KR20030047111A - 이동통신시스템의 수신단의 선형성 유지 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

가. 발명이 속하는 기술분야

본 발명은 이동통신 시스템 기지국의 수신단에서 무선 주파수 신호를 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 수신신호의 선형성을 보장하기 위한 신호처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

본 발명의 목적은 이동통신 시스템의 기지국에서 수신신호의 선형성을 보장할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

다. 발명의 해결방법의 요지

스위치를 이용하여 전력 레벨이 큰 신호가 수신될 시는 상기 수신되는 신호가 증폭기를 거치지 않고 통과하도록 함으로써, 지나치게 큰 신호로 인한 수신단의 선형성 열화를 방지한다.

라. 발명의 중요한 용도

이동통신 시스템 기지국의 수신단에 이용된다.

Description

이동통신시스템의 수신단의 선형성 유지 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR KEEPING LINEARITY OF RADIO FREQUENCY RECEIVER BLOCK IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 이동통신 시스템 기지국의 수신단에서 무선 주파수 신호를 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 수신신호의 선형성을 보장하기 위한 신호처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로 이동통신 시스템의 기지국은 무선 주파수(Radio Frequency : RF)신호 수신단을 구비하고 있다.

도 1은 이동통신시스템의 기지국의 무선 주파수 신호 수신단을 도시하는 도면이다.

상기 도 1의 무선 주파수 신호 수신단은 안테나(100)에서 수신되는 신호를 주파수 변환하는 기능과 디지털 회로와의 인터페이스 기능을 수행한다. 상기 안테나(100)에 수신되는 신호들의 전력은 큰 변동폭(약 60dB정도)을 가진다. 상기 무선 주파수 신호 수신단은 상기 큰 변동폭을 가지고 수신되는 신호들을 일정한 전력 레벨을 가지는 저주파 신호로 변경하여 디지털 블록으로 전달하는 기능을 수행한다. 상기와 같이 전력레벨의 변동폭이 큰 신호는 자동이득제어(Automatic Gain Control : AGC) 장치를 통해 일정 범위의 전력레벨을 가지는 신호로 변환된다. 즉, 상기 자동이득제어장치는 입력되는 신호를 일정 범위의 전력을 가지는 신호로 변환하여 출력하는 동작을 수행한다. 모든 기지국 시스템의 수신부에는 상기 자동이득제어 장치가 포함되어 있다. 상기 수신부에 사용되는 자동이득제어 장치는 수신신호의 전력을 일정한 범위로 유지시키기 위해 사용되는 장치이다.

한편, 모든 시스템들은 안정적인 동작 등을 위해 선형성을 유지할 필요가 있다.

도 2는 이상적인 선형적 특성을 가지는 시스템에서의 입력신호와 출력신호와의 관계를 도시하는 도면이다.

그러나 통상적인 시스템들은 포화현상으로 인해 상기 도 1과 같은 이상적인 선형적 특성을 유지하지 못하게 된다.

도 3은 입력신호의 전력레벨이 일정 값을 초과하는 경우 포화현상으로 인해 선형성이 성립하지 않는, 실제 시스템이 나타내는 선형적 특성을 도시하는 도면이다.

상기 도 3에 도시된 바와 같이 통상적인 시스템들은 입력신호의 레벨이 일정 값을 초과하는 경우 선형성이 열화되어 선형적 특성을 가지지 못하게 된다. 상기와 같이 시스템의 선형성이 열화되는 경우 시스템의 출력 신호가 왜곡되고 또한 원치 않는 신호들이 발생할 소지가 있다. 즉, 시스템의 선형성 유지는 시스템을 안정적으로 동작시키고 그 성능을 향상시키기 위해 중요하다.

상기 도 3의 도면을 참조하여 확인할 수 있듯이 기지국의 수신단에서도 역시 안테나(100)에 수신되는 신호의 전력이 상대적으로 큰 경우에는 그 선형성이 열화되는 문제가 발생하게 된다. 그리고 수신단의 선형성을 최대한 유지하기 위해서 상기 수신단에 사용되는 부품들은 그 특성이 뛰어나야 하고, 블록 설계 시에도 항상 마진(margin)이 충분하도록 설계해야 함으로써 설비비용의 낭비 등이 발생했다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 이동통신 시스템에서 기지국의 수신단의 선형성을 유지할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 기지국의 수신단의 설비비용을 감소시키면서 그 선형성을 유지할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 무선주파수 신호를 수신하는 안테나와, 상기 안테나에 연결되어 수신신호를 증폭하는 적어도 하나의 증폭기와, 상기 증폭기에 연결되며 상기 무선주파수 신호를 중간주파수 신호로 변환하기 위한 혼합기와, 상기 수신신호의 전력을 제어하기 위한 자동이득제어장치로 이루어지는 이동통신시스템의 수신단에 있어서, 상기 안테나와 증폭기 사이에 존재하며, 상기 안테나로부터 입력되는 신호를 상기 증폭기로 입력하거나 혹은 상기 증폭기에 연결되는 다른 장치로 바이패스 시키는 스위치와, 상기 증폭기 등을 통해 입력되는 수신신호가 일정 값 이상이면 상기 스위치가 바이패스 동작을 수행하도록 상기 스위치를 제어하는 상기 자동이득제어장치로 이루어짐을 특징으로 하는 이동통신시스템 수신단의 선형성 유지 장치를 이용한다.

