KR20050010596A - 이동 통신 시스템의 전치 왜곡 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기저대역(Baseband)에서 전치왜곡을 수행하도록 함으로써, 전치왜곡에 필요한 연산을 디지털 방식으로 처리하여 시스템 구현의 용이성과 선형성을 향상시키고, 전력 증폭기 시스템을 구성하고 있는 소자의 변화에도 적응성이 향상되도록 하는 이동 통신 시스템의 전치 왜곡 장치에 관한 것으로, 전치 왜곡부와 전력 증폭부로 구성된 전력 증폭 시스템을 포함하는 이동 통신 시스템에 있어서, 상기 전치 왜곡부는 기저대역 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하는 에이디 변환기와; 상기 에이디 변환된 기저대역 신호(I_i, Q_i)를 소정의 전치 왜곡 알고리즘을 이용하여 디지털 방식으로 왜곡 처리하는 디에스피와; 상기 디에스피를 통해 전치 왜곡된 신호를 아날로그 신호로 변환하여 중간주파 증폭단으로 출력하는 디에이 변환기와; 상기 전력 증폭부에서 출력되는 신호를 검출하여 고주파 신호로 역 변조하여 고주파 역변조부와; 상기 고주파 역변조부를 통해 역 변조된 고주파 신호를 중간주파 신호로 역변조하는 중간주파 역변조부와; 상기 중간주파 역변조부를 통해 역 변조된 중간주파 신호를 디지털 기저대역 신호(I_o, Q_o)로 변환하여, 전치 왜곡 시 보정할 수 있도록 디에스피로 출력하는 에이디 변환기를 포함하여 구성함으로써 달성할 수 있다.

Description

이동 통신 시스템의 전치 왜곡 장치{PREDISTORTION APPARATUS FOR MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 이동 통신 시스템의 전치 왜곡 장치에 관한 것으로, 특히 기저대역(Baseband)에서 전치왜곡을 수행하도록 함으로써, 전치왜곡에 필요한 연산을 디지털 방식으로 처리하여 시스템 구현의 용이성과 선형성을 향상시키고, 전력 증폭기 시스템을 구성하고 있는 소자의 변화에도 적응성이 향상되도록 하는 이동 통신 시스템의 전치 왜곡 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전치 왜곡기란 고주파 전력 증폭 시 발생하는 왜곡된 신호를 전력 증폭기 앞단에서 그 왜곡된 신호와 반대의 왜곡신호(예 : 진폭은 같고, 위상이 180°차이가 있는 신호)를 생성하여 증폭함으로써, 왜곡된 신호가 출력되지 않도록 하는 장치를 의미한다.

종래의 경우, 전력 증폭기의 선형성을 확보하기 위해 전력 증폭기를 포화영역에서 큰 폭으로 출력 백오프하여 사용하였으나, 이 경우 전력 증폭기의 전력 효율이 크게 저하되는 문제점이 있었다. 따라서, 출력 백오프에 의한 효율 저하를 최소화하고 전력 증폭기가 선형적으로 동작하도록 하기 위해서 중간주파 대역(IF)에서의 전치 왜곡 기법이 사용되어 왔다. 즉, 종래의 전치 왜곡기는 IF 단에서 동위상(I : Inphase) 성분과 직교위상(Q : Quadrature) 성분을 전치 왜곡하는 것이다.

그러나, 상기와 같이 종래의 전치 왜곡기는 IF 단에서 전치왜곡을 수행하기 때문에, 곱셈기, 덧셈기, 직교변조기 및 포락선 검파기 등이 필요하고, 상기 모든 구성 요소를 아날로그 회로로 구성해야 하고, 그로 인해 I, Q 신호의 전치왜곡이 부정확해질 수 있는 문제점이 있으며 또한, 아날로그 전치 왜곡기와 포락선 검파기를 가진 회로는 제작과 튜닝에 어려움이 있고 그 특성이 불안정한 문제점이 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 기저대역에서 전치왜곡을 수행하도록 함으로써, 전치왜곡에 필요한 연산을 디지털 방식으로 처리하여 시스템 구현의 용이성과 선형성을 향상시키고, 전력 증폭기 시스템을 구성하고 있는 소자의 변화에도 적응성이 향상되도록 하는 이동 통신 시스템의 전치 왜곡 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전치 왜곡부와 전력 증폭부로 구성된 전력 증폭 시스템을 포함하는 이동 통신 시스템에 있어서, 상기 전치 왜곡부는 기저대역 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하는 에이디 변환기와; 상기 에이디 변환된 기저대역 신호(I_i, Q_i)를 소정의 전치 왜곡 알고리즘을 이용하여 디지털 방식으로 왜곡 처리하는 디에스피와; 상기 디에스피를 통해 전치 왜곡된 신호를 아날로그 신호로 변환하여 중간주파 증폭단으로 출력하는 디에이 변환기와; 상기 전력 증폭부에서 출력되는 신호를 검출하여 고주파 신호로 역 변조하여 고주파 역변조부와; 상기 고주파 역변조부를 통해 역 변조된 고주파 신호를 중간주파 신호로 역변조하는 중간주파 역변조부와; 상기 중간주파 역변조부를 통해 역 변조된 중간주파 신호를 디지털 기저대역 신호(I_o, Q_o)로 변환하여, 전치 왜곡 시 보정할 수 있도록 디에스피로 출력하는 에이디 변환기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 이동 통신 시스템의 전치 왜곡 장치를 보인 블록도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 전치 왜곡부 101,106 : 에이디 변환기

