KR102207384B1

KR102207384B1 - 수동 상호변조 측정 방법 및 측정 디바이스

Info

Publication number: KR102207384B1
Application number: KR1020177006728A
Authority: KR
Inventors: 크리스티앙 엥스펠러; 벤자민 카인들; 마르틴 슈왑
Original assignee: 로젠버거 호흐프리쿠벤츠테흐닉 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2021-01-27
Also published as: CN106716854B; WO2016041627A1; JP6467037B2; EP3195488A1; EP3195488B1; DE102014013968A1; CA2959690A1; US20170302390A1; US10270546B2; KR20170057258A; CA2959690C; JP2017535994A; CN106716854A

Abstract

본 발명은 신호 전송 경로의 측정 세그먼트 내에서 생성된 상호변조를 측정하기 위한 방법으로서, 미리 결정된 주파수 진행을 가진 제1 HF 신호(u₁(t)) 및 미리 결정된 주파수 진행을 가진 제2 HF 신호(u₂(t))를 생성하는 단계; 신호 전송 경로의 입력 세그먼트 내에서 생성되는 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPIM(t)) 및 신호 전송 경로의 상기 측정 세그먼트 내에서 생성되는 제2 상호변조 신호 컴포넌트(u_PIM(t))를 포함하는 제1 HF 신호(u₁(t))와 제2 HF 신호(u₂(t))로부터 상호변조 신호가 신호 전송 경로(302) 내에서 발생되도록, 제1 HF 신호(u₁(t))와 제2 HF 신호(u₂(t))를 신호 전송 경로(302) 속으로 공급하는 단계를 포함하고, 입력 세그먼트(300) 내에서 생성된 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPIM(t))에 따라 보상 신호(u_c(t))를 생성하는 단계; 및 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPIM(t))를 감소 또는 소거시키기 위하여 신호 전송 경로(302) 속으로 보상 신호(u_c(t))를 도입시키는 단계를 더 포함한다.

Description

수동 상호변조 측정 방법 및 측정 디바이스{METHOD FOR MEASURING PASSIVE INTERMODULATION AND MEASURING DEVICE}

본 발명은 일반적으로 고주파 통신 시스템용 측정 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로 수동 상호변조(passive intermodulation)용 측정 디바이스들에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 미리 결정된 주파수 진행(응답)(progression)을 가진 제1 HF 신호(u1(t)) 및 미리 결정된 주파수 진행을 가진 제2 HF 신호(u2(t))가 생성되고 제1 HF 신호(u1(t)) 및 제2 HF 신호(u2(t))가 안으로 도입되는 신호 전송 경로 내에서 생성되는 상호변조를 측정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상호변조 곱(product)들을 포함하는 상호변조 신호는 제1 HF 신호(u1(t)) 및 제2 HF 신호(u2(t))로부터 신호 전송 경로 내에서 생성된다. 그러한 상호변조 신호는 예를 들어, 신호 전송 경로 내의 결함 포인트들의 위치의 표시를 포함할 수 있고 따라서 결함들의 정확한 위치를 찾아내는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 그러한 방법을 수행하기 위한 측정 디바이스에 관한 것이다.

수동 상호변조( Passive intermodulation ; PID )에 대한 설명

영구적으로 설치된 송수신 설비(BTS, 기지국)와 단말기 장치(UE, 사용자 단말기) 사이의 접속의 품질은 현대의 이동 네트워크들 내에서 핵심적 역할을 한다. 한편으로 BTS 내에서 생성되는 고출력과 다른 한편으로 BTS 및 UE의 수신기들의 필요한 감도에 기인하여, 전송 경로 내의 결함들은 수신기들의 감도 따라서 접속의 품질에 현저한 영향을 미칠 수 있다.

전송 경로 내에서 결함들을 유발시키는 하나의 핵심적 결과는 상호변조이다. 예를 들어, 상호변조를 통하여, BTS 내에서 고출력으로 생성된 2개의 상이한 반송 주파수들을 가진 2개의 전송 신호들은 포인트들에서 비-선형 전송 거동(종종 단순히 “비-선형성”으로 명명됨)을 가진 간섭 신호들을 생성하고, 그 주파수들은 전송 신호들의 주파수들의 정수 배의 합(sum)들과 차(difference)들이다. 이들 간섭 신호들의 일부는 BTS의 수신 대역 범위에 들어갈 수 있고 따라서 통신의 품질에 악영향을 줄 수 있다. 만약 이들 간섭 신호들이 수동 소자들 내에서 생성되면, 이것은 수동 상호변조(PIM)로서 명명된다.

도 1은 BTS로부터 안테나까지의 신호 전송 경로를 보여주는 개략도이다. BTS(10)는 제1 필터(11)와 제2 필터(12)를 통해 안테나(13)에 연결된다. BTS(10), 필터들(11, 12) 및 안테나(13)는 고주파 컨넥터들(17~22)을 통해 각각의 소자들에 접속된, 고-주파 케이블들(14, 15, 16)을 통해 서로 접속된다. PIM은 전송 경로의 모든 컴포넌트들(11~22) 내에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 플러그 컨넥터들 내의 부식, 접점들과 금속-금속 전이들 상의 산화물 코팅들, 재료들 내의 불순물들 및 불충분하게 고정된 플러그 컨넥터들은 PIM을 야기할 수 있다.

전송 디바이스의 품질을 보장 및 점검하기 위하여, 및/또는 그러한 결점들을 찾아내기 위하여, PIM의 측정들이 수행된다. 특히, PIM은 고출력에서 발생하기 때문에, 대개 이것은 예를 들어, 2*20W의 높은 전송 파워를 사용하여 측정된다.

