KR101161549B1 - 다중섹터 안테나 기반 이동통신 중계장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기지국에 대용량 먹스(디먹스) 시설한 곳에서 기지국 전용 디지탈 변복조기와 송신/수신장치 설치한 후 다중섹터 안테나로 여러방향 서비스하고, 기지국 서비스 밴드와 별도로 원거리 중계기 전용 디지털 변복조기들을 설치하고, 각각의 중계소 링크용 광중계기들을 시설하여 각각 여러군데 중계소들로 광전송하여 각각의 중계소들에 광고주파 변환 중계기 시설하여 다중섹터 안테나로 여러 섹터(예컨대, 6섹터) 방향으로 서비스하여 기지국 서비스 가입자 포화 적체되어도 중계소는 무관하게 서비스 가능하게 하며, 또 안테나와 중계기 직접 부착하거나 케이블 길이 짧게 하여 능동 안테나화하여 케이블 손실 없애서 송신기 출력을 대폭 증가시키고, 광케이블 1개 코아에 다중섹터 안테나용 데이터 용량의 신호와 다이버스티 신호 용량을 동시에 전송하고, 중계기 함체 사이즈를 줄이고 옥상, 옥탑 등에 설치하여 임대료를 대폭 줄여 시설비, 운영비를 대폭 절감할 수 있는 다중섹터 기반 이동통신 중계장치이다.

Description

다중섹터 안테나 기반 이동통신 중계장치{MULTI SECTOR ANTENNA BASE REPEATER SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATION}
본 발명은 이동통신 중계장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 다중섹터 안테나를 이용하여 기지국 지역을 서비스함과 아울러 다수의 중계링크를 광케이블로 연결하여 다수의 중계지역에서도 다중섹터 안테나로 서비스할 수 있는 다중섹터 안테나 기반 이동통신 중계장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이동통신 시스템은 기지국 장치를 통해 해당 기지국 지역에 서비스함과 아울러 음영지역이나 기지국에서 떨어진 지역은 중계기를 통해 연결하여 해당 중계국 지역에 서비스를 제공하고 있다. 이와 같은 이동통신에 사용되는 종래의 중계기 안테나는 주로 3섹터 안테나로서, 음성중심의 2세대(2G) 이동통신 서비스를 제공하였다.
그런데 최근들어 영상통신과 고속 데이터통신서비스를 제공하는 3세대, 4세대 이동통신 서비스가 시작되고, 가입자의 통신시간도 크게 증가함에 따라 서비스 적체 현상이 나타나기 시작하였다. 즉, 종래의 이동통신 중계기는 기지국에서 3 섹터로만 서비스하고, 별도 서비스용 디지탈 변조기가 없어서 기지국 서비스의 3섹터 중에서 일부를 중계하는 주로 1섹터 중계기였으므로 기지국 서비스가 포화시에는 중계 지역에 대한 서비스가 불가능하고, 광 케이블의 1코아로 1섹터만을 서비스하여 광케이블 사용료가 비싸며, 종래의 3섹터 안테나는 수직 복사 패턴이 수평방향에서는 고이득이고 저앙각은 저이득이어서 타 서비스 지역에 대한 간섭이 많고, 근거리 자국 서비스 지역은 이득이 약해 차폐지역이나 지하실 등에는 서비스가 불가능한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 6 섹터 이상 다중섹터 안테나를 기반으로 기지국을 서비스함과 아울러 다수의 중계 링크를 광케이블을 통해 연결하여 음영지역에서도 6 섹터 이상 다중섹터로 서비스할 수 있는 다중섹터 안테나 기반 이동통신 중계장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 교환국신호와 인터넷 데이터 및 방송신호를 다중화하여 송신측으로 전송하고, 수신된 신호를 역다중화하여 교환국신호나 인터넷 데이터 및 방송신호로 분배하는 다중화/역다중화기; 건물의 옥탑이나 철탑에 세워진 기지국 서비스용 다중 섹터 안테나; 다중화된 송신신호를 상기 기지국 서비스용 다중 섹터 안테나로 송신하고, 상기 기지국 서비스용 다중 섹터 안테나로부터 수신된 가입자신호를 상기 다중화/역다중화기로 전송하는 기지국 서비스 장치; 기지국 서비스 다중화장치와 별도로 독립된 다수의 중계기 전용으로 다중화된 송신신호를 광신호로 변환하여 광케이블을 통해 중계국측으로 전송하고, 광케이블을 통해 수신된 광신호를 전기적인 신호로 변환한 후 상기 다중화/역다중화기로 전송하는 기지국측 링크 중계기; 건물의 옥탑이나 철탑에 세워진 중계국 서비스용 다중 섹터 안테나; 및 광케이블을 통해 기지국측 광신호를 수신하여 전기적인 신호로 변환한 후 다운컨버팅하여 섹터신호로 분배후 업컨버팅하고 고출력 증폭하여 중계국 서비스용 다중섹터 안테나로 전송하고, 상기 중계국 서비스용 다중 섹터 안테나로부터 수신된 각 섹터별 가입자신호를 합성하여 광신호로 변환한 후 광케이블을 통해 기지국으로 전송하는 중계국측 서비스 중계기로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다중섹터 안테나 기반 이동통신 중계장치는 기지국의 서비스 구역과는 별도로 중계기 전용 디지탈 변복조기를 설치하여 기지국 서비스가 포화되어도 중계국의 서비스는 영향을 받지 않고 중계 가능하고, 광케이블의 1코아로 6섹터를 중계하므로 광케이블에 대한 용량을 증가시켜 사용료를 절감할 수 있고, 역방향 경로에 폴라 다이버스티를 적용하여 중계 효율이 2배로 좋아지며, 중계기의 고출력증폭기(HPA)에 디지탈 프리디스토션을 사용하여 효율이 높은 장점이 있다. 