KR20060098681A - Apparatus and method for compensating long tim memory effect of power amplifier in a wireless communication system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선 통신 시스템에서 사용되는 고출력 전력 증폭기의 비선형 왜곡 특성을 선형화하는 전치 왜곡(Pre-distortion) 장치 및 그 방법의 기억 효과 보상 방안에 대한 것으로서, 이는 무선 통신 시스템에서 전력 증폭기의 비선형 특성을 보상하는 전치 왜곡 장치의 기억 효과 보상 장치에 있어서, 전치 왜곡기의 에러 신호에 대한 전력 평균을 계산하는 전력 평균기와, 상기 전력 평균을 이용하여 열적 기억 효과 보상을 위한 소정 보상 다항식의 계수를 산출하고, 산출된 계수를 상기 전력 평균의 멱(power)과 곱하여 상기 에러 신호의 이득값을 결정하는 이득 결정기와, 상기 결정된 이득값을 이용하여 열적 기억 효과에 대한 보상 신호를 생성하는 보상기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The present invention relates to a pre-distortion device for linearizing the nonlinear distortion characteristics of a high output power amplifier used in a wireless communication system, and a memory effect compensation method of the method. A memory effect compensating device of a predistorter compensating device, comprising: a power average calculating a power average of an error signal of a predistorter, and calculating a coefficient of a predetermined compensation polynomial for thermal memory effect compensation using the power average; And a gain determiner for determining a gain value of the error signal by multiplying the calculated coefficient by a power of the power average, and a compensator for generating a compensation signal for a thermal memory effect using the determined gain value. It is characterized by.
기억 효과, 열적 기억 효과, long time memory effect, 보상, 전치 왜곡기, 전력 증폭기 Memory effect, thermal memory effect, long time memory effect, compensation, predistorter, power amplifier
Description
도 1은 일반적인 룩업 테이블 형태의 전치 왜곡기를 사용하여 전력 증폭기의 비선형 특성을 보상하는 무선 통신 시스템의 송신기 구성을 도시한 블록도1 is a block diagram illustrating a transmitter configuration of a wireless communication system for compensating for nonlinear characteristics of a power amplifier using a predistorter in the form of a general lookup table.
도 2는 일반적인 전치 왜곡 장치에 구비되는 적응 제어기의 구성을 도시한 블록도2 is a block diagram showing the configuration of an adaptive controller included in a general predistorter.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 증폭기의 기억 효과 보상 장치가 구비된 무선 통신 시스템의 송신기 구성을 도시한 블록도3 is a block diagram illustrating a transmitter configuration of a wireless communication system equipped with a memory effect compensation device of a power amplifier according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기억 효과 보상 장치의 구성을 도시한 블록도4 is a block diagram showing the configuration of a memory effect compensation device according to an embodiment of the present invention;
본 발명은 무선 통신 시스템에서 전력 증폭기의 비선형 특성을 보상하는 장 치 및 방법에 대한 것으로서, 특히 무선 통신 시스템에서 사용되는 고출력 전력 증폭기의 비선형 왜곡 특성을 선형화하는 전치 왜곡(Pre-distortion) 장치 및 그 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a device and a method for compensating for the nonlinear characteristics of a power amplifier in a wireless communication system, and in particular to a pre-distortion device for linearizing the nonlinear distortion characteristics of a high output power amplifier used in a wireless communication system and It's about how.
일반적으로 고주파(Radio Frequency: RF) 신호를 사용하는 무선 통신 시스템에서 송수신을 위한 전력 증폭기(Power Amplifier)는 저전력 저잡음 증폭기(LNA : Low Noise Amplifer)와 고전력 증폭기(High Power Amplifier: HPA)로 분류된다. 상기 고전력 증폭기는 잡음보다는 효율이 더 중요한 송신기에 주로 사용된다. 따라서 무선 통신 시스템에서 널리 사용되는 고전력 증폭기는 고효율을 얻을 수 있도록 비선형 동작점에 근접하여 동작된다.In general, a power amplifier for transmitting and receiving in a radio communication system using a radio frequency (RF) signal is classified into a low power low noise amplifier (LNA) and a high power amplifier (HPA). . The high power amplifier is mainly used in transmitters where efficiency is more important than noise. Therefore, high power amplifiers, which are widely used in wireless communication systems, operate close to nonlinear operating points for high efficiency.
이러한 경우 전력 증폭기의 출력은 혼 변조 왜곡(inter modulation distortion: IMD) 성분을 만들어 내어 대역내(in-band) 뿐만 아니라 다른 주파수 대역에 스퓨리어스(spurious) 신호로 영향을 주게 된다. 스퓨어리스 성분을 제거하기 위해서는 주로 피드 포워드(feed forward) 방식이 사용된다. 피드 포워드 방식은 스퓨어리스 성분을 거의 완벽하게 제거할 수 있지만 증폭 효율이 낮아질 뿐만 아니라 무선 단(RF stage)에서의 제어가 필요하므로 부피가 커지고 시스템의 가격이 높다는 단점이 있다.In this case, the output of the power amplifier produces an intermodulation distortion (IMD) component that affects the spurious signal in other bands as well as in-band. In order to remove the spurless component, a feed forward method is mainly used. The feedforward method almost completely eliminates the spurless component, but the disadvantage is that the amplification efficiency is lowered and the control is required at the radio stage (RF stage).
