KR100592595B1 - 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 장치 및 그 방법 - Google Patents

이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
본 발명은 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 장치 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 송신기와 수신기 한쌍을 유선으로 연결하여 무선환경에서 존재하는 다양한 잡음원을 차단하고 수신기에서의 열잡음에 의한 신호대 잡음비를 이용하여 잡음지수를 측정함으로써, 송/수신기 및 가변 감쇄기를 이용한 간단한 장치구성과 별도의 기능 구현없이 수신기내에 이미 구현되어 있는 수신기(receiver)의 핑거(Finger) 에너지를 통하여 수신기에서의 신호대 잡음비를 모니터링하는 것만으로 잡음지수를 정확히 측정할 수 있는 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 장치 및 그 방법을 제공고자 함.
3. 발명의 해결 방법의 요지
본 발명은, 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 장치에 있어서, 송신신호를 생성하여 전송하기 위한 송신수단; 상기 송신수단으로부터 입력되는 신호의 감쇄량을, 제어 수단의 제어에 따라 신호대 잡음비가 소정의 기준값에 도달하도록 조절하기 위한 가변감쇄수단; 상기 가변감쇄수단에 의하여 감쇄된 송신신호를 수신하기 위한 수신수단; 및 상기 수신수단으로부터의 수신신호에 대한 신호대 잡음비를 추정하고, 상기 추정된 신호대 잡음비가 상기 소정의 기준값에 도달하도록 상기 가변감쇄수단을 제어하며, 상기 신호대 잡음비가 상기 기준값에 도달하는 시점에서 상기 수신신호의 전력을 측정하여 잡음지수를 구하기 위한 상기 제어수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 코드분할다중접속(CDMA) 이동통신 시스템 등에 이용됨.
CDMA 통신시스템, 잡음지수 측정, 열잡음, 핑거에너지, 신호대 잡음 비.

Description

이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 장치 및 그 방법{Apparatus and Method for measuring noise figure of receivers in mobile telecommunication system}
도 1 은 본 발명에 따른 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 장치의 일실시예 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 방법에 대한 일실시예 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
11: 송신기 12: 가변 감쇄기
13: 수신기 14: 제어기 및 모니터
본 발명은 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 코드분할다중접속(CDMA : Code Division Multiple Access) 이동통신 시스템에서 송신기와 수신기를 유선으로 연결하여 무선환경에서 존재하는 다양한 잡음원을 차단하고 수신기에서의 열잡음에 의한 신호대 잡음비를 이용하여 잡음지수를 측정하는 수신부의 잡음지수 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
종래에는 CDMA 시스템의 기지국 및 단말기에 대한 정확한 잡음지수의 측정이 이루어지지 못하고 가정치에 의존해 왔으며, 이로 인한 부정확한 링크 버짓(Link budget)으로 비효율적인 셀 구획(Cell planning)과 전력의 낭비가 심하다는 문제점이 있었다.
본 발명과 관련된 유사 선행기술로는 광 증폭기 혹은 광 수신기에서의 잡음지수를 측정하는 방법, 그리고 일반 수신기에서 잡음지수를 감소시키는 방법 등이 있다.
일예로, 잡음지수를 직접 구하지 않고 잡음계수를 구해 수신기의 잡음성능을 평가하는 "Noise parameter determination method(US004905308, 1990. 2. 27 등록)"가 있는데, 이는 일반적인 수신기에서의 잡음계수를 구하기 위한 것으로, 잡음지수의 측정없이 최소잡음지수를 갖는 소스 어드미턴스로부터 잡음계수를 구함으로써, 잡음계수를 구하는 시간과 비용을 절감할 수 있다.
다른 예로, 광 증폭기의 잡음지수(noise figure)를 측정할 수 있는 "Method and device for measuring a noise figure in optical amplifiers(US005677781, 1997. 10. 14 등록)"가 있는데, 여기에서는 각기 다른 파장을 갖고 주기가 증폭매체에서의 원자 여기시간보다 짧은 광 펄스를 생성하고 이를 이용함으로써, 파장 다중화 방식에 사용되는 광 증폭기의 잡음지수를 비교적 정확하게 측정 가능하며 생산된 광 증폭기에 대한 성능검증을 손쉽게 할 수 있다.
또 다른 예로, MESFET의 잡음지수를 계산하고 시뮬레이션 결과와 측정값과의 비교를 통해 정확도를 입증할 수 있는 "Novel method for calculating the noise figure of microwave MESFET mixer(IEE Proc. Vol.136 pp289-292)"가 있는데, 여기에서는 잡음 전압과 잡음 온도와의 관계로부터 잡음지수가 계산되어진다. 즉, 진성체에 의해 나타나는 잡음 전압을 구하고 이를 이용해 총 출력 잡음전압을 구한 다음, Sideband 주파수에서의 잡음전력을 계산하고 이 값을 변환 이득으로 나누어 잡음온도와의 관계식으로부터 잡음지수를 계산한다. 이렇게 함으로써, MESFET내의 다양한 잡음원의 영향과 믹서 회로의 잡음지수를 계산할 수 있다.
