KR20070015100A

KR20070015100A - 이동형 상호 변조 왜곡 측정 장비

Info

Publication number: KR20070015100A
Application number: KR1020060127105A
Authority: KR
Inventors: 문원규
Original assignee: 에이스웨이브텍(주)
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2007-02-01
Also published as: KR100786730B1

Abstract

본 발명은 이동형 PIMD 측정 장비에 관한 것으로서, 다종의 통신 방식 및 다종의 주파수를 사용하고 있는 실 환경에서 각 통신 대역에서 발생하는 상호 변조 왜곡 신호를 측정하는 방법에 대해 기술한다. 현재의 대용량, 초고속화의 무선 통신 시스템은 수많은 사용자들이 동시에 음성정보, 문자정보, 영상정보를 전송/수신함으로서 이들 신호의 상호 간섭 가능성이 증가하고 있고 이로 인한 고주파 수동 부품 및 시스템(기지국 또는 중계기)의 고주파 수동 부품 모듈(Duplexer, RF 케이블, 안테나 결합체)의 상호 변조 왜곡 신호의 특성을 측정하는 장비이다. 두 개 이상의 반송파 신호를 동시에 수동 부품 및 고주파 수동 부품 조립 모듈에 인가할 때 원하지 않는 기생 신호가 발생되는데 이 신호를 상호 변조 왜곡(Intermodulation Distortion : IMD)이라고 하며, 두 개 신호의 출력세기와 원하지 않는 IMD신호의 차를 측정하는 장비를 PIMD 측정 장비라고 한다.

이동형 PIMD 측정 장비는 상의한 주파수를 가지는 두 개의 반송파 신호를 동시에 발생하며, 발생된 반송파의 상위 주파수(fh)와 하위 주파수(fl)와의 상호 변조에 의해 생기는 IMD 값을 측정하는 기능을 가진다.

두 상의한 주파수 신호에 의해 생기는 IMD 신호의 주파수는 다음과 같다.

3차 IMD 신호 주파수 = (2 × fl) - fh

5차 IMD 신호 주파수 = (3 × fl) - (2 × fh)

....

N차 IMD 신호 주파수 = {(n + 1) × fl} - (n × fh)

(n = 1, 2, 3, ..., IMD 신호는 홀수 차수만 의미 있음)

본 발명의 PIMD 측정 방법은 각 수동 부품의 생산 시설이 아닌 실 환경에 설치된 기지국 및 중계기의 수동 부품 조립 모듈의 PIMD 특성을 측정하는 방법으로서 각 통신 서비스 주파수 대역에서 사업자별 주파수 대역 사이의 통신 혼신을 막기 위해 설정된 가이드 밴드 대역을 사용한다. 이 가이드 밴드 대역을 사용하면 실 환경 상황에서 통신 서비스 시스템 및 품질에 영향을 주지 않고 기지국 및 중계기의 고주파 수동 부품 조립 모듈의 PIMD 특성을 측정할 수 있다.

본 발명의 장치는 주파수 Sweep 기능을 가지고 있어 가이드 밴드 대역을 Sweep하여 대기 중에서 가이드 밴드 대역 내에 신호 및 Noise 특성을 먼저 확인 후, 가이드 밴드 대역 내에 IMD 주파수가 발생하도록 두 반송파 신호의 주파수를 설정하여 출력한 후 발생되는 IMD 신호를 측정하는 방법이다.

최근에 대두되고 있는 무선 통신 시스템의 수동소자에 의한 수동 상호 변조 왜곡(Passive Intermodulation Distortion: PIMD)은 정보를 수신하는 수신부의 주파수영역에 심각한 신호간섭 문제를 야기 시키고 있고 이를 미연에 방지하거나 발생 자체를 통제하려고 각 수동 부품의 PIMD 특성을 제한하고 있으나 부품이 아닌 시스템 및 모듈 레벨에서 IMD 특성을 제한하는 규격은 없다. 실제 각각의 수동 부품에 의한 PIMD 특성도 중요하지만 각 부품의 결합에 의한 모듈 및 시스템 레벨에서의 PIMD 특성이 중요하므로 이에 따른 IMD 신호를 측정 및 제한하는 노력이 필요하다.

