KR20050016655A - 혼변조를 이용한 블라인드 선형화 - Google Patents

혼변조를 이용한 블라인드 선형화

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KR20050016655A
KR20050016655A KR10-2004-7021492A KR20047021492A KR20050016655A KR 20050016655 A KR20050016655 A KR 20050016655A KR 20047021492 A KR20047021492 A KR 20047021492A KR 20050016655 A KR20050016655 A KR 20050016655A
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퀄컴 인코포레이티드
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Abstract

진폭변조 소스신호 (102) 가 수신되는데, 여기서, 이 신호는 소스 주파수 대역폭 및 소스 엔빌로프를 가진다. 더미 엔빌로프와 소스 엔빌로프가 결합될 경우에 상수를 산출하도록 더미 엔빌로프가 계산된다. 진폭변조 더미신호 (105) 가 생성되는데, 여기서, 이 더미신호는, 계산된 더미 신호 엔빌로프를 나타내고 소스 주파수 대역폭과는 상이한 소정의 주파수 대역폭을 가진다. 소스신호와 더미신호가 가산되어 결합신호 (113) 가 형성되는데, 이 결합신호는 비선형 회로 (114), 즉, 진폭 의존 비선형성을 나타내는 회로의 입력 (114a) 으로 안내된다. 더미 주파수 대역폭의 신호 및 임의의 상호변조 산물은 출력으로부터 필터링되어, 원래의 소스신호에 대응하는 선형화 신호 (118) 을 제공한다.

Description

혼변조를 이용한 블라인드 선형화{BLIND LINEARIZATION USING CROSS-MODULATION}
배경
기술분야
본 발명은 일반적으로 비선형 회로 (즉, 소정 기능의 애플리케이션이 입력 신호의 진폭과 함께 변하는 회로) 가 그 기능을 비선형성없이 진폭변조 소스신호에 적용하도록 하는 방법에 관한 것이다. 회로 자체의 특성을 변경하지 않으면, 이것은, 진폭변조 소스신호를 하나 이상의 더미 신호 (dummy signal; 주로 3차 비선형성에 대한 하나의 더미 신호, 5차 비선형성에 대한 2 개의 더미 신호 등) 와 결합시켜, 선형적으로 처리되는 결합 신호를 제공함으로써 달성된다. 그 후, 더미 신호(들), 및 더미 신호의 도입에 의해 생성되는 다른 신호들은 회로 출력으로부터 필터링된다.
배경기술
어떤 회로가 입력 신호들의 특성에 관계없이 입력 신호들에게 동일한 기능을 적용할 경우, 그 회로는 "선형" 이다. 예를 들어, 입력 신호들이 작은 진폭을 가지든 큰 진폭을 가지든지 간에, 어떤 회로가 입력 신호들에게 동일한 기능을 적용할 경우, 그 회로는 진폭 의존 비선형성이 없는 것이다. 이와 대조적으로, 만약 입력 신호의 진폭에 따라 회로의 기능이 변하면, 그 회로는 진폭 의존 비선형성을 나타낸다. 진폭 의존 비선형성을 갖는 회로의 일 예는, 작은 진폭의 입력 신호에 10 을 곱하지만 증가하는 진폭의 입력 신호의 경우에는 작은 진폭의 입력 신호에 9.8, 9.7, 9.6, 9.5 등과 같이 더 작은 수를 연속적으로 곱하는 증폭기이다. 따라서, 증폭기의 동작은 그 입력 신호의 크기에 의존한다.
비선형성은, 트랜지스터와 같은 다양한 회로 소자들뿐만 아니라 다수의 회로들 고유의 특성이며 상이한 상황에서도 바람직할 수도 있다. 그러나, 진폭 변조 통신 신호들을 프로세싱함에 있어서, 통상적으로, 비선형 회로소자들은 바람직하지 않다. 정의에 의해, 진폭 변조 신호들은 신호 엔빌로프 (envelope) 의 진폭이 변하는 방식으로 정보를 표현한다. 이러한 진폭-기반 변화로 인해, 비선형 회로는 진폭 변조 입력 신호를 일정하지 않게 프로세싱한다 (동일한 기능이 보편적으로 적용되지 않음). 이것의 하나의 효과는, 입력 신호의 주파수 대역폭이 넓어진다는 것이다. 예를 들어, 초기에 좁은 주파수 대역폭을 점유하는 입력 신호는 종국에는 넓은 범위의 주파수를 점유하게 된다. 따라서, 진폭 의존 비선형성을 갖는 회로는 종종 진폭 변조 입력 신호의 대역폭을 증가시킨다.
이러한 주파수 확산은 문제점들을 야기할 수 있다. 예를 들어, 상술한 비선형 효과에 의해 넓어진 통신 디바이스의 출력 신호는 동일한 타입의 다른 디바이스에 의해 사용되는 주파수 채널 내에서 오버랩할 수도 있다. 더 특정한 예로서, 일 코드리스 (cordless) 전화기의 신호는 다른 코드리스 전화기에 의해 사용되는 주파수 채널내에서 오버랩할 수도 있다. 이것을 "간섭" 이라고 하며, 다른 전화기의 동작을 심각하게 저하시킬 수 있다. 또한, 만약 주요 디바이스가 그러한 디바이스에 대하여 할당 주파수 대역의 에지 상의 채널을 사용하고 있으면, 그 디바이스의 출력 신호는, 관련이 없는 디바이스들의 주파수대역 내에서도 오버랩할 수 있다. 따라서, 코드리스 전화기는, 코드리스 전화기가 아닌 상이한 디바이스와도 간섭할 수 있다.
또한, 통상적으로, 기술자들은, 예를 들어, 비선형 회로가 사용되는 입력 신호의 범위를 제한하고, 원하지 않는 주파수의 신호를 제거하기 위해 비선형 회로의 출력을 필터링하는 기술에 의해 신호 송신기에서의 비선형성을 제거 또는 보상하려 한다. 또한, 사전왜곡 (predistortion) 선형화, 피드포워드 (feedforward) 선형화, 및 변조 피드백과 같은 다른 기술들이 공지되어 있다.
또한, 이들 기술이 모든 경우에 완전히 적절한 것은 아니다. 예를 들어, 사전왜곡은 비선형성의 정확한 모델을 요구하고, 피드포워드는 RF 회로의 정확하고 적응적인 매칭을 요구하고, 변조 피드백은 불안정한 경향이 있기 때문에 문제점이 여전히 존재한다.
요약
진폭 의존 비선형성을 갖는 회로 ("비선형 회로") 를 선형화하는 방법은, 그 회로가 그 고유의 비선형성 없이 및 그 회로의 동작 특성을 반드시 변형하지 않고도 그 기능을 적용할 수 있게 하는 것이다. 이것은, 진폭변조 소스신호를 더미 신호와 결합시켜, 비선형 회로에 의해 선형적으로 처리되는 결합 신호를 제공함으로써 수행된다. 더미 신호 및 그 더미 신호의 도입에 의해 생성되는 다른 신호들은 회로 출력으로부터 추후에 필터링된다.
본 발명의 더 특정한 양태에 의하면, 다음의 동작이 수행된다. 초기에, 소스 주파수 대역폭 및 소스 엔빌로프를 갖는 진폭변조 소스신호가 수신된다. 소스 엔빌로프와 더미 엔빌로프가 소정의 방법으로 결합될 경우에 상수를 산출하는 더미 엔빌로프를 계산한다. 진폭변조 더미신호가 생성되는데, 여기서, 이 더미 신호는 계산된 더미 엔빌로프를 나타내며 소스 주파수 대역폭과는 상이한 소정의 더미 주파수 대역폭을 가진다. 소스 신호와 더미 신호가 가산되어 결합 신호가 생성되는데, 이 결합 신호는 비선형 회로의 입력으로 유도된다. 더미 주파수 대역폭의 신호 및 더미 신호의 도입에 의해 형성되는 다른 신호는 출력으로부터 필터링되어, 오직 소스 신호에서 기인하는 선형화된 출력을 제공한다.
도면의 간단한 설명
도 1a 는 예시적인 선형화 회로의 하드웨어 컴포넌트 및 배선의 블록도이다.
도 1b 는 다중의 더미 신호 생성기를 갖는 선형화 회로의 하드웨어 컴포넌트 및 배선의 블록도이다.
도 2 는 예시적인 디지털 데이터 프로세싱 머신을 나타낸 것이다.
도 3 은 예시적인 신호 수록 매체를 나타낸 것이다.
