KR102345235B1 - Time-division duplex antenna apparatus - Google Patents

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Abstract

안테나 장치의 송신기와 수신기 회로를 분리하고, 수신기 회로의 저잡음 증폭기(LNA)를 수신기의 수신 안테나외 수신 필터 사이에 배치함으로써, 신호 손실을 감소시키고 그에 따라 시스템의 잡음지수(Noise Figure, NF)를 최소화하고 시스템의 상향링크 커버리지(coverage)를 확장할 수 있는 시분할 듀플렉스(TDD; Time-Division Duplex) 안테나 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치는 적어도 하나의 송신 안테나 모듈을 포함하고, 제1 경로를 통해 하향링크 신호를 송신하는 송신기; 적어도 하나의 수신 안테나 모듈을 포함하고, 상기 제1 경로와 중첩되는 부분 없이 상기 제1 경로로부터 분리된 제2 경로를 통해 상향링크 신호를 수신하는 수신기; 및 상기 송신기와 상기 수신기를 시분할 듀플렉스 방식으로 제어하는 제어기를 포함한다.By separating the transmitter and receiver circuits of the antenna device and placing the low-noise amplifier (LNA) of the receiver circuit between the receive filters other than the receive antenna of the receiver, the signal loss is reduced and the noise figure (NF) of the system is reduced accordingly. Disclosed is a Time-Division Duplex (TDD) antenna device capable of minimizing and extending uplink coverage of a system. A time division duplex antenna apparatus according to an embodiment of the present invention includes: a transmitter including at least one transmit antenna module and transmitting a downlink signal through a first path; a receiver including at least one receiving antenna module and configured to receive an uplink signal through a second path separated from the first path without a portion overlapping the first path; and a controller controlling the transmitter and the receiver in a time division duplex manner.

Description

시분할 듀플렉스 안테나 장치{Time-division duplex antenna apparatus}Time-division duplex antenna apparatus

본 발명은 시분할 듀플렉스(TDD; Time-Division Duplex) 안테나 장치에 관한 것으로, 특히 안테나 장치의 송신기와 수신기 회로를 분리하고, 수신기 회로의 저잡음 증폭기(LNA)를 수신기의 수신 안테나와 수신 필터 사이에 배치함으로써, 신호 손실을 감소시키고 그에 따라 잡음지수(Noise Figure, NF)를 최소화하고 시스템의 상향링크 커버리지를 확장하는 시분할 듀플렉스 안테나 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a time-division duplex (TDD) antenna device, and in particular, a transmitter and a receiver circuit of the antenna device are separated, and a low-noise amplifier (LNA) of the receiver circuit is disposed between a receive antenna and a receive filter of the receiver By doing so, it relates to a time division duplex antenna device that reduces signal loss and thus minimizes noise figure (NF) and extends uplink coverage of a system.

종래 안테나 장치의 수신기 구조는 크게, 수신 안테나와 필터를 포함하는 신호 수신단과, 저잡음 증폭기(Low noise Amplifier, LNA), AD 컨버터, 및 디지털 신호 처리기(FPGA) 등을 포함하는 신호 처리단으로 구성된다. 가령, 안테나와 연결되어 송수신 무선 신호의 처리를 수행하는 RRH(Remote Radio Head) 등이 대표적인 신호 처리단이라 할 수 있다. The receiver structure of the conventional antenna device is largely composed of a signal receiving stage including a receiving antenna and a filter, and a signal processing stage including a low noise amplifier (LNA), an AD converter, and a digital signal processor (FPGA). . For example, a remote radio head (RRH) that is connected to an antenna to process a transmission/reception radio signal may be a representative signal processing unit.

통상적으로, 신호 수신단과 신호 처리단은 케이블로 연결되고, 신호 수신단은 수신 안테나를 통해 수신되어 필터링된 수신 신호를 케이블을 통해 신호 처리단으로 전송하고, 신호 처리단은 케이블을 통해 입력된 수신 신호를 디지털 신호로 변환한 후에 디지털 신호를 처리하여 안테나 제어기로 전달한다.In general, the signal receiving end and the signal processing end are connected by a cable, the signal receiving end transmits the filtered received signal received through the receiving antenna to the signal processing end through the cable, and the signal processing end is the received signal input through the cable After converting to digital signal, the digital signal is processed and transmitted to the antenna controller.

한편, 하나의 전송선이나 안테나를 이용하여 송수신신호를 함께 공유하는 방법으로 주파수분할 듀플렉스(FDD: frequency-division duplex) 방식과 시분할 듀플렉스(TDD: Time-division duplex) 방식이 이용되고 있다.Meanwhile, a frequency-division duplex (FDD) method and a time-division duplex (TDD) method are used as a method of sharing a transmission/reception signal together using a single transmission line or antenna.

도 1은 종래 기술에 따른 안테나 장치의 구성을 도시한 도면으로, 도 1의 (a)에는 주파수 분할(frequency-division duplex, FDD) 방식 안테나 장치의 구성이 나타나 있다. 도 1의 (a)를 참조하면, FDD 방식 안테나 장치(10)는 단말기인 이동국과 기지국이 신호를 송수신할 때, 신호 송신을 위한 송신측 필터(Tx Filter)(15)와 신호 수신을 위한 수신측 필터(Rx Filter)(12)를 통해 서로 다른 주파수를 사용함으로써 송신 채널과 수신 채널을 분리하여 통신한다.FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an antenna device according to the prior art. In FIG. 1 (a), the configuration of a frequency-division duplex (FDD) type antenna device is shown. Referring to (a) of FIG. 1 , the FDD antenna device 10 includes a transmission side filter (Tx Filter) 15 for signal transmission and reception for signal reception when a mobile station, which is a terminal, and a base station transmit and receive signals. By using different frequencies through the side filter (Rx Filter) 12, the transmit channel and the receive channel are separated and communicated.

이를 위해, FDD 방식 안테나 장치(10)는 송신측의 파워 증폭기(Power Amplifier, PA)(14)가 송신측 필터(15)와 연결되고, 수신측의 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)(13)는 수신측 필터(12)와 연결되고, 송신측 필터(15) 및 수신측 필터(12)는 단일의 송수신 안테나(11)와 연결되는 구조를 갖는다. FDD 방식 안테나 장치(10)의 경우, 송수신 안테나를 통해 수신된 수신 신호가 케이블을 통해 신호 처리단으로 전달되는 과정에서 신호 손실(Signal Loss)이 증가하게 된다. 구체적으로, 안테나를 통해 들어오는 신호는 열잡음(thermal noise)과 함께, 케이블을 따라 진행해오면서 케이블 선로의 손실만큼 신호 전력도 줄어들게 되며, 이러한 손실은 케이블의 길이가 길어질수록 증가하게 되고, 그에 따라 잡음지수(Noise Figure, NF)를 악화시키고 시스템의 상향링크 커버리지(coverage) 확장을 제한하게 된다.To this end, in the FDD type antenna device 10 , a power amplifier (PA) 14 on the transmission side is connected to the transmission side filter 15 , and a low noise amplifier (LNA) 13 on the reception side ) is connected to the receiving filter 12 , and the transmitting filter 15 and the receiving filter 12 have a structure connected to a single transmit/receive antenna 11 . In the case of the FDD type antenna device 10 , a signal loss increases while a reception signal received through the transmission/reception antenna is transmitted to a signal processing terminal through a cable. Specifically, as the signal coming through the antenna travels along the cable along with thermal noise, the signal power is reduced as much as the loss of the cable line, and this loss increases as the length of the cable increases, and accordingly, the noise figure (Noise Figure, NF) and limits the uplink coverage extension of the system.

도 1의 (b)에는 시분할(Time-division duplex, TDD) 방식 안테나 장치(20)의 구성이 나타나 있다. 도 1의 (b)를 참조하면, TDD 방식 안테나 장치(20)는 이동국과 기지국이 신호를 송수신할 때 하나의 필터(Filter)(22)를 통해 동일한 주파수를 사용하되, 그 사용시간을 달리하여 송신 신호와 수신 신호를 분리한다. TDD 방식 안테나 장치(20)는 송신측의 파워 증폭기(Power Amplifier, PA)(25)와, 수신측의 저잡음 증폭기(Low noise Amplifier, LNA)(24)가 스위치(Switch)(23)에 각각 연결되고, 이때 스위치(23)는 송신측의 파워 증폭기(PA)(25) 또는 수신측의 저잡음 증폭기(LNA)(24)를 송수신 안테나(21)와 연결된 필터(22)와 연결하는 구조를 갖는다.1B shows the configuration of a time-division duplex (TDD) antenna device 20 . Referring to (b) of FIG. 1, the TDD antenna device 20 uses the same frequency through one filter 22 when a mobile station and a base station transmit and receive signals, but with different usage times. Separates the transmit and receive signals. In the TDD antenna device 20 , a power amplifier (PA) 25 on the transmitting side and a low noise amplifier (LNA) 24 on the receiving side are connected to a switch 23 , respectively. In this case, the switch 23 has a structure that connects the power amplifier (PA) 25 on the transmission side or the low noise amplifier (LNA) 24 on the reception side to the filter 22 connected to the transmission/reception antenna 21 .

TDD 방식 안테나 장치(20)의 경우, 송수신 안테나(21)를 통해 수신된 수신 신호가 케이블을 통해 신호 처리단으로 전달되는 과정 뿐 아니라, 송수신 전환 스위치(TDD 스위치)에서도 신호 손실이 발생하게 되고, 그에 따라 잡음지수(Noise Figure, NF)가 악화되고 시스템의 상향링크 커버리지(coverage) 확장이 제한되는 문제가 있다. 이와 같이, 잡음지수 악화 및 상향링크 커버리지 확장 제한으로 인한 안테나 장치의 성능 저하를 방지하기 위해 신호 손실(signal loss)을 최소화하기 위한 노력이 필요하다.In the case of the TDD antenna device 20, signal loss occurs in the transmission/reception switching switch (TDD switch) as well as in the process in which the reception signal received through the transmission/reception antenna 21 is transmitted to the signal processing end through the cable, Accordingly, there is a problem in that the noise figure (NF) deteriorates and the uplink coverage extension of the system is limited. As such, in order to prevent deterioration of the performance of the antenna device due to noise figure deterioration and limitation of uplink coverage extension, it is necessary to minimize signal loss.

