KR20050034520A - 무선 송신기 - Google Patents

Abstract

무선 송신기는 전력 증폭기 및 상대 왜곡 레벨과 기준 왜곡 레벨을 비교하고 상기 비교를 토대로 전력 증폭기의 바이어스 입력을 제어하는, 출력 신호에서 이 상대 왜곡 레벨을 결정하는 회로를 포함한다. 이 바이어스 입력은 상대 왜곡 레벨이 기준 왜곡 레벨과 동일하게 되도록 제어될 수 있고, 이 기준 왜곡 레벨은 요구된 인접 채널 누설 비(ACLR : Adjacent Channel Leakage Ratio)를 토대로 설정되어, 장치의 전력 소모가 불필요하게 증가되지 않도록 하면서, 요구된 ACLR이 부합되도록 한다.

Description

무선 송신기{RADIO TRANSMITTER}

본 발명은 무선 송신기에 관한 것이며, 특히 특정 왜곡 한계와 일치하여야 하는 통신 시스템에 사용하기 위한 무선 송신기에 관한 것이다.

GSM, UMTS와 같은 무선 통신 시스템 및 그외 다른 통신 시스템에 관한 사양은, 네트워크 사용자에 의해 동작되는 무선 핸드셋이 어떤 표준과 일치되도록 하여야 한다. 예를 들어, 핸드셋이 전용 채널을 토대로 신호를 전송할 때, 다른 채널상에 제공되는 어떤 왜곡이 존재하는 것을 피할 수 없다. 그러나, 이 표준은 왜곡이 엄격한 한계 내에서 유지되도록 하여야 한다. 이 조건이 부합되지 않으면, 서로 다른 핸드셋으로부터의 신호가 서로 간섭되는 수용할 수 없는 위험성이 존재한다.

무선 송신기에서 전력 증폭기를 선형화함으로써 왜곡 레벨을 감소시키기 위한 각종 기술이 공지되어 있다. 그러나, 이와 같은 기술은 통상적으로, 장치의 전력 소모를 증가시키는데, 특히 배터리로 동작되는 핸드셋의 경우에 가능한 전력 소모를 감소시키는 것이 유용하다.

본 발명의 제1 양상을 따라서, 전력 증폭기를 포함하는 무선 송신기가 제공되는데, 상기 송신기는 출력 신호에서 상대 왜곡 레벨을 결정하는 수단, 이 상대 왜곡 레벨을 기준 왜곡 레벨과 비교하는 수단 및 상기 비교를 토대로 전력 증폭기의 바이어스 입력을 제어하는 수단을 포함한다.

이는, 증폭기의 전력 소모를 최소로 유지시키면서 왜곡 레벨에 대한 관련 표준과 일치시키는 이점이 있다. 이는, 입력 신호 레벨이 규칙적으로 변경되고 요구된 상대 왜곡 레벨이 변경되지 않은 채로 있는 경우, 송신기가 폐루프 전력 제어 하에서 무선 시스템에서 동작시 특히 유용하다.

송신기(10)는 종래와 같이, 입력 데이터 신호를 수신하여 이를 캐리어 신호로 변조하여 무선 인터페이스를 통해서 수신기(도시되지 않음)로 무선 주파수로 전송시키는 송신기 회로(TX)(12)를 포함한다. 단지 예시를 위하여, 임의의 간편한 형태의 변조가 사용될 수 있지만, 송신기(10)는 UMTS 무선 통신 시스템에서 동작된다라고 추정될 수 있다.

송신기 회로(12)에 의해 발생된 무선 주파수 신호는 커플러(14)를 통해 공진기(resonator)(16)로 통과한다. 이 공진기(16)는 동조 회로 형태를 취하는데, 이 동조 회로는 공지된 방식으로 제어 메커니즘(도시되지 않음)에 의해 무선 주파수 신호의 주파수에 동조된다. 이 공진기(16)는 대역통과 필터로서 작용함으로, 송신기 출력에서 원치않는 신호의 레벨을 감소시키도록 작용한다.

공진기(16)로부터의 신호는 어떤 간단한 형태일 수 있는 전력 증폭기(18)로 통과된다. 일반적으로 종래에서 처럼, 증폭기(18)는 증폭기에 인가되는 바이어스 신호의 제어 하에서 전송된 신호를 증폭하도록 작용한다. 바이어스 신호는 이하에 보다 상세하게 설명되는 바와 같은, 제어 회로(20)에 의해 조정된다.

