KR20060071948A - 이동 통신 단말기의 송신전력 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동 통신 단말기의 송신전력을 제어하는 장치에 관한 것으로,

인가되는 이득제어신호에 따라 입력 송신신호의 이득을 조절하고, 그 이득 조절된 중간주파수 형태의 송신신호를 RF신호로 천이시켜 출력하는 RF 신호 발생부와; 상기 RF 신호의 전력을 상기 이득제어신호 따라 증폭 출력하는 전력 증폭기와; 상기 전력 증폭기의 출력을 분기시키기 위한 방향성 결합기와; 상기 방향성 결합기에 의해 분기된 RF 신호를 안테나를 통해 기지국으로 송신하기 위한 듀플렉서와; 상기 방향성 결합기에 의해 분기된 또 하나의 RF 신호 전력을 검출하기 위한 송신전력 검출부와; 상기 송신전력 검출부를 통해 얻어진 송신전력의 세기에 따라 송신전력을 제어하기 위한 이득제어신호를 발생하여 출력하는 제어부;를 포함함을 특징으로 한다.

송신 전력, 이득제어, 방향성 결합기.

Description

이동 통신 단말기의 송신전력 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLLING A TRANSMITTING POWER}

도 1은 일반적인 이동 통신 단말기의 송신전력 제어장치 구성도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 단말기의 송신전력 제어장치 구성도.

도 3은 도 2중 방향성 결합기(60)의 특성을 설명하기 위한 도면.

본 발명은 이동 통신 단말기에 관한 것으로, 특히 이동 통신 단말기의 송신전력을 제어하는 장치에 관한 것이다.

일반적인 이동 통신 단말기는 기지국으로부터의 거리 변화에 따라 송신전력을 제어하고 있다. 기지국으로부터 거리가 멀어지면 송신 전력을 증가시키고, 기지국으로부터 거리가 가깝게 되면 송신 전력을 감소시킨다.

실제로 단말기의 송신전력 제어는 단말기에서 수신전계강도(RSSI : RECEIVED SIGNAL STRENGTH INDICATOR) 레벨을 측정하여 측정된 수신전계강도 레벨에 반비례하여 송신 전력을 제어하고 있다. 즉, 기지국에서 거리 100m 인 A 단말기와 기지국 에서 1Km 거리에 위치한 B 단말기가 동일한 전력레벨로 기지국으로 신호를 송신한다면 기지국에서 A, B 단말기 사이에 거리 차이가 10배이므로 기지국 수신전력은 103 ~ 105 배만큼 차이가 난다. 이 경우 기지국에서의 B 단말기의 신호는 복구 불가능한 상태가 될 수 있으므로 A 단말기에 비해 보다 큰 전력으로 신호를 송신해야 한다.

그러나 무작정 단말기와 기지국 사이의 거리변화에 비례하여 송신전력을 증가시킬 수만은 없다. 왜냐하면 국내의 경우 정보통신부에서 인체 유해성이 없는 이동 통신 단말기의 전자파 흡수율(SAR)을 1.6mW/g으로 규정하고 있으며, 2002년 4월부터 전자파 인체보호 기준을 적용해 이동 통신 단말기의 전자파 흡수율(SAR) 측정을 의무화하여 이 수치를 넘는 이동 통신 단말기의 판매를 금지하고 있기 때문이다. 또한 무작정 송신전력을 증대하여 운영할 경우에는 상대적으로 소비전력이 증가되어 단말기 사용시간이 단축되는 결과를 초래한다.

따라서 위와 같은 제약조건들을 고려한 송신전력 제어기술이 필요한 것이다.

이동 통신 단말기에서 채용되고 있는 일반적인 송신전력 제어방법을 설명하면, 우선 전력증폭기의 주위 온도를 감지하여 송신전력을 제어하는 방법이 있다. 이 방법은 써미스터를 사용하여 전력증폭기 주변 온도를 감지하는 방법으로서, 단말기 제어부는 써미스터를 통해 전력증폭기 주위 온도를 감지하여 전력증폭기의 송신전력을 제어한다. 통상적으로 단말기의 사용시간이 높아짐에 따라 전력증폭기에서는 열이 발생하게 되는데, 이러한 발생열은 전력증폭기 자체의 게인을 저하시키는 요인으로 작용한다. 전력증폭기 자체의 게인이 저하되면 송신전력이 약화되기 때문에 게인을 높여 주어야만 한다. 따라서 단말기 제어부에서는 써미스터로부터 출력되는 전압값에 매핑되어 있는 게인조정신호를 출력하여 전력증폭기의 송신전력을 일정하게 유지시켜 준다.

