KR20030010583A - 고주파 전력 증폭기의 전치왜곡 및 피드 포워드 선형화제어를 위한 스펙트럼 왜곡 모니터 - Google Patents

고주파 전력 증폭기의 전치왜곡 및 피드 포워드 선형화제어를 위한 스펙트럼 왜곡 모니터 Download PDF

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고메즈제이슨엔.
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스펙트리안 코퍼레이션
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Abstract

반송파 제거 합성기(60)와, RF 전력 증폭기(20)의 전치왜곡 및 피드포워드 루프는, (RF 입력신호(11)와 관련된) '기준'신호포트(SRC)와 (증폭기의 다양한 모니터링 위치와 관련된) 복수의 '테스트' 신호포트(BPM, EAMP, OUT)에서, 급속 푸리에 변환(FFT) 기반 스펙트럼 전력 측정을 수행하는 스펙트럼 왜곡 측정 구성에 의해 상기 RF 증폭기(20)의 출력에서의 IMD 성분을 최소화하도록 제어된다. 제어 및 테스트 포트로부터 추출된 신호는, 기저대역으로 하향 변환되고, 대역통과 필터링되고, 디지털화되어 상기 증폭기의 신호 인프라구조의 전체 대역의 스펙트럼 '스냅샷'으로서 저장된다. 디지털 신호처리기 기반 제어기(15)는, 상기 버퍼링된 데이터를 처리하여 상기 기준포트(SRC)와 테스트 포트(BPM, EAMP, OUT)로부터 추출된 데이터의 평균 FFT를 생성하여서, 각 샘플링된 신호 세트에 대한 스펙트럼 정보를 제공한다. 상기 제어 데이터에 대한 FFT로 처리하여 기준선을 설정하고, 상기 테스트 데이터에 대한 FFT과 비교하고, 이를 통해 제어 파라미터를 위한 조정신호를 발생하여 상기 증폭기에 의해 도입된 IMD 성분을 최소화하여도 된다.

Description

고주파 전력 증폭기의 전치왜곡 및 피드 포워드 선형화 제어를 위한 스펙트럼 왜곡 모니터{SPECTRAL DISTORTION MONITOR FOR CONTROLLING PRE-DISTORTION AND FEED-FORWARD LINEARIZATION OF RF POWER AMPLIFIER}
미국 연방 통신 위원회(FCC)의 사양 및 규정은, 통신 서비스 제공자가, 라이센스 채널 또는 이해관계가 있는 대역 바깥측의 에너지 과잉량이 급격하게 감쇠(예 : 약 50dB)되도록 하는 요구사항을 포함하는 매우 엄격한 대역폭 제약을 따를 것을 지정한다. 그러한 제한은, FM과 같은 전통적인 변조 형태를 극복하는데 용이하지만, M-ary 변조와 같은 디지털 기반 변조 포맷을 동시에 달성하기가 어렵다.
그러한 변조 기술을 사용하여 산업이나 관리 기반 필요조건을 충분히 만족하도록 그 측파대들을 감쇠시키는 데는, 매우 선형적인 신호처리 시스템 및 소자를 요구한다. 비록 비교적 선형적인 소자를 전화망의 비교적 저 대역폭(기저대역)에서 합리적인 비용으로 얻을 수 있을지라도, RF 주파수들에서 전력 증폭기와 같은 소자를 선형화시키는 것은, 매우 비싸질 수 있다.
RF 전력 증폭기를 선형화하는 데 근본적인 문제점은, RF 전력 증폭기가 본질적으로 비선형 장치이고, 원하지 않는 상호변조 왜곡 결과(Intermodulation distortion, IMD)를 발생한다는 사실이 있다. 이 IMD는, RF 입력신호와 분리되어 구별되는 증폭된 RF 출력신호의 스퓨리어스 신호들로서 나타난다. IMD의 다른 원인은, 스펙트럼 재성장 또는 RF 입력신호에 나타나지 않는 스펙트럼 영역내로의 콤팩트 스펙트럼의 확산이다. 이 왜곡은, 그 증폭된 출력신호의 위상-진폭을 그 입력신호의 위상-진폭에서 벗어나게 하고, 우연히 일어나는(그리고 원하지 않는) RF 입력신호의 증폭원 변조로서 생각할 수도 있다.
RF 전력 증폭기를 선형화시키는 하나의 간단한 방법은, 대형 고전력장치로서 증폭기를 설계하지만, 저전력 레벨에서(즉, 작은 퍼센트의 정규 출력 전력에서)만 증폭기를 동작시키고, 이때 RF 증폭기의 전달 함수는 비교적 선형적이다. 이 방법의 명백한 단점은, 높은 가격 및 대형 RF 장치와 같은 아주 많은 단점이 있다. 이 많은 단점을 해결하는 다른 종래기술은, 피드백 정정 기술, 피드포워드 정정 및 전치왜곡 정정을 포함한다. 그러나, 이 점에 있어서, 피드포워드 및 전치왜곡 정정은, 제한되지 않는다.
피드백 정정 기술은, (미국특허 제 5, 742,201호에 기재된 것과 같은) 극 포락선 정정과, RF 증폭기의 출력에서 왜곡 성분이 실시간으로 상기 증폭기로의 입력신호를 직접 변조하는데 사용되는 카티션(Cartesian) 피드백을 포함한다. 피드백 기술은, 다른 설계 분야에서 네가티브 피드백 기술을 수행하는 것처럼 자기 수렴의 이점을 갖는다. 그러나, 네가티브 피드백을 이용하는 시스템은 제한 대역폭상에서 안정되어, 다중 반송파 또는 W-CDMA와 같은 광대역폭 환경에서 그들의 응용을 방지한다.
상기 피드포워드 방법에서는, RF 증폭기 출력신호에 존재하는 오차(왜곡)를 추출하고, 적절한 레벨로 증폭하여 동일한 진폭이지만 반대의 위상을 갖고서 그 증폭기의 출력 경로내로 재삽입하여서, (이상적으로) 그 RF 증폭기의 왜곡을 효과적으로 제거한다.
