KR20110068605A - Band-pass delta sigma transmitter - Google Patents
Band-pass delta sigma transmitter Download PDFInfo
- Publication number
- KR20110068605A KR20110068605A KR1020090125636A KR20090125636A KR20110068605A KR 20110068605 A KR20110068605 A KR 20110068605A KR 1020090125636 A KR1020090125636 A KR 1020090125636A KR 20090125636 A KR20090125636 A KR 20090125636A KR 20110068605 A KR20110068605 A KR 20110068605A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- signal
- power amplifier
- bit
- delta sigma
- band pass
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
- H04B1/02—Transmitters
- H04B1/04—Circuits
Abstract
Description
본 발명은 이동통신 시스템에 적용되는 송신기 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고효율 전력 증폭을 위하여 전력 증폭기의 입력에 PAPR(Peak to Average Power Ratio)이 큰 포락선(Envelope)을 갖는 RF complex 신호를 인가하는 것이 아니라 RF 신호가 N-level(Multi-bit)로 양자화된 디지털 신호를 인가함으로써, 전력 증폭기의 효율을 극대화하는 송신기에 관한 것이다. 이를 위해 RF 신호를 N-level로 양자화하는 밴드 패스 델타 시그마 변조부를 포함하며, N-level로 양자화되었기 때문에 이 역시 PAPR 값을 어느 정도 가지기 때문에, N-level의 신호 확률 분포 중 가장 신호가 많이 출력되는 디지털 신호 크기에서 최대 효율을 갖는 M-way 도허티 전력 증폭기를 이용하여 고효율 전력 송신 시스템을 구현하는 송신기에 관한 것이다.The present invention relates to a transmitter structure applied to a mobile communication system, and more particularly, to apply an RF complex signal having an envelope having a large peak to average power ratio (PAPR) to an input of a power amplifier for high efficiency power amplification. Rather, the present invention relates to a transmitter that maximizes the efficiency of a power amplifier by applying a digital signal in which an RF signal is quantized to N-level (multi-bit). To this end, it includes a band pass delta sigma modulator that quantizes the RF signal to N-level, and since it is quantized to N-level, it also has some PAPR value, so the most signal out of N-level signal probability distribution is output. The present invention relates to a transmitter for implementing a high-efficiency power transmission system using an M-way Doherty power amplifier having a maximum efficiency at a digital signal level.
최근의 이동통신 시스템은 높은 데이터 전송 속도를 위해서 기존의 CDMA(Code Division Multiple Access) 계열의 시스템에서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 등의 멀티 캐리어 변조 방식을 갖는 시스템으로 발전하고 있다. 예를 들면, WIMAX, WIBro 및 3G LTE(Long Term Evolution) 계열의 시스템이 OFDM 변조 방식을 채택하고 있다. 이러한 OFDM 시스템은 캐리어들의 합산(Summation)에 의해 송신 신호의 PAPR(Peak to Average Power Ratio)이 높은 단점이 있다.Recently, a mobile communication system has been developed from a conventional code division multiple access (CDMA) based system for a high data transmission rate to a system having a multi-carrier modulation scheme such as orthogonal frequency division multiplexing (OFDM). For example, WIMAX, WIBro, and 3G Long Term Evolution (LTE) series systems employ OFDM modulation. Such an OFDM system has a disadvantage in that a peak to average power ratio (PAPR) of a transmission signal is high due to summation of carriers.
따라서, 이동통신 시스템에서 송신 효율을 증가시키고자 하는 여러가지 방법이 논의되고 있으며, 크게 극좌표를 이용하여 위상 신호를 전력 증폭기에 입력하고 포락선 정보를 전력 증폭기의 바이어스부에 인가하는 EER(Envelop Elimination and Restoration) 방법과 전력 증폭기의 입력으로서 위상 신호가 아닌 일반적인 Complex I/Q 신호를 인가하면서 전력 증폭기의 바이어스를 변조시키는 ET(Envelop Traking) 방법이 있다.Therefore, various methods for increasing the transmission efficiency in a mobile communication system have been discussed. The EER (Envelop Elimination and Restoration), which uses a polar coordinate to input a phase signal to the power amplifier and applies envelope information to the bias portion of the power amplifier, has been discussed. And an Envelop Traking (ET) method that modulates the bias of the power amplifier while applying a typical Complex I / Q signal rather than a phase signal as the input of the power amplifier.
