KR20010017853A

KR20010017853A - 적응형 전치보상 선형 증폭기 제어 방법

Info

Publication number: KR20010017853A
Application number: KR1019990033588A
Authority: KR
Inventors: 유기석; 강상기; 김봉겸; 최재익; 채종석
Original assignee: 정선종; 한국전자통신연구원
Priority date: 1999-08-16
Filing date: 1999-08-16
Publication date: 2001-03-05
Also published as: KR100341851B1

Abstract

본 발명은 적응형 전치보상 선형 증폭기 제어 방법에 관한 것으로, 입력 신호의 크기를 읽고, 사전에 기억된 위상과 진폭에 대한 최적 제어 전압을 주어진 입력 신호 크기에 가장 가까운 값으로 결정하고 그 값을 위상과 진폭에 대한 초기 제어 전압으로 설정하는 단계와, 주신호 성분을 지정하도록 위상 동기 루프의 주파수를 맞추고 주신호 성분의 크기를 읽으며, IMD 신호 성분을 지정하도록 위상 동기 루프의 주파수를 맞추고 IMD 신호 성분의 크기를 읽은 후, 상기 주신호 크기와 상기 IMD 신호 크기의 차에 의해 신호의 차를 구하는 단계와, 상기 신호의 차가 임계치보다 큰 경우에는 입력 신호를 읽는 단계로 진행하고, 작은 경우에는 가변 위상 변환기를 조절하며, 상기 가변 위상 변환기에 대한 제어 전압 제어 과정을 주어진 카운트 수만큼 수행하고 계산된 위상값을 출력하는 단계와, 가변 위상 변환기에 대한 제어가 완료되면, 가변 감쇠기에 대한 제어 전압 계산 과정을 주어진 카운트 수만큼 수행하고 계산된 최적 제어 전압을 출력하는 단계로 이루어진 적응형 전치보상 선형 증폭기 제어 방법이 수행된다.

Description

적응형 전치보상 선형 증폭기 제어 방법{Control method of adaptive predistortion linear amplifier}

본 발명은 적응형 전치보상 선형 증폭기 제어 방법에 관한 것으로, 특히 무선통신 시스템에서 멀티캐리어(Multi-carrier)를 사용하거나 광대역 밴드폭(Wide-band)을 갖는 시스템이 사용하여야 할 선형 증폭기(Linear power amplifier) 중 전치보상 방법을 사용한 적응형 전치보상 선형 증폭기의 제어 방법에 관한 것이다.

전치보상기형 선형증폭기는 이미 여러 문헌을 통하여 그 구조가 공개되어 있다. 그리고 기존의 전치보상형 선형증폭기는 진폭(Amplitude)의 보상과 위상(Phase)의 보상을 함에 있어서, 고정된 값을 사용하거나 입력 신호의 크기에 따라 그 보상의 정도를 제어하는 두 가지 종류로 나눌 수 있는데 만약 주증폭기가 AB급 또는 B급을 사용할 때 후자의 방식이 성능면에서 월등하다.

진폭과 위상의 보상 정도를 제어하는 방식 중 Trial-and-error 방식을 사용하는 경우에는 주변 환경의 변화에 적응하는 속도가 느리다는 단점이 있다. 또한, 최적치에 가까워 졌을 때 최적 신호 변환율을 최소로 해 주는 방식이 미리 정해진 신호 변화량으로 고정되기 때문에, 계산된 최적 제어 신호가 실제의 최적 제어 신호에 가까워졌어도 최적 제어 신호가 정해진 값 만큼 변화하는 단점이 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 적응형 전치보상 선형 증폭기의 구조도이다.

도시된 바와 같이, 일반적인 적응형 전치보상 선형 증폭기는 3개의 커플러(11, 16, 19), 2개의 전력 검출기(20, 23), 협대역 밴드폭을 갖는 필터(21), 주파수 합성기(22), 전력 분배기(12), 왜곡 신호 발생기(H.G.; 13), 가변 감쇠기(AT; 14), 가변 위상 변환기(PH; 15), 및 적응형 제어기(17)로 구성된다. 또한, 적응형 제어기(17)는 디지털 제어기로서 프로세서, 메모리, 2개의 A/D 변환기, 2개의 D/A 변환기, 3개의 웨상 동기 루프(Phase Locked Loop; 이하 PLL이라 함) 제어선으로 구성된다. ROM 또는 EPROM에는 사전에 측정된 입력 신호 세기에 따른 최적 제어값(A,P)이 일정한 스텝의 입력 신호 세기 별로 기억된다.

