KR20120070911A - 왜곡 보상장치 및 왜곡 보상신호 송신방법 - Google Patents

왜곡 보상장치 및 왜곡 보상신호 송신방법 Download PDF

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Abstract

왜곡 보상장치 및 왜곡 보상신호 송신방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡 보상장치는 미리 설정된 전달특성을 지니는 전달특성 변환부를 이용하여 비선형 장치의 전달특성을 변환한다. 이에 따라 비선형 장치의 전달특성 곡선곡선의 기울기가 0에 근접하거나 0 이하(음수)인 구간이 존재하지 않도록 함으로써, 보다 정확한 왜곡정보를 추출할 수 있어서 무선통신 기반 비선형 장치의 비선형 특성을 보상하여 선형화된 신호를 송신할 수 있다.

Description

왜곡 보상장치 및 왜곡 보상신호 송신방법 {Distortion compensation apparatus and method for transmitting distortion compensation signal}
본 발명은 무선통신 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선통신 기반 비선형 장치의 비선형 특성을 보상하는 기술에 관한 것이다.
무선통신 시스템에서 송신 단은 무선 채널에서의 감쇄를 고려하여 송신 신호가 수신 단에 도달할 수 있도록 송신 신호의 전력을 증폭시켜 전송한다. 이때, 송신 신호의 전력을 증폭시키는 전력 증폭기는 입력신호와 출력신호가 선형성을 유지해야 효율을 높일 수 있다. 그런데, 일반적으로 무선통신 시스템의 전력 증폭기는 비선형(Nonlinearity)적인 특성이 있다.
비선형 장치 자체의 비선형성을 제거하는 것은 한계가 있기 때문에, 장치의 주변장치를 통해 선형화를 달성하기 위한 기술들이 연구되고 있다. 선왜곡기(Pre-Distorter)를 이용하는 방식은 그 중의 하나이다. 선왜곡기는 비선형 장치의 비선형 전달 특성에 대한 역(inverse)을 취하여 입력신호를 선왜곡함으로써 비선형 장치의 출력 신호를 선형화한다.
일 양상에 따라, 비선형 장치의 왜곡 보상시에 정확한 왜곡정보를 추출하고, 추출된 왜곡정보를 이용하여 비선형 장치의 비선형적 특성을 선형화하며 선형화된 신호를 송신하는 무선통신 기술을 제안한다.
일 양상에 따른 무선통신 기반 비선형 장치의 비선형 특성을 보상하는 왜곡 보상장치는, 입력신호를 선왜곡 보상하는 선왜곡부와, 선왜곡 보상된 신호를 비선형 장치에 인가하되 미리 설정된 전달특성을 이용하여 비선형 장치의 진폭왜곡특성(amplitude-to-amplitude distortion:이하 '전달특성'이라 칭함)을 변환하는 전달특성 변환부와, 비선형 장치의 출력 신호 및 선왜곡 보상된 신호를 대상으로 선왜곡부의 선왜곡 보상을 위한 왜곡정보를 추출하여 이를 선왜곡부로 전송하는 왜곡정보 추출부를 포함한다.
다른 양상에 따른 무선통신 기반 비선형 장치의 비선형 특성을 보상하는 왜곡 보상장치는, 입력신호를 선왜곡 보상하는 선왜곡부와, 선왜곡 보상된 신호를 비선형 장치에 인가하되 미리 설정된 전달특성을 이용하여 비선형 장치의 전달특성을 변환하는 전달특성 변환부와, 비선형 장치의 출력 신호 및 입력신호를 대상으로 선왜곡부의 선왜곡 보상을 위한 왜곡정보를 추출하여 이를 선왜곡부로 전송하는 왜곡정보 추출부를 포함한다.
또 다른 양상에 따른 신호 송신장치가 송신경로 상의 비선형 특성을 보상하여 선형화된 신호를 출력하는 왜곡 보상신호 송신방법은, 입력신호를 선왜곡 보상하는 단계와, 선왜곡 보상된 신호를 대상으로 비선형 장치의 비선형 특성을 보상하여 선형화된 신호를 출력하되 미리 설정된 전달특성을 이용하여 비선형 장치의 전달특성을 변환하는 단계와, 비선형 장치의 출력 신호 및 선왜곡 보상된 신호를 대상으로 선왜곡 보상을 위한 왜곡정보를 추출하고 추출된 왜곡정보를 선왜곡 보상에 반영하는 단계를 포함한다.
