KR20140076143A - 왜곡 보상 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왜곡 보상 장치에 관한 것으로, 선왜곡기 가상 모델과 전력증폭기 가상 모델을 이용하여 선형화 성능을 미리 가상으로 평가하여 선형화 성능이 이전에 비해 낮게 평가되는 경우 선왜곡기에 왜곡 정보를 전달하지 않고 폐기함으로써 선형화 성능이 안정적으로 유지될 수 있는 왜곡 보상 장치에 관한 기술이다.

Description

왜곡 보상 장치{DISTORTION COMPENSATION APPARATUS}

본 발명은 왜곡 보상 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 무선 통신 기반 비선형 장치의 비선형 특성을 보상할 수 있는 왜곡 보상 장치에 관한 것이다.

무선 통신 시스템에서 송신 단은 무선 채널에서의 감쇄를 고려하여 송신 신호가 수신 단에 도달할 수 있도록 송신 신호의 전력을 증폭시켜 전송한다. 송신 신호의 전력을 증폭시키는 전력 증폭기는 입력 신호와 출력 신호 간에 선형적인 관계를 유지해야 증폭 효율을 높일 수 있다.

그러나, 일반적인 전력 증폭기는 비선형(Nonlinearity) 특성을 가진다. 이러한 비선형 특성은 채널 간 간섭 및 혼 변조 등과 같은 비선형 왜곡을 발생시켜 송신 신호의 품질을 저하시킨다. 이를 해결하기 위해 많은 기술이 개발되고 있으나, 전력 증폭기 자체로 비선형 왜곡을 제거하는 것은 한계가 있다. 이로 인해, 전력 증폭기와 비선형 장치를 결합하여 비선형 왜곡을 제거하는 방법이 개발되고 있다. 그 중에 하나의 방법으로 전력 증폭기의 역함수에 해당하는 특성을 가진 선왜곡기(Pre-Distorter)를 이용하여 입력 신호를 미리 왜곡시킴으로써 전력 증폭기의 출력이 선형적인 특성을 얻을 수 있는 방법이 있다.

그러나, 실제로 입력되는 입력신호의 통계적 특성이 변화되거나, 전력 증폭기의 출력을 피드백 받아 조절된 이득 조건이 변화되면, 선왜곡기의 동작 특성이 계속 변경되어 선형화 성능이 달라질 수 있다. 이로 인해, 선왜곡기의 동작 특성을 보정하기 이전보다 보정한 이후에 선형화 성능이 저하되는 경우가 발생할 수 있다. 이에, 본 발명은 선형화 성능이 일정하게 유지될 수 있는 왜곡 보상 장치를 제공한다.

상술한 본 발명은 왜곡 보상 장치로서, 전력증폭기의 입력신호 및 출력신호 간의 비선형 특성을 보상하는 선왜곡기, 및 전력증폭기 가상 모델 및 선왜곡기 가상 모델을 이용하여 상기 전력증폭기의 왜곡 정보를 가상으로 추출하고, 상기 추출된 왜곡 정보를 이용하여 상기 전력 증폭기 가상 모델의 선형화 성능을 평가하고, 상기 전력증폭기의 선형화 성능보다 상기 전력 증폭기 가상 모델의 선형화 성능이 높은 경우 상기 왜곡 정보를 상기 선왜곡기에 전달하는 왜곡 정보 추출기를 포함한다.

본 발명은 왜곡 보상 장치에 관한 것으로, 선왜곡기 가상 모델과 전력증폭기 가상 모델을 이용하여 선형화 성능을 미리 가상으로 평가하여 선형화 성능이 이전에 비해 낮게 평가되는 경우 선왜곡기에 왜곡 정보를 전달하지 않고 폐기함으로써 선형화 성능이 안정적으로 유지될 수 있다. 또한, 본 발명은 카운터를 이용하여 N회 연속으로 선형화 성능이 우수한 경우에 왜곡 정보를 갱신하도록 하여 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 달성된다.

도 1은 왜곡 보상 장치의 기본 개념을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 2는 무선 통신에서 출력 신호에 대한 주파수별 파워 스펙트럼 밀도를 나타낸 그래프.
도 3a 및 도 3b는 왜곡 보상 장치의 다른 예를 설명하기 위한 개념도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 왜곡 보상 장치를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 왜곡 보상 방법 도시한 순서도.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 왜곡 보상 장치의 기본 개념을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 왜곡 보상 장치는 선왜곡기(12)의 전달 특성 곡선(a)을 전력증폭기(Power Amplifier; PA)(14)의 전달 특성 곡선(b)과 역함수 관계를 갖도록 설정한다. 따라서, 전력증폭기(14)의 출력신호(Sout)가 보상되어 (c)와 같이 선형으로 출력된다.

