KR20030009746A - 불요파 추적기능을 내장한 원격기지국감시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동전화 원격기지국감시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대역 내 불요파(Interference)의 존재유무를 감시하고, 불요파가 발생했을 때 발신원의 위치를 전자지도 상에서 찾아주는 기능을 내장한 원격기지국감시장치에 관한 것이다.

기지국 내에 설치되는 기지국 원격 감시장치 단말에 연동하여 사용할 수 있는 불요파 추적 안테나를 기지국 안테나와 같은 위치에 설치하고, 복수 개의 기지국에 고정 설치된 이러한 추적 안테나를 사용하여 추적한 방향정보를 바탕으로 중앙 제어장치(서버)의 전자지도 상에 발신원의 위치를 표시해 줄 수 있다.

이를 위하여 본 발명은, 기지국 안테나와 함께 설치된 지향성이 강한 회전 안테나와 여기에서 수신된 불요파 신호를 증폭하여 불요파 신호의 세기를 측정하는 수신기(Receiver), 감지된 신호세기와 안테나 회전 각도 등을 중앙 제어장치로 전송하는 통신 수단, 그리고 복수의 원격기지국감시장치로부터의 수신 데이터를 종합하여 지도 상에서 불요파 발신원의 위치를 표시해 주는 컴퓨터 및 소프트웨어로 구성되며,

불요파의 발신원을 추적함에 있어서, 상기 신호세기 감지기에 불요파로 판단되는 신호의 주파수를 설정해 주는 단계, 안테나를 회전시켜가며 각 방향으로부터 수신되는 불요파 신호의 세기를 측정하여 수신되는 방향을 탐지하는 단계, 각각 다른 2개 이상의 기지국에서 상기와 같이 측정한 불요파의 수신 방향을 중앙 제어장치로전송하는 단계, 전송된 불요파 수신방향 데이터를 토대로 전자지도 상에서 발신원의 위치를 찾아 표시하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

Description

불요파 추적기능을 내장한 원격기지국감시장치{Remote Basestation Management System with Interference Tracing Feature}

본 발명은 불요파 발신원 추적 기능을 내장한 원격기지국감시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기지국 RF 송수신단의 스펙트럼 파형을 감시할 수 있는 수신기와, 불요파의 수신각(AOA :Angle of Arrival)을 측정할 수 있는 회전 안테나로 구성되어, 기존의 원격 기지국 감시 기능 이외에 불요파의 발신원의 위치를 자동으로 찾아주는 기능이 부가된 새로운 원격기지국감시장치에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신 기지국은 수백미터(m)에서 수킬로미터(km)의 반경 내에 있는 단말기에 서비스를 제공하기 위하여 기지국 장비와 안테나로 이루어져 있는데, 모두 무인으로 운용된다. 그래서 대부분의 기지국에는 장비에 장애가 발생하거나 기지국 내 환경에 이상이 발생했을 경우(화재, 침수 등) 중앙관제센터에서 이를 원격으로 감지할 수 있도록 하는 기능이 내장되어 있고, 효율적인 운용을 위하여 좀더 정교한 감시기능이 계속 개발되어 추가되고 있다. 원격기지국감시장치도 그 중에 하나인데, 기지국 장비의 RF/IF 감시 포트들의 스펙트럼 파형을 현장에서 스펙트럼분석기(Spectrum Analyzer)로 측정해 보지 않아도 원격에서 원하는 포트의 스펙트럼 파형을 측정해 볼 수 있고, 나아가 운용자가 사전에 설정해 놓은 범위를 벗어나는지 자동으로 감시하여 이상 유무를 알려주는 기능을 가지고 있다. 기지국의 송수신 RF/IF 스펙트럼 파형을 상시 감시함으로써 기지국 장비의 RF 특성이 열화되는 것을 사전에 감지하여 조치할 수 있고, 단말기로부터의 수신 신호에 불요파가 섞여있는지 판별하여 이를 신속히 제거할 수 있다.

