KR100460510B1

KR100460510B1 - 이동통신시스템의 이중 접지 분리된 주파수 변환장치

Info

Publication number: KR100460510B1
Application number: KR10-2002-0024088A
Authority: KR
Inventors: 유재욱
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2004-12-08
Also published as: KR20030085812A

Abstract

본 발명은 이동통신 기지국 시스템에서 중간 주파수를 사용하는 주파수 변환 보드의 이중 접지를 분리하여 운용함으로써 로컬 신호의 영향을 최소화하도록 된 이동통신시스템의 이중 접지 분리된 주파수 변환장치를 제공하기 위한 것으로, 주파수 변환보드내 다수개 회로소자들의 공통 접지를 위한 제1 접지부와; 로컬주파수 신호를 구동하도록 된 로컬 구동부의 접지를 위한 제2 접지부와; 제1 및 제2 접지부로부터 분리되며, 최종 송신출력에서 로컬 구동부의 로컬주파수 제거되도록 특정의 최종단 회로소자들을 접지하기 위한 제3 접지부를 포함하여 이루어지며, 로컬신호를 이용하여 주파수 상향을 하는 주파수 변환보드에서 최종 출력단의 필터나 아이솔레이터 등과 같이 접지를 통해 유기된 신호의 영향을 많이 받는 회로소자의 접지를 로컬 접지로부터 분리하여 접지하는 이중 접지 분리 방식을 적용함으로써 이동통신시스템의 기지국 주파수 변환보드에 적용시에는 송신 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

이동통신시스템의 이중 접지 분리된 주파수 변환장치 {Frequency conversion unit comprising multiple isolated grounds in mobile communication system}

본 발명은 이동통신시스템의 주파수 변환보드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동통신 기지국 시스템의 주파수 변환보드의 무선주파수 송신 경로의 이중 접지 구조에 적당하도록 한 이동통신시스템의 이중 접지 분리된 주파수 변환장치에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신시스템의 기지국은 무선주파수(Radio Frequency, RF) 신호의 변환을 위한 주파수 변환 보드를 운용하며, 무선주파수 신호의 송신 경로에서 주로 사용된다.

도1은 일반적인 이동통신 시스템의 주파수 변환장치의 블록도이다.

대부분의 이동통신 시스템은 수퍼 헤테로다인(Heterodyne) 방식으로 중간주파수(Intermediate Frequency, IF)를 사용한다. 기저대역 신호는 중간주파수(f_IF)로 변환되어 최종 출력단의 혼합기(112)로 입력된다.

혼합기(112)는 비교적 낮은 중간주파수(f_IF)를 비교적 높은 송신 주파수(f_RF)로 상향 변환하는 역할을 수행한다. 주파수 상향을 위한 혼합기(112)의 구동을 위해 로컬 구동부(LO)(111)가 필요하다. 로컬 구동부(111)에 의해 입력되는 주파수를 'f_LO'라 하자.

그러면 혼합기(112)를 통해서 상향된 주파수 신호인 송신 주파수(f_RF)는 (f_RF=f_IF+f_LO)과 같이 표현되고, 상향된 송신 주파수는 제1 필터(113)를 거쳐서 원하는 출력 주파수만이 통과된 후, 제1 감쇠기(114)와 제2 증폭기(115) 및 제2 감쇠기(116)와 제2 증폭기(117)를 통하여 적당한 출력 레벨로 변환되어져 아이솔레이터(118)로 인가된다.

아이솔레이터(118)의 사용 목적은 외부 신호에 의한 영향을 막기 위함이다. 아이솔레이터(118)로 인가된 송신 주파수는 주파수 변환 보드의 최종 송신 출력신호가 되어 외부의 기지국 송신용 전력 증폭기로 인가된다. 이때 최종단의 채널 필터(119)는 사용 채널만을 통과시키는 역할을 하며, 그 출력이 최종 송신 출력신호(Tx Out to PA)가 된다.

