KR20020054453A - 이동 통신 시스템의 기지국의 송신 전력 원격 모니터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기지국의 송신 전력을 정밀하게 원격으로 모니터링할 수 있는 이동 통신 시스템의 기지국의 송신 전력 원격 모니터링 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 이동 통신 시스템의 기지국의 송신 전력 원격 모니터링 장치는, 입력되는 무선 주파수 신호를 제공되는 주파수 제어신호에 따라 미리 설정된 주파수 대역으로 변환하는 믹서와; 상기 믹서의 출력 신호를 미리 설정된 대역 내에서 필터링하여 출력하는 대역폭 필터와; 상기 대역폭 필터에서 출력된 신호에 대한 수신감도 전압을 측정하는 수신감도 검출기와; 상기 수신감도 검출기의 출력신호를 디지털 변환하는 A/D 변환기와; 상기 A/D 변환기에서 출력되는 신호를 수신하고, 주파수를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 중앙처리장치와; 상기 중앙처리장치에서 출력되는 제어신호에 따라 원하는 주파수를 만들어 상기 믹서로 공급하는 스위핑 PLL로 구성된다.

Description

이동 통신 시스템의 기지국의 송신 전력 원격 모니터링 장치{APPARATUS OF MONITORING REMOTELY TRANSMISSION POWER IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM BASE STATION}

본 발명은 이동 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 이동 통신 시스템의 기지국의 송신 전력 원격 모니터링 장치에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신 환경에서 기지국과 이동국 사이의 무선 구간에서 발생하는 경로 손실을 고려해 보면, 거리에 따른 전자파의 크기가 1/R^3-5정도의 비율로 줄어드는 것으로 알려져 있다. 따라서 단말기의 출력이 일정하다고 가정하면, 기지국에 가까이 있는 이동국과 기지국에서 멀리 있는 이동국이 수신하는 수신 전력은 큰 차이를 나타내게 된다. 예를 들어, 한 이동국이 약 5km 근방의 셀 경계에 있고, 또 다른 이동국은 500m 정도 떨어져 있다고 가정하면, 그 거리의 비율이 10배이므로, 셀 경계에 있는 이동국의 수신전력은 기지국 근처의 이동국에 비해 1/1000 - 1/100,000 정도의 작은 전력으로 기지국에 수신된다.

이러한 기지국은 사용자가 통화를 원하는 경우, 사용자의 단말기에서 신호를받아 교환기로 보내주는 중간 역할을 하며, 그 송신전력이 적절히 유지되는 지를 모니터링할 필요가 있다.

도 1은 기지국에서의 송신 전력을 모니터링하는 경우, 통상적으로 이용되고 있는 구조를 나타내는 도면이다. 먼저, PLL 합성기는 GPS로부터 기준 신호 10MHz를 받아서 국부 발진신호를 만들어낸다. 그리고 보드의 현재 온도가 헥스 코드(HEX CODE)로 변환되어 시스템 제어기로 전송된다. 믹서(15)는 최종 송신 출력 신호를 받아서 주파수 변환을 시킨 다음 120MHz의 중간 주파수(IF) 신호로 변환한다. 중간 주파수(IF)로 변환시키는 이유는 송신 주파수 대역에서는 주파수 할당(FA)이 다른 여러 신호들이 존재한다. 따라서 원하는 신호만을 뽑아내기 위해서는 중간 주파수(IF)로 변환을 행한 후, 스커트(SKIRT) 특성이 좋은 소-필터(SAW FILTER)를 거침으로써 원하는 신호만을 분리하여 신호의 RSSI 전압을 측정할 수 있다. RSSI 전압 검출기는 최종 출력 신호의 변화에 따른 RSSI 전압을 측정함으로써 현재의 송신 출력 레벨을 판단한다. RSSI 전압 측정치는 송신 출력 신호의 변화에 따라 0~5V 이내에 있도록 설계된다. EEPROM에는 항온조에서 온도를 -30도에서 70도까지 10도 간격으로 증가시키면서 각각의 온도마다 입력 신호 레벨의 변화에 따른 RSSI 전압을 측정한 결과가 저장된다. 이러한 조정 데이터는 송신 데이터의 최종 출력 전력을 측정하는 기본 데이터이므로 데이터의 신뢰도가 요구된다. 그리고, 온도보상 수정 발진기(이하, Temperature compensation oscilator; TCXO라 함)는 휴대전화 내에서 온도의 변화에 상관없이 일정한 주파수가 흐르도록 유지해주는 핵심부품으로 모든 휴대폰에 공통적으로 적용되는 것이다.

