KR20000075941A

KR20000075941A - 셀룰라 통신 시스템

Info

Publication number: KR20000075941A
Application number: KR1019997008023A
Authority: KR
Inventors: 샤피라요셉
Original assignee: 시피라 조셉; 셀레트라 리미티드
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 2000-12-26
Also published as: KR20000065190A; US6640110B1; AU6228898A; EP0916195A1; JP2000509950A; US6697641B1; US7072611B2; AU6113198A; WO1998039851A1; KR100521854B1; US20050075139A1; WO1998039856A1; KR20050098028A; JP2001513969A; EP1012994A1; US6640111B1; EP0916195A4

Abstract

모듈구조에 기초한 셀룰러 무선 통신용의 신규한 기지국이 제공된다. 모듈 셀룰러 무선통신 기지국은 바람직한 안테나 위치에 위치되는 복수의 능동 방사 모듈(ARM's), 모듈의 각각의 상대적인 진폭 및 위상을 제어하는 빔 성형 네트워크 및 RF 전방 단부를 포함한다. 각각의 모듈(100)은 송신 및 수신을 하기 위한 적어도 하나의 안테나(ant), 전력증폭기를 가지는 송신기 및 수신기를 포함한다.

Description

셀룰라 통신 시스템{CELLULAR COMMUNICATIONS SYSTEMS}

셀룰라 다중접속 통신은 최근 '80년대로 거슬러 올라간다. '90년대에는 전 세계에 걸쳐 디지털 기술의 도입으로 이러한 형태의 서비스가 폭발적인 것이 되었다. 시장수요는 특색을 부가한 가치를 담고 있는 개인 서비스 및 실내와 실외에서 모두 개인적인 휴대성 등을 제공하는 개인 통신 서비스(이하, 'PCS'라 함)로 집중 및 확산될 것으로 예견된다. 다음 세기의 초에 광범위한 서비스가 출현할 것으로 예견된다. 이러한 것은 네트워크 하부구조의 부분적인 갱신을 요구하기도 한다.

셀룰라 이동통신은 이동성과, 다수의 사용자 수용능력(다수의 개별 사용자가 이 시스템에 접속한다.), 유효범위(서비스는 넓은 지역에 걸쳐 제공된다.) 및 서비스의 등급과 품질을 제공하려고 한다.

셀룰라 통신은 일반적으로 코드에 의해 주파수 범위로 제한된다. 셀룰라 통신에서 널리 사용되고 있는 기술은 보호영역(guard zone)이라 지칭되며 주어진 영역을 넘어서 동일한 주파수를 다시 사용할 수 있게 하기 위한 공간격리(spatial isolation)를 사용한다. 각 사용자의 통신은 기지국에서 유지되고, 이 기지국의 안테나는 유효범위의 지정 및 제어를 우수하게 하기 위하여 공중에 설치된다. 한 섹터만을 방사함으로써 간섭을 감소시키고 성능을 향상시키며 주파수 재활용 패턴을 감소시키는 감독 안테나에 의해 섹터분할이 달성된다.

셀룰라 통신의 각 섹터는 단위지역 당 호출 수와 호출된 지역 수용능력에 의해 특성이 주어진다. 지역 수용능력은 셀 크기를 줄임으로써 증가될 수도 있다. 우산지역의 지붕 정상 아래에 위치된 작을 셀들은 '마이크로셀(microcell)'이라 지칭된다. 이 셀 들은 비교적 낮고 작은 안테나를 사용한다. 셀 하드웨어가 비교적 간단하고, 어떤 경우에는 회로를 거의 구비하지 않는다. 마이크로셀에 대한 또 다른 기술은 셀 장비로부터 멀리 떨어져서 RF, 화이버 또는 마이크로파 링크를 통해서 셀에 접속되는 안테나 및 RF 회로만을 포함한다. 이러한 배치는 특히 CATV 회사와 같이 RF 또는 화이버 전송선로를 갖고 있는 조작자에게 인기가 있다.

큰 셀을 수용할 수 있도록 수용능력을 증가시키려는 미래의 경향은 스마트 안테나들을 포함한다. 이 안테나들은 기지국에서의 다중빔 배열 안테나이고, 원하는 사용자와 간섭원의 배치에 일치하는 좁은 빔을 형성하도록 제어된다. 이 안테나들은 유효범위와 수용능력을 확장시킬 것으로 예견된다. 이러한 기술에 내재된 복잡성은 다른 것 중에서 능동 안테나 모듈을 포함하는 새로운 셀 구조에 의해서 경감될 것으로 예견된다.

현대의 전형적인 셀룰라 통신 시스템 네트워크 하부구조는, 요구되는 수용능력(완전히 점유된 회로의 수인, "Erlangs"로 계측됨) 및 유효범위 지역에 관계되는 그 실제의 수가 복수의 기지국을 포함한다. 기지국은 일반적으로 네트워크 비용의 약 80% 를 구성한다. 전체 수용능력 크기의 셀 기지국에 대한 전형적인 비용은 $500,000 내지 $1,000,000 이다. 내부구조는 또한 접속선의 총 길이에 주로 의존하는 접속 전송선로와, 셀 수 및 (혼잡시간 호출시도(BHCA:Busy Hour Call Attempts)로 계측되는)호출 부하에 의존하는 스위칭 조직을 포함한다. 방송시간을 제공하는 기본적 서비스 비용은 주로 기지국의 수와 그 비용에 의존한다.

셀룰라 통신 시스템의 문제점 중 하나는 송신손실이다. 제 1세대 기지국의 송신망은 단일 캐리어 HPA로 구성되어, 고전력 케이블에 의해서 마스트(mast)로 필터링, 결합 및 지연된다. 송신망에 포함된 손실은 8 내지 10 ㏈에 이른다. 캐리어 간격은 결합기(combiner)에 의해서 최소 600 kHz로 제한된다.

손실을 줄이려는 노력에 의해서 제 2세대 기지국이 개발되었다. 제 2세대 기지국은 다중 캐리어 선형 전력 증폭기(이하, 'MCLPA:Multi Carrier Linear Power Amplifier'라 함)를 포함한다. 이것은 손실을 감소시키고 캐리어 설계(주파수 할당)에 있어서 융통성을 준다. 저잡음 증폭기(이하, 'LNA:Low Noise Amplifier'라 함)가 기지국의 수신망에 사용된다. 이 LNA는 시스템의 잡음지수를 떨어뜨리는 케이블 손실을 감소시킨다. 부가적인 수신안테나가 통상 다이버시티(diversity) 용으로 사용된다. 최근의 설비는 이 LNA를 마스트상에 설치한다.

그러나, MCLPA는 미니셀 용으로는 $10,000 부터 총 수용능력 셀 용으로는 $100,000에 까지 이르는 값비싼 부품이다. 또한, MCLPA는 현재 제한된 수의 판매자에 의해서 전체 시장에 공급되고 있다. 이러한 판매자로부터의 MCLPA는 약 25 내지 500 W의 전력 범위에서만 사용할 수 있다.

본 발명은 일반적으로 셀룰라 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히 기지국과의 셀룰라 통신용 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성 및 작동되는 모듈 기지국의 개략도;

도 2는 제 2세대 기지국 송수신 부시스템(이하, 'BTS:Base Transceiver Subsystem'이라 함)의 RF 섹션을 갖는 기지국의 개략도;

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되어 작동되는 ARM의 개략 블록도;

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되어 작동되는 CATV 내부구조 기반 원격 마이크로셀용 ARM의 개략 블록도;

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되어 작동되며 화이버를 통하는 ARM 원격 마이크로셀의 개략 블록도;

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되어 작동되는 고이득 안테나 배열 기반 ARM의 개략 블록도;

도 7은 제 2 세대 종래 기술의 BTS의 전송경로와 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되어 작동되는 ARM 배열의 전력예산을 비교하는 표;

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되어 작동되는 ARM 모듈설계의 개략 블록도;

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되어 작동되는 ARM의 기계적 구조의 개략 블록도;

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되어 작동되는 ARM 모듈의 개략 블록도;

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되어 작동되는 ARM 모듈 적층의 개략 블록도;

도 12, 도 13 및 도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되어 작동되는 모듈 적층의 세 가지 다른 배열의 개략 블록도;

도 15는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되어 작동되는 안테나 유닛의 개략도이다.

부록 A는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되어 작동되는 ARM의 설명이고,

부록 B는 본 발명의 ARM이 사용된 다양한 소자의 설명이다.

본 발명은 모듈구조에 기반한 셀룰라 무선통신용의 새로운 기지국을 제공하는 것이다.

본 발명은 다양한 셀룰라 기지국 구성에서 기본적인 송신/수신 모듈로서 기능하는 능동 방사모듈(이하 'ARM:Active Radiator Module'이라 함)을 포함한다. 이 ARM은 셀룰라 구조 개발의 경향을 따라서 전류요구 및 장래의 요구를 충족시키도록 설계된다. 소망하는 융통성을 제공하면서 기지국의 비용을 감소하는 새로운 시도이다.

ARM 시스템에서는 결합신호가 케이블을 통해서 저전력으로 마스트에 송신되고, 이 마스트는 ARM으로 재분배한다. 필요한 ARM의 수는 전체 유효 방사전력(이하, 'ERP:Effective Radiated Power'라 함) 및 요구되는 이득의 함수이다. 수신망은 각 소자에 LNA를 포함하는 데, 이것은 시스템의 잡음지수를 감소시킨다. 전력이 작고 이득이 낮은 안테나를 필요로 하는 마이크로셀에서 동일한 ARM이 기능할 수도 있다.

원격 RF 유닛이 마이크로셀에 대한 가장 저렴한 해결책이다. 이 원격 RF 유닛의 적용성은 RF 전송선로의 비용에 의해서 제한된다. CATV 또는 이미 설치된 화이버 전송선로에 접속하는 조작자에게는 이것이 바람직한 해결책이다. 이 유닛은 증폭기, LNA 및 전송선로 대역으로의 변환기를 포함한다. 이 동일한 모듈은 마이크로셀 또는 피코셀의 일부일 수도 있지만, 안테나가 전형적으로 분리되는 경우에는 RF가 패키지에 포함된다. 본 발명의 기지국 모듈구조는 비교적 낮은 비용으로 즉시 업그레이드 될 수 있는 기지국 성능을 제공한다.

본 발명은 여기에서는 특정의 통상 사용되는 주파수 범위에 대해서만 셀룰라 전화기 또는 PCS와 같은 실시예로 설명된다. 그러나, 본 발명이 이러한 주파수 범위에 제한되는 것이 아니고 임의의 주파수 설정에 적용될 수도 있다는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 송수신용 안테나와 전력 증폭기를 포함하는 송신기 및 수신기를 각각 포함하며 소망하는 안테나 위치에 위치된 복수의 ARM과, 상기 ARM 각각의 상대적인 진폭 및 위상을 제어하는 빔 형성 네트워크(이하, 'BFN:Beam Forming Network'라 함), 및 상기 BFN을 통하여 상기 복수의 ARM에 저전력 링크를 거쳐 송신하고 LNA를 통하여 상기 복수의 ARM에 저전력 링크를 거쳐 수신하는 RF 전단부를 포함하는 모듈 셀룰라 무선통신 기지국이 제공된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 RF 전단부는 상기 복수의 모듈로부터 먼 곳에 위치된다. 바람직하게는 각 모듈이 자체 봉합된(self-enclosed) 것이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 상기 ARM은 두 개의 개별 송신안테나 소자와 수신안테나 소자를 포함한다. 바람직하게는 상기 송신 및 수신안테나 소자는 상호 약 15-30 ㏈ 정도 격리된 것이고, 가장 바람직하게는 약 20 ㏈ 정도 격리된 것이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 BFN은 상기 복수의 ARM에 인접하여 송신용 하나와 수신용 하나가 위치된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 모듈 셀룰라 무선통신 기지국은 CATV 업/다운 컨버터 모듈을 포함한다. 바람직하게는 상기 CATV 컨버터 업/다운 모듈이 CATV 네트워크에 접속되어 CATV 순방향 링크 및 역방향 링크를 수행하는 동축 케이블을 포함한다. 바람직하게는 송신신호와 수신신호를 구분하는 CATV 다이플렉서(diplexer)가 제공된다. 바람직하게는 컨버터 모듈이 믹서, 고정위상 발진기(이하, 'PLO:Phased Locked Oscillator'라 함) 및 대역통과 필터를 포함하여 영상과 저주파수를 제거한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 상기 RF 전단부는 광화이버 링크를 통하여 상기 BFN과 통신한다. 일 실시예에서 적어도 두 개의 개별 화이버가 각각 송신기 신호와 수신기 신호를 운송한다. 선택적으로는, 하나의 화이버가 상기 두 개의 송신기 신호와 수신기 신호를 운송하고, 분할기와 필터가 상기 신호들을 분할하고 필터링하기 위해 제공된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 송신증폭기는 모놀리식 실리콘 이득 스테이지를 포함하는 제 1 스테이지와, 하이브리드 패키지 전력 증폭기를 포함하는 제 2 스테이지를 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면. 수신기 대역에서의 송신기 광대역 잡음을 감소시키는 송신기 필터가 제공된다. 부가적으로 또는 선택적으로, 송신기 필터는 셀의 수신기 채널에 간섭을 주는 불요복사 신호(spurious signals)를 감소시킨다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수신기 증폭기와 수신기 필터가 제공되며, 상기 수신기 필터는 수신망에서 간섭성 상호변조곱(interfering intermod products)이 발생되지 않는 레벨로 송신기 신호를 감소시키고, 상기 수신기 증폭기는 포화에 의해서 감도가 줄지 않는다. 상기 수신기 필터의 또 다른 목적은 다른 기지국과 다른 시스템으로부터의 간섭신호를 감소시키는 것이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 무선통신 기지국의 외부에 있는 소스로부터의 간섭신호를 감소시키는 수신기 필터가 제공된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 소망하는 이득과 상기 BFN에 의해 결정되는 빔 형태를 갖는 능동 안테나를 형성하기 위하여 상기 복수의 ARM이 적층된다. 상기 모듈은 예를 들어 수직배열, 수평배열 또는 환형배열로 적층될 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 ARM은 단일 송신안테나와 제 1 수신안테나 소자 및 제 2 수신안테나 소자를 포함한다. 상기 단일 송신안테나는 수직 극성의 안테나이고, 상기 제 1 수신안테나는 +45°극성이고, 상기 제 2 수신안테나는 -45°극성이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 복수의 ARM은 수평면에서 복수의 빔을 형성하기 위하여 0.7 파장보다 적은 폭으로 구성된다. 상기 ARM은 상기 복수의 ARM이 수직으로 적층된 열로부터 넓은 폭을 형성하기 위하여 1 파장보다 작은 높이로 구성된다.

또한, 또 다른 실시예에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 ARM은 두 개의 송신안테나와 하나의 수신안테나 소자를 포함한다. 상기 수신안테나는 수직 극성이고, 상기 제 1 송신안테나는 +45°극성이며, 상기 제 2 송신안테나는 -45°극성이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 모듈 셀룰라 무선통신 기지국은 상기 송신안테나에 결합되는 송신증폭기와 상기 수신안테나 소자에 결합되는 수신증폭기를 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, CDMA 무선통신 시스템의 순방향 링크에서 신호의 감쇠를 경감하는 방법을 제공하는 데, 이 방법은 복수의 송신안테나로 송신신호를 분할하는 단계와, 제 1 안테나와 비교하여 안테나의 송신망에 CDMA 칩보다 긴 지연을 도입하는 단계와, 상기 신호를 모든 안테나에 의해서 송신하는 단계와, 서로 다른 상관기(correlators)에 의해서 상기 신호를 수신하는 단계 및 상기 신호를 결합하여 신호의 감쇠를 경감하는 단계를 포함한다.