이동통신에서의 기지국 커버러지는 특히 상향링크의 수신 성능이 제한 요소로 작용하기 때문에, 상향링크를 기준으로 망 설계를 할 필요가 있다. 상향링크의 수신 성능에 영향을 주는 주요 요소는 안테나부터 저잡음 증폭기(LNA)까지의 신호 손실이다. 5G 시스템과 같이 사용하는 주파수가 올라 갈수록 전파 특성상 자유공간전파손실이 증가하게 되고, 이로 인해 상향링크의 기지국 커버러지가 급격하게 줄어들게 된다.In mobile communication, in particular, since the reception performance of the uplink acts as a limiting factor, it is necessary to design the network based on the uplink. A major factor affecting uplink reception performance is signal loss from the antenna to the low-noise amplifier (LNA). As the frequency used together with the 5G system increases, the free space propagation loss increases due to the nature of propagation, and as a result, the coverage of the base station in the uplink is drastically reduced.

대한민국 등록특허 제10-0854684호 (2008.08.27. 공고)Republic of Korea Patent Registration No. 10-0854684 (2008.08.27. Announcement)

본 발명의 목적은, 시분할 듀플렉스 방식의 안테나 장치의 송신기와 수신기 회로를 분리하고, 수신기 회로의 저잡음 증폭기(LNA)를 수신기의 수신 안테나와 수신 필터 사이에 배치함으로써, 신호 손실을 감소시키고 그에 따라 시스템의 잡음지수(Noise Figure, NF)를 최소화하고 시스템의 상향링크 커버리지(coverage)를 확장할 수 있는 시분할 듀플렉스(TDD; Time-Division Duplex) 안테나 장치를 제공함에 있다.An object of the present invention is to reduce the signal loss by separating the transmitter and receiver circuits of the antenna device of the time division duplex method, and by placing a low-noise amplifier (LNA) of the receiver circuit between the receive antenna and the receive filter of the receiver, thereby reducing the signal loss and thus reducing the system To provide a time-division duplex (TDD) antenna device capable of minimizing the noise figure (NF) of the system and extending the uplink coverage of the system.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치는, 시분할 듀플렉스(TDD: Time-division duplex) 방식으로 하향링크와 상향링크를 송수신하는 시분할 듀플렉스 안테나 장치에 있어서, 적어도 하나의 송신 안테나 모듈을 포함하고, 제1 경로를 통해 하향링크 신호를 송신하는 송신기; 적어도 하나의 수신 안테나 모듈을 포함하고, 상기 제1 경로와 중첩되는 부분 없이 상기 제1 경로로부터 분리된 제2 경로를 통해 상향링크 신호를 수신하는 수신기; 및 상기 송신기와 상기 수신기를 시분할 듀플렉스 방식으로 제어하는 제어기를 포함한다.In order to achieve the above object, a time division duplex antenna apparatus according to an embodiment of the present invention is a time division duplex antenna apparatus for transmitting and receiving downlink and uplink in a time-division duplex (TDD) method, at least one a transmitter including a transmit antenna module of , and transmitting a downlink signal through a first path; a receiver including at least one receiving antenna module and configured to receive an uplink signal through a second path separated from the first path without a portion overlapping the first path; and a controller controlling the transmitter and the receiver in a time division duplex manner.

상기 송신 안테나 모듈은, 상기 제1 경로 상에 마련되고, 송신 신호의 전력을 증폭하는 전력 증폭기; 상기 제1 경로 상에 마련되고, 상기 전력 증폭기에 의해 증폭된 송신 신호의 주파수를 필터링하여 상기 하향링크 신호를 생성하는 송신 필터; 및 상기 제1 경로 상에 마련되고, 상기 송신 필터에 의해 필터링되어 생성된 상기 하향링크 신호를 송신하는 적어도 하나의 송신 안테나를 포함할 수 있다.The transmit antenna module may include: a power amplifier provided on the first path and configured to amplify power of a transmit signal; a transmission filter provided on the first path and configured to generate the downlink signal by filtering a frequency of the transmission signal amplified by the power amplifier; and at least one transmit antenna provided on the first path and configured to transmit the downlink signal generated by being filtered by the transmit filter.

상기 수신 안테나 모듈은, 상기 제2 경로 상에 마련되고, 상기 상향링크 신호를 수신하는 적어도 하나의 수신 안테나; 상기 제2 경로 상에 마련되고, 상기 수신 안테나에 의해 수신된 상기 상향링크 신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭기; 및 상기 제2 경로 상에 마련되고, 상기 저잡음 증폭기에 의해 저잡음 증폭된 상기 상향링크 신호의 주파수를 필터링하는 수신 필터를 포함할 수 있다. 상기 저잡음 증폭기는, 상기 상향링크 신호가 수신되는 상기 제2 경로를 따라 상기 수신 안테나와 상기 수신 필터 사이에 배치될 수 있다.The reception antenna module may include: at least one reception antenna provided on the second path and configured to receive the uplink signal; a low-noise amplifier provided on the second path and configured to low-noise amplify the uplink signal received by the reception antenna; and a reception filter provided on the second path and configured to filter the frequency of the uplink signal amplified to low noise by the low noise amplifier. The low noise amplifier may be disposed between the reception antenna and the reception filter along the second path through which the uplink signal is received.

상기 제2 경로를 따르는 상기 수신 안테나와 상기 저잡음 증폭기 간의 거리는, 상기 제1 경로를 따르는 상기 송신 안테나와 상기 전력 증폭기 간의 거리보다 짧을 수 있다.A distance between the receiving antenna and the low noise amplifier along the second path may be shorter than a distance between the transmitting antenna and the power amplifier along the first path.

상기 수신 안테나 모듈은 상기 수신 안테나를 복수개 포함할 수 있다. 상기 수신 안테나 모듈은, 상기 제2 경로를 따라 상기 저잡음 증폭기와 상기 수신 필터 사이에 마련되고, 복수개의 수신 안테나에 의해 수신된 복수개의 상향링크 신호를 합성하는 합성기를 더 포함할 수 있다. 상기 저잡음 증폭기는, 상기 제2 경로를 따라 상기 복수개의 수신 안테나의 각 수신 안테나와 상기 합성기 사이에 마련될 수 있다.The receiving antenna module may include a plurality of the receiving antennas. The reception antenna module may further include a synthesizer provided between the low noise amplifier and the reception filter along the second path and synthesizing a plurality of uplink signals received by the plurality of reception antennas. The low noise amplifier may be provided between each receive antenna of the plurality of receive antennas and the synthesizer along the second path.

상기 수신 안테나 모듈은, 상기 제2 경로를 따라 상기 각 수신 안테나와 상기 저잡음 증폭기 사이에 마련되고, 상기 저잡음 증폭기의 포화를 방지하도록 구성되는 필터를 더 포함할 수 있다. 상기 수신 필터는, 상기 제2 경로를 따라 상기 합성기의 출력단과 상기 제어기 사이에 마련되고, 상기 합성기에 의해 상기 복수개의 상향링크 신호로부터 합성되어 출력되는 수신 신호에서 아웃 오브 밴드(Out of band) 신호를 차단하도록 구성될 수 있다.The receiving antenna module may further include a filter provided between each of the receiving antennas and the low noise amplifier along the second path, and configured to prevent saturation of the low noise amplifier. The reception filter is provided between the output terminal of the synthesizer and the controller along the second path, and is an out of band signal in the received signal synthesized from the plurality of uplink signals by the synthesizer and outputted. can be configured to block.

상기 수신기는 상기 수신 안테나 모듈을 복수개 포함할 수 있다. 상기 수신기는, 상기 제2 경로를 따라 복수개의 수신 안테나 모듈과 상기 제어기 사이에 마련되고, 상기 복수개의 수신 안테나 모듈에 의해 생성된 복수개의 수신신호를 결합하여 멀티 빔을 형성하는 버틀러 매트릭스(Butler Matrix)를 더 포함할 수 있다.The receiver may include a plurality of the reception antenna modules. The receiver is provided between a plurality of reception antenna modules and the controller along the second path, and combines a plurality of reception signals generated by the plurality of reception antenna modules to form a multi-beam (Butler Matrix) ) may be further included.

상기 수신기는, 상기 제2 경로 상에 상기 송신기와 상기 수신기를 시분할 듀플렉스 방식으로 제어하기 위한 송수신 전환 스위치를 구비하지 않을 수 있다. 상기 수신기는 상기 송신기와 분리된 별도의 회로로 구성될 수 있다. 상기 제어기는, 하향링크 전송시 상기 전력 증폭기를 동작시키고, 상기 저잡음 증폭기의 동작을 중단시키고; 상향링크 수신시 상기 전력 증폭기의 동작을 중단시키고, 상기 저잡음 증폭기를 동작시키도록 구성될 수 있다.The receiver may not include a transmission/reception switching switch for controlling the transmitter and the receiver in a time division duplex manner on the second path. The receiver may be configured as a separate circuit separate from the transmitter. the controller operates the power amplifier during downlink transmission and stops the operation of the low noise amplifier; It may be configured to stop the operation of the power amplifier and operate the low-noise amplifier when receiving uplink.

상기 저잡음 증폭기는 상기 수신 안테나의 출력단에 직접 연결될 수 있다.The low noise amplifier may be directly connected to an output terminal of the receiving antenna.

본 발명에 따르면, 시분할 듀플렉스 방식의 안테나 장치의 송신기와 수신기 회로를 분리하고, 수신기 회로의 저잡음 증폭기(LNA)를 수신기의 수신 안테나와 수신 필터 사이에 배치함으로써, 신호 손실을 감소시키고 그에 따라 시스템의 잡음지수(Noise Figure, NF)를 최소화하여 안테나 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 시스템 잡음지수의 최소화로 인해 안테나 이득이 증가하여 특히 상향링크의 셀 커버리지(coverage)가 향상되는 효과가 있다.According to the present invention, by separating the transmitter and receiver circuits of the antenna device of the time division duplex method, and arranging a low noise amplifier (LNA) of the receiver circuit between the receive antenna and the receive filter of the receiver, signal loss is reduced and thus the system It has the effect of improving the antenna performance by minimizing the noise figure (NF). In addition, the antenna gain is increased due to the minimization of the system noise figure, and in particular, the uplink cell coverage is improved.