도 4 는 예시적인 블라인드 선형화 동작 시퀀스를 나타낸 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b 는, 각각, 소스 엔빌로프를 갖는 소스 신호 및 더미 엔빌로프를 갖는 더미 신호를 나타낸 신호도이다.
발명의 상세한 설명
당업자는, 첨부 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 통해 본 발명의 특징, 목적, 및 이점들을 더 명확하게 알 수 있다.
하드웨어 컴포넌트들 & 배선
도입
본 발명의 일 양태는, 다양한 하드웨어 컴포넌트 및 배선에 의해 구현될 수도 있는 선형화 장치를 도 1a 의 선형화 회로 (101) 에 의해 도시되는 일 예와 관련시킨다. 그 선형화 회로는, 비선형 회로 (114) 를 포함하는 예시적인 애플리케이션 환경 (100) 의 콘텍스트에 도시되어 있다. 그 환경 (100) 에는, 참조부호 (102, 113, 114a, 114b, 118 등) 와 같은 다양한 입력 및 출력이 도시되어 있다. 콘텍스트에 의존하여, 이들 참조부호는 입력/출력 라인 상에 존재하는 입력 신호 및 출력 신호 뿐만 아니라 하드웨어 입력/출력 라인들 ("입력들" 및 "출력들") 을 지칭하는데 사용된다. 그리고, 비록 "회로"라는 용어가 참조의 편의를 위해 사용되지만, 여기에서 설명되는 회로들은 별도의 전자부품, 인쇄 회로 기판 트레이스 (traces), 집적 회로, 펌웨어, 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 구현될 수도 있다. 이하, 예시적인 디지털 데이터 프로세싱 장치, 로직 회로 및 신호 수록 매체 (signal bearing medium) 를 참조하여 일부 예시적인 서브 컴포넌트들의 구성을 더 상세하게 설명한다.
종래에, (도면부호 102 와 같은) 입력 신호들은 (도면부호 114 와 같은) 비선형 회로에 직접 입력되며, 그 비선형 회로는 입력 신호를 간단히 프로세싱하고 (도면부호 114b 에서의) 그 출력을 제공한다. 입력 신호 (102) 를 비선형 회로 (114) 에 직접 제공하는 이러한 공지의 방법 대신에, 본 발명의 일 양태는 입력 신호 (102) 를 선형화 회로 (101) 에 다시 송신하는데, 이 선형화 회로 (101) 는 입력 신호 (102) 대신 비선형 회로 (114) 에 입력되는 커디셔닝 신호 (113) 을 생성한다. 그리고, 비선형 회로 (114) 의 출력 (114b) 을 최종 출력으로서 고려하는 것 대신, 선형화 회로 (101) 의 추가적인 컴포넌트가 이 출력 (114b) 을 더 프로세싱하여 최종의 선형화 출력 (118) 을 제공하는데 이용된다. 만약 입력 신호 (102) 가 회로 (114) 에 직접 제공되면, 선형화 출력 (118) 은, 도면부호 114b 에서 존재하는 회로 (114) 의 비선형 효과들이 없다.
비선형 회로
비선형 회로 (114) 는 그것의 입력 (114a) 에서의 신호들에게 소정의 기능을 적용하고 도면부호 114b 에서 그 출력을 생성한다. 그러나, 소정의 기능이 도면부호 114a 에 도달하는 신호의 진폭에 따라 변하기 때문에, 비선형 회로 (114) 는 비선형이다. 간단한 예로서, 회로 (114) 는 그것의 입력 신호 (114a) 의 진폭을 2 배로 하려 할 수도 있다. 이 경우, 만약 입력 신호가 2 ㎷ 이면, 회로 (114) 는 4 ㎷ 의 출력을 생성한다. 그러나, 이 예로 계속하면, 회로 (114) 의 성능은 더 큰 진폭의 입력 신호들에 의해 저하되기 시작한다. 입력 신호에 2 를 곱하는 대신, 회로 (114) 는 더 큰 진폭의 입력 신호들에 대해 입력 신호에 1.95 를 곱한 후, 1.9 를 곱하고, 그 후, 1.85 및 1.80 등을 곱하기 시작한다. 따라서, 회로 (114) 는, 그것이 적용하는 기능이 입력 신호의 진폭에 의존하여 변하기 때문에, 진폭 의존 비선형성을 나타낸다.
바람직하게는, 본 발명은 회로 (114) 의 비선형성의 범위, 동작, 또는 다른 특정한 특성에 대한 지식없이도 실행될 수도 있다. 이러한 의미에서, 본 발명의 일 양태는 "블라인드 (blind)" 선형화이다. 비선형성, 특히, 그 회로가 진폭 의존 비선형성을 나타낸다는 것을 회로 (114) 의 클래스 (class) 에게 인지시키는 것만이 요구된다. 따라서, 회로 (114) 는 AM-AM 및 AM-PM 왜곡을 발생시키는데, 이는 입력 신호의 진폭 변조 (AM) 가 출력 신호의 비선형 진폭 변조를 야기하고, 및/또는 입력 신호의 진폭 변조가 출력 신호의 비선형 위상 변조 (PM)을 야기하는 것을 의미한다.
어떠한 의도된 제한 없이, 비선형 회로 (114) 의 어떠한 예는 증폭기, 필터, 아이솔레이터 (isolator), RF 소자, 믹서 등을 포함한다.
선형화 회로
선형화 회로 (101) 는 회로 (114) 에게 선형 출력을 제공하게 하도록 비선형 회로 (114) 와 함께 이용된다. 소스 신호 (102) 를 비선형 회로 (114) 에 직접 제공하는 대신, 선형화 회로 (101) 는 입력 (102) 를 프리-프로세싱 (pre-process) 하고, 프리-프로세싱된 입력 (113) 을 비선형 회로 (114) 에 제공하며, 또한, 선형화 회로 (101) 는 비선형 회로의 출력 (114b) 을 포스트-프로세싱 (post-process) 하여, 최종적으로, 선형화 출력 (118) 을 제공한다. 따라서, 선형화 회로 (101) 는 비선형 회로 (114) 와 입력 (102) 사이에 상주하는 어떠한 프리-프로세싱 컴포넌트 (104, 112), 및 비선형 회로 (114) 와 최종 출력 (118) 사이에 상주하는 어떠한 포스트-프로세싱 컴포넌트 (116) 를 포함한다.
상술한 바와 같이, 입력 (102) 과 비선형 회로 (114) 사이에는 다양한 프리-프로세싱 컴포넌트가 존재한다. 이들은 컴플리먼트 생성기 (complement generator; 104) 및 가산기 (112) 를 포함한다. 컴플리먼트 생성기 (104) 는 엔빌로프 검출기 (106), 엔빌로프 컴플리먼트 계산기 (108), 및 더미 신호 생성기 (110) 를 포함한다. 엔빌로프 검출기 (106) 는, 입력 (102) 에 도달하는 신호의 엔빌로프를 측정하고, 그 양을 재고, 추정하고, 계산하거나 결정한다. 이것을 "소스 엔빌로프" 라고 한다. 엔빌로프 검출기 (106) 는 하나 이상의 다이오드, 캐패시터, 저항 등의 회로구조와 같이, 널리 공지되어 있는 다양한 엔빌로프 검출기에 의해 구현될 수도 있다. 다른 방법으로는, 엔빌로프의 정보가 이미 공지되어 있는 애플리케이션에서, 소스 엔빌로프의 설명정보 (description) 는 다른 소스 (미도시) 로부터 예를 들어, 디지털 형태로 컴플리먼트 생성기 (104) 에 도달한다.
엔빌로프 컴플리먼트 계산기 (108) 는, 소스 엔빌로프에 상보적인 "더미" 엔빌로프를 계산한다. 넓은 의미에서, 더미 엔빌로프는, 소스 엔빌로프에 부가될 경우에 그 결과가 상수가 되도록 계산된다. 따라서, 일 기본 구현에서, 임의의 시간에서 더미 엔빌로프의 값은, 상수로부터 소스 엔빌로프를 감산함으로써 계산될 수도 있다. 이하, 더미 엔빌로프의 계산을 더 상세하게 설명한다.
일 예로, 그 컴플리먼트 계산기 (108) 는 트랜지스터와 같은 별도의 회로를 이용하여 구성될 수도 있다. 다른 방법으로, 그 컴플리먼트 계산기 (108) 는, 특히, 엔빌로프 검출기 (106) 가 생략되고 소스 엔빌로프 설명정보가 디지털 형태로 도달하는 경우에 소프트웨어로서 구현될 수도 있다.
