KR100724812B1 - 무선 통신 시스템의 기지국 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자 어셈블리들을 포함하는 이동 무선 통신 시스템의 기지국에 관한 것이다. 상기 기지국은 최소 용적을 갖는 마이크로 기지국(MicroBTS)의 기본 구성 및 상기 기본 구성에 연결되는 하나 이상의 애드-온 모듈(add-on module)을 포함한다. 빌딩 블록(building-block) 원리에 따른 모듈식 구성은, 기지국에 부가적인 기술적 특징을 첨가하여 상기 기지국을 확장시키기 위해 언제라도 애드-온 모듈을 부가함으로써 마이크로 기지국의 최소 기본 구조가 플렉시블하게 확장될 수 있게 해 준다.

Description

무선 통신 시스템의 기지국 구조{ARCHITECTURE OF A BASE STATION OF A RADIO COMMUNICATIONS SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템, 특히 이동 통신 시스템의 기지국, 예컨대 GSM-표준에 따른 이동 무선 시스템에서 사용되는 기지국의 구조에 관한 것이다.
이동 무선 통신 시스템은 무선 셀 내에서 커버될 전체 면적의 분할을 기초로 하며, 이때 각각의 무선 셀은 기지국, 약어로는 BTS(Base Transceiver Station)에 의해 공급된다. 즉, 기지국은 무선 셀을 커버하고 기지국의 무선 셀 내에 존재하는 이동국을 관리한다. 상기 무선 셀들이 육각형 형태로 서로 중첩되어 한 이동국이 인접한 기지국의 다른 무선 셀로 전이될 수 있는 경우가 이상적이다. 일반적으로 하나의 기지국이 무선 인터페이스 전용 신호처리 장치(signal processing) 및 안테나를 포함하는 송·수신기를 갖는다. 기지국은 이동국의 대응부(counterpart)이며, 교환국(switching office)에까지 하향 연결된 네트워크 요소에 의한 데이터 교환을 구축한다.
응용 방식에 따라, 예컨대 커버될 무선 셀의 크기 또는 지원된 반송 주파수의 개수에 따라 매크로 기지국(MacroBTS)과 마이크로 기지국(MicroBTS)을 구별한다.
기지국의 이러한 두 가지 형태는 특히 그 외형에 반영되는 상이한 사양(specification)의 요건을 충족시켜야 한다.
본 발명에서는 마이크로 기지국과 매크로 기지국 간의 몇 가지 중요한 차이점을 요약해서 기술한다.
매크로 기지국은 큰 무선 셀 내에서의 많은 트래픽량(traffic volume)을 처리한다. 하나의 매크로 기지국의 전형 유효 범위는 30 내지 50 km이다. 매크로 기지국은 높은 출력에 맞게 설계되고, 기지국에 고려될 수 있는 모든 기술적 요건들을 충족시켜야 한다. 하나의 매크로 기지국의 전형적인 출력값은 예컨대 50 와트에까지 달한다. 더 많은 트래픽량을 처리하기 위해, 매크로 기지국은 전형적으로 6개 내지 24개의 트랜스시버(transceiver)를 이용한다.
일반적으로 매크로 기지국은 개별 반송 주파수들을 모아서 합성 신호(aggregate signal)로서 안테나에 전달하는 하이브리드 합성기(hybrid combiner) 및 다수의 모니터링 기능, 소위 사이트 알람(site alarm)을 갖추고 있는데, 이러한 사이트 알람은 방해에 대한 매크로 기지국의 하부 기능을 모니터링한다. 매크로 기지국은 상이한 장치들을 이용하여 랜드라인 망(landline network)에 연결될 수 있다.
디자인상으로 볼 때 매크로 기지국에 필요한 전자 장치, 냉각 장치, 환기 장치 및 필터링 장치는 매우 광범위하고 그 비용이 높다. 매크로 기지국은 전형적으로 수백 리터 이상의 용적을 필요로 한다.
마이크로 기지국은 예컨대 매크로 기지국을 사용하기에는 너무 복잡하고 너무 고가인 비교적 작은 무선 셀을 커버하는 것과 같이 특수한 경우에 사용되거나, 예컨대 이용가능한 공간이 제한된 경우에 사용된다.
