KR20000035043A - 고주파 송신기에 사용하기 위한 디지털 피드포워드 증폭기 및그 동작 방법 - Google Patents

고주파 송신기에 사용하기 위한 디지털 피드포워드 증폭기 및그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

고주파 송신 시스템에 사용하기 위한 디지털 피드포워드(FeedForward) 증폭기를 개시한다. 상기 디지털 피드포워드 증폭기는 디지털 신호 처리를 사용하여 주 전력 증폭기의 포화에 의해 생긴 혼변조 왜곡을 감소시키는 에러 보정 신호를 발생시킨다. 상기 디지털 피드포워드 증폭기에서 디지털 신호는 필요하다면 버퍼링될 수 있고, 그렇게 될 경우 지연선이 필요 없게 된다. 주 증폭 분기(branch)는 입력 디지털 신호를 합성하는 디지털 합성기, 디지털/아날로그 변환기, RF 변조 회로 소자 및 주 전력 증폭기로 이루어진다. 에러 보정 신호 분기는 에러 보정 신호 발생기, 디지털/아날로그 변환기 및 RF 변조 회로 소자를 포함한다. 주 증폭 분기 및 에러 보정 신호 분기의 RF 출력들은 합성되어 왜곡이 감소된 RF 출력을 생성한다. 선택적으로, RF 출력 궤환 회로 소자 및 증폭기 모델로 이루어지는 증폭기 특성화 분기가 포함될 수도 있다. 증폭기 모델은 시간에 따라 변하는, 주 전력 증폭기에 대한 특성 정보를 가지고 에러 보정 신호 발생기를 갱신시킨다.

Description

고주파 송신기에 사용하기 위한 디지털 피드포워드 증폭기 및 그 동작 방법{DIGITAL FEEDFORWARD AMPLIFIER FOR USE IN AN RF TRANSMITTER AND METHOD OF OPERATION}
본 발명은 피드포워드 증폭기(feedforward amplifier)에 관한 것으로, 특히 무선 통신망의 고주파(RF) 송신기에 사용하기 위한 디지털 피드포워드 증폭기에 관한 것이다.
1996년도에는 전세계적으로 7,500만 명의 인구가 휴대 전화를 사용하였다. 신뢰할 만한 예측에 따르면, 2000년도까지는 휴대 전화의 사용자가 3억 이상이 될 것으로 지적된 바 있다. 미국 내에서는 휴대 전화 서비스 전용 공급자뿐만 아니라 "U.S. West", "Bell Atlantic" 및 "Southwest Bell"과 같은 지역 전화 회사와 "AT ＆ T" 및 "Sprint"와 같은 국내 장거리 전화 회사도 역시 휴대 전화 서비스를 제공하고 있다. 경쟁이 심해짐에 따라 휴대 전화 서비스의 가격도 수많은 사람들이 그 서비스를 받을 수 있을 정도로 떨어졌다.
또한 그러한 경쟁에 힘입어 휴대 전화 기술이 급속하면서도 광범위하게 혁신되었다. 현재는 아날로그 휴대 전화 시스템이 디지털 휴대 전화 시스템과 경쟁을 하고 있다. 단일의 휴대 전화 시스템으로 서비스할 수 있는 가입자의 수를 극대화시키기 위해서는 개개의 셀 구역을 보다 더 작게 하고 동일한 지리적 지역을 커버하는 더 많은 다수의 셀 구역을 사용함으로써 주파수의 재사용을 극대화시키게 된다. 따라서 기지국 수의 증가로 인해 기반 시설비가 늘어나게 되었다. 그와 같이 증가된 비용을 상쇄시키기 위해 휴대 전화 서비스 공급자는 설비비, 유지 및 보수비, 그리고 가동비를 줄여줄 수 있거나 서비스 품질 및 신뢰성을 향상시킴은 물론 휴대 전화 시스템으로 서비스할 수 있는 가입자의 수를 증대시킬 수 있는 모든 기술 혁신을 구현하려고 애쓰고 있다.
그러한 기술 혁신의 상당수는 진보된 디지털 PCS 서비스 또는 배터리 수명이 길어진 작고 가벼운 휴대 전화 송수화기에서와 같은 서비스 품질의 향상이나 작고 싸며 더욱 신뢰성이 있는 휴대 전화 기지국용 송수신기에서와 같은 설비비의 절감에 집중되고 있다. 그러나 휴대 전화 시스템의 가동비의 절감을 지향하는 기술 혁신이란 단지 한정적으로만 있었을 뿐이다.
각각의 휴대 전화 기지국은 음성 및 데이터 신호를 이동 유닛(즉, 휴대 전화, 휴대 전화 모뎀이 장착된 휴대용 컴퓨터 등)으로 송신하기 위한 송신기와, 이동 유닛으로부터 음성 및 데이터 신호를 수신하기 위한 수신기를 구비한다. 송신기 전력 증폭기는 예컨대 코드 분할 다중 접속(CDMA) 또는 다중 반송파 작업 시와 같이 특히 그 포락선이 시간에 따라 매우 넓은 범위에 걸쳐 변하는 신호에 대해 고도로 선형적인 것이 중요하다. 그러한 고도의 선형 증폭기를 설계하는데 사용되는 기법 중의 하나는 피드포워드 기법으로서 알려져 있다. 종래 기술에서는 그러한 피드포워드 기법이 2루프 설계에 기초하고 있다. 전형적으로, 제1루프는 전력 증폭기에서의 혼변조 왜곡에 의해 생긴 에러 신호를 분리하고, 제2루프는 전력 증폭기 출력으로부터 에러 신호를 차감한다. 그러나 제2루프 설계는 매우 많은 수의 회로 소자를 포함하고, 전력 증폭기 출력에서는 매우 큰 전력을 소모하며 송신기의 효율을 현격히 떨어뜨리는 지연선(delay line)을 필요로 한다. 지연선을 필요로 하는 이유는 부분적으로는 종래 기술의 증폭기가 대체로 신호를 버퍼링(buffering)시킬 수 없는 아날로그 설계로 되어 있다는 사실 때문이다.
그래서 당해 기술 분야에서는 보다 더 적은 비용으로 가동되는 개선된 휴대 전화 시스템을 필요로 하고 있다. 특히 전력 증폭기 출력에서 지연선을 사용할 필요가 없는 간단한 피드포워드 설계에 기초한 송신기 전력 증폭기가 당해 기술 분야에서 요구되고 있다. 또한 더욱 신뢰성이 높은 디지털 설계 기법을 사용하여 특히 CDMA 시스템에서 구현되는 피드포워드 송신기 전력 증폭기가 요청된다.
전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 주 목적은 RF 송신기에 사용하기 위한 것으로서, RF 송신기를 단순화하고 모든 지연선을 제거시킨 신규의 디지털 증폭기 설계를 제공하는 데 있다.