주증폭기(18)의 제 1 입력 단자로는 제 1 커플러(11)로 입력된 입력 신호가 전압 분배기(12)를 통하여 단순 지연되어 입력된다. 주증폭기(18)의 제 2 입력 단자로는 제 1 커플러(11)로 입력된 입력신호가 왜곡신호 발생기(13), 가변 감쇠기(14) 및 가변 위상 변환기(15)를 통하여 입력된다. 이들은 입력 신호에 따라 왜곡 신호를 발생시켜 주며, 가변 감쇠기와 위상 변환기를 적절히 조절하여 주증폭기에서 발생한 왜곡 성분을 상쇠시켜 준다.

적응형 제어기(17)는 최종단의 출력을 읽기 위해서 VCO를 동작시켜 원하는 주파수 대를 지정한다. 주신호와 왜곡 신호의 크기를 읽은 후 출력 특성(IMD특성)이 규격을 초과할 때 가변 위상 변환기(15)와 가변 감쇠기(14) 제어 신호를 변경하여 준다. 이때, 종래의 방법에서는 왜곡신호 성분이 커지면 반대 방향으로 위상 변환기와 가변 감쇠기 제어 신호를 변화시키고, 왜곡 신호 성분이 작아지면 같은 방향으로 제어 신호를 변화시킨다. 10번의 반복 과정 중 9번은 가변 위상 변환기(15)에 사용하고 10번 중 1번은 같은 방법으로 가변 감쇠기(14) 제어에 사용한다. 이상의 과정이 가변 위상 변환기(15)와 가변 감쇠기(14)에 적용되어 IMD특성이 미리 정해진 레벨 값 보다 커질때 까지 계속한다.

종래 방법의 약점은 Trial-and-error 방식, 즉 시행을 해보고 왜곡 성분이 커지면 반대 방향으로 제어값을 산출하는 방식이기 때문에 초기에 순간적으로 왜곡 성분이 커질 수 있고, 또한 제어 신호의 변화량을 미리 정해진 값 만큼만 변화하기 때문에 최적 제어 신호에 도달하기 까지 상대적으로 긴 시간이 필요하다는 것이다. 또한, 최적 제어 전압값에 도달하는 데 많은 계산 반복(iteration)이 필요하였고 전압값 변화율이 단 3가지의 경우로 구분하여 값의 변화 크기를 조절하였으며, 이러한 판단에 여러 프로그램 스텝이 필요하였다. 또한 최적치에 가까웠을 때는 변화의 크기가 매우 작아야 하나, 그렇치 못한 단점이 있다.

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따라서, 본 발명은 횡단(transversal) 필터링 방법을 적용한 LMS 알고리즘을 사용하여 제어 신호 변화량을 에러 신호 크기에 따라 자동적으로 결정하도록 하여 프로그램 실행시 루프 반복 회수를 줄일 수 있는 적응형 전치보상 선형 증폭기 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적응형 전치보상 선형 증폭기 제어 방법은 입력 신호의 크기를 읽고, 사전에 기억된 위상과 진폭에 대한 최적 제어 전압을 주어진 입력 신호 크기에 가장 가까운 값으로 결정하고 그 값을 위상과 진폭에 대한 초기 제어 전압으로 설정하는 단계와, 주신호 성분을 지정하도록 위상 동기 루프의 주파수를 맞추고 주신호 성분의 크기를 읽으며, IMD 신호 성분을 지정하도록 위상 동기 루프의 주파수를 맞추고 IMD 신호 성분의 크기를 읽은 후, 상기 주신호 크기와 상기 IMD 신호 크기의 차에 의해 신호의 차를 구하는 단계와, 상기 신호의 차가 임계치보다 큰 경우에는 입력 신호를 읽는 초기 단계로 진행하고, 작은 경우에는 가변 위상 변환기를 조절하며, 주어진 카운트 수만큼 상기 가변 위상 변환기에 대한 제어 전압을 계산하고 출력하는 단계를 반복하고, 가변 위상 변환기에 대한 제어가 완료되면, 가변 감쇠기에 대한 제어 전압을 주어진 카운트 수만큼 계산하고 출력하는 단계로 진행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이때 주어진 카운트 수는 주 증폭기의 특성에 따라 실험적으로 결정한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 적응형 전치보상 선형 증폭기의 구조도.

