KR20060027637A - 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치 및 그 방법 - Google Patents

무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치 및 그 방법 Download PDF

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KR20060027637A
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 오디오 데이터의 진폭에 따라 결정되는 룩업테이블의 전치왜곡 이득값과 원신호를 곱하여 전치왜곡시킴으로써, 오디오 증폭기의 비선형 특성을 보상하여 음악 재생시 고른 음질을 제공하기 위한, 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치에 있어서, 오디오 데이터 음원을 출력하기 위한 데이터 생성수단; 상기 데이터 생성수단에서 출력되는 데이터의 주파수 반응 특성을 변조하거나 조정하기 위한 등화수단; 상기 등화수단으로부터 전달받은 신호 레벨에 따른 전치왜곡 이득값을 출력하기 위한 전치왜곡수단; 상기 등화수단의 출력값과 상기 전치왜곡수단에서 출력되는 전치왜곡 이득값을 곱하기 위한 곱셈수단; 상기 곱셈수단에서 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 디지털/아날로그 변환수단; 상기 디지털/아날로그 변환수단에서 출력되는 신호를 증폭하기 위한 증폭수단; 상기 증폭수단에서 증폭한 신호를 외부로 출력하기 위한 출력수단; 및 상기 곱셈수단 및 상기 증폭수단으로부터 전달받 은 신호에 따라 상기 전치왜곡수단의 전치왜곡 이득값을 업데이트하기 위한 전치왜곡 이득값 업데이트수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 무선통신 단말기 등에 이용됨.
오디오 증폭기 선형화, 전치왜곡, 룩업테이블(LUT), 무선통신 단말기

Description

무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치 및 그 방법{Apparatus and method for linearizing audio amplifier in wireless communication terminal}
도 1 은 본 발명에 따른 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치의 일실시예 구성도,
도 2a 는 종래의 오디오 증폭 장치의 이득에 대한 특성도,
도 2b 는 본 발명에 이용되는 룩업테이블의 전치왜곡 이득에 대한 특성도,
도 2c 는 본 발명에 따른 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치의 이득에 대한 특성도,
도 2d 는 본 발명에 따른 등화기의 주파수 반응에 대한 특성도,
도 3 은 본 발명에 따른 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : PCM 데이터 생성기 12 : 등화기(Equalizer)
13 : 전치왜곡부 101 : 인덱서(Indexer)
102 : 룩업테이블(LUT) 14 : 곱셈기
15 : 디지털/아날로그 변환기 16 : 증폭기
17 : 스피커 18 : 전치왜곡 이득값 업데이트부
103 : 아날로그/디지털 변환기 104 : 버퍼(Buffer)
105 : 디지털 신호 처리기(DSP)
본 발명은 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오디오 데이터의 진폭에 따라 결정되는 룩업테이블의 전치왜곡 이득값과 원신호를 곱하여 전치왜곡시킴으로써, 오디오 증폭기의 비선형 특성을 보상하여 음악 재생시 고른 음질을 제공하기 위한, 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에서 무선통신 단말기란 이동통신 단말기, 개인 휴대 통신 단말기(PCS), 개인용 디지털 단말기(PDA), 스마트폰, 차세대 이동통신 단말기(IMT-2000), 무선랜 단말기 등과 같이 개인이 휴대하면서 무선통신이 가능한 단말기를 말한다.
무선통신 단말기의 이점은 여러 가지가 있을 수 있겠지만, 무엇보다도 통화하는 사용자에게 제공되는 이동성에 최대 이점이 있다고 할 수 있다. 이러한 이동성으로 인하여 무선통신 가입자의 수는 기하급수적으로 증가하였고, 근래에는 무선통신 단말기가 일반인에게 대중적으로 사용되고 있다.
하지만, 시간이 지나면서 무선통신 단말기 사용자에게 이동성의 메리트(merit)는 점점 사라지고, 좀 더 다양한 부가 서비스를 제공할 수 있는 다기능 무선통신 단말기가 요구되고 있다.
