KR20190036183A - 빔포밍 프로세서 시험 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 또한 본 발명은 빔포밍을 수행하는 빔포밍 프로세서와 전기적으로 연결되며, 상기 빔포밍 프로세서의 출력 전력을 결정하는 적어도 하나의 전력 결정부 및 상기 전력 결정부와 유선으로 연결되며, 상기 전력 결정부로부터 수신되는 상기 출력 전력에 기반하여 상기 빔포밍 프로세서의 정상 여부를 판단하는 제어부를 포함하는, 빔포밍 프로세서 시험 장치를 제공한다.

Description

빔포밍 프로세서 시험 장치{TEST DEVICE OF BEAM FORMING PROCESSOR}
본 발명은 빔포밍을 지원하는 무선 시스템에서 이용되는 빔포밍 프로세서의 정상 동작 여부를 결정할 수 있는 빔포밍 프로세서 시험 장치를 제공한다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술인 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
본 발명은 5G 이동 통신, 즉 빔포밍을 활용한 이동 통신에서 이용되는 빔포밍 프로세서 또는 복수개의 출력포트를 가지는 프로세서의 정상 동작 여부를 빠르고 정확하게 테스트 할 수 있는 프로세서 시험 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 빔포밍을 수행하는 빔포밍 프로세서와 전기적으로 연결되며, 상기 빔포밍 프로세서의 출력 전력을 결정하는 적어도 하나의 전력 결정부 및 상기 전력 결정부와 유선으로 연결되며, 상기 전력 결정부로부터 수신되는 상기 출력 전력에 기반하여 상기 빔포밍 프로세서의 정상 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 빔포밍 프로세서 시험 장치를 제공한다.
상기 전력 결정부는, 상기 빔포밍 프로세서에 배치되는 복수개의 출력포트와 상기 복수개의 출력포트에 대응되어 연결되는 안테나간의 위상 차이를 보상할 수 있도록 형성된 위상 보상부를 포함할 수 있다.
상기 전력 결정부는, 상기 빔포밍 프로세서에 배치되는 복수개의 출력포트에서 출력되는 각각의 출력 전력에 기반하여 상기 빔포밍 프로세서의 출력 전력을 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 출력 전력이 기설정된 오차 범위에 포함되는 경우, 상기 빔포밍 프로세서를 정상으로 판단할 수 있다.
상기 전력 결정부는, 상기 빔포밍 프로세서가 안착되어 상기 빔포밍 프로세서와 상기 전력 결정부를 전기적으로 연결시킬수 있다.
상기 빔포밍 프로세서 시험 장치는 상기 적어도 하나의 전력 결정부와 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 빔포밍 프로세서를 더 포함하고, 상기 빔포밍 프로세서는, 복수개의 출력포트를 포함하며, 상기 각각의 출력포트에 대응하여 위상 변위기(phase shifter)를 내장할 수 있다.
본 발명에 따를 경우, 상기 빔포밍 프로세서 시험 장치에 전력 결정부가 복수개 배치되는 경우, 상기 각 전력 결정부와 상기 제어부가 연결되는 유선의 길이는 동일할 수 있다.
본 발명은 복수개의 출력포트를 포함하는 프로세서와 전기적으로 연결되며, 상기 각각의 출력포트에서 출력되는 전력에 기반하여 상기 프로세서의 출력 전력을 결정하는 적어도 하나의 전력 결정부 및 상기 전력 결정부와 유선으로 연결되며, 상기 전력 결정부로부터 수신되는 상기 프로세서의 출력 전력에 기반하여 상기 프로세서의 정상 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 프로세서 시험 장치를 제공한다.
상기 전력 결정부는, 상기 각각의 출력포트와 상기 각각의 출력포트에 대응되어 연결되는 외부장치간의 위상 차이를 보상할 수 있도록 형성된 위상 보상부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 프로세서의 출력 전력이 기설정된 오차 범위에 포함되는 경우, 상기 프로세서를 정상으로 판단할 수 있다.
상기 전력 결정부는, 상기 프로세서가 안착되어, 상기 프로세서와 상기 전력 결정부를 전기적으로 연결시킬수 있도록 형성된 안착부를 더 포함할 수 있다.
상기 프로세서 시험 장치는 상기 적어도 하나의 전력 결정부와 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 프로세서를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 각각의 출력포트마다 대응하여 위상 변위기(phase shifter)를 내장할 수 있다.
본 발명에 따를 경우, 상기 프로세서 시험 장치에 전력 결정부가 복수개 배치되는 경우, 상기 각 전력 결정부와 상기 제어부가 연결되는 유선의 길이는 동일할 수 있다.
