KR100218152B1 - 기지국 안테나의 전압정재파비 측정장치 및 그 방법 - Google Patents

기지국 안테나의 전압정재파비 측정장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기지국 안테나의 전압정재파비 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 이동통신 기지국에서 기지국(Base Station)의 진단과 각종 시험을 자동으로 수행하는 기지국 시험 장치를 이용한 전압정재파비 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명의 구성은 시스템으로부터 입력된 신호를 커플링 시킨 신호 및 송신 안테나로부터 반사된 신호를 출력하는 송신단 카플러와; 직접 입력 경로를 통해서 커플링된 신호 및 반사경로를 통해 수신 안테나로부터 반사된 신호를 시스템으로 인가하는 수신단 카플러와; 상기 카플러의 반사경로와 직접 입력경로 중 어느 하나를 선택하기 위한 제1 및 제2 선택 수단과; 기지국의 출력신호의 세기와 송신 안테나에서 반사되는 신호의 비에 의해 송신단의 전압정재파비를 측정하며, 상기 수신단 카플러의 안테나로의 입력 신호와 안테나에서 반사되는 신호에 의해 수신단 전압정재파비를 구하는 기지국 시험 장치로 이루어지는 것으로써, 기지국이 동작 중에도 통화의 단절없이 전압정재파비를 측정할 수 있고, 잡음의 영향을 줄이면서 정확하게 측정할 수 있을 뿐 아니라, 수신단 카플러와 선택수단 사이에 증폭 수단을 게재하여 수신단 카플러와 수신 안테나 사이의 케이블 길이에 관계 없이 수신 전압정재파비를 측정할 수가 있고 제조 비용이 싸게 드는 효과가 있다.

Description

기지국 안테나의 전압정재파비 측정 장치 및 그 방법
본 발명은 기지국 안테나의 전압정재파비 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 이동통신 기지국에서 기지국(Base Station)의 진단과 각종 시험을 자동으로 수행하는 기지국 시험 장치(BTU : Base station Test Unit)를 이용한 전압정재파비 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
정재파(Standing Wave)는 전송 선로에서 신호 공급원으로부터의 전진파와 종단으로부터의 반사파가 중첩되어 생기는 파(Wave)이며, 정상파(Stationary Wave)라고도 하는 것으로써, 전송 선로의 어떤 점 A와 다른 점 B에서 파의 순시값의 비가 시간에 관계없이 일정한 파 또는, 매질 속에서의 진폭의 변위가 파의 전파 방향에 대한 거리의 주기 함수로 표시되는 것이다.
정재파비(SWR: Standing Wave Ratio)는 상기 정재파비의 파복(Antinode)에 대한 진폭과 파절(Wave Node)에 대한 진폭의 비를 나타내며, 반사계수를
Figure kpo00002
로 하면, 정재파비(SWR)는 (1+
Figure kpo00003
)/(1-
Figure kpo00004
)로 표시된다. 특히, 전압에 대한 정재파비를 전압정재파비(VSWR)라고 하며, 도파관, 동축 케이블 또는 기타의 전송 선로에서 생기는 정재파에서 최대 전압점에서의 전압(또는 전계) 진폭과 인접한 최소 전압점에서의 전압(또는 전계) 진폭과의 비를 말한다.
상기 전압정재파비(VSWR)를 측정하는 이유는 도파관 등의 전송 선로에서 송신측과 수신측이 정합(Matching)하고 있지 않을 경우의 전송 손실을 측정하기 위한 것이다.
전압정재파비(VSWR) 측정기는 일 실시예로서, 전송 선로에 연결된 카플러를 통하여 측정하고자 하는 신호를 일부 분리하여 인가 받음으로써, 측정할 수 있게 된다. 상기 카플러(Coupler)는 입력단, 출력단, 결합단 및 고립단의 4개 단자로서 일반적으로 구성되어 있다.
결합(Coupling) 단자는 입력(Input) 단자에 인가된 신호(Signal)가 정해진 결합계수(C) 만큼 감쇄 되어 출력되고, 고립(Isolation) 단자는 상기 입력단에 연결된 시스템과 출력단에 연결된 장치가 완전하게 정합(Matching) 되었을 경우, 신호가 하나도 출력되지 않지만, 실제적으로는 정합이 완전하지 않으므로, 부정합에 의한 약간의 반사되는 신호가 출력되는데, 이러한 출력 신호를 고립계수(I)라 표시하고, 상기 결합계수(C)와 고립계수(I)의 차이를 D로 표시한다.
출력(Output) 단자는 입력된 신호가 출력되는 곳으로, 입력 단자에 입력된 신호가 상기 결합계수(C)와 고립계수(I) 만큼 감쇄 되어서 출력된다. 일 실시예로서, 결합계수가 30dB 이면, 출력 단자에는 입력 단자에 인가된 신호의 99.9%가 출력되게 된다.
이하, 종래의 기지국 안테나의 전압정재파비 측정 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
제1도는 종래 기술에 의한 기지국 송수신단 전압정재파비 측정 장치의 기능 블록도이다.
