KR20060019483A

KR20060019483A - 휴대 인터넷 시스템에서 전력증폭기의 신호 왜곡을방지하기 위한 신호제한 장치

Info

Publication number: KR20060019483A
Application number: KR1020040105116A
Authority: KR
Inventors: 최성철; 조신호; 류규태; 이성춘; 김정휘; 이상호; 김세훈
Original assignee: 주식회사 케이티; 동원시스템즈 주식회사
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-12-13
Publication date: 2006-03-03

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 휴대 인터넷 시스템에서 전력증폭기의 신호 왜곡을 방지하기 위한 신호제한 장치에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 OFDM 방식의 휴대 인터넷 시스템에 중계기를 적용할 때, OFDM 시스템에서의 큰 PAPR에 의한 전력증폭기의 신호의 왜곡을 방지할 수 있는 신호제한 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 휴대 인터넷 시스템에서의 신호제한 장치에 있어서, '최대전력 대 평균전력의 비(PAPR)에 의한 입력 RF 주 신호'에 영향을 주기 않으면서 상기 입력 RF 주 신호로부터 소정 레벨의 RF 신호를 분리하기 위한 신호 분리 수단; 분리된 RF 신호의 레벨을 검출하여 직류전압으로 출력하는 RF 전압 검출 수단; 상기 직류전압을 기 설정된 기준전압과 비교하여, 비교 결과에 따라 제어전압을 발생시키기 위한 비교수단; 및 상기 제어전압에 따라, PAPR이 큰 상기 입력 RF 주 신호의 세기를 제한하기 위한 신호 감쇄 수단을 포함한다.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 휴대 인터넷 시스템 등에 이용됨.

PAPR, 휴대 인터넷, 중계기, 전력증폭기, RF 신호

Description

휴대 인터넷 시스템에서 전력증폭기의 신호 왜곡을 방지하기 위한 신호제한 장치{Apparatus to solve peak-to-average power ratio of power amplifier in wireless broadband access network}

도 1 은 본 발명에 따른 휴대 인터넷 시스템에서 전력증폭기의 신호 왜곡을 방지하기 위한 신호제한 장치의 일실시예 구성도,

도 2 는 본 발명에 따른 상기 도 1의 커플러의 동작 과정을 나타낸 일실시예 설명도,

도 3 은 본 발명에 따른 상기 도 1의 RF 전압 검출기의 동작 과정을 나타낸 일실시예 설명도,

도 4 는 본 발명에 따른 상기 도 1의 비교기의 동작 과정을 나타낸 일실시예 설명도,

도 5 는 본 발명에 따라 신호제한 장치를 중계기에 적용한 일실시예 설명도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 커플러 20 : RF 전압 검출기

30 : 비교기 40 : 신호감쇄기

본 발명은 휴대 인터넷 시스템에서 전력증폭기의 신호 왜곡을 방지하기 위한 신호제한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 OFDM(Othogonal Frequency Division Multiplexing) 방식의 휴대 인터넷 시스템에 중계기를 적용할 때, OFDM 시스템에서의 큰 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)에 의한 영향을 감소시키기 위한 신호제한 장치에 관한 것이다.

휴대 인터넷의 기본 개념은 "정지 및 이동 중에도 언제 어디서나 고속으로 무선 인터넷에 접속이 가능한 휴대형 인터넷 서비스"를 말한다. 여기서, "정지 및 이동 중에도"라는 말은 기본적으로 가정 및 사무실의 실내는 물론, 공원 및 길거리 등과 같은 실외에서도 유연하게 인터넷에 접속이 가능해야 한다는 것을 의미하고, "고속으로"라는 말은 기본적으로 초고속유선인터넷 수준의 전송속도(가입자당 1 ~ 2Mbps)를 지원해야 한다는 것을 의미한다.

현재, 2.3GHz 대역에서 고속 무선인터넷 접속을 가능하게 하는 기술방식으로, 국내 개발 예정 기술인 HPi(High-speed Portable internet)와 WDSL(Wireless Digital Subscriber Line) 계열의 외국기술(i-burst, flash-OFDM 등), 무선 LAN(Local Area Network) 개량 기술 등이 있다.