바람직하게는 상기 안테나 각각이 근사적으로 동등한 유효범위를 갖으며 송신한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 송신단계는 복수의 이격된 안테나로부터의 송신을 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 송신단계는 서로 다른 극성에서 송신하는 복수의 안테나로부터의 송신을 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 결합단계는 천연 다중경로 신호에 의해서 결합하는 것을 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 그 중의 하나가 ±45°극성이고 또 다른 하나는 H-V 극성인 복수개 쌍의 직교극성 안테나를 포함하는 모듈 쌍극성 기지국 안테나 시스템이 제공된다. 바람직하게는 한 쌍의 송신안테나가 ±45°극성이고, 한 쌍의 수신안테나가 H-V 극성이다. 선택적으로는 모든 쌍의 안테나가 H-V 극성일 수도 있다. 바람직하게는 각 안테나는 개별 증폭기에 의해 공급된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 안테나 쌍 사이에 격리를 증가시키기 위해서 적어도 하나의 격리구조가 제공된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 모듈 쌍극성 기지국 송신과 수신을 위한 방법이 제공되는데, 이 방법은 ±45°극성인 한 쌍의 송신안테나에 의한 송신과 H-V 극성인 한 쌍의 수신안테나에 의한 수신을 포함한다. 선택적으로는 모든 쌍의 안테나가 H-V 극성일 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 전송신호는 분할되고, 극성의 가중치(weight)가 기지국에서 인가된다. 선택적으로는 증폭기 이득을 제어하는 것에 의해서 극성의 가중치가 인가된다. 가중치가 RF, IF 또는 베이스밴드 주파수에서 인가되기도 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되어 작동되는 모듈 기지국을 나타내는 도 1을 참조하면, 결합신호는 저전력에서 케이블을 통하여 마스트로 송신되고, 이것은 다시 복수의 ARM으로 재분배된다. 필요한 ARM의 수는 요구되는 총 ERP와 이득의 함수이다. 수신망은 각 소자에 시스템의 잡음지수를 감소시키는 LNA를 포함한다. 동일한 ARM이 소전력과 낮은 이득의 안테나를 필요로하는 마이크로셀에서 기능할 수도 있다.

제 2 세대 BTS의 RF 섹션과 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되어 작동되는 ARM 모듈을 갖는 기지국을 나타내는 도 2를 참조하면, 예비증폭 및 채널 필터링 후 단일채널이 결합되고, 그 후 MCLPA에 공급된다. 결합신호는 그 후 대역통과 필터링되고, 이중 통신이 되어(diplexed) 고전력 저손실 케이블을 통하여 안테나 배열로 향한다.

종래의 제 2 세대 BTS의 단점은 인터 알리아(inter alia), 즉 송신 및 수신신호에 모두 이용되는 케이블 및 안테나 배열을 포함하는 복합체는 결합성이 극히 선형적이며, 안테나와 케이블 접속에 높은 응력을 부여하는, 약 -135 ㏈c 보다 큰 상호 변조곱(이하, 'IMP:Intermod products'라 함)을 발생하지 않을 것이 요구된다는 것이다. 이러한 구조의 비용은 고전력 MCLPA와 모든 지지장비에 의해서 보상되어야만 하며 필터, 다이플렉서 및 케이블 내에 존재하는 3 ㏈ 내지 5 ㏈ 전력손실이다.

본 발명에서, MCLPA, 고전력 케이블, 다이플렉서 및 광대역 초선형성 안테나 및 LNA는 ARM에 의해서 대체된다. ARM은 마스트 상에 장착되고, 저전력 PA, 소자 방사기(쌍극자(dipole) 또는 패치(patch)) 및 대응 수신소자를 포함한다. ARM은 낮은 레벨에서 증폭을 수행하고 대기에서 전력을 결합하며, 두 개의 협대역 송수신용 안테나를 사용하여, 안테나의 선형성과 구조적 요구를 감소시키며, 안테나 단자에 수신된 신호를 부가적인 손실없이 증폭한다. ARM과 BTS를 접속시키는 케이블은 간단하고, 손실에 민감하지 않으며, 필요에 따라서 연장될 수도 있다.

도 2의 장치부를 형성하는 ARM을 나타내는 개략 블록도인 도 3이 참조된다. ARM은 두 개의 개별 송신안테나와 수신안테나 소자를 포함한다. 이것은 그 관련되는 비용, 전력손실 및 차지하는 부피를 갖고 있는 다이플렉서의 필요성을 없애준다. 바람직하게는 각 안테나가 협대역으로, 전형적으로는 12.5 ㎒(〈2%)를 커버한다. 바람직하게는 근사적으로 45 ㎒를 분리하는 것이 약 20 ㏈ 격리를 제공한다. 수신기 채널 및 송신기 채널상의 필터에 의해서 그 이상의 격리(85 ㏈ 까지의)가 제공된다. 그 응용에 따라서 송신기 증폭기는 저전력(2W 또는 0.2W)이다. LNA는 수신기 채널 상의 필터를 뒤따른다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되고 작동되며, CATV 하부구조 기반 원격 마이크로셀용 ARM을 나타내는 도 4를 참조하면, 바람직하게는 기본 ARM이 CATV 하부구조 기반 원격 마이크로셀을 이루기 위하여 CATV 업/다운 컨버터 모듈과 결합된다. 이렇게 ARM을 특별하게 적용하는 것은 현존하는 CATV 네트워크를 RF 마이크로셀에 대한 RF 전송선로로서 사용하게 할 것이다. 이러한 현존하는 CATV 네트워크가 미국 시장에서 비용과 수용능력에 있어서 대단한 장점을 가지며 사용 중이다. 유사한 제품이 "Lucent Technologies"에서 제공되는 중이다.

CATV 업/다운 컨버터 모듈입력은 바람직하게는 CATV 네트워크에 접속되어 CATV 표준 순방향 링크(전형적으로는 450-650 ㎒)와 역방향 링크(전형적으로는 5-52 ㎒)를 수행하는 동축 케이블이다. 각각의 순방향 및 역방향 링크에 대한 10 ㎒의 대역폭은 바람직하게는 셀룰라 ARM 사용에 지정된다.

컨버터 내의 CATV 다이플렉서는 송신기 신호와 수신기 신호를 분리한다. 그 후, 이 신호들은 적절한 셀룰라 주파수로 변환된다. 이 변환기들 각각은 영상 및 저주파수를 제거하기 위해서 믹서, 고정위상 발진기 및 대역통과 필터를 포함한다. 업/다운 컨버터 모듈은 본 적용에 있어서는 ARM에 직접 부착된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되고 작동되며, 화이버를 통하는 ARM 원격 마이크로셀을 나타내는 도 5가 참조된다. 화이버/RF 컨버터 모듈은 원격 ARM 모듈 마이크로셀에 대한 광화이버 전송선로용 기본 ARM에 부착된다. 화이버를 통한 RF 전송선로는 마이크로셀 레이아웃에 대하여 효율적인 방법으로서, 실내 및 실외 마이크로셀 분배에 모두 제안된다. 화이버/RF 트랜스듀서 모듈은 바람직하게는 전송기 화이버/RF 컨버터와 수신기 화이버/RF 컨버터 모두를 동일 모듈에 포함한다. 이 모듈에의 입력은 바람직하게는 모듈내에서 분할 및 필터링된 송신기 신호와 수신기 신호를 모두 운송하는 화이버이거나, 또는 화이버 하부구조에 의존하는 두 개의 개별 화이버이다. 화이버/RF 컨버터 모듈은 ARM에 직접 부착된다.

ARM 기반의 고이득 안테나 배열을 나타내는 도 6을 참조하면, 대형 셀룰라 셀은 높은 ERP와 안테나 이득을 요구한다. ARM 모듈 소자로 구성된 배열은 낮은 BTS 비용에서 높은 융통성과 안정성 모두를 효율적으로 제공한다. N개의 ARM으로 구성된 선형 배열에 의해 발생된 ERP(각각 p W 전력으로 전송)는 N²p이다. BFN, 케이블 및 다이플렉서에 기인한 링크예산에 포함되지 않는다면, 더 이상의 손실은 없다.

제 2 세대 종래 기술의 BTS와 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되어 동작하는 ARM 배열의 전송경로 전력예산을 비교하는 표인 도 7을 참조하면, 관련 고전력 케이블 및 다이플렉서를 갖는 10개의 소자배열, 100W MCLPA는 각각 2W 전력을 송신하는 10개의 ARM에 의해 대체될 수도 있다. 수신경로에서도 이와 유사한 장점이 얻어진다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 ARM의 모듈설계를 나타내는 도 8을 참조하면, 각 모듈은 특정 고객의 요구에 부합하는 신제품을 구성하기 위하여 다른 모듈에 부착될 수 있다.

ARM은 바람직하게는 5개의 기본 구성블록과 통합포장으로 이루어진다. 기본 구성블록은 다음과 같다:

1. 송신기 증폭기

2. 수신기 증폭기

3. 송신기/수신기 대역통과 필터

4. 송신기/수신기 안테나 소자

5. 전력원

본 발명의 ARM 증폭기를 설명하기 전에, 종래 기술의 간단한 논의가 있을 것이다. 일반적으로 종래 기술에서는 그 고유의 수신기와 인접한 셀 및 시스템에의 간섭을 회피하기 위해서 엄격한 IMP 사양이 BTS 송신에 부과되었다. 이러한 것은 채널 필터를 넘어서 송신망에 선형성을 요구하게 된다. 따라서, 대형 셀에 대한 MCLPA는 -70 ㏈c IMP를 초과하지 않도록 특정된다. 이러한 제한은 단일채널 증폭기에 대하여는 적용하지 않고, 셀의 동적범위가 30 ㏈ 까지 감소되는 마이크로셀에 대하여는 완화된다. CDMA 시스템에 대한 IMP 요구는 덜 엄격하다.

적절한 백오프(3 내지 5 ㏈)를 갖는 A형 증폭기가 CDMA 마이크로셀 및 다른 시스템의 저용량 마이크로셀과 셀(미니셀)에 대한 요구를 충족시킬수도 있다. 보다 높은 선형성은 선형기술을 요구한다. 예비왜곡(pre-distortion)은 7 내지 10 ㏈ 더 높은 3차 인터셉트 포인트(이하, 'ICP:intercept point'라 함)가 되어, 10 내지 20 ㏈ 더 낮은 IMP를 가능하게 한다. 분산소자 및 예비왜곡 증폭기의 수동 튜닝과 비교하여 후자의 하이브리드 설계로 인하여 A형 증폭기에 비하여 10개의 비용요소가 오늘날 실제로 고려된다. 이 비용은 대량에 대하여 뒷받침되는 유사한 기술에 의하여 감소될 수도 있다. 더욱 선형화하는 것은 더 높은 전력의 MCLPA에서 사용되는 바와 같은 순방향-공급(feed-foward) 기술을 필요로 한다. 이러한 값비싼 기술은 ARM 적용의 어느 곳에서도 필요하지 않을 것으로 예견된다.

본 발명에 따른 ARM의 증폭기가 이하 설명된다. 3 내지 5 ㏈ 백오프에서 동작하는 A형 증폭기가 제 1 세대 ARM에 대하여 사용될 수도 있다. 이러한 증폭기는 저비용 및 단기간 개발시간을 제공한다. 이 증폭기는 시장의 주요부를 구성하는 다른 시스템에 대하여 CDMA 마이크로셀, 미니셀, 저용량 마이크로셀 및 미니셀을 충당한다.

바람직하게는 송신기 증폭기가 두 개의 스테이지를 포함한다. 바람직하게는 제 1 스테이지가 모놀리식 실리콘형 A 이득 스테이지이다. 바람직하게는 제 2 스테이지가 하이브리드 패키지된 전력 증폭기이다. 바람직하게는 이 증폭기가 모든 정합(matching) 네트워크 및 바이어싱(biasing) 네트워크와 함께 표면 실장 기술(SMT)을 사용하여 송신기 증폭기 포장 내에서 RF 인쇄보드 상에 조립된다.

전형적인 송신기 증폭기 사양이 최상의 모드에 대한 설명의 목적으로 이하 소개되지만, 본 발명이 이 값들에 제한되는 것은 아니다.

주파수 대역 1930 - 1990 ㎒(PCS)

출력전력(평균) CDMA 용 2 W

최대출력용 입력전력 -2 ㏈m

단선(burn out) 용 입력전력 최대 +12 ㏈m

전력 제어범위 최소 20 ㏈

전원차단(Shutdown)시 전력강하 최소 -50 ㏈

1 ㏈ 압축(compression) 36 - 38 ㏈m

3차 인터셉트 포인트 최소 +46 ㏈m

2개의 톤(two tones) IMP 톤당 1 W시에 -30 ㏈c

톤당 0.2W시에 -44 ㏈c

이득 외부보상 없는 소신호에서

35 ㏈ - 38 ㏈

이득 평탄도 1.25 ㎒ 이상에서 ±0.1㏈

온도에 대한 이득변화 외부보상 없이 최대 3 ㏈

주파수 대 송신위상 변화 1.25 ㎒ 이상에서 ±1°

유닛 사이에서의 송신위상 윈도우 ±3°

AM / PM 변환 0.25°/1㏈cp 이하

최대 3㏈까지

잡음지수 최대 8 ㏈

불요복사(비 고조파) -60 ㏈c

입력 VSWR 50시스템에서 1.5 : 1

출력 VSWR 50시스템에서 1.3 : 1

DC 공급전압 누락된 네거티브 전압보호와

함께 +8 V 및 -5 V

DC 공급전류 8 V 에서 4 A

ARM 내의 수신기 증폭기는, 긴 동축 케이블 손실 또는 매개체 손실 및 안테나소자와 기지국 전단부 사이에 부가된 잡음으로 인하여 기지국 감지도가 떨어지지 않는 것을 보장하도록 의도된다.

바람직하게는 수신기 증폭기가 감지도, 채널내부 간섭 및 다중채널 왜곡감소를 제거하기에 충분한 이득, 충분히 작은 잡음지수, 충분히 높은 압축 및 인터셉트 포인트를 갖는다.

전형적인 수신기 증폭기 사양이 최상의 모드를 설명할 목적으로 이하 소개되지만, 본 발명이 이 값들에 제한되는 것은 아니다.

주파수 범위 1850 - 1910 ㎒(PCS)

잡음지수 최대 2.5 ㏈

이득 외부보상 없이 최소 30 ㏈

이득 평탄도 임의의 1.25 ㎒에 대하여

±0.1 ㏈.

온도에 대한 이득변화 외부보상 없이 최대 3 ㏈

입력전력 단선(burn out) 최대 +15 ㏈m

전력 제어범위 최소 20 ㏈

입력 1 ㏈ 압축 지점 최소 0 ㏈m

입력 3차 인터셉트 포인트 최소 +10 ㏈m

주파수 대 송신위상 변화 1.25 ㎒ 이상에서 ±1

유닛 사이에서의 송신위상 윈도우 ±3°

불요복사( 비 고조파) -60 ㏈c

입력/출력 VSWR 50시스템에서 1.5 : 1

작동유형 A

전압공급 정격 +8 V

전류요건 150 mA

기술 MMIC의 SMT

ARM의 송신기 필터와 수신기 필터는 송신기/수신기 안테나 분리와 함께, 송신기 신호와 수신기 신호를 상호 격리시키는 다이플렉서를 이룬다. 송신기 필터와 수신기 필터에 대한 사양은 시스템과 적용마다 ARM의 성능 요구조건으로부터 직접 유도된다.

최상의 모드를 설명하기 위한 목적으로 전형적인 사양이 이하 소개되지만, 본 발명이 이 값들에 제한되는 것은 아니다.

