KR20010010892A - 통신시스템에서의 개선된 왜곡 신호 보상 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 통신시스템에 관한 것으로서, 프리디스토션(Predistortion) 방식을 이용한 고출력 증폭기에 피이드백 시스템을 이용하여 출력에서 발생되는 왜곡신호 성분을 제거할 수 있도록 한 통신시스템에서의 개선된 왜곡 신호 보상 장치에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은 입력된 신호를 증폭하여 비선형 신호를 포함한 상호변조신호를 출력하는 오류증폭부와, 상기 출력된 상호변조신호와 제 1 지연된 입력신호를 합성하여 상기 비선형 신호만을 출력하는 신호결합부와, 상기 신호결합부의 출력신호의 이득과 위상을 제 1, 2 제어신호에 따라 조정하여 크기가 같고 역위상인 신호로 출력하는 제 1 위상/이득 조정부와, 상기 제 1 위상/이득조정부의 출력신호와 제 2 지연된 입력신호를 합성한 신호의 이득과 위상을 제 3, 4제어신호에 따라 조정한 신호를 출력하는 제 2 위상/이득 조정부와, 상기 제 2 위상/이득 조정부의 출력신호를 증폭하여 피드백시킨 신호와 제 3 지연된 입력신호의 크기와 위상을 비교하는 비교부와, 상기 비교부의 출력신호를 저항비율 및 저대역필터로 대역폭을 조정한 전압에 저대역 필터링하여 기준값과 비교하여 상기 제어신호들을 출력하는 제어부를 포함하여 구성되어서, 다양하게 변화하는 입력신호에 대해 출력신호를 일정한 레벨로 유지할 수 있고 고출력 증폭기의 안정성을 증대시키는 효과가 있다.
Description
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 이동 통신용 기지국에 사용되는 고출력 증폭기에 프리디스토션(Predistortion) 방식을 이용한 피이드백 시스템을 적용한 통신시스템에서의 개선된 왜곡 신호의 보상 장치에 관한 것이다.
일반적으로 종래의 디지털 이동 통신 시스템에 관련된 규격을 만족시키는 RF 고출력 증폭기(High Power Amplifier)를 만들기 위해서 증폭기의 비선형성을 개선시키는 여러 가지방법의 선형화기술과 알고리즘이 제안되어왔다.
그중에서 대표적인 선형화 방법으로는 피이드포워드(Feedward), 프리디스토션(Predistortion)등이 있다.
이와 같은 다양한 선형화 방법에 대해서 설명하면 다음과 같다.
먼저, 프리디스토션(Predistortion)방식을 이용한 선형화 방법이다.
도 2는 종래의 프리디스토션(Predistortion)방식 선형화기의 동작 과정을 나타낸 블록구성도이다.
도 2를 참조하면, 이 방법은 일반적으로 입력되는 신호의 크기에 따라 이득과 위상이 비선형적으로 변화하는 AM to AM(AM : Amplitude Modulation) 과 AM to PM(PM: Phase Modulation)왜곡이 고출력증폭기의 스펙트럼 증가(Spectral Regrowth)의 주요 원인이라고 할 수 있다.
따라서, 주증폭기(Main Amplifier)의 입력신호에 따른 이득과 위상특성이 특정방향으로 왜곡될 경우에 주증폭기의 전단에 위치한 프리디스토터(Predistortor)를 이와 반대의 특성을 갖도록 하여 전체증폭기의 특성이 입력신호와 거의 동일하게 유지되도록 하여서 비선형성이 개선된 출력을 얻을 수 있게 된다.
다음으로는 피이드 포워드(Feed Forward) 방식이 있는데 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 피드포워드(Feedfoward)방식 선형화기의 동작 과정을 나타낸 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 입력된 신호는 제 1 방향성 결합부(10)에 의하여 두 개의 신호로 나누어지게 된다. 이 신호중 하나는 주증폭기(13)로 입력되어 증폭되고 또 하나의 신호는 제 1 지연선로(15)로 입력된다.
이 중 주증폭기(13)로 입력된 신호는 실제의 주증폭기(13)에서 원래의 신호가 증폭되어지고 이에 따른 상호변조 왜곡(Inter Modulation Distortion)신호성분들이 출력된다.
