KR100452788B1 - 편파를 변화시키면서 송신 신호를 발생하기 위한 무선 시스템, 안테나 장치 및 편파 변조기 - Google Patents

편파를 변화시키면서 송신 신호를 발생하기 위한 무선 시스템, 안테나 장치 및 편파 변조기 Download PDF

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무선 네트워크에 이용 가능한 주파수들이 보다 효율적으로 사용되고 결과적으로 무선 네트워크의 클러스트 사이즈가 감소되도록 하기 위해, 트래픽 채널들을 위한 주파수 호핑을 실행하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 이러한 처리는 시그널링 채널들, 특히 BCCH 채널에 사용될 수 없다.
무선 네트워크에서 주파수 이용에 있어서의 다른 개선은 적어도 하나의 송신기(TX) 및 하나의 수신기(RX1,RX2)를 각각 갖는, 복수의 기지국들(10)을 갖는 무선 시스템을 사용하여 달성되며, 각 기지국(10)에는 적어도 하나의 이중 편파 안테나(27)가 할당된다. 이용 가능한 주파수 대역의 보다 효율적인 이용 및 결과적으로 클러스터 사이즈의 감소는 송신될 송신 신호의 편파 상태를 소정의 시점들에서 변경하기 위한 편파 변조기(24)에 할당되어 있는 이중 편파 안테나에 의해 가능하게 된다.

Description

편파를 변화시키면서 송신 신호를 발생하기 위한 무선 시스템, 안테나 장치 및 편파 변조기{Radio system, antenna arrangement and polarization modulator for generating a transmit signal with changing polarization}
본 발명은 무선 시스템에 관한 것이며, 특히 복수의 기지국들을 갖는, 이동 무선 시스템에 관한 것으로, 각 기지국에는 적어도 하나의 이중 편파(dual-polarized) 안테나가 할당된다. 또한, 본 발명은 특히 무선 시스템의 기지국과 함께 동작하는 안테나 장치에 관한 것이며, 이러한 무선 시스템에서 사용하기 위한 편파 변조기(polarization modulator)에 관한 것이다.
이동 무선 가입자수 및 이동 무선에서 새로운 서비스들의 제공의 최근의 급격한 증대로 인해, 예를 들어, GSM 네트워크와 같은 이동 무선 네트워크들이 그 용량의 한계에 다다르게 되었다. 공지된 바와 같이, GSM 네트워크에서, 트래픽 채널들은 사용자 데이터의 송신을 위해 사용되며, 시그널링 채널들은 이동 무선 네트워크의 제어 및 관리를 위해 사용된다. 그러나, 기지국과 이동국간에 접속이 설정되지 않았을 때조차도, 에어(air) 인터페이스를 통하여 정보가 끊임없이 교환되어야만 하므로, 이동 무선 네트워크에서의 시그널링 부하가 아주 높다. 중요한 시그널링 채널은 또한 BCCH 채널로 공지된 소위 방송 제어 채널로 본 명세서에 표현되며, 그것을 통해 예를 들어, 등록을 위한 식별들, 동기화 정보, 무선 채널 구성들이 셀의 모든 이동국들로 송신된다. 이러한 BCCH 채널은 셀의 이용 가능한 주파수 스펙트럼의 절반만큼을 차지하며, 다음으로 이것은 물론 트래픽 채널들용으로 더 이상 이용할 수 없다. 셀에 확보된 스펙트럼을 보다 양호하게 사용하기 위해서, 필요한 경우에, 트래픽 채널용의 캐리어 주파수가 소정의 일정한 레이트(regular rate)로 변화되는 주파수 호핑 처리를 개개의 트래픽 채널들에 받아들이게 하는 것이 일반적으로 공지되어 있다. 그러나, BCCH 채널이 수신 필드 강도를 측정하고 가장 강한 셀을 선택할 필요가 있으므로, 주파수 호핑 처리는 BCCH 채널에 사용될 수 없다. 이 결과, 동일한 BCCH 캐리어 주파수가 사용되고 있는 셀들간의 거리가 동일한 트래픽 캐리어 주파수가 사용되고 있는 셀들간의 거리보다 훨씬 크게 된다. 예를 들어, GSM 네트워크의 BCCH 채널에 대한 클러스터 사이즈는 12 내지 21셀들이며, 반면에 트래픽 채널들에 대해서는 3 내지 9 셀들의 클러스터 사이즈가 아주 적당하다. 여기서 클러스터 사이즈는 이용 가능한 주파수들이 분할되는 셀들의 수를 의미하는 것으로 이해된다.