도2는 종래기술에 따른 이동통신시스템의 접지를 포함한 주파수 변환보드의 블록도이다. 이를 참조하여 접지 구조를 설명한다.

최근의 이동통신 시스템에 사용되는 주파수 변환보드의 소형화, 집적화 경향은 대부분의 주파수 변환보드에 디지털 처리부가 포함되는 구조이다. 디지털 처리부의 접지를 위한 디지털 접지(Digital Ground, DG)는 기타의 아날로그 소자들의접지를 위한 아날로그 접지(Analog Ground, AG)와 분리되는 것이 일반적이며, 인쇄회로기판 설계의 규준도 이에 따른다.

분리된 아날로그 접지와 디지털 접지의 연결은 보통 백보드(보드와 보드 사이의 신호 및 전원을 인가해 주도록 된 공통 보드)나 자체 주파수 변환보드내에서 등가 인덕터를 통해 짧게 묶어 사용한다. 이때 등가 인덕터는 ①인덕터 자체 ②페라이트 비드(Ferrite Bead) ③인쇄회로기판 패턴에 의한 인덕터 성분 등으로 구현될 수 있다.

도3 및 도4는 등가 인덕터(310, 411, 412)에 의한 접지 분리를 보인 것으로, 도3은 디지털 접지(DG)(321)와 아날로그 접지(AG#1, AG#2)(322, 323) 사이를 분리하는 예이고, 도4는 두 개의 등가 인덕터(411, 412)를 사용함으로써 두 개의 아날로그 접지(422)(423) 사이도 분리하는 예이다.

그리고 도5는 임의의 인덕터를 사용했을 경우에 직류신호와 교류신호의 전력 전달 특성의 일예를 보인 것으로, 직류 성분은 쉽게 통과시키고 교류 성분은 주파수가 높아질수도록 막아주는 특성이 있음을 보인다.

한편, 페라이트 비드는 인덕터와 유사한 특성을 보이지만, 제어하고자 하는 주파수의 선택성이 인덕터보다 더 뛰어난 수동소자이다.

여기서 로컬 구동부(111)의 주파수 신호(f_LO)의 세기는 중간주파수(f_IF)나 송신주파수(f_RF)의 세기보다 비교적 크므로 원치 않는 다른 부분(후단의 부품 또는 회로소자)에 영향을 줄 가능성이 매우 커서 아날로그 접지 사이에서 로컬 부분의 접지(AG#2)(422)는 도4에서와 같이 다른 아날로그 부분의 접지(423)로부터 분리하여 사용하기도 한다.

그런데 종래기술에 따른 주파수 변환보드에서는 로컬 구동부(111)에 구동된 로컬주파수(f_LO)의 세기가 비교적 세기 때문에 이러한 로컬 신호가 최종 송신 출력(Tx Out to PA)에 비정상적으로 많은 영향을 줄 가능성이 있다.

이론적으로 로컬 구동부(111)의 구동전력을 P_LO[dBm]라 하면, P_LO는 첫번째 혼합기의 로컬신호 대 무선주파수 신호의 고립도(Isolation) 특성값만큼 감소되고, 그 다음단의 제1 필터[113]에 의한 로컬주파수(f_LO) 제거 특성만큼 다시 감소된 후, 최종단의 필터(119)에 의해 마지막으로 로컬주파수(f__LO) 제거 특성만큼 다시 감소하게 된다. 즉, 송신주파수(f_RF)와 로컬주파수(f_LO)의 전달 및 제거 특성이 다른 부품인 혼합기(112), 제1 필터(113)와 최종 필터(119)의 해당 특성에 따라 로컬 구동부(111)의 구동전력 P_LO은 감소되어야 한다.

전력 증폭기로의 송신 출력에 포함되는 로컬주파수 신호의 구동 전력 레벨 P_LO_2는 다음의 수학식 1과 같이 결정된다.

