KR20060059885A - 극 변조기에서의 디지털 시간정렬 - Google Patents

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극 변조기에서 크기(101a) 및 위상(101b) 경로들의 상대적 타이밍을 부샘플 분해능으로 디지털적으로 제어하기 위한 방법들 및 장치이다. 타이밍 분해능은 샘플비율과는 대조적으로 시스템의 동작범위에 의해 제한된다. 본 발명의 방법들 및 장치는 디지털 필터(111)를 이용하여 부샘플 시간지연을 근사화한다. 디지털 신호처리를이용하여 부샘플 시간지연을 근사화하기 위한 각종 기법들이 이 근사화를 달성하기 위해 이용되어도 좋다. 이상적으로는, 필터는 전역통과 크기응답 및 선형위상응답을 가질 것이다. 실용상, 크기는 저역통과일 것이고 위상은 완전히 선형이지는 않을 것이다. 이러한 이상적 응답으로부터의 편의(치우침)는 얼마간의 왜곡을 도입할 것이다. 그러나, 이 왜곡은 처리되는 특정 신호에 허용될 만큼 적게 의존할 수 있다.
극 변조기, 진폭(크기)경로, 위상경로, 지연, 시간맞춤

Description

극 변조기에서의 디지털 시간정렬{Digital time alignment in a polar modulator}
본 발명은 대체로 전력변조기들에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 극 변조기(polar modulator)의 진폭 및 위상 경로들 사이의 시간정렬(time alignment)에 관한 것이다.
극 변조기에서, 진폭변조와 위상변조는 소망의 신호를 만들도록 결합되기 전에 별도로 처리된다. 크기 및 위상 변조들의 처리는 서로 다르고, 이는 크기 및 위상 신호성분들 사이의 상대적인 시간오프셋을 도입할 수 있다. 이 상대 시간오프셋이 정정되지 않는다면, 소망의 신호는 정확히 생성되지 않을 것이고, 왜곡이 생길 것이다. 전형적으로 이 왜곡은 대역외(out-of-band)신호 에너지가 증가 되게 할 것이다.
이 문제를 해결하는 하나의 접근법은 요구된 시간오프셋 정정이 간단한 디지털 레지스터로 달성될 수 있도록 하는 충분히 빠른 샘플비율로 신호를 처리하는 것이다. 이것은 신호 대역폭이 저대역폭이라면 합리적인 접근법이다. 그러나, CDMA와 WCDMA와 같은 고대역폭 신호들의 경우, 상대적인 크기/위상 타이밍은 1 나노초 이하의 범위 내에서 정확할 필요가 있을 것이다. 이러한 타이밍 분해능은 1㎓ 정도의 샘플비율을 요구할 것이지만 이 샘플비율은 실용적이지 않다.
다른 접근법은 아날로그 지연소자들을 이용하는 것이다. 이러한 지연소자들은 D/A변환 후의 크기 및/또는 위상 경로들에 놓일 수 있다. 불행하게도, 이 접근법은 (1) 지연이 시간에 따라, 온도에 따라, 그리고 부분마다 바뀐다; (2) 아날로그 지연소자들에 의해 제공된 지연이 교정(calibration)될 필요가 있고, 이는 저가 제조환경에서 단점이 된다; 그리고 (3) 아날로그 지연소자들은 집적회로에 통합되기가 곤란하고, 이는 요구된 부품 수를 증가시킨다는 것 등을 포함한 몇 가지 단점들을 가진다.
극 변조기의 크기(진폭) 및 위상 경로들의 상대 타이밍을 부샘플(sub-sample) 분해능으로 디지털적으로 제어하기 위한 방법들 및 장치가 개시된다. 완전히 디지털이면, 시스템 신호들의 타이밍에는 조작이 필요하지 않다. 타이밍 분해능은 샘플비율과는 대조적으로 시스템의 동작범위(dynamic range)에 의해 제한된다. 디지털 필터가 부샘플 시간지연을 근사화하기 위해 채용된다. 디지털 신호처리를 이용하여 부샘플 시간지연을 근사화하기 위한 각종 기법들이 이 목적을 위해 이용될 수 있다. 필터는 이상적으로는 전역통과(all-pass)크기응답과 선형위상응답을 가진다. 실용상, 크기는 저역통과되고 위상은 완전히 선형적이지는 않을 것이다. 이상적인 응답에서부터의 이러한 치우침(편의)은 얼마간의 왜곡을 도입할 것이다. 그러나, 이 왜곡은 처리되는 특정 신호에 따라 용인될 수 있을 만큼 작을 수 있다. 따라서, 신호들 간에 정교한 분해능의 시간장합은 클록 또는 데이터 신호들의 어떠한 명시적인 지연조작 없이 달성될 수 있다. 개발 및 제조 비용들이 낮아지는 것이 직접적인 이점이다.
