KR20100062350A - 폴라 송신기의 이득 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 시스템에서 복소 전송 신호를 크기 정보와 위상 정보로 분리하여 전송하는 폴라 송신기에서 신호의 대역폭에 따른 크기 정보의 변화를 효율적으로 보정하고 넓은 범위의 송신 이득 제어가 가능하도록 하는 폴라 송신기의 크기 신호 오차 보정과 송신 전력 제어에 대한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명에서는, 기존의 일반적인 폴라 송신기에서 위상 정보는 위상 변조기를 통해 항상 일정한 크기를 가지는 신호로 전력 증폭기에 인가되고, 복소 전송 신호의 크기 정보는 전력 증폭기의 전원을 가변시킴으로써 최종 RF 출력이 복소 전송 신호가 되도록 구성하게 된다. 이때 복소 전송 신호의 크기 정보는 정류기를 사용하여 DC전압으로 전력 증폭기에 인가될 수 있는데, 이 경우 크기 정보의 대역폭이 광대역일 경우 정류기의 스위칭 속도를 증가시키기 어려운 문제점과 효율이 극히 낮아지는 문제가 있다. 또 다른 기존의 폴라 송신기는 크기 정보를 전송하기 위해 델타 시그마 변조나 펄스 폭 변조 방법을 사용하는 것인데, 이 방법은 노이즈나 스퓨리어스 신호의 증가를 억제하기 위해 디지털 영역에서 신호의 샘플링 속도가 상당히 높게 구현되어야 하는 문제가 있고, 델타 시그마 변조기나 펄스 폭 변조기에 항상 일정한 크기의 입력 신호가 인가되어야 부가적인 노이즈나 스퓨리어스 증가를 억제할 수 있다.

따라서 본 발명에서는, 폴라 송신기에서 델타 시그마 변조기나 펄스 폭 변조기에 일정한 복소 신호의 크기 정보가 입력될 수 있도록 하는 방법과 이로 이해 발생하는 송신기 이득 변화를 효율적으로 보정하고, 또한 동일한 보정 메카니즘을 통해 넓은 범위의 송신 이득 제어가 가능하도록 하는 장점을 포함하고 있다.

즉, 기존의 폴라 송신 시스템에서 복소 신호의 크기 정보가 송신 신호의 대역폭 가변 및 자원 할당의 이유로 가변되었을 때 델타 시그마 변조기나 펄스 폭 변조기의 성능이 열화되는 것을 개선하고, 아울러 폴라 송신기에서 송신 이득의 범위가 좁게 나타나는 문제점을 효율적인 전력 제어 알고리즘으로 개선코자 하는 것이다.

무선 시스템, 자동 이득 제어 장치, 델타 시그마 변조기, 펄스 폭 변조기, 폴라 송신기

Description

폴라 송신기의 이득 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING GAIN AT A POLAR TRANSMITTER}

본 발명은 무선 통신 시스템에서 신호의 전송 장치에 관한 것으로, 특히 무선 통신 시스템에서 복소 신호를 전송하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로 무선 통신 시스템에서 신호의 송신은 원래의 신호를 부호화 및 변조하여 송신한다. 이때, 신호를 서로 다른 위상 성분으로 나누어 전송하는 방법과, 신호를 크기와 위상 정보로 분리하여 전송하는 방법 등이 존재한다.

이와 같이 송신할 신호를 위상 정보와 크기 정보로 분리하여 송신하는 송신기를 폴라(pola) 송신기라 칭한다. 폴라 송신기는 신호를 송신할 때, 동위상 성분(I 채널 성분) 및 직교 위상 성분(Q 채널 성분)으로 분리하여 전송하지 않고, 신호의 위상 성분과 크기 성분으로 분리하여 전송한다. 이러한 폴라 송신기에서 위상 신호 성분은 위상 변조기를 통해 항상 일정한 크기를 가지는 신호로 전력 증폭기에 인가되고, 크기 신호 성분은 전력 증폭기의 전원을 가변시킴으로써 최종 RF 출력이 복소 전송 신호가 되도록 구성하게 된다.

그러면 이러한 폴라 송신기의 일반적인 구성 및 그 동작을 첨부된 도 1을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 1은 일반적인 폴라 송신기의 블록 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 폴라 송신기는 변조기(101)와, 디지털 신호 처리기(102)와, 위상 변조기(103)와, 디지털 증폭기(104)와, 안테나(105)로 구성된다.

