KR101102403B1

KR101102403B1 - 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대 전력 계측 교정 방법

Info

Publication number: KR101102403B1
Application number: KR1020090125869A
Authority: KR
Inventors: 이주광
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: KR20110069233A

Abstract

본 발명은 진폭변조신호의 무선주파수 평균전력과 최대전력을 측정하여 무선주파수 최대 전력 교정 계수를 구하고 이로부터 무선주파수 최대 전력 계측기를 교정할 수 있는 진폭변조신호를 이용한 무선주파수 최대 전력 계측 교정 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은, 진폭변조신호를 발생시키는 진폭변조신호 발생부; 진폭변조신호 발생부에서 발생된 진폭변조 신호의 최대전력과 평균전력을 센싱하는 무선주파수(RF) 최대/평균전력 센싱부; 진폭변조신호 발생부에서 발생된 진폭변조 신호와 변조되지 않은 신호의 평균전력을 센싱하는 기준 서미스터 RF 전력 센싱부; RF 최대/평균전력 센싱부에서 센싱된 진폭변조신호의 최대전력과 평균전력을 측정하는 RF 최대/평균전력 측정부; 및 기준 서미스터 RF 전력 센싱부에서 센싱된 평균전력을 측정하는 RF 전력 측정부; 를 포함하여 구성되어 진폭변조신호의 평균전력과 변조되지 않은 신호의 평균전력에 따라 진폭변조신호의 변조도를 구하고, 변조도로부터 RF 최대/평균전력 측정부에서 교정할 최대전력대 평균전력비를 구하는 것을 특징으로 하는 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대 전력 계측 교정 시스템을 제공한다.

무선주파수 최대 전력, 최대전력 대 평균전력비

Description

진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대 전력 계측 교정 방법{Radio frequency peak power meter calibration method using amplitude modulated signal}

본 발명은 진폭변조신호를 이용한 무선주파수 최대 전력 계측 교정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진폭변조신호의 무선주파수 평균전력과 최대전력을 측정하여 무선주파수 최대 전력 교정 계수를 구하고 이로부터 무선주파수 최대 전력 계측기를 교정할 수 있는 진폭변조신호를 이용한 무선주파수 최대 전력 계측 교정 시스템 및 방법에 관한 것이다.

이동통신산업이 발전함에 따라 CDMA, WCDMA와 같은 이동통신에 사용되는 디지털변조신호의 최대전력(peak power)을 측정할 필요성이 증가하고 있다. 즉, 예를 들어 데이터 전송시 N개의 부반송파를 이용하여 데이터를 전송하는 경우 N개의 신호들이 동일한 위상을 가지면서 합해지면 평균 전력의 N배가 되는 최대 전력(peak power)를 만들게 된다. 이때, 평균 전력에 비해 큰 최대전력은 비선형 요소가 되며, 이러한 비선형 요소는 부반송파들간의 상호변조를 발생시켜 수신단에서의 신호대 잡음비를 나쁘게 하거나 대역외 방사를 일으키게 된다. 따라서, 디지털 변조신호에 대한 최대전력을 측정하는 무선주파수 최대전력 계측기를 정기적으로 교정할 필요가 있다.

기존의 교정방법으로는 오실로스코프와 같은 실시간 파형측정기로 디지털 변조신호 파형을 측정하여 교정하는 방법과 스펙트럼 분석기의 제로-스팬(zero-span) 기능을 이용하여 교정하는 방법이 사용되고 있다.

그러나, GHz 대역의 높은 주파수를 측정하는 실시간 파형측정기나 스펙트럼 분석기는 매우 고가일 뿐 아니라 전압을 측정한 후 전력으로 변환하는 과정에서 교정의 정확도가 저하되는 문제가 있었다.

또한, 디지털변조 신호의 최대전력을 측정할 때 전압을 측정한 후 이를 전력으로 변환하는 과정에서 교정의 정확도가 저하(불확도가 커짐)되었다.

