KR19990078238A - 증폭기 선형화 장치를 적응적으로 제어하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 최소한의 추가 하드웨어를 사용하는 선형화된 증폭기의 출력단에서 상호 변조 신호(intermodulation product)를 측정함으로써 파일롯 톤(pilot tone)과 연관된 성능 문제를 야기하지 않고 증폭기를 선형화하는 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 증폭기는 성능 모니터링 라디오(performance monitoring radio)를 사용하여 적응적으로 선형화된다. 구체적으로 설명하면, 성능 모니터링 라디오는 사용되지 않은 통신 채널에서 상호 변조 신호의 신호 레벨을 측정하는 데 사용된다. 그런 다음, 전술한 측정 결과는 증폭기를 적응적으로 선형화하고 상호 변조 신호의 신호 레벨을 감소시키는 데 사용된다.

Description

증폭기 선형화 장치를 적응적으로 제어하는 방법{METHOD FOR ADAPTIVELY CONTROLLING AMPLIFIER LINEARIZATION DEVICES}
본 발명은 전반적으로 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 시스템에서 사용되는 선형화된 증폭 장치에 관한 것이다.
셀룰러 라디오와 개인 휴대 통신 시스템(personal communication system : PCS) 송수신기와 같은 다중 채널 애플리케이션(application)에서 사용되는 증폭기는 전형적으로 원하는 신호와 바람직하지 못한 상호 변조 신호를 갖는 출력 신호를 생성한다. 상호 변조 신호는 원하는 신호에 비해 매우 낮은 레벨을 가질 수도 있지만, 상호 변조 신호의 레벨은 전송을 손상시킬 만큼 높거나 혹은 허용 가능한 소정의 임계치 또는 기준을 초과할 수도 있다. 증폭기에 의해 생성된 상호 변조 신호의 레벨은 증폭기의 특성에 의해 부분적으로 결정되고, 이러한 증폭기의 특성은 온도, 공급 전압, 신호 레벨, 사용 기간 등과 같은 다양한 파라미터에 따라 달라진다.
상호 변조 신호의 레벨을 감소시키기 위해(즉, 선형화하기 위해), 증폭기는 선형화기(linearizer)가 구비된 회로에 내장될 수 있다. 증폭기를 선형화하는데 있어서 여러 가지 형태의 선형화기가 사용될 수 있다. 이러한 선형화기는 피드 포워드(feedforward), 피드백(feedback), 전치 보정(pre-distortion), 후치 보정(post-distortion)과 같은 공지의 선형화 기법들을 구현한다. 증폭기의 선형화에서는 선형기를 조절하여 선형화될 증폭기의 특성을 매칭시키거나 추적하는 방안을 포함한다.
본 기술 분야에서 잘 알려진 바와 같이, 예를 들어 일정한 온도, 공급 전압, 신호 레벨 등의 정적 조건(static condition)에서는 증폭기의 특성을 매칭시키거나 추적하기 위해서 선형화기를 조절하는 것이 비교적 간단하다. 그러나, 비정적 조건에서는 증폭기의 특성을 매칭시키거나 추적하기 위해 선형화기를 조절하는 것이 더욱 복잡하다. 증폭기의 특성에 영향을 미치는 파라미터가 변경될 때마다, 선형화기는 보정(compensate)하기 위해 조절되어져야 한다.
비정적 조건을 보정하기 위해 선형화기를 조절하는 데에는 기본적으로 상이한 두 가지 방법, 즉 개방 루프와 폐쇄 루프 제어 혹은 보정이 있다. 개방 루프 제어는 증폭기의 특성에 영향을 미치는 파라미터(예를 들어, 온도)의 변화를 측정하고, 측정된 파라미터 변화를 이용하여 증폭기의 특성을 매칭시키거나 추적하도록 선형화기를 조절하는 방법을 포함한다. 개방 루프 제어의 유효성은 증폭기의 특성에 영향을 미치는 파라미터에 대해 증폭기의 특성을 얼마나 잘 알 수 있는지와 파라미터가 변경될 수 있는 범위에 의해 좌우된다. 셀룰러 라디오와 PCS 송수신기에 있어서, 개방 루프 제어는 일반적으로 부적합한데, 그 이유는 증폭기 특성이 채널 로딩(loading)(즉, 캐리어의 수) 및 시간에 따라 변하기 때문이다.
