KR20000060229A - 액티브 안테나를 적용한 코드분할 다중접속 방식 기지국 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송,수신 증폭기가 내장된 옥외용 멀티 빔 액티브 안테나(Active Antenna)를 적용한 기지국 장치에 관한 것으로, 이러한 본 발명은, 옥내에 설치되고 가입자에게 전송할 CDMA 변조 신호를 상향 변환하고, 수신된 신호는 중간주파수로 하향 변환하는 트랜시버와; 옥내에 설치되고 트랜시버로부터 전송받은 송신 채널에 DC를 부가하여 버틀러 매트릭스부에 전달하고, 그 버틀러 매트릭스부에서 전달받은 신호는 트랜시버에 전송해주는 옥내장치와; 옥외에 설치되고 옥내장치에서 얻어지는 송신신호에 위상차를 주어 빔 형성 신호를 생성하여 전송하고 수신된 신호는 각 섹터별 역방향 채널신호로 변환하여 출력하는 버틀러 매트릭스부와; 옥외에 설치되고 버틀러 매트릭스부에서 전송된 빔 형성신호를 정해진 빔폭과 지향각으로 공간상에 복사하고, 가입자로부터 송신된 역방향 채널 신호를 수신하여 일정한 전력레벨로 증폭하여 버틀러 매트릭스부에 전달해주는 액티브 고주파 모듈로 기지국 장치를 구현한다.

Description

액티브 안테나를 적용한 코드분할 다중접속 방식 기지국 장치{BTS of CDMA form application of the active antenna}

본 발명은 코드분할 다중접속(CDMA) 방식 기지국(BTS : Base Station)에 관한 것으로, 특히 송,수신 증폭기가 내장된 옥외용 멀티 빔 액티브 안테나(Active Antenna)를 적용한 기지국 장치에 관한 것이다.

통상, 코드분할 다중접속(CDMA) 방식 디지털 셀룰라 시스템(DCS) 및 개인 휴대 통신 시스템(PCS) 등의 이동통신 시스템에서 기지국은, 옥외에 전방향성 안테나 또는 섹터 안테나를 설치하고, 옥내에 고전력 증폭기를 안테나 송신단에 연결하고, 상기 옥내에 저잡음 증폭기를 안테나 수신단에 각각 연결하여 구성되었다.

첨부한 도면 도1은 상기와 같은 구성으로 이루어지는 일반적인 CDMA 방식 이동통신 시스템에서 단일 섹터 기지국 장치를 개략적으로 보인 것이다.

도시된 바와 같이, 옥외에 설치되는 안테나(11)(12)(13)와, 옥내에 설치되는 송수신 필터 및 저잡음 증폭기(20)와, 고출력 증폭기(30)와, 잡음 발생기(40)와, 트랜시버 쉘프(50)와, GPS 수신기(60)와, 디지틀 쉘프(70)와, 기지국 제어기(80)와, 고장진단 감시장치(90)로 구성 되었다.

이와 같이 구성된 일반적인 단일 섹터 기지국 장치는, 순방향 링크시 트랜시버 쉘프(50)에서 출력되는 송신 신호는 고출력 증폭기(30)에서 증폭된 후 송수신 필터 및 저잡음 증폭기(20)내의 송신 필터를 거쳐 옥외에 설치된 송신 안테나(11)를 통해 송신된다.

아울러 역방향 링크는 옥외에 설치된 수신 안테나(12)(13)를 통해 수신되고, 그 수신된 신호는 옥내의 송,수신 필터 및 저잡음 증폭기(20)내의 수신 필터를 거친 후 저잡음 증폭기(20)에서 소정 레벨로 증폭된 후 상기 트랜시버 쉘프(50)에 전달된다.

여기서, 트랜시버 쉘프(50)는 디지틀 쉘프(70)로부터 출력되는 IF 신호를 UHF로 상향 변환하고, 역으로 수신된 UHF신호를 IF신호로 하향 변환하는 역할을 수행한다.

