KR100208958B1 - 무선광전송을 이용한 이동통신시스템용 중계시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 셀룰라이동전화망, 개인휴대통신망(PCS), 미래육상이동통신망(FPL MTS) 등의 이동통신망(이하 이동통신망으로 통칭)에서 이동통신용 RF 신호를 자유 공간을 통해 전송하는 무선광전송 방식을 이용하여 중계시스템을 효과적으로 구현하기 위한 것으로, 모기지국과 서비스 불가능 지역 사이에 도너장비와 커버리지 장비를 구비한 무선광중계기를 설치하여 RF 전파를 중계함으로써 송수신 안테나 분리와 이득제한에 따른 커버리지의 제한문제를 쉽게 해결할 수 있고, 유선광중계기나 소형기지국에 비해 설치 및 이전이 간편하고 비용이 적게 소요되며, 주파수사용에 따른 주파수 사용허가와 주파수 사용료가 필요없고 전송상의 보안성이 양호한 가시거리통신이 가능하여 경제적인 무선광전송을 이용한 이동통신시스템용 중계시스템이다.

Description

무선광전송을 이용한 이동통신시스템용 중계시스템
본 발명은 이동통신시스템용 중계시스템에 관한 것으로서, 특히 셀룰라이동전화망, 개인휴대통신망(PCS), 미래육상이동통신망(FPLMTS) 등의 이동통신망(이하 이동통신망으로 통칭한다)에서 이동통신용 RF 신호를 자유공간을 통해 전송하는 무선광전송방식을 이용하여 중계시스템을 효과적으로 구현하기 위한 무선광전송을 이용한 이동통신시스템용 중계시스템에 관한 것이다.
이동통신망의 구성은 일반적으로 제1도에 나타낸 바와 같다. 즉, 일반가입자가 들로 다니며 통화를 하는 단말기(1)와, 단말기(1)와 직접전파통신을 하며 이동통신망과 단말기(1)를 직접 연결시켜주는 기지국(2), 기지국(2)들을 제어관리하는 기지국제어기(3), 가입자의 호를 연결해주는 교환국(4), 가입자의 정보 및 위치를 등록해 주어 가입자를 쉽게 연결해주도록 하는 위치등록기(5) 및 외부의 공중전화망(7;PSTN, 외부망)이나 기타 타사업자망 등을 연결시켜 주는 관문교환국(6)등으로 구성된다.
이러한 이동통신망에 있어서, 그 수효가 많고 비용이 가장 많이 들어 시스템의 경제성 및 서비스 품질에 가장 큰 영향을 미치는 것이 기지국(2)이다. 이동통신망을 구축함에 있어서, 일반 기지국으로 모든 서비스 지역을 커버하는 것이 바람직하나, 실제 망 구성에 있어서는 경제성을 고려하여 기지국(2)을 배치하므로 대형 건물, 언덕, 지하, 산지 등의 장애물에 의해 전파가 미치지 못하여 서비스 불가능한 지역이 다수 발생하게 된다. 특히 이들 서비스 불가능 지역이 환경마다 다양한 특성을 가지므로 이를 효과적으로 해결하기 위한 보조장비가 필요하다.
기지국(2) 장비를 보조하기 위한 중계용 장비는 제2도(a)~(d)에 도시한 바와 같다. 즉, 제2도(a)에 도시한 일반중계기, 제2도(b)에 도시한 광케이블을 이용하는 광중계기(광 마이크로셀이라고도 함, 이하 유선광중계기라 함), 제2도(c)에 도시한 마이크로웨이브를 이용하는 마이크로웨이브중계기(마이크로웨이브 마이크로셀이라고도 함, 이하 마이크로웨이브 중계기라 함), 제2도(d)에 도시한 소형기지국 등을 들 수 있다.