폐쇄 루프 제어는 증폭기의 특성에 영향을 미치는 파라미터의 변동 결과를 측정하고, 측정된 결과를 이용하여 증폭기의 특성을 매칭시키거나 추적하도록 선형화기를 적응적으로 조절하는 것을 포함한다. 다중 채널 애플리케이션(예를 들어, 셀룰러 라디오 및 PCS 송수신기)에 있어서, 파라미터 변동 결과를 나타내기 위해 상호 변조 신호의 신호 레벨이 측정된다. 스펙트럼 분석기(spectrum analyzer)를 사용하면 상호 변조 신호가 비교적 용이하게 측정될 수 있다. 그러나, 스펙트럼 분석기는 대부분의 경우 매우 고가이다. 상호 변조 신호를 측정하는 다른 방법은 파일롯 톤 발생기(pilot tone generators) 및 수신기와 같은 선형화기와 관련된 저렴한 하드웨어를 사용하는 것을 포함한다.
파일롯 톤 발생기와 수신기를 사용하여 상호 변조 신호를 측정하는 방법은 파일롯 톤 발생기를 사용하여 생성된 파일롯 톤을 선형화기와 증폭기를 포함하는 회로의 여러 포인트(point)에 제공하여 상호 변조 신호를 효율적으로 시뮬레이션하는 방안을 포함한다. 그런 다음, 파일롯 톤 수신기가 전술한 회로의 출력단에서 파일롯 톤의 신호 레벨을 측정한다. 출력단에서의 파일롯 톤의 신호 레벨은 상호 변조 신호의 레벨에 대한 표시를 제공하게 되고, 이 신호 레벨에 대한 표시는 증폭기의 특성을 매칭시키거나 추적하도록 선형화기를 적응적으로 조절하는 데 사용될 수 있다.
비록 파일롯 톤 발생기 및 수신기는 스펙트럼 분석기에 비해 저렴하지만, 회로에 여분의 비용을 추가시킨다. 또한, 파일롯 톤 발생기 및 수신기는 관련된 성능 문제점을 갖고 있다. 첫째, 파일롯 톤을 제공해야 하는 곳은 항상 명확하지가 않다. 파일롯 톤은 원하는 신호와 간섭하지 않을 곳에 제공되어야 하고, 전체 주파수 대역에 대해 대표적인 성능이 발휘되는 지점에 제공되어야 한다. 둘째, 파일롯 톤은 회로의 출력단에서 상호 변조 신호의 레벨과 상응하는 레벨로 감소되어야 한다. 이것은 파일롯 톤의 레벨이 임의로 높은 값을 가질 수 없고, 이에 상응하여 파일롯 톤 수신기가 출력단에서 파일롯 톤을 소거하기 위해 보다 더 정교해야 함을 의미한다.
따라서, 파일롯 톤과 관련된 성능 문제를 야기하지 않고서 최소한의 추가 하드웨어를 사용하여 선형화된 증폭기의 출력단에서 상호 변조 신호를 측정함으로써 증폭기를 선형화하는 것이 필요하다.
본 발명은 파일롯 톤과 관련된 성능 문제를 야기하지 않고서 최소한의 추가 하드웨어를 사용하여 선형화된 증폭기의 출력단에서 상호 변조 신호를 측정함으로써 증폭기를 선형화하는 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 증폭기는 성능 모니터링 라디오(performance monitoring radio)를 사용함으로써 적절하게 선형화된다. 구체적으로 설명하면, 성능 모니터링 라디오는 사용되지 않은 통신 채널에서 상호 변조 신호의 신호 레벨을 측정하는데 사용된다. 그런 다음, 이러한 측정 결과는 증폭기를 적응적으로 선형화하고, 상호 변조 신호의 레벨을 감소시키는 데 사용된다. 본 발명은 (1) 다른 신호들이 사용되지 않은 통신 채널을 통해 전송되지 않기 때문에 상호 변조 신호를 직접적으로 측정하는 방법을 제공하고, (2) 무선 통신 시스템에서 성능 모니터링 라디오가 전형적인 표준 장비이기 때문에 무선 통신 시스템에 추가 비용을 제공하지 않는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따라 사용되는 무선 통신 시스템을 도시한 도면.
