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KR100689170B1 - 이동 전화기에서 피크 대 평균 전력비를 감소시키는 방법및 수단 - Google Patents

이동 전화기에서 피크 대 평균 전력비를 감소시키는 방법및 수단 Download PDF

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Abstract

이동 전화 단말기, 특히 UMTS 이동 전화 단말기에서 출력 신호를 향상시키는 방법은, a) 피크 대 평균 전력 비를 소정 문턱값이 되도록 감소시키기 위해 상기 신호를 클리핑하는 단계와, b) 상기 클리핑된 신호를 증폭하기 위해 설계된 전력 증폭기에게 상기 클리핑된 신호를 제출하는 단계를 포함한다. 따라서, 이동 전화 단말기의 전력 증폭기 설계는 이동 전화 단말기의 디지털 처리 체인에서 사용되는 채널들의 수에 의존하지 않게 된다.
이동 전화 단말기, 피크 대 평균 전력비, 클리핑, 전력 증폭기

Description

이동 전화기에서 피크 대 평균 전력비를 감소시키는 방법 및 수단{METHOD AND MEANS FOR DECREASING THE PEAK TO AVERAGE POWER RATIO IN MOBILE PHONES}
도1은 기지국으로부터 안테나까지의 이동 전화 단말기 전송 체인의 개략도를 보여준다.
도2는 클리핑을 설명하는 도면이다.
도3은 소프트 클리핑을 보여주는 도면이다.
도4는 하드 클리핑을 보여주는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 이동 전화 단말기 체인
2: 안테나
3: 채널들
4: 디지털 신호 처리부
5: 신호 클리핑 모듈
6: 디지털-아날로그 변환기
7: 믹서
8: VCO
9: 필터
10: 전력 증폭기
본 발명은 UMTS 이동 전화 단말기(mobile terminal)의 출력 신호를 향상시키는 방법 및 본 방법을 구현하기 위해 설계된 이동 전화 단말기에 관한 것이다.
이동 전화기에서 새로운 채널들을 추가하면, 이동 전화 단말기로부터 기지국까지 전송되는 신호의 피크 대 평균 전력비(peak to average power ratio, PAR)의 변화를 야기할 수 있다. 예를 들어, 3GPP(third generation partnership project) 명세의 배포 5(release 5)에서 규정된 고속 다운링크 패킷 액세스(HSDPA) 용의 새로운 제어 채널로 인해, 이동 전화 단말기로부터 기지국까지 전송되는 신호의 PAR은 3GPP 배포 99에 비해 상당히 감소한다. 이 사실과 이동 전화 단말기에 의해 전송되는 신호가 3GPP에 의해 규정되는 스펙트럼 방출 마스크(spectrum emission mask)에 들어맞아야 한다는 사실로 인해 새로운 해결책이 필요하게 된다. 예를 들어, 앞서 언급한 문제는 더 강력한 증폭기 또는 더 큰 백 오프(back-off)를 구비한 새로운 전력 증폭기 설계를 필요하게 만들거나 이동 전화 단말기의 출력 전력 감소로 귀결된다. 이런 해법들은 에너지 비효율성을 낳거나 셀 커버리지(cell coverage)의 감소를 가져온다. 에너지 효율성은 이동 전화 단말기 제조자들에게 중요한 이슈이고, 셀 커버리지는 운용자들에게 중요한 이슈이다. 따라서, 모든 논의된 해법들은 최적의 것이 아니며, 지금까지는 3GPP에서의 어떤 합의도 없는 상태 이다.
본 발명의 목적은 이동 전화 단말기의 출력 신호의 최대 PAR 값을 제한시키는 방법 및 이를 위한 이동 전화 단말기를 제공하는 것이다.
상기 목적은 UMTS 이동 전화 단말기의 출력 신호를 향상시키는 방법에 의해 획득되는데, 본 방법은 a) 피크 대 평균 전력비를 감소시키기 위한 소정 문턱값에상기 신호의 신호 피크들을 클리핑(clipping)하는 단계와, b) 상기 클리핑된 신호를 증폭하도록 설계된 전력 증폭기에게 상기 클리핑된 신호를 제출하는 단계를 포함한다.
