KR101931150B1 - Ics_apd 비선형성 특성이 개선된 전력증폭기의 선형화 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Ics_apd 비선형성 특성이 개선된 전력증폭기의 선형화 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력증폭기의 선형화 기술 중의 하나인 APD(Adaptive Pre-Distortion) 선형화기기를 ICS 중계기 시스템에 적용할 때 주로 사용되는 룩업테이블 방식의 ICS_APD 선형화 기술의 비선형성 특성을 개선하기 위한 선형화 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 룩업테이블 간의 편차에 따른 비선형 왜곡 특성을 이득 및 위상 보상회로를 포함하는 보상장치를 통해 룩업테이블 방식의 ICS_APD 선형화기기의 비선형성 특성을 개선하기 위한 것이다.

Description

ICS_APD 비선형성 특성이 개선된 전력증폭기의 선형화 장치 및 그 제어 방법{ICS_APD Linearization apparatus of power amplifier with improved non-linearity characteristics and control method therefor}
본 발명은 ICS_APD 비선형성 특성이 개선된 전력증폭기의 선형화 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력증폭기의 선형화 기술 중의 하나인 APD(Adaptive Pre-Distortion) 선형화기기를 ICS 중계기 시스템에 적용할 때 주로 사용되는 룩업테이블 방식의 ICS_APD 선형화 기술의 비선형성 특성을 개선하기 위한 것이다.
이동통신시스템에서 입력된 RF 신호를 증폭하기 위해서 사용되는 전력증폭기는 이동통신의 품질 향상을 위해 높은 선형성이 요구된다.
이를 구현하기 위해 DPD(Digital Pre_Distortion), APD(Adaptive Pre-Distortion), Feed-Forward 등 여러 가지 선형화 기술이 적용되고 있으며, 그 중에서 APD의 경우 일반적인 전력증폭기 선형화 기술 중 상대적으로 저렴한 개발 비용과 선형화 구현의 편리성 및 선형화기기의 독립적인 동작으로 별도의 소프트웨어 개발이 필요 없는 등의 여러 가지 장점으로 인해 전력증폭기 장치에 많이 적용되고 있는 선형화 기술 중에 하나이다.
APD는 아날로그 전치 왜곡 방식의 선형화 기술을 통해 전력증폭기의 선형성을 구현하며, 그 일반적인 구성은 도 1과 같다.
이는 아날로그 전치 왜곡 기술 구현을 위해 전력증폭기(10)의 입력 신호(도 1의 ①번 신호)와 전력증폭기(10)의 주증폭부(12) 출력의 피드백 신호(도 1의 ②번 신호)를 APD 선형화기기(13)에서 입력받아 내부 디지털 분석으로 전치 왜곡 신호 출력을 위한 선형화 계수값을 산출하여, 그 산출된 선형화 계수값을 기준으로 전치 왜곡 신호(도 1의 ③번 신호)를 출력한다.
그리고 전력증폭기(10)는 입력 신호와 전치 왜곡 신호를 더하여(도 1의 ④번 신호) 증폭하면 선형화된 증폭 신호(도 1의 ⑤번 신호)를 출력하게 된다.
이와 같이 전력증폭기(10)의 입력 신호와 전력증폭기(10)의 주증폭부(12) 출력의 피드백 신호에 대해 끊임없이 자동으로 내부 디지털 분석에 의한 선형화 계수값을 산출하고 전치 왜곡 신호를 계속 변형하여 출력하는 모드를 일명 APD_AUTO 모드라고 한다.
그러나 APD 선형화기기(13)를 전력증폭기(10)에 적용함에 있어서 일반적으로 사용되는 APD_AUTO 모드(APD칩 자체에서 실시간으로 선형화 계수를 계산, 전치 왜곡된 선형화 신호를 출력하는 모드)로 전력증폭기(10)에 적용할 경우, ICS 중계기 시스템과 같이 실시간(real-time)으로 변하는 페이딩(fading: 두 신호 간 상호 간섭으로 진폭 및 위상이 불규칙하게 변하는 현상) 입력 신호에 대해서는 APD의 처리 속도 문제로 전력증폭기(10)의 입력 신호와 전력증폭기(10) 출력의 피드백 신호에 대해 내부 디지털 분석에 의한 선형화 계수값을 실시간으로 산출하지 못해 선형성을 안정적으로 유지하지 못하는 단점이 있다.
