KR100226360B1 - 인접 송수신 안테나간의 무선주파수 간섭제거 시스템 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 인접 송수신 안테나간의 무선 주파수 간섭 제거 시스템에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 동일 통신 시스템이나 서로 다른 통신 시스템의 인접한 송수신 안테나간의 간섭을 전파의 크기와 위상이 변화된 신호를 합성하여 제거하기 위한 무선 주파수 간섭 제거 시스템을 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 송신 신호를 분배하여 일측의 송신 신호를 외부의 송신 안테나로 전달하기 위한 전력 분배 장치; 전력 분배 장치에서 분배된 송신 신호중 타측의 송신 신호를 입력받아 소정의 시간만큼 지연시키고 소정의 신호 크기를 가지도록 감쇠시키며 소정의 위상을 가지도록 편이시키기 위한 간섭 제거 장치; 및 송신 안테나에서 전파되어 외부의 수신 안테나를 통하여 입력된 송신 신호와 상기 간섭 제거 장치로부터 입력된 송신 신호를 합성하여 수신 안테나를 통하여 입력된 송신 신호를 제거하기 위한 전력 합성 장치를 포함한다.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 인접 송수신 시스템간의 간섭 제거에 이용됨.

Description

인접 송수신 안테나간의 무선 주파수 간섭 제거 시스템

본 발명은 여러 무선 통신 시스템이 공존하는 공간에서 통신 시스템간의 거리가 좁아지고 타 통신 시스템과의 주파수 간격이 좁아지므로서 더욱 심해지는 무선 주파수 상호간의 간섭을 제거하기 위한 무선 주파수 간섭 제거 시스템에 관한 것이다.

무선 통신 시스템의 종류가 늘어남에 따라 기지국 수가 증가할 뿐만아니라 타 무선 통신 기지국과의 거리가 가까와지고 주파수 간격이 좁아져 무선 주파수 상호간에 심각한 간섭이 발생하게 되는 문제점이 있었다. 이러한 현상은 하울링(howling) 및 내부 변조 왜곡(IMD : Inter Modulation Distortion) 등의 심각한 문제를 초래할 뿐만아니라 심한 경우에는 무선 통신 불능의 사태를 초래할 수도 있다.

도 1 은 일반적으로 무선 주파수간의 간섭 현상이 나타나는 인접한 송수신 시스템의 구성도이다.

도면에서 보듯이 송신 시스템(3)으로부터 송신 안테나(1)를 통해 송출되는 신호중에서 인접한 수신 시스템(4)의 수신 안테나(2)로 유입되는 신호의 세기는 기지국 안테나의 종류, 즉 지향성 또는 무지향성 안테나, 설치 조건, 및 주변 환경에 따라 변화될 수 있다. 이때, 송신 안테나(1)로부터 수신 안테나(2)로 유입되는 신호 Trs(t)의 세기는 송수신 안테나간의 거리에 의한 공간 손실, 안테나의 성능, 설치 조건, 및 주변 환경 등에 따라 약 50∼80dB 정도로 나타난다. 이는 수신 안테나(2)에서 수신하여야 할 신호 Rs(t)의 세기보다 매우 강한 신호이다.

만약, 송신 시스템(3)에서 10W(40dBm)의 전력을 송출하고 송수신 안테나(1,2)의 격리(isolation) 값이 80dB 이면, 인접한 수신 시스템(4)의 수신 안테나(2)를 통해 수신되는 전력은 -40dBm이 되는 것이다.

일반적으로 수신 시스템(4)에는 무선 주파수(RF) 대역 통과 필터가 사용되고 있지만, 인접한 주파수에 대한 감쇠 특성은 도 2 에 나타낸 것과 같이 통과 대역에 비해 큰 감쇠를 주지 못한다. 따라서, 수신된 신호는 약간의 감쇠를 가지고 저잡음 증폭기로 입력되어 수신 신호에 심각한 영향을 주게 된다.

