무선 네트워크에서 이용되는 기지국 및 이동국과 ＲＦ송신기 document_id A220623037743

종래의 무선주파수(Radio Frequency; 이하 RF라 한다.) 송신기에 있어서, RF 전력 증폭기는 A 클래스, AB 클래스 또는 C 클래스 바이어스(bias) 조건들에서 선형적으로 동작한다. 이러한 바이어스 클래스들에 있어서의 문제점은 휴지 바이어스(quiescent bias) 또는 기본 저항손의 결과로서 발생되는 전력단(power stage)에서의 높은 손실로 인하여 상기 전력단의 효율에 한계가 있다는 것이다. 전력부가효율(power-added efficiency)을 증가시키기 위하여, 스위치 모드로 동작하는 비선형 전력 증폭기들을 이용하여 선형 RF 전력을 발생시킬 수 있는 새로운 RF 송신기를 개발하고자 많은 연구가 수행되었다. 전력 증폭단(Power Amplifier(PA) stage)에서의 전력부가효율을 향상시키고자 다양한 스위치 모드 기술이 제안되어 왔다. 이러한 기술들은 i) 극 변조 ii) 포락선(envelope) 제거 및 복원 iii) 비선형 성분을 이용하는 선형 증폭(Linear Amplification using Nonlinear Component; 이하 LINC라 한다.) 그리고 iv) 델타 시그마 변조를 포함한다. 각 경우에 있어서, 직접 변조의 몇몇 형태가 상기 전력 증폭단에 적용된다. 일반적인 개념은 최종 증폭단을 스위치 모드에서 동작시키는 것이며, 여기서, 최종 전력 트랜지스터단은 반송파 주파수율 또는 그 배수의 주파수율에서 핀치 오프(pinch-off)와 포화 상태 사이에서 구동된다. 트랜지스터가 선형동작영역에 있는 사이클 백분율을 최소화함으로써, 상기 트랜지스터에서 손실되는 전력이 최소화되고, 상위 수준의 전력부가효율이 얻어진다. 이러한 접근의 분명한 결점은 변조의 높은 정확도를 유지하고 인접 채널과의 간섭을 방지하기 위해 증폭단에서 포락선의 높은 선형성이 요구된다는 것이다. 따라서, 고효율 전력 증폭 기술들은, 비록 상기 반송파 자체가 스위치 모드 동작에 의해 클리핑(clipping)된다 할지라도, 증폭된 파형의 포락선 무결성을 유지하는데 초점을 두고 있다. 그 결과, 비록 높은 레벨의 고조파가 발생한다고 할지라도, 대역 내 변조 정확도와 인접 채널 무결성이 유지되게 된다. 상기 고조파 성분은 상기 증폭단 이후에 쉽게 필터링된다. 상기 극 변조(또는 EER)방법에 있어서, 직교 기저대역 정보는 진폭과 위상의 극성 성분들로 변환된다. 반송파 주파수에서 동작하는 발진기는 일정한 진폭 및 일정한 주파수의 신호로 스위치 모드 전력 증폭기의 게이트를 구동시킨다. 복합 파형의 위상 성분은 전력 증폭기 출력의 위상을 제어하는 발진기를 위상 변조하는데 사용된다. 진폭 성분은 전력 증폭기의 드레인 바이어스를 제어함으로써 상기 스위치 모드 전력 증폭기를 진폭 변조하는데 사용된다. 전치 왜곡(pre-distortion)은 보통 선형 포락선을 유지하는데 사용된다. 스위칭(switching) 파형에 의해 높은 레벨의 반송파 고조파가 생성되기 때문에, 선형 전력 증폭기 이후에 일반적으로 요구되는 것보다 훨씬 많은 양의 고조파들이 필터링되어야 한다. 상기 극 변조 방식의 한 가지 단점은 진폭 변조 경로와 위상 변조 경로를 거친 지연들이 서로 다른 회로 토폴로지들로 인해 본질적으로 다르고, 온도 또는 성분 변화로 인해 다른 양의 변화를 겪게 된다는 것이다. 짧은 시간 (2 nano second 미만)의 에러에 의해서도 광대역 변조 포맷에서 허용 불가능한 변조 에러가 발생할 수 있다. 상기 LINC 방법에 있어서, 스위치 모드 전력 증폭단에서 생성된 두 공용 주파수 성분들은 위상 변조된 후 결합되고, 선형적으로 가감되어 직교 변조된 반송파를 생성한다. 이는, 결합기내에서 과도한 전력 손실 없이 비간섭성 파형들을 하나로 결합시킬 수 있는 특별한 전력 결합 기술을 요구한다. 이러한 기술의 구현에 있어서, 고효율 결합의 달성이 중요한 과제가 되어 왔다. 상기 델타 시그마 변조 방법은 일반적으로 단일 비트 아날로그/디지털 변환기 같은 고차(4차) 델타 시그마 대역 통과 루프를 이용한다. 이는 Fs/2 또는 Fs/4 주파수에서 노치(notch)를 갖는 잡음 전달 함수를 생성한다. 그러므로, 반송파가 상기 잡음 전달 함수의 노치 내에서 동작할 때, 양호한 신호 대 잡음 비가 달성될 수 있다. 이러한 루프의 단일 비트 출력은 스위치 모드 전력 증폭기의 게이트를 구동하는데 이용된다. 협 대역 통과 필터는 상기 전력 증폭기 후단에서 반송파 대역폭 외의 광대역 잡음을 제거하기 위해 이용된다. 이러한 접근을 구현하기 위한 과제들 중의 하나는 상기 델타-시그마 루프가 반송파 주파수의 2배 내지 4배의 주파수로 클로킹(clocked)되어야 한다는 것이다. US PCS 나 IMT-2000 대역에서의 반송파에 대해서, 현재 장치들의 속도를 고려하면 이는 매우 과감한 시도일 수 있다. 또 다른 한계는 변조기의 순간 대역폭이 델타-시그마 루프의 차수 및 클록 속도에 따라 대략 20MHz에 한정된다는 것이다. 더불어, 전력 증폭단 후단의 고정 대역 통과 필터에 의해 전력 증폭기의 동작 대역이 크게 제한된다. 따라서, 상기 언급한 문제들을 발생시키지 않고 스위치 모드 전력 증폭을 수행하는 향상된 전력 증폭기가 이 분야에서 요구된다.