KR20120065127A - 위상을 이용한 전파 선로의 핌 불량점 검출장치 - Google Patents

위상을 이용한 전파 선로의 핌 불량점 검출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 통신을 위한 기지국 및 중계기의 RF 경로상에서 RF 수동소자 및 모듈의 PIMD(Passive Inter-Modulation Distortion; 상호변조 왜곡)가 발생되는 위치를 감지하고, 위상(Phase)을 이용하여 핌 불량점(Poor PIM point)까지의 거리를 측정하기 위한 것이다.
이를 구현하기 위해 본 발명은 1쌍의 고주파 발생부에서 발생된 서로 다른 주파수의 2 tone 고주파신호는 각각 고출력 증폭기(High Power Amplifier; HPA)에서 증폭되어 컴바이너(Combiner)에서 합성된 후 듀플렉서(Duplexer)의 Tx포트에 전달되고, 상기 듀플렉서의 출력신호는 양방향 결합기(Bi-directional Coupler)에서 2개로 분기되어, 하나는 제2수신필터부로 전달되며, 다른 하나는 전파 선로 상의 핌 불량점(Poor PIM point)에서 반사되어 다시 양방향 결합기로 수신된 후 듀플렉서의 Rx포트를 통해 제1수신필터부로 전달되고, 위상검출기(Phase Detector)에서는 상기 제1수신필터부 및 제2수신필터부에서에서 노이즈(noise) 필터링된 각각의 신호가 전달되면, 2개의 신호 사이의 위상차를 검출하여 디에스피(Digital Signal Processer; DSP)를 통해 피씨(Personal Computer; PC)로 전달하고, 상기 피씨에서는 디에스피에서 전달된 위상차에 따라 연산과정을 수행하여 핌 불량점의 위치를 화면에 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 위상을 이용한 전파 선로의 핌 불량점 검출장치를 제안한다.
따라서, 본 발명은 사용자가 중계기 타워에 오르지 않고 지면에서 PIMD측정장비를 구동하여 RF 경로 상의 규격에서 벗어난 RF수동소자 또는 모듈의 위치를 정확히 파악하여 불량 핌(PIM)이 발생된 모듈의 교체를 용이하게 하고, 중계기 타워의 유지보수 비용 및 시간을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 경제적으로 구현할 수 있도록 단순한 구성으로 이루어져 있으며, 위상 연산을 통해 핌 불량점(Poor PIM point)의 위치를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

Description

위상을 이용한 전파 선로의 핌 불량점 검출장치{Poor PIM point estimation device using for phase}
본 발명은 야외 고주파 시스템에서 위상을 이용한 전파 선로의 핌(PIM) 불량점 검출장치에 관한 것으로서, 특히 무선 통신을 위한 기지국 및 중계기의 RF 경로상에서 RF 수동소자 및 모듈의 PIMD(Passive Inter-Modulation Distortion; 상호변조 왜곡)가 발생되는 위치를 감지하고, 위상(Phase)을 이용하여 핌 불량점(Poor PIM point)까지의 거리를 측정하기 위한 것이다.
종래에는 기지국이나 중계기의 PIM(Passive Inter-Modulation)을 측정하기 위해 별도의 대형 PIM 측정장치가 사용되었으며, 상기 대형 PIM측정장치는 중계기 타워의 RF경로상에 불량 PIM이 발생된 위치를 감지할 수 없었으므로, 중계기 타워의 PIM 특성 유지보수에 많은 시간과 비용이 소요되었다.
