KR20130040651A - 전력 증폭기의 동작 영역을 확대하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

전력 증폭기의 동작 영역을 확대하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포락선 추적 전력 증폭기에서 동작 영역을 확대하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 이때, 송신 신호의 전력을 증폭하기 위한 장치는, 송신 신호의 진폭 성분을 확인하는 진폭 성분 확인부와, 상기 진폭 성분 확인부에서 확인한 상기 송신 신호의 진폭 성분에 따라 전력 증폭기의 공급 전압을 생성하는 전원 변조기와, 상기 전원 변조기에서 생성한 공급 전압에 따라 송신 신호의 전력을 증폭하는 전력 증폭 모듈을 포함하여 구성된다.

Description

전력 증폭기의 동작 영역을 확대하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR EXPANDING DYNAMIC RANGE OF POWER AMPLIFIER}
본 발명은 전력 증폭기의 동작 영역을 확대하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 전원 변조 증폭기(supply modulated amplifier)의 동작 영역을 확대하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 여기서, 전원 변조 증폭기는 입력 신호의 진폭 성분(amplitude)으로 변조된 공급 전압을 이용하여 입력 신호를 증폭하는 전력 증폭기를 칭한다.
무선통신 기술의 발달과 함께 다양한 멀티미디어 신호의 전송에 대한 요구가 급증하고 이동 환경에서도 빠른 전송이 필요함에 따라 4세대 통신시스템에 대한 관심이 급증하고 있다.
4세대 통신시스템은 기존의 통신시스템보다 더 빠른 전송속도, 더 넓은 대역폭 및 더 큰 PAPR(Peak to Average Power Ratio)을 요구한다. 이에 따라, 4세대 통신시스템은 입력 신호의 진폭 성분(amplitude)으로 변조된 공급 전압을 이용하여 입력 신호를 증폭하는 전원 변조 증폭기를 사용한다. 예를 들어, 전원 변조 증폭기는 EER(Envelope Elimination and Restoration) 증폭 방식, ET(Envelope Tarcking) 증폭 방식 및 극성(polar) 증폭 방식 등을 사용한다.
전원 변조 증폭기는 전력 증폭기의 출력 전력에 따라 전력 증폭기의 공급 전압을 변화시켜 전력 손실을 줄임으로써 도 1에 도시된 바와 같이 높은 효율을 얻을 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력 증폭 효율을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이 고정된 공급 전압을 이용하여 신호의 전력을 증폭하는 경우(100), 고전력 레벨 영역에서 효율이 급격히 낮아진다.
고전력 레벨 영역에서 전원 변조 증폭기를 사용하는 경우(110), 전원 변조 증폭기는 고전력 레벨에서 전력 증폭 효율을 높일 수 있다.
전원 변조 증폭기에서 ET 증폭 방식을 사용하는 경우, 전원 변조 증폭기는 도 2에 도시된 바와 같이 구성된다.
도 2는 종래 기술에 따른 전원 변조 증폭기의 구성을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이 ET 증폭 방식의 전원 변조 증폭기는 기저대역 신호 처리기(200), 포락선 생성기(210), 전원 변조기(220), RF 처리기(230) 및 전력 증폭 모듈(240)을 포함하여 구성된다.
기저대역 신호 처리기(200)는 IQ 데이터를 생성하여 출력한다. RF 처리기(230)는 기저대역 신호 처리기(200)로부터 제공받은 IQ 데이터를 고주파 신호로 변환하여 전력 증폭 모듈(240)의 입력 신호로 제공한다.
포락선 생성기(210)는 기저대역 신호 처리기(200)에서 생성한 IQ 데이터에 대응하는 포락선을 생성한다. 전원 변조기(220)는 포락선 생성기(210)에서 생성한 포락선에 따라 전력 증폭모듈(240)을 구성하는 고전력 증폭기(HPA: High Power Amplifier)(242)의 공급 전압을 결정한다.
전력 증폭모듈(240)은 고전력 레벨의 신호를 증폭하는 고전력 증폭기(242)와 저전력 레벨의 신호를 증폭하는 저전력 증폭기(LPA: Low Power Amplifier)(244)를 포함하여 구성된다.
고전력 증폭기(242)는 전원 변조기(220)로부터 제공받은 공급 전압을 이용하여 RF 처리기(230)로부터 제공받은 입력 신호를 증폭하여 출력한다.
저전력 증폭기(244)는 고정된 전원을 이용하여 RF 처리기(230)로부터 제공받은 입력 신호를 증폭하여 출력한다.
