KR100637921B1 - 휴대용 무선 단말기의 방향성 다이버시티 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 무선 단말기에서 지향성 안테나를 구비하고, 그 지향성 안테나의 지향성을 변화시켜 경로가 상이한 신호의 수신이 가능토록 함으로써 하나의 안테나로 방향성 다이버시티가 가능토록 한 휴대용 무선 단말기의 방향성 다이버시티 장치에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은, 듀플렉서, 고전력 증폭기(HPA), 저잡음 증폭기(LNA), 주파수 혼합기(믹서), 중간주파 증폭기로 이루어진 통상의 휴대용 무선 단말기에 있어서, 지향성을 변경하기 위한 제1 및 제2 도체, 제1 및 제2 도체와 접지와의 연결 상태에 따라 지향성이 변경되며, 해당 방향의 경로를 통해서 무선 신호를 수신하여 상기 듀플렉서에 전달하는 지향성 안테나, 중간주파 증폭기에서 출력되는 수신 신호를 분배해주는 신호 분배기, 신호 분배기에서 얻어지는 신호의 레벨을 검출하고, 그 검출 레벨에 따라 수신 신호의 경로를 선택하기 위한 제1 및 제2 경로 선택신호를 발생하는 레벨 검출 및 경로 선택기, 레벨 검출 및 경로 선택기에서 출력되는 제1 및 제2 경로 선택신호에 대응하게 스위칭 동작을 하여 상기 제1 및 제2 도체와 상기 지향성 안테나를 선택적으로 접속시켜 지향성이 변경되도록 하는 제1 및 제2 스위치를 구현함으로써, 하나의 지향성 안테나를 이용하여 방향성 다이버시티를 구현할 수 있게 된다.

방향성 다이버시티, 지향성 안테나, 경로 변경, 지향성 변경

Description

휴대용 무선 단말기의 방향성 다이버시티 장치{DEVICE OF DIVERSITY HAVING DIRECTIVITY IN WIRELESS DIGITAL ASSISTANT}

도 1은 본 발명에 의한 휴대용 무선 단말기의 방향성 다이버시티 장치의 구성을 보인 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 ..... 안테나

121, 122 ..... 제1 및 제2 도체

123, 124 ..... 제1 및 제2 스위치

130 ..... 듀플렉서

140 ..... 고전력 증폭기

150 ..... 저잡음 증폭기

190 ..... 신호 분배기

210 ..... 레벨 검출 및 경로 선택기

본 발명은 휴대용 무선 단말기에서 방향성 다이버시티(Directional Diversity)에 관한 것으로, 특히 휴대용 무선 단말기에서 지향성 안테나를 구비하고, 그 지향성 안테나의 지향성을 변화시켜 경로가 상이한 신호의 수신이 가능토록 함으로써 하나의 안테나로 방향성 다이버시티가 가능토록 한 휴대용 무선 단말기의 방향성 다이버시티 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 휴대하는 이동통신용 단말기와 상대 이동통신 단말기 또는 유선통신망과의 접속을 위하여 무선 기지국 장치를 사용하며, 이 기지국 장치에서 송신하는 송신신호를 단말기가 수신할 때 기지국에서 송신하는 전파가 넓게 확산되므로 서비스 망은 전파의 흐름 속에 있게 되며, 이 전파가 수신기(단말기)의 안테나에 수신될 때는 여러 경로에서 반사파들이 수신된다.

이런 반사파들의 경로 길이가 상이하여 실제적으로 수신 신호들은 위상 차이가 발생하게 되며, 이러한 이유로 특정 지점에서의 수신 레벨은 아주 강하게 수신되고, 또 다른 지점에서는 아주 미약하거나 신호 수신이 불가능하게 된다(이를 페이딩 현상이라고 함).

즉, 위상 차이가 나는 신호가 같이 수신되면서 서로 반대 위상이면 상쇄되어 제거되고, 서로 동일한 위상이면 합산되어 더 큰 신호가 된다.

이때 수신 신호가 합산되어 큰 레벨의 수신 신호가 되는 경우에는 별반 문제가 없지만, 수신 신호가 역위상이되어 상쇄되어 버리는 지점은 통신이 단절되기 때문에 심각한 문제점을 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 현재에는 기지국 장치의 출력을 높게 하는 방법이 있는 데, 이러한 방법은 임시적인 해결책에 불과하며 근본적인 해결책이라고 볼 수 없으며, 이 경우 최선은 단말기가 상기와 같이 수신 신호가 상쇄되는 지점을 피하는 것이다.

