KR101065986B1 - 쌍방향 전파 링크용 단말 장비 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 두가지 동시 송신 및 수신 형태의 쌍방향 전파 중계 링크로 전역적인 송신 및 수신에 사용되는 주파수 대역폭이 절반으로 감소될 수 있다. 이에 의하면, 각각의 단말 장치(TA)는 제 1 송신기(EA1)를 포함하며, 상기 제 1 송신기(EA1)는 제 1 수신기(RA1)가 제 2 안테나(AA2)를 이용하여 제 2 데이터 신호(S2)를 수신하는 경우의 주파수 대역과 동일한 제 1 이용 주파수 대역(BF1)에서 제 1 안테나(AA1)를 이용하여 제 1 데이터 신호(SI)를 송신한다. 상기 단말 장치(TA)의 제 2 수신기(RA2)는 상기 제 1 안테나(AA1)를 이용하여 제 2 이용 주파수 대역(BF2)로 제 3 데이터 신호(S3)를 수신하고, 상기 단말 장치(TA)의 제 2 송신기(EA2)는 제 2 안테나(AA2)를 이용하여 상기 제 2 이용 주파수 대역(BF2)으로 제 4 데이터 신호(S4)를 송신한다.

Description

쌍방향 전파 링크용 단말 장비{TERMINAL DEVICE FOR A BI-DIRECTIONAL RADIO RELAY LINK}
본 발명은 쌍방향 전파 링크를 위한 단말 장비에 관한 발명이다.
이 전파 링크는 수킬로미터에서 백킬로미터 주위까지 거리에 대해 몇 킬로비트에서 몇백 메가비트까지의 비트 속도를 가진 두개의 디지털 데이터 신호를 서로 반대 방향으로 전송하고자 하는 목적을 가진다. 이 신호들의 송신에 적합한 주파수 대역은 약 1~100 GHZ이다. 이 데이터 신호들은 멀티플렉싱된 디지털 전화 채널이나 디지털 텔레비전 신호 등을 지원한다.
공지 기술에서는 각각의 단말 장비가 송수신용으로 단일 안테나를 포함한다. 안테나는 제 1 통과 대역을 가진 대역 통과 필터와 서큘레이터를 통해 송신기의 출력에 연결되고, 상기 서큘레이터와, 제 2 통과 대역을 가진 또 다른 대역 통과 필터를 통해 수신기의 입력에 연결된다. 송신기는 중간 주파수로부터, 상기 제 1 통과 대역에 대응하는 제 1 이용 주파수 대역의 제 1 송신 캐리어 주파수까지 제 1 데이터를 변환시킨다. 제 2 통과 대역에 대응하는 제 2 이용 주파수 대역 및 제 2 캐리어 주파수를 가진 제 2 데이터 신호가 안테나에 의해 추출되어 수신기에서 중간 주파수로 변환된다.
두 데이터 신호 간의 간섭을 방지하기 위해, 캐리어 주파수들은 서로 다르며, 특히, 제 1, 2 데이터 신호들에 대한 제 1, 2 주파수 대역들이 나란히 놓이며 보호 대역에 의해 서로 격리된다.
쌍방향 전파 링크는 일반적으로 대칭이다. 두개의 데이터 신호들은 동일한 비트 속도를 가지는 것이 일반적이며, 한개의 단말 장비의 송신기는 다른 하나의 단말 장비의 수신기와 짝을 이루며, 그 역도 성립한다.
프랑스 특허 출원 번호 2 744 308 호에 소개된 또다른 쌍방향 전파 링크에 따르면, 각각의 단말 장비에서 데이터 신호들이, 빈 주파수 대역에 의해 분리되는 개별적인 주파수 대역들로 두 안테나에 의해 교차 편극으로 송신되고 수신된다. 파일롯 주파수는 두 송신 방향에 따라 두 장비의 주파수 변환을 위한 공통 로컬 주파수로 기능한다. 파일롯 주파수는 업링크 방향으로 주파수 대역에 대한 중앙 변조 캐리어 주파수로 기능하기 위해, 다운링크 방향으로 순수 주파수로 송신된다.
상기 모든 공지 기술에 따르면, 쌍방향 전파 링크에 의해 점유되는 주파수 스펙트럼은 송신 방향들에 대한 두 주파수 대역의 합과 같다.
