KR100868730B1 - 아이솔레이션을 확보하기 위한 무선중계기 - Google Patents

아이솔레이션을 확보하기 위한 무선중계기 Download PDF

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Abstract

무선중계기의 국부발진기(LO)의 발진신호를 디바이더(Divider)에 의하여 분기하여 각 업링크(UP link) 및 다운링크(Down link)의 믹서(Mixer)에 인가하는 경로를 변경하여 수신 RF단의 신호와 송신 RF단 신호간의 아이솔레이션(Isolation)을 자체적으로 확보하기 위한 무선 중계기에 관한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명의 아이솔레이션을 확보하는 무선 중계기는, 국부발진기의 출력을 제1국부발진신호와 제2국부발진신호로 2분할하는 제1디바이더와 상기 제1디바이더의 제1, 제2 국부발진신호를 각각 2분할하여 다운링크측의 다운믹서와 업믹서 그리고 업링크측의 다운믹서와 업믹서에 인가하는 제2, 제3디바이더를 포함하여 이루어진 무선중계기에 있어서, 상기 제2디바이더에서 2분할되어 출력되는 제3, 제4 국부발진신호는 다운링크와 업링크측의 믹서에 각각 하나씩 공급되도록 연결됨과 아울러 상기 제3디바이더에서 2분할되어 출력되는 제5, 제6 국부발진신호도 다운링크와 업링크측의 믹서에 각각 하나씩 공급되도록 연결됨을 특징으로 한다.
중계기, isolation, Divider, Repeater, 아이솔레이션, 디바이더

Description

아이솔레이션을 확보하기 위한 무선중계기{Repeater improved the isolation by changing Local Frequency path}
본 발명은 자체에서 아이솔레이션을 확보하기 위한 무선중계기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 국부발진신호의 경로를 변경하여 아이솔레이션을 확보하는 무선중계기에 관한 것이다.
무선중계기는 기지국을 설치하기 어려운 전파 음영 지역에 설치되어 기지국과 이동 단말기 사이의 신호를 중계해서, 전파 음영지역에서도 이동 단말기의 통화를 가능하게 한다. 무선중계기는 운용시 서비스영역내의 건물, 지하, 터널등에서 전파음영지역을 해소 시키기 위해서 사용되고 있다. 서비스를 목적으로 하는 이동통신 사업자는 음영 지역에서 서비스 커버리지를 경제적으로 확보하는 것이 사업의 매우 중요한 요소이다. 즉 상대적으로 작은 전파 음영지역을 해결하기 위해서는 기지국보다 중계기를 설치하는 것이 비용 및 성능 측면에서 우수하다.
무선중계기에서 수신부의 RF단과 송신부의 RF단은 신호의 세기가 일정수준 이상이면 상기 중계기의 중계품질이 급격히 저하되고 상기 수신부와 송신부의 RF단간의 아이솔레이션은 중계기의 운용이득보다 일반적으로 13dB 내지 15dB 이상이라 야 상기 중계기가 안정하게 운용되므로 상기 중계기의 송신부와 수신부의 RF단간의 아이솔레이션 확보가 반드시 필요하다.
양방향으로 안테나가 설치되는 무선 중계기는 기지국의 신호와 단말기의 신호를 수신하여 음영지역으로 복사할 때에 기지국 방향의 안테나와 단말기 방향의 안테나 사이의 분리도(Antenna Isolation)의 크기에 따라 중계기가 양질의 신호를 증폭 할 수 있는 이득의 한계가 결정 되어진다. 구체적으로 언급하면, 중계기의 설정 가능한 이득은 안테나 분리도보다 10 내지 15dB는 낮아야 단말기나 기지국과 오류가 없이 통신이 가능하다. 이득이 증가하여 안테나 아이솔레이션 값보다도 중계기의 이득이 더 크게 되면 중계기는 발진을 하기 시작하여 출력신호는 점점 더 증가하는 현상이 나타나게 되고 중계기에서 출력되는 신호는 단말기나 기지국과 통신이 불가능하게 되어, 시스템 용량 등의 전체 시스템 성능의 저하를 야기시킨다. 특히 무선중계기에서는 장비자체의 아이솔레이션을 확보하는 것이 중요한 사항이다.