또 다른 양상에 따른 신호 송신장치가 송신경로 상의 비선형 특성을 보상하여 선형화된 신호를 출력하는 왜곡 보상신호 송신방법은, 입력신호를 선왜곡 보상하는 단계와, 선왜곡 보상된 신호를 대상으로 비선형 장치의 비선형 특성을 보상하여 선형화된 신호를 출력하되 미리 설정된 전달특성을 이용하여 비선형 장치의 전달특성을 변환하는 단계와, 비선형 장치의 출력 신호 및 입력신호를 대상으로 선왜곡 보상을 위한 왜곡정보를 추출하고 추출된 왜곡정보를 선왜곡 보상에 반영하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 미리 설정된 전달특성을 이용하여 비선형 장치의 전달특성을 변환한다. 이에 따라 비선형 장치의 전달특성 곡선의 기울기가 0에 근접하거나 0 이하(음수)인 구간이 없도록 변환할 수 있어 보다 정확한 왜곡정보를 추출할 수 있다.
특히 왜곡 정보 추출시에 곡선 접합(curve fitting) 알고리즘을 사용하는 경우 보다 더 정확하게 다항식 계수를 추출할 수 있다. 나아가 왜곡정보 추출을 기반으로 무선통신 기반 비선형 장치의 비선형 특성을 보상하여 선형화된 신호를 송신할 수 있다.
나아가 비선형 장치의 출력신호 스펙트럼의 사이드로브(sidelobe)가 낮아져서 비선형 장치의 비선형성으로 인해 생성되는 왜곡의 양인 인접 채널 전력비(adjacent channel power ratio:ACPR)를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡 보상장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 왜곡 보상장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선왜곡 보상시 출력 스펙트럼의 변화를 보여주는 참조도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송신방법을 도시한 흐름도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 송신방법을 도시한 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡 보상장치(12)의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 왜곡 보상장치(12)는 무선통신을 위한 비선형 장치(non-lnear apparatus)(10)의 비선형 특성을 보상한다. 비선형 장치(10)는 왜곡 보상장치(12)를 이용하여 선형화된 신호를 송신 안테나(14)를 통해 출력한다. 비선형 장치(10)는 전력 증폭기, 특히 고전력 증폭기(High Power Amplifier:HPA)일 수 있다. 고주파(Radio Frequency:RF) 신호를 사용하는 무선통신 시스템에서 고주파 증폭기(RF Amplifier) 중 하나인 고전력 증폭기는 송신 증폭기의 일종으로서, 성능 측정시 잡음보다는 효율이 더 중요한 고려 대상이 된다.
무선통신 시스템에서 사용되는 전력 증폭기, 특히 고전력 증폭기는 고효율을 얻을 수 있도록 비선형 동작점에 근접하여 동작한다. 그런데, 비선형성은 시스템의 성능에 악영향을 가져오고 그 악영향을 해결하기가 쉽지 않다. 따라서, 성능 측면에서 선형에 가까운 특성을 지니는 장치를 구현하는 것이 바람직하다.
본 발명의 왜곡 보상장치(12)는 비선형 장치(10)의 비선형 특성을 보상하기 위해서 신호 선왜곡(Predistortion) 방식을 사용한다. 특히 왜곡 보상장치(12)는 높은 효율과 적은 비용을 고려하여 디지털 선왜곡(Digital Predistortion:DPD) 방식을 사용한다. 디지털 선왜곡 방식은 비선형 장치(12)의 비선형 특성(Nonlinearity)에 대한 역(inverse)을 취하여 입력신호를 선왜곡함으로써 비선형 장치(10)의 출력신호를 선형화하는 방식이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡 보상장치(12)는 선왜곡부(120), 전달특성 변환부(122) 및 왜곡정보 추출부(124)를 포함한다.