상술한 바와 같이 전원 변조 증폭기는 고전력 레벨의 신호를 증폭하는 전력 증폭 효율을 높이기 위해 고전력 증폭기(242)로 변조된 공급 전압을 제공한다. 이때, 전원 변조 증폭기의 저전력 증폭기는 고정된 전원을 이용하므로 저전력 레벨의 전력 증폭 효율이 낮아진다. 이에 따라, 송신 단에서 저전력 레벨의 신호에 대한 송신이 증가할 경우, 송신 단은 낮은 전력 증폭 효율에 의해 전력 소모가 증가하는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 전력 증폭기의 동작 영역을 확대하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 전원 변조 증폭기의 동작 영역을 확대하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전원 변조 증폭기에서 저전력 레벨의 신호를 증폭하는 전력 증폭기의 공급 전압을 조절하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전원 변조 증폭기에서 고전력 레벨의 신호를 증폭하는 전력 증폭기의 공급 전압을 조절하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전원 변조 증폭기에서 고전력 레벨의 신호를 증폭하는 전력 증폭기와 저전력 레벨의 신호를 증폭하는 전력 증폭기의 공급 전압을 조절하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전원 변조 증폭기의 전원 변조기에서 전력을 증폭하기 위한 신호의 전력 레벨에 따라 적응적으로 전력 증폭기의 공급 전압을 생성하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 무선통신시스템에서 송신 신호의 전력을 증폭하기 위한 장치는, 송신 신호의 진폭 성분을 확인하는 진폭 성분 확인부와, 상기 진폭 성분 확인부에서 확인한 상기 송신 신호의 진폭 성분에 따라 전력 증폭기의 공급 전압을 생성하는 전원 변조기와, 상기 전원 변조기에서 생성한 공급 전압에 따라 송신 신호의 전력을 증폭하는 전력 증폭 모듈을 포함하며, 상기 전력 증폭 모듈은, 상기 송신 신호의 출력 전력이 기준 전력보다 큰 경우, 제 1 전력 증폭기에서 상기 전원 변조기에서 생성한 공급 전압에 따라 송신 신호의 전력을 증폭하고, 상기 송신 신호의 출력 전력이 상기 기준 전력 이하인 경우, 제 2 전력 증폭기에서 상기 전원 변조기에서 생성한 공급 전압에 따라 송신 신호의 전력을 증폭하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 견지에 따르면, 무선통신시스템에서 송신 신호의 전력을 증폭하기 위한 방법은, 송신 신호의 진폭 성분을 확인하는 과정과, 상기 송신 신호의 출력 전력에 따라 제 1 전력 증폭기와 제 2 전력 증폭기 중 어느 하나의 전력 증폭기를 선택하는 과정과, 상기 송신 신호의 진폭 성분에 따라 상기 선택한 전력 증폭기의 공급 전압을 생성하는 과정과, 상기 선택한 전력 증폭기를 통해 상기 공급 전압에 따라 상기 송신 신호의 전력을 증폭하는 과정을 포함하며, 상기 제 1 전력 증폭기는, 상기 송신 신호의 출력 전력이 기준 전력보다 큰 송신 신호의 전력을 증폭하고, 상기 제 2 전력 증폭기는, 상기 송신 신호의 출력 전력이 상기 기준 전력 이하인 송신 신호의 전력을 증폭하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 전원 변조 증폭기에서 고전력 영역 및 저전력 영역에서 전력 증폭기의 공급 전압을 조절함으로써, 전원 변조 증폭기의 동작 영역을 확대할 수 있고, 전력 증폭기의 효율을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력 증폭 효율을 도시하는 도면,
도 2는 종래 기술에 따른 전원 변조 증폭기의 구성을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 포락선 추적 전력 증폭기의 구성을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 증폭기의 입력 신호의 전력 레벨에 따른 전력 증폭기의 부하를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변조기에서 선형 증폭기의 구성을 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전력 변조기에서 선형 증폭기의 구성을 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 신호를 증폭하기 위한 절차를 도시하는 도면, 및
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 성능 변화 그래프를 도시하는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 본 발명은 전원 변조 증폭기(supply modulated amplifier)의 동작 영역을 확대하기 위한 기술에 대해 설명한다.
전원 변조 증폭기는 입력 신호의 진폭 성분(amplitude)으로 변조된 공급 전압을 이용하여 입력 신호를 증폭하는 전력 증폭기를 포함한다. 예를 들어, 전원 변조 증폭기는 EER(Envelope Elimination and Restoration) 증폭 방식, ET(Envelope Tarcking) 증폭 방식 및 극성(polar) 증폭 방식 등을 사용한다.
이하 설명에서 전원 변조 증폭기는 ET 증폭 방식을 사용하여 신호의 전력을 증폭하는 것으로 가정하여 설명한다. 하지만, 전원 변조 증폭기에서 EER 전송 방식 및 극성 전송 방식을 사용하는 경우에도 동일하게 신호의 전력을 증폭할 수 있다. 이하 설명에서 ET 증폭 방식을 사용하는 전원 변조 증폭기는 포락선 추적 전력 증폭기라 칭한다.
