KR20100006903A - 무선 통신 시스템에서 신호를 전력 증폭하는 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 신호를 전력 증폭하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 송신 신호를 전력 증폭하는 장치는, 입력되는 동위상 성분 및 직교위상 성분의 기저대역 신호를 각각 전력 증폭하고; 제1 반송파에 상응하여 전력 증폭한 동위상 성분의 기저대역 신호를 주파수 변환하고, 제1 반송파와 90도의 위상 차를 갖는 제2 반송파에 상응하여 전력 증폭한 직교위상 성분의 기저대역 신호를 주파수 변환하고; 주파수 변환한 동위상 성분 및 직교위상 성분의 신호를 더하여 하나의 무선 신호로 출력한다. 이와 같이 함으로써, 송신할 기저대역 신호의 전력을 증폭한 후 주파수 변환하게 되어 고주파 변조된 신호를 전력 증폭할 때보다 전력 소모를 줄일 수 있으며, 스위칭 모드의 전력 증폭기를 사용함으로써 전력 증폭기 자체에서 소모되는 전력을 효과적으로 줄일 수 있다. 또한, 스위칭 모드의 전력 증폭기를 포함하는 전력 증폭 장치를 사용하여 기저대역 신호의 전력 증폭 및 주파수 변환을 모두 수행할 수 있어 송신기의 구성을 효율적으로 줄일 수 있으며, 그에 따라 종래의 송신기에서 신호 변조부 및 전력 증폭부가 따로 구성될 때 발생하던 전력 소모를 효과적으로 줄일 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 신호를 전력 증폭하는 장치 및 방법{Apparatus and method for power amplifying of transmission signal}
본 발명은 무선 통신 시스템의 신호를 증폭하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직교진폭변조(QAM: Quadrature Amplitude Modulation) 방식 등의 멀티 레벨 변조(multi-level modulation) 방식에서 동위상(In-phase) 성분 신호(이하, 'I 신호'라 지칭함)와 직교위상(Quadrature-phase) 성분 신호(이하, 'Q 신호'라 지칭함)를 증폭하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 무선 통신 기술의 발전에 따라 이동 중에도 휴대 단말기를 통한 고속의 멀티미디어 서비스 제공이 가능하게 되었다. 특히, 차세대 무선 통신 시스템에서는 고속의 다양한 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS'라 칭하기로 함)의 서비스를 사용자들에게 제공하기 위한 휴대 인터넷 시스템 또는 와이맥스(WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access) 시스템이 개발되었다.
이와 같은 무선 통신 시스템을 통해서 다양한 서비스를 제공하기 위해서는 고효율의 무선 통신용 전력 증폭 기술이 필요하다. 예를 들어, 무선 통신 시스템 의 휴대 단말기의 경우 소형화 및 사용 기능의 다양화에 따라 한정된 배터리 용량을 효율적으로 사용할 수 있어야 한다. 또한, 무선 통신 시스템의 기지국에서는 발생하는 열을 식히기 위한 냉각 시스템 및 소자의 신뢰성 등을 위한 유지 비용이 중요한 문제가 된다. 그런데 기지국 또는 휴대 단말기에서 전력 소모가 가장 큰 구성 중 하나가 전력 증폭기(Power Amplifier)이다.
일반적으로 무선 통신 시스템의 송신기는 전송하고자 하는 정보를 갖는 기저대역(Baseband) 신호와 RF(Radio Frequency) 캐리어(Carrier)를 곱하여 RF 변조 신호를 생성한다. 그리고 이와 같이 생성된 RF 변조 신호를 전력 증폭기로 전력 증폭한 후 안테나를 통해 송출하는 방식을 사용하고 있다.
도 1은 종래의 송신기의 구조를 간략히 나타낸 도면이다.
도 1에서 나타낸 바와 같이 종래의 송신기는 입력되는 아날로그 기저대역(Baseband) 신호인 I 신호와 Q 신호를 각각의 혼합기(Mixer)(10, 11)에 입력하고, 동시에 국부 발진기(20)로부터 출력되는 고주파 신호를 위상 변환기(30)을 통해 서로간 90도(degree)의 위상 차이를 갖는 신호들로 변환하여 각 혼합기(10, 11)에 입력한다. 이와 같이 함으로써, 입력되는 저주파 기저대역 신호는 고주파 신호로 변조된다. 그리고 종래의 송신기는 고주파 신호로 변환된 각 I 신호와 Q 신호를 가산기(40)를 통해 하나의 고주파 신호로 합한 후 전력 증폭기(50)을 통해 전력을 증폭시켜 안테나(60)를 통해 송출한다.