변조기(101)는 상위 계층으로부터 수신된 전송할 데이터를 수신한다. 이와 같이 변조기(101)로 제공되는 데이터는 상위 계층으로부터 데이터를 전송할 물리 채널 구성 정보와 함께 제공된다. 그러면 변조기(101)는 수신된 데이터를 변조한다. 변조기(101)에서 송신할 데이터를 변조할 때, 상위 계층으로부터 제공된 물리 채널 구성 정보에 맞춰 데이터를 변조한다. 이와 같이 가공되어 변조된 출력 데이터를 도 1에서는 I(t)와 Q(t)로 도시하였다. 변조기(101)에서 출력된 각 복소 디지털 신호들인 I(t)와 Q(t)는 디지털 신호 처리기(102)로 입력된다. 그러면 디지털 신호 처리기(102)는 입력된 복소 송신 데이터들로부터 위상 정보 신호(

)와 크기 정보 신호를 분리하여 출력한다. 디지털 신호 처리기(102)에서 추출되어 출력된 위상 정보 신호(

)는 위상 변조기(103)로 입력되고, 크기 정보 신호는 소정의 방법으로 가공되어 디지털 증폭기(104)를 제어하는 신호로 입력된다. 위상 변조기(103)는 입력된 위상 정보 신호(

)를 이용하여 위상 변조된 무선(RF) 신호를 출력한 다. 여기서 위상 변조기(103)는 디지털 위상 고정 루프를 이용한 디지털 오실레이터로 구현될 수 있으며, 이를 통해 위상 변조기(103)는 입력되는 위상 정보 신호(

)에 따라 위상 변조된 무선 신호를 출력한다. 다른 방법으로 위상 변조기(103)를 복소 무선 변조기로 구현할 수 있다. 이와 같이 위상 변조기(103)를 복소 무선 변조기로 구현하는 경우 디지털 신호 처리기(102)는 싸인(sine) 값과 코싸인(cosine) 값을 계산하여 출력해야 한다. 이를 통해 복소 무선 변조기로 구현된 위상 변조기는 입력되는 싸인 값과 코싸인 값을 이용하여 위상 변조된 무선 신호를 생성하여 출력한다.

한편, 디지털 신호 처리기(102)에서 추출된 크기 정보 신호는 정류기(도 1에는 도시하지 않음)를 통하여 DC 전원을 디지털 증폭기(104)로 인가할 수 있다. 이때, 디지털 신호 처리기(102)에서 추출된 크기 정보 신호는 델타 시그마 변조기(DSM) 또는 펄스 폭 변조기(PWM)(도 1에 도시하지 않음)를 통해 펄스 형태의 출력 신호가 될 수 있으며, 신호의 크기에 따라 펄스의 폭이 결정된다. 이러한 펄스 형태의 신호는 디지털 증폭기(104)로 인가된다. 그러면 디지털 증폭기(104)는 위상 변조기(103)에서 출력된 신호를 크기 정보로부터 획득된 델타 시그마 변조기 또는 펄스 폭 변조기로부터 출력된 펄스 형태의 제어 신호에 의거하여 스위칭 동작을 수행한다. 즉, 델타 시그마 변조기 또는 펄스 폭 변조기를 통해 출력되는 펄스 형태의 제어 신호는 디지털 증폭기(104)의 증폭도를 결정하게 된다. 이러한 일련의 과정을 통해 디지털 증폭기(104)는 위상 변조된 RF 신호에 크기 정보 신호를 곱한 형 태의 최종 출력을 얻을 수 있다. 디지털 증폭기(104)에서 최종 출력으로 얻어진 신호는 대역 통과 필터(도 1에 도시하지 않음)를 통과한 후 안테나(105)를 통해 최종 방사된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 폴라 송신기는 송신할 신호를 위상 신호 성분(

)과 크기 신호 성분으로 분리한다. 이와 같이 분리된 크기 신호 성분은 앞에서 설명한 바와 같이 2가지로 구분할 수 있다.

첫 번째 방법은 크기 신호 성분을 정류기를 사용하여 DC전압으로 디지털 증폭기(104)에 인가하는 방법이다. 그런데, 정류기를 사용하여 DC 전압으로 디지털 증폭기에 크기 정보를 인가하는 경우 크기 정보의 대역폭이 광대역일 경우 정류기의 스위칭 속도를 증가시키기 어려우며, 효율이 극히 낮아지는 문제가 있다.

두 번째 방법은 크기 신호 성분을 전송하기 위해 델타 시그마 변조 또는 펄스 폭 변조 방법을 사용하는 방법이다. 이 방법들은 노이즈나 스퓨리어스 신호의 증가를 억제하기 위해 디지털 영역에서 신호의 샘플링 속도가 상당히 높게 구현되어야 하는 문제가 있다. 또한 송신되는 신호의 크기가 가변적일 경우, 즉 송신 전력 제어가 필요한 시스템에서는 델타 시그마 변조나 펄스 폭 변조기의 성능이 크게 열화되는 문제가 있다.

따라서 본 발명에서는 폴라 송신기에서 송신 신호를 전력 증폭할 시 증폭기의 스위칭 속도를 향상시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.

또한 본 발명에서는 폴라 송신기에서 디지털 영역 신호의 샘플링 속도를 크게 증가시키지 않고 노이즈 및 스퓨리어스 신호의 증가를 억제할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.