PIMD 측정 장비는 주로 생산 시설 및 개발 단계에서 사용하는 고정형 장비가 개발되어 사용 중이며, 실제 설치 환경인 기지국 및 중계기에 관련된 PIMD를 측정하기 위한 이동형 장비는 전무한 상태이다. 그러므로 이동형 PIMD 장비의 개발 및 측정 방식의 정의가 절실히 필요한 상태이다.

이동형 PIMD 측정 장비의 발명 및 측정 방식을 정의함으로써 현재 상용으로 설치된 기지국 및 중계기의 최종단인 수동 부품 조립 모듈(Duplexer + RF 케이블 + 안테나 조립체)의 PIMD 특성을 쉽게 측정할 수 있도록 하며, 무선 통신 시스템의 심각한 신호간섭 문제를 해결하고자 한다.

이동형 PIMD, PIMD, IMD, 상호 변조 왜곡

Description

이동형 상호 변조 왜곡 측정 장비{Portable PIMD Measurement Equipment}

도 1 은 본 발명의 실 환경에서의 기지국 및 중계기의 최종단에 설치된 안테나, RF 케이블 Duplexer의 상호 변조 왜곡 측정 방법을 도시한 도면.

도 2 는 본 발명의 실 환경에서의 통신 서비스 및 통신 사업자 대역에 영향을 주지 않고 상호 변조 왜곡을 측정하는 주파수 설정 방법을 도시한 도면.

도 2 는 본 발명의 이동형 PIMD 측정 장비의 블럭도를 도시한 도면.

* 도면 2의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 고주파 발생부 (3개의 고주파 발생 모듈로 구성)

1a : 반송파 1 신호 발생 오실레이터; 1b : 반송파 2 신호 발생 오실레이터; 1c : 믹서 로컬 오실레이터

2 : 고주파 신호 감쇠부

2a : 반송파 1 신호 감쇠기; 2b : 반송파 2 신호 감쇠기

3 : 고주파 신호 고출력 증폭부

3a : 반송파 1 신호 증폭기, 3b : 반송파 2 신호 증폭기

4 : 고주파 신호 결합부

4a : Hybrid Combiner; 4b : High Power Termination

5 : 고주파 신호 필터링부

5a : Duplexer; 5b : Band Pass Filter

6 : 신호 분석부

6a : 저잡음 증폭기; 6b : 고주파 믹서; 6c : DSP 신호 처리기

7 : 시스템 제어부

7a : 제어부; 7b : LCD 화면/키패드

도 3 은 외국사(Summitek Instruments) PIMD 측정장비 전체 구성도를 도시한 도면.

도 4 은 외국사(Summitek Instruments) PIMD 측정장비의 RF Test Set(SI-1900A)의 내부 구성도를 도시한 도면.

본 발명은 실 환경에서 PIMD를 측정하기 위하여, 안정되고 신속한 데이터 처리와 정확한 측정값 그리고 높은 측정 Dynamic Range 및 주파수 Sweep 기능을 가질 수 있도록 한다.

이동형 PIMD 측정 장비는 Embedded 시스템을 적용하여 외부 컴퓨터 및 제어기 없이 측정이 가능하며, DSP 프로세서를 이용하여 IF 프로세싱을 처리함으로서 측정데이터를 정확하고 신속하게 처리할 수 있다.

이동 통신의 수동 부품 개발 및 양산 업체는 IMD를 측정 후 공급해야 하므로, 현재 외국사 PIMD 측정 장비나 자체 지그를 개발하여 측정하고 있다. 외국사 PIMD 측정 장비는 고가이며, A/S 및 사후관리가 문제가 되고 있다. 또한 자체 개발한 지그형 PIMD 측정 장비는 신뢰성, 안정성 및 재연성의 문제를 가지고 있다.