도 1은 일반적인 무선중계기 회로를 개략적으로 나타낸 도면이다. 일반적인 중계기는 안테나(ANT)를 중심으로 양쪽에 구비되는 송신단(Tx)과 수신단(Rx)이 구비되는 2개의 듀플렉서(10,20), 이 듀플렉서 중 하나의 듀플렉서(10)의 수신단(Rx)으로부터 수신된 신호 중의 잡음을 억제하면서 수신 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(11), 저잡음 증폭기(11)로부터의 RF 신호를 중간 주파수(IF)로 다운 컨버트하여 스커트 특성을 개선한 후, 업 컨버트하여 본래의 RF신호로 복구하는 다운 앤드 업 컨버터부 (DUC1:down and up converter), 이 다운 앤드 업 컨버터부로부터의 RF신호를 증폭하는 구동 증폭기(12:drive amp) 및 고전력 증폭기(13:high power amp)를 구비하여 구성된다.
여기서, 다운 앤드 업 컨버터부(DUC1)는 저잡음 증폭기(11)로부터 입력된 RF신호의 스커트 특성을 일차적으로 개선하는 제1 RF SAW필터(14), 국부 발진기(LO)로부터의 발진 신호와 필터(14)를 통과한 신호를 다운 믹싱하여 중간 주파수를 생성하는 제1믹서(15), 이 제1믹서(15)로부터의 신호를 증폭하는 라인 증폭기(16)와 이 라인 증폭기(16)로부터의 중간주파수 신호의 스커트 특성을 개선하는 제2 RF SAW필터(14a)로 이루어지는 다운컨버터부(18) 및 제2 RF SAW필터(14a)로부터의 중간주파수 신호를 증폭하는 라인 증폭기(16a), 증폭된 주파수 신호의 스커트주파수 특성을 개선하는 제3 RF SAW필터(17), 국부 발진기(LO)로부터의 발진 신호와 제3 RF SAW필터(17)로부터의 신호를 업 믹싱하여 본래 크기의 RF신호를 생성하는 제2믹서(15a)와 이 제2믹서(15a)에서 업 믹싱된 RF신호의 스커트 특성을 다시 개선하는 제4 RF SAW필터(17a)로 이루어지는 업 컨버터부(19)를 구비하여 구성된다.
이와 같은 구성에 의해, 한쪽 듀플렉서(10)의 수신단(Rx)에 입력된 특정 RF신호는 저잡음증폭기(11)와 다운 앤드 업 컨버터(DUC1)를 경유하며 스커트특성이 향상되고, 구동증폭기(12) 및 고전력증폭기(13)를 경유하여 본래의 RF신호 크기로 복원되고, 다른쪽 듀플렉서(20)의 송신단(Tx)에 입력된 후 안테나(ANT)를 통해 외부로 방사된다.
한편, 듀플렉서(20)의 수신단(Rx)으로부터 수신된 RF 신호는 신호 중의 잡음을 억제하면서 수신 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(21)와 이 저잡음 증폭기(21)로부터의 RF 신호를 중간 주파수(IF)로 다운 컨버트하여 스커트 특성을 개선한 후, 업 컨버트하여 본래의 RF신호로 복구하는 제2 다운 앤드 업 컨버터부(DUC2:down and up converter), 이 다운 앤드 업 컨버터로부터의 RF신호를 증폭하는 구동 증폭기(22:drive amp) 및 고전력 증폭기(23:high power amp)를 경유하여 상기 듀플렉서(10)의 송신단(Tx)에 입력된 후 안테나(ANT)를 통해 외부로 방사된다. 여기서, 제2다운 앤드 업 컨버터부(DUC2)는 상기된 컨버터(DUC1)와 마찬가지로, 저잡음 증폭기(21)로부터의 주파수 신호의 스커트 특성을 일차적으로 개선하는 제1 RF SAW필터(24), 국부 발진기(LO)로부터의 발진 신호와 필터(24)를 통과한 신호를 다운 믹싱하여 중간 주파수를 생성하는 제1믹서(25), 이 제1믹서(25)로부터의 신호를 증폭하는 라인 증폭기(26)와 이 라인증폭기(26)로부터의 중간주파수 신호의 스커트 특성을 개선하는 제2RF SAW필터(24a)로 이루어지는 다운 컨버터부(28) 및 상기 제2 RF SAW필터(24a)로부터의 중간주파수 신호를 증폭하는 라인 증폭기(26a), 증폭된 주파수 신호의 스커트 주파수특성을 개선하는 제3 RF SAW필터(27), 국부 발진기(LO)로부터의 발진 신호와 제3 RF SAW필터(27)로부터의 신호를 업믹싱하여 본래 크기의 RF신호를 생성하는 제2믹서(25a)와 이 제2믹서(25a)에서 업믹싱된 RF신호의 스커트 특성을 개선하는 제4 RF SAW필터(27a)로 이루어지는 업컨버터부(29)로 구성된다.