그러나, 트래픽 채널들에 대한 주파수 호핑 처리의 도움으로 가능한 방식으로, 시그널링 채널들에 이용 가능한 캐리어 주파수들을 보다 효율적으로 사용하는 방식은 이전에 제안되지 않았다.
그러므로 본 발명의 목적은 무선 네트워크에 이용할 수 있는 주파수들이, 특히 시그널링 채널들에 관하여, 보다 효율적으로 사용될 수 있고, 결과적으로 무선 네트워크의 클러스터 사이즈가 감소될 수 있는 무선 시스템, 안테나 장치 및 편파 변조기를 제공하는 것이다.
본 발명의 기본적인 개념은 주파수 호핑 처리 대신에, 바람직하게 주기적으로, 송신 신호의 편파 상태가 변경될 수 있는 소위 편파 호핑 처리를 사용하는 착안으로 알려져 있다. 편파 호핑을 BCCH 채널들에 사용하는 경우, 클러스터 사이즈는 상당히 감소될 수 있으며, 결과적으로 셀에서 이용 가능한 주파수 스펙트럼은 복수의 트래픽 채널들에 할당될 수 있다.
이는, 공지된 바와 같이, 주파수 호핑 처리의 결과, 주파수 홉들이 충분히 큰 한, 상이한 중간 주파수들을 갖는 채널들이 서로 무관한 페이딩 응답들을 갖기 때문이다. 이 응답은 주파수 홉들 대신에, 상이한 편파 상태들이 무선 링크를 위해 사용된다 하더라도, 획득된다. 예를 들어, GSM 네트워크의 데이터 블록은 4개의 데이터 버스트들을 포함하며, 4개의 버스트들 각각에 대하여 채널들의 페이딩 응답이 서로 무관하도록 의도된다. 그러므로 이 조건은 편파 상태들의 상이한 변경들 및 상이한 주파수 홉들에 의해 만족될 수 있다.
본 발명은 제 1 예에서 청구항 제 1항의 특징들에 의해 상술된 목적을 달성한다.
청구항 제 1항은 무선 시스템, 특히 GSM 이동 무선 시스템의 제공을 명기하며, 상기 시스템은 복수의 기지국들을 포함하며, 상기 기지국은 적어도 하나의 송신기와 하나의 수신기를 가지며, 각각의 기지국에는 적어도 하나의 이중 편파(dual-polarized) 안테나가 할당된다. 이중 편파 안테나는 교차 편파(cross-polarized) 안테나일 수도 있다. 본 발명에 따라, 이중 편파 안테나는 송신될 송신 신호의 편파 상태를 소정의 시점들에서 변경하기 위한 편파 변조기를 할당받는다.
이로운 개발들은 종속 청구항들의 주제이다.
기존의 기지국들이 계속해서 사용되어지게 하기 위해, 이중 편파 안테나 및 편파 변조기는 모두 기지국에 연결될 수 있는 모듈을 형성한다.
편파 변조기는, 송신될 신호의 편파가 주기적으로 통상 4개의 상이한 편파 상태들간에서 변화하도록, 송신될 송신 신호를 갖는 이중 편파 안테나를 적당히 기동한다.
신호들이 8개의 타임 슬롯들을 갖는 소위 TDMA 프레임들로 송신되는, GSM 이동 무선 시스템이 고려되는 경우, 편파 상태를 변경하기 위한 시점들은 TDMA 프레임들과는 무관한 클록 발생기 또는 TDMA 플레임 내의 타임 슬롯들에 의해 결정된다.
