KR20010064260A - Adaptive pre-distortion system for nonlinear distortion compensation in IMT-2000 system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전치 왜곡기에 관한 것이며, 특히, 차세대 이동 통신 시스템에서 비선형 왜곡 보상을 위한 적응 전치 왜곡 기법을 이용한 전치 왜곡기에 관한 것이다.The present invention relates to a predistorter, and more particularly, to a predistorter using an adaptive predistortion technique for nonlinear distortion compensation in a next generation mobile communication system.
차세대 무선 통신 시스템에서는 멀티미디어 서비스가 가능하기 때문에 기지국과 단말기간에 전송되는 트래픽 양이 많아진다. 이는 한정된 배터리 전력을 빨리 소모시켜 단말기의 사용 시간을 단축시키게 된다. 따라서 단말기의 전력 대부분을 소비하는 전력 증폭기를 효율이 높은 고전력 증폭기로 사용하면 단말기의 사용 시간을 연장시킬 수 있다는 장점이 있으나, 고전력 증폭기는 출력 신호를 비선형적으로 증폭시키고, 또한, 그 응답 특성이 시변적이므로 그동안 사용이 제한되어왔다.In the next generation wireless communication system, since multimedia services are available, the amount of traffic transmitted between the base station and the terminal increases. This quickly consumes limited battery power, which shortens the usage time of the terminal. Therefore, if the power amplifier that consumes most of the terminal power is used as a highly efficient high power amplifier, the use time of the terminal can be extended, but the high power amplifier amplifies the output signal nonlinearly, and the response characteristic is Since it is time-variable, its use has been limited.
특히, 멀티 코드 CDMA(Code Division Multiple Access)를 기반으로 하는 차세대 이동통신 단말기의 경우 첨두-대-평균 전력비가 크기 때문에 증폭기의 비선형으로 인한 성능 열화가 크다. 따라서, 전치 왜곡 방법을 도입하여 고전력 증폭기의 비선형 왜곡을 선형화시키면, 성능 열화없이 단말기의 전력 소비 효율을 증가시켜 사용 시간을 늘일 수 있다.In particular, the next-generation mobile communication terminal based on multi-code CDMA (Code Division Multiple Access) has a large peak-to-average power ratio, which greatly degrades performance due to nonlinearity of the amplifier. Therefore, if the non-linear distortion of the high power amplifier is linearized by using the predistortion method, the usage time can be increased by increasing the power consumption efficiency of the terminal without performance degradation.
고전력 증폭기의 사용시 출력 신호는 진폭(AM/AM)과 위상(AM/PM)에 왜곡이 발생하게 되며, 이러한 신호의 왜곡을 보상하는 방법으로 전치 왜곡 방식이 있다.When the high power amplifier is used, the output signal is distorted in amplitude (AM / AM) and phase (AM / PM), and there is a predistortion method to compensate for the distortion of the signal.
전치 왜곡 방식은 출력 신호의 선형 응답 특성을 얻기 위하여 증폭기의 입력신호를 미리 왜곡시키는 방법으로 이를 통하여 출력 신호의 선형화를 얻을 수 있다. 그러나, 고전력 증폭기는 사용 시간, 온도 및 신호의 작동 영역 등에 의하여 응답 특성이 변하므로 이의 특성을 추정하여 보상해 주는 적응 전치 왜곡 방식이 필요하다.In the predistortion method, the input signal of the amplifier is distorted in advance in order to obtain a linear response characteristic of the output signal. Accordingly, the output signal may be linearized. However, since the response characteristics of the high power amplifier vary depending on the usage time, the temperature, and the operating region of the signal, an adaptive predistortion method that estimates and compensates for the characteristics is required.
기존의 적응 전치 왜곡기는 메모리를 이용한 룩업 테이블 방법, 다항식을 이용한 복소 증폭 방법 및 필터의 계수를 추정하고 모든 가능한 신호를 발생시켜 그에 대한 전치 왜곡값을 메모리에 저장하는 방법이 있다.The conventional adaptive predistorter includes a lookup table method using a memory, a complex amplification method using a polynomial, and a method of estimating the coefficients of a filter, generating all possible signals, and storing the predistortion values thereof in the memory.
메모리를 이용한 룩업 테이블 방법은 메모리 사이즈가 클수록 전치 왜곡기의 정확성이 증가하나, 갱신 속도가 느려지는 문제점이 있으며, 또한, 계수들이 독립적으로 갱신되기 때문에 메모리에 저장된 값들이 비연속적인 값들을 갖게 되어 출력 신호에는 배경 잡음과 같은 현상이 나타난다.The lookup table method using the memory increases the accuracy of the predistorter as the memory size increases, but the update speed is slowed. Also, since the coefficients are updated independently, the values stored in the memory have discontinuous values. The output signal exhibits a phenomenon like background noise.
