비트 당 2 이상의 트랜지스터들을 사용하는, 예컨대 멀티비트 아키텍처들이다.
캐패시터(C) 및 인덕터(L)는 함께, 증폭된 아날로그 엔벨로프 신호 성분들 또는 라디오 주파수 신호들을 위한 출력에 제공되는 스무드 아날로그 출력 신호들(smooth analogue output signals)을 생성하는데 사용되는 재구성 필터(RFILT)를 확립한다.
도 4는 최신 기술에 따르는 델타 시그마 변조기(DSM)를 도시한다. 델타 시그마 변조기(DSM)는 필터(F1), 합산기(SUM), 노이즈 형성 필터(F2), 아날로그 대 디지털 변환기(AD), 및 디지털 대 아날로그 변환기(DA)를 포함한다.
필터(F1)는 아날로그 입력 신호들을 수신하기 위한 입력을 갖는다. 필터(F1)의 출력은 합산기(SUM)의 제 1 입력에 접속된다.
합산기(SUM)의 출력은 노이즈 형성 필터(F2)의 입력에 접속되고, 노이즈 형성 필터(F2)의 출력은 아날로그 대 디지털 변환기(AD)의 입력에 접속된다.
아날로그 대 디지털 변환기(AD)의 출력은 한편으로는, 디지털 대 아날로그 변환기(DA)의 입력에 접속되고, 다른 한편으로는, 예컨대 디지털 출력 신호들을 전송하기 위한, 도 3의 스위칭된 출력 스테이지의 드라이버(D)로서, 외부 디바이스에 접속될 수 있다.
디지털 대 아날로그 변환기(DA)의 출력은 합산기(SUM)의 제 2 반전 입력(second inverting input)에 접속된다.
원리적으로, 아날로그 라디오 주파수 입력 신호, 또는 엔벨로프 신호 성분은, 스위칭된 모드 증폭기의 스위칭된 출력 스테이지를 드라이브하기에 적절한 2 레벨 디지털 출력 시퀀스로 델타 시그마 변조기(DSM)에서 인코딩된다.
도 5는 도 4에 도시된 바와 같은 델타 시그마 변조기(DSM), 스위칭된 출력 스테이지(SOS), 및 필터(F)를 포함하는 최신 기술의 상태에 따르는 스위칭된 모드 전력 증폭기를 개략적으로 상부 열(upper row)에서 도시한다. 스위칭된 출력 스테이지(SOS)는 예컨대 도 3에 도시된 바와 같은 2개의 트랜지스터들(T1, T2) 및 드라이버(DR)를 포함한다. 하지만, 도 3에서 2개의 트랜지스터들(T1, T2) 및 하나의 드라이버(DR)를 갖춘 개시된 증폭기 아키텍처가 단지 예이므로, 대안의 아키텍처들에서, 하나 이상의 드라이버를 갖춘 단지 하나의 트랜지스터 또는 2 이상의 트랜지스터들이 사용되며, 즉 스위칭된 출력 스테이지(SOS)는 본 발명에 영향을 미치지 않는, 임의 수의 드라이버들 및 트랜지스터들을 포함할 수 있다.
델타 시그마 변조기(DSM)는 입력 신호들을 수신하기 위한 입력을 갖는다. 델타 시그마 변조기(DSM)의 출력은 스위칭된 출력 스테이지(SOS)의 입력에 접속된다.
스위칭된 출력 스테이지(SOS)의 출력은 필터(F)의 입력에 접속되고, 필터(F)는 출력 신호들을 전송하기 위한 출력을 포함한다.
중간 열에서, 4개의 다이어그램들은 델타 시그마 변조기(DSM)의 입력에서, 델타 시그마 변조기(DSM)의 출력에서, 스위칭된 출력 스테이지(SOS)의 출력에서, 그리고 필터(F)의 출력에서, 신호들에 대해 왼쪽에서 오른쪽으로 전압들 대 나노초(nanoseconds)의 시간으로 신호 전압을 도시하는 것이다.
하부 열에서, 4개의 다이어그램들은 델타 시그마 변조기(DSM)의 입력에서, 델타 시그마 변조기(DSM)의 출력에서, 스위칭된 출력 스테이지(SOS)의 출력에서, 그리고 필터(F)의 출력에서, 신호들에 대해 왼쪽에서 오른쪽으로 데시벨 대 메가헤르츠(megahertz)의 주파수로 신호 파워 밀도 스펙트럼을 도시하는 것이다.
중간 영에서 제 1의 2개의 다이어그램들로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 디지털 신호 변조기는 아날로그 신호들을 디지털 신호들로 변환하고, 본 발명에 따라, 상기 디지털 신호들은 원격 안테나 헤드에 원격으로 위치되는 스위칭된 출력 스테이지(SOS)에 광섬유를 통해 전송될 것이다.
도 5에 도시된 스위칭된 모드 전력 증폭기의 기능이 입력에서 라디오 주파수 신호들을 사용하여 상기에 설명되었다. 아래에서, 본 발명은 예컨대 중간 또는 기저대역 주파수의 하위 주파수들을 갖는 입력 신호들에 대해 설명될 것이다. 하지만, 입력에서 사용된 주파수는 본 발명에 대한 주요한 영향을 미치지 않는다. 본 발명에 따라 광학적으로 제어된 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기 개념에 대한 설명된 클래스(S) 원리를 적용하는 경우에, 재구성을 위한 델타 시그마 변조기(DSM) 및 필터(F)는 바람직하게는 낮은 패스 타입(low pass type)으로 이뤄진다.