본 발명의 이동통신 중계장치는 안테나에서 원거리 수평선 지역의 복사 이득을 줄이고, 저앙각 서비스 지역에 이득을 높혀서 근거리 서비스구역, 차폐지역이나 지하실에서도 서비스를 양호하게 한 것이고, 안테나 바로 밑에 중계기 함체가 있으므로 케이블 손실이 없어서 중계기의 출력을 1/4로 줄여도 되므로 시설비와 운영비를 대폭 줄일 수 있다. 또한 옥탑이나 옥상에 작은 함체를 설치하면 되므로 임대료나 냉난방, 전력비용 등을 대폭 절약할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 6 섹터 이동통신 중계기의 입체도,
도 2는 본 발명에 따른 다중섹터 안테나 기반 이동통신 중계장치의 전체 구성 블럭도,
도 3은 도 2에 도시된 기지국 서비스 송수신기의 세부 구성 블럭도,
도 4는 도 2에 도시된 기지국용 링크 중계기의 세부 구성 블럭도,
도 5는 도 2에 도시된 중계소용 링크 중계기의 세부 구성 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 다중섹터 안테나의 예,
도 7은 본 발명에 따른 다중섹터 안테나의 복사 패턴도이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 6 섹터 이동통신 중계기의 입체도이다.
본 발명에 따른 다중섹터 안테나 기반 이동통신 중계장치(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 도심내 고층빌딩(201) 옥상에 설치되어 있는 옥탑(202) 위에 중계기 함체(204)와 다중섹터 안테나(도6의 211)가 일체형(능동 안테나)으로 설치되어 있고, 원거리 기지국(100)과는 광케이블(109)을 통해 연결되어 서비스하는 장치이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이동통신 중계장치(200)는 첨부에 피뢰침(206)이 설치되어 있는 방습커버(205)의 내부에 6 섹터 안테나(5섹터, 7-8섹터도 가능함)가 위치하고 있고, 6 섹터 안테나의 바로 밑 함체(204; 쉘터) 또는 안테나 후면에 고주파 증폭기를 설치한 능동형 안테나로서, 건물 옥탑(물탱크 또는 엘리베이터 옥상; 202)에 설치하여 광케이블(109)로 기지국(100)으로 전송하는 구성으로 이루어진다. 옥탑(202)에는 계단(203)이 설치되어 유지보수를 위해 운영자가 쉽게 접근할 수 있도록 되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 다중섹터 안테나 기반 이동통신 중계장치의 전체 구성 블럭도이다.
본 발명의 다중섹터 안테나 기반 이동통신 중계장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 기지국(100)에 위치하여 교환국(106) 또는 방송국이나 인터넷, 케이블 TV(108) 등에서 보내는 전송신호들을 다중화 및 역다중화하는 다중화/역다중화기(MUX/DEMUX;102)와, 다중화된 송신신호를 디지탈 변조하거나 수신신호를 디지탈 복조하는 기지국 디지탈 변/복조기(104)와, 디지탈 변복조된 신호를 기지국 서비스 지역에 송수신하기 위한 기지국 RF 송수신기(110)와, 다중화된 송신신호를 디지탈 변조하거나 수신신호를 디지탈 복조하는 중계국 디지탈 변/복조기(104-1~104-n)와, 기지국(100)에 위치하여 디지탈 변/복조된 신호를 광신호로 변환하여 광케이블(109)을 통해 중계국 서비스 지역에 송수신하기 위한 기지국 링크 중계기(130-1~130-n)와, 각 중계국에 위치하여 기지국의 링크 중계기(130-1~130-n)로부터 수신된 광신호를 전기신호로 변환하고 전기신호를 RF신호로 상향 변환(U/C)하여 중계국 서비스 지역에 서비스하는 중계국 서비스 중계기(140-1~140-n)와, 기지국(100)에 위치하여 기지국 서비스 지역에 가입자신호를 전송하는 다중 섹터 안테나(120)와, 중계국(200)에 위치하여 중계국 서비스 지역에 서비스신호를 송수신하는 중계국 다중섹터 안테나(150-1~150-n)로 구성된다.