도 1에 따른 이와 같은 구성에 의하면, 중계기는 송신단과 수신단을 각각 구비한 2개의 듀플렉서를 구비하고, 한쪽 수신단(Rx)을 다른쪽 듀플렉서의 송신단(Tx)에 각각 연결하여 구성되며, 송신단과 수신단 연결 회로는 서로 대칭되게 구성되어 있음을 알 수 있다. 도 1에서 보는 바와 같이 일반적인 무선중계기의 다운 앤드 업 컨버터부(DUC1, DUC2)의 4개의 믹서(15,15a,25,25a)에 국부발진기(LO)의 발진신호에 의하여 원하는 대역의 중간주파수(IF) 및 RF신호로 변경됨을 알 수 있다.
도 2에 따른 종래방식에서는 국부발진기(30)의 발진신호는 제1디바이더(51)에 의하여 제1국부발진신호와 제2국부발진신호로 분기되어 각각의 포트(51a)(51b)를 통해 제2디바이더(52)와 제3디바이더(53)에 인가된다. 이어 분기된 제1국부발진신호는 제2디바이더(52)에 의하여 제3국부발진신호와 제4국부발진신호로 분기된 후, 제3국부발진신호는 포트(52a)를 통해 다운링크(Down link)측의 다운믹서(15)에, 제4국부발진신호는 포트(52b)를 통해 업믹서(15a)에 인가된다. 또한 제2국부발진신호는 제3디바이더(53)에 의하여 제5국부발진신호와 제6국부발진신호로 분기된 후 제5국부발진신호는 포트(53a)를 통해 업링크(Up link)측의 다운믹서(25)에, 제6국부발진신호는 업믹서(25a)에 인가된다.
이와같은 구성에서 RF 신호는 다운링크의 다운믹서(15)에서 RF 포트와 로컬 포트간 경로 a의 아이솔레이션은 대략 15dB, 제2디바이더(52)에서 포트간 경로 b의 아이솔레이션은 대략 25dB, 다운링크의 업믹서(15a)에서 로컬 포트와 RF 포트간 경로 c의 아이솔레이션은 대략 15dB이다. 따라서 전체 RF 신호 경로(a+b+c)에 따른 아이솔레이션은 55dB가 측정된다. 이는 믹서와 디바이더의 아이솔레이션량에 따라 변경될 수 있으나 대략 60dB미만의 아이솔레이션량이 측정된다.
상기와 같이 종래의 무선중계기는 송신부와 수신부의 RF단간의 아이솔레이션 확보가 어려워 발진현상이 나타나 중계기의 품질이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 국부발진신호의 디바이더에서 다운링크측의 다운믹서와 업믹서 및 업링크측의 다운믹서와 업믹서에 인가하는 국부발진신호의 경로를 변경하여 무선중계기 자체에서 아이솔레이션을 확보하여 발진을 방지하고 통과대역밖의 이득(Out of Band Gain)을 감소시키도록 된 아이솔레이션을 확보하기 위한 무선중계기를 제공하고자 함에 있다.