전치왜곡 정정에 의해, 상기 RF 증폭기 앞의 RF 입력신호 경로 상에서 신호가 변조된다. 이상적인 전치왜곡 신호는, RF 증폭기의 왜곡 전달 함수에 필요로 할 경우, 왜곡 작용을 효과적으로 제거하도록 고전력 RF 증폭기의 출력에서 예상된 왜곡의 반대인 소정의 특성이 있다.
RF 증폭기의 출력에 있는 오차 신호 성분을 추출하여 RF 증폭기의 그 추출된 오차 작용에 따라 제어신호(들)를 조정하여서, 전치왜곡 또는 피드포워드를 적응하여도 되어, 증폭기의 출력에 있는 왜곡을 효과적으로 연속적으로 최소화시킨다.
오차신호 성분을 추출하는 종래의 메카니즘 중 하나는, 파일롯(톤) 신호를 상기 증폭기를 통한 신호 흐름 경로 내로 삽입하여 상기 증폭기의 응답을 측정하는 것이 있다. 파일롯 톤의 사용에 대한 근본적인 단점은, 전용 파일롯 발생회로에 대한 필요성과 상기 증폭기의 신호 대역폭 내에 상기 파일롯 톤을 실는데 곤란성이 있다. 또한, 파일롯 톤 주입으로, 원하지 않는 자극이 발생되고, 또한 파일롯 시스템은, 상기 제어기가 상기 파일롯에 관해 동작하고 상기 IMD가 존재하지 않는다는 점에서 개방 루프(open-loop)이다. 이에 따라서, 상기 시스템은, IMD를 적절하게 제거한다고만 가정한다.
다른 방법은, 실질적인 복잡성 및 비용이 증가하는 고전력 반송파에서의 낮은 레벨의 왜곡을 검출하는 높은 인터셉트 수신기를 사용하는 방법, 또는 광대역 상관기를 사용하는 방법을 포함한다. 후자의 메카니즘은, 스펙트럼 왜곡 성분보다도 오히려 광대역 에너지의 측정에 의존한다는 사실 때문에 문제점이 있다.
(발명의 요약)
본 발명에 의하면, 반송파 제거 합성기의 연산과 RF 전력증폭기의 전치왜곡 및 피드포워드 루프를, (RF 입력신호와 관련된)'기준(reference)' 신호포트와, (상기 증폭기의 다양한 파라미터 조정 위치와 관련된) 복수의 '테스트' 신호포트에서 (급속 푸리에 변환(FFT) 기반의) 스펙트럼 전력 측정을 하는 스펙트럼 왜곡 측정 구성에 의해 제어하여 상기 RF 증폭기의 출력에서의 IMD 성분을 최소화한다. 상기 제어 및 테스트 포트로부터 추출된 신호는, 기저대역으로 하향변환되어, 대역 통과 필터링되고, 샘플링되어 및 상기 증폭기의 신호 인프라구조의 전체 대역의 스펙트럼 '스냅샷(snapshot)'으로서 저장된다.
디지털 신호 처리기 기반 제어기에 의해 상기 기준포트로부터 추출된 데이터와 상기 테스트 포트로부터의 데이터의 평균 FFT는, 스펙트럼 정보를 각각 샘플링된 신호 세트에 제공한다. 상기 제어 데이터 FFT를 처리하여, 기준선(baseline)을 설정하고, 그것에 의해 상기 테스트 데이터 FFT를 비교하여 다양한 제어 파라미터들에 대한 조정신호를 발생하고, 이를 통해 상기 증폭기에 의해 도입된 IMD를 최소화한다. 상기 RF 증폭기의 성능은 연속적으로 모니터링되고, 상기 제어 파라미터들은 필요에 따라 변경되어 상기 증폭기 특성에서의 드리프트(drift)에 대해 보상을 한다.
바람직한 비제한 실시예에 의하면, 본 발명은, 디지털 제어형 이득 및 위상 조정회로와, 주 RF 증폭기로의 RF 입력신호 경로내에 포함된 디지털 제어형 전치왜곡부를 포함한다. 상기 전치왜곡부는, 상기 제어기로부터 가중계수(weighting coefficient)를 수신하도록 연결된 일함수 기반 벡터 변조기를 포함한다. 이 전치왜곡부는 상기 RF 증폭기에 의해 도입된 어떠한 상호변조(스펙트럼 재성장) 왜곡결과(IMD)도 포함하므로, 상기 증폭기의 출력은 상기 제어기로의 테스트 입력 중 하나로서 모니터링된다.
상기 주 RF 증폭기의 출력은, 반송파 제거 합성기에 연결되고, 그 제 2 입력은 상기 RF 입력 신호포트로부터 피드포워드 경로에 연결된다. 상기 RF 입력 신호포트로부터의 피드포워드 경로는, 주 RF 증폭기를 통해 실질적으로 신호경로의 전달 지연을 같게 하는 역할을 하는 고정 지연 및 가변 지연부를 포함하여, 상기 반송파 제거 합성기에 인가된 신호의 적절한 위상 조정을 제공한다. 상기 반송파 제거 합성기의 출력은, 피드포워드 오차 증폭기의 이득 및 위상 조정회로에 연결되고, 그것의 출력은 피드포워드 IMD 제거를 위해 상기 RF 증폭기의 출력 경로 내에 재삽입된다.
DSP 기반 제어기는, 다양한 스펙트럼 왜곡 측정 연산과, 제곱 또는 최소 평균 평방 최소화로 한정되지 않는 것과 같은 오차 최소화 알고리즘을 수행하여, 상기 RF 출력포트에서의 IMD 성분을 최적으로 제거하기 위해서 상기 주 RF 증폭기와 오차 증폭기 신호경로 모두에서의 가변 이득 및 위상 변위 성분을 제어한다. 또한, 상기 RF 입력신호의 순간 진폭을 갖는 각각 서로 다른 일함수로부터 얻어진 일함수 기반 전치왜곡 제어신호를 발생하여, 상기 주 RF 증폭기로의 RF 입력신호의 위상 및 진폭 성분을 전치왜곡시킨다.
