KR20050088488A - 다중 모드 송신기 - Google Patents

Abstract

몇몇 모드들 중 하나로 동작할 수 있는 무선과 호환가능한 매우 효율적인 선형 송신기를 제공하는 시스템 및 방법이 개시되어 있다. 정규 동작 모드에서, 무선 주파수 전력 증폭기(RFPA; 112)는 엔벨로프 트래킹 모드(envelope tracking mode)에서 동작한다. 따라서, 상기 RFPA 공급 전압은 선형 변조의 엔벨로프를 따른다. 대안적 동작 모드에서, 공급 변조기(102)는 고정된 DC 전압으로 로크(lock)된다. 고효율 레벨은 상기 RFPA를 공급하기 위해 단일의 민첩한 DC-DC 변환기(single agile DC-DC converter)를 사용하여 상기 정규 모드와 상기 대안적 모드 모두에서 유지된다. 상기 변환기 입력 전압은 동작 모드에 따라 전환된다.

Description

다중 모드 송신기{MULTIPLE MODE TRANSMITTER}

본 발명은 일반적으로 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 다중 동작 모드들을 갖는 송신기에서 동작 효율성을 증가시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

이동 및 개인 통신 서비스들에 대한 증가하는 요구는 스펙트럼하게 효율적인 변조 체계들에 대한 관심을 일으키고 있다. 게다가, 보다 큰 네트워크 호환성을 제공하기 위해 셀룰러 전화들과 같은 다중 변조가능 이동국들에 대한 바램 또한 증가하고 있다. 예를 들면, 일리노이주, 샤움버그, 모토롤라사의 iDEN 네트워크 호환 이동국들의 특정 모델들은 네이티브 iDEN 동작 모드 이외에도 토크어라운드(talkaround)라고 알려진 동작 모드를 제공한다.

토크어라운드는, 네트워크 또는 중계기를 통과하지 않고서 제 1 이동국이 제 2 이동국과 직접 통신 및 접속할 수 있도록 중계기를 바이패스(bypass)하거나 피하여 대화하는(talkaround) 방법이다. 이는, 서로 근접한 이동국들이 중계기 없이 또는 중계기가 고장인 경우 다른 이동국에 통신할 수 있도록 한다.

선형 변조된 이동 시스템들을 위한 이상적인 증폭기는 또한 전력 효율적인 선형 증폭기이라는 것이 널리 인식되어 있다. 선형 송신기들은 잘 알려져 있다. 이러한 장치들에서 선형성 및 효율성 모두를 달성하기 위해, 선형화 기술이 데카르트 피드백 루프(Cartesian feedback loop)와 같은 전력 증폭기에 사용될 수 있다. 데카르트 피드백 루프는 출력 주파수 및 전력 레벨을 증폭하고 상향 변환(up-convert)하기 전에 기저대역 피드백 신호를 직각 성분 신호들(예를 들면, 동상 (I) 및 구상 (Q) 신호들)에 합산하는 폐쇄 루프 부궤환 기술(closed loop negative feedback technique)이다. 기저대역 직각 변조의 데카르트 피드백은 낮은 복잡성과 비용으로 상호변조 왜곡의 감소를 제공한다. 상술된 시스템 및 방법들은, 공급 변조기가 트레이닝 동안에 고정 DC 전압으로 로크(lock)되는 데카르트 피드백 루프에서 RFPA에 대한 트레이닝 방법을 제공한다. 상기 트레이닝 개념은 본 발명의 발명자에 의해 취득되고 참조로서 여기에 포함된 고효율 증폭기에 대한 트레이닝 체계의 미국특허공보 제6,353,359호에 더욱 상세히 기재되어 있다.

그러나, 정규 및 토크어라운드 동작 모드들 모두를 갖는 이동 시스템들에서 사용하는 것과 같은 선형 및/또는 일정한 엔벨로프 동작을 위한 다중 동작 모드는 언급되지 않았다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 송신기의 기능적인 개략 블록도.

도 2는 제 1 동작 모드에서 상기 송신기의 RFPA 공급 전압 파형들의 도면.

도 3은 제 2 동작 모드에서 상기 송신기의 RFPA 공급 전압 파형들의 도면.

본 명세서에서 기술되는 새로운 듀얼 모드 송신기는 다중 모드 이동국들(MS)과 호환가능한 매우 효율적인 선형 송신기를 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. iDEN 모드와 같은 정규 동작 모드(normal mode of operation)에서, 무선 주파수 전력 증폭기(RFPA)는 엔벨로프 트래킹 모드에서 동작한다. 따라서, RFPA 공급 전압은 선형 변조의 엔벨로프를 따른다. 토크어라운드와 같은 대안적인 동작 모드에서, 공급 변조기는 고정 DC 전압으로 로크된다. 듀얼 모드 송신기는 별도로 또는 칩셋을 사용하여 구현될 수 있다.

