KR101016567B1 - Ｗｃｄｍａ 이동 단말기내 전력 증폭기의 동작 포인트를최적화하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
WCDMA 이동 단말기(10)내 전력 증폭기(40)의 동작 포인트를 최적화하기 위한 방법 및 디바이스가 제공된다. 상기 방법은 제 1 신호를 수신하는 단계와, 상기 제 1 신호로부터 TFCI 값을 결정하는 단계와, 이동 단말기(10)의 압축 모드의 상태를 결정하는 단계와, 상기 이동 단말기(10)의 요구된 전력 출력 레벨을 결정하는 단계와, 세 개의 결정된 값들에 응답하여 메모리로부터 동작 포인트 값을 판독하는 단계와, 상기 동작 포인트 값을 상기 전력 증폭기(40)에 제공하는 단계를 포함한다. 상기 동작 포인트 값은 바이어스 전류를 나타낸다. 상기 디바이스는 제어 신호로부터 TFCI 값, 압축 모드 상태, 및 요구된 전력 출력 레벨을 결정하는 프로세서(41)와, 상기 세 개의 값들에 응답하여 메모리로부터 전력 증폭기(40)의 동작 포인트 값을 검색하는 상태 기계(42)와, 전송 신호를 증폭하기 위한 전력 증폭기(40)를 포함한다.
전력 증폭기, 동작 포인트, 이동 단말기, TFCI, 전압 출력 레벨, 전압, 바이어스 전류, WCDMA 표준.
Description
본 발명은 일반적으로 이동 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 자세히는, WCDMA 이동 단말기내 전력 증폭기의 동작 포인트를 최적화하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다.
최근의 통신 시스템에서, 3GPP(제 3 세대 파트너쉽 프로젝트)에 의해 제안되는 바와 같이, 확산 스펙트럼 방식을 사용하는 WCDMA(광대역 코드 분할 다중 액세스) 표준에 근거하는 차-세대 휴대용 전화 시스템이 주파수 사용 효율을 더욱 향상시키기 위해 상업화되고 있다. 3GPP WCDMA 표준에서 특정한 신호를 전송하기 위해 요구되는 선형성(linearity)은 이동 단말기들에서 선형 전력 증폭기의 사용(그 동작 포인트는 클래스 A 또는, 어떤 예방 조치들을 갖는 클래스 AB에서 셋업됨)을 지시한다. 3GPP WCDMA 표준은 도 1에 제시된 바와 같은 이동 단말기의 출력 전력 스펙트럼 마스크를 지정함에 있어서 선형 요구들을 명시한다.
그러나, 선형 전력 증폭기는 상대적으로 대량의 DC 전력을 소비한다. GaAs 기술을 사용한 2 MESFET 스테이지들을 포함하는 클래스 A 증폭기는, 5V 전원에서 450mA를 소비하여, 20dB의 이득을 갖는 +30dBm의 (일반적으로 1dB에서 압축 포인트에 의해 표현되는) 피크 출력 전력 레벨을 산출한다. 전형적인 이동 단말기의 경우, 전력 증폭기의 전력 공급 소비는 전송 모드 동안 이동 단말기의 총 전력 소비의 적어도 70%를 나타낸다. 따라서, 선형 요구를 고려하면서 전력 소비를 가능한 많이 줄이기 위해, 전력 증폭기의 동작 포인트, 예를 들어 바이어스 전류를 제어하는 것이 중요하다.
따라서, 전력 소비를 줄이고 이동 단말기의 배터리 수명을 유지하기 위해 WCDMA 이동 단말기내 전력 증폭기의 동작 포인트를 최적화하는 디바이스 및 방법을 취하는 것이 바람직하며 매우 유익할 것이다.
상술된 문제들 뿐만 아니라 종래 기술의 다른 관련 문제들은 본 발명에 따른, WCDMA 이동 단말기내 전력 증폭기의 동작 포인트를 최적화하는 디바이스 및 방법에 의해 해결된다.
