KR101131910B1 - 이동통신시스템의 출력단 - Google Patents

Abstract

본 발명은 출력단의 비선형 소자인 구동 증폭기 또는 전력 증폭기의 출력을 선형화시키고, 다른 주파수 대역과의 분리도를 향상시켜 인접채널누설비의 특성을 높일 수 있는 이동통신시스템의 출력단을 제공하기 위한 것이다.
출력증폭기로 입력되는 신호를 왜곡시키는 아날로그 전치왜곡장치( Analog Adaptive Pre-Distortion ;APD) 또는 디지탈전치왜곡장치(Digital Adaptive Pre-Distortion ;DPD)와
전치왜곡장치에서 출력되는 신호를 증폭하는 병열로 연결된 제1구동증폭기와 제2구동증폭기와
상기 제1 및 제2 구동증폭기에서 출력되는 신호를 동기(IN-PHASE) 시켜서 가산하는 가산기와
상기 가산기의 출력을 증폭하는 전력증폭기와 상기 전력증폭기의 출력을 증폭하는 도허티 증폭기와 도허티 증폭기의 출력을 피드백하여 도호티 증폭기 입력단으로 입력하여 선형성을 개선하는 적응형 포워드 선형화 장치(Adaptive Feed Forward Linearization: AFL)로 구성된 이동통신시스템의 출력단을 제공하기 위한 것이다.

Description

이동통신시스템의 출력단 {Output Power Unit FOR A MOBILE TELECOMMUNICATION EQUIPMENTS}

본 발명은 이동통신시스템의 신호 처리 장치로서 주로 이동통신 장치의 출력단에 사용되는 것으로서, 이동통신장비에 사용되는 전력증폭기의 출력효율특성을 개선하여 데이터 전송량을 증가시키고 출력이 높아지더라도 효율손실 없이 신호를 중계하거나 출력할 수 있는 이동통신시스템의 출력 장치에 관한 것이다.

또한 이동통신시스템의 출력단을 이동통신시스템이 운용되는 실정에 따라 출력단의 출력용량을 선택적으로 가변하여 이동통신시스템에서의 소비전력을 감소시켜 이동통신시스템의 운용효율을 증가시키는 이동통신 출력 장치에 관한 것이다.

그리고 이동통신시스템의 출력단을 이동통신망이 운용되는 상황에 따라 출력신호의 Quality 즉 Adjacent Channel Leakage Power Ratio(ACLR)과 Error Vector Magnitude(EVM)를 선택적으로 선정하여 통신 Service를 최적화할 수 있는 이동통신 출력 장치에 관한 것이다.

이하에서는 설명의 편의를 위하여 이동통신 출력단을 기준으로 설명하나 이에 한정하는 것이 아니며 전기전자 신호를 증폭하여 출력하는 다양한 형태의 통신시스템에도 활용될 수 있다.

일반적으로, 통신시스템에 있어서 선로를 통하여 입력되는 아날로그 신호는 디지탈 신호로 변환되고 이는 다시 아날로그 신호로 변환되어 필터링 및 증폭을 과정을 거쳐 신호를 중계하거나 안테나를 통하여 송출되게 된다.

이하에서는 입력되는 아날로그 신호를 중심으로 설명하며 아날로그신호는 RF 아날로그 신호을 통칭하는 것이다. 하나 본 발명에서 아날로그신호를 중심으로 설명 한다하여 이동통신시스템에서 아날로그신호만을 활용한다는 것이 아님은 자명하다 할 것이다. 일반적으로 이동통신시스템의 통신방식에 따라 입력신호가 디지탈 신호이거나 아날로그 신호일수 있으며 이동통신시스템에서 필요에 따라 디지탈 신호 및 아날로그 신호는 상호 전환될 수 있음은 본 분야의 자명한 기술적 사실이라 할 수 있다.

도 1을 참조하면, 광통신의 송신 단말기에서는 전기 신호를 빛 신호로 변환한 후, 광섬유를 통해 전송하고 수신 단말기에서는 빛 신호를 다시 전기 신호로 변환하며, 전기 신호를 빛 신호로 변환하는 데는 레이저 다이오드나 발광 다이오드를 이용하며, 빛 신호를 디지탈적인 전기 신호로 바꿀 때에는 광전 다이오드 등의 광전 소자를 이용한다.

또한, 광 중계기(Fiber Optic Repeater)는 광통신 시스템에서 신호를 받아 증폭, 재송신하는 광전자 장치로서, 디지탈 신호 중계의 경우, 그 신호의 파형을 정형화하고 타이밍을 조정 및 재구성하여 송신하며, 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 기지국에서 RF 신호를 디지털 신호로 전환한 다음 이 디지털 신호를 전광(E/O) 변환기에서 광신호로 변환한 뒤, 광선로(광케이블)를 따라 원하는 원격지역으로 전송하며, 광전(O/E) 변환기에서 다시 RF 신호로 변환하고 대역통과필터 등을 통해 고조파 성분 제거 및 잡음 대역을 제한한 후, 전력 증폭기를 거쳐 안테나로 송신한다.

여기서, 광 중계기의 송신부(TX)는 광원(Light Source)이 입력단의 RF 출력 변화를 얼마나 충실히 쫓아가도록 만드는지(Dynamic range) 또는 수신부(RX)는 송신부에서 광케이블을 통해 입력된 광신호를 받는 과정에서 발생되는 노이즈 성분들을 얼마나 효과적으로 억제할 것인지에 따라 성능이 달라진다.

이러한 두 가지 특성은 광 링크의 성능(SNR 또는 CNR)과 직접적인 연관성을 가지고 있는데, 송신부에서 광원이 입력 RF 신호의 변화에 충실히 따라가지 못하는 경우, 직접적으로 신호 왜곡(Distortion)이 유발되어 신호대 잡음비(SNR) 특성이 저하되며, 수신부로 전송된 광신호가 다양한 손실로 인해 원 신호레벨이 저하되면, 수신부에서 다시 전기 신호로 변환할 때 발생하는 노이즈 성분에 의해 원 신호가 크게 영향을 받기 때문에, 이 역시 심각한 신호대 잡음비 특성이 낮아지는 결과를 가져오게 된다.

이동 무선 통신 장비에 있어서 증폭 선형성은 최종 출력단의 전력 증폭기에 의해 대부분의 규격이 결정되고, 이에 따라 통신장비의 전력 증폭기는 선형성이 우수한 특성을 갖는 방식으로 설계되어야 하며, 특히 선형적인 전력 증폭기가 아닌 경우, 효율이 10% 정도밖에 사용하지 못하는 문제가 발생하여 전체 시스템의 성능을 급격히 감소시키게 된다.

또한, 전력 증폭기를 포함한 모든 능동 소자는 정도의 차이는 있지만, 근본적으로 진폭 비선형성 특성을 가지므로, 선형성이 요구되는 시스템에서는 전력 증폭기의 선형 구간에서만 동작하도록 전력 증폭기의 최대 출력보다 훨씬 낮은 출력에서 시스템을 설계하거나 최대한 선형 특성이 좋은 전력 증폭기를 선정하여 사용하고 있다.

한편, 이동통신(Mobile Communication)은 전자기파를 매개로 하는 전기통신으로, 송신부(TX: Transmitter)에서는 데이터를 포함한 전송 신호를 고주파 신호로 변환하고, 적절한 전력으로 증폭하여 다른 주파수의 간섭없이 전송하면, 수신부(RX: Receiver)에서는 대기중의 각종 잡음과 간섭신호 중에서 원하는 주파수 대역만을 필터링하여 수신한 후, 잡음을 최소화하면서 미약한 신호를 증폭하여 이용가능한 크기로 생성하고, 변환된 고주파 신호의 주파수를 낮추어 실제 신호를 복구해낸다.

여기서, 고정이동통신장치인 기지국(Base Station)과 중계기(Repeater)의 출력 전력(Output Power) 효율은 대략 10% 정도로 매우 낮으며, 이는 20W의 RF 신호 출력을 얻기 위해서 200W의 전력이 요구됨을 뜻하고, 나머지 200W-20W=180W는 열로 변환되어 열 방출장치에 의해 대기중으로 방출된다는 것을 의미한다.

이때, 이동통신장치 중 출력단의 출력 효율이 낮은 이유는 통신 신호의 특성상 다른 채널이나 주파수에 영향을 주지 않기 위한 특성인 인접채널누설비(ACLR: Adjacent Channel Leakage Power Ratio)를 만족해야 하기 때문이다.

도 3은 종래 기술에 따른 이동통신시스템의 출력단을 도시한 개략도이고, 도 4는 도 3의 단일 채널 출력을 출력 스펙트럼 밀도로 표시한 그래프이다.

도 3을 참조하면, 종래 기술에 따른 이동통신시스템 중 기지국 및 중계기의 출력단은 구동 증폭기(DA: Driving Amplifier)와 전력 증폭기(PA: Power Amplifier)를 포함하며, 도 4를 참조하면, 전력 증폭기의 효율은 전력 증폭기의 포화점(Saturation Point)에 근접할수록 높아지지만, 비선형 특성 영역으로 진입하게 되므로 스펙트럼 성장(Spectral Growth)으로 인해 인접채널누설비가 수용할 수 없는 상태로 훼손(Distortion)된다.