이에 따라, 최근 출시되고 있는 무선통신 단말기는 대부분 카메라 기능은 물론, 라디오 방송 수신 기능, 음악(일예로, MP3 : MPEG layer 3) 재생 기능, 지압 기능, 혈당량 감지 기능, 초음파 촬영 기능 등과 같은 다양한 부가 기능을 구비하고 있다. 특히, 음악 재생 기능은 젊은 세대들로부터 각광을 받고 있는 부가 기능들 중 하나다.
일반적으로 증폭기(Amplifier)는 무선통신 단말기에서 무선주파수(RF) 신호 송수신시 신호 증폭을 위해 사용하고 있지만, 음악 재생 기능을 가지는 무선통신 단말기에서도 음악 재생을 위해서 증폭기를 사용하고 있다.
종래의 무선통신 단말기는, 음악 재생기에서 출력하는 PCM(Pulse Code Modulation) 데이터를 디지털/아날로그 변환기를 통하여 아날로그 데이터로 변환시키고 증폭기를 통해 그 값을 증폭한 후 스피커를 통해 출력하였다.
한편, 음악 재생시에는 일반 통화시보다 '출력파형의 최고 순간치와 평균 전력비'(PAPR : Peak to Average Power Ratio)가 크기 때문에 증폭기의 선형화가 반드시 필요하다.
그러나, 종래의 무선통신 단말기에서 음악 재생에 이용되는 증폭기는, 도 2a 에 도시된 특성도와 같이 고출력 상황에서 이득 값이 떨어지게 되는 비선형 특성을 가지고 있지만, 그에 대한 보정 없이 사용하고 있어 음량을 높이거나 하는 상황에 서 음질이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 오디오 데이터의 진폭에 따라 결정되는 룩업테이블의 전치왜곡 이득값과 원신호를 곱하여 전치왜곡시킴으로써, 오디오 증폭기의 비선형 특성을 보상하여 음악 재생시 고른 음질을 제공하기 위한, 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치 및 그 방법을 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 발명의 장치는, 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치에 있어서, 오디오 데이터 음원을 출력하기 위한 데이터 생성수단; 상기 데이터 생성수단에서 출력되는 데이터의 주파수 반응 특성을 변조하거나 조정하기 위한 등화수단; 상기 등화수단으로부터 전달받은 신호 레벨에 따른 전치왜곡 이득값을 출력하기 위한 전치왜곡수단; 상기 등화수단의 출력값과 상기 전치왜곡수단에서 출력되는 전치왜곡 이득값을 곱하기 위한 곱셈수단; 상기 곱셈수단에 서 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 디지털/아날로그 변환수단; 상기 디지털/아날로그 변환수단에서 출력되는 신호를 증폭하기 위한 증폭수단; 상기 증폭수단에서 증폭한 신호를 외부로 출력하기 위한 출력수단; 및 상기 곱셈수단 및 상기 증폭수단으로부터 전달받은 신호에 따라 상기 전치왜곡수단의 전치왜곡 이득값을 업데이트하기 위한 전치왜곡 이득값 업데이트수단을 포함한다.
한편, 본 발명의 방법은, 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 방법에 있어서, 전체 구간에 따른 룩업테이블의 전치왜곡 이득값을 결정하는 룩업테이블 생성단계; 음원 데이터를 상기 생성한 룩업테이블에 따라 전치왜곡하는 전치왜곡단계; 상기 전치왜곡한 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환단계; 상기 아날로그 신호를 증폭하는 증폭단계; 및 상기 증폭 전후의 데이터를 비교하여 얻은 이득 특성에 따라 상기 룩업테이블의 전치왜곡 이득값을 업데이트하는 룩업테이블 업데이트 단계를 포함한다.
또한, 상기 본 발명의 방법은, 주파수 특성 변경 요청 신호에 따라 주파수 반응 특성을 조정하거나 변경하는 단계를 더 포함한다.
