KR101415541B1 - Ｒｆ 왜곡신호 측정 장치, 이를 포함하는 무선 전력 증폭 장치 및 ｒｆ 왜곡신호 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비선형 특성을 갖는 전력 증폭기의 출력 왜곡신호를 측정하는 RF 왜곡신호 측정 장치는, 상기 전력 증폭기의 출력신호에 상기 전력 증폭기의 입력신호를 곱하는 곱셈기; 상기 곱셈기의 출력신호를 필터링하는 필터부를 포함한다.

Description

ＲＦ 왜곡신호 측정 장치, 이를 포함하는 무선 전력 증폭 장치 및 ＲＦ 왜곡신호 측정 방법{APPARATUS FOR MEASURING RF DISTORTION SIGNAL, RADIO POWER AMPLIFYING APPARATUS WITH THE SAME AND METHOD FOR MEASURING RF DISTORTION SIGNAL}

본 발명은 전력 증폭기의 출력 왜곡신호를 측정하는 RF 왜곡신호 측정 장치, 이를 포함하는 무선 전력 증폭 장치 및 RF 왜곡신호 측정 방법에 관한 것이다.

무선통신 시스템의 송신 모듈에 널리 사용되는 전력 증폭기(POWER AMPLIFIER, PA)는 선형적인 증폭 특성을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 현존하는 전력 증폭기는 대부분 비선형성을 가지며, 비선형성이 클수록 원하는 신호 대역에 인접한 주파수 대역에 상호변조 왜곡(IMD: Inter Modulation Distortion)신호 성분이 발생한다. 이러한 상호변조 왜곡신호는 전체 무선 송신기의 성능에 심각한 영향을 주게 된다.

도 1은 비선형 증폭기의 특성에 따른 상호변조 왜곡신호를 설명하는 그래프이다. 도 1을 참조하면, 비선형 증폭기(Non-liner PA)에 두 ω1, ω2 주파수 입력신호를 가해주면 AM-AM (Amplitude Modulation-Amplitude Modulation) 및 AM-PM (Amplitude Modulation-Amplitude Phase)로 표현되는 2ω1-ω2, 2ω2-ω1의 왜곡 성분이 발생 된다. 즉, 비선형 증폭기의 출력신호에는 증폭된 ω1, ω2 성분 외에 상호변조 왜곡신호인 2ω1-ω2, 2ω2-ω1 성분이 남게 된다. 이러한 왜곡신호는 도 2의 IQ 컨스털레이션 다이어그램(constellation diagram) 상에서 표시된 바와 같이 인접 신호간의 거리를 바꾸어 신호의 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 저하시킴은 물론 도 3 에 표시된 바와 같이 소위 인접 간섭 신호를 생성함으로써 이를 제거하기 위한 고가의 여파기의 사용을 불가피하게 만들고 이는 결국 하드웨어의 원가와 크기 상승 요인이 된다.

따라서, 이러한 전력 증폭기의 비선형성을 제거하기 위한 다양한 선형화 기술들이 연구되어 왔다. 대표적으로, 피드 포워드(Feed Forward) 방식의 선형화 기법, 전치 왜곡(Pre-Distortion) 방식의 선형화 기법, 극 포락선 정정(Polar Envelope Correction) 방식의 선형화 기법, 그리고 바이어스 보정(bias compensation) 방식의 선형화 기법 등이 널리 사용되고 있다. 이러한 선형화 방식들은 입력 전력 레벨 변화는 물론 각 구성품들 간의 부 정합, 공정, 전압 및 온도 변화에 따라 비선형 제거 정도가 크게 바뀌며, 현재까지는 제조 단계에서 사람의 손에 의지하는 수동 조정방식에 의존하여 선형화 시스템을 설계하고 있는 실정이다. 따라서, 이를 자동 조정 방식으로 전환하고, 경우에 따라서 실시간 적으로 튜닝을 하여 선형화 정도를 극대화 하기 위해서는 전력 증폭기의 출력신호에서의 왜곡된 신호만을 정확하게 측정하는 기술 개발과 이 측정 기술을 바탕으로 왜곡신호를 줄이는 자동 튜닝 루프를 만드는 것이 중요하다.

그러나 도 3에 도시된 바와 같이, 왜곡된 신호는 원래의 신호보다 그 크기가 매우 작으며, 원래의 신호 밴드 내에 있거나 인접 채널에 있기 때문에 정밀하게 측정하기가 매우 어렵다. PA(Power Amplifier)나 PAM(Power Amplifier Module), 그리고 이동통신 단말기 생산자들은 고가의 네트워크 분석기를 사용하여 이러한 신호를 측정하고 이를 최소화하도록 수동으로 회로를 조정하는 소위 팩토리(factory) 조정을 하나, 이는 생산비용을 증가시킴은 물론 온도, 시간 등에 따른 드리프트(drift) 문제를 해결할 수 없다.