상기 DSP 제어기는, 상기 제어 및 테스트 포트로부터 얻어진 스펙트럼 데이터 샘플들을 처리하고, 필요에 따라 상기 제어성분의 파라미터를 조정하여 상기 주 RF 증폭기 왜곡을 보상하도록 동작한다. 반송파 제거를 최대화하기 위해서, 상기 제어기는 상기 제어 데이터를 (FFT) 처리하여, 상기 RF 입력신호에 존재하는 어떠한 반송파도 식별하여 잡음을 제거한다. 상기 데이터를 FFT 처리함으로써 선택적으로 제거하려고 하는 상기 반송파 성분이 위치한 스펙트럼 부분 이외의 하나 이상의 주파수 저장부에 있는 스펙트럼 에너지가, 상기 반송파 제거 루프에 잘못하여 영향을 미치는 것을 막는다.
반송파 성분의 최적(최대) 제거는, 상기 RF 입력 신호경로에서의 이득 및 위상 조정회로와 상기 조정 가능형 지연부를 조정하여 다음식을 최대화한다:
이때, N은 총 반송파 수,
Ci는 N의 반송파의 평균 전력 Ci 및
Ri는 N의 잔여 반송파의 평균 전력 Ri이다.
이 식을 최대화하면, 상기 최대화 연산이 상기 반송파를 포함하는 주파수 자극들 이외의 저장부에 있는 주파수 자극들에 영향을 받지 않고서, 가능한 제로(최적 반송파 제거)에 가깝게 상기 반송파 제거 합성기의 출력에서의 상기 식별된 잔여 반송파 성분의 평균 에너지를 감소시키는 효과를 얻는다.
상기 주 RF 증폭기로의 상기 입력에서의 전치왜곡 성분을 최적으로 제어하기 위해서는, 상기 모니터링된 주 RF 증폭기의 출력으로부터 상기 제어 데이터의 FFT를 감산하여 IMD 성분을 얻고서, 상기 전치왜곡부의 상기 이득 및 위상 조정회로를 조정하여 다음식을 최소화한다:
이때, Di는 상기 감산 연산으로부터 얻어지는 N 검출 스펙트럼 성분 중의 왜곡성분 i이다.
최적 피드포워드 보상을 하려면 상기 제어 데이터의 FFT를 상기 피드포워드 재삽입 포트 뒤에서 모니터링된 RF 출력신호의 FFT로부터 감산한다. 그 후, 상기피드 포워드 오차 증폭기에 대한 이득 및 위상 조정회로는, 다음식을 최소화하도록 조정된다:
이때, Di는 상기 감산 연산으로부터 얻어지는 N 검출 스펙트럼 성분 중의 왜곡성분 i이다.
본 발명은, 일반적인 고주파(Radio frequency; RF) 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 스펙트럼 왜곡 측정 및 차동 합성 구성을 이용하여, 반송파 제거 합성기의 연산과, 상기 RF 전력 증폭기의 전치왜곡 및 피드포워드 루프를 최적화하도록 동작하여, 상기 RF 전력 증폭기의 출력에서 생성된 상호변조왜곡을 최소화할 수 있는 RF 전력 증폭기 선형화 메카니즘에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RF 전력 증폭기 스펙트럼 측정 및 왜곡 정정 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2 내지 도 5는 도 1의 RF 전력 증폭기 구성의 동작과 관련된 각각의 스펙트럼도이다.
본 발명에 따른 신규하고 개선된 RF 전력 증폭기 스펙트럼 측정 및 왜곡 정정 메카니즘을 상세히 설명하기 전에, 살펴보아야 하는 것은, 본 발명이 주로 종래의 RF 회로, 관련 디지털 신호 처리 소자 및 부수적인 감시 제어회로의 소정 구성을 포함하여, 이러한 회로와 소자의 동작을 제어하는 것이다. 그 결과, 이러한 회로 소자들의 구성과, 다른 통신 시스템 기기와 인터페이스 하는 구성이, 대부분 본 발명에 관련된 세부 소자들만을 도시한 용이하게 이해할 수 있는 블록도로 상기 도면들에 도시되어, 여기서 상세 구성으로의 개시가 애매 모호하지 않아 설명의 이득을 주는 당업자에게 있어서 쉽게 명백해질 것이다. 그래서, 블록도로 도시한 것은, 편의상 기능적으로 그루핑시에 상기 소자들을 주로 나타내려는데 있으므로, 본 발명을 더욱 쉽게 이해할 수도 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 다른 RF 전력 증폭기 스펙트럼 측정 및 왜곡 정정 구성의 비제한 실시예는, RF 입력포트(11)를 구비한 것으로서 개략적으로 도시하고, 이 입력포트에 증폭하려고 하는 RF 신호 RFin를 연결시킨다. RF 입력포트(11)는, 입력신호경로(13) 상에서 주 RF 전력 증폭기(또는 기본 전력모듈(BPM; basic power module))(20)에 연결되고, 이 증폭기는 비선형 스펙트럼 왜곡(IMD) 도입 작용을 보상하려는데 있다. RF 증폭기(20)로의 입력신호경로(13)는, 디지털 제어형 이득 및 위상 조정회로(14, 15) 각각과, 디지털 제어형 전치왜곡부(16)를 구비한다.
바람직하고 제한되지 않은 예로서, 상기 디지털 제어형 전치왜곡부(16)는, 성능 모니터링 및 파라미터 갱신 디지털 신호처리기(DSP) 기반 제어기(50)에 의해 공급된 일련의 가중 계수 w0, w1, w2, ..., wN를 수신하도록 연결된 일함수 기반 벡터 변조기를 포함할 수도 있다. 상기 DSP 제어기(50)는, (설명할) 스펙트럼 왜곡 측정 및 오차 최소화 알고리즘을 실행하여 상기 전치왜곡부(16)의 전치왜곡특성을 조정하고, 또한 후술하는 것처럼, 입력신호경로의 디지털 제어형 이득 및 위상 조정회로(14, 15)와, 오차 증폭기(40)로의 피드포워드 루프(43)의 디지털 제어형 이득 및 위상 조정회로(44, 45)와, 피드포워드 경로(23)내에 상기 반송파 제거 합성기(60)에 연결된 조정 가능형 지연부(22)를 제어한다.(상기 제어기(50)로부터의 제어선(51)은, 각각의 성분을 제어하는데 관련된 아래 첨자로 나타냄.)