쌍방향 전파 링크의 단말 장비에서 송신 및 수신을 위한 전역 이용 주파수 대역폭을 감소시키기 위해, 미국특허 5,691,978 호는 동시에 송수신을 행하는 쌍방향 전파 링크용 단말 장비를 제시하고 있다. 이때, 각각의 장비는 제 1 송신기와 제 1 수신기를 가진다. 제 1 수신기가 제 2 데이터 신호를 수신할 때의 캐리어 주파수와 동일한 제 1 캐리어 주파수에서 제 1 송신기는 제 1 데이터 신호를 송신한다. 단말 장비는 송수신용으로 단일 안테나를 포함하며, 또는 송신용 안테나와 수 신용 안테나를 한개씩 포함한다.
본 발명의 목적은 4개의 주파수 대역을 이용하지 않으면서 4개의 데이터 신호를 송출하는 쌍방향 전파 링크를 위한 단말 장비를 제공하면서, 또한, 상기 단말 장비의 비용 및 이용 대역폭을 줄이는 것이다.
따라서, 제 1 수신기가 제 2 데이터 신호를 수신할 때의 주파수 대역과 동일한 제 1 이용 주파수 대역으로 제 1 데이터 신호를 송신하는 제 1 송신기를 갖춘, 동시에 송수신을 행하는 쌍방향 전파 링크용 단말 장비가 제안되며,
이때, 상기 단말 장비는 제 2 수신기(RA2)와 제 2 송신기(EA2)를 포함하고,
상기 제 2 수신기(RA2)는 제 1 안테나(AA1), 제 1 서큘레이터(CA1), 그리고 제 2 이용 주파수 대역(BF2)을 통과 대역으로 하는 필터(FA3)를 통해 제 2 이용 주파수 대역(BF2)에서 제 3 데이터 신호(S3)를 수신하며, 상기 제 1 송신기(EA1)는 상기 제 1 이용 주파수 대역(BF1)을 통과 대역으로 하는 필터(FA1), 상기 제 1 서큘레이터, 그리고 상기 제 1 안테나를 통해 상기 제 1 이용 주파수 대역(FB1)에서 상기 제 1 데이터 신호(S1)를 송신하며,
상기 제 2 송신기(EA2)는 상기 제 2 이용 주파수 대역(BF2)을 통과 대역으로 하는 필터(FA4), 제2 서큘레이터(CA2), 그리고 제 2 안테나(AA2)를 통해 상기 제 2 이용 주파수 대역(BF2)에서 제 4 데이터 신호(S4)를 송신하며, 상기 제 1 수신기(RA1)는 상기 제 2 안테나, 상기 제 2 서큘레이터, 그리고 상기 제 1 이용 주파수 대역(BF1)을 통과 대역으로 하는 필터(FA2)를 통해 상기 제 1 이용 주파수 대역에서 제 2 데이터 신호(S2)를 수신하는 것을 특징으로 한다.
제 1 이용 주파수 대역이 제 1, 2 데이터 신호에 대해 공통이고 제 2 이용 주파수 대역이 제 3, 4 데이터 신호에 대해 공통이기 때문에, 이러한 쌍방향 링크를 위한 전역 이용 주파수 대역은 공지 기술에 비해 절반에 불과하다. 본 발명에 의해 도출되는 주파수 대역 측면에서의 이러한 경제성에 따라, 공지 기술에 비해 주어진 이용 주파수 대역에서 두배의 신호를 송신할 수 있다.
본원 나머지 설명 부분에서, 제 1 공통 주파수 대역에서 송신하고 수신하는 제 1, 2 데이터 신호들과, 제 2 공통 주파수 대역에서 송신하고 수신하는 제 3, 4 데이터 신호들은 개별적인 송신 및 수신 안테나에 의해 분리되며, 단말 장비의 제 1, 2 수신기의 입력에서 제공되는 두개의 신호 캔슬러에 의해서도 분리될 수 있다.
도 1은 신호 캔슬러를 포함하는 단말 장비들을 구비한 공지 기술에 따른 쌍방향 전파 링크의 블록도표.