이러한 2.3GHz 대역의 휴대 인터넷 서비스는 휴대용 무선 단말기를 이용해 정지 및 보행 상태에서 고속의 전송속도로 인터넷에 접속, 다양한 정보와 컨텐츠를 제공할 수 있는 서비스를 말한다.

현재, 통신 전문가들의 구상대로라면 휴대용 단말기로는 노트북 PC(Personal Computer)나 PDA(Personal Digital Assistants) 등과 같은 다양한 형태의 단말기가 사용될 것으로 예상된다. 하지만, 이러한 초기 전용 단말기들은 장기적으로 통신 기술의 발전에 따라 통합형 멀티모드 단말기로 진화할 가능성이 높다. 이동성의 경우 기술 방식에 따라 각각 다르지만, 현재 2.4GHz 대역의 무선 LAN보다는 다소 높은 보행 수준의 준 이동성(Nomadic Mobility)을 보장하며, 전송속도면에서도 기술 방식에 따라 다르지만 평균 1 Mbps급 이상의 안정적인 속도를 제공함으로써, 원활한 무선 인터넷이 가능할 것으로 보고 있다.

휴대 인터넷은 2.3GHz 대역을 활용해 사용 영역과 요금 측면에서 기존 시스템이 갖는 한계를 극복하고, ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line) 수준의 품질과 비용으로 정지 상태는 물론, 이동중에도 고속 인터넷 접속이 가능한 무선인터넷 서비스를 의미한다.

이러한 휴대 인터넷은 기존 IMT-2000(International Mobile Telecommunication - 2000)에서 추구하는 이동중 전송속도보다 빠르며, WLAN(Wireless LAN)과는 달리 실내 뿐만 아니라, 실외 이동 환경에서도 인터넷 서비스를 제공할 수 있다.

또한, 휴대 인터넷은 기존 이동통신 서비스와 마찬가지로 셀간의 핸드오프를 지원하며, 이동중에도 끊김없는 서비스 제공이 가능하다. 또한, 유선 인터넷과 마찬가지로 정액제 과금 기반의 상시 연결이 가능토록 하기 위해 대역 효율성의 극대화를 추구하고 있다. 즉, 경제성 확보를 통해 기존 이동통신 서비스가 가지고 있는 시장 한계를 극복하고, 나아가 노트북 PC를 포함한 다양한 휴대형 컴퓨터 단말을 이용해 유선과 동일한 인터넷 접속 환경을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그런데, OFDM(Othogonal Frequency Division Multiplexing) 방식의 휴대 인터넷 시스템에 중계기를 적용할 때, OFDM 시스템에서 최대전력 대 평균전력의 비(PAPR : Peak-to-Average Power Ratio)에 의하여 전력증폭기의 신호가 왜곡되는 현상이 발생할 수 있다.

즉, 기지국으로부터 수신된 중계기에서 타 신호에 의한 잡음 및 간섭이 최소이더라도 OFDM 시스템에서는 많은 수의 부반송파로 이루어진 신호가 시간영역상에서 동위상으로 더해짐으로 인해서 큰 PAPR이 나타나므로, 이러한 큰 PAPR에 의한 전력증폭기의 신호의 왜곡 현상이 발생할 수 있다.

이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

통상, 디지털 통신시스템에서는 신호의 비선형성으로 인한 ACPR(Adjacent-Channel Power Ratio)과 같은 문제로 왜곡 현상이 발생하는데, 특히 OFDM 방식의 휴대 인터넷 시스템에서는 큰 PAPR에 의하여 전력증폭기의 신호가 왜곡되는 현상이 발생할 수 있다.