이러한 무선 통신 시스템의 고전력 증폭기는 고효율을 얻는 과정에서 비선형 특성이 발생되며, 상기 비선형 특성을 보상하도록 이른바 전치 왜곡(Pre-distortion) 방식이 연구되고 있다. 전치 왜곡 방식은 아날로그 방식과 디지털 방식으로 구분되며, 이하 본 명세서에서는 디지털 전치 왜곡 방식에 대해 기술하기로 한다. 디지털 전치 왜곡 방식은 전력 증폭기의 혼 변조 왜곡(IMD) 성분과 크기가 같고 역위상인 신호를 전력 증폭기(Power Amplifier)의 입력단과 연결된 디지털 단(Digtal stage)에서 만들어 전력 증폭기의 입력단으로 인가함으로써 비선형 특성을 갖는 전력 증폭기의 신호를 선형화시킨다.In the high power amplifier of such a wireless communication system, nonlinear characteristics are generated in the process of obtaining high efficiency, and a so-called pre-distortion method is being studied to compensate for the nonlinear characteristics. The predistortion method is classified into an analog method and a digital method. Hereinafter, the digital predistortion method will be described. The digital predistortion method is nonlinear by applying a signal having the same magnitude and antiphase to the horn modulated distortion (IMD) component of the power amplifier at the digital stage connected to the input of the power amplifier to the input of the power amplifier. Linearize the signal of the characteristic power amplifier.
여기서 상기 비선형 특성은 전력 증폭기의 입력 신호 크기에 따라 출력 신호의 크기가 바뀌는 AM/AM(Amplitude Modulation to AM) 특성과 입력 신호의 크기에 따라 출력 신호의 위상이 바뀌는 AM/PM(AM to Phase Modulation) 특성으로 구분된다. Herein, the non-linear characteristics include AM / AM (Amplitude Modulation to AM) characteristics in which an output signal is changed according to an input signal size of a power amplifier, and AM / PM (AM to Phase Modulation) in which a phase of an output signal is changed according to an input signal size. ) Characteristics.
한편 전치 왜곡기에서 전력 증폭기에 대한 역 비선형 왜곡 특성을 계산하는 대표적인 알고리즘으로 복소 다항식(Complex Polynomial)을 사용하는 방식이 있다. 상기 복소 다항식형 전치 왜곡기는 전력 증폭기의 비선형성을 제거하는데 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다. 즉 복소 다항식의 계산시 수렴 속도가 빠르다. 메모리 효과를 고려하지 않을 경우, P차의 전치 보상 다항식은 하기의 <수학식 1>과 같이 나타내어진다.Meanwhile, a typical algorithm for calculating the inverse nonlinear distortion characteristics of the power amplifier in the predistorter is a complex polynomial. The complex polynomial predistorter can shorten the time taken to remove nonlinearity of the power amplifier. That is, the convergence speed is fast when calculating the complex polynomial. When the memory effect is not taken into consideration, the transposition compensation polynomial of the P-order is represented by
여기서 d(n)는 전치보상 신호이며, 기저대역(baseband) 입력 신호 X(n)에 곱해지는 { }안의 부분은 X(n)의 전치 보상 이득으로 볼 수 있다.Here, d (n) is a precompensation signal, and the part of {} multiplied by the baseband input signal X (n) can be regarded as a precompensation gain of X (n).
현재까지 대부분의 전치 왜곡기는 단일 톤이나 협대역 주파수의 신호에 대해서 많이 연구되었으므로, 전력 증폭기의 비기억성(Memoryless) 비선형 특성(즉 현 재의 입력만이 현재의 출력에 영향을 미침)에 대해서만 보상하는 방식이 거의 대부분이었다. 그러나 무선 주파수를 처리하는 전력 증폭기의 비선형 특성은 현재 입력 신호뿐만 아니라 과거 입력 신호들이 현재의 전력 증폭기의 출력에 영향을 줌으로써 상기 AM/AM 특성과 AM/PM 특성을 확연하게 변화시킨다.To date, most predistorters have been studied a lot for signals with single-tone or narrowband frequencies, so they only compensate for the memoryless nonlinear nature of the power amplifier (i.e., only the current input affects the current output). Most of the way was. However, the non-linear characteristics of a power amplifier that handles radio frequencies significantly change the AM / AM and AM / PM characteristics by affecting the output of the current power amplifier, as well as the current input signal.