그리고, 예를 들어 18GHz 대역의 높은 주파수를 측정하기 위하여는 해당하는 대역의 주파수를 발생시키는 디지털신호발생기나 리얼타임 오실로스코프를 별도로 구입하여야 하는데, 현실적으로는 고가의 높은 주파수의 디지털신호발생기나 리얼타임 오실로스코프를 구입하기는 어렵다. 이와 같은 문제는 추후 더욱 높은 대역(예를 들어, 40GHz 등)의 주파수를 측정하려고 하는 경우에도 지속적으로 발생할 수밖에 없는 문제이기도 하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 진폭변조신호의 무선주파수 평균전력과 최대전력을 측정하여 무선주파수 최대 전력 교정 계수를 구하고 이로부터 무선주파수 최대 전력 계측기를 교정할 수 있는 진폭변조신호를 이용한 무선주파수 최대 전력 계측 교정 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 진폭변조신호를 발생시키는 진폭변조신호 발생부; 진폭변조신호 발생부에서 발생된 진폭변조 신호의 최대전력(P peak)과 평균전력(P avg,mod)을 센싱하는 무선주파수(RF) 최대/평균전력 센싱부; 진폭변조신호 발생부에서 발생된 변조되지 않은 신호의 평균전력(P avg,cw)을 센싱하는 기준 서미스터 RF 전력 센싱부; RF 최대/평균전력 센싱부에서 센싱된 진폭변조신호의 최대전력(P peak)과 평균전력(P avg,mod)을 측정하는 RF 최대/평균전력 측정부; 및 기준 서미스터 RF 전력 센싱부에서 센싱된 평균전력들(P avg,mod 와 P avg,cw)을 측정하는 RF 전력 측정부; 를 포함하여 구성되어 진폭변조신호의 평균전력(P avg,mod)과 변조되지 않은 신호의 평균전력(P avg,cw)에 따라 진폭변조신호의 변조도(m)를 구하고, 변조도(m)로부터 RF 최대/평균전력 측정부에서 교정할 최대전력대 평균전력비(PAR)를 구하는 것을 특징으로 하는 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대 전력 계측 교정 시스템을 제공한다.

여기서, RF 최대/평균전력 센싱부는 RF 최대/평균전력 센서(sensor)로 구성됨이 바람직하다.

그리고, RF 최대/평균전력 측정부는 RF 최대/평균전력 계측기(meter)로 구성됨이 바람직하다.

한편, 기준 서미스터 RF 전력 센싱부는 RF 서미스터 센서(RF thermistor sensor)로 구성됨이 바람직하다.

또한, RF 전력 측정부는 RF 전력 계측기(meter)로 구성됨이 바람직하다.

그리고 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 진폭변조신호를 발생시키는 진폭변조신호 발생부; 진폭변조신호 발생부에서 발생된 진폭변조 신호의 최대전력(P peak)과 평균전력(P avg,mod), 변조되지 않은 신호의 평균전력(P avg,cw)을 각각 센싱하는 무선주파수(RF) 최대/평균전력 센싱부; 및 RF 최대/평균전력 센싱부에서 센싱된 전력을 각각 측정하고, 측정된 진폭변조신호의 평균전력(P avg,mod)과, 변조되지 않은 신호의 평균전력(P avg,cw)에 따라 진폭변조신호의 변조도(m)를 구하고, 변조도(m)로부터 교정하고자 하는 최대전력대 평균전력비(PAR)를 구하는 RF 최대/평균전력 측정부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대 전력 계측 교정 시스템을 제공한다.

그리고, RF 최대/평균전력 측정부는 교정하고자 하는 최대전력대 평균전력비를 구하는 자체 교정 소프트웨어(Self-calibration software)가 내장됨이 바람직하다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 진폭변조 신호의 평균전력(P avg,mod)과 변조되지 않은 신호의 평균전력(P avg,cw)을 측정하는 단계; 진폭변조 신호의 평균전력(P avg,mod)과, 변조되지 않은 신호의 평균전력(P avg,cw)에 따라 진폭변조신호의 변조도(m)를 구하는 단계; 진폭변조신호의 변조도를 이용해 최대전력대 평균전력비(PAR)를 측정하는 단계; 및, 최대전력대 평균전력비(PAR)에 따라 진폭변조신호의 최대전력값(P peak)을 교정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대 전력 계측 교정 방법을 제공한다.