선왜곡부(120)는 입력신호를 선왜곡 보상하고, 선왜곡 보상된 신호를 전달특성 변환부(122)로 전송한다. 입력신호는 왜곡 보상장치(12)에 의해 이전에 처리된 과거 입력신호 샘플들과 현재 입력신호 샘플들의 조합 형태일 수 있다. 또한 입력신호는 왜곡 보상장치(12)에 의해 이전에 처리된 과거 선왜곡 보상된 신호 샘플들과 현재 입력신호 샘플들의 조합 형태일 수 있다. 선왜곡부(120)는 디지털 선왜곡 방식을 사용할 수 있다.
왜곡정보 추출부(124)는 비선형 장치(10)의 출력 신호 및 선왜곡부(120)의 선왜곡 보상된 신호를 대상으로 선왜곡부(120)의 선왜곡 보상을 위한 왜곡정보를 추출하고, 이를 피드백 회로를 통해 선왜곡부(120)로 전송한다. 전술한 왜곡정보 추출부(124)의 왜곡정보 추출 방식은 간접 학습(Indirect learning) 방식에서 사용되는 간접 적응 제어(Indirect Adaption Control:Indirect ADAP) 방식이다.
구체적으로, 왜곡정보 추출부(124)는 왜곡정보 추출을 위해 다항식 모델을 정한 후 비선형 장치(10)의 특성(혹은 역특성)에 가까운 다항식의 계수를 추출한다. 다항식은 볼테라 시리즈, 테일러 시리즈, 일반 다항식, 메모리 다항식(memory polynomial), 위너(Wiener) 모델, 해머스타인(Hammerstein) 모델 등과 지금까지 언급한 다항식을 수정 응용한 것들이 있다. 전술한 다항식은 실제 구현에서 룩업 테이블(lookup table:LUT)로 대체되기도 한다.
본 발명은 전술한 다항식의 정확한 계수 추출을 위하여 곡선 접합(curve fitting) 알고리즘을 사용한다. 곡선 접합 알고리즘은 재귀 최소 제곱법(recursive least square:RLS), 최소제곱법(Least squares:LS) 또는 최소 중간값 제곱법(Least median of squares:LMS) 또는 신경 회로망(Neural network) 기술 등과 같은 적응형 알고리즘들일 수 있다.
전달특성 변환부(122)는 미리 설정된 전달특성을 이용하여 비선형 장치(10)의 전달특성 곡선의 기울기가 0에 근접하거나 0 이하(음수)인 구간이 없도록 비선형 장치(10)의 전달특성(진폭왜곡특성, 즉 AM-AM 왜곡 특성)을 변환한다.
일반적으로 선형화하고자 하는 비선형 장치(10)의 전달특성 곡선의 기울기가 0에 근접하거나 0 이하(음수)가 되는 경우 곡선 접합 알고리즘이 제대로 동작하지 않을 수 있다. 즉 전달특성 곡선의 기울기가 0에 가까운 부분이 없는 경우는 곡선 접합 알고리즘을 용이하게 구현할 수 있다. 이에 비해, 기울기가 0에 근접하거나 0 이하(음수)인 구간을 갖는 전달특성 곡선은 곡선 접합 알고리즘이 발산하게 되므로 왜곡정보 추출부(124)가 왜곡정보를 정확하게 추출하기 어렵다. 실제 사용되는 비선형 장치(10)는 변곡점을 갖는 전달특성 곡선 형태가 존재함에 따라 선왜곡 기술을 적용하기가 쉽지 않다.
그러나, 본 발명은 비선형 장치(10)의 전달특성 곡선의 모양이 곡선 접합 알고리즘에 따른 역특성 곡선을 도출하기 어려운 조건인 경우, 곡선 접합 알고리즘에 따른 역특성 곡선을 도출하기 용이한 것으로 변환해주기 위한 목적으로 전달특성 변환부(122)를 이용한다.
즉 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 비선형 장치(10)의 전달특성 곡선 F(?)가 곡선 접합 알고리즘에 부적합한 경우, 전달특성 변환부(122)의 전달특성 곡선 H(?)와 비선형 장치(10)의 전달특성 곡선 F(?)가 합쳐진 전달특성 곡선 K(?)가 곡선 접합 알고리즘에 적용되도록 전달특성 변환부(122)의 전달특성 곡선 H(?)를 설정한다.