102 : 디에스피 103 : 디에이 변환기

104 : 고주파 역변조부 105 : 중간주파 역변조부

107 : 대역 통과 필터

본 발명은 기저대역(Baseband)에서 전치왜곡을 수행하도록 하여, 전치왜곡을 포함한 대부분의 연산을 DSP를 통해 디지털 방식으로 처리하도록 함으로써, 전치 왜곡 장치를 간단히 구현하고 선형성을 향상시킬 수 있도록 할 뿐 아니라, 전력 증폭기 시스템을 구성하고 있는 소자의 변화에도 적응성이 향상될 수 있도록 하는 장치의 제공을 요지로 한다.

즉, 본 발명은 아날로그 전치 왜곡기와 포락선 검파기를 사용하지 않고, 모든 과정을 DSP에 의해서 처리하며, DSP에서 직접 연산된 I와 Q를 기저대역에서 전치 왜곡한다.

이미, 상술한 바와 같이 전치 왜곡은 입력신호를 전치왜곡 함으로써, 전력 증폭기의 진폭 및 위상에 대한 비선형성을 보상하는 것으로, 전치 왜곡기의 진폭 및 위상 특성은 전력 증폭기의 비선형 진폭 및 비선형 위상 특성의 역(Inverse) 특성을 가져야 하며, 전력 증폭기 시스템의 시간 및 온도에 따른 변화나 외부환경의 변화에 대해 잘 적응할 수 있어야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도1은 본 발명에 의한 이동 통신 시스템의 전치 왜곡 장치를 보인 블록도로서, 중간주파 변조기의 전단인 기저대역 단에서 전치왜곡을 하기 위한 전치 왜곡 장치가 구비되고, 전력 증폭되어 출력되는 신호를 전치 왜곡 장치로 입력받아 왜곡을 보정하도록 구성되어 있다.

본 발명은 도1에 도시된 바와 같이 크게 전치 왜곡부(100)와 전력 증폭부(200)로 구성되어 있으며, 그 중 전력 증폭부(200)는 입력 신호를 중간주파 변조하는 중간주파 증폭단과, 그 중간주파 신호를 대역 통과시켜 고주파 변조하는 고주파 증폭단과, 그 고주파 신호를 대역 통과시켜 대전력 변조하는 전력 증폭단으로 구성된다.

이때, 상기 전력 증폭부(200)의 동작에 대한 설명은 본원 발명의 요지를 벗어나므로 그에 대한 설명은 생략하고, 전치 왜곡부(100)에 대해 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

상기 전치 왜곡부(100)는 기저대역 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하는 에이디 변환기(101)와, 상기 에이디 변환된 기저대역 신호(I_i, Q_i)를 소정의 전치 왜곡 알고리즘을 이용하여 디지털 방식으로 왜곡 처리하는 디에스피(102)와, 상기 디에스피(102)를 통해 전치 왜곡된 신호를 아날로그 신호로 변환하여 중간주파 증폭단으로 출력하는 디에이 변환기(103)와, 상기 전력 증폭부(200)에서 출력되는 신호를 검출하여 고주파 신호로 역 변조하여 고주파 역변조부(104)와, 상기 고주파 역변조부(104)를 통해 역 변조된 고주파 신호를 중간주파 신호로 역변조하는 중간주파 역변조부(105)와, 상기 중간주파 역변조부(105)를 통해 역 변조된 중간주파 신호를 디지털 기저대역 신호(I_o, Q_o)로 변환하여, 전치 왜곡 시 보정할 수 있도록 디에스피(102)로 출력하는 에이디 변환기(106)를 포함하여 구성한다.

이때, 상기에서 설명이 생략된 대역 통과 필터(107)는 역 변환된 고주파 신호를 대역통과 시키는 역할을 한다.