제2도(a)에 도시한 일반중계기는 기지국(2)으로부터 이동통신대역의 RF전파를 받아 이를 다시 증폭하여 음영지역으로 발사해 주는 역할을 한다. 이 방식의 장점은 장비의 구조가 아주 단순하여 장비가격이 매우 저렴하고 설치 및 운용이 쉽다는 점이다. 반면에 기지국(2)으로부터 받은 신호를 직접 증폭하여 발사하기 때문에 송수신 안테나 사이에 신호결합으로 인하여 발진이 일어날 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위하여 송수신 안테나 사이의 신호분리가 필수적으로 요구된다. 송수신 안테나 사이의 신호분리 방법은 송수신안테나를 수직이격을 두어 설치하거나, 중계기(8)의 이득을 제한하여야 되는데, 이로인해 중계기(8)에서 발사할 수 있는 전파세기가 제한되고, 따라서 커버 가능한 서비스지역도 제한되게 된다.
제2도(b)에 도시한 유선광중계기는 모기지국(2)과 서비스불가능지역 사이에 유선광중계기(9)(9')와 광케이블(10)을 설치하여 RF전파를 광신호로 변환하고 광케이블(10)을 통해 전송하는 방식이다. 이 방식의 장점은 전송시 잡음이나 신호왜곡이 없이 비교적 먼거리까지(약 10Km이상) 전송이 가능하며, 통신의 비밀유지가 완벽하다는 점이다. 반면에 광케이블(10)이 포설된 지역에서만 사용이 가능하므로 광케이블(10)을 직접 설치하는 경우에는 설치비용이 막대하게 들고 공사기간도 길어지며, 또한 광케이블 설비를 임대하는 경우에도 광케이블(10)을 전용으로 사용하므로 임대비용이 많이 든다는 단점이 있다. 뿐만 아니라 광케이블(10)의 경우 제3자가 실수로 광케이블(10)을 망가뜨렸을 경우에 복구 시간이 많이 소요되는 단점을 가진다.
제2도(c)에 도시한 마이크로웨이브 중계기는 모기지국(2)과 소형셀 사이에 마이크로웨이브 전송장치를 이용하여 RF전파를 마이크로웨이브대 주파수신호(8~30GHz대)로 변환하여 전송하는 방식이다. 상기 제2도(b)의 광중계기에 비해 광케이블 포설에 드는 비용은 거의 들지 않고 설치가 간편하여 시설비용이 광케이블을 이용하는 경우보다 적게드는 장점을 가진다.
반면, 마이크로웨이브대 주파수 사용에 따른 주파수 사용허가 획득 및 주파수 사용료를 지불해야 하며, 만일 인근에 타 사업자가 주파수를 사용하고 있을 경우에는 간섭 때문에 동일 주파수를 사용하기 어렵고 전파의 특성상 도청가능의 단점이 있다.
제2도(d)에 도시한 소형기지국은 이동통신시스템의 일반기지국(2)을 소형화한 것으로서 일반기지국(2)의 모든 기능을 축소시킨 것이므로 새로운 용량을 제공하는 장점을 가지나 시스템의 가격이 고가이고 시스템 설치가 복잡하다는 단점을 가진다.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 기지국 보조장비가 갖는 단점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 종래 일반중계기의 단점인 송수신 안테나 분리와 이득제한에 따른 커버리지의 제한문제를 쉽게 해결할 수 있고, 유선광중계기나 소형기지국에 비해 설치 및 이전이 간편하고 비용이 적게 소요되며, 마이크로웨이브 중계기 처럼 주파수사용에 따른 주파수 사용허가와 주파수 사용료가 필요없고, 전송상의 보안성이 양호한 가시거리통신이 가능하여 경제적인 무선광전송을 이용한 이동통신시스템용 중계시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
제1도는 이동통신망의 구성도.
제2도는 이동통신시스템의 중계기 사용예시도로서,
(a)는 일반중계기의 사용예.
(b)는 유선광중계기의 사용예.
(c)는 마이크로웨이브중계기의 사용예.
(d)는 소형기지국 사용예를 각각 나타낸 것이다.
제3도는 본 발명 중계시스템을 채용한 이동통신시스템의 구성도.