또한 다른 방법으로는 수신 경로가 다중경로가 되도록 다이버시티를 구현하는 방법이 있다. 여기서 다이버시티는 페이딩의 영향을 경감시키기 위해서 전계 강도 또는 신호 대 잡음비가 다른 여러 개의 수신 신호를 얻기 위한 방법이며, 그 종류로는 시간 다이버시티, 주파수 다이버시티, 공간 다이버시티가 있다.

상기 다이버시티중 구현이 용이한 공간 다이버시티(방향성 다이버시티)는, 안테나를 서로 경로가 다른 방향으로 복수개 설치하고, 다중 경로의 신호를 수신한 후 가장 상태가 좋은 경로에 위치한 안테나의 신호를 수신신호로 선택하는 방법이다.

그러나 이러한 방법은 다중 경로의 신호를 수신하기 위해서 복수개의 안테나를 사용하고, 그에 대응하는 신호처리장치(예를 들어, 증폭기)를 복수개로 구현해야하므로, 소형화 및 경량화를 추구하는 현대의 휴대용 무선 단말기에 적용하는 데에는 어려움이 따른다.

참고적으로, 현재의 모든 휴대용 무선 단말기는 무지향성 안테나를 사용하여 어느 방향에서라도 신호 수신이 가능토록 구현되어 있다.

이에 본 발명은 상기와 같이 일반적인 휴대용 무선 단말기에서 발생하는 페이딩 현상을 극복하기 위해서 제안된 것으로서,

본 발명의 목적은, 휴대용 무선 단말기에서 지향성 안테나를 구비하고, 그 지향성 안테나의 지향성을 변화시켜 경로가 상이한 신호의 수신이 가능토록 함으로써 하나의 안테나로 방향성 다이버시티가 가능토록 한 휴대용 무선 단말기의 방향성 다이버시티 장치에 관한 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단은,

수신 및 송신 신호 절체를 위한 듀플렉서, 송신 신호의 전력 증폭을 위한 고전력 증폭기(HPA), 수신 신호의 증폭을 위한 저잡음 증폭기(LNA), 저잡음 증폭기의 신호와 국부 발진기의 출력신호를 혼합하여 중간주파수를 검파하는 주파수 혼합기(믹서), 상기 주파수 혼합기에서 출력되는 중간주파 신호를 증폭하는 중간주파 증폭기로 이루어진 휴대용 무선 단말기에 있어서,

지향성을 변경하기 위한 제1 및 제2 도체와;

상기 제1 및 제2 도체와 접지와의 연결 상태에 따라 지향성이 변경되며, 해당 방향의 경로를 통해서 무선 신호를 수신하여 상기 듀플렉서에 전달하는 지향성 안테나와;

상기 중간주파 증폭기에서 출력되는 수신 신호를 분배해주는 신호 분배기와;

상기 신호 분배기에서 얻어지는 신호의 레벨을 검출하고, 그 검출 레벨에 따라 수신 신호의 경로를 선택하기 위한 제1 및 제2 경로 선택신호를 발생하는 레벨 검출 및 경로 선택기와;

상기 레벨 검출 및 경로 선택기에서 출력되는 제1 및 제2 경로 선택신호에 대응하게 스위칭 동작을 하여 상기 제1 및 제2 도체와 상기 지향성 안테나를 선택적으로 접속시켜 지향성이 변경되도록 하는 제1 및 제2 스위치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기에서 제1 및 제2 도체는 휴대용 무선 단말기의 내부 회로 부분이 장착되는 인쇄회로기판(PCB) 또는 밧데리의 동박 패턴과는 RF적으로 분리된 도체인 것을 특징으로 한다.

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

첨부한 도면 도 1은 본 발명에 의한 휴대용 무선 단말기의 방향성 다이버시티 장치의 실시예 구성도이다.