도 2는 본 발명에 따른 적응형 전치보상 선형 증폭기 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.

도 3은 본 발명에 적용되는 횡단 필터링 방법이 선형 증폭기 제어에 사용되는 관계를 설명하기 위한 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉

11, 16, 19 : 제 1 내지 제 3 커플러 12 : 전력 분배기

13 : 왜곡신호 발생기 14 : 가변 감쇠기

15 : 가변 위상 변환기 17 : 적응형 제어기

18 : 주증폭기 20, 23 : 전력 검출기

21 : 협대역 필터 22 : 주파수 합성기

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 적응형 전치보상 선형 증폭기 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명에 따른 적응형 전치보상 선형 증폭기 제어 방법은 메모리에 기억되어 있는 프로그램이 동작하면서 다음과 같이 동작한다. 프로그램이 시작되면, 프로그램의 수행을 위하여 필요한 파라메터들 즉, TH, Phase count(P_CNT), Attenuation count(A_CNT), 주 신호 캐리어 주파수, IMD를 측정해야 하는 주파수, 필터 웨이트및 적응 계수(μ)를 초기화 시킨다(201). 이때 필터의 웨이트의 수는 주 증폭기의 특성에 따라 실험적으로 결정한다. 이후, 입력 신호의 크기를 읽어서(202), 사전에 기억된 위상과 진폭에 대한 최적 제어 전압을 주어진 입력 신호 크기에 가장 가까운 값으로 결정(203)하고 그 값을 출력하여 위상과 진폭에 대한 초기 제어 전압으로 사용한다(204). 주 신호 성분을 지정하도록 PLL의 주파수를 맞추고, 주 신호 성분의 크기(도 1의 In2)를 읽으며(205), IMD 신호 성분(In2)을 지정하도록 PLL의 주파수를 맞추고, IMD 신호 성분의 크기를 읽고 그 값은 err(n)으로 한다(206). 다음에 주 신호 크기와 IMD 신호 크기의 차를 구하여 DIFF 값을 구한다(207). 만약 DIFF 값이 Threshold 값(TH)보다 크면(208) 스텝 202로 넘어가고, 그렇지 않으면 위상 변환기 PH를 먼저 조절한다. 위상 변환기 조절이 주어진 카운트 수(P_CNT)만큼 수행하였는지를 점검한다(209).

위상 변환기 조절이 주어진 카운트 수(P_CNT)만큼 수행되지 않았으면, 도 3에 설명되는 최적 제어 알고리즘을 이용하여 PH에 대한 제어 전압을 계산하고 그 값(P)을 출력시키고 PH에 대한 필터 웨이퍼를 추후에 설명되는 제 4 단계에 따라 수정한다(210). 그리고 PH에 대한 제어 횟수를 알기 위해 P_CNT 변수값을 증가시킨 후(211) 단계(205)으로 이동한다. PH에 대한 제어가 끝났다면 도 3에 설명되는 최적 제어 알고리즘을 이용하여 AT에 대한 제어 전압을 계산하고 그 값(A)을 출력시키고 AT에 대한 필터 웨이트를 추후에 설명되는 제 4 단계에 따라 수정한다(212). 감쇠기 AT에 대한 제어가 끝났는지 점검하여, 끝났으면 단계(205)으로 이동하고, 그렇지 않으면 감쇠기 제어 횟수를 알기 위한 A_CNT 변수값을 증가(214)시키고 단계(205)으로 이동한다. 이상의 과정이 계속적으로 반복되어 적응형 전치보상 선형 증폭기가 동작하게 된다.

도 3은 본 발명에 적용되는 횡단 필터링 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도면에서, 전치보상형 선형증폭기로 표시된 부분 외에는 모두 S/W로 구성된다. 이 알고리즘은 LMS 알고리즘을 수정하여 사용하며, 4단계로 아래와 같이 동작한다.

