KR100393981B1 - 기지국안테나의전압정재파비측정방법 - Google Patents

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Abstract

기지국 안테나에 있어서, 특히 심플렉스(Simplex) 안테나 또는 듀플렉스(Duplex) 안테나를 사용하는 기지국에서 수신 안테나의 전압정재파비를 측정할 때, 전력 제어에 의해 보상되는 이동국의 송신 전력을 이용하는 기지국 안테나의 전압정재파비 측정 방법에 관한 것으로, 이동국의 수신 전력이 미리 설정된 범위가 되도록 하기 위해 임의로 조정된 설정값에 따라, 순방향 경로를 통한 상기 이동국의 송신 전력을 측정하는 단계와, 상기 측정된 이동국의 송신 전력이 미리 설정된 수준이 되도록 하기 위해 임의로 조정된 또다른 설정값에 따라, 역방향 경로를 통한 상기 이동국의 송신 전력을 측정하는 단계와, 상기 측정된 이동국의 두 송신 전력을 비교하여, 그에 따른 두 송신 전력의 차를 계산하고, 상기 두 송신 전력의 차에 상기 순방향 경로에 존재하는 커플러의 커플링 변위인 오프셋(Coupler Offset)값을 보정하여 반사계수를 산출하는 단계와, 상기 산출된 반사계수에 따라 원하는 기지국 수신 안테나의 전압정재파비를 계산하는 단계로 이루어지며, 이동국의 수신 전력이 변하더라도 측정된 전압정재파비의 정밀도가 보장되는 기지국 안테나의 전압정재파비 측정 방법에 관한 것이다.

Description

기지국 안테나의 전압정재파비 측정 방법{Method for Measuring The Voltage Standing Wave Ratio of The Base-station Antenna}
본 발명은 기지국 안테나에 관한 것으로서, 특히 심플렉스(Simplex) 안테나 또는 듀플렉스(Duplex) 안테나를 사용하는 기지국에서 수신 안테나의 전압정재파비를 측정할 때, 전력 제어에 의해 보상되는 이동국의 송신 전력을 이용하는 기지국 안테나의 전압정재파비 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 정재파(Standing Wave)는 전송 선로에서 전원으로부터의 전진파와 수신단으로부터의 반사파가 중첩되어 생기는 파로서 정상파(Stationary Wave)라고도 하며, 전송 선로의 어떤 점A와 다른 점B에서 파의 순시값의 비가 시간에 관계없이 일정한 파를 말한다. 보통은 매질 속에서의 변위의 진폭이 파의 전파 방향에 대한 거리의 주기 함수가 되는 경우가 많다.
이에 대해 정재파비(Standing Wave Ratio)는 정재파의 파복(Antinode)에 대한 진폭과 파절(Wave Node)에 대한 진폭파의 비이며, 반사계수를 τ라 하면, 정재파비는 (1+τ)/(1-τ)로 주어진다. 특히 전압에 대한 정재파비를 전압정재파비(Voltage Standing Wave Ratio ; 이하, VSWR이라 약칭함)라 하며, 도파관, 동축 케이블 또는 기타의 전송 선로에서 생기는 정재파에서 최대 전압점에서의 전압(또는 전계) 진폭과 인접한 최소 전압점에서의 전압(또는 전계) 진폭과의 비를 말한다.
이 때, VSWR를 측정하는 이유는 도파관에서 정합하고 있지 않을 경우의 전송 손실을 제어하기 위한 것으로, 이동 통신 시스템에서는 기지국의 진단과 각종 시험을 담당하는 기지국 시험회로(Base-station Test-circuit Unit ; 이하, BTU라 약칭함)를 사용하여 기지국 안테나의 송신단(TX) 및 수신단(RX)의 VSWR를 측정한다.
도 1 은 일반적인 기지국 안테나의 VSWR 측정 장치의 구성을 나타낸 블록구성도이다.
또한, 도 2 와 도 3 은 도 1 에 도시된 기지국 안테나의 VSWR 측정 장치에 구비된 송신 커플러 및 수신 커플러의 구성을 각각 나타낸 도면이다.
도 1, 도 2 및 도 3 을 참조하여 기지국 수신 안테나의 VSWR 측정 장치의 구성을 설명한다.
송신 커플러(20)는 시스템으로부터 입력된 신호를 커플링시켜 XB 경로로 출력하고, 송신안테나(10)부터 반사된 신호를 XA 경로를 통해 출력한다.
수신 커플러(40)는 직접 입력경로(XD)를 통해 입력된 신호를 커플링시켜 출력하며, 반사 경로(XC)를 통해 수신안테나(30)로부터 반사된 신호를 시스템으로 출력한다.
단극쌍투(SPDT:Single Pole Double Throw) 스위치(55)는 수신 커플러(40)의 반사 경로(XC)와 직접 입력경로(XD)를 선택한다.