그런데 종래의 송신기에서 사용되는 전력 증폭기는 일반적으로 Class A 또는 Class AB 형의 선형 증폭기로서 전력 증폭기 자체에서 많은 양의 전력이 소모된다. 또한, 기존의 전력 증폭 방식에 따르면 이미 변조된 고주파(RF) 신호를 증폭하게 됨으로써 많은 양의 전력을 소모하게 된다. 즉, 종래의 송신기는 신호 변조부와 전력 증폭부가 분리되어 구성되며, 그로 인해 더 많은 양의 전력이 소모되었다.
따라서, 광대역화된 무선 통신 시스템에서 사용되는 고주파 변조 신호를 효율적으로 전력 증폭하기 위한 방법이 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 무선 통신 시스템에서 스위칭 전력 증폭기를 사용하여 송신할 신호를 증폭함으로써 전력 증폭 시 소모되는 전력을 저감하는 전력 증폭 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
그리고 본 발명의 다른 목적은 송신할 신호의 I 신호와 Q 신호의 전력 증폭 및 고주파 변조(또는, 주파수 변조)를 동시에 수행하는 전력 증폭 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따른 전력 증폭 장치는, 반송파를 생성하는 국부 발진기; 입력되는 기저대역 신호를 전력 증폭하는 기저대역 증폭기; 및 상기 반송파를 구동 신호로 하여 스위치 모드로 작동하고, 상기 전력 증폭한 기저대역 신호를 주파수 변환하는 스위칭 전력 증폭기를 포함한다.
이때, 상기 전력 증폭 장치는 제1 반송파에 상응하여 상기 전력 증폭한 동위상 성분의 기저대역 신호를 주파수 변환하는 제1 스위칭 전력 증폭기; 및 상기 제1 반송파와 90도의 위상 차를 갖는 제2 반송파에 상응하여 상기 전력 증폭한 직교위상 성분의 기저대역 신호를 주파수 변환하는 제2 스위칭 전력 증폭기를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 무선 통신 시스템은, 기저대역 신호를 생성하는 기저대역단; 상기 생성된 기저대역 신호를 전력 증폭하고, 상기 전력 증폭한 기저대역 신호를 고주파 신호로 상향 변환하여 증폭하는 RF 변조단; 및 상기 증폭된 고주파 신호를 안테나를 통해 송출하기 위한 안테나 전단을 포함한다.
이때, 상기 무선 통신 시스템의 RF 변조단은, 제1 반송파 및 상기 제1 반송파와 위상차를 갖는 제2 반송파를 생성하는 국부 발진기; 상기 제1 반송파에 상응하여 상기 전력 증폭한 기저대역 신호 중 동위상 성분의 기저대역 신호를 주파수 변환하는 제1 스위칭 전력 증폭기; 및 상기 제1 반송파에 상승하여 상기 전력 증폭한 기저대역 신호 중 직교위상 성분의 기저대역 신호를 주파수 변환하는 제2 스위칭 전력 증폭기를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 형태에 따른 전력 증폭 방법은, 입력되는 동위상 성분 및 직교위상 성분의 기저대역 신호를 각각 전력 증폭하는 단계; 제1 반송파에 상응하여 상기 전력 증폭한 동위상 성분의 기저대역 신호를 주파수 변환하고, 상기 제1 반송파와 90도의 위상 차를 갖는 제2 반송파에 상응하여 상기 전력 증폭한 직교위상 성분의 기저대역 신호를 주파수 변환하는 단계; 및 상기 주파수 변환한 상기 동위상 성분 및 직교위상 성분의 신호를 더하여 하나의 무선 신호로 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명은, 송신할 기저대역 신호의 전력을 증폭한 후 주파수 변환함으로써 고주파 변조된 신호를 전력 증폭할 때보다 전력 소모를 줄일 수 있다.
