전력 증폭기가 집적된 28 GHz 디지털-RF 송신기

Abstract

근래에 급증하는 이동통신 데이터 수요량의 증가에 따라 이동통신 시스템은 10배 이상의 데이터 전송 속도가 지원되는 5세대로 접어들고 있으며 이러한 전송 속도를 위해서 밀리미터파가 반송 주파수로 대두되고 있다. 밀리미터파는 주파수가 높아짐에 따라 공기중에서 높은 감쇄율을 보이는데, 이러한 감쇄를 보상하기 위해서 빔포밍 기술이 요구되고 있다. 빔포밍 어레이를 구성하기 위해 요구되는 송수신 블럭의 수는 급증하게 되고 이에 기존보다 단순한 송수신기 구조가 제안될 필요가 있다. 본 논문에서는 28 GHz 대역에서 동작하는 Digital-RF 송신기의 구조에 대하여 제안한다. 기존 저주파(LTE, WCDMA) 대역에서 송신기의 단순화를 위해 연구되었던 RF-DAC회로를 밀리미터파에 적합한 구조로 확장하여 설계되었다. 또한 RF-DAC의 전력 증폭을 위한 선형 전력 증폭기 또한 설게 되었다. RF-DAC는 8x2 비트의 분해능을 갖고 있으며 128 캐리어 64 QAM OFDM 통신 신호에 대해 정적 시뮬레이션 환경에서 4.6%의 오차로 설계되었다. 전력 증폭기는 24 dB의 이득을 갖고 있으며 최대 이득은 40.5%, 200 MHz 두 톤 테스트 결과 IMD3 < 30 dBc 파워는 약 12.5 dBm으로 확인되었다. 이 때의 이득은 22.5%이다. RF-DAC와 전력 증폭기가 집적된 송신기의 효율은 최대 36%이며 출력 전력은 최대 18 dBm이다. 전체 칩 사이즈는 약 $0.5mm^2$ 로 설계되었다.