KR20030024970A - 기지국의 자동이득제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기지국의 자동이득제어 장치를 제공하기 위한 것으로, 이동통신 시스템의 기지국에 있어서, 단일 전압으로 동작되고 RF 출력 레벨을 조정하는 전압제어 가변감쇄부와; 차동 증폭부로부터 입력된 신호를 적분시키는 적분부와; 상기 적분부의 출력에 대해 이득 제어를 수행하여 상기 전압제어 가변감쇄부로 출력하는 이득 제어부와; 상기 전압제어 가변감쇄부의 후단에 위치하여 로컬 신호의 고조파 성분을 제거하는 LPF를 포함하여 구성함으로써, 기지국의 송신 경로에서 온도에 따른 출력 변화를 최소화하고 출력 제어 신호에 따른 선형적 특성을 갖으며 높은 동적 범위를 가질 수 있게 되는 것이다.

Description

기지국의 자동이득제어 장치{Apparatus for automatic gain control in radio port}

본 발명은 이동통신 시스템의 기지국에 관한 것으로, 특히 기지국의 송신 경로에서 온도에 따른 출력 변화를 최소화하고 출력 제어 신호에 따른 선형적 특성을 갖으며 높은 동적 범위(Dynamic Range)를 갖기에 적당하도록 한 기지국의 자동이득제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신 시스템은 사람, 자동차, 선박, 열차, 항공기 등 이동체를 대상으로 하는 통신 시스템으로, 이에는 키폰 시스템, 이동전화(휴대전화, 차량전화), 항만전화, 항공기전화, 이동공중전화(열차, 유람선, 고속버스 등에 설치), 무선호출, 무선전화, 위성이동통신, 아마추어무선, 어업무선 등이 포함된다.

그래서 이러한 이동통신 시스템은, 운용자의 입력을 받아 망 내의 시스템들에 반영하는 망운용부와; 상기 망운용부와 하부의 기지국들의 데이터를 취합하여 교환 시스템 측으로 전송하는 기지국 제어부와; 상기 기지국 제어부의 데이터를 사용자 단말기들에 전송하고 상기 사용자 단말기들의 데이터를 취합하여 상기 기지국 제어부로 전송하는 기지국(Radio Port, RP)과; 상기 기지국에서 전송된 정보를 사용자에게 전달하고, 전달된 사용자의 음성 또는 부호급의 정보를 무선 데이터로 변환하여 상기 기지국으로 전송하는 사용자의 이동 단말기를 포함하여 이루어진다.

여기서 기지국은 일반 유선가입자나 이동전화 가입자로부터 전달되는 음성 및 데이터 신호를 CDMA(Code Division Multiple Access, 코드 분할 다중 접속) 신호 변환, 디지털 -> 아날로그 변환을 거친다. 그리고 변환된 아날로그 신호는 이동전화 가입자의 단말기로 전달되기 위해 기지국의 송신단에 있는 전력증폭 장치에서 최종적으로 전력증폭된 후 안테나 단에서 방사된다.

도 1은 종래 이동통신 시스템의 기지국의 블록구성도이다.

여기서 참조번호 101은 IF 신호를 검출하기 위해 2경로 나누는 분배부이고, 102와 104는 IF 신호를 증폭시키는 제 1 및 제 2 IF 증폭부이며, 103은 대역외 신호를 제거하는 톱니파 필터부(SAW Filter)이고, 105는 IF 주파수를 RF 신호로 변환시키기 위한 믹서부이며, 106과 108과 110은 변환된 RF 신호를 증폭시키는 제 1 내지 제 3 RF 증폭부이다.

또한 참조번호 107과 203은 대역외 신호를 제거하는 제 1 및 제 2 BPF(Band Pass Filer)이고, 109는 RF 출력 레벨을 조정하기 위한 전압제어 가변감쇄부이며, 111은 커플러(Coupler)이고, 112는 국부 발진부(Local Oscillator)이다.

또한 참조번호 201과 204는 AGC 회로를 위해 IF 신호와 RF 신호의 세기를 검출하기 위해 사용되는 제 1 및 제 2 LOG 증폭부이고, 202와 205와 301은 검출된 신호의 크기를 비교하여 출력하는 제 1 내지 제 3 차동 증폭부이며, 302는 적분부이다.

그래서 CDMA 기지국의 송신 경로의 출력에서 온도변화에 따른 출력값 변동을 최소화하기 위해, 도 1에서와 같이, 온도 변화에 관계없이 제어 신호에 따라 출력을 일정하게 유지하도록 AGC(Automatic Gain Control)를 사용하였다.

이러한 종래 기술의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 분배부(101)에서는 IF 신호를 RF 주파수로 변환시키기 위해 제 1 IF 증폭부(102)로 입력되는 경로와 IF 신호의 세기를 검출하기 위해 제 1 LOG 증폭부(201)로 입력되는 두 경로로 나누어진다.

