KR20020093365A

KR20020093365A - 기지국 스펙트럼 분석 장치

Info

Publication number: KR20020093365A
Application number: KR1020010032090A
Authority: KR
Inventors: 문성호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2002-12-16

Abstract

본 발명은 기지국 스펙트럼 분석 장치에 관한 것으로, 알에프 신호 입력부로부터 입력받아 상기 신호의 세기를 조절하는 감쇠기(Attenuator)와, 일정한 간격으로 주파수 천이하는 제1국부 발생기와, 상기 감쇠기로부터의 신호와 상기 제1국부 발생기로부터의 국부신호를 혼합하여 중간주파수 신호를 발생하는 제1혼합기와, 고정된 주파수를 가지는 신호를 출력하는 제2 국부 발생기와, 상기 제1혼합기로부터 입력받은 신호와 제2 국부 발생기로부터의 국부신호를 혼합하는 최고 주파수를 최소화하여 전송하는 제2 혼합기와, 상기 제2혼합기로부터 입력받은 신호의 대역폭에서 잡음을 제거하는 대역통과 필터부(BPF : Band Pass Filter)로 구성된 주파수 스위프 방식 신호 처리부와; 상기 대역통과 필터부로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와, 상기 아날로그/디지털 변환기로부터의 신호를 저장하는 FIFO(First In First Out 선입 선출 이하, FIFO로 표기함) 메모리부와, 상기 FIFO 메모리부로부터 입력받은 샘플 신호를 푸리에 변환에 의하여 주파수 영역으로 변환하는 고속 푸리에 변환부(FFT : Fast Fourier Transform)와, 상기 각 구성부를 제어하는 마이크로프로세서로 구성된 고속 푸리에 변환방식 신호 처리부로 구성되어, 주파수 스위프 방식과 고속 푸리에 변환 방식을 상호 절충하고 보완함으로써 효율적으로 기지국 스펙트럼을 분석할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

기지국 스펙트럼 분석 장치{APPARATUS FOR ANALYSIS OF BASE STATION SPECTRUM}

본 발명은 기지국 스펙트럼 분석 장치에 관한 것으로, 특히 주파수 스위프(Sweep) 방식과 고속 푸리에 변환(FFT : Fast Fourier Transform) 방식을 상호 절충하고 보완함으로써 새롭고 효율적인 기지국 스펙트럼 분석기를 구성하도록 한 기지국 스펙트럼 분석 장치에 관한 것이다.

먼저, 고속 푸리에 변환 방식을 이용하여 스펙트럼 분석기를 설계할 경우, 즉 푸리에 변환에 의하여 원 신호를 주파수 영역으로 변환하기 위해서는 샘플링 이론에 의하여 아날로그/디지털 변환기의 입력신호의 최고 주파수 2배 이상의 속도로 샘플링 하여야 한다.

이러한 이유로 CDMA(Code Division Multiple Access 코드 분할 다중 접속) 시스템 등 측정 주파수의 밴드 폭이 넓은 경우 이 신호의 최고 주파수의 2배 이상의 속도의 아날로그/디지털 변환기를 구하기 힘들 수 있으며 속도가 빨라질수록 그 정확도가 떨어지기 쉽다.

또한, 샘플링이 가능하다고 하더라도 그 많은 양의 데이터로 인하여 스펙트럼 분석 속도의 지연이 따르게 되고, 특히 기지국에 설치되는 기지국 스펙트럼 분석기를 설계할 경우 많은 문제점을 발생하게 된다는 문제점이 있다.

한편, 주파수(Frequency) 스위프(Sweep) 방식을 이용하여 스펙트럼 분석기를 설계하는 경우에는 구성상 국부 신호의 고속 세밀한 스위프를 요하게 되고, 국부신호의 세밀한 스위프는 많은 시간을 요하게 된다.

따라서, 스펙트럼 분석 속도에 필연적인 지연을 낳으며 이때 국부신호의 잡음은 시스템 전체에 치명적인 영향을 끼치게 되고, 이러한 이유로 매우 고 품질의 국부 신호 발생기가 필요하게 되는데, 이는 기술상으로도 힘들 뿐더러 가격의 상승 요인이 된다는 문제점이 있다.

또한, 협대역의 특성 좋은 RBW 필터부가 요구되며 고가이고, 특히 기지국에 설치되는 기지국 스펙트럼 분석기를 설계할 경우 많은 문제점을 가지게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 주파수 스위프 방식과 고속 푸리에 변환 방식을 상호 절충하고 보완함으로써 새롭고 효율적인 기지국 스펙트럼 분석기를 구성하도록 한 기지국 스펙트럼 분석 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명 기지국 스펙트럼 분석 장치의 구성을 보인 블록도.

