KR100694631B1 - 시분할 복신 방식에서 ｒｆ 중계기의 사용을 위한 ｒｆ신호의 유무를 검출하는 방법 및 장치 - Google Patents

시분할 복신 방식에서 ｒｆ 중계기의 사용을 위한 ｒｆ신호의 유무를 검출하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 Rf 신호의 유무를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 기지국으로부터 전송되는 상기 RF 신호를 상기 RF 중계기에 장착된 안테나를 통해 입력받는 커플러; 상기 커플러로부터 입력받는 상기 RF 신호를 일정 지연 시간 동안 저장하였다가 출력하는 지연 장치; 및 상기 커플러로부터 상기 RF 신호 성분이 동일하게 포함된 판별용 RF 신호를 수신하되, 기 설정된 기준 지속 시간 동안 상기 판별용 RF 신호의 세기가 기 설정된 값을 초과하거나 상기 판별용 RF 신호의 세기가 상기 기 설정된 값을 초과하는 일련의 상기 판별용 RF 신호의 개수가 기 설정된 기준 개수를 초과하면 상기 RF 신호는 정보량이 포함된 유효 RF 신호라고 판단하는 RF 신호 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 검출 장치을 제공한다.
본 발명에 의하면 시분할 복신 방식에서도 RF 신호를 정확하게 검출하고, RF 신호의 왜곡 문제를 해결하는 RF 중계기를 사용할 수 있게 된다.
시분할 복신, RF 중계기, 다중 경로 페이딩, 지연 장치, 신호 감지 프로그램

Description

시분할 복신 방식에서 ＲＦ 중계기의 사용을 위한 ＲＦ 신호의 유무를 검출하는 방법 및 장치{Method and Apparatus for Radio Frequency Signal Detection RF repeater in Time Division Duplex}
도 1은 RF 중계기를 시분할 복신 방식에 적용할 경우에 예상되는 RF 중계기의 내부 구조를 간략하게 나타낸 블럭도,
도 2는 RF 신호의 전파 과정에서 발생하는 다중 경로 페이딩에 의한 RF 신호의 왜곡 현상을 나타낸 예시도,
도 3a는 RF 중계기에 이용되는 스위칭 신호의 구조를 나타낸 도면이고, 도 3b는 RF 신호와 스위칭 신호의 혼합 과정을 나타낸 도면,
도 4는 시분할 복신 방식에 RF 중계기를 사용하여 RF 신호를 검출하는 원리를 설명하기 위한 개념도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 시분할 복신 방식에 사용되는 RF 중계기의 내부 구조를 간략하게 나타낸 블럭도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 RF 신호 감지부의 기능별 내부 구성을 간략하게 나타낸 블럭도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 스위치에서의 RF 신호와 스위칭 신호의 혼합 문제를 해결하기 위한 RF 신호와 스위칭 신호의 타이밍 관계를 나타낸 도면이 다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 500 : RF 중계기 110 : 제 1 안테나
120 : 제 1 스위치 130 : 제 1 수신 증폭기
132 : 제 2 발신 증폭기 140 : 제 1 지연 장치
142 : 제 2 지연 장치 150 : 제 1 발신 증폭기
152 : 제 2 수신 증폭기 160 : 제 2 스위치
170 : 제 2 안테나 510 : 신호 감지 및 스위칭 모듈
511 : 커플러 512 : 지연 장치
513 : RF 신호 감지부 630 : 비교기
640 : 마이크로프로세서 650 : 프로그램 저장부
660 : 데이터 저장부 670 : 기준 전압 설정부
680 : 기준 전압 발생부
본 발명은 시분할 복신 방식(TDD : Time Division Duplex)에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호의 유무를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, RF 중계기에서 기 설정된 기준 값을 초과하는 RF 신호가 기 설정된 지속 시간 동안 계속적으로 검출되면 RF 신호를 수신하고 있다고 판단하고, 스위칭 신호를 생성 및 전송하는 RF 신호 검출 장치를 내장한 RF 중계기에 관한 것이다.
최근 들어, 전자 및 통신 기술의 비약적인 발전에 따라 무선통신 단말기를 이용한 이동통신 서비스는 다양한 무선 접속 방식에 맞추어 서비스 구현 기술 또한 상이하게 개발되어 발전되고 있다. 이동통신 시스템은 무선 접속 방식에 따라 시분할 다중접속(TDMA : Time Division Multiple Access), 주파수 분할 다중접속(FDMA : Frequency Division Multiple Access) 및 코드 분할 다중접속(CDMA : Code Division Multiple Access)으로 분류된다.
특히, CDMA 방식은 세계에서 최초로 우리나라에서 상용 서비스가 실시되어 기술 개발이 비약적으로 이루어진 방식이다. 이러한 CDMA 이동통신 시스템은 크게 이동통신 단말기(MS : Mobile Station), 무선 기지국(BS : Base Station) 및 이동통신 교환국(MSC : Mobile Switching Center)을 포함하여 구성된다. 또한, 무선 기지국은 기지국 제어기(BSC : Base Station Controller), 기지국 전송기(BTS : Base Transceiver Station), 중계기(Repeater) 등으로 구성되고, 이동통신 교환국은 홈 위치 등록기(HLR : Home Location Register), 방문자 위치 등록기(VLR : Visitor Location Register) 등과 연동한다.