도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 단말 장비에서 송신 및 수신되는 데이터 신호들이 동일한 주파수 대역을 가지는 경우의 다이어그램.
도 3과 4는 단말 장비에서 송신기 및 수신기의 블록도표.
도 5는 도 1에 도시된 바와 같은 단말 장비에서 송신기 및 수신기 사이에 연결되는 신호 캔슬러의 블록도표.
도 6은 본 발명의 단말 장비가 서로 다른 주파수 대역으로 두 신호를 송신하여 동일한 두 주파수 대역에서 두개의 다른 신호를 수신하는 경우에 해당하는 쌍방 향 전파 링크의 블록도표.
도 7은 본 발명의 단말 장비의 경우에 한 수직면에서 송신하는 안테나와 또 한 수직면에서 수신하는 안테나를 지원하는 수직 마스트의 도면.
도 8은 발명의 각 단말 장비에 대한 두개의 서로 다른 주파수 대역들의 다이어그램.
도 1은 미국특허 5,691,978 호에 제시된 종류의 동시 송수신용 쌍방향 전파 링크를 도시한다. 이 전파 링크의 각각의 단말에, 장비 TA와 TB가 위치한다.
각각의 단말 장비 TA와 TB는 송신기 EA1, EB1, 수신기 RA1, RB1, 3-포트 서큘레이터 CA1, CB1, 송수신 안테나 AA1, AB1, 그리고 신호 캔슬러 ASA, ASB를 포함한다.
가령, 도 3에 도시되는 바와 같이, 송신기 EA1, EB1은 송신할 데이터 신호 Se의 변조를 위해 4개의 위상 상태를 가진 차동 변조기 MD를 포함한다. 송신기 EA1, EA2에서, 신호는 중간 주파수 FI3 부근으로 변조되어, 증폭기 AM에서 변조되며, 믹서 ME에서 송신 주파수 f1으로 변환된다. 상기 믹서 ME에는 로컬 발진기 회로 OSE로부터 주파수 fle의 로컬 신호가 공급된다. 캐리어 f1 상의 데이터 신호는 출력 증폭기 AS에서 증폭되어, 서큘레이터 CA1, CB1의 입력 포트에 공급되기 전에 대역 통과 필터 FE에서 필터링되고, 이어서 안테나 AA1, AB1에 의해 송신된다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 송신기 EA1, EB1에 의해 송신되는 신호 S1은 송신 캐리어 주파수 f1에 집중되는 이용 주파수 대역 BF1을 점유한다. 가령, 캐리어 주파수 f1은 23GHz이고, 이용 주파수 대역 BF1의 폭은 28MHz이다. 즉, 이용 주파수 대역은 155메가비트/초 데이터 신호에 대해 22.986 GHz ~ 23.014 GHz로서, 128개의 상태를 가진 QAM 변조에 따라 진폭변조되고 위상변조된다.
도 4를 참고해보자. 수신기 RA1, RB1은 안테나 AA1, AB1을 통해 수신한 캐리어 주파수 f1의 데이터 신호 S2의 주파수를 변환하는 믹서 MR을 포함한다. 상기 데이터 신호 S2는 신호 캔슬러 ASA, ASB를 통해, (해당된다면, 수신 대역 통과 필터 FR과, 저잡음 증폭기를 통해) 서큘레이터 CA1, CB1의 출력 포트로부터 공급된다. 믹서 MR은 수신 주파수 f을 중간 주파수 FI4 = f1 +/- flr 로 변환한다. 이때, flr은 로컬 발진기 회로 OSR에 의해 생성된 로컬 신호의 주파수이다. 중간 주파수 신호 FIr은 자동 이득 제어 증폭기 ACG, 저역 통과 필터 또는 대역 통과 필터 FPB, 그리고 이퀄라이저 EG(오류 교정기 이용)에 의해 처리된다. 이러한 처리는 복조기 DE에서 복조되기 전후에 실행되며, 이러한 복조에 의해 네개의 위상 상태 복조가 적용되며, 가령, 기지대역 디지털 신호 Sr을 도출할 수 있다.