도 2는 도 1에 있어서, 각 주요 신호 주파수를 보인 예시도.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

10 : 주파수 스위프 방식 신호 처리부11 : 알에프 신호 입력부

12 : 감쇠기 13 : 제1 혼합기

14 : 제1 국부 발생기 15 : 제2 혼합기

16 : 제2 국부 발생기 17: 대역 통과 필터부

20 : 고속 푸리에 변환 방식 신호 처리부

21 : 아날로그/디지털 변환기

22 : FIFO 메모리부

23 : 고속 푸리에 변환부

24 : 마이크로 프로세서

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 알에프 신호 입력부로부터 입력받아 상기 신호의 세기를 조절하는 감쇠기(Attenuator)와, 일정한 간격으로 주파수 천이하는 제1국부 발생기와, 상기 감쇠기로부터의 신호와 상기 제1국부 발생기로부터의 국부신호를 혼합하여 중간주파수 신호를 발생하는 제1혼합기와, 고정된 주파수를 가지는 신호를 출력하는 제2 국부 발생기와, 상기 제1혼합기로부터 입력받은 신호와 제2 국부 발생기로부터의 국부신호를 혼합하는 최고 주파수를 최소화하여 전송하는 제2 혼합기와, 상기 제2혼합기로부터 입력받은 신호의 대역폭에서잡음을 제거하는 대역통과 필터부(BPF : Band Pass Filter)로 구성된 주파수 스위프 방식 신호 처리부와;

상기 대역통과 필터부로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와, 상기 아날로그/디지털 변환기로부터의 신호를 저장하는 FIFO(First In First Out 선입 선출 이하, FIFO로 표기함) 메모리부와, 상기 FIFO 메모리부로부터 입력받은 샘플 신호를 푸리에 변환에 의하여 주파수 영역으로 변환하는 고속 푸리에 변환부(FFT : Fast Fourier Transform)와, 상기 각 구성부를 제어하는 마이크로프로세서로 구성된 고속 푸리에 변환방식 신호 처리부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 기지국 스펙트럼 분석 장치에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 기지국 스펙트럼 분석 장치에 대한 구성을 보인 회로도로써, 이에 도시된 바와 같이 주파수 스위프 방식 신호 처리부(10)와 고속 푸리에 변환방식 신호 처리부(20)로 구성되는데, 먼저 주파수 스위프 방식 신호 처리부(10)는 알에프 신호 입력부로부터 입력받아 상기 신호의 세기를 조절하는 감쇠기(Attenuator)(12)와, 일정한 간격으로 주파수 천이하는 제1국부 발생기(14)와, 상기 감쇠기(12)로부터의 신호와 상기 제1국부 발생기로부터의 국부신호를 혼합하여 중간주파수 신호를 발생하는 제1혼합기(13)와, 고정된 주파수를 가지는 신호를 출력하는 제2 국부 발생기(16)와, 상기 제1혼합기(13)로부터 입력받은 신호와 제2 국부 발생기(16)로부터의 국부신호를 혼합하는 최고 주파수를 최소화하여 전송하는 제2 혼합기(15)와, 상기 제2혼합기(15)로부터 입력받은 신호의 대역폭에서 잡음을 제거하는 대역통과 필터부(BPF : Band Pass Filter)(17)로 구성되고,

고속 푸리에 변환방식 신호 처리부(20)는 상기 대역통과 필터부(17)로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(21)와, 상기 아날로그/디지털 변환기(21)로부터의 신호를 저장하는 FIFO(First In First Out 선입 선출 이하, FIFO로 표기함) 메모리부(22)와, 상기 FIFO 메모리부(22)로부터 입력받은 샘플 신호를 푸리에 변환에 의하여 주파수 영역으로 변환하는 고속 푸리에 변환부(FFT : Fast Fourier Transform)(23)와, 상기 각 구성부를 제어하는 마이크로프로세서(24)로 구성된 것으로, 이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 감쇠기(12)는 기지국 스펙트럼 분석기의 알에프 신호 입력부(11)를 통하여 입력된 기지국 알에프 신호의 세기를 적당한 신호 세기로 조절하여 제1 혼합기(14)로 전송하는데, 이 때 알에프 신호의 세기가 너무 낮을 경우에는 증폭기로 대체하여 사용한다.

참고로, 대부분의 기지국 알에프 입력 신호 주파수는 그대로 사용하기에는 너무 높은 주파수일 뿐만 아니라 각 서비스 사업자별, 송수신 용도별로 다른 주파수 밴드를 가지므로, 사업자나 송수신 주파수 여부와 관계없이 효율적인 기지국 스펙트럼 분석기를 구성 하는 것이 유리하다.