여기서 참조부호 121, 122는 지향성을 변경하기 위한 제1 및 제2 도체를 나타내고, 참조부호 110은 상기 제1 및 제2 도체(121)(122)와 접지와의 연결 상태에 따라 지향성이 변경되며, 해당 방향의 경로를 통해서 무선 신호를 수신하여 후단의 듀플렉서(130)에 전달하는 지향성 안테나를 나타내며, 참조부호 130은 수신 및 송신 신호 절체를 위한 상기 듀플렉서를 나타내며, 참조부호 140은 송신 신호의 전력 증폭을 위한 고전력 증폭기(HPA)를 나타내고, 참조부호 150은 수신 신호의 증폭을 위한 저잡음 증폭기(LNA)를 나타내며, 참조부호 170은 상기 저잡음 증폭기(150)의 신호와 국부 발진기(160)의 출력신호를 혼합하여 중간주파수를 검파하는 주파수 혼합기(믹서)를 나타내며, 참조부호 180은 상기 주파수 혼합기(170)에서 출력되는 중간주파 신호를 증폭하는 중간주파 증폭기를 나타낸다.

또한 참조부호 190은 상기 중간주파 증폭기(180)에서 출력되는 수신 신호를 분배해주는 신호 분배기를 나타내며, 참조부호 210은 상기 신호 분배기(190)에서 얻어지는 신호의 레벨을 검출하고, 그 검출 레벨에 따라 수신 신호의 경로를 선택하기 위한 제1 및 제2 경로 선택신호를 발생하는 레벨 검출 및 경로 선택기를 나타내며, 참조부호 123 및 124는 상기 레벨 검출 및 경로 선택기(210)에서 출력되는 제1 및 제2 경로 선택신호에 대응하게 스위칭 동작을 하여 상기 제1 및 제2 도체(121)(122)와 상기 지향성 안테나(110)를 선택적으로 접속시켜 지향성이 변경되도록 하는 제1 및 제2 스위치를 나타낸다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 휴대용 무선 단말기의 방향성 다이버시티 장치의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명에서는, 도체 체적이 큰 부품이나 회로 구성(예를 들어, PCB, 밧데리)중 동박 패턴을 이용한 제1 및 제2 도체(121)(122)와 접지를 이용하여 안테나의 지향성을 변경한다.

즉, 반도체 소자인 핀 다이오드를 이용한 제1 및 제2 스위치(123)(124)를 사용하여 상기 지향성 안테나(110)와 상기 제1 및 제2 도체(121)(122)를 연결하거나 두 도체를 분리하는 작용으로 지향성 안테나(110)의 지향성을 변경하게 된다.

여기서 지향성의 변경이라 함은 하나의 안테나를 이용한 방향성 다이버시티 를 구현하기 위함이다.

통상, 다이버시티를 구현할 경우, 공간 다이버시티, 수직 편파와 수평 편파를 이용하는 편파 다이버시티, 지향성 안테나를 다른 전파 도래 방향으로 향하게 하여 배치하는 각도(지향성) 다이버시티(방향성 다이버시티라고도 칭함), 동일 정보를 복수의 반송파를 이용하여 전송하는 주파수 다이버시티, 동일 정보를 복수의 시간 슬롯으로 전송하는 시간 다이버시티, 송신 신호를 스펙트럼 확산 변조하여 레이크(RAKE) 수신 방식으로 멀티패스 성분을 식별하여 브랜치를 구성하는 멀티패스 다이버시티 방식 등으로 구현할 수 있다.

특히 공간 다이버시티일 경우, 무지향성 안테나 2개를 반송파의 반파장 정도 사이를 두고 설치하면 거의 상관이 없는(uncorrelation) 브랜치가 얻어진다.

다중 경로를 갖는 2개의 안테나에서 수신된 신호의 세기는 서로 다를 수 있는 데, 이러한 공간 다이버시티는 두 개의 신호중 양호한 신호를 선택하여 수신감도를 좋게 하는 방식으로, 안테나의 설치방법에 따라 수평 다이버시티와 수직 다이버시티 방식을 이용할 수 있다. 수평 다이버시티는 안테나를 수평적으로 이격시켜 놓는 방식이며, 이동통신 환경에서 건물 등으로부터 반사되는 다중 반사파 성분이 수평적으로 변화되는 것을 이용한 것이다. 이때 수평 다이버시티의 상관(correlation)계수는 두 안테나의 이격간격과 전파의 도달 방향에 영향을 받는다. 다음으로 수직 다이버시티는 두 안테나를 수직으로 이격시켜서 사용하는 것으로, 상관계수는 두 안테나 간격에만 영향을 받는다, 상호 연관이 없게 하기 위해서는 수평인 경우보다 더 큰 안테나의 이격이 필요하다.

