KR101035535B1

KR101035535B1 - 와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는디지털 시간 지연 제어기 및 이를 적용한 광중계기

Info

Publication number: KR101035535B1
Application number: KR1020040089019A
Authority: KR
Inventors: 신용식; 이주식; 임종태; 최경호; 김경준; 안동준; 전성훈
Original assignee: 에스케이 텔레콤주식회사
Priority date: 2004-11-03
Filing date: 2004-11-03
Publication date: 2011-05-23
Also published as: KR20060039796A

Abstract

본 발명은 와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는 디지털 시간 지연 제어기 및 이를 적용한 광중계기에 관한 것이다.

본 발명은 주파수 상/하향 변환기, A/D 변환기, D/A 변환기, 시간 지연 계산부, 시간 지연기, 클럭 제공부, TCXO 및 LO 발생기를 포함하여 구성되어 있는 디지털 시간 지연 제어기에서 광중계기의 시간 지연을 제어하여 기지국 신호와 광중계기 신호를 동기시킬 수 있도록 하는 와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는 디지털 시간 지연 제어기 및 이를 적용한 광중계기를 제공한다.

본 발명에 의하면, 광중계기의 시간 지연을 제어하여 와이브로 신호의 인터심볼 간섭 및 셀 간 간섭을 방지할 수 있으며, 디지털 방식으로 정확한 시간 지연 제어를 할 수 있는 효과가 있다.

와이브로, 휴대 인터넷, TDD, OFDMA, 광중계기, 시간 지연, DDAU

Description

와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는 디지털 시간 지연 제어기 및 이를 적용한 광중계기{Digital Time Delay Controller for Controlling Time Delay of Optical Repeater and Optical Repeater by Using Digital Time Delay Controller for Use in WiBro System}

도 1은 와이브로 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도,

도 2는 광중계기를 사용한 와이브로 망의 구성을 나타낸 예시 도면,

도 3은 와이브로 망에서 기지국과 광중계기 사이에 위치한 단말기가 송수신하는 신호의 타이밍을 나타낸 예시 도면,

도 4는 SAW 필터를 이용한 시간 지연 조절 장치를 나타낸 구성도,

도 5는 광케이블을 이용한 시간 지연 조절 장치를 나타낸 구성도,

도 6은 와이브로 망에서 다운링크 신호의 시간 지연을 조절한 경우의 단말기가 송수신 하는 신호의 타이밍을 나타낸 예시 도면,

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DDAU의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도,

도 8은 DDAU가 도너에 설치된 광중계기의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도,

도 9는 DDAU가 리모트에 설치된 광중계기의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도,

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

700 : DDAU 710 : 주파수 하향 변환기

720 : A/D 변환기 730 : 시간 지연 계산부

740 : 시간 지연기 750 : D/A 변환기

760 : 클럭 제공부 770 : TCXO

780 : LO 발생기 790 : 주파수 상향 변환기

800 : 도너 805, 825, 865, 885 : 이득 조절기

810, 890 : 전광 변환기 815, 855 : WDM

820, 860 : 광전 변환기 850 : 리모트

870 : 선형 전력 증폭기 875 : 스위치

880 : 저잡음 증폭기

본 발명은 와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는 디지털 시간 지연 제어기 및 이를 적용한 광중계기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 주파수 상/하향 변환기, A/D 변환기, D/A 변환기, 시간 지연 계산부, 시간 지연기, 클럭 제공부, TCXO 및 LO 발생기를 포함하여 구성되어 있는 디지털 시간 지연 제어기에 서 광중계기의 시간 지연을 제어하여 기지국 신호와 광중계기 신호를 동기시킬 수 있도록 하는 와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는 디지털 시간 지연 제어기 및 이를 적용한 광중계기에 관한 것이다.

컴퓨터, 전자, 통신 기술이 비약적으로 발전함에 따라 무선 통신망(Wireless Network)을 이용한 다양한 무선 통신 서비스가 제공되고 있다. 이에 따라, 무선 통신망을 이용한 이동 통신 시스템에서 제공하는 서비스는 음성 서비스뿐만이 아니라, 써킷(Circuit) 데이터, 패킷(Packet) 데이터 등과 같은 데이터를 전송하는 멀티미디어 통신 서비스로 발전해 가고 있다.

최근에는 정보통신의 발달로 ITU-R에서 표준으로 제정하고 있는 제 3 세대 이동 통신 시스템인 IMT-2000(International Mobile Telecommunication 2000)(예컨대, CDMA(Code Division Multiple Access)2000 1X, 3X, EV-DO, WCDMA(WideBand CDMA) 등)이 상용화되고 있다. IMT-2000은 개인의 이동성 및 서비스 이동성을 포함한 전세계적인 직접 로밍, 유선 전화와 동일한 수준의 통화 품질, 고속 패킷 데이터 서비스 및 유무선망의 결합에 의한 다양한 응용 서비스의 구현 등을 목표로 등장한 이동 통신 시스템으로, 기존의 음성 및 WAP 서비스 품질의 향상은 물론 각종 멀티미디어 서비스(AOD, VOD 등)를 보다 빠른 속도로 제공할 수 있다.

그러나, 기존의 이동 통신 시스템은 기지국 구축 비용이 높기 때문에 무선 인터넷의 이용 요금이 높고, 이동 통신 단말기의 화면 크기가 작기 때문에 이용할 수 있는 컨텐츠에 제약이 있는 등 초고속 무선 인터넷을 제공하기에는 한계가 있다. 또한, 무선 랜(WLAN : Wireless Local Area Network) 기술은 전파 간섭 및 좁 은 사용 영역(Coverage) 등의 문제로 공중 서비스의 제공에 한계가 있다. 따라서, 휴대성과 이동성을 보장하며 저렴한 요금으로 초고속 무선 인터넷 서비스를 이용할 수 있는 초고속 휴대 인터넷 서비스인 와이브로(WiBro : Wireless Broadband Internet)가 대두되었다.