Tx 채널

주파수 대역 1960 - 1990 ㎒(PCS)

출력전력(평균) CDMA에 대하여 2 W

최대출력에 대한 입력전력 -2 ㏈m

단선에 대한 입력전력 최대 +10 ㏈m

전력 제어범위 최소 20 ㏈

전원차단시 전력강하 최소 -50 dB

입력 1 ㏈ 압축 36 - 38 ㏈m

3차 인터셉트 포인트 최대 +46 ㏈m

+33 ㏈m 출력에서의 CDMA ACP 1.25 ㎒ 이상에서 -45 ㏈c

입/출력 이득 보상시 35 ㏈ ±0.5 ㏈

이득 평탄도 1.25 ㎒ 이상에서 ±0.1 ㏈

온도에 대한 이득변화 보상시 최대 0.5 ㏈

주파수 대 송신위상 변화 1.25 ㎒이상에서 ±1

유닛 사이의 송신위상 윈도우 ±5°

AM / PM 변환 1 ㏈cp 이하 최대 3 ㏈ 까지

0.25°/dB

잡음지수 최대 8 ㏈

불요복사(비 고조파) -60 ㏈c

입력 VSWR 50시스템에서 1.5 : 1

Rx 채널

주파수 대역 1880 - 1910 ㎒(PCS)

잡음지수 최대 3.5 ㏈

입/출력 이득 보상시 30 ㏈ ±0.5 ㏈

온도에 대한 이득변화 보상시 최대 0.5 ㏈

단선 입력전력 최대 +15 ㏈

전력 제어범위 최소 20 ㏈

이득 평탄도 1.25 ㎒ 이상에서 ±0.1 ㏈

유닛 사이의 송신위상 ±5°

입력 1㏈ 압축 포인트 최소 0 ㏈m

입력 3차 인터셉트 포인트 최소 +10 ㏈m

불요복사(비 고조파) -60 ㏈c

작동유형 A

출력 VSWR 50시스템에서 1.5 : 1

송신기 필터는 ARM 내에서 두 가지 역할을 한다. 제 1역할은 수신기 대역에서 송신기 폭 대역잡음을 감소시키는 것이다. 제 2역할은 동일 셀 또는 다른 셀이나 다른 시스템의 수신기 채널에 간섭을 줄 수도 있는 불요복사 신호를 감소시키는 것이다. 그 이상의 요구조건은 최초의 요구조건이며, 이것은 송신기 필터 성능, 즉 송신기 필터구조를 지시한다.

송신기 잡음 및 수신기 채널 입력으로의 누설을 수신기 잡음대보다 낮게하기 위하여, 60 ㏈(-74 + 135)의 격리가 요구된다. 요구되는 격리의 20㏈는 송신기/수신기 안테나 격리에 의한 것이고, 안정성 여백인 나머지 40 ㏈ + 10㏈는 송신기 필터의 수신기 대역 배제에 주어진다. 수치는 다르나 최종적인 결과가 동일한 CDMA 시스템에도 똑같은 원인이 적용된다.

수신기 필터는 ARM 내에서 두 가지 역할을 한다. 제 1역할은 IMP가 수신망에서 발생되지 않고 수신기 증폭기가 포화에 의해서 감도가 떨어지지 않는 레벨까지 송신기 신호를 감소시키는 것이다. 수신기 필터의 또 다른 목적은 다른 기지국 및 다른 시스템으로부터의 간섭신호를 감소시키는 것이다. 그 이상의 요구조건은 최초의 요구조건이며, 이것은 수신기 필터 성능 즉, 수신기 필터구조를 지시한다.

송신기 누설이 수신신호에 간섭을 주지 않도록 하기 위해서는, AGC 이 없는 시스템 또는 AGC 가 최소인 경우의 시스템에 대한 수신기 채널 압축보다 훨씬 낮은 레벨로 유지되어야 한다. 예를 들어, 수신기 안테나 단자에서의 1 ㏈ 압축이 -60 ㏈m이면, 바람직하게는 송신기 누설이 -70 ㏈m 이하이다. +33 ㏈m의 송신기 평균 출력전력 및 20 ㏈의 송신기/수신기 안테나 격리에 대하여, 바람직하게는 송신기 대역의 수신기 필터 배제가 85 ㏈이다. 수치는 다르나 최종적인 결과가 동일한 CDMA 시스템에도 똑같은 원인이 적용된다.

최상의 모드를 설명할 목적으로 ARM 필터에 대한 전형적인 사양이 이하 소개되지만, 본 발명이 이 값들에 제한되는 것은 아니다.

Tx 필터

통과대역 1960 - 1990 ㎒(PCS)

배제 통과대역 이하 50 ㎒에서 -50 ㏈

통과대역 이상 50 ㎒에서 -40 ㏈

80㎒ 이상 4GHz 까지 대역에서 -60㏈

삽입손실 통과대역에서 -1.5 ㏈(0.5 ㏈ 목표치)

대역 내에서의 리플 1.25 ㎒ 이상에서 최대 dB

30 ㎒에 대하여 최대 0.6 ㏈

그룹지연 변화 1.25 ㎒에 대하여 최대 2 nsec

유닛 사이의 송신위상 변화 ±5°

복귀손실 입력/출력 최소 -17 ㏈

조작전력 최대 10 w

Rx 필터

통과대역 1880 - 1910 ㎒(PCS)

배제 통과대역 이상 50 ㎒에서 -75 ㏈(-85 ㏈ 설계목표치)

통과대역 이하 50 ㎒에서 -40 ㏈

80 ㎒ 이상 4 GHz 까지의 대역에서 -60 ㏈

삽입손실 통과대역에서 최대 -1.5 ㏈(0.5 ㏈ 목표치)

대역 내에서의 리플 1.25 ㎒ 대역에 대하여 최대 ㏈

30 ㎒에 대하여 최대 0.6 ㏈

그룹지연 변화 1.25 ㎒ 대역에 대하여 최대 2 nsec

유닛 사이의 송신위상 변화 ±5°

복귀손실 입력/출력 최소 -17 ㏈

조작전력 최대 10 W

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 ARM(100)의 기계적 구조를 나타내는 도 9를 참조하면, 바람직하게는 ARM(100)이 통상 알루미늄으로 구성된 하우징(102)을 포함한다. 바람직하게는 복수의 튜닝소자(104)와 I/O 커넥터(106)가 하우징(102)의 외부표면 상에 장착된다. 송신기안테나 소자(108)와 수신기안테나 소자(110)로부터의 입력은 각각 I/O 커넥터(106)에 공급되고, 바람직하게는 증폭기 회로보드(도시하지 않음)와의 출력접속이 이루어진다. 하우징(102)의 내부에 송신기 필터(112)와 수신기 필터(114)가 각각 배치된다. 송신기 필터(112)와 수신기 필터(114)는 각각 결합구조인 6개의 동축 공진기 타원형 필터를 포함한다.

바람직하게는 송신기안테나 소자(108)와 수신기안테나 소자(110)가 모두 인쇄패치(printed patch) 소자이다. 바람직하게는 송신기안테나 소자(108)와 수신기안테나 소자(110)가 동일한 기초재료(전형적으로는 폴리우레탄 재료) 상에 인쇄되고 한 장의 에폭시 유리섬유 또는 UV 방사를 포함하는 주위여건을 극복할 수 있는 다른 보호커버에 의해 덮혀진다. 바람직하게는 소자(108 및 110) 모두가 소자들 사이에서 요구되는 격리을 보장하도록 설계된다. 바람직하게는 이 설계가 이하 설명될 고이득 안테나를 위한 소자의 배열적층과 호환성이 있다.

최상의 모드를 설명할 목적으로 ARM 안테나에 대한 전형적인 사양이 이하 소개되지만, 본 발명이 이 값들에 제한되는 것은 아니다.

주파수 대역 : Tx : PCS 용 1960 - 1990 ㎒

Rx : PCS 용 1880 - 1910 ㎒

Tx / Rx 소자 격리: 임의의 Tx / Rx 극성조합에

대하여 20 ㏈(최소 15 ㏈) 극성 임의의 조합에 대하여 수직 또는 수평

이득 최소 5 ㏈i, 6 ㏈i(목표치)

빔 폭 -4 ㏈에서 AZ 120°

최대 EI 80°

측면 로브 AZ : 없음

EI : -15 ㏈

전/후 비 90-120＆ 240-270에서

〈 -10 ㏈

120° - 240°에서 〈 -15 ㏈

효율 90 %

VSWR(50시스템에서) 최대 1.6 : 1

치수 140 x 70 x 15 mm

바람직하게는 ARM 전원이 송신기 증폭기와 수신기 증폭기에 필요한 모든 DC 전력을 공급하고, 타워 정상에 장착된 장치에 대하여 필요한 모든 보호수단을 포함한다. 바람직하게는 ARM 전원이 안테나 타워의 정상에 장착되고, 기지국과 ARM을 접속시키는 케이블이 미리 고정된 길이를 갖고있지 않기 때문에, 상기 전원내에 DC-DC 컨버터가 필요하다. 바람직하게는 DC 공급이 송신기 동축 케이블 또는 수신기 동축 케이블을 통과한다. 즉, BIAS-T가 ARM 전원내에 구현되어야 한다. 바람직하게는 DC 공급원이 기지국 내에 존재한다. 이러한 방식의 DC 공급은, 각 모듈(CATV 컨버터 또는 화이버/RF 컨버터)이 동일한 소스로부터 접속용 동축 케이블을 통하여 DC 전력을 모두 소비하는 독립된 전원을 구비하는 모듈 접근방식에 편리하다.

최상의 모드를 설명할 목적으로 전원에 대한 전형적인 사양이 이하 소개되지만, 본 발명이 이 값들에 제한되는 것은 아니다.

입력전압 18 - 32 V DC

출력전압 4 Amp 에서 8 V DC(또는 동일 전력의 다른 전압)

0.1 Amp 에서 5 V DC

동작온도 -40°C 에서 + 60°C 입력접속

내부 BIAS-T 를 통하여 ARM의 통합포장은 송신기/수신기 필터 블록상에 기반된다. 이 블록은 ARM의 주요 체적을 차지한다. 바람직하게는 기계적인 구조가 두 개의 주요 기계적 부분으로 나누어 진다 : 각각 필터블록을 둘러싸는 것과 능동회로를 하우징하는 부품 : 1/2은 송신회로 및 전원을 집어넣고, 나머지는 수신부와 모니터링 유닛 및 중앙유닛을 유지한다.

안테나 판넬이 유닛의 앞부분에 부착되어 필터단자에 직접 접속된다.

바람직하게는 양쪽 기계적 부분 모두가 다이캐스트(die cast) 알루미늄으로 만들어져서, 상기 부분 사이에서 밀봉 도전성 0-링(환형링)으로 상호 감겨진다. 바람직하게는 ARM 구조의 전체 크기가 70 x 140 x 160 mm 근방이다.

바람직하게는 송신기 증폭기 및 수신기 증폭기와 전원으로부터의 열을 발산하도록 ARM 알루미늄 구조가 설계된다. ARM 내에서 전체 발사된 열은 약 30 W이고 주위온도 이상의 온도상승이 대략 10°C 이하이다.

바람직하게는 안테나 레이돔이 ARM의 전방에 존재하고, 그 반면에 송신기 커넥터와 수신기 커넥터가 후방에 존재한다. 몇몇 ARM 유닛은 더 높은 이득과 전력을 갖는 안테나를 위해서 배열을 형성하도록 내부접속 되기도 한다.

위에서 언급한 바와 같이, ARM은 고이득 안테나를 위한 소자의 배열적층과 호환성이 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되고 작동되는 ARM 중 일 모듈의 블록도를 나타내는 도 10을 참조하면, 바람직하게는 ARM이 안테나와 같은 방사소자와 관련하여 전력 증폭기, 대역통과 필터, 다이플렉서 및 LNA를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되고 작동되는 ARM의 모듈적층 블록도를 나타내는 도 11을 참조하면, 송신 BFN과 함께 저전력 케이블이 사용된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되고 작동되는 모듈적층의 세 가지 가능한 서로 다른 배열을 나타내는 도 12, 도 13 및 도 14를 참조하면, 도 12는 수직배열을, 도 13은 평면배열을, 도 14는 환형배열을 나타낸다. 본 발명의 범위 내에서 이외의 구성이 가능하다는 것을 알 수 있다. 선택적으로, 도 10, 도 11, 도 12, 도 13 및 도 14의 실시예에서 다이플렉서 대신에 송신용 및 수신용의 두 개의 개별 안테나가 사용될 수도 있다.

다음의 리스트는 본 발명에 따른 ARM의 장점을 요약한다:

많은 셀룰라 적용에 대한 공통모듈

대형 셀에 대한 주요 비용 감소( 기지국(BS)에서 MCLPA와 비교하여 3 내지 6 ㏈ 정도 전력요구를 감소시키고, 안테나와 BS 사이의 거리를 보다 길게할 수 있음)

BS 시장으로부터 상당한 "bite"를 차지하는 반면에, BS 생성과 관련한 값비싼 기술면허에 대한 필요를 회피할 수 있음

케이블 손실을 제거함으로써 BS 잡음지수를 감소시킴

송신기안테나와 수신기안테나를 분리하고 케이블 접속을 제거함으로써 안테나 IMP를 감소시킵

배열내의 모듈실수가 BS로의 파멸적 손상을 야기하지 않음

다중빔 및 견고한 안테나에 대한 구성블록

본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되어 작동되는 안테나 유닛(통상 '200'으로 표시된)의 개략도를 나타내는 도 15를 참조하면, 수직극성 Tx 안테나(202)와 쌍극성 Rx 안테나(204)를 포함하는 안테나 유닛(200)이 극성 다이버시티에 대하여 효율적이다.

극성 다이버시티 안테나의 효율성은 두 개의 수신안테나의 방사패턴 유사도와 두 수신안테나에 수신된 신호의 평균레벨의 동일성에 의존한다. 바람직하게는 쌍극성 Rx 안테나(204)가 선형으로 경사진 극성 안테나이다.

가입자의 송수화기의 극성이 아마도 수직상에서 평균적으로 임의로 분산되기 때문에, 송신안테나(202)에 대하여 바람직한 극성은 수직이다. 따라서 일반적으로는 송신을 위해서 개별 안테나가 필요하기 때문에 안테나 높이를 두 배로 하게된다. 종래 기술에서 흔히 적용되었던 또 다른 배치는 기울어진 극성 안테나 상에 송신용으로 배치하는 것이다. 그러나, 이 극성은 덜 효율적이고 안테나 중 하나에 다이플렉서가 요구되고, 이것은 수신 사이에서 대칭성을 감소시킨다.

능동 안테나 유닛(200)은 수직극성 안테나(202)를 둘러싸는 장점을 갖고, 그 후방에는 전력 증폭기와 송신대역 필터 및 두 개의 기울어진 선형 안테나가 있으며, 각각의 후방에는 LNA와 수신대역 필터가 있다(도시하지 않음). 따라서, 개별의 협대역 특정 안테나를 각각 최적의 극성으로 선택하면 가장 간단한 송수신용 안테나가 형성된다. 송신 및 수신에 있어서 능동소자는 감지도, 안정성 및 설계와 유지보수에의 융통성의 표준에 있어서 개선을 제공한다.

또 다른 실시예에서, 하나의 수신안테나가 도 15에 도시된 바와 같이 수직 극성이고 두 개의 송신안테나가 각각 ±45°의 기울어진 선형극성으로 극성화된다. 능동 방사기 유닛은, 적절한 대역필터를 통해서 Rx 안테나에 접속되는 하나의 수신증폭기와, 적절한 대역필터를 통해서 송신안테나 중 하나에 각각 접속되는 두 개의 송신증폭기를 포함한다. 이러한 구성을 바람직하게 적용하는 것은, 수신채널이 도너(donor) 기지국으로부터 분산 가입자에게로 신호를 중계하는 동안에 두 개의 송신채널이 다이버시티 생성물을 도너 기지국으로 중계하는 극성 다이버시티 중계기에서이다.

아래의 "부록 A"는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 구성되고 작동되는 ARM을 상세히 개시한다.

부 록 A

내 용

1. ARM 설명

2. ARM 구성

2.1. 고이득 안테나 배열

2.2. 쌍극성 안테나

2.3. CDMA IS95 용 송신 다이버시티 지연모듈

2.4. 다중빔/인텔리전트 안테나 배열

2.5. 다중빔 용 다중 전송선로/인텔리전트 안테나 배열

2.6. CATV 전송선로 모듈

2.7. 광화이버 전송선로 모듈

3. ARM 고이득 설계 및 사양

4. 기지국과의 ARM 배열 인터페이스

5. ARM 기반의 기지국 비용 비교

6. ARM 배열 안정성 분석

7. ARM으로 셀 설계시 ARM 셀 가이드라인

1. ARM 모듈 설명

1.1. 기지국 송수신기 부시스템(Base Transceiver Subsystem)(도 16)

제 2 세대 기지국 송수신기 부시스템(이하, 'BTS'라 함)의 RF 섹션이 도 16에 도시된다. 예비증폭 및 채널 필터링 후 단일채널이 결합되고, 그 후 다중 캐리어 선형 전력 증폭기(이하, 'MCLPA'라 함)를 공급한다. 그 후, 결합신호가 대역통과 필터링되고, 디플렉스되어 고전력 저손실 케이블을 통하여 안테나 배열로 향한다. 송신신호와 수신신호를 모두 제공하는 케이블과 안테나 배열의 복합체는 극히 선형적일 것이 요구되고, 안테나와 케이블 접속 사양에 응력을 주는 약 -135 ㏈c 보다 높은 IMP(Intermod Products)를 발생하지 않을 것이 요구된다. 다이플렉서와 대역통과 필터는 Tx 주파수와 Rx 주파수 사이에서 약 100 ㏈ 의 격리를 필요로 한다.