그러면, 왜곡정보 추출부(124)는 전달특성 곡선 K(?)를 대상으로 곡선 접합 알고리즘을 수행하여 왜곡정보를 추출하고 이를 선왜곡부(120)에 반영한다. 이에 따라 선왜곡부(120)를 통과한 입력신호를 전달특성 변환부(122)를 통과시킨 후 비선형 장치(10)에 인가함으로써 비선형 장치(10)의 선형화를 달성할 수 있다. 전달특성 변환부(122)의 전달특성은 인위적으로 설정될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 왜곡 보상장치(22)의 구성도이다.
일 실시예에 따른 왜곡 보상장치(22)는 무선통신을 위한 비선형 장치(20)의 비선형 특성을 보상한다. 비선형 장치(20)는 왜곡 보상장치(22)를 이용하여 선형화된 신호를 송신 안테나(24)를 통해 출력한다. 비선형 장치(20)는 전력 증폭기, 특히 고전력 증폭기일 수 있다.
도 2를 참조하면, 왜곡 보상장치(22)는 선왜곡부(220), 전달특성 변환부(222) 및 왜곡정보 추출부(224)를 포함한다.
선왜곡부(220)는 입력신호를 선왜곡 보상하고, 선왜곡 보상된 신호를 전달특성 변환부(222)로 전송한다.
왜곡정보 추출부(224)는 비선형 장치(20)의 출력 신호 및 입력신호를 대상으로 선왜곡부(220)의 선왜곡 보상을 위한 왜곡정보를 추출하고 이를 피드백 회로를 통해 선왜곡부(220)로 전송한다. 전술한 왜곡정보 추출부(224)의 왜곡정보 추출 방식은 직접 학습(Direct learning) 방식에서 사용되는 직접 적응 제어(Direct Adaption Control:Direct ADAP) 방식이다.
구체적으로, 왜곡정보 추출부(224)는 왜곡정보 추출을 위해 다항식 모델을 정한 후 비선형 장치(20)의 특성(혹은 역특성)에 가까운 다항식의 계수를 추출한다. 본 발명은 다항식의 정확한 계수 추출을 위하여 곡선 접합(curve fitting) 알고리즘을 사용한다.
전달특성 변환부(222)는 미리 설정된 전달특성을 이용하여 비선형 장치(20)의 전달특성 곡선의 기울기가 0에 근접하거나 0 이하(음수)인 구간이 존재하지 않도록 비선형 장치(20)의 전달특성 곡선을 변환한다.
본 발명은 비선형 장치(20)의 전달특성 곡선의 모양이 곡선 접합 알고리즘에 따른 역특성 곡선을 도출하기 어려운 조건인 경우, 곡선 접합 알고리즘에 따른 역특성 곡선을 도출하기 용이한 것으로 변환해주기 위한 목적으로 전달특성 변환부(222)를 이용한다.
즉 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 비선형 장치(20)의 전달특성 곡선 F(?)가 곡선 접합 알고리즘에 부적합한 경우, 전달특성 변환부(222)의 전달특성 곡선 H(?)와 비선형 장치(20)의 전달특성 곡선 F(?)가 합쳐진 전달특성 곡선 K(?)가 곡선 접합 알고리즘에 적용되도록 전달특성 변환부(222)의 전달특성 곡선 H(?)를 설정한다.
그러면, 왜곡정보 추출부(224)는 전달특성 곡선 K(?)를 대상으로 곡선 접합 알고리즘을 수행하여 왜곡정보를 추출하고 이를 선왜곡부(220)에 반영한다. 이에 따라 선왜곡부(220)를 통과한 입력신호를 전달특성 변환부(222)를 통과시킨 후 비선형 장치(20)에 인가함으로써 비선형 장치(20)의 선형화를 달성할 수 있다. 전달특성 변환부(222)의 전달특성은 인위적으로 설정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전달특성 변환부(122,222)의 전달특성 곡선H(?)와 비선형 장치(10,20)의 전달특성 곡선 F(?)가 합쳐진 전달특성 곡선은 K(?)를 도시한 참조도이다.
비선형 장치(10,20)의 전달특성 곡선이 F(?)라 가정한다. 비선형 장치(10,20)의 전달특성 곡선 F(?)의 기울기가 0에 근접한 부분이 있는 경우 곡선 접합 알고리즘이 역특성 곡선을 도출하기 어렵다. 전달특성 변환부(122,222)의 전달특성 곡선 H(?)(예를 들어 x1/5인 특성)가 도 3에 도시된 형태라면 전달특성 변환부(122,222)의 전달특성 곡선 H(?)와 비선형 장치(10,20)의 전달특성 곡선 F(?)가 합쳐진 전달특성 곡선은 K(?)와 같이 나타나게 된다. 도 3에 도시된 전달특성 곡선 K(?)는 비선형 장치(10,20)의 전달특성 곡선 F(?)와는 달리 기울기가 0에 근접하지도 않고 단조 증가하는 형태이다.
