KR102024485B1 - 프로그램 가능한 디지털 업 및 다운 변환을 사용하는 방법 및 주파수 가변 사전-왜곡된 송신기 - Google Patents

프로그램 가능한 디지털 업 및 다운 변환을 사용하는 방법 및 주파수 가변 사전-왜곡된 송신기 Download PDF

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Abstract

복수의 사전에 결정된 주파수 밴드를 포함하는 넓은 범위의 주파수에 걸쳐서 동작 가능한 사전-왜곡된 송신기가 제공된다. 이 송신기는, 송신 신호 경로와 피드백 신호 경로에 배열된, 프로그램 가능한 디지털 업-변환기 및 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기, ADC, DAC, 전력 증폭기 및 적어도 하나의 아날로그 필터를 포함한다.

Description

프로그램 가능한 디지털 업 및 다운 변환을 사용하는 방법 및 주파수 가변 사전-왜곡된 송신기{Method and Frequency Agile Pre-distorted Transmitter Using Programmable Digital Up and Down Conversion}
일반적으로, 본 발명은, 복수의 주파수 밴드를 수용하도록 프로그램 가능한 디지털 다운 및 업 변환을 사용해서 신호를 송신할 수 있는 사전-왜곡된 송신기에 관한 것이다.
대부분의 통신 시스템에서의 무선 송신기는, 그들의 출력 신호가 대응하는 입력 신호의 주파수 스펙트럼을 정확하게 재생해야 하는 것을 의미하는 "선형"으로 되는 것을 요구한다. 입/출력 관계의 비-선형성은 출력 신호가 인접한 무선 주파수 상에서 퍼지게(spread) 하고, 다른 무선 채널과 간섭하게 한다. 사전-왜곡은, 전체적인 선형 입/출력 관계를 생성하기 위해서 입력 신호를 변경함으로써 초기 비-선형성을 소거하는 기술이다. 사전-왜곡된 송신기에 있어서, 입력 신호에 인가된 사전-왜곡 기능은 피드백 신호에 기반해서 조정될 수 있다. 왜곡은, 1차적으로 전력 증폭기 상에서 발생하므로, 전력 증폭기 이후에 획득된 신호는 피드백되어, 사전-왜곡 프로세스의 부분으로서 초기 신호와 비교된다.
일반적으로, 현재 이용 가능한 사전-왜곡된 송신기는, 단일 주파수 밴드 또는 송신된 주파수의 작은 범위(예를 들어, LTE 밴드 1 또는 2110-2170MHz)에 대해 동작하도록 설계된다. 이들 사전-왜곡된 송신기 내의 포워드 경로 및 피드백 경로 모두는, 동일 주파수 밴드에 효과적으로 동조되고, 다른 주파수 밴드를 지원하도록 배치될 수 없다. 관심의 단일(좁은) 주파수 밴드에서의 사전-왜곡된 송신기의 동작은, 예를 들어 다양한 동조된 회로(예를 들어, 협대역 필터), 제한된 범위의 동작 컴포넌트(예를 들어, 수백 MHz에 걸쳐서만 동조되는 전압 제어된 발진기) 및, 넓은 범위의 주파수에 걸쳐서 선형화(예를 들어, 사전-왜곡)를 어렵게 하는 주파수에 걸친 진폭 및 위상 변동을 포함하는, 설계의 결과로서 발생한다.
세계의 이용 가능한 주파수 밴드의 수 및 범위는, 최근에 상당히 증가했다. 현재 이용 가능한 사전-왜곡된 송신기는, 이들이 새로운 주파수 범위에서 동작하도록 재설계되고, 변형되며, 리밴드(re-banded)된다. 이 경우는, 많은 무선 통신 시스템이 진행하는 기반에서의 설계 및 지원을 위해 비용이 들게 한다.
따라서, 복수의 주파수 밴드에서 효과적으로 동조할 수 있으며, 이에 의해 상기된 문제점 및 단점을 회피할 수 있는, 주파수 가변 사전-왜곡된 송신기(frequency agile pre-distorted transmitter)를 갖는 것이 바람직하다.
Brobston에 대한 미국 특허 출원 공개 제2008/0049868A1호는, 무선 네트워크의 가입자 스테이션 내의 송신 신호에 디지털 적응 사전 왜곡을 제공하기 위한 방법 및 장치를 개시한다. 디지털 적응 사전 왜곡을 위한 Brobston 방법 및 장치는, 넓은 범위의 주파수 내의 소정의 하나의 주파수에서 선택적으로 동작할 수 없지만, 사전에 결정된 베이스밴드 주파수에서의 효과적인 동작을 위해 설계된다.
Gupta등의 미국 특허 출원 공개 제2003/0179831A1호는, 예를 들어 무선 네트워크의 가입자 스테이션에서 사용되는 고전력 증폭기의 송신 신호를 선형화하기 위한 시스템을 개시한다. 이 송수신기는, 특정 주파수 설계되며, 넓은 범위의 주파수 내의 소정의 하나의 주파수에서 선택적으로 동작할 수 없다.
Spelich 등의 미국 특허 출원 공개 제2008/0144539A1호는, 디지털 사전 왜곡을 제공하기 위한 회로를 포함하는 무선 네트워크에서 사용되는 송수신기를 개시한다. Spelich 등의 송수신기는, 넓은 범위의 주파수 내의 소정의 하나의 주파수에서 선택적으로 동작할 수 없다.
Ocenasek 등의 미국 특허 출원 공개 제2004/0032912A1호 및 유럽 공개된 특허 출원 제EP2019486A1(Fujitsu)호는, 송신된 신호에 사전 왜곡을 제공하도록 설계된 무선 네트워크에서 사용된 다른 송수신기를 개시한다. 이들 송수신기는, 넓은 범위의 주파수 내의 소정의 하나의 주파수에서 선택적으로 동작할 수 없다.
