KR20060005841A - 수동상호 변조왜곡 신호 제거장치 - Google Patents

수동상호 변조왜곡 신호 제거장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서 수동상호 변조왜곡 신호 제거장치를 개시한다.
본 발명에 따르면, 입력신호에 대한 전력을 소정 레벨 증폭시키기 위한 제1 전력증폭기(PA:Power Amplifier); 상기 제1 전력증폭기(PA)의 후단에 접속되어 상기 입력신호의 수신 대역통과필터(RX BPF) 및 송신 대역통과필터(TX BPF)의 노이즈를 필터링하기 위한 제1 대역통과필터(BPF); 출력신호 대한 전력을 소정 레벨 증폭시키기 위한 제2 전력증폭기(LNA:Low Noise Amplifier); 상기 제2 전력증폭기(LNA)의 전단에 접속되어 상기 출력신호의 수신 대역통과필터(RX BPF) 및 송신 대역통과필터(TX BPF)의 노이즈를 필터링하기 위한 제2 대역통과필터(BPF); 입출력 신호를 분기시키기 위한 제1 및 제2 디바이더; 상기 제1 및 제2 디바이더의 전단과 제2 및 제3 포트가 접속되어 입력 신호에 대한 위상지연을 통해 수동상호 변조왜곡(PIMD) 신호를 제거하기 위한 하이브리드; 및 상기 하이브리드 후단에서 발생되어 상기 제1 디바이더 또는 제2 디바이더로 부터 반송된 후, 상기 제2 대역통과필터(BPF)의 수신 대역통과필터(RX BPF)단으로 유입되는 수동상호 변조왜곡신호(PIMD)를 제거하기 위한 지연소자부로 구성된다.
따라서, 본 발명은 하이브리드의 후단에서 발생되는 IM을 제거하기 위해, 상기 하이브리드와 제1 디바이더 또는 제2 디바이더 사이로 지연소자부를 구비함에 따라, 하이브리드의 전단에서 입력되어 하이브리드 후단의 디바이더에서 피드백되는 PIMD 신호를 감소시키고 송수신 신호의 전력증강 효과를 제공한다.
상호변조왜곡, IM, PIMD, 파라메터, 하이브리드, 대역통과필터, 위상제거

Description

수동상호 변조왜곡 신호 제거장치{INSTALLATION FOR REMOVE PASSIVE INTERMODULATION DISTORTION SIGNAL}
도 1은 종래 PIMD 제거를 위한 위상제거 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 PIMD 제거장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 2의 본 발명의 다른 실시예로 나타낸 구성도이다.
<주요 도면에 대한 부호의 설명>
201 : 하이브리드 203 : 지연소자부
205 : 제1 대역통과필터(BPF) 207 : 제2 대역통과필터(BPF)
213 : 제1 디바이더 215 : 제2 디바이더
PA : 제1 전력증폭기 LNA : 제2 전력증폭기
본 발명은 이동통신 중계기의 간섭신호 제거장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이브리드(Hybrid) 구조를 갖는 위상제거기의 후단으로 간섭되는 수동상호 변조왜곡(PIMD:Passive InterModulation Distortion) 신호를 제거할 수 있는 수동상호 변조왜곡 신호 제거장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이동통신의 발전을 위한 중요한 요소는 서비스 용량의 증대와 통화품질의 개선이라 할 수 있다. 이러한 서비스의 증대와 통화품질의 개선에는 항시 채널간의 간섭이 중요한 문제이며, 이 간섭문제 중의 한 중용한 인자가 상호변조왜곡(IMD:Intermodulation Distortion)이다. 이러한 IMD는 두 개 이상의 신호 주파수들이 서로 간섭현상을 일으켜 원치 않는 기생신호를 발생시키는 것으로, 능동(Active) 소자에서 발생하는 AIMD와는 달리, 위성통신과 같은 고전력 통신 시스템에서만 고려되어 온 현상으로 상용 이동통신에서는 거의 무시되어져 왔다. 그러나 이동통신 서비스가 확장됨에 따라 인접 기지국간의 간섭이 증가하고 그에 따른 IMD문제도 증가하여 AIMD 뿐만 아니라, PIMD에 대한 문제도 부상하고 있다.