와이브로 서비스는 노트북, PDA, Handheld PC 등 다양한 형태의 휴대용 이동 통신 단말기를 이용하여 실내 및 실외의 정지 환경에서와 보행 속도 및 중저속 이동 수준의 이동 환경에서 인터넷에 접속하여 다양한 정보 및 컨텐츠 이용이 가능한 서비스이다. 와이브로 시스템은 2.3 GHz 주파수 대역을 사용하고 시속 60 km/h의 이동성을 제공하며, 하향 전송 속도는 24.8 Mbps이나 상향 전송 속도는 5.2 Mbps로 상하향 비대칭 전송 특성을 갖는 IP(Internet Protocol) 기반의 무선 데이터 시스템이다.

와이브로 시스템은 할당된 주파수 스펙트럼을 효과적으로 이용하기 위해 듀플렉스(Duplex) 방식으로는 TDD(Time Division Duplex)를 다중 접속(Multiple Access) 방식으로는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)/TDMA(Time Division Multiple Access)를 사용한다.

여기서, TDD 방식은 동일한 주파수 대역에서 시간적으로 다운링크(Downlink)와 업링크(Uplink)를 교대로 배정하는 양방향 전송방식이다. TDD 방식은 전송 효율이 높고, 타임슬롯의 동적 할당으로 비대칭(Asymmetric)이나 버스티(Bursty)한 어플리케이션 전송에 적합한 특징이 있다.

또한, OFDMA/TDMA 방식은 전체 대역폭에 퍼져 있는 모든 부반송파를 일정 시 간 동안 한 사용자에게 할당하고 다음 일정 시간 동안 또 다른 사용자에게 할당하는 TDMA와 유사한 다중 접속 방식이며, 대역폭당 전송 속도를 향상시키고 멀티패스(Multipath) 간섭을 방지할 수 있는 특성을 가진다.

도 1은 와이브로 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 와이브로 시스템은 PSS(Personal Subscriber Station)(100), RAS(Radio Access Station)(110), ACR(Access Control Router)(120), PDSN(Packet Data Serving Node)(130), HA(Home Agent)(140), AAA(Authentication, Authorization, Accounting)(150), IP 네트워크(160) 및 인터넷(170) 등을 포함할 수 있다.

PSS(100)는 와이브로 시스템에 접속하여 초고속 무선 인터넷 서비스를 이용하는 이동 통신 단말기를 말하며, 저전력 RF(Radio Frequency)/IF(Intermediate Frequency) 모듈 및 콘트롤러 기능, 서비스 특성 및 전파 환경에 따른 MAC(Media Access Control) 프레임 가변 제어 기능, 핸드오버 기능, 인증 및 암호화 기능 등을 가진다.

RAS(110)는 와이브로 시스템의 기지국으로서 ACR(120)로부터 수신한 데이터를 무선으로 PSS(100)에 전송하게 되며, 저전력 RF/IF 모듈 및 콘트롤러 기능, OFDM/TDD 패킷 스케줄링과 채널 다중화 기능, 서비스 특성 및 전파 환경에 따른 MAC 프레임 가변 제어 기능, 50 Mbps급 고속 트래픽 실시간 제어 기능, 핸드오버 기능 등을 갖는다.

또한, PSS(100) 및 RAS(110)는 데이터 전송을 위한 50 Mbps 패킷 전송 변복 조 기능, 고속 패킷 채널 코딩 기능, 실시간 모뎀 제어 기능 등을 갖는다.

ACR(120)은 다수 개의 RAS(110)를 수용하는 패킷 액세스 라우터로서 RAS(110) 간의 핸드오버 제어 기능, ACR(120) 간의 핸드오버 기능, 패킷 라우팅 기능, 인터넷 접속 기능 등을 가지며, IP 망에 접속된다.

PDSN(130)은 IP 네트워크(160)를 통해 인터넷(170) 등의 외부 패킷 데이터 서비스 서버 및 기지국 사이에서 패킷 데이터의 송수신을 중계하며, PSS(100)를 비롯한 이동 통신 단말기의 위치 정보 데이터를 관리한다.

HA(140)은 인터넷(170) 등의 외부 패킷 데이터 서비스 서버의 위치를 추적하여 연결하는 라우팅(Routing)을 수행하며, AAA(150)은 PDSN(130)과 연동하여 PSS(100)에서 이용한 패킷 데이터에 대한 과금을 수행하고, PSS(100)로부터의 접속을 인증한다.

IP 네트워크(160)는 PDSN(130), HA(140) 및 AAA(150) 등을 연결시켜 주고, 인터넷(170) 등의 외부 패킷 데이터 서비스로부터 패킷 데이터를 전달받아 AP(110)에 전송한다.

이러한 와이브로 시스템은 주파수 재사용 개념, 트래픽량 등에 따라 셀(Cell)의 반경을 적절하게 조절하여 와이브로 망의 커버리지(Coverage)를 확장한다. 그러나, 도심 지역에서는 지하, 건물 내부, 터널 등 일반적으로 전파가 도달하기 어려운 전파 음영 지역이 존재하여 와이브로 서비스를 제공할 수 없는 문제점이 있는바, 이러한 전파 음영 지역에는 광중계기 시스템을 이용하여 와이브로 서비스를 제공할 수 있다.