도 2를 참조하면, 교환국(106)이나 방송국, 인터넷(108) 등에서 오는 많은 회선들을 통해 전송되는 음성, 영상, 인터넷, 데이터 신호 등은 기지국(100)의 다중화/역다중화기(102)에 입력되어 다중화된 후 다시 기지국 서비스용 디지탈 변복조기(104)와 다른 여러 중계지역들로 전송할 여러개의 6 섹터용 디지탈 변/복조기(104-1~104-n)로 분리되어 전송된다. 기지국용 디지털 변복조기(104)의 출력은 기지국 RF 송수신기(110)로 전송되어 기지국 서비스 6섹터 안테나(120)를 통해 기지국 서비스 지역의 공중으로 전파된다. 제1 내지 제n 중계국 서비스용 디지탈 변복조기(104-1~104-n)의 출력은 링크 중계기(130-1~130-n)에서 광으로 변환된 후 광케이블(109)을 통해 해당 중계국의 서비스 중계기(140-1~140-n)로 전송된다. 중계국(200)에 시설되어 있는 서비스 중계기(140-1~140-n)는 광 케이블(109)로 전송된 광신호를 IF(중간주파)신호로 변환한 후 디지탈 회로를 거쳐 다시 서비스용 RF신호로 변환한 후 중계지역의 서비스용 6 섹터 안테나(150-1~150-n)로 전송하여 중계국 지역에 서비스한다.
도 3은 도 2에 도시된 기지국 서비스 장치의 세부 구성 블럭도이다.
기지국 서비스 장치(110)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제2 섹터 가입자신호를 디지탈 변조하고 수신신호를 복조하는 제1 내지 제n 섹터 디지탈 변복조기(104a~104f)와, 각 디지탈 변복조기(104a~104f)에서 변조된 신호를 상향 변환한 후 고주파 증폭하여 해당 섹터 안테나(120a~120f)를 통해 송신하고, 해당 섹터 안테나(120a~120f)를 통해 다이버스티 방식으로 수신된 2개의 수신신호를 저잡음증폭 후 하향 변환하여 해당 디지탈 변복조기(104a~104f)로 전송하는 기지국 RF 송수신부(110a~110f)로 구성되어 기지국 서비스 지역에 다중 섹터 안테나(120a~120f)를 통해 서비스한다.
도 4는 도 2에 도시된 기지국용 링크 중계기의 세부 구성 블럭도이고, 도 5는 도 2에 도시된 중계소용 링크중계기의 세부 구성 블럭도이다.
본 발명에 따라 기지국(100)에 설치되는 링크 중계기(130-1~130-n)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 내지 제6 섹터 가입자 신호를 디지탈 변조하고 제1 내지 제6 섹터 가입자 신호를 디지탈 복조하는 6개의 디지탈 변복조기(104-1a~104-1f)와, 제1 내지 제6 디지탈 변복조기(104-1a~104-1f)의 가입자 신호를 주파수가 중복되지 않는 제1 내지 제6 섹터 IF신호로 상향 변환하여 대역통과필터링 후 IF 증폭하고 이득제어 필터링 후 출력하며 분배된 제1 내지 제6 섹터 IF신호로 대역필터링 후 IF 증폭하고 대역필터링 후 하향 변환하여 제1 내지 제6 섹터 가입자 신호로 변환 후 디지탈 변복조기로 출력하는 링크 송수신기(131a~131f)와, 링크 송수신기(131a~131f)의 제1 내지 제6 섹터 IF신호를 합성하는 합성기(133)와, 합성기(133)에서 합성된 신호를 광신호로 변환하는 레이저 다이오드(LD; 134)와, 광송수신을 분리하는 광 다이플랙서(135)와, 제1 광수신신호를 전기적인 신호로 변환하는 제1 포토 다이오드(PD1;136-1)와, 제1 포토다이오드(136-1)에서 변환된 신호를 증폭하는 제1 증폭기(137-1)와, 제1 증폭기(137-1)에서 증폭된 신호를 제1 내지 제6 섹터 IF신호로 분배하는 제1 분배기(138-1)와, 제2 광수신신호를 전기적인 신호로 변환하는 제2 포토 다이오드(136-2)와, 제2 포토다이오드(136-2)에서 변환된 신호를 증폭하는 제2 증폭기(137-2)와, 제2 증폭기(137-2)에서 증폭된 신호를 제1 내지 제6 섹터 IF신호로 분배하는 제2 분배기(138-2)로 구성된다.