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 일실 시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치의 일실시예 구성도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치는, 오디오 데이터 음원을 출력하기 위한 펄스 부호 변조(PCM : Pulse Code Modulation) 데이터 생성기(이하, 'PCM 데이터 생성기'라 함)(11), 상기 PCM 데이터 생성기(11)에서 출력되는 데이터의 주파수 반응 특성을 변조하거나 조정하기 위한 등화기(Equalizer)(12), 상기 등화기(12)로부터 전달받은 신호 레벨에 따른 전치왜곡 이득값을 출력하기 위한 전치왜곡부(13), 상기 등화기(12)의 출력값과 상기 전치왜곡부(13)의 출력값을 곱하기 위한 곱셈기(14), 상기 곱셈기(14)에서 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 디지털/아날로그 변환기(DAC : Digital/Analog Converter)(15), 상기 디지털/아날로그 변환기(15)에서 출력되는 신호를 증폭하기 위한 증폭기(Amplifier)(16), 상기 증폭기(16)에서 증폭한 신호를 외부로 출력하기 위한 스피커(17) 및 상기 곱셈기(14) 및 상기 증폭기(16)로부터 전달받은 신호에 따라 전치왜곡 이득값을 업데이트하기 위한 전치왜곡 이득값 업데이트부(18)를 포함한다.
상기 전치왜곡부(13)는 상기 등화기(12)에서 출력되는 데이터의 진폭(Amplitude)에 맞는 인덱스를 결정하기 위한 인덱서(Indexer)(101) 및 상기 인덱서(101)에서 결정한 인덱스에 해당하는 전치왜곡 이득값을 상기 곱셈기(14)로 출력하기 위한 룩업테이블(LUT)(102)을 포함한다.
상기 전치왜곡 이득값 업데이트부(18)는 상기 증폭기(16)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환기(ADC : Analog/Digital Converter)(103), 상기 곱셈기(14)로부터 출력되는 디지털 신호와 상기 아날로그/디지털 변환기(103)로부터 출력되는 디지털 신호(즉, 상기 증폭기(16)의 입출력 신호)의 시간 지연(delay)을 보상하기 위한 버퍼(Buffer)(104) 및 상기 버퍼(104)를 통하여 시간 지연이 보상된 상기 증폭기(16)의 입출력 디지털 신호를 비교하여 얻은 이득 특성에 따라 상기 룩업테이블(102)의 전치왜곡 이득값을 업데이트하기 위한 디지털 신호 처리기(DSP : Digital Signal Processor)(105)를 포함한다.
여기서, 상기 증폭기(16)의 입력은 무선통신 단말기 및 기지국에서 사용되는 전력증폭기의 입력처럼 컴플렉스 값(complex value)이 아닌 리얼 값(real value)이므로, AM(Amplitude Modulation)-AM(Amplitude Modulation) 특성만을 가지고 있어 이득 특성에 대한 보상만 해주면 된다(즉, AM(Amplitude Modulation)-PM(Phase Modulation) 특성을 가지고 있지 않으므로 위상 특성에 대한 보상이 필요없다.).
또한, 상기 증폭기(16)는 넓은 대역폭의 신호가 아닌 음성신호를 수용할 수 있을 정도의 좁은 대역폭의 데이터를 입력받으므로, 주파수별 특성은 평평하다고(flat) 볼 수 있다.
즉, 도 2a 와 같은 이득 특성을 가지는 증폭기의 이득값과 도 2b 와 같은 이득 특성을 가지는 전치왜곡 이득값이 곱해지므로, 본 발명에 따른 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치는, 도 2c 와 같이 이득 특성이 선형화된다.
한편, 도 2d 에 도시된 바와 같이, 상기 디지털 신호 처리기(105)는 사용자로부터의 주파수 특성 변경 요청 신호(예 : 음악 장르에 따른 고음강조, 중음강조, 저음강조)에 따라 상기 등화기(12)의 필터 계수를 조절하는 기능을 더 수행한다. 그러면, 상기 등화기(12)는 전달받은 필터 계수를 이용하여 상기 PCM 데이터 생성기(11)에서 출력되는 오디오 데이터의 주파수 반응 특성을 변조하거나 조정할 수 있다.