RFPA를 공급하기 위해 공급 변조기로서 단일의 민첩한(agile) DC-DC 변환기를 사용함으로써 고효율 레벨이 정규 모드 및 대안적 모드 모두에서 유지된다. 변환기 입력 전압은 동작 모드에 따라 전환된다. 예를 들면, 예시적인 실시예에서, 상술된 정규 iDEN 동작 모드에서, 엔벨로프의 대역 제한된 근사치가 사용된다. 대안적 토크어라운드 모드에서, 고정 DC 전압이 사용된다.

본 명세서에 기술되는 다중 모드 송신기 시스템 및 방법의 특정 장점은 iDEN 및 토크어라운드 모드들을 포함하여 모든 동작 모드들에서 실현되는, 효율성 증가 및 열 손실 감소이다.

도 1은 본 발명의 양상에 따른 선형 송신기를 도시한다. 디지털 신호 프로세서(도시되지 않음)는 입력 신호를 가변 감쇠기 구성요소(104)에 제공하기 위해 사용될 수 있다. 입력 신호는 직각 성분들(예를 들면, 동상 및 구상 신호 성분들)을 갖는 복잡한 디지털 기저대역 신호일 수 있다. 감쇠기 구성요소(104)는 합산 접합부(summing junction; 106)에 결합되는 감쇠된 기준 신호를 제공한다. 합산 접합부(106)는 입력으로서 에러 신호를 제 2 기저대역 증폭기(108)에 제공하기 위해 기준 신호를 제 1 기저대역 증폭기(118)로부터 출력되는 다운 믹서 신호와 합산하거나 조합한다. 제 2 기저대역 증폭기(108)는 입력에 대한 이득 대 에러 신호를 IQ 업-믹서(110)로 제공한다. IQ 업-믹서(110)는 에러 신호를 로컬 발진기(LO)의 주파수에 의해 결정되는 것으로 송신을 위해 필요한 무선 주파수(RF)로 변환한다. 그 다음, 신호는 차례로 RF 출력 신호를 제공하는 RF 전력 증폭기(112)에 입력으로서 제공된다.

부궤환 피드백 교정 루프는 송신기(100)의 선형 동작을 보장하기 위해 제공된다. 도 1의 본 예가 데카르트 피드백 루프를 도시하지만, IF 피드백 및 RF 피드백 루프들과 같은 다른 피드백 루프들이 사용될 수 있다. 트레이닝에 의해 용이해질 수 있는 어떠한 피드백 교정도 본 발명을 수행하는데 이용될 수 있다. 부궤환 피드백 교정 루프는 IQ 다운-믹서(116) 및 상기 합산 접합부(106)에 결합된 제 1 기저대역 증폭기(118)를 포함한다.

선형 송신기는 또한 입력 트레이닝 신호에 대한 피드백 신호의 위상 조정 및 전력 증폭기에 대한 최대 클립(clip) 레벨의 결정을 제공하는 트레이닝 모드를 포함한다. 위상 시프트 구성요소(114)는 루프 위상을 설정하기 위해 사용된다. 진폭 트레이닝은 또한 감쇠기(104)에 제공된다. 감쇠 조정 및 위상 시프트 조정들은 트레이닝 파형과 연관하여 제공된다. 간단히 말하면, 트레이닝 동안, 시스템은 RF 전력 증폭기의 공급 전력의 변조를 위한 변조기 구성요소를 갖는 선형 증폭기 시스템에 대한 트레이닝 체계를 이용한다. 공급 변조기는 RF 전력 증폭기의 최대 포화점(saturation point)에 대응하는 RF 전력 증폭기의 최대 또는 피크 공급 전압에서 로크되거나 설정한다. 트레이닝 모드는, 입력 신호가 제공되고 RF 전력 증폭기에 대한 위상 조정 및 감쇠 조정 레벨이 결정되는 경우 진입된다. 위상 조정 및 감쇠 조정은 정규 동작에서 이용된다.

트레이닝 파형 방법론의 더욱 상세한 설명은 본 명세서에 참조로서 포함된, 게일러스 등(Gailus et al.)에 의한 미국특허공보 제5,066,923호의 제목 "선형 송신기 트레이닝 방법 및 장치(Linear Transmitter Training Method and Apparatus)"에서 찾아볼 수 있다. 다른 트레이닝 방법론은 본 명세서에 참조로서 또한 포함된 보스코빅 등(Boscovic et al.)에 의한 미국특허공보 제5,748,038호의 제목 "선형 전력 증폭기에서 증폭기 트레이닝의 방법(Method for Amplifier Training in a Linear Power Amplifier)"에 기재되어 있다.