이러한 수동소자에서 발생되는 PIMD의 경우, 많은 연구로 인하여 그 수준과 발생영역이 명확하여 제어 및 예측이 가능한 Active IMD와는 달리, 그 발생영역이 모든 RF경로상에 있으며 수준 또한 예측하기가 무척 어려운 실정이다. 그러나 PIMD의 발생은 그 수준은 매우 낮으나 심각할 경우 예측하지 못했던 통화품질의 저하와 Call Drop까지 일어나고 있는 실정이다. 이에 대한 대안책으로 출원번호 '10-2001-0071394'호 발명의 명칭 'PIMD신호 제거장치 및 이를 이용한 이동통신용 중계기'에서는 PIMD신호를 복수개로 분기시키고 분기된 PIMD신호들의 상호위상차를 180도로 만들어서 PIMD신호를 제거하는 위상 제거기를 구현하고 있다.
상기한 위상 제거기는 도 1에 도시된 바와 같이, 송신 대역필터(103)에서 출력되는 신호를 제 1 및 제 2 송수신 안테나(113,115)로 전송하며, 제 1 및 제 2 송수신 안테나(113,115)를 통해서 수신된 신호를 수신 대역필터(109)로 전송한다. 상 기 위상 제거기(105)는 송신 대역필터(103)에서 발생한 PIMD신호를 수신 대역필터(109)로 입력시키며, 이 때 PIMD신호를 복수개로 분기시키고 분기된 PIMD신호들의 상호 위상차를 180도로 만들어서 PIMD 신호를 제거하고 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 송수신 안테나(113,115)를 통해서 방사되는 신호의 송신전력은 최대로 되어 결과적으로, 중계기를 통해서 통신하는 이동통신 장비들의 통화품질을 향상시키고 있다.
그러나, 이와 같은 위상 제거기는 이동통신 기지국 및 중계국 시스템에서의 송수신 신호를 결합하는 T결합부분에서 PIMD 특성이 열화되는 것을 방지하거나, 또한 분할기(Divider)의 경우 높은 전력레벨이 입력될 경우 분리저항(Isolation Resistor)의 접합부분에서 PIMD 특성이 열화됨을 방지하고 있으나, 실질적으로 PIMD의 발생은 위상제거기 후단에서도 발생되고 있기 때문에, 위상제거기의 전단에서만 PIMD를 제거하는 것을 송수신 신호의 전파전력을 극대화하기가 어렵다는 문제점이 야기되고 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 위상제거기의 대역통과필터(BPF)와 디바이더(4Way Divider)의 상호변조신호(IM) 특성이 일정하게 유지된다는 전제하에 하이브리드(Hybrid) 후단에서 발생되어 수신 대역통과필터(RX BPF)경로로 유입되는 상호변조신호를 제거하도록 함에 따라, 위상제거기의 전후단에 걸쳐 수동상호 변조신호의 제거효율을 극대화하여 전파전력 의 효율성을 높일 수 있는 수동상호 변조왜곡 신호 제거장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 수동상호 변조왜곡 신호 제거장치는, 입력신호에 대한 전력을 소정 레벨 증폭시키기 위한 제1 전력증폭기(PA:Power Amplifier); 상기 제1 전력증폭기(PA)의 후단에 접속되어 상기 입력신호의 수신 대역통과필터(RX BPF) 및 송신 대역통과필터(TX BPF)의 노이즈를 필터링하기 위한 제1 대역통과필터(BPF); 출력신호 대한 전력을 소정 레벨 증폭시키기 위한 제2 전력증폭기(LNA:Low Noise Amplifier); 상기 제2 전력증폭기(LNA)의 전단에 접속되어 상기 출력신호의 수신 대역통과필터(RX BPF) 및 송신 대역통과필터(TX BPF)의 노이즈를 필터링하기 위한 제2 