또한 본 발명에서는 폴라 송신기에서 송신 신호의 전력 제어 시 성능 열화를 줄일 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 폴라 송신기의 이득 보정 방법과 이득 제어 방법 및 장치는, 상위 계층으로부터 송신 신호에 대한 정보를 입력받아 송신 채널을 구성하는 변조기; 상기 변조기로부터 출력되는 송신 신호에서 위상 신호 성분과 크기 신호 성분으로 분리하는 좌표 변환기; 상기 좌표 변환기에서 출력되는 신호 성분 중 위상 신호 성분은 디지털 아날로그 변환기에 의해 아날로그 신호로 변환되고 고조파 성분을 제거하기 위한 기저대역 필터링을 거친 후 두개의 혼합기로 구성된 위상 변조기에서 RF 신호로 변환되는 위상 신호 송신기; 상기 좌표 변환기에서 출력되는 신호 성분 중 크기 신호 성분은 델타 시그마 변조기나 펄스 폭 변조기의 입력에 일정한 크기를 인가시키기 위한 크기 변환기를 거친 후 다시 송신 이득 제어 신호와 곱해져 이득 제어가 가능하도록 하는 크기 신호 송신기; 상기 위상 신호 송신기에서 출력되는 RF 위상 변조된 신호를 RF 입력으로 하 고, 크기 신호 송신기에 의해 출력되는 기저대역 크기 신호를 이용하여 전원을 제어함으로써 전력 증폭기를 동작 시키고 아울러 이득 가변을 수행하는 전력 증폭 모듈; 상기 전력 증포 모듈로부터 출력되는 RF 복소 신호를 대역 통과 필터링을 하고 송신하는 안테나를 포함한다.

또한, 본 발명의 특징에 따른 폴라 송신기의 이득 보정 방법은, a) 변조기로부터 출력되는 송신 신호에서 크기 신호를 추출하는 송신 신호 크기 추출 단계; b) 변조기나 변조기를 제어하는 상위 계층으로부터 송신 신호의 대역폭이나 자원할당에 의해 전력 레벨의 변화량을 입력으로 신호 크기가 일정하도록 가변하는 신호 크기 변환 단계; c) 크기가 일정한 신호가 입력되도록 보정된 크기 신호 성분으로부터 델타 시그마 변조나 펄스 폭 변조를 수행하는 크기 펄스 신호 생성 단계; d) 생성된 크기 펄스 신호에 송신 이득을 가변하기 위한 이득 가변 신호를 곱하여 E/F급 전력 증폭기의 전원으로 사용하는 전력 증폭기 이득 제어 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 특징에 따른 폴라 송신기의 이득 제어 방법은, a) 폴라 송신기의 초기 이득을 설정하는 단계; b) 변조기나 상위 계층으로부터 이득 가변 제어 신호를 인가 받는 이득 가변 제어 신호 인가 단계; c) 전력 제어 알고리즘을 통해 변조기의 출력 상한을 고려하여 변조기 내의 출력 신호의 크기를 조절하는 단계; 상기 단계에서 변조기 출력 신호가 상한치에 도달한 경우 전력 증폭 모듈의 AB 급 전력 증폭기의 전원을 가변하거나 RF 이득 제어 증폭기의 이득을 가변하는 낮은 출력 이득 가변 단계; 상기 단계보다 높은 RF 출력 레벨이 요구될 경우 델타 시그마 변조기나 펄스 폭 변조기의 출력 신호를 가변하여 E급 전력 증폭기의 전원을 조 정하여 최종 RF 출력 전력 레벨을 가변하는 높은 출력 이득 가변 단계를 포함한다.

본 발명은 이러한 무선 시스템에서 복소 전송 신호를 크기 정보와 위상 정보로 분리하여 전송하는 폴라 송신기에서 신호의 대역폭에 따른 크기 정보의 변화를 효율적으로 보정하고 넓은 범위의 송신 이득 제어가 가능하도록 하는 폴라 송신기의 크기 신호 오차 보정과 송신 전력 제어에 대한 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 기존의 폴라 송신기에서는 변조기의 출력 신호의 크기가 증감하면 델타 시그마 변조 혹은 펄스 폭 변조기의 입력 신호가 변화되어 성능이 열화됨으로써 결과적으로 최종 출력되는 RF 신호의 전력 스팩트럼에서 노이즈 성분이 증가되거나 스퓨리어스 성분의 크기가 증가되는 현상을 초래한다. 따라서 본 발명의 송신 이득 보정 과정을 통해 변조기의 출력 신호의 크기가 증감되더라도 송신기 전체의 이득은 변화시키지 않고 델타 시그마 변조 혹은 펄스 폭 변조기의 성능 열화가 생기지 않도록 이득 보정 기능을 수행할 수 있다.

또한, 기존의 폴라 송신기에서는 송신기의 이득을 가변하기 위해 E급 증폭기의 전원의 크기를 가변하거나 AB급 전력 증폭기의 전원을 가변하게 되나 이러한 방법은 가변 영역이 좁고 증폭기의 고효율을 기대하기 어려우나 본 발명의 이득 제어 과정을 통해 전력 제어 범위를 확장시키고 송신 출력에 적절한 전력 증폭기를 동작시킴으로써 송신기의 효율을 높일 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

이하에서 기술되는 본 발명에서는 종래 기술에서 언급된 문제들을 해결하기 위한 장치 및 방법에 대하여 설명할 것이다. 본 발명은 기존의 폴라 송신 시스템에서 복소 신호의 크기 정보가 송신 신호의 대역폭 가변 및 자원 할당의 이유로 가변되었을 때 델타 시그마 변조기나 펄스 폭 변조기의 성능이 열화되는 것을 개선한다. 이를 위해 본 발명에서는 위해 송신되는 신호의 전력 변화량의 정보로부터 델타 시그마 변조기나 펄스 폭 변조기의 입력되는 신호의 크기를 조정하는 보정 방식을 사용한다.