종래 기술에 의한 기지국 송수신 안테나의 전압정재파비 측정 장치는, 제1도에 도시된 것과 같이, 입력단(11), 결합단(12), 고립단(13), 그리고 출력단(14)의 4개의 단자를 가지며, 시스템으로부터 입력단(11)을 통해 신호를 인가받고, 상기 결합단(12)으로는 결합계수(C) 만큼 감쇄된 신호를 출력하고, 상기 고립단으로는 출력단(14)으로부터 반사되는 신호를 출력하는 카플러(10)와; 상기 결합단(12)의 출력 신호와 상기 고립단(13)의 출력 신호를 인가 받아, 상기 두 신호의 비교에 의해 송신단에서의 전압정재파비를 측정하는 송신단 정재파비 측정기(15)와; 임의의 신호를 인가 받아 반사 신호를 출력하는 수신 안테나(22)와; 상기 임의의 신호를 인가 받아 위상동기루프(PLL)를 통하여 출력하는 오실레이터(21)와; 상기 수신 안테나(22)로부터 출력된 반사 신호와 상기 오실레이터(21)로부터 출력된 신호를 인가 받음으로써, 수신단의 전압정재파비를 측정하는 수신단 정재파 측정기(23)로 구성된다.
상기 구성에 의한 종래 기술에 의한 기지국 송수신 안테나의 전압정재파비(VSWR) 측정 장치는, 제1도에 도시된 바와 같이 송신단에서는, 시스템으로부터 인가된 신호가 상기 카플러(10)의 결합단(12)을 통하여 커플링 되어서 나온 신호(XI)의 크기를 송신단 정재파 측정기(15)에서 읽게 된다. 또한, 고립단(13)을 통하여 반사되는 신호(X2)도 읽게 된다. 송신단 정재파 측정기(15)에서는 상기 두 신호(X1, X2)의 크기를 비교하여 송신단의 전압정재파비(VSWR)를 측정하게 된다.
또한, 제1도에 도시된 바와 같이 수신단(20)에서는 조금 복잡한 구조로 전압정재파비(VSWR)를 측정하게 된다. 즉, 기지국의 수신단(20) 부분은 송신단같이 시스템으로부터 신호가 출력되는 곳이 아니고 안테나(22)를 통하여 신호를 수신하는 곳이기 때문에 송신단과 동일한 방법으로 전압정재파비(VSWR)의 측정이 곤란하다.
따라서, 수신단(20)에서는 임의의 신호를 만들어서 수신 안테나(22)로 인가하고, 수신 안테나(22)로부터 반사되는 신호(X3)를 측정하여 전압정재파비를 계산하게 된다. 이때 상기 임의의 신호를 만들기 위하여 일반적으로 위상동기루프(PLL : Phase Locked Loop)를 사용하는 오실레이터(21)를 사용하게 되므로 수신단 전압정재파비(VSWR)를 측정하는 장비로서는 상당히 복잡해지게 된다.
또한, 종래의 시스템은 상기와 같은 기본 시스템 이외에 전압정재파비 전용 측정 장비(15, 23)가 필요하기 때문에 전체 측정 장치의 크기가 커지고, 수신부 전압정재파비를 측정할 경우에 위상동기루프를 형성하는 오실레이터 또는 믹서(Mixer) 등으로부터 발생하는 잡음(Noise)의 영향으로 측정값의 신뢰도가 떨어지는 등의 문제점이 있었다.
또한, 상기 카플러(10)를 제작할 경우, 입력단(11)으로 인가된 신호를 송신하는 출력단(14)이외에 결합단(12) 및 고립단(13) 포트가 더 필요하므로, 커플링 포트의 특성을 조정하기가 어려우며, 또한 고주파(RF) 신호를 읽기 위해서는 주파수 다운(DOWN)을 위한 믹서 등이 사용되는데, 이러한 믹서를 위한 오실레이터로부터 유기되는 잡음성 신호에 의하여 정확한 전압정재파비를 측정하기 어렵다는 문제점이 있었다.
또한, 기지국 송수신단의 전압정재파비를 측정하기 위하여 이동통신 기지국을 통한 서비스 제공, 즉, 운용 상태를 일시적으로 중단한 상태에서 측정하여야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이동통신 기지국 시스템이 정상적으로 운용되는 상태에서 가입자에 대한 서비스 중단없이 전압정재파비를 측정할 수 있고, 믹서 등으로부터 발생되는 유기성 잡음 없이 기지국 장비의 정확한 동작 특성을 측정할 수 있는 기지국 시험 장치를 사용한 전압정재파비 측정 장치를 제공하는 것이 그 목적이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 기지국 시험 장치를 사용한 전압정재파비 측정 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명의 전압정재파비 측정 장치는, 시스템으로부터 입력된 신호를 커플링 시킨 신호와, 송신 안테나로부터 반사된 반사 신호를 출력하는 송신단 카플러와; 직접 입력경로를 통해서 커플링 시킨 신호를 출력하고, 반사 경로를 통해 수신 안테나로부터 반사된 신호를 시스템으로 출력하는 수신단 카플러와; 상기 카플러의 반사 경로와 집적 입력경로 중 어느 하나를 선택하기 위한 제1 및 제2 선택수단과; 기지국의 출력 신호의 세기와 송신 안테나에서 반사되는 신호의 비에 의해 송신단의 전압정재파비를 측정하며, 상기 수신단 카플러의 안테나로의 입력 신호와 안테나에서 반사되는 신호에 의해 수신단 전압정재파비를 구하는 기지국 시험 장치로 이루어진다.