그러나, 도 1에 예시되고 있는 종래 기술에 따르면, 트래픽시 각 채널마다 피크 전력 팩터가 다르게 나타나 전력 모니터링의 정밀도에 영향을 미친다. 더욱이, RF 유닛의 기능 이상은 순간적으로 나타나는 것이 아니고 점진적으로 특성이 나빠지는 경우가 많으므로 지속적인 유지보수가 필수적이다. 또한, 종래 기술에서는 송신 출력의 이상을 나타내는 신호가 발생하였을 경우, 원격 판별 기능을 갖고 있지 않으므로 주기적으로 시스템 보수 요원이 직접 전력 측정기를 가지고 기지국을 점검해야 하며, 송신 출력의 과전력 및 저전력 발생시에도 조기 조치는 물론 그 진단에도 어려움이 있었다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 제안한 것으로서, 기지국의 송신 전력을 정밀하게 원격으로 모니터링할 수 있는 이동 통신 시스템의 기지국의 송신 전력 원격 모니터링 장치를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 송신 전력 모니터링 장치의 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 송신 전력 원격 모니터링 장치의 블록도.

도 3은 로그 증폭기의 출력 전압대 로그 증폭기의 입력 전력 간의 관계를 나타내는 도면.

도 4는 로그 증폭기의 출력 전압대 로그 증폭기의 입력 전력 간의 관계를 나타내는 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10, 25 : 중앙 처리 장치

11, 24 : A/D 변환기

12 : 전압 검출기

13 : 증폭기

14, 22 : 대역 통과 필터

15, 21 : 믹서

16 : 방향 커플러

17 : 온도 센서

18 : 데이터 저장부

19, 26 : 온도보상 수정 발진기(TCXO)

23 : 수신감도 검출기

27 : 스위핑 PLL

이상과 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 이동 통신 시스템의 기지국의 송신 전력 원격 모니터링 장치는, 입력되는 무선 주파수 신호를 제공되는 주파수 제어신호에 따라 미리 설정된 주파수 대역으로 변환하는 믹서와; 상기 믹서의 출력 신호를 미리 설정된 대역 내에서 필터링하여 출력하는 대역폭 필터와; 상기 대역폭 필터에서 출력된 신호에 대한 수신감도 전압을 측정하는 수신감도 검출기와; 상기 수신감도 검출기의 출력신호를 디지털 변환하는 A/D 변환기와; 상기 A/D 변환기에서 출력되는 신호를 수신하고, 주파수를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 중앙처리장치와; 상기 중앙처리장치에서 출력되는 제어신호에 따라 원하는 주파수를 만들어 상기 믹서로 공급하는 스위핑 PLL로 구성된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 이동 통신 시스템의 기지국의 송신 전력 원격 모니터링 장치의 구성 및 동작을 설명한다.

도 2는 기지국 송신 전력을 모니터링하기 위한 본 발명의 장치에 대한 구조를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 이동 통신 시스템의 기지국의 송신 전력 원격 모니터링 장치는 입력되는 무선 주파수 신호를 후술될 스위핑 PLL(27)에서 제공되는 주파수 제어신호에 따라 미리 설정된 주파수 대역으로 변환하는 믹서(21)와; 믹서(21)의 출력 신호를 미리 설정된 대역 내에서 필터링하여 출력하는 대역폭 필터(22)와; 대역폭 필터(22)에서 출력된 신호에 대한 수신감도 전압을 측정하는 수신감도 검출기(23)와; 수신감도 검출기(23)의 출력신호를 디지털 변환하는 A/D 변환기(24)와; A/D 변환기(24)에서 출력되는 신호를 수신하고, 주파수를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 중앙처리장치(25)와; 온도에 변화에 상관없이 일정한 주파수를 공급하는 온도보상 수정 발진기(26)와; 온도보상 수정 발진기(26)에서 제공된 발진신호를 중앙처리장치(25)에서 출력되는 제어신호에 따라 원하는 주파수를 만들어 믹서(21)로 공급하는 스위핑 PLL(27)로 구성된다.

