KR20030051079A

KR20030051079A - 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR20030051079A
Application number: KR1020010081979A
Authority: KR
Inventors: 박원형; 김성민; 황선민
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2003-06-25

Abstract

본 발명은 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 기저대역의 디지털 신호의 송신 전력을 디지털 전력 측정기를 이용해서 측정하여 잡음과 온도의 영향이 적어 정확한 송신신호의 이득을 제어할 수 있도록 한 이동통신 기지국의 자동이득 제어장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 이동통신 기지국의 송신시 송신 전력을 보상함에 있어, 기저대역의 신호를 입력받아 전력을 검출하는 기저대역 송신 전력 검출부와; 송신 안테나를 통해 송신되는 고주파의 전력을 검출하는 고주파수 전력 검출부와; 상기 기저대역 송신 전력 검출부의 출력전력과 상기 고주파수 전력 검출부의 출력전력을 비교출력하는 중앙처리부와; 상기 중앙처리부의 출력을 입력받아 자동이득 조정하여 송신하는 자동이득 조정부로 구성된 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 W-CDMA 이동통신 기지국의 송신전력 자동이득 제어회로를 구성하게 되면 기존에 아날로그 회로를 통하여 측정된 중간 주파수 대역 전력에 비해 보다 정밀하고 신뢰성 있는 기저대역 송신 디지털 신호의 전력을 측정함으로써 송신전력 자동이득제어의 성능 향상을 얻을 수 있다. 또한, 기존의 아날로그 전력 측정기의 특성과 유사한 구조로 기저대역 전력 측정기를 구현함으로써, W-CDMA 신호 파형에 따른 피크치의 평균율 차이로 발생하는 측정 오차를 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

Description

이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROL OF TRANSMITTING AGC OF MOBILE COMMUNICATION BASE STATION}

본 발명은 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 기저대역의 디지털 신호의 송신 전력을 디지털 전력 측정기를 이용해서 측정하여 잡음과 온도의 영향이 적어 정확한 송신신호의 이득을 제어할 수 있도록 한 이동통신 기지국의 자동이득 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동 이득 조정회로는 데이터 전송에서 입력 수준 영역에 관계없이 출력 수준이 특정한 한계내에 들어오도록 설계된 증폭 회로로서, 종래의 업컨버터 구성은 크게 3부분으로 나눌 수 있는데, 첫번째는 업컨버터의 입력신호의 레벨을 감지하는 입력 레벨 감지회로이고, 두번째는 업 컨버터의 출력신호의 레벨을 감지하는 출력레벨 감지회로이다.

세번째는 출력변화를 보상하기 위한 자동이득조정(AGC; Auto Gain Control)회로와 업컨버터의 출력신호 세기를 조절하는 기능과 온도 변화에 따른 출력신호 변화량을 보상하는 기능을 동시에 수행하는 가변 감쇠기로 구성되어 있다.

이와 같은 종래 기술을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어장치의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 송신신호를 커플링하여 출력하는 커플러(11)와; 고주파수 입력 커플링 신호를 입력받아 그 커플링 신호의 레벨을 감지하여 아날로그 전압으로 변환하는 입력레벨 감지기(21)와; 상기 커플링 신호와 프로세서로부터출력된 로컬주파수대역의 신호를 혼합하여 일정 대역만을 통과 시켜 증폭한후 출력하는 주파수 상향변환부(27)와; 상기 주파수 상향변환부(27)의 출력을 입력받아 신호의 세기 조절 및 온도에 따른 출력 신호 변화량을 보상하는 가변 감쇠기(18)와; 상기 가변 감쇠기(18)의 출력을 소정증폭하여 커플링한후 상기 송신신호를 출력하는 송신신호 출력부(28)와; 상기 송신신호 출력부(28)의 출력 레벨을 감지하여 아날로그 전압으로 변환하여 출력하는 출력 레벨 감지기(23)와; 상기 입력 레벨 감지기(21), 출력 레벨 감지기(23)의 출력 신호 및 송신 고주파신호 이득(TX RF GAIN)을 입력받아 이득을 보정하여 상기 가변 감쇠기(18)로 출력하는 송신 자동이득 조정부(22)로 구성된 것으로, 이와 같이 구성된 종래 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

제1 방향성 결합기(11)를 통한 업컨버터의 고주파수입력 커플링신호는 입력레벨 감지회로에 의해 아날로그 전압으로 변환된다.