광중계기 시스템은 모기지국에 할당된 통화 채널을 광중계기를 이용한 광 전송 방식을 통해 전파 음영 지역으로 전송하도록 하여 전파 음영의 문제점을 해소한다. 특히, 제 2 세대 이동 통신 시스템보다 제 3 세대 이동 통신 시스템 및 와이브로 시스템에서는 높은 주파수를 이용하고 있어 전파 경로 손실이 크고, 회절 효과가 작으며, 건물 투과 손실이 크기 때문에 셀의 반경이 작아 광중계기를 사용하는 것이 바람직하다. 와이브로 시스템과 TDD 시스템에 광중계기를 적용하면, 다운링크 신호와 업링크 신호가 동일한 주파수 대역을 사용하므로 스위치를 이용하여 다운링크 신호와 업링크 신호를 구분하게 된다.

그러나, 와이브로 시스템에서 광중계기를 사용하는 경우에는 기지국에서 광중계기까지의 구간에서 광전송으로 인한 시간 지연(Time Delay)이 발생하고, 광중계기 자체 내에서 시스템 시간 지연이 발생하게 된다. 그 결과, 기지국 셀과 광중계기 셀 간의 스위칭 시간 차이로 인한 간섭 현상과 커버리지의 제한 등이 발생하게 된다.

도 2는 광중계기를 사용한 와이브로 망의 구성을 나타낸 예시 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 단말기는 기지국으로부터 직접 수신되는 신호와 광중계기를 거쳐서 수신되는 신호를 멀티-패스(Multi-Path) 신호로 수신하게 된다. 이 때, 두 신호의 시간 지연차가 OFDMA 심볼의 CP(Cyclic Prefix) 시간을 초과하게 되면, 두 신호 간의 인터심볼 간섭(ISI : Inter-Symbol Interference) 현상이 발생되므로 OFDMA 심볼을 복조하게 되면 데이터 에러율이 증가되는 문제점이 발생한다.

광중계기를 사용하는 경우에 기지국과 광중계기의 커버리지가 동일하다고 가 정하고 단말기가 기지국과 광중계기의 중간 지점에 위치한다고 가정하면(

), 두 셀에서 단말기로 전송되는 신호의 시간 지연 차이(

)는 수학식 1로 나타낼 수 있다.

즉, 시간 지연 차이(

)는 광선로의 지연 시간(

)과 시스템 지연 시간(

)의 합이 되며, 두 신호의 시간 지연차에 의한 인터심볼 간섭을 피하기 위해서는 시간 지연 차이(

)가 수학식 2와 같이 CP의 시간 길이보다 작아야 한다.

그러나, 와이브로 시스템에서 CP의 크기는 전송 효율에 영향을 미치기 때문에 CP의 크기를 무한정 크게 설정할 수는 없다. 따라서, 전파 지연의 차가 CP의 크기를 초과하지 않도록 기지국 셀과 광중계기 셀 간의 전파 지연의 차이에 대한 관리가 필요하다.

도 3은 와이브로 망에서 기지국과 광중계기 사이에 위치한 단말기가 송수신하는 신호의 타이밍을 나타낸 예시 도면이다.

와이브로 신호의 프레임은 다운링크 프레임과 다운링크 프레임, 다운링크 신호와 업링크 신호의 전송 시간을 구분하기 위한 보호 시간(Guard Time)인 TTG(Tx/Rx Transition Gap) 및 RTG(Rx/Tx Transition Gap) 등으로 구성된다.

업링크 신호의 경우를 고려하면, 단말기는 기지국으로부터의 신호와 광중계기로부터의 신호 중 1 개를 선택하여 레인징(Ranging)하게 되며, 도 3에서는 단말기가 레인징에 의한 시간 동기를 기지국으로부터의 신호에 맞추어 송신하는 경우의 신호의 타이밍을 나타내고 있다.

도 2에 대한 설명에서 전술한 대로 단말기는 기지국과 광중계기로부터 멀티-패스 신호를 수신하며, 두 신호의 시간 지연 차이(

)가 CP보다 크게 되면 단말기의 수신 신호에서 인터심볼 간섭을 유발하게 된다. 인터심볼 간섭이 발생하면 OFDMA 심볼 복조시 데이터 에러율이 증가한다. 또한, 단말기가 레인징에 의한 시간 동기를 광중계기로부터의 신호에 맞추어 송신하는 경우에도 같은 결과를 초래하게 된다.

한편, 기지국에서 광중계기까지의 전송 거리와 광중계기의 시스템 지연 시간이 충분히 커서 RTD(Round Trip Delay) 값이 TTG의 값보다 크게 되는 경우에는 인접 셀 간의 간섭을 발생시킬 수 있다. 이러한 인접 셀 간의 간섭은 시스템 설계시에 시스템의 시간 지연을 제약하게 되며, 광전송 거리에 제약을 주게 된다. 이러한 현상을 극복하기 위해서는 TTG 시간의 길이를 늘려서 충분히 크게 하면 되나, 이는 시스템의 전송 효율을 저하시키는 결과를 초래하므로 TTG의 크기를 무한정 크게 설정할 수는 없다.

전술한 문제점을 해결하기 위해서는 기지국의 다운링크 시간과 광중계기의 다운링크 시간이 동기되도록 기지국 신호에 일정 시간의 지연을 주어 단말기로 전 송하고, 광중계기는 기지국 신호와 동기를 맞출 수 있도록 시간 지연 조절 기능을 갖추고 있어야 한다.

도 4는 SAW 필터를 이용한 시간 지연 조절 장치를 나타낸 구성도이다.

도 4에 도시된 시간 지연 조절 장치는 서로 다른 시간 지연을 갖는 SAW(Surface Acoustic Wave) 필터를 사용하여 이를 RF 스위치와 같이 이용함으로써 시간 지연을 조절할 수 있는 장치이다.

