KR20010088297A - 안테나의 귀환 손실을 특정하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

안테나의 귀환 손실을 특정하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 신호를 증폭하고, 상기 증폭된 무선 신호를 무선 송수신기에 연결된 안테나로 송신하는 회로를 포함하는 무선 송신 패스를 포함하는 무선 송수신기에 사용되는, 무선 네트워크상의 기지국에서 수신기 안테나 임피던스 정합을 측정하기 위한 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 시스템은; 상기 무선 송신 패스에 연결되어 제1 테스트 신호를 생성하고, 상기 제1 테스트 신호를 상기 무선 송신 패스에 유입시키고, 상기 무선 송신 패스가 상기 제1 테스트 신호를 증폭하도록 하는 테스트 신호 발생기와, 상기 무선 송신 패스의 출력에 연결되어 상기 무선 송수신기의 수신 주파수 대역 내의 주파수에서 제2 테스트 신호를 생성하기 위해서 상기 증폭된 제1 테스트 신호를 다운 컨버팅하는 무선 믹서와, 상기 무선 믹서의 출력에 연결되어 상기 제2 테스트 신호를 상기 안테나로 송신하고, 상기 제2 테스트 신호의 반사를 수신하는 무선 커플러와, 상기 무선 커플러에 연결되어 상기 제2 테스트 신호의 반사를 측정하는 제1 신호 모니터를 포함하여 구성된다.

Description

안테나의 귀환 손실을 특정하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING THE RETURN LOSS OF AN ANTENNA}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 무선 네트워크상의 기지국에서 수신기 안테나 임피던스 정합을 측정하기 위한 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 단일 무선 네트워크(Wireless Network)에서 서비스를 받는 가입자 수를 증가시키기 위해서, 각각의 셀 사이트(Cell Site)를 더 작게 만들고, 또한 동일한 지리학적 지형을 서비스하기 위해서 더 많은 개수의 셀 사이트를 사용함으로써 주파수 재사용(Frequency Reuse)이 최대화된다. 따라서, 더 많은 개수의 기지국 송수신기(BTS: Base Transceiver Station)들은 하부스트럭쳐 가격을 상승시키게 된다. 이런 증가된 가격을 감소시키기 위해서, 무선 서비스 제공자들은 장비 가격과, 유지 보수 가격 및 운용 가격을 감소시킬 수 있도록, 혹은 서비스 질과 신뢰성을 증가시키고, 또한 셀룰라 시스템에서 서비스할 수 있는 가입자들의 수를 증가시킬 수 있도록 하기 위한 개선점들을 지속적으로 실행해나가고 있다.
무선 서비스 제공자들은 기지국 송수신기의 상기 무선(RF) 수신기와 무선 송신기의 동작 수행을 모니터하기 위해서 다양한 테스트 장비를 사용한다. 상기 테스트 장비는 상기 무선 송신기에서 인접 채널 전력비(ACPR: Adjacent Channel Power Ratio)와, 스펙트럼 순도(대역내(in-band)와 대역외(out-of-band)의 의사 요소들을 포함하는)와, 사용되는 대역폭(bandwidth)과, RHO와, 주파수 에러와, 코드 도메인 전력(code domain power)등을 포함하는 다양한 신호 파라미터들을 모니터하게 된다.
또한, 상기 테스트 장비는 상기 무선 수신기내에서 수신 안테나 임피던스 정합(receive antenna impedance matching)과 수신기 측정 등을 포함하는 다양한 테스트 기능들을 수행한다. 더 바람직하게는, 상기 신호 파라미터들은 중앙으로부터 원격 모니터링되며, 그래서 무선 서비스 제공자들은 각각의 기지국 송수신기를 테스트하기 위해 필드로 유지 보수 직원들을 파견하는 가격을 제거하는 것이 가능하게 되는 것이다. 게다가, 원격 모니터링 시스템은 무선 송신기 혹은 무선 수신기의 실패를 가까이서 거의 즉시 검출하는 것이 가능하다.
그러나 불행하게도, 테스트 장비의 몇몇 타입들, 예를 들어 스펙트럼 분석기(spectrum analyzer) 등과 같은 몇몇 타입들을 기지국 송수신기에 부가하는 것은 상기 기지국 송수신기의 가격을 상당하게 증가시킨다. 몇몇 경우에서, 상기 테스트 장비의 가격은 기지국 송수신기 그 자체의 가격보다 더 비쌀 수도 있다. 결과적으로, 무선 서비스 제공자들은 기지국 송수신기에 테스트 장비를 자주 설치하지 않게 되거나, 또는 상기 기지국의 다만 몇 가지 기능들만을 테스트하기 위한 제한된 양의 테스트 장비를 설치하는 것이다. 상기 유지 기능들은 휴대용 테스트 장비를 사용하여 유지 보수 직원들에 의해서 모니터링 되어야만 하는 것이다.
그래서, 기지국(BS: Base Station)의 부분으로서 동작되는 저렴한 테스트 장비를 위한 필요가 대두되게 되었다. 특히, 기지국 송수신기 내에 존재하는 몇몇 회로들을 재사용하는 것이 가능한 통합된 테스트 장비에 대한 필요가 대두되게 되었다. 더욱더, 상기 수신기 안테나의 임피던스 정합을 측정하기 위해 사용될 수 있는 통합된 테스트 장비에 대한 필요가 대두되게 되었다.