도 2에 또한 도시되는 바와 같이, 송신 신호 S1처럼, 안테나 AA1, AB1을 통해 수신하여 신호 캔슬러 ASA, ASB를 통해 수신기 RA1에 공급된 신호 S2는, 캐리어 주파수 f1 주변의 주파수 대역 BF1에 포함되는 스펙트럼을 가진다.
단말 장비 TA의 신호 캔슬러 ASA같은 신호 캔슬러는 송신 신호 S1의 일부분 K1S1을 제거하고, 이 일부 신호는 단말 장비 TA의 수신기 RA1으로 다시 인젝션되어, 서큘레이터 CA1을 통해 수신한 신호 S2와 믹싱된다.
신호 캔슬러 ASA는 도 5에 도시되는 바와 같이 적응성 디지털 트랜스버스 필 터(transversal filter) FTA와 섭트랙터 SUA를 포함할 수 있다. 트랜스버스 필터(transversal filter) FTA는 송신된 신호 부분 K1S1을 다시 인젝션하기 위해 서큘레이터 CA1을 통해 송신/수신 연결 경로의 임펄스 응답을 표현하는 트랜스버스 필터(transversal filter) FTA의 계수 및 송신기 EA1의 출력에서 샘플링되는 송신된 데이터 신호 S1의 컨볼루션 프로덕트를 생성한다. 트랜스버스 필터 FTA는 수신기 RA1의 입력과 서큘레이터 CA1의 출력 포트 사이에 연결되는 섭트랙터 SUA에서 인젝션된 송신 신호 부분 K1S1에 대해 반대의 위상으로 공급되는 합성된 송신 신호 부분 K2S1을 추정한다.
계수 K1 및 K2는 복합 계수이다. 즉, 계수 K2는 트랜스버스 필터 FTA에서 위상 및 진폭이 추정된다. 계수 K2는 자체적응성이다. 즉, 시간에 따라 변한다. 그래서, 합계 K1S1 - K2S1이 항상 0을 향하도록 수렴하게 한다.
신호 캔슬러 ASA는 완전히 아날로그일 수도 있고, 완전히 디지털일 수도 있으며, 신호 K1S1을 부분적으로 소거하기 위한 아날로그부, 트랜스버스 필터 FTA의 계수를 개략적으로 추정하기 위한 디지털부, 또는, 이러한 교정을 정련하기 위해 계수를 정밀하게 추정하기 위한 디지털부의 조합일 수도 있다. 그래서, 수신한 신호 S2와 조합되는 인젝션 송신 신호부 K1S1을 제거할 수 있다. 따라서, 섭트랙터 SUA의 출력은 송신한 신호부 K1S1으로부터 배출되는 수신 신호 S2를 운반한다. 트랜스버스 필터 FTA의 출력에서 계수 K2를 추정하기 위해, 수신 신호 S2의 송신은 단말 장비 TB에서 주기적으로 간략하게 방해받을 수 있다. 이에 따라, 섭트랙터 SUA의 양의 입력에만 신호 부분 K1S을 공급하고, 섭트랙터 SUA에 의해 생성되는 오류 신호를 트랜스버스 필터 FA에 공급하여 0을 향해 수렴하도록 최소화시킬 수 있다.
도 6을 참조해보자. 각각의 단말 장비 TAa, TBa는 제 1 신호 S1, S2를 송신하기 위한 제 1 송신기 EA1, EB1와 제 2 신호 S2, S1을 수신하기 위한 제 1 수신기 RA1, RB1을 포함한다. 이 두 신호들은 공통 주파수 대역 BF1을 가지며, 이에 대해서는 도 2와 연계하여 도 6에서 도시된 두번째 실시예를 참고할 수 있다. 단말 장비 TAa, TBa는 제 2 송신기 EA2, EB2와 제 2 수신기 RA2, RB2를 추가로 포함한다. 그래서, 단말 장비 TAa와 단말 장비 TBa 간의 쌍방향 전파 링크가 복제된다. 따라서, 이 복제된 쌍방향 전파 링크는 동시 송수신형 제 1 쌍방향 전파 링크와 동시 송수신형 제 2 쌍방향 전파 링크를 포함하며, 상기 제 1 쌍방향 전파 링크에서는 제 1 주파수 대역 BF1에서 캐리어 주파수 f1의 제 1 변조 데이터 신호 S1이 송신기 EA1으로부터 지향성 안테나 AA1 및 AB2를 통해 수신기 RB1까지 송신되며, 제 2 주파수 대역 BF2의 제 3 변조 데이터 신호 S3가 송신기 EB2에 의해 송신되어 안테나 AB2, AA1을 통해 수신기 RA2에 의해 수신된다. 상기 제 2 쌍방향 전파 링크에서는 송신기 EA2가 제 2 주파수 대역 BF2에서 캐리어 주파수 f2의 제 4 변조 데이터 신호 S4를 지향성 안테나 AA2를 통해 송신하고, 이 신호가 지향성 안테나 AB1을 통해 수신기 RB2에 의해 수신되며, 제 1 주파수 대역 BF1의 제 2 변조 데이터 신호 S2가 송신기 EB1에 의해 안테나 AB1을 통해 송신되어, 안테나 AA2를 통해 수신기 RA1에 의해 수신된다.
