KR20040056381A - 이동통신 기지국의 안테나 정재파비 및 파워 측정 장치 및그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CDMA 기지국에 있어서, 특히 기지국 송수신 안테나의 분리도(Isolation), 정재파비(VSWR) 및 송신 안테나 출력 전력 측정 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 이동통신 기지국의 안테나 정재파비 및 파워 측정장치는, 기지국의 송수신 안테나 및 수신 안테나와; 송수신 안테나로의 송신되는 신호의 순방향 및 역방향 경로로 커플링하기 위한 송신용 커플러와; 수신 안테나에 의해 수신된 상기 송신 신호를 순방향 및 역방향 경로로 커플링하기 위한 수신용 커플러와; 상기 송신 신호를 이용하여 송신용 커플러의 순방향/역방향 포트 전력 측정, 수신용 커플러의 순방향/역방향 전력 측정을 통해서 송수신 안테나의 분리도, 송/수신 안테나의 정재파비, 채널별 송신 안테나의 출력 전력을 각각 계산하기 위한 정재파비 및 파워 측정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이동통신 기지국의 안테나 정재파비 및 파워 측정 장치 및 그 방법{Measurement appatatus and method for VSWR and power of antenna in mobile communication base station}

본 발명은 CDMA 기지국에 있어서, 특히 기지국 송수신 안테나의 분리도(Isolation), 정재파비(VSWR) 및 송신 안테나 출력 전력 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access, CDMA)을 기반으로 하는 이동통신 시스템에서 기지국은 두 개의 안테나를 구비한다. 이때,각각의 안테나가 송신 기능과 수신 기능을 별도로 수행하는 형태를 심플렉스(Simplex) 안테나로 지칭하며, 하나의 안테나가 송신 및 수신 기능을 동시에 수행하고 다른 하나의 안테나가 수신 전용의 기능을 수행하는 형태를 듀플렉스(Duplex) 안테나라고 지칭한다.

현재 이동 통신 시스템에서는 기지국의 정상 동작 진단과 각 종 시험을 담당하는 기지국 성능 시험 측정 장치를 사용하여 기지국 안테나의 전압 정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)를 측정하고 있다.

이러한 전압 정재파비를 이용하여 운영자는 현재 기지국의 특정 FA(Frequency Assignment) 및 특정 안테나의 동작 상태를 알 수 있게 된다. 따라서 특정 FA에 대한 전압 정재파비(VSWR)가 이미 설정되어 있는 기준 값에 비교해 볼 때 일정 범위를 초과하는 경우, 운용자는 그 FA를 통해 이동 단말기와 신호를 주고받고 있는 안테나 및 기지국 장치들의 성능이 오 동작하고 있음을 감지할 수 있는 것이다.

도 1은 종래 기지국 전압 정재파비 측정장치를 나타낸 구성도이다.

도 1을 참조하면, 시스템(System)으로부터 입력된 신호를 커플링(coupling)시킨 신호와 송신 안테나(101)로부터 반사된 반사신호를 출력하는 송신용 커플러(103)와, 직접 입력 경로를 통해서 커플링시킨 신호를 출력하고 반사경로를 통해 수신안테나(102)로부터 반사된 신호를 시스템으로 출력하는 수신용 커플러(104)와, 시험용 단말기(111)와 측정하고자 하는 각각의 경로로 서로 연결시켜 주기 위한 SPST(Single Pole Single Through) 스위치(105,106) 및 SPDT(SinglePole Double Through) 스위치(107)와, 송/수신 파워 레벨을 제어하기 위한 송신 및 수신 디지털 스텝 감쇠기(108,109)와, 하나의 안테나를 송신 및 수신으로 공용으로 사용하기 위해 송신 및 수신모드로 선택하기 위한 듀플렉서(110)와, 기지국의 출력신호의 세기와 송신안테나(101)에서 반사되는 신호의 비에 의해 송 신단의 전압 정재파비(Tx VSWR)를 측정하며 상기 수신용 커플러(104)의 안테나(102)로의 입력신호와 안테나(102)에서 반사되는 신호에 의해 수신 단 전압 정재파비(Rx VSWR)를 구하는 시험용 단말기(111)로 이루어진다.

상기와 같은 기지국 전압 정재파비 측정 장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 송신 안테나(101) 및 수신 안테나(102)에는 각각 방향성 커플러인 송신용 커플러(103)와 수신용 커플러(104)가 연결된다. 송신용 커플러(103)는 시스템으로부터 입력되는 신호를 커플링시킨 신호와 송신 안테나(101)로부터 반사된 반사신호를 출력하게 되며, 수신용 커플러(104)는 직접 입력 경로를 통해서 커플링시킨 신호를 출력하고 반사 경로를 통해 수신 안테나(102)로부터 반사된 신호를 시스템으로 출력하게 된다.

