KR100997770B1 - 현장 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 알에프 중계기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양방향 RF 중계기에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 갖춘 FPGA(51, 52)를 이용하여 디지털 방식으로 간섭신호를 제거하는 구조이므로, 무선구간에서 발생하는 간섭신호를 직접 찾아 효율적으로 제거할 수 있게 되어, 무선 환경이 열악한 도심지, 시골 지역 및 고속도로 등에도 안정적인 통신 서비스를 폭 넓게 제공할 수 있는 효과가 있다.

RF 중계기, LMS, FPGA

Description

현장 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 알에프 중계기{RF repeater for field-programmable gate array}

본 발명은 양방향 RF 중계기에 관한 것으로, 현장 프로그래머블 게이트 어레이(Field-Programmable Gate Array ; FPGA)를 이용한 디지털 방식의 RF 중계기에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 중계기는 통신 시스템의 중간에서 약해진 신호를 받아 증폭 재송신하거나 찌그러진 신호의 파형을 정형하고 타이밍을 조정 또는 재구성하여 송신하는 장치로서, 이동통신 시스템에 있어서 보다 양질의 이동통신 서비스를 제공하기 위한 수단으로 활용되고 있다.

그러나, 종래 중계기는 기지국 신호(혹은 사용자 신호)를 수신하여 동일 주파수로 증폭한 후에 동일 공간에서 송신하면, 송·수신 안테나간의 이격도 부족으로 인하여 송신 안테나의 신호가 수신 안테나로 재입력되어 발생하는 발진(Oscillation) 및 간섭으로 중계 시스템 운용에 큰 어려움을 겪고 있다.

이에 간섭신호 제거기능을 갖춘 중계기에 대한 연구가 다방면으로 활발하게 진행되고 있으며, 그 중 일부는 이미 널리 공지되어 공연 실시되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 요구를 충족하기 위해서 발명된 것으로, LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 갖춘 FPGA를 이용하여 간섭신호를 효율적으로 제거할 수 있는 디지털 방식의 양방향 RF 중계기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 도너 안테나로부터 하향 입력되는 RF 통신신호를 하향 정합증폭유닛으로 출력하고, 상향 업컨버터로부터 상향 입력되는 RF 통신신호를 도너 안테나로 상향 출력하는 제1듀플렉서와 ; 제1듀플렉서로부터 하향 입력되는 RF 통신신호를 증폭하고 레벨조정하여 하향 출력하는 하향 제1정합증폭유닛과 ; 하향 제1정합증폭유닛으로부터 하향 입력되는 RF 통신신호를 IF 통신신호로 변환하여 하향 출력하는 하향 다운컨버터와 ; 하향 다운컨버터로부터 하향 입력되는 IF 통신신호를 디지털 통신신호로 변환하여 하향 출력하는 하향 A/D컨버터와 ; 하향 A/D컨버터로부터 입력되는 디지털 통신신호를 LMS 알고리즘 방식으로 디지털 신호처리하여 간섭신호를 제거한 후에 이를 하향 출력하는 하향 FPGA와 ; 하향 FPGA로부터 하향 입력되는 간섭신호가 제거된 디지털 통신신호를 IF 통신신호로 변환하여 하향 출력하는 하향 D/A컨버터와 ; 하향 D/A컨버터로부터 하향 입력되는 IF 통신신호를 RF 통신신호로 변환하여 하향 출력하는 하향 업컨버터와 ; 하향 업컨버터로부터 하향 입력되는 RF 통신신호를 레벨조정하고 증폭하여 하 향 출력하는 하향 제2정합증폭유닛과 ; 하향 제2정합증폭유닛으로부터 하향 입력되는 RF 통신신호를 서비스 안테나로 하향 출력하고, 서비스 안테나로부터 상향 입력되는 RF 통신신호를 상향 제1정합증폭유닛으로 상향 출력하는 제2듀플렉서와 ; 제2듀플렉서로부터 상향 입력되는 RF 통신신호를 증폭하고 레벨조정하여 상향 출력하는 상향 제1정합증폭유닛과 ; 상향 제1정합증폭유닛으로부터 상향 입력되는 RF 통신신호를 IF 통신신호로 변환하여 상향 출력하는 상향 다운컨버터와 ; 상향 다운컨버터로부터 상향 입력되는 IF 통신신호를 디지털 통신신호로 변환하여 상향 출력하는 상향 A/D컨버터와 ; 상향 A/D컨버터로부터 입력되는 디지털 통신신호를 LMS 알고리즘 방식으로 디지털 신호처리하여 간섭신호를 제거한 후에 이를 상향 출력하는 상향 FPGA와 ; 상향 FPGA로부터 상향 입력되는 간섭신호가 제거된 디지털 통신신호를 IF 통신신호로 변환하여 상향 출력하는 상향 D/A컨버터와 ; 상향 D/A컨버터로부터 상향 입력되는 IF 통신신호를 RF 통신신호로 변환하여 상향 출력하는 상향 업컨버터와 ; 상향 업컨버터로부터 상향 입력되는 RF 통신신호를 레벨조정하고 증폭하여 상향 출력하는 상향 제2정합증폭유닛를 포함하는 것을 징으로 하는 구조로 되어 있다.