이 외에도 이러한 왜곡신호를 측정하는 방법에는 아래에 소개하는 여러 가지 방법이 있으나, 단말기에 적용하기에는 적합하지 않다. 첫째로, 국부발진기를 이용하여 출력신호를 기저대역으로 하향변환하는 방법이 있다. 이 방법은 정교한 왜곡신호 측정은 가능하나, 모뎀과의 연동이 필요하다. 둘째로, 전력 증폭기 입출력의 포락선을 각각 측정하여 그 차이를 구하여 왜곡신호를 측정하는 방법이 있다. 이 방법은 진폭이 큰 신호에서 진폭이 큰 신호를 빼주어야 하므로 진폭이 매우 작은 왜곡신호의 정교한 측정이 어렵다. 셋째로, 표면탄성 여파기(Surface Acoustic Wave filter, SAW filter)와 같은 정교한 여파기를 사용하여 인접신호만을 측정하는 방법이 있으나, 이는 주파수 가변이 불가하고, 고가의 부품이라는 단점이 있다.

따라서, 모뎀과 연동이 필요 없으면서도 전력 증폭기회로 내에, 증폭회로 출력신호에서 왜곡된 신호만을 저비용으로 정확하게 측정하는 기술이 필요하다.

KR 10-2004-0071550 A

본 발명의 목적은 전술한 종래의 과제를 해결하기 위함이다.

본 발명의 목적은 전력 증폭기 회로 내에서 모뎀과 연동되는 국부 발진기가 필요없이 RF 왜곡신호를 저비용으로 정확하게 측정할 수 있는 RF 왜곡신호 측정 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 선형성이 향상된 무선 전력 증폭 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전력효율이 증대된 무선 전력 증폭 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 비선형성을 쉽고 저비용으로 측정할 수 있는 무선 전력 증폭 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 비선형 특성을 갖는 전력 증폭기의 출력 왜곡신호를 측정하는 RF 왜곡신호 측정 장치는 상기 비선형 전력 증폭기의 출력신호에 상기 비선형 전력 증폭기의 입력신호를 곱하는 곱셈기; 및 상기 곱셈기의 출력신호를 필터링하는 필터부를 포함한다.

실시예에 따르면, 상기 곱셈기의 상기 전력 증폭기의 출력신호를 기저대역으로 주파수 이동시킬 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 필터부에 의해 검출된 신호는, 상기 전력 증폭기의 출력의 인접 왜곡신호가 기저대역으로 변환된 신호일 수 있다.

본 발명의 무선 전력 증폭 장치는 비선형 특성을 갖는 전력 증폭기의 출력신호에 상기 전력 증폭기의 입력신호를 곱하는 곱셈기; 및 상기 곱셈기의 출력신호를 필터링하는 필터부를 포함하는, RF 왜곡신호 측정부와, 상기 RF 왜곡신호 측정부에 의해 검출된 RF 왜곡신호를 최소화하는 왜곡신호 제어부를 포함한다.

실시예에 따르면, 상기 왜곡신호 제어부는, 상기 검출된 RF 왜곡신호를 이용하여 상기 전력 증폭기의 입력단 또는 출력단에 놓이는 전치 왜곡부를 제어할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 왜곡신호 제어부는, 상기 검출된 RF 왜곡신호를 이용하여 상기 전력 증폭기의 바이어스 회로에 전달되는 동적 바이어싱(biasing)을 제어할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 왜곡신호 제어부는, 상기 검출된 RF 왜곡신호를 이용하여 상기 피드 포워드 선형화 기법을 적용한 전력증폭기를 제어할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 왜곡신호 제어부는, 상기 전력 증폭기의 드레인 바이어스의 기저대역 신호를 센싱한 정보를 이용할 수 있다.

본 발명의 무선 전력 증폭 장치는 비선형 특성을 갖는 전력 증폭기의 출력신호에 상기 전력 증폭기의 입력신호를 곱하는 곱셈기; 및 상기 곱셈기의 출력신호를 필터링하는 필터부를 포함하는, RF 왜곡신호 측정부와, 상기 RF 왜곡신호 측정부에 의해 검출된 RF 왜곡신호를 최소화하는 왜곡신호 처리부를 포함한다.

실시예에 따르면, 상기 왜곡신호 처리부는, 상기 검출된 RF 왜곡신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(Analog-to-Digital Converter, ADC); 상기 디지털 신호로 변환된 왜곡신호를 입력 받고, 상기 디지털로 변환된 왜곡신호의 비선형성을 제거하는 디지털 신호 처리부 (Digital Signal Processer, DSP)를 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 왜곡신호 처리부는, 상기 전력 증폭기의 드레인 바이어스의 기저대역 신호를 센싱한 정보를 이용할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 곱셈기의 출력신호는 기저대역으로 주파수 이동된 상기 전력 증폭기의 출력신호일 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 필터부에 의해 검출된 RF 왜곡신호는, 상기 전력 증폭기 출력신호의 인접 왜곡신호가 기저대역으로 주파수 변환된 신호일 수 있다.

