KR20060022698A - 카테시안 루프 송신기 및 이러한 송신기의 출력레벨을조정하는 방법 - Google Patents

카테시안 루프 송신기 및 이러한 송신기의 출력레벨을조정하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따라서, 감쇄설정을 제어하는 마이크로프로세서(154)에 의해 수신되는, I 및 Q채널들 각각에 대한 한 세트의 저역통과(138, 142) 및 대역통과(140, 144) 필터들, RMS(root mean square) 검출기들(146, 148) 및 비교기(152)에 접속된 분할기(150)를 포함하는 아이솔레이터 제거기 회로(106)를 구비한 카테시안 루프 송신기(100)가 제공된다. 이러한 송신기(100)의 출력레벨을 조정하는 방법 또한 제공된다. 상기 방법은 온-채널 신호레벨(206) 및 잡음 레벨(208)을 측정하고 이어서 상기 잡음과 상기 온-채널 신호(214)과의 비를 계산하는 단계를 포함한다. 비가 규정된 임계값(216)을 초과하면 입력 감쇄기들의 감쇄가 증가된다(218).
감쇄설정, 카테시안, 송신기, 아이솔레이터, 출력레벨

Description

카테시안 루프 송신기 및 이러한 송신기의 출력레벨을 조정하는 방법{Cartesian loop transmitter and method of adjusting an output level of such transmitter}
본 발명은 라디오 선형 송신기들에 관한 것이다. 특히, 아이솔레이터가 없이도 동작의 안정성이 유지되는 선형 송신기 및 이러한 송신기의 출력레벨을 조정하는 방법에 관한 것이다.
라디오 통신 디바이스들은 라디오 주파수(RF) 통신 신호들의 효율적인 송신을 제공하기 위해 안테나를 사용한다. 통신 디바이스의 송신기부는 라디오 주파수 신호들이 송신을 위해 안테나에 결합되기 전에 이들 신호들을 증폭하기 위해 전력 증폭기를 포함한다. 협 주파수 대역들에서 최근의 라디오 통신 시스템들로서 송신기 회로는 선형형태로 동작할 수 있는 RF 전력 증폭기들을 필요로 한다. 선형 증폭기는 변조된 신호의 왜곡을 방지해야 하고 간섭을 최소화해야 한다. 그러나 실제의 RF 증폭기들의 비선형성은 이들 증폭기들이 고 구동레벨들에서 동작될 때 나타난다. 유사한 상황들이 동작조건들에 의해 야기될 수 있다. 예를 들면, 전자적 반사성 구조물 근처에서 동작하는 송신기는 송신기로 안테나를 통해 다시 반사되는 에너지를 받기 쉽다.
이러한 분야에서는 향상된 선형성을 갖춘 송신기들이 공지되어 있다. 송신기들의 선형화의 한 방법은 카테시안 피드백 루프에 기초한 선형화를 사용하는 것이다. 카테시안 피드백 선형화기는 송신기의 선형성을 유지할 수 있게 하면서도 RF 전력 증폭기가 이의 포화점 가까이서 작용할 수 있게 하여 좋은 효율성을 유지하게 한다. 반사된 에너지의 결과로서 부하 임피던스에 변화들에 대해 보호하기 위해서, 안테나와 전력 증폭기 사이에 흔히 아이솔레이터 혹은 서큘레이터를 삽입한다. 아이솔레이터는 반사된 에너지를 흡수하여 이 에너지가 증폭기에 도달되지 않게 함으로써 전력 증폭기를 보호한다. 아이솔레이터는 반사된 에너지를 흡수성 부하 말단에 보낸다. 아이솔레이터가 일반적으로 잘 동작할지라도, 상당한 코스트, 크기, 및 무게를 라디오 통신 디바이스의 설계에 부가시킨다. 아이솔레이터들은 협대역, 고가이며 큰 물리적 크기들을 갖는다(특히 저 주파수들에서).