제4도는 본 발명에 따른 도너장비의 구성도.
제5도는 본 발명에 따른 커버리지장비의 구성도.
제6도는 본 발명 중계시스템의 사용주파수대역을 나타낸 도면.
제7도는 본 발명 중계시스템의 실용예를 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 단말기 2 : 기지국
3 : 기지국제어기 4 : 교환국
5 : 위치등록기 6 : 관문교환국
7 : 공중전화망 8 : 중계기
9,9' : 유선광중계기 10 : 광케이블
11 : 기지국 12 : 도너장비
13 : 커버리지장비 14 : 단말기
15 : 서비스문제지역 20 : 도너안테나
21,58 : 듀플렉서 22,60 : 저잡음증폭기
23,61 : RF 대역필터 24,62 : 다운컨버터
25,63 : IF 필터 26,64 : 증폭기
27,52 : 순방향광변환장치 28,51 : 텔레스코우프
29,65 : 역방향광변환장치 30,53 : 증폭기
31,54 : IF 필터 32,55 : 업컨버터
33,56 : RF 필터 34,57 : 전력증폭기
40,70 : 순방향처리부 41,71 : 역방향처지부
59 : 커버리지안테나 72 : 산
73,74 : 도로 및 주변지역
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 이동통신시스템용 중계시스템은 기지국(11)에서 송신된 기저대역이 fB(A)이고 중심주파수가 fF인 RF신호(C)를 받아 이를 중심주파수가 Ff인 순방향광신호(D)로 변환하여 커버리지장비(13)로 송신하고, 또한 커버리지장비(13)로부터 수신된 중심주파수 Fr인 역방향광신호(G)를 다시 중심주파수 fR인 역방향 RF신호(F)로 변환하여 기지국(11)으로 중계해주는 역할을 하는 도너장비(12)와, 도너장비(12)로부터 기저지역이 fB(A)이고 중심주파수가 Ff인 순방향광신호(D)를 중심주파수가 fF인 순방향 RF신호(C)로 변환하여 단말기(14)로 송신해주고, 단말기(14)로부터 수신된 중심주파수가 fR인 역방향 RF신호(F)를 중심주파수가 Fr인 역방향 광신호(G)로 변환하여 도너장비(12)로 송신해주는 역할을 하며 서비스문제지역(15)에 설치되는 장비인 커버리지장비(13)를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 도너장비(12)는 도너안테나(20)와; 듀플렉서(21); 저잡음 증폭기(22)와 RF대역필터(23), 다운컨버터(24), IF필터(25), 증폭기(26), 순방향광변환장치(27)로 이루어진 순방향처리부(40); 텔레스코우프(28); 역방향광변환장치(29)와 증폭기(30), IF필터(31), 업컨버터(32), RF필터(33) 및 전력증폭기(34)로 이루어진 역방향처리부(41)로 구성되고, 커버리지장비(13)는 텔레스코우프(51)와; 순방향광변환장치(52)와 증폭기(53), IF필터(54), 업컨버터(55), RF필터(56) 및 전력증폭기(57)로 이루어진 순방향처리부(70); 듀플렉서(58); 커버리지안테나(59); 저잡음증폭기(60)와 RF대역필터(61), 다운컨버터(62), IF필터(63), 증폭기(64) 및 역방향광변환장치(65)로 이루어진 역방향처리부(71)로 구성된다. 이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명 이동통신시스템용 중계시스템의 작용을 상세하게 설명한다.
제3도는 본 발명 중계시스템을 채용한 이동통신시스템의 구성도로서, 제3도에 도시한 바와같이 무선광중계장치는 도너장비(12)와 커버리지장비(13)로 구성된다.