본 발명은 빔포밍을 수행하는 빔포밍 프로세서가 복수개 배치된 빔포밍 모듈, 상기 빔포밍 모듈과 무선으로 통신을 수행하는 안테나 모듈 및 상기 안테나 모듈로부터 수신되는 빔포밍 모듈의 빔정보에 기반하여 상기 빔포밍 모듈의 정상 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 빔포밍 모듈 시험 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따를 경우, 유선을 통해 직접적으로 수신한 프로세서의 출력전력에 기반하여 프로세서의 정상 여부를 결정할 수 있어 프로세서 테스트의 정확도가 증가할 수 있다.
또한, 빔포밍 프로세서 시험 시 본 발명의 일실시예에 따를 경우, 안테나를 제외하고 일차적으로 빔포밍 프로세서와 시험 장치간의 연결을 통해 빔포밍 프로세서의 정상 여부를 판단할 수 있어, 안테나를 포함한 무선 시험 방법보다 비용적, 시간적 측면에서 유리할 수 있다.
도 1은 무선으로 빔포밍 프로세서를 테스트 하는 경우를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 유선으로 빔포밍 프로세서를 테스트 하는 경우를 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 빔포밍 프로세서와 상기 빔포밍 프로세서와 결합되는 안테나를 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 위상 보상부를 나타낸 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 위상 변위기(phase shifter)의 제1 구성을 나타낸 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 위상 변위기의 제2 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예 따라 하나의 빔포밍 프로세서 시험 장치에 네 개의 전력 결정부가 배치된 경우를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 복수개의 빔포밍 프로세서를 포함하는 빔포밍 모듈을 무선으로 테스트하는 경우를 나타낸 도면이다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다. 또한 실시 예에서 '~부'는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
이동 통신에 사용되는 동작 주파수가 커짐에 따라 상기 동작 주파수에 의하여 동작하는 프로세서의 내부 손실도 커질 수 있다. 따라서 앞서 개시한 바와 같이 이를 보완하기 위해 빔포밍 등의 기술을 통해 공기 중에서 전파를 결합하여 상기의 손실을 최소화해 프로세서의 출력 전력을 향상시킬 수 있다.
상기의 빔포밍 동작을 수행하기 위한 프로세서는 일반적으로 프로세서 외부로 빔을 방사하기 위한 안테나가 결합된다. 그러므로 안테나가 결합된 프로세서의 정상 여부를 판단하는 테스트는 상기 안테나를 이용해 무선으로 수행될 수 있다.
도 1은 무선으로 빔포밍 프로세서를 테스트 하는 경우를 나타낸 도면이다.
앞서 개시한 바와 같이 빔포밍 프로세서(110)는 상기 빔포밍 프로세서(110)의 제어에 의하여 빔을 방사하는 안테나(120)를 포함할 수 있다. (상기 안테나(120)는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 복수개의 안테나 엘리먼트를 포함할 수 있으며, 후술하겠지만 상기 각 안테나 엘리먼트는 상기 빔포밍 프로세서(110)의 각 출력포트와 연결될 수 있다.)
도 1에 도시하지는 않았으나 상기 빔포밍 프로세서(110)에 입력 전력을 제공하는 장치가 포함될 수 있으며, 상기 장치에 의하여 빔포밍 프로세서(110)는 상기 안테나(120)를 통해 빔을 형성하여 외부로 방사할 수 있다.
이 경우, 상기 안테나(120)를 통해 방사되는 빔은 테스트 장치를 구성하는 테스트 장치 안테나(130)에서 수신할 수 있다. 도 1에서는 상기 테스트 장치 안테나(130)가 혼(horn) 안테나로 구성된 경우를 도시하고 있으나, 이는 일실시예에 해당할 뿐 상기 테스트 장치 안테나(130)는 다양한 구조를 가질 수 있다.
상기 테스트 장치 안테나(130)를 통해 수신한 빔 정보(빔의 세기, 빔위 위상 또는 빔의 인덱스가 정보가 이에 포함될 수 있다.)를 테스트 장치 제어부(140)에서 전달 받을 수 있으며, 상기 테스트 장치 제어부(140)는 상기 수신한 빔 정보에 기반하여 빔포밍 프로세서의 정상 동작 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 빔포밍 프로세서를 통해 최소요구되는 빔의 게인값이 10dB인 경우, 상기 테스트 장치 안테나(130)를 통해 수신한 빔 정보에 기반하여 결정된 빔 게인값이 15dB라면 상기 빔을 방사한 빔포밍 프로세서는 정상으로 판단될 수 있다.
