KR100654856B1 - Adaptive pre-distortion system for nonlinear distortion compensation in IMT-2000 system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차세대 이동 통신 시스템에서 비선형 왜곡 보상을 위한 적응 전치 왜곡 기법을 이용한 전치 왜곡기를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a predistorter using an adaptive predistortion technique for nonlinear distortion compensation in a next generation mobile communication system.
본 발명에 따르면, 데이터 소스가 병렬 데이터로 변환된 후 각 채널에 할당된 코드로 멀티 코드 확산되고 전송시 심볼간 간섭을 줄이기 위하여 펄스로 변환된 신호를 입력받아, 이 실수부 및 허수부로 이루어진 복소수 입력 신호를 진폭 및 위상으로 구분하는 직각 좌표-극좌표 변환부; 진폭 추정 다항식 계수를 입력받아, 상기 직각 좌표-극좌표 변환부의 출력 신호의 진폭을 전치 왜곡시키는 진폭 전치 왜곡부; 위상 추정 다항식의 계수를 입력받아, 상기 진폭 전치 왜곡부의 출력 신호의 위상을 전치 왜곡시키는 위상 전치 왜곡부; 및 상기 진폭 전치 왜곡부의 출력 신호 및 상기 위상 전치 왜곡부의 출력 신호를 입력받아, 진폭 및 위상으로 이루어진 복소수 신호를 실수부 및 허수부로 구분하는 극좌표-직각 좌표 변환부; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 적응 전치 왜곡 기법을 이용한 전치 왜곡기가 제공된다.According to the present invention, a data source is converted into parallel data and then multi-code spread to a code assigned to each channel, and receives a signal converted into pulses in order to reduce intersymbol interference during transmission. A rectangular coordinate-polar coordinate converter for dividing the input signal into amplitude and phase; An amplitude predistorter that receives an amplitude estimation polynomial coefficient and predistorts an amplitude of an output signal of the rectangular coordinate-polar coordinate converter; A phase predistorter for receiving a coefficient of a phase estimation polynomial and predistorting a phase of the output signal of the amplitude predistorter; A polar coordinate to rectangular coordinate conversion unit configured to receive an output signal of the amplitude predistorter and an output signal of the phase predistorter, and divide a complex signal having an amplitude and a phase into a real part and an imaginary part; There is provided a predistorter using an adaptive predistortion technique comprising a.
전치 왜곡기, 쿼드러쳐 복조부, 비선형 왜곡 보상Predistorter, Quadrature Demodulator, Nonlinear Distortion Compensation
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 코드 CDMA 이동통신 시스템에 적응 전치 왜곡기를 추가한 경우의 개략적인 구성도이고,1 is a schematic diagram of a case where an adaptive predistorter is added to a multi-code CDMA mobile communication system according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1에 도시된 전치 왜곡기의 구성도이고,FIG. 2 is a configuration diagram of the predistorter shown in FIG. 1;
도 3은 도 1에 도시된 지연부 및 추정기의 기능을 보다 더 상세하게 설명하기 위한 상세 구성도이다.FIG. 3 is a detailed configuration diagram illustrating the functions of the delay unit and the estimator illustrated in FIG. 1 in more detail.
♠ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♠ ♠ Explanation of symbols for the main parts of the drawing ♠
101 : 데이터 정보들을 발생시키는 데이터 소스101: data source generating data informations
102 : 직-병렬 변환기(Parallel-to-serial Conversion)102: Parallel-to-serial Conversion
103 : 멀티 코드 확산(Multi-code Spreading)부103: multi-code spreading section
104 : 펄스 성형 필터(Pulse Shaping Filter)104: Pulse Shaping Filter
105 : 전치 왜곡기(Predistorter)105: Predistorter
106 : 지연부(Delay Unit)106: Delay Unit
107 : 추정기(Estimator)107: estimator
108 : 디지털 아날로그 컨버터108: digital to analog converter
109 : 아날로그 디지털 컨버터109: analog to digital converter
110 : 쿼드러쳐 변조(Quadrature Modulation)부110: Quadrature Modulation
111 : 쿼드러쳐 복조(Quadrature Demodulation)부111: Quadrature Demodulation
112 : 고전력 증폭기112: high power amplifier
201 : 직각 좌표-극좌표 변환(Rectagular-to-Polar Coordinator Conversion)부201: Rectagular-to-Polar Coordinator Conversion
202 : 진폭 전치 왜곡(Amplitude Predistorter)부202: Amplitude Predistorter
203 : 위상 전치 왜곡(Phase Predistorter)부203: Phase Predistorter
204 : 극좌표-직각 좌표 변환(Polar-to-Rectangular Coordinator Conversion)부204: Polar-to-Rectangular Coordinator Conversion
301 : 직각 좌표-극좌표 변환부301: rectangular coordinates-polar coordinates conversion unit
302 : 진폭 추정부302: amplitude estimation unit
303 : 진폭 추정 다항식의 계수 갱신부303: coefficient update unit of the amplitude estimation polynomial
304 : 제 1 적응 알고리즘부304: first adaptive algorithm unit
305 : 쿼드러쳐 변조305: quadrature modulation
306 : 위상 추정 다항식의 계수 갱신부306: coefficient updater of the phase estimation polynomial
307 : 고전력 증폭기307: high power amplifier
308 : 위상 추정부308: phase estimation unit
309 : 제 2 적응 알고리즘부309: second adaptive algorithm unit
310 : 쿼드러쳐 복조부310: quadrature demodulator
본 발명은 전치 왜곡기에 관한 것이며, 특히, 차세대 이동 통신 시스템에서 비선형 왜곡 보상을 위한 적응 전치 왜곡 기법을 이용한 전치 왜곡기에 관한 것이다.The present invention relates to a predistorter, and more particularly, to a predistorter using an adaptive predistortion technique for nonlinear distortion compensation in a next generation mobile communication system.
