KR20010079827A - 통신 단말 장치, 기지국 장치, 전력 증폭 장치 및 전력 증폭 방법 - Google Patents

통신 단말 장치, 기지국 장치, 전력 증폭 장치 및 전력 증폭 방법 Download PDF

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KR20010079827A
KR20010079827A KR1020017003333A KR20017003333A KR20010079827A KR 20010079827 A KR20010079827 A KR 20010079827A KR 1020017003333 A KR1020017003333 A KR 1020017003333A KR 20017003333 A KR20017003333 A KR 20017003333A KR 20010079827 A KR20010079827 A KR 20010079827A
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기노무라마사히로
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

전력 증폭기(101)가 고주파 신호를 증폭하고, 커플러(102)가 전력 증폭기(101)의 증폭 신호 전력(Pmoni)을 모니터하고, 검파기(103)가 다이오드의 순방향 전압을 초과하는 어떤 일정 이상의 입력 전력을 선형으로 반파 정류하고, RC 필터에 의해 적분하여 검파 전압(Vdet)을 생성하고, 이득/오프셋 증폭기(104)가 검파 전압(Vdet)의 증폭과 오프셋 전압의 인가 중 적어도 한쪽을 실행해서 검파 전압(Vdet)을 소망하는 전압값으로 변환하여 전력 증폭기(101)의 게이트 전압로 한다. 이것에 의해, 전력 증폭 장치에 있어서 저전력 영역에서의 소비 전력 저감을 제어할 수 있으며 그와 동시에 하드 규모 삭감을 도모할 수 있다.

Description

전력 증폭 장치 및 전력 증폭 방법{METHOD AND APPARATUS FOR POWER AMPLIFICATION}
보통, 전력 증폭기에 있어서 게이트 전압이 일정하다면, 출력 전력을 내리더라도 전류가 일정값보다도 내려가지 않기 때문에, 효율이 저하되어 필요 이상의 전류가 소비된다.
그래서, 종래의 전력 증폭 장치는, 출력 전력의 감소에 맞춰 게이트 전압을 내려서 전류 삭감의 다이내믹 레인지를 저전력 영역까지 넓혀, 저전력 영역에서의 소비 전력의 저감을 도모하고 있다.
종래의 전력 증폭 장치로서는, 일본국 특허 공개 평성 제7-307699호 공보에 개시되어 있는 것이 알려져 있다. 이하, 도 1을 이용하여 종래의 전력 증폭 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 종래의 전력 증폭 장치의 개략 구성을 나타내는 주요부 블록도이다.
도 1에 있어서, 전력 증폭기(11)는 게이트 전력을 증폭한다. 이 증폭율은 가변이며 제어 전압에 의해서 결정된다. 커플러(방향성 결합기)(12)는 전력 증폭기(11)에 의해 증폭된 신호 레벨을 모니터하고, 검파 회로(13)는 검파 전압을 생성한다.
제어 회로(14)는 기준 전압을 출력하고, 오차 증폭 회로(15)는 검파 회로(13)에 의해서 생성된 검파 전압과 제어 회로(14)의 지시에 의해서 발생된 기준 전압 출력의 비교에 의해 오차 증폭하여 전력 증폭기(11)의 제어 전압을 생성한다.
고주파 가변이득 증폭기(16)는 커플러(12)와 검파 회로(l3) 사이에서 모니터 출력 신호를 제어 회로(14)로부터 지시받은 이득으로 증폭한다. 샘플 홀드 회로(17)는 검파 회로(13)와 오차 증폭 회로(15) 사이에서 제어 회로(14)의 지시에 의해 검파 전압을 통과 및 유지시킨다.
이와 같이, 종래의 전력 증폭 장치는 전력값에 따른 게이트 전압값을 미리 테이블로서 유지(예: 제어 회로(14))해둠으로써, 전력이 감소한 경우에 게이트 전압값을 내리도록 하여, 다이내믹 레인지의 광역화 및 저전력 영역에서의 소비 전력 저감을 도모하고 있다.
그러나, 종래의 전력 증폭 장치에는 다이내믹 레인지를 넓히기 위해서 고주파 가변 이득 증폭기를 마련하여 제어 회로에 의해 모니터 신호를 증폭하며, 샘플 홀드 회로를 이용하는 등, 복잡한 피드백 제어 회로가 요구되어 하드 규모가 커진다고 하는 문제가 있다.
또한, 고주파 가변이득 증폭기의 이득량 결정 등에 어떠한 제어 신호가 요구되어 소비 전력이 많아진다고 하는 문제도 있다.
