KR100346151B1 - 누설 동축 케이블을 이용한 공간 다이버시티장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하철에서 이동 통신 서비스를 위해 사용하고 있는 누설 동축 케이블을 이용 공간 다이버시티가 가능토록하여 지하철에서도 양질의 이동통신 서비스가 이루어지도록 한 누설 동축 케이블을 이용한 공간 다이버시티 장치에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은, 단말기로부터 방사된 전파를 유입받기 위한 다수개의 슬롯을 구비한 누설 동축 케이블의 종단에 설치되어 그 누설 동축 케이블로 유입된 전파를 전력 분배하는 전력 분배기, 전력 분배기의 일측 출력단에 연결되고 공간 다이버시티가 가능토록 상기 전력 분배기에서 분배된 전파를 기지국 안테나 일측 입력단에 입력시키는 제1 동축 케이블, 전력 분배기의 타측 출력단에 연결되고 공간 다이버시티가 가능토록 전력 분배기에서 분배된 전파를 기지국 안테나 타측 입력단에 입력시키는 제2 동축 케이블을 구비 함으로써, 지하철에서도 공간 다이버시티를 구현함으로써 양질의 서비스가 가능하다.

Description

누설 동축 케이블을 이용한 공간 다이버시티장치{Apparatus for space diversity using leakage coaxial cable}

본 발명은 이동통신 시스템(디지털 셀룰라 시스템(DCS), 개인 휴대 통신 시스템(PCS))에서 공간 다이버시티(space diversity)에 관한 것으로, 특히 지하철에서 이동 통신 서비스를 위해 사용하고 있는 누설 동축 케이블을 이용 공간 다이버시티가 가능토록하여 양질의 이동통신 서비스가 이루어지도록 한 누설 동축 케이블을 이용한 공간 다이버시티 장치에 관한 것이다.

상기에서 다이버시티는 무선 통신 시스템에서 다중 경로에 의한 페이딩 때문에 저하될 수 있는 성능을 향상시키기 위한 방안으로, 인터리빙에 의한 버스트 에러의 분산화 및 오류 정정 부호화 등에 의하여 제공되는 시간 다이버시티, 신호 에너지를 넓은 주파수 대역으로 확산시킴으로써 얻을 수 있는 주파수 다이버시티, 그리고 복수 안테나를 사용하는 공간 다이버시티가 있다. 이 중 상기 공간 다이버시티는 두 개의 안테나로 수신한, 즉 서로 다른 경로로 전파(Propagation)된 전파(Wave)를 비교하여 양호한 신호를 선택하여 처리하는 방법이다.

일반적으로, 디지털 셀룰라 이동통신 시스템 및 개인 휴대 통신 시스템에서 기지국과 단말기(이동국으로도 호칭됨)간의 통신은 무선으로 이루어지는데, 이러한 무선 통신의 특성으로 인해 유선과는 다른 문제점이 발생한다.

그 대표적인 예가 장애물(산, 언덕과 같은 자연적인 지형이나 건물과 같은 인위적인 장애물)에 의해 전파가 도달하지 못하는 음영 지역이다. 이러한 음영 지역에서는 전파의 손실이 심각하여 정상적인 통신을 할 수 없다. 일반적으로 지상에서는 안테나를 이용하여 전파를 방사하게 되는데 안테나의 높이나 이득 또는 출력값을 조정함으로써 음영지역을 해소하게 된다.

그러나 지하철과 같은 터널 구조에서는 안테나를 매우 제한적으로만 사용할 수 있다. 그 이유는 터널 구조에서는 전파의 손실이 지상의 자유공간에서보다 훨씬 커지기 때문이다. 더욱이 터널에서는 가시 거리(Line of Sight) 경로를 가지는 경우가 거의 없기 때문에 안테나의 사용이 불가능한 경우가 많다. 이러한 이유로 지하철과 같은 터널구조에서는 안테나 대신 누설 동축 케이블을 사용하여 안테나로서 커버할 수 없는 음영지역까지 전파가 미칠 수 있도록 한다.

이렇게 누설 동축 케이블을 이용할 때 음영 지역을 효과적으로 해소할 수 있으나 지상의 기지국과 같이 두 개의 수신 안테나를 이용한 공간 다이버시티를 구현하는 효과는 기대하기는 어렵다.

그 이유는 일반적으로 지하철과 같은 터널 구조에서는 한 개의 동축 케이블로 여러 가지 대역의 신호를 전송하는데 공간 다이버시티를 구현하기 위해서는 최소한 두 개의 수신 경로가 필요하기 때문이다.

