KR100693745B1 - 다이버시티를 활용한 무선 이동통신용 중계기 - Google Patents

Abstract

다이버시티를 활용한 고이득, 고출력의 무선 이동통신용 중계기를 개시한다. 이를 위하여, 이 중계기는, 기지국으로부터 수신된 신호를 분주하고, 상기 분주된 신호를 증폭하여 서로 이격된 2개의 송신 안테나를 통해 각각 출력하는 송신단; 및 서로 이격된 2개의 수신 안테나를 통해 이동단말기로부터 수신된 신호를 증폭하여 상기 기지국으로 전송하는 수신단;을 포함함으로써, 시간 및 공간 다이버시티를 제공하여, 인빌딩 서비스의 파일럿 폴류션(Pilot Pollution)를 개선하고, 콜드랍(Call Drop) 및 핸드오프를 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

중계기, 시간 다이버시티(time diversity), 공간 다이버시티(space diversity)

Description

다이버시티를 활용한 무선 이동통신용 중계기{REPEATER FOR RADIO MOBILE SERVICE WITH DIVERSITY}

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면 들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동통신 중계 시스템을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중계기를 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명*

100: 기지국 200: 중계기

210: 분주기 211,212,213,214: 딜레이 소자

221,231: 증폭기 222,232: 감쇄기

240,245: 선형전력증폭기 250,255: 선형잡음증폭기

261,262,263,264: 대역통과필터 300: 이동단말기

본 발명은 무선 이동통신 기지국과 이동단말기 사이에 신호 중계역할을 수행하는 중계기에 관한 것으로, 특히 송수신 시, 시간 및 공간 다이버시티 기능을 이용한 고이득, 고출력의 무선 이동통신용 중계기에 관한 것이다.

중계기는 기지국으로부터 여러 가지 방법(RF케이블, 광케이블, 공중선을 이용한 에어 링크 등)을 통해 전달된 신호를 수신한 후 적절한 증폭 및 여파 과정 등의 내부 신호 처리를 거쳐 이동단말기를 향한 안테나를 통해 이동단말기로 신호를 전송한다. 또한, 중계기는 이동단말기로부터 전달된 신호를 적절한 증폭 및 여파, 시간 지연 등의 내부 신호 처리를 거쳐 상기 기지국 대향 통신방식(RF케이블, 광케이블, 에어링크 등)을 통해 기지국으로 신호를 전달하는 역할을 한다.

일반적으로, 무선링크 방식은 설치 시공의 편리성 및 경제성 등을 위해 상기 중계기 내부에는 듀플렉서 또는 서큘레이터 등의 송수신 분리장치가 설치되어 있어 중계기의 동일한 하나의 안테나를 기지국 대향 송/수신 안테나로서 사용하고 있다. 마찬가지로, 중계기의 이동단말기 대향 송/수신 안테나는 송수신 시간 다이버시티를 위해 3개 이상의 안테나를 사용하고 있다.

현재 대부분의 중계기 안테나는 지상으로부터 수 미터 정도의 높이에 설치되어 있으므로, 통상 중계기와 기지국 또는 중계기와 이동단말기 사이에는 직선경로(Line Of Sight : 이하 " LOS" 로 칭함)가 형성되지 않는다. 또한, 이러한 기존의 중계기는 이동이 불가능한 고정된 형태로 설치되고 하나의 송/수신용 안테나를 가지고 있기 때문에 중계기와 기지국 또는 중계기와 이동단말기 사이에 위치하는 건 물 또는 이동 차량과 같은 전파 장애물이 존재하게 되어 직선경로가 아닌 다중경로를 통해 신호가 수신되고, 이러한 다중 경로를 통해 수신된 신호에는 경로 변경에 의한 수신 위상차로 인해 수신 신호 감쇄 현상이 발생하게 된다. 이러한 현상을 '페이딩' 이라 하는데, 페이딩 현상에는 대기중 공기 밀도 변화에 의해 발생하는 소위 대류권 페이딩과 두 개 이상의 다른 경로를 통해 수신됨으로 인해 발생하는 소위 전리층 페이딩 등이 알려져 있다.