도 1은 종래 기술에 따른 안테나 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치의 송/수신기 구조를 도시한 도면이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치를 구성하는 수신기의 구성도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치를 구성하는 수신기의 구성도이다.1 is a diagram showing the configuration of an antenna device according to the prior art.
2 is a diagram illustrating a configuration of a time division duplex antenna device according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a structure of a transmitter/receiver of a time division duplex antenna device according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a receiver constituting a time division duplex antenna device according to an embodiment of the present invention.
5A and 5B are diagrams for explaining an operation of a time division duplex antenna device according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram of a time division duplex antenna device according to another embodiment of the present invention.
7 is a block diagram of a receiver constituting a time division duplex antenna apparatus according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first and second may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms. In addition, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 '~부'(예를 들어, 신호 처리부 등), '~기'(예를 들어, 제어기, 신호 처리기 등)는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. '~부', '~기'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소에 의해 분리되어 수행되거나, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다. 본 명세서의 '~부', '~기'는 반드시 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되지 않으며, 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.In the present specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. As used herein, '~ unit' (eg, signal processing unit, etc.) and '~ unit' (eg, controller, signal processor, etc.) are units for processing at least one function or operation, for example, It may mean software, FPGA or hardware components. The functions provided by '~bu' and '~gi' may be performed separately by a plurality of components, or may be integrated with other additional components. In this specification, '~ part' and '~ group' are not necessarily limited to software or hardware, and may be configured to be in an addressable storage medium, or may be configured to reproduce one or more processors.

본 발명의 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치는, 시분할 듀플렉스(TDD: Time-division duplex) 방식으로 하향링크와 상향링크를 송수신하는 시분할 듀플렉스 안테나 장치에 있어서, 송신기와 수신기가 서로 중첩되지 않는 경로들을 통해 시분할 듀플렉스(TDD) 방식으로 하향링크 및 상향링크 송수신을 수행하도록 구성된다. 송신기와 수신기는 독립된 별개의 회로로 이루어지고, 주파수 필터링을 위한 필터를 공유하지 않도록 구성된다.A time division duplex antenna apparatus according to an embodiment of the present invention is a time division duplex antenna apparatus for transmitting and receiving downlink and uplink in a time-division duplex (TDD) method, wherein a transmitter and a receiver connect paths that do not overlap with each other. It is configured to perform downlink and uplink transmission and reception in a time division duplex (TDD) scheme through the The transmitter and the receiver are configured as independent and separate circuits and do not share a filter for frequency filtering.

수신기는 저잡음 증폭기와 수신 안테나 사이에 케이블과 필터 및 송수신 전환 스위치(TDD 스위치) 중 적어도 하나가 구비되지 않을 수 있으며, 이로 인해 수신 안테나와 저잡음 증폭기 간의 거리를 최소화하여 신호 손실을 줄일 수 있다. 그에 따라 시분할 듀플렉스 안테나 장치의 잡음지수(Noise Figure, NF)를 최소화하고 시분할 듀플렉스 안테나 장치의 상향링크 커버리지(coverage)를 확장할 수 있다.The receiver may not include at least one of a cable, a filter, and a transmission/reception switching switch (TDD switch) between the low-noise amplifier and the receiving antenna, thereby minimizing the distance between the receiving antenna and the low-noise amplifier to reduce signal loss. Accordingly, it is possible to minimize the noise figure (NF) of the time division duplex antenna device and extend the uplink coverage of the time division duplex antenna device.

시분할 듀플렉스 방식의 안테나 장치에서 저잡음 증폭기(LNA; Low Noise Amplifier)의 중요한 특성은 잡음지수(Noise Figure, 이하 'NF'라 함)이다. 잡음지수는 입력과 출력간 SNR (신호 대 잡음비)의 비로 나타나며, 저잡음 증폭기의 NF가 크면 저잡음 증폭기에서 발생하는 노이즈가 커서 작은 레벨의 신호가 노이즈에 묻히게 되는 문제가 발생한다.An important characteristic of a low noise amplifier (LNA) in a time division duplex antenna device is a noise figure (hereinafter referred to as 'NF'). The noise figure is expressed as the ratio of SNR (signal-to-noise ratio) between the input and output, and if the NF of the low-noise amplifier is large, the noise generated in the low-noise amplifier is large, and a problem occurs that a small level signal is buried in the noise.

이를 해결하기 위해 입력 신호의 레벨이 커져야 하는데, 이 경우 입력 신호를 발생시키는 단말의 배터리 소모가 커지거나, 기지국의 셀 커버리지가 줄어들게 되어 기지국의 수를 증가시켜야 하는 문제가 발생한다. 특히, 기존 주파수보다 높은 3.5 GHz를 사용하는 5G 환경에서는 전파 감쇄가 심해지고 특히 상향링크의 셀 커버리지가 줄어드는 문제가 발생한다.In order to solve this problem, the level of the input signal must be increased. In this case, battery consumption of the terminal generating the input signal is increased or the cell coverage of the base station is reduced, so that the number of base stations must be increased. In particular, in the 5G environment using 3.5 GHz, which is higher than the existing frequency, radio wave attenuation is severe and, in particular, the uplink cell coverage is reduced.

도 1에 도시된 종래의 안테나 구조는 단일의 송수신 안테나가 필터와 연결되고, 이때 필터에 송신측 전력 증폭기(PA)와 수신측 저잡음 증폭기(LNA)가 각각 연결되어, 안테나를 통해 수신된 신호가 필터에 의해 필터링 된 후에 저잡음 증폭기로 전달되는 구조이다.In the conventional antenna structure shown in FIG. 1, a single transmit/receive antenna is connected to a filter, and at this time, a transmit-side power amplifier (PA) and a receive-side low-noise amplifier (LNA) are connected to the filter, respectively, so that the signal received through the antenna is It is a structure that is passed to a low-noise amplifier after being filtered by a filter.

NF에 영향을 주는 가장 큰 인자는 손실(Loss)이며, 저잡음 증폭기 앞 단에서 손실은 그대로 NF를 악화시키게 된다. 또한, 시스템 전체의 NF를 결정짓는 가장 중요한 부분은 수신부 맨 앞부분의 NF 값이므로, 수신부 앞 부분에서의 NF가 작고 이득이 큰 경우 시스템의 NF가 크게 개선된다.The biggest factor affecting NF is loss, and the loss in the front stage of the low-noise amplifier worsens NF as it is. In addition, the most important part that determines the NF of the entire system is the NF value of the front part of the receiver, so if the NF in the front part of the receiver is small and the gain is large, the NF of the system is greatly improved.

도 1에 도시된 종래의 안테나 구조에 따르면, 안테나로부터 저잡음 증폭기에 이르는 과정에서 필터, 케이블, 송수신 전환스위치(TDD 스위치)에서 손실이 발생하고, 이 손실로 인해 시스템 전체의 NF가 악화되는 문제가 발생한다. 따라서, 수신단에서는 안테나 입력에서부터 저잡음 증폭기 앞 단까지 손실을 최소화하는 것이 요구된다.According to the conventional antenna structure shown in FIG. 1, in the process from the antenna to the low-noise amplifier, losses occur in the filter, cable, and transmission/reception changeover switch (TDD switch), and the problem that the NF of the entire system deteriorates due to this loss. Occurs. Therefore, at the receiving end, it is required to minimize the loss from the antenna input to the front stage of the low noise amplifier.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치의 송/수신기 구조를 도시한 도면이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 시분할 듀플렉스 안테나 장치(100)는 송신기(110), 수신기(120) 및 송신기(110)와 수신기(120)를 시분할 듀플렉스 방식으로 제어하는 제어기(130)를 포함한다.FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a time division duplex antenna device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing a structure of a transmitter/receiver of a time division duplex antenna device according to an embodiment of the present invention. 2 and 3, the time division duplex antenna apparatus 100 includes a transmitter 110, a receiver 120, and a controller 130 for controlling the transmitter 110 and the receiver 120 in a time division duplex manner. .

송신기(110)는 적어도 하나의 송신 안테나 모듈을 포함한다. 수신기(120)는 적어도 하나의 수신 안테나 모듈을 포함한다. 도 3에 도시된 실시예에서는 송신기(110)와 수신기(120)가 각각 하나의 송신 안테나 모듈(110a)과 하나의 수신 안테나 모듈(120a)로 구성되어 있으나, 송신기(110) 및/또는 수신기(120)는 복수개의 송신 안테나 모듈 및/또는 복수개의 송신 안테나 모듈로 구성될 수도 있다.The transmitter 110 includes at least one transmit antenna module. The receiver 120 includes at least one receive antenna module. In the embodiment shown in Fig. 3, the transmitter 110 and the receiver 120 are each composed of one transmit antenna module 110a and one receive antenna module 120a, but the transmitter 110 and/or the receiver ( 120) may be configured with a plurality of transmit antenna modules and/or a plurality of transmit antenna modules.

본 발명의 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치(100)는 송신기(110)와 수신기(120)가 서로 분리된 별도의 회로로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 송신기(110)와 수신기(120)가 '분리'된다는 의미는 두 회로가 서로 물리적인 결합 관계를 가지지 않는 형태로 분리된 것으로 제한적으로 해석되지 않으며, 송신기(110)와 수신기(120)가 상호 간에 공통의 신호전달 라인(케이블)을 공유하지 않는 것을 의미한다.The time division duplex antenna apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may be implemented as a separate circuit in which the transmitter 110 and the receiver 120 are separated from each other. In the present specification, the meaning that the transmitter 110 and the receiver 120 are 'separated' is not limited to the meaning that the two circuits are separated in a form that does not have a physical coupling relationship with each other, and the transmitter 110 and the receiver 120 means that they do not share a common signal transmission line (cable) with each other.

본 발명의 실시예에 의하면, 송신기(110)와 수신기(120)가 서로 분리된 상이한 경로(P1, P2)를 통해 하향링크 신호 및 상향링크 신호를 시분할 듀플렉스 방식으로 송수신하도록 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the transmitter 110 and the receiver 120 may be configured to transmit and receive a downlink signal and an uplink signal in a time division duplex manner through different paths P1 and P2 separated from each other.

송신기(110)는 제1 경로(P1)를 통해 하향링크 신호를 송신할 수 있다. 수신기(120)는 제2 경로(P2)를 통해 상향링크 신호를 수신할 수 있다. 수신기(120)는 송신기(110)에서 하향링크 신호가 송신되는 제1 경로(P1)와 중첩되는 부분 없이 제1 경로(P1)로부터 분리된 제2 경로(P2)를 통해 상향링크 신호를 수신할 수 있다.The transmitter 110 may transmit a downlink signal through the first path P1. The receiver 120 may receive an uplink signal through the second path P2 . The receiver 120 receives the uplink signal through the second path P2 separated from the first path P1 without a portion overlapping the first path P1 through which the downlink signal is transmitted from the transmitter 110. can

송신 안테나 모듈(110a)은 전력 증폭기(112)와, 송신 필터(114) 및 적어도 하나의 송신 안테나(115)를 포함할 수 있다. 전력 증폭기(112)는 제1 경로(P1) 상에 마련되고, 하향링크 전송을 위해 송신 신호의 전력을 일정 레벨 이상으로 증폭할 수 있다.The transmit antenna module 110a may include a power amplifier 112 , a transmit filter 114 , and at least one transmit antenna 115 . The power amplifier 112 may be provided on the first path P1 and amplify the power of the transmission signal to a certain level or more for downlink transmission.

