KR19990058809A - 분산 안테나를 이용한 음영 지역용 기지국 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분산 안테나(DA)를 이용한 음영 지역용 기지국에 관한 것이다. 특히 누설 동축 선로(LCX)와의 시스템 정합과 분산 안테나 시스템을 이동 전화 기지국에 적용하여 음영 지역에 이동 전화 서비스를 가능하게 하는 이동 전화 기지국의 고주파부에 관한 것이다.

본 발명은, 이동 전화에 통신 서비스를 제공하는 기지국을 포함하는 이동 통신 시스템에 있어서, 송출될 고주파 신호에 대하여 양방향 여파의 기능을 수행하여 안테나로 연결하는 안테나 초단, 상기 안테나 초단과 연결되어 신호를 결합하는 분산 안테나 인터페이스부, 상기 안테나 초단과 연결되어 신호를 송수신하는 전력 분배기 및 상기 전력 분배기와 연결된 누설 동축 선로(LCX) 정합 장치를 포함한다. 본 발명은, 고전력 증폭기를 사용하여 안테나 초단과 누설 동축 선로를 정합함으로써 별도의 시스템 없이도 지하의 긴 터널이나 여러 층의 지하 공간 및 건물 내부 등의 공간에 이동 전화 서비스를 가능하게 한다. 또한 시스템에 분산 안테나를 채용하여, 별도의 기지국을 설치하지 않고도, 여러 층의 지하 공간과 지형적으로 긴 형태의 지하 상가에서 시간 다이버시티와 공간 다이버시티를 이용한 양질의 이동 전화 서비스를 가능하게 한다.

Description

분산 안테나를 이용한 음영 지역용 기지국

본 발명은 분산 안테나(Distributed Antenna: DA)를 이용한 음영 지역(Shadow Area)용 기지국(Base Station)의 고주파부(Radio Frequency Unit: RFU)에 관한 것으로서, 특히 누설 동축 선로(Leakage Coaxial Cable: LCX)와의 시스템 정합과 분산 안테나(DA) 시스템을 이동 전화 기지국에 적용하여 음영 지역에 이동 전화 서비스를 가능하게 하는 이동 전화 기지국의 고주파부에 관한 것이다.

국제 표준화 기구인 IS-95에 의하면, CDMA(Code Division Multiple Access) 기술을 사용하는 통상적인 이동 통신 시스템은 통화 서비스를 제공받는 이동 단말(MS)과, 서비스를 제공하는 일정 셀 단위의 기지국(Base station Transceiver Subsystem: BTS)을 포함하여 구성된다. 상기 기지국은 기존의 공중 교환 전화망(Public Switched Telephone Network: PSTN)으로 접속되며, 각 셀 내의 이동 단말은 해당 셀을 서비스하는 기지국과 무선 채널(radio channel)을 형성하고 통신을 수행한다.

도 1 은 일반적인 이동 통신 시스템의 구조도를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 기지국은 이동 단말에게 이동 전화 서비스를 제공한다. 상기 기지국은 시스템 제어 및 교환기와 연결되어 데이터를 송수신하며, 상기 시스템 제어 및 교환기는 공중 교환 전화망 또는 다른 망에 연결된다.

도 2 는 종래 기술에 의한 기지국 시스템의 구조도를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 고주파부(Radio Frequency Unit: RFU)와 디지털부(Digital Unit: DU)로 구성되어 있다.

디지털부는 안테나로부터 고주파수(Radio Frequency: RF) 신호로부터 내부 처리를 위해 하향 변환(down-converting)된 중간 주파수(Intermediate Frequency: IF)를 받아 복조를 수행하고, 기지국 제어 시스템으로부터 받은 중간 주파수 대역의 기본 대역 신호를 변조하여 고주파부로 전송한다.

고주파부는 중간 주파수 신호를 상향 변환한 후, 고전력 증폭기(High Power Amplifier: HPA)를 사용하여 신호를 증폭하고, 송신 대역 통과 여파기(Transmit Band Pass Filter: Tx BPF)를 사용하여 송신 신호를 여파한다. 송신 신호는 송신 안테나를 통해서 방사된다.

기지국 시스템은 2개의 수신 안테나를 통해 고주파 신호를 수신한다. 수신된 신호는 수신 대역 통과 여파기(Receive BPF: Rx BPF)에서 여파된 후, 중간 주파수 신호로 하향 변환된다.

