KR101967370B1 - 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이 왜곡 보상 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 송신기 어레이 왜곡 보상 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이 왜곡 보상 장치의 제어 방법에 있어서, DPD가 수신 I 신호와, 수신 Q 신호와, 피드백된 I 신호 및 피드백된 Q 신호에 대해 digital pre-distortion 동작을 수행하는 과정과, 믹서가 상기 DPD에서 출력한 신호와 발진기에서 출력한 주파수 신호를 믹싱하는 과정과, n개의 위상 쉬프터들 각각이 상기 믹서에서 출력한 신호를 미리 설정되어 있는 빔포밍 패턴에 상응하게 위상 쉬프팅시키는 과정과, n개의 전력 증폭기들 각각이 해당 위상 쉬프터에 1:1로 연결되어 이득에 상응하게 해당 위상 쉬프터에서 출력한 신호를 증폭하는 과정과, n개의 포락선 검출기들 각각이 해당 전력 증폭기에 1:1로 연결되어 해당 전력 증폭기에서 출력한 신호에서 포락선 신호를 검출하는 과정과, 제어 유닛이 상기 n개의 포락선 검출기들에서 출력한 포락선 신호들을 사용하여 상기 n개의 전력 증폭기들의 정상 동작 여부를 판단하는 과정을 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서 송신기 어레이 왜곡 보상 장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR COMPENSATING DISTORTION OF A TRANSMITTER ARRAY IN A RADIO COMMUNICATION SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이(array) 왜곡(distortion) 보상 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근 저탄소 발생 및 친환경 기지국(BS: Base Station)에 대한 요구가 증가하고 있으며, 따라서 이에 부응하기 위해 기지국은 안테나(antenna)와 무선 주파수(RF: Radio Frequency, 이하 ‘RF’라 칭하기로 한다) 유닛(unit) 등을 통합한 형태로 구현되고 있다.
또한, 기지국은 고속 데이터 전송을 효율적으로 구현하기 위해 빔포밍(beamforming) 방식과, 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output, 이하 ‘MIMO’라 칭하기로 한다) 방식을 사용하기 위해 송신기 어레이 방식을 사용하고 있다. 여기서, 상기 송신기 어레이 방식을 사용할 경우 다수의 모듈(module)들이 모두 기존에 구현되어 있는 안테나 박스에 포함되어야 하기 때문에 송신기 어레이를 소형 저전력 RF 장치로 구현하는 것이 새로운 기술적 과제로 이슈화되고 있다.
상기 송신기 어레이는 선-왜곡(pre-distortion, 이하 ‘pre-distortion’라 칭하기로 한다) 동작을 수행하는 구조로 구현되며, 따라서 상기 pre-distortion 동작 수행을 위해 상기 송신기 어레이가 포함하는 전력 증폭기(PA: Power Amplifier)들 각각에 디지털 선-왜곡기(DPD: Digital Pre-Distorter, 이하 ‘DPD’라 칭하기로 한다)를 연결하는 구조로 구현된다.
하지만, 이렇게 송신기 어레이가 포함하는 전력 증폭기들 각각에 DPD가 연결되어 pre-distortion 동작을 수행하는 구조를 가질 경우, 1개의 전력 증폭기마다 1개의 DPD가 사용되어야만 하기 때문에 상기 송신기 어레이의 외형적인 크기가 커지게 될 뿐만 아니라, 그 하드웨어(hardware) 복잡도가 증가하고, 소요 비용 및 소요 전력 역시 증가된다.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이 왜곡 보상 장치 및 그 제어 방법을 제안한다.
또한, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 최소의 DPD를 사용하여 송신기 어레이의 왜곡을 보상하는 장치 및 그 제어 방법을 제안한다.
또한, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이의 외형적 크기를 최소화시키도록 송신기 어레이 왜곡을 보상하는 장치 및 그 제어 방법을 제안한다.
또한, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이의 하드웨어 복잡도를 최소화시키도록 송신기 어레이 왜곡을 보상하는 장치 및 그 제어 방법을 제안한다.
또한, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이의 전력 소모를 최소화시키도록 송신기 어레이 왜곡을 보상하는 장치 및 그 제어 방법을 제안한다.
또한, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이의 소요 비용을 최소화시키도록 송신기 어레이 왜곡을 보상하는 장치 및 그 제어 방법을 제안한다.