이동통신에서 불요파는 통신에 장애를 줄 뿐 아니라 사업자의 수익에 직결되기 때문에 신속히 찾아서 제거해야 하는데, 특히 CDMA(Code Division Multiple Access) 방식과 같은 디지털 이동통신 시스템에서의 불요파는 시스템의 가입자 용량을 감소시키고, 심할 경우 근처의 통신을 완전히 두절시키기도 한다. 그런데, 최근 들어 사업자 별로 통화품질 과당 경쟁의 결과로 대량의 중계기(Repeater)가 건물 곳곳에 설치되었는데, 이 중에는 관리가 제대로 되지 않아 발진을 일으키는 것이 많이 있고, 이를 제거하는 일이 사업자 별로 큰 골칫거리로 대두되었다. 특히 소규모 건물 지하에까지 설치되어 있는 소형 중계기들은 그 숫자가 워낙 많고, 가격이 싸기 때문에 거의 관리가 되지 않고 있다. 이들 중에는 처음 설치할 때에는 송수신 안테나 간 분리도(Isolation)를 확보하였으나 운용 도중 안테나의 설치 각도가 바뀌거나, 무단으로 이설 되었을 경우 송수신 안테나 간 분리도가 작아져서 발진할 가능성이 매우 높다. 중계기가 발진하면 매우 큰 전력의 단일톤(CW) 신호가 대역 내에 발생하는데, 이는 주변 기지국의 수신단에 치명적인 영향을 준다.

기존의 원격기지국감시장치에서는 이러한 불요파가 수신되었을 때, 수신단의 IF 스펙트럼 파형을 감시하는 기능에서 불요파의 존재가 감지되어 경보를 울려주는 기능이 내장되어 있었다.

그러나 불요파의 존재 유무만 알 수 있을 뿐 불요파를 발생시키는 발신원의 위치를 알 수는 없어, 이를 찾기 위해서 많은 시간과 노력을 들여야 했다. 불요파를 찾기 위해서는 지향성안테나와 대역여파기(BPF : Bandpass Filter), 저잡음증폭기(LNA : Low Noise Amplifier), 수신기 또는 스펙트럼분석기(Spectrum Analyzer)를 결합한 측정장치가 필요한데, 이들을 들고 다니며 불요파가 수신되는 방향을 찾아가기란 쉬운 일이 아니다. 더구나 불요파 발신원이 직접 보이지 않는(Non-Line-of-Sight) 환경이 대부분인 도심의 다중경로(Multipath) 전파환경에서는 건물에 의한 반사파로 인하여 발신원의 위치를 안테나의 지향성에만 의지하여 찾기는 매우 힘들다. 이러한 문제점을 조금이나마 개선할 수 있는 방법은, 발신원이 직접 보일 가능성이 많은 높은 장소에 올라가서 안테나로 수신하여 방향을 찾는 것인데, 이 또한 도심에서 장소 선택이 용이하지 않다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 불요파의 존재 유무만 알 수 있었던 기존의 원격기지국감시장치에 불요파 발신원 위치 추적 기능을 내장함으로써, 불요파의 존재유무 뿐 아니라 불요파를 발생시키는 발신원의 위치를 전자지도(GIS) 상에서 찾을 수 있도록 하는 기능을 원격기지국감시장치와 그 서버(Server)에 내장한 것에 그 특징이 있다.

그 방법은 불요파가 수신되는 방향을 방향탐지(Direction Finding) 안테나를 사용하여 정교하게 알아내어 중앙관제센터의 서버에 전송하고, 주변의 다른 기지국에 설치된 원격 기지국 감시장치에서도 이와 같은 방법으로 불요파의 수신 방향을 탐지하여 이를 중앙관제센터 내의 기지국 감시장치 서버(Server)에서 종합하여 이들 방향이 교차하는 지점을 전자지도 상에 도시하여 운용자에게 보여주는 것이다.

이렇게 기지국에 설치된 방향탐지 안테나를 통해서 불요파를 수신하여 그 방향을 탐지하는 방법은 도심의 다중경로 전파특성에 의한 오류의 가능성을 현저히 줄여줄 수 있는데, 그 이유는 기지국 안테나가 대부분 주변 지역보다 높은 건물 옥상에 설치되어 있고 본 발명의 원격 기지국 감시장치에 연결된 방향탐지 안테나도 상기 기지국 안테나와 같이 높은 위치에 설치할 수 있기 때문이다.

또 본 발명의 상기 방향탐지 안테나 시스템은 두 개의 지향성안테나(Directional Antenna)와 하이브리드링(Hybrid Ring)을 사용하여 두 안테나로 수신된 위상차 정보를 활용함으로써 지향 방향의 합성 방사패턴이 예리하게 나타나도록 구성함으로써 방향탐지 각도 해상도 및 변별력을 높인 것에 그 특징이 있다.