본 발명에 따르면, LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 갖춘 FPGA를 이용하여 디지털 방식으로 간섭신호를 제거하는 구조이므로, 무선구간에서 발생하는 간섭신호를 직접 찾아 효율적으로 제거할 수 있게 되어, 무선 환경이 열악한 도심지, 시골 지역 및 고속도로 등에도 안정적인 통신 서비스를 폭 넓게 제공할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1에 의하면, 본 발명에 따른 양방향 RF 중계기는 2개의 듀플렉서(10, 90)와, 하향 신호처리기(21, 31, 41, 51, 61, 71, 81) 및, 상향 신호처리기(22, 32, 42, 52, 62, 72, 82)로 구성된다.

상기 2개의 듀플렉서(10, 90)중에서 도너 안테나(100)에 연결되는 제1듀플렉서(10)는, 도너 안테나(100)로부터 하향 입력되는 RF 통신신호를 하향 정합증폭유닛(21)으로 출력하고, 상향 업컨버터(72)로부터 상향 입력되는 RF 통신신호를 도너 안테나(100)로 상향 출력한다.

상기 하향 신호처리기는, 제1듀플렉서(10)로부터 하향 입력되는 RF 통신신호를 증폭하고 레벨조정하여 하향 출력하는 하향 제1정합증폭유닛(21)과 ; 하향 제1정합증폭유닛(21)으로부터 하향 입력되는 RF 통신신호를 IF 통신신호로 변환하여 하향 출력하는 하향 다운컨버터(31)와 ; 하향 다운컨버터(31)로부터 하향 입력되는 IF 통신신호를 디지털 통신신호로 변환하여 하향 출력하는 하향 A/D컨버터(41)와 ; 하향 A/D컨버터(41)로부터 입력되는 디지털 통신신호를 LMS 알고리즘 방식으로 디지털 신호처리하여 간섭신호를 제거한 후에 이를 하향 출력하는 하향 FPGA(51)와 ; 하향 FPGA(51)로부터 하향 입력되는 간섭신호가 제거된 디지털 통신신호를 IF 통신신호로 변환하여 하향 출력하는 하향 D/A컨버터(61)와 ; 하향 D/A컨버터(61)로부터 하향 입력되는 IF 통신신호를 RF 통신신호로 변환하여 하향 출력하는 하향 업컨버터(71)와 ; 하향 업컨버터(71)로부터 하향 입력되는 RF 통신신호를 레벨조정하고 증폭하여 하향 출력하는 하향 제2정합증폭유닛(81)으로 구성된다.