이러한 현상을 기억 효과(Memory Effects)라고 하며, 전력 증폭기의 비선형성은 입력 신호의 주파수 대역폭에 따라 다르게 나타난다. 최근 무선 통신 시스템의 고출력화되면서 비선형 증폭기의 기억 효과를 고려한 연구와 개발이 보다 활발하게 진행되고 있다.This phenomenon is called memory effects, and the nonlinearity of the power amplifier varies depending on the frequency bandwidth of the input signal. Recently, research and development in consideration of the memory effect of the nonlinear amplifier have been actively conducted with the increase in the power output of the wireless communication system.
상기 기억 효과를 보상하기 위한 전치 보상 기술로는 룩업 테이블(Look-up table : LUT)을 이용하는 기술이 있다. 룩업 테이블은 입력 신호의 가능한 진폭 레벨 범위에 대한 전치 보상 이득들을 저장하기 때문에, 일반적으로 매우 적은 계산량 만을 필요로 한다. 그러나 상기 기억 효과를 가지는 전력 증폭기의 비선형성을 정확히 제거하기 위해서는 룩업 테이블의 각 요소들(entries), 즉 전치보상 이득들에 대하여 각각 적응 알고리즘을 적용하여야 하므로, 전력 증폭기를 선형화하는데 걸리는 시간이 길다는, 즉 수렴 속도가 느리다는 단점을 가진다.As a pre-compensation technique for compensating the memory effect, there is a technique using a look-up table (LUT). Since the lookup table stores the precompensation gains for the range of possible amplitude levels of the input signal, typically only a very small amount of computation is needed. However, in order to accurately remove the nonlinearity of the power amplifier having the memory effect, an adaptive algorithm must be applied to each of the elements of the lookup table, that is, the precompensation gains, so that it takes a long time to linearize the power amplifier. I.e., the convergence speed is slow.
따라서 상기와 같은 단점을 극복하고자 전치 왜곡기를 사용하여 전력 증폭기를 선형화하는 방법으로 다항식 방법의 빠른 수렴성과 룩업 테이블 방법의 적은 계산량의 이점을 동시에 취할 수 있는 전치 왜곡 방식이 제시되었다. 즉 전치 왜곡기의 패러미터 추출은 다항식 방법을 통하여 수행하고, 추출된 전치 왜곡부 파라미터를 룩업 테이블 형태로 변경한다. 이로서 다항식을 이용하는 전치 왜곡기를 빠른 수렴성과 룩업 테이블 형태의 전치 왜곡기가 갖는 적은 계산량을 얻을 수 있다.Therefore, in order to overcome the drawbacks described above, a predistortion method is proposed to linearize a power amplifier using a predistorter and simultaneously take advantage of the fast convergence of the polynomial method and the small calculation amount of the lookup table method. That is, the parameter extraction of the predistorter is performed through a polynomial method, and the extracted predistorter parameter is changed into a lookup table. This results in a fast convergence using a polynomial and a small amount of computation with the predistorter in the form of a lookup table.
즉 도 1은 일반적인 룩업 테이블 형태의 전치 왜곡기를 사용하여 전력 증폭기의 비선형 특성을 보상하는 무선 통신 시스템의 송신기(100) 구성을 도시한 블록도이다.That is, FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of a
도 1의 구성을 갖는 송신기는 예를 들어 고주파(Radio Frequency: RF)를 사용하는 무선 통신 시스템에서 사용된다. 먼저 도 1의 송신기(100)의 전송 경로(Forward Path)를 간략히 살펴보면, 디지털 신호인 기저대역 신호 X(n)가 입력 신호로 인가되고, 입력 신호는 전력 증폭기(PA)(115)의 비선형 특성을 갖는 IMD 성분과 크기가 같고, 역위상인 신호를 출력하는 디지털 전치 왜곡기(Digital Pre-Distorter : DPD)(101)와, 디지털 직교 변조기(Digital Quadrature Modulator : DQM)(103), 디지털/아날로그 변환기(DAC)(105)를 거쳐 아날로그 신호로 출력된다.The transmitter having the configuration of FIG. 1 is used in, for example, a wireless communication system using Radio Frequency (RF). First, referring to the forward path of the
상기 디지털/아날로그 변환기(105)의 출력 신호는 중간 주파수(Intermediate Frequency : IF) 대역통과필터(Band Pass Filter : BPF)(107)를 경유하여 RF 국부 발진기(Local Oscillator : LO)(109)와 믹서(111)로 구성되는 주파수 상승 변환기(Frequency Up Converter)를 거쳐 원하는 무선 주파수로 변환되고, 고주파(Radio Frequency : RF) 대역통과필터(BPF)(113)를 통과하여 대역외 성분이 제거된 후, 전력 증폭기(115)를 통해 증폭되어 안테나를 통해 무선망으로 송출된다.The output signal of the digital-to-