그래서 ICS 중계기 시스템에 적용되는 APD 선형화기기(13)의 경우, 사전에 정상적인 입력 신호를 기준으로 출력되는 전치 왜곡 신호의 APD 선형화 계수값을 APD 통신 제어를 통해 추출하여 룩업테이블로 메모리에 저장한 뒤, APD칩 자체에서 실시간으로 선형화 계수를 계산, 전치 왜곡된 선형화 신호를 자동으로 출력하는 APD_AUTO 모드가 아닌 APD가 정지된 상태에서 외부 APD 통신 제어를 통해 사전 추출된 선형화 계수값을 제어, 전치 왜곡된 선형화 신호를 출력하는 APD 프로즌모드(APD_Frozen Mode)를 사용하여 선형화하는 방법을 주로 사용해 왔다.
그러나 수많은 선형화 계수값을 여러 조건에 따라 각각 추출 및 저장하고, 저장된 룩업테이블을 그때마다 적용해야 하는 방법이 필요하며, 룩업테이블의 선형화 계수값 사이의 기울기 계산식에 의한 중간값 적용이 어려운 구조로 인해 룩업테이블 사이의 중간 구간에는 실제 증폭기가 원하는 선형화 계수값이 적용되지 못해 비선형성 특성을 가지게 된다.
또한, 테이블 간의 보상값 차이를 줄이기 위해 많은 룩업테이블을 추출할 경우에는 추출 작업 횟수 증가에 따른 개발 시간의 증가, 메모리 용량 증가, CPU(제어장치)의 제어 처리 부담 등 개발 효율성이 저하된다.
그러므로 룩업테이블 방식이 ICS_APD 적용 시 발생하는 비선형 특성 개선 및 룩업테이블 추출 작업 최소화에 따른 작업 효율성 증대, 개발 시간 단축을 위한 방법이 요구되고 있다.
ICS_APD를 선형화와 관련하여 대한민국 등록특허공보 제10-1768905호에 룩업테이블을 이용한 전력증폭기의 선형화 장치 및 그 방법이 개시되어 있으나, 이는 사전에 ICS_APD로부터 선형화 계수를 포함하는 다수의 룩업테이블을 추출하여 저장하고 있어야 하며, 온도, 주파수 조건에 따라 그에 맞는 룩업테이블 선형화 계수값을 선택, ICS_APD 제어를 통해 전치 왜곡 신호를 출력해야 하는 번거로움이 있다.
아울러 ICS_APD 선형화 계수 값의 경우 테이블 하나당 약 90개의 데이터가 필요하여 룩업테이블 구성에 많은 양의 메모리 저장이 필요하며, 해당 조건에 맞는 테이블을 출력하기 위해 CPU(제어장치)에서는 테이블 선택 및 제어를 위해 많은 제어 알고리즘을 사용하게 된다.
또한, 선형화 계수값 테이블 데이터의 경우 많은 양의 데이터를 한 번에 전송하여 ICS_APD에 적용하는 방식으로 인해 룩업테이블 선형화 계수값 사이의 기울기 계산식을 통한 중간값 적용이 어렵기 때문에 룩업테이블 추출 구간이 클수록 중간 구간에 비선형 오차가 많이 발생한다.
그뿐만 아니라 전력증폭기 내부 RF 소자의 경우 온도 에이징(Aging)이나 시험 조건에 따라 RF 소자특성이 변화하기도 하는데 이는 전력증폭기의 선형성에 영향을 준다.
이처럼 추출 이후 변형된 RF 특성에 대해 해당 룩업테이블을 재추출해서 변형된 전력증폭기의 RF 특성을 개선해야 하는 어려움이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1768905호
본 발명은 ICS 중계기 시스템용 전력증폭기에 APD 선형화기기를 적용할 때 발생하는 종래 문제점들을 별도의 보상장치를 통해 실시간으로 변하는 입력 신호와 온도에 따른 전력증폭기의 비선형성을 개선하려는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다수의 룩업테이블을 저장하여 APD 선형화 제어를 통해 최적화하는 방법 대신, 상온(40℃ 기준)에서 추출한 하나의 선형화 계수값을 기준으로 실시간으로 변하는 입력 신호나 온도에 대해 보상장치를 통해 간소화된 방법으로 전력증폭기의 비선형특성을 개선하는 데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 전력증폭기의 출력에서 커플링된 신호와 전력증폭기의 입력에서 커플링된 신호를 입력받아서 상기 두 신호의 에러 오차를 디지털 계산 처리하여 전치 왜곡된 선형화 신호를 출력하는 APD 선형화기기와, 상기 선형화기기에서 출력된 전치 왜곡 선형화 신호를 이득과 위상 보상 제어를 통해 실시간으로 변하는 입력과 온도에서의 전력증폭기 비선형적 특성을 보상하여 개선하는 보상장치, 상기 보상장치에서 이득과 위상이 보상되어 출력된 전치 왜곡된 신호와 전력증폭기의 입력신호를 합성하여(더하여) 신호를 증폭하는 주증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭기 선형화 장치를 제시한다.
