KR20030006512A - 이동통신 시스템의 송신전력 제어장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서 송신전력의 평균전력 대 최대전력 비를 감소시켜 전력증폭기의 효율을 증대시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. I채널 및 Q채널 펄스정형필터와 주파수 변환기 사이에 구비되는 전력조절블럭은, 매 샘플링 주기마다 평균전력 대 최대전력 비를 상승시키는 신호펄스에 대하여 제거신호들을 계산하며 계산된 제거신호들 중에서 최대크기를 가지는 제거신호만을 펄스정형필터링하여 원래신호와 합산함으로써 주파수 대역폭 밖에서의 전력상승을 억제한다. 또한 다중 FA를 지원하는 시스템에서 서비스 등급에 따라 각 FA별로 평균전력 대 최대전력 비를 조절함으로써 시스템의 최소성능을 보장하면서 전력의 사용 효율을 증가시킨다. 이로써 본 발명에 의한 전력조절블럭은 전력증폭기의 비효율적 동작에 의한 문제점을 해소하여 시스템의 전체 비용을 감소시킨다.

Description

이동통신 시스템의 송신전력 제어장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLING TRANSMISSION POWER IN MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM}
본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 이동통신 시스템에서 송신전력의 평균전력 대 최대전력 비를 감소시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
알려진 바와 같이 이동통신 기지국 시스템은 단말기로 전송할 음성 및 데이터를 가지는 RF(Radio Frequency) 신호를 방사하기 위하여 RF 전력증폭기(Power Amplifier)를 사용한다. RF 전력증폭기는 전체 시스템에서 가장 고가의 장치이며 시스템 가격을 줄이는 데 있어서 중요한 구성요소로서 다음의 두 가지 요구사항에 따라서 설계되어야 한다. 첫 번째 요구사항으로 RF 전력증폭기는 기지국 셀 영역의 모든 단말기에게 전송하기에 충분한 RF 전력을 출력하여야 한다. 두 번째 요구사항으로 전력증폭기의 출력신호에 대한 인접채널전력(Adjacent Channel Power : ACP) 간섭은 요구되는 수준 이하로 유지되어야 한다.
그런데, 충분한 RF 출력전력을 보장하는 입력신호 전력이 전력증폭기의 비선형증폭 영역내에 있으면, 전력증폭기의 출력신호는 비선형 증폭으로 인하여 신호 주파수 대역 밖에서의 신호왜곡성분을 가지게 된다. 주파수 차원에서 다시 말하면 신호 주파수 대역폭 밖에서의 전력상승(Spectral Regrowth)에 의하여 인접 채널 전력간섭이 야기된다. 즉, 첫 번째 요구사항을 만족시키기 위해서는 높은 입력전력이 요구되며 두 번째 요구사항을 만족시키기 위해서는 낮은 입력전력이 요구된다는 설계상의 어려움이 발생하게 된다.
특히, CDMA(Code Division Multiple Access) 기지국 시스템과 같이 높은 평균전력 대 최대전력 비(Peak-to-Average Ratio: PAR 또는 Crest Factor: CF) 특성을 갖는 시스템에서는, 전력증폭기의 비선형 증폭 동작을 방지하기 위해서 전력증폭기가 선형증폭 영역에서 동작할 수 있는 입력전력을 가져야 한다. 또는, 신호의 최대 입력전력을 수용할 수 있을 정도의 선형성을 갖는 고가의 전력증폭기가 사용되어야 한다. 이러한 측면에서 CDMA 시스템은 신호의 왜곡을 억제하기 위해서 평균 입력전력에 비해 10dB이상의 최대전력을 수용할 수 있는 특성을 갖는 고가의 전력증폭기를 필요로 한다. 그런데 앞서 언급한 바와 같이 높은 입력전력을 수용할 수 있는 전력증폭기는 전력 효율성을 감소시키고 전력 소모, 시스템 부피, 가격 등을 증가시킨다. 게다가 통상적으로 이동통신 기지국 시스템은 복수개의 할당주파수(Frequency Allocation : FA)를 사용하여 동시에 각 FA의 신호들을 보낸다. 따라서 각각의 FA에 대하여 전력증폭기를 사용하여야 하기 때문에 가격 부담이 더욱 증가한다. 상기한 바와 같은 이유로 인하여 이동통신 시스템에서 전력증폭기를 효율적으로 배치하고 설계하는 것은 매우 중요하다.
안정적으로 전력증폭기를 동작시키기 위한 하나의 방법으로, 높은 평균전력 대 최대전력 비 특성을 갖는 시스템은 최대전력 입력 시에 사전왜곡 조정회로를 사용한다. 사전왜곡 조정회로는 전력증폭기에서 발생하는 왜곡신호 정보를 측정하고 측정된 정보를 고려하여 전력증폭기의 입력신호를 변화시킨다. 변화된 입력신호는 전력증폭기의 동작에 의하여 왜곡신호를 상쇄시키고 원래 입력의 증폭된 신호를 구할 수 있다.
이러한 왜곡신호를 결정하기 위해서는 변조와 복조, 표본화, 양자화, 동기화 그리고 입력과 출력신호의 비교의 복잡한 과정이 필요하다. 또한, 사전왜곡 조정회로는 시스템 구현을 위한 표준에서 요구하는 인접 채널 전력 특성을 만족시키기 위하여 사전왜곡 조정회로의 입력신호, 출력신호 및 표준 ACP 특성을 이용한다. 이러한 사전왜곡 조정회로는 효율성, 속도, 복잡성 등의 문제로 인하여 최적의 왜곡 조정 값을 얻기에는 힘들다.
안정적으로 전력증폭기를 동작시키기 위한 다른 방법으로, 전력증폭기의 최대 입력신호와 전력증폭기의 선형증폭 특성을 통하여 신호의 크기를 일정한 비율로 줄이면 전력증폭기 입력신호의 평균전력 대 최대전력 비를 줄일 수 있다. 전력증폭기의 모든 입력신호는 전력증폭기의 선형증폭 특성을 고려하여 구해진 스케일 값(Scale Factor)과 곱해져서 전력증폭기의 선형증폭 영역에서 동작할 수 있도록 하는 낮은 신호전력이 된다. 또는, 원하는 전력 값 이상의 입력신호에 대해서 시스템에서 요구하는 전력을 갖도록 신호를 강제적으로 낮추어 주는 방식으로 평균전력 대 최대전력 비를 감소시킬 수 있다. 그런데, 이와 같이 신호크기를 전체적으로 일정한 비율로 줄이거나 원하는 전력 값 이상의 신호를 일정한 신호크기로 자르는 방법은 신호의 급격한 변화를 초래하게 되고 신호의 주파수 대역 밖에서 전력상승을 일으키기 때문에 전체 시스템 성능의 열화를 가져온다.
또 다른 해결 방법은 입력신호의 동위상 신호성분(In-phase: I)과 직교위상 신호성분(Quadrature-phase: Q)의 크기와 전력을 계산하고 요구되는 임계전력 이상의 신호에 대해서 제거신호를 발생시키는 것이다. 그리고, 동일한 시간에서 원래 신호와 제거신호를 더해주는 과정으로 신호의 크기를 원하는 수준으로 낮추어 준다. 이러한 방식의 구조를 도 1에 나타내었다.
도 1을 참조하면, CDMA 시스템의 경우 채널소자군 1-1내의 각 채널소자 1-2는 각 채널 데이터를 적합한 부호화, 변조, 채널구분 등의 과정을 수행함으로써 생성된 기저대역 신호들은 동위상(I) 채널, 직교위상(Q) 채널 별로 더해진다. 프로세서 1-5에서는 상기 더해진 I채널 및 Q채널 신호에 대하여 그 크기를 측정하고 전력을 계산하여, 원하는 수준의 전력을 만들기 위하여 제거될 신호의 크기를 결정하고 각 채널에 대하여 출력한다. I채널, Q채널 기저대역 결합기 1-3과 1-4는 입력된 I채널, Q채널 신호를 프로세서 1-5의 수행시간만큼 지연시킨 후, CDMA 칩 단위에서 프로세서 1-5의 출력신호와 더함으로써 원하는 수준의 전력을 가지는 신호를 출력한다. I채널, Q채널 기저대역 결합기 1-3과 1-4의 출력신호는 펄스정형필터 1-6, 1-7에 의해서 대역폭 제한되고, 주파수 변환기 1-8, 전력증폭기 1-9를 통해 안테나로 전송된다. 안테나는 기지국 송신전력을 해당하는 셀 내의 단말기들에게 방사한다.