이때 1개의 송신 대역 통과 여파기는 1개와 2개의 수신 대역 통과 여파기가 시스템에 실장된다. 그러므로 시스템의 공간을 많이 차지하게 된다.

또한 상기와 같이 구성된 일반적인 이동 전화 기지국은 옥외 안테나를 통하여 신호를 송수신한다. 안테나에서 방사된 신호가 자유공간에 전파되면, 일정한 전파 영역 내에서만 서비스가 가능하다. 그러므로 가입자가 전파 영역을 벗어나면 서비스가 불가능해진다.

기지국은 실외에 고정적으로 설치되지만 이동 단말의 위치는 사용자의 이동에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어 이동 단말은 지하철역, 지하상가, 지하 터널 및 건물 내부 등의 음영 지역에 위치할 수 있다. 이러한 경우에도 기지국은 이동 단말에게 계속해서 서비스를 제공하여야 한다. 이동 단말이 음영 지역에 위치해 있고 기지국 안테나가 지상에 설치되어 있는 경우, 기지국의 신호는 음영 지역까지 전파될 수 없다. 또한 음영 지역에 기지국을 설치하여 지하에 안테나를 설치한다 하더라도, 여러 층으로 나뉘어져 있는 지하철역이나 긴 터널에서는 기존의 안테나로 서비스를 제공하기 어렵다는 문제점을 가진다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 지하철역이나 지하 터널, 지하 상가 및 건물 내부 등의 음영 지역내의 이동 단말에게 서비스를 제공하기 위하여, 음영 지역에 기지국과 정합된 누설 동축 선로를 설치하며, 고전력 증폭기의 송신 신호를 해당 누설 동축 선로에 결합(coupling)하여 누설 동축 선로를 통한 신호가 분산 안테나의 송신 입력 단자에 입력되도록 한 기지국의 고주파부를 구현하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 일반적인 이동 통신 시스템의 구조도.

도 2 는 종래 기술에 의한 기지국 시스템의 구조도.

도 3 은 본 발명에 의한 음영 지역용 기지국의 구조도.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 바람직한 일 실시예는, 이동 전화에 통신 서비스를 제공하는 기지국을 포함하는 이동 통신 시스템에 있어서,

송출될 고주파 신호에 대하여 양방향 여파의 기능을 수행하여 안테나로 연결하는 안테나 초단과;

상기 안테나 초단과 연결되어 신호를 결합하는 분산 안테나 인터페이스부;

상기 안테나 초단과 연결되어 신호를 송수신하는 전력 분배기; 및

상기 전력 분배기와 연결된 누설 동축 선로(LCX) 정합 장치를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 안테나 초단은,

송수신 신호를 여파하는 양방향 여파기와;

수신 신호를 저잡음 증폭하는 증폭기;

수신 신호를 2개의 경로로 분배하는 분배기;

송신 신호를 결합하여 안테나 인터페이스부로 연결하는 방향성 결합기; 및

송/수신 신호를 결합하는 방향성 결합기를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분산 안테나 인터페이스부는, 안테나 초단으로부터 전해진 신호를 분배하여 서로 다른 두 개의 경로를 통해 여러 음영 지역에 설치된 분산 안테나 소자로 연결하는 것이 바람직하며, 상기 두 개의 경로 신호는 서로 다른 지연값을 갖는 것이 바람직하며, 상기 두 개의 경로 신호는 각각 지연값 0㎲와 지연값 1.25㎲를 갖는 것이 바람직하며,

상기 전력 분배기는, 안테나 초단으로부터 전달된 송수신 신호를 분배/결합하며, 음영 지역에 설치되어 전파를 송수신하는 야기 안테나와 연결되는 것이 바람직하며,

상기 누설 동축 선로(LCX) 정합 장치는 여러 음영 지역에 설치되어 전파를 송수신하는 누설 동축 선로와 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명의 구체적인 구조는 다음과 같다.

지하 터널에 설치된 누설 동축 선로(LCX)에 시스템의 고전력 증폭기(HPA) 출력을 연결하고, 송수신 경로가 동일한 양방향 여파 장치(Filter Unit)인 안테나 초단_C(Antenna Front End Unit_C: AFEU_C)를 시스템에 적용하여 누설 동축 선로를 송수신 안테나로 활용한다.