그리고, SPDT 스위치(105,106)는 송/수신용 커플러(103,104)로부터의 입력 경로 및 반사 경로를 스위칭하여 연결시키고, SPST 스위치(107)는 단말기(111)와 측정하고자 하는 각각의 경로로 서로 연결시켜 주게 된다. 송신측 SPDT 스위치(105)는 송신용 커플러(103)로부터 출력되는 입력 경로 및 반사 경로 신호 중 하나를 선택하여 출력하며, 수신측 SPDT 스위치(106)는 수신용 커플러(104)로부터 출력되는 신호 중 하나를 선택하여 출력하게 된다. SPST 스위치(107)는 SPST 스위치(105,106)로 입/출력되는 경로를 선택 제어하게 된다.

상기 디지털 스텝 감쇠기(108,109)는 SPST 스위치(107)의 송수신 경로 상에 송/수신 레벨을 각각 제어하게 된다.

그리고, 듀플렉스(110)는 시험용 단말기(111)와 통신하여 하나의 안테나를 송신 및 수신으로 공용으로 사용하기 위해 송신 및 수신모드로 선택하여 준다.

그러면, 시험용 단말기(111)는 기지국의 출력 신호 세기와 송신 안테나(101)에서 반사되는 신호의 비에 의해 송신단의 전압 정재파비를 측정하며, 수신용 커플러(104)의 안테나(102)로의 입력신호와 안테나(102)에서 반사되는 신호에 의해 수신단 전압 정재파비를 구하게 된다.

이러한 수신 안테나(102)의 전압 정재파비 측정을 위해 안테나로의 입력신호를 측정하고 안테나(102)에서 반사되는 신호를 측정하며, 직접 입력경로의 조정 값 및 반사경로의 조정 값을 각각 측정하여, 조정 값들의 차이를 계산하여 반사계수를 구한 후 전압 정재파비를 구하게 된다.

그리고, 송신안테나(101)의 전압 정재 파 비를 측정하는 방식은 기지국의 출력신호를 측정하고 송신안테나(101)에서 반사되는 신호를 측정한다. 그리고 반사경로 단말기(111)의 수신전력과 출력 경로 단말기의 수신전력을 각각 측정하여 수신전력의 차를 계산하여 반사계수를 구한 후 송신단의 전압 정재파비를 구하게 된다.

그러나, 종래의 기술은 단말기의 선형성과 기지국의 파워 제어가 정확하다는 전제하에 측정할 수 있는 알고리즘이지만 실제로는 측정하고자 하는 모든 영역에서선형적이지 않다.

또 시험용 단말기(111)가 선형적이지 못하고 또한 기지국의 파워 제어가 선형적이지 않다면 오차가 발생 할 수 있다.

그리고, 단말기 소프트웨어 업그레이드시 또는 단말기 형상 변경 시 정재파비 측정장치의 소프트웨어와 하드웨어를 수정 및 변경해야 하고, 초기 정재파비 측정장치 개발 시 단말기 수급이 어려워 제품 개발이 어렵다.

또한 멀티 주파수(Multi FA)를 송신 안테나로 출력 시 전력 검출부에서 멀티 주파수를 주파수별로 채널 파워를 검출하기 위해 주파수별 순차적으로 PLL 튜닝(Tuning) 해야 되나 그러한 기능이 없어 실시간 전력 검출 시 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 송수신 안테나의 분리도, 송신 및 수신 안테나의 정재파비, 파워를 측정할 수 있도록 한 이동통신 기지국 안테나의 정재파비 및 파워 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.

다른 특징은 정재파비 및 파워 측정 장치를 원격에서 모니터링할 수 있도록 한 이동통신 기지국 안테나의 정재파비 및 파워 측정 장치 및 방법를 제공함에 그 목적이 있다.

또 다른 특징은 채널별 또는 섹터 전체 전력을 측정할 수 있도록 한 이동통신 기지국 안테나의 정재파비 및 파워 측정 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기지국의 전압 정재파비 측정장치를 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명 실시 예에 따른 기지국의 전압 정재파비의 측정장치를 나타낸 구성도.

도 3은 본 발명 실시 예에 따른 기지국의 송신 안테나의 송신용 커플러를 나타낸 구성도.

도 4는 본 발명 실시 예에 따른 기지국의 수신 안테나의 수신용 커플러를 나타낸 구성도.

도 5는 본 발명 실시 예에 따른 FIR 필터 구조.

도 6은 본 발명 실시 예에 따른 송수신 안테나 분리도 측정 방법을 나타낸 플로우 챠트.

도 7은 본 발명 실시 예에 따른 송신 안테나의 정재파비 측정 방법을 나타낸 플로우 챠트.