그리고 본 발명은 송신할 신호를 스위칭 모드의 전력 증폭기를 사용하여 전력 증폭함으로써 전력 증폭기 자체에서 소모되는 전력을 효과적으로 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 무선 통신 시스템의 송신기에서 스위칭 모드의 전력 증폭기를 포함하는 전력 증폭 장치를 사용하여 기저대역 신호의 전력 증폭 및 주파수 변환을 모두 수행할 수 있어 송신기의 구성을 효율적으로 줄일 수 있으며, 그에 따라 종래의 송신기에서 신호 변조부 및 전력 증폭부가 따로 구성될 때 발생하던 전력 소모를 효과적으로 줄일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
한편, 본 발명은, 무선 통신 시스템, 일예로 휴대 인터넷 시스템 또는 와이맥스(WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access) 시스템에서의 송신기의 전력 증폭 장치 및 방법을 제안한다. 여기서, 후술할 본 발명의 실시예에서는, 설명의 편의상 상기 무선 통신 시스템을 IEEE 802.16 시스템 또는 와이맥스 시스템에서 송신기의 효율적인 전력 증폭을 제공하기 위한 전력 증폭 장치 및 방법 을 일예로 하여 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 송신기의 전력 증폭 장치 및 방법은 다른 통신 시스템에도 적용될 수 있음이 당연하다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 송신기를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 송신기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 무선 송신기는 송신할 정보를 갖는 소스 데이터가 입력되어 기저대역 신호로 생성되는 기저대역단(100)과 저주파의 기저대역 신호를 무선 주파수(Radio Frequency, 이하 'RF'라 함) 신호 즉, 고주파 신호로 상향 변환하여 증폭하는 RF 변조단(200) 및 증폭된 고주파 신호를 안테나(400)를 통해 송출하기 위한 안테나 전단(300)을 포함한다. 본 발명의 실시예에서는 무선 송신기가 Direct conversion 즉, Zero-IF conversion을 수행하는 것을 예로 나타내었다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 RF 변조단(200)은 전송할 기저대역 신호를 송출될 무선 영역에서 사용될 고주파 대역의 주파수 즉, 반송파(Carrier)에 적재하여 RF 신호로 변조함과 동시에 변조된 RF 신호를 고효율로 전력 증폭하여 출력하게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 이와 같은 RF 변조단(200)을 전력 증폭 장치로 나타낼 수 있으며, 그 구성 및 동작은 아래 도 3 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 증폭 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
그리고 도 4 내지 도 6은 각각 본 발명의 실시예에 따른 송신 신호의 전력 증폭 및 변조 과정을 설명하기 위한 파형도이다.
도 3에서는 무선 통신 시스템에서의 직교진폭변조(QAM) 방식에 따라 기저대역 신호를 변조함과 동시에 변조되는 신호들을 전력 증폭하여 출력하는 전력 증폭 장치(200)의 구성을 나타내었다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 증폭 장치(200)는 디지털/아날로그 변환기(Digital Analog Converter, 이하 'DAC'라 나타냄)(211, 212), LPF(Low Pass Filter)(221, 222), 전력 증폭기(Power Amplifier)(230), 국부 발진기(Local Oscillator)(240), 위상 변환기(250), 제한기(Limiter)(261, 262) 및 가산기(270)를 포함한다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 전력 증폭기(230)는 기저대역 증폭기(231, 232), 스위칭 전력 증폭기(233, 234) 및 대역 통과 필터(Band Pass Filter, 이하 'BPF'라 나타냄)(235, 236)을 포함한다. 먼저, DAC(211, 212)들은 각각 입력되는 디지털 기저대역(Baseband) 신호를 아날로그 기저대역 신호로 변환하는 신호 변환기이다. 이때, 각 DAC(211, 212)에 입력되는 기저대역 신호는 무선 송신기의 기저대역단(100)에서 생성된 복소 디지털 신호이다. 이러한 복소 디지털 신호는 I 신호와 Q 신호로 구분된다. 즉, 제1 DAC(211)에는 디지털 기저대역 신호인 I 신호가 입력되어 아날로그 기저대역 신호인 I 신호로 변환되고, 제2 DAC(212)에는 디지털 기저대역 신호인 Q 신호가 입력되어 아날로그 기저대역 신호인 Q 신호로 변환된다.