또한, 상기한 구성의 전압정재파비 측정 장치에 있어서, 상기 수신단 카플러와 선택수단 사이에 시험용 단말기의 신호를 증폭시키기 위한 증폭 수단이 더 구비되어 수신단 카플러와 안테나 사이에 삽입되는 케이블의 삽입 손실을 보상해줄 수도 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 일 실시예의 전압정재파비 측정 방법은, 안테나로의 입력 신호를 측정하는 단계와; 안테나에서 반사되는 신호를 측정하는 단계; 직접 입력경로의 조정값을 측정하는 단계와; 반사 경로의 조정값을 측정하는 단계와; 및 상기 조정값들의 차를 계산하여 반사 계수를 구한 후 전압정재파비를 구하는 단계로 이루어진다.
또, 상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다른 실시예의 전압정재파비 측정 방법은, 기지국의 출력 신호를 측정하는 단계와; 송신 안테나에서 반사되는 신호를 측정하는 단계와; 반사 경로 단말기의 수신 전력을 측정하는 단계와; 출력 경로 단말기의 수신 전력을 측정하는 단계와; 상기 수신 전력들의 차를 계산하여 반사 계수를 구한 후 송신단의 전압정재파비를 구하는 단계로 이루어진다.
제1도는 종래 기술에 의한 기지국 송수신단 전압정재파비 측정 장치의 기능 블록도이고,
제2도는 본 발명의 일 실시예에 의한 이동통신 기지국의 수신단 및 송신단으로부터 전압정재파비를 측정하는 장치의 기능 블록도이고,
제3도는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 수신단의 전압정재파비를 측정하는 장치의 기능 블록도이고,
제4도는 본 발명에 의한 송신단 카플러의 전압정재파비 측정 신호 흐름의 경로도이고,
제5도는 본 발명에 의한 수신단 카플러의 전압정재파비 측정 신호 흐름의 경로도이고,
제6도는 본 발명에 의한 수신단 전압정재파비 측정 방법의 순서도이고,
제7도는 본 발명에 의한 송신단 전압정재파비 측정 방법의 순서도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 30, 50 : 카플러 22, 40, 60 : 안테나
70, 75 : 선택수단 80 : 증폭수단
100 : 기지국 시험 장치(BTU)
110, 120 : 가변 감쇄기(Step Attenuator)
130 : 대역분리기(Duplexer) 140 : 시험용 단말기(휴대폰)
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세히 설명하기로 한다.
제2도는 본 발명의 일 실시예에 의한 이동통신 기지국의 수신단 및 송신단으로부터 전압정재파비를 측정하는 장치의 기능 블록도이고, 제3도는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 수신단의 전압정재파비를 측정하는 장치의 기능 블록도이고, 제4도는 본 발명에 의한 송신단 카플러의 전압정재파비 측정 신호 흐름의 경로도이고, 제5도는 본 발명에 의한 수신단 카플러의 전압정재파비 측정 신호 흐름의 경로도이고, 제6도는 본 발명에 의한 수신단 전압정재파비 측정 방법의 순서도이고, 제7도는 본 발명에 의한 송신단 전압정재파비 측정 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전압정재파비(VSWR) 측정 장치의 구성은, 상기의 제2도에 도시된 바와 같이, 이동통신 시스템으로부터 입력된 신호가 결합단(32)을 통하여 커플링 된 신호(XB)와, 송신 안테나(40)로부터 반사된 반사신호(XA)를 고립단(34)을 통하여 출력하는 송신단 카플러(30); 상기 송신단 카플러(30)의 반사경로(XA)와 직접 입력경로인 커플링 경로(XB)를 선택하는 제2 선택수단(75); 직접 입력경로(XD)를 통해서 결합단(52)에 신호를 인가하여 이동통신 시스템에 직접 인가하고, 반사경로(XC)를 통하여 고립단(54)에 인가한 신호가 수신안테나(60)로부터 반사되어 이동통신 시스템에 인가하는 수신단 카플러(50); 상기 수신단 카플러(50)의 반사경로(XC)와 직접 입력경로(XD)를 선택하는 제1 선택수단(70); 기지국 출력 신호의 커플링 신호(XB)와 송신 안테나(40)에서 반사되는 신호(XA)의 비교에 의해 송신단의 전압정재파비를 측정하며, 상기 선택수단(70)에 신호를 인가하여 반사경로(XC) 및 직접 입력경로(XD)를 통하여 수신단 카플러(50)에 신호를 인가함으로써, 이동통신 시스템이 수신 안테나(60)에서 반사되는 신호와 직접 입력되는 신호를 비교하여 수신단 전압정재파비를 구하도록 하는 기지국 시험 장치(BTU)(100)로 구성된다.