종래의 PIM 측정 디바이스들의 구조

특수한 측정 디바이스들이 PIM의 측정을 위해 이용될 수 있다. 종래의 PIM 분석기는 도 2에서 예시적 방식으로 제시된다. 그것은 제어 유니트(151)와 신호 유니트(161)로 구성된다. 신호 유니트(161) 내에서, 적절한 상이한 주파수들(f1, f2)을 가진 고주파 신호들이 신호 소스들(113) 내에서 생성되고 2개의 전력 증폭기들(114) 내에서 증폭된다. 컴바이너(combiner)/가산기(adder)(115) 내에서, 2개의 전송 신호들이 결합되어 테스트될 디바이스(테스트 중인 디바이스, DUT) (130)로 전송된다. DUT(130) 내에서 발생하는 PIM은 필터(116) 내에서 선택되고 측정 수신기(117) 내에서 감지 및 측정된다. 측정 결과들 및 표현의 제어, 분석은 제어 유니트(151) 내에서 발생한다.

그러한 디바이스는 예를 들어, DE 10 2010 015 102 A1 공보에 개시된다.

본 발명을 통해 해결해야 할 문제점

그러나, 상호변조 신호 내의 잡음과 다른 간섭 신호들 또는 원하지 않은 신호 성분들에 기인하여, 전술한 측정 디바이스들과 방법들은 종종 신호 전송 경로들의 만족스러운 품질 테스트를 허용하지 않는 점들이 발견되었다. 특히, 결함들의 위치 내에서 얻어지는 공간 분해능(spatial resolution)이 종종 불충분하다.

전술한 문제점들의 관점에서, 본 발명의 목적은 신호 전송 경로 내에서 생성되는 수동 상호변조를 측정하기 위한 방법을 개선하는 한편 테스트될 신호 전송 경로의 세그먼트의 최적 품질 테스트뿐만 아니라 그 안에 존재할 수 있는 임의의 결함들의 확실한 위치확인이 가능하다는 점에서 원하지 않은 간섭 신호들을 감소시킨다.

이러한 문제점은 청구항 1에 따른 측정 방법을 통해 해결된다. 유용한 선택적인 방법의 특징들은 종속항들에 개시된다. 또한, 문제점은 청구항 13에 따른 측정 디바이스를 통해 해결된다.

본 발명의 신호 전송 경로는 2개의 세그먼트들 즉, 입력 세그먼트와 측정 세그먼트로 구성되고, 상호변조 신호의 컴포넌트들 예를 들어, 주어진 차수의 상호변조 곱(product)들이 입력 세그먼트 및 인접하는 측정 세그먼트 모두에서 생성될 수 있다. 입력 세그먼트는 특히, 필터(116)를 통해 컴바이너(115)로부터 연장하는 신호 전송 경로의 일부를 구성할 수 있다. 나아가, 측정 세그먼트는 그 품질 및 가능한 결함들을 위해 테스트될 신호 전송 경로의 인접한 부분을 형성한다.

본 발명은 특히, 도 1에 제시된 신호 전송 경로의 모든 컴포넌트의 경우와 같이, 수동 상호변조는, 아래에서 내재 간섭 또는 rPIM(잔류 PIM)으로서 명명되는, 측정 장치 내에서 또한 발생할 수 있는 사실에 근거한다. 도 2에서, 이것은 특히 신호 전송 경로의 입력 세그먼트 내에 배치된, 필터(116) 내 또는 컴바이너(115) 내의 경우이다. 매우 높은 풀질과 값비싼 필터의 사용은 현재 기술 수준을 나타낸다. 그럼에도 불구하고, 측정 디바이스의 측정 정확도와 측정 감도는 필터(115)의 내재 간섭과 입력 세그먼트의 다른 컴포넌트들에 의해 현저히 영향을 받는다.

본 발명에 따르면, 측정 디바이스 그 자체에 의해 또는 입력 세그먼트 내에 배치된 컴포넌트들에 의해 생성되는 이러한 내재 간섭이 감소되고 따라서 입력 세그먼트 내에서 생성된 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPlM(t))에 의존하는 보상 신호(u_c(t))가 생성되고, 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPlM(t))를 감소 또는 소거하기 위해 보상 신호(u_c(t))가 신호 전송 경로에 결합되는 점에서 측정 정확도가 증가된다.

전술한 형태의 방법에서, 본 발명에 따르면 아래의 적어도 일부의 단계들, 바람직하게 모든 단계들이 수행된다:

1) 적어도 2개의 HF 신호들의 생성, 증폭 및 부가,

2) 상호변조의 주파수의 계산,

3) 측정 디바이스(제1 상호변조 신호 컴포넌트)로부터의 측정 신호(제2 상호변조 신호 컴포넌트)로부터 내재 간섭의 분리,

4) 복조, 파워 측정 및/또는 내재 간섭의 여과,

5) 보상 신호의 계산 및 생성

6) 보상 신호를 신호 전송 경로로 공급.

보상 신호의 공급에 이어서, 측정 디바이스로 다시 반사되는 상호변조 신호는 사실상 측정 세그먼트 내에서 생성되는 상호변조 신호 컴포넌트들만을 또는 배타적으로 구비한다. 그러면, 반사된 상호변조 신호 성분(u_rx1)이 측정될 수 있고, 이것으로부터, 신호 전송 경로의 고주파 전송 특성의 관점에서 결함이 있는 신호 전송 경로의 측정 세그먼트 내의 하나 이상의 포인트들이 위치된다. 결과적으로, 반사된 상호변조 신호는 측정 품질에 영향을 미칠 수 있는 측정 디바이스 그 자체에 의해 생성되는 간섭 상호변조 곱 컴포넌트들을 거의 더 이상 포함하지 않는다.