그러나 이러한 일반적인 CDMA 방식 이동통신 시스템의 기지국 장치는, 옥외에 전방향성 안테나 또는 섹터 안테나를 설치하고, 옥내에는 고전력 증폭기, 저잡음 증폭기를 설치하게 되는데, 이 경우 옥내 장비와 옥외 안테나의 거리가 멀어지면 케이블 손실이 커지므로 상대적으로 고출력의 고전력 증폭기와 저잡음 증폭기를 사용해야 하므로 경제적인 손실이 발생하는 단점이 있었다.

또한, 옥내 장비와 옥외 안테나의 거리에 따라 고전력 증폭기와 고잡음 증폭기를 선택적으로 적용해야 하므로 기지국 설치시 불편함이 발생 하였다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 이동통신 시스템의 기지국 장치에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,

본 발명의 목적은, 송,수신 증폭기가 내장된 옥외용 멀티 빔 액티브 안테나(Active Antenna)를 적용한 기지국 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 기지국 장치는,

옥내에 설치되고 가입자에게 전송할 CDMA변조 신호를 상향 변환하고, 수신된 신호는 중간주파수로 하향 변환하는 트랜시버와;

상기 옥내에 설치되고 상기 트랜시버로부터 전송받은 송신 채널에 DC를 부가하여 버틀러 매트릭스부에 전달하고, 그 버틀러 매트릭스부에서 전달받은 신호는 상기 트랜시버에 전송해주는 옥내장치와;

옥외에 설치되고 상기 옥내장치에서 얻어지는 송신신호에 위상차를 주어 빔 형성 신호를 생성하여 전송하고 수신된 신호는 각 섹터별 역방향 채널신호로 변환하여 출력하는 버틀러 매트릭스부와;

상기 옥외에 설치되고 상기 버틀러 매트릭스부에서 전송된 빔 형성신호를 정해진 빔폭과 지향각으로 공간상에 복사하고, 가입자로부터 송신된 역방향 채널 신호를 수신하여 일정한 전력레벨로 증폭하여 상기 버틀러 매트릭스부에 전달해주는 액티브 고주파 모듈로 구성됨을 특징으로 한다.

도1은 일반적인 CDMA 방식 이동통신 시스템의 기지국 장치 개략도,

도2는 본 발명에 의한 액티브 안테나를 적용한 코드분할 다중접속 방식 기지국 장치 블록도,

도3은 도2의 옥내장치 상세 블록도,

도4는 도2의 배열 안테나부 상세 블록도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

110 : 트랜시버

120 : 옥내장치

130 : 버틀러 매트릭스부

140 : 액티브 고주파 모듈

141 ~ 144 : 제1 내지 제4 배열 안테나부

이하, 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도면 도2는 본 발명에 의한 액티브 안테나를 적용한 CDMA 방식 기지국 장치 구성도이다.

도시된 바와 같이, 옥내에 설치되고 가입자에게 전송할 CDMA변조 신호를 상향 변환하고, 수신된 신호는 중간주파수로 하향 변환하는 트랜시버(110)와, 상기 옥내에 설치되고 상기 트랜시버(110)로부터 전송받은 송신 채널에 DC를 부가하여 버틀러 매트릭스부(130)에 전달하고, 그 버틀러 매트릭스부(130)에서 전달받은 신호는 상기 트랜시버에 전송해주는 옥내장치(120)와, 옥외에 설치되고 상기 옥내장치(120)에서 얻어지는 송신신호에 위상차를 주어 빔 형성 신호를 생성하여 전송하고 수신된 신호는 각 섹터별 역방향 채널신호로 변환하여 출력하는 버틀러 매트릭스부(130)와, 상기 옥외에 설치되고 상기 버틀러 매트릭스부(130)에서 전송된 빔 형성신호를 정해진 빔폭과 지향각으로 공간상에 복사하고, 가입자로부터 송신된 역방향 채널 신호를 수신하여 일정한 전력레벨로 증폭하여 상기 버틀러 매트릭스부(130)에 전달해주는 액티브 고주파 모듈(140)로 구성된다.

도면중 미설명 부호 150은 부가적으로 접속되는 더미 로드이며, 160, 170, 180은 알파, 베타, 감마 섹터에 해당하는 3개의 빔(beam)을 나타낸 것이다.

도2에서 점선 상부는 옥외 장치이고, 점선 하부는 옥내 장치를 나타낸다.