이와 같이 CDMA 이동통신 시스템 상에는 많은 장비들이 설치되어 운용되고 있는데, 특히 중계기는 차폐된 공간이나 지하 상가, 터널, 지하 주차장 등과 같은 소규모의 전파 음영 지역 등 무선 기지국을 신설하거나 전파 중계 차량을 운용하기 부적합한 지역에서 주로 설치되는 장비이다. 중계기는 차폐된 공간이나 음영 지역에 상존하는 다양한 신호 중에서 중계하고자 하는 신호를 추출하고, 저잡음으로 증 폭한 후 재증폭 안테나를 통해 방사하는 방식을 이용하여 전파 음영 지역에서의 이동통신 서비스의 이용을 가능하게 한다.
이러한 중계기는 무선 기지국의 RF(Radio Frequency) 신호를 광신호로 변환한 뒤 광선로를 따라 전송하는 광중계기, RF 신호를 사용되고 있지 않는 다른 주파수 영역의 신호로 변환하여 전송하는 주파수 변환 중계기, RF 신호를 마이크로웨이브 신호의 영역으로 변환하여 전송하는 M/W(MicroWave) 중계기, RF 신호를 레이저 신호로 변환하여 전송하는 레이저 중계기 등으로 분류될 수 있다. 또한, 중계기는 설치되는 장소, 커버해야 하는 영역이나 신호의 양에 따라 대형, 중형, 소형, 초소형, 극초소형 등으로 구분되어 설치되고 있다.
한편, 이동통신 시스템의 3세대(3G)인 IMT-2000은 시분할 다중접속 방식을 기초로 한 무선 접속 방식을 이용하여 무선 기지국과 이동통신 단말기가 신호를 송신 또는 수신할 때 송신 주파수와 수신 주파수를 다르게 하는 주파수 분할 복신 방식과 송신 및 수신 주파수를 같이 이용하는 시분할 복신 방식으로 나누어진다.
주파수 분할 복신(FDD : Frequency Division Duplex) 방식은 송수신 주파수의 간격이 있어서 2개의 주파수 대역을 할당받아 통신하는 방식이며, 시분할 복신(TDD : Time Division Duplex) 방식은 단일 주파수의 시간적인 분배에 의하여 무선 기지국과 이동통신 단말기간에 신호를 송수신하는 방식이다. 즉, 시분할 복신 방식은 순방향과 역방향의 트래픽(Traffic)의 양에 따라 각 방향에 할당하는 시간 슬롯(Time Slot)의 비율을 조절함으로써 통화가 이루어진다. 시분할 복신 방식은 주파수 분할 복신 방식에 비해 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 장점이 있어, 현재 연구 개발이 진행 중에 있다.
도 1은 RF 중계기를 시분할 복신 방식에 적용할 경우에 예상되는 RF 중계기(100)의 내부 구조를 간략하게 나타낸 블럭도이다.
도 1에 도시된 RF 중계기(100)는 제 1 안테나(110), 제 1 스위치(120), 제 1 수신 증폭기(130), 제 1 지연 장치(140), 제 1 발신 증폭기(150), 제 2 스위치(160) 및 제 2 안테나(170)를 포함하여 구성되어 순방향 신호를 처리한다. 또한, 도 1에 도시된 RF 중계기(100)는 제 1 안테나(110), 제 1 스위치(120), 제 2 발신 증폭기(132), 제 2 지연 장치(142), 제 2 수신 증폭기(152), 제 2 스위치(160) 및 제 2 안테나(170)를 포함하여 구성되어 역방향 신호를 처리한다.
먼저, 순방향 신호의 처리 과정을 살펴보면 제 1 안테나(110)가 무선 기지국(BS : Base Station)으로부터 전송되는 RF 신호를 수신하는 경우 제 1 스위치(120)가 제 2 발신 증폭기(132)로 스위칭된 상태라면 스위칭을 수행하여 제 1 수신 증폭기(130)로 수신 RF 신호를 전달한다. 제 1 수신 증폭기(130)는 제 1 안테나(110)가 수신한 미약한 수신 RF 신호를 증폭시켜 제 1 지연 장치(140)로 전달한다.
앞에서 설명하였듯이, 시분할 복신 방식에서는 송수신 주파수가 동일하고, 시간 슬롯을 조절하여 신호를 전송하는데, 제 1 지연 장치(140)가 수신 RF 신호를 일시 저장하였다가 시간 슬롯을 조절하여 제 1 발신 증폭기(150)로 전달하는 기능을 수행한다. 시간 지연된 수신 RF 신호를 수신한 제 1 발신 증폭기(150)는 제 2 스위치(160)의 스위칭 작업을 거친 후, 제 2 안테나(170)를 통해 이동국(MS : Mobile Station)으로 전송한다.
역방향 신호의 처리 과정은 제 2 안테나(170)가 이동국으로부터 전송되는 RF 신호를 수신하여 제 2 스위치(160)의 스위칭 작업을 통해 제 2 수신 증폭기(152)로 전달한다. 제 2 수신 증폭기(152)는 전달받은 미약한 RF 수신 신호를 증폭하여 전달하고, 제 2 지연 장치(142)가 제 1 지연 장치(140)와 유사하게 시간 지연을 시켜 제 2 발신 증폭기(132)로 전달한다. 시간 지연된 수신 RF 신호를 수신한 제 2 발신 증폭기(132)는 제 1 스위치(160)의 스위칭 작업을 거친 후, 제 1 안테나(110)를 통해 무선 기지국으로 전송된다.
