KR101405453B1

KR101405453B1 - 바이어스 변조 장치, 그리고 이를 이용한 광대역 이동 통신용 신호 송신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101405453B1
Application number: KR1020100086002A
Authority: KR
Inventors: 김준형; 이광천
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2014-06-11
Also published as: KR20110025617A

Abstract

광대역 이동 통신용 시스템에서 신호 송신 장치는 송신하고자 하는 신호로부터 크기 정보인 포락선 신호와 위상 정보인 위상 신호를 분리하고, 포락선 신호를 설정 전압과 비교한다. 그리고 비교 결과를 토대로 서로 다른 구동 전압에 따라 포락선 신호를 증폭시켜 출력하는 능동 바이어스 제어를 수행하며, 증폭된 신호를 토대로 위상 신호를 증폭하는 전력 증폭부로 바이어스 전압을 공급한다.

Description

바이어스 변조 장치, 그리고 이를 이용한 광대역 이동 통신용 신호 송신 장치 및 방법{Bias modulation apparatus, apparatus and method for transmitting signal for wide bandwidth mobile communication using the same}

본 발명은 신호 송신 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 바이어스 변조 장치와 이를 이용한 광대역 이동 통신용 신호 송신 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 이동 통신 시스템은 높은 데이터 전송속도를 위하여 기존 CDMA(code division multiple access) 계열의 시스템에서 OFDM(Orthogonal frequency division multiplexing) 등의 멀티 반송파 변조 방식을 갖는 시스템으로 발전하고 있다. 예를 들어 WIMAX 및 WIBro, 3G LTE(long term evolution) 계열의 시스템이 OFDM 변조방식을 채택하고 있다. 이러한 OFDM 시스템의 단점은 반송파들의 합(summation)에 의해 송신 신호의 PAPR(peak to average power ratio)이 높다는 단점을 지니고 있다.

이동 통신 시스템의 송신 장치에서 가장 중요한 특성은 선형성(linear)과 효율(efficiency) 이지만, 선형성과 효율은 트레이드오프(trade-off) 관계에 있기 때문에 이 두 가지를 모두 만족시키기가 어렵다.

최근에는 가능한 이 두 가지 특성을 만족시키면서 효율을 증가시키기 위하여 논의되고 있는 방법은 크게, 극좌표를 이용하여 위상 신호를 스위칭 전력 증폭기에 입력하고 포락선 정보를 전력 증폭기의 바이어스 변조부에 인가하는 방법(EER: envelope elimination and restoration)과, 정력 증폭기의 입력 신호를 위상 신호가 아닌 일반적인 복소(complex) I/Q(in-phase/quadrature) 신호를 인가하면서 전력 증폭기의 바이어스를 변조시키는 방법(ET: envelope tracking)이 있다.

EER 방법은 포락선이 제거된 신호가 전력 증폭기의 입력이 되기 때문에 증폭 효율이 극대화되지만, 입력되는 위상 신호의 대역 확장 문제로 인하여 전력 증폭기도 광대역으로 매칭해야 하는 단점이 있다. 또한 EER 방법은 포락선 정보 신호와 위상 출력 신호간의 시간적 오차에 매우 민감하기 때문에, 하드웨어를 구성하는 것이 매우 어려운 단점이 있다.

이를 보상하기 위하여 이론적으로는 증폭 효율이 약간 감소되지만 입력 신호로서 복소 I/Q 신호의 업 컨버전(up-conversion) 신호를 사용하고, 입력 신호의 크기에 따라 전력 증폭기의 바이어스를 변조시키는 ET 방법을 사용하는 구조가 많이 관심을 받고 있다.

EER 방법과 ET 방법들은 모두 바이어스를 포락선 신호에 맞게 변조시켜야 하기 때문에, 전체 송신 효율은 바이어스 변조부의 효율과 전력 증폭기의 전체(overall) 효율을 곱한 상태로 나타난다.

여기서,

은 시스템의 송신 효율을 나타내며,

는 바이어스 변조부의 효율을 나타내고,

는 전력 증폭기의 효율을 나타낸다.