EER 방법은 전력 증폭기의 입력으로서 포락선이 제거된 신호가 입력되기 때문에 효율이 극대화되지만, 위상 입력 신호의 밴드 확장 문제로 인하여 전력 증폭기의 광대역 매칭이 요구되는 단점을 지니고 있다. 또한, 포락선 정보 신호와 위상 출력 신호 간의 시간적 오차가 매우 민감하기 때문에 하드웨어를 구성하는 데 어려움이 있다. 이를 보상하기 위해 이론적으로 효율이 약간 감소되지만, 입력 신호로 일반적인 Complex I/Q 업 컨버전 신호를 사용하고, 입력 신호의 크기에 따라 전력 증폭기의 바이어스를 변조시키는 ET 구조가 최근에 많은 관심을 받고 있다.The EER method maximizes efficiency because a signal without an envelope is input as an input of a power amplifier, but has a disadvantage in that broadband matching of the power amplifier is required due to a band extension problem of a phase input signal. In addition, since the temporal error between the envelope information signal and the phase output signal is very sensitive, it is difficult to configure the hardware. In order to compensate for this, the efficiency is slightly reduced, but the ET structure that uses a general Complex I / Q up-conversion signal as the input signal and modulates the bias of the power amplifier according to the magnitude of the input signal has received much attention recently. .
하지만, 상기 두 가지 방법, 즉 EER 방법과 ET 방법 모두 바어이스를 포락선 신호에 맞게 변조시켜야 하기 때문에, 전체 송신 효율은 수학식 1과 같이 바이어스 변조부의 효율과 전력 증폭기의 전체 효율을 곱한 값으로 나타낸다.However, since the two methods, that is, the EER method and the ET method, must modulate the bias according to the envelope signal, the overall transmission efficiency is a value obtained by multiplying the efficiency of the bias modulator by the overall efficiency of the power amplifier as shown in
그러나, EER 및 ET 구조 모두 바이어스 변조부의 효율의 70~80% 밖에 구현하지 못하고 기술적으로 고효율 특성을 구현하기 힘들기 때문에 EER 및 ET 구조의 한계를 가지고 있다.However, both the EER and ET structures have limitations of the EER and ET structures because they can only implement 70-80% of the efficiency of the bias modulator and are difficult to technically implement high efficiency characteristics.
한편, 고효율 송신 구조의 다른 방법은 RF 상향 변조된 신호를 1-bit 밴드 패스 델타 시그마처리하여 전력 증폭기에 인가하는 방식이 있다. 이를 위해 밴드 패스 델타 시그마 변조기는 RF 캐리어 주파수보다 4배 빠른 클럭 스피드로 동작해야 하는 단점을 지니고 있고, 또한 1-bit로 디지털화된 신호는 양자화 잡음을 포함하고 있는데, 이를 전력 증폭기에서 함께 증폭시켜 원하는 자기 신호 대비 효율을 저하시키는 단점을 지니고 있다.On the other hand, another method of the high efficiency transmission structure is a method of applying a 1-bit band pass delta sigma to the RF amplifier to the power amplifier. The bandpass delta sigma modulator has the disadvantage of operating at a clock speed four times faster than the RF carrier frequency, and the 1-bit digitized signal contains quantization noise, which is then amplified together in the power amplifier. It has the disadvantage of lowering the efficiency compared to the magnetic signal.
도 1은 종래 기술에 따른 고효율 송신기의 구조를 나타낸 도면이다.1 is a view showing the structure of a high efficiency transmitter according to the prior art.
도 1을 참조하면, 폴라 변환부(120)는 기저대역, 즉 모뎀부(110)에서 출력되는 I/Q 신호를 입력받아 극좌표계로 변환하고, 포락선 정보를 바이어스 변조부(140)로 출력한다. RF 상향 변조부(130)로 출력되는 신호가 cos/sin 함수이면 위상정보 신호이기 때문에 EER 시스템으로 동작하고, I/Q 신호이면 ET 시스템으로 동작한다. RF 상향 변환된 신호는 전력 증폭기(150)를 통하여 듀플렉서 및 필터 등을 통하여 안테나로 방사된다.Referring to FIG. 1, the
폴라 변환부(120)에서 추출된 포락선 정보는 바이어스 변조부(140)에 입력되어 전력 증폭기(150)의 바이어스 값에 맞게 증폭 및 변조된 후, 전력 증폭기(150)의 드레인 또는 컬렉터로 입력된다. 이때, 포락선 정보의 저주파 성분은 효율이 높은 버크 변환부(160)에 제공되고, 포락선 정보의 고주파 성분은 바이어스 변조부(140)에 포함된 선형 Op-amp에 제공되어, 최종 전력 증폭기(150)의 바이어스에 공급되는 전압 및 전류 파형은 원하는 포락선 정보가 된다.The envelope information extracted by the
하지만, 위에서도 언급하였듯이 바이어스 변조부(140) 및 버크 변환부(160)가 소모하는 전력이 크며, 또한 광대역 포락선 정보인 경우, 바이어스 변조부(140)가 고속으로 동작해야하는 부담이 있고, 이를 위해 전력을 더 소모해야하는 특성이 있어 전력 증폭 시스템의 효율을 저하시키는 문제점이 있다.However, as mentioned above, when the power consumption of the
도 2는 종래 기술에 따른 다른 고효율 송신기의 구조를 나타낸 도면이다.2 is a view showing the structure of another high efficiency transmitter according to the prior art.