이 구조의 비용은 필터, 다이플렉서, 케이블 및 안테나 빔 형성 네트워크(이하, 'BFN'이라 함) 내에 고전력 MCLPA와 그것의 모든 지지장비에 의해서 보상되어야만 하는 3 내지 10 ㏈의 전력손실이다. 안테나 BFN 및 케이블 손실은 수신측에서의 잡음지수를 3 내지 5㏈ 정도 감소시킨다.

저레벨 송신신호를 모듈에 통합되는 기본 안테나에 의해서 방사되는 적절한 레벨까지 증폭하는 마스트 상의 모듈에 의해서, ARM이 MCLPA, 고전력 케이블, 다이플렉서 및 광대역 초선형성 안테나를 대체한다. 열 배열에서의 모든 모듈의 방사가 필요한 ERP를 생성하기 위하여 대기에서 결합된다. 두 개의 송수신용 협대역 안태나가 각각 통합되어, 안테나의 선형성 및 구조적 요구를 감소시키고 다이플렉서에 대한 요구를 완화시킨다. 수신신호는 손실없이 안테나 단자에서 증폭된다. ARM 시스템을 구비한 BTS는 케이블 손실에 민감하지 않기 때문에, ARM과 BTS를 접속시키는 케이블은 비싸지 않고 필요에 따라서 연장될 수도 있다.

1.2 기본 ARM의 설명(도 17 - 도 19)

ARM 블록도가 도 17에 도시된다. ARM은 두 개의 개별 송신안테나 소자와 수신안테나 소자를 포함한다. 각 안테나는 협대역이다(〈 3%). Tx 대역과 Rx 대역 사이를 분리하는 것은 약 20 ㏈ 격리를 제공하고, 관련된 비용, 전력손실 및 복잡성을 갖는 다이플렉서에 대한 필요를 제거한다. Rx 채널과 Tx 채널 상의 대역통과 필터는 링크 사이에서 요구되는 부가적인 85 ㏈ 격리를 제공한다. Tx 증폭기는 저전력으로서 2 W의 혼합선형 출력 전력을 제공한다. LNA가 Rx 채널상의 필터를 뒤따른다. 각 모듈은 그 자신의 전원과 모니터링-제어 함수를 갖는다.

ARM 모듈의 안정성은 100,000 시간 MTBF 이상이다. 대부분의 셀에서와 같이 적층되어 배열을 이루는 경우, 배열내에서 여분의 ARM은 비정합 10⁹시간 MTBF의 차수 안정성을 제공한다.

ARM 구조는 모듈형식이다(도 19 참조) :

안테나 평판은 제거가 가능하고, V 또는 H 극성 안테나를 모두 허용한다.

판넬을 제거함으로써 ARM은 필터링된 쌍방향 증폭기가 된다. 빔 방향 수평

키가 빔 형성을 위해 유닛에 부착될 수 있다.

ARM은 각 송신안테나와 수신안테나 상에 수직극성 또는 수평극성으로 제

공되고, ARM 전방면에서 안테나 형성고정 모듈을 대체함으로써 극성이 변화

될 수 있다. 이것은 유닛의 고유한 설계에 기인한 것이다.

Tx 부분과 Rx 부분이 개별 섹션에 존재한다. 각각은 독립 Tx 증폭기-필

터 또는 Rx 증폭기-필터로서 사용될 수 있다. 수신기 유닛(PolARM)은 두 개

의 Rx 섹션과 하나의 쌍극성 Rx 안테나를 사용하여 구성될 수 있다.

모듈로 자체 내장되는 ARM의 구조 및 기능에 있어서, 그 범위 - 수직열과 수평배열 양쪽 모두에서의 적절한 안테나 배열 및 그 튜닝 파라미터의 견고성은 각 새로운 작업에 대한 더 이상의 개발없이도 간단한 엔지니어링에 의해서 기지국 방사소자를 배열하고 처리하는 고유의 융통성을 제공한다. 각 셀의 구성을 최적화하는 것에 대하여 이러한 특성은 많은 확장성과 "스마트 안테나" 출현에 중요한 것이다.

2. ARM 구성

2.1. 고이득 안테나 배열

2.2. 쌍극성 모듈

2.3. CDMA IS95 용 송신 다이버시티 지연모듈

2.4. 다중빔/인텔리전트 안테나 배열

2.5. 다중빔 용 다중 전송선로/인텔리전트 안테나 배열

2.6. CATV 전송선로 모듈

2.7. 광화이버 전송선로 모듈

2.8. ARM 중계기

2.9. ARM에 의한 실내분배

2.1. ARM 기반의 고이득 안테나 배열(도 20 - 도 23)

대형 셀룰라 셀은 높은 ERP와 안테나 이득을 모두 요구한다. ARM 소자로 구성되는 배열은 낮은 BTS 비용과 높은 융통성 및 안정성으로 위 두가지를 효과적으로 제공한다. 각각 p W를 송신하는 N 개의 능동모듈로 구성된 선형배열에 의해서 발생되는 ERP는 N²p(선형배열의 이득은 소자의 갯수(N)에 관계된다. 이것은 증폭기의 갯수(N)으로 곱하여진다.)에 관계된다. BFN, 케이블 및 다이플렉서에 기인하는 링크예산에 포함되지 않는다면 부가적인 손실은 없다. 표 2.1은 비교표이다. 관련 고이득 케이블과 다이플렉서를 통하여 10개 소자의 안테나 배열을 공급하는 100 W MCLPA가 각각 2 W 를 송신하는 10 개의 ARM 배열과 비교된다.

전송경로 전력예산

항 목	PA(dBw)	필 터	디플렉서	케이블 + BFN
제 2 세대 BTS	20	-.5	-2	-5
ARM 배열	3 + 10LogN	-.5	0	0
항 목	배열이득	N개 소자에 대한 ERP	10개 소자에 대한 ERP
제 2 세대 BTS	10 LogN	12.5 + 10LogN	22.5 dBw
ARM 배열	10 LogN	2.5 + 20LogN	22.5 dBw

송신기의 안정성도 여분의 증폭기에 의해서 동시에 상당히 개선된다. 수신망에서도 동일한 현상이 있는데, 여기서는 잡음지수가 2 내지 5 ㏈ 정도 개선이도고, 이것은 70%까지 부가적인 유효범위로 변환된다.

ARM은 선형 2차원배열에 적층되는 것을 허용한다. Tx 및 Rx 수신용 두 개의 공급은 각각의 빔 형성을 제공한다. 이것들은 특정 경사도 또는 빔 형성을 위해서 주문 설계되기도 한다. 배열 블록도가 도 20에 도시되고 ARM 적층의 모듈구성이 도 21A(단일모듈) 및 도 21B(능동 안테나 배열)에 도시된다.

도 22A 내지 도 22E는 다양한 ARM 배열의 예를 도시하며, 다음과 같다 ;

도 22A 4개의 소자열

도 22B 8개의 소자열

도 22C 8 x 4 평면/다중빔 배열

도 22D 환형배열

도 22E 그 뒤에 코너 리플렉터(coner reflector)가 있는 수평배열

2.2. 쌍극성 ARM 모듈(도 24)

2.2.1. 송수신용 이 쌍극성 쌍은 수신에 있어서 BS가 극성 다이버시티를 사용하고 송신에 정합되는 극성을 사용하는 것을 허용한다. ARM은 Tx 안테나와 Rx 안테나 모두에 수평극성 또는 수직극성을 포함한다. 이것은 안테나와 그들 공급의 고유한 설계에 기인한 것이다. 이러한 융통성은 다양한 구현을 제공한다. 도 24A는 Tx가 수직극성이고 전력증강이 되는 동안 Rx 상에서의 극성 구성을 나타낸다. Rx 및 Tx 상의 극성 다이버시티에 대한 구성 또는 Tx 상에서의 극성정합이 도 24B에 설명된다.

PolARM(도 24C)은 하나의 Tx 모듈과 두 개의 Rx 모듈로 구성되는 극성-다이버시티 ARM 유닛이다. 이것은 단순한 극성 다이버시티 열 배열을 위한 구성블록으로 다중빔 배열을 위한 것이다.

2.3 CDMA IS95 용 지연 다이버시티 모듈(도 25 - 도 26)

지연 다이버시티 모듈은 필요한 곳에서 Tx CDMA 지연 다이버시티 옵션을 가능하게 한다. 모듈의 주요 블록은 SAW 지연라인과 라인삽입 손실에 대하여 보상을 하는 증폭기이다. 두 개의 bias-T는 주요 Tx 동축 케이블 공급측에 전원을 차단하는 동안 이 모듈을 DC 전류 및 M＆C 신호에 대하여 바이패스 시킨다. 지연 다이버시티 모듈은 도 25가 모듈 블록도를 나타내는 BFN 입력 또는 개별 ARM TX 입력에 부착된다.

이 모듈을 CDMA 지연 다이버시티 분산 안테나에 구현한 것이 도 26에 도시된다.

2.4. 다중빔/적용 배열에 대한 ARM(도 27A 및 27B)

셀룰라 시스템의 수용능력, 이득 및 성능은 "인텔리전트 안테나(또는 "스마트 안테나")"를 사용함으로써 향상될 것으로 예견된다. 통신이 복잡한 활동에 적용할 수 있는 이러한 것들이 다양하고 좁은 빔을 형성하거나 복잡한 빔을 형성할 수 있는 안테나의 배열이다. 빔을 발생하기 위한 인텔리전스는 BTS에 의해서 수신된 신호로부터 또는 위의 안테나에 접속되는 특정한 스캐닝 수신기에 의해서 유도된다.

따라서, 동일한 배열이 셀 유효범위 내에서 MS에 대한 다양한 신호를 송신 및 수신하여야 하고, 각 안테나소자는 모두 이러한 신호를 공유한다. 이러한 복잡성과 관련되는 BFN은 위상 이동기 및 적용배열의 경우에는 고도제어를 포함한다. RF 내에서 BFN을 구현하는 것은 수신측에서의 잡음지수와, 송신용 안테나에서의 가용전력을 떨어뜨리는 중대한 손실을 초래한다.

ARM 배열을 사용하는 것은 이러한 적용을 혁신한다 : 능동소자가 안테나 단자에 위치되기 때문에 BFN 소신은 더 이상 중요하지 않다. 더욱이, BFN은 디지털 처리에서 기저대역 레벨로 구현될 수 있고, 각 소자에 또는 각 열에(수평으로만의 스캐닝에 대하여) 연결된 공급선을 분리할 수 있다.

각 열에 그 고유의 전력 증폭기를 공급하는 방법은 제안된 대부분의 인텔리전트 안테나에서 공통이다. 그러나, 이 증폭기들은 BTS에 위치되고 각각은 전체 열에 공급된다.(표 2.1.에서 논의된 것과 유사한 상황) ARM 배열은 그들의 중복성(redundancy)으로 인하여 이미 언급한 다른 모든 장점과 더불어 훨씬 높은 안정성을 제공한다.

2.5. 다중빔의 다중 전송경로/인텔리전트 안테나

타워에 설치되어 BTS와 안테나를 접속시키는 케이블의 수가 중요한 관심사이고, 이것은 하중, 비용 및 복잡성에 관련된다. ARM 배열에 관련된 케이블은 고전력을 운송하지 않기 때문에 다른 것보다 훨씬 얇고 가벼우며, 시스템에 감소를 주지 않고도 상당한 손실을 고려하여야 한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 케이블의 수를 줄이는 것이 특정의 경우에 있어서는 바람직할 것이며, 이러한 옵션은 도 28에 도시되듯이 다중 전송경로에 의해서 제공된다. Tx 및 Rx 모두에 대한 멀티플렉싱은 ARM에 고유하고, 여기서 전송경로는 손실에 민감하지 않다.

2.6 CATV 하부구조 기반 원격 마이크로셀에 대한 ARM(도 29)

기본 ARM은 CATV 하부구조 기반 원격 마이크로셀을 구성하기 위해서 CATV 업/다운 컨버터 모듈과 결합된다. 이 특별한 ARM 적용은 현존하는 CATV 네트워크를 원격 RF 마이크로셀에 대한 RF 전송경로로서 사용한다. 이러한 구조는 비용과 수용능력에서 커다른 장점을 갖는다. ARM 유도가 도 28에 도시된다.

CATV 업/다운 컨버터 모듈입력은 CATV 네트워크에 부착되어 CATV 표준 순방향 링크 및 역방향 링크를 수행하는 동축 케이블이다. 셀룰라 시스템에 있어서 동일한 대역폭이 각 순방향 링크와 역방향 링크 셀룰라 ARM을 사용하는 CATV에 할당되어야 한다.

컨버터 내의 CATV 다이플렉서는 Tx 및 Rx 신호를 구분한다. 그 후, 이 신호들은 적절한 셀룰라 주파수로 변환된다. 이 컨버터 각각은 영상과 저주파수를 제거하기 위해서 믹서, 고정위상 발진기 및 대역통과 필터로 구성된다. 업/다운 컨버터 모듈은 본 적용에 있어서 ARM에 직접 부착된다.

CATV 적용을 위한 ARM은 그 적용에 적절한 물리적 구성을 가질 것이다.

2.7. 광화이버를 통한 ARM 원격 마이크로셀

화이버/RF 컨버터 모듈이 원격 ARM 마이크로셀에 대한 광화이버 전송경로를 위해서 기본 ARM에 부착된다. 화이버를 통한 RF 전송경로는 마이크로셀 레이아웃에 대하여 효율적인 방법으로서, 실내 및 실외의 마이크로셀 분배 모두에 대하여 제안된다. 이 ARM 유도의 블록도가 도 30에 도시된다.

화이버/RF 트랜스듀서 모듈은 Tx 화이버/RF 컨버터와 Rx RF/화이버 컨버터를 통일한 모듈 내에 포함할 것이다. 이 모듈로의 입력은 모듈 내에서 분할 및 필터링된 Tx 신호 및 Rx 신호를 모두 운송하는 하나의 화이버이거나, 화이버 하부구조에 의존하는 두 개의 개별 화이버일 것이다. 화이버/RF 컨버터 모듈은 ARM에 직접 부착된다.

동일한 트랜스듀서가 바람직한 고이득 적용에 대하여 사용될 것이다. 트랜스듀서는 고정된 빔 배열내의 BFN 입력/출력에 연결되거나 또는 다중빔/적용배열을 위한 각 열에 연결된다.

2.8. ARM 중계기(도 31)

도 31은 ARM 유닛으로 구성된 중계기를 나타낸다.

2.9. ARM으로 실내배분(도 32)

다층분배의 레이아웃이 도 32에 나타난다. 이 레이아웃은 중앙 승강기 샤프트 내의 빌딩배관 또는 비슷한 것 및 매 층에서의 배분 또는 다른 층에서의 배분을 따른다. RF 케이블 손실은 필요에 따라 ARM 부스터에 의해서 보상된다. 적용이 가능한 CDMA 경사 수신기로부터 이익을 얻기 위해서 지연유닛이 삽입되기도 한다.

3. ARM과 ARM 부 모듈(미국 PCS 버젼)의 고레벨 설계 및 사양

능동방사모듈(Active Radiator Module)은 여섯개의 기본 조립 블록과 통합 봉합체(integrating enclosure)로 이루어졌다. 이들 각각을 서술하고 개별 사양별이 주어진다. 상기 기본 조립 블록은 다음과 같다.

1. 송신 증폭기(Tx amplifier)

2. 수신 증폭기(Rx amplifier)

3. 송/수신 대역 필터(Tx/Rx band pass filters)

4. 송/수신 안테나 소자(Tx/Rx antenna element)

5. 전원(power supply)

6. 모니터링 및 제어 회로 (monitor and control(M＆C) circuit)

7. 통합 봉합체(integrating enclosure)

3.1 통합 ARM 사양

통합 ARM 유닛은 완전 이중 통신 작동 설계 및 여기에 특정된 것과 같은 어떠한 환경조건의 결합하에서 다음의 사양을 만족 혹은 초과한다.