또한, 본 발명의 전력증폭기 선형화 장치를 구성하는 상기 보상장치는, APD 선형화기기로부터 전치 왜곡된 신호를 입력받아 비선형성을 개선하는 이득 및 위상 보상회로와, APD 선형화기기의 내부 디지털 처리되는 상태를 APD 통신을 통해 감시하고, 상기 APD 선형화기기를 통해 상온에서 선형화 계수값을 추출, 저장한 뒤 전치 왜곡된 APD 선형화 신호가 출력되게 하고, APD 선형화기기에서 출력되는 전치 왜곡 신호를 상기 이득 및 위상 보상회로의 보상을 통해 실시간으로 변하는 입력과 온도에서의 전력증폭기 비선형적 특성을 개선하기 위해 디지털 아날로그 변환기를 통해 전압 제어하는 제어부(CPU)와, 상온 선형화 계수값과 이득 및 위상 보상회로에서 갱신된 보상값을 저장하는 메모리와, 전력증폭기의 온도를 검출하는 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 ICS_APD 비선형성 특성이 개선된 전력증폭기의 선형화 장치 제어방법은 다음의 단계로 이루어진다.
APD 상태 및 정보확인으로 시작된다. 제어부(CPU)에서 SPI 방식의 APD 통신을 통해 현재 APD 선형화기기에 입력되는 전력증폭기의 입력 신호와 주증폭부의 피드백(Feedback) 신호의 크기, 주파수, 대역폭에 대한 RF 관련 정보와 함께 현재 APD 선형화기기의 설정 및 제어 상태 정보를 수신받는 정보 수신단계,
APD 선형화 계수값이 메모리에 저장되어 있는지 확인한 후 저장되어 있지 않으면 상온(40℃)에서 정격 APD 선형화 계수값을 추출하여 메모리에 저장하는 상온(40℃) APD 계수값 추출 및 저장단계,
저장된 APD 선형화 계수값이 메모리에 저장되어 있으면 자동으로 선형화 계수값을 업데이트하는 APD_AUTO 모드가 아닌 외부 제어부(CPU)에서 선형화 계수값을 제어하는 APD 프로즌(Frozen) 모드로 변환하여 APD 선형화 시 자체에서 APD 선형화기기로 입력되는 RF 입력신호와 피드백 신호를 분석하여 실시간으로 선형화 제어 동작을 정지시키는 APD 프로즌 모드 전환단계,
저장된 선형화 계수값을 APD 통신을 통해 제어하여 전치 왜곡된 선형화 신호가 APD 선형화기기를 통해 출력되도록 하는 초기 전치 왜곡 신호 출력단계,
보상장치 초기화 작업을 통해 메모리에 이득 및 위상 보상 값이 저장되어 있는지 확인한 후 보상값이 없을 경우 보상장치 제어를 통해 저온과 고온 온도(예: -30℃, 80℃)에서의 이득과 위상을 보상한 보상 값을 메모리에 저장하는 저온과 고온 온도 보상값 저장단계,
이득 및 위상 보상값이 저장되어 있는 경우 온도센서를 통하여 현재 온도를 확인하는 현재 온도 확인단계,
검출된 현재 온도가 상온(40℃: 실제 40±5℃)이면 APD 선형화기기에서 출력된 초기 전치 왜곡된 신호에 대하여 온도 보상을 하지 않고 디폴트(Default) 보상 값(예: 2.5V)으로 처리하는 디폴트 보상 단계,
검출된 현재 온도가 상온(40℃)보다 작으면 상온과 저온(-30℃)의 기울기 계산을 통한 현재 온도에 대응하는 이득과 위상 보상값을 산출하는 상온 미만에서의 현재 온도 보상값 산출단계,
검출된 현재 온도가 상온(40℃)보다 크면 상온과 고온(80℃)의 기울기 계산을 통한 현재 온도에 대응하는 이득과 위상 보상값을 산출하는 상온 초과에서의 현재 온도 보상값 산출단계,
기울기 수식에 의해 계산된 이득과 위상 보상값은 온도에서 실시간으로 제어부(CPU)의 변환기(DAC) 제어를 통해 이득과 위상을 조절하는 이득과 위상 제어단계,
제어부(CPU)에서 온도센서를 통해 검출한 현재 온도를 기준으로 기울기 계산식으로 실시간 보상장치의 이득 및 위상 제어를 실시하고, APD 선형화기기에서 출력된 상온 전치 왜곡 신호를 보상장치의 이득과 위상 제어를 통해 개선된 전치 왜곡 신호로 보상 출력하는 개선된 전치 왜곡 신호 출력단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따르면 룩업테이블 방식의 ICS_APD 선형화기기 적용 시 발생하는 비선형 특성을 보상장치를 통해 보상함으로써 룩업테이블 방식의 룩업테이블 보상값 사이의 비선형적인 특성을 개선할 수 있으며, 전력증폭기 선형화 특성을 안정적으로 유지하게 해준다.