P_LO_2 = P_LO - ISO_LR - REJ_Fil_1 - REJ_Fil_2

단, P_LO : 로컬 구동부의 구동 전력 레벨

ISO_LR : 혼합기의 로컬주파수 대 송신주파수의 고립도

REJ_Fil_1 : 제1 필터의 로컬주파수 제거 특성치

REJ_Fil_2 : 최종단 필터의 로컬주파수 제거 특성치

그러므로 구동 전력 레벨 P_LO를 재고해 보면, 가변 감쇠기(114, 116) 및 전력 증폭기(115, 117)의 전달 특성에 따라 다르지만 최종 송신 출력중에 포함되는 전력 레벨 P_LO_2가 출력단으로는 대략 -70[dBm] 이하의 절대값과 상대적으로 송신출력(P_Tx) 대비 50[dBc] 이상 정도는 되어야 한다.

도6은 주파수 변환보드의 최종 송신출력 레벨(P_Tx) 대비 로컬주파수 전력레벨(P_LO_2)의 실험적인 분포 상태를 보인 것이다.

종래의 주파수 변환보드 구조에 의거 반복된 실험에 따르면, P_Tx 대비 P_LO_2는 50[dBc]에 훨씬 못 미치는 30.86[dBc] 정도로 나타난다. 이러한 특성은 이론적으로 산출되는 주파수 제거특성과는 상당한 차이가 있는 것으로, 초기 설계된 이동통신 기지국의 출력 신호 품질에 큰 문제점으로 작용하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 이동통신 기지국 시스템에서 중간 주파수를 사용하는 주파수 변환 보드의 이중 접지를 분리하여 운용함으로써 로컬 신호의 영향을 최소화하도록 된 이동통신시스템의 이중 접지 분리된 주파수 변환장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동통신시스템의 이중 접지 분리된 주파수 변환장치는, 주파수 변환보드내 다수개 회로소자들의 공통 접지를 위한 제1 접지부와; 로컬주파수 신호를 구동하도록 된 로컬 구동부의 접지를 위한 제2 접지부와; 상기 제1 및 제2 접지부로부터 분리되며, 해당 주파수 변환보드의 최종 송신출력에서 상기 로컬 구동부의 로컬주파수 제거되도록 특정의 최종단 회로소자들을 접지하기 위한 제3 접지부를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

도1은 일반적인 이동통신 시스템의 주파수 변환장치의 블록도.

도2는 종래기술에 따른 이동통신시스템의 접지를 포함한 주파수 변환보드의 블록도.

도3은 종래기술에 따른 주파수 변환보드의 아날로그 접지와 디지털 접지의 분리 구조도.

도4는 종래기술에 따른 주파수 변환보드의 아날로그 접지의 분리 구조도.

도5는 일반적인 인덕터에 의한 접지 분리시의 직류신호와 교류신호의 전력 전달 특성을 보인 선도.

도6은 종래기술에 따른 주파수 변환보드의 최종 송신출력 레벨 대비 로컬주파수 레벨을 보인 선도.

도7은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신시스템의 이중 접지 분리된 주파수 변환장치의 블록도.

도8은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 접지와 아날로그 접지들간의 분리 구조도.

도9는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 변환보드의 최종 송신출력 레벨 대비로컬주파수 레벨을 보인 선도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

711 : 로컬 구동부 712 : 혼합기

714, 716 : 감쇠기 715, 717 : 증폭기

713, 719 : 필터 718 : 아이솔레이터

801, 811, 812 : 등가 인덕터 802, 822, 823 : 아날로그 접지

821 : 디지털 접지

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

도7은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신시스템의 이중 접지 분리된 주파수 변환장치의 블록도를 보인 것이다.

본 실시예에서 주파수 변환보드의 기본 구조는 접지 구조를 제외하면 종래의 구조와 동등하다. 즉, 도7에서 로컬 구동부(711), 혼합기(712), 가변감쇠기들(714, 716), 증폭기들(715, 717), 아이솔레이터(718), 그리고 필터들(713, 719)을 포함하는 구성은 이동통신시스템내 주파수 변환보드의 일반적인 구성 및 작용에 따른다.