전자적인 면

Tx 채널

주파수 대역 : 1960-1990 ㎒(PCS)

출력 전력(평균) : 2 W(CDMA방식에 대해)

최대 출력에 대한 입력 전력 : - 2 ㏈m

단선 입력 전력 : 최대 +10 ㏈m

전력 제어 범위 : 최소 20 ㏈

전원차단시 전력 강하 : 최소 -50 ㏈

입력 1 ㏈ 압축 : 36-38 ㏈m

3차 인터셉트 포인트 : 최소 +46 ㏈m

33㏈m 출력시 CDMA의 근접채널전력 : 1.25㎒ B.W시 -45㏈c

입출력 이득 : 보상시 35±0.5 ㏈

이득 평탄도 : 1.25㎒ 이상에서 ±0.1 ㏈

온도에 대한 이득 변화 : 보상시 최대 0.5㏈

주파수에 대한 전송위상변화 : 1.25㎒ 이상에서 ±1°

유닛 사이의 전송위상창 : ±5°

AM/PM 변환 : 1dbcp 이하 최대 3㏈까지

0.25°/db

잡음지수 : 최대 8 ㏈

불요복사(비 고조파) : -60 ㏈c

입력 정파비(input VSWR): 50ohm 시스템에서 1.5:1

모니터링 : M＆C 사양 참조.

안테나소자 극성 : 수직, 혹은 수평

-3㏈시 빔 폭 : AZ 120°(-4㏈),

EI 80°

측면 로브(side lobe) : EI-T.B.D ㏈

전/후 비 : T.B.D

효과적인 방사 전력 : +38 ㏈m

Rx채널

주파수 범위 : 1 - 1910 ㎒(PCS)

잡음지수 : 최대 3.5 ㏈

입출력 이득 : 보상시 30±0.5 db

온도에 대한 이득 변화 : 보상시 최대 0.5㏈

단선 입력전력 : 최대 +15 ㏈m

전력 제어 범위 : 최소 20 ㏈

이득 평탄도 : 1.25㎒ 이상에서 ±0.1 ㏈

주파수에 대한 전송위상변화 : 1.25㎒ 이상에서 ±-1°

유닛 사이의 전송위상창 : ±5°

입력 1 ㏈ 압축 : 최소 0 ㏈m

3차 인터셉트 포인트 : 최소 +10 ㏈m

불요복사(비 고조파) : -60 ㏈c

작동 등급(class of operation) : A

출력 정파비(output VSWR): 50ohm 시스템에서 1.5:1

모니터링 및 제어 : M＆C 사양 참조.

안테나소자 극성 : 수직, 혹은 수평

-3㏈시 빔 폭 : AZ 120°(-4㏈),

EI 80°

측면 로브 : EI-T.B.D ㏈

전/후 비 : T.B.D

DC 전원

DC 전원 : 각 ARM당 0.95~1.7A시 +18V~+32V DC

DC 접속 : Tx 입력 케이블에 다중접속

입력에 유도되는 잡음 및 리플 : 1㎒까지 최대 10mV peak

피뢰기(lightning protection) : 50V 턴-온, 3 Joules 서지(surge)

온도에 의한 전원 차단 : 주 DC/DC 변환기에 내재

모니터링 및 제어

모니터링 및 제어 : 하기 표 참조

입력/출력	기능
입력	Tx이득 보상 및 제어
입력	Tx 증폭 전원 차단
출력	Tx 출력 전력
출력	Tx 입력 전력
출력	Tx 증폭기 전류 감지
출력	ARM 열 센서 출력
입력	Rx이득 보상 및 제어
출력	Rx 증폭기 전류 감지

베이스와의 M＆C 통신 : FSK 변조 채널

M＆C 접속 : Rx 케이블에 다중 접속

기계적인 면

치수 : 140x70x160 mm max.

무게 : 1100g max.

레이돔(Radome) : 실외용에 적합

접속기(connector) : Tx,Rx 연결부 N-타입,

female 다른 형태는 선택사양이다.

마감재 : 실외용 백색 폴리우레탄 페인트

통합화 선택 : 원기둥 혹은 판상 배열로 통합화를

가능하게하는 기계적 구조.

틸트 선택 : 기계적 틸트 선택은 -15°까지

3.2 Tx 증폭기(도.33)

적절한 백오프(backoff)와 선형적 특성을 구비한 A급 AB 증폭기는 CDMA 시스템과 다른 대부분의 시스템의 요구를 만족시킨다. 향상된 선형 설계는 모든 다른 전(全)다중채널 대역폭 시스템을 지원하게 될 것이다. 증폭은 두개의 스테이지에서 얻어진다: 제 1은 PCS 송수화기에도 사용되는 A등급의 모노리식 실리콘(monolithic silicon)이다. 제 2는 혼성 팩캐지 전력 증폭기 이다. 매칭(matching) 및 바이어싱(biasing) 네트워크를 구비한 증폭기는 Tx 증폭기 봉합체 내부의 RF 인쇄기판에 표면실장기술(SMT)에 의해 장착된다.

Tx 증폭기 사양

전자적인 면

주파수 대역 : 1930-1990 ㎒(PCS)

출력 전력(평균) : 2 W(CDMA방식에 대해)

최대 출력에 대한 입력 전력 : - 2 ㏈m

단선 입력 전력 : 최대 +12 ㏈m

전력 제어 범위 : 최소 20 ㏈

전원차단시 전력 강하 : 최소 -50 ㏈

출력 1 ㏈ 압축 : 36-38 ㏈m

3차 인터셉트 포인트 : 최소 +46 ㏈m

투 톤(two tones) IMP : 톤당 1W시 -30 ㏈c

톤당 0.2W시 -44 ㏈c

이득 : 외부 보상 없는 작은 신호에서

35㏈~38㏈

이득 평탄도: 1.25㎒ 이상에서 ±0.1 ㏈

온도에 대한 이득 변화 : 외부 보상 없이 최대 3㏈

주파수에 대한 전송위상변화 : 1.25㎒ 이상에서 ±1°

유닛 사이의 전송위상창 : ±3°

AM/PM 변환 : 1㏈cp 이하 최대 3 ㏈까지

0.25°/db

잡음지수 : 최대 8 ㏈

불요복사(비 고조파) : -60 ㏈c

입력 정파비 : 50ohm 시스템에서 1.5:1

출력 정파비 : 50ohm 시스템에서 1.3:1

DC 전압원 : 누락된 네거티브 전압보호와

함께 +8 V 및 -5 V

DC 전류원 : 8V시 4Amp

모니터링(mornitoring) : 하기 표 참조.

입력/출력	기능	전압[V]	전류[mA]
입력	Tx이득 보상 및 제어	T.B.D
입력	Tx 증폭 전원 차단	T.B.D
출력	Tx 출력 전력	T.B.D
출력	Tx 입력 전력	T.B.D
출력	Tx 증폭기 전류 감지	T.B.D
출력	ARM 열 센서 출력	T.B.D

기계적인 면

치수 : T.B.D

구조 : 장착용 쓰루홀(through holes)을 갖는

인쇄회로기판(PCB) 표면실장기술(SMT)

3.3 Rx 증폭기(도.34)

ARM 내부의 Rx 증폭기는 필터를 통해 Rx 안테나 출력단에 연결되어 있으며, 다이플렉서(diplexer), 빔 형성 네트워크 및 케이블의 추가손실을 막는다. ARM 배열 내의 잉여 LNA는 최상의 신뢰도를 보증한다. Rx 증폭기는 충분한 이득, 낮은 잡음 지수, 및 충분히 높은 압축(compression)을 가지며, 및 내부채널 혼신과 비선형 다중채널 변형 및 감도 열화의 제거를 위한 차단점을 갖는다.

ARM과 기지국 사이의 통신은 Rx 동축 케이블상의 피변조된 M＆C 신호에 의해 이루어진다. Rx 케이블로의 연결은, 도.34에서 보이듯이 Rx 증폭기의 출력단에서 RF/M＆C 다이플렉서에 의해 만들어 진다. 증폭기는 다음의 사양을 충족한다.

Rx 증폭기 사양

전자적인 면

주파수 영역 : 1850 - 1910 ㎒(PCS)

잡음지수 : 최대 2.5 ㏈

이득 : 외부 보상이 없을시 최소 30㏈

이득 평탄도 : 1.25㎒ 이상에서 ±0.1 ㏈

온도에 따른 이득 변화 : 외부 보상이 없을시 최대 3㏈

단선 입력전력 : 최대 +15 ㏈m

전력 제어 범위 : 최소 20 ㏈

입력 1 ㏈ 압축 : 최소 0 ㏈m

3차 인터셉트 포인트 : 최소 +10 ㏈m

주파수에 대한 전송위상변화 : 1.25㎒ 이상에서 ±-1°

유닛 사이의 전송위상창 : ±3°

불요복사(비 고조파) : -60 ㏈c

작동 등급 : A

공급 전압 : 조정전압 +8 V

요구 전류 : 150 mA

실장기술 : MICC 표면실장기술

모니터링 및 제어 : 하기 표 참조.

입력/출력	기능	전압[V]	전류[mA]
입력	Rx 이득 보상 및 제어	T.B.D
출력	Rx 증폭기 전류 감지	T.B.D

기계적인 면

치수 : T.B.D

구조 : 장착용 쓰루홀(through holes)을 갖는

인쇄회로기판(PCB) 표면실장기술(SMT)

3.4 Tx/Rx 대역통과 필터

Tx/Rx 안테나 분리와 함께 ARM에 설치된 Tx 및 Rx 필터는 각각으로 부터 Tx와 Rx 신호를 분리시키는 다이플렉서를 만든다. Tx와 Rx 필터의 사양은 ARM의 이행 요구로부터 직접적으로 이끌려 진다.

3.4.1 Tx 필터

Tx 필터는 ARM 내부에서 두 가지 역할을 한다. 그 제 1역할은 Rx 대역에서 Tx 광대역 잡음을 줄이는 것이다. 제 2역할은 다른 연산자의 MS를 포함해, 동일 셀의 Rx 채널 혹은 다른 베이스 터미날(base terminal)과의 간섭을 하는 불요복사 신호를 줄이는 것이다. 더욱 요구되는 것은 제 1역할이며. 이것은 Tx 필터의 성능 즉, Tx 필터의 구조를 그대로 나타낸다.

Tx 잡음이 Rx 채널 입력단으로 누설되어 Rx 잡음대(noise floor)와 같거나 그 이하가 되기 위해서 60㏈(-74+135)의 격리(isolation)가 요구되어 진다.요구되어진 격리의 20㏈은 Tx/Rx안테나 격리에 의한 것이고, 나머지 40㏈에 안전 마진 10㏈을 더한 것은 Tx 필터의 Rx 대역 배제에 의해 주어진다.

3.4.2 Rx 필터

Rx 필터는 ARM 내부에서 두 가지 역할을 한다. 그 제 1역할은 수신된 신호에 의해 야기되는 상호변조, 즉 수신 채널의 감도저하(Desensitization)와 간섭하지 않는 단계로 Tx 신호를 낮추는 것이다. Rx 필터의 제 2역할은 다른 기지국과 이동 단말기로 부터의 간섭신호를 줄이는 것이다. 이중 더욱 요구되는 것은 제 1역할이며, 이것은 Rx 필더의 성능 즉, Rx 필터의 구조를 그대로 나타낸다.

Tx 신호 누설이 수신된 신호와 간섭하지 않기 위해서는 AGC가 없거나 혹은 최소일 때의 시스템에 대해 Rx 채널의 압축보다 더 낮은 단계로 유지되어야 한다. ARM 입력에 -60㏈m의 1㏈ 압축을 입력한다고 가정하면, Tx 누설은 -70㏈m보다 이하이어야 한다. +33㏈m의 Tx 평균 출력 전력과 20㏈의 Tx/Rx 안테나 격리를 위해서는 Tx 대역의 Rx 배제는 75㏈이어야 한다. Rx 필터 배제를 위한 설계 목표값은 10bd의 마진을 위해 85㏈이다. Rx 증폭기 입력에서 절연필터는 Rx 필터 배제가 불충분하다면 충족될 것이다. 수치는 다르나 최종적인 결과가 동일한 CDMA 시스템에도 똑같은 원인이 적용된다.

3.4.3. ARM 필터 사양

전자적인 면

Tx 필터

통과대역 : 1960-1990 ㎒(PCS)

배제 : 50 ㎒ 이하의 통과대역에서 -50 ㏈,

50 ㎒ 이상의 통과대역에서 -40 ㏈,

80 ㎒ 이상부터 4 GHz 통과대역에서 -60 ㏈.

삽입손실 : (목표치 0.5 ㏈) 통과대역에서 최대 -1.5 ㏈

대역내 리플 : 1.25 ㎒ 대역 이상에서 최대 0.2 ㏈,

30 ㎒ 이상에서 최대 0.6 ㏈

그룹지연변화 : 1.25 ㎒ 대역 이상에서 최대 2 nsec

유닛 사이의 전송위상창 : ±5°

입/출력 반사감쇠량 : 최소 -17 ㏈

조작 전력 : 최소 10 W

Rx 필터

통과대역 : 1880-1910 ㎒(PCS)

배제 : 50 ㎒ 이하의 통과대역에서 -75 ㏈

(설계목표치 -85 ㏈),

50 ㎒ 이상의 통과대역에서 -40 ㏈,

80㎒ 이상부터의 4GHz 통과대역에서 -60㏈.

삽입손실 : (목표치 0.5 ㏈) 통과대역에서 최대 -1.5 ㏈

대역내 리플 : 1.25 ㎒ 대역 이상에서 최대 0.2 ㏈,

30 ㎒ 이상에서 최대 0.6 ㏈

그룹지연변화 : 1.25 ㎒ 대역 이상에서 최대 2 nsec

유닛 사이의 전송위상창 : ±5°

입/출력 반사감쇠량 : 최소 -17 ㏈

조작 전력 : 최대 10 W

기계적 구조

Tx,Rx 필터 각각은 6개의 동축 공진기 타원형 필터 결합 구조이다. 하우징은 도.36에서 보이는 바와 같이 필터의 하우징 커버에 동조소자를 갖는 알루미늄으로 만들어 진다.

3.5 ARM 안테나 소자(도.37)

Tx 및 Rx 안테나 소자는 모두 인쇄된 소자인 방사기(radiator)이다. Tx 및 Rx 소자는 다층 구성을 가지며, 에폭시-유리섬유(epoxy-fiberglass)로 된 레이돔(radome)으로 싸여져 있다. 근접소자간의 18㏈의 격리는 특별한 설계에 의하여 성취된다. ARM의 전면(0.43-0.45λ(H) 및 0.9-0.93λ(V)(Tx 주파수))의 치수는 셀룰라 시스템에서 현재와 미래에 알맞게 적용될 수 있도록 전(全) 빔 주사(scanning)와 평행면에서 ARM 소자의 다중빔 배열 및 수직면에서 높은 이득 형태의 배열을 허용하도록 설계되어 진다.

도.37에서 안테나의 형상이 보여진다. 안테나는 주변이 레이돔에 의해 보호되고 있으며, 상호연결부를 제외하고 방습 밀봉되어 있다.

3.5.1. ARM 안테나 사양

전자적인 면

주파수 대역 : Tx: 1960-1990 ㎒ (PCS)

Rx: 1880-1910 ㎒ (PCS)

Tx/Rx 소자 격리 : 모든 Tx/Rx 극성 결합에 대해서

20 ㏈(최소 15 ㏈)

극성 : 모든 결합에 있어서 수직 혹은 수평

이득 : 5 ㏈ (목표치 6 ㏈)

빔 폭 : -4 ㏈에서 AZ 120°,

EI 최대 80°

측면로브 : AZ: 없음,

EI:-15 ㏈

전/후 비 : 90°-120°, 240°-270°에서

-10 ㏈ 미만,

120°-240°에서 -15 ㏈ 미만.