상기에서 옥내 장치(120)는 도3에 도시된 바와 같이, 외부에서 공급되는 상용 교류전원을 액티브 고주파 모듈(140)의 입력 조건을 만족하는 직류 전원으로 변환하는 전원 공급부(121)와, 상기 전원 공급부(121)에서 공급되는 직류 전원과 상기 트랜시버(110)에서 얻어지는 송신 CDMA 신호를 결합하여 주는 제1 내지 제3 전원 및 신호 결합기(122 ~ 124)로 구성된다.

또한, 상기 액티브 고주파 모듈(140)은 송,수신 안테나 엘리먼트와 송,수신 증폭기 내장되며 수평으로 배열되어 빔 복사 패턴을 형성하는 제1 내지 제4 배열 안테나부(141 ~ 144)로 구성된다.

상기 제1배열 안테나부(141)는, 입력되는 빔 형성 신호를 일정한 레벨로 증폭하는 송신 증폭기(141a)와, 상기 송신 증폭기(141a)에서 증폭된 빔 형성 신호를 일정 대역으로 여파하는 송신 대역필터(141b)와, 상기 송신 대역필터(141b)에서 출력되는 빔 형성 신호를 정해진 빔폭과 지향각으로 공간상에 복사하는 송신 안테나(141c)와, 가입자가 전송한 CDMA 역방향 채널 신호를 수신하는 수신 안테나(141d)와, 상기 수신 안테나(141d)에서 수신된 CDMA 역방향 채널신호를 대역 필터링하는 수신 대역필터(141e)와, 상기 수신 대역필터(141e)에서 출력되는 CDMA 역방향 채널신호를 소정 레벨로 증폭하여 출력하는 수신 증폭기(141f)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 액티브 안테나를 적용한 CDMA 방식 기지국 장치는, 순방향 링크와 역방향 링크에 따라 그 동작이 달라지며, 이하에서는 이를 분리하여 설명한다.

먼저, 순방향 링크시 전송할 데이터, 즉 3개(알파, 베타, 감마)의 CDMA 변조된 4.95Mhz의 중간주파수를 서비스 가입자의 단말기의 수신 주파수(DCS : 869 ~ 894 Mhz, PCS : 1840 ~ 1870 Mhz)로 상향 변환한다.

이렇게 상향 변환된 3개의 송신 주파수는 옥내 장치(120)내의 제1 내지 제3 전원 및 신호 결합기(122 ~ 124)에 각각 입력되며, 상기 옥내 장치(120)는 전원 공급부(121)에서 외부에서 입력되는 상용 교류전원을 버틀러 매트릭스부(130)에서 필요로하는 직류 전압으로 변환하여 상기 제1 내지 제3 전원 및 신호 결합기(122 ~ 124)에 각각 공급해준다. 상기 제1 내지 제3 전원 및 신호 결합기(122 ~ 124)는 상기 트랜시버(110)에서 얻어지는 3개의 CDMA 순방향 채널신호와 상기 직류 전원을 결합하여 옥외 장치에 설치된 버틀러 매트릭스부(130)에 전달해준다.

상기 옥외에 설치된 버틀러 매트릭스부(130)는 전달되는 3개의 송신 채널 신호(알파, 베타, 감마 섹터로 구분)를 4개의 수평적인 배열로 구성되는 배열 안테나부(141 ~ 144)에서 형성되는 빔들의 지향각이 도2에 도시된 빔들(160, 170, 180)과 같이 되도록, 3개의 송신 신호에 위상차를 주어 액티브 고주파 모듈(140)에 전달해준다. 여기서 버틀러 매트릭스부(130)는 입력단자와 출력단자가 각각 4개로 4*4버틀러 매트릭스라고도 불리우며, 현재 상용품이 개발되어 있다. 또한 상기 버틀러 매트릭스부(130)는 입력단자에 입력되는 신호의 수와 관계없이 모든 출력단자를 통해 빔 형성 신호(Beam Forming Signal)를 출력한다.