그러나, SAW 필터를 사용하는 경우에는 SAW 필터의 특성상 위상의 선형성이 보장되지 않으며, 큰 지연 시간을 갖는 SAW 필터는 신호의 손실이 크고 가격이 비싸며 넓은 공간을 차지하게 되는 문제점이 있다. 따라서, SAW 필터를 이용한 시간 지연 조절 장치는 와이브로 시스템에는 적합하지 않으며, 블록별로 SAW 필터의 신호 손실을 보상할 수 있는 기능 블록을 요구하게 된다.

도 5는 광케이블을 이용한 시간 지연 조절 장치를 나타낸 구성도이다.

도 5에 도시된 시간 지연 조절 장치는 RF 신호를 광신호로 변환하고 길이가 서로 다른 광케이블을 광 스위치를 사용하여 스위칭함으로써 시간 지연을 조절할 수 있는 장치이다.

그러나, 광케이블을 사용하는 경우에는 광전 변환 및 전광 변환을 위한 소자와 광 스위치의 가격이 고가이므로 경제적인 약점이 있으며, 시간 지연 정도에 따라 신호의 손실이 달라지므로 이를 모두 보상해야 하는 문제점이 있다. 또한, 큰 시간 지연을 만들기 위해서는 광케이블의 물리적인 길이가 늘어나기 때문에 이로 인한 과도한 공간을 요구하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 주파수 상/하향 변환기, A/D 변환기, D/A 변환기, 시간 지연 계산부, 시간 지연기, 클럭 제공부, TCXO 및 LO 발생기를 포함하여 구성되어 기지국 신호와 광중계기 신호를 동기시킬 수 있도록 디지털 방식으로 광중계기의 시간 지연을 제어하는 디지털 시간 지연 제어기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 디지털 시간 지연 제어기를 적용하여 광중계기 신호를 기지국 신호와 동기시켜 중계하는 광중계기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 목적에 의하면, TDD(Time Division Duplex) 방식과 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조 방식을 이용하는 와이브로(WiBro) 시스템에서 PSS(Personal Subscriber Station)와 RAS(Radio Access Station) 간의 전송 신호를 중계하는 광중계기의 시간 지연을 제어하는 디지털 시간 지연 제어기(DDAU : Digital Delay Adjustment Unit)에 있어서, 입력받은 RF 신호의 주파수를 IF(Intermediate Frequency) 주파수로 하향 변환하는 주파수 하향 변환기; 상기 주파수 하향 변환기로부터 전달받은 IF 신호를 디지털 데이터 신호로 변환하는 A/D 변환기; 상기 광중계기의 신호를 상기 RAS의 신호와 동기시키기 위한 시간 지연값을 계산하는 시간 지연 계산부; 상기 시간 지연 계산부로부터 상기 시간 지연값을 입력받아 상기 A/D 변환기로부터 전달받은 상기 디지털 데이터 신호를 상기 시간 지연값만큼 지연시키는 시간 지연기; 상기 시간 지연기로부터 전달받은 상기 디지털 데이터 신호를 상기 IF 신호로 변환하는 D/A 변환기; 상기 D/A 변환기로부터 전달받은 상기 IF 신호의 주파수를 상향 변환하여 시간 지연이 적용된 상기 RF 신호를 출력하는 주파수 상향 변환기; 상기 A/D 변환기, 상기 시간 지연기 및 상기 D/A 변환기의 샘플링(Sampling) 주파수를 제공하는 클럭 제공부; 상기 주파수 하향 변환기와 상기 주파수 상향 변환기의 로컬(Local) 입력 신호를 제공하는 LO 발생기 및 상기 클럭 제공부와 상기 LO 발생기의 레퍼런스(Reference) 신호를 제공하는 TCXO(Temperature Compansated Crystal Oscillator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는 디지털 시간 지연 제어기를 제공한다.

본 발명의 제 2 목적에 의하면, TDD 방식과 OFDM 변조 방식을 이용하는 와이브로 시스템에서 PSS와 RAS 간의 전송 신호를 중계하는 광중계기에 있어서, 상기 RAS로부터 전송받은 다운링크(Downlink) 방향 전송 신호를 광신호로 변환하여 리모트(Remote)로 전달하며, 상기 리모트로부터 전달받은 광신호를 업링크(Uplink) 방향 전송 신호로 변환하여 상기 RAS로 전송하는 도너(Donor); 상기 도너로부터 전달받은 광신호를 상기 다운링크 방향 전송 신호로 변환하여 상기 PSS로 전송하며, 상기 PSS로부터 전송받은 상기 업링크 방향 전송 신호를 광신호로 변환하여 상기 도너로 전송하는 리모트; 및 상기 다운링크 방향 전송 신호와 상기 업링크 방향 전송 신호를 포함하는 상기 광중계기의 신호를 상기 RAS의 신호와 동기시키기 위한 시간 지연값을 계산하여 상기 광중계기의 신호를 상기 시간 지연값만큼 지연시키는 디지털 시간 지연 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 PSS와 RAS 간의 전송 신호를 중계하는 광중계기를 제공한다.

본 발명의 제 3 목적에 의하면, TDD 방식과 OFDM 변조 방식을 이용하는 와이브로 시스템에서 PSS와 RAS 간의 전송 신호를 중계하는 광중계기의 시간 지연을 제어하는 방법에 있어서, (a) 상기 RAS 또는 상기 PSS에서 전송하는 와이브로 신호를 상기 광중계기에서 수신하는 단계; (b) 상기 와이브로 신호와 상기 광중계기를 거치지 않고 상기 RAS와 상기 PSS 간에 전송되는 신호를 동기시키기 위한 시간 지연값을 계산하는 단계; (c) 상기 시간 지연값에 따라 상기 와이브로 신호를 지연시키는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계에서 시간 지연이 적용된 상기 와이브로 신호를 상기 RAS 또는 상기 PSS로 중계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는 방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 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 6은 와이브로 망에서 다운링크 신호의 시간 지연을 조절한 경우의 단말기가 송수신 하는 신호의 타이밍을 나타낸 예시 도면이다.