아이솔레이터들이 없는 카테시안 루프 송신기들이 이 기술에 또한 공지되어 있다. 한 이러한 예는 미국특허출원 US2003/0031271에 기술되어 있다. 이 문헌에서는 아이솔레이터 제거를 위한 방법이 개시되어 있다. 이 종래 기술의 해결책에서 아이솔레이터 제거기는 정보신호의 샘플들 및 피드백 루프로부터의 샘플된 구동신호에 기초하여 위상 및 레벨 보정 신호들을 제공한다. 이들 보정신호들은 송신기의 동작 안정성을 유지한다.
종래기술의 문제를 완화 혹은 극복하는 카테시안 루프 송신기의 출력 레벨을 조정하는 장치 및 방법에 대한 필요성이 있다.
본 발명의 제1 면에 따라서, 각각이 I채널 및 Q채널을 포함하는 순방향 경로 및 피드백 경로와, 아이솔레이터 제거기를 포함하는 카테시안 루프 송신기에 있어서,
. 루프 폴들 및 제로들 다음 및 업컨버터들 전(회로의 이 포인트는 LP2라고도 칭함)에 I채널에 접속된 제1 저역통과 필터 및 제1 대역통과 필터;
. LP2에서 Q채널에 접속된 제2 저역통과 필터 및 제2 대역통과 필터;
. 상기 제1 저역통과 필터 및 상기 제2 저역통과 필터로부터의 신호를 수집하는 제1 RMS 검출기;
. 상기 제1 대역통과 필터 및 상기 제2 대역통과 필터로부터 신호를 수집하는 제2 RMS 검출기;
. 상기 제1 및 제2 RMS 검출기들에 접속된 분할기;
. 상기 분할기에 접속된 비교기;
. 상기 I 및 Q채널들에서 입력 감쇄기들에 접속된 마이크로프로세서를 포함하는 송신기가 제공된다.
본 발명의 제2 면에 따라서, 디지털 라디오 시스템에서 카테시안 루프 송신기의 출력레벨을 조정하는 방법이 제공된다. 방법은 이전 슬롯에 대한 감쇄설정이 얻어질 수 없다면 상기 출력레벨을 조정하기 위한 미리 규정된 공장 감쇄설정을 적용하는 단계; 혹은 현재의 슬롯에서 상기 출력레벨을 조정하기 위해 이전 슬롯에서 얻어진 상기 감쇄설정을 적용하는 단계를 포함한다. 또한 단계들은 LP2에서 온-채널 기저대역 신호레벨을 측정하고 미리 규정된 주파수 오프셋의 잡음 레벨을 측정하고 상기 잡음 레벨과 상기 온-채널 기저대역 신호레벨과의 비를 계산하는 단계를 포함한다. 상기 비가 임계값 이상이면 입력신호의 감쇄설정을 증가시킨다. 마지막으로, 상기 감쇄설정을 메모리에 저장한다.
라디오 주파수 전력 증폭기의 특징들(예를 들면, 이웃 채널 전력(ACP), 출력 파워, 등)은 전압 정재파(VSWR)의 영향 하에 변한다. 본 발명은 상기 RFPA 비선형성을 감시함으로써 카테시안 루프 출력전력을 효과적으로 조정할 수 있게 한다.
본 발명의 잇점은 다음과 같다.
1) 방법은 (VSWR)에 대한 특정의 RFPA 거동에 의존하지 않는다. 알고리즘은 비선형 곱 거동을 감시한다.
2) 방법은 RFPA 특징 공장 튜닝을 요하지 않는다.
3) 본 발명에 따른 방법 및 장치는 RFPA 선형성 변화에 극히 빠른 반응을 가능하게 한다(500㎲ 미만).
본 발명은 도면에 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카테시안 루프 송신기를 예시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 따른 카테시안 루프 송신기의 출력레벨을 조정하는 방법을 예시한 흐름도이다.
도 3은 종래 기술의 카테시안 피드백 루프 송신기의 개략도이다.
이하 LP2라는 용어는 루프 폴들 및 제로들과 업믹서 사이에 배치된 송신기 회로 내 포인트를 지칭한다.
