KR20010028098A - 코드분할 다중방식 이동통신 시스템의 주파수 하향장치 - Google Patents

Abstract

코드분할 다중방식 이동통신 시스템의 주파수 하향장치는 1.25MHz와 3.75MHz 가변밴드 대역폭을 지원하는 장치를 하나의 회로에 구현하여 RF 주파수 하향 동작을 수행하여 기능검증용 및 상용품 제작시 보드 재료비 및 랙(Rack)공간을 현저하게 줄일 수 있도록 한 것으로 그 구성은, 서로 병렬로 구성되어 수신된 RF신호를 서로 다른 임의의 대역폭으로 각각 필터링하는 제 1, 2 필터링부와; 상기 제 1, 2 필터링부 전단에 위치하여 제공되는 밴드 선택 제어신호에 따라 제 1 또는 제 2 필터링부로 RF신호를 스위칭하는 제 1 스위칭부와; 상기 제 1, 2 필터링부 후단에 위치하여 제공되는 밴드 선택 제어신호에 따라 상기 제 1 또는 제 2 필터링부로 스위칭하여 제 1 또는제 2 필터링부에서 필터링된 대역폭의 RF신호를 베이스밴드로 전송하는 제 2 스위칭부와; 상기 제 1 및 제 2 필터링부중 이득이 적은 필터링부 전단에 장착되어 제 1, 2 필터링부의 이득이 서로 동일해지도록 이득이 적은 필터링부의 이득을 보상해주는 이득보상부와; 상기 제 2 스위칭부에서 출력되는 임의의 대역폭을 갖는 RF신호를 IF신호로 주파수 하향하는 주파수 하향부를 포함하여 구성된 것이다.

Description

코드분할 다중방식 이동통신 시스템의 주파수 하향장치{Frequency down converting apparatus in CDMA mobile communication system}

본 발명은 코드분할 다중방식의 이동통신 기지국 시스템의 주파수 하향장치에 관한 것으로, 특히 이동통신 기지국장치의 주파수 하향기에서 스위치와 이득보상기(Pad)를 이용하여 다중밴드(1.25MHz와 3.75MHz) RF수신신호를 분리하여 베이스밴드(Base Band)로 전송하기 위한 코드분할 다중방식의 이동통신 기지국 시스템의 주파수 하향장치에 관한 것이다.

일반적인 CDMA방식의 이동통신 기지국의 RF(Radio Frequency)블럭은 IF(Intermediate Frequency)블럭으로 부터 받은 송신신호를 RF로 주파수 상향변환, 증폭 등을 통해 단말기로 송신할 수 있도록 하고, 단말기로 부터 수신한 RF수신신호의 주파수를 하향변환시켜 IF블럭으로 전달해 주는 기능을 한다. 하드웨어상으론 전치단, 트랜시버 보드로 나눌 수 있고, 기능상으론 전치단은 다시 송/수신여파, 증폭기(저잡음증폭, 대전력증폭) 등으로 나누어진다.

그리고, 트랜시버보드는 다시 주파수 상향기, 주파수 하향기, 주파수합성기 등으로 구분된다. 여기서, 상기한 트랜시버 보드의 주파수 상향기는 IF보드로부터 출력되는 IF신호를 상향 듀얼 변환하여 RF신호로 주파수를 변환한 후, 전치단으로 보내는 역할을 한다. 부가적인 기능으로 주파수 상향기의 출력신호 전력을 제어하기 위한 출력신호 전력 가변 제어기능과, 기지국 출력신호 온/오프(On/Off)기능등이 있다. 여기서, 출력신호 전력 가변 제어는 모뎀부로 부터 컨트롤을 받으며 또한 가변감쇠기는 IF신호대역에 핀 다이오드(PIN Diode)를 이용한 가변감쇠기가 실장되어 출력전력 감쇠특성의 선형성을 보다 많이 얻을 수 있다.

그리고, 트랜시버의 주파수 하향기는 전치단의 저잡음 증폭기로 부터 출력되는 RF신호를 하향 듀얼 변환하여 IF신호로 변환한 후, 기지국 IF보드로 전송하는 역할을 한다. 하나의 트랜시버 보드에는 다이버시티 기능을 위하여 독립된 두개의 신호경로를 갖는 주파수 하향기가 있으며, 주파수합성기로 부터 발생되어지는 RF국부발진기 및 IF국부발진기는 주파수 하향기가 함께 공유하도록 구성하였다. 또한, 각각의 주파수 하향기는 단일톤 둔감도 특성을 만족시키기 위하여 군 지연 및 컷 오프(Cut-Off)특성이 뛰어난 표면 탄성파 SAW(Surface Acoustic Wave) 채널 통과 여파기를 사용하였고 다른 기지국 IF보드로 일정한 레벨을 공급해 주기 위한 AGC(Auto matic Gain Control)기능을 갖는다.