참고적으로, 본 발명은 공개된, 1999년 12월 30일 선 출원된 미합중국 특허 출원번호 09/475,604, "COMBINED SYSTEM FOR CALIBRATING RECEIVER GAIN AND MEASURING ANTENNA IMPEDANCE MATCH AND METHOD OF OPERATION"와 관련된다. 상기 선 출원된 미합중국 특허 출원 09/475,604는 본 발명의 양수인에게 양수되었다. 상기 선 출원된 관련 특허의 공개는 본 발명에서 참조적으로 병합됨에 유의하여야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 무선 신호를 증폭하고, 상기 증폭된 무선 신호를 무선 송수신기에 연결된 안테나로 송신하는 회로를 포함하는 무선 송신 패스를 포함하는 무선 송수신기에 사용되는, 무선 네트워크상의 기지국에서 수신기 안테나 임피던스 정합을 측정하기 위한 시스템을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따른 시스템은; 1) 무선 송신 패스에 연결되어 제1 테스트 신호를 생성하고, 상기 제1 테스트 신호를 상기 무선 송신 패스에 유입시키고, 상기 무선 송신 패스가 상기 제1 테스트 신호를 증폭하도록 하는 테스트 신호 발생기와, 2) 상기 무선 송신 패스의 출력에 연결되어 상기 무선 송수신기의 수신 주파수 대역 내의 주파수에서 제2 테스트 신호를 생성하기 위해서 상기 증폭된 제1 테스트 신호를 다운 컨버팅하는 무선 믹서와, 3) 상기 무선 믹서의 출력에 연결되어 상기 제2 테스트 신호를 상기 안테나로 송신하고, 상기 제2 테스트 신호의 반사를 수신하는 무선 커플러와, 4) 상기 무선 커플러에 연결되어 상기 제2 테스트 신호의 반사를 측정하는 제1 신호 모니터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 테스트 신호 생성기는 상기 무선 송수신기의 송신 주파수 대역의 중심 주파수에서 상기 제1 테스트 신호를 생성함을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 제2 테스트 신호는 상기 수신 주파수 대역의 중심 주파수에서 생성됨을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 시스템은;
상기 무선 믹서에 연결되어 상기 제2 테스트 신호의 적어도 하나의 파라미터를 결정하는 제2 신호 모니터를 더 구비함을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 시스템은;
상기 무선 믹서 출력에 연결되어 제1 스플릿 출력에서 상기 제2 테스트 신호를 생성하고, 제2 스플릿 출력에서 상기 제2 테스트 신호와 거의 동일한 신호인, 제2 스플릿 출력 신호를 생성하는 신호 스플리터를 더 구비함을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 제2 신호 모니터는 상기 제2 테스트 신호의 적어도 하나의 파라미터를 결정하기 위해서 상기 제2 스플릿 출력 신호를 모니터링함을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 무선 커플러는 상기 신호 스플리터의 제2 스플릿 출력에 연결되며, 상기 신호 스플리터의 제2 스플릿 출력으로부터 상기 제2 테스트 신호를 수신함을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 시스템은;
상기 제2 테스트 신호 반사의 적어도 하나의 파라미터와 상기 제2 테스트 신호의 적어도 하나의 파라미터를 비교하는 제어기를 더 구비함을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2견지에 따른 시스템은; 무선 네트워크에 있어서, 다수의 이동국들과 통신 가능한 다수의 기지국들을 포함하며, 상기 다수의 기지국들 중 적어도 하나의 기지국은; 안테나와, 상기 안테나에 연결되며, 무선 신호를 증폭하고 상기 증폭된 무선 신호를 상기 안테나로 송신하는 회로를 포함하는 무선 송수신기와, 상기 안테나의 임피던스 정합을 결정하는 상기 무선 송수신기와 관련된 시스템은; 상기 무선 송신 패스에 연결되어 제1 테스트 신호를 생성하고, 상기 제1 테스트 신호를 상기 무선 송신 패스에 유입시키고, 상기 무선 송신 패스가 상기 제1 테스트 신호를 증폭하도록 하는 테스트 신호 발생기와, 상기 무선 송신 패스의 출력에 연결되어 상기 무선 송수신기의 수신 주파수 대역 내의 주파수에서 제2 테스트 신호를 생성하기 위해서 상기 증폭된 제1 테스트 신호를 다운 컨버팅하는 무선 믹서와, 상기 무선 믹서의 출력에 연결되어 상기 제2 테스트 신호를 상기 안테나로 송신하고, 상기 제2 테스트 신호의 반사를 수신하는 무선 커플러와, 상기 무선 커플러에 연결되어 상기 제2 테스트 신호의 반사를 측정하는 제1 신호 모니터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3견지에 따른 방법은; 무선 신호를 증폭하고, 상기 증폭된 무선 신호를 무선 송수신기에 연결된 안테나로 송신하는 회로를 포함하는 무선 송신 패스를 포함하는 무선 송수신기에 사용되는, 안테나 임피던스 정합을 결정하기 위한 방법에 있어서, 제1 테스트 신호를 생성하고, 상기 제1 테스트 신호를 상기 무선 송신 패스에 유입시키고, 상기 무선 송신 패스가 상기 제1 테스트 신호를 증폭하도록 하는 과정과, 상기 무선 송수신기의 수신 주파수 대역 내의 주파수에서 제2 테스트 신호를 생성하기 위해서, 상기 무선 송신 패스의 출력에 연결된 무선 믹서에서 상기 증폭된 제1 테스트 신호를 다운 컨버팅하는 과정과, 상기 제2 테스트 신호를 상기 안테나로 송신하는 과정과, 상기 제2 테스트 신호 반사의 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.
상기에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명에 따른 상세한 설명을 이해하는데 편의를 위해 본 발명의 특징 및 기술적 이점을 보다 광범위하게 개략적으로 설명하였다. 본 발명의 청구항들 각각에 청구되어 있는 본 발명의 추가적인 특성 및 이점들은 하기에서 더욱 상세하게 설명될 것이다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 본 발명의 내용 및 실시 예들을 수정 혹은 다른 구조들로 설계함으로써 쉽게 본 발명과 동일한 목적들을 수행하는 것은 자명한 것이다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 가장 광범위한 형태에서 본 발명의 범위 및 그와 균등한 것들로부터 벗어나서는 안 된다는 것 역시 자명한 것이다.