즉, 종래 RF 중계기를 시분할 복신 방식에 적용하는 경우 RF 신호의 송신 및 수신 과정에서 동일한 주파수 대역을 이용하므로 스위칭 작업이 반드시 필요하게 된다. 따라서, RF 중계기에서의 각 스위치들의 스위칭 작업을 위해서는 스위칭 신호(Switching Signal)가 반드시 필요하기 때문에 별도의 주파수를 추가적으로 할당하여 스위칭 신호를 전송해야 하는 단점이 발생한다. 더군다나 현재 이동통신 시스템에서는 남아 있는 주파수 자원(FA : Frequency Assignment)이 거의 없기 때문에 새로운 주파수 자원을 증설해야 한다. 하지만, 새로운 주파수 자원의 증설에는 막대한 비용이 들어가므로 경제적인 부담이 크게 발생하는 문제점이 있다.
도 2는 RF 신호의 전파 과정에서 발생하는 다중 경로 페이딩(Multi-path Fading)에 의한 RF 신호의 왜곡 현상을 나타낸 예시도이다.
도 1에서 설명한 RF 중계기 내의 각 스위치가 스위칭 작업을 수행하기 위해서는 주파수 대역 내에 수신 RF 신호의 존재 유무를 검출하여 스위칭 작업의 수행 여부를 결정해야 한다. 하지만 기지국 전송기(BTS : Base-station Transceiver Subsystem)(220)의 안테나(210)에서 전송되는 RF 신호는 중계기(240)의 안테나(230)에 수신되는 과정에서 다중 경로 페이딩에 의해 신호 왜곡이 발생하게 된다. 여기서, 다중 경로 페이딩은 중계기나 이동국의 안테나 높이가 주변에 있는 고층 건물보다 낮고, 전파의 파장이 주변 구조물의 크기보다 작기 때문에 발생하는 신호 왜곡 현상이다. 다중 경로 페이딩으로 인해 중계기(240)에서의 수신 전파는 다중 경로를 거쳐 도달하는 여러 신호들의 전계 강도의 합으로 나타나므로 (2a)에서의 원신호가 (2b)처럼 왜곡되어 나타나게 된다.
이러한 RF 신호의 전파 과정에서 발생하는 다중 경로 페이딩에 의한 신호 왜곡이라는 문제점은 RF 중계기가 수신하는 RF 신호의 존재 유무를 판단함에 있어서 오류를 발생시키는 원인이 되고, 이에 따라 스위칭 작업에까지 오류가 발생하게 된다.
도 3a는 RF 중계기에 이용되는 스위칭 신호의 구조를 나타낸 도면이고, 도 3b는 RF 신호와 스위칭 신호의 혼합 과정을 나타낸 도면이다.
도 3a를 보면 알 수 있듯이, 스위칭 신호는 완전한 구형파가 아니라 신호가 지수함수적으로 증가 및 감소하는 Tup 영역 및 Tdown 영역과 일정한 값을 갖는 Thold 영역으로 이루어져 있다. 즉, 스위치에서의 스위칭이 작업이 완료되기까지는 최소 Tup 시간이 필요하게 된다.
한편, 도 3b는 RF 중계기에서의 주파수 f1을 갖는 수신 RF 신호와 주파수 f2 를 갖는 스위칭 신호가 인가되는 스위치의 Tup 영역이나 Tdown 영역에서 출력되는 신호의 주파수 성분을 보여주고 있다. 즉, 스위치로 전달되는 RF 신호의 신호 존재 구간이 도 3a의 Thold 영역 내에 존재하는 경우에는 스위치에서의 RF 신호와 스위칭 신호의 혼합으로 인한 신호 왜곡의 문제가 발생하지 않지만, 스위칭 신호의 Tup 영역이나 Tdown 영역 내에 존재하는 경우에는 RF 신호에 왜곡이 발생하는 문제점이 생긴다. 이러한 왜곡은 도 3b에 도시된 것처럼 RF 신호 및 스위칭 신호의 두 주파수 성분이 혼합인 f1-f2 또는 f2-f1로 나타나게 된다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 RF 중계기에서 기 설정된 기준 값을 초과하는 RF 신호가 기 설정된 지속 시간 동안 계속적으로 검출되면 RF 신호를 수신하고 있다고 판단하고, 스위칭 신호를 생성 및 전송하는 RF 신호 검출 장치를 내장한 RF 중계기를 제시하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 목적에 따르면 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호의 수신 유무를 검출하는 RF 신호 검출 장치로서, 무선 기지국으로부터 전송되는 상기 RF 신호를 상기 RF 중계기에 장착된 안테나를 통해 입력받는 커플러; 상기 커플러로부터 입력받는 상기 RF 신호를 일정 지연 시간 동안 저장하였다가 출력하는 지연 장치; 및 상기 커플러로부터 상기 RF 신호 성분이 동일하게 포함된 판별용 RF 신호를 수신하되, 기 설정된 기준 지속 시 간 동안 상기 판별용 RF 신호의 세기가 기 설정된 값을 초과하거나 상기 판별용 RF 신호의 세기가 상기 기 설정된 값을 초과하는 일련의 상기 판별용 RF 신호의 개수가 기 설정된 기준 개수를 초과하면 상기 RF 신호는 정보량이 포함된 유효 RF 신호라고 판단하는 RF 신호 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 검출 장치을 제공한다.