이중 편파 안테나가 송신 방향 그리고 수신 방향 둘 다에 사용되므로, 송신기/수신기 필터들은 대응하는 위치들에서, 그 자체로 공지된 방식으로, 제공된다.
상기 명기된 목적은 또한 청구항 제 8항의 특징들에 의해 달성된다.
청구항 제 8항은 송신될 송신 신호의 편파 상태를 소정 시점들에서 변경하기 위한 편파 변조기를 각각 할당받는 적어도 하나의 이중 편파 안테나를 갖는 안테나 장치의 제공을 명시한다.
안테나 장치의 이로운 개발들은 종속 청구항들의 주제이다.
목적은 청구항 제 12항의 특징들에 의해 또한 달성된다.
청구항 제 12항은 무선 시스템에 사용하기 위한 편파 변조기를 규정하며, 상기 변조기는 인가된 클록 신호에 따라 송신 신호에 대한 복수의 편파 상태들을 발생한다.
본 발명은 첨부된 도면들과 함께 예시적인 실시예를 기초로 하여 하기에 보다 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 안테나 장치가 할당된 기지국의 블록도.
도 2a 내지 도 2d는 4개의 상이한 편파 상태들에 대하여 도 1에 도시된 편파 변조기의 등가 회로를 각각 도시한 도면.
10 : 기지국 15 : 트랜시버
17 : 듀플렉서 18 : 대역 필터
20 : 안테나 장치
22 : d.c. 다이플렉싱 필터 및 전원 디바이스
23 : 클록 복원 및 제어 회로 24 : 편파 변조기
25, 26 : 송신기/수신기 필터 27 : 이중 편파 안테나
29 : 저잡음 전치증폭기
도 1에는 예를 들어, 일반적으로 10으로 표기된 GSM 이동 무선 네트워크의 기지국이 개략적으로 나타난다. 기지국(10)은 그 자체로 공지된 방식으로, 특히, 예를 들어 송신기(TX) 및 다이버시티 수신을 위한 2개의 수신기들(RX1, RX2)을 포함하는 트랜시버(15)를 갖는다. 물론, 또한 트랜시버들은 기지국에서 구현될 수 있다. 본 예에서, 송신기(TX)와 수신기(RX1)는 송신 방향과 수신 방향을 분리하기 위한 듀플렉서(17)에 연결된다. 수신기(RX2)는 대역 필터(18)에 연결된다.
도 1은 또한 일반적으로 20으로 표기된 안테나 장치를 도시하며, 이 장치는 d.c. 다이플렉싱 필터(diplexing filter) 및 전원 디바이스(22)를 갖는다. d.c. 다이플렉싱 필터는 단지 RF 송신 전력만이 트랜시버(15)를 통하도록 보장한다. 안테나 장치(20)는 기지국(10)에서 떨어진 디바이스로 설계되며, d.c. 다이플렉싱 필터와 전원 디바이스(22)를 통해 기지국(10)의 듀플렉서(17)와 대역 필터(18)에 연결된다. 안테나 장치(20)내에 구현된 클록 복원 및 제어 회로(23)는 d.c. 다이플렉싱 필터 및 전원 디바이스(22)에 연결된 2개의 입력들을 갖는다. 클록 복원 및 제어 회로(23)의 출력은 편파 변조기(24)에 연결되며, 이는 하기에 더 상세히 설명된다. 클록 복원 및 제어 회로(23)는 예를 들어, TDMA 프레임으로부터, 편파 변조기(24)의 제어 신호를 발생할 수 있다. 클록 복원 및 제어 회로(23)는 TDMA 프레임의 RF 송신 전력의 엔벨로프의 변동들로부터 버스트 클록을 복원하도록 설계된다. 이는, 공지된 바와 같이, 송신될 데이터가 TDMA 프레임의 타임 슬롯들에서 데이터 버스트로서 송신되기 때문이다. 데이터 버스트의 송신 동안, 송신 전력은 TDMA 프레임의 각 타임 슬롯의 개시시 상승하며 타임 슬롯 또는 데이터 버스트의 종료시 다시 내려간다. 클록 복원 및 제어 회로(23)는 출력에서의 이 변동으로부터 버스트 클록 레이트를 복원하고, 이를 편파 변조기(24)를 위한 클록 신호로서 사용한다. 버스트 클록 속도에 맞춰, 편파 변조기(24)는 이중 편파 안테나(27)와 함께 송신될 신호의 편파 상태들을 변화시킨다. 예시적인 실시예에서, 교차 편파 안테나는 이중 편파 안테나로서 사용된다.