본 발명에 따른 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기에 사용될 수 있는 스위칭된 모드 전력 증폭기가 도 6에 도시된다. 스위칭된 모드 전력 증폭기(PA)는 점선 박스로서 나타내지며, 델타 시그마 변조기(DSM), 전자-광학 변환기(EO), 광-전기 변환기(OE), 스위칭된 출력 스테이지(SOS) 및 필터(F)를 포함한다. 스위칭된 출력 스테이지는 차례로, 도 5 하에서 설명되는 바와 같이 적어도 하나의 트랜지스터 및 적어도 하나의 드라이버를 포함한다.
델타 시그마 변조기(DSM)는 아날로그 입력 신호들을 수신하기 위한 입력을 갖는다. 델타 시그마 변조기(DSM)의 출력은 전기-광학 변환기(EO)의 입력에 접속된다.
전기-광학 변환기(EO)의 출력은 예컨대, 광학 프리-스페이스 접속 또는 광섬유로서, 광학 접속(OF1)을 통해 광-전기 변환기(OE)의 입력에 접속된다.
광-전기 변환기(OE)의 출력은 스위칭된 출력 스테이지(SOS)의 입력에 접속되고, 스위칭된 출력 스테이지(SOS)의 출력은 필터(F)의 입력에 접속된다.
본 발명의 실시예에서, 예컨대 필터, 등화기(equalizer), 또는 전치 증폭기(pre-amplifier)와 같은, 신호 컨디셔닝을 위한 추가적인 디바이스는 전기-광학 변환기(EO)와 광-전기 변환기(OE) 간의 신호 경로에서 또는 광-전기 변환기(OE)와 스위칭된 출력 스테이지(SOS) 간의 신호 경로에서 포함된다.
필터(F)의 출력은 차례로, 간단화를 위해, 도 6에 도시되지 않은, 추가적인 출력 스테이지를 통해 안테나 네트워크에 접속된다.
도 6에 도시된 실시예에서, 델타 시그마 변조기(DSM) 및 전기-광학 변환기(EO)는, 박스로서 나타내지는, 기지국(BS)에서 포함되고, 광-전기 변환기(OE), 스위칭된 출력 스테이지(SOS), 및 필터(F)는 박스로서 또한 나타내지는, 원격 안테나 헤드(RAH1)에서 포함된다.
델타 시그마 변조기(DSM)에서, 광학적으로 제어된 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기에서 클래스(S) 원리의 구현을 위해, 예컨대 델타 시그마 변조기(DSM)가 그것의 입력에서 수신하는, 아날로그 엔벨로프 신호 성분들로서, 아날로그 신호들은 디지털 신호들로 변환된다. 상기 디지털 신호들은 디지털 전기 신호들을 디지털 광학 신호들로 변환하기 위한 전기-광학 변환기(EO)에 전달된다. 바람직하게는, 상기 전기-광학 변환기(EO)는 예컨대 전기흡수(electroabsorption) 또는 니오브산리튬(lithiumniobate) 변조기에 의해 직접적으로 변조되거나 외부적으로 변조되는 레이저 다이오드를 포함한다.
전기-광학 변환기(EO)의 출력으로부터, 예컨대 PWM 신호들(PWM = Pulse Width Modulation)로서, 디지털 광학 신호들은 예컨대 광섬유 또는 광학 프리-스페이스 접속으로서, 광학 접속(OF1)을 통해 광-전기 변환기(OE)의 입력에 전달된다.
광-전기 변환기(OE)에서, 디지털 광학 신호들은 디지털 전기 신호들로 재차 변환된다. 바람직하게는, 상기 광-전기 변환기(OE)는 소위 PIN 다이오드 또는 소위 애밸런치 포토 다이오드(avalanche-photo-diode)를 포함한다. 디지털 전기 신호들은 광-전기 변환기(OE)의 출력으로부터 스위칭된 출력 스테이지(SOS)의 입력으로 전달된다.
스위칭된 출력 스테이지(SOS)에서, 디지털 전기 신호들은 스위칭된 출력 스테이지(SOS)의 출력에서 증폭된 디지털 전기 신호들을 유도하는, 적어도 하나의 드라이버를 통해 적어도 하나의 트랜지스터를 구동시킨다.
상기 증폭된 디지털 전기 신호들은 필터(F)의 입력에 전달되고, 상기 필터(F)에 의해, 증폭된 아날로그 엔벨로프 신호 성분들은 재구성되고, 필터(F)의 출력을 통해, 도 2에 도시된 바와 같이, 위상 증폭기(PAM)의 제 2 입력으로서 추가적이 출력 스테이지의 입력에 전달된다.