전력 증폭기(112)는 선형 전력 증폭기(LPA; Linear Power Amplifier), 고전력 증폭기(HPA; High Power Amplifier) 등을 예로 들 수 있으나, 이에 제한되지 않고 송신 신호의 전력을 증폭할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 모두 사용 가능하다.The power amplifier 112 may include, for example, a linear power amplifier (LPA), a high power amplifier (HPA), etc., but is not limited thereto, and any one capable of amplifying the power of a transmission signal is not particularly limited. All are available

전력 증폭기(112)는 하향링크 전송 모드 혹은 상향링크 수신 모드에 따라 제어기(130)에 의해 동작이 제어될 수 있다. 전력 증폭기(112)는 수신기(120)에 의해 상향링크를 수신하는 동안에는 동작이 중단(정지)되고, 송신기(110)에 의해 하향링크를 송신하는 동안에만 작동될 수 있다.The operation of the power amplifier 112 may be controlled by the controller 130 according to a downlink transmission mode or an uplink reception mode. The power amplifier 112 is stopped (stopped) in operation while receiving the uplink by the receiver 120 , and can be operated only while transmitting the downlink by the transmitter 110 .

전력 증폭기(112)의 작동 중단은 예를 들어, 전력 증폭기(112)에 구비된 능동소자들(예컨대, 트랜지스터들)에 동작 전압이 인가되지 않게 하거나, 능동소자들의 동작을 중단하기 위한 전압을 인가하는 등의 방법으로 실행될 수 있다.When the power amplifier 112 is stopped, for example, an operating voltage is not applied to the active elements (eg, transistors) provided in the power amplifier 112 , or a voltage is applied to stop the operation of the active elements. It can be implemented in such a way as to

반대로, 전력 증폭기(112)에 구비된 능동소자들(예컨대, 트랜지스터들)에 동작 전압을 인가하는 등의 방법으로 전력 증폭기(112)를 동작시킬 수 있다. 그러나, 전력 증폭기(112)의 동작 또는 작동 중단이 이러한 예시된 방법으로 제한되는 것은 아니다.Conversely, the power amplifier 112 may be operated by applying an operating voltage to active elements (eg, transistors) included in the power amplifier 112 . However, the operation or shutdown of the power amplifier 112 is not limited to this illustrated method.

전력 증폭기(112)에 의해 증폭된 송신 신호는 송신 필터(114)로 입력될 수 있다. 송신 필터(114)는 제1 경로(P1) 상에 마련되고, 전력 증폭기(112)에 의해 증폭된 송신 신호의 주파수를 내부 공진기(미도시)를 이용하여 필터링할 수 있다. 송신 필터(114)에 의해 소정 주파수 대역의 신호가 필터링됨으로써 하향링크 신호가 생성될 수 있다.The transmission signal amplified by the power amplifier 112 may be input to the transmission filter 114 . The transmission filter 114 may be provided on the first path P1 and filter the frequency of the transmission signal amplified by the power amplifier 112 using an internal resonator (not shown). A downlink signal may be generated by filtering a signal of a predetermined frequency band by the transmission filter 114 .

송신 필터(114)는 설정된 하향링크 주파수에 따라 대역 통과 필터, 대역 저지 필터, 저역 통과 필터, 고주파 통과 필터 등으로 제공될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The transmission filter 114 may be provided as a band pass filter, a band stop filter, a low pass filter, a high pass filter, etc. according to a set downlink frequency, but is not limited thereto.

송신 필터(114)에 의해 필터링되어 생성된 하향링크 신호는 송신 안테나(115)로 입력될 수 있다. 송신 안테나(115)는 제1 경로(P1) 상에 마련되고, 송신 필터(114)에 의해 필터링되어 생성된 하향링크 신호를 외부로 송신할 수 있다. 송신 안테나(115)는 듀얼 폴(dual pole) 안테나, 모노 폴(mono pole) 안테나 등으로 제공될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 하향링크 신호를 송신할 수 있는 지향성 혹은 무지향성의 다양한 안테나가 모두 사용될 수 있다.The downlink signal generated by being filtered by the transmit filter 114 may be input to the transmit antenna 115 . The transmit antenna 115 may be provided on the first path P1 and may transmit a downlink signal generated by being filtered by the transmit filter 114 to the outside. The transmitting antenna 115 may be provided as a dual pole antenna, a mono pole antenna, etc., but is not limited thereto, and various directional or non-directional antennas capable of transmitting a downlink signal are provided. All can be used.

수신 안테나 모듈(120a)은 적어도 하나의 수신 안테나(122)와, 저잡음 증폭기(123) 및 수신 필터(124)를 포함할 수 있다. 수신 안테나(122)는 제2 경로(P2) 상에 마련되고, 상향링크 신호를 수신할 수 있다. 수신 안테나(122)는 듀얼 폴(dual pole) 안테나, 모노 폴(mono pole) 안테나 등으로 제공될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상향링크 신호를 수신할 수 있는 지향성 혹은 무지향성의 다양한 안테나가 모두 사용될 수 있다.The reception antenna module 120a may include at least one reception antenna 122 , a low noise amplifier 123 , and a reception filter 124 . The reception antenna 122 is provided on the second path P2 and may receive an uplink signal. The receiving antenna 122 may be provided as a dual pole antenna, a mono pole antenna, etc., but is not limited thereto, and various directional or non-directional antennas capable of receiving an uplink signal are provided. All can be used.

수신 안테나(122)에 의해 수신된 상향링크 신호는 저잡음 증폭기(123)로 입력될 수 있다. 저잡음 증폭기(123)는 제2 경로(P2) 상에 마련되고, 수신 안테나(122)에 의해 수신된 상향링크 신호를 저잡음 증폭할 수 있다.The uplink signal received by the reception antenna 122 may be input to the low noise amplifier 123 . The low noise amplifier 123 may be provided on the second path P2 and amplify the uplink signal received by the reception antenna 122 to low noise.

저잡음 증폭기(123)는 에사키 다이오드(Esaki diode) 증폭기, 파라메트릭(Parametric) 증폭기, 메이저(Maser) 증폭기 등을 예로 들 수 있으나, 수신 신호를 저잡음 증폭할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고 모두 사용 가능하다.The low-noise amplifier 123 may include, for example, an Esaki diode amplifier, a parametric amplifier, a major amplifier, etc., but is not particularly limited as long as it can amplify the received signal to low noise, and all can be used. do.

실시예에서, 저잡음 증폭기(123)는 수신 안테나(122)의 출력단에 직접 연결될 수 있다. 또는, 저잡음 증폭기(123)는 수신 안테나(122)의 출력단에 케이블 등의 신호 라인을 통해 연결될 수도 있다.In an embodiment, the low-noise amplifier 123 may be directly connected to the output of the receive antenna 122 . Alternatively, the low noise amplifier 123 may be connected to the output terminal of the reception antenna 122 through a signal line such as a cable.

수신 안테나(122)와 저잡음 증폭기(123) 사이에는 송수신 전환 스위치(TDD 스위치)를 제외한 필터 등의 부품이 추가로 연결될 수도 있다. 이 경우 수신 안테나(122)와 저잡음 증폭기(123) 사이에 연결되는 필터 등의 부품은 송신기(110)의 송신 필터(114) 보다 작은 크기를 가지는 부품일 수 있다.Between the receiving antenna 122 and the low-noise amplifier 123 , components such as a filter except for a transmission/reception switching switch (TDD switch) may be additionally connected. In this case, a component such as a filter connected between the reception antenna 122 and the low noise amplifier 123 may be a component having a smaller size than the transmission filter 114 of the transmitter 110 .

송신기(110)의 송신 라인에서 출력되는 송신 신호의 전력은 수신 라인의 수신 신호의 전력 보다 크기 때문에 송신 신호의 엄격한 제어를 위해 송신 라인에 사용되는 송신 필터(114)의 사이즈가 크지만, 본 발명의 실시예에에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치는 송신 라인과 수신 라인을 별도로 사용하기 때문에 수신 안테나(122)와 저잡음 증폭기(123) 사이에 송신 필터(114)와 같은 큰 사이즈의 필터를 사용할 필요가 없다.Since the power of the transmission signal output from the transmission line of the transmitter 110 is greater than the power of the reception signal of the reception line, the size of the transmission filter 114 used in the transmission line for strict control of the transmission signal is large, but the present invention Since the time division duplex antenna device according to the embodiment uses a transmission line and a reception line separately, there is no need to use a large size filter such as the transmission filter 114 between the reception antenna 122 and the low-noise amplifier 123 . .

따라서, 수신 안테나(122)와 저잡음 증폭기(123) 사이에 필터가 구비되더라도, 수신 신호(상항링크 신호)의 잡음지수를 고려하여 필요한 사이즈의 작은 필터를 사용하는 것으로도 충분하므로, 수신 안테나(122)와 저잡음 증폭기(123) 사이에 적용되는 필터의 크기가 작아 수신단에서 저잡음 증폭기(123)로 입력되는 수신 신호의 손실을 줄일 수 있다.Therefore, even if a filter is provided between the receiving antenna 122 and the low noise amplifier 123, it is sufficient to use a small filter of a required size in consideration of the noise figure of the received signal (uplink signal), so the receiving antenna 122 ) and the size of the filter applied between the low noise amplifier 123 is small, it is possible to reduce the loss of the received signal input to the low noise amplifier 123 from the receiving end.

저잡음 증폭기(123)는 하향링크 전송 모드 혹은 상향링크 수신 모드에 따라 제어기(130)에 의해 동작이 제어될 수 있다. 저잡음 증폭기(123)는 송신기(110)에 의해 하향링크를 송신하는 동안에는 동작이 중단(정지)되고, 수신기(120)에 의해 상향링크를 수신하는 동안에만 작동될 수 있다.The operation of the low noise amplifier 123 may be controlled by the controller 130 according to a downlink transmission mode or an uplink reception mode. The low noise amplifier 123 is stopped (stopped) in operation while transmitting the downlink by the transmitter 110 , and can be operated only while receiving the uplink by the receiver 120 .

