KR20000014980A - 무선 통신시스템의 수신 결합기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 통신시스템에서 수신결합기의 삽입손실을 줄임으로써 수신 감도를 개선시키는 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 따른 수신결합기는, 안테나를 통해 입력된 수신신호를 해당 특정주파수 대역으로 필터링 하여 해당 채널 신호를 출력하는 대역통과여파기를 다수 개의 수신기에 대응하도록 구비하며, 상기 대역통과여파기들을 저항, 콘덴서, 인덕터와 같은 개별소자로서 구현하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 대역여파기들의 공통 입력단에 각 채널간의 간섭을 제거하는 정합기를 더 구비한다.

Description

무선 통신시스템의 수신 결합기

본 발명은 무선 통신시스템의 수신 결합기에 관한 것으로, 특히 삽입손실을 줄임으로써 수신기의 입, 출력시 전력 크기를 감소시켜 그 효율을 증가시키는 수신 결합기에 관한 것이다.

일반적으로 무선 통신시스템(이동 통신)은 기지국과 이동국으로 이루어지는데, 이때 기지국은 다수의 무선채널을 동시에 서비스할 것이 요구된다. 이러한 서비스 요구에 부응하기 위한 기지국은 다수 개의 수신기, 다수 개의 송신기 및 상기 수신기와 송신기를 안테나와 결합하기 위한 송, 수신 결합기로 구성된다.

상기한 기지국은 통상적으로 도 1에 도시한 바와 같은 구성을 가진다. 상기 도 1을 참조하면, 다수의 송신기 128∼134는 송신하고자 하는 신호를 각각에 할당된 채널에 따른 송신 반송파로 발생한다. 다수의 수신기 120∼126은 각각에 할당된 채널에 따른 수신 반송파의 원 신호로 발생한다. 송, 수신 결합기 110은 상기 다수의 송신기 128∼134로부터 각각 발생한 송신 반송파를 결합하여 하나의 안테나로 송출하거나 다수의 수신 반송파를 하나의 안테나로 수신하여 해당 채널로 분배하여 상기 다수의 수신기 120∼126으로 각각 출력하는 구조를 그 내부에 가지고 있다. 또한 다수의 스위치 112∼118은 기지국 내의 마이크로 프로세서(도면에 도시하지 않음)의 송수신 제어신호 S.C1∼S.C4에 의해 상기 송, 수신 결합기 110을 상기 다수의 수신기 120∼126으로 연결하거나 다수의 송신기 128∼134를 상기 송, 수신 결합기 110으로 연결하도록 스위칭 동작한다. 따라서 상기한 바에서 알 수 있듯이 다수의 수신기 120∼126과 송신기 128∼134에서 하나의 송, 수신 결합기 110을 공유할 수 있는 구성을 가진다.

도 2는 상기 도 1에 도시한 송, 수신 결합기 110의 종래 구성을 나타내는 것으로 아이솔레이터 10A∼10D, 고조파 대역여파기 20A∼20D, 하이브리드 커플러 30A, 30B, 40 등의 소자가 다단(multi stage)으로 연결되어 복잡하게 구성됨을 알 수 있다.

첫 번째로, 상기 도 2를 참조하여 상기 송, 수신 결합기 110이 송신 결합기로 동작하는 경우를 설명하면 다음과 같다. 다수의 반송파(여기서는 4개의 송신 반송파) TX1∼TX4는 각각 자신에 대응하는 아이솔레이터(Isolator) 10A∼10D를 거쳐 고조파 대역여파기(Harmonic Band Filter) 20A∼20D로 인가된다. 상기 고조파 대역여파기 20A의 출력과 고조파 대역여파기 20B의 출력은 하이브리드커플러(Hybrid Coupler) 30A에 의해 결합된 후 하이브리드커플러 40으로 인가된다. 반면에 상기 고조파 대역여파기 20C의 출력과 고조파 대역여파기 20D의 출력은 하이브리드커플러 30B에 의해 결합된 후 상기 하이브리드커플러 40으로 인가된다. 상기 하이브리드커플러 30A의 출력과 상기 하이브리드커플러 30B의 출력은 상기 하이브리드커플러 40에 의해 결합된 후 안테나(도시하지 않음)로 인가된다.