도 1에, 본 발명의 실시예에 따른 카테시안 루트 송신기 회로(100)가 도시되었다. 상기 카테시안 루프 송신기(100)는 순방향 경로(102), 피드백 경로(104) 및 아이솔레이터 제거기(106)를 포함한다. 상기 카테시안 루프 송신기(100)는 I- 및 Q-채널 감쇄기(108, 110)에서 기저대역 주파수의 입력들을 수신한다. 상기 감쇄기들(108, 110)로부터의 기저대역 신호들은 카테시안 루프 합산 정션들(112, 114)을 거쳐 증폭기들 및 루프 필터들(116, 118)에 간다. 이어서, 상기 기저대역 신호들은 업컨버터들(120, 122)에 의해 라디오 주파수(RF) 신호들로 업 변환된다. 이어서, 상기 RF 신호들은 RF 합산기(124)에서 결합되고 라디오 주파수 전력 증폭기(RFPA)(126)에 의해 증폭된 후 안테나(128)로부터 공중으로 송신된다.
상기 피드백 경로(104)에는 상기 순방향 경로(102)로부터 상기 RF 신호의 일부를 취하는 방향성 결합기(130)로부터 피드백 신호가 공급된다. 상기 방향성 결합기(130)로부터의 상기 피드백 신호는 다운컨버터들(132, 134)에 의해 상기 기저대역 주파수로 다운 변환된다.
국부 발진기(LO)(136)는 RF 송신 주파수의 연속파 RF 캐리어를 발생한다. 상기 LO(136)로부터의 신호는 I-채널 업컨버터(120) 및 I-채널 다운컨버터(132)에 인가된다. 상기 LO(136)는 또한 제1 90도 위상 시프터(158)를 통해 Q채널 업컨버터(122)와 제2 90도 위상 시프터(160)를 통해 Q채널 다운컨버터(134)에 인가된다.
상기 다운컨버터들(132, 134)에서 기저대역에 믹싱을 적용한 후에 상기 피드백 신호는 상기 합산 정션들(112, 114)에 보내진다.
상기 아이솔레이터 제거기(106)는 LP2에서, 즉 증폭기들 및 루트 필터들(116, 116) 다음 및 업컨버터들(120, 122) 전에서, 송신된 신호들을 감시한다. 116 및 118의 상기 루프 필터들은 폴들 및 제로들로 구성되는 기저대역 저역 통과 필터들이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 상기 아이솔레이터 제거기(106)는 상기 I 및 Q 채널들 둘 다로부터, 송신채널에 관련한 미리 규정된 주파수 오프셋의 잡음 레벨뿐만 아니라 온-채널 기저대역 신호레벨을 연속적으로 수집한다.
일 실시예에서, 주파수 오프셋은 +13.5kHz(혹은 -13.5kHz)일 수 있다. 이것은 I채널 LP2 신호를 +13.5 kHz(혹은 -13.5kHz) 오프셋의, 중심 주파수 2kHz의 협 제1 대역통과 필터(140)를 통과시키고, Q채널 LP2 신호는 제2 대역통과 필터(144)를 통과한다.
상기 I 및 Q 채널들로부터의 상기 기저대역 신호들은 제1 및 제2 8kHz 저역통과 필터들(138, 142)에 의해 각각 필터링된다.
이어서, 상기 대역통과 필터들(140, 144) 및 상기 저역통과 필터들(138, 142)로부터의 출력들은 RMS(root mean square) 검출기들(146, 148)을 통해 분할기(150)로 보내진다. 상기 분할기(150)에서 상기 잡음 레벨의 상기 RMS과 상기 온-채널 기저대역 신호레벨의 상기 RMS과의 비가 계산된다(214). 상기 계산결과는 비교기(152)에 보내진다. 상기 비교기(152)는 상기 비가 미리 규정된 임계값(THR)을 초과한다면 신호 HIGH를 보내고 아니면 상기 비가 상기 미리 규정된 임계값(THR) 이하이면 LOW를 보낸다.
상기 비교기(152)로부터의 상기 신호는 상기 I 및 Q채널들의 상기 입력 감쇄기들(108, 110)을 제어하는 마이크로프로세서(14)에 의해 수신된다. 상기 비교기(152)로부터의 상기 신호가 HIGH이면 상기 마이크로프로세서(154)는 감쇄(218) 설정을 미리 규정된 상수값만큼 증가시키라는 명령을 상기 입력 감쇄기들(108, 110)에 보낸다.