1단계. Filter output(필터 출력):

여기서, W(n)은 필터의 웨이트, U(n)은 주어진 입력 신호의 세기에 따른 예측된 제어전압을 의미하는 백터들이고 H는 트랜스포즈(transpose)를 의미한다. 각 필터의 웨이트(W^H(n))는 초기치는 랜덤한 수(random number)를 사용하지만 알고리즘이 수행되면서 후에 설명되는 제 4 단계에 의해 새로운 값들로 주어진다. 계산된 v(n) 값은 전치보상회로의 감쇠기 또는 위상 변환기의 선택된 디바이스의 제어 전압으로 사용된다. 이 계산된 최적 전압 v(n)이 해당 디바이스에 적용된 후 주 신호 세기 값과 IMD 신호 세기를 읽어서 두 신호 세기의 차 DIFF를 계산하고 그 값에 따라 프로그램의 진행 순서를 도 2의 단계(208)와 같이 결정하고 iMD 신호 세기를 err(n) 값으로 한다.

2단계. Control voltage direction(제어 전압 방향):

dir=-sign(Δerr(n))sign(Δv(n)),

여기서, Δerr(n)= err(n-1)- err(n), Δv(n)= v(n-1)-v(n), dir의 의미는 dir 값이 양(+)인지 음(-)인지에 따라 제어 전압을 증가 또는 감쇠시키는 방향을 나타낸다. 사인(sign) 기호는 그 안의 값이 양 또는 음인지를 나타내는 기호로서, 양이면 +1을, 음이면 -1을 뜻한다.

3단계. Estimation error(추정 에러):

e(n)=μ·err(n)·dir.

여기서, e(n)은 LMS 알고리즘을 이용하여 필터 웨이트값을 수정하는데 사용되고, μ값은 값의 변화량 속도를 조절하는 파라미터이다.

4단계. Tap-weight adaptation(탭 웨이트 적응):

표시(^)는 예측치를 의미한다. 3단계에서 구해진 e(n) 값에 따라 새로운 필터 웨이트를 계산하게 된다. 이상 사용된 기호에서 n-1 또는 n은 프로그램이 진행되면서 그 시간 단계를 의미하는 것으로 예를 들어, v(n-1)은 v(n)보다 한 단계 앞에서 구해진 값이다.

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 전치보상 선형 증폭기의 최적 제어값 결정에 적은 수의 수행 과정 및 루핑 수가 감소되고 최적치에 근접했을 때 에러값이 작으므로 비례적으로 변화율을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims

입력 신호의 크기를 읽고, 사전에 기억된 위상과 진폭에 대한 최적 제어 전압을 주어진 입력 신호 크기에 가장 가까운 값으로 결정하고 그 값을 위상과 진폭에 대한 초기 제어 전압으로 설정하는 단계와,

주신호 성분을 지정하도록 위상 동기 루프의 주파수를 맞추고 주신호 성분의 크기를 읽으며, IMD 신호 성분을 지정하도록 위상 동기 루프의 주파수를 맞추고 IMD 신호 성분의 크기를 읽은 후, 상기 주신호 크기와 상기 iMD 신호의 차(DiFF)를 신호의 차로 하고 iMD 신호 크기를 에러로 결정하는 단계와,

상기 신호의 차가 임계치보다 큰 경우에는 입력 신호를 읽는 단계로 진행하고, 작은 경우에는 가변 위상 변환기를 조절하며, 상기 가변 위상 변환기에 대한 제어 전압 제어 과정을 주어진 카운트 수만큼 주어진 알고리즘에 따라 계산하고 그 값을 출력하는 단계와,

가변 위상 변환기에 대한 제어가 완료되면, 가변 감쇠기에 대한 제어 과정을 주어진 카운트 수만큼 주어진 알고리즘에 따라 게산하고그 값을 출력하는 단계로 진행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 적응형 전치보상 선형 증폭기 제어 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 가변 위상 변환기에 대한 제어 전압 계산 과정 및 가변 감쇠기에 대한 제어 전압 계산 과정은 횡단 필터링 방법을 이용한 LMS 알고리즘을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 적응형 전치보상 선형 증폭기 제어 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 LMS 알고리즘을 사용하기 위해 결정하는 추정 에러(e(n))는 다음의 [수학식 1]에 의해 결정하는 것을 특징으로 하는 적응형 전치보상 선형 증폭기 제어 방법.

e(n) = μㆍerr(n)ㆍdir

(여기에서, dir=-sign[Δerr(n)]ㆍsign[Δv(n)])