본 발명은 디지털 신호 처리를 사용하여 주 전력 증폭기에서 생긴 혼변조 왜곡을 감소시키는 에러 보정 신호를 발생시키는 디지털 피드포워드 증폭기를 개시하고 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 피드포워드 증폭기에서 디지털 신호는 필요할 경우 버퍼링될 수 있고, 그렇게 되면 지연선이 필요 없게 된다. 본 발명은 코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템에서와 같이 다채널 신호가 기저대역에서 디지털 방식으로 합성되는 휴대 전화 또는 무선 통신 시스템에 사용하기에 매우 적합하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 예시적인 무선 통신망을 나타낸 도면
도 2는 기지 송수신국(BTS) 송신기에 사용하기 위한 종래 기술의 일 실시 예에 따른 종래의 피드포워드 증폭기를 나타낸 도면
도 3a ∼ 도 3f는 도 2에 도시된 종래 기술의 피드포워드 증폭기에 대한 주파수 대역의 여러 지점에서의 신호 성분 및 일그러짐 성분을 나타낸 그래프
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 종래 기술의 피드포워드 증폭기에 대한 전력 증폭기의 시간 대역에서의 비선형 동작을 나타낸 그래프
도 5는 도 1에 도시된 무선 통신망에서 하나 이상의 기지 송수신국의 송신기에 사용하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 예시적인 디지털 피드포워드 증폭기를 나타낸 도면
도 6a는 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 피드포워드 증폭기에 사용하기 위한 예시적인 보정 신호 형성기를 나타낸 도면
도 6b 및 도 6c는 상기 도 6a에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 예시적인 보정 신호 형성기의 시간 대역에서의 동작을 나타낸 그래프
도 7은 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 예시적인 디지털 피드포워드 증폭기의 동작 흐름도
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 피드포워드 증폭기를 포함하는 예시적인 송신기를 나타낸 도면
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 무선 통신망
101, 102, 103 : 기지 송수신국
111, 112, 113, 114 : 이동 유닛
121, 122, 123 : 셀 구역
131 : 통신 라인
500 : 디지털 피드포워드 증폭기
510, 540 : 디지털/아날로그 변환기
520 : 전력 증폭기
530 : 에러 보정 신호 발생기
550 : 위상 조정 제어기
560 : 보정 신호 형성기
580 : 이득 조정 제어기
본 발명은 "고주파(RF) 송신기에 사용하기 위한 단일 루프 피드포워드 증폭기 및 그 동작 방법(SINGLE LOOP FEEDFORWARD AMPLIFIER FOR USE IN AN RF TRANSMITTER AND METHOD OF OPERATION)"이라는 명칭의 1998년 8월 14일자 미국 특허 출원번호 제09/134,194호에 개시된 발명과 연관된 것이다. 미국 특허 출원번호 제09/134,194호는 본 발명과 함께 공동 양도되었으며 일체의 목적을 위해 참고문헌으로서 본 발명에 포함되어진다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 무선 통신망의 송신기에 사용하기 위한 디지털 피드포워드 증폭 시스템으로서, 1) 다수의 디지털 입력 신호를 수신하여 그 다수의 디지털 입력 신호 중의 하나 이상으로부터 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 발생시킬 수 있는 디지털 합성기 회로; 2) 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 수신하여 그 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 하나 이상의 아날로그 합성 출력 신호로 변환시키기 위한 디지털/아날로그 변환기(DAC) 회로; 3) 국부적 RF 신호 및 하나 이상의 아날로그 합성 출력 신호를 수신하여 그로부터 변조 RF 신호를 발생시킬 수 있는 변조 회로; 및 4) 변조된 RF 신호를 증폭시켜 증폭 RF 출력 신호를 생성할 수 있는 전력 증폭기로 이루어진 제1 분기(branch)를 포함하는 디지털 피드포워드 증폭 시스템이 제공된다.
그러한 디지털 피드포워드 증폭 시스템은 1) 디지털 합성기 회로로부터 하나 이상이 디지털 합성 출력 신호를 수신하여 제1 분기의 전력 증폭기에 의해 증폭 RF 출력 신호 중으로 도입된 왜곡 신호를 적어도 부분적으로 삭제할 수 있는 보정 신호를 발생시킬 수 있는 제2 분기; 및 2) 증폭 RF 출력 신호와 보정 신호를 합성시킴에 의해 왜곡 신호를 적어도 부분적으로 삭제할 수 있는 합성기 회로를 추가로 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호는 디지털 동상(同相) 합성 출력 신호 및 디지털 직각 성분 합성 출력 신호를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 변조 회로는 DAC로부터 아날로그 동상 합성 출력 신호 및 아날로그 직각 성분 합성 출력 신호를 수신하여 직각 성분 변조 RF 신호를 발생시키는 직각 성분 변조 회로이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, DAC 회로가 디지털 합성기 회로로부터 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 수신하는 것은 왜곡 보정 회로가 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 수신하는 것에 비해 시간적으로 지연된다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 왜곡 보정 회로는 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호가 전력 증폭기를 포화시킬 수 있는 최대 수준을 넘어 증가할 때마다 보정 신호를 발생시킨다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 디지털 피드포워드 증폭 시스템은 주 전력 증폭기의 전류 동작 특성을 감시하고 갱신된 정보를 왜곡 보정 회로에 제공하여 상기 왜곡 보정 회로가 주 전력 증폭기의 동작 특성의 변화에 따라 보정 신호를 조정할 수 있도록 하는 증폭기 특성화 회로를 추가로 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 왜곡 보정 회로는 보정 신호의 위상을 증폭 RF 출력 신호의 위상에 대해 편이시킬 수 있는 이상(移相) 회로 소자를 추가로 구비한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서는 왜곡 보정 회로가 보정 신호의 진폭을 조정할 수 있는 이득 조정 회로 소자를 추가로 구비한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서는 RF 보정 신호가 주 증폭기의 포화에 의해 삭제되거나 왜곡된 주 분기의 RF 신호 부분에 가장 잘 맞는 형상 또는 조건으로 조절될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서는 디지털 버퍼링 지연 기법에 의해 얻을 수 있는 것보다 더 정밀한 스케일로 시간 지연 조정을 얻을 필요가 있는 경우에 하나 이상의 지연선이 주 분기 또는 보정 분기에 부가될 수 있다.
전술한 내용은 당업자가 후술하는 발명의 상세한 설명을 보다 잘 이해할 수 있도록 하기 위해 다소 폭 넓게 본 발명의 특징 및 장점을 개괄한 것이다. 이후로는 본 발명의 청구범위의 주제를 이루는 본 발명의 추가 특징 및 장점을 설명하기로 한다. 당업자라면 개시된 개념 및 특정의 실시 예를 본 발명과 동일한 목적을 실행하기 위한 다른 구성의 변경 및 설계의 기초로서 사용할 수 있음을 이해해야 할 것이다. 또한 당업자는 그러한 균등한 구성들이 가장 넓은 형태의 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 것임을 인식해야 할 것이다.
상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서의 전반에 걸쳐 사용되고 있는 특정 용어 및 어구의 정의를 설명하는 것이 도움이 될 수 있을 것이다. "포함한다" 및 "구비한다"라는 용어와 그 파생어들은 제한됨이 없이 포함함을 의미한다. "또는"이라는 용어는 "및/또는"의 의미를 포함한다. "부수된" 및 "그에 부수된"이라는 용어와 그 파생어들은 "포함하거나, 포함되거나, 상호 접속되거나, 내장하거나, 내장되거나, 연결되거나, 결합되거나, 소통될 수 있거나, 상호 협력하거나, 개재되거나, 병렬되거나, 근접하거나, 구속되거나, 구비하거나, 특성을 수반한다"라는 등의 여러 가지를 의미할 수 있다. "제어기"라는 용어는 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어나 그들의 2개 이상의 모든 조합에서 구현될 수 있는 장치와 같이 하나 이상의 동작을 제어하는 임의의 장치, 시스템 또는 그들의 일부를 의미한다. 임의의 특정한 제어기에 부수되는 기능은 근거리에서든 원거리에서든 집중화되거나 분산화 될 수 있다. 특정 용어 및 어구의 정의는 본 명세서의 전반에 걸쳐 부여되는 것이고, 대부분의 경우는 아니지만 상당수의 경우에 그와 같이 정의되는 용어 및 어구의 이전 및 이후의 사용에 전술한 정의가 적용됨을 당업자는 이해해야 할 것이다.
본 발명 및 그 장점을 보다 더 완벽하게 이해하기 위해서는 첨부 도면과 연관하여 이루어지는 이후의 상세한 설명을 참조해야 할 것인 바, 그들 첨부 도면에서는 동일한 대상물이 동일한 도면 부호에 의해 지시되어 있다.