변조기 구성요소(102)는 RF 전력 증폭기(112)의 동작점을 변조하기 위해 제공된다. 변조기 구성요소(102)는 바람직하게 단일의 민첩한 DC-DC 변환기이고 RF 전력 증폭기(112)의 공급 전압의 변조를 제공한다. 변조기 구성요소(102)는, 무선이 정규 또는 iDEN 동작 모드에서 동작할 때 RF 입력 신호(I 및 Q)의 엔벨로프 F(env(t))의 함수를 표현하는 엔벨로프 신호 R(t)를 수신한다. 대안적으로, 변조기 구성요소(102)는, 상기 무선이 토크어라운드 동작 모드에서 동작할 때 고정 DC 신호를 표현하는 엔벨로프 신호 R(t)를 수신한다. 따라서, RFPA 공급은 개선된 효율성을 위한 압축 포인트에 더 근접하여 RFPA를 동작시키기 위해 RF 신호의 엔벨로프에 따라 변조된다.

정규 또는 iDEN 동작 모드에서, 예를 들면, 엔벨로프의 함수는 입력 신호를 변조기(102)에 제공하기 위해 실제 엔벨로프 신호 "R(t)"에 의해 승산된 상수 "K", 또는 그의 대역 제한된 버젼일 수 있다. 변조기 구성요소(102)는 원하는 RF 출력 엔벨로프 레벨을 위해 최적의 공급 전압을 RF 전력 증폭기(112)에 제공하도록 엔벨로프 신호 R(t)를 사용한다. RF 전력 증폭기(112)의 공급 전압은 디지털 신호 프로세서(DSP) 등(도시되지 않음)에 의해 구동되는 상기 변조기 구성요소(102)에 의해 변조된다. 따라서, DSP는 주어진 필요한 순간 출력 전력에서 가장 효율적인 포인트에서 RF 전력 증폭기의 동작을 최적화하도록 동작할 수 있다. 선형 송신기(100)의 정규 동작 동안에, 상기 공급 변조기 부분은 최대 효율로 동작하도록 RF 전력 증폭기에 공급되는 전압을 변조시킨다.

입력 신호들(I 및 Q)은 감쇠기 구성요소(104)에 입력된다. 엔벨로프 R(t)는 또한 입력 신호들(I 및 Q)의 함수이다. 따라서, 입력 신호들이 변조하고 그 진폭이 변함에 따라, 엔벨로프 R(t)는 변조하고 변조기(102)는 RF 전력 증폭기(112)로의 공급 전압을 변화시킨다. 예를 들면, 공급 변조는, R(t) 신호가 또한 루프에서 에러 신호의 함수이도록 데카르트 피드백과 조합된다.

일반적으로, DSP는 송신될 신호의 엔벨로프를 따르거나 추적하는 변조 신호를 발생시킨다. 종래의 시스템들에서, RF 전력 증폭기 이전에 상기 신호에 대한 피드백의 영향은 결코 고려되지 않았다. 특정 상황에서, 이러한 피드백은 종종 최적의 압축 레벨로부터의 편이를 초래한다. 본 발명의 시스템에서, 압축 검출 또는 감지는 I 및 Q 신호들을 감지하고 기저대역 증폭 이후에 그들을 I+I' 및 Q+Q'의 합산 결과에 비교한다. 압축 검출 기능은 예상 신호를 실제 신호와 비교하고 그 이후에 대신에 기저대역 증폭기(도시되지 않음) 이전의 시점에서 샘플링한다.

예상 신호 레벨은 룩업 테이블과 같이 계산 또는 매핑에 의해 결정된다. 과도한 압축이 나타나면, 기저대역 증폭기의 출력에서의 신호가 데카르트 피드백의 영향들로 인해 증가한다. 상기 비교가 최적의 압축 레벨로부터의 편이가 RF 증폭 시 발생할 것이라고 가리키면, DSP는 변조 신호를 조정하므로, 송신되는 신호의 엔벨로프와의 자동 대응으로부터 빗나갈 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, RFPA 공급 전압은 공급 변조기가 iDEN 엔벨로프를 따르는 iDEN 모드에서 동작한다. 효율성은 본 발명의 송신기 아키텍쳐를 사용하여 상당히 증가된다. 예를 들면, 효율성은 공급 변조를 사용하여 단일 말단(ended) RFPA에 대해 22%에서 43%로 증가한다. 게다가, 3:1 모드에서 RFPA 열 손실은 0.95W에서 63% 감소인 0.35W로 감소된다.