복소 증폭을 이용한 방법은 입력되는 복소 신호의 실수부와 허수부에 독립적인 증폭률을 곱하여 신호를 전치 왜곡시키는 방법이다. 실수부와 허수부에 곱해지는 증폭율은 입력 신호의 진폭에 관한 다항식으로 표현되며, 고전력 증폭기의 출력값과 전치 왜곡기의 입력값을 비교하여 다항식의 계수들을 갱신시켜 나간다. 그러나, 이러한 전치 왜곡 방식은 증폭기의 진폭과 위상에 관한 왜곡 특성을 실수부와 허수부에 관한 다항식으로 근사화함으로써, 왜곡을 정확히 보상하지 못하는 문제점이 있다.The complex amplification method is a method of predistorting a signal by multiplying an independent amplification ratio of a real part and an imaginary part of an input complex signal. The amplification factor multiplied by the real part and the imaginary part is expressed as a polynomial about the amplitude of the input signal, and the coefficients of the polynomial are updated by comparing the output value of the high power amplifier with the input value of the predistorter. However, this predistortion method does not accurately compensate for distortion by approximating the distortion characteristics of the amplitude and phase of the amplifier by the polynomials of the real part and the imaginary part.
필터의 계수를 추정하는 방법은 전력 증폭기의 왜곡 특성을 다항식의 형태로 추정하고, 이 다항식을 근거로 전력 증폭기의 역응답 특성을 다시 추정한다. 이렇게 추정된 전력 증폭기의 역응답 특성 다항식을 이용하여 모든 발생 가능한 신호에 대하여 전치 왜곡된 신호를 계산하고 이를 메모리에 저장한 후, 전치 왜곡기로 입력되는 신호에 대하여 그에 해당하는 메모리의 전치 왜곡값을 출력하는 방법이다. 이 방법은 전력 증폭기의 역응답 특성을 추정하기 위하여 전력 증폭기의 응답 특성을 추정하므로, 두번의 추정과정이 필요하며, 따라서, 계산량이 증가하고, 갱신 속도가 떨어지며, 메모리를 이용하므로 비용이 상승한다는 문제점이 있다.The method of estimating the coefficient of the filter estimates the distortion characteristic of the power amplifier in the form of a polynomial, and estimates the inverse response characteristic of the power amplifier based on the polynomial. The predistorted signal is calculated for all possible signals and stored in the memory by using the estimated power response polynomial of the power amplifier. The predistorted value of the corresponding memory for the signal input to the predistorter is calculated. How to print Since this method estimates the response characteristics of the power amplifier in order to estimate the reverse response characteristics of the power amplifier, it requires two estimation processes, which increases the computational cost, decreases the update rate, and uses the memory. There is a problem.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 차세대 이동 통신 시스템에서 비선형 왜곡 보상을 위한 적응 전치 왜곡 기법을 이용한 전치 왜곡기를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and an object thereof is to provide a predistorter using an adaptive predistortion technique for nonlinear distortion compensation in a next generation mobile communication system.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 코드 CDMA 이동통신 시스템에 적응 전치 왜곡기를 추가한 경우의 개략적인 구성도이고,1 is a schematic diagram of a case where an adaptive predistorter is added to a multi-code CDMA mobile communication system according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1에 도시된 전치 왜곡기의 구성도이고,FIG. 2 is a configuration diagram of the predistorter shown in FIG. 1;
도 3은 도 1에 도시된 지연부 및 추정기의 기능을 보다 더 상세하게 설명하기 위한 상세 구성도이다.FIG. 3 is a detailed configuration diagram illustrating the functions of the delay unit and the estimator illustrated in FIG. 1 in more detail.