하나의 예시적인 실시형태에 따르면, 복수의 사전에 결정된 주파수 밴드를 포함하는 넓은 범위의 주파수에 걸쳐서 동작 가능한 송신기가, 베이스밴드 처리 유닛, 프로그램 가능한 디지털 업-변환기, 디지털-아날로그 변환기, 아날로그 필터, 전력 증폭기, 아날로그-디지털 변환기 및, 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기를 포함한다. 베이스밴드 처리 유닛은, 복합 입력 신호(complex input signal) 및 피드백 신호를 수신하고, 상기 복합 입력 신호 및 상기 피드백 신호에 기반해서 사전-왜곡된 베이스밴드 신호를 출력하도록 구성된다. 프로그램 가능한 디지털 업-변환기는, 베이스밴드 처리 유닛에 접속되어, 사전-왜곡된 베이스밴드 신호를 수신하고, 사전-왜곡된 베이스밴드 신호를, 베이스밴드 처리 유닛으로부터 수신된 적어도 하나의 제1제어 입력에 기반해서 선택된 스펙트럼 콘텐트를 갖는 디지털 신호로 변환하도록 구성된다. 디지털-아날로그 변환기는, 프로그램 가능한 디지털 업-변환기에 접속되어, 디지털 신호를 수신하고 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하도록 구성된다. 아날로그 필터는, 디지털-아날로그 변환기에 접속되어, 아날로그 신호를 수신하고, 주파수 밴드 중 선택된 하나에서 주파수를 갖는 실질적으로 유일한 컴포넌트를 포함하는 필터링된 아날로그 신호를 출력하도록 구성된다. 전력 증폭기는, 아날로그 필터에 접속되어, 필터링된 아날로그 신호를 수신하고 필터링된 아날로그 신호를 증폭하도록 구성된다. 아날로그-디지털 변환기는, 증폭된 필터링된 아날로그 신호에 대응하는 아날로그 피드백 신호를 수신하고, 아날로그 피드백 신호를 샘플링하며, 디지털 피드백 신호를 출력하도록 구성된다. 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기는, 아날로그-디지털 변환기 및 베이스밴드 처리 유닛에 접속되어, 디지털 피드백 신호를 수신하고, 적어도 하나의 제2제어 입력에 기반한 낮은 샘플링 레이트로, 디지털 피드백 신호를, 베이스밴드 처리 유닛에 제공되는 피드백 신호로 변환하도록 구성된다.
하나의 예시적인 실시형태에 따르면, 복수의 사전에 결정된 주파수 밴드를 포함하는 넓은 범위의 주파수에 걸쳐서 동작 가능한 송신기가, 베이스밴드 처리 유닛과 하나 이상의 포워드 신호 경로 및 단일 피드백 신호 경로를 포함한다. 베이스밴드 처리 유닛은, 하나 이상의 복합 베이스밴드 입력 신호를 수신하도록 구성되어, 하나 이상의 복합 베이스밴드 입력 신호에 대응하는 하나 이상의 사전-왜곡된 신호를 출력한다. 하나 이상의 포워드 신호 경로는, 베이스밴드 처리 유닛에 접속되고, 하나 이상의 복합 베이스밴드 입력 신호 중 각각의 하나를 디지털적으로 업-변환하도록 구성되어, 업-변환된 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 아날로그 신호를 증폭하고 아날로그 신호를 방송한다. 단일 피드백 신호 경로는, 하나 이상의 방송된 신호에 대응하는 아날로그 신호를 수신하고, 고정된 샘플링 레이트에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호를 디지털적으로 다운-샘플링하며, 다운 샘플링된 신호를 베이스밴드 처리 유닛에 출력하도록 구성된다.
다른 예시적인 실시형태에 따르면, 넓은 범위의 주파수에 걸쳐서 복수의 사전에 결정된 주파수 밴드를 포함하는 신호를 방송하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 사전-왜곡된 베이스밴드 신호를 생성하는 단계와; 사전-왜곡된 베이스밴드 신호를, 적어도 하나의 제1제어 입력에 기반해서 선택된 스펙트럼 콘텐트를 갖는 디지털 신호로 변환하기 위해서, 사전-왜곡된 신호를 디지털적으로 업-샘플링하는 단계를 포함한다. 더욱이, 본 방법은, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계와; 주파수 밴드 중 선택된 하나에서 주파수를 갖는 실질적으로 유일한 컴포넌트를 포함하기 위해서 아날로그 신호를 필터링하는 단계와; 필터링된 아날로그 신호를 증폭하는 단계를 포함한다. 더욱이, 본 발명은, 증폭된 필터링된 아날로그 신호에 대응하는 아날로그 피드백 신호를 디지털 피드백 신호로 변환하는 단계를 포함한다. 본 방법은, 또한, 피드백 신호를 출력하기 위해서, 적어도 하나의 제2제어 입력에 기반해서, 피드백 신호를 낮은 샘플링 레이트로 다운-샘플링하는 단계를 포함하여 구성되고, 사전-왜곡된 베이스밴드 신호가 피드백 신호에 기반해서 조정 가능한 사전-왜곡 기능을 사용해서 복합 입력 신호로부터 생성된다.
다른 예시적인 실시형태에 따르면, 복수의 사전에 결정된 주파수 밴드를 포함하는 넓은 범위의 주파수에 걸쳐서 동작 가능한 송신기를 제조하는 방법은, 사전-왜곡된 신호를 출력하도록 구성된 베이스밴드 처리 유닛과 전력 증폭기 사이에서, 기판 또는 회로 보드 상의 송신 경로를 따라, 프로그램 가능한 디지털 업-변환기, 디지털-아날로그 변환기 및 아날로그 필터를 탑재하는 단계를 포함한다. 또한, 본 방법은, 전력 증폭기와 베이스밴드 처리 유닛 사이에서, 기판 또는 회로 보드 상의 피드백 경로를 따라, 감쇄기, 아날로그-디지털 변환기 및 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기를 탑재하는 단계를 더 포함한다. 프로그램 가능한 디지털 업-변환기는, 사전-왜곡된 베이스밴드 신호를, 적어도 하나의 제1제어 입력에 기반해서, 디지털 신호로 변환하도록 구성된다. 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기는, 적어도 하나의 제2제어 입력에 기반한 낮은 샘플링 레이트로, 디지털 피드백 신호를 피드백 신호로 변환하도록 구성된다. 베이스밴드 처리 유닛은, 피드백 신호에 기반해서 조정 가능한 사전-왜곡 기능을 사용하는 복합 입력 신호에 기반해서, 사전-왜곡된 베이스밴드 신호를 생성하도록 구성된다.