혼합기(712)는 비교적 낮은 중간주파수 f_IF를 비교적 높은 최종 송신주파수 f_RF로 상향 변환하는 역할을 수행하고, 주파수 상향을 위한 혼합기(712)의 구동을 위해 로컬 구동부(711)를 사용하여 로컬주파수 f_LO를 생성한다.

혼합기(712)를 통해서 상향된 송신주파수는 (f_RF=f_IF+f_LO)와 같다. 상향송신주파수 f_RF는 제1 필터(713)를 거쳐서 원하는 출력 주파수만을 통과시킨 후, 감쇠기들(714, 716)과 증폭기들(715, 717)을 통하여 적당한 출력 레벨로 변환되어 아이솔레이터(718)를 통해 주파수 변환보드의 최종 출력신호(Tx Out to PA)가 된다. 이때 아이솔레이터(718)를 사용함으로써 외부 신호에 의한 영향을 방지하며, 최종단 필터(719)를 사용하여 원하는 채널만을 통과시키게 된다.

최종 출력신호(Tx Out to PA)는 기지국 송신용 전력 증폭기로 향하게 되고, 그 전력 레벨을 'P_Tx'라 지칭한다.

본 실시예는 이러한 회로소자들의 접지 구조를 개선한 것이다. 개선된 접지구조는 참조번호 800으로 표시된 부분에 해당한다.

종래기술은 로컬주파수 f_LO가 최종 송신출력으로 유기되어 나오게 되기 때문에 최초 설계시의 이론적인 특성 레벨과는 매우 다르다. 관련 실험을 통해 주파수 상향을 위한 주파수 변환보드의 로컬신호 출력레벨의 이상 현상과 관련된 주요 특성을 보면,

ⓐ 로컬 신호의 접지는 AG#2이지만, 혼합기(712)의 로컬 구동부(711) 입력 경로를 따라 AG#1 등으로 유기되고,

ⓑ AG#1로 유기된 로컬 신호는 최종단 필터(179)와 아이솔레이터(718)의 접지를 통해서 다른 부품 요소들보다 상당히 큰 영향을 주게 된다.

도8은 개선된 디지털 접지와 아날로그 접지간의 분리 구조를 상세히 보이고 있다.

도8에 따르면, 이미 분리하여 사용되고 있는 디지털 접지 DG(821)와 로컬용 접지 AG#2(823)와는 별개로, 접지를 통해서 가장 많은 영향을 받고 민감한 최종단 필터(719)와 아이솔레이터(718)의 접지를 제3의 접지, 즉 AG#3(802)으로 분리하여 운용하는 것이다. 이 구조를 적용하여 우수한 로컬 신호 제거 특성을 낼 수 있게 된다.

아이솔레이터(718)와 최종단 필터(719)의 접지용으로 아날로그 접지인 AG#3(802)을 따로 분리하여 사용하며, AG#3(802)은 기존의 아날로그 접지인 AG#1(822) 및 AG#2(823)로부터 확실하게 분리하여 사용한다. AG#1(822)과 AG#2(823)는 도3 및 도4에 예시된 바와 같이 서로 연결될 수도 있고, 분리되어 있을 수도 있다.

접지 분리는 등가 인덕터(801, 811, 812)로 구현한다. 접지 분리용 등가 인덕터는 ①인덕터 자체 ②페라이트 비드 ③인쇄회로기판 패턴에 의한 인덕터 성분 등의 선택 적용이 가능하다.

AG#1(822)을 통해 유기되는 로컬신호의 영향을 등가 인덕터 성분의 교류 제거 특성을 이용하여 제거할 수 있게 되므로, 적정의 등가 인덕터를 채용하여 이중 분리된 접지 구조를 구현할 수 있고 그 교류 제거 특성에 의해 확실한 분리 구조를 달성할 수 있다.