도 2 는 코드분할다중접속(CDMA) 기지국용 대역 통과 필터(band pass filter)의 대역 통과 특성도이다.

도면에서 보는 바와 같이 대역 통과 필터는 약 10MHz의 통과 대역을 가지며, 이 통과 대역에서 10MHz 떨어진 주파수에서는 약 -45dB 정도의 비교적 큰 감쇠 특성을 가지지만 최인접 주파수에서는 통과 대역과 동일한 특성을 가진다. 만약, 1 채널(channel)만 사용한다면 이러한 정도의 간섭 신호는 수신 시스템(4)에 큰 영향을 미치지 않겠지만 수십 채널을 사용한다면 수신 시스템(4)에 심각한 영향을 미치게 된다. 특히, 수신 시스템(4)의 증폭기에 큰 영향을 미치게 된다.

증폭기는 입력신호를 일정한 증폭도(gain)를 가지고 증폭하게 되며, 증폭기가 입력신호를 선형적으로 증폭하여 출력할 수 있는 전력의 세기를 1'dB 압축 포인트(compression point)라 하는데 입력에 과다하게 큰 신호가 입력되어 1'dB 압축 포인트(compression point)를 넘어서게 되면 증폭기는 비선형 영역에서 동작되며, 이에 따라 증폭기의 내부 변조 왜곡(IMD : Inter Modulation Distortion) 특성이 나빠지게 되므로 신호에 찌그러짐이 발생하게 된다. 이러한 문제는 시스템의 성능저하는 물론 신호의 신호대잡음비(S/N rate)를 나쁘게 하므로 이동 통신의 경우에는 통화의 단절을 가져올 수 있는 심각한 문제이다.

이러한 영향을 최소화하기 위해서는 시스템의 설계시 송신 시스템과 수신 시스템을 각각 따로 분리하고 큰 격리(isolation) 값을 갖도록 거리를 유지하여 설치하는 방법이 있으나 실제로 송신 시스템과 수신 시스템을 분리하여 설치하는 것이 어려우며 큰 격리(isolation) 값을 갖도록 상당히 먼 거리를 유지하여 설치하는 것 또한 어렵다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 무선 주파수 통신 방식에서 동일 시스템이나 그렇지 않은 시스템의 인접한 송신 안테나와 수신 안테나간의 간섭을 전파의 크기와 위상이 변화된 신호를 합성하여 제거하기 위한 무선 주파수 간섭 제거 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

즉, 본 발명은 무선 주파수 간섭 제거 장치를 이용하여 송수신 시스템간 격리(isolation) 값을 크게 만들어 주므로써 송수신 시스템간의 간섭을 제거하고 송신 시스템이 인접한 수신 시스템에 미치는 영향을 최소화하여 원할한 무선 통신을 할 수 있도록 해주는 무선 주파수 간섭 제거 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 일반적으로 무선 주파수간의 간섭 현상이 나타나는 인접한 송수신 시스템의 구성도.

도 2 는 코드분할다중접속(CDMA) 기지국용 대역 통과 필터(band pass filter)의 대역 통과 특성도.

도 3 은 본 발명에 따른 무선 주파수 간섭 제거 시스템의 구성도.

도 4 는 본 발명에 따른 간섭 제거 장치(ICS : Interference Cancellation System)의 상세 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1,5 : 송신 안테나 2,6 : 수신 안테나

3,7 : 송신 시스템 4,8 : 수신 시스템

9 : 전력 분배 장치 10 : 전력 합성 장치

11 : 간섭 제거 장치(ICS) 12 : 지연기

13 : 가변 감쇠기 14 : 가변 위상 편이기

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 외부의 송신 시스템으로부터 입력되는 송신 신호를 분배하여 일측의 송신 신호를 외부의 송신 안테나로 전달하기 위한 전력 분배 수단; 상기 전력 분배 수단에서 분배된 송신 신호중 타측의 송신 신호를 입력받아 소정의 시간만큼 지연시키고 소정의 신호 크기를 가지도록 감쇠시키며 소정의 위상을 가지도록 편이시키기 위한 간섭 제거 수단; 및 상기 송신 안테나에서 전파되어 외부의 수신 안테나를 통하여 입력된 송신 신호와 상기 간섭 제거 수단으로부터 입력된 송신 신호를 합성하여 상기 수신 안테나를 통하여 입력된 송신 신호를 제거하기 위한 전력 합성 수단을 포함한다.

