KR20010090138A - 무선통신 기지국의 전력제어를 위한 수신경로캘리브레이션 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선통신 기지국의 무선주파수 수신경로에서 입력신호 레벨에 대한 송수신기의 AGC 제어전압 값을 결정하기 위한 수신경로 캘리브레이션 방법 및 장치에 관한 것이다. 기지국 수신경로 캘리브레이션을 위한 단일톤 신호를 발생시켜 안테나 초단의 실장결합(EQP. CPL) 포트로 입력하면, 안테나 초단은 단일톤 신호를 필터링 및 저잡음 증폭하고, 송수신기는 주파수 하강변환 및 가변 감쇠시킨다. 모뎀 칩이 송수신기 출력신호의 전력 레벨을 검출하여 송수신기의 가변 감쇠 제어값(AGC)을 결정하면, 송수신기는 단일톤 신호의 레벨에 대한 가변 감쇠 제어값의 상관관계인 캘리브레이션 데이터를 저장하여, 저장된 캘리브레이션 데이터를 참조하여 전력제어를 수행할 수 있도록 한다.

이로서 본 발명은, 안테나 초단과 송수신기 및 모뎀 칩 전체에 걸친 수신경로 캘리브레이션을 통해 AGC 제어전압 값을 결정함으로써 안테나 초단 및 케이블의 손실로 인한 오차를 보상할 필요가 없도록 하여, 결과적으로 송수신기 전력제어의 정밀도를 상승시키고 이동 단말기의 통화품질을 향상시킨다는 효과가 있다.

Description

무선통신 기지국의 전력제어를 위한 수신경로 캘리브레이션 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CALIBRATING RECEIPT PATH FOR POWER CONTROL IN WIRELESS BASE STATION}

본 발명은 무선통신 기지국(Wireless Base Station)에 관한 것으로서, 특히 기지국의 무선주파수(Radio Frequency: RF) 수신경로(Receipt Path)에서 기지국 입력신호 레벨에 대한 송수신기(Transceiver)의 AGC(Automatic Gain Control) 제어전압 값을 결정하기 위한 수신경로 캘리브레이션 방법 및 장치에 관한 것이다.

통상적인 셀룰러 무선통신 네트워크는, 이동 단말기(Mobile Station: MS)에게 이동통신 서비스를 제공하는 다수개의 기지국(Base Station: BS)과, 상기 다수개의 기지국을 다른 사업자망으로 연결하는 이동 교환국(Mobile Switching Center: MSC)으로 구성된다.

상기와 같은 무선통신 기지국의 수신경로 구성을 나타낸 도 1 을 참조하여 기지국의 수신 동작을 설명하면, 이동 단말기로부터의 신호는 수신안테나(100)를 통해 수신되어, 안테나 초단(Antenna Front-End Unit: AFEU)(200)에서 대역통과필터링(Band Pass Filtering) 및 저잡음 증폭(Low Noise Amplification)되고, 송수신기(300)에서 주파수 하강변환(Frequency Down-Conversion) 및 가변 감쇠(Variable Attenuation)되고, 모뎀 칩(MODEM Chip)(400)에서 복조된다.

상기와 같이 구성되는 기지국은 이동 단말기와 무선 채널을 직접 연결하고 신호 및 데이터를 교환하기 때문에, 기지국의 무선주파수(RF) 신호레벨을 제어하는 것은 이동통신 통화품질의 관리에 있어서 매우 중요하다. 특히 기지국 수신경로에서 발생할 수 있는 시스템 오차를 줄이기 위해서는, 수신경로 캘리브레이션을 통해 기지국 입력신호 레벨에 대한 송수신기의 가변 감쇠 제어값을 결정하여, 수신경로의 전력을 제어하도록 한다.

도 2 는 종래기술에 의한 기지국의 수신경로 캘리브레이션을 위한 구성도를 나타낸 것이다.

도 2 에 따르면, 신호 발생기(500)는 기지국의 송수신기 입력신호와 유사한 시험신호를 생성하여 송수신기(300)의 수신 입력포트로 입력한다. 이 시험신호의 전력레벨 및 주파수는 컴퓨터(600)에 의하여 결정된다.

송수신기(300)는 상기 시험신호를 주파수 하강변환 및 가변 감쇠시킨 다음 I(In Phase) 신호와 Q(Quadrature Phase) 신호로 분리하여 출력한다. 송수신기 제어보드(350)는 송수신기(300)로부터 출력된 신호를 검출하여, 송수신기(300)내 가변 감쇠기(Variable Attenuator)의 감쇠량을 제어하기 위한 AGC(Auto Gain Control) 제어전압 값을 결정한다.

