KR101503866B1 - 이동통신 단말에서 채널 편차 개선을 위한 송신 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 단말에서 채널 편차 개선을 위한 송신 장치 및 방법에 관한 것으로서, 송신 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하여 출력하는 전력 증폭기와, 상기 송신 신호의 채널에 따라 가변 캐패시터를 제어하는 신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 따라 가변하는 두 개의 캐패시터를 포함하여 상기 전력 증폭기에서 출력되는 신호의 위상을 천이시키는 위상 천이기를 포함하여, 각 채널별 전도(Conduction) 편차를 최소화시켜 최초 호 연결 시 혹은 소프트 핸드오버 시에 안정적인 TRP(Total Radiated Power) 성능을 확보할 수 있으며, 호 드랍(Call Drop)률을 최소화 시키고 소모 전류를 줄여 토크 타임(Talk Time)을 확보할 수 있다.

로드풀(load-pull), 전력 증폭기(Power Amplifier), 위상 변이기(phase shifter), 채널 편차

Description

이동통신 단말에서 채널 편차 개선을 위한 송신 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING FOR CHANNEL DEVIATION IMPROVING IN MOBILE COMMUNICATION TERMINAL}

본 발명은 이동통신 단말에서 채널 편차 개선을 위한 송신 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 이동통신 단말에서 전력 증폭기의 출력 매칭 단의 위상을 적응적으로 천이시켜 각 채널별 전도(Conduction) 편차를 감소시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) 통신 프로토콜을 지원하는 단말에서는 기지국과의 호 연결 및 유지를 위하여 전력 증폭기(Power Amplifier)를 통해 기저대역 칩(Baseband chip)에서 변조된 음성 및 데이터의 미약한 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하여 안테나로 전파시킨다. 이때, 상기 단말의 전력 증폭기를 통과한 RF(Radio Frequency) 신호는 주파수가 올라갈수록 임피던스에 의한 전송특성이 크게 변하므로, 상기 전력 증폭기와 안테나 사이의 연결단에 임피던스 정합을 수행해야 한다.

이에 따라, 종래에는 로드풀(Load-Pull) 데이터를 이용하여 전력 증폭기와 안테나 사이의 연결단에 임피던스 정합을 수행하고 있다. 여기서, 상기 로드풀 데이터는 상기 전력 증폭기의 트랜지스터(Transistor)가 최대 전력을 출력하도록 하는 로드 임피던스(load impedance)를 찾는 로드풀 테스트를 통해 획득한다. 종래에 사용되는 로드풀 데이터는 상기 전력 증폭기의 생산 업체에서 상기 전력 증폭기 단품만을 대상으로 로드풀 테스트를 수행하여 획득한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 각각의 채널이 동일한 위상에서 비슷한 특성을 나타내게 된다.

하지만, 도 2에 도시된 바와 같이 실제 단말에서는 상기 전력 증폭기(201)와 안테나(205) 사이에 다른 소자 즉, 듀플렉서(Duplexer)를 포함한 전단부(Front End Module)(203)가 존재하므로, 상기 전력 증폭기 단품만을 대상으로 한 로드풀 데이터를 적용할 경우 왜곡된 로드풀 데이터가 생성된다.