이 클리핑은 디지털 신호 처리인데, 이는 신호 스펙트럼에 최소의 손상을 미치면서 신호로부터 큰 피크들을 제거한다. 따라서, 클리핑된 신호의 PAR은 최소의 정보 손실로 또는 어떤 정보의 손실도 없이 클리핑되지 않은 신호의 PAR 보다 작게 된다. 이동 전화 단말기 송신기에게 이런 신호 클리핑을 통합시키면, 이동 전화 단말기는 전력 증폭기 체인(chain) 내의 어떤 것도 변화시키지 않으면서 더 큰 PAR을 갖는 신호들을 쉽게 다룰 수 있다. 이동 전화 단말기 증폭기의 에너지 효율성은 변하지 않고 남아 있거나 심지어 더 좋아지게 된다. 이는 추가의 채널들이 가산될 수 있음을 의미한다. 전력 증폭기 설계는 채널 수에 독립적이 된다. 따라서, 전력 증폭기 설계도 촉진된다.
본 발명의 방법은 HSDPA, HSUPA(고속 업링크 패킷 액세스) 또는 3GPP 배포 99 이후에 도입된 임의의 그 외의 업링크 채널들을 지원하는 이동 전화 단말기들을 사용할 때 특히 유용하다. 본 발명의 방법에 의해서, 이동 전화 단말기에 의해 보내지는 아날로그 출력 신호의 PAR은 최대 PAR에 제한된다. PAR은 순시 피크값(instantaneous peak value), 즉 신호 파라미터의 최대 크기의 그 시간 평균값에 대한 비율이다. 본 발명에 따르면, 피크 대 평균비는 신호 파라미터 '전력'에 대해 결정된다.
본 발명의 양호한 변형예에 따르면, 신호의 각각의 데이터 샘플의 전력이 계산되고 이 신호는 만일 전력이 소정 문턱값을 초과하면 클리핑된다. 클리핑은 일정치 않은 엔벌로프(envelope)를 갖는 신호들과 송신기들의 큰 전력 피크들을 제한시키는 것이다. 원리상, 두 개의 다른 종류의 클리핑이 사용될 수 있다. 제1 가능성은 소프트 클리핑(soft clipping)이다.
소프트 클리핑에서, 만일 입력 신호 전력이 클리핑 문턱값을 초과하면, 소정 대역폭을 갖는 정정 신호 전력이 입력 신호 전력으로부터 감산된다. 본 방법은 인접한 데이터 샘플들에 영향을 준다. 그러나, 이는 인접한 채널의 누설 전력비(ACLR)에는 영향을 주지 않는다.
제2 가능성은 하드 클리핑(hard clipping)이다. 하드 클리핑에서 각각의 데이터 샘플은 독립적으로 제한된다. 만일 입력 신호 전력이 클리핑 문턱값에 도달한다면, 입력 신호 전력은 컷 오프 된다. 인접한 샘플들에는 어떤 영향도 없지만. ACLR에 대해서는 영향이 있다.
본 발명의 양호한 변형예에서는, 클리핑된 신호는 증폭되기 전에 필터링된 다. 이는 에지(edge)들이 증폭되기 전에 평활화되는 이점을 가져온다. 이는 특히 하드 클리핑이 사용되는 경우에 유리하다.
이동 전화 단말기가 단지 하나의 캐리어와 동작하기 때문에, 단일 캐리어 클리핑이 적용된다. 이는 멀티 캐리어 클리핑보다 덜 복잡하고 이동 전화 단말기의 제한된 리소스들을 고려하는 것이다. 단일 캐리어 클리핑이 UMTS 기지국 송신기들에서 사용되는 멀티 캐리어 기지국 클리핑으로부터 도출될 수 있다.
본 발명은 디지털 신호 처리 체인을 포함하는 이동 전화 단말기에도 관련되는데, 여기서 상기 체인은 송신될 신호의 피크 대 평균 전력비를 소정 문턱값으로 감소시키기 위한 클리핑 모듈을 포함하는데, 상기 클리핑된 신호는 상기 클리핑된 신호를 증폭하기 위해 설계된 상기 이동 전화 단말기의 전력 증폭기로 공급되는 것이다. 신호 클리핑은 복소수(complex) 데이터 신호들을 디지털-아날로그 변환기로 공급하는 이동 전화 단말기 디지털 신호 체인의 일부가 된다. 클리핑이 디지털 신호 처리도 되기 때문에, 기존의 디지털 신호 처리부에 통합될 수도 있다. 기존의 이동 전화 단말기 전력 증폭기 설계가 미래의 3GPP 배포, 즉 신규 특징으로서 주로 HSDPA 를 갖는 배포판 5에서 재사용될 수 있다. 본 발명의 이동 전화 단말기는 증가된 전력 증폭기 효율성을 가지며 그에 따라 이동 전화 단말기의 에너지 효율성이 증가된다. 또한, 원래 계획한 셀 커버리지가 보존될 수 있다.