본 발명의 제 2 목적에 의하면 시분할 복신 방식에서 RF 신호의 수신 유무를 검출하여 상기 RF 신호의 중계 기능을 수행하는 RF 중계기로서, 무선 기지국으로부터 송출되는 상기 RF 신호를 수신하는 제 1 안테나; 상기 제 1 안테나로부터 상기 RF 신호를 수신하고, 수신한 상기 RF 신호의 세기를 측정하여 수신한 상기 RF 신호가 정보량이 포함된 유효 RF 신호인지의 여부를 판단하는 RF 신호 검출부; 상기 RF 신호 감지부로부터 스위칭 신호를 수신하여 순방향 전송부와 역방향 전송부 간의 스위칭을 수행하는 제 1 스위치; 이동국으로부터 송출되는 RF 신호를 수신하는 제 2 안테나; 및 상기 제 2 안테나에 연결되어 상기 순방향 전송부와 상기 역방향 전송부 간의 스위칭을 수행하는 제 2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에 사용되는 RF 중계기
본 발명의 제 3 목적에 따르면 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호의 수신 유무를 검출하는 RF 신호 감지 방법으로서, (a) 무선 기지국으로부터 전송되는 상기 RF 신호를 수신하는 단계; (b) 상기 RF 신호의 세기가 기 설정된 기준 값을 초과하는지를 판단하는 단계; (c) 상기 세기가 상기 기준 값을 초과하는 상기 RF 신호가 검출되는 검출 시간이 기 설정된 기준 지속 시간을 초과하 는지를 판단하는 단계; 및 (d) 스위칭 신호를 생성하고, 스위치로 전송하여 스위칭 작업을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 감지 방법을 제공한다.
본 발명의 제 4 목적에 따르면 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호의 수신 유무를 검출하는 RF 신호 감지 방법으로서, (a) 무선 기지국으로부터 전송되는 상기 RF 신호를 수신하는 단계; (b) 상기 RF 신호의 세기가 기 설정된 기준 값을 초과하는지를 판단하는 단계; (c) 상기 세기가 상기 기준 값을 초과하는 상기 RF 신호의 개수 기 설정된 기준 개수를 초과하는지를 판단하는 단계; 및 (d) 스위칭 신호를 생성하고, 스위치로 전송하여 스위칭 작업을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 감지 방법을 제공한다.
이하에서는 첨부되는 도면을 참고로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 시분할 복신 방식에 RF 중계기를 사용하여 RF 신호를 검출하는 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
무선 기지국으로부터 송출되어 RF 중계기가 수신하는 RF 신호는 앞에서 설명하였듯이 다중 경로 페이딩의 영향으로 신호가 왜곡된다. 즉, 도 4에 도시된 것처럼 다중 경로 페이딩에 의해 원신호의 파형이 변형되고, 신호의 세기가 증가하거나 감소되어 수신된다. 또한, 신호가 없는 구간에서도 다중 경로에 의해 RF 중계기에 도착하는 RF 신호의 도착 시간의 차이에 의해 다른 신호, 즉 잡음이 존재하게 된다.
따라서, 수신하는 신호의 세기를 이용하여 RF 신호의 수신 여부를 감지하는 RF 중계기는 다중 경로 페이딩에 의해 원신호가 세기가 증가하는 정도를 고려하여 RF 신호의 수신 여부 판단 기준 값(이하, '기준 값'이라 칭함)을 적절하게 설정하는 것이 바람직할 것이다.
예를 들어 설명하면, 도 4에서 기준 값으로서 기준 값 1이 설정되는 경우 RF 신호가 존재하는 경우에도 극히 적은 개수의 RF 신호만 감지하고 대부분의 RF 신호를 감지하지 못하게 된다. 또한, 기준 값으로서 기준 값 3이 설정된 상태에서 RF 신호가 존재하는 경우 모든 RF 신호를 감지할 수는 있지만, RF 신호가 존재하지 않는 경우에도 RF 신호가 존재하는 것으로 잘못 감지하는 문제점이 발생할 수 있다.
반면, 기준 값으로서 기준 값 2가 설정되는 경우 존재하는 RF 신호를 거의 대부분 감지할 수 있고, 잡음만이 존재하는 경우에는 RF 신호가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있을 것이다.
하지만, 실제 이동통신 환경에서 다중 경로 페이딩에 의한 RF 신호의 왜곡 정도를 정확하게 계산하는 것이 어렵고, RF 중계기가 설치되는 위치, 시시각각 변 하는 이동통신 환경 등의 요인으로 인하여 정확한 기준 값을 설정하는 것은 매우 어렵게 된다. 따라서, RF 중계기에서의 기준 값을 다수의 테스트(Test)를 거쳐 실험적으로 구하되, 보다 정확한 RF 신호의 감지를 위해 본 발명에 따른 신호 감지 알고리즘을 이용한다.
본 발명에 따른 신호 감지 알고리즘은 기 설정된 일정 시간 동안 기준 값을 초과하는 신호 개수나 기 설정된 기준 값을 초과하는 신호 지속 시간 등을 이용하여 RF 신호의 수신 여부를 감지하는데, 이에 대해서는 도 5와 함께 더욱 상세하게 설명하겠다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 시분할 복신 방식에 사용되는 RF 중계기(500)의 내부 구조를 간략하게 나타낸 블럭도이다.