이처럼 아날로그 기저대역 신호로 변환된 I/Q 신호는 제1 LPF(221)와 제2 LPF(222)를 통해 각각 고조파 성분이 제거된 후 전력 증폭기(230)로 입력된다. 예를 들어, 입력되는 아날로그 I/Q 신호는 제1 LPF(221)와 제2 LPF(222)를 통해 고조파 성분이 제거되어 도 4의 (a) 및 (b)에서 나타낸 바와 같은 파형을 갖는다.
그리고 고조파 성분이 제거된 아날로그 I/Q 신호는 각각 전력 증폭기에 포함된 기저대역 증폭기(231, 232)로 입력되어 각각 스위칭 전력 증폭기(233, 234)의 구동 시 필요한 충분한 입력 전원만큼 증폭된다. 예를 들어, 고조파 성분이 제거된 아날로그 I 신호는 제1 기저대역 증폭기(231)로 입력되고, 고조파 성분이 제거된 아날로그 Q 신호는 제2 기저대역 증폭기(232)로 입력된다. 그리고 제1 및 제2 기저대역 증폭기(231, 232)를 통해 증폭되어 출력되는 아날로그 I/Q 신호는 각각 도 4의 (c) 및 (d)에서 나타낸 바와 같은 파형을 갖게 된다. 이때, 기저대역 I/Q 신호의 전력을 크게 증폭하는 기저대역 증폭기(231, 232)의 전력 소모는, 종래의 기저대역 I/Q 신호를 QAM 변조한 RF I/Q 신호를 대 전력 증폭하는 전력 증폭기(미도시)의 전력 소모보다 크게 감소된다.
그런 다음, 제1 및 제2 기저대역 증폭기(231, 232)들을 통해 스위칭 전력 증폭기(233, 234)의 구동에 필요한 입력 전원만큼 전력 증폭된 아날로그 I/Q 신호는 각각 제1 스위칭 전력 증폭기(233)와 제2 스위칭 전력 증폭기(234)의 전원 단 즉, 드레인(drain) 단으로 입력된다. 그와 동시에 국부 발진기(240)로부터 공급되는 로컬 주파수 또한 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)의 게이트(gate) 단으로 각각 입력된다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 국부 발진기(240)로부터 공급되는 로컬 주파 수(즉, 반송파)는 위상 변환기(250)을 통해 각각 0도(degree) 및 90도(degree)의 위상으로 출력되며, 출력되는 로컬 주파수는 각각 제1 제한기(261) 및 제2 제한기(262)를 통해 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)로 각각 입력된다. 예를 들어, 아날로그 I 신호와 합성될 로컬 주파수는 도 5의 (a)에서 나타낸 바와 같은 파형을 가지며, 아날로그 Q 신호와 합성될 로컬 주파수는 도 5의 (b)에서 나타낸 바와 같은 파형을 갖는다.
이와 같이, 제1 제한기(261)를 통해 출력되는 로컬 주파수와 제2 제한기(262)를 통해 출력되는 로컬 주파수의 위상 차가 90도(degree)임을 알 수 있다. 즉, 제1 스위칭 전력 증폭기(233)에 입력되는 로컬 주파수와 제2 스위칭 전력 증폭기(234)에 입력되는 로컬 주파수는 서로 직교하게 되며, 따라서 두 로컬 주파수에 의해 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)를 통해 출력되는 RF I 신호와 RF Q 신호는 직교 변조 된다.
이때, 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)의 각 게이트 단에 입력되는 로컬 주파수는 각각 제1 및 제2 제한기(261, 262)을 통해 정현파(Sinusoidal signal)가 구형파(Square Wave)로 변환되어 입력된다. 즉, 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)의 스위칭 동작의 정확성을 높일 수 있다.