시험자는 상기 신호 발생기(500)의 출력신호 레벨을 송수신기의 수신입력 동적범위(Dynamic range) 내에서 변화시켜가며 송수신기의 입력신호에 대한 가변 감쇠 제어값의 상관관계 데이터를 수집하고, 수집된 상관관계 데이터를 캘리브레이션 데이터로서 저장한다. 기지국의 실제 운영시 송수신기는 상기 측정된 캘리브레이션 데이터에 따라 가변 감쇠 제어값을 결정한다.

상기된 바와 같이, 종래기술에 의한 기지국 수신경로 캘리브레이션 방법은 신호 발생기로부터 송수신기로 입력된 신호에 대한 AGC 제어전압 값을 측정한다. 그러나 기지국의 실제 수신신호는 안테나 초단을 통해 송수신기로 입력되므로, 실제 기지국 수신레벨을 결정하기 위해서는 송수신기의 입력신호에서 안테나 초단 경로에서의 오차 값을 보상하여야 한다는 부담이 발생한다.

즉, 하기의 수학식 1에 나타낸 바와 같이, 기지국의 실제 입력전력 P_RXANT는, 캘리브레이션 데이터의 입력전력 P_TRANS값에서 안테나 초단의 저잡음 증폭기 이득(G_LNA) 및 안테나 단에서 송수신기까지의 케이블 손실(L_CABLE)을 보상한 값이 된다.

P_RXANT[dBm] = P_TRANS[dB] - ( G_LNA[dB] - L_CABLE[dB] )

상기된 바와 같이, 종래기술에 의한 기지국 수신경로 캘리브레이션 방법은, 기지국의 실제 수신 입력레벨이 아닌 송수신기의 입력레벨에 대한 제어전압 값을 측정하였다. 따라서 기지국 안테나 초단의 이득과 케이블 손실의 오차 값이 수신 입력레벨의 에러인자(Error Factor)로 작용하여, 기지국의 실제 수신 입력레벨에 대한 AGC 제어전압 값을 정확히 결정할 수 없었으며, 결과적으로 전력제어의 정밀도가 떨어진다는 문제점이 있었다.

따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 목적은, 기지국 수신경로의 안테나 초단과 송수신기 및 모뎀 칩 전체에 대한 캘리브레이션을 수행하여 기지국의 실제 수신 입력레벨에 대한 AGC 제어전압 값을 정확히 결정하는, 무선통신 기지국의 전력제어를 위한 수신경로 캘리브레이션 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명에 따른 무선통신 기지국의 전력제어를 위한 수신경로 캘리브레이션 방법의 실시예는,

기지국 수신경로 캘리브레이션을 위한 시험신호를 발생시켜 안테나 초단으로 입력하는 제 1 단계;

상기 안테나 초단에서 상기 시험신호를 필터링 및 저잡음 증폭하여 출력하는 제 2 단계;

송수신기에서 상기 안테나 초단 출력신호를 주파수 하강변환 및 가변 감쇠시켜 출력하는 제 3 단계;

상기 모뎀 칩에서 상기 송수신기 출력신호의 전력 레벨을 검출하여 상기 송수신기의 가변 감쇠 제어값(AGC)을 결정하는 제 4 단계; 및

시험신호의 레벨에 대한 가변 감쇠 제어값의 상관관계인 캘리브레이션 데이터를 저장하는 제 5 단계를 포함하여 이루어진다.

도 1 은 무선통신 기지국 수신경로의 구성도.

도 2 는 종래기술에 의한 기지국의 수신경로 캘리브레이션 장치의 구성도.

도 3 은 본 발명에 의한 기지국의 수신경로 캘리브레이션 장치의 구성도.

도 4 는 본 발명에 의한 기지국의 수신경로 캘리브레이션 동작의 흐름도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 도면상에 표시된 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호로 나타내었으며, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 3 은 본 발명에 의한 기지국의 수신경로 캘리브레이션을 위한 구성도이다.

도 3 을 참조하면, 시험제어보드(720)와 주파수 합성기(Synthesizer)(712) 및 가변 감쇠기(Variable Attenuator: VA)(714)를 포함하는 기지국 시험장치(Basestation Test Unit: BTU)(700)는 캘리브레이션을 위한 단일톤 신호를 생성하여 안테나 초단(AFEU)(200)으로 입력한다. 안테나 초단(200)은 상기 단일톤 신호를 필터(Filter)를 사용하여 필터링하고, 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier: LNA)를 사용하여 저잡음 증폭한다. 송수신기(300)는 상기 안테나 초단(200)의 출력신호를 주파수 하강변환하고, 가변 감쇠기를 사용하여 가변 감쇠시킨 다음, I 신호와 Q 신호로 분리하여 출력한다. 모뎀 칩(400)은 상기 송수신기(300)의 출력신호를 복조하는 한편, 그 전력레벨에 따라 상기 송수신기(300)내 가변 감쇠기의 가변 감쇠 제어전압 값을 결정하여 상기 송수신기(300)내 가변 감쇠기로 전달한다.

