KR101768905B1 - 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치 및 그 방법 - Google Patents

룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 전력증폭기 선형화 장치는 고주파 입력 신호(RF_IN)를 입력받아서 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)를 분배하여 대역 분석기(130)로 출력하는 입력 커플러(102)와; 상기 고주파 입력 신호(RF_IN)를 지연시켜 출력하는 지연 선로(104)와; 상기 고주파 신호와 선형화기(120)로부터 출력되는 고주파 출력 신호(RF_OUT)를 결합하여 출력하는 출력커플러(106)와; 상기 출력 커플러(106)에서 입력되는 신호를 증폭하는 전력 증폭기(110)와; 상기 전력 증폭기(110)에서 출력되는 신호를 선형화기(120)로 피드백하는 피드백 커플러(114)와; 기준 고주파 신호(RF_IN_cpl)와, 고주파 피드백 신호(RF_FB)를 비교하고, 비교 결과에 대응하여 대역 분석기(130)에서 선형화 계수정보를 입력받아 전력 증폭기(110)의 고주파 증폭 신호(PA_OUT)를 선형화하는 선형화기(120)와; 온도센서(140)로부터 입력되는 온도와 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역에 대응하는 다수의 룩업 테이블에서 선택하여 선형화 계수 정보를 읽어들여 상기 선형화기(120)로 출력하는 대역 분석기(130)를 구비하여 고주파 입력 신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기의 온도 변화에 따른 고정된 선형화 계수 정보를 생성, 저장하는 룩업 테이블을 이용하여 선형화 계수 정보를 산출하는 소요 시간을 최소화할 수 있다.

Description

룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치 및 그 방법{linearing power amplifier using a look-up table and method therefor}
본 발명은 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동통신용 및 방송용 전력 증폭기의 고주파 입출력 신호의 왜곡 현상을 보상하기 위한 잘못 산출된 선형화 계수에 따른 비선형성을 방지하기 위하여, 온도센서로부터 입력되는 전력 증폭기의 온도와 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역에 대응하는 다수의 룩업 테이블을 생성하여 전력 증폭기의 비선형성을 보상하기 위하여 대역에 따른 다수의 룩업 테이블을 이용하는 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 이동 통신 시스템은 통신 품질을 향상시키기 위하여, 신호 변조 시, 간섭(interference)에 강한 선형 변조 방식, 주파수 할당 방식 등을 채택하고 있다. 이러한 이동 통신 시스템은 양방향 통신 즉, 기지국에서 단말기로 고주파(RF) 신호를 전달하거나 또는 단말기에서 기지국으로 RF 신호를 전달하기 위하여 전력 증폭기(RF Power Amplifier)가 사용된다. 또한 디지털 방송 시스템에서도 방송 품질을 향상시키기 위하여 전력 증폭기가 사용된다. 이러한 전력 증폭기는 신호 왜곡에 따른 선형화 문제를 극복하기 위하여, 피드포워드(feedforward) 방식이나, 전치왜곡(predistortion) 선형화 방식 등을 이용하여 신호 왜곡을 보상 처리한다.
이러한 종래기술의 전력 증폭기 선형화 장치에 대한 기술은 현재 다양하게 공개되어 있다. 이러한 종래기술들 중 전치왜곡 선형화 방식을 이용하는 기술로, 예를 들어, 국내 등록특허공보 제10-0398664호(공고일 2003년 9월 19일)의 '중간 주파수 대역 사전왜곡에 의한 전력 증폭기 선형화 장치', 국내 공개특허공보 제10-20100101172호(공개일 2010년 9월 16일)의 '전치 보상기', 국내 등록특허공보 제10-0581078(공고일 2006년 5월 22일)의 '고속 룩업 테이블 사전왜곡 장치 및 그 방법', 국내 등록특허공보 제10-1008037(공고일 2011년 1월 13일)의 '이동통신 시스템에서 기지국의 전치 보상 장치 및 그 방법', 국내 공개특허공보 제10-2005-0108160호(공개일 2005년 11월 16일)의 '전력 증폭기에 디지털 전치 왜곡 장치 및 방법' 국내 공개특허공보 제10-20040094319호(공개일 2004년 11월 9일)의 '향상된 프리디스토션 방법 및 장치' 그리고 미국 공개특허공보 제 2011/0032033호(공개일 2011년 2월 10일)의 '전치왜곡 및 메모리 보상 장치' 등이 있다.
이러한 종래기술들은 디지털 전치왜곡(Digital Pre-Distortion : DPD) 방식이나 전력 증폭기 선형화기(RFPAL) 방식으로 신호 왜곡을 보상하여, 전력 증폭기의 선형화를 처리한다. 이 때, 종래기술들은 룩업 테이블(LUT)을 이용하거나 메모리 효과 등을 이용하여 신호 왜곡을 보상한다.
그러나 상술한 종래기술들 중 룩업 테이블을 이용하는 경우, 전력 증폭기로 입력되는 고주파 입력 신호와, 전력 증폭기로부터 피드백되는 고주파 피드백 신호를 받아서, 이들의 차이값을 연산하고, 그 연산 결과를 룩업 테이블의 데이터와 비교하여 선형화 계수 정보를 결정한다. 이때, 룩업 테이블은 전력 증폭기의 고주파 입력 신호나 고주파 피드백 신호의 전력 세기 변화에 따라 데이터를 갱신(update)한다.
따라서 종래기술들은 이러한 과정을 통해 전력 증폭기의 비선형성을 보상함으로써, 고주파 입력 신호의 전력 세기가 급변하는 경우 정확한 선형화 계수 정보를 결정할 수 없게 되므로, 실질적으로 실시간으로 신호 왜곡을 보상하기가 어렵다.
도 1 에 종래기술에 따른 전력 증폭기 선형화 장치의 구성을 나타내는 블록도가 도시된다.
도 1 을 참조하면, 전력 증폭기 선형화 장치(10)는 전력 증폭기(20)의 전단에 배치되어, 입력되는 고주파 신호(RF_IN)의 전치왜곡을 보상하기 위하여 전력 증폭기(20)에 의해 증폭된 출력 신호(PA_OUT)로부터 고주파 피드백 신호(RF_FB)를 피드백 받아서, 두 신호(RF_IN, RF_FB)를 비교하여 선형화 계수를 결정하고, 결정된 선형화 계수를 이용하여 전력 증폭기(20)의 출력 신호(PA_OUT)가 선형화되도록 신호 처리한다.
즉, 고주파 전력 증폭기의 선형화 장치(10)는 고주파 신호(RF_IN)가 입력되고, 전력 증폭기(20)로부터 고주파 피드백 신호(RF_FB)가 입력되면, 두 신호(RF_IN, RF_FB)의 차이값과 선형화 장치(10)의 내부에 저장된 기준값을 연산하여 비교한다. 그 비교 결과에 따라 선형화 계수를 산출하여 하나의 계수값을 결정한다. 이때, 선형화 계수는 두 신호(RF_IN, RF_FB)의 전력 세기 변화에 따라 실시간으로 연산 처리되어 업데이트된다.
상기 결정된 계수값에 따라 신호 보상을 처리하여 전력 증폭기(20)로 출력한다. 그 결과, 전력 증폭기(20)의 출력은 선형화가 이루어진다.