♠ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♠♠ Explanation of symbols for the main parts of the drawing ♠
101 : 데이터 정보들을 발생시키는 데이터 소스101: data source generating data informations
102 : 직-병렬 변환기(Parallel-to-serial Conversion)102: Parallel-to-serial Conversion
103 : 멀티 코드 확산(Multi-code Spreading)부103: multi-code spreading section
104 : 펄스 성형 필터(Pulse Shaping Filter)104: Pulse Shaping Filter
105 : 전치 왜곡기(Predistorter)105: Predistorter
106 : 지연부(Delay Unit)106: Delay Unit
107 : 추정기(Estimator)107: estimator
108 : 디지털 아날로그 컨버터108: digital to analog converter
109 : 아날로그 디지털 컨버터109: analog to digital converter
110 : 쿼드러쳐 변조(Quadrature Modulation)부110: Quadrature Modulation
111 : 쿼드러쳐 복조(Quadrature Demodulation)부111: Quadrature Demodulation
112 : 고전력 증폭기112: high power amplifier
201 : 직각 좌표-극좌표 변환(Rectagular-to-Polar Coordinator Conversion)부201: Rectagular-to-Polar Coordinator Conversion
202 : 진폭 전치 왜곡(Amplitude Predistorter)부202: Amplitude Predistorter
203 : 위상 전치 왜곡(Phase Predistorter)부203: Phase Predistorter
204 : 극좌표-직각 좌표 변환(Polar-to-Rectangular Coordinator Conversion)부204: Polar-to-Rectangular Coordinator Conversion
301 : 직각 좌표-극좌표 변환부301: rectangular coordinates-polar coordinates conversion unit
302 : 진폭 추정부302: amplitude estimation unit
303 : 진폭 추정 다항식의 계수 갱신부303: coefficient update unit of the amplitude estimation polynomial
304 : 제 1 적응 알고리즘304: first adaptive algorithm
305 : 쿼드러쳐 변조305: quadrature modulation
306 : 위상 추정 다항식의 계수 갱신부306: coefficient updater of the phase estimation polynomial
307 : 고전력 증폭기307: high power amplifier
308 : 위상 추정부308: phase estimation unit
309 : 제 2 적응 알고리즘309: second adaptive algorithm
310 : 쿼드러쳐 복조부310: quadrature demodulator
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 비선형 왜곡 보상을 위한 적응 전치 왜곡 기법을 이용한 전치 왜곡기에 있어서, 입력되는 신호를 실수부 및 허수부로 이루어진 복소수를 진폭 및 위상을 구분하는 직각 좌표-극좌표 변환(Rectangular-to-polar Coordinator Conversion, 201)부; 진폭 추정 다항식의 계수를 입력받아 입력 신호의 진폭을 전치 왜곡시키는 진폭 전치 왜곡(Amplitude Predistoter, 202)부; 위상 추정 다항식의 계수를 입력받아 입력 신호의 위상을 전치 왜곡시키는 위상 전치 왜곡(Phase Predistorter, 203)부; 및 진폭 및 위상으로 이루어진 복소수 신호를 실수부 및 허수부로 구분하는 극좌표-직각 좌표 변환(Polar-to-rectangular Coordinator Conversion, 204)부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 적응 전치 왜곡 기법을 이용한 전치 왜곡기가 제공된다.According to the present invention for achieving the object as described above, in the predistorter using an adaptive predistortion technique for nonlinear distortion compensation, a rectangular coordinate that divides the amplitude and phase of the complex signal consisting of a real part and an imaginary part of the input signal -Rectangular-to-polar Coordinator Conversion (201) part; An amplitude predistorter 202 configured to receive a coefficient of an amplitude estimation polynomial and predistort the amplitude of the input signal; A phase predistorter unit 203 for predistorting a phase of an input signal by receiving coefficients of a phase estimation polynomial; And a polar-to-rectangular coordinator conversion (204) for dividing a complex signal consisting of an amplitude and a phase into a real part and an imaginary part. do.
