KR101914509B1 - 수동상호변조 발생위치 탐지 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 PIM 발생위치 탐지를 위한 기준신호 출력단(또는 PIM 신호 출력단)에 시간지연 모듈을 설치하여 제어함으로써 PIM 발생위치 탐지 정확도를 10cm 수준으로 획기적으로 향상시키고 PIM 유발 부품을 보다 빠르고 정확하게 유지 보수할 수 있는 PIM 발생위치 탐지 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

수동상호변조 발생위치 탐지 장치 및 방법{Apparatus and Method for Finding out Birthplace of Passive Intermodulation(PIM)}
본 발명은 수동상호변조(PIM, Passive Intermodulation) 발생위치 탐지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 보다 빠르고 정확하게 PIM 발생위치를 탐지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 모바일 네트워크와 무선 데이터 서비스 수요가 증가함에 따라 국내외 이동통신사업자들은 보다 많은 주파수 대역을 확보하고 다중대역 서비스가 가능한 효율적인 무선망 구축을 위해 노력하고 있다. 높은 구축 비용과 유지 보수 비용 등의 문제로 인해 인빌딩내 급전선을 대역별로 각각 설치하여 운용하는 것은 현실적으로 쉽지 않기 때문에 최근 인빌딩 급전선을 공동으로 사용하여 서비스하는 사례가 증가하고 있다.
하지만, 인빌딩내에서 동일한 급전선을 사용하여 다중대역 서비스를 제공할 경우 PIM(Passive Intermodulation, 수동상호변조)이 발생하여 상향채널과 하향 채널 신호간에 간섭 영향을 주어 서비스 반경이 감소하거나 전화접속 효율이 급격히 감소할 우려가 있다. PIM은 케이블 커넥터, 멀티플렉서, 서큘레이터 등과 같은 수동소자의 노후로 인해 접촉 불량이 생기면서 주로 발생하기 때문에 PIM 문제를 근원적으로 해결하기 위해서는 PIM이 발생하는 지점을 정확하게 찾아서 해당 부품을 교체 또는 수리해야 한다. 인빌딩내 급전선은 건물내 천장이나 벽에 매설되어 있기 때문에 PIM이 발생하는 지점을 정확하게 추정할 수 있어야 해당 부품을 단기간에 교체 또는 수리가 가능하다.
이를 위해, 기존의 PIM 발생위치 탐지 장치는 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 및 CW(Continuous Wave) 신호를 활용하여 생성한 기준 신호와, 인빌딩 급전선 입력 단자에 입력하여 되돌아오는 PIM 신호와의 시간지연에 의한 비트 주파수차를 디지털 신호처리를 통해 판단함으로써 대략적인 PIM 발생 위치를 추정한다. 하지만, 기존 PIM 발생위치 탐지 장치들은 정확도가 수 m 내외이기 때문에 PIM 발생 위치 후보 지점이 다수개가 존재하게 되어 PIM을 유발하는 부품의 교체 및 수리 시간이 상당히 길어지는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, PIM 발생위치 탐지를 위한 기준신호 출력단(또는 PIM 신호 출력단)에 시간지연 모듈을 설치하여 제어함으로써 PIM 발생위치 탐지 정확도를 10cm 수준으로 획기적으로 향상시키고 PIM 유발 부품을 보다 빠르고 정확하게 유지 보수할 수 있는 PIM 발생위치 탐지 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 PIM 발생위치 탐지 장치는, 시간지연 양에 대한 제어값에 따라, FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 신호 및 CW(Continuous Wave) 신호에 기초한 기준 신호, 또는 인빌딩 급전선으로부터 나오는 PIM(Passive Intermodulation) 신호 중 어느 하나를 지연시키기 위한 시간 지연 모듈; 제어 명령에 따라 상기 시간지연 양에 대한 제어값을 발생하는 시간지연 제어모듈; 및 상기 제어 명령을 발생하고, 상기 기준 신호와 상기 PIM 신호 중 상기 시간 지연 모듈에 의해 시간 지연된 신호 및 상기 기준 신호와 상기 PIM 신호 중 시간 지연이 이루어지지 않은 다른 신호에 기초한 비트주파수 신호에 대하여 FFT(Fast Fourier Transform) 신호 처리한 결과, 및 상기 시간지연 양에 대한 제어값을 기반으로 PIM 발생위치를 산출하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 비트주파수 신호에 대하여 상기 FFT 신호 처리 결과에 따라 상기 PIM 발생 위치까지의 거리별 PIM 신호 레벨 정보가 달라지고, 상기 PIM 발생 위치로부터 상기 PIM 신호의 상기 시간지연 양에 따른 상기 PIM 발생 위치까지의 거리가 달라지는 원리를 이용하기 위하여, 상기 FFT 신호 처리 결과에 따른 비트주파수 차이 발생을 체크하고 상기 FFT 처리결과의 전력값을 기초로 소정의 전력값 이상을 갖는 상기 비트주파수의 주파수 대역에서의 세부 스캐닝 전력값을 계산하여 상기 PIM 발생위치를 산출한다.