또한, 계수값을 추출한 이후에 별도의 추가 계수값 추출 없이 선형화기기의 특성 개선이 가능하여 전력증폭기 특성 변화에 따른 보상 대처가 용이하다.
또한, 조건에 따라 많은 양의 선형화 계수값 추출, 룩업테이블에 저장하여 보상하는 작업을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 이득과 위상을 제어하는 보상 방법을 통해 보상의 간소화는 물론 개발 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 일반적인 APD 선형화기기를 포함한 전력증폭기의 신호처리를 위한 구성도이다.
도 2는 룩업테이블 보상방식 그래프에 대한 실제 전력증폭기 특성 차이를 비교한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 APD 선형화기기와 보상장치 및 주증폭부가 포함된 전력증폭기 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명을 구성하는 보상장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명을 구성하는 보상장치의 제어 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 APD 선형화기기와 보상장치를 이용하여 -30℃에서 이득 보상값(ATT_C)과 위상 보상값(Phase_C)을 각각 0.9V와 0.4V를 보상한 경우의 실제 적용 그래프이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 이해를 돕기 위해 구체적인 설명이 도면을 통해 제공될 수 있으나, 구성 기능에 대한 설명이 본 발명의 내용에 불필요한 경우는 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 ICS 중계기 시스템에서 RF 신호를 입력받아 APD 선형화기기와 보상장치를 통해 신호를 증폭하는 전력증폭기 장치의 구성을 예시한 것으로, 본 발명을 구성하는 전력증폭기(100)는, RF 입력 신호의 동작 시간을 지연시키는 지연회로(101)와, 신호를 증폭하는 주증폭부(102)와, RF 입력 신호와 주증폭기(102) 출력에서 커플링된 피드백 신호를 비교·계산하여 전치 왜곡된 선형화 신호를 출력하는 APD 선형화기기(103) 및 상기 APD 선형화기기(103)에서 출력된 전치 왜곡 선형화 신호를 이득과 위상 제어를 통해 추가 개선하는 보상장치(110)를 포함한다.
상기 지연회로(101)는 전력증폭기(100)에 입력된 RF 입력 신호의 흐름을 APD 선형화기기(103)의 전치 왜곡된 선형화 신호가 출력되기 전까지 걸리는 시간 동안 지연시킨다.
상기 주증폭부(102)는 지연회로(101)를 통과한 RF 입력 신호와 보상장치(110)에서 추가 보상이 이루어진 전치 왜곡된 선형화 신호가 합성된 신호를 증폭 출력한다.
상기 APD 선형화기기(103)는 전력증폭기(100)로 들어오는 RF 입력 신호와 주증폭기(102)의 출력에서 커플링된 피드백 신호를 비교·계산하여 전치 왜곡된 선형화 신호를 보상장치(110)로 출력한다.
상기 보상장치(110)는 도 4에 도시된 바와 같이 감쇠기(ATT)와 위상변조기(Phase)가 결합된 구성을 갖는 이득 및 위상 보상회로(111)를 포함하며, 송수신이 동시 가능한 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신을 통해 APD 선형화기기(103)의 현재 상태 정보를 확인하고, APD 선형화기기(103)에서 출력된 전치 왜곡 신호에 대하여 보상회로(111)의 이득과 위상을 제어 조절하여 보상회로(111)로부터 개선된 전치 왜곡 선형화 신호를 출력하도록 하는 제어부(112: CPU)를 포함한다.
그리고 상기 제어부(112)와 연결되어 전압 제어를 통해 보상회로(111)의 이득과 위상 제어 조절하는 디지털 아날로그 변환기(113) 및 메모리(114)와 온도센서(115)를 포함한다.
이하, 본 발명에 의한 전력증폭기의 선형화 장치에 대한 동작 설명 및 그 제어방법을 설명한다.
도 2는 종래 룩업테이블 방식을 통해 보상된 선형화 특성이 온도에서 룩업테이블 적용 구간에 따른 비선형 특성을 나타내는 특성 오차 그래프를 나타낸 것이다.
예를 들면, 온도 -30℃―80℃ 구간에 10℃ 단위로 추출된 룩업테이블의 경우 추출된 온도(예: 10℃, 20℃)에서의 전력증폭기의 선형성은 최적화되었지만 추출된 온도 사이의 온도(예: 15℃)에서는 룩업테이블 값은 기울기 값으로 계산된 값이 적용되지 않아 실제 전력증폭기가 원하는 보상 특성에 대해 오차가 발생하고 비선형성 특성을 나타내게 된다.