상기 목적을 해결하기 위한 본 발명의 아이솔레이션을 확보하는 무선 중계기는 국부발진기의 출력을 제1국부발진신호와 제2국부발진신호로 2분할하는 제1디바이더와 상기 제1디바이더의 제1, 제2 국부발진신호를 각각 2분할하여 다운링크측의 다운믹서와 업믹서 그리고 업링크측의 다운믹서와 업믹서에 인가하는 제2, 제3디바이더를 포함하여 이루어진 무선중계기에 있어서, 상기 제2디바이더에서 2분할되어 출력되는 제3, 제4 국부발진신호는 다운링크와 업링크측의 믹서에 각각 하나씩 공급되도록 연결됨과 아울러 상기 제3디바이더에서 2분할되어 출력되는 제5, 제6 국부발진신호도 다운링크와 업링크측의 믹서에 각각 하나씩 공급되도록 연결됨을 특징으로 한다.
상기에 있어서, 상기 제2디바이더의 제3국부발진신호는 다운링크의 다운믹서로 공급되도록 연결되는 한편 상기 제4 국부발진신호는 업링크의 업믹서로 공급되도록 연결되고, 상기 제3디바이더의 제5 국부발진신호는 다운링크의 업믹서로 공급 되도록 연결되는 한편 상기 제6국부발진신호는 업링크의 다운믹서로 공급되도록 연결됨을 특징으로 한다.
따라서 국부발진신호의 디바이더에서 RF신호를 IF신호로 주파수를 변환하여주는 다운믹서, 또는 상기의 역인 IF신호를 RF신호로 주파수를 변경하여주는 업믹서에 제공되는 국부발진신호의 경로를 변경하여 무선중계기 자체에서 아이솔레이션을 확보함에 따라 같은 부품 수 대비 상기 경로 변경에 따른 시스템 전체 통과대역밖의 이득을 최소 -7dB이상 확보할 수 있어 무선중계기의 성능을 향상시킬 수 있다.
이하 예시도면에 의거, 본 발명의 바람직한 일실시예에 대한 구성 및 작용에 대해 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 구성도를 나타내고, 도 4는 본 발명에 따른 무선중계기에서 통과대역밖의 이득을 도시한 그래프이다.
도 3에 도시한 바와 같이 국부발진기(30)의 발진신호는 제1디바이더(51)에 의하여 제1국부발진신호와 제2국부발진신호로 분기되어 각각의 포트(51a)(51b)를 통해 제2디바이더(52)와 제3디바이더(53)로 인가된다. 또한 제1국부발진신호는 제2디바이더(52)에 의하여 제3국부발진신호와 제4국부발진신호로 2분할되어, 제3국부발진신호는 포트(52a)를 통해 다운링크측의 다운믹서(15)에, 제4국부발진신호는 포트(52b)를 통해 업링크측의 업믹서에(25a)에 인가된다.
또한 제2국부발진신호는 제3디바이더(53)에 의하여 제5국부발진신호와 제6국 부발진신호로 2분할되어, 제5국부발진신호는 포트(53a)를 통해 다운링크측의 업믹서(15a)에 제6국부발진신호는 포트(53b)를 통해 업링크측의 업믹서(25)에 인가된다. 이와 같이 국부발진기의 발진신호를 인가하기 위하여 디바이더(52,53)에 의한 발진신호 경로를 변경하면 RF 신호는 다운믹서(15)의 RF 포트와 로컬 포트간 경로d의 아이솔레이션은 대략 15dB, 제2디바이더(52)에 입력 및 출력간 경로e에서 경로손실(Pass Loss)은 대략 3.5dB, 제1디바이더(51)의 포트간 경로f의 아이솔레이션은 대략25dB, 제3디바이더(53)의 입력 및 출력간 경로g에서 경로손실은 대략 3.5dB, 다운링크의 업믹서(15a)에서 로컬 포트와 RF 포트간 경로h의 아이솔레이션은 대략 15dB이다. 따라서 전체 RF 신호경로(d,e,f,g,h)에 따른 아이솔레이션은 각 경로의 아이솔레이션을 합한 값인(d+e+f+g+h)로서 62dB가 측정된다. 이는 믹서와 디바이더 아이솔레이션량에 따라 변경될 수 있으나 대략 67dB이상에 아이솔레이션량이 측정된다. 따라서 본 발명에 의하면 무선중계기 자체에서 무선중계기에서 수신신호의 RF단과 송신신호의 RF단간의 아이솔레이션을 종래방식보다 7dB이상 확보할 수 있게 된다.