도 2는 증폭기 선형화 장치를 구비한 일 예의 셀룰러 라디오 또는 PCS 송수신기의 개략도.
도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
64, 80 : 증폭기 70, 74, 84 : 방향성 커플러
72, 78 : 이득 및 위상 조절기 75, 81 : 지연기
76, 82 : 소거 회로
본 발명의 특징, 양상 및 장점들은 이하의 상세한 설명, 특허 청구범위 및 첨부된 도면을 참조하면 더욱 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 사용되는 무선 통신 시스템(10)을 도시한 도면이다. 무선 통신 시스템(10)은 이동 교환 센터(mobile switching center : MSC)(12)와 기지국(14, 16, 18)을 포함한다. 각각의 기지국(14, 16, 18)은 T1 라인(22, 24, 26)을 통해서 MSC(12)에 접속되고, MSC(12)는 공용 교환 전화망(public switching telephone network : PSTN)(28)에 접속된다. 기지국(14, 16, 18)은 셀(34, 36, 38)로 지칭되는 지리적 유효 영역(coverage area) 내에서 이동 전화기에 대한 무선 통신 서비스를 제공한다. 각각의 기지국(14, 16, 18)은 지리적 유효 영역 내에서 이동 전화로/로부터의 음성 및/또는 데이터 메시지를 통신하는 통신 채널의 세트와 연계되어 있으며, 이들 통신 채널은 연계된 주파수를 갖는다. MSC(12)는 이동 전화기를 기지국(14, 16, 18)을 통해 PSTN(28)에 접속하고, 기지국(14, 16, 18)에 속한 통신 채널을 할당 및 할당 해제하는 것을 포함하는 기지국(14, 16, 18)의 자원들을 관리한다. 통신 채널을 할당 및 할당 해제하기 위하여, MSC(12)는 통신 채널이 현재 하나 이상의 이동 전화기에 할당되었거나 사용되고 있는지의 여부를 사전에 알고 있거나 결정할 수 있어야 한다. 이와 병행하여, 기지국(14, 16, 18)은 자신의 자원들을 관리할 수 있어야 한다.
각각의 기지국(14, 16, 18)은 본 기술 분야에서 알려진 성능 모니터링 라디오, 증폭기 및 선형화기가 구비된 셀룰러 라디오 및/또는 개인 휴대 통신 시스템(PCS) 송수신기(40, 42, 44)를 구비하고 있다. 성능 모니터링 라디오는 신호를 수신 및 변조하고 신호의 세기를 통신 채널 단위로 측정하며, 증폭기는 원하는 신호를 증폭하고, 선형화기는 증폭기를 선형화시킨다. 성능 모니터링 라디오는 사용시 기준에 대응하는 채널 대역폭, 즉 IS-136에 대해 30㎑ 또는 IS-95에 대해 1.25㎒의 채널 대역폭을 갖는다. 본 발명에서, 성능 모니터링 라디오는 본 명세서에 기술된 바와 같이, 증폭기의 특성을 추적하고 증폭기의 선형화를 향상시킬 목적으로 상호 변조 신호의 신호 레벨을 측정하는데 사용된다.
기지국들(14, 16, 18) 중 하나가 신호를 전송하면, 이 신호는 먼저 셀룰러 라디오/PCS 송수신기(40, 42, 44)에 의해 증폭된다. 신호 증폭시, 전송에 손상을 끼치거나 혹은 허용 가능한 소정의 임계치 또는 기준을 초과하는 상호 변조 신호를 생성할 수 있다. 이러한 상호 변조 신호의 존재 여부는 신호의 주파수에 달려 있다. 만일 이러한 상호 변조 신호가 존재하면, 상호 변조 신호의 레벨은 선형화기와 성능 모니터링 라디오를 사용함으로써 감소된다. 구체적으로 설명하면, 본 발명은 성능 모니터링 라디오를 사용하여 사용되지 않은 통신 채널 상에 나타나는 상호 변조 신호의 레벨을 측정하고, 선형화기를 사용하여 측정된 상호 변조 신호의 레벨을 적응적으로 감소시킨다.