바람직하게, 이어지는 생성에서 제1 및/또는 제2 HF 신호가 증폭, 부가되고, 이어서 신호 전송 경로 속으로 도입된다.

특히 중요한 것은, 보상 신호가 측정 디바이스 내에서 생성된 상호변조의 곱들을 기반으로 생성되어야 하기 때문에, 측정 디바이스 그 자체를 통해 생성되고 보상될 필요가 있는 상호변조 곱들로부터 측정 세그먼트 내에 생성된 상호변조 곱들의 신뢰할 수 있는 분리이다. 따라서, 바람직하게 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPlM(t))의 적어도 일부분은, 바람직하게 방향성 결합기를 사용하여 제2 상호변조 신호 컴포넌트(u_PlM(t))로부터 분리된다. 이러한 출력 컴포넌트만 제1 상호변조 신호 컴포넌트를 포함하지만, 제2 상호변조 신호 컴포넌트를 포함하지 않기 때문에, 방향성 결합기를 사용하여, 입력 세그먼트 또는 측정 디바이스를 빠져 나오는 총 신호(u_tot)의 컴포넌트가 결합될 수 있다. 결합된 후, 제1 상호변조 신호 컴포넌트는 예를 들어, 필터의 도움으로 또한 출력되고 있는 제1 및 제2 HF 신호들의 컴포넌트들로부터 분리될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 상호변조 신호가 2개의 HF 신호들(u1, u2)과 상이한 주파수에 놓여서 믿을 수 있는 분리가 가능하면 합당하다. 예를 들어, 상호변조 신호는 주파수(2f₁ - f₂) 또는 이와 유사한 3차 상호변조 곱들을 포함한다. 대안적으로, 상호변조 신호는 2차, 5차 또는 6차 상호변조 곱들을 포함한다.

이어지는 분리에서, 그것의 파워, 진폭 및/또는 위상과 같이 분리된 제1 상호변조 신호 컴포넌트의 하나 이상의 변수들이 측정되고, 보상 신호(u_c(t))는 이들 측정된 변수들의 적어도 하나에 기반하여 생성될 수 있다. 바람직하게, 신호 전송 경로 내의 제1 상호변조 신호 컴포넌트와의 합성은 이것을 상쇄하거나 이것을 최소화하도록 보상 신호가 생성된다. 이러한 목적을 위해, u_c(t) =- u_rPlM(t)의 경우가 가능하다.

정현파 상호변조 신호의 경우에, 예를 들어, u_c(t)는 실질적으로 180° 위상-천이된 제1 상호변조 컴포넌트에 상응한다. 변조된 HF 신호들의 경우에, 상호변조 신호 또한 변조되고, 이러한 예견된 변조는 HF 신호들로부터 시작하여 결정될 수 있다. 그러면, 보상 신호는 예견된 변조에 상응하는 변조를 이용하여 생성될 수 있고 제1 상호변조 신호가 생성된 보상 신호의 내부-공급을 통해 최소화되도록 파워 또는 진폭 및 위상에 관하여 개조된다.

보상 신호의 특히 정확한 생성의 획득에 관하여 뿐만 아니라 외부 영향 또는 이와 유사한 것을 통해 가능한 신호 변화들로의 개조에 관하여, 신호 전송 경로 속으로의 그것의 도입이 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPlM(t))의 최소화의 결과를 초래하도록, 보상 신호(u_c(t))가 제어되거나 반복되는 방법으로 되풀이 하여 재조되는 것은 유용하다고 입증되었다.

측정하는 장치의 내재 간섭의 신뢰할 만한 제거에 관하여, 분리된 신호 컴포넌트의 파워가 특히 간단하고 믿을 수 있게 측정될 수 있기 때문에, 방향성 결합기를 통해 결합해제된(decoupled) 제1 상호보상 신호의 부분들의 파워가 최소화되도록 보상 신호가 생성되고 신호 전송 경로 속으로 도입되는 것이 유용하다고 입증되었다. 측정된 파워에 의존하여, 생성된 보상 신호의 개조가 발생되고, 특히 생성될 보상 신호의 진폭 및/또는 위상이 개조된다. 본 발명에 따른 특히 바람직한 방법에 따르면, 생성될 보상 신호의 위상과 진폭은 제어 파라미터로서 대안적으로 사용되고, 각각의 경우에 결합해제된 제1 상호변조 신호 컴포넌트의 파워가 최소화될 때까지 변화된다. 이러한 방식에서, 내재 간섭의 제거가 특히 신속하게 그리고 어느 정도의 단계들에서 획득된다.

그러나, 대안적으로, 하나만의 또는 2개 이상의 제어 파라미터들이 사용될 수 있다. 이들 경우에서, 반복적인 방법은 반드시 필요한 것은 아니다.

유용하게, 보상 신호(u_c(t))는, 특히 방향성 결합기를 이용하여 입력 세그먼트와 측정 세그먼트 사이에서 신호 전송 경로 속으로 도입된다. 대안적으로, 다른 포인트들에서의 도입은 예를 들어, 제1 및/또는 제2 HF 신호의 생성 동안 또는 그 이후에 즉시 이미 가능하다.

방향성 결합기의 사용은 분리될 상호변조 신호의 컴포넌트의 결합해제를 위해 보상 신호 내에서 결합시키기 위해 모두 사용될 수 있는 장점을 가진다.

대안적으로 또는 부가적으로, 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPlM(t))는 시간 창(time window) 방법을 이용하여 제2 상호변조 신호 컴포넌트(u_PlM(t))로부터 분리될 수 있다. “시간 창 방법” 내에서, PIM 컴포넌트들은, 어느 것이 입력 세그먼트에 상응할 수 있는, 특정의 시간 창 내에 놓이는지 결정된다.