이를 개선하기 위해 PIM 발생위치까지의 거리를 측정하는 몇가지 방법이 제안되었으나, 펄스 신호를 이용하는 TDR(Time Domain Reflectometry ;시간영역측정법) 또는 주파수 sweep을 이용하는 FDR(Freqency Domain Reflectometry) 방식은 구성이 복잡할 뿐 아니라 비용도 많이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명은 PIMD측정장비를 이용하여 무선통신 기지국 또는 중계기의 RF경로상의 PIM을 측정할 경우, 사용자가 중계기 타워에 오르지 않고 지면에서 장비를 구동하여 규격에서 벗어난 RF수동소자 또는 모듈의 위치를 정확히 파악하여 불량 PIM이 발생된 모듈의 교체를 용이하게 하고 중계기 타워의 유지보수 비용을 절감할 수 있는 위상을 이용한 전파 선로의 핌 불량점 검출장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 위상을 이용한 전파 선로 핌 불량점 검출장치는 1쌍의 고주파 발생부에서 발생된 서로 다른 주파수의 2 tone 고주파신호는 각각 고출력 증폭기(High Power Amplifier; HPA)에서 증폭되어 컴바이너(Combiner)에서 합성된 후 듀플렉서(Duplexer)의 Tx포트에 전달되고, 상기 듀플렉서의 출력신호는 양방향 결합기(Bi-directional Coupler)에서 2개로 분기되어, 하나는 제2수신필터부로 전달되며, 다른 하나는 전파 선로 상의 핌 불량점(Poor PIM point)에서 반사되어 다시 양방향 결합기로 수신된 후 듀플렉서의 Rx포트를 통해 제1수신필터부로 전달되고, 위상검출기(Phase Detector)에서는 상기 제1수신필터부 및 제2수신필터부에서에서 노이즈(noise) 필터링된 각각의 신호가 전달되면, 2개의 신호 사이의 위상차를 검출하여 디에스피(Digital Signal Processer; DSP)를 통해 피씨(Personal Computer; PC)로 전달하고, 상기 피씨에서는 디에스피에서 전달된 위상차에 따라 연산과정을 수행하여 핌 불량점의 위치를 피씨 화면에 디스플레이하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
본 발명은 사용자가 중계기 타워에 오르지 않고 지면에서 PIMD측정장비를 구동하여 RF 경로 상의 규격에서 벗어난 RF수동소자 또는 모듈의 위치를 정확히 파악하여 불량 핌(PIM)이 발생된 모듈의 교체를 용이하게 하고, 중계기 타워의 유지보수 비용 및 시간을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 경제적으로 구현할 수 있도록 단순한 구성으로 이루어져 있으며, 위상 연산을 통해 핌 불량점(Poor PIM point)의 위치를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 위상을 이용한 전파 선로의 핌 불량점 검출장치의 개략적인 구성도,
도 2는 도 1의 위상검출기에서 좌표에 의해 위상차를 검출하는 것을 개략적으로 나타내는 좌표도.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의해 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 위상을 이용한 전파 선로의 핌 불량점 검출장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 1쌍의 고주파 발생부(21a)(21b)에서 발생된 서로 다른 주파수(2 tone)의 고주파신호는 각각 고출력 증폭기(High Power Amplifier; HPA)(22a)(22b)에서 증폭되어 컴바이너(Combiner)(23)에서 합성된 후 듀플렉서(Duplexer)(24)의 Tx포트에 전달되고, 상기 듀플렉서(24)에서는 고주파신호의 일부를 추출하여 통과시킴과 동시에 핌 불량점(Poor PIM point)에서의 반사파를 수신하고, 상기 고주파 및 반사파를 후술하는 2개의 경로(path)로 구분하여 신호처리하게 된다.
이때, 도 1에서는 핌 불량점이 RF케이블의 종단에 연결된 DUT(Device Under Test; 피측정장치)(load) 이전에 존재하는 것을 예를 들어 도시하였다.
즉, 상기 듀플렉서(24)의 출력신호는 양방향 결합기(Bi-directional Coupler)(25)에서 2개로 분기되어, 하나는 제2수신필터부(27)로 전달되며, 다른 하나는 전파 선로 상의 핌 불량점(30)에서 반사되어 다시 양방향 결합기(25)로 수신된 후 듀플렉서(24)의 Rx포트를 통해 제1수신필터부(26)로 전달된다.
따라서, 상기 위상검출기(Phase Detector)(28)에서는 상기 제1수신필터부(26) 및 제2수신필터부(27)에서에서 노이즈(noise) 필터링된 각각의 신호가 전달되면, 2개의 신호 사이의 위상차를 검출하여 디에스피(Digital Signal Processer; DSP)(10)를 통해 피씨(Personal Computer; PC)(1)로 전달하며, 상기 피씨(1)에서는 디에스피(10)에서 전달된 위상차에 따라 연산과정을 수행하여 핌 불량점의 위치를 피씨 화면에 디스플레이하는 것이다.
한편, 상기 제1수신필터부(26)는 이미 핌(PIM) 신호를 포함하고 있으므로 노이즈를 제거하는 Rx 필터(26a)만 구비하면 되지만, 상기 제2수신필터부(27)는 노이즈를 제거하는 Rx 필터(27a)의 전단에 기준이 되는 핌(PIM) 신호가 발생되도록 다이오드(Diode)(27b), 믹서(Mixer), 증폭기(AMP), 페라이트(ferrite)소자 어느 하나로 이루어진 비선형소자(Nonlinear device)가 구비되어야 한다.