본 발명은 이동체 통신 시스템의 통신 장치에 이용되는 전력 증폭 장치 및 그 전력 증폭 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 전력 증폭 장치의 개략 구성을 나타내는 주요부 블록도,
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 전력 증폭 장치의 개략 구성을 나타내는 주요부 블록도,
도 3a는 본 발명의 실시예 1에 따른 전력 증폭 장치의 입출력 전력비와 검파 전압의 관계의 일례를 나타내는 도면,
도 3b는 본 발명의 실시예 1에 따른 전력 증폭 장치의 입출력 전력비와 검파 전압의 관계의 일례를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 전력 증폭 장치의 개략 구성을 나타내는 주요부 블록도,
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 전력 증폭 장치의 입출력 전력비와 검파 전압의 관계의 일례를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 실시예 3에 따른 전력 증폭 장치의 개략 구성을 나타내는 주요부 블록도,
도 7a는 본 발명의 실시예 3에 따른 전력 증폭 장치의 입출력 전력비와 검파 전압 및 로그 전압의 관계의 일례를 나타내는 도면,
도 7b는 본 발명의 실시예 3에 따른 전력 증폭 장치의 입출력 전력비와 검파 전압 및 로그 전압의 관계의 일례를 나타내는 도면,
도 8은,본 발명의 실시예 4에 따른 전력 증폭 장치의 개략 구성을 나타내는 주요부 블록도,
도 9는 본 발명의 실시예 4에 따른 전력 증폭 장치의 검파기에 있어서의 실효값과 최대 진폭값과의 관계의 일례를 나타내는 도면,
도 10은 본 발명의 실시예 5에 따른 전력 증폭 장치의 개략 구성을 나타내는 주요부 블록도,
도 11은 본 발명의 실시예 5에 따른 전력 증폭 장치의 입출력 전력비와 검파 전압과의 관계의 코드 다중수에 의한 차이의 일례를 도시하는 도면이다.
발명의 개시
본 발명의 목적은 하드 규모 삭감이 기도된 저전력 영역에서의 소비 전력 저감을 제어하는 전력 증폭 장치 및 전력 증폭 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은, 이득/오프셋 증폭기를 마련하여, 검파 전압을 소망하는 전압값에 변환한 뒤에 전력 증폭기의 게이트 전압으로 함으로써, 전력 증폭 장치 외부에서의 제어 신호가 필요하지 않고, 전력 증폭 장치 내에서 자율적으로 저전력 영역에서의 소비 전력값을 저감시켜 달성한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 이용해서 설명한다.
(실시예 1)
본 발명의 실시예 1은 전력 증폭 장치에 이득/오프셋 증폭기를 마련하여, 검파 전압을 소망하는 전압값으로 변환한 뒤에 전력 증폭기의 게이트 전압으로 하는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 전력 증폭 장치의 개략 구성을 나타내는 주요부 블록도이다.
도 2에 있어서, 전력 증폭기(101)는 적어도 하나 이상의 전류 제어 단자(예컨대, FET의 게이트 단자)를 구비하여 고주파 신호를 증폭한다. 커플러(102)는 전력 증폭기(101)의 증폭 신호 전력(Pmoni)을 모니터한다.
검파기(l03)는 다이오드, 콘덴서, 저항 등으로 이루어지는 포락선 검파기이며, 다이오드의 순방향 전압을 초과하는 어떤 일정 이상의 입력 전력(예컨대, Pmoni>-5dBm)을 선형으로 반파 정류하고, RC 필터에 의해 적분하여, 검파 전압(Vdet)을 생성한다.
이득/오프셋 증폭기(104)는 검파 전압(Vdet)의 증폭과 오프셋 전압의 인가 중 적어도 한쪽을 실행하여, 검파 전압(Vdet)을 소망의 전압값으로 변환한다.
이어서, 상기 구성을 갖는 전력 증폭 장치의 동작에 대하여 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예 1에 따른 전력 증폭 장치의 입출력 전력비와 검파 전압의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
전력 증폭기(101)에서 증폭된 신호는 커플러(102)를 거쳐서 검파기(103)에 입력되어, 검파 전압(Vdet)이 생성된다. 이 때의 (Pmoni/Pout)과 (Vder)와의 관계를 도 3a에 나타낸다.
생성된 검파 전압(Vdet)은 이득/오프셋 증폭기(104)에 의해 소망하는 전압값으로 변환되어, 전력 증폭기(101)의 전류 제어 단자에 입력된다. 여기서, 변환 후의 (Pmoni/Pout)과 (Vdett)와의 관계를 도 3b에 나타낸다. 여기서, 이득/오프셋 증폭기(104)의 이득 및 오프셋량은 고정값으로 한다.