시간 창 방법이 사용되는 경우에, 방향성 결합기 또는 이와 유사한 것의 도움으로 내재 간섭(또는 제1 상호변조 신호)의 적어도 일부를 결합해제할 필요 또는 배타적으로 그럴 필요는 없다. 대신에, 2개의 HF 신호들(u1, u2)은, 2개의 HF 신호들로부터 생성된 상호변조 신호가 그 안에 포함된 상호변조 신호가 생성될 정보를 포함하도록 이미 생성된다. 이것은, 상호변조 곱의 생성의 포인트와 관련한 결론의 도출을 허용하는, 미리 결정된 신호 진행(progression), 조합 신호(u1 + u2)로부터 생성된 상호변조 곱의 생성의 포인트에 의존하는 제1 및/또는 제2 HF 신호의 미리 결정된 변조, 이어지는 분석 또는 제1 및/또는 제2 HF 신호와의 이어지는 비교 또는 거기로부터 생성된 비교 신호로 획득된 상호변조 신호의 미리 결정된 진행 경과 시간(또는 미리 결정된 변조 진행)을 통해 가능할 수 있다.

예를 들어, 제1 HF 신호(u₁(t))의 주파수(f₁)는 미리 결정된 시작 주파수(f_START)로부터 미리 결정된 종료 주파수(f_END)까지 시간 경과에 따라 미리 결정된 변화율(df/dt)로 시간 경과에 따라 연속적으로 그리고 반복적으로 변화(swept)하고 제2 HF 신호는 일정한 미리 결정된 주파수(f₂)로 생성된다. 이 경우, 신호 경로로부터 반사된 상호변조 곱의 생성 포인트는 반사된 상호변조 곱의 주파수와 알려진 위치에서 생성된 상호변조 곱의 주파수 사이의 주파수 차이로부터 결정될 수 있다. 상세한 내용은 앞서 인용된 DE 10 2010 015 102 A1 공보에 개시되어 있고 인용에 의해 본 명세서에 포함된다. 그러면, 보상 신호는 측정 세그먼트의 개시 전에 신호 전송 경로 내에서 생성된 제1 상호변조 신호 컴포넌트에 기반하여 생성될 수 있고 미리 결정된 공급 포인트에서 신호 전송 경로 속으로 공급될 수 있다.

시간 창 방법을 가능하게 하는 다른 시간 진행들 및/또는 HF 신호들의 변조들이 가능하다. 시간 창 방법의 특히 유용한 실시예에 따르면, HF 신호들의 적어도 하나는 반송 주파수와 함께 생성되고 그 위에서 디지털 신호(u_CODE)가 변조된다. 그러한 시간 윈도우 방법의 상세한 내용은 아직 공개되지 않은 특허 출원 DE 10 2014 007 151.0에 개시되어 있고 인용에 의해 본 명세서에 포함된다. 편의상, 디지털 신호(u_CODE)를 생성하기 위하여 바람직하게 주기적인 프레임-클락 신호는 확산 코드(spreading code)에 의해 곱해지고, 상기 확산 코드는 바람직하게 연속적인 칩들을 구비한다.

전술한 모든 실시예들에 있어서, 제1 HF 신호(u₁(t)) 및 제2 HF 신호(u₂(t))는 바람직하게 미리 결정된 상이한 반송 주파수들(f₁, f₂)을 이용하여 생성됨으로써, 상호변조 신호의 주파수가 반송 주파수들과 다르다. 적어도 하나의 반송 주파수는 바람직하게 미리 결정된 변조 타입을 이용하여 반송 주파수에 변조된 디지털 신호를 포함할 수 있다.

다른 측면에 따르면, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 측정 디바이스를 구비한다.

이러한 측정 디바이스는 바람직하게 2개의 HF 신호들(u1(t), u2(t))을 생성하기 위한 2개의 신호 소스들, 2개의 HF 신호들을 결합하고 입력 세그먼트와 인접하는 측정 세그먼트를 가진 신호 전송 경로 속으로 그들을 도입하기 위한 컴바이너, 신호 전송 경로 내에서 생성된 상호변조 신호 컴포넌트를 결합해제하기 위한 디바이스 및 신호 전송 경로의 입력 세그먼트 내에서 생성된 상호변조 신호의 컴포넌트에 의존하여 보상 신호(u_c(t))를 생성하고 선택적으로 보상 신호(u_c(t))를 신호 전송 경로 속으로 커플링하기 위한 보상 유니트를 구비한다.

컴바이너와의 결합해제를 위해 사용되는 디바이스, 특히 필터는 필터-컴바이너와 같이 단일 컴포넌트의 형태로 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 방법과 관련하여 설명된 특징들 또한, 필요한 부분만 약간 수정하여, 개별적으로 또는 전술한 언급들의 인용에 의해 본 발명에 따른 측정 디바이스 내의 임의의 조합으로, 제공될 수 있다.

특히, 측정 디바이스는, 바람직하게 보상 신호(u_c(t))를 신호 전송 경로 속으로 결합하기 위해 및/또는 입력 세그먼트로부터 유래하는 신호 컴포넌트(u_rx2)를 결합해제하여 방향성 결합기 속으로 운영하기 위해 입력 세그먼트와 측정 세그먼트 사이의 신호 전송 경로 내에 배치된, 방향성 결합기를 포함할 수 있다.