상기 예시적인 실시형태들에 따라, 이전에 논의된 몇몇 단점을 극복하고, 복수의 주파수 밴드에 대해서 효과적으로 구성될 수 있는 주파수 가변 사전-왜곡된 송신기를 제공하게 된다.
본 명세서의 일부를 구성하며 이에 통합되는 첨부 도면은, 하나 이상의 실시형태를 나타내며, 상세한 설명과 함께 이들 실시형태를 설명한다. 도면에서:
도 1은 예시적인 실시형태에 따른 사전-왜곡된 송신기의 개략적인 도면;
도 2는 예시적인 실시형태에 따른 장치에 포함된 프로그램 가능한 디지털 업-변환기의 개략적인 도면;
도 3은 예시적인 실시형태에 따른 장치 내에 포함된 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기의 개략적인 도면;
도 4는 예시적인 실시형태에 따른 주파수 가변 사전-왜곡된 송신을 달성하기 위해 수행된 방법의 흐름도;
도 5는 예시적인 실시형태에 따른 주파수 가변 사전-왜곡된 송신기를 제작하는 방법의 흐름도이다.
예시적인 실시형태의 이하의 설명은 첨부 도면을 참조한다. 다른 도면에서 동일 참조부호는 동일 또는 유사 엘리먼트를 식별한다. 이하의 상세한 설명은 본 발명을 제한하지 않는다. 대신, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 의해 규정된다. 이하의 실시형태가 단순성을 위한 사전-왜곡된 송신기의 전문 용어 및 구조에 관해서 논의했다. 그런데, 이하 논의된 본 실시형태는 이들 시스템에 제한되지 안지만, 그 밖의 현존하는 무선 통신 시스템에 적용될 수 있다.
명세서 전체를 통해 "하나의 실시형태" 또는 "일실시형태"는, 본 발명의 적어도 하나의 실시형태에 포함된 특정 형태, 구조 또는 특징을 의미한다. 따라서, 본 명세서를 통한 "하나의 실시형태에 있어서" 또는 "일실시형태에 있어서"의 문맥의 출현은, 동일한 실시형태에 대해서 모두 참조될 필요는 없다. 더욱이, 특정 형태, 구조 또는 특징은 하나 이상의 실시형태에 있어서, 소정의 적합한 방법으로 조합될 수 있다.
예시적인 실시형태에 따르면, 광대역 송신기가, 송신 경로 내의 프로그램 가능한 디지털 업-변환기와 피드백 경로 내의 프로그램 가능한 디지털 다운 변환기를 사용해서 실행될 수 있다. 피드백 경로 내의 디지털 다운-변환기를 사용함으로써, 그렇지 않으면 아날로그 컴포넌트(예를 들어, 시간, 전압 및/또는 온도 변동)에 의해 야기되는 에러가, 송신 경로 상에서 신호를 통해 복귀되어 전파(promulgated back)되지 않는다. 더욱이, 송신 경로 및 피드백 경로에서, 프로그램 가능한 디지털 변환기를 사용함으로써, 송신 시스템의 응답은 넓은 범위의 주파수 밴드를 가로질러 동일한 품질로 될 수 있다. 반면에, 아날로그 컴포넌트를 채용하는 변환기는 단일 주파수 밴드에서 최적의 응답을 갖도록 동조될 수 있지만, 동작의 다른 주파수 밴드에서 다르게 행동(따라서, 에러를 도입)하게 된다.
도 1에 도시된 예시적인 실시형태에 따르면, 주파수 가변 사전-왜곡된 송신기(100)는 복수의 사전에 결정된 주파수 밴드를 포함하는 넓은 범위의 주파수에 걸쳐서 동작하도록 구성된다. 송신기(100)는, 복합 입력 신호 및 피드백 신호를 수신하고, 사전-왜곡된 베이스밴드 신호를 출력하도록 구성된 베이스밴드 처리 유닛(110)을 포함한다. 따라서, 베이스밴드 처리 유닛(110)은 송신 신호 경로(104)의 시작 포인트 및 피드백 신호 경로(106)의 끝단 포인트이다. 사전-왜곡된 베이스밴드 신호가 베이스밴드 신호이지만, 피드백 신호는 베이스밴드 신호 또는 중간 주파수(IF) 신호일 수도 있다.
베이스밴드 처리 유닛(110)에 의해 출력된 사전-왜곡된 베이스밴드 신호는, 사전-왜곡 기능을 적용함으로써 달성된 사전-왜곡된 신호이다. 사전-왜곡 기능을 적용하는 것은, 송신 경로의 끝단에서, 복합 입력 신호와 신호 간의 선형 관계를 제공하려는 의도이다. 피드백 신호의 품질이 더 높을수록, 베이스밴드 처리 유닛(110)은 이 선형 관계를 더 달성할 수 있게 된다. 주파수 밴드가 변경될 때 피드백 경로가 리튠(retuned)되야 하는, 통상적인 사전-왜곡된 송신기와 비교해서, 주파수 가변 사전-왜곡된 송신기(100)는 커버된 주파수 밴드 모두에 대해서 동일한 높은 품질의 피드백 신호를 제공할 수 있다. 이 사전-왜곡 기능은 초기에 사전에 결정된 기능(예를 들어, 전력 증폭기를 모델하는 것에 기반한), 복합 입력 신호와 피드백 신호의 비교에 기반해서 조정될 수 있다.