도 1은 종래기술에 따른 도면으로, 이동통신시스템의 수신단을 도시하는 도면

도 2는 이상적인 선형적 특성을 가지는 시스템에서의 입력신호와 출력신호와의 관계를 도시하는 도면

도 3은 입력신호의 전력레벨이 일정 값을 초과하는 경우 포화현상으로 인해 선형성이 성립하지 않는, 실제 시스템이 나타내는 선형적 특성을 도시하는 도면

도 4는 본 발명에 따른 도면으로, 수신신호가 일정 값을 초과하는 경우 이를 증폭시키지 않고 바이패스 시키기 위한 스위치를 구비하는 수신단의 구성을 도시하는 도면

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

본 발명은 무선 주파수 수신단의 구조에 관한 것이다. 상기 구조를 구현하기 위해서는 무선 주파수 스위치가 요구된다.

상술했듯이 수신단의 선형성이 열화되는 주요 원인 중의 하나는 수신 신호의 높은 전력 레벨로 인해 증폭기나 혼합기(mixer)와 같은 부품들에 나타나는 포화현상이다. 상기 포화현상이란 어떤 값이 일정한 값까지는 증가하지만 그 이상은 증가하지 않는 현상을 의미한다. 상기와 같이 일정한 값 이상은 증가하지 않음으로 인해, 입출력 신호의 비례관계가 성립하지 않게 된다.

도 2는 이상적인 선형적 특성을 가지는 시스템에서의 입력신호와 출력신호와의 관계를 도시하는 도면이고, 도 3은 입력신호의 전력레벨이 일정 값을 초과하는 경우 포화현상으로 인해 선형성이 성립하지 않는, 실제 시스템이 나타내는 선형적 특성을 도시하는 도면이다. 상기 도 3의 도면을 참조하면, 입력신호의 전력 레벨이 P값을 초과하는 경우 시스템에 포화현상이 발생함을 확인할 수 있다. 한편, 상기 도 3과 같이 전체적으로는 비선형적 특성을 가지는 시스템도 상기 포화현상이 발생하지 않는 구간에서는 상기 도 2에 도시된 이상적인 시스템과 마찬가지로 선형적 특성을 가진다. 상기 도3에서는 입력신호의 전력 레벨이 0에서 P까지인 구간이 상기 선형적 특성을 가지는 구간에 해당한다. 이는 즉, 상기 시스템에 입력되는 신호를 P값 이하로 유지한다면 상기 시스템의 선형성 또한 유지할 수 있다는 의미이다.

이를 이동통신 시스템의 기지국에 적용시켜서 본 발명을 설명한다. 상기 도 1의 안테나(100)를 통해 수신된 신호는 상기 증폭기들(증폭기 1단, 증폭기 2단, 증폭기 3단)(110, 120, 130)에서 증폭되어 혼합기(140)로 입력된다. 상기 혼합기(140)에서 출력된 신호는 검출기(160) 및 적분기(170)를 통해 다시 상기 가변증폭기(150)로 피드백된다. 상기 검출기(160)는 가변증폭기(150)로부터 출력되는 신호의 전력 레벨을 검출한다. 상기 적분기(170)로부터 출력된 신호는 상기 가변증폭기(150)로 입력되어 상기 가변증폭기(150)의 증폭률을 조절하는 제어신호로 사용된다. 상기 가변증폭기(140), 검출기(160), 적분기(170)들이 자동이득제어 장치를 구성한다.