광학 헤테로다이닝(optical heterodyning)의 원리를 적용하는 본 발명에 따르는 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1)의 실시예가 도 7에 도시된다. 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1)는 점선 박스로서 나타내지고, 진폭 검출기(DET), 델타 시그마 변조기(DSM), 리미터(LIM), 제 1 아날로그 대 디지털 변환기(AD1), 캐리어 합성기(CS), 3개의 전기-광학 변환기들(EO1, EO2, EO3), 광학 가산기(A), 두 개의 광-전기 변환기들(OE1, OE2), 위상 신호 재합성기(PSRS), 스위칭된 출력 스테이지(SOS), 출력 스테이지(OS) 및 필터(F)를 포함한다. 스위칭된 출력 스테이지(SOS)는 차례로, 도 5 하에서 상기 설명되는 바와 같이 적어도 하나의 드라이버 및 적어도 하나의 트랜지스터를 포함한다.
도 7에 도시된 실시예에서, 진폭 검출기(DET), 델타 시그마 변조기(DSM), 리미터(LIM), 제 1 아날로그 대 디지털 변환기(AD1), 캐리어 합성기(CS), 3개의 전기-광학 변환기들(EO1, EO2, EO3), 및 광학 가산기(A)는 박스로서 나타내지는 기지국(BS)에 포함되고, 두 개의 광-전기 변환기들(OE1, OE2), 위상 신호 재합성기(PSRS), 스위칭된 출력 스테이지(SOS), 출력 스테이지(OS) 및 필터(F)는 박스로서 나타내지는, 원격 안테나 헤드(RAH1)에 포함된다.
기지국(BS)은 제 3 광-전기 변환기(OE3) 및 수신기(RX)를 갖는 피드백 경로를 더 포함한다.
원격 안테나 헤드(RAH1)는 안테나 네트워크(AN), 낮은 노이즈 증폭기(LNA), 다운 변환기(DC), 제 2 아날로그 대 디지털 변환기(AD2), 및 제 4 전기-광학 변환기(EO4)를 더 포함한다.
예컨대, 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1)의 기저대역 주파수 또는 중간 주파수(IF) 신호들을 위한 입력은 진폭 검출기(DET)의 입력 및 리미터(LIM)의 입력에 접속된다.
진폭 검출기(DET)의 출력은 델타 시그마 변조기(DSM)의 입력에 접속되고, 델타 시그마 변조기(DSM)의 출력은 제 1 전기-광학 변환기(EO1)의 입력에 접속된다.
제 1 전기-광학 변환기(EO1)의 출력은 예컨대, 광섬유와 같은, 광학 접속(OF1) 또는 광학 프리-스페이스 접속을 통해 제 1 광-전기 변환기(OE1)의 입력에 접속되고, 제 1 광-전기 변환기(OE1)의 출력은 스위칭된 출력 스테이지(SOS)의 제 1 입력에 접속된다.
스위칭된 출력 스테이지(SOS)의 제 2 입력은 전원(VS)을 접속하도록 제공되고, 스위칭된 출력 스테이지(SOS)의 출력은 필터(F)의 입력에 접속된다.
리미터(LIM)의 출력은 제 1 아날로그 대 디지털 변환기(AD1)의 입력에 접속되고, 제 1 아날로그 대 디지털 변환기(AD1)의 출력은 제 2 전기-광학 변환기(EO2)의 입력에 접속된다.
제 2 전기-광학 변환기(EO2)의 출력은 광학 접속(OF3)을 통해 광학 가산기(A)의 제 1 입력에 접속된다.
캐리어 합성기(CS)의 출력은 제 3 전기-광학 변환기(EO3)의 입력에 접속되고, 제 3 전기-광학 변환기(EO3)의 출력은 광학 접속(OF4)을 통해 광학 가산기(A)의 제 2 입력에 접속된다.
광학 가산기(A)의 출력은, 예컨대 광섬유 또는 광학 프리-스페이스 접속으로서, 광학 접속(OF2)을 통해 제 2 광-전기 변환기(OE2)의 입력에 접속된다.
제 2 광-전기 변환기(OE2)의 출력은 위상 신호 재합성기(PSRS)의 입력에 접속되고, 위상 신호 재합성기(PSRS)의 출력은 출력 스테이지(OS)의 제 1 입력에 접속된다.
필터(F)의 출력은 출력 스테이지(OS)의 제 2 입력에 접속되고, 출력 스테이지(OS)의 출력은 차례로 안테나 네트워크(AN)에 접속된다.
본 발명의 실시예에서, 예컨대 등화기 또는 전치 증폭기로서 신호 컨디셔닝을 위한 추가적인 디바이스는, 각각 전기-광학 변환기들(EO1, EO2, EO3) 및 광-전기 변환기들(OE1, OE2) 간의 신호 경로들에서 또는 각각 광-전기 변환기들(OE1, OE2)과, 스위칭된 출력 스테이지(SOS)와, 출력 스테이지(OS) 간의 신호 경로들에 포함된다.
수신 경로에서, 안테나 네트워크(AN)의 출력은 낮은 노이즈 증폭기(LNA)의 입력에 접속되고, 낮은 노이즈 증폭기(LNA)의 출력은 다운 변환기(DC)의 입력에 접속된다.
다운 변환기(DC)의 출력은 제 2 아날로그 대 디지털 변환기(AD2)의 입력에 접속되고, 제 2 아날로그 대 디지털 변환기(AD2)의 출력은 제 4 전기-광학 변환기(EO4)의 입력에 접속된다.