이에 따라, 이러한 회손을 최소화시키기 위해 전력 증폭기의 선형성이 확보된 영역에서 동작시키기 위해 효율을 낮추는 것이며, 이는 모든 이동통신시스템에 모두 해당된다.

따라서, 추가적인 선형성을 향상하는 방법이 요구되는데, 종래에는 이러한 선형회로로 전력 증폭기의 비선형성 특성에도 출력 신호는 향상된 선형성을 나타내도록 입력 신호를 실시간으로 미리 왜곡하는 전치왜곡(Pre-Distortion) 방식과, 두 개의 루프를 이용하여 비선형 특성에 의한 불요파를 원천적으로 제거해주는 피드포워드(Feed Forward) 방식이 사용되고 있다.

그리고 전력 증폭단을 특성이 다른 두 개의 증폭기를 병렬로 연결하여 서로의 비선형성을 상쇄하도록 설계한 Doherty Amplifier가 널리 사용되고 있다.

그러나, 종래 기술에 따른 디지털전치왜곡(DPD)방식과 Doherty Amp를 같이 응용한 출력단의 효율은 WCDMA인 경우에 대략 15% 정도로 알려져 있고, 이만큼의 효율 향상도 바람직하지만 출력단의 효율이 높을수록 여러 가지의 장점을 응용한 기술이 도출될 수 있으므로, 선형성 및 인접채널누설비의 특성을 높여 출력단의 효율을 증가시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다.

또한 이동통신시스템의 출력단을 실제적 으로 설계 운용함에 있어서 예를 들면 50dBm(100 W)로 설계된 출력단이나 실제 사용은 43dBm(20 W)로 운용 되는 경우가 발생하게 된다 .

이러한 경우에는 50dBm(100 W)에 적합하게 설계된 출력단을 43dBm(20 W)로 운용하게 되는 것임으로 RF 신호 크기를 총 입력 DC 력으로 나눈 것인 출력효율이 급격히 감소하게 된다.

또한 특정지역에서 특정 시간대에 다수의 접속자가 매우 큰 용량의 Data가 요구되는 경우에 신호의 고속처리(high Bit Rate)가 요구되면 이때에는 이동통신시스템에서의 출력 효율은 조금 낮아지더라도 신호의 고속처리를 위하여 일반적으로 요구되는 ACLR과 EVM 특성보다 높게 되도록 하여 서비스를 제공하고자 하는 경우 출력단이 특정된 ACLR과 EVM에 따른 가장 높은 출력 효율로 최적화되어 있어서 고속처리서비스가 불가하게 된다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출한 것으로 여러 형태, 즉 크기와 다양한 주파수의 ANT(안테나 이하 ANT 라한다)로 들어온 RF 신호(아날로그 신호 로서 이하에서는 "아날로그 신호"라 한다)와 광케이블 링크로 들어온 디지털 신호를 위에 설명한 방법대로 RF 신호로 변환한 다음 이를 증폭하기 전에 증폭기의 비선형성 특성을 교정하도록 입력 신호를 왜곡시키는 전치왜곡장치(20)에 입력한다.

여기서 전치왜곡장치(20)는 아날로그 전치왜곡장치(APD) 또는 디지탈 왜곡장치(DPD)중 입력 신호의 특성에 따라 어느 것이나 될 수 있다.

또한 전치왜곡장치(20)는 증폭된 신호를 출력하는 최종 출력단으로 부터 증폭된 피드백 받는다.

즉 전치왜곡장치(20)는 입력단을 통하여 들어온 신호와 동 신호를 증폭하여 안테나(ANT)로 출력되는 신호의 일부를 피드백 받아서 증폭기에서 신호 증폭시 가장 적절한 선형성을 구현 할 수 있도록 전치 왜곡을 하게 된다.

상기한 전치왜곡장치(20)의 출력을 병렬로 연결된 제1 구동 증폭기(10) 및 제2구동증폭기(11)로 입력시키게 된다. 이때 각 구동 증폭기에 입력되는 신호는 동일한 특성을 갖는 신호이다.

상기한 각 구동증폭기에서 증폭 된 신호를 가산기(80)에서 가산하게 된다.

이때 각 구동기의 출력된 신호는 동기(IN-PHASE)시켜서 가산기(80)에서 동기 결합(Coherent Wave Mixing)하여 동기 결합 된 위상이 같은 신호(In-Phase Coherent Signal)가 된다.

여기서 두 개의 구동증폭기는 동일한 규격, 동일한 정격의 동일 모델 제품이라 하여도, 제품 간 편차로 인하여 각 구동 증폭기에서 증폭된 신호는 위상이 동일 하지 아니할 수 있다.

이를 각 구동증폭기에서 증폭된 두 신호의 위상을 동기 시키기 위하여 두 개의 구동증폭기 중 어느 하나의 구동증폭기 출력단에는 시간지연회로를 결합하여 각각의 구동 증폭기에서 증폭된 신호를 동기 되도록 조정한 후 가산기로 입력하게 함으로서 각 구동증폭기에서 증폭된 신호가 가산기에서 동기 결합할 수 있는 동기신호가 된다.

또는 전치왜곡장치(20)에서 두 개의 같은 특성을 공급받을 시 두 신호가 동기(In-Phase)가 되도록 조정할 수도 있다.

상기 가산기에서 출력되는 신호는 전력증폭기(50)에서 증폭한다.

상기에서 전력증폭기(50)는 본 분야에서 공지된 대전력 송신기용 증폭기이며 필요에 따라 기본 신호를 증폭하는 주 증폭기와 피크 신호를 증폭하는 보조 증폭기를 위상을 조절하여 출력에서 합성되도록 구성된 대전력 송신기용 고능률 변조 증폭기인 도허티증폭기(Doherty amplifier)를 사용할 수 있다.

상기 전력증폭기에서 증폭된 신호는 안테나를 통하여 출력될 수 있고, 또한 이동통신시스템의 출력단 설계에 따라 인접채널누설비(Adjacent Channel Leakage Power Ratio; ACLR )와 이브엠(EVM, Error Vector Magnitude 이하 EVM 이라 한다)특성을 더욱 우수하게 하고 안테나로 출력되는 출력의 크기를 증가시키기 위하여,

도허티증폭기(50-1)와 적응형 포워드 선형화장치(AFL: Adaptive Feed Forward Linearization)와 필터뱅크와 전치 왜곡장치와 구동증폭기와 전력증폭기 등의 조합으로 이루어진 제2차전력증폭부(2000, 3000, 4000)에서 상기 전력증폭기 (50)의 출력을 증폭하여 안테나를 통하여 출력하는 이동통신 출력단을 제공하는 것을 기본 실시예로 하는 이동통신 출력단을 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 구성을 함으로서 본 발명의 또 다른 목적인 전력 효율을 증가시켜 입력된 전원의 대부분이 열로 변환되지 않도록 하여 방열 장치 및 방열판을 제거 및 최소화시켜 기지국 및 중계기를 포함한 장치의 크기 및 무게를 줄여 시스템의 초소형화를 이룰 수 있는 이동통신시스템의 출력단을 제공하는 데 있다.

아울러 이동통신 출력단의 설치된 지역에서의 통신부하 상태에 따라 출력단의 출력을 선택적으로 출력 할 수 있는 두 가지 정격의 이동통신 증폭기를 구현함으로서 장비의 운전효율을 향상시킬 수 있는 이동통신시스템의 출력단을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

상기 입력되는 아날로그 신호와 후술하는 토허티 증폭기 (50-1)출력단에서 출력되는 출력신호를 피드백 받아서,

각각의 구동증폭기에서 신호 증폭시 가장 적절한 선형성을 구현 할 수 있도록 신호를 왜곡하는 전치 왜곡장치(20)와

상기 전치 왜곡장치에서 출력되는 두 개의 전치 왜곡된 신호 중 하나를 증폭하는 제1구동 증폭기(DA1, 10)와

상기 전치왜곡장치에서 출력되는 두 개의 전치왜곡된 신호 중 다른 하나를 증폭하는 제1구동 증폭기( DA1,10)와 병렬로 연결된 제2구동층폭기(DA2,11)와

상기 제1구동증폭기(10) 출력과 상기 제2구동증폭기(11)의 출력을 입력받아 가산하는 가산기(adder. 80)와

상기 가산기의 출력을 증폭하는 전력증폭기(50)와

상기 전력증폭기(50)의 출력신호를 증폭하고 ACLR과 EVM을 개선하는 도허티증폭기(50-1)와 적응형 포워드 선형화 장치(AFL: Adaptive Feed Forward Linearization)와 필터뱅크와 전치 왜곡장치와 구동증폭기와 전력증폭기 등의 조합으로 이루어진 2차전력증폭부(2000,3000,4000)로 구성된 이동통신 출력단에 관한 것이며,

상기한 구성을 기본 실시예로 하고 2차 전력 증폭부의 각 구성 조합의 변화에 따른 제1, 제2,제3,제4,제5,제6 실시예로 이루어진 이동통신시스템의 출력단이다.

