KR20030004005A

KR20030004005A - 기지국 증폭 장치

Info

Publication number: KR20030004005A
Application number: KR1020010060673A
Authority: KR
Inventors: 나나오요시나리; 야마까와준이찌로
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-01-14
Also published as: US20030008683A1; EP1280270A2; EP1280270A3; JP2003018028A

Abstract

피크신호의 변동에 기인하여 발생하는 무선 특성의 저하를 해결하기위해, 기지국으로부터 전송되는 하나 이상의 채널을 증폭하는데 사용되는 기지국 증폭 장치가 제공된다. 상기 기지국 증폭 장치는, 채널마다 베이스 밴드 신호를 진폭제한하는 진폭 제한 수단; 채널마다 상기 진폭 제한 수단으로부터의 출력을 고주파 변조하는 고주파 변조 수단; 모든 상기 고주파 변조 수단으로부터의 출력들을 가산하는 가산 수단; 상기 가산 수단으로부터의 출력을 증폭하는 증폭 수단; 및 상기 증폭 수단의 특성에 근거하여 상기 진폭 제한 수단을 제어하는 진폭 제어 수단을 구비한다.

Description

기지국 증폭 장치 {BASE-STATION AMPLIFIER DEVICE}

본 발명은, CDMA(Code Division Multiple Access;코드 분할 다중 접속)방식으로 송신되는 다중 신호의 피크 전력 및 채널수가 증가될 때, 기지국으로부터 송신되는 베이스 밴드 신호에 대해 진폭 제한(클리핑)을 제어할 때 사용되는 기지국 증폭 장치에 관한 것이다.

최근, 이동 통신 시스템의 발전과 함께, 변조 방식이 FM(Frequency Modulation; 주파수 변조)으로부터 TDMA(Time Division Multiple Access;시분할 다중 접속) 및 CDMA 로 변화했다. 특히, CDMA방식이 빠른 데이타 통신 성능 및 간섭에 대한 높은 둔감성으로 인해 유행하고 있다. 또한, 변조 방식의 변화에 따라 신호 소스의 피크전력/평균전력의 비율이 증가하고 있다. 도 6은 다양한 변조 방식들의 피크전력/평균전력의 특성을 나타낸 표이다. 도 6에 도시한 바와 같이, FM 방식은 피크전력/평균전력 비율이 0dB 이고 TDMA 방식은 3.5dB 인데 반해, W-CDMA 방식은 8~11 dB 이며 CDMA 방식은 약 10~12 dB이다. 또한, 2 채널 이상의 RF 신호가 공통증폭되면, 반송신호가 증가됨과 동시에 피크 전력도 유사하게 증가된다.

상기 증가된 피크 전력들을, 기지국의 증폭기를 사용하여 선형적으로 증폭시키는 것이 필요하다. 증폭기가, 예를 들어 20 와트의 평균전력을 출력할 때, 도 6의 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 증폭기는 200~320 와트의 피크전력을 출력해야 한다.

그러나, 상술한 예에서 증폭기의 출력이 최대 200 와트 미만이면, 선형증폭을 수행하는 것이 불가능하여 무선 특성의 저하와 함께 왜곡(distortion)이 발생한다. CDMA 방식에서는, 다중 송신될 채널수를 증가시켜 송신전력을 증가시키기 때문에, 트래픽이 증가하여 피크 전력이 증가한다. 특히, 증폭기에 입력될 피크 신호들의 진폭에 응답하도록, 증폭기의 설계를 주로 변경하는 경향이 있다.

그러므로, 본 발명은 상술한 문제점들을 고려하여 달성된다. 본 발명의 목적은 기지국으로부터 송신되는 하나 이상의 채널을 증폭하는데 사용되는 기지국 증폭 장치를 제공하는데 있으며, 상기 기지국 증폭 장치는 상기 채널마다 베이스 밴드 신호를 진폭제한하는 진폭 제한 수단, 상기 채널마다 상기 진폭 제한 수단으로부터의 출력에 고주파 변조를 수행하는 고주파 변조 수단, 모든 상기 고주파 변조 수단으로부터의 출력들을 가산하는 가산 수단, 상기 가산 수단으로부터의 출력을 증폭하는 증폭 수단, 및 상기 증폭 수단의 특성에 근거하여 상기 진폭 제한 수단을 제어하는 진폭 제어 수단을 구비한다.

위와 같이 구성된 기지국 증폭 장치에 의해, 송신 베이스 밴드 신호의 피크의 진폭 제어를 수행함으로써, 기지국측의 증폭 수단으로부터의 출력에서의 왜곡을 기지국으로부터 억제할 수 있다.