본 발명의 실시예에 따른 RF 중계기(500)의 내부 구성은 도 1에서 설명한 RF 중계기(100)의 내부 구성과 유사하되, 제 1 안테나(110)와 제 1 스위치(120) 사이에 신호 감지 및 스위칭 모듈(510)을 더 포함한다. 도 5에서 도 1과 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 이용하였다.
신호 감지 및 스위칭 모듈(510)은 커플러(Coupler)(511), 지연 장치(512), RF 신호 감지부(513) 등을 포함한다.
커플러(511)는 제 1 안테나(110)를 통해 수신하는 RF 신호의 흐름 자체는 방해하지 않으면서도 RF 신호의 특성을 체크하기 위한 RF 신호의 전력을 추출하는 기능을 수행한다. 즉, 커플러(511)는 수신 RF 신호의 전력에 영향을 미치지 않는 범위에서 -30db, -20db 등의 범위에서 아주 작은 전력을 추출하여 RF 신호 감지부(513)로 전달하고, 대부분의 RF 신호는 지연 장치(512)로 전달한다. 물론, 커플러(511)에서 RF 신호 감지부(513)로 입력되는 미약한 수신 RF 신호는 원신호에 비해 신호의 세기만 약해졌을 뿐, 원신호 성분이 모두 포함되어 있다.
지연 장치(512)는 커플러(511)로부터 입력되는 수신 RF 신호의 흐름을 일정 시간 동안 지연시킨 후 출력하는 기능을 수행한다. 따라서, 지연 장치(512)는 입력되는 RF 수신 신호를 일정 시간 동안 저장할 수 있는 소자를 포함하여 구성된다. 지연 장치(512)에서 일정 시간 후에 출력되는 지연 신호는 커플러(511)를 통해 입력된 수신 RF 신호와 본질적으로 동일한 신호이다.
본 발명의 실시예에 따른 지연 장치(512)는 아날로그(Analog) 장치 또는 디지털(Digital) 장치로 구현될 수 있다. 아날로그 장치로는 표면 탄성파 필터(SAW : Surface Acoustic Wave Filter, 이하, 'SAW 필터'라 칭함)가 사용될 수 있다. SAW필터는 통과하는 모든 주파수 대역의 신호들을 거의 동일한 정도로 지연시키는 평탄 그룹 지연(Flat Group Delay) 기능을 제공하므로 본 발명의 실시예에 따른 지연 장치(512)로 사용될 수 있다.
디지털 장치를 사용하는 경우에는 아날로그인 수신 RF 신호를 디지털로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter), 변환된 디지털 신호를 지연시키는 쉬프터(Shifter)와 같은 지연 소자 및 지연된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 DAC(Digital to Analog Converter)를 포함하는 장치로 구성될 수 있을 것이다.
지연 장치(512)에서 수신 RF 신호를 일정 시간 동안 지연시키는 이유는 후술 할 RF 신호 감지부(513)에서의 수신 RF 신호의 감지 및 제 1 스위치(120)에서의 스위칭 시간을 고려하여 수신 RF 신호를 전송하여 제 1 스위치(120)에서 발생할 수 있는 수신 RF 신호와 스위칭 신호의 혼합에 따른 수신 RF 신호의 왜곡을 방지하기 위함이다. 이에 대해서는 도 7과 함께 더욱 상세하게 설명하겠다.
RF 신호 감지부(513)는 커플러(511)로부터 입력되는 미약한 수신 RF 신호를 이용하여 RF 중계기(500)가 잡음이 아닌 실제 RF 신호를 수신하고 있는지의 여부를 판단하는 기능을 수행한다. 또한, RF 신호 감지부(513)는 판단 결과에 따라 RF 신호를 수신하고 있다고 판단되면 소정의 스위칭 신호를 생성하여 제 1 스위치(120)로 인가한다. RF 신호 감지부(513)로부터 스위칭 신호를 인가 받은 제 1 스위치(120)는 스위칭 작업을 수행한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 RF 신호 감지부(513)의 기능별 내부 구성을 간략하게 나타낸 블럭도이다.
본 발명의 실시예에 따른 RF 신호 감지부(513)는 다이오드(610), 콘덴서(620), 비교기(630), 마이크로프로세서(640), 프로그램 저장부(650), 데이터 저장부(660), 기준 전압 설정부(670), 기준 전압 발생부(680) 등을 포함하여 구성된다.
다이오드(610)는 도 5의 커플러(511)로부터 입력되는 미약한 RF 신호를 한쪽 방향으로만 흐르게 한다. 콘덴서(620)는 일측이 다이오드(610)와 병렬로 연결되고, 다른 일측은 접지되어 다이오드(610)로부터 입력되는 RF 신호의 전력을 일시 저장하였다가 전압 값으로서 비교기(630)로 인가하는 기능을 수행한다.
비교기(630)는 (+) 단자를 통해 입력되는 수신 RF 신호의 전압과 (-) 단자를 통해 입력되는 기준 전압을 입력 전압으로 하여 높은 전압('High')이나 낮은 전압('Low')을 출력하는 기능을 수행한다. 비교기는 비반전 입력이 반전된 입력보다 작으면 낮은 전압을 출력하고, 비반전 입력이 반전된 입력보다 크며 높은 전압을 출력한다. 따라서, 비교기(630)는 (-) 단자를 통해 입력되는 수신 RF 신호 전압이 (+) 단자를 통해 입력되는 기준 전압보다 높으면 높은 전압을 출력한다.
