KR20050029999A - 광중계기용 전력증폭기의 디지털 선형화 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광중계기의 디지털 선형화 장치에 관한 것으로, 특히 전광변환 및 이에 대응되는 광전변환에 의하여 기지국으로부터 수신된 RF신호를 광케이블로 전송하고, 상기 기지국에서 수신된 RF신호로부터 기저대역 신호를 추출하여 이를 디지털 선형화 처리함으로써, 광중계기의 전력증폭기의 효율을 높일 수 있는 광중계기의 디지털 선형화 장치에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명에 따른 광중계기의 디지털 선형화 장치는: 광선로를 따라 상기 광중계기로 전송되는 광신호를 변환한 전기신호로부터 기저대역신호를 추출하는 기저대역신호 추출기; 및 상기 기저대역신호 추출기로부터 추출된 기저대역신호를 상기 전력증폭기의 비선형성 특성과 반대 특성을 가지도록 디지털 신호 처리하여 보상하고, 상기 전력증폭기의 입력으로 제공하는 기저대역용 전치보상기;로 이루어짐을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템의 광중계기에 관한 것으로, 특히 광중계기에 사용되는 고출력 전력증폭기(HPA; High Power Amplifier)의 선형성(Linearity)을 개선하기 위한 디지털(Digital) 선형화장치에 관한 것이다.
CDMA방식에 있어서, 다중접속(Multiple Access) 정보는 무선주파수(RF; Radio Frequency)의 관점에서 보면 실질적으로 진폭(Amplitude)의 변화로 나타난다. 따라서 다른 통신 방식에 비해 진폭선형성(Amplitude Linearity)에 유의해야 한다. 특히, CDMA시스템의 기지국(BTS; Base Transceiving Station) 송신부에서 진폭선형성이 손상되면, 불요파 증가에 따른 법적 규격 미비로 무선국 허가 문제점 및 불요파에 의한 간섭으로 사업자간 분쟁 가능성이 있다.
또한, 진폭비선형성(Amplitude Nonlinearity)에 의해 발생하는 혼변조(IMD; Inter Modulation Distortion)성분은 왈쉬코드(Walsh code)영역에서 실제로 사용하지 않는 왈쉬코드의 잡음레벨을 증가시켜 사용중인 통화채널에 더 많은 송신전력이 할당되도록 하는 역할을 하게 된다. 이에 따라 순방향 통화용량은 감소하게 된다.
한편, 상기 기지국(BTS; Base Transceiving Station) 송신부에서 진폭선형성이 손상되면, 상기 기지국과 연결되는 중계기의 진폭선형성도 손상된다.
CDMA 시스템에서 사용되는 중계기는 CDMA방식이 아날로그(Analog)나 TDMA(Time Division Multiple Access)방식에 비해 대역폭(Bandwidth)이 넓으므로, 하드웨어(Hardware) 설계 시에 일정한 이득(Gain)과 리플(Ripple) 등의 특성을 유지하여야 한다.
또한, 중계기의 HPA 출력설정은 시스템의 통화용량에 많은 영향을 주게 되므로, 과도하게 설정된 중계기의 역방향 출력은 기지국 입장에서는 전력제어 기능이 고장난 이동국처럼 인식되어 통화용량 및 커버리지가 축소되는 결과로 나타나게 된다. 또한, 과도하게 설정된 중계기의 순방향 전력은 통화량 증가 시, 기지국 최대 통화용량에 이르기 전에 중계기의 순방향 HPA 포화를 발생시켜 순방향 신호의 직교성과 선형성의 손상을 발생시키게 되며, 이러한 신호의 손상을 극복하기 위해 기지국은 순방향 전력제어 기능에 의해 통화 채널 당 할당하는 출력을 증가시키게 된다. 이러한 현상에 의해 한정된 기지국 HPA 출력 내에서 기지국이 감당할 수 있는 통화용량은 급격히 감소하게 된다.
이러한 현상을 방지하기 위해서는 통화량 증가에 의해 기지국 HPA가 최대출력에 이르기 전에 중계기의 HPA가 최대출력에 도달해서도 안되도록 중계기의 순방향 HPA 출력을 설정해야 한다.
이러한 현상은 중계기가 스스로 통화용량을 갖고 있는 것이 아니라 기지국에 종속적으로 동작하면서 통화량에 따른 기지국 출력의 변화를 아무런 손상없이 선형적으로 중계해야 하기 때문에 발생하는 현상이다.
중계기는 기지국의 RF(Radio Frequency)신호를 제3의 전송매체를 통해 원하는 원격지역에 전송하여 다시 RF신호로 재생하는 방식이다. 따라서, 원격지에 RF신호를 전송한다고 하여 Remote RF, 기지국 셀의 반경을 확대시켜 준다고 하여 Cell Enhancer, Long Haul System 이라고도 한다.