본 발명에서 제안하는 장치는; 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이 왜곡 보상 장치에 있어서, 수신 I(In-phase) 신호와, 수신 Q(Quadrature-phase) 신호와, 피드백(feedback)된 I 신호 및 피드백된 Q 신호에 대해 디지털 선-왜곡(digital pre-distortion) 동작을 수행하는 디지털 선-왜곡기(DPD: Digital Pre-Distorter)와, 미리 설정되어 있는 주파수 신호를 발진하는 발진기와, 상기 DPD에서 출력한 신호와 상기 발진기에서 출력한 신호를 믹싱하는 믹서(mixer)와, 각각이 상기 믹서에서 출력한 신호를 미리 설정되어 있는 빔포밍 패턴(beamforming pattern)에 상응하게 위상 쉬프팅(phase shifting)시키는 n개의 위상 쉬프터(phase shifter)들과, 각각이 해당 위상 쉬프터에 1:1로 연결되어 이득에 상응하게 해당 위상 쉬프터에서 출력한 신호를 증폭하는 n개의 전력 증폭기들과, 각각이 해당 전력 증폭기에 1:1로 연결되어 해당 전력 증폭기에서 출력한 신호에서 포락선(envelope) 신호를 검출하는 n개의 포락선 검출기들과, 상기 n개의 포락선 검출기들에서 출력한 포락선 신호들을 사용하여 상기 n개의 전력 증폭기들의 정상 동작 여부를 판단하는 제어 유닛과, 상기 n개의 전력 증폭기들 중 특정 전력 증폭기에서 출력한 신호를 아날로그/디지털 변환하여 상기 피드백된 I 신호 및 피드백된 Q 신호로 생성하는 아날로그/ 디지털 변환기(ADC: Analog to Digital Converter)를 포함한다.
본 발명에서 제안하는 방법은; 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이 왜곡 보상 장치의 제어 방법에 있어서, 디지털 선-왜곡기(DPD: Digital Pre-Distorter)가 수신 I(In-phase) 신호와, 수신 Q(Quadrature-phase) 신호와, 피드백(feedback)된 I 신호 및 피드백된 Q 신호에 대해 디지털 선-왜곡(digital pre-distortion) 동작을 수행하는 과정과, 믹서가 상기 DPD에서 출력한 신호와 발진기에서 출력한 주파수 신호를 믹싱하는 과정과, n개의 위상 쉬프터(phase shifter)들 각각이 상기 믹서에서 출력한 신호를 미리 설정되어 있는 빔포밍 패턴(beamforming pattern)에 상응하게 위상 쉬프팅(phase shifting)시키는 과정과, n개의 전력 증폭기들 각각이 해당 위상 쉬프터에 1:1로 연결되어 이득에 상응하게 해당 위상 쉬프터에서 출력한 신호를 증폭하는 과정과, n개의 포락선 검출기들 각각이 해당 전력 증폭기에 1:1로 연결되어 해당 전력 증폭기에서 출력한 신호에서 포락선(envelope) 신호를 검출하는 과정과, 제어 유닛이 상기 n개의 포락선 검출기들에서 출력한 포락선 신호들을 사용하여 상기 n개의 전력 증폭기들의 정상 동작 여부를 판단하는 과정을 포함하며, 상기 피드백된 I 신호 및 피드백된 Q 신호는 아날로그/ 디지털 변환기(ADC: Analog to Digital Converter)가 상기 n개의 전력 증폭기들 중 특정 전력 증폭기에서 출력한 신호를 아날로그/디지털 변환하여 생성된 신호임을 특징으로 한다.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 1개의 DPD만을 사용하여 송신기 어레이의 왜곡을 보상하는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 이렇게 1개의 DPD만을 사용하여 송신기 어레이의 왜곡을 보상하는 것이 가능하기 때문에 상기 송신기 어레이의 하드웨어 복잡도가 감소할 뿐만 아니라 그 외형적인 크기가 작아진다는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 이렇게 1개의 DPD만을 사용하여 송신기 어레이의 왜곡을 보상하는 것이 가능하기 때문에 상기 송신기 어레이를 구현하기 위한 가격을 최소화시킬 수 있다는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 이렇게 1개의 DPD만을 사용하여 송신기 어레이의 왜곡을 보상하는 것이 가능하기 때문에 송신기 어레이에서 소요되는 전력 소모를 최소화시킬 수 있다는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 이렇게 1개의 DPD만을 사용하여 송신기 어레이의 왜곡을 보상하는 것이 가능하기 때문에 DPD의 동작 측면에서도 그 사용이 용이하다는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이 왜곡 보상 장치의 내부 구조를 도시한 도면
도 2는 도 1의 포락선 신호 피드백 구조를 대체할 수 있는 포락선 신호 피드백 구조를 도시한 도면
도 3은 도 1의 송신기 어레이 왜곡 보상 장치의 동작 과정을 도시한 순서도
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 그리고 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이(array) 왜곡(distortion) 보상 장치 및 그 제어 방법을 제안한다.
또한, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 최소의 디지털 선-왜곡기(DPD: Digital Pre-Distorter, 이하 ‘DPD’라 칭하기로 한다)를 사용하여 송신기 어레이의 왜곡을 보상하는 장치 및 그 제어 방법을 제안한다.
또한, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이의 외형적 크기를 최소화시키도록 송신기 어레이 왜곡을 보상하는 장치 및 그 제어 방법을 제안한다.
또한, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이의 하드웨어(hardware) 복잡도를 최소화시키도록 송신기 어레이 왜곡을 보상하는 장치 및 그 제어 방법을 제안한다.