상기한 도 1의 구조에서, 제거신호의 합에 의해서 보상된 신호, 즉 I 채널, Q채널 기저대역 결합기 1-3과 1-4에서 출력된 신호의 평균전력 대 최대전력 비는 원하는 수준으로 조정된다. 하지만 펄스정형필터1-6, 1-7을 통과하면서 평균전력 대 최대전력 비는 다시 증가되고 결과적으로 전력증폭기 1-9에 의하여 주파수 대역 밖에서 전력상승을 일으켜서 ACP 간섭이 야기된다는 문제점이 있었다.
따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 목적은, 안정적이고 적합한 이동통신 시스템을 구현하기 위해서는 더욱 효율적인 RF 전력증폭기를 사용할 수 있는 향상된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 높은 평균전력 대 최대전력 비를 갖는 시스템에서 전력증폭기가 선형화증폭 영역에서 안정적으로 동작하도록 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 전체 시스템 성능에 영향을 주지 않으면서 전력증폭기 입력신호의 평균전력 대 최대전력 비를 줄일 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이동통신 시스템의 전송 시에 전력증폭기의 효율을 극대화 할 수 있도록 평균전력 대 최대전력 비를 줄이며 신호 주파수 대역 밖에서 전력상승을 최대한 억제할 수 있는 방법과 장치를 제안한다.
본 발명의 다른 목적은, 복수개의 할당주파수(FA)에 대하여 신호를 동시에 전송할 때 전력증폭기를 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 실시예는, 단일 할당 주파수(FA)를 지원하는 이동통신 시스템의 송신전력 제어장치에 있어서,
각각의 채널별로 전송을 위한 채널 데이터에 대해 부호화 및 변조를 수행한 후 동위상(I) 신호성분과 직교위상(Q) 신호성분으로 구분하여 기저대역의 신호를 생성하는 채널소자군과,
상기 기저대역의 신호를 펄스정형필터링하는 펄스정형필터와,
선형화된 전력증폭을 위하여 요구된 임계전력에 따라 상기 펄스정형필터링된 신호의 평균전력 대 최대전력 비를 조절한 후 출력하는 전력조절블럭와,
상기 전력조절된 신호를 무선주파수 대역의 신호로 상승변환하는 주파수 변환기와,
상기 무선주파수 대역의 신호를 증폭하는 전력증폭기를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는, 단일 할당 주파수(FA)를 지원하는 이동통신 시스템에서 송신전력의 평균전력 대 최대전력 비를 조절하기 위한 방법에 있어서,
동위상(I) 신호성분과 직교위상(Q) 신호성분으로 이루어진 기저대역의 원래신호를 입력받아 미리 정해지는 매 샘플링 주기마다 순간전력 값을 측정하는 과정과,
상기 계산된 순간전력을 미리 정해지는 임계전력 값과 비교하는 과정과,
상기 비교결과에 따라 스케일 값을 결정하는 과정과,
상기 원래신호에 상기 결정된 스케일 값을 곱함으로써 목표신호를 계산하는 과정과,
상기 목표신호로부터 상기 원래신호를 감산함으로써 제거신호를 계산하는 과정과,
매 샘플링 주기마다 계산된 제거신호들을 입력받아, 연속적으로 발생하는 0이 아닌 제거신호들 중 최대크기를 가지는 제거신호를 선택하는 과정과,
상기 선택된 최대크기 제거신호를 펄스정형필터링하는 과정과,
상기 원래신호를 소정의 시간지연만큼 지연시킨 신호와 상기 펄스정형필터링된 최대크기 제거신호를 결합하여 출력하는 과정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는, 다중 할당 주파수(FA)를 지원하는 이동통신 시스템의 송신전력 제어장치에 있어서,
각각의 채널별로 전송을 위한 채널 데이터에 대해 부호화 및 변조를 수행한 후 동위상(I) 신호성분과 직교위상(Q) 신호성분으로 구분하여 복수의 FA를 위한 기저대역의 신호들을 생성하는 복수의 FA에 대응하는 복수의 채널소자군과,
상기 복수의 채널소자군에 연결되어 상기 기저대역의 신호들을 펄스정형필터링하는 상기 복수의 FA에 대응하는 복수의 펄스정형필터들과,
선형화된 전력증폭을 위하여 요구되는 임계전력에 따라 상기 펄스정형필터링된 신호들의 평균전력 대 최대전력 비를 조절한 후 해당하는 무선주파수 대역에서 출력하는 다중 FA 전력조절블럭와,
상기 전력조절된 신호들을 증폭하는 전력증폭기를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는, 다중 할당 주파수(FA)를 지원하는 이동통신 시스템에서 송신전력의 평균전력 대 최대전력 비를 조절하기 위한 방법에 있어서,
복수의 FA에 대응하며 각각 동위상(I) 신호성분과 직교위상(Q) 신호성분으로 이루어진 기저대역의 원래신호들을 입력받아 미리 정해지는 매 샘플링 주기마다 순간 신호크기들을 측정하는 과정과,
상기 계산된 순간 신호크기들을 미리 정해지는 임계 신호크기와 비교하는 과정과,
상기 비교결과에 따라 상기 복수의 FA에 대한 스케일 값들을 결정하는 과정과,
상기 원래신호들에 상기 결정된 스케일 값들을 각 FA별로 곱함으로써 상기복수의 FA에 대응하는 목표신호들을 계산하는 과정과,
상기 목표신호들로부터 상기 원래신호들을 각 FA별로 감산함으로써 상기 복수의 FA에 대응하는 제거신호들을 계산하는 과정과,
매 샘플링 주기마다 계산된 제거신호들을 입력받아, 연속적으로 발생하는 0이 아닌 제거신호들 중 최대크기를 가지는 제거신호들을 각 FA별로 선택하는 과정과,
상기 선택된 최대크기 제거신호들을 펄스정형필터링하는 과정과,
상기 원래신호들을 소정의 시간지연만큼 지연시킨 신호들과 상기 펄스정형필터링된 최대크기 제거신호들을 각 FA별로 결합하여 출력하는 과정을 포함한다.
도 1은 통상적인 이동통신 시스템의 송신경로 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단일 FA 이동통신 시스템의 송신경로 구성을 도시한 도면.
도 3은 도 2에서 전력조절블럭의 상세 구성을 도시한 도면.
도 4는 도 3의 전력조절블럭에서 제거신호 계산부의 동작원리를 설명하는 도면.
도 5는 도 3에서 펄스정형필터 구성의 일 예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 전력조절 동작을 나타낸 흐름도.
도 7은 도 3의 스케일 값 결정부로 입력되는 원래신호들을 도시한 도면.
도 8은 도 3의 스케일 값 결정부에서 결정된 신호들을 도시한 도면.
도 9는 도 3의 제거신호 계산부에서 계산된 목표신호들을 도시한 도면.
도 10은 도 3에서 제거신호 계산부에서 생성된 제거신호들을 도시한 도면.
도 11은 도 3의 최대크기 판단부에서 선택된 최대크기 제거신호들을 도시한 도면.
도 12는 도 3에서 원래신호와 제거신호 및 전력 조절된 신호를 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 다중 FA 이동통신 시스템의 송신경로 구성을 도시한 도면.
도 14는 도 13에서 다중 FA 전력조절블럭 13-3의 상세 구성을 도시한 도면.
도 15는 다중 FA 전력조절블럭 13-3에서 각 FA별 전력특성을 도시한 도면.
도 16은 도 14에서 스케일 값 계산기 14-2가 동등한 우선도를 가지는 복수의 FA에 대하여 스케일 값을 계산하는 방법을 나타낸 흐름도.
도 17은 도 14에서 스케일 값 계산기 14-2가 서로 다른 우선도를 가지는 복수의 FA에 대하여 스케일 값을 계산하는 첫 번째 방법을 나타낸 흐름도.
도 18의 다중 FA 전력조절블럭 13-3에서 서로 다른 등급으로 구별되는 각 FA별 전력특성을 도시한 도면.