상기 기준 신호의 주파수는 2*f1-f2이고, 여기서, f1은 상기 FMCW 신호의 주파수 및 f2는 상기 CW 신호의 주파수이다. 상기 비트주파수 신호는 I(in-phase)와 Q(quadrature-phase) 신호이다.
상기 PIM 발생위치 탐지 장치는, 상기 I와 Q 신호를 생성하는 I/Q 복조기와, 상기 I/Q 복조기에 순차 결합된 LPF(Low Pass Filter), 신호레벨조절기, A/D(Analog-to-Digital) 변환기, 및 상기 FFT 신호 처리를 위한 신호처리기를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 FFT 신호 처리 결과에 대하여, 단위 주파수 대역 각각의 전력값을 계산하고, 전체 주파수 대역에 대하여 순차로 체크하여 제1 임계값 이상인 전력값을 갖는 해당 단위 주파수 대역(k)에서, 상기 제어 명령으로 상기 시간 지연 모듈이 소정의 단위(Δ)씩 상기 시간 지연된 신호를 발생하도록 제어하여, 하기의 수학식을 만족할 때의 k값과 i값을 기초로 상기 PIM 발생위치를 산출하며,
여기서, PB(k-Δ*i)는 k에서 (i=1,2,..,M-1)에 대하여 Δ씩 순차 스캐닝될 때 i에서의 각각의 전력값, Th2는 제2 임계값, PB(j)는 상기 전체 주파수 대역을 K개로 나눌때 (j=1,2,3,,,K)에 대한 각각의 전력값, M과 K는 자연수이다.
상기 제어부는, 상기 k값과 i값을 찾은 후 상기 전체 주파수 대역 중 나머지 단위 주파수 대역에 대하여 순차로 상기 수학식의 만족 여부를 체크해 상기 k값과 i값을 갱신하여 상기 PIM 발생위치를 산출할 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 PIM 발생위치 탐지 장치에서의 PIM 발생위치 탐지 방법은, 제어 명령에 따라 시간지연 양에 대한 제어값을 발생하는 단계; 상기 시간지연 양에 대한 제어값에 따라, FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 신호 및 CW(Continuous Wave) 신호에 기초한 기준 신호, 또는 인빌딩 급전선으로부터 나오는 PIM(Passive Intermodulation) 신호 중 어느 하나를 지연시키는 단계; 및 상기 기준 신호와 상기 PIM 신호 중 상기 제어값에 따라 시간 지연된 신호 및 상기 기준 신호와 상기 PIM 신호 중 시간 지연이 이루어지지 않은 다른 신호에 기초한 비트주파수 신호에 대하여 FFT(Fast Fourier Transform) 신호 처리한 결과, 및 상기 시간지연 양에 대한 제어값을 기반으로 PIM 발생위치를 산출하는 단계를 포함한다.
상기 PIM 발생위치를 산출하는 단계에서, 상기 비트주파수 신호에 대하여 상기 FFT 신호 처리 결과에 따라 상기 PIM 발생 위치까지의 거리별 PIM 신호레벨 정보가 달라지고, 상기 PIM 발생 위치로부터 상기 PIM 신호의 상기 시간지연 양에 따른 상기 PIM 발생 위치까지의 거리가 달라지는 원리를 이용하기 위하여, 상기 FFT 신호 처리 결과에 따른 비트주파수 차이 발생을 체크하고 상기 FFT 처리결과의 전력값을 기초로 소정의 전력값 이상을 갖는 상기 비트주파수의 주파수 대역에서의 세부 스캐닝 전력값을 계산하여 상기 PIM 발생위치를 산출할 수 있다.
상기 기준 신호의 주파수는 2*f1-f2이고, 여기서, f1은 상기 FMCW 신호의 주파수 및 f2는 상기 CW 신호의 주파수이다. 상기 비트주파수 신호는 I(in-phase)와 Q(quadrature-phase) 신호다.
상기 PIM 발생위치를 산출하는 단계는, 상기 I와 Q 신호를 생성하는 I/Q 복조기와, 상기 I/Q 복조기에 순차 결합된 LPF(Low Pass Filter), 신호레벨조절기, A/D(Analog-to-Digital) 변환기, 및 상기 FFT 신호 처리를 위한 신호처리기를 이용하여 상기 FFT 처리결과를 출력하는 단계를 포함한다.
상기 PIM 발생위치를 산출하는 단계에서, 상기 FFT 신호 처리 결과에 대하여, 단위 주파수 대역 각각의 전력값을 계산하고, 전체 주파수 대역에 대하여 순차로 체크하여 제1 임계값 이상인 전력값을 갖는 해당 단위 주파수 대역(k)에서, 상기 제어 명령으로 소정의 단위(Δ)씩 상기 시간 지연된 신호를 발생하도록 제어하여, 하기의 수학식을 만족할 때의 k값과 i값을 기초로 상기 PIM 발생위치를 산출하며,
Figure 112015113230044-pat00002
여기서, PB(k-Δ*i)는 k에서 (i=1,2,..,M-1)에 대하여 Δ씩 순차 스캐닝될 때 i에서의 각각의 전력값, Th2는 제2 임계값, PB(j)는 상기 전체 주파수 대역을 K개로 나눌때 (j=1,2,3,,,K)에 대한 각각의 전력값, M과 K는 자연수이다.