성능 모니터링 라디오는 사용되지 않은 통신 채널(즉, 어떠한 증폭된 신호도 전송되지 않을 통신 채널)상에 나타나는 상호 변조 신호의 레벨을 측정하는 데 사용된다. 신호가 전송될 통신 채널은 잘 알려져 있기 때문에, 이러한 통신 채널과 연계된 주파수 역시 잘 알려져 있다. 본 기술 분야에서 잘 알려진 바와 같이, 이러한 알려진 주파수를 기초로 하여 상호 변조 신호가 나타나거나 생성될 주파수를 계산하는 것이 가능하다. 예를 들면, 하나는 F1주파수이고 다른 하나는 F2주파수인 두 신호에 대하여, 3차 비선형성(non-linearity)에서는 주파수 2F1-F2및 2F2-F1에서 상호 변조 신호를 생성할 것이다. 하나는 주파수 F1에서, 다른 하나는 F2에서, 또 다른 하나는 F3인 세 신호에 대하여, 상호 변조 신호는 주파수 F1＋F2－F3, F1＋F3－F2등에 나타날 것이다. 따라서, 전술한 바와 같이, 신호의 주파수를 알고 어떤 통신 채널이 현재 할당되거나 사용되는지의 여부를 알고 있으면, 1) 상호 변조 신호가 나타나는 주파수와, 2) 상호 변조 신호의 레벨을 직접 측정하는 사용되지 않은 통신 채널 상에 전술한 주파수가 나타나는지의 여부를 판단하는 것이 가능하다. 이러한 정보에 의해, 성능 모니터링 라디오는 상호 변조 신호가 나타나는 사용되지 않은 통신 채널에 동조되고, 대응하는 신호 레벨을 측정할 수 있게 된다. 그런 다음, 사용되지 않은 통신 채널 상에 나타나는 상호 변조 신호의 레벨을 감소시키기 위해 선형화기를 조절하는 데 적절한 수단이 사용될 수 있다.
선형화기를 적응적으로 조절하는 데, 사용된 통신 채널 상에서 나타나는 상호 변조 신호를 측정할 수 없거나 사용할 수 없음에 유의하여야 한다. 그 이유는 그 통신 채널상에 다른 신호(예를 들어, 이동 전화기와 기지국간에 전송될 음성 및/또는 데이터 트래픽(traffic))가 또한 존재하기 때문이다. 따라서, 사용된 통신 채널 상에 나타나는 상호 변조 신호의 신호 레벨은 성능 모니터링 라디오에 의해 직접 측정될 수 없다. 이와 달리, 사용되지 않은 통신 채널 상에 나타나는 상호 변조 신호가 성능 모니터링 장치에 의해 직접 측정될 수 있는데, 그 이유는 상호 변조 신호만이 사용되지 않은 통신 채널 또는 주파수에 존재하기 때문이다.
도 2는 본 발명에 따라 사용되는 증폭기 선형화 장치(62)가 구비된 셀룰러 라디오/PCS 송수신기(60)에 대한 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 증폭기 선형화 장치(62)는 증폭기(64), 성능 모니터링 라디오(66) 및 선형화기를 포함하며, 여기서 선형화기는 방향성 커플러(directional coupler)(70, 74, 84), 이득 및 위상 조절기(72, 78) 지연기(75, 81), 소거 회로(76, 82), 보정 증폭기(80), 제어기(86)를 포함한다. 이 예에서, 제어기(86)는 어떤 통신 채널이 사용되거나 혹은 사용되지 않는지를 나타내는 정보를 (기지국 또는 이동 교환 센터로부터) 수신한다. 이 정보와 신호의 주파수에 기초하여, 제어기(86)는 성능 모니터링 라디오(66)로 하여금 어떤 사용되지 않은 통신 채널 상에서 신호에 의해 생성된 상호 변조 신호에 대한 신호 레벨을 측정하도록 지시한다.
성능 모니터링 라디오(66)는 사용되지 않는 통신 채널에서 상호 변조 신호의 신호 레벨을 측정하고, 이 측정된 값을 제어기(86)에 중계할 것이다. 제어기(86)는 성능 모니터링 라디오(66)로부터의 측정값(및/또는 소거 회로(76)로부터의 출력 신호)을 이용하여, 이득 및 위상 조절기(72 및/또는 78)를 적응적으로 제어함으로써 피드 포워드 증폭기(62)의 출력단의 상호 변조 신호의 레벨이 감소되도록 한다. 구체적으로 설명하면, 이득 및 위상 조절기(72 및/또는 78)는 자신에 입력되는 신호의 진폭 및 위상을 변경하여, 상호 변조 신호의 신호 레벨이 증폭기 선형화 장치(62)의 출력단에서 감소되도록 조절된다.