즉, 종래와 같이 전력 증폭기만을 대상으로 하여 획득한 로드풀 데이터를 적용할 경우 상기 전단부의 S(Scattering) 파라미터가 버퍼 역할을 하여 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)이 증가하여 도 3에 도시된 바와 같이 각 채널 간의 편차가 커지며, 이에 따라 채널 별로 전력(Power), 전류(current), 인접 채널 누설비(ACLR: Adjacent Channel Leakage Ratio) 및 내부 루프 전력제어(ILPC: Inner Loop Power Contol) 등의 편차가 커지게 되는 문제점이 있다. 이에 따라, 종래에는 상기 채널 간의 편차 발생 시에 상기 전력 증폭기의 출력단이나 안테나의 고정된 매칭 값을 변화시켜 편차를 최소화시키는 튜닝을 사용하고 있다. 하지만, 이러한 방식을 이용할 시 상기 전력, 전류, 인접 채널 누설비 및 내부 루프 전력 제어 등의 요인 간의 트레이트 오프(trade off) 관계를 감수해야만 하며, 국내 이동통신 사업자의 다채널 ILPC(Inner Loop Power Control) 스펙 준수 요청 시에 몇 개의 특정 채널에 대해서만 스펙을 준수할 수 있는 한계가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이동통신 단말에서 채널 편차 개선을 위한 송신 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 이동통신 단말에서 전력 증폭기의 출력 매칭 단의 위상을 적응적으로 변화시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이동통신 단말에서 전력 증폭기의 출력 매칭 단의 위상을 채널에 따라 적응적으로 천이시켜 각 채널별 전도(Conduction) 편차를 감소시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 이동통신 단말에서 채널 편차 개선을 위한 송신 장치는, 송신 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하여 출력하는 전력 증폭기와, 상기 송신 신호의 채널에 따라 가변 캐패시터를 제어하는 신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 따라 가변하는 두 개의 캐패시터를 포함하여 상기 전력 증폭기에서 출력되는 신호의 위상을 천이시키는 위상 천이기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 이동통신 단말에서 채널 편차 개선을 위한 송신 방법은, 송신 신호를 소정 레벨의 전력으로 증 폭하여 출력하는 과정과, 상기 송신 신호의 채널에 따른 가변 캐패시터 값들을 확인하는 과정과, 상기 확인된 값으로 가변 캐패시터 값들을 제어하여 상기 전력 증폭된 신호의 위상을 천이시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 이동통신 단말에서 채널 변화에 따라 전력 증폭기의 출력 매칭 단의 위상을 적응적으로 천이시킴으로써, 각 채널별 전도(Conduction) 편차를 최소화시켜 전체 채널에서 고른 파워, 전류, 인접 채널 누설비, 내부루프 전력제어 성능을 확보하여 최초 호 연결 시 혹은 소프트 핸드오버 시에 안정적인 TRP(Total Radiated Power) 성능을 확보할 수 있으며, 호 드랍(Call Drop)률을 최소화 시키고 소모 전류를 줄여 토크 타임(Talk Time)을 확보할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 본 발명에서는 이동통신 단말에서 채널 변화에 따라 전력 증폭기의 출력 매칭 단의 위상을 적응적으로 천이시켜 각 채널별 전도(Conduction) 편차를 최소화시키는 송신 장치 및 방법에 대해 설명할 것이다. 이하 설명에서는 2.5 세대 시스템과 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)시스템을 지원하는 듀얼모드 이동통신 단말을 예로 들어 설명할 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 이동통신 단말의 블록 구성을 도시하고 있다.

상기 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 이동통신 단말은 RF 칩(400), 가변 캐패시터 제어부(410), 저장부(420), 대역 통과 필터(BPF:Band Pass Filter)(430), 전력 증폭기(PA: Power Amplifier)(440), 적응적 위상 천이기(Adaptive phase shifter)(450), 듀플렉서(460), 전단부(470), 안테나(480)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 RF 칩(400)은 안테나(480)를 통해 기지국과 송수신하기 위한 고주파 신호를 처리하는 역할을 수행하며, 2.5세대 시스템을 지원하는 2.5G 모듈(402)과 UMTS 시스템을 지원하는 UMTS 모듈(404)을 구비하여 각각의 시스템을 지원한다. 여기서, 상기 2.5G의 신호 처리는 종래와 동일하게 동작하므로, 그 설명과 상세한 구성은 생략하기로 한다. 상기 UMTS 모듈(404)은 기지국으로 송신할 UMTS 신호를 처리하여 상기 대역통과필터(430)로 제공하며, 상기 듀플렉서(460)를 통해 안테나(480)로부터의 수신 신호를 입력받는다.

상기 대역통과필터(430)는 상기 RF 칩(400)의 UMTS 모듈(404)로부터 제공되는 신호 중 UMTS 대역의 신호만을 통과시켜 상기 전력 증폭기(440)로 제공하고, 상기 전력 증폭기(440)는 상기 대역통과필터(430)로부터 입력되는 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하여 출력한다.