본 발명의 비선형 특성을 갖는 전력 증폭기의 출력 왜곡신호를 측정하는 RF 왜곡신호 측정 방법은, 전력 증폭기의 출력신호에 상기 전력 증폭기의 입력신호를 곱하는 단계; 및 상기 입력신호가 곱해진 출력신호를 필터링하는 단계를 포함한다.

실시예에 따르면, 상기 전력 증폭기의 출력신호에 상기 전력 증폭기의 입력신호를 곱하는 단계는, 상기 전력 증폭기의 출력신호를 기저대역으로 주파수 이동시키는 단계일 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 필터링하는 단계에 의해 검출된 RF 왜곡신호는, 상기 전력 증폭기 출력신호의 인접 왜곡신호가 기저대역으로 주파수 변환된 신호일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 전술한 종래의 과제를 해결할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 전력 증폭기의 RF 왜곡신호를 저비용으로 정확하게 측정할 수 있는 RF 왜곡신호 측정 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 선형성이 향상된 무선 전력 증폭 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 전력효율이 증대된 무선 전력 증폭 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 비선형성을 쉽고 저비용으로 측정할 수 있는 무선 전력 증폭 장치를 제공함에 있다.

도 1은 비선형 증폭기에 두 ω1, ω2 주파수 입력신호가 인가되었을 때, AM-AM (Amplitude Modulation-Amplitude Modulation) 및 AM-PM (Amplitude Modulation-Amplitude Phase)로 표현되는 2ω1-ω2, 2ω2-ω1의 왜곡 성분의 발생을 보여주는 그래프이다.
도 2는 AM-AM 왜곡 성분과, AM-PM 왜곡 성분이 IQ 컨스털레이션 다이어그램(Constellation Diagram) 상에서 인접 신호간의 거리를 바꾸어 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 저하시킬 수 있음을 나타내는 그림이다.
도 3은 비선형 증폭기의 출력신호의 주파수 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 4는 일반적인 왜곡교정 전력 증폭 장치의 블록도이다.
도 5는 일반적인 비선형 증폭기의 입력과 출력 신호를 빼기 회로에 인가함으로써 RF 왜곡신호를 찾는 방법을 나타내는 블록도 이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 증폭 장치의 RF 왜곡신호 측정방법을 나타내는 블록도이다.
도 7a 내지 도 7c와 도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 증폭 장치의 모의 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 증폭 장치를 나타내는 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 RF 왜곡신호 측정장치를 이용하는 피드-포워드 선형화 기법을 사용한 병렬 전치 왜곡 무선 전력 증폭 장치의 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 RF 왜곡신호 측정장치를 이용하는 병렬 전치-왜곡 선형화 선형화 기법을 사용한 병렬 결합 무선 전력 증폭 장치의 블록도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

[본 발명의 바람직한 실시예]

왜곡교정 무선 전력 증폭 장치

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 증폭 장치의 왜곡교정 과정에 대해 개략적으로 설명하기로 한다.

도 4는 무선 전력 증폭 장치(1)의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 4를 참조하면, 무선 전력 증폭 장치(1)는 기저대역 신호(3)를 입력 받아 구동 증폭기(9)에서 증폭한다. 구동 증폭기(9)는 후술할 전력 증폭기(Power Amplifier(PA), 15)에서 제대로 전력을 증폭할 수 있도록 높은 이득(gain)을 갖는 증폭기임이 바람직하다. 구동 증폭기(9)에서 증폭된 신호는 전력 증폭기(15)로 입력된다. 전력 증폭기(15)는 증폭된 출력신호를 안테나(21)에 전달한다.

전력 증폭기(15)가 이상적인 증폭기라면, 입력신호를 왜곡시키지 않고 선형적으로 PA 입력신호의 크기만을 증가시켜야 하나, 전력 증폭기(15)는 비선형 특성을 가지는 비선형 증폭기이므로 출력신호의 왜곡이 발생하게 된다. 특히, 전력 증폭기의 (15) 출력 스윙이 구동 증폭기에 비해 월등이 크므로 그 왜곡 발생 정도가 가장 심각하다. 따라서, 이러한 출력신호의 왜곡을 교정하거나 제거하기 위한 방법이 필요하다.

도 4에 도시된 바와 같이, 전력 증폭기(15)의 왜곡된 PA 출력신호를 교정하기 위한 방법은 크게 디지털 전치왜곡 보정방법(A), RF 직렬 전치왜곡 보정방법(B), RF 병렬 전치왜곡 보정방법(C), 동적 바이어싱 방법(D) 등이 있다. 각각에 대해서 간단하게 설명하도록 한다.

