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제안 방법
- 1 MHz로 하향변환 된 IF신호(PIMD)를 디지털 수신단에서는 샘플링 주파수(Fs)는 10MHz의 기준클럭을 받아서 Clock Divider를 통해 2/5분주하여 4MHz의 샘플링 주파수를 선정하였으며 A/D Converter(analog devices AD7989-1)에 의하여 16Bit디지털 데이터로 변환시켰다. 변환된 신호를 DDC(Digital Down Converter)에 의하여 10kHz로 하향 변환 및 하향샘플링(down Sampling)을 수행하고 I/Q복조를 수행하였다.
- 변환된 신호를 DDC(Digital Down Converter)에 의하여 10kHz로 하향 변환 및 하향샘플링(down Sampling)을 수행하고 I/Q복조를 수행하였다. I/Q신호를 512 point FFT를 수행하도록 하였으며 옵셋을 통한 온도 보상 등을 적용하여 PIMD 레벨을 출력시켰다. PIMD측정시스템에서 온도 등의 고려한 이득 보상을 설정하고 장애유무(Alarm)를 판단하여 이상이 있으면 장애표시를 나타내고 정지하도록 하였다.
- PIMD는 IMD신호가 매우 작으므로 고감도 측정 기술이 필요하며 고감도 측정 기술을 구현하기 위한 방안으로 하향현환기의 Dynamic Range를 향상시키기 방안을 고려하였다. 광대역 하향변환기의 동적범위는 SFDR(: Spur Free Dynamic Range), CDR(: Compression Dynamic Range)은 각각 다음 식(4), (5)와 같다[14].
- I/Q신호를 512 point FFT를 수행하도록 하였으며 옵셋을 통한 온도 보상 등을 적용하여 PIMD 레벨을 출력시켰다. PIMD측정시스템에서 온도 등의 고려한 이득 보상을 설정하고 장애유무(Alarm)를 판단하여 이상이 있으면 장애표시를 나타내고 정지하도록 하였다. 장애가 없을 경우 PAU 장비를 동작한다.
- RF-수신단을 구성은 첫단에서 입력신호를 정량화시키기 위하여 삽입손실이 0.2dB인 광대역 리미터(mini-circuit RLM-33-2W)를 통과시킨후 1.3dB의 잡음지수와 20dB의 이득을 나타내는 저 잡음 증폭기(Triquint TQP3M9018)를 3단 증폭시켰으며 각 증폭단이 포화를 방지하기 위하여 디지털 감쇄기(Hittite HMCX624ALP4E)를 적용하여 IF신호를 검지한 후 증폭단의 선형성이 우수하도록 디지털 제어에 의한 이득을 조종하여 50dB의 증폭이득 신호를 믹서단(Mini-circuit SYM-63LH)에서는 PLL(anlog devices ADF 4350)에 의한 649~2699MHz 국부발진신호를 발생하여 IF단(Linear tech. LTC6403-1)에서 1MHz의 출력신호를 30dB이상 선형 증폭시켰다. 디지털 처리부에서는 두 개의 송신 주파수 f1, f2를 설정하고, 수신주파수(fLO)는 PIMD가 믹서를 통과하여 1MHz로 PIMD 신호가 되도록 설정하면 fLO=2f1-f2-1MHz가 된다.
- RF-하향변환기에서는 –130∼80dBm의 입력신호를 –50dBm∼-0dBm의 IF신호로 하향변환시킴으로서 총 80dB의 이득을 갖도록 설계하였다.
- 그림 2의 개발된 PIMD 측정시스템의 입력된 RF신호를 저 잡음 증폭기 와 고 이득 증폭기를 통해 낮은 잡음을 가지면서 PIMD의 크기로 증폭하며 BPF를 통해 650~2700MHz의 수신 주파수 대역을 통과시킨다. RF-하향변환기의 국부발진기는 PLL 주파수 제어를 통해서 믹서(mixer)의 출력단에서 1MHz로 IF신호로 하향변환 시키도록 하였다. IF필터에서 LPF를 통해 PIMD만을 통과하여 1MHz의 IF 신호(PIMD)를 ADC로 보낸다.
- 주파수 모드는 주파수에 따라 IM 레벨을 나타낸다. Sweep 모드는 주파수 범위, 스텝(step), 측정시간을 설정하여, 측정시간 만큼 한 단씩 측정하여 혼변조 레벨을 나타내도록 프로그램 하였다. 그림 4는 개발된 RF-하향변환기와 디지탈 보드를 보여 주고 있으며 그림 5는 디지털 보드에 의한 측정조건 및 측정결과를 컴퓨터 모니터에 나타나도록 설계한 프로그램의 흐름도를 보여 주고 있다.
- 관계 식(6)을 적용하였다. 광대역 RF-하향변환기에서 잡음지수는 DR에 큰 영향을 미치므로 하향변환기 설계에서 광대역 특성과 정합 매칭에 의한 최소 잡음지수(NF)를 가지는 소자를 이용하여 높은 동적범위를 가지도록 각 모듈별 이득과 잡음지수를 최적화하였다[3]. 광대역 RF-하향변환기를 설계할 때 식(4)∼식(6)을 고려하여 광대역(650∼2700MHz)에서 잡음지수를 가능한 작게 각단에서 요구하는 최적이득을 나타내도록 설계 방안을 설정하였다.