또한, 비선형 왜곡 보상을 위한 적응 전치 왜곡 기법을 이용한 전치 왜곡기에 있어서, 입력되는 신호를 실수부 및 허수부로 이루어진 복소수를 진폭 및 위상으로 구분하는 직각 좌표-극좌표 변환부; 진폭을 전치 왜곡시키는 다항식의 계수 {αi} 및 ρx를 이용하여 ρy의 추정치를 생성하는 진폭 추정부; n차 진폭 추정 다항식의 계수들을 적응적으로 갱신하는 진폭 추정 다항식 계수 갱신부; ρz를 이용하여 이득값을 계산하는 제 1 적응 알고리즘; 복소수로 이루어진 신호를 오실레이터를 이용하여 전송 주파수 신호로 변환시키는 쿼드러쳐 변조부; n차 위상 추정 다항식의 계수들을 적응적으로 갱신하는 위상 추정 다항식 계수 갱신부; 입력된 신호를 증폭시키는 고전력 증폭기; 위상을 전치 왜곡시키는 다항식의 계수 {βi} 및 ρy를 이용하여 θy의 추정치를 생성하는 위상 추정부; ρy를 이용하여 이득값을 계산하는 제 2 적응 알고리즘; 및 RF단의 신호를 복조하는 기능을 수행하는 쿼드러쳐 복조부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 적응 전치 왜곡 기법을 이용한 전치 왜곡기가 제공된다.In addition, a predistorter using an adaptive predistortion technique for nonlinear distortion compensation, the predistorter comprising: a rectangular coordinate-polar coordinate converter for dividing an input signal into a complex number consisting of a real part and an imaginary part by amplitude and phase; An amplitude estimator for generating an estimate of ρ y using coefficients {α i } and ρ x of the polynomial for predistorting the amplitude; an amplitude estimation polynomial coefficient updating unit for adaptively updating coefficients of the n-th order amplitude estimation polynomial; a first adaptive algorithm for calculating a gain value using ρ z ; A quadrature modulator for converting a complex number signal into a transmission frequency signal using an oscillator; a phase estimation polynomial coefficient updating unit for adaptively updating the coefficients of the n-th order phase estimation polynomial; A high power amplifier for amplifying the input signal; A phase estimator for generating an estimate of θ y using the coefficients {β i } and ρ y of the polynomial for predistorting the phase; a second adaptive algorithm for calculating a gain value using ρ y ; And a quadrature demodulator configured to demodulate a signal of the RF stage.
아래에서, 본 발명에 따른 양호한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.In the following, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail.
본 발명에서는 고전력 증폭기로 인한 왜곡을 전치 왜곡기를 도입하여 보상한다. 고전력 증폭기로 인한 진폭과 위상에 관한 왜곡은 입력 신호의 진폭에 의하여 결정되며, 이러한 왜곡 특성은 온도, 시간 및 증폭기의 사용 영역 등에 의하여 다른 특성을 갖게 된다. 따라서, 시변적인 특성을 보상하기 위하여 적응 알고리즘이 적용되었으며, 입력 신호를 진폭과 위상으로 구분하여 각각을 다항식의 형태로 추정하므로 간단하면서도 정확한 선형화를 얻을 수 있다.In the present invention, the distortion caused by the high power amplifier is compensated by introducing a predistorter. The distortion of the amplitude and phase due to the high power amplifier is determined by the amplitude of the input signal. The distortion characteristics are different depending on the temperature, time, and the use area of the amplifier. Therefore, an adaptive algorithm is applied to compensate for time-varying characteristics, and simple and accurate linearization can be obtained by dividing the input signal into amplitude and phase and estimating each of them as a polynomial.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 코드 CDMA 이동통신 시스템에 적응 전치 왜곡기를 추가한 경우의 개략적인 구성도로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a case where an adaptive predistorter is added to a multi-code CDMA mobile communication system according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시되어 있듯이, 데이터 소스(101)가 직병렬 변환기(Parallel-to Serial Conversion, 102)에 입력되어 병렬 데이터로 변환된 후, 각 채널에 할당된 코드로 멀티 코드 확산되고(Multi-code Spreading, 103), 펄스 성형 필터(Pulse Shaping Filter, 104)에 의하여 전송시 심볼간 간섭(InterSymbol Interference, ISI)을 줄이기 위하여 디지털 신호가 펄스로 변환된다.As shown in FIG. 1, a data source 101 is input to a parallel-to serial conversion 102 and converted into parallel data, and then multi-code spread with a code assigned to each channel (Multi-code). A digital signal is converted into pulses to reduce intersymbol interference (ISI) during transmission by a spreading 103 and a pulse shaping filter 104.
상기 펄스 성형 필터(104)를 거친 신호 x(t)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전치 왜곡기(105)에 입력되어, 펄스 성형된 신호가 미리 전치 왜곡되어 고전력 증폭기의 출력 신호에 왜곡이 발생하지 않도록 한다. 한편, 전치 왜곡기에서 출력된 디지털 신호는 D/A(디지털 아날로그 변환기, 108)에 의하여 아날로그 신호로 변환된 후, 쿼드러쳐 변조부(Quadrature Modulation, 110)에서 복소수로 이루어진 신호를 오실레이터를 이용하여 전송 주파수(RF : Radio Frequency)의 신호로 변환시키고, 고전력 증폭기에서 신호가 증폭된다.The signal x (t) having passed through the pulse shaping filter 104 is input to a predistorter 105 according to an embodiment of the present invention, and the pulse shaped signal is predistorted in advance, thereby distorting the output signal of the high power amplifier. Do not occur. On the other hand, the digital signal output from the predistorter is converted into an analog signal by the D / A (Digital Analog Converter) 108, and then a signal composed of a complex number in the quadrature modulator 110 is generated using an oscillator. The signal is converted into a signal of a radio frequency (RF), and the signal is amplified in a high power amplifier.