참고적으로, OFDM 방식은 다수의 직교하는 반송파 신호를 다중화하는 디지털 변조 방식으로, 서브 캐리어간 직교성을 갖는다는 것이 가장 큰 특징이며, 이 특징 으로부터 OFDM 방식의 장단점을 쉽게 유추할 수 있다. OFDM 방식은 직교성으로 인해 멀티패스 페이딩에 우수한 특성을 가질 수 있으며, 특정 부반송파에서의 신호대 잡음비에 따라 각 부반송파에 대한 데이터 전송률을 적응적으로 조절하여 전송용량을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 협대역 간섭이 일부 부반송파에만 영향을 주기 때문에 협대역 간섭에 강한 특성을 보인다. 특히, 단일주파수 망(SFN : Single Frequency Network)이 가능하다는 점에서 방송용으로는 최적이라고 할 수 있다. 그러나, 이 방식은 반송파의 주파수 옵셋(Frequency Offset)과 위상잡음(Phase Noise)에 민감한 특성을 보인다. 이러한 특성은 직교성 확보에 영향이 미치고, 곧 시스템 성능을 열화시키므로 매우 중요한 요소이다. 뿐만 아니라, OFDM 방식은 단일반송파 변조에 비해 상대적으로 큰 PAPR을 가지며, 이는 RF 전력증폭기의 전력효율을 감소시키는 요인이다.

이러한 현상을 방지하기 위해서는 전력증폭기의 높은 Power Back-off나 높은 선형성이 요구되는데, 이는 경제적으로 많은 비용이 들 뿐만 아니라 전력효율 측면에서도 효율적이지 않다.

또한, 큰 PAPR의 신호만 잘라내는 크리핑(Clipping) 방식이 존재하지만, 이 방식은 인밴드(In-band) 신호를 왜곡시키고 아웃밴드(Out-band)의 노이즈(Noise)를 발생시키는 문제점이 있다. 그 밖에 다른 방법들이 있지만, 회로구현이 매우 복잡하고 구현하기가 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, OFDM 방식의 휴대 인터넷 시스템에 중계기를 적용할 때, OFDM 시스템에서의 큰 PAPR에 의한 전력증폭기의 신호의 왜곡을 방지할 수 있는 신호제한 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 휴대 인터넷 시스템에서의 신호제한 장치에 있어서, '최대전력 대 평균전력의 비(PAPR)에 의한 입력 RF 주 신호'에 영향을 주기 않으면서 상기 입력 RF 주 신호로부터 소정 레벨의 RF 신호를 분리하기 위한 신호 분리 수단; 분리된 RF 신호의 레벨을 검출하여 직류전압으로 출력하는 RF 전압 검출 수단; 상기 직류전압을 기 설정된 기준전압과 비교하여, 비교 결과에 따라 제어전압을 발생시키기 위한 비교수단; 및 상기 제어전압에 따라, PAPR이 큰 상기 입력 RF 주 신호의 세기를 제한하기 위한 신호 감쇄 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은 OFDM 방식의 휴대 인터넷 시스템에 중계기를 적용할 때, OFDM 시스템에서의 큰 PAPR에 의한 영향을 감소시키기 위한 것으로, 큰 PAPR에 의한 전력증폭기의 신호의 왜곡을 방지하기 위하여 중계기 상에 신호의 세기를 제한하는 신 호제한 장치를 추가함으로써, 전력증폭기에 큰 PAPR이 입력되지 않도록 하여 전력증폭기의 효율을 떨어뜨리는 것을 방지할 수 있다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 휴대 인터넷 시스템에서 전력증폭기의 신호 왜곡을 방지하기 위한 신호제한 장치의 일실시예 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대 인터넷 시스템에서 전력증폭기의 신호 왜곡을 방지하기 위한 신호제한 장치는, '최대전력 대 평균전력의 비(PAPR)에 의한 입력 RF 주 신호'에 영향을 주기 않으면서 입력 RF 주 신호로부터 소정 레벨의 RF 신호를 분리하기 위한 커플러(Coupler)(10)와, 분리된 RF 신호의 레벨을 검출하여 직류전압으로 출력하는 RF 전압 검출기(RF Power Detector)(20)와, 직류전압을 기 설정된 기준전압과 비교하여, 비교 결과에 따라 제어전압을 발생시키기 위한 비교기(Comparator)(30)와, 제어전압에 따라, PAPR이 큰 입력 RF 주 신호의 세기를 제한하기 위한 신호감쇄기(40)를 포함한다.

커플러(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 Main RF 신호에는 영향을 주지 않고 일정한 레벨의 RF 신호를 뽑아내는 역할을 한다. 즉, 커플러(10)는 PAPR에 영향을 받은 입력 RF 신호에서 5dB~10dB 낮은 RF 신호를 추출하여 RF 전압 검출기(20)로 전달한다.