제 4 전기-광학 변환기(EO4)의 출력은 예컨대 광섬유 또는 광학 프리-스페이스 접속으로서, 광학 접속(OF5)을 통해 제 3 광-전기 변환기(OE3)의 입력에 접속된다.
제 3 광-전기 변환기(OE3)의 출력은 차례로, 수신기(RX)의 입력에 접속된다.
본 발명의 실시예에서, 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1)의 출력은, 바람직하게는, 도 7에서 점선 화살표로써 나타내지는, 제 4 전기-광학 변환기(EO4)의 입력에서, 수신 경로에 접속된다.
바람직하게는, 상기 전기-광학 변환기들(EO1 내지 EO4) 각각은 예컨대 전기흡수 또는 니오브산리튬 변조기에 의해 직접적으로 변조되거나 외부적으로 변조되는 레이저 다이오드를 포함한다.
바람직하게는, 상기 광-전기 변환기들(OE1 내지 OE2) 각각은 소위 PIN 다이오드 또는 소위 애벌런치-포토-다이오드를 포함한다.
도 7에 도시된 실시예에서, 예컨대 기저대역 주파수(fbb) 상의, 바람직하게는 주파수 범위 0 내지 200MHz에서의 아날로그 데이터 신호는 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1)의 입력에 전달된다.
데이터 신호의 주요 부분은 리미터(LIM)의 입력에 전달되고, 여기에서, 데이터 신호(
Figure 112011082671358-pct00004
)(A(t)가 시간 의존형 진폭이고, ωbb가 기저대역 각 주파수(baseband angular frequency)이고,
Figure 112011082671358-pct00005
이 시간 의존형 위상임)가 일정한 진폭(
Figure 112011082671358-pct00006
)의 위상 신호 성분을 야기하여 클립(clip)된다.
엔벨로프 신호 성분은 리미터(LIM) 앞에 신호를 감지하는 진폭 검출기(DET)에 의해 감지된다. 변하는 위상 신호는 느리게 변하는 진폭(A(t))의 엔벨로프 신호 성분을 야기하는 진폭 검출기(DET)에 의해 제거된다.
느리게 변하는 진폭의 엔벨로프 신호 성분은 델타 시그마 변조기(DSM)의 제 1 입력에 전달되고, 델타 시그마 변조기(DSM)에서 디지털 신호로 변환된다. 이 실시예에서, 디지털 신호는 PWM 신호(PWM = Pulse Width Modulation)이지만, 또한 예컨대 또 다른 실시예에서 부가적으로 맨체스터 코딩(Manchester Coding)을 사용하여 인코딩될 수 있다. 엔벨로프 신호 성분을 디지털화하는데 사용되는 델타 시그마 변조기는 종래의 비교적 느린 낮은 패스 델타 시그마 변조기에 의해 수행될 수 있고, 그러므로, 에너지 및 칩(chip) 복잡성을 세이브한다.
디지털 엔벨로프 신호 성분은 디지털 전기 신호들을 디지털 광학 신호들로 변환하기 위한 제 1 전기-광학 변환기(EO1)에 전달된다.
제 1 전기-광학 변환기(EO1)의 출력으로부터, 이 실시예에서 PWM 신호인, 디지털 광학 엔벨로프 신호 성분은 광학 접속(OF1)을 통해, 제 1 광-전기 변환기(OE1)의 입력에 전달된다.
제 1 광-전기 변환기(OE1)에서, 디지털 광학 신호들은 디지털 전기 신호들로 재차 변환된다. 얻어진 디지털 전기 엔벨로프 신호 성분은 제 1 광-전기 변환기(OE1)의 출력으로부터 스위칭된 출력 스테이지(SOS)의 제 1 입력으로 전달된다.
스위칭된 출력 스테이지(SOS)에서, 디지털 전기 신호들은, 스위칭된 출력 스테이지(SOS)의 출력에서 증폭된 디지털 전기 신호들을 유도하는, 적어도 하나의 드라이버를 통해, 적어도 하나의 트랜지스터를 구동시킨다. 그러므로, 스위칭된 출력 스테이지(SOS)의 제 2 입력에 접속되는 공급 전압(VS)은 증폭된 디지털 전기 엔벨로프 신호 성분을 야기하는 디지털 전기 엔벨로프 신호 성분으로 변조된다.
상기 증폭된 디지털 전기 엔벨로프 신호 성분은 필터(F)의 입력에 전달되고, 상기 필터(F)에 의해, 증폭된 아날로그 엔벨로프 신호 성분은 재구성되고, 필터(F)의 출력을 통해 출력 스테이지(OS)의 제 2 입력에 공급 전압으로서 접속된다.
위상 신호 성분은 리미터(LIM)의 출력으로부터 제 1 아날로그 대 디지털 변환기(AD1)로 전달되고, 여기에서, 아날로그 위상 신호 성분은 디지털 위상 신호 성분으로 변환된다.
디지털 위상 신호 성분은, 디지털 광학 위상 신호 성분이 주파수(fos = foptical ± fbb)를 갖도록, 광원의 광의 주파수인 foptical를 갖는 광원을 사용하여 디지털 전기 신호들을 디지털 광학 신호들로 변환하기 위한 제 2 전기-광학 변환기(EO2)의 입력에 전달된다.