한편, 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)를 통해 아날로그 I/Q 신호와 각 로컬 주파수가 합성되어 아날로그 I/Q 신호는 주파수 변환된다. 즉, 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)로부터 출력되는 I/Q 신호는 기저대역 I/Q 신호가 전력 증폭된 상태에서 반송파에 적재된 고주파 I/Q신호이다. 이처럼, 전력 증 폭기(230)를 통해 전력이 증폭된 아날로그 I/Q 신호는 고주파로 변환되었으므로 전력 증폭기(230)로부터 출력되는 I/Q 신호는 각각 RF I 신호 및 RF Q 신호라 한다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)는 Class E 전력 증폭기로 구성될 수 있으며, Class E 전력 증폭기는 다른 종류의 선형 전력 증폭기에 비해 전력이 적게 소모됨에 따라 열 방출이 적고, 신뢰성이 높아 고효율의 전력 증폭이 가능하다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 전력 증폭기(233, 234)는 Class E 전력 증폭기와 같은 스위치 모드로 작동하는 트랜지스터를 사용하여 구성할 수 있다.
이때, Class E 전력 증폭기는 능동 소자가 스위치와 같이 오프(OFF) 상태에서 높은 임피던스를 갖고 온(ON) 상태에서 낮은 임피던스를 갖는다. 즉, Class E 전력 증폭기는 능동 소자인 트랜지스터가 개방될 때 흐르는 전류가 영(0)이 되고, 트랜지스터가 단락 될 때 전압이 영(0)이 된다. 이와 같은 스위칭 동작으로 스위칭 전력 증폭기에서는 다른 선형 전력 증폭기에 비해 전력 소모가 적어 효율이 높다.
본 발명의 실시예에서는, 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)가 MOS(Metal Oxide Semiconductor)형 전계 효과 트랜지스터(Field effect transistor)인 것을 나타내었다. 이와 같은 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)의 스위칭 동작에 따라 전력 증폭기(230)로 입력되는 아날로그 I/Q 신호(즉, 아날로그 기저대역 신호)는 전력이 증폭됨과 동시에 각각 직교하는 로컬 주파수와 혼합되어 직교 변조된다.
이때, 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)로 각각 입력되는 아날로그 I/Q 신호는 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)의 각 드레인 단에 전원으로 입력 되고, 서로 90도(degree) 위상 차가 나는 로컬 주파수는 각각 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)의 게이트 단에 입력되어 스위칭 구동을 제어한다.
구체적으로, 제1 스위칭 전력 증폭기(233)에 제한기(261)로부터 출력된 로컬 주파수(이하, '제1 로컬 주파수'라고 함)가 입력되면, 제1 로컬 주파수의 전압 레벨에 따라 제1 스위칭 전력 증폭기(233)가 턴 온(turn on)되거나 턴 오프(turn off)된다.
이때, 제1 스위칭 전력 증폭기(233)에 입력되는 제1 로컬 주파수의 전압 레벨이 하이 레벨(high level)인 경우 제1 스위칭 전력 증폭기(233)는 턴온(turn on)되고, 제1 스위칭 전력 증폭기(234)에 입력되는 제1 로컬 주파수의 전압 레벨이 로우 레벨(low level)인 경우 제1 스위칭 전력 증폭기(233)는 턴 오프(turn off)된다. 제1 스위칭 전력 증폭기(233)가 턴 오프되면 제1 기저대역 증폭기(231)로부터 출력된 아날로그 I 신호가 제1 BPF(235) 측으로 출력된다. 즉, 제1 스위칭 전력 증폭기(233)에 입력되는 제1 로컬 주파수에 I 신호(즉, 전력 증폭된 I 신호)가 적재되어 RF I 신호가 출력된다.
동일한 방식으로, 제2 스위칭 전력 증폭기(234)는 제2 제한기(262)로부터 출력된 로컬 주파수(이하, '제2 로컬 주파수'라고 함)에 따라 구동이 제어된다. 즉, 제2 스위칭 전력 증폭기(234)에 입력되는 제2 로컬 주파수에 Q 신호(즉, 전력 증폭된 Q 신호)가 적재되어 제2 BPF(236) 측으로 출력된다.
따라서, 전력이 증폭된 기저대역 I/Q 신호가 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)를 통해 고주파 변조(주파수 변환)된다. 또한, 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)에 입력되는 두 로컬 주파수의 위상 차이가 90도(degree)이므로 결과적으로 증폭된 I/Q 신호는 직교 변조된다.