이하 설명에서 포락선 추적 전력 증폭기는 고전력 레벨의 신호를 증폭하는 고전력 증폭기(HPA: High Power Amplifier)와 저전력 레벨의 신호를 증폭하는 저전력 증폭기(LPA: Low Power Amplifier)를 포함하는 것으로 가정한다. 하지만, 포락선 추적 전력 증폭기가 서로 다른 전력 레벨의 신호를 증폭하는 다수 개의 전력 증폭기들로 구성되는 경우에도 동일한 방식으로 각각의 전력 증폭기의 공급 전압을 변경할 수 있다. 이때, 포락선 추적 전력 증폭기는 출력 전력이 기준 전력보다 큰 신호를 고전력 증폭기를 통해 증폭하고, 출력 전력이 기준 전력보다 낮은 신호를 저전력 증폭기를 통해 증폭한다. 여기서, 기준 전력은 신호의 전력을 증폭하기 위한 전력 증폭기를 선택하기 위한 기준으로 15dBm ~ 21dBm의 값을 갖는다.
포락선 추적 전력 증폭기는 동작 영역을 확대하기 위해 포락선에 따라 고전력 증폭기 및 저전력 증폭기의 공급 전압을 제어한다. 이 경우, 포락선 추적 전력 증폭기는 도 2와 같이 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 포락선 추적 전력 증폭기의 구성을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이 포락선 추적 전력 증폭기는 기저대역 신호 처리기(300), 전원 변조기(320), 전력 증폭 모듈(340), 커플러(350) 및 RF 처리기(360)를 포함하여 구성된다.
기저대역 신호 처리기(300)는 IQ데이터 생성부(302), 디지털/아날로그 변환기(DAC: Digital/Analog Convertor)들(304, 310), 포락선 생성부(306), 증폭기(308), 출력 전력 결정부(312) 및 출력 전력 제어기(314)를 포함하여 구성된다.
IQ 데이터 생성부(302)는 통신 규격에 맞는 기저대역의 IQ 데이터를 생성한다.
DAC(304)는 IQ 데이터 생성부(302)에서 생성한 IQ 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.
포락선 생성부(306)는 IQ 데이터 생성부(302)에서 생성한 IQ 데이터에 대응하는 포락선을 생성한다.
증폭기(308)는 출력 전력 제어기(314)로부터 제공받은 이득 제어 신호에 따라 포락선 생성부(308)에서 생성한 포락선을 증폭한다.
DAC(310)는 증폭기(308)로부터 제공받은 증폭된 포락선 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.
출력 전력 결정부(312)는 커플러(350)를 통해 제공받은 최종 출력 전력을 고려하여 송신해야할 송신 신호의 출력 전력 레벨을 결정한다.
출력 전력 제어기(314)는 출력 전력 결정부(312)에서 결정한 송신 신호의 출력 전력 레벨에 따른 이득 제어 신호 및 전력 모드 제어 신호를 생성한다. 예를 들어, 출력 전력 제어기(314)는 출력 전력 결정부(312)에서 결정한 송신 신호의 출력 전력 레벨에 따른 이득 제어 신호를 생성하여 증폭기(308)로 제공한다. 다른 예를 들어, 출력 전력 제어기(314)는 출력 전력 결정부(312)에서 결정한 송신 신호의 출력 전력 레벨에 따른 전력 모드 제어 신호를 전원 변조기(320) 및 전력 증폭 모듈(340)로 제공한다. 이때, 출력 전력 결정부(312)에서 결정한 송신 신호의 출력 전력 레벨이 고전력 레벨인 경우, 출력 전력 제어기(314)는 고전력 증폭기(346)를 이용하여 송신 신호를 증폭하도록 제어하는 전력 모드 제어 신호를 생성한다. 한편, 출력 전력 결정부(312)에서 결정한 송신 신호의 출력 전력 레벨이 저전력 레벨인 경우, 출력 전력 제어기(314)는 저전력 증폭기(346)를 이용하여 송신 신호를 증폭하도록 제어하는 전력 모드 제어 신호를 생성한다.
전원 변조기(320)는 선형 증폭 제어기(322), 선형 증폭기(324) 및 스위칭 증폭기(326)를 포함하여 구성된다.