상기한 구성요소들의 각각의 조합에 따라 제1 ~제6 실시예로 구분되는 본 발명에 대하여 각각의 실시예 마다의 구성 회로도를 통하여 구체적으로 설명하고자 한다. 가능한 범위에서 동일 기능을 하는 소자는 동일 도면번호를 부여하여 설명한다.

먼저 각 실시에서 공통적으로 적용되는 구성의 동작에 대하여 설명한다.

본 발명의 각 실시에서 공통적으로 포함되어 있는 병렬로 연결된 제1 및 제2구동 증폭기(10,11)는 두 구동 증폭기(10,11)에서 출력된 같은 주파수, 동일 위상의 두 신호를 가산기(80)에서 동기(IN-PHASE)결합 함으로서 ACLR과 EVM이 매우 우수한 특성의 신호를 다음 단의 상기 전력 증폭기(50)에 요구되는 충분한 크기의 입력 신호를 공급하기 위함이다.

상기와 같은 제1,및 제2구동 증폭기(10,11)2개를 병렬로 사용하는 것은 ACLR(Adjacent Channel Power Leakage Ratio)이 매우 우수한 두출력을 Balanced Power Combiner(가산기 또는 결합기로 표시됨. 80)를 통하여 전력증폭기(50)에 ACLR가 큰 신호를 입력하기 위함이다.

이는 두 개의 신호가 동기 결합(In-Phase Coherent Wave Mixing) 됨에 따라 발생하는 것이다.

Coherent Wave 개념은 1968년 미국의 McGraw-Hill 출판사에 발행한 ""WAVES", berkerley physics course-vol. 3."(저자:Frank S. Crawford, Jr.)를 보면 "두 개의 같은 신호가 In-Phase 상태로 합쳐질 때 두 Wave(파형)의 Amplitude(진폭)가　"Superposition(중첩) 현상"이 일어나는 점과 이 Superposition된 Amplitude를 가진 결합된 wave는 "출력전압이 입력전압의 제곱에 비례하는 Square-Law( 또는 2승 검파: squared detection ) 를 따른다"라고 공지되어 있다.

즉 각각의 구동 증폭기에 출력되는 신호가 I(l)= Asin(wt), I(2)= Asin(wt)인 경우 두 신호가 동기되지 아니하고 렌덤하게(randomly)결합되는 경우 총출력은 P(T)= P(1) +P(2)=2((Asin(wt))^2 *R 두 개의 같은 크기와 특성의 신호가 동기 결합(Coherent Wave Mixing)되는 경우의 총 출력 power는 P(T)= (I(1) +I(2))^2 *R=((Asin(wt)+Asin(wt))^2 *R=4((Asin(wt))^2 *R 이 된다.

여기서 P(T)는 총출력이고 R은 이상적인 증폭기의 등가회로 저항이며 ^2 는 제곱을 의미한다.

P(1)은 제1구동증폭기의 출력으로 ((Asin(wt))^2 *R 이며 P(2)는제2구동증폭기 출력으로 ((Asin(wt))^2 *R 이다.

이를 구체적으로 살펴보면 입력 신호는 신호의 레벨( 자기채널의 신호 전력)을 5dB하고 노이즈 레벨(인접체널의 신호전력, 제거되어야 할 잡음)을 1dB 라하고 이를 10dB 증폭 한다면 하나의 증폭기로 증폭하는 경우 입력신호의 ACLR은 5dB-1dB=4dB 이고 증폭후의 ACLR은 역시15dB(신호의 레벨)-11dB(잡음의 레벨)=4dB 가 되고, 두 개의 구동 증폭기의 출력을 랜덤(Random mixing)하게 두신 호를 결합한 경우 입력신호의 ACLR은 5dB-1dB=4dB 이고 증폭후의 신호의 레벨은5dB+3dB=8dB가 되고 노이즈 레벨은 1dB+3dB=4dB가 되어 8dB-4dB=4dB인 ACLR은 하나의 증폭기를 사용하는 경우와 같다.

두 개의 구동 증폭기의 출력을 동기시켜 두 신호를 결합(IN-PHASE, Coherent Wave Mixing)한 경우,

즉 제어 가능 한 자기채널의 신호만 위상(Phase)를 조정하여 In-phase mixing(Coherent Wave Mixing)을 할 수 있고 Noise는 언제나 Random mixing만 할 수 있으므로

자기채널의 신호는 4배로 커지므로 6dB를 더해주고 인접채널의 신호인 노이즈는 noise는 두 배로 커지므로 3dB를 더해주게 되어, 최종 출력 신호의 ACLR은, (5dB+6dB)-(1dB+3dB)=11dB-4dB=7dB가 되어 최종 출력 신호의 ACLR이 위의 두 경우와 비교하여 ACLR 3dB 향상되는 결과를 얻는다.

상기에서 전치왜곡장치에서 출력된 동일한 2개의 신호가 각각의 제1 및 제2 구동증폭기(10.11)에서 증폭된 경우 각각의 구동증폭기가 동일한 회사, 동일한 규격, 동일한 모델의 증폭기라 하여도 제품간의 성능편차와 회로 접속 시에 발생하는 선로 임피던스 차이로 인하여 각각의 구동폭기에서 출력되는 신호는 위상차가 발생할 수 있다.

이러한 경우 두 독립적인 신호를 동기(IN-PHASE)결합을 하기위해서는 Delay Line 이나 Delay Filter 같은 지연회로가 2개의 구동증푹기 중 어느 하나에 설치되어야 한다.

상기와 같이 동기를 위하여 사용되는 지연선로(DL1,DL2 로 표시됨)는 커플러나 가산기에서 입력되는 두 신호의 동기를 시키기 위한 것으로 시간지연기의 역할을 하는 것이다.

또한 본 발명에서 설명의 편의를 위하여 시간지연기 또는 지연선로(DL)로 표시하였으나 즉 선로의 임피던스 성분인 리액턴스를 증가시킨 선로 자체 일수도 있다. 즉 고주파 선로에서 신호 지연을 위하여 코일형상의 루프를 만들어 활용하는 시간지연 라인(Delay Line)을 활용할 수 있는 것이다.

또한 전치왜곡장치에서 두 신호를 뽑아낼 때 여기서 두 신호의 위상(Phase)를 조정할 수도 있다.

본 발명에서 활용되는 도허티 증폭기(50-1)는 입력되는 신호의 최대 진폭이 절반 이하인 입력에서는 제1구간 증폭기만 동작하고 입력레벨이 증가하면 제2구간 증폭기가 동작을 개시하는 도허티 증폭기(50-1)로 구성됨으로 최대 입력에 있어서 양 구간의 부하를 분담하여 안테나로 출력하게 되어 출력단의 선형성과 효율성이 증가 된다.

또한 비대칭 도허티 증폭기(Asymmetry Doherty Amplifier)의 특성은 일반적으로 사용되는 도허티 증폭기보다 출력 효율이 우수하다.

상기한 도허티 증폭기(50-1)의 세부구성 및 동작 등은 본 분야에서 관용적으로 활용되는 증폭기임으로 그 구체적인 설명을 생략한다.

또한 본 발명에 활용되는 되는 전치 왜곡장치(20)는 전치 왜곡을 아날로그 적으로 처리하는 아날로그 전치 왜곡장치(APD )와 디지탈 적으로 처리하는 디지탈 전치 왜곡장치(DPD) 가 선택적으로 활용될 수 있다.

도 5은 본 발명에 따른 전치 왜곡장치(20)의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 전치 왜곡장치(20)중에 하나인 APD는 입력신호와 출력에서 피드백되는 신호를 입력 받아 왜곡시켜 상기 제1,및 제2 구동증폭기(10.11)로 출력시키는 것으로 본 분야에서 상용화 된 전치왜곡장치를 사용한다.

도 5를 보면, 증폭기의 출력이 왜곡된 경우, APD에서 상기 왜곡된 주파수 신호가 선형화될 수 있도록, 상기 왜곡된 출력 신호를 상쇄하는 입력 왜곡 신호를 생성시켜 결합시킨다.

여기서, 혼변조(Inter-Modulation)란 시스템 내에 존재하는 능동회로에 포함된 비선형 소자(예: 트랜지스터로 이루어진 증폭기)로 인해 발생하는 것으로서, 입력에는 없으나 출력에는 나타나는 신호 성분이며, 비선형 소자의 비선형성으로 인해 고조파 특성을 가진 비선형 출력들이 출력되게 되는 것이다.

도6은 APD 의 세부 구성도로서 APD는 선로 또는 타소자의 입출력 단과 커플링 결합에 의하여 신호를 입력받아 혼변조를 통하여 신호의 선형성을 보정하기 위한 것으로 본 발명에서는 미국의 SCINTERA사의 RFAAL2 소자 및 동 소자를 구동 매칭 시키기 위한 전원 회로와 매칭회로, 감세기, 발진기 등을 활용하는 것이고 이들 회로의 동작특성 및 구동특성 등은 SCINTERA 사에서 발표한 " Hardware Design Guide v3.08 Design Guide v3.08; September 2009 Adaptive RF Power Amplifier Linearizer" 상세히 기술되어 있어서 설시를 생략하며 이는 본 발명의 특징이 APD 자체에 있는 것이 아니라 이를 이용하고 더나가 APD와 결합한 구동 증폭기등과 결합 되어 본발명이 해결하고자 하는 목적을 달성하기 위한 하나의 구성요소이기 때문이다.

