KR20120138647A - 진폭 및 위상 오차 보정 장치와 이를 포함한 다중 입출력 증폭기 및 그의 증폭 방법 - Google Patents

진폭 및 위상 오차 보정 장치와 이를 포함한 다중 입출력 증폭기 및 그의 증폭 방법 Download PDF

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Abstract

다중입출력 증폭기는 입력 하이브리드 네트워크로의 입력 RF 신호를 이용하여 기준 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 신호를 변조하고, 복수의 전력 증폭기에 의해 증폭된 RF 신호를 복조하여 복수의 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 신호를 생성한 후 상기 복수의 BPSK 신호 중 90도의 위상 차를 가지는 두 BPSK 신호를 결합하여 생성되는 QPSK 신호를 기준 QPSK 신호와 비교하여 해당하는 두 증폭된 RF 신호에 대한 진폭 오차 및 위상 오차를 검출하고, 검출한 진폭 오차 및 위상 오차를 보상한다.

Description

진폭 및 위상 오차 보정 장치와 이를 포함한 다중 입출력 증폭기 및 그의 증폭 방법{APPARATUS FOR CALIBRATING AMPLITUDE AND PHASE ERROR AND MULTIPORT AMPLIFIER INCLUDING THE SAME AND AMPLIFYING METHOD THEREOF}
본 발명은 진폭 및 위상 오차 보정 장치와 이를 포함한 다중 입출력 증폭기 및 그의 증폭 방법에 관한 것으로, 특히 다중 입출력 증폭기에서 위상 및 크기 오차를 동시에 검출하고 보정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
서비스 커버리지 내에 높은 안테나 이득을 갖는 좁은 빔들을 제공할 수 있는 다중 빔 안테나 시스템은 매우 우수한 EIRP(Equivalent Isotropically Radiated Power) 및 안테나의 이득 G와 잡음온도 T의 비인 G/T 성능으로 인해 통신 및 방송위성의 탑재체 시스템으로 많이 사용되고 있다.
다중 빔 안테나 시스템에서는 동작 조건에 따라 출력 전력 제어가 가능한 다중입출력 증폭기(Multiport Amplifier)가 널리 사용되고 있다.
다중입출력 증폭기를 이용한 다중빔 안테나 시스템은 서비스 지역 내에 여러 스팟빔을 두어 통신 및 방송 서비스를 제공하며, 강우 또는 통신 서비스 급증 등으로 인해 더 높은 EIRP가 요구되는 지역에 대해 높은 전력 할당을 유연하게 제공할 수 있는 장점이 있다. 또한 다중입출력 증폭기는 위성 중계기용 부품 중 가장 고장율이 높은 고전력 증폭기를 병렬로 묶어 사용하므로, 다중입출력 증폭기를 이용하면 기존의 위성 중계기 보다 더 적은 수의 고전력 증폭기 예비기(Redundancy)를 이용하여 시스템 구성이 가능하다.
다중입출력 증폭기는 복수의 입력 단자와 출력 단자를 가지고 있으며 입력 단자 및 출력 단자의 수는 2n의 수로 구성할 수 있으나, 구현의 용이성이나 최적 성능 등을 고려하여 가장 많이 이용되는 구성은 4x4 구조와 8x8 구조이다.
다중입출력 증폭기는 일반적으로 하이브리드 매트릭스의 특성을 이용하여 동작하는데, 이러한 다중 입출력 증폭기의 동작 원리는 입력 및 출력 하이브리드 네트워크, 전력 증폭기 및 기타 전송선로 등의 연결 부품들이 이상적인 동작을 할 경우에 한해 성립된다.
실제로 다중입출력 증폭기 구현 시 하이브리드 매트릭스는 각 단자의 삽입손실간에 차이가 있으며 위상 또한 오차를 갖게 된다. 전력 증폭기의 경우 비선형성에 의해 입력 신호의 크기에 따라 출력 신호의 위상이 다른 값을 갖게 된다. 전송 선로 등 연결 부품은 동일한 크기 및 형태로 제작되지 않을 경우 신호의 진폭(크기) 및 위상 변화를 일으킬 수 있다. 이와 같이 다중입출력 증폭기를 구성하는 각 부품들에서 진폭 및 위상의 오차가 발생할 경우 이상(ideal)적인 동작에서처럼 입력 및 출력 하이브리드 네트워크에서 분배되는 신호들 간의 동위상 또는 역위상 조건이 성립되지 않아 다중입출력 증폭기의 입력 단자간 그리고 출력 단자간 격리도(아이솔레이션) 성능 등이 저하된다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 다중입출력 증폭기는 신호의 크기 및 위상 보정 회로를 포함한다. 크기 및 위상 보정 회로는 출력단의 전력 손실을 방지하기 위해 전력 증폭기의 앞 단에 배치되며 다중입출력 증폭기에서 출력 하이브리드 네트워크에서 신호의 크기와 위상 차를 이상적인 다중입출력 증폭기에서와 같이 유지하여 다중입출력 증폭기의 격리도 성능을 향상시키는 역할을 한다. 위상 및 크기 보정 회로는 위상과 크기의 값은 다중입출력 증폭기 시스템 구현 시 각 부품의 실제 성능을 포함하여 최적의 성능이 구현될 수 있도록 하는 값으로 정해진다. 그러나 부품 성능의 열화나 온도 변화 등의 환경 조건 변화에 의해 다중출력 증폭기의 구성 부품들의 성능에 변화가 생길 경우 다중입출력 증폭기의 성능을 최적 상태로 유지할 수 없게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 환경 조건이 변화되더라도 다중입출력 증폭기의 성능을 최적 상태로 유지할 수 있는 진폭 및 위상 오차 보정 장치와 이를 포함한 다중 입출력 증폭기 및 그의 증폭 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 다중입출력 증폭기가 제공된다. 다중입출력 증폭기는 입력 하이브리드 네트워크, 복수의 전력 증폭기, 출력 하이브리드 네트워크, 오차 검출부, 그리고 복수의 진폭 및 위상 제어부를 포함한다. 상기 입력 하이브리드 네트워크는 입력 RF 신호를 이용하여 복수의 RF 신호를 생성한다. 상기 복수의 전력 증폭기는 상기 복수의 RF 신호를 각각 증폭하여 출력한다. 상기 출력 하이브리드 네트워크는 상기 복수의 전력 증폭기의 출력 신호로부터 적어도 하나의 출력 RF 신호를 생성한다. 상기 오차 검출부는 상기 입력 RF 신호와 상기 복수의 전력 증폭기의 출력 신호를 이용하여 적어도 하나의 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 신호를 생성하고, 상기 적어도 하나의 QPSK 신호와 기준 QPSK 신호를 비교하여 상기 복수의 전력 증폭기의 출력 신호에 대한 진폭 오차 및 위상 오차를 검출한다. 그리고 상기 복수의 진폭 및 위상 제어부는 상기 진폭 오차 및 위상 오차에 따라서 상기 복수의 RF 신호의 진폭 및 위상을 제어한다.
상기 오차 검출부는 변조기, 복수의 BPSK 복조기, 그리고 QPSK 신호 생성기를 포함한다. 상기 변조기는 상기 기준 QPSK 신호를 상기 입력 RF 신호에 의해서 RF 신호로 변조한다. 상기 복수의 BPSK 복조기는 상기 복수의 전력 증폭기의 출력 신호 각각을 이용하여 상기 RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호를 I 신호 또는 Q 신호로 복조한다. 그리고 상기 QPSK 신호 생성기는 상기 복수의 BPSK 복조기의 I 신호 또는 Q 신호 중 한 쌍의 I 신호와 Q 신호를 결합하여 상기 적어도 하나의 QPSK 신호를 생성한다.