선형 증폭 제어기(322)는 출력 전력 제어기(314)로부터 제공받은 전력 모드 제어 신호에 따라 선형 증폭기(324)의 동작 모드를 제어한다. 예를 들어, 전력 증폭 모듈(340)에서 신호를 증폭하기 위해 사용하는 증폭기가 고전력 증폭기(HPA)(346)에서 저전력 증폭기(LPA)(348)로 전환되는 경우, 전원 변조기(320)의 부하 저항은 도 4에 도시된 바와 같이 커진다. 구체적으로, 전력 증폭 모듈(340)에서 신호를 증폭하기 위해 사용하는 증폭기가 고전력 증폭기(HPA)(346)에서 저전력 증폭기(LPA)(348)로 전환되는 경우, 전력 증폭기의 이득이 감소한다. 따라서, 저전력 증폭기(348)를 이용하여 전력 증폭 모듈(240)이 원하는 출력 전력을 얻을 수 있도록 전원 변조기(320)에서 전력 증폭 모듈(340)로 제공하는 공급 전압은 고전력 증폭기(346)를 사용하는 경우에 비해 커진다. 또한, 고전력 증폭기(346)와 저전력 증폭기(348)의 출력 전력은 동일해야 하므로 변조기(320)에서 전력 증폭 모듈(340)로 제공하는 공급 전압이 커짐에 따라 전원 변조기(320)에서 전력 증폭 모듈(340)로 제공하는 공급 전류는 고전력 증폭기(346)를 사용하는 경우에 비해 작아진다. 이에 따라, 전력 증폭 모듈(340)에서 신호를 증폭하기 위해 사용하는 증폭기가 고전력 증폭기(HPA)(346) 저전력 증폭기(LPA)(348)로 전환되는 경우, 전원 변조기(320)의 부하 저항은 도 4에 도시된 바와 같이 커진다.
상술한 바와 같이 전원 변조기(320)의 부하 저항이 변경되는 경우, 고전력 증폭기(346)를 고려하여 설계된 선형 증폭기(324)의 발진 확률이 높아진다. 이에 따라, 전력 증폭 모듈(340)이 전력 모드 제어 신호에 따라 고전력 증폭기(HPA)(346)를 이용하여 신호를 증폭하는 경우, 선형 증폭 제어기(322)는 선형 증폭기(324)가 고전력 증폭기(346)에 따른 전원 변조기(320)의 부하 저항을 고려하여 선형 증폭기(324)가 위상 여유를 확보하도록 선형 증폭기(324)를 제어한다. 한편, 전력 증폭 모듈(340)이 전력 모드 제어 신호에 따라 저전력 증폭기(LPA)(348)를 이용하여 신호를 증폭하는 경우, 선형 증폭 제어기(322)는 선형 증폭기(324)가 저전력 증폭기(348)에 따른 전원 변조기(320)의 부하 저항을 고려하여 선형 증폭기(324)가 위상 여유를 확보하도록 선형 증폭기(324)를 제어한다.
선형 증폭기(324)와 스위칭 증폭기(326)는 DAC(310)로부터 제공받은 증폭된 포락선 신호에 따라 전력 증폭 모듈(340)의 공급 전압을 결정한다. 예를 들어, 선형 증폭기(324)는 DAC(310)로부터 제공받은 증폭된 포락선 신호를 증폭하여 출력한다. 스위칭 증폭기(326)는 선형 증폭기(324)에서 출력 부하로 공급되는 전류의 크기 및 극성을 고려하여 전원 변조기(320)의 출력 부하에 필요한 전류를 공급한다. 이때, 선형 증폭기(324)는 스위칭 증폭기(326)에서 공급하는 전류의 부족량 또는 초과량을 보상한다. 여기서, 선형 증폭기(324)는 연산 증폭기(operational amplifier)로 구성되어 클래스-AB 바이어스에서 푸쉬풀(push-pull) 동작을 수행하고, 스위칭 증폭기(326)는 벅 컨버터(buck converter) 형태로 구성되어 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
RF 처리기(360)는 기저대역 신호 처리기(300)의 DAC(304)로부터 제공받은 IQ 데이터를 고주파 신호로 변환하여 전력 증폭 모듈(340)로 출력한다.
전력 증폭 모듈(340)은 전력 모드 제어기(342), 스위치(344), 고전력 증폭기(346) 및 저전력 증폭기(348)를 포함하여 구성된다.
전력 모드 제어기(342)는 출력 전력 제어기(314)로부터 제공받은 전력 모드 제어 신호에 따라 고전력 증폭기(346) 또는 저전력 증폭기(348)를 사용하도록 제어한다. 예를 들어, 송신 신호의 출력 전력 레벨이 고전력 레벨인 경우, 전력 모드 제어기(342)는 RF 처리기(360)의 출력 신호가 고전력 증폭기(346)로 입력되도록 스위치(344)를 제어한다. 다른 예를 들어, 송신 신호의 출력 전력 레벨이 저전력 레벨인 경우, 전력 모드 제어기(342)는 RF 처리기(360)의 출력 신호가 저전력 증폭기(348)로 입력되도록 스위치(344)를 제어한다.