그러므로 종래기술의 선형화 장치(10)는 전력 증폭기(20)로부터 고주파 피드백 신호(RF_FB)를 기준으로 고주파 증폭 신호(PA_OUT)를 출력하기 때문에, 신호 연산 및 선형화 계수가 결정하는 동안에 전력 증폭기(20)의 출력 신호(PA_OUT)가 변하게 되는 경우가 빈번히 발생된다.
이러한 현상은 신호 연산 및 선형화 계수가 결정에 따른 시간이 소요되어, 선형화 장치(10)가 급변하는 고주파 신호에 대응하지 못하므로 선형화 계수값을 잘못 결정하게 된다. 그 결과, 선형화 장치(10)는 잘못 결정된 선형화 계수값을 적용하게 되므로, 전력 증폭기(20)의 선형화가 정확하게 이루어지지 않게 되는 원인이 된다.
이는 주로 이동 통신 시스템의 통화량이 많아져 전력 증폭기(20)의 출력이 변하거나, 패이딩(fading) 등에 의한 출력 변경시 많이 일어나게 되므로, 통신 품질이 저하된다.
대한민국 등록특허 제10-1158514호(2012.06.14.등록) 대한민국 등록특허 제10-0398664호(2003.09.03.등록) 대한민국 특허등록 제10-0581078호(2006.05.10.등록) 대한민국 등록특허 제10-1126401호(2012.03.06.등록)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 이동 통신용 및 방송용 전력 증폭기의 비선형성을 보상하기 위하여 고주파 입력신호에 대한 스펙트럼을 분석하여 고주파 입력신호의 대역과 전력증폭기의 온도에 따른 선형화 계수를 이용하는 룩업 테이블을 이용한 선형화 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고주파 입력신호의 스펙트럼을 분석하여 고주파 입력신호의 주파수 및 대역폭 정보와 전력증폭기의 온도에 따른 선형화 계수를 생성하여 다수의 룩업 테이블을 저장하고 고주파 입력신호의 대역과 전력증폭기의 온도에 따른 룩업 테이블을 선택하여 선형화 계수를 실시간으로 읽어들여 신속하고 정확하게 전력 증폭기의 신호 왜곡을 보상할 수 있는 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 실시간으로 고주파 입력 신호 및 고주파 피드백 신호에 대한 전력스펙트럼 밀도를 분석하고, 고주파 입력 신호 및 고주파 피드백 신호에 대한 스펙트럼 파형을 분석 비교하여 선형화기의 정상동작 여부를 감시할 수 있는 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기 선형화 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치는, 고주파 입력 신호(RF_IN)를 입력받아서 지연 선로로 출력하고 동시에 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)를 분배하여 선형화기로 출력하는 입력 커플러와; 상기 입력 커플러로부터 입력된 고주파 입력 신호(RF_IN)를 지연시켜 출력 커플러로 출력하는 지연 선로와; 상기 지연 선로로부터 출력되는 고주파 신호와 선형화기로부터 출력되는 고주파 출력 신호(RF_OUT)를 입력받아서 결합하여 전력 증폭기로 출력하는 출력 커플러와; 상기 출력커플러에서 입력되는 신호를 증폭하는 전력 증폭기와; 상기 전력 증폭기에서 증폭되어 출력되는 신호를 선형화기로 피드백하는 피드백 커플러와; 상기 입력 커플러로부터 제공되는 기준 고주파 신호(RF_IN_cpl)와, 피드백 커플러로부터 고주파 피드백 신호(RF_FB)를 받아서 비교하고, 상기 비교 결과에 대응하여 선형화 계수정보를 생성하여 대역분석기에 저장하게 하고, 상기 대역 분석기에서 입력되는 선형화 계수정보를 입력받아 상기 전력 증폭기의 고주파 증폭 신호(PA_OUT)가 선형화되도록 보상하는 고주파 출력 신호(RF_OUT)를 출력 커플러로 출력하는 선형화기와; 상기 선형화기로부터 입력되는 기준 고주파 신호(RF_IN_cpl)의 대역을 검출하고, 상기 기준 고주파 신호에 대응하는 룩업 테이블을 메모리에 저장하고, 상기 온도센서로부터 입력되는 온도와 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역에 대응하는 다수의 룩업 테이블을 상기 메모리에서 선택한 후 그 선택된 룩업 테이블에 저장된 복수 개의 선형화 계수 정보를 읽어들여 상기 선형화기로 출력하는 대역 분석기; 및 상기 전력 증폭기의 온도를 감지하여 상기 대역 분석기로 출력하는 온도센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선형화기는, 상기 고주파 입력 신호와 상기 고주파 피드백 신호를 받아서 비교하여 에러 벡터 신호를 출력하는 에러 벡터 생성기와; 상기 에러 벡터 신호와 상기 대역증폭기로부터 룩업 테이블에 저장된 복수 개의 선형화 계수 정보를 입력받고, 상기 룩업 테이블로부터 상기 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 온도 정보에 대응되는 하나의 상기 선형화 계수 정보를 입력받아 정정프로세서로 출력하는 마이크로콘트롤러와; 상기 마이크로콘트롤러로부터 입력된 상기 선형화 계수 정보에 대응하는 계수값을 결정하는 정정 프로세서 및; 상기 정정 프로세서로부터 상기 계수값을 받아서 상기 전력 증폭기의 신호 왜곡을 보상하여 고주파 출력 신호를 출력하는 RF 신호 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대역분석기는, 선형화기로부터 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)를 입력받아서 두 신호(RF_IN_cpl, RF_FB)를 비교하고, 상기 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역에 대응하여 상기 전력 증폭기의 온도 변화에 따른 신호 왜곡을 보상하기 위한 제어 프로그램을 구비하는 메인 콘트롤러 및 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기의 온도 변화에 따른 선형화 계수를 저장하는 다수의 룩업 테이블을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 대역분석기의 메인 콘트롤러는 상기 선형화기로부터 입력되는 기준 고주파 신호(RF_IN_cpl)로부터 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역을 검출하고, 사전 트레이닝 모드에서 상기 온도센서로부터 입력되는 온도와 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역에 대응하는 룩업 테이블을 다수의 룩업 테이블에 저장한 후, 상기 온도센서로부터 입력되는 온도와 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역에 대응하는 룩업 테이블을 다수의 룩업 테이블에서 선택한 후 그 선택된 룩업 테이블에 저장된 복수 개의 선형화 계수 정보를 읽어들여 상기 선형화기로 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 룩업 테이블은, 상기 전력 증폭기의 최대 출력 또는 특정 출력에 대하여 상기 선형화 계수 정보들을 생성, 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 메인콘트롤러는 사전 트레이닝 모드에서 상기 온도센서로부터 전력 증폭기의 온도 정보(TEMP)를 입력받음과 동시에 상기 선형화기로부터 입력되는 기준 고주파 신호(RF_IN_cpl)로부터 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역을 검출하고, 상기 성형화기가 생성한 상기 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 온도 변화에 대응하여 최적화된 선형화 계수 정보를 입력받고, 상기 생성된 선형화 계수 정보를 메모리에 저장하여 고주파 입력 신호의 대역별로 다수의 룩업 테이블을 초기화하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 룩업 테이블은 상기 전력 증폭기의 온도 변화에 따라 서로 다른 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역별 메모리 저장 영역(Bank#) 각각에 서로 다른 계수값을 갖는 선형화 계수 정보를 저장하고, 상기 선형화 계수 정보는 전력 증폭기의 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역별 각 온도 정보(TEMP)에 