따라서 EER 또는 ET 방법을 사용하는 구조의 전력 증폭기에서 바이어스 변조부의 효율이 전체 시스템의 효율을 정하는 중요한 파라미터가 되며, 이를 최대한 극대화시키는 방법이 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 효율이 높은 바이어스 변조 장치와 이를 이용하여 송신 효율을 향상시킨 신호 송신 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제를 위한 본 발명의 특징에 따른 신호 송신 장치는, 송신하고자 하는 신호로부터 크기 정보인 포락선 신호와 위상 정보인 위상 신호를 분리하여 출력하는 극좌표 변환부; 상기 위상 신호를 상향 변환시켜 출력하는 상향 변환부; 상기 포락선 신호를 설정 전압과 비교하고, 비교 결과를 토대로 서로 다른 구동 전압에 따라 상기 포락선 신호를 증폭시켜 출력하는 바이어스 변조부; 및 상기 바이어스 변조부로부터 출력되는 신호를 바이어스 전압으로 사용하여 상기 상향 변환부로부터 출력되는 위상 신호를 증폭하여 출력하는 전력 증폭부를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 신호 송신 방법은, 이동 통신용 시스템에서 송신 장치가 송신하고자 하는 신호를 증폭하여 송신하는 방법에서, 상기 장치가, 송신하고자 하는 신호로부터 크기 정보인 포락선 신호와 위상 정보인 위상 신호를 분리하여 출력하는 단계; 상기 장치가, 상기 위상 신호를 상향 변환시켜 출력하는 단계; 상기 장치가, 상기 포락선 신호를 설정 전압과 비교하고, 비교 결과를 토대로 서로 다른 구동 전압에 따라 상기 포락선 신호를 증폭시켜 출력하는 단계; 상기 장치가 상기 증폭되어 출력되어 출력되는 포락선 신호를 토대로 하는 바이어스 전압에 따라 상기 상향 변환된 위상 신호를 증폭하여 출력하는 단계; 및 상기 증폭 출력되는 신호를 송신하는 단계를 포함한다.

또한 본 발명의 다른 특징에 따른 바이어스 변조 장치는, 송신하고자 하는 신호의 위상 정보인 위상 신호를 증폭하는 신호 송신 장치로 바이어스 전압을 공급하는 바이어스 변조 장치이며, 송신하고자 하는 신호의 크기 정보인 포락선 신호와 설정 전압을 비교하고, 비교 결과에 해당하는 신호를 출력하는 제1 비교기; 상기 제1 비교기로부터 출력되는 신호에 따라 서로 다른 값을 가지는 구동 전압을 출력하는 증폭 제어기; 상기 증폭 제어기에서 출력되는 구동 전압에 따라 상기 포락선 신호를 증폭시켜 출력하는 증폭기; 및 상기 증폭기로부터 출력되는 증폭된 포락선 신호를 토대로 동작하여 상기 신호 송신 장치로 상기 송신하고자 하는 신호의 복원을 위한 바이어스 전압을 공급하는 버크 변환기를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 송신하고자 하는 신호의 포락선 추적 전력 증폭 장치를 구성하는 바이어스 변조 장치의 효율을 극대화시킬 수 있으며, 그 결과 바이어스 변조 장치를 이용하여 신호를 증폭시켜 송신하는 장치의 효율도 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송신 장치의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송신 장치의 바이어스 변조부의 구체적인 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송신 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 바이어스 변조부의 제2 전력 증폭기의 출력 전류를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 바이어스 변조부의 버크 변환기의 출력 파형을 나타낸 그래프이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 바이어스 변조기와 이를 이용한 신호 송신 장치에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송신 장치의 구조도이다.

첨부한 도 1에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송신 장치(1)는 모뎀(10), 극좌표 변환부(20), 상향 변환부(30), 바이어스 변조부(40), 전력 증폭부(50) 그리고 안테나(60)를 포함한다.

모뎀(10)은 상위 계층으로부터 자원 할당 등에 관련된 정보와 송신 데이터를 수신하고, 자원 할당 정보를 이용하여 물리 채널을 형성하고 송신 데이터를 물리 채널에 맞추어 복소 디지털 신호로 변조하여 출력한다. 변조된 복소 디지털 신호는 I(in-phase) 신호(I(t))와 Q(quadrature) 신호(Q(t))를 포함한다.

극좌표 변환부(20)는 입력되는 복소 디지털 신호를 크기 정보인 포락선 신호와 위상 정보인 위상 신호로 분리하여 출력한다.

구체적으로, 복소 디지털 신호인 I 신호와 Q 신호의 제곱근을 취하고 그 크기 값을 각각 산출하며, 산출된 크기값에 따른 이득 조정값에 따라 I 신호와 Q 신호의 크기를 조절하여 출력한다. 이와 같이 크기값이 조정된 I 신호와 Q 신호를 크기 정보인 포락선 신호라고 한다. 또한 입력되는 복소 디지털 신호인 I 신호와 Q 신호로부터 위상에 대한 코사인(cos) 값과 사인(sin) 값을 가지는 위상 신호를 출력한다.