송신되는 신호의 사전-왜곡은, 그 자체가 종래 기술에서 공지되므로, 본 명세서에서는 더 상세히 설명하지 않는다.
사전-왜곡된 베이스밴드 신호는, 베이스밴드 처리 유닛(110)에 접속된 프로그램 가능한 디지털 업-변환기(120)에 의해 디지털 신호로서 업-변환된다. 디지털 신호는, 제어 라인(124)을 통해 베이스밴드 처리 유닛(110)으로부터 수신된 적어도 하나의 제1제어 입력에 기반해서 선택된 스펙트럼 콘텐트를 갖는다. 프로그램 가능한 디지털 업-변환기에 제공된 적어도 하나의 제1제어 입력은: 사전에 결정된 주파수 밴드 중 선택된 하나와 연관된 필터 정보, 복합 튜너 주파수 및 사전에 결정된 주파수 밴드 중 선택된 하나와 연관된 업-샘플링 파라미터 N 중 적어도 하나를 포함한다.
프로그램 가능한 디지털 업-변환기(120)의 예는 U.S. 특허 출원 공개 제2010/0098191호에 개시된다. 도 2는 예시적인 실시형태에 따른 사전-왜곡된 송신기(예를 들어, 도 1의 주파수 가변 사전-왜곡된 송신기(100) 내의 프로그램 가능한 디지털 업-변환기(120)) 내에 포함될 수 있는 프로그램 가능한 디지털 업-변환기(200)의 개략적인 도면이다. 이 예시적인 실시형태에 따른 프로그램 가능한 디지털 업-변환기(200)는, 복합 튜너(210), 디지털 업-샘플러(220), 복합 채널 선택 필터(230) 및 직각 변조기(240)를 포함할 수 있고, 이들은 베이스밴드 처리 유닛(예를 들어, 도 1의 110)과 디지털-아날로그 변환기(예를 들어, 도 1의 130) 사이에 배열될 수 있다.
디지털 업-샘플러(예를 들어, 도 2의 220)의 존재에 기인해서, 프로그램 가능한 디지털 업 변환기(120)는 베이스밴드 입력 신호를, 적어도 하나의 제1제어 입력에 기반해서 선택된 스펙트럼 콘텐트를 갖는 디지털 신호로 변환한다. 예를 들어, 디지털 업-샘플러(220)에 의해 사용된 업-샘플링 파라미터 N은 전송되는 신호에 대해서 선택된 주파수 밴드만 아니라, 송신 경로에서 사용된 샘플링 레이트(sampling rate)에 의존할 수 있다. 프로그램 가능한 디지털 업-변환기(120)는, 업-샘플링 파라미터 N 또는, 송신 신호 경로(104)와 다른, 제어 경로(124)를 통해, 베이스밴드 처리 유닛(110)으로부터 선택된 주파수 밴드와 연관된 다른 정보를 수신할 수 있다.
따라서, 디지털 업-샘플러(220)는, 업-샘플러(220)로 입력된 디지털 신호 내의 각각의 샘플에 대한 N 값(예를 들어, 샘플)을 포함하는 디지털 신호를 생성할 수 있으며, 여기서 N은 2와 같거나 크다. 하드웨어를 단순화하기 위해서, 추가된 샘플은, 예를 들어 계산을 요구하지 않는 제로(zero) 값일 수 있다. 전형적으로, N은 2의 누승(power)이므로, 레이트 변경 필터는 프로그램 가능한 디지털 업-변환기 내에 포함될 수 있어, 프로그램 가능한 디지털 업-변환기에 입력된 신호의 샘플링 레이트와 프로그램 가능한 디지털 업-변환기로부터 출력된 신호의 요구된 사전에 결정된 샘플링 레이트를 브리지(bridge)하며, 이는 DAC에 의해 사용된다. 레이트 변경 필터는, 레이트 변경 필터로 입력된 디지털 신호의 샘플링 레이터의 부분인 샘플링 레이트를 갖는 디지털 신호를 출력하도록 구성된 장치이다.
그 다음, 프로그램 가능한 디지털 업-변환기(120)로부터 출력된 디지털 신호는, 사전에 결정된 DAC 레이트에서 동작하는 디지털-아날로그 변환기(130: DAC)에 의해 아날로그 신호로 변환된다. 이 사전에 결정된 DAC 레이트에서 동작시키기 위해서, DAC(130)는, 예를 들어 국부 발진기(140)로부터의 사전에 결정된 DAC 레이트에 대응하는 사전에 결정된 주파수를 갖는 국부 발진기 신호를 수신한다.
그 다음, DAC(130)에 의해 출력된 아날로그 신호는, 아날로그 필터(150)에 의해 필터링되고, 필터링된 아날로그 신호는 안테나(170)를 통해 송신되기에 앞서 전력 증폭기(160: PA)에 입력된다. 아날로그 필터(150)는 아날로그 신호를 필터링해서, 단일 나이퀴스트 존(single Nyquist zone)의 모두 또는 부분 내에서 주파수를 갖는 컴포넌트만을 출력한다. 예를 들어, DAC(130)가 2.5GSps에서 동작하면, 아날로그 필터(150)는 제1나이퀴스트 존(0 내지 1.25GHz) 대부분을 차폐할 수 있고, 그러므로 그 영역, 예를 들면 450 내지 960MHz 내의 모든 밴드를 지원한다.
증폭된 필터링된 신호에 대응하는 피드백 아날로그 신호는, 피드백 신호 경로(106)를 통해서 베이스밴드 처리 유닛(110)으로 피드백된다. 피드백 아날로그 신호는, 감쇄기(165)를 통해 PA(160)로부터 수신될 수 있다.