본 발명의 추가 양태들은 아래에 기재되고 청구되어 있고, 발명의 성질과 이점들의 추가적인 이해는 명세서와 첨부 도면들의 나머지 부분들을 참조하여 실현될 수 있다.
도 1은 극 변조기의 일부의 블록도이며;
도 2는 EDGE 송신마스크에 관련하여, 시간 오정렬된 크기 및 위상 성분들로부터 생성된 신호, 선형 디지털필터를 이용하여 시간 정렬된 크기 및 위상 성분들로부터 생성된 신호, 및 전역통과필터를 이용하여 시간 정렬된 크기 및 위상 성분들로부터 생성된 신호를 포함한 각종 신호들의 전력스펙트럼밀도(PSD)를 보이는 선도(plot)이며;
도 3은 도 1의 선도에 대응하며 각종 신호들에 대한 400㎑ 오프셋에서의 전력 대 크기-위상 시간오프셋을 보여주는 선도이며; 그리고
도 4는 선형 및 전역통과 필터들 각각에 관한 400㎑ 오프셋에서의 전력 대 지연을 비교하는 선도이다.
이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 극 변조기를 보이고 있다. 송신하려는 신호는 극 형태로 크기정보(ρ) 및 위상정보(θ)로서 표현된다. 선택사양적으로, 크기경로 및 위상경로 중의 하나는 지연블록들(101a, 101b)에서 다른 하 나에 대해 하나 이상의 샘플기간만큼 지연되어 거친(coarse) 시간정렬을 달성하게 된다.
먼저 위상경로를 고려하면, 위상변조는 디지털위상변조기(103)에 의해 수행된다. 디지털-아날로그변환(105)이 뒤따르고, 결과적인 아날로그신호는 전압제어발진기(VCO; 107)에 인가된다. VCO의 출력신호는 RF전력증폭기(109)의 RF입력에 인가된다. 바람직하게는, 이 RF전력증폭기는 압축, 또는 스위치모드에서 동작한다.
다음으로 크기경로를 고려하면, 크기정보는 이후로 매우 자세히 설명될 것처럼 정교한 부샘플-시간지연 조절을 위해 지연필터(111)에 인가된다. 그 후 디지털-아날로그변환(110)이 뒤따르고, 결과적인 신호는 진폭변조기 또는 전력구동기(113)에 인가된다. 진폭변조기는 입력으로서 공급전압(Vbatt)을 수신하고 전력증폭기(109)의 공급단자에 인가되는 전압(Vpa)을 생성한다. VCO의 출력신호 및 전압(Vpa)에 대한 응답으로, 전력증폭기는 소망의 출력신호를 생성하고, 이 출력신호는 예를 들면 송신을 위해 안테나(115)에 인가된다. 지연필터가 도 1에서 크기경로에 있는 것으로 보이고 있지만, 그것은 위상경로에 적절히 위치될 수 있다.
앞의 도 1에 도시된 바와 같이, 크기 및 위상의 상대적 타이밍은 하나의 경로를 다른 경로에 대해 지연시킴으로써 제어될 수 있다. 지연필터(111)의 더 상세한 내용이 이제 고려될 것이다. 일반성의 손실 없이, 크기(ρ)를 샘플간격의 약간의 일부분인 τ만큼 지연시키는 것을 고려한다. 수학적으로 말하면, 크기(ρ)는 이산적인 순간(time instants)(kT)에서만 알려지고, 여기서 k는 정수이고 T는 샘플링주기이다. 정확한 추정값은 0 < Δ < 1인 약간의 순간(kT + ΔT)에서 크기로 알게 된다. 이 개시물의 나머지의 경우, 이산 순간(kT)에서의 크기(ρ)는 ρ(k)로 표시될 것이다.