고전력 증폭기(346)는 전원 변조기(320)로부터 제공받은 공급 전압을 이용하여 스위치(344)를 통해 RF 처리기(360)로부터 제공받은 고주파 신호를 증폭하여 출력한다.
저전력 증폭기(348)는 전원 변조기(320)로부터 제공받은 공급 전압을 이용하여 스위치(344)를 통해 RF 처리기(360)로부터 제공받은 고주파 신호를 증폭하여 출력한다.
상술한 실시 예에서 전력 증폭 모듈(340)은 스위치(344)를 이용하여 송신 신호의 출력 전력 레벨에 따라 RF 처리기(360)의 출력 신호를 고전력 증폭기(346) 또는 저전력 증폭기(348)로 입력하도록 구성된다.
다른 실시 예에서 전력 증폭 모듈(340)은 전력 모드 제어기(342)의 제어에 따라 고전력 증폭기(346)와 저전력 증폭기(348) 중 어느 하나만을 활성시켜 RF 처리기(360)로부터 제공받은 고주파 신호를 증폭하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 송신 신호의 출력 전력 레벨이 고전력 레벨인 경우, 전력 모드 제어기(342)는 고전력 증폭기(346)를 활성화시켜 RF 처리기(360)로부터 제공받은 고주파 신호를 증폭하도록 제어한다. 이때, 저전력 증폭기(348)는 비활성된다. 다른 예를 들어, 송신 신호의 출력 전력 레벨이 저전력 레벨인 경우, 전력 모드 제어기(342)는 저전력 증폭기(348)를 활성화시켜 RF 처리기(360)로부터 제공받은 고주파 신호를 증폭하도록 제어한다. 이때, 고전력 증폭기(346)는 비활성된다.
상술한 실시 예에서 포락선 추적 전력 증폭기는 기저대역 신호 처리기(300)의 포락선 생성부(306)를 통해 IQ 데이터 생성부(302)에서 생성한 IQ 데이터에 대응하는 포락선을 생성한다.
다른 실시 예에서 포락선 추적 전력 증폭기는 기저대역 신호 처리기(300)에서 RF 처리기(360)로 전송하는 IQ 데이터의 포락선을 검출할 수도 있다.
상술한 바와 같이 선형 증폭기(344)는 선형 증폭 제어기(322)의 제어에 따라 전원 변조기(320)의 부하 저항을 고려하여 위상 여유를 확보한다. 이에 따라, 선형 증폭기(344)는 도 5 또는 도 6에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변조기에서 선형 증폭기의 구성을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이 선형 증폭기(324)는 저역 통과 필터(LPF: Low Pass Filter)(501), 스위치(503), 제 1 선형 증폭기(505) 및 제 2 선형 증폭기(507)를 포함하여 구성된다.
저역 통과 필터(501)는 기저대역 신호 처리기(300)의 DAC(310)로부터 제공받은 포락선 신호의 이미지 성분을 필터링한다.
스위치(503)는 선형 증폭 제어기(322)의 제어에 따라 LPF(501)의 출력 신호를 제 1 선형 증폭기(505) 또는 제 2 선형 증폭기(507)로 제공한다. 예를 들어, 송신 신호의 출력 전력 레벨이 고레벨인 경우, 스위치(503)는 선형 증폭 제어기(322)의 제어에 따라 고전력 증폭기(346)에 따른 전원 변조기(320)의 부하 저항을 고려하여 설계된 제 1 선형 증폭기(505)로 LPF(501)의 출력 신호를 제공한다. 다른 예를 들어, 송신 신호의 출력 전력 레벨이 저레벨인 경우, 스위치(503)는 선형 증폭 제어기(322)의 제어에 따라 저전력 증폭기(348)에 따른 전원 변조기(320)의 부하 저항을 고려하여 설계된 제 2 선형 증폭기(507)로 LPF(501)의 출력 신호를 제공한다.
상술한 실시 예에서 선형 증폭기(324)는 스위치(503)를 이용하여 송신 신호의 출력 전력 레벨에 따라 LPF(501)의 출력 신호를 제 1 선형 증폭기(505) 또는 제 2 전력 증폭기(507)로 입력하도록 구성된다.