이하, 첨부된 도3 및 도4를 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명한다.

도 3 은 본 발명에 따른 무선 주파수 간섭 제거 시스템의 일실시예 구성도로서, 하나의 수신 시스템(8)과 동일 주파수를 사용하는 하나의 인접 송신 시스템(7)으로부터의 간섭을 제거하는 일예를 나타내고 있다.

본 발명에서는 간섭 제거 장치(ICS)를 사용하여 송수신 안테나간의 격리(isolation) 값을 크게 하므로써 인접한 송수신 안테나간의 간섭을 제거하여 시스템이 원할하게 운용되도록 한다.

송신 안테나와 수신 안테나 사이의 격리(isolation) 값을 높게 하기 위한 본 발명의 구성을 살펴보면, 송신 시스템(7)으로부터 입력되는 송신 신호를 분배하여 송신 안테나(5)와 간섭 제거 장치(ICS)(11)로 출력하는 전력 분배 장치(9), 상기 전력 분배 장치(9)로부터 송신 신호의 일부분을 입력받아 송신 안테나(5)에서 수신 안테나(6)까지 전파가 도달하는데 걸리는 시간만큼 송신 신호를 지연시키고, 상기 송수신 안테나간의 거리에 의한 공간 손실, 안테나의 성능, 설치 조건, 및 주변 환경 등에 따라 감쇠된 송신 신호와 180°의 위상차가 나도록 상기 전력 분배 장치(9)로부터 입력되어 지연되고 감쇠된 송신 신호의 위상을 편이시켜 출력하는 간섭 제거 장치(11), 및 상기 송신 안테나(5)에서 전파되어 상기 송수신 안테나간의 거리에 의한 공간 손실, 안테나의 성능, 설치 조건, 및 주변 환경 등에 따라 감쇠되어 수신 안테나(6)로 입력된 송신 신호와 상기 간섭 제거 장치(11)로부터 출력된 송신 신호를 합성하여 상기 송신 안테나(5)로부터 출력되어 상기 수신 안테나(6)로 입력된 송신 신호를 제거하기 위한 전력 합성 장치(10)를 구비한다.

이제, 본 발명의 기술적 원리를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 송신 시스템(7)로부터 출력되는 송신 신호 Ts(t)는 전력 분배 장치(9)에 의해 분배되어 간섭 제거 장치(11)를 통해 전력합성장치(10)로 입력되는 T's(t)와 송신 안테나(5)를 통해 방사되는 Ts(t)와 송신 안테나(5)를 통해 방사되어 인접한 수신 안테나(6)로 유입되는 Trs(t)로 나타나게 된다. 여기서, T's(t)와 Trs(t)는 동일한 송신 시스템(7)에서 발생된 신호로서 두 신호는 같은 주파수이다. 이 두 신호가 수신 시스템(8)의 전력 합성 장치(10)에서 다시 합성될 때, 만약 두 신호가 동일한 진폭과 역위상을 가진다면 두 신호는 서로 간에 상쇠될 것이다.

즉, 송신 신호(Ts(t))와 수신 신호(Rs(t))가 아래의 (수학식 1) 및 (수학식 2)와 같다면, 송신 안테나(5)를 통해 방사되어 인접한 수신 안테나(6)로 유입되는 신호(Trs(t))와 전력 분배 장치(9)에 의해 분배되어 간섭 제거 장치(11)를 통해 전력합성장치(10)로 입력되는 신호(T's(t))는 아래의 (수학식 3) 및 (수학식 4)와 같다.