상기 선행기술들을 고려해 볼 때, CDMA 기반의 이동통신 시스템에서 효율적인 자원의 활용으로 최대의 이득을 얻기 위해서는 불필요한 전력의 손실을 막는 것이 무엇보다 중요하다. 이를 통해 시스템의 용량을 증대시키고 단말기 배터리의 사용시간도 연장시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 수신기의 잡음성능을 결정하는 중요 계수인 잡음지수를 CDMA 기반의 이동통신 시스템에서 기지국 및 단말기에 대해 손쉽게 구할 수 있는 것으로, CDMA 이동통신 시스템의 기지국과 이동국의 잡음지수를 구하기 위해 감쇄기를 이용해 통신 가능한 최소 수신전력으로부터 잡음지수를 구한다. 즉, 송신기와 수신기 사이에 감쇄기를 두고 유선으로 연결한 후 감쇄기를 이용해 감쇄량을 증가시키면서 수신기에서의 수신성능이 일정 수준 이하로 떨어지는 시점을 찾는다. 이때의 수신전력은 CDMA 시스템 특성상 잡음지수의 일정 배수로서 나타나므로 이 값을 이용해 잡음지수를 찾는다. 이렇게 함으로써, CDMA 시스템의 용량을 증대시키고 단말기 배터리 수명을 연장시킬 수 있다.
이에, 본 발명에서는 수신기의 잡음성능을 결정하는 중요 계수인 잡음지수를 CDMA 기반의 이동통신 시스템에서 기지국 및 단말기에 대해 보다 손쉽게 구하고자 한다.
본 발명은, 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 송신기와 수신기 한쌍을 유선으로 연결하여 무선환경에서 존재하는 다양한 잡음원을 차단하고 수신기에서의 열잡음에 의한 신호대 잡음비를 이용하여 잡음지수를 측정함으로써, 송/수신기 및 가변 감쇄기를 이용한 간단한 장치구성과 별도의 기능 구현없이 수신기내에 이미 구현되어 있는 수신기(receiver)의 핑거(Finger) 에너지를 통하여 수신기에서의 신호대 잡음비를 모니터링하는 것만으로 잡음지수를 정확히 측정할 수 있는 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 장치에 있어서, 송신신호를 생성하여 전송하기 위한 송신수단; 상기 송신수단으로부터 입력되는 신호의 감쇄량을, 제어 수단의 제어에 따라 신호대 잡음비가 소정의 기준값에 도달하도록 조절하기 위한 가변감쇄수단; 상기 가변감쇄수단에 의하여 감쇄된 송신신호를 수신하기 위한 수신수단; 및 상기 수신수단으로부터의 수신신호에 대한 신호대 잡음비를 추정하고, 상기 추정된 신호대 잡음비가 상기 소정의 기준값에 도달하도록 상기 가변감쇄수단을 제어하며, 상기 신호대 잡음비가 상기 기준값에 도달하는 시점에서 상기 수신신호의 전력을 측정하여 잡음지수를 구하기 위한 상기 제어수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 방법에 있어서, 송신기로부터 전송되는 송신신호를 수신하여, 수신신호에 대한 핑거 에너지를 통하여 신호대 잡음비를 추정하는 신호대잡음비 추정 단계; 상기 추정된 신호대 잡음비가 소정의 기준값(Threshold value)에 도달하는지를 확인하는 확인단계; 상기 확인단계의 확인 결과, 상기 신호대 잡음비가 상기 소정의 기준값에 도달하면, 상기 수신신호의 전력을 측정한 후, 상기 측정된 수신신호 전력과 상기 신호대 잡음비를 이용하여 잡음지수(Noise Figure)를 구하는 잡음지수 측정단계; 및 상기 확인단계의 확인 결과, 상기 신호대 잡음비가 상기 소정의 기준값에 도달하지 않으면, 상기 수신신호의 감쇄량을 조정한 후, 상기 신호대잡음비 추정 단계로 리턴하는 감쇄량 조정단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
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본 발명은 수신기의 잡음성능을 결정하는 중요 계수인 잡음지수를 CDMA 기반의 이동통신 시스템에서 기지국 및 단말기에 대해 손쉽게 구하고자 한다.