본 발명의 디바이스 및 방법은, 예를 들어 그 동작 포인트 또는 바이어스 전류를 최적화하는 것과, 이동 단말기에 의해 수신된 세 개의 신호들, 즉: (1)TFCI(운송 포맷 조합 표시기) 정보, (2) 압축 모드 정보, (3) 요구된 출력 전력 레벨 정보의 조합을 이용하는 것에 의해 전력 증폭기의 전력 소비를 감소시킨다. 이 후, 디지털 프로세서는 세 개의 신호들을 이용하여 메모리로부터 저장된 최적의 동작 포인트 값, 즉 바이어스 전류를 판독하며, 이 값은 전송 모드 동안 이동 단말기의 전력 증폭기로 공급된다.
본 발명의 한 관점에 따라, 이동 단말기내 전력 증폭기의 동작 포인트를 최적화하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 베이스 트랜시버 스테이션으로부터 제 1 신호를 수신하는 단계와; 상기 제 1 신호로부터 운송 포맷 조합 표시기(TFCI) 값을 결정하는 단계와; 상기 이동 단말기의 압축 모드의 상태를 결정하는 단계로서, 상기 압축 모드의 상기 상태는 상기 제 1 신호에 의해 결정되는, 상기 결정 단계와; 상기 이동 단말기의 요구된 전력 출력 레벨을 결정하는 단계로서, 상기 요구된 전력 출력 레벨은 상기 제 1 신호에 의해 결정되는, 상기 결정 단계와; 상기 TFCI 값, 상기 압축 모드 상태, 및 상기 요구된 전력 출력 레벨에 응답하여 메모리로부터 동작 포인트 값을 판독하는 단계와; 상기 동작 포인트 값을 상기 전력 증폭기에 제공하는 단계를 포함한다. 상기 동작 포인트 값은 바이어스 전류를 나타낸다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 복수의 베이스 트랜시버 스테이션들을 포함하는 이동 통신 시스템용 이동 통신 단말기는 적어도 하나의 베이스 트랜시버 스테이션으로부터 제 1 신어 신호를 수신하기 위한 안테나와, 상기 제 1 제어 신호로부터, 운송 포맷 조합 표시기(TFCI) 값, 압축 모드 상태, 및 요구된 전력 출력 레벨을 결정하기 위한 프로세서와; 상기 TFCI 값, 상기 압축 모드 상태, 및 요구된 출력 레벨에 응답하여 메모리로부터 전력 증폭기의 동작 포인트 값을 검색하기 위한 상태 기계(42)와, 상기 안테나(12)를 통해 전송된 전송 신호를 증폭하기 위한 상기 전력 증폭기(40)를 포함한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적들, 특징들 및 유익들은 첨부된 도면들과 연결하여 다음 상세한 설명으로부터 보다 명확해 질 것이다.
도 1은 3GPP WCDMA(광대역 코드 분할 다중 액세스)에 따른 전력 증폭기 동작의 출력 전력 스펙트럼 마스크를 도시한다.
도 2는 3GPP WCDMA(광대역 코드 분할 다중 액세스)표준의 주파수 대역 할당들을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 이동 단말기의 블록도를 도시한다.
도 4는 베이스 트랜시버 스테이션으로부터 이동 단말기로 업링크에서 보내지며, 본 발명에 따른 전력 증폭기의 동작 포인트를 최적화하기 위해 사용되는 정보를 포함하는 전용 물리적 제어 채널(DPCCH)의 구조를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따라 최적화된 예시적 전력 증폭기의 개략도이다.
본 발명의 양호한 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 아래에서 설명될 것이다. 다음 설명에서, 알려진 기능들 또는 구조들은 불필요한 세부 사항으로 본 발명을 불분명하게 할 수 있으므로 상세히 설명하지 않는다.