[수학식 1]

Ts(t) = Asinωt

[수학식 2]

Rs(t) = Bsinωt

[수학식 3]

Trs(t) = A'sin(ωt-θ)

[수학식 4]

T's(t)=A"sin(ωt-θ')

한편, 수신 시스템쪽으로 수신되는 신호 Ps(t)는 아래의 (수학식 5)와 같다.

[수학식 5]

Ps(t) = Rs(t)+Trs(t)+T's(t)

= Rs(t)+A'sin(ωt-θ)+A"sin(ωt-θ')

따라서, 상기 (수학식 5)에서 A'=A"이고 θ=θ'+π이면, 수신 시스템 쪽으로 수신되는 신호 Ps(t)는 아래의 (수학식 6)과 같이 된다.

[수학식 6]

Ps(t) = Rs(t)+A'sin(ωt-θ)-A'sin(ωt-θ)

따라서, 송수신 안테나(5,6)간의 간섭이 완벽하게 제거되어 수신 시스템쪽으로 입력되는 신호 Ps(t)는 아래의 (수학식 7)과 같이 되어 수신 시스템(8)은 안정되게 동작하여 원활하게 통신을 수행할 수 있게 된다.

[수학식 7]

Ps(t) = Rs(t)

이처럼 본 발명에서는 상기 송신 안테나(5)에서 전파되어 상기 송수신 안테나간의 거리에 의한 공간 손실, 안테나의 성능, 설치 조건, 및 주변 환경 등에 따라 감쇠되어 수신 안테나(6)로 입력된 송신 신호와 상기 간섭 제거 장치(11)로부터 출력된 송신 신호가 수신 시스템(8)의 전력 합성 장치(10)에서 상기 (수학식 5)와 같은 조건에 의해 상기 (수학식 6)과 같이 제거되므로, 최종적으로 수신 시스템(8)으로는 상기 (수학식 7)과 같이 원하는 수신신호 Rs(t)만이 입력된다. 한편, 상기 수신시스템(8)의 주위에 타 인접 송신 시스템(사기 수신 시스템 과 다른 주파수를 사용하는 인접 송신 시스템)이 존재하여, 상기 수신 시스템(8)에 타 인접 송신 시스템의 주파수가 수신되는 경우에, 상기 수신 시스템(8)과 타 인접 송신 시스템간의 간섭을 제거하기 위하여 상기와 동일한 방식을 사용할 수 있다. 따라서 하나의 수신 시스템(8)으로 수신되는 여러 종류의 간섭주파수를 각각의 간섭 제거 장치를 이용하여 제거할수 있다/.

도 4 는 본 발명에 따른 간섭 제거 장치(ICS : Interference Cancellation System)의 상세 구성도이다.

본 발명에 따른 간섭 제거 장치(11)는 지연기(12), 가변 감쇠기(13), 및 가변 위상 편이기(14)를 구비하며, 상기 각 구성요소는 연결 순서에 관계없이 직렬로 연결되면 된다.