도 19는 도 14에서 스케일 값 계산기 14-2가 서로 다른 등급으로 구별되는 복수의 FA에 대하여 스케일 값을 계산하는 두 번째 방법을 나타낸 흐름도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
먼저, 본 발명의 명확한 설명을 위하여 사용하는 여러 가지 용어에 대하여 정의하고자 한다. 본 발명에서 PAR(Peak-to-Average Ratio) 또는 CF(Crest Factor)란 통신 시스템에서 신호의 전력 특성을 나타내는 것으로 평균전력에 대한 최대전력의 비를 나타내는 것이다. 이와 같은 전력 특성은 다중 사용자가 공통된 주파수 자원을 공유하는 CDMA 시스템의 전력증폭기 설계에 매우 중요한 요소로 작용한다.CFR(Crest Factor Reduction) 알고리즘이란 본 발명에 따라 평균전력 대 최대전력 비를 줄일 수 있는 알고리즘을 말하는 것으로서 전력조절블럭에 의하여 수행된다. 백오프(BACKOFF)란 전력증폭기가 선형적으로 동작하는 영역을 나타내기 위한 것으로, 평균전력에 대하여 선형증폭 영역에서 동작할 수 있는 최대전력의 비를 가리킨다.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 도 2 내지 도 12는 단일 FA에서 적용 가능한 제1 실시예에 대하여 나타낸 것이고, 도 13 내지 도 19는 다중 FA의 전송에 적용되는 제2 실시예에 대하여 나타낸 것이다.
먼저, 단일 FA를 지원하는 이동통신 기지국 시스템에 대하여 적용되는 본 발명의 제1 실시예에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단일 FA 이동통신 기지국 시스템의 송신경로 구성을 도시한 것으로서, 도시한 바와 같이 기지국 시스템의 송신경로는 하나 이상의 채널소자들 2-2를 포함하는 채널소자군 2-1, I채널 및 Q채널 펄스정형필터 2-3 및 2-4, 주파수 변환기 2-5, 전력증폭기 2-6를 포함한다. 특히 본 발명에 따른 CFR 알고리즘을 수행하는 전력조절블럭 2-8은 펄스정형필터 2-3, 2-4와 주파수 변환기 2-5 사이에 위치한다.
도 2를 참조하면, 하나 이상의 채널소자들 2-2를 포함하는 채널소자군 2-1은 각각의 채널 데이터에 대하여 부호화, 변조, 채널 구분 등의 동작을 수행하여 기저대역의 동위상(I) 채널 및 직교위상(Q) 채널의 신호를 생성한다. 특히 CDMA 시스템의 경우, 채널소자군 2-1의 I 채널 및 Q 채널 신호는 각각의 채널에서 공통 제어신호를 위한 부가 채널 신호들과 다중 사용자 신호들의 CDMA칩 단위의 합을 나타낸다.
앞에서 언급한 것과 같이 CDMA시스템과 같이 여러 채널 신호들의 합을 동시에 전송하는 시스템에서 심한 출력신호 전력변화가 나타나므로, I채널 펄스정형필터 2-3과 Q채널 펄스정형필터 2-4는 각 채널 신호의 주파수 대역을 제한하여 인접채널에 주는 간섭을 감소시킨다. 주파수 변환기 2-5는 전력증폭기 2-6의 전단에 위치하여 중간주파수(Intermediate Frequency: IF) 레벨에서 입력된 상기 펄스정형필터 2-3과 2-4의 출력신호를 디지털/아날로그 변환한 후 무선주파수(Radio Frequency: RF) 대역으로 상승 변환한다.
전력증폭기 2-6은 안테나의 전단에 위치하여 상기 주파수 변환된 신호를 기지국 셀 영역의 모든 사용자들에게 충분한 출력전력을 가지고 전송할 수 있도록 하기 위하여 입력신호의 전력증폭을 수행한다. 안테나는 전력증폭기 2-6에서 증폭된 신호를 받아 기지국에 의하여 서비스되는 셀 안의 단말기들에게 전송한다.
본 발명에 따른 CFR 알고리즘을 수행하는 전력조절블럭 2-8은 시스템에서 전력증폭기의 가격부담을 줄이기 위하여 입력신호의 평균전력 대 최대전력 비를 줄이며, 주파수 대역 밖에서의 전력상승(Spectral Regrowth)을 억제함으로써 시스템 성능의 열화를 막는 기능을 수행한다. 전력조절블럭 2-8은 펄스정형필터 2-3, 2-4의 후단에 배치됨으로써 펄스정형필터 2-3, 2-4를 통과하면서 야기되는 평균전력 대 최대전력 비의 증가를 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 전력조절블럭 2-8의 상세 구성을 나타낸 도면으로서,도시한 바와 같이 전력조절블럭 2-8은 스케일 값 결정부 3-1과, 제거신호 계산부 3-2와, I채널과 Q채널 최대크기 판단부 3-10, 3-11과, I채널과 Q채널 최대크기 펄스정형필터 3-12, 3-13과, I채널과 Q채널 신호 지연부 3-14와 3-15와, I 채널과 Q 채널 합산부 3-16, 3-17을 포함하고 있다.
도 2에서 I채널 펄스정형필터 2-3과 Q채널 펄스정형필터 2-4의 출력신호 I,Q는 스케일 값 결정부 3-1과, 신호 지연부 3-14, 3-15와 제거신호 계산부 3-2의 입력이 된다. 또한 최대크기 펄스정형필터 3-12의 출력신호 I2와 I채널 신호 지연부3-14의 출력신호 I3은 합산부 3-16에서 더해져서 I'이 되며 도 2의 주파수 변환기 2-5의 입력이 된다. 동일한 방법으로 최대크기 펄스정형필터 3-13의 출력신호 Q2와 Q채널 신호 지연부 3-15의 출력신호 Q3은 합산기 3-17에서 더해져서 Q'이 되며 도 2의 주파수 변환기 2-5의 입력이 된다.
높은 평균전력 대 최대전력 비를 갖는 펄스정형필터 2-3, 2-4의 출력신호 I,Q는 전력조절블럭 2-8에 의하여 전력증폭기 2-6의 선형화를 위해 요구되는 수준의 평균전력 대 최대전력 비를 가지게 되며 신호의 주파수 대역 밖에서의 전력상승(Spectral Regrowth)을 억제할 수 있다.
이하 도 3을 참조하여 전력조절블럭 2-8의 동작원리에 대하여 구체적으로 설명한다.
스케일 값 결정부 3-1은 I채널 펄스정형필터 2-3의 출력신호 I와 Q채널 펄스정형필터 2-4의 출력신호 Q(이하 원래신호 I, Q라 한다.)를 I채널 신호크기 제곱기 3-3과 Q채널 신호크기 제곱기 3-4로 각각 입력받아 미리 정해지는 샘플링 주기마다샘플링하여 신호 크기를 측정한다. I채널 신호크기 제곱기 3-3의 출력과 Q채널 신호크기 제곱기 3-4의 출력의 합에 의하여 각 샘플링 주기에서 순간전력 값 P(=I2+ Q2)가 구해진다. 스케일 값 결정기 3-5는 상기 순간전력 값과 미리 정해지는 임계전력 값 Pth를 이용하여 스케일 값을 계산한다. 스케일 값을 계산하는 과정은 하기와 같다.
먼저, 순간전력 값은 스케일 값 계산기 3-5에 의하여 임계전력 값 Pth와 비교된다. 여기서 임계전력 값 Pth는 시스템의 평균전력 Paverage와 전력증폭기의 백오프(즉 시스템의 평균전력에 대하여 선형증폭을 위해 요구되는 최대전력의 비)에 의하여 하기의 수학식 1과 같이 정해진다.
Pth= Paverage×10(백오프/10)
상기 비교결과, 순간전력 값이 임계전력 값보다 작거나 같다면 각 I, Q채널에 곱해지는 스케일 값은 각각 1이 된다. 즉, 제거신호 계산부 3-2의 출력신호 I1, Q1은 0이 되고 결과적으로 원래신호 전력은 조절되지 않는다. 반면 순간전력 값이 임계전력 값보다 크다면, 평균전력 대 최대전력 비를 낮추기 위하여 원래신호 전력을 조정할 수 있는 스케일 값이 계산되어야 한다. 여기서 스케일 값의 제곱은 임계전력 값을 순간전력 값으로 나눔으로써 구할 수 있다. 즉, 하기의 수학식 2에 의해 구할 수 있다.