피드백 신호 경로(106)를 따라서, 피드백 아날로그 신호가 사전에 결정된 ADC 레이트로 동작하는 아날로그-디지털 변환기(180: ADC)에 의해 디지털 피드백 신호로 변환된다. 이 사전에 결정된 ADC 레이트는 DAC(130)의 사전에 결정된 DAC 레이트와 동일할 수 있다. 그런데, 본 발명은 이러한 형태에 의해 제한되지 않는다. 사전에 결정된 ADC 레이트로 아날로그-디지털 변환을 수행하기 위해서, ADC(180)는 국부 발진 신호를 사용한다. 사전에 결정된 ADC 레이트는 사전에 결정된 DAC 레이트와 동일하면, ADC(180)는 DAC(130)와 동일한 국부 발진기(140)를 사용할 수 있다. 동일한 국부 발진기(140)를 사용하는 것은, 국부 발진 주파수의 소정의 변동이 송신 신호 경로(104)(예를 들어, DAC(130)) 및 피드백 신호 경로(106)(예를 들어, ADC(180))에 동일하게 영향을 주기 때문에, 바람직하다. 한편, 그런데, 2개의 다른 국부 발진기가 국부 발진 (클록) 신호를 DAC(130) 및 ADC(180) 각각에 제공하는데 사용될 수 있다. 사전에 결정된 ADC 및 DAC 레이트는, 예를 들어 1GSps보다 크게 될 수 있다.
그 다음, ADC(180)에 의해 출력된 디지털 피드백 신호는 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기(190)에 입력된다. 도 3은 주파수 가변 사전-왜곡된 송신기의 다양한 실시형태에서 사용 가능한 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기(300)의 개략적인 도면이다. 아날로그-디지털 변환기(예를 들어, 도 1의 180)와 베이스밴드 처리 유닛(예를 들어, 도 1의 110) 사이에 접속된 디지털 다운 변환기(300)는, 직각 복조기(310), 복합 채널 선택 필터(320), 디지털 다운-샘플러(330) 및 복합 베이스밴드 튜너(340)를 포함한다. 대안적으로, 복합 베이스밴드 튜너(340)는 베이스밴드 처리 유닛(110) 내에 포함될 수 있고, 이 경우, 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기에 의해 출력된 신호는 제로일 수 있는 중간 주파수(IF)를 갖는다. 복합 채널 선택 필터(320) 및 디지털 다운-샘플러(330)의 기능성은, 다상 필터를 사용해서 달성될 수 있다. 또한, 다상 필터는 직각 복조기를 포함할 수 있다.
디지털 다운-샘플러(예를 들어, 도 3의 330)의 존재에 기인해서, 프로그램 가능한 디지털 다운 변환기(190)는 디지털 피드백 신호를, 적어도 하나의 제2제어 입력에 의존하는 낮은 샘플링 레이트를 갖는 피드백 신호로 변환한다. 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기(190)에 제공된 적어도 하나의 제2제어 입력은, 예를 들어: 사전에 결정된 주파수 밴드 중 선택된 하나와 연관된 필터 정보, 복합 튜너 주파수 및 사전에 결정된 주파수 밴드 중 선택된 하나와 연관된 다운-샘플링 파라미터 N 중 적어도 하나를 포함한다. 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기(190)는, 다운-샘플링 파라미터 N 또는, 피드백 신호 경로(106)와 다른 제어 경로(126)를 통해서, 베이스밴드 처리 유닛(110)으로부터 선택된 주파수 밴드 상의 다른 정보를 수신할 수 있다.
디지털 다운-샘플러(330)는, 다운-샘플러(330)로 입력된 디지털 신호 내의 각각의 N 샘플에 대해서 하나의 샘플을 포함하는 다운-샘플링된 신호를 생성할 수 있으며, 여기서 N은 2와 같거나 크다. N은 2의 누승으로 되는 것이 바람직하므로, 레이트 변경 필터는 (상기된 바와 같이) 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기 내에 포함될 수 있어, N으로 분할된 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기에 입력된 신호의 사전에 결정된 샘플링 레이트를, 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기로부터 출력된 신호의 요구된 샘플링 레이트에 브리지(bridge)한다. 예를 들어, 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기에 대한 입력 샘플링 레이트가 2488.32MSps인 것으로 상정되면(순수하게 도시된 수의 예와 같이), N=8이고, 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기(레이트 변경 필터 없이)로부터의 출력 샘플링 레이트는 311.04이지만, 요구된 출력 샘플링 레이트는 245.76이다. 이들 후자의 2개의 값을 브리지하기 위해서, 64/81 리샘플링(re-sampling)을 수행하는 레이트 변경 필터가, 도 3에 나타낸 신호 처리 체인 내의 소정 포인트에 제공될 수 있지만, 바람직하게는 복합 베이스밴드 튜너(340) 다음에 제공될 수 있다.
피드백 신호 경로(106) 내에서 뒤에 결합된 안테나(170)로부터 최소의 간섭(예를 들어, 송신된 신호 이외의 것)이 있으면, 필터는 피드백 신호 경로(106) 상에서 ADC(180)에 앞서 요구되지 않는다. 그 다음, 모든 요구된 필터링은, 다운-변환 프로세스 동안, 예를 들어 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기(190) 내의 다상 필터 계수의 신중한 선택에 의해 디지털적으로 달성될 수 있다. 그런데, 선택적으로, 아날로그 피드백 필터(175)는 사전-왜곡된 송신기(100) 내에 포함될 수 있으므로, 간섭 신호에 기인하는 과부하로부터 ADC(180)를 보호한다.