따라서, 일정한 중간 주파수(IF : Intermediate Frequency)로 일차 하향 변환(Down-Conversion)하는데, 이를 위하여 마이크로 프로세서(24)는 제1 국부 발생기(14)로부터의 출력 국부 신호 주파수을혹은로 선택하여 고정시킨다.

또, 일반적으로 이동통신 사업자가 사용 운영하는 주파수 밴드 폭(Serviced BandWidth)은 수십 MHz에 달하므로 신호의 주파수 분할없이 전 대역을 그대로 아날로그/디지털 변환기(21)로 보내게 되면 아날로그/디지털 변환기(21)로의 입력 신호최고 주파수는 최소한 주파수 밴드폭 이상이게 되며, 이 신호를 신호 왜곡 및 누락없이 주파수 영역으로 표현하려면 그 샘플링 속도는 샘플링 이론상 입력 신호의 최고 주파수의 2배 이상이 되어야 한다.

하지만, 이를 만족시키기 위하여 수십∼수백 MHz의 속도로 샘플링 하는 것은 아날로그/디지털 변환기(21)의 성능 및 고속 푸리에 변환기(23)의 처리 속도 등에서 현실적으로 많은 제약이 따른다.

따라서, 일단 이보다 높은 적당한 주파수 즉, 중심 주파수를 선택하여 주파수를 변환하고 주파수 밴드 폭에 있는 신호를 대역 통과 필터부(17)를 통하여 일정한 주파수 간격으로 분할하고 다시 제2 국부 발생기(16)를 통하여 각 주파수 블록을 더 낮은 주파수로 변환한다.

일단, 중간 주파수 신호로 변환된 기지국 신호 중 아날로그/디지털 변환기(21)로 전송할 주파수 블록을 선택하기 위하여 제2 국부 발생기(16)는를 중심으로 주파수 밴드 폭 범위 내에서 마이크로 프로세서(24)의 제어에 의해 락킹되게 된다.

이 때, 제2 국부 발생기(16)의 출력 신호 주파수는 다음과 같다.

또한,를 중심으로 주파수 밴드 폭 범위에서 일정한 주파수 간격(Step)으로 순차적으로 변환되고, 이 때의 주파수 간격은 설계시 아날로그/디지털 변환기 및 고속 푸리에 변환부(23)의 성능을 고려하여 선택된 값이며, 이로 인하여 대역 통과 필터부(17)의 통과 영역이 결정된다.

그리고, 제2 국부 발생기(16) 신호의 주파수 변동(간격 변동)에 따른 필터에서의 신호 누락이 없어야 하므로 통과 영역의 값은 제2 국부 발생기(16)의 락킹 주파수 간격(Frequency Step)보다 약간 크게 설계한다.

즉, 다시 말하면 대역 통과 필터부(17)의 통과 대역은 기존의 주파수 스위프 방식의 대역 통과 필터처럼 날카로운 특성을 가질 필요가 없으므로 대역폭을 훨씬 넓게한다.

또한,는 제2 국부 발생기(16)의 주파수 범위를 고려하였을 때 작은 값을 가질 수록 아날로그/디지털 변환기(21)의 샘플링에 유리하다.

이에 따라, 제2 혼합기(15)를 통하여 제2 국부 발생기(16)로부터의 국부 신호와 혼합된 기지국 중간 주파수 신호는 제2 국부 발생기(16)의 주파수 변환에 따라 주파수 차례에 걸쳐 대역 통과 필터부(17)의 통과 대역을 통과하게 되며, 이로서 주파수 밴드 폭의 수∼수십분에 불과한 대역 통과 필터부(17)의 통과 대역 최고 주파수 즉,를 가지는 신호를 아날로그/디지털 변환기(21)에 전송한다.

그러면, 상기 대역 통과 필터부(17)를 통하여 기지국 신호는 제2 국부 발생기(16)의 주파수에 따라 선택된 주파수 대역폭의 부분 신호이며, 대역 통과 필터부(17)의 통과 대역 최고 주파수 즉,를 최고 주파수로 가지게 된다.

또한, 대역 통과 필터부(17)는 주파수 대역폭의 수분에서 수십분의 일을 통과 대역 최고 주파수 즉로 가지며, 이 때문에 대역 통과 필터부(17)의 출력 신호가 아날로그/디지털 변환기(21)로 입력되는 경우 이를 정확하게 샘플링해 내는데는 주파수 밴드폭을 직접 입력하는 경우에 비하여/주파수 대역폭이면 된다.

이 값은, 기존의 수분에서 수십분의 일에 불과하고, 또 대역 통과 필터부(17)의 출력은 불필요한 고주파수의 노이즈가 제거되어 아날로그/디지털 변환기(21)의 샘플 신호의 오차를 제거한다.