이어서, 상기 마이크로프로세서(154)는 소프트웨어의 실행에 지연(220)을 적용하며, 이 소프트웨어는 다음 샘플들에 근거해서, 상기 비를 계산하여 상기 감쇄설정을 증가시킨다. 상기 지연은 정한 기간동안 상기 비교기(152)의 결과들을 읽지 않음으로써 구현된다. 상기 지연은 상기 감쇄설정을 증가시킨 후에 회로의 다른 요소들의 출력, 즉 상기 필터들(138, 140, 142, 144)이 안정하게 되게 하기 위해서(필터 스텝 응답 과도효과는 끝날 것임) 적용된다.
상기 마이크로프로세서(154)는 상기 입력 감쇄기들(108, 110)의 상기 감쇄설정을 메모리(156)에 저장한다(222).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 라디오 시스템에서 카테시안 루프 송신기(100)의 출력 레벨을 조정하는 방법을 예시한 흐름도이다.
제1 단계 200에서, 이전 슬롯으로부터의 상기 감쇄 설정이 상기 메모리(156)에 저장되어 있는지가 체크된다. 상기 데이터가 있다면 상기 카테시안 루트 송신기(100)는 이들 설정(204)에 따라 조정된다. 이것이 송신의 제1 슬롯이고 상기 메 모리(156)에 저장된 상기 감쇄설정이 없다면 공장 내정 설정이 상기 송신기(100)를 조정을 위해 사용된다(202). 송신기(100)가 송신을 시작할 때 상기 온-채널 기저대역 신호레벨(206) 및 미리 규정된 주파수 오프셋(208)의 상기 잡음 레벨이 LP2에서 측정된다. 상기 잡음 레벨과 상기 온-채널 기저대역 신호레벨(214)과의 비의 계산을 위해서 상기 잡음 레벨(212) 및 상기 온-채널 기저대역 신호레벨(210)의 RMS 값들이 취해진다. 상기 잡음은 또한 LP2에서 측정되고, 이 잡음은 주로 RFPA 비선형 상호변조 곱들에 기인한다.
상기 비가 미리 규정된 임계값 이하(216)이면, 상기 온-채널 기저대역 신호레벨(206) 및 상기 잡음 레벨(208)의 측정들의 수행된다.
상기 비가 상기 임계값(216)을 초과하면, 상기 입력 감쇄기들(108, 110)의 상기 감쇄설정이 상수값만큼 증가된다. 또한, 다음 샘플들에 근거해서 상기 비를 계산하여 상기 감쇄설정을 증가시키는 소프트웨어의 실행에 지연이 적용된다(220).
1 시간슬롯 기간으로서 복수의 샘플들이 취해지고, 상기 잡음 레벨 및 상기 온-채널 기저대역 신호레벨(206, 208)의 측정 개시부터 상기 감쇄설정을 저장하는 단계(222)까지의 단계들이 루프로 수행된다.
또한, 상기 감쇄 파라미터들을 저장하는 단계(222)에서 LP2에서 측정된 상기 기저대역 신호레벨 및 상기 잡음 레벨이 또한 상기 메모리(156)에 저장된다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 카테시안 루프 송신기의 출력레벨을 조정하는 방법의 이론적인 배경의 간략한 설명이다.
공지의 카테시안 루프 송신기(300)를 간략히 도시한 도 3에서 ΔV0에서 LP2로의 전달함수(ΔV0는 RFPA(304) 비선형 상호변조 곱들을 나타낸다)는 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure 112005073799161-PCT00001
식(1)
Figure 112005073799161-PCT00002
인 경우, 다음과 같이 근사화될 수 있다.
Figure 112005073799161-PCT00003
식(2)
여기서 ΔV0는 RFPA(304) 비선형 상호변조 곱들을 나타낸다.
gpa(VSWR)은 RFPA(304)의 이득이다.
H(f)는 루프 필터(302)의 전달함수이다.
Vin는 루프에의 입력전압이다.
VLP2는 루프필터(302) 후의 전압이다.
β는 피드백 루트(306)의 이득이다.
