KR20020054149A

KR20020054149A - 디지털 전치왜곡기를 갖는 기지국 송신장치

Info

Publication number: KR20020054149A
Application number: KR1020000082908A
Authority: KR
Inventors: 안광은; 김우식
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-06
Also published as: US6973139B2; US20020080891A1

Abstract

본 발명은 디지털 전치왜곡기를 갖는 기지국 송신장치에 관한 것으로, 종래에는 대역통과필터에서 전력증폭기의 출력신호 성분을 45dB 이상 감쇄시켜야 하고, 왜곡성분의 감쇄특성을 더욱 향상시키기 위해서는 대역통과필터의 감쇄특성이 더욱더 향상되어야 함에 따라 설계의 복잡함이나 경제적인 문제가 있었고, 전력증폭기에서 발생하는 주로 3차에 의한 상호변조 왜곡성분이 전력증폭기의 출력신호와 매우 인접하여 있기 때문에 필터링하기가 어려운 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명에서는 디지털 왜곡감쇄기를 통해 이동통신 기지국 시스템의 성능에 영향을 주는 전력증폭기의 왜곡특성을 개선할 수 있게 됨에 따라 종래에서와 같이 필터의 감쇄특성을 향상시키기 위한 설계의 복잡함이나 경제적인 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

Description

디지털 전치왜곡기를 갖는 기지국 송신장치{BASE STATION TRANSMITTER WITH DIGITAL PREDISTORTER}

본 발명은 디지털 전치왜곡기를 갖는 기지국 송신장치에 관한 것으로, 특히 디지털 왜곡감쇄를 통해 이동통신 기지국 시스템의 성능에 영향을 주는 전력증폭기의 왜곡특성을 개선하기에 적당하도록 한 디지털 전치왜곡기를 갖는 기지국 송신장치에 관한 것이다.

도1은 종래 전치왜곡기를 갖는 기지국 송신장치를 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와같이 입력신호(IN)를 전치왜곡부(1)를 통해 입력받아 증폭하여 출력신호(OUT)로 출력하는 전력증폭기(2)와; 상기 전력증폭기(2)의 출력신호(OUT)의 샘플링된 신호를 추출하는 방향성 결합기(directional coupler, 3)와; 상기 방향성 결합기(3)에서 추출된 신호와 국부발진신호(LO)를 혼합하여 중간주파수 영역으로 변환된 신호를 출력하는 믹서(mixer, 4)와; 상기 믹서(4)를 통해 중간주파수 영역으로 변환된 신호의 왜곡성분을 추출하는 대역통과필터(band pass filter : BPF, 5)와; 상기 대역통과필터(5)를 통과한 신호로부터 왜곡성분 발생량을 검출하는 전력검출기(power detector, 6)와; 상기 전력검출기(6)에서 검출된 왜곡성분 발생량을 토대로 상기 전력증폭기(2) 출력신호(OUT)의 왜곡성분 발생량을 최소화할 수 있도록 상기 전치왜곡부(1)에 제어신호(CS)를 출력하는 적응제어부(adaptive controller, 7)로 구성된다.

상기한 바와같이 구성되는 종래의 전치왜곡기를 갖는 기지국 송신장치에 대한 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 입력포트를 통해 입력되는 고주파 입력신호(IN)는 전치왜곡부(1)에 입력되어 전력증폭기(2)의 비선형특성과 반대되는 특성을 갖도록 크기와 위상이 변화된 다음 전력증폭기(2)를 통해 증폭되어 출력신호(OUT)로 출력된다.

이때, 상기 전치왜곡부(1)가 이상적이라면, 전력증폭기(2)의 출력신호(OUT)에 왜곡성분이 나타나지 않아야 하지만, 전치왜곡부(1)를 전력증폭기(2)의 비선형 특성과 정확하게 반대되는 특성을 갖도록 하는 것이 불가능함에 따라 실제 전력증폭기(2)의 출력신호(OUT)에 왜곡성분이 나타난다.

상기한 바와같은 전력증폭기(2)의 출력신호(OUT)에 나타나는 왜곡성분을 최소화하기 위해서는 왜곡성분 발생량을 주기적으로 확인하여 그 발생량이 최소가 되도록 제어하여야 한다.