그러나 이러한 통상적인 공간 다이버시티 방법은, 필수적으로 안테나가 복수개(적어도 2개 이상) 사용되므로, 휴대가 용이하고 소형화 및 경량화가 요구되어지는 현대의 휴대용 무선 단말기에는 적용하기에 어려움이 따른다.

따라서 본 발명에서는 단말기 내부에 이미 구비되어 있는 도체의 동박 패턴을 이용하는 방법으로 하나의 지향성 안테나의 지향성을 변경하며, 이를 이용하여 방향성 다이버시티를 구현한다.
상기건의 공지방법의 통상정인 제도된 구성을 보면, 안테나 부분은 몰딩되어 있는 상태이고 3개의 선은 RSSI값(녹색선)과 VCC, 그라운드(두개의선, 전원)로 구성되며 몰딩된 부분을 분해하여 보면 도1의 안테나 프로차트부분의 간단한 회로로 배치되어 있는 일반적인 제품작업 방법이다.

즉, 수신기(휴대용 무선 단말기)가 이동 중에 전파 골짜기에 위치하여 수신되는 신호레벨이 극도로 약해져서 통화 불능이 되는 경우는 고속으로 그 레벨을 감지하여 또 다른 방향의 수신신호를 선택토록 한다.

예를 들어, 초기에는 제1스위치(123)를 제1도체(121)와 연결시키고, 제2스위치(124)를 접지와 연결시키고 제2도체(122)와는 분리시키는 방법으로 스위칭을 한다.

이와 같은 상태가 되면 지향성 안테나(110)는 상기 제1도체(121)와 접속되어 특정의 지향성을 갖게 되며, 그 방향으로 수신된 신호(편의상 "제1경로신호"라고 칭함)만을 수신하여 듀플렉서(130)에 전달한다.

저잡음 증폭기(150)는 상기 듀플렉서(130)에서 수신된 제1경로신호를 잡음은 억제하고 신호 성분만을 증폭하게 되고, 주파수 혼합기(170)는 상기 저잡음 증폭기(150)에서 수신한 신호와 국부 발진기(160)에서 출력되는 국부 발진 신호를 혼합하여 중간주파수를 검파하게 된다.

이렇게 검파되는 중간주파수는 중간주파 증폭기(180)에 의해 소정 레벨로 증 폭된 후 신호 분배기(190)를 통해 수신 신호로 후단의 신호처리 장치에 전달되며, 동시에 커플링을 통해 분리되어 레벨 검출 및 경로 선택기(210)에 전달된다.

상기 레벨 검출 및 경로 선택기(210)는 커플링되어 입력되는 수신신호의 레벨을 검출하고, 그 검출 레벨과 기준 레벨을 비교하여 수신신호의 상태를 확인한다. 상기 확인 결과 검출 레벨이 기준 레벨 이상일 경우에는 현재의 지향 방향에 의해 수신된 신호가 양호한 상태이므로(수신 감도가 좋은 상태) 현재의 지향 방향을 유지한다.

그러나 상기 확인 결과 검출 레벨이 기준 레벨 이하일 경우에는, 수신 감도가 저하된 경우이므로 다른 방향(다른 경로)의 신호를 수신하기 위해서 제1 경로 선택신호는 오프시키고, 제2 경로 선택신호만을 온시킨다.

상기 제1 경로 선택신호가 오프되면 제1스위치(123)는 제1도체(121)와 지향성 안테나(110)의 연결을 해제하고, 지향성 안테나(110)와 접지가 연결되도록 한다.

아울러 상기 제2 경로 선택신호가 온되면 제2스위치(124)는 제2도체(122)와 지향성 안테나(110)가 연결되도록 하여 지향성을 변경한다. 즉, 이전의 수신 경로와는 다른 경로의 신호를 수신하도록 한다.

상기와 같은 제2스위치(124)의 동작에 의해 지향성 안테나(110)는 이전 경로와는 다른 경로의 신호(편의상 "제2경로신호"라고 칭함)를 수신하여 듀플렉서(130)에 전달한다.