한편, 쿼드러쳐 복조부(Quadrature Demodulation, 111)에서는 상기 쿼드러쳐 변조부(110)에서 변환시킨 전송 주파수를 입력받아 RF 단의 신호를 복조시키고, A/D(아날로그 디지털 변환기, 109)에서 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 추정기(Estimator, 107)에서는 상기 전치 왜곡기(105)의 출력 신호와 상기 고전력 증폭기(112)의 출력 신호를 비교하여 상기 전치 왜곡기에서 사용될 다항식의 계수값을 적응 알고리즘을 이용하여 반복적으로 구하고, 이를 상기 전치 왜곡기(105)에 입력한다. 또한, 지연부(Delay unit, 106)는 상기 고전력 증폭기(112)로부터 피드백된 신호와 동기를 맞추기 위하여 신호를 지연시킨다.Meanwhile, the quadrature demodulation unit 111 receives the transmission frequency converted by the quadrature modulation unit 110 and demodulates a signal of the RF stage, and inputs the signal from an A / D (analog digital converter) 109. After converting the analog signal into a digital signal, the estimator 107 compares the output signal of the predistorter 105 with the output signal of the high power amplifier 112 to calculate the coefficient value of the polynomial to be used in the predistorter. We obtain iteratively using an adaptive algorithm and input it to the predistorter 105. In addition, the delay unit 106 delays a signal to synchronize with a signal fed back from the high power amplifier 112.
도 2는 도 1에 도시된 전치 왜곡기(105)의 구성도로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.FIG. 2 is a configuration diagram of the predistorter 105 shown in FIG. 1.
먼저 직각 좌표-극좌표 변환(Rectangular-to-polar Coordinator Conversion, 201)부에서는 실수부 및 허수부로 이루어진 복소수를 진폭 및 위상을 구분하고, 진폭 전치 왜곡(Amplitude Predistoter, 202)부에서는 상기 추정기(107)로부터 진폭 추정 다항식의 계수를 입력받아 입력 신호의 진폭을 전치 왜곡시키며, 위상 전치왜곡(Phase Predistorter, 203)부에서는 상기 추정기(107)로부터 위상 추정 다항식의 계수를 입력받아 입력 신호의 위상을 전치 왜곡시키고, 극좌표-직각 좌표 변환(Polar-to-rectangular Coordinator Conversion, 204)부에서는 진폭 및 위상으로 이루어진 복소수 신호를 실수부 및 허수부로 구분한다.First, in the rectangular-to-polar coordinator conversion (201) part, a complex number consisting of a real part and an imaginary part is divided into amplitude and phase, and in the amplitude predistoter part 202, the estimator 107 is used. Predistortion of the amplitude of the input signal is received from the amplitude estimation polynomial coefficient from the phase predistorter unit 203. The phase predistorter 203 receives the coefficient of the phase estimation polynomial from the estimator 107 and predistorts the phase of the input signal. In the polar-to-rectangular coordinator conversion (204) unit, a complex signal consisting of amplitude and phase is divided into a real part and an imaginary part.
도 3은 도 1에 도시된 지연부(106) 및 추정기(107)의 기능을 보다 더 상세하게 설명하기 위한 상세 구성도로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.FIG. 3 is a detailed configuration diagram for describing in more detail the functions of the delay unit 106 and the estimator 107 shown in FIG. 1.