이와 관련하여, 예컨대 공항, 회의 센터 및 호텔의 실내 커버리지의 경우와 같은 소형 무선 셀의 커버리지가 더 중요해진다. 또한, 마이크로 기지국을 사용하여 환경 및 지역에 기인하여 무선 가입자들에 대해 지역적으로 제한된 공급의 어려움이 적어진다.
마이크로 기지국은 그의 특수한 용도에 반드시 필요한 장비만을 갖는다.
따라서 이 경우에는 개별 반송 주파수들이 하이브리드 합성기에 의해 집성되는 것이 아니라 여러 개의 안테나에 개별적으로 주어지는 것이 통상적이다. 모니터링 기능, 소위 사이트 알람은 사용되지 않는 것이 통상적이다. 또한, 마이크로 기지국은 일반적으로 상이한 장치들에 의해 제한적으로만 랜드라인 망에 연결될 수 있다.
마이크로 기지국은 일반적으로 1개 내지 4개의 트랜스시버(TRX)를 갖는다. 마이크로 기지국의 상대적으로 작은 출력은 통상 1 내지 5 와트이고, 이는 소형 무선 셀을 커버하기에 충분하다. 따라서 마이크로 기지국은 수백 미터 내지 수 킬로미터의 전형 유효 범위를 갖는다.
그로 인해 마이크로 기지국은 전형적으로 100 리터보다 작은 최소 용적에 의해 구현될 수 있다. 따라서 매우 저가의 구현이 가능하다.
MicroBTS의 디자인에서는 최소 용적에 모순되는 요건과 MacroBTS에 상응하는 가능한 한 많은 기술적 특징의 구현에 대한 요구 간의 균형이 필요하다. 그러나 경제적 측면에서 볼 때 MicroBTS의 기술적 가능성 또는 용적 증가에 대한 제한은 MicroBTS의 시장성의 제한을 야기할 수 있다.
본 발명의 목적은 용적과 기술적 특징이 최적으로 절충된 MicroBTS를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 제 1항의 특징들에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항에 제시되어 있다.
전자 어셈블리들을 포함하는 이동 무선 통신 시스템의 본 발명에 따른 기지국은 빌딩 블록(building-block) 원리에 따라 모듈 방식으로 설계되는데, 특히 최소 용적을 갖는 MicroBTS의 기본 구성(basic configuration) 및 하나 이상의 애드-온 모듈(add-on module)을 포함하며, 상기 애드-온 모듈은 상기 기본 구성에 결합된다. 따라서 상기 기본 구성은, 예컨대 단 하나의 캐리어 유닛(carrier unit)과 같이 적합하게 제한된 기술적 가능성을 가진 기지국을 나타내지만, 기지국으로서 동작할 수 있다.
바람직하게는 원하는 기술적 특성들을 지닌 기지국을 형성하기 위해 이전의 애드-온 모듈과 제 2의 애드-온 모듈 및 각각의 추가 애드-온 모듈이 결합된다.
통상적으로 기본 구성 및 하나 이상의 애드-온 모듈로 이루어진 전자 어셈블리는 캐리어 위 또는 - 아래에서 랙(rack)으로 표기되는 - 적합한 전기 섀시(electric chassis) 내에 배치되므로 어셈블리들 간의 전기 공급 및 데이터 전송이 이루어진다. 상기 캐리어들 또는 랙들은 적절한 구조로 결합되어 하나의 전체 캐리어 또는 전체 랙을 형성할 수 있도록 설계된다. 이를 위해 한 바람직한 실시예에서는 상기 캐리어들 또는 랙들을 단단하지만 분리 가능하게 서로 연결하는, 기계적 및 전기적 특성을 가진 연결 부재가 제공된다. 그러한 연결 부재의 적절한 예로 플러그 인 커넥터(plug-in connector)가 있다.
한 바람직한 실시예에서는 기본 구성뿐만 아니라 하나 이상의 애드-온 모듈이 각각 최소 용적을 가진 하우징을 가지는데, 이때 제 1 애드-온 모듈은 상기 두 개의 하우징이 형상 결합 방식으로 결합된 방식으로(in positively locked manner) 단 하나의 전체 하우징을 형성하도록 상기 기본 구성에 설치된다. 제 2 애드-온 모듈 및 각각의 추가 애드-온 모듈은 이전의 애드-온 모듈에 적절하게 결합되는 방식으로, 마찬가지로 하나의 전체 하우징을 형성한다.