도 2와 도 3에 대한 설명에서 전술한 대로 기지국으로부터 단말기로 수신되는 신호와 광중계기를 거쳐 단말기로 수신되는 신호의 시간 지연 차이로 인하여 인 터심볼 간섭, 인접 셀간 간섭, 커버리지의 제한 등의 문제점이 발생할 수 있다.

따라서, 도 6에 도시된 바와 같이 기지국에서 단말기로 방사되는 신호를 광중계기로 전송하는 다운링크 신호보다 특정 시간

만큼 지연시키고, 광중계기에서는

를 기준으로 광선로의 지연 시간(

)과 시스템 지연 시간(

)을 고려하여 시간 지연을 조절하면 기지국 신호의 시간과 광중계기 신호의 시간을 동기시킬 수 있게 된다.

광중계기는 기지국으로부터 지연되지 않은 다운링크 신호를 전달받아

인 시간에 다운링크 신호를 방사할 수 있도록 신호를 지연시킨다. 여기서, 광중계기에 의해 제어된 지연 시간(

)은 수학식 4의 관계식을 만족해야 한다.

여기서, 특정 시간

는 광중계기에 의한 최대 시간 지연(광중계기의 시스템 시간 지연과 광선로에 의한 최대 시간 지연의 합)과 기지국 또는 광중계기와 단말기 사이의 시간 지연의 합보다 크도록 설정한다.

전술한 방식으로 광중계기에서 시간 지연을 조절하도록 하면, 기지국의 신호와 광중계기의 신호를 동기시킬 수 있게 되어 두 신호의 시간 지연 차이를 최소화할 수 있게 된다. 시간 지연을 조절하기 위해 광중계기는 시간 지연 제어기를 구비해야 하며, 시간 지연 제어기에 대하여는 도 7에 대한 설명에서 후술하도록 한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DDAU의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DDAU(Digital Delay Adjustment Unit)(700)는 디지털 방식의 시간 지연 제어기로서 주파수 하향 변환기(710), A/D 변환기(720), 시간 지연 계산부(730), 시간 지연기(740), D/A 변환기(750), 클럭(CLK : Clock) 제공부(760), TCXO(Temperature Compansated Crystal Oscillator)(770), LO 발생기(780) 및 주파수 상향 변환기(790) 등을 포함할 수 있다. DDAU(700)는 광중계기의 도너(Donor) 또는 리모트(Remote)에 설치할 수 있으며, 광중계기의 시간 지연을 제어하여 도너와 리모트 사이의 광전송 거리차를 보상하고 기지국의 신호와 광중계기의 신호를 동기시키는 역할을 하게 된다.

주파수 하향 변환기(710)는 입력받은 RF 신호의 주파수를 A/D 변환에 적합한 IF(Intermediate Frequency) 주파수로 하향 변환하여 A/D 변환기(720)로 전달한다. A/D 변환기(720)는 전달받은 IF 신호를 병렬 디지털 데이터 신호로 변환하여 각각의 디지털 데이터 신호를 시간 지연기(740)로 전달한다.

시간 지연 계산부(730)는 광중계기 신호를 기지국 신호와 동기시키기 위한 시간 지연값을 계산하여 시간 지연기(740)로 전달한다. 시간 지연 계산부(730)는 수학식 3을 이용하여 기지국에서 단말기로 방사되는 신호의 지연 시간(

), 광선로의 지연 시간(

) 및 광중계기 시스템의 지연 시간(

)으로부터 광중계기에 의해 제어될 지연 시간(

)을 계산할 수 있으며, 이 값을 시간 지연기(740)로 전달하게 된다.

시간 지연기(740)는 시간 지연 계산부(730)로부터 시간 지연값을 입력받아 A/D 변환기(720)로부터 전달받은 디지털 데이터 신호를 입력된 시간 지연값만큼 지연시킨 후에 D/A 변환기(750)로 전달한다. D/A 변환기(750)는 시간 지연기(740)로부터 전달받은 디지털 데이터 신호를 아날로그 IF 신호로 변환하여 주파수 상향 변환기(790)로 전달한다.

클럭 제공부(760)는 A/D 변환기(720), 시간 지연기(740) 및 D/A 변환기(750)의 샘플링(Sampling) 주파수를 제공하며, 시간 지연기(740)에서는 클럭 제공부(760)에서 제공하는 샘플링 주파수를 기준으로 신호 지연의 단위를 조절하게 된다. 클럭 제공부(760)에서 제공하는 클럭의 속도가 빠를수록 미세한 시간 지연 조절이 가능하게 된다.

TCXO(770)는 고정 주파수를 발진하는데 효과적인 온도 보상 수정 발진기로서 클럭 제공부(760)와 LO 발생기(780)의 레퍼런스(Reference) 신호를 제공한다. LO 발생기(780)는 주파수 하향 변환기(710)와 주파수 상향 변환기(790)의 로컬(Local) 입력 신호를 제공한다. 주파수 상향 변환기(790)는 전달받은 IF 신호의 주파수를 상향 변환하여 시간 지연이 적용된 RF 신호를 출력하게 된다.

도 8은 DDAU가 도너에 설치된 광중계기의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 광중계기는 기지국과 RF 케이블을 통해 연결되어 있는 도너(800) 및 도너(800)와 광통신 케이블을 통해 연결되어 있는 하나 이상의 리모트(850)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 이동 통신 시스템은 와이브로 시 스템이므로 2.3 GHz 주파수 대역의 신호를 이용할 수 있다.