RF 전압 검출기(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 커플링된 RF 신호의 레벨을 검출(Detection)하여 이에 해당하는 직류전압으로 출력한다. 이 직류전압은 비교기(30)로 입력된다.

비교기(30)는 도 4에 도시된 바와 같이 직류전압을 기준전압과 비교하여, 직류전압이 기준전압을 초과하지 않으면 제어전압을 발생하지 않으며, 기준전압을 초과하면 제어전압을 발생시켜 신호감쇄기(40)로 출력한다.

여기서, 기준전압은 사전에 정상적인 레벨이 입력되었을 때의 값보다 큰 PAPR 신호가 입력되었을 때, 비교할 수 있는 적정한 레벨의 값으로, 사전에 정하여 셋업하여 둔다. 이 직류전압이 기준전압보다 낮을 때에는 제어전압을 발생시키지 않아 신호감쇄기(40)를 동작시키지 않게 한다. 즉, 제어전압이 입력되지 않으면, 신호감쇄기(40)는 별다른 동작없이(신호의 제한없이)이 커플러(10)로부터 입력되는 주 RF 신호를 중계기의 전력증폭기로 출력한다.

신호감쇄기(40)는 중계기의 전력증폭기에 PAPR이 큰 RF 신호가 입력되지 않도록, 제어전압이 입력되지 않으면 커플러(10)로부터의 입력 RF 신호를 중계기의 전력증폭기로 바이패스시키고, 제어전압이 입력되면 제어전압에 따라 입력 RF 신호의 세기를 제어하여 중계기의 전력증폭기로 출력한다.

따라서, 본 발명에 따른 신호 제한 장치(51)는 도 5에 도시된 바와 같이 큰 PAPR에 의한 RF 신호가 입력되면 RF 신호를 직류전압으로 바꿔, 이를 기준전압과 비교하여, 직류전압이 기준전압보다 크면 제어전압을 발생시켜 중계기의 전력증폭기(52)로 출력되는 RF 신호의 세기를 조절하고, 직류전압이 기준전압보다 작으면 별다른 동작없이(신호의 제한없이) 중계기의 전력증폭기로 RF 신호를 바이패스시킨다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은, OFDM 방식의 휴대 인터넷 시스템에 중계기를 적용할 때 OFDM 시스템에서의 PAPR에 의한 영향을 감소시킬 수 있어, 큰 PAPR에 의한 전력증폭기의 효율을 떨어뜨리는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

휴대 인터넷 시스템에서의 신호제한 장치에 있어서,

'최대전력 대 평균전력의 비(PAPR)에 의한 입력 RF 주 신호'에 영향을 주기 않으면서 상기 입력 RF 주 신호로부터 소정 레벨의 RF 신호를 분리하기 위한 신호 분리 수단;

분리된 RF 신호의 레벨을 검출하여 직류전압으로 출력하는 RF 전압 검출 수단;

상기 직류전압을 기 설정된 기준전압과 비교하여, 비교 결과에 따라 제어전압을 발생시키기 위한 비교수단; 및

상기 제어전압에 따라, PAPR이 큰 상기 입력 RF 주 신호의 세기를 제한하기 위한 신호 감쇄 수단

을 포함하는 휴대 인터넷 시스템에서 전력증폭기의 신호 왜곡을 방지하기 위한 신호제한 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 비교 수단은,

상기 직류전압이 상기 기준전압보다 높으면 상기 제어전압을 상기 신호 감쇄 수단으로 출력하는 것을 특징으로 하는 휴대 인터넷 시스템에서 전력증폭기의 신호 왜곡을 방지하기 위한 신호제한 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 신호 감쇄 수단은,

중계기의 전력증폭기에 PAPR이 큰 RF 신호가 입력되지 않도록, 상기 제어전압이 입력되지 않으면 상기 입력 RF 신호를 바이패스시키고, 상기 제어전압이 입력되면 상기 제어전압에 따라 상기 입력 RF 신호의 세기를 제어하는 것을 특징으로 하는 휴대 인터넷 시스템에서 전력증폭기의 신호 왜곡을 방지하기 위한 신호제한 장치.