상기 기지국 증폭 장치에서, 진폭 제어 수단은 채널수가 미리 설정된 수를 초과할 때만 진폭 제한 수단을 제어하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성에 의해, 낮은 트래픽시 높은 피크 신호를 증폭하고, 높은 트래픽 및 높은 송신 전력시에는 피크 신호의 변동에 기인하여 발생되는 무선 특성의 저하를 저감할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 기지국 증폭 장치에서는, 증폭 수단의 입력측 또는 출력측에 검출 수단을 제공할 수 있다. 이 경우, 진폭 제어 수단은, 증폭 수단의 특성에 근거하여 검출 수단으로부터의 출력이 문턱값을 초과할 때 검출 수단으로부터의 출력 및 증폭 수단의 특성에 근거하여 진폭 제한 수단을 제어하는 것을 특징으로 한다.

이런 구성에 의해, 기지국의 송신 베이스 밴드 신호의 피크의 진폭 제어를 수행함으로써, 기지국의 증폭 수단으로부터의 출력에서의 왜곡을 억제할 수 있다.

도 1은 제 1 실시예에 따른 기지국 증폭 장치의 구성의 일례를 도시하는 블럭도.

도 2는 증폭기의 입·출력 특성의 일례를 나타낸 그래프.

도 3은 제 3 실시예에 따른 기지국 증폭 장치의 구성의 일례를 도시하는 블럭도.

도 4는 진폭 제한의 유·무에 따른 CCDF(Complementary Cumulative Distribution Function; 보상 누적 분포 함수)특성 및 CCDF의 다른 특성을 나타낸 그래프.

도 5는 진폭 제한의 유·무에 따라 증폭기로부터 출력되는 전력 스펙트럼 파형의 차이를 나타낸 그래프.

도 6은 다양한 변조방식의 피크전력/평균전력의 특성을 나타낸 표.

*도면의 주요 부분에 대한 설명*

101 : 변조부 102 : 진폭제한회로

103 : 고주파 변환/확산 변조부 104 : 가산기

105 : 증폭기 106 : 진폭제어회로

201 : 검출회로

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을, 첨부 도면들을 참조하여, 상세히 설명한다.

제 1 실시예:

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 기지국 증폭 장치의 구성의 일례를 도시하는 블럭도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 기지국 증폭 장치는 변조부 (101), 진폭 제한 회로 (102), 고주파 변환·확산 변조부 (103), 가산기 (104), 증폭기 (105) 및 진폭 제어 회로 (106)을 구비한다. 이 실시예에서는, N 개 채널들 즉, 도 1에 도시한 바와 같이 기지국 증폭 장치용으로 이용가능한 채널들 1~N이 있고, 그 채널들 1~N에 베이스 밴드 신호들 1~N이 각각 할당된다. 또한, N개 채널에 대해 N 개 집합의 변조부 (101), 진폭 제한 회로 (102) 및 고주파 변환·확산 변조부 (103)가 1 대 1 대응 방식으로 마련되어 있다. 또한, 이 실시예에서, 진폭 제한 회로 (102)는 또한 "진폭 제한 수단"이라 칭하며, 고주파 변환·확산 변조부 (103)는 또한 "고주파 변조 수단", 증폭기 (105)는 "증폭 수단" 및 진폭 제어 회로 (106)는 "진폭 제어 수단"이라 칭한다.

다음으로, 이 기지국 증폭 장치의 동작을 설명한다.

각 채널에서, 변조부 (101)는 변조부에 입력되는 베이스밴드 신호를 직교변조한 후, 그 결과로써 생기는 신호를 베이스밴드 변조신호로서 진폭 제한 회로 (102)에 출력한다. 진폭 제한 회로 (102)는 진폭 제어 회로 (106)로부터의 진폭 제한 특성에 따라 상기 베이스밴드 변조신호를 진폭제한하고, 그 결과로써 생기는 신호를 베이스밴드 진폭제한 신호로서 고주파 변환·확산 변조부 (103)에 출력한다.