또한, 제3도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 수신단 전압정재파비 측정 장치의 구성은, 제2도의 구성과 같으나, 단지, 상기 수신단 카플러(50)의 고립단(54)과 선택수단(70) 사이에 접속되는 증폭 수단(80)을 더 포함하는 구성이다.
또한, 제6도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 기지국 수신단에서의 전압정재파비 측정 방법은, 수신단 카플러(50)의 결합단(52)을 통하여 직접 인가되는 직접 입력 신호를 측정하는 단계(S10)와; 고립단(54)을 통하여 인가되고 수신 안테나(60)에서 반사되는 신호를 측정하는 단계(S11)와; 직접 입력경로(XD)에 인가되는 신호의 조정값(AADJFWD)을 측정하는 단계(S12)와; 반사경로(XC)에 인가되는 신호의 조정값(AADJREV)을 측정하는 단계(S13)와; 상기 조정값들의 차(Ad=AADJFWD-AADJREV)를 계산하는 단계(S14)와; 상기 S10단계의 직접 입력 신호, S11 단계의 반사 입력 신호, S12 단계의 조정값, S13 단계의 조정값으로부터 반사계수(
Figure kpo00005
)를 구하는 단계(S15)와; 상기 S15 단계의 반사계수(
Figure kpo00006
)로부터 전압정재파비를 구하는 단계(S16)로 구성된다.
또한, 제7도에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 송신단에서의 전압정재파비 측정 방법은, 이동통신의 기지국 시스템으로부터 인가되는 출력 신호가 송신단 카플러(30)의 결합단(32)으로부터 커플링 된 후 출력되는 기지국 출력 신호(XB)를 측정하는 단계(S20)와; 상기 시스템으로부터 인가된 신호가 상기 송신 안테나(40)로부터 반사되어 고립단(34)을 통하여 출력된 반사신호(XA)를 측정하는 단계(S21)와; 상기 S21 단계의 반사경로를 통한 반사신호(XA)를 수신하는 시험용 단말기(140)의 수신전력(PdBREV)을 측정하는 단계(S22)와; 상기 S20 단계의 커플링 된 기지국 출력 신호(XB)를 수신하는 시험용 단말기(140)의 수신전력(PdBFWD)을 측정하는 단계(S23)와; 상기 S22 및 S23 단계에서 측정된 단말기(140)의 수신전력 차(Pd=PdBREV-PdBFWD)를 계산하는 단계(S24)와; 상기 S24 단계의 수신전력 차(Pd)로부터 반사계수(
Figure kpo00007
)를 계산하는 단계(S25)와; 상기 S25 단계의 반사계수(
Figure kpo00008
)로부터 송신단의 전압정재파비(VSWR)를 구하는 단계(S26)로 구성된다.
이하, 상기와 같은 구성의 본 발명에 의한 기지국 안테나 전압정재파비 측정 장치 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
기지국 시험 장치(BTU : Base station Test Unit)(100)는 무인 기지국 진단 시스템으로서, 상기 기지국의 각종 기능 및 성능을 무인으로 원격 제어에 의하여 시험할 수 있다.
이동통신 시스템은 서비스(Service) 영역이 전국적으로 넓어짐에 따라 기지국의 수가 많아지고, 각각의 기지국마다 한정된 운용 요원이 상주할 수 없음으로, 상기 기지국 시험 장치(BTU)(100) 같은 장비를 사용하여 기지국의 정상 동작 여부를 확인하고, 기지국에 이상 또는 장애가 발생한 경우에는 경보 신호를 발생하여 운용 요원에게 수리가 필요하다는 것을 통보하게 된다.
이하, 첨부된 제2도, 제4도 및 제7도를 참조하여 송신단의 전압정재파비 측정 장치 및 그 방법을 설명한다.
상기 송신단 카플러(30)는 이동통신 기지국 시스템으로부터 송신 안테나(40)를 통하여 출력한 신호를 입력단을 통하여 인가 받는다.
상기 이동통신 기지국 시스템으로부터 인가된 출력 신호는 결합단(32)을 통하여 커플링 된 신호(XB)를 출력하고, 나머지 신호를 송신 안테나(40)를 통하여 방사하며, 상기 송신 안테나(40)의 부정합(Mismatch)에 의하여 일부의 반사된 신호는 상기 고립단(34)을 통하여 반사신호(XA)로 출력된다.