전력 증폭기(101)의 전류 제어 단자에 입력되는 게이트 전압은 전력 증폭기의 특성에 따라서 다르고, 출력해야 할 송신 전력 시에 왜곡 특성의 열화 및 이득 특성의 저하 등이 발생하지 않는 영역에서 설정한다.
여기서, 전력 증폭기(101)에 있어서 게이트 전압을 내리면, 게이트-소스간 전압이 저하하여, 드레인 전류가 감소하기 때문에, 이득/오프셋 증폭기(104)가 상기 도 3b와 같이 검파 전압을 내려 그 검파 전압을 전력 증폭기(101)의 게이트 전압으로 함으로써, 저전력 영역에서의 저소비 전류화가 기도된다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 이득/오프셋 증폭기를 마련하여, 검파 전압을 소망하는 전압값으로 변환한 뒤에 전력 증폭기의 게이트 전압으로 함으로써, 전력 증폭 장치 외부에서의 제어 신호가 필요하지 않고, 전력 증폭 장치 내에서 자율적으로 저전력 영역에서의 소비 전력값을 저감할 수 있다. 또한, 전력 증폭 장치의 하드 규모를 대폭 삭감할 수 있다.
(실시예 2)
여기서, 순방향 전압이 충분히 걸리는 정도의 대진폭(대전력) 시이면 충분히 선형 영역에서 검파할 수 있지만, 소진폭(소전력) 시에 있어서는 다이오드의 비선형 영역에서 검파하게 되어, 충분히 검파 전압을 발생할 수 없어 포락선 검파를 실행할 수 없는 경우가 발생한다.
본 발명의 실시예 2는이 문제를 해결하도록, 실시예 1과 같은 구성을 갖는 전력 증폭 장치에 있어서, 검파 다이오드의 애노드 단자에 바이어스 전압을 인가하는 것이다.
도 4는 본 실시예에 따른 전력 증폭 장치의 개략 구성을 나타내는 주요부 블록도이다. 또, 도 4에 있어서 도 2와 같은 구성에는 동일 부호를 부여하고, 자세한 설명은 생략한다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 실시예에 있어서는, 검파기(103) 내의 검파 다이오드의 애노드 단자에 새로운 다이오드(301)와 접속하고, 이 다이오드(301)의 애노드단자에 바이어스 전압(Vbaias)을 인가한다.
여기서, 바이어스 전압(Vbaias)은 고정값이며, 송신 전력의 검파 레인지에 따라 미리 최적점으로 조정해 놓아야 한다.
도 5는 본 실시예에 따른 전력 증폭 장치의 입출력 전력비와 검파 전압의 관계의 일례를 도시하는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이 출력 전력(Pmoni)에 바이어스 전압이 더해짐으로써 검파 동작점이 올라가기 때문에, 송신 전력 검파 전압의, 특히 저전력 영역측의 다이내믹 레인지를 확대할 수 있다. 예컨대, Pmoni=-20dBm 정도 이상에서부터 검파 가능해져, 최대 송신 전력으로부터 30dB 정도의 다이내믹 레인지에서 각 전력에 대하여 게이트 전압을 제어할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 검파 다이오드의 애노드 단자에 바이어스 전압을 인가함으로써 검파 동작점을 올리기 때문에, 게이트 전압 제어의 다이내믹 레인지를 보다 넓힐 수 있다.
(실시예 3)
여기서, 일반적으로 입력 전력은 대수를 이용한 절대값 표현[dBm]으로 취급된다. 검파기(103)에 이용되는 다이오드가 선형의 검파 특성을 갖는 데 대하여, 검파 입력 전력을 절대값[dBm]으로 생각하면 입력 전력에 대한 검파 전압은 대수 특성으로 되어 버린다.
그리고, 전력 증폭기의 전류를 제어하는 경우, 대수 특성대로 있으면 저전력 시의 검파 전압 특성은 거의 일정한 값으로 되어 전류 삭감을 제어하기 어려워 진다.
본 발명의 실시예 3은 이 문제를 해결하도록, 실시예 1과 같은 구성을 갖는전력 증폭 장치에 있어서, 검파 다이오드의 출력단에 시프트 회로 및 로그 증폭기를 마련하여, 검파 전압 특성을 선형 특성으로 변환하는 것이다.