추출 온도 단위를 최소화해서 많은 양의 룩업테이블을 추출하여 제어할 경우 비선형성 특성을 최소화할 수 있으나 많은 양의 룩업테이블 추출작업 및 그에 따른 메모리 증가, 그리고 CPU(제어장치) 제어 부담이 발생한다.
따라서 본 발명은 룩업테이블 적용 구간 사이의 비선형 오차를 다음과 같은 방법으로 선형화 개선한다.
도 3에서 보이는 바와 같이, 전력증폭기(100)에 입력된 RF 신호는 두 경로로 분기되는 데, 한 경로는 RF 입력 신호가 APD 선형화기기(103)의 전치 왜곡된 선형화 신호가 출력되기 전까지 걸리는 시간만큼 지연시키는 지연회로(101: Delay) 경로로 흐르게 되며, 이와 동시에 다른 한 경로는 RF 입력 신호가 APD 선형화기기(103)로 커플링 입력되어 주증폭부(102)의 출력에서 커플링된 피드백 신호와 비교된다.
이 두 신호는 디지털 선형화 수식 계산을 통해 전치 왜곡된 신호로 변환되어 보상장치(110)로 출력된다.
APD 선형화기기(103)에서 출력된 전치 왜곡된 신호는 이득과 위상을 제어 조절하는 보상장치(110)를 통해 온도 변화에 따른 이득과 위상이 실시간으로 조절됨으로써 추가 보상 개선이 이루어져 보다 개선된 전치 왜곡된 선형화 신호가 출력된다. 이렇게 개선 보상된 전치 왜곡 신호는 지연회로(101)를 통과한 입력신호와 합성되어(더해져) 함께 주증폭부(102)로 입력되어 선형화된 신호로 증폭 출력된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 보상장치(110)는 이득과 위상 제어가 가능한 보상회로(111)와 제어부((112) 등을 포함한다.
상기 제어부(112: CPU)에서는 SPI 방식이 APD 통신을 통해 APD 입력 신호의 크기, 주파수, 대역폭, APD 피드백 신호의 크기와 같은 RF 입력 신호 정보와 함께 APD 선형화기기 제어 상태 정보를 확인한다.
그리고 APD 선형화 동작 관련 온/오프, 선형화 계수값 추출, 선형화 계수값 적용 등 제어 기능을 수행한다.
또한, 제어부(112: CPU)에서는 디지털 아날로그 변환기(113: DAC)를 통한 전압 제어를 통해 APD 선형화기기(110)에서 출력된 왜곡 신호에 대해 보상회로(111)를 제어함으로써 이득과 위상 조절을 통해서 보다 개선된 전치 왜곡된 선형화 신호를 출력하게 한다.
또한, 메모리(114)는 APD 통신을 통해 사전 추출된 왜곡 신호의 선형화 계수값과 이득 및 위상 보상회로(111)의 보상값을 저장한다.
그리고 제어부(112)에서는 온도센서(115)를 통해 현재 온도를 모니터링하여 온도 변화에 따른 전력증폭기 특성 변화에 대해 이득과 위상 제어 보상값을 기울기 수식을 통해 선형화 개선이 가능하도록 한다.
도 5는 APD 선형화기기(103)와 보상장치(110)가 선형화 작업을 위해 동작하는 순서도를 나타낸다.
먼저, 정보 수신단계에서는,
APD 상태 및 정보확인으로 시작된다. 제어부(112: CPU)에서 SPI 방식의 APD 통신을 통해 현재 APD 선형화기기(102)에 입력되는 전력증폭기(100)의 입력신호와 주증폭부(102)의 피드백(Feedback) 신호의 크기, 주파수, 대역폭에 대한 RF 관련 정보와 함께 현재 APD 선형화기기(103)의 설정 및 제어상태 정보를 수신 받는다.
상온(40℃) APD 계수값 추출 및 저장단계에서는,
APD 선형화 계수값이 메모리(114)에 저장되어 있는지 확인한 후 저장되어 있지 않으면 상온(40℃)에서 정격 APD 선형화 계수값을 추출하여 메모리(114)에 저장한다.
APD 프로즌 모드 전환단계에서는,
저장된 APD 선형화 계수값이 메모리(114)에 저장되어 있으면 자동으로 선형화 계수값을 업데이트하는 APD_AUTO 모드가 아닌 외부 제어부(112: CPU)에서 선형화 계수값을 제어하는 APD 프로즌(Frozen) 모드로 변환하여 APD 선형화기기(103)로 입력되는 RF 입력 신호와 피드백 신호를 분석하여 실시간으로 선형화 제어 동작을 하는 것을 정지한다.