먼저, 디지털 전치왜곡 보정방법(A)에 대해서 설명한다. 디지털 비교기(33)는 기저대역 신호(3)와, 전력 증폭기(15)의 PA 출력신호가 제1 국부 발진기(Local Oscillator(LO), 31)에 의해 하향 변환된 신호를 입력 받는다. 이 두 신호를 입력 받은 디지털 비교기(33)는 기저대역 신호(3)와 PA 출력신호의 진폭 및 위상이 동일해지도록 PA 출력신호에 생성된 왜곡 성분을 상쇄시킬 수 있는 반대 방향의 전치 왜곡을 더한다. 이를 왜곡 교정 알고리즘(35)을 통해 반복 함으로써 PA 출력신호가 원래의 왜곡 성분이 없는 기저 대역 신호와 동일하도록 선형화를 시키는 방식이다. 한편, 제 1 국부 발진기(31)의 주파수는 구동 증폭기(9)로 입력되는 신호를 상향 변환하는 제2 국부 발진기(7)의 주파수와 동일하다.

이러한 디지털 전치왜곡 방식은 왜곡신호를 측정함에 있어서, PA 출력신호를 제1 국부 발진기(31)를 이용하여 하향 변환을 함으로써 왜곡신호를 얻고, 이 왜곡신호를 디지털 신호로 변환하여 디지털 영역에서 측정한다. 따라서, 전력 증폭기(15)가 디지털 모뎀 등과 같이 집적된 경우에는 고려해 볼만하나 그렇지 않은 경우에는 구현이 용이하지 않다. 또한, 전력의 소모도 크고 적응 속도가 느리다는 문제가 있다.

다음으로, RF 직렬 전치왜곡(B) 및 RF 병렬 전치왜곡(C)에 대하여 설명하도록 한다. RF 비교기(29)는 전력 증폭기(15)의 입력신호와 출력신호를 입력 받는다. RF 비교기(29)는 두 신호의 빼기 과정을 통해 RF 왜곡신호를 측정한다. RF 비교기(29)에서 측정된 RF 왜곡신호는 RF 왜곡 교정 알고리즘(25)으로 전달된다. RF 왜곡 교정 알고리즘(25)은 입력 받은 RF 왜곡신호가 최소화 되도록, 직렬전치 왜곡부(13) 또는 병렬 왜곡부(23)에서PA 출력에 나타나는 왜곡신호를 보정할 수 있는 반대 방향의 왜곡 성분을 더하는 방식으로 제어한다. RF 직렬 전치왜곡(B) 또는 RF 병렬 전치왜곡(C)을 수행하기 위해서는 앞에서 설명한 바와 같이 RF 왜곡신호를 측정해야 한다. RF 비교기(29)를 이용하여 RF 왜곡신호를 측정하는 방법은 왜곡된 PA 출력신호에서 PA 입력신호를 빼서 왜곡된 신호만을 찾는 방법이다.

도 5는 RF 비교기(29)를 통한 RF 왜곡신호의 측정과정을 보여주는 블록도이다.

RF 비교기(29)는 빼기 회로(41)와 진폭/위상 가변회로(43)를 포함할 수 있다. PA 출력 신호의 일부를 진폭/위상 가변회로(43)를 통해 PA 입력 신호와 진폭과 위상을 같게 한 후 이들 간의 빼기를 통해 매우 크기가 작은 왜곡신호를 측정한다. 그러나, 앞의 두 신호의 진폭과 위상을 동일하게 한 후 빼기를 통해 매우 작은 크기의 왜곡신호를 찾아내는 과정은 회로 및 소자들간의 부정합 등으로 인하여 정교한 측정이 어려운 문제가 있다.

다음으로, 동적 바이어싱(D) 방법에 대하여 설명하도록 한다.

전력증폭기 입력으로 큰 신호가 인가 시에는 왜곡 없이 이를 구동하기 위해서는 큰 드레인 전압 내지 전류가 요구된다. 반면에 전력증폭기로 작은 신호가 인가 될 시에는 전력증폭기의 전력 구동 능력이 문제가 되지 않기 때문에 큰 드레인 전압 내지 전류가 필요 없다. 만약 전력 증폭기 입력 단으로 큰 신호가 인가될 경우를 대비하여 드레인 전압 내지 전류를 고정적으로 크게 설정해 놓는 경우는 작은 신호가 인가 될 시 전력 구동 능력에 비해 훨씬 많은 양의 전력을 소모하기 때문에 전력증폭기의 효율이 크게 저하된다. 반대로, 드레인 전압 내지 전류를 고정적으로 작게 설정해 놓는 경우는 작은 신호가 인가 될 시 전력 증폭기의 효율을 우수하게 유지시킬 수 있지만 큰 신호 수신 시에는 현저히 저하된 전력 구동 능력으로 왜곡이 심하게 나타난다.