분산 안테나(DA)는 기지국내 설치되는 분산 안테나 인터페이스(DA Interface: DAI)와 분산 안테나 소자(DA Element: DAE)로 구성된다. 분산 안테나 소자는 인위적인 시간 다이버시티(time diversity)와 공간 다이버시티(space diversity)를 이동 단말에게 제공한다. 전체 분산 안테나는 총 8개까지 확장이 가능한 노드(node)로 구성되며, 각 노드는 분산 안테나 소자 2개로 구성된다.

노드로 구성된 분산 안테나는 지하 역사의 각 층이나 지형적으로 긴 형태의 지하 상가에 설치되며, 지하에 위치한 이동 단말에 시간 다이버시티를 제공하는 신호를 송출함으로써 전파 음영 지역의 통신 서비스 제공을 가능하게 한다. 또한 분산 안테나 소자는 각 노드간의 간섭을 제거하는 회로 구조를 가지므로, 노드간의 중첩되는 지역에서도 간섭이 적은 신호를 수신할 수 있으며, 기지국에 공간 다이버시티를 제공한다.

또한 기지국과 누설 동축 선로 정합 장치 사이에 설치된 분배기를 사용하여 고전력 증폭기의 송신 신호를 분배하고, 안테나 설치가 필요한 공간에 야기 안테나(Yagi Antenna)를 설치하여 분배된 신호를 송출함으로써, 통신 서비스를 제공한다.

도 3 은 본 발명에 의한 음영 지역용 기지국의 구조도를 나타낸 것이다. 이하 도면을 참조하여 본 발명의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 음영 지역용 기지국은 도 3 에 나타낸 바와 같이, 안테나 초단(Antenna Front End Unit)(300)과 고전력 증폭기(210)등으로 구성된 고주파부와; 분산 안테나 소자와의 인터페이스 역할을 하는 분산 안테나 인터페이스와 전원 공급기 등으로 구성된 분산 안테나 인터페이스부(500)로 구성된다.

디지털 부(100)에서 변조된 신호는 송수신기 장치(200)를 통과한 다음, 고전력 증폭기(210)에서 증폭된다. 증폭된 신호는 송수신 경로가 동일한 안테나 초단(300)을 통해 지하 터널의 누설 동축 선로(LCX)와 연결된다. 또한 증폭된 신호는 안테나 초단(300)의 방향성 결합기(Directional Coupler)(350)에서 결합되어, 기지국 내의 분산 안테나 인터페이스부(500)로 전해진다. 분산 안테나 인터페이스부(500)는 지하 역사의 각 층이나 지하 상가에 설치된 분산 안테나 소자(600)로 신호를 송출한다. 또한 이동 단말로부터 전해진 신호는 지하 터널의 누설 동축 선로 또는 분산 안테나 소자를 통해 기지국으로 수신된다. 분산 안테나(600)와 야기 안테나(700)는 음영 지역인 지하 터널에 설치된다.

고전력 증폭기(210)는 송수신기 장치(200)의 상승 변환기(up-converter)로부터 신호를 받아, 지정된 레벨로 신호를 증폭한다.

안테나 초단(300)은 동일한 경로를 사용하여 송신과 수신을 수행한다. 안테나 초단(300)은 송수신 신호를 여파하는 송신 대역 여파기(Tx BPF)와 수신 대역 여파기(330), 수신 신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier: LNA)(320), 기지국의 상태를 점검하는 기지국 시험 장치(Base Test Unit: BTU), 분산 안테나 인터페이스부(500)로 신호를 결합해 주는 2개의 방향성 결합기(350)(360), 수신 신호를 분배하는 2방향 전력 분배기(2 way power divider: 2WPD)(310)로 구성된다.

분산 안테나 인터페이스부(500)는 안테나 초단(300)의 방향성 결합기(350)(360)로부터 전해진 입력 신호를 두 개의 출력 신호 A, B로 만들어 분산 안테나 소자(600)로 제공한다. 출력 신호 B는 이동국의 레이크 수신기(RAKE Receiver) 동작을 위해, 출력 신호 A보다 1.25㎲ 지연된다.