예를 들어, 제1 스위칭 전력 증폭기(233)의 게이트 단에 도 5의 (a)와 같은 구형파가 입력되면 도 4의 (a)와 같은 기저대역 I 신호가 도 6의(a)와 같은 파형으로 전력 증폭 및 고주파 변조된다. 그리고 제2 스위칭 전력 증폭기(234)의 게이트 단에 도 5의 (b)와 같은 구형파가 입력되면 도 4의 (b)와 같은 기저대역 Q 신호가 도 6의 (b)와 같은 파형으로 전력 증폭 및 고주파 변조된다.
그런 다음, 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)로부터 각각 출력되는 RF I 신호와 RF Q 신호는 제1 BPF(235)와 제2 BPF(236)로 각각 입력된다. 즉, RF I 신호 및 RF Q 신호는 각각 제1 BPF(235)와 제2 BPF(236)를 통해 송출될 주파수(즉, 로컬 주파수)의 신호만 통과되어 가산기(280)로 입력된다. 따라서, 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)의 스위칭 동작을 통해 나타날 수 있는 하모닉(harmonic)들이 제거된다.
그런 다음, RF I 신호 및 RF Q 신호는 가산기(270 )를 통해 더해져 하나의 RF 신호 즉, 무선 신호(Radio signal)로 출력된다. 예를 들어, 제1 및 제2 BPF(235, 236)를 통해 각각 출력된 RF I/Q 신호는 가산기(270 )을 통해 더해져 도 6의 (c)에 나타낸 파형과 같은 하나의 무선 신호로 출력된다. 이와 같은 무선 신호는 안테나 전단(300) 및 안테나(400)를 통해 전자기파 신호로서 송출된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전력 증폭 방법을 설명하기 위한 순서도 이다.
도 7에서는 본 발명의 실시예에 따른 전력 증폭 장치(200)에서 기저대역 신호의 전력 증폭과 고주파 변조(즉, 주파수 변환)을 동시에 수행하는 방법을 나타내었다.
먼저, 전력 증폭 장치(200)는 복소 신호 형태의 디지털 기저대역 신호(I/Q 신호)를 입력 받아(S500), 아날로그 기저대역 신호(I/Q 신호)로 신호 변환한다(S510).
그런 다음 전력 증폭 장치(200)는 입력되는 아날로그 기저대역 신호(I/Q 신호)의 전력을 증폭하고, 전력이 증폭된 기저대역 I/Q 신호를 로컬 주파수(즉, 반송파)와 합성하여 고주파 변조를 수행한다(S520). 이때, 기저대역 I/Q 신호는 각각 로컬 주파수를 구동 신호로 하는 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기(233, 234)의 스위칭 동작을 통해 각 로컬 주파수(즉, 위상 차가 90도인 로컬 주파수)와 합성되어 RF 신호(I/Q 신호)로 출력된다.
그런 후, 전력 증폭 장치(200)는 RF I 신호와 Q 신호를 더하여 하나의 무선 신호를 생성하여 출력한다(S530).
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 전력 증폭 방법을 수행함으로써, 송출할 정보를 갖는 기저대역 I/Q 신호를 각각 전력 증폭하여, 전력 증폭된 기저대역 I/Q 신호를 각각 반송파(즉, 고주파)에 적재하는 고주파 변조를 수행할 수 있다.
또한, 전력 증폭된 기저대역 I/Q 신호와 각각 합해지는 두 반송파의 위상 차(즉, 90도)를 이용한 직교 변조를 수행할 수 있다.
또한, 전력 증폭기가 스위칭 모드로 동작함으로써 전력 증폭기 자체에서 소모하는 전력이 적은 고효율화된 전력 증폭을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래의 송신기의 구조를 간략히 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 송신기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 증폭 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은 각각 본 발명의 실시예에 따른 송신 신호의 전력 증폭 및 변조 과정을 설명하기 위한 파형도 이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전력 증폭 방법을 설명하기 위한 순서도 이다.