보상 신호는 제1 상호변조 신호 성분(u_rPIM(t))의 최소화가 발생하도록 반복적인 방법 내의 제3 신호 소스 및/또는 변조기의 도움으로 생성될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 내재 간섭의 보상을 이용하여 바람직하게 수동 상호변조를 측정하기 위한 본 발명에 따른 측정 디바이스는, 측정 시스템, 컨트롤러 유니트 및 보상 유니트(사전-왜곡)를 구비한다. 내재 간섭(또는 제1 상호변조 신호 컴포넌트)는 보상 유니트에 의해 측정될 제2 상호변조 신호 컴포넌트로부터 분리된다. 수신기에서, 내재 간섭은 복조될 수 있고, 감지 및/또는 그 파워가 결정될 수 있다. 정정 신호용 파라미터들은 제어 유니트 내에서 계산될 수 있고, 그러면, 보상 신호(정정 신호)는 신호 소스와 변조기 내에서 생성되고 신호 전송 경로 속으로 결합된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 내재 간섭이 최소화될 때까지 제어 루프는 보상 신호의 파라미터들을 반복적으로 변화시킨다.

본 발명의 다른 특징들은 이어지는 상세한 설명에서 자세히 설명되지 않은 본 발명에 중요한 상세 내용에 대해 명백히 참조가 이루어진 첨부된 도면들을 참조하여 설명된다.
도 1은 BTS로부터 안테나까지 전송 경로를 도시하는 개략적 구성도이다.
도 2는 종래의 PIM 테스트 디바이스의 구성을 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 설계된 본 발명의 제1 실시예에 따른 측정 디바이스를 도시하는 개략적 구성도이다.
도 4는 3차 상호변조 신호의 생성 후의 신호 전송 경로 내의 신호들의 개략적 구성도이다.
도 5는 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPlM), 보상 신호(u_cPlM) 및 제2 상호변조 신호 컴포넌트(u_PlM)를 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 6은 방향성 결합기의 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 7은 제어 파라미터들, 증폭과 위상을 이용하여 보상 신호를 생성 및 최적화하기 위한 반복적 방법을 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 설계된 본 발명의 제2 실시예에 따른 측정 디바이스를 도시하는 개략적 구성도이다.
도 9는 거리 측정의 도움으로 DUT 내의 내재 간섭과 상호변조의 분리를 도시한다.

도 3은 사전왜곡(predistortion)을 가진 PIM의 측정을 위한 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 본 발명에 따른 측정 장치의 제1 실시예의 개략적 구성도이다. 본 실시예는 측정 유니트(200), 사전왜곡 유니트(210), 컨트롤러 유니트(220) 및 테스트 중인 디바이스(DUT(225)로 구성된다.

측정 유니트: 측정 유니트(200)는 적어도 2개의 신호 소스들(201, 202), 적어도 2개의 증폭기들(203), 컴바이너(204), 필터(205), 수신기(206)로 구성된다.

신호 소스들: 2개의 신호 소스들(201, 202)은 컨트롤러 유니트(220)에 연결된다. 그들은, 실시예에 따라, 정현파 또는 변조될 수 있는 신호들(u₁(t), u₂(t))을 생성한다. 바람직하게, 2개의 신호들은 상이한 반송 주파수들(f₁, f₂)을 가진다.

증폭기들: 2개의 신호 소스들은 2개의 증폭기들(203)에 연결된다.

컴바이너: 컴바이너(204)는 한편으로 2개의 증폭기들(203)에 연결되고 다른 한편으로 필터(205)의 TX 경로에 연결된다.

필터: 필터(205)는 한편으로 컴바이너(204)와 수신기(206)에 연결된다. 다른 한편으로, 필터(205)는 (방향성) 결합기(213)에 연결된다.

수신기: 수신기(206)는 한편으로 필터(205)에 연결되고, 다른 한편으로 컨트롤러 유니트(220)에 연결된다.

사전왜곡 유니트: 사전왜곡 유니트(210)는 신호 소스(211), 변조기(212), 결합기(213), 수신기(214) 및 필터(215)를 구비한다.

신호 소스: 사전왜곡 유니트는 한편으로 컨트롤러 유니트(220)에 다른 한편으로 변조기(212)에 연결된, 보상 신호의 적어도 하나의 반송 주파수(예컨대, 2f₁-f₂)를 생성하기 위한 신호 소스(211)를 포함한다.

변조기: 변조기(212)는 신호 소스(211)에 연결되고, 컨트롤러 유니트(220)와 결합기(213)는 보상 신호를 생성하기 위하여 신호 소스(211)에 의해 생성되는 신호들을 변조하는 기능을 한다.

제2 수신기: 제2 수신기(214)는 결합기(213)와 컨트롤러 유니트(220)에 연결된다. 이러한 수신기(214)는 최소화될 내재 신호(또는 제1 상호변조 신호 컴포넌트)의 결합해제된 컴포넌트를 수신하고 아마도 측정하는 기능을 가진다.

결합기: 결합기(213)는 측정 유니트(200)를 DUT(225) 뿐만 아니라 제2 수신기(214) 및 변조기(212)에 연결하는 기능을 한다.

상호변조 동안 발생하는 신호들의 목적지들은 다음과 같이 정의된다.

도 4는 예시적인 방식으로 2개의 신호들과 PIM의 생성을 도시한다. 2개의 신호들(u1, u2)은 반송 주파수들(f1, f2)을 가진다. 그러므로, 0차의 상호변조 곱들(u_PIM,o)은 식 (1)과 (2)에 따라 비선형성으로 생성된다.

2개의 신호들(u1, u2) 뿐만 아니라 상호변조 곱들(예제에서 주파수들(2f₁-f₂, 2f₂-f₁)을 가진 3차(u_PIM,3)가 도시됨)이 도 4에 예시된다. 도 1에 따른 설비의 경우에 있어서, u1 및 u2는 도 4에서 TX로 확인된 전송 대역 내에 놓인다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전송 설비의 기능은, 만약 u_PIM,3이 도 4에서 RX로 확인된 수신 대역 내에 떨어지면, 특히 간섭된다. 변수들 m, n, o는 정수들이다.