도너(800)는 내부 구성 요소로서 이득 조절기(805, 825), 전광 변환기(E/O)(810), WDM(Wavelength Division Multiplexer)(815), 광전 변환기(O/E)(820) 등을 포함할 수 있다. 또한, 다운링크 신호의 시간 지연을 제어하기 위해 이득 조절기(805)와 전광 변환기(810) 사이에 DDAU(700)가 위치하며, 업링크 신호의 시간 지연을 제어하기 위해 광전 변환기(820)와 이득 조절기(825) 사이에 DDAU(700)가 위치할 수 있다.

리모트(850)는 내부 구성 요소로서 WDM(855), 광전 변환기(860), 이득 조절기(865, 885), 선형 전력 증폭기(Linear Power Amplifier)(870), 스위치(875), 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier)(880), 전광 변환기(890) 등을 포함할 수 있다.

WDM(815, 855)은 광섬유 채널을 빛의 파장에 의해 다수의 채널로 분할하여 복수의 통신로로 사용할 수 있게 하는 장치로서, 광신호를 전송하는 경우에는 여러 광파장의 신호를 하나의 광섬유에 실어 전송하는 파장 분할 다중화기로서 동작하고, 광신호를 전송받는 경우에는 하나의 광섬유에 실린 여러 광파장의 신호를 각각 분기하는 파장 분할 역다중화기로서 동작할 수 있다.

전광 변환 모듈(810, 890)은 레이저 다이오드(Laser Diode)를 사용하여 구현할 수 있으며, 광전 변환 모듈(820, 860)은 포토 다이오드(Photo Diode)를 사용하여 구현할 수 있다. 스위치(875)는 전송 신호를 다운링크 신호와 업링크 신호로 구분할 수 있도록 스위칭 동작을 수행하며, 서큘레이터(Circulator) 또는 RF 스위치를 사용하여 구현할 수 있다. 여기서, 스위치(875)는 RF 신호의 프레임 중에서 TTG 와 RTG 시간 간격에서 스위칭 포인트를 결정하여 스위칭 동작을 수행하게 된다.

전술한 광중계기의 구성요소를 이용하여 다운링크 방향 및 업링크 방향의 신호 전송 과정을 상세히 설명하면 아래와 같다.

다운링크 방향의 경우, 기지국에서 전송한 RF 신호는 도너(800)의 이득 조절기(805)에 전달되어 RF 신호의 신호 레벨을 조정한 후에 DDAU(700)로 전달된다. DDAU(700)는 중계기의 다운링크 신호와 기지국의 다운링크 신호를 동기시킬 수 있도록 RF 신호의 시간 지연을 조절하여 전광 변환기(810)로 전달하며, 전광 변환기(810)는 전광 변환을 통해 RF 신호를 광신호로 변환하고 WDM(815)로 전달한다. WDM(815)은 전광 변환기(810)로부터 전달받은 다수의 광신호를 광통신 케이블을 통해 리모트(850)로 전송한다.

도너(800)로부터 광신호를 전달받은 리모트(850)의 WDM(855)은 전달받은 다수의 광신호를 분기하여 광전 변환기(860)로 전달하고, 광전 변환기(860)는 광전 변환을 통해 광신호를 RF 신호로 변환하여 이득 조절기(865)로 전달한다. 이득 조절기(865)는 RF 신호의 신호 레벨을 조정하여 선형 전력 증폭기(870)로 전달하며, 선형 전력 증폭기(870)는 RF 신호를 무선으로 송출하기 위한 실효 출력까지 증폭하여 스위치(875)로 전달한다. 스위치(875)에서는 전달받은 RF 신호가 안테나를 통해 단말기로 방사되도록 스위칭 동작을 수행하며, 스위치(875)와 안테나 사이에 BPF(Band Pass Filter)(미도시)를 두어 와이브로 주파수 대역의 신호만을 통과시키고 다른 주파수 대역의 신호 성분을 제거할 수도 있다.

업링크 방향의 경우, 리모트(850)의 안테나를 통해 단말기로부터 RF 신호를 수신하며, 스위치(875)에서는 RF 신호가 저잡음 증폭기(860)로 전달되도록 스위칭 동작을 수행한다. 저잡음 증폭기(860)는 잡음을 제거하고 신호 성분을 증폭하여 이득 조절기(885)로 전달되며, 이득 조절기(885)는 RF 신호의 신호 레벨을 조정하여 전광 변환기(890)로 전달한다. 전광 변환기(890)는 전광 변환을 통해 RF 신호를 광신호로 변환하고 WDM(855)에 전달하며, WDM(855)은 전광 변환기(890)로부터 전달받은 광신호를 광통신 케이블을 통해 도너(800)에 전송한다.

리모트(850)로부터 광신호를 전달받은 도너(800)의 WDM(815)은 전달받은 다수의 광신호를 분기하여 DDAU(700)로 전달한다. DDAU(700)는 중계기 업링크 신호와 기지국 업링크 신호를 동기시킬 수 있도록 RF 신호의 시간 지연을 조절하여 이득 조절기(825)로 전달한다. 이득 조절기(825)는 RF 신호의 신호 레벨을 조정하여 RF 케이블을 통해 RF 신호를 기지국으로 전송하게 된다.

따라서, 광중계기에서는 시간 지연이 적용된 다운링크 신호와 업링크 신호를 중계할 수 있게 되어, 중계기 신호와 기지국 신호를 동기시킬 수 있게 된다.

도 9는 DDAU가 리모트에 설치된 광중계기의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도이다.

도 9에 도시된 구성 요소 중에서 도 8에 도시된 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대하여는 상세한 설명을 생략하도록 한다. 도 8의 광중계기와 달리, 도 9의 광중계기는 리모트(850)에 DDAU(700)가 설치되어 있다. DDAU(700)는 다운링크 신호의 시간 지연을 제어하기 위해 이득 조절기(865)와 선형 전력 증폭기(870) 사이에 위치할 수 있으며, 업링크 신호의 시간 지연을 제어하기 위해 저잡음 증폭기(880) 와 이득 조절기(885) 사이에 위치할 수 있다.