차세대 무선 통신 시스템에서는 멀티미디어 서비스가 가능하기 때문에 기지국과 단말기간에 전송되는 트래픽 양이 많아진다. 이는 한정된 배터리 전력을 빨리 소모시켜 단말기의 사용 시간을 단축시키게 된다. 따라서 단말기의 전력 대부분을 소비하는 전력 증폭기를 효율이 높은 고전력 증폭기로 사용하면 단말기의 사용 시간을 연장시킬 수 있다는 장점이 있으나, 고전력 증폭기는 출력 신호를 비선형적으로 증폭시키고, 또한, 그 응답 특성이 시변적이므로 그동안 사용이 제한되어왔다.In the next generation wireless communication system, since multimedia services are available, the amount of traffic transmitted between the base station and the terminal increases. This quickly consumes limited battery power, which shortens the usage time of the terminal. Therefore, if the power amplifier that consumes most of the terminal power is used as a highly efficient high power amplifier, the use time of the terminal can be extended, but the high power amplifier amplifies the output signal nonlinearly, and the response characteristic is Since it is time-variable, its use has been limited.
특히, 멀티 코드 CDMA(Code Division Multiple Access)를 기반으로 하는 차세대 이동통신 단말기의 경우 첨두-대-평균 전력비가 크기 때문에 증폭기의 비선형으로 인한 성능 열화가 크다. 따라서, 전치 왜곡 방법을 도입하여 고전력 증폭기의 비선형 왜곡을 선형화시키면, 성능 열화없이 단말기의 전력 소비 효율을 증가시켜 사용 시간을 늘일 수 있다.In particular, the next-generation mobile communication terminal based on multi-code CDMA (Code Division Multiple Access) has a large peak-to-average power ratio, which greatly degrades performance due to nonlinearity of the amplifier. Therefore, if the non-linear distortion of the high power amplifier is linearized by using the predistortion method, the usage time can be increased by increasing the power consumption efficiency of the terminal without performance degradation.
고전력 증폭기의 사용시 출력 신호는 진폭(AM/AM)과 위상(AM/PM)에 왜곡이 발생하게 되며, 이러한 신호의 왜곡을 보상하는 방법으로 전치 왜곡 방식이 있다.When the high power amplifier is used, the output signal is distorted in amplitude (AM / AM) and phase (AM / PM), and there is a predistortion method to compensate for the distortion of the signal.
전치 왜곡 방식은 출력 신호의 선형 응답 특성을 얻기 위하여 증폭기의 입력신호를 미리 왜곡시키는 방법으로 이를 통하여 출력 신호의 선형화를 얻을 수 있다. 그러나, 고전력 증폭기는 사용 시간, 온도 및 신호의 작동 영역 등에 의하여 응답 특성이 변하므로 이의 특성을 추정하여 보상해 주는 적응 전치 왜곡 방식이 필요하다.In the predistortion method, the input signal of the amplifier is distorted in advance in order to obtain a linear response characteristic of the output signal. Accordingly, the output signal may be linearized. However, since the response characteristics of the high power amplifier vary depending on the usage time, the temperature, and the operating region of the signal, an adaptive predistortion method that estimates and compensates for the characteristics is required.