도 2를 참조하면, 모뎀부(210)에서 출력되는 I/Q 신호를 디지털 IF부(220)에서 IF 신호로 변환하고, 이를 RF 상향 변조부(230)를 이용하여 RF 캐리어 주파수로 상향 변환시킨 후, 이를 1-bit 밴드 패스 델타 시그마 변조부(240)를 이용하여 1-bit 신호로 디지털화한다. 1-bit 디지털화된 신호는 고효율 전력 증폭기(250)로 입력되어 출력되고 이는 듀플렉서 및 밴드 패스 필터에 의해 다시 원하는 인-밴드 신호만 복원되는 방법이다. 이를 구현하기 위해서, 1-bit 밴드 패스 델타 시그마 변조부(240)는 RF 주파수보다 최소 4배 빠른 클럭 스피드로 변조 동작을 해야하는 단점을 지니고 있다. 예를 들면, 2GHz에 해당하는 RF 주파수 신호를 1-bit 디지털화 하기 위해서는 8GHz의 샘플링 클럭이 요구되는 단점을 지니고 있다.Referring to FIG. 2, the I / Q signal output from the
또한, 1-bit 디지털화된 신호는 이미 1-bit로 양자화되어 있기 때문에, 양자화 잡음은 오버 샘플링 클럭 주파수 전체 밴드에 분포하게 되고, 원하는 신호와 양자화 잡음 신호가 동시에 전력 증폭기(250)에 인가되어 최종적으로는 원하는 인-밴드 신호의 효율을 저하시키는 단점을 지니고 있다.In addition, since the 1-bit digitized signal is already quantized to 1-bit, the quantization noise is distributed over the entire band of the oversampling clock frequency, and the desired signal and the quantization noise signal are simultaneously applied to the
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, IF 신호를 입력받아 멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부로 처리한 후, N-level로 신호를 변환한 후, 이를 RF 상향 변환시키는 RF 상향 변조부를 이용하여 RF 주파수를 갖는 N-level 신호로 출력하여 밴드-패스 델타 시그마 변조부의 클럭 스피드를 줄이고, N-level로 양자화된 디지털 신호를 전력 증폭기에 입력시켜 고효율 특성을 갖는 밴드 패스 델타 시그마 신호 송신기를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the above problems, and receives an IF signal and processes it with a multi-bit band pass delta sigma modulator, converts the signal to N-level, and then RF upconverts it. Band-pass delta sigma reduces the clock speed of the band-pass delta sigma modulator by outputting it as an N-level signal having an RF frequency by using an up-modulation section, and inputs a digital signal quantized in N-level to the power amplifier to provide a band pass delta sigma The object is to provide a signal transmitter.