상기한 전치왜곡장치중의 하나인 디지탈 전치왜곡장치( Digital Pre-Distorter,DPD)는 도7에 그 구성을 도시하며 도 7에 나타난 바를 보면 입력되는 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 전치왜곡 시키기 위하여 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 ADC(analog digital converter), CFR(Crest Factor Reduction, 22), DPD엔진(Digital Pre-Distortion, 23), 커플러(Coupler, 미도시), 제1 믹서(25), 제2 A/D 변환기(26), D/A 변환기(27), 국부 발진기(LO: Local Oscillator, 28), 제2 믹서(29)를 포함한다.

여기서, 디지탈 주파수 신호는 CFR(22)로 입력되어 피크대평균전력비(Peak to Average Ratio)를 감소시키며, DPD 엔진(Digital Pre-Distorter, 23)로 입력된다.

여기서, DPD엔진(23) 및 CFR(22)은 미국 회사인 TI(Texas Instrument)사, 옵티크론(Optichron)사, 캐나다 회사인 PMC가 있으며, 상기 회사의 소자를 이용하며, 기본 전치왜곡장치에 대한 설명은 "RF and Microwave Circuit Design for Wireless Communications", by L.E.Larson, Chapter 4, Artech House(1996)에 자세히 기술되어 있으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 활용되는 스커트, 아이솔레이션, 리플, 삽입 손실을 유지 및 향상시키기 위한 간섭억제 필터 유닛(INTERFERENCE SUPPRESS SYSTEM FILTER MODULE " ISS-FM)은 유전체, 금속공동 케비티, 등등 다양한 형태와 재질의 공진기의 조합으로 특정 대역의 신호를 통과 저지시키는 필터를 통칭하는 것이다.

특히 본 발명자가 개발하여 한국등록특허 10-0906776호, 10-0924793호,10-0964748호에 나타난 등록된 ISS(Interference Surpress System) 필터 모듈을 사용 할 수 있는 것이며 상기한 특허에 공지된 것임으로 본 발명에서는 ISS-FM에 대한 구체적 구조 등에 대하여 는 그 설명을 생략한다.

하나 본 발명의 이해를 돕기 위하여 본 발명자가 개발하여 출원중이며 본 발명의 ISS-FM(30)으로 사용될 수 있는 다양한 ISS-FM 중에 하나인 되는 ISS-FU-PBAR-SDR(30)의 구조는 도8에 그 세부구성도가 나타나 있으며 이의 세부 구성을 보면 PBAR 구조의 공진기 와 스위치 군으로 이루어진 제1 PBAR 공진기군(31)과 이와 동일한 형상의 제2 PBAR 공진기군(32)과 상기 제1 및 제2PBAR 공진기군 사이에 배치된 아날로그 증폭기(34)로 구성되며상기 제1및 2 PBAR 공진기군은 일정 대역의 주파수 신호를 통과 및 저지시키는 PBAR 구조의 공진기가 병열로 배치된 공진기 뱅크(36)와 상기 공진기 뱅크의 각 공진기(36)의 하나하나 와 전단 또는 후단 또는 전후단에 배치되어 외부 제어 신호(SDR/CPU 에 의하여 제어)에 의하여 온, 오프 되는 스위치(33)로 구성되며,

제1 PBAR 공진기군 후단에 연결되는 아날로그 증폭기는 공진기와 연결된 스위치 후단의 일괄과 연결된 하나 또는 하나 이상(이는 본 발명의 실시자가 용량과 설계기준에 다 증감할 수 있으며 설명의 편의를 위하여 1개를 기준하여 기술함)아날로그 증폭기이며,

상기 아날로그 증폭기 출력단은 제2 PBAR 공진기군의 스위치 입력단에 연결 된다. 아울러 제2 PBAR 공진기군은 아날로그 신호를 출력하게 된다.

여기서 제1 및 제2 PBAR 공진기군의 개별 공진기 전단, 후단, 또는 전후단에 배치되는 스위치는 본 발명을 실시자가 설계하는 용량과 특성에 따라 전단에만 배치 또는 후단에만 배치 또는 전후 단 배치 등이 선택될 수 있으며 그 선택에 따라 아날로그 증폭기와의 연결은 스위치 후단과 연결되거나 공진기의 전후단에 연결될 수 있다.

여기서, 상기 공진기(33)는 PBAR (polymer base bulk acoustic resonator)또는 EAP(ELECTRO- ACTIVE Polymers)공진기인 것이 바람직하나. 하나 실시자의 설계에 따라 유전체, 금속제 세라믹 등 본 분야에서 관용적으로 활용되는 공진기도 사용될 수 있음은 자명하다 할 수 있다.

즉, ISS-FU-PBAR-SDR(30)에 사용되는 공진기(36)는 PBAR 또는 EAP타입의 공진기 만을 한정하는 것이 아니라 PBAR 또는 EAP타입 또는 금속제, 세라믹, 기타 유전체 등 본 분야에서 관용화 된 공진기를 사용할 수 있음을 말하는 것이다.

본 발명에서 입력되는 아날로그 신호를 분배하여 입력받거나 가산하여 결합하기 위하여 활용되는 하나의 선로에서 두 개의 선로로 분기 되거나, 두 개의 선로에서 하나의 선로로 결합되어 신호를 분배, 분기 또는 결합, 합산되는 것은 커플링결합에 의하며 커플링 결합은 마이크로 스트립 커플링 등과 같은 본 분야에서 관용적으로 활용되는 다양한 방법의 커플링구조를 사용할 수 있는 것으로 본 발명의 실시자가 설계특성에 적합하게 선택적으로 할 수 있는 것이어서 구체적으로 설명하지 아니한다.

또한, 본 발명에서 도허티 증폭기와 결합되어 도허티 증폭기앰프에서의 선형성을 개선 시켜 주는 적응형 포워드 선형화 장치(Adaptive Feed Forward Linearization: AFL)와 관련된 기술은 한국특허 등록 10-0518456호 등에 공지되어 있고 본 분야에서 관용적으로 활용되는 기술임으로 그 구체적인 설명을 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 이동통신시스템의 출력단은 구동증폭기기 2개를 병렬로 연결하고 이들 구동증폭기의 출력을 동기시켜 결합 한 증폭함으로서 우수한 ACLR특성을 실현할 수 있다. 즉 이동통신시스템에서 출력신호의 품질을 결정하는 중요 인자 중의 하나가 ACLR이며 이 특성이 우수하다는 것은 출력신호의 처리를 고속으로 처리할 수 있는 것을 의미한다.

특히 본 발명이 통신환경에 적합하게 대응하고자 하는 것이다.

가령 이동통신시시스템의 통신수요자의 접속 상태에 따라 ACLR과 EVM 특성이 다른 두 종류의 전력증폭부를 선택적으로 접속 할 수 있도록 제1전력증폭부 후단에 병렬로 연결된 ACLR과 EVM 특성이 다른 두 종류의 전력증폭부 구비한 2중 정격의 이동통신시스템의 출력단을 제공함으로서

접속자가 특정한 시간대에 용량이 매우 큰 Data를 사용하고자하는 경우에 통신의 용량을 키우기 위해 신호의 고속처리(high BitRate)가 요구되면 이때에는 이동통신시스템에서의 출력 효율은 떨어지더라도 신호의 고속처리를 위하여 일반적으로 요구되는 ACLR와 EVM 특성 보다 높게 되도록 미리 설계된 전력증폭부를 구동하고, 고속처리가 요구되지 아니할 경우는 ACLR과 EVM이 일반적으로 요구되는 특성이고, 출력 효율이 최적화되도록 미리 설계된 전력 증폭부를 선택하여 구동함으로서 운전 효율을 향상시키게 된다.

도 1은 일반적인 광통신 시스템을 도시한 개략도를 도시한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 광중계기를 도시한 블록도를 도시한 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 이동통신시스템의 출력단을 도시한 개략도이다.
도 4는 도 3의 단일 채널 출력을 출력 스펙트럼 밀도로 표시한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 전치왜곡장치(20)의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 아날로그 전치왜곡장치(20-1)의 세부 구성블럭도를 도시한 도면이다.
도 7은 본발명의 디지탈 전치왜곡장치(20-2)의 세부 구성도를 도시한 도면이다.
도8은 본 발명의 이동통신 출력단에 활용되는 ISS-FU-PBAR-SDR(30) 구조도를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1실시예로서 병렬로 연결된 2개의 구동증폭기에 의하여 증폭되는 이동통신시스템의 출력단을 도시한 도면이다.
도 10 본 발명의 상기 제1실시예의 한 변형예인 제2실시예로서 병렬로 연결된 2개의 구동증폭기에 의하여 증폭되는 이동통신시스템의 출력단을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예로서 제1 증폭부의 출력을 바로 안테나를 통하여 출력하거나 필요에 따라 제2전력 증폭부1를 통하여 안테나로 출력하는 것을 선택 할 수 있는 2중 출력의 이동 통신 시스템의 출력단을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예의 한 변형인 제 4실시예로서 제1증폭부의 출력을 바로 안테나를 통하여 출력하거나 필요에 따라 제2전력 증폭부를 통하여 안테나로 출력하는 것을 선택 할 수 있는 2중 출력의 이동 통신 시스템의 출력단을 도시한 도면이다.
도 13는 본 발명의 제5 실시예로서 제1증폭부의 출력을 동일구조이나 정격이 상이한 두 개의 제2전력 증폭부를 통하여 선택적으로 출력할수 있는 2중 출력의 이동 통신 시스템의 출력단을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시예의 한 변형인 제 6실시예로서로서 제1증폭부의 출력을 동일구조이나 정격이 상이한 두 개의 제2전력 증폭부를 통하여 선택적으로 출력할 수 있는 2중 출력의 이동 통신 시스템의 출력단을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예로서 전치 왜곡장치에서 동일한 두 개의 신호를 출력시켜서 병렬로 연결된 2개의 구동증폭기에 의하여 증폭되는 이동통신시스템의 출력단이다.