예시적인 실시형태에 따른 디지털 업-변환기 및 디지털 다운-변환기를 포함하는 사전-왜곡된 송신기는, 명목상 평탄한 주파수 응답(크기 및 선형 위상) 및 반복 가능성(제작의)을 보장한다. 디지털 업-변환기 및 디지털 다운-변환기의 주파수 응답이 디지털 신호 처리에 의해 완전히 규정됨에 따라, 주파수 가변 사전-왜곡된 송신기가 개발될 수 있다. 즉, 디지털 업-변환기 및 디지털 다운-변환기를 포함하는 사전-왜곡된 송신기가 넓은 주파수 범위 내에서 복수의 사전에 결정된 주파수 밴드에 대해서 동작되도록 구성된다.
프로그램 가능한 디지털 업-변환기 및 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기를 포함하는 사전-왜곡된 송신기의 중요한 장점은, 주파수 가변 사전-왜곡된 송신기를 가능하게 하므로, 세상의 다수의 주파수 밴드를 지원하는데 요구되는 무선(radios)의 수를 실질적으로 감소시킨다. 예를 들어, 2010년 1월에, LTE(Long Term Evolution) 통신 시스템에서 사용하기 위해 설계된 2.2GHz 이하인 23 밴드가 있었다. 2.5GSps의 DAC/ADC 샘플링과 함께, 2개의 다른 이미지 선택 필터를 갖는 예시적인 실시형태에 따른 단일 송신기 설계가, 모든 주파수 밴드를 커버하는데 사용될 수 있었다.
이들 예시적인 실시형태에 따른 다양한 아키텍처의 프로그램 가능한 디지털 업-변환기 및 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기가, 직접 회로로서 실행하는데 적합할 수 있고, 계속적인 소형화의 장점을 얻을 수 있다. 더욱이, 더 적은 컴포넌트가 더 적은 보드 영역 내에 요구된다.
송신 신호 경로(예를 들어, 104) 및 피드백 경로(예를 들어, 106) 모두가 예시적인 실시형태에 따라서 선형이기 때문에, 다중-입력 전력 증폭기를 포함하는 장치(예를 들어, 다중 포워드 경로를 갖는)의 구축이 더 용이하게 된다. 더욱이, 아키텍처의 피드백 경로는, 다수의 포워드 경로를 위해 사용될 수 있다.
예시적인 실시형태에 따른 복수의 사전에 결정된 주파수 밴드를 포함하는 넓은 범위의 주파수에 걸쳐서 신호를 송신하는 방법(400)의 흐름도가, 도 4에 도시된다. 이 방법(400), 예를 들어 도 1에 도시된 송신기(100)에 의해 수행될 수 있다. S405에서, 방법(400)은 사전-왜곡된 베이스밴드 신호를 생성하는 단계를 포함한다. S410에서, 방법(400)은, 사전-왜곡된 베이스밴드 신호를, 적어도 하나의 제1제어 입력에 기반해서 선택된 스펙트럼 콘텐트를 갖는 디지털 신호로 변환하기 위해서, 사전-왜곡된 베이스밴드 신호를 디지털적으로 업-샘플링하는 단계를 포함한다. 본 방법(400)은, S420에서, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계를 포함하여, S430에서, 주파수 밴드 중 선택된 하나에서 주파수를 갖는 실질적으로 유일한 컴포넌트를 포함하기 위해서 아날로그 신호를 필터링하고, S440에서, 필터링된 아날로그 신호를 증폭한다. S410, S420, S430 및 S440에서의 동작은, 증폭된 필터링된 아날로그 신호를 송신하도록 구성된 방출 안테나(예를 들어, 170)를 향한, 송신기 내의 송신 신호 경로(예를 들어, 104)와 연관된 동작이다.
S450에서, 증폭된 필터링된 아날로그 신호에 대응하는 아날로그 피드백 신호를 디지털 피드백 신호로 변환하는 단계를 포함한다. 아날로그 피드백 신호는 증폭된 아날로그 신호의 감쇄된 버전일 수 있다. S460에서, 방법(400)은, 피드백 신호를 출력하기 위해서, 적어도 하나의 제2제어 입력에 기반한 낮은 샘플링 레이트로, 디지털 피드백 신호를 다운-샘플링하는 단계를 포함한다. 사전-왜곡된 베이스밴드 신호가 피드백 신호에 기반해서 조정 가능한 사전-왜곡 기능을 사용해서 복합 입력 신호로부터 생성된다.
예시적인 실시형태에 따른, 복수의 사전에 결정된 주파수 밴드를 포함하는 넓은 범위의 주파수에 걸쳐서 동작 가능한 송신기를 제조하는 방법(500)의 흐름도가 도 5에 도시된다. S510에서, 방법(500)은, 사전-왜곡된 신호를 출력하도록 구성된 베이스밴드 처리 유닛과 전력 증폭기 사이에서, 기판 또는 회로 보드 상의 송신 경로를 따라, 프로그램 가능한 디지털 업-변환기, 디지털-아날로그 변환기 및 아날로그 필터를 탑재하는 단계를 포함한다. 더욱이, S520에서 방법(500)은, 전력 증폭기와 베이스밴드 처리 유닛 사이에서, 기판 또는 회로 보드 상의 피드백 경로를 따라, 감쇄기, 아날로그-디지털 변환기 및 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기를 탑재하는 단계를 포함한다. 방법(500)에서, 프로그램 가능한 디지털 업-변환기는, 적어도 하나의 제1제어 입력에 기반해서, 사전-왜곡된 베이스밴드 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성된다. 방법(500)에서, 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기는, 적어도 하나의 제2제어 입력에 기반한 낮은 샘플링 레이트로, 디지털 피드백 신호를 피드백 신호로 변환하도록 구성된다. 베이스밴드 처리 유닛은, 피드백 신호에 기반해서 조정 가능한 사전-왜곡 기능을 사용하는 복합 입력 신호에 기반해서, 사전-왜곡된 베이스밴드 신호를 생성하도록 구성된다.
방법(500)은, 기판 또는 회로 보드 상에 국부 발진기를 탑재하는 단계와, 국부 발진기를 아날로그-디지털 변환기 및 디지털-아날로그 변환기에 접속하는 단계를 더 포함할 수 있다.