효율 : 90%

50Ω시스템에서의 정파비 : 최대 1.6:1

기계적인 면

치수 : 140x70x15 mm

접속기 : 동축 접속기

레이돔 : 실외용

마감재 : 실외용 백색 폴리우레탄 페인트

3.6 전원

ARM 전원은 열과부하보호 및 이차낙뢰보호기를 포함한 타워 윗 부분에 탑재된 디바이스에 필요로 하는 모든 보호수단을 포함하고, Tx 및 Rx 증폭기에서 요구되는 모든 직류 전원을 제공해야한다. ARM 전원은 안체나 탑의 위에 탑재되고 기지국과 ARM과의 접속 케이블의 길이가 고정되어 있지 않기 때문에, DC/DC 변환기는 이러한 전원의 내부에 필요로 한다. DC 전원은 Tx 증폭기내에 충족되는 바이어스-티(bias-t)를 명확히 하는 Tx 동축 케이블을 통해 공급되어 진다. TDC 전원은 기지국 내에 위치한다. 이러한 방식의 DC 전원은, 독립 전원 및 전원으로부터 연결된 동축을 통해 전달되는 동일한 모든 소모성 DC 전원을 갖는 각 모듈(CATV 변환기 혹은 화이버/RF 변환기)과 비슷한 모듈에 적합하다.

ARM 전원 사양

전자적인 면

입력전압 : 18-32 V DC

출력전압: 4 Amp에서 +8 V DC(또는 동일한 전력에서 다른 전압) 0.1Amp에서 -5 V DC

변동률 : ±2%

출력 잡음 및 리플 : 1㎒까지 최대 10mV peak

입력 유발 잡음 및 리플 : 1㎒까지 최대 10mV peak

피뢰기 : 50V 턴 온, 3 Joules 서지

온도에 의한 전원 차단 : 주 DC/DC 변환기에 내재

기계적인 면

치수 : T.B.D

구조 : 장착을 위한 쓰루홀을 갖는

인쇄회로기판(PCB) 표면실장기술(SMT)

입력 접속 : 내부 바이어스-티를 통함.

3.7 모니터링 및 제어 회로

3.7.1 통론

모니터링 및 제어(M＆C) 회로는 ARM 회로의 적절한 작동을 제어하고, 각 개별 ARM 유닛과 기지국 중앙 컴퓨터 사이의 실시간 양방향 통신을 가능하게 한다. M＆C 회로는 분리 인쇄회로기판으로 실현된고, Rx 부조립체의 일부로서의 ARM 조립체 내로 통합화 된다. Rx와 Tx 회로 사이의 상호연결부는 아날로그 배선에 의해 형성된다. 기지국을 구비한 양방향 통신은 개별 ARM(혹은, 배열의 Rx BFN 결합기)을 기지국으로 연결시키는 Rx 동축 케이블에 다중접속하는 주파수변환(FSK) 변조 통신 채널을 통하여 이루어진다.

M＆C 회로 타스크(task)는 내부 ARM 기능과 외부 ARM/기지국 모니터링 및 제어 기능의 두가지 그룹으로 나뉘어질 수 있다.

a. ARM 내부 기능:

온도에 대한 Tx 증폭기 이득 보정.

온도에 대한 Rx 증폭기 이득 보정.

열과부하보호.

b. ARM/기지국 외부 기능:

개별 ARM 인식 코드.

Tx 증폭기 이득 제어.

Rx 증폭기 이득 제어.

ARM 온도 감지.

Rx 증폭기 전류 감지.

Tx 증폭기 전류 감지.

Tx 증폭기 전원 차단.

3.7.2. M＆C 회로 사양

전자적인 면

T.B.D

피뢰기 : 50V 턴 온, 3 Joules 서지

기계적인 면

치수 : T.B.D

구조 : 장착을 위한 쓰루 홀을 갖는

인쇄회로기판(PCB) 표면실장기술(SMT)

입력 접속 : Rx 출력에서 내부 바이어스-티를 통해

Rx 케이블에 다중접속.

3.8 ARM 통합 봉합체

ARM의 통합 봉합체는 단위 부피의 대부분을 차지하는 Tx/Rx 필터 블록에 기반을 둔다. ARM 내부의 모든 열 손실은 약 30W이며, 이들 대부분은 Tx 블록상에서 일어난다. 이것은 알루미늄 다이-캐스트(die-cast)구조에 의해서 손실된다. 대기온도보다 상승되는 기대 온도는 10℃ 이하이다.

안테나와 레이돔은 ARM 전면에 부착되나, 반면에 Tx와 Rx 접속기는 후면에 위치하게 된다. 기계적 하우징은 ARM 유닛의 기계적 내부접속이 수직 및/혹은 수평 배열을 형성하기에 적절한 배치를 갖는다. 단일 ARM은 배열구조에 있어서 마스트에 용이하게 이동할 수 있다.

3.9 빔 형성 네트워크(도.38, 39)

빔 형성 네트워크 사양

하기 사양은 4 요소 수직 배열에 대한 것이다. 더 큰 배열도 동일한 기본 구조 하에서 구현된다.

전자적인 면

주파수 대역 : Tx: 1960-1990 ㎒ (PCS).

Rx: 1880-1910 ㎒ (PCS).

Tx/Rx 네트워크 격리 : 최소 60 ㏈

입력에 대한 출력 삽입 손실 : 구분(합계) 손실위로 최대 2 ㏈

50Ω시스템에서의 입/출력 정파비 : 최대 1.5:1

포트간 격리 : 최대 20㏈

진폭 분배 : 모든 출력(입력)단에 동일.

진폭 분배 에러 : 출력(입력)단 사이에

최대 0.75㏈

상 분배 : 모든 출력(입력)단에 동일.

상 분배 에러 : 출력(입력)단 사이에 최대 3°

허용 입력 전력 : +23 ㏈m.

DC 접속 : 모든 출력단과 각 BNF의 입력단 사이에

DC 접속기가 반드시 존재해야 한다.

DC 전류용량 : 각 Tx 출력단에서 2 A까지

기계적인 면

치수 : 560 x 70 x 50 mm

접속기 : 베이스로 부터 혹은 까지: N-타입, female

ARM 부터 혹은 까지: 부동 OSP 접속기

마감재 : 실외용 백색 폴리우레탄 페인트.

봉합 : BFN은 완전히 밀봉.

3.10 ARM의 무게

각 ARM 유닛의 무게는 1100g미만.

4 유닛의 각 고 이득 ARM 배열의 무게는 6Kg.

12 유닛의 각 고 이득 ARM 배열의 무게는 17Kg.

3.11 요구 환경

모든 ARM류 모듈과 조립 구조체는 아래 기술된 환경 조건의 모든 결합하에 전자적, 기계적 사양에 대한 성능을 보일 것이다.

환경

작동 온도 : -20℃에서 +50℃까지

비 작동시 온도 : -40℃에서 +60℃까지

작동 고도 : 8,000ft

비 작동 고도 : 35,000ft

습도 : 응결로 100% 까지

진동 : 5-50 Hz, sine, 1"지점대지점 변위

50-200 Hz, sine, 0.5 G

풍속 부하 : 200 Km/h

충격(비-작동시) : 30G, 반 사인펄스, 11 m/sec

대기중 염도(비-작동시) : 조건 b에서 101 방법에 의해

MIL-STD-202당 5% 소금용액에서 48시간

EMC/EMI

케이블에서의 도전 방출(conducted emission) : T.B.D

복사 방출(radiated emission) : T.B.D

피뢰기 : 50 μsec에 대해 ±5kV 입력,

1.2μsec의 상승 및 하강 시간.

정전 방전(electrostatic discharge) : 500㎊의 캐패시터 및

직렬 150Ω저항에 의한

±15kV 서지

4. 기지국을 구비한 Arm 배열 인터페이스

인터페이스 설명

Tx: 적당한 동작에 요구되는 Tx 전력의 수준은 ARM 입력에서 1 mw이다. 따라서, 케이블 및 BFN의 손실을 허용하는 BST의 출력에서는 5 내지 10 mw 의 수준이 요구된다.

이것은 BTS에서 고전력 증폭기 래크(rack)을 일주할 수 있다.

Rx: ARM LNA 이득은 케이블 및 BFN의 5 내지 10 ㏈ 손실을 허용하는 최소값 25㏈ 이고, BTS로의 입력의 최소 이득은 15㏈이다.

이것은 BTS에서 LNA를 일주한다.

DC: DC는 적절한 Bias-T를 통하여 Tx 동축 케이블을 경유하여 제공된다.

공급전압은 직류 24-36 볼트이다. 각 ARM은 약 2 A를 요구한다.

주의: 300피트 이상의 케이블 길이를 필요로하는 다중 ARM을 구비한 원격 고이득 안테나는 분리된 DC 케이블을 필요로할 수 있다.

모니터링 및 제어: 모니터링 및 제어 명령은 적절한 Bias-T를 경유하여 Rx 케이블을 통하여 전송된다. 호스트 컴퓨터로의 데이터 인터페이스는 표준 RS-232 인터페이스를 사용하여 인터페이싱 제어 박스(ICB)에 의해 행해진다.

5. Arm에 기초한 기지국 - 비용 비교

비용 비교는 75W MCLPA 및 8 ARM 배열에 의해 공급된 셀과 전송 다이버시티의 2-2 ARM 배열 사이에서 행해진다.

표 5.1: BTS 섹터 RF 체인 비용예산($)

	MCLPA	다이플렉서	케이블 - 100'	안테나	ARM 배열	총계	총계3 섹터
제 2세대	20,000	20,000	350	500		21,850	65,550
ARM 배열			200		8,250	8,450	23,450
전송 다이버시티를 구비한 ARM 배열			200		5,000	5,200	15,600

주의: ARM 배열은 비용비교에서 고려되지 않은 수신 체인을 또한 포함한다. $3000 의 부가 비용차이.

이것은 도 16 및 도 17의 구조를 비교함으로써 일반화될 수 있다.

a. ERP ($/Watt)

b. 방사로 전달되 전력 ($/Watt)

ARM 요소의 칼럼에 있어서, ERP_ARM= N²P_A

MCLPA 구성(도 16)을 가지면 ERP_MCLPA= NP_ML

여기서, N은 배열의 요소의 수( 및 ARM의 수), L은 MCLPA로부터 방사 요소까지의 손실, P_A, P_M은 각각 ARM 유닛 및 MCPLA로부터의 전력이다.

비용을 고려하면 C_A= K_AN, C_M= K_MP_M,

ERP를 등식화함으로써 C_M/C_A= K_M/K_Ax P_A/L.

여기서, K_A는 ARM 유닛의 비용($/ARM)이고, K_M은 MCLPA의 비용계수($/Watt) (선형비례를 가정).

이 예시에서, K_A= $1000, K_M= $200/W, PA = 2w, L = 0.1 =〉 C_M/C_A= 4

ARM 칼럼에 있어서, P_t= NP_A이고, MCPLA에 대하여 P_t= P_ML

방사로 전달된 전력을 등식화함으로써 C_M/C_A= K_M/K_Ax P_A/L, 이것은 동일한 결과이다.

수신체인과 도 16 구성의 송신 체인의 부가요소의 비용은 이 계산에 포함되지 않는다.

ARM 배열은 각 시장에서 정량화되어야 하는 높은 비용 암시를 갖는 부가적인 잇점을 제공한다:

더 작은 BTS 캐비넷과 하우징. MCLPA는 BTS 캐비넷의 주요부 및 전력소비 및 에어콘 요구의 대부분을 차지한다. MCLPA는 전력 및 비상 전력요구에 있서서, 및 에어콘 요구에 있어서 실질적인 감소를 따라 줄어든다.

안테나 마스트로부터 BTS까지의 케이블의 길이에는 실제적인 한계는 없다. BTS는 반드시 안테나에 근접해야 할 필요는 없고 접근가능하고 저렴한 위치에 위치될 수 있다.

마스트상의 전체 무게는 더 가볍다. 비록 ARM 배열이 수동 안테나 배열보다 더 무거울지라도 이것은 경량 케이블에 의해 보상되는 것 이상이다.

ARM 요소의 배열의 신뢰도는 단일 증폭기의 신뢰도보다 더 높고, 동작 또는 유지보수 위험을 구성하지 않는다.

6. ARM 배열의 신뢰도 분석

6.1. 단일 ARM의 신뢰도

시스템 신뢰도는 고장사이의 평균시간(MTBF-Mean Time Between Failures)에 의해 측정된다. 이것은 고장까지의 평균시간(MTTF-Mean Time To Failure)과 수리까지의 평균시간(MTTR-Mean Time To Repair)으로 구성된다. 제 1항은 훨씬 크고, 따라서 MTBF = MTTF + MTTRMTTF 이다.

시스템의 MTTF의 공식적인 평가는 Mil-Std-756B를 따른다. 이 정교한 공정은 최악의 경우의 환경조건을 포함하고, 이것은 옥외에서 작용하는 유사한 상품을 구비한 광대한 경험에 비하면 매우 비관적인 값을 준다. 따라서, 유사한 경험을 인용하는 것이 후자를 따른다:

증명된 필드인 C 밴드내의 4 와트 VSAT 옥외 RF 헤드. 이러한 장치는 최근 4년동안 매년 2500개의 장치로 동일한 생산자에 의해 생산 및 배달되었다. 고장으로인한 반환율은 450,000시간의 MTTF로서 해석되어 매년 2%이었다.

옴니 TRACS의 트랙킹 안테나/RF/ 다운 변환 헤드, 트럭상에 탑재된 퀼컴 이동 USAT는 유사한 반환률을 갖는 것으로 알려져 있다. 이 장치는 훨씬 복잡하고 Ku 밴드에서 동작한다.

부품에 근거하여, 4 와트 전력 증폭기요소는 약 10⁶시간의 MTTF를 갖는 것으로 알려져 있다. 이것은 ARM에 있어서 임계요소이다.

이들에 근거하여, 옥외환경에서 ARM의 MTTF가 200,000시간 이상이라는 비교에 의한 평가가 만들어진다.

6.2 ARM 요소의 배열의 신뢰도(도 40 - 42)

배열은 도 40에 도시된 바와 같이 각 요소의 성능에서 여유를 제공한다.

배열의 ERP는 총 전달 전력 x 배열의 이득에 관련된다. 각각 P 와트를 전송하는 N개의 ARM을 갖는 배열은 N*P 와트를 생산한다. 칼럼 배열의 이득은 안테나 요소 N의 수에 직접 비례한다. 따라서, ARM 배열의 ERP는 N²P에 비례한다. 단일 요소의 고장은 도 41에 도시된 바와 같이 1㏈보다 작은 만큼 배열 ERP의 품질을 떨어뜨린다.

도 41은 하나의 요소의 고장에 의거한 8 요소 ARM 배열의 ERP의 품질저하를 나타낸다.

a. 시리즈 1 - 요소 패턴

b. 시리즈 2 - 배열 ERP

c. 시리즈 3 - 배열 ERP, 에지 요소 결손

d. 시리즈 4 - 배열 ERP, 요소 #2 결손

e. 시리즈 5 - 배열 ERP, 요소 #4 결손

선형 배열에서의 x 요소의 고장:

1. 배열 에지에서의 요소. 나머지 ERP는 (n-x)²p이고, 관련 손실은= (n-x)²/n²이다. n = 10에 대하여 x = 1일 때= -0.9 ㏈이고, x = 2일 때= -1.9㏈이다.

2. 에지 외에서의 요소. 이 경우 이득은 사이드슬로브를 상승시키는 것을 제외하고 거의 손상되지 않는다.= (n-x)/n. n = 10 에 대하여, x = 1 일때= -0.45㏈이고, x = 2일 때= -0.96㏈이다.

도 42에 도시된 바와 같이, 평면 배열의 요소의 고장은 그다지 중요하지 않다.

평면 배열에서의 x개 요소의 고장:

만일 요소가 에지상에 있지 않다면= 1-x/n²이다. n = 10에 대하여, x = 1 일때= -0.04㏈이고, x = 2일 때= -0.08㏈이다. 에지상의 요소의 값은 약간 높다.

배열에서의 단일 ARM의 고장은 위에서 보여준 바와 같이 치명적이지 않고 배열 성능의 우아한 품질저하를 발생시킬 뿐이다. 2개 요소 이상의 고장이 유지보수가 요구되기 전에 8요소 배열에서 허용될 수 있다. 평면 배열에서 허용된 고장의 수는 훨씬 크다.