또한, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이의 전력 소모를 최소화시키도록 송신기 어레이 왜곡을 보상하는 장치 및 그 제어 방법을 제안한다.
또한, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이의 소요 비용을 최소화시키도록 송신기 어레이 왜곡을 보상하는 장치 및 그 제어 방법을 제안한다.
특히, 본 발명에서 제안하는 송신기 어레이 왜곡 보상 장치는 송신기 어레이가 포함하는, 다수의 전력 증폭기(PA: Power Amplifier)들 중 1개의 전력 증폭기에 대해서만 포락선 피드백(envelope feedback, 이하 ‘envelope feedback’라 칭하기로 한다) 동작이 수행되도록 구현된다. 이렇게, 송신기 어레이가 포함하는, 다수의 전력 증폭기들 중 1개의 전력 증폭기에 대해서만 envelope feedback 동작이 수행되도록 송신기 어레이가 구현되는 이유는 상기 다수의 전력 증폭기들이 모두 동일하기 때문이며, 따라서 상기 다수의 전력 증폭기들간의 포락선 차이(envelope difference, 이하 ‘envelope difference’라 칭하기로 한다)가 작다. 이렇게, 다수의 전력 증폭기들간의 envelope difference가 작기 때문에 1개의 전력 증폭기에 대해서만 envelope feedback 동작을 수행한 결과를 전체 전력 증폭기들에 대한 envelope feedback 동작 수행 결과로 간주할 수 있다.
또한, envelope feedback 동작이 수행되는 전력 증폭기는 상기 다수의 전력 증폭기들 중 중앙에 위치한 전력 증폭기이며, 이렇게 중앙에 위치한 전력 증폭기가 envelope feedback 동작이 수행되는 전력 증폭기로 선택되는 이유는 상기 송신기 어레이가 빔포밍(beamforming) 방식을 사용할 경우 위상 쉬프팅(phase shifting, 이하 ‘phase shifting’이라 칭하기로 한다) 동작 수행시 발생되는 위상 차이(phase difference, 이하 ‘phase difference’라 칭하기로 한다)를 최소화시키기 위해서이다. 상기 빔포밍 동작을 수행하기 위해서는 그 위치상 첫 번째 전력 증폭기에서부터 점진적으로 그 정도를 늘려가면서 phase shifting 동작을 수행해야 하는데, phase difference가 첫 번째 전력 증폭기와 마지막 전력 증폭기의 평균값을 가지는, 중앙에 위치한 전력 증폭기에 대해서 envelope feedback 동작이 수행되면 다른 전력 증폭기들과의 envelope difference를 최소화시킬 수 있다.
그러면, 여기서 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이 왜곡 보상 장치에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이 왜곡 보상 장치의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 송신기 어레이 왜곡 보상 장치는 DPD(111)와, 아날로그/디지털 변환기(ADC: Analog to Digital Converter, 이하 ‘ADC’라 칭하기로 한다)(113)와, 믹서(mixer)(115)와, 발진기(oscillator)(117)와, n개, 일 예로 8개의 위상 쉬프터(phase shifter)들, 즉 제1 위상 쉬프터(119-1) 내지 제8위상 쉬프터(119-8)와, 상기 제1 위상 쉬프터(119-1) 내지 제8위상 쉬프터(119-8) 각각에 연결되는 8개의 전력 증폭기들, 즉 제1전력 증폭기(121-1) 내지 제8전력 증폭기(121-8)와, 상기 제1전력 증폭기(121-1) 내지 제8전력 증폭기(121-8) 각각에 연결되는 8개의 포락선 검출기(envelope detector)들, 즉 제1포락선 검출기(125-1) 내지 제8 포락선 검출기(125-8)와, 상기 제1포락선 검출기(125-1) 내지 제8 포락선 검출기(125-8) 각각에 연결되는 8개의 스위치(switch)들, 즉 제1스위치(127-1) 내지 제8스위치(127-8)와, 제어 유닛(unit)을 포함한다. 또한, 상기 송신기 어레이는 상기 제4포락선 검출기(125-4)에 연결되는 제9스위치(123-1)와 상기 제5포락선 검출기(125-5)에 연결되는 제10스위치(123-2)를 포함한다.
먼저, 수신 신호가 포함하는 수신 I(In-phase) 신호와 수신 Q(Quadrature-phase) 신호 및 상기 ADC(113)에서 출력하는 I 신호 및 Q 신호는 상기 DPD(111)로 입력되고, 상기 DPD(111)는 상기 수신 I 신호 및 수신 Q 신호에 대해 디지털 선-왜곡(digital pre-distortion, 이하 ‘digital pre-distortion’라 칭하기로 한다) 동작을 수행한 후 상기 믹서(115)로 출력한다. 여기서, 상기 ADC(113)에서 출력하는 I 신호 및 Q 신호는 상기 제5포락선 검출기(125-5)에서 출력한 포락선 신호를 디지털 변환하여 생성된 신호이다. 또한, 상기 DPD(111)는 상기 ADC(113)에서 출력하는 I 신호 및 Q 신호, 즉 피드백(feedback)된 포락선 신호의 포락선 정보를 사용하여 상기 수신 I 신호 및 수신 Q 신호에 대해 digital pre-distortion 동작을 수행한다.