본 발명의 상세한 설명을 시작하기 전에, 본 발명의 상세한 설명을 통해 사용되고 있는 단어 및 구문의 정의를 명확하게 하기로 한다. 먼저 "포함한다"라는 단어의 의미는 제한없는 포함을 의미하는 것이다. 그리고, "또는"이라는 단어의 의미는 및(and)/또는(or)이라는 의미를 포함하며, "~와 관련된" 이라는 구문의 의미는 [ 포함하는, 그 내부에 포함하는, 상호 연결되는, ~와 통신하는, ~와 협력하는, 삽입되는, 병치하는, ~에 근사한, ~에 묶인, 가지는, ~를 소유하는] 등과 같은 의미를 나타내는 것이다. 그리고, "제어기(controller)"라는 단어의 의미는 어떤 디바이스(device), 시스템(system) 혹은 적어도 하나의 동작을 제어하는 부분, 즉,하드웨어(hardware), 펌웨어(firmware) 혹은 소프트웨어(software) 혹은 상기 하드웨어, 펌웨어 혹은 소프트웨어중 적어도 두 개의 조합에서 실행되는 디바이스를 의미한다. 임의의 특정 제어기와 관련된 기능들을 중앙 집중화되거나 혹은 상기 제어기가 이격되어 있을 경우 그 기능들은 분산된다는 점을 유의하여야만 한다.
하기의 설명에서 구체적인 처리흐름과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들 없이 본 발명이 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전형적인 무선 네트워크를 도시한 도면
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전형적인 기지국을 상세하게 도시한 도면
도 3은 본 발명이 일 실시 예에 따른 전형적인 무선 송수신기를 상세하게 도시한 도면
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전형적인 플로우 다이아그램을 도시한 도면
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
하기 설명에 있어서, 도 1 내지 도 4 및 본 발명의 원리를 설명하기 위해 사용되는 다양한 실시 예들은 오직 설명상의 편의를 위한 일 예일 뿐이며, 어떠한 식으로든 본 발명의 범위를 한정시켜서는 안 된다. 본 발명의 원리는 적합하게 배열된 어떤 무선 네트워크에서도 실행될 수 있음은 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전형적인 무선 네트워크를 도시한 도면으로서, 특히 무선 네트워크(100)의 구성을 도시한다.
먼저, 무선 통신 네트워크(Wireless Network)(100)는 각기 기지국(BS: Base Station)(101),(102),(103) 중 하나를 포함하는 다수의 셀 영역(121)(122)(123)으로 구성되어 있다. 상기 무선 통신 네트워크(100)는 코드분할 다중접속(CDMA: Code Division Multiple Access) 방식, 시분할 다중 접속(TDMA: Time Division Multiple Access) 방식 또는 주파수 분할 다중 접속(FDMA: Frequency Division Multiple Access) 방식 등을 사용하여 무선 통신 서비스를 수행한다. 상기 기지국(101), (102), (103)들은 다수의 이동국(MS: Mobile Station)(111), (112), (113), (114)과 통신하도록 동작하며, 상기 이동국(111) 내지 (114)은 종래의 휴대폰, PCS 핸드셋장치, 휴대용 컴퓨터, 계측장치 등등과 같은 임의의 적당한 무선 통신 휴대 장치일 수 있다.
상기 도 1에 도시되어 있는 점선은 기지국(101) 내지 (103)들이 위치되는 셀 사이트(cell site)(121) 내지 (123)의 대략적인 경계를 나타낸 것이다. 상기 셀 사이트들(121), (122), (123)는 본 발명의 설명상 편의를 위해서 일반적으로 원형으로 도시되어 있으나, 선택된 셀 구성 및 자연적인, 그리고 인위적인 장애물들에 따라 다른 불규칙적인 형태를 가질 수도 있음에 유의하여야 한다.
또한 상기 기지국(101), (102), (103)들은 기지국 제어기(BSC: Base Station Controller)와 기지국 송수신기(BTS: Base Transceiver Stations)로 구성될 수 있을 것이다. 이러한 기지국 제어기 및 기지국 송수신기들은 당업자에게 공지되어 있는 것이다. 기지국 제어기는 무선 통신 네트워크 내의 특정 셀 들을 위해 기지국송수신기와 같은 무선 통신 자원을 관리하는 장치이다. 상기 기지국 송수신기는 무선 송수신기(RF transceiver), 안테나(antenna) 및 각 셀 사이트에 설치된 기타 전기 설비들을 포함한다. 이러한 장비로는 공기 조절 유닛(air conditioning unit)과, 가열 유닛(heating unit)과, 전기 공급 장치, 전화선 인터페이스, 무선 송신기(RF transmitter), 무선 수신기(RF receiver)를 들 수 있다. 본 발명의 동작 설명을 간단 명료하게 하기 위하여 셀(121), (122), (123)들의 기지국 송수신기 및 그 기지국 송수신기와 관련된 기지국 제어기들은 이하 구분없이 기지국(101), (102), (103)으로 기재한다.
상기 기지국(101), (102), (103)은 통신 라인(131)과 이동 교환기(MSC: Mobile Switching Center)(140)를 통해 서로 음성 및 데이터 신호들을 전송하고, 또한 공중전화시스템(Public Telephone System)(도시하지 않음)과 음성 및 데이터 신호들을 전송한다. 통신 라인(131)은 T1 라인, T3 라인, 광 섬유 링크, 네트워크 백본(network backbone) 등과 같은 임의의 적당한 접속 수단일 수 있다. 상기 이동 교환기(140)는 무선 통신 네트워크의 가입자들과 공중 전화 시스템과 같은 외부 네트워크간의 서비스 및 조정(coordination)을 제공하는 스위칭 장치이다. 본 발명의 실시예의 경우, 상기 통신 라인(131)은 서로 다른 다수 개의 데이터 링크(data link)일 수 있는데, 이 경우 각 데이터 링크는 기지국(101), (102), (103) 각각과 접속된다.