본 발명에서 비선형소자(Nonlinear device)를 사용하는 것은 입력신호에 따른 출력신호를 비선형적으로 변화시킴으로써 기준이 되는 핌(PIM) 신호(의도적으로 왜곡된 신호)를 발생하기 위함이다.
이와 같이, 본 발명에서 발생되는 2개의 신호 경로(path)에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 수신 경로(Rx Path)는 각각의 고주파 발생부(21a)(21b)에서 출력되는 2개의 톤(tone)(f1, f2 / f'1,f'2) 신호가 핌 불량점(Poor PIM point)에서 반사된 신호에 관한 것이다.
먼저, 첫번째 톤의 신호가 발생되는 경우, 각각의 고주파 발생부(21a)(21b)에서 출력된 f1, f2 의 RF신호는 양방향 결합기(25)를 통과하여 RF케이블 및 모듈(Load)에 전달되는데, 만일 경로상에 제한된 규격이상의 PIM level이 감지되는 핌 불량점(Poor PIM point)이 검출될 경우 상기 핌 불량점에서 반사파(fim1)가 발생되어 다시 양방향 결합기(25)로 전달된다.
이때, 상기 반사파(fim1)는 핌(PIM)이 발생된 거리만큼 지연(delay)되어 위상변화가 발생되어 듀플렉서(24)의 수신(Rx)포트를 통해 제1수신필터부(26)로 전달되고, 상기 제1수신필터부(26)에서는Rx 필터(26a)를 통과하여 노이즈가 제거된 반사파(fim1)를 위상검출기(28)의 A포트로 입력한다.
이어서, 두번째 톤의 신호(f'1,f'2)가 발생되는 경우, 각각의 고주파 발생부(21a)(21b)에서 출력된 f'1,f'2 의 RF신호 역시 전술한 첫번째 톤의 RF 신호와 동일하게 동작하여, 반사파(f'im1)이 위상검출기(28)의 A포트로 입력된다.
다음으로, 기준 경로(Ref. Path)는 각각의 고주파 발생부(21a)(21b)에서 출력되는 2개의 톤(tone)(f1, f2 / f'1,f'2) 신호 자체에 관한 것이다.
먼저, 첫번째 톤의 신호(f1, f2)가 발생되는 경우, 각각의 고주파 발생부(21a)(21b)에서 출력된 f1, f2 의 RF신호는 양방향 결합기(25)에 전달되고, 상기 양방향 결합기(25)에서는 신호의 일부를 추출하여 제2수신필터부(27)를 거쳐 위상검출기(28)의 B포트로 입력한다.
이때, 상기 제2수신필터부(27)에는 노이즈를 제거하는 Rx 필터의 전단에, 기준이 되는 핌(PIM) 신호가 발생되도록 다이오드(Diode), 믹서(Mixer), 증폭기(AMP), 페라이트(ferrite)소자 중 어느 하나로 이루어진 비선형소자(Nonlinear device)가 구비되어 있으므로, 위상검출기(28)의 B포트로는 비선형소자에 의해 발생된 [fim2]가 입력된다.
이어서, 두번째 톤의 신호(f'1,f'2)가 발생되는 경우, 각각의 고주파 발생부(21a)(21b)에서 출력된 f'1,f'2 의 RF신호 역시 전술한 첫번째 톤의 RF 신호와 동일하게 동작하여, 위상검출기(28)의 B포트로는 비선형소자에 의해 발생된 [f'im2]가 입력된다.
한편, 위상검출기(28)에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 첫번째 톤(f1,f2)의 신호에 따라 A포트로 입력된 수신 경로(Rx Path)의 반사파(fim1)과, B포트로 입력된 기준 경로(Ref. Path)의 RF신호(fim2)에서 발생되는 위상차 φa를 검출한다.
또한, 두번째 톤의 신호(f'1,f'2)의 신호에 따라 A포트로 입력된 수신 경로(Rx Path)의 반사파(f'im1)과, B포트로 입력된 기준 경로(Ref. Path)의 RF신호(f'im2)에서 발생되는 위상차 φb를 검출한다.