여기서, 상기 디에스피(102)는 기저대역 신호(I_i, Q_i, I_o, Q_o)를 이용하여 전치 왜곡기의 진폭 및 위상 다항식 함수의 계수를 RLS 알고리즘을 이용하여 최적화 한다. 수렴 후 전치 왜곡기의 진폭 및 위상 다항식의 계수들이 추출되고, 전치왜곡기는 전력 증폭기 비선형성의 역 특성을 정확히 표현할 수 있다.

이때, 변조된 입력신호의 진폭이 r(t)이고 위상이 θ(t)일 때 증폭기의 비선형 출력은 다음 수학식1과 같다.

여기서,는 반송파 주파수이고, A와는 각각 증폭기의 진폭 및 위상 전달함수이다.

본 실시예에서 RLS 알고리즘을 이용하는 DSP는 입력되는 l번째 연산구간의 표본값과을 비선형 함수과 복소연산한 뒤 IF 변조한다. 여기서과은 l번째 연산구간에서의과의 절대치이다.

그리고,은 l번째 연산구간에서의 전치왜곡기의 이득을 나타내는 다항식으로 다음과 같이 입력신호의 진폭에 대한 멱급수로서 표현할 수 있다.

여기서, M은 전치왜곡기 다항식의 차수(order)이고과은 다항식의 k번째 계수이다.

전력증폭기의 출력은 하향 변환된 후 직교복조기를 이용하여 복조된다. 입력신호의 진폭과 출력신호의 진폭은 SQRT 연산한 값들이다.

상기 SQRT 연산한 값은 AU(Arithmetic Unit)를 통해 다음과 같이와을 출력한다.

여기서,과은 각각 증폭기 출력신호와 전치왜곡기 입력신호의 위상이다. 또한는 수렴속도에 영향을 미치는 위상변위 상수이다. N번째 연산구간에서 후치왜곡기 이득 다항식와에 대한 멱급수로서 다음과 같이 표현된다.

여기서, M은 후치왜곡기 다항식의 차수이다. 또한,은 후치왜곡기 다항식의 k번째 계수이고,,은 M + k번째 계수이다.

RLS 최적화 알고리즘의 목적함수는,의 제곱으로 이루어지고 이에 대하여 후처리기 다항식의 계수에 관한 그라디언트(gradient)가 계산된다. 이로써 후처리기 다항식의 계수에 대한 글로벌 최적화가 가능하고 안정하게 된다.

n번째 연산구간에서 l번째 연산구간의 표본의 구성된 RLS 알고리즘 오차함수는 다음과 같다.

여기서, l=1,2,...,n 이다. l=n_c의 연산구간에서 후치왜곡기 다항식의 계수가 최적값에 수렴되면, n 〉n_c에서 두 오차함수는 0이므로 다음식이 성립된다.

즉, 본 발명에서 디에스피는 내부적으로 상기 RLS 알고리즘을 처리할 수 있도록 프로그램함으로써, 기존에는 IF로 변조된 QAM 신호를 아날로그 소자를 사용하여 전치왜곡하였는데, 본 발명에서는 기저대역 QAM 신호의 동위상 성분과 직교위상성분을 DSP 연산을 통하여 먼저 전치왜곡 한 뒤 변조하는 방식으로 동작한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 이동 통신 시스템의 전치 왜곡 장치는, 기저대역에서 전치왜곡을 수행하도록 함으로써, 전치왜곡에 필요한 연산을 디지털 방식으로 처리하여 시스템 구현의 용이성과 선형성을 향상시키고, 전력 증폭기 시스템을 구성하고 있는 소자의 변화에도 적응성이 향상되도록 하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 전치 왜곡부와 전력 증폭부로 구성된 전력 증폭 시스템을 포함하는 이동 통신 시스템에 있어서,

   상기 전치 왜곡부는 기저대역 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하는 에이디 변환기와;

   상기 에이디 변환된 기저대역 신호(I_i, Q_i)를 소정의 전치 왜곡 알고리즘을 이용하여 디지털 방식으로 왜곡 처리하는 디에스피와;

   상기 디에스피를 통해 전치 왜곡된 신호를 아날로그 신호로 변환하여 중간주파 증폭단으로 출력하는 디에이 변환기와;

   상기 전력 증폭부에서 출력되는 신호를 검출하여 고주파 신호로 역 변조하는 고주파 역변조부와;

   상기 고주파 역변조부를 통해 역 변조된 고주파 신호를 중간주파 신호로 역변조하는 중간주파 역변조부와;

   상기 중간주파 역변조부를 통해 역 변조된 중간주파 신호를 디지털 기저대역 신호(I_o, Q_o)로 변환하여, 전치 왜곡 시 보정할 수 있도록 디에스피로 출력하는 에이디 변환기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 전치 왜곡 장치.