상향 변환부(30)는 극좌표 변환부(20)에서 출력되는 위상 신호를 입력받아 상향변환하여 출력한다. 즉, 기저 대역의 위상 신호를 RF 신호로 변환하여 출력한다. 상향 변환되어 출력되는 위상 신호는 포락선을 가지는 형태로 전력 증폭부(50)로 입력된다.

한편 극좌표 변환부(20)로부터 출력되는 포락선 신호는 바이어스 변조부(40)로 입력되며, 바이어스 변조부(40)는 입력되는 포락선 신호를 증폭 및 변조한 후 전력 증폭부(50)로 출력한다.

전력 증폭부(50)는 상향 변환부(30)로부터 출력되는 상향 변환된 위상 신호를 증폭하여 출력하며, 구체적으로 바이어스 변조부(40)로부터 출력되는 신호를 출력 바이어스 전압으로 하면서 상향 변환부(30)로부터 입력되는 상향 변환된 위상 신호를 증폭하여 출력한다. 이 경우 상향 변환부(30)로부터 입력되는 상향 변환된 위상 신호 즉, RF 신호는 크기 성분이 없는 위상 성분으로 이루어지므로 전력 증폭부(50)는 자체의 왜곡 없이 RF 신호를 증폭하여 출력하며, 또한 바이어스 변조부(40)로부터 출력되는 포락선 신호를 바이어스 전압으로 사용하여 송신하고자 하는 신호의 크기 성분을 복원할 수 있다.

이와 같이 전력 증폭부(50)로부터 출력되는 신호는 안테나(60)를 통하여 송신된다. 전력 증폭부(50)와 안테나(60) 사이에 듀플렉서, 필터 등이 추가적으로 구성될 수 있으며, 이는 당업자라면 구성 가능함으로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.

이러한 구조 이루어지는 신호 송신 장치(1)에서, 바이어스 변조부(40)는 일반적으로 포락선 신호를 아날로그 신호로 변환하고 변환된 신호를 전력 증폭부(50)에서 필요한 값에 따라 증폭하며, 증폭된 신호를 전압을 다운시켜 전력 증폭부(50)로 제공한다.

광대역 이동 통신 시스템과 피크대 평균 전력비(Peak to average power ratio, PAPR)가 약 10dB 정도인 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 시스템에서는 일반적으로 바이어스 변조부(40)의 효율이 68% 정도로 낮다. 바이어스 변조부(40)의 효율이 낮은 경우에는 시스템 전체의 효율 또한 저하되므로, 본 발명의 실시 예에서는 바이어스 변조부(40)의 효율을 향상시키기 위하여, 바이어스 변조부(40)가 송신하고자 하는 신호의 포락선 신호의 크기에 따라 동적으로 동작하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 바이어스 변조부의 구체적인 구조도이다.

첨부한 도 2에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 바이어스 변조부(40)는 신호 변환기(41), 제1 증폭기(42), 제2 증폭기(43), 제1 비교기(44), 증폭 제어기(45), 제2 비교기(46) 그리고 버크 변환기(buck converter)(47)를 포함한다.

신호 변환기(41)는 입력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하며, 구체적으로, 극좌표 변환부(20)에서 출력되는 디지털 형태의 포락선 신호를 입력받아 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.

제1 증폭기(42)는 신호 변환기(41)에서 출력되는 아날로그 형태의 포락선 신호를 입력받아 증폭 출력하며, 비반전 단자(+)를 통하여 포락선 신호를 입력받고 반전 단자(-)를 통하여 피드백 되는 신호를 입력받는 부궤환(negative feedback) 형태의 OP 증폭기로 이루어진다.

제2 증폭기(43)는 제1 증폭기(42)에서 출력되는 신호를 증폭하여 출력하며, 특히, 증폭 제어기(45)로부터 제공되는 제1 증폭 구동 전압(VDD) 또는 제2 증폭 구동 전압(VDD2)에 따라 구동되어 입력되는 신호를 증폭 출력하는 클래스-AB급 증폭기이다. 클래스 AB급 증폭기인 제2 증폭기(43)는 게이트 단자가 제1 증폭기(42)의 출력단에 연결되어 있는 트랜지스터(T1) 및 트랜지스터(T2)를 포함한다. 트랜지스터(T1)는 에미터 단자가 증폭 제어기(45)의 출력단에 연결되어 있는 PNP 형 트랜지스터이다. 트랜지스터(T2)는 콜렉터 단자가 트랜지스터(T1)의 콜렉터 단자에 연결되어 있으며, 에미터 단자가 접지되어 있는 NPN형 트랜지스터이다. 트랜지스터(T1)의 콜렉터 단자와 트랜지스터(T2)의 콜렉터 단자 사이의 접점을 통하여 증폭된 신호가 출력되며, 이 신호는 전력 증폭부(50)로 제공되면서 제1 증폭기(42)로 피드백된다.