한편, 통상적으로 코드분할다중접속(CDMA : Code Division Multiple Access) 방식 이동통신 시스템의 기지국 수신 신호는 -110dB 내지 -60dB 정도의 전력 레벨을 가진다. 상기 수신단에 크기가 작은 신호가 수신될 시는 문제가 없으나 큰 신호가 수신될 시는 무선 주파수 수신단의 증폭기의 이득으로 인해 상기 수신된 큰 신호가 더 큰 신호가 된다. 수신단의 선형성이 열화되는 주요한 원인중의 하나가 수신 신호의 높은 전력 레벨로 인해 증폭기(110, 120, 130)나 혼합기(140)와 같은 부품들이 포화되기 때문이다. 본 발명을 적용하고자 하는 이동통신 시스템 수신단의 일 예로써 코드분할다중접속(CDMA) 기지국의 수신단을 들어 설명한다. 상술한 것처럼, 일반적으로 상기 코드분할다중접속 기지국에 수신되는 신호의 전력레벨은 -110dBm 내지 -60dBm 정도이다. 이때, 전력 레벨이 작은 신호가 수신될 때는 각 장치들에서 포화가 발생하지 않으며, 수신단이 선형성을 유지함에 있어 문제가 되지 않는다. 또한 상기 전력 레벨이 작은 신호는 증폭기들(110, 120, 130)을 통해 증폭이 된 후에도 포화가 되어 수신단이 선형성을 열화시킬 수 있을 정도의 전력레벨에 이르게 되지는 않는다. 그러나 수신단의 장치들을 포화시킴으로써 수신단의 선형성을 열화시킬 정도의 전력 레벨을 가지는 신호가 상기 수신단에 입력될 수도 있을 것이다. 또는 수신단에 입력된 신호가 증폭기들(110, 120, 130)을 통해 증폭기들(110, 120, 130)의 이득만큼 증폭됨으로써 상기 수신단의 선형성을 열화시킬 수 있을 정도의 전력 레벨에 이르게 될 수도 있을 것이다. 이것은 즉, 상기 수신신호가 상기 선형성을 열화시킬 수 있을 정도의 전력 레벨에 이르지 않도록 수신신호를 제어함으로써 상기 수신단의 선형성을 유지할 수 있다는 의미이다.

도 4는 본 발명에 따른 도면으로, 수신신호가 일정 값을 초과하는 경우 이를 증폭시키지 않고 바이패스 시키기 위한 스위치를 구비하는 수신단의 구성을 도시하는 도면이다.

상기 도 4와 같이 본 발명에서는 기지국의 수신단에서 발생하는 선형성의 열화 현상을 방지하기 위해 수신 신호의 크기에 따라 증폭기들(110, 120, 130)로 입력되는 신호들을 선택적으로 바이패스(bypass)시킨다. 즉, 전력레벨이 작은 신호가 수신될 시는 증폭기(110, 120, 130)들이 정상적으로 동작되도록 하고, 전력레벨이 큰 신호가 수신될 시는 상기 수신 신호가 증폭기(110, 120, 130)들을 거치지 않고 통과하도록 함으로써 증폭이 이루어지지 않도록 동작한다. 상기 바이패스 동작은 상기 증폭기(110, 120, 130)들의 앞단에 구비되는 스위치들(200, 210, 220)을 통해 이루어진다. 그 결과 상기 수신단의 수신신호는 혼합기(140)나 자동이득제어 장치에 전달될 때까지 적당한 크기를 유지하게 됨으로써 포화현상이 발생하지 않는다.

한편, 상기 스위치들(200, 210, 220)은 자동이득제어장치가 출력하는 제어신호를 이용하여 제어될 수 있다. 무선 주파수 수신단은 항상 일정한 전력을 가지는 신호를 디지털 부로 전달하기 위해서 수신 신호에 대해 전력 검출 기능을 수행하고, 상기 검출된 결과를 가변 이득 증폭기(VGA : Variable Gain Amplifier)의 제어 전압으로 사용하고 있다. 상기 동작은 자동이득제어 장치에서 수행된다. 즉, 자동이득제어 장치는 수신 신호의 전력 레벨을 검출하고 이를 판단하므로, 상기 자동이득제어 제어 전압을 이용하여 본 발명에서 사용되는 스위치들(200, 210, 220)을 제어할 수 있다. 본 발명에서 자동이득제어 장치는 기존의 전력제어 기능 외에도, 본 발명의 적용을 위해 수신신호의 전력레벨을 검출하고, 이를 선형성을 유지시키는 전력레벨의 기준 값과 비교하고 그에 따라 스위치들(200, 210, 220)의 작동 여부를 결정하는 제어신호를 상기 스위치들(200, 210, 220)로 출력한다. 즉, 상기 비교결과 수신신호가 상기 기준 값보다 크면 스위치들(200, 210, 220)들이 작동되도록 하고, 기준 값보다 크지 않은 경우에는 스위치들(200, 210, 220)들이 작동되지 않도록 한다. 상기 기준 값은 실험 값 등에 의해 결정될 수 있다.