저잡음 증폭기(123)의 작동 중단은 예를 들어, 저잡음 증폭기(123)에 구비된 능동소자들(예컨대, 트랜지스터들)에 동작 전압이 인가되지 않게 하거나, 능동소자들의 동작을 중단하기 위한 전압을 인가하는 등의 방법으로 실행될 수 있다.When the operation of the low noise amplifier 123 is stopped, for example, an operating voltage is not applied to the active elements (eg, transistors) provided in the low noise amplifier 123 , or a voltage is applied to stop the operation of the active elements. It can be implemented in such a way as to

반대로, 저잡음 증폭기(123)에 구비된 능동소자들(예컨대, 트랜지스터들)에 동작 전압을 인가하는 등의 방법으로 저잡음 증폭기(123)를 동작시킬 수 있다. 그러나, 저잡음 증폭기(123)의 동작 또는 작동 중단이 이러한 예시된 방법으로 제한되는 것은 아니다.Conversely, the low noise amplifier 123 may be operated by applying an operating voltage to active elements (eg, transistors) included in the low noise amplifier 123 . However, the operation or shutdown of the low noise amplifier 123 is not limited to this illustrated method.

저잡음 증폭기(123)에 의해 저잡음 증폭된 상향링크 신호는 수신 필터(124)로 입력될 수 있다. 수신 필터(124)는 제2 경로(P2) 상에 마련되고, 저잡음 증폭기(123)에 의해 저잡음 증폭된 상향링크 신호의 주파수를 내부 공진기(미도시)를 이용하여 필터링할 수 있다. 수신 필터(124)는 설정된 상향링크 주파수에 따라 대역 통과 필터, 대역 저지 필터, 저역 통과 필터, 고주파 통과 필터 등으로 제공될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The uplink signal amplified by the low noise amplifier 123 may be input to the reception filter 124 . The reception filter 124 may be provided on the second path P2 and filter the frequency of the uplink signal amplified by the low noise amplifier 123 using an internal resonator (not shown). The reception filter 124 may be provided as a band-pass filter, a band-stop filter, a low-pass filter, a high-pass filter, etc. according to the set uplink frequency, but is not limited thereto.

본 발명의 실시예에서, 저잡음 증폭기(123)는 상향링크 신호가 수신되는 제2 경로(P2)를 따라 수신 안테나(122)와 수신 필터(124) 사이에 배치될 수 있다. 수신기(120)의 제2 경로(P2)에는 종래의 송수신 전환 스위치(TDD 스위치)가 구비되지 않을 수 있다.In an embodiment of the present invention, the low noise amplifier 123 may be disposed between the reception antenna 122 and the reception filter 124 along the second path P2 through which the uplink signal is received. A conventional transmission/reception changeover switch (TDD switch) may not be provided in the second path P2 of the receiver 120 .

이와 같은 수신 안테나(122)와 저잡음 증폭기(123) 및 수신 필터(124)의 배치 구조에 따르면, 수신 안테나(122)와 저잡음 증폭기(123) 사이에 필터나 송수신 전환 스위치(TDD 스위치) 등이 배치되지 않으며, 저잡음 증폭기(123)를 수신 안테나(122)와 근접한 거리에 배치할 수 있어 제2 경로(P2)를 따라 수신 안테나(122)와 저잡음 증폭기(123) 간의 거리가 최소화될 수 있다.According to the arrangement structure of the receiving antenna 122, the low noise amplifier 123, and the receiving filter 124, a filter or a transmission/reception switching switch (TDD switch) is disposed between the receiving antenna 122 and the low noise amplifier 123 . and the low noise amplifier 123 may be disposed at a close distance to the receiving antenna 122 , so that the distance between the receiving antenna 122 and the low noise amplifier 123 along the second path P2 may be minimized.

실시예에서, 제2 경로(P2)를 따르는 수신 안테나(122)와 저잡음 증폭기(123) 간의 거리는 제1 경로(P1)를 따르는 송신 안테나(115)와 전력 증폭기(12) 간의 거리보다 짧게 제공될 수 있다. 또한, 수신기(120)의 수신 안테나(122)와 저잡음 증폭기(123) 간의 거리는 송신기(110)의 송신 안테나(115)와 송신 필터(114) 간의 거리보다 짧게 제공될 수도 있다.In an embodiment, the distance between the receive antenna 122 and the low-noise amplifier 123 along the second path P2 may be provided to be shorter than the distance between the transmit antenna 115 and the power amplifier 12 along the first path P1. can Also, the distance between the receiving antenna 122 of the receiver 120 and the low noise amplifier 123 may be provided to be shorter than the distance between the transmitting antenna 115 of the transmitter 110 and the transmitting filter 114 .

저잡음 증폭기(123)를 케이블을 사용하지 않고 수신 안테나(122)의 출력단에 직접 결합시키는 경우, 수신 안테나(122)와 저잡음 증폭기(123) 간의 거리는 0 이 될 수도 있다. 이 경우, 저잡음 증폭기(123)로 입력되는 수신 신호는 원본 신호를 그대로 유지하거나 혹은 최소한의 노이즈 만을 포함할 수 있다.When the low noise amplifier 123 is directly coupled to the output terminal of the reception antenna 122 without using a cable, the distance between the reception antenna 122 and the low noise amplifier 123 may be zero. In this case, the received signal input to the low-noise amplifier 123 may maintain the original signal as it is or include only the minimum noise.

본 발명의 실시예에 의하면, 수신 안테나(122)에서부터 저잡음 증폭기(123) 전단까지의 신호 손실이 최소화되고, 그에 따라 시스템 전체의 잡음지수(NF; Noise Figure)가 개선되어 안테나 성능이 향상될 수 있다. 수신기(120)의 세부 구조는 도 4의 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.According to the embodiment of the present invention, signal loss from the receiving antenna 122 to the front end of the low-noise amplifier 123 is minimized, and accordingly, the noise figure (NF) of the entire system is improved, thereby improving antenna performance. have. The detailed structure of the receiver 120 will be described in more detail with reference to the embodiment of FIG. 4 .

제어기(130)는 내부의 신호를 처리하여 송신기(110)를 통해 외부로 송신할 수 있다. 또한, 제어기(130)는 수신기(120)를 통해 수신된 신호를 처리하여 수신 신호에 포함된 소정의 정보를 안테나 장치와 연결된 장치로 전달할 수 있다. 제어기(130)는 하향링크 송신 혹은 상향링크 수신 여부에 따라 송신기(110)의 전력 증폭기(112) 및 수신기(120)의 저잡음 증폭기(123)의 동작을 제어할 수 있다.The controller 130 may process an internal signal and transmit it to the outside through the transmitter 110 . In addition, the controller 130 may process a signal received through the receiver 120 and transmit predetermined information included in the received signal to a device connected to the antenna device. The controller 130 may control the operation of the power amplifier 112 of the transmitter 110 and the low noise amplifier 123 of the receiver 120 according to whether downlink transmission or uplink reception is performed.

제어기(130)는 하향링크 송신 시에 송신기(110)의 전력 증폭기(112)를 가동함과 동시에 수신기(120)의 저잡음 증폭기(123)의 가동을 중단할 수 있다. 또한, 제어기(130)는 상향링크 수신 시에 송신기(110)의 전력 증폭기(112)의 가동을 중단함과 동시에 수신기(120)의 저잡음 증폭기(123)를 가동시킬 수 있다.The controller 130 may operate the power amplifier 112 of the transmitter 110 and stop the operation of the low noise amplifier 123 of the receiver 120 during downlink transmission. Also, the controller 130 may stop the operation of the power amplifier 112 of the transmitter 110 and operate the low-noise amplifier 123 of the receiver 120 at the time of uplink reception.

도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치를 구성하는 수신기의 구성도이다. 도 4를 참조하면, 수신기(120)는 수신 안테나 모듈(121)과, 신호 처리부(125)를 포함할 수 있다. 먼저, 수신 안테나 모듈(121)은 적어도 하나 이상의 수신 안테나(122), 저잡음 증폭기(123) 및 수신 필터(124)를 포함할 수 있다.4 is a block diagram of a receiver constituting a time division duplex antenna device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4 , the receiver 120 may include a receiving antenna module 121 and a signal processing unit 125 . First, the reception antenna module 121 may include at least one reception antenna 122 , a low noise amplifier 123 , and a reception filter 124 .

적어도 하나 이상의 수신 안테나(122)는 외부의 신호를 수신하여 수신 안테나 모듈(121)의 저잡음 증폭기(123)로 출력할 수 있다. 수신 안테나(122)는 예를 들어, 패치 안테나로 구현될 수 있다.At least one receiving antenna 122 may receive an external signal and output it to the low noise amplifier 123 of the receiving antenna module 121 . The receiving antenna 122 may be implemented as, for example, a patch antenna.

저잡음 증폭기(123)는 각 수신 안테나(122)와 대응되도록 배치될 수 있다. 각각의 저잡음 증폭기(123)는 대응되는 수신 안테나(122)의 출력단과 연결되어, 해당 수신 안테나(122)로부터 출력되는 수신 신호를 증폭시킬 수 있다.The low noise amplifier 123 may be disposed to correspond to each reception antenna 122 . Each of the low-noise amplifiers 123 may be connected to an output terminal of a corresponding reception antenna 122 to amplify a reception signal output from the corresponding reception antenna 122 .

이때, 저잡음 증폭기(123)를 수신 안테나(122)의 출력단에 연결함에 따라 저잡음 증폭기(123)로 입력되는 수신 신호는 원본 신호를 그대로 유지하거나 혹은 최소한의 노이즈 만을 포함할 수 있다.In this case, as the low-noise amplifier 123 is connected to the output terminal of the reception antenna 122 , the reception signal input to the low-noise amplifier 123 may maintain the original signal as it is or include only the minimum noise.

각 저잡음 증폭기(123)는 대응되는 수신 안테나(122)로부터 입력된 수신 신호를 증폭하여 수신 필터(124)로 출력할 수 있다. 이때, 수신 필터(124)는 저잡음 증폭기(123)에 의해 증폭된 수신 신호를 수신 주파수 대역으로 필터링하여 신호 처리부(125)로 전달할 수 있다. 신호 처리부(125)는 수신 안테나 모듈(121)과 케이블로 연결될 수 있다.Each of the low noise amplifiers 123 may amplify the received signal input from the corresponding receiving antenna 122 and output it to the receiving filter 124 . In this case, the reception filter 124 may filter the reception signal amplified by the low noise amplifier 123 into the reception frequency band and transmit it to the signal processing unit 125 . The signal processing unit 125 may be connected to the receiving antenna module 121 by a cable.