기존의 CDMA 이동통신 기지국 시스템의 RF장치는 단일 대역폭 1.25MHz RF신호만을 주파수 변환하여 IF신호를 베이스밴드로 전송하는 주파수하향기와, 최근 급속도로 개발중인 IM-2000이라는 차세대 이동통신 시스템에서는 3.75MHz의 CDMA RF단일 신호만 주파수 변환하여 IF신호를 베이스밴드로 전송하는 주파수 하향기가 있다.

이하, 종래 기술에 따른 1.25MHz 주파수 하향기와 3.75MHz의 주파수 하향기에 대하여 살펴보기로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 코드분할 다중방식의 이동통신 기지국 시스템의 1.25MHz 주파수 하향장치의 블록구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 종래 기술에 따른 코드분할 다중방식의 이동통신 기지국 시스템의 3.75MHz 주파수 하향장치의 블럭구성을 나타낸 도면이다.

먼저, 도 1에 도시된 1.25MHz 주파수 하향기는 기본적인 기능인 RF신호를 사용하여 IF신호로 변환하는 기능을 구현하기 위해서는 증폭기(11, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 28, 30)와, 감쇠기(10, 18, 20, 22, 32)와, RF 및 IF 주파수 혼합기(13, 26)와, 1.25MHz SAW필터(16, 24)가 구성된다.

도 1에 도시된 1.25MHz 주파수 하향기는 RF주파수 혼합기(13)와 IF주파수 혼합기(24)를 사용하는 이중 변환방식을 사용하였고, 그중 신호외 대역여파기능의 성능이 우수한 SAW 필터(16, 24)를 RF 주파수혼합기(13)과 IF주파수혼합기(26) 전단에 각각 장착하여 즉, 대역여파기능이 우수한 1.25MHz SAW필터(16, 24)를 IF단에 이중으로 사용하여 더욱 신호대역의 차단 성능을 향상시켜 보다 정확한 RF신호를 전송할 수 있도록 한 것이다.

그리고, 도 2에 도시된 3.75MHz 주파수 하향기는 도 1에 도시된 1.25MHz 주파수하향기와 그 구성이 동일하다. 그러나, 도 2에 사용된 RF 및 IF SAW필터(33, 34)는 도 1에 도시된 SAW필터(16, 24)와는 달리 3.75MHz의 대역외의 신호를 차단할 수 있는 필터를 사용한 것이 도 1과의 차이점이다. 즉, 도 2에 도시된 3.75MHz의 주파수 하향기는 대역통과에 가장 큰 영향을 미치는 SAW 필터(33, 34)의 통과 대역폭을 3.75MHz를 사용하여 RF전송규격을 만족하는 주파수 하향기를 설계한 것이다.

따라서, 도 1 및 도 2에 도시된 1.25MHz신호와 3.75MHz신호를 모두 지원하기 위해서는 2개의 주파수 하향기를 각각 제작하여 지원해야 한다. 이때, 기본 부품 및 기구물이 2배로 소요되는 것과 시스템 공간이 증대되는 문제점이 발생한다.

또한, 1.25MHz와 3.75MHz신호를 분리해 내는 부품들의 RF특성에 차이가 발생하여 두 시스템의 링크 버짓(Link Budget)에 차이가 발생하기 때문에 정확한 시스템 성능 분석이 쉽지 않은 다른 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 이동통신 기지국장치의 1.25MHz 및 3.75MHz의 주파수 하향기를 스위치와 패드를 이용하여 하나의 주파수하향기 보드로 구성함으로써, 1.25MHz와 3.75MHz RF수신신호를 선택적으로 분리하여 베이스밴드(Base Band)로 전송할 수 있도록 한 코드분할 다중방식의 이동통신 기지국 시스템의 주파수 하향장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 코드분할 다중방식의 이동통신 기지국 시스템의 주파수 하향장치는, 증폭기, 감쇠기, 밴드패스필터등의 부품들은 공용으로 사용하고, 1.25MHz의 SAW필터와 3.75MHz의 SAW필터를 각각 구성하며, 1.25MHz 및 3.75MHz의 대역폭을 선택하기 위한 스위치를 사용하여 원하는 대역선택이 가능하게 하고, 삽입손실이 상당히 많은 SAW필터의 특성이 시스템 전체 링크 버짓에 미치는 영향을 최소화하기 위해 대역이 다른 1.25MHz SAW필터 및 3.75MHz SAW 필터의 삽입손실의 차이만큼의 패드(PAD)를 삽입손실이 작은쪽의 경로에 삽입하여 두 대역의 링크버짓을 같게 만들어 줌으로써, IF변화 후 원래대역의 음성 또는 데이타신호를 분리할 수 있도록 함에 그 특징이 있다.