그러나 도 1에서 도시하고 있는 빔포밍 프로세서 테스트 방법은 여러가지 문제가 발생할 수 있다.
첫째로, 무선으로 테스트 진행이 되는바, 테스트 결과에 주변환경에 인한 간섭의 영향을 받을 확률이 높으므로, 테스트의 정확성이 낮아질 수 있다. 둘째로는, 상기 간섭의 영향을 최소화하기 위하여 도 1에서 도시하고 있는 바와 같이 차폐기(150)를 빔포밍 프로세서의 주변에 설치한다고 하더라도 테스트 진행을 위한 비용이 증가할 뿐만 아니라, 상기 차폐기(150)에 의하여 테스트 장치의 부피가 커질 수 있다. 마지막으로 셋째로는, 무선으로 테스트가 진행되고, 안테나(120)와 테스트 장치 안테나(130)간 신호를 서로 주고 받아야 하므로, 테스트 하는데 소요되는 시간이 길어질 수 있다.
따라서 상기의 문제점을 해결하기 위한 빔포밍 프로세서 장치가 요구되는 바, 이하에서 이를 기술하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 유선으로 빔포밍 프로세서를 테스트 하는 경우를 나타낸 도면이다.
앞서 개시한 바와 도 1에서 도시하고 있는 빔포밍 프로세서 테스트 방법의 문제점은 무선으로 빔포밍 프로세서의 테스트가 진행되는것에 있다. 근본적으로 이는 빔포밍 프로세서가 안테나와 결합되어 테스트가 진행된다는 점에 있으므로, 도 2를 통해 개시하고자 하는 본 발명에 따른 테스트 장치에서는 안테나를 제거한 빔포밍 프로세서를 이용하고자 한다.
구체적으로 본 발명의 실시에 따른 빔포밍 프로세서 테스트 방법은 도 2에서 도시하고 있는 바와 같이 빔포밍을 수행하는 빔포밍 프로세서(110), 상기 빔포밍 프로세서와 전기적으로 연결되며, 상기 빔포밍 프로세서(110)의 출력 전력을 결정하는 적어도 하나의 전력 결정부(210) 및 상기 전력 결정부와 유선으로 연결되며, 상기 전력 결정부(210)로부터 수신되는 상기 빔포밍 프로세서(110)의 출력 전력에 기반하여 상기 빔포밍 프로세서(110)의 정상 여부를 판단하는 제어부(220)를 포함할 수 있다.
상기 빔포밍 프로세서(110)는 복수개의 안테나 엘리먼트와 결합되어 다양한 각도로 빔을 형성할 수 있어야 하므로, 복수개의 입력포트 또는 출력포트를 포함할 수 있다. 또한 상기 입력포트 또는 출력포트마다 대응하여 위상 변위기(phase shifter)를 내장할 수 있다. (이에 대한 구체적인 설명은 도 4a 및 4b에 대한 설명으로 후술하도록 한다.)
한편, 상기 전력 결정부(210)는 상기 빔포밍 프로세서(110)가 안착되어 상기 빔포밍 프로세서와 상기 전력 결정부(210)를 전기적으로 연결시킬수 있도록 형성된 안착부(230)를 더 포함할 수 있다.
상기 안착부(230)는 상기 전력 결정부(210)와 상기 빔포밍 프로세서(110)를 전기적으로 연결시켜야 하므로, 도체 물질을 포함해야 할 것이다. 다만, 전력 전기적으로 연결을 위해 필요한 부분 외에는 가격 및 안전성 측면에서 플라스틱과 같은 재질로 구성하는 것이 바람직할 것이다.
도 2에서는 상기 전력 결정부(210) 및 상기 안착부(230)가 레이어(layer) 형상을 가지는 경우를 도시하고 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 국한되어서는 안 될 것이다. 예를 들어 안착부(230)는 상기 빔포밍 프로세서(110)의 형상에 대응되도록 홈이 형성될 수 있다. 또는 상기 안착부(230)는 상기 빔포밍 프로세서(110)를 둘러싸도록 형성될 수도 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제어부(220)는 상기 전력 결정부(210)에 의해서 결정되어 전달되는 상기 빔포밍 프로세서(110)의 출력 전력이 기설정된 오차 범위에 포함되는지 여부에 따라 상기 빔포밍 프로세서(110)의 정상 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 전력 결정부(210)를 통해 결정된 빔포밍 프로세서(110)의 출력 전력이 120W이고, 기설정된 오차 범위가 110W < 출력 전력 < 200W 라면, 상기 제어부(220)는 상기 빔포밍 프로세서(110)가 정상이라고 판단할 수 있다.