양호한 실시예에서, 이동 전화 단말기는 신호 처리 체인과 전력 증폭기 사이에서 클리핑된 신호를 필터링하는 필터를 포함한다. 평활화된 에지들을 갖는 필터링된 신호는 증폭하기에 쉬워진다.
이동 전화 단말기의 추가 실시예에서, 디지털-아날로그 변환기가 제공되어 디지털 처리 체인으로부터 전달된 복소수 디지털 신호를 복소수 아날로그 신호로 변환하는데, 이 변환된 신호는 믹서로 제출된다. 믹서에서, 복소수 아날로그 신호는 아날로그 신호에 결합된다.
추가의 이점이 명세서와 도면으로부터 추출될 수 있다. 앞에서 및 이하에서 언급하는 특징들은 본 발명에 따라서 개별적으로 또는 임의의 조합에 의해 집합적으로 사용될 수 있다. 언급된 실시예들은 모든 실시 가능한 것들을 남김없이 제시한 것으로 여겨서는 안 되며, 본 발명의 설명을 위한 예시적 특성들을 가진 것으로 생각해야 한다.
본 발명은 도면들에 도시되었다.
도1은 도면의 좌측의 기저 대역부로부터 안테나(2)까지 연장하는 이동 전화 단말기 체인(1)을 도시하였다. 화살표(3)는 다른 채널 또는 코드를 나타낸다. 만일 채널이 부가되면, 출력 신호의 PAR은 증가한다. 채널들(3)은 이동 전화 단말기의 디지털 신호 처리부(4)로 인도한다. 디지털 신호 처리부에는 만일 디지털 신호의 전력이 소정 문턱값을 넘어서서 상승한다면 디지털 신호를 클리핑하기 위한 신호 클리핑 모듈(5)이 통합되어 있다. I/Q 데이터, 즉 데이터 샘플의 실수 및 허수부는 디지털-아날로그 변환기(6)로 전송된다. 그곳에서, 클리핑된 디지털 신호는 실수 및 허수부를 포함하는 아날로그 신호로 변환된다. 이 아날로그 신호는 믹서(7)로 공급되고 이후 VCO(8)에서 증폭된다. 이후에 아날로그 신호는 필터(9)에서 필터링되고 안테나(2)를 경유하여 송신되기 전에 전력 증폭기(10)에서 증폭된다.
도2는 디지털 신호의 부분인 복소수 데이터 샘플 Sn 의 표현을 도시하였다. 데이터 샘플 Sn은 비교적 큰 전력 P를 갖는다. 전력 P는 원에 의해 표현되는 클리핑 문턱값 Tclip 보다 크다. 클리핑은 데이터 샘플 Sn, 즉 In, Qn 으로부터 보정값들 Icorr, Qcorr 을 감산함으로써 실행된다. 따라서, 클리핑된 데이터 샘플들 Sn C 의 신호 전력은 클리핑 문턱값 Tclip 으로 감소된다.
도3은 소프트 클리핑을 나타내는 도면이다. 이 도면은 정규화된 신호 전력(normalized signal power) 대 샘플 수 관계를 보여준다. 클리핑 문턱값은 선(20)에 의해 표현된다. 만일 입력 신호 전력(21)이 클리핑 문턱값(20)을 넘어서 상승하면, 보정 신호 전력(22)이 입력 신호 전력(21)으로부터 감산된다. 따라서, 클리핑 문턱값(20) 이하의 또는 이것에 동등한 출력 신호 전력(23)이 발생된다.
도4는 하드 클리핑을 설명하는 도면이다. 도4의 도면은 정규화된 신호 전력 대 샘플 수의 관계를 다시 도시한다. 선(30)은 클리핑 문턱값을 나타낸다. 만일 입력 신호 전력(31)이 클리핑 문턱값(30)을 넘어서 상승하면, 출력 신호 전력(33)이 생성되도록 신호가 컷 오프 된다. 클리핑 문턱값(30) 미만의 정규화된 신호 전력을 갖는 데이터 샘플들에 대해서, 입력 신호 전력 및 출력 신호 전력은 동일하다.
이동 전화 단말기, 특히 UMTS 이동 전화 단말기에서 출력 신호를 향상시키는 방법은, a) 피크 대 평균 전력비를 소정 문턱값으로 감소시키기 위해 상기 신호를 클리핑하는 단계와, b) 상기 클리핑된 신호를 증폭하기 위해 설계된 전력 증폭기에게 상기 클리핑된 신호를 제출하는 단계를 포함한다.
따라서, 이동 전화 단말기의 전력 증폭기 설계는 이동 전화 단말기의 디지털 처리 체인에서 사용되는 채널들의 수에 의존하지 않게 된다.
본 발명에 따라서, 이동 전화 단말기의 출력 신호의 최대 PAR 값을 제한시키는 방법 및 이를 위한 이동 전화 단말기가 제공되었다.