다른 실시 예에서 선형 증폭기(324)는 선형 증폭 제어기(522)의 제어에 따라 제 1 선형 증폭기(505)와 제 2 선형 증폭기(507) 중 어느 하나만을 활성시켜 LPF(501)의 출력 신호를 증폭하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 송신 신호의 출력 전력 레벨이 고전력 레벨인 경우, 선형 증폭 제어기(322)는 제 1 선형 증폭기(505)를 활성화시켜 LPF(501)의 출력 신호를 증폭하도록 제어한다. 이때, 제 2 선형 증폭기(507)는 비활성된다. 다른 예를 들어, 송신 신호의 출력 전력 레벨이 저전력 레벨인 경우, 선형 증폭 제어기(322)는 제 2 선형 증폭기(507)를 활성화시켜 LPF(501)의 출력 신호를 증폭하도록 제어한다. 이때, 제 1 전력 증폭기(505)는 비활성된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전력 변조기에서 선형 증폭기의 구성을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이 선형 증폭기(324)는 저역 통과 필터(LPF)(600) 및 선형증폭모듈(610)을 포함하여 구성된다.
저역 통과 필터(600)는 기저대역 신호 처리기(300)의 DAC(310)로부터 제공받은 포락선 신호의 이미지 성분을 필터링한다.
선형 증폭 모듈(610)은 주파수 보상기(612)를 이용하여 선형 증폭 제어기(322)의 제어에 따라 선형 증폭 모듈(610)의 위상 여유를 제어한다. 예를 들어, 송신 신호의 출력 전력 레벨이 고레벨인 경우, 주파수 보상기(612)는 선형 증폭 제어기(322)의 제어에 따라 선형 증폭 모듈(610)이 고전력 증폭기(346)에 따른 전원 변조기(320)의 부하 저항을 고려하여 동작하도록 위상 여유를 제어한다. 다른 예를 들어, 송신 신호의 출력 전력 레벨이 저레벨인 경우, 주파수 보상기(612)는 선형 증폭 제어기(322)의 제어에 따라 선형 증폭 모듈(610)이 저전력 증폭기(348)에 따른 전원 변조기(320)의 부하 저항을 고려하여 동작하도록 위상 여유를 제어한다.
이때, 출력 버퍼(614)는 선형 증폭 모듈(610)이 저전력 증폭기(348)에 따른 전원 변조기(320)의 부하 저항을 고려하여 동작하는 경우, 전류 구동 능력을 줄일 수도 있다. 즉, 선형 증폭 모듈(610)이 저전력 증폭기(348)에 따른 전원 변조기(320)의 부하 저항을 고려하여 동작하는 경우, 출력 버퍼(614)의 출력 전력은 낮아진다. 이 경우, 출력 버퍼(614)는 전류 구동 능력을 줄여 선형 증폭기(324)의 효율을 높일 수 있다.
이하 설명은 포락선 추적 전력 증폭기는 동작 영역을 확대하기 위해 포락선에 따라 고전력 증폭기 및 저전력 증폭기의 공급 전압을 제어하기 위한 방법에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 신호를 증폭하기 위한 절차를 도시하고 있다.
도 7을 참조하면, 포락선 추적 전력 증폭기는 701단계에서 송신 신호의 출력 전력 레벨을 확인한다.
이후, 포락선 추적 전력 증폭기는 703단계로 진행하여 송신 신호의 출력 전력 레벨과 기준 값을 비교한다. 여기서, 송신 신호의 출력 전력 레벨과 비교하는 기준 값은 송신 신호의 출력 전력 레벨이 고전력 레벨인지 저전력 레벨인지 구분하기 위한 기준을 나타낸다.
송신 신호의 출력 전력 레벨이 기준 값보다 큰 경우, 포락선 추적 전력 증폭기는 송신 신호의 출력 전력 레벨이 고전력 레벨인 것으로 인식한다. 이에 따라, 포락선 추적 전력 증폭기는 705단계로 진행하여 고전력 증폭(HPA) 모드를 선택한다. 예를 들어, 도 3의 경우, 포락선 추적 전력 증폭기의 출력 전력 제어기(314)는 고전력 증폭기(346)를 이용하여 송신 신호를 증폭하도록 제어하는 전력 모드 제어 신호를 생성한다.
이후, 포락선 추적 전력 증폭기는 707단계로 진행하여 고전력 증폭 모드에 따라 전원 변조기를 설정한다. 예를 들어, 도 3의 경우, 전원 변조기(320)는 고전력 증폭기(346)에 따른 전원 변조기(320)의 부하 저항을 고려하여 선형 증폭기(324)가 위상 여유를 확보하도록 선형 증폭기(324)를 제어한다.
고전력 증폭 모드에 따라 전원 변조기를 설정한 후, 포락선 추적 전력 증폭기는 709단계로 진행하여 포락선 신호에 따른 고전력 증폭기의 공급 전압을 생성한다.
고전력 증폭기의 공급 전압을 생성한 후, 포락선 추적 전력 증폭기는 711단계로 진행하여 포락선 신호에 따른 고전력 증폭기의 공급 전압을 이용하여 송신 신호를 증폭하여 전송한다. 예를 들어, 도 3의 경우, 고전력 증폭기(346)는 전원 변조기(320)로부터 제공받은 공급 전압을 이용하여 RF 처리기(360)로부터 제공받은 고주파 신호를 증폭하여 출력한다.