본 발명에 따른 간섭 제거 장치(11)의 연결 구성의 일예를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 지연기(12)는 전력 분배 장치(9)로부터 송신 신호를 입력받아 송신 안테나(5)에서 수신 안테나(6)까지 전파가 도달하는데 걸리는 시간만큼 송신 신호를 고정적으로 지연시킨다. 그리고, 가변 감쇠기(13)에서는 상기 송수신 안테나간의 거리에 의한 공간 손실, 안테나의 성능, 설치 조건, 및 주변 환경 등에 따라 감쇠된 송신 신호와 동일한 신호 크기를 가지도록 상기 지연기(12)로부터 입력되는 송신 신호를 감쇠시킬 수 있도록 한다. 즉, 상기 (수학식 5)에서 A'=A"가 되도록 신호의 크기를 조절할 수 있도록 한다. 그리고, 가변 위상 편이기(14)에서는 상기 송수신 안테나간의 거리에 의한 공간 손실, 안테나의 성능, 설치 조건, 및 주변 환경 등에 따라 감쇠된 송신 신호와 180°의 위상차가 나도록 상기 가변 감쇠기(13)로부터 입력되는 송신 신호의 위상을 편이시킬 수 있도록 한다. 즉, 상기 (수학식 5)에서 θ=θ'+π가 되도록 신호의 위상을 편이시킬 수 있도록 한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같은 본 발명은, 인접한 송신 안테나의 송신 전력이 임의의 수신 안테나로 유입되어 시스템의 동작을 방해하거나 동일 통신 시스템 또는 타통신 시스템의 통신을 무력화시키거나 또는 파손을 유발하는 현상을 방지하기 위하여, 임의의 송신 안테나를 통하여 방사되는 신호의 일부를 상기 송신 안테나에서 방사되어 자유공간의 손실과 지연을 가지고 임의의 수신 안테나로 입력되는 신호와 동일 진폭 및 역위상으로 전력 합성 장치로 입력하여 합성하므로써 불요파의 시스템 입력을 방지할 수 있으며, 동일 시스템의 송수신 안테나간의 공간 공유와 안테나 설치용 자재의 공유 그리고 타 통신 시스템과 공간의 공유로 비용을 절감할 수 있으며, 또한 시스템 설치 공간의 공유로 관리와 유지보수가 편리하며, 수신 시스템에서 발생할 수 있는 하울링(howling), 내부 변조 왜곡(IMD) 등을 줄일 수 있으며, 시스템에 대한 간섭을 최소화하므로써 통신 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 동일 공간에 존재하는 송수신 안테나간의 간섭을 제거하기 위한 간섭 제거 시스템에 있어서,

   외부의 송신 시스템으로부터 입력되는 송신 신호를 분배하여 일측의 송신 신호를 외부의 송신 안테나로 전달하기 위한 전력 분배 수단;

   상기 전력 분배 수단에서 분배된 송신 신호중 타측의 송신 신호를 입력받아 소정의 시간만큼 지연시키고 소정의 신호 크기를 가지도록 감쇠시키며 소정의 위상을 가지도록 편이시키기 위한 간섭 제거 수단; 및

   상기 송신 안테나에서 전파되어 외부의 수신 안테나를 통하여 입력된 송신 신호와 상기 간섭 제거 수단으로부터 입력된 송신 신호를 합성하여 상기 수신 안테나를 통하여 입력된 송신 신호를 제거하기 위한 전력 합성 수단

   을 포함하여 이루어진 무선 주파수 간섭 제거 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 간섭 제거 수단은,

   상기 전력 분배 수단으로부터 송신 신호를 입력받아 상기 송신 안테나에서 상기 수신 안테나까지 송신 신호가 전파되는데 걸리는 시간만큼 송신 신호를 지연시키기 위한 지연 수단;

   상기 송수신 안테나간의 격리(isolation)에 의해 감쇠된 송신 신호와 동일한 신호 크기를 가지도록 상기 지연 수단으로부터 입력되는 송신 신호를 감쇠시키기 위한 가변 감쇠 수단; 및

   상기 송수신 안테나간의 격리(isolation)에 의해 감쇠된 송신 신호와 역위상이 되도록 상기 가변 감쇠 수단으로부터 입력되는 송신 신호의 위상을 편이시키기 위한 가변 위상 편이 수단

   을 포함하여 이루어진 무선 주파수 간섭 제거 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 간섭 제거 수단은,

   상기 전력 분배 수단으로부터 송신 신호를 입력받아 상기 송신 안테나에서 상기 수신 안테나까지 송신 신호가 전파되는데 걸리는 시간만큼 송신 신호를 지연시키기 위한 지연 수단;

   상기 송수신 안테나간의 격리(isolation)에 의해 감쇠된 송신 신호와 역위상이 되도록 상기 지연 수단으로부터 입력되는 송신 신호의 위상을 편이시키기 위한 가변 위상 편이 수단; 및