공간 다이버시티를 구현하기 위해서 두개의 동축 케이블을 설치할 수도 있으나 누설 동축 케이블은 매우 고가이고 또한 설치가 어려워 공간 다이버시티만을 위하여 누설 동축 케이블을 추가 설치하는 것은 경제적인 면에서 매우 불합리하다.

또한, 현재 지하철용으로 이용되고 있는 마이크로 기지국은 공간 다이버시티를 위해 수신 입력단이 두개로 설계되었으나 공간 다이버시티는 지상에 설치되어 안테나에 연결될 때에만 가능하고 터널과 같은 구조에서와 같이 누설 동축 케이블에 연결될때는 불가능하다. 즉, 마이크로 기지국이 지하철용으로 이용될 때에는 자원이 낭비되는 결과를 초래한다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,

본 발명의 목적은, 지하철에서 이동 통신 서비스를 위해 사용하고 있는 누설 동축 케이블을 이용 공간 다이버시티가 가능토록하여 양질의 이동통신 서비스가 이루어지도록 한 누설 동축 케이블을 이용한 공간 다이버시티 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 누설 동축 케이블을 이용한 공간 다이버시티 장치는,

단말기로부터 방사된 전파를 유입받기 위한 누설 동축 케이블의 종단에 설치되어 그 누설 동축 케이블로 유입된 전파를 전력 분배하는 전력 분배기와;

상기 전력 분배기의 일측 출력단에 연결되고 공간 다이버시티를 위해 상기 전력 분배기에서 분배된 전파를 기지국 안테나 일측 입력단에 입력시키는 제1 동축 케이블과;

상기 전력 분배기의 타측 출력단에 연결되고 상기 공간 다이버시티를 위해 상기 전력 분배기에서 분배된 전파를 상기 기지국 안테나 타측 입력단에 입력시키는 제2 동축 케이블로 구성됨을 특징으로 한다.

상기에서, 제1 및 제2 동축 케이블은 유전율이 다른 유전체를 사용하여 전파속도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

도1은 일반적인 이동통신 시스템에 사용되는 누설 동축 케이블의 구조도,

도2는 단말기에서 방사된 전파가 누설 동축 케이블의 슬롯에 입사되는 방법을 설명하기 위한 설명도,

도3은 본 발명에 의한 누설 동축 케이블을 이용한 공간 다이버시티 장치 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 누설 동축 케이블

111 ~ 110+n : 슬롯

120: 전력 분배기

130,140 : 제1 및 제2 동축 케이블

이하, 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

전파(Wave)는 자유 공간상에서 빛과 같은 속도로 전파(Propagation)한다. 즉 광속(C =3*10⁸)의 속도로 전파된다. 이는 빛의 속도는 전파(Wave)가 전파(Propagation)하는 매질에 의해서 결정되기 때문인데 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

빛의 속도(C) = 1/(ε₀μ₀)^1/2

이때 매질의 성질을 나타내는 인자가 ε₀와μ₀인데, 여기서 ε₀는 자유공간의 유전율을, μ₀는 자유공간의 유자율을 의미한다. 따라서 전파가 자유공간이 아닌 어떤 매질을 매체로 전파하게 되면 속도는 그 매질의 유전율과 유자율 값에 의해서 결정된다.

즉, 유전율 ε₀ε_r, 유자율 μ₀μ_r을 가지는 매질에서의 빛의 속도(C_r) = 1/(ε₀ε_rμ₀μ_r)^1/2가 된다.

일반적으로 상대유전율 ε_r이 1 이상인 물체를 유전체라 하고, 상대 유자율 μ_r이 1 이상인 물체를 자성체라고 하는데 자성체는 전파 흡수체와 같은 특수한 경우에만 사용되는 물질이므로 상대유자율을 1이라고 가정하면 상대 유자율 μ_r을 가지는 매질에서의 전파의 진행 속도는,

유전율 ε₀ε_r, 유자율 μ₀μ_r을 가지는 매질에서의 빛의 속도(C_r) = 1/(ε₀ε_rμ₀)^1/2로 표현된다.

한편, 누설 동축 케이블의 구조를 보면, 도1에 도시된 바와 같이, 내부 도체(11)와 외부도체(12) 사이에 유전체(13)를 포함하고 있는데, 급전된 전파는 이 유전체(13)를 매질로 하여 전파하게 된다. 즉, 누설 동축 케이블(10)을 구성하는 유전체(13)에 의해 케이블 내부에서의 전파 속도가 달라지게된다.

도면중 미설명 부호 14는 단말기에서 방사한 전파가 유입되는 슬롯이다.