다음으로, 액티브 고주파 모듈(140)내의 제1 내지 제4 배열 안테나부(141 ~ 144)는 실제 송수신 안테나 엘리먼트와 송수신 증폭기가 내장되어 있는 장치이며, 수평으로 4개가 배열되는 배열 안테나로 동작한다. 여기서 제1 내지 제4 배열 안테나부(141 ~ 144)의 각 내부 구성 및 작용이 상호 동일하므로, 이하에서는 하나의 배열 안테나부(여기서는 제1 배열 안테나를 지칭함)에 대해서만 설명한다.

즉, 제1 배열 안테나부(141)는 송신 증폭기(141a)에서 상기 버틀러 매트릭스부(130)에서 전송된 빔 형성 신호를 일정한 전력레벨로 증폭하게 되고, 송신 대역필터(141b)에서 그 일정 레벨로 전력 증폭된 빔 형성 신호를 설정 대역으로 여파하여 스퓨리어스 신호를 제거한다. 이렇게 스퓨리어스 신호가 제거된 빔 형성 신호는 송신 안테나(141c)에서 정해진 빔폭(30도)과 지향각으로 공간상에 복사(Radiation)한다.

다시 말해 하나의 배열 안테나부는 하나의 섹터에 해당하는 CDMA 채널을 30도의 폭을 가진 공간상에 복사한다. 따라서 하나의 배열 안테나부는 알파, 베타, 감마해서 90도의 전파영역을 갖게 되므로, 본 발명과 같이 4개의 배열 안테나를 사용하면 4*90도해서 모두 360도의 전파 영역을 커버할 수 있다.

다음으로, 역방량 링크시, 가입자가 전송한 CDMA 역방향 채널 신호는, 상기 액티브 고주파 모듈(140)내의 각각의 배열 안테나부에 수신된다. 여기서 하나의 배열 안테나부인 제1배열 안테나부(141)는, 도4에 도시된 바와 같이, 수신 안테나(141d)에서 가입자가 송신한 CDMA 역방향 채널 신호를 수신하게 되고, 수신 대역필터(141e)는 상기 수신 안테나(141d)에서 수신한 역방향 채널 신호를 설정 대역으로 여파한다. 이렇게 설정 대역으로 여파된 CDMA 역방향 채널신호는 수신 증폭기(141f)에서 일정한 전력레벨로 증폭된 뒤 후단의 버틀러 매트릭스부(130)로 전달된다.

상기 버틀러 매트릭스부(130)는, 송신 버틀러 매트릭스와 마찬가지로 4*4 버틀러 매트릭스가 사용되며, 이 중 3개의 입력단자로는 알파, 베타, 감마의 수신 신호를 받아들이고, 각각 받아들인 수신 신호를 알파, 베타, 감마 섹터별 CDMA 역방향 채널신호로 변환하여 옥내장치(120)로 전달해준다. 여기서 남은 입력단자 1개로 입력되는 신호는 더미 로드(150)로 전송해준다.

옥내에 설치된 상기 옥내 장치(120)는 순방향 링크 처리와는 달리 입력되는 각 섹터별 CDMA 역방향 채널신호를 그대로 통과시켜 후단의 트랜시버(110)에 전달해준다.

상기 트랜시버(110)는 수신된 신호(DCS : 824 ~ 849Mhz, PCS : 1750 ~ 1780Mhz)를 입력받아 4.95Mhz의 중간주파수로 하향 변환하여 후단의 복조부에 전송한다.