본 발명의 다른 목적은 N-level로 양자화된 RF 신호의 특성 분포에 따라 최적의 효율을 갖는 M-way 도허티 전력 증폭기를 이용함으로써, 최종적으로 N-level RF 디지털 신호를 고효율로 송신하는 밴드 패스 델타 시그마 신호 송신기를 제공한다.Another object of the present invention is to use a M-way Doherty power amplifier having an optimal efficiency according to the characteristic distribution of the N-level quantized RF signal, thereby finally band band delta for transmitting N-level RF digital signal with high efficiency Provides a sigma signal transmitter.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 베이스 밴드로부터 수신한 I/Q 신호를 IF 신호로 변환하는 디지털 IF부; 상기 IF 신호를 샘플링하여 멀티 비트로 양자화된 IF 신호를 출력하는 멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부; 상기 멀티 비트로 양자화된 IF 신호를 멀티 비트로 양자화된 RF 신호로 변환하는 RF 상향 변조부; 및 상기 멀티 비트로 양자화된 RF 신호를 증폭하는 전력 증폭기를 포함하는 밴드 패스 델타 시그마 신호 송신기를 제공한다.The present invention for achieving the above object, Digital IF unit for converting the I / Q signal received from the base band to the IF signal; A multi-bit band pass delta sigma modulator for sampling the IF signal and outputting a multi-bit quantized IF signal; An RF up-modulator for converting the multi-bit quantized IF signal into a multi-bit quantized RF signal; And a power amplifier for amplifying the multi-bit quantized RF signal.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 멀티-비트 양자화기를 내장한 밴드 패스 델타 시그마 변조부를 이용한 송신기를 제공함으로써, 전력 증폭기가 불필요한 양자화 잡음을 증폭시키는 것을 방지할 수 있고, 멀티 비트를 사용하였을 때 발생하는 고효율 저하 요인을 제거할 수 있으며, 실제 기지국 단말에 적용하였을 때 광대역 고효율 전력 증폭 시스템을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 고효율화에 따른 시스템의 소형화를 가져오는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by providing a transmitter using a band pass delta sigma modulator with a multi-bit quantizer, it is possible to prevent the power amplifier from amplifying unnecessary quantization noise, The high efficiency degradation factor can be eliminated, and when applied to a base station terminal, it is possible not only to implement a broadband high efficiency power amplification system, but also to bring down the size of the system due to the high efficiency.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 밴드 패스 델타 시그마 신호 송신기의 구조를 나타낸 도면이다.3 illustrates a structure of a band pass delta sigma signal transmitter according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 밴드 패스 델타 시그마 신호 송신기(300)는 모뎀부(310), 디지털 IF부(320), 멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부(Multi-bit Band Pass Delta Sigma Modulator)(330), RF 상향 변조부(RF Up Converter)(340) 및 전력 증폭기(350) 등을 포함한다.Referring to FIG. 3, the band pass delta
디지털 IF부(320)는 모뎀부(310), 즉 베이스 밴드로부터 수신한 I/Q 신호를 IF 신호로 변환한다. 여기서, IF 신호의 IF 주파수는 시스템별로 정해져 있거나 시스템 구현시 하드웨어 구성에 따라 달라질 수 있으며, 일반적으로 수십 MHz 대역에서 거의 결정된다.The
멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부(330)는 IF 주파수의 4배에 해당되는 클럭 스피드(4 * fIF)로 IF 신호를 샘플링한다. 여기서, 멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부(330)는 크게 공진기 및 양자화기로 나누어질 수 있으며, 그 구성 타입 역시 여러 군으로 분류될 수 있지만, 본 발명의 기술적 특징이 멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부(330)에 있는 것이 아니므로, 멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부(330)의 구현과 관련된 자세한 설명은 생략하기로 한다.The multi-bit band pass
본 발명에서 멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부(330)는 양자화기가 종래와 같이 입력 신호를 1-bit로 출력하는 것이 아니라, 멀티-비트로 출력하는 것을 특징으로 한다. 샘플링된 IF 신호는 멀티-비트로 양자화되면서 양자화 잡음이 발생하는데, 본 발명에서는 이 양자화 잡음이 오버 샘플링 주파수의 1/2까지 스프레드된다.In the present invention, the multi-bit band pass
종래의 1-bit 양자화기를 사용하였을 때에는 전력 증폭기의 입력이 1-bit인 "on", "off" 상태만을 처리하여 고효율 특성을 보장하는 것처럼 보이지만, 실제 1- bit 신호에는 인-밴드 신호와 1-bit로 양자화되면서 생기는 양자화 잡음이 같이 섞여 있기 때문에 전력 증폭기의 최종 출력에서 인-밴드 신호에 대한 효율은 떨어지게 된다. 왜냐하면, 전력 증폭기의 최대 출력은 정해져 있고, 그에 따른 DC 전력 소모도 정해져 있어 효율이 결정되어, 1-bit의 신호가 모두 인-밴드 신호인 경우, 고효율 동작이 일어나게 되지만, 1-bit의 신호에 양자화 잡음 전력이 섞여 있는 경우, 출력 신호 대비 양자화 전력 만큼의 손실이 발생하게 되어 전체적인 인-밴드 효율이 감소하게 된다.When the conventional 1-bit quantizer is used, it seems that the input of the power amplifier processes only the 1-bit "on" and "off" states to guarantee high efficiency characteristics, but the actual 1-bit signal includes an in-band signal and 1 The quantization noise produced by quantization at -bit is mixed together, reducing the efficiency of the in-band signal at the power amplifier's final output. Because the maximum output of the power amplifier is determined and the DC power consumption is determined accordingly, the efficiency is determined. When the 1-bit signals are all in-band signals, high efficiency operation occurs, but the 1-bit signals When quantized noise power is mixed, there is a loss of quantization power relative to the output signal, which reduces the overall in-band efficiency.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 양자화 잡음을 최소화하기 위한 방안으로서, 1-bit 양자화기를 사용하는 것이 아니라 멀티-비트 양자화기를 사용한다. 1 bit를 더 사용하였을 때, 발생하는 양자화 잡음은 6dB씩 감소하기 때문에 최소 2 bit (0, 1, 2, 3) 상태를 사용하였을 때 양자화 잡음이 1-bit 양자화기를 사용할 때보다 6dB씩 작게 되며, 이로 인해 전력 증폭기는 불필요한 양자화 잡음을 출력하지 않게 된다.In order to solve this problem, the present invention uses a multi-bit quantizer instead of a 1-bit quantizer as a method for minimizing quantization noise. When using 1 bit more, the quantization noise generated decreases by 6dB. When using at least 2 bit (0, 1, 2, 3) state, the quantization noise is 6dB smaller than using 1-bit quantizer. As a result, the power amplifier does not output unnecessary quantization noise.