BTU(50)에는 경로의 손실의 맞추기 위한 송신용 가변감쇄부(51)와 수신용 가변감쇄부(54)가 있으며, 또한 대역분리부(Duplexer)(52) 및 시험용 단말기(53)로 구성된다. BTU(50)는 기지국의 출력 신호의 세기와 송신안테나(10)에서 반사되는 신호 세기의 비에 의해 송신단의 VSWR를 측정하고, 수신 커플러(40)의 안테나로의 입력신호와 안테나에서 반사되는 신호에 의해 수신단 VSWR를 구하게 된다.
시스템으로부터 송신 커플러(20)에 입력된 신호는 결합계수(C)만큼 감쇄되어나가고, 또한 송신 안테나(10)에서 반사된 신호는 역시 고립계수(I)만큼 감쇄되어 출력된다.
BTU(50)로부터 직접 입력경로(XD)를 통해 수신 커플러(40)에 입력된 신호는 결합계수(C)만큼 감쇄되어 시스템으로 출력되며, BTU(50)로부터 입력되어 수신 안테나(30)의 반사경로(XC)를 통해 반사된 신호는 역시 고립계수(I)만큼 감쇄되어 시스템으로 출력된다.
여기서, 기지국 송신 안테나(10)의 VSWR를 측정할 때는 기지국과 BTU(50)간의 경로(XB)상 이동국 수신 전력과 송신 안테나(10)에 대한 반사경로(XA)의 이동국 수신 전력의 비로 측정한다.
기지국 수신 안테나(30)의 VSWR를 측정할 때는 기지국과 BTU(50)간 직접 입력 경로(XD)를 이용하여 기지국과 이동국간의 호(Traffic)를 설정한 후 이동국의 조정값을 측정하고, 다시 반사경로(XC)를 이용하여 호가 설정될 때 이동국의 조정값을 측정하여, 이들 두 조정값의 차로부터 반사계수(τ)를 계산하고, (1+τ)/(1-τ)에 따라 VSWR을 측정한다.
기지국 수신 안테나의 VSWR 측정을 설명하기 위해 상기 도시된 기지국 안테나의 VSWR 측정 장치 구성을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
수신 안테나의 VSWR은 기지국과 이동국간의 폐쇄 루프 전력 제어 기능(Closed Loop Power Control)을 이용하여 측정한다.
폐쇄 루프 전력 제어를 수행할 때 이동국의 송신 출력은 다음 식에 의거하여 조정되는데,
이동국 송신 전력 = -73 - PRX+ GADJ
에 의하며, PRX는 이동국의 수신 전력이고, GADJ는 이동국의 송신 조정값이다.
수학식 1에서 보인 바와 같이 이동국의 수신 전력(PRX)과 이동국의 송신 조정값(GADJ)은 이동국 송신 전력에 영향을 미치며, 이동국의 송신 전력은 이동국과 기지국간의 경로 특성, 즉 경로 손실(Path Loss)에 영향을 받아서 변하게 된다.
이는 기지국에서 이동국의 송신 신호를 분석하여 이동국에게 전송된 역방향의 전력 제어 비트에 의해 이동국의 송신 조정값이 결정되기 때문이다. 즉, 이동국의 송신 조정값이 기지국 수신 경로의 특성에 의해 결정되기 때문이다.
따라서, 수신 안테나의 직접 입력 경로(XD)와 안테나 종단의 반사 경로(XC)를 이용하여 호 시험시, 이동국의 송신 조정값을 비교함으로써 수신 안테나의 VSWR을 측정할 수 있게 된다. 즉, 순방향 경로인 직접 입력 경로(XD)와, 안테나 특성에 관계되는 역방향 경로인 안테나 반사 경로(XC)의 경로상 경로 손실을 비교하여 안테나 종단의 반사 손실(τ)을 측정하고, 이를 VSWR로 환산한다.
보다 구체적인 기지국 수신 안테나의 VSWR 측정 방법에 대해 설명하면, 먼저 이동국의 수신 전력이 이동국의 적정한 범위가 되도록 이동국 전력 제어 설정값을 조정한다. 예를 들어 임의의 값으로 약 -70dBm 정도가 되도록 조정한다.
이 때, 수신 커플러(40)의 직접 입력 경로(XD)를 통한 수신 경로를 절체한후 호를 시도하여, 이동국 전력 제어 설정값에 대한 조정값을 적절한 수준이 되도록 한다. 예를 들어 약 -30dB을 조정값으로 한다. 이에 따라 이동국의 송신 전력을 환산할 수 있는데, 이 환산값을 제1조정값(AADJFWD)라 하며, 이것은 사용자에 의해 선택된 임의의 조정값이다.