또한, 본 발명은 기존의 폴라 송신 시스템에서 송신 이득의 가변 범위를 늘이기 위한 제어 알고리즘을 제공한다. 즉, 본 발명에서는 상대적으로 고효율의 증폭기 설계가 가능한 E/F급 증폭기에 대해서는 델타 시그마 변조기나 펄스 폭 변조기의 출력 크기를 가변하여 송신 이득을 가변하고, 최대 출력에서 20dB 정도의 낮은 송신 전력 레벨 구간에서는 AB 급 전력 증폭기의 전원을 직접 제어함으로써 최대 전력 가변 범위를 확대하는 방법을 제공한다.

그러면 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예들을 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폴라 송신기의 블록 구성도이다.

도 2에 도시한 본 발명의 구성은 크게 송신 신호 생성부와, 이득 보정부와, 이득 제어부 및 전력 증폭 모듈의 4 부분으로 나누어 살펴볼 수 있다.

먼저 송신 신호 생성부는 변조기(201), 좌표변환기 내의 신호 위상 추출기(202), 좌표변환기 내의 신호 크기 추출기(205), 디지털 아날로그 변환기(203), 위상 변조기(204), 크기 변환기(206), 델타 시그마 변조기(DSM) 혹은 펄스 폭 변조기(PWM)(207)로 구성된다. 여기서 델타 시그마 변조기 또는 펄스 폭 변조기는 2가지의 변조기 중 어느 하나의 방식을 사용할 수 있다는 의미임에 유의해야 한다.

다음으로 이득 보정부는 이득 변환 테이블(209), 크기 역변환기(210), 덧셈기(211), DC-DC 변환기(212), 곱셈기(213)로 구성되며, 이득 제어부는 전력 제어 알고리즘(214), 모드 변환기(215)로 구성된다. 마지막으로 본 발명에 따른 전력 증폭 모듈(208)은 서로 다른 증폭도를 갖는 둘 이상의 경로들을 포함하며, 안테나(216)와 연결된다.

그러면 도 2에 따른 폴라 송신기에서 신호의 생성, 이득 보정 및 이득 제어 과정에 대하여 살펴보기로 한다.

먼저 폴라 송신기의 신호 생성 과정에 대하여 살펴보기로 한다. 변조기(201)는 상위 계층으로부터 자원할당 등에 관한 정보와 송신 데이터를 수신한다. 그러면 변조기(201)는 자원할당 등에 관한 정보를 이용하여 물리 채널을 형성하고, 입력된 송신 데이터를 물리 채널에 맞춰 복소 디지털 송신 신호로 변조하여 출력한다. 변조된 복소 디지털 송신 신호는 종래 기술에서 설명한 바와 같이 동일한 신호로 표기도 동일하게 I(t)와 Q(t)로 도시하였다. 변조기(101)에서 출력된 각 복소 디지털 신호들인 I(t)와 Q(t)는 좌표 변환기 내의 신호 크기 추출기(205)와 신호 위상 추출기(202) 및 이득 제어부의 모드 변환기(215)로 입력된다. 여기서 좌표 변환기는 복소 디지털 신호들로부터 송신 신호의 크기 정보와 송신 신호의 위상 정보로 분리하는 역할을 수행한다.

신호 크기 추출기(205)는 복소 디지털 신호들 I(t)와 Q(t)의 제곱근을 취하여 크기 값을 계산하여 출력한다. 이와 같이 출력된 크기 값은 크기 변환기(206)로 입력되어 이득이 조정된다. 이때, 크기 변환기(206)는 복소 디지털 신호의 크기 값을 후술할 이득 보정부로부터 출력되는 이득 값에 의거하여 크기를 변환한다. 이와 같이 크기 변환기(206)에서 크기가 변환된 신호는 신호 생성기(207)로 입력된다. 신호 생성기(207)는 델타 시그마 변조(DSM) 방식으로 신호를 생성하거나 또는 펄스 폭 변조(PWM) 방식으로 신호를 생성한다. 이러한 방식 중 하나의 방식으로 신호 생성기(207)에서 생성된 신호는 후술할 이득 보정부로 입력된다.

한편, 좌표 변환기에서 분리된 신호 중 위상 신호는 신호 위상 추출기(202)로 입력된다. 신호 위상 추출기(202)는 입력된 복소 디지털 신호들인 I(t) 및 Q(t) 신호들로부터 위상에 대한 코싸인 값(cos

(t))과 싸인 값(sin

(t))을 각각 출력한다. 신호 위상 추출기(202)에서 각각 출력된 코사인 값과 싸인 값은 각각 후술 될 이득 제어부로부터 제공되는 정보들과 가산되어 디지털-아날로그 변환기(203)로 입력된다. 디지털 아날로그 변환기(203)는 입력된 각각의 디지털 값들을 각각 아날로그 신호로 변환하여 출력한다. 이와 같이 아날로그 신호로 변환된 신호들은 위상 변조기(204)로 입력된다. 위상 변조기(204)는 기저대역 신호를 무선(RF) 위상 변조 신호로 변환하여 출력한다. 이와 같이 위상 변조된 신호는 다시 전력 증폭 모듈(208)로 입력되어 전력 증폭이 이루어진 후 안테나(216)를 통해 방사된다.