초기 전치 왜곡 신호 출력단계에서는,
저장된 선형화 계수값을 APD 통신을 통해 제어하여 전치 왜곡된 선형화 신호가 APD 선형화기기(103)에서 출력되게 한다.
저온과 고온 온도 보상값 저장단계에서는,
보상장치(110) 초기화 작업을 통해 메모리(114)에 이득 및 위상 보상값이 저장되어 있는지 확인한 후 보상값이 없을 경우 보상장치(110) 제어를 통해 저온과 고온 온도(예: -30℃, 80℃)에서의 이득과 위상을 보상한 보상값을 메모리(114)에 저장한다.
현재 온도 확인단계에서는,
이득 및 위상 보상값이 저장되어 있는 경우 온도센서(115)를 통하여 현재 온도를 확인한다.
디폴트 보상 단계에서는,
검출된 현재 온도가 상온(40℃: 실제 40±5℃)이면 APD 선형화기기(103)에서 출력된 초기 전치 왜곡된 신호에 대하여 온도 보상을 하지 않고 디폴트(Default) 보상값(예: 2.5V)으로 처리한다.
상온 미만에서의 현재 온도 보상값 산출단계에서는,
검출된 현재 온도가 상온(40℃)보다 작으면 상온과 저온(-30℃)의 기울기 계산을 통한 현재 온도에 대응하는 이득과 위상 보상값을 산출한다.
상온 초과에서의 현재 온도 보상값 산출단계에서는,
검출된 현재 온도가 상온(40℃)보다 크면 상온과 고온(80)의 기울기 수식에 대입을 통한 현재 온도에 대응하는 이득과 위상 보상값을 산출한다.
이득과 위상 제어 조절단계에서는
기울기 수식에 의해 계산된 이득과 위상 보상값은 실시간으로 제어부(112: CPU)의 전압 제어를 통해 이득과 위상이 조절 개선된다.
개선된 전치 왜곡 신호 출력단계에서는,
제어부(112: CPU)에서는 온도센서(115)를 통해 검출한 현재 온도를 기준으로 기울기 수식으로 실시간으로 보상장치(110)의 이득 및 위상 제어를 실시한다. APD 선형화기기(103)에서 출력된 상온 전치 왜곡 신호는 보상장치(110)의 이득과 위상 제어를 통해 개선된 전치 왜곡 선형화 신호를 출력한다.
상온(40℃)에서 APD 선형화기기(103)를 통해 상온 선형화 계수값을 추출, 메모리(114)에 저장한 뒤, APD 초기화 시에 추출된 선형화 계수 값을 제어하여 APD 선형화기기(103)에서 초기 전치 왜곡된 신호가 출력될 수 있게 한다.
그리고 온도에서 변화하는 전력증폭기(100)의 특성은 이득과 위상 보상회로(111)를 포함하는 보상장치(110)를 통해 제어부(112: CPU)의 디지털 아날로그 변환기(113: DAC) 전압 제어를 통해 보상 개선을 하게 되는데, 저온과 고온에서의 보상된 온도(예: -30℃, 80℃)와 상온 선형화 계수값으로 추출된 온도(40℃)의 보상값을 하기의 기울기 수학식 1에 대입해서 현재 온도에서 실시간으로 이득 보상값(ATT_C)과 위상 보상값(Phase_C)을 계산하여 변환기(113: DAC)를 통해 전압 제어한다.
Figure 112018074336927-pat00001
여기서, CCtrl은 수식으로 계산된 현재 온도의 실시간 변환기(113: DAC) 제어값을 나타내며, TCurrent은 현재 온도값, TRef은 상온 선형화 계수값 추출 온도, CComp은 보상을 실시한 온도의 보상값, CRef은 상온 선형화 계수값 추출 온도의 기준값, TComp은 보상을 실시한 온도를 나타낸다.
한편, 사전에 40℃에서 상온 선형화 계수값 추출 및 저장한 다음, APD 선형화기기(103)를 통해 저장된 선형화 계수값이 적용된 전치 왜곡된 신호가 출력될 수 있게 제어하고, 그 다음 고온(80℃)에서 이득 보상값(ATT_C)과 위상 보상값(Phase_C)을 각각 3.1V와 3.7V를 보상한 경우에, 하기의 수학식 2와 같이 실제 온도 60℃에서는 이득 보상값(ATT_C)과 위상 보상값(Phase_C)은 2.8V와 3.1V가 기울기 계산되어 변환기(113: DAC)를 통해 이득과 위상을 제어하게 된다.