다음에, 단극쌍투 스위치(55)를 수신 커플러(40)의 반사 경로(XC)에 연결되도록 설치하고, 이동국의 제2조정값(AADJREV)을 구한다.
제2조정값(AADJREV)은 이동국의 신호가 안테나에서 반사되고, 여기에서 전력 제어 비트에 의해 조정되어진 값을 말한다.
일반적으로 제2조정값은 제1조정값보다 큰 값을 나타내며, 이를 이용하여 수신 안테나(30)의 VSWR을 계산할 수 있는데, 제2조정값과 제1조정값의 차를 이용하여 반사계수를 구한 후 VSWR을 구한다.
VSWR을 계산하기 위한 계산식을 아래와 같다.
Ad = AADJFWD- AADJREV
τ = 10(Ad/20)
기지국 수신 안테나의 VSWR = (1 + τ)/(1 - τ) 로 계산된다.
이와 같이 종래 기술에 따르면, 이동국의 송신 전력과 이동국의 수신 전력은밀접한 관계가 있으며, 이동국과 기지국간의 폐쇄 루프 전력 제어를 수행할 때, 이동국 송신 조정값은 이동국 수신 전력에 반비례하게 변화한다.
그러므로, VSWR 측정 시에 이동국의 수신 전력이 변화하면, 이는 수신 안테나의 VSWR 측정시 오차로서 작용하게 된다.
또한, 듀플렉스 방식의 안테나를 사용하는 기지국일 경우에 안테나 수신 주파수의 VSWR 측정 시에는 송신 주파수대의 VSWR 특성이 오차로서 작용하여 정확한 VSWR 측정이 불가능하게 된다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 이동국의 수신 전력 변화를 보상하여 정확한 VSWR 측정이 가능하며, 특히 심플렉스 방식 또는 듀플렉스 방식의 기지국 수신 안테나에 대한 VSWR를 정확하게 측정할 수 있도록 한 기지국 안테나의 전압정재파비 측정 방법을 제공하기 위한 것이다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르는 기지국 수신 안테나의 전압정재파비 측정 방법이, 이동국의 수신 전력이 미리 설정된 범위가 되도록 하기 위해 임의로 조정된 설정값에 따라, 순방향 경로를 통한 상기 이동국의 송신 전력을 측정하는 단계와, 상기 측정된 이동국의 송신 전력이 미리 설정된 수준이 되도록 하기 위해 임의로 조정된 또다른 설정값에 따라, 역방향 경로를 통한 상기 이동국의 송신 전력을 측정하는 단계와, 상기 측정된 이동국의 두 송신 전력을 비교하여, 그에 따른 두 송신 전력의 차를 계산하고, 상기 두 송신 전력의 차에 상기 순방향 경로에 존재하는 커플러의 커플링 변위인 오프셋(Coupler Offset)값을 보정하여 반사계수를 산출하는 단계와, 상기 산출된 반사계수에 따라 원하는 기지국 수신 안테나의 전압정재파비를 계산하는 단계로 이루어진다.
도 1 은 일반적인 기지국 안테나의 전압정재파비 측정 장치 구성을 나타낸 블록구성도이다
도 2 는 일반적인 기지국 안테나의 전압정재파비 측정 장치에 구비된 송신 커플러의 구성을 나타낸 도면.
도 3 은 일반적인 기지국 안테나의 전압정재파비 측정 장치에 구비된 수신 커플러의 구성을 나타낸 도면.
도 4 는 본 발명에 따른 기지국 수신 안테나의 전압정재파비 측정 방법을 나타낸 플로우챠트이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
20 : 송신 커플러 40 : 수신 커플러
50 : 기지국 시험 회로(BTU) 51 : 송신용 가변 감쇄부
52 : 대역 분리부(Duplexer) 53 : 시험용 단말기
54 : 수신용 가변 감쇄부 55 : 쌍극단투 스위치(SPDT Switch)
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 기지국 수신 안테나의 VSWR 측정 방법을 위한 하드웨어 구성은 종래와 동일하다. 따라서, 기지국 수신 안테나의 VSWR 측정 방법을 설명하기 위해 도 1, 도 2, 도 3 을 참조한다.
도 4 은 본 발명에 따른 기지국 수신 안테나의 VSWR 측정 방법을 나타낸 플로우챠트이다.
도 4 를 참조하면, 수신안테나 입력단의 VSWR 측정은 기지국과 이동국간의 폐쇄 루프 전력 제어(Closed Loop Power Control) 기능을 이용하여 측정한다.
폐쇄 루프 전력 제어시 이동국의 송신 출력은 앞에서도 언급한 다음 식에 의거하여 조정된다.
이동국의 송신 전력 = -73 - PRX+ GADJ
여기서, PRX는 이동국의 수신 전력이며, 이는 순방향 링크의 전력 제어인 개방 루프 전력 제어(Open Loop Power Control)에 따른다.