도 6은 본 실시예에 따른 전력 증폭 장치의 개략 구성을 나타내는 주요부 블록도이다. 또, 도 6에 있어서 도 2와 같은 구성에는 동일의 부호를 부여하고, 자세한 설명은 생략한다. 또한, 도 7a 및 도 7b는 본 실시예에 따른 전력 증폭 장치의 입출력 전력비와 검파 전압 및 로그 전압의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6에 있어서, 시프트 회로(501)는 OP 앰프 등으로 이루어지고, 검파기(103)의 출력 단자에 마련되어 검파 전압(Vdet)에 소정의 전압값을 가산한다.
실시예 2에 나타낸 바와 같이, 검파 다이오드의 동작점을 올리기 위해서 (Vbaias)의 값을 높게 설정하면, 검파기(103)에서 검출되는 검파 전압(Vdet)이 Vdet= Pmoni 2+α로 표현되는 특성으로 되기 때문에, 후술하는 저전력 증폭기(502)에서 선형 특성으로 충분히 변활될 수 없는 경우가 발생된다. 그래서, 시프트 회로(501)에 의해서, 미리 검파 전압(Vdet)에 소정 전압값(여기서는, -α)을 더한다. 이 형태를 도 7a에 나타낸다.
또한, 로그 증폭기(502)는 반전형의 로그 증폭기이며, 시프트 회로(501)의 출력단에 마련되어, 검파 전압(Vdet)를 (Pmoni/Pout)에 대하여 선형을 갖는 (Vlog)로 변환한다. 이 형태를 도 7b에 나타낸다. 로그 증폭기(502)는, 예컨대, OP 앰프(101)의 부하를 대수 특성을 가지는 비선형 회로로 대체함으로써 구성된다.
이러한 구성을 채용함으로써, 도 7a에 도시된 바와 같은 대수 특성을 갖는 검파 전압(Vdet)을 선형 특성을 갖는 검파 전압(Vlog)로 변환할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 시프트 회로와 로그 증폭기를 마련함으로써 대수 특성을 갖는 검파 전압을 선형 특성으로 변환할 수 있기 때문에, 저전력 영역에서 검파 전압의 변화량을 쉽게 검출할 수 있다.
(실시예 4)
여기서, CDMA 방식으로 코드 다중을 실행하는 통신에 있어서는, 검파 전압의 실효값은 동일해지지만 코드 다중수에 의해 진폭의 최대값이 다르다. 따라서, 검파기(103)에 의해서 포락선 검파를 실행하면, 동일 전력 시이더라도, 코드 다중수에 의해서 검파 전압이 달라져버려, 안정한 전류 삭감을 제어하기 어렵게 된다.
본 발명의 실시예 4는 이 문제를 해결하도록, 실시예 3과 같은 구성을 갖는 전력 증폭 장치에 있어서, 포락 검파 대신에 실효값 검파를 실행하는 것이다.
도 8은 본 실시예에 따른 전력 증폭 장치의 개략 구성을 나타내는 주요부 블록도이다. 또, 도 8에 있어서 도 6과 같은 구성에는 동일의 부호를 부여하고, 자세한 설명은 생략한다.
도 8에 도시된 바와 같이 본 실시예에 있어서 포락 검파를 실행하는 검파기(103) 대신에 실효값 검파를 실행하는 실효값 검파기(701)를 이용한다.
도 9는 본 실시예에 따른 전력 증폭 장치의 검파기에 있어서의 실효값과 최대 진폭값과의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 포락 검파 대신에 실효값 검파를 실행하기 때문에, 코드 다중 시이더라도 진폭의 최대값에 따르지 않고 안정된 검파 특성을 얻을 수 있다.
(실시예 5)
본 발명의 실시예 5는, 실시예 3과 같은 구성을 갖는 전력 증폭 장치의 시프트 회로에 있어서의 시프트 전압량을 코드 다중수에 따라 가변으로 하는 것이다.
도 10은 본 실시예에 따른 전력 증폭 장치의 개략 구성을 나타내는 주요부 블록도이다. 또, 도 10에 있어서 도 6과 같은 구성에는 동일의 부호를 부여하고, 자세한 설명은 생략한다.
도 10에 있어서, 제어 회로(901)는 코드 다중 시에 코드 다중수를 나타내는 코드 다중 제어 신호를 발생하여 시프트 회로(902)에 출력한다. 시프트 회로(902)는 미리 각 코드 다중수 n에 대한 포락선 검파 시의 검파 전압 차이에 대응한 시프트 전압량(α)(α1, α2 …αn)을 유지하고, 입력된 코드다중 제어 신호에 근거하여 시프트 전압량을 제어한다.