즉, 본 발명에 따른 이동통신 시스템에서 기지국 및 단말기의 주파수 하향장치는, 서로 병렬로 구성되어 수신된 RF신호를 서로 다른 임의의 대역폭으로 각각 필터링하는 제 1, 2 필터링부와; 상기 제 1, 2 필터링부 전단에 위치하여 제공되는 밴드 선택 제어신호에 따라 제 1 또는 제 2 필터링부로 RF신호를 스위칭하는 제 1 스위칭부와; 상기 제 1, 2 필터링부 후단에 위치하여 제공되는 밴드 선택 제어신호에 따라 상기 제 1 또는 제 2 필터링부로 스위칭하여 제 1 또는제 2 필터링부에서 필터링된 대역폭의 RF신호를 베이스밴드로 전송하는 제 2 스위칭부와; 상기 제 1 및 제 2 필터링부중 이득이 적은 필터링부 전단에 장착되어 제 1, 2 필터링부의 이득이 서로 동일해지도록 이득이 적은 필터링부의 이득을 보상해주는 이득보상부와; 상기 제 2 스위칭부에서 출력되는 임의의 대역폭을 갖는 RF신호를 IF신호로 주파수 하향하는 주파수 하향부를 포함하여 구성됨에 그 특징이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 코드분할 다중방식의 이동통신 기지국 시스템의 1.25MHz 주파수 하향장치의 블록구성을 나타낸 도면,

도 2는 종래 기술에 따른 코드분할 다중방식 이동통신 시스템의 3.75MHz 주파수 하향장치의 블럭구성을 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 코드분할 다중방식 이동통신 시스템의 1.25MHz 및 3.75MHz 가변주파수 하향장치의 블럭구성을 나타낸 도면

도 4는 본 발명에 따른 코드분할 다중방식 이동통신 시스템의 1.25MHz 및 3.75MHz 가변주파수 하향장치에 적용되는 패드(Pad)를 이용한 리크버짓 등가회로를 나타낸 도면,

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 코드분할 다중방식 이동통신 시스템의 주파수 하향장치를 이용한 1.25MHz 및 3.75MHz 경로에 대한 링크 버짓의 시뮬레이션 결과값을 표로 나타낸 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

16, 33 : 필터링부 35, 35a, 36, 36a : 스위칭부

37 : 감쇠보상부

이하, 본 발명에 따른 코드분할 다중방식의 이동통신 기지국 시스템의 주파수 하향장치의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 코드분할 다중방식의 이동통신 기지국 시스템의 1.25MHz 및 3.75MHz 가변주파수 하향장치의 블럭구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 코드분할 다중방식의 이동통신 기지국 시스템의 1.25MHz 및 3.75MHz 가변주파수 하향장치에 적용되는 패드를 이용한 링크버짓의 등가회로를 나타낸 도면이다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 코드분할 다중방식의 이동통신 기지국 시스템의 1.25MHz 및 3.75MHz 가변주파수 하향장치는 도 1 및 도 2에 도시된 1.25MHz 및 3.75MHz 주파수 하향기와 동일하게 증폭기(11, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 28, 30)와, 감쇠기(10, 18, 20, 22, 32)와, RF 및 IF 주파수 혼합기(13, 26)가 공용으로 구성되고, 1.25MHz 및 3.75MHz의 제 1, 2 필터링부(16, 24, 33, 34)를 IF단에 이중으로 각각 병렬로 구성한 것이다. 여기서, 상기 제 1 필터링부(16, 24)는 1.25MHz 대역통과 SAW필터이고, 제 2 필터링부(33, 34)는 3.75MHz 대역통과 SAW필터이다.

또한, 상기 병렬로 이중으로 구성된 1.25MHz 및 3.75MHz의 SAW필터(16, 33, 24, 34)전단에는 제어보드(미도시)로 부터 밴드 선택 제어신호를 받아 경로를 절체하여 원하는 신호 대역폭의 SAW필터(16, 33, 24, 34)로만 RF신호를 인가하는 제 1 스위칭부(35, 36)와, 상기 1.25MHz SAW필터(16, 24) 또는 3.75MHz SAW필터(33, 34)에서 출력되는 1.25MHz 또는 3.75MHz대역주파수를 제어보드에서 제공되는 선택 제어신호에 따라 스위칭하여 증폭기(17, 25)로 각각 출력하는 제 2 스위칭부(35a, 36a)로 구성된다. 여기서, 제 1, 2 스위칭부(35, 36, 35a, 36a)는 SPDT(Single Pole Double Throw)스위치이다.