도 1은 CDMA시스템에 있어서 기지국과 연동하여 동작하는 광중계기를 나타낸 시스템 개념도이고, 도 3은 종래의 비선형 보상방법을 채용한 전력증폭기를 구비하는 광중계기의 송신부를 보인 도면이다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 광중계기(30)를 이용한 CDMA방식은 기지국(10)의 RF신호를 전광(E/O)변환기(20)에서 광신호로 변환한 뒤에 광선로를 따라 원하는 원격지역으로 전송한다. 그리고, 광전(O/E)변환기(32)에서 다시 RF신호로 변환하고 대역통과필터(34)에서 고조파성분 제거 및 잡음대역을 제한한 후, HPA(36)를 거쳐 안테나로 송신하는 방식이다.
광중계기의 장점으로는 안정된 광선로에 의해 전송되므로 매우 안정적인 특성을 나타내며, 단점으로는 반드시 광선로가 인입되어야 한다는 점과 광선로 임차료가 매우 비싸다는 점, 광소자의 높은 잡음지수 특성에 의해 기지국 통화용량과 품질을 다소 저하시킬 수 있다는 점이 있다.
광중계기에 있어서 진폭선형성은 최종 HPA에 의해 대부분의 규격이 결정된다. 따라서, CDMA시스템의 광중계기용 HPA는 선형성이 우수한 특성을 갖는 방식으로 설계되어야 하며, 특히 다중 주파수의 경우는 매우 특별히 설계된 선형 HPA가 아니면 HPA 효율의 10% 정도밖에 사용하지 못하는 문제가 발생하여 전체 시스템의 성능을 급격히 감소시키게 된다.
HPA를 포함한 모든 능동소자는 정도의 차이가 있지만 근본적으로는 진폭 비선형성 특성을 가지므로, 선형성이 요구되는 시스템에서는 HPA의 선형 구간에서만 동작하도록 HPA 최대출력보다 훨씬 낮은 출력에서 시스템을 설계하거나, 최대한 선형 특성이 좋은 HPA를 선정하여 사용하고 있다.
그러나, CDMA시스템의 광중계기 HPA에서는 매우 우수한 선형성을 요구하기 때문에, 기존의 HPA만으로는 성능 및 경제성 확보가 어렵다.
따라서 추가적인 선형회로가 요구되는데, 종래에는 이러한 선형회로서는 HPA의 비선형성 특성과 반대특성을 HPA 입력에서 사전에 가해주는 전치보상(Pre-Distortion)방식과, 두 개의 루프를 이용하여 비선형 특성에 의한 불요파를 원천적으로 제거하여 주는 피드포워드(Feed Forward)방식이 사용되고 있다.
종래의 광중계기에 있어서, 전치보상회로에 의한 전력증폭기의 비선형성 보상 방법을 보인 도 2a에서와 같이, HPA의 입력으로 전치보상선형화기를 통한 신호를 입력하는 전치보상방식은 HPA에 사용되는 트랜지스터(Transistor)의 비선형 특성이 각각 달라 모든 생산분에 대하여 조정해 주어야 하기 때문에 생산성이 낮다. 뿐만 아니라, 온도나 주변 환경 변화, 주파수 등에 따라 비선형 특성이 변화할 수 있기 때문에 양산 및 사용 시 주의가 필요하다.
또한, 도 2b는 종래의 광중계기에 있어서, 피드포워드 선형전력증폭기의 구성을 보인 도면으로서, 도 2b에 도시한 피드포워드 선형 전력증폭기(LPA; Linear Power Amplifier)는 모든 주변 여건 변화에 대하여 능동적으로 루프(Loop)의 특성에 의해 선형성이 보장되기 때문에 매우 안정적인 선형성을 나타내지만, 회로가 복잡해지고 고가이기 때문에 HPA 선정 시, 경제성 분석이 필수적으로 요구된다. 뿐만 아니라, 2~3W 정도의 낮은 출력에 대해서는 성능 및 안정성 면에서 유리하지만 경제성 및 열효율이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 회로를 간소화하고 이에 따라 경제성 및 열효율을 높일 수 있으며, 상황의 변화에 대응하여 선형화할 수 있는 선형화 장치가 요망된다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 CDMA시스템의 광중계기에 사용되는 전력증폭기의 선형성을 개선하여 생산성, 안정성 및 전력효율을 높일 수 있는 광중계기용 전력증폭기의 디지털 선형화 장치를 제공함에 있다.
상기의 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 광중계기용 전력증폭기의 디지털 선형화 장치는:
광선로를 따라 상기 광중계기로 전송되는 광신호를 변환한 전기신호로부터 기저대역신호를 추출하는 기저대역신호 추출기; 및
상기 기저대역신호 추출기로부터 추출된 기저대역신호를 상기 전력증폭기의 비선형성 특성과 반대 특성을 가지도록 디지털 신호 처리하여 보상하고, 상기 전력증폭기의 입력으로 제공하는 기저대역용 전치보상기;로 이루어짐을 특징으로 한다.