도 8에 도시되는 바와 같이, 두개의 이용 주파수 대역 BF1 및 BF2가 10MHz ~ 100MHz의 보호 대역을 사이에 두고 병렬로 놓여, 두개의 별도의 안테나 AA1과 AA2, AB1과 AB2를 통해 각각의 단말 장비 TAa, TBa에서 동시에 두 신호 S1과 S2, S3와 S4를송신 및 수신하는 데 각기 사용된다.
도 7에 도시되는 바와 같이, 각 단말 장비 TAa, TBa의 안테나 AA1과 AA2는 송신되는 두 신호와 수신되는 두 신호의 평행한 전파 방향에 수직인 한 평면에 배열된다.
안테나 AA1과 AA2, AB1과 AB2는 통신 마스트 PY의 상부에서 수직을 따라 한 평면에 중첩될 수 있다. 대안으로, 상기 마스트 상부의 안테나 AA1과 AA2, AB1과 AB2는 상기 접지부 위 동일한 높이에서 수평하게 병렬로 놓인다.
송신 신호 S1, S4의 신호 부분 K1S1같은 일부분이 각 단말 장비(가령, 단말 장비 TAa)의 수신기의 수신 신호 S2, S2와 간섭을 일으키지 않도록 하기 위해, 그리고 안테나가 상대적으로 분리되도록 하기 위해, 이 신호들의 주파수 f1, f2가 높아질수록 안테나 AA1과 AA2 간의 거리 d는 작아진다. 1GHz보다 큰 주파수 f1, f2의 경우에, 거리 d는 수십 센티미터에 불과하다. 일반적으로, 15cm의 안테나 직경의 경우에, 거리 d는 약 60cm이다. 즉, 파장의 몇배에서 몇십배 범위 내다. 1GHz보다 작은 주파수의 경우에, 거리 d는 1미터보다 크다. 모든 경우에, 제 1 안테나 AA1에 의해 측방으로 방사되어 제 2 안테나 AA2에 의해 추출되는 간섭 신호는, 그 간섭 신호에 대한 이용 신호의 비가 충분하여 송신 모듈 및 송신 품질에 부합할 수 있어야 한다.
안테나 AA1과 AA2, AB1과 AB2가 함께 가까이 놓여 지향성이 크지 않을 경우, 각각의 단말 장비 TAa, TBa는 도 6에 점선으로 표시된 바와 같이 신호 캔슬러 ASA1과 ASA2, ASB1과 ASB2를 포함하는 것이 바람직하다. 신호 캔슬러 ASA1, ASB1은 도 5를 참조하여 설명한 신호 캔슬러와 유사하며, 안테나 AA2, AB2에 의해 송신되어 안테나 AA2, AB2에 의해 추출되는 신호 S1, S2의 일부분을 소거한다. 또한, 안테나 AA1, AB1에 의해 송신되어 안테나 AA2, AB2에 의해 추출되는 신호 S4, S3의 일부분을 소거한다.