신호 처리부(125)는 AD(Analog to Digital) 컨버터(126) 및 신호 처리기(127)를 포함할 수 있다. AD 컨버터(126)는 수신 필터(124)에 의해 필터링된 신호가 케이블을 통해 입력되면, 입력된 아날로그 형태의 수신 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.The signal processor 125 may include an analog to digital (AD) converter 126 and a signal processor 127 . When the signal filtered by the reception filter 124 is input through a cable, the AD converter 126 may convert the input analog reception signal into a digital signal.

AD 컨버터(126)는 변환된 디지털 신호를 신호 처리기(127)로 전달할 수 있다. 여기서, 신호 처리기(127)는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA)가 해당될 수 있다. 물론, 그 외에도 안테나 수신기의 신호를 처리하는 회로 구조라면 어느 것이든 해당될 수 있다. 신호 처리기(127)는 AD 컨버터(126)에 의해 변환된 디지털 신호를 제어기(130)로 출력할 수 있다.The AD converter 126 may transmit the converted digital signal to the signal processor 127 . Here, the signal processor 127 may correspond to a field programmable gate array (FPGA). Of course, any other circuit structure for processing signals of the antenna receiver may be applicable. The signal processor 127 may output the digital signal converted by the AD converter 126 to the controller 130 .

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 2 내지 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제어기(130)는 하향링크 전송(S1) 시에 송신기(110)의 전력 증폭기(112)를 동작시키고, 수신기(120)의 저잡음 증폭기(123)의 동작을 중단시킬 수 있다. 제어기(130)는 상향링크 수신(S2) 시에는 송신기(110)의 전력 증폭기(112)의 동작을 중단시키고, 수신기(120)의 저잡음 증폭기(123)를 동작시킬 수 있다.5A and 5B are diagrams for explaining an operation of a time division duplex antenna device according to an embodiment of the present invention. 2 to 4, 5A and 5B, the controller 130 operates the power amplifier 112 of the transmitter 110 during downlink transmission S1, and the low-noise amplifier of the receiver 120 ( 123) can be stopped. The controller 130 may stop the operation of the power amplifier 112 of the transmitter 110 and operate the low noise amplifier 123 of the receiver 120 during uplink reception (S2).

실시예에서, 제어기(130)는 사업자가 보내는 신호의 크기(예를 들어, 0 ~ 3.3V)에 따라 송신 신호인지 수신 신호인지를 인식하고, 송신 신호 크기의 신호가 입력된 경우, 송신기(110)에 해당하는 부품들을 동작시키고, 수신 신호 크기의 신호가 입력된 경우, 수신기(120)에 해당하는 부품들을 동작시킬 수 있다.In an embodiment, the controller 130 recognizes whether a transmission signal or a received signal according to the magnitude of the signal sent by the operator (eg, 0 to 3.3V), and when a signal of the transmission signal magnitude is input, the transmitter 110 ), and when a signal having a received signal size is input, the components corresponding to the receiver 120 may be operated.

실시예에서, 제어기(130)는 도 5a에 도시된 바와 같이, 하향링크 전송과 상향링크 수신 간의 전환 시에 전력 증폭기(112)와 저잡음 증폭기(123)의 제어 명령을 동기화하여 전력 증폭기(112)와 저잡음 증폭기(123)의 동작을 동시에 전환시킬 수 있다.In the embodiment, the controller 130 synchronizes the control commands of the power amplifier 112 and the low-noise amplifier 123 at the time of switching between downlink transmission and uplink reception, as shown in FIG. 5A to control the power amplifier 112 . and the operation of the low-noise amplifier 123 may be simultaneously switched.

본 발명의 다른 실시예에서, 제어기(130)는 도 5b에 도시된 바와 같이, 전력 증폭기(112)와 저잡음 증폭기(123)의 동작 전환이 상이한 시점에서 수행되도록 전력 증폭기(112)와 저잡음 증폭기(123)의 제어 명령의 타이밍을 제어할 수도 있다. 일 예로, 제어기(130)는 송신기(110)로부터 송신된 하향링크 신호가 다양한 주변 환경에 의해 반사되어 수신기(120)에 유입되는 간섭 현상을 최소화하기 위하여, 하향링크 전송(S1)으로부터 상향링크 수신(S2)으로 전환시, 전력 증폭기(112)의 동작을 중단시킨 후, 전력 증폭기(112)의 동작을 중단시킨 시점으로부터 설정 시간(△T) 경과 후에 저잡음 증폭기(123)를 동작시킬 수 있다.In another embodiment of the present invention, the controller 130 controls the power amplifier 112 and the low-noise amplifier ( 123), the timing of the control command may be controlled. For example, the controller 130 receives the uplink from the downlink transmission S1 in order to minimize the interference phenomenon in which the downlink signal transmitted from the transmitter 110 is reflected by various surrounding environments and flows into the receiver 120 . When switching to ( S2 ), after stopping the operation of the power amplifier 112 , the low noise amplifier 123 may be operated after a set time ΔT has elapsed from the time when the operation of the power amplifier 112 is stopped.

전력 증폭기(112)의 동작 중단 시점과 저잡음 증폭기(123)의 동작 개시 시점 간의 시간 차이를 결정하는 설정 시간(△T)은 예를 들어, 하향링크 신호가 수신기(120)에 유입되어 발생한 간섭 신호가 미리 설정된 기준 간섭 레벨 미만으로 되는 시간으로부터 산출될 수 있다. 다른 예로, 제어기(130)는 전력 증폭기(112)의 동작 중단 시점과 저잡음 증폭기(123)의 동작 개시 시점 간의 시간 간격을 다양하게 변화시키면서 수신기(120)에서의 송신 신호와 수신 신호 간의 간섭 레벨 및/또는 수신 신호의 잡음지수를 측정하고, 수신기(120)에서의 송신 신호와 수신 신호의 간섭 레벨이 기준 간섭 레벨 미만이 되는 시간, 또는 수신 신호의 잡음지수가 최소가 되는 시간 등으로부터 설정 시간(△T)을 산출할 수도 있다.The set time ΔT for determining the time difference between the operation stop time of the power amplifier 112 and the operation start time of the low noise amplifier 123 is, for example, an interference signal generated by a downlink signal flowing into the receiver 120 . It can be calculated from the time when n is less than a preset reference interference level. As another example, the controller 130 variously changes the time interval between the operation stop time of the power amplifier 112 and the operation start time of the low-noise amplifier 123 and the level of interference between the transmitted signal and the received signal in the receiver 120 and / or measure the noise figure of the received signal, the set time ( ΔT) can also be calculated.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치의 구성도이다. 도 6에 도시된 실시예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성요소에 대하여는 중복되는 설명을 생략할 수 있다. 도 6에 도시된 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치(100)는 수신기(120)가 필터(128)와 합성기(Combiner)(129)를 더 포함하는 점에서 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다.6 is a block diagram of a time division duplex antenna device according to another embodiment of the present invention. In the description of the embodiment illustrated in FIG. 6 , redundant descriptions of the same or corresponding components as those of the above-described embodiment may be omitted. The time division duplex antenna apparatus 100 according to the embodiment shown in FIG. 6 is different from the embodiment described above in that the receiver 120 further includes a filter 128 and a combiner 129 .

도 2 및 도 6을 참조하면, 수신기(120)의 수신 안테나 모듈은 수신 안테나(122)를 복수개 포함할 수 있다. 복수개의 수신 안테나(122)는 배열 안테나(array antenna)를 구성할 수도 있다. 합성기(129)는 수신기(120)의 제2 경로(P2)를 따라 저잡음 증폭기(123)와 수신 필터(124) 사이에 마련될 수 있다. 합성기(129)는 복수개의 수신 안테나(122)에 의해 수신된 복수개의 상향링크 신호를 합성할 수 있다. 저잡음 증폭기(123)는 제2 경로(P2)를 따라 각 수신 안테나(122)와 합성기(129) 사이에 마련될 수 있다. 다시말해, 수신 안테나(122)는 복수개의 수신 안테나(122)로 구비되고, 저잡음 증폭기(123)는 상기 복수개의 수신 안테나(122)에 의해 각각 수신된 상기 상향링크 신호를 각각 저잡음 증폭하는 복수개의 저잡음 증폭기(123)로 구비되며, 상기 수신 필터(124)는 단일의 수신 필터(124)로 구비된다. 합성기(129)는 단일의 합성기(129)의 구비되어, 상기 제2 경로(P2)를 따라 상기 복수개의 저잡음 증폭기(123)와 상기 단일의 수신 필터(124) 사이에 마련되고, 복수개의 수신 안테나(122)에 의해 각각 수신되어 상기 복수개의 저잡음 증폭기(123)를 각각 통과한 복수개의 상향링크 신호를 합성할 수 있다.2 and 6 , the reception antenna module of the receiver 120 may include a plurality of reception antennas 122 . The plurality of receiving antennas 122 may constitute an array antenna. The synthesizer 129 may be provided between the low noise amplifier 123 and the reception filter 124 along the second path P2 of the receiver 120 . The synthesizer 129 may synthesize a plurality of uplink signals received by the plurality of reception antennas 122 . The low noise amplifier 123 may be provided between each reception antenna 122 and the synthesizer 129 along the second path P2 . In other words, the reception antenna 122 is provided with a plurality of reception antennas 122 , and the low-noise amplifier 123 is a plurality of low-noise amplifications for each of the uplink signals received by the plurality of reception antennas 122 , respectively. It is provided as a low-noise amplifier 123 , and the reception filter 124 is provided as a single reception filter 124 . The synthesizer 129 is provided with a single synthesizer 129, is provided between the plurality of low noise amplifiers 123 and the single reception filter 124 along the second path P2, and includes a plurality of reception antennas. A plurality of uplink signals respectively received by 122 and passed through the plurality of low noise amplifiers 123 may be synthesized.

필터(128)는 복수개의 필터(128)로 구비될 수 있고, 복수개의 필터(128)는 제2 경로(P2)를 따라 복수개의 수신 안테나(122)와 복수개의 저잡음 증폭기(123) 사이에 각각 마련될 수 있다. 실시예에서, 복수개의 필터(128)는 예를 들어, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 아웃 오브 밴드 차단(Out of band blocking) 규격에 의한 신호가 인가될 때 발생할 수 있는 복수개의 저잡음 증폭기(123)의 포화(Saturation)를 각각 방지하도록 구성될 수 있다.The filter 128 may be provided with a plurality of filters 128 , and the plurality of filters 128 are respectively between the plurality of reception antennas 122 and the plurality of low-noise amplifiers 123 along the second path P2 . can be provided. In the embodiment, the plurality of filters 128, for example, a plurality of low-noise amplifiers 123 that may be generated when a signal according to the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) out-of-band blocking standard is applied. may be configured to prevent saturation of each.

