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Digitally-Controlled Dynamic Bias Switching을 이용한 LTE 기지국용 전력증폭기의 효율 개선
Efficiency Improvement of Power Amplifier Using a Digitally-Controlled Dynamic Bias Switching for LTE Base Station 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.25 no.8, 2014년, pp.795 - 801  

서민철 (성균관대학교 정보통신공학부) ,  이성준 (한국전자통신연구원) ,  박봉혁 (한국전자통신연구원) ,  양영구 (성균관대학교 정보통신공학부)

초록
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본 논문에서는 2.6 GHz에 설계된 고출력 전력증폭기에 DDBS(Digitally-controlled Dynamic Bias Switching)를 적용하여 평균 전력에서 효율을 개선하였다. DBS는 제어 신호에 따라 전력 증폭기에 두 단계의 드레인 전압을 인가하여 효율을 개선하는 기술이다. DBS의 제어 신호를 디지털로 처리하여 제어가 매우 용이하였다. 2.6 GHz의 중심 주파수와 10 MHz 대역폭, 9.5 dB의 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)을 갖는 64 QAM FDD LTE 신호를 사용하여 측정한 결과, DDBS를 적용하여 전력증폭기의 PAE(Power-Added Efficiency)을 평균 전력 43 dBm에서 40.9 %에서 48 %로 증가시켰다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents an efficiency enhancement for the high power amplifier using DDBS(Digitally-controlled Dynamic Bias Switching) method which dynamically provides the power amplifier with two bias voltage levels according to the input envelope signal. It is quite easy to adjust the control signal ...

주제어

#Digitally-Controlled Dynamic Bias Switching   #Envelope Tracking   #High Power Amplifier  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 2.6 GHz에 설계된 고출력 전력증폭기에 DDBS를 적용하여 평균 전력에서 효율을 개선하였다. 제 2절에서는 DDBS의 동작원리를 ET와 비교하여 설명하고, 이에 대한 설계 내용을 제시하였다.
  • 본 논문에서는 입력 신호의 포락선 크기에 따라 서로 다른 드레인 전압이 인가되도록 설계된 DDBS 회로를 고출력 주 전력 증폭기에 구성하여 평균 전력에서 효율을 개선하였다. 포락선 검출기와 비교기 회로에 의해서 생성 가능한 제어 신호를 디지털 처리를 통하여 구현하여 회로의 구성이 간단하고 제어가 매우 용이하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
DDBS의 장점은 무엇인가? DDBS(Digitally-controlled Dynamic Bias Switching)는 DBS와 똑같은 동작 특성을 갖지만, 입력 신호의 크기에 따라 두 단계의 레벨을 갖는 제어 신호를 디지털로 처리하여 구성이 간단하고 제어가 용이하다는 장점을 가진다[16].
DBS는 무엇인가? DBS(Dynamic Bias Switching)는 ET와 유사한 동작원리를 가지는 bias modulation 기술이다. 그러나 ET가 연속되는 드레인 전압을 사용하는데 반해 2단계의 레벨을 갖는 전압을 교차 스위칭함으로써 전력 증폭기에 DC 전력을 공급해 주는 방법을 사용한다[13]～[15].
Bias modulation의 대표적인 방식인 ET의 단점은 무엇인가? Bias modulation의 대표적인 방식인 ET(Envelope Tracking)는 이론적으로 전력 증폭기에 적용 시 높은 효율 개선을 가진다. 그러나 기저대역 신호의 넓은 대역폭과 높은 PAPR 등의 이유로 전력 증폭기 적용에 많은 제약이 따르고, 또한 낮은 선형성의 특성을 나타내어 추가적인 선형화 기술을 사용해야 하는 단점이 있다[6],[8]～[12].
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참고문헌 (16)

  1. F. H. Raab, P. Asbeck, S. Cripps, P. B. Kenington, Z. B. Popovic, N. Pothecary, J. F. Sevic, and N. O. Sokal, "Power amplifiers and transmitters for RF and microwave", IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 50, no. 3, pp. 814-826, Mar. 2002. 