상기 믹서(115)는 상기 DPD(111)에서 출력한 신호와 상기 발진기(117)에서 출력한 발진 주파수 신호와 믹싱한 후 상기 제5위상 쉬프터(119-5)로 출력한다. 상기 제5위상 쉬프터(119-5)는 상기 믹서(115)에서 출력한 신호에 대해 미리 설정되어 있는 빔포밍 패턴(pattern)에 상응하게 phase shifting 동작을 수행한 후 상기 제5전력 증폭기(121-5)로 출력한다. 여기서, 상기 빔포밍 패턴은 상기 제어 유닛(129)의 제어에 따라 생성되며, 상기 빔포밍 패턴 자체에 대해서는 그 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
상기 제5전력 증폭기(121-5)는 상기 제5위상 쉬프터(119-5)에서 출력한 신호를 미리 설정되어 있는 이득(gain)에 상응하게 전력 증폭한 후 상기 제5포락선 검출기(125-5)로 출력한다. 상기 제5포락선 검출기(125-5)는 상기 제5전력 증폭기(121-5)에서 출력한 신호에서 포락선 신호를 검출한 후 상기 제10스위치(123-2)를 통해 상기 ADC(113)로 출력하고, 상기 제5스위치(127-5)를 통해 상기 제어 유닛(129)으로 출력한다.
한편, 상기 믹서(115)에서 출력된 신호는 상기 제5위상 쉬프터(119-5) 뿐만 아니라 상기 제1위상 쉬프터(119-1) 내지 제4위상 쉬프터(119-4)와, 제6위상 쉬프터(119-6) 내지 제8위상 쉬프터(119-8) 각각으로 입력된다.
상기 제1위상 쉬프터(119-1)는 상기 믹서(115)에서 출력한 신호에 대해 상기 빔포밍 패턴에 상응하게 phase shifting 동작을 수행한 후 상기 제1전력 증폭기(121-1)로 출력한다. 상기 제1전력 증폭기(121-1)는 상기 제1위상 쉬프터(119-1)에서 출력한 신호를 미리 설정되어 있는 이득에 상응하게 증폭한 후 상기 제1포락선 검출기(125-1)로 출력한다. 상기 제1포락선 검출기(125-1)는 상기 제1전력 증폭기(121-1)에서 출력한 신호에서 포락선 신호를 검출한 후 상기 제1스위치(127-1)를 통해 상기 제어 유닛(129)으로 출력한다.
상기 제2위상 쉬프터(119-2)는 상기 믹서(115)에서 출력한 신호에 대해 상기 빔포밍 패턴에 상응하게 phase shifting 동작을 수행한 후 상기 제2전력 증폭기(121-2)로 출력한다. 상기 제2전력 증폭기(121-2)는 상기 제2위상 쉬프터(119-2)에서 출력한 신호를 미리 설정되어 있는 이득에 상응하게 증폭한 후 상기 제2포락선 검출기(125-2)로 출력한다. 상기 제2포락선 검출기(125-2)는 상기 제2전력 증폭기(121-2)에서 출력한 신호에서 포락선 신호를 검출한 후 상기 제2스위치(127-2)를 통해 상기 제어 유닛(129)으로 출력한다.
상기 제3위상 쉬프터(119-3)는 상기 믹서(115)에서 출력한 신호에 대해 상기 빔포밍 패턴에 상응하게 phase shifting 동작을 수행한 후 상기 제3전력 증폭기(121-3)로 출력한다. 상기 제3전력 증폭기(121-3)는 상기 제3위상 쉬프터(119-3)에서 출력한 신호를 미리 설정되어 있는 이득에 상응하게 증폭한 후 상기 제3포락선 검출기(125-3)로 출력한다. 상기 제3포락선 검출기(125-3)는 상기 제3전력 증폭기(121-3)에서 출력한 신호에서 포락선 신호를 검출한 후 상기 제3스위치(127-3)를 통해 상기 제어 유닛(129)으로 출력한다.
상기 제4위상 쉬프터(119-4)는 상기 믹서(115)에서 출력한 신호에 대해 상기 빔포밍 패턴에 상응하게 phase shifting 동작을 수행한 후 상기 제4전력 증폭기(121-4)로 출력한다. 상기 제4전력 증폭기(121-4)는 상기 제4위상 쉬프터(119-4)에서 출력한 신호를 미리 설정되어 있는 이득에 상응하게 증폭한 후 상기 제4포락선 검출기(125-4)로 출력한다. 상기 제4포락선 검출기(125-4)는 상기 제4전력 증폭기(121-4)에서 출력한 신호에서 포락선 신호를 검출한 후 상기 제4스위치(127-4)를 통해 상기 제어 유닛(129)으로 출력한다.