   상기 송수신 안테나간의 격리(isolation)에 의해 감쇠된 송신 신호와 동일한 신호 크기를 가지도록 상기 위상 편이 수단으로부터 입력되는 송신 신호를 감쇠시키기 위한 가변 감쇠 수단

   을 포함하여 이루어진 무선 주파수 간섭 제거 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 간섭 제거 수단은,

   상기 송수신 안테나간의 격리(isolation)에 의해 감쇠된 송신 신호와 동일한 신호 크기를 가지도록 상기 전력 분배 수단으로부터 입력되는 송신 신호를 감쇠시키기 위한 가변 감쇠 수단;

   상기 가변 감쇠 수단으로부터 송신 신호를 입력받아 상기 송신 안테나에서 상기 수신 안테나까지 송신 신호가 전파되는데 걸리는 시간만큼 송신 신호를 지연시키기 위한 지연 수단; 및

   상기 송수신 안테나간의 격리(isolation)에 의해 감쇠된 송신 신호와 역위상이 되도록 상기 지연 수단으로부터 입력되는 송신 신호의 위상을 편이시키기 위한 가변 위상 편이 수단

   을 포함하여 이루어진 무선 주파수 간섭 제거 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 간섭 제거 수단은,

   상기 송수신 안테나간의 격리(isolation)에 의해 감쇠된 송신 신호와 역위상이 되도록 상기 전력 분배 수단으로부터 입력되는 송신 신호의 위상을 편이시키기 위한 가변 위상 편이 수단;

   상기 가변 위상 편이 수단으로부터 송신 신호를 입력받아 상기 송신 안테나에서 상기 수신 안테나까지 송신 신호가 전파되는데 걸리는 시간만큼 송신 신호를 지연시키기 위한 지연 수단; 및

   상기 송수신 안테나간의 격리(isolation)에 의해 감쇠된 송신 신호와 동일한 신호 크기를 가지도록 상기 지연 수단으로부터 입력되는 송신 신호를 감쇠시키기 위한 가변 감쇠 수단

   을 포함하여 이루어진 무선 주파수 간섭 제거 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 간섭 제거 수단은,

   상기 송수신 안테나간의 격리(isolation)에 의해 감쇠된 송신 신호와 동일한 신호 크기를 가지도록 상기 전력 분배 수단으로부터 입력되는 송신 신호를 감쇠시키기 위한 가변 감쇠 수단;

   상기 송수신 안테나간의 격리(isolation)에 의해 감쇠된 송신 신호와 역위상이 되도록 상기 가변 감쇠 수단으로부터 입력되는 송신 신호의 위상을 편이시키기 위한 가변 위상 편이 수단; 및

   상기 가변 위상 편이 수단으로부터 송신 신호를 입력받아 상기 송신 안테나에서 상기 수신 안테나까지 송신 신호가 전파되는데 걸리는 시간만큼 송신 신호를 지연시키기 위한 지연 수단

   을 포함하여 이루어진 무선 주파수 간섭 제거 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 간섭 제거 수단은,

   상기 송수신 안테나간의 격리(isolation)에 의해 감쇠된 송신 신호와 역위상이 되도록 상기 전력 분배 수단으로부터 입력되는 송신 신호의 위상을 편이시키기 위한 가변 위상 편이 수단;

   상기 송수신 안테나간의 격리(isolation)에 의해 감쇠된 송신 신호와 동일한 신호 크기를 가지도록 상기 가변 위상 편이 수단으로부터 입력되는 송신 신호를 감쇠시키기 위한 가변 감쇠 수단; 및

   상기 가변 감쇠 수단으로부터 송신 신호를 입력받아 상기 송신 안테나에서 상기 수신 안테나까지 송신 신호가 전파되는데 걸리는 시간만큼 송신 신호를 지연시키기 위한 지연 수단

   을 포함하여 이루어진 무선 주파수 간섭 제거 시스템.

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