KR101681850B1 - Ism 대역을 사용하는 무선 통신 시스템 - Google Patents

Ism 대역을 사용하는 무선 통신 시스템 Download PDF

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Abstract

기지국, 상기 기지국으로부터 통신신호를 수신하거나 상기 기지국으로 통신신호를 송신하기 위한 도너 유닛 및 상기 도너 유닛으로부터 ISM 대역을 사용하여 통신신호를 수신한 후 단말기 측으로 제공하거나 상기 단말기로부터 통신신호를 수신한 후 ISM 대역을 사용하여 상기 도너 유닛 측으로 송신하기 위한 리모트 유닛을 포함하는 무선 통신 시스템이 개시된다. 여기서 도너 유닛은, 다운링크시 기지국으로부터 통신신호를 수신하고 업링크시 기지국으로 통신신호를 송신하기 위해, 내장형 안테나와 외장형 안테나를 포함하여 듀얼 포트로 구성되는 도너 안테나와, 내장형 안테나를 통해 수신되는 통신신호의 레벨을 미리 설정된 기준 레벨과 비교한 후, 내장형 안테나를 통해 수신되는 통신신호의 레벨이 상기 기준 레벨보다 낮은 경우, 결과 신호를 생성하는 수신 레벨 비교부와, 수신 레벨 비교부로부터 결과 신호를 수신하여 표시하기 위한 표시부와, 내장형 안테나를 통해 수신되는 통신신호의 레벨이 기준 레벨보다 낮은 경우, 내장형 안테나는 작동하지 않고 상기 외장형 안테나가 작동하여 외장형 안테나를 통해 통신신호가 수신되도록 하기 위한 스위치부, 그리고 내장형 안테나 또는 외장형 안테나를 통해 수신된 통신신호를 증폭 및 변조하여 리모트 유닛 측으로 송신하기 위한 링크 안테나를 포함한다.

Description

ISM 대역을 사용하는 무선 통신 시스템{RADIO COMMUNICATION SYSTEM USING ISM BAND}
본 발명은 ISM(Industrial, Science, Medical) 대역을 사용하는 무선 통신 시스템으로서, 구체적으로는, 기지국과 단말기 간의 무선통신에 있어서 음영지역을 최소화하고자, ISM 중계기, 즉, 도너 유닛(Donor Unit)과 리모트 유닛(Remote Unit)을 사용하되 이들 간의 링크 주파수를 ISM 대역을 사용하여 통신하며, 특히 기지국으로부터 통신신호의 수신이 원활하도록 도너 유닛 측에 외장형 안테나와 내장형 안테나를 사용할 수 있도록 듀얼 포트(dual port)로 구성한 무선 통신 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 비면허 주파수인 ISM(Industrial, Science, Medical) 대역은 상호 간섭을 용인하는 공동사용을 전제로 간섭의 최소화를 위해 통신용 소출력(low power)을 기본으로 사용가능한 대역이다. 이러한 ISM 주파수 대역 중 통신분야에 주로 많이 사용되는 주파수 영역으로는 900MHz, 2.4GHz, 5GHz 등이 있으며, 소출력 무선기기가 이를 이용한다.
ISM 주파수 대역 중 통신용으로 많이 사용되는 주파수 현황은, 900MHz 대역의 경우 902 ~ 928MHz(26MHz), 2.4GHz 대역의 경우 2.4 ~ 2.4835GHz(83.5MHz)(한국), 2.4 ~ 2.4835GHz(북미, 유럽 등) 및 2.471~2.497GHz(일본)이 있으며, 2.4GHz 대역을 사용하는 WLAN 표준으로서는 예컨대 IEEE 802.11, 802.11b, 802.11g 등이 있다. 그리고, 5GHz 대역의 경우 5.725 ~ 5.825GHz(125MHz)와, 5.15~5.25, 5.25~5.35 및 5.725~5.825GHz(미국의 예로서, 미국연방통신위원회(FCC)에서 3개 대역으로 할당), 5.15~5.25 및 5.47~5.725GHz(유럽), 그리고 5.15~5.25GHz(일본)이 있으며, 5GHz 대역을 사용하는 WLAN 표준으로서는 예컨대 IEEE 802.11a가 있으며, 이 대역은 UNII(Unlicenced National Information Infrastructure)라고도 불린다.
종래, ISM 대역은 2.4GHz를 링크 주파수로 사용하여 서비스 커버리지를 확장함으로써, 기존의 중계기에서 해결하지 못하는 복도 등의 음영지역에서의 통신 장애를 해소하는 기술들이 많이 개발되어 왔다.
도 1은 도너 유닛과 리모트 유닛을 이용하여 이들 간을 ISM 대역인 2.4GHz를 링크 주파수로 사용하여 무선통신을 하도록 구축한 종래의 댁내형 중계 시스템의 일 예이다. 도시된 바와 같이, 다운링크시, 기지국(BST)과 도너 유닛(DU) 간에는 3G WCDMA 신호 또는 LTE 신호가 전송되고, 도너 유닛(DU)은 리모트 유닛(RU) 측으로 2.4GHz의 ISM 대역으로 전송하며 최종적으로는 리모트 유닛(RU)은 단말기(MD) 측으로 기지국에서 송출한 주파수로 다시 복조하여 3G WCDMA 신호 또는 LTE 신호를 전송한다. 업링크의 경우에도 마찬가지이다. 이와 같이 하여, 기존의 중계기의 커버리지(대체로 A로 표시된 바운더리임)를 확장하여 음영지역의 통신장애를 해소할 수 있다. 도시된 바와 같이 리모트 유닛(RU)에 의해 서비스 커버리지가 확장된다((대체로 B로 표시된 바운더리임).