상기 RF 전력 증폭기(20)의 출력은, 후단 지연부(17)와 서큘레이터(18)를 통해 RF 출력포트 RFout에 연결된다. RF 출력 방향성 결합기 19는, 피드포워드 재삽입 방향성 결합기 47에 의해 상기 증폭기의 출력경로에 연결된다. 상기 RF 출력 방향성 결합기(19)는, 테스트 신호포트로서의 역할을 하는 것으로, 상기 RF 증폭기에 의해 도입된 상호변조(스펙트럼 재성장) 왜곡 결과(IMD)와, 상기 피드포워드 삽입으로 인한 상기 증폭기의 감소를 포함하는 합성 증폭된 RF 신호를 나타내는 'OUT'신호를 추출하는데 이용된다.
이 추출된 RF 출력신호(OUT)는, 상기 방향성 결합기(19)로부터 DSP 제어형 스위치(30)의 제 1 입력(31)으로 연결된다. 상기 DSP 제어기(50)가 기준 또는 제어신호 'SRC'로서 상기 RF 입력신호 RFin를 모니터링 가능하게 하기 위해서, 상기 RF 입력포트(11)는, 방향성 결합기(21)를 통해 제어형 스위치(30)의 제 2 입력(32)에 연결된다.
상기 스위치(30)의 출력(35)은, 혼합기(70)의 제 1 입력(71)에 연결되고, 그것의 제 2 입력(72)은 국부 발진기(75)에 의해 공급된 IF 주파수를 수신하도록 연결된다. 이때의 혼합기(70)는, 상기 스위치(30)의 출력을 기저대역으로 하향변환하도록 동작한다. 그래서, 이 기저대역 신호는, 후술하는 것처럼, 대역통과필터(76)에서 필터링되고, 고속 아날로그 대 디지털 변환기(ADC)(77)에 의해 디지털화된 후 DSP 제어기(50)에 의한 분석을 위해 버퍼 메모리(79)에 저장된다. 상기 스위치(30)의 조정 동작과 메모리(79)의 판독/기록 제어는, DSP 제어기(50)로부터 제어 링크(52)에 의해 제어된다.
(윌킨슨 합성기로서 구성되어도 되는) 반송파 제거 합성기(60)로의 피드포워드 경로(23)는, 상기 RF 입력경로(13)로부터 가변 지연부(22)와 직렬로 상기 반송파 제거 합성기(60)의 제 2 입력(61)에 연결된 고정 지연선(24)을 구비한다. 상기 반송파 제거 합성기(60)의 제 2 입력포트(62)는, 방향성 결합기(25)를 거쳐 RF 증폭기(20)의 출력에 연결된다. 이 지연을 이용하여 상기 RF 반송파 제거 합성기(60)의 제 2 입력포트(62)로의 상기 RF 증폭기를 통한 RF 신호경로와 상기 피드포워드 경로의 전파지연을 실질적으로 같게 하고, 상기 합성기에 인가된 신호들의 위상 조정을 확실하게 한다.
상기 RF 증폭기(20)의 출력에서의 방향성 결합기(25)에 의해 추출된 상기 분리된 RF 출력신호를 상기 피드포워드 경로(23)의 상기 분리된 RF 기준 또는 입력신호 RFin로부터 감산함으로써, 상기 반송파 제거 합성기(60)는 그 출력에서의 RF 반송파 성분을 제거하여 상기 RF 증폭기(20) 출력의 IMD 부분을 나타낸 'Eamp'신호를 생성한다. 이때의 Eamp 신호는, 상술한 것처럼, 방향성 결합기 19 앞에 설치된 방향성 결합기 47에 의해 상기 RF 증폭기(20)의 출력경로내로의 출력을 재삽입하는 오차 증폭기(40)를 향하는 각각의 디지털 제어형 이득 및 위상 조정회로(44, 45)에 연결된다.
상기 Eamp 신호는, 상기 반송파 제거 합성기(60) 출력에서의 피드포워드 루프(43)에 의해 설치된 또 다른 테스트 포트 방향성 결합기(65)를 거쳐 추출되고, 상기 제어형 스위치(30)의 제 3 입력(33)에 연결된다. 보조 방향성 테스트 포트 결합기 46은, 상기 주 RF 증폭기(20) 출력에서 상기 방향성 결합기 25로부터의 경로에 연결되어, 상기 증폭기(20)의 증폭된 출력을 나타낸 다른 'BPM' 신호를 제어형 스위치(30)의 제 4 입력(34)에 제공한다. 또한, 이 보조 방향성 테스트 포트 결합기는, 순간적인 RF 입력신호의 진폭의 각각 서로 다른 일함수로부터 얻어진 일함수 기반 전치왜곡 제어신호를 발생하여, 상기 주 RF 증폭기에 상기 RF 입력신호의 위상 및 진폭 성분을 전치왜곡시킨다.
이하 도 2-5를 참조하여 설명하는 것처럼, 본 발명에 의하면, DSP 제어기(50)는, 기저대역으로 하향변환되고, 대역통과 필터링되고, 샘플링된 후 전체 대역의 스펙트럼 합성의 화상 또는 '스냅샷'으로서 저장된, 각각 모니터링된 기준 포트 신호 'SRC', 및 테스트 포트 신호 'OUT', 'Eamp' 및 'BPM'의 주파수 스펙트럼의 부분 또는 저장부에서 무엇이 효과적으로 (급속 푸리에 변환(FFT)-기반) 스펙트럼 전력 측정값인지를 실행한다. (SRC 포트와 관련된) 기준 데이터 샘플과 (OUT, Eamp 및 BPM 포트와 관련된) 각 세트의 테스트 데이터 샘플의 평균 FFT를 수행하여, 각각의 스펙트럼 스냅샷으로 이루어진 각기 샘플링된 신호 세트에 대한 스펙트럼 정보를 얻는1다. 상기 제어(SRC) 데이터를 처리하여 기준선을 설정하고, 상기 테스트 데이터와 비교하여 다양한 제어 파라미터들을 위한 조정 신호를 생성하여서, 상기 주 RF 증폭기에 의해 도입된 IMD를 최소화한다. 초기에 상기 제어 파라미터를 정정하는 것에 의해, 이후 상기 주 RF 증폭기의 성능은 연속적으로 모니터링되어, 필요에 따라 조정 가능한 파라미터를 상기 증폭기의 특성 중 어떠한 드리프트에 대해서도 보상한다.