이에 따르면 본 발명은, 기지국 수신경로의 안테나 초단(AFEU)(200)과 송수신기(300) 및 모뎀 칩(400) 전체에 대한 캘리브레이션을 수행하기 위하여, 캘리브레이션을 위한 시험 입력신호를 안테나 초단(200)으로 입력하고 송수신기(300)를 통해 모뎀 칩(400)으로 입력된 전력의 레벨을 검출하여 송수신기(300)의 AGC 제어전압 값을 결정하는 것을 특징으로 한다.

특징적으로 본 발명은, 기지국의 자체 시험을 위하여 기지국의 안테나 초단 등에 연결되어 있는 기지국 시험장치(Base station Test Unit: BTU)(700)를 이용하여 캘리브레이션을 위한 시험 입력신호를 생성한다. 이는 본 발명이 시험 입력신호를 송수신기가 아닌 안테나 초단으로 입력시키기 때문에 가능하다.

도 4 는 본 발명에 의한 기지국의 수신경로 캘리브레이션 동작의 흐름도를 나타낸 것이다.

도 4 를 참조하여 설명하면, 단계(s10)에서, 도 3 의 기지국 시험장치(BTU)(700)는 내부의 주파수 합성기(Synthesizer)(712)를 사용하여, 일정한 레벨의 단일톤 신호를 발생시킨다. 이때 단일톤 신호의 레벨 및 주파수는 시험제어보드(720)에 의하여 결정되는데, 시험제어보드(720)는 종단의 가변 감쇠기(Variable Attenuator: VA)(714)를 제어하여, 무선전파 환경에서 각각 다른 크기로 기지국에 유입되는 실제 신호와 같은 세기의 단일톤 신호를 발생시킨다.

상기와 같이 주파수 합성기(712)에 의해 발생되고 가변 감쇠기(714)에 의하여 제어된 단일톤 신호는 안테나 초단(200)으로 입력된다. 안테나 초단(200)은 방향성 결합기(Directional Coupler, 도시하지 않음)를 통해 안테나(100)와 연결되므로, 단일톤 신호는 상기 방향성 결합기의 실장결합 포트(Equip Coupling port: EQP. CPL)로 입력된다.

단계(s20)에서 안테나 초단(200)은 실장결합 포트를 통해 입력된 단일톤 신호를 필터링 및 저잡음 증폭하여 송수신기(300)로 전달한다.

단계(s30)에서 송수신기(300)는 안테나 초단(200)으로부터 전달된 신호를 주파수 하강변환 및 가변 감쇠시킨 다음 I 신호와 Q 신호로 분리하여 모뎀 칩(400)으로 전달한다.

단계(s40)에서 모뎀 칩(400)은 송수신기(300)로부터 입력된 I 및 Q 신호의 전력 레벨을 검출하여, A/D 변환기(Analog to Digital Converter)를 사용하여 디지털 값으로 변환한 다음, 변환된 디지털 값에 따라 송수신기(300)내 가변 감쇠기의 감쇠량을 결정한다. 즉, 상기 변환된 디지털 값이 미리 결정된 값보다 크면 가변 감쇠기의 제어전압 값(AGC)을 증가시켜 가변 감쇠기의 감쇠량을 증가시키고, 상기변환된 디지털 값이 미리 결정된 값보다 작으면 가변 감쇠기의 제어전압 값(AGC)을 감소시켜 가변 감쇠기의 감쇠량을 감소시킨다.

단계(s50)에서 모뎀 칩(400)에 의하여 결정된 AGC 제어전압 값은 해당하는 단일톤 입력신호의 레벨과 함께 송수신기(300)의 메모리에 저장된다. 기지국의 실제 운영시 기지국 송수신기(300)는 메모리에 저장된 상기 입력신호 레벨에 대한 AGC 제어전압 값을 참조하여 전력제어를 수행한다.

상기와 같이, 기지국 수신 동적범위의 전 범위에 맞추어 기지국 시험장치로부터 출력되는 단일톤 신호의 레벨을 변화시켜가며 전력제어를 반복적으로 수행하면, 단일톤 신호의 레벨에 대한 AGC 제어전압 값 데이터를 얻을 수 있다. 이때 상기 단일톤 신호의 레벨은 기지국 실제 수신 입력신호의 레벨과 같다.

따라서, 단일톤 신호의 레벨에 대한 제어전압 값의 상관관계를, 기지국 캘리브레이션 데이터(즉 캘리브레이션 테이블)로서 송수신기의 메모리, 예를 들어 EEPROM(Electric Erasable Programmable Read Only Memory)에 저장한다.