다음으로 도 1의 송신기(100)의 궤환경로(Feedback Path)를 간략히 살펴보면, 전력 증폭기(115)의 출력 신호는 방향성 결합기(Directional Coupler)(117)를 통해 일부가 추출되어 RF 국부 발진기(LO)(109)와 다른 믹서(119)로 구성되는 주파 수 하강 변환기(Frequency Down Converter)로 전달된다. 상기 주파수 하강 변환기는 증폭된 신호를 중간 주파수(IF)로 변환하고, 중간 주파수로 변환된 신호는 피드백 대역통과필터(FB BPF)(121), 아날로그/디지털 변환기(Analog to Digital Converter : ADC)(123)를 거쳐 디지털 직교 복조기(Digital Quadrature Demodulator : DQDM)(125)로 입력된다. 상기 디지털 직교 복조기(125)는 입력된 디지털 신호를 동위상(In-Phase) 신호성분과 직교위상(Quadrature) 신호성분으로 복조한 후, 전치 보상부(P1)로 전달한다.Next, referring to the feedback path of the
상기 전치 보상부(P1)는 전치 왜곡 신호를 출력하는 디지털 전치 왜곡기(DPD)(101), 입력 신호를 지연시켜 기억 효과를 보상하는 지연 보상기(DL)(129), 지연 추정기(DLL)(127) 및 전치 보상 동작을 전반적으로 제어하는 적응 제어기(ADPT)(131)를 구비한다. 상기 적응 제어기(131)는 또한 상기 전치 왜곡기(101)로부터의 출력 신호를 주기적으로 감시한다. 이로써 상기 적응 제어기(130)는 상기 전치 왜곡기(101)로부터의 출력 신호(증폭전의 입력 신호)와 상기 디지털 직교 복조기(125)로부터의 출력 신호(증폭된 출력 신호)를 각각 입력받게 되고, 이 입력들을 이용하여 상기 <수학식 1>과 같은 전치 보상 다항식을 계산하기 위한 계수들을 결정하며 상기 결정된 다항식 계수들을 이용하여 입력 신호의 가능한 모든 크기들에 대한 전치 보상 이득들을 계산한다. 상기 계산된 전치 보상 이득들은 상기 전치 왜곡기(101)내의 룩업 테이블(도시되지 않음)에 저장된다.The predistorter P1 includes a digital predistorter (DPD) 101 for outputting a predistortion signal, a delay compensator (DL) 129 for delaying an input signal, and a delay estimator (DLL) ( 127 and an adaptive controller (ADPT) 131 which generally controls the predistortion operation. The
상기와 같은 구성에서는 전치 왜곡기의 파라미터(전치 보상 이득들)가 룩업 테이블 형태로 변경되면, 입력 신호의 크기에 따라서 특정 룩업 테이블 값을 참조 하여 입력 신호와 곱하게 된다. 이때 입력 신호의 크기에 따른 룩업 테이블 어드레스를 결정하는데 수 클럭이 소요되며, 또한 룩업 테이블로부터 데이터를 가져오는데 수 클럭이 필요하다. 즉 전치 왜곡 다항 방정식을 만족하는 FPGA 구성을 위해서 전치 왜곡기의 입력 샘플 레이트보다 약 10배 이상 빠른 클럭을 이용한 프로세싱이 필요하다.In the above configuration, when the parameter (precompensation gains) of the predistorter is changed into a lookup table form, the predistorter multiplies the input signal by referring to a specific lookup table value according to the size of the input signal. In this case, several clocks are required to determine the lookup table address according to the magnitude of the input signal, and several clocks are required to take data from the lookup table. In other words, an FPGA configuration that satisfies the predistortion polynomial equation requires processing with a clock approximately 10 times faster than the input sample rate of the predistorter.
현재 개발되어 FPGA 최대 동작 클럭 레이트가 약 200MHz이므로 기존 IIR 구조를 사용할 경우, 전치 왜곡기의 입력 신호는 약 20MHz 이하의 샘플 레이트를 가질 수 밖에 없으며, 이는 고출력 전력 증폭기가 사용되는 통신 시스템의 기지국 등에는 부족한 샘플 레이트가 된다.Since the FPGA's maximum operating clock rate is currently about 200 MHz, when using the existing IIR structure, the input signal of the predistorter must have a sample rate of about 20 MHz or less, which means that the base station of a communication system using a high output power amplifier is used. Becomes an insufficient sample rate.
또한 상기 기억 효과는 단기 기억 효과(short time memory effect)라 불리우는 전기적 기억 효과와, 열에 의한 장기 기억 효과(long time memory effect)(또는 열적 기억 효과)로 분류되며, 상기 단기 기억 효과는 일반적으로 보상이 용이하나 열적 기억 효과 보상의 경우 전치 왜곡 장치의 로직 구성이 복잡해지는 어려움이 있다. 따라서 전치 왜곡 장치의 로직을 간단히 구성하면서도 상기 부족한 샘플 레이트의 문제와 상기 열적 기억 효과를 모두 해결할 수 있는 새로운 구조의 전치 왜곡 장치가 요구된다.In addition, the memory effect is classified into an electric memory effect called a short time memory effect and a long time memory effect (or a thermal memory effect) by heat, and the short-term memory effect is generally compensated for. This is easy, but in the case of thermal memory effect compensation, the logic configuration of the predistortion device is complicated. Therefore, there is a need for a new structure of the predistortion device which can solve both the problem of insufficient sample rate and the thermal memory effect while simply configuring the logic of the predistortion device.