제 2 전기 광학 변환기(EO2)의 출력으로부터, 디지털 광학 위상 신호 성분은 광학 접속(OF3)을 통해 광학 가산기(A)의 제 1 입력에 전달된다.
캐리어 합성기(CS)에서, 바람직하게는 수백 MHz 내지 수 GHz의 주파수 범위에 있는 라디오 주파수(frf) 상의 라디오 주파수 캐리어 신호가 생성된다. 라디오 주파수 캐리어 신호는, 광학 라디오 주파수 캐리어 신호가 주파수(forf = foptical ± frf)를 갖도록, 광원의 광의 주파수인 foptical를 갖는 광원을 사용하여 전기 라디오 주파수 캐리어 신호를 광학 라디오 주파수 캐리어 신호로 변환하기 위한 제 3 전기-광학 변환기(EO3)에 전달된다.
제 3 전기-광학 변환기(EO3)의 출력으로부터, 광학 라디오 주파수 캐리어 신호는 광학 접속(OF4)을 통해, 광학 가산기(A)의 제 2 입력에 전달된다.
광학 가산기(A)에서, 디지털 광학 위상 신호 성분에는, 광학 라디오 주파수 캐리어 신호가 부가되며, 즉 주파수(fos = foptical ± fbb)를 갖는 디지털 광학 위상 신호 성분은 조합된 광학 데이터 신호들을 야기하는, 주파수(forf = foptical ± frf)를 갖는 광학 라디오 주파수 캐리어 신호와 합산된다.
광학 가산기(A)의 출력으로부터, 조합된 광학 데이터 신호들은 광학 접속(OF2)을 통해, 제 2 광-전기 변환기(OE2)의 입력에 전달된다.
제 2 광-전기 변환기(OE2)에서, 광학 헤테로다이닝의 원리가 적용되고, 디지털 광학 위상 신호 성분은 디지털 전기 위상 신호 성분으로 업컨버팅(upconvert)된다. 검출된 디지털 전기 위상 신호 성분의 세기는, foptical의 범위에서 세기의 모든 상위 주파수 성분들이 제 2 광-전기 변환기(OE2)에서 시간 평균되므로, 주파수(fdes = frf ± fbb)에 대해 변한다. 디지털 전기 위상 신호 성분은 제 2 광-전기 변환기(EO2)의 출력으로부터, 아날로그 전기 위상 신호 성분이 복원되는 위상 신호 재합성기(PSRS)의 입력으로 전달된다.
아날로그 전기 위상 신호 성분은 위상 신호 재합성기(PSRS)의 출력으로부터 출력 스테이지(OS)의 제 1 입력으로 전달된다. 아날로그 전기 위상 신호 성분은, 출력 스테이지(OS)의 출력에서 아날로그 데이터 신호의 증폭된 카피를 유도하는, 출력 스테이지(OS)의 제 1 입력을 제어한다.
본 발명의 실시예에서, 아날로그 전기 위상 신호 성분은 출력 스테이지(OS)에서 암시된 패시브 신호 재구성 필터링(implicit passive signal reconstruction filtering)에 의해 복원되고, 위상 신호 재합성기(PSRS)가 필요하지 않다.
아날로그 데이터 신호의 증폭된 카피는 공중 인터페이스(air interface)를 통한 전송을 위한 안테나 네트워크(AN)에 전달된다.
수신 경로에서, 아날로그 전기 신호들은 안테나 네트워크(AN)로부터 신호 증폭을 위한 낮은 노이즈 증폭기(LNA)로 전달된다.
증폭된 아날로그 전기 신호들은, 신호들이 라디오 주파수에서 기저대역 주파수로 다운컨버팅(downconvert)되는, 다운 변환기(DC)에 전달된다.
다운컨버팅된 아날로그 전기 신호들은 디지털화를 위한 제 2 아날로그 대 디지털 변환기(AD2)에 전달되고, 디지털 전기 신호들은 디지털 전기 신호들을 디지털 광학 신호들로 변환하기 위한 제 4 전기-광학 변환기(EO4)에 전달된다.
디지털 광학 신호들은 제 4 전기-광학 변환기(EO4)로부터 광학 접속(OF5)을 통해 제 3 광-전기 변환기(OE3)로 전달된다.
제 3 광-전기 변환기(OE3)에서, 디지털 광학 신호들은 디지털 전기 신호들로 재차 변환되고, 추가적인 프로세싱을 위해 수신기(RX)에 전달된다.
본 발명의 실시예에서, 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1)의 선형화가 필요하게 되면, 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1)의 출력 신호의 임의 부분은 제 4 전기-광학 변환기(EO4) 및 광학 접속(OF5)을 통해, 기지국(BS)에 피드백되고, 상기 피드백 출력 신호에 기초하여, 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1)가 제어된다.
본 발명의 상술한 실시예의 이점들은, 광학 헤테로다이닝을 사용함으로써, 전기 업컨버젼에 대한 필요성이 강하(drop)되고, 위상 신호 관련 신호 프로세싱이 상당히 감소된 속도로 기저대역 주파수 레벨에 대해 수행되고, 그래서, 파워 손실 및 칩 복잡성을 감소시키는 것이다.