더미 신호 생성기 (110) 는 캐리어 신호의 진폭을 변조하여, 더미 엔빌로프에 의해 특징되는 더미 신호를 제공한다. 대표적인 예로서, 어떠한 의도된 제한없이, 더미 신호 생성기 (110) 는 오실레이터 및 승산기를 구비할 수도 있으며, 여기서, 승산기는 도면부호 108 에 의해 계산된 더미 엔빌로프와 캐리어의 곱을 계산한다. 이것은, 예를 들어, 극성 변조 (polar modulation) 를 이용하여 달성될 수도 있다. 다른 예에서, 더미 신호 생성기 (110) 는, 계산된 더미 엔빌로프에 기초하여 I 및 Q 성분을 계산하는 회로를 포함하는 직교 변조기, 및 그 I 성분과 Q 성분의 곱을 계산하는 승산기를 포함할 수도 있다. 변조 방식에 관계없이, 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 최종 출력 (118) 으로부터 더미 신호를 제거하는데 일조하기 위하여, 의도적으로 소스 주파수의 대역폭과 상이한 하나 이상의 주파수 (주파수 "대역폭") 에서 더미 신호 (105) 가 발생한다.
따라서, 도면부호 105 에서의 컴플리먼트 생성기 (104) 의 출력은, 더미 엔빌로프에 의해 설명되는 엔빌로프를 갖는 더미 신호를 포함한다. 이 신호는 더미 신호 생성기 (110) 에 의해 결정되는 주파수 대역폭을 가진다. 가산기 (112) 는 원래의 소스 신호 (102) 와 더미 신호 (105) 를 결합한다. 그 후, 상술한 바와 같이, 컴포넌트들 (104, 112) 는, 비선형 회로 (114) 에 도달하기 전에 소스 신호 (102) 를 컨디셔닝시키는 프리-프로세싱 컴포넌트를 구성한다. 프로-프로세싱 컴포넌트의 출력은 컨디셔닝 출력 (113) 이다. 이 신호는 비선형 회로 (114) 에 제공되는데, 비선형 회로 (114) 는 그 입력 (114a) 을 프로세싱하여 도면부호 114b 에서 출력을 제공한다.
상술한 바와 같이, 선형화 회로 (101) 는 비선형 회로 (114) 와 최종 출력 (118) 사이에 다양한 포스트-프로세싱 컴포넌트를 포함한다. 즉, 필터 (116) 는, 비선형성을 갖는 더미 신호와 입력 신호의 조인트 상호작용에 의해 생성되는 신호 뿐만 아니라 더미 주파수 대역폭을 갖는 신호를 의미하는 임의의 "상호변조 (intermodulation) 산물" 을 제거하도록 기능한다. 따라서, 오직 최종 출력 (118) 만이 소스 신호 (102) 에서 기인하는 신호를 포함한다. 예를 들어, 필터 (116) 는 하나 이상의 밴드패스 필터를 포함할 수도 있다.
다중의 컴플리먼트 생성기
선택적으로, 도 1b 에 도시된 바와 같이, 상이한 구조의 선형화 회로 (101a) 는, 다중의 더미 신호 생성기 (110a, 110b) 를 구현하도록 의도된다. 회로 (101a) 의 컴포넌트들이 (도 1a) 의 회로 (101) 의 컴포넌트들과 상이한 정도까지, 그 컴포넌트들은 상이한 참조부호를 제공받고 다음과 같이 설명된다. 엔빌로프 검출기 (106) 는 도 1a 및 1b 에서 동일한 기능을 수행한다. 즉, 엔빌로프 검출기 (106) 는 소스 엔빌로프를 측정하고, 그 양을 재고, 추정하고, 계산하거나 결정한다.
비록 엔빌로프 컴플리먼트 계산기 (108a) 가 도 1a 의 계산기 (108) 와 일반적으로 유사한 방식으로 동작하지만, 계산기 (108) 은 약간의 부가적인 기능을 포함한다. 즉, 엔빌로프 컴플리먼트 계산기 (108a) 는 (하나가 아닌) 2 개의 더미 엔빌로프를 계산하는데, 여기서, 이들 더미 엔빌로프들은 소스 엔빌로프에 상보적으로 결합된다. 이하, 다중의 더미 엔빌로프를 발생시키는 예시적인 방법을 더 상세히 설명한다.
도 1b 에는, 다중의 더미 신호 생성기들 (110a, 110b) 이 존재한다. 각각의 더미 신호 생성기 (110a, 110b) 는 상이한 캐리어 신호를 변조하여, 계산된 더미 엔빌로프들 (이하, Ade1 및 Ade2 로서 표시됨) 중 상이한 하나를 나타내는 더미 신호를 제공한다. 단일의 더미 신호 생성기 (110) 와 유사하게, 도 1b 의 실시형태에서의 각 더미 신호 생성기 (110a, 110b) 는, 예를 들어, 극성 변조 또는 직교 변조를 이용할 수도 있다.
라인 (105a, 105b) 상의 더미 신호들을 포함하는 더미 신호 생성기들 (110a, 110b) 의 출력은 가산기 (112) 로 안내된다. 가산기 (112) 는 소스 신호 (102) 와 더미 신호들 (105a, 105b) 을 결합한다. 따라서, 가산기 (112) 는, 일정한 또는 거의 일정한 엔빌로프를 갖는 컨디셔닝 출력 (113) 을 제공한다. 이 신호 (113) 는 도면부호 114a 에서 비선형 회로 (114) 에 공급된다. 그 회로 (114) 는 입력 (114a) 을 프로세싱하여 도면부호 114b 에서 출력을 제공한다.
도 1a 의 필터 (116) 과 유사하게, 필터 (116a) 는 비선형 회로의 출력 (114b) 으로부터 (입력 신호와 더미 신호들의 조인트 상호작용에 의해 생성되는 신호들뿐만 아니라) 더미 신호들을 제거한다. 그러나, 선형화 회로 (101a) 가 다중의 더미 신호들 (105a, 105b) 을 이용하기 때문에, 필터 (116a) 는 이러한 신호들의 임의의 상호변조 산물 뿐만 아니라 각 더미 주파수 대역폭의 신호들을 제거하도록 구성된다.
예시적인 디지털 데이터 프로세싱 장치
전술한 바와 같이, 엔빌로프 검출기, 엔빌로프 컴플리먼트 계산기, 더미 신호 생성기, 가산기, 필터, 또는 하나 이상의 이들의 서브컴포넌트들과 같은 데이터 프로세싱 엔터티는 다양한 형태로 구현될 수도 있다. 도 2 의 디지털 데이터 프로세싱 장치 (200) 의 하드웨어 컴포넌트 및 배선에 의해 예시되는 것과 같이, 그 일 예는 디지털 프로세싱 장치이다.
장치 (200) 는 저장장치 (204) 에 커플링되는 마이크로프로세서, 퍼스널 컴퓨터, 워크스테이션, 제어기, 마이크로 제어기, 상태 기계, 또는 다른 프로세싱 머신과 같은 프로세서 (202) 를 구비한다. 본 실시예에서, 저장장치 (204) 는 비휘발성 저장장치 (208) 뿐만 아니라 고속-액세스 저장장치 (206) 를 포함한다. 고속-액세스 저장장치 (206) 는 랜덤 액세스 메모리 ("RAM") 을 포함할 수도 있으며, 프로세서 (202) 에 의해 실행되는 프로그래밍 명령들을 저장하는데 사용될 수도 있다. 비휘발성 저장장치 (208) 는, 예를 들어, 배터리 백업 RAM, EEPROM, 플래시 PROM, "하드 드라이버" 와 같은 하나 이상의 자성 데이터 저장장치 디스크, 테이프 드라이브, 또는 다른 적절한 저장 디바이스를 포함할 수도 있다. 또한, 장치 (200) 는, 라인, 버스, 케이블, 전자자성 링크, 또는, 프로세서 (202) 가 장치 (200) 의 외부에 있는 다른 하드웨어와 데이터를 교환하기 위한 다른 수단과 같은 입력/출력 (210) 을 포함한다.
이전의 특별한 설명에도 불구하고, (본 발명의 공개의 이득을 가지는) 당업자는, 상술한 장치가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 상이한 구성의 머신으로 구현될 수도 있음을 알 수 있다. 특정한 예로서, 컴포넌트들 (206, 208) 중 하나는 제거될 수도 있으며, 또한, 저장장치 (204, 206 및 /또는 208) 는 프로세서 (202) 의 보드 상에 제공될 수도 있으며, 또는 장치 (200) 의 외부에도 제공될 수 있다.