마이크로프로세서(640)는 비교기(630)로부터 입력되는 하이 신호의 개수나 하이 신호가 지속되는 시간을 이용하여 RF 신호의 존재 여부를 판단하는 기능을 수행한다. 여기서, 마이크로프로세서(640)는 프로그램 저장부(650)에 저장되어 있는 신호 감지 프로그램을 로딩(Loading)하여 RF 신호의 존재 여부를 판단한다. 또한, 마이크로프로세서(640)는 신호 감지 프로그램을 이용하여 판단한 결과 RF 신호가 존재한다고 판단되면 스위칭 신호를 생성하여 제 1 스위치(120)로 전달한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 신호 감지 프로그램은 소정의 프로그램 언어로 코딩(Coding)된 소프트웨어로서, RF 신호의 존재 여부의 판단 기준이 되는 하이 신호의 기준 개수 및 일련의 하이 신호의 기준 지속 시간에 대한 정보가 포함되어 있다. 따라서, 신호 감지 프로그램은 비교기(630)로부터 마이크로프로세서(640)로 입력되는 하이 신호의 개수가 기준 개수를 초과하거나 입력되는 일련의 하이 신호의 지속 시간을 체크하여 RF 신호의 존재 여부를 판단한다.
여기서, 기준 개수 및/또는 기준 지속 시간은 비교기(630)로 입력되는 기준 전압에 따라 변경될 수 있다. 즉, 비교기(630)로 입력되는 기준 전압이 높아지면 기준 개수 및/또는 기준 지속 시간은 증가하고, 입력되는 기준 전압이 낮아지면 기준 개수 및/또는 기준 지속 시간이 감소한다. 따라서, 프로그램 저장부(650)에 저장되는 신호 감지 프로그램은 마이크로프로세서(640)로 입력되는 기준 전압을 이용하여 기준 개수 및/또는 기준 지속 시간을 자동적으로 조절하는 기능을 수행한다.
데이터 저장부(660)에는 마이크로프로세서(640)가 신호 감지 프로그램을 로딩하여 연산 프로세스(Process)를 수행하는 과정에서 발생하는 임시 변수 등과 같은 임시 데이터를 저장하거나 신호 감지 프로그램의 로딩 공간으로서 기능하는 램(RAM)과 같은 메모리 소자이다.
기준 전압 설정부(670)는 마이크로프로세서(640)의 제어에 의해 기준 전압을 갱신하여 설정하는 기능을 수행한다. 기준 전압 설정부(670)는 설정된 기준 전압 정보를 기준 전압 발생부(680)로 전달한다. 여기서, 마이크로프로세서(640)는 RF 중계기(500)가 설치되는 이동 통신망에서 사용하는 주파수 대역에 따라 기준 전압을 조절하도록 제어한다.
예컨대, 정보통신부고시 제2000-60호에 의하면 1,885 ~ 1,920 MHz 주파수 대역 및 2,010 ~ 2,170 MHz 주파수 대역이 시분할 복신 방식의 IMT-2000 서비스에서 이용하도록 규정되어 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 RF 중계기는 휴대 인터넷(PI : Portable Internet) 서비스를 위해 할당된 2,300 MHz ~ 2,400 MHz 주파수 대역에서도 사용이 가능하다. 여기서, 휴대 인터넷 서비스는 반경 약 500 m ~ 1 Km 에서 이동통신 단말기나 피디에이(PDA) 등으로 무선 인터넷을 이용할 수 있는 서비스를 말한다. 휴대 인터넷 서비스는 반경이 약 50 ~ 100 m인 무선 랜(Wireless LAN)보다 서비스 반경이 훨씬 넓어 실내 및 실외는 물론 이동 중에도 무선 인터넷을 할 수 있는 장점이 있다.
따라서, RF 중계기(500)의 마이크로프로세서(640)는 해당 RF 중계기(500)가 설치되는 이동 통신망에서 이용하는 주파수 대역을 파악하여 기준 전압 설정부(670)로 인가하는 기준 전압 정보를 자동으로 조절하는 기능도 수행한다.
기준 전압 발생부(680)는 기준 전압 설정부(670)로부터 기준 전압 정보를 전달받고, 전달받은 기준 전압 정보에 상응하는 기준 전압을 생성하여 비교기(630)의 (-) 단자로 입력시킨다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 스위치에서의 RF 신호와 스위칭 신호의 혼합 문제를 해결하기 위한 RF 신호와 스위칭 신호의 타이밍 관계를 나타낸 도면이다.
도 3a에서 설명하였듯이, 스위칭 신호는 완전한 구형파가 아니기 때문에 스위치가 스위칭되어 신호를 정확하게 통과시키기 위해서는 도 7에 도시된 Tup(스위칭 개시 소요 시간)만큼의 시간이 필요하다. 물론, 앞에서 설명하였듯이 Tup 구간에 신호가 스위치로 입력되면 신호의 왜곡이 발생한다. 따라서, Tup 후에 스위칭 대상 신호가 스위치로 입력되도록 제어하는 작업이 필요하다.