반송파-제거(테스트 데이터 : Eamp)
상기 RF 반송파 제거 합성기(60)에 의해 반송파 제거를 최대화하기 위해서, DSP 제어기는, 상기 SRC 데이터를 (FFT)처리하여 도 2의 스펙트럼도에 201 및 202로 도시된 것들과 같은 RF 입력신호에 존재하는 어떠한 반송파도 식별하여, 잡음을 제거한다. 반송파 성분을 식별한 스펙트럼 부분만으로 상기 데이터를 제한함으로써, 이해관계에 있는 반송파 주파수 영역 외측의 다른 스펙트럼 에너지를 버려도 되어, 상기 반송파 제거 동작에 (오류가 나기 쉽게) 영향을 주지 않는다.
상기 반송파 제거 테스트 데이터(Eamp)의 FFT 처리는, 일반적으로, 도 3의 스펙트럼도에 도시된 것처럼 스펙트럼 분포를 생성하고, 이 스펙트럼 분포는 (각각 도 2의 반송파 201 및 202와 관련된) (감소된 진폭) 잔여 반송파 성분 301 및 302와 아울러, 상기 반송파를 포함하는 스펙트럼 영역 외측의 스펙트럼 영역 또는 저장소 303 및 304에 도시된 스퓨리어스(IMD) 성분을 포함하고, 그것의 에너지 함유량(energy content)은 반송파 제거에 기여하지 않아야 한다. 반송파 성분의 최적(최대) 제거는, 상기 이득 및 위상 조정회로(14, 15)와 조정 가능형 지연부(22)를 조정하여 수행되어 다음식(1)을 최대화한다:
이때, N은 총 반송파 수,
Ci는 N의 반송파의 평균 전력 Ci 및
Ri는 N의 잔여 반송파의 평균 전력 Ri이다.
도 2 및 도 3의 스펙트럼도의 비교로부터 알 수 있듯이, 상기 식(1)을 최대화하면, 반송파를 포함하는 것들 이외의 주파수 저장부에 있는 스퓨리어스 성분에서의 에너지에 대한 최대화 연산에 영향을 미치지 않고서, 가능한 제로에 가깝게(최적 반송파 제거) 반송파 제거 합성기(60) 출력의 상기 식별된 잔여 반송파 성분의 평균 에너지를 감소시키는 효과를 얻는다. 이것은 IMD와 반송파가 동시에 측정되면서) 반송파 제거의 직접 측정값을 제공하므로, 상기 시스템이 종래의 상관기 기반 방법 또는 전력 검출기 에너지 최소화 방법에 의해 달성 불가능한 것을 적절하게 기능시키고 있는지 아닌지를 효과적으로 '안다'.
또한, 그러한 종래의 전력 검출기 에너지 최소화 및 상관기 기반 구성은, 구동 전력의 입력을 요하고, 전력 유무를 분석할 수 없다. 본 발명은, 보조회로가 이 조건하에서 제어 루프를 '차단(interrupt)'하는데 필요한 것을 방지하여, 제로 입력 드리프트를 제거한다. 또한, 조정 가능한 지연소자(22)의 사용으로 본 발명은 어떠한 신호 조정불량에 대한 지연을 검출하여 최적으로 튜닝하여서, 반송파 제거를 최대화한다.
다른 방법으로서, 최소화 루틴에 따라 반송파 제거를 실행하여도 된다:
이때, N은 총 반송파 수, Ri는 기준 포트에서 식별된 잔여 반송파 저장소와 같다. 모든 다른 저장소는 버려진다.
전치왜곡(테스트 데이터: BPM)
상술한 반송파 제거의 경우에서처럼, DSP 제어기(50)는, 상기 SRC 데이터를 (FFT) 처리하여 도 2의 스펙트럼도에서 도시된 것처럼 RF 입력신호에 존재하는 어떠한 반송파도 식별하여, 잡음을 제거한다. 일반적으로, 상기 전치왜곡 테스트 데이터(BPM)의 FFT 처리는, 도 4의 스펙트럼도에 도시된 것처럼, (도 2의 각각 반송파 201 및 202와 각각 관련된) 증폭된 반송파 성분 401 및 402와, 상기 반송파의 스펙트럼 영역 외측에 있는 영역 403 및 404에 도시된 IMD 성분을 갖는 도 4의 스펙트럼도에 도시된 스펙트럼 분포를 생성할 것이다.
최적 전치왜곡은, 먼저, 상기 테스트 데이터(BPM)의 FFTBPM으로부터 상기 제어 데이터(SRC)의 FFTSRC를 감산하여,(도 4의 영역 403 및 404에서의) IMD 성분을 얻은 후, 상기 이득 및 위상 조정회로(14, 15)와 상기 전치왜곡부(16)를 조정하여, 다음식(2)을 최소화한다:
이때, Di는 FFTBPM-FFTSRC로부터 얻어지는 N 검출 스펙트럼 성분의 왜곡 성분 i이다.
다른 전치왜곡 방법으로서, EAMP는, 각각 동일한 IMD 정보를 포함하므로,BPM 포트 대신에 테스트 포트로서 이용되어도 된다.
본 발명은 반송파 존재시에 IMD를 최소화할 수 있기 때문에, 상기 전치왜곡회로에서의 변화를 검출하기 위해서 일부 반송파 에너지 제거양을 필요로 하는 반송파 에너지 제거 기반 방법의 문제점을 해결하므로, 반송파 에너지가 더욱 누설됨에 따라 성능 모니터링 열화가 생긴다.