상기 무선 통신 네트워크(100)에서 상기 이동국(111)은 셀 사이트(121)에 위치되어 기지국(101)과 통신하며, 상기 이동국(113)은 셀 사이트(122)에 위치되어상기 기지국(102)과 통신하며, 상기 이동국(114)은 셀 사이트(123)에 위치되어 상기 기지국(103)과 통신한다. 상기 이동국(112)은 또한 셀 사이트(123)의 가장 자리에 근접한 상태로 셀 사이트(121)에 위치되어 있다. 상기 이동국(112)이 상기 셀 사이트(121)로부터 벗어나 상기 셀 사이트(123)로 이동하면, "핸드오프(hand-off)"가 발생하게 될 것이다.
상기 "핸드오프"는 제 1 셀로부터 제 2 셀로의 호 제어를 이전시키기 위한 공지의 과정이다. 일 예로, 만일 상기 이동국(112)이 상기 기지국(101)과의 통신 상태에서 상기 기지국(101)으로부터 송신되는 신호가 허용할 수 없을 정도로 약화되기 시작하는 것을 감지하면, 상기 이동국(112)은 보다 강한 신호를 송신하는 기지국, 즉 상기 기지국(103)으로 스위칭된다. 그러면 상기 이동국(112)과 상기 기지국(103)은 새로운 통신 링크를 확립하고, 상기 기지국(103)을 통해 진행중인 음성, 데이터 또는 제어 신호들을 전송하도록 상기 기지국(101)과 공중 전화 시스템으로 신호가 전달된다. 이와 같이 하여 호는 상기 기지국(101)으로부터 상기 기지국(103)으로 중단없이 전송된다. 그리고 "아이들(idle)" 핸드오프는 일반적인 통신 채널에서 음성 및/또는 데이터 신호들을 송신하는 것보다는 제어 또는 페이징 채널에서 통신하는 이동국의 셀들 간의 핸드오프를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전형적인 기지국을 상세하게 도시한 도면으로서, 특히 기지국(101)을 상세하게 도시한 도면이다.
기지국(BS: Base Station)(101)은 기지국 제어기(BSC: Base Station Controller)(210)와 기지국 송수신기(BTS: Base Transceiver Station)(220)를 포함한다. 상기 기지국 제어기(210)와 기지국 송수신기(220)는 상기 도 1에서 이미 설명하였다, 상기 기지국 제어기(210)는 상기 기지국 송수신기(220)가 포함되어 있는 셀 사이트(121)의 자원을 관리한다. 상기 기지국 송수신기(220)는 기지국 송수신기 제어기(BTS Controller)(225)와, 대표 채널 엘리먼트(240)를 포함하는 채널 제어기(Channel Controller)(235)와, 송수신기 인터페이스(IF: InterFace)(245)와, 무선 송수신기 유닛(250)과, 안테나 어레이(Antenna Array)(255)와 임피던스 측정 제어기(251)로 구성된다.
기지국 송수신기 제어기(225)는 프로세싱 회로와, 기지국 송수신기(220)의 전반적인 동작을 제어하고, 기지국 제어기(210)와 통신을 수행하는 동작 프로그램을 실행시키는 메모리로 구성된다. 통상적인 조건에서, 기지국 송수신기 제어기(225)는 채널 제어기(235)의 동작을 지시 감독하며, 상기 채널 제어기(235)는 채널 엘리먼트(240)를 포함하는 다수의 채널 엘리먼트(channel element)를 포함하며, 상기 다수의 채널 엘리먼트들은 순방향 채널(forward channel)과 역방향 채널(reverse channel)의 양방향성 통신을 수행한다. "순방향" 채널은 기지국에서 이동국으로 전송되는 신호들을 의미하며, "역방향" 채널은 상기 이동국으로부터 기지국으로 전송되어 오는 신호들을 의미하는 것이다. 본 발명의 실시 예에서, 상기 채널 엘리먼트들은 셀(121) 내에서 코드 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access) 프로토콜에 따라 상기 이동국과 함께 동작한다. 송수신기 인터페이스(245)는 상기 채널 제어기(235)와 무선 송수신기 유닛(250)간의 양방향성 채널 신호들을 전송한다.
상기 무선 송수신기(250)에 위치한 회로들과 결합되어 있는 임피던스 측정 제어기(251)는 상기 수신기 이득(gain)과, 안테나(255)의 수신 부분을 위한 임피던스 정합을 측정한다. 상기 무선 송수신기(250) 부분들과 임피던스 측정 제어기(251)의 동작은 도 3과 도 4를 참조하여 하기에서 상세하게 설명하기로 한다.
안테나 어레이(255)는 기지국(101)이 서비스하고 있는 서비스 영역에서 상기 무선 송수신기 장치(250)로부터 이동국들로 순방향 채널 신호들을 전송한다. 또한, 상기 안테나 어레이(255)는 상기 기지국(101)이 서비스하고 있는 서비스 영역에서 상기 이동국들로부터 수신된 역방향 채널 신호들을 무선 송수신기 유닛(250)으로 전송한다. 더욱 바람직한 본 발명의 실시 예에서는, 상기 안테나 어레이(255)는 멀티-섹터 안테나(multi-sector antenna)로 구현되며, 일 예로 각각의 안테나 섹터가 서비스 영역의호 내에서 송신 및 수신을 담당하는 3-섹터 안테나로 구현된다. 게다가, 상기 무선 송수신기 유닛(250)은 송신 및 수신 동작 중에 상기 안테나 어레이(255)에서 서로 다른 안테나들 중 하나의 안테나를 선택하기 위한 안테나 선택 유닛을 포함한다.