편파 변조기(24)의 제 2 및 제 3 입력에는 각각 송신기/수신기 필터(25)가 연결되어 있으며, 이 필터(25)는 차례로 d.c. 다이플렉싱 필터 및 전원 디바이스(22)의 포트에 각각 연결되어 있다. 2개의 송신기/수신기 필터(25)들은 각각 저잡음 전치 증폭기(low-noise preamplifier; 29)를 통해 다른 송신기/수신기 필터(26)에 연결된다. 편파 변조기(24)의 2개의 출력 신호들은 2개의 송신기/수신기 필터들(26)을 통해 교차 편파 안테나(27)에 공급된다. 송신기/수신기 필터들(25 및 26)은 예를 들어, 편파 변조기(24)가 스위칭 다이오드들에 의해 실현될 때마다 요청된다. 이는 스위칭 다이오드들이 수신 대역내에 있으며, 수신기들(RX1 및 RX2)을 결과적으로 방해할 수 있는 고조파 진동들을 발생하기 때문이다.
이 시점에서, 간략하게, 편파 변조기(24)에 스위칭 신호를 발생하는 클록 복원 및 제어 회로(23)는 기지국(10)에 이미 존재하는 타임 슬롯 클록 발생기(도시되지 않음)로 대체될 수 있으며, 그 출력 신호는 편파 변조기(24)에 공급된다는 점에 주목해야 한다.
이미 상술된 바와 같이, 편파 변조기(24)는 송신될 신호의 편파 상태가 각 데이터 버스트의 개시시 변화하도록 보장한다.
도 2a 내지 도 2d는 편파 변조기(24)의 등가 회로도를 각각 도시하며, 각 등가 회로도는 특정 편파 상태를 상징화하고 있다. 도 2a 내지 도 2d에 따라, 편파 변조기(24)는 교차 편파 안테나(27)와 함께, 선형으로(+45°) 편파된 송신 신호, 선형으로(-45°) 편파된 송신 신호, 원형으로(반시계 방향) 편파된 송신 신호 및 원형으로(시계 방향) 편파된 송신 신호를 발생할 수 있다. 구현에 따라, 편파 변조기(24)는 개개의 편파 상태들 또는 모든 편파 상태들간의 전후 무작위적으로 홉(hop)할 수 있거나 또는 그렇지 않으면 교차 편파 안테나(27)와 함께, 주기적으로 개개의 편파 상태들을 제공할 수 있다.
본 예에서, 등가 회로들은 각각 2개의 입력들과 2개의 출력들을 가지며, 각 입력은 별개의 송신기에 할당될 수 있다. 이는 도 2a에 따라, 예를 들어, 송신기가 좌측 입력에 연결되는 경우 45°선형으로 편파된 상태를 갖는 신호가 발생된다는 것을 의미한다. 반대로 송신기가 우측 입력에 연결되는 경우 -45°선형으로 편파된 상태를 갖는 신호가 내보내진다. 편파 변조기(24)는 도 2b에 관하여 역 동작(behaviour)을 갖는다.
도 2c에 도시된 등가 회로도에 따라, 좌측 입력에 인가된 송신 신호는 2개의 90°시프트된 신호 성분들로 분리되고, 교차 편파 안테나(27)에 공급되며, 그 방출된 송신 신호는 반시계 방향의, 원형으로 편파된 송신 신호를 형성한다. 그러나, 송신 신호가 편파 변조기(24)의 우측 입력에 인가되면, 이는 2개의 90°시프트된 신호 성분들로 분리되고, 교차 편파 안테나(27)에 공급되고, 그 방출된 송신 신호는 시계 방향의 원형으로 편파된 송신 신호를 형성한다. 편파 변조기(24)는 도 2d에 도시된 등가 회로가 사용되는 경우 역 동작(behaviour)을 갖는다.