이를 해결하기 위해, 포락선 검출(envelop tracking) 방법을 이용하여 전력 증폭기에 입력되는 신호 크기에 비례하는 드레인 전압 내지 전류를 바이어싱 하는 동적 바이어싱 방법이 제안되었다. 하지만, 대역 폭이 넓은 신호의 경우, 신호 크기에 비례하는 드레인 전압 내지 전류를 생성하는 직류-직류(DC-DC) 변환기 구현의 어려움이 있고, 이 직류-직류(DC-DC) 변환기의 전력 소모 및 효율이 전체 전력증폭기의 효율을 저하시키는 문제점을 가지고 있다.

마지막으로, 드레인 바이어스 센싱부(27)를 설명하도록 한다.

전력 증폭기(15)의 왜곡 성분을 일으키는 주요 요인 중 가장 문제가 되는 것은 증폭용 트랜지스터의 트랜스콘덕턴스의 비선형성과 드레인 바이어스의 비완전성에 있다고 알려져 있다. 따라서, 이러한 비선형성을 총체적으로 해결하기 위해서는, 전력 증폭기(15)의 비선형성은 물론, 드레인 바이어스 센싱부(27)를 통해 전력 증폭기(15)의 드레인 바이어스에 대한 저주파 성분을 검출하여 여러가지 왜곡교정 알고리즘에 반영할 필요가 있다.

이하에서는, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 무선 전력 증폭 장치에 대하여 설명하도록 한다.

RF 왜곡신호 측정 장치 및 이를 포함하는 무선 전력 증폭 장치

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 RF 왜곡신호 측정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 증폭 장치(1)는 왜곡신호 측정부(10)를 포함한다.

도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 비선형 특성을 갖는 전력 증폭기(15)의 왜곡신호를 측정하는 RF왜곡신호 측정부(10)는 전력 증폭기(15)의 출력신호(PA출력)에 전력 증폭기(15)의 입력신호(PA입력)를 곱하는 곱셈기(200), 곱셈기(200)의 출력신호를 필터링하는 필터부(300)를 포함한다.

구체적으로, 곱셈기(200)를 통해 전력 증폭기(15)의 출력신호(PA출력)에 전력 증폭기(15)의 입력신호(PA입력)를 곱하면, 전력 증폭기(15)의 출력에 나타나는 왜곡신호(PA 출력)와 매우 큰 상관 관계를 갖는 왜곡신호를 기저대역 에서 얻을 수 있다. 바람직하게는, 기저대역에서 얻어지는 왜곡신호는 전력 증폭기(15)의 출력에 나타나는 왜곡신호와 거의 동일하다. 즉, RF 주파수에서는 높은 선택도를 가지는 필터부 구현이 어렵지만 기저대역에서는 그 구현이 쉽기 때문에, PA 출력에서는 왜곡신호를 측정하기는 매우 어려운 반면, 기저대역에서는 매우 쉽게 측정할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 왜곡신호 측정 장치(10)는 디지털 모뎀과의 연동이 없더라도 PA 출력에서의 왜곡된 신호만을 저비용으로 정확하게 측정할 수 있다. 또한 곱셈기(200) 및 필터부(300)를 통해 RF 왜곡신호를 기저대역에서 찾아낼 수 있으므로, 전술한 RF 비교기가 가지는 회로 및 소자간의 부정합 등으로 인하여 정교한 측정이 어려운 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 왜곡신호 측정 장치(10)에서 검출된 신호를 아날로그 신호처리 또는 디지털 신호처리 함으로써 디지털 모뎀과의 연동없이 독자적으로 자동 조정이 가능한 선형화 루프에 적용할 수 있으며, 디지털 모뎀과 연동하여 기저대역에서 측정된 왜곡신호를 바탕으로 디지털 전치 왜곡을 통해 전력증폭기를 선형화 시킬 수 있다. 특히 기존에는 트리밍(trimming)을 하기 위해 고가의 네트워크 분석기로만 왜곡 신호를 측정할 수 있었으나, 본 발명에서는, RF 왜곡신호 보정을 위한 알고리즘을 칩에 삽입함으로써 전력 증폭기에서 자동으로 왜곡신호의 보정이 가능한 장점이 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, PA 입력신호와 PA 출력신호는 각각 커플러(11, 19)를 통해 곱셈기(200)로 입력된다. 곱셈기(200)는 PA 입력신호와 PA 출력신호를 곱하여 전력 증폭기(15)의 출력에 나타나는 왜곡신호(PA 출력)와 매우 큰 상관 관계를 갖는, 바람직하게는 거의 동일한 왜곡신호를 기저대역 에서 얻을 수 있도록 한다.