한편, 상기 신호의 크기를 조절함에 있어 모든 증폭기(110, 120, 130)들에 스위치들(200, 210, 220)들을 부가함은 상기 수신단의 선형성이 모든 구성요소들에 의해 결정되기 때문이다. 즉, 상기 증폭기들(110, 120, 130) 중 어느 하나에서라도 포화현상이 발생한다면 상기 수신단의 선형성은 유지되지 못하게 되므로 상기 스위치들(200, 210, 220) 모두를 제어해 주어야 한다.

상기에서는 3단의 증폭기들(110, 120, 130)을 구비하는 수신단을 도시하여본 발명의 일 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명이 이로써 한정되지 않음은 자명하다. 코드분할다중접속 기지국에 수신되는 신호의 전력레벨을 "-110dBm 내지 -60dBm"라는 구체적인 수치로 특정한 것은 본 발명의 설명을 용이하게 하기 위한 것으로 본 발명이 이로 인해 한정되지 않음 역시 자명하다.

상기와 같이 본 발명을 수행함으로써, 통상적으로 시스템의 선형성을 열화시키는 높은 레벨의 신호가 수신될 시에도 무선주파수 수신단의 선형성 유지가 가능하다. 수신 신호의 전력 레벨에 따라 수신신호의 증폭이 요구될 시에만 무선 수신단의 증폭기가 동작하도록 제어하므로 시스템의 소모 전력이 감소된다. 기존에 비해 특성이 뛰어나지 않은 부품을 사용할 시에도 선형성 유지가 가능하므로 시스템의 설비비용이 감소된다.

Claims (5)

1. 무선주파수 신호를 수신하는 안테나와, 상기 안테나에 연결되어 상기 무선주파수 신호를 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기에 연결되며 상기 무선주파수 신호를 중간주파수 신호로 변환하는 혼합기와, 상기 혼합기로부터 입력되는 신호를 일정 전력레벨 범위의 신호로 변환하여 출력하는 자동이득제어장치로 이루어지는 수신단의 선형성 유지 장치에 있어서,

   상기 안테나와 및 증폭기와 연결되며, 상기 안테나로부터 입력되는 신호를 상기 증폭기로 전달하거나 혹은 바이패스 동작을 수행하여 상기 신호를 상기 혼합기로 전달하는 스위치와,

   상기 입력되는 신호가 일정 값 이상이면 상기 스위치가 바이패스 동작을 수행하도록 제어하는 상기 자동이득제어장치로 이루어짐을 특징으로 하는 이동통신시스템 수신단의 선형성 유지 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 자동이득제어장치는 신호에 대한 증폭률을 변경할 수 있는 가변증폭기와,

   상기 가변증폭기로부터 출력되는 신호의 전력 레벨을 검출하기 위한 검출부와,

   상기 검출기로부터 출력되는 신호를 상기 가변증폭기의 증폭률을 결정하는 제어신호로 변환하는 적분기로 이루어짐을 특징으로 하는 이동통신시스템 수신단의 선형성 유지장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 스위치와 증폭기 사이에는 적어도 한 쌍의 스위치 및 증폭기가 더 구비될 수 있음을 특징으로 하는 이동통신시스템 수신단의 선형성 유지장치.
4. 제 1항에 있어서,

   스위치의 동작을 제어하는 기준 값이 되는 상기 일정 값은 수신단의 선형성을 유지할 수 있도록 결정되는 값임을 특징으로 하는 이동통신시스템 수신단의 선형성 유지장치.
5. 이동통신시스템에서, 무선주파수 신호를 수신하는 안테나와, 상기 안테나에 연결되며 상기 안테나로부터 입력되는 수신신호를 바이패스할 수 있는 스위치를 전단에 구비하는 증폭기와, 상기 증폭기에 연결되며 상기 무선주파수 신호를 중간주파수 신호로 변환하기 위한 혼합기와, 상기 혼합기로부터 입력받은 신호를 일정 전력레벨 범위의 신호로 변환하여 출력하는 자동이득제어장치로 이루어지는 수신단의 선형성 유지 방법에 있어서,

   상기 자동이득제어장치의 입력신호의 전력레벨을 검출하는 과정과,

   상기 검출된 전력레벨 값이 일정 값을 초과하는지 판단하는 과정과,

   상기 검출된 값이 일정 값을 초과할 시 상기 스위치에서 바이패스 동작이 수행되도록 제어하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 이동통신시스템의 선형성 유지방법.