하지만, 광학 헤테로다이닝의 적용은 본 발명에 대해 강제적이지 않다. 그러므로, 본 발명의 실시예에서, 위상 신호 성분은 제 2 광-전기 변환기(OE2)에서 수신 후에, 전기적으로 업컨버팅된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 위상 신호 성분은, 그것이 제 2 전기-광학 변환기(EO2)에 전달되기 전에 전기적으로 업컨버팅되고, 디지털 광학 위상 신호 성분은 광학 접속을 통해 제 2 광-전기 변환기(OE2)에 직접 전달된다. 결과로서, 캐리어 합성기(CS), 제 3 전기-광학 변환기(EO3), 및 광학 가산기(A)는 이들 실시예들에서 필수적이지는 않다.
원리적으로, 디지털 위상 신호 성분 및 디지털 엔벨로프 신호 성분이 기지국(BS)으로부터 원격 안테나 헤드(RAH1)로 광학 신호로서 전송되는 것이 본 발명의 어플리케이션에 대해 필수적이지는 않으며, 즉 디지털 위상 신호 성분 또는 디지털 엔벨로프 신호 성분이 기지국(BS)으로부터 원격 안테나 헤드(RAH1)로 전기적으로 전송되는 것이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 실시예들에서, 단지 디지털 위상 신호 성분 또는 단지 디지털 엔벨로프 신호 성분이 기지국(BS)으로부터 원격 안테나 헤드(RAH1)로 광학적으로 전송된다.
본 발명의 실시예에서, 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1)의 입력에 전달되는 아날로그 데이터 신호는 기저대역 주파수 상에 있지 않고, 중간 주파수 상에 있다.
도 8에 도시된 실시예에서, 본 발명에 따라 광학 멀티플렉싱 및 디멀티플렉싱의 원리들을 적용하는 분배된 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER2)가 도시된다. 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER2)의 기본 구조는 도 7에 도시되고 상술된 분배된 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1)의 구조와 유사하다. 그러므로, 아래에서, 도 7에 도시된 분배된 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1)와 비교된 차이들만이 설명된다.
도 8의 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER2)는, 원격 안테나 헤드(RAH1)에 위치된 광학 디멀티플렉서(DEMUX) 및 기지국(BS)에 위치된 광학 멀티플렉서(MUX)를 포함한다.
제 1 전기-광학 변환기(EO1)의 출력은 광학 접속(OF6)을 통해 광학 멀티플렉서(MUX)의 제 1 입력에 접속된다.
광학 가산기(A)의 출력은 광학 접속(OF7)을 통해 광학 멀티플렉서(MUX)의 제 2 입력에 접속되고, 광학 멀티플렉서(MUX)의 출력은 광학 접속(OF8)을 통해 광학 디멀티플렉서(DEMUX)의 입력에 접속된다.
광학 디멀티플렉서(DEMUX)의 제 1 출력은 광학 접속(OF9)을 통해, 제 1 광-전기 변환기(OE1)의 입력에 접속되고, 광학 디멀티플렉서(DEMUX)의 제 2 출력은 광학 접속(OF10)을 통해, 제 2 광-전기 변환기(OE2)의 입력에 접속된다.
도 7에 도시된 실시예에서, 디지털 광학 엔벨로프 신호 성분 및 디지털 광학 위상 신호 성분은 기지국(BS)으로부터 원격 안테나 헤드(RAH1)로 개별 광학 접속들(OF1, FO2)을 통해 전송된다.
도 8에 도시된 실시예에서, 디지털 광학 엔벨로프 신호 성분, 디지털 광학 위상 신호 성분, 및 광학 라디오 주파수 캐리어 신호는 광학 멀티플렉서(MUX)에서 멀티플렉스되고, 공통 광학 접속(OF8)을 통해, 광학 신호들이 디멀티플렉스되는 광학 디멀티플렉서(DEMUX)에 전송된다. 디지털 광학 엔벨로프 신호 성분은 광학 접속(OF9)을 통해, 제 1 광-전기 변환기(OE1)에 전달되고, 디지털 광학 위상 신호 성분 및 광학 라디오 주파수 캐리어 신호는 광학 접속(OF10)을 통해, 제 2 광-전기 변환기(OE2)에 전달된다.
본 발명의 추가적인 실시예에서, 기지국(BS)으로부터의 신호들은 적어도 두 개의 원격 안테나 헤드들(RAH3, RAH4)을 경유해서 적어도 두 개의 광학 접속들(OF12, OF13)을 통해, 사용자 단말(UE4)로의 신호 전송을 위해 사용되는 두 개의 원격 안테나 헤드들(RAH3, RAH4)의 경우에 대해, 도 1에 도시된 바와 같이, 소위 빔형성 또는 다입력-다출력을 적용하는 사용자 단말(UE4)에 전송된다.
본 발명에 따르는 그러한 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기는 예컨대, 표준 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), 3GPP LTE(Third Generation Partnership Project Long Term Evolution), 또는 WIMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)를 적용하는 통신 네트워크에 대해 사용될 수 있다.
상술한 실시예들에서, 아날로그 데이터 신호들은 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1, EER2)의 입력에 각각 제공된다. 하지만, 추가적인 바람직한 실시예들에서, 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1, EER2)의 입력에 각각 제공되는 입력 데이터 신호는, 예컨대 기저대역 주파수 상에 디지털 프로세싱 유닛으로부터 제공되는 소위 I 또는 Q 값으로서, 디지털 신호이다. 엔벨로프 신호 성분은 디지털 신호로부터 감지되고, 델타 시그마 변조기(DSM)의 입력에서 디지털 엔벨로프 신호 성분으로서 제공된다.