상기 오차 검출부는 상기 기준 QPSK 신호와 생성된 하나의 QPSK 신호를 비교하여 진폭 오차 및 위상 오차를 검출하는 신호 분석기를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 복수의 진폭 및 위상 제어부 중 상기 생성된 하나의 QPSK 신호와 연관되는 진폭 및 위상 제어부에서 검출된 진폭 오차 및 위상 오차에 따라서 해당 RF 신호의 진폭 및 위상을 제어할 수 있다.
상기 오차 검출부는 상기 적어도 하나의 QPSK 신호의 위상 지연을 토대로 상기 RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호의 위상을 변경시키는 위상 변환기를 더 포함할 수 있다.
상기 오차 검출부는 상기 복수의 BPSK 복조기 중 위상 차가 90도를 가지는 두 전력 증폭기의 출력 신호를 입력 받는 두 BPSK 복조기의 출력 신호를 선택하여 상기 QPSK 신호 생성기로 출력하는 신호 선택기를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 BPSK 복조기 각각은, 입력되는 전력 증폭기의 출력 신호를 180도 위상 변환시키는 위상 변환기, 상기 180도 위상 변환된 신호와 상기 RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호를 덧셈하여 출력하는 제1 RF 결합기, 상기 입력되는 전력 증폭기의 출력 신호와 상기 RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호를 덧셈하여 출력하는 제2 RF 결합기, 상기 제1 및 제2 결합기의 출력 신호로부터 기저대역의 신호만을 검출하는 제1 및 제2 저역통과여파기, 그리고 상기 제1 및 제2 저역통과여파기로부터 각각 검출된 기저대역의 신호의 차로부터 상기 기저대역의 I 신호 또는 Q 신호를 생성하는 아날로그 디코더를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 다중입출력 증폭기의 증폭 방법이 제공된다. 다중입출력 증폭기의 증폭 방법은 입력 RF 신호에 대해 동일한 진폭 및 위상 차를 가지는 복수의 RF 신호로 분배하는 단계, 상기 복수의 RF 신호를 각각 증폭하는 단계, 상기 증폭된 복수의 RF 신호에 대해 각각 같은 크기 및 위상 차를 가지는 복수의 RF 신호로 분배하여 적어도 하나의 출력 RF 신호를 생성하는 단계, 그리고 기준 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 신호와 상기 증폭된 복수의 RF 신호로부터 생성되는 적어도 하나의 QPSK 신호를 이용하여 상기 복수의 RF 신호의 진폭 및 위상을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 제어하는 단계는 상기 복수의 RF 신호를 각각 복수의 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 신호로 복조하는 단계, 상기 복수의 BPSK 신호 중 90도의 위상 차를 가지는 두 BPSK 신호를 이용하여 QPSK 신호를 생성하는 단계, 상기 기준 QPSK 신호와 상기 생성된 QPSK 신호를 비교하여 진폭 오차와 위상 오차를 검출하는 단계, 그리고 진폭 오차와 위상 오차를 상기 증폭된 복수의 RF 신호 중 상기 생성된 QPSK 신호에 관여된 두 신호의 진폭 및 위상을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 보정하는 단계는 상기 두 신호 중 하나의 신호를 기준으로 다른 하나의 신호의 위상 및 진폭을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복조하는 단계는 상기 기준 QPSK 신호를 상기 입력 RF 신호를 이용하여 RF 신호로 변조하는 단계, 그리고 상기 증폭된 복수의 RF 신호 각각을 이용하여 상기 RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호를 상기 복수의 BPSK 신호로 복조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복조하는 단계는 상기 생성된 QPSK 신호의 위상 지연을 토대로 상기 RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호의 위상을 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 입력 RF 신호를 복수의 RF 신호로 분배하는 입력 하이브리드 네트워크, 복수의 RF 신호를 증폭하는 복수의 전력 증폭기, 그리고 상기 복수의 증폭된 RF 신호로부터 적어도 하나의 출력 신호를 생성하는 출력 하이브리드 네트워크를 포함하는 다중입출력 증폭기에서 다중 신호의 진폭과 위상을 보상하는 장치가 제공된다. 진폭 및 위상 오차 보상 장치는 변조기, 복수의 BPSK 복조기, QPSK 신호 생성기, 신호 분석기, 그리고 복수의 진폭 및 위상 제어부를 포함한다. 상기 변조기는 상기 입력 RF 신호를 이용하여 기준 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 신호를 RF 신호로 변조한다. 상기 복수의 BPSK 복조기는 상기 복수의 증폭된 RF 신호를 복조하여 복수의 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 신호를 생성한다. 상기 QPSK 신호 생성기는 상기 복수의 BPSK 신호 중 90도의 위상 차를 가지는 두 BPSK 신호를 결합하여 적어도 하나의 QPSK 신호를 생성한다. 상기 신호 분석기는 상기 기준 QPSK 신호와 상기 생성된 적어도 하나의 QPSK 신호를 각각 비교하여 진폭 오차 및 위상 오차를 검출한다. 그리고 상기 복수의 진폭 및 위상 제어부는 상기 진폭 오차 및 위상 오차에 따라서 복수의 RF 신호의 진폭 및 위상을 제어한다.
상기 진폭 및 위상 오차 보상 장치는 상기 복수의 BPSK 신호 중 90도의 위상 차를 가지는 두 BPSK 신호를 선택하는 신호 선택기를 더 포함할 수 있다.
상기 진폭 및 위상 오차 보상 장치는 상기 생성된 QPSK 신호의 위상 지연을 보상하는 위상 변환기를 더 포함할 수 있다.
상기 위상 변환기는 상기 생성된 QPSK 신호의 위상 변화량에 따라서 상기 기준 QPSK 신호의 위상을 변경할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 부품 성능의 열화나 온도 변화 등의 환경 조건 변화에 의한 다중출력 증폭기의 위상 및 진폭 오차를 자동으로 보정할 수 있는 오차 보정 기능을 갖춘 다중입출력 증폭기를 구현할 수 있다.
또한 소형 및 저전력의 오차 보정 장치를 포함하는 다중입출력 증폭기를 구현할 수 있고, 제작상에 발생되는 오차가 위상 오차인지 진폭 오차인지 구별할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 다중입출력 증폭기의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 하이브리드의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 다중입출력 증폭기의 동작을 나타낸 도면이다.
도 4는 일반적인 다중입출력 증폭기의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 다중입출력 증폭기를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 다중입출력 증폭기의 진폭 및 위상 오차에 따른 BPSK 복조기의 신호 성상도의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 BPSK 복조기의 세부 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 BPSK 복조기의 세부 구성의 신호 파형의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 7에 도시된 위상 변환기, 두 RF 결합기 및 두 전력 검출기의 세부 회로 구성의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 다중입출력 증폭기에서 진폭 및 위상 오차가 발생하지 않았을 때의 기준 QPSK 신호와 두 BPSK 복조기에 의해 생성된 QPSK 신호를 모의 실험 결과를 통해서 나타낸 그래프도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 다중입출력 증폭기를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 다중입출력 증폭기를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 변조기의 변조와 BPSK 복조기의 복조에서 발생할 수 있는 지연에 따른 신호 성상도를 나타낸 도면이다.
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. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 진폭 및 위상 오차 보정 장치와 이를 포함한 다중 입출력 증폭기 및 그의 증폭 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일반적인 다중입출력 증폭기의 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 하이브리드의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 1에서는 다중입출력 증폭기의 한 예로서 4x4 다중입출력 증폭기를 도시하였다.