제 1 IF 증폭부(102)의 출력 신호는 톱니파 필터부(103)를 통해 인접한 간섭신호를 제거하고 다시 제 2 IF 증폭부(104)를 통해 증폭되어 믹서(105)로 입력된다.

믹서(105)는 IF 신호와 국부 발진부(112)의 신호를 혼합하여 IF 신호를 RF 신호로 주파수 변환시킨다.

그리고 믹서(105)의 출력은 제 1 RF 증폭부(106)를 통해 증폭된다.

제 1 BPF(107)를 통해 대역외 성분을 제거하여 믹서(105)의 동작 특성상 발생되는 IF, LO(Local Oscillator) 누설(Leakage) 성분 등을 제거하게 된다.

RF 신호는 제 2 RF 증폭부(108)에 의해 증폭되고, 이 신호는 다시 RF 출력 신호를 조정하기 위한 전압제어 가변감쇄부(109)를 거치면서 원하는 출력 레벨 만큼 감쇄되고, 다시 제 3 RF 증폭부(110)와 커플러(111)를 통해 출력된다.

한편 AGC 루프를 살펴보면, 제 1 LOG 증폭부(201)는 분배부(101)를 통해 입력되는 IF 신호를 검출한다.

마찬가지로 커플러(111)와 제 2 BPF(203)를 통해 입력되는 RF 신호는 제 2 LOG 증폭부(204)에 의해 검출되어진다.

제 1 LOG 증폭부(201)의 출력은 기준 전압과 함께 제 1 차동 증폭부(202)에 입력된다.

제 2 LOG 증폭부(204)의 출력은 이득 제어 전압과 함께 제 2 차동증폭부(205)에 입력된다.

이때 최대 출력 값을 내기 위한 제어 전압에 대해 제 1 및 제 2 차동 증폭부(202)(205)의 출력값이 동일하도록 기준 전압 값을 조정한다.

이 경우 제 3 차동 증폭부(301)의 출력은 0볼트가 되고, 적분부(302)의 출력은 초기값을 일정하게 유지한다.

IF 입력 신호의 증가나 이득 제어 전압의 변화에 의해 제 1 차동 증폭부(202)와 제 2 차동 증폭부(205)의 출력값이 서로 다르게 되면, 제 3 차동 증폭부(301)의 출력은 양의 전압 또는 음의 전압을 출력하게 된다.

적분부(302)에 입력되는 전압이 양일 경우, 적분부(302)의 출력은 제 3 차동 증폭부(301)의 출력이 0볼트가 될 때까지 출력 전압을 낮추게 된다.

결과적으로 RF 출력 레벨은 낮아지게 된다.

적분부(302)에 입력되는 전압이 음일 경우에는 반대로 동작하게 된다

따라서 이득 제어 전압에 따라 원하는 출력값을 일정하게 유지하고 입력이 증가한 만큼 출력을 증가하는 AGC 회로로 동작하게 된다.

그러나 이러한 종래의 장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, RF 출력 신호를 검출할 때 믹서(105)의 RF 출력 포트에 로컬 신호의 누설 성분이 나타나게 된다. 이러한 누설 성분을 제거하기 위해 제 1 BPF(107)와 제 2 BPF(203)를 사용한다. RF부의 BPF는 DR 필터로 구성되는데, 이러한 DR 필터는 LO 누설 성분은 제거하지만 고조파(Harmonic) 주파수 성분은 제거하지 못하는 단점이 있었다. 따라서 국부 발진기(112)의 신호를 원 신호 뿐만 아니라 고조파 성분이 높게 출력되는데, 이 고조파 성분은 제 1 BPF(107)과 제 2 BPF(203)로 제거하기 힘든 문제점이 있었다.

그래서 이러한 고조파 성분이 제 2 LOG 증폭부(204)로 입력되어 검출한 출력값에 에러가 발생하게 된다. 그리고 고조파 성분이 원 신호 보다 높을 경우 고조파 성분을 검출하여 AGC 회로가 오동작을 하게 되는 문제점이 발생하게 된다. 즉, 낮은 신호 레벨에서 AGC는 오동작하게 된다.

그리고 전압제어 가변감쇄부(109)는 단일(Single) 전압으로 0볼트에서 "+" 전압 또는 "-" 전압까지 동작하게 된다. 적분부(302)의 출력을 0볼트 내기 위해 +/-의 전원 전압을 사용한다.