디지털 입력 데이터 신호들을 사용하는 실시예들에서, 델타 시그마 변조기(DSM)는 바람직하게는, 필드 프로그램가능 게이트 어레이(field programmable gate array: FPGA)에서 구현되지만, 또한 ASIC(application-specific integrated circuit)에서 구현될 수 있다. 엔벨로프 신호 성분은 바람직하게는, FPGA에서 직접 감지되는데, 즉 진폭 검출기(DET)의 펑션은 FPGA에서 실행된다. 디지털 입력 데이터 신호의 부분에 대한 클리핑(clipping)은 바람직하게는, 일정한 진폭의 위상 신호 성분을 야기하는 FPGA에서 수행되고, 즉 리미터(LIM)의 펑션은 FPGA에서 수행된다. 그러한 실시예들에서, 아날로그 대 디지털 변환기(AD1)가 필요하지 않다.
상술한 실시예들에서, 광-전기 변환기(OE1, OE2) 각각 및 출력 스테이지(SOS, OS) 각각은 두 개의 개별적인 디바이스들로서 묘사된다. 하지만, 본 발명의 추가적인 실시예들에서, 광-전기 변환기(OE1, OE2) 각각, 및 출력 스테이지(SOS, OS) 각각은 또한 상호위치될 수 있고, 즉 그것들은 하나의 디바이스의 두 개의 부분들이다. 그러한 상호위치된 디바이스들에 대한 예는 높은 전자 이동도 트랜지스터(high electron mobility transistor: HEMT)를 갖는 애벌런치-포토-다이오드의 수직 통합이다. 이 예에서, 광-전기 변환기(OE1, OE2) 각각은 애벌런치-포토-다이오드로서 실현되고, 출력 스테이지(SOS, OS) 각각은 HEMT로서 실현된다.
상기 실시예들에서, 본 발명은 기지국(BS)으로부터, 적어도 하나의 원격 안테나 헤드(RAH1)를 통해 사용자 단말(UE1)로의 신호들의 전송에 대해 설명되지만, 본 발명은 또한, 임의의 전송 디바이스로부터, 예컨대 포인트-투-포인트 라디오 시스템(point-to-point radio system)에서 사용되거나 또는 랙(rack) 내의 디바이스들의 접속을 위해 사용되는 것으로서, 임의의 수신 디바이스로 신호들의 전송을 위해 적용가능하다.

Claims (15)

  1. 신호 증폭을 위한 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1, EER2)를 사용하는, 전송 디바이스(BS)로부터 적어도 하나의 수신 디바이스(RAH1)로의 데이터 신호들의 전송을 위한 방법에 있어서,
    상기 데이터 신호들은 상기 전송 디바이스(BS)에 위치되는 상기 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1, EER2)의 제 1 부분에서 엔벨로프 신호 성분들 및 위상 신호 성분들로써 나타내지고,
    상기 엔벨로프 신호 성분들 및 상기 위상 신호 성분들의 그룹 중 적어도 하나는 상기 전송 디바이스(BS)에 위치되는 적어도 하나의 전기-광학 변환기(electro-optical converter)(EO1, EO2)에서 전기 신호들로부터 광학 신호들로 변환되고,
    상기 엔벨로프 신호 성분들 및 상기 위상 신호 성분들의 그룹 중 적어도 하나는 적어도 하나의 광학 접속(OF1, OF2, FO8)을 통해, 상기 전송 디바이스(BS)로부터 상기 적어도 하나의 수신 디바이스(RAH1)로 전송되고,
    상기 엔벨로프 신호 성분들 및 상기 위상 신호 성분들의 그룹 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 수신 디바이스(RAH1)에 위치되는 적어도 하나의 광-전기 변환기(opto-electrical converter)(OE1, OE2)에서 광학 신호들로부터 전기 신호들로 변환되고,
    상기 데이터 신호들은 상기 적어도 하나의 수신 디바이스(RAH1)에 위치되는, 상기 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1, EER2)의 제 2 부분에서 증폭되는, 데이터 신호 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔벨로프 신호 성분들은 델타 시그마 변조기(DSM)에 의해 상기 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1, EER2)의 제 1 부분에서 변조되고,
    상기 엔벨로프 신호 성분들은 스위칭된 출력 스테이지(SOS)에서의 상기 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1, EER2)의 제 2 부분에서 증폭되는, 데이터 신호 전송 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 신호 성분들은 전기 신호들로부터 상기 전송 디바이스(BS)에서의 전기-광학 변환기(EO2)에서 광학 위상 신호 성분들로 변환되고,
    라디오 주파수 캐리어 신호들이 합성되고, 전기 신호들로부터, 상기 전송 디바이스(BS)에서의 추가적인 전기-광학 변환기(EO3)에서 광학 라디오 주파수 캐리어 신호들로 변환되고,
    상기 광학 위상 신호 성분들이 조합된 광학 위상 신호 성분들을 야기하는 상기 광학 라디오 주파수 캐리어 신호들로 가산되고,
    상기 조합된 광학 위상 신호 성분들은 광학 신호 성분들로부터, 상기 적어도 하나의 수신 디바이스(RAH1)에서의 광-전기 변환기(OE2)에서 전기 신호 성분들로 변환되고,