도 1에 도시한 바와 같은 4x4 다중입출력 증폭기는 4개의 입력 단자(I1~I4)와 4개의 출력 단자(O1~O4), 입력 하이브리드 네트워크(10), 출력 하이브리드 네트워크(20) 및 4개의 전력 증폭기(31~34)를 포함한다.
입력 하이브리드 네트워크(10)는 4개의 하이브리드(11~14)를 포함하고, 출력 하이브리드 네트워크(20) 또한 4개의 하이브리드(21~24)를 포함한다.
각 하이브리드(11~14)는 도 2에 도시한 바와 같이 두 입력 단자(1, 2)와 두 출력 단자(3, 4)를 포함하며, 입력 단자(1,)로 입력되는 신호를 각각 동일한 진폭(크기)과 위상 차를 가지는 두 경로의 신호로 분리하고, 동일한 출력 단자(3, 4)로 향하는 신호를 합하여 출력 단자(3, 4)로 출력한다.
두 하이브리드(11, 12)의 두 입력 단자(1, 2)는 4x4 다중입출력 증폭기의 4개의 입력 단자(I1~I4)를 형성하고, 두 하이브리드(13, 14)의 두 출력 단자(3, 4)는 각각 4개의 전력 증폭기(31~34)에 연결된다. 그리고 하이브리드(11)의 한 출력 단자(3)는 하이브리드(13)의 한 입력 단자(1)에 연결되고, 하이브리드(11)의 다른 출력 단자(4)는 하이브리드(14)의 한 입력 단자(1)에 연결되며, 하이브리드(12)의 한 출력 단자(3)는 하이브리드(13)의 다른 입력 단자(2)에 연결되고, 하이브리드(12)의 다른 출력 단자(4)는 하이브리드(14)의 다른 입력 단자(2)에 연결된다.
입력 하이브리드 네트워크(10)는 하이브리드(11~14)의 동작 특성을 이용하여 동작함으로써, 하나의 입력 RF 신호를 4개의 RF 신호로 분리하여 출력하게 된다.
4개의 전력 증폭기(31~34)는 입력 하이브리드 네트워크(10)의 출력 신호를 각각 증폭하여 출력 하이브리드 네트워크(20)로 출력한다.
출력 하이브리드 네트워크(20)는 4개의 하이브리드(21~24)를 포함하는데, 각 하이브리드(21~24) 또한 도 2에 도시한 바와 같이 구성된다.
두 하이브리드(21, 22)의 두 입력 단자(1, 2)는 4개의 전력 증폭기(31~34)에 연결되고, 두 하이브리드(23, 24)의 두 출력 단자(3, 4)는 4x4 다중입출력 증폭기의 4개의 출력 단자(O1~O4)를 형성한다. 하이브리드(21)의 한 출력 단자(3)는 하이브리드(23)의 한 입력 단자(1)에 연결되고, 하이브리드(21)의 다른 출력 단자(4)는 하이브리드(24)의 한 입력 단자(1)에 연결되며, 하이브리드(22)의 한 출력 단자(3)는 하이브리드(23)의 다른 입력 단자(2)에 연결되고, 하이브리드(22)의 다른 출력 단자(4)는 하이브리드(24)의 다른 입력 단자(2)에 연결된다.
이러한 각 하이브리드(21~24) 또한 하이브리드(21~24)의 동작 특성을 이용하여 동작함으로써, 4개의 전력 증폭기(31~34)에 의해 증폭된 4개의 RF 신호로부터 하나의 증폭된 RF 신호를 출력한다.
도 3은 도 1에 도시된 다중입출력 증폭기의 동작을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 입력 단자(I1)인 하이브리드(11)의 입력 단자(1)로 주파수가 f1인 RF 신호가 입력되면, 입력된 RF 신호는 하이브리드(11)에 의해 동일한 진폭과 90도의 위상 차를 가지는 두 경로의 신호로 나뉘어져 하이브리드(11)의 두 출력 단자(3, 4)로 출력된다. 즉, 하이브리드(11)의 두 출력 단자(3, 4)로 출력되는 신호는 90도의 위상 차를 갖게 된다.
하이브리드(11)의 출력 단자(3)의 신호는 하이브리드(13)의 입력 단자(1)로 입력되고, 하이브리드(13)의 입력 단자(1)로 입력된 신호는 다시 하이브리드(13)에 의해 동일한 진폭과 90도의 위상 차를 가지는 두 경로의 신호로 나뉘어져 하이브리드(13)의 두 출력 단자(3, 4)로 출력된다.
또한 하이브리드(11)의 출력 단자(4)의 신호는 하이브리드(14)의 입력 단자(1)로 입력되고, 하이브리드(14)의 입력 단자(1)로 입력된 신호는 다시 하이브리드(14)에 의해 90도의 위상 차를 가지는 두 신호로 나뉘어져 하이브리드(14)의 두 출력 단자(3, 4)로 출력된다.
결국, 하이브리드(13)의 두 출력 단자(3, 4)의 신호와 하이브리드(14)의 두 출력 단자(3, 4)의 신호는 모두 동일한 진폭을 가지지만, 각각 0도, 90도, 90도, 180도의 위상을 갖게 된다.
하이브리드(13, 14)의 두 출력 단자(3, 4)의 신호는 각각 전력 증폭기(31~34)로 입력되어 증폭되고, 전력 증폭기(31~34)에 의해 증폭된 신호는 출력 하이브리드 네트워크(20)의 4개의 입력 단자인 하이브리드(21, 22)의 두 입력 단자(1, 2)로 각각 입력된다.
하이브리드(21)의 두 입력 단자(1, 2)로 입력된 신호는 진폭이 동일하고 각각 0도 및 90도의 위상을 가지므로, 하이브리드(21)의 두 입력 단자(1, 2)로 각각 입력된 신호는 90도의 위상 차를 갖는다.
입력 단자(1, 2)로 입력된 신호는 하이브리드(21)에 의해 각각 90도의 위상 차를 가지는 두 신호로 나뉘어진다. 따라서, 하이브리드(21)의 출력 단자(3)로는 역 위상을 가지는 두 신호가 출력되므로, 두 신호가 합쳐져서 서로 상쇄된다. 그리고 하이브리드(21)의 출력 단자(4)로는 동 위상을 가지는 두 신호가 출력되므로, 하이브리드(21)의 출력 단자(4)의 신호는 90도의 동위상을 가지는 두 신호가 합쳐진 신호가 되며, 이 신호는 다시 하이브리드(24)의 입력 단자(1)로 입력된다.
이와 마찬가지로, 하이브리드(22)의 두 입력 단자(1, 2)로 입력된 신호는 진폭이 동일하고 각각 90도 및 180도의 위상을 가지므로, 하이브리드(22)의 두 입력 단자(1, 2)로 각각 입력된 신호 또한 90도의 위상 차를 갖는다.
입력 단자(1, 2)로 입력된 신호는 하이브리드(21)에 의해 각각 90도의 위상 차를 가지는 두 신호로 나뉘어진다. 따라서, 하이브리드(22)의 출력 단자(3)로는 역 위상을 가지는 두 신호가 출력되므로, 두 신호가 합쳐져서 서로 상쇄된다. 그리고 하이브리드(22)의 출력 단자(4)로는 180도의 동위상을 가지는 두 신호가 출력되므로, 하이브리드(22)의 출력 단자(4)의 신호는 동위상을 가지는 두 신호가 합쳐진 신호가 되며, 이 신호는 다시 하이브리드(24)의 입력 단자(2)로 입력된다.