본 발명의 목적은 무선 통신 시스템에서 전력 증폭기의 기억 효과를 보상하면서 샘플 레이트를 향상시킬 수 있는 전치 왜곡 장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a predistortion apparatus and method capable of improving the sample rate while compensating for the memory effect of a power amplifier in a wireless communication system.
본 발명의 다른 목적은 무선 통신 시스템에서 전력 증폭기의 열적 기억 효과를 보상할 수 있는 전치 왜곡 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a predistortion apparatus and method capable of compensating for the thermal memory effect of a power amplifier in a wireless communication system.
본 발명의 다른 목적은 무선 통신 시스템에서 간단한 로직 구성으로 전력 증폭기의 열적 기억 효과를 보상하면서 샘플 레이트를 향상시킬 수 있는 전치 왜곡 장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a predistortion apparatus and method that can improve the sample rate while compensating for the thermal memory effect of a power amplifier with a simple logic configuration in a wireless communication system.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 무선 통신 시스템에서 전력 증폭기의 비선형 특성을 보상하는 전치 왜곡 장치의 기억 효과 보상 장치에 있어서, 전치 왜곡기의 에러 신호에 대한 전력 평균을 계산하는 전력 평균기와, 상기 전력 평균을 이용하여 열적 기억 효과 보상을 위한 소정 보상 다항식의 계수를 산출하고, 산출된 계수를 상기 전력 평균의 멱(power)과 곱하여 상기 에러 신호의 이득값을 결정하는 이득 결정기와, 상기 결정된 이득값을 이용하여 열적 기억 효과에 대한 보상 신호를 생성하는 보상기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.An apparatus of the present invention for achieving the above object is a memory effect compensation device of a predistortion device for compensating for nonlinear characteristics of a power amplifier in a wireless communication system, comprising: a power averaging device that calculates a power average for an error signal of a predistorter; A gain determiner for calculating a coefficient of a predetermined compensation polynomial for thermal memory effect compensation using the power average, and multiplying the calculated coefficient by a power of the power average to determine a gain value of the error signal; And a compensator for generating a compensation signal for the thermal memory effect by using the determined gain value.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 무선 통신 시스템에서 전력 증폭기의 비선형 특성을 보상하는 전치 왜곡 장치의 기억 효과 보상 방법에 있어서, 전치 왜곡기의 에러 신호에 대한 전력 평균을 계산하는 과정과, 상기 전력 평균을 이용하여 열적 기억 효과 보상을 위한 소정 보상 다항식의 계수를 산출하는 과정과, 상기 산출된 계수를 상기 전력 평균의 멱(power)과 곱하여 상기 에러 신호의 이득값을 결정하는 과정과, 상기 결정된 이득값을 이용하여 열적 기억 효과에 대한 보상 신호를 생성하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of compensating a memory effect of a predistorter for compensating for a nonlinear characteristic of a power amplifier in a wireless communication system, the method comprising: calculating a power average of an error signal of a predistorter; Calculating a coefficient of a predetermined compensation polynomial for thermal memory effect compensation using the power average, multiplying the calculated coefficient by a power of the power average, and determining a gain value of the error signal; And generating a compensation signal for a thermal memory effect by using the determined gain value.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하에서는 본 발명의 설명에 앞서 열적 기억 효과 보상과 관련된 본 발명의 이해를 돕도록 일반적인 전치 왜곡 장치에서 열적 기억 효과가 발생되는 과정에 대해 간략히 설명하기로 한다. In the following description, a process of generating a thermal memory effect in a general predistortion device will be briefly described to help understanding of the present invention related to thermal memory effect compensation.