상기 입력레벨 감지회로는 레벨 감지기를 이용하여 입력되는 고주파수신호의 세기에 따라 일정하게 가변하는 아날로그 전압을 출력한다.

제2 방향성 결합기(20)를 통한 업컨버터의 고주파수출력 커플링 신호는 출력레벨 감지회로에 의해 아날로그 전압으로 변환되는데 출력레벨 감지기(23) 또한 레벨 감지기를 이용한다.

도 2는 도 1에 있어서 가변감쇠기의 초기 감쇠특성을 나타낸 파형도로서, 이에 도시한 바와 같이 제2 가변 감쇠기(18)는 업컨버터의 출력신호 세기를 조절하는 기능과 온도변화에 따른 출력신호 변화량을 보상하는 기능을 동시에 한다.

출력신호의 세기는 프로세서(Processor, 25) 보드에 의해 제어전압으로 시스템 특성에 맞게 제어된다.

먼저, 상기 업컨버터내의 부품 특성이 변화가 없는 초기상태부터 그 업컨버터내의 이득이 감소, 증가하는 경우를 살펴보면 다음과 같다.

상기 업컨버터내의 부품 특성 변화가 없는 초기상태인경우. 초기상태에 상기 프로세서(Processor, 25)에 의해 시스템 특성에 맞는 출력신호를 출력하기 위해 송신 자동이득 조정부는 초기상태의 송신 자동이득조정전압으로 상기 가변 감쇠기(18)를 제어하여 초기상태의 감쇠를 가지게 된다.

도 3은 도 1의 송신 자동이득조정부를 나타낸 회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 기준전압(Vref)과 입력레벨 감지기(21)의 출력전압을 비교출력하는 제1 오피엠프(22a)와; 프로세서가 제어하는 제어전압과 출력레벨 감지기의 출력전압을 비교출력하는 제2 오피엠프(22b)와; 상기 제1, 제2 오피엠프(22a, 22b)의 출력전압을 비교출력하는 제3 오피엠프(22c)와; 상기 제3 오피엠프(22c)의 출력전압에 비례하여 적분하는 제4 오피엠프(22d)로 구성된다.

또한, 상기 업컨버터내의 이득이 감소하는 경우, 온도가 증가하여 부품 특성 변화에 의해 업컨버터내의 이득이 감소하면 도 4의 업컨버터의 이득이 감소한 경우의 가변 감쇠기의 감쇠특성을 나타낸 파형도와 같이, 상기 제2 오피 엠프(22b) 출력전압인 출력 레벨 변화량 '△out'이 상기 제1 오피엠프(22a) 출력 전압인 입력 레벨 변화량 '△in' 보다 작아지게 되어 '(△in-△out)'는 0보다 큰 값이 되어 그때 상기 제2 가변 감쇠기(18)의 제어전압 '송신 자동이득조정'은 자동이득조정 루프를 피드백하기 바로 전 전압보다 '(△in-△out)'만큼 증가하게 되어 상기 제2 가변 감쇠기(18)의 감쇠량을 적게 하여 출력 레벨을 보상하게 된다.

또한, 상기의 경우와는 다른 업컨버터내의 이득이 증가하는 경우, 온도가 감소하거나 부품 특성 변화에 의해 업컨버터내의 이득이 증가하면 도 5에 도시된 업컨버터의 이득이 증가한 경우의 가변 감쇠기의 감쇠특성 파형도와 같이 상기 제2 오피엠프(22b) 출력 전압인 출력 레벨 변화량 '△out'이 상기 제1 오피엠프(22a)의 출력 전압인 입력 레벨 변화량 '△in'보다 커지게 되어 '(△in-△out)' 는 0보다 작은 값이 되어, 그때 상기 가변 감쇠기(18)의 제어전압인 '송신 자동이득조정'은 자동이득루프를 피드백하기 바로 전 전압보다 '(△in-△out)' 만큼 감소하게 되어 상기 가변 감쇠기(18)의 감쇠량을 많게하여 출력 레벨을 보상하게 된다.

그러나, 상기와 같이 동작하는 종래 기술은 송신 전력 자동이득 제어를 위해 아날로그 신호인 중간주파수 대역의 송신 전력을 측정함으로써, 아날로그 경로에서 노이즈 성분이 유입된다. 이는 측정 전력의 정밀도를 저하시키는 원인이 된다.