이 증폭된 신호는 제2 지향성 커플러(directional coupler)(22)를 통해서, 예를 들어, 송신 안테나(도시되지 않음)에 접속될 수 있는 출력(24)으로 통과된다.

전송기 출력 신호의 샘플은 커플러(22)에 의해 제거되고 제어 회로(20)로 통과된다. 전송기 출력 신호의 샘플은 또한, 감쇄기(attenuator)(26) 및 피드백 신호를 발생시키는 조정 가능한 루프 위상 제어기(28)로 통과된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 루프 위상 제어기(28)의 출력에서 피드백 신호의 샘플이 송신기 출력 신호의 샘플 대신에 제어 회로(20)로 통과될 수 있다는 것에 유의하여야 한다.

종래에서 처럼, 감쇄기(26) 및 루프 위상 제어기(28)는 송신기(10)에서 피드백 루프를 안정화시키도록 작용한다. 이로 인한 피드백 신호는 커플러(14)에서 입력 신호로부터 감산된다. 그러므로, 피드백 루프는, 출력(24)에서 송신기 출력 신호가 소망의 출력 신호를 갖도록 작용한다.

지금까지 서술된 바와 같이, 제어 회로(20)를 제외하면, 송신기(10)는 일반적으로, 예를 들어 WO01/89081로부터 공지된 종래의 유형이다. 그러나, 본 발명이 어떠한 형태의 선형 또는 선형화된 송신기에 적용될 수 있고, 본 발명이 특히, 피드백 선형화를 사용하는 모든 송신기에 적합하지만, 본 발명의 사용은 이와 같은 송신기로 국한되지 않는다. 동일한 기술이 또한, 대안적인 이득 제어 기술을 사용하는 송신기에 적용될 수 있다.

도2는 제어 회로(20)의 형태를 개요적으로 도시한 블록도이다.

출력 신호의 샘플은 신호를 기저대로 변환시키도록 작용하고 이 신호 엔벨롭(signal envelope)을 검출하는 검출기(40)에 공급된다. 검출기(40)의 형태 그 자체는 전체적으로 종래의 것이다. 검출된 엔벨롭은 저역 통과 필터(42)에 인가되는데, 이 필터는 단지 원하는 신호 성분만을 통과시킨다. 필터링된 신호는 제1 로그 변환기(log converter)(44)로 통과되며, 이 로그 변환기는 필터링된 신호 진폭의 대수(logarithm)에 비례하는 출력을 발생시킨다.

이 검출된 엔벨롭은 또한, 대역 통과 필터(46)에 인가되는데, 이 대역 통과 필터는 원하는 신호 성분을 제거하여 출력 신호의 왜곡 성분을 포함하는 신호를 발생시킨다. 바람직한 경우, 대역 통과 필터(46)는 고역 통과 필터로 대체될 수 있다.

이 필터링된 신호는 제2 로그 변환기(48)로 통과되는데, 이 로그 변환기는 필터링된 신호 진폭의 대수에 비례하는 출력을 발생시킨다.

제1 및 제2 로그 변환기(44, 48)로부터의 출력은 감산기(50)로 통과되는데, 상기 감산기에서 왜곡 성분의 대수와 비례하는 신호가 원하는 성분의 대수와 비례하는 신호로부터 감산된다. 이것이 왜곡 성분 및 원하는 성분의 대수간의 차에 비례하고, 이에 따라서, 상기 원하는 성분 대 상기 왜곡 성분의 비에 비례하는 신호를 발생시킨다.

어떤 무선 통신 시스템에서, 예를 들어, UMTS 사양에서, 최대 허용 가능한 왜곡은 원하는 신호 전송 전력의 비로서 표현된다. 따라서, UMTS 사양은 인접 채널 누설 비(ACLR: Adjacent Channel Leakage Ratio)가 모든 출력 전력 레벨에서 -33dB 보다 훨씬 좋게 되도록 할 것을 요구한다.