이를 위해, 본 발명은 CDMA 이동통신 시스템의 기지국과 이동국의 잡음지수를 구하기 위해 감쇄기를 이용해 통신 가능한 최소 수신전력으로부터 잡음지수를 구한다. 즉, 송신기와 수신기 사이에 감쇄기를 두고 유선으로 연결한 후 감쇄기를 이용해 감쇄량을 증가시키면서 수신기에서의 수신성능이 일정 수준 이하로 떨어지는 시점을 찾는다. 이때의 수신전력은 CDMA 시스템 특성상 잡음지수의 일정 배수로서 나타나므로 이 값을 이용해 잡음지수를 찾는다.
본 발명에 따르면, 송신기, 수신기와 감쇄기만의 간단한 장치 구성으로 손쉽게 잡음지수를 구할 수 있으며, 이를 이용해 CDMA 시스템에서의 불필요한 전력소모를 막고 시스템 용량을 증대시킬 수 있다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 장치의 일실시예 구성도이다.
이하, 무선통신시스템 중 CDMA 이동통신 시스템에서 기지국 및 이동단말의 수신부의 잡음지수를 측정하는 경우를 예로 설명하기로 한다.
CDMA 이동통신 시스템은 주파수분할다중접속(FDMA : Frequency Division Multiple Access) 방식이나 시분할다중접속(TDMA : Time Division Multiple Access) 방식과는 달리, 주파수나 시간이 아닌 간섭량에 의해 시스템의 용량이 결정된다.
즉, 통화를 위해서는 일정 수준 이상의 신호대 간섭잡음비가 요구되는데, 이때 간섭잡음량은 자신을 제외한 다른 사용자 수에 비례하는 간섭량에 의해 결정된다.
신호대 간섭잡음비를 나타내는 비트에너지대 간섭잡음밀도비(이하, 간단히 "Eb/Io"라 함)은 하기의 [수학식 1]과 같다.
Figure 112006015620330-pat00001
여기서, P는 전력제어에 의한 수신 전력, W는 확산된 CDMA신호의 대역폭, G는 확산에 의한 Processing Gain으로 W/R (R: 확산되기 이전의 전송율)이다.
또 No는 가산백색가우시안잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise)의 전력밀도, k는 사용자수,
Figure 112006015620330-pat00002
는 평균 voice activity를 각각 나타낸다.
상기 [수학식 1]을 정리하면, 수신신호의 Eb/Io는 자신의 신호 대 자신을 제외한 나머지 수신 신호의 전력비와 처리 이득(Processing Gain)의 곱으로 해석된다.
이와 같은 CDMA 시스템의 특성을 이용하면, 간단한 장치구성으로 기지국 및 단말기의 잡음지수를 측정할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 송신기(11)로부터 전송된 신호를 가변 감쇄기(12)를 이용해 감쇄시킴으로써, 수신기(13)로의 입력신호 전력을 조절하고, 제어기 및 모니터(14)에서는 수신기(13)에서 측정되는 핑거 에너지를 토대로 Eb/Io를 추정하며 모니터링하고 가변감쇄기(12)를 제어한다. 그리고, 제어기 및 모니터(14)는 송신기(11), 가변 감쇄기(12), 및 수신기(13)를 유선으로 연결하여 무선환경에서 존재하는 다양한 잡음원을 차단한다.
여기서, 기지국으로부터 이동단말이 신호를 받을 때는, 기지국이 송신기(11)가 되고 이동단말이 수신기(13)가 되어, 이동단말 수신부의 잡음지수를 구하게 된다. 그 반대의 경우로, 이동단말으로부터 기지국이 신호를 받을 때는, 이동단말이 송신기(11)가 되고 기지국이 수신기(13)가 되어, 기지국 수신부의 잡음지수를 구하게 된다.
도 1과 같은 환경에서, 수신기(13)에서의 Eb/Io는 상기 [수학식 1]에서 k=1 이므로, 다른 사용자에 의한 간섭 영향을 제외하고, 수신기(13)에서의 열잡음 전력밀도를 Nt 라 하면, 하기의 [수학식 2]와 같다.
Figure 112006015620330-pat00003
가변 감쇄기(12)를 이용해, 수신기(13)에서의 Eb/No이 기준(Threshold)값이 되는 시점까지 감쇄량을 조절하고, 이때의 수신전력 P를 측정하면 상기 [수학식 2]로부터 하기의 [수학식 3]과 같은 열잡음 NtW 을 구할 수 있다.
Figure 112006015620330-pat00004
기지국 및 단말기의 송신전력은 각 수신부의 수신성능을 나타내는 잡음지수(Noise Figure)에 의해 결정되는데, 이 잡음지수는 열잡음 NtW 와의 관계(열잡음 = 잡음지수*K *T*W)에 의해 하기의 [수학식 4]와 같이 구할 수 있다. 여기서, K는 볼쯔만상수로서 1.3710-23J/oK 이며, T는 절대온도(상온에서는 300oK)이며, W는 CDMA 신호의 대역폭이다.