또한, 전력 측정을 위해 아날로그 로그앰프를 사용함으로써, 측정 전력이 온도에 따라 큰 편차를 보이게 되어, 송신 전력 자동이득제어 회로의 안정성과 정밀성을 확보하기가 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명은 종래의 중간 주파수 대역의 송신 전력을 아날로그 회로로 측정하는 것을 기저대역의 디지털 신호의 송신 전력을 디지털 전력 측정기를 이용해서 측정함으로써, 잡음과 온도의 영향이 없는 정확한 송신 전력을 자동이득 조정을 할 수 있도록 한 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어장치의 구성을 보인 예시도.

도 2는 도 1에 있어서 가변감쇠기의 초기 감쇠특성을 나타낸 파형도.

도 3은 도 1의 송신 자동이득조정부를 나타낸 회로도.

도 4는 도 1에 있어서 업컨버터의 이득이 감소한 경우의 가변 감쇠기의 감쇠특성을 나타낸 파형도.

도 5는 도 1에 있어서 업컨버터의 이득이 증가한 경우의 가변 감쇠기의 감쇠특성 파형도.

도 6은 본 발명 기저대역 송신 전력 검출부의 구성을 보인 예시도.

도 7은 도 6의 정합부의 출력과 로그 함수를 이용해서 얻은 파형도.

도 8은 본 발명 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어장치에 대한 구성을 보인 예시도.

도 9는 본 발명 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어방법을 보인 흐름도.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

83: 기저대역 및 고주파수 신호처리부 83a, 83b: 제1,제2 위상동화기

83c, 83d: 제1, 제2 보간부

83e, 83f: 제1, 제2 디지털/아날로그 변환부

83g, 83h: 제1, 제2 곱셈기

83i: 덧셈기 83j: 대역통과 필터

83k: 자동이득 조정부 83l: 고주파수 증폭기

83m: 고주파 전력 측정부 83o: 기저대역 송신전력 검출부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이동통신 기지국의 송신시 송신 전력을 보상함에 있어, 기저대역의 신호를 입력받아 전력을 검출하는 기저대역 송신 전력 검출부와; 송신 안테나를 통해 송신되는 고주파의 전력을 검출하는 고주파수 전력 검출부와; 상기 기저대역 송신 전력 검출부의 출력전력과 상기 고주파수 전력 검출부의 출력전력을 비교출력하는 중앙처리부와; 상기 중앙처리부의 출력을 입력받아 자동이득 조정하여 송신하는 자동이득 조정부로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이동통신 기지국의 송신시 송신 전력을 보상함에 있어, 송신 신호를 필터링하여 기저대역의 전력을 검출하여 중앙처리부로 기저대역의 디지털 신호를 출력하는 제1 단계와; 상기 송신 안테나로 출력되는 신호의 고주파 대역의 전력을 검출하여 디지털 신호로 변환하여 상기 중앙처리부로 출력하는 제2 단계와; 상기 제1, 제2 단계의 출력신호를 상기 중앙처리부가 비교출력하여 이득을 보상하는 제3 단계를 수행하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 8은 본 발명 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어장치에 대한 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 이동통신 기지국의 송신시 송신 전력을 보상함에 있어, 기저대역의 신호를 입력받아 전력을 검출하는 기저대역 송신 전력 검출부(83o)와; 송신 안테나를 통해 송신되는 고주파의 전력을 검출하는 고주파수 전력 검출부(83m)와; 상기 기저대역 송신 전력 검출부(83o)의 출력전력과 상기 고주파수 전력 검출부(83m)의 출력전력을 비교출력하는 중앙처리부(83n)와; 상기 중앙처리부(83n)의 출력을 입력받아 자동이득 조정하여 송신하는 자동이득 조정부(83k)로 구성된다.

도 9는 본 발명 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어방법을 보인 흐름도로서, 이에 도시한 바와 같이 이동통신 기지국의 송신시 송신 전력을 보상함에 있어, 송신 신호를 필터링하여 기저대역의 전력을 검출하여 중앙처리부로 기저대역의 디지털 신호를 출력하는 제1 단계(S11, S13)와; 상기 송신 안테나로 출력되는 신호의 고주파 대역의 전력을 검출하여 디지털 신호로 변환하여 상기 중앙처리부로 출력하는 제2 단계(S14~S17)와; 상기 제1, 제2 단계(S11~S17)의 출력신호를 상기 중앙처리부가 비교출력하여 이득을 보상하는 제3 단계(S18, S19)를 수행하도록 이루어진 것으로 이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

본 발명 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어장치는 기존의 구조와 동일하다. 다만 송신 전력 자동이득제어를 위해 기존의 중간 주파수 대역의 송신 전력을 아날로그 회로로 측정하는 것을 대신하여 기저대역의 디지털 신호의 소신 전력을 디지털 전력 측정기를 이용해서 측정함으로써, 잡음과 온도의 영향이 없는 정확한송신 전력을 측정하게 된다.