다른 예로서, 스케일 값은 기억장치에 저장된 스케일 테이블을 통하여 구해질 수 있다. 이렇게 결정된 스케일 값은 제거신호 계산부 3-2로 전달된다.
스케일 값 결정부 3-1로부터 전달된 스케일 값은 제거신호 계산부 3-2의 승산기 3-6, 3-7로 입력되어 원래신호 I, Q와 곱하여 진다. 승산기 3-6, 3-7의 출력은 전력증폭기 2-6의 선형화를 위해 요구되는 각 채널의 목표신호가 된다. 즉, 순간전력 값이 임계전력 값보다 큰 경우, 스케일 값을 곱하여 주는 과정을 통하여 I,Q 신호와 동일한 위상을 유지하면서 임계전력 값을 가지는 I,Q 채널 각각의 목표신호를 구할 수 있다. 차등기 3-8, 3-9는 각 채널의 목표신호에서 원래신호 I, Q를 감산하는 과정을 수행하여 각 채널의 제거신호 I1, Q1을 발생시킨다.
상기된 바와 같이 동작하는 제거신호 계산부 3-2의 동작원리는 도 4에 나타낸 바와 같다.
도 4를 참조하면, 원래신호 벡터 4-1은 펄스정형필터 2-3, 2-4의 출력인 원래신호 I,Q를 벡터형태로 표시한 것이며, 목표신호 벡터 4-2는 원래신호 벡터 4-1과 동일한 위상을 가지며 임계전력 값과 동일한 전력을 가지는 목표신호를 벡터형태로 표시한 것이다. 제거신호 벡터 4-3은 도 3의 제거신호 계산부 3-2의 출력인 제거신호 I1, Q1을 벡터형태로 나타낸 것이다. 또한 외부의 실선 원은 임계전력을 나타낸 것이고 내부의 점선 원은 평균전력을 나타낸 것이다. 여기서 제거신호 벡터4-3은 목표신호 벡터 4-2에서 입력신호 벡터 4-1을 감산함으로써 구할 수 있다. 목표신호의 위상을 원래신호의 위상과 동일하게 만들어 주는 과정을 통하여 생성된 제거신호는 원래신호 전력의 평균전력 대 최대전력 비를 낮추기 위하여 생성된 제거신호들 중에서 최소의 전력을 갖는다.
제거신호 계산부 3-2에서 생성된 제거신호 I1, Q1은 I채널, Q채널 최대크기 판단부 3-10, 3-11로 전달된다.
만약 최대크기 판단부 3-10, 3-11을 통해 최대크기 펄스정형필터 3-12, 3-13의 입력 펄스들이 동일한 극성을 가지고 매 샘플링 주기마다 0이 아닌 연속된 값을 갖는다면 그 출력들은 펄스정형필터를 통과하면서 서로간에 중첩되어 제거신호보다 더 큰 크기를 갖게 된다. 시간차원에서 중첩된 최대크기 펄스정형필터 3-10, 3-11의 출력신호 I2, Q2와 신호 지연부 3-14, 3-15를 통과한 신호 I3,Q3이 합산부 3-16, 3-17에서 합산된다면 결과적으로 또 다른 신호의 왜곡이 유도될 수 있다
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 최대크기 판단부 3-10, 3-11은 매 샘플링 주기마다 전달된 제거신호들 중 0과 0 사이에서 동일한 극성을 가지고 연속되는 제거신호들 중 최대크기를 가지는 제거신호 펄스만을 유지하고 나머지 제거신호들은 모두 0으로 조정한다.
즉, I채널, Q채널 최대크기 판단부 3-10, 3-11은 매 샘플링 주기마다 제거신호 I1, Q1을 계속해서 입력받아 가장 큰 크기를 가지는 제거신호를 선택한다. 최대크기 판단부 3-10, 3-11에서 각 채널에 대해 선택된 최대크기의 I채널 및 Q채널 제거신호는 최대크기 펄스정형필터 3-12, 3-13의 입력이 된다. 최대크기 펄스정형필터 3-12, 3-13은 상기 최대크기 제거신호를 원하는 주파수 대역폭으로 제한한다.
이와 같이 최대크기 펄스정형필터 3-12, 3-13의 기능은 입력된 신호의 주파수 대역을 원하는 대역폭으로 제한하여 인접 채널의 전력상승 또는 주파수 대역 밖에서의 왜곡을 억제하는 것이다. 따라서 최대크기 펄스정형필터 3-12, 3-13은 입력된 신호를 시간 지연부 3-14의 출력신호 I3의 주파수 대역폭과 동일한 대역폭으로 제한하기 위하여 FIR(Finite Impulse Response) 또는 IIR(Infinite Impulse Response) 필터 등으로 구현될 수 있다.
도 5는 FIR 필터를 적용한 최대크기 펄스정형필터 3-12, 3-13의 구조를 보인 것이다. 도 5를 상세히 설명하면, 입력신호 A는 최대크기 판단부 3-10로부터 제공되며 샘플링 주기만큼의 지연을 갖는 시간 지연기 5-1 내지 5-4를 통과한다. 또한 시간 지연기 5-1 내지 5-4 각각의 입력단과 출력단의 신호는 각각의 승산기 5-5 내지 5-8에서 제한하고자 하는 주파수 대역에 맞게 설계된 계수 c0, c1, c2, ... cn과 곱해지고, 승산기 5-5 내지 5-8의 출력들은 합산기 5-9에서 합산되어 출력신호 B가 된다. I채널 및 Q채널 최대크기 펄스정형필터 3-12, 3-13 각각의 출력신호 B는 전력조절블럭 2-8에서 요구하는 주파수 대역폭을 충족하는 신호 I2, Q2가 된다.
한편, 시간 지연부 3-14, 3-15는 원래신호 I, Q에 대하여 소정의 시간지연을 발생시킨다. 여기서 소정의 시간지연은 원래신호 I,Q가 스케일 값 결정부 3-1로부터 최대크기 펄스정형필터 3-12, 3-13까지를 통과하는데 걸리는 시간이 된다.
결합부 3-16, 3-17은 시간 지연부 3-14, 3-15의 출력신호 I3, Q3과 최대크기 펄스정형필터 3-12, 3-13의 출력신호 I2, Q2를 더한다. 여기서 I2, Q2는 높은 평균전력 대 최대전력 비를 갖는 신호에 대해 펄스정형필터링된 최대크기 제거신호를 나타낸다. 따라서 결합부 3-16, 3-17의 출력신호는 전력증폭기 2-6의 선형화를 위해 요구되는 전력수준으로 보상된다.
도 6은 본 발명에 따른 전력조절블럭 2-8의 전체적인 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 스케일 값 결정부 3-1은 I채널 및 Q채널 펄스정형필터 2-3, 2-4로부터 제공된 원래신호 I, Q의 크기를 측정하여 순간전력 P(=I2+Q2)를 계산한 후,(6-1) 순간전력 값 P와 미리 정해지는 임계전력 값 Pth를 비교하고,(6-2) 상기 비교결과에 따라 스케일 값을 결정한다. 즉, 순간전력 P가 임계전력 Pth보다 작거나 같으면 스케일 값은 1로 결정되고,(6-9) 순간전력 P가 임계전력 Pth보다 크면 스케일 값은 미리 저장된 스케일 테이블 또는 상기 수학식 2의 계산에 의해서 결정된다.(6-3)
제거신호 계산부 3-2는 원래신호 I, Q와 상기 결정된 스케일 값을 곱함으로써 원래신호 I, Q와 동일한 위상을 가지며 임계전력 값과 동일한 전력 값을 가지는 목표신호를 구한 후,(6-4) 목표신호로부터 원래신호 I, Q를 감산하여 제거신호 I1, Q1을 계산한다.(6-5) 제거신호 I1, Q1은 시스템에서 요구하는 평균전력 대 최대전력 비를 맞추기 위한 역할을 수행한다.