한편 제1 비교기(44)는 신호 변환기(41)에서 출력되는 아날로그 형태의 포락선 신호를 설정 전압과 비교하여 출력한다. 증폭 제어기(45)는 제1 비교기(44)에서 출력되는 신호에 따라 동작하여 제1 증폭 구동 전압 또는 제2 증폭 구동 전압을 출력한다. 이를 위하여, 증폭 제어기(45)는 제1 비교기(44)로부터 출력되는 신호에 따라 동작하는 트랜지스터(T3)와, 다이오드(D1)를 포함한다.

트랜지스터(T3)는 게이트 단자로 입력되는 제1 비교기(44)의 출력 신호에 따라 동작하여 드레인 단자로 입력되는 VDD 전압을 제1 증폭 구동 전압으로 출력한다. 다이오드(D1)는 트랜지스터(T3)가 동작하지 않는 경우 애노드 단자로 입력되는 VDD2 전압을 제2 증폭 구동 전압으로 출력한다. 여기서 VDD 전압은 VDD2 전압보다 크다.

따라서 트랜지스터(T3)가 제1 비교기(44)의 출력 신호에 따라 턴온되는 경우에는 VDD 전압이 트랜지스터(T3)를 통하여 출력됨에 따라, 다이오드(D1)의 캐소드 단자에 인가되는 전압이 애노드 단자에 인가되는 전압보다 크기 때문에 다이오드(D1)는 동작하지 않는다. 이에 따라 트랜지스터(T3)를 통하여 출력되는 VDD 전압이 제1 증폭 구동 전압으로 출력된다. 한편, 트랜지스터(T3)가 제1 비교기(44)의 출력 신호에 따라 턴오프되는 경우에는 다이오드(D1)의 캐소드 단자에 전압이 인가되지 않으므로, 애노드 단자로 입력되는 VDD2 전압이 다이오드(D1)를 통하여 제2 증폭 구동 전압으로 출력된다.

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면 클래스 AB급 증폭기인 제2 증폭기(43)의 출력이 포락선 신호의 파형 정보를 그대로 유지하게 된다. 구체적으로 말하자면, 포락선 신호의 일반적인 확률 분포는 레일레이(rayleigh) 분포를 가지므로, 포락선 신호의 평균값이 예를 들어 약 10dB 정도 떨어지게(back-off) 되면 피크값은 확률상 그리 자주 분포하지 않게 된다. 따라서 클래스 AB급 증폭기(제2 증폭기)를 구동시키기 위하여 입력 전압을 VDD에 고정시킬 필요가 없다. 그러므로 본 발명의 실시 예에서는 포락선 신호가 설정 전압 보다 큰 값을 가지는 경우에는 제2 증폭기(43)가 VDD(제1 증폭 구동 전압)로 구동되고, 포락선 신호가 설정 전압보다 작은 값을 가지는 경우에는 제2 증폭기(43)가 VDD보다 낮은 VDD2 (제2 증폭 구동 전압) 전압으로 구동되도록 하는 능동 바이어스 제어가 수행되어, 제2 증폭기(43)의 효율을 증가시킨다.

제2 비교기(46)는 제2 증폭기(43)로부터 출력되는 신호와 버크 변환기(47)로부터 출력되는 신호를 비교한다. 구체적으로 하나의 입력 단자를 통하여 입력되는 제2 증폭기(43)의 출력 신호와 다른 입력 단자를 통하여 입력되는 버크 변환기(47)의 출력신호를 비교하고, 비교 결과에 따른 신호를 버크 변환기(47)로 출력한다. 제2 비교기(46)의 두 입력 단자 사이에 저항(R1)이 설치되어 있다. 여기서 저항(R1)은 전력 증폭부(50)에 필요한 전류를 공급하기도 하며, 불필요한 하모닉 성분을 제거하여 제2 증폭기(43)로부터 출력되는 전류의 방향을 정해주는 소자로서 기능한다. 이러한 저항(R1)은 예를 들어, 약 0.1~1 Ω의 값을 가진다.