그러나 이와 같은 방법에서는 송신전력 감지를 위해 필요한 최적의 온도 데이터를 얻는데 많은 시간이 투자되어야 하는 단점이 있으며, 얻어진 측정 데이터 또한 오차가 심하여 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다.

또 다른 방법으로서는 도 1에 도시한 바와 같이 전력증폭기(20)의 출력단에 RC회로와 송신전력 검출기(Power Detector)(40)를 직렬 접속하여 전력증폭기의 송신전력을 제어하는 방법인데, 이 방법은 단말기 제어부(50)가 상기 송신전력 검출기(40)를 통해 현재의 송신전력을 전압값으로 피드백 받고, 그 피드백된 값에 대응하는 게인조정신호를 출력하여 전력증폭기(20)의 송신전력을 일정하게 유지시키는 방법이다.

그러나 상술한 방법에서는 전력증폭기(20)의 출력단 라인에 직접 접속되는 RC회로에서 송신전력이 많이 소모되기 때문에 송신전력 검출에 있어 오차가 발생한다. 또한 상술한 방법에서는 전력증폭기(20)의 출력단이 직접 듀플렉서(10)에 접속되는 관계로 듀플렉서(10)나 안테나단에서 생길 수 있는 부정합에 의해 반사된 송신전력이 그대로 송신전력 검출부(40)에 인가되어 정확한 송신전력의 측정이 불가능하다. 이와 같이 송신전력의 측정에 있어 오차가 발생하는 경우에는 정확한 송신전력 제어가 이루어지지 않기 때문에 결국 무선감도가 저해되는 결과를 초래한다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 송신전력의 손실을 최소화하면서 보다 정확한 송신전력의 측정이 이루어지도록 하여 결과적으로는 무선감도의 향상을 기할 수 있는 이동 통신 단말기의 송신전력 제어장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 단말기의 송신전력 제어장치는,

인가되는 이득제어신호에 따라 입력 송신신호의 이득을 조절하고, 그 이득 조절된 중간주파수 형태의 송신신호를 RF신호로 천이시켜 출력하는 RF 신호 발생부와;

상기 RF 신호의 전력을 상기 이득제어신호 따라 증폭 출력하는 전력 증폭기와;

상기 전력 증폭기의 출력을 분기시키기 위한 방향성 결합기와;

상기 방향성 결합기에 의해 분기된 RF 신호를 안테나를 통해 기지국으로 송신하기 위한 듀플렉서와;

상기 방향성 결합기에 의해 분기된 또 하나의 RF 신호 전력을 검출하기 위한 송신전력 검출부와;

상기 송신전력 검출부를 통해 얻어진 송신전력의 세기에 따라 송신전력을 제어하기 위한 이득제어신호를 발생하여 출력하는 제어부;를 포함함을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따르면 방향성 결합기에 의해서 듀플렉서단과 송신전력 검출기가 격리되기 때문에, 듀플렉서나 안테나단의 부정합에 의해 송신전력 검출기로 피드백되는 전력의 영향을 사전에 차단할 수 있어 보다 정확한 송신전력의 측정이 이루어질 수 있게 되는 것이다. 이와 같이 송신전력의 측정이 정확하게 이루어지면 결과적으로 송신전력의 제어가 정확하게 이루어질 수 있기 때문에 결국 무선 감도의 향상을 가져올 수 있게 되는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

우선 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 단말기의 송신전력 제어장치 구성도를 도시한 것이며, 도 3은 도 2중 방향성 결합기(60)의 특성을 설명하기 위한 도면을 도시한 것이다.

도 2를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 송신전력 제어장치는 크게 듀플렉서(10), 방향성 결합기(60), 전력증폭기(20), RF신호 발생부(30), 송신전력 검출기(40) 및 제어부(50)를 포함함을 알 수 있다. 이러한 구성의 송신전력 제어장치에서,

RF신호 발생부(30)는 후술할 제어부(50)로부터 인가되는 이득제어신호에 따라 입력 송신신호의 이득을 조절하고, 그 이득 조절된 중간주파수(IF) 형태의 송신신호를 RF신호로 천이시켜 출력한다. 이러한 RF 신호 발생부(30)는 이미 공지된 바 와 같이 상기 송신신호의 이득을 조절하기 위한 자동이득제어 증폭기와, 상기 자동이득제어 증폭기의 출력과 국부발진신호를 믹싱하여 IF형태의 상기 송신신호를 RF신호로 주파수 업시키는 믹서(mixer)를 포함한다.