이 때, 주증폭기(13)에서 증폭된 신호들은 다시 제 1 방향성 결합부(14)에서 신호의 아주 일부분만이 제 2 방향성 결합부(18)로 입력되고 대부분의 다른 신호 성분들은 제 2 지연선로(15)로 입력된다.
그리고, 제 1 방향성 결합부(14)에서 출력된 신호는 다시 감산기(16)를 거치면서 원래의 신호중 제일 처음의 신호분배기(10)에서 출력되어 제 1 지연선로(15)의 신호와 만나게 된다. 이 때의 신호는 서로 같은 시간지연이 되도록 조정해준다. 이와 함께 감산기(16)에서 합하여진 신호는 오류증폭부(19)에 입력된다. 이 곳에서 증폭된 신호는 신호결합기(16)에서 시간지연소자(109)를 통과한 신호와 서로 만나게 된다. 이 때의 신호결합은 시간지연소자(109)를 통과한 하모닉(Harmonic)이 많은 성분과 오류증폭부(110)를 통과하고 하모닉(Harmonics)만을 증폭시킨 신호가 서로 합쳐진다. 이 때, 오류증폭부(19)를 통과한 신호는 신호결합기(114)에서 결합되며 이곳에서 상호변조왜곡(Inter Modulation Distortion)신호 성분들의 위상은 180°가 되어 서로 상쇄되고 원래의 입력 신호와 유사한 왜곡 없는 신호만이 남게 된다.
그러나 종래의 프리디스토션(Predistortion)방식과 피이드 포워드(Feed Foward)방식을 이용한 선형화 방법을 사용하면 다음과 같은 단점이 있다.
종래의 프리디스토션(Predistortion)방식을 이용한 고출력증폭기를 제작하는 경우에 제작비용은 피이드 포워드(Feed Forward)방식이나 기타 다른 방식에 비해 적게 들지만 상호변조 왜곡 신호 성분의 개선특성은 높지 않다.
또한, 개방루프(Open Loop)방식을 택하기 때문에 안정성이 떨어지는 단점이 있다. 또한 피이드 포워드(Feed Forward)방식의 증폭기를 통하여 출력되는 신호에 따라 파생되는 상호변조 왜곡 신호성분을 제거하기 위해서는 각각의 주증폭부와, 오류증폭부를 통과하여 발생하는 시간 지연과 시간 지연 소자의 시간 지연이 정확히 일치하거나, 가변 감쇄기 및 가변 위상 변위기의 정확한 통제를 통해 역위상(180도)를 얻어야 하지만, 이러한 각 성분들의 제어과정에서 생기는 측정오차로 인해 통제하기가 어려운 단점이 있다.
그리고 증폭기(Amp)의 크기가 상당히 커지므로 소요비용이 많아지며 시간지연소자에서의 손실이 발생하기 때문에 증폭 효율이 저하되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 개선사항을 감안하여 안출한 것으로서, 프리디스토션(Predistortion) 방식을 이용한 고출력 증폭기에 피이드백 시스템을 이용하여 출력에서 발생되는 왜곡신호 성분을 제거할 수 있도록 한 통신시스템에서의 개선된 프리디스토션 왜곡 신호 보상 장치를 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명은, 입력된 신호를 증폭하여 비선형 신호를 포함한 상호변조신호를 출력하는 오류증폭부와, 상기 출력된 상호변조신호와 제 1 지연된 입력신호를 합성하여 상기 비선형 신호만을 출력하는 신호결합부와, 상기 신호결합부의 출력신호의 이득과 위상을 제 1, 2 제어신호에 따라 조정하여 크기가 같고 역위상인 신호로 출력하는 제 1 위상/이득 조정부와, 상기 제 1 위상/이득조정부의 출력신호와 제 2 지연된 입력신호를 합성한 신호의 이득과 위상을 제 3, 4제어신호에 따라 조정한 신호를 출력하는 제 2 위상/이득 조정부와, 상기 제 2 위상/이득 조정부의 출력신호를 증폭하여 피드백시킨 신호와 제 3 지연된 입력신호의 크기와 위상을 비교하는 비교부와, 상기 비교부의 출력신호를 저항비율에 따라 나누어진 전압에 저대역 필터링하여 기준값과 비교하여 상기 제어신호들을 출력하는 제어부를 포함하여 구성된다.
