KR100469408B1

KR100469408B1 - Ｃｄｍａ 시스템의 선형 증폭 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100469408B1
Application number: KR10-2000-0087333A
Authority: KR
Inventors: 진민호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2000-12-30
Filing date: 2000-12-30
Publication date: 2005-01-31
Also published as: CN1236576C; KR20020057081A; US6642785B2; CN1364006A; US20020113647A1; BR0110806A

Abstract

본 발명은 코드분할다중접속(CDMA) 시스템의 선형 증폭 장치 및 방법에 관한 것으로, 이러한 본 발명은 선형 전력과 비선형 전력의 오차 전력값을 계산하고, 이 오차 전력값을 이용하여 적응 이득을 생성하며, 상기 적응 이득을 이용하여, 전압 제어 증폭기의 입력단으로 입력되는 전압을 조정하여, 전압 제어 증폭기의 비선형성을 제거하도록 한다. 이렇게 전압 제어 증폭기의 디지털 이득을 제어함으로써, 상기 전압 제어 증폭기의 비선형성을 정확하게 보상하여, 출력 전력이 선형성을 갖도록 하고 시디엠에이 시스템의 용량을 증대시키도록 한다.

Description

ＣＤＭＡ 시스템의 선형 증폭 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR LINEARLY AMPLIFYING POWER IN CDMA SYSTEM}

본 발명은 코드 분할 다중 접속(Code Division Mutiple Access:CDMA) 방식 통신 시스템의 전력 증폭 장치에 관한 것으로, 특히 전력 제어 증폭기(Voltage Controlled Power Amplifier; VCA)의 디지털 이득(digital gain)을 제어함으로써, 상기 VCA의 비선형성을 정확하게 보상하여, 출력 전력이 선형성을 갖도록 하고 CDMA 시스템의 용량을 증대시키도록 한 CDMA 시스템의 선형 증폭 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 능동 소자들을 이용한 고주파대(radio frequency band) 증폭기는 전력 레벨의 변화에 따라 원하지 않는 왜곡 성분들을 많이 발생시킨다. 특히, 증폭기가 포화 영역(saturation area) 부근에서 동작하게 되면, 비직선(non-linear) 현상이 현저하게 나타나게 되어 출력의 크기(amplitude)와 위상(phase)이 왜곡되며, 2개 이상의 신호가 입력되었을 경우 입력 신호간 상호 변조 왜곡(Inter Modulation Distortion; IMD) 성분들이 발생하여 인접 채널에 큰 영향을 미치게 된다. 이러한 IMD 성분들은 잡음원으로 작용하여 통신 시스템의 전송 품질을 저하시키는 요인이 되며, CDMA 시스템의 용량을 감소시키게 된다.

도1은 종래 CDMA 시스템에서 사용되는 전력 제어 증폭 장치(VCA)의 블록 구성을 보인다.

도1에 도시된 바와 같이, 입력 디지털 신호(s[n])와 전송 이득 신호(Transmission Gain signal)(g[n])를 곱셈 연산하는 제1 곱셈기(1)와; 상기 제1 곱셈기(1)에서 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 제1 디지털/아날로그 변환부(Digital to Analog Converter; D/A)(2)와; 증폭 제어를 위한 전력 제어 정보(power control information)(c[n])와 전력 제어 스텝(power control step)(P)을 곱셈 연산하는 제2 곱셈기(3)와; 상기 제2 곱셈기(3)의 출력 신호를 누적하는 누적기(4)와; 상기 누적기(4)의 디지털 출력 신호와 적응 이득(adjust gain)(a[n])을 가산하는 가산기(5)와; 상기 가산기(5)에서 출력되는 디지털 신호를 아날로그 형태의 증폭 제어 신호로 변환하는 제2 D/A(6)와; 상기 제2 D/A(6)에서 출력되는 아날로그 증폭 제어 신호에 따라 동작하여, 상기 제1 D/A(2)의 출력 신호의 전력을 증폭하는 증폭기(Amplifier; AMP)(7)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 종래 CDMA 시스템의 선형 증폭기의 동작을 설명하면 다음과 같다.

c[n]은 디지털 형태의 전력 제어 정보로서, 1, 0 중 하나의 값을 가진다. 이중 하나는 전력을 특정한 값만큼 증가시키기 위한 값이고, 다른 하나는 특정한 값만큼 감소시키기 위한 값이다. 이때 특정한 전력값에 해당되는 값이 P(power control step)이다.