도 8은 본 발명 실시 예에 따른 수신 안테나의 정재파비 측정 방법을 나타낸 플로우 챠트.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

201...송수신 안테나 202...수신 안테나

203...송신용 커플러 204...수신용 커플러

210...정재파비 및 파워 측정기 211...SP4T

213...밴드패스필터 214...PLL부

215...믹서 217...중간주파수 필터

217...중간주파증폭부 220...이득조절기

221...차동증폭부 223...A/D 컨버터

222...샘플링 클럭 225...FPGA 모듈

227...FIR필터 229...레지스터

231...마이크로프로세서유닛 233...온도센서

235...메모리

상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 이동통신 기지국의 안테나의 정재파비 측정 장치는,

기지국의 송수신 안테나 및 수신 안테나와;

송수신 안테나로의 송신되는 신호의 순방향 및 역방향 경로로 커플링하기 위한 송신용 커플러와;

수신 안테나에 의해 수신된 상기 송신 신호를 순방향 및 역방향 경로로 커플링하기 위한 수신용 커플러와;

상기 송신 신호를 이용하여 송신용 커플러의 순방향/역방향 포트 전력 측정, 수신용 커플러의 순방향/역방향 전력 측정을 통해서 송수신 안테나의 분리도, 송/수신 안테나의 정재파비, 채널별 송신 안테나의 출력 전력을 각각 계산하기 위한 정재파비 및 파워 측정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 이동통신 기지국 안테나의 정재파비 및 파워 측정 방법은,

송신 파워를 일정하게 송신용 커플러를 통해서 송신 안테나로 송신하는 단계;

상기 송신용 커플러의 순방향/역방향 경로와, 수신 안테나의 수신 신호를 커플링한 수신용 커플러의 순방향/역방향 경로를 기지국 제어기 및 파워 측정기의 SP4T 스위치와 연결되도록 설정하는 단계;

상기 SP4T 스위치와 연결 설정된 특정 커플러의 순방향/역방향 경로로 입력되는 전력을 이용하여 송수신 안테나의 분리도, 송신/수신 안테나의 정재파비를 각각 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 이동통신 기지국의 송수신 안테나의 정재파비 측정 장치를 나타낸 구성도이다.

도 2를 참조하면, 송수신 안테나(201) 및 수신 안테나(202)와; 송수신 안테나로의 순방향 및 역방향 신호를 커플링하기 위한 송신용 커플러(203)와; 수신 안테나(202)의 순방향 및 역방향 신호를 커플링하기 위한 수신용 커플러(204)와; 송수신 안테나의 분리도 측정과 송/수신 안테나의 정재파비 측정, 채널별 송신 안테나의 출력 전력을 각각 계산하기 위한 정재파비 및 파워 측정기(210)를 포함하는 구성이다.

그리고, 정재파비 및 파워 측정기(210)는 송신용 커플러 및 수신용 커플러의 순방향 및 역방향 포트로부터 입력되는 신호 중 하나를 선택하기 위한 SP4T 스위치(4:1)(211)와; 상기 SP4T스위치로부터 출력되는 신호를 대역통과 필터링하는 대역통과필터(213)와; 대역통과필터링된 고주파 신호를 중간주파수로 다운 컨버젼하기 위한 믹서 및 PLL부(214,215)와; 원하는 신호만을 필터링하기 위한 중간주파수 필터(IF Filter)(217)와; 중간주파수 필터의 출력을 증폭하는 중간주파 증폭기(217)와; 상기 증폭된 신호의 이득을 조절하기 위한 이득 조절기(220)와; 이득 조절된 신호를 차동 증폭하기 위한 차동 증폭부(221)와; 중간 주파수 신호를 디지털 신호로 양자화하는 A/D 컨버터(223)와; 디지털 신호로부터 채널별 전력을 구하고 평균 전력 세기를 저장하기 위한 프로그램 로직 디바이스(225)와; 상기 프로그램 로직 디바이스(225)로부터 전력 값을 수신하여 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 전압을 계산하는 마이프로 프로세서 유닛(231)과; 보드의 현재 온도를 헥사코드로 변환하여 마이크로 프로세서 유닛으로 보내는 온도 센서(233)와; 항온조에서 온도를 일정 온도까지 일정 간격으로 증가시키면서 각각의 온도마다 입력 신호 레벨 변화에 따른 RSSI 전압을 측정한 결과를 저장하는 메모리(235)로 구성된다.

상기와 같은 본 발명에 따른 이동통신 기지국의 전압 정재파비 및 파워 측정 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2를 참조하면, 송신용 커플러(203)는 송수신 안테나(201)에 정합되어 저 전력 증폭기(LPA) 또는 고전력 증폭기(HPA)로부터 상기 송수신 안테나(201)로 송신되는 신호를 정합시키고, 순방향(forward) 및 역방향(reverse) 경로를 선택하게 된다.

수신용 커플러(204)는 수신 안테나(201)에 정합되어, 수신된 신호의 순방향 및 역방향 경로로 선택하여 출력하며, 다운 컨버터(down converter)로 전송한다.

정재파비 및 파워 측정기(210)는 상기 송신용 커플러(203) 및 수신용 커플러(204)로부터 순방향 또는 역방향 포트(경로)로 입력되는 각 신호 중에서 하나의 신호를 선택하여 송신 출력 신호의 변화에 따른 RSSI 전압 측정, 주파수(FA)별 채널 파워 및 전체 파워, 채널별 안테나 송신 전력을 측정하게 된다.