도시한 바와 같이 전치왜곡장치(20)은 이동통신시스템의 입력단으로부터 입력되는 신호와 토허티 증폭기(50-1) 출력단에서 출력되는 출력신호를 피드백 받아서 각각의 구동증폭기에서 신호 증폭시 ACLR 등 출력특성을 개선하도록 두 개의 왜곡된 신호를 생성하는 전치 왜곡장치(20)와,

상기 전치왜곡장치(20))에서 출력되는 왜곡된 두 개의 신호 중 하나를 증폭하는 제1구동증폭기(10)와,

상기 전치왜곡장치(20))에서 출력되는 왜곡된 두 개의 신호 중 다른 하나의 신호를 증폭하는 제2구동증폭기(11)와,

상기 제1구동증폭기(10)에 증폭된 신호와 제2구동증폭기(11)에서 증폭된 신호를 입력받아 동기 결합(IN-PHASE)하는 가산기(adder. 80)와

상기 가산기의 출력을 증폭하는 전력증폭기(50);와

상기 전력증폭기(50)의 출력신호를 증폭하는 도허티 증폭기(50-1)와

도허티 증폭기(50-1)의 출력을 피드백 받아서 도허티 증폭기에서 증폭시 선형성을 개선하기 위한 적응형 포워드 선형화 장치(AFL)(60)로 구성되는 이동통신 출력단이다.

상기한 상기 전치왜곡장치(20))는 이동통신시스템의 설계 특성에 따라 APD 이거나 DPD 일수 있다.

또한 제1구동증폭기(10)에 증폭된 신호와 제2구동증폭기(11)에서 증폭된 신호를 가산기(adder. 80)에서 동기 결합(IN-PHASE)하기 위하여 제1구동증폭기(10)에 증폭된 신호와 제2구동증폭기(11)중 어느 하나의 출력단에 지연선로(DL1)를 구비하여 각 구동증폭기에서 출력되는 신호가 동일 위상이 되도록 한다.

또는 전치왜곡장치(20)에서 출력되는 두 개의 신호를 전치왜곡장치(20)에서 두 신호의 위상(Phase)을 조정할 수 도 있다.

상기의 구성에 의한 제1실시예 을 좀더 구체적으로 신호 입력을 가정한 예시를 통하여 설명하고자 한다.

이는 본 발명의 명확한 이해를 돕기 위하여 설명하는 것이며 본 예시를 통하여 입출력되는 신호의 크기 등이 본 발명을 한정하는 것이 아니다.

이는 단지 본 발명의 이해를 돕고자 예시한 신호의 흐름에 불과하며 본 발명을 실시 하고자 하는 실시자가 설계용량 등에 따라 선택되는 것임을 밝혀둔다.

먼저 본 발명의 출력 안테나의 출력을 50 dBm(100W)이고 입력 즉 본 발명의 입력단을 통하여 입력되는 신호가 -10 dBm ~-15dBm 일 경우에 본 제1실시예와 같이 구성한 이동통신 출력단에서의 신호의 증폭과정을 설명하고자 한다.

먼저 -10 dBm ~-15dBm의 아날로그 신호(Input Signal)와 도허티 증폭기(50-1)의 출력신호의 일부가 피드백 되는 피드백신호가 전치왜곡장치 (20)으로 입력되며,

상기 전치 왜곡장치(20)는 제1 및 제2 구동증폭기 에서 증폭시 ACLR등의 특성개선을 위하여 입력신호를 왜곡하여 출력하게 된다.

상기 전치 증폭기에서 출력되는 왜곡된 신호는 제1 구동 증폭기 및 제2구동 증폭기로 입력되며,

상기 제1구동증폭기(10)와 제2구동증폭기(12)에 입력되는 신호는 동일한 위상의 전치증폭기(20)의 출력 신호이다.

상기 각각의 구동 증폭기에서 입력신호는 각각의 구동 증폭기에서 각각의 구동증폭기의 증폭특성에 따라 신호가 증폭되게 된다. 여기서는 제1및 제2구동증폭기(10,11)는 증폭이득이 10dB ~15dB정도인 증폭기이다.

상기 제1구동증폭기에서 증폭된 신호와 제1구동증폭기와 병렬로 연결된 제2구동증폭기(10,11)에서 증폭된 신호가 가산기(80)에 입력된다.

상기 가산기에 입력되는 신호는 각각의 구동 증폭기에서 증폭된 신호이며 두 신호는 동기(In Phase)신호이다.

실질적으로 동일한 회사 동일한 모델의 증폭기라 하더라도 동일한 위상의 입력신호가 입력되어 동시에 각각의 구동증폭기에 입력된다 하여도, 회로구성시의 조립상태, 증폭기 제품 간의 특성 편차 등 여러 원인에 의하여 각각의 증폭기에서 증폭된 후의 각각의 증폭신호의 위상 등은 동일 할 수도 있고 차이가 있을 수 있다.

이러한 경우 각각의 구동증폭기에서 증폭된 신호가 동기화되어 가산기에서 결합 되어야만 상기한 바와 같이 ACLR 등의 특성이 개선 되게 됨으로 각각의 구동증폭기에서 증폭 후의 신호의 위상이 차이가 날 경우 이들 신호의 동기를 시키는 것이 필요하게 된다.

본 발명에서는 이를 위하여 상기 제1,2 구동증폭기 중 어느 하나의 출력 라인에 전술한 시간지연라인(DL)를 연결하여 동기를 시킨다.

물론 상기 제1,2 구동증폭기 중 어느 하나의 입력단에 전술한 지연라인(DL)를 구비하게 회로를 구성 할 수 있다.

상기한 가산기(80)는 각 증폭기로 부터 입력신호를 동기(In Phase)결합하여 전력 증폭기(50)으로 출력하게 된다.

여기서 상기 가산기(80)에서 출력된 신호는 증폭이득이 25~35dB인 전력증폭기(50, Power amplifier)가 증폭하여 출력이 30 ~35 dBm 인 신호를 출력하게 된다.

상기 전력 증폭기(50)에서 출력된 신호는 증폭이득이 15~20dB 인 도허티 증폭기 (50-1)에 입력되게 되고 도허티 증폭기(50-1)는 상기한 입력신호를 증폭하여 50 dBm 인 신호를 출력하게 되며,

도허티 증폭기(50-1)의 출력 일부는 일부 신호가 분배되어 AFL을 통하여 피드백되어 도허티 증폭기(50-1)입력 되게 하여 도허티 증폭기(50-1)에서의 신호 증폭시 선형성이 개선 되게 한다.

아울러 도허티 증폭기(50-1)의 출력 일부는 일부 신호가 분배되어 피드백되어 전치 왜곡장치(20)으로 입력하게 되어 제1 및 제2 구동 증폭기에서 신호 증폭시 ACLR 특성 개선이 되게 한다.

상기에서 증폭기들의 후단에서 신호의 일부를 분배 받거나 이들 신호를 결합하기 위하여 본 분야에서 관용적으로 활용되는 커플링에 의하여 신호의 분배 및 결합을 할수 있는 것이어서 구체적 설명을 생략한다.

상기에서 이동통신시스템의 출력단을 이루는 구성요소인 증폭기,전치왜곡장치,도허티 앰프,전력증폭기 등등의 제어하는 제어부와 이들 구성요소에서 소모되는 전력을 공급하는 전력공급장치 , 방열을 위한 팬, 외함 등 이동통신시스템의 신호 중계전송 장치에서 필요한 부품 장비들은 본 분야에서 관용적으로 활용되는 것이어서 도면화 하지아니 하였고 설명을 생략하였다.

도 10은 본 발명의 제2실시 예를 도시 한 것이다.

이는 상기한 도 1실시예보다 우수한 신호 품질을 를 출력하기 위하여 전력증폭기(50)에서 증폭된 신호에 포함된 노이즈를 한번 더 필터링하여 우수한 신호를 도허티 증폭(50-1)에 입력하기 위한 것이다.