대역통과필터(BPF); 입출력 신호를 분기시키기 위한 제1 및 제2 디바이더; 상기 제1 및 제2 디바이더의 전단과 제2 및 제3 포트가 접속되어 입력 신호에 대한 위상지연을 통해 수동상호 변조왜곡(PIMD) 신호를 제거하기 위한 하이브리드; 및 상기 하이브리드 후단에서 발생되어 상기 제1 디바이더 또는 제2 디바이더로 부터 반송된 후, 상기 제2 대역통과필터(BPF)의 수신 대역통과필터(RX BPF)단으로 유입되는 수동상호 변조왜곡신호(PIMD)를 제거하기 위한 지연소자부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 지연소자부는 상기 하이브리드의 제3 포트와 상기 제1 디바이더 사이로 접속되거나, 제2 포트와 상기 제2 디바이더 사이로 접속되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지연소자부는 가변 위상지연소자로써, 0°에서 180°사이의 위상차를 지연시키거나, 90°의 위상차를 지연시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 발명에 따른 위상제거장치를 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이, 입력신호에 대한 전력을 소정 레벨 증폭시키기 위한 제1 전력증폭기(PA:Power Amplifier), 상기 제1 전력증폭기(PA)의 후단에 접속되어 상기 입력신호의 수신대역(RX) 및 송신대역(TX)의 노이즈를 필터링하기 위한 제1 대역통과필터(205:BPF), 출력신호 대한 전력을 소정 레벨 증폭시키기 위한 제2 전력증폭기(LNA:Low Noise Amplifier), 상기 제2 전력증폭기(LNA)의 전단에 접속되어 상기 출력신호의 수신대역(RX) 및 송신대역(TX)의 노이즈를 필터링하기 위한 제2 대역통과필터(207:BPF), 입출력 신호를 분기시키기 위한 제1 및 제2 디바이더(213,215), 상기 제1 및 제2 디바이더(213,215)의 전단과 제2 및 제3 포트가 접속되어 입력 신호에 대한 위상지연을 통해 수동상호 변조왜곡(PIMD) 신호를 제거하기 위한 하이브리드(201) 및 상기 하이브리드(201)의 제3 포트와 상기 제1 디바이더(213) 사이로 접속되어 상기 하이브리드(201) 후단에서 발생되어 상기 제2 대역통과필터(207)의 수신대역(RX)단으로 유입되는 수동상호 변조왜곡신호(PIMD)를 제거하기 위한 지연소자부(203)로 구성된다.
한편, 본 발명에서 상기 지연소자부(203)는 상기 제1 디바이더(113)로 부터 피드백되어 하이브리드(201)의 제3 포트로 유입되는 신호의 위상을 90°지연시킴을 일실시예로 하고 있으며, 필요에 따라 0°에서 180°사이의 위상차를 부여하여도 본 발명의 요지를 벗어나지 않을 것이다. 따라서, 상기 지연소자부(203)는 위상지연을 위한 지연소자를 사용할 수 있으나, 위상지연을 가변시킬 수 있는 가변 위상지연 소자를 사용할 수 있을 것이다.
여기서, 상기 지연소자부(203)는 하이브리드(201)의 제3 포트로 접속되어 제1 디바이더(213)로 부터 반송되는 위상을 지연시키고 있으나, 이는 하이브리드(201)의 제4 포트로 유입되는 IM신호를 상쇄시키고자 함에 있는 것으로, 도 3에서와 같이 상기 지연소자부(203)가 상기 하이브리드(201)의 제2 포트로 접속되도록 하여 하이브리드(201)의 제3 포트에서 제4 포트로 유기되는 신호의 위상과 180°차이가 발생하도록 하여 유기신호를 상쇄시킬 수 있음은 물론이다.
