KR20010066411A - 기지국에서 전력 증폭기의 운용 방법 및 상태 검출 회로 - Google Patents

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

기지국에서 전력 증폭기의 상태를 검출하는 회로 및 운용방법에 관한 기술이다.

나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

기지국에서 전력 증폭기의 상태을 정확히 하며, 간단한 회로로 구성하는 회로 및 전력 증폭기의 상태에 따라 이를 운용하기 위한 방법을 제공한다.

다. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 기지국에서 전력 증폭기의 상태를 검출하는 회로로서, 송신할 신호를 송신 전력 레벨로 증폭하여 출력하기 위한 전계효과 전력 증폭기와, 바이어스 전압을 인가하는 회로와, 바이어스 전압의 변화를 기준전압과 비교하여 검출신호를 출력하는 비교기와, 상기 비교기에 기준전압을 제공하는 기준전압 회로로 이루어지며,

상기 전압제어 증폭기는 ;

드레인단에 전원이 인가되고, 게이트단은 상기 바이어스 회로에 연결되며, 소오스단은 접지됨을 특징으로 한다.

라. 발명의 중요한 용도

기지국에서 전력 증폭기에 사용된다.

Description

기지국에서 전력 증폭기의 운용 방법 및 상태 검출 회로{CIRCUIT FOR DETECTING STATUS POWER AMP AND METHOD FOR MANAGING THE AMP IN BASE STATION TRANSCEIVER}

본 발명은 무선 기지국의 대전력 증폭기에 관한 것으로, 특히 기지국에서 효율적인 전력 증폭 시스템을 구성하기 위한 증폭기 회로에 관한 것이다.

통상적으로 무선 기지국(Base Station Transceiver)에서 데이터를 전송하기 위해서는 기지국의 셀 영역의 전 범위에 전파가 도달하기 위해서 전력을 증폭하여 전송하게 된다. 따라서 송신할 신호를 무선신호(Radio Frequency)로 변환한 후 상기 변환된 신호를 소정 전력이 되도록 증폭하여 전송하게 된다. 이와 같이 신호를 증폭할 경우 섹터형 기지국으로 예로 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

도 1은 섹터형 기지국에서 종래기술에 따라 송신할 신호를 증폭하기 위한 증폭부의 구성도이다. 이하 도 1을 참조하여 설명한다.

기지국이 섹터형으로 이루어진 경우 각 섹터를 담당하는 증폭기를 필요로 한다. 따라서 송신할 신호가 입력되는 경우 섹터 선택을 위한 제1 내지 제3스위치(SW1 ~ SW3)로 연결을 수행하며, 상기 각 스위치들(SW1 ~ SW3)마다 이후 단에 연결된 증폭기들(AMP1 ~AMP3)은 입력된 신호를 송신을 위한 소정의 전력만큼 증폭하여 이를 출력한다. 그리고 각 증폭기들(AMP1 ~ AMP3)의 이후 단에 연결되어 있는 제5 및 제7스위치들(SW5 ~ SW7)은 상기 증폭된 신호를 출력하기 위해 스위칭을 수행한다. 이와 같이 증폭이 이루어지면, 상기 증폭된 신호를 안테나를 통해 출력하게 된다. 그리고 상기한 증폭기들(AMP1 ~ AMP3) 중 어느 하나가 정상적으로 동작하지 않을 경우 이를 대체하기 위해 여분의 증폭기(AMP4)를 구비한다. 즉, 어느 하나의 증폭기가 정상적으로 동작하지 않는 경우 상기 무선 기지국의 제어부가 이를 검출하면 상기 제4스위치(SW4)와 상기 제8스위치(SW8)를 연결하여 신호를 증폭하도록 한다.

그런데 전력 증폭기는 매우 고가의 장비이며, 하나의 전력 증폭기는 여러 개의 전력 증폭용 트랜지스터로 구성된다. 그러므로 상기와 같이 전력 증폭기를 하나 더 구비하는 것은 가격적으로 매우 부담이 되는 요소이다. 따라서 대체로 기지국을 운용하는 서비스 업자들은 이와 다른 방법으로 전력 증폭기를 구성하여 사용하게 된다. 이를 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 섹터형 기지국에서 종래기술에 따라 송신할 신호를 증폭하기 위한 증폭부의 다른 구성도이다.