또한 본 발명은, 복수의 기지국에 설치된 방향탐지 안테나를 회전시킴으로써 얻어지는 불요파 수신 방향을 중앙관제센터의 서버에서 종합하여 전자지도(GIS) 상에 불요파 발신원의 위치을 표시해 주도록 구성함에 그 특징이 있다.

도 1은 종래의 원격기지국감시장치

도 2는 본 발명의 불요파 추적기능이 내장된 원격기지국감시장치의 구성도

도 3은 본 발명의 불요파 추적기능이 내장된 원격기지국감시장치의 내부 구조도

도 4는 본 발명의 불요파 추적기능이 내장된 원격기지국감시장치의 불요파 추적 안테나의 구조도

도 5는 본 발명의 불요파 추적 안테나의 합성 방사패턴도

도 6은 본 발명의 불요파 추적의 원리도

도 7은 본 발명의 불요파 추적 S/W 사용자 인터페이스의 구성 예

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

203 : 원격 기지국 감시장치 206 : 회전안테나

본 발명 및 그 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 원격기지국감시장치의 구조를 나타낸다. 종래의 원격기지국 감시장치(103)는 기지국장치(101)와 같이 설치되어 기지국장치(101)의 안테나(102)로 송수신 되는 RF 신호와 기지국장치(101)의 IF 감시포트로부터 신호를 검출하여 이를 이동전화망(104)을 통해 기지국 감시장치 서버(105)로 전달하여 서버 측에서 원격으로 기지국의 RF 및 IF 입출력 신호의 스펙트럼 파형을 볼 수 있도록 하는 구조로 되어있다. 여기에는 기지국에 수신되는 신호 중에서 불요파가 섞여있는지를 감시하는 기능이 있는데, 그 원리는 다음과 같다.

수신안테나로부터 수신되는 신호의 스펙트럼 파형을 수신 IF 단에서 검출하여 감시하다가, 스펙트럼이 단말기 송신 파형이 아닌 비정상적인 파형이 수신되거나매우 큰 전력의 단일 톤(CW)이 일정한 크기로 지속적으로 수신되는 것이 검출될 때에는 이를 불요파로 간주하여 경보를 발생시킨다.

그러나 이 방법은 수신신호에 불요파가 있는지의 여부만 알 수 있을 뿐 불요파가 발생하는 지점은 알 수 없는 단점이 있었다. 그래서 그 불요파의 발생지점을 찾아 불요파를 제거해 주기 위해서는 많은 시간과 노력을 기울여야 했다.

도 2는 본 발명의 불요파 추적기능이 내장된 원격기지국감시장치의 구성도 이다.

도면에 도시된 바와 같이 기지국장치(201)의 안테나(202)나 IF 감시포트로부터 검출된 신호의 스펙트럼 파형을 감시하는 기능을 하는 원격기지국감시장치(203)에 불요파추적안테나(206)를 연결하여 불요파가 수신되는 방향을 찾을 수 있도록 하는 기능을 내장하였다. 이러한 불요파 수신 방향 정보는 스펙트럼 파형 정보와 마찬가지로 이동전화망(204)을 통해 기지국감시장치 서버로 전달되고, 여러 기지국에서 들어온 불요파 수신방향정보를 종합하여 전자지도 상에 불요파의 발신원을 표시하게 된다.

도 3은 본 발명의 불요파 추적기능이 내장된 원격기지국감시장치의 내부 구조를 상세히 도시한 것인데, 이의 동작을 설명하면 다음과 같다.

기지국 RF 검출포트로부터 검출된 신호는 이들 중에서 하나를 선택하는데 사용하는 RF스윗치부(302)를 거쳐 RF스펙트럼분석부(304)에서 스펙트럼 파형이 추출되어 제어부(307)로 전달되고, 마찬가지로 기지국 IF 검출포트로부터 검출된 신호는 이들 중에서 하나를 선택하는데 사용하는 IF스윗치부(303)를 거쳐 IF스펙트럼분석부(305)에서 스펙트럼 파형이 추출되어 제어부(307)로 전달된다. 이들 신호들은 메모리(308)에 저장되기도 하고 제어부(307)에서 처리되기도 하여 이상이 발견되었을 때 경보를 발생하여 이를 통신부(306)를 거쳐 기지국감시장치 서버(205)로 전달한다. 또, 서버 측에서 운용자가 원하는 기지국의 원하는 RF, 또는 IF 포트의 스펙트럼 파형을 보고자 할 때에도 스윗치부(302,303)에서 적절히 선택된 포트의 스펙트럼 파형을 스펙트럼분석부(304,305)에서 추출하여 제어부(307)가 통신부(306)를 통해 서버(205)로 전달한다.