상기 적응적 위상 천이기(450)는 상기 가변 캐패시터 제어부(410)의 제어에 따라 캐패시턴스 값을 가변하여 상기 전력 증폭기(440)의 출력단과 안테나(480) 사이의 임피던스 매칭을 수행한다. 즉, 상기 적응적 위상 천이기(450)는 도 5에 도시된 바와 같이, 두 개의 가변 캐패시터(C1, C2)(501, 503)와 세 개의 인덕터(L1, L2, L3)(511, 513, 515)로 구성되며, 상기 가변 캐패시터 제어부(410)로부터 출력되는 제어 신호에 따라 캐패시턴스 값을 가변함으로써, 상기 전력 증폭기(440)에서 출력되는 신호의 위상을 천이시켜 임피던스 매칭을 수행한다. 여기서, 상기 가변 캐패시터(C1, C2)(501, 503)는 전압에 따라 캐패시턴스 값이 가변하는 배랙터(varactor)를 이용할 수 있다.

상기 듀플렉서(460)는 듀플렉싱 방식에 따라 상기 적응적 위상 천이기(450)로부터 제공되는 송신 신호를 상기 전단부(470)로 제공하고, 상기 전단부(470)로부터의 수신 신호를 상기 적응적 위상 천이기(450)로 제공한다.

상기 전단부(470)는 송수신 신호의 주파수 대역에 따라 스위칭을 수행하여 해당 모듈로 제공한다. 즉, 상기 전단부(470)는 스위치를 포함하여 현재 송수신 신호가 2.5G 시스템의 주파수 대역일 경우, 상기 2.5G 모듈(402)과 연결하도록 스위칭하며, 현재 송수신 신호가 UMTS 시스템의 주파수 대역일 경우, 상기 UMTS 모듈(404)과 연결된 듀플렉서(460)와 연결하도록 스위칭한다.

상기 가변 캐패시터 제어부(410)는 본 발명에 따라 상기 RF 칩(400)으로부터 송신 신호의 주파수 대역 정보 즉, 채널 정보를 제공받고, 상기 저장부(420)로부터 상기 채널에 해당하는 캐패시턴스 값들을 확인한 후, 상기 적응적 위상 천이기(450)에 포함된 가변 캐패시터들(C1, C2)(501, 503)의 값을 상기 확인된 값들로 변경시키기 위한 제어 신호를 출력한다. 여기서, 상기 적응적 위상 천이기(450)에 포함된 두 개의 가변 캐패시터(C1, C2)(501, 503)가 버랙터인 경우, 상기 가변 캐패시터 제어부(410)는 상기 제어 신호로 상기 확인된 캐패시턴스 값에 해당하는 전압을 출력할 수도 있다.

상기 저장부(420)는 본 발명에 따라 각 채널에 대한 캐패시턴스 값들을 나타내는 가변 캐패시터 테이블(422)을 저장한다. 여기서, 상기 각 채널에 대한 캐패시턴스 값들은 상기 각 채널별로 상기 전력 증폭기(440)의 트랜지스터가 최대 전력을 출력하도록 상기 전력 증폭기(440)의 출력단의 임피던스를 매칭시키는 캐패시턴스 값들을 의미하는 것으로, 상기 가변 캐패시터 테이블(422)은 도 6과 같은 구조에서의 실험을 통해 획득할 수 있다. 상기 도 6에 도시된 바와 같이, 채널별 로드풀 데이터를 얻기 위한 회로는 세 개의 인덕터(L1, L2, L3)와 두 개의 캐패시터(C1, C2)(603, 605)로 이루어진 적응적 위상 천이기(601)와 듀플렉서와 RF 스위치의 역할을 수행하는 데이터 파일(611), 전송 라인(613) 그리고 안테나 매칭부(615)로 구성된다. 여기서, 설계자는 먼저 단말의 호 연결 상태에서 각 채널별로 로드풀 데이터를 산출한 후, 각 채널에 대한 로드풀 상태에서 최대 전력과 최소 전류의 교점을 표시하여 ADS 시뮬레이션을 통해 각 채널에 대해 원하는 위치로 이동하기 위한 가변 캐패시터의 값들을 획득한다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 각 채널을 보간하여 전체 채널에 대한 가변 캐패시터 테이블을 구성할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 단말에서 채널에 따라 위상은 천 이하는 흐름을 도시하고 있다.