한편 전력 증폭기(20)는 상기 RF신호 발생부(30)에서 출력되는 RF 신호의 전력을 후술하는 제어부(50)에서 출력되는 이득제어신호 따라 레벨 증폭하여 출력한다. 이와 같이 레벨 증폭된 RF신호는 후단의 방향성 결합기(Directional Coupler)(60)에 의해 분기된다. 즉, 방향성 결합기(60)는 전력 증폭기(20)의 출력을 분기시키는 역할을 수행하는데 이러한 방향성 결합기(60)의 기본원리를 도 3을 참조하여 부연 설명하면 다음과 같다.

우선 방향성 결합기(60)의 ①번 포트(P1)로 입력되는 RF신호는 ②번 포트(P2)를 통해 듀플렉서(10)로 전달된다. 이와 같이 ①번 포트(P1)에서 ②번 포트로 전달되는 전력을 삽입손실(Insertion Loss)로 표현할 수 있으며 이는 하기 수학식으로 구할 수 있다. 일반적으로 삽입손실은 적을수록 좋지만 커플링되는 양이 크면 삽입손실(IL)은 그 만큼 늘어날 수 밖에 없다.

IL = 10 log (P2/P1) dB

한편 상기 방향성 결합기(60)의 결합도(Coupling:C)는 ①번 포트에서 ③번 포트(P3)로 전달되는 전력으로 나타낼 수 있다. 즉, ①번 포트로 입력된 RF신호는 ③번 포트를 통해 송신전력 검출기(40)로 전달된다. 이러한 결합도 역시 하기 수학식으로 구할 수 있으며, 상기 ③번 포트는 커플링 포트로 명명할 수 있다.

C = 10log (P3/P1) dB

상기 방향성 결합기(60)에서 ①번 포트와 ④번 포트(P4)간의 전력차는 격리도(Isolation:I)로 불리운다. 이러한 격리도는 양이 적을수록 좋은 것이며 하기와 같이 구해진다.

I = 10log (P4/P1) dB

상기 격리도(I)에 대비한 커플링 레벨의 비율을 방향성(Directivity:D)이라 칭하기도 하는데, 이러한 방향성은 ③번 포트(P3)와 ④번 포트(P4)간의 전력차를 나타내기도 한다. 커플링 레벨에 비해 격리도가 낮아야 좋은 품질의 방향성 결합이 이루어진다.

D = 10log(P4/P3) dB

D = I - C

상술한 바와 같은 특성을 가지는 방향성 결합기(60)를 사용하게 되면 듀플렉서(10)와 송신전력 검출기(40)가 분리되어 있는 효과를 얻게 되므로, 안테나 혹은 듀플렉서(10)의 부정합에 의해 반사되는 송신전력(power)이 송신전력 검출기(40)로 유입되는 것을 사전에 막을 수 있게 되는 것이다.

다시 도 2를 참조하면, 듀플렉서(10)는 상기 방향성 결합기(60)에 의해 분기된 RF 신호를 안테나(ANT)를 통해 기지국으로 송신하고 안테나를 통해 수신된 신호를 수신(RX)경로로 전달하는 역할을 수행하며,

송신전력 검출부(40)는 상기 방향성 결합기(60)에 의해 분기된 또 하나의 RF 신호 전력을 검출하여 그에 따른 송신전력 세기를 전압의 형태로 출력한다.

단말기의 동작을 전반적으로 제어하는 제어부(50)는 기본적으로 수신된 RF신 호의 수신레벨에 따라 RF신호의 송신전력(dBm)값을 산출하고, 이후 그 RF신호의 송신전력에 상응하는 PDM 이득제어신호를 상기 RF신호 발생부(30)와 전력 증폭기(20)로 출력해 줌으로서, RF신호 발생부(30)내의 자동이득제어 증폭기와 전력 증폭기(20)의 이득을 송신전력에 상응하도록 조절하는 역할을 한다. 추가적으로 상기 제어부(50)는 상기 송신전력 검출부(40)를 통해 얻어진 송신전력의 세기에 따라 송신전력을 제어하기 위한 이득제어신호를 추가 발생하여 출력함으로서 송신전력을 미세하게 조정한다.