그러므로, 감산기(50)의 출력 신호는 비교기(52)의 제1 입력으로 통과되는 반면, 기준 레벨은 비교기(52)의 제2 입력(54)으로 통과된다. 기준 레벨은 적절한 조정을 통해서 적절한 사양에 의해 설정된 비에 대응한다.

이 조정에 대한 필요성이 제기되었는데, 그 이유는 대역 통과 필터(46) 및 제2 로그 변환기(48)에 의해 측정된 왜곡 성분이 인접 채널 누설 비 측정에 사용되는 왜곡 성분에 정확하게 대응할 필요가 없기 때문이다. 예를 들어, 인접 채널 누설 비는 인접 채널에서의 왜곡 성분을 토대로 계산될 수 있는데, 여기서 채널은 UMTS에서 5MHz 폭으로 된다. 인접 채널은 통상적으로, 원하는 신호의 3차 상호변조 곱(intermodulation products) 이외에 일부 5차 상호변조 곱을 포함한다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 대역 통과 필터(46)의 대역폭은 측정된 왜곡 성분이 단지 원하는 신호의 3차 상호변조 곱 만을 포함하도록 설정된다. 이것은, 필요한 신호 처리 대역폭을 최소화하는 장점을 갖는다.

다른 실시예에서, 측정된 왜곡 성분이 원하는 신호의 전부 보다 작은 3차 상호변조 곱을 포함하거나 원하는 신호의 3차 상호변조 곱 이외에 원하는 신호의 일부 또는 전부의 5차 상호변조 곱을 포함하도록, 대역통과 필터(46)의 대역폭을 설정하는데 유용하다는 것을 알 수 있다.

어떤 경우엔, 측정된 왜곡 성분이 인접 채널 비를 계산시에 사용되는 것 보다 크거나 작은 것을 포함하도록 대역 통과 필터(46)의 대역폭이 설정되면, 이 성분에서 측정된 전력은 이에 따라서 증가하거나 감소되도록 한다. 측정된 전력을 증가 또는 감소시키는 인자는 적절한 측정에 의해 결정될 수 있다.

비교기(52)의 제2 입력(54)으로 통과되는 기준 레벨 값을 설정시 이와 같은 어떤 변화를 고려할 수 있다.

그 후, 비교기(52)에서의 비교 결과는 계산 블록(56)으로 통과된다. 비교기(52)에서 얻어진 비교 결과를 토대로, 계산 블록(56)은 전력 증폭기(18)에 인가되는 제어 신호를 발생시킨다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 전력 증폭기가 전류 또는 전압 제어될 수 있지만, 제어 신호는 전력 증폭기에 공급되는 바이어스 전류를 조정하도록 사용된다.

예를 들어, 원하는 신호의 전송 전력 대 왜곡 성분 전력의 비가 적절한 사양에 의해 요구되는 것 보다 큰 경우, 바이어스 전류는 감소될 수 있다, 그러나, 원하는 신호 전송 전력 대 왜곡 성분 전력의 비가 적절한 사양에 의해 요구된 것 보다 작은 경우, 바이어스 전류는 증가되어 상기 비를 개선시킬 수 있다.

바이어스 입력의 변화 효과는 전력 증폭기(18)의 동작점을 제어하는 것인데, 즉 전력 증폭기가 소정 출력 신호 레벨 동안 얼마나 많은 왜곡을 발생시키는지를 제어한다. 바이어스 입력의 변화가 또한, 전력 증폭기의 이득을 변화시키지만, 피드백 메커니즘은 어떤 이와 같은 이득 변화를 상쇄시키고, 바이어스 입력을 변화시키는 주요한 효과는 전력 증폭기 출력 신호의 왜곡 정도를 제어하는 것이다. 왜곡 정도를 감소시키면은 높은 전력 소모에 패널티(penalty)를 부가하는 반면에, 낮은 전력 소모는 보다 큰 왜곡의 대가로 이루어질 수 있다.

그러므로, 제어 회로(20)는 측정된 왜곡 정도가 가능한 기준 레벨에 근접하도록 작용한다.

이것이, 적절한 사양에 의해 설정된 인접 채널 누설 비가 항상 부합되도록 하지만 초과하지 않도록 한다. 그러므로, 이는, 전력 증폭기의 전력 소모 및 바이어스 전류를 이 요구조건에 부합하여 가능한 낮게 유지시킨다.