후술하는 도 1 ∼ 도 8과 본 발명의 원리를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용되는 각종의 실시 예는 단지 예시를 위한 것일 뿐이지 결코 본 발명의 사상을 한정하려는 것으로 해석되어서는 안 된다. 당업자라면 본 발명의 원리가 적절히 개조된 임의의 무선 통신망에서도 구현될 수 있는 것임을 이해하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 예시적인 무선 통신망을 도시하고 있다. 무선 전화 통신망(100)은 다수의 셀 구역(121 ∼ 123)을 포함하고, 그 셀 구역(121 ∼ 123)은 기지 송수신국(BTS 101, BTS 102 또는 BTS 103) 중의 하나를 각각 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 무선 통신망(100)이 CDMA에 기초한 통신망이다. 기지 송수신국(BTS 101 ∼ BTS 103)은 다수의 이동 유닛(M)(111 ∼ 114)과 통신하도록 동작될 수 있다. 이동 유닛(111 ∼ 114)은 종래의 휴대 전화, PCS 송수신 장치, 휴대용 컴퓨터, 계측 장치 등을 비롯한 적절한 임의의 장치일 수 있다.
점선은 그 안에 기지 송수신국(101 ∼ 103)이 위치되는 셀 구역(121 ∼ 123)의 대략적인 경계를 나타낸다. 셀 구역은 단지 예시 및 설명의 목적으로 대략 원형으로 도시되어 있다. 셀 구역은 선택된 셀 구성과 자연 장애물 및 인공 장애물에 의존하여 다른 불규칙한 형상으로 될 수 있음을 분명히 이해해야 할 것이다.
기지 송수신국(101, 102, 103)은 통신 라인(131)을 경유하여 상호간에, 그리고 공중 전화 시스템과의 사이에서 음성 및 데이터 신호를 송신한다. 통신 라인(131)은 T1 라인, T3 라인, 광섬유 링크, 통신망 중추 접속 회선 등을 비롯한 적절한 임의의 접속 수단일 수 있다. 특정의 실시 예에서는 기지 송수신국(101, 102, 103)이 위성 링크에 의해 상호 및/또는 공중 전화 통신망에 무선으로 접속될 수 있다.
그러한 예시적인 무선 통신망(100)에서는 이동 유닛(111)이 셀 구역(121)에 위치되어 기지 송수신국(101)과 통신하고, 이동 유닛(113)이 셀 구역(122)에 위치되어 기지 송수신국(102)과 통신하며, 이동 유닛(114)이 셀 구역(123)에 위치되어 기지 송수신국(103)과 통신한다. 이동 유닛(112)은 셀 구역(123)의 가장자리에 인접하여 셀 구역(121) 내에 위치된다. 이동 유닛(112)에 근접한 지시 화살표는 이동 유닛(112)이 셀 구역(123) 쪽으로 이동되는 것을 지시한다. 이동 유닛(112)이 셀 구역(123) 속으로 이동하여 셀 구역(121)으로부터 벗어날 때의 일정 시점에서 "핸드오프(handoff)"가 발생하게 된다.
"핸드오프"란 호 제어를 제1 셀로부터 제2 셀로 이전하기 위한 공지의 과정이다. 예컨대, 이동 유닛(112)이 기지 송수신국(101)과의 통신 상태에서 상기 기지 송수신국(101)으로부터의 신호가 허용될 수 없을 정도로 약화되고 있음을 감지하게 되면, 그 이동 유닛(112)은 기지 송수신국(103)에 의해 전송되는 신호 보다 더 강한 신호를 송신하는 기지 송수신국으로 통신을 스위칭할 수 있다. 이동 유닛(112) 및 기지 송수신국(103)은 새로운 통신 링크를 수립하고, 진행 중에 있는 음성 및/또는 데이터 신호를 기지 송수신국(103)을 통해 전송하라는 신호가 기지 송수신국(101) 및 공중 전화 통신망으로 송신된다. 이렇게 되면 호는 중단됨이 없이 기지 송수신국(101)으로부터 기지 송수신국(103)으로 전송된다.
각각의 기지 송수신국(101 ∼ 103) 내에서는 송신기 회로가 통신 라인(131)으로부터 음성 및 데이터 트래픽(traffic)을 수신하여 그 트래픽을 예컨대 TDMA 신호, FDMA 신호 또는 CDMA 신호로서 송신하기 위해 변조시킨다. 송신기 회로는 변조된 입력 RF 신호를 송신에 필요한 전력 수준으로 승압시키는 송신기 전력 증폭기를 포함한다. 전력 증폭기는 입력 RF 신호의 전력 및 주파수 변동에 걸쳐 선형성을 유지하는 것이 중요하다. 전력 증폭기의 선형성을 유지시키기 위해 피드포워드 기법을 사용하는 증폭기 설계가 사용될 수 있다.
도 2는 기지 송수신국 송신기에 사용하기 위한 종래 기술의 일 실시 예에 따른 종래의 2루프 피드포워드 증폭기를 도시하고 있다. 도 3a ∼ 도 3b는 상기 도 2의 피드포워드 증폭기(200)에 대한 주파수 대역의 여러 지점에서의 신호 성분 및 왜곡 성분을 나타내는 주파수 그래프이다. 또한 상기 도 3a ∼ 도 3b는 추후에 도 5와 연관시켜 본 발명을 설명하는 데에도 사용될 것이다.
CDMA 변조신호, TDMA 변조신호, FDMA 변조신호 등일 수 있는 RF 입력 신호는 신호 분리기(205)에 의해 수신된다. 도 3a는 신호 성분(301) 및 신호 성분(302)으로 이루어진 예시적인 RF 입력 신호를 나타내고 있다. 신호 성분(301)은 주파수 f1에서 발생되고, 신호 성분(302)은 주파수 f2에서 발생된다. 신호 분리기(205)는 2개의 RF 입력 신호의 카피(copy)를 출력하는데, 각각의 카피에는 선택적으로 신호 분리기(206)에 의해 약간의 이득률이 가해질 수 있다.
RF 입력 신호의 제1카피는 위상 조정 제어기(210), 이득 조정 제어기(215) 및 전력 증폭기(220)에 의해 처리된다. 위상 조정 제어기(210)는 RF 입력 신호의 위상을 편이시키도록 조정될 수 있다. 이득 조정 제어기(215)는 RF 입력 신호에 소량의 이득을 가하도록 조정될 수 있다. 이어서 전력 증폭기(220)는 이득 조정 제어기(215)로부터 수신된 RF 입력 신호에 대량의 이득을 가한다.
전력 증폭기(220)의 출력에서는 전력 증폭기(220)의 비선형 응답으로 인해 혼변조 왜곡(IMD)이 생기게 된다. 도 3b는 주파수 대역에서의 예시적인 전력 증폭기(220)의 출력을 나타내고 있다. 전력 증폭기(220)의 출력은 신호 성분(301) 및 신호 성분(302)으로 이루어진 RF 입력 신호와, 신호 성분(303) 및 신호 성분(304)으로 이루어진 혼변조 왜곡 신호를 포함한다. 신호 성분(303)은 주파수 f3에서 발생되고, 신호 성분(304)은 주파수 f4에서 발생된다.
RF 입력 신호의 제2카피는 지연선(225) 및 신호 합성기(230)에 의해 처리된다. RF 결합기(235)는 전력 증폭기(220)의 출력에 있는 (RF 입력 + 혼변조 왜곡) 신호를 수신하여 신호 합성기(230)의 한 입력단에 그 신호를 인가한다. 또한 RF결합기(235)는 (RF 입력 + 혼변조 왜곡) 신호에 약간의 이득률을 가할 수도 있다. 지연선(225)의 출력은 RF 입력의 시간 지연된 변형으로서, 지연선(225)에서의 손실로 인해 감쇠될 수 있다. 지연선(225)의 출력은 (RF 입력 + 혼변조 왜곡) 신호의 RF 입력 성분과 지연선(225)으로부터 수신된 RF 입력의 시간 지연된 변형과의 사이에 상쇄가 일어나도록 신호 합성기(230)의 또 하나의 입력단에 가해진다.