최대크기 판단부 3-10, 3-11은 매 샘플링 주기마다 상기 단계(6-1) 내지 단계(6-5)를 반복함으로써 계산된 제거신호들 중에서 최대크기의 제거신호를 결정하고,(6-6) 최대크기 펄스정형필터 3-12, 3-13은 상기 결정된 최대크기 제거신호를 펄스정형필터링한다.(6-7)
결합부 3-16, 3-17은 상기 단계(6-7)에서 펄스정형필터링된 신호를 신호 지연부 3-14, 3-15에 의해 소정의 시간 지연 값만큼 시간 지연된 원래신호와 결합한다.(6-8) 결과적으로 최종 결합된 신호의 평균전력 대 최대전력 비는 원하는 수준으로 보상된다.
도 7 내지 도 12는 전력조절블럭 2-8에 의하여 조절되는 전력의 변화를 보인 것이다.
도 7은 I채널 및 Q채널 원래 신호 펄스들을 보인 것이다. 즉, 도 7의 I 채널은 각 샘플링 주기에서 I채널 펄스정형필터 2-3의 출력에 대한 신호크기를 측정한 값이고 Q채널은 각 샘플링 주기에서 Q채널 펄스정형필터 2-4의 출력에 대한 신호크기를 측정한 값이다. 도 8은 각 샘플링 주기에서 도 7에 대한 순간전력 값을 측정한 결과를 보여주는 것으로서 각 샘플링 주기에서 순간전력 값 P는 I2+Q2로 계산된다. 각 샘플링 주기에서 계산된 순간전력 값을 미리 정해지는 임계전력 값과 비교한 결과에 따라 해당하는 스케일 값이 계산되어야 한다.
도 9는 각 샘플링 주기에서 계산된 스케일 값을 임계전력 값보다 큰 순간전력 값을 가지는 원래신호들에 곱하여 계산된 I채널 및 Q채널 목표신호 펄스들을 나타낸 것이고, 도 10은 각 샘플링 주기마다 도 9의 목표신호 펄스들에서 도 7의 원래신호 펄스들을 감산함으로써 구해진 I채널 및 Q채널 제거신호 펄스들을 보인 것이다. 여기서 도 10의 제거신호 펄스들은 원래신호나 목표신호와는 반대의 위상을 가짐에 유의하여야 한다.
도 11은 도 10에 나타낸 제거신호 펄스들 중 0과 0 사이에서 최대크기를 가지는 I채널 및 Q채널 제거신호 펄스들을 선택한 예를 보인 것이다. 도 12는 도 11에 나타낸 I채널 및 Q채널 제거신호를 펄스정형필터링한 결과와 그 전력 값을 보인 것이다. 도 12에 나타낸 I, Q는 결합부 3-16, 3-17에서 도 7에 나타낸 I채널 및 Q채널 원래신호와 결합되며, 결과적으로 결합부 3-16, 3-17의 출력은 도 9에 나타낸 바와 같이 전력증폭기 2-6을 위해 요구된 평균전력 대 최대전력 비를 가지도록 조절될 것이다.
이하, 다중 FA를 지원하는 이동통신 기지국 시스템에 대하여 적용되는 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 다중 FA 이동통신 기지국 시스템의 송신경로 구성을 도시한 것으로서, 도시한 바와 같이 송신경로는, 채널소자단 13-1, 펄스정형필터단 13-2, 전력증폭기 13-4를 포함한다. 특히 모든 FA에 대해 원래신호의 평균전력 대 최대전력 비를 조절하기 위한 다중 FA 전력조절블럭 13-3은 펄스정형필터단 13-2와 전력증폭기 13-4 사이에 위치한다.
도 13을 참조하면, 복수의 FA에 대응하는 복수의 채널소자군들을 구비하는 채널소자단 13-1은 기저대역에서 채널 데이터의 부호화, 변조, 채널 구분 등의 역할을 수행하는 채널소자들을 포함하며 각각의 FA에 대하여 독립적으로 제어를 수행한다. 채널소자단 13-1에 의해 생성된 I채널 및 Q채널 신호는, 각각의 FA에 대하여신호의 주파수 대역폭을 제한하기 위하여 복수의 FA에 대응하는 복수의 I채널 및 Q채널 펄스정형필터들을 구비하는 펄스정형필터단 13-2의 입력이 된다. 제한된 주파수 대역폭을 갖도록 필터링된 펄스정형필터단 13-2의 출력은 다중 FA 전력조절블럭 13-3의 입력이 된다.
도 13에서 다중 FA 각각에 대응하는 신호 흐름은 도 2와 유사하다. 즉, 다중 FA 전력조절블럭 13-3은 전력증폭기 13-4에서의 안정된 동작을 보장하기 위하여 높은 평균전력 대 최대전력 비를 갖는 입력신호에 대해 전력 조절된 신호를 출력한다. 다중 FA 전력조절블럭 13-3의 출력은 전력증폭기 13-4로 전달되어, 해당 기지국에 의해 서비스되는 셀 내의 모든 단말기에게 충분한 전력으로 신호를 전송할 수 있도록 한다.
도 14는 도 13에서 다중 FA 전력조절블럭 13-3의 상세 구성을 도시한 것이다.
도 14를 참조하면, 다중 FA 전력조절블럭 13-3은 복수의 FA 각각에 대하여 스케일 값을 결정하는 스케일 값 결정부 14-1과, 복수의 FA에 대응하는 복수의 전력조절부 14-3, 14-10 내지 14-11과, 결합부 14-12를 포함한다. 복수의 FA에 대응하는 전력조절부들 14-3, 14-10 내지 14-11은 각각 도 3과 도 6에서 이미 설명한 바와 유사하게 각 FA에 대하여 평균전력 대 최대전력 비 조절 동작을 수행한다. 단지, 스케일 값을 계산함에 있어서 다중 FA를 위한 원래신호 I, Q가 독립적으로 이용되지 않고 연관을 갖게 된다.
이하 도 14의 동작을 보다 상세히 설명한다.
스케일 값 결정부 14-1은 다중 FA에 대한 원래신호 I1, Q1, I2, Q2, , IN, QN를 각각 해당하는 제곱기로 입력받아 매 샘플링 주기마다 그 신호 크기를 측정한다. 스케일 값 계산기 14-2는 상기 신호 크기들을 이용하여 다중 FA에 대한 스케일 값들을 결정한다. 스케일 값은 미리 저장되는 스케일 표에 의하여 결정되거나 또는 후술되는 수학식에 의하여 계산된다.
스케일 값 결정부 14-2에서 결정된 스케일 값들은 복수의 FA에 대응하는 복수의 전력조절부들 14-3, 14-10 내지 14-11로 입력된다. 전력조절부 14-3, 14-10 내지 14-11 각각은 해당하는 FA에 대하여, 단일 FA에 적용되는 전력조절블럭 2-8과 동일하게 도 6에 나타낸 절차를 수행한다. 이하에서 전력조절부 14-3을 예를 들어 그 상세한 동작절차를 설명할 것이나 전력조절부 14-10 내지 14-11도 동일하게 동작함은 물론이다.
스케일 값 결정부 14-2에서 구해진 스케일 값은 전력조절부 14-3의 제거신호 계산기 14-4로 제공된다. 제거신호 계산기 14-4는 원래신호 I1, Q1에 상기 스케일 값을 곱하여 I채널 및 Q채널 목표신호를 구하고 목표신호에서 원래신호 I1, Q1을 감산함으로써 제거신호를 계산한다. 최대신호 판단기 14-5는 매 샘플링 주기마다 제거신호 계산기14-4로부터 전달되는 제거신호들 중에서 최대크기를 가지는 제거신호를 선택하여 유지하고 나머지 제거신호들은 0으로 조정한다. 최대크기 판단기 14-5에 의해 선택된 최대크기 제거신호는 시스템에서 요구하는 주파수 대역폭으로 제한하기 위하여 최대크기 펄스정형필터 14-6의 입력이 된다.
한편, 원래신호 I1, Q1은 시간 지연기 14-7에 의하여 시간 지연된 후, 합산기 14-8에 의하여 최대크기 펄스정형필터 14-6의 출력과 합산됨으로써 전력 조절된 신호를 생성한다. 합산기 14-8의 출력은 주파수 변환기 14-9로 입력되어 각각 다른 중심 주파수를 사용하여 해당하는 FA(1)의 무선주파수(RF) 대역으로 주파수 상승 변환된다.