상기 k값과 i값을 찾은 후 상기 전체 주파수 대역 중 나머지 단위 주파수 대역에 대하여 순차로 상기 수학식의 만족 여부를 체크해 상기 k값과 i값을 갱신하여 상기 PIM 발생위치를 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 PIM 발생위치 탐지 장치 및 방법에 따르면, PIM 발생위치 탐지를 위한 기준신호 출력단(또는 PIM 신호 출력단)에 시간지연 모듈을 도입하여 기준신호를 조절함으로써 인빌딩 급전선내 PIM이 발생하는 지점의 탐지 정확도를 10 cm 수준으로 개선할 수 있다. 이처럼, PIM 발생 위치 탐지 정확도를 획기적으로 개선하여 인빌딩 급전선에서 발생하는 PIM 문제 부품의 교체 및 수리 시간을 단축함으로써 인빌딩 급전선망의 유지보수 비용을 크게 절감하는 효과가 있다. 또한, PIM 문제를 단시간에 해결함에 따라 모바일 서비스 반경 확대 및 전화접속 효율의 성능 개선이 기대된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PIM 발생위치 탐지 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준신호의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전선에서 발생된 PIM 신호의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준신호와 급전선에서 발생된 PIM 신호간의 시간지연 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준신호와 급전선에서 발생된 PIM 신호간의 시간지연과, 비트주파수 신호의 비트 주파수 간의 상관 관계에 대한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비트주파수 신호의 비트주파수 대비 추정된 PIM 발생위치 탐지 장치와 PIM 발생지점간의 거리 환산 예시도이다.
도 7은 도 2의 기준신호와 도 3의 급전선에서 발생된 PIM 신호간의 시간지연에 따른 비트주파수 차이에 대한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준신호를 시간지연 모듈을 사용하여 5 ns 시간 지연한 파형의 예시도이다.
도 9는 도 8의 기준신호의 5ns 지연 신호와 도 3의 급전선에서 발생된 PIM 신호간의 시간지연에 따른 비트주파수 차이에 대한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 PIM 발생위치 탐지 장치의 동작 설명을위한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 주파수 대역의 예시도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PIM 발생위치 탐지 장치(200)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 PIM 발생위치 탐지 장치(200)는, 제어부(190), FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)(f1) 신호발생기(100), 신호레벨 조절기(102), HPA(High Power Amplifier)(106), 주파수 체배기(153), CW(Continuous Wave)(f2) 신호발생기(110), 신호레벨 조절기(112), 분배기(114), HPA(116), 믹서(Mixer)(151), 멀티플렉서(130), 인빌딩 급전선(140), RF(Radio Frequency) 스위치(118), BPF (Band Pass Filter, 대역통과필터)(120), 시간지연모듈(160), 시간지연제어모듈(165), LNA(Low Noise Amplifier, 저잡음증폭기)(171), 신호레벨조절기(173), BPF(175), I/Q 복조기(180), LPF(Low Pass Filter, 저주파통과필터)(182), 신호레벨조절기(184), A/D(Analog-to-Digital) 변환기(186), 신호처리기(188)를 포함한다.
제어부(190)는 마이크로 콘트롤러 유닛(Micro Controller Unit) 등 반도체 프로세서로 이루어질 수 있고, 위와 같은 PIM 발생위치 탐지 장치(200)의 각 구성 요소들의 전반적인 제어를 담당한다. 제어부(190)는 PIM 발생위치 탐지 장치(200)의 다른 하나 이상의 구성 요소들의 기능을 포함하도록 구현될 수도 있다.
FMCW(f1) 신호발생기(100)는 DDS(Direct Digital Synthesizer) 등을 사용하여 FMCW 신호를 발생시키고 주파수 체배기를 거쳐 주파수 f1 신호, 즉, FMCW(f1) 신호(101)를 생성한다.
FMCW 신호발생기(100)에서 생성된 FMCW(f1) 신호(101)는 신호레벨 조절기(102)에서 신호 레벨이 증폭 또는 감쇄되고, 신호레벨 조절기(102) 출력 신호(103)가 분배기(104)로 전달된 후, 분배기(104)에서 분배된 신호들(105, 152)이 각각 HPA(106), 체배기(153)로 전달된다.
CW(f2) 신호발생기(110)는 주파수 신서사이저(Synthesizer)를 이용하여 OCXO(oven controlled crystal oscillator) 등 오실레이터의 기준 클럭에 PLL(Phase Lock Loop)된 주파수 f2 신호, 즉, CW(f2) 신호(111)를 생성한다.