상기 제6위상 쉬프터(119-6)는 상기 믹서(115)에서 출력한 신호에 대해 상기 빔포밍 패턴에 상응하게 phase shifting 동작을 수행한 후 상기 제6전력 증폭기(121-6)로 출력한다. 상기 제6전력 증폭기(121-6)는 상기 제6위상 쉬프터(119-6)에서 출력한 신호를 미리 설정되어 있는 이득에 상응하게 증폭한 후 상기 제6포락선 검출기(125-6)로 출력한다. 상기 제6포락선 검출기(125-6)는 상기 제6전력 증폭기(121-6)에서 출력한 신호에서 포락선 신호를 검출한 후 상기 제6스위치(127-6)를 통해 상기 제어 유닛(129)으로 출력한다.
상기 제7위상 쉬프터(119-7)는 상기 믹서(115)에서 출력한 신호에 대해 상기 빔포밍 패턴에 상응하게 phase shifting 동작을 수행한 후 상기 제7전력 증폭기(121-7)로 출력한다. 상기 제7전력 증폭기(121-7)는 상기 제7위상 쉬프터(119-7)에서 출력한 신호를 미리 설정되어 있는 이득에 상응하게 증폭한 후 상기 제7포락선 검출기(125-7)로 출력한다. 상기 제7포락선 검출기(125-7)는 상기 제7전력 증폭기(121-7)에서 출력한 신호에서 포락선 신호를 검출한 후 상기 제7스위치(127-7)를 통해 상기 제어 유닛(129)으로 출력한다.
상기 제8위상 쉬프터(119-8)는 상기 믹서(115)에서 출력한 신호에 대해 상기 빔포밍 패턴에 상응하게 phase shifting 동작을 수행한 후 상기 제8전력 증폭기(121-8)로 출력한다. 상기 제8전력 증폭기(121-8)는 상기 제8위상 쉬프터(119-8)에서 출력한 신호를 미리 설정되어 있는 이득에 상응하게 증폭한 후 상기 제8포락선 검출기(125-8)로 출력한다. 상기 제8포락선 검출기(125-8)는 상기 제8전력 증폭기(121-8)에서 출력한 신호에서 포락선 신호를 검출한 후 상기 제8스위치(127-8)를 통해 상기 제어 유닛(129)으로 출력한다.
상기 제어 유닛(129)은 상기 제1포락선 검출기(125-1) 내지 제8포락선 검출기(125-8) 각각에서 출력한 포락선 신호를 사용하여 상기 제1전력 증폭기(121-1) 내지 제8전력 증폭기(121-8)의 정상 동작 여부를 판단할 수 있다. 즉, 상기 제어 유닛(129)은 상기 제1포락선 검출기(125-1) 내지 제8포락선 검출기(125-8) 각각에서 출력한 포락선 신호 중 비정상적인 포락선 신호가 존재할 경우, 상기 비정상적인 포락선 신호를 출력한 포락선 검출기와 연결되어 있는 전력 증폭기가 비정상적이라고 판단한다. 상기 제어 유닛(129)이 비정상적인 포락선 신호를 검출하는 방식은 다양하게 존재할 수 있으며, 상기 비정상적인 포락선 신호를 검출하는 방식 자체에 대해서는 그 구체적인 설명을 생략하기로 한다. 이렇게, 비정상적인 전력 증폭기가 존재함을 검출하게 되면, 상기 제어 유닛(129)은 해당 전력 증폭기를 제외한 나머지 전력 증폭기들의 공급 전압(supply voltage)을 증가시키는 self-healing 동작을 수행한다.
한편, 도 1에서는 제5포락선 검출기(125-5)에서 출력한 포락선 신호가 ADC(113)를 통해 DPD(111)로 입력되어 상기 DPD(111)가 해당 신호에 대해 digital pre-distortion 동작을 수행하는 경우를 일 예로 하여 설명하였지만, 상기 제5전력 증폭기(121-5)가 비정상적으로 동작하는 경우가 발생할 수도 있다. 이렇게, 상기 제5전력 증폭기(121-5)가 비정상적으로 동작할 경우 수신 I신호 및 수신 Q신호에 대해서는 digital pre-distortion 동작이 수행되지 않는다. 따라서, 상기 제5전력 증폭기(121-5)가 비정상적으로 동작할 경우 상기 제어 유닛(129)은 상기 제5전력 증폭기(121-5)를 대체하여 상기 제4전력 증폭기(121-4)에서 출력한 신호가 포락선 검출된 신호, 즉 상기 제4포락선 검출기(127-4)에서 출력한 신호를 제1스위치(123-1)를 통해 상기 ADC(113)로 출력함으로써 상기 DPD(111)가 결과적으로 상기 제4전력 증폭기(121-4)에서 출력한 신호에 대해 digital pre-distortion 동작을 수행하도록 할 수 있다.