하지만, 이와 같은 종래의 ISM 대역을 링크 주파수로 이용하는 무선 통신 시스템에서는, 도너 유닛 내에 실장되는 내장형 안테나만을 사용하고 있으므로, 수신되는 신호의 레벨이 약한 경우(예컨대 -110dB 정도의 노이즈 레벨에 가까운 신호)에는 지향성이 약한 내장형 안테나의 본질에 기인하여, 도너 유닛과 리모트 유닛을 이용하여 아무리 증폭/필터 과정을 거치더라도 최종적으로 단말기 측까지 제대로 신호가 전송되지 않는다.
또한, 기지국으로부터 서비스되는 주파수가 5MHz, 10MHz 등으로 크게 나뉘어져 있지 않고 다른 서비스 업체에서 점유하고 있는 주파수 사이사이에 놓이게 되는 것과 같이 복잡하게 주파수가 할당된 경우(예컨대, 필리핀의 이동통신사 주파수 할당)에는 이를 변조하기에 상당한 어려움이 있다. 뿐만 아니라, 도너 유닛과 리모트 유닛 간에 링크 주파수로 사용되는 ISM 대역은 대략 83.5MHz로 가용 대역폭이 좁으므로, MIMO(Multiple Input Multiple Output)를 구현하기에도 어려움이 있을 뿐만 아니라, 중계기에 의해 서비스되는 영역 내에 다른 와이파이(Wi-Fi) 무선랜 등이 사용되어 이미 일정 주파수 대역이 점유되어 있는 경우에는 기존의 무선통신 서비스를 받고 있는 단말기 등에 통신장애를 일으킬 가능성이 매우 높다.
따라서, 이러한 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 방안이 당해 기술 분야에서 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 10-2006-0108610(2006년 10월 18일 공개) 대한민국 공개특허 10-2007-0052236(2007년 05월 21일 공개) 대한민국 등록특허 10-1302184(2013년 08월 26일 등록)
본 발명은 위와 같은 여러 가지 문제점들을 해소하고자 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 도너 유닛에서 수신하는 기지국으로부터의 신호 레벨이 약한 경우 도너 유닛 내에 실장되는 내장형 안테나만으로 수신하기에 한계가 있는 단점을 해결하도록 내장형 안테나와 외장형 안테나로 듀얼 포트로 구성된 도너 유닛을 포함하는 무선 통신 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 다른 서비스 업체에서 점유하고 있는 주파수 사이사이에 복잡하게 주파수가 할당된 경우 이를 변조시켜 단말기까지 송신하기에는 어려움이 있고, 또한 ISM 대역폭이 넓지 않으므로, 이미 사용되고 있는 주파수 대역을 링크 주파수로 하는 경우, 기존의 무선통신 서비스를 받고 있는 단말기 등에 통신장애를 일으킬 수 있으므로, 이를 해결하고자 디지털 필터, 데이터 압축기, 주파수 스캔부 등을 추가한 무선 통신 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 무선 통신 시스템은, 기지국, 상기 기지국으로부터 통신신호를 수신하거나 상기 기지국으로 통신신호를 송신하기 위한 도너 유닛(Donor Unit), 및 상기 도너 유닛으로부터 ISM 대역을 사용하여 통신신호를 수신한 후 단말기 측으로 제공하거나 상기 단말기로부터 통신신호를 수신한 후 ISM 대역을 사용하여 상기 도너 유닛 측으로 송신하기 위한 리모트 유닛(Remote Unit)을 포함하는 무선 통신 시스템이다. 이러한 무선 통신 시스템에서 도너 유닛(100)은, 다운링크(Down Link)시 상기 기지국으로부터 통신신호를 수신하고 업링크(Up Link)시 상기 기지국으로 통신신호를 송신하기 위해, 내장형 안테나(114)와 외장형 안테나(112)를 포함하여 듀얼 포트(Dual Port)로 구성되는 도너 안테나와, 상기 내장형 안테나를 통해 수신되는 통신신호의 레벨(IN1)을 미리 설정된 기준 레벨(ref1)과 비교한 후, 상기 내장형 안테나를 통해 수신되는 통신신호의 레벨(IN1)이 상기 기준 레벨(ref1)보다 낮은 경우, 결과 신호(R1)를 생성하는 수신 레벨 비교부(120)와, 상기 수신 레벨 비교부로부터 상기 결과 신호(R1)를 수신하여 표시하기 위한 표시부(122)와, 상기 내장형 안테나를 통해 수신되는 통신신호의 레벨(IN1)이 상기 기준 