상기 제7도의 송신단 전압정재파비 측정 방법의 기지국 출력 신호 측정 단계(S20)는, 기지국 중앙 시스템으로부터 도면에 도시되지 않은 제어 신호를 상기 제2 선택수단(75)에 인가하여 커플링 신호(XB)를 상기 송신단 가변 감쇄기(110)를 통하여 상기 대역 분리기(130)의 TX단에 인가하게 된다. 상기 대역 분리기(130)는 인가된 상기 커플링 신호(XB)를 RX단을 통하여 상기 수신단 가변 감쇄기(120)에 인가하고, 동시에 상기 제1 선택수단(70)을 제어하여 수신단 카플러(50)의 결합단(52)에 인가하게 함으로써, 이동통신 중앙 시스템이 기지국의 커플링 된 출력 신호(XB)를 측정하게 된다(S20).
또한, 송신 안테나의 반사신호 측정 단계(S21)는, 상기 제2 선택수단(75)을 제어하여, 상기 고립단(34)을 통하여 출력된 반사신호(XA)를 상기 송신단 가변 감쇄기(110)를 통하여 상기 대역 분리기(130)의 TX단에 인가되도록 하고, 상기 대역 분리기(130)를 제어하여 RX단을 통하여 수신단 가변 감쇄기(120)에 인가되도록 한다.
이와 동시에 상기 제1 선택수단(70)을 제어하여, 수신단 카플러(50)의 결합단(52)에 상기 반사신호(XA)가 인가되도록 함으로써, 이동통신 중앙 시스템이 상기 송신 안테나(40)로부터 반사된 신호(XA)를 측정하게 된다(S21).
또한, 반사경로에 의한 반사신호(XA)를 시험용 단말기(140)가 수신하는 수신전력을 측정하는 것(S22)은, 이동통신 중앙 시스템이 도면에 도시되지 않은 제어 신호를 상기 대역 분리기(130)에 인가하여, 상기 대역 분리기(130)에 인가된 반사신호(XA)를 ANT 단자를 통하여 상기 시험용 단말기(140)에 인가되도록 하고, 상기 시험용 단말기(140)가 상기 반사신호(XA)를 수신하는 전력을 대역 분리기(130)의 ANT 단자를 통하여 가변 감쇄기(120)를 거치고, 상기 제1 선택수단(70)에 인가되도록 한다.
이때, 상기 제1 선택수단(70)은 이동통신 중앙 시스템의 제어 신호를 인가받아, 상기 시험용 단말기(140)로부터 인가 받은 반사경로 수신전력 측정값을 결합단(52)에 인가하게 함으로써, 측정하게 된다(S22).
또한, 기지국 시스템의 출력 신호가 커플링 된 신호(XB)를 상기 시험용 단말기(140)에서 수신되는 전력을 측정하는 것(S23)은, 상기 S20 단계에서 이미 설명된 것과 같이 상기 대역 분리기(130)를 제어하여, 상기 대역 분리기(130)에 인가된 커플링 신호(XB)를 ANT 단자를 거쳐 상기 시험용 단말기(140)에 인가되도록 한다. 따라서, 상기 시험용 단말기(140)는 커플링 신호(XB)에 의하여 수신전력이 측정되고, 측정된 커플링 신호(XB)의 수신전력은 상기 대역 분리기(130)의 ANT 단자에 인가되며, 이동통신 중앙 시스템의 제어를 받은 상기 대역 분리기(130)는 RX 단자를 통하여 수신단 가변 감쇄기(120)에 인가되고, 상기 제1 선택수단(70)에 인가된다.
이와 동시에 제어를 받는 상기 제1 선택수단(70)은 결합단(52)을 통하여 이동통신 중앙 시스템에 인가함으로써, 출력 경로 단말기 수신전력 측정(S23)이 이루어진다.
상기 S22 및 S23 단계는 시험용 단말기(140)에서 수신한 신호의 레벨이 일 실시예로서, 약 -60dBm 정도가 될 때까지 반복하며, 상기 가변 감쇄기(110)를 제어함으로써 이루어진다. 상기 -60dBm은 임의의 값으로 시스템의 조건에 따라 변할 수 있다.
상기 S22 단계에 의하여 XA 경로의 측정된 전력값은 PdBREV로 표시하고, 상기 S23 단계에 의하여 XB 경로의 측정된 전력값은 PdBFWD로 표시한다.
상기와 같이 필요한 측정치를 확보한 이동통신 중앙 시스템은 수신전력의 차를 계산하고(S24), 반사계수(
Figure kpo00009
)를 계산(S25)한 후, 송신단의 전압정재파비를 계산(S28)한다.
따라서, 아래의 식으로 송신단 전압정재파비를 계산할 수 있다.
Figure kpo00010
Figure kpo00011
Figure kpo00012
이때, 상기 PdBREV은 경로 XA의 단말기(140) 수신전력이고, PdBFWD는 경로 XB의 단말기 수신전력을 말하며, 상기
Figure kpo00013
는 반사계수이다.
상기 직접경로(XB) 전력값과 반사경로(XA) 전력값을 구한 후, 반사계수(
Figure kpo00014
)를 구하고, 식 3에 의해 전압정재파비를 구하게 된다.