링크 송수신기(131a~131f)는 업컨버터(U/C) 또는 다운컨버터(D/C)와, 섹터 IF신호를 대역통과시키기 위한 IF 대역통과필터(IF BPF)와, 섹터 IF신호를 증폭하기 위한 IF 증폭기(IF AMP)와, 증폭된 섹터 IF신호를 필터링하기 위한 이득제어필터(Gain Controller Filter)와, 분배된 섹터 IF신호를 대역통과시키기 위한 IF 대역통과필터(IF BPF)와, 섹터 IF신호를 증폭하기 위한 IF 증폭기(IF AMP)와, 증폭된 섹터 IF신호를 필터링하기 위한 이득제어필터(IF BPF Gain Controller)와, 섹터 IF신호를 가입자신호로 다운 컨버팅하기 위한 다운컨버터(D/C)로 구성된다.
또한 본 발명에 따라 중계국에 설치되는 서비스 중계기(140)는 도 5에 도시된 바와 같이, 송수신되는 광신호를 분리하기 위한 광다이플랙서(141)와, 광케이블로부터 수신된 광신호를 전기적인신호로 변환하기 위한 포토다이오드(PD;142)와, 변환된 전기적인 신호를 제1 내지 제n 섹터 IF신호로 분배하기 위한 분배기(143)와, 분배된 섹터IF신호를 하향 변환 후 디지탈로 변환하여 이득제어한 후 상향 변환하여 고출력증폭 후 해당 섹터 안테나를 통해 출력하는 서비스 송신기(144a~144f)와, 송수신을 분리하는 다이플랙서(149a~149f)와, 해당 섹터 안테나(150a~150f)로부터 다이플랙서를 거친 수신신호를 증폭 및 하향변환하여 출력하는 제1 서비스 수신기(145-1a~145-1f)와, 제1 서비스 수신기들로부터 출력되는 제1 내지 제6 섹터 IF신호와 감시제어(MC)신호를 합성하는 제1 합성기(146-1)와, 제1 합성기의 출력을 광으로 변환하는 제1 레이저 다이오드(147-1)와, 해당 섹터 안테나로부터 다이플랙서를 거치지 않은 수신신호를 증폭 및 하향변환하여 출력하는 제2 서비스 수신기(145-2a~145-2f)와, 제2 서비스 수신기들로부터 출력되는 제1 내지 제6 섹터 IF신호와 감시제어(MC)신호를 합성하는 제2 합성기(146-2)와, 제2 합성기의 출력을 광으로 변환하는 제2 레이저 다이오드(147-2)와, 감시제어신호를 송수신하여 처리하는 중계국 감시제어기(148)로 구성된다.
서비스 송신기(144a~144f)는 분배된 제1 내지 제n 섹터 IF신호를 증폭하기 위한 IF증폭기(IF AMP)와, 증폭된 제1 내지 제n 섹터 IF신호를 가입자신호로 변환하기 위한 다운컨버터(D/C)와, 아날로그-디지탈 변환기(A/D)와, 이중 비교기(Dualcomparator)와, 디지탈-아날로그 변환기(D/A)와, 업컨버터(U/C)와, 대역통과필터(BPF)와, 고출력증폭기(HPA)와, 고출력증폭기의 신호를 피드백하기 제1 피드백 루프와, 다이플랙서의 모니터신호를 피드백하기 위한 제2 피드백 루프로 구성된다.
제1 피드백 루프는 고출력증폭기의 출력을 IF신호로 하향 변환하는 다운 컨버터(D/C), Band Pass Filter(BPF), IF신호를 증폭하는 증폭기(IF AMP)와, 증폭된 아날로그 IF신호를 디지털로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(A/D)로 구성되고, 제2 피드백 루프는 다이플랙서의 송신출력을 IF신호로 하향 변환하는 다운 컨버터(D/C), Band Pass Filter(BPF), IF신호를 증폭하는 증폭기(IF AMP)와, 증폭된 아날로그 IF신호를 디지털로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(A/D)로 구성된다.
링크 중계기에서 송신한 신호를 서비스 중계기(200)에서 수신된 순방향 신호를 IF신호로 주파수 변환 후 아날로그-디지털 변환하여 제1 피드백 루프와 제2 피드백 루프를 통해 입력된 디지털 변환 신호(HPA 고출력 포화곡선 비선형신호)를 Predistortion control에서 역으로 비선형되게 역 이용하여 전치 역왜곡을 Digital 제어하고, 이와 같이 전치 역 왜곡이 제어된 신호를 아날로그로 변환한 후 업 컨버터에서 서비스 주파수 대역의 신호로 상향 변환 후 고출력증폭기로 증폭하면 최종출력의 선형성(linearity)이 개선되어 효율을 80% 이상으로 향상시킬 수 있다.