하이브리드(24)의 입력 단자(1)로는 90도의 동위상을 가지는 두 신호가 합쳐진 신호가 입력되고, 하이브리드(24)의 입력 단자(2)로는 180도의 동위상을 가지는 두 신호가 합쳐진 신호가 입력된다. 따라서, 하이브리드(24)의 출력 단자(3)로는 역 위상을 가지는 두 신호가 출력되므로, 두 신호가 합쳐져서 서로 상쇄된다. 그리고 하이브리드(24)의 출력 단자(4)로는 180도의 동 위상을 가지는 두 신호가 출력되므로, 하이브리드(24)의 출력 단자(4)의 신호는 180도의 동위상을 가지는 두 신호가 합쳐진 신호가 된다.
결론적으로 4x4 다중입출력 증폭기의 경우, 하이브리드(1)의 입력 단자(1)로 입력되는 신호는 하이브리드(24)의 출력 단자(4)로만 출력되며, 4x4 다중입출력 증폭기의 입력 신호와 4x4 다중입출력 증폭기의 출력 신호는 180도의 위상 차를 갖게 된다.
이러한 하이브리드(11~14, 21~24)는 출력 신호간에 진폭 차가 발생할 수 있고, 위상 또한 오차를 갖게 될 수 있다. 또한 전력 증폭기(31~34)의 경우 비선형성에 의해 입력 신호의 진폭에 따라 출력 신호의 위상이 다른 값을 갖게 될 수도 있다. 이와 같이 다중입출력 증폭기를 구성하는 하이브리드(11~14, 21~24) 및 전력 증폭기(31~34)에서 진폭 및 위상의 오차가 발생하게 되면, 이상적인 동작과 같이 입력 및 출력 하이브리드 네트워크(10, 20)에서 분배되는 신호간의 동위상 또는 역위상 조건이 성립되지 않아 다중입출력 증폭기의 입력 단자(I1~I4)간 그리고 출력 단자(O1~O4)간 격리도 성능 등이 저하된다.
따라서, 다중입출력 증폭기는 도 4에 도시한 바와 같이 신호의 진폭과 위상을 제어하는 진폭 및 위상 제어부(41~44)를 더 포함한다.
도 4는 일반적인 다중입출력 증폭기의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 다중입출력 증폭기는 진폭 및 위상 제어부(41~44)를 더 포함한다.
진폭 및 위상 제어부(41~44)는 다중입출력 증폭기의 출력단의 전력 손실을 방지하기 위해 전력 증폭기(31~34)의 앞 단에 배치된다.
진폭 및 위상 제어부(41~44)는 다중입출력 증폭기의 출력 하이브리드 네트워크(20)에서 신호의 진폭과 위상 차가 이상적인 다중입출력 증폭기에서와 동일한 값을 가지도록, 입력 하이브리드 네트워크(10)로부터 출력되는 신호의 진폭과 위상을 제어함으로써, 다중입출력 증폭기의 격리도 성능을 향상시키는 역할을 한다. 이때 제어되는 위상과 진폭의 값은 다중입출력 증폭기의 구현 시 각 구성 요소의 실제 성능을 포함하여 최적의 성능이 구현될 수 있도록 하는 값으로 정해진다.
그러나 다중입출력 증폭기의 구성 요소의 성능 열화나 온도 변화 등의 환경 조건 변화가 발생할 수 있고, 이러한 환경 조건 변화에 의해 다중입출력 증폭기의 구성 요소들의 성능에 변화가 생길 수 있다. 따라서 진폭 및 위상 제어부(41~44)에서 제어하는 위상과 크기의 값으로 다중입출력 증폭기의 성능을 최적 상태로 유지할 수가 없다. 아래에서는 환경 조건이 변화되더라도 다중입출력 증폭기의 성능을 최적 상태로 유지할 수 있는 실시 예에 대하여 도 5를 참고로 하여 자세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 다중입출력 증폭기를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 다중입출력 증폭기의 진폭 및 위상 오차에 따른 BPSK 복조기의 신호 성상도의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5에서는 설명의 편의상 2x2 다중입출력 증폭기를 도시하였으며, 도 5와 같은 2x2 다중입출력 증폭기는 4x4 다중입출력 증폭기와는 달리 입력 하이브리드 네트워크는 하나의 입력 하이브리드(100)를 포함하고, 출력 하이브리드 네트워크는 하나의 출력 하이브리드(200)를 포함한다. 이에 따라서 2x2 다중입출력 증폭기는 각각 2개의 전력 증폭기(310, 320)와 2개의 진폭 및 위상 제어부(410, 420)를 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 2x2 다중입출력 증폭기는 환경 조건이 변화되더라도 다중입출력 증폭기의 성능을 최적 상태로 유지하기 위해 오차 보정부(500)를 더 포함한다.
오차 보정부(500)는 다중입출력 증폭기의 다중 신호에 대한 진폭 및 이상 오차를 검출한다. 진폭 및 위상 제어부(410, 420)는 해당 신호에 대한 진폭 및 위상 오차에 따라서 진폭 및 위상을 제어한다. 이러한 오차 보정부(500)와 진폭 및 위상 제어부(410, 420)를 다중입출력 증폭기의 진폭 및 위상 오차 보정 장치라 한다.
입력 하이브리드(100), 출력 하이브리드(200), 2개의 전력 증폭기(310, 320), 2개의 크기 및 위상 제어부(410, 420)의 기능은 도 1 내지 도 4를 토대로 하여 설명한 하이브리드(11~14, 21~24), 전력 증폭기(31~34), 크기 및 위상 제어부(41~44)의 기능과 동일하므로, 상세한 설명을 생략한다.
오차 보정부(500)는 변조기(510), 출력 하이브리드(200)의 입력 단자의 수에 대응하는 2개의 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 복조기(520a, 520b), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 신호 생성기(530) 및 신호 분석기(540)를 포함한다.
변조기(510)는 기저대역(Base Band)의 기준 QPSK 신호를 입력 하이브리드(100)의 한 입력 단자(1)로 입력되는 RF 신호에 의해서 RF 신호로 변조하고, RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호를 BPSK 복조기(520a, 520b)로 출력한다. 이때 기준 QPSK 신호는 도 5의 (a)와 같은 성상도를 가질 수 있다.
또한 출력 하이브리드(200)의 두 입력 단자(1, 2)로 입력되는 RF 신호(Sa, Sb)는 BPSK 복조기(520a, 520b)로 입력된다. 이때 출력 하이브리드(200)의 입력 단자(1)로 입력되는 RF 신호(Sa)는 0도의 위상을 가지며, 출력 하이브리드(200)의 입력 단자(2)로 입력되는 RF 신호(Sb)는 90도의 위상을 가진다.
BPSK 복조기(520a)는 변조기(510)에 의해 RF 신호로 변조된 QPSK 신호를 출력 하이브리드(200)의 입력 단자(1)로 입력되는 RF 신호(Sa)에 의해서 기저대역의 I 신호(Io)로 복조(하향 변환)하고, BPSK 복조기(520b)는 변조기(510)에 의해 RF 신호로 변조된 QPSK 신호를 출력 하이브리드(200)의 입력 단자(2)로 입력되는 RF 신호(Sb)에 의해서 기저대역의 Q 신호(Qo)로 복조한다. 이때, 두 BPSK 복조기(520a, 520b)에서 발생하는 위상과 진폭 변화는 동일한 것으로 가정한다. 또한 RF 신호(Sa, Sb)는 CW(continuous wave) 신호일 수 있다.