예를 들면, 2-bit 양자화기를 사용한 밴드 패스 델타 시그마 변조부를 사용하였을 경우, 도 3에 도시되어 있는 멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부(330)의 출력은 0, 1, 2, 3에 해당하는 상태로 출력되며, 샘플링 속도는 밴드 패스 델타 시그마 변조부의 오버 샘플링 속도이다.For example, when a band pass delta sigma modulator using a 2-bit quantizer is used, the outputs of the multi-bit band pass
RF 상향 변조부(340)는 N-level로 양자화된 IF 신호를 RF 신호로 변환하는 역할을 수행한다. 자세하게는, RF 상향 변조부(340)는 N-level로 양자화된 IF 신호 를 RF 캐리어와 먹싱하여 IF 주파수에서 N-level로 양자화된 신호를 RF 캐리어에서 N-level로 양자화된 신호로 변환해주는 역할을 수행한다. 이에 대한 자세한 설명은 도 5에서 후술하기로 한다.The
한편, N-level로 양자화된 RF 신호는 전력 증폭기에 입력되어 출력되는데, N-level로 양자화된 RF 신호도 피크대 평균값의 크기를 가지게 되므로 PAPR을 갖게 된다. 즉, 고효율 전력 증폭기를 구동하기 위해서는 포락선 정보가 없는 컨스턴트 포락선 신호(1-bit)가 인가되어야하는데, N-level로 양자화된 RF 신호는 PAPR을 갖기 때문에, 전력 증폭기가 항상 피크 효율 영역에서 포화상태로 동작하지 못하게 된다.On the other hand, the N-level quantized RF signal is input to the power amplifier and output, and the N-level quantized RF signal also has a PAPR since it has a magnitude of the peak-to-average value. That is, a constant envelope signal (1-bit) without envelope information must be applied to drive a high efficiency power amplifier. Since an N-level quantized RF signal has a PAPR, the power amplifier is always saturated in the peak efficiency region. It will not work in a state.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 전력 증폭기(350)로서, 도허티 전력 증폭기를 사용한다. 도허티 전력 증폭기는 캐리어 전력 증폭기와 피크 전력 증폭기를 결합한 형태로 두 개의 결합 구조(2-way)를 사용하였을 때 최대 출력에서 약 6dB 정도 작은 출력 전력에서 최대 효율을 갖게 되며, 3-way 도허티 전력 증폭기 구조를 사용하였을 때에는 약 9dB 정도 작은 출력 전력에서 최대 효율을 갖는 특성을 지니게 된다.In order to solve this problem, the present invention uses a Doherty power amplifier as the
N-level이 2 bit로 양자화되었다고 가정하고, 전력 증폭기에 입력되는 신호의 최대 크기를 3으로 가정하였을 때, 신호의 크기는 0,1.2.3이 될 수 있으며, 최대 크기 3에서 최소 크기인 1까지의 전력 크기는 9dB가 된다. 따라서, N-level의 양자화 신호가 확률 분포상 “1”인 구간에서 가장 많이 발생한다고 하면, 3-way 도허티 전력 증폭기 구조를 적용할 경우, 2 bit 양자화 신호가 PAPR을 갖더라도 효 율의 감소 없이 전력 증폭기가 고효율로 출력할 수 있다.Assuming that the N-level is quantized to 2 bits, and assuming that the maximum magnitude of the signal input to the power amplifier is 3, the magnitude of the signal may be 0,1.2.3, and the maximum magnitude of 3 is 1 Power magnitude up to 9dB. Therefore, if the N-level quantized signal occurs most frequently in the section of “1” in the probability distribution, when the 3-way Doherty power amplifier structure is applied, even if the 2-bit quantized signal has a PAPR, the power is not reduced. The amplifier can output with high efficiency.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부의 구성을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a configuration of a multi-bit band pass delta sigma modulator according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부(330)는 4차의 공진기(410, 420, 430, 440) 및 멀티-비트 양자화기(450)를 포함한다. 도 4에서 a, b, c, g의 파라미터 값은 오버 샘플링 레이시오 및 입력 신호의 크기에 따라 결정된다.Referring to FIG. 4, the multi-bit band pass