도 2를 참조하면 각 섹터에 해당하는 증폭기들(AMP1 ~ AMP3)로 구성되며, 상기 각 섹터의 증폭기들은 입력되는 신호들을 증폭하여 출력한다. 또한 이렇게 구성하는 경우에 증폭기의 내부에 구성되는 트랜지스터들은 상기 도 1과 동일하며, 또한 도 2에 도시하지 않았으나, 트랜지스터의 동작상태를 검출하기 위한 동작 상태 검출 회로가 구비된다. 이와 같이 하나의 증폭기에 설치된 각 전력 트랜지스터의 동작 상태를 검출하면서 트랜지스터의 오류가 발생할 경우 기지국의 제어부에서 소프트웨어적으로 송신할 전력을 감소시켜 출력하도록 한다. 그러면 도 3을 참조하여 상기 도 1 내지 도 2와 같은 방식을 사용하는 경우 전력 트랜지스터의 동작을 검출하기 위한 회로를 살펴본다.

도 3은 상기 도 2와 같이 구성하는 경우 전력 트랜지스터를 통해 전력을 증폭하기 위한 회로의 구성 및 상기 전력 트랜지스터의 동작을 검출하기 위한 검출회로의 상세 회로도이다.

먼저 증폭될 신호는 분배기(10)의 입력단(1)을 통해 입력된다. 그리고 다른 입력단(2)은 제1저항(R1)을 통해 접지되어 있다. 그리고, 분배기(10)의 서로 다른 두 출력단(3, 4)은 입력된 신호를 90°의 위상차를 가지도록 하여 출력한다. 또한 분배기(10)의 서로 다른 두 출력단(3, 4)은 전력 트랜지스터의 각 입력단과 연결되며, 상기 도 3에서는 전력 증폭기를 일반적인 증폭기로 도시하였다. 따라서 상기 분배기(10)의 각 출력단(3, 4)에 연결된 증폭기(12, 14)는 전력 트랜지스터가 된다. 상기 각 전력 트랜지스터들(12, 14)의 입력단(6, 7)으로 입력된 신호는 제1출력단(7)으로 출력되는 신호는 두 신호의 위상차를 0°로 하여 출력하도록 하며, 제2출력단(8)을 통해 출력되는 신호는 위상차를 180°가 되어 출력되도록 한다. 그러므로 상기 결합기(16)의 제1출력단(7)으로 출력되는 신호는 상기 두 입력단(5, 6)으로 입력된 신호가 내부에서 위상차가 0°가 되므로 두 증폭된 신호가 결합되어 정상적인 신호로 출력된다. 제2출력단(8)으로 출력되는 신호는 0레벨의 신호가 된다. 왜냐하면 두 입력단(5, 6)으로 입력된 신호가 내부에서 위상차가 180°가 되므로 두 신호가 모두 상쇄되기 때문이다. 그리고 상기 제2출력단(8)은 무선 신호의 검출을 위한 무선 신호 검출부(18)가 연결되어 있다. 상기 신호 검출부(18)의 한 측은 제2저항(R2)을 통해 접지되며, 다른 한 측은 검출회로와 연결된다. 상기 검출회로와 연결되는 구성은 측은 제3저항(R3)을 통해 접지되며, 다른 한 측은 정류 다이오드(D1)과 연결되어 있다. 그리고, 상기 정류 다이오드(D1)의 출력은 비교기(COM1)의 한 단자로 입력된다. 그리고 상기 비교기(COM1)의 다른 한 입력은 가변 저항(VR1)을 통해 기준전압을 제공한다. 이와 같이 기준전압에 의해 상기 다이오드(D1)를 통해 입력되는 전압과 비교된 전압이 출력된다.