상기 2개의 듀플렉서(10, 90)중에서 서비스 안테나(200)에 연결되는 제2듀플렉서(90)는, 하향 제2정합증폭유닛(81)으로부터 하향 입력되는 RF 통신신호를 서비스 안테나(200)로 하향 출력하고, 서비스 안테나(200)로부터 상향 입력되는 RF 통신신호를 상향 제1정합증폭유닛(22)으로 상향 출력한다.

상기 상향 신호처리기는, 제2듀플렉서(90)로부터 상향 입력되는 RF 통신신호를 증폭하고 레벨조정하여 상향 출력하는 상향 제1정합증폭유닛(22)과 ; 상향 제1정합증폭유닛(22)으로부터 상향 입력되는 RF 통신신호를 IF 통신신호로 변환하여 상향 출력하는 상향 다운컨버터(32)와 ; 상향 다운컨버터(32)로부터 상향 입력되는 IF 통신신호를 디지털 통신신호로 변환하여 상향 출력하는 상향 A/D컨버터(42)와 ; 상향 A/D컨버터(42)로부터 입력되는 디지털 통신신호를 LMS 알고리즘 방식으로 디지털 신호처리하여 간섭신호를 제거한 후에 이를 상향 출력하는 상향 FPGA(52)와 ; 상향 FPGA(52)로부터 상향 입력되는 간섭신호가 제거된 디지털 통신신호를 IF 통신신호로 변환하여 상향 출력하는 상향 D/A컨버터(62)와 ; 상향 D/A컨버터(62)로부터 상향 입력되는 IF 통신신호를 RF 통신신호로 변환하여 상향 출력하는 상향 업컨버터(72)와 ; 상향 업컨버터(72)로부터 상향 입력되는 RF 통신신호를 레벨조정하고 증폭하여 상향 출력하는 상향 제2정합증폭유닛(82)로 구성된다.

도 2는 본 실시예에 따른 하향 FPGA(51)를 도시하고 있는데, 이에 의하면 하향 FPGA(51)는, 하향 A/D변환기(41)로부터 입력되는 디지털 통신신호와 간섭제거신호 발생기(e)로부터 입력되는 간섭제거신호를 합하여 간섭신호를 제거한 후에 이를 출력하는 덧셈부(a)와, 덧셈부(a)로부터 입력되는 간섭신호 제거된 디지털 통신신호를 증폭하여 출력하는 증폭부(b)와, 증폭부(b)로부터 입력되는 증폭신호로부터 미리 설정된 주파수 대역만을 추출하여 하향 D/A변환기(61)로 출력하는 대역통과필터부(c)와, 대역통과필터부(c)로부터 입력되는 디지털 통신신호를 증폭부(b)만큼 감쇠하여 출력하는 감쇠부(d)와, LMS 알고리즘을 이용하여 감쇠부(d)로부터 입력되는 감쇠신호를 디지털 신호처리하여 간섭제거신호를 생성하여 출력하는 간섭제거신호 발생기(e)로 구성된다.

또한, 본 실시예에 따른 상향 FPGA(52)의 경우, 덧셈부(a)가 상향 A/D변환기(42)로부터 디지털 통신신호를 입력받는다는 점과, 대역통과필터부(c)가 상향 D/A변환기(62)로 디지털 통신신호를 출력한다는 점을 제외하고는 도 2에 도시된 바와 같은 하향 FPGA(51)와 사실상 동일하므로, 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 FPGA(51 ; 52)는 LMS 알고리즘을 이용하여 A/D변환기(41, 42)로부터 입력되는 디지털 통신신호와 간섭제거신호 발생기(e)로부터의 간섭제거신호(Feedback Interference 신호)간의 통계적 특성 차이를 이용하여 간섭신호만을 구분해낸다.