또한, 멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부(330)는 N-level로 양자화된 IF 신호를 출력하기 위해 MUX와 추가적인 장치들을 더 포함할 수도 있다.In addition, the multi-bit band pass delta sigma modulator 330 may further include a MUX and additional devices to output an N-level quantized IF signal.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 RF 상향 변조부(340)의 구성을 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a configuration of an
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 RF 상향 변조부(340)는 도 4의 멀티-비트 양자화기(450)에서 출력되는 N-level로 양자화된 IF 신호를 다수의 AND 게이트(510, 520, 530)를 이용하여 RF 신호로 상향 변환한다.Referring to FIG. 5, the
즉, 멀티-비트 양자화기(450)에서 출력되는 N-level로 양자화된 IF 신호는 스테이지별로 다수의 AND 게이트(510, 520, 530)에 입력되고, 주파수 생성기(540)에서 생성된 RF 신호와 믹싱되어 결합기(550)를 통하여 출력된다. 예를 들면, 2 bit인 양자화된 IF 신호가 입력된다고 하면, 멀티-비트 양자화기(450)의 출력이 모 두 "high"로 스테이트되며, 이는 다수의 AND 게이트(510, 520, 530)에 의해 주파수 생성기(540)에서 생성된 RF 신호와 AND 함수로 곱해져서 결합기(550)로 출력됨으로써, RF 주파수에서 크기가 "3"인 신호가 생성된다. 나머지 1, 2 스테이트도 같은 알고리즘에 의해 생성되고, 출력이 없어야 하는 0 스테이트는 멀티-비트 양자화기(450)의 출력이 "0" 스테이트로 변환된다.That is, the N-level quantized IF signal output from the
본 발명에 따른 RF 상향 변조부(340)를 사용하면, RF 주파수에서 크기가 N-level로 양자화된 RF 신호가 생성된다. 이때, N-level의 N 값은 시스템의 채널 폭, 오버 샘플링 레이시오, 최종 출력의 인접 채널 비 및 고효율 전력 증폭기의 효율 저하 특성을 모두 고려하여 결정된다.Using the RF up-
따라서, 최적화된 N 값에 따라 다수의 AND 게이트(510, 520, 530)의 함수는 어레이로 이루어지고, RF 신호 또한 N-level의 양자화된 신호로 변환된다.Thus, the function of the multiple AND
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전력 증폭기의 구성을 나타낸 도면이다.6 is a view showing the configuration of a power amplifier according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전력 증폭기(350)는 M-way 도허티 전력 증폭기로서, 멀티 비트로 양자화된 RF 신호의 캐리어를 증폭하는 캐리어 전력 증폭부(610), 멀티 비트로 양자화된 RF 신호의 피크 전력을 증폭하는 피크 전력 증폭부(620), 전력 결합을 위한 쿼터 웨이브 트랜스포머(630), 전력 결합시 발생하는 위상 오차를 보정하는 오프셋 라인(640) 및 50옴 매칭을 위한 35옴 트랜스폼라인(650) 등을 포함한다.6, the
또한, 본 발명에 따른 전력 증폭기(350)는 쿼터 웨이브 트랜스포머(630)를 내장하면서 생기는 90도 위상 오차를 피크 전력 증폭부(620)로 보상하는 위상 오차 보정 라인(660)을 더 포함한다.In addition, the
M-way 도허티 전력 증폭기는 N 값에 따라 M 레벨이 결정된다. 즉, 시스템의 대역 폭 및 IF 주파수에 따라 최적의 N 값이 결정되고, N-level로 양자화된 IF 신호의 확률 분포가 정해지면, 최대 확률 값에 최대 효율을 가지는 M 값이 정해진다.For M-way Doherty power amplifiers, the M level is determined by the N value. That is, if the optimal N value is determined according to the bandwidth and the IF frequency of the system, and the probability distribution of the IF signal quantized to the N-level is determined, the M value having the maximum efficiency is determined to the maximum probability value.