피드포워드 정정(테스트 데이터: OUT)
상술한 반송파 제거 및 전치왜곡 동작에서처럼, 상기 DSP 제어기(50)는, 상기 SRC 데이터를 (FFT) 처리하여 상기 RF 입력신호(도 2)에 존재하는 어떠한 반송파도 식별하여 잡음을 제거한다. 일반적으로, 상기 피드포워드 데이터(OUT)의 FFT 처리는, (도 2의 반송파 201 및 202와 각각 관련된) 증폭된 반송파 성분 501 및 502와, 상기 반송파의 스펙트럼 영역 외측에 있는 영역 503 및 504에 도시된 (감소된 진폭의) IMD 성분을 포함한 도 5의 스펙트럼도에 도시된 것처럼 스펙트럼 분포를 생성한다.
최적 피드포워드 보상은, 먼저 상기 테스트 데이터(OUT)의 FFTOUT로부터 상기 제어 데이터(SRC)의 FFTSRC를 감산하여, (도 5의 영역 503 및 504에서의) IMD 성분을 얻은 후, 상기 이득 및 위상 조정회로(44, 45)를 조정하여, 다음식(3)을 최소화한다:
이때, Di는 FFTBPM-FFTSRC로부터 얻어지는 N 검출 스펙트럼 성분의 왜곡 성분 i이다.
특히, 본 발명의 스펙트럼 감소 메카니즘은, 출력 지연선 및 피드포워드 경로의 진폭 및 위상 차이를 측정하는 파일롯 톤 기반 시스템에 대해 이점이 있다. 본 발명은, 상기 제어 루프의 '타겟'을 드리프트 하는(그리고 파일롯 톤 시스템의 주기적인 재측정을 위임하는) 상기 증폭기에서의 변화를 본질적으로 고려하므로, 효과적으로 자기 측정을 한다. 또한, 본 발명은, 광대역폭인 반면에, 파일롯 톤 방법은 상기 대역의 일부만을 동작시키거나 또는 대역 이외의 부분을 동작시키고, 이해관계에 있는 실제 대역에서 적절한 제거를 수행할 것이라고 단순히 가정한다.
또한, 파일롯 톤 기반 수신기와 파일롯 톤 기반 에너지 감소 구성은, 직접 IMD 성능을 측정하거나 자극을 검출할 수 없으므로, 보여지는 것으로부터 상기 증폭기의 실제 성능을 보호하기 위해 '아웃-어브-스펙(out-of-spec)'에 있는 자극이 남기도 한다. 한편, 본 발명은, IMD를 소정 사양 내에 속하도록 최소화할 수 있고 직접 IMD 성능을 측정할 수 있다.
전치왜곡 및 피드포워드 정정 모두를 위한 도 1의 구성의 변형에 있어서, 상기 FFT 감산 연산은, 상기 테스트 데이터를 상기 제어포트에 의해 사용된 신호 반송파에 인가하여 바꿀 수도 있다. 그래서, 상기 각 식(2)와 식(3)의 합 연산은, 상기 제어포트에서 이미 식별된 신호를 무시할 것이다.
본 발명에 따라 몇몇의 실시예들을 보여주고 설명했지만, 전술한 것은 이에 한정되는 것이 아니라 당업자에게 알려진 바와 같이 다양한 변경 및 변형들을 할수 있으므로 여기에서 보여주고 설명된 내용들에 한정되기를 원하지 않고 통상의 지식인들에게 자명한 것과 같은 그러한 모든 변경 및 변형들을 포함하기를 원한다.

Claims (16)

  1. RF 입력신호를 인가하는 RF 입력포트와,
    증폭된 RF 출력신호를 얻는 RF 출력포트와,
    상기 RF 입력포트와 RF 출력포트 사이에 연결되고, RF 전력 증폭기와, RF 신호처리경로의 하나 이상의 파라미터를 제어 가능하게 조정하여 상기 RF 전력 증폭기에 의해 도입된 왜곡을 보상하도록 동작하는 RF 왜곡정정부를 구비한 RF 신호처리경로와,
    상기 RF 입력포트와 상기 RF 증폭기의 출력에 연결된 입력을 갖고, 재삽입 경로의 오차 증폭기를 통해 피드포워드 경로 상에서 상기 RF 출력포트에 연결된 출력을 갖는 반송파 제거 합성기와,
    상기 RF 입력포트에 연결된 기준 신호포트와,
    상기 RF 출력포트에 연결된 제 1 테스트 신호포트와,
    상기 RF 증폭기의 상기 출력에 연결된 제 2 테스트 신호포트와,
    상기 반송파 제거 합성기의 상기 출력에 연결된 제 3 테스트 신호포트와,
    상기 기준 신호포트와 상기 제 1, 제 2 및 제 3 테스트 신호포트에서 모니터링된 상기 모든 신호들에 의해 제공됨에 따라 상기 증폭기의 신호 인프라구조의 전체 대역의 신호 합성을 나타내는 일련의 데이터를 얻고, 상기 일련의 데이터를 처리하여 상기 RF 신호처리경로에 의해 상기 RF 입력신호의 변경과, 상기 오차 증폭기를 통한 상기 피드포워드 경로에 의해 상기 반송파 제거의 상기 출력의 변경을제어하는 제어신호를 얻도록 연결되어, 상기 RF 증폭기에 의해 상기 증폭된 RF 출력신호 내로 도입된 왜곡을 최소화하는 신호처리기를 구비한 것을 특징으로 하는 RF 전력 증폭기 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호처리기는, 상기 일련의 데이터의 주파수 내용을 분석하여 상기 RF 신호처리경로에 의해 상기 RF 입력신호의 변경과, 상기 분석된 상기 일련의 데이터의 주파수 내용의 선택된 부분 중에서 소정 관계에 따라 상기 오차 증폭기를 통해 상기 피드포워드 경로에 의해 상기 반송파 제거의 상기 출력의 변경을 제어하는 제어신호를 얻도록 동작하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 RF 전력 증폭기 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호처리기는, 상기 기준 신호포트와 상기 제 2 테스트 신호포트와 관련된 상기 일련의 데이터의 그 부분의 주파수 내용 중에 선택된 스펙트럼 성분들간의 차이에 따라 상기 RF 신호처리경로의 상기 전치왜곡부에 의해 상기 RF 입력신호의 변경을 제어하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 RF 전력 증폭기 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호처리기는, 상기 기준 신호포트와 상기 제 3 테스트 신호포트의 주파수 내용과 관련된 상기 일련의 데이터 중에서 선택된 스펙트럼 성분들간의 차이에 따라 상기 RF 신호처리경로에 의해 상기 RF 입력신호의 변경을 제어하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 RF 전력 증폭기 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 RF 입력포트와 입력 사이에 상기 반송파 제거 합성기에 연결된 조정 가능형 지연소자를 더 구비하고, 상기 신호처리기는, 상기 기준 신호포트와 상기 제 3 테스트 신호포트의 주파수 내용과 관련된 상기 일련의 데이터 중에서 선택된 스펙트럼 성분들간의 차이에 따라 상기 지연을 조정하도록 동작하여, 상기 반송파 제거 합성기에 의해 반송파 제거를 최대화하는 것을 특징으로 하는 RF 전력 증폭기 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호처리기는, 상기 기준 신호포트와 상기 제 1 테스트 신호포트의 주파수 내용과 관련된 상기 일련의 데이터 중에서 선택된 스펙트럼 성분들간의 차이에 따라 상기 오차 증폭기를 통한 상기 피드포워드 경로에 의해 상기 RF 입력신호의 변경을 제어하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 RF 전력 증폭기 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호처리기는, 상기 기준 신호포트와 상기 제 1, 제 2 및 제 3 테스트 신호포트에서 모니터링된 상기 각 신호의 평균 푸리에 변환에 따라 상기 일련의 데이터를 얻고, 상기 평균 푸리에 변환 중 소정 관계에 따라, 상기 RF 신호처리경로에 의해 상기 RF 입력신호의 변경과, 상기 오차 증폭기를 통한 상기 피드포워드 경로에 의해 상기 반송파 제거의 상기 출력의 변경을 제어하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 RF 전력 증폭기 장치.