그리고, 상기 하이브리드(201)는 제1 포트로 입력되는 신호에 대해 제4 포트로는 유기되지 않으며, 제2 포트 및 제3 포트로 입력신호에 대한 위상지연이 발생되며, 입력신호원이 하이브리드(201)의 제1 포트에서 발생할 경우 제2 포트에 비해 제3 포트의 위상이 90°빠르고, 이로인해 제2 포트에서 발생된 IM에 비해 제3 포트에서 발생된 IM이 90°앞선다.
이하, 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 하이브리드(201)의 S-parameter를 [S]라 하고, 각 포트에 입력되는 신호를 a1,a2,a3,a4라 하며, 또한 각 포트에서 출력되는 신호를 b1,b2,b3,b4라 하면, 출력신호는 수학식 1과 같다.
Figure 112004031152459-PAT00001
그리고,
Figure 112004031152459-PAT00002
이다. 이 때, 삽입손실이 없는 이상적인 하이브리드(201)로 가정할 때, S-parameter는 다음과 같이 표시된다.
Figure 112004031152459-PAT00003
따라서, 상기 수학식 3을 수학식 2에 대입하면,
Figure 112004031152459-PAT00004
로 표시된다. 한편, 수학식 4를 근거로 상기 하이브리드(201)의 후단으로 제공되는 IM신호와 상기 IM신호가 제1 디바이더(213) 및 제2 디바이더(215)에서 피드 백되어 반송되는 IM과 서로 벡터(Vector)적으로 합성되어 상기 하이브리드(201)의 제2 포트와 제3 포트로 각각 입력된다. 이 때, 상기 IM을 각각
Figure 112004031152459-PAT00005
이라 하고, 하이브리드(201)의 제2 포트로 유기된 IM신호와 제2 디바이더(215)에서 피드백되는 IM 신호와의 벡터합성된 IM의 등가모델을 M2라 하고, 상기 하이브리드(201)의 제3 포트로 유기된 IM신호와 상기 제1 디바이더(213)에서 피드백되는 IM신호와의 벡터 합성된 IM의 등가모델을 M3이라 하여, 이를 수학식으로 나타내면,
Figure 112004031152459-PAT00006
2, μ3는 발생되는 IM의 크기를 결정짓는 파라메타이고, Φ2, Φ3 은 발생되는 IM의 위상을 결정짓는 파라메타이다)
여기서, 상기 하이브리드(201)의 제1 포트로 입력되는 제1 전력증폭기(PA)의 출력 신호의 파워를 A라 하고, 제2 포트 및 제3 포트로 나오는 신호를 각각 B2, B3라 하면,
Figure 112004031152459-PAT00007
가 된다. 따라서, B1=0, B2=-A/√2, B3=-jA/√2, B4=0이 된다.
또한, IM모델링된 M2, M3으로 입사되는 파워는,
Figure 112004031152459-PAT00008
로 표시되며, IM 모델 M2, M3에서 나오는 IM성분 ψA2, ψA3은,
Figure 112004031152459-PAT00009
가 된다. 따라서, 상기 하이브리드(201)의 제2 포트 및 제2 포트로 입력되는 IM 성분은,
Figure 112004031152459-PAT00010
가 된다. 그리고 상기 제2 대역통과필터(207)의 수신 대역통과필터(RX BPF)로 유입되는 IM을 ψC4라 하면,
Figure 112004031152459-PAT00011
가 된다. 따라서,
Figure 112004031152459-PAT00012
가 된다. 여기서, 상기 제1 디바이더(213) 및 제2 디바이더(215)에서 피드백되는 IM 특성이 서로 동일하고, 상기 제1 디바이더(213) 및 제2 디바이더(215)의 특성 또한 서로 동일할 경우, M2 = M3 , μ2 = μ3 = μ이고, φ2 = φ3 = φ이다.