여기서, 변조되지 않은 신호의 평균전력(P avg, cw)은 진폭을 A라 할 때,

로 구하고,

진폭변조신호의 평균전력(P avg, mod)은 진폭을 A라 하고, 변조도를 m이라 할 때,

로 구하며,

변조도 m은, 변조되지 않은 신호의 평균전력(P avg, cw)과, 진폭변조신호의 평균전력(P avg, mod)을 이용하여,

로 구하는 것이 바람직하다.

그리고, 변조도를 m이라 하고 변조도 m은

으로 구하는 경우,

최대전력대 평균전력비(PAR)는,

으로 구하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 리얼타임 오실로스코프로 디지털 변조신호 파형을 측정하여 교정하는 방법이나 스펙트럼 분석기의 제로-스팬(zero-span) 기능을 이용하여 교정하는 방법에 비해 저렴한 교정 시스템을 구성할 수 있다.

둘째, 전압을 측정한 후 전력으로 변환하는 방식이 아니라 전력을 측정하는 교정 방식이므로 교정의 정확도가 향상된다.

이하, 본 발명에 따른 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대 전력 계측 교정 시스템 및 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명 확히 전달하기 위함이다.

도 1은 본 발명 제 1 실시예에 따른 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대 전력 계측 교정 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다. 본 발명 제 1 실시예에 따른 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대전력 계측 교정 시스템은 도 1에 나타낸 바와 같이, 진폭변조신호(Amplitude Modulation signal) 발생부(10)와, 무선주파수(RF) 최대/평균전력(peak/average power) 센싱부(20)와, RF 최대/평균전력 측정부(30)와, 기준 서미스터 RF 전력 센싱부(40) 및 RF 전력 측정부(50)로 구성된다.

진폭변조신호 발생부(10)는 진폭변조신호를 발생시킨다. 이때, 진폭변조신호 발생부(10)는 연속파(CW : continuous wave) 무변조신호를 발생시킨다. 이와 같은 진폭변조신호 발생부(10)는 진폭변조신호 발생기(generator)로 구성될 수 있다. 이러한, 진폭변조신호 발생기는 종래 기술에 사용되는 디지털 신호 발생기에 비해 범용으로 사용되는 장비이며, 저가이므로 구입하기도 용이한 장점이 있다. 본 발명 제 1 실시예에서는 이러한, 진폭변조신호 발생기를 이용하여 CDMA, WCDMA와 같은 이동통신에서 사용되는 대역과 동일한 대역의 진폭변조신호를 발생시킨다. 한편 일반적인 변조도를 m이라 할 때, 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 일반적인 진폭변조에서 시간영역 파형(Time Domain Waveform)을 설명하기 위한 도면으로, Emin은 반송파 최소치, Emax는 반송파 최대치, 그리고 Ec는 반송파의 진폭을 나타낸다. 이때, 일반적인 변조도 m은 [수학식1]과 같이 나타낼 수 있다.

그리고, 연속파(CW) 무변조신호의 평균전력(P avg, cw)은 진폭을 A라 할 때, [수학식 2]와 같다.

RF 최대/평균전력 센싱부(20)는 진폭변조신호 발생부(10)에서 발생된 진폭변조 신호의 최대전력(P peak)과 평균전력(P avg,mod)을 센싱한다. 여기서, RF 최대/평균전력 센싱부(20)는 교정대상, 즉 테스트 대상이 되는 피시험장치(Equipment Under Test : EUT)이다. 이때, RF 최대/평균전력 센싱부(20)는 RF 최대/평균전력 센서(sensor)로 구성될 수 있다.