방법(500)은, 감쇄기와 아날로그-디지털 변환기 사이 또는 감쇄기 전에, 기판 또는 회로 보드 상에 아날로그 피드백 필터를 탑재하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법(500)은, 송신 경로 및 피드백 경로와 다른 제어 경로를 통해서, 프로그램 가능한 디지털 업-변환기 및 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기를 베이스밴드 처리 유닛에 접속하는 단계를 포함할 수 있고, 제어 경로는, 베이스밴드 처리 유닛이 적어도 하나의 제1제어 입력 및 적어도 하나의 제2제어 입력을 프로그램 가능한 디지털 업-변환기 및 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기 각각에 제공할 수 있게 허용하도록 구성된다.
S510에서, 프로그램 가능한 디지털 업-변환기를 탑재하는 단계는, 송신 경로 상에서, 베이스밴드 처리 유닛과 디지털-아날로그 변환기 사이에, 복합 베이스밴드 튜너, 디지털 업-샘플러, 복합 채널 선택 필터 및 직각 변조기를 탑재하는 단계를 포함할 수 있다.
S520에서, 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기를 탑재하는 단계는, 피드백 경로를 따라, 아날로그-디지털 변환기와 베이스밴드 처리 유닛 사이에, 직각 복조기, 복합 채널 선택 필터, 디지털 다운 변환기 및 복합 베이스밴드 튜너를 탑재하는 단계를 포함할 수 있다. 한편, 다른 실시형태에 있어서, S520에서, 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기를 탑재하는 단계는, 피드백 경로를 따라, 아날로그-디지털 변환기와 베이스밴드 처리 유닛 사이에, 직각 복조기, 다상 필터 및 복합 베이스밴드 튜너를 탑재하는 단계를 포함할 수 있다.
상기에서 언급된 컴포넌트를 탑재하는 단계는, 반도체 제조 기술에서 공지되고 사용되는 소정의 모든 탑재 기술을 막나 하는 의도이다. 그 밖의 특정한 탑재 기술은 없다.
본 발명의 예시적인 실시형태의 형태 및 엘리먼트가 특정한 조합으로, 실시형태에서 개시되고 있지만, 각각의 형태 또는 엘리먼트는 본 명세서에 개시된 다른 형태 및 엘리먼트 없이 또는 다양한 조합으로 또는 단독으로 사용될 수 있다.
100 - 송신기,
110 - 베이스밴드 처리 유닛,
120 - 디지털 업-변환기,
130 - 디지털-아날로그 변환기,
150 - 아날로그 필터.

Claims (23)

  1. 복수의 사전에 결정된 주파수 밴드를 포함하는 넓은 범위의 주파수에 걸쳐서 동작 가능한 송신기(100)로서:
    사전-왜곡된 베이스밴드 신호를 수신하는 제1입력 및 적어도 하나의 제1제어 신호를 수신하는 제2입력을 갖고, 사전-왜곡된 베이스밴드 신호를 적어도 하나의 제1제어 입력에서의 수신에 따른 사전에 결정된 주파수 밴드 중 선택된 하나에서의 디지털 신호로 업-변환하며, 사전-왜곡된 베이스밴드 신호는 수신된 디지털 복합 입력 신호 및 제1디지털 피드백 신호에 기반해서 생성되는, 프로그램 가능한 디지털 업-변환기(120)와;
    프로그램 가능한 디지털 업-변환기(120)에 접속되고, 디지털 신호를 수신하고 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하도록 구성된 디지털-아날로그 변환기(130)와;
    디지털-아날로그 변환기에 접속되고, 아날로그 신호를 수신하고 주파수 밴드 중 선택된 하나에서의 주파수를 갖는 컴포넌트만을 실질적으로 포함하는 필터링된 아날로그 신호를 출력하도록 구성된 아날로그 필터와;
    아날로그 필터에 접속되고, 필터링된 아날로그 신호를 수신하고 필터링된 아날로그 신호를 증폭하도록 구성된 전력 증폭기(160)와;
    증폭된 필터링된 아날로그 신호에 대응하는 아날로그 피드백 신호를 수신하고, 아날로그 피드백 신호를 샘플링하며, 제2디지털 피드백 신호를 출력하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기(180)와;
    아날로그-디지털 변환기(180)에 접속되고, 디지털 피드백 신호를 수신하고, 제2디지털 피드백 신호를, 적어도 하나의 제2제어 입력에 기반한 낮은 샘플링 레이트로, 제1디지털 피드백 신호로 변환하도록 구성된 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기(190)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 송신기.
  2. 제1항에 있어서,
    아날로그-디지털 변환기에 접속된 감쇄기를 더 포함하여 구성되고, 이 감쇄기는 아날로그 피드백 신호를 감쇄하고, 감쇄된 아날로그 피드백 신호를 아날로그-디지털 변환기를 향해 송신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 송신기.
  3. 제1항에 있어서,
    클록 신호를 디지털-아날로그 변환기 및 아날로그-디지털 변환기에 제공하도록 구성된 국부 발진기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 송신기.
  4. 제1항에 있어서,
    아날로그-디지털 변환기에 접속되고, 아날로그 피드백 신호를 필터링하도록 구성되어, 주파수 밴드 중 선택된 하나의 외측에서 주파수를 갖는 컴포넌트를 제외하기 위해서 아날로그 피드백 신호를 필터링하도록 구성된 아날로그 피드백 필터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 송신기.
  5. 제1항에 있어서,
    제2디지털 피드백 신호는 중간 주파수 신호인 것을 특징으로 하는 송신기.
  6. 제1항에 있어서,
    제2디지털 피드백 신호는 베이스밴드 신호인 것을 특징으로 하는 송신기.
  7. 제1항에 있어서,
    프로그램 가능한 디지털 업-변환기가, 복합 베이스밴드 튜너, 디지털 업-샘플러, 복합 채널 선택 필터 및 직각 변조기(quadrature modulator)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 송신기.