도너장비(12)는 기지국(11)과 커버리지장비(13) 사이에 위치하며 양자사이의 신호를 중계하는 장비로서, 기지국(11)에서 송신된 기저대역이 제6도에 나타낸 fB(A)이고, 중심주파수가 fF인 순방향 RF신호(C)를 받아 이를 중심주파수가 Ff인 순방향 광신호(D)로 변환하여 커버리지장비(13)로 송신한다. 또한 커버리지장비(13)로부터 수신된 중심주파수가 Fr인 역방향 광신호(G)를 다시 중심주파수가 fR인 역방향 RF신호(F)로 변환하여 기지국(11)으로 중계해 주는 역할을 한다.
커버리지장비(13)는 서비스문제지역(15)에 설치되는 장비로서, 도너장비(12)와 단말기(14) 사이에서 양자를 중계해주는 장비이다. 즉, 도너장비(12)로부터 기저대역이 fB(A)이고, 중심주파수 Ff인 순방향 광신호(D)를 중심주파수가 fF인 순방향 RF신호(C)로 변환하여 단말기(14)로 송신해주고, 단말기(14)로부터 수신된 중심주파수가 fR인 역방향 RF신호(F)를 중심주파수가 Fr인 역방향 광신호(G)로 변환하여 도너장비(12)로 송신해주는 역할을 한다.
이러한 도너장비(12)는 기지국(11)으로부터 도너장비(12)까지의 거리와 도너장비(12)에서 커버리지장비(13)까지의 거리의 합이 기지국(11)으로부터 서비스 문제지역(15) 까지의 거리가 되므로 기지국(11)으로부터 상당한 거리(약1~4Km)에 있는 서비스문제지역(15)을 커버할 수 있다.
이러한 원격방식의 도너장비(12)와 커버리지장비(13)의 세부구성은 각각 제4도, 제5도에 나타낸 바와 같다.
먼저 도너장비(12)는 제4도와 같이 크게 순방향처리부(40), 역방향처리부(41), 도너안테나(20), 듀플렉서(21), 그리고 텔레스코우프(28)로 구성된다.
도너안테나(20)는 기지국(11)과 RF전파를 송수신하는데 사용하며, 듀플렉서(21)는 기지국(11)과의 송수신 RF신호를 분리하여 기지국(11)으로부터 수신한 순방향 RF신호(C)는 순방향처리부(40)로 보내고, 역방향처리부(41)에서 받은 기지국(11)으로 송신할 역방향 RF신호(F)는 안테나(20)로만 보내고 순방향처리부(40)로는 차단하는 역할을 한다.
텔레스코우프(28)는 도너장비(12)와 커버리지장비(13)사이의 광신호를 송수신 하기 위한 장치로서 렌즈로 광신호를 모으고 햇빛 등의 간섭신호의 영향을 최소화하기 위해 광필터링을 거쳐 수신처리토록 하고, 광신호를 송신하는 역할을 한다.
순방향처리부(40)는 기지국(11)으로부터 받은 순방향 RF신호(C)를 순방향광신호(D)로 변환하여 텔레스코우프(28)로 보내는 기능을 한다. 먼저 도너안테나(20)와 듀플렉서(21)를 통해 수신된 순방향 RF신호(C)는 저잡음증폭기(22)를 통해 저잡음 증폭이 되고, RF대역필터(23)를 통해 필터링한다. 순방향 RF신호(C)는 800MHz대나 2Ghz대의 높은 대역의 신호이므로 다운컨버터(24)에 의해 광전송 및 필터링 등의 처리가 용이한 중심주파수가 fIF(70MHz 혹은 140MHz 대역 또는 구현하기 용이한 주파수 대역)인 순방향 IF(중간주파수, Intermediate frequency, 이하 IF로 칭함) 대역신호(B)로 변환된다.
변환된 순방향 IF신호(B)는 IF필터(25)를 통해 필터링되고, 증폭기(26)에 의해 증폭된 후 순방향 광변환장치(27)에서 순방향 광신호(D)로 변환된다. 순방향 광변환장치(27)는 주파수 변조나 AM변조 등의 광변조기능을 가져 순방향 IF신호(B)를 순방향 광신호(D)로 변환된다. 변환된 순방향 광신호(D)는 텔레스코우프(28)로 보내져 공간을 통해 커버리지장비(13)로 송신된다.