본 발명의 경우, 상기 FPGA(51 ; 52)의 LMS 알고리즘내의 필터 탭(Filter Tap) 수(예를들어, 48, 96, 192, .... 등)에 따라 간섭제거신호를 추정할 수 있는 창(Window) 크기가 가변되므로 시스템의 용량을 결정할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 양방향 RF 중계기는 단말기(도시되지 않음)를 통해서 상위 서버(도시되지 않음)에 연결되어 원격 통제되는데, 이러한 원격통제 기술은 이미 널리 공지되어 있으므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 참고로, 본 실시예의 경우, 공지의 중계기 통합관리시스템(WRCS)에 연동되는 단말기를 양방향 RF 중계기에 설치하여, 통합관리시스템(WRCS)의 상위 서버가 SMS 및 패킷 방식으로 단말기와 통신할 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명에 따른 양방향 RF 중계기는, 상기 상위 서버에 의해서 직접적으로 원격 통제되거나, 양방향 RF 중계기에 상기 상위 서버에 의해서 작동 제어되는 별도의 제어부(도시되지 않음)를 보강하여 양방향 RF 중계기가 자체 구비된 별도의 제어부를 통해서 간접적으로 원격 통제되도록 할 수도 있음은 물론이다. 참고로, 본 실시예의 경우, 양방향 RF 중계기에 별도의 제어부를 보강 설치하고, 별도의 제어부가 양방향 RF 중계기에 구비된 상기 단말기를 통해서 중계기 통합관리시스템(WRCS)에 연결되도록 하여, 별도의 제어부가 단말기를 통해서 중계기 통합관리시스템(WRCS)의 상위 서버에 의해서 원격 제어되도록 하였다.

본 발명에 따른 양방향 RF 중계기는 고출력 증폭기를 사용하여 기지국에 준하는 셀 커버리지를 제공한다.

본 발명에 따른 양방향 RF 중계기는 무선구간에서 발생하는 간섭신호를 직접 찾아 제거하여 안정적인 통신 서비스를 제공할 수 있고, 무선 환경이 열악한 도심지, 시골 지역 및 고속도로 등에 폭 넓게 적용될 수 있다.

또한, 재중계 기능으로 시설 투자비를 절감할 수 있고, 광 케이블 시설 및 장비 투자비용이 불필요하므로 유선 광 중계기에 비해서 설비비용이 크게 절감되는 잇점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위를 벗어나지 않는 한도 내에서, 보다 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 양방향 RF 중계기를 도시한 도면,

도 2는 도 1에 도시된 FPGA의 일예를 도시한 도면이다.

- 첨부도면의 주요 부분에 대한 용어 설명 -

10 ; 제1듀플렉서, 21 ; 하향 제1정합증폭유닛,

22 ; 상향 제1정합증폭유닛, 31 ; 하향 다운컨버터,

32 ; 상향 다운컨버터, 41 ; 하향 A/D컨버터,

42 ; 상향 A/D컨버터, 51 ; 하향 FPGA,

52 ; 상향 FPGA, 61 ; 하향 D/A컨버터,

62 ; 상향 D/A컨버터, 71 ; 하향 업컨버터,

72 ; 상향 업컨버터, 81 ; 하향 제2정합증폭유닛,

82 ; 상향 제2정합증폭유닛, 90 ; 제2듀플렉서.

100 ; 도너 안테나, 200 ; 서비스 안테나.

Claims (2)