하나의 접근법은 선형보간을 이용하는 것이다. 선형보간은 2개의 필터계수들을 가지는 비재귀형 필터링 동작으로서 간주될 수 있다. 필터 출력은 순간(kT + ΔT)에서의 크기의 추정값을 제공할 것이다. 필터 입력이 x로 표시되고 필터 출력이 y로 표시된다면, 선형보간은 다음과 같이 정의된다.
Figure 112005068823152-PCT00001
선형보간은 여기서는 한 번의 곱셈만이 필요하도록 기재되어 있고, 이것은 실용상의 적용 시에 중요하다. 지연의 분해능이 지연을 나타내는데 이용되는 비트수에 의해서만 한정된다는 것에 주의한다.
다른 접근법은 1차(first-order) 전역통과 디지털필터를 이용하는 것이다. 이 필터는 무한충격응답(IIR)필터로 되며, 다음의 재귀 식으로 정의된다.
Figure 112005068823152-PCT00002
여기서
Figure 112005068823152-PCT00003
이다.
또 다른 접근법은 거의 선형위상과 거의 평평한 통과대역을 가지게끔 설계된 유한충격응답(FIR)필터를 이용하는 것이다. 이러한 필터는 예를 들면 최소평균자승오차(MMSE) 규준(criterion)에 따라 설계되어도 좋다.
이제 디지털 부샘플 지연 보상의 유효성이 시뮬레이션을 통해 입증될 것이 다. 시뮬레이션 절차가 이용되어, 심볼 당 16개 샘플들을 갖는 PAM신호를 이용하여 생성하며, 크기 및 위상을 계산하며, 크기를 하나의 샘플만큼 시간 시프트하고, 크기 및 위상을 2로 데시메이션한다. 그러면 크기 및 위상은 심볼 당 8개 샘플들을 가지고, 상대적인 크기-위상 타이밍오프셋은 정확히 1/2 샘플이다. 일반성의 손실 없이, EDGE신호에 대해 입증되었다.
재구성된 EDGE신호의 PSD에 대한 1/2 샘플타이밍 오프셋의 영향이 도 2에 보이고 있고, 이 도면에서 크기-위상 시간오프셋은 신호가 EDGE 스펙트럼마스크(출력 전력 ≤ 30dBm의 DCS 1800 이동국 용의 3GPP TS 45.005 v5.1.0)를 통과하게 한다고 이해된다. 크기-위상 시간오프셋이 선형보간으로 정정된다면, 정정된 신호는 스펙트럼마스크와 일치한다는 것을 알 수 있다. 그러나 400㎑ 오프셋에서 마스크에 대한 마진은 약 3dB일 뿐이다. 1차 전역통과 필터가 시간오프셋을 보상하는데 이용된다면, 400㎑에서 마스크에 대한 결과적인 마진은 거의 17dB이다. 이것은 전역통과 필터가 크기-위상 시간오프셋을 더 잘 보상할 수 있음을 보여준다. 선형보간 및 전역통과 필터링의 상대적 성능은 샘플비율에 달려 있을 것이다. 신호가 충분히 높은 샘플비율로 처리된다면, 선형보간과 전역통과 필터링 사이에는 매우 적은 차이가 있을 것이다.
시간오프셋 값들의 범위를 정정하는 선형보간과 전역통과 필터의 능력을 결정하기 위해, 다음의 시뮬레이션이 수행되었다. EDGE신호가 심볼 당 64개 샘플들로 생성되었고, 다음의 단계들, 즉 크기 및 위상을 계산하는 단계, 크기를 0 내지 8개 샘플들만큼 시간 시프트하는 단계, 및 크기 및 위상을 8로 데시메이션하는 단계가 수행되었다. 그러면 크기 및 위상은 심볼 당 8개 샘플들을 가지고, 상대적인 크기-위상 타이밍오프셋은 0부터 1개 샘플까지 1/8 샘플스텝들로 변화한다. 도 3은 정정되지 않은 신호와 정정된 신호에 대해 400㎑ 오프셋에서의 PSD의 상대 전력을 시간오프셋의 함수로서 보이고 있다. 모든 경우들 중 1/2 샘플의 시간오프셋이 최악의 경우임이 명백하다. 전역통과 필터는 성능의 적은 변동만을 가지면서 넓은 범위의 시간오프셋들을 보상할 수 있다.