이를 위해서, 정재파비 및 파워 측정기(210)는 SP4T 스위치(211), 대역통과필터(213), 믹서(215) 및 PLL부(214), 중간주파 필터(217), 중간주파 증폭기(218),이득 조절기(220), 차동 증폭부(221), A/D 컨버터(223), FIR 필터(227) 및 레지스터(229)를 구비한 FPGA 모듈(225), 마이크로 프로세서 유닛(MPU)(231), 온도센서(233), 메모리(235)를 포함한다.

상기 SP4T 스위치(211)는 송신용 커플러(203)의 순방향 포트 및 역방향 포트, 수신용 커플러(204)의 순방향 및 역방향 포트 중 원하는 하나의 경로로 입력되는 신호만을 선택하게 된다.

대역통과필터(BPF)(213)는 송신/수신 주파수의 대역내 주파수 신호만을 필터링하게 되며, 믹서(215)는 상기 대역내 주파수 신호를 PLL부(214)에 의해 RF 신호의 중심 주파수를 다운 컨버젼(예컨대 120MHz)하여 중간 주파수로 변환해 준다.

여기서, PLL부(214)는 일정 스텝(예컨대, 50khz)으로 스윕(Sweep)하며, 이를 이용하여 원하는 주파수로 만들어진다.

그리고, 중간 주파수 필터(IF Filter)(217)는 상기 믹서(215)에 의해 믹싱된 중간 주파수 신호에 대해 원하는 신호만을 필터링하게 된다. 여기서, 중간 주파수 필터의 스팬(Span)은 0.9MHz, 중심주파수는 120MHz 이다.

증폭기(218)는 상기 중간 주파수를 증폭하고, 이득조절기(220)는 증폭된 중간 주파수 신호의 신호 이득을 조절하게 되며, 차동 증폭부(221)는 이득 조절기(220)로부터 입력된 신호를 차동 증폭한다.

상기 A/D 컨버터(223)는 상기 차동 증폭부(221)의 출력 아나로그 신호를 소정의 샘플링 클럭(sampling clock)에 의해 디지털 신호로 변환하게 된다. 이때 샘플링 클럭은 30.72MHz로서 샘플링 클럭에 따라 입력되는 중간 주파수 대역의 최종출력 커플링된 신호의 특정 채널 신호를 샘플링한다. 그러므로, A/D 컨버터(223)에서 출력되는 샘플링 신호의 주파수는 기저대역 근처로 떨어지게 된다.

상기 FPGA 모듈(225)은 FIR 필터(227)와 레지스터(229)로 구성되며, FIR 필터(227)는 원하는 않는 신호만을 필터링하여 주파수별 병렬 구조인 FIR 필터 4개(8)개를 통과함으로써, 원하는 섹터별 4FA 신호의 전압의 크기(Vf(t))를 동시에 4FA 전력을 측정할 수 있다. 레지스터(229)는 CDMA 최종 출력 커플링 신호의 평균 전력 세기를 입력받아 이를 저장하게 된다.

마이크로 프로세서 유닛(MPU)(231)은 상기 FPGA 모듈(225)로부터 구해진 전력을 이용하여 RSSI 전압을 측정함으로써, VSWR 및 안테나의 송/수신 전력 측정, 안테나의 분리도 값을 구하게 된다.

또한 온도센서(233)는 보드의 현재 온도를 헥사코드(Hexacode)로 변환하여 마이크로 프로세서 유닛(MPU)(231)으로 보낸다. 그리고, 메모리(EEPROM)(235)는 항온조에서 온도를 -30도에서 80도까지 10도 간격으로 증가시키면서 각각의 온도마다 입력 신호 레벨의 변화에 따른 RSSI 전압을 측정한 결과를 저장한다. 이러한 조정 데이터는 송신/수신 경로 정재파비를 측정하는 기본 데이터이므로 데이터의 신뢰도를 높일 수 있다.

본 발명 일 실시예에 따른 기지국 송수신 안테나의 전압 정재 파 비를 측정하기 위한 동작 설명에 관한 것이다.

먼저, 송수신 안테나 분리도(Isolation) 측정하는 방법은 도 2 및 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

송신 경로로 송신되는 신호는 송신 안테나(201)를 통해 소정 범위(47dBm~22dBm)를 가지고 송신된다. 이러한 송신 파워를 일정하게 고정하여 송신하고(S201), 송신 파워 고정 후, 송신 신호(Tx)가 수신안테나(202)를 통과하여 수신용 커플러(204)의 순방향 포트(204a)를 통해서 정재파비 및 파워 측정기(210)에 입력된다(S203,S205). 여기서, SP4T 스위치(211)는 송신용 커플러(204)의 순방향 포트(204a)로 입력되는 신호만을 선택하게 된다.

그러면, 마이크로 프로세서 유닛(231)은 최종 송신 출력 신호의 변화에 따른 RSSI 전압을 측정함으로써(S207), 현재의 송신 출력 레벨을 판단 할 수 있으며, 송신 신호를 이용하여 송신 파워가 얼마나 수신 경로에 분리(Isolation)되는 지를 알 수 있다.