버크 변환기(47)는 제2 비교기(46)로부터 출력되는 신호에 따라 동작하여 송신하고자 하는 신호의 복원을 위한 바이어스 전압을 전력 증폭부(50)로 공급한다. 이를 위하여, 버크 변환기(47)는 게이트 단자가 제2 비교기(46)의 출력 단자에 연결되어 있으며 드레인 단자로 VDD 전압이 인가되는 트랜지스터(T4)와, 일측 단자가 트랜지스터(M2)의 에미터 단자에 연결되어 타측 단자가 전력 증폭부(50)의 바이어스 입력 단자에 연결되어 트랜지스터(T4)를 통하여 출력되는 전류에 대한 적분을 수행하는 인덕터(L1), 그리고 캐소드 단자가 트랜지스터(T4)의 에미터 단자에 연결된 다이오드(D2)를 포함한다. 제2 비교기(46)의 저항(R1)의 일측 단자와 인덕터(L1)의 타측 단자가 서로 연결되어 있으며, 이 두개의 접점이 전력 증폭부(50)의 바이어스 입력 단자에 연결된다.

이러한 구조의 버크 변환기(47)는 제2 비교기(46)에서 출력되는 비교 결과 신호에 따라 동작한다. 예를 들어 하이 레벨의 비교 신호에 따라 드레인 단자로 전압(VDD)이 인가되며, 인가되는 전압(VDD)에 따른 전류가 트랜지스터(T4)의 소스 단자를 통하여 출력된다. 트랜지스터(T4)로부터 출력되는 신호는 인덕터(L1)를 통과하면서 고주파 성분이 제거된다. 고주파 성분이 제거된 출력 신호는 전력 증폭부(50)의 바이어스 전압으로 인가된다. 이후 로우 레벨의 비교 신호에 따라 트랜지스터(T4)가 턴오프되면 인덕터(L1)에 저장되어 있던 에너지가 방전하면서 입력 전원처럼 작용하면서 계속적으로 부하 즉, 전력 증폭부(50)에 전류가 공급된다. 즉, 전력 증폭부(50)는 포락선 신호의 기울기에 따라 선택적으로 제공되는 전류를 직류 전원으로 사용하여 동작한다.

제2 증폭기(43)에서 출력되는 신호와 버크 변환기(47)에서 출력되는 신호의 비교에 따른 신호의 온 스테이트 시간에 따라 버크 변환기(47)에서 출력되는 전압이 달라지게 되며, 결과적으로 버크 변환기(47)는 VDD 레벨의 전압을 제2 증폭기(43)에서 증폭 출력되는 전압에 대응하는 전압으로 다운시켜 전력 증폭부(50)에 바이어스 전압으로 공급한다.

이러한 구조로 이루어지는 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송신 장치에서 트랜지스터와 다이오드들을 스위칭 소자라고 명명될 수 있으며, 각 부에서 요구되는 사항에 따라 다양한 종류의 트랜지스터들이 사용될 수 있다.

다음에는 이러한 구조를 토대로 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송신 방법에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송신 방법의 흐름도이다.

첨부한 도 3에 도시되어 있듯이, 모뎀(10)은 상위 계층으로부터 송신 데이터를 수신하고 이를 복소 디지털 신호로 신호로 변조하여 출력한다(S100). 극좌표 변환부(20)는 입력되는 복소 디지털 신호를 크기 정보인 포락선 신호와 위상 정보인 위상 신호로 분리하여 출력한다(S110). 위상 신호는 상향 변환부(30)를 통하여 RF 신호로 상향 변환되어 전력 증폭부(50)로 입력되며(S120), 포락선 신호는 바이어스 변조부(40)로 입력된다.

바이어스 변조부(40)는 입력되는 포락선 신호를 설정 전압과 비교하며(S130), 비교 결과 포락선 신호가 설정 전압보다 큰 경우에는 증폭 제어기(45)를 동작시켜 제1 증폭 구동 전압이 제2 전력 증폭기(43)로 공급되도록 한다. 구체적으로 바이어스 변조부(40)는 포락선 신호가 설정 전압보다 큰 경우에는 하이 레벨의 비교 신호를 출력하며, 하이 레벨의 신호에 따라 증폭 제어기(45)의 트랜지스터(T3)가 턴온되어 제1 증폭 구동 전압(VDD)이 제2 증폭기(43)로 제공된다. 이에 따라 제2 증폭기(43)는 신호 변환기(41)에 의하여 아날로그 신호로 변환된 다음에 제1 증폭기(42)에 의하여 증폭되어 출력되는 포락선 신호를 인가되는 제1 증폭 구동 전압(VDD)에 따라 증폭하여 출력한다(S140).