  8. RF 입력신호를 연결한 RF 입력포트와 증폭된 RF 출력신호를 얻는 RF 출력포트 사이의 RF 신호처리경로에 연결된 RF 전력 증폭기에서의 왜곡을 측정 및 보상하되,
    상기 RF 신호처리경로의 하나 이상의 파라미터를 제어 가능하게 조정하여 상기 RF 전력증폭기에 의해 도입된 왜곡을 보상하도록 동작하는 왜곡 정정부를 제공하는 단계(a)와,
    상기 RF 입력포트와 상기 RF 증폭기의 출력을, 상기 RF 출력포트로의 재삽입경로의 오차 증폭기를 통한 피드포워드 경로 상에 연결된 출력을 갖는 반송파 제거 합성기에 연결하는 단계(b)와,
    상기 RF 입력포트에 연결된 기준 신호포트를 연결하는 단계(c)와,
    상기 RF 출력포트에 연결된 제 1 테스트 신호포트를 연결하는 단계(d)와,
    상기 RF 증폭기의 상기 출력에 연결된 제 2 테스트 신호포트를 연결하는 단계(e)와,
    상기 반송파 제거 합성기의 상기 출력에 연결된 제 3 테스트 신호포트를 연결하는 단계(f)와,
    상기 기준 신호포트와, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 테스트 신호포트에서의 신호들을 모니터링하는 단계(g)와,
    상기 단계(g)에서 모니터링된 상기 모든 신호들에 의해 제공됨에 따라 상기 증폭기의 신호 인프라구조의 전체 대역의 신호 합성을 나타낸 일련의 데이터를 얻어, 상기 데이터를 처리하여 상기 RF 신호처리경로에 의해 상기 RF 입력신호의 변경과, 상기 오차 증폭기를 통한 상기 피드포워드 경로에 의해 상기 반송파 제거의 상기 출력의 변경을 제어하는 제어신호를 생성하여, 상기 RF 증폭기에 의해 상기 증폭된 RF 출력신호 내로 도입된 왜곡을 최소화하는 단계(h)와,
    상기 단계(h)에서 생성된 상기 제어신호에 따라, 상기 RF 신호처리경로에 의해 상기 RF 입력신호의 변경과, 상기 오차 증폭기를 통한 상기 피드포워드 경로에 의해 상기 반송파 제거의 상기 출력의 변경을 제어하여, 상기 RF 증폭기에 의해 상기 증폭된 RF 출력신호 내로 도입된 왜곡을 최소화하는 단계(i)를 포함하는 것을특징으로 하는 RF 전력증폭기에서의 왜곡 측정 및 보상방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 단계(h)는, 상기 일련의 데이터의 주파수 내용을 분석하고, 상기 기준 신호포트와 상기 제 1, 제 2 및 제 3 테스트 신호포트에서 모니터링된 상기 각 신호와 관련된 상기 일련의 데이터의 상기 분석된 주파수 내용의 선택된 부분 중에서 소정 관계에 따라 상기 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 RF 전력증폭기에서의 왜곡 측정 및 보상방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 단계(h)는, 상기 기준 신호포트와 상기 제 2 테스트 신호포트의 주파수 내용과 관련된 상기 일련의 데이터의 그 부분의 선택된 스펙트럼 성분들간의 차이에 따라 상기 RF 신호처리경로의 상기 전치왜곡부에 의해 상기 RF 입력신호를 변경하는 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 RF 전력증폭기에서의 왜곡 측정 및 보상방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 단계(h)는, 상기 기준 신호포트와 상기 제 3 테스트 신호포트와 관련된 상기 일련의 데이터의 그 부분의 주파수 내용 중에서 선택된 스펙트럼 성분들간의 차이에 따라, 상기 RF 신호처리경로에 의해 상기 RF 입력신호를 변경하는 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 RF 전력증폭기에서의 왜곡 측정 및 보상방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 RF 입력포트와 입력 사이에 상기 반송파 제거 합성기에 연결된 조정 가능형 지연소자를 더 구비하고, 상기 단계(h)는, 상기 기준 신호포트와 상기 제 3 테스트 신호포트의 주파수 내용과 관련된 상기 일련의 데이터의 그 부분의 선택된 스펙트럼 성분들간의 상기 차이에 따라 상기 지연을 조정하는 제어신호를 발생하여, 상기 반송파 제거 합성기에 의해 반송파 제거를 최대화하는 것을 특징으로 하는 RF 전력증폭기에서의 왜곡 측정 및 보상방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 단계(h)는, 상기 기준 신호포트와 상기 제 1 테스트 신호포트의 주파수 내용과 관련된 상기 일련의 데이터의 그 부분의 선택된 스펙트럼 성분들간의 차이에 따라, 상기 오차 증폭기를 통한 상기 피드포워드 경로에 의해 상기 RF 입력신호를 변경하는 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 RF 전력증폭기에서의 왜곡측정 및 보상방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 단계(h)는, 상기 기준 신호포트와 상기 제 1, 제 2 및 제 3 테스트 신호포트에서 모니터링된 상기 각 신호의 평균 푸리에 변환에 따라 상기 일련의 데이터를 얻어, 상기 평균 푸리에 변환 중에서 소정 관계에 따라, 상기 RF 신호처리경로에 의해 상기 RF 입력신호의 변경과, 상기 오차 증폭기를 통한 상기 피드포워드 경로에 의해 상기 반송파 제거의 상기 출력의 변경을 제어하는 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 RF 전력증폭기에서의 왜곡 측정 및 보상방법.