이 경우 적분부(302)의 출력을 보면, IF 입력이 없을 경우 "-" 전원 전압까지 출력되고, 최대 파워 출력시 이득 제어 전압과 기준 전압과의 오차에 의해 제 2 차동 증폭부(205)의 출력이 제 1 차동 증폭부(202)의 출력 보다 클 경우 양의 전원 전압까지 출력하게 된다. 이에 따라 전압제어 가변감쇄부(109)가 손상될 수 있으며, 최대값 출력시 AGC 회로의 오동작으로 인해 제 3 RF 증폭부(110) 또는 일반적으로 뒷 단에 연결되는 HPA(High Power Amplifier)가 손상을 입을 수 있게 되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 기지국의 송신 경로에서 온도에 따른 출력 변화를 최소화하고 출력 제어 신호에 따른 선형적 특성을 갖으며 높은 동적 범위를 가질 수 있는기지국의 자동이득제어 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 기지국의 자동이득제어 장치는,

이동통신 시스템의 기지국에 있어서, 단일 전압으로 동작되고 RF 출력 레벨을 조정하는 전압제어 가변감쇄부와; 차동 증폭부로부터 입력된 신호를 적분시키는 적분부와; 상기 적분부의 출력에 대해 이득 제어를 수행하여 상기 전압제어 가변감쇄부로 출력하는 이득 제어부와; 상기 전압제어 가변감쇄부의 후단에 위치하여 로컬 신호의 고조파 성분을 제거하는 LPF를 포함하여 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

도 1은 종래 이동통신 시스템의 기지국의 블록구성도이다.

도 2는 본 발명에 의한 기지국의 자동이득제어 장치를 포함한 기지국의 블록구성도이다.

도 3은 도 2에서 이득 제어부의 상세블록도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

501 : 분배부 501, 504 : IF 증폭부

503 : 톱니파 필터부 504 : 믹서

506 : 국부 발진부 507, 509, 511 : RF 증폭부

508, 603 : BPF 510 : 전압제어 가변감쇄부

512 : LPF 513 : 커플러

601, 604 : LOG 증폭부 602, 605, 606 : 차동 증폭부

607 : 적분부 700 : 이득 제어부

710 : 다이오드 720 : 평활부

730 : 제너 다이오드 740 : 반전 증폭부

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명, 기지국의 자동이득제어 장치의 기술적 사상에 따른 일실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 기지국의 자동이득제어 장치를 포함한 기지국의 블록구성도이고, 도 3은 도 2에서 이득제어부의 상세블록도이다.

이에 도시된 바와 같이, 이동통신 시스템의 기지국에 있어서, 단일 전압으로 동작되고 RF 출력 레벨을 조정하는 전압제어 가변감쇄부(510)와; 제 3 차동 증폭부(606)로부터 입력된 신호를 적분시키는 적분부(607)와; 상기 적분부(607)의 출력에 대해 이득 제어를 수행하여 상기 전압제어 가변감쇄부(510)로 출력하는 이득 제어부(700)와; 상기 전압제어 가변감쇄부(510)의 후단에 위치하여 로컬 신호의 고조파 성분을 제거하는 LPF(Low Pass Filter)(512)를 포함하여 구성된다.

상기에서 이득 제어부(700)는, 상기 가변감쇄부(510)가 양의 전압으로 동작되는 경우 상기 적분부(607)로부터의 음의 전압이 상기 전압제어 가변감쇄부(510)로 입력되는 것을 방지하도록 구성된다.

상기에서 이득 제어부(700)는, 상기 적분부(607)의 출력을 순방향으로 입력받는 다이오드(710)와; 상기 다이오드(710)를 통해 출력되는 상기 적분부(607)의 출력에서 리플 성분을 제거하여 출력 레벨의 변동을 안정화시키는 평활부(720)와; 상기 평활부(720)의 출력과 상기 전압제어 가변감쇄부(510)의 입력 사이에 역방향으로 연결되어 상기 평활부(720)의 출력이 최대 동작 범위 이하의 상태로 유지되어 상기 전압제어 가변감쇄부(510)에 입력되도록 하는 제너 다이오드(730)를 포함하여 구성된다.

여기서 참조번호 501은 IF 신호를 검출하기 위해 2경로 나누는 분배부이고, 502와 504는 IF 신호를 증폭시키는 제 1 및 제 2 IF 증폭부이며, 503은 대역외 신호를 제거하는 톱니파 필터부(SAW Filter)이고, 505는 IF 주파수를 RF 신호로 변환시키기 위한 믹서부이며, 506은 국부 발진부이고, 507과 509와 511은 변환된 RF 신호를 증폭시키는 제 1 내지 제 3 RF 증폭부이다.

또한 참조번호 508과 603은 대역외 신호를 제거하는 제 1 및 제 2 BPF(Band Pass Filer)이고, 513은 커플러(Coupler)이다.