마찬가지로 전력조절부 14-10 내지 14-11도 동일한 동작을 수행하여 FA(2) 내지 FA(N) 대역의 신호들을 각각 출력한다. 다중 FA에 대한 전력조절부 14-3, 14-10 내지 14-11의 출력들은 결합부 14-12에 의해 결합되어 전력증폭기 13-4의 입력이 된다.
도 15는 3개의 FA를 지원하는 시스템에서 다중 FA 대역의 신호들이 결합된 결합부 14-12의 출력을 보인 것이다.
도 15를 참조하면, 15-1, 15-2, 15-3은 서로 다른 주파수 대역 FA(1), FA(2), FA(3) 각각을 위한 원래신호의 크기를 반지름으로 하는 원들이고, 15-5는 전력증폭기 13-4를 위해 요구된 평균전력 대 최대전력 비를 보장하도록 미리 정해지는 임계 신호크기와 같은 반지름을 가지는 원이다. 여기서 원래신호들의 주파수들은 FA(1) < FA(2) < FA(3)의 관계를 가진다. 이러한 주파수 대역의 차이로 인하여, 15-1과 15-2의 결합은 15-1상의 한 점을 중심으로 하는 원 15-2상에 위치하게 되고, 15-1과 15-2와 15-3의 결합은 원 15-2상의 한 점을 중심으로 하는 원 15-3상에 위치하게 된다.
FA(1)의 신호변화보다는 FA(2) 신호변화가 더 빠르게 일어나고, FA(2)의 신호변화보다는 FA(3)의 신호변화가 더 빠르게 일어난다. 따라서 각 FA에서 순간 신호크기의 일정하지 않고 해당하는 원을 따라 주기적으로 변화한다. 결과적으로 결합부 14-12 출력의 최대값은 점 15-4로 나타낼 수 있다. 여기서 최대값은 모든 FA에 대한 순간 신호크기의 합과 동일하다. 순간 신호크기의 합이 임계 신호크기보다 작아야 한다는 조건을 만족시키기 위해서는 결합부 14-12의 출력이 원 15-5의 안쪽에 위치하도록 하는 스케일 값이 결정되어야 한다.
상기와 같은 조건을 만족시키기 위해 다중 FA 전력조절블럭 13-3이 각 FA에 대한 스케일 값을 계산함에 있어서, 각 FA마다 입력된 원래신호들의 순간 신호크기들의 합이 미리 정해지는 임계 신호크기보다 작거나 같은 경우에는 스케일 값은 1로 정해진다. 반면 입력된 원래신호의 순간 신호크기가 임계 신호크기보다 큰 경우에는 스케일 값이 계산되어야 한다. 이때 모든 FA는 동일한 스케일 값을 공유하거나 또는 각 FA가 서로 다른 스케일 값을 가질 수 있다.
여기서 각 FA가 서로 다른 스케일 값을 가지는 경우는 FA가 서로 다른 서비스 등급, 즉 우선도(priority)를 가지는 경우이다. 발전된 기지국 시스템은 FA마다 서로 다른 우선도를 부여할 수 있다. 실제로 CDMA2000 EV DO(EVolution Data Only) 시스템은 CDMA 1세대 서비스를 제공하는 FA와 고속의 데이터 서비스(High speed Data Rate Service)를 제공하는 FA를 구별한다. 고속의 데이터 서비스만을 제공하는 FA는 서비스의 특성상 송신신호의 품질에 민감하기 때문에 CDMA 1세대 서비스를 지원하는 FA에 비하여 더 높은 우선도를 가질 필요가 있다.
도 16을 참조하여 스케일 값 계산기 14-2가 동등한 우선도를 가지는 N개의 FA에 대하여 스케일 값을 계산하는 절차에 대하여 설명한다.
도 16을 참조하면, 먼저 도 14에서 FA(1)의 순간 신호크기가 I1의 제곱 값과 Q1의 제곱 값의 합의 제곱근에 의하여 구해진다. 동일한 방법으로 각 FA의 순간 신호크기(여기서 i는 1, 2, ... N)가 구해지면, 결합부 14-12 출력의 최대값을 구하기 위해서 모든 FA의 순간 신호크기들의 합이 계산된다.(16-1)
상기 계산된 순간 신호크기들의 합은 미리 정해지는 임계 신호크기와 비교된다.(16-2) 순간 신호크기들의 합이 미리 정해지는 임계 신호크기보다 작은 경우 모든 FA의 스케일 값은 1로 정해진다.(16-3) 그렇지 않은 경우, 모든 FA의 스케일 값 S는 하기의 수학식 3과 같이 임계 신호크기를 순간 신호크기들의 합으로 나누어서 구할 수 있다.(16-4)
상기와 같은 절차에 따라 구해진 스케일 값은 다중 FA를 위한 제거신호 계산기들로 제공되어, 원래신호가 가능한 최대의 신호크기를 가지는 경우를 위한 제거신호를 발생시키는데 이용된다.
한편, 서로 다른 우선도를 가지는 N개의 FA에 대한 스케일 값을 계산하는 방법으로는 가중치를 이용하는 첫 번째 방법과 등급별 임계 신호크기를 이용하는 두 번째 방법이 있다.
먼저, 도 17을 참조하여 스케일 값 계산기 14-2가 가중치를 사용하여 각 FA에 대한 스케일 값을 계산하는 첫 번째 방법에 대하여 설명한다. 이 방법은 각 FA를 위한 신호에 대하여 서로 다른 가중치를 부여함으로써 각 FA에 대한 스케일 값을 계산한다.
도 17을 참조하면, 도 14에서 FA(1)의 순간 신호크기는 I1의 제곱 값과 Q1의 제곱 값의 합의 제곱근에 의하여 구해진다. 이와 유사하게 각 FA의 순간 신호크기(여기서 i는 1, 2, ... N)이 구해지면, 결합부 14-12 출력의 최대값을 구하기 위해서 모든 FA의 순간 신호크기들의 합이 계산된다.(17-1)
상기 계산된 순간 신호크기들의 합은 미리 정해지는 임계 신호크기와 비교된다.(17-2) 순간 신호크기들의 합이 미리 정해지는 임계 신호크기보다 작거나 같은 경우 모든 FA의 스케일 값은 1로 정해진다.(17-3) 그렇지 않은 경우, 각 FA에 대하여 해당하는 서비스 등급에 따라 결정되는 가중치를 설정한다.(17-4) 여기서 가중치는 i번째 FA를 위한 가중치를 의미한다. 우선도에 따라 가중된 각 FA를 위한 원래 신호크기는,...로 나타낼 수 있다. 여기서 높은 우선도를 가지는 FA일수록 더 큰 가중치를 가져야 한다. 하나의 예로서 가중치는 해당 FA에 부여된 우선도의 비율로서 정해질 수 있다. 즉, 예를들면 모든 FA는 서비스 등급 1 또는 서비스 등급 2에 속하고, 서비스 등급 1이 서비스 등급 2보다 높은 우선도를 가지는 경우 서비스 등급 1을 위한 가중치는 2, 서비스 등급 2를 위한 가중치는 1로 정해질 수 있다.
가중치가 정해지면, 각 FA의 스케일 값을 구하기 위해서 먼저 공통 스케일 값을 계산한다.(17-5) 공통 스케일 값은 하기의 수학식 4에 의하여 계산된다.
i번째 FA에 대한 스케일 값 Si는 공통 스케일 값 Sglobal과 해당하는 FA에 설정된 가중치의 곱으로써 하기의 수학식 5와 같이 계산된다.(17-6)
상기와 같은 절차에 따라 구해진 각 FA에 대한 스케일 값은 해당하는 FA를 위한 제거신호 계산기로 제공된다. 이와 같이 계산되는 가중치는 FA별로 스케일 값을 결정하는데 영향을 주게 된다. 게다가 높은 우선권을 가지는 FA는 송신전력의 제한을 적게 받기 때문에 사용 가능한 송신전력의 효율을 극대화 할 수 있다.
다음으로, 도 18과 도 19를 참조하여 스케일 값 계산기 14-2가 임계 신호크기를 조절하여 각 FA에 대한 스케일 값을 계산하는 두 번째 방법에 대하여 설명한다.