이상적인 필터의 특징은 원하는 주파수대역의 신호만을 손실없이 통과시키고 나머지 신호는 전부 제거하는 필터이다. 따라서 필터의 가장 중요한 특성은 신호 통과대역(Signal Pass Band) 즉, 주파수대역(패스밴드)의 신호만을 손실 없이 통과시키는 인밴드(In Band) 특성과 나머지 주파수대역을 제거하는 아웃밴드(Out Band) 특성을 모두 만족하는 것이다. 무선중계기에서 수신신호의 RF단과 송신신호의 RF단간의 아이솔레이션을 확보함에 따라 상기 필터의 특징적 효과인 아웃밴드에서 나머 지 주파수대역의 신호를 제거함으로써 도 4에서 도시한 것처럼 본 발명에 의하면 부품 수의 변화없이 국부발진기의 신호 디바이더에서 국부발진신호의 경로를 변경하는 방식 변환에 따라 시스템 전체 통과대역밖의 이득을 최소 -7dB이상 확보 할 수 있다.
도 1은 일반적인 무선 중계기에 대한 블록 구성도,
도 2는 종래기술에서 국부발진신호를 업 앤 다운 믹서에 인가하는 경로를 설명하는 회로도,
도 3은 본 발명에 따라 국부발진신호를 업 앤 다운 믹서에 인가하는 경로를 설명하는 회로도,
도 4는 본 발명과 종래기술에서의 통과대역 밖 이득을 대비한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10:듀플렉서 11:저잡음증폭기(LNA)
12:구동증폭기 13:고전력증폭기(HPA)
14:제1RF SAW필터 14a:제2RF SAW필터
15:제1믹서(Down mixer) 15a:제2믹서(Up mixer) 16:라인증폭기 16a:라인증폭기
17:제3RF SAW필터 18:다운컨버터부(Down link)
19:업컨버터부(Down link)
20:듀플렉서 21:저잡음증폭기(LNA)
22:구동증폭기 23:고전력증폭기(HPA)
24:제1RF SAW필터 24a:제2RF SAW필터
25:제1믹서(Down mixer) 25a:제2믹서(Up mixer) 26:라인증폭기 26a:라인증폭기
27:제3RF SAW필터 28:다운컨버터부(Up link)
29:업컨버터부(Up link)
51:제1디바이더 52 : 제2디바이더
53:제3디바이더
51a,51b,52a,52b,53a,53b : 포트

Claims (2)

  1. 국부발진기의 출력을 제1국부발진신호와 제2국부발진신호로 2분할하는 제1디바이더와 상기 제1디바이더의 제1, 제2 국부발진신호를 각각 2분할하여 다운링크측의 다운믹서와 업믹서 그리고 업링크측의 다운믹서와 업믹서에 인가하는 제2, 제3디바이더를 포함하여 이루어진 무선중계기에 있어서, 상기 제2디바이더에서 2분할되는 제3, 제4 국부발진신호출력단은 다운링크와 업링크측의 믹서에 각각 하나씩 연결됨과 아울러 상기 제3디바이더에서 2분할되는 제5, 제6 국부발진신호출력단도 다운링크와 업링크측의 믹서에 각각 하나씩 연결되어 있는 다운 앤드 업 컨버터부를 포함하여 구성되어지는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션을 확보하기 위한 무선중계기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2디바이더의 제3국부발진신호출력단은 다운링크의 다운믹서에 연결되는 한편 상기 제4국부발진신호출력단은 업링크의 업믹서에 연결되고, 상기 제3디바이더의 제5 국부발진신호출력단은 다운링크의 업믹서에 연결되는 한편 상기 제6국부발진신호출력단은 업링크의 다운믹서에 연결되어 있는 다운 앤드 업 컨버터부를 포함하여 구성되어지는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션을 확보하기 위한 무선중계기.
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