기존의 적응 전치 왜곡기는 메모리를 이용한 룩업 테이블 방법, 다항식을 이용한 복소 증폭 방법 및 필터의 계수를 추정하고 모든 가능한 신호를 발생시켜 그에 대한 전치 왜곡값을 메모리에 저장하는 방법이 있다.The conventional adaptive predistorter includes a lookup table method using a memory, a complex amplification method using a polynomial, and a method of estimating the coefficients of a filter, generating all possible signals, and storing the predistortion values thereof in the memory.
메모리를 이용한 룩업 테이블 방법은 메모리 사이즈가 클수록 전치 왜곡기의 정확성이 증가하나, 갱신 속도가 느려지는 문제점이 있으며, 또한, 계수들이 독립적으로 갱신되기 때문에 메모리에 저장된 값들이 비연속적인 값들을 갖게 되어 출력 신호에는 배경 잡음과 같은 현상이 나타난다.The lookup table method using the memory increases the accuracy of the predistorter as the memory size increases, but the update speed is slowed. Also, since the coefficients are updated independently, the values stored in the memory have discontinuous values. The output signal exhibits a phenomenon like background noise.
복소 증폭을 이용한 방법은 입력되는 복소 신호의 실수부와 허수부에 독립적인 증폭률을 곱하여 신호를 전치 왜곡시키는 방법이다. 실수부와 허수부에 곱해지는 증폭율은 입력 신호의 진폭에 관한 다항식으로 표현되며, 고전력 증폭기의 출력값과 전치 왜곡기의 입력값을 비교하여 다항식의 계수들을 갱신시켜 나간다. 그러나, 이러한 전치 왜곡 방식은 증폭기의 진폭과 위상에 관한 왜곡 특성을 실수부와 허수부에 관한 다항식으로 근사화함으로써, 왜곡을 정확히 보상하지 못하는 문제점 이 있다.The complex amplification method is a method of predistorting a signal by multiplying an independent amplification ratio of a real part and an imaginary part of an input complex signal. The amplification factor multiplied by the real part and the imaginary part is expressed as a polynomial about the amplitude of the input signal, and the coefficients of the polynomial are updated by comparing the output value of the high power amplifier with the input value of the predistorter. However, this predistortion method does not accurately compensate for distortion by approximating the distortion characteristics of the amplitude and phase of the amplifier by the polynomials of the real part and the imaginary part.
필터의 계수를 추정하는 방법은 전력 증폭기의 왜곡 특성을 다항식의 형태로 추정하고, 이 다항식을 근거로 전력 증폭기의 역응답 특성을 다시 추정한다. 이렇게 추정된 전력 증폭기의 역응답 특성 다항식을 이용하여 모든 발생 가능한 신호에 대하여 전치 왜곡된 신호를 계산하고 이를 메모리에 저장한 후, 전치 왜곡기로 입력되는 신호에 대하여 그에 해당하는 메모리의 전치 왜곡값을 출력하는 방법이다. 이 방법은 전력 증폭기의 역응답 특성을 추정하기 위하여 전력 증폭기의 응답 특성을 추정하므로, 두번의 추정과정이 필요하며, 따라서, 계산량이 증가하고, 갱신 속도가 떨어지며, 메모리를 이용하므로 비용이 상승한다는 문제점이 있다.The method of estimating the coefficient of the filter estimates the distortion characteristic of the power amplifier in the form of a polynomial, and estimates the inverse response characteristic of the power amplifier based on the polynomial. The predistorted signal is calculated for all possible signals and stored in the memory by using the estimated power response polynomial of the power amplifier. The predistorted value of the corresponding memory for the signal input to the predistorter is calculated. How to print Since this method estimates the response characteristics of the power amplifier in order to estimate the reverse response characteristics of the power amplifier, it requires two estimation processes, which increases the computational cost, decreases the update rate, and uses the memory. There is a problem.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 차세대 이동 통신 시스템에서 비선형 왜곡 보상을 위한 적응 전치 왜곡 기법을 이용한 전치 왜곡기를 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and an object thereof is to provide a predistorter using an adaptive predistortion technique for nonlinear distortion compensation in a next generation mobile communication system.