QPSK 신호 생성기(530)는 BPSK 복조기(520a, 520b)에 의해 복조된 한 쌍의 기저대역의 I 및 Q 신호(Io, Qo)를 결합하여 하나의 기저대역의 QPSK 신호를 생성하고, 생성된 QPSK 신호를 신호 분석기(540)로 출력한다. 즉, BPSK 복조기(520a, 520b)에 의해 복조된 기저대역의 I 신호와 Q 신호는 각각 BPSK 신호에 해당하므로, 이들을 합치면 도 5의 (b)와 같이 하나의 기저대역의 QPSK 신호가 생성된다.
신호 분석기(540)는 기준 QPSK 신호와 QPSK 신호 생성기(530)에 의해 생성된 QPSK 신호를 비교하여, 진폭 및 위상 오차를 검출한다.
기준 QPSK 신호의 성상도(constellation)가 도 5의 (a)와 같다고 가정한다. 이상적인 다중입출력 증폭기의 경우, BPSK 복조기(520a, 520b)에 의해 복조된 QPSK 신호의 성상도는 도 6의 (a)와 같이 도 5의 (a)와 동일하게 나타난다. 그러나 환경 변화에 따라서 다중입출력 증폭기에서 진폭 오차가 발생하게 되면, BPSK 복조기(520a, 520b) 및 QPSK 신호 생성기(530)에 의해 생성된 QPSK 신호의 성상도는 도 6의 (b)와 같이 나타나게 된다. 또한 다중입출력 증폭기에서 위상 오차가 발생하게 되면, BPSK 복조기(520a, 520b) 및 QPSK 신호 생성기(530)에 의해 생성된 QPSK 신호의 성상도는 도 6의 (c)와 같이 나타나게 된다. 따라서, 신호 분석기(540)는 기준 QPSK 신호와 BPSK 복조기(520a, 520b) 및 QPSK 신호 생성기(530)에 의해 생성된 QPSK 신호를 비교하여, 다중입출력 증폭기의 진폭 및 위상 오차를 검출할 수가 있다.
신호 분석기(540)는 검출한 진폭 및 위상 오차를 크기 및 위상 제어부(410, 420)로 출력한다.
크기 및 위상 제어부(410, 420)는 각각 신호 분석기(540)에 의해 검출된 진폭 및 위상 오차에 따라 입력되는 RF 신호의 진폭 및 위상을 제어한다.
도 7은 도 5에 도시된 BPSK 복조기의 세부 구성을 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7에 도시된 BPSK 복조기의 세부 구성의 신호 파형의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 7에서는 BPSK 복조기(520a, 520b) 중 하나의 BPSK 복조기(520a)만을 도시하였다.
도 7을 참고하면, BPSK 복조기(520a)는 위상 변환기(521), RF 결합기(522, 523), 전력 검출기(524, 525), 저역통과여파기(526, 527) 및 아날로그 디코더(528)를 포함한다.
위상 변환기(521)는 출력 하이브리드(200)의 입력 단자(1)로 입력되는 RF 신호(Sa)를 180도 위상 변환시키고, 180도 위상 변환된 RF 신호(S1)를 RF 결합기(522)로 출력한다.
RF 결합기(522)는 위상 변환기(521)에 의해 180도 위상 변환된 RF 신호(S1)와 RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호를 덧셈(결합)하여 전력 검출기(524)로 출력한다.
RF 결합기(523)는 RF 신호(S1)와 RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호를 덧셈하여 전력 검출기(525)로 출력한다.
전력 검출기(524, 525)는 각각 RF 결합기(522, 523)의 출력 신호(S2, S3)로부터 기저대역의 신호(S4, S5)만을 검출하여 저역통과여파기(526, 527)로 출력한다.
저역통과여파기(526, 527)는 각각 전력 검출기(524, 525)로부터 검출된 기저대역의 신호(S4, S5)로부터 설정된 주파수 대역의 주파수를 선택하여 통과시킨다.
아날로그 디코더(528)는 저역통과여파기(526, 527)를 통과한 기저대역의 신호(S6, S7)를 뺄셈하여 출력한다. 아날로그 디코더(528)의 출력 신호(S8)가 기저대역의 I 신호가 된다.
RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호를 Vmod로 정의하면, Vmod는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호와 출력 하이브리드(200)의 입력 단자(1)로 입력되는 RF 신호(Sa)가 BPSK 복조기(520a)로 입력되면, 저역통과여파기(526, 527)의 출력 신호(S6, S7)는 각각 수학식 2 및 수학식 3과 같이 나타날 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
여기서, P1은 저역통과여파기(526)의 출력 신호(S6)이고, P2는 저역통과여파기(527)의 출력 신호(S7)이다. 그리고
Figure pat00004
는 출력 하이브리드(200)의 입력 단자(1)로 입력되는 RF 신호(S1)에 해당한다.
저역통과여파기(526, 527)의 출력 신호(S6, S7)는 아날로그 디코더(528)에서 처리되어 수학식 4와 같은 기저대역의 I 신호가 된다.
Figure pat00005
여기서, y(t)는 아날로그 디코더(528)의 출력 신호로서, 기저대역의 I 신호를 나타낸다.
예를 들어, RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호는 도 8의 (a)와 같고, 출력 하이브리드(200)의 입력 단자(1)로 입력되는 RF 신호(Sa)는 도 8의 (b)와 같다고 가정한다. 이 경우, 위상 변환기(521)에 의해 180도 위상 변환된 RF 신호(S1)는 도 8의 (c)와 같이 나타난다. 그러면, RF 결합기(522)의 출력 신호(S2)는 도 8의 (d)와 같고, 저역통과여파기(526)의 출력 신호(S6)는 도 8의 (e)와 같다. 또한 RF 결합기(523)의 출력 신호(S3)는 도 8의 (f)와 같고, 저역통과여파기(527)의 출력 신호(S7)는 도 8의 (g)와 같다. 따라서, 아날로그 디코더(528)의 출력 신호(S8)는 도 8의 (h)와 같은 BPSK 신호 즉, 기저대역의 I 신호가 된다.
즉, RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호와 RF 신호(S1)의 위상 차가 0도인 경우, BPSK 복조기(520a)는 RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호와 RF 신호(Sa)를 이용하여 도 8의 (h)와 같은 BPSK 신호를 생성한다.
나머지 하나의 BPSK 복조기(520b) 또한 BPSK 복조기(520a)와 동일하게 구성된다. 이때 BPSK 복조기(520b)로는 RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호와 출력 하이브리드(200)의 입력 단자(2)로 입력되는 RF 신호(Sb)가 입력되며, 이 RF 신호(Sb)는 90도의 위상을 가진다. 따라서 BPSK 복조기(520b)는 수학식 5와 같이 기저대역의 Q 신호가 출력된다.
Figure pat00006
여기서, y(t)는 기저대역의 Q 신호를 나타낸다.
QPSK 신호 생성기(530)에 의해 수학식 4의 기저대역의 I 신호와 수학식 5의 기저대역의 Q 신호가 결합되어 하나의 QPSK 신호가 생성된다. 따라서 신호 분석기(540)는 QPSK 신호 중 I 또는 Q 신호를 입력 위상에 따라 검출 할 수 있으며, 기준 QPSK 신호와 QPSK 신호 생성기(530)에 의해 생성된 QPSK 신호를 비교하여 진폭 및 위상 오차를 구분하여 검출할 수 있다.
신호 분석기(540)에 의해 진폭 및 위상 오차가 검출되면, 진폭 및 위상 제어부(410, 420)는 진폭 및 위상 오차에 따라서 입력되는 RF 신호에 대해 위상과 진폭을 제어한다.