도 3은 본 발명이 일 실시 예에 따른 전형적인 무선 송수신기를 상세하게 도시한 도면으로서, 특히 무선 송수신기 유닛(250)을 상세하게 도시한 도면이다.
상기 무선 송수신기 유닛(250)은 무선 주파수 커플러(RFC: Radio Frequency Coupler)(310)와, 무선 증폭기(RF Amplifier)(315), (320), (325), (330)와, 서큘레이터(circulator)(335)와, 무선 주파수 커플러(RFC)(340)와, 상기 무선 출력 신호를 안테나 어레이(255)를 통해 전송하는 듀플렉서(duplexer)(345)를 포함하는 송신 신호 패스(transmit signal path)를 포함한다. 또한, 상기 무선 송수신기(250)는 테스트 신호 생성기(test signal generator)(305)와, 스위치(switch)(346)와, 80MHz 신호 생성기(80MHz signal generator)(350)와, 무선 믹서(RF mixer)(355)와, 신호 분배기(signal splitter)(360)와, 신호 모니터(signal monitor)(365)와, 무선 서큘레이터(RF circulator)(370) 및 신호 모니터(385)를 포함하는 안테나 임피던스 측정 회로(antenna impedance measuring circuitry)를 포함한다. 결국, 상기 무선 송수신기(250)는 수신 신호 패스(receive signal path)를 포함하며, 상기 수신 신호 패스는 무선 주파수 커플러(375)를 포함하고, 상기 안테나 어레이(255)와, 듀플렉서(380) 및 수신 패스 복조 회로(receive path demodulation circuitry)(399)로부터 입력되는 무선 신호들을 수신한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서는, 테스트 신호 생성기(305)는 송신(혹은 순방향) 채널 신호 주파수 대역(일 예로, 1930[MHz]~1990[MHz])의 중심 주파수(center frequency)(일 예로, 1960[MHz])를 가지는 출력 테스트 신호를 생성한다. 그래서, 상기 테스트 신호 생성기(305)에서 생성된 상기 출력 테스트 신호는 수신(혹은 역방향) 채널 주파수 대역(일 예로, 1850[MHz]~1910[MHz])의 중심 주파수(일 예로, 1880[MHz])보다 80[MHz]정도 높은 주파수를 가진다. 상기에서 설명한 바와 같이, 무선 주파수 커플러(310)는 상기 소신호 송신 패스로부터 혹은 상기 테스트 신호 생성기(305)로부터 신호들을 수신하고, 상기 무선 증폭기(315)의 입력으로 결합된 신호를 생성한다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서는, 상기 테스트 신호는 또한 일 예로, 채널 엘리먼트(240)에 의해 생성될 수도 있다. 만약, 상기 채널 엘리먼트(240)가 상기 테스트 신호를 생성하기 위해 사용되어질 경우, 상기 무선 주파수 커플러(310)는 상기 테스트 신호 생성기(305)로부터 보다는 오히려 상기 소신호 송신 패스로부터 상기 테스트 신호를 수신하게 된다. 사실상, 상기 테스트 신호가 상기 채널 엘리먼트(240)에 의해 독립적으로 생성되는 경우, 상기 무선 주파수 커플러(310)와 상기 테스트 신호 생성기(305)는 생략될 것이며, 상기 테스트 신호는 상기 무선 증폭기(315)에 의해 상기 소신호 송신 패스로부터 직접 수신될 것이다.
상기 임피던스 측정 제어기(251)는 테스트 모드(test mode)가 이네이블 되었는지 혹은 단독(isolated) 테스트 신호가 더 바람직한지 여부에 따라 상기 테스트 신호 생성기(305)의 출력을 이네이블(enable)할지 혹은 디스에이블(disable)할지를 선택하게 된다. 상기 무선 주파수 결합기(310)의 낮은 레벨을 가지는 전압 출력은 먼저 무선 증폭기(315) 및 무선 증폭기(320)에 의해 각각에서 연속적으로 증폭된다. 병렬 무선 증폭기(325)와 무선 증폭기(330)는 궁극적으로 상기 안테나 어레이(255)로부터 발생되는 출력 전류를 증가시키기 위해서 상기 무선 증폭기(320)의 출력을 증폭시킨다.
서큘레이터(335)는 상기 병렬 무선 증폭기(325) 및 무선 증폭기(330)에서 출력된 증폭 무선 신호를 상기 무선 주파수 커플러(340)로 송신한다. 상기 듀플렉서(345)는 상기 무선 주파수 커플러(340)로부터 입력된 무선 신호를 상기 안테나 어레이(255)로 송신한다. 상기 듀플렉서(345)는 무선 필터(RF filter) 및 방향성 커플러(directional coupler)로서 동작하고, 상기 무선 송수신기(250)의 구성 부분들이 무선 송신기와 무선 수신기에 의해 상기 안테나 어레이(255)가 공유되도록 동작한다. 상기 듀플렉서(345)는 일 예로 1930[MHz]~1990[MHz]의 주파수 대역내에 존재하는 송신 주파수들을 일 예로 1850[MHz]~1910[MHz]의 주파수 대역내에 존재하는 상기 수신 신호들로부터 분리시킨다.