상기된 바와 같이 기지국의 전력제어를 수행하면, 하기의 수학식 2에 나타낸 바와 같이, 기지국의 실제 수신입력전력 P_RXANT는 본 발명에 의한 캘리브레이션 데이터의 입력전력 P_RXCAL와 같게 된다.

P_RXANT[dBm] = P_RXCAL[dB]

상기된 바와 같이 본 발명은, 안테나 초단의 입력신호 레벨에 대한 AGC 제어전압 값 데이터를 사용함으로써, 기지국 실제 수신레벨에 대한 송수신기의 AGC 제어전압 값을 보다 정확하게 결정할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 캘리브레이션 데이터를 사용하여 전력제어를 수행할 때 안테나 초단 및 케이블의 손실로 인한 오차를 보상할 필요가 없으며, 기지국의 실제 수신레벨에 따른 캘리브레이션 데이터를 측정하여 기지국의 운영에 적용할 수 있도록 함으로써, 송수신기 전력제어의 정밀도를 상승시키고 이에 따라 이동 단말기의 통화품질을 향상시킨다는 효과가 있다.

또한 본 발명은 기지국의 자체 시험을 위한 기지국 시험장치를 이용하여 수신경로 캘리브레이션을 수행하도록 함으로써, 별도의 신호 발생기 및 신호 발생기의 제어를 위한 컴퓨터를 필요로 하지 않으므로 구성을 간단히 할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (6)

1. 이동 단말기로부터의 신호를 안테나를 사용하여 수신하는 안테나 초단과 안테나 초단에 연결된 송수신기 및 송수신기에 연결된 모뎀 칩을 구비하는 기지국의 전력제어를 위한 수신경로 캘리브레이션 방법에 있어서,

   기지국 수신경로 캘리브레이션을 위한 시험 입력신호를 발생시켜 상기 안테나 초단의 실장결합 포트(EQP. CPL)로 입력하는 제 1 단계;

   상기 안테나 초단에서 상기 입력신호를 필터링 및 저잡음 증폭하여 출력하는 제 2 단계;

   상기 송수신기에서 상기 안테나 초단의 출력신호를 주파수 하강변환 및 가변 감쇠시켜 출력하는 제 3 단계;

   상기 모뎀 칩에서 상기 송수신기 출력신호의 전력 레벨을 검출하여 상기 송수신기의 가변 감쇠 제어값(AGC)을 결정하는 제 4 단계; 및

   상기 시험 입력신호의 레벨에 대한 상기 가변 감쇠 제어값을 캘리브레이션 데이터로서 저장하여, 기지국의 운영시 상기 캘리브레이션 데이터를 사용하여 전력제어를 수행하도록 하는 제 5 단계를 포함하는, 무선통신 기지국의 전력제어를 위한 수신경로 캘리브레이션 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 시험 입력신호는,

   무선전파 환경에서 기지국에 유입되는 신호의 세기와 같은 레벨의 단일톤 신호인, 무선통신 기지국의 전력제어를 위한 수신경로 캘리브레이션 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 시험 입력신호는,

   상기 기지국 수신 동적범위 내에서 그 전력 레벨이 변화되는, 무선통신 기지국의 전력제어를 위한 수신경로 캘리브레이션 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 시험 입력신호는,

   상기 안테나 초단에 연결된 기지국 시험장치 내부의 주파수 합성기 및 가변 감쇠기에 의하여 발생되는, 무선통신 기지국의 전력제어를 위한 수신경로 캘리브레이션 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 캘리브레이션 데이터는 상기 송수신기내의 메모리에 저장되는, 무선통신 기지국의 전력제어를 위한 수신경로 캘리브레이션 방법.
6. 무선전파 환경에서 이동 단말기에게 통화 서비스를 제공하는 무선통신 기지국에 있어서,

   안테나와 연결되는 방향성 결합기의 실장결합 포트(EQP. CPL)를 통해 수신된 캘리브레이션을 위한 단일톤 입력신호를 필터링 및 저잡음 증폭하여 출력하는 안테나 초단;

   상기 안테나 초단의 출력신호를 주파수 하강변환 및 가변 감쇠시켜 출력하는 송수신기;

   상기 송수신기 출력신호를 복조하며, 그 전력 레벨을 검출하여 상기 송수신기의 가변 감쇠 제어값(AGC)을 결정하는 모뎀 칩; 및

   무선전파 환경에서 기지국에 유입되는 수신 신호의 세기와 같은 레벨의 상기 단일톤 입력신호를 생성하여 상기 안테나 초단의 실장결합 포트로 입력시키는 기지국 시험장치를 포함하는, 무선통신 기지국의 전력제어를 위한 수신경로 캘리브레이션 장치.