Claims (14)

  1. 무선 통신 시스템에서 신호를 전력 증폭하는 장치에 있어서,
    반송파를 생성하는 국부 발진기;
    입력되는 기저대역 신호를 전력 증폭하는 기저대역 증폭기; 및
    상기 반송파를 구동 신호로 하여 스위치 모드로 작동하고, 상기 전력 증폭한 기저대역 신호를 주파수 변환하는 스위칭 전력 증폭기를 포함하는 전력 증폭 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 전력 증폭기는,
    제1 반송파에 상응하여 상기 전력 증폭한 동위상 성분의 기저대역 신호를 주파수 변환하는 제1 스위칭 전력 증폭기; 및
    상기 제1 반송파와 90도의 위상 차를 갖는 제2 반송파에 상응하여 상기 전력 증폭한 직교위상 성분의 기저대역 신호를 주파수 변환하는 제2 스위칭 전력 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 전력 증폭기는,
    상기 제1 반송파가 게이트 단에 입력되고, 상기 전력 증폭한 동위상 성분의 기저대역 신호가 드레인 단에 입력되는 제1 트랜지스터로 구성되고,
    상기 제2 스위칭 전력 증폭기는 상기 제2 반송파가 게이트 단에 입력되고, 상기 전력 증폭한 직교위상 성분의 기저대역 신호가 드레인 단에 입력되는 제2 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기로부터 각각 출력되는 고주파 신호를 더하여 하나의 무선 신호로 출력하는 가산기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 반송파를 상기 제1 반송파 및 상기 제1 반송파와 90도의 위상차를 갖는 상기 제2 반송파로 변환하여 출력하는 위상 변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 출력되는 고주파 신호 중 상기 제1 반송파와 동일한 주파수를 갖는 고주파 신호를 필터링하여 출력하는 대역 통과 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반송파를 구형파로 변환하여 상기 스위칭 전력 증폭기의 구동 제어 단에 입력하는 제한기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스위칭 전력 증폭기는 E 급 전력 증폭기인 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  9. 기저대역 신호를 생성하는 기저대역단;
    상기 생성된 기저대역 신호를 전력 증폭하고, 상기 전력 증폭한 기저대역 신호를 고주파 신호로 상향 변환하여 증폭하는 RF 변조단; 및
    상기 증폭된 고주파 신호를 안테나를 통해 송출하기 위한 안테나 전단을 포함하고,
    상기 RF 변조단은,
    제1 반송파 및 상기 제1 반송파와 위상차를 갖는 제2 반송파를 생성하는 국부 발진기;
    상기 제1 반송파에 상응하여 상기 전력 증폭한 기저대역 신호 중 동위상 성분의 기저대역 신호를 주파수 변환하는 제1 스위칭 전력 증폭기; 및
    상기 제1 반송파에 상승하여 상기 전력 증폭한 기저대역 신호 중 직교위상 성분의 기저대역 신호를 주파수 변환하는 제2 스위칭 전력 증폭기를 포함하는 무선 통신 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 RF 변조단은,
    상기 동위상 성분의 기저대역 신호 및 상기 직교위상 성분의 기저대역 신호를 전력 증폭하는 기저대역 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 RF 변조단은,
    상기 제1 및 제2 스위칭 전력 증폭기로부터 각각 출력되는 고주파 신호를 더하여 상기 안테나 전단에 제공하는 가산기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  12. 송신 신호의 전력을 증폭하는 방법에 있어서,
    입력되는 동위상 성분 및 직교위상 성분의 기저대역 신호를 각각 전력 증폭하는 단계;
    제1 반송파에 상응하여 상기 전력 증폭한 동위상 성분의 기저대역 신호를 주파수 변환하고, 상기 제1 반송파와 위상차를 갖는 제2 반송파에 상응하여 상기 전력 증폭한 직교위상 성분의 기저대역 신호를 주파수 변환하는 단계; 및
    상기 주파수 변환한 상기 동위상 성분 및 직교위상 성분의 신호를 더하여 하 나의 무선 신호로 출력하는 단계를 포함하는 전력 증폭 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 주파수 변환하는 단계 이전에,
    상기 제1 반송파 및 상기 제1 반송파와 90도의 위상 차이를 갖는 제2 반송파를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 주파수 변환하는 단계는,
    상기 제1 및 제2 반송파에 응답하여 스위칭 전력 증폭기가 턴 오프되는 경우 상기 전력 증폭한 동위상 및 직교위상 성분의 기저대역 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 방법.
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