도 3c는 실제로 신호 합성기(230)에 의해 (RF 입력 + 혼변조 왜곡) 신호에 합성되는 역전된 시간 지연 RF 입력 신호를 나타내고 있다. 신호 합성기(230)의 2개의 입력에서 수신된 RF 입력 신호 성분은 이득 조정 제어기(215)에 의해 가해지는 이득 및 위상 조정 제어기(210)에 의해 가해지는 위상 편이를 조정함에 의해 동일한 진폭이지만 반대의 위상으로 조정될 수 있고, 그에 의해 신호 합성기(230)의 출력에서 상호 삭제된다. 따라서, 이상적으로는 신호 합성기(230)의 출력이 RF 결합기(235)로부터 수신된 혼변조 왜곡 신호만을 포함하게 된다. 선택적으로, 신호 합성기(230)는 그 출력에서 혼변조 신호에 이득률을 가할 수도 있다.
즉 신호 분리기(205), 위상 조정 제어기(210), 이득 조정 제어기(215). 전력 증폭기(220), 지연선(225), RF 결합기(235) 및 신호 합성기(230)는 2루프 피드포워드 증폭기(200)의 제1루프를 이룬다. 상기 제1루프는 RF 입력 신호를 증폭시키고, 만일의 경우에 전력 증폭기(220)의 비선형성 및 포화에 의해 생길 수 있는 혼변조 왜곡 신호 성분을 분리시킨다. 2루프 피드포워드 증폭기(200)의 제2루프는 후술하는 바와 같이 만일의 경우에 있을 수 있는 증폭된 전력 증폭기(200)로부터의 혼변조 왜곡 신호 성분을 삭제시킨다.
2루프 피드포워드 증폭기(200)의 제2루프는 신호 합성기(230)로부터 수신되어 분리된 혼변조 왜곡 성분의 위상 편이 및 증폭에 사용되는 위상 조정 제어기(240), 이득 조정 제어기(245) 및 보정 증폭기(250)를 포함한다. 또한 제2루프는 지연선(255) 및 RF 결합기(260)를 포함한다. RF 결합기(260)에 의해 수신되는 지연선(255)의 출력은 도3b에 도시된 (RF 입력 + 혼변조 왜곡) 신호의 시간 지연된 변형이고, 선택적으로 RF 결합기(235) 및/또는 지연선(255)에 의해 유발되는 양 또는 음의 이득률로 그 크기가 증감될 수 있다.
RF 결합기(260)의 또 다른 입력은 보정 증폭기(250)의 출력으로부터 도 3e에 도시된 혼변조 왜곡 성분을 수신한다. 그러한 신호는 도 3d에 도시된 바와 같은 분리된 혼변조 왜곡 성분의 역전 및 증폭된 변형이다. 위상 조정 제어기(240), 이득 조정 제어기(245) 및 보정 증폭기(250)는 RF 결합기(260)의 2개의 입력에서의 혼변조 신호 성분들이 삭제되도록 RF 결합기(260)로부터 수신된 혼변조 왜곡 성분의 위상 및 진폭을 조정한다. 도 3f는 RF 결합기(260)의 출력에서의 출력 신호를 나타내고 있다. RF 출력 신호는 RF 입력 신호의 증폭된 변형이다. 혼변조 왜곡 성분은 RF 출력으로부터 삭제된다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 종래 기술의 피드포워드 증폭기(200)에서의 전력 증폭기(220)의 비선형 동작을 나타내는 입력/출력 응답 그래프이다. 도 4a의 곡선(401)은 이상적인 선형 곡선을 표시하는 점선에 의해 도시된 바와 같이 입력 전력이 하위 수준으로부터 증가함에 따라 출력 전력이 초기에 선형적으로 상승함을 나타내고 있다. 그러나 입력 전력이 매우 크게 될 때에는 출력 전력이 균등하게 되어(즉, 비선형적으로 되어) 곡선(401)이 평탄해진다. 도 4b에 도시된 예시적인 정현파 입력 X(t)는 전력 증폭기(220)가 포화될 정도로 그 진폭이 증가하고 있다. 이상화된 출력 Y(t)(점선으로 도시된 바와 같은)의 피크(401, 402, 403)는 삭감되고, 결과적으로 왜곡된 정현파 출력이 얻어진다. 삭감된 피크(402, 403, 404)의 "상실된" 부분은 이상화된 출력 Y2(t)(점선으로 도시된 바와 같은)와 일렬로 정렬되어 도면의 아래쪽에 파형(410, 411, 412)으로써 도시되어 있다.
종래의 2루프 피드포워드 증폭기(200)는 2개의 지연선을 비롯한 다수의 회로 소자를 포함한다. 지연선(225)은 위상 조정 제어기(210), 이득 조정 제어기(215) 및 전력 증폭기(220)를 통과하는 동안의 처리 시간 지연을 보상하는 데 사용된다. 지연선(255)은 위상 조정 제어기(240), 이득 조정 제어기(245) 및 보정 증폭기(255)를 통과하는 동안의 처리 시간 지연을 보상하는 데 사용된다. 부가적으로, 지연선(255)은 전력 증폭기(220)에 결합되어 고전력 신호를 지연시킨다. 지연선(255)에서는 전력 손실이 상당하여 2루프 피드포워드 증폭기(200)의 전체 효율을 떨어뜨린다.
종래 기술에 내재된 상기와 같은 문제점은 RF 송신기를 단순화하고 지연선을 모두 제거시킨 신규의 디지털 증폭기 설계에 의해 극복된다. 본 발명은 주 전력 증폭기에서 생긴 혼변조 왜곡을 감소시키는 에러 보정 신호를 발생시키는데, 디지털 신호 처리를 사용하는 디지털 피드포워드 증폭기를 포함한다. 피드포워드 증폭기에서 하나 이상의 신호를 지연시키는 데는 버퍼 또는 다른 디지털 회로가 사용될 수 있고, 그렇게 되면 지연선이 필요 없게된다. 후술하는 본 발명은 FDMA 휴대 전화 시스템 및 TDMA 휴대 전화 시스템을 비롯한 매우 다양한 송신 시스템에서 구현될 수 있고, 특히 다채널 신호가 기준 대역에서 디지털 방식으로 합성되는 코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템에 유용하다.
도 5는 예시적인 무선 통신망(100)에서 하나 이상의 기지 송수신국(101, 102, 103)의 송신기에 사용하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 예시적인 디지털 피드포워드 증폭기(500)를 나타내고 있다. 본 발명의 설명을 명료하고 간결하게 하기 위해, 디지털 피드포워드 증폭기(500)가 사진 위상천이변조(quadrature phase shift keying; QPSK)를 사용하는 CDMA 시스템에서 구현되는 것으로 가정한다. 그러나 당업자는 본 발명의 원리가 TDMA 및 FDMA를 비롯한 다른 유형의 RF 송신 시스템에 사용하는 데에도 매우 적합할 수 있음을 이해할 것이다.
디지털 피드포워드 증폭기(500)는 2개의 주 신호 처리 분기를 포함한다. 제1 분기 또는 주 증폭 분기는 디지털 합성기(505), 디지털/아날로그 변환기(DAC)(510), I/Q 변조기(515), 전력 증폭기(520) 및 RF 결합기(570, 575)로 이루어진다. 제2 분기 또는 에러 보정 신호 분기는 에러 보정 신호 발생기(530), 디지털/아날로그 변환기(DAC)(540), I/Q 변조기(545), 위상 조정 제어기(550), 이득 조정 제어기(555), 보정 신호 형성기(560) 및 보정 증폭기(565)로 이루어진다.