역방향처리부(41)는 커버리지장비(13)로부터 텔레스코우프(28)을 통해 받은 역방향 광신호를 역방향 RF신호로 변환하여 기지국(11)으로 보내는 기능을 한다.
먼저 텔레스코우프(28)를 통해 수신된 역방향 광신호(F) 역방향 광변환장치(29)에 의해 역방향 IF신호(E)로 변환이 된다. 변환된 역방향 IF신호(E)는 증폭기(30)에 의해 증폭기(30)에 의해 증폭된 후 IF필터(31)에 의해 IF필터링된다. 이 역방향 IF신호(E)는 업컨버터(32)에 의해 역방향 RF신호(F)로 변환되고, RF필터(33)에 의해 RF필터링된 후 전력증폭기(34)에 의해 전력증폭이 되어 듀플렉서(21)와 도너안테나(20)를 거쳐 기지국(11)으로 전파로 발사된다.
커버리지장비(13)도 근본적으로 도너장비(12)와 개념적으로 같으며, 과정이 도너장비(12)와는 역과정이다. 즉 제5도와 같이 크게 순방향처리부(70), 역방향처리부(71),커버리지안테나(59),듀플렉서(58), 그리고 텔레스코우프(51)로 구성되어 도너장비(12)와 기본구조는 같으나, 도너장비(12)의 경우 순방향처리부(40)가 순방향 RF신호(C)를 순방향 광신호(D)로 변환하는데 비해 커버리지장비(13)의 경우에는 도너장비(12)로부터 받은 순방향 광신호(D)를 순방향 RF신호(C)로 변환한다. 역방향의 경우에는 역으로 단말기(14)로부터 받은 역방향 RF신호(F)를 역방향 광신호(G)로 변환하여 도너장비(12)로 송신하는 역할을 한다.
커버리지안테나(59)는 단말기(14)와 RF전파를 송수신하는데 사용한다.
듀플렉서(58)는 단말기(14)와의 송수신 RF신호를 분리하여, 단말기(14)로부터 수신한 역방향 RF신호(C)는 역방향 처리부(71)로 보내고, 순방향 처리부(70)에서 받은 단말기(14)로 송신할 순방향 RF신호(C)는 커버리지 안테나(59)로만 보내고 역방향처리부(71)로는 차단하는 역할을 한다.
순방향처리부(70)는 도너장비(12)로부터 텔레스코우프(51)를 통해 받은 순방향 광신호(D)를 순방향 RF신호(C)로 변환하여 듀플렉서(58)와 커버리지 안테나(59)를 통해 단말기(14)로 보내도록 한다. 먼저 텔레스코우프(51)를 통해 수신된 순방향 광신호는 순방향 광변환장치(52)에 의해 순방향 IF신호(B)호 변환이되고, 증폭기(53)에 의해 증폭된 후 IF필터(54)에 의해 IF필터링 된다. 이 순방향 IF신호(B)는 업컨버터(55)에 의해 순방향 RF신호(C)로 변환되고, RF필터(56)에 의해 RF필터링 된 후 전력증폭기(57)에 의해 전력증폭이 되어 듀플렉서(58)와 커버리지 안테나(59)를 거쳐 단말기(14)로 전파로 발사된다.
역방향처리부(71)는 단말기(14)로부터 받은 역방향 RF신호(F)를 역방향 광신호(G)로 변환하여 텔레스코우프(51)를 통해 도너장비(12)로 보내는 기능을 한다.
먼저 커버리지안테나(59)와 듀플렉서(58)로부터 수신된 역방향 RF신호(F)는 저잡음 증폭기(60)를 통해 저잡음증폭이 되고, RF대역필터(61)를 통해 필터링된다.
역방향 RF신호(F)는 800MHz대나 2GHz대의 높은 대역의 신호이므로 다운컨버터(62)에 의해 광전송 및 필터링 등의 처리가 용이한 역방향 IF대역신호(E)로 변환된다. IF대역으로 변환된 역방향 IF신호(E)는 IF필터(63)와 증폭기(64)에 의해 필터링 및 증폭된 후 역방향 광변환장치(65)에서 역방향 광신호(G)로 변환된다.