또한 제1 서비스 수신기(145-1a~145-1f)는 다이플랙서의 출력 수신신호를 증폭하기 위한 저잡음 증폭기(LNA)와, 증폭된 수신신호를 IF신호로 다운 컨버팅하기 위한 다운컨버터(D/C)와, IF필터(IF BPF)와, IF증폭기(IF AMP)와, 대역통과필터(BPF)로 구성되고, 제2 서비스 수신기(145-2a~145-2f)는 다이플랙서를 거치지 않은 수신신호를 증폭하기 위한 저잡음 증폭기(LNA)와, 증폭된 수신신호를 IF신호로 다운 컨버팅하기 위한 다운 컨버터(D/C)와, IF필터(IF BPF)와, IF 증폭기(IF AMP)와, 대역통과필터(BPF)로 구성되어 다이버스티 회로를 구성한다. 즉, 다중섹터 안테나(150-1~150-n)는 +45°,-45°또는 수직, 수평편파의 극성 다이버스티를 구성하여 수신 효율을 높인다.
[순방향 링크의 동작 예]
기지국(100)에는 기지국 서비스하기 위한 6섹터 디지탈 변복조기외에 추가로 n개의 중계국을 서비스하기 위한 n개의 디지탈 변복조기(104-1~104-n)가 구비되어 각 디지탈 변복조기가 6섹터 가입자신호를 각각 변조하여 해당 링크 중계기(130-1~130-n)로 전송하여 해당 중계국으로 전송한다.
기지국에 위치하는 각 링크 중계기(130-1~130-n)는 기지국의 디지탈 변복조기(104)와 다른 별개의 각 디지탈 변복조기(104-1~104-n)로부터 6섹터 가입자신호를 입력받아 상향 변환(합성시 상호 간섭 안되게 각각 다른 6개 주파수밴드로 변환) 후 IF들을 증폭하고 대역통과시켜 합성기(133)로 6개의 섹터 IF신호들을 합성한 후 레이저다이오드(134)에서 광으로 변환하여 광케이블(109)로 전송한다.
각 중계국(200)에 위치하는 서비스 중계기(140-1~140-n)는 광케이블(109)을 통해 수신된 광신호를 포토다이오드(142)에서 전기적인 신호로 변환하고, 분배기(143)에서 6섹터 IF신호로 분배한 후 각각 IF 대역필터링 후 각각의 서비스 송신기(144a~144f)에서 각기 다른 주파수 또는 동일 주파수밴드로 업컨버팅(U/C) 후 고주파 증폭하여 해당 섹터 안테나(150a~150f)로 송신한다. 이때 고출력 증폭시 고효율 직선성을 개선하기 위해 비교기는 제1 피드백 루프와 제2 피드백 루프의 피드백 디지털 변환 신호를 입력받아 저효율 출력 송신신호를 디지탈 전치 고효율 제어(Digital Predistortion Control)하고, 이 신호를 아날로그로 변환한 후 증폭기(AMP)에서 증폭하고, 업 컨버터(U/C)에서 서비스 주파수 대역의 신호로 변환하여 선형 효율개선된 HPA에서 고효율 고출력 증폭 후 다이플랙서(149a~149f)를 통해 해당 섹터 안테나(150a~150f)로 송출한다.
[역방향 링크의 동작 예]
각 섹터의 서비스 지역에 있는 가입자의 송신신호는 6 섹터 안테나(150a~150f)를 통해 수신되어 하나는 다이플랙서(149a~149f)를 거쳐 제1 서비스 수신기(145-1a~145-1f)로 전달되고, 다른 하나는 다이플랙서를 거치지 않고 안테나에서 직접 제2 서비스 수신기(145-2a~145-2f)로 전달된다.
제1 서비스 수신기(145-1a~145-1f)는 수신된 신호를 저잡음 증폭하여 다운 컨버팅하고, 대역필터링 후 증폭하여 합성기(146-1)에서 6개의 각각 다른 주파수밴드로 변환된 섹터 IF신호를 합성한 후 제1 레이저 다이오드(147-1)에서 광신호로 변환하여 광 다이플랙서(141)로 전송한다.
또한 제2 서비스 수신기(145-2a~145-2f)는 수신된 신호를 저잡음 증폭하여 다운 컨버팅하고, 대역필터링 후 증폭하여 합성기(146-2)에서 6개의 각각 다른 주파수밴드로 변환된 섹터 IF신호를 합성한 후 제2 레이저 다이오드(147-2)에서 광신호로 변환하여 광 다이플랙서(141)로 전송한다.