따른 고주파 출력 신호(RF_OUT)에 대한 위상과 크기를 디지털 단위로 변환하여 저장되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 선형화기의 정정 프로세서(Correction processor)는 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기의 온도 변화에 대응하는 룩업 테이블을 초기화하기 위하여, 에러 벡터 생성기로부터 제공되는 에러 벡터 신호를 입력받아서, 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역별로 고주파 입력 신호(RF_IN)의 신호 보정을 위한 최적화된 선형화 계수 정보를 결정하여 그 계수값을 RF 신호 프로세서로 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 선형화 계수 정보는 사전 트레이닝 모드에서 선형화기에 의해 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기의 온도 정보(TEMP)에 대응하여 결정되며, 대역 분석기로 입력되어 상기 룩업 테이블에 저장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 정정 프로세서는 상기 선형화기로 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)와 고주파 피드백 신호(RF_FB)가 입력되면, 상기 에러 벡터 생성기로부터 에러 벡터 신호를 받지 않고, 상기 마이크로콘트롤러로부터 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역별로 상기 전력 증폭기의 온도 정보(TEMP)에 대응하는 최적화된 선형화 계수 정보에 대한 데이터만을 받아서 선형화 계수 정보를 결정하여 그 계수값을 RF 신호 프로세서로 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 RF 신호 프로세서(RF Signal Processor)는 상기 정정 프로세서로부터 선형화 계수 정보의 계수값을 받아서 이에 대응하여 고주파 출력 신호(RF_OUT)를 보상하도록 신호 처리하고, 보상된 고주파 출력 신호(RF_OUT)를 상기 출력 커플러로 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 방법은 대역 분석기의 메인 콘트롤러가 선형화기로부터 입력되는 고주파 입력 신호(RF_IN)로부터 대역을 검출하고 상기 검출된 대역과 전력 증폭기의 온도 정보(TEMP)에 대응하여 서로 다른 고정된 계수값을 갖는 복수 개의 선형화 계수 정보들을 룩 업 테이블에 저장함으로써 상기 룩업 테이블을 초기화하여 메모리에 저장하는 단계와; 상기 메인 콘트롤러가 선형화기로부터 입력되는 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl) 및 고주파 피드백 신호(RF_FB)의 스펙트럼을 비교하여 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)와 고주파 피드백 신호(RF_FB)의 스펙트럼을 분석하는 단계와; 상기 고주파 입력 신호(RF_IN)의 주파수 및 대역폭을 감지하고, 상기 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)와 고주파 피드백 신호(RF_FB) 사이에 차이가 발생했는지를 판단하는 단계와; 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl) 와 고주파 피드백 신호(RF_FB) 사이에 차이가 발생시 알람을 발생시키는 단계와; 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl) 와 고주파 피드백 신호(RF_FB) 사이에 차이가 발생하지 않으면 상기 메인 콘트롤러가 상기 선형화기에서 입력되는 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)의 주파수 및 대역폭을 감지하고 실시간으로 전력 증폭기의 온도 센서로부터 온도 정보(TEMP)를 받아들이는 단계와; 상기 메인 콘트롤러가 고주파 입력 신호(RF_IN)의 주파수 대역과 감지온도 정보(TEMP)에 대응하는 선형화 계수 정보를 룩업 테이블로부터 추출하여 선형화기의 정정 프로세서로 출력하는 단계와; 상기 정정 프로세서는 추출된 선형화 계수 정보에 대응하여 고주파 입력 신호(RF_IN)를 보상하기 위한 계수값을 결정하고, 그 계수값을 RF 신호 프로세서로 제공하는 단계와; 상기 RF 신호 프로세서가 상기 추출된 선형화 계수 정보를 이용하여 고주파 입력 신호(RF_IN)를 보상하도록 고주파 출력 신호(RF_OUT)를 출력 커플러로 출력시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 룩업 테이블 초기화 단계는 선형화기의 마이크로프로세서가 입력 커플러와 피드백 커플러 각각으로부터 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)와 고주파 피드백 신호(RF_FB)가 입력받아 그 차이값(제 1 차이값)을 계산하는 단계와; 마이크로프로세서는 제 1 차이값과 선형화 계수 정보를 생성하기 위한 내부에 기저장된 값을 비교하여 제 2 차이값을 산출하고, 상기 산출된 제 2 차이값을 이용하여 선형화 계수를 결정하는 단계와; 마이크로프로세서는 상기 결정된 선형화 계수를 대역분석기의 메인 콘트롤러로 출력하는 단계와; 상기 메인 콘트롤러가 고주파 입력 신호(RF_IN)의 대역과 온도 센서로부터 측정된 전력 증폭기의 온도 정보(TEMP)에 대응하여 결정된 선형화 계수 정보를 룩업 테이블에 저장하는 단계와; 상기 마이크로프로세서가 상기 단계들을 순차로 반복 처리하도록 제어하여, 상기 대역분석기가 메모리의 룩업 테이블에 고주파 입력 신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기의 온도 정보(TEMP)에 대응하여 서로 다른 고정된 계수값을 갖는 복수 개의 선형화 계수 정보들을 산출하여 저장함으로써, 룩업 테이블을 초기화하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치 및 그 방법에 의하면, 본 발명의 이동 통신용 및 디지털 방송용 전력 증폭기 선형화 장치는 고주파 입력 신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기의 온도 변화에 따른 고정된 선형화 계수 정보를 생성, 저장하는 룩업 테이블을 이용함으로써, 급변하는 고주파 신호에 따른 선형화 계수 정보를 산출하는 소요 시간을 최소화하여 전력 증폭기의 비선형성을 신속하고 정확하게 보상할 수 있다.
또한, 고주파 입력 신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기의 온도 변화에 따른 룩업 테이블을 이용하여 선형화 계수 정보를 추출함으로써, 선형화 계수 정보를 결정하기 위한 실시간 신호 계산이 불필요하므로 신호 처리가 용이하다.
또한 본 발명의 전력 증폭기 선형화 장치는 전력 증폭기의 입출력 신호가 급변하는 경우에도 룩업 테이블을 이용하여 신속하고 정확하게 선형화를 처리함으로써, 통신 품질 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 전력 증폭기 선형화 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 2 는 본 발명에 따른 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치 의 구성을 나타내는 블록도,
도 3 는 본 발명에 따른 대역 분석기의 구성을 나타내는 블록도,
도 4 는 본 발명에 따른 선형화기의 구성을 나타내는 블록도,
도 5 는 본 발명에 의한 룩업 테이블의 일 실시예,
도 6 은 본 발명에 따른 전력 증폭기 선형화 장치의 선형화 수순을 도시한 흐름도,
도 7 은 도 6에 도시된 룩업 테이블을 초기화하는 수순을 도시한 흐름도이다.
이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치 및 그 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 2 에 본 발명에 따른 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치 의 구성을 나타내는 블록도가 도시되고, 도 3 에 본 발명에 따른 대역 분석기의 구성을 나타내는 블록도가 도시된다.