두 번째로, 상기 도 2를 참조하여 상기 송, 수신 결합기 110이 수신 결합기로 동작하는 경우를 설명하면 다음과 같다. 안테나를 통해 수신되는 무수히 많은 수신 주파수(원하는 주파수 + 불요파)는 하이브리드커플러 40으로 인가되어 두 신호로 나뉘어져 출력된다. 상기 두 신호는 다시 후단 하이브리드커플러 30A와 30B에 각각 인가되어 네 개의 신호로 나뉘어져 출력된다. 상기 네 개의 신호는 고조파 대역통과여파기 20A, 20B, 20C, 20D로 각각 인가되어 통과 대역에 해당하는 신호만 필터링(filtering)되어져 아이솔레이터 10A, 10B, 10C, 10D를 거쳐 원하는 채널의 수신기로 입력된다.

상기 도 2에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 종래 기술에 따른 송, 수신 결합기 110은 안테나 단자를 기준으로 보면 실질적인 송신 출력 보다 훨씬 더 많은 출력이 요구되기 때문에 효율이 낮다고 말할 수 있다. 또한 종래 기술에 따른 송, 수신 결합기 110은 안테나를 통하여 인입된 수신신호가 출력단 RX1∼RX4로 출력되기까지 삽입 손실(Insertion Loss)이 많이 발생되어 수신기에서 보면 그 만큼의 수신감도가 떨어지게 된다. 이를 극복하기 위해서는 저잡음 증폭기 등을 추가하여야 하는 비효율성이 있다. 도 3은 이러한 사실을 입증하는 도면으로, 도 2에 도시된 송, 수신 결합기 110의 삽입 손실 특성을 보여주는 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 4개(4 channel)의 송신신호를 하나로 묶어(결합하여) 안테나로 연결하는 경우, 아이솔레이터 10A∼10D에 의한 1dB의 삽입 손실이 있고, 고조파 대역여파기 20A∼20D에 의한 0.25dB의 삽입 손실이 있고, 하이브리드커플러 30A, 30B에 의한 3.25dB의 삽입 손실이 있고, 하이브리드커플러 40에 의한 3.25dB의 삽입 손실이 있다. 또한 4개(4 channel)로 묶인 수신신호를 수신기로 연결하는 경우에는 상기와는 역으로, 하이브리드커플러 40에 의해 3.25dB의 삽입 손실이 있고, 하이브리드커플러 30A,30B에 의한 3.25dB의 삽입 손실이 있고, 고조파 대역여파기 20A∼20D에 의한 0.25dB의 삽입 손실이 있고, 아이솔레이터 10A∼10D에 의한 1dB의 삽입 손실이 있다. 즉 종래 기술에 따른 송, 수신 결합기 110의 경우 송신시나 수신시 동일하게 전체 7.75dB의 삽입 손실이 존재한다. 그러므로 송신시 안테나단에서 10와트(W)(40dBm)를 출력시키려면 TX1∼TX4의 송신크기가 59.6W(47.75dBm)가 되도록 구현하여야 한다. 왜냐하면, 송신결합기의 삽입손실이 7.75dBm이므로 안테나단에서 출력될 40dBm(10W)에 송신결합기의 전체적인 삽입손실 7.75dBm을 합한 47.75dBm(59.6W)의 송신기 출력 TX1∼TX4가 필요하기 때문이다. 또한 수신시 수신감도 제한점을 -100dBm으로 가정하고 안테나단으로 유입되고 있는 수신신호의 세기가 -98.3dBm이라고 하면 RX1∼RX4로 출력되는 수신신호의 세기는 -106.8dBm이 되어 제한치에 부족한 신호 세기인 6.8dBm 만큼을 증폭기를 사용하여 보상하여야 한다.

