KR20010008166A

KR20010008166A - 이동통신 중계기에 있어서 송 수신기 기능 구현 방법 및장치

Info

Publication number: KR20010008166A
Application number: KR1020000067279A
Authority: KR
Inventors: 남재국
Original assignee: 남재국; 주식회사 에프알 텍
Priority date: 2000-11-13
Filing date: 2000-11-13
Publication date: 2001-02-05

Abstract

본 발명은 이동통신 중계기에 매우 간단한 방법으로 순방향(기지국으로부터 중계기) 및 역방향(이동 국으로부터 중계기) 다이버스티 기능을 부여함으로써 종래의 공중선 중계기가 갖는 문제점을 해결하여 중계기 커버리지 지역에서의 이동통신 서비스 품질을 획기적으로 개선한다. 순방향 및 역방향 다이버스티 기능은 CDMA 기지국 및 이동 국의 레이크 수신기의 시간지연에 따른 다중 경로 신호의 신호 복조 기능을 이용한다. 기지국 대향 중계기의 두개의 안테나는 기지국으로부터 신호를 서로 독립된 경로로 수신하여, 첫번째 안테나에서의 수신 신호는 종래의 중계기와 같은 방법으로 저 잡음 증폭, 필터 링 그리고 필요한 만큼의 출력을 증폭하여 이동 국 대향 안테나를 통하여 전송되며, 두 번째 안테나에서 수신된 신호는 저 잡음 증폭 후 수칩(chip) 정도의 지연을 갖는 소자를 통과한 다음 첫번째 신호와 결합하여 첫번째 신호와 동일하게 필터링 및 증폭 과정을 거쳐서 이동 국 대향 안테나를 통하여 전송된다. 이동 국 대향 안테나는 기지국 대향 안테나와 마찬가지로 이동 국으로부터의 서로 독립된 신호를 수신하여 기지국 수신 신호와 동일하게 처리된다. 종래의 중계기에 본발명의 기능을 구현함으로써 송수신 링크를 2∼ 8 dB을 개선할 수 있다.

Description

이동통신 중계기에 있어서 송 수신기 기능 구현 방법 및 장치{ Method of making transmitter and receiver in wireless repeater}

이동통신망(PCS, 셀룰러 및 3세대 시스템)에 있어서 커버리지를 경제적으로 확장하기 위한 방법으로서 중계기가 많이 적용되고 있다. 중계기는 기지국으로부터 공중선을 이용하여 미약한 기지국 신호를 중계기의 기지국 대향 수신안테나를 통하여 수신한 다음 , 증폭한 후 이동국 대향 송신안테나를 통하여 이동 국으로 재 전송한다. 역으로 이동국 대향 수신안테나로부터 이동 국 신호를 수신한 다음 증폭한 후 기지국 대향 안테나를 통하여 기지국으로 신호를 재전송한다(도 1). 여기서 기지국 대향 송 수신안테나는 사실 동일한 것으로 중계기 내부에 송수신 신호를 분리할 수 있는 듀플렉스(10)를 사용함으로써 가능하다. 이러한 메커니즘은 이동국 대향 송수신 안테나도 마찬가지이다. 공중선을 이용한 종래의 중계기는 기지국 대향 하나의 안테나와 이동국 대향 안테나 하나로 구성되어 있다. 이러한 종래의 중계기에 있어서 하나의 수신안테나에 수신되는 신호는 중계기와 기지국(또는 이동국)사이에 건물등과 같은 많은 장애물이 있기 때문에 다중 경로를 통하여 수신된 것이다. 다중경로를 통하여 수신된 신호는 안테나에서 벡터적 합을 가지게 되므로, 약간의 경로변경(예를 들면, 기지국과 중계기 사이에서 장애물의 이동) 으로도 경로간의 위상차에 의한 수신신호 세기의 상당한 감쇄가 발생할 수 있다. 이러한 현상을 레이라이 페이딩이라고 한다. 따라서 중계기에 의한 이동통신 품질 향상은 어떻게 이러한 페이딩 현상을 줄이느냐에 있다 하겠다. 최근에 이동통신용 무선 중계기는 다양한 형태로 이동통신망에 적용되고 있다. 즉, 가정에 적용되는 댁내형 중계기에서부터, 건물내 중소 규모의 상업적 지하를 서비스하기 위한 중소형 중계기 그리고 트래픽이 적은 도심외각 및 시골지역에 적용되는 고출력의 주파수 변환 중계기, 마이크로웨이브 중계기 등 많은 무선중계기가 설치 운용되고 있다. 그리고 이러한 양적 증가에 따라 기존의 중계기 설치 개념인 기지국 송수신 안테나와 중계기 송수신 안테나간의 LOS(line of sight)가 거의 이루어지지 않고 있으며, 중계기(중계기 안테나의 설치가 지면에서 수 m 정도임)와 기지국사이에는 많은 이동 장애물이 존재한다. 이에 따라 종래의 이동국 이동으로 인하여 중계기에 도달되는 신호세기의 페이딩 뿐만 아니라 기지국과 중계기 사이의 장애물이동으로 인한 페이딩이 상당히 발생한다. 그러므로 중계기가 서비스 하는 지역의 통화품질은 기지국 서비스 지역과 비교할 때, 종래의 역 방향 품질열화뿐만 아니라 순방향 품질면에서도 상당한 열화가 있는 것이 사실이다. 이러한 중기 단점을 극복하기 위하여 CDMA 방식에 있어서 송수신 다이버스티 기능을 갖는 방법이 제시되었으나(특허번호 : (10-164250-0000)스펙트럼 확산통신용 수신기 및 중계기) 구현이 매우 복잡할 뿐만 아니라 구현하는 비용이 매우 높아지기 때문에 실제 현장에 적용하기에는 상당한 단점이 있다.