진폭 및 위상 제어부(410, 420)는 두 신호(S1, S2)의 상대 위상 오차와 상대 진폭 오차를 최소화하는 방식으로 각 신호 경로에 따른 지연 효과에 영향을 받지 않으면서 위상과 진폭 오차를 보정한다.
즉, 진폭 오차 및 위상 오차가 검출되면, 진폭 및 위상 제어부(420)는 진폭 및 위상 제어부(410)로 입력되는 RF 신호의 진폭과 위상을 기준으로 진폭 오차 및 위상 오차에 따라서 입력되는 RF 신호의 진폭과 위상을 보정한다. 이와 같이, 두 신호 경로의 상대 진폭 및 상대 위상을 비교 및 보정하기 때문에 신호 경로에 따른 위상 보정 절차를 줄일 수 있다.
다중입출력 증폭기의 오차 보정부의 공지된 기술로, 곱셈 혼합(multiplicative mixing) 방식을 기반으로 하는 슈퍼 헤테로 다인 송신기를 이용하는 방법이 있다. 공지된 이 방법은 출력 하이브리드의 출력 단자 중 신호가 나오지 않은 출력 단자 즉, 널 포인트(Null point)의 신호 크기를 검출하여 위상 또는 진폭을 보정하는 방식으로, 검출되는 널 포인트의 신호 크기를 최소한으로 만들어 주는 방식이다. 이는 다중 신호 경로에 위상 오차가 생겼는지 진폭 오차가 생겼는지 알 수가 없다. 따라서 공지된 이 방법은 위상 또는 진폭의 보정 시간이 길어지고, 검출되는 널 포인트의 신호 크기에 따라 위상 및 진폭 오차 범위가 줄어들 수 있다.
또한 공지된 이 방법은 곱셈 혼합(multiplicative mixing) 방식을 이용하기 때문에 중간 주파수(IF)가 필요하며, 중간 주파수를 구현하는 하드웨어가 추가되어야 하기 때문에 본 발명의 실시 예와 같은 BPSK 복조기(520a, 520b)의 덧셈 혼합(additive mixing) 방식에 비해 장치의 크기와 무게, 소비 전력이 증가하게 된다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 오차 보정부(500)는 덧셈 혼합 방식을 기반으로 하는 직접 변환(direct conversion) 방식이므로, 공지된 곱셈 혼합 방식을 기반으로 하는 슈퍼 헤테로 다인 방식에 비해 회로의 크기와 무게 및 소비 전력을 줄일 수 있으며, 또한 위상 오차와 진폭 오차를 구분하여 검출할 수 있다.
도 9는 도 7에 도시된 위상 변환기, 두 RF 결합기 및 두 전력 검출기의 세부 회로 구성의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 위상 변환기(521)는 노드(N1)로 입력되는 단일 위상의 RF 신호를 차동 위상으로 변환하는 발룬(Balun) 회로를 이용하여 구현될 수 있다. 이때 위상 변환기(521)의 노드(N1)로 RF 신호(Sa)가 입력된다. 도 9에서는 발룬 회로를 인덕터와 커패시터 등의 수동 소자를 이용하여 구현하였다.
또한 RF 결합기(522, 523) 및 전력 검출기(524, 525)는 각각 트랜지스터 등의 능동 소자와 커패시터나 저항 등의 수동 소자를 이용하여 구현될 수 있으며, 노드(N4)로 RF 신호로 변조된 QPSK 신호가 입력되고, 노드(N2, N3)의 신호가 RF 결합기(522, 523)의 출력 신호가 되며, 노드(N5, N6)의 신호가 전력 검출기(524, 525)의 출력 신호가 된다.
이와 같이, BPSK 복조기(520a, 520b)를 트랜지스터 등의 능동 소자와 인덕터, 저항 및 커패시터 등의 수동 소자를 이용하여 구현할 수 있으므로, BPSK 복조기(520a, 520b)를 소형화 및 경량화할 수 있는 장점이 있다.
또한 BPSK 복조기(520a, 520b)는 링 하이브리드와 다이오드 검출기를 이용하여 구현될 수 있다.
이와 같이, 위상 변환기(521), RF 결합기(522, 523) 및 전력 검출기(524, 525)를 수동 소자나 능동 소자를 이용하여 구현하는 것은 공지되어 있는 기술이므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 다중입출력 증폭기에서 진폭 및 위상 오차가 발생하지 않았을 때의 기준 QPSK 신호와 두 BPSK 복조기에 의해 생성된 QPSK 신호를 모의 실험 결과를 통해서 나타낸 그래프도이다.
도 10에서, Io는 BPSK 복조기(520a)에 의해 복조된 I 신호(BPSK 신호)이고, Qo는 BPSK 복조기(520b)에 의해 복조된 Q 신호(BPSK 신호)이다. 또한 BIT_I 및 BIT_Q는 기준 QPSK 신호를 BPSK 신호로 분리했을 때의 I 신호 및 Q 신호를 나타낸다.
도 10을 보면 알 수 있듯이, 다중입출력 증폭기에서 위상 및 진폭 오차가 발생하지 않은 경우, 기준 QPSK 신호와 두 BPSK 복조기(520a, 520b) 및 QPSK 신호 생성기(530)에 의해 생성된 QPSK 신호는 매우 유사하게 나타난다.
그러나 다중입출력 증폭기에서 위상 및 진폭 오차가 발생하면, 도 6에 나타낸 바와 같이, BPSK 복조기(520a, 520b)에 의해 생성된 QPSK 신호의 성상도가 정사각형이 아닌 다른 형태로 변경된다. 진폭 오차가 발생하게 되면, 가로와 세로의 길이가 다른 사각형의 형태로 나타나게 되고, 위상 오차가 발생하게 되면, 대각선의 길이가 다른 사각형의 형태로 나타나게 된다.
진폭 및 위상 제어부(410, 420)는 기준 QPSK 신호에 대응하여 BPSK 복조기(520a, 520b)에 의해 생성된 QPSK 신호의 성상도가 변경된 정도에 따른 진폭 및 위상 오차를 보정한다. 이렇게 하면, 환경 조건 변화에 의해 다중입출력 증폭기의 구성 요소들의 성능에 변화가 생겨도 입력되는 RF 신호의 진폭 및 위상 오차를 성공적으로 보정할 수 있으므로, 다중입출력 증폭기의 성능을 최적 상태로 유지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 다중입출력 증폭기를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 5와 달리 4x4 다중입출력 증폭기를 도시하였다.
도 11을 참고하면, 4x4 다중입출력 증폭기는 오차 보정부(500')를 제외하고는 도 4와 그 구조 및 기능이 동일하다.
즉, 4x4 다중입출력 증폭기의 입력 하이브리드 네트워크(1100), 출력 하이브리드 네트워크(1200), 4개의 전력 증폭기(1310, 1320, 1330, 1340) 및 4개의 진폭 및 위상 제어부(1410, 1420, 1430, 1440)의 기능은 도 1 내지 도 4를 토대로 설명한 입력 하이브리드 네트워크(10), 출력 하이브리드 네트워크(20), 전력 증폭기(31~34), 크기 및 위상 제어부(41~44)의 기능과 동일하므로, 상세한 설명을 생략한다.
하나의 입력 하이브리드(100)와 하나의 출력 하이브리드(200)를 포함하는 2x2 다중입출력 증폭기와 달리, 4x4 다중입출력 증폭기의 오차 보정부(500')는 신호 선택기(550)를 더 포함할 수 있다.
신호 선택기(550)는 두 개의 스위치(SW1, SW2)를 포함하며, 스위치(SW1, SW2)의 스위칭을 제어한다.