선택적으로, 디지털 피드포워드 증폭기(500)는 이득 조정 제어기(580), 위상 조정 제어기(582), I/Q 복조기(584), 아날로그/디지털 변환기(ADC)(586) 및 증폭기 모델 회로(588)로 이루어진 증폭기 특성화 분기를 포함할 수도 있다. 증폭기 특성화 분기는 전력 증폭기(520)에 관한 정보로 에러 보정 신호 발생기(530)를 갱신시키는 데 사용된다. 그러한 갱신은 온도 및 동작 주파수의 범위에 걸쳐 시간을 변동시킬 수 있는 전력 증폭기(520)의 특성의 변화를 보상하기 위해 실행된다.
디지털 합성기(505)는 N명에까지 이르는 사용자로부터 CDMA 암호화 기저대역 신호를 수신하고 그 신호를 합성하여 2개의 합성 디지털 신호, 즉 동상(I)의 채널 기저대역 합성 신호 및 직각 성분 위상(Q)의 채널 기저대역 합성 신호를 생성한다. 각각의 사용자로부터 수신되는 개개의 CDMA 암호화 기저대역 신호는, 예컨대 사용자 음성 신호의 디지털화된 샘플들의 열(stream)을 포함한다. 디지털 I 채널 및 Q 채널 기저대역 신호의 각각의 폭은 구현하려는 바에 따라 다양한 수의 비트(예컨대, 8, 11, 14, 16 비트 등)로 될 수 있다.
디지털 합성기(505)는 일반적으로 1개보다 많은 입력 CDMA 암호화 기저대역 신호를 한꺼번에 수신하지만, 때때로 단지 1개만의 입력 CDMA 암호화 기저대역 신호를 수신할 수도 있고, 어쩌면 신호를 전혀 수신하지 않을 수도 있음을 이해해야 할 것이다. 따라서 디지털 합성기(505)에 의해 발생된 합성 디지털 I 채널 기저대역 신호 및/또는 합성 디지털 Q 채널 기저대역 신호는 실제로 단지 1개의 입력 CDMA 암호화 기저대역 신호로부터 유래된 것일 수 있다. 그러한 경우, "합성" 디지털 I 채널 기저대역 신호 및/또는 "합성" 디지털 Q 채널 기저대역 신호는 디지털 합성기(505)로부터 수신된 단일의 CDMA 암호화 기저대역 신호에 바로 연관될 것이다.
디지털 합성기(505)는 한 쌍의 디지털 I 채널 및 Q 채널 기저대역 합성 신호를 DAC(510)로 전송한다. 디지털 합성기(505)는 또 한 쌍의 디지털 I 채널 및 Q 채널 기저대역 합성 신호를 에러 보정 신호 발생기(530) 및 증폭기 모델(588)로 전송한다. 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 디지털 합성기(505)가 DAC(510)로 보내지는 한 쌍의 디지털 I 채널 및 Q 채널 기저대역 합성 신호의 전송과 에러 보정 신호 발생기(530) 및 증폭기 모델(588)로 보내지는 한 쌍의 디지털 I 채널 및 Q 채널 기저대역 합성 신호의 전송과의 사이에 가변적 길이의 시간 지연을 도입시키는 내부 지연 회로를 포함한다. 가변적 길이의 시간 지연은 주 증폭 분기에서의 신호 처리 시간과 에러 보정 신호 분기에서의 신호 처리 시간과의 차이를 보상하도록 조정된다. 내부 지연 회로는 시간이 계시되는 데이터 버퍼(또는 시간이 계시되는 래치)이거나 공지된 다수의 다른 지연 회로 중의 임의의 하나일 수 있다.
DAC(510)는 디지털 I 및 Q 채널 기저대역 합성 신호를 아날로그 I 및 Q 채널 기저대역 합성 신호로 변환시킨다. I/Q 변조기(515)는 아날로그 I 및 Q 채널 기저대역 합성 신호를 수신하여 로컬 발진기(LO)(520)로부터 수신된 RF 반송파를 변조시키는데 그 신호를 사용한다. I/Q 변조기(515)의 출력 신호는 송신하려는 변조 RF 신호이다.
그 다음으로, 전력 증폭기(520)는 I/Q 변조기(515)에 의해 발생된 변조 RF 신호를 증폭시킨다. 입력 신호가 전력 증폭기(520)의 포화를 일으킬 정도로 충분히 클 경우에 전력 증폭기(520)의 출력에 혼변조 왜곡(IMD)이 도입될 수 있는 시점이 바로 그 시점이다. 전력 증폭기(520)의 출력은 RF 결합기(570, 575)를 통해 공급되어 출력 신호를 생성한다.
디지털 합성기(505)에 의해 생성된 I 채널 및 Q 채널합성 신호의 진폭은 시간에 따라 변동한다. 때때로, 합성 신호는 진폭이 전력 증폭기(520)를 포화시킬 정도로 충분히 큰 변조 RF 신호를 발생시키도록 I/Q 변조기에 의해 합성될 것이다. 그러한 상황이 발생될 경우, 에러 보정 신호 발생기(530)는 전력 증폭기(520)의 출력에서의 왜곡을 삭제시키는 데 사용되는 디지털 I 채널 및 Q 채널 보정 신호를 발생시킨다. 전력 증폭기(520)가 포화되는 시점은 I 채널 및 Q 채널 기저대역 합성 신호의 값과, 온도 및 동작 주파수를 비롯한 전력 증폭기(520)의 동작 조건에 의해 결정된다. 즉 에러 보정 신호 발생기(530)는 I 채널 및 Q 채널 기저대역 합성 신호의 값과 후술하는 바와 같이 증폭기 모델(588)로부터 수신되는 갱신된 정보를 사용하여 디지털 I 채널 및 Q 채널 보정 신호를 결정한다.
에러 보정 신호 발생기(530)에 의해 발생된 디지털 I채널 및 Q 채널 보정 신호는 DAC(540)에 의해 아날로그 I 채널 기저대역에러 보정 신호 및 아날로그 Q 채널 기저대역 에러 보정 신호로 변환된다. I 및 Q 채널 기저대역 에러 보정 신호는 DAC(540)에 의해 I/Q 변조기(545)로 전송되고, 그 I/Q 변조기(545)는 전송된 I 및 Q 채널 기저대역 에러 보정 신호를 사용하여 로컬 발진기(520)에 의해 생성된 RF 반송파 신호를 변조시킨다. I/Q 변조기(545)의 출력은 위상 조정 제어기(550)에 의해 위상이 편이되고 이득 조정 제어기(555)에 의해 진폭이 조정될 수 있는 변조 RF 신호이다. 일반적으로 위상 조정 제어기(550)는 I/Q 변조기(545)에 의해 발생된 변조 RF 신호의 정현파 파형 피크를 전력 증폭기(520)의 출력에서의 변조 RF 신호의 정현파 파형 피크에 맞춰 정확히 정렬시키는 데 사용될 수 있다.
보정 신호 형성기(560)는 I/Q 변조기(545)에 의해 생성된 변조 RF 신호의 정현파 파형 피크를 분리시키는 데 사용된다. 포화 중의 비선형 구역에서는 단지 전력 증폭기(520)의 정현파 출력의 피크만이 삭감되기 때문에, 혼변조 왜곡을 보정하기 위해서는 단지 I/Q 변조기(545)의 정현파 출력의 피크만을 전력 증폭기(520)의 삭감된 출력에 도로 부가하면 된다. 즉 보정 신호 형성기(560)는 삭감된 피크(402, 403, 404)의 "상실된" 부분을 생성하는데, 그것은 도 4에 파형(410, 411, 412)으로서 도시되어 있다. 이어서 보정 신호 형성기(560)의 출력 전력이 RF 결합기(575)를 동작시키도록 보정 증폭기(565)에 의해 승압된다.