이를 상기 수학식 11에 대입하면,
Figure 112004031152459-PAT00013
가 되어, 상기 제2 대역통과필터(207)의 수신 대역통과필터(RX BPF)로 유입되는 IM이 상쇄된다. 한편, 상기 하이브리드(201)의 제1 포트로 인가되는 신호원은 하이브리드(201)의 제4 포트로 유기되지 않는데, 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
먼저, 상기 하이브리드(201)의 제1 포트로 인가되는 신호원을
Figure 112004031152459-PAT00014
라 할 경우, 여기서 제2 포트 내지 제4 포트의 입력이 '0'이며 상기 수학식 4를 근거로 출력값 b1,b2,b3,b4를 산출하면 수학식 13과 같다.
Figure 112004031152459-PAT00015
따라서, 하이브리드(201)의 출력값은,
Figure 112004031152459-PAT00016
로서, b1=0, b2=-ψI/√2, b3=-jψI/√2 및 b4=0이 된다. 이는 하이브리드(201)의 제1 포트로 입력되는 ψI가 제3 포트에서 90°위상이 지연되고, 제2 포트에서는 180°위상이 지연출력되나, 제4 포트에는 출력되지 않아(b=0) 상기 제2 전력증폭기(LNA)로 입력되지 않는다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 수동상호 변조왜곡 신호 제거장치는 하이브리드의 후단에서 발생되는 IM을 제거하기 위해, 상기 하이브리드와 제1 디바이더 또는 제2 디바이더 사이로 지연소자부를 구비함에 따라, 하이브리드의 전단에서 입력되어 하이브리드 후단의 디바이더에서 피드백되는 PIMD 신호를 감소시키고 송수신 신호의 전력증강 효과를 제공한다.
이상에서 본 발명을 특정한 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정하지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

Claims (5)

  1. 입력신호에 대한 전력을 소정 레벨 증폭시키기 위한 제1 전력증폭기(PA:Power Amplifier);
    상기 제1 전력증폭기(PA)의 후단에 접속되어 상기 입력신호의 수신 대역통과필터(RX BPF) 및 송신 대역통과필터(TX BPF)의 노이즈를 필터링하기 위한 제1 대역통과필터;
    출력신호 대한 전력을 소정 레벨 증폭시키기 위한 제2 전력증폭기(LNA:Low Noise Amplifier);
    상기 제2 전력증폭기(LNA)의 전단에 접속되어 상기 출력신호의 수신 대역통과필터(RX BPF) 및 송신 대역통과필터(TX BPF)의 노이즈를 필터링하기 위한 제2 대역통과필터;
    입출력 신호를 분기시키기 위한 제1 및 제2 디바이더;
    상기 제1 및 제2 디바이더의 전단과 제2 및 제3 포트가 접속되어 입력 신호에 대한 위상지연을 통해 수동상호 변조왜곡(PIMD) 신호를 제거하기 위한 하이브리드; 및
    상기 하이브리드 후단에서 발생되어 상기 제1 디바이더 또는 제2 디바이더로 부터 반송된 후, 상기 제2 대역통과필터(BPF)의 수신 대역통과필터(RX BPF)단으로 유입되는 수동상호 변조왜곡신호(PIMD)를 제거하기 위한 지연소자부로 구성되는 것을 특징으로 하는 수동상호 변조왜곡 신호 제거장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 지연소자부는 상기 하이브리드의 제3 포트와 상기 제1 디바이더 사이로 접속되는 것을 특징으로 하는 수동상호 변조왜곡 신호 제거장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 지연소자부는 상기 하이브리드의 제2 포트와 상기 제2 디바이더 사이로 접속되는 것을 특징으로 하는 수동상호 변조왜곡 신호 제거장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지연소자부는 가변 위상지연소자로써, 0°에서 180°사이의 위상차를 지연시키는 것을 특징으로 하는 수동상호 변조왜곡 신호 제거장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지연소자부는 90°의 위상차를 지연시키는 것을 특징으로 하는 수동상호 변조왜곡 신호 제거장치.
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