이와 같이 종래 기술에 따른 송, 수신 결합기를 무선 통신시스템에 적용하는 경우에는 다음의 문제점이 발생한다.

첫 번째로 송신시 삽입 손실이 매우 크기 때문에 실제로 안테나로 출력시키는 신호의 레벨보다 훨씬 큰 레벨의 송신기 출력이 요구되는 비효율성이 있다.

두 번째로 수신시 삽입 손실이 매우 크기 때문에 증폭기를 사용하여 삽입 손실을 보상하지 않으면 모자라는 신호세기 만큼 무선통신시스템의 통신거리가 줄어들게 된다.

세 번째로 도 2에 도시된 송, 수신 결합기의 구성 요소 중 하이브리드커플러 30A,30B는 기구적으로 많은 부피를 차지함에 따라 기지국 전체 시스템의 크기가 증가한다는 단점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 무선 통신시스템에서 수신 결합기의 삽입 손실을 줄이는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 무선 통신시스템에서 수신기에 증폭기를 사용하지 않고 수신신호의 세기를 증가시키는 무선통신시스템의 수신 결합기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 무선 통신시스템에서 수신 결합기의 크기를 감소시키는 데 있다.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 기구적으로 부피가 큰 하이브리드커플러, 고조파 여파기, 아이솔레이터 등으로 구성된 결합기의 주요 부분을 저항, 콘덴서 및 인덕터의 개별소자를 이용하여 대역통과여파기를 구성함으로써 삽입 손실을 대폭 줄임과 동시에 부피도 줄여, 결합시킬 송신기의 출력을 낮추는 것을 가능하게 하여 경제성을 높이는 효과가 있다. 아울러 기계적 부품으로 구성되는 부분을 없앰으로 결합기의 부피를 줄여 장비 설치시 점유되는 용적비율을 개선하는 효과가 있다.

본 발명에 따른 수신결합기는, 안테나를 통해 입력된 수신신호를 해당 특정주파수 대역으로 필터링 하여 해당 채널 신호를 출력하는 대역통과여파기를 다수 개의 수신기에 대응하여 구비하며, 상기 대역통과여파기들을 저항, 콘덴서, 인덕터와 같은 개별소자로서 구현하는 것을 특징으로 한다. 또한 바람직하기로는 상기 대역여파기들의 공통 입력단에 각 채널간의 간섭을 제거하는 정합기를 더 구비하도록 수신결합기를 구현한다.

도 1은 통상적인 기지국의 구성을 도시한 도면.

도 2는 종래 기술에 따른 송, 수신 결합기의 구성을 도시한 도면.

도 3은 도 2에 도시된 송, 수신 결합기의 삽입손실을 보여주는 특성도.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송, 수신 결합기의 구성을 도시한 도면.

도 5는 도 4에 도시된 송, 수신 결합기의 상세 구현 예를 보여주는 회로도.

도 6은 도 5와 같이 구현되는 대역통과여파기의 주파수 응답특성을 보여주는 도면.