CW(f2) 신호발생기(110)에서 생성된 CW(f2) 신호(111)는 신호레벨 조절기(112)에서 신호 레벨이 증폭 또는 감쇄되고, 신호레벨 조절기(112) 출력 신호(113)는 분배기(114)에 의해 분배되고, 분배기(114)에서 분배된 신호들(115, 151)이 각각HPA(116), 믹서(Mixer)(151)로 전달된다.
HPA(116)에서 증폭되어 출력된 주파수 f1 인 제1신호(107)는 멀티플렉서(130)를 거쳐 소정의 입력단자(131)를 통해 인빌딩 급전선(140)으로 출력된다.
RF 스위치(118)는 출력포트를 1개 또는 2개로 선택적으로 사용할 수 있다. 출력포트를 1개 모드로 동작시키는 경우에, 제어부(190)의 제어에 따라, RF 스위치(118)는 HPA(106)에서 증폭되어 출력된 주파수 f2인 제2신호(117)를 멀티플렉서(130)로 전송하고, 멀티플렉서(130)는 제2신호(117)를 소정의 입력단자(131)를 통해 인빌딩 급전선(140)으로 입력한다. 출력포트를 2개 모드로 동작시키는 경우에, 제어부(190)의 제어에 따라, RF 스위치(118)는 제2신호(117)를 BPF(120)로 전송하고, BPF(120)는 해당 처리된 신호를 소정의 입력단자(121)를 통해 급전선(140)으로 출력한다.
거리별 PIM 신호를 예측 탐지하기 위해서는, 주파수 (2*f1-f2)를 갖는 PIM 탐지 기준신호가 필요하다. 이를 위해, 체배기(153)에서 주파수 체배(2*f1)하여 출력한 신호(154)와, 주파수 (f2)의 분배기(114) 출력 신호(151)가 믹서(150)와 BPF(156) 및 신호레벨조절기(158)(신호 레벨의 증폭 또는 감쇄)를 각각 통과하게 되면 PIM 발생위치를 탐지하기 위한 기본적인 기준신호(159)가 만들어 진다. 이때 만들어진 기준신호(159)의 주파수는 2*f1-f2가 된다. 예를 들어, FMCW(f1) 신호발생기(100)에 기초한 제1신호의 동작 주파수대역이 2145 MHz~2170 MHz 이고, CW(f2) 신호발생기(110)에 기초한 제2신호의 주파수가 2.34 GHz라고 가정할 경우, 기준신호(159)는 1950 MHz ~ 2000 MHz 주파수 대역에서 동작하는 FMCW 신호가 된다. 설명의 이해를 돕기 위해, 이하에서 필요할 경우 FMCW 신호는 1950 MHz ~ 2000 MHz 주파수 대역에서 동작하는 신호로 가정하고 구체적으로 설명하기로 한다.
이어서, 본 발명에서는 기준신호(159) 출력단에 시간지연모듈(160)과 시간지연제어모듈(165)을 추가로 두어 1 nsec 단위로 기준신호(159)의 시간지연을 조절할 수 있도록 구성함으로써 PIM 발생위치 탐지 정확도를 10cm 수준으로 획기적으로 향상시킬 수 있도록 하였다.
소정의 입력단자(131)를 통해 신호들(107, 117)이 인빌딩 급전선(140)으로 입력된 후, 인빌딩 급전선(140)의 하향채널을 통해 돌아오는 PIM 신호(133)는 멀티플렉서(130)를 거쳐 수신패스에 있는 LNA(171)로 입력된다. 이어서, 신호레벨조절기(173)(신호 레벨의 증폭 또는 감쇄)과 BPF(175)를 통과하면 1950 MHz ~ 2000 MHz 주파수 대역(2*f1-f2)의 PIM 신호(176)만 남게 된다. 참고로, 본 발명에서 제안한 시간지연 모듈(160)은 필요할 경우 PIM 신호 경로에 위치한 BPF(175) 뒤, 즉, I/Q 복조기(180)와 BPF(175) 사이에 설치할 수도 있다.
이상에서와 같이 생성된 PIM 발생위치 탐지를 위한 기준신호(159)가 시간지연 제어모듈(165)의 시간지연 양에 대한 제어값(166)에 따라 시간지연 모듈(160)에서 지연된 신호(161)와, PIM 신호(176)는 I/Q 복조기(180)에 입력되어, I/Q 복조기(180)는 해당 I(in-phase), Q(quadrature-phase) 신호를 포함하는 해당 비트주파수(beat frequency) 신호(181)를 생성하게 된다.
이어서, 비트주파수 신호(181)는 LPF(182)와 신호레벨조절기(184)(신호 레벨의 증폭 또는 감쇄)를 순차적으로 통과한 후, A/D 변환기(186)를 거쳐 신호처리기(188)로 입력된다. A/D 변환기(186)를 거친 비트주파수 신호(187)는 PIM 발생신호에 대한 거리 정보와 PIM 신호 크기 정보를 갖고 있기 때문에, 신호처리기(188) 내에서 FFT(Fast Fourier Transform) 신호처리 결과에서 비트주파수에 대한 PIM 발생위치까지의 거리별 PIM 신호레벨 정보로 변환된다(도 6 참조).