이와 같은 구성을 갖는 장치의 동작을 보면, 먼저 RF신호가 단말기로 부터 수신되면, 수신된 RF신호에 따라 제어보드에서는 제 1, 2 스위칭부(35, 36, 35a, 36a)로 밴드 선택 제어신호를 제공한다. 따라서, 제 1, 2 스위칭부(35, 35a, 36, 36a)는 제어보드에서 제공되는 밴드선택신호에 따라 경로를 1.25MHz SAW필터(16, 24)쪽 경로 또는 3.75MHz SAW필터(33, 34)쪽 방향의 경로로 스위칭을 절체하는 것이다.

따라서, 절체된 해당 SAW필터(16, 24, 33, 34)는 대역외의 신호는 제거하고 해당 대역만을 통과시킨 후, 제 2 스위칭부(35a, 36a)를 통해 출력되어 cdma신호를 베이스밴드로 전송하게 되는 것이다.

즉, 도 3은 원하는 신호대역의 SAW필터(16, 24, 33, 34)들을 각각 병렬로 배치하고 SAW필터(16, 24, 33, 34) 전,후에는 제어보드로 부터 제공되는 밴드선택신호에 따라 경로를 절체하여 원하는 신호 대역폭의 SAW필터(16, 24, 33, 34)에만 신호를 인가하는 것이다. 따라서, 3.75MHz의 CDMA RF신호는 도 2에서와 동일한 구조로 주파수 하향을 수행하게 되어 원하는 신호를 베이스 밴드로 전송할 수 있는 것이다. 또한, CDMA 1.25MHz RF신호도 마찬가지로 같은 원리로 밴드선택신호에 따라 제 1, 2 스위칭부(35, 36, 35a, 36a)를 절체하여 원하는 규격의 CDMA 신호를 베이스 밴드로 전송한다.

그러나, 병렬로 각각 연결 구성된 1.25MHz의 SAW필터(16, 24)와 3.75MHz의 SAW필터(33, 34)에서 같은 특성의 삽입손실를 가진 SAW필터를 제작하기는 매우 힘든게 사실이다.

따라서, 이러한 1.25MHz SAW필터(16, 24)와 3.75MHz SAW필터(33, 34) 각각의 삽입손실을 동일하게 하기 위해 도 4에 도시된 바와 같이 삽입손실이 적은 SAW필터 전단에 감쇠보상부(37)를 장착하여 두 경로의 이득을 보상해 주도록 한 것이다. 여기서, 감쇠보상부(37)는 제 1 스위칭부(35, 36)와 3.75MHz SAW필터(33, 34)간의 경로에 장착한 것으로, 제 1 스위칭부(35, 36)의 출력라인에 직렬로 저항(R1)이 연결되고, 저항(R1)의 양단에 각각 병렬로 저항(R2, R3)을 연결하여 구성한 것이다. 여기서, 일반적인 감쇠보상기는 이동통신 시스템에서 임피던스 매칭회로에 적절한 감쇠를 주는 부품으로 저항들을 변화시켜 적절한 크기의 감쇠를 보상할 수 있도록 한 것이다.

도 4에 도시된 1.25MHz SAW필터(16, 24)와 3.75MHz SAW필터(33, 34)의 삽입손실은 대략 4dB정도가 차이가 발생하므로 삽입손실이 적은 3.75MHz SAW 필터(33)전단에 4dB 정도의 삽입손실을 보상할 수 있도록 4dB 감쇠보상부(37)를 장착하면 두 경로사이의 삽입손실에 의해 발생하는 링크 버짓상의 차이를 해결할 수 있다. 이때, 1.25MHz SAW 필터(16, 24)의 이득은 -26.8dB정도이고, 3.75MHz SAW필터(33, 34)의 이득은 -22.9dB이다. 따라서, 두 SAW 필터(16, 24, 33, 34)사이의 삽입손실 이득은 4dB가 된다.

도 5a 및 도 5b는 상용 프로그램을 이용하여 감쇠기(10)에서 SPDT스위치(35, 35a, 36, 36a)다음단의 IF증폭기(17)까지의 링크 버짓을 시뮬레이션 한 것으로, 3.75MHz SAW필터(33, 34)전단에 4dB 감쇠보상부(37)사용한 링크버짓과 SPDT스위치 (35, 35a, 36, 36a)와 1.25MHz SAW 필터(16, 24)를 거친 신호의 링크 버짓상에 거의 차이가 없음을 확인할 수 있으므로 원하는 대역들의 신호들을 하나의 주파수 하향 변환장치에서 서로 다른 대역의 신호를 분리해 주파수 하향변환을 행할 수 있도록 한 것이다.