도 2는 무선 통신에서 출력 신호에 대한 주파수별 파워 스펙트럼 밀도를 나타낸 그래프이다.

도 2를 참조하면, 무선 통신에서는 특정 구간의 주파수 대역(f1)의 신호만이 출력되어야 하나, 실제로는 사이드 로브(side lobe)가 발생한다. 사이드 로브는 전력증폭기(14)만 사용한 경우(A)보다 선왜곡기(12)를 적용한 경우(B)가 적게 나타난다. (C)는 이상적인 형태의 사이드 로브를 나타낸다. 이러한 사이드 로브가 최소화될수록 송신 신호의 에러 확률을 감소시킬 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 왜곡 보상 장치의 다른 예를 설명하기 위한 개념도이다. 여기서, 도 3a는 직접 제어 방식을 나타내고, 도 3b는 간접 제어 방식을 나타낸다.

도 3a를 참조하면, 선왜곡기(22)는 전력증폭기(24)의 비선형 전달 특성 함수의 역함수를 전달 특성 함수로 가진다. 따라서, 전력증폭기(24)는 자신의 전달 특성 함수의 역함수를 가진 선왜곡기(22)와 결합하여 선형적인 특성을 가지게 된다.

왜곡 정보 추출기(28)는 입력신호(Sin)와 피드백부(26)를 통해 이득이 조절된 전력증폭기(24)의 출력신호(Sout)를 이용하여 전력증폭기(24)의 왜곡 정보를 추출한다. 추출된 왜곡 정보는 선왜곡기(22)에 전달되어 선왜곡기(22)의 전달 특성 함수가 보정된다.

여기서, 일반적으로 왜곡 정보 추출기(28)는 다항식 모델을 정한 후, 전력증폭기(24)의 전달특성(또는 역 전달특성) 곡선에 가장 유사한 왜곡 정보를 추출한다. 다항식 모델은 볼테라 시리즈, 테일러 시리즈, 일반 다항식 모델, 메모리 다항식 모델, 위너(wiener) 모델, 해머스테인(Hammerstein) 모델 등을 적용할 수 있다. 한편, 이러한 다항식 모델은 룩업 테이블(Lookup Table)로 대체되어 구현될 수 있다. 그리고, 왜곡 정보를 추출하기 위한 알고리즘으로는 일반적으로 곡선 맞춤(curve fitting) 알고리즘이 있다. 여기서, 곡선 맞춤 알고리즘은 RLS(Recursive Least Square) 알고리즘, LMS(Least Mean Square) 알고리즘, 신경 회로망(Neural Network) 등과 같은 적응형 알고리즘이다.

도 3b를 참조하면, 왜곡 정보 추출기(28)가 선왜곡기(22)를 통해 왜곡된 입력신호와 피드백부(26)를 통해 이득이 조절된 전력증폭기(24)의 출력신호(Sout)를 이용하여 왜곡 정보를 추출하는 점이 직접 제어 방식과 다르다. 즉, 간접 제어 방식의 왜곡 정보 추출기(28)는 선왜곡기(22)의 전달 특성과 전력증폭기(24)의 전달 특성을 판단하여 선왜곡기(22)의 전달 특성을 보정한다.

이와 같이, 왜곡 정보 추출기(28)를 이용하여 전력증폭기(24)의 왜곡 정보를 정확하게 추출하여 선왜곡기(12)의 전달 특성 함수를 보정함으로써 전력증폭기(24)의 선형화 성능이 향상될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 왜곡 보상 장치를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 왜곡 보상 장치(100)는 선왜곡기(110), 전력증폭기(120), 피드백부(130), 왜곡 정보 추출기(140), 선왜곡기 가상 모델(150) 및 전력증폭기 가상 모델(160)을 포함한다. 여기서, 선왜곡기(110)는 전력증폭기(120)의 전달 특성 함수와 역함수의 관계를 갖는 전달 특성 함수를 이용하여 전력증폭기(120)의 입력신호(Sin)와 출력신호(Sout) 간의 비선형 특성을 보상한다.

