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로이엔텍 - Power Amplifier Non-linearity 특성 및 성능 테스트 솔루션 / 로데슈바르즈 / SMW, FSW
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R&S Direct DPD(Digital Pre-distortion) application
현재 대부분의 communication standard에서 high data rate를 요구하는 경우에는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex) 기술을 적용하고 있다. 이 OFDM 기술은 Single carrier 대비하여 많은 data를 다수의 사용자에게 효율적으로 사용자에게 전달할 수 있어 WLAN, LTE, 그리고 5GNR 등의 standard에서 적용하여 사용하고 있다. 이와 같이 많은 data를 전송할 수 있는 장점이 있는 반면에, peak power가 기존 기술에 비해 상대적으로 높은 관계로 이를 효율적으로 사용하기 위한 기술이 기존보다 더욱더 중요하게 되었다. DPD(Digital Pre-Distortion)와 Envelop Tracking이 그 대표적인 기술들이라 할 수 있다. 이 기술들 중에서 이번에는 R&S의 자체적인 기술이 적용된 Direct DPD( – part 1. )를 다루고자 한다.
이를 다루기 전에 DPD가 어떤 기술인지 간략하게 살펴보면, 아래의 위쪽 그림(1-1)과 같이 특정 level 이상이 인가되면 급격하게 비선형적으로 동작하는 Amplifier를 선형적으로 동작할 수 있는 영역을 넓히기 위해 Distortion 된 신호를 Amplifier에 인가하여 출력이 선형적으로 동작하는 범위를 아래의 아래쪽 그림(1-2)과 넓히는 기술을 의미한다.
위와 같이 선형적으로 동작하는 영역을 넓히기 위해서는, Input의 Amplitude와 Output의 Amplitude 및 Phase 특성(AM-AM & AM-PM)을 비교하여 Distortion 된 신호를 생성하여 Amplifier에 다시 인가하는 과정을 거치게 된다. 이러한 Distortion 과정은 일반적으로 Polynomial DPD, Memory Polynomial DPD, Volterra DPD 등의 알고리즘을 통해서 생성을 하는 것이 일반적이지만, 이러한 알고리즘에 의한 처리는 Baseband에서 이루어진다. 즉, Amplifier만을 개발하는 개발자 입장에서, Amplifier 자체 최대 성능을 테스트하고자 할 때 어떤 알고리즘을 어떻게 적용해야 하는지(e.g. polynomial coefficient, memory depth, etc.)에 대한 어려움이 있을 수 있다. 이와 같이 Baseband가 없는 테스트 환경에서 아래에서 정형화된 DPD 알고리즘 대신하여 R&S Direct DPD 솔루션을 적용하여 Amplifier 테스트를 진행하면, 상대적으로 손쉽게 Amplifier의 최대 성능을 확인이 가능하다.
R&S에서 출시한 Direct DPD는 Amplifier에 인가되는 IQ sample 들과 출력되는 IQ sample 들을 다이렉트 비교한 AM-AM 및 AM-PM 결과를 통해서 Amplifier 출력이 선형적으로 동작할 수 있는 최적화된 상태의 Distortion 된 신호를 인가해 주는 것이 기본 알고리즘이고, 아래 그림 2와 같은 순서로 이루어진다.
위의 Direct DPD 과정을 자세하게 살펴보면, 예를 들어 5GNR standard의 신호(A)가 신호 발생기(e.g. R&S SMW200A)를 통해 DUT로 인가되고, 인가된 신호에 DUT의 Non-linearity frequency response 등의 특성이 포함되어 신호 분석기(e.g. R&S FSW)로 최종적으로 전달이 된다. 이 모든 특성이 포함되어 신호를 M이 되는 것이다. P(Pre-distortion data)는 앞서 언급한 것과 같이 인가된 A의 Amplitude와 M의 Amplitude 및 Phase 와 각각 비교하여 만들어지게 된다.
예를 들면, 0dBm에 인가되는 포인트를 가정하면 최종적으로 예상되는 레벨이 18.5dBm인데, 18.2dBm이 측정이 되면, 약 0.3 dB 만큼의 차이를 확인하고 Distortion 된 P를 만드는 것입니다. 이와 같은 알고리즘은 모든 sample 들에 적용이 되며, Phase 부분도 동일한 컨셉으로 적용이 된다.
Rohde & Schwarz에서 Power Amplifier 최대 성능을 테스트하기 위해 제작된 application인 R&S Direct DPD에 대해서 살펴보았고, Direct DPD의 주요 기능을 통해 Amplifier의 최대 성능을 확인해 보는 과정은 Direct DPD( – part 2. )에서 확인 가능하다.
위 R&S DPD application에 대한 더 자세한 내용은 하기 링크들을 통해서 확인 가능하다.
(509) R&S Amplifier Masterclass Video 1 – CW to Modulated Measurements - YouTube
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