바람직하게는 베이스 프레임(base frame) 및 상기 베이스 프레임을 밀봉하는 커버(cover)에 의해 기본 구성의 하우징이 형성된다. 애드-온 모듈은 하나의 모듈 프레임을 갖는다. 즉, 애드-온 모듈의 두 개의 측면이 개방되어 있다. 상기 모듈 프레임은 베이스 프레임과 함께 포지티브 결합 방식으로 기지국의 전체 베이스 프레임을 형성한다. 이때, 모듈 프레임과 베이스 프레임은 연결 부재에 의해 단단하지만 분리 가능하게 서로 결합된다. 이는 두 개의 모듈 프레임의 결합시에도 마찬가지로 적용되는데, 상기 두 개의 모듈 프레임은 서로 조립된 후에 포지티브 결합 방식으로 하나의 전체 프레임을 형성하도록 설계된다.
또한, 상기 베이스 프레임은 필수적인 구성 요소인 바닥, 즉 고정 배치된 커버 영역을 가질 수 있다. 그러나 기본 구성의 베이스 프레임이 하나의 측면 프레임 및 - 바닥으로 표기되는 - 제 2 커버 영역을 밀봉하는 제 2 커버로 구성될 수도 있다. 이 경우, 애드-온 모듈들을 기본 구성의 두 개의 측면에 설치할 수 있다. 바람직하게는 베이스 프레임이 직사각형 횡단면을 가지며, 그에 따라 모듈 프레임도 직사각형 횡단면을 가진다. 다른 구조적 형태도 가능하며, 이는 디자인 또는 지역적 상황(local situation)에 따라 좌우된다.
기본 구성 및 애드-온 모듈들이 하우징을 가지며 이들이 빌딩 블록 디자인에 속하는 경우에는, 전기 어셈블리를 갖는 개별 모듈들의 캐리어 또는 랙들은 어셈블리들 간의 데이터 전송을 야기하기 위해 예컨대 적절한 리본 케이블(ribbon cable) 형태의 전기 커넥터에 의해서만 서로 연결될 수 있다.
바람직하게는 기본 구성 및 각각의 애드-온 모듈이 별도의 온도 조절 장치 및/또는 필터링 장치를 갖는다.
최소 용적을 갖는 MicroBTS의 기본 구성을 사용하고, 예컨대 적합한 버스 시스템 및 적합한 데이터 전송 프로토콜 등의 사용으로 인해 기본 구성의 디자인이 확장되는 것을 고려하면서 상기 기본 구성에 부가되는 애드-온 모듈에 추가 기능을 이전시키는 것을 빌딩 블록 시스템으로 볼 수 있는데, 이러한 빌딩 블록 시스템을 이용하여 매우 다양한 구성의 기지국이 형성될 수 있다. 그 결과 MacroBTS의 (거의) 모든 특징이 허용될 수 있는데, 이때 요구되는 기술적 옵션에 의해 MicroBTS의 용적이 최적화된다. 이 경우 특히 MicroBTS의 차후의 특징들이 부가될 수 있어서 MicroBTS의 추후 업그레이드가 가능하다는 이점이 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 하기에 도면을 참고로 설명된다.