지금, 도 3을 참조하면, 출력이 고정 DC 전압으로 로크되는 토크어라운드 모드에서 동작하는 공급 변조기가 도시되어 있다. 효율성은 예를 들어, 23%에서 45%로 증가한다. RFPA 열 손실은 2.68W에서 0.977W로 63.5% 감소된다. 토크어라운드가 연속 모드에서 동작하므로, 열의 감소는 기준 발진기 시프트(reference oscillator shift)를 크게 피하고 배터리 수명을 증가시킨다. 최적의 결과들을 위해, 토크어라운드 모드에서 설정한 공급 변조기 출력 전압은 출력 전력 명세서들을 부합하는데 필요한 최소값으로 선택되며, 이에 따라 최대화된 효율을 초래한다. 필요하지 않지만, 상기 설정은 바람직하게 공장 튜닝(factory tune)된다.

다른 양상에서, 본 명세서에 기술되는 듀얼 모드 송신기는 DC-DC 변환기를 바이패스하는 능력을 제공한다. 이와 같이, 토크어라운드 모드에서 배터리는 DC-DC 변환기의 효율성 히트(efficiency hit)를 피하기 위해 전력을 RFPA에 직접 공급한다. 상술된 바이패스 모드는, 토크어라운드 모드에서 RFPA의 최적의 동작점이 배터리 전압에 근접할 때 특히 유용하다. 바이패싱 방법은, 예를 들면, DC-DC 변환기와 병렬인 스위치를 포함한다. 대안적으로, DC-DC 변환기는 내부 스위치들이 배터리를 토크어라운드 모드에서 RFPA에 직접 접속하도록 구성되는 바이패스 모드를 포함한다.

다양한 양상들에서 본 발명의 다른 변경 및 수정들의 구현이 당업자에게 명백하고 본 발명은 기재된 특정 실시예들에 의해 제한되지 않는다는 것을 알아야 한다. 따라서, 본 발명에 의해 기본적인 원리들과 청구범위의 정신과 범위 내에 속하는 어떠한 그리고 모든 수정들, 변경들, 또는 등가물들이 포함될 것으로 예상된다.

Claims (10)

1. 다중 모드 송신기에 있어서,

   다수의 유형들의 신호들 중 하나를 수신하고 상기 수신된 신호에 대응하는 RF 신호를 출력하기 위한 변조기로서, 상기 수신된 신호는 상기 다중 모드 송신기의 미리결정된 동작 모드에 대응하는, 상기 변조기, 및

   상기 RF 신호를 수신하고 증폭된 신호를 출력하기 위한 RF 전력 증폭기로서, 상기 증폭된 신호는 상기 송신기가 상기 미리결정된 동작 모드에서 동작할 때 상기 송신기의 동작의 효율성을 최대화하는, 상기 RF 전력 증폭기를 포함하는, 다중 모드 송신기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 변조기는 상기 변조기가 동작하는 상기 동작 모드에 대한 효율성을 최대화하기 위한 신호를 출력하도록 구성되는 단일 공급 변조기를 포함하는, 다중 모드 송신기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 변조기는 DC-DC 변환기를 포함하는, 다중 모드 송신기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 변조기의 출력은 상기 수신된 신호의 RF 엔벨로프(RF envelope)를 닮은 신호를 따르는, 다중 모드 송신기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 수신된 신호는 미리결정된 동작 모드에 기초하여 선택되는, 다중 모드 송신기.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 수신된 신호는 엔벨로프 신호를 포함하는, 다중 모드 송신기.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 수신된 신호는 고정 DC 전압을 포함하는, 다중 모드 송신기.
8. 무선 통신 시스템에 있어서,

   다수의 동작 모드들 중 하나에서 동작하도록 구성된 선형 송신기,

   상기 선형 송신기가 동작하는 특정 모드에 대응하는 입력 신호,

   상기 입력 신호를 수신하고, 상기 선형 송신기가 동작하는 모드에 대응하는 RF 신호를 출력하기 위한 변조기, 및

   상기 RF 신호를 수신하고 증폭된 신호를 출력하기 위한 전력 증폭기로서, 상기 증폭된 신호는 상기 선형 송신기가 동작하는 특정 모드의 동작의 효율성을 최대화하는, 상기 전력 증폭기를 포함하는, 무선 통신 시스템.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 다수의 동작 모드들 중 하나는 엔벨로프 트래킹 모드를 포함하는, 무선 통신 시스템.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 다수의 동작 모드들 중 하나는 상기 엔벨로프가 실질적으로 일정한 모드를 포함하는, 무선 통신 시스템.