도 2는 일반적인 전치 왜곡 장치에 구비되는 적응 제어기(ADPT)(131)의 구성을 도시한 블록도로서, 도 2에서 도 1에 도시된 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호(부호)를 붙이기로 한다. 도 2를 살펴보면, 기존 전치 왜곡 앨거리즘의 에러(error)는 입력 신호 X(n)에 대한 전치 왜곡기(101)의 출력과 직교 복조된 전력 증폭기의 출력을 각각 입력으로 하고, 양 입력에 대해 동일한 전치 왜곡 함수(f(·))(131b)를 적용하여 구한 차이(131a)로 정의된다. 여기서 상기 전치 왜곡 알고리즘은 전치 왜곡기(101)로 제공되는 전치 보상 이득들 계산하기 위한 알고리즘을 의미하고, 상기 전치 왜곡 앨거리즘의 에러는 기존 구성의 전치 왜곡기(101)로 보상되지 않는 열적 기억 효과에 의한 왜곡 신호를 포함한다. 그리고 도 2에서 pdo_i, pdo_q는 각각 전치 왜곡기(101) 출력의 동위상 성분과 직교위상 성분을 의미한다.FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an adaptive controller (ADPT) 131 included in a general predistortion apparatus. In FIG. 2, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. do. Referring to FIG. 2, the error of the conventional predistortion algorithm is based on the output of the
한편 상기 열적 기억 효과와 관련하여 본 출원인의 선출원인 특허출원 제 2004-0000148호에는 전력 증폭기의 기억 효과를 보상하면서 샘플 레이트를 향상시킬 수 있는 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 이용한 전치 보상 장치가 개시되어 있다. 그러나 상기 특허출원의 경우 전기적 기억 효과에는 적절한 보상이 가능하나, 전치 왜곡기가 수 샘플 클럭 길이의 FIR 필터로 구성되므로 상기 열적 기억 효과의 보상은 상대적으로 이루어지기 어렵다. 즉 상기 열적 기억 효과의 시상수가 FIR 필터의 지연 시간보다 긴 경우 FIR 필터의 탭(tap) 길이를 늘려야 하나 이는 전치 왜곡기를 구성하는 FPGA 로직(logic amount)의 크기를 크게 증가시키며, 라우드 오프 에러(round-off error)의누적에 의한 수치적 불안정성을 증가시키는 문제점이 발생된다. 이러한 열적 기억 효과는 광대역 입력 신호에 비해 협대역 신호에서 보다 심하게 나타나며 특히 GSM과 같이 수십 KHz 정도의 주파수 대역을 갖는 신호에 대해서는 반드시 고려되어야 한다.On the other hand, with respect to the thermal memory effect, the present applicant, the first application patent application No. 2004-0000148 discloses a precompensation device using a finite impulse response (FIR) filter that can improve the sample rate while compensating the memory effect of the power amplifier It is. However, in the case of the patent application, the electrical memory effect can be properly compensated, but since the predistorter is composed of a FIR filter having a few sample clock length, compensation of the thermal memory effect is relatively difficult. That is, if the time constant of the thermal memory effect is longer than the delay time of the FIR filter, the tap length of the FIR filter should be increased, but this greatly increases the size of the FPGA logic amount constituting the predistorter, There is a problem of increasing numerical instability due to accumulation of round-off errors. This thermal memory effect is more severe in narrowband signals than in wideband input signals, and must be considered especially for signals with frequency bands of tens of KHz, such as GSM.
이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 열적 기억 효과 보상을 수행하는 본 발명의 전치 왜곡 장치 및 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, the predistortion apparatus and method of the present invention for performing thermal memory effect compensation will be described with reference to FIGS. 3 to 5.
즉 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 증폭기의 기억 효과 보상 장치가 구비된 무선 통신 시스템의 송신기(300) 구성을 도시한 블록도로서, 도 2에서 참조부호 P2의 전치 보상부를 제외한 나머지 구성은 도 1의 구성과 동일한 동작을 수행한다.3 is a block diagram showing the configuration of a
도 3의 구성을 갖는 송신기는 예를 들어 고주파(RF)를 사용하는 무선 통신 시스템에서 사용된다. 먼저 도 3의 송신기(300)의 전송 경로(Forward Path)를 간략히 살펴보면, 디지털 신호인 기저대역 신호 X(n)가 입력 신호로 인가되고, 입력 신 호는 전력 증폭기(PA)(115)의 비선형 특성을 갖는 IMD 성분과 크기가 같고, 역위상인 신호를 출력하는 디지털 전치 왜곡기(DPD)(301)와, 본 발명에 따라 특히 열적 기억 효과를 보상하는 기억 효과 보상부(P3)와, 디지털 직교 변조기(DQM)(103), 디지털/아날로그 변환기(DAC)(105), IF BPF(307)를 경유하여 RF 국부 발진기(309)와 믹서(311)로 구성되는 주파수 상승 변환기를 거쳐 원하는 무선 주파수로 변환되고, RF BPF(313)를 거쳐 전력 증폭기(315)를 통해 증폭되어 안테나를 통해 무선망으로 송출된다.The transmitter having the configuration of FIG. 3 is used in a wireless communication system using, for example, high frequency (RF). First, referring to the forward path of the