뿐만 아니라 상기 제어부(200)는 빔포밍 프로세서(110)의 출력전력을 통한 빔포밍 프로세서(110) 정상 여부 판단 테스트 외에 다른 목적의 테스트에도 이용될 수 있다.
예를 들어 EVM(Error Vector Magnitude) 테스트에 본 발명에 따른 제어부(200)가 이용될 수 있다. EVM은 기준 신호 대비 출력 신호가 가지는 nonlinear magnitude 및 phase error을 나타내는 지표가 될 수 있다. 즉, 선형적인 디바이스라면, 기준 신호에 대해 linear한 magnitude 및 phase 신호를 출력할 수 있어 EVM 값은 0%가 될 수 있다. 반면에 비선형적인 디바이스라면, 기준신호에 대해 nonlinear한 magnitude 및 phase 신호를 출력할 수 있어 EVM 값은 0% 이상의 값을 가질 수 있다. (Spectrum analyzer로도 EVM 테스트가 가능할 수 있다.)
또한, 본 발명에 따른 제어부(200)는 ACLR(Adjacent Channel Leakage Ratio) 테스트에 이용될 수 있다. ACLR은 신호의 모듈간 왜곡(intermodulation distortion)에 기반하여 결정될 수 있는 값이다. 보다 구체적으로 빔포밍 프로세서에서 송수신되는 신호 크기 이외의 파워를 측정하여 상기 ACLR을 결정할 수 있다. (Spectrum analyzer로도 ACLR 테스트가 가능할 수 있다.)
또한, 본 발명에 따른 제어부(200)는 전원 곱급 장치가 빔포밍 프로세서에 전원을 공급할 때 소모하는 전류 소비량도 측정할 수 있으며, spur test(원하는 신호 외의 신호 크기를 측정하는 테스트로써 Spectrum analyzer을 통해서도 테스트 할 수 있다.)를 수행할 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만 빔포밍 프로세서의 테스트를 위해서는 상기 빔포밍 프로세서(110)로 전력을 인가시켜 줄 장치가 필요한 바, 별도의 전력 입력 장치가 도 2의 구성에 포함될 수 있다.
또는 다른 실시예로써 상기 제어부(220)에서 별도의 제어를 통해 기설정된 입력 전력을 상기 전력 결정부(210)로 공급하고, 상기 입력 전력과 상기 전력 결정부(210)를 통해 결정되는 빔포밍 프로세서(110)의 출력 전력에 기반하여 빔포밍 프로세서(110)의 정상 여부를 판단할 수도 있다.
중요한 점은, 어떠한 경우이든 제어부(220)와 전력 결정부(210)는 유선으로 연결되어 있다는 점이다. 즉, 빔포밍 프로세서(110)에서 출력되는 전력을 제어부(220)에서 정확하게 파악할 수 있으며, 이를 통해 제어부(220)는 빔포밍 프로세서 정상 여부 판단의 정확성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전력 결정부(210)는 상기 빔포밍 프로세서(110)에 배치되는 복수개의 출력포트와 상기 복수개의 출력포트에 대응되어 연결되는 안테나간의 위상 차이를 보상할 수 있도록 형성된 위상 보상부를 더 포함할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 3a 및 도 3b를 통해 개시하도록 한다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 빔포밍 프로세서와 상기 빔포밍 프로세서와 결합되는 안테나를 나타낸 도면이다.
앞서 개시한 바와 같이 상기 빔포밍 프로세서(110)는 최종적으로 복수개의 안테나 엘리먼트(301, 302, ...)를 포함하는 안테나(300)와 결합될 수 있다. 보다 구체적으로 도 3a에서 도시하고 있는 바와 같이 빔포밍 프로세서(110) 각각의 출력포트(111, 112, ...)는 이와 대응되는 안테나 엘리먼트(301, 302, ...)와 결합될 수 있다.
예를 들어 빔포밍 프로세서(110)는 16개의 출력포트를 포함할 수 있으며, 이에 대응하여 안테나(300)는 16개의 안테나 엘리먼트를 포함할 수 있다. 또한, 도 3a의 실시예에 따라 제1 출력포트(111)는 제1 안테나 엘리먼트(301)에 결합될 수 있으며, 제2 출력포트(112)는 제2 안테나 엘리먼트(302)에 결합될 수 있다.