이러한 페이딩을 극복하기 위한 방법으로서 공간 다이버시티(space diversity), 주파수 다이버시티(frequency diversity), 편파 다이버시티 (polarization diversity), 시간 다이버시티(time diversity) 및 경로 다이버시티(path diversity) 등과 같은 다양한 다이버시티 방법이 사용되고 있다. 이러한 다이버시티 방법은 본 발명의 기술분야에서 공지된 기술이므로 이들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 이동 통신망 시스템은 서비스 지역을 여러 개의 셀로 나누어 주파수 재사용도를 높이고 있으며, 각각의 셀에는 무선 기지국을 두어 각 셀 영역을 커버하고 있다. 그러나, 서비스 지역 중에는 지하 또는 터널 등과 같이 수신 신호의 강도가 약해지고 통신 품질이 떨어지는 전파 음영지역(dead zone)이 존재하게 된다. 이런 지역에서는 통화 품질이 극히 나쁘거나 아예 통화가 불가능하게 되는데, 이런 지역에서도 통화가 가능하도록 하는 방법의 하나로 상기 음영지역에 중계기를 설치하는 방법이 사용되고 있다. 이와 더불어, 전기나 전송로 공급이 불가능한 등산로, 해상항로, 도서 및 인빌딩 등과 같은 특수지역에 대한 통화품질의 불량해소의 필요 성이 증대된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 송수신 양방향에 시간 및 공간 다이버시티 기법을 활용한 무선 이동통신용 중계기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따라 무선 이동통신용 중계기가 제공되며: 이 중계기는, 기지국으로부터 수신된 신호를 분주하고, 상기 분주된 신호를 증폭하여 서로 이격된 2개의 송신 안테나를 통해 각각 출력하는 송신단; 및 서로 이격된 2개의 수신 안테나를 통해 이동단말기로부터 수신된 신호를 증폭하여 상기 기지국으로 전송하는 수신단;을 포함한다.

상기 구성에서, 상기 송신단은, 상기 기지국에서 전송된 신호를 수신하여 분주하는 적어도 하나의 분주기; 상기 시간 지연된 신호 중 하나를 입력받아 필요한 정보가 담긴 신호만을 증폭하는 적어도 하나의 증폭기; 상기 증폭기에서 증폭된 신호 가운데 필요한 정보 이외의 신호를 감쇄하는 적어도 하나의 감쇄기; 상기 감쇄기를 통과한 신호를 소정 전력 이상의 RF 신호로 증폭시키는 적어도 하나의 선형전력증폭기; 및 상기 송신 안테나를 각각 포함하며, 상기 선형전력증폭기에 의해 RF증폭된 신호의 필요 대역의 신호만 통과시키는 적어도 하나의 대역통과필터를 포함한다.

상기 구성에서, 상기 분주기의 출력단에는 분주된 신호에 시간 지연을 주는 적어도 하나 이상의 딜레이 소자;를 더 포함한다.

상기 구성에서, 상기 수신단은, 상기 수신 안테나를 각각 포함하며, 상기 이동단말기에서 전송된 신호를 수신하여 필요 대역의 신호만 통과시키는 적어도 하나의 대역통과필터; 및 상기 대역통과된 신호 가운데 유효한 정보를 상기 기지국에 전송할 수 있을 정도로 소정 전력이상으로 증폭하는 선형잡음증폭기;를 포함한다.

상기 구성에서, 상기 선형잡음증폭기의 출력단에는 증폭된 신호에 시간 지연을 주는 적어도 하나 이상의 딜레이 소자; 더 포함한다.

이하에서는, 첨부도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 또는 유사한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 부여하였다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동통신 중계 시스템을 나타내는 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 후술할 이동단말기와 무선신호를 송수신하는 기지국(100); 상기 기지국(100)과 연결되어 상기 기지국(100)으로부터 전송되는 신호세기를 2배 가량 증폭하여 전송하며, 산이나 강, 계곡 등과 같은 음영지역 해소를 위한 중계기(200); 및 상기 기지국(100)에 무선 접속하는 이동단말기(300)를 포함한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중계기를 나타내는 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 중계기는, 분주기(210), 상기 분주기(210) 의 출력단에 구비된 딜레이 소자(211,212), 상기 딜레이 소자(211,212)를 통해 시 간 지연된 신호를 각각 증폭하는 적어도 하나 이상의 증폭기(221, 231); 감쇄기(222, 232); 선형전력증폭기(240, 245); 선형잡음증폭기(250, 255); 및 대역통과필터(261, 262, 263, 264)를 포함한다.

상기 선형전력증폭기(LPA, Linear Power Amplifier)(240, 245)는 선형성을 가진 고출력 증폭기이며, 중계기(200)에서 이동단말기(300)로 유효한 정보를 RF 신호에 실어 보내려면 소정 전력 이상의 RF 신호로 증폭시킨 후 쏘아 주기 위하여 사용된다.