1개의 분산 안테나 소자 노드는 각각 2개의 분산 안테나 소자로 구성된다. 각 분산 안테나 소자는 분산 안테나 인터페이스부 또는 다른 분산 안테나 소자로부터 신호를 받아 이동 단말로 송신한다. 또한 이동 단말로부터 송신된 신호를 수신하여, 다른 분산 안테나 소자 또는 분산 안테나 인터페이스부로 전송한다. 1개의 분산 안테나 소자 노드는 2개의 분산 안테나 소자로 구성되며, 각 분산 안테나 소자는 입력된 신호를 2.5㎲ 지연시킨 다음 노드로 전송한다. 상기와 같은 지연 동작을 통해, 이동 단말은 같은 신호라도 다른 신호로 인식하게 되어 간섭을 피할 수 있게 된다. 또한 이동 단말은 같은 노드의 2개의 분산 안테나 소자로부터 0㎲와 1.25㎲ 지연된 신호를 수신하여 레이크 수신기 동작이 가능하게 된다. 또한 한 노드에서 2개의 분산 안테나 소자로 신호를 수신하므로, 기지국 수신은 공간 다이버시티가 가능해진다.

고전력 증폭기와 안테나 초단으로 구성된 송신 경로는 누설 동축 선로(LCX) 정합 장치와 연결된다. 송신 경로는 누설 동축 선로에 송신 신호를 송출하여 터널 내에 있는 이동 단말에게 서비스를 제공한다. 또한 안테나 초단과 누설 동축 선로 정합 장치 사이에 분배기(Splitter)를 설치하여, 분배된 신호를 누설 동축 선로와 야기 안테나로 송출한다. 상기와 같은 동작을 통해 지하 역사 등의 공간에서도 안정된 이동 전화 서비스를 제공한다.

상기한 바와 같이 동작하는 본 발명은, 고전력 증폭기를 사용하여 안테나 초단과 누설 동축 선로를 정합함으로써 별도의 시스템 없이도 지하의 긴 터널이나 여러 층의 지하 공간 및 건물 내부 등의 공간에 이동 전화 서비스를 가능하게 한다. 또한 시스템에 분산 안테나를 채용하여, 별도의 기지국을 설치하지 않고도, 여러 층의 지하 공간과 지형적으로 긴 형태의 지하 상가에서 시간 다이버시티와 공간 다이버시티를 이용한 양질의 이동 전화 서비스를 가능하게 한다.

Claims (7)

1. 이동 전화에 통신 서비스를 제공하는 기지국을 포함하는 이동 통신 시스템에 있어서,

   송출될 고주파 신호에 대하여 양방향 여파의 기능을 수행하여 안테나로 연결하는 안테나 초단과;

   상기 안테나 초단과 연결되어 신호를 결합하는 분산 안테나 인터페이스부;

   상기 안테나 초단과 연결되어 신호를 송수신하는 전력 분배기; 및

   상기 전력 분배기와 연결된 누설 동축 선로(LCX) 정합 장치를 포함하는, 분산 안테나를 이용한 음영 지역용 기지국.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나 초단은,

   송수신 신호를 여파하는 양방향 여파기와;

   수신 신호를 저잡음 증폭하는 증폭기;

   수신 신호를 2개의 경로로 분배하는 분배기;

   송신 신호를 결합하여 안테나 인터페이스부로 연결하는 방향성 결합기; 및

   송/수신 신호를 결합하는 방향성 결합기를 포함하는, 분산 안테나를 이용한 음영 지역용 기지국.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 분산 안테나 인터페이스부는, 안테나 초단으로부터 전해진 신호를 분배하여, 서로 다른 두 개의 경로를 통해 여러 음영 지역에 설치된 분산 안테나 소자로 연결하는, 분산 안테나를 이용한 음영 지역용 기지국.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 두 개의 경로 신호는 서로 다른 지연값을 가지는, 분산 안테나를 이용한 음영 지역용 기지국.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 두 개의 경로 신호는 각각 지연값 0㎲와 지연값 1.25㎲를 갖는, 분산 안테나를 이용한 음영 지역용 기지국.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 분배기는, 안테나 초단으로부터 전달된 송수신 신호를 분배/결합하며, 음영 지역에 설치되어 전파를 송수신하는 야기 안테나와 연결된, 분산 안테나를 이용한 음영 지역용 기지국.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 누설 동축 선로(LCX) 정합 장치는 여러 음영 지역에 설치되어 전파를 송수신하는 누설 동축 선로와 연결된, 분산 안테나를 이용한 음영 지역용 기지국.