직각 좌표-극좌표 변환부(301)는 실수부 및 허수부로 이루어진 복소수를 진폭 및 위상으로 구분하고, 진폭 추정부(302)는 진폭을 전치 왜곡시키는 다항식의 계수 {αi} 및 ρx를 이용하여 ρy의 추정치를 생성하며, 진폭 추정 다항식 계수 갱신부(303)는 n차 진폭 추정 다항식의 계수들을 적응적으로 갱신하고, 제 1 적응 알고리즘(304)은 ρz를 이용하여 이득값을 계산하며, 쿼드러쳐 변조부(305)는 복소수로 이루어진 신호를 오실레이터를 이용하여 전송 주파수 신호로 변환시키고, 위상 추정 다항식 계수 갱신부(306)는 n차 위상 추정 다항식의 계수들을 적응적으로 갱신하며, 고전력 증폭기(307)는 입력된 신호를 증폭시키고, 위상 추정부(308)는 위상을 전치 왜곡시키는 다항식의 계수 {βi} 및 ρy를 이용하여 θy의 추정치를 생성하며, 제 2 적응 알고리즘(309)은 ρy를 이용하여 이득값을 계산하고, 쿼드러쳐 복조부(310)는 RF단의 신호를 복조하는 기능을 수행한다.The rectangular coordinate-polar coordinate converter 301 divides a complex number consisting of a real part and an imaginary part into amplitude and phase, and the amplitude estimator 302 uses coefficients {α i } and ρ x of a polynomial to predistort the amplitude. generate an estimate of ρ y , the amplitude estimation polynomial coefficient updater 303 adaptively updates the coefficients of the n th order amplitude estimation polynomial, and the first adaptive algorithm 304 calculates a gain value using ρ z The quadrature modulator 305 converts a complex signal into a transmission frequency signal using an oscillator, and the phase estimation polynomial coefficient updater 306 adaptively updates coefficients of the n th phase estimation polynomial, The amplifier 307 amplifies the input signal, and the phase estimator 308 generates an estimate of θ y using coefficients {β i } and ρ y of the polynomial that predistort the phase, and generates a second adaptive algorithm ( 309) calculating a gain value by using a ρ y, and quadrature demodulator 310 serves to demodulate the signal from the RF stage.
상기 도 1 내지 도 3을 보다 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.1 to 3 will be described in more detail as follows.
상기 전치 왜곡기(105)는 상기 펄스 성형 필터(104)를 거친 신호 x(t)가 입력되면, 상기 추정기(107)로부터 얻은 다항식을 이용하여 입력 신호의 진폭 및 위상을 전치 왜곡시킨다.When the signal x (t) passing through the pulse shaping filter 104 is input, the predistorter 105 predistorts the amplitude and phase of the input signal using the polynomial obtained from the estimator 107.
복소 신호 y(t) = ρy(t)exp[jθy(t)]가 상기 고전력 증폭기(112)로 입력되면, 출력 신호는 하기의 [수학식 1]과 같이 표현된다.When a complex signal y (t) = ρ y (t) exp [jθ y (t)] is input to the high power amplifier 112, the output signal is expressed by Equation 1 below.
여기서, V(n)은 잡음을 나타내는 벡터이고, 벡터 xn은 추정하여야 하는 파라미터 벡터이다.Here, V (n) is a vector representing noise, and vector x n is a parameter vector to be estimated.
한편, 상기 전치 왜곡기(105)에서는 AM/AM의 역응답 M-1(ρ)가 필요하므로, 상기 추정기(107)에서는 ρy및 ρz를 이용하여 적응 알고리즘을 이용함으로써, M-1(ρ)를 추정한다. AM/AM의 역응답은 하기의 [수학식 2]와 같은 NA개의 개수를 갖는 다항식으로 나타낼 수 있다.On the other hand, since the predistorter 105 requires an inverse response M −1 (ρ) of AM / AM, the estimator 107 uses an adaptive algorithm using ρ y and ρ z , thereby providing M −1 ( ρ) is estimated. The inverse response of AM / AM can be represented by a polynomial having N A numbers as shown in Equation 2 below.
상기 [수학식 2]에서 ρy= M-1(ρz)라는 식을 얻을 수 있으므로, AM/AM 의 역응답을 추정하기 위하여 ρz를 입력 신호로 하여, ρy의 추정치를 출력 신호로 하는 시스템의 응답 특성을 구한다. ρy= M-1(ρz)라는 식을 만족시켜야 하므로, 하기의 [수학식 3]과 같은 관계식을 만족하여야 한다.Since ρ y = M −1 (ρ z ) can be obtained from Equation 2, ρ z is an input signal for estimating an inverse response of AM / AM, and an estimated value of ρ y is obtained. Obtain the response characteristics of the system whose output signal is. Since the expression ρ y = M -1 (ρ z ) must be satisfied, the following expression must be satisfied.
ρy및 M-1(ρz)의 추정치간의 오차값은 하기의 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.Estimates of ρ y and M -1 (ρ z ) The error value of the liver may be expressed as in Equation 4 below.
상기 [수학식 4]에 대하여 n 개(n ≥ NA)의 데이터 샘플을 얻었을 경우, 이는 하기의 [수학식 5]와 같은 행렬로 나타낼 수 있다.When n data samples (n ≧ N A ) are obtained with respect to Equation 4, this may be represented by a matrix as shown in Equation 5 below.
또한, 하기의 [수학식 6]의 정의를 통하여 상기 [수학식 5]는 상기 [수학식 7]로 나타낼 수 있다.In addition, through the definition of Equation 6 below, Equation 5 may be represented by Equation 7.