수신 필터(124)는 제2 경로(P2)를 따라 합성기(129)의 출력단과 제어기(130) 사이에 마련될 수 있다. 수신 필터(124)는 합성기(129)에 의해 복수개의 상향링크 신호로부터 합성되어 출력되는 수신 신호에서 아웃 오브 밴드(Out of band) 신호를 차단하도록 구성될 수 있다.The reception filter 124 may be provided between the output terminal of the synthesizer 129 and the controller 130 along the second path P2 . The reception filter 124 may be configured to block an out of band signal from a reception signal synthesized from a plurality of uplink signals by the synthesizer 129 and output.

송신기(110)의 송신 안테나 모듈은 송신 안테나(115)를 복수개 포함할 수 있다. 복수개의 송신 안테나(115)는 배열 안테나(array antenna)를 구성할 수도 있다. 분배기(Divider)(116)는 하향링크 신호의 전력을 분배하여 복수개의 송신 안테나(115)로 분배하여 출력할 수 있다. 전력 증폭기(112)와 송신 필터(114) 사이에는 격리기(isolator)가 마련될 수 있다.The transmit antenna module of the transmitter 110 may include a plurality of transmit antennas 115 . The plurality of transmit antennas 115 may constitute an array antenna. The divider 116 may distribute the power of the downlink signal to the plurality of transmit antennas 115 and output the distribution. An isolator may be provided between the power amplifier 112 and the transmission filter 114 .

도 6의 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치(100)는 수신 안테나(122)와 저잡음 증폭기(123) 사이에 송수신 전환 스위치(TDD 스위치)가 배치되지 않는다. 따라서, 저잡음 증폭기(123)를 수신 안테나(122)와 근접한 거리에 배치할 수 있어 제2 경로(P2)를 따라 수신 안테나(122)와 저잡음 증폭기(123) 간의 거리가 최소화될 수 있다.In the time division duplex antenna apparatus 100 according to the embodiment of FIG. 6 , a transmission/reception switching switch (TDD switch) is not disposed between the reception antenna 122 and the low noise amplifier 123 . Accordingly, the low-noise amplifier 123 may be disposed at a close distance to the reception antenna 122 , so that the distance between the reception antenna 122 and the low-noise amplifier 123 along the second path P2 may be minimized.

실시예에서, 제2 경로(P2)를 따르는 수신 안테나(122)와 저잡음 증폭기(123) 간의 거리는 제1 경로(P1)를 따르는 송신 안테나(115)와 전력 증폭기(12) 간의 거리보다 짧게 제공될 수 있다. 따라서, 수신 안테나(122)에서부터 저잡음 증폭기(123) 앞단까지의 신호 손실이 최소화되고, 그에 따라 시스템 전체의 잡음지수(NF; Noise Figure)가 개선되어 안테나 성능이 향상될 수 있다.In an embodiment, the distance between the receive antenna 122 and the low-noise amplifier 123 along the second path P2 may be provided to be shorter than the distance between the transmit antenna 115 and the power amplifier 12 along the first path P1. can Accordingly, signal loss from the receiving antenna 122 to the front end of the low noise amplifier 123 is minimized, and accordingly, the noise figure (NF) of the entire system is improved, thereby improving antenna performance.

송신기(110)의 송신 필터(114)는 상대적으로 높은 전력의 송신 신호를 필터링하기 위해 큰 크기로 설계되어야 하지만, 수신 안테나(122)와 저잡음 증폭기(123) 사이에 마련된 필터(128)는 송신기(110)에서 사용되는 송신 필터(114) 보다 작은 크기로 설계 가능하다. 따라서, 도 6의 실시예에서, 수신기(120)의 저잡음 증폭기(123)와 수신 안테나(122) 간의 거리는 송신기(110)의 송신 안테나(115)와 전력 증폭기(112) 간의 거리보다 짧게 설계 가능하다.The transmit filter 114 of the transmitter 110 should be designed with a large size in order to filter the transmit signal of relatively high power, but the filter 128 provided between the receive antenna 122 and the low noise amplifier 123 is the transmitter ( It is possible to design a smaller size than the transmit filter 114 used in 110). Accordingly, in the embodiment of FIG. 6 , the distance between the low noise amplifier 123 and the receiving antenna 122 of the receiver 120 can be designed to be shorter than the distance between the transmitting antenna 115 and the power amplifier 112 of the transmitter 110 . .

도 6의 실시예에 의하면, 잡음지수(NF; Noise Figure)를 줄이기 위해, 수신기(120)의 저잡음 증폭기(123) 전단에 필터(128)를 추가하여 저잡음 증폭기(123) 전단의 잡음지수를 줄일 수 있으며, 저잡음 증폭기(123)의 후단과 제어기(130)의 전단의 사이에 수신 필터(124)를 추가하여 다수의 저잡음 증폭기(123)에 의해 증폭된 후 합성된 상향링크 신호의 잡음지수를 저감하거 제어기(130)의 디지털단을 잡음으로부터 보호할 수 있다. 이에 따라, 필터(128)와 수신 필터(124)로 이루어지는 2단 필터에 의해 저잡음 증폭기(123)의 전/후단의 잡음지수와 제어기(130)의 디지털단 전단의 잡음지수를 모두 효과적으로 줄일 수 있다.According to the embodiment of FIG. 6, in order to reduce the noise figure (NF), a filter 128 is added to the front end of the low noise amplifier 123 of the receiver 120 to reduce the noise figure of the front end of the low noise amplifier 123. In addition, a reception filter 124 is added between the rear end of the low noise amplifier 123 and the front end of the controller 130 to reduce the noise figure of the synthesized uplink signal after amplification by a plurality of low noise amplifiers 123 . It is possible to protect the digital terminal of the Hager controller 130 from noise. Accordingly, both the noise figure of the front and rear stages of the low-noise amplifier 123 and the noise figure of the front stage of the digital stage of the controller 130 can be effectively reduced by the two-stage filter comprising the filter 128 and the receiving filter 124 . .

종래의 시분할 듀플렉스 안테나 장치의 경우, 송신 라인의 전력이 크고 규격이 수신 라인보다 엄격하기 때문에 송신 라인에 맞추어 필터 사이즈가 큰 것을 사용할 수 밖에 없었으며, 이로 인해 수신단의 신호 손실이 큰 단점이 있었다. 그러나, 본 발명의 실시예에 의하면, 송신 라인과 수신 라인을 별도로 사용하기 때문에 수신 라인은 수신 신호(상항링크 신호)의 잡음지수를 고려하여 필요한 사이즈의 필터를 사용하면 되므로, 수신단의 신호 손실을 줄일 수 있는 이점이 제공된다.In the case of the conventional time division duplex antenna device, since the power of the transmission line is large and the standard is stricter than that of the reception line, a filter having a large filter size according to the transmission line has to be used, and this has a disadvantage in that the signal loss of the receiving end is large. However, according to the embodiment of the present invention, since the transmission line and the reception line are used separately, the reception line needs to use a filter of a required size in consideration of the noise figure of the reception signal (uplink signal), thereby reducing signal loss at the reception end. There are benefits to be reduced.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치를 구성하는 수신기의 구성도이다. 도 7에 도시된 실시예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성요소에 대하여는 중복되는 설명을 생략할 수 있다. 도 7에 도시된 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치(100)는 수신기(120)가 수신 안테나 모듈(120a, 120b)을 복수개 포함하고, 버틀러 매트릭스(Butler Matrix)(140)를 더 포함하는 점에서, 앞서 설명한 실시예들과 차이가 있다.7 is a block diagram of a receiver constituting a time division duplex antenna apparatus according to another embodiment of the present invention. In the description of the embodiment illustrated in FIG. 7 , redundant descriptions of the same or corresponding components as those of the above-described embodiment may be omitted. In the time division duplex antenna apparatus 100 according to the embodiment shown in FIG. 7 , the receiver 120 includes a plurality of receive antenna modules 120a and 120b and further includes a Butler Matrix 140 . , is different from the above-described embodiments.

도 2 및 도 7을 참조하면, 버틀러 매트릭스(140)는 제2 경로(P2)를 따라 복수개의 수신 안테나 모듈(120a, 120b)과 제어기(130) 사이에 마련될 수 있다. 버틀러 매트릭스(140)는 하이브리드 커플러(hybrid coupler)와 위상 쉬프터(phase shifter)를 포함하여 구성될 수 있다.2 and 7 , the Butler matrix 140 may be provided between the plurality of reception antenna modules 120a and 120b and the controller 130 along the second path P2 . The Butler matrix 140 may include a hybrid coupler and a phase shifter.

버틀러 매트릭스(140)에 의해, 복수개의 수신 안테나 모듈(120a, 120b)에 의해 생성된 복수개의 수신신호를 결합(Combine)하여 수신 빔의 조향성을 얻거나 멀티 수신 빔(multi-beam) 특성을 얻을 수 있으며, 안테나 이득(Gain)을 높일 수 있다. 버틀러 매트릭스(140)는 2×2 매트릭스, 4×4 매트릭스, 8×8 매트릭스 등의 다양한 유형이 모두 사용 가능하다.By combining the plurality of reception signals generated by the plurality of reception antenna modules 120a and 120b by the Butler matrix 140 to obtain the steerability of the reception beam or to obtain a multi-beam characteristic and can increase the antenna gain. Various types of the Butler matrix 140, such as a 2×2 matrix, a 4×4 matrix, and an 8×8 matrix, may all be used.

본 발명의 실시예에 따른 시분할 듀플렉스 안테나 장치의 수신기는 수신 안테나와 저잡음 증폭기 사이를 케이블로 연결하지 않고, 저잡음 증폭기가 수신 안테나의 출력단에 직접 연결될 수 있다. 이 경우, 저잡음 증폭기로 입력되는 수신 신호의 잡음지수(NF)는 1.6dB로 종래의 시분할 듀플렉스 안테나 장치와 비교하여 4dB 만큼 수신 신호의 잡음지수가 감소되고, 그에 따라 수신 안테나의 이득은 1.5dB 만큼 향상될 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 종래의 안테나 장치와 비교하여 거리로는 약 1.68배, 면적으로는 약 2.82배의 상향링크 커버리지 개선 효과를 얻을 수 있다.In the receiver of the time division duplex antenna device according to an embodiment of the present invention, the low noise amplifier may be directly connected to the output terminal of the receiving antenna without connecting the receiving antenna and the low noise amplifier with a cable. In this case, the noise figure (NF) of the received signal input to the low-noise amplifier is 1.6 dB, and the noise figure of the received signal is reduced by 4 dB compared to the conventional time division duplex antenna device, and accordingly, the gain of the receiving antenna is 1.5 dB. can be improved According to the embodiment of the present invention, compared with the conventional antenna device, it is possible to obtain an uplink coverage improvement effect of about 1.68 times in distance and 2.82 times in area.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/ 또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소 중의 일부(예를 들어, 신호 처리부, 신호 처리기, 제어기 등), 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(Arithmetic Logic Unit), 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(Field Programmable Gate Array), PLU(Programmable Logic Unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다.The embodiments described above may be implemented by a hardware component, a software component, and/or a combination of a hardware component and a software component. For example, some of the devices, methods, and components described in the embodiments (eg, a signal processing unit, a signal processor, a controller, etc.), eg, a processor, a controller, an Arithmetic Logic Unit (ALU), a digital signal one or more general purpose computers, such as a processor (Digital Signal Processor), microcomputer, Field Programmable Gate Array (FPGA), Programmable Logic Unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. Alternatively, it may be implemented using a special purpose computer.