Figure 112018074336927-pat00002
상기 과정을 이용하여 저온 -30℃에서 이득 보상값(ATT_C)과 위상 보상값(Phase_C)을 각각 0.9V와 0.4V를 보상한 경우, 하기의 수학식 3과 같이 실제 온도 0℃에서는 이득 보상값(ATT_C)과 위상 보상값(Phase_C)은 1.6V와 1.3V가 기울기 계산되어 변환기(113: DAC)를 통해 이득과 위상을 제어하게 된다.
Figure 112018074336927-pat00003
상기 과정과 같이 저온과 고온의 보상값을 적용한 실제 그래프는 도 6과 같이 표현된다. 상온 선형화 계수값 추출 온도(상온: 40℃)에서의 이득 보상값(ATT_C)과 위상 보상값(Phase_C)은 둘 다 2.5V 기준이며, 이는 온도에서 보상값 제어가 +, -값이 모두 가능하게 하기 위함이다.
위와 같은 방법을 통해 온도 구간에서의 전력증폭기 비선형적인 특성을 기울기 보상하여 보상구간 사이의 특성 오차 없이 선형성을 유지할 수 있으며, 아울러 룩업테이블 추출 작업을 최소화하여 보상작업을 간소화할 수 있다.
100 : 전력증폭기 101 : 지연회로(Delay)
102 : 주증폭부 103 : APD 선형화기기
110 : 보상장치 111 : 이득 및 위상 보상회로
ATT : 감쇠기 Phase : 위상변조기
112 : 제어부 113 : 변환기
114 : 메모리 115 : 온도센서

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 전력증폭기(100)의 출력에서 커플링된 신호와 전력증폭기(100)의 입력에서 커플링된 신호를 입력받아서 내부적으로 상기 두 신호의 에러 오차를 디지털 계산 처리하여 전치 왜곡으로 전력증폭기(100)의 선형성을 보상하기 위해 만들어진 선형화 신호를 출력하는 APD 선형화기기(103);
    상기 APD 선형화기기(103)에서 출력되는 선형화 신호에 대해 온도 변화에 따른 이득과 위상 보상 제어를 통해 이득 및 위상을 개선하는 보상장치(110); 및
    상기 보상장치(110)에서 보상 개선되어 출력된 신호와 전력증폭기(100)의 입력신호를 합성한 신호를 증폭하여 출력하는 주증폭부(102);
    를 포함하고,
    상기 보상장치(110)는, 감쇠기(ATT)와 위상변조기(Phase)가 결합된 구성의 이득 및 위상 보상회로(111)를 포함하며,
    상기 APD 선형화기기(103)에서 출력된 전치 왜곡된 신호를 입력받아 제어부(112)의 실시간 온도 제어를 통해 상온(40℃)에서 저온(-30℃) 사이의 기울기 값 또는 상온(40℃)에서 고온(80℃) 사이의 기울기 값을 가지는 이득과 위상이 보상 개선된 전치 왜곡된 선형화 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 ICS_APD 비선형성 특성이 개선된 전력증폭기의 선형화 장치.
  4. 전력증폭기(100)의 출력에서 커플링된 신호와 전력증폭기(100)의 입력에서 커플링된 신호를 입력받아서 내부적으로 상기 두 신호의 에러 오차를 디지털 계산 처리하여 전치 왜곡으로 전력증폭기(100)의 선형성을 보상하기 위해 만들어진 선형화 신호를 출력하는 APD 선형화기기(103);
    상기 APD 선형화기기(103)에서 출력되는 선형화 신호에 대해 온도 변화에 따른 이득과 위상 보상 제어를 통해 이득 및 위상을 개선하는 보상장치(110); 및
    상기 보상장치(110)에서 보상 개선되어 출력된 신호와 전력증폭기(100)의 입력신호를 합성한 신호를 증폭하여 출력하는 주증폭부(102);
    를 포함하고,
    상기 보상장치(110)는,
    이득 및 위상 보상회로(111)와;
    송수신이 동시 가능한 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신을 통해 APD 선형화기기(103)의 현재 상태 정보를 확인하고, 실시간으로 검출된 전력증폭기(100)의 온도값을 보상한 디지털 선형화 계수값을 메모리(123)에 저장하며, 입력 신호와 피드백 신호를 비교하고 하기의 수학식 1에 대입해 이득과 위상 보상값 및 기울기 값을 계산하여 저장하고, 디지털 아날로그 변환기(113: DAC)를 통해 이와 연결된 이득 및 위상 보상회로(111)의 동작을 제어하는 제어부(112: CPU)와;
    상기 제어부(112: CPU)와 연결되어 전압 제어를 통해 이득 및 위상 보상회로(111)의 이득과 위상의 보상 제어를 실행하는 디지털 아날로그 변환기(113); 및
    상기 제어부(112)에 연결된 메모리(114)와 온도센서(115);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 ICS_APD 비선형성 특성이 개선된 전력증폭기의 선형화 장치.