이에 따라, 왜곡정보 추출부(124,224)는 비선형 장치(10,20)의 전달특성 곡선 F(?)가 아닌 전달특성 곡선 K(?)을 대상으로 곡선 접합 알고리즘을 수행하므로, 정확한 곡선 접합이 가능하게 되어 비선형 장치(10,20)의 선형화를 용이하게 달성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송신방법을 도시한 흐름도이다. 이때 설명의 편의를 위해 도 1에서 전술한 도면부호를 인용한다.
도 4를 참조하면, 신호 송신장치(12)는 전달특성 변환부(122)에 미리 설정된 전달특성을 설정한다(400). 이때 미리 설정된 전달특성을 이용하여 비선형 장치(10)의 전달특성을 변환한다. 이는 비선형 장치(10)의 전달특성 곡선의 기울기가 0에 근접하거나 0 이하(음수)인 구간이 없도록 비선형 장치(10)의 전달특성 곡선을 변환하는 과정이다.
이어서, 신호 송신장치(12)는 입력신호를 인가하여 선왜곡부(120) 출력신호 및 비선형장치(10)의 출력신호를 대상으로 왜곡정보를 추출한다(410). 이어서, 추출된 왜곡정보를 선왜곡부(120)에 반영하여 선왜곡 보상(420)하고 선형화된 신호를 출력한다(430).
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 송신방법을 도시한 흐름도이다. 이때 설명의 편의를 위해 도 2에서 전술한 도면부호를 인용한다.
도 5를 참조하면, 신호 송신장치(22)는 전달특성 변환부(122)에 미리 설정된 전달특성을 설정한다(500). 이때 미리 설정된 전달특성을 이용하여 비선형 장치(20)의 전달특성을 변환한다. 이는 비선형 장치(20)의 전달특성 곡선의 기울기가 0에 근접하거나 0 이하(음수)인 구간이 없도록 비선형 장치(20)의 전달특성 곡선을 변환하는 과정이다.
이어서, 입력신호를 인가하여 비선형장치(20)의 출력신호 및 입력신호를 대상으로 왜곡정보를 추출한다(510). 이어서, 추출된 왜곡정보를 선왜곡부(220)에 반영하여 선왜곡 보상(520)하여 선형화된 신호를 출력한다(530).
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10, 20 : 비선형 장치 12, 22 : 왜곡 보상장치
14, 24 : 송신 안테나 120, 220 : 선왜곡부
122, 222 : 전달특성 변환부 124, 224 : 왜곡정보 추출부

Claims (1)

  1. 무선통신 기반 비선형 장치의 비선형 특성을 보상하는 왜곡 보상장치에 있어서,
    입력신호를 선왜곡 보상하는 선왜곡부;
    상기 선왜곡 보상된 신호를 상기 비선형 장치에 인가하되, 미리 설정된 전달특성을 이용하여 상기 비선형 장치의 전달특성을 변환하는 전달특성 변환부; 및
    상기 비선형 장치의 출력 신호 및 상기 선왜곡 보상된 신호를 대상으로 상기 선왜곡부의 선왜곡 보상을 위한 왜곡정보를 추출하여 이를 상기 선왜곡부로 전송하는 왜곡정보 추출부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡 보상장치.
KR1020100132434A 2010-12-22 2010-12-22 왜곡 보상장치 및 왜곡 보상신호 송신방법 KR20120070911A (ko)

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KR1020100132434A KR20120070911A (ko) 2010-12-22 2010-12-22 왜곡 보상장치 및 왜곡 보상신호 송신방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100931134B1 (ko) * 2007-08-31 2009-12-10 현대자동차주식회사 산화티타늄 나노튜브를 이용한 염료감응형 태양전지와 그제조방법

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