도3은 대안적인 형태의 제어 회로(20)를 개요적으로 도시한 블록도이다.

이 경우에, 출력 신호의 샘플은 코히어런트 검출기(60)에 공급된다. 특히, 출력 신호의 샘플은 리미터(limiter)(62)에 인가되어 그 내의 어떠한 진폭 변화를 제거하여 증폭기(64)에 인가되는데, 이 증폭기에서 상기 리미터(62)로부터의 출력과 승산된다. 따라서, 검출기(60)는 도2에 도시된 특정 공지된 형태의 검출기(40)이다. 이는 높은 동적 범위 및 저 잡음의 이점을 갖는다.

검출된 엔벨롭은 단지 원하는 신호 성분만을 통과시키는 저역 통과 필터(66)에 인가된다. 필터링된 신호는 필터링된 신호 진폭의 대수에 비례하는 출력을 발생시키는 제1 로그 변환기(68)로 통과된다.

검출된 엔벨롭은 또한, 원하는 신호 성분을 제거하고 출력 신호의 왜곡 성분을 포함하는 신호를 발생시키는 대역 통과 필터(70)에 인가된다. 원하는 경우, 대역 통과 필터(70)는 고역 통과 필터로 대체될 수 있다. 이 필터링된 신호는 필터링된 신호 진폭의 대수에 비례하는 출력을 발생시키는 제2 로그 변환기(72)로 통과된다.

제1 및 제2 로그 변환기(68, 72)로부터의 출력은 감산기(74)로 통과되는데, 이 감산기에서 왜곡 성분의 대수에 비례하는 신호는 원하는 성분의 대수에 비례하는 신호로부터 감산된다. 이는 원하는 성분 및 왜곡 성분의 대수간의 차에 비례하고 원하는 성분 대 왜곡 성분의 비에 비례하는 신호를 발생시킨다.

도2를 참조하여 서술된 바와 같이, 감산기(74)의 출력 신호는 비교기(76)의 제1 입력으로 통과되는 반면, 기준 레벨은 비교기(76)의 제2 입력(78)으로 통과된다. 이 기준 레벨은 적절한 사양에 의해 설정된 비에 대응한다.

그 후, 이 비교 결과는 계산 블록(80)으로 통과된다. 비교기(76)에서 얻어진 비교 결과를 토대로, 상기 계산 블록(80)은 전력 증폭기(18)에 인가되는 제어 신호를 발생시킨다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제어 신호는 전력 증폭기에 공급되는 바이어스 전류를 조정하도록 사용된다.

상기와 같이, 원하는 신호 전송 전력 대 왜곡 성분 전력의 비가 적절한 사양에 의해 요구된 것보다 크다라고 결정되면, 바이어스 전류는 감소될 수 있다. 그러나, 원하는 신호 전송 전력 대 왜곡 성분 전력의 비가 적절한 사양에 의해 요구된 것보다 작다라고 결정되면, 바이어스 전류는 증가되어 상기 비를 개선시킬 수 있다. 이는, 적절한 사양에 의해 설정된 인접 채널 누설 비가 항상 부합하지만 초과하지 않도록 하여, 전력 증폭기의 전력 소모 및 바이어스 전류를 이 요구에 부합하여 가능한 낮게 유지시킨다.

도1에 도시된 본 발명의 예시된 실시예에서, 지향성 커플러(22)는 출력 신호의 샘플을 얻는데 사용된다. 그러나, 이 샘플은 이와 다른 방식, 예를 들어, 출력 신호를 아날로그에서 디지털 형태로 변환시키고 나서, 제어 회로(20)에서 이로 인한 디지털 신호의 복제를 사용함으로써 얻어질 수 있다.

도2 및 도3에 도시된 본 발명의 예시된 실시예에서, 저역 통과 필터(42, 46)는 출력 신호의 원하는 신호 성분을 분리시키는데 사용된다. 대안적으로, 이 신호를 필터링하는 것이 아니라, 대신에 왜곡 성분의 전력을 원하는 성분 및 왜곡 성분을 포함한 전체 출력 신호의 전력과 비교할 수 있다. 적절하게 조정된 기준 왜곡 레벨이 사용되면, 이는 효율적으로 동일한 정보를 발생시킨다.