스위치(SW1)는 신호 선택기(550)의 제어에 따라서 스위칭되어 BPSK 복조기(520a, 520d)의 출력 신호 중 하나를 선택적으로 QPSK 신호 생성기(530)로 출력하고, 스위치(SW1)는 신호 선택기(550)의 제어에 따라서 스위칭되어 BPSK 복조기(520b, 520c)의 출력 신호 중 하나를 선택적으로 QPSK 신호 생성기(530)로 출력한다. 이때 신호 선택기(550)는 기저대역의 I 신호 및 Q 신호가 결합되어 하나의 QPSK 신호가 생성되도록, 스위치(SW1, SW2)의 스위칭을 제어할 수 있다.
예를 들어, 0도의 위상을 가지는 RF 신호가 입력 하이브리드 네트워크(1100)에 입력되는 경우, 이상적으로는 출력 하이브리드 네트워크(1200)로 각각 0도, 90도, 90도 및 180도의 RF 신호가 입력되고, 0도, 90도, 90도 및 180도의 RF 신호는 각각 BPSK 복조기(520a~520d)로 입력된다.
먼저, 신호(Sa)를 기준으로 신호(Sb)의 진폭 및 위상 보정을 위해서, 스위치(SW1)는 신호 선택기(550)의 제어에 따라서 BPSK 복조기(520a)에 연결되고, 스위치(SW2)는 신호 선택기(550)의 제어에 따라서 BPSK 복조기(520b)에 연결된다. QPSK 신호 생성기(530)는 BPSK 복조기(520a)에 의해 복조된 기저대역의 I 신호와 BPSK 복조기(520b)에 의해 복조된 기저대역의 Q 신호를 결합하여 하나의 QPSK 신호를 생성한다. 그러면, 신호 분석기(540)는 기준 QPSK 신호와 BPSK 복조기(520a, 520b)에 의해 생성되는 하나의 QPSK 신호를 비교하여 진폭 및 위상 오차를 검출하고, 진폭 및 위상 제어부(1420)는 검출된 진폭 및 위상 오차에 따라서 입력되는 RF 신호의 크기와 위상을 제어한다.
다음, 신호(Sa)를 기준으로 신호(Sc)의 진폭 및 위상 보정을 위해서, 스위치(SW1)는 신호 선택기(550)의 제어에 따라서 BPSK 복조기(520a)에 연결되고, 스위치(SW2)는 신호 선택기(550)의 제어에 따라서 BPSK 복조기(520c)에 연결된다. QPSK 신호 생성기(530)는 BPSK 복조기(520a)에 의해 복조된 기저대역의 I 신호와 BPSK 복조기(520c)에 의해 복조된 기저대역의 Q 신호를 결합하여 하나의 QPSK 신호를 생성한다. 그러면, 신호 분석기(540)는 기준 QPSK 신호와 BPSK 복조기(520a, 520c)에 의해 생성되는 하나의 QPSK 신호를 비교하여 진폭 및 위상 오차를 검출하고, 진폭 및 위상 제어부(1430)는 검출된 진폭 및 위상 오차에 따라서 입력되는 RF 신호의 크기와 위상을 제어한다.
마지막으로, 신호(Sb 또는 Sc)를 기준으로 신호(Sd)의 진폭 및 위상 보정을 위해서, 스위치(SW1)는 신호 선택기(550)의 제어에 따라서 BPSK 복조기(520d)에 연결되고, 스위치(SW2)는 신호 선택기(550)의 제어에 따라서 BPSK 복조기(520b 또는 520c)에 연결된다. 스위치(SW2)가 BPSK 복조기(520b)에 연결된 것으로 가정하면, QPSK 신호 생성기(530)는 BPSK 복조기(520d)에 의해 복조된 기저대역의 I 신호와 BPSK 복조기(520b)에 의해 복조된 기저대역의 Q 신호를 결합하여 하나의 QPSK 신호를 생성한다. 그러면, 신호 분석기(540)는 기준 QPSK 신호와 BPSK 복조기(520d, 520b)에 의해 생성되는 하나의 QPSK 신호를 비교하여 진폭 및 위상 오차를 검출하고, 진폭 및 위상 제어부(1440)는 검출된 진폭 및 위상 오차에 따라서 입력되는 RF 신호의 크기와 위상을 제어한다.
이와 같은 방식으로, 오차 보정부(500')는 다중 신호 각각에 대해 상대적으로 진폭 및 위상 오차를 검출할 수 있으며, 이에 따라서 각 신호의 진폭 및 위상이 보상된다.
도 12는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 다중입출력 증폭기를 나타낸 도면이고, 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 변조기의 변조와 BPSK 복조기의 복조에서 발생할 수 있는 지연에 따른 신호 성상도를 나타낸 도면이다.
도 12를 참고하면, 오차 보정부(500")는 위상 변환기(560)를 더 포함할 수 있다.
도 13에 도시한 바와 같이, 변조기(510)와 BPSK 복조기(520a~520d) 사이의 전송 경로에 의해서 변조기(510)의 변조와 BPSK 복조기(520a~520d)의 복조 과정에서 지연이 존재할 수 있다. 변조기(510)와 BPSK 복조기(520a~520d) 사이의 전송 경로에 의해 발생하는 지연에 의해서 QPSK 신호 생성기(530)에 의해 생성되는 QPSK 신호의 위상이 도 13의 (a)와 같이 360도 이내에서 변경될 수 있다.
신호 분석기(540)는 QPSK 신호 생성기(530)에 의해 생성되는 QPSK 신호의 위상을 분석하여, 지연에 따른 위상 변화량을 검출하고, 검출한 위상 변화량을 위상 변환기(560)로 출력한다.
위상 변환기(560)는 지연에 따른 위상 변화량에 따라서 RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호의 위상을 변경한 후 BPSK 복조기(520a~520d)로 출력한다. 그러면, 도 13의 (a)와 같이 지연에 따라서 변경된 QPSK 신호의 위상이 도 13의 (b)와 같이 정상적으로 보상될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (17)

  1. 다중입출력 증폭기에서,
    입력 RF 신호를 이용하여 복수의 RF 신호를 생성하는 입력 하이브리드 네트워크,
    상기 복수의 RF 신호를 각각 증폭하여 출력하는 복수의 전력 증폭기,
    상기 복수의 전력 증폭기의 출력 신호로부터 적어도 하나의 출력 RF 신호를 생성하는 출력 하이브리드 네트워크,
    상기 입력 RF 신호와 상기 복수의 전력 증폭기의 출력 신호를 이용하여 적어도 하나의 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 신호를 생성하고, 상기 적어도 하나의 QPSK 신호와 기준 QPSK 신호를 비교하여 상기 복수의 전력 증폭기의 출력 신호에 대한 진폭 오차 및 위상 오차를 검출하는 오차 검출부, 그리고
    상기 진폭 오차 및 위상 오차에 따라서 상기 복수의 RF 신호의 진폭 및 위상을 제어하는 복수의 진폭 및 위상 제어부
    를 포함하는 다중입출력 증폭기.
  2. 제1항에서,
    상기 오차 검출부는
    상기 기준 QPSK 신호를 상기 입력 RF 신호에 의해서 RF 신호로 변조하는 변조기,
    복수의 전력 증폭기의 출력 신호 각각을 이용하여 상기 RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호를 I 신호 또는 Q 신호로 복조하는 복수의 BPSK 복조기, 그리고
    상기 복수의 BPSK 복조기의 I 신호 또는 Q 신호 중 한 쌍의 I 신호와 Q 신호를 결합하여 상기 적어도 하나의 QPSK 신호를 생성하는 QPSK 신호 생성기를 포함하는 다중입출력 증폭기.