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 비선형 왜곡 보상을 위한 적응 전치 왜곡 기법을 이용한 전치 왜곡기에 있어서, 데이터 소스가 병렬 데이터로 변환된 후 각 채널에 할당된 코드로 멀티 코드 확산되고 전송시 심볼간 간섭을 줄이기 위하여 펄스로 변환된 신호를 입력받아, 이 실수부 및 허수부로 이루어진 복소수 입력 신호를 진폭 및 위상으로 구분하는 직각 좌표-극좌표 변환(Rectangular-to-polar Coordinator Conversion)부; 진폭 추정 다항식 계수를 입력받아, 상기 직각 좌표-극좌표 변환부의 출력 신호의 진폭을 전치 왜곡시키는 진폭 전치 왜곡(Amplitude Predistoter)부; 위상 추정 다항식의 계수를 입력받아, 상기 진폭 전치 왜곡부의 출력 신호의 위상을 전치 왜곡시키는 위상 전치 왜곡(Phase Predistorter)부; 및 상기 진폭 전치 왜곡부의 출력 신호 및 상기 위상 전치 왜곡부의 출력 신호를 입력받아, 진폭 및 위상으로 이루어진 복소수 신호를 실수부 및 허수부로 구분하는 극좌표-직각 좌표 변환(Polar-to-rectangular Coordinator Conversion)부; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 적응 전치 왜곡 기법을 이용한 전치 왜곡기가 제공된다.
또한, 비선형 왜곡 보상을 위한 적응 전치 왜곡 기법을 이용한 전치 왜곡기에 있어서, 입력되는 신호인 실수부 및 허수부로 이루어진 복소수를 진폭 및 위상으로 구분하는 직각 좌표-극좌표 변환부; 상기 직각 좌표-극좌표 변환부에서 계산한 진폭을 전치 왜곡시키는 다항식 계수 및 하기 진폭 추정 다항식 계수 갱신부의 결과값을 이용하여 ρy의 추정치를 생성하는 진폭 추정부; 상기 진폭 추정부에서 추정된 n차 진폭 추정 다항식의 계수(αi)들을 적응적으로 갱신하는 진폭 추정 다항식 계수 갱신부; 상기 직각 좌표 극좌표 변환부에서의 결과값 중의 하나인 ρz 및 상기 진폭 추정부의 결과값을 이용하여 이득값을 계산함으로써, 상기 진폭 추정 다항식 계수 갱신부에서의 적응적 갱신 알고리즘을 제공하는 제 1 적응 알고리즘부; 상기 직각 좌표-극좌표 변환부에서 계산한 위상을 전치 왜곡시키는 다항식 계수 및 하기 위상 추정 다항식 계수 갱신부의 결과값을 이용하여 θy의 추정치를 생성하는 위상 추정부; 상기 위상 추정부에서 추정된 n차 진폭 추정 다항식의 계수(βi)들을 적응적으로 갱신하는 위상 추정 다항식 계수 갱신부; 및 상기 직각 좌표 극좌표 변환부에서의 결과값 중의 하나인 ρy 및 상기 위상 추정부의 결과값을 이용하여 이득값을 계산함으로써, 상기 위상 추정 다항식 계수 갱신부에서의 적응적 갱신 알고리즘을 제공하는 제 2 적응 알고리즘부; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 적응 전치 왜곡 기법을 이용한 전치 왜곡기가 제공된다.
여기에서, ρx는 전치 왜곡기의 입력 진폭(크기)이고, ρy는 전치 왜곡기의 출력 진폭이며, ρz는 고전력 증폭기의 출력 진폭이고, θx는 전치 왜곡기의 입력 위상차이며, θy는 전치 왜곡기의 출력 위상차이고, θz는 고전력 증폭기의 출력 위상차이다.According to the present invention for achieving the object as described above, in the predistorter using an adaptive predistortion technique for nonlinear distortion compensation, the data source is converted to parallel data and then multi-code spread to the code assigned to each channel A rectangular-to-polar coordinator conversion unit for receiving a signal converted into pulses to reduce the interference between symbols during transmission, and dividing the complex input signal consisting of the real part and the imaginary part into amplitude and phase; An amplitude predistorter unit for receiving an amplitude estimation polynomial coefficient and predistorting an amplitude of an output signal of the rectangular coordinate-polar coordinate converter; A phase predistorter unit for receiving a coefficient of a phase estimation polynomial and predistorting a phase of an output signal of the amplitude predistorter unit; And a polar-to-rectangular coordinator conversion unit configured to receive an output signal of the amplitude predistorter and an output signal of the phase predistorter to divide a complex signal having an amplitude and a phase into a real part and an imaginary part. ; There is provided a predistorter using an adaptive predistortion technique comprising a.