또한, GADJ는 이동국의 송신 조정값이며, 이는 역방향 링크의 전력 제어인 폐쇄 루프 전력 제어(Closed Loop Power Control)에 따른다.
조정값은 기지국에서 이동국의 송신 신호를 분석하여, 이동국에게 역방향 링크의 전력 제어에 따른 전력 제어 비트(Power Control Bit)를 전송함으로써 구해지며, 기지국 수신 경로의 특성에 따라 결정된다.
본 발명에 따른 기지국 수신 안테나의 VSWR 측정은, 먼저 기지국으로부터 출력된 신호를 측정하여(S10), 이동국의 수신 전력이 적정한 범위에 위치하도록 송신용 가변 감쇄부(51)의 설정값을 적정 설정값(TP)으로 조정한다(S30). 예를 들어, 임의의 값으로 약 -60dBm 정도로 조정한다.
다음에, 수신 커플러(40)의 순방향 경로(XD)에 수신 경로를 절체한 후 호를 시도하여(S40), 순방향 경로(XD)를 통한 이동국의 송신 전력을 측정한다(S50).
다시 이 측정된 이동국의 송신 전력이 적정 수준이 되도록 수신용 가변 감쇄부(54)를 적정 설정값(TTXP)이 되도록 조정한다(S40). 예를 들어, 약 -30dBm 가 되도록 수신용 가변 감쇄부(54)를 조정한다.
다음에, 수신 커플러(40)의 반사경로인 역방향 경로(XC)에 단극쌍투 스위치(55)가 연결되도록 설정하여, 이에 따른 이동국의 송신 전력값을 확인한다.
이 확인된 이동국의 송신 전력과 앞에서 순방향 경로(XD)를 통한 이동국의 송신 전력을 비교하여, 반사 계수를 산출한다(S90).
여기서, 두 송신 전력의 차는 수신 안테나단의 반사 손실이 되며, 이 송신전력의 차에 커플러 오프셋(Coupler Offset)값을 보정하게 된다.
반사 계수는 두 송신 전력의 차에 커플러 오프셋(Coupler Offset)값이 보정된 값을 이용하여 구하게 되며, 이렇게 구해진 반사 계수로부터 기지국 수신 안테나의 VSWR을 구할 수 있다(S100).
이와 같이 기지국 수신 안테나의 VSWR을 구하는데 사용되는 식을 나열하면 다음과 같다.
Pd = PdBRVS- PdBFWD+ Coffset
τ = 10(Pd/20)
VSWR = (1 + τ)/(1 - τ)
여기서, PdBRVS는 수신 커플러(40)의 반사경로인 역방향 경로(XC)를 통한 이동국의 송신 전력이고, PdBFWD는 순방향 경로(XD)를 통한 이동국의 송신 전력이다.
Coffset는 송신 전력의 차에 보정되는 커플러 오프셋(Coupler Offset)값이며, τ는 반사계수이다.
이상의 설명에서와 같은 본 발명은 수신 전력의 변화가 보상되는 이동국의송신 전력을 이용하여 기지국 수신 안테나의 전압정재파비를 구하게 되므로, 이동국의 수신 전력이 변하더라도 측정된 VSWR의 정밀도가 보장된다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기지국의 정상적 운용에 영향을 미치지 않고 안테나의 VSWR를 측정할 수 있기 때문에, 기지국 안테나의 이상유무를 시간 제약없이 확인할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 기지국 수신 안테나의 VSWR 측정 방법은 심플렉스 방식 및 듀플렉스 방식의 기지국 안테나에 모두 적용이 가능하다.

Claims (2)

  1. 이동국의 수신 전력이 미리 설정된 범위가 되도록 하기 위해 임의로 조정된 설정값에 따라, 순방향 경로를 통한 상기 이동국의 송신 전력을 측정하는 단계와;
    상기 측정된 이동국의 송신 전력이 미리 설정된 수준이 되도록 하기 위해 임의로 조정된 또 다른 설정값에 따라, 역방향 경로를 통한 상기 이동국의 송신 전력을 측정하는 단계와;
    상기 측정된 이동국의 두 송신 전력을 비교하여, 그에 따른 두 송신 전력의 차를 계산하고, 상기 두 송신 전력의 차에 상기 순방향 경로에 존재하는 커플러의 커플링 변위인 오프셋(Coupler Offset)값을 보정하여 반사계수를 산출하는 단계와;
    상기 산출된 반사계수에 따라 원하는 기지국 수신 안테나의 전압정재파비를 계산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나의 전압정재파비 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기지국 수신 안테나는 심플렉스 또는 듀플렉스 방식의 안테나인 것을 특징으로 하는 기지국 안테나의 전압정재파비 측정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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