이를 위하여 상기 제1실시예에 나타난 전력증폭기(50)의 후단에 스커트, 아이솔레이션, 리플, 삽입 손실을 유지 및 향상시키기 위한 간섭억제 필터 유닛(ISS-FM) 을 부가하여 이동통신 출력단을 구성한 것이 제2 실시 예이다.

제2실시예 와 제1실시예 가 차별되는 것은 제2실시예에 서는 전력증폭기(50)에서 증폭된 신호에 포함된 노이즈를 한번 더 필터링하여 특성이 우수한 신호를 도허티 증폭(50-1)에 입력하기 위하여 전력증폭기(50)의 후단에 ISS-FM 을 부가한 것이다.

ISS-FM을 부가 함으로서 입력신호의 필터링이 한번 이루어 진다는 정도의 차이 이외 에는 그 구성과 동작 과정이 제1실시예와 동일 유사 하여 본 분야의 통상의 지식을 갖는 자가 제1실시 예를 이해 함으로서 충분히 이해 할 수 있는 것이어서 그 구체적인 설명을 생략한다.

도11~ 도14는 본 발명의 제3 ~제6 실시예를 도시 한 것이다. 제 3 ~ 제6 실시예는 본 발명이 추구하고자 하는 바인 통신수요에 따라 이동통신 출력단의 일부의 가동을 선택적으로 할수 있는 이중정격의 이동통신 출력단을 제공하고자 하는 실시예이다.

제3실시예 내지 제 6 실시예에 공통적으로 나타나는 부분을 이하에서는 설명의 편의를 위하여 "제1전력 증폭부(1000)"라 한다.

제 1전력 증폭부(1000)는 전치왜곡장치(20), 제1및 제2 구동 증폭기구동증폭기(10.11), 가산기(80) 그리고 전력증폭기(50)으로 구성되며 전치 왜곡장치(20)로 입력되는 피드백 신호가 전력증폭기(50)의 분배되는 것 이외는 제1실시예에서 설명한 입력신호가 입력되어 전력증폭기 (50)에서 출력되는 과정과 그 접속 연결관계가 동일 함으로 그 구체적인 설명은 생략한다.

도 11은 제 3실시 예로서 제1전력 증폭부(1000) 와 제1전력 증폭부(1000)의 출력을 바로 안테나를 통하여 출력하거나 필요에 따라 "제2전력 증폭부(2000)" 를 통하여 안테나로 출력하는 것을 선택 할 수 있는 출력 선택 스위치(100)와

상기 출력 선택 스위치(100)의 어느 한 단자에 연결된 제2전력 증폭부(2000) 로 구성된다.

상기에서 "제2전력 증폭부(2000)"는

제1전력증폭부 후단에 출력 선택 스위치(100)를 매개로 하여 상기한 이건 발명 목적달성을 위하여 통신수요 요구에 따라 선택된 출력 루트를 선택하게 되고 그 출력 루트에 따라 이동통신시스템의 출력부의 출력 크기가 달라지는 것으로,

상기 제1전력증폭부(1000)에서 출력되는 신호를 다시 증폭, 필터링 전치왜곡 , 선형화 등을 하여 출력하기 위한 제2전치왜곡장치(20-1), 제3 구동증폭기(10-1), 제4 구동증폭기(11-2),제2가산기(80-1), 도허티앰프(50-1), AFL(60), 출력조절을 위한 가변저항으로 이루어진 감쇄기(70), 등의 구성요소가 조합되는 것이다.

상기에서 출력 선택스위치(100)는 이동통신시스템의 출력단이 포함된 이동통신시스템의 전체 시스템의 운영을 하는 도시 하지 아니하는 제어부에 의하여 제어되는 스위치이며 이 스위치의 동작과 연계하여 제2전력증폭부를 구성하는 구성요소에 공급되는 전력을 공급하거나 나 차단하는 도시 하지 아니한 스위치와 연계 동작하게 된다. (이하 모든 실시예 에서 동일 하다)

제3실시예 에서의 제2전력증폭부(2000)의 구성을 보면, 제2전치왜곡장치(20-1), 제3 구동증폭기(10-1), 제4 구동증폭기(11-2), 제2가산기(80-1), 도허티앰프(50-1), AFL(60-1), 출력조절을 위한 가변저항으로 이루어진 감쇄기(70)구성 되어 있으며,

그 연결관계는 제1실시예와 동일하나 도허티앰프(50-1) 전단에 출력 조절을 위한 감쇄기(70)가 추가된 점과, 입력되는 신호가 제1전력증폭부(1000)의 전력증폭기(50)의 출력이 출력 선택 스위치(100)를 통하여 입력된다는 것, 그리고 도허티 앰프의 출력이 피드백 하여 AFL(60)을 통하여 감쇄기(70)의 전단에서 결합되는 것 이외에는 동일하다. 이는 제1실시예 와 그 구성 및 동작 과정 그리고 동작 원리가 유사하여 제1실시예를 이해하는 본 분야의 당업자가 이해할 수 있는 것이어서 구체적 설명을 생략한다.

감쇄기(70)의 위치는 필요에 따라 배치위치를 제2전력증폭부(2000)의 입력단에 장착할 수도 있다.

상기와 같이 구성된 제3실시예 에서 전체 동작을 보고자 한다.

설명의 편의를 위하여 제3실시예의 전체 출력단의 구성은 제1전력증폭부(1000)가 출력 선택 스위치(100)의 동작에 의하여 안테나와 직결되면 20W 출력으로 출력되는 이동통신시스템의 출력단이고,

제1전력증폭부(1000)가 출력 선택 스위치(100)의 동작에 의하여 제2 전력증폭부(2000)를 경유하여 출력 된다면 100W의 이동통신 출력단이 된다.

하나 이의 출력의 크기는 설명의 편의를 위하여 설정한 임의 값임으로 이에 한정 되지 아니함은 자명하다.

또한 제3실시예 와 같은 이동통신시스템의 출력단이 설치된 지역의 통신수요의 시간대별 통신수요가 10~100W로 변화 폭이 심한 지역에 설치된 경우에 통신 수요가 20W 이하의 시간대에는 출력 선택 스위치((100)가 제1전력 증폭부(1000)에서 증폭된 신호를 바로 출력 할 수 있도록 동작하게 된다. 아울러 이에 연동된 제2전력증폭부(2000)에 공급되는 전력을 차단하게 되어 불요불급한 전력소비를 방지하게 되고 이동통신시스템의 설계특성에 적합하게 사용하는 것이 되어 운용효율을 향상시키게 된다.

도 12는 본 발명의 제4실시예로서 상기 제3실시예에 나타난 제2 전력증폭기(50-2)의 후단에 스커트, 아이솔레이션, 리플, 삽입 손실을 유지 및 향상시키기 위한 간섭억제 필터 유닛(ISS-FM) 을 부가하여 이동통신 출력단을 구성한 것이 제4 실시 예이다.

제4실시와 제3실시예가 차별 되는 것은 제2전력증폭기(50-2)에서 증폭된 신호에 포함된 노이즈를 한번 더 필터링 하여 특성이 우수한 신호를 도허티 증폭(50-1)에 입력하는 것이다.

따라서 상기 제3실시예에 나타난 제2전력증폭기(50-2)의 후단에 ISS-FM(30) 을 부가된 것으로 이를 "제2전력증폭부1(2000-1)" 이라 한다.

ISS-FM(30) 이 추가되는 것 이외에는 모든 구성과 동작 과정이 제 3실시예 와 동일유사 하다.

따라서 본 분야의 통상의 지식을 갖는 자가 제3실시 예를 이해함으로서 충분히 이해 할 수 있는 것이어서 그 구체적인 설명을 생략한다.

도 13은 제 5실시 예로서, 제 1전력 증폭부(1000)와 상기 제1전력증폭부(1000)에서 출력되는 신호를 다시 증폭, 필터링 전치왜곡 , 선형화 등을 하여 출력하기 위한 제2전치왜곡장치(20-1), 제3 구동증폭기(10-1), 제4 구동증폭기(11-2), 제2가산기(80-1), 제2전력증폭기(50-2),ISS_FM(30), 도허티앰프(50-1), AFL(60)등의 구성요소가 조합되는 제2전력변환부(2000)의 변형된 구조인 " 제2전력 증폭부3(3000)"와, 상기 제2전력 증폭부3(3000)와 동일한 출력이지만 ACLR과 EVM 특성이 다른 "제2전력증폭부3-1(3000-1)" 와,

제1전력 증폭부(1000)의 출력을 제2전력 증폭부3(3000)로 출력하거나 필요에 따라 제2전력증폭부3-1(3000-1) 를 통하여 출력하는 것을 선택할 수 있는 출력 선택 스위치(100)로 구성된다.

상기에서 제1전력증폭부(1000)는 상기한 제3실시예에서 설명한 바와 동일 하며, 제2전력증폭부3(3000) 및 제2전력증폭부3-1(3000-1) 역시 기설명한 바와 같이 제2 실시예와 그 회로 구성이 동일유사 함으로 구체적 설명을 생략한다.

상기와 같이 구성된 제5실시예 에서 전체 동작을 보고자 한다.