선왜곡기(110)는 왜곡 정보 추출기(140)로부터 왜곡 정보가 전달되면 해당 왜곡 정보에 따라 자신의 전달 특성 함수를 보정한다. 그리고, 피드백부(130)는 전력증폭기(120)의 출력신호(Sout)의 이득을 조절하여 입력신호(Sin)와 동일한 크기를 갖는 신호를 왜곡 정보 추출기(140)에 전달한다.

왜곡 정보 추출기(140)는 선왜곡기(110)를 통해 출력된 입력신호(Sin)의 일부를 샘플링하여 입력 샘플링 신호(sig A)를 저장하고, 피드백부(130)을 통해 이득이 조절된 출력신호(Sout)의 일부를 샘플링하여 출력 샘플링 신호(sig B)를 저장한다.

왜곡 정보 추출기(140)는 입력 샘플링 신호(sig A) 및 출력 샘플링 신호(sig B)를 이용하여 전력증폭기(120)의 전달 특성 함수 및 왜곡 정보를 추출한다. 그리고, 왜곡 정보 추출기(140)는 추출된 전력증폭기(120)의 전달 특성 함수를 이용하여 전력 증폭기 가상 모델(160)을 모델링한다. 왜곡 정보 추출기(140)는 추출된 왜곡 정보를 선왜곡기 가상 모델(150)에 전달하여 선왜곡기 가상 모델(150)의 전달 특성 함수를 보정한다.

또한, 왜곡 정보 추출기(140)는 전력 증폭기 가상 모델(160)의 가상 출력신호(sig B')와 출력 샘플링 신호(sig B) 각각의 선형화 성능을 평가한다. 여기서, 왜곡 정보 추출기(140)는 ACP(adjacent channel power), ACLR(Adjacent Channel Leakage power Ratio), MSE(Mean Square Error), EVM(Error Vector Magnitude) 등을 이용하여 선형화 성능을 평가할 수 있다.

왜곡 정보 추출기(140)는 선형화 성능의 평가 결과를 분석하여 가상 출력신호(sig B')의 선형화 성능이 출력 샘플링 신호(sig B)의 선형화 성능보다 우수한지 여부를 판단한다. 본 발명의 실시 예에 따른 왜곡 정보 추출기(140)는 선형화 성능에 대한 평가 횟수를 미리 설정하고, 미리 설정된 평가 횟수만큼 가상 출력신호(sig B')의 선형화 성능이 출력 샘플링 신호(sig B)의 선형화 성능보다 우수한 것으로 평가되는 경우 해당 왜곡 정보를 선왜곡기(110)에 전달한다.

구체적으로, 왜곡 정보 추출기(140)는 평가 횟수에 대한 카운터 값을 0부터 N까지 설정하고, 가상 출력신호(sig B')의 선형화 성능이 출력 샘플링 신호(sig B)의 선형화 성능보다 낮으면 해당 카운터 값을 유지시키고, 선형화 성능이 높으면 카운터 값을 순차적으로 증가시킨다. 여기서, N은 임계 상한치로서, 양의 정수이다.

선왜곡기 가상 모델(150)은 선왜곡기(110)와 동일한 전달 특성을 갖도록 모델링되고, 왜곡 정보 추출기(140)로부터 추출된 왜곡 정보에 의해 전달 특성 함수가 보정된다. 그리고, 선왜곡기 가상 모델(150)은 전력 증폭기 가상 모델(160)의 입력 샘플링 신호(sig A)와 가상 출력 신호(sig B') 간의 비선형 특성을 보상한다.

한편, 도 4에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 왜곡 보상 장치(100)는 도 3b에 도시된 간접 제어 방식을 이용하여 설명하였으나, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않고, 도 3a의 직접 제어 방식에도 적용할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 왜곡 보상 방법 도시한 순서도이다.

도 5를 참조하면, 먼저 왜곡 정보 추출기(140)는 선형화 성능 평가 횟수에 대한 카운터 값의 상한 임계 값(N)을 설정하고, 초기 카운터 값을 0으로 설정한다(단계 S1).

선왜곡기(110)는 입력신호(Sin)를 전달 특성 함수에 따라 왜곡하여 출력한다. 전력증폭기(120)는 선왜곡기(110)를 통해 출력된 입력신호(Sin)를 미리 정해진 이득에 따라 증폭하여 출력신호(Sout)를 출력한다. 이때, 왜곡 정보 추출기(140)는 선왜곡기(110)를 통해 출력된 입력신호(Sin)의 일부를 샘플링하여 입력 샘플링 신호(sig A)를 저장하고, 피드백부(130)을 통해 이득이 조절된 출력신호(Sout)의 일부를 샘플링하여 출력 샘플링 신호(sig B)를 저장한다(단계 S2).