본 발명의 목적은 전력 소비를 최소화하고 요구된 출력 전력 스펙트럼 마스크를 고려하기 위해 이동 단말기의 전송기 섹션에 위치된 전력 증폭기(P.A.)의 (바이어스 전류에 의해 규정된) 동작 포인트를 최적화하는 것이다. 본 발명은 FDD(주파수 분할 듀플렉스) 모드로 동작하는 3GPP WCDMA(광대역 코드 분할 다중 액세스)표준을 사용하여 이동 단말기, 즉 수신기를 포함한다. 이 표준의 주파수 범위들은 ITU(국제 전기 통신 연합)에서 결정된 바와 같이, 아래의 표 1에 제시되며, 도 2에 도시된 바와 같은 영역들로 클래스된다.
| 표준 |
주파수 범위 |
| W-CDMA(영역 1 및 3) |
1920-1980 Mhz(Tx) 및 2110-2170 Mhz(Rx) |
| W-CDMA(영역 2) |
1850-1910 Mhz(Tx) 및 1930-1990 Mhz(Rx) |
표 1 : 주파수 할당
일반적으로, 이동 단말기, 예를 들어 셀룰러 폰은 이동 통신 시스템에서 동작한다. 이동 통신 시스템, 예를 들어 광대역 코드 분할 다중 액세스(WCDMA) 시스템은 셀들로 불리는 다양한 개별 영역들을 가지며, 베이스 트랜시버 스테이션들이라 불리는 다양한 고정된 트랜시버 스테이션들과 복수의 이동 터미널들, 예를 들어 셀룰러 폰들을 포함한다. 보통, 하나의 베이스 트랜시버 스테이션은 하나의 셀을 규정하고 셀에 현재 위치한 셀룰러 폰들에서/폰들로부터 텔레폰 트래픽을 다룬다.
도 3은 베이스 트랜시버 스테이션으로/으로부터 RF 통신 신호를 수신 및 전송하기 위한 안테나(12), RF(라디오 주파수) 전송 프런트-엔드 섹션(front-end section)(14), 및 디지털 프로세싱 섹션(16)을 포함하는 본 발명에 따른 이동 단말기(10)의 블록도이다. 프런트-엔드 섹션(14)은 듀플렉서(18), 낮은 노이즈 증폭기(20), 제 1 가변 이득 증폭기(22), I/Q 변조기(24), 제 1 복수의 저역 통과 필터들(20), 베이스 트랜시버 스테이션에 의해 수신된 신호를 디지털 프로세싱 섹션(16)으로 출력하기 위한 복수의 아날로그-디지털 변환기들(28)을 포함한다. 프런트-엔드 섹션(14)은 복수의 디지털-아날로그 변환기들(30), 제 1 복수의 저역 통과 필터 들(32), I/Q 변조기(34), 저역 통과 필터(36), 제 2 가변 이득 증폭기(38), 및 안테나를 통해 베이스 트랜시버 스테이션들로 보내지는 전송 신호를 생성하기 위한 전력 증폭기(40)를 더 포함한다. 디지털 프로세싱 섹션(16)은 전력 증폭기(40)를 제어하는 제어 신호를 생성하기 위한 상태 기계(42)를 갖는 디지털 프로세서(41)를 포함한다. 제어 신호는 전력 증폭기(44)로 입력되기 전에 디지털-아날로그 변환기(44)에 의해 프로세싱된다. 더욱이, 디지털 프로세서(41)는 복수의 동작 포인트 값들을 저장하기 위한 메모리를 포함한다.
동작시, 본 발명의 이동 단말기(10)는 전력 소비를 제어하기 위해 RF 전송 프런트-엔드 섹션(14)에서 디지털 프로세싱 섹션(16)에 의해 제공된 3개의 상이한 정보 신호들을 사용한다. 이러한 정보 신호들은 다음과 같다:
-TFCI(운송 포맷 조합 표시기) 값은 매시간 프레임(10ms)에 보내지는 DPCCH(전용 물리적 제어 채널)에 포함된다. TFCI 값은 테이블 값들로서 베이스 트랜시버 스테이션에 의해 이동 단말기로 보내진 여러 값들 사이에서 디코딩된다. 이 동작은 이동 단말기의 MAC(매체 액세스 제어)층의 제어하에 수행되며, 선택된 TFCI 값이 무엇인지를 표시하기 위해 DPCCH내에서 베이스 트랜시버 스테이션으로 최종으로 보내진다.