본 발명에 따른 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치(100)는, 전력 증폭기(110)를 사용하는 이동 통신 및 디지털 방송용으로 다양한 변조 방식을 지원하고, 고주파 입력 신호의 대역을 검출하여 상기 검출된 대역별로 전력 증폭기(110) 및 선형화기(120)의 온도, 고주파 입력 신호의 위상 및 크기, 전력 증폭기(110)의 출력 세기 등에 따라 적응적으로 신호 왜곡을 보상한다.
본 발명에 따른 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치(100)는 전력 증폭기(110)의 안정적인 선형화 특성을 제공하기 위하여, 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기(110)의 온도 변화에 따른 출력 신호를 보상하기 위한 다수의 룩업 테이블 저장하는 룩업 테이블(134)을 구비하는 대역 분석기(130)를 포함한다.
본 발명에 따른 전력 증폭기의 선형화 장치(100)의 대역 분석기(130)는 선형화기(120)에서 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 온도 변화에 따라 생성된 선형화 계수 정보를 입력받아 룩업 테이블(134)에 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 선형화기(120)의 온도 변화에 따른 선형화 계수 정보를 저장하는 메인 콘트롤러(132)를 포함하고, 상기 메인 콘트롤러(132)에 의해 다수의 룩업 테이블(134)을 저장하는 메모리(133)를 구비하고, 기준 고주파 입력신호(RF_IN_cpl)의 대역과 온도에 따라 메모리(133)에 저장된 다수의 룩업 테이블에서 해당 대역의 룩업 테이블(134)을 선택하여 선형화기(120)로 출력하여 고주파 출력 신호(RF_OUT)를 보상한다.
이러한 전력 증폭기 선형화 장치(100)는 적응형의 전력 증폭기 선형화 장치로서, 고주파 예를 들어, 수 GHz의 신호 처리를 적용하여 기존의 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor: DSP)를 이용할 때의 문제점인 병목 현상을 일으키는 D/A, A/D 컨버터가 불필요하고, 고주파수(RF)에서 중간 주파수(IF)로의 다운 컨버팅(down-converting) 및 중간 주파수(IF)에서 고주파수(RF)로의 업 컨버팅(up-converting) 과정도 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 전력 증폭기 선형화 장치(100)는 입력 커플러(102)와, 지연 선로(104)와, 출력 커플러(106)와, 전력 증폭기(110)와, 피드백 커플러(114), 선형화기(120) 및 대역 분석기(130) 그리고 온도센서(140)를 포함한다. 물론 전력 증폭기(110)는 전력 증폭기 선형화 장치(100)의 외부에 제공될 수도 있다.
입력 커플러(102)는 고주파 입력 신호(RF_IN)를 입력받아서 지연 선로(104)로 제공한다. 또 입력 커플러(102)는 고주파 입력 신호(RF_IN)로부터 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)를 분배하여 선형화기(120)로 제공한다. 지연 선로(104)로부터 출력되는 고주파 신호는 출력 커플러(106)로 제공된다.
출력 커플러(106)는 지연 선로(104)로부터 출력되는 고주파 신호와 선형화기(120)로부터 출력되는 고주파 출력 신호(RF_OUT)를 받아서 결합하여 전력 증폭기(110)로 출력함으로써 전력 증폭기(110)에서 증폭할 때 왜곡이 보상되게 한다.
피드백 커플러(114)는 전력 증폭기(110)에서 출력되는 고주파 증폭 신호(PA_OUT)를 출력하고, 또한 전력 증폭기(110)로부터 출력되는 고주파 증폭 신호(PA_OUT)로부터 고주파 피드백 신호(RF_FB)를 검출하여 선형화기(120)로 피드백한다.
선형화기(RF Power Amplifier Linearizer : RFPAL)(120)는 전력 증폭기(110)의 신호 왜곡 예를 들어, AM/AM 및 AM/PM 왜곡, 스펙트럼 재성장, 메모리 효과 및 기타 시스템 수준의 손상 등에 따른 비선형성을 보상하기 위하여, 사전 트레이닝 모드에서 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기(110)의 온도 변화에 따라 최적화된 선형화 계수정보를 생성하여 대역 분석기(130)로 출력하여 대역분석기(130)의 메모리(133)에 저장하도록 하고, 대역 분석기(130)로부터 선형화 정보를 입력받아 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기(110)의 온도 변화에 따라 최적화된 선형화 계수정보를 입력받아 고주파 증폭 신호(PA_OUT)를 선형화되도록 한다.
선형화기(120)는 입력 커플러(102)로부터 제공되는 기준 고주파 신호(RF_IN_cpl)와, 피드백 커플러(114)로부터 고주파 피드백 신호(RF_FB)를 받아서 비교하고, 비교 결과에 대응하여 대역 분석기(130)에서 입력되는 선형화 계수정보를 입력받아 전력 증폭기(110)의 고주파 증폭 신호(PA_OUT)가 선형화되도록 보상(예를 들면, 고조파 성분을 제거하는 신호를 추가)하는 고주파 출력 신호(RF_OUT)를 출력 커플러(106)로 출력한다.
이러한 선형화기(120)는 디지털 신호 처리 장치로서, 예컨대, 시스템 온 칩(System on-Chip : SoC) 타입의 단일 패키지 솔루션으로 구비된다.
도 3 을 참조하면, 대역분석기(130)는 메인 콘트롤러(132) 및 메모리(133) 그리고 상기 메모리(133)에 저장된 다수의 룩업 테이블(134)을 포함하여 구성된다.
대역분석기(130)는 선형화기(120)로부터 입력되는 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역을 검출하고, 온도센서(140)로부터 입력되는 온도와 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역에 대응하는 룩업 테이블(134)을 다수의 룩업 테이블(134)이 저장된 메모리(133)에서 선택한 후 그 선택된 룩업 테이블(134)에 저장된 복수 개의 선형화 계수 정보를 읽어들여 선형화기(120)로 출력한다.
여기서, 룩업 테이블(134)은 전력 증폭기 선형화 장치(100)의 설치시에 트레이닝 모드에서 대역별로 선형화기(120)로부터 온도와 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역에 대응하여 생성되는 계수정보를 입력받아 메모리(133)에 저장하여 생성된다.
메인 콘트롤러(132)는 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역에 대응함과 동시에 전력 증폭기(110)의 온도 변화에 따른 신호 왜곡을 보상하기 위하여 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역에 대응하여 전력 증폭기(110)의 온도 변화에 따른 신호 왜곡을 보상하기 위한 제어 프로그램(미도시됨)을 구비한다.
메인 콘트롤러(132)는 전력 증폭기(110)의 온도를 실시간으로 측정하는 온도센서(140)로부터 전력 증폭기(110)의 온도 정보(TEMP)를 입력받고, 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기(110)의 온도 정보(TEMP)에 대응하는 룩업 테이블(134)을 다수의 룩업 테이블(133)이 저장된 메모리(132)에서 선택하여 선형화기(120)로 출력한다.