이로써 직류측면에서는 AG#1(822), AG#2(823), AG#3(802)이 동일한 접지이지만, 교류측면에서는 이중으로 접지 분리되어 아날로그 회로소자간의 접지 분리가 확실하게 이루어지며, 특히 로컬신호의 영향을 받는 회로소자에의 영향을 최소화하기에 적합하다.

도9는 본 실시예의 적용시 주파수 변환보드의 최종 송신출력 레벨 대비 로컬주파수 전력 레벨의 실험적인 분포 형태를 보인 것이다.

도9에 도시된 바와 같이 최종 송신출력 P_Tx[dBm] 대비 65.12[dBc]의 출력 특성이 나타나게 되며, 이는 종래기술과 비교하여 33[dBc] 이상의 성능 향상이 이루어졌음을 보인다.

이처럼 최종단 필터(719)와 아이솔레이터(718)의 접지를 다른 접지들로부터과 분리하고, 분리된 접지들 사이에 교류신호 제거 특성이 뛰어난 인덕터 자체, 페라이트 비드, 인쇄회로기판 패턴에 의한 인덕터 성분 등을 사용하여 로컬 신호 유기 현상을 최소화할 수 있게 된다. 주파수 변환보드에서 로컬신호의 최종 출력신호에 대한 영향을 최소화함으로써 보다 안정되고 좋은 기지국 송신 출력 특성을 낼 수 있다.

본 실시예는 이동통신시스템의 기지국 송신 주파수 변환보드에 적용되어 로컬 구동부의 신호를 최소화하기 위하여 사용되도록 한 것이며, 최종단의 아이솔레이터와 필터를 기타의 회로소자들로부터 접지 분리한 것이다. 기타 주파수 변환보드 또는 이와 유사한 구성을 갖는 장치에서 특정 부품의 출력레벨에 의한 다른 부품에의 영향을 제거 또는 최소화하기 위해 해당 부품들간의 접지를 분리하도록 된 실시예도 예정되며, 이는 기 설명된 실시예의 변형으로부터 용이하게 구현될 수 있다.

이상 설명한 실시예는 본 발명의 다양한 변화, 변경 및 균등물의 범위에 속한다. 따라서 실시예에 대한 기재내용으로 본 발명이 한정되지 않는다.

본 발명의 이동통신시스템의 이중 접지 분리된 주파수 변환장치에 따르면, 로컬신호를 이용하여 주파수 상향을 하는 주파수 변환보드에서 최종 출력단의 필터나 아이솔레이터 등과 같이 접지를 통해 유기된 신호의 영향을 많이 받는 회로소자의 접지를 로컬 접지와는 다르게 이중으로 분리하여 사용하는 바, 로컬 신호가 출력에 미치는 영향을 획기적으로 줄일 수 있게 된다. 그러므로 이동통신시스템의 기지국 주파수 변환보드에 적용시에는 송신 신호의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims

주파수 변환보드내 다수개 회로소자들의 공통 접지를 위한 제1 접지부와;

로컬주파수 신호를 구동하도록 된 로컬 구동부의 접지를 위한 제2 접지부와;

상기 제1 및 제2 접지부로부터 분리되며, 해당 주파수 변환보드의 최종 송신출력에서 상기 로컬 구동부의 로컬주파수 제거되도록 특정의 최종단 회로소자들을 접지하기 위한 제3 접지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 이중 접지 분리된 주파수 변환장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 접지부와 제2 접지부의 접지는 서로 분리된 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 이중 접지 분리된 주파수 변환장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 각 접지부간의 접지 분리는 인덕터 자체, 페라이트 비드, 및 인쇄회로기판 패턴의 인덕터 성분을 중에서 선택 적용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 이중 접지 분리된 주파수 변환장치.
제1항에 있어서,

상기 제3 접지부는 아이솔레이터를 접지하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 이중 접지 분리된 주파수 변환장치.
제1항 또는 제4항에 있어서,

상기 제3 접지부는 최종단 필터를 접지하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 이중 접지 분리된 주파수 변환장치.