종래 기술에서 설명한 바와 같이 일반적인 폴라 송신기에서는 변조기(201)의 출력 신호의 크기가 증가하면 델타 시그마 변조 혹은 펄스 폭 변조기(207)의 입력 신호가 변화되어 성능이 열화된다. 결과적으로 최종 출력되는 RF 신호의 전력 스팩트럼에서 노이즈 성분이 증가되거나 스퓨리어스 성분의 크기가 증가되는 현상을 초래한다. 따라서 본 발명에서는 이러한 현상을 이득 보정을 통해 해소한다.

그러면 다음으로 이득 보정부의 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

상위 계층으로부터 전달된 자원 블록의 크기 또는 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 대역폭(BW) 크기 정보는 이득 변환 테이블(209)로 입력된다. 이득 변환 테이블(209)은 실제로 이득 변환 테이블을 가지는 메모리와, 입력된 정보를 이용하여 이득 변환 테이블을 가지는 메모리로부터 해당하는 이득 정보를 읽어와 출력하는 제어기를 포함하는 구성이다. 여기서는 설명의 편의상 이를 이득 정보 테이블이라 총칭하기로 한다. 이득 정보 테이블(209)은 신호 생성부의 변조기(201)에서 출력되는 출력 신호의 크기가 상위 계층의 자원 할당 정도 또는 신호의 대역폭 변화 등에 따라 증가 또는 감소가 있을 경우 대역폭의 변화에 따른 신호 크기의 증감 여 부 및 증감 정도에 대응하는 이득 정보 테이블에 미리 저장된 이득 값으로 출력한다. 이와 같은 이득 정보는 크기 변환기(206)와 크기 역변환기(210)로 제공된다.

상술한 과정을 통해 생성되어 전달된 이득 값은 신호 생성부의 크기 변환기(206)로 입력된다. 크기 변환부(206)는 수신된 이득 값을 이용하여 좌표 변환기의 신호 크기 추출기(205)로부터 출력된 송신 신호의 크기를 변환한다. 이에 따라 신호 생성부의 델타 시그마 변조 혹은 펄스 폭 변조기(207)의 입력 신호의 크기는 자원 할당이나 대역폭 변화에 무관하게 항상 일정한 크기의 신호가 입력되어 신호를 펄스로 변환할 때 성능열화가 생기지 않도록 하는 기능을 수행할 수 있다.

또한, 이득 변환 테이블(209)에서 증감되어야 할 이득 값 정보는, 송신기 전체의 이득을 일정하게 하기 위해 델타 시그마 변조 혹은 펄스 폭 변조기(207)의 출력 신호 크기에 역으로 반영되어야 한다. 이를 위해 이득 변환 테이블(209)의 출력 신호는 역연산기(210)에서 이득값의 역수 값을 취하고, 후술될 전력 제어 알고리즘으로부터 제공된 신호와 가산기(211)에서 가산되어 DC-DC 변환기(212)로 제공된다. 그러면 DC-DC 변환기(212)는 입력된 신호를 소정 레벨의 직류 전류로 변환하여 곱셈기(213)로 제공된다.

따라서 곱셈기(213)는 변조기(207)로부터 출력된 델타 시그마 변조 또는 펄스 폭 변조된 신호와 직류 전류가 곱해져 신호 생성부의 전력 증폭 모듈(207)로 인가된다. 결과적으로 변조기(201)의 출력 신호의 크기가 증감되더라도 송신기 전체의 이득은 변화시키지 않고 델타 시그마 변조 혹은 펄스 폭 변조기(207)의 성능 열화가 생기지 않도록 이득 보정 기능을 수행할 수 있다.

기존의 폴라 송신기에서는 송신기의 이득을 가변하기 위해 E급 증폭기의 전원의 크기를 가변하거나 AB급 전력 증폭기의 전원을 가변하게 되나 이러한 방법은 가변 영역이 좁고 증폭기의 고효율을 기대하기 어렵다.