저잡음 증폭기(150)는 상기 듀플렉서(130)에서 수신된 제2경로신호를 잡음은 억제하고 신호 성분만을 증폭하게 되고, 주파수 혼합기(170)는 상기 저잡음 증폭기(150)에서 수신한 신호와 국부 발진기(160)에서 출력되는 국부 발진 신호를 혼합하여 중간주파수를 검파하게 된다.

이렇게 검파되는 중간주파수는 중간주파 증폭기(180)에 의해 소정 레벨로 증폭된 후 신호 분배기(190)를 통해 수신 신호로 후단의 신호처리 장치에 전달되며, 동시에 커플링을 통해 분리되어 레벨 검출 및 경로 선택기(210)에 전달된다.

상기 레벨 검출 및 경로 선택기(210)는 커플링되어 입력되는 수신신호의 레벨을 검출하고, 그 검출 레벨과 기준 레벨을 비교하여 수신신호의 상태를 확인한다. 상기 확인 결과 검출 레벨이 기준 레벨 이상일 경우에는 현재의 지향 방향에 의해 수신된 신호가 양호한 상태이므로(수신 감도가 좋은 상태) 현재의 지향 방향을 유지한다.

그러나 상기 확인 결과 검출 레벨이 기준 레벨 이하일 경우에는, 수신 감도가 저하된 경우이므로 다른 방향(다른 경로)의 신호를 수신하기 위해서 제1 경로 선택신호는 온시키고, 제2 경로 선택신호를 오프시키는 제어 동작을 수행한다.

즉 본 발명은 수신기(휴대용 무선 단말기)가 이동 중에 전파 골짜기에 위치하여 수신되는 신호레벨이 극도로 약해져서 통화 불능이 되는 경우는 고속으로 그 레벨을 감지하여 또 다른 방향의 수신신호를 선택토록 하는 방법으로, 하나의 지향성 안테나만으로도 방향성 다이버시티를 구현하게 된다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 하나의 지향성 안테나를 구비하고, 단말기의 내부에 이미 구현되어 있는 체적이 큰 도체인 PCB나 밧데리의 동박 패턴을 이용하여 상기 지향성 안테나의 지향성을 변경하는 방법으로, 서로 다른 경로의 신호 수신이 가능해지고, 이로 인해 하나의 안테나로 방향성 다이버시티를 구현할 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 수신 및 송신 신호 절체를 위한 듀플렉서, 송신 신호의 전력 증폭을 위한 고전력 증폭기(HPA), 수신 신호의 증폭을 위한 저잡음 증폭기(LNA), 저잡음 증폭기의 신호와 국부 발진기의 출력신호를 혼합하여 중간주파수를 검파하는 주파수 혼합기(믹서), 상기 주파수 혼합기에서 출력되는 중간주파 신호를 증폭하는 중간주파 증폭기,

   지향성을 변경하기 위한 제1 및 제2 도체와;

   상기 제1 및 제2 도체와 접지와의 연결 상태에 따라 지향성이 변경되며, 해당 방향의 경로를 통해서 무선 신호를 수신하여 상기 듀플렉서에 전달하는 지향성 안테나와;

   상기 중간주파 증폭기에서 출력되는 수신 신호를 분배해주는 신호 분배기와;

   상기 신호 분배기에서 얻어지는 신호의 레벨을 검출하고, 그 검출 레벨에 따라 수신 신호의 경로를 선택하기 위한 제1 및 제2 경로 선택신호를 발생하는 레벨 검출 및 경로 선택기로 이루어진 공지기술의 휴대용 무선 단말기에 있어서,

   상기 레벨 검출 및 경로 선택기는 출력되는 제1 및 제2 경로 선택신호에 대응하게 스위칭 동작을 하여 상기 제1 및 제2 도체와 상기 지향성 안테나를 선택적으로 접속시켜 지향성이 변경되도록 하는 제1 및 제2 스위치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 휴대용 무선 단말기의 방향성 다이버시티 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 도체는,

   휴대용 무선 단말기의 내부 회로 부분이 장착되는 체적이 큰 인쇄회로기판(PCB) 또는 밧데리의 동박 패턴과는 RF적으로 분리된 도체인 것을 특징으로 하는 휴대용 무선 단말기의 방향성 다이버시티 장치.
3. 삭제

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