상기 선형잡음증폭기(LNA, Linear Noise Amplifier)(250, 255)는 잡음지수가 낮도록 설계된 증폭기를 의미하며, 상기 중계기(200)에서 수신된 신호 가운데 유효한 정보를 기지국(100)에 전송할 수 있을 정도로만 증폭한다. 한편, 선형잡음증폭기(250, 255)의 출력단에는 각각 딜레이 소자(213, 214)가 구비됨에 따라, 일정 시간 지연된 신호를 상기 기지국(100)으로 전송한다.

이하, 본 발명의 바람직할 실시예에 따른 중계기의 동작을 설명한다.

먼저, 송신할 신호를 기지국(100)에서 중계기(200)로 전송한다. 이때, 송신 다이버시티를 높이기 위하여 중계기(200)의 분주기(210)에서 상기 송신신호를 분주한다. 분주된 신호에 지연 소자(211, 212)를 통해 시간 지연을 주고, 그런 다음, 정보가 담긴 대역의 신호를 증폭기(221, 231)를 통해 증폭하고, 상기 대역 이외의 신호는 감쇄기(222, 232)를 통해 감쇄시킨다. 이어, 선형전력증폭기(240, 245)를 통해 소정 전력이상의 RF신호로 증폭시킨 후, 방사된다. 이때, 중계기(200)는 분주기(210)의 출력단에 구비된 지연 소자(211, 212)를 통해 분주기(210)에서 출력된 각각의 신호의 시간 지연을 보상하여, 페이딩이 적은 신호를 만들고, 아울러, 공간상 서로 이격된 송신 안테나(Tx0, Tx1)를 통해 페이딩 특성이 서로 독립적인 신호를 출력한다.

한편, 수신된 신호는 중계기(200)에서 기지국(100)으로 전송된다. 이를 위하여, 선형잡음증폭기(250, 255)를 통해 수신된 신호 가운데 유효한 정보를 증폭하여 딜레이 소자(213, 214)를 통해 소정의 시간 지연 후, 기지국(100)에 전송한다. 이때, 중계기(200)는, 공간상 서로 이격된 수신 안테나(Rx0, Rx1)를 통해 페이딩 특성이 서로 독립적인 신호를 수신하며, 아울러, 선형잡음증폭기(250,255)의 출력단에 구비된 딜레이 소자(213,214)를 통해 신호의 시간 지연을 보상하여, 페이딩이 적은 신호를 만든다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 송수신 단에 시간 및 공간 다이버시티를 제공함으로써, 인빌딩 서비스의 파일럿 폴류션(Pilot Pollution)를 개선하고, 콜드랍(Call Drop) 및 핸드오프를 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 인빌딩 서비스를 위해 새로운 건물을 선택하거나, 케이블 및 안테나 설치공사가 필요 없으므로 경제성이 높아지는 효과가 있다.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.

Claims (5)

1. 무선 이동통신용 중계기에 있어서,

   기지국으로부터 수신된 신호를 분주하고, 상기 분주된 신호를 증폭하여 서로 이격된 2개의 송신 안테나를 통해 각각 출력하는 송신단 - 상기 송신단은,

   상기 기지국에서 전송된 신호를 수신하여 분주하는 적어도 하나의 분주기;

   상기 분주기의 출력단에서 상기 분주된 신호에 시간 지연을 주는 적어도 하나 이상의 딜레이 소자;

   상기 시간 지연된 신호 중 하나를 입력받아 필요한 정보가 담긴 신호만을 증폭하는 적어도 하나의 증폭기;

   상기 증폭기에서 증폭된 신호 가운데 필요한 정보 이외의 신호를 감쇄하는 적어도 하나의 감쇄기;

   상기 감쇄기를 통과한 신호를 소정 전력 이상의 RF 신호로 증폭시키는 적어도 하나의 선형전력증폭기; 및

   상기 송신 안테나를 각각 포함하며, 상기 선형전력증폭기에 의해 RF 증폭된 신호의 필요 대역의 신호만 통과시키는 적어도 하나의 대역통과필터를 포함함 - ; 및

   서로 이격된 2개의 수신 안테나를 통해 이동단말기로부터 수신된 신호를 증폭하여 상기 기지국으로 전송하는 수신단 - 상기 수신단은,

   상기 수신 안테나를 각각 포함하며, 이동단말기에서 전송된 신호를 수신하여 필요 대역의 신호만 통과시키는 적어도 하나의 대역통과필터;

   상기 대역통과된 신호 가운데 유효한 정보를 상기 기지국에 전송할 수 있을 정도로 소정 전력이상으로 증폭하는 선형잡음증폭기; 및

   상기 선형잡음증폭기의 출력단에서, 상기 증폭된 신호에 시간 지연을 주는 적어도 하나 이상의 딜레이 소자를 포함함 - ;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이버시티를 활용한 무선 이동통신용 중계기.
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