따라서, 방향성 결합기(3)를 통해 전력증폭기(2)의 출력신호(OUT)로부터 샘플링된 신호를 추출하고, 믹서(4)를 통해 국부발진신호(LO)와 혼합하여 중간주파수 영역으로 변환한 다음 대역통과필터(5)를 통해 왜곡성분을 추출한다.

상기한 바와같이 왜곡성분이 추출되면, 전력검출기(6)를 통해 왜곡성분 발생량을 검출하고, 최종적으로 적응제어부(7)는 전력검출기(6)에서 검출된 왜곡성분 발생량을 토대로 전치왜곡부(1)에 제어신호(CS)를 출력하여 전력증폭기(2) 출력신호(OUT)의 왜곡성분 발생량을 최소화할 수 있도록 제어한다.

이때, 상기 대역통과필터(5)를 통과한 신호는 상기 전력증폭기(2)의 출력신호(OUT) 중에서 왜곡성분만을 포함하여야 하지만, 실제로 대역통과필터(5)의 감쇄특성이 제한적이기 때문에 왜곡성분 이외의 출력신호(OUT) 성분이 나타나게 된다.

따라서, 왜곡성분 발생량이 적응제어부(7)에서 사용되도록 하기 위해서는 대역통과필터(5)를 통과한 전력증폭기(2)의 출력신호(OUT) 성분이 왜곡성분에 비해 15dB 이상 작아야 하며, 일반적인 전력증폭기(2)의 왜곡성분이 출력신호(OUT) 성분에 비해 30dB 정도 작은 것을 고려한다면, 대역통과필터(5)에서 전력증폭기(2)의 출력신호(OUT) 성분을 45dB 이상 감쇄시켜야 하고, 왜곡성분의 감쇄특성을 더욱 향상시키기 위해서는 대역통과필터(5)의 감쇄특성이 더욱더 향상되어야 하는 문제점이 있었다.

그리고, 전력증폭기(2)에서 발생하는 왜곡성분은 주로 3차에 의한 상호변조 왜곡(intermodulation distortion) 성분으로, 이와같은 상호변조 왜곡 성분은 전력증폭기(2)의 출력신호(OUT)와 매우 인접하여 있기 때문에 필터링하기가 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 디지털 왜곡감쇄기를 통해 이동통신 기지국 시스템의 성능에 영향을 주는 전력증폭기의 왜곡특성을 개선할 수 있는 디지털 전치왜곡기를 갖는 기지국 송신장치를 제공하는데 있다.

도1은 종래의 전치왜곡기를 갖는 기지국 송신장치를 보인 블록도.

도2는 본 발명에 의한 디지털 전치왜곡기를 갖는 기지국 송신장치를 보인 블록도.

도3은 도2에 있어서, 고주파 전력증폭기의 특성을 모델링하여 함수를 추출하는 과정을 보인 예시도.

도4는 도2에 있어서, 고주파 전력증폭기의 특성을 모델링한 함수와 기준신호를 적용하여 적응 알고리즘을 통해 오차함수를 추출하고, 이 오차함수를 이용하여 전치왜곡기의 감쇄특성을 변화시키는 과정을 보인 예시도.

도5는 일반적인 고주파 전력증폭기를 7차 다항식으로 모델링한 그래프도.

도6a 및 도6b는 일반적인 고주파 전력증폭기와 본 발명에 의한 디지털 전치왜곡기가 적용된 고주파 전력증폭기를 5차 다항식으로 모델링한 비교 그래프도.