  15. RF 입력신호를 인가하는 RF 입력포트와,
    증폭된 RF 출력신호를 얻는 RF 출력포트와,
    상기 RF 입력포트와 RF 출력포트 사이에 연결되고, RF 전력 증폭기와, RF신호처리경로의 하나 이상의 파라미터를 제어 가능하게 조정하여 상기 RF 전력 증폭기에 의해 도입된 왜곡을 보상하도록 동작하는 RF 왜곡 정정부를 구비한 RF 신호처리경로와,
    상기 RF 입력포트와 상기 RF 증폭기의 출력에 연결된 입력을 갖고, 재삽입 경로의 오차 증폭기를 통해 피드포워드 경로 상에서 상기 RF 출력포트에 연결된 출력을 갖는 반송파 제거 합성기와,
    상기 RF 입력포트에 연결된 기준 신호포트와,
    상기 RF 출력포트에 연결된 제 1 테스트 신호포트와,
    상기 RF 증폭기의 상기 출력에 연결된 제 2 테스트 신호포트와,
    상기 반송파 제거 합성기의 상기 출력에 연결된 제 3 테스트 신호포트와,
    상기 기준 신호포트와 상기 제 1, 제 2 및 제 3 테스트 신호포트에서 이들간의 소정 스펙트럼 내용 관계에 따라 모니터링된 신호들을 처리하고, 상기 RF 신호처리경로에 의해 상기 RF 입력신호의 변경과, 상기 오차 증폭기를 통한 상기 피드포워드 경로에 의해 상기 반송파 제거의 상기 출력의 변경을 제어하도록 연결되어, 상기 RF 증폭기에 의해 상기 증폭된 RF 출력신호 내로 도입된 왜곡을 최소화하는 신호처리기를 구비하되,
    상기 신호처리기는, 상기 기준 신호포트와 상기 제 1, 제 2 및 제 3 테스트 신호포트에서 모니터링된 상기 각 신호의 평균 푸리에 변환을 발생하고, 상기 평균 푸리에 변환 중에서 소정 관계에 따라, 상기 RF 신호처리경로에 의해 상기 RF 입력신호의 변경과, 상기 오차 증폭기를 통한 상기 피드포워드 경로에 의해 상기 반송파 제거의 상기 출력의 변경을 제어하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 RF 전력증폭기 장치.
  16. RF 입력신호를 연결한 RF 입력포트와 증폭된 RF 출력신호를 얻는 RF 출력포트 사이의 RF 신호처리경로에 연결된 RF 전력 증폭기에서의 왜곡을 측정 및 보상하되,
    상기 RF 신호처리경로의 하나 이상의 파라미터를 제어 가능하게 조정하여 상기 RF 전력증폭기에 의해 도입된 왜곡을 보상하도록 동작하는 왜곡 정정부를 제공하는 단계(a)와,
    상기 RF 입력포트와 상기 RF 증폭기의 출력을, 상기 RF 출력포트로의 재삽입 경로의 오차 증폭기를 통한 피드포워드 경로 상에 연결된 출력을 갖는 반송파 제거 합성기에 연결하는 단계(b)와,
    상기 RF 입력포트에 연결된 기준 신호포트를 연결하는 단계(c)와,
    상기 RF 출력포트에 연결된 제 1 테스트 신호포트를 연결하는 단계(d)와,
    상기 RF 증폭기의 상기 출력에 연결된 제 2 테스트 신호포트를 연결하는 단계(e)와,
    상기 반송파 제거 합성기의 상기 출력에 연결된 제 3 테스트 신호포트를 연결하는 단계(f)와,
    상기 기준 신호포트와, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 테스트 신호포트에서의 신호들을 모니터링하는 단계(g)와,
    상기 단계(g)에서 모니터링된 신호들을 이들간의 소정 스텍트럼 내용 관계에 따라 처리하여, 상기 RF 신호처리경로에 의해 상기 RF 입력신호의 변경과, 상기 오차 증폭기를 통한 상기 피드포워드 경로에 의해 상기 반송파 제거의 상기 출력의 변경을 제어하는 제어신호를 생성하는 단계(h)와,
    상기 단계(h)에서 생성된 상기 제어신호에 따라, 상기 RF 신호처리경로에 의해 상기 RF 입력신호의 변경과, 상기 오차 증폭기를 통한 상기 피드포워드 경로에 의해 상기 반송파 제거의 상기 출력의 변경을 제어하여, 상기 RF 증폭기에 의해 상기 증폭된 RF 출력신호 내로 도입된 왜곡을 최소화하는 단계(i)를 포함하되,
    상기 단계(h)는, 상기 기준 신호포트와 상기 제 1, 제 2 및 제 3 테스트 신호포트에서 모니터링된 상기 각 신호의 평균 푸리에 변환을 발생하고, 상기 평균 푸리에 변환 중에서 소정 관계에 따라, 상기 RF 신호처리경로에 의해 상기 RF 입력신호의 변경과, 상기 오차 증폭기를 통한 상기 피드포워드 경로에 의해 상기 반송파 제거의 상기 출력의 변경을 제어하는 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 RF 전력증폭기에서의 왜곡 측정 및 보상방법.
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