또, 하드웨어 설계시 아날로그/디지털 변환기(21)의 샘플링 속도 및 고속 푸리에 변환부(23)의 처리속도는 대역 통과 필터의 통과 대역과 비례관계에 있고, 대역 통과 필터부(17)의 통과 대역 최고주파수 즉,인 관계를 가지므로 상호 절충하여 설계할 수 있다.

상기 아날로그/디지털 변환기(21)는 상기 대역 통과 필터부(17)의 출력을 입력받아 그 신호의 최고 주파수의 2배(샘플링의 정의)이상의 고속 샘플링을 취한 후 그 값을 FIFO 메모리부(22)에 저장한다.

이 때, 샘플링 속도와 메모리 용량은 기술상 제한되므로 상기에서 설명한 바와 같이 설계하여 아날로그/디지털 변환기(21) 입력 신호의 최고 주파수를 가능한 한 최소가 되도록 설계한다.

일단, FIFO 메모리부(22)에 저장된 샘플 신호는 고속 푸리에 변환부(23)에서 푸리에 변환을 수행함에 의하여 주파수 영역으로 효과적으로 변환할 수 있다.

일련의 샘플 신호 데이터가 FIFO 메모리부(22)에서 고속 푸리에 변환부(22)로 전송이 완료되면, 고속 푸리에 변환부(22)는 1개의 주파수 블록의 해석을 하게 되고, 동시에 마이크로 프로세서(24)는 도2에 도시된 바와 같이 제2 국부 발생기(16)의 주파수를 1 간격 주파수 범위만큼 이동시키고 샘플링을 시작한다.

제2 국부 발생기(16)의 출력 간격을 조정하여 각각의 주파수 블록을 주파수 영역에서 해석함에 의하여 기지국 신호 전 주파수 대역폭의 주파수 분석을 완료할 수 있다.

마이크로 프로세서(24)는 제 1,2 국부 발생기(14,16), FIFO 메모리부(22) 및 고속 푸리에 변환부(24)등 관련 구성부들의 동작을 적당히 조정하고, 올바로 수행되도록 감시하고 조정한다.

도 2는 각 주요 신호 주파수를 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 제2 국부 발생기(16)가 각 간격마다 락킹(Locking)될 때 각 구성부로 분할된 기지국 신호의 아날로그/디지털 변환기(21)의 최고 주파수는과 동일하다.

여기서, 대역 통과 필터부(17)는 동일한 상위 차단 주파수 즉,를 가지는 저역 통과 필터(LPF : Band Pass Filter)로 대체될 수 있으며, 이러한 경우 약간의 주파수 수정에 의하여 동일한 효과를 볼 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은, 주파수 스위프 방식과 고속 푸리에 변환 방식을 상호 절충하여 보완함으로써 종래의 스펙트럼 분석기가 갖는 문제점 즉 고비용, 저 특성 및 저속의 문제를 해결하고 새롭고 효율적인 기지국 스펙트럼 분석기를 구성한다는 효과가 있다.

Claims

이동통신 기지국의 스펙트럼 분석을 위한 기지국 스펙트럼 분석장치에 있어서, 주파수 스위프 방식 신호 처리부와 고속 푸리에 변환 방식 신호 처리부를 상호 절충하여구성한 것을 특징으로 하는 기지국 스펙트럼 분석장치.
제1항에 있어서, 상기 주파수 스위프 방식 신호 처리부는 신호 입력부로부터 입력받아 상기 신호의 세기를 조절하는 감쇠기(Attenuator)와, 일정한 간격으로 주파수 천이하는 제1국부 발생기와, 상기 감쇠기로부터의 신호와 상기 제1국부 발생기로부터의 국부신호를 혼합하여 중간주파수 신호를 발생하는 제1혼합기와, 고정된 주파수를 가지는 신호를 출력하는 제2 국부 발생기와, 상기 제1혼합기로부터 입력받은 신호와 제2 국부 발생기로부터의 국부신호를 혼합하는 최고 주파수를 최소화하여 전송하는 제2 혼합기와, 상기 제2혼합기로부터 입력받은 신호의 대역폭에서 잡음을 제거하는 대역통과 필터부(BPF : Band Pass Filter)로 구성된 것을 특징으로 하는 기지국 스펙트럼 분석장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고속 푸리에 변환 방식 신호 처리부는 상기 대역통과 필터부로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와, 상기 아날로그/디지털 변환기로부터의 신호를 저장하는 FIFO(First In First Out 선입 선출 이하, FIFO로 표기함) 메모리부와, 상기 FIFO 메모리부로부터 입력받은 샘플 신호를 푸리에 변환에 의하여 주파수 영역으로 변환하는 고속 푸리에 변환부(FFT : Fast Fourier Transform)와, 상기 각 구성부를 제어하는 마이크로프로세서로 구성된 것을 특징으로 하는 기지국 스펙트럼 분석 장치.