고장확률은 P_f= 1/MTTF이고, 신뢰도 R = 1 - P_f= 1 - 1/MTTF이다. 배열에서의 2ARM의 고장의 MTTF는 하나가 이미 고장되어, 제 2의 요소고장이라는 조건적 확률에 의해 유도된다. 이것은 대안적인 절차(Mil-Std-756B) 중 하나에 따라 계산된다:

"직렬 N-1 ARM에 병렬인 직렬 N ARM" 모델을 가정한다.

R_t= R_{N ARMs}+ R_(N-1)ARMs- R_{N ARMs}x R_(N-1)ARMs

R_{N ARMs}= R_ARM ^N

R_t 1 - N(N-1)P_{f ARM} ²

P_{f ARM}= 1/200,000로 인가될 때, N = 8 =〉 R_t= 1 - 1.4 x 10^-9

MTTF = 700,000,000 시간

"N 중 N-1 유닛이 작동하고 있어야 한다" 는 모델에 따르면:

R_t= N x R_ARM ^N-1- (N-1)R_ARM ^N 1 - 0.5 x N(N-1)P_{f ARM} ²

P_{f ARM}= 1/200,000로 인가되면, N = 8 =〉 R_t= 1 - 0.7 x 10^-9

MTTF = 1,400,000,000 시간

결론

ARM 요소 배열의 신뢰도는 단일 증폭기의 신뢰도 보다 훨씬 높고, 동작 또는 유지보수 위험을 구성하지 않는다.

7. ARM 셀 - ARM을 구비한 셀 설계를 위한 가이드 라인

셀의 설계에 있어서의 중요한 문제는, 이것이 셀/섹터의 유효범위 및 용량을 결정하기 때문에, 전송된 전력 및 안테나 이득의 설계이다. ARM 배열에 기초한 셀/섹터(축약하여 ARM셀)는 ARM 유닛의 수, 이들의 구성 및 셀 유효범위 및 용량을 연결한다.

7.1 링크 균형잡기

링크 예산은

P_r/P_t= G_tG_rL = T

여기서, P_r= 수신 안테나 출력에서의 전력

P_t= 송신 안테나 입력에서의 전력

G_t, G_r은 각각 tx 및 Rx 안테나의 이득

L 은 경로 손실

T 는 전송 손실

P_rM= SNR(신호대 잡음비) x N(소음) x NF(수신기의 소음지수) 및

P_tM= SNR x N x NF/T

따라서, 기지국으로부터 요구되는 전송 전력은 순방향 및 역방향 링크의 SNR, T 및 NF를 비교함으로써 BS가 작용하는 MS의 수(n)의 MS(Mobile Station : 이동국) 배에 의해 전력 전송기로부터 유추될 수 있다.

7.2 ERP 및 ARM 칼럼을 갖는 이득

선형 안테나 배열의 이득은 대략

여기서, D/λ는 파장에 있어서, 안테나 배열의 총 길이(높이)이고,

N은 ARM 요소의 수이고,

d/λ는 파장길이로 두개의 인접한 ARM 유닛 사이의 거리이고,

S 는 섹터 수이다.

ARM 선형 배열에 대하여는,

g[db] = 7.25 + 10LogN

선형 ARM 배열의 ERP는

이고, ㏈w로는

7.3. CDMA IS 95

순방향 링크는 코히어런트성이고, 파일럿으로 도움을 받고, 직교(부분적으로)하며, 요구되는 SNR(or)은 역방향 링크보다 2-3㏈ 더 낮다(얇은 부분은 이미 역방향 링크상의 안테나 다이버시티의 영향을 포함한다). 한편, MS 수신기의 소음지수는 BS 보다 높은 3㏈이고, 모두 동일하게 된다. 따라서, 만일 양 링크의 안테나 이득이 동일하다면,

P_t,BS nP_t,MS

이 결과는 셀의 유효범위에 의존하지 않는다. 이것은 BS 안테나 이득(더 높은 이득이 T를 억제한다) 및 P_t,MS를 통하여 들어간다. 더 높은 전력이 용량 제한 셀 및 마이크로셀에서 보다 mof 유효범위 한계셀상의 MS로부터 요구될 수 있다.

마이크로셀

만일 마이크로셀에서 P_t,MS〈 50 mWatt이고, 각 섹터가 채널당 20 MS로 작용한다면,

P_t,BS〈 1 Watt

이것은 단일 ARM 유닛에 의해 제공된 전력(2 와트)보다 더 작다.

대형 셀

부하가 실린 대형 셀, 단일 채널에 대하여, P_t,MS〈 200 m Watt, 이고 P_t,BS〈 4 Watt 이다.

이것은 4개의 ARM 유닛으로 작용된다. 칼럼으로 쌓일때 이들은 약 11㏈ 이득을 제공하는 배열을 형성한다. 더 많은 ARM 유닛이 다른 이득을 제공하기 위하여 하나의 칼럼에서 또는 2개의 더 짧은 칼럼에서 쌓일 수 있다. 이것은 극단적인 가정이고, P_t,MS〈 100 mWatt 이 더 현실적이다.

순방향 링크 다이버시티

CDMA는 2개의 변위된 안테나로부터 송신하고 이들 사이에 적절한 지연을 제공함으로써 기지국으로부터 순방향 링크 다이버시티를 제공하는 독특한 능력을 가지고 있다. 이것은 2개의 이격된 ARM 유닛 또는 칼럼에 의해 ARM셀에 의한 가장 간단한 방법으로 수행된다. 명목상 3㏈ 보다 높게 제공된 이 다이버시티 이득은 기지국에 상당한 비용절감으로 요구된 P_t,BS를 감소시키는데 사용될 수 있다. 따라서, 2 x 4 ARM 셀/섹터는 필요로되는 MS 전력이 100 mWatt를 초과하지 않을 때 완전히 로드된 16 RF 채널을 수용할 수 있다. 50%의 평균부하로써 이 ARM셀은 완전한 30 ㎒ 할당을 수용한다.

7.4. AMPS / IS 136 / GSM

순방향 링크는 역방향 링크보다 이들 시스템에서 더 약하다: 변조가 동일한 한, 역방향 링크는 안테나 다이버시티 이득(〉 3㏈) 및 BS 수신기의 더 낮은 소음지수(3㏈)의 양자를 향유하고, 역방향 링크는 6㏈ 만큼 더 강하다. 이것이 이들 기술에서 기지국으로부터 더 높은 송신 전력이 요구되는 이유이다.

마이크로 셀

만일 P_t,MS〈 100 mWatt이면, 단일 ARM은 2 RF채널(2 AMPS 또는 6 IS 136 또는 15 GSM MS)을 지지할 수 있다. 대부분의 마이크로셀은 본 구성으로 2 RF 채널 이상을 지지하지 않는다.

대형 셀

MS의 가장 높은 전력 계층은 2 Watt를 전송한다. 평균이 500 mWatt를 초과하지 않을 것을 가정하는 것이 합리적이다. 대형셀에서는 각각의 RF채널에 대하여 하나의 ARM이 요구된다. 12개의 ARM으로된 칼럼은 12개의 RF 채널(36 IS 136 또는 95 GSM MS)위해 작용하여, 약 17㏈의 이득을 얻는다. 2 x 8 요소의 대안적 배치는 15㏈ 의 이득을 가지고 16개의 Rf 채널(48 IS 136 또는 127 GSM MS)를 제공한다.

부록 B는 본 발명의 ARM과 함께 사용되는 여러가지 부품의 몇가지를 다음과 같이 설명한다:

a. ARM 안테나 및 빔 성형

b. 중계기(Repeaters)

c. ARM 마이크로 셀 4

d. 고 이득 ARM

e. 셀룰러 밴드용 ARM 유닛

ARM 안테나 및 빔 성형

1. 목적

ARM 설계의 중요한 목적은 다음과 같다.

비용

저 손실, Tx 및 Rx 양측에서,

사양에 대한 선형성

다른 구성 설정에 대한 완비성 및 강건성

여러가지 구성에 대한 적합성

단일 요소(마이크로셀 및 실내 사용을 위한)

단일의 전방향(omnidirectional) 요소

칼럼 배열(고 이득 섹터 안테나용)

평면 다중 빔 또는 어댑티브 배열

원형 다중 빔 또는 어댑티브 배열

2. 안테나 설계 접근(도 43A 및 43B)

이 목적을 위하여 통합 설계접근을 따르고 있다. 다이플렉서는 제거되고 필터 부하의 일부가 송신용 및 수신용의 분리된 안테나를 사용함으로써 경감된다. 각각의 안테나는 각각 순방향 및 역방향 밴드에 동조된 3%이하의 좁은 밴드이다. 이렇게 달성된 격리는 다이플렉서의 복잡성 및 손실을 감소시킨다. 또한, 안테나 분리는 2식 안테나(two-way antenna)에 적용하는 안테나 선형성에 대한 요구(-153 ㏈ 인터모드 레벨)를 경감시킨다. 협대역 설계는 낮은 프로필 및 요소 사이의 높은 격리를 갖는다. 이러한 설계는 다중 빔 배열에 적합하고 2극 안테나 주사 배열로써 기본적인 곤란성, "맹목 각도(blind angles)"를 피한다. 프린트된 안테나 설계가 선택된다. 상보적 수평 극성 안테나는 동일한 형상 인자 및 패턴과, ARM 전방면의 수직 극성 안테나로 대체가능하게 하는 동일한 피드 포인트(feed-point)를 갖는다.

도 43A에 도시된 안테나 모듈의 연결기는 도 43B의 ARM모듈에 직접열결함으로써 대체된다.

ARM 모듈에 있어서, 안테나 판이 제거되면, 연결기는 외부 안테나에 연결하기 위하여 유닛상에 장착된다.

3. 모듈의 빔 성형(도 44A 및 도 44B)

ARM 요소는 폭이 단지 0.45 이고, 그것의 수평 방사패턴은 그 형상 및 설치에 의존한다. 롤 오프(roll-off) 및 후방 로브를 포함하여 패턴을 성형하는 간단하고 효율적인 방법은 핀을 이 유닛에 부가함으로써 그것의 형상 및 기울기가 패턴을 결정하는 것이다.

패턴은 기울기의 적당한 선택에 의해 120°에서 60°까지 제어된다. 명목상의 패턴은 빠른 롤 오프를 보장하는 120°에서 -6㏈에서 교차하도록 선택된다.

핀의 경사각 및 이들의 형상은 방위각(Azimuth angle)을 결정한다. 이들 핀은 모듈과 안테나 패널 사이의 ARM 모듈에 부착된다. 도 44B에 도시된 구성은 후방로브를 감소시킨다. 삼각형 오목부와 돌출부는 각각 대략 파장의 1/4이고, 후방 로브를 삭제한다.

4. ARM 유닛을 구비한 전방향 셀 유효범위

ARM의 완전한 안테나는 섹터로 나누어진 셀 유효범위에 잘 어울리는 7㏈ 이상의 (등방성) 이득과 함께 방향성 패턴을 제공한다. 전방향 유효범위를 요구하는 응용은 다음과 같이 약간의 수정을 요구한다.

4.1 저전력 전방향 셀

ARM은 MS 전력이 하나의 셀에서 100 mW 이하의 평균을 가지며 200 mW를 초과하지 않는 셀, 단일 CDMA(IS 95) 채널, 전체 용량을 위한 전송 요구와 부합하도록 설계된다. 그 셀의 역방향 링크의 25개의 셀은 전체 2.5 와트가 된다. CDMA의 순방향 링크는 2-3㏈ 이점을 갖는다. 이리하여 2와트를 방출하는 단일 ARM은 이러한 셀을 지지할 수 있다. 안테나의 이득은 유효범위 요구로부터 유도된 회로당 EIRP요구에 의해 결정된다.

소정의 셀은 전방향 유효범위를 요구한다. 이것은 ARM 유닛의 면의 안테나 포트에 연결되고 완전한 안테나를 대체하는 한 쌍의 전방향 안테나에 의해 달성된다. Tx 및 Rx상의 기본 슬리브 쌍극자는 대략 5㏈W ERP를 제공한다. 더 높은 이득이 동일선상이 배열로써 얻어진다.

4.2 고 전력 전방향 셀(도 45)

전방향 패턴은 ARM 유닛, 바람직하게는 3개 또는 4개의 유닛의 배열에 의해 형성된다. 4 요소 링 배열의 ERP는 약 11 ㏈W이다. 더 높은 ERP는 더 많은 링 배열을 하나씩 쌓음으로써 얻어질 수 있다. 방위각 유효범위를 매끄럽게하기 위하여 주변에 걸쳐 ARM의 완전한 안테나 또는 프린트된 안테나가 사용된다.

5. 칼럼에서의 ARM유닛의 배열(도 46)

ARM 면의 높이는 가장 높은 주파수에서 140mm 또는 0.93λ이다. 배열 이득은 도 46에 도시된 바와 같이 이 간격에서 가장 높다. 0.7λ의 간격을 갖는 안테나에 대한 이득 이점은 8요소를 갖는 배열에 대하여 1㏈이상이다.

큰 요소 간격은 배열의 전자 빔 기울기를 제한한다. 이 특징이 요구될 때마다 ARM 요소는 이들 요소 사이에 단지 0.65λ거리를 두고 간접적으로 배열된다.

중계기

도입

셀룰러 시스템의 중계기는 기지국(도우너 측)으로부터의 송신을 수신하고 이것을 적절하게 증폭하여 가입자(배분 측)에 재전송하는 장치이다. 동시에 중계기는 가입자로부터 신호를 받아 이것을 적절하게 증폭하여 기지국으로 재전송한다. 중계기는 주로 다음의 응용에 사용된다.

기지국으로부터 수신된 신호가 너무 약한 영역("라디오 홀(Radio Holes)")에서의 RF 유효범위 제공

셀 유효범위 연장(예를 들어 하이웨이를 따라)

터널, 건물 또는 다른 구조물내로의 유효범위 연장

중계기는 다음을 제공해야 한다.

투명해야 한다 - 서비스의 등급은 링크내의 중계기의 도입에 의해 저하되지 않아야 한다.

중계기는 감당할 배분영역에 할당된 주파수 범위를 감당해야만 한다. 바람직하게는 이것은 기지국의 전체 주파수영역이다.

중계기는 지상 라인 또는 트랜스미션을 통하여 기지국으로부터 제어되도록 경보, 상태 보고 및 제어를 가져야한다.

중계기의 평가에 있어서의 주요 특징:

증폭

소음지수

선형성

필터링

배분 영역에의 ERP 및 전송 전력

도우너 측상의 ERP

저 비용

옥외 구성

저 전력소비. 이것은 특히 태양 전력에 의해 공급되는 중계기에 중요하다.

신뢰도

배치에 있어서의 융통성. 도우너측과 배분측 사이의 격리는 증폭보다 훨씬 더 높아야 하고 이것은 국부적 환경과 양립할 수 있는 각각의 안테나의 배치에 있어서 기교를 요구한다.

중계기의 기본 구성품은 다음과 같다.

도우너 안테나 - ERP를 최대화하고 간섭을 최소화하는 높은 이득.

배분 안테나 - 유효범위를 위해 설계됨. 그들 사이의 필요한 격리를 달성하기 위하여 도우너 안테나로부터 떨어져 위치되어야 한다.

중계기 유닛, 제어 유닛 및 전원

도우너 및 배분 안테나의 분리는 긴 연결 케이블을 필요로 하고 이것에 있어서의 손실은 중계기 유닛의 높은 전력 출력의 요구 및 높은 소음 지수의 주요한 원인이다.

ARM 중계기(도 47)

ARM은 ARM 유닛의 두드러진 특징과 함께 다양한 응용 및 통신표준을 위한 중계기의 독특한 패밀리를 도입하는 중계기의 독특한 구조를 제공한다.

ARM 유닛은 소형 옥외 상자내에 내장된 대역 필터, 모니터링 및 제어, 및 전력 공급/조절 유닛을 포함하는 통합된 양방향 증폭기이다. 이것은 ARM이 도우너 및 배분 안테나 각각과 함께 위치되는 것을 가능하게 해주고, 이리하여 시스템으로 하여금 고품질 저손실 케이블에 대한 필요를 경감해준다.

도우너 및 배분 측의 양측상에 수신된 신호의 증폭(케이블 손실 이전에)은 실질적으로 시스템의 소음 지수를 감소시키고 민감도를 증가시킨다.