반면 포락선 신호가 설정 전압보다 작은 경우에는 제1 증폭 구동 전압이 제2 전력 증폭기(43)로 공급되도록 증폭 제어기(45)를 동작시킨다. 구체적으로 바이어스 변조부(40)는 포락선 신호가 설정 전압보다 큰 경우에는 로우 레벨의 비교 신호를 출력하며, 로우 레벨의 신호에 따라 증폭 제어기(45)의 트랜지스터(T3)가 턴오프되어 다이오드(D1)를 통하여 제2 증폭 구동 전압(VDD2)이 제2 증폭기(43)로 제공된다. 이에 따라 제2 증폭기(43)는 신호 변환기(41)에 의하여 아날로그 신호로 변환된 다음에 제1 증폭기(42)에 의하여 증폭되어 출력되는 포락선 신호를 인가되는 제2 증폭 구동 전압(VDD2)에 따라 증폭하여 출력한다. 여기서 제1 증폭 구동 전압(VDD)이 제2 증폭 구동 전압(VDD2) 보다 크다. 이러한 능동 바이어스 제어에 따라, 클래스 AB급 증폭기인 제2 증폭기(43)가 높은 입력 신호에 대해서는 높은 전압에 따라 동작하고 낮은 입력 신호에 대해서는 상대적으로 낮은 전압에 따라 동적으로 동작하게 된다(S160).

포락선 신호의 크기 값에 따라 제2 증폭기(43)에 의하여 다이나믹하게 증폭되어 출력되는 신호는 제2 비교기(46)와 버크 변환기(47)로 제공된다. 제2 비교기(46)에서 이루어진 제2 증폭기(43)의 출력 신호와 버크 변환기(47)의 출력 신호의 비교 결과에 따라, 버크 변환기(47)가 구동되면서 입력되는 전압을 제2 증폭기(43)의 출력 신호에 대응하는 전압으로 다운시켜 전력 증폭부(50)의 바이어스 전압으로 공급한다(S170, S180).

이후 전력 증폭부(50)는 바이어스 변조부(40)로부터 출력되는 신호를 바이어스 전압으로 하면서 상향 변환부(30)로부터 출력되는 상향 변환된 위상 신호를 증폭하여 출력한다(S190). 전력 증폭부(50)로부터 출력되는 신호는 추후에 도시하지 않은 듀플렉서, 필터 등을 통과한 다음에 안테나(60)를 통하여 방사된다.

위에 기술된 바와 같이 동작하는 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송신 장치(1)에서, 바이어스 변조부(40)의 클랙스 AB급 증폭기인 제2 증폭기(43)의 출력 전류 특성을 살펴보면 도 4에 도시된 바와 같다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 바이어스 변조부의 제2 증폭기의 출력 전류 특성을 나타낸 그래프이다.

송신하고자 하는 신호의 크기 정보인 포락선 신호의 최대 크기가 예를 들어 VDD 레벨인 경우, 전력 증폭부(50)로 포락선 신호에 따른 전압과 전류가 모두 공급되어야만 전력 증폭부(50)가 송신하고자 하는 신호의 위상 신호를 포락선 신호와 결합 증폭하여, 원래 송신하고자 하는 신호를 정상적으로 송신할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 전력 증폭부(50)로 공급되는 전류의 대부분이 버크 변환기(47)로부터 제공되며, 나머지 전류가 제2 증폭기(43)로부터 제공된다. 버크 변환기(47)로부터 공급되는 전류는 직류 전류와 저주파 전류이며, 제2 증폭기(43)는 버크 변환기(47)에서 발생하는 스위칭 노이즈를 제거하기 위하여, 전류를 싱킹(sinking)하는 기능도 수행한다. 즉, 제2 증폭기(43)로부터 전력 증폭부(50)로 공급되는 전류는 도 2에서와 같이, IN이며, 불필요한 전류 및 제거된 하모닉 전류는 IP가 된다. 이러한 제2 증폭기(43)를 구동시키기 위하여 제2 전력 증폭기로 입력되는 전압인 증폭 구동 전압이 최고 레벨인 VDD 값에 고정될 필요는 없다. 그러므로 본 발명의 실시 예에서는 제2 증폭기(43)의 구동을 위한 증폭 구동 전압을 포락선 신호의 크기에 따라 최고 레벨인 VDD나 VDD보다 낮은 전압으로 하여 제2 증폭기(43)의 효율을 증가시킨다.

포락선 신호의 크기에 따라 증폭 구동 전압으로 VDD 또는 VDD2가 공급되므로, 제2 증폭기(43)를 통하여 출력되는 전압에 따른 전류 IN은 첨부한 도 4에서와 같이, 두 가지 IN_VDD와 IN_VDD2가 된다. 제2 증폭기(43)의 전체 소모 직류 전력량은

로 나타낼 수 있으며, 종래에 고정된 전압에 따라 구동되는 클래스 AB급 증폭기를 사용하는 경우에 발생하는 전력 소모량에 비하여, 제2 전력 증폭기의 전력 소모량이 감소됨을 알 수 있다. 따라서 제2 전력 증폭기의 효율이 증가됨을 알 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 버크 변환기의 출력 파형을 살펴보면 도 5와 같다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 버크 변환기의 출력 파형을 나타낸 도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 버크 변환기(47)는 클랙스 AB급 증폭기인 제2 증폭기(43)의 출력 전압값과 버크 변환기(47)의 출력 전압값의 비교 결과에 따라 구동되면서, 도 5에 도시된 바와 같은 전압을 출력한다. 도 5에 도시된 바와 같은 전압은 전력 증폭부(50)로 바이어스 전압으로 인가된다.