- 본 논문에서는 기존의 이동통신 RF 수동혼변조 왜곡신호의 측정장치가 협대역으로 구성되어있음에 비하여 본 연구에서는 이동통신에서 적용하고 있는 다중대역의 대역을 포함하도록 650∼2700MHz의 광대역에서 디지털 계측이 가능하도록 광대역 디지털-PIMD 계측시스템을 구현하였다. 광대역에서 고 감도의 특성을 얻기 위하여 매우 넓은 영역에서 우수한 동적영역 특성을 나타내도록 RF-하향변환기의 특성을 분석하였으며 광대역에서 1.3dB의 잡음지수를 갖는 저 잡음 증폭단과 30dB이상의 이득을 나타내 증폭기를 3단 결합 시켰으며 IF단에서 1MHz의 하향 신호를 얻기 위하여 649∼2699MHz의 신호를 PLL에 주파수 합성방식의 국부발진기를 설계하였다. 넓은 동적영역을 나타내는 RF 수신단과 고속처리가 가능한 디지털 신호처리부를 결합하여 자동계측이 가능하도록 광대역 디지털- PIMD 측정시스템을 구현함으로서 현재 협대역의 PIMD 측정장치를 대체할 수 있으며 국제 표준이 가능한 측정시스템을 보였다.
- PIMD 측정을 위하여 국제 규격에 적합하도록 그림 6과 같이 PIMD 측정시스템을 구성하였으며 일반적으로 사용하는 RF 콘넥터를 테스트 결과 그림 7은 실제 구현된 디지털 PIMD 측정 시스템을 보여주고 있다. 두 개의 반송파 신호를 RF 콘넥터 SMA에 입사시키고 콘넥터의 비선형효과(금속성 및 제조상의 특성 등에의한) 로 발생되는 PIMD신호를 계측하였다. 그림8(a)에서는 입사되는 910MHz와 920MHz RF-입력시켰을 때를 보여 주고 있으며 그림8(b)는 비선형에 의하여 나타나는 3차 PIMD를 보여주고 있다.
- 1 MHz로 하향변환 된 IF신호(PIMD)를 디지털 수신단에서는 샘플링 주파수(Fs)는 10MHz의 기준클럭을 받아서 Clock Divider를 통해 2/5분주하여 4MHz의 샘플링 주파수를 선정하였으며 A/D Converter(analog devices AD7989-1)에 의하여 16Bit디지털 데이터로 변환시켰다. 변환된 신호를 DDC(Digital Down Converter)에 의하여 10kHz로 하향 변환 및 하향샘플링(down Sampling)을 수행하고 I/Q복조를 수행하였다. I/Q신호를 512 point FFT를 수행하도록 하였으며 옵셋을 통한 온도 보상 등을 적용하여 PIMD 레벨을 출력시켰다.
- 본 논문에서는 기존의 이동통신 RF 수동혼변조 왜곡신호의 측정장치가 협대역으로 구성되어있음에 비하여 본 연구에서는 이동통신에서 적용하고 있는 다중대역의 대역을 포함하도록 650∼2700MHz의 광대역에서 디지털 계측이 가능하도록 광대역 디지털-PIMD 계측시스템을 구현하였다. 광대역에서 고 감도의 특성을 얻기 위하여 매우 넓은 영역에서 우수한 동적영역 특성을 나타내도록 RF-하향변환기의 특성을 분석하였으며 광대역에서 1.
- 이동통신에서 적용되는 다중대역 이동통신 기지국시스템의 PIMD를 측정하기 위하여 수신단에서 광대역 임피던스 매칭기법을 적용하고 높은 동적영역(high dynamic range)의 RF 수신단을 설계함으로서 고감도 특성을 나타내는 디지털 PIMD 측정시스템을 구현하고자 한다.
- 본 연구에서는 고려한 RF-하향변환기의 구성도는 그림2와 같이 헤테로다인 형태의 수신기 구조를 선정하였다. 첫째단에서 저 잡음 증폭단을 포함한 3단 증폭으로 80dB이상의 충분한 이득을 나타나도록 하였으며 믹서와 BPF 등의 사양을 고려하였으며 RF-하향변환기에서 비교적 큰 입력신호가 입력될 경우 SW회로를 사용하여 수신 회로를 보호하도록 디지털 감쇄기를 이용하여 보호회로를 구성하였다. 선형성이 우수한 RF-하향변환기의 기술적 사양을 표1과 같이 설정하였다.
- 또 다른 파라미터는 RF-수신기의 선형특성이므로 선형성을 나타내는 IP3 파라미터를 고려하여 가능한 큰 값을 나타내는 소자를 선정해야 한다. 특히 잡음지수는 동적영역에 매우 큰 영향을 미치므로 하향변환기 설계에서 광대역 특성을 나타내도록 전송선로의 임피던스 정합은 낮은 Q값(선택도)을 갖도록 임피던스 매칭 회로를 구성하였다. 본 연구에서는 고려한 RF-하향변환기의 구성도는 그림2와 같이 헤테로다인 형태의 수신기 구조를 선정하였다.
대상 데이터
- 특히 잡음지수는 동적영역에 매우 큰 영향을 미치므로 하향변환기 설계에서 광대역 특성을 나타내도록 전송선로의 임피던스 정합은 낮은 Q값(선택도)을 갖도록 임피던스 매칭 회로를 구성하였다. 본 연구에서는 고려한 RF-하향변환기의 구성도는 그림2와 같이 헤테로다인 형태의 수신기 구조를 선정하였다. 첫째단에서 저 잡음 증폭단을 포함한 3단 증폭으로 80dB이상의 충분한 이득을 나타나도록 하였으며 믹서와 BPF 등의 사양을 고려하였으며 RF-하향변환기에서 비교적 큰 입력신호가 입력될 경우 SW회로를 사용하여 수신 회로를 보호하도록 디지털 감쇄기를 이용하여 보호회로를 구성하였다.
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