도7은 본 발명에 의한 디지털 전치왜곡기를 적용함에 따른 ACPR 특성 개선정도를 보인 그래프도.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

11:입력단 12:전치왜곡부

13:디지털/아날로그 변환부 14:변조부

15:고주파 전력증폭기 16:복조부

17:아날로그/디지털 변환부 18:지연부

19:모델링부 20:기준신호 발생부

21:적응제어부

상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 디지털 전치왜곡기를 갖는 기지국 송신장치는 인페이즈/쿼드러쳐(inphase/quadrature) 디지털 입력신호를 전치왜곡부를 통해 입력받아 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환부와; 상기 디지털/아날로그 변환부에서 변환된 아날로그 신호와 국부발진신호를 혼합하여 인페이즈/쿼드러쳐 변조하는 변조부와; 상기 변조부의 출력신호를 증폭하여 출력신호로 출력하는 고주파 전력증폭기와; 상기 고주파 전력증폭기 출력신호의 일부를 샘플링한 다음 상기 국부발진신호와 혼합하여 인페이즈/쿼드러쳐 복조하는 복조부와; 상기 복조부의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부와; 상기 전치왜곡부의 출력신호를 지연부를 통해 지연시켜 입력받고, 상기 아날로그/디지털 변환부의 디지털 신호를 입력받아 상기 고주파 전력증폭기의 특성을 모델링하여 함수를 추출하는 모델링부와; 상기 고주파 전력증폭기의 특성을 모델링한 함수와 기준신호를 적용하여 적응 알고리즘을 통해 오차함수를 추출하고, 이 오차함수를 이용하여 상기 전치왜곡부의 특성을 변화시키는 적응제어부를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와같이 구성되는 본 발명에 의한 디지털 전치왜곡기를 갖는 기지국 송신장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 의한 디지털 전치왜곡기를 갖는 기지국 송신장치를 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와같이 시스템의 입력단(11)을 통해 입력되는 인페이즈/쿼드러쳐 디지털 입력신호(I/Q)를 전치왜곡부(12)를 통해 입력받아 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환부(13)와; 상기 디지털/아날로그 변환부(13)에서 변환된 아날로그 신호와 국부발진신호(LO)를 혼합하여 변조하는 변조부(14)와; 상기 변조부(14)의 출력신호를 증폭하여 출력신호(OUT)로 출력하는 고주파 전력증폭기(15)와; 상기 고주파 전력증폭기(15) 출력신호(OUT)의 일부를 샘플링한 다음 상기 국부발진신호(LO)와 혼합하여 복조하는 복조부(16)와; 상기 복조부(16)의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(17)와; 상기 전치왜곡부(12)의 출력신호를 지연부(18)에서 지연시켜 상기 아날로그/디지털 변환부(17)의 디지털 신호와 동일한 타이밍에 입력받아 상기 고주파 전력증폭기(15)의 특성을 모델링하여 함수를 추출하는 모델링부(19)와; 기준신호(I/Q REF)를 발생시키는 기준신호 발생부(20)와; 상기 고주파 전력증폭기(15)의 특성을 모델링한 함수와 기준신호(I/Q REF)를 적용하여 적응 알고리즘을 통해 오차함수를 추출하고, 이 오차함수를 이용하여 상기 전치왜곡부(12)의 특성을 변화시키는 적응제어부(21)로 구성된다. 이때, 고주파 전력증폭기(15)는 memoryless로 가정하며, 변조부(14) 및 복조부(16)는 크기와 위상의 imbalance가 없는 이상적인 경우로 가정한다.

여기서, 상기 고주파 전력증폭기(15)의 특성을 모델링하여 함수를 추출하는 과정을 첨부한 도3의 예시도를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 지연부(18)의 출력신호(,)는 신호크기 생성부(31)에 입력되어 상기 도2의 고주파 전력증폭기(15)의 출력신호(OUT)와 동일한 크기의 신호로 출력되며, 지연부(18)의 출력신호(,)는 각각 미지계수가 포함된 멱급수 형태의 다항식으로 표현되는 인페이즈 모델(32)과 쿼드러쳐 모델(33)에 인가된다.

상기 인페이즈 모델(32)과 쿼드러쳐 모델(33)을 통과한 지연부(18)의 출력신호(,)는 상기 신호크기 생성부(31)를 통과한 지연부(18)의출력신호(,)와 각각 곱해진 다음 아날로그/디지털 변환부(17)의 출력신호(,)와의 감산을 통해 각각의 오차함수(,)를 추출한다.

상기 오차함수(,)를 RLS(recursive least square) 방법을 통해 상기 인페이즈 모델(32)과 쿼드러쳐 모델(33)에 적용하여 인페이즈 모델(32)과 쿼드러쳐 모델(33)의 미지계수를 최종 결정한다.