제5실시예의 전체 출력단의 구성은 제1전력증폭부가 출력 선택 스위치(100)의 동작에 의하여 제2전력증폭부3(3000)과 제2전력증폭부3-1(3000-1)을 통하여 출력 신호가 선택적으로 통신환경의 필요에 따라 출력되는 것이다.

예를 들면

출력 선택 스위치(100)의 접속이 제2전력증폭부3-1(3000-1)로 연결된 경우 이거나, 제2전력증폭부3(3000)에 접속된 경우이거나 출력 크기는 동일하다.

하지만 제2전력증폭부3-1(3000-1)와 제2전력증폭부3(3000)에서 출력되는 신호의 ACLR과 EVM 특성은 상이하다.

본 발명에서는 두 출력 신호의 출력은 동일하나 제2전력증폭부3(3000)에서 출력되는 신호의 ACLR과 EVM 특성은 제2전력증폭부3-1(3000-1)에서 출력되는 신호의 ACLR과 EVM 특성보다 우수하게 조정 되고, 튜닝된 것이다.

상기와 같은 통신시스템의 출력단이 설치된 특정지역에서 data 용량을 높이기 위해 고속신호(high bit rates) 처리가 요구 될 경우에는 제어부에 의하여 출력 선택 스위치(100)가 제2전력 증폭부3(3000)로 연결되게 됨으로서 상대적으로 ACLR과 EVM 특성이 우수한 신호가 출력 되게 된다.

물론 여기서 제2전력증폭부3(3000)가 작동될 시에는, 제2전력증폭부3-1(3000-1)를 구성하는 요소들에 공급되는 전원은 출력 선택 스위치(100)와 동기되어 작동하고, 제2전력증폭부3(3000) 와 제2전력증폭기3-1(3000-1)의 각각에 서 소비되는 소비전력을 공급하는 전력공급스위치(미도시)에 의하여 공급전력이 차단된다.

출력 선택 스위치(100)가 반대로 제2전력증폭부3-1(3000-1)이 연결되도록 작동할 시에는, 제2전력증폭부3(3000)의 공급전력이 차단되어 작동하지 않도록 설계되어 전력소모를 최소화 하여 불요급한 전력소비를 방지하게 되고, 이동통신시스템의 설계특성에 적합하게 사용하는 것이 되어 운용효율을 향상시키게 된다.

제2전력증폭부3(3000)는 제2전력증폭부3-1(3000-1)과 비교하여 출력단을 상대적으로 선형 영역에서 작동하여 출력신호의 ACLR과 EVM특성이 우수하도록 설계한다. 물론 두전력증폭부 모두 같은 출력 크기이므로 제2전력증폭부3(3000)의 출력 효율은 제2전력증폭부3-1(3000-1)의 출력 효율보다 낮아질 것이다. 상대적으로 ACLR과 EVM이 우수한 신호는 고속 신호처리가 가능하므로 큰 용량의 신호 처리가 요구되는 특수 상황에서는 제2전력증폭부3(3000)를 작동하고, 일반적인 경우에는 제2전력증폭부3-1(3000-1)을 작동한다.

상기와 같은 통신시스템의 출력단이 설치된 특정지역과 특정 시간에 고속신호(high bit rates) 처리가 요구 될 경우에는 제어부에 의하여 출력 선택 스위치(100)가 제2전력 증폭부3(3000)부로 연결되게 됨으로서 제1전력 증폭부(1000)에서 증폭된 신호가 다시 제2전력증폭부3(3000) 에서 증폭 처리되면서 상대적으로 ACLR과 EVM 특성이 우수한 신호가 출력 되게 되고 이로 인하여 비록 소비전력은 증가하여 출력 효율은 낮아진다 하여도 고속신호처리가 요구되는 수요를 충족하는 이동통신 출력단으로 역활을 하게 된다.

두 증폭부의 실시간 전환, 즉 hand off 는 실시간으로 변화하는 통신환경의 요구에 의해 통신장비의 운영제어부의 운영 제어 프로그램에 의하여 선택 운용 되는 것으로 이러한 통신장비의 운영제어부의 운영 제어 프로그램은 본 분야에서 활용되는 공지기술을 활용하는 것이어서 그 구체적 설명을 생략 한다.

도 14는 제 6실시 예로서, 제1전력 증폭부(1000)의 한 변형인 제1전력 증폭부1(1000-1) 과 상기 제1전력증폭부1 (1000-1)에서 출력되는 신호를 다시 증폭, 필터링 전치왜곡, 선형화 등을 하여 출력하기 위한 제2전치왜곡장치(20-1), 제3 구동증폭기(10-1), 제4 구동증폭기(11-2), 제2가산기(80-1), 제2전력증폭기(50-2), 도허티앰프(50), AFL(60)등의 구성요소가 실시예에 따라 선택 조합되는 제2전력증폭부(1000)의 한 변형인" 제2전력 증폭부4(4000)"와,

상기 제2전력 증폭부4(4000)와 회로구성은 동일하나 ACLR과 EVM 특성이 다른 "제2전력증폭부4-1(4000-1)" 와,

제1전력 증폭부의 출력을 제2전력 증폭부4(4000)로 출력하거나 필요에 따라 제2전력증폭부4-1(4000-1) 를 통하여 출력하는 것을 선택할 수 있는 출력 선택 스위치(100)로 구성된다.

상기에서 제1전력증폭부1(1000-1)은 상기한 제3실시예에서 설명 한 제1전력증폭부(1000) 에서 필터링 성능 개선을 위하여 ISS-FM(30)을 전력증폭기(50)의 전단에 연결하여 변형한 것이다.

ISS-FM(30)을 가산기와 전력증폭기 사이에 추가 배치함으로서 전력증폭기에서 증폭된 신호 특성을 개선하기 위한 것이며 기본적인 회로구성과 동작 과정이 제1실시예와 동일 유사 하여서 구체적 설시는 생략한다.

또한 상기의 제2전력 증폭부4(4000) 와 제2전력 증폭부4-1(4000-1)은 제1실시예와 회로구성 및 동작 과정이 동일 유사하여 그 설명을 생략한다.

제 6실시예의 전체적 동작 과정을 보면, 제5실시예의 전체 동작 과정과 동일 유사하며 단지 상기 한 반와 같이 ISS-FM 의 배치 위치의 변화에 따른 특성성능의 차이만 일을 뿐 전체 동작 과정이 제 5실시예를 이해하는 당업자라면 본 제6실시예를 극히 용이하게 이해 할 수 있는 정도 여서 그 설명을 생략한다.

10: 구동 증폭기 20: 전치 왜곡 장치
11: 제2구동 증폭기 30: ISS-FU
50: 전력 증폭기 50-1: 도허티 증폭기
80: 가산기

Claims (9)