이상의 동작은 기존의 원격기지국감시장치의 동작과 동일한데, 본 발명의 원격기지국감시장치(301)에는 불요파의 위치를 추적하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 불요파추적안테나구조체(310)와 불요파발신원추적제어부(309)가 추가되어 있다. 불요파추적안테나구조체(310)는 기지국 안테나가 설치된 건물의 옥상이나 철탑과 같이 높은 장소에 설치되어, 360도 회전하면서 불요파가 수신되는 방향을 탐지하여, 불요파발신원추적제어부(309)와 원격기지국감시장치(301)의 제어부(307) 및 통신부(306)를 거쳐 서버(205)로 전달된다. 이렇게 함으로써 운용자는 원격에서 원하는 기지국의 수신단에 불요파가 존재하는지의 여부뿐만 아니라 불요파가 수신되는 방향도 알게되고, 주변 여러 기지국의 원격기지국감시장치(203)를 통하여 이러한 방향정보를 수집, 종합하여 발신원의 위치를 전자지도 상에서 찾을 수 있다.

도 4는 본 발명의 불요파 추적기능이 내장된 원격기지국감시장치(203, 301)의 불요파 추적 안테나206, 310)의 구조도이다.

본 발명의 불요파추적안테나구조체(401)는 동일한 방사패턴을 갖는 두 개의 지향성안테나(402,403)와 두 개의 대역여파기(404,405), 한 개의 하이브리드링(407), 두 개의 수신기(408,409), 두 개의 A/D변환기(410,411), 그리고 안테나구조체를 회전시키기 위한 모터(412) 및 모터구동부(413)로 이루어져 있는데, 불요파 수신 방향탐지 과정과 원리를 설명하면 다음과 같다.

우선 두 개의 안테나(402, 403)로 수신된 전파는 두 개의 대역여파기(404,405)에서 대역 제한된 후 하이브리드링(407)에서 합성되는데, 두 개의 출력포트를 가진 하이브리드링(407)의 한쪽 포트(+)에서는 위상이 더해진 신호가, 다른 한 포트(-)에서는 위상 차에 해당하는 신호가 출력된다. 그러므로 신호의 발신원이 안테나의 정면에 위치해 있어서 두 안테나로부터의 거리가 동일하다면 두 안테나로 수신되는 신호의 위상이 동일하므로 하이브리드링의 (+)포트에서는 두 배 큰 신호가 출력되고, (-)포트로 출력되는 신호는 세기가 거의 0에 가까울 것이다. 만일 발신원의 위치가 정면에서 어느 한쪽으로 치우쳐져 있어서 두 안테나(402,403)로 수신되는 전파의 위상이 180도 차이 난다면 하이브리드링(407)을 통과한 후에 (+)포트에 출력되는 신호는 거의 0인 반면, (-)포트로 출력되는 신호는 두 배 큰 신호가 될 것이다. 이와 같은 원리로 불요파의 발신원이 안테나 주위를 연속적으로 이동한다고 가정하고(또는 불요파 발신원은 고정되어있고 안테나구조체가 360도 회전한다고 가정하면), 상기 하이브리드링(407)의 (+)와 (-)포트에서 출력되는 신호는 서로 상이한 연속적인 방사패턴을 그리게 될 것이다. 이 출력 신호를 각각 두 개의 수신기(408)에서 수신전계강도(RSSI) 검출하여 A/D변환기에서 디지털로 변환한 다음 불요파발신원추적제어부(414)에서 합성하면((+)출력값에서 (-)출력값을 빼면) 원래의 안테나(402, 403)가 갖는 방사패턴보다 훨씬 방향 검출 해상도가 높은 새로운 방사패턴을 만들어낼 수 있다.

도 5는 상기 과정을 도시한 본 발명의 불요파 추적 안테나의 합성 방사패턴도 이다.

두 개의 동일한 방사패턴을 갖는 지향성안테나(501,502)에서 수신되어 대역여파기(503,504)와 하이브리드링(505)을 거쳐 (+)포트로 출력된 패턴(506)을 A라 하고, (-)포트로 출력된 패턴(507)을 B라고 했을 때, 불요파발신원추적제어부(414)에서 A-B의 연산을 거치면 새로운 합성 방사패턴(509)이 생성되는데, 도시한 바와 같이 주빔방향에서 뽀족한 모양을 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 통상의 지향성 안테나가 가지고있는 방사패턴보다 방향 구별 해상도가 매우 높아졌다는 것을 의미한다.