그러면 다음으로 이득 제어부의 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

본 발명에 따른 폴라 송신기의 이득 제어부의 전력 제어 알고리즘(214)은 일반적으로, 프로세서 또는 프로그램 가능한 에이직 예를 들어 FPGA(Field Programmable Gate Array) 등과 같은 형태로 구현할 수 있다. 여기서는 설명의 편의를 위해 전력 제어 알고리즘으로 칭하기로 한다. 전력 제어 알고리즘(214)은 상위 계층으로부터 이득 제어 신호를 인가받아 변조기(201)의 최종 출력 신호의 크기를 가변할 것인지, 또는 전력 증폭 모듈의 이득을 가변할 것인지를 선택하게 된다. 변조기(201)의 이득 가변은 최대 허용 비트까지 가능하며, 변조기(201)의 출력이 전력 제어 알고리즘(214)에 의해 가변되면 이득 보정 과정에서 이득 변환 테이블(209)의 제어값도 적절히 가변된다. 즉, 전력 증폭 모듈(208)은 후술될 도 3에서 더 상세히 살필 것이나, 여기서 간략히 살펴보면, 신호의 왜곡 없이 단순한 전력 증폭만 이루어지는 과정을 수행하는 경우와 왜곡이 발생하더라도 신호를 증폭하도록 하는 경우로 구분할 수 있다. 또한 신호의 왜곡이 발생하지 않도록 하는 경우에도 단지 변조기의 출력 이득만을 조정하는 경우에는 전력 증폭의 값을 최소로 함으로써 이를 충족할 수 있다.

전력 증폭 모듈(208)은 송신 이득을 가변하기 위해서는 송신 전력의 임계치에 따라 2가지 경로를 선택할 수 있다. 즉, 최대 송신 출력에서 임계 송신 출력까 지는 델타 시그마 변조 또는 펄스 폭 변조 신호를 이용하여 E/F급 전력 증폭기의 이득을 약 20dB정도 가변하는 모드로 송신 이득 제어를 수행할 수 있고, 임계 송신 출력에서 최소 송신 출력까지는 전력 증폭 모듈(208) 내의 AB급 전력 증폭기의 이득을 약 40dB정도 가변하여 송신 이득 제어를 수행할 수 있다. 이 외에도 단지 변조기의 출력만을 조정하여 이득을 조정할 수도 있다. 이러한 경우 AB급 전력 증폭기에서는 변조기의 출력에 대응하여 전력 증폭이 이루어진다. 이러한 전력 증폭 값은 전력 제어 알고리즘(214)에서 출력되는 값을 통해 제어된다.

이를 위해서는 변조기(201)의 출력을 모드 변환기(215)에서 직접 디지털-아날로그 변환기(203)로 인가하여 일반적인 직접 변환 송신기로 동작시키게 된다. 이러한 방법으로 전력 제어 범위를 확장시키고 송신 출력에 적절한 전력 증폭기를 동작시킴으로써 송신기의 효율을 높일 수 있다.

따라서 전력 증폭 모듈(208)은 펄스 신호와 전력 제어 신호가 곱해져서 전력 증폭기로 입력되며, 전력 제어 알고리즘(214)에서 전력 증폭 모듈(208)의 경로 신호를 수신하여 위상 변조기(204)의 출력을 전력 증폭한다. 만일 이때, 전력 제어 알고리즘(214)에서 AB급 전력 증폭기가 선택되면, AB급 전력 제어 신호가 추가로 전력 증폭 모델(208)로 인가된다. 이를 통해 전력 증폭 모듈(208)은 위상 변조된 RF 신호를 입력으로 크기 변환된 델타 시그마 변조 혹은 펄스 폭 변조된 크기 펄스 신호를 전원으로 인가받아 선택된 전력 증폭기에 의해 전력을 증폭한 후 안테나(216)를 통해 방사한다.

도 3은 본 발명에 따른 전력 증폭기 모듈의 전력 증폭기 구조를 도시한 도면 이다.

전력 증폭 모듈(208)은 RF 스위치(301), AB급 전력 증폭기(302), E급 전력 증폭기(303), AB급 전력 증폭기(304), 전력 결합기(305)로 구성된다.

위상 변조된 RF 신호는 RF 스위치(301)로 입력된다. RF 스위치(301)는 경로 선택 신호에 의거하여 입력된 신호를 제1경로 또는 제2경로로 출력한다. 여기서 제1경로는 AB급 전력 증폭기(302)와 E급 전력 증폭기(303)를 통하는 경로를 의미하며, 제2경로는 AB급 전력 증폭기(304)를 통해 출력되는 경로를 의미한다. 이러한 경로의 선택은 앞서 설명한 도 2에서 전력 제어 알고리즘(214)이 송신되는 출력 전력의 크기에 따라 선택하게 된다. 즉 최대 송신 출력에서 임계 송신 출력까지는 델타 시그마 변조 혹은 펄스 폭 변조 신호를 전원으로 이용함과 동시에 이러한 펄스 전원 신호의 크기를 약 20dB정도 제어함으로써 E/F급 전력 증폭기의 이득을 가변하는 모드로 송신 이득 제어를 수행하여 최대 효율 구간에서 동작 가능하도록 한다. 반면에 임계 송신 출력에서 최소 송신 출력까지는 E/F급 전력 증폭기의 효율이 좋지 못하므로 AB급 전력 증폭기(304)의 전원을 약 40dB정도 가변하여 송신 이득 제어를 수행한다. 송신 이득의 제어 범위에 따라 각각 다른 경로로 송신되는 RF 출력 신호는 전력 결합기(305)에서 결합하여 안테나로 전송된다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 폴라 송신기에서 이득 제어 시 동작 흐름도이다.