다음으로, 각 채널에서, 고주파 변환·확산 변조부 (103)는 상기 베이스밴드 진폭제한 신호를 확산변조 및 고주파 변환시킨다. 그러므로, N 개 채널들 내의 모든 고주파 변환·확산 변조부 (103)로부터 출력되는 각각의 결과 신호들은 고주파 신호들 1~N으로서 가산기 (104)에 병렬로 입력된다. 가산기 (104)는 N 개 고주파 신호들을 함께 가산하고, 그 결과로써 생기는 신호를 다중 신호로서 증폭기 (105)에 출력한다. 증폭기 (105)는 그 신호를 송신 출력까지 증폭하고, 그 결과로써 생기는 증폭 신호를 무선 신호로서 외부로 출력한다. 진폭 제어 회로 (106)는 증폭기 (105)의 미리 설정된 진폭 제한 특성을 진폭 제한 회로 (102)에 출력하는 기능을 할 수 있다.

다음으로, 진폭 제어 회로 (106)로부터 출력되는 특정 진폭 제한 특성을 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 증폭기의 입·출력 특성의 일례를 도시하는 그래프이다. 도 2에서, 가로축은 입력 전력(dBm), 왼쪽의 세로축은 출력 전력(dBm) 그리고 오른쪽의 세로축은 IM(intermodulation distortion;상호변조 왜곡) 특성(dBc)을 나타낸다. P₀는 증폭기 (105)에서 입력 전력에 대한 출력 전력이다. IM3는 증폭기 (105) 단독의 IM특성을 나타낸다. IM5는 FF(feed-forward) 증폭기의 IM특성을 나타낸다.

통상적으로, 상기 IM특성의 실제 범위는 -30dB 이하이다. FF증폭기는 약 25dB의 왜곡에 대한 보상을 할 수 있으므로, FF증폭기의 IM특성은 도 2에 도시한 바와 같이 약 -55dB가 된다. 다른 한편, 피크전력/평균전력이 10dB이면, 도 2에서 FF 제어후 IM특성에 의해 나타난 바와 같이, 증폭기 (105)의 입력 전력이 28dBm 이상되는 곳에서 상기 IM특성은 저하된다. 그러므로, 상기 입력 전력의 문턱값이 28dBm 이면, 이 문턱값 이상의 범위에서 입력 전력 IM특성에 응답하여 진폭 제어 특성은 진폭 제한을 수행하는 성능을 나타낸다. 진폭 제어 회로 (106)는 이 진폭 제어 특성을 진폭 제한 회로 (102)에 출력한다.

이 실시예에서는, 진폭 제한 회로 (102)를 변조부 (101)의 후단에 배치하였지만, 변조부 (101)의 전단에 진폭 제한 회로 (102)를 배치하더라도, 기지국 증폭 장치를 유사하게 작동시키는것 또한 가능하다.

제 2 실시예:

본 발명의 제 2 실시예에 따른 기지국 증폭 장치는 도 1에 도시한 증폭 장치와 유사하게 구성된다. 이 제 2 실시예에서, 진폭 제어 회로 (106)가 채널수에 따라 진폭제어에 대한 결정을 수행한다. 채널수가 적을 때 즉, 낮은 트래픽시, 송신 전력은 작아지고, 진폭 제어 회로 (106)는 진폭 제한 회로 (102)에 피크신호에 진폭제한을 수행하지 말 것을 지시한다. 이와 반대로, 채널수가 증가될 때 즉, 높은 트래픽시, 송신 전력은 증가되고, 진폭 제어 회로 (106)는, 증폭기 (105)의 백오프(backoff)가 감소되기 때문에, 진폭 제한 회로 (102)에 피크신호에 진폭제한을 수행할 것을 지시한다.

제 3 실시예:

도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기지국 증폭 장치의 구성의 일례를 도시하는 블럭도이다. 도 1 및 도 3에서 동일한 숫자들은 동일한 부분들을 나타내므로, 이하 그 부분들에 대한 설명은 생략한다. 특히, 이 제 3 실시예는 증폭기 (105)의 후단에 배치되는 검출회로 (201)를 추가로 구비한다. 또한, 이 실시예에서 검출회로 (201)는 또한 "검출 수단"이라 칭한다.