본 발명은 종래의 공중선 중계기에 간단하게 다이버스티 기능을 부여함으로써 순방향(기지국에서 중계기) 및 역방향(이동 국에서 중계기)에서 발생하는 레이라이 페이딩에 의한 품질 열화를 획기적으로 개선하여 종래의 중계기가 갖는 문제점을 해결하는데 있으며, 더 나아가 최대 2Mbps 전송 속도를 갖는 3세대 이동통신 기지국(순방향 다이버스티 기능 채용) 품질을 제공할 수 있는 중계기를 개발하는데 있다.

도 1 은 종래의 중계기에 의한 이동통신 서비스 개념도

도 2 는 본 발명의 기능이 구현된 중계기에 의한 이동통신 서비스 개념도

도 3 은 종래 중계기의 구성 개략도

도 4 는 본 발명의 기능이 구현된 중계기의 구성 개략도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1. 기지국, 2, 6, 7 : 중계기의 기지국 대향 안테나

3, 8, 9: 중계기의 이동국 대향 안테나

4 : 중계기 5: 이동국

10 : 듀플렉스, 11: 저잡음 증폭기(LNA)

12 : 순방향 신호 처리부

13 : 고출력 증폭기(HPA)

14 : 역방향 신호처리부

15 : 시간지연소자(delay element)

본 발명의 실제 설치 예 및 시스템 구성의 개략 도는 도 2 및 4에 도시 되어 있다.

종래의 공중선 중계기는 기지국과 이동국 사이에 미약한 신호를 증폭 재전송하기 때문에 기지국에서 채택하고 있는 공간 다이버스티 기능을 구현하는 것이 본질적으로 어렵다. 또한 공중선 중계기는 기지국과 중계기간에 광케이블로 직접 연결된 광중계기에 적용된 공간 다이버스티 기능을 적용할 수 없다.(광중계기는 이동국으로부터 수신된 두 경로의 신호를 서로 독립적으로 광케이블을 통하여 기지국으로 전송한 후 기지국의 두개의 수신안테나 경로에 각각 연결함으로써 기지국의 공간 다이버스티 기능을 이용) 따라서 본 발명은 CDMA 무선 액세스 방식의 장점인 시간 다이버스티 기능 즉, 레이크 수신기의 기능을 이용한다. IS-95A/B에서는 기지국 수신부에 레이크 수신기가 4개 있어서 다중경로에서 오는 지연된 신호를 4개까지 복조할 수 있으며, 이동 국에서는 이러한 레이크 수신기가 3개 있다. 그리고 3세대 시스템인 IMT2000 기지국 및 이동국은 레이크 수신기가 각각 8, 6개가 표준으로 되어 있으며, 고속 데이터 전송의 품질을 개선하기 위하여 수신 다이버스티 기능뿐만 아니라 송신 다이버스티 기능도 표준으로 하고 있다.

본 발명에 있어서, 기지국으로부터 신호 수신은 중계기의 수신안테나(6,7)가 서로의 수신경로에 독립적이 되도록 반송 주파수의 약 10배 되도록 설치하거나, 대안으로 복편파 안테나(+/-, +45/-45)를 사용한다. 첫번째 안테나로부터 수신된 신호(경로 1)는 대역폭 필터 듀플렉스를 통과하여 저 잡음 증폭기(LNA)에 의하여 증폭된다. 증폭된 신호는 수신신호 및 증폭과정에서의 잡음을 제거하기 위하여 신호 처리부(12)에서 중간주파수(IF)로 변환된 후 높은 선택도를 갖는 SAW필터에 의하여 필터링 된 후 다시 반송주파수로 변환된 다음, 고출력 증폭기(13)에 의하여 원하는 만큼 증폭된 후 듀플렉스 및 이동국 대향 안테나(9)를 통하여 재 전송된다. 여기까지의 일련의 수신, 증폭 및 송신과정은 종래의 RF 직접 중계기 방식과 동일하다. 기지국 대향 두번째 안테나(7) 에서 수신된 신호는 저 잡음 증폭기(11)에 의하여 첫번째 경로와 동일한 이득을 갖도록 증폭된 다음 지연소자(12) 즉, SAW필터 또는 케이블에 의하여 수신 신호를 2칩 이상 지연시킨다. 일반적으로 CDMA 방식 표준에서는 레이크 수신기의 신호 복조 능력은 1칩 이상이면 가능하기 때문에 IS-95A/B/C는 최소 0.814us 그리고 IMT2000 0.32us 이상의 지연이 이루어지면 된다.