도 3 은 본 발명에 따른 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 증폭기(16)의 동작 전구간에 대한 전치왜곡 이득값을 구하여 룩업테이블(102)을 생성한다(301).
상기 룩업테이블(102) 생성 과정(301)에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.
증폭기(16)에 입력되는 진폭(Amplitude) 전구간에 대하여 이득 곡선을 구한다(도 2a 와 같은 이득 특성을 가지게 된다).
상기 증폭기(16)의 이득 곡선은 G() 함수로 표현되며, 전체 구간은 양자화되어 N개의 대표값으로 나뉜다.
이 때, n번째의 입력 대표값 An에 대한 전치왜곡 이득값을 L(n)이라 할 때, 입력 대표값 An에 대한 증폭기의 출력을 수식으로 표현하면 하기 [수학식 1]과 같다.
G(An *L(n))= g(An) (여기서, g는 상수)
즉, An과 전치왜곡 이득값을 곱한 값을 입력받은 증폭기(16)의 출력은 도 2c 와 같이 선형화된 값(g(An))으로 나타나야 한다.
각각의 입력 대표값 An에 대하여 전구간의 전치왜곡 이득값을 구하기 위해 상기 [수학식 1]을 이용하면 n번째 전치왜곡 이득값은 하기 [수학식 2]와 같다.
L(n)= G^-1(g(An))/An
이후, PCM 데이터 생성기(11)가 음원 데이터를 출력하면(302), 부가적으로, 등화기(12)는 주파수 특성 변경 요청 신호에 따라 음원 데이터의 주파수 반응 특성을 조정한다(303).
이후, 인덱서(101)가 음원 데이터의 진폭(Amplitude)에 맞는 인덱스를 결정하면(304), 룩업테이블(102)이 상기 결정한 인덱스에 해당하는 전치왜곡 이득값을 출력한다(305).
그러면, 곱셈기(14)가 상기 등화기(12)로부터 출력되는 음원 데이터와 룩업테이블(102)로부터 출력되는 전치왜곡 이득값을 곱한다(306).
이후, 디지털/아날로그 변환기(15)가 상기 곱셈기(14)로부터 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다(307).
이후, 증폭기(16)가 상기 아날로그 신호를 증폭하고, 증폭한 신호를 스피커 (17)를 통해 출력한다(308).
이후, 상기 증폭기(16)의 입출력 디지털 데이터(상기 곱셈기(14)의 출력 신호와 상기 아날로그/디지털 변환기(103)의 출력 신호)를 비교하여 얻은 이득 특성에 따라 룩업테이블(102)의 전치왜곡 이득값을 업데이트한다(309).
여기서, 상기 룩업테이블(102)의 전치왜곡 이득값 업데이트 과정은 상기 룩업테이블(102)의 생성 과정에 대하여 전술한 바와 같다.
한편, 음악을 재생할 때에 해당 음악 장르에 따라서 선호되는 주파수 특성에 맞추어 특정 주파수의 출력을 높이거나 또는 낮출 필요가 있다.
이를 위하여, 사용자로부터의 주파수 특성 변경 요청 신호에 따라 상기 디지털 신호 처리기(105)는 디지털 필터 계수를 계산하여(푸리에 변환(Fourier Transform)에 의해 쉽게 계산할 수 있다), 상기 등화기(12)로 해당 필터 계수를 전달한다. 그러면, 상기 등화기(12)를 통과한 신호는 주파수 특성이 변경되는 필터링 과정을 거치게 된다. 상기와 같은 필터링 과정은 상기 "303" 과정처럼 전치왜곡 전에 해주어야 한다.