이하 상술한 구성을 가지는 이동 통신 단말기의 송신전력 제어장치의 동작을 설명하면,

우선 제어부(50)는 기지국으로부터 수신된 RF신호의 수신레벨에 따라 RF 신호의 송신전력(dBm)값을 산출한다. 이때 RF신호의 송신전력(dBm)은 앞서 설명한 바와 같이 단말기와 기지국간의 거리에 비례하며, 단말기와 기지국간의 거리가 가까우면 낮은 송신전력이, 단말기와 기지국간의 거리가 멀어지면 높은 송신전력이 필요하게 된다.

수신레벨에 따라 송신전력 세기가 산출되면 제어부(50)는 산출된 송신전력을 얻기 위한 이득제어신호를 생성하여 RF신호 발생부(30)와 전력 증폭기(20)로 출력한다. 이에 따라 RF신호 발생부(30)에서는 상기 제어부(50)로부터 인가되는 이득제어신호에 따라 입력 송신신호의 이득이 조절되고, 그 이득 조절된 송신신호는 RF신호로 천이되어 전력증폭기(20)로 인가되게 되는 것이다.

그리고 전력 증폭기(20)에서는 상기 RF신호 발생부(30)에서 발생된 RF 송신 신호가 상기 제어부(50)로부터 인가되는 이득제어신호에 의해 레벨 증폭 출력되고, 레벨 증폭된 RF신호는 방향성 결합기(60)를 통해 듀플렉서(10)와 송신전력 검출기(40)로 각각 인가된다.

이에 듀플렉서(10)는 방향성 결합기(60)를 통해 인가된 RF신호를 안테나를 통해 기지국으로 송출하고, 송신전력 검출기(40)는 상기 방향성 결합기(60)에 의해 분기된 또 하나의 RF 신호 전력을 검출하여 그에 따른 송신전력 세기를 제어부(50)로 전송하여 준다.

따라서 제어부(50)는 RF신호의 송신(TX) 경로상에 위치하는 회로소자들에 의해 발생되는 송신전력의 손실분을 보상하기 위한 이득제어신호를 다시 생성하여 출력함으로서, 최적의 송신전력으로 RF신호가 송출되게 되는 것이다.

한편 단말기 사용자에 의해 안테나 혹은 듀플렉서(10)단에서 부정합 현상이 발생할 수 있는데 이러한 경우 부정합에 의해 송신전력의 일부가 반사될 수 있다. 그러나 방향성 결합기(60)에 의해 송신전력 검출부(40)로 반사되는 송신전력이 원천적으로 차단되고 있기 때문에, 송신전력 검출부(40)는 종전의 단말기에 비해 정확하게 송신전력 레벨을 검출할 수 있게 되는 것이다.

따라서 본 발명의 송신전력 제어장치는 일반 송신전력 제어장치에 비해 보다 정확하게 송신전력의 측정이 이루어질 수 있게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 방향성 결합기를 사용하여 듀플렉서단과 송신전력 검출기를 격리하고 있기 때문에, 듀플렉서나 안테나단의 부정합에 의해서 반사 되는 잡음성분의 송신전력이 송신전력 검출기로 유입되는 것을 막아 보다 정확하게 송신전력의 측정이 이루어질 수 있는 장점이 있다.

또한 송신전력이 정확한 측정에 기인하여 무선 감도의 향상을 기할 수 있는 효과도 기대할 수 있다.

한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

1. 이동 통신 단말기의 송신전력 제어장치에 있어서,

   인가되는 이득제어신호에 따라 입력 송신신호의 이득을 조절하고, 그 이득 조절된 중간주파수 형태의 송신신호를 RF신호로 천이시켜 출력하는 RF 신호 발생부와;

   상기 RF 신호의 전력을 상기 이득제어신호 따라 증폭 출력하는 전력 증폭기와;

   상기 전력 증폭기의 출력을 분기시키기 위한 방향성 결합기와;

   상기 방향성 결합기에 의해 분기된 RF 신호를 안테나를 통해 기지국으로 송신하기 위한 듀플렉서와;

   상기 방향성 결합기에 의해 분기된 또 하나의 RF 신호 전력을 검출하기 위한 송신전력 검출부와;

   상기 송신전력 검출부를 통해 얻어진 송신전력의 세기에 따라 송신전력을 제어하기 위한 이득제어신호를 발생하여 출력하는 제어부;를 포함함을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 송신전력 제어장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 방향성 결합기는 입력(input), 출력(through), 커플링(coupling) 및 격리(isolation) 포트를 가지되, 상기 입력 포트를 통해 인가되는 RF 신호를 상기 출력 포트와 커플링 포트로 분기 출력함을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 송신전력 제어장치.

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