로직 회로
상술한 디지털 데이터 프로세싱 장치와 대조적으로, 본 발명의 다른 실시형태는 상술한 바와 같은 다양한 프로세싱 엔터티를 구현하기 위해 컴퓨터-실행 명령 대신에 로직 회로를 사용한다. 속도, 지출, 공구의 비용 등의 영역에서의 애플리케이션의 특정 요건들에 의존하여, 이러한 로직은, 수천 개의 미세한 집적 트랜지스터들을 갖는 주문형 집적회로 (ASIC) 을 구성함으로써 구현될 수도 있다. 이러한 ASIC 는 CMOS, TTL, VLSI, 또는 다른 적절한 구성으로 구현될 수도 있다. 다른 대안들은 디지털 신호 프로세싱 칩 (DSP), 별도의 회로 (예를 들어, 저항, 캐패시터, 다이오드, 인덕터, 및 트랜지스터), 필드 프로그래머블 게이트 어레이 (FPGA), 프로그래머블 로직 어레이 (PLA), 프로그래머블 로직 디바이스 (PLD), 등을 포함한다.
동작
본 발명의 구조적 특징을 설명을 하였기 때문에, 다음으로, 본 발명의 동작 양태를 설명한다. 전술한 바와 같이, 일반적으로, 본 발명의 동작 양태는 비선형 회로가 그 기능을 진폭변조 소스신호에게 선형적으로 적용하게 하는 방법을 포함한다. 회로의 특성 자체를 변형하지 않고, 이것은, 진폭변조 소스신호를 더미신호와 결합하여 선형적으로 처리될 결합신호를 제공함으로써 수행된다. 그 후, 더미신호 및 임의의 상호변조 산물은 회로의 출력으로부터 필터링된다. 이하, 이러한 동작을 더 상세히 설명한다.
신호-수록 매체
본 발명의 임의의 기능이 하나 이상의 머신-실행 프로그램 시퀀스를 이용하여 구현되는 경우 마다, 그러한 시퀀스는 신호-수록 매체 (signal-bearing medium) 의 다양한 형태로 구현될 수도 있다. 도 2 의 콘텍스트에서, 그러한 신호-수록 매체는, 예를 들어, 프로세서 (202) 에 의해 직접 또는 간접적으로 액세스가능한 자성 데이터 저장장치 디스켓 (300; 도 3) 과 같은, 저장장치 (204) 또는 다른 신호-수록 매체를 포함할 수도 있다. 저장장치 (206), 디스켓 (300), 또는 기타 어느 곳에 포함되더라도, 명령들은 다양한 머신-판독가능 데이터 저장장치 매체에 저장될 수도 있다. 어떤 예는 직접 액세스 저장장치 (예를 들어, 종래의 "하드 드라이브", RAID (redundant array of inexpensive disks)), 또는 다른 직접 액세스 저장장치 디바이스 ("DASD")), 자성 테이프 또는 광학 테이프와 같은 시리얼-액세스 저장장치, 전자 비-휘발성 메모리 (예들 들어, ROM, EPROM, 플래시 PROM, 또는 EEPROM), 배터리 백업 RAM, 광학 저장장치 (예를 들어, CD-ROM, WORM, DVD, 디지털 광학 테이프), 종이 "펀치" 카드, 또는, 아날로그 또는 디지털 송신 매체 및 아날로그와 통신링크 및 무선 통신을 포함하는 다른 적절한 신호-수록 매체를 포함한다. 본 발명의 예시적인 실시형태에서, 머신-판독가능 명령은, 어셈블리어, C 등과 같은 언어로부터 컴파일되는 소프트웨어 객체 코드를 포함할 수도 있다.
로직 회로
상술한 단일-수록 매체와 대조적으로, 본 발명의 일부 기능 또는 모든 기능은, 명령을 실행하는 프로세서를 이용하는 것 대신에, 로직 회로를 이용하여 구현될 수도 있다. 따라서, 그러한 로직 회로는 본 발명의 방법 양태를 실행하기 위한 동작을 수행하도록 구성된다. 상술한 바와 같이, 로직 회로는 다수의 서로 다른 타입의 회로를 이용하여 구현될 수도 있다.
동작의 전체 시퀀스
도 4 는 본 발명의 동작 양태를 설명하는 시퀀스 (400) 를 나타낸 것이다. 설명의 편의를 위해, 어떤 의도된 제한없이, 도 4 의 예는, 상술된 도 1a 의 상황의 콘텍스트에서 설명된다.
단계 402 에서, 선형화 회로 (101) 는 입력 (102) 를 통하여 소스신호를 수신한다. 또한, 그 소스신호는 가산기 (112) 로 전달된다. 소스신호를 선형적으로 프로세싱하는데 있어서 비선형 회로 (114) 를 돕는 어떠한 프리-프로세싱 작업을 수행하도록 선형화 회로 (101) 가 설계되기 때문에, 소스신호는 비선형 회로 (114) 로 전달되지 않는다.
도 5a 는 대표적인 소스신호 (502) 를 도시한 것이다. 비록 본 발명의 기술이 다양한 주파수/위상 변조의 소스신호에 적용될 수도 있지만, 소스신호 (502) 는 단일 주파수의 진폭변조 신호를 포함한다. 그 소스신호는, 단일 주파수 또는 다중의 주파수를 포함하는 소스 주파수 대역폭을 갖는다고 지칭된다.
단계 403 에서, 엔빌로프 검출기 (106) 는 송신 신호 (102) 를 나타내는 소신 엔빌로프를 계산한다. 도 5a 는 도면부호 504 에서의 송신 신호 (502) 의 엔빌로프를 도시한 것이다. 엔빌로프 검출기 (106) 는 입력 (102) 에 도달하는 신호의 엔빌로프를 측정하고, 그 양을 재고, 추정하고, 계산하거나, 결정함으로써 작동한다. 검출기 (106) 의 출력은 "소스 엔빌로프" 라고 지칭되며, 아날로그 파형(들), 디지털 정보, 또는 검출기 (106) 및/또는 컴플리먼트 계산기 (108) 가 구현되는 방식에 의존하는 임의의 다른 데이터를 갖는 엔빌로프 (504) 를 설명하는 기능을 한다.
그러나, 엔빌로프 정보가 이미 알려진 경우에는 엔빌로프 검출기 (106) 는 생략될 수도 있기 때문에 단계 403 은 선택적이다. 예를 들어, 애플리케이션에 의존하여, 엔빌로프를 설명하는 데이터 및/또는 신호는 컴퓨터, 아날로그 회로, 또는 선형화 회로 (101) 로부터 분리된 다른 기원 (origin) 으로부터 이미 이용될 수도 있다. 이 경우, 소스 엔빌로프 설명정보가 또 다른 기원점으로부터 직접 컴플리먼트 계산기 (108) 에 도달하기 때문에, 입력 (102) 은 컴플리먼트 생성기 (104) 에 커플링될 필요는 없다.
단계 404 에서, 엔빌로프 검출기 (106) 에 의해 계산 (단계 403) 되거나 또는 또 다른 기원점으로부터 수신된 소스 엔빌로프 (504) 에 기초하여, 엔빌로프 검출기 (106) 는 더미 엔빌로프를 계산한다. 대체로, 임의의 순간에 소스 엔빌로프 (504) 와 더미 엔빌로프들이 특정한 방식으로 결합될 경우, 더미 엔빌로프는 소정의 상수를 발생시키도록 계산된다. 도 5b 는, 소스 엔빌로프 (504) 에 기초하여 계산되는 예시적인 더미 엔빌로프 (508) 을 나타낸 것이다.
더 특정한 예로서, 소스 엔빌로프와 더미 엔빌로프가 소정의 공식에 의해 프로세싱되고 그 프로세싱된 신호들을 가산할 경우에 항상 소정의 상수가 산출되도록 더미신호 엔빌로프가 계산된다. 그러한 소정의 공식 중 하나는 아래의 수학식 1 및 2 로 표현할 수도 있다.
K = Ase 2 + 2*Ade 2
여기서, K = 상수, Ase = 소스 엔빌로프의 진폭, Ade = 더미 엔빌로프의 진폭이다. 즉, 이 실시형태에서의 엔빌로프 컴플리먼트 계산기 (108) 는 아래의 수학식 2 를 만족시키도록 더미 엔빌로프의 진폭을 계산한다.