따라서 보다 정밀한 송신전력 자동이득제어 회로를 구성할 수 있게 된다.

본 발명의 동작설명중 CDMA 모뎀부(81), 디지털 정합부(82)의 일실시예는 종래와 똑같아 본 발명의 요지를 흐릴 수 있으므로 생략하기로 한다.

먼저, 데이터 생성부(81a)의 출력 신호는 PN-I 신호생성부(81b) 및 PN-Q 신호생성부(81e)의 출력신호와 함께 제1 혼합부(81d)와 제2 혼합부(81e)로 입력되어 혼합된후 제1, 제2 필터부(81f, 81g)로 출력된다.

상기 제1 필터부(81f)의 출력신호는 다음단의 제1 디지털 정합부(82a)를 통해 기저대역 및 고주파수 신호처리부(83)로 출력된다.

또한, 제2 필터부(81g)의 출력신호 역시 다음단의 제2 디지털 정합부(82b)를 통해 기저대역 및 고주파수 신호처리부(83)로 출력된다.

여기서, 상기 기저대역 및 고주파수 신호처리부(83)는 디지털 아날로그 변환기 입력 신호를 기저대역 송신 전력 검출부(83o)로 디지털 영역에서 신호의 세기를 측정하여 이를 중앙처리부(83n)로 출력함으로써, 높은 정밀도의 기저대역 송신 전력을 통해 자동이득 조정부(83k)의 성능을 향상시킨다.

위에서 기술한 상기 기저대역 송신 전력 검출부(83o)의 동작에 대하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

중간 주파수 대역의 송신 전력을 측정하는 로그 앰프의 전달함수는 일반적으로 아래의 수학식 1과 같이 표현된다.

여기서, A는 앰프의 증폭 비율, n은 앰프의 갯수를 나타낸다.

상기 수학식 1의 입력(P_IN)은 로그 앰프로 입력되는 송신 전력으로서, 단위는 dBm이다. 이를 DEC로 변환하여 계산하고, 로그앰프 특성을 디지털 회로에서 구현하기 위해 기저대역의 송신 디지털 신호는 로그 스케일로 변환된다.

상기 기저대역의 송신 디지털 신호를 로그 스케일로 변환하는 구조는 도 6에 도시된 바와같이 제1, 제2 보간부(83c, 83d)의 출력중 양의 값만을 통과시켜 증폭시킴과 동시에 제1 소정 레벨에서 제2 소정 레벨까지의 주파수만을 통과시킨다.

이를 위해 11개의 엠프(62)와 12개의 대역통과 필터(63)를 두어 디지털 신호를 증폭시킴과 동시에 필터링하여 정합부(64)에 이르러 상기 수학식 1과 같은 수식으로 상기 기저대역 송신 디지털 신호의 전력을 검출하게 된다.

도 7은 도 6의 정합부의 출력과 로그 함수를 이용해서 얻은 파형도로서, 이에 도시한 바와 같이 상기 수학식 1을 이용해서 얻은 결과와 로그 함수를 이용해서 얻은 결과가 근사화 되었음을 알 수 있다.

이에, 상기 검출된 기저대역 송신 디지털 신호는 저역 통과 필터(65)를 통해 직류 성분이 추출되고, 오프셋 제어부(66)를 통해 선형화시키며 평균부(67)를 통해 거의 평탄한 평균값을 추출하게 된다.

상기 평균부(67)는 아래의 수학식 2에 의해 기울기 및 인터셉트값을 갖게 된다.

이는 고주파 전력 측정부(83m)의 출력 특성을 의도적으로 만족하기 위한 것이다.

상기의 과정을 거쳐 상기 평균부(67)의 출력은 메모리부(68)에 입력되어 저장되며, 이를 중앙처리부(83n)에서는 버스를 통해서 읽는다.