제2 곱셈기(3)는 상기 전력 제어 정보(c[n])와 전력 제어 스텝(power control step)(P)을 곱셈 연산하고, 누적기(4)는 상기 제2 곱셈기(3)의 출력 신호를 누적한다.

가산기(5)는 누적기(4)의 출력 신호와 적응 이득(adjust gain)(a[n])을 가산하여, 증폭 제어를 위한 신호로 출력한다. 여기서 a[n]은 비선형성인 증폭기(7)가 선형성을 갖도록 조정하기 위한 값이다.

제2 D/A(6)는 가산기(5)의 출력 신호를 아날로그 형태로 변환하여, 증폭기(7)의 증폭도를 제어하기 위한 아날로그 증폭 제어 신호(v(t))를 생성한다.

한편, 제1 곱셈기(1)는 입력 디지털 신호(s[n])와 전송 이득 신호(Transmission Gain signal)(g[n])를 입력받아 곱셈 연산하고, 제1 D/A(2)는 상기 제1 곱셈기(1)에서 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 증폭기(7)로 입력시킨다.

증폭기(7)는 상기 제2 D/A(6)에서 출력되는 아날로그 증폭 제어 신호(v(t))에 따라 제어되어, 상기 제1 D/A(2)의 출력 신호(s(t))의 전력을 증폭한다.

이러한 동작에서, 증폭기(7)는 정확한 선형성을 지원하지 못하므로, 적응이득(a[n])의 값을 생성하는 것이 중요하다. 즉, 도2에 도시된 바와 같이, 만약 현재 출력하고자 하는 전력이 p2라고 하자. 이때 증폭기(7)가 선형 특성을 가졌다면, 입력 전압으로 v1의 전압을 증폭기(7)에 인가해야 한다. 그러나 실제 증폭기(7)는 선형 특성을 가지지 못하기 때문에, p1의 전력을 출력하게 된다. 도2에서 P₁(v)은 전력 보상 곡선을 나타내고, P₂(v)은 증폭기(7)의 전력 특성 곡선을 나타내며, P₃(v)은 요구되는 전력 특성 곡선을 나타낸다.

따라서, 전력을 보상하여, p2의 전력이 출력될 수 있도록 해야 한다. 증폭기(7)의 출력 특성에서 나타난 것과 같이, 정확한 p2가 출력되기 위한 v2의 입력 전압이 필요하다. 따라서, v1-v2의 값을 보상하게 되며, 그에 따른 적응이득(a[n])의 값을 생성해야 한다.

그래서 유한개의 입력 전압에 대하여, 보상해야 할 값을 테이블(table)로 가지고 있다. 임의의 지점(입력 전압)에서 보상해야 할 값은, 상기 테이블에 저장된 해당 값을 선형 인터폴레이션(linear interpolation)하여 계산한다. 따라서, 종래 선형 증폭 장치는, 인터폴레이션하기 위한 직선의 기울기와 옵셋(offset) 값을 가지고 있어야 하며, 이 직선의 방정식에서 임의의 위치에서의 전력 보상값을 계산해야 하므로, 구현이 복잡하게 되는 단점이 있었다.