바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 비교부의 크기 비교 출력신호를 저항비율에 따라 나눈 제 1 전압을 제 1 저대역 필터부에서 필터링하여 제 1 기준값과 비교하여 상기 제 1 위상/이득 조정부의 이득을 조정하는 제 1 크기 조정부와, 상기 나누어진 제 2 전압을 제 2 저대역 필터부에서 필터링하여 제 2 기준값과 비교하여 상기 제 2 위상/이득 조정부의 이득을 조정하는 제 2 크기 조정부와, 상기 비교부의 위상 비교 출력신호를 상기 저항비율에 따라 나눈 제 2 전압을 상기 제 1 저대역 필터부에서 필터링하여 제 3 기준값과 비교하여 상기 제 1 위상/이득 조정부의 위상을 조정하는 제 1 위상 조정부와, 상기 나누어진 제 2 전압을 상기 제 2 저대역 필터부에서 필터링하여 제 4 기준값과 비교하여 제 2 위상/이득 조정부의 위상을 조정하는 제 2 위상조정부를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 제어부는, 수백 KHz에서 수십 KHz 대역의 주파수를 필터링하는 제 1 저대역 필터부와, 수십KHz에서 수백 KHz 대역의 주파수를 필터링하는 제 2 저대역 필터부를 포함하여 구성된 구성된다.
도 1은 종래의 피드포워드(Feedfoward)방식 선형화기의 동작 과정을 나타낸 블록구성도.
도 2는 종래의 프리디스토션(Predistortion)방식 선형화기의 동작 과정을 나타낸 블록구성도.
도 3은 본 발명에 따른 피이드백 시스템을 적용한 프리디스토션 고출력 증폭기의 동작을 설명하기 위한 블록구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
31 : 전치증폭부 32 : 오류증폭부
33 : 양방향 신호분배부 34, 35, 42 : 시간지연소자
36, 38 : 양방향 신호결합부 37 : 제 1 이득/위상 조정부
39 : 제 2 이득/위상 조정부 40 : 제어부
41 : 주증폭부 43 : 입출력 크기/위상 비교부
44 : 검출부 45 : OP 앰프/저대역필터
이하 본 발명에 대한 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 피이드백 시스템을 적용한 프리디스토션 고출력 증폭기의 동작을 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 3를 참조하면, 본 발명에 따른 프리디스토션 고출력 증폭기(Pre distortion High Power Amplifier)는 입력과 출력에서 예상되는 상호변조 신호(Inter Modulation ; 이하 IM이라 약칭함)성분 및 역위상의 신호를 발생시키는 제 1 및 제 2 이득/위상 조정부(37, 39)와 피이드백을 이용하여 크기와 위상 성분을 비교하여 전압을 발생시키서 제 1 및 제 2 이득/위상 조정부(37, 39)를 동작시키는 제어부(40)로 크게 구성된다. 이 두 부분은 함께 동작되며, 서로간에 영향을 미친다. 또한, 피이드백(Feedback)에서 검출되는 전압 성분을 이용하여 저항 및 저대역 필터의 차단주파수를 이용한 제어부(40)에서 제 1 및 제 2 이득/위상 조정부(37, 39)를 동작시킨다.
이와 같은 구성된 개선된 프리디스토션 장치이 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저 전치증폭부(Pre Amplifier)(31)에 입력된 신호는 IM 성분이 없는 신호이다. 일반적인 증폭기(Amplifier)는 출력이 높아지면 비선형 성분이 존재하고 상호변조 왜곡신호(IMD) 성분을 발생시킨다.
그러므로, 전치증폭기(Pre amplifier)(31)에서 증폭된 신호는 양방향 분배부(2Way Divider)(33)를 통과하여 입력 IM을 발생시키는 오류증폭부(32)와, 입력된 신호와 피이드백된 신호성분을 비교하는 경로로 나뉜다.