여기서, 상기에서의 RSSI 전압 측정치는 송신 출력 신호에 변화의 따라 0 ~ 5V 이내에 있도록 설계할 수 있으며, 또한 송/수신 안테나 분리도(Isolation) 측정은 송신 안테나 정재파비 측정 시 기준레벨(Reference Level)이 되므로 정확한 측정이 요구된다.

그러므로, 이러한 송수신 안테나의 분리도 측정시, 단지 송신 신호만을 이용항 송수신 안테나의 분리도를 측정할 수 있으며, 송수신 안테나의 분리도 측정시 메모리에 저장된 기준 데이터를 이용하여 온도 보상을 할 수 있다.

한편, 송신 안테나 정재파비 측정 동작 설명은 도 2 및 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 송신 파워가 일정하게 송신 되도록송신 파워를 고정시키고(S211), 정재파비 및 파워 측정기(210)의 SP4T 스위치(211)의 경로와 송신 안테나(201)의 송신용 커플러(203)를 이용하여 순방향/역방향 포트(203a,203b)와 연결 되도록 설정한다(S213).

이때, 정재파비 및 파워 측정기(210)의 SP4T 스위치(220)의 경로를 송신 정재파비를 위해 순방향 포트(203a)로 설정 후 마이크로 프로세서 유닛(231)에 의해서 RSSI 전압을 측정한다(S215).

다시 SP4T 스위치(211)의 경로를 송신 안테나(201)의 역방향 포트(203b) 경로로 설정 후, 상기 경로로부터 검출되는 송신 안테나의 출력 전압을 입력받아, 마이크로 프로세서 유닛(231)에 의해서 RSSI 전압을 측정한다(S217).

그러면, 상기에서 구한 RSSI 전압을 가지고 메모리(EEPROM)(235)의 내용 즉, 기준 데이터을 읽어 들이게 된다. 상기 읽은 데이터로 사용자는 원하는 송신 정재파비 순방향/역방향 포트 전력(Tx VSWR Forward/Reverse Port Power)(dBm)을 알 수 있다(S219). 즉, 메모리에는 각각의 온도마다 입력 신호 레벨의 변화에 따른 RSSI 전압을 측정한 결과를 저장하고 있으므로, 현재 온도 값과 저장된 RSSI 전압, 측정된 RSSI 전압으로 포트 전력을 알 수 있게 된다.

후술하는 수학식 1로 정재파비를 측정할 수 있으며, 수학식 1은 정재파비 환산식에 해당한다.

P_d= P_dBFWD- P_dBRVS+ C_offset---------------수학식 1

= -20 log|Γ|

여기서, VSWR(정재파비) = (1 + | Γ| ) / (1 - | Γ| ), Γ는 반사계수이다.

P_dBFWD는 송신용 커플러의 순방향 경로의 송신 전력(dBm)이다.

P_dBREV는 송신용 커플러의 역방향 경로의 송신 전력(dBm)이다.

C_offset은 송신용 커플러의 커플링 오프셋(coupling offset)이다.

정재파비 P_d는 송신용 커플러의 역방향과 순방향 포트를 통하여 측정된 전력의 차이(dB) + 커플러 오프셋(Coupler Offset)이다.

한편, 송신 안테나 출력 전력 동작 설명은 다음과 같다.

도 2를 참조하면, 송신 안테나 출력을 송신용 커플러(Direction Coupler)(203)를 통과 후 정재파비 및 파워 측정기(210)의 입력으로 들어오는 입력신호는 대역을 제한하는 대역통과필터(213)를 거치면서 대역 외의 신호들을 필터링 기능을 한다. 이러한 대역통과필터 신호(V_rf(t))는 수학식 2와 같다.

V_rf(t) = cos(2 *Frf * t)------------수학식 2

Frf : 측정 하고자 하는 RF 주파수

그리고, 상기 필터링된 신호[V_rf(t)]는 혼합기(215)의 고주파 입력 포트에 입력되고 PLL부(214)의 RF 로컬 신호와 혼합되어 중간 주파수[V_if(t)]로 변환된다.

IF 신호[V_if(t)]는 다음과 같이 구해진다.

-------------수학식 3

▽F : 측정 하고자 하는 주파수 대여폭(Bandwidth)이다.

그리고, 중간 주파수 필터(IF BPF)(217)는 주파수 하향 변환된 중간 주파수 신호[V_if(t)]를 이용하여 중간 주파수 내의 특정 채널 주파수 신호를 여파하며, 증폭기(218)는 상기 중간 주파 신호를 증폭하며, 상기 증폭기(218)의 출력신호는 이득 조절기(220)에 의해 이득이 조절되어 출력된다.

상기 이득 조절기 출력 신호는 차동 증폭부(IF Differential Amp)(221)에 입력되어, 차동 신호의 증폭 및 A/D 컨버터(223)의 정합 기능을 하며, 차동 증폭부(221)의 출력 신호는 A/D 컨버터(223)에 입력되어, 아나로그 신호[V_if(t)]를 디지털 신호[V_a(t)]로 변환하기 위해 사용된다.