도 7은 본 발명에서 N=3(2 bit)인 양자화기를 사용하였을 때 멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부의 출력 특성을 나타낸 도면이다.FIG. 7 illustrates output characteristics of a multi-bit band pass delta sigma modulator when a quantizer having N = 3 (2 bit) is used in the present invention.
도 7을 참조하면, (a)는 멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부(330)의 출력을 시간 축 상에서 도시한 도면으로서, RF 신호의 출력이 0, 1, 2, 3으로 양자화됨을 알 수 있으며, "1" 스테이트에서 확률적으로 가장 많이 분포하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, (a) shows the output of the multi-bit band pass delta sigma modulator 330 on the time axis, and it can be seen that the output of the RF signal is quantized to 0, 1, 2, and 3. It can be seen that the most likely distribution in the "1" state.
(b)는 멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부(330)의 출력을 스테이트별로 확률 함수 분포로 나타낸 도면으로서, 앞서 설명한 바와 같이, "1" 스테이트에서 가장 많은 확률 분포를 가지며, "2", "3" 스테이트에서 적은 확률 분포를 가짐을 알 수 있다.(b) is a diagram showing the probability function distribution for each state of the output of the multi-bit band pass
따라서, "1" 스테이트에서 효율이 가장 좋은 도허티 전력 증폭기를 사용함으로써, 전체적인 송신 시스템의 효율을 극대화할 수 있다.Thus, by using the most efficient Doherty power amplifier in the "1" state, the efficiency of the overall transmission system can be maximized.
도 8은 본 발명에서 양자화된 RF 신호의 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면이 다.8 is a view showing a frequency spectrum of the quantized RF signal in the present invention.
도 8을 참조하면, (a)는 양자화된 RF 신호의 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면이고, (b)는 (a)에서 -25MHz ~ 25MHz 사이의 주파수 스펙트럼을 확대한 도면으로서, N=3(2 bit)인 양자화기를 사용하였을 때, 인접 채널 간섭비가 40dBc 이하로 낮아지는 것을 알 수 있다. 50MHz 이상의 고주파 영역에서의 양자화 잡음, 즉 노이즈 쉐이핑에 의한 스펙트럼은 전력 증폭기의 최종 단에 내장되어 있는 밴드 패스 필터 및 듀플렉서로 필터링된다.Referring to FIG. 8, (a) is a diagram showing a frequency spectrum of a quantized RF signal, (b) is a diagram showing an enlarged frequency spectrum between -25 MHz and 25 MHz in (a), and N = 3 (2 bit). It can be seen that when the quantizer () is used, the adjacent channel interference ratio is lowered to 40 dBc or less. Quantization noise in the high frequency region above 50 MHz, ie the spectrum due to noise shaping, is filtered by a band pass filter and duplexer built into the final stage of the power amplifier.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
도 1은 종래 기술에 따른 고효율 송신기의 구조를 나타낸 도면,1 is a view showing the structure of a high efficiency transmitter according to the prior art;
도 2는 종래 기술에 따른 다른 고효율 송신기의 구조를 나타낸 도면,2 is a view showing the structure of another high-efficiency transmitter according to the prior art;
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 밴드 패스 델타 시그마 신호 송신기의 구조를 나타낸 도면,3 is a diagram illustrating a structure of a band pass delta sigma signal transmitter according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부의 구성을 나타낸 도면,4 is a diagram illustrating a configuration of a multi-bit band pass delta sigma modulator according to an embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 RF 상향 변조부(340)의 구성을 나타낸 도면,5 is a diagram illustrating a configuration of an
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전력 증폭기의 구성을 나타낸 도면,6 is a view showing the configuration of a power amplifier according to an embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명에서 N=3(2 bit)인 양자화기를 사용하였을 때 멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부의 출력 특성을 나타낸 도면,7 is a view showing the output characteristics of the multi-bit band pass delta sigma modulator when using a quantizer having N = 3 (2 bit) in the present invention,
도 8은 본 발명에서 양자화된 RF 신호의 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.8 is a view showing a frequency spectrum of the quantized RF signal in the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
310: 모뎀부 320: 디지털 IF부310: modem unit 320: digital IF unit
330: 멀티-비트 밴드 패스 델타 시그마 변조부 340: RF 상향 변조부330: multi-bit band pass delta sigma modulator 340: RF up-modulator
350: 전력 증폭기 410, 420, 430, 440: 공진기350:
450: 멀티-비트 양자화기 510, 520, 530: AND 게이트450:
540: 주파수 생성기 550: 결합기540: frequency generator 550: combiner
610: 캐리어 전력 증폭부 620: 피크 전력 증폭부610: carrier power amplifier 620: peak power amplifier
630: 쿼터 웨이브 트랜스포머 640: 오프셋 라인630: quarter wave transformer 640: offset line
650: 35옴 트랜스폼라인 660: 위상 오차 보정 라인650: 35 ohm transform line 660: phase error correction line