측정 유니트(200)는 DUT내의 수동 상호변조를 측정하는데 사용된다. 이 목적을 위하여, 2개의 신호들(u1, u2)은 먼저 2개의 신호 생성기들(201, 202) 내에서 생성된다. 이들 신호들은 진폭-변조 및 위상-변조될 수 있다. 개시된 실시예에서, u1은 위상-변조되고 u2는 정현파이다:

컴바이너(204)에서, u1과 u2가 부가되어 u_tx를 생성한다. 필터의 출력에서 신호(u_tot)는 (아래에서 설명되는 내재 간섭과 정정 신호들의 고려 없이) 다음과 같이 구성된다:

필터(205)에서, TX 대역과 RX 대역이 분리되고, 신호(u_PIM,o)는 수신기(206)의 입력에 존재한다. 주파수(f_PIM)의 계산에 이어서, 신호(u_PIM,o)가 수신되고 신호의 파워가 측정되어 디지털화된다. BUS를 통하여, 파워는 컨트롤러 유니트(220)로 전송되고 거기서 그것이 표시된다. 신호 진폭은 라인 품질을 위한 측정으로서 사용될 수 있다. 신호는 또한 결함들을 정확히 찾아내는데 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 신호 전송 경로 내의 결함 포인트들의 위치와 관련된, 그 전체 내용이 인용에 의해 본 개시에 완전히 합체되는, DE 10 2020 015 102 A1 및 DE 10 2012 023 448 A1 공보들을 참조할 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 특징짓는 방법의 단계들은 아래에서 더 상세히 설명된다.

이하에서 잔류 수동 상호변조(rPIM)로서 명명된, 내재 간섭(또는 제1 상호변조 신호 컴포넌트들)은, 비선형성들, 특히 컴바이너(204) 내에서, 필터(205) 내 및/또는 PIM의 경우와 동일한 메커니즘에 따른 신호 전송 경로 내의 천이들에서, 생성된다. 내재 간섭은 그 생성에서 동일한 메커니즘을 따르지만 전송 경로를 따라 상이한 포인트들에서 생성되고 상이한 진폭을 가지므로, 0차의 rPIM은 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서, a_rPIM는 진폭을 나타낸다. 위상 천이는 ø_rPIM로 표시된다. u_rx를 위한 측정 결과의 왜곡이 도 5a에 예시된다. 신호들(u_PIM, u_rPIM)의 2개의 포인터들은 신호(u_rx)에 부가된다. 파워 측정의 왜곡은 u_rx와 u_PIM의 포인터 길이들의 차이의 결과로부터 발생한다.

사전왜곡의 효과: 본 발명에 따른 방법의 근본 사상은 내재 간섭의 보상과 관련되고 결과적으로 정확도를 향상시킨다. 이 목적을 위하여, 보상 신호(u_c)(또한 u_cPIM로도 명명됨)가 생성되고 신호(u_rPIM,o)를 소거한다:

도 5b는 포인터 다이어그램 내의 신호들(u_PIM, u_rPIM _, u_c)을 도시한다.

보상 신호(u_c)는 변조기(212) 내에서 생성된다. 신호(u_PIM(t))는 시간 진행을 가진다:

이 목적을 위하여, 계수들(m, n)은 컨트롤러 유니트 내에서 계산된다. 신호(u₃(t))는 방정식 (1) 및 방정식 (8)로부터 결정된다:

주파수(f_pim) 및 신호 형태를 위한 파라미터들은 BUS를 통해 신호 생성기로 전송되고, 거기서 신호(u₃(t))가 생성된다.

이 목적을 위하여, 신호 생성기(212)의 신호(u₃)는 변조기 내에서 곱해져서, 신호가 다음 형태로 생성된다:

정정 신호(u_c)의 계산을 위해 가장 중요한 것은 신호들(u_PIM _, u_rPIM)의 분리이다. 제1 실시예에서, 이것은 방향성 결합기의 사용을 통해 얻어진다. 진폭(a_rPIM)과 위상(ø_rPIM)을 계산할 수 있기 하기 위하여, 신호(u_rx2)는 결합기(213) 내의 신호(u_tot)로부터 결합해제된다. 결합기(213)의 기능은 도 6에 예시된다. 그러므로, 전송 신호(u_tot)는 입력으로 공급되게 된다. 신호(u_rx2)가 결합해제되고, 결합 감쇠(k)를 통해 감쇠된다. 차선의 방향성(r)의 결과로서, DUT부터부터 u_PIM 신호의 부분 또한 신호(u_rx2)에 결합되어, 신호가 아래로부터 추론된다.

신호(u_rx2)는 수신기(214)에 의해 수신되고 파워(P_rPlM)가 측정된다. 수신기(214)의 측정 대역폭은 수신기(206)의 측정 대역폭과 상이할 수 있다. 측정된 파워는 BUS를 통해 제어 유니트로 전달된다.

주파수와 신호 형태에 관하여, u₃(t)의 신호 형태가 알려져 있고, 측정 절차 전에 한번 계산되고 BUS를 통해 신호 발생기에 설정된다. 간섭 rPIM은 예를 들어, 온도와 같은, 환경적 영향에 의존할 수 있기 때문에, 측정 디바이스의 작동 과정 동안 나중에 조절될 필요가 있다. 조절을 위해 파라미터들(a_rPlM, ø_rPIM)이 사용된다. 이를 위하여, 아래와 같은 방정식이 풀려진다:

2개의 파라미터들의 조정을 위해 하나의 측정된 값(P_rPlM)만 이용할 수 있으므로, 이것은 다음의 반복적 방법으로 행해진다. 그러한 반복적인 방법은 도 7에 예시적인 방식으로 표현된다. 반복 공정은 0쌍의 값: a₀, ø₀을 이용하여 시작한다. PIM의 측정된 진폭은 예를 들어, a₀를 위한 예측된 값으로서 사용될 수 있고, 예시적인 방식으로 ø₀=0°는 ø₀를 위해 사용된다. 결과 1: a₁, ø₁을 가진 제1 반복 단계를 위하여, ø은 P_rPlM의 측정된 파워가 최소가 될 때까지 일정하게 변한다. 도시된 예에서, P_rPlM이 얻어진다. 제2 반복 단계에서, 진폭은 최소값(P_rPIM2)이 다시 얻어질 때까지 일정(ø)하게 변화되고, 여기서, P_rPIM2 < P_rPIM1 이다. 이 방법은 측정된 파워(P_rPIM) 내의 개선이 없을 때까지(즉, P_{rPIM, n+1}

P_{rPIM, n}) 반복된다.