외국사 PIMD 측정 장비는 생산 시설 및 개발자 시설인 시험실에서 사용하게 데스크탑 컴퓨터, 전원 공급기, RF Test Set등으로 구성되어있어 실 환경 및 이동하여 사용하기에는 부적합한 형태이다.

현재 실 환경인 기지국 및 중계기 설치 과정에서 PIMD 측정에 관련된 시험 방법 및 규격에 대한 규정은 없다.

본 발명에 사용되는 Duplexer, Terminator, 케이블 조립체는 우수한 Low IM 특성을 가져야하며 이동형 장비 이므로 무게 및 크기를 최소화 하여야 한다. 고주파 고출력 증폭기는 이동형 장비에 적용되어야 하므로 저 전력 저 발열의 특성을 가져야 하며 무게 및 크기는 최소화 하여야한다. 또한 이동형 장비 이므로 장비 이동에 따른 환경 조건(진동, 충격,습도 등등)을 충족 시킬 수 있는 구조 및 제어부, 전원부, RF 모듈등이 하나의 장비 안에 들어가도록 설계한다.

PIMD 측정 장비의 시스템 동기화를 위해 각 모듈에 동기 Clock신호를 공급하고 처리하는 기술을 가져야 한다. 또한 DSP 프로세스에서는 IF신호를 고속 프로세싱하여 데이터를 처리하고, 고속의 주파수 Sweep 기능을 가져야 하며, 잡음 측정 레벨이 최대 -140 dBm 이 되어야한다.

본 발명의 이동형 PIMD 장비는 도5에 도시된 고주파 신호 발생부, 고주파 신호 감쇠부, 고주파 고출력 증폭부, 고주파 신호 결합부, 고주파 신호 필터링부, 신호 분석부, 시스템 제어부로 구성한다.

고주파 신호 발생부는 반송파 1 신호 발생 신호원과 반송파 2 신호 발생 신호원, 그리고 신호 분석부의 주파수 다운을 위한 Local Oscillator로 구성되어 있으며, 각 신호원의 동기를 맞추기 위해 Reference Clock과 Divider로 구성되어 있다.

고주파 신호 감쇠부는 반송파 1 신호 및 반송파 2 신호를 0.5 dB 단위로 최대 15 dB 단위까지 감쇠시킬 수 있는 가변 감쇠기로 구성되어 있다.

고주파 고출력 증폭부는 각 주파수에 대해 고출력 증폭기 (60W ~ 100W적용) 2개로 구성되어 있다.

고주파 신호 결합부는 두 반송파 신호를 결합하는 Hybrid Combiner와 고주파 고출력 신호를 소모하는 High Power Termination으로 구성되어 있다.

고주파 신호 필터링부는 서비스 주파수 대역을 통과 시키고 피 시험체에서 발생하는 IMD 신호 대역을 통과 시키는 Duplexer와 수신 분석부에서 IMD 신호만 처리하기 위한 두 반송파 신호를 필터링하는 BPF로 구성되어 있다.

신호 분석부는 IF신호로 변환 할 수 있는 Down Convertor의 Mixer, RX 대역통과필터, 저 잡음 증폭기, DSP 신호 처리기로 구성되어 있다.

시스템 제어부는 사용자로부터 시스템 제어 변수를 입력 받고, 측정 값 및 입력 변수 상태를 표시하는 LCD 화면/키패드와 PIMD 측정 장비 전체를 제어하는 제어부로 구성되어 있다.