Ade = sqrt [(0.5*(K - Ase 2)]
단계 406 에서, 더미 신호 생성기 (110) 는, 계산된 더미 엔빌로프를 나타내는 더미 신호를 제공하기 위해 캐리어 신호를 변조한다. 현재 설명되는 예에서, 도 5b 는 더미 신호를 도면부호 506 으로서 나타낸 것이다. 생성기 (110) 는, 예를 들어, 오실레이터를 사용하여 캐리어 신호를 발생시킬 수도 있거나, 또는, 다른 곳으로부터 캐리어 신호를 수신할 수도 있다. (어떠한 주파수/위상 변조가 사용되는 경우, 단일 주파수 또는 주파수 범위를 의미하는) 캐리어 신호의 주파수 대역폭은 소스신호 (102) 의 주파수 대역폭과는 상이하다. 캐리어 주파수의 주파수 대역폭을 "더미 주파수"이라도 한다. 또한, 포스트-비선형-회로 산물들이 수신신호 (102) 로부터 용이하게 식별 (및 제거) 될 수 있도록, 다운스트림 필터의 동작 (후술됨) 은 캐리어 신호의 주파수 대역폭을 신중하게 선택함으로써 간략화될 수도 있다. 비선형 회로 (114) 의 출력 (114b) 으로부터의 더미 신호의 산물을 추후에 제거하는 프로세스를 더 간략화시키기 위한 하나의 방법은 그 캐리어 신호의 임의의 주파수/위상 변조를 방지하는 것이다.
단계 406 의 캐리어 변조는 직교변조, 극성변조, 또는 당업자에게 알려진 많은 기술들 중의 다른 변조에 의해 발생할 수도 있다.
단계 408 에서, 가산기 (112) 는 소스신호 (502; 입력 (102) 상에 존재함) 와 더미 신호 (506; 더미 신호 생성기 (110) 의 출력 (105) 상에 존재함) 를 가산한다. 또한, 가산기 (112) 의 출력은 "컨디셔닝" 신호 (113), 또는 "결합" 신호라고 지칭될 수도 있다. 그 진폭이 이제 조절되었기 때문에, 신호 (113) 는 비선형 회로 (114) 에 의해 용이하게 프로세싱된다. 따라서, 단계 410 에서, 가산기 (112) 는 컨디셔닝 출력을 비선형 회로 (114) 로 송신한다.
단계 411 에서, 비선형 회로 (114) 는 그 기능을 그 입력 (114a), 즉, 컨디셔닝 신호 (113) 에 적용한다. 예를 들어, 회로 (114) 가 증폭기이면, 그것은 입력 (114a) 을 증폭한다. 만약 회로 (114) 가 필터이면, 그것은 입력 (114a) 을 필터링한다. 그러나, 소스신호 (502) 가 더미 신호 (506) 의 부가에 의해 컨디셔닝되었기 때문에, 회로 (114) 는 임의의 진폭 의존 변화 ("비선형성") 의 생성이 방지된다. 따라서, 회로 (114) 의 출력 (114b) 은 선형화된다.
그러나, 그 출력 (114b) 은 여전히 더미신호 (506) 의 산물을 포함한다. 따라서, 단계 412 에서, 필터 (116) 는 생성기 (110) 의 캐리어 신호에 대응하는 출력 (114b) 에서의 임의의 신호 (즉, 더미신호 (506)) 를 제거하도록 동작한다. 또한, 필터는, 비선형성을 갖는 더미신호와 입력신호의 조인트 상호작용에 의해 생성되는 신호들을 의미하는 임의의 "상호변조 산물들" 을 제거한다. 따라서, 필터링한 이후에, 출력 (118) 에 남아있는 유일한 신호들은 소스신호 (102) 에 기인하는 신호들이다. 그러나, 소스신호 (102; 더미신호와 결합됨) 가 회로 (114) 에 의해 선형적으로 프로세싱되었기 때문에, 출력 (118) 은 선형화된다. 필터 (116) 의 출력 (118) 은 선형 회로 (101) 의 최종의 선형화 출력을 나타낸다.
다중의 더미 신호 실시형태
단일의 더미 신호를 부가하는 상기 기술은 주로 3차의 비선형성에 목표를 둔 것이다. 짝수 차수 비선형성 (예를 들어, 2차, 4차, 6차 등) 은 문제가 되지 않는다. 그러나, 5차 비선형성의 경우, 선형화 회로 (101) 은 2 개의 더미신호 생성기를 구비하기 때문에 이용된다. 더 높은 차수의 비선형성 (예를 들어, 7차, 9차 등) 을 위하여, 더 많은 수의 더미신호 생성기가 사용될 수도 있다.
회로 (101a) 를 동작시키기 위해, 다수의 동일한 동작 (400) 이 상술한 바와 같이 수행된다. 그들이 설명정보를 발생 및 요구하는 정도까지, 이하, 차이를 설명한다. 먼저, 비록 엔빌로프 컴플리먼트 계산기 (108a) 가 도 1a 의 계산기 (108) 와 대체로 유사한 방식으로 단계 404 를 수행하지만, 계산기 (108) 는 추가적인 임무를 수행한다. 즉, 엔빌로프 컴플리먼트 계산기 (108a) 는 단계 404 에서 (하나이기 보다는) 2 개의 더미 엔빌로프를 계산하는데, 여기서, 이들 더미 엔빌로프들은 결합상태에서 소스 엔빌로프 (504) 에 상보적이다. 또한, 이러한 개념은 소스신호 (102) 에 (결합상태에서) 상보적인 3 개, 4 개, 또는 임의 개수의 더미 엔빌로프까지 확장될 수도 있다. 다중의 더미 엔빌로프 계산은, 도시되어 있는 2 개의 더미 엔빌로프의 예와 더불어, 여기에 포함되어 있는 부록에서 더 상세하게 설명한다.
단계 406 에는 다중의 더미신호 실시형태에서의 또 다른 차이가 존재한다. 즉, 생성기들 (110a, 110b; 도 1b) 각각은, 계산된 더미 엔빌로프들 (Ade1 및 Ade2) 중 하나를 나타내는 더미 신호를 제공하기 위하여, 상이한 캐리어 신호를 변조한다. 공통 주파수들에서, 그 엔빌로프들이 가산되지만 애플리케이션은 (특정된 엔빌로프를 가지며) 가산되는 2 개의 별도의 신호를 요구하기 때문에, 생성기들 (110a, 110b) 의 캐리어 신호들은 서로 상이한 주파수 대역폭들을 가진다. 각각의 캐리어 신호의 주파수 (또는, 어떠한 위상변조가 사용되는 경우, 주파수들) 는, 대응하는 더미 신호의 연속적인 제거를 간략화하기 위해, 소스신호 (102) 의 주파수 대역폭과는 상이하다. 비선형 회로 (114) 의 출력 (114b) 으로부터 더미 신호의 산물을 제거하는 프로세스를 더 간략화하기 위해, 각각의 캐리어 신호는 단일 주파수, 즉, 어떠한 위상변조도 없이 발생할 수도 있다. 단일의 더미신호 실시형태와 유사하게, 각각의 더미 신호 생성기 (110a, 110b) 는 극성변조 또는 직교변조와 같은 변조를 이용할 수도 있다.
단계 408 에서는 다중의 더미신호 실시형태에서의 또 다른 차이가 발생한다. 여기서, 가산기 (112) 는 상이한 다중의 더미 신호 생성기들 (110a, 110b) 로부터의 출력들 (105a, 105b) 을 소스신호 (102) 와 결합한다. 또 다른 차이로서, 단계 412 에서의 필터 (116a) 는 모든 더미 신호들, 즉, 각각의 생성기 (110a, 110b) 로부터의 각 주파수의 더미신호를 필터링해야만 한다. 단일의 더미신호 실시형태에서와 같이, 임의의 적용가능한 상호변조 산물들도 필터링된다.
다른 실시형태들
당업자는 다양한 서로 다른 기술 및 기법을 이용하여 정보 및 신호를 표현할 수도 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 상기의 설명 전반에 걸쳐 참조될 수도 있는 데이터, 명령, 커맨드 (commands), 정보, 신호, 비트, 심볼, 및 칩은 전압, 전류, 전자기파, 자계 또는 자성 입자, 광계 또는 광자, 또는 이들의 조합으로 나타낼 수도 있다.