이를 이용하여, FFT 신호처리 결과(189)와 시간지연 제어모듈(165)의 제어값(167)으로부터 제어부(190)는 최종적으로 PIM 발생위치(PIM 신호의 원인이 된 케이블 커넥터, 멀티플렉서, 서큘레이터 등 부품 위치 등)를 판단한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준신호(159)의 예시도이다.
FMCW(f1) 신호발생기(100)에서 생성되어 첫번째 분배기(104)로부터 분배된 신호(152)를 체배기로(153)로 출력한 주파수 (2*f1)의 신호(154)와, CW(f2) 신호발생기(110)에서 생성되어 두번째 분배기(114)에서 출력하는 주파수 f1의 신호(151)가, 믹서(Mixer)(150)와 BPF(156) 및 신호레벨조절기(158)를 각각 통과하게 되면, PIM 발생위치를 탐지하기 위한 기본적인 기준신호(159)가 도 2와 같이 생성된다.
예를 들어, 기준신호(159)는 fR _start ~ fR _end Hz 주파수 대역에서 동작하며, 기준신호(159)의 동작 주파수는 fR _start에서부터 시작하여 소정의 단위 시간폭(예, 20ns) 지날 때 마다 소정의 증가폭(예, 100Hz)으로 주파수가 증가한다. 예를 들어, 제1신호(152)의 동작 주파수대역이 2145 MHz~2170 MHz 이고, 제2신호(151)의 주파수가 2.34 GHz라고 가정할 경우, 기준신호(159)는 1950 MHz ~ 2000 MHz 주파수 대역에서 동작하는 FMCW 신호가 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전선에서 발생된 PIM 신호(176)의 예시도이다.
예를 들어, 기준 신호(159) 대비 425ns 시간 지연된 신호로서 인빌딩 급전선(140)에서 발생된 PIM 신호가 하향채널(133)을 통해 전달되어 멀티플렉서(130)를 거쳐 수신 경로에 있는 LNA(171), 신호레벨조절기(173), BPF(175)를 각각 통과한 후 관찰된 PIM 신호(176)가, 도 3과 같다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준신호(159)와 급전선에서 발생된 PIM 신호(176) 간의 시간지연 개념도이다. 도 4에서 보는 바와 같이, 기준신호(159)와 PIM 신호(176) 간의 시간지연이 있는 경우, 시간에 따라 서로 간에 주파수 차이를 보이게 된다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준신호(159)와 급전선에서 발생된 PIM 신호(176) 간의 시간지연과, 비트주파수 신호(187)의 비트 주파수 간의 상관 관계에 대한 예시도이다.
한편, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비트주파수 신호(187)의 비트주파수 대비 추정된 PIM 발생위치 탐지 장치와 PIM 발생지점 간의 거리 환산 예시도이다. 도 6에서는 인빌딩 급전선(140)의 유전율을 1.5라고 가정하고 예시도를 나타내었으며, 급전선(140)의 유전율에 따라 비트주파수 대비 PIM 발생 거리는 다르게 환산될 수 있기 때문에 실제 PIM 발생 거리를 추정 시에는 인빌딩 내에 설치된 급전선(140)의 유전율을 정확하게 측정한 후 반영해야 한다. 이와 같이 비트주파수 신호에 대하여 FFT 결과에 따라 PIM 발생 위치까지의 거리별 PIM 신호레벨이 달라질 뿐만 아니라, PIM 발생 위치로부터의 PIM 신호(176)의 시간지연 양에 의해 PIM 발생 위치까지의 거리가 달라지는 것을 이용하여, PIM 발생 위치를 추정할 수 있게 된다.
도 7은 도 2의 기준신호(159)와 도 3의 급전선에서 발생된 PIM 신호(176) 간의 시간지연에 따른 비트주파수 차이에 대한 예시도이다.
도 7에서 보여주는 신호는 기준신호(159)와 PIM 신호(176)가 I/Q 복조기(180)에 입력되어 비트주파수 신호(181)를 생성한 후 LPF(182)와 신호레벨조절기(184)를 순차적으로 통과한 이후의 아날로그 신호 출력에 해당한다. 도 7에서 보는 바와 같이, 기준신호(159)와 PIM 신호(176) 간의 시간지연(예, 25ns)이 20ns의 정수배가 아니기 때문에 출력되는 비트주파수 차가 일정하지 않음을 볼 수 있다. 즉, 5ns 구간 동안은 2200 Hz, 15ns 구간 동안에는 2100 Hz의 비트 주파수 차에 의한 신호가 반복해서 출력되게 된다. 이와 같이 비트 주파수 차로 만들어진 신호가 A/D 변환기(186)를 통과하여 신호처리기(188) 내에서 FFT(Fast Fourier Transform) 신호 처리되는 경우, 비트 주파수 오차가 최대 100Hz (인빌딩 급전선의 유전율을 1.5라고 가정하고 거리로 환산할 경우 2m에 해당)까지 생길 수 있기 때문에 추정된 PIM 발생 위치 오차가 큰 단점이 있다.