-베이스 트랜시버 스테이션에 의해 요구되고 이동 단말기내에서 디코딩된 압축 모드 상태
-베이스 트랜시버 스테이션에 의해 요구되고 이동 단말기내에서 디코딩된 요구된 출력 전력 레벨
업링크에서 보내진 DPCCH는 모든 제어 정보를 포함하며, 베이스 트랜시버 스테이션은 이동 단말기와 적절히 링크를 수행하고 수신할 필요가 있다. DPCCH는 간섭들과 채널 경로 손실에 대해 최고의 견고성을 갖기 위해 256의 스프레딩 레이트로 운반된다. DPCCH의 구조는 도 4에 도시된다.
TFCI 값:
TFCI는 상이한 운송 채널들은 다른 운송 채널들이 물리적인 채널들에서 전송하기 위해 어떻게 조합되는지 표시하며, 어떤 스프레딩 인수가 물리적인 채널들에서 사용되는지를 결정한다. TFCI 값은 이동 단말기가 데이터 레이트가 그 값이 2배로 되는 각각의 시간에 알려진 출력 전력 레벨을 데이터 레이트에 따라 조정함에 있어 동일한 전송 품질을 유지하도록 허용하며, SF(스프레딩 인수)는 칩 레이트가 3.84 Mcp/s의 상수 값을 유지하도록 2만큼씩 감소한다. 상기 값은 하나의 프레임으로부터 다른 것으로 업데이트될 수 있는 것을 의미하는 1 프레임의 기간 (10ms)에 대해 유효하다. 전송된 데이터 레이트의 다른 값들은 15, 30, 60, 120, 240, 480, 960 Kbps이며 대응 SP는 256, 128, 64, 64, 32, 16, 8, 4이다. 따라서, 전송 품질을 유지하기 위해, 출력 전력 레벨은 3dB의 기본 단계들에 의해 18dB의 총 범위(10*LOG(256/4))에서 제어된다. 본 발명의 한 관점은, 이동 단말기의 배터리 수명을 연장하기 위해 6dB의 범위로 제한되는 전력 증폭기의 동작 포인트를 제어하도록 이 정보를 사용하는 것이다.
압축 모드 상태:
압축 모드는 이동 단말기가 시간 영역에서 데이터 전송을 압축함으로써 동일 한 시간 프레임에서 두 개의 상이한 채널들(두 개의 상이한 채널 주파수들을 의미)을 프로세싱하도록 허용한다. 예를 들어, 압축 모드는, 이동 터미널이 두 개의 셀들의 에지상에 있을 때, 이동 터미널이 하나의 주파수로부터 다른 주파수로 측정들을 수행(하드 핸드오버(hard handover))하도록 허용한다. 그러나 동일한 전송 품질을 성취하기 위해, SF는 2만큼씩 감소하며, 결과적으로, 출력 전력 레벨은 마찬가지로 2만큼씩 증가한다.
요구된 출력 전력 레벨:
베이스 트랜시버 스테이션에 의해 요구된 출력 전력 레벨 정보는 이동 터미널에서 필요로 되는 전력만을 전송하는 연속적인 전력 조정들을 수행하기 위해 디지털 프로세싱 섹션(16)에 의해 제공된다. 이후, 요구된 출력 전력 레벨이 예를 들어 +24 내지 +30dBm 범위 내에 있을 때 본 발명이 사용될 수 있다.
상태 기계(42)는 세 개의 정보 신호들에 의해 지시된 조건들에 대해 최적화된 동작 포인트 값을 메모리로부터 검색하기 위해 세 개의 정보 신호들을 사용한다. 세 개의 정보 신호들의 특정 세트에 대응하는 최적화된 특정 동작 포인트 실험에 의해 결정되고 메모리에 저장된다. 복수의 대응들은 실험적으로 결정될 것이며, 이동 디바이스의 전력 증폭기는 광범위의 사용을 통해 최적화될 것이다. 복수의 대응들은 메모리에 이어서 저장되는 룩-업 테이블에 채워진다.