선형화기(120)는 대역분석기(130)로부터 선택되어 입력되는 룩업 테이블(134)의 선형화 계수 정보를 입력받아 전력 증폭기(110)의 고주파 증폭 신호(PA_OUT)가 선형화되도록 보상(예를 들면, 고조파 성분을 제거하는 신호를 추가하거나 혼변조 신호 성분(IMD: Intermodulation Distortion)을 제거하는 신호를 추가)하고, 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기(110)의 온도 변화에 대응하는 룩업 테이블(134)을 생성하기 위하여, 입력 커플러(102)로부터 고주파 입력 신호(RF_IN)에서 분배된 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)를 입력받고, 피드백 커플러(114)로부터 피드백되는 고주파 피드백 신호(RF_FB)를 입력받아서 두 신호(RF_IN_cpl, RF_FB)를 비교하고, 그 차이값에 대응되는 에러 벡터 신호를 생성한다. 에러 벡터 생성기(124)는 생성된 에러 벡터 신호를 마이크로콘트롤러(122)로 출력한다.
마이크로콘트롤러(122)는 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역에 대응함과 동시에 전력 증폭기(110)의 온도 변화에 따른 신호 왜곡을 보상하기 위하여 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기(110)의 온도 변화에 따른 신호 왜곡을 보상하기 위한 제어 프로그램(미도시됨)을 구비한다.
이때 선형화 계수정보는 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 온도 변화에 대응하여 최적화된 계수이며, 트레이닝 모드에서 선형화기(120)에서 생성된 온도와 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역에 대응하여 생성되는 계수정보를 입력받아 대역 분석기(130)의 메모리(133)에 저장된 후, 오퍼레이팅 모드에서 대역 분석기(130)는 다수의 룩업 테이블(134)에서 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 온도에 해당하는 룩업 테이블(134)을 선택하여 선형화기(120)로 입력한다.
마이크로콘트롤러(122)는 대역 분석기(130)에서 입력되는 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 온도 변화에 대응하여 최적화된 선형화 계수 정보를 입력받아 전력 증폭기(110)의 온도 변화에 따른 신호 왜곡을 보상하기 위하여 고주파 출력신호(RF_OUT)를 출력 커플러(106)로 출력한다.
마이크로콘트롤러(Microcontroller)(122)는 전력 증폭기(110)의 온도 변화에 따른 신호 왜곡을 보상하기 위하여 선형화기(120)의 제반 동작을 제어한다. 이를 위해, 마이크로콘트롤러(122)는 내부에 대역 분석기(130)에서 입력되는 최적화된 선형화 계수 정보를 처리하여 전력 증폭기(110)의 온도 변화에 따른 신호 왜곡을 보상하기 위한 제어 프로그램(미도시됨)을 구비한다.
마이크로콘트롤러(122)는 신호 왜곡 보정을 위해 대역 분석기(130)에서 입력되는 최적화된 선형화 계수 정보를 입력받아 처리한다. 이때, 대역 분석기(130)에서 입력되는 선형화 계수 정보는 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 온도 변화에 대응하여 최적화된 고정된 계수값을 갖는다.
대역 분석기(130)의 메인 콘트롤러(132)는 전력 증폭기(110)의 온도를 실시간으로 측정하는 온도센서(140)로부터 전력 증폭기(110)의 온도 정보(TEMP)를 입력받고, 선형화기(120)로부터 고주파 입력신호(RF_IN)를 입력받아 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역을 검출한다. 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 온도 변화에 대응하여 선형화기(120)에서 생성되어 입력되는 최적화된 고정된 계수값을 저장함으로써 메인 콘트롤러(132)는 온도센서(140)로부터 입력되는 전력 증폭기(110)의 온도정보(TEMP)와 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역에 따라 최적화된 고정된 계수값을 입력받아서 룩업 테이블(134)에 저장하여 룩업 테이블(134)을 초기화한다. 룩업 테이블(134)의 초기화 과정에 대한 설명은 도 7에서 상세히 설명한다.
메인콘트롤러(132)는 사전 트레이닝 모드에서 선형화기(120) 내부의 온도 센서(140)로부터 온도정보(TEMP)를 받아서 룩업 테이블(134)을 초기화하고, 선형화기(120)로부터 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 온도 변화에 대응하여 최적화된 선형화 계수 정보를 입력받아 대역별로 다수의 룩업 테이블(134)에 저장하고 대역별로 룩업 테이블(134)을 초기화한다.
메인콘트롤러(132)는 오퍼레이팅 모드에서 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 온도 변화에 따라 다수의 룩업 테이블(134)에서 최적화된 룩업 테이블을 선택함으로서 선형화 계수 정보를 추출하고 그 선형화 계수정보를 선형화기(120)로 출력한다.
메인콘트롤러(132)는 사전 트레이닝 모드에서 룩업 테이블(134)의 초기화가 이루어지면, 기준 고주파 입력신호(RF_IN_cpl)의 주파수를 분석하여 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역을 추출하고 온도 센서(112)로부터 전력증폭기(110)의 온도 정보(TEMP)를 입력받아서 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 온도 변화에 대응하여 메모리(133)에 저장된 다수의 룩업 테이블(134)로부터 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역에 대응하는 룩업 테이블(134)을 선택하여 대역별 선형화 계수 정보를 추출한다.
메인 콘트롤러(132)는 오퍼레이팅 모드에서 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 온도 변화에 대응하여 추출된 선형화 계수 정보에 대한 데이터를 선형화기(120)로 제공한다. 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 온도 변화에 대응하여 추출된 선형화 계수 정보를 입력받은 선형화기(120)의 마이크로콘트롤러(122)는 고주파 입출력 신호(RF_IN_cpl, RF_OUT)의 전력 세기에 관계없이 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기(110)의 온도 정보(TEMP)에 대응하여 하나의 선형화 계수 정보를 결정함으로써, 선형화 계수 정보를 산출하기 위한 연산 처리가 불필요하며, 실시간으로 신호 보상이 가능하다.
대역 분석기(130)의 메모리(133)는 메인 콘트롤러(132)에 의해 기입 및 독출 가능한 메모리 장치로, 예를 들어, EEPROM으로 구비된다. 이 실시예에서 메모리(133)는 내부에 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역별로 룩업 테이블(134)을 구비한다. 룩업 테이블(134)은 메인 콘트롤러(132)의 내장 메모리(133)나, 별도의 외부 메모리(미도시됨)에 저장될 수 있다.
룩업 테이블(Look-Up Table : LUT)(134)은 메인 콘트롤러(132)에 의해 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기(110)의 온도 변화에 따라 선형화기(120)에서 생성된 선형화 계수 정보를 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역별로 저장한다.
예를 들면, 1.7GHz 대역의 선형화 계수정보는 룩업 테이블 LUT#1에 저장하고, 2.1GHz 대역의 선형화 계수정보는 룩업 테이블 LUT#2에 저장한다.
룩업 테이블(134)에 저장된 선형화 계수 정보는 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역별로 전력 증폭기(110)의 온도 정보(TEMP)에 대응하는 고정된 계수값을 갖는다.
또한 선형화기(120)는 선형화기(120)의 자체 온도를 감지하여 대역 분석기(130)의 메인 콘트롤러(132)에 입력함으로써 선형화기(120)의 자체 온도변화에 따라 선형화기(120)의 마이크로콘트롤러(122)에서 생성된 입력신호(RF_IN)의 대역별 선형화 계수 정보를 메인 콘트롤러(132)에 의해 룩업 테이블(134)에 저장될 수 있게 한다.