한편, 상기 고주파 전력증폭기(15)의 특성을 모델링한 함수와 기준신호를 적용하여 적응 알고리즘을 통해 오차함수를 추출하고, 이 오차함수를 이용하여 상기 전치왜곡부(12)의 특성을 변화시키는 과정은 첨부한 도4의 예시도를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 기준신호 발생부(20)에서 생성된 기준신호(I/Q REF)는 전치왜곡 모델(22)을 통해 왜곡성분이 감쇄된 다음 고주파 전력증폭 모델(23)을 통해 증폭되어 출력됨과 아울러 기준신호 발생부(20)의 기준신호(I/Q REF) 크기성분(,)과 고주파 전력증폭 모델(23)의 출력 크기성분(,)은 각각 감산되어 최종 오차함수(,)가 추출된다.

상기에서 추출된 오차함수(,)는 LMS(least mean square) 방법을 통해 전치왜곡 모델(22)에 적용하여 전치왜곡 모델(22)에 포함된 미지계수를 최종 결정한다. 이때, 전치왜곡 모델(22)에 포함된 미지계수는 아래의 수학식1로 정의된다.

여기서,는 n번째 반복(iterate)일 때, k차 항의 미지계수를 의미하며,는 LMS 에서의 적응스텝(adaptation step)이다.

한편, 도5는 일반적인 고주파 전력증폭기를 7차 다항식으로 모델링한 그래프도로서, 이에 도시한 바와같이 Saleh의 모델과 일치함을 알 수 있다.

이때, 미지계수 결정에 사용된 입력신호 샘플은 60개 이고, 왜곡감쇄부의 이득은 1로 설정하였으며, 위상지연은 없는 것으로 가정하였다.

결과적으로, 정규화된 입력신호 범위에서 크기 오차는 10^-3이하이고, 위상 오차는 10^-2rad 이하이다.

한편, 도6a 및 도6b는 일반적인 고주파 전력증폭기와 본 발명에 의한 디지털 전치왜곡기가 적용된 고주파 전력증폭기를 5차 다항식으로 모델링한 비교 그래프도로서, 전력증폭기의 AM to AM(도6a) 및 AM to PM(도6b) 특성이 개선됨을 알 수 있다.

한편, 도7은 본 발명에 의한 디지털 전치왜곡기를 적용함에 따른 ACPR 특성 개선정도를 보인 그래프도이다.

상기한 바와같은 본 발명에 의한 디지털 전치왜곡기를 갖는 기지국 송신장치는 디지털 왜곡감쇄를 통해 이동통신 기지국 시스템의 성능에 영향을 주는 전력증폭기의 왜곡특성을 개선할 수 있게 됨에 따라 종래에서와 같이 필터의 감쇄특성을 향상시키기 위한 설계의 복잡함이나 경제적인 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

Claims

인페이즈/쿼드러쳐(inphase/quadrature) 디지털 입력신호를 전치왜곡부를 통해 입력받아 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환부와; 상기 디지털/아날로그 변환부에서 변환된 아날로그 신호와 국부발진신호를 혼합하여 인페이즈/쿼드러쳐 변조하는 변조부와; 상기 변조부의 출력신호를 증폭하여 출력신호로 출력하는 고주파 전력증폭기와; 상기 고주파 전력증폭기 출력신호의 일부를 샘플링한 다음 상기 국부발진신호와 혼합하여 인페이즈/쿼드러쳐 복조하는 복조부와; 상기 복조부의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부와; 상기 전치왜곡부의 출력신호를 지연부를 통해 지연시켜 입력받고, 상기 아날로그/디지털 변환부의 디지털 신호를 입력받아 상기 고주파 전력증폭기의 특성을 모델링하여 함수를 추출하는 모델링부와; 상기 고주파 전력증폭기의 특성을 모델링한 함수와 기준신호를 적용하여 적응 알고리즘을 통해 오차함수를 추출하고, 이 오차함수를 이용하여 상기 전치왜곡부의 특성을 변화시키는 적응제어부를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 전치왜곡기를 갖는 기지국 송신장치.