전형적인 예로서, 본 발명에 대해 고안된 출력 전력 범위는 +24dBm 내지 +30dBm인데, 이 범위는 전력 공급 절약들이 이동 단말기의 총 전력 공급 소비와 비교하여 가장 높기 때문이다. 일반적인 전력 증폭기를 고려하면, 이것의 소비는 +30dBm 전달에 대해 450mA이다. 이 경우, 동작 포인트는 2개의 상이한 데이터 레이트들에 대응하는 2개의 상이한 SF 값들에 대해 최적화된다. (실험에 근거한) 비선형 관계의 예는 출력 전력에 대한 동작 포인트(Imax)를 도시하며, (상대적인 값으로 표현되는) SF 및 데이터 레이트(D)가 표 2에 나타난다.
| 동작 포인트(mA) | Imax | 0.55*Imax | 0.39*Imax |
| 데이터 레이트 D | D | D/2 | D/4 |
| SF | SF | SF*2 | SF*4 |
| 출력 전력 레벨(dBm) | +30 | +27 | +24 |
표 2: 출력 전력 레벨에 대한 동작 포인트
전력 증폭기의 입력과 출력 액세스들이 현저히 불일치하지 않는 것에 대해 동작 포인트는 0.39*Imax 이하(이 특정 예에 대해 예를 들어, 175mA)에서 세팅될 수 없음이 이해된다. 동작 포인트가 불변하는 문턱값(T) 이하는 공식으로 규정된다:
T=max. 출력 전력 레벨-6dB (1)
(예를 들어: T=30-6=+24dBm)
상태 기계(42)에 의해 디지털-아날로그 변환기(DAC)(44)로 전달된 디지털 정보는 TFCI 상태, 압축 모드 상태("온" 또는 "오프"), 및 요구된 출력 전력 레벨의 조합이다. DAC(44)는 전력 증폭기(40)의 동작 포인트를 제어하기 위해 디지털 정보를 전압 신호(V 제어)로 변환한다. AP를 제어하는 보통 방법 중 하나의 설명은 다음과 같다.
보통, 전력 증폭기는, 최종 스테이지가 총 전력 증폭기의 출력 압축 포인트로 고정될 때, 20dB의 일반적 전력 이득에 대해 2 스테이지로 구성된다. 따라서, 전압 제어 신호는 최종 전력 증폭기 스테이지로 어드레싱되며, 이것의 한 가능한 실행이 도 5에 도시된다.
최종 스테이지는 GaAs 기술을 사용하여 MESFET로 구성되며, 이는 저 비용 이동 전송기 설계에서 일반적으로 발견됨이 이해된다. 그럼에도 불구하고, 본 발명은 SiGe 기술을 마찬가지로 이용하여 전력 증폭기에 인가될 수 있다. DAC(44)로부터 인입하는 V제어 신호는 상태 기계(42)에 의해 제공된 디지털 정보에 따라 변할 것이다. 본 발명이 동작하는 전력 범위는 전송 모드(예를 들어: 61%<=0.61=(450-175)/450) 동안 상당한 전력 절약에 대응하는 6dB이다. 이값은 전송기/수신기 시간 비율에 의해 가중된다. 본 발명은 이동 단말기가 셀의 에지에 위치할 때, 최대 출력 전력 레벨을 전송할 필요가 있을 때 상당히 유익할 것이다.
본 발명이 일정한 양호한 실시예들을 참조하여 설명되고 도시되는 동안, 본 기술의 숙련된 기술자는 첨부된 청구 범위에 의해 규정된 바와 같은 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남 없이 형식 및 세부 사항에서 다양한 변화들을 이해할 것이다.