여기서, 상기 A/D 컨버터(223)에서는 샘플링 클럭(222)에 따라 입력되는 중간 주파수 대역의 최종 출력 커플링된 신호의 특정 채널 신호를 샘플링한다. A/D 컨버터(223)에서 출력되는 샘플링 신호의 주파수(fd)는 수학식 4를 통하여 기저대역 근처로 떨어지게 된다.

f_d= m * f_sf_ifor = m*f_s+ f_if(m = ,-2,-1, 0, 1, 2,)------수학식 4

여기서, f_d는 기저대역 근처로 떨어지게 되는 A/D 컨버터(223)의 출력 샘플링 신호의 주파수, f_s는 샘플링 클럭의 주파수, 그리고 f_if는 A/D 컨버터(223)의 입력으로 들어오는 최종출력 커플링 신호의 특정 채널 신호의 주파수를 의미한다.

V_a(t) = V_if(t) * sample(t)-----------수학식 5

여기서, t = n/F_s이고 n은 정수(1,2,3,..)에 해당한다.

F_s: AD 동작 clock 주파수(or sample 주파수)이다.

그리고, A/D 컨버터 출력신호[Va(t)]에는 원하는 신호와 원하지 않는 신호의 합이라고 말할 수 있는데, FPGA 모듈(225)에서 원하지 않는 신호만을 필터링하기 위해 주파수(FA)별 병렬 구조인 FIR 필터 4개(8)를 통과시킴으로써, 원하는 4FA 신호의 전압의 크기 vf(t)를 동시에 4FA 전력을 측정 할 수 있다. 이는 다중 주파수를 송신 안테나로 출력 시 다중 주파수를 주파수별 채널 파워를 검출하기 위해 주파수별 순차적으로 RF PLL 튜닝(Tuning) 할 필요가 없어, 전력 검출 소요 시간 단축으로 실시간 전력 검출이 가능하다.

또한 주파수별 채널 파워를 송신 안테나의 섹터별 전체 파워를 검출할 수도 있다.

여기서, 임펄스 응답을 hd(n), 창 함수를 w(n)이라 하면,

FIR Filter 계수: h(n) = hd(n)w(n) --------------수학식 6

Hd(n)= sin[ 2*π*fc(n-d)]/π(n-d)----------------수학식 7

이 된다.

그리고, FIR 필터 출력을 절대값(ABS :Absolute Value)을 취하면 FIR 필터 출력 데이터[Vf(t)]는 2개의 보상 데이터(Complement Data)를 가지므로 Unsignd Bit로 변한다. 이동 평균(MA:Moving Average)은 샘플링 전압의 합을 샘플링 개수로나눈 값이다.

즉, 이동 평균 값은이고, 여기서 t = n/F_s, n은 정수(=0,1,2,3,..)이다.

그리고, 마이크로프로세서 유닛(231)은 차의 평균 전압을 아래 수식에 의해 전력 값[dBm]으로 바꾼다. 즉, 차의 평균 전압 전력 값은이며, 여기서, t = n/F_sn=정수이다.

한편, 수신 안테나 정재파비 측정 동작 설명에 대하여 도 2 및 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 송신 파워를 일정하게 고정한 후(S231), 수신단 수신용 커플러(204)를 순방향 포트(204a)에서 송신신호가 수신되는지 확인한다(S233).

상기 송신 신호가 수신안테나(202)를 통과 후 수신용 커플러(204)의 순방향 포트(204a)를 통해 정재파비 및 파워 측정기(210)에 인가된 후(S235), 최종 송신 출력 신호에 따른 RSSI 전압을 측정하므로써(S235), 현재의 송신 출력 레벨을 판단하고, 또 송신 파워가 수신 경로에 얼마나 분리되는지 측정한다.

그리고, 정재파비 및 파워 측정기(210)의 SP4T 스위치(211)의 경로와 도 2에 도시된 수신용 커플러의 순방향/역방향 포트(204a,204b)와 연결되도록 설정한다(S237).

그러면, 정재파비 및 파워 측정기(210)의 SP4T 스위치(211)의 경로를 수신 정재파비 순방향 경로로 설정 후, 마이크로 프로세서 유닛(231)에 의해서 RSSI 전압을 측정한다(S239).

반대로, 정재파비 및 파워 측정기(210)의 SP4T 스위치(211) 경로를 수신 정재파비 역방향 경로로 설정 후 마이크로 프로세서 유닛(231)에 의해서 RSSI 전압을 측정한다(S241).

상기 순방향 RSSI 전압 및 역방향 RSSI 전압이 측정되면, 측정된 RSSI 전압을 가지고 메모리(235)의 내용을 읽어 들이게 되어 있다. 이때, 상기 읽은 데이터로 사용자는 원하는 송신 안테나 정재파비의 순방향/역방향 포트 전력(dBm)을 측정할 수 있다(S243).