Further, a predistorter using an adaptive predistortion technique for nonlinear distortion compensation, the predistorter comprising: a rectangular coordinate-polar coordinate converter for dividing a complex number consisting of a real part and an imaginary part, which are input signals, into amplitude and phase; An amplitude estimator for generating an estimate of ρ y using a polynomial coefficient for predistorting the amplitude calculated by the rectangular coordinate-polar coordinate converter and a result value of the following amplitude estimation polynomial coefficient updater; An amplitude estimation polynomial coefficient updating unit for adaptively updating coefficients α i of the n-th order amplitude estimation polynomial estimated by the amplitude estimating unit; A first adaptation that provides an adaptive update algorithm in the amplitude estimation polynomial coefficient updater by calculating a gain value using ρ z , which is one of the resultant values in the rectangular coordinate polar coordinate converter, and the resultant value of the amplitude estimator; An algorithm unit; A phase estimator for generating an estimate of θ y using a polynomial coefficient for predistorting the phase calculated by the rectangular coordinate-polar coordinate converter and a result of the following phase estimation polynomial coefficient updater; A phase estimation polynomial coefficient updating unit for adaptively updating the coefficients β i of the n-th amplitude amplitude estimation polynomial estimated by the phase estimating unit; And providing a adaptive updating algorithm in the phase estimation polynomial coefficient updating unit by calculating a gain value using ρ y , which is one of the result values in the rectangular coordinate polar coordinate conversion unit, and the result value of the phase estimating unit. An adaptive algorithm unit; There is provided a predistorter using an adaptive predistortion technique comprising a.
Where ρ x is the input amplitude of the predistorter, ρ y is the output amplitude of the predistorter, ρ z is the output amplitude of the high power amplifier, θ x is the input phase difference of the predistorter, and θ y is the output phase difference of the predistorter, and θ z is the output phase difference of the high power amplifier.
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아래에서, 본 발명에 따른 양호한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.In the following, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail.
본 발명에서는 고전력 증폭기로 인한 왜곡을 전치 왜곡기를 도입하여 보상한다. 고전력 증폭기로 인한 진폭과 위상에 관한 왜곡은 입력 신호의 진폭에 의하여 결정되며, 이러한 왜곡 특성은 온도, 시간 및 증폭기의 사용 영역 등에 의하여 다른 특성을 갖게 된다. 따라서, 시변적인 특성을 보상하기 위하여 적응 알고리즘이 적용되었으며, 입력 신호를 진폭과 위상으로 구분하여 각각을 다항식의 형태로 추정하므로 간단하면서도 정확한 선형화를 얻을 수 있다.In the present invention, the distortion caused by the high power amplifier is compensated by introducing a predistorter. The distortion of the amplitude and phase due to the high power amplifier is determined by the amplitude of the input signal. The distortion characteristics are different depending on the temperature, time, and the use area of the amplifier. Therefore, an adaptive algorithm is applied to compensate for time-varying characteristics, and simple and accurate linearization can be obtained by dividing the input signal into amplitude and phase and estimating each of them as a polynomial.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 코드 CDMA 이동통신 시스템에 적응 전치 왜곡기를 추가한 경우의 개략적인 구성도로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a case where an adaptive predistorter is added to a multi-code CDMA mobile communication system according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시되어 있듯이, 데이터 소스(101)가 직병렬 변환기(Parallel-to Serial Conversion, 102)에 입력되어 병렬 데이터로 변환된 후, 각 채널에 할당된 코드로 멀티 코드 확산되고(Multi-code Spreading, 103), 펄스 성형 필터(Pulse Shaping Filter, 104)에 의하여 전송시 심볼간 간섭(InterSymbol Interference, ISI)을 줄이기 위하여 디지털 신호가 펄스로 변환된다.As shown in FIG. 1, a