최종 쟁점은 선형보간 및 전역통과 필터를 위한 지연매개변수의 요구된 분해능이다. 이것을 고찰하기 위해, 다음의 시뮬레이션이 수행되었다. 심볼 당 8개 샘플들과 크기 및 위상 간에 1/2 샘플 시간오프셋을 갖는 EDGE신호가 발생되었고, 선형보간기 및 전역통과 필터의 시간지연매개변수는 가변되었다. 이 실험의 결과들은 도 4에 보이고 있다. 0.5 샘플들의 지연값에서, 공칭(nominal) 시간정렬이 달성된다. 선형필터의 경우, 400㎑ 오프셋에서의 전력은 55dB를 넘게 내려간다. 전역통과 필터의 경우, 전력은 70dB를 넘게 내려간다.
실용상, 지연필터의 매개변수들은 설계시간에 교정될 수 있고 소망의 PSD 특성들을 달성하도록 설정될 수 있다. 다른 설계들에 대해, 지연필터의 매개변수들은 다를 수 있다.
선형보간과 1차 전역통과 필터 둘 다가 부샘플 정확도로 크기-위상 타이밍을 제어하기 위한 효과적인 수단을 제공할 수 있다는 것은 앞서의 설명에서 이해될 것이다. 전역통과 필터는 구현 복잡도가 증가하는 희생을 하여 우수한 성능을 제공한다. 성능의 추가 개선은 2개를 넘는 탭들로 소망의 지연을 근사화하는 FIR필터를 이용함으로써 달성될 수 있다. 이러한 필터는 MMSE규준에 따라 설계될 수 있다. 제시된 이러한 시뮬레이션들의 모두는 하드웨어 구현에 의해 충분히 확인되었다. 이는 부샘플 시간의 신호지연 시프팅이 엄밀히 디지털 기법들을 이용하여 충분히 구현되어, 설계 시의 데이터 또는 클록 신호들의 지연 조작에 대한 어떠한 필요도 없게 할 수 있다. 또는, 등가적으로, 시스템 클록 주파수들(샘플 횟수)에 의해 설정된 시간정렬 분해능을 받아들이도록 강제되는 거래(tradeoff)를 없앤다.
위에서 발명의 바람직한 실시예들이 완전히 기술되었지만, 각종 대체물, 변헝들, 및 등가물들이 이용될 수 있다. 그러므로, 위의 설명은 첨부의 청구항들에 의해 정되는 것으로 발명의 범위를 한정하게 취해지진 않을 것이다.

Claims (26)

  1. 별개의 진폭 및 위상 경로들을 갖는 변조기에서 진폭경로신호 및 위상경로신호 사이의 시간정렬을 달성하기 위한 방법에 있어서,
    진폭 및 위상 경로들 중 적어도 하나 내에 디지털 회로를 제공하는 단계; 및
    디지털 회로의 적어도 하나의 매개변수를 조절하여, 진폭 및 위상 경로신호들의 실질적인 시간정렬에 해당하는 진폭 및 위상 경로신호들 사이의 상대적 지연을 달성하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 디지털 회로는 선형필터, IIR필터, FIR필터, 또는 전역통과필터를 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 디지털 필터는 2개를 넘는 계수(coefficient)들을 갖는 IIR필터를 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 상대적 지연은 상기 변조기에 관련된 하나의 샘플 간격이하인, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 디지털 회로는 2개 이상의 계수들을 갖는 FIR필터를 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 변조기를 제어하는 시스템클록 또는 상기 진폭 및 위상 경로들 중의 어느 하나에 의해 제공된 데이터신호들의 어느 한 쪽에 대해 물리적인 시간지연들이 수행되지 않는, 방법.