또한, 상기 기저대역용 전치보상기는, 고밀도 집적회로로 구현된 디지털 신호처리 모듈임을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 디지털 선형화 장치를 포함하여 구성된 광중계기의 송신부 구성도로서, 기지국(10)으로부터 커플러를 통해 전송되는 RF신호는 전광변환기(20)에서 광신호로 변환된다. 상기 변환된 광신호는 기지국(10)과 광중계기 사이에 설비된 광선로를 통하여 상기 광중계기로 전송된다. 상기 광신호는 광중계기의 광전변환기(32)에서 다시 RF신호로 변환된다.
상기 광전변환기(32)에서 변환된 RF신호는 주파수 합성부(Local PLL; Phase Lock Loop)에서 생성된 신호와 Mixing되어 기저대역신호 추출기(102)로 입력된다. 상기 기저대역신호 추출기(102)는 상기 Mixing된 신호로부터 기저대역신호를 추출하고, 추출한 기저대역신호를 기저대역용 전치보상기(104)로 입력한다.
이에 따라, 상기 기저대역용 전치보상기(104)는 상기 기저대역신호 추축기(102)로부터 입력되는 기저대역신호를 전치보상한다. 상기 기저대역용 전치보상기(104)상기 전치보상된 기저대역신호는 주파수 합성부에서 생성된 신호와 Mixing되어 CDMA시스템의 송신주파수로 업컨버팅(Up Converting)된 후, HPA(106)로 인가된다.
상기 HPA(106)는 기저대역에서 전치보상된 신호가 기타 송신단을 거친 신호를 듀플렉서(Duplexer)(50)의 손실을 감안하여 적절한 신호의 크기로 증폭한다.
본 발명에 따른 광중계기용 전력증폭기의 디지털 선형화 장치는 기저대역신호를 추출하고 이를 디지털 신호 처리 칩을 이용하여 전치보상함으로써, 종래의 광중계기에서 사용되던 전치보상회로 및/또는 피드포워드 방식에 의한 전력증폭기의 비선형성 보상 방법에서 해결할 수 없었던 회로의 단순화 및 이에 따른 경제성 및 열효율의 향상과, 상황의 변화에 대응한 선형화 장치를 제공할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 디지털 신호처리에 의하여 기저대역에서 이루어지는 전치보상을 수행함으로써, 온도나 주변 환경 변화, 주파수 등에 따라 변화하는 CDMA시스템의 광중계기에 사용되는 전력증폭기의 특성에 대응하여 선형화를 수행할 수 있는 이점이 있다.
또한, 디지털 신호처리 칩을 사용함으로써 회로를 단순하게 구성할 수 있으므로, 이에 따라 경제성 및 열효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 CDMA시스템에 있어서 기지국과 연동하여 동작하는 광중계기를 나타낸 시스템 개념도,
도 2a는 종래의 광중계기에 있어서, 전치보상회로에 의한 전력증폭기의 비선형성 보상 방법을 보인 도면,
도 2b는 종래의 광중계기에 있어서, 피드포워드 선형전력증폭기의 구성을 보인 도면,
도 3은 종래의 비선형 보상방법을 채용한 전력증폭기를 구비하는 광중계기의 송신부를 보인 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 디지털 선형화 장치를 포함하여 구성된 광중계기의 송신부 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 기지국(BTS) 20: 전광변환기
30: 광중계기 송신부 32: 광전변환기
34: 중간주파수대역통과필터(SAW필터)
36: 종래의 비선형보상 방식을 갖는 고출력 전력증폭기
40: 이동국(MS) 50: 듀플렉서
100: 디지털 선형화 장치를 채용한 광중계기 송신부
102: 기저대역신호 추출기 104: 기저대역용 전치보상기
106: 고출력 전력증폭기(HPA)
Claims (2)
- 광중계기용 전력증폭기의 선형화 장치에 있어서:광선로를 따라 상기 광중계기로 전송되는 광신호를 변환한 전기신호로부터 기저대역신호를 추출하는 기저대역신호 추출기; 및상기 기저대역신호 추출기로부터 추출된 기저대역신호를 상기 전력증폭기의 비선형성 특성과 반대 특성을 가지도록 디지털 신호 처리하여 보상하고, 상기 전력증폭기의 입력으로 제공하는 기저대역용 전치보상기;로 이루어짐을 특징으로 하는 광중계기용 전력증폭기의 디지털 선형화 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 기저대역용 전치보상기는,고밀도 집적회로로 구현된 디지털 신호처리 모듈임을 특징으로 하는 광중계기용 전력증폭기의 디지털 선형화 장치.
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Cited By (2)
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KR100720743B1 (ko) * | 2006-11-22 | 2007-05-23 | 주식회사 프리웍스 | 디지털 전치 왜곡을 이용한 디지털 광중계 시스템 및 그방법 |
KR100821116B1 (ko) * | 2006-04-25 | 2008-04-11 | 에스케이텔레시스 주식회사 | 디지털광중계기의 리모트 |
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- 2003-09-24 KR KR1020030066302A patent/KR100583424B1/ko not_active IP Right Cessation
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