AMP 선형화 방법 - Back Off, LPA, Pre-Distortion(APD, DPD)

이전 시간에 AMP와 LNA에 대해서 알아봤었습니다.

2020/09/19 - [직무지식/중계기] - [중계기 구성] AMP란? - LNA, System NF

그리고 뒤에는 AMP의 선형성과 효율에 대해 알아보기로 했었죠.

이번 시간에는 AMP의 선형성과 선형화 방법에 대해 알아보겠습니다.

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선형성이란?

AMP, Mixer 등등에서 나타나는 비이상적 특성입니다.

harmonic, IM3등이 비선형성의 원인이며 이러한 것들을 잡아야 선형성이 좋아집니다.

 

 

선형화 방법

 

1. Back Off

back off방식은 AMP 고유의 P1dB보다 3~5dB 낮은 지점에서 작동하도록 하는 것입니다.

HPA(High Power Amplifier ; 대전력 증폭기)를 사용하는 것이죠.  

쉽게 표현해서 요구하는 전력보다 큰 증폭기를 사용하여서 선형성을 확보한다는 뜻입니다.

Back Off 방식

1W만 필요한 곳에 3W 출력의 AMP를 사용하는 것이죠. 직관적이고 쉬운 방법입니다.

하지만 단점은 효율이 떨어지고 출력이 저하되는 단점이 있습니다.

 

 

2. LPA(Linear Power Amplifier ; 선형 전력증폭기)

2번째 방식은 Feedforward방식을 사용하여 AMP의 선형성을 개선하는 방법입니다.

이러한 AMP를 LPA라고 부릅니다. 

Feedforward방식

IMD성분만 -로 남겨 amp로 증폭시킨 뒤 기존 신호와 합쳐 IMD성분만 상쇄시키는 방법입니다.

우수한 선형도를 가질 수 있고 광대역 특성이 장점입니다. 하지만 복잡하고 회로를 구성하기 힘들며 높은 비용이 단점입니다.

 

 

3. Pre-Distortion

앞단을 미리 왜곡시킨 뒤 AMP의 비선형성과 상쇄가 되어 선형화 시키는 방법입니다.

아래의 그림을 보시면 이해하는데 도움이 됩니다.

Pre-Distortion

회로 구성이 간단하고 소형, 경량화가 가능하며 넓은 작동범위(광대역 특성)가 장점입니다.

하지만 선형화 정도에 한계가 있다는 단점이 있습니다.

 

 

4. APD(Adaptive Pre-Distortion)

3번의 연장선상 이다만 2014년 이후로 이전 방식은 구시대적 방법이 되었고

APD와 DPD가 선형화 방식에서 짱을 먹게 됩니다.

 

RFPAL 블록 다이어그램

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원리는 Pre-Distortion과 같지만 해당 역할을 하는 RFRAL(RF Power Amplifier Linearizer) IC를 사용하면

복잡하게 회로를 구성할 필요가 없어서 훨씬 간편해지게 됩니다.

최종 출력 신호를 샘플링 하여 RFPAL IC에 피드백을 주면 입력 신호와 피드백된 출력 신호를 비교하여

입력 신호를 왜곡시켜 IMD를 제거하는 방식입니다.

디지털 보드가 없거나 시스템이 간단할 때 APD방식을 많이 사용합니다.

 

 

5. DPD(Digital Pre-Distortion)

디지털 보드가 있어서 디지털 신호처리를 통해 사전에 왜곡시켜 비선형성을 개선시키는 기술입니다.

현재 기지국, 중계기에 가장 상용화되어있는 기술입니다.

DPD 시스템

[참고]: RFDH, Maxim