또한, 상기 제어 유닛(129)은 상기 제1스위치(127-1) 내지 제8스위치(127-8)와, 제9스위치(123-1) 내지 제10스위치(123-2)의 스위치 온/오프(on/off) 동작을 제어함은 물론이다.
도 1에서 설명한 바와 같이 송신기 어레이 왜곡 보상 장치를 구현할 경우 1개의 전력 증폭기에 대해서만 envelope feedback 동작이 수행된다고 하더라도 송신기 어레이가 정상적으로 동작할 수 있으며, 따라서 송신기 어레이 왜곡 보상 장치의 하드웨어 복잡도가 감소하고 그 외형적인 크기가 작아지며, 그 구현 가격을 최소화시킬 수 있고, 그 전력 소모를 최소화시킬 수 있을 뿐만 아니라 DPD의 동작 측면에서도 그 사용이 용이하게 된다. 한편, 도 1에 도시되어 있는 송신기 어레이 왜곡 보상 장치는 1개의 칩(chip) 형태로도 구현될 수 있음은 물론이다.
한편, 도 1에서는 DPD로 입력되는, 피드백 I 신호 및 Q 신호를 포락선 검출기에서 출력된 신호를 아날로그/디지털 변환하여 생성하였지만, 커플러(coupler)에서 출력된 신호를 복조(de-modulation)하고, 그 복조한 신호를 저역 통과 필터(LPF: Low Path Filter, 이하 ‘LPF’라 칭하기로 한다)를 통해 필터링시키고 아날로그/디지털 변환하여 생성할 수도 있으며, 이를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 도 1의 포락선 신호 피드백 구조를 대체할 수 있는 포락선 신호 피드백 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 도 1에서는 포락선 신호 피드백 구조가 제5포락선 검출기(125-5)와, 제10스위치(123-2)와, ADC(113)를 포함하는 형태로 구현되었었지만, 이런 포락선 신호 피드백 구조는 커플러(coupler)(211)와, 제1복조기(de-modulator)(213-1)와, 제2복조기(213-2)와, 제1LPF(215-1)와, 제2LPF(215-2)와, 제1ADC(217-1)와, 제2ADC(217-2)를 포함하는 형태로 대체될 수 있다.
즉, 제5전력 증폭기(121-5)에서 출력된 신호는 상기 커플러(211)에서 커플링된 후 상기 제1복조기(213-1)와 제2복조기(213-2) 각각으로 출력된다. 상기 제1복조기(213-1)는 상기 커플러(211)에서 출력한 신호를 미리 설정되어 있는 복조 방식에 상응하게 복조한 후 상기 제1LPF(215-1)로 출력한다. 상기 제1LPF(215-1)는 상기 제1복조기(213-1)에서 출력한 신호를 필터링한 후 상기 제1ADC(217-1)로 출력한다. 상기 제1ADC(217-1)는 상기 제1LPF(215-1)에서 출력한 신호를 디지털 변환한 후 상기 DPD(111)로 출력한다. 즉, 상기 제1ADC(217-1)에서 출력하는 신호가 피드백된 I 신호이다.
또한, 상기 제2복조기(213-2)는 상기 커플러(211)에서 출력한 신호를 미리 설정되어 있는 복조 방식에 상응하게 복조한 후 상기 제2LPF(215-2)로 출력한다. 상기 제2LPF(215-2)는 상기 제2복조기(213-2)에서 출력한 신호를 필터링한 후 상기 제2ADC(217-2)로 출력한다. 상기 제2ADC(217-2)는 상기 제2LPF(215-2)에서 출력한 신호를 디지털 변환한 후 상기 DPD(111)로 출력한다. 즉, 상기 제2ADC(217-2)에서 출력하는 신호가 피드백된 Q 신호이다.
다음으로 도 3을 참조하여 도 1의 송신기 어레이 왜곡 보상 장치의 동작 과정에 대해서 설명하기로 한다.
도 3은 도 1의 송신기 어레이 왜곡 보상 장치의 동작 과정을 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 먼저 311단계에서 상기 송신기 어레이 왜곡 보상 장치는 DPD(111)를 통해 수신 I 신호 및 수신 Q 신호와, 피드백된 I 신호 및 Q 신호에 대해 digital pre-distortion 동작을 수행한 후 313단계로 진행한다. 상기 313단계에서 상기 송신기 어레이 왜곡 보상 장치는 상기 digital pre-distortion 동작이 수행된 신호를 믹서(115)를 통해 발진기(117)에서 출력한 발진 주파수 신호와 믹싱한 후 315단계로 진행한다. 상기 315단계에서 상기 송신기 어레이 왜곡 보상 장치는 상기 믹서(115)에서 출력한 신호를 제1위상 쉬프터(119-1) 내지 제8위상 쉬프터(119-8) 각각을 통해 미리 설정되어 있는 빔포밍 패턴에 상응하게 phase shifting한 후 317단계로 진행한다. 상기 317단계에서 상기 송신기 어레이 왜곡 보상 장치는 상기 제1위상 쉬프터(119-1) 내지 제8위상 쉬프터(119-8)를 통해 phase shifting된 신호를 해당 전력 증폭기들, 즉 제1전력 증폭기(121-1) 내지 제8전력 증폭기(121-8)을 통해 미리 설정되어 있는 이득에 상응하게 증폭한 후 319단계로 진행한다.