저렴하고 얇은 케이블이 도우너 및 배분 안테나 사이에서 사용될 수 있고, 이것은 커다란 융통성 및 비용 절감을 제공한다.

DC 전력이 내장된 bias-T 연결을 사용하여 RF 케이블을 경유하여 유닛들에 제공된다. 모니터링 및 제어 신호가 특정 모뎀에 의한 변조처럼 RF 케이블상에 실려있다.

이득과 전력은 각 유닛에서 원격적으로 및 내부적으로 제어된다.

선택적 구성

고 이득 도우너측

도우너측의 중요한 변수는 ERP - 전력 출력 및 안테나 이득의 곱 - 이다. ARM유닛의 압축성은 고 이득 안테나와의 다양한 조합을 제공한다.

초고이득 접시 안테나(20 내지 30 ㏈)는 그 통합된 안테나를 갖는 ARM에 의해 직접 공급될 수 있고, 이리하여 53 내지 63 ㏈m ERP를 생산한다. 이러한 구성에 있어서는 어떠한 송수절환기도 필요치 않다.

ARM 유닛은 45 ㏈m이상의 ERP 를 생산하기 위하여 야기 안테나(15 ㏈)와 함께 기계적으로 통합된다.

다양한 다른 안테나 구성이 특정의 필요를 위하여 제공될 수 있다.

배분측

전력 출력 및 ERP 양자는 배분 측에서 중요하다. 전자는 용량에 관계되고 후자는 유효범위의 범위를 결정한다.

ARM 유닛은 2 와트의 평균 방사 전력을 제공한다. 통합된 안테나(분리된 Rx 및 Tx 안테나)는 섹터 일루미네이션(sector illumination)용 6.5 ㏈d 이상의 명목상 이득을 갖는다. 빔 폭은 특정의 윙(wings)에 의해 120°에서 60°까지 성형될 수 있다. 이렇게 제공된 ERP는 39.5 ㏈m이다.

더 높은 전력 및 ERP가 ARM 유닛의 수를 수직 칼럼으로 배열함으로써 얻어진다. 4요소 배열은 8 와트 방사 전력 및 51.5 ㏈m ERP를 제공한다. 이렇게 얻어진 과잉은 크기의 순서에 의한 시스템의 신뢰도를 증가시킨다.

전방향 유효범위가 ARM내의 섹터 안테나를 대체하기 위하여 적절한 전방향 안테나에 의해 제공될 수 있다.

모니터링 및 제어

중계기는 독립 유닛(stand alone unit)이고, 기지국으로부터의 그 기능의 모니터링 및 제어는 필수적 요건이다.

모니터링 및 제어 유닛은 각각의 ARM 유닛과 함께 통신 채널을 포함한다. 기지국 또는 서비스 개인과의 통신은 채널의 선택에 대하여 행해진다( 전화선, 전용 지상 라인 또는 무선 링크를 통하여). 억세스 플러그는 RS232 표준 프로토콜을 통하여 PC를 갖춘 기술자에 의해 국부적 모니터링 및 제어가 허용된다.

무선 M＆C 채널은 도우너 ARM 유닛 또는 M＆C 유닛과 함께 내장된 부가 송수신기를 내장한다.

ARM(도 48 내지 52)

ARM은 전력 증폭기, 공기 공동 대역 필터 및 통합 요소 안테나를 포함하는 RF 송신 체인과, 통합 수신 안테나, 공기 공동 대역 필터 및 고 이득 LNA를 포함하는 수신 체인을 내장한 송수신 모듈이다. 이들은 원격제어유닛(IDU)과 동축인 Rx RF를 경유하여 통신하는 모니터링 및 제어(M＆C)회로와 전력 공급/전력 조절기를 포함하는 소형 옥외 모듈내에 내장된다. 그것의 2와트 출력 전력이 단일 RF 채널 CDMA 마이크로 셀의 전부하와 부합되도록 설계된다. ARM은 다양한 구성을 제공하는 모듈 구성을 갖는다. ARM 유닛은 여러가지 셀룰러 시스템에 의해 요구되는 바와 같이 높은 EIRP/높은 이득 방사 시스템의 빌딩 블록으로서 설계된다.

F1/F2 중계기

배분 및 릴레이 안테나 사이의 충분한 격리를 허용하지 않는 상황은 양 측상의 다른 주파수로 통신하고 이들 채널 사이에 부가적인 필터링을 제공함으로써 제공되도록 부가적인 필터링을 요구한다. 이것은 IF 대역에서 최상으로 행해지다. F1 및 F2 양자는 PCS 대역내에 있는 것으로 가정된다.

F1/F2 중계기의 일반 구성이 도 51에 설명된다. 이것은 2개의 ARM 유닛과 번역기 유닛(ARM과 동일한 치수)로 구성된다. 중계기에 원격제어를 제공하는 IDU는 어느곳에도 배치될 수 있고 12개의 ARM 유닛까지 제어할 수 있다(선택에 따라 6 또는 3개의 중계기). 도 52에 도시된 구성은 지정된 방향으로(배분 영역 및 릴레이 방향으로) 각 ARM을 안내하는 것을 허용한다. 빔 성형기는 경사에 따라 60°(수치로서)에서 120°이상 까지 사이의 영역의 빔 폭을 제공할 수 있다. 바람직한 용도에 따라, 다른 구성도 가능하다.

중계기의 블록 다이어그램이 도 52에 도시된다.

ARM 마이크로셀 4(도 53 내지 도 56)

도입

마이크로 셀의 주요 특징은 소형이고, 저렴하며, 도시지역내에서 지붕 높이 아래에의 설치에 적합하다. 이것은 짧은 범위에서 송수화기의 역할을 한다.

ARM 마이크로셀 4 는 4 선형 와트 및 2개의 수신 채널의 특색을 이룬다. 선택이 다음에 제공된다.

고 이득 안테나 작동을 위한 외부 안테나

전방향 안테나

섹터 안테나

수신상의 이중 극성

수신상의 이중 극성 다이버시티, 송신상의 극성 매칭

고전력 전방향 셀(도 57)

다중채널 셀은 더 높은 전력이 요구될 수 있다. 이것은 전방향 패턴을 방사하는 링으로된 4개의 ARM 유닛으로 구성된 링 셀에 의해 달성될 수 있다.

고 이득 Arm(도 58)

도입

셀룰러 통신에서 링크 예산 요구는 BS 안테나 이득 및 방사 전력에 의존한다. 전자는 셀 용량을 결정하는 반면 후자는 범위를 결정한다. 양자 사이의 균형은 기술 및 계획안에 의존한다.

요구된 이득이 동일한 전송 전력에 대해 더 높은 상황이 발생할 수 있다. 이것은 각 ARM용 고이득 안테나에 의해 수용될 수 있다(도 58).

셀룰러 밴드용 Arm 유닛(도 59)

셀룰러 밴드용 ARM이 도 59에 도시된다. 이것의 치수는 높이 295 mm, 폭 151mm, 및 깊이 125mm 이다.

단일 셀룰러 Arm 유닛

전기적 특성은 각각의 밴드에서 PCS 밴드와 유사하다.

명백히 하기 위하여, 개별 실시예의 문맥에서 기술된 본 발명의 다양한 특징은 단일 실시예에서 조합으로 제공될 수 있다. 역으로, 간결성을 위하여 단일 실시예의 문맥으로 기술된 본 발명의 다양한 특징은 적당한 부조합(sub-combination)으로 또는 개별적으로 제공될 수 있다.

본 발명이 특별히 도시되고 상술된 것에 한정되지 않는다는 것은 본 기술분야에 숙련된 자에 의해 알수 있다. 본 발명의 범위는 오히려 다음의 청구범위에 의해 정의된다.

Claims

적어도 하나의 송신 및 수신용 안테나, 전력 증폭기를 포함하는 송신기 및 수신기를 각각 포함하고, 바람직한 안테나 위치에 위치되는 복수의 능동 방사 모듈;

상기 모듈의 각각의 상대적인 진폭 및 위상을 제어하는 빔 성형 네트워크; 및

상기 빔 성형 네트워크를 경유하여 상기 복수의 능동 방사 모듈과의 저 전력 링크를 통하여 송신하고, 저 소음 증폭기를 경유하여 더 낮은 전력 링크를 통하여 수신하는 RF 전방 단부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 1항에 있어서,

상기 RF 전방 단부는 상기 복수의 모듈로부터 멀리 떨어져 위치되는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

각각의 모듈은 자체 내장되는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 능동 방사 모듈중 적어도 하나는 개별의 송신 및 수신 안테나 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 4항에 있어서,

상기 송신 및 수신 안테나 요소는 대략 20㏈ 만큼 서로로부터 격리되는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 빔 성형 네트워크는 송신용으로 하나, 수신용으로 하나인, 상기 복수의 능동 방사 모듈에 인접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

CATV 업/다운 변환기 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 7항에 있어서,

상기 CATV 업/다운 변환기 모듈은 CATV 네트워크에 연결되고 CATV 순방향 링크 및 역방향 링크를 지니는 동축 케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 8항에 있어서,

송신 및 수신 신호를 분리하는 CATV 다이플렉서를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 변환기 모듈은 믹서, 위상 고정 발진기 및 대역 통과 필터를 포함하여 화상 및 저 주파수를 제거하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 RF 전방 단부는 파이버 광 링크를 통하여 상기 빔 성형 네트워크와 통신하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 11항에 있어서,

송신기 및 수신기 신호를 개별적으로 운반하는 적어도 2개의 개별적인 파이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 11항에 있어서,

송신기 및 수신기 신호 양자를 운반하는 하나의 파이버를 포함하고, 분할기와 필터가 제공되어 상기 신호를 분할하고 필터링하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 송신기 증폭기는 모노리식 실리콘 이득 스테이지를 포함하는 제 1스테이지 및 하이브리드 패키지 전력 증폭기를 포함하는 제 2스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,

수신기 대역의 송신기 광대역 소음을 감소시키는 송신기 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,

셀의 수신기 채널과 간섭하는 의사 신호를 감소시키는 송신기 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,

수신기 증폭기와 수신기 필터를 포함하고, 상기 수신기 필터는 간섭 인터모드 곱이 수신 체인에서 발생되지 않는 수준까지 송신기 신호를 감소시키고, 상기 수신기 증폭기는 포화로 민감성을 잃지 않는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 무선 통신 기지국의 외부의 소오스로부터의 간섭신호를 감소시키는 수신기 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 복수의 능동 방사 모듈은 쌓여서 상기 빔 성형 네트워크에 의해 결정된 빔 형상 및 바람직한 이득을 갖는 능동 안테나를 형성하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 19항에 있어서,

상기 능동 방사 모듈은 수직 배열, 평면 배열 및 원형 배열로 이루어진 그룹으로부터 선택된 구성으로 쌓이는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 능동 방사 모듈중 적어도 하나는 송신 안테나와 제 1 및 제 2수신 안테나 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 22항에 있어서,

상기 송신 안테나는 수직으로 극성을 띤 안테나이고 상기 제 1수신 안테나는 +45로 극성을 띠며 상기 제 2수신 안테나는 -45로 극성을 띠는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 21항 또는 제 22항에 있어서,

상기 복수의 능동 방사 모듈은 0.7 파장보다 더 작은 폭에 대하여 구성되어 수평 평면에 다수의 빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 21항 또는 제 22항에 있어서,

상기 복수의 능동 방사 모듈은 1 파장 보다 작은 높이로 구성되어 상기 복수의 능동 방사 모듈의 수직으로 쌓인 칼럼으로부터 넓은측 방사를 형성하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 21항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 송신 안테나에 결합된 송신 증폭기와 상기 제 1 및 제 2수신 안테나 요소의 각각에 결합된 수신 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 능동 방사 모듈중 상기 적어도 하나는 제 1 및 제 2송신 안테나 및 수신 안테나 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 26항에 있어서,

상기 수신 안테나는 수직으로 극성을 띤 안테나이고 상기 제 1송신 안테나는 +45로 극성을 띠며 상기 제 2송신 안테나는 -45로 극성을 띠는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 26항 또는 제 27항에 있어서,

상기 송신 안테나의 각각에 결합된 송신 증폭기와 상기 수신 안테나 요소에 결합된 수신 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 1항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 안테나는 지능 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 29항에 있어서,

상기 지능 안테나는 다중사용 전송선로(multiplex trunking)을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 1항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수신기 및 상기 송신기 중 적어도 하나는 통신채널카드에 의해 샘플링되는 디지털 샘플 버스로 출력하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 31항에 있어서,

상기 수신기 및 송신기 중 적어도 하나의 출력은 변형회로에 의해 변형되고 CDMA 기지국의 적어도 하나의 안테나 입력에 연결되는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 32항에 있어서,

상기 변형회로는 버틀러 매트릭스(Buttler matrix)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 31항 또는 제32항에 있어서,

상기 송신기의 빔은 허용범위 요구를 따르도록 성형되는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
제 31항 또는 제 32항에 있어서,

상기 송신기의 빔은 전송 다이버시티에 의해 강화되는 것을 특징으로 하는 모듈 셀룰러 무선통신 기지국.
CDMA의 순방향 링크상의 신호의 페이딩을 경감하는 방법에 있어서,

복수의 송신기 안테나로의 전송신호를 분할하는 단계;

상기 안테나중 첫번째 것에 대하여 상기 안테나의 송신 체인내의 CDMA 칩보다 더 긴 지연을 도입하는 단계;

상기 모든 안테나에 의해 상기 신호를 송신하는 단계;

서로 다른 상관기로써 상기 신호를 수신하는 단계; 및

상기 신호를 결합하여 상기 신호의 페이딩을 경감시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 신호의 페이딩 경감방법.
제 36항에 있어서,

상기 각각의 안테나는 대략 동일한 허용범위로 송신하는 것을 특징으로 하는 신호의 페이딩 경감방법.
제 36항에 있어서,

상기 송신하는 단계는 복수의 이격된 안테나로부터 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호의 페이딩 경감방법.
제 36항에 있어서,

상기 송신하는 단계는 서로 다른 극성에서 송신하는 복수의 안테나로부터 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호의 페이딩 경감방법.
제 36항 내지 제 38항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 결합하는 단계는 비가공의 다중경로 신호와 결합하는 것을 특징으로 하는 신호의 페이딩 경감방법.
복수 쌍의 직교하는 극성 안테나를 포함하고, 상기 쌍 중 하나는 ±45°로 극성을 띠고 상기 쌍 중 다른 것은 H-V 극성화되는 것을 특징으로 하는 모듈 이중극성 기지국 안테나 시스템.
제 41항에 있어서,

한쌍의 송신 안테나는 ±45°로 극성을 띠는 것을 특징으로 하는 모듈 이중극성 기지국 안테나 시스템.
제 41항에 있어서,

한 쌍의 수신 안테나는 H-V 극성화되는 것을 특징으로 하는 모듈 이중극성 기지국 안테나 시스템.
제 41항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,

각각의 안테나는 개별의 증폭기에 의해 공급되는 것을 특징으로 하는 모듈 이중극성 기지국 안테나 시스템.
직교하는 극성 안테나의 복수의 H-V 극성화된 쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 이중극성 기지국 안테나 시스템.
제 41항 내지 제 45항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 안테나 쌍 사이의 격리를 증가시키는 적어도 하나의 격리 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 이중극성 기지국 안테나 시스템.
모듈 이중 극성 기지국 송신 및 수신을 위한 방법에 있어서,

±45°로 극성을 띠는 한 쌍의 송신 안테나로 송신하는 단계; 및

H-V 극성화된 한 쌍의 수신 안테나로 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
모듈 이중 극성 기지국 송신 및 수신을 위한 방법에 있어서,

H-V 극성화된 한 쌍의 송신 안테나로 송신하는 단계; 및

H-V 극성화된 한 쌍의 수신 안테나로 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 47항 또는 제 48항에 있어서,

송신 신호를 분할하고 기지국에서 극성의 가중치를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 47항 또는 제 48항에 있어서,

증폭기 이득의 제어에 의해 극성의 가중치를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 47항 내지 제 50항 중 어느 한 항에 있어서,

RF, IF 및 베이스밴드 주파수로 구성된 그룹으로부터 선택된 주파수로 극성의 가중치를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.