따라서, 도 5를 함께 참조하여 설명하면 지연 장치(512)는 최소 Tup 이상의 지연 기능을 수행하도록 구성하여 RF 신호를 방사하도록 한다. 스위치에서의 Tup, Thold 및 Tdown은 고정된 값이므로 지연 장치(512)는 입력되는 RF 신호를 최소 Tup 이상 동안 지연시킨 후 지연된 RF 신호를 제 1 스위치(120)로 전달한다. 그러면 제 1 스위치(120)에서 스위칭이 이루어진 후 RF 신호가 입력되므로 Tup 구간에서 스위칭 신호와 RF 신호의 혼합 문제는 발생하지 않을 것이다.
또한, 지연 장치(512)에서 RF 신호의 방사가 Thold 동안 이루어진 후에는 제 1 스위치(120)는 RF 신호의 전송 스위칭 시간인 Trsw 이내에 제 1 수신 증폭기(130)와의 스위칭 연결을 해제한다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
앞에서 설명하였듯이, 종래에는 다중 경로 페이딩으로 인한 RF 신호의 수신 여부 감지가 어려운 등의 이유로 시분할 복신 방식에 RF 중계기를 사용하지 못하였지만, 본 발명에 따르면 RF 중계기에 새로운 알고리즘을 이용하여 RF 신호의 수신 여부를 판단하는 장치를 내장시켜 시분할 복신 방식에서도 RF 중계기를 사용할 수 있다는 특징이 있다.
또한, RF 중계기에서의 정확한 RF 신호의 수신 감지 및 RF 신호의 존재 시간을 이용하여 RF 중계기의 내부에서 발생하는 스위칭 신호의 타이밍을 적절하게 조 절함으로써 RF 신호와 스위칭 신호의 혼합으로 인한 RF 신호의 왜곡 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

Claims (34)

  1. 시분할 복신(TDD : Time Division Duplex) 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호의 수신 유무를 검출하는 RF 신호 검출 장치로서,
    무선 기지국으로부터 전송되는 상기 RF 신호를 상기 RF 중계기에 장착된 안테나를 통해 입력받는 커플러(Coupler);
    상기 커플러로부터 입력받는 상기 RF 신호를 일정 지연 시간 동안 저장하였다가 출력하는 지연 장치; 및
    상기 커플러로부터 상기 RF 신호 성분이 동일하게 포함된 판별용 RF 신호를 수신하되, 상기 판별용 RF 신호의 세기가 상기 기 설정된 값을 초과하는 상기 판별용 RF 신호의 개수가 기 설정된 기준 개수를 초과하면 상기 RF 신호는 정보량이 포함된 유효 RF 신호라고 판단하는 RF 신호 감지부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 신호 감지부는 상기 판별용 RF 신호가 유효 RF 신호라고 판단함과 동시에 스위칭 신호를 생성하여 송출하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 RF 신호 감지부는
    상기 커플러로부터 입력되는 상기 판별용 RF 신호를 한쪽 방향으로만 통과시키는 다이오드(Diode);
    일측은 상기 다이오드와 연결되고, 타측은 접지되어 상기 판별용 RF 신호의 전력을 입력 전압으로 변환하여 전달하는 콘덴서(Condenser);
    기준 전압(Reference Voltage)을 생성 및 전달하는 기준 전압 발생부;
    상기 입력 전압 및 상기 기준 전압을 입력받아 하이 신호나 로우 신호 중 하나를 선택적으로 출력하는 비교기(Comparator);
    상기 비교기로부터 입력되는 상기 하이 신호가 상기 기준 지속 시간 또는 상기 기준 개수를 초과하는지를 체크하되, 상기 기준 개수를 초과하는 경우 스위칭 신호를 생성하도록 알려주는 신호 감지 프로그램이 저장된 프로그램 저장부; 및
    상기 신호 감지 프로그램을 구동시켜 상기 스위칭 신호의 생성 요청에 따라 상기 스위칭 신호를 생성하여 송출하고, 상기 RF 신호 감지부를 전반적으로 제어하는 마이크로프로세서
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 RF 신호 감지부는 상기 입력 전압은 상기 비교기의 비반전 단자로 입력하고, 상기 기준 전압은 상기 비교기의 반전 단자를 통해 입력하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 검출 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 비교기는 상기 입력 전압의 값이 상기 기준 전압의 값보다 큰 경우 상기 하이(High) 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 검출 장치.
  6. 삭제
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 신호 감지 프로그램은 RF 중계기가 수신하는 RF 신호의 주파수 대역을 체크하고, 체크한 상기 주파수 대역에 따라 상기 기준 전압을 조절하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 검출 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 주파수 대역폭은 1,885 ~ 1,920 MHz 주파수 대역, 2,010 ~ 2,170 MHz 주파수 대역 및 2,300 MHz ~ 2,400 MHz 중 하나 이상의 주파수 대역을 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 검출 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 신호 감지 프로그램은 상기 주파수 대역이 높을수록 상기 기준 전압을 증가시키고, 상기 주파수 대역이 낮을수록 상기 기준 전압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 검출 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 지연 장치는 표면 탄성파 필터(SAW : Surface Acoustic Wave Filter)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 검출 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 지연 장치는 상기 RF 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter), 상기 디지털 신호를 저장 및 지연시키는 지연 소자 및 지연된 상기 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 DAC(Digital to Analog Converter)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 검출 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 신호 검출 장치는 상기 RF 중계기의 무선 기지국으로부터 전송되는 RF 신호를 수신하는 안테나와 스위치 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 검출 장치.