상기 무선 주파수 커플러(340)는 상기 무선 송신 신호를 상기 무선 믹서(355)의 하나의 입력으로 송신한다. 상기 무선 믹서(355)의 또 다른 입력은 상기 80MHz 신호 생성기(350)의 출력에 연결되고, 상기 무선 믹서(355)의 또 다른 입력을 연결하는 것은 임피던스 측정 제어기(251)에 의해 선택적으로 이네이블 및 디스에이블 된다. 또한, 상기 임피던스 측정 제어기(251)는 상기 임피던스 측정 제어기(251)에 의해 귀환 손실(return loss)이 측정될지 혹은 아닐지의 여부에 따라 상기 스위치(346)를 도통(close)시키거나 혹은 단락(open)시킨다.
만약 테스트 측정이 수행되지 않는다면, 상기 임피던스 측정 제어기(251)는 상기 테스트 신호 패스로 신호들이 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 스위치(346)를 단락(open)시킨다. 상기 무선 믹서(355)는 상기 무선 주파수 커플러(340)의 무선 출력을 상기 80MHz 기준 신호에 의해 다운 컨버팅(down-convert)한다. 그래서, 상기 1960 MHz 테스트 신호는 상기 무선 믹서(355)의 출력에서 1880MHz 테스트 신호를 생성해내기 위해 80MHz 다운 컨버팅 되는 것이다. 상기 1880MHz 테스트 신호는 상기 수신기 동작 주파수 대역(1850[MHz]~1910[MHz])의 중심에 있게 되고, 예상 잡음 레벨을 이상으로 충분히 높아서 식별 가능한 전력 레벨을 가진다.
상기 무선 믹서(355)의 출력은 상기 스플리터(360)의 입력에 연결된다. 상기 스플리터(360)는 신호 모니터링 목적으로 상기 수신기 주파수 범위의 중심에 있는 상기 테스트 신호와 동일한 두 개의 신호들을 생성해낸다. 상기 임피던스 측정 제어기(251)의 지시 명령에 따라 상기 신호 모니터(365)는 상기 임피던스 측정 제어기(251)가 상기 스플리터(360)로부터 수신한 동일한 "스플릿" 테스트 신호중의 하나의 신호에서, 하나 혹은 그 이상의 신호 파라미터(parameter)들, 일 에로 진폭(amplitude)과, 주파수 등과 같은 신호 파라미터들을 측정한다. 상기 신호 모니터(365)는 상기 안테나 어레이(255)에 유입되는 1880MHz 테스트 신호의 정확한 측정(즉, 초기 기준 레벨)을 제공한다.
상기 서큘레이터(370)는 상기 스플리터(360)로부터 출력된 또 다른 동일한 "스플릿" 테스트 신호를 수신하고, 상기 1880MHz 테스트 신호를 상기 무선 주파수 커플러(375)로 송신한다. 상기 무선 주파수 커플러(375)는 상기 서큘레이터(370)로부터 수신한 상기 테스트 신호를 듀플렉서(380)에 유입시킨다. 일반적인 동작 조건하에서, 상기 듀플렉서(380)는 상기 안테나 어레이(255)로부터 수신한 신호들을 필터링하고, 상기 필터링된 역방향 채널 주파수 대역(즉, 1850[MHz]~1910[MHz])을 상기 무선 주파수 커플러(375)를 통해 수신 패스 복조 회로(399)로 송신한다. 상기 안테나 어레이(255)로부터 송신된 순방향 채널 신호들은 상기 듀플렉서(380)에 의해 필터링되어 출력된다.
상기 1880 MHz 테스트 신호가 상기 수신 주파수 대역의 중심에 있기 때문에. 상기 듀플렉서(380)는 상기 테스트 신호를 상기 안테나 어레이(255)로 송신한다.아이디얼(ideal)한 조건 하에서, 상기 안테나 어레이(255)의 임피던스가 적정하게 정합될 경우, 상기 안테나 어레이(255)로부터 상기 듀플렉서(380)로 되돌아오는 신호 반사(reflection)가 존재하지 않게 될 것이다. 그러나, 일반적인(normal) 동작 조건 하에서, 상기 유입된 테스트 신호는 적어도 부분적으로 상기 안테나 어레이(255)로부터 상기 듀플렉서(380)로 되돌아오는 신호 반사가 존재하게 된다. 상기 듀플렉서(380)와 상기 무선 주파수 커플러(375)는 다시 상기 서큘레이터(370)로 상기 반사된 테스트 신호의 일부를 송신한다. 상기 서큘레이터(370)는 상기 반사된 테스트 신호를 상기 신호 모니터(386)로 송신한다.
상기 신호 모니터(385)는 상기 임피던스 측정 제어기(251)의 지시 명령에 따라 동작하며, 상기 신호 임피던스 측정 제어기(251)가 상기 서큘레이터(370)로부터 수신한 상기 반사된 테스트 신호를 축정한다. 상기 신호 모니터(385)는 상기 테스트 모니터(365)에 의해 측정된 원래 테스트 신호와 비교될 상기 반사된 1880 MHz 테스트 신호의 정확한 측정을 제공한다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 모니터 특성 곡선(monitor characteristic curve)(V/dB)은 상기 임피던스 측정 제어기(251)에 저장된다. 상기 임피던스 측정 제어기(251)는 상기 신호 모니터(365)에 의해 측정된 상기 유입된 테스트 신호의 전력 레벨[dB]과 상기 신호 모니터(385)에 의해 측정된 상기 반사된 테스트 신호의 전력 레벨[dB]을 비교함으로써 상기 안테나 어레이(255)의 전압 유지 파형 비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)로부터 상기 안테나 정합을 결정한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 전형적인 무선 송수신기(250)와 임피던스 측정제어기(251)는 상기 안테나 어레이(255)의 임피던스 정합을 측정하는 것이 가능하다. 본 발명의 바람직한 실시 예에서, 상기 무선 송수신기(250)와 상기 임피던스 측정 제어기(251)는 상기 기지국 송수신기(220)가 지속적으로 순방향 및 역방향 채널 정보를 처리하는 동안에 이런 측정들을 수행하는 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전형적인 플로우 다이아그램을 도시한 도면으로서, 기지국 송수신기(220)의 무선 송수신기(250) 내의 전형적인 안테나 임피던스 정합 테스트 회로의 동작을 도시한 도면이다.