이 방법은 다중 FA를 우선도가 높은 순으로 서비스 등급 1, 서비스 등급 2, ..., 서비스 등급 k로 구분하고 각각의 서비스 등급마다 등급별 임계 신호크기,, ...을 미리 결정한다. 여기서는 i번째 서비스 등급에 대한 등급별 임계 신호크기를 나타내며 우선도가 높은 등급일수록 더 큰 등급별 임계 신호크기를 가진다. 즉,>> ... >의 관계를 가진다. 이때, 모든 등급별 임계 신호크기들의 합++ ... +은 시스템에서 요구하는 전체 임계 신호크기보다 클 수 없다.
실제로 CDMA2000 EV DO 시스템의 경우 고속 데이터 서비스를 위한 FA들을 서비스 등급 1로 정하고, CDMA 1세대 서비스를 위한 FA들을 서비스 등급 2로 정할 수 있다. 도 18을 참조하면 서비스 등급 1을 위한 임계 신호크기는 18-1로 나타낼 수 있으며 서비스 등급 2를 위한 임계 신호크기는 18-2로 나타낼 수 있다. 따라서 도 18에 나타낸 바깥쪽의 원은 전체 임계 신호크기을 의미한다.
도 19를 참조하여 임계 신호크기를 조절하여 각 FA에 대한 스케일 값을 계산하는 절차에 대하여 설명하면, 먼저 도 14에서 FA(1)의 순간 신호크기는 I1의 제곱 값과 Q1의 제곱 값의 합에 의하여 구해진다. 동일한 방법으로 각 FA의 순간 신호크기(여기서 i는 1, 2, ... N)이 구해지면, 결합부 14-12 출력의 최대값을 구하기 위해서 모든 FA의 순간 신호크기들의 합이 계산된다.(19-1)
상기 계산된 순간 신호크기들의 합은 미리 정해지는 전체 임계 신호크기와 비교된다.(17-2) 순간 신호크기들의 합이 전체 임계 신호크기보다 작거나 같은 경우 모든 FA의 스케일 값은 1로 정해진다.(19-3) 그렇지 않은 경우, 우선도가 높은 순서대로 각 FA에 대한 스케일 값을 계산해 나간다.
가장 높은 우선도를 가지는 서비스 등급 1인 FA들의 평균 순간 신호크기은 미리 정해진 서비스 등급 1의 임계 신호크기과 비교된다.(19-4)이보다 크면, 서비스 등급 1인 FA들에 대한 스케일 값은/로 계산된다.(19-5) 반면에이보다 작거나 같으면 서비스 등급 1인 FA들에 대한 스케일 값은 1로 정해지고, 동시에 서비스 등급 2인 FA들을 위한 새로운가 미리 정해진에-을 합산함으로써 계산된다.(19-6) 이는 서비스등급 1인 FA에서 사용되지 않고 남겨지는 여분의 전력(-)을 서비스 등급 2인 FA에게 할당함으로써 전력 사용의 효율을 높이기 위함이다.
서비스 등급 2인 FA의 신호크기은 상기 단계(19-6)에서 계산된 서비스 등급 2의 새로운과 비교된다.(19-7)가 새로운보다 크면, 서비스 등급 2를 위한 스케일 값은/로 계산된다.(19-8)가 새로운보다 작거나 같으면 서비스 등급 2인 FA에 대한 스케일 값은 1로 정해지고, 동시에 서비스 등급 3인 FA들을 위한 새로운가 미리 정해진에-을 합산함으로써 계산된다.(19-9)
이와 같은 식으로 가장 낮은 서비스 등급 k인 FA들을 위한 스케일 값까지 결정되면,(19-10 내지 19-12) 각 FA에 대한 스케일 값들은 해당하는 FA를 위한 제거신호 계산기로 제공된다. 이와 같은 임계 신호크기의 조절을 통하여 각 FA의 특성에 따라서 최소한의 성능을 보장할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 전력조절블럭은 DS-CDMA, W-CDMA, MC-CDMA 등 다양한 시스템에서 사용될 수 있으며 간단하게 구현할 수 있다. 또한 종래의 사전왜곡 조정회로와 함께 사용될 수 있고, 전체 시스템의 성능에 영향을 주지 않으면서, CDMA 시스템과 같이 다중 사용자와 부가채널 신호 합에 의한 신호에서 발생하게 되는 높은 평균전력 대 최대전력 비에 따른 전력증폭기의 비효율적 동작에 의한 문제점을 해소할 수 있다. 게다가 고가의 전력증폭기를 사용하지 않고도 성능 열화를 최소화할 수 있으므로 시스템의 전체 비용이 감소된다.
특히 다중 FA를 전송하는 이동통신 시스템에서 각각의 FA에 대하여 스케일 값을 제어하는 과정을 통하여 다중 FA 전송 시에 각 FA 신호의 특성에 따라서 최소한의 성능을 보장해 줄 수 있고 전체 사용 전력의 효율을 극대화할 수 있다.

Claims (13)

  1. 단일 할당 주파수(FA)를 지원하는 이동통신 기지국 시스템의 송신전력 제어장치에 있어서,
    각각의 채널별로 전송을 위한 채널 데이터에 대해 부호화 및 변조를 수행한 후 동위상(I) 신호성분과 직교위상(Q) 신호성분으로 구분하여 기저대역의 신호를 생성하는 채널소자군과,
    상기 기저대역의 신호를 펄스정형필터링하는 펄스정형필터와,
    선형화된 전력증폭을 위하여 요구된 임계전력에 따라 상기 펄스정형필터링된 신호의 평균전력 대 최대전력 비를 조절한 후 출력하는 전력조절블럭와,
    상기 전력조절된 신호를 무선주파수 대역의 신호로 상승변환하는 주파수 변환기와,
    상기 무선주파수 대역의 신호를 증폭하는 전력증폭기를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전력조절블럭은,
    상기 펄스정형필터에 의해 필터링된 결과인 원래신호를 제공받아 매 샘플링 주기마다 순간전력 값을 측정하여 미리 정해지는 임계전력 값과 비교하고, 비교결과에 따라 스케일 값을 결정하는 스케일 값 결정부와,
    상기 원래신호에 상기 결정된 스케일 값을 곱함으로써 목표신호를 구하고 상기 목표신호에서 상기 원래신호를 감산함으로써 제거신호를 계산하는 제거신호 계산부와,
    매 샘플링 주기마다 상기 제거신호 계산부에 의하여 계산된 제거신호들을 입력받아, 연속적으로 발생하는 0이 아닌 제거신호들 중 최대크기를 가지는 제거신호를 선택하는 최대크기 판단부와,
    상기 선택된 최대크기 제거신호를 펄스정형필터링하는 최대크기 펄스정형필터와,
    상기 원래신호를 상기 스케일 값 결정부와 상기 제거신호 계산부와 상기 최대크기 판단부와 상기 최대크기 펄스정형필터에 의한 전체 시간지연만큼 지연시키는 신호 지연부와,
    상기 지연된 신호와 상기 펄스정형필터링된 최대크기 제거신호를 결합하여 출력하는 결합부로 구성됨을 특징으로 하는 상기 장치.
  3. 단일 할당 주파수(FA)를 지원하는 이동통신 기지국 시스템에서 송신전력의 평균전력 대 최대전력 비를 조절하기 위한 방법에 있어서,
    동위상(I) 신호성분과 직교위상(Q) 신호성분으로 이루어진 기저대역의 원래신호를 입력받아 미리 정해지는 매 샘플링 주기마다 순간전력 값을 측정하는 과정과,
    상기 계산된 순간전력을 미리 정해지는 임계전력 값과 비교하는 과정과,
    상기 비교결과에 따라 스케일 값을 결정하는 과정과,
    상기 원래신호에 상기 결정된 스케일 값을 곱함으로써 목표신호를 계산하는 과정과,
    상기 목표신호로부터 상기 원래신호를 감산함으로써 제거신호를 계산하는 과정과,
    매 샘플링 주기마다 계산된 제거신호들을 입력받아, 연속적으로 발생하는 0이 아닌 제거신호들 중 최대크기를 가지는 제거신호를 선택하는 과정과,
    상기 선택된 최대크기 제거신호를 펄스정형필터링하는 과정과,
    상기 원래신호를 소정의 시간지연만큼 지연시킨 신호와 상기 펄스정형필터링된 최대크기 제거신호를 결합하여 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 스케일 값을 결정하는 과정은,
    상기 비교결과 상기 순간전력 값이 상기 임계전력 값보다 작거나 같으면 상기 스케일 값을 1로 결정하는 단계와,
    상기 비교결과 상기 순간전력 값이 상기 임계전력 값보다 크면 상기 스케일 값을 상기 임계전력 값에 대한 상기 순간전력 값의 비율의 제곱근으로서 계산하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방법.