다시 말해 누설 동축 케이블(10)은 도2와 같이 단말기(20)에서 송신한 전파를 여러 슬롯(14)에서 동시에 받게 되는데, 누설 동축 케이블(10)에 의해 수신된 전파는 일정 시간(전파가 슬롯 사이를 진행하는 데 필요한 시간)만큼 지연되어 기지국쪽으로 케이블 내부를 전파하게 된다.

따라서 본 발명은 지하철 기지국에서 공간 다이버시티를 구현하기 위해서 전파의 전파속도는 매질의 유전율에 의해서 결정된다는 점과 누설 동축 케이블 속을 전파하는 전파는 일정 시간 간격을 두고 케이블 내부의 유전체를 매질로하여 전파한다는 점을 이용하여 공간 다이버시티를 구현한다.

즉, 단말기에서 송신한 전파는 누설 동축 케이블의 여러 슬롯을 통하여 동시에 케이블 내부로 흡입되어 일정한 시간(전파가 슬롯 사이를 진행하는데 필요한 시간)만큼 지연되지만, 같은 정보를 가지고 케이블 내부의 유전체를 매질로 하여 기지국 쪽으로 전파한다. 그리고 기지국에서는 이 전파를 수신하여 처리한다. 이때 도3과 같이 누설 동축 케이블(110)의 종단 부근에 전력 분배기(120)를 이용하여 서로 다른 유전율을 가지는 제1 및 제2 동축 케이블(130)(140)로 전파를 분리시켜 기지국의 두 수신 입력단으로 전송한다.

상기 전력 분배기(120)에는 일정한 시간 간격을 두고 같은 정보를 가진 전파가 연속적으로 도달하게 되는데, 서로 다른 유전율을 가지는 유전체로 만들어진 제1 및 제2 동축 케이블(130)(140)은 상기 전력 분배기(120)에 일정시간 만큼 지연되어 들어오는 전파를 기지국 수신 입력단에 동시에 도달할 수 있게 한다.

즉, 먼저 들어오는 신호는 유전율이 큰 유전체로 만들어진 동축 케이블로 전송되는데 전송되는 전파의 속도가 느리므로 지연 효과를 가져오고 나중에 들어오는 신호는 유전율이 작은 유전체로 만들어진 동축 케이블에 의해 전송되는데, 이때는 전파의 속도가 빨라져서 결국은 먼저 들어온 신호와 동시에 다른 수신 입력단에 도착하게 된다. 이렇게 두 수신 입력단에는 서로 다른 경로를 가지는 신호가 입력되므로 공간 다이버시티를 구현할 수 있다. 이때 제1 및 제2 동축 케이블(130)(140)에서 전파의 진행속도를 조절하기 위한 상대 유전율 값은 슬롯(111 ~ 110+n)간의 간격 및 설치할 동축케이블의 길이를 조절하므로써 환경에 맞게 변화시킬 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 전력 분배기로 누설 동축 케이블에서전파(Propagation)된 전파(Wave)를 분배하고, 전력 분배기에 각각 연결되는 두개의 동축 케이블에는 서로 다른 유전율을 갖는 유전체를 부설 함으로써 시간 차이를 가지는 두개의 경로 신호를 만들 수 있어 지하철에서도 공간 다이버시티가 가능한 효과가 있다.

또한, 지하에서의 공간 다이버시티가 가능하므로 양질의 서비스 제공도 가능한 이점이 있다.

Claims (4)

1. 이동통신 시스템에 있어서,

   단말기로부터 방사된 전파를 유입받기 위한 다수개의 슬롯을 구비한 누설 동축 케이블의 종단에 설치되어 그 누설 동축 케이블로 유입된 전파를 전력 분배하는 전력 분배기와;

   상기 전력 분배기의 일측 출력단에 연결되고 공간 다이버시티를 위해 상기 전력 분배기에서 분배된 전파를 기지국 안테나 일측 입력단에 입력시키는 제1 동축 케이블과;

   상기 전력 분배기의 타측 출력단에 연결되고 공간 다이버시티를 위해 상기 전력 분배기에서 분배된 전파를 상기 기지국 안테나 타측 입력단에 입력시키는 제2 동축 케이블을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 누설 동축 케이블을 이용한 공간 다이버시티장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 동축 케이블은 유전율이 다른 유전체를 사용하여 전파속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 누설 동축 케이블을 이용한 공간 다이버시티장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 누설 동축 케이블은 슬롯간의 간격 조절로 상대 유전율 값을 변화시키는 것을 특징으로 하는 누설 동축 케이블을 이용한 공간 다이버시티장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 동축 케이블은 길이를 달리하여 케이블을 통하여 전파하는 전파의 시간 차이를 조절하는 것을 특징으로 하는 누설 동축 케이블을 이용한 공간 다이버시티장치.