  3. 제2항에서,
    상기 오차 검출부는
    상기 기준 QPSK 신호와 생성된 하나의 QPSK 신호를 비교하여 진폭 오차 및 위상 오차를 검출하는 신호 분석기를 더 포함하고,
    상기 복수의 진폭 및 위상 제어부 중 상기 생성된 하나의 QPSK 신호와 연관되는 진폭 및 위상 제어부에서 검출된 진폭 오차 및 위상 오차에 따라서 해당 RF 신호의 진폭 및 위상을 제어하는 다중입출력 증폭기.
  4. 제2항에서,
    상기 오차 검출부는
    상기 적어도 하나의 QPSK 신호의 위상 지연을 토대로 상기 RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호의 위상을 변경시키는 위상 변환기를 더 포함하는 다중입출력 증폭기.
  5. 제2항에서,
    상기 오차 검출부는 상기 복수의 BPSK 복조기 중 위상 차가 90도를 가지는 두 전력 증폭기의 출력 신호를 입력 받는 두 BPSK 복조기의 출력 신호를 선택하여 상기 QPSK 신호 생성기로 출력하는 신호 선택기를 더 포함하는 다중입출력 증폭기.
  6. 제2항에서,
    상기 복수의 BPSK 복조기 각각은,
    입력되는 전력 증폭기의 출력 신호를 180도 위상 변환시키는 위상 변환기,
    상기 180도 위상 변환된 신호와 상기 RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호를 덧셈하여 출력하는 제1 RF 결합기,
    상기 입력되는 전력 증폭기의 출력 신호와 상기 RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호를 덧셈하여 출력하는 제2 RF 결합기,
    상기 제1 및 제2 결합기의 출력 신호로부터 기저대역의 신호만을 검출하는 제1 및 제2 저역통과여파기, 그리고
    상기 제1 및 제2 저역통과여파기로부터 각각 검출된 기저대역의 신호의 차로부터 상기 기저대역의 I 신호 또는 Q 신호를 생성하는 아날로그 디코더를 포함하는 다중입출력 증폭기.
  7. 제1항에서,
    상기 입력 하이브리드 네트워크는 상기 입력 RF 신호를 동일한 진폭과 위상 차를 가지는 복수의 RF 신호로 분배하여 출력하는 복수의 제1 하이브리드를 포함하고,
    상기 출력 하이브리드 네트워크는 상기 복수의 전력 증폭기의 출력 신호에 대해 동일한 진폭 및 위상 차를 가지는 복수의 RF 신호로 분배하여 적어도 하나의 출력 RF 신호를 생성하는 복수의 제2 하이브리드를 포함하는 다중입출력 증폭기.
  8. 다중입출력 증폭기의 증폭 방법으로서,
    입력 RF 신호에 대해 동일한 진폭 및 위상 차를 가지는 복수의 RF 신호로 분배하는 단계,
    상기 복수의 RF 신호를 각각 증폭하는 단계,
    상기 증폭된 복수의 RF 신호에 대해 각각 같은 크기 및 위상 차를 가지는 복수의 RF 신호로 분배하여 적어도 하나의 출력 RF 신호를 생성하는 단계, 그리고
    기준 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 신호와 상기 증폭된 복수의 RF 신호로부터 생성되는 적어도 하나의 QPSK 신호를 이용하여 상기 복수의 RF 신호의 진폭 및 위상을 제어하는 단계
    를 포함하는 다중입출력 증폭기의 증폭 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 제어하는 단계는
    상기 복수의 RF 신호를 각각 복수의 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 신호로 복조하는 단계,
    상기 복수의 BPSK 신호 중 90도의 위상 차를 가지는 두 BPSK 신호를 이용하여 QPSK 신호를 생성하는 단계,
    상기 기준 QPSK 신호와 상기 생성된 QPSK 신호를 비교하여 진폭 오차와 위상 오차를 검출하는 단계, 그리고
    상기 진폭 오차와 위상 오차를 상기 증폭된 복수의 RF 신호 중 상기 생성된 QPSK 신호에 관여된 두 RF 신호의 진폭 및 위상을 보정하는 단계를 포함하는 다중입출력 증폭기의 증폭 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 보정하는 단계는
    상기 두 신호 중 하나의 신호를 기준으로 다른 하나의 신호의 위상 및 진폭을 보정하는 단계를 포함하는 다중입출력 증폭기의 증폭 방법.
  11. 제9항에서,
    상기 복조하는 단계는
    상기 기준 QPSK 신호를 상기 입력 RF 신호를 이용하여 RF 신호로 변조하는 단계, 그리고
    상기 증폭된 복수의 RF 신호 각각을 이용하여 상기 RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호를 상기 복수의 BPSK 신호로 복조하는 단계를 포함하는 다중입출력 증폭기의 증폭 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 복조하는 단계는
    상기 생성된 QPSK 신호의 위상 지연을 토대로 상기 RF 신호로 변조된 기준 QPSK 신호의 위상을 변경하는 단계를 더 포함하는 다중입출력 증폭기의 증폭 방법.
  13. 입력 RF 신호를 복수의 RF 신호로 분배하는 입력 하이브리드 네트워크, 복수의 RF 신호를 증폭하는 복수의 전력 증폭기, 그리고 상기 복수의 증폭된 RF 신호로부터 적어도 하나의 출력 신호를 생성하는 출력 하이브리드 네트워크를 포함하는 다중입출력 증폭기에서 다중 신호의 진폭과 위상을 보상하는 장치로서,
    상기 입력 RF 신호를 이용하여 기준 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 신호를 RF 신호로 변조하는 변조기,
    상기 복수의 증폭된 RF 신호를 복조하여 복수의 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 신호를 생성하는 복수의 BPSK 복조기,
    상기 복수의 BPSK 신호 중 90도의 위상 차를 가지는 두 BPSK 신호를 결합하여 적어도 하나의 QPSK 신호를 생성하는 QPSK 신호 생성기,
    상기 기준 QPSK 신호와 상기 생성된 적어도 하나의 QPSK 신호를 각각 비교하여 진폭 오차 및 위상 오차를 검출하는 신호 분석기, 그리고
    상기 진폭 오차 및 위상 오차에 따라서 복수의 RF 신호의 진폭 및 위상을 제어하는 복수의 진폭 및 위상 제어부
    를 포함하는 진폭 및 위상 오차 보상 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 복수의 BPSK 신호 중 90도의 위상 차를 가지는 두 BPSK 신호를 선택하는 신호 선택기
    를 더 포함하는 진폭 및 위상 오차 보상 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 생성된 QPSK 신호의 위상 지연을 보상하는 위상 변환기
    를 더 포함하는 진폭 및 위상 오차 보상 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 위상 변환기는 상기 생성된 QPSK 신호의 위상 변화량에 따라서 상기 기준 QPSK 신호의 위상을 변경하는 진폭 및 위상 오차 보상 장치.
  17. 제14항에서,
    상기 복수의 진폭 및 위상 제어부 중에서 상기 생성된 QPSK 신호에 관여되는 두 진폭 및 위상 제어부가 검출된 진폭 오차 및 위상 오차에 따라서 해당 RF 신호의 진폭 및 위상 제어를 수행하는 진폭 및 위상 오차 보상 장치.
KR1020120059390A 2011-06-14 2012-06-01 진폭 및 위상 오차 보정 장치와 이를 포함한 다중 입출력 증폭기 및 그의 증폭 방법 KR20120138647A (ko)

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