1. 입력신호 및 도허티 증폭기(50-1)의 출력 신호를 피드백 신호로 입력받는 전치왜곡장치(20)와,
   상기 전치왜곡장치(20)에서 출력된 2개의 신호 중 하나를 증폭하는 제1구동 증폭기(10)와,
   상기 전치왜곡장치(20)에서 출력된 2개의 신호 중 다른 하나를 증폭하되 상기 제1구동증폭기(10)와 병렬로 연결된 제2구동 증폭기(11)와,
   상기 제1구동증폭기(10)에서 증폭된 신호와 상기 제2구동증폭기(11)에서 증폭된 신호를 동기(IN-PHASE) 결합하는 가산기(80)와,
   상기 가산기(80)에서 출력되는 신호를 증폭하는 전력증폭기(50)와,
   상기 전력 증폭기(50)의 출력을 입력받아 증폭하여 출력하는 도허티 증폭기(50-1)와,
   상기 도허티 증폭기(50-1)의 출력 신호를 피드백 신호로 입력받아 도허티 증폭기(50-1)의 입력단으로 출력하는 적응형 포워드 선형화장치(AFL, 60)로 이루어진 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 출력단.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전력 증폭기(50)와 상기 도허티 증폭기(50-1) 사이에,
   상기 전력 증폭기(50)의 출력신호의 신호 특성을 개선하는 간섭억제 필터 유닛(ISS-FM, 30)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 출력단.
3. 제1전력 증폭부(1000)와,
   제1전력 증폭부의 출력을 바로 출력하거나 제2전력 증폭부(2000)를 통하여 출력하는 것을 선택할 수 있는 출력 선택 스위치(100)와,
   상기 출력 선택 스위치(100)의 어느 한 단자에 연결된 제2전력 증폭부(2000)로 구성되되,
   상기 제1전력 증폭부(1000)는,
   입력신호 및 전력증폭기(50)의 출력 신호를 피드백 신호로 입력받는 전치왜곡장치(20)와,
   상기 전치왜곡장치(20)에서 출력된 2개의 신호 중 하나를 증폭하는 제1구동 증폭기(10)와,
   상기 전치왜곡장치(20)에서 출력된 2개의 신호 중 다른 하나를 증폭하되 제1구동증폭기(10)와 병렬로 연결된 제2구동 증폭기(11)와,
   상기 제1구동증폭기(10)에서 증폭된 신호와 상기 제2구동증폭기(11)에서 증폭된 신호를 동기(IN-PHASE) 결합하는 가산기(80)와,
   상기 가산기(80)에서 출력되는 신호를 증폭하는 전력증폭기(50)로 구성된 것을 특징으로 하는 2중 출력의 이동 통신 시스템의 출력단.
4. 삭제
5. 제 3항에 있어서,
   상기 제2전력 증폭부(2000)는,
   상기 출력 선택 스위치(100)에서 출력된 신호 및 도허티 증폭기(50-1)의 출력 신호를 피드백 신호로 입력받는 제2전치왜곡장치(20-1)와,
   상기 제2전치왜곡장치(20-1)에서 출력된 2개의 신호 중 하나를 증폭하는 제3구동 증폭기(10-1)와,
   상기 제2전치왜곡장치(20-1)에서 출력된 2개의 신호 중 다른 하나를 증폭하되 상기 제3구동증폭기(10-1)와 병렬로 연결된 제4구동 증폭기(11-2)와,
   상기 제3구동증폭기(10-1)에서 증폭된 신호와 상기 제4구동증폭기(11-2)에서 증폭된 신호를 동기(IN-PHASE) 결합하는 제2가산기(80-1)와,
   상기 제2가산기(80-1)에서 출력되는 신호를 증폭하는 제2전력증폭기(50-2)와,
   상기 제2력 증폭기(50-2)의 출력을 입력받아 증폭하여 출력하는 도허티 증폭기(50-1)와,
   상기 도허티 증폭기(50-1)의 출력 신호를 피드백 신호로 입력받아 도허티 증폭기(50-1)의 입력단으로 출력하는 적응형 포워드 선형화장치(AFL, 60)로 이루어진 것을 특징으로 하는 2중 출력의 이동 통신 시스템의 출력단.
6. 제3항에 있어서,
   제2전력 증폭부(2000)는,
   상기 출력 선택 스위치(100)에서 출력된 신호 및 도허티 증폭기(50-1)의 출력 신호를 피드백 신호로 입력받는 제2전치왜곡장치(20-1)와,
   상기 제2전치왜곡장치(20-1)에서 출력된 2개의 신호 중 하나를 증폭하는 제3구동 증폭기(10-1)와,
   상기 제2전치왜곡장치(20-1)에서 출력된 2개의 신호 중 다른 하나를 증폭하되 상기 제3구동증폭기(10-1)와 병렬로 연결된 제4구동 증폭기(11-2)와,
   상기 제3구동증폭기(10-1)에서 증폭된 신호와 상기 제4구동증폭기(11-2)에서 증폭된 신호를 동기(IN-PHASE) 결합하는 제2 가산기(80-1)와,
   상기 제2가산기(80-1)에서 출력되는 신호를 증폭하는 제2전력증폭기(50-2)와,
   상기 전력 증폭기(50-2)의 출력신호의 특성을 개선하는 간섭억제 필터 유닛(ISS-FM, 30)와,
   간섭억제 필터 유닛(ISS-FM, 30)의 출력을 증폭하는 도허티 증폭기(50-1)와,
   상기 도허티 증폭기(50-1)의 출력 신호를 피드백 신호로 입력받아 도허티 증폭기(50-1)의 입력단으로 출력하는 적응형 포워드 선형화장치(AFL, 60)로 이루어진 것을 특징으로 하는 2중 출력의 이동 통신 시스템의 출력단.
7. 제1전력 증폭부(1000)와,
   상기 제1전력 증폭부(1000)의 출력단이 제2전력 증폭부3(3000), 제2전력증폭부3(3000) 또는 제2전력 증폭부3-1(3000-1)중 어느 하나에 접속되게 하는 출력 선택 스위치(100)와,
   상기 제1전력 증폭부(1000)의 출력이 상기 출력 선택 스위치(100) 통하여 입력되면 이를 증폭 하여 출력하는 제2전력 증폭부3(3000)와,
   상기 제2전력 증폭부3(3000)과 출력은 동일하나 ACLR과 EVM 특성이 상이한 신호를 출력하고 상기 제1전력 증폭부(1000)의 출력이 상기 출력 선택 스위치(100) 통하여 입력되면 이를 증폭 하여 출력하는 다른 하나의 제2전력 증폭부3-1(3000-1)로 구성된 것을 특징으로 하는 2중 출력의 이동 통신 시스템의 출력단.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1전력 증폭부(1000)는,
   입력신호 및 전력증폭기(50)의 출력 신호를 피드백 신호로 입력받는 전치왜곡장치(20)와,
   상기 전치왜곡장치(20)에서 출력된 2개의 신호 중 하나를 증폭하는 제1구동 증폭기(10)와,
   상기 전치왜곡장치(20)에서 출력된 2개의 신호 중 다른 하나를 증폭하되 상기 제1구동증폭기(10)와 병렬로 연결된 제2구동 증폭기(11)와,
   상기 제1구동증폭기(10)에서 증폭된 신호와 상기 제2구동증폭기(11)에서 증폭된 신호를 동기(IN-PHASE) 결합하는 가산기(80)와,
   상기 가산기(80)에서 출력되는 신호를 증폭하는 전력증폭기(50)로 구성된 것이고,
   상기 제2전력증폭부3(3000)와 상기 또 다른 제2전력 증폭부3-1(3000-1)은,
   상기 출력 선택 스위치(100)에서 출력된 신호 및 도허티 증폭기(50-1) 출력 신호를 피드백 신호로 입력받는 제2전치왜곡장치(20-1)와,
   상기 제2전치왜곡장치(20-1)에서 출력된 2개의 신호 중 하나를 증폭하는 제3구동 증폭기(10-1)와,
   상기 전치왜곡장치(20-1)에서 출력된 2개의 신호 중 다른 하나를 증폭하되 상기 제3구동증폭기(10-1)와 병렬로 연결된 제4구동 증폭기(11-2)와,
   상기 제3구동증폭기(10-1)에서 증폭된 신호와 제4구동증폭기(11-2)에서 증폭된 신호를 동기(IN-PHASE) 결합하는 동기 결합 가산기(80-1)와,
   상기 제2가산기(80-1)에서 출력되는 신호를 증폭하는 제2전력증폭기(50-2)와,
   상기 제2전력증폭기(50-2)의 출력을 입력받아 신호 특성을 개선하는 간섭억제 필터 유닛(ISS-FM, 30)과,
   상기 간섭억제 필터 유닛(ISS-FM, 30)의 출력을 증폭하는 도허티 증폭기(50-1)와,
   상기 도허티 증폭기(50-1)의 출력 신호를 피드백 신호로 입력받아 상기 도허티 증폭기(50-1)의 입력단으로 출력하는 적응형 포워드 선형화장치(AFL, 60)로 이루어진 것을 특징으로 하는 2중 출력의 이동 통신 시스템의 출력단.
9. 제7항에 있어서,
   제1전력 증폭부(1000)는,
   입력신호 및 전력증폭기(50)의 출력 신호를 피드백 신호로 입력받는 전치왜곡장치(20)와,
   상기 전치왜곡장치(20)에서 출력된 2개의 신호 중 하나를 증폭하는 제1구동 증폭기(10)와,
   상기 전치왜곡장치(20)에서 출력된 2개의 신호 중 다른 하나를 증폭하되 상기 제1구동증폭기(10)와 병렬로 연결된 제2구동 증폭기(11)와,
   상기 제1구동증폭기(10)에서 증폭된 신호와 상기 제2구동증폭기(11)에서 증폭된 신호를 동기(IN-PHASE) 결합하는 동기 결합 가산기(80)와,
   상기 가산기(80)에서 출력되는 신호의 특성을 개선하는 간섭억제 필터 유닛(ISS-FM, 30)과,
   상기 간섭억제 필터 유닛(ISS-FM, 30)의 출력을 증폭하는 전력증폭기(50)로 구성된 것이고,
   상기 제2전력증폭부3(3000) 및 상기 또 다른 제2전력 증폭부3-1(3000-1)은,
   상기 출력 선택 스위치(100)에서 출력된 신호 및 도허티 증폭기(50-1)의 출력 신호를 피드백 신호로 입력받는 제2전치왜곡장치(20-1)와,
   상기 제2전치왜곡장치(20-1)에서 출력된 2개의 신호 중 하나를 증폭하는 제3구동 증폭기(10-1)와,
   상기 제2전치왜곡장치(20-1)에서 출력된 2개의 신호 중 다른 하나를 증폭하되 상기 제3동증폭기(10-1)와 병렬 연결된 제4구동 증폭기(11-2)와,
   상기 제3구동증폭기(10-1)에서 증폭된 신호와 상기 제4구동증폭기(11-2)에서 증폭된 신호를 동기(IN-PHASE) 결합하는 제2가산기(80-1)와,
   상기 제2가산기(80-1)에서 출력되는 신호를 증폭하는 제2전력증폭기(50-2)와,
   상기 제2전력 증폭기(50-2)의 출력을 입력받아 증폭하여 출력하는 도허티 증폭기(50-1)와,
   상기 도허티 증폭기(50-1)의 출력 신호를 피드백 신호로 입력받아 상기 도허티 증폭기(50-1)의 입력단으로 출력하는 적응형 포워드 선형화장치(AFL, 60)로 이루어진 것을 특징으로 하는 2중 출력의 이동 통신 시스템의 출력단.

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