이상에서는 이동통신 기지국 시스템에서의 주파수 하향장치에 대하여만 적용하여 설명하였지만, 본 발명에 따른 주파수 하향장치는 단말기에도 적용하여 주파수 하향변환을 할 수 있다. 즉, 가변대역용 단말기에서도 같은 구조로 원하는 1.25MHz 및 3.75MHz 신호대역폭의 신호들을 추출할 수 있다.

단말기는 일반적으로 싱글 변환방식을 사용하기 때문에 수신단중 주파수혼합기 다음단에 사용되는 SAW필터에서 수신대역폭 및 대역외 성능이 결정되므로 SAW필터 1단의 전후에는 SPDT스위치를 사용하고, 대역의 차이로 발생하는 SAW필터의 수신링크 버짓은 삽입손실이 작은쪽에 적절한 값의 감쇠보상기를 설계하여 추가시키는 구조로 기지국과 같은 성능의 가변밴드용 주파수하향기를 설계할 수 있다.

또한, 비동기 시스템과 동기식 시스템의 검증용으로 RF주파수 하향기를 설계할 때에도 비동기와 동기식의 칩 레이트(Chip Rate)의 차이로 RF주파수 대역폭에 차이가 발생하게 되는데, 이때에도 비동기와 동기식 SAW필터를 도 3의 1.25MHz와 3.75MHz SAW필터위치에 배치하여 SPDT스위치로 선택하여 주면 시험검증용으로 충분히 사용이 가능한 것이다.

결국, 본 발명에 따른 이동통신 기지국시스템의 주파수 하향장치는 1.25MHz 와 3.75MHz 가변밴드 대역폭을 지원하는 장치를 하나의 회로에 구현하여 RF 주파수 햐향 동작을 수행하도록 하는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 이동통신 기지국시스템의 주파수 하향장치는 1.25MHz 와 3.75MHz 가변밴드 대역폭을 지원하는 장치를 하나의 회로에 구현하여 RF 주파수 하향 동작을 수행하도록 함으로써, 기능검증용 및 상용품 제작시 보드 재료비 및 랙(Rack)공간을 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 이동통신 시스템에서 기지국 및 단말기의 주파수 하향장치에 있어서,

   서로 병렬로 구성되어 수신된 RF신호를 서로 다른 임의의 대역폭으로 각각 필터링하는 제 1, 2 필터링부와;

   상기 제 1, 2 필터링부 전단에 위치하여 제공되는 밴드 선택 제어신호에 따라 제 1 또는 제 2 필터링부로 RF신호를 스위칭하는 제 1 스위칭부와;

   상기 제 1, 2 필터링부 후단에 위치하여 제공되는 밴드 선택 제어신호에 따라 상기 제 1 또는 제 2 필터링부로 스위칭하여 제 1 또는제 2 필터링부에서 필터링된 대역폭의 RF신호를 베이스밴드로 전송하는 제 2 스위칭부와;

   상기 제 1 및 제 2 필터링부중 이득이 적은 필터링부 전단에 장착되어 제 1, 2 필터링부의 이득이 서로 동일해지도록 이득이 적은 필터링부의 이득을 보상해주는 이득보상부와;

   상기 제 2 스위칭부에서 출력되는 임의의 대역폭을 갖는 RF신호를 IF신호로 주파수 하향하는 주파수 하향부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 코드분할 다중방식 이동통신 시스템의 주파수 하향장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 서로 다른 임의의 대역폭은 1.25MHz 및 3.75MHz인 것을 특징으로 하는 코드분할 다중방식 이동통신 시스템의 주파수 하향장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 필터링부는 1.25MHz SAW필터이고, 제 2 필터링부는 3.75MHz SAW필터인 것을 특징으로 하는 코드분할 다중방식 이동통신 시스템의 주파수 하향장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 2 스위칭부는 SPDT스위치인 것을 특징으로 하는 코드분할 다중방식 이동통신 시스템의 주파수 하향장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 이득보상부는 제 1 스위칭부와 제 2 필터링부사이에 직렬로 저항(R1)을 연결하고, 저항(R1)양단에 병렬로 저항(R2, R3)이 연결되어서 구성됨을 특징으로 하는 코드분할 다중방식 이동통신 시스템의 주파수 하향장치.