대안적 실시예

대안적인 실시예에서, 수신된 신호(u_rx)를 결합해제시키고 rPIM 및 PIM 간섭을 분리시키는 상이한 방법이 사용된다.

방법들은 결함으로부터 수동 상호변조의 거리를 측정하기 위한 방법을 가능하게 하는 수동 상호변조를 측정하기 위한 특정 디바이스 내에 사용된다. 방법은 그러한 측정을 가능하게 하는 DE 2012 023 448 A1에 개시된다.

그러므로 신호(u₁)는 DE 10 2012 023 448 A1에 개시된 방법에 따른 신호 형태가 발생하도록 주파수-변조된다. 그러므로, 주파수(f1)는 시작 주파수(f_1start)로부터 종료 주파수(f_1stop)까지 시간 경과에 따라 연속적으로 반복적으로 변화된다.

DE 10 2012 023 448 A1 내의 개시에 따르면, 차동 주파수(f_d)는 수신기 내에서 생성되고, 그곳을 통해, 결함(I)까지의 거리가 상응하게 계산될 수 있다:

도 9는 측정 디바이스와 DUT의 공간적 배치와 차동 주파수(f_d) 사이의 관계를 예시한다. 도 9a는 길이(l_DUT)를 가진 케이블을 통해 DUT에 연결된, 측정 디바이스를 예시한다. 측정 신호(u_mess)의 상응하는 주파수는 도 9b에 예시된다. (14)에 따르면, DUT 내의 상호변조는 주파수(f_dDUT)를 가진 측정 신호를 생성한다.

제2 실시예에서, 측정 신호는 여과되고, 여기서, 주파수들(<f_dmin)을 가진 전압들만 rPIM의 파워를 결장하는데 사용된다. 이러한 방식에서, PIM과 rPIM의 분리가 얻어진다. 주파수들(>f_dDUT)을 가진 신호들만 PIM의 측정을 위해 사용되기 때문에, I_min의 분해능 한계가 얻어지고, 다음과 같이 정의된다:

보상 신호는 rPIM을 위해 결정되고 신호 전송 경로 속으로 도입되는 파워에 기반하여 생성될 수 있다.

200……측정 유니트 201, 202……신호 소스
203……증폭기 204……컴바이너
205……필터 206……수신기
210……사전왜곡 유니트 220……컨트롤러 유니트
225……테스트 중인 디바이스 211……신호 소스
212……변조기 213……결합기
214……수신기 215……필터