이렇게 지연된 신호는 신호 처리부(12)전에서 첫번째 안테나에서 수신된 신호와 벡터적으로 결합한 후 첫번째 신호와 같이 필터 링 및 증폭된 후 이동 국 대향 안테나(9)를 통하여 재전송된다.

이동국은 중계기로부터 시간적으로 구분된 두개의 독립된 신호를 레이크 수신부에서 수신하여 구분 복조 처리함으로써 종래 중계기에 비하여 순방향 품질(커버리지 및 프레임 에러 율 등)을 획기적으로 향상할 수 있다. 또한 역 방향 품질을 개선하기 위하여 본 발명에서 적용된 순 방향 구현 방법이 동일하게 역 방향에도 적용될 수 있다.

본 발명에 의하여 나타나는 효과는 첫째, 도심지 지하 음영지역 해소를 위하여 설치운용중인 중소형 중계기의 서비스 지역의 품질 개선에 상당한 효과가 있다. 일반적으로 중소형 중계기의 출력은 10dBm이하로써 근본적으로 순방향(기지국에서 이동국 방향) 커버리지가 역 방향 커버리지 보다 20dB이상 적을 수 있기 때문에 커버리지는 순방향 특성에 크게 좌우된다. 또한 중소형 중계기의 기지국 대향 안테나는 통상적으로 지상 3 미터이내 설치되기 때문에 안테나는 고정되어 있더라도 주변의 장애물(자동차 등)이 이동하기 때문에 중계기의 안테나에서 수신되는 신호는 실시간으로 레이라이 페이딩을 경험하게 된다. 따라서 중소형 중계기기의 기지국 대향 안테나는 이동국과 마찬가지로 실시간으로 상당한 레이라이 페이딩을 경험하게 되는 것이다. 그러므로 본 발명의 중계기는 종래의 중계기에 비하여 동일출력 대비2 ∼ 8dB의 커버리지 확장 효과를 가져올 수 있다. 둘째, 본 발명은 종래의 중계기에 비하여 CDMA 무선품질의 척도인 프레임 에러 발생율을 현격히 감소할 수 있기 때문에 무선품질조건이 IS-95A/B보다 1000배 정도 강화된 3세대 시스템인 cdma2000 및 W-CDMA 서비스에 적합하다. 세째, 현재 우리나라 이동통신회사 들이 자기 대역내에서 미사용 주파수(미사용 채널)를 기지국과 중계기간의 링크주파수로 활용하여 원격시스템에서 다시 미 운용 주파수(미사용 채널)를 운용주파수(운용채널)로 전환하여 기지국 및 이동 국 신호를 중계하는 주파수 변화중계기 그리고 주파수 변환중계기와 기지국 및 이동 국 신호 중계의 기본 방식은 같으나, 링크 주파수가 마이크로 웨이브를 적용하는 마이크로 웨이브 중계기에 있어서 본 발명을 적용하면 순 및 역 방향 품질개선에 상당한 효과를 가져올 수 있다. 넷째 광 중계기에 있어서 본 발명(순방향 다이버스티 기능)을 적용하면, IS-95C 및 cdma2000 및 W-CDMA 무선 액세스 방식의 기지국과 동등한 순방항 품질을 가져올 수 있으며, 또한 역 방향에 적용하면, 종래의 다이버스티 구성 방식과 동등한 품질 개선효과를 가져오면서 다이버스티 기능을 구현하는데 소요되는 비용을 1/2로 줄일 수 있는 효과가 있다. 다섯째, 건물내 이동통신서비스를 위한 분산 시스템(광 분산시스템, IF분산 시스템 등)에 본 발명을 적용하면, 종래의 시스템에서 제공하기 어려운 cdma2000 및 W-CDMA의 2Mbps의 초고속 무선품질을 기지국과 같은 품질로써 서비스 가능하다.

Claims

기지국(또는 이동국)과 신호를 송수신하는데 있어서 송수신 다이버스티를 구현한 중계기
1항에 있어서 송수신 다이버스티 구현은 기지국 및 이동국 레이크 수신기를 이용하는 것을 특징으로 하는 중계기
2 항에 있어서 레이크 수신기를 이용할 수 있는 방법으로써 두번째 안테나(7, 8)에 간단한 지연소자를 구현하여 첫번째 안테나(6, 9) 신호와 고출력 증폭기 전단에서 결합하여 기지국 및 이동국으로 하나의 안테나(6, 9)로 전송하는 방식