그 다음, 왜곡 정보 추출기(140)는 입력 샘플링 신호(sig A) 및 출력 샘플링 신호(sig B)를 이용하여 전력증폭기(120)의 전달 특성 함수를 추출하여 전력 증폭기 가상 모델(160)을 모델링한다(단계 S3).

그 다음, 왜곡 정보 추출기(140)는 입력 샘플링 신호(sig A) 및 출력 샘플링 신호(sig B)를 이용하여 전력증폭기(120)의 왜곡 정보를 추출하고, 추출된 왜곡 정보를 선왜곡기 가상 모델(150)에 전달한다(단계 S4).

그러면, 선왜곡기 가상 모델(150)은 왜곡 정보를 이용하여 전달 특성 함수를 보정하고, 보정된 전달 특성 함수에 따라 입력 샘플링 신호(sig A)를 왜곡하여 전력 증폭기 가상 모델(160)에 전달한다(단계 S5).

그 다음, 전력 증폭기 가상 모델(160)은 선왜곡기 가상 모델(150)을 통해 출력된 입력 샘플링 신호(sig A)를 미리 정해진 이득에 따라 증폭하여 가상 출력 신호(sig B')를 출력한다. 그러면, 왜곡 정보 추출기(28)는 가상 출력신호(sig B')와 출력 샘플링 신호(sig B) 각각의 선형화 성능을 평가한다(단계 S6).

그 다음, 왜곡 정보 추출기(28)는 가상 출력신호(sig B')의 선형화 성능이 출력 샘플링 신호(sig B)의 선형화 성능보다 우수한지 여부를 판단한다(단계 S7). 평가 결과, 가상 출력신호(sig B')의 선형화 성능이 출력 샘플링 신호(sig B)의 선형화 성능보다 우수하지 않은 경우 카운터 값을 0으로 유지(단계 S8)하고, 단계 S2부터 다시 진행한다.

반면, 가상 출력신호(sig B')의 선형화 성능이 출력 샘플링 신호(sig B)의 선형화 성능보다 우수한 경우 카운터 값을 1로 증가시킨다. 그 다음, 왜곡 정보 추출기(28)는 카운터 값이 N까지 증가되었는지 여부를 판단한다(단계 S9).

판단 결과, N번의 성형화 성능 평가에서 모두 가상 출력신호(sig B')의 선형화 성능이 출력 샘플링 신호(sig B)의 선형화 성능보다 우수한 경우 왜곡 정보 추출기(28)는 해당 왜곡 정보를 선왜곡기(110)에 전달한다(단계 S10).

그러면, 선왜곡기(110)는 전달된 왜곡 정보를 이용하여 전달 특성 함수를 보정하고, 전달 특성 함수에 따라 전력증폭기(120)의 비선형 특성을 보상한다. 한편, 단계 S9에서 판단 결과 카운터 값이 N까지 증가되지 않은 경우 단계 S2부터 다시 진행한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 왜곡 보상 장치는, 선왜곡기 가상 모델과 전력증폭기 가상 모델을 이용하여 선형화 성능을 미리 가상으로 평가하여 선형화 성능이 이전에 비해 낮게 평가되는 경우 선왜곡기에 왜곡 정보를 전달하지 않고 폐기함으로써 선형화 성능이 안정적으로 유지될 수 있다. 또한, 본 발명은 카운터를 이용하여 N회 연속으로 선형화 성능이 우수한 경우에 왜곡 정보를 갱신하도록 하여 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

110: 선왜곡기
120: 전력증폭기
130: 피드백부
140: 왜곡 정보 추출기
150: 선왜곡기 가상 모델
160: 전력증폭기 가상 모델

Claims (1)

1. 전력증폭기의 입력신호 및 출력신호 간의 비선형 특성을 보상하는 선왜곡기; 및
   전력증폭기 가상 모델 및 선왜곡기 가상 모델을 이용하여 상기 전력증폭기의 왜곡 정보를 가상으로 추출하고, 상기 추출된 왜곡 정보를 이용하여 상기 전력 증폭기 가상 모델의 선형화 성능을 평가하고, 상기 전력증폭기의 선형화 성능보다 상기 전력 증폭기 가상 모델의 선형화 성능이 높은 경우 상기 왜곡 정보를 상기 선왜곡기에 전달하는 왜곡 정보 추출기
   를 포함하는 왜곡 보상 장치.
   

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