도 7a, 도 7b는 종래 기술에 따른 수신 결합기와 본 발명에 따른 수신 결합기의 수신 특성을 비교하여 보여주는 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 용어들로서 이는 사용자 또는 칩 설계자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 송, 수신 결합기는 각 채널의 송신신호를 송신기로부터 인가 받거나 수신기로 제공할 수신신호를 출력하기 위한 포트들 J1∼J4와, 안테나단에 연결되는 하나의 포트 J5를 구비한다. 상기 J1포트 내지 J4포트에는 대역통과여파기(Band Pass Filter) 22∼28이 각각 연결된다. 즉, 제1대역통과여파기 22는 J1포트에 연결되며, 제2대역통과여파기 24는 J2포트에 연결되며, 제3대역통과여파기 26은 J3포트에 연결되며, 제4대역통과여파기 28은 J4포트에 연결된다. 상기 제1대역통과여파기 22는 송신시 J1포트를 통해서 인가되는 제1채널의 송신신호 TX1을 특정주파수 대역에서 필터링 하여 출력하며, 수신시 J5포트를 통해서 수신한 수신신호를 제1채널에 해당하는 특정주파수 대역에서 필터링 하여 수신신호 RX1을 J1포트를 통해 출력한다. 제2대역통과여파기 24는 송신시 J2포트를 통해서 인가되는 제2채널의 송신신호 TX2를 특정주파수 대역에서 필터링 하여 출력하며, 수신시 J5포트를 통해서 수신한 수신신호를 제2채널에 해당하는 특정주파수 대역에서 필터링 하여 수신신호 RX2를 J2포트를 통해 출력한다. 제3대역통과여파기 26은 송신시 J3포트를 통해 인가되는 제3채널의 송신신호 TX3을 특정주파수 대역에서 필터링 하여 출력하며, 수신시 J5포트를 통해서 수신한 수신신호를 제3채널에 해당하는 특정주파수 대역에서 필터링 하여 수신신호 RX3을 J3포트를 통해 출력한다. 제4대역통과여파기 28은 송신시 J4포트를 통해 인가되는 제4채널의 송신신호 TX4를 특정주파수 대역에서 필터링 하여 출력하며, 수신시 J5포트를 통해서 수신한 수신신호를 제4채널에 해당하는 특정주파수 대역에서 필터링 하여 수신신호 RX4를 J4포트를 통해 출력한다. 상기 각 대역통과여파기 22∼28로부터 출력되는 송신신호는 J5포트를 통해 안테나로 인가되며, 상기 J1 내지 J4를 통해 출력되는 수신신호는 수신기로 인가된다. 그리고 미 설명한 참조부호 L1 42는 상기 대역통과여파기 중 어느 한 여파기로부터 신호가 출력될 시 이 신호가 다른 채널로의 간섭영향을 최소화시켜주는 정합기로서의 역할을 담당한다.

상기에서 각 대역통과여파기들은 종래 기술에 따른 고조파 여파기와는 달리 그 내부가 저항(Resistor), 콘덴서(Condenser) 및 인덕터(Inducter)의 개별소자들로서 구현되는 것을 특징으로 한다. 이러한 구현의 구체적인 예가 도 5에 도시되어 있다.

먼저 상기 도 5를 참조하여, 제1대역통과여파기 22의 구체적인 구성을 설명한다.

도 6은 도 4의 각 대역통과여파기 22∼28이 도 5에 도시된 바와 같이 구현되는 경우의 J1포트 내지 J4에서 본 송신결합기의 주파수 응답특성을 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 제1대역통과여파기 22는 f1주파수 내지 f2주파수 대역의 신호를 통과시키고, 제2대역통과여파기 24는 f3주파수 내지 f4주파수 대역의 신호를 통과시키고, 제3대역통과여파기 26은 f5주파수 내지 f6주파수 대역의 신호를 통과시키고, 제4대역통과여파기 28은 f7주파수 내지 f8주파수 대역의 신호를 통과시킨다. 여기서 각 채널의 삽입손실은 1.7dB정도만 존재하는 것을 알 수 있다.