  5. 다중 할당 주파수(FA)를 지원하는 이동통신 기지국 시스템의 송신전력 제어장치에 있어서,
    각각의 채널별로 전송을 위한 채널 데이터에 대해 부호화 및 변조를 수행한 후 동위상(I) 신호성분과 직교위상(Q) 신호성분으로 구분하여 복수의 FA를 위한 기저대역의 신호들을 생성하는 복수의 FA에 대응하는 복수의 채널소자군과,
    상기 복수의 채널소자군에 연결되어 상기 기저대역의 신호들을 펄스정형필터링하는 상기 복수의 FA에 대응하는 복수의 펄스정형필터들과,
    선형화된 전력증폭을 위하여 요구되는 임계전력에 따라 상기 펄스정형필터링된 신호들의 평균전력 대 최대전력 비를 조절한 후 해당하는 무선주파수 대역에서 출력하는 다중 FA 전력조절블럭와,
    상기 전력조절된 신호들을 증폭하는 전력증폭기를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 다중 FA 전력조절블럭은,
    상기 복수의 펄스정형필터들에 의해 필터링된 결과인 각 FA의 원래신호들을 제공받아 미리 정해지는 매 샘플링 주기마다 순간 신호크기를 측정하여 미리 정해지는 임계 신호크기와 비교하고, 비교결과에 따라 각 FA별 스케일 값을 결정하는스케일 값 결정부와,
    상기 각 FA의 원래신호들을 각각 입력받아 상기 스케일 값을 이용하여 평균전력 대 최대전력 비를 조절한 후 출력하는 상기 복수의 FA에 대응하는 복수의 전력조절부들과,
    상기 복수의 전력조절부들의 출력들을 결합하여 출력하는 결합부로 구성됨을 특징으로 하는 상기 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 복수의 전력조절부 각각은,
    상기 복수의 펄스정형필터들 중 해당하는 FA의 펄스정형필터로부터 제공된 원래신호에 상기 스케일 값 결정부로부터 제공된 해당하는 스케일 값을 곱함으로써 목표신호를 구하고 상기 목표신호로부터 상기 원래신호를 감산함으로써 제거신호를 계산하는 제거신호 계산기와,
    매 샘플링 주기마다 상기 제거신호 계산기에 의하여 계산된 제거신호들을 입력받아, 연속적으로 발생하는 0이 아닌 제거신호들 중 최대크기를 가지는 제거신호를 선택하는 최대신호 판단기와,
    상기 선택된 최대크기 제거신호를 펄스정형필터링하는 최대크기 펄스정형필터와,
    상기 원래신호를 상기 스케일 값 결정부와 상기 제거신호 계산부와 상기 최대크기 판단부와 상기 최대크기 펄스정형필터에 의한 전체 시간지연만큼 지연시키는 신호 지연기와,
    상기 지연된 신호와 상기 펄스정형필터링된 최대크기 제거신호를 합산하는 합산기와,
    상기 합산된 신호를 해당하는 FA 대역의 신호로 상승 변환하여 출력하는 주파수 변환기로 구성됨을 특징으로 하는 상기 장치.
  8. 다중 할당 주파수(FA)를 지원하는 이동통신 기지국 시스템에서 송신전력의 평균전력 대 최대전력 비를 조절하기 위한 방법에 있어서,
    복수의 FA에 대응하며 각각 동위상(I) 신호성분과 직교위상(Q) 신호성분으로 이루어진 기저대역의 원래신호들을 입력받아 미리 정해지는 매 샘플링 주기마다 순간 신호크기들을 측정하는 과정과,
    상기 계산된 순간 신호크기들을 미리 정해지는 임계 신호크기와 비교하는 과정과,
    상기 비교결과에 따라 상기 복수의 FA에 대한 스케일 값들을 결정하는 과정과,
    상기 원래신호들에 상기 결정된 스케일 값들을 각 FA별로 곱함으로써 상기 복수의 FA에 대응하는 목표신호들을 계산하는 과정과,
    상기 목표신호들로부터 상기 원래신호들을 각 FA별로 감산함으로써 상기 복수의 FA에 대응하는 제거신호들을 계산하는 과정과,
    매 샘플링 주기마다 계산된 제거신호들을 입력받아, 연속적으로 발생하는 0이 아닌 제거신호들 중 최대크기를 가지는 제거신호들을 각 FA별로 선택하는 과정과,
    상기 선택된 최대크기 제거신호들을 펄스정형필터링하는 과정과,
    상기 원래신호들을 소정의 시간지연만큼 지연시킨 신호들과 상기 펄스정형필터링된 최대크기 제거신호들을 각 FA별로 결합하여 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 복수의 FA가 동등한 서비스 등급인 경우, 상기 복수의 FA에 대한 스케일 값들을 결정하는 과정은,
    상기 비교결과 상기 순간 신호크기들의 합이 상기 임계 신호크기보다 작거나 같으면 상기 스케일 값을 1로 결정하는 단계와,
    상기 비교결과 상기 순간 신호크기들의 합이 상기 임계 신호크기보다 크면 상기 스케일 값을 상기 임계 신호크기에 대한 상기 순간 신호크기들의 합의 비율로서 계산하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 복수의 FA가 서로 다른 서비스 등급으로 구별되는 경우, 상기 복수의 FA에 대한 스케일 값들을 결정하는 과정은,
    상기 복수의 FA에 대한 상기 순간 신호크기들의 합이 상기 임계 신호크기보다 작거나 같으면 상기 복수의 FA에 대한 스케일 값들을 모두 1로 결정하는 단계와,
    상기 순간 신호크기들의 합이 상기 임계 신호크기보다 크면 상기 복수의 FA 각각에 대하여 해당하는 서비스 등급이 높을수록 더 큰 값을 가지는 가중치를 할당하는 단계와,
    상기 할당된 가중치와 상기 복수의 FA에 대한 상기 순간 신호크기들을 이용하여 상기 복수의 FA 각각에 대한 스케일 값을 계산하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 복수의 FA 각각에 대한 스케일 값은 하기의 수학식 6에 의하여 계산됨을 특징으로 하는 상기 방법.
    : i번째 FA에 대한 상기 스케일 값, 여기서 i는 1, 2, ... N
    : i번째 FA에 대하여 할당된 상기 가중치
    : 상기 임계 신호크기
    : i번째 FA에 대한 상기 순간 신호크기
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 복수의 FA가 서로 다른 서비스 등급으로 구별되는 경우, 상기 복수의 FA에 대한 스케일 값들을 결정하는 과정은,
    상기 복수의 FA에 대한 상기 순간 신호크기들의 합이 상기 임계 신호크기보다 작거나 같으면 상기 복수의 FA에 대한 스케일 값들을 모두 1로 결정하는 단계와,
    상기 순간 신호크기들의 합이 상기 임계 신호크기보다 크면, 상기 복수의 FA 각각에 대하여 해당하는 서비스 등급이 높을수록 더 큰 값을 가지는 등급별 임계 신호크기를 결정하는 단계와,
    가장 높은 서비스 등급부터 각각의 서비스 등급에 대하여 등급별 평균 순간 신호크기를 해당하는 등급별 임계 신호크기와 비교하는 단계와,
    상기 비교결과 상기 등급별 평균 순간 신호크기가 상기 등급별 임계 신호크기보다 크면, 해당하는 서비스 등급의 FA에 대한 스케일 값을 상기 등급별 평균 순간 신호크기에 대한 상기 등급별 임계 신호크기의 비율로써 계산하는 단계와,
    상기 비교결과 상기 등급별 평균 순간 신호크기가 상기 등급별 임계 신호크기보다 작거나 같으면, 해당하는 서비스 등급의 FA에 대한 스케일 값을 1로 결정하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 비교결과 상기 등급별 평균 순간 신호크기가 상기 등급별 임계 신호크기보다 작거나 같으면, 해당하는 서비스 등급의 하위 서비스 등급을 위한 등급별 임계 신호크기에 상기 등급별 임계 신호크기와 상기 등급별 평균 순간 신호크기의 차이를 합산하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방법.
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