Claims (15)
- 이동 단말기(10)내 전력 증폭기(40)의 동작 포인트를 최적화하기 위한 방법으로서,베이스 트랜시버 스테이션으로부터 제 1 신호를 수신하는 단계와,상기 제 1 신호로부터 운송 포맷 조합 표시기(TFCI) 값을 결정하는 단계와,상기 이동 단말기(10)의 압축 모드의 상태를 결정하는 단계로서, 상기 압축 모드의 상기 상태는 상기 제 1 신호에 의해 결정되는, 상기 결정 단계와,상기 이동 단말기(10)의 요구된 전력 출력 레벨을 결정하는 단계로서, 상기 요구된 전력 출력 레벨은 상기 제 1 신호에 의해 결정되는, 상기 결정 단계와,상기 TFCI 값, 상기 압축 모드 상태, 및 상기 요구된 전력 출력 레벨에 응답하여 메모리로부터 동작 포인트 값을 판독하는 단계와,상기 동작 포인트 값을 상기 전력 증폭기(40)에 제공하는 단계를 포함하는, 동작 포인트 최적화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 동작 포인트 값은 바이어스 전류를 나타내는, 동작 포인트 최적화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 동작 포인트 값은 전압인, 동작 포인트 최적화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 판독 단계는 상기 동작 포인트 값을 디지털-아날로그로 변환하는 단계를 더 포함하는, 동작 포인트 최적화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 신호는 전용 물리적 제어 채널(DPCCH)을 포함하는, 동작 포인트 최적화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 신호는 광대역 코드 분할 다중 액세스(WCDMA) 표준과 호환 가능한 무선 주파수(RF) 통신 신호인, 동작 포인트 최적화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 요구된 전력 출력 레벨을 결정하는 단계는 상기 요구된 출력 레벨이 미리 결정된 범위 이내인지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 범위 밖인 경우, 상기 동작 포인트 값을 상기 전력 증폭기(40)에 제공하지 않는, 동작 포인트 최적화 방법.
- 복수의 베이스 트랜시버 스테이션들을 포함하는 이동 통신 시스템용, 이동 통신 단말기로서,적어도 하나의 베이스 트랜시버 스테이션으로부터 제 1 제어 신호를 수신하기 위한 안테나(12)와,상기 제 1 제어 신호로부터, 운송 포맷 조합 표시기(TFCI) 값, 압축 모드 상태, 및 요구된 전력 출력 레벨을 결정하기 위한 프로세서(41)와,상기 TFCI 값, 상기 압축 모드 상태, 및 요구된 출력 레벨에 응답하여 메모리로부터 전력 증폭기(40)의 동작 포인트 값을 검색하기 위한 상태 기계(42)와,상기 안테나(12)를 통해 전송되는 전송 신호를 증폭하기 위한 상기 전력 증폭기(40)를 포함하는, 이동 통신 단말기.
- 제 8 항에 있어서, 상기 동작 포인트 값은 바이어스 전류를 나타내는, 이동 통신 단말기.
- 제 8 항에 있어서, 상기 동작 포인트 값은 전압인, 이동 통신 단말기.
- 제 8 항에 있어서, 상기 메모리로부터 검색된 상기 동작 포인 값을 상기 전력 증폭기(40)와 호환 가능한 포맷으로 변환하기 위한 디지털-아날로그 변환기(44)를 더 포함하는, 이동 통신 단말기.
- 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 제어 신호는 전용 물리적 제어 채널(DPCCH)을 포함하는, 이동 통신 단말기.
- 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 제어 신호는 광대역 코드 분할 다중 액세스(WCDMA) 표준과 호환 가능한 무선 주파수(RF) 통신 신호인, 이동 통신 단말기.
- 제 8 항에 있어서, 상기 메모리는 상기 TFCI 값, 상기 압축 모드 상태, 상기 요구된 전력 출력 레벨, 및 최적화된 동작 포인트 값 사이의 복수의 대응들로 채워진 룩-업 테이블을 더 포함하는, 이동 통신 단말기.
- 제 8 항에 있어서, 상기 전력 증폭기(40)는 적어도 두 개의 스테이지들을 포함하며, 상기 동작 포인트 값은 상기 적어도 두 개의 스테이지들 중 최종 스테이지에 공급되는, 이동 통신 단말기.
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