그런데 상기한 방법을 사용할 경우 결합기(16)에서 정확하게 180°의 위상차를 만들지 못하는 경우 발생되는 신호에 의해 상기 전력 트랜지스터들(12, 14)이 정상적으로 동작하는 경우에도 비정상적으로 동작하는 것으로 검출되는 문제가 있었다. 또한 별로도 무선 신호의 검출을 위한 회로가 구비되어야 함으로써 많은 부품을 사용해야 하는 문제가 있었다. 뿐만 아니라 윌킨슨(Wilkinson) 전력 결합/분배기 등과 같이 90°의 하이브리드 이외의 구조를 사용하는 경우에는 회로의 적용이 불가능한 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 구조가 간단하고, 전력 증폭기의 파손 등을 쉽게 검출할 수 있는 전력 증폭기 회로 및 그 운용 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 회로의 소자 숫자를 줄이면서 더 다양한 회로에 적용할 수 있는 전력 증폭기 회로 및 그 운용 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 기지국에서 전력 증폭기의 상태를 검출하는 회로로서, 송신할 신호를 송신 전력 레벨로 증폭하여 출력하기 위한 전계효과 전력 증폭기와, 바이어스 전압을 인가하는 회로와, 바이어스 전압의 변화를기준전압과 비교하여 검출신호를 출력하는 비교기와, 상기 비교기에 기준전압을 제공하는 기준전압 회로로 이루어지며,

상기 전압제어 증폭기는 ;

소오스 단은 접지되고, 게이트단은 상기 바이어스 회로에 연결되며, 드레인 단은 전원전압에 연결됨을 특징으로 한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 전계효과 트랜지스터와, 상기 전계효과 트랜지스터의 게이트단에 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 회로와, 기준전압과 상기 바이어스 전압의 차를 검출신호로 출력하는 비교기를 무선부로 구성하는 기지국에서 전력 증폭기의 운용 방법으로, 상기 비교기에서 검출신호가 비정상 상태로 출력될 경우 이를 검출하여 알람 신호를 운용자 측으로 출력하는 과정과, 상기 비교기에서 검출신호가 비정상 상태로 출력될 경우 송신 전력의 증폭율을 낮게 설정하도록 제어하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

도 1은 섹터형 기지국에서 종래기술에 따라 송신할 신호를 증폭하기 위한 증폭부의 구성도,

도 2는 섹터형 기지국에서 종래기술에 따라 송신할 신호를 증폭하기 위한 증폭부의 다른 구성도,

도 3은 도 2와 같이 구성하는 경우 전력 트랜지스터를 통해 전력을 증폭하기 위한 회로의 구성 및 상기 전력 트랜지스터의 동작을 검출하기 위한 검출회로의 상세 회로도,

도 4는 본 발명에 따라 증폭기 회로를 구성하는 경우 감쇠비를 결정하기 위한 무선부의 블록 구성도,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 하나의 전력 트랜지스터의 동작 상태를 검출하기 위한 회로도,

도 6은 LD MOS-FET의 간략화된 구조를 도시한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 또한 동일한 부분은 비록 다른 도면에 도시되더라도 동일한 참조부호를 사용한다.

도 4는 본 발명에 따라 증폭기 회로를 구성하는 경우 감쇠비를 결정하기 위한 무선부의 블록 구성도이다.

송신할 신호가 송신 주파수 대역의 신호로 입력되면 가변 감쇠기(100)는 입력된 신호를 소정 비율로 감쇠하여 출력한다. 이와 같은 감쇠는 보통 3[dB] 정도의레벨이 검쇠되며, 상기 감쇠된 신호는 증폭부(110)로 입력된다. 또한 이러한 감쇠는 증폭부(110)에서 증폭시 신호의 왜곡을 줄이기 위한 것이다. 그리고 증폭부(110)는 상기 입력된 신호를 소정의 레벨에 맞도록 증폭하여 출력하며, 동시에 전력 트랜지스터의 파손 등이 있을 경우 이를 제어부(120)로 알린다. 제어부(120)는 가변 감쇠기(100)의 감쇠율을 결정하여 감쇠를 제어하며, 동시에 증폭부(110)로부터 트랜지스터의 파손 등에 따른 신호를 수신할 경우 전력 증폭기의 증폭도를 제어한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 하나의 전력 트랜지스터의 동작 상태를 검출하기 위한 회로도이다. 이하 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 동작 상태를 상세히 설명한다.