처리 장치는 운영 체제 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(Processing Element) 및/또는 복수 유형의 처리요소를 포함할 수 있음을 이해할 것이다.The processing device may run an operating system and one or more software applications running on the operating system. A processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For convenience of understanding, a processing device is sometimes described as being used, but a person of ordinary skill in the art will recognize that the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It will be understood that this may include

예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(Parallel Processor) 와 같은, 다른 처리 구성(Processing configuration)도 가능하다. 소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(Computer Program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a Parallel Processor. The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more thereof, which configures a processing device to operate as desired or is independently or collectively processed You can command the device.

소프트웨어 및/ 또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody) 될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software and/or data may be any kind of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, to be interpreted by or provide instructions or data to the processing device. , or may be permanently or temporarily embody in a transmitted signal wave. The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

100: 시분할 듀플렉스 안테나 장치 110: 송신기
110a: 송신 안테나 모듈 112: 전력 증폭기
113: 격리기 114: 송신 필터
115: 송신 안테나 116: 분배기
120: 수신기 120a, 120b, 121: 수신 안테나 모듈
122: 수신 안테나 123: 저잡음 증폭기
124: 수신 필터 125: 신호 처리부
126: AD 컨버터 127: 신호 처리기
128: 필터 129: 합성기
130: 제어기 140: 버틀러 매트릭스100: time division duplex antenna device 110: transmitter
110a: transmit antenna module 112: power amplifier
113: isolator 114: transmit filter
115: transmit antenna 116: splitter
120: receiver 120a, 120b, 121: receive antenna module
122: receiving antenna 123: low noise amplifier
124: reception filter 125: signal processing unit
126: AD converter 127: signal processor
128: filter 129: synthesizer
130: controller 140: butler matrix

Claims (11)

시분할 듀플렉스(TDD: Time-division duplex) 방식으로 하향링크와 상향링크를 송수신하는 시분할 듀플렉스 안테나 장치에 있어서,
적어도 하나의 송신 안테나 모듈을 포함하고, 제1 경로를 통해 하향링크 신호를 송신하는 송신기;
적어도 하나의 수신 안테나 모듈을 포함하고, 상기 제1 경로와 중첩되는 부분 없이 상기 제1 경로로부터 분리된 제2 경로를 통해 상향링크 신호를 수신하는 수신기; 및
상기 송신기와 상기 수신기를 시분할 듀플렉스 방식으로 제어하는 제어기를 포함하고,
상기 송신 안테나 모듈은,
상기 제1 경로 상에 마련되고, 송신 신호의 전력을 증폭하는 전력 증폭기;
상기 제1 경로 상에 마련되고, 상기 전력 증폭기에 의해 증폭된 송신 신호의 주파수를 필터링하여 상기 하향링크 신호를 생성하는 송신 필터; 및
상기 제1 경로 상에 마련되고, 상기 송신 필터에 의해 필터링되어 생성된 상기 하향링크 신호를 송신하는 적어도 하나의 송신 안테나를 포함하고,
상기 수신 안테나 모듈은,
상기 제2 경로 상에 마련되고, 상기 상향링크 신호를 수신하는 적어도 하나의 수신 안테나;
상기 제2 경로 상에 마련되고, 상기 수신 안테나에 의해 수신된 상기 상향링크 신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭기; 및
상기 제2 경로 상에 마련되고, 상기 저잡음 증폭기에 의해 저잡음 증폭된 상기 상향링크 신호의 주파수를 필터링하는 수신 필터를 포함하고,
상기 저잡음 증폭기는, 상기 상향링크 신호가 수신되는 상기 제2 경로를 따라 상기 수신 안테나와 상기 수신 필터 사이에 배치되고,
상기 제어기는,
상기 하향링크 전송시 상기 전력 증폭기를 동작시키고, 상기 저잡음 증폭기의 동작을 중단시키고;
상기 상향링크 수신시 상기 전력 증폭기의 동작을 중단시키고, 상기 저잡음 증폭기를 동작시키도록 구성되고,
상기 수신 안테나는 복수개의 수신 안테나로 구비되고,
상기 저잡음 증폭기는 상기 복수개의 수신 안테나에 의해 각각 수신된 상기 상향링크 신호를 각각 저잡음 증폭하는 복수개의 저잡음 증폭기로 구비되며,
상기 수신 필터는 단일의 수신 필터로 구비되고,
상기 수신 안테나 모듈은,
상기 제2 경로를 따라 상기 복수개의 저잡음 증폭기와 상기 단일의 수신 필터 사이에 마련되고, 복수개의 수신 안테나에 의해 각각 수신되어 상기 복수개의 저잡음 증폭기를 각각 통과한 복수개의 상향링크 신호를 합성하는 단일의 합성기를 더 포함하는, 시분할 듀플렉스 안테나 장치.In a time division duplex antenna device for transmitting and receiving downlink and uplink in a time division duplex (TDD) scheme,
a transmitter including at least one transmit antenna module and transmitting a downlink signal through a first path;
a receiver including at least one receiving antenna module and configured to receive an uplink signal through a second path separated from the first path without a portion overlapping the first path; and
A controller for controlling the transmitter and the receiver in a time division duplex scheme,
The transmit antenna module,
a power amplifier provided on the first path and amplifying power of a transmission signal;
a transmission filter provided on the first path and configured to generate the downlink signal by filtering a frequency of the transmission signal amplified by the power amplifier; and
at least one transmit antenna provided on the first path and configured to transmit the downlink signal generated by being filtered by the transmit filter;
The receiving antenna module,
at least one receiving antenna provided on the second path and configured to receive the uplink signal;
a low-noise amplifier provided on the second path and configured to low-noise amplify the uplink signal received by the reception antenna; and
a receiving filter provided on the second path and filtering the frequency of the uplink signal amplified to low noise by the low noise amplifier;
The low noise amplifier is disposed between the reception antenna and the reception filter along the second path through which the uplink signal is received,
The controller is
operating the power amplifier during the downlink transmission and stopping the operation of the low noise amplifier;
and to stop the operation of the power amplifier and operate the low-noise amplifier when receiving the uplink,
The receiving antenna is provided with a plurality of receiving antennas,
The low-noise amplifier is provided with a plurality of low-noise amplifiers each low-noise amplifying the uplink signals respectively received by the plurality of reception antennas,
The reception filter is provided as a single reception filter,
The receiving antenna module,
It is provided between the plurality of low-noise amplifiers and the single reception filter along the second path, and is respectively received by a plurality of reception antennas and synthesizes a plurality of uplink signals that have passed through the plurality of low-noise amplifiers, respectively. A time division duplex antenna device, further comprising a synthesizer. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2 경로를 따르는 상기 수신 안테나와 상기 저잡음 증폭기 간의 거리는, 상기 제1 경로를 따르는 상기 송신 안테나와 상기 전력 증폭기 간의 거리보다 짧은, 시분할 듀플렉스 안테나 장치.According to claim 1,
and a distance between the receive antenna and the low noise amplifier along the second path is shorter than a distance between the transmit antenna and the power amplifier along the first path. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 수신 안테나 모듈은,
상기 제2 경로를 따라 상기 복수개의 수신 안테나와 상기 복수개의 저잡음 증폭기 사이에 각각 마련되고, 상기 복수개의 저잡음 증폭기의 포화를 각각 방지하도록 구성되는 복수개의 필터를 더 포함하는, 시분할 듀플렉스 안테나 장치.According to claim 1,
The receiving antenna module,
A time division duplex antenna device comprising: a plurality of filters respectively provided between the plurality of receive antennas and the plurality of low noise amplifiers along the second path and configured to respectively prevent saturation of the plurality of low noise amplifiers. 제5항에 있어서,
상기 수신 필터는,
상기 제2 경로를 따라 상기 합성기의 출력단과 상기 제어기 사이에 마련되고, 상기 합성기에 의해 상기 복수개의 상향링크 신호로부터 합성되어 출력되는 수신 신호에서 아웃 오브 밴드(Out of band) 신호를 차단하도록 구성되는, 시분할 듀플렉스 안테나 장치.6. The method of claim 5,
The receiving filter is
provided between the output terminal of the synthesizer and the controller along the second path, and configured to block an out of band signal from a received signal synthesized from the plurality of uplink signals by the synthesizer and output , a time division duplex antenna device. 제1항에 있어서,
상기 수신기는 상기 수신 안테나 모듈을 복수개 포함하고,
상기 수신기는, 상기 제2 경로를 따라 복수개의 수신 안테나 모듈과 상기 제어기 사이에 마련되고, 상기 복수개의 수신 안테나 모듈에 의해 생성된 복수개의 수신신호를 결합하여 멀티 빔을 형성하는 버틀러 매트릭스(Butler Matrix)를 더 포함하는, 시분할 듀플렉스 안테나 장치.According to claim 1,
The receiver includes a plurality of receiving antenna modules,
The receiver is provided between a plurality of reception antenna modules and the controller along the second path, and combines a plurality of reception signals generated by the plurality of reception antenna modules to form a multi-beam (Butler Matrix) ) further comprising, a time division duplex antenna device. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 수신기는 상기 송신기와 분리된 별도의 회로로 구성되는, 시분할 듀플렉스 안테나 장치.According to claim 1,
The receiver is configured as a separate circuit separate from the transmitter, a time division duplex antenna device. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 저잡음 증폭기는 상기 수신 안테나의 출력단에 직접 연결되는, 시분할 듀플렉스 안테나 장치.According to claim 1,
and the low noise amplifier is directly connected to an output of the receive antenna.
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