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090125636A KR101603231B1 (en) | 2009-12-16 | 2009-12-16 | Band-pass Delta Sigma Transmitter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090125636A KR101603231B1 (en) | 2009-12-16 | 2009-12-16 | Band-pass Delta Sigma Transmitter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20110068605A true KR20110068605A (en) | 2011-06-22 |
KR101603231B1 KR101603231B1 (en) | 2016-03-14 |
Family
ID=44400818
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020090125636A KR101603231B1 (en) | 2009-12-16 | 2009-12-16 | Band-pass Delta Sigma Transmitter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101603231B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9025700B2 (en) | 2011-12-16 | 2015-05-05 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Digital polar modulator for a switch mode RF power amplifier |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20000035813A (en) * | 1996-09-06 | 2000-06-26 | 클라스 노린, 쿨트 헬스트룀 | Arrangements and methods for generating a radio frequency signal |
JP2004048703A (en) * | 2002-05-13 | 2004-02-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Amplifier circuit, transmitter, method for amplification and transmission |
KR20060059155A (en) * | 2004-11-26 | 2006-06-01 | 테크노컨셉츠, 인크. | Direct conversion delta-sigma transmitter |
KR20080065042A (en) * | 2007-01-08 | 2008-07-11 | 삼성전자주식회사 | Digital predistoriton linearizer for doherty power amplifier |
-
2009
- 2009-12-16 KR KR1020090125636A patent/KR101603231B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20000035813A (en) * | 1996-09-06 | 2000-06-26 | 클라스 노린, 쿨트 헬스트룀 | Arrangements and methods for generating a radio frequency signal |
JP2004048703A (en) * | 2002-05-13 | 2004-02-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Amplifier circuit, transmitter, method for amplification and transmission |
KR20060059155A (en) * | 2004-11-26 | 2006-06-01 | 테크노컨셉츠, 인크. | Direct conversion delta-sigma transmitter |
KR20080065042A (en) * | 2007-01-08 | 2008-07-11 | 삼성전자주식회사 | Digital predistoriton linearizer for doherty power amplifier |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9025700B2 (en) | 2011-12-16 | 2015-05-05 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Digital polar modulator for a switch mode RF power amplifier |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101603231B1 (en) | 2016-03-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7057455B2 (en) | System and method for reducing dynamic range and improving linearity in an amplication system | |
EP3061190B1 (en) | Digital transmitter comprising pulse width modulator | |
US8693578B2 (en) | Transmission device | |
EP1536556B1 (en) | Switching amplifier architecture | |
US6998914B2 (en) | Multiple polar amplifier architecture | |
US7551904B2 (en) | Apparatus and method for high efficiency power amplification for a mobile communication system | |
EP3061192B1 (en) | Power encoder and method for modulating data | |
EP3175552B1 (en) | Power encoder and method for power encoding | |
KR101104143B1 (en) | Apparatus and method for transmitting signal in a wireless communication system | |
EP3028387B1 (en) | Level de-multiplexed delta sigma modulator based transmitter | |
Bassoo et al. | A potential transmitter architecture for future generation green wireless base station | |
KR101603231B1 (en) | Band-pass Delta Sigma Transmitter | |
Sen | A 60W class S and outphasing hybrid digital transmitter for wireless communication | |
Umali et al. | Quantization noise and distortion analysis of envelope pulse-width modulation (EPWM) transmitters for OFDM signal amplification | |
Majd et al. | Efficiency improvement of delta sigma modulator-based transmitter using complex delta sigma modulator and noise reduction loop | |
Sjöland et al. | Switched mode transmitter architectures | |
Erfanimajd et al. | Coding efficiency and bandwidth enhancement in polar delta sigma modulator transmitter | |
Jouzdani et al. | High efficiency delta-sigma transmitter architecture with gate bias modulation for wireless applications | |
Majd et al. | Coding efficiency and bandwidth enhancement in polar delta-sigma modulator transmitter using quantization noise reduction and parallel processing techniques | |
Mustafa et al. | Repetitive fixed bandwidth limitation and QAM correction for EER power amplifier | |
Kim et al. | Digitally enhanced linear power amplifiers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190304 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20200224 Year of fee payment: 5 |