Figure 112006015620330-pat00005
잡음지수(Noise Figure) =
도 2 는 본 발명에 따른 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 잡음지수 측정이 시작되면, 송신기(11)가 CDMA 신호를 송신한다(201).
모니터(14)에서는 수신기(13)에서 검출되는 수신신호에 대한 핑거 에너지를 통하여 신호대 잡음비(이하, 간단히, Eb/No라 함)를 추정하고(202), Eb/No이 임의의 기준값(Threshold value) 수준까지 도달했는지를 확인한다(203).
확인 결과, Eb/No가 기준값에 도달하지 않으면, 감쇄량을 일정한 량(Δ)만큼 조절하고(205), 다시 "202" 단계로 돌아가 Eb/No 를 추정한다.
상기와 같은 과정을 반복하다가, Eb/No가 기준값에 도달하면, 그때의 수신전력(Power) P(즉, Eb/No가 기준값에 도달하는 시점에서의 수신신호의 전력)를 측정하고, 이 값을 상기 [수학식 3]에 대입하여 열잡음을 구하고, 상기 [수학식 4]로부터 잡음지수를 구한다(204).
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 기지국 및 단말기 수신기의 잡음지수를 용이하게 측정할 수 있기 때문에, 잡음 성능이 우수한 수신기의 선택 및 개선이 용이하고, 또한 불필요한 전력손실을 방지하여 전체적인 시스템의 용량을 증대시키고 배터리의 사용시간을 연장할 수 있는 효과가 있다.
그리고, CDMA 시스템에서 셀 구획화(Cell Planning)를 위해서는 순방향(기지국→단말기)과 역방향(단말기→기지국)의 커버리지를 일치시키는 링크 밸런싱(Link Balancing)이 필요한데, 필요 이상의 송신전력을 사용하면 링크 밸런싱(Link Balancing)을 위해 이에 대응한 반대방향의 송신전력도 필요 이상으로 커져야 하는데, 본 발명은 기지국과 단말기의 잡음지수를 측정하여 정확한 링크 버짓(Link budget)을 분석하고, 이를 토대로 링크 밸런싱(Link Balancing)을 수행하기 때문에, 불필요한 전력의 낭비를 막아 경제적이고 효율적인 망 운용을 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 실험실에서 간단한 장치구성과 CDMA 수신기가 가지고 있는 고유의 기능만으로 잡음지수를 정확히 측정할 수 있기 때문에, 잡음지수 측정을 위한 비용을 절감할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 장치에 있어서,
    송신신호를 생성하여 전송하기 위한 송신수단;
    상기 송신수단으로부터 입력되는 신호의 감쇄량을, 제어 수단의 제어에 따라 신호대 잡음비가 소정의 기준값에 도달하도록 조절하기 위한 가변감쇄수단;
    상기 가변감쇄수단에 의하여 감쇄된 송신신호를 수신하기 위한 수신수단; 및
    상기 수신수단으로부터의 수신신호에 대한 신호대 잡음비를 추정하고, 상기 추정된 신호대 잡음비가 상기 소정의 기준값에 도달하도록 상기 가변감쇄수단을 제어하며, 상기 신호대 잡음비가 상기 기준값에 도달하는 시점에서 상기 수신신호의 전력을 측정하여 잡음지수를 구하기 위한 상기 제어수단
    을 포함하는 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신수단, 상기 가변감쇄수단, 상기 수신수단 및 상기 제어수단 간의 연결은, 유선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 장치.
  3. 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 방법에 있어서,
    송신기로부터 전송되는 송신신호를 수신하여, 수신신호에 대한 핑거 에너지를 통하여 신호대 잡음비를 추정하는 신호대잡음비 추정 단계;
    상기 추정된 신호대 잡음비가 소정의 기준값(Threshold value)에 도달하는지를 확인하는 확인단계;
    상기 확인단계의 확인 결과, 상기 신호대 잡음비가 상기 소정의 기준값에 도달하면, 상기 수신신호의 전력을 측정한 후, 상기 측정된 수신신호 전력과 상기 신호대 잡음비를 이용하여 잡음지수(Noise Figure)를 구하는 잡음지수 측정단계; 및
    상기 확인단계의 확인 결과, 상기 신호대 잡음비가 상기 소정의 기준값에 도달하지 않으면, 상기 수신신호의 감쇄량을 조정한 후, 상기 신호대잡음비 추정 단계로 리턴하는 감쇄량 조정단계
    를 포함하는 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 잡음지수 측정단계에서의 수신신호 전력 측정 과정은,
    상기 신호대 잡음비가 상기 소정의 기준값에 도달하는 시점에서 상기 수신신호의 전력을 측정하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 수신부의 잡음지수 측정 방법.
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