이때, 첫번째 톤의 신호에 의해 발생된 [ fim1 = 2f1-f2 ], [ fim2 = 2f1-f2 ]이므로 [fim1 = fim2 = fa ]이고,
두번째 톤의 신호에 의해 발생된 [ f'im1 = 2f1-f2 ], [ f'im2 = 2f1-f2 ] 이므로, [f'im1 = f'im2 = fb ]이다.
따라서, 주파수/위상 좌표에 의해 각각의 위상 φa 와,, φb 가 구해지고, 양자의 주파수차 [ Δf= fb - fb ] 와, 위상차 [ Δφ= φb - φa ]를 획득할 수 있게 된다.
한편, 상기 위상검출기(28)에서 획득한 Δφ는 디에스피(10)를 통해 관리자의 피씨(PC)(1)에 전달되며, 상기 피씨에서는 아래의 공식을 적용하여 핌 불량점(30)까지의 거리 'D'를 계산하게 된다.
Figure pat00001
τ : time delay
Δφ = 위상차
Δf = 주파수차
이때, 상기의 계산식에 의해 결정되는 τ는 PIM측정장비의 출력단으로부터 핌 불량점까지 RF Path의 왕복시간이므로, 실질적으로 RF 신호가 핌 불량점까지 이동하는데 걸린시간 t=τ/2 이다.
따라서,
Figure pat00002

위 [S1]은 기본적인 속도와 시간에 따른 거리 공식이며, [S2]는 고주파 신호의 공기 중의 속도는 빛의 속도이므로 빛의 속도값과, 핌 불량점의 왕복이동시간 τ를 2로 나눈 이동시간(t)를 적용한 것이다. 또한, 고주파 신호의 전파 선로는 매질이 공기가 아니기 때문에 전파 선로의 매질의 비유전율을 고려하여 [S3]을 도출하게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 위 수식에 의해 전파 선로의 핌 불량점(Poor PIM point)이 있을 시에 그 위치를 정확하게 검출할 수 있게 된다.
상기와 같은 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
1 : 피씨(Personal Computer; PC)
10 : 디에스피((Digital Signal Processer; DSP)
21a, 21b: 고주파발생부
22a, 22b: 고출력 증폭기(High Power Amplifier; HPA)
23 : 컴바이너(Combiner) 24 : 듀플렉서(Duplexer)
25 : 양방향 결합기(Bi-directional Coupler)
26 : 제1수신필터부 26a. 27a: Rx 필터
27: 제2수신필터부 27b: 다이오드
28 : 위상검출기(phase detector) 30 : 핌 불량점 (Poor PIM point)

Claims (2)

  1. 전파 선로 핌 불량점 검출장치에 있어서,
    1쌍의 고주파 발생부에서 발생된 서로 다른 주파수의 2 tone 고주파신호는 각각 고출력 증폭기(High Power Amplifier; HPA)에서 증폭되어 컴바이너(Combiner)에서 합성된 후 듀플렉서(Duplexer)의 Tx포트에 전달되고,
    상기 듀플렉서의 출력신호는 양방향 결합기(Bi-directional Coupler)에서 2개로 분기되어, 하나는 제2수신필터부로 전달되며, 다른 하나는 전파 선로 상의 핌 불량점(Poor PIM point)에서 반사되어 다시 양방향 결합기로 수신된 후 듀플렉서의 Rx포트를 통해 제1수신필터부로 전달되고,
    위상검출기(Phase Detector)에서는 상기 제1수신필터부 및 제2수신필터부에서에서 노이즈(noise) 필터링된 각각의 신호가 전달되면, 2개의 신호 사이의 위상차를 검출하여 디에스피(Digital Signal Processer; DSP)를 통해 피씨(Personal Computer; PC)로 전달하고, 상기 피씨에서는 디에스피에서 전달된 위상차에 따라 연산과정을 수행하여 핌 불량점의 위치를 화면에 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 위상을 이용한 전파 선로의 핌 불량점 검출장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2수신필터부는 노이즈를 제거하는 Rx 필터의 전단에, 기준이 되는 핌(PIM) 신호가 발생되도록 다이오드(Diode), 믹서(Mixer), 증폭기(AMP), 페라이트(ferrite)소자 중 어느 하나로 이루어진 비선형소자(Nonlinear device)가 구비되는 것을 특징으로 하는 위상을 이용한 전파 선로의 핌 불량점 검출장치.
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