다음으로 도 3의 송신기(300)의 궤환경로(Feedback Path)를 간략히 살펴보면, 전력 증폭기(315)의 출력 신호는 방향성 결합기(317)를 통해 신호 일부가 추출되어 RF 국부 발진기(LO)(309)와 다른 믹서(319)로 구성되는 주파수 하강 변환기와, FB BPF(321), 아날로그/디지털 변환기(123)를 거쳐 디지털 직교 복조기(325)로 입력된다. 상기 디지털 직교 복조기(125)는 증폭된 출력 신호를 동위상(In-Phase) 신호성분과 직교위상(Quadrature) 신호성분으로 복조한 후, 전치 보상부(P2)로 전달한다.Next, referring to the feedback path of the
본 발명의 전치 보상부(P2)는 전치 왜곡 신호를 출력하는 디지털 전치 왜곡기(DPD)(301), 입력 신호를 지연시켜 기억 효과를 보상하는 지연 보상기(DL)(329), 지연 추정기(DLL)(327) 및 전치 보상 동작을 전반적으로 제어하는 적응 제어기(ADPT)(331)를 구비함은 물론 상기 디지털 전치 왜곡기(301)의 출력단에 연결되어 열적 기억 효과를 보상하는 기억 효과 보상부(P3)를 더 구비하여 구성된다. 상기 적응 제어기(331)는 전치 왜곡기(301)로부터 입력된 증폭 전의 신호와 전력 증폭기 (315)로부터의 증폭된 신호를 각각 입력받아 전치 보상 다항식을 계산하기 위한 계수들을 결정하여 입력 신호의 가능한 모든 크기들에 대한 전치 보상 이득들을 계산한다. 상기 계산된 전치 보상 이득들은 상기 전치 왜곡기(301)내의 룩업 테이블(도시되지 않음)에 저장된다.The precompensator P2 of the present invention includes a digital predistorter (DPD) 301 for outputting a predistortion signal, a delay compensator (DL) 329 for delaying an input signal to compensate for a memory effect, and a delay estimator (DLL). 327 and an adaptive controller (ADPT) 331 for overall control of the precompensation operation, as well as a memory effect compensator connected to an output terminal of the
또한 본 발명의 전치 보상부(P2)에서 상기 기억 효과 보상부(P3)는 입력 신호 X(n)에 대한 전치 왜곡기(301)의 출력과 직교 복조된 전력 증폭기(315)의 출력을 각각 입력으로 하여 얻어진 전치 왜곡 앨거리즘의 에러(error) 신호를 전치 왜곡기(301)의 출력 신호에 대한 평균 전력으로 계산하여 열적 기억 효과 보상을 위한 이득값을 구한다. 그리고 상기 기억 효과 보상부(P3)는 구해진 이득값을 전력 증폭기(315)로 전달되는 입력 신호에 곱하여 열적 기억 효과를 보상하게 된다.In addition, in the precompensator P2 of the present invention, the memory effect compensator P3 inputs the output of the
즉 상기 열적 기억 효과는 전력 증폭기의 출력 전력의 평균값에 비례하며, 이는 대략적으로 입력 전력 평균값의 함수로 표현이 가능하다. 따라서 상기 전치 왜곡 앨거리즘의 에러(error) 신호는 전치 왜곡기(301)의 출력 신호에 대한 평균 전력의 함수로 표현이 가능하다. 여기서 상기 평균 전력은 산술적 평균과 지수적이 평균으로 구분되나, 열적 기억 효과는 시간에 따른 가중치를 갖는 평균 전력에 비례하므로 전치 왜곡부(301)의 출력 신호에 대한 평균 전력은 지수적 평균 전력으로 계산할 수 있다. 따라서 본 발명에서 상기 열적 기억 효과의 보상은 평균 전력의 함수로 된 상기 에러 신호의 이득값을 전력 증폭기(315)로 전달되는 입력 신호에 곱하여 수행된다.In other words, the thermal memory effect is proportional to the average value of the output power of the power amplifier, which can be expressed as a function of the average value of the input power. Thus, the error signal of the predistortion algorithm can be expressed as a function of the average power of the output signal of the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기억 효과 보상 장치의 구성을 도시한 블록 도로서, 도 4에서 도 3에 도시된 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호(부호)를 붙이기로 한다.FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the memory effect compensating apparatus according to the embodiment of the present invention, and the same reference numerals (symbols) will be given to the same components as those shown in FIG.
도 4를 살펴보면, 전치 왜곡 앨거리즘의 에러(error) 신호는 입력 신호 X(n)에 대한 전치 왜곡기(301)의 출력과 직교 복조된 전력 증폭기의 출력을 각각 입력으로 하고, 양 입력에 대해 동일한 전치 왜곡 함수(f(·))(431b)를 적용하여 구한 차이(431a)로 정의된다. 여기서 상기 전치 왜곡 알고리즘은 전치 왜곡기(301)로 제공되는 전치 보상 이득들 계산하기 위한 알고리즘을 의미하고, 상기 전치 왜곡 앨거리즘의 에러 신호는 전치 왜곡기(301)로는 보상되지 않는 열적 기억 효과에 의한 왜곡 신호를 포함한다. 여기서 상기 에러 신호는 본 발명의 기억 효과 보상부(P3)로 전달된다.Referring to FIG. 4, the error signal of the predistortion algorithm has an output of the
이하 상기 기억 효과 보상부(P3)의 구성과 동작을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the memory effect compensator P3 will be described in more detail.