상술된 바와 같이, 계산 블록(56, 80)에 의해 발생된 제어 신호는 전력 증폭기에 공급되는 바이어스 전류를 조정하도록 사용된다. 이는 루프 필터에서 비교 출력을 적분하고(integrating) 바이어스 전류를 제어하기 위하여 이 적분된 출력을 사용함으로써 성취될 수 있다. 대안적으로, 이 비교 결과는 전력 증폭기 바이어스 핀 제어 특성의 수학적 모델로 공급되어, 피드백 루프의 동적 특성이 근본적으로 선형이 되도록 할 수 있다.

그러므로, 서술된 무선 송신기는 통신 시스템에 필요로되는 특정 왜곡 범위에 부합한다.

본 발명은 전력 증폭기의 전력 소모를 최소로 유지시키면서 왜곡 레벨에 대한 관련 표준과 일치시키는 것이다. 이는, 입력 신호 레벨이 규칙적으로 변경되고 요구된 상대 왜곡 레벨이 변경되지 않은 채로 있는 경우, 송신기가 폐루프 전력 제어 하에서 무선 시스템에서 동작시 특히 유용하다.

도1은 본 발명의 제1 양상을 따른 무선 송신기의 개요적인 블록도.

도2는 도1의 송신기 내의 제어 회로의 개요적인 블록도.

도3은 도1의 송신기에 사용하기 위한 또 다른 형태의 제어 회로의 개요적인 블록도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 제어 회로

26 : 감쇄기

40: 검출기

44 : 로그 변환기

62 : 리미터

Claims (10)

1. 전력 증폭기를 포함하는 무선 송신기로서,

   출력 신호에서 상대 왜곡 레벨을 결정하는 수단,

   상기 상대 왜곡 레벨을 기준 왜곡 레벨과 비교하는 수단 및,

   상기 비교를 토대로 상기 전력 증폭기의 바이어스 입력을 제어하는 수단을 포함하는 무선 송신기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 출력 신호에서 왜곡 레벨을 결정하는 수단 및 상기 왜곡 레벨로부터 상기 상대 왜곡 레벨을 결정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송신기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 출력 신호에서 원하는 신호 레벨을 결정하는 수단 및,

   상기 원하는 신호 레벨 및 상기 왜곡 레벨로부터 상기 상대 왜곡 레벨을 결정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송신기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 원하는 신호 레벨의 대수에 비례하는 제1 신호를 발생시키는 수단,

   상기 왜곡 레벨의 대수에 비례하는 제2 신호를 발생시키는 수단 및,

   상기 제1 신호로부터 상기 제2 신호를 감산함으로써 상기 상대 왜곡 레벨을 결정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송신기.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 출력 신호의 신호 레벨을 결정하는 수단 및,

   상기 출력 신호의 상기 신호 레벨 및 상기 왜곡 레벨로부터 상기 상대 왜곡 레벨을 결정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송신기.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 출력 신호 레벨의 대수에 비례하는 제1 신호를 발생시키는 수단,

   상기 왜곡 레벨의 대수에 비례하는 제2 신호를 발생시키는 수단 및,

   상기 제1 신호로부터 상기 제2 신호를 감산함으로써 상기 상대 왜곡 레벨을 결정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송신기.
7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한항에 있어서,

   상기 바이어스 입력을 제어하는 수단은 상기 결정된 상대 왜곡 레벨을 상기 기준 왜곡 레벨과 실질적으로 동일하게 되도록 작용하는 것을 특징으로 하는 무선 송신기.
8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한항에 있어서,

   상기 상대 왜곡 레벨을 결정하는 수단은 왜곡 주파수 대역에서 왜곡 레벨을 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송신기.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 기준 왜곡 레벨은 무선 송신기용 특정 인접 채널 누설 비를 토대로 그리고 인접 채널 및 상기 왜곡 주파수의 대역폭간의 어떤 차를 토대로 설정되는 것을 특징으로 하는 무선 송신기.
10. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한항에 있어서,

    피드백 루프를 더 포함하는데, 상기 피드백 루프는 송신기 출력 전력을 제어하도록 동작하여, 상기 송신기의 이득이 바이어스 입력 변화에 반응하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 무선 송신기.