전력 트랜지스터(FET1)는 전계효과 트랜지스터로 구성하며, 상기 전계효과 트랜지스터(FET1)는 무선 신호가 입력되면 이를 증폭한다. 그런데 이와 같은 교류적인 회로는 본 발명을 설명함에 있어서, 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되어 이를 생략하였다. 그러면 회로의 구성을 먼저 살펴본다.

전계효과 트랜지스터(FE1)의 드레인 단(D)은 직류 전원(Vcc)과 연결되어 있으며, 게이트 단(G)은 비교기(COM1)의 한 입력단에 연결되어 있다. 또한 전계효과 트랜지스터(FET1)의 소오스 단(S)은 접지되어 있고, 상기 전계효과 트랜지스터(FET1)의 게이트 단(G)은 바이어스 전압회로(20)와 연결되어 있다. 상기 바이어스 전압회로(20)는 간략히 보면, 바이어스 전압(V_B)을 인가하는 단에제4저항(R4)로 구성된다. 그리고 상기 비교기(COM1)의 다른 입력단은 기준 전압(Vref)이 인가된다. 그리고 비교기의 출력단은 각각 상기 도 4의 제어부(120)로 입력되도록 구성할 수도 있으며, 이와 달리 하나의 섹터를 담당하는 증폭기부마다 논리합 회로를 이용하여 신호를 출력하도록 구성할 수도 있다. 또한 파손된 트랜지스터를 알리기 위해 이를 멀티플렉서 등을 이용하여 오류가 발생한 전계효과 트랜지스터를 알릴 수도 있다.

그러면 상기 도 5에 따라 전계효과 트랜지스터(FET1)의 파손을 검출하기 위한 동작을 살펴본다. 상기 전계효과 트랜지스터(FET1)는 도 6과 같은 구조를 가진다. 그러면 먼저 도 6을 참조하여 전계효과 트랜지스터(FET1)의 구조를 검사한다.

도 6은 LDMOS-FET의 간략화된 구조를 도시한 도면이다. 먼저 P형 게이트를 가지는 경우로 가정하여 설명한다. 그리고 드레인(D)과 소오스(S)는 P⁺형으로 설명한다. 전계효과 트랜지스터(FET1)의 드레인(D)과 소오스(S)와 게이트(G)는 도체의 전극(1a, 1b, 1c)이 연결되어 있다. 또한 게이트(G)의 전극은 소오스(S) 전극과 게이트(G) 전극과 드레인(D) 전극 사이에 전류의 유입을 방지하기 위해 산화규소(SiO₂)의 절연층이 형성되어 있다. 이와 같이 절연층이 있으므로 게이트(G)를 통해서는 전류가 유입되지 않는다. 즉, 도 5에서 바이어스 전압을 게이트(G)에 인가하여도 전류가 게이트(G)를 통해 흐르지 않게 된다. 뿐만 아니라 비교기를 구성하는 OP-AMP의 입력 임피던스 또한 매우 높은 입력 임피던스를 가지므로 바이어스 전압은 항상 높은 전압으로 유지된다. 따라서 상기 비교기(COM1)의 입력에는 항상 높은 전압이 인가된다.

따라서 비교기(COM1)의 다른 입력단은 기준전압(Vref)이 인가되고 있다. 그러면 상기 비교기의 비반전단(+)에 상기 바이어스 전압(V_B)이 인가되고, 반전단(-)에 기준전압(Vref)이 인가되는 경우로 가정하여 설명한다. 또한 상기 기준 전압이 상기 바이어스 전압보다 낮게 설정한다. 그러면 정상적인 경우 상기 비교기는 양의 전압을 출력하고 있다.