어떤 유형의 선형화기가 조절될 때, 선형성은 물론 이득도 영향을 받는다는 점에 유의하여야 한다. 이것은 일반적으로 신호 레벨에 영향을 주지 않고 상호 변조 신호 레벨을 감소시키는데 주안을 두고 있기 때문에 바람직하지 않다. 만일, 단지 상호 변조 신호 레벨만이 측정된다면, 적응적인 시스템은 단지 이득을 감소시켜 시스템의 출력 신호 레벨을 감소시키는 선형화기가 될 수 있다. 이 때문에, 선형화기를 조절하는 동안 시스템의 출력 전력을 일정하게 유지시키는 것이 바람직하다. 이것은 성능 모니터링 라디오를 사용하여 신호의 신호 레벨을 측정하고 이에 따른 출력을 조절함으로써 가능하게 된다. 신호 전력과, 상호 변조 전력의 측정값 및 이들의 비율은 선형화기를 올바르게 조절하기에 충분한 정보를 산출할 것이다.
만일, 어떠한 이유에서든, 성능 모니터링 장치가 활용가능하지 않다면, 성능 모니터링 라디오의 기능을 수행하기 위해 선형화된 증폭기 시스템에 간단한 라디오가 추가될 수 있다. 물론 이것은 가격을 추가시키지만, 적어도 파일롯 톤과 관련된 어려움을 피할 수 있을 것이다.
비록 본 발명이 특정 실시예를 참조하여 매우 상세하게 설명되었지만, 다른 변형도 가능하다. 따라서, 본 발명의 정신 및 범위는 본 명세서에 포함된 실시예에 대한 기술에 국한되지 않을 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 파일롯 톤과 관련된 성능 문제를 야기하지 않고 최소한의 추가 하드웨어를 사용하여 선형화된 증폭기의 출력단에서 상호 변조 신호를 측정함으로써 증폭기의 선형화를 적응적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 증폭기 선형화 장치를 적응적으로 제어하는 방법에 있어서,
    사용되지 않은 통신 채널에서 상호 변조 신호의 신호 레벨을 측정하는 단계와,
    측정되는 상호 변조 신호의 상기 신호 레벨을 사용하여 상기 증폭기 선형화 장치를 조절하는 단계
    를 포함하는 증폭기 선형화 장치를 적응적으로 제어하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 단계는 신호의 주파수를 이용하여 상기 상호 변조 신호의 주파수를 결정하는 단계를 포함하는 증폭기 선형화 장치를 적응적으로 제어하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 측정 단계는 상기 상호 변조 신호의 상기 주파수가 현재 다른 신호를 전송하는 데 사용되고 있지 않은 통신 채널과 연계되어 있는 지를 판정하는 단계를 포함하는 증폭기 선형화 장치를 적응적으로 제어하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상호 변조 신호의 상기 신호 레벨은 성능 모니터링 라디오(performance monitoring radio)를 사용하여 측정되는 증폭기 선형화 장치를 적응적으로 제어하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 측정 단계는 성능 모니터링 라디오를 사용되지 않은 통신 채널에 동조시키는 단계를 포함하는 증폭기 선형화 장치를 적응적으로 제어하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    하나의 통신 채널이 신호를 전송하는 데 사용되고 있는지를 나타내는 정보를 수신하는 추가 단계를 더 포함하는 증폭기 선형화 장치를 적응적으로 제어하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭기 선형화 장치를 조절하는 단계는 측정된 상호 변조 신호의 상기 신호 레벨을 이용하여 이득 및 위상 조절기를 조절하는 단계를 포함하는 증폭기 선형화 장치를 적응적으로 제어하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭기 선형화 장치는 상호 변조 신호의 상기 신호 레벨이 임계 레벨 미만으로 될 때까지 조절되는 증폭기 선형화 장치를 적응적으로 제어하는 방법.
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