다시 도 4를 참조하면, 송신시 J1포트로 인가된 TX1 송신신호는 제1대역통과여파기 22를 거쳐 J5포트로 출력되며, 이때 L1 42는 캐패시턴스 성분과 정합(matching)되어 타 채널신호(TX2,TX3,TX4)로의 간섭 영향을 최소화시켜준다. J2포트로 인가된 TX2 송신신호는 제2대역통과여파기 24를 거쳐 J5포트로 출력되며, 이때 L1 42는 캐패시턴스 성분과 정합(matching)되어 타 채널신호(TX1,TX3,TX4)로의 간섭영향을 최소화시켜준다. J3포트로 인가된 TX3 송신신호는 제3대역통과여파기 26을 거쳐 J5포트로 출력되며, 이때 L1 42는 캐패시턴스 성분과 정합(matching)되어 타 채널신호(TX1,TX2,TX4)로의 간섭영향을 최소화시켜준다. 수신시에는 상기한 송신시와는 역으로 J1포트로 출력되는 수신신호 RX1은 J5포트를 통해 수신한 수신신호 중 제1대역통과여파기 22를 거쳐 출력되며, 이때 L1 42는 캐패시턴스 성분과 정합(matching)되어 타 채널신호(RX2,RX3,RX4)로의 간섭영향을 최소화시켜준다. J2포트로 출력되는 수신신호 RX2는 J5포트를 통해 수신한 수신신호 중 제2대역통과여파기 24를 거쳐 출력되며, 이때 L1 42는 캐패시턴스 성분과 정합(matching)되어 타 채널신호(RX1,RX3,RX4)로의 간섭영향을 최소화시켜준다. J3포트로 출력되는 수신신호 RX3은 J5포트를 통해 수신한 수신신호 중 제3대역통과여파기 26을 거쳐 출력되며, 이때 L1 42는 캐패시턴스 성분과 정합(matching)되어 타 채널신호(RX1,RX2,RX4)로의 간섭영향을 최소화시켜준다. J4포트로 출력되는 수신신호 RX4는 J5포트를 통해 수신한 수신신호 중 제4대역통과여파기 28을 거쳐 출력되며, 이때 L1 42는 캐패시턴스 성분과 정합(matching)되어 타 채널신호(RX1,RX2,RX3)로의 간섭영향을 최소화시켜준다.

도 7a와 도 7b는 종래 기술에 따른 수신결합기의 수신 특성과 본 발명에 따른 수신결합기의 수신 특성을 설명하기 위한 도면이다. 다시 말해 도 7a는 종래 기술에 따른 수신결합기의 수신 특성을 보여주는 도면이고, 도 7b는 본 발명에 따른 수신결합기의 수신 특성을 보여주는 도면이다.

상기 도 7a에 도시된 종래 기술의 경우에는 안테나 연결단자인 J5포트를 기준으로 -100dBm의 수신기를 동작시키기 위해서 안테나로 인입되는 수신신호의 세기가 -91.5dBm 이어야 하였다. 하지만 상기 도 7b에 도시된 본 발명의 경우에는 안테나 연결단자인 J5포트를 기준으로 -100dBm의 수신기를 동작시키기 위해서는 안테나로 인입되는 수신신호의 세기가 -98.3dBm의 신호만 인입되면 된다. 즉, 송신결합기의 삽입 손실이 종래 기술의 경우에는 7.75dB이었으나, 본 발명의 경우에는 1.7dB로 줄어들게 된다. 이에 따라 결과적으로 무선 통신시스템에서 송신기의 출력 크기를 대폭 줄일 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 각각이 콘덴서, 인덕터, 저항 등의 개별소자들로 대역통과여파기를 구현함으로써 송신결합기의 삽입손실을 줄일 수 있는 이점이 있으며, 이에 따라 송신기의 출력크기를 줄일 수 있으므로 결과적으로 무선 통신시스템의 성능을 향상시키는 이점이 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (2)

1. 무선 통신시스템에서 안테나를 통해 입력된 수신신호를 다수 수신기가 요구하는 각 채널 신호로 출력하는 수신결합기에 있어서,

   상기 수신기에 각각 대응하여 고유 수신 채널을 가지며, 상기 안테나를 통해 입력되는 수신신호에 대해 필터링을 수행하여 상기 고유 채널 이외의 채널에 해당하는 신호를 차단함으로서 상기 고유 채널에 해당하는 신호를 추출하는 대역 여파기들과,

   상기 대역 여파기 중 어느 한 대역 여파기로부터 신호가 출력될 때마다 나머지 다른 대역 여파기로의 간섭이 미치지 않도록 임피던스를 정합시켜 상기 수신신호를 상기 대역 여파기들로 각각 분배하는 분배기로 구성함을 특징으로 하는 무선 통신시스템의 수신 결합기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 대역 여파기들을 저항, 콘덴서, 인덕터와 같은 개별소자로 구현함을 특징으로 하는 무선통신시스템의 수신 결합기.