역방향 광변환장치(65)는 주파수변조나 AM변조 등의 광변조 기능을 가져 역방향 IF신호(E)를 역방향 광신호(G)로 변환한다. 변환된 역방향 광신호(G)는 텔레스코우프(51)로 보내져 공간을 통해 도너장비(12)로 송신된다.
제7도는 본 발명의 실용예를 나타낸 것이다. 제7도의 예는 산(72)이 많은 지역에서 산(72)에 의해 모기지국(11)으로부터 전파감쇠가 심하여, 산(72)넘어 지역에 있는 도로 및 주변지역(73),(74)에서는 통화가 불가능한 경우이다. 이러한 지역에 모기지국(11)과 RF신호를 송수신하는 도너장비(12)와 광신호로 송수신하며 단말기와 RF신호를 송수신하는 커버리지장비(13)를 설치하여 서비스 불가지역(73),(74)을 서비스 가능지역으로 바꿀 수 있다.
상기한 바와 같이 작용하는 본 발명 이동통신 시스템용 중계시스템은 송수신 안테나 분리와 이득 제한에 따른 커버리지의 제한문제를 쉽게 해결할 수 있고, 설치 및 이전이 간편하고 비용이 적게 소용될 뿐만 아니라, 주파수사용에 따른 주파수 사용허가와 주파수 사용료가 필요없고, 전송상의 보안성이 양호한 가시거리 통신이 가능하여 경제적인 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 기지국(11)에서 송신된 기저대역이 fB(A)이고 중심주파수가 fF인 RF신호(C)를 받아 이를 중심주파수가 Ff인 순방향광신호(D)로 변환하여 커버리지장비(13)로 송신하고, 또한 커버리지장비(13)로부터 수신된 중심주파수 Fr인 역방향광신호(G)를 다시 중심주파수 fR인 역방향 RF신호(F)로 변환하여 기지국(11)으로 중계해주는 역할을 하는 도너장치(12)와, 도너장비(12)로부터 기저지역이 fB(A)이고 중심주파수가 Ff순방향광신호(D)를 중심주파수가 fF인 순방향 RF신호(C)로 변환하여 단말기(14)로 송신해주고, 단말기(14)로부터 수신된 중심주파수가 fR인 역방향 RF신호(F)를 중심주파수가 Fr인 역방향 광신호(G)로 변환하여 도너장비(12)로 송신해주는 역할을 하며, 서비스문제지역(15)에 설치되는 장비인 커버리지장비(13)를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선광 전송을 이용한 이동통신 시스템용 중계시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도너장비(12)가 도너안테나(20)와; 듀플렉서(21); 저잡음 증폭기(22)와 RF대역필터(23), 다운컨버터(24), IF필터(25), 증폭기(26), 순방향광변장치(27)로 이루어진 순방향처리부(40); 텔레스코우프(28); 역방향광변환장치(29)와 증폭기(30), IF필터(31), 업컨버터(32), RF필터(33) 및 전력증폭기(34)로 이루어진 역방향처리부(41)로 구성된 것을 특징으로 하는 무선광 전송을 이용한 이동통신 시스템용 중계시스템.
  3. 제1항에 있어서, 커버리지장비(13)가 텔레스코우프(51)와; 순방향광변장치(52)와 증폭기(53), IF필터(54), 업컨버터(55), RF필터(56) 및 전력증폭기(57)로 이루어진 순방향처리부(70); 듀플렉서(58); 커버리지안테나(59); 저잡음증폭기(60)와 RF대역필터(61), 다운컨버터(62), IF필터(63), 증폭기(64) 및 역방향 광변환장치(65)로 이루어진 역방향처리부(71)로 구성된 것을 특징으로 하는 무선광 전송을 이용한 이동통신 시스템용 중계시스템.
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