그런데 상기 전계효과 트랜지스터(FET1)가 파손되는 경우 상기 절연층(2)가 파손된다. 그러면 상기 전계효과 트랜지스터(FET1)는 바이어스 전압이 전계효과 트랜지스터의 게이트(G)를 통해 소오스(S)로 흐르게 된다. 이와 같이 게이트(G)를 통해 소오스(S)로 전류가 흐르는 경우 상기 인가되고 있는 바이어스 전압(V_B)은 매우 낮아진다. 즉, 상기 소오스(S)와 게이트(G) 사이의 저항이 매우 작으므로 거의 0[V]에 가까운 전압이 인가된다. 이로 인해 상기 비교기(COM1)의 비반전단(+)에 인가되는 전압 또한 매우 낮은 전압이 인가되게 된다. 그러면 상기 반전단(-)에 입력되는 기준전압(Vref)이 상기 비반전단(+)에 인가되는 전압보다 높게 된다. 이로 인해 상기 비교기의 출력 전압은 음의 전압을 가지거나 또는 0[V]의 전압을 출력하게 된다. 이는 비교기(COM1)의 구동전압에 따라 달라진다. 즉, 구동전압이 0[V]로 설정되어 있는 경우 출력 전압은 0[V]의 전압이 출력되며, 구동전압이 음의 전압과 양의 전압으로 양분되어 있는 경우 상기한 경우 출력되는 전압은 음의 전압을 출력한다.

이와 같이 상기 비교기에서 비 정상적인 상태로 전압이 인가되는 경우 상기 도 4의 제어부는 이를 감지하고, 감쇠율을 감소시키며, 전력 제어 증폭기의 증폭도를 낮추기 위한 제어를 수행하게 된다. 이처럼 증폭도를 낮춤으로써 전력 증폭기의 남은 정상 트랜지스터의 파손을 방지하게 되어 기지국은 서비스에 필요한 최소한의 전력만을 송출하게 된다. 따라서 서비스의 중단이 없이 유지된다. 그리고 이러한 상황은 운용자가 위치한 곳으로 실시간으로 보고되므로 운용자에 의해 장애 상태에 따라 보드의 교체 등이 이루어지게 된다.

상술한 바와 같이 무선 기지국에서 전력 증폭기들 중 하나의 증폭기라도 파손되는 경우 이를 쉽게 검출하여 확인할 수 있는 이점이 있다. 또한 기존의 방식보다 저렴하게 증폭 시스템을 구성할 수 있는 이점이 있으며, 전력 증폭기의 이상이 발생할 경우에 서비스가 중단 없이 동작하게 되는 이점이 있다. 뿐만 아니라 증폭 시스템이 저렴해짐으로써 가격 경쟁력을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 기지국에서 전력 증폭기의 상태를 검출하는 회로에 있어서,

   송신할 신호를 송신 전력 레벨로 증폭하여 출력하기 위한 전계효과 전력제어 증폭기와,

   바이어스 전압을 인가하는 회로와,

   바이어스 전압의 변화를 기준전압과 비교하여 검출신호를 출력하는 비교기와,

   상기 비교기에 기준전압을 제공하는 기준전압 회로로 이루어지며,

   상기 전압제어 증폭기는 ;

   소오스단은 접지되고, 게이트단은 상기 바이어스 회로에 연결되며, 드레인단은 전원전압에 연결됨을 특징으로 하는 기지국에서 전력 증폭기의 상태검출 회로.
2. 제1항에 있어서,

   상기 검출신호를 수신하여 상기 전력 증폭기의 증폭율을 제어하는 제어부를 더 구비함을 특징으로 하는 기지국에서 전력제어 증폭기의 상태 검출 회로.
3. 전계효과 트랜지스터와, 상기 전계효과 트랜지스터의 게이트단에 바이어스전압을 인가하는 바이어스 회로와, 기준전압과 상기 바이어스 전압의 차를 검출신호로 출력하는 비교기를 무선부로 구성하는 기지국에서 전력 제어 증폭기의 운용 방법에 있어서,

   상기 비교기에서 검출신호가 비정상 상태로 출력될 경우 이를 검출하여 알람 신호를 운용자 측으로 출력하는 과정과,

   상기 비교기에서 검출신호가 비정상 상태로 출력될 경우 송신 전력의 증폭율을 낮게 설정하도록 제어하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 기지국에서 전력 증폭기의 운용방법.