각각의 단말 장비 TAa, TBa에는, 도 1에 도시된 단말 장비의 제 1 실시예에서의 송신기-수신기-안테나 배열과 유사한 두개의 송신기-수신기-안테나 배열이 존재한다. 하지만, 대역 통과 필터를 추가로 포함한다. 가령, 두개의 쌍방향 전파 링크 S1-S3와 S4-S2에 관한 단말 장비 TAa의 배열 각각에서, 송신기 EA1, EA2는 대역 통과 필터 FA1, FA4, 3-포트 서큘레이터 CA1, CA2, 그리고 지향성 안테나 AA1, AA2를 통해 변조된 데이터 신호 S1, S4를 송신하며, 수신기 RA2, RA1은 지향성 안테나 AA1, AA2로부터, 서큘레이터 CA1, CA2 및 대역 통과 필터 FA3, FA2를 통해 데이터 신호 S3, S2를 수신한다. 대역통과 필터 FA1과 FA2, 그리고 대역통과 필터 FB1과 FB2는 단말 장비 TBa에 대한 수신기 RB1의 입력과 송신기 EB1의 출력에 놓여, 제 1, 2 데이터 신호 S1, S2의 제 1 주파수 대역 BF1과 동일한 통과 대역들을 가진다. 대역통과 필터 FA3와 FA4, 그리고 대역통과 필터 FB3와 FB4는 단말 장비 TBa에 대한 송신기 EB2의 출력과 수신기 RB4의 입력에 놓여, 제 3, 4 데이터 신호 S3, S4의 제 2 주파수 대역 BF2와 동일한 통과 대역들을 가진다. 단말 장비 TAa의 두 송신기-수신기 배열 각각에서는, 두 대역 통과 필터 FA1과 FA3, FA4와 FA2, 그리고 서큘 레이터 CA1, CA2가 듀플렉서를 형성한다.
따라서, 송신기 EA1, EA2, 수신기 RA2, RA1, 그리고 듀플렉서 FA1-CA1-FA3, FA4-CA2-FA2는 안테나 AA1, AA2와 함께, 표준 규격(off-the-shelf) 단말 장비를 구성하며, 이는 도 8의 쌍방향 전파 링크의 비용을 크게 절감시킨다. 이에 따르면, 공지 기술의 네개의 주파수 대역을 대신하여, 네개의 데이터 신호 S1, S2, S3, S4를 송신하기 위해 두개의 주파수 대역 BF1과 BF2로 스펙트럼이 감소한다.

Claims (1)

  1. 쌍방향 전파 링크로 동시에 송신과 수신을 하는 단말 장비(TAa)에 있어서, 상기 단말 장비는 제 1 이용 주파수 대역(BF1)에서 제 1 데이터 신호(S1)를 송신하는 제 1 송신기(EA1)와, 상기 제 1 이용 주파수 대역(BF1)에서 제 2 데이터 신호(S2)를 수신하는 제 1 수신기(RA1)를 포함하며,
    상기 단말 장비는 제 2 수신기(RA2)와 제 2 송신기(EA2)를 더 포함하고,
    상기 제 2 수신기(RA2)는, 제 1 안테나(AA1), 제 1 서큘레이터(CA1), 그리고 제 2 이용 주파수 대역(BF2)을 통과-대역으로 하는 필터(FA3)를 통해, 상기 제 2 이용 주파수 대역(BF2)에서 제 3 데이터 신호(S3)를 수신하며, 상기 제 1 송신기(EA1)는, 제 1 이용 주파수 대역(BF1)을 통과-대역으로 하는 필터(FA1), 제 1 서큘레이터(CA1), 그리고 제 1 안테나를 통해, 상기 제 1 이용 주파수 대역(BF1)에서 제 1 데이터 신호(S1)를 송신하고,
    제 2 송신기(EA2)는, 제 2 이용 주파수 대역(BF2)을 통과-대역으로 하는 필터(FA4), 제 2 서큘레이터(CA2), 그리고 제 2 안테나(AA2)를 통해, 상기 제 2 이용 주파수 대역(BF2)에서 제 4 데이터 신호(S4)를 송신하며, 상기 제 1 수신기(RA1)는, 제 2 안테나, 제 2 서큘레이터(CA2), 그리고 제 1 이용 주파수 대역(BF1)을 통과-대역으로 하는 필터(FA2)를 통해, 제 1 이용 주파수 대역에서 제 2 데이터 신호(S2)를 수신하는 것을 특징으로 하는 쌍방향 전파 링크로 동시에 송신과 수신을 하는 단말 장비.
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