  8. 제7항에 있어서,
    프로그램 가능한 디지털 업-변환기가, 상기 프로그램 가능한 디지털 업-변환기에서 처리되는 신호의 샘플링 레이트를 변경하도록 구성되는 레이트 변경 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  9. 제1항에 있어서,
    프로그램 가능한 디지털 다운-변환기가, 직각 복조기(quadrature demodulator), 복합 채널 선택 필터, 디지털-다운 샘플러 및 복합 베이스밴드 튜너를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 송신기.
  10. 제9항에 있어서,
    프로그램 가능한 디지털 다운-변환기가, 상기 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기에서 처리되는 신호의 샘플링 레이트를 변경하도록 구성되는 레이트 변경 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  11. 제1항에 있어서,
    프로그램 가능한 디지털 다운-변환기는, 직각 복조기, 다상 필터(polyphase filter) 및 복합 베이스밴드 튜너를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 송신기.
  12. 제1항에 있어서,
    프로그램 가능한 디지털 다운-변환기는, N이 4의 배수일 때 다상 필터 및 복합 베이스밴드 튜너를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 송신기.
  13. 제1항에 있어서,
    프로그램 가능한 디지털 업-변환기에 제공된 적어도 하나의 제1제어 입력은: 사전에 결정된 주파수 밴드 중 선택된 하나와 연관된 필터 정보, 복합 튜너 주파수 및 사전에 결정된 주파수 밴드 중 선택된 하나와 연관된 업-샘플링 파라미터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  14. 제1항에 있어서,
    프로그램 가능한 디지털 다운-변환기에 제공된 적어도 하나의 제2제어 입력은: 사전에 결정된 주파수 밴드 중 선택된 하나와 연관된 필터 정보, 복합 튜너 주파수 및 사전에 결정된 주파수 밴드 중 선택된 하나와 연관된 다운-샘플링 파라미터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  15. 수신된 디지털 복합 입력 신호 및 제1디지털 피드백 신호에 기반해서 사전-왜곡된 베이스밴드 신호를 생성하는 단계와;
    프로그램 가능한 디지털 업-변환기에 의해서, 제1입력 상의 사전-왜곡된 베이스밴드 신호 및 제2입력 상의 적어도 하나의 제1제어 신호를 수신하는 단계와;
    프로그램 가능한 디지털 업-변환기에 의해서, 사전-왜곡된 베이스밴드 신호를 수신된 적어도 하나의 제1제어 입력에 따른 사전에 결정된 주파수 밴드 중 선택된 하나에서의 디지털 신호로 업-변환하는 단계와;
    프로그램 가능한 디지털 업-변환기에 접속된 디지털-아날로그 변환기에 의해서, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계와;
    디지털-아날로그 변환기에 접속된 아날로그 필터에 의해서, 주파수 밴드 중 선택된 하나에서의 주파수를 갖는 컴포넌트만을 실질적으로 포함하는 필터링된 아날로그 신호를 출력하는 단계와;
    아날로그 필터에 접속된 전력 증폭기에 의해서, 필터링된 아날로그 신호를 증폭하는 단계와;
    아날로그-디지털 변환기에 의해서, 증폭된 필터링된 아날로그 신호에 대응하는 아날로그 피드백 신호를 제2디지털 피드백 신호로 변환하는 단계와;
    아날로그-디지털 변환기에 접속된 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기에 의해서, 제2디지털 피드백 신호를, 적어도 하나의 제2제어 입력에 기반한 낮은 샘플링 레이트로, 제1디지털 피드백 신호로 다운-변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    아날로그-디지털 변환기에 접속된 감쇄기에 의해서, 아날로그 피드백 신호를 감쇄하고, 감쇄된 아날로그 피드백 신호를 아날로그-디지털 변환기를 향해 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    아날로그-디지털 변환기에 접속된 아날로그 피드백 필터에 의해서, 주파수 밴드 중 선택된 하나의 외측에서 주파수를 갖는 컴포넌트를 제외하도록 아날로그 피드백 신호를 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    업-변환이, 복합 베이스밴드 튜너, 디지털 업-샘플러, 복합 채널 선택 필터, 레이트 변경 필터 및 직각 변조기(quadrature modulator)를 포함하는 프로그램 가능한 디지털 업-변환기에 의해서 수행되고,
    레이트 변경 필터에 의해서, 상기 프로그램 가능한 디지털 업-변환기에서 처리되는 신호의 샘플링 레이트를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    다운-변환이, 직각 복조기(quadrature demodulator), 복합 채널 선택 필터, 디지털 다운-샘플러, 레이트 변경 필터 및 복합 베이스밴드 튜너를 포함하는 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기에 의해서 수행되고,
    레이트 변경 필터에 의해서, 상기 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기에서 처리되는 신호의 샘플링 레이트를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    다운-변환이, 직각 복조기, 다상 필터(polyphase filter) 및 복합 베이스밴드 튜너를 포함하는 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제15항에 있어서,
    다운-변환이, N이 4의 배수일 때 다상 필터 및 복합 베이스밴드 튜너를 포함는 프로그램 가능한 디지털 다운-변환기에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제15항에 있어서,
    프로그램 가능한 디지털 업-변환기에 제공된 적어도 하나의 제1제어 입력은: 사전에 결정된 주파수 밴드 중 선택된 하나와 연관된 필터 정보, 복합 튜너 주파수 및 사전에 결정된 주파수 밴드 중 선택된 하나와 연관된 업-샘플링 파라미터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제15항에 있어서,
    프로그램 가능한 디지털 다운-변환기에 제공된 적어도 하나의 제2제어 입력은: 사전에 결정된 주파수 밴드 중 선택된 하나와 연관된 필터 정보, 복합 튜너 주파수 및 사전에 결정된 주파수 밴드 중 선택된 하나와 연관된 다운-샘플링 파라미터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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