또한 송신 안테나의 순방향/역방향 포트 전력을 이용하여 수신 안테나의 정재파비를 계산하는 데, 수신 안테나의 정재파비는 순방향 송신 전력과 역방향 송신 전력의 차에 커플링 오프셋 값을 합한 값으로 구해지며(S245), 정재파비 환산식은 수학식 8과 같다.

P_d= P_dBFWD- P_dBRVS+ C_offset---------------수학식 8

= -20 log|Γ|

여기서, VSWR(정재파비) = (1 + | Γ| ) / (1 - | Γ| ), Γ는 반사계수이다.

P_dBFWD는 수신용 커플러의 순방향 송신 전력(dBm)이다.

P_dBREV는 수신용 커플러의 역방향 송신 전력(dBm)이다.

C_offset는 순방향 커플러의 커플링 오프셋 값이다.

정재파비 P_d는 순방향 커플러의 순방향과 역방향 포트를 통하여 측정된 전력의 차이(dB)와 순방향 커플러의 오프셋 값의 합이다.

이와 같이, 송신 신호를 이용하여 송신용 커플러의 순방향 및 역방향 포트, 수신용 커플러의 순방향 및 역방향 포트 중 하나를 선택적으로 설정하여, 정재파비 및 파워 측정기에서 송신 전력 및 수신 전력을 원격으로 측정할 수 있으므로, 송수신 경로의 분리도 값을 측정하는 한편, 다중 주파수별 송신 채널 파워 및 송신안테나의 섹터별 전체 전력을 측정할 수가 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 이동통신 기지국 안테나의 정재파비 및 파워 측정장치의 효과는 다음과 같다.

첫 번째, CDMA 기지국 송수신 경로 분리도 값, 송수신 안테나의 정재파비를 원격에서 모니터링할 수 있는 효과가 있다.

두 번째, 다중 주파수를 송신 안테나로 출력 시 다중 주파수를 주파수별 채널 파워를 검출하기 위해 주파수별 순차적으로 RF PLL 튜닝(Tuning) 할 필요가 없어, 전력 검출 소요 시간 단축으로 실시간 전력 검출이 가능한 효과가 있다.

세 번째, 아나로그 신호를 디지털로 데이터로 변환시, 대역 외의 원하지 않는 신호가 디지털 FIR 필터에 의해 제거되므로, 채널별 또는 전체 전력을 검출시 정밀도를 향상시켜 줄 수 있는 효과가 있다.

네 번째, 채널별 안테나의 송신 전력 측정과 송신 안테나의 섹터별 전체 전력을 측정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 기지국의 송수신 안테나 및 수신 안테나와;

   송수신 안테나로의 송신되는 신호의 순방향 및 역방향 경로로 커플링하기 위한 송신용 커플러와;

   수신 안테나에 의해 수신된 상기 송신 신호를 순방향 및 역방향 경로로 커플링하기 위한 수신용 커플러와;

   상기 송신 신호를 이용하여 송신용 커플러의 순방향/역방향 포트 전력 측정, 수신용 커플러의 순방향/역방향 전력 측정을 통해서 송수신 안테나의 분리도, 송/수신 안테나의 정재파비, 채널별 송신 안테나의 출력 전력을 각각 계산하기 위한 정재파비 및 파워 측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국 안테나의 정재파비 및 파워 측정 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 정재파비 및 파워 측정기는

   송신용 커플러 및 수신용 커플러의 순방향 및 역방향 포트로 입력되는 신호 중 하나를 선택하기 위한 SP4T 스위치와; 상기 SP4T 스위치로부터 출력되는 신호를 대역통과 필터링하는 대역통과필터와; 대역통과 필터링된 고주파 신호를 중간주파수로 다운 컨버젼하기 위한 믹서 및 PLL부와; 원하는 신호만을 필터링하기 위한 중간주파수 필터와; 중간주파수 필터의 출력을 증폭하는 중간주파 증폭기와; 상기 증폭된 신호의 이득을 조절하기 위한 이득 조절기와; 이득 조절된 신호를 차동 증폭하기 위한 차동 증폭부와; 중간 주파수 신호를 디지털 신호로 양자화하는 A/D 컨버터와; A/D 컨버터의 출력 디지털 데이터로부터 채널별 전력을 구하고 평균 전력 세기를 저장하기 위한 프로그램 로직 디바이스와; 상기 프로그램 로직 디바이스로부터 전력 값을 수신하여 RSSI 전압을 계산하는 마이프로 프로세서 유닛과; 보드의 현재 온도를 헥사코드로 변환하여 마이크로 프로세서 유닛으로 보내는 온도 센서와; 항온조에서 온도를 일정 온도까지 일정 간격으로 증가시키면서 각각의 온도마다 입력 신호 레벨 변화에 따른 RSSI 전압을 측정한 결과를 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 안테나 정재파비 및 파워 측정 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 정재파비 및 파워 측정기는 SP4T 스위치와 송신용 커플러의 순방향 포트 및 역방향 포트를 차례대로 연결 설정하여 송신 안테나를 통해 송신된 신호를 순방향 전력과 역방향 전력으로 송신 안테나의 정재파비를 검출하는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 안테나 정재파비 및 파워 측정 장치.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 정재파비 및 파워 측정기는 SP4T 스위치와 수신 커플러의 순방향 포트 및 역방향 포트를 차례대로 연결 설정하여 송신 안테나를 통해 송신된 신호를 수신안테나로 수신하여 상기 수신용 커플러의 순방향 전력과 역방향 전력으로 수신 안테나의 정재파비를 검출하는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 안테나 정재파비 및 파워 측정 장치.
5. 제 2항에 있어서,