상기 펄스 성형 필터(104)를 거친 신호 x(t)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전치 왜곡기(105)에 입력되어, 펄스 성형된 신호가 미리 전치 왜곡되어 고전력 증 폭기의 출력 신호에 왜곡이 발생하지 않도록 한다. 한편, 전치 왜곡기에서 출력된 디지털 신호는 D/A(디지털 아날로그 변환기, 108)에 의하여 아날로그 신호로 변환된 후, 쿼드러쳐 변조부(Quadrature Modulation, 110)에서 복소수로 이루어진 신호를 오실레이터를 이용하여 전송 주파수(RF : Radio Frequency)의 신호로 변환시키고, 고전력 증폭기에서 신호가 증폭된다.The signal x (t) having passed through the
한편, 쿼드러쳐 복조부(Quadrature Demodulation, 111)에서는 상기 쿼드러쳐 변조부(110)에서 변환시킨 전송 주파수를 입력받아 RF 단의 신호를 복조시키고, A/D(아날로그 디지털 변환기, 109)에서 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 추정기(Estimator, 107)에서는 상기 전치 왜곡기(105)의 출력 신호와 상기 고전력 증폭기(112)의 출력 신호를 비교하여 상기 전치 왜곡기에서 사용될 다항식의 계수값을 적응 알고리즘을 이용하여 반복적으로 구하고, 이를 상기 전치 왜곡기(105)에 입력한다. 또한, 지연부(Delay unit, 106)는 상기 고전력 증폭기(112)로부터 피드백된 신호와 동기를 맞추기 위하여 신호를 지연시킨다.Meanwhile, the quadrature demodulation unit 111 receives the transmission frequency converted by the
도 2는 도 1에 도시된 전치 왜곡기(105)의 구성도로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.FIG. 2 is a configuration diagram of the
먼저 직각 좌표-극좌표 변환(Rectangular-to-polar Coordinator Conversion, 201)부에서는 실수부 및 허수부로 이루어진 복소수를 진폭 및 위상을 구분하고, 진폭 전치 왜곡(Amplitude Predistoter, 202)부에서는 상기 추정기(107)로부터 진폭 추정 다항식의 계수를 입력받아 입력 신호의 진폭을 전치 왜곡시키며, 위상 전치 왜곡(Phase Predistorter, 203)부에서는 상기 추정기(107)로부터 위상 추정 다항식의 계수를 입력받아 입력 신호의 위상을 전치 왜곡시키고, 극좌표-직각 좌표 변환(Polar-to-rectangular Coordinator Conversion, 204)부에서는 진폭 및 위상으로 이루어진 복소수 신호를 실수부 및 허수부로 구분한다.First, in the rectangular-to-polar coordinator conversion (201) part, a complex number consisting of a real part and an imaginary part is divided into amplitude and phase, and in the
도 3은 도 1에 도시된 지연부(106) 및 추정기(107)의 기능을 보다 더 상세하게 설명하기 위한 상세 구성도로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.FIG. 3 is a detailed configuration diagram for describing in more detail the functions of the
직각 좌표-극좌표 변환부(301)는 실수부 및 허수부로 이루어진 복소수를 진폭 및 위상으로 구분하고, 진폭 추정부(302)는 진폭을 전치 왜곡시키는 다항식의 계수 {αi} 및 ρx를 이용하여 ρy의 추정치를 생성하며, 진폭 추정 다항식 계수 갱신부(303)는 n차 진폭 추정 다항식의 계수들을 적응적으로 갱신하고, 제 1 적응 알고리즘부(304)는 ρz를 이용하여 이득값을 계산하며, 쿼드러쳐 변조부(305)는 복소수로 이루어진 신호를 오실레이터를 이용하여 전송 주파수 신호로 변환시키고, 위상 추정 다항식 계수 갱신부(306)는 n차 위상 추정 다항식의 계수들을 적응적으로 갱신하며, 고전력 증폭기(307)는 입력된 신호를 증폭시키고, 위상 추정부(308)는 위상을 전치 왜곡시키는 다항식의 계수 {βi} 및 ρy를 이용하여 θy의 추정치를 생성하며, 제 2 적응 알고리즘부(309)는 ρy를 이용하여 이득값을 계산하고, 쿼드러쳐 복조부(310)는 RF단의 신호를 복조하는 기능을 수행한다.
한편, ρx는 전치 왜곡기의 입력 진폭(크기)이고, ρy는 전치 왜곡기의 출력 진폭이며, ρz는 고전력 증폭기의 출력 진폭이고, θx는 전치 왜곡기의 입력 위상차이며, θy는 전치 왜곡기의 출력 위상차이고, θz는 고전력 증폭기의 출력 위상차이다.The rectangular coordinate-polar coordinate
On the other hand, ρ x is the input amplitude of the predistorter, ρ y is the output amplitude of the predistorter, ρ z is the output amplitude of the high power amplifier, θ x is the input phase difference of the predistorter, θ y Is the output phase difference of the predistorter, and θ z is the output phase difference of the high power amplifier.
상기 도 1 내지 도 3을 보다 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.1 to 3 will be described in more detail as follows.
상기 전치 왜곡기(105)는 상기 펄스 성형 필터(104)를 거친 신호 x(t)가 입력되면, 상기 추정기(107)로부터 얻은 다항식을 이용하여 입력 신호의 진폭 및 위상을 전치 왜곡시킨다.When the signal x (t) passing through the
복소 신호 y(t) = ρy(t)exp[jθy(t)]가 상기 고전력 증폭기(112)로 입력되면, 출력 신호는 하기의 [수학식 1]과 같이 표현된다.When a complex signal y (t) = ρ y (t) exp [jθ y (t)] is input to the
여기서, V(n)은 잡음을 나타내는 벡터이고, 벡터 xn은 추정하여야 하는 파라미터 벡터이다.Here, V (n) is a vector representing noise, and vector x n is a parameter vector to be estimated.