여기서, TCXO(26)는 휴대용 단말기 내에서 온도의 변화에 상관없이 일정한 주파수가 흐르도록 유지해주는 역할을 담당한다. 또한, 스위핑 PLL(27)은 50khz 스텝으로 스위핑하며 이를 이용하여 원하는 주파수를 만들어낸다.

일반적으로 PLL은 FM, FSK의 검파회로, 위성 통신의 부반송파 전송 회로, 신호의 동기화 회로 등 통신 시스템에 광범위하게 응용된다. PLL 회로는 두 가지의 기본 형태가 있다. 하나는 복조기와 같은 부시스템에 사용되는 형태이고, 다른 하나는 시간에 따라 주파수가 변화되는 반송 신호 또는 동기 신호를 추적하는 데 이용되는 형태이다.

본 발명의 실시 예에서는 기지국에서의 반송 신호 또는 동기 신호를 추적하는데 스위핑 PLL 회로를 이용하고 있으며, 이 스위핑 PLL(27)는 중앙처리장치(24)에서 나온 신호와 온도 보상 수정 발진기(26)로부터의 발진출력을 PLL(27)내 위상검출기에서 검출하여 임의의 발진주파수를 제어한다.

이 스위핑 PLL(27)는 높은 선택도를 가지는 협대역의 조정 가능한 정합 필터로 동작하며, 50KHz 스텝으로 스위핑하고, 이를 이용하여 원하는 주파수가 만들어진다.

또한, 스위핑 PLL(27)는 코일과 콘덴서로 구성되는 전압 제어 발진기(VCO)를 구비하고 있다. 상기 VCO 발진기는 LC발진기로서, 자체 발진회로로만 본다면 코일이나 콘덴서의 용량에 의해서 발진을 하기 때문에 주파수의 안정도는 아주 약하다. 그래서 이 VCO에서 약 60㎒~80㎒의 발진을 하고 발진주파수는 인덕턴스와 케패시던스의 변화에 의해 변하는데 가변 변화폭은 약 30㎒정도가 된다. 이 변화폭은 동작시키고자 하는 주파수보다 더 넓어야 안정된 PLL회로를 구성할 수가 있다. 이 VCO의 발진주파수는 버퍼앰프를 통하여 믹서에 입력되는데 버퍼앰프는 말 그대로 완충기로서 믹서단에 의해서 VCO발진기의 영향을 주지 않기 위해서 동작된다.

로컬발진기에서는 수신회로 동작을 위해서 32.325㎒가 발진을 하고 송신동작을 위해서 35㎒의 수정진동자가 발진을 하여 그 2배 성분의 64.65㎒와 70㎒가 역시 믹서에 입력된다.

그러면, 믹서에서는 VCO의 신호와 로컬발진기의 신호가 믹싱되어 믹싱출력이 나오는데, 이 출력은 VCO발진기의 가변범위 폭만큼 자유롭게 가변되어 출력이 된다. 실제 회로에서는 VCO코일을 조정하여 9㎒정도의 주파수가 출력되게 조정하는데 이는 PLL의 주파수가 9㎒정도의 범위에서 가변될 수 있다는 의미가 된다. 그래서 회로에서는 약 9㎒의 믹싱출력이 1/N 분주기에 입력이 된다.

1/N분주기에서는 분주기 컨트롤에서 결정된 분주량에 의해 믹싱 신호를 잘게 쪼개는 분주동작을 한다. 분주출력은 PLL위상비교기에 입력되어 기준발진 신호와 같은지 PLL에서 위상비교를 하여 정해진 양 만큼 DC전압으로 출력을 내고 LPF를 거쳐 VCO발진기에 입력을 한다. VCO에서는 바리캡 다이오드를 이용하여 전압대비 케패시던스 값을 생성하여 VCO발진기주파수를 안정상태에 들어가게 한다. 분주비가 바뀌면 PLL은 다시 위상비교를 하여 바뀐 만큼 DC전압을 바꾸고 VCO에 다시 입력되어 VCO발진 주파수는 안정상태에 들어가게 한다. 안정된 VCO의 주파수는 체배앰프를 통하여 체배되어 약 133㎒~137㎒ 와 141㎒~148㎒정도의 PLL주파수가 나오게 된다. 한편, PLL회로는 어떤 방식으로 설계를 했는가에 따라서 분주량과 분주비 그리고 발진주파수를 다양하게 설정할 수 있는 것이다.