다시말해, 본 발명에 적용된 멀티 빔 액티브 안테나의 복사패턴은 30도의 빔폭을 갖는 단일빔 3개로 구성되며, 총 90도의 전파영역을 갖으며, 기존 CDMA 방식의 DCS/PCS 기지국에 적용하던 섹터 안테나는 총 360도의 전파영역을 알파.베타, 감마 섹터로 3등분한 120도의 전파영역을 갖는다. 본 발명에 의한 멀티 빔 액티브 안테나를 기존 CDMA DCS/PCS 시스템에 적용하면, 90도의 전파영역을 알파, 베타, 감마 섹터로 3등분하여 전파영역을 갖게 되므로, 기술한 액티브 안테나 4개로 360도를 커버할 수 있다. 결국 총 360도의 전파영역을 12섹터로 구분하여 CDMA 채널을 송수신하므로, 기존의 섹터 안테나를 적용한 CDMA 시스템에 비해 증가된 섹터와 이득을 기대할 수가 있어서 보다 많은 가입자 용량을 확보할 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 송,수신 증폭기가 내장되어 있는 멀티 빔 액티브 안테나를 기존 CDMA 방식 DCS/PCS 시스템에 적용함으로써, 기존에 옥내에 설치하는 송신용 고전력 증폭기(HPA)나 수신용 저잡음 증폭기(LNA)가 필요치 않기 때문에 전체 기지국 시스템의 구성을 단순화시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 멀티 빔 액티브 안테나는 전파영역을 30도씩 12섹터로 관장하므로, 보다 증가된 섹터화 이득을 기대할 수 있고, 가입자 수용 용량면에서도 기존에 비해 더 많은 가입자를 수용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. CDMA 방식 이동통신 시스템의 기지국 장치에 있어서,

   옥내에 설치되고 가입자에게 전송할 CDMA변조 신호를 상향 변환하고, 수신된 신호는 중간주파수로 하향 변환하는 트랜시버와;

   상기 옥내에 설치되고 상기 트랜시버로부터 전송받은 송신 채널에 DC를 부가하여 버틀러 매트릭스부에 전달하고, 그 버틀러 매트릭스부에서 전달받은 신호는 상기 트랜시버에 전송해주는 옥내장치와;

   옥외에 설치되고 상기 옥내장치에서 얻어지는 송신신호에 위상차를 주어 빔 형성 신호를 생성하여 전송하고 수신된 신호는 각 섹터별 역방향 채널신호로 변환하여 출력하는 버틀러 매트릭스부와;

   상기 옥외에 설치되고 상기 버틀러 매트릭스부에서 전송된 빔 형성신호를 정해진 빔폭과 지향각으로 공간상에 복사하고, 가입자로부터 송신된 역방향 채널 신호를 수신하여 일정한 전력레벨로 증폭하여 상기 버틀러 매트릭스부에 전달해주는 액티브 고주파 모듈를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액티브 안테나를 적용한 코드분할 다중접속 방식 기지국 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 옥내 장치는, 외부에서 공급되는 상용 교류전원을 액티브 고주파 모듈의 입력 조건을 만족하는 직류 전원으로 변환하는 전원 공급부와, 상기 전원 공급부에서 공급되는 직류 전원과 상기 트랜시버에서 얻어지는 송신 CDMA 순방향 채널 신호를 결합하여 주는 제1 내지 제3 전원 및 신호 결합기로 구성된 것을 특징으로 하는 액티브 안테나를 적용한 코드분할 다중접속 방식 기지국 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 액티브 고주파 모듈은, 송,수신 안테나 엘리먼트와 송,수신 증폭기 내장되며 수평으로 배열되어 빔 복사 패턴을 형성하는 제1 내지 제4 배열 안테나부로 구성된 것을 특징으로 하는 액티브 안테나를 적용한 코드분할 다중접속 방식 기지국 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 배열 안테나부는, 입력되는 빔 형성 신호를 일정한 레벨로 증폭하는 송신 증폭기와, 상기 송신 증폭기에서 증폭된 빔 형성 신호를 일정 대역으로 여파하는 송신 대역필터와, 상기 송신 대역필터에서 출력되는 빔 형성 신호를 정해진 빔폭과 지향각으로 공간상에 복사하는 송신 안테나와, 가입자가 전송한 CDMA 역방향 채널 신호를 수신하는 수신 안테나와, 상기 수신 안테나에서 수신된 CDMA 역방향 채널신호를 대역 필터링하는 수신 대역필터와, 상기 수신 대역필터에서 출력되는 CDMA 역방향 채널신호를 소정 레벨로 증폭하여 출력하는 수신 증폭기로 각각 구성된 것을 특징으로 하는 액티브 안테나를 적용한 코드분할 다중접속 방식 기지국 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 송신 안테나의 전파영역은 섹터당 30도씩 90도의 전파영역을 갖는 것을 특징으로 하는 액티브 안테나를 적용한 코드분할 다중접속 방식 기지국 장치.