  13. 시분할 복신(TDD : Time Division Duplex) 방식에서 RF 신호의 수신 유무를 검출하여 상기 RF 신호의 중계 기능을 수행하는 RF 중계기로서,
    무선 기지국으로부터 송출되는 상기 RF 신호를 수신하는 제 1 안테나;
    상기 제 1 안테나로부터 상기 RF 신호를 수신하고, 수신한 상기 RF 신호의 세기를 측정하여 수신한 상기 RF 신호가 정보량이 포함된 유효 RF 신호인지의 여부를 판단하는 RF 신호 검출부;
    상기 RF 신호 감지부로부터 스위칭 신호를 수신하여 순방향(Forward) 전송부와 역방향(Reverse) 전송부 간의 스위칭을 수행하는 제 1 스위치;
    이동국으로부터 송출되는 RF 신호를 수신하는 제 2 안테나; 및
    상기 제 2 안테나에 연결되어 상기 순방향 전송부와 상기 역방향 전송부 간의 스위칭을 수행하는 제 2 스위치를 포함하며,
    상기 RF 신호 검출부는,
    무선 기지국으로부터 전송되는 상기 RF 신호를 상기 RF 중계기에 장착된 안테나를 통해 입력받는 커플러(Coupler);
    상기 커플러로부터 입력받는 상기 RF 신호를 일정 지연 시간 동안 저장하였다가 출력하는 지연 장치; 및
    상기 커플러로부터 상기 RF 신호 성분이 동일하게 포함된 판별용 RF 신호를 수신하되, 상기 판별용 RF 신호의 세기가 상기 기 설정된 값을 초과하는 상기 판별용 RF 신호의 개수가 기 설정된 기준 개수를 초과하면 상기 유효 RF 신호라고 판단하는 RF 신호 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에 사용되는 RF 중계기.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 지연 장치는 표면 탄성파 필터(SAW : Surface Acoustic Wave Filter)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에 사용되는 RF 중계기.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 지연 장치는 상기 RF 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter), 상기 디지털 신호를 저장 및 지연시키는 지연 소자 및 지연된 상기 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 DAC(Digital to Analog Converter)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에 사용되는 RF 중계기.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 순방향 전송부는 상기 무선 기지국으로부터 수신한 상기 유효 RF 신호를 상기 이동국으로 송출하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에 사용되는 RF 중계기.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 역방향 전송부는 상기 이동국으로부터 수신한 RF 신호를 상기 무선 기지국으로 송출하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에 사용되는 RF 중계기.
  20. 제 13 항에 있어서, 상기 순방향 전송부 또는 상기 역방향 전송부는
    상기 제 1 안테나 또는 상기 제 2 안테나가 수신한 미약한 수신 RF 신호를 증폭시키는 하나 이상의 수신 증폭기;
    상기 수신 증폭부에 의해 증폭된 수신 RF 신호를 전달받아 일시 저장하였다가 시간 슬롯(Time Slot)을 조절하여 전달하는 지연 장치; 및
    상기 지연 장치에 의해 지연된 RF 신호를 전달받아 증폭하여 상기 제 1 스위치 또는 상기 제 2 스위치로 전달하는 하나 이상의 발신 증폭기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에 사용되는 RF 중계기.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 시분할 복신(TDD : Time Division Duplex) 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호의 수신 유무를 검출하는 RF 신호 감지 방법으로서,
    (a) 무선 기지국으로부터 전송되는 상기 RF 신호를 수신하는 단계;
    (b) 상기 RF 신호의 세기가 기 설정된 기준 값을 초과하는지를 판단하는 단계;
    (c) 상기 세기가 상기 기준 값을 초과하는 상기 RF 신호의 개수가 기 설정된 기준 개수를 초과하는지를 판단하는 단계; 및
    (d) 스위칭 신호를 생성하고, 스위치(Switch)로 전송하여 스위칭 작업을 수행하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 감지 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 단계 (c)에서
    상기 검출 시간은 상기 세기가 상기 기준 값을 초과하는 RF 신호를 최초로 수신한 시점을 기준으로 하는 시간인 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 감지 방법.
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 단계 (c)에서
    상기 검출 시간이 상기 기준 지속 시간을 초과하는 경우 상기 RF 중계기는 정보량이 포함된 유효 RF 신호를 수신하고 있다고 판단하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 감지 방법.
  31. 제 28 항에 있어서, 상기 단계 (d)에서
    상기 스위칭 작업은 역방향 링크(Reverse Link)로 동작하는 상기 RF 중계기를 순방향 링크(Forward Link)로 동작하도록 전환하는 작업인 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 감지 방법.
  32. 제 28 항에 있어서,
    상기 RF 중계기는 상기 스위칭 신호의 스위칭 개시 소요 시간(Tup)이 경과한 후 상기 스위치로 지연 중인 상기 RF 신호의 전달 작업을 개시하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 감지 방법.
  33. 제 30 항 또는 제 32 항에 있어서,
    상기 RF 중계기는 상기 유효 RF 신호가 존재하는 시간 동안 상기 스위치의 스위칭 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 감지 방법.
  34. 제 30 항 또는 제 32 항에 있어서,
    상기 RF 중계기는 상기 유효 RF 신호가 존재하는 시간이 종료되면 상기 스위치의 스위칭 상태를 해제 또는 복귀시키는 것을 특징으로 하는 시분할 복신 방식에서 RF 중계기의 사용을 위한 RF 신호 감지 방법.
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