도 2에서 대역폭 필터(IF; 22)는 원하는 신호만 필터링하기 위한 회로이며, 필터링의 범위는 30KHz, 중심 주파수는 120MHz이다. 그리고, AD 변환부(24)는 다운컨버터에서 출력되는 IF 신호를 디지털 신호로 양자화하는 장치이다. 이 AD 변환부(24)에서 변환된 신호는 중앙처리장치(25)에 입력된다. 그리고 수신감도 검출기(23;RSSI VOLTAGE DETECTOR)는 최종 송신 전력 신호의 변화에 따른 RSSI 전압을 측정함으로써 현재의 송신 출력 레벨을 판단하게 된다. RSSI 전압 측정치는 송신 출력 신호의 변화에 따라 0~5V 이내에 있도록 설계된다.

도 3은 로그 앰프의 출력 전압대 로그 앰프의 입력 전력의 관계를 나타내는 도면이며, 그 이득은 수학식 1로 나타난다.

상기 수학식1에서 이득 dBm과 전압 V1은 수학식 2로 나타난다.

여기서, 전압 V₁과 이득 dBm은 지수함수 관계로 나타나며, 그 관계는 비선형 관계에 있으므로, 측정신호의 전력(dBm) 측정에 어려움이 있다.

도 4는 로그 앰프의 출력 전압과 로그 앰프의 입력 전력간의 관계를 나타내는 도면이다. 도 4를 참고하면, 측정하고자하는 신호의 전력에 해당하는 전압(로그 앰프의 입력 전압, V1)을 로그 함수(로그 앰프)에 대해 대입하면(로그를 취하면) 그 전력과 비례하는 전압 출력(V2)를 얻을 수 있다. 따라서, 측정하고자하는 전력(dBm)에 비례하는 전압 출력을 로그 앰프 출력 단자에서 얻을 수가 있다. 그리고, 이득 dBm과 전압은 선형 관계로 바뀜을 알 수 있다. 즉, 측정하고자하는 선형 전압으로 전환할 수 있으므로 측정 개념이 쉬워지며 조정능(resolution)이 균등한 A/D 변환이 가능해진다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 입력 신호의 주파수를 중간 주파수로 변환한 다음 신호를 검출하고 있다. 더욱이 스위핑 헤테로 방식을 이용하여 피크 전력을 평균 전력으로 변환하고, 최종 송신 무선 주파수를 원격적으로 모니터링한다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 CDMA 기지국의 송신 전력 원격 모니터링 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 제공된다.

첫째, 송신 경로의 최종 출력 신호를 수신 신호세기(RSSI) 전압으로 변환함으로써 최종 송신 출력 레벨의 변화를 모니터할 수 있다.

둘째, 송신 전력을 원격적으로 모니터링함으로써 기지국을 관리하는데 요구되는 업무 부담이 경감되고 효율적인 운영이 가능하다.

셋째, 이상 신호 판별 및 알람기능으로 기지국 장치의 이상에 대한 조기 진단 및 조치가 가능하다.

넷째, 기지국 RF 장치의 이득 조정 등의 업무에 유용하게 사용될 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태와 이에 따른 효과에 대해 기술하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 특정 실시예에 국한되는 것은 아니며, 당업자라면 첨부하는 바와 같은, 본 발명의 취지와 범위를 벗어나지 않는 다양한 변형 실시가 가능할 것이며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (1)

1. 입력되는 무선 주파수 신호를 제공되는 주파수 제어신호에 따라 미리 설정된 주파수 대역으로 변환하는 믹서와;

   상기 믹서의 출력 신호를 미리 설정된 대역 내에서 필터링하여 출력하는 대역폭 필터와;

   상기 대역폭 필터에서 출력된 신호에 대한 수신감도 전압을 측정하는 수신감도 검출기와;

   상기 수신감도 검출기의 출력신호를 디지털 변환하는 A/D 변환기와;

   상기 A/D 변환기에서 출력되는 신호를 수신하고, 주파수를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 중앙처리장치와;

   상기 중앙처리장치에서 출력되는 제어신호에 따라 원하는 주파수를 만들어 상기 믹서로 공급하는 스위핑 PLL로 구성되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 기지국의 송신 전력 원격 모니터링 장치.