이를 보완하기 위해, 본 발명에서는 기준신호(159) 출력단(또는 PIM 신호(176) 출력단)에 시간지연모듈(160)을 설치하고, 시간지연제어모듈(165)을 추가로 두어 1 ns 단위로 기준신호(159)(또는 PIM 신호)의 시간지연을 조절할 수 있도록 구성하였다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준신호(159)를 시간지연 모듈(160)을 사용하여 5ns 시간 지연한 파형의 예시도이다. 도 9는 도 8의 기준신호(159)의 5ns 지연 신호와 도 3의 급전선에서 발생된 PIM 신호(176) 간의 시간지연에 따른 비트주파수 차이에 대한 예시도이다.
도 8과 같이 5ns 시간 지연한 기준신호(159)와 PIM 신호(176) 간의 시간지연 차는 정확하게 20ns의 정수배(예, 20ns)가 되기 때문에 비트주파수 차는 2100 Hz로 일정하게 됨을 살펴볼 수 있다. 또한, 시간지연 모듈(160)을 사용하여 1ns씩 기준신호를 옮겨 가면서 비트주파수 차에 해당하는 A/D 변환기(186) 출력 신호를 FFT 신호처리를 할 경우 PIM 발생위치 탐지 정확도를 10cm 수준으로 획기적으로 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 위에서도 기술한 바와 같이 시간지연 모듈(160)은 필요할 경우 PIM 신호 경로에 위치한 BPF(175) 뒤, 즉, I/Q 복조기(180)와 BPF(175) 사이에 설치할 수도 있다. 제어부(190)의 제어를 받아, 시간지연 제어모듈(165)은 기준신호(159) 또는 PIM 신호(176)를 시간 지연시키기 위한 제어값을 발생시킬 수 있다.
이하 도 10의 흐름도를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 PIM 발생위치 탐지 장치(200)의 PIM 발생위치 탐지 동작에 대하여 좀 더 자세히 설명한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 PIM 발생위치 탐지 장치(200)의 동작 설명을 위한 흐름도이다.
먼저, PIM 발생위치 탐지 장치(200)의 신호처리기(188)는 A/D 변환기(186) 출력값에 대하여 FFT 신호 처리한다(1010). 이때 제어부(190)는 전체 주파수 대역에 대하여 총 K개(1,2,3,,,K) (K는 자연수)의 단위 주파수 대역별 전력값을 각각 계산하여 메모리 등 저장 수단에 저장한다(1020). 참고로, 도 9의 경우 단위 주파수는 100Hz, K=50, 단위 주파수당 시간지연은 20ns에 해당한다. 단위 주파수 대역은 도 11에 예를 들어 설명해 두었으며, 단위 주파수 대역별 전력값 PB(k)는 [수학식1]과 같이 주어진다.
[수학식1]
Figure 112015113230044-pat00003
다음에, 제어부(190)는 전체 주파수 대역에 대하여 순차로, 즉, k=1부터(1030), PB(k)가 제1 임계값(Th1) 이상인지 여부를 체크하여(1040), 그렇지 않을 경우 k값을 하나 더 증가한 후(1035), PB(k)가 제1 임계값(Th1) 이상인지 여부를 체크하는 과정을 반복하고, PB(k)가 제1 임계값(Th1) 이상인 경우 다음 과정(1045)으로 넘어간다.
제어부(190)는 시간지연 제어 모듈(167)을 통해 시간지연 양에 대한 제어값(166)을 발생시키도록 제어 명령을 발생시킬 수 있고, 이에 따라 시간지연 모듈(165)은 해당 k에서 딜레이(delay) 소자를 제어하면서 (i=1,2,..,M-1)에 대하여 Δ 초(예, 1ns)씩(Δ=1/M)(M은 자연수) 기준신호(159)(또는 PIM 신호(176))를 지연시키도록 스캐닝(scanning)하여, 제어부(190)는 신호처리기(188)의 FFT 결과에 대하여 해당 k에서 순차 스캐닝(scanning)되는 i에서의 각각의 전력값 PB(k-Δ*i),(i=1,2,..,M-1)을 각각 계산한 후 그 결과값을 메모리 등 저장수단에 임시 저장한다. 이어서, 제어부(190)는 제2 임계값(Th2)에 기초하여 아래의 [수학식2] 조건을 만족하는지 여부를 체크한다(1050).
[수학식2]
Figure 112015113230044-pat00004
위 조건(1050)을 만족할 경우, 제어부(190)는 해당 되는 k값과 i값을 메모리 등 저장수단에 저장(1055)하고 그렇지 않은 경우 저장하지 않고 다음 과정(1060)으로 바로 넘어간다.