선택적으로, 디지털 버퍼링 지연 기법으로부터 얻을 수 있는 것보다 더 정밀한 스케일로 시간 지연 조정을 얻을 필요가 있는 경우에는 하나 이상의 아날로그 지연선이 주 분기 또는 보정 분기 또는 그 양자에 부가될 수도 있다. 예컨대, 조정이 가능한 아날로그 지연선이 전력 증폭기(520)의 입력 또는 보정 증폭기(565)의 입력에 부가될 수 있다.
도 6a는 다이오드 설계에 기초한 보정 신호 형성기의 예시적인 실시 예를 도시하고 있다. 오직 예시를 위한 목적으로, 단지 2개의 다이오드만이 가장 간단한 형태로 사용되고 있다. 도 6b 및 도 6c는 예시적인 보정 신호 형성기(560)의 동작을 나타내는 시간 대역 그래프이다. 도 6b는 보정 신호 형성기(560)에 의해 수신된 입력 정현파이다. 보정 신호 형성기(560)의 다이오드는 +Vτ와 -Vτ와의 사이에 있는 입력 정현파의 모든 부분을 삭감시키는데, 그 경우에 +Vτ및 -Vτ는 그 값이 전력 증폭기(515)의 비선형 특성과 연관되는 임계 전압이다. 그러므로 도 6c에 도시된 바와 같은 보정 신호 형성기(560)의 출력은 입력 정현파의 양과 음의 삭감된 피크로 이루어진다. 위상 조정 제어기(550) 및 이득 조정 제어기(555)는 삭감된 피크의 진폭 및 위상을 조정하는 데 사용될 수 있다.
RF 결합기(575)는 전력 증폭기(520)로부터 RF 결합기(570)를 경유하여 삭감된 RF 신호를 수신하고, 보정 증폭기(565)로부터 도 6c에 도시된 바와 같은 양과 음의 삭감된 피크로 이루어진 증폭 발생된 에러 보정 신호를 수신한다. RF 결합기(575)는 2개의 입력 신호를 합성하여 RF 출력 신호를 발생한다.
전력 증폭기(520)에 의해 수신된 변조 RF 신호가 충분히 작을 때에는 전력 증폭기(520)가 선형적으로 동작하고 그 출력도 삭감되지 않는다. 그 시점에서는 보정 증폭기(565)의 출력이 0이다. 그러나, 변조 RF 신호가 증가하여 전력 증폭기(520)의 출력 신호에서의 정현파 피크가 삭감되기 시작할 때에는 보정 증폭기(565)의 출력이 삭감된 피크의 "상실된" 부분[예컨대, 파형(410, 411, 412)]을 도로 부가시키도록 증가된다. 이상적인 것은 전력 증폭기(520)의 삭감된 출력과 보정 증폭기(565)의 출력에 발생된 보정 신호가 RF 결합기(575)에 의해 합성되어 RF 출력 신호가 삭감이 없이 적절히 증폭된 정현파 신호로 되는 것이다.
전술한 기법은 기저대역에서 보정 신호를 발생시켜 그 보정 신호를 RF 신호로 변조시키기 때문에, 보정 신호의 형상이 주 신호의 삭감된 부분과 정확히 일치되지 않을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 출원인에 의해 실행된 컴퓨터 모사에 의하면 보정 신호 또는 그 형상은 대체로 디지털 피드포워드 송신기의 출력에서의 혼변조 왜곡의 수준을 상당한 정도로 감소시키기에 충분할 만큼 유사한 것으로 판명되었다. 추가로, 보정 분기에 있는 보정 신호 형성기는 보정 신호의 형상을 주 신호의 삭감된 부분과 보다 잘 일치하도록 개선시키는 데에도 사용될 수 있다.
일반적으로 전력 증폭기(520)와 같은 증폭기의 성능 특성은 특성화될 수 있기 때문에, 전력 증폭기(520)의 출력에서 신호의 삭감된 부분을 발생시키도록 보정 신호 형성기(560)를 설계하는 것이 가능하다. 그것은 전력 증폭기(520)가 포화되기 시작할 때에 보정 증폭기(565)가 정형화된 보정 신호를 출력하기 시작하도록 위상 조정 제어기(550)에서의 위상 조정 및 이득 조정 제어기(555)에서의 이득 조정을 설정하는 것이 일반적으로 가능하게 될 경우에 해당한다.
또한 이득 조정 제어기(580), 위상 조정 제어기(582), I/Q복조기(584), 아날로그/디지털 변환기(ADC)(586) 및 증폭기 모델 회로(588)로 이루어지는 증폭기 특성화 분기는 정확한 I 채널 및 Q 채널 에러 보정 신호를 생성하기 위해 에러 보정 신호 발생기(530)를 갱신시키는 데 사용될 수 있다. RF 결합기(570)는 전력 증폭기(520)의 출력을 수신하여 그로부터 "특성화" 신호를 발생시키고, 그러한 특성화 신호는 이득 조정 제어기(580) 및 위상 조정 제어기(582)로 전송된다. 이득 조정 제어기(580)는 특성화 신호의 진폭을 조정하는 데 사용될 수 있고, 위상 조정 제어기(582)는 특성화 신호의 위상을 편이시키는 데 사용될 수 있다. 따라서 I/Q 복조기(584)에 의해 수신되는 위상 조정 제어기(582)의 출력은 이득이 조정되고 위상이 편이된 전력 증폭기(520)의 RF 출력의 카피이다.
또한 I/Q 복조기(584)는 로컬 발진기(520)에 의해 발생된 RF 반송파를 수신한다. 이어서 I/Q 복조기는 전력 증폭기(520)의 RF 출력을 복조시킴으로써 2개의 아날로그 기저대역 신호, 즉 동상(I) 채널 기저대역 특성화 신호 및 직각 성분(Q) 채널 기저대역 특성화 신호를 생성한다. 그 다음으로, 아날로그 I 채널 및 Q 채널 기저대역 특성화 신호는 ADC(586)에 의해 디지털 I 채널 및 Q 채널 기저대역 특성화 신호로 변환된다.
디지털 I 채널 및 Q 채널 기저대역 특성화 신호는 증폭기 모델(588)에 의해 수신되는데, 그 증폭기 모델(588)은 아울러 디지털 합성기(505)로부터 원래의 디지털 I 채널 및 Q 채널 기저대역 특성화 신호를 수신한다. 또한 증폭기 모델(588)은 전력 증폭기(520)와 연관된 증폭기 특성화 정보를 포함하고, 전력 증폭기(520)에 관한 온도 및 동작 주파수 데이터를 수신한다. 증폭기 모델(588)은 원래의 입력 기저대역 신호와 전력 증폭기(520)의 출력으로부터 궤환되는 삭감된 출력 기저대역 신호를 비교함에 의해 에러 보정 신호 발생기(530)로 보내질 갱신된 정보를 발생시킨다. 갱신된 정보는 에러 보정 신호 발생기(530)가 원래의 디지털 I 채널 및 Q 채널 기저대역 합성 신호에서 생긴 삭감의 양을 보다 더 정확히 판단할 수 있도록 해준다. 그러면 에러 보정 신호 발생기(530)는 디지털 I 채널 및 Q 채널 보정 신호를 보다 더 정확히 발생시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 5의 예시적인 디지털 피드포워드 증폭기의 동작을 나타내는 흐름도이다. 처음에, CDMA 암호화 사용자 기저대역 신호가 디지털 I 및 Q 채널 기저대역 합성 신호로 합성된다[처리 단계(705)]. 그 다음으로, 디지털 I 및 Q 채널 기저대역 합성 신호가 아날로그 I 및 Q 채널 기저대역 합성 신호로 변환된다[처리 단계(710)]. 이어서, 아날로그 I 및 Q 채널 기저대역 합성 신호가 RF 반송파 신호의 직각 성분을 변조시키는데 사용된다. 그 다음으로, 직각 성분 변조형 RF 반송파가 송신을 위해 증폭된다[처리 단계(715)].