또한 참조번호 601과 604는 AGC 회로를 위해 IF 신호와 RF 신호의 세기를 검출하기 위해 사용되는 제 1 및 제 2 LOG 증폭부이고, 602와 605와 606은 검출된 신호의 크기를 비교하여 출력하는 제 1 내지 제 3 차동 증폭부이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 기지국의 자동이득제어 장치의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명은 기지국의 송신 경로에서 온도에 따른 출력 변화를 최소화하고 출력 제어 신호에 따른 선형적 특성을 갖으며 높은 동적 범위를 갖도록 하고자 한다.

그래서 본 발명은 국부 고조파 성분 때문에 낮은 전력 레벨에서 제 2 LOG 증폭부(604)가 출력 레벨을 검출할 때 발생하는 에러를 LPF(512)를 통해 로컬 신호의 고조파 성분을 제거함으로써 AGC 회로의 동작범위가 종래 기술 보다 증가되도록 한다.

그리고 적분부(607)의 출력에서 발생하는 고조파 성분의 문제점도 해결한다.

전압제어 가변감쇄부(510)는 단일 전압으로 동작된다.

감쇄부(510)가 양의 전압으로 동작되는 경우에는 IF 입력 신호가 없을 때 적분부(607)는 음의 전압을 출력하게 된다. 이 경우 전압제어 가변감쇄부(510)가 손상을 입게 된다.

이를 방지하기 위해 이득 제어부(700)에서 다이오드(710)를 추가하여 음의 전압이 전압제어 가변감쇄부(510)로 입력되는 상황을 방지한다.

제 2 LOG 증폭부(604)를 이용하여 변조된 신호의 검출시 검출된 신호는 완전한 DC(직류) 신호 성분을 나타내지 않고 리플(Ripple) 성분을 가지게 된다.

이 리플 신호는 전압제어 가변감쇄부(510)의 손실 값을 변화시켜 RF 출력 레벨을 변화시키게 된다.

평활부(720)를 통해 이 리플 성분을 제거함으로써 출력 레벨 변동을 안정화시킨다.

전압제어 가변감쇄부(510)의 최대 동작 범위 이상의 전압이 입력될 경우 전압제어 가변감쇄부(510)에 손상을 입히게 된다. 또한 이 뿐만 아니라 출력이 증가하여 제 3 RF 증폭부(511)와 뒷 단에 연결되는 HPA(도면상에 미도시)에 손상을 입힐 수 있다.

제너 다이오드(730)는 최대 동작 범위 이상의 전압이 전압제어 가변감쇄부(510)에 입력되는 것을 방지함으로써 전압제어 가변감쇄부(510)의 손상을 막고, 출력 리미터(Limiter) 기능을 제공함으로써 RF 증폭기 및 뒷 단에 연결되는 HPA를 보호할 수 있게 된다.

전압제어 가변감쇄부(510)가 음의 전압으로 동작할 경우 제너 다이오드(730)의 뒷 단에 반전 증폭기를 연결하여 사용함으로써 상기와 같은 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이처럼 본 발명은 기지국의 송신 경로에서 온도에 따른 출력 변화를 최소화하고 출력 제어 신호에 따른 선형적 특성을 갖으며 높은 동적 범위를 갖게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 기지국의 자동이득제어 장치는 기지국의 송신 경로에서 온도에 따른 출력 변화를 최소화하고 출력 제어 신호에 따른 선형적 특성을 갖으며 높은 동적 범위를 가질 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (3)

1. 이동통신 시스템의 기지국에 있어서,

   단일 전압으로 동작되고 RF 출력 레벨을 조정하는 전압제어 가변감쇄부와;

   차동 증폭부로부터 입력된 신호를 적분시키는 적분부와;

   상기 적분부의 출력에 대해 이득 제어를 수행하여 상기 전압제어 가변감쇄부로 출력하는 이득 제어부와;

   상기 전압제어 가변감쇄부의 후단에 위치하여 로컬 신호의 고조파 성분을 제거하는 LPF를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기지국의 자동이득제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 이득 제어부는,

   상기 가변감쇄부가 양의 전압으로 동작되는 경우 상기 적분부로부터의 음의 전압이 상기 전압제어 가변감쇄부로 입력되는 것을 방지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기지국의 자동이득제어 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 이득 제어부는,

   상기 적분부의 출력을 순방향으로 입력받는 다이오드와;

   상기 다이오드를 통해 출력되는 상기 적분부의 출력에서 리플 성분을 제거하여 출력 레벨의 변동을 안정화시키는 평활부와;

   상기 평활부의 출력과 상기 전압제어 가변감쇄부의 입력 사이에 역방향으로연결되어 상기 평활부의 출력이 최대 동작 범위 이하의 상태로 유지되어 상기 전압제어 가변감쇄부에 입력되도록 하는 제너 다이오드를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기지국의 자동이득제어 장치.