또한, 당업자는 여기서 개시된 실시형태와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들을 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로 구현할 수도 있음을 알 수 있다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 대체 가능성을 분명히 설명하기 위하여, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들을 주로 그들의 기능의 관점에서 상술하였다. 그러한 기능이 하드웨어로 구현될지 소프트웨어로 구현될지는 전체 시스템에 부과된 특정한 애플리케이션 및 설계 제약조건들에 의존한다. 당업자는 설명된 기능을 각각의 특정한 애플리케이션에 대하여 다양한 방식으로 구현할 수 있지만, 그러한 구현의 결정이 본 발명의 범주를 벗어나도록 하는 것으로 해석하지는 않아야 한다.
여기서 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들은 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 주문형 집적회로 (ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이 (FPGA), 또는 기타 프로그래머블 로직 디바이스, 별도의 게이트 또는 트랜지스터 로직, 별도의 하드웨어 컴포넌트들, 또는 여기서 설명된 기능을 수행하도록 설계되는 이들의 조합으로 구현 또는 실행될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 다른 방법으로, 그 프로세서는 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로 제어기, 또는 상태 기계일 수도 있다. 또한, 프로세서는 계산 디바이스들의 조합, 예를 들어, DSP 와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로프로세서들 또는 기타의 구성물로 구현될 수도 있다.
여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 프로세서에 의해 수행되는 하드웨어 및 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 조합으로 직접 구현될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 당업계에 알려진 기타 다른 형태의 저장 매체에 상주할 수 있다. 예시적인 저장 매체는 그 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있는 프로세서에 커플링된다. 다른 방법으로는, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC 내에 상주할 수도 있다.
또한, 개시된 실시형태들에 대한 상기의 설명은 당업자로 하여금 본 발명을 제조 또는 이용할 수 있도록 제공된다. 당업자는 이들 실시형태에 대한 다양한 변형들을 명백히 알 수 있으며, 여기서 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 또는 범주에서 벗어나지 않는 범위내에서 다른 실시형태들에 적용할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 여기서 설명된 실시형태들에 한하는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위를 부여하려는 것이다.
"예시적인" 이란 단어는 "예, 예증, 또는 예시로서 제공되는" 이라는 의미로 여기에서 사용된다. "예시적인" 으로 여기에서 설명되는 임의의 실시형태는 다른 실시형태에 비하여 바람직하거나 유용한 것으로 반드시 해석되는 것은 아니다.
부록
1. 실시 개요
회로의 이득이 신호의 진폭에 의존하는 경우 회로는 신호의 대역폭을 증가시킨다. 관련 진폭 (그러나 관련되지 않는 위상) 을 갖는 선형화 신호를 입력에 부가하는 것은 이러한 의존성을 감소시킨다. 위상이 관련되지 않으므로, 선형화 신호는 임의의 편리한 주파수에서 존재할 수 있다. 선형화 신호는 상호변조 산물들을 발생시키지만, 이들은, 신호 주파수가 잘 선택될 경우에는 필터링될 수 있다. 이 방법은, 일반적인 AM-AM, 및 AM-PM1 가정과는 별도로, 비선형에 대한 어떠한 정보도 가정되지 않는다는 의미에서 "블라인드" 라고 한다.
이 보고서는 본질적인 원리들을 검토한다. 실제적인 양태들이 당연히 고려되었지만, 세부 구현 사항들은 다루어지지 않는다.
2. 도입
식 (1)
에 의해 주어진 비선형 회로 (예를 들어, 송신기 증폭기) 로의 입력 신호를 고찰한다.
여기서, A(t) 는 진폭 변조이고, Φ(t) 는 위상 변조이며, ω0 는 중심 주파수이다. 복소 로우-패스 형태 (complex low-pass form) 를 이용하면,
식 (2)
를 가진다.
출력 신호는,
식 (3)
으로 주어진다.
여기서, G(A) 는 진폭 응답 (AM-AM) 을 결정하고, γ(A) 는 위상 응답 (AM-PM) 을 결정한다. 복소 로우-패스 형태에서, 그 출력은
식 (4)
이고, 여기서 복소 이득은
식 (5)
이다.
복소 이득은 간단한 다항식2
식 (6)
으로 표현할 수 있다.
여기서, k1, k3, k5 는
식 (7)
,
식 (8)
,
식 (9)
에 의해 이득 G(dB), 및 출력의 3-차 및 5-차 절편점들 (intercept points) (전압에서의 x 에 대해, dBW) 에 관련되는데, 여기서 R0 는 입력/출력 저항이다 [Ha81]. 고-차 절편점들과의 유사한 관계들이 유도될 수도 있다. 이 모델은, 이득과 비선형이 주파수의 함수들이 아니라고 가정하는데, 포함되는 주파수들이 너무 넓지 않는 한 합리적 가정이다.
3. 혼변조 (cross-modulation) 에 의한 선형화
이 섹션에서, 비선형의 입력측에 하나 이상의 선형화 신호들을 부가함으로써 원하는 신호, 즉, T(t) 의 이득을 선형화하는 방법을 설명한다. 선형화 신호들은 진폭에서 T(t) 와 관련되지만 위상에서는 관련되지 않는다. 또한, T(t) 가 영향을 받지 않는 상태로 두면서 - 다양한 상호변조 산물들이 필터링될 수 있도록, 부가 신호, 또는 신호들이 주파수내에 위치된다고 가정한다.
여기서 고려되는 가장 일반적인 경우에 대해, 3 개의 신호들의 합성이 비선형성으로의 입력을 형성한다. 첫째, 은 선형적으로 증폭시키고자 하는 신호이다. 둘째, 는 증폭을 선형화시키는 신호이며 - 주로 3차 비선형성을 감소시킨다. 마지막으로, 은 3차 및 5차 비선형성 모두를 감소시키도록 부가될 수도 있다. 따라서,
식 (10)
이 된다.
식 (6) 을 사용하여, 3차 출력 항은 (계수 k3 는 무시함)
식 (11)
이 된다.
T(t) 의 증폭을 수행하는 항들은 exp(iΦL ) 또는 exp(iΦM ) 중의 어느 하나가 아닌 exp(iΦT ) 의 계수들이다.
우리가 AM = 0 으로 설정하는 순간에, T(t) 의 복소 이득은
식 (12)
이 된다.
AL(t) 로부터의 기여도는 혼-변조에 기인한다. T(t) 의 이득을 선형화하기 위해,
식 (13)
을 설정한다.
3차 비선형성 계수 k3 에 대한 어떠한 정보도 요구되지 않는다는 의미에서 이 절차는 "블라인드"이다.
식 (13) 은, 3차 비선형성 출력에 k3 의 효과를 제거하는 동시에, 또한 다른 계수들의 영향을 확산시키고, 그 결과 T(t) 의 새로운 복소 이득은 (예를 들어, N=7 에 대해)
식 (14)
이며, 여기서
식 (15)
,
식 (16)
,
식 (17)
,
식 (18)
이 된다.
식 (15) 에서의 새로운 선형 이득 k1' 는 모든 원래의 계수들 k1, k2, k 3 에 의해 영향을 받는다. 새로운 3차 계수 k3' 은 원래의 3차 계수 k3 에 영향을 받지 않지만, k5, k7 에 영향을 받는다. 유사하게, k5' 는 이제 k7 로부터의 기여도를 가진다. 새로운 7차 계수 k7' 는 그것의 부호와 별개로, 영향을 받지 않는다.
선형성을 개선하기 위한 방법에 대해, 더 높은 차수의 계수들의 증가된 영향에도 불구하고, K1 은 가능한 작아야만 하고, 비선형성은 주로 3차이어야 한다.
일예로서, 다음의 공통적으로 인용되는 비선형성[Saleh81]
식 (19)
를 고찰한다.
CG의 이득과 위상은 도 1(a) 및 도 2(b) 에서 나타난다. 15 dB 의 선형 이득으로 약 AT = 0 에서 테일러 시리즈에서의 확장시,
식 (20)
이 된다.
여기서, K1 = 0.2 로 가정했으며, 이것은 0.447 볼트의 최대 피크 진폭 AT 에 대응한다.
도 1. 복소 이득 크기 : (a) 식 (19), (b) 5차 비선형성
식 (15) 내지 식 (18) 로부터, 상기 비선형성의 수정된 계수들은
식 (21)
이 된다는 것을 알 수 있다.