상기 [수학식 7]에서, V(n)은 잡음을 나타내는 벡터이고, 벡터 xn은 추정하여야 하는 파라미터 벡터이다. xn을 구하기 위하여 비용 함수 J(xn)을 하기의 [수학식 8]과 같이 정의한다.In Equation 7, V (n) is a vector representing noise, and vector x n is a parameter vector to be estimated. To obtain x n , the cost function J (x n ) is defined as in Equation 8 below.
즉, 비용 함수 J(xn)은 예측값과 실측값의 차이로부터 발생한 오차의 절대값을 나타낸다.는 하기의 [수학식 9]에 의하여 구할 수 있다.In other words, the cost function J (x n ) represents the absolute value of the error resulting from the difference between the predicted value and the measured value. Can be obtained by the following [Equation 9].
여기서, J(xn)을 최소로 만드는 파라미터에 대하여= 0이므로,은 하기의 [수학식 10]과 같이 표현된다.Where the parameter that minimizes J (x n ) about = 0, so Is expressed by Equation 10 below.
P(n) = {HT(n)H(n)}-1 P (n) = {H T (n) H (n)} -1
n 개의 데이터에 대하여 오차값을 최소로 만드는 다항식의 계수을 구하면, (n + 1) 번째부터는 반복적으로을 갱신할 수 있다. (n + 1)번째 데이터를 포함하였을 때의 P(n + 1)은 하기의 [수학식 11]과 같이 표현된다.Coefficient of polynomial that minimizes the error for n data If you find, then from (n + 1) th iteratively Can be updated. P (n + 1) when the (n + 1) th data is included is expressed by Equation 11 below.
따라서,은 하기의 [수학식 12]와 같이 표현된다.therefore, Is expressed by Equation 12 below.
상기 [수학식 12]를 사용하여 AM/AM의 역응답 특성을 갖는 계수를 순환적으로 구할 수 있다.Using Equation 12, a coefficient having an inverse response characteristic of AM / AM may be cyclically obtained.
AM/PM 변환 추정 역시 AM/AM 추정과 유사한 방식을 적용한다. 그러나, 위상 보상은 덧셈 및 뺄셈에 의하여 이루어지므로, 상기 고전력 증폭기(112)의 Φ(ρ)의 근사화된 다항식을 추정하면 된다. y = ρy∠θy인 신호가 상기 고전력 증폭기(112)로 입력되어 z = ρz∠θz인 신호가 출력되므로, 위상 변화량은 θz- θy이고, 위상 변화 함수 Φ는 ρy에 관한 함수이므로, 하기의 [수학식 13]과 같은 관계식을 얻을 수 있다.AM / PM conversion estimation also applies a similar method to AM / AM estimation. However, since phase compensation is performed by addition and subtraction, it is necessary to estimate an approximated polynomial of φ (ρ) of the high power amplifier 112. Since a signal of y = ρ y ∠θ y is input to the high power amplifier 112 and a signal of z = ρ z ∠θ z is output, the phase change amount is θ z -θ y , and the phase change function Φ is applied to ρ y . Since it is a related function, a relational expression as in Equation 13 below can be obtained.
즉, n 개의 데이터에 대하여 상기 [수학식 13]을 적용하여 행렬 형태로 나타내면, 하기의 [수학식 14]로 표현이 된다.That is, when the equation [13] is applied to n pieces of data, the equation is expressed by the following equation (14).
또한, 하기의 [수학식 15]와 같은 정의를 통하여, 하기의 [수학식 16]과 같이 표현할 수 있다.In addition, it can be expressed as shown in [Equation 16] through the following definitions.
여기서 파라미터 xn은 다항식의 계수가 이루는 벡터이다. 이후부터는 위에서 서술한 방법을 순서대로 적용하면, AM/PM의 응답 곡선을 얻을 수 있다.The parameter x n is a vector of the coefficients of the polynomial. After that, if the above-described methods are applied in order, a response curve of AM / PM can be obtained.
한편, 전치 왜곡된 신호 y(t) = ρxA[ρx]∠{θx- Φ(ρxA[ρx])}는 변조 과정을 거쳐서 상기 고전력 증폭기(112)로 입력되며, 도 3에 도시된 추정부(302, 308)로 전송된다.Meanwhile, the predistorted signal y (t) = ρ x A [ρ x ] ∠ {θ x -Φ (ρ x A [ρ x ])} is input to the high power amplifier 112 through a modulation process. It is sent to estimators 302 and 308 shown in FIG.