기지국(100)에 위치한 링크 중계기의 광다이플랙서(135)는 송수신을 분리하고, 제1 광신호는 제1포토 다이오드(136-1)에서 전기적인 신호로 변횐된 후 증폭기(137-1)에서 증폭되고 분배기(138-1)에서 6개의 섹터신호로 분배되어 각각의 주파수 밴드패스필터(BPF) 통과 해당 링크 송수신기(131a~131f)의 수신계통으로 전달된다. 링크 송수신기(131a~131f)는 수신된 6섹터 IF신호를 다운 컨버팅하여 6섹터 가입자 신호로 변환한 후 디지탈 복조기(104-1a~104-1f)로 전달하고, 디지탈 복조기(104-1a~104-1f)를 복조후 다중화/역다중화기(102)로 전달한다.
광다이플랙서(135)에서 분리된 제2 광신호는 제2 포토 다이오드(136-2)에서 전기적인 신호로 변횐된 후 증폭기(137-2)에서 증폭되고 분배기(138-2)에서 6개의 섹터신호로 분배되어 각각의 주파수 밴드패스필터(BPF)를 통과한 후 해당 링크 송수신기(131a~131f)의 수신계통으로 전달된다. 링크 송수신기(131a~131f)는 수신된 6섹터 IF신호를 다운 컨버팅하여 6섹터 가입자 신호로 변환한 후 디지탈 복조기(104-1a~104-1f)로 전달하고, 디지탈 복조기(104-1a~104-1f)를 복조후 다중화/역다중화기(102)로 전달한다.
도 6은 본 발명에 따른 다중섹터 안테나의 예로서 (A)는 평면도이고, (B)는 측면도이며, (C)는 저면도이다. 본 발명의 실시예에서 다중 섹터 안테나는 6 섹터 안테나를 예로들어 설명한다.
본 발명에 따른 다중 섹터 안테나(120,150)는 도 6에 도시된 바와 같이, 원통형 방설커버(205) 내부에 6 섹터 안테나(211)가 60°간격으로 균등하게 배치되어 지지구조물(212)에 부착되어 있고, 6 섹터 안테나(211)의 밑에는 중계기용 함체(204)에 중계기(215)가 설치되어 중계기(215)와 안테나 커넥터 사이 케이블 길이를 최소화하거나 직접 부착하여 능동 안테나로 만들어 케이블 손실 없게 한 것이다.
도 6을 참조하면, 함체(204)의 내부는 항온항습기(213)로 냉/난방 시설하고, 안테나(211)는 피뢰기(206) 부착 접지하여 낙뢰로부터 보호한 것이고, 원통형 카바(205)에는 친환경 미화형으로 그림 또는 광고하여 일반시민이 안테나인줄 모르게 하여 일반인이 쓸데없이 전파복사로 인한 인체 악 영향을 염려하지 않게 한 것이다. 각각의 섹터 안테나(211)는 인접 섹터와의 사이에 수직으로 차폐판(216)을 부착하여 인접 섹터에 대한 복사를 억압하여 인접 섹터에 대한 간섭을 최소화한 것이다. 도 6에서 미설명부호 217은 광고 또는 친환경화면이고, 218은 체결볼트이며, 219는 개폐기 뚜껑이다.
도 7은 본 발명에 따른 다중섹터 안테나의 복사 패턴도로서, (A)는 수평방향 6 섹터 복사 패턴도이고, (B)는 수직 복사 패턴도이다. 도 7의 복사 패턴도에 따르면, 본 발명의 다중 섹터 안테나(150)는 수평방향으로는 복사이득을 줄여서(예컨대, 2dB 이하) 타 서비스 구역에 대한 간섭을 억제하고, 저앙각 복사이득은 높여(10dB, 8dB) 빌딩내와 지하실 등에 대해서도 서비스가 가능하도록 효율을 높인 것이다. 즉, 종래의 중계기는 기지국에 3 섹터로만 서비스하고, 별도 서비스용 디지탈 변조기가 없어서 기지국 서비스의 3섹터 중에서 일부를 중계하는 주로 1섹터 중계기였으며, 기지국 서비스 포화시에는 중계 지역에 대한 서비스가 불가능하고, 광케이블 전송로 사용에 비하여 서비스 수익금이 너무 작았다.