다시 말하면, 기지국 출력 신호를 측정하고(S20), 송신 안테나에서 반사되는 신호를 측정하며(S21), 다음에, 반사경로 단말기의 수신전력(PdBREV)을 측정하고(S22), 출력 경로 단말기의 수신전력(PdBFWD)을 측정하게 된다(S23). 다음에, 상기 수신전력들의 차(Pd=(PdBREV-PdBFWD)를 계산하고(S24), 반사계수(
Figure kpo00015
)를 계산하며(S25), 결국 송신단의 전압정재파비(VSWR)를 구하게 된다(S26).
이하, 첨부된 제2도, 제3도, 제5도 및 제6도를 참조하여 수신단의 전압정재파비 측정 장치 및 그 방법을 설명한다.
본 발명에 의한 기지국 시험 장치(100)의 시험용 단말기(140)를 제어하여 수신단의 전압정재파비를 측정할 수 있는 신호를 상기 제1 선택수단(70)에 인가되게 한다. 상기의 장치의 상세한 동작은 상기 송신단의 동작과 동일함으로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 기지국 시험 장치(100)로부터 인가된 신호는 이동통신 중앙 시스템의 제어 신호에 의하여 반사경로(XC)와 직접 입력경로(XD)를 선택하는 SPDT 스위치인 제1 선택수단(70)에 인가된다.
상기 제1 선택수단(70)이 직접 입력경로(XD)를 선택하면, 기지국 시험 장치(100)로부터 인가된 신호는 결합단(52)을 통하여 이동통신 중앙 시스템에 인가됨으로써, 수신 안테나로 직접 입력되는 신호를 측정하게 된다(S10).
또한, 상기 제1 선택수단(70)이 반사경로(XC)를 선택하면, 기지국 시험 장치(100)로부터 인가된 신호는 고립단(52)을 통하여 수신 안테나 케이블(61)에 인가되고, 또한, 수신 안테나(60)에 인가된 후, 반사되어 다시 수신 안테나 케이블(61)을 경유하여 이동통신 중앙 시스템에 인가됨으로써, 수신 안테나에서 반사되는 신호를 측정하게 된다(S11).
수신 안테나(60)의 전압정재파비 측정은 이동통신 기지국과 시험용 단말기(140) 간의 폐쇄 루프 전력 제어(Closed Loop Power Control) 기능을 이용하여 측정한다.
폐쇄 루프 전력 제어에 의한 시험용 단말기(140)의 송신 출력 제어는 다음 식과 같이 조정된다.
Figure kpo00016
상기 식4에서 상기 PRX는 시험용 단말기(140)의 수신전력으로서, 개방 루프 전력 제어(Open Loop Power Control)에 관계되고, 상기 GADJ는 시험용 단말기(140)의 송신 조정값으로, 폐쇄 루프 전력 제어에 관계된다.
상기 개방 루프 전력 제어(Open Loop Power Control)는 제어량을 검출해도 그 값을 제어장치의 입력측에 되먹이는데 따른 정정 동작은 하지 않는 제어계를 말한다.
그리고, 폐쇄 루프 전력 제어(Closed Loop Power Control)는 제어량을 검출하고, 그 값을 제어장치의 입력측에 되먹임으로써 정정 동작을 하여, 제어량을 항상 목표값에 일치시키는 제어계를 말한다.
상기 시험용 단말기(140)의 송신 조정값은 이동통신 기지국에서 시험용 단말기(140)의 송신 신호를 분석하고, 단말기(140)로 전력 제어 비트 신호를 전송함으로써 이루어지며, 기지국 수신 경로의 특성에 따라서 결정되게 된다.
다시 말해서, 수신 안테나(60)의 직접 입력경로(XD)와 수신 안테나(60) 종단의 반사경로를 이용한 시험용 단말기(140)의 통화 시험을 한다.
이때, 상기 단말기(140)의 출력 전력 조정값을 비교함으로써, 수신 안테나(60)의 전압정재파비(VSWR)를 측정할 수 있다.
첨부된 제6도를 참고하여, 보다 구체적으로 수신단 전압정재파비 측정 방법을 설명하면, 먼저, 단말기(140)로부터의 수신전력이 적정한 범위에 위치하도록 시험용 단말기(140)의 출력 전력 설정값을 조절한다.
일 실시예로서, 임의의 값으로 약 -70dBm 정도로 조정한 다음, 상기 수신단 카플러(50)의 직접 입력경로(XD)와 연결되도록 상기 제1 선택수단(70)을 제어하고 통화를 시도한다. 이때, 단말기의 출력 조정값을 -30dB가 되도록 기지국 시험 장치(100)의 설정값을 조정한다.
이러한 신호에 의하여 단말기(140)의 송신 전력을 환산할 수 있는데, 상기 환산값을 제1 조정값(AADJFWD)이라 하며, 이것은 운용자에 의해 선택된 임의의 값이다.
또한, 제1 선택수단(70)인 SPDT 스위치를 카플러(50)의 고립단(54)과 연결되도록 제어하여, 단말기(140)의 제2 조정값(AADJREV)을 구한다.