한편, 송신 신호의 출력 전력 레벨이 기준 값보다 작거나 같은 경우, 포락선 추적 전력 증폭기는 송신 신호의 출력 전력 레벨이 저전력 레벨인 것으로 인식한다. 이에 따라, 포락선 추적 전력 증폭기는 713단계로 진행하여 저전력 증폭(LPA) 모드를 선택한다. 예를 들어, 도 3의 경우, 포락선 추적 전력 증폭기의 출력 전력 제어기(314)는 저전력 증폭기(348)를 이용하여 송신 신호를 증폭하도록 제어하는 전력 모드 제어 신호를 생성한다.
이후, 포락선 추적 전력 증폭기는 715단계로 진행하여 저전력 증폭 모드에 따라 전원 변조기를 설정한다. 예를 들어, 도 3의 경우, 전원 변조기(320)는 저전력 증폭기(348)에 따른 전원 변조기(320)의 부하 저항을 고려하여 선형 증폭기(324)가 위상 여유를 확보하도록 선형 증폭기(324)를 제어한다.
저전력 증폭 모드에 따라 전원 변조기를 설정한 후, 포락선 추적 전력 증폭기는 709단계로 진행하여 포락선 신호에 따른 저전력 증폭기의 공급 전압을 생성한다.
저전력 증폭기의 공급 전압을 생성한 후, 포락선 추적 전력 증폭기는 711단계로 진행하여 포락선 신호에 따른 저전력 증폭기의 공급 전압을 이용하여 송신 신호를 증폭하여 전송한다. 예를 들어, 도 3의 경우, 저전력 증폭기(348)는 전원 변조기(320)로부터 제공받은 공급 전압을 이용하여 RF 처리기(360)로부터 제공받은 고주파 신호를 증폭하여 출력한다.
이후, 포락선 추적 전력 증폭기는 본 알고리즘을 종료한다.
상술한 바와 같이 포락선 추적 전력 증폭기는 동작 영역을 확대하기 위해 포락선에 따라 고전력 증폭기 및 저전력 증폭기의 공급 전압을 제어하는 경우, 포락선 추적 전력 증폭기는 도 8과 같이 효율을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 성능 변화 그래프를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이 포락선에 따라 고전력 증폭기(800)의 공급 전압을 조절하는 경우(820), 고정된 공급 전압을 사용하는 전력 증폭기(830)보다 전력 증폭기의 효율을 향상시킬 수 있다(840).
또한, 포락선에 따라 저전력 증폭기(810)의 공급 전압을 조절하는 경우(820), 고정된 공급 전압을 사용하는 전력 증폭기(850)보다 전력 증폭기의 효율을 향상시킬 수 있다(860).
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 무선통신시스템에서 송신 신호의 전력을 증폭하기 위한 장치에 있어서,
    송신 신호의 진폭 성분을 확인하는 진폭 성분 확인부와,
    상기 진폭 성분 확인부에서 확인한 상기 송신 신호의 진폭 성분에 따라 전력 증폭기의 공급 전압을 생성하는 전원 변조기와,
    상기 전원 변조기에서 생성한 공급 전압에 따라 송신 신호의 전력을 증폭하는 전력 증폭 모듈을 포함하며,
    상기 전력 증폭 모듈은, 상기 송신 신호의 출력 전력이 기준 전력보다 큰 경우, 제 1 전력 증폭기에서 상기 전원 변조기에서 생성한 공급 전압에 따라 송신 신호의 전력을 증폭하고,
    상기 송신 신호의 출력 전력이 상기 기준 전력 이하인 경우, 제 2 전력 증폭기에서 상기 전원 변조기에서 생성한 공급 전압에 따라 송신 신호의 전력을 증폭하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기준 전력은, 15dBm ~ 21dBm에 포함되는 어느 하나의 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 송신 신호의 출력 전력과 상기 기준 전력을 비교하여 상기 제 1 전력 증폭기와 상기 제 2 전력 증폭기 중 어느 하나의 전력 증폭기를 선택하기 위한 제어 신호를 생성하는 출력 전력 제어기를 더 포함하여 구성되며,
    상기 전력 증폭 모듈은, 상기 제어 신호에 따라 상기 제 1 전력 증폭기와 상기 제 2 전력 증폭기 중 어느 하나의 전력 증폭기를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전원 변조기는, 상기 전력 증폭 모듈의 부하 저항에 따른 위상 여유를 확보하고, 상기 송신 신호의 진폭 성분에 따라 전력 증폭기의 공급 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 전원 변조기는, 상기 전력 증폭 모듈에서 상기 제 1 전력 증폭기를 통해 상기 송신 신호의 전력을 증폭하는 경우, 상기 제 1 전력 증폭기에 의한 부하 저항에 따른 위상 여유를 확보하고, 상기 송신 신호의 진폭 성분에 따라 전력 증폭기의 공급 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 전원 변조기는, 상기 전력 증폭 모듈에서 상기 제 2 전력 증폭기를 통해 상기 송신 신호의 전력을 증폭하는 경우, 상기 제 2 전력 증폭기에 의한 부하 저항에 따른 위상 여유를 확보하고, 