그러나 본 발명에 따른 다중 섹터 중계기는 기지국의 서비스 구역과는 별도로 중계기 전용 디지탈 변복조기를 설치하여 기지국 서비스가 포화되어도 중계국의 서비스는 영향을 받지 않고 중계 가능하다. 또한 종래의 중계기는 광 케이블 1코아로 1섹터를 서비스하던 것을 본 발명에서는 1코아로 6섹터를 중계하므로 광케이블에 대한 용량을 증가시켜 사용료를 절감할 수 있다. 그리고 종래의 중계기 안테나는 다이버스티형이 아니었으나 본 발명의 다중섹터 안테나는 역방향 경로에 폴라 다이버스티를 적용하여 중계 효율이 2배로 좋아지고, 중계기의 고출력증폭기(HPA)에 디지탈 프리디스토션을 사용하여 효율이 높다. 또한 종래의 3 섹터 안테나는 수직 복사 패턴이 수평방향에서는 타 서비스 지역으로 고이득이고, 저앙각은 저이득이어서 타 서비스 지역에 대한 간섭이 많고, 근거리 자국 서비스 지역은 이득이 약해 차폐지역이나 지하실 등에 서비스가 불가능하였으나 본 발명의 안테나는 원거리 수평선 지역의 복사 이득을 줄이고, 저앙각 서비스 지역에 이득을 높혀서 차폐지역이나 지하실에서도 서비스를 양호하게 한 것이다.
또한 종래의 중계기는 안테나와 중계기 사이 케이블이 길어(예컨대, 대략 100m 가까이 되어) 손실이 많았지만 본 발명의 다중 섹터 안테나는 안테나 바로 밑에 함체가 있으므로 케이블 손실이 없어서 중계기의 출력을 1/4로 줄여도 되므로 시설비와 운영비를 대폭 줄일 수 있다. 또한 옥탑이나 옥상에 작은 함체를 설치하면 되므로 임대료나 냉난방, 전력비용 등을 대폭 절약할 수 있다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100: 기지국 102: 다중화/역다중화기
104,104-1~104-n: 디지탈 변복조기 106: 교환국
109: 광케이블 110: 기지국 서비스 장치
120: 기지국 다중섹터 안테나 130-1~130-n: 링크 중계기
140-1~140-n: 서비스 중계기 150-1~150-n: 중계국 다중섹터안테나

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  5. 건물의 옥탑이나 철탑에 세워진 기지국 서비스용 다중 섹터 안테나(120);
    다중화된 송신신호를 상기 기지국 서비스용 다중 섹터 안테나로 송신하고, 상기 기지국 서비스용 다중 섹터 안테나로부터 수신된 가입자신호를 다중화/역다중화기로 전송하는 기지국 서비스 장치(110);
    다중화된 송신신호를 광신호로 변환하여 광케이블을 통해 중계국측으로 전송하고, 광케이블을 통해 수신된 광신호를 전기적인 신호로 변환한 후 다중화/역다중화기로 전송하는 기지국측 링크 중계기(130-1~130-n);
    건물의 옥탑이나 철탑에 세워진 중계국 서비스용 다중 섹터 안테나(150-1~150-n); 및
    광케이블을 통해 기지국측 광신호를 수신하여 전기적인 신호로 변환한 후 다운컨버팅하여 섹터신호로 분배후 업컨버팅하고 고출력 증폭하여 중계국 서비스용 다중섹터 안테나로 전송하고, 상기 중계국 서비스용 다중 섹터 안테나로부터 수신된 각 섹터별 가입자신호를 합성하여 광신호로 변환한 후 광케이블을 통해 기지국으로 전송하는 중계국측 서비스 중계기(140-1~140-n)로 구성되고,
    상기 각 기지국측 링크 중계기는
    제1 내지 제6 섹터 가입자 신호를 디지탈 변조하고 제1 내지 제6 섹터 가입자 신호를 디지탈 복조하는 6개의 디지탈 변복조기(104-1a~104-1f)를 시설한 곳에 있어서,
    상기 제1 내지 제6 디지탈 변복조기(104-1a~104-1f)의 가입자 신호를 주파수가 중복되지 않는 제1 내지 제6 섹터 IF신호로 상향 변환하여 대역통과필터링 후 IF 증폭하고 이득제어 필터링 후 출력하며 분배된 제1 내지 제6 섹터 IF신호로 대역필터링 후 IF 증폭하고 대역필터링 후 하향 변환하여 제1 내지 제6 섹터 가입자 신호로 변환 후 상기 디지탈 변복조기로 출력하는 링크 송수신기(131a~131f)와,
    상기 링크 송수신기(131a~131f)의 제1 내지 제6 섹터 IF신호를 합성하는 합성기(133)와,
    상기 합성기(133)에서 합성된 신호를 광신호로 변환하는 레이저 다이오드(LD; 134)와,
    광송수신을 분리하는 광 다이플랙서(135)와,
    제1 광수신신호를 전기적인 신호로 변환하는 제1 포토 다이오드(PD1;136-1)와,
    상기 제1 포토다이오드(136-1)에서 변환된 신호를 증폭하는 제1 증폭기(137-1)와,
    상기 제1 증폭기(137-1)에서 증폭된 신호를 제1 내지 제6 섹터 IF신호로 분배하는 제1 분배기(138-1)와,