   프로그램 로직 디바이스는 각 채널별 전력을 얻기 위해 병렬로 연결된 디지털 FIR 필터와, 최종 커플링 신호의 평균 전력 세기를 저장하는 레지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 안테나 정재파비 및 파워 측정 장치.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 각 채널별 전력의 합으로 송신 안테나의 섹터별 전체 전력을 구하는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 안테나 정재파비 및 파워 측정 장치.
7. 송신 파워를 일정하게 송신용 커플러를 통해서 송신 안테나로 송신하는 단계;

   상기 송신용 커플러의 순방향/역방향 경로와, 수신 안테나의 수신 신호를 커플링한 수신용 커플러의 순방향/역방향 경로를 기지국 제어기 및 파워 측정기의 SP4T 스위치와 연결되도록 설정하는 단계;

   상기 SP4T 스위치와 연결 설정된 특정 커플러의 순방향/역방향 경로로 입력되는 전력을 이용하여 송수신 안테나의 분리도, 송신/수신 안테나의 정재파비를 각각 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 안테나 정재파비 및 파워 측정 방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 송수신 안테나의 분리도 측정은,

   송신 안테나를 통해 일정한 송신 파워를 고정하는 단계;

   수신 안테나로 상기 송신 신호를 수신하고 수신용 커플러의 순방향 포트를 통하여 SP4T 스위치로 전달받아, 최종 송신 출력 신호의 변화에 따른 RSSI 전압 측정으로, 송수신 안테나의 분리도를 측정하는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국 안테나의 정재파비 및 파워 측정방법.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 송신 안테나의 정재파비 측정은,

   송신 파워를 일정하게 송신용 커플러를 통해서 송신 안테나를 통해서 송신하는 단계;

   상기 송신 안테나와 정합된 송신용 커플러의 순방향/역방향 포트와 SP4T 스위치를 연결 설정하는 단계;

   송신용 커플러의 순방향 및 역방향 경로로부터 SP4T 스위치로 인가되는 전력을 이용하여 마이크로 프로세서에서 송신용 커플러의 순방향 및 역방향 RSSI 전압을 각각 측정하는 단계;

   상기 송신용 커플러의 순방향 및 역방향 RSSI 전압을 가지고 메모리에 기 저장된 온도별 입력 신호 레벨에 따른 RSSI 전압과 비교하여, 송신 정재파비의 순방향/역방향 포트 전력을 검출하는 단계와;

   상기 송신 정재파비의 순방향 전력과 역방향 전력의 차에 커플러 오프 셋 값을 합하여 송신 안테나의 정재파비를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 안테나 정재파비 및 파워 측정방법.
10. 제 7항에 있어서,

    상기 수신 안테나의 정재파비 측정은,

    송신 파워를 일정하게 고정하여 송신 안테나로 송신하는 단계;

    수신 안테나를 통해서 수신용 커플러에 상기 송신신호가 수신되었는지를 검사하는 단계;

    송신 신호가 수신 안테나 통과 후 수신용 커플러의 순방향 포트를 통해 정재파비 및 파워 측정기에 인가되어, 송신 출력 신호에 따른 RSSI 전압을 측정하는 단계;

    수신용 커플러의 순방향/역방향 포트와 SP4T 스위치가 연결되도록 설정하는 단계;

    상기 수신용 커플러의 순방향 경로 설정 후의 RSSI 전압을 측정하고, 역방향경로로 설정후 RSSI 전압을 각각 측정하는 단계;

    상기 측정된 RSSI 전압을 가지고 메모리에 저장된 기준 데이터를 읽어 수신안테나의 순방향/역방향 포트 전력을 확인하는 단계;

    상기 수신 안테나의 순방향 전력과 역방향 전력의 차에 커플러의 오프셋 값을 합한 값으로 수신 안테나의 정재파비로 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 안테나 정재파비 및 파워 측정방법.
11. 제 7항에 있어서,

    상기 송수신 안테나의 분리도 또는 송수신 기지국 안테나의 정재파비 측정은 송신 신호만을 이용하는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 안테나 정재파비 및 파워 측정방법.
12. 제 7항에 있어서,

    상기 송수신 안테나의 분리도 또는 송수신 기지국 안테나의 정재파비 측정시, 메모리에 저장된 데이터를 이용하여 온도 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 안테나 정재파비 및 파워 측정방법.