본 실시예에서 룩업 테이블(134)은 도 5에 도시된 바와 같이, 전력 증폭기(110)의 온도 변화(예를 들어, -30℃ ~ 80 ℃ 범위)(134a)와 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역에 따라 서로 다른 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역별 메모리 저장 영역(Bank#) 각각에 서로 다른 계수값을 갖는 선형화 계수 정보(134b)를 저장한다.
이때, 선형화 계수 정보(134b)는 전력 증폭기(110)의 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역별 각 온도 정보(TEMP)에 따른 최적 혼변조 신호 즉, 고주파 출력 신호(RF_OUT)에 대한 위상과 크기를 디지털 단위로 변환하여 저장된다.
본 발명에 따른 선형화기(120)의 정정 프로세서(Correction processor)(126)는 사전 트레이닝 모드에서 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기(110)의 온도 변화에 대응하는 룩업 테이블(134)을 초기화하기 위하여, 에러 벡터 생성기(124)로부터 제공되는 에러 벡터 신호(기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)와 고주파 피드백 신호(RF_FB)의 차이값)에 의해 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역별로 고주파 입력 신호(RF_IN)의 신호 보정을 위한 최적화된 선형화 계수 정보를 결정하여 그 계수값을 RF 신호 프로세서(128)로 출력한다. 이러한 선형화 계수 정보는 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기(110)의 온도 정보(TEMP)에 대응하여 결정되며, 사전 트레이닝 모드에서 대역 분석기(130)로 출력되어 룩업 테이블(134)에 저장된다.
룩업 테이블(134)의 초기화가 완료된 후, 오퍼레이팅 모드에서 정정 프로세서(126)는 선형화기(120)로 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)와 고주파 피드백 신호(RF_FB)가 입력되면, 에러 벡터 생성기(124)로부터 에러 벡터 신호를 받지 않고, 마이크로콘트롤러(122)로부터 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역별로 전력 증폭기(110)의 온도 정보(TEMP)에 대응하는 최적화된 선형화 계수 정보에 대한 데이터(대역 분석기(130)에서 제공)만을 받아서 선형화 계수 정보를 결정하여 그 계수값을 RF 신호 프로세서(128)로 제공한다.
RF 신호 프로세서(RF Signal Processor)(128)는 정정 프로세서(126)로부터 선형화 계수 정보의 계수값을 받아서 이에 대응하여 고주파 출력 신호(RF_OUT)를 보상하도록 신호 처리하고, 보상된 고주파 출력 신호(RF_OUT)를 출력 커플러(106)로 제공한다. 즉, RF 신호 프로세서(128)는 선형화 계수 정보의 계수값을 통해 전치 왜곡이 보상된 고주파 출력 신호(RF_OUT)를 형성한다.
본 발명의 전력 증폭기 선형화 장치(100)는 사전 트레이닝 모드에서 대역 분석기(130)에 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역별로 전력 증폭기(110)의 온도 변화에 따른 최적화된 선형화 계수 정보를 전력 증폭기(110)의 온도 변화와 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역에 따라 서로 다른 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역별 메모리 저장 영역(Bank#)에 저장하는 룩업 테이블(134)을 구비한다. 그 결과, 본 발명의 전력 증폭기 선형화 장치(100)는 오퍼레이팅 모드에서 고주파 입출력 신호(RF_IN, RF_OUT)에 관계없이 룩업 테이블(134)로부터 고정된 계수값을 갖는 하나의 선형화 계수 정보를 추출하여 신호 왜곡을 보상 처리함으로써, 신속하고 정확한 신호 보상이 가능하다.
도 6은 본 발명에 따른 전력 증폭기 선형화 장치의 선형화 수순을 도시한 흐름도이고, 도 7은 도 6에 도시된 룩업 테이블을 초기화하는 수순을 도시한 흐름도이다.
여기서 도 2 의 실시예를 이용하여 본 발명의 전력 증폭기 선형화 장치의 선형화 과정을 상세히 설명한다. 이 수순들은 대역 분석기(130)의 메인 콘트롤러(132)에 저장된 제어 프로그램으로서, 이 프로그램은 대역 분석기(130)에 의해 처리된다.
도 6 을 참조하면, 고주파 전력 증폭기 선형화 장치(100)의 대역분석기(130)는 단계 S100에서 메인 콘트롤러(132)의 프로그램을 구동하여 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기(110)의 온도 정보(TEMP)에 대응하여 결정되는 선형화 계수 정보를 선형화기(120)에서 입력받아 룩업 테이블(134)에 저장함으로써 룩업 테이블(134)을 초기화하여 대역 분석기(130)의 메모리(133)에 저장한다.
본 발명의 룩업 테이블(134)의 초기화 과정은 전력 증폭기(110)가 온도에 따라 비선형성이 변하기 때문에, 사전에(예를 들면, 오퍼레이팅 모드 전 트레이닝 모드에서) 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기(110)의 온도 변화에 따라 선형화기(120)에 의해 생성된 선형화 계수 정보를 입력받아 저장하여 실행한다. 이는 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기(110)의 온도 변화에 따라 전력 증폭기(110)가 최적화되는 선형화 계수 정보가 달라지기 때문이다.
그 결과, 대역이 다른 고주파 입력신호(RF_IN)를 대역별로 온도 변화에 따라전력 증폭기(110)의 고주파 입출력 신호의 변화에 따른 선형화 계수 정보를 대역분석기(130)로부터 실시간으로 입력받아 생성할 수 있기 때문에, 전력 증폭기(110)의 고주파 입출력 신호의 변화에 따른 선형화 계수 정보를 생성, 저장하는 것보다 신호 처리량을 줄일 수 있으며, 대역이 다른 고주파 입력신호(RF_IN)에 대해서도 선형화 계수 정보를 생성할 수 있다.
이로 인해 주파수 대역이 다른 신호가 입력되는 경우에도 사전 트레이닝 모드에서 해당 주파수 대역에 맞추어 룩업 테이블(134)을 생성·저장하고 상기 사전 트레이닝 모드에서 작성된 룩업 테이블(134)에서 읽어들여 계수정보를 선형화기(120)에 출력하여 최적화된 선형화 계수 정보에 의해 전력 증폭기(110)의 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 온도 변화에 따른 신호 왜곡을 보상하도록 함으로써 고주파 입출력 신호의 변화에 의한 선형화 계수 정보에 비해 신속하고, 보다 정확한 신호 보상이 가능하다.
본 실시예에서 룩업 테이블(134)은 고주파 입력신호(RF_IN)를 대역별로 전력 증폭기(110)의 특정 온도에서 최대 출력 또는 특정 출력에 대하여 생성되어 저장된다. 이는 고주파 입력신호(RF_IN)를 대역별로 전력 증폭기(110)의 최대 출력에서 선형화 계수 정보가 생성되면, 그 이하의 출력에 대한 선형화가 용이하기 때문이다. 즉, 낮은 출력에서 최적화된 선형화 계수 정보는 높은 출력에서의 혼변조 신호에 대한 선형화가 이루어지지 않는다.
따라서, 최대 출력에서 최적화된 선형화 계수 정보는 비록 낮은 출력에서는 최적화되지는 않지만, 출력이 낮기 때문에 최적화가 되지 않아도 전체 시스템 상에서는 그 영향이 미세하다.