또한 종래 선형 증폭 장치는 선형 전력(요구 전력)과 비선형 전력의 오차만큼 증폭기의 증폭 제어 신호를 조정함으로써 전력을 보상한다. 그런데 아날로그 증폭 제어 신호의 잡음으로 인해 정확한 전력 제어가 어려운 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은, 전력 제어 증폭기(Voltage Controlled Power Amplifier; VCA)의 디지털 이득(digital gain)을 제어함으로써, 상기 VCA의 비선형성을 정확하게 보상하여, 출력 전력이 선형성을 갖도록 하고 CDMA 시스템의 용량을 증대시키도록 한 CDMA 시스템의 선형 증폭 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 CDMA 시스템의 선형 증폭 장치는, 전송 이득 신호와 적응 이득을 가산하여, 디지털 이득을 제어하는 가산기와; 상기 가산기의 출력 신호와 입력 디지털 신호(s[n])를 곱셈 연산하는 곱셈기와; 상기 곱셈기에서 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환부(D/A)와; 증폭 제어 신호(control voltage)에 따라 제어되어, 상기 D/A로부터 출력되는 신호의 전력을 증폭하는 증폭기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 CDMA 시스템의 선형 증폭 방법은, 선형 전력과 비선형 전력의 오차 전력값을 계산하는 과정과; 상기 계산된 오차 전력값을 이용하여 적응 이득을 생성하는 과정과; 상기 적응 이득을 이용하여, 전압 제어 증폭기(Voltage Controlled Power Amplifier)로 입력되는 전압을 조정하여, 전압 제어 증폭기의 비선형성을 제거하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

도1은 종래 CDMA 시스템의 선형 증폭 장치의 구성을 보이는 블록도,

도2는 도1에서 적용되는 전력 보상 곡선을 보이는 도면,

도3은 본 발명에 의한 CDMA 시스템의 선형 증폭 장치의 구성을 보이는 블럭도,

도4는 도3에서 적용되는 전력 보상 곡선을 보이는 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11: 가산기 12: 제1 곱셈기

13: 제1 디지털/아날로그 변환부 14: 제2 곱셈기

15: 누적기 16: 제2 디지털/아날로그 변환부

17: 증폭기

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 전력 증폭기의 비선형성을 제거하여 선형화하기 위해, 전력 증폭기의 제어 전압(control voltage)을 조정하지 않고, 전력 증폭기로 입력되는 전압의 레벨을 조정한다.

도3은 본 발명에 의한 CDMA 시스템의 선형 증폭 장치의 블록 구성을 보인다.

도3에 도시된 바와 같이, 증폭기가 선형성을 갖도록 조정하기 위한 값인 적응 이득(a[n])을 증폭기의 입력단에서 이용한다. 본 발명에 의한 선형 증폭 장치는, 전송 이득 신호(Transmission Gain signal)(g[n])와 적응 이득(adjust gain)(a[n])을 가산하는 가산기(11)와; 상기 가산기(11)의 출력 신호와 입력 디지털 신호(s[n])를 곱셈 연산하는 제1 곱셈기(12)와; 상기 제1 곱셈기(12)에서 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 제1 디지털/아날로그 변환부(Digital to Analog Converter; D/A)(13)와; 증폭 제어를 위한 전력 제어 정보(power control information)(c[n])와 전력 제어 스텝(power control step)(P)을 곱셈 연산하는 제2 곱셈기(14)와; 상기 제2 곱셈기(14)의 출력 신호를 누적하는 누적기(15)와; 상기 누적기(15)의 디지털 출력 신호를 아날로그 형태의 증폭 제어 신호로 변환하는 제2 D/A(16)와; 상기 제2 D/A(16)에서 출력되는 아날로그 증폭 제어 신호(v(t))에 따라 제어되어, 상기 제1 D/A(13)에서 출력되는 신호(s(t))의 전력을 증폭하여 출력하는 증폭기(Amplifier; AMP)(17)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 CDMA 시스템의 선형 증폭 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도4에 도시된 바와 같이, 요구되는 전력이 p2라고 할 때, P₂(v)의 선형화된 전력 특성 곡선에 따라 증폭기(17)가 동작한다고 하면, v1의 전압을 증폭기(17)로 인가해 주면 된다. 그러나 실제적인 증폭기(17)는 선형화된 전력 특성에 따라 동작하지 않고 P₁(v)과 같은 비선형적인 전력 특성에 따라 전력을 출력한다. 따라서 v1의 전압을 증폭기(17)에 인가했을 때, 실제적으로는 p1의 전력이 출력된다. 그래서 요구되는 전력과 실제 출력의 차는 p1-p2가 된다. 이때 이 출력 전력의 오차 즉, p1-p2만큼을 보상하게 된다.