폴라 송신기를 가지는 단말의 전원이 인가되면, 전력 제어 알고리즘(214)은 401단계로 진행하여 송신 이득의 초기 값을 설정한다. 이러한 초기 값은 단말에 미 리 저장된 값일 수도 있고, 단말이 초기 동작시에 수신된 전력의 신호 레벨을 이용하여 결정할 수도 있다. 이와 같이 송신 이득의 초기 값을 결정하면, 전력 제어 알고리즘(214)은 402단계로 진행하여 초기 값에 따라 이득 제어 경로를 결정한다. 본 발명에서는 이득 제어 경로를 3가지로 구분한다. 첫 번째 경로로 전력 제어 경로 1은 최대 대역폭(BW)과 사용 대역폭(BW)의 비율 이내에서 변조기 출력의 이득을 조정하는 방법이다. 두 번째 경로로 전력 제어 경로 2는 델타 시그마 변조 또는 펄스폭 변조(DSM/PWM) 클럭의 크기 변경을 통해 E/F 급 증폭기의 전력을 조정하는 경우이고, 마지막 세 번째 경로는 전력 제어 경로 3으로 AB급 전력 증폭기의 전력을 조정하는 경우이다.

따라서 전력 제어 알고리즘(214)은 결정된 이득 경로에 따라 다음 단계로 진행한다. 먼저 첫 번째 경로가 선택된 경우 전력 제어 알고리즘(214)은 403단계로 진행하여 최대 대역폭과 사용하는 대역폭의 비율 이내에서 변조기의 출력을 적절히 조정한다. 그리고, 전력 제어 알고리즘(214)은 404단계로 진행하여 이러한 조정 범위가 적절한 범위인가를 검사하고, 그렇지 않으면 이득 제어 경로를 새롭게 결정하게 된다.

다음으로 결정된 이득 경로가 두 번째 전력 제어 경로인 경우 전력 제어 알고리즘(214)은 405단계로 진행하여 DSM/PWM 클럭의 크기를 변경한다. 그리고 전력 제어 알고리즘(214)은 406단계로 진행하여 E급 증폭기의 전원을 조정한다. 본 발명의 실시 예에서 두 번째 방법으로 이득이 조정되는 경우는 20bB 정도의 이득을 조정할 수 있다. 이와 같이 두 번째 전력 제어 경로를 통해 전력 제어가 이루어진 경 우 전력 제어 알고리즘(214)은 407단계로 진행하여 현재 송신 전력이 전력 조정 범위 이내에 존재하는가를 검사한다. 만일 조정된 범위가 이득 범위 이내가 아닌 경우 전력 제어 경로를 3으로 변경하고, 402단계로 진행하여 새로운 이득 제어 경로에 맞춰 이득을 제어한다.

마지막으로 결정된 이득 경로가 세 번째 전력 제어 경로인 경우 전력 제어 알고리즘(214)은 408단계로 진행하여 AB급 전력 증폭기의 전원 조정을 통해 이득을 조정한다. 본 발명의 실시 예에서 세 번째 경로에 따른 이득 조정은 약 40dB 정도의 조정이 가능하다. 이와 같이 전력 증폭기의 전원 조정을 수행한 후 전력 제어 알고리즘(214)은 409단계로 진행하여 현재 전원 조정된 범위가 AB급에서 처리 가능한 범위 내인지를 검사한다. 만일 처리 가능한 범위를 벗어나는 경우 전력 제어 알고리즘(214)은 전력 제어 경로2를 선택하고 이득 제어 경로 결정 단계인 402단계로 진행하여 새롭게 이득 제어를 수행한다.

이상에서 설명한 방법과 같이 기본적으로, 최대 대역폭과 사용되는 대역폭 이내에서 변조기의 출력 이득만을 조정하는 방법을 사용한다. 이러한 방법으로 이득을 조정하다가 특정 임계 값 이상인 경우에는 AB 급 전력 증폭기 및 E/F 급 전력 증폭기를 사용하며, 이때 E/F 급 전력 증폭기의 이득을 DSM/PWM 포락선 신호를 이용하여 조정하는 방법을 사용한다. 그러나 특정 임계값 미만에서는 AB 급 전력 증폭기의 이득만을 조정하여 이득을 다양하게 조정할 수 있다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시 예에 따른 폴라 송신기 구조를 사용한 경우 전력 스팩트럼을 시뮬레이션 한 그래프이다.

도 5a는 기저 대역 신호가 한 주기의 사인파로 가정하고 신호의 크기는 델타 시그마 변조기의 입력 레벨에 잘 맞는 경우 펄스 변조된 신호 파형을 나타내고 있고, 도 5b는 도 5a의 경우에 주파수 영역 스팩트럼을 도시한 것이다. 도 5c는 기저 대역 신호의 크기가 델타 시그마 변조기 입력 레벨에 비해 반 정도 작은 경우의 펄스 변조된 파형을 나타낸 것이고, 도 5d는 도 5c의 경우에 주파수 영역 스팩트럼을 도시한 것이다.