이 검출회로 (201)의 동작을, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4는 진폭제한의 유·무에 따른 CCDF(Complementary Cumulative Distribution Function;보상 누적 분포 함수)특성 및 CCDF의 다른 특성들을 도시하는 그래프이다. 도 4에서, 가로축은 피크전력/평균전력을 나타내고, 세로축은 가로축의 상기 피크전력/평균전력을 초과하는 확률을 나타낸다. 또한, 도 5는 상기 진폭 제한의 유·무에 따라 증폭기로부터 출력되는 전력 스펙트럼 파형에서의 차이들을도시하는 그래프이다. 도 5에서, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 전력을 나타낸다. 도 4 및 도 5에 도시한 그래프들은 CDMA 통신이 동작하는 동안 나타낸 것이다. 증폭기 (105)의 출력 전력이 높을 때, 증폭기 (105)의 비선형 부분에 의해 증폭기 출력이 왜곡되어, 도 5에 도시한 바와 같은 진폭 제한이 없을 시의 전력 스펙트럼이 된다. 검출회로 (201)는 증폭기 (105)의 출력에서 검출을 수행한 후, 증폭기 (105)로부터 검출 후 얻어진 출력 전력을 진폭 제어 회로 (106)에 출력한다. 진폭 제어 회로 (106)는 왜곡이 발생하는 증폭기 출력 전력 근방의 값을 문턱값으로서 진폭 제한 회로 (102)에 출력한다. 진폭 제한 회로 (102)는, 베이스밴드 변조신호들 중, 문턱값을 초과하는 피크신호들을 진폭제한한다.

다음으로, 진폭 제어 회로 (106)에 의한 특정 진폭 제한 특성을, 상세히 설명한다. 제 1 실시예의 진폭 제한 특성과 유사하게, 도 2에 도시한 바와 같이, 증폭기 (105)의 입·출력 특성을 이용하여, 증폭기 (105)로부터의 출력 전력에 대하여 문턱값을 결정한다. 검출회로 (201)로부터 얻어지는 출력 전력이 이 문턱값을 초과하면, 진폭 제어 회로 (106)는 진폭 제한 회로 (102)에 진폭제한을 수행할 것을 지시한다. 이 때, 도 2에 도시한 바와 같이 입력 전력 IM특성에 응답하여 진폭제한의 제어량은 진폭 제한 회로 (102)에 또한 출력된다.

피크신호가 진폭제한되지 않을 때 CCDF특성에 도시한 바와 같이, 피크전력/평균전력은 최대 12dB 이다. 피크전력이 높을 때, 증폭기로부터 출력되는 스펙트럼 파형은 무선 특성의 저하로 왜곡된다. 따라서, CCDF특성은 도 4에 도시한바와 같은 진폭제한을 가지는 특성이 된다. 그 결과, 전력 스펙트럼은 도 5에 도시한 바와 같은 진폭제한을 가지는 특성이 되고, 왜곡을 억제할 수 있다.

이 제 3 실시예에서는, 증폭기 (105)의 후단에 검출 회로 (201)가 배치되어 있지만, 증폭기 (105)의 전단에 검출회로 (201)를 배치하더라도, 유사한 결과의 동작을 달성할 수 있다. 또한, 이 제 3 실시예에서, 변조부 (101)의 후단에 진폭 제한 회로 (102)가 배치되어 있지만, 변조부 (101)의 전단에 진폭 제한 회로 (102)를 배치하더라도, 유사한 결과의 동작을 달성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 낮은 트래픽시 높은 피크신호를 증폭하고, 높은 트래픽 및 높은 송신전력시 피크신호의 변동에 기인하여 발생되는 무선 특성의 저하를 낮추는 것이 가능하다. 그 결과, 낮은 전력소비, 높은 전력을 제공함으로써 증가되는 서비스 영역 및 왜곡 제어에서의 안정화를 달성하는 것이 가능하다.

Claims

기지국으로부터 송신되는 하나 이상의 채널을 증폭하는데 사용되는 기지국 증폭 장치로서,

상기 채널마다 베이스 밴드 신호를 진폭제한하는 진폭 제한 수단;

상기 채널마다 상기 진폭 제한 수단으로부터의 출력을 고주파 변조하는 고주파 변조 수단;

모든 상기 고주파 변조 수단으로부터의 출력을 가산하는 가산 수단;

상기 가산 수단으로부터의 출력을 증폭하는 증폭 수단; 및

상기 증폭 수단의 특성에 근거하여 상기 진폭 제한 수단을 제어하는 진폭 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 기지국 증폭 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 진폭 제어 수단은, 상기 채널들의 수가 미리 설정된 수를 초과할 때만 상기 진폭 제한 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국 증폭 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 증폭 수단의 입력측 또는 출력측에 배치되는 검출 수단을 더 구비하며,

상기 진폭 제어 수단은, 상기 증폭 수단의 특성에 근거하여 상기 검출 수단으로부터의 출력이 문턱값을 초과할 때 상기 검출 수단으로부터의 출력 및 상기 증폭수단의 특성에 근거하여 상기 진폭 제한 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국 증폭 장치.