Claims

신호 전송 경로의 측정 세그먼트 내에서 생성된 수동 상호변조(passive intermodulation)를 측정하기 위한 방법으로서,
(a) 미리 결정된 주파수 진행을 가진 제1 HF(High Frequency) 신호(u₁(t)) 및 미리 결정된 주파수 진행을 가진 제2 HF 신호(u₂(t))를 생성하는 단계;
(b) 상기 신호 전송 경로의 입력 세그먼트 내에서 생성되는 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPIM(t)) 및 상기 신호 전송 경로의 상기 측정 세그먼트 내에서 생성되는 제2 상호변조 신호 컴포넌트(u_PIM(t))를 포함하는 상기 제1 HF 신호(u₁(t))와 상기 제2 HF 신호(u₂(t))로부터 상호변조 신호가 상기 신호 전송 경로 내에서 발생되도록, 상기 제1 HF 신호(u₁(t))와 상기 제2 HF 신호(u₂(t))를 상기 신호 전송 경로 속으로 공급하는 단계;
(c) 상기 입력 세그먼트 내에서 생성된 상기 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPIM(t))에 따라 보상 신호(u_c(t))를 생성하는 단계; 및
(d) 상기 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPIM(t))를 감소 또는 소거시키기 위하여 상기 신호 전송 경로 속으로 상기 보상 신호(u_c(t))를 도입시키는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
(e) 반사된 상호변조 신호 컴포넌트(u_rx1)를 측정하고,이로부터 상기 신호 전송 경로의 고주파 전송 특성 측면에서 결함이 있는 상기 신호 전송 경로의 상기 측정 세그먼트 내의 하나 이상의 포인트들을 위치시키는 단계를 포함하는, 방법.
제2항에 있어서,
상기 제1 및/또는 상기 제2 HF 신호는 증폭되고, 부가되고, 이어서 상기 신호 전송 경로 속으로 도입되는, 방법.
제3항에 있어서,
상기 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPIM(t))의 적어도 일부는, 방향성 결합기 및/또는 필터를 사용하여, 상기 제2 상호변조 신호 컴포넌트(u_PIM(t))로부터 분리되는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 및/또는 상기 제2 HF 신호는 증폭되고, 부가되고, 이어서 상기 신호 전송 경로 속으로 도입되는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPIM(t))의 적어도 일부는, 방향성 결합기 및/또는 필터를 사용하여, 상기 제2 상호변조 신호 컴포넌트(u_PIM(t))로부터 분리되는, 방법.
제6항에 있어서,
상기 분리된 부분의 파워, 진폭, 위상 또는 이와 유사한 것과 같은 하나 이상의 변수들이 측정되고, 상기 보상 신호(u_c(t))는 측정된 변수들의 적어도 하나에 기반하여 생성되는, 방법.
제7항에 있어서,
상기 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPIM(t))의 상기 분리된 부분의 파워가 최소화되도록, 상기 보상 신호(u_c(t))는 진폭(a_rPIM)과 위상(Φ_rPIM)의 교호하는 조절을 가진 제어 루프에 의해 생성되는, 방법.
제7항에 있어서,
상기 보상 신호(u_c(t))는 반복적인 방법(iterative method)으로 제어되어, 상기 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPIM(t))의 최대 보상은 그것이 도입될 때 얻어지도록 하는, 방법.
제9항에 있어서,
상기 보상 신호(u_c(t))는 방향성 결합기에 의해 상기 입력 세그먼트와 상기 측정 세그먼트 사이의 상기 신호 전송 경로속으로 도입되는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 보상 신호(u_c(t))는 반복적인 방법(iterative method)으로 제어되어, 상기 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPIM(t))의 최대 보상은 그것이 도입될 때 얻어지도록 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 보상 신호(u_c(t))는 방향성 결합기에 의해 상기 입력 세그먼트와 상기 측정 세그먼트 사이의 상기 신호 전송 경로 속으로 도입되는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPIM(t))의 진폭, 위상 및/또는 시간 지연과 같은 변수는 시간 창 방법(time window method)에 의해 결정되는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 HF 신호(u₁(t))와 상기 제2 HF 신호(u₂(t))는 미리 결정된 상이한 반송 주파수들(f₁, f₂)을 이용하여 생성되고, 디지털 신호가 반송 주파수들의 적어도 하나에 변조되는, 방법.
제14항에 있어서,
상기 제1 HF 신호(u₁(t))와 상기 제2 HF 신호(u₂(t))는 2개의 HF 신호들로부터 생성된 상호변조 신호가 그 안에 포함된 상호변조 신호 컴포넌트들이 생성되는 포인트들의 정보를 포함하도록, 제1 반송 주파수(f₁) 및/또는 제2 반송 주파수(f₂)가 변조되는, 방법,
제14항에 있어서,
상기 제1 HF 신호(u₁(t))의 주파수(f₁)는 미리 결정된 시작 주파수(f_START)로부터 시간 경과에 따른 미리 결정된 변화율(df/dt)을 가진 종료 주파수(f_END)까지 시간 경과에 따라 연속적으로 그리고 반복적으로 변화되고,
상기 제2 HF 신호(u₂(t))는 일정하게 미리 결정된 주파수(f₂)을 이용하여 생성되는, 방법.
신호 전송 경로의 측정 세그먼트 내에서 생성된 수동 상호변조(passive intermodulation)를 측정하기 위한 측정 장치로서,
2개의 HF(High Frequency) 신호들을 생성하기 위한 2개의 신호 소스들;
상기 2개의 HF 신호들을 결합하고 입력 세그먼트와 인접하는 상기 측정 세그먼트를 가진 상기 신호 전송 경로 속으로 상기 HF 신호들을 도입하기 위한 컴바이너;
상기 신호 전송 경로 내에서 생성된 상호변조 신호 컴포넌트를 결합해제(decouple)하기 위한 필터와 같은 디바이스; 및
상기 신호 전송 경로의 상기 입력 세그먼트 내에서 생성된 상호변조 신호의 컴포넌트에 의존하여 보상 신호(u_c(t))를 생성하고, 상기 신호 전송 경로 속으로 상기 보상 신호(u_c(t))를 결합시키기 위한 보상 유니트를 구비하고,
상기 측정 장치는 다음의 단계들:
(a) 미리 결정된 주파수 진행을 가진 제1 HF(High Frequency) 신호(u₁(t)) 및 미리 결정된 주파수 진행을 가진 제2 HF 신호(u₂(t))를 생성하는 단계;
(b) 상기 신호 전송 경로의 입력 세그먼트 내에서 생성되는 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPIM(t)) 및 상기 신호 전송 경로의 상기 측정 세그먼트 내에서 생성되는 제2 상호변조 신호 컴포넌트(u_PIM(t))를 포함하는 상기 제1 HF 신호(u₁(t))와 상기 제2 HF 신호(u₂(t))로부터 상호변조 신호가 상기 신호 전송 경로 내에서 발생되도록, 상기 제1 HF 신호(u₁(t))와 상기 제2 HF 신호(u₂(t))를 상기 신호 전송 경로 속으로 공급하는 단계;
(c) 상기 입력 세그먼트 내에서 생성된 상기 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPIM(t))에 따라 보상 신호(u_c(t))를 생성하는 단계; 및
(d) 상기 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPIM(t))를 감소 또는 소거시키기 위하여 상기 신호 전송 경로 속으로 상기 보상 신호(u_c(t))를 도입시키는 단계
를 구현할 수 있는, 측정 장치.
제17항에 있어서,
보상 신호(u_c(t))를 상기 신호 전송 경로에 결합시키고 및/또는 상기 입력 세그먼트로부터 흐르고 있는 신호 컴포넌트(u_rx2)를 결합해제하기 위하여, 상기 입력 세그먼트와 상기 측정 세그먼트 사이의 상기 신호 전송 경로 내에 배치된 방향성 결합기를 구비하는, 측정 장치.
제17항에 있어서,
상기 제1 상호변조 신호 컴포넌트(u_rPIM(t))의 최소화가 얻어지도록, 상기 보상 신호를 반복적 방법으로 생성하기 위한 제3 신호 소스와 변조기를 더 구비하는, 측정 장치.