본 발명에서는 증폭기(17)의 출력 전력을 직접 조정한다. 즉, 전력 오차 p1-p2의 평방근(square root) 값을 a[n]으로 취하고, 이 a[n]을 전송 이득 g[n]과 더한 후, 디지털 입력 신호 s[n]과 곱함으로써, 증폭기(17)의 입력 전압을 조정하여, 출력 전력을 조정한다.

a[n]은 하기의 [수학식 1]과 같은 방법으로 계산된다.

입력 전압 대 출력 전압의 특성 곡선에서, 유한 개의 입력 전압 위치(position)에서의 전력 오차를 [수학식 1]과 같은 방법으로 계산하여 룩업(look up)테이블로 저장한다. 저장된 테이블을 참조하여, 전력을 조정하게 된다.

증폭기의 증폭도를 제어하기 위한 아날로그 제어 전압보다, 증폭기의 입력단으로 입력되는 전압을 조정함으로써, 더욱 정확한 전력 조정이 이루어질 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 CDMA 시스템의 선형 증폭 장치 및 방법은, 전력 제어 증폭기(Voltage Controlled Power Amplifier; VCA)의 입력단으로 입력되는 전압을 조정함으로써, 상기 VCA의 비선형성을 정확하게 보상하여, 출력 전력이 선형성을 갖도록 하고 CDMA 시스템의 용량을 증대시키도록 한 효과가 있다.

Claims

선형 전력과 비선형 전력의 오차의 평방근(squareroot) 값인 적응 이득을 전송 이득 신호에 가산하여, 디지털 이득을 제어하기 위한 이득신호로 출력하는 가산기와;

상기 가산기의 출력 신호를 입력 디지털 신호(s[n])에 곱셈 연산하는 제1 곱셈기와;

상기 제1 곱셈기에서 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 제1 디지털/아날로그 변환부와;

증폭 제어를 위한 전력 제어 정보(c[n])와 전력 제어 스텝(P)을 곱셈 연산하는 제2 곱셈기와;

상기 제2 곱셈기의 출력 신호를 누적하는 누적기와;

상기 누적기의 디지털 출력 신호를 아날로그 형태의 증폭 제어 신호로 변환하는 제2 디지털/아날로그 변환부와;

상기 제2 디지털/아날로그 변환부에서 출력되는 아날로그 증폭 제어 신호에 따라 제어되어, 상기 제1 디지털/아날로그 변환부에서 출력되는 신호의 전력을 증폭하는 증폭기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 CDMA 시스템의 선형 증폭 장치.
삭제
선형 전력과 비선형 전력의 오차 전력값을 계산하는 과정과;

상기 계산된 오차 전력값을 이용하여 선형 전력과 비선형 전력의 오차의 평방근(squareroot) 값인 적응 이득을 생성하는 과정과;

상기 적응 이득을 전송 이득 신호에 가산한 후 그 가산된 신호를 입력 디지털신호에 곱하고, 그 곱한 신호를 디지털/아날로그 변환부에 입력하는 것에 의해, 전압 제어 증폭기(Voltage Controlled Power Amplifier)로 입력되는 전압을 조정하여, 전압 제어 증폭기의 비선형성을 제거하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 CDMA 시스템의 선형 증폭 방법.
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