한편, 상기 전치 왜곡기(105)에서는 AM/AM의 역응답 M-1(ρ)가 필요하므로, 상기 추정기(107)에서는 ρy 및 ρz를 이용하여 적응 알고리즘을 이용함으로써, M-1(ρ)를 추정한다. AM/AM의 역응답은 하기의 [수학식 2]와 같은 NA 개의 개수를 갖는 다항식으로 나타낼 수 있다.On the other hand, since the
상기 [수학식 2]에서 ρy = M-1(ρz)라는 식을 얻을 수 있으므로, AM/AM 의 역응답을 추정하기 위하여 ρz를 입력 신호로 하여, ρy의 추정치 를 출력 신호로 하는 시스템의 응답 특성을 구한다. ρy = M-1(ρz)라는 식을 만족시켜야 하므로, 하기의 [수학식 3]과 같은 관계식을 만족하여야 한다.Since ρ y = M −1 (ρ z ) can be obtained from
ρy 및 M-1(ρz)의 추정치 간의 오차값은 하기의 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.Estimates of ρ y and M -1 (ρ z ) The error value of the liver may be expressed as in Equation 4 below.
상기 [수학식 4]에 대하여 n 개(n ≥ NA)의 데이터 샘플을 얻었을 경우, 이는 하기의 [수학식 5]와 같은 행렬로 나타낼 수 있다.When n data samples (n ≧ N A ) are obtained with respect to Equation 4, this may be represented by a matrix as shown in Equation 5 below.
또한, 하기의 [수학식 6]의 정의를 통하여 상기 [수학식 5]는 상기 [수학식 7]로 나타낼 수 있다.In addition, through the definition of Equation 6 below, Equation 5 may be represented by Equation 7.
상기 [수학식 7]에서, V(n)은 잡음을 나타내는 벡터이고, 벡터 xn은 추정하여야 하는 파라미터 벡터이다. xn을 구하기 위하여 비용 함수 J(xn)을 하기의 [수학식 8]과 같이 정의한다.In Equation 7, V (n) is a vector representing noise, and vector x n is a parameter vector to be estimated. To obtain x n , the cost function J (x n ) is defined as in Equation 8 below.
즉, 비용 함수 J(xn)은 예측값과 실측값의 차이로부터 발생한 오차의 절대값을 나타낸다. 는 하기의 [수학식 9]에 의하여 구할 수 있다.In other words, the cost function J (x n ) represents the absolute value of the error resulting from the difference between the predicted value and the measured value. Can be obtained by the following [Equation 9].
여기서, J(xn)을 최소로 만드는 파라미터 에 대하여 = 0이므로, 은 하기의 [수학식 10]과 같이 표현된다.Where the parameter that minimizes J (x n ) about = 0, so Is expressed by Equation 10 below.
P(n) = {HT(n)H(n)}-1 P (n) = {H T (n) H (n)} -1
n 개의 데이터에 대하여 오차값을 최소로 만드는 다항식의 계수 을 구하면, (n + 1) 번째부터는 반복적으로 을 갱신할 수 있다. (n + 1)번째 데이터를 포함하였을 때의 P(n + 1)은 하기의 [수학식 11]과 같이 표현된다.Coefficient of polynomial that minimizes the error for n data If you find, then from (n + 1) th iteratively Can be updated. P (n + 1) when the (n + 1) th data is included is expressed by Equation 11 below.
따라서, 은 하기의 [수학식 12]와 같이 표현된다.therefore, Is expressed by Equation 12 below.
상기 [수학식 12]를 사용하여 AM/AM의 역응답 특성을 갖는 계수를 순환적으로 구할 수 있다.Using Equation 12, a coefficient having an inverse response characteristic of AM / AM may be cyclically obtained.
AM/PM 변환 추정 역시 AM/AM 추정과 유사한 방식을 적용한다. 그러나, 위상 보상은 덧셈 및 뺄셈에 의하여 이루어지므로, 상기 고전력 증폭기(112)의 Φ(ρ)의 근사화된 다항식을 추정하면 된다. y = ρy∠θy인 신호가 상기 고전력 증폭기(112)로 입력되어 z = ρz∠θz인 신호가 출력되므로, 위상 변화량은 θz - θy이고, 위상 변화 함수 Φ는 ρy에 관한 함수이므로, 하기의 [수학식 13]과 같은 관계식을 얻을 수 있다.AM / PM conversion estimation also applies a similar method to AM / AM estimation. However, since phase compensation is performed by addition and subtraction, it is necessary to estimate an approximated polynomial of φ (ρ) of the
즉, n 개의 데이터에 대하여 상기 [수학식 13]을 적용하여 행렬 형태로 나타내면, 하기의 [수학식 14]로 표현이 된다.That is, when the equation [13] is applied to n pieces of data, the equation is expressed by the following equation (14).