이 경우, 도 3a에서 도시하고 있는 바와 같이 빔포밍 프로세서(110)와 안테나(300)의 크기가 항상 일치할 수 없으므로, 각 출력포트와 안테나 엘리먼트간의 결합간에는 경로 차이가 발생할 수 밖에 없다.
앞선 예를 활용해보면, 제1 출력포트(111)와 제1 안테나 엘리먼트(301)가 결합되는 경로는 제2 출력포트(112)와 제2 안테나 엘리먼트(302)가 결합되는 경로보다 크다.
즉, 동일한 입력 전력을 제1 출력포트(111)와 제2 출력포트(112)에 입력한다고 하더라도 상기 제1 안테나 엘리먼트(301)와 상기 제2 안테나 엘리먼트(302)를 통해 출력되는 출력 전력은 상기 경로 차이로 인하여 위상 차이가 발생할 수 있으며, 이에 인해 각 안테나 엘리먼트 출력전력의 합이 안테나(300)의 출력전력과 일치하지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 경로 차이를 보상하기 위한 방법으로 전력 결합기에 위상 보상부를 포함시키는 방법을 제안하고자 한다. 이에 대한 자세한 설명은 도 3b를 통해 후술하도록 한다.
한편, 도 3a에서는 일례로써 빔포밍 프로세서가 16개의 출력포트를 포함하고, 안테나가 16개의 안테나 엘리먼트를 포함하는 경우를 도시하고 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 국한되어서는 안 될 것이며, 출력포트 및 안테나 엘리먼트의 개수는 설계자의 요구에 따라 변경할 수 있다.
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 위상 보상부를 나타낸 도면이다.
앞서 개시한 바와 같이 빔포밍 프로세서를 구성하는 각각의 출력포트와 안테나를 구성하는 각각의 안테나 엘리먼트의 연결간에는 서로 경로차이가 존재한다. 따라서, 본 발명에서는 도 3b에서 개시하고 있는 위상 보상부를 통해 상기 경로차이를 보상할 수 있다.
예를 들어 빔포밍 프로세서의 제1 출력포트(111)는 도 3b에서 개시하고 있듯이 상기 제1 출력포트와 대응되는 단자에 전기적으로 연결될 수 있으며, 빔포밍 프로세서의 제2 출력포트(112)는 제2 출력포트와 대응되는 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 빔포밍 프로세서를 구성하는 각각의 출력포트와 전기적으로 연결될 수 있도록 적어도 하나 이상의 단자가 위상 보상부에 배치될 수 있다. 앞선 예를 인용하여 빔포밍 프로세서에 16개의 출력포트가 있다면, 위상 보상부에는 16개의 단자가 배치될 수 있다.
상기 각 위상 보상부의 단자에는 각 출력포트와 각 안테나 엘리먼트 사이의 경로차이를 보상하기 위한 회로가 박스에 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 출력포트와 제1 안테나 엘리먼트 간 경로차이로 인하여 발생하는 전력 소비가 2W이고, 제2 출력포트와 제2 안테나 엘리먼트 간 경로차이로 인하여 발생하는 전력 소비가 3W이라면, 상기 전력 소비를 보상할 수 있는 회로가 상기 박스에 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따를 경우 상기 위상 보상부 뿐만 아니라, 전력 결정부와 전기적으로 연결되어 테스트의 대상이 되는 빔포밍 프로세서에 별도로 마련된 위상 변위기를 통해 출력포트와 안테나 엘리먼트 간의 경로차이를 보상할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 위상 변위기는 상기 빔포밍 프로세서의 각 출력포트마다 대응되어 상기 빔포밍 프로세서에 내장될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 4a 및 도 4b에 대한 설명으로 후술한다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 위상 변위기(phase shifter)의 제1 구성을 나타낸 도면이며, 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 위상 변위기의 제2 구성을 나타낸 도면이다.
보다 구체적으로 도 4a는 빔포밍 프로세서에 입력포트와 출력포트가 공통으로 사용될 수 있는 경우를 도시한 것이며, 도 4b는 빔포밍 프로세서에 입력포트와 출력포트가 별도로 배치된 경우를 도시한 것이다.
도 4a에 따를 경우 하나의 빔포밍 프로세서(110)는 적어도 하나의 입출력포트 (도 4a에 따르면 하나의 포트는 스위칭 동작을 통해 입력포트와 출력포트로 모두 동작할 수 있으므로 입출력포트라 칭할 수 있다.)를 포함할 수 있다.