레벨(ref1)보다 낮은 경우, 상기 내장형 안테나는 작동하지 않고 상기 외장형 안테나가 작동하여 상기 외장형 안테나를 통해 통신신호가 수신되도록 하기 위한 스위치부(116)와, 상기 내장형 안테나(114) 또는 상기 외장형 안테나(112)를 통해 수신된 통신신호를 증폭 및 변조하여 상기 리모트 유닛 측으로 송신하기 위한 링크 안테나(192)를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 도너 유닛은, 상기 내장형 안테나(114) 또는 상기 외장형 안테나(112)를 통해 수신된 통신신호 중, 특정 주파수 대역만을 선택하기 위한 디지털 필터(210)와, 상기 디지털 필터를 거친 통신신호(FIF2)가 증폭된 후, 이를 1차 국부발진주파수(FLO1)를 중심 주파수로 하여 변조하기 위한 1차 혼합기(Mixer)(150)와, 상기 1차 혼합기에 의해 변조된 통신신호(FRFF)를 디지털 압축하여 압축된 통신신호(FRFC)를 생성하는 디지털 압축기(220)를 더 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 도너 유닛은, 상기 데이터 압축기(220)에 의해 압축된 통신신호가 증폭된 후, 이를 2차 국부발진주파수(FLO2)를 중심 주파수로 하여 변조하기 위한 2차 혼합기(170)와, 상기 도너 유닛과 상기 리모트 유닛이 설치된 장소에서의 주파수 대역 점유 상태를 파악하기 위해 주파수를 스캔하기 위한 주파수 스캔부(310)와, 상기 주파수 스캔부에 의한 주파수 스캔 결과, 상기 링크 안테나(192)를 통해 상기 리모트 유닛 측으로 송신될 통신신호의 주파수가 다른 무선 통신 시스템에 의해 점유된 주파수 대역인 경우, 상기 2차 국부발진주파수(FLO2)를 점유되지 않은 주파수 대역으로 변환시키기 위한 주파수 변환기(320)를 더 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 도너 유닛은, 다운링크시 상기 링크 안테나를 이용하여, GSM(Global System for Mobile communications), 3G WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 통신신호 중 어느 하나를 기지국으로부터 수신하여 변조 및 증폭한 후 ISM 대역의 링크 주파수로 상기 리모트 유닛 측으로 송신하고, 업링크시 상기 링크 안테나를 이용하여 상기 리모트 유닛으로부터 ISM 대역의 링크 주파수로 수신하여 복조 및 증폭한 후, 상기 기지국 측으로 송신하는, 메인(Main) 송수신 모듈 - 상기 메인 송수신 모듈은 상기 GSM, 3G WCDMA, LTE 통신신호 각각을 송수신하기 위한 GSM 모듈, 3G 모듈, LTE 모듈을 포함함 - 과, 다운링크 또는 업링크시, 상기 LTE 모듈과 함께 또는 상기 LTE 모듈을 대신하여 데이터 전송이 가능하도록, 상기 링크 안테나와 구별되는 별개의 MIMO 안테나를 사용하여 데이터를 전송하기 위한 LTE MIMO 모듈을 포함하되, 상기 메인 송수신 모듈에서 사용되는 ISM 대역 링크 주파수의 중심 주파수와 상기 LTE MIMO 모듈에서 사용되는 ISM 대역 링크 주파수의 중심 주파수가 서로 다르다.
일 실시예에 따라, 상기 메인 송수신 모듈에서 사용되는 ISM 대역 링크 주파수의 중심 주파수는 2.4GHz이고, 상기 LTE MIMO 모듈에서 사용되는 ISM 대역 링크 주파수의 중심 주파수는 5.1GHz일 수 있다.
본 발명은 내장형 안테나와 외장형 안테나로 듀얼 포트로 구성되고, 디지털 필터, 데이터 압축기, 및 주파수 스캔부 등을 포함하는 도너 유닛으로 구성된 새로운 개념의 무선 통신 시스템을 제공함으로써, 도너 유닛에서 수신하는 기지국으로부터의 신호 레벨이 약한 경우 도너 유닛 내에 실장되는 내장형 안테나만으로 수신하기에 한계가 있는 단점을 해결할 수 있고, 다른 서비스 업체에서 점유하고 있는 주파수 사이사이에 복잡하게 주파수가 할당된 경우 이를 변조시켜 단말기까지 송신하기에는 어려움이 있고, 또한 ISM 대역폭이 넓지 않으므로, 이미 사용되고 있는 주파수 대역을 링크 주파수로 하는 경우, 기존의 무선통신 서비스를 받고 있는 단말기 등에 통신장애를 일으키는 문제점을 해결하는 효과를 갖는다.
도 1은 ISM 대역을 링크 주파수로 하여 음영지역의 통신장애를 해소하기 위한 일반적인 댁내형 무선 중계 시스템의 일 예를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 중계 시스템의 블록도이고,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 중계 시스템의 블록도이고,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 중계 시스템의 블록도이고,
도 5는 도 3에서 제1 중간 주파 신호(FIF1)의 파워(Power)의 일 예를 나타낸 그래프이고,
도 6은 도 5에서의 제1 중간 주파 신호가 도 3에서 디지털 필터를 거친 이후의 제2 중간 주파 신호(FIF2)의 파워를 나타낸 그래프이고,
도 7은 도 6에서의 제2 중간 주파 신호가 도 3에서 1차 혼합기를 거친 이후 주파수 변조된 전체(Full) 고주파 신호(FRFF)의 파워를 나타낸 그래프이고,
도 8은 도 7에서의 전체 고주파 신호가 도 3에서 데이터 압축기를 거친 후 드라이브 증폭기(Drive AMP)를 거쳐 증폭된 제1 고주파 신호(FRF1)의 파워를 나타낸 그래프이고,
도 9는 도 8에서의 제1 고주파 신호가 도 3에서 2차 혼합기를 거친 이후 주파수 변조된 제2 고주파 신호(FRF2)의 파워를 나타낸 그래프이고,
도 10은 도 9에서의 제2 고주파 신호가 도 3에 도시된 메인 증폭기를 거쳐 증폭되고 송신부(Tx)를 거쳐 링크 안테나(192)를 통해 최종적으로 출력되는 신호의 파워를 나타낸 그래프이고,
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템으로 MIMO를 구현한 경우를 설명하기 위한 블록도들이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들이 설명된다. 첨부된 도면들 및 이를 참조하여 설명되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자로 하여금 본 발명에 관한 이해를 쉽게 하도록 하기 위해 간략화되고 예시된 것임에 유의하여야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 중계 시스템의 블록도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 중계 시스템의 블록도이고, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 중계 시스템의 블록도이고, 도 5는 도 3에서 제1 중간 주파 신호(FIF1)의 파워(Power)의 일 예를 나타낸 그래프이고, 도 6은 도 5에서의 제1 중간 주파 신호가 도 3에서 디지털 필터를 거친 이후의 제2 중간 주파 신호(FIF2)의 파워를 나타낸 그래프이고, 도 7은 도 6에서의 제2 중간 주파 신호가 도 3에서 1차 혼합기를 거친 이후 주파수 변조된 전체(Full) 고주파 신호(FRFF)의 파워를 나타낸 그래프이고, 도 8은 도 7에서의 전체 고주파 신호가 도 3에서 데이터 압축기를 거친 후 드라이브 증폭기(Drive AMP)를 거쳐 증폭된 제1 고주파 신호(FRF1)의 파워를 나타낸 그래프이고, 도 9는 도 8에서의 제1 고주파 신호가 도 3에서 2차 혼합기를 거친 이후 주파수 변조된 제2 고주파 신호(FRF2)의 파워를 나타낸 그래프이고, 도 10은 도 9에서의 제2 고주파 신호가 도 3에 도시된 메인 증폭기를 거쳐 증폭되고 송신부(Tx)를 거쳐 링크 안테나(192)를 통해 최종적으로 출력되는 신호의 파워를 나타낸 그래프이고, 도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템으로 MIMO를 구현한 경우를 설명하기 위한 블록도들이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템은, 기지국(도시되지 않음), 기지국으로부터 통신신호를 수신하거나 기지국으로 통신신호를 송신하기 위한 도너 유닛(Donor Unit)(100), 및 도너 유닛(100)으로부터 ISM 대역을 사용하여 통신신호를 수신한 후 단말기(도시되지 않음) 측으로 제공하거나(다운링크(Down Link)) 단말기로부터 통신신호를 수신한 후 ISM 대역을 사용하여 도너 유닛(100) 측으로 송신(업링크(Up Link))하기 위한 리모트 유닛(Remote Unit)(도시되지 않음)을 포함한다. 여기서 도너 유닛(100)은, 내장형 안테나(114)와 외장형 안테나(112)를 포함하여 듀얼 포트(Dual Port)로 구성되는 도너 안테나(112, 114)와, 수신 레벨 비교부(120), 표시부(122), 스위치부(116) 및 링크 안테나(192)를 포함한다.
듀얼 포트로 구성되는 도너 안테나(112, 114)에서 외장형 안테나(112) 및 내장형 안테나는, 다운링크시 기지국으로부터 통신신호를 수신하고 업링크시 기지국으로 통신신호를 송신하기 위한 구성요소이다. 도시된 바와 같이, 외장형 안테나(112)를 체결할 수 있도록 하기 위해 도너 유닛의 일측에 외장형 안테나 연결 포트(110)가 형성되어 있다. 외장형 안테나(112)와 외장형 안테나 연결 포트(110) 간의 결합은, 예컨대 나사 결합일 수 있고, 이 경우 나사 결합을 위해 외장형 안테나(112)의 체결단(112a)에 나선이 형성될 수 있다.
수신 레벨 비교부(120)는 내장형 안테나(114)를 통해 수신되는 통신신호의 레벨(IN1)을, 미리 설정된 기준 레벨(ref1)과 비교한 후, 내장형 안테나(114)를 통해 수신되는 통신신호의 레벨(IN1)이 기준 레벨(ref1)보다 낮은 경우, 표시부(122) 측으로 알리기 위한 결과 신호(R1)를 생성한다. 예를 들어, 통신신호는, GSM(Global System for Mobile communications), 3G WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 통신신호 중 어느 하나일 수 있으며, 특히, GSM 통신신호인 경우, 신호의 레벨이 -110dB보다 낮아서 노이즈 레벨에 가까운 상태일 수 있으므로, 도너 유닛(100) 내에 실장된 내장형 안테나(114)에서 수신하는 레벨(IN1)은 매우 낮아서, 증폭기나 필터를 거치더라도 목적지까지 전달되기는 어려운 문제점이 있다. 따라서, 수신 레벨 비교부(120)는 내장형 안테나(114)에 의해 수신되는 신호의 레벨이 매우 낮음을 표시부(122) 측으로 알린다.
표시부(122)는 결과 신호(R1)를 수신하여 작업자 또는 관리자가 인식할 수 있도록, 예컨대, 안테나 표시와 같은 그래픽, 또는 디지털 숫자 등으로 표시하기 위한 구성요소이다. 수신되는 신호 레벨이 낮은 것으로 표시되는 경우, 작업자는 이를 인식하여 외장형 안테나(112)를 외장형 안테나 연결 포트(110)에 나사 결합한다.
스위치부(116)는, 내장형 안테나(114)를 통해 수신되는 통신신호의 레벨(IN1)이 상기 기준 레벨(ref1)보다 낮아서, 작업자나 관리자에 의해 외장형 안테나(112)가 외장형 안테나 연결 포트(110)에 결합된 후, 외장형 안테나(112)를 통해 수신되는 경우, 도너 유닛(100) 내의 후속 스테이지(도 2 내에서 참조부호 130 이후의 스테이지들)와 외장형 안테나(112) 간의 연결을 지속하고 내장형 안테나와의 연결은 끊기도록, 즉, 다운링크시, 내장형 안테나(114)는 작동하지 않고 외장형 안테나(112)가 작동하여 외장형 안테나(112)를 통해 약한 레벨의 통신신호가 수신되도록 하는 역할을 한다.
링크 안테나(192)는 ISM 대역의 링크 주파수를 이용하여, 내장형 안테나(114) 또는 외장형 안테나(112)를 통해 수신된 통신신호를 증폭 및 변조하여 리모트 유닛(도시되지 않음) 측으로 송신한다.
상술한 설명에서는 다운링크, 즉, 무선통신 경로가 기지국, 도너 유닛, 리모트 유닛, 및 단말기 순인 경우에 국한하여 설명하였으나, 그 반대인 업링크인 경우도 이와 순서만 바뀔 뿐 유사하므로, 구체적인 설명은 생략한다.
또한, 도 2 내에서 참조부호 130은 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)로서, 공기중의 잡음이 다수 섞여 있는 수신신호를 잡음의 증폭을 최대한 억제하면서 신호가 증폭될 수 있도록 하는 부분이다. 중간 중간에 통상적으로 안테나와 증폭기 사이, 그리고 증폭기와 혼합기(Mixer) 사이에 삽입되는 대역선택필터(Band select filter), 이미지 제거 필터(Image reject filter) 등은 본 발명의 핵심 구성요소가 아니므로 도시하지 아니하였다. 참조부호 140은 중간 주파 증폭기(140)이고, 150은 1차 혼합기이며, 152는 1차 혼합기(150)에서 사용되는 1차 국부발진기로서 1차 국부발진주파수를 만드는 구성요소이며, 180은 메인 앰프(Main Amp)로서 최종단에서 충분한 전력을 가진 신호를 내보낼 수 있도록 전력증폭하는 기능을 수행한다. 그리고, 160은 구동 증폭기(Drive AMP)로서, 송신(Tx)단의 경우 수신(Rx)단과는 달리 일정한 입력신호를 갖고 있으므로, 그 입력신호를 상당히 큰 전력을 갖는 신호로 증폭시켜야 하므로 이를 앞서 180으로 나타낸 메인 앰프가 하고 있으나, 메인 앰프(180)의 경우 그 구조상 충분한 이득(gain)을 갖기가 어려우므로, 이를 보완하면서 메인 앰프(180)가 충분한 입력 전력을 갖도록 하기 위해서 추가되는 구성요소이다. 170은 2차 혼합기이며, 172는 2차 혼합기(170)에서 사용되는 2차 국부발진기로서, 2차 국부발진주파수를 만드는 구성요소이다. 마지막으로, 참조부호 190은 링크 안테나(192)와 연결된 송수신부로서, 송신 필터(Tx), 수신 필터(Rx), 아이솔레이터(미도시) 등을 포함하는 구성요소를 총괄하여 나타내었다. 그리고, 본 명세서 및 도면 내에서 주파수, 중간 주파수, 고주파 등을 F로 표기하였으나, 편의상 그러한 주파수를 갖는 신호를 일컬을 경우도 있음에 유의하여야 할 것이다.
이와 같이 구성되어, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서의 도너 유닛(100)은, 종래, 도너 유닛 내에 실장되는 내장형 안테나(114)만을 사용하는 경우, 기지국에서 오는 약한 레벨을 갖는 신호의 경우, 전송되기 어려운 단점을 보완할 수 있게 된다. 외장형 안테나의 경우, 통상적으로 7 내지 10dB 정도 상승시켜줄 수 있으므로, 통신장애를 대폭 줄일 수 있으며, 전송효율도 높일 수 있는 이점이 있다.
다음으로, 도 3을 참조하면, 도 2를 참조하여 설명된 실시예에서, 도너 유닛(100; 도 2)은 추가로, 디지털 필터(210)와 데이터 압축기(220)를 더 포함할 수 있다.
디지털 필터(210)는, 내장형 안테나(114) 또는 외장형 안테나(112)를 통해 수신된 통신 신호 중, 특정 주파수 대역만을 선택하기 위한 구성요소이다. 디지털 필터를(210)를 거친 통신신호(FIF2), 즉 중간주파 신호는 중간 주파 증폭기(140)에 의해 증폭된 후, 1차 혼합기(150)에 의해 1차 국부발진주파수(FLO1)를 중심 주파수로 하여 변조된다. 변조된 후 전체(Full) 고주파신호(FRFF)는 데이터 압축기(220)로 입력된다.
데이터 압축기(220)는 1차 혼합기(150)에 의해 변조된 통신신호, 즉 전체 고주파신호(FRFF)를 디지털 압축하여 압축된 통신신호(FRFC)를 생성하여 후속 스테이지로 보낸다. 도 3과 도 5 내지 도 10을 함께 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 관하여 더 상세히 설명하도록 한다.
도 5는 도 3에서 제1 중간 주파 신호(FIF1)의 파워(Power)의 일 예를 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이 A사의 신호(A로 표시됨) 사이에 인접하게 B사의 신호(B로 표시됨)가 섞여 있는 경우가 있을 수 있다. 예를 들어, 다른 서비스 업체에서 점유하고 있는 주파수 사이사이에 복잡하게 주파수가 할당된 경우 이를 변조시켜 단말기까지 송신하기에는 어려움이 있고, 또한 ISM 대역폭이 넓지 않다. 따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위해 디지털 필터(210)로 원하는 신호 이외의 신호인 B사의 신호를 제거해 낼 수 있다. 그 결과가 도 6에 도시되어 있다. 즉, 도 6은 도 5에서의 제1 중간 주파 신호가 도 3에서 디지털 필터(210)를 거친 이후의 제2 중간 주파 신호(FIF2)의 파워를 나타낸 그래프이다.
그 후, 제2 중간 주파 신호(FIF2)가 중간 주파 증폭기(140)에 의해 증폭된 후, 증폭기 1차 혼합기(150)를 거친 이후 주파수 변조된 전체(Full) 고주파 신호(FRFF)가 만들어진다. 이러한 전체 고주파 신호(FRFF)의 파워가 도 7에 나타나 있다. 도 7에서 FLO1은 1차 국부발진기(152)에 의해 생성된 1차 국부발진 주파수이다.
그런 다음, 전체 고주파 신호(FRFF)가 데이터 압축기(220)를 거친 후 드라이브 증폭기(160)를 거쳐 증폭되어, 증폭된 제1 고주파 신호(FRF1)가 생성된다. 즉, 디지털 압축기(220) 및 드라이브 증폭기(160)를 차례대로 거쳐 압축되고 증폭된 제1 고주파 신호(FRF1)가 생성되는데, 그 결과가 도 8에 도시되어 있다.
그런 다음, 제1 고주파 신호(FRF1)는 2차 혼합기(170)를 거쳐 변조되어 주파수 변조된 제2 고주파 신호(FRF2)가 생성되는데, 그 결과가 도 9에 도시되어 있다.
마지막으로, 제2 고주파 신호(FRF2)가 메인 증폭기(180)를 거쳐 증폭되고 송신필터(Tx)를 거쳐 링크 안테나(192)를 통해 최종적으로 리모트 유닛(도시되지 않음)으로 출력될 신호가 생성되는데, 그 결과가 도 10에 도시되어 있다.
이와 같이, 본 발명은 디지털 필터(210) 및 데이터 압축기(220)를 포함하여 대역폭이 넓지 않은 ISM 대역을 효율적으로 사용하여 링크시킴으로써, 음영지역 통신장애를 효율적으로 해소할 수 있게 된다.
본 실시예에서, 디지털 필터(210)와 데이터 압축기(220)는 하나의 FPGA(Field Programmable Gate Array)(200) 내에 구현하여 집적도를 높일 수도 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 설명한다. 본 실시예에서는, 앞서 도 3을 참조하여 설명된 실시예의 구성에, 주파수 스캔부(310)와 주파수 변환기(320)가 더 추가된다.
앞서 설명한 바와 같이, 데이터 압축기(220)에 의해 압축된 통신신호가 증폭된 후(FRF1), 이를 2차 국부발진 주파수(FLO2)를 이용하여 2차 혼합기(170)에서 주파수 변조된 후, 메인 증폭기(180)에 의해 증폭되어 송신 필터(Tx)를 거쳐 링크 안테나(192)를 통해 송신된다.
이 경우, 설치 장소에서 서비스 중인 Wi-Fi 주파수를 회피하기 위해, 주파수 스캔부(310)는, 도너 유닛과 상기 리모트 유닛이 설치된 장소에서의 주파수 대역 점유 상태를 파악하기 위해 주파수를 스캔한다. 주파수 스캔부(310)는, 예를 들어, FSK 모뎀이 사용될 수 있다. FSK 모뎀으로, 도너 유닛과 리모트 유닛 간의 ISM 대역의 링크 신호를 사용할 경우, 2.4GHz, 5.1GHz 또는 다른 주파수 대역에서 특정 주파수가 이미 Wi-Fi 무선랜에 의해 점유중인 경우, 그 대역을 피하여 링크 대역이 되도록 조절하여야 한다. 따라서, 이를 위해, 주파수 스캔 결과 신호(Fs)에 따라, 주파수 변환기(320)에서는 링크 안테나(192)를 통해 상기 리모트 유닛 측으로 송신될 통신신호의 주파수가 다른 무선 통신 시스템에 의해 점유된 주파수 대역인 경우, 상기 2차 국부발진주파수(FLO2)를 점유되지 않은 주파수 대역으로 주파수 변환시키기 위한 구성요소이다. 즉, 주파수 변환기(320)는 미점유 대역을 사용하여 도너 유닛과 리모트 유닛 간을 링크시킬 수 있도록, 2차 국부발진주파수(FLO2)를 높이거나 낮출 수 있다.
실제로 ISM 대역 중, 2.4GHz의 경우 2400MHz-2485MHz의 사용대역으로 사용가능한 대역폭은 최대 85MHz이고, 또한 WiFi 무선랜 하나의 CH을 사용할 경우 22MHz를 제외한 63MHz의 대역만 사용할 수 있는 한계가 있고, 또한 5.1GHz의 경우 5170MHz-5210MHz의 사용대역으로 사용가능한 대역폭은 최대 40MHz에 불과하다. 따라서, 예를 들어 GSM900(DL: 890-915MHz, UL:935-960MHz)을 FULL 대역을 변파시키기 위해서는 50MHz(상향링크 25MHz, 하향링크 25MHz, Guard Band 제외)의 대역폭이 최소한 필요하다. 그러므로, ISM대역을 통해 직접 변조(Direct Converting)을 할 경우 대역폭의 한계로 인해 다른 주파수를 갖는 통신대역(예컨대, GSM1800, W2100, LTE850, LTE1800)은 추가적으로 전송하지 못하게 된다. 그러므로, 예를 들어, 변조된 신호를 데이터 압축기 1:10 이상으로 압축하면 60MHz 대역이 필요한 주파수를 6MHz 이하(상하향)로 줄이게 되므로 전송할 수 있는 대역이 10배로 늘어나는 효과가 있다.
다음으로, 도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 통신 시스템으로서, MIMO를 구현하는 무선 통신 시스템이 도시되어 있다. 앞서 도 2 내지 도 4에 도시된 실시예에서의 도너 유닛(100)은 메인(Main) 송수신 모듈(100a)과 LTE MIMO 모듈(100b)을 포함한다. 메인 송수신 모듈(100a)과 LTE MIMO 모듈(100b) 각각의 구성은 도 3에 도시된 구성과 실질적으로 동일하고 각각의 구성요소들의 부호를 a, b로 구별하여 표기하였다.
메인 송수신 모듈(100a)은, 다운링크시 링크 안테나(192a)를 이용하여, GSM(Global System for Mobile communications), 3G WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 통신신호 중 어느 하나를 기지국으로부터 수신하여 변조 및 증폭한 후 ISM 대역의 링크 주파수로 리모트 유닛 측으로 송신하고, 업링크시 링크 안테나(192a)를 이용하여 리모트 유닛으로부터 ISM 대역의 링크 주파수로 수신하여 복조 및 증폭한 후, 기지국 측으로 송신한다. 메인 송수신 모듈(100a)은 GSM, 3G WCDMA, LTE 통신신호 각각을 송수신하기 위한 GSM 모듈, 3G 모듈, LTE 모듈을 포함한다.
LTE MIMO 모듈(100b)은, 다운링크 또는 업링크시, LTE 모듈과 함께 또는 상기 LTE 모듈을 대신하여 데이터 전송이 가능하도록, 링크 안테나와 구별되는 별개의 MIMO 안테나(192b)를 사용하여 데이터를 전송한다. 여기서, 사용되는 ISM 대역 링크 주파수의 중심 주파수는 앞서 메인 송수신 모듈(100a)에서 사용되는 ISM 대역 링크 주파수의 중심 주파수와는 다르게 한다.
예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 메인 송수신 모듈(100a)에서 사용되는 중심 주파수인 2차 국부발진주파수(FLO2a)는 2.4GHz가 되도록 하고, LTE MIMO 모듈(100b)에서 사용되는 2차 국부발진주파수(FLO2b)는 5.1GHz가 되도록 할 수 있다. 이 과정에서, 앞서 주파수 스캔부(310)(예컨대, FSM 모뎀)에 의해 주변 주파수들이 이미 스캔되어 있으므로 이러한 정보들이 활용될 수 있다.
그리하여, SISO(Single Input Single Output)로 구현된 무선 통신 시스템에 비해, 예컨대 2*2 MIMO로 구현된 무선 통신 시스템의 전송 속도를 최대 2배까지 빠르게 할 수 있다.
더 나아가, 기지국에서 도너 유닛 측으로 입력되는 신호는 모두다 변환시켜 단말기가 통신가능하도록 하되, 단말기가 특정 대역만을 사용할 경우, 즉 리모트 유닛에서 도너 유닛으로 업로드되는 신호대역만은 링크 신호로 사용하게 하여 ISM 대역폭 점유율을 줄임으로써 주변의 Wi-Fi 무선랜의 통화 단절을 방지할 수도 있다.
본 발명에 따른 무선 통신 시스템은, 그 설치 운용 관점에서, 가정, 업소 및 사무 공간의 크기에 따라 자유롭게 중계장치를 구성할 수 있는 장점이 있고, 도너 유닛에 연동되는 리모트 유닛의 숫자를 늘리는 것으로써 손쉽게 서비스 커버리지를 확장할 수 있으며, 별도의 설치 공사가 필요 없고, 최적의 통신서비스를 위하여 환경변화에 따른 자유로운 위치변경이 가능하게 하는 장점이 있다.
100 : 도너 유닛 100a : 메인 송수신 모듈
100b : LTE MIMO 모듈
110 : 외장형 안테나 연결 포트
112 : 외장형 안테나 114 : 내장형 안테나
116 : 스위치부 120 : 수신 레벨 비교부
122 : 표시부 140 : 중간 주파 증폭기
150 : 1차 혼합기 160 : 구동 증폭기
170 : 2차 혼합기 180 : 메인 증폭기
190 : 송수신부 192 : 링크 안테나
200 : FPGA 210 : 디지털 필터
220 : 데이터 압축기 310 : 주파수 스캔부
320 : 주파수 변환기
BST1, BST2 : 기지국

Claims (5)

  1. 기지국, 상기 기지국으로부터 통신신호를 수신하거나 상기 기지국으로 통신신호를 송신하기 위한 도너 유닛(Donor Unit), 및 상기 도너 유닛으로부터 ISM 대역을 사용하여 통신신호를 수신한 후 단말기 측으로 제공하거나 상기 단말기로부터 통신신호를 수신한 후 ISM 대역을 사용하여 상기 도너 유닛 측으로 송신하기 위한 리모트 유닛(Remote Unit)을 포함하는, 무선 통신 시스템으로서,
    상기 도너 유닛(100)은,
    다운링크(Down Link)시 상기 기지국으로부터 통신신호를 수신하고 업링크(Up Link)시 상기 기지국으로 통신신호를 송신하기 위해, 내장형 안테나(114)와 외장형 안테나(112)를 포함하여 듀얼 포트(Dual Port)로 구성되는 도너 안테나;
    상기 내장형 안테나를 통해 수신되는 통신신호의 레벨(IN1)을 미리 설정된 기준 레벨(ref1)과 비교한 후, 상기 내장형 안테나를 통해 수신되는 통신신호의 레벨(IN1)이 상기 기준 레벨(ref1)보다 낮은 경우, 결과 신호(R1)를 생성하는 수신 레벨 비교부(120);
    상기 수신 레벨 비교부로부터 상기 결과 신호(R1)를 수신하여 표시하기 위한 표시부(122);
    상기 내장형 안테나를 통해 수신되는 통신신호의 레벨(IN1)이 상기 기준 레벨(ref1)보다 낮은 경우, 상기 내장형 안테나는 작동하지 않고 상기 외장형 안테나가 작동하여 상기 외장형 안테나를 통해 통신신호가 수신되도록 하기 위한 스위치부(116);
    상기 내장형 안테나(114) 또는 상기 외장형 안테나(112)를 통해 수신된 통신신호를 증폭 및 변조하여 상기 리모트 유닛 측으로 송신하기 위한 링크 안테나(192);
    상기 내장형 안테나(114) 또는 상기 외장형 안테나(112)를 통해 수신된 통신신호 중, 특정 주파수 대역만을 선택하기 위한 디지털 필터(210);
    상기 디지털 필터를 거친 통신신호(FIF2)가 증폭된 후, 이를 1차 국부발진주파수(FLO1)를 중심 주파수로 하여 변조하기 위한 1차 혼합기(Mixer)(150); 및
    상기 1차 혼합기에 의해 변조된 통신신호(FRFF)를 디지털 압축하여 압축된 통신신호(FRFC)를 생성하는 데이터 압축기(220);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 도너 유닛은,
    상기 데이터 압축기(220)에 의해 압축된 통신신호가 증폭된 후, 이를 2차 국부발진주파수(FLO2)를 중심 주파수로 하여 변조하기 위한 2차 혼합기(170);
    상기 도너 유닛과 상기 리모트 유닛이 설치된 장소에서의 주파수 대역 점유 상태를 파악하기 위해 주파수를 스캔하기 위한 주파수 스캔부(310); 및
    상기 주파수 스캔부에 의한 주파수 스캔 결과, 상기 링크 안테나(192)를 통해 상기 리모트 유닛 측으로 송신될 통신신호의 주파수가 다른 무선 통신 시스템에 의해 점유된 주파수 대역인 경우, 상기 2차 국부발진주파수(FLO2)를 점유되지 않은 주파수 대역으로 변환시키기 위한 주파수 변환기(320);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 도너 유닛은,
    다운링크시 상기 링크 안테나를 이용하여, GSM(Global System for Mobile communications), 3G WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 통신신호 중 어느 하나를 기지국으로부터 수신하여 변조 및 증폭한 후 ISM 대역의 링크 주파수로 상기 리모트 유닛 측으로 송신하고, 업링크시 상기 링크 안테나를 이용하여 상기 리모트 유닛으로부터 ISM 대역의 링크 주파수로 수신하여 복조 및 증폭한 후, 상기 기지국 측으로 송신하는, 메인(Main) 송수신 모듈 - 상기 메인 송수신 모듈은 상기 GSM, 3G WCDMA, LTE 통신신호 각각을 송수신하기 위한 GSM 모듈, 3G 모듈, LTE 모듈을 포함함 - ; 및
    다운링크 또는 업링크시, 상기 LTE 모듈과 함께 또는 상기 LTE 모듈을 대신하여 데이터 전송이 가능하도록, 상기 링크 안테나와 구별되는 별개의 MIMO 안테나를 사용하여 데이터를 전송하기 위한 LTE MIMO 모듈;을 포함하되,
    상기 메인 송수신 모듈에서 사용되는 ISM 대역 링크 주파수의 중심 주파수와 상기 LTE MIMO 모듈에서 사용되는 ISM 대역 링크 주파수의 중심 주파수가 서로 다른 것을 특징으로 하는, 무선 통신 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 메인 송수신 모듈에서 사용되는 ISM 대역 링크 주파수의 중심 주파수는 2.4GHz이고, 상기 LTE MIMO 모듈에서 사용되는 ISM 대역 링크 주파수의 중심 주파수는 5.1GHz인 것을 특징으로 하는, 무선 통신 시스템.
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