상기 제2 조정값(AADJREV)은 단말기(140)의 신호가 수신 안테나(60)에서 반사되고, 이동통신 중앙 시스템의 전력 제어 신호에 의하여 상기 단말기(140)의 조정되어진 출력값을 말한다. 일반적으로 제2 조정값은 상기 제1 조정값(AADJFWD)보다는 큰 값을 나타난다.
따라서, 다음과 같은 식으로 수신 전압정재파비를 계산할 수 있다.
Figure kpo00017
Figure kpo00018
Figure kpo00019
상기 AADJFWD는 직접 입력경로(XD)를 통한 단말기(140) 송신 조정값(dB)이고, 상기 AADJREV는 반사경로(XC)를 통한 단말기(140)의 송신 조정값이며,
Figure kpo00020
는 반사계수이다.
상기 제1 조정값과 제2 조정값을 구한 후(S12, S13), 반사계수를 구하고(S15), 식7에 의하여 수신단 전압정재파비를 구하게 된다(S16).
다시 설명하면, 수신 안테나(60)로 입력되는 신호를 측정하고(S10), 수신 안테나(60)에서 반사되는 신호를 측정하며(S11), 직접 입력경로(XD)와 조정값(AADJFWD)을 측정하고(S12), 반사경로(XC)의 조정값(AADJREV)을 측정하게 된다(S13).
상기 조정값들의 차(Ad=AADJFWD-AADJREV)를 계산하고(S14), 반사계수(
Figure kpo00021
)를 구하며(S15), 수신단의 전압정재파비를 구하게 된다(S16).
또한, 본 발명의 다른 일 실시예로서, 전압정재파비 측정 장치의 수신단 부분의 수신단 카플러(50)의 고립단(54)과 제1 선택수단(70) 사이에 증폭 수단(80)이 더 포함된 수신단의 전압정재파비 측정 방법을 살펴보면, 상기한 바와 동일하게 단말기(140)의 출력 전력이 단말기(140)의 적정한 범위에 위치하도록 설정값을 조절한 다음, 상기 수신단 카플러(50)의 결합 경로(XD)와 연결되도록 상기 제1 선택수단(70)을 제어한 후, 통화를 시도한다.
단말기의 조정값을 -30dB가 되도록 기지국 시험 장치(100)의 설정값을 조정한다.
이러한 신호에 의하여 단말기(140) 송신 전력으로 환산할 수 있는데, 상기 환산값을 제1 조정값(AADJFWD)이라 하고, 운용자에 의해 임의로 선택된 값이다. 그 다음, 제1 선택수단(70)인 SPDT 스위치를 수신단 카플러(50)의 고립단(54)과 연결되도록 한다.
단말기(140)의 제2 조정값(AADJREV)은 단말기(140)의 출력 신호가 수신 안테나(60)에서 반사되고, 단말기(140) 전력 제어 신호에 의하여 조정되어진 값을 말하며, 상기한 바와 동일하게 제2 조정값은 상기 제1 조정값(AADJFWD) 보다는 큰 값을 나타낸다.
증폭수단(80)의 증폭 효과로 인한 수신단 전압정재파비의 계산식은 다음의 식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure kpo00022
Figure kpo00023
Figure kpo00024
상기에서 이미 설명한바와 동일하고, GAMP는 증폭기(80)의 이득(Gain)을 나타내고, 식 9, 식 10은 상기의 식 6, 식 7과 같다.
상기와 동일하게 S10 단계, S11 단계, S12 단계, S13 단계를 거친다.
상기 제1 및 제2 조정값고 증폭기의 이득(Gain)에 의한 차(Ad=AADJFWD-AADJREV×GGMP)를 계산하고(S14), 반사계수(
Figure kpo00025
)를 구하며(S15), 수신단의 전압정재파비를 구하게 된다(S16).
따라서, 본 발명에 의한 기술을 이용하여 기지국 송수신단의 전압정재파를 측정할 수 있으며, 기지국 시험 장치(100)의 하드웨어 구조를 사용하며, 증폭수단(80)을 더 포함함으로써, 수신단의 수신 안테나 케이블(61)에 의한 손실을 보상할 수 있고, 본 발명의 측정 방법에 의해 종래 기술에 의한 기지국의 진단과 시험 외에 전압정재파비도 같이 측정할 수 있다.
상기한 구조 및 방법을 이용하여 이동통신 시스템 운용자들은 현재 사용하고 있는 기지국 송수신 안테나의 이상 유무를 현재 시행하고 있는 서비스의 중단이나 혹은 통화의 중단 등, 현재 기지국이 수행하고 있는 어떠한 기능에도 영향을 주지 않고 정밀하게 전압정재파비를 측정할 수 있다.
다시 말해서, 본 발명은 단말기를 이용하여 이동통신 기지국 시스템은 운용 중에도 시스템의 동작에 아무런 영향을 미치지 않고, 기지국 송수신 안테나의 전압정재파비를 측정할 수 있다.