여기서 특정 출력은 전력 증폭기의 최대 출력에서 룩업 테이블을 생성, 저장하지 않고, 입력 신호의 PAR(Peak to Average Power Ratio)에 따라 최적의 효율 특성을 가지도록 원하는 출력 전력의 백-오프 (Back-Off) 구간을 의미한다.
따라서 전력 증폭기(110)가 예를 들어, 40 dBm의 출력이 필요로 하는 경우, 선형화기(120)는 40 dBm 이상의 출력(41 dBm 또는 42 dBm)에서 선형화 계수 정보를 측정할 수도 있다.
룩업 테이블 초기화 단계(S100)는 도 7에 도시된 바와 같이, 단계 S101에서 입력 커플러(102)와 피드백 커플러(114) 각각으로부터 선형화기(120)로 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)와 고주파 피드백 신호(RF_FB)가 입력되면, 단계 S102에서 두 신호를 비교하고, 단계 S103에서 그 차이값(제 1 차이값)을 계산하여 마이크로프로세서(122)로 출력한다.
단계 S104에서 마이크로프로세서(122)는 제 1 차이값과 선형화 계수 정보를 생성하기 위한 내부에 기저장된 값을 비교하여 제 2 차이값(즉, 데이터)를 산출하고, 단계 S105에서 마이크로프로세서(122)는 상기 산출된 제 2 차이값을 이용하여 선형화 계수를 결정한다.
단계 S106에서 상기 결정된 선형화 계수 정보는 고주파 입력 신호(RF_IN)와 전력 증폭기(110)의 특정 온도 정보에 대응되는 고정된 계수값을 갖는다. 마이크로프로세서(122)는 상기 결정된 선형화 계수를 대역분석기(130)의 메인 콘트롤러(132)로 출력하고, 상기 메인 콘트롤러(132)는 고주파 입력 신호(RF_IN)의 대역과 온도 센서(140)로부터 측정된 전력 증폭기(110)의 온도 정보(TEMP)에 대응하여 결정된 선형화 계수 정보를 룩업 테이블(134)에 저장한다.
마이크로프로세서(122)는 상기 단계(S101 ~ S2106)들을 반복 처리하도록 제어하고, 상기 고주파 입력 신호(RF_IN)의 대역과 온도 센서(140)로부터 측정된 전력 증폭기(110)의 온도 정보(TEMP)에 대응하여 결정된 선형화 계수 정보를 대역분석기(130)로 출력하여, 대역분석기(130)가 메모리(133)의 룩업 테이블(134)에 고주파 입력 신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기(110)의 온도 정보(TEMP)에 대응하여 서로 다른 고정된 계수값을 갖는 복수 개의 선형화 계수 정보들을 저장함으로써, 룩업 테이블(134)을 초기화한다.
도 6 을 참조하면, 사전 트레이닝 모드에서 룩업 테이블(134)의 초기화가 완료되면(단계 S100), 이 후 단계 S110에서 선형화기(120)로 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)와 고주파 피드백 신호(RF_FB)가 입력된다. 본 발명에서는 이러한 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)와 고주파 피드백 신호(RF_FB)가 선형화기(120)로 입력되어도 룩업 테이블(134)이 초기화 즉, 생성 완료된 이후에는 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)만 메인 콘트롤러(132)로 제공되어 대역을 검출하는데 사용된다. 따라서, 메인 콘트롤러(132)에서 선형화 계수 정보를 결정하기 위한 신호 연산이 불필요하고, 메인 콘트롤러(132)는 트레이닝 모드에서 생성된 룩업 테이블(134)에서 고주파 입력 신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기(110)의 온도 정보(TEMP)에 대응하여 선형화 계수 정보들을 읽어들여 성형화기로 출력하게 된다.
단계 S120에서 메인 콘트롤러(132)는 선형화기(120)에서 입력되는 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl) 및 고주파 피드백 신호(RF_FB)의 스펙트럼을 비교하고, 단계 S130에서 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)와 고주파 피드백 신호(RF_FB)의 스펙트럼을 분석하고, 단계 S140에서 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)와 고주파 피드백 신호(RF_FB) 사이에 차이가 발생했는지를 판단한다.
기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl) 와 고주파 피드백 신호(RF_FB) 사이에 차이가 발생시 단계 S150에서 알람을 발생시켜 엔지니어들에 의해 이상 발생원인을 수리하도록 한다.
기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl) 와 고주파 피드백 신호(RF_FB) 사이에 차이가 발생하지 않으면 단계 S160에서 메인 콘트롤러(132)는 선형화기(120)에서 입력되는 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)의 주파수 및 대역폭을 감지한다.
단계 S170에서 메인 콘트롤러(132)는 실시간으로 전력 증폭기(110)의 온도 센서(140)로부터 온도 정보(TEMP)를 받아들인다.
단계 S180에서 메인 콘트롤러(132)는 고주파 입력 신호(RF_IN)의 주파수 대역과 감지온도 정보(TEMP)에 대응하는 선형화 계수 정보를 룩업 테이블(134)로부터 추출하여 선형화기(120)의 정정 프로세서(126)로 제공한다. 이에 정정 프로세서(126)는 추출된 선형화 계수 정보에 대응하여 고주파 입력 신호(RF_IN)를 보상하기 위한 계수값을 결정하고, 그 계수값을 RF 신호 프로세서(128)로 제공한다.
이어서 단계 S190에서 RF 신호 프로세서(128)는 추출된 선형화 계수 정보를 이용하여 고주파 입력 신호(RF_IN)를 보상하도록 고주파 출력 신호(RF_OUT)를 출력 커플러(106)로 제공한다.
그 결과, 본 발명의 전력 증폭기 선형화 장치(100)는 고주파 입력 신호(RF_IN)의 주파수 대역과 전력 증폭기(110)의 온도 변화에 따른 룩업 테이블(132)의 선형화 계수 정보를 이용하여 선형화가 이루어지도록 전력 증폭기(110)의 신호 왜곡을 보정한다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 실시예는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다.