식 2로부터 LP2에서의 이들 비선형성들은 RFPA(304)의 비선형성들에 의해 좌우될 것임을 알 수 있다. 이것은 RFPA(304)의 이웃 채널 전력(ACP)은 LP2 ACP을 확인함으로써 감시될 수 있음을 의미한다.
일 실시예에서, 아이솔레이터 제거기(106)는 디지털 신호 프로세서(DSP)에서 실행가능한 소프트에어로 구현된다. 소프트웨어 구현은 비교적 저렴하고 재구성이 용이하다. 그러나, 하드웨어 구현도 가능하다. 그럼에도, 본 발명은 하드웨어 혹은 소프트웨어로 구현될 수 있고 라디오 통신 디바이스들에서 사용될 수 있음을 알 것이다.

Claims (10)

  1. 각각이 I채널 및 Q채널을 포함하는 순방향 경로(10) 및 피드백 경로(104)와, 아이솔레이터 제거기(100)를 포함하는 카테시안(cartesian) 루프 송신기(100)에 있어서, 상기 송신기(100)는,
    a) LP2에서 I채널에 접속된 제1 저역통과 필터(138) 및 제1 대역통과 필터(140);
    b) LP2에서 Q채널에 접속된 제2 저역통과 필터(142) 및 제2 대역통과 필터(144);
    c) 상기 제1 저역통과 필터(138) 및 상기 제2 저역통과 필터(142)로부터의 신호를 수집하는 제1 RMS(Root Mean Square) 검출기(146);
    d) 상기 제1 대역통과 필터(140) 및 상기 제1 대역통과 필터(144)로부터 신호를 수집하는 제2 RMS 검출기(148);
    e) 상기 제1 및 제2 RMS 검출기들(146, 148)에 접속된 분할기(150);
    f) 상기 분할기(150)에 접속된 비교기(152); 및
    g) 상기 I 및 Q채널들상의 입력 감쇄기들(108, 110)에 접속된 마이크로프로세서(154)를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서(154)에 메모리(156)가 접속된, 송신기(100).
  3. 디지털 라디오 시스템에서 카테시안 루프 송신기(100)의 출력레벨을 조정하는 방법에 있어서,
    a) 이전 슬롯에 대한 감쇄설정이 얻어질 수 없다면(200) 상기 출력레벨을 조정하기 위한 미리 규정된 공장 감쇄설정을 적용하는 단계(202); 혹은
    b) 현재의 슬롯에서 상기 출력레벨을 조정하기 위해 이전 슬롯에서 얻어진 상기 감쇄설정을 적용하는 단계(204);
    c) LP2에서 온-채널 기저대역 신호레벨을 측정하는 단계(206);
    d) LP2에서 미리 규정된 주파수 오프셋의 잡음 레벨을 측정하는 단계(208);
    e) 상기 잡음 레벨과 상기 온-채널 기저대역 신호레벨과의 비를 계산하는 단계(214); 및
    f) 상기 비가 임계값 이상이면(216): 입력신호의 감쇄설정을 증가시키는 단계(218);
    g) 상기 감쇄설정을 메모리에 저장하는 단계(222)를 포함하는, 출력레벨 조정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    단계 c) 내지 단계 g)는 상기 비가 상기 임계값 미만이 될 때까지 루프로 반복되는, 출력레벨 조정 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 비를 결정하기 위하여, 상기 온-채널 기저대역 신호레벨(210)의 RMS와 상기 잡음 레벨(212)의 RMS이 취해지는, 출력레벨 조정 방법.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감쇄설정을 증가시킨 후에, 다음 샘플들에 근거하여 상기 비를 계산하고 상기 감쇄설정을 증가시키는 소프트웨어의 실행에 지연이 적용되는(220), 출력레벨 조정 방법.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장 단계에서, LP2에서 측정된 상기 기저대역 신호 레벨 및 상기 잡음 레벨은 상기 메모리에 저장되는, 출력레벨 조정 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 TETRA 및/또는 GSM 및/또는 IDEN 통신 시스템들에서 통신들을 제공하게 동작하는 송신기.
  9. 제1항 또는 제2항에 따른 회로를 탑재한 라디오 통신 디바이스.
  10. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 동작하는 라디오 통신 디바이스.
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