각각의 입출력포트(111, 112, 113)는 입력포트 또는 출력포트를 구분할 수 있는 상기 입출력포트로 입출력되는 신호를 증폭시킬 수 있는 증폭기(421, 422, 423)와 연결될 수 있으며, 상기 각각의 증폭기(421, 422, 423)는 위상을 변위 시킬 수 있는 위상 변위기(411, 412, 413)와 각각 연결될 수 있다.
상기 각각의 위상 변위기(411, 412, 413)를 통해 위상이 재조정된 입출력신호는 전력 결합기(또는 전력 분배기, 430)에 의하여 각 입출력포트의 전력이 결합될 수 있으며, 상기 결합된 전력의 주파수는 다시 주파수 하향 변환기(down mixer, 440) 또는 주파수 상향 변환기(up mixer, 450)를 통해 재조정될 수 있다.
상기 위상 변위기(411, 412, 413)는 앞서 살펴본 바와 같이 빔포밍 프로세서 내부에 내장되므로 크기의 제약이 발생할 수 있다. 즉, phase control 수준에 제약이 발생할 수 있다. 예를 들어 4 비트 제어인 경우에는 360/16 = 22.5도 간격의 제어가 가능하며, 5비트 제어인 경우에는 360/32 = 11.25도 간격의 위상 제어가 가능할 수 있다.
따라서 상기 제약에 따라, 큰 범위의 경로 차이 보상(즉, coarse tuning)은 상기 위상 변위기(411, 412, 413)를 통해 수행하고, 작은 범위의 경로 차이 보상(즉, fine tuning)은 앞서 개시한 위상 보상부를 통해 수행하는 것이 바람직할 수 있다.
도 4b는 앞서 개시한 바와 같이 빔포밍 프로세서에 입력포트(111, 112, 113)와 출력포트(111', 112', 113')가 각각 별도로 배치된 경우이다. 도 4b의 빔포밍 프로세서는 입력포트와 출력포트가 별도로 배치될 수 있는 점 외에는 모두 도 4a의 빔포밍 프로세서 구성과 동일하다. 따라서 도 4b에 대한 설명은 도 4a에 대한 설명으로 갈음한다.
다만, 입력포트와 출력포트가 별도로 배치되는 경우, 입력포트와 전력포트 각각에 전력 결합기가 연결될 수 있다. 따라서 이 경우 빔포밍 프로세서의 테스트는 입력전력 테스트와 출력전력 테스트로 구분되어 수행될 수 있으며, 이에 따라 위상 변위기(411, 412, 413)의 위상값 조정은 입력전력 테스트와 출력전력 테스트에 따라 다를 수 있다.
한편, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 위상 변위기를 포함하는 빔포밍 프로세서의 구성을 나타내고 있는 것이므로, 본 발명의 권리범위가 이에 국한되어서는 안 될 것이다. 즉, 통상의 기술자가 설계 변경이 가능한 범위내에서 빔포밍 프로세서의 구성은 일부 추가 또는 삭제 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예 따라 하나의 빔포밍 프로세서 시험 장치에 네 개의 전력 결정부가 배치된 경우를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따를 경우 복수개의 전력 결정부가 하나의 제어부가 유선으로 연결될 수 있다. 도 1에서 도시한 테스트 장치와는 달리 본 발명의 실시에 따라 도 2 또는 도 5에서 도시하고 있는 테스트 장치에 따르면, 각각의 전력 결정부는 서로 근접하여 배치될 수 있다. (도 1은 무선으로 테스트가 수행되는바, 전파 차폐를 위한 차폐기가 필수적으로 요구되므로, 테스트 장치의 부피가 크므로 각각의 전력 결정부를 서로 근접하여 배치할 수 없다.)
따라서, 본 발명에 따를 경우 도 5에서 도시하고 있는 바와 같이 복수개의 전력 결정부마다 빔포밍 프로세서를 배치하여 한 번에 복수개의 빔포밍 프로세서 성능을 테스트 할 수 있다. (즉, 본 발명에 따를 경우, 빔포밍 프로세서의 테스트를 위한 소요되는 시간 및 투자되는 비용이 현저히 감소할 수 있다.)
다만, 제어부와 전력 결정부는 유선으로 연결되므로 상기 유선의 경로 차이로 인한 테스트 오차가 발생하지 않도록 상기 유선의 길이를 동일하게 유지하는 것이 바람직할 것이다.