상기 송신 신호의 진폭 성분에 따라 전력 증폭기의 공급 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전원 변조기는, 선형 증폭기와 스위칭 증폭기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 선형 증폭기는, 상기 전력 증폭 모듈의 부하 저항이 변경되는 경우, 상기 전력 증폭 모듈에 의한 부하 저항에 따른 위상 여유를 확보하도록 주파수 보상 정보를 변경하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 선형 증폭기는, 상기 전원 변조기에 포함되는 적어도 두 개의 선형 증폭기들 중 상기 전력 증폭 모듈에 의한 부하 저항을 고려하여 선택한 어느 하나의 선형 증폭기인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 송신 신호의 출력 전력을 고려하여 상기 진폭 성분 확인부에서 확인한 상기 송신 신호의 진폭 성분을 증폭하는 증폭기를 더 포함하여 구성되며,
    상기 전원 변조기는 상기 증폭기에서 증폭된 송신 신호의 진폭 성분에 따라 전력 증폭기의 공급 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 무선통신시스템에서 송신 신호의 전력을 증폭하기 위한 방법에 있어서,
    송신 신호의 진폭 성분을 확인하는 과정과,
    상기 송신 신호의 출력 전력에 따라 제 1 전력 증폭기와 제 2 전력 증폭기 중 어느 하나의 전력 증폭기를 선택하는 과정과,
    상기 송신 신호의 진폭 성분에 따라 상기 선택한 전력 증폭기의 공급 전압을 생성하는 과정과,
    상기 선택한 전력 증폭기를 통해 상기 공급 전압에 따라 상기 송신 신호의 전력을 증폭하는 과정을 포함하며,
    상기 제 1 전력 증폭기는, 상기 송신 신호의 출력 전력이 기준 전력보다 큰 송신 신호의 전력을 증폭하고,
    상기 제 2 전력 증폭기는, 상기 송신 신호의 출력 전력이 상기 기준 전력 이하인 송신 신호의 전력을 증폭하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 기준 전력은, 15dBm ~ 21dBm에 포함되는 어느 하나의 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 전력 증폭기를 선택하는 과정은,
    상기 송신 신호의 출력 전력이 상기 기준 전력보다 큰 경우, 상기 제 1 전력 증폭기를 선택하는 과정과,
    상기 송신 신호의 출력 전력이 상기 기준 전력 이하인 경우, 상기 제 2 전력 증폭기를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 전력 증폭기를 선택한 후, 상기 전력 증폭기에 의한 부하 저항을 고려하여 전원 변조기의 위상 여유를 확보하는 과정을 더 포함하여,
    상기 공급 전압을 생성하는 과정은,
    상기 전원 변조기에서 상기 송신 신호의 진폭 성분을 고려하여 상기 전력 증폭기의 공급 전압을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 위상 여유를 확보하는 과정은,
    상기 제 1 전력 증폭기를 선택한 경우, 상기 제 1 전력 증폭기에 의한 부하 저항을 고려하여 전원 변조기의 위상 여유를 확보하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 위상 여유를 확보하는 과정은,
    상기 제 2 전력 증폭기를 선택한 경우, 상기 제 2 전력 증폭기에 의한 부하 저항을 고려하여 전원 변조기의 위상 여유를 확보하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 전원 변조기는, 선형 증폭기와 스위칭 증폭기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 위상 여유를 확보하는 과정은,
    상기 전력 증폭기의 부하 저항에 따른 위상 여유를 확보하도록 상기 선형 증폭기의 주파수 보상 정보를 변경하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 위상 여유를 확보하는 과정은,
    상기 전력 증폭기의 부하 저항을 고려하여 상기 전원 변조기에 포함되는 적어도 두 개의 선형 증폭기들 중 어느 하나의 선형 증폭기를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 11항에 있어서,
    상기 공급 전압을 생성하는 과정은,
    상기 송신 신호의 출력 전력을 고려하여 상기 송신 신호의 진폭 성분을 증폭하는 과정과,
    상기 증폭된 송신 신호의 진폭 성분에 따라 상기 전력 증폭기의 공급 전압을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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