제어부(190)는 k=K인지 여부를 체크(1060)하여, 그렇지 않을 경우 k값을 하나 증가(1035)시킨 후 (1040) ~ (1060) 과정을 반복한다. 만일, k=K인 경우에는 메모리 등 저장수단에 저장된 k값과 i값으로부터 PIM 발생위치를 검출(1070)하고 PIM 발생위치 검출 과정을 종료한다. 즉, 상기 k값과 i값을 찾은 후 K까지 전체 주파수 대역 중 나머지 단위 주파수 대역에 대하여 순차로 [수학식2]의 만족 여부를 체크하여 k값과 i값을 갱신해 나가면서 최종 k값과 i값을 기초로 PIM 발생위치를 산출할 수 있다. k값과 i값이 갱신되는 경우 도 7과 같이 기준신호(159)와 PIM 신호(176)의 시간 지연이 있으며 비트주파수 차이가 있는 경우로 볼 수 있다.
제어부(190)는 도 6과 같은 비트주파수 신호(187)의 비트주파수 대비 PIM 발생지점 간의 거리 환산에 기초가 되는 소정의 함수 또는 룩업 테이블 등을 이용하여, 상기 저장된 k값에서 i값에 해당하는 지연에 해당하는 PIM 발생 거리를 계산하고 PIM 발생위치 정보를 출력할 수 있다. 이와 같은 PIM 발생위치 산출은, 비트주파수 신호에 대하여 FFT 결과에 따라 PIM 발생 위치까지의 거리별 PIM 신호 레벨(FFT 결과의 신호레벨)이 달라질 뿐만 아니라, PIM 발생 위치로부터의 PIM 신호(176)의 시간지연 양에 따른 PIM 발생 위치까지의 거리가 달라지는 원리를 이용한 것으로서, 이와 같은 이용을 위하여 위와 같이 상기 FFT 결과에 따른 비트주파수 차이 발생을 체크하고 [수학식2]와 같이 FFT 처리결과의 전력값을 기초로 소정의 전력값(Th1) 이상을 갖는 비트주파수의 주파수 대역(k)에서의 세부 스캐닝값 전력값(i에서의 전력값)을 계산하여 PIM이 발생하는 지점의 탐지 정확도를 높일 수 있다.
이처럼 본 발명에서 제시한 시간지연 모듈을 활용하여 PIM 기준신호(159)(또는 PIM 신호(176))를 조절함으로써 인빌딩 급전선(140) 내 PIM 발생 지점 탐지 성능을 효과적으로 개선할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 PIM 발생위치 탐지 장치(200)에서는, PIM 발생위치 탐지를 위한 기준신호(159) 출력단(또는 PIM 신호 출력단)에 시간지연 모듈(160)을 도입하여 기준신호를 조절함으로써 인빌딩 급전선(140) 내 PIM이 발생하는 지점의 탐지 정확도를 10cm 수준으로 개선할 수 있다. 이처럼, PIM 발생 위치 탐지 정확도를 획기적으로 개선하여 인빌딩 급전선(140)에서 발생하는 PIM 신호의 원인이된 부품의 교체 및 수리 시간을 단축함으로써 인빌딩 급전선망의 유지보수 비용을 크게 절감하는 효과가 있다. 또한, PIM 문제를 단시간에 해결함에 따라 모바일 서비스 반경 확대 및 전화접속 효율의 성능 개선이 기대된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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 할 것이다.
제어부(190)
인빌딩 급전선(140)
시간지연모듈(160)
시간지연제어모듈(165)
I/Q 복조기(180)
LPF(Low Pass Filter, 저주파통과필터)(182)
신호레벨조절기(184)
A/D(Analog-to-Digital) 변환기(186)
신호처리기(188)

Claims (14)

  1. 제어 명령에 따라 시간지연 양에 대한 제어값을 발생시키는 시간지연 제어모듈;
    상기 제어값에 따라, FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 신호 및 CW(Continuous Wave) 신호에 기초한 기준 신호, 또는 인빌딩 급전선으로부터 나오는 PIM(Passive Intermodulation) 신호 중 어느 하나를 지연시키기 위한 시간 지연 모듈;
    상기 기준 신호와 상기 PIM 신호 중 상기 시간 지연 모듈에 의해 시간 지연된 제1 신호 및 시간 지연이 이루어지지 않은 제2 신호에 기초한 비트주파수를 생성하는 I(in-phase)/Q(quadrature-phase) 복조기; 및
    상기 제어 명령을 발생시키고, 상기 비트주파수 신호에 대하여 FFT(Fast Fourier Transform) 신호 처리한 결과, 및 상기 시간지연 양에 대한 제어값을 기반으로 PIM 발생위치를 산출하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 PIM 발생위치 탐지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 FFT 처리결과의 전력값을 기초로 소정의 전력값 이상을 갖는 상기 비트주파수의 주파수 대역에서의 세부 스캐닝 전력값을 계산하여 상기 PIM 발생위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 PIM 발생위치 탐지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준 신호의 주파수는 2*f1-f2이고, 여기서, f1은 상기 FMCW 신호의 주파수 및 f2는 상기 CW 신호의 주파수인 것을 특징으로 하는 PIM 발생위치 탐지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비트주파수 신호는 I(in-phase)와 Q(quadrature-phase) 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 PIM 발생위치 탐지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 I/Q 복조기에 순차 결합된 LPF(Low Pass Filter), 신호레벨조절기, A/D(Analog-to-Digital) 변환기, 및 상기 FFT 신호 처리를 위한 신호처리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PIM 발생위치 탐지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 FFT 신호 처리 결과에 대하여, 단위 주파수 대역 각각의 전력값을 계산하고,