또한, 하기의 [수학식 15]와 같은 정의를 통하여, 하기의 [수학식 16]과 같이 표현할 수 있다.In addition, it can be expressed as shown in [Equation 16] through the following definitions.
여기서 파라미터 xn은 다항식의 계수가 이루는 벡터이다. 이후부터는 위에서 서술한 방법을 순서대로 적용하면, AM/PM의 응답 곡선을 얻을 수 있다. The parameter x n is a vector of the coefficients of the polynomial. After that, if the above-described methods are applied in order, a response curve of AM / PM can be obtained.
한편, 전치 왜곡된 신호 y(t) = ρxA[ρx]∠{θx - Φ(ρxA[ρ
x])}는 변조 과정을 거쳐서 상기 고전력 증폭기(112)로 입력되며, 도 3에 도시된 추정부(302, 308)로 전송된다.Meanwhile, the predistorted signal y (t) = ρ x A [ρ x ] ∠ {θ x -Φ (ρ x A [ρ x ])} is input to the
상기 고전력 증폭기(112)로 입력된 신호는 증폭 신호 z(t)가 되어, 수신단으로 전송됨과 동시에 상기 추정부(302, 308)로 궤한된다. 상기 추정부(302, 308)로 입력된 신호 z(t)는 진폭 ρz 및 위상 θz로 구분된다. ρz는 그 이전의 다항식과 결합하여 상기 전치 왜곡기(105)로부터 입력되는 신호 y(t)의 진폭 추정치를 생성하고, 실제의 진폭값 ρy와 비교하여 추정 오차를 발생시킨다. 이 추정 오차를 최소하기 위하여 이 발명에서는 적응 알고리즘으로서, RLS(Recursive Least Squares) 알고리즘을 적용하여 계수를 갱신시키고, 그에 관한 정보를 상기 전치 왜곡기(105)에게 통보한다.The signal input to the
위상 왜곡에 관한 추정은 상기 고전력 증폭기(112)에 의한 위상 변화량 (θz - θy)와 y(t)의 진폭값 ρy를 이용한다. ρy를 이용하여 상기 고전력 증폭기(112)의 위상 변화량을 추정하고, 실제의 위상 변화량 (θz - θy)와 비교하여 추정 오차를 발생시킨 후, 생성된 추정 오차가 최소가 되도록 RLS 알고리즘을 반복적으로 수행한다. 그리고, 갱신된 계수에 관한 정보를 상기 전치 왜곡기(105)로 입력시켜 입력 신호의 위상을 전치 왜곡시킨다. 진폭 및 위상에 관한 추정치는 각각 다항식의 형태로 구하여질 수 있으므로, 간단한 구조를 가질 수 있다.The estimation of the phase distortion uses the phase change amount θ z -θ y by the
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앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 차세대 이동 통신 시스템에서 비선형 왜곡 보상을 위한 적응 전치 왜곡 기법을 이용한 전치 왜곡기 및 그 방법을 제공함으로써, 다음과 같은 효과가 있다.As described in detail above, the present invention provides a predistorter and a method using an adaptive predistortion technique for nonlinear distortion compensation in a next generation mobile communication system, and have the following effects.
첫째, 고전력 증폭기의 비선형 왜곡을 보상함으로써, 무선 단말기에서 효율이 좋은 고전력 증폭기의 사용이 가능케 되어 단말기의 이용 시간을 연장시킬 수 있다.First, by compensating for the nonlinear distortion of the high power amplifier, it is possible to use a high power amplifier with high efficiency in the wireless terminal, thereby extending the use time of the terminal.
둘째, 적응 알고리즘을 이용하여 증폭기의 응답을 추정하므로, 시변적인 비선형 왜곡도 보상할 수 있다.Second, since the response of the amplifier is estimated using an adaptive algorithm, time-varying nonlinear distortion can be compensated for.
셋째, 복소수의 입력 신호를 진폭과 위상으로 구분하여 보상하기 때문에 정확한 선형화를 얻을 수 있다.Third, accurate linearization can be obtained because complex input signals are compensated by being divided into amplitude and phase.
넷째, 증폭기의 응답이 다항식의 형태로 추정되므로, 전치 왜곡기의 구조가 간단해진다.Fourth, since the response of the amplifier is estimated in the form of a polynomial, the structure of the predistorter is simplified.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.The technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but this is by way of example only and not by way of limitation to the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art may make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
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