먼저, 임피던스 측정 제어기(251)는 테스트 신호 생성기(305)가 상기 송신기 동작 주파수 범위의 중심 주파수, 일반적으로 1960MHz인 중심 주파수에서 테스트 신호를 생성하도록 한다(405단계). 다음으로, 상기 테스트 신호는 상기 송신기 패스에서 무선 주파수 커플러(340)에 대한 입력으로 충분한 레벨이 되도록 증폭된다. 상기 무선 주파수 커플러(340)는 상기 무선 송신기 출력을 듀플렉서(345)로 제공하여 상기 안테나 어레이(255)로 전송되도록 하고, 상기 분리된 출력을 상기 무선 믹서(355)로 제공한다(410단계). 상기 무선 믹서(355)는 상기 수신기 동작 범위의 중심 주파수, 전형적으로 1880 MHz인 중심 주파수에서 새로운 테스트 신호를 생성해내기 위해 상기 증폭된 테스트 신호를 80MHz 기준 신호와 믹싱한다(415단계). 합성된 테스트 신호는 입력 테스트 신호 강도 기준 레벨(input test signal strength reference level)을 설정하기 위해 신호 모니터(365)에서 측정된다(420단계). 또한, 상기 테스트 신호는 상기 무선 주파수 커플러(375)와 듀플렉서(380)를 통해서 안테나 어레이(255)로 유입된다(425단계). 상기 안테나 어레이(255)로부터 반사된신호는 신호 모니터(385)에서 측정된다. 상기 임피던스 측정 제어기(251)의 제어에 따라, 상기 측정된 반사 신호는 상기 안테나 어레이(255)의 임피던스 정합을 위한 통과(pass)/실패(fail) 상태를 결정하기 위해서 사용자가 미리 설정해 놓은 임계값과 비교된다(430단계).
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 무선 신호를 증폭하고, 상기 증폭된 무선 신호를 무선 송수신기에 연결된 안테나로 송신하는 회로를 포함하는 무선 송신 패스를 포함하는 무선 송수신기에 사용되는, 무선 네트워크상의 기지국에서 수신기 안테나 임피던스 정합을 정확하게 측정하는 것이 가능한 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 기지국에 구비되어 있는 회로들을 재사용하면서도 상기 기지국과 통합되는 테스트 장치를 제공하는 것을 가능하게 한다는 이점을 가진다. 그러므로, 상기 기지국에 구비되어 있는 회로들을 재사용하는 것이 가능하기 때문에 가격 상승을 제거할 수 있다는 이점을 가진다.
또한, 기지국 송수신기에서 안테나의 임피던스 정합을 정확하게 측정하는 것이 가능한 시스템을 제공한다는 이점을 가진다. 그러므로, 측정된 안테나 임피던스 측정에 따라 정확한 안테나 임피던스 정합이 가능하게 된다는 이점을 가진다.

Claims (21)

  1. 무선 신호를 증폭하고, 상기 증폭된 무선 신호를 무선 송수신기에 연결된 안테나로 송신하는 회로를 포함하는 무선 송신 패스를 포함하는 무선 송수신기에 사용되는, 안테나 임피던스 정합을 결정하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 무선 송신 패스에 연결되어 제1 테스트 신호를 생성하고, 상기 제1 테스트 신호를 상기 무선 송신 패스에 유입시키고, 상기 무선 송신 패스가 상기 제1 테스트 신호를 증폭하도록 하는 테스트 신호 발생기와,
    상기 무선 송신 패스의 출력에 연결되어 상기 무선 송수신기의 수신 주파수 대역 내의 주파수에서 제2 테스트 신호를 생성하기 위해서 상기 증폭된 제1 테스트 신호를 다운 컨버팅하는 무선 믹서와,
    상기 무선 믹서의 출력에 연결되어 상기 제2 테스트 신호를 상기 안테나로 송신하고, 상기 제2 테스트 신호의 반사를 수신하는 무선 커플러와,
    상기 무선 커플러에 연결되어 상기 제2 테스트 신호의 반사를 측정하는 제1 신호 모니터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 안테나 임피던스 정합을 결정하기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 테스트 신호 생성기는 상기 무선 송수신기의 송신 주파수 대역의 중심주파수에서 상기 제1 테스트 신호를 생성함을 특징으로 하는 안테나 임피던스 정합을 결정하기 위한 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 테스트 신호는 상기 수신 주파수 대역의 중심 주파수에서 생성됨을 특징으로 하는 안테나 임피던스 정합을 결정하기 위한 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은;
    상기 무선 믹서에 연결되어 상기 제2 테스트 신호의 적어도 하나의 파라미터를 결정하는 제2 신호 모니터를 더 구비함을 특징으로 하는 안테나 임피던스 정합을 결정하기 위한 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시스템은;
    상기 무선 믹서 출력에 연결되어 제1 스플릿 출력에서 상기 제2 테스트 신호를 생성하고, 제2 스플릿 출력에서 상기 제2 테스트 신호와 거의 동일한 신호인,제2 스플릿 출력 신호를 생성하는 신호 스플리터를 더 구비함을 특징으로 하는 안테나 임피던스 정합을 결정하기 위한 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 신호 모니터는 상기 제2 테스트 신호의 적어도 하나의 파라미터를 결정하기 위해서 상기 제2 스플릿 출력 신호를 모니터링함을 특징으로 하는 안테나 임피던스 정합을 결정하기 위한 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 무선 커플러는 상기 신호 스플리터의 제2 스플릿 출력에 연결되며, 상기 신호 스플리터의 제2 스플릿 출력으로부터 상기 제2 테스트 신호를 수신함을 특징으로 하는 안테나 임피던스 정합을 결정하기 위한 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 시스템은;
    상기 제2 테스트 신호 반사의 적어도 하나의 파라미터와 상기 제2 테스트 신호의 적어도 하나의 파라미터를 비교하는 제어기를 더 구비함을 특징으로 하는 안테나 임피던스 정합을 결정하기 위한 시스템.