도 11은 본 실시예에 따른 전력 증폭 장치의 입출력 전력비와 검파 전압과의 관계의 코드 다중수에 의한 차이의 일례를 도시하는 도면이다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 코드 다중수에 따라 시프트 전압량을 가변적으로 함으로써, 다중수가 변화되어 검파 전압이 변화된 경우이더라도 동일한 출력 전력에 대하여 동일한 검파 전압이 출력되기 때문에, 코드 다중수에 따르지 않고 안정된 전류 삭감이 가능해진다.
또, 상기 실시예 1로부터 실시예 5에 있어서는, 송신 출력이 없는 경우 검파 전압은 드레인 전류가 흐르지 않는 방향으로 전압이 설정되게 되기 때문에, 전력 증폭기 보호 회로로서의 기능도 갖는다.
이상의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 전력 증폭 장치 외부에서의 제어 신호가 필요하지 않고, 전력 증폭 장치 내에서 자율적으로 저전력 영역에서의 소비 전력값을 저감할 수 있기 때문에, 전력 증폭 장치의 하드 규모를 대폭 삭감할 수 있다.
본 명세서는, 1999년 7월 16일 출원한 일본 특허 출원 평성11-203000호에 근거하는 것이다. 이 내용을 여기에 포함시켜 놓는다.
본 발명은 이동체 통신 시스템에 있어서 통신 장치의 하드 규모 삭감 및 소비 전력 저감을 도모하는 데 바람직하다.

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 제어 단자를 갖는 전력 증폭 수단과,
    이 전력 증폭 수단의 출력을 검파하여 검파 전압을 출력하는 검파 수단과,
    이 검파 수단으로부터 출력된 검파 전압의 값에 대하여, 상기 전력 증폭 수단으로의 입력 전력값에 기초를 둔 소망값으로 변환한 후, 상기 제어 단자에 출력하는 전압 변환 수단
    을 구비하는 전력 증폭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    검파 수단은,
    애노드(anode) 측에 고정된 직류 바이어스 전압이 인가되는 전력 증폭 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    전압 변환 수단은,
    검파 수단에 의해서 검파된 검파 전압을 시프트시켜 대수 변환하는 전력 증폭 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    검파 수단은,
    실효값을 검파하는 전력 증폭 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    전압 변환 수단은,
    코드 다중수에 따라 시프트 전압량을 설정하여, 검파 수단에 의해서 검파된 검파 전압을 상기 시프트 전압량으로 시프트시켜 대수 변환하는 전력 증폭 장치.
  6. 전력 증폭 장치를 구비하는 통신 단말 장치에 있어서,
    상기 전력 증폭 장치는,
    적어도 하나의 제어 단자를 갖는 전력 증폭 수단과,
    이 전력 증폭 수단의 출력을 검파하여 검파 전압을 출력하는 검파 수단과,
    이 검파 수단으로부터 출력된 검파 전압의 값에 대하여, 상기 전력 증폭 수단으로의 입력 전력값에 기초를 둔 소망값으로 변환한 후, 상기 제어 단자에 출력하는 전압 변환 수단
    을 구비하는 통신 단말 장치.
  7. 전력 증폭 장치를 구비하는 기지국 장치에 있어서,
    상기 전력 증폭 장치는,
    적어도 하나의 제어 단자를 갖는 전력 증폭 수단과,
    이 전력 증폭 수단의 출력을 검파하여 검파 전압을 출력하는 검파 수단과,
    이 검파 수단으로부터 출력된 검파 전압의 값에 대하여, 상기 전력 증폭 수단으로의 입력 전력값에 기초를 둔 소망값으로 변환한 후, 상기 제어 단자에 출력하는 전압 변환 수단을 구비하는 기지국 장치.
  8. 입력 전력값을 증폭시키는 전력 증폭 공정과,
    상기 증폭 처리 후의 출력을 검파하여 검파 전압을 출력하는 검파 공정과,
    검파된 검파 전압의 값에 대하여, 상기 전력 증폭 공정에서의 입력 전력값에 기초를 둔 소망값으로 변환한 후, 상기 전력 증폭 공정에 있어서의 제어 단자 입력 전압으로 하는 전압 변환 공정
    을 구비하는 전력 증폭 방법.
KR1020017003333A 1999-07-16 2000-07-12 통신 단말 장치, 기지국 장치, 전력 증폭 장치 및 전력 증폭 방법 KR20010079827A (ko)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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