상기 고전력 증폭기(112)로 입력된 신호는 증폭 신호 z(t)가 되어, 수신단으로 전송됨과 동시에 상기 추정부(302, 308)로 궤한된다. 상기 추정부(302, 308)로 입력된 신호 z(t)는 진폭 ρz및 위상 θz로 구분된다. ρz는 그 이전의 다항식과 결합하여 상기 전치 왜곡기(105)로부터 입력되는 신호 y(t)의 진폭 추정치를 생성하고, 실제의 진폭값 ρy와 비교하여 추정 오차를 발생시킨다. 이 추정 오차를 최소로 하도록 RLS(Recursive Least Squares) 알고리즘을 적용하여 계수를 갱신시키고, 그에 관한 정보를 상기 전치 왜곡기(105)에 통보한다.The signal input to the high power amplifier 112 becomes an amplified signal z (t) and is transmitted to the receiver and tracked by the estimators 302 and 308. The signal z (t) input to the estimators 302 and 308 is divided into an amplitude ρ z and a phase θ z . ρ z combines with the previous polynomial to produce an amplitude estimate of the signal y (t) input from the predistorter 105 and compares it with the actual amplitude value ρ y to generate an estimation error. Recursive Least Squares (RLS) algorithm is applied to minimize the estimation error, and the predistorter 105 is informed about the coefficient.
위상 왜곡에 관한 추정은 상기 고전력 증폭기(112)에 의한 위상 변화량 (θz- θy)와 y(t)의 진폭값 ρy를 이용한다. ρy를 이용하여 상기 고전력 증폭기(112)의 위상 변화량을 추정하고, 실제의 위상 변화량 (θz- θy)와 비교하여 추정 오차를 발생시킨 후, 생성된 추정 오차가 최소가 되도록 알고리즘을 반복적으로 수행한다. 그리고, 갱신된 계수에 관한 정보를 상기 전치 왜곡기(105)로 입력시켜 입력 신호의 위상을 전치 왜곡시킨다. 진폭 및 위상에 관한 추정치는 각각 다항식의 형태로 구하여질 수 있으므로, 간단한 구조를 가질 수 있다.The estimation of the phase distortion uses the phase change amount θ z -θ y by the high power amplifier 112 and the amplitude value ρ y of y (t). Estimate the phase change amount of the high power amplifier 112 using ρ y , generate an estimation error by comparing the actual phase change amount (θ z -θ y ), and then repeat the algorithm so that the generated estimation error is minimized. To do it. Information about the updated coefficient is input to the predistorter 105 to predistort the phase of the input signal. Since the estimates of amplitude and phase can be obtained in the form of polynomials respectively, they can have a simple structure.
상기와 같은 본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체로 기록되고, 컴퓨터에 의해 처리될 수 있다.The present invention as described above is recorded on a computer-readable recording medium, and can be processed by a computer.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 차세대 이동 통신 시스템에서 비선형 왜곡 보상을 위한 적응 전치 왜곡 기법을 이용한 전치 왜곡기를 제공함으로써, 다음과 같은 효과가 있다.As described in detail above, the present invention provides a predistorter using an adaptive predistortion technique for nonlinear distortion compensation in a next generation mobile communication system.
첫째, 고전력 증폭기의 비선형 왜곡을 보상함으로써, 무선 단말기에서 효율이 좋은 고전력 증폭기의 사용이 가능케 되어 단말기의 이용 시간을 연장시킬 수 있다.First, by compensating for the nonlinear distortion of the high power amplifier, it is possible to use a high power amplifier with high efficiency in the wireless terminal, thereby extending the use time of the terminal.
둘째, 적응 알고리즘을 이용하여 증폭기의 응답을 추정하므로, 시변적인 비선형 왜곡도 보상할 수 있다.Second, since the response of the amplifier is estimated using an adaptive algorithm, time-varying nonlinear distortion can be compensated for.
셋째, 복소수의 입력 신호를 진폭과 위상으로 구분하여 보상하기 때문에 정확한 선형화를 얻을 수 있다.Third, accurate linearization can be obtained because complex input signals are compensated by being divided into amplitude and phase.
넷째, 증폭기의 응답이 다항식의 형태로 추정되므로, 전치 왜곡기의 구조가 간단해진다.Fourth, since the response of the amplifier is estimated in the form of a polynomial, the structure of the predistorter is simplified.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는본 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.The technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but this is by way of example only and not by way of limitation. In addition, it is obvious that any person skilled in the art may make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
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