이와 같이 나누어진 신호중 양방??분배부(33)을 통과한 신호는 시간지연소자(35)에서 상호결합할 신호와의 시간동기를 맞추기 위하여 일시적으로 지연된 후 양방향 신호결합부(38)에서 오류증폭부(32)에서 증폭되어 위상조정된 신호와 합성된다. 이 때의 신호는 단지 입력 신호 그대로의 파형이다.
그리고 오류 증폭부(Error Amplifier)에서 증폭된 신호는 IM 성분이 발생되고, 발생된 IM신호는 시간지연소자(34)에 의해 대기중이던 입력신호와 결합되어 결국 양방향 신호결합부(Combiner)(36)에서는 IM 성분만을 발생시키게 된다.
발생된 IM 성분은 제 1 이득/위상 조정부(Gain/Phase Adjuster)(37)부분에 입력되어서 출력에서 발생되는 IM 성분과 크기는 같고 역위상(180。)인 IM 성분과 반송파(Carrier) 성분이 합쳐진 신호를 합성한다.
여기에 주증폭부(Main Amplifier)(41)를 거친 후 발생된 신호를 결합하여(Coupling) 입력 신호의 크기와 위상을 비교한 후, 검출부(44)로부터 검출(Detect)된 전압을 이용하여 주증폭부(Main Amplifier)(41)를 거친 후 발생된 IM 성분을 제거하도록 역으로 제 1 및 제 2 이득/위상 조정부(Gain/Phase Adjuster)(37, 39)를 동작시킨다.
이러한 동작을 제어하는 부분으로 제어부(40)가 있다. 여기에서는 위에서 설명한 바대로 검출부(44)에서 검출된 전압을 제어하기 위하여 제 1 크기성분 조정부(40a), 제 2 크기성분 조정부(40b), 제 1 위상성분 조정부(40c), 제 2 위상성분 조정부(40d)로 구성되어 제 1 및 제 2 이득/위상 조정부(Gain/Phase Adjuster)(37, 39)의 이득 및 위상을 변화시킨다. 이와 같은 구성부는 전압 비율을 조정할 수 있도록 구성되었다.
즉, 저항의 비율에 따라 제 1 크기성분 조정부(40a)와 제 2 크기성분 조정부(40b)에 가해지는 전압이 변할 수 있으며, 이 때 변화된 전압은 이득 조정부(Gain Adjuster)의 가변감쇄기(Variable Attenuator)의 동작전압을 변화시켜, 신호의 크기 성분을 조정하게 된다.
이와 마찬가지로 제 1 위상성분 조정부(40c)와 제 2 위상성분 조정부(40d)는 위상 조정부(Phase Divider)의 위상 성분을 조정할 수 있도록 전압을 조정한다.
또한, 제 1 저대역필터/제 1 크기제어부(40a) 와 제 1 저대역필터/제 1 위상제어부(40c)에서는 저대역필터의 차단주파수를 수백 KHz∼수십 MHz의 저대역 필터를 사용하여 보다 빠르게 IMD 왜곡을 개선시키고, 제 2 저대역필터/제 2 크기 제어부(40b)와 제 2 저대역필터/제 2 위상제어부(40d)의 경우는 수십HZ∼수백 KHz의 저대역 필터를 사용하여 DC 및 온도변화, 외부입력에 의한 슬로우 변화에 따라 변화된다.
따라서, 이와 같은 입력 신호에서, 예상되는 출력신호와 반대로 IM 신호를 발생시키는 프리디스토션(Predistortion)부분과 피이드백(Feedback)을 이용하여 이득/위상 조정기(Gain/Phase Adjuster)를 동작시키는 회로를 합하여 출력에서 발생되는 상호변조 왜곡(IMD) 신호성분을 최소로 할 수 있게 된다.
상기와 같이 언급한 본 발명에 따르면, 종래의 프리디스토션 선형화 방식을 이용한 왜곡된 신호 보상방식에 예상되는 출력신호와 반대로 IM 신호를 발생시키는 프리디스토션(Predistortion)부분과 피이드백(Feedback)을 이용하여 이득/위상 조정기(Gain/Phase Adjuster)를 동작시키는 회로를 합하여 출력에서 발생되는 상호변조 왜곡(IMD) 신호성분을 제거 할 수 있게 되므로서, 프리디스토션(Predistortion)의 상호변조 왜곡 신호 개선능력이 향상되었으며 다양하게 변화하는 입력신호에 대해 출력신호를 일정한 레벨로 유지할 수 있고 고출력 증폭기의 안정성을 증대시키는 효과가 있다.