이득 압축 (gain compression) 을 갖는 비선형성에 대해, 부가된 선형화 신호의 전력은 전체 이득을 감소시킨다. 따라서, ┃k1'┃ 는 ┃k1┃ 보다 약간 더 작다. 3차 절편에서의 개선이 6.2 dB 가 되도록 계산하는 것이 간단하다. 3차 비선형성을 개선시킴에 있어, 다른 항들이 과도하게 증대되지 않았다는 것을 보장하기 위해, IS-95 CDMA 파형으로 식 (19) 의 비선형성을 시뮬레이션하였다.
도 2. 복소 이득 위상 편이 : (a) 식 (19), (b) 선형 위상
전형적인 디지털 무선 송신기 구조를 고려한다. 랜덤 바이너리 데이터는 심벌들로 매핑되고 필터링되며, 및 아날로그 신호로 변환된다. QPSK 가 송신기 신호에 사용되더라도, 이 기술은 임의의 신호 전송 포맷에 적용될 수 있다. 길이 219 - 1 인 독립적인 "m"-시퀀스들은 원래의 동위상 바이너리 데이터 및 직교 바이너리 데이터를 제공한다. 그 데이터는 QPSK 콘스텔레이션으로 매핑된 후, '펄스-셰이핑" 필터3 에 의해 입력 속도의 4 배로 보간된다. 아날로그 파형을 나타내기 위해, '홀드' 당 128 샘플을 가지는 0-차 홀드 (ZOH) 가 뒤이어진다. ZOH 의 출력은 복원 필터4 로 전달된다. 복원 필터의 출력은 식 (19) 의 복소 이득을 유도한다.
도 3 은 출력의 전력 스펙트럼 밀도 (PSD) 를 나타낸다. PSD 는 샘플 길이 215 (Hanning) 윈도우 주기도 (periodograms) [Oppenheim89] 를 갖는 왈쉬 방법을 이용하여 추정될 수 있다. CDMA 시스템들에 대해 적용을 기대하면서, 주파수는 확산 단위로 또는, '칩' 주파수, fCHIP 로 주어진다.
비선형성의 선형화된 및 비-선형화된 출력 모두가 도시되어 있다. 출력 전력은 양쪽 경우에서 11 dBm 이다. 선형화 신호가 비선형성의 이득을 감소시키기 때문에, 선형화된 경우에 대해 입력전력은 1 dB 증가되었다. 선형화 신호의 출력전력은 15.2 dBm 이다. 제 1 인접채널에서의 전력은 10 - 15 dB 만큼 개선되고, 제 2 인접 채널에서의 전력은 4 - 5 dB 만큼 저하된다. 실제로, 이것이 유익한지는 비선형성과 이웃 채널들에서의 요건들에 의존한다.
도 4 는 전력 스펙트럼 밀도의 확대도를 나타낸 것이다. 선형화 신호 ('L') 는 시뮬레이션의 샘플링 요건들을 최소화하기 위해 원하는 신호 ('T') 에 비교적 가까이 위치되었다. 실제로, 선형화 신호의 주파수는 필터링 요건을 용이하게 하도록 선택되어야 한다.
도 3. 부가 선형화 신호를 가지는 및 가지지 않는 비선형성 출력의 전 력 스펙트럼 밀도
도 4. 비선형성 출력의 전력 스펙트럼 밀도 : 원하는 신호 (T) 및 선형화 신호 (L) 을 나타내는 확대도
제 2 선형화 신호, M(t) = AM(t) expiΦM(t) 의 도움에 의해, 선형성을 더욱 개선하는 것이 가능하다. 제 1 부가 신호가 3차 계수의 기여를 제거하는 것과 같이, 제 2 부가 신호는 5차 계수의 효과를 제거하도록 부가될 수 있다.
식 (13) 은
식 (22)
의 AL 과 AM 모두에 제약이 된다.
5차 계수의 기여를 제거하기 위해,
식 (23)
을 요구한다.
식 (22) 와 식 (23) 은 동시에 충족되어야 한다. 이 목적에 대해,
식 (24)
,
및
식 (25)
로 정의하는 것이 편리하며, 이로부터 우리는 2 개의 선형화 신호에 대해
식 (26)
,
및
식 (27)
을 풀 수 있다.
AL 과 AM 모두가 항상 1보다 크거나 같기 때문에, 또한,
식 (28)
,
및
식 (29)
를 요구하며, 이로부터
식 (30)
,
및
식 (31)
을 추정하고, 이것은 AT 의 모든 값들에 대해 유지되어야 한다. 식 (30) 과 식 (31) 을 만족시키는 K1 및 K2 는,
식 (32)
,
식 (33)
이다.
이득 압축에 의해, (K1 과 K2 에 의해 결정되는 바와 같이) L(t) 와 M(t) 에서의 전력이 전체 이득을 감소시키고 출력 전력을 저감시키므로, 이 방법은 이득 확대를 갖는 비선형성에도 적절하다. 입력전력이 보상을 위해 증대되는 경우, 이득은 더 감소될 수도 있다.
도 5. 2 개의 부가 선형화 회로를 갖는 비선형성 출력의 전력 스펙트럼 밀도 : 원하는 회로의 근접 도면
도 5 는 입력에서 부가된 L(t) 와 M(t) 를 갖는 비선형성의 출력에서의 전력 스펙트럼 밀도를 나타낸 것이다. 원하는 신호의 전력은 12 dBm 이다. 선형화 신호들, L(t) 및 M(t) 는 도시되지 않았지만, 각각 16.6 dBm, 20.6 dBm 이다. 이 경우, (도 1 (b) 및 도 2 (b) 에서 도시된) 비선형성은 단지 1차, 3차 및 5차 항들이므로, 선형화된 스펙트럼은 거의 이상적이다. 고-차 비선형성 및 3 개 주파수에서의 입력 신호들 모두를 통해, 제한된 시뮬레이션 대역폭내에서 처리하는데 상호변조 산물이 광범위하고 난해하기 때문에, 식 (19) 의 복소 이득은 사용되지 않았다. 따라서, 도 5 는 7차 또는 그 이상의 고-차 항들의 영향을 포함하지 않기 때문에 낙관적이다.
원론적으로, 고-차의 보상을 달성하기 위해 더 많은 신호들이 부가될 수도 있다. 그러나, 신호를 선형화시키는데 요구되는 전력이 증가함에 따라, 이점이 급속하게 감소될 수도 있다.
4. 결론
하나 이상의 신호들을 부가함으써 회로를 선형화시키는 기술이 설명되었다. 그 방법은 비선형성의 세기에 대한 어떠한 정보도 가정하지 않는다. 그러나, (주로 3차인) 비선형성에 대한 다소 완만한 제약들이 실제로 요구된다.
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-----------------------------------------------------------------------------
<각주>
1 AM-AM = 진폭-변조 대 진폭-변조. AM-PM = 진폭-변조 대 위상-변조.
2 아마도, 베이시스 함수들은 입력 신호에 대해 선택되어야 한다[Blachman79].
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4 Chebyshev, 타입-Ⅱ, 5차, 샘플링 주파수의 3/256에서 스톱-밴드 80dB 다운.

Claims (17)

  1. 소스 주파수 대역폭을 갖고 소스 엔빌로프를 나타내는 진폭변조 소스신호를 수신하는 단계;
    상기 소스 엔빌로프와 더미 엔빌로프가 결합될 경우에 소정의 상수를 산출하는 상기 더미 엔빌로프를 계산하는 단계;
    상기 소스 주파수 대역폭과는 상이한 더미 주파수 대역폭에서 발생하고 상기 더미 엔빌로프를 나타내는 진폭변조 더미신호를 생성하는 단계;
    결합신호를 형성하기 위해 상기 소스신호와 상기 더미신호를 가산하는 단계;
    상기 결합신호를 프로세싱 모듈의 입력으로 안내하는 단계로서, 상기 프로세싱 모듈의 출력이 진폭 의존 비선형성을 나타내는, 상기 안내 단계; 및
    선형화 출력을 제공하기 위해 상기 출력으로부터의 상기 더미 주파수 대역폭의 신호를 포함하는 신호를 필터링하는 단계를 포함하는, 선형화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 계산하는 단계는, 상기 소스 엔빌로프와 더미 엔빌로프가 가산될 경우에 소정의 상수를 산출하는 더미 엔빌로프를 계산하는 단계를 포함하는, 선형화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 계산하는 단계는, 상기 소스 엔빌로프와 더미 엔빌로프가 소정의 공식에 의해 프로세싱되고 그 프로세싱된 엔빌로프들이 가산될 경우에 소정의 상수를 산출하는 더미 엔빌로프를 계산하는 단계를 포함하는, 선형화 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 소정의 공식은,
    상기 소스신호의 엔빌로프를 제곱하고,
    상기 더미신호의 엔빌로프를 제곱한 후, 제곱된 더미신호의 엔빌로프를 2 배로 하는 것을 포함하는, 선형화 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 더미 엔빌로프를 계산하는 단계는, 상기 소스 엔빌로프와 모든 더미 엔빌로프가 결합될 경우에 소정의 상수를 산출하는 다중의 더미 엔빌로프를 계산하는 단계를 포함하며,
    상기 진폭변조 더미신호를 생성하는 단계는, 상기 소스 주파수 대역폭과는 상이한 더미 주파수 대역폭에서 각각 발생하는 상기 다중의 더미 엔빌로프 중 대응하는 하나의 더미 엔빌로프를 나타내는 다중의 진폭변조 더미신호를 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 가산하는 단계는, 상기 결합 신호를 형성하기 위해 상기 소스신호와 모든 더미 신호를 가산하는 단계를 포함하며, 그리고,
    상기 필터링하는 단계는, 선형화 출력을 제공하기 위해 상기 출력으로부터의 모든 더미 주파수 대역폭의 신호를 포함하는 신호를 필터링하는 단계를 포함하는, 선형화 방법.