상기 319단계에서 상기 송신기 어레이 왜곡 보상 장치는 상기 제1전력 증폭기(121-1) 내지 제8전력 증폭기(121-8)를 통해 증폭된 신호를 해당 포락선 검출기들, 즉 제1포락선 검출기(125-1) 내지 제8포락선 검출기(125-8)를 통해 포락선 신호를 검출한 후 321단계로 진행한다. 상기 321단계에서 상기 송신기 어레이 왜곡 보상 장치는 상기 제1포락선 검출기(125-1) 내지 제8포락선 검출기(125-8)에서 검출한 포락선 신호를 사용하여 제1전력 증폭기(121-1) 내지 제8전력 증폭기(121-8) 각각의 정상 동작 여부를 검출하고 323단계로 진행한다.
상기 323단계에서 상기 송신기 어레이 왜곡 보상 장치는 비정상적으로 동작하는 전력 증폭기가 존재하는지 검사한다. 상기 검사 결과 비정상적으로 동작하는 전력 증폭기가 존재할 경우 상기 송신기 어레이 왜곡 보상 장치는 325단계로 진행한다. 상기 325단계에서 상기 송신기 어레이 왜곡 보상 장치는 비정상적으로 동작하는 전력 증폭기를 제외한 나머지 전력 증폭기들의 공급 전압을 증가시키는 self-healing 동작을 수행한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (11)

  1. 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이 왜곡 보상 장치에 있어서,
    수신 I(In-phase) 신호와, 수신 Q(Quadrature-phase) 신호와, 피드백(feedback)된 I 신호 및 피드백된 Q 신호에 대해 디지털 선-왜곡(digital pre-distortion) 동작을 수행하는 디지털 선-왜곡기(DPD: Digital Pre-Distorter)와,
    미리 설정되어 있는 주파수 신호를 발진하는 발진기와,
    상기 DPD에서 출력한 신호와 상기 발진기에서 출력한 신호를 믹싱하는 믹서(mixer)와,
    각각이 상기 믹서에서 출력한 신호를 미리 설정되어 있는 빔포밍 패턴(beamforming pattern)에 상응하게 위상 쉬프팅(phase shifting)시키는 n개의 위상 쉬프터(phase shifter)들과,
    각각이 해당 위상 쉬프터에 1:1로 연결되어 이득에 상응하게 해당 위상 쉬프터에서 출력한 신호를 증폭하는 n개의 전력 증폭기들과,
    각각이 해당 전력 증폭기에 1:1로 연결되어 해당 전력 증폭기에서 출력한 신호에서 포락선(envelope) 신호를 검출하는 n개의 포락선 검출기들과,
    상기 n개의 포락선 검출기들에서 출력한 포락선 신호들을 사용하여 상기 n개의 전력 증폭기들의 정상 동작 여부를 판단하고, 상기 n개의 전력 증폭기들 중 비정상적으로 동작하는 적어도 하나의 전력 증폭기가 존재할 경우, 상기 n개의 전력 증폭기들 중 상기 비정상적으로 동작하는 적어도 하나의 전력 증폭기를 제외한 나머지 전력 증폭기들의 공급 전압을 증가시키는 동작을 수행하는 제어 유닛과,
    상기 n개의 전력 증폭기들 중 특정 전력 증폭기에서 출력한 신호를 아날로그/디지털 변환하여 상기 피드백된 I 신호 및 피드백된 Q 신호로 생성하는 아날로그/ 디지털 변환기(ADC: Analog to Digital Converter)를 포함하며,
    상기 특정 전력 증폭기는 상기 n개의 전력 증폭기들 중 그 위치가 중앙에 위치한 전력 증폭기임을 특징으로 하는 송신기 어레이 왜곡 보상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 특정 전력 증폭기가 비정상적으로 동작함을 판단할 경우, 상기 ADC로 입력되는 신호를 상기 n개의 전력 증폭기들 중 상기 특정 전력 증폭기를 제외한 나머지 전력 증폭기들 중 어느 1개의 전력 증폭기의 출력 신호로 변경하도록 제어함을 특징으로 하는 송신기 어레이 왜곡 보상 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    각각이 해당 포락선 검출기와 제어 유닛 사이에 연결되는 n개의 스위치들을 더 포함하며,
    상기 제어 유닛은 상기 스위치들의 스위치 온/오프(on/off) 동작을 제어함을 특징으로 하는 송신기 어레이 왜곡 보상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 특정 전력 증폭기와 ADC 사이에 연결되는 스위치를 더 포함하며,
    상기 제어 유닛은 상기 스위치의 스위치 온/오프(on/off) 동작을 제어하며, 상기 특정 전력 증폭기가 비정상적으로 동작할 경우 상기 스위치가 스위치 오프되도록 제어함을 특징으로 하는 송신기 어레이 왜곡 보상 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 특정 전력 증폭기와 ADC 사이에 연결되는 제1스위치와,
    상기 어느 1개의 전력 증폭기와 ADC 사이에 연결되는 제2스위치를 더 포함하며,
    상기 제어 유닛은 상기 제1스위치 및 제2스위치의 스위치 온/오프(on/off) 동작을 제어하며, 상기 특정 전력 증폭기가 비정상적으로 동작할 경우 상기 제1스위치가 스위치 오프되고, 제2스위치가 스위치 온되도록 제어함을 특징으로 하는 송신기 어레이 왜곡 보상 장치.