도 6은 본 발명의 불요파 추적의 원리도를 도시한 것으로써, 위와 같은 원리로 작동되는 불요파추적안테나구조체(206,310,401)가 탑재된 본 발명의 원격기지국감시장치(203)가 설치된 상이한 세 개의 기지국, 즉 기지국A(601), 기지국B(602), 기지국C(603)가 있고, 그 사이의 어떤 지점에서 불요파가 발생한다고 가정할 때, 불요파의 존재여부가 자동 감지되어 알람이 발생하면 서버(205)의 소프트웨어에 의해 자동으로, 또는 서버에 있는 운용자의 조작에 의해 불요파가 수신되는 주변 기지국들(기지국 A,B,C)의 불요파 추적안테나를 회전시켜 해당 불요파 주파수의 수신 전계강도 합성패턴을 추출하고 가장 큰 신호가 수신되는 방향(604)을 찾아 전자지도 상에서 선을 그어 그 선이 만나는 점을 불요파 발신원(605)으로 찾는 것을 나타낸다.

도 7은 본 발명의 불요파 추적 S/W 사용자 인터페이스의 구성 예를 도시한 것으로써, 서버(205)의 불요파추적 기능을 하는 소프트웨어 모듈의 사용자 인터페이스(701)에는 전자지도(702), 안테나를 회전시키고 수신 전계강도 합성패턴을 도시하는 극좌표 화면(703), 그리고 기지국 선택 화면(704) 등이 포함될 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은,

불요파의 존재유무 만을 알 수 있었던 종래의 원격기지국감시장치에 불요파추적안테나구조체와 불요파발신원추적제어부가 추가된 원격기지국감시장치를 제안하여 불요파 발신원의 위치를 전자지도 상에서 손쉽게 자동으로 찾을 수 있도록 하고,

이동전화 기지국에 이와 같은 원격기지국감시장치를 설치함으로써, 종래에 지상에서 수동으로 불요파의 발신원을 찾아다니는 시간과 노력을 대폭 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 원격기지국감시시스템에 있어서,

   기지국 장비의 입출력 파형을 원격 감시하기 위한 RF 및 IF 스위치부(302,303), RF 및 IF 스펙트럼분석부(304,305), 제어부(307), 통신부(306) 및 메모리(308),

   기지국 수신단에 유입된 불요파의 수신방향을 측정하기 위한 불요파추적안테나구조체(310) 및 불요파발신원추적제어부(309),

   상기 구성 요소들을 종합적으로 제어하고 측정 결과를 처리하여 표시하기 위한 서버(205) 및 소프트웨어를 구비함을 그 특징으로 하는 불요파 추적기능을 내장한 원격기지국감시장치.
2. 불요파를 추적하는 방법에 있어서,

   기지국에 설치된 원격불요파감시장치의 RF스펙트럼분석부(304), 또는 IF스펙트럼분석부(305)를 통하여 불요파의 수신유무를 판별하는 단계와,

   불요파가 수신된 기지국을 포함한 주변 기지국의 원격기지국감시장치 내의 불요파추적안테나구조체를 회전시켜 불요파가 수신되는 방향을 찾는 단계,

   복수의 기지국에 설치된 상기 원격기지국감시장치로부터 측정된 불요파의 수신방향을 서버에서 종합하여 전자지도 상에 불요파 발신원의 위치를 표시하는 단계를 포함하는 불요파 발신원 추적 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   동일한 방사패턴을 갖는 두 개의 지향성안테나(402,403)와, 두 개의 대역여파기(404,405), 하이브리드링(407), 두 개의 수신기(408,409), 두 개의 A/D변환기(410,411), 모터(412) 및 모터구동부(413) 등으로 구성된 불요파추적안테나구조체(401)를 갖추고,

   불요파 신호가 최대로 수신되는 각도를 찾아냄에 있어서, 두 개의 안테나(501,502)로부터 수신된 신호를 하이브리드링(505)에서 위상합(506)과 위상차(507)를 추출하고, 이를 불요파발신원추적제어부(414)에서 합성하여 보다 방향 분별력이 좋은 새로운 방사패턴(509)을 만들어내는 과정을 포함하는 원격기지국감시장치.