Claims (3)
- 입력된 신호를 증폭하여 비선형 신호를 포함한 상호변조신호를 출력하는 오류증폭부와,상기 출력된 상호변조신호와 제 1 지연된 입력신호를 합성하여 상기 비선형 신호만을 출력하는 신호결합부와,상기 신호결합부의 출력신호의 이득과 위상을 제 1, 2 제어신호에 따라 조정하여 크기가 같고 역위상인 신호로 출력하는 제 1 위상/이득 조정부와,상기 제 1 위상/이득조정부의 출력신호와 제 2 지연된 입력신호를 합성한 신호의 이득과 위상을 제 3, 4제어신호에 따라 조정한 신호를 출력하는 제 2 위상/이득 조정부와,상기 제 2 위상/이득 조정부의 출력신호를 증폭하여 피드백시킨 신호와 제 3 지연된 입력신호의 크기와 위상을 비교하는 비교부와,상기 비교부의 출력신호를 저항비율에 따라 나누어진 전압에 저대역 필터링하여 기준값과 비교하여 상기 제어신호들을 출력하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 개선된 왜곡 신호 보상 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,상기 비교부의 크기 비교 출력신호를 저항비율에 따라 나눈 제 1 전압을 제 1 저대역 필터부에서 필터링하여 제 1 기준값과 비교하여 상기 제 1 위상/이득 조정부의 이득을 조정하는 제 1 크기 조정부와, 상기 나누어진 제 2 전압을 제 2 저대역 필터부에서 필터링하여 제 2 기준값과 비교하여 상기 제 2 위상/이득 조정부의 이득을 조정하는 제 2 크기 조정부와, 상기 비교부의 위상 비교 출력신호를 상기 저항비율에 따라 나눈 제 2 전압을 상기 제 1 저대역 필터부에서 필터링하여 제 3 기준값과 비교하여 상기 제 1 위상/이득 조정부의 위상을 조정하는 제 1 위상 조정부와, 상기 나누어진 제 2 전압을 상기 제 2 저대역 필터부에서 필터링하여 제 4 기준값과 비교하여 제 2 위상/이득 조정부의 위상을 조정하는 제 2 위상조정부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 개선된 왜곡 신호 보상 장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 제어부는,수백 KHz에서 수십 KHz 대역의 주파수를 필터링하는 제 1 저대역 필터부와, 수십KHz에서 수백 KHz 대역의 주파수를 필터링하는 제 2 저대역 필터부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 개선된 왜곡 신호 보상 장치.
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| KR1019990030014A KR20010010892A (ko) | 1999-07-23 | 1999-07-23 | 통신시스템에서의 개선된 왜곡 신호 보상 장치 |
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| KR1019990030014A KR20010010892A (ko) | 1999-07-23 | 1999-07-23 | 통신시스템에서의 개선된 왜곡 신호 보상 장치 |
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| KR (1) | KR20010010892A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100327863B1 (ko) * | 2000-01-27 | 2002-03-09 | 최명렬 | 디지털신호처리 연산을 이용한 알에프 대역 무선통신송신단의 출력 안정화, 극대화 및 비선형왜곡 보상 방법및 알에프 모듈 |
| KR100439227B1 (ko) * | 2001-07-16 | 2004-07-05 | 엘지전자 주식회사 | 더불유엘엘 기지국의 알에프 장치 |
-
1999
- 1999-07-23 KR KR1019990030014A patent/KR20010010892A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100327863B1 (ko) * | 2000-01-27 | 2002-03-09 | 최명렬 | 디지털신호처리 연산을 이용한 알에프 대역 무선통신송신단의 출력 안정화, 극대화 및 비선형왜곡 보상 방법및 알에프 모듈 |
| KR100439227B1 (ko) * | 2001-07-16 | 2004-07-05 | 엘지전자 주식회사 | 더불유엘엘 기지국의 알에프 장치 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |