KR102338492B1 - 무선중계장치 - Google Patents

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최세환
안광호
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한국전자기술연구원
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Abstract

무선중계장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 리피터는, 기지국 신호를 송수신하기 위한 MIMO 안테나의 빔포밍을 수행하는 하이브리드 버틀러 매트릭스, 사용자 단말 신호를 송수신하기 위한 MIMO 안테나의 빔포밍을 수행하는 하이브리드 버틀러 매트릭스, 하이브리드 버틀러 매트릭스를 통해 송수신할 신호를 증폭하는 신호처리부를 포함한다. 이에 의해, 리피터의 제작을 용이하게 하고, 발열과 전력 소모를 줄이며, 생산 단가를 줄일 수 있게 된다.

Description

무선중계장치{Wireless Repeater}
본 발명은 무선통신 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 5G 무선통신에서 통신영역을 확장해 주는 리피터의 구조에 관한 것이다.
도 1과 도 2는 일반적인 리피터의 작동 원리와 상세 구조를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 리피터는 기지국으로부터 수신되는 미약한 신호를 다시 증폭하여 전송함으로써, 통신 서비스 영역을 확대해 주는 역할을 한다.
6GHz 이하의 기존 초고주파 대역에서는 유리창을 통과하는 손실이 적기 때문에, 도 1에 도시된 바와 같이, 유리창 가까이 리피터를 설치하면, 건물 내부에 통신 서비스 영역을 확장할 수 있다.
하지만, 5G 이동통신에서 사용하는 6GHz 이상이나 밀리미터파 대역에서는, 도 2에 도시된 바와 같은 유리창을 거의 투과하지 못한다.
이 때문에, 도 4에 제시된 바와 같이 건물 외부에 안테나(Donor)를 설치하고, 건물 내부의 안테나와 송수신부을 케이블로 연결하여야 한다. 따라서, 전력선, 신호선 연결에 의한 설치 상의 어려움, 비용 증가 및 미관 저하 등의 문제가 따른다.
도 4에 도시된 리피터의 구조를 도 5에 상세히 도시하였다. 대부분 신호를 증폭해주는 증폭기와 대역통과필터로 구성되어 있다.
한편, 밀리미터파 대역을 사용하는 5G 환경에서는, 공기중 손실과 통신속도 개선을 위해 리피터에 빔포밍과 MIMO(Multiple Input and Multiple Output) 기능이 필수적으로 적용되어야 한다.
5G 리피터에 MIMO를 지원해야 하기 위해서는, 통상적으로 안테나의 개수는 8×8 이상으로 총 64개 이상의 안테나를 필요로 하며, 빔포밍을 구현하기 위해서는 phase shifter, LNA(Low Noise Amplifier), PA(Power Amplifier) 등이 각 안테나별로 필요하게 된다.
도 6은 기존의 빔포밍시스템 구조를 보여주고 있는데, 도시된 구조에서 알 수 있는 바와 같이, 빔포밍을 구현하기 위해서는 Sub-array 별로 위상을 바꿔줄 수 있는 phase shifter가 필수적이며, 송수신 패스별로 신호 증폭을 위한 저잡음 증폭기나 전력증폭기가 필요함을 알 수 있다.
도 7은 기존의 빔포밍 모듈 칩의 구조를 보여주고 있다. 칩 하나에 8개의 위상 천이기가 있어서, 하나의 칩이 4개의 안테나의 위상을 변화시켜줄 수 있으며, 8×8 배열안테나의 빔포밍을 구현하기 위해서는 16개의 칩(위상천이기 128개)이 필요하게 된다.
따라서, 안테나 개수 증가에 따른 빔포밍 모듈과 증폭기의 증가에 따른 발열 문제와 높은 전력 소모 및 시스템 구현상의 공간적 제한 등으로 5G 통신을 위한 리피터 구현이 어려울 수 있음을 짐작할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 제작의 용이성을 향상시키고, 발열과 전력 소모를 줄이며, 생산 단가를 줄일 수 있는 방안으로, 하이브리드 버틀러 매트릭스를 이용하여 빔포밍 기능을 제공하는 리피터를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 밀리미터파를 사용하는 통신을 위한 리피터 구현시 전력선, 신호선 연결에 의한 설치 상의 어려움, 비용 증가 및 미관 저하 등의 문제를 해결하기 위한 방안으로, 자석과 무선충전 기법을 활용한 리피터를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 리피터는, 기지국 신호를 송수신하기 위한 MIMO(Hybrid Butler Matrix) 안테나의 빔포밍을 수행하는 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스; 사용자 단말 신호를 송수신하기 위한 MIMO 안테나의 빔포밍을 수행하는 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스; 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스와 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스를 통해 송수신할 신호를 증폭하는 신호처리부;를 포함한다.
제1 하이브리드 버틀러 매트릭스는, 기지국으로부터 신호를 수신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스; 기지국에 신호를 송신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;를 포함하고, 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스는, 사용자 단말로부터 신호를 수신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스; 사용자 단말에 신호를 송신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;를 포함할 수 있다.
신호처리부는, 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스로부터 수신되는 다운링크 신호를 증폭하여 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스에 전달하는 다운링크 신호처리부; 및 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스로부터 수신되는 업링크 신호를 증폭하여 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스에 전달하는 업링크 신호처리부;를 포함하고, 리피터는, 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스를 다운링크 신호처리부 또는 업링크 신호처리부에 선택적으로 연결하는 제1 서큘레이터; 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스를 다운링크 신호처리부 또는 업링크 신호처리부에 선택적으로 연결하는 제2 서큘레이터;를 포함할 수 있다.
제1 하이브리드 버틀러 매트릭스는, 실외에 위치하는 외부 모듈에 마련되고, 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스는, 실내에 위치하는 내부 모듈에 마련되며, 리피터는, 외부 모듈에 마련되어, 내부 모듈에 마련되는 내부 자석체와 결합하는 외부 자석체; 내부 모듈에 마련되어, 외부 모듈에 마련되는 외부 자석체와 결합하는 내부 자석체;를 더 포함할 수 있다.
외부 자석체는, 외부 모듈의 상부에 위치하는 상부 자석체; 외부 모듈의 하부에 위치하는 하부 자석체;를 포함하고, 내부 자석체는, 내부 모듈의 상부에 위치하는 상부 내부 자석체; 내부 모듈의 하부에 위치하는 하부 내부 자석체;를 포함할 수 있다.
신호처리부는, 외부 모듈에 마련되는 외부 신호처리부; 내부 모듈에 마련되는 내부 신호처리부;를 포함하고, 외부 신호처리부와 내부 신호처리부는, 다운링크 신호 전달을 위한 안테나와 업링크 신호 전달을 위한 안테나를 각각 1개씩 구비하고 있을 수 있다.
신호처리부는, 외부 모듈에 마련되는 외부 신호처리부; 내부 모듈에 마련되는 내부 신호처리부;를 포함하고, 외부 신호처리부와 내부 신호처리부는, 상호 간의 신호 전달을 위한 안테나를 각각 1개씩 구비하고 있을 수 있다.
외부 모듈에 마련되어, 외부 모듈에 전원을 공급하는 전원 공급부; 외부 모듈에 마련되어, 전원 공급부가 공급하는 전력을 무선으로 송전하는 무선 송전 모듈; 내부 모듈에 마련되어, 무선 송전 모듈로부터 전력을 수전하여 내부 모듈에 전원을 공급하는 무선 수전 모듈;을 더 포함할 수 있다.
외부 모듈은, 건물 유리창 외측에 위치하고, 내부 모듈은, 건물 유리창 내측에 위치할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 리피팅 방법은, 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스가, 기지국 신호를 송수신하기 위한 MIMO 안테나의 빔포밍을 수행하는 단계; 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스가 사용자 단말 신호를 송수신하기 위한 MIMO 안테나의 빔포밍을 수행하는 단계; 신호처리부가, 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스와 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스를 통해 송수신할 신호를 증폭하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 리피터는, 제1 신호를 송수신하기 위한 MIMO 안테나의 빔포밍을 수행하는 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스; 제2 신호를 송수신하기 위한 MIMO 안테나의 빔포밍을 수행하는 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스; 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스와 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스를 통해 송수신할 신호를 증폭하는 신호처리부; 및 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스와 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스의 빔포밍을 제어하는 제어부;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 리피팅 방법은, 제어부가, 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스와 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스의 빔포밍을 제어하는 단계; 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스가, 제1 신호를 송수신하기 위한 MIMO 안테나의 빔포밍을 수행하는 단계; 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스가, 제2 신호를 송수신하기 위한 MIMO 안테나의 빔포밍을 수행하는 단계; 신호처리부가, 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스와 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스를 통해 송수신할 신호를 증폭하는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 하이브리드 버틀러 매트릭스를 이용하여 빔포밍 기능을 제공함으로써, 제작을 용이하게 하고, 발열과 전력 소모를 줄이며, 생산 단가를 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 자석과 무선충전 기법을 활용하여, 밀리미터파를 사용하는 통신을 위한 리피터 구현시 전력선, 신호선 연결에 의한 설치 상의 어려움, 비용 증가 및 미관 저하 등의 문제를 해결할 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 리피터의 작동 원리를 나타낸 도면,
도 2는, 도 1에 도시된 리피터의 상세 구조를 나타낸 도면,
도 3은 5G 이동통신에서의 문제점을 보여주는 도면,
도 4는 건물 외부에 안테나를 설치한 리피터의 구조를 나타낸 도면,
도 5는, 도 4에 도시된 리피터의 구조를 상세히 도시한 도면들,
도 6은 기존의 빔포밍시스템 구조를 도시한 도면,
도 7은 기존의 빔포밍 모듈 칩의 구조를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 리피터의 구조를 도시한 도면,
도 9는, 도 8에 도시된 하이브리드 버틀러 매트릭스들의 상세 구조도,
도 10은 버틀러 매트릭스들의 포트 선택에 따른 안테나들의 위상값들을 나타낸 표,
도 11과 도 12는, Array Factor를 설정하기 위한 버틀러 매트릭스들의 선택 포트들과 위상 천이기들의 위상 천이각들을 나타낸 표,
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리피터의 구조를 도시한 도면,
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리피터의 블럭도,
도 15는, 도 14에 도시된 빔포밍 안테나 모듈과 업링크/다운링크 신호처리부의 상세 구조를 도시한 도면, 그리고,
도 16은, 도 15에서 도시된 안테나 구조의 변형예를 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 리피터의 구조를 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 리피터는, 도시된 바와 같이, 하이브리드 버틀러 매트릭스(Hybrid Butler Matrix)들(110-1,110-2,110-3,110-4), 다운링크(Downlink) 신호처리부(120), 빔포밍 제어부(130) 및 업링크(Uplink) 신호처리부(140)를 포함하여 구성된다.
하이브리드 버틀러 매트릭스들(110-1,110-2,110-3,110-4)은 MIMO(Multi Input Multi Output) 안테나 시스템의 빔포밍을 수행하며, 빔포밍 제어부(130)에 의해 제어된다.
다운링크 신호처리부(120)는 하이브리드 버틀러 매트릭스-1(110-1)에 의해 수신되는 기지국 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 하이브리드 버틀러 매트릭스-2(110-2)를 통해 사용자 단말로 전송한다.
업링크 신호처리부(140)는 하이브리드 버틀러 매트릭스-3(110-3)에 의해 수신되는 사용자 단말의 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 하이브리드 버틀러 매트릭스-4(110-4)를 통해 기지국으로 전송한다.
이하에서, 하이브리드 버틀러 매트릭스들(110-1,110-2,110-3,110-4)에 대해, 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
도 9는, 도 8에 도시된 하이브리드 버틀러 매트릭스들(110-1,110-2,110-3,110-4)의 상세 구조도이다. 하이브리드 버틀러 매트릭스들(110-1,110-2,110-3,110-4)의 상세 구조는 모두 동일하게 구현 가능하므로, 도 9에서는 하나만을 참조부호 "110"으로 대표하여 도시하였다.
하이브리드 버틀러 매트릭스는, 도 9에 도시된 바와 같이, 전력 결합/분배기(111), 위상 천이기(Phase Shifeter)-1(112), 위상 천이기-2(113), 버틀러 매트릭스-1(114) 및 버틀러 매트릭스-2(115)를 포함한다.
신호를 전송하는 하이브리드 버틀러 매트릭스-2/4(110-2/110-4)에 구비되는 전력 분배기(111)는 다운링크/업링크 신호처리부(120/140)로부터 수신되는 신호의 전력을 위상 천이기-1(112)와 위상 천이기-2(113)로 분배하여 전달한다.
위상 천이기-1(112)은 전력 분배기(111)로부터 인가되는 신호의 위상을 천이시켜 버틀러 매트릭스-1(114)에 전달하고, 위상 천이기-2(113)는 전력 분배기(111)로부터 인가되는 신호의 위상을 천이시켜 버틀러 매트릭스-2(115)에 전달한다.
버틀러 매트릭스-1(114)은 4×4 버틀러 매트릭스로, 4개의 포트들(R1, L2, R2, L1) 중 하나를 선택하여, 위상 천이기-1(112)에서 위상 천이된 신호를 입력받아 다수의 안테나들(A1, A2, A3, A4)을 통해 송신한다.
위상 천이기-1(112)에서 위상 천이된 신호를 입력받는 버틀러 매트릭스-1(114)의 포트에 따라 안테나들(A1, A2, A3, A4)의 방사 패턴이 결정된다.
버틀러 매트릭스-2(115)도 4×4 버틀러 매트릭스로, 4개의 포트들(R1, L2, R2, L1) 중 하나를 선택하여, 위상 천이기-2(113)에서 위상 천이된 신호를 입력받아 다수의 안테나들(A5, A6, A7, A8)을 통해 송신한다.
위상 천이기-2(113)에서 위상 천이된 신호를 입력받는 버틀러 매트릭스-2(115)의 포트에 따라 안테나들(A5, A6, A7, A48의 방사 패턴이 결정된다.
버틀러 매트릭스-1(114)에서 신호를 입력받기 위해 선택되는 포트와 버틀러 매트릭스-2(115)에서 신호를 입력받기 위해 선택되는 포트는 동일할 수 있지만 다를 수도 있으며, 이에 대해서는 상세히 후술한다.
신호를 수신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스-1/3(110-1/110-3)에 구비되는 버틀러 매트릭스-1(114)도 4×4 버틀러 매트릭스로, 4개의 포트들(R1, L2, R2, L1) 중 하나를 선택하여, 다수의 안테나들(A1, A2, A3, A4)을 통해 수신한 수신한 신호를 위상 천이기-1(112)로 전달한다.
위상 천이기-1(112)로 신호를 전달하는 버틀러 매트릭스-1(114)의 포트에 따라 안테나들(A1, A2, A3, A4)의 방사 패턴이 결정된다.
버틀러 매트릭스-2(115)도 4×4 버틀러 매트릭스로, 4개의 포트들(R1, L2, R2, L1) 중 하나를 선택하여, 다수의 안테나들(A5, A6, A7, A8)을 통해 수신한 수신한 신호를 위상 천이기-2(113)로 전달한다.
위상 천이기-2(113)로 신호를 전달하는 버틀러 매트릭스-2(115)의 포트에 따라 안테나들(A5, A6, A7, A8)의 방사 패턴이 결정된다.
버틀러 매트릭스-1(114)에서 신호를 전달하기 위해 선택되는 포트와 버틀러 매트릭스-2(115)에서 신호를 전달하기 위해 선택되는 포트는 동일할 수 있지만 다를 수도 있다.
전력 결합기(111)는 위상 천이기-1(112)와 위상 천이기-2(113)로부터 전달되는 전력을 결합하여 다운링크/업링크 신호처리부(120/140)로 전달한다.
도 10은 4×4 버틀러 매트릭스인 버틀러 매트릭스-1(131)과 버틀러 매트릭스-2(132)의 포트 선택에 따른 안테나들의 위상값들을 나타낸 표이다.
도 11과 도 12에는, Array Factor를 설정하기 위한 버틀러 매트릭스-1(114)의 선택 포트, 위상 천이기-1(112)의 위상 천이각, 버틀러 매트릭스-2(115)의 선택 포트 및 위상 천이기-2(113)의 위상 천이각을, 표로 제시하였다.
하나의 하이브리드 버틀러 매트릭스는 8개 안테나에 대한 빔포밍 기능을 구현해 준다. 따라서, 하이브리드 버틀러 매트릭스로 8×8 배열 안테나의 빔포밍 구현을 하는 경우, 16개의 버틀러 매트릭스와 16개의 위상 천이기가 필요하며, 증폭부는 2개만 필요로 한다. 이와 같이, 하이브리드 버틀러 매트릭스를 이용하면 리피터의 구현상 복잡도를 획기적으로 줄일 수 있다.
한편, 5G 통신에서는 기존 FDD 방식이 아닌 TDD를 지원해야 한다. FDD 방식인 LTE에서는 Duplexer를 이용하여, 송수신 주파수를 구분할 수 있었으나, TDD 방식의 스위치를 이용하여 송수신을 구분해야 한다.
그러나, 리피터의 구현에 있어서는 스위치의 타이밍 제어가 어렵기 때문에, 항상 신호를 송수신 할 수 있도록 송신용 안테나와 수신용 안테나를 구분하여 사용해야 한다. 이에 따라 빔포밍 모듈도 송수신 빔포밍 모듈을 별도로 사용해야 하는 문제가 있다.
하지만, 이러한 문제는 고격리도 특성을 갖는 서큘레이터(Circulator)를 이용하여 극복이 가능하다. 이를 적용한 리피터의 구조를 도 13에 제시하였다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리피터의 구조를 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 리피터는, 도시된 바와 같이, 하이브리드 버틀러 매트릭스들(210-1,210-2), 서큘레이터들(220-1,220-2), 다운링크 신호처리부(230), 업링크 신호처리부(240) 및 빔포밍 제어부(250)를 포함하여 구성된다.
하이브리드 버틀러 매트릭스-1(210-1)은 기지국으로부터 신호를 수신하거나 기지국으로 신호를 송신하기 위한 MIMO 안테나 시스템의 빔포밍을 수행하기 위한 수단으로, 빔포밍 제어부(250)에 의해 제어된다.
서큘레이터-1(220-1)은 하이브리드 버틀러 매트릭스-1(210-1)을 다운링크 신호처리부(230) 또는 업링크 신호처리부(240)에 선택적으로 연결하기 위한 스위칭 수단이다.
하이브리드 버틀러 매트릭스-2(210-2)는 사용자 단말로부터 신호를 수신하거나 사용자 단말로 신호를 송신하기 위한 MIMO 안테나 시스템의 빔포밍을 수행하기 위한 수단으로, 빔포밍 제어부(250)에 의해 제어된다.
서큘레이터-2(220-2)는 하이브리드 버틀러 매트릭스-2(210-2)를 다운링크 신호처리부(230) 또는 업링크 신호처리부(240)에 선택적으로 연결하기 위한 스위칭 수단이다.
다운링크 구간에서, 서큘레이터들(220-1,220-2)은 하이브리드 버틀러 매트릭스들(210-1,210-2)을 다운링크 신호처리부(230)에 연결시킨다. 이에 따라, 하이브리드 버틀러 매트릭스-1(210-1)을 통해 수신되는 기지국 신호가 다운링크 신호처리부(230)에서 증폭되어 하이브리드 버틀러 매트릭스-2(210-2)를 통해 사용자 단말로 전달된다.
한편, 업링크 구간에서, 서큘레이터들(220-1,220-2)은 하이브리드 버틀러 매트릭스들(210-1,210-2)을 업링크 신호처리부(240)에 연결시킨다. 이에 따라, 하이브리드 버틀러 매트릭스-2(210-2)를 통해 수신되는 사용자 단말 신호가 업링크 신호처리부(240)에서 증폭되어 하이브리드 버틀러 매트릭스-1(210-1)을 통해 기지국으로 전달된다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리피터의 블럭도이다. 본 발명의 실시예에 따른 리피터는, 건물 유리창(또는 얇은 벽체) 외부에 설치되는 외부 모듈(310)과 건물 유리창 내부에 설치되는 내부 모듈(320)을 포함하여 구성된다.
외부 모듈(310)은 빔포밍 안테나 모듈(311), 상부/하부 자석체(312-1/312-2), 전원 공급부(313), 무선 전력 송전 모듈(314), 업링크/다운링크 신호처리부(315)를 포함하여 구성된다.
그리고, 내부 모듈(320)은 빔포밍 안테나 모듈(321), 상부/하부 자석체(322-1/322-2), 무선 전력 수전 모듈(324), 업링크/다운링크 신호처리부(325)를 포함하여 구성된다.
외부 모듈(310)의 빔포밍 안테나 모듈(311)은 기지국에/으로부터 신호를 송/수신하기 위한 MIMO 안테나 시스템의 빔포밍을 수행하기 위한 모듈로, 빔포밍 제어부(미도시)에 의해 제어된다. 빔포밍 안테나 모듈(311)은 전술한 하이브리드 버틀러 매트릭스로 구현 가능하다.
내부 모듈(320)의 빔포밍 안테나 모듈(321)은 사용자 단말에/로부터 신호를 송/수신하기 위한 MIMO 안테나 시스템의 빔포밍을 수행하기 위한 모듈로, 빔포밍 제어부(미도시)에 의해 제어된다. 빔포밍 안테나 모듈(321)도 전술한 하이브리드 버틀러 매트릭스로 구현 가능하다.
외부 모듈(310)의 업링크/다운링크 신호처리부(315)는 빔포밍 안테나 모듈(311)을 통해 수신된 기지국 신호를 증폭하여 내부 모듈(320)의 업링크/다운링크 신호처리부(325)에 무선으로 전달한다. 그러면, 업링크/다운링크 신호처리부(325)는 전달 받은 신호를 증폭하여 내부 모듈(320)의 빔포밍 안테나 모듈(321)을 통해 사용자 단말로 송신한다.
내부 모듈(320)의 업링크/다운링크 신호처리부(325)는 빔포밍 안테나 모듈(321)을 통해 수신된 사용자 단말 신호를 증폭하여 외부 모듈(310)의 업링크/다운링크 신호처리부(315)에 무선으로 전달한다. 그러면, 업링크/다운링크 신호처리부(315)는 전달 받은 신호를 증폭하여 외부 모듈(310)의 빔포밍 안테나 모듈(311)을 통해 기지국으로 송신한다.
도 15에는 빔포밍 안테나 모듈(311), 업링크/다운링크 신호처리부(315), 빔포밍 안테나 모듈(321) 및 업링크/다운링크 신호처리부(325)의 상세 구조를 도시하였다.
도시된 바와 같이, 빔포밍 안테나 모듈(311)과 빔포밍 안테나 모듈(321)은 통신 사양에 따라 다수 개로 구현할 수 있다. 또한, 업링크/다운링크 신호처리부(315,325)는 송수신 신호를 증폭하기 위한 증폭 수단 외에, 주파수 상하향 변환 수단 등이 포함된다.
그리고, 업링크/다운링크 신호처리부(315,325)에는 상호 간의 신호 송수신을 위한 안테나들이 각각 마련된다. 도 15에는, 업링크/다운링크 신호처리부(315,325)에 각각 2개의 안테나들이 마련되는 것을 상정하였다. 하나는 업링크를 위한 안테나이고 다른 하나는 다운링크를 위한 안테나이다.
하지만, 도 16에 도시된 바와 같이, 업링크/다운링크 신호처리부(315,325)에 각각 1개의 안테나를 구비시키고, Duplexer를 이용하여 업링크와 다운링크를 분기시키는 것도 가능하다.
다시, 도 14를 참조하여 설명한다.
외부 모듈(310)의 상부 자석체(312-1)는 내부 모듈(320)의 상부 자석체(322-1)와 결합하고, 외부 모듈(310)의 하부 자석체(312-2)는 내부 모듈(320)의 하부 자석체(322-2)와 결합한다. 이에 의해, 외부 모듈(310)과 유리창의 외측에 내부 모듈(320)은 유리창의 내측에 각각 고정된다.
외부 모듈(310)의 전원 공급부(313)는 외부 모듈(310)에 필요한 전력을 공급한다. 외부 모듈(310)의 무선 전력 송전 모듈(314)은 전원 공급부(313)가 공급하는 전력을 내부 모듈(320)의 무선 전력 수전 모듈(324)로 송전한다.
무선 전력 수전 모듈(324)이 무선 전력 송전 모듈(314)로부터 수전한 전력은 내부 모듈(320)에 필요한 전력으로 사용된다.
지금까지, 하이브리드 버틀러 매트릭스를 이용하여 빔포밍 기능을 제공하는 리피터에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
위 실시예에서는, 기존 리피터에 하이브리드 버틀러 매트릭스 구조를 적용하여 빔포밍 기능과 제작상의 용이성을 제공하고, 발열과 전력소모를 줄이며, 리피터 생산 단가를 줄였다.
또한, 위 실시예에서는, 밀리미터파를 사용하는 통신 서비스에서 기존 리피터에 이용되는 신호선과 전원선을 없애, 중계장치 설치의 용이성과 더불어 서비스 성능까지 향상시켰다.
본 발명의 실시예에 따른 새로운 방식의 리피터 구조에 의해, 빔포밍 안테나 모듈의 설계가 간단해지고, 기존 아날로그 빔포밍 방식에 비해 전력 소모와 발열을 감소시킬 수 있게 된다.
또한, 유리창이나 얇은 벽을 이용하여 건물 내부의 통신 서비스 확대가 용이해진다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110-1,110-2,110-3,110-4,210-1,210-2 : 하이브리드 버틀러 매트릭스(Hybrid Butler Matrix)
120,230 : 다운링크(Downlink) 신호처리부
130,250 : 빔포밍 제어부
140,240 : 업링크(Uplink) 신호처리부
220-1,220-2 : 서큘레이터
310 : 외부 모듈
320 : 내부 모듈
311, 321 : 빔포밍 안테나 모듈
312-1,322-1 : 상부 자석체
312-2,322-2 : 하부 자석체
313 : 전원 공급부
314 : 무선 전력 송전 모듈
324 : 무선 전력 수전 모듈
315,325 : 업링크/다운링크 신호처리부

Claims (12)

  1. 리피터에 있어서,
    기지국 신호를 송수신하기 위한 MIMO(Hybrid Butler Matrix) 안테나의 빔포밍을 수행하는 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스;
    사용자 단말 신호를 송수신하기 위한 MIMO 안테나의 빔포밍을 수행하는 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스;
    제1 하이브리드 버틀러 매트릭스와 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스를 통해 송수신할 신호를 증폭하는 신호처리부;를 포함하고,
    제1 하이브리드 버틀러 매트릭스는,
    기지국으로부터 신호를 수신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;
    기지국에 신호를 송신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;를 포함하며,
    제2 하이브리드 버틀러 매트릭스는,
    사용자 단말로부터 신호를 수신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;
    사용자 단말에 신호를 송신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;를 포함하고,
    제1 하이브리드 버틀러 매트릭스는,
    실외에 위치하는 외부 모듈에 마련되고,
    제2 하이브리드 버틀러 매트릭스는,
    실내에 위치하는 내부 모듈에 마련되며,
    리피터는,
    외부 모듈에 마련되어, 내부 모듈에 마련되는 내부 자석체와 결합하는 외부 자석체;
    내부 모듈에 마련되어, 외부 모듈에 마련되는 외부 자석체와 결합하는 내부 자석체;를 더 포함하고,
    외부 자석체는,
    외부 모듈의 상부에 위치하는 상부 외부 자석체;
    외부 모듈의 하부에 위치하는 하부 외부 자석체;를 포함하고,
    내부 자석체는,
    내부 모듈의 상부에 위치하는 상부 내부 자석체;
    내부 모듈의 하부에 위치하는 하부 내부 자석체;를 포함하며,
    신호처리부는,
    외부 모듈에 마련되는 외부 신호처리부;
    내부 모듈에 마련되는 내부 신호처리부;를 포함하고,
    외부 신호처리부와 내부 신호처리부는,
    다운링크 신호 전달을 위한 안테나와 업링크 신호 전달을 위한 안테나를 각각 1개씩 구비하고 있으며,
    상호 간에 업링크 신호 전달을 위한 안테나와 다운링크 신호 전달을 위한 안테나를 각각 1개씩 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 리피터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    외부 모듈에 마련되어, 외부 모듈에 전원을 공급하는 전원 공급부;
    외부 모듈에 마련되어, 전원 공급부가 공급하는 전력을 무선으로 송전하는 무선 송전 모듈;
    내부 모듈에 마련되어, 무선 송전 모듈로부터 전력을 수전하여 내부 모듈에 전원을 공급하는 무선 수전 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리피터.
  9. 청구항 1에 있어서,
    외부 모듈은,
    건물 유리창 외측에 위치하고,
    내부 모듈은,
    건물 유리창 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 리피터.
  10. 리피터의 리피팅 방법에 있어서,
    제1 하이브리드 버틀러 매트릭스가, 기지국 신호를 송수신하기 위한 MIMO(Hybrid Butler Matrix) 안테나의 빔포밍을 수행하는 단계;
    제2 하이브리드 버틀러 매트릭스가 사용자 단말 신호를 송수신하기 위한 MIMO 안테나의 빔포밍을 수행하는 단계;
    신호처리부가, 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스와 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스를 통해 송수신할 신호를 증폭하는 단계;를 포함하고,
    제1 하이브리드 버틀러 매트릭스는,
    기지국으로부터 신호를 수신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;
    기지국에 신호를 송신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;를 포함하며,
    제2 하이브리드 버틀러 매트릭스는,
    사용자 단말로부터 신호를 수신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;
    사용자 단말에 신호를 송신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;를 포함하 고,
    제1 하이브리드 버틀러 매트릭스는,
    실외에 위치하는 외부 모듈에 마련되고,
    제2 하이브리드 버틀러 매트릭스는,
    실내에 위치하는 내부 모듈에 마련되며,
    리피터는,
    외부 모듈에 마련되어, 내부 모듈에 마련되는 내부 자석체와 결합하는 외부 자석체;
    내부 모듈에 마련되어, 외부 모듈에 마련되는 외부 자석체와 결합하는 내부 자석체;를 더 포함하고,
    외부 자석체는,
    외부 모듈의 상부에 위치하는 상부 외부 자석체;
    외부 모듈의 하부에 위치하는 하부 외부 자석체;를 포함하고,
    내부 자석체는,
    내부 모듈의 상부에 위치하는 상부 내부 자석체;
    내부 모듈의 하부에 위치하는 하부 내부 자석체;를 포함하며,
    신호처리부는,
    외부 모듈에 마련되는 외부 신호처리부;
    내부 모듈에 마련되는 내부 신호처리부;를 포함하고,
    외부 신호처리부와 내부 신호처리부는,
    다운링크 신호 전달을 위한 안테나와 업링크 신호 전달을 위한 안테나를 각각 1개씩 구비하고 있으며,
    상호 간에 업링크 신호 전달을 위한 안테나와 다운링크 신호 전달을 위한 안테나를 각각 1개씩 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 리피팅 방법.
  11. 리피터에 있어서,
    제1 신호를 송수신하기 위한 MIMO(Hybrid Butler Matrix) 안테나의 빔포밍을 수행하는 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스;
    제2 신호를 송수신하기 위한 MIMO 안테나의 빔포밍을 수행하는 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스;
    제1 하이브리드 버틀러 매트릭스와 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스를 통해 송수신할 신호를 증폭하는 신호처리부; 및
    제1 하이브리드 버틀러 매트릭스와 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스의 빔포밍을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    제1 하이브리드 버틀러 매트릭스는,
    기지국으로부터 신호를 수신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;
    기지국에 신호를 송신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;를 포함하며,
    제2 하이브리드 버틀러 매트릭스는,
    사용자 단말로부터 신호를 수신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;
    사용자 단말에 신호를 송신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;를 포함하고,
    제1 하이브리드 버틀러 매트릭스는,
    실외에 위치하는 외부 모듈에 마련되고,
    제2 하이브리드 버틀러 매트릭스는,
    실내에 위치하는 내부 모듈에 마련되며,
    리피터는,
    외부 모듈에 마련되어, 내부 모듈에 마련되는 내부 자석체와 결합하는 외부 자석체;
    내부 모듈에 마련되어, 외부 모듈에 마련되는 외부 자석체와 결합하는 내부 자석체;를 더 포함하고,
    외부 자석체는,
    외부 모듈의 상부에 위치하는 상부 외부 자석체;
    외부 모듈의 하부에 위치하는 하부 외부 자석체;를 포함하고,
    내부 자석체는,
    내부 모듈의 상부에 위치하는 상부 내부 자석체;
    내부 모듈의 하부에 위치하는 하부 내부 자석체;를 포함하며,
    신호처리부는,
    외부 모듈에 마련되는 외부 신호처리부;
    내부 모듈에 마련되는 내부 신호처리부;를 포함하고,
    외부 신호처리부와 내부 신호처리부는,
    다운링크 신호 전달을 위한 안테나와 업링크 신호 전달을 위한 안테나를 각각 1개씩 구비하고 있으며,
    상호 간에 업링크 신호 전달을 위한 안테나와 다운링크 신호 전달을 위한 안테나를 각각 1개씩 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 리피터.
  12. 리피터의 리피팅 방법에 있어서,
    제어부가, 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스와 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스의 빔포밍을 제어하는 단계;
    제1 하이브리드 버틀러 매트릭스가, 제1 신호를 송수신하기 위한 MIMO(Hybrid Butler Matrix) 안테나의 빔포밍을 수행하는 단계;
    제2 하이브리드 버틀러 매트릭스가, 제2 신호를 송수신하기 위한 MIMO 안테나의 빔포밍을 수행하는 단계;
    신호처리부가, 제1 하이브리드 버틀러 매트릭스와 제2 하이브리드 버틀러 매트릭스를 통해 송수신할 신호를 증폭하는 단계;를 포함하고,
    제1 하이브리드 버틀러 매트릭스는,
    기지국으로부터 신호를 수신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;
    기지국에 신호를 송신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;를 포함하며,
    제2 하이브리드 버틀러 매트릭스는,
    사용자 단말로부터 신호를 수신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;
    사용자 단말에 신호를 송신하는 하이브리드 버틀러 매트릭스;를 포함하고,
    제1 하이브리드 버틀러 매트릭스는,
    실외에 위치하는 외부 모듈에 마련되고,
    제2 하이브리드 버틀러 매트릭스는,
    실내에 위치하는 내부 모듈에 마련되며,
    리피터는,
    외부 모듈에 마련되어, 내부 모듈에 마련되는 내부 자석체와 결합하는 외부 자석체;
    내부 모듈에 마련되어, 외부 모듈에 마련되는 외부 자석체와 결합하는 내부 자석체;를 더 포함하고,
    외부 자석체는,
    외부 모듈의 상부에 위치하는 상부 외부 자석체;
    외부 모듈의 하부에 위치하는 하부 외부 자석체;를 포함하고,
    내부 자석체는,
    내부 모듈의 상부에 위치하는 상부 내부 자석체;
    내부 모듈의 하부에 위치하는 하부 내부 자석체;를 포함하며,
    신호처리부는,
    외부 모듈에 마련되는 외부 신호처리부;
    내부 모듈에 마련되는 내부 신호처리부;를 포함하고,
    외부 신호처리부와 내부 신호처리부는,
    다운링크 신호 전달을 위한 안테나와 업링크 신호 전달을 위한 안테나를 각각 1개씩 구비하고 있으며,
    상호 간에 업링크 신호 전달을 위한 안테나와 다운링크 신호 전달을 위한 안테나를 각각 1개씩 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 리피팅 방법.
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