도 7a 내지 도 7c와 도 8a 내지 도 8c는 모의 실험을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 왜곡신호 측정장치를 통해 전력 증폭기(15)의 출력에 나타나는 왜곡신호(PA 출력)와 매우 큰 상관 관계를 갖는, 바람직하게는 거의 동일한 왜곡신호를 기저대역 에서 얻을 수 있음을 보여주는 결과이다.

도 7a 내지 도 7c는 전력 증폭기의 전력 이득(S21)이 +25dB, 포화 전력 포화출력(Psat)이 +30dBm 이라고 가정한 경우의 전력 증폭기 입력, 전력 증폭기 출력, 곱셈기 출력의 주파수 스펙트럼을 보여준다. 입력은 1GHz에서 1.01GHz 사이의 10MHz 대역폭에 20 개의 반송파(carrier)를 갖는 직교주파수분할다중화(OFDM) 신호를 가정하였다. 참고로, 본 모의 실험에서의 각 반송파의 파워는 0 dBm이다. 도 7a는 전력 증폭기의 입력 주파수 스펙트럼을 보여준다. 전력 증폭기의 포화 전력 포화출력이 +30dBm으로 충분히 크지 않을 때는 도 7b에 도시된 바와 같이, 전력 증폭기 출력 주파수 스펙트럼은 인접 주파수 1.01~1.02GHz 대역에 상당히 큰 왜곡이 발생하는 것을 보여준다. 또한, 도 7c에 도시된 바와 같이, 곱셈기 출력 주파수 스펙트럼은 전력 증폭기 출력의 인접 주파수1.01~1.02GHz 대역에 생성된 왜곡 성분이 10~20MHz 기저 대역으로 주파수 변환되는 것을 보여준다. 1GHz 근처에서 10MHz 대역폭을 가지는 왜곡신호를 필터링 하는 것은 매우 어려운 일이지만, 기저대역으로 변환된 10MHz 대역의 왜곡신호를 필터링 하는 것은 매우 쉬운 일이다. 곱셈기 출력의 신호를 10~20MHz 대역을 필터링하는 필터부에 통과시키면 PA출력에 나타나는 왜곡신호를 기저대역에서 쉽게 얻을 수 있다.

도 8a 내지 도 8c는 전력 증폭기의 전력 이득(S21)이 +25dB, 포화 전력 포화출력(Psat)이 +50dBm 이라고 가정한 경우의 전력 증폭기 입력, 전력 증폭기 출력, 곱셈기 출력의 주파수 스펙트럼을 보여준다. 입력은 도 7a 내지 도 7c의 모의 실험에서 사용된 것과 동일하다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 포화 전력 포화출력(Psat)이 +50dBm 으로 상당히 커졌기 때문에 앞과 비교하였을 때, 인접 주파수 1.01~1.02GHz 대역에서의 발생된 왜곡 성분이 크게 감소함을 볼 수 있다. 도 8c에 도시된 바와 같이, 곱셈기 출력 주파수 스펙트럼은 전력 증폭기 출력의 1.01~1.02GHz 인접 주파수 대역에 생성된 왜곡 성분이 10~20MHz 기저 대역으로 주파수 변환되는 것을 보여준다.

도 7a 내지 도 7c 및 도8a 내지 도 8c의 모의 실험 결과를 토대로, 본 발명의 실시예에 따른 RF 왜곡신호 측정장치를 사용하면, 전력 증폭기(15)의 출력에 나타나는 왜곡신호와 매우 큰 상관 관계를 갖는, 바람직하게는 거의 동일한 왜곡신호를 기저대역에서 얻을 수 있고 필터부를 통해 이를 정교하게 측정할 수 있다.

한편, 도 4 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 증폭 장치(1)는 RF 왜곡신호 측정 장치(10)와, RF 왜곡신호 측정 장치(10)에 의해 검출된 RF 왜곡신호를 최소화하는 왜곡신호 제어부(400)를 포함한다.

도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 왜곡신호 제어부(400)는 검출된 RF 왜곡신호를 이용하여 앞서 기술된 아날로그 전치왜곡, 디지털 전치왜곡, RF 직렬 전치왜곡, RF 병렬 전치왜곡, 피드 포워드 기법, 동적 바이어싱 등의 자동 튜닝이 가능한 선형화 루프를 제어할 수 있다.