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, 오디오 데이터의 진폭에 따라 결정되는 룩업테이블의 이득값과 원신호를 곱하여 전치왜곡시킴으로써, 오디오 증폭기의 비선형 특성을 보상하여 무선통신 단말기에서도 고른 음질의 음악을 청취할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치에 있어서,
    오디오 데이터 음원을 출력하기 위한 데이터 생성수단;
    상기 데이터 생성수단에서 출력되는 데이터의 주파수 반응 특성을 변조하거나 조정하기 위한 등화수단;
    상기 등화수단으로부터 전달받은 신호 레벨에 따른 전치왜곡 이득값을 출력하기 위한 전치왜곡수단;
    상기 등화수단의 출력값과 상기 전치왜곡수단에서 출력되는 전치왜곡 이득값을 곱하기 위한 곱셈수단;
    상기 곱셈수단에서 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 디지털/아날로그 변환수단;
    상기 디지털/아날로그 변환수단에서 출력되는 신호를 증폭하기 위한 증폭수단;
    상기 증폭수단에서 증폭한 신호를 외부로 출력하기 위한 출력수단; 및
    상기 곱셈수단 및 상기 증폭수단으로부터 전달받은 신호에 따라 상기 전치왜곡수단의 전치왜곡 이득값을 업데이트하기 위한 전치왜곡 이득값 업데이트수단
    을 포함하는 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전치왜곡수단은,
    상기 등화수단으로부터 출력되는 데이터의 진폭에 맞는 인덱스를 결정하기 위한 인덱싱수단; 및
    상기 인덱싱수단에서 결정한 인덱스에 해당하는 전치왜곡 이득값을 상기 곱셈수단으로 출력하기 위한 룩업테이블
    을 포함하는 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전치왜곡 이득값 업데이트 수단은,
    상기 증폭수단에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환수단;
    상기 곱셈수단의 출력 신호(상기 증폭수단에 입력되는 디지털 신호)와 상기 아날로그/디지털 변환수단으로부터 전달받은 디지털 신호의 시간 지연을 보상하기 위한 지연시간 보상수단; 및
    상기 지연시간 보상수단을 통하여 시간 지연이 보상된 상기 증폭수단의 입출력 디지털 신호를 비교하여 얻은 이득 특성에 따라 상기 룩업테이블의 전치왜곡 이득값을 업데이트시키기 위한 디지털 신호 처리수단
    을 포함하는 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 디지털 신호 처리수단은,
    주파수 특성 변경 요청 신호에 따라 상기 등화수단의 필터 계수를 변경하는 기능을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 장치.
  5. 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 방법에 있어서,
    전체 구간에 따른 룩업테이블의 전치왜곡 이득값을 결정하는 룩업테이블 생성단계;
    음원 데이터를 상기 생성한 룩업테이블에 따라 전치왜곡하는 전치왜곡단계;
    상기 전치왜곡한 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환단계;
    상기 아날로그 신호를 증폭하는 증폭단계; 및
    상기 증폭 전후의 데이터를 비교하여 얻은 이득 특성에 따라 상기 룩업테이블의 전치왜곡 이득값을 업데이트하는 룩업테이블 업데이트 단계
    를 포함하는 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    주파수 특성 변경 요청 신호에 따라 주파수 반응 특성을 조정하거나 변경하는 단계
    를 더 포함하는 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 전치왜곡단계는,
    상기 음원 데이터의 진폭에 맞는 인덱스를 결정하는 인덱스 결정 단계;
    상기 결정한 인덱스에 해당하는 전치왜곡 이득값을 출력하는 전치왜곡 이득값 출력단계; 및
    상기 음원 데이터와 상기 전치왜곡 이득값을 곱하는 단계
    를 포함하는 무선통신 단말기에서의 오디오 선형 증폭 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100919547B1 (ko) * 2007-10-10 2009-10-01 엘지노텔 주식회사 전력 증폭기의 전력 제어 방법 및 장치
JPWO2015125195A1 (ja) * 2014-02-18 2017-03-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 オーディオ信号増幅装置

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