102: 입력 커플러 104: 지연선로
106: 출력 커플러 110: 전력 증폭기
114: 피드백 커플러 120: 선형화기
130: 대역 분석기 140: 온도 센서
100: 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치

Claims (13)

  1. 룩업테이블을 이용한 전력증폭기의 선형화장치에 있어서,
    고주파 입력 신호(RF_IN)를 입력받아서 고주파 입력신호(RF_IN)신호와 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)로 구성되는 두 개의 신호로 분배하는 입력 커플러와;
    상기 입력 커플러로부터 입력된 고주파 입력 신호(RF_IN)를 지연하는 지연 선로와;
    상기 전력증폭기에서 증폭된 신호의 왜곡을 보상하는 고주파 출력신호(RF_OUT)를 출력하는 선형화기와;
    상기 지연 선로에서 지연된 고주파 입력신호(RF_IN)와 상기 선형화기로부터 출력되는 고주파 출력 신호(RF_OUT)를 결합하여 상기 전력 증폭기로 출력하는 출력커플러와;
    상기 전력증폭기에서 증폭된 신호를 고주파 증폭신호(PA_OUT)와 상기 선형화기로 피드백되는 고주파 피드백신호(RF_FB)로 구성되는 두 개의 신호로 분배하는 피드백 커플러와;
    상기 선형화기로부터 입력되는 기준 고주파 신호(RF_IN_cpl)로부터 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역을 검출하고, 상기 고주파 입력 신호(RF_IN)의 대역과 상기 전력증폭기의 온도 변화에 따른 선형화 계수를 저장하고 있는 복수의 룩업테이블을 구비하는 대역분석기; 및
    상기 전력증폭기의 온도를 감지하여 상기 대역분석기로 출력하는 온도센서를 포함하고,
    상기 선형화기는,
    오퍼레이팅 모드 전에 미리 수행되는 사전 트레이닝 모드에서 상기 기준 고주파 입력신호(RF_IN_cpl)와 고주파 피드백 신호(RF_FB)를 비교하여 제1차이값을 계산하고 상기 제1차이값과 기저장된 값을 비교하여 제2차이값을 산출하고 상기 제2차이값을 이용하여 결정된 선형화 계수 정보를 상기 대역분석기로 전송하고, 오퍼레이팅 모드에서 상기 고주파 입력신호(RF_IN) 및 고주파 피드백신호(RF_FB)의 스펙트럼 파형을 분석하고, 상기 대역분석기로부터 수신한 선형화 계수 정보를 이용하여 혼변조성분(Inter-Modulation Distortion : IMD) 제거를 포함하는 상기 전력증폭기의 출력 신호 왜곡을 보상하는 신호를 생성하여 출력하고,
    상기 대역분석기는,
    상기 고주파 입력신호(RF_IN) 및 고주파 피드백신호(RF_FB)의 전력스펙트럼 밀도를 분석하여 고주파 입력신호(RF_IN)의 주파수 대역을 검출하고, 상기 고주파 입력신호(RF_IN) 및 고주파 피드백신호(RF_FB)의 전력스펙트럼 파형을 비교하여 차이가 나면 선형화기의 이상을 알리는 신호를 발생하고,
    상기 사전 트레이닝 모드에서 상기 선형화기로부터 선형화 계수 정보를 수신하여 서로 다른 주파수 대역의 상기 고주파 입력신호(RF_IN)에 대해 대역 별로 상기 전력증폭기의 온도 변화에 따른 최적화된 선형화 계수 정보를 상기 복수의 룩업테이블에 저장하고, 오프레이팅 모드에서는 상기 선형화기로부터 기준 고주파 입력신호(RF_IN_cpl)를 수신하여 대역을 검출하고 상기 대역과 상기 온도센서에서 감지된 온도에 해당하는 선형화 계수정보를 상기 룩업테이블로부터 추출하여 상기 선형화기로 출력하는 것을 특징으로 하는 룩업 테이블을 이용한 전력증폭기의 선형화 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 대역분석기는,
    상기 선형화기로부터 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)와 고주파 피드백 신호(RF_FB)를 입력받아서 두 신호(RF_IN_cpl, RF_FB)를 비교하고, 상기 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역에 대응하여 상기 전력 증폭기의 온도 변화에 따른 신호 왜곡을 보상하기 위한 제어 프로그램을 구비하는 메인 콘트롤러; 및
    고주파 입력신호(RF_IN)의 대역과 전력 증폭기의 온도 변화에 따른 선형화 계수를 저장하는 복수의 룩업 테이블을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 룩업 테이블은,
    상기 전력 증폭기의 최대 출력 또는 특정 출력에 대하여 상기 선형화 계수 정보들을 생성, 저장하는 것을 특징으로 하는 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 룩업 테이블은
    상기 전력 증폭기의 온도 변화에 따라 서로 다른 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역별 메모리 저장 영역(Bank#) 각각에 서로 다른 계수값을 갖는 선형화 계수 정보를 저장하고, 상기 선형화 계수 정보는 전력 증폭기의 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역별 각 온도 정보(TEMP)에 따른 고주파 출력 신호(RF_OUT)에 대한 위상과 크기를 디지털 단위로 변환하여 저장되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 대역 분석기가 오퍼레이팅 모드 전에 미리 수행되는 사전 트레이닝 모드에서 선형화기로부터 고주파 입력 신호(RF_IN)와 선형화 계수 정보를 수신하고, 상기 수신한 고주파 입력신호(RF_IN)의 대역을 검출하고, 상기 검출된 대역과 전력 증폭기의 온도 정보(TEMP)에 대응하는 선형화 계수 정보를 룩업테이블에 저장함으로써 상기 룩업테이블을 초기화하는 단계와;
    상기 대역분석기가 오퍼레이팅 모드에서 상기 선형화기로부터 입력되는 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl) 및 고주파 피드백 신호(RF_FB)의 전력스펙트럼을 비교 및 분석하여 상기 고주파 입력 신호(RF_IN)의 주파수 및 대역폭을 검출하는 단계와;
    상기 대역분석기가 상기 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)와 고주파 피드백 신호(RF_FB)의 전력스펙트럼 파형을 분석하여 차이가 발생했는지를 판단하는 단계와;
    상기 대역분석기가 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl) 와 고주파 피드백 신호(RF_FB) 사이에 차이가 발생시 전력증폭기에 이상이 있음을 알리는 알람을 발생시키는 단계와;
    기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl) 와 고주파 피드백 신호(RF_FB) 사이에 차이가 발생하지 않으면 상기 대역분석기가 상기 선형화기에서 입력되는 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)의 주파수 및 대역폭을 감지하고 실시간으로 전력 증폭기의 온도 센서로부터 온도 정보(TEMP)를 받아들이는 단계와;
    상기 대역분석기가 고주파 입력 신호(RF_IN)의 주파수 대역과 감지온도 정보(TEMP)에 대응하는 선형화 계수 정보를 룩업 테이블로부터 추출하여 선형화기로 출력하는 단계와;
    상기 선형화기는 상기 대역분석기로부터 수신한 선형화 계수 정보에 대응하여 고주파 입력 신호(RF_IN)의 혼변조성분(Inter-Modulation Distortion : IMD) 제거를 포함하는 상기 전력증폭기의 비선형성을 보상하는 고주파 출력 신호(RF_OUT)를 생성하여 출력커플러로 출력하는 것을 특징으로 하는 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 룩업테이블을 초기화하는 단계는,
    선형화기가 입력커플러와 피드백 커플러 각각으로부터 입력된 기준 고주파 입력 신호(RF_IN_cpl)와 고주파 피드백 신호(RF_FB)의 차이값(제 1 차이값)을 계산하는 단계와;
    상기 선형화기는 상기 제 1 차이값과 선형화 계수 정보를 생성하기 위한 내부에 기저장된 값을 비교하여 제 2 차이값을 산출하고, 상기 산출된 제 2 차이값을 이용하여 선형화 계수를 결정하는 단계와;
    상기 선형화기는 상기 결정된 선형화 계수를 대역분석기로 출력하는 단계와;
    상기 대역분석기가 고주파 입력 신호(RF_IN)의 대역별로 온도 센서로부터 측정된 전력 증폭기의 온도 정보(TEMP)에 대응하여 결정된 선형화 계수 정보를 복수의 룩업테이블에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 룩업 테이블을 이용한 전력 증폭기의 선형화 방법.
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