도2의 반송파1 오실레이터(1a)와 반송파 2 오실레이터(1b)에서 IMD 측정에 사용하는 고주파 신호를 각각 발생하여 각각의 가변 감쇠기(2a, 2b)에 입력된다. 가변 감쇠기는 입력된 고주파 신호를 최종 신호 출력 레벨이 되도록 조정하여 고주파 신호 고출력 증폭부(3)로 출력한다. 고주파 신호 고출력 증폭부는 고주파 신호를 증폭하여 고주파 신호 결합부(4)로 출력한다. 고주파 신호 결합부는 고주파 신호 고출력 증폭부에서 입력되는 고출력 반송파 1, 2 신호를 결합하여 Duplexer(5a)로 출력한다. Duplexer에서 출력되는 신호는 장비의 출력 포트를 통해 PIMD 측정 피시험인 DUT로 출력한다. DUT에서 생긴 IMD 신호는 Duplexer의 RX 경로를 통해 Band Pass Filter(5b)로 입력된다. IMD 신호는 LNA(6a)를 커치면서 증폭되고, 믹서(6b)를 거치면서 IF 신호로 Down Conversion 된다. Down Conversion 된 IMD 신호는 신호 처리부에서 그 레벨 값을 측정하여 시스템 제어부로 전송하고 시스텐 제어부는 IMD 레벨 값을 사용자에게 표시한다.

도2의 실 환경에서 PIMD 측정은 기지국이나 중계기 설치시 측정하며, 측정 방법은 가이드 대역인 A 통신 사업자와 B 통신 사업자 사이의 가이드 주파수 대역인 f2, f3를 주파수 Sweep하여 실 환경에서의 신호 레벨을 먼저 측정한다. 통신 사업자 B와 C 인 경우에는 가이드 대역 f4와 f5를 Sweep하여 신호 레벨을 확인한다. 가이드 대역 내에서 신호 레벨이 가장 작게 나타나는 주파수를 선정하여 통신 사업자 A인 경우는 주파수 A-Fim에서서 IMD 신호가 발생하도록 주파수 A_fl과 A_fh를 설정하고, 통신 사업자 B인 경우는 주파수 B-Fim에서서 IMD 신호가 발생하도록 주파수 B_fl과 B_fh를 설정하고, 통신 사업자 C인 경우는 주파수 C-Fim에서서 IMD 신호가 발생하도록 주파수 C_fl과 C_fh를 설정하여 각각 통신 사업자별 IMD 신호에 해당하는 A_fim, B_fim, C_fim 신호를 측정하여 기지국이나 중계기 설치시의 설치 시스템의 PIMD 특성을 측정한다.

본 발명은 실 환경인 기지국 및 중계기의 고주파 수동 부품 조립 모듈의 IMD 특성을 측정함으로써 대용량, 고속 데이터를 송수신하는 시스템의 성능을 향상 시킬 수 있다.

본 발명은 실 환경인 기지국 및 중계기 외에 개발자가 사용하는 시험 시설 및 수동 부품 생산 시설에서도 상호변조 왜곡을 측정할 수 있다.

또한 본 발명은 기지국 및 중계기 제작에 있어 IMD 신호에 대한 특성을 분석하므로 우수한 장비 제작 및 설치를 제공할 수 있다.

그리고, 본 발명을 통해 DSP 신호처리기를 사용함으로서 고속 데이터를 안정되고 정확하게 측정할 수 있고 빠른 주파수 Sweep 기능을 수행할 수 있다. DSP 신호처리기에서는 수신레벨이 -180dBc(43dBm 2 Tone 동시입력시)까지 신호를 처리할 수 있으므로 우수한 수신감도를 가지고 있다.

Claims

실 환경에서 통신 서비스 대역의 통신 사업자 서비스 대역 사이의 가이드 대역을 이용한 기지국 및 중계기의 IMD 측정;
실 환경에서 통신 사업자 서비스 대역의 가이드 대역을 주파수 Sweep을 한 후 사용 신호가 없는 주파수를 IMD 신호가 발생하도록 2 Tone's 신호를 발생하여 IMD 신호를 측정하는 방법;
고주파 발생부에서 두 반송파에 의한 상호 영향을 줄이기 위해 각각의 고주파 신호 모듈을 구성한 상호 변조 왜곡 측정 장비
신호분석부에서 고주파 신호를 IF신호화하여 분석하기 위해 믹서를 이용한 다운 변환 회로와 DSP 신호 처리기를 이용하여 연산 및 시스템 제어부에서 제어기능을 하는 상호 변조 왜곡 측정 장비;