  7. 별개의 진폭 및 위상 경로들을 갖는 변조기에서 진폭경로신호 및 위상경로신호 사이의 시간정렬을 달성하기 위한 방법에 있어서,
    진폭 및 위상 경로들 중 적어도 하나 내에 디지털 회로를 제공하는 단계; 및
    상기 디지털 회로의 적어도 하나의 매개변수를 조절하여, 상기 변조기에 관련된 샘플간격 이하가 되는 진폭경로 및 위상경로 신호들의 시간정렬을 달성하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 디지털 회로는 디지털 필터를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 디지털 필터는 선형필터, IIR필터, FIR필터, 또는 전역통과필터를 포함하는, 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 디지털 필터는 2개를 넘는 계수들을 갖는 IIR필터를 포함하는, 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 디지털 회로는 2개 이상의 계수들을 갖는 FIR필터를 포함하는, 방법.
  12. 송신기에 있어서,
    별개의 진폭 및 위상 경로들;
    별개의 진폭 및 위상 신호들에 응답하여 통신신호를 생성하기 위한 증폭기; 및
    진폭 및 위상 경로들 중의 적어도 하나 내의 디지털 회로를 포함하며,
    디지털 회로의 매개변수를 조절하는 것은, 상기 송신기의 디지털 회로에 관련된 샘플간격 이하가 되는 진폭 및 위상 경로신호들 사이의 상대적 지연을 달성시키는, 송신기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 디지털 회로는 디지털 필터를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 디지털 필터는 선형필터, IIR필터, FIR필터, 또는 전역통과필터를 포함하는, 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 디지털 필터는 2개를 넘는 계수들을 갖는 IIR필터를 포함하는, 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 디지털 회로는 2개 이상의 계수들을 갖는 FIR필터를 포함하는, 방법.
  17. 입력신호를 진폭 변조하도록 작동 가능한 회로를 가져 진폭변조된 신호를 생성하는 진폭경로;
    상기 입력신호를 위상 변조하도록 작동 가능한 회로를 가져 위상변조된 신호를 생성하는 위상경로; 및
    상기 진폭 및 위상 경로들 중의 적어도 하나 내에 있는 디지털 지연회로로서, 상기 진폭변조된 신호 및 상기 위상변조된 신호 사이의 타이밍 오정렬을 정정하도록 조절될 수 있는 적어도 하나의 매개변수를 갖는 디지털 지연회로를 포함하는 전기회로.
  18. 제17항에 있어서, 상기 진폭변조된 신호 및 상기 위상변조된 신호를 수신하도록 구성된 증폭기를 더 포함하는, 전기회로.
  19. 제17항에 있어서, 상기 디지털 회로는 타이밍 오정렬의 감소가 샘플간격의 분수 내로 되게끔 할 수 있는, 전기회로.
  20. 제17항에 있어서, 상기 진폭변조된 신호 및 상기 위상변조된 신호 중의 어느 쪽에 대해서도 아날로그로 구현된 시간 지연을 수행하지 않는, 전기회로.
  21. 제19항에 있어서, 상기 진폭변조된 신호 및 상기 위상변조된 신호 중의 어느 쪽에 대해서도 아날로그로 구현된 시간 지연을 수행하지 않는, 전기회로.
  22. 제17항에 있어서, 상기 디지털 회로는 디지털 필터를 포함하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 디지털 필터는 선형필터, IIR필터, FIR필터, 또는 전역통과필터를 포함하는, 방법.
  24. 제22항에 있어서, 상기 디지털 필터는 2개를 넘는 계수들을 갖는 IIR필터를 포함하는, 방법.
  25. 제22항에 있어서, 상기 디지털 회로는 2개 이상의 계수들을 갖는 FIR필터를 포함하는, 방법.
  26. 입력신호를 진폭 변조하여 진폭변조된 신호를 생성하기 위한 회로를 갖는 진폭경로;
    입력신호를 위상 변조하여 위상변조된 신호를 생성하기 위한 회로를 갖는 위상경로; 및
    상기 진폭변조된 신호 및 상기 위상변조된 신호 사이의 시간 오정렬을 디지 털적으로 정정하기 위한 수단을 포함하는 전기회로.
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