보다 구체적으로 도 5에서 도시하고 있는 본 발명의 실시예에 따를 경우 하나의 제어부(520)는 네 개의 전력 결정부(511, 512, 513, 514)와 연결될 수 있다. 또한, 상기 각각의 전력 결정부(511, 512, 513, 514)는 각각 빔포밍 프로세서(501, 502, 503, 504)를 안착시키기 위한 안착부(531, 532, 533, 534)를 더 포함할 수 있다. 그리고 이 경우, 테스트 장치의 정확성 향상을 위해 상기 제어부(520)와 각 전력 결정부(511, 512, 513, 514)간 연결되는 유선의 길이는 서로 동일할 수 있다.
한편, 제어부(520)에서 앞서 도 4a 및 도 4b에서 살펴본 바와 같이 각각의 경로차이를 보상할 수 있는 위상 변위기가 포함되어 있다면, 제어부(520)와 각 전력 결정부(511, 512, 513, 514)간 연결되는 유선의 길이는 다를 수 있다. 왜냐하면 상기 제어부(520)에 포함되어 있는 위상 변위기를 통해 유선 길이의 차이로 인한 경로 차이를 보상할 수 있기 때문이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 복수개의 빔포밍 프로세서를 포함하는 빔포밍 모듈을 무선으로 테스트하는 경우를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따를 경우 빔포밍 프로세서와 결합되는 안테나를 제거하고 빔포밍 프로세서만 테스트를 수행한다. 따라서 빔포밍 프로세서와 안테나가 결합되는 경우 빔포밍 성능을 측정하기 위한 테스트가 추가적으로 필요할 수 있다. 따라서 도 6은 이를 위한 추가 테스트 장치 구조를 나타내고 있다.
보다 구체적으로 각각의 빔포밍 프로세서는 안테나와 결합되어 하나의 빔포밍 모듈(611, 612, ...)을 이룰 수 있다. 또한, 전자 장치는 필요에 따라 적어도 하나의 빔포밍 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어 도 6에서 도시하고 있는 전자 장치(610)는 16개의 빔포밍 모듈(611, 612, ...)이 포함된 경우를 도시하고 있다.
이 경우, 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 전자 장치(610)는 별도로 마련된 안테나 모듈(620)과 통신을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 안테나 모듈(620)은 상기 전자 장치(610)를 구성하는 각각의 빔포밍 모듈(611, 612, ...)과 통신을 수행할 수 있다.
제어부(630)는 상기 안테나 모듈(620)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 안테나 모듈(620)로부터 수신되는 각 빔포밍 모듈(611, 612, ...)의 빔정보에 기반하여 각 빔포밍 모듈(611, 612, ...)의 정상 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어 상기 제어부(630)는 빔포밍 모듈로부터 수신되는 빔의 세기가 5dB 이상인 경우, 해당 빔포밍 모듈을 정상으로 판단한다고 가정하고, 제1 빔포밍 모듈(611)로부터는 3dB 의 빔을 수신하였으며, 제2 빔포밍 모듈(612)로부터는 6dB의 빔을 수신하였다면, 상기 제1 빔포밍 모듈(611)은 비정상이고, 상기 제2 빔포밍 모듈(612)은 정상이라고 판단할 수 있다.
또한 도시하지는 않았으나, 도 6의 테스트는 무선으로 수행되므로 테스트의 정확성을 향상시키기 위한 차폐기가 도 6의 구성에 추가될 수 있으며, 이 경우 차폐기는 상기 전자 장치(610), 안테나 모듈(620) 및 제어부(630)를 모두 둘러싸는 형상을 가질 수 있다.
한편, 도 6에서는 하나의 전자 장치(610)에 16개의 빔포밍 모듈(611, 612, ...)이 배치된 경우만을 도시하고 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 국한되어서는 안 될 것이다. 즉, 전자 장치(610)에 배치되는 빔포밍 모듈의 개수는 필요에 따라 증가 또는 감소될 수 있다.
뿐만 아니라, 제어부(630)가 전자 장치(610) 또는 빔포밍 모듈(611, 612, ...)의 정상 여부를 판단하는 방법도 통상의 기술자가 용이하게 변경할 수 있는 범위까지 본 발명의 권리범위가 미칠 수 있다.