도 8과 달리 DDAU(700)가 리모트(850)에 설치되어도, 시간 지연 조절이 도너(800)가 아닌 리모트(850)에서 이루어지는 차이가 있을 뿐, 광중계기는 시간 지연이 적용된 다운링크 신호를 단말기로 전송하고 시간 지연이 적용된 업링크 신호를 기지국으로 전송할 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 광중계기는 RAS(110)와 PSS(100) 사이에 설치될 수 있으며, RAS(110) 또는 PSS(100)에서 전송하는 와이브로 신호를 수신하게 된다(S1000). 광중계기에서 와이브로 신호를 수신하면, 광중계기를 거치지 않고 RAS(110)와 PSS(100) 간에 전송되는 신호와 동기를 맞추기 위한 시간 지연값을 계산한다(S1002). 시간 지연값은 전술한 대로 수학식 3을 이용하여 계산할 수 있다.

시간 지연값을 계산하면, 계산된 시간 지연값만큼 와이브로 신호를 지연시킨다(S1004). 시간 지연이 적용된 와이브로 신호는 광중계기를 거치지 않고 RAS(110)와 PSS(100) 간에 전송되는 신호와 동기가 맞추어져 있으므로, 광중계기는 시간 지연이 적용된 와이브로 신호를 RAS(110) 또는 PSS(100)로 중계하게 된다(S1006).

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, 이러 한 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.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 광중계기의 시간 지연을 제어하여 와이브로 신호의 인터심볼 간섭 및 셀 간 간섭을 방지할 수 있으며, 디지털 시간 지연 제어기를 이용하여 조절 스텝을 세분화하여 정확한 시간 지연 제어를 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 디지털 방식으로 시간 지연 제어를 수행하기 때문에 시간 지연 조절에 따른 RF 신호의 위상 변화 및 레벨 변화가 없으며, 작은 크기의 시간 지연 제어기를 사용하여 넓은 범위의 시간 지연 제어가 가능하다는 장점이 있다.

Claims

TDD(Time Division Duplex) 방식과 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조 방식을 이용하는 와이브로(WiBro) 시스템에서 PSS(Personal Subscriber Station)와 RAS(Radio Access Station) 간의 전송 신호를 중계하는 광중계기의 시간 지연을 제어하는 디지털 시간 지연 제어기(DDAU : Digital Delay Adjustment Unit)에 있어서,

입력받은 RF 신호의 주파수를 IF(Intermediate Frequency) 주파수로 하향 변환하는 주파수 하향 변환기;

상기 주파수 하향 변환기로부터 전달받은 IF 신호를 디지털 데이터 신호로 변환하는 A/D 변환기;

상기 광중계기의 신호를 상기 RAS의 신호와 동기시키기 위한 시간 지연값을 계산하는 시간 지연 계산부;

상기 시간 지연 계산부로부터 상기 시간 지연값을 입력받아 상기 A/D 변환기로부터 전달받은 상기 디지털 데이터 신호를 상기 시간 지연값만큼 지연시키는 시간 지연기;

상기 시간 지연기로부터 전달받은 상기 디지털 데이터 신호를 상기 IF 신호로 변환하는 D/A 변환기;

상기 D/A 변환기로부터 전달받은 상기 IF 신호의 주파수를 상향 변환하여 시간 지연이 적용된 상기 RF 신호를 출력하는 주파수 상향 변환기;

상기 A/D 변환기, 상기 시간 지연기 및 상기 D/A 변환기의 샘플링(Sampling) 주파수를 제공하는 클럭 제공부;

상기 주파수 하향 변환기와 상기 주파수 상향 변환기의 로컬(Local) 입력 신호를 제공하는 LO 발생기 및

상기 클럭 제공부와 상기 LO 발생기의 레퍼런스(Reference) 신호를 제공하는 TCXO(Temperature Compansated Crystal Oscillator)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는 디지털 시간 지연 제어기.
제 1 항에 있어서,

상기 디지털 시간 지연 제어기는 상기 광중계기의 도너(Donor) 또는 리모트(Remote)에 설치하는 것을 특징으로 하는 와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는 디지털 시간 지연 제어기.
제 2 항에 있어서,

상기 디지털 시간 지연 제어기는 다운링크(Downlink) 신호와 업링크(Uplink) 신호의 시간 지연을 제어할 수 있도록, 상기 도너 또는 상기 리모트의 다운링크 경로와 업링크 경로에 각각 설치하는 것을 특징으로 하는 와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는 디지털 시간 지연 제어기.
제 1 항에 있어서,

상기 시간 지연 계산부는, 수학식

(
: 광중계기에 의한 제어될 지연 시간,
: RAS에서 PSS로 방사되는 신호의 지연 시간,
: 광선로의 지연 시간,
: 광중계기 시스템의 지연 시간)

을 이용하여 상기 시간 지연값을 계산하는 것을 특징으로 하는 와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는 디지털 시간 지연 제어기.
제 1 항에 있어서,

상기 전송 신호의 주파수 대역은 2.3 GHz 주파수 대역을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는 디지털 시간 지연 제어기.
TDD(Time Division Duplex) 방식과 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조 방식을 이용하는 와이브로(WiBro) 시스템에서 PSS(Personal Subscriber Station)와 RAS(Radio Access Station) 간의 전송 신호를 중계하는 광중계기에 있어서,

상기 RAS로부터 전송받은 다운링크(Downlink) 방향 전송 신호를 광신호로 변환하여 리모트(Remote)로 전달하며, 상기 리모트로부터 전달받은 광신호를 업링크 (Uplink) 방향 전송 신호로 변환하여 상기 RAS로 전송하는 도너(Donor);