    <수학식 1>
    Figure 112018122241016-pat00004

    여기서, CCtrl은 수식으로 계산된 현재 온도의 실시간 변환기(113: DAC) 제어값을 나타내며, TCurrent은 현재 온도값, TRef은 상온 선형화 계수값 추출 온도, CComp은 보상을 실시한 온도의 보상값, CRef은 상온 선형화 계수값 추출 온도의 기준값, TComp은 보상을 실시한 온도를 나타낸다.
  5. 제어부(112: CPU)에서 SPI 방식의 APD 통신을 통해 현재 APD 선형화기기(102)에 입력되는 전력증폭기(100)의 입력 신호와 주증폭부(102)의 피드백(Feedback) 신호의 크기, 주파수, 대역폭에 대한 RF 관련 정보와 함께 현재 APD 선형화기기(103)의 설정 및 제어 상태 정보를 수신받는 정보 수신단계;
    APD 선형화 계수값이 메모리(114)에 저장되어 있는지 확인한 후 저장되어 있지 않으면 상온(40℃)에서 정격 APD 선형화 계수값을 추출하여 메모리(114)에 저장하는 상온(40℃) APD 계수값 추출 및 저장단계;
    저장된 APD 선형화 계수값이 메모리(114)에 저장되어 있으면 자동으로 선형화 계수값을 업데이트하는 APD_AUTO 모드가 아닌 외부 제어부(112: CPU)에서 선형화 계수값을 제어하는 APD 프로즌(Frozen) 모드로 변환하여 APD 선형화 시 자체에서 APD 선형화기기(103)로 입력되는 RF 입력 신호와 피드백 신호를 분석하여 실시간으로 선형화 제어 동작을 하는 것을 정지시키는 APD 프로즌 모드 전환단계;
    저장된 선형화 계수값을 APD 통신을 통해 제어하여 전치 왜곡된 선형화 신호가 APD 선형화기기(103)를 통해 출력되도록 하는 초기 전치 왜곡 신호 출력단계;
    보상장치(110) 초기화 작업을 통해 메모리(114)에 이득 및 위상 보상값이 저장되어 있는지 확인한 후 보상값이 없을 경우 보상장치(110) 제어를 통해 저온과 고온 온도(예: -30℃, 80℃)에서의 이득과 위상을 보상한 보상값을 메모리(114)에 저장하는 저온과 고온 온도 보상값 저장단계;
    이득 및 위상 보상값이 저장되어 있는 경우 온도센서(115)를 통하여 현재 온도를 확인하는 현재 온도 확인단계;
    검출된 현재 온도가 상온(40℃: 실제 40±5℃)이면 APD 선형화기기(103)에서 출력된 초기 전치 왜곡된 신호에 대하여 온도 보상을 하지 않고 디폴트(Default) 보상값(예: 2.5V)으로 처리하는 디폴트 보상 단계;
    검출된 현재 온도가 상온(40℃)보다 작으면, 하기의 수학식 1에 대입하여 상온과 저온(-30)의 기울기 계산을 통한 현재 온도에 대응하는 이득과 위상 보상값을 산출하는 상온 미만에서의 현재 온도 보상값 산출단계;
    검출된 현재 온도가 상온(40℃)보다 크면, 하기의 수학식 1에 대입하여 상온과 고온(80)의 기울기 계산을 통한 현재 온도에 대응하는 이득과 위상 보상값을 산출하는 상온 초과에서의 현재 온도 보상값 산출단계;
    하기의 수학식 1에 의해 계산된 이득과 위상 보상값 온도에서 실시간으로 제어부(112: CPU)의 변환기(113: DAC) 제어를 통해 이득과 위상을 조절하는 이득과 위상 제어단계;
    제어부(112: CPU)에서 온도센서(115)를 통해 검출한 현재 온도를 기준으로 실시간 보상장치(110)의 이득 및 위상 제어를 실시하고, APD 선형화기기(103)에서 출력된 상온 전치 왜곡 신호를 보상장치(110)의 이득과 위상 제어를 통해 개선된 전치 왜곡 신호로 보상 출력하는 개선된 전치 왜곡 신호 출력단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 ICS_APD 비선형성 특성이 개선된 전력증폭기의 선형화 제어 방법.
    <수학식 1>
    Figure 112018074336927-pat00005

    여기서, CCtrl은 수식으로 계산된 현재 온도의 실시간 변환기(113: DAC) 제어값을 나타내며, TCurrent은 현재 온도값, TRef은 상온 선형화 계수값 추출 온도, CComp은 보상을 실시한 온도의 보상값, CRef은 상온 선형화 계수값 추출 온도의 기준값, TComp은 보상을 실시한 온도를 나타낸다.
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