  7. 무선 통신 시스템에서 송신기 어레이 왜곡 보상 장치의 제어 방법에 있어서,
    디지털 선-왜곡기(DPD: Digital Pre-Distorter)가 수신 I(In-phase) 신호와, 수신 Q(Quadrature-phase) 신호와, 피드백(feedback)된 I 신호 및 피드백된 Q 신호에 대해 디지털 선-왜곡(digital pre-distortion) 동작을 수행하는 과정과,
    믹서가 상기 DPD에서 출력한 신호와 발진기에서 출력한 주파수 신호를 믹싱하는 과정과,
    n개의 위상 쉬프터(phase shifter)들 각각이 상기 믹서에서 출력한 신호를 미리 설정되어 있는 빔포밍 패턴(beamforming pattern)에 상응하게 위상 쉬프팅(phase shifting)시키는 과정과,
    n개의 전력 증폭기들 각각이 해당 위상 쉬프터에 1:1로 연결되어 이득에 상응하게 해당 위상 쉬프터에서 출력한 신호를 증폭하는 과정과,
    n개의 포락선 검출기들 각각이 해당 전력 증폭기에 1:1로 연결되어 해당 전력 증폭기에서 출력한 신호에서 포락선(envelope) 신호를 검출하는 과정과,
    제어 유닛이 상기 n개의 포락선 검출기들에서 출력한 포락선 신호들을 사용하여 상기 n개의 전력 증폭기들의 정상 동작 여부를 판단하고, 상기 n개의 전력 증폭기들 중 비정상적으로 동작하는 적어도 하나의 전력 증폭기가 존재할 경우, 상기 n개의 전력 증폭기들 중 상기 비정상적으로 동작하는 적어도 하나의 전력 증폭기를 제외한 나머지 전력 증폭기들의 공급 전압을 증가시키는 동작을 수행하는 과정을 포함하며,
    상기 피드백된 I 신호 및 피드백된 Q 신호는 아날로그/ 디지털 변환기(ADC: Analog to Digital Converter)가 상기 n개의 전력 증폭기들 중 특정 전력 증폭기에서 출력한 신호를 아날로그/디지털 변환하여 생성된 신호이며,
    상기 특정 전력 증폭기는 상기 n개의 전력 증폭기들 중 그 위치가 중앙에 위치한 전력 증폭기임을 특징으로 하는 송신기 어레이 왜곡 보상 장치 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 유닛이 상기 특정 전력 증폭기가 비정상적으로 동작함을 판단할 경우, 상기 ADC로 입력되는 신호를 상기 n개의 전력 증폭기들 중 상기 특정 전력 증폭기를 제외한 나머지 전력 증폭기들 중 어느 1개의 전력 증폭기의 출력 신호로 변경하도록 제어하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 송신기 어레이 왜곡 보상 장치 제어 방법.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 특정 전력 증폭기와 ADC 사이에 연결되는 스위치의 스위치 온/오프(on/off) 동작을 제어하는 과정을 더 포함하며,
    상기 스위치의 스위치 온/오프 동작을 제어하는 과정은 상기 특정 전력 증폭기가 비정상적으로 동작할 경우 상기 스위치가 스위치 오프되도록 제어하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 송신기 어레이 왜곡 보상 장치 제어 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제어 유닛이 상기 특정 전력 증폭기와 ADC 사이에 연결되는 제1스위치 및 상기 어느 1개의 전력 증폭기와 ADC 사이에 연결되는 제2스위치의 스위치 온/오프(on/off) 동작을 제어하는 과정을 더 포함하며,
    상기 제어 유닛이 상기 제1스위치 및 제2스위치의 스위치 온/오프 동작을 제어하는 과정은 상기 특정 전력 증폭기가 비정상적으로 동작할 경우 상기 제1스위치가 스위치 오프되고, 제2스위치가 스위치 온되도록 제어하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 송신기 어레이 왜곡 보상 장치 제어 방법.
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