이러한 본 발명의 실시 예에 따르면 클랙스 AB급 증폭기의 효율을 증가시켜 최종적으로 바이어스 변조부의 효율을 증가시킬 수 있다. 바이어스 변조부의 효율이 증가함에 따라 위의 수학식1을 토대로 결과적으로 시스템 전체의 송신 효율이 증가하게 된다.

또한 위에 기술된 바와 같이 동적인 바이어스 변조 방법을 통하여 바이어스변조부의 절대 효율을 약 10% 정도 증대시켰을 뿐 아니라, 낮은 효율의 바이어스 변조부의 문제로 인하여 구성이 어려웠던 EER/ET의 광대역화 하드웨어 구성도 용이하게 하도록 할 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예에서는 버크 변환기를 통하여 포락선 신호에 따른 대부분의 전류가 전류 증폭부로 공급되면서 제2 증폭기의 클래스 AB 급 스테이지로부터도 포락선 신호에 따른 전류가 전력 증폭부로 공급됨으로써, 포락선 신호의 전류와 전압이 모두 전류 증폭부로 공급되어 위상 신호와 포락선 신호의 결합 증폭이 이루어짐으로써, 송신하고자 하는 신호를 보다 정확하게 효율적으로 전송할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시 예는 장치(물건) 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송신 방법의 구성에 대응하는 기능을 실행시킬 수 있는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