    제2 광수신신호를 전기적인 신호로 변환하는 제2 포토 다이오드(136-2)와,
    상기 제2 포토다이오드(136-2)에서 변환된 신호를 증폭하는 제2 증폭기(137-2)와,
    상기 제2 증폭기(137-2)에서 증폭된 신호를 제1 내지 제6 섹터 IF신호로 분배하는 제2 분배기(138-2)로 구성된 것을 특징으로 하는 다중섹터 안테나 기반 이동통신 중계장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 링크 송수신기(131a~131f)는
    업컨버터(U/C)와, 섹터 IF신호를 대역통과시키기 위한 IF 대역통과필터(IF BPF)와, 섹터 IF신호를 증폭하기 위한 IF 증폭기(IF AMP)와, 증폭된 섹터 IF신호를 필터링하기 위한 이득제어필터(Gain Controller Filter)와, 분배된 섹터 IF신호를 대역통과시키기 위한 IF 대역통과필터(IF BPF)와, 섹터 IF신호를 증폭하기 위한 IF 증폭기(IF AMP)와, 증폭된 섹터 IF신호를 필터링하기 위한 이득제어필터(IF BPF Gain Controller)와, 섹터 IF신호를 가입자신호로 다운 컨버팅하기 위한 다운컨버터(D/C)로 구성된 것을 특징으로 하는 다중섹터 안테나 기반 이동통신 중계장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 서비스 중계기는
    송수신되는 광신호를 분리하기 위한 광다이플랙서(141)와,
    광케이블로부터 수신된 광신호를 전기적인신호로 변환하기 위한 포토다이오드(PD;142)와,
    상기 변환된 전기적인 신호를 제1 내지 제n 섹터 IF신호로 분배하기 위한 분배기(143)와,
    상기 분배된 섹터IF신호를 하향 변환 후 디지탈로 변환하여 이득제어한 후 상향 변환하여 고출력증폭 후 해당 섹터 안테나를 통해 출력하는 서비스 송신기(144a~144f)와,
    상기 송수신을 분리하는 다이플랙서(149a~149f)와,
    해당 섹터 안테나(150a~150f)로부터 다이플랙서를 거친 수신신호를 증폭 및 하향변환하여 출력하는 제1 서비스 수신기(145-1a~145-1f)와,
    상기 제1 서비스 수신기들로부터 출력되는 제1 내지 제6 섹터 IF신호와 감시제어(MC)신호를 합성하는 제1 합성기(146-1)와,
    상기 제1 합성기의 출력을 광으로 변환하는 제1 레이저 다이오드(147-1)와,
    해당 섹터 안테나로부터 다이플랙서를 거치지 않은 수신신호를 증폭 및 하향변환하여 출력하는 제2 서비스 수신기(145-2a~145-2f)와,
    상기 제2 서비스 수신기들로부터 출력되는 제1 내지 제6 섹터 IF신호와 감시제어(MC)신호를 합성하는 제2 합성기(146-2)와,
    상기 제2 합성기의 출력을 광으로 변환하는 제2 레이저 다이오드(147-2)와,
    감시제어신호를 송수신하여 처리하는 중계국 감시제어기(148)로 구성된 것을 특징으로 하는 다중섹터 안테나 기반 이동통신 중계장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 서비스 송신기(144a~144f)는
    분배된 제1 내지 제n 섹터 IF신호를 증폭하기 위한 IF증폭기(IF AMP)와,
    증폭된 제1 내지 제n 섹터 IF신호를 가입자신호로 변환하기 위한 다운컨버터(D/C)와,
    아날로그-디지탈 변환기(A/D)와,
    이중 비교기(Dualcomparator)와,
    디지탈-아날로그 변환기(D/A)와,
    업컨버터(U/C)와, 대역통과필터(BPF)와,
    고출력증폭기(HPA)와,
    고출력증폭기의 신호를 피드백하기 제1 피드백 루프와,
    다이플랙서의 모니터신호를 피드백하기 위한 제2 피드백 루프로 구성된 것을 특징으로 하는 다중섹터 안테나 기반 이동통신 중계장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 다중섹터 안테나는
    6섹터 안테나들의 수직복사패턴이 수평선(고앙각)은 복사이득을 적게 하여 원거리 타 서비스 지역과의 간섭을 없애고, 저앙각은 이득을 높여서 빌딩의 아래나 지하실에도 서비스할 수 있는 것을 특징으로 하는 다중섹터 안테나 기반 이동통신 중계장치.
  10. 제5항에 있어서, 상기 다중섹터 안테나는
    인접 안테나와의 간섭을 최소화하기 위해 인접 복사 억압용 차폐판을 부착하고, 방설 커버 외부에는 그림이나 광고를 부착하여 환경 친화형으로 구성한 것을 특징으로 하는 다중섹터 안테나 기반 이동통신 중계장치.
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