    상기 광학 위상 신호 성분들은 상기 광-전기 변환기(OE2)에서 광학 헤테로다이닝(optical heterodyning)을 적용하는 상기 광학 라디오 주파수 캐리어 신호들과 승산(multiplication)함으로써 라디오 주파수 도메인으로 업컨버팅(upconvert)되는, 데이터 신호 전송 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1, EER2)의 출력 신호는 상기 전송 디바이스(BS)로 피드백되고,
    상기 피드백 출력 신호에 기초하여, 상기 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1, EER2)가 제어되는, 데이터 신호 전송 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송 디바이스(BS)는 기지국이고, 상기 적어도 하나의 수신 디바이스(RAH1)는 원격 안테나 헤드이고, 상기 데이터 신호들은 상기 기지국(BS)으로부터, 상기 적어도 하나의 원격 안테나 헤드(RAH1)를 통해 사용자 단말(UE1)에 전송되는, 데이터 신호 전송 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기지국(BS)로부터의 데이터 신호들은 적어도 두 개의 원격 안테나 헤드들(RAH3, RAH4)을 통해, 빔형성 또는 다입력-다출력(multiple-input-multiple-output)을 적용하는 사용자 단말(UE4)에 전송되는, 데이터 신호 전송 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔벨로프 신호 성분들 및 상기 위상 신호 성분들은 전기 신호들로부터, 상기 전송 디바이스(BS)에서의 전기-광학 변환기들(EO1, EO2)에서 광학 신호들로 변환되고,
    상기 엔벨로프 신호 성분들 및 상기 위상 신호 성분들은 상기 전송 디바이스(BS)에 위치되는 광학 멀티플렉서(MUX)에서 광학적으로 멀티플렉스되고,
    상기 엔벨로프 신호 성분들 및 상기 위상 신호 성분들은 하나의 광학 접속을 통해, 상기 전송 디바이스(BS)로부터 상기 적어도 하나의 수신 디바이스(RAH1)에 위치되는 광학 디멀티플렉서(DEMUX)로 전송되고,
    상기 엔벨로프 신호 성분들 및 상기 위상 신호 성분들은 상기 광학 디멀티플렉서(DEMUX)에서 광학적으로 디멀티플렉스되는, 데이터 신호 전송 방법.
  8. 적어도 하나의 수신 디바이스(RAH1)로의 신호들의 전송을 위한 전송 디바이스(BS)에 있어서,
    엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1, EER2)의 제 1 부분으로서,
    엔벨로프 신호 성분들을 위한 제 1 신호 경로,
    위상 신호 성분들을 위한 제 2 신호 경로, 및
    전기 신호들로부터의 상기 엔벨로프 신호 성분들 및 상기 위상 신호 성분들의 그룹 중 적어도 하나를 광학 신호들로 변환하기 위한 적어도 하나의 전기-광학 변환기(EO1, EO2)를 포함하는, 전송 디바이스(BS).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전송 디바이스(BS)는 부가적으로, 상기 엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1, EER2)의 제 1 부분에서, 엔벨로프 신호 성분들을 위한 제 1 신호 경로에서의 델타 시그마 변조기(DSM)를 포함하는, 전송 디바이스(BS).
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전송 디바이스(BS)는 원격 안테나 헤드(RAH1)를 통해 사용자 단말(UE1)로의 신호들의 전송을 위한 기지국(BS)인, 전송 디바이스(BS).
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 전송 디바이스(BS)는 표준 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), 3GPP LTE(Third Generation Partnership Project Long Term Evolution), 또는 WIMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)를 적용하는 통신 네트워크에 대해 사용되는 것을 특징으로 하는, 전송 디바이스(BS).
  12. 전송 디바이스(BS)로부터 전달되는 신호들의 수신을 위한 수신 디바이스(RAH1)에 있어서,
    엔벨로프 제거 및 복원 증폭기(EER1, EER2)의 제 2 부분으로서,
    광학 신호들로부터 전기 신호들로, 엔벨로프 신호 성분들 및 위상 신호 성분들의 그룹 중 적어도 하나를 변환하기 위한 적어도 하나의 광-전기 변환기(OE1, OE2),
    상기 엔벨로프 신호 성분들의 증폭을 위한 제 1 출력 스테이지(SOS), 및
    상기 위상 신호 성분들의 증폭을 위한 제 2 출력 스테이지(OS)를 포함하는, 수신 디바이스(RAH1).
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 엔벨로프 신호 성분들의 증폭을 위한 상기 제 1 출력 스테이지(SOS)는 클래스(class) D 스위칭된 출력 스테이지인, 수신 디바이스(RAH1).
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 수신 디바이스(RAH1)는 기지국(BS)으로부터 전달되는 신호들의 수신을 위한 원격 안테나 헤드(RAH1)인, 수신 디바이스(RAH1).
  15. 제 10 항에 따른 적어도 하나의 기지국(BS) 및 제 14 항에 따른 적어도 하나의 원격 안테나 헤드(RAH1)를 포함하는, 통신 네트워크(CN).
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