송신하고자 하는 신호로부터 크기 정보인 포락선 신호와 위상 정보인 위상 신호를 분리하여 출력하는 극좌표 변환부;
상기 위상 신호를 상향 변환시켜 출력하는 상향 변환부;
상기 포락선 신호를 설정 전압과 비교하고, 비교 결과를 토대로 서로 다른 증폭 구동 전압에 따라 상기 포락선 신호를 증폭시켜 출력하는 바이어스 변조부; 및
상기 바이어스 변조부로부터 출력되는 신호를 바이어스 전압으로 사용하여 상기 상향 변환부로부터 출력되는 위상 신호를 증폭하여 출력하는 전력 증폭부
를 포함하며,
상기 바이어스 변조부는
상기 포락선 신호와 설정 전압을 비교하고, 비교 결과에 해당하는 신호를 출력하는 제1 비교기;
상기 제1 비교기로부터 출력되는 신호에 따라 제1 증폭 구동 전압 또는 제2 증폭 구동 전압을 출력하는 증폭 제어기;
상기 제1 증폭 구동 전압 또는 제2 증폭 구동 전압에 따라 상기 포락선 신호를 증폭시켜 출력하는 증폭기; 및
상기 증폭기로부터 출력되는 신호를 토대로 동작하면서 상기 전력 증폭부로 상기 송신하고자 하는 신호의 복원을 위한 바이어스 전압을 공급하는 버크 변환기
를 포함하는, 신호 송신 장치.
제1항에 있어서
상기 바이어스 변조부는 상기 포락선 신호가 상기 설정 전압보다 큰 경우에는 상기 제1 증폭 구동 전압에 따라 상기 포락선 신호를 증폭하고, 상기 포락선 신호가 상기 설정 전압보다 작은 경우에는 상기 제2 증폭 구동 전압에 따라 상기 포락선 신호를 증폭하며, 상기 제1 증폭 구동 전압은 상기 제2 증폭 구동 전압보다 큰, 신호 송신 장치.
삭제
제1항에 있어서
상기 증폭기는 클래스 AB급 증폭기인, 신호 송신 장치.
제1항에 있어서
상기 바이어스 변조부는
상기 증폭기에서 출력되는 신호와 상기 버크 변환기에서 출력되는 신호를 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 버크 변환기를 구동시키는 제2 비교기를 더 포함하는, 신호 송신 장치.
제1항에 있어서
상기 바이어스 변조부는
상기 극좌표 변환부로부터 출력되는 포락선 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 신호 변환기; 및
상기 신호 변환기에서 출력되는 아날로그 포락선 신호를 증폭시켜 상기 증폭기로 출력하는 증폭기
를 더 포함하는, 신호 송신 장치.
이동 통신용 시스템에서 송신 장치가 송신하고자 하는 신호를 증폭하여 송신하는 방법에서,
상기 장치가, 송신하고자 하는 신호로부터 크기 정보인 포락선 신호와 위상 정보인 위상 신호를 분리하여 출력하는 단계;
상기 장치가, 상기 위상 신호를 상향 변환시켜 출력하는 단계;
상기 장치가, 상기 포락선 신호를 설정 전압과 비교하고, 비교 결과를 토대로 서로 다른 증폭 구동 전압에 따라 상기 포락선 신호를 증폭시켜 출력하는 단계;
상기 장치가 상기 증폭되어 출력되는 포락선 신호를 토대로 동작하는 버크 변환기를 이용하여, 송신하고자 하는 신호의 복원을 위한 바이어스 전압을 생성하고, 상기 생성되는 바이어스 전압에 따라 상기 상향 변환된 위상 신호를 증폭하여 출력하는 단계; 및
상기 증폭 출력되는 신호를 송신하는 단계
를 포함하는, 신호 송신 방법.
제7항에 있어서
상기 포락선 신호를 증폭시켜 출력하는 단계는
상기 바이어스 변조부는 상기 포락선 신호가 상기 설정 전압보다 큰 경우에는 제1 증폭 구동 전압에 따라 상기 포락선 신호를 증폭하는 단계: 및
상기 포락선 신호가 상기 설정 전압보다 작은 경우에는 제2 증폭 구동 전압에 따라 상기 포락선 신호를 증폭하는 단계를 포함하며,
상기 제1 증폭 구동 전압은 상기 제2 증폭 구동 전압보다 큰, 신호 송신 방법.
제8항에 있어서
상기 위상 신호를 증폭하여 출력하는 단계는
상기 제1 증폭 구동 전압 또는 상기 제2 증폭 구동 전압에 따라 증폭되어 출력되는 포락선 신호와 상기 바이어스 전압을 비교하고 그 결과에 따라 바이어스 전압을 상기 포락선 신호에 대응하는 크기로 유지하여 출력하는 단계; 및
상기 바이어스 전압에 따라 상기 상향 변환된 위상 신호를 증폭하여 출력하는 단계
를 포함하는, 신호 송신 방법.
송신하고자 하는 신호의 위상 정보인 위상 신호를 증폭하는 신호 송신 장치로 바이어스 전압을 공급하는 바이어스 변조 장치에서
송신하고자 하는 신호의 크기 정보인 포락선 신호와 설정 전압을 비교하고, 비교 결과에 해당하는 신호를 출력하는 제1 비교기;
상기 제1 비교기로부터 출력되는 신호에 따라 서로 다른 값을 가지는 증폭 구동 전압을 출력하는 증폭 제어기;
상기 증폭 제어기에서 출력되는 증폭 구동 전압에 따라 상기 포락선 신호를 증폭시켜 출력하는 증폭기; 및
상기 증폭기로부터 출력되는 증폭된 포락선 신호를 토대로 동작하여 상기 신호 송신 장치로 상기 송신하고자 하는 신호의 복원을 위한 바이어스 전압을 공급하는 버크 변환기
를 포함하는, 바이어스 변조 장치.
제10항에 있어서
상기 증폭 제어기는
상기 제1 비교기로부터 상기 포락선 신호가 상기 설정 전압보다 큰 경우에 해당하는 신호가 출력되는 경우에 동작하여 상기 증폭기로 제1 증폭 구동 전압을 공급하는 제1 스위칭 소자; 그리고
상기 제1 비교기로부터 상기 포락선 신호가 상기 설정 전압보다 작은 경우에 해당하는 신호가 출력되는 경우에 동작하여 상기 증폭기로 제2 증폭 구동 전압을 공급하는 제2 스위칭 소자
를 포함하며, 상기 제1 증폭 구동 전압은 상기 제2 증폭 구동 전압보다 큰, 바이어스 변조 장치.
제10항에 있어서
상기 송신하고자 하는 신호로부터 크기 정보인 포락선 신호와, 위상 정보인 위상 신호를 분리하여 출력하는 극좌표 변환부;
상기 극좌표 변환부로부터 출력되는 포락선 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 신호 변환기; 및
상기 신호 변환기에서 출력되는 아날로그 포락선 신호를 증폭시켜 상기 증폭기로 출력하는 증폭기
를 더 포함하는, 바이어스 변조 장치.
제10항에 있어서
상기 증폭기에서 출력되는 신호와 상기 버크 변환기에서 출력되는 신호를 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 버크 변환기를 구동시키는 제2 비교기를 더 포함하는, 바이어스 변조 장치.