직각 성분 변조형 RF반송파의 증폭에 의해 도입될 수 있는 왜곡을 제거하기 위해, 원래의 디지털 I 및 Q 채널 기저대역 합성 신호로부터 디지털 I 및 Q 채널 기저대역 에러 신호가 발생된다[처리 단계(720)]. 이어서 디지털 I 및 Q 채널 기저대역 에러 신호가 아날로그 I 및 Q 채널 기저대역 에러 신호로 변환된다[처리 단계(725)].
아날로그 I 및 Q 채널 기저대역 에러 신호는 RF 반송파 신호의 직각 성분을 변조시키는 데 사용된다[처리 단계(730)]. 이어서, 직각 성분 변조형 RF 에러 신호가 최종의 에러 보정 신호를 생성하도록 정렬되고 증폭되고 정형화된다[처리 단계(735)]. 끝으로, 직각 성분이 변조되어 증폭된 RF 반송파가 최종의 에러 보정 신호와 합성되어 왜곡이 없는 송신용 RF 출력을 생성한다[처리 단계(740)]. 그러한 처리 과정에서, 처리 단계(720 ∼ 740)는 처리 단계(705 ∼ 715)와 병렬로 실행될 수 있음을 유의해야 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 피드포워드 증폭기를 포함하는 예시적인 송신기를 도시하고 있다. 처음에, 사용자(1)의 말(speech)에 대한 디지털 샘플이 직렬/병렬(S-to-P) 회로(802)에 입력되는데, 그 직렬/병렬 회로(802)는 각각의 디지털 샘플의 절반의 비트를 배타적 OR 게이트(exclusive-OR gate)(804)로 전송하고, 나머지 절반의 비트를 배타적 OR 게이트(808)로 전송한다. 각 배타적 OR 게이트로 전송되는 비트들은 각 디지털 샘플내 모든 비트들의 I 및 Q 채널에서 동기적 처리를 확보하기 위해 병렬로 전송된다.
배타적 OR 게이트(804)는 직렬/병렬 회로(802)로부터 수신된 각각의 비트를 I 채널 유사 임의 잡음[PN(I)] 패턴과 합성함에 의해 CDMA시스템에 사용하기 적합한 이산 기저대역 신호(또는 CDMA 암호화 신호)를 생성한다. 그러한 CDMA 암호화 신호는 이산 신호의 대역 폭의 한정을 위해 유한 임펄스 응답(FIR) 필터(810)를 통과한다.
배타적 OR 게이트(808) 및 FIR 필터(810)의 출력은 디지털 합성기(815)에 입력되는 I 채널 및 Q 채널 입력이다. 마찬가지의 방식으로, 디지털 합성기(815)는 사용자(2), 사용자(3), 사용자(4), …, 및 사용자(N)에 대해서도 유사한 I 및 Q 채널 기저대역 음성 신호를 수신한다. 이어서, 디지털 합성기(815)는 개개의 I 및 Q 채널 기저대역 음성 신호를 합성하여 디지털 I 및 Q 채널 기저대역 합성 신호를 생성한다.
한 쌍의 디지털 I 및 Q 채널 기저대역 합성 신호는 DAC(820) 및 DAC(822)로 각각 전송된다. DAC(820)는 디지털 I 채널 기저대역 합성 신호를 아날로그 I 채널 기저대역 합성 신호로 변환시킨다. DAC(822)는 디지털 Q 채널 기저대역 합성 신호를 아날로그 Q 채널 기저대역 합성 신호로 변환시킨다. I/Q 변조기(825)는 아날로그 I 및 Q 채널기저대역 합성 신호를 사용하여 로컬 발진기(830)로부터 수신된 RF 반송파에 대한 직각 성분 변조를 실행한다.
디지털 합성기(815)에 의해 생성된 또 한 쌍의 디지털 I 및 Q 채널 기저대역 합성 신호는 에러 보정 신호 발생기(855)로 전송된다. 에러 보정 신호 발생기(855)는 디지털 I 및 Q 채널 기저대역 에러 신호를 생성한다. 명료하고 간결하게 하기 위해, 도 5에 도시된 증폭기 모델(588)을 비롯한 특성화 분기 회로는 도 8로부터 생략되어 있다. 도 8과 관련하여 특성화 분기 회로를 상세히 설명한다는 것은 중복적인 것에 지나지 않는다.
에러 보정 신호 발생기(855)에 의해 발생된 디지털 I 및 Q 채널 기저대역 에러 신호는 DAC(860) 및 DAC(865)로 전송된다. DAC(860)는 디지털 I 채널 기저대역 에러 신호를 아날로그 I 채널 기저대역 에러 신호로 변환시킨다. DAC(865)는 디지털 Q 채널 기저대역 에러 신호를 아날로그 Q 채널 기저대역 에러 신호로 변환시킨다. I/Q 변조기(870)는 아날로그 I 및 Q 채널 기저대역 에러 신호를 사용하여 로컬 발진기(830)로부터 수신된 RF 반송파에 대한 직각 성분 변조를 실행한다.
I/Q 변조기(825)에 의해 생성된 직각 성분 변조형 RF 반송파 신호는 위상 조정(PA) 제어기(835)에 의해 위상이 편이될 수 있고, 그 진폭도 이득 조정(GA) 제어기(840)에 의해 조정될 수 있다. 직각 성분 변조형 RF 반송파는 이득 및 위상의 조정 이후에 전력 증폭기(PA)(845)에 의해 증폭되는데, 그 시점에서 전력 증폭기(845)의 포화에 의해 왜곡이 생길 수 있다.
I/Q 변조기(870)에 의해 생성된 직각 성분 변조형 RF 에러 신호는 위상 조정(PA) 제어기(875)에 의해 위상이 편이될 수 있고, 그 진폭도 이득 조정(GA) 제어기(880)에 의해 조정될 수 있다. 직각 성분 변조형 RF 에러 보정 신호는 이득 및 위상의 조정 이후에 보정 신호 형성기(885)에 의해 처리되는데, 그 보정 신호 형성기(885)는 도 5의 보정 신호 형성기(560)와 실질적으로 동일한 방식으로 동작된다. 이어서, 보정 신호 형성기(885)의 출력에서의 정형화된 에러 보정 신호의 전력이 RF 결합기(RFC)(850)를 동작시키도록 보정 증폭기(CA)(890)에 의해 승압된다.
그 다음으로, RF 결합기(RFC)(850)는 보정 증폭기(890)로부터 수신된 정형화된 에러 보정 신호를 전력 증폭기(845)로부터 수신된 직각 성분 변조형 RF 반송파 신호와 합성하여 왜곡이 없이 송신에 적합한 RF 출력 신호를 생성한다.
본 발명에 따르면, RF 송신기를 단순화하고 모든 지연선을 제거시킨 신규의 디지털 증폭기 설계가 제공되는데, RF 송신기에 사용하기 위한 그러한 디지털 피드포워드 증폭기는 디지털 신호 처리를 사용하여 주 전력 증폭기에서 생긴 혼변조 왜곡을 감소시키는 에러 보정 신호를 발생시키고, 필요하다면 디지털 신호를 버퍼링시킴으로써 지연선의 필요성을 배제시킨다. 지연선은 전력 증폭기 출력에서는 매우 큰 전력을 소모하고 송신기의 효율을 현격히 떨어뜨리기 때문에, 당해 기술 분야에서는 전력 증폭기 출력에서 지연선을 사용할 필요성을 배제시키는 것이 요구되고 있는 바, 간단한 피드포워드 설계에 기초한 본 발명은 바로 그러한 요구를 충족시키고 있다. 또한 본 발명은 더욱 신뢰성이 높은 디지털 설계 기법을 사용하여 특히 CDMA 시스템에서 구현되는 피드포워드 송신기 전력 증폭기를 제공하고 있다.