한편, 진폭변조 신호의 평균전력(P avg, mod)은, 진폭을 A라 하고, 변조도를 m이라 할 때, 다음 [수학식 3]과 같이 구할 수 있다.

그리고, RF 최대/평균전력 측정부(30)는 RF 최대/평균전력 센싱부(20)에서 센싱된 진폭변조신호의 최대/평균전력을 측정한다. 이러한, RF 최대/평균전력 측정부(30)는 RF 최대/평균전력 계측기(meter)로 구성될 수 있다.

한편, 기준 서미스터 RF 전력 센싱부(40)는 진폭변조신호 발생부(10)에서 발생된 진폭변조 신호의 평균전력(P avg,mod)과 변조되지 않은 CW신호의 평균전력(P avg,cw)을 센싱한다. 이때, 기준 서미스터 RF 센싱부(40)는 RF 서미스터 센서(RF thermistor sensor)로 구성될 수 있다.

RF 전력 측정부(50)는 기준 서미스터 RF 전력 센싱부(40)에서 센싱된 평균전력을 측정한다. 이러한, RF 전력 측정부(50)는 RF 전력 계측기(meter)로 구성될 수 있다.

이와 같은 테스트 대상인 RF 최대/평균전력 센싱부(20)에서 센싱된 진폭변조 신호의 평균전력(P avg,mod)과, 기준 서미스터 RF 전력 센싱부(40)에서 센싱되는 변조되지 않은 신호의 평균전력(P avg,cw)에 따라 진폭변조신호 발생부(10)에서 발생된 연속파(CW : continuous wave) 신호들에 대하여 변조도(m) 만큼 진폭변조된 신호의 평균전력을 측정할 수 있게 된다. 즉, RF 최대/평균전력 센싱부(20)에서 센싱되는 진폭변조 신호의 평균전력과 기준 서미스터 RF 전력 센싱부(40)에서 센싱되는 변조되지 않은 신호의 평균전력은 각각 RF 최대전력 측정부(30)와 RF 전력 측정부(50)에서 측정되어 변조도(m)을 [수학식 4]와 같이 구할 수 있다.

한편 이와 같이 변조도(m)를 구하면, 변조도(m)로부터 최대전력대 평균전력비(Peak-to-Average power Ratio : PAR)(이하, PAR이라 약칭 함)를 [수학식5]와 같이 구할 수 있다.

이와 같은 [수학식 5]에 따라 구한 PAR을 이용하여 RF 최대/평균전력 측정부(30)에서의 교정값을 구하고, 해당 교정값에 따라 RF 최대/평균전력 측정부(30)는 RF 최대전력 측정값을 교정하여 출력한다.

도 3은 본 발명 제 2 실시예에 따른 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대 전력 계측 교정 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다. 본 발명 제 2 실시예에 따른 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대 전력 계측 교정 시스템은 도 3에 나타낸 바와 같이, 진폭변조신호 발생부(10)와, RF 최대/평균전력 센싱부(60) 및 RF 최대/평균전력 측정부(70)로 구성된다.

여기서, 진폭변조신호 발생부(10)는 진폭변조신호를 발생시킨다.

RF 최대/평균전력 센싱부(60)는 본 발명 제 1 실시예에 따른 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대 전력 계측 교정 시스템의 RF 최대/평균전력 센싱부(20)와 같다. 다시 말하면, RF 최대/평균전력 센싱부(60)는 진폭변조신호 발생부(10)에서 발생된 진폭변조 신호의 평균전력(P avg,mod)과, 변조되지 않은 신호의 평균전력(P avg,cw)을 각각 센싱한다. 이를 위하여 RF 최대/평균전력 센싱부(60)는 RF 최대/평균전력 센서(sensor)로 구성될 수 있다.

RF 최대/평균전력 측정부(70)는 RF 최대/평균전력 센싱부(60)에서 센싱된 진폭변조신호의 평균전력(P avg,mod)과, 변조되지 않은 신호의 평균전력(P avg,cw)에 따라 [수학식 4]와 같은 변조도(m)를 측정하고, 측정된 변조도(m)에 따라 [수학식 5]와 같은 PAR을 구한다. 이때, RF 최대/평균전력 측정부(70)에는 외부의 교정 시스템 대신에 내부에 자체 교정 소프트웨어(Self-calibration software)를 내장할 수 있다.