상기 도너로부터 전달받은 광신호를 상기 다운링크 방향 전송 신호로 변환하여 상기 PSS로 전송하며, 상기 PSS로부터 전송받은 상기 업링크 방향 전송 신호를 광신호로 변환하여 상기 도너로 전송하는 리모트; 및

상기 다운링크 방향 전송 신호와 상기 업링크 방향 전송 신호를 포함하는 상기 광중계기의 신호를 상기 RAS의 신호와 동기시키기 위한 시간 지연값을 계산하여 상기 광중계기의 신호를 상기 시간 지연값만큼 지연시키는 디지털 시간 지연 제어기(DDAU : Digital Delay Adjustment Unit)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 PSS와 RAS 간의 전송 신호를 중계하는 광중계기.
제 6 항에 있어서,

상기 디지털 시간 지연 제어기는 상기 도너 또는 상기 리모트에 설치하는 것을 특징으로 하는 PSS와 RAS 간의 전송 신호를 중계하는 광중계기.
제 6 항에 있어서,

상기 디지털 시간 지연 제어기는, 수학식

(
: 광중계기에 의한 제어될 지연 시간,
: RAS에서 PSS로 방사되는 신호의 지연 시간,
: 광선로의 지연 시간,
: 광중계기 시스템의 지연 시간)

을 이용하여 상기 시간 지연값을 계산하는 것을 특징으로 하는 PSS와 RAS 간의 전송 신호를 중계하는 광중계기.
제 6 항에 있어서,

상기 도너는 이득 조절기(805, 825), 전광 변환기(810), WDM(Wavelength Division Multiplexer)(815) 및 광전 변환기(820)를 포함하는 것을 특징으로 하는 PSS와 RAS 간의 전송 신호를 중계하는 광중계기.
제 9 항에 있어서,

상기 디지털 시간 지연 제어기는 상기 다운링크 방향 전송 신호의 시간 지연을 제어하기 위해 상기 이득 조절기(805)와 상기 전광 변환기(810) 사이에 위치하고, 상기 업링크 방향 전송 신호의 시간 지연을 제어하기 위해 상기 광전 변환기(820)와 상기 이득 조절기(825) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 PSS와 RAS 간의 전송 신호를 중계하는 광중계기.
제 6 항에 있어서,

상기 리모트는 WDM(Wavelength Division Multiplexer)(855), 광전 변환기(860), 이득 조절기(865, 885), 선형 전력 증폭기(Linear Power Amplifier)(870), 스위치(875), 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier)(880) 및 전광 변환기(890)를 포 함하는 것을 특징으로 하는 PSS와 RAS 간의 전송 신호를 중계하는 광중계기.
제 11 항에 있어서,

상기 디지털 시간 지연 제어기는 상기 다운링크 방향 전송 신호의 시간 지연을 제어하기 위해 상기 이득 조절기(865)와 상기 선형 전력 증폭기(870) 사이에 위치하고, 상기 업링크 방향 전송 신호의 시간 지연을 제어하기 위해 상기 저잡음 증폭기(880)와 상기 이득 조절기(885) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 PSS와 RAS 간의 전송 신호를 중계하는 광중계기.
제 11 항에 있어서,

상기 스위치는 서큘레이터(Circulator) 및 RF 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 PSS와 RAS 간의 전송 신호를 중계하는 광중계기.
제 11 항에 있어서,

상기 스위치는 상기 다운링크 방향 전송 신호와 상기 업링크 방향 전송 신호를 구분할 수 있도록, TTG(Tx/Rx Transition Gap)와 RTG(Rx/Tx Transition Gap) 시간 간격에서 스위칭 포인트를 결정하여 스위칭 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 PSS와 RAS 간의 전송 신호를 중계하는 광중계기.
제 11 항에 있어서,

상기 리모트는 상기 스위치와 상기 리모트의 안테나 사이에 BPF(Band Pass Filter)를 포함하며, 상기 BPF에서 와이브로 주파수 대역의 신호만을 통과시키고 다른 주파수 대역의 신호 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 PSS와 RAS 간의 전송 신호를 중계하는 광중계기.
TDD(Time Division Duplex) 방식과 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조 방식을 이용하는 와이브로(WiBro) 시스템에서 PSS(Personal Subscriber Station)와 RAS(Radio Access Station) 간의 전송 신호를 중계하는 광중계기의 시간 지연을 제어하는 방법에 있어서,

(a) 상기 RAS 또는 상기 PSS에서 전송하는 와이브로 신호를 상기 광중계기에서 수신하는 단계;

(b) 상기 와이브로 신호와 상기 광중계기를 거치지 않고 상기 RAS와 상기 PSS 간에 전송되는 신호를 동기시키기 위한 시간 지연값을 계산하는 단계;

(c) 상기 시간 지연값에 따라 상기 와이브로 신호를 지연시키는 단계; 및

(d) 상기 (c) 단계에서 시간 지연이 적용된 상기 와이브로 신호를 상기 RAS 또는 상기 PSS로 중계하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 광중계기는 디지털 시간 지연 제어기(DDAU : Digital Delay Adjustment Unit)를 포함하며, 상기 디지털 시간 지연 제어기에서 상기 시간 지연값을 계산하고 상기 지연값에 따라 상기 와이브로 신호를 지연시키는 것을 특징으로 하는 와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 디지털 시간 지연 제어기는 상기 광중계기의 도너(Donor) 또는 리모트(Remote)에 설치하는 것을 특징으로 하는 와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 시간 지연값은, 수학식

(
: 광중계기에 의한 제어될 지연 시간,
: RAS에서 PSS로 방사되는 신호의 지연 시간,
: 광선로의 지연 시간,
: 광중계기 시스템의 지연 시간)

을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 와이브로 시스템에서 광중계기의 시간 지연을 제어하는 방법.