상기 도 8을 참조하면, 상기 단말은 801단계에서 RF 칩을 통해 현재 송수신되는 신호의 채널을 확인하고, 803단계로 진행하여 기 저장된 테이블에서 상기 확인된 채널에 해당하는 캐패시터의 값들을 확인한다.

이후, 상기 단말은 805단계에서 송신부의 전력 증폭기의 출력단과 듀플렉서 사이에 존재하는 적응적 위상 천이기의 가변 캐패시터들의 값을 상기 확인된 캐패시터 값들로 변경한다. 여기서, 상기 가변 캐패시터가 버랙터인 경우, 상기 단말은 상기 가변 캐패시터에 인가되는 전압 조정을 통해 상기 가변 캐패시터의 캐패시턴스를 조정한다. 이후, 상기 단말은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 로드풀 데이터를 적용한 전력 증폭기에서 각 채널별 특성을 나타내는 도면,

도 2는 종래 기술에 따른 UMTS 단말의 블록 구성을 도시하는 도면,

도 3은 종래 기술에 따른 UMTS 단말에서 채널의 위상 변화에 따른 채널 편차를 도시하는 도면,

도 4는 본 발명에 따른 이동통신 단말의 블록 구성을 도시하는 도면,

도 5는 본 발명에 따른 이동통산 단말에서 적응적 위상 천이기의 블록 구성을 도시하는 도면,

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 채널별 로드풀 데이터를 얻기 위한 회로 구성을 도시하는 도면,

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 단말에서 채널별 로드풀 데이터를 도시하는 도면, 및

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 단말에서 채널에 따라 위상은 천이하는 흐름을 도시하는 도면.

Claims (11)

1. 이동 통신 단말에 있어서,

   RF 칩,

   상기 RF 칩에서 출력되는 신호를 증폭하는 전력 증폭기,

   둘 이상의 채널에 대응하는 캐패시턴스 값을 포함하는 저장부,

   상기 RF 칩으로부터 채널 정보를 확인하고, 상기 채널 정보에 대응하는 캐패시턴스 값을 상기 저장부에서 결정하는 제어부, 및

   결정한 상기 캐패시턴스 값을 가변 캐패시터에 적용하여 상기 전력 증폭기에서 출력되는 신호의 위상을 천이하는 위상 천이기를 포함하는 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 저장부는, low, middle, high의 채널 정보 각각에 대응하는 커패시턴스 값 중 적어도 하나를 포함하는 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 캐패시턴스 값은,

   각 채널별로 상기 전력 증폭기의 트랜지스터가 최대 전력을 출력하도록 상기 전력 증폭기의 출력단의 임피던스를 매칭시키는 캐패시턴스인 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 위상 천이기는, 상기 제어부의 제어에 따라 가변하는 두 개의 가변 캐패시터와 세 개의 고정된 인덕터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 가변 캐패시터는, 전압에 따라 가변하는 배랙터(varactor)인 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 위상 천이기로부터 신호를 제공받는 듀플렉서와 전단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 이동 통신 단말에 있어서,

   RF 칩으로부터 채널 정보를 확인하는 과정;

   상기 채널 정보에 대응하는 캐패시턴스 값을 저장부에서 결정하는 과정;

   결정한 상기 캐패시턴스 값을 가변 캐패시터에 적용하여 전력 증폭기에서 출력되는 신호의 위상을 천이하는 과정을 포함하는 방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 채널 정보에 대응하는 캐패시턴스 값을 저장부에서 결정하는 과정은,

   둘 이상의 채널에 대응하는 캐패시턴스 값을 포함하는 상기 저장부를 참조하여 확인하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 캐패시턴스 값들은,

   각 채널별로 전력 증폭기의 트랜지스터가 최대 전력을 출력하도록 상기 전력 증폭기의 출력단의 임피던스를 매칭시키는 캐패시턴스인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 7항에 있어서,

    상기 위상 천이는, 두 개의 상기 가변 캐패시터와 세 개의 고정된 인덕터를 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 7항에 있어서,

    상기 가변 캐패시터는, 전압에 따라 가변하는 배랙터(varactor)인 것을 특징으로 하는 방법.

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