도 1은 하나의 하우징에 의해 둘러싸인 기지국의 기본 구성(1) 및 상기 기본 구성(1) 위에 설치된 애드-온 모듈들을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에는 하나의 하우징에 의해 둘러싸인 기지국의 기본 구성(1) 및 상기 기본 구성(1) 위에 설치된 애드-온 모듈들(2, 3, 4, 5 및 6)이 개략적으로 도시되어있다. 기본 구성(1) 및 상기 기본 구성(1) 위에 배치된 애드-온 모듈(2-6)을 둘러싸는 원은, 이것이 빌딩 블록 시스템이며 추가 모듈이 더 부가될 수 있다는 사실을 설명하고 있다. 애드-온 모듈이 기본 구성(1)과 결합되었는지의 여부에 따라, 만약 결합되었다면 얼마나 많은 애드-온 모듈이 결합되었는지에 따라, 확장된 기지국(7, 8, 9, 10, 11 및 12)이 달성된다. 따라서 예컨대 기지국(7)은 기본 구성(1)만을 포함하며, 기지국은 기본 구성(1)과 하나의 애드-온 모듈(2)로 구성된다. 나머지 기지국(8-12)의 구조는 도면을 보면 자명하게 알 수 있다. 계속해서 개략적인 도면에서 볼 수 있듯이, 하우징은 기본 구성(1)에 상이한 기능을 가진 상응하는 개수의 애드-온 모듈(2-6)이 첨가된 후에, 하나의 공통 하우징이 형성되도록 제공된다. 이는 예컨대 기본 구성의 클래딩(cladding) 또는 하우징이 적어도 두 개의 부분, 즉 커버(21)와 베이스 프레임(20)으로 이루어지는 방식으로 구현된다. 커버(21)가 분리된 후, 하나의 애드-온 모듈(2-6) 또는 다수의 애드-온 모듈들(2-6)이 조립된다. 이어서 추가 모듈(2-6)의 개수에 상응하게 하나 또는 다수의 모듈 프레임(22)이 상기 베이스 프레임(20)에 부가되고, 최상부 모듈 프레임 위로 커버(21)가 다시 설치된다. "위" 및 "아래"의 개념은 도면에 도시된 것에 상응하고, 기지국(7-12)은 바람직하게는 수직 상태로 동작한다. 그러나 이는 필수적인 사항은 아니므로 기지국의 공간적 배치는 용도에 맞게 조정된다. 또한, 모듈 프레임(22)이 애드-온 모듈(2-6)의 필수 불가결한 구성요소인 경우, 기지국의 설치 및 확장이 더욱 간소해진다.

Claims (7)

  1. 전자 어셈블리들을 포함하는 이동 무선 통신 시스템의 기지국에 있어서,
    상기 기지국(7, 8, 9, 10, 11, 12)은 최소 용적을 갖는 MicroBTS의 기본 구성(basic configuration)(1) 및 상기 기본 구성(1)과 결합되는 하나 이상의 애드-온 모듈(add-on module)(2, 3, 4, 5, 6)을 포함하며,
    상기 기본 구성(1)이 상기 하나 이상의 애드-온 모듈(2, 3, 4, 5, 6)의 하우징에 의해 모듈 방식으로(modularly) 확장될 수 있는 하우징(20, 21)으로 둘러싸여, 상기 기지국의 최소 용적을 갖는 하우징이 형성되고,
    상기 기본 구성(1) 및 상기 하나 이상의 애드-온 모듈(2, 3, 4, 5, 6)의 전자 어셈블리의 지지 랙들(carrying racks)이 기계적 및 전기적 특성을 가진 연결 부재들에 의해 서로 단단하지만 분리 가능하게 연결되도록 연결 영역(connecting area)에 형성되는, 이동 무선 통신 시스템의 기지국.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기본 구성(1)의 하우징은 베이스 프레임(base frame)(20)을 포함하고, 상기 베이스 프레임(20)은 상기 하나 이상의 애드-온 모듈(2, 3, 4, 5, 6)을 둘러싸는 모듈 프레임(22)에 의해 모듈 방식으로 확장될 수 있는, 이동 무선 통신 시스템의 기지국.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기본 구성(1)의 하우징은 커버(cover)를 가지며, 상기 커버는 상기 기지국(7, 8, 9, 10, 11, 12)의 하우징 커버를 형성하는, 이동 무선 통신 시스템의 기지국.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 베이스 프레임(20) 및 적어도 하나의 모듈 프레임(22) 또는 두 개의 모듈 프레임(22)이 연결 부재에 의해 단단하지만 분리 가능하게 서로 연결되는, 이동 무선 통신 시스템의 기지국.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기본 구성(1) 및 상기 애드-온 모듈(2, 3, 4, 5, 6)의 전자 어셈블리들을 지지하는 랙들은 동일한 횡단면을 가지며, 기계적 및 전기적 특성을 가진 연결 부재에 의해 단단하지만 분리 가능하게 서로 연결되도록 연결 영역에 형성되는, 이동 무선 통신 시스템의 기지국.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 랙들은 플러그 인 커넥션(plug-in connection)에 의해 연결되는, 이동 무선 통신 시스템의 기지국.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기본 구성(1) 및 각각의 애드-온 모듈(2, 3, 4, 5, 6)은 별도의 온도 조절 장치(temperature control)를 갖는, 이동 무선 통신 시스템의 기지국.
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