  9. 무선 네트워크에 있어서,
    다수의 이동국들과 통신 가능한 다수의 기지국들을 포함하며, 상기 다수의 기지국들 중 적어도 하나의 기지국은;
    안테나와,
    상기 안테나에 연결되며, 무선 신호를 증폭하고 상기 증폭된 무선 신호를 상기 안테나로 송신하는 회로를 포함하는 무선 송수신기와,
    상기 안테나의 임피던스 정합을 결정하는 상기 무선 송수신기와 관련된 시스템은;
    상기 무선 송신 패스에 연결되어 제1 테스트 신호를 생성하고, 상기 제1 테스트 신호를 상기 무선 송신 패스에 유입시키고, 상기 무선 송신 패스가 상기 제1 테스트 신호를 증폭하도록 하는 테스트 신호 발생기와,
    상기 무선 송신 패스의 출력에 연결되어 상기 무선 송수신기의 수신 주파수 대역 내의 주파수에서 제2 테스트 신호를 생성하기 위해서 상기 증폭된 제1 테스트 신호를 다운 컨버팅하는 무선 믹서와,
    상기 무선 믹서의 출력에 연결되어 상기 제2 테스트 신호를 상기 안테나로 송신하고, 상기 제2 테스트 신호의 반사를 수신하는 무선 커플러와,
    상기 무선 커플러에 연결되어 상기 제2 테스트 신호의 반사를 측정하는 제1신호 모니터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 무선 네트워크.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 테스트 신호 생성기는 상기 무선 송수신기의 송신 주파수 대역의 중심 주파수에서 상기 제1 테스트 신호를 생성함을 특징으로 하는 무선 네트워크.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 테스트 신호는 상기 수신 주파수 대역의 중심 주파수에서 생성됨을 특징으로 하는 무선 네트워크.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 무선 네트워크는;
    상기 무선 믹서에 연결되어 상기 제2 테스트 신호의 적어도 하나의 파라미터를 결정하는 제2 신호 모니터를 더 구비함을 특징으로 하는 무선 네트워크.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 무선 네트워크는;
    상기 무선 믹서 출력에 연결되어 제1 스플릿 출력에서 상기 제2 테스트 신호를 생성하고, 제2 스플릿 출력에서 상기 제2 테스트 신호와 거의 동일한 신호인, 제2 스플릿 출력 신호를 생성하는 신호 스플리터를 더 구비함을 특징으로 하는 무선 네트워크.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 신호 모니터는 상기 제2 테스트 신호의 적어도 하나의 파라미터를 결정하기 위해서 상기 제2 스플릿 출력 신호를 모니터링함을 특징으로 하는 무선 네트워크.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 무선 커플러는 상기 신호 스플리터의 제2 스플릿 출력에 연결되며, 상기 신호 스플리터의 제2 스플릿 출력으로부터 상기 제2 테스트 신호를 수신함을 특징으로 하는 무선 네트워크.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 무선 네트워크는;
    상기 제2 테스트 신호 반사의 적어도 하나의 파라미터와 상기 제2 테스트 신호의 적어도 하나의 파라미터를 비교하는 제어기를 더 구비함을 특징으로 하는 무선 네트워크.
  17. 무선 신호를 증폭하고, 상기 증폭된 무선 신호를 무선 송수신기에 연결된 안테나로 송신하는 회로를 포함하는 무선 송신 패스를 포함하는 무선 송수신기에 사용되는, 안테나 임피던스 정합을 결정하기 위한 방법에 있어서,
    제1 테스트 신호를 생성하고, 상기 제1 테스트 신호를 상기 무선 송신 패스에 유입시키고, 상기 무선 송신 패스가 상기 제1 테스트 신호를 증폭하도록 하는 과정과,
    상기 무선 송수신기의 수신 주파수 대역 내의 주파수에서 제2 테스트 신호를 생성하기 위해서, 상기 무선 송신 패스의 출력에 연결된 무선 믹서에서 상기 증폭된 제1 테스트 신호를 다운컨버팅하는 과정과,
    상기 제2 테스트 신호를 상기 안테나로 송신하는 과정과,
    상기 제2 테스트 신호 반사의 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 안테나 임피던스 정합을 결정하기 위한 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 테스트 신호는 상기 무선 송수신기의 송신 주파수 대역의 중심 주파수에서 생성됨을 특징으로 하는 안테나 임피던스 정합을 결정하기 위한 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제2 테스트 신호는 상기 수신 주파수 대역의 중심 주파수에서 생성됨을 특징으로 하는 안테나 임피던스 정합을 결정하기 위한 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 방법은;
    상기 제2 테스트 신호의 적어도 하나의 파라미터를 결정하는 과정을 더 구비함을 특징으로 하는 안테나 임피던스 정합을 결정하기 위한 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 방법은;
    상기 제2 테스트 신호 반사의 적어도 하나의 파라미터와 상기 제2 테스트 신호의 적어도 하나의 파라미터를 비교하는 과정을 더 구비함을 특징으로 하는 안테나 임피던스 정합을 결정하기 위한 방법.
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