구체적으로, 자동 튜닝이 가능한 선형화 (비선형 제거) 루프는 RF 왜곡신호 측정 장치(10)와 상기 전력 증폭기(15)의 디지털 전치왜곡부, RF 직렬 전치왜곡부, RF 병렬 전치왜곡부 내지 동적 바이어싱부가 연계된 루프일 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 증폭 장치는 모뎀과의 연동 없이 RF증폭 회로내에서 보다 정확한 RF 왜곡신호의 측정이 가능하므로, 이를 기초로 하여 RF 왜곡신호 성분을 정확히 제거하여 왜곡을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 RF 왜곡신호 측정 장치(10)에서 검출된 신호를 아날로그 신호처리 또는 디지털 신호처리 함으로써 디지털 모뎀과의 연동 없이 독자적으로 선형화 루프를 적용할 수 있으며, 디지털 모뎀과 연동하여 기저대역에서 측정된 왜곡신호를 바탕으로 디지털 전치 왜곡을 통해 전력증폭기를 선형화 시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 증폭 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 4 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 증폭 장치(1)는 RF 왜곡신호 측정부(10)와, RF 왜곡신호 측정부(10)에 의해 검출된 RF 왜곡신호의 비선형성을 제거하는 왜곡신호 처리부(401)를 포함한다.

왜곡신호 처리부(401)는 직접 검출된 RF 왜곡신호의 비선형성을 제거하여 RF 왜곡신호를 선형화시킨다. 이를 위해 왜곡신호 처리부(401)는 RF 왜곡신호 측정부(10)로부터 검출된 RF 왜곡신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(Analog-to-Digital Converter, ADC)와 디지털 신호로 변환된 왜곡신호를 입력 받고, 디지털로 변환된 왜곡신호의 비선형성을 제거하는 디지털 신호 처리부(Digital Signal Processer, DSP)를 포함할 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 RF 왜곡신호 측정 장치를 이용하는 피드-포워드(Feed-forward) 선형화 기법을 사용한 병렬 전치 왜곡 무선 전력 증폭 장치의 블록도이며, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 RF 왜곡신호 측정장치를 이용하는 병렬 전치-왜곡 선형화 기법을 사용한 병렬 결합 무선 전력 증폭 장치의 블록도이다.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 RF 왜곡신호 측정부(10)는 다양한 선형화 기법에 이용될 수 있다. 예를 들면, 도 10에서 RF 왜곡신호 측정부(10)에서 검출된 RF 왜곡신호를 입력받은 왜곡신호 제어부(400)는 RF 왜곡신호의 파워를 감지하여 RF 왜곡신호의 파워가 최소가 되도록 피드 포워드 선형화 루프를 제어할 수 있다. 즉, RF 왜곡신호 측정부(10)에서 검출된 RF 왜곡신호를 이용하여 각 선형화 기법에 맞도록 RF 왜곡신호를 제거함으로써, 다양한 형태의 무선 전력 증폭 장치의 비선형성을 제거할 수 있다. 도 10 및 도 11에 도시된 무선 전력 증폭 장치 이외에도, 도허티(Doherty) 증폭 장치, LINC 전력 증폭 장치, ET 전력 증폭 장치 등에 이용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, RF 왜곡신호 측정 장치 및 이를 포함하는 무선 전력 증폭 장치를 손쉽게 구현할 수 있다. 즉, RF 입력신호와 RF 출력신호를 곱하여 혼합한 후 기저대역 필터를 통해 RF 상호변조 왜곡신호를 저주파 신호로 찾아낼 수 있다. 즉, 종래의 RF 왜곡신호 측정 장치에 비하여, 적은 비용과 작은 크기로 구현 가능하며, RF 왜곡신호만을 정확하게 측정할 수 있다.

그리고, 상기 RF왜곡신호 측정 장치에서 검출된 RF 왜곡신호를 이용하여 다양한 선형화 기법의 무선 전력 증폭 장치에 적용할 수 있다. 또한, RF 왜곡신호를 보정하는 알고리즘을 칩에 삽입하여 무선 전력 증폭 장치에서 자동으로 왜곡을 보정할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 무선 전력 증폭 장치
3: 기저대역 신호
5: 디지털 전치왜곡부
7: 제2 국부발진기
9: 구동 증폭기
10: 왜곡신호 측정부
11: 커플러
13: RF 직렬 전치왜곡부
15: 전력 증폭기
17: 동적 바이어싱부
19: 커플러
21: 안테나
23: RF 병렬 전치왜곡부
25: RF 왜곡 교정 알고리즘
27: 드레인 바이어스 센싱부
29: RF 비교기
31: 제1 국부발진기
33: 디지털 비교기
35: 왜곡 교정 알고리즘
41: 빼기 회로
43: 진폭/위상 가변회로
200: 곱셈기
300: 필터부
400: 왜곡신호 제어부
401: 왜곡신호 처리부

Claims (16)