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  2. S. C. Cripps, RF Power Amplifiers for Wireless Communications, 2nd Ed. Norwood, MA: Artech House, 2006. 

  3. C. Buoli, A. Abbiati, and D. Riccardi, "Microwave power amplifier with envelope controlled drain power supply", in 25th Eur. Microw. Conf., pp. 31-35, Sep. 1995. 

  4. G. Hanington, P. F. Chen, P. M. Asbeck, and L. E. Larson, "High-efficiency power amplifier using dynamic power- supply voltage for CDMA applications", IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 47, no. 8, pp. 1471- 1476, Aug. 1999. 

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  5. S. H Liao, Y. E. Wang, "High efficiency WCDMA power amplifier with pulsed load modulation(PLM)", IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 45, no. 10, pp. 2030-2037, Oct. 2010. 

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  6. J. H. Moon, J. H. Son, J. J. Kim, I. D. Kim, S. H. Jee, Y. Y. Woo, and B. Kim, "Doherty amplifier with envelope tracking for high efficiency", in IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., pp. 1086-1089, Jun. 2010. 

  7. Joon Hyung Kim, Sung Jun Lee, Jae Ho Jung, and Chul Soon Park, "60 % High-efficiency 3G LTE power amplifier with three-level delta sigma modulation assisted by dual supply injection", Microwave Symposium Digest (MTT), 2011 IEEE MTT-S International, Jun. 2011. 

  8. J. Choi, D. Kang, D. Kim, and B. Kim, "Optimized envelope tracking operation of Doherty power amplifier for high efficiency over an extended dynamic range", IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 57, no. 6, pp. 1508- 1515, Jun. 2009. 

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  9. D. Kimball, K. Myoungbo, P. Draxler, J. Jinseong, H. Chin, C. Steinbeiser, T. Landon, O. Krutko, L. Larson, and P. Asbeck, "High efficiency WCDMA envelope tracking base-station amplifier implemented with GaAs HVHBTs", in IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuits Symp., pp. 1-4, Oct. 2008. 

  10. D. Kim, D. Kang, J. Choi, J. Kim, Y. Cho, and B. Kim, "Optimization for envelope shaped operation of envelope tracking power amplifier", IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 59, no. 7, pp. 1787-1795, Jul. 2011. 

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  11. Y. Li, J. Lopez, C. Schecht, R. Wu, and D. Lie, "Design of high efficiency monolithic power amplifier with envelope-tracking and transistor resizing for broadband wireless applications", IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 47, no. 9, pp. 2007-2012, Sep. 2012. 

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  12. J. Kim, D. Kim, Y. Cho, D. Kang, B. Park, and B. Kim, "Envelo e-tracking two-stage power amplifier with dualmode supply modulator for LTE applications", IEEE Microw. Theory Tech., vol. 61, no. 1, Jan. 2013. 

  13. A. Khanifar, N. Maslennikov, R. Modina, and M. Gurvichm, "Enhancement of power amplifier efficiency through dynamic bias switching", in IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., pp. 2047-2050, 2004. 

  14. Y. S. Jeon, J. Cha, and S. Nam, "High-efficiency power amplifier using novel dynamic bias switching", IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 55, no. 4, pp. 690- 696, Apr. 2007. 

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  15. J. Van, S. Jung, H. Park, M. Kim, H. Cho, J. Jeong, S. Kwon, K. Lim, and Y. Yang, "Efficiency enhancement for power amplifiers using a dynamic bias switching technique", IEEE Electron. Lett., vol. 44, no. 5, pp. 356-357, Feb. 2008. 

    상세보기 crossref

  16. H. Kim, H. Cho, M. S. Kim, M. Seo, J. Ham, C. S. Park, and Y. Yang, "Efficiency enhanced amplifier using a digitally-controlled dynamic bias switching circuit", Microwave Journal, vol. 56, no. 5, pp. 106-120, May 2013. 

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