    전체 주파수 대역에 대하여 순차로 체크하여 제1 임계값 이상인 전력값을 갖는 해당 단위 주파수 대역(k)에서, 상기 제어 명령으로 상기 시간 지연 모듈이 소정의 단위(Δ)씩 상기 시간 지연된 신호를 발생하도록 제어하여, 하기의 수학식을 만족할 때의 k값과 i값을 기초로 상기 PIM 발생위치를 산출하며,
    Figure 112015113230044-pat00005

    여기서, PB(k-Δ*i)는 k에서 (i=1,2,..,M-1)에 대하여 Δ씩 순차 스캐닝될 때 i에서의 각각의 전력값, Th2는 제2 임계값, PB(j)는 상기 전체 주파수 대역을 K개로 나눌때 (j=1,2,3,,,K)에 대한 각각의 전력값, M과 K는 자연수인 것을 특징으로 하는 PIM 발생위치 탐지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 k값과 i값을 찾은 후 상기 전체 주파수 대역 중 나머지 단위 주파수 대역에 대하여 순차로 상기 수학식의 만족 여부를 체크해 상기 k값과 i값을 갱신하여 상기 PIM 발생위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 PIM 발생위치 탐지 장치.
  8. PIM 발생위치 탐지 장치에서의 PIM 발생위치 탐지 방법에 있어서,
    제어 명령에 따라 시간지연 양에 대한 제어값을 발생하는 단계;
    상기 시간지연 양에 대한 제어값에 따라, FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 신호 및 CW(Continuous Wave) 신호에 기초한 기준 신호, 또는 인빌딩 급전선으로부터 나오는 PIM(Passive Intermodulation) 신호 중 어느 하나를 지연시키는 단계;
    상기 기준 신호와 상기 PIM 신호 중 시간 지연된 제1 신호 및 시간 지연이 이루어지지 않은 제2 신호에 기초한 비트주파수를 생성하는 단계; 및
    상기 비트주파수 신호에 대하여 FFT(Fast Fourier Transform) 신호 처리한 결과, 및 상기 시간지연 양에 대한 제어값을 기반으로 PIM 발생위치를 산출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 PIM 발생위치 탐지 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 PIM 발생위치를 산출하는 단계에서,
    상기 FFT 처리결과의 전력값을 기초로 소정의 전력값 이상을 갖는 상기 비트주파수의 주파수 대역에서의 세부 스캐닝 전력값을 계산하여 상기 PIM 발생위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 PIM 발생위치 탐지 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 기준 신호의 주파수는 2*f1-f2이고, 여기서, f1은 상기 FMCW 신호의 주파수 및 f2는 상기 CW 신호의 주파수인 것을 특징으로 하는 PIM 발생위치 탐지 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 비트주파수 신호는 I(in-phase)와 Q(quadrature-phase) 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 PIM 발생위치 탐지 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 PIM 발생위치를 산출하는 단계는,
    상기 I와 Q 신호를 생성하는 I/Q 복조기와, 상기 I/Q 복조기에 순차 결합된 LPF(Low Pass Filter), 신호레벨조절기, A/D(Analog-to-Digital) 변환기, 및 상기 FFT 신호 처리를 위한 신호처리기를 이용하여 상기 FFT 처리결과를 출력하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 PIM 발생위치 탐지 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 PIM 발생위치를 산출하는 단계에서,
    상기 FFT 신호 처리 결과에 대하여, 단위 주파수 대역 각각의 전력값을 계산하고,
    전체 주파수 대역에 대하여 순차로 체크하여 제1 임계값 이상인 전력값을 갖는 해당 단위 주파수 대역(k)에서, 상기 제어 명령으로 소정의 단위(Δ)씩 상기 시간 지연된 신호를 발생하도록 제어하여, 하기의 수학식을 만족할 때의 k값과 i값을 기초로 상기 PIM 발생위치를 산출하며,
    Figure 112015113230044-pat00006

    여기서, PB(k-Δ*i)는 k에서 (i=1,2,..,M-1)에 대하여 Δ씩 순차 스캐닝될 때 i에서의 각각의 전력값, Th2는 제2 임계값, PB(j)는 상기 전체 주파수 대역을 K개로 나눌때 (j=1,2,3,,,K)에 대한 각각의 전력값, M과 K는 자연수인 것을 특징으로 하는 PIM 발생위치 탐지 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 k값과 i값을 찾은 후 상기 전체 주파수 대역 중 나머지 단위 주파수 대역에 대하여 순차로 상기 수학식의 만족 여부를 체크해 상기 k값과 i값을 갱신하여 상기 PIM 발생위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 PIM 발생위치 탐지 방법.
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