1. 비선형 특성을 갖는 전력 증폭기의 출력 왜곡신호를 측정하는 RF 왜곡신호 측정 장치에 있어서,
   상기 전력 증폭기의 출력신호에 상기 전력 증폭기의 입력신호를 곱하여 상기 전력 증폭기의 출력신호를 기저대역으로 주파수 이동시켜 출력하는 곱셈기; 및
   상기 곱셈기의 출력신호를 필터링하여 상기 전력 증폭기의 출력신호의 인접 왜곡신호를 출력하는 필터부를 포함하는,
   RF 왜곡신호 측정 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 비선형 특성을 갖는 전력 증폭기의 출력신호에 상기 전력 증폭기의 입력신호를 곱하여 상기 전력 증폭기의 출력신호를 기저대역으로 주파수 이동시켜 출력하는 곱셈기, 및 상기 곱셈기의 출력신호를 필터링하여 상기 전력 증폭기의 출력신호의 인접 왜곡신호를 출력하는 필터부를 포함하는 RF 왜곡신호 측정부; 및
   상기 RF 왜곡신호 측정부에 의해 검출된 RF 왜곡신호를 최소화하는 왜곡신호 제어부
   를 포함하는,
   무선 전력 증폭 장치.
5. 비선형 특성을 갖는 전력 증폭기의 출력신호에 상기 전력 증폭기의 입력신호를 곱하는 곱셈기, 및 상기 곱셈기의 출력신호를 필터링하는 필터부를 포함하는, RF 왜곡신호 측정부; 및
   상기 RF 왜곡신호 측정부에 의해 검출된 RF 왜곡신호를 최소화하는 왜곡신호 제어부
   를 포함하고,
   상기 왜곡신호 제어부는,
   상기 검출된 RF 왜곡신호를 이용하여 상기 전력 증폭기의 입력단 또는 출력단에 놓이는 전치 왜곡부를 제어하는,
   무선 전력 증폭 장치.
6. 비선형 특성을 갖는 전력 증폭기의 출력신호에 상기 전력 증폭기의 입력신호를 곱하는 곱셈기, 및 상기 곱셈기의 출력신호를 필터링하는 필터부를 포함하는, RF 왜곡신호 측정부; 및
   상기 RF 왜곡신호 측정부에 의해 검출된 RF 왜곡신호를 최소화하는 왜곡신호 제어부
   를 포함하고,
   상기 왜곡신호 제어부는,
   상기 검출된 RF 왜곡신호를 이용하여 상기 전력 증폭기의 바이어스 회로에 전달되는 동적 바이어싱(biasing)을 제어하는,
   무선 전력 증폭 장치.
7. 제4항에 있어서,
   상기 왜곡신호 제어부는,
   상기 검출된 RF 왜곡신호를 이용하여 피드 포워드 선형화 기법을 적용한 전력증폭기를 제어하는,
   무선 전력 증폭 장치.
8. 제4항에 있어서,
   상기 왜곡신호 제어부는,
   상기 전력 증폭기의 드레인 바이어스의 기저대역 신호를 센싱한 정보를 이용하는,
   무선 전력 증폭 장치.
9. 비선형 특성을 갖는 전력 증폭기의 출력신호에 상기 전력 증폭기의 입력신호를 곱하여 상기 전력 증폭기의 출력신호를 기저대역으로 주파수 이동시켜 출력하는 곱셈기, 및 상기 곱셈기의 출력신호를 필터링하여 상기 전력 증폭기의 출력신호의 인접 왜곡신호를 출력하는 필터부를 포함하는 RF 왜곡신호 측정부; 및
   상기 RF 왜곡신호 측정부에 의해 검출된 RF 왜곡신호를 최소화하는 왜곡신호 처리부를 포함하는,
   무선 전력 증폭 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 왜곡신호 처리부는,
    상기 검출된 RF 왜곡신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(Analog-to-Digital Converter, ADC);
    상기 디지털 신호로 변환된 RF 왜곡신호를 입력 받고, 상기 디지털로 변환된 왜곡신호의 비선형성을 제거하는 디지털 신호 처리부(Digital Signal Processer, DSP)를 포함하는,
    무선 전력 증폭 장치.
11. 제9항에 있어서,
    상기 왜곡신호 처리부는,
    상기 전력 증폭기의 드레인 바이어스의 기저대역 신호를 센싱한 정보를 이용하는,
    무선 전력 증폭 장치.
12. 삭제
13. 삭제
14. 비선형 특성을 갖는 전력 증폭기의 출력 왜곡신호를 측정하는 RF 왜곡신호 측정 방법에 있어서,
    상기 전력 증폭기의 출력신호에 상기 전력 증폭기의 입력신호를 곱하여 상기 전력 증폭기의 출력신호를 기저대역으로 주파수 이동시키는 단계; 및
    주파수 이동된 상기 전력 증폭기의 출력신호를 필터링하여, 상기 전력 증폭기의 출력신호의 인접 왜곡신호를 출력하는 단계를 포함하는,
    RF 왜곡신호 측정 방법.
15. 삭제
16. 삭제

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