  6. 진폭 의존 비선형성을 갖는 프로세싱 모듈의 출력을 선형화하는 방법을 수행하도록 구성되는 다중의 전기 배선 도전소자의 회로를 포함하는 장치로서, 상기 방법은,
    소스 주파수 대역폭을 갖고 소스 엔빌로프를 나타내는 진폭변조 소스신호를 수신하는 단계;
    상기 소스 엔빌로프와 더미 엔빌로프가 결합될 경우에 소정의 상수를 산출하는 상기 더미 엔빌로프를 계산하는 단계;
    상기 소스 주파수 대역폭과는 상이한 더미 주파수 대역폭에서 발생하고 상기 더미 엔빌로프를 나타내는 진폭변조 더미신호를 생성하는 단계;
    결합신호를 형성하기 위해 상기 소스신호와 상기 더미신호를 가산하는 단계;
    상기 결합신호를 프로세싱 모듈의 입력으로 안내하는 단계로서, 상기 프로세싱 모듈의 출력이 진폭 의존 비선형성을 나타내는, 상기 안내 단계; 및
    선형화 출력을 제공하기 위해 상기 출력으로부터의 상기 더미 주파수 대역폭의 신호를 포함하는 신호를 필터링하는 단계를 포함하는, 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 계산하는 단계는, 상기 소스 엔빌로프와 더미 엔빌로프가 가산될 경우에 소정의 상수를 산출하는 더미 엔빌로프를 계산하는 단계를 포함하는, 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 계산하는 단계는, 상기 소스 엔빌로프와 더미 엔빌로프가 소정의 공식에 의해 프로세싱되고 그 프로세싱된 엔빌로프들이 가산될 경우에 소정의 상수를 산출하는 더미 엔빌로프를 계산하는 단계를 포함하는, 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 소정의 공식은,
    상기 소스신호의 엔빌로프를 제곱하고,
    상기 더미신호의 엔빌로프를 제곱한 후, 제곱된 더미신호의 엔빌로프를 2 배로 하는 것을 포함하는, 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 더미 엔빌로프를 계산하는 단계는, 상기 소스 엔빌로프와 모든 더미 엔빌로프가 결합될 경우에 소정의 상수를 산출하는 다중의 더미 엔빌로프를 계산하는 단계를 포함하며,
    상기 진폭변조 더미신호를 생성하는 단계는, 상기 소스 주파수 대역폭과는 상이한 더미 주파수 대역폭에서 각각 발생하는 상기 다중의 더미 엔빌로프 중 대응하는 하나의 더미 엔빌로프를 나타내는 다중의 진폭변조 더미신호를 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 가산하는 단계는, 상기 결합 신호를 형성하기 위해 상기 소스신호와 모든 더미 신호를 가산하는 단계를 포함하며, 그리고,
    상기 필터링하는 단계는, 선형화 출력을 제공하기 위해 상기 출력으로부터의 모든 더미 주파수 대역폭의 신호를 포함하는 신호를 필터링하는 단계를 포함하는, 장치.
  11. 소스 주파수 대역폭을 갖고 소스 엔빌로프를 나타내는 진폭변조 소스신호를 포함하는 신호입력을 프로세싱하기 위한 선형화 장치로서,
    상기 소스신호를 이용하여, 상기 소스 엔빌로프와 더미 엔빌로프가 결합될 경우에 소정의 상수를 산출하는 상기 더미 엔빌로프를 계산하는 엔빌로프 계산기;
    상기 소스 주파수 대역폭과는 상이한 소정의 주파수 및 하나 이상의 소정의 더미 주파수에서 발생하고, 계산된 더미 엔빌로프를 나타내는 진폭변조 더미신호를 제공하는 더미신호 생성기;
    상기 신호입력 및 상기 더미신호 생성기에 커플링되어, 진폭 의존 비선형성을 갖는 모듈에 의한 프로세싱에 이용가능한 결합신호를 형성하기 위해 상기 소스신호와 상기 더미신호를 가산하는 가산기; 및
    선형화 출력을 제공하기 위해 상기 모듈의 출력으로부터의 상기 더미 주파수의 대역폭의 신호를 포함하는 신호를 필터링하는 하나 이상의 필터를 구비하는, 선형화 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 결합신호를 입력으로서 수신하고 진폭 의존 비선형성을 나타내는 출력을 제공하도록 상기 가산기에 커플링되는 상기 모듈을 더 구비하는, 선형화 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 계산은, 상기 소스 엔빌로프와 더미 엔빌로프가 가산될 경우에 소정의 상수를 산출하는 더미 엔빌로프를 계산하는 것을 포함하도록 상기 엔빌로프 계산기가 구성되는, 선형화 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 계산은, 상기 소스 엔빌로프와 더미 엔빌로프가 소정의 공식에 의해 프로세싱되고 그 프로세싱된 엔빌로프들이 가산될 경우에 소정의 상수를 산출하는 더미 엔빌로프를 계산하는 것을 포함하도록 상기 엔빌로프 계산기가 구성되는, 선형화 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 소정의 공식은,
    상기 소스신호의 엔빌로프를 제곱하고,
    상기 더미신호의 엔빌로프를 제곱한 후, 제곱된 더미신호의 엔빌로프를 2 배로 하는 것을 포함하는, 선형화 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 엔빌로프 계산기는, 상기 소스 엔빌로프와 모든 더미 엔빌로프가 결합될 경우에 소정의 상수를 산출하는 다중의 더미 엔빌로프를 계산하며,
    상기 더미신호 생성기는, 상기 소스 주파수 대역폭과는 상이한 더미 주파수 대역폭에서 각각 발생하는 상기 다중의 더미 엔빌로프 중 대응하는 하나의 더미 엔빌로프를 나타내는 다중의 진폭변조 더미신호를 생성하는 다중의 더미신호 생성기를 포함하며,
    상기 가산기는, 각각의 더미신호 생성기에 커플링되며, 그리고,
    상기 필터는, 상기 출력으로부터의 상기 더미 주파수의 대역폭의 신호를 포함하는 신호를 제거하는, 선형화 장치.
  17. 소스 주파수 대역폭을 갖고 소스신호 엔빌로프를 나타내는 진폭변조 소스신호를 프로세싱하기 위한 선형화 장치로서,
    상기 소스신호를 이용하여, 상기 소스신호 엔빌로프와 더미신호 엔빌로프가 결합될 경우에 소정의 상수를 산출하는 더미 엔빌로프를 계산하는 엔빌로프 계산 수단;
    상기 소스 주파수 대역폭과는 상이한 더미 주파수 대역폭에서 발생하고, 계산된 더미 엔빌로프를 나타내는 진폭변조 더미신호를 생성하는 더미신호 생성 수단;
    진폭 의존 비선형성을 갖는 모듈에 의한 프로세싱에 이용가능한 결합신호를 형성하기 위해 상기 소스신호와 상기 더미신호를 가산하는 가산 수단; 및
    선형화 출력을 제공하기 위해 상기 모듈의 출력으로부터의 상기 더미 주파수 대역폭의 신호를 포함하는 신호를 제거하는 필터링 수단을 구비하는, 선형화 장치.
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