도 4를 살펴보면, 상기 기억 효과 보상부(P3)는 상기 에러 신호에 대한 지수적 전력 평균을 계산하는 전력 평균기(401)와, 상기 계산된 전력 평균을 이용하여 열적 기억 효과 보상을 위한 보상 다항식의 계수를 산출하고, 산출된 계수를 상기 지수적 전력 평균의 멱(power)과 곱하여 상기 에러 신호의 이득값을 결정하는 이득 결정기(403)와, 상기 결정된 이득값을 입력 신호의 동위상/직교 위상 성분과 곱하여 열적 기억 효과에 대한 보상 신호를 생성하는 보상기(405)를 구비하여 구성된다. 여기서 상기 이득 결정기(403)는 바람직하게 전치 보상 다항식의 룩업 테이블로 구현하는 방식을 적용하여 룩업 테이블 형태로 변환하는 것이 가능하다.Referring to FIG. 4, the memory effect compensator P3 includes a
도 4의 기억 효과 보상부(P3)를 구성하는 전력 평균기(401)와, 이득 결정기(403)와, 보상기(405)에서 수행되는 동작을 각각 수학식으로 표현하면, 하기 <수학식 2> 내지 <수학식 5>와 같다. 상기 전력 평균기(401)의 동작은 하기 <수학식 2>로 표현되고, 상기 이득 결정기(403)의 동작은 하기 <수학식 3>, <수학식 4>로 표현되며, 상기 보상기(405)의 동작은 하기 <수학식 5>로 표현된다.The operations performed by the
도 5는 도 4에 도시된 보상기(405)의 구성을 도시한 회로도로서, 이는 다수의 곱셈기(501, 507, 509, 511)와 덧셈기(503, 505, 513, 515)를 구비하여 구성된다. 상기 보상기(405)의 동작은 상기 <수학식 5>와 같이 표현되므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of the
하기 알고리즘은 상기 기억 효과 보상부(P3)에서 수행되는 보상 동작을 프로그램 식으로 나타낸 것이다.The following algorithm is a programmatic representation of the compensation operation performed in the memory effect compensator P3.
상기 <수학식 1> 내지 <수학식 4>와 프로그램 식에서 정의된 변수들을 설명 하면, "thrm_p"는 열적 기억 효과 보상을 위한 보상 다항식의 최대 차수이며, "mean_o"는 전치 왜곡기 출력 신호의 평균 전력을 의미한다. 상기 <수학식 1>에서 "mean_o"는 현재의 평균 전력, "mean_o"의 이전에 구해진 평균 전력을 의미하며, 값이 커질수록 이전 평균 전력의 영향을 많이 받는다. 이 경우 장시간 평균 전력을 구한다는 의미이다. 그리고 "pdo_i" 및 "pdo_q"는 전치 왜곡기의 출력 신호의 동위상 성분 및 직교 위상 성분을 의미한다. 그리고 상기 "tuiq"는 상기 보상 다항식의 계수 "itv" 및 "qtv"와 곱하여져 열적 기억 효과의 보상 신호 "sum_i"와 "sum_q"를 출력한다. 상기 보상 신호 "sum_i"와 "sum_q"는 각각 열적 기억 효과의 보상 신호중 동위상 성분과 직교 위상 성분을 나타내며, 전치 왜곡기의 출력 신호에 더해져서 전력 증폭기의 입력 신호를 형성한다. In describing the variables defined in
상기 프로그램 식은 또한 하기와 같이 정리될 수 있다.The program equation can also be summarized as follows.
여기서 보상 다항식의 계수 "itv"와 "qtv"는 기존 전치 왜곡 구조의 에러 신호에서 열적 기억 효과 보상이 적용된 보상 신호 "sum_i"와 "sum_q"의 값을 뺀 값 (407)을 에러 신호(ter_i, ter_q)로 하여 상기 이득 결정기(403)의 적응 알고리즘에 의해 제어된다.Here, the coefficients "itv" and "qtv" of the compensation polynomial are equal to the error signal (ter_i, ter_q) and controlled by the adaptive algorithm of the
상기 이득 결정기(403)의 제어 동작을 프로그램 식으로 표시하면, 하기와 같으며, "mu"는 수렴(convergence)의 속도를 결정하는 인자이다.If the control operation of the
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 무선 통신 시스템용 고출력 전력 증폭기의 전치 왜곡 동작 시 열적 기억 효과를 보상할 수 있다. As described above, according to the present invention, a thermal memory effect can be compensated for in the predistortion operation of the high output power amplifier for a wireless communication system.
또한 본 발명은 전치 왜곡기의 구성을 간소화하면서도 열적 기억 효과를 보상할 수 있는 보상 장치를 제공할 수 있다.또한 본 발명은 협대역 신호를 입력으로 사용하는 고출력 전력 증폭기의 선형화 동작을 향상키실 수 있다.In addition, the present invention can provide a compensation device capable of compensating for the thermal memory effect while simplifying the configuration of the predistorter. The present invention can also improve the linearization operation of a high output power amplifier using a narrowband signal as an input. have.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020050017924A KR20060098681A (en) | 2005-03-03 | 2005-03-03 | Apparatus and method for compensating long tim memory effect of power amplifier in a wireless communication system |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100865069B1 (en) * | 2007-02-20 | 2008-10-23 | 주식회사 웨이브일렉트로닉스 | Envelope predistorter for compensating memory effect |
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2005
- 2005-03-03 KR KR1020050017924A patent/KR20060098681A/en not_active Application Discontinuation
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