그에 따라 RF 최대/평균전력 측정부(70)에서는 해당 교정값에 따라 RF 최대전력 측정값을 교정하여 출력한다.

도 4는 본 발명에 따른 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대 전력 계측 교정 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다. 본 발명에 따른 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대전력 계측 교정 방법은 도 4에 나타낸 바와 같이, 진폭변조 신호의 평균전력(P avg,mod)과 변조되지 않은 신호의 평균전력(P avg,cw)을 측정한다(S10). 이러한, 진폭변조신호의 평균전력(P avg,mod)과 변조되지 않은 신호의 평균전력(P avg,cw)은 진폭변조신호 발생부(10)에서 진폭변조/무변조 신호가 발생되면, 도 1에서와 같은 기준 서미스터 RF 전력 센싱부(40)에서 센싱되어 RF 전력 측정부(50)에서 측정된다. 다른 한편으로는 도 3에서와 같은 RF 최대/평균전력 센싱부(60)에서 센싱되어 RF 최대/평균전력 측정부(70)에서 측정될 수도 있다.

이어 측정된 신호에서 [수학식 4]에서와 같은 방식으로 변조도(m)를 측정한다(S20).

그리고, 측정된 변조도(m)에서 [수학식 5]와 같은 최대전력대 평균전력비(PAR)를 측정한다(S30).

마지막으로 측정된 PAR에 따라 RF 최대/평균전력 센싱부(20)에서 센싱되어 RF 최대/평균전력 측정부(30)에서 측정된, 진폭변조신호의 최대전력값(P peak)을 교정한다(S40).

이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명 제 1 실시예에 따른 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대 전력 계측기 교정 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도,

도 2는 일반적인 진폭변조에서 시간영역 파형을 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명 제 2 실시예에 따른 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대 전력 계측기 교정 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도

도 4는 본 발명에 따른 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대 전력 계측기 교정 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 진폭변조신호 발생부 20 : RF 최대/평균전력 센싱부

30 : 기준 서미스터 RF 전력 센싱부 40 : RF 최대/평균전력 측정부

50 : RF 전력측정부 60 : RF 최대/평균전력 센싱부

70 : RF 최대/평균전력 측정부

Claims

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진폭변조 신호의 평균전력(P avg,mod)과 변조되지 않은 신호의 평균전력(P avg,cw)을 측정하는 단계;

상기 진폭변조 신호의 평균전력(P avg,mod)과, 변조되지 않은 신호의 평균전력(P avg,cw)에 따라 상기 진폭변조신호의 변조도(m)를 구하는 단계;

상기 진폭변조신호의 변조도를 이용해 최대전력대 평균전력비(PAR)를 측정하는 단계; 및,

상기 최대전력대 평균전력비(PAR)에 따라 상기 진폭변조신호의 최대전력값을 교정하는 단계를 포함하며,

상기 변조되지 않은 신호의 평균전력(P avg, cw)은 진폭을 A라 할 때,

로 구하고,

상기 진폭변조신호의 평균전력(P avg, mod)은 진폭을 A라 하고, 변조도를 m이라 할 때,

로 구하며,

상기 변조도 m은, 변조되지 않은 신호의 평균전력(P avg, cw)과, 상기 진폭변조신호의 평균전력(P avg, mod)을 이용하여,

로 구하는 것을 특징으로 하는 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대 전력 계측 교정 방법.
삭제
제 9 항에 있어서,

상기 변조도를 m이라 하고 상기 변조도 m은

으로 구하는 경우,

상기 최대전력대 평균전력비(PAR)는,

으로 구하는 것을 특징으로 하는 진폭변조신호원을 이용한 무선주파수 최대 전력 계측기 교정 방법.