특히, 수신단 전압정재파비 측정 부분에서 단말기(140) 출력의 이득값을 조절하는 증폭기(80)를 사용하여 전압정재파비를 측정하고, 종래의 기지국 시험장치 시스템의 하드웨어 변경 없이 전압정재파비를 함께 측정할 수 있다.
또한, 수신단의 전압정재파비 측정 장치 및 방법은 종래와는 달리 단말기의 출력 조정값을 사용하여 전압정재파비를 측정할 수 있는 것으로서, 상기한 기술은 현재의 시스템 운용자들뿐만 아니라 향후의 피씨에스(PCS) 운용자들 또한 용이하게 기지국 안테나의 이상 유무를 판단할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은 기지국을 정상 운용하면서, 서비스의 단절 없고 잡음의 영향 없이 정확하게 전압정재파비를 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수신단 카플러와 선택수단 사이에 게재된 증폭 수단에 의해 수신단 카플러와 수신 안테나 사이의 안테나 케이블 길이에 관계없이 확장하여, 수신단 전압정재파비를 측정할 수 있으며, 장비의 가격을 싸게 할 수 있고, 기지국 안테나의 이상 유무를 용이하게 판단할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 시스템으로부터 입력된 신호를 직접 입력경로를 통해 커플링 된 신호와, 송신 안테나로 부터 반사된 신호를 반사경로를 통해 출력하는 송신단 카플러와; 직접 입력경로를 통해서 신호를 인가하고, 반사경로를 통해 수신 안테나로 부터 반사된 신호를 시스템으로 인가하는 수신단 카플러와; 상기 송신 및 수신단 카플러의 반사경로와 직접 입력 경로 중 어느 하나를 선택하는 제1 및 제2 선택수단과; 기지국의 출력 신호와 송신 안테나에서 반사되는 신호의 비를 측정하게 하며, 수신단 카플러에 신호를 인가하여, 수신단 안테나로부터 반사되는 신호 및 직접 인가되는 신호를 측정하게 함으로써, 송수신단 전압정재파비를 측정하게 하는 기지국 시험 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나의 전압정재파비 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기지국 시험 장치는 이동통신용 휴대폰을 시험용 단말기로 사용하는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나의 전압정재파비 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수신단 카플러와 선택수단 사이에 접속되는 증폭수단을 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기지국 안테나의 전압정재파비 측정 장치.
  4. 기지국 시험 장치를 사용하는 전압정재파비 측정 방법에 있어서, 안테나로 입력되는 신호를 측정하는 단계와; 안테나에서 반사되는 신호를 측정하는 단계와; 직접 입력경로의 조정값(AADJFWD)을 측정하는 단계와; 반사경로의 조정값(AADJREV)을 측정하는 단계와; 상기 조정값들의 차를 계산하여 반사계수(
    Figure kpo00026
    )를 구하는 단계와; 상기 반사계수(
    Figure kpo00027
    )를 이용하여 전압정재파비(VSWR)를 구하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나 수신단의 전압정재파비 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 직접 입력경로 조정값(AADJFWD)과 반사경로 조정값(AADJREV)의 차(Ad)가 AADJFWD-AADJREV인 것을 특징으로 하는 기지국 안테나 수신단의 전압정재파비 측정 방법.
  6. 제6항에 있어서, 상기 직접 입력경로의 조정값(AADJFWD)과 반서경로의 조정값(AADJREV)이 차(Ad)가 AADJFWD-AADJREV+GAMP인 것을 특징으로 하는 기지국 안테나 수신단의 전압정재파비 측정 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 반사계수(
    Figure kpo00028
    )는 10Ad/20인 것을 특징으로 하는 기지국 안테나 수신단의 전압정재파비 측정 방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 수신단의 전압정재파비는 1+
    Figure kpo00029
    /1-
    Figure kpo00030
    인 것을 특징으로 하는 기지국 안테나 수신단의 전압정재파비 측정 방법.
  9. 기지국 시험 장치를 사용하는 전압정재파비 측정 방법에 있어서, 기지국 출력 신호를 측정하는 단계와; 송신 안테나에서 반사되는 신호를 측정하는 단계와; 반사경로 단말기의 수신전력(PdBREV)을 측정하는 단계와; 출력경로 단말기의 수신전력(PdBFWD)을 측정하는 단계와; 상기 수신전력들의 차(Pd=PdBREV-PdBFWD)를 계산하는 단계와; 상기 단계에서 구한 수신전력의 차로부터 반사계수(
    Figure kpo00031
    )를 구하는 단계와; 상기의 단계에서 구한 반사계수로부터 송신단의 전압정재파비를 구하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 기지국 안테나 송신단의 전압정재파비 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 반사계수(
    Figure kpo00032
    )는 10Pd/20인 것을 특징으로 하는 기지국 안테나 송신단의 전압정재파비 측정 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 송신단의 전압정재파비는 1+
    Figure kpo00033
    /1-
    Figure kpo00034
    인 것을 특징으로 하는 기지국 안테나 송신단의 전압정재파비 측정 방법.
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