Claims (4)

  1. 이동 전화 단말기, 특히 UMTS 이동 전화 단말기에서 출력 신호를 향상시키는 방법으로서,
    a) 피크 대 평균 전력비를 소정 문턱값(Tclip)으로 감소시키기 위해 상기 신호를 클리핑하는 단계와,
    b) 상기 클리핑된 신호를 증폭하기 위해 설계된 전력 증폭기(10)에 상기 클리핑된 신호를 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 클리핑된 신호는 증폭되기 전에 필터링되고, 단일 캐리어 클리핑이 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호의 각각의 데이터 샘플(Sn)의 전력이 계산되고, 만일 상기 전력이 상기 소정 문턱값(Tclip)을 초과하는 경우 상기 신호는 클리핑되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 디지털 신호 처리 체인을 포함하는 이동 전화 단말기에 있어서,
    상기 체인은 송신될 신호의 피크 대 평균 전력비를 소정 문턱값(Tclip)으로 감소시키는 클리핑 모듈(5)을 포함하고, 상기 클리핑된 신호를 증폭하기 위해 설계된 상기 이동 전화 단말기의 전력 증폭기(10)로 상기 클리핑된 신호가 공급되며,
    상기 디지털 처리 체인으로부터 전달된 복소수 디지털 신호를 믹서(7)에게 제공되는 복소수 아날로그 신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환기(6)가 포함된 것을 특징으로 하는 이동 전화 단말기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 이동 전화 단말기는 상기 신호 처리 체인과 상기 전력 증폭기(10) 간에 상기 클리핑된 신호를 필터링하는 필터(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 전화 단말기.
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