또한 상기 전자 장치(610)는 스마트 폰, 태블릿 PC(tablet PC), 기지국 등 안테나가 내장되어 전파를 송수신하는 다양한 장치를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에서 개시하고 있는 빔포밍 프로세서는 복수개의 입출력포트를 가지는 프로세서로 치환 될 수 있으며, 이에 따라 복수개의 입출력포트를 가지는 프로세서는 앞서 개시한 방법과 동일한 방법으로 프로세서 정상 동작 여부 판단을 위한 테스트를 수행할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 또한 상기 각각의 실시 예는 필요에 따라 서로 조합되어 운용할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예 1와 실시예 2, 그리고 실시예3의 일부분들이 서로 조합되어 기지국과 단말이 운용될 수 있다. 또한 상기 실시예들은 LTE 시스템을 기준으로 제시되었지만, 5G 혹은 NR 시스템 등 다른 시스템에도 상기 실시예의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이실시 가능할 것이다.

Claims (14)

  1. 빔포밍을 수행하는 빔포밍 프로세서와 전기적으로 연결되며, 상기 빔포밍 프로세서의 출력 전력을 결정하는 적어도 하나의 전력 결정부; 및
    상기 전력 결정부와 유선으로 연결되며, 상기 전력 결정부로부터 수신되는 상기 출력 전력에 기반하여 상기 빔포밍 프로세서의 정상 여부를 판단하는 제어부;를 포함하는,
    빔포밍 프로세서 시험 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 결정부는, 상기 빔포밍 프로세서에 배치되는 복수개의 출력포트와 상기 복수개의 출력포트에 대응되어 연결되는 안테나간의 위상 차이를 보상할 수 있도록 형성된 위상 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    빔포밍 프로세서 시험 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 결정부는, 상기 빔포밍 프로세서에 배치되는 복수개의 출력포트에서 출력되는 각각의 출력 전력에 기반하여 상기 빔포밍 프로세서의 출력 전력을 결정하는 것을 특징으로 하는,
    빔포밍 프로세서 시험 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 출력 전력이 기설정된 오차 범위에 포함되는 경우, 상기 빔포밍 프로세서를 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는,
    빔포밍 프로세서 시험 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전력 결정부는, 상기 빔포밍 프로세서가 안착되어 상기 빔포밍 프로세서와 상기 전력 결정부를 전기적으로 연결시킬수 있도록 형성된 안착부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    빔포밍 프로세서 시험 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전력 결정부와 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 빔포밍 프로세서를 더 포함하고,
    상기 빔포밍 프로세서는,
    복수개의 출력포트를 포함하며, 상기 각각의 출력포트마다 대응하여 위상 변위기(phase shifter)를 내장하는 것을 특징으로 하는,
    빔포밍 프로세서 시험 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 빔포밍 프로세서 시험 장치에 전력 결정부가 복수개 배치되는 경우, 상기 각 전력 결정부와 상기 제어부가 연결되는 유선의 길이는 동일한 것을 특징으로 하는,
    빔포밍 프로세서 시험 장치.
  8. 복수개의 출력포트를 포함하는 프로세서와 전기적으로 연결되며, 상기 각각의 출력포트에서 출력되는 전력에 기반하여 상기 프로세서의 출력 전력을 결정하는 적어도 하나의 전력 결정부; 및
    상기 전력 결정부와 유선으로 연결되며, 상기 전력 결정부로부터 수신되는 상기 프로세서의 출력 전력에 기반하여 상기 프로세서의 정상 여부를 판단하는 제어부;를 포함하는,
    프로세서 시험 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전력 결정부는, 상기 각각의 출력포트와 상기 각각의 출력포트에 대응되어 연결되는 외부장치간의 위상 차이를 보상할 수 있도록 형성된 위상 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    프로세서 시험 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 프로세서의 출력 전력이 기설정된 오차 범위에 포함되는 경우, 상기 프로세서를 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는,
    프로세서 시험 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 전력 결정부는, 상기 프로세서가 안착되어, 상기 프로세서와 상기 전력 결정부를 전기적으로 연결시킬수 있도록 형성된 안착부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    프로세서 시험 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전력 결정부와 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 각각의 출력포트마다 대응하여 위상 변위기(phase shifter)를 내장하는 것을 특징으로 하는,
    프로세서 시험 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서 시험 장치에 전력 결정부가 복수개 배치되는 경우, 상기 각 전력 결정부와 상기 제어부가 연결되는 유선의 길이는 동일한 것을 특징으로 하는,
    프로세서 시험 장치.
  14. 빔포밍을 수행하는 빔포밍 프로세서가 복수개 배치된 빔포밍 모듈;
    상기 빔포밍 모듈과 무선으로 통신을 수행하는 안테나 모듈; 및
    상기 안테나 모듈로부터 수신되는 빔포밍 모듈의 빔정보에 기반하여 상기 빔포밍 모듈의 정상 여부를 판단하는 제어부;를 포함하는,
    빔포밍 모듈 시험 장치.
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