지금까지 본 발명을 상세히 설명하였지만, 당업자라면 가장 넓은 형태의 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 본 발명에서 각종의 변경, 대체 및 수정이 가능함을 이해해야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 무선 통신망의 송신기에 사용하기 위한 디지털 피드포워드 증폭 시스템에 있어서,
    다수의 디지털 입력 신호를 수신하여 그 다수의 디지털 입력 신호 중의 하나 이상으로부터 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 발생시킬 수 있는 디지털 합성기 회로, 상기 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 수신하여 그 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 하나 이상의 아날로그 합성 출력 신호로 변환시키기 위한 디지털/아날로그 변환기 회로, 국부적 고주파 신호 및 상기 하나 이상의 아날로그 합성 출력 신호를 수신하여 그로부터 변조 고주파 신호를 발생시킬 수 있는 변조 회로, 및 상기 변조 고주파 반송파 신호를 증폭시켜 증폭 고주파 출력 신호를 생성할 수 있는 전력 증폭기로 이루어진 제1 분기와,
    상기 디지털 합성기 회로로부터 상기 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 수신하여 상기 제1 분기의 전력 증폭기에 의해 증폭 고주파 출력 신호 중으로 도입된 혼변조 왜곡 신호를 적어도 부분적으로 삭제할 수 있는 보정 신호를 발생시킬 수 있는 제2 분기, 및
    상기 증폭 고주파 출력 신호와 상기 보정 신호를 합성시킴에 의해 상기 왜곡 신호를 적어도 부분적으로 삭제할 수 있는 합성기 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 피드포워드 증폭 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호는 디지털 동상 합성 출력 신호 및 디지털 직각 성분 합성 출력 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 피드포워드 증폭 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 변조 회로는 상기 디지털/아날로그변환기로부터 아날로그 동상 합성 출력 신호 및 아날로그 직각 성분 합성 출력 신호를 수신하여 직각 성분 변조 고주파 반송파 신호를 발생시키는 직각 성분 변조 회로인 것을 특징으로 하는 디지털 피드포워드 증폭 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 디지털/아날로그변환기 회로가 상기 디지털 합성기 회로로부터 상기 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 수신하는 것은 상기 왜곡 보정 회로가 상기 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 수신하는 것에 비해 시간적으로 지연되는 것을 특징으로 하는 디지털 피드포워드 증폭 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 왜곡 보정 회로는 상기 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호가 상기 전력 증폭기를 포화에 들어가도록 할 수 있는 최대 수준을 넘어 증가할 때마다 상기 보정 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 디지털 피드포워드 증폭 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 주 전력 증폭기의 전류 동작 특성을 감시하고 갱신된 정보를 상기 왜곡 보정 회로에 제공하여 상기 왜곡 보정 회로가 상기 주 전력 증폭기의 동작 특성의 변화에 따라 상기 보정 신호를 조정할 수 있도록 할 수 있는 증폭기 특성화 회로를 더 포함함을 특징으로 하는 디지털 피드포워드 증폭 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 왜곡 보정 회로는 상기 보정 신호의 위상을 증폭 고주파 출력 신호의 위상에 대해 편이시킬 수 있는 이상 회로 소자를 더 구비함을 특징으로 하는 디지털 피드포워드 증폭 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 왜곡 보정 회로는 상기 보정 신호의 진폭을 조정할 수 있는 이득 조정 회로 소자를 더 구비함을 특징으로 하는 디지털 피드포워드 증폭 시스템.
  9. 다수의 이동 유닛과 통신하도록 동작될 수 있는 다수의 기지국으로 이루어진 무선 통신 시스템에 있어서, 상기 다수의 기지국은,
    다수의 디지털 입력 신호를 수신하여 그 다수의 디지털 입력 신호 중의 하나 이상으로부터 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 발생시킬 수 있는 디지털 합성기 회로, 상기 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 수신하여 그 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 하나 이상의 아날로그 합성 출력 신호로 변환시키기 위한 디지털/아날로그 변환기 회로, 국부적 고주파 신호 및 상기 하나 이상의 아날로그 합성 출력 신호를 수신하여 그로부터 변조 고주파 신호를 발생시킬 수 있는 변조 회로, 및 상기 변조 고주파 반송파 신호를 증폭시켜 증폭 고주파 출력 신호를 생성할 수 있는 전력 증폭기로 이루어진 제1 분기와,
    상기 디지털 합성기 회로로부터 상기 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 수신하여 상기 제1 분기의 전력 증폭기에 의해 증폭 고주파 출력 신호 중으로 유입된 혼변조 왜곡 신호를 적어도 부분적으로 삭제할 수 있는 보정 신호를 발생시킬 수 있는 제2 분기, 및
    상기 증폭 고주파 출력 신호와 상기 보정 신호를 합성시킴에 의해 상기 왜곡 신호를 적어도 부분적으로 삭제할 수 있는 합성기 회로를 구비하는 디지털 피드 포워드 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호는 디지털 동상 합성 출력 신호 및 디지털 직각 성분 합성 출력 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 변조 회로는 상기 디지털/아날로그변환기로부터 아날로그 동상 합성 출력 신호 및 아날로그 직각 성분 합성 출력 신호를 수신하여 직각 성분 변조 고주파 반송파 신호를 발생시키는 직각 성분 변조 회로인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 디지털/아날로그변환기 회로가 상기 디지털 합성기 회로로부터 상기 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 수신하는 것은 상기 왜곡 보정 회로가 상기 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 수신하는 것에 비해 시간적으로 지연되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 상기 왜곡 보정 회로는 상기 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호가 상기 전력 증폭기를 포화에 들어가도록 할 수 있는 최대 수준을 넘어 증가할 때마다 상기 보정 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  14. 제9항에 있어서, 상기 주 전력 증폭기의 전류 동작 특성을 감시하고 갱신된 정보를 상기 왜곡 보정 회로에 제공하여 상기 왜곡 보정 회로가 상기 주 전력 증폭기의 동작 특성의 변화에 따라 상기 보정 신호를 조정할 수 있도록 할 수 있는 증폭기 특성화 회로를 더 포함함을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  15. 제9항에 있어서, 상기 왜곡 보정 회로는 상기 보정 신호의 위상을 증폭 고주파 출력 신호의 위상에 대해 편이시킬 수 있는 이상 회로 소자를 더 구비함을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  16. 제9항에 있어서, 상기 왜곡 보정 회로는 상기 보정 신호의 진폭을 조정할 수 있는 이득 조정 회로 소자를 더 구비함을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  17. 무선 통신망의 송신기에 사용하기 위한 고주파 출력 신호 발생 방법에 있어서,
    하나 이상의 다수의 디지털 입력 신호를 합성하여 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 생성하는 단계와,
    상기 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호를 하나 이상의 아날로그 합성 출력 신호로 변환시키는 단계와,
    로컬 고주파 신호를 하나 이상의 아날로그 합성 출력 신호로 변조시켜 변조 고주파 신호를 생성하는 단계와,
    상기 변조 고주파 신호를 증폭시켜 증폭 고주파 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 출력 신호 발생 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 증폭 단계에 의해 증폭 고주파 출력 신호에 유입된 왜곡 신호를 적어도 부분적으로 삭제할 수 있는 보정 신호를 상기 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호로부터 발생시키는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 고주파 출력 신호 발생 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 하나 이상의 디지털 합성 출력 신호는 디지털 동상 합성 출력 신호 및 디지털 직각 성분 합성 출력 신호로 이루어짐을 특징으로 하는 고주파 출력 신호 발생 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 하나 이상의 아날로그 합성 출력 신호는 아날로그 동상 합성 출력 신호 및 아날로그 직각 성분 합성 출력 신호로 이루어지고, 상기 변조 단계는 직각 성분 변조 고주파 반송파 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 고주파 출력 신호 발생 방법.
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