상기 도 5b와 도 5d의 주파수 영역의 스팩트럼을 비교하면 입력 신호의 크기가 적정 수준에서 반 정도 작을 경우 약 10dB정도의 노이즈 증가가 발생하므로 도 2의 변조기(201)의 출력 레벨을 델타 시그마 변조기의 입력 레벨로 보정하는 과정이 필요함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이므로, 의미 한정이나 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 일반적인 폴라 송신기의 블록 구성도,

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폴라 송신기의 블록 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 전력 증폭기 모듈의 전력 증폭기 구조를 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 폴라 송신기에서 이득 제어 시 동작 흐름도,

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시 예에 따른 폴라 송신기 구조를 사용한 경우 전력 스팩트럼을 시뮬레이션 한 그래프.

Claims (8)

1. 폴라 송신기에서 출력 신호 크기 변화에 따른 송신 이득 제어 장치에 있어서,

   송신 신호를 수신하여 변조하고, 변조된 신호에서 위상 신호와 크기 신호로 분리하여 상기 크기 신호를 이용하여 펄스 신호를 생성하며, 위상 신호를 무선 신호로 변환하는 신호 생성부와,

   상기 송신 신호의 자원 블록의 크기 정보로부터 송신 이득을 추출하여 이득값을 상기 신호 생성부로 제공하고 상기 신호 생성부의 펄스 신호를 이용하여 전력 증폭을 위한 포락선 신호를 생성하는 이득 보정부와,

   상기 포락선 신호를 수신하고, 선택 신호에 의거하여 포락선 신호에 의거한 전력 증폭 또는 단순 증폭 동작을 수행하는 전력 증폭 모듈과,

   상기 송신 신호에 대한 전력 제어 신호를 이용하여 상기 신호 생성부에서 생성되는 신호의 크기를 결정하고, 이득 모드를 결정하여 상기 선택 신호를 출력하는 이득 제어부를 포함하는 이득 제어 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 신호 생성부는,

   상기 송신 신호를 상기 이득 제어부로부터 수신되는 이득 제어 신호에 따라 상기 변조 신호의 크기를 조정하여 변조하는 변조기와,

   상기 변조기의 변조된 신호에서 위상 신호와 크기 신호로 분리하고 위상 신호와 크기 신호를 각각 출력하는 좌표 변환기와,

   상기 크기 신호를 상기 이득 보정부로부터 제공되는 이득값을 이용하여 크기 변환하는 크기 변환기와,

   위상 신호를 위상 변조하는 위상 변조기를 포함하는 이득 제어 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 이득 보정부는,

   상기 송신 신호의 자원 블록의 크기 정보로부터 송신 이득을 추출하여 이득값을 생성하는 이득 변환 테이블과,

   상기 이득 값의 역수를 계산하는 크기 역변환기와,

   상기 크기 역변환된 값과 전력 제어 값을 가산하는 가산기와,

   상기 가산된 값에 의거하여 입력되는 전원 신호의 크기를 제어한 전력 제어 신호를 출력하는 직류 변환기와,

   상기 신호 생성부의 출력과 상기 전력 제어 신호를 혼합하여 상기 포락선 신호를 출력하는 혼합기를 포함하는 이득 제어 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 이득 제어부는,

   상기 송신 신호의 전력 제어 신호에 의거하여 전력 증폭 모듈의 경로 선택 신호와 전력 제어 값과 모드 변환 신호를 생성하는 전력 제어 알고리즘과,

   상기 변조된 신호로부터 모드 변환 신호를 생성하여 출력하는 모드 변환기를 포함하는 이득 제어 장치.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 전력 증폭기 모듈은,

   상기 송신 신호의 전력이 미리 결정된 임계값 이상인 경우 상기 포락선 신호에 의거한 전력 제어를 수행하고, 상기 송신 신호의 전력이 상기 임계값 미만인 경우 AB급 전력 증폭을 수행하며, 상기 단순 증폭을 수행하는 이득 제어 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 이득 제어부는,

   상기 이득 제어 알고리즘을 포함하며, 상기 이득 제어 알고리즘은, 상기 AB급 전력 증폭 신호를 더 생성하는 이득 제어 장치.
7. 둘 이상의 증폭도를 가지는 증폭부를 갖는 폴라 송신기에서 출력 신호 크기 변화에 따른 송신 이득 제어 방법에 있어서,

   송신 신호의 출력 요구 전력이 미리 결정된 임계값 미만인 경우 상기 변조된 신호의 출력 레벨을 조절하고, 상기 증폭부에서 기본 증폭하는 과정과,

   상기 송신 신호의 출력 요구 전력이 미리 결정된 제1임계값 이상이고, 제2임계값 미만인 경우 상기 증폭부를 제1증폭 레벨로 증폭하는 과정과,

   상기 송신 신호의 출력 요구 레벨이 미리 결정된 제2임계값 이상인 경우 상기 증폭부를 제2증폭 레벨로 증폭하는 과정을 포함하는 이득 제어 방법.
8. 제 7 항 있어서, 상기 기본 증폭은,

   상기 변조된 신호의 출력 레벨만을 조절하여 송신 신호를 전송할 수 있는 경우인 이득 제어 방법.

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