1. 도너 안테나(100)로부터 하향 입력되는 RF 통신신호를 하향 정합증폭유닛(21)으로 출력하고, 상향 업컨버터(72)로부터 상향 입력되는 RF 통신신호를 도너 안테나(100)로 상향 출력하는 제1듀플렉서(10)와 ; 제1듀플렉서(10)로부터 하향 입력되는 RF 통신신호를 증폭하고 레벨조정하여 하향 출력하는 하향 제1정합증폭유닛(21)과 ; 하향 제1정합증폭유닛(21)으로부터 하향 입력되는 RF 통신신호를 IF 통신신호로 변환하여 하향 출력하는 하향 다운컨버터(31)와 ; 하향 다운컨버터(31)로부터 하향 입력되는 IF 통신신호를 디지털 통신신호로 변환하여 하향 출력하는 하향 A/D컨버터(41)와 ; 하향 A/D컨버터(41)로부터 입력되는 디지털 통신신호를 LMS 알고리즘 방식으로 디지털 신호처리하여 간섭신호를 제거한 후에 이를 하향 출력하는 하향 FPGA(51)와 ; 하향 FPGA(51)로부터 하향 입력되는 간섭신호가 제거된 디지털 통신신호를 IF 통신신호로 변환하여 하향 출력하는 하향 D/A컨버터(61)와 ; 하향 D/A컨버터(61)로부터 하향 입력되는 IF 통신신호를 RF 통신신호로 변환하여 하향 출력하는 하향 업컨버터(71)와 ; 하향 업컨버터(71)로부터 하향 입력되는 RF 통신신호를 레벨조정하고 증폭하여 하향 출력하는 하향 제2정합증폭유닛(81)과 ; 하향 제2정합증폭유닛(81)으로부터 하향 입력되는 RF 통신신호를 서비스 안테나(200)로 하향 출력하고, 서비스 안테나(200)로부터 상향 입력되는 RF 통신신호를 상향 제1정합증폭유닛(22)으로 상향 출력하는 제2듀플렉서(90)와 ; 제2듀플렉서(90)로부터 상향 입력되는 RF 통신신호를 증폭하고 레벨조정하여 상향 출력하는 상향 제1정 합증폭유닛(22)과 ; 상향 제1정합증폭유닛(22)으로부터 상향 입력되는 RF 통신신호를 IF 통신신호로 변환하여 상향 출력하는 상향 다운컨버터(32)와 ; 상향 다운컨버터(32)로부터 상향 입력되는 IF 통신신호를 디지털 통신신호로 변환하여 상향 출력하는 상향 A/D컨버터(42)와 ; 상향 A/D컨버터(42)로부터 입력되는 디지털 통신신호를 LMS 알고리즘 방식으로 디지털 신호처리하여 간섭신호를 제거한 후에 이를 상향 출력하는 상향 FPGA(52)와 ; 상향 FPGA(52)로부터 상향 입력되는 간섭신호가 제거된 디지털 통신신호를 IF 통신신호로 변환하여 상향 출력하는 상향 D/A컨버터(62)와 ; 상향 D/A컨버터(62)로부터 상향 입력되는 IF 통신신호를 RF 통신신호로 변환하여 상향 출력하는 상향 업컨버터(72)와 ; 상향 업컨버터(72)로부터 상향 입력되는 RF 통신신호를 레벨조정하고 증폭하여 상향 출력하는 상향 제2정합증폭유닛(82)를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 RF 중계기.
2. 제1항에 있어서, 상기 FPGA(51 ; 52)는 A/D변환기(41 ; 42)로부터 입력되는 디지털 통신신호와 간섭제거신호 발생기(e)로부터 입력되는 간섭제거신호를 합하여 간섭신호를 제거한 후에 이를 출력하는 덧셈부(a)와, 덧셈부(a)로부터 입력되는 간섭신호 제거된 디지털 통신신호를 증폭하여 출력하는 증폭부(b)와, 증폭부(b)로부터 입력되는 증폭신호로부터 미리 설정된 주파수 대역만을 추출하여 D/A변환기(61 ; 62)로 출력하는 대역통과필터부(c)와, 대역통과필터부(c)로부터 입력되는 디지털 통신신호를 증폭부(b)만큼 감쇠하여 출력하는 감쇠부(d)와, LMS 알고리즘을 이용하여 감쇠부(d)로부터 입력되는 감쇠신호를 디지털 신호처리하여 간섭제거신호를 생성하여 출력하는 간섭제거신호 발생기(e)를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 RF 중계기.

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