상기 중앙처리부(83n)에서는 기저대역과 고주파에서 버스를 통해서 읽은 값을 입력전력값에 따른 출력 전력값으로 테이블화된 헥사(HEX) 참조표를 이용하여 그 오차를 계산한다.

이에 따라, 상기 중앙처리부(83n)는 이미 입력된 온도 특성별 송신 경로의 최적이득을 보상하기 위해서 추출한 오차값을 송신 자동이득 조정부(83k)로 출력함으로써, 잡음과 온도의 영향이 없는 정확한 송신전력을 측정하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 W-CDMA 이동통신 기지국의 송신전력 자동이득 제어회로를 구성하게 되면 기존에 아날로그 회로를 통하여 측정된 중간 주파수 대역 전력에 비해 보다 정밀하고 신뢰성 있는 기저대역 송신 디지털 신호의 전력을 측정함으로써 송신전력 자동이득제어의 성능 향상을 얻을 수 있다.

또한, 기존의 아날로그 전력 측정기의 특성과 유사한 구조로 기저대역 전력측정기를 구현함으로써, W-CDMA 신호 파형에 따른 피크치의 평균율 차이로 발생하는 측정 오차를 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

Claims

이동통신 기지국의 송신시 송신 전력을 보상함에 있어, 기저대역의 신호를 입력받아 전력을 검출하는 기저대역 송신 전력 검출부와; 송신 안테나를 통해 송신되는 고주파의 전력을 검출하는 고주파수 전력 검출부와; 상기 기저대역 송신 전력 검출부의 출력전력과 상기 고주파수 전력 검출부의 출력전력을 비교출력하는 중앙처리부와; 상기 중앙처리부의 출력을 입력받아 자동이득 조정하여 송신하는 자동이득 조정부로 구성된 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어장치.
제1 항에 있어서, 상기 기저대역 송신 전력 검출부는 기저대역의 신호중 양의 값만을 통과시키는 제1 필터와; 상기 제1 필터의 출력신호를 입력받아 일정비율로 증폭하고 그 증폭된 신호의 레벨중 일정 레벨 구간만 통과시켜 출력하는 증폭 및 대역통과 필터부와; 상기 증폭 및 대역통과 필터부의 출력신호를 정합하여 출력하는 정합부와; 상기 정합부의 신호중 저역주파수의 신호만을 통과시키는 제2 필터와; 상기 제2 필터의 출력신호를 입력받아 선형화하여 직류 성분만을 출력하는 오프셋 제어부와; 상기 오프셋 제어부의 출력신호의 평균값을 출력하는 평균부와; 상기 평균부의 출력을 입력받아 저장하는 메모리부로 구성된 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어장치.
제2 항에 있어서, 상기 오프셋 제어부는 아래의 수학식에 의해 편차를 제어하여 선형화하는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어장치.

(수학식)
제 1항에 있어서, 상기 기저대역 송신 전력 검출부는 아래의 수학식에 의해 기저대역의 송신전력의 평균값을 출력하는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어장치.

(수학식)

여기서, A는 앰프의 증폭 비율, n은 앰프의 갯수를 나타낸다.
이동통신 기지국의 송신시 송신 전력을 보상함에 있어, 송신 신호를 필터링하여 기저대역의 전력을 검출하여 중앙처리부로 기저대역의 디지털 신호를 출력하는 제1 단계와; 상기 송신 안테나로 출력되는 신호의 고주파 대역의 전력을 검출하여 디지털 신호로 변환하여 상기 중앙처리부로 출력하는 제2 단계와; 상기 제1, 제2 단계의 출력신호를 상기 중앙처리부가 비교출력하여 이득을 보상하는 제3 단계를 수행하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어 방법.
제5 항에 있어서, 상기 제1 단계는 중앙처리부에 테이블화되어있는 입력에 대한 출력값을 출력하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어방법.
제5 항에 있어서, 상기 제2 단계는 중앙처리부에 테이블화되어있는 입력에 대한 출력값을 출력하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어방법.
제5 항에 있어서, 상기 제1 단계는 아래의 수학식에 의해 기저대역의 송신전력의 평균값을 출력하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어방법.

(수학식)

여기서, A는 앰프의 증폭 비율, n은 앰프의 갯수를 나타낸다.
제5 항에 있어서, 상기 제1 단계는 아래의 수학식에 의해 편차를 제어하여선형화하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 송신 자동이득 제어방법.

(수학식)