기술된 안테나 장치(20)를 사용하면, BCCH 채널들에 관하여 GSM 네트워크의 클러스터(cluster) 사이즈를 상당히 감소시키는 것이 가능하다.
본 발명은 무선 시스템에 관한 것이며, 특히 복수의 기지국들을 갖는, 이동 무선 시스템에 관한 것으로, 각 기지국에는 적어도 하나의 이중 편파(dual-polarized) 안테나가 할당된다. 또한, 본 발명은 특히 무선 시스템의 기지국과 함께 동작하는 안테나 장치를 제공하며, 이러한 무선 시스템에서 사용하기 위한 편파 변조기(polarization modulator)를 제공한다.기술된 안테나 장치(20)를 사용하면, BCCH 채널들에 관하여 GSM 네트워크의 클러스터(cluster) 사이즈를 상당히 감소시키는 것이 가능하다.

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 송신기(TX)와 하나의 수신기(RX1, RX2)를 각각 갖는 복수의 기지국들(10)을 갖는 무선 시스템으로서, 각 기지국(10)에는 적어도 하나의 이중 편파 안테나(27)가 할당되는, 무선 시스템에 있어서,
    상기 이중 편파 안테나(27)는 송신될 송신 신호의 편파 상태를 소정의 시점들에서 변경하기 위한 편파 변조기(24)를 할당받고, 상기 편파 변조기(24)는 편파 상태를 변경하기 위해 시점들을 고정하는 클록 발생기(23)에 연결되고, 상기 이중 편파 안테나(27)와 편파 변조기(24)는 기지국(10)과 떨어져 배치된 모듈(20)을 형성하고, 상기 클록 발생기(23)는 모듈(20) 내에 있으며, TDMA 프레임의 RF 송신 전력의 엔벨로프의 변동들로부터 클록 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는, 무선 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 편파 변조기(24)는 주기적으로 4개의 상이한 편파 상태들을 송신될 상기 송신 신호에 제공하는 것을 특징으로 하는, 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 무선 시스템은 이동 무선 시스템이며, 클록 발생기(23)는 TDMA 프레임 또는 타임 슬롯 클록 발생기인 것을 특징으로 하는, 무선 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 송신기/수신기 필터들(25, 26)은 이중 편파 안테나(27)와 편파 변조기(24)의 사이에 연결되며, 송신기(TX)와 수신기(RX1, RX2)는 송신기/수신기 필터들(17)을 할당받는 것을 특징으로 하는, 무선 시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 이중 편파 안테나(27)는 교차 편파 안테나인 것을 특징으로 하는, 무선 시스템.
  8. 이중 편파 안테나(27), 송신될 송신 신호의 편파 상태를 소정의 시점들에서 변경하기 위한 편파 변조기(24), 및 편파 변조기(24)에 연결되고 편파 상태를 변경하기 위해 시점들을 고정하는 클록 발생기(23)를 포함하는 기지국 및 안테나 장치로서,
    상기 이중 편파 안테나(27), 편파 변조기(24), 및 클록 발생기(23)는 기지국과 떨어져 배치된 모듈(20)을 형성하며, 상기 클록 발생기(23)는 TDMA 프레임의 RF 송신 전력의 엔벨로프의 변동들로부터 클록 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는, 기지국 및 안테나 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 편파 변조기(24)는 주기적으로 4개의 상이한 편파 상태들을 송신될 상기 송신 신호에 제공하는 것을 특징으로 하는, 기지국 및 안테나 장치.
  10. 삭제
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 이중 편파 안테나(27)는 교차 편파 안테나인 것을 특징으로 하는, 기지국 및 안테나 장치.
  12. 삭제
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