KR200297971Y1 - 기지국 액티브 어레이 안테나 - Google Patents

Abstract

본 고안은 기지국 액티브 어레이 안테나를 제공하기 위한 것으로, IF 신호에 대한 주파수 변환을 수행하는 베이스 밴드(110)를 구비한 기지국(100)과; 상기 기지국의 베이스 밴드(110)의 IF 신호를 송출하고, 수신된 신호를 IF 신호로 변환하여 상기 기지국(100)의 베이스 밴드(110)에 전송하는 액티브 어레이 안테나(200)를 포함하여 구성함으로써, 기지국의 주파수 변환부 후단을 사용하지 않고 IF 주파수를 액티브 어레이 안테나로 전송하여 이를 액티브 어레이 안테나에서 RF 주파수로 변환하여 여러 개의 소출력 소자를 어레이하여 저가로 서비스를 제공하고 셀 반경 내 안테나 빔을 조정할 수 있게 되는 것이다.

Description

기지국 액티브 어레이 안테나{Base station active array antenna}

본 고안은 기지국 액티브 어레이 안테나에 관한 것으로, 특히 종래의 RF(Radio Frequency, 무선) 커플링(Coupling) 방식으로 제공하던 한계를 돌파하여 기지국의 주파수 변환부 후단을 사용하지 않고 IF(Intermediate Frequency) 주파수를 액티브 어레이 안테나로 전송하여 이를 액티브 어레이 안테나에서 RF 주파수로 변환하여 여러 개의 소출력 소자를 어레이하여 저가로 서비스를 제공하고 셀 반경 내 안테나 빔을 조정하기에 적당하도록 한 기지국 액티브 어레이 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신 시스템은 사람, 자동차, 선박, 열차, 항공기 등 이동체를 대상으로 하는 통신 시스템으로, 이에는 키폰 시스템, 이동전화(휴대전화, 차량전화), 항만전화, 항공기전화, 이동공중전화(열차, 유람선, 고속버스 등에 설치), 무선호출, 무선전화, 위성이동통신, 아마추어무선, 어업무선 등이 포함된다.

그래서 이러한 이동통신 시스템은, 운용자의 입력을 받아 망 내의 시스템들에 반영하는 망운용부와; 상기 망운용부와 하부의 기지국들의 데이터를 취합하여 교환 시스템 측으로 전송하는 기지국 제어부와; 상기 기지국 제어부의 데이터를 사용자 단말기들에 전송하고 상기 사용자 단말기들의 데이터를 취합하여 상기 기지국 제어부로 전송하는 기지국과; 상기 기지국에서 전송된 정보를 사용자에게 전달하고, 전달된 사용자의 음성 또는 부호급의 정보를 무선 데이터로 변환하여 상기 기지국으로 전송하는 사용자의 이동 단말기를 포함하여 이루어진다.

여기서 기지국은 일반 유선가입자나 이동전화 가입자로부터 전달되는 음성 및 데이터 신호를 CDMA(Code Division Multiple Access, 코드 분할 다중 접속) 신호 변환, 디지털 -> 아날로그 변환을 거친다. 그리고 변환된 아날로그 신호는 이동전화 가입자의 단말기로 전달되기 위해 기지국의 송신단에 있는 전력증폭 장치에서 최종적으로 전력증폭된 후 안테나 단에서 방사된다.

그리고 통상의 기지국은 프런트 엔드로부터 RF 신호를 급전을 경유하여 섹터 안테나를 통해 대기에 방사하게 된다.

최근 기지국의 셀 반경을 확장하거나, 전방향 서비스 섹터 안테나를 지향성 섹터 안테나로 변경시 발생되는 셀 반경 축소를 방지하기 위하여 AAA(Active Array Antenna) 방식을 일부 국내에서 사용하고 있는 추세이다.

도 1은 종래 기지국 액티브 어레이 안테나의 블록구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 기지국(10)은 베이스밴드(11), 주파수 변환부(12), RF 증폭부(13), 프런트 엔드(14)로 이루어지고, 액티브 어레이 안테나(20)에서 송신 부분은 송신 가변 감쇄부(21), 전력 분배부(22), 6개의 전력 증폭부(23), 6개의 듀플렉스(24), 6개의 다이폴 안테나(25)로 이루어지며, 액티브 어레이 안테나(20)의 수신 부분은 6개의 다이폴 안테나(25)와 6개의 듀플렉스(24)에 전력 합성부(26), 저잡음 증폭부(27), 수신 가변 감쇄부(28)가 결합되어 이루어진다.

그래서 기본적인 구성은 기지국(10)의 급전선에 흐르는 RF 신호를 방향성 결합기를 이용하여 이를 커플링하고, 이 신호를 다시 원하는 출력 레벨로 증폭시키고 필터링하여 어레이 안테나로 송출한다. 그리고 어레이 안테나로부터 수신된 신호를 필터링 및 증폭하여 기지국(10)으로 전송하도록 기본 구성이 되어 있다.

이러한 종래 장치의 동작을 첨부한 도면에 의거 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 종래 기술에 의한 장치는 기지국(10)의 베이스 밴드(11)에서 발생한 베이스 신호를 주파수 변환부(12)를 거침으로써 변조 및 RF 신호화 되고, 이를 RF 증폭부(13)에서 충분히 증폭한 후 프런트 엔드(14)에서 필터링된 후, 급전선에서 커플링된다. 이렇게 커플링되면 전력 분배부(22), 전력 증폭부 1~6(23)을 거쳐 듀플렉스 1~6(24) 및 다이폴 안테나 1~6(25)을 거쳐 대기 중으로 방사되는 송신 원리를 갖는다.

또한 액티브 어레이 안테나(20)의 다이폴 안테나 1~6(25)에서 수신된 RF 신호는 듀플렉스 1~6(24)을 거쳐 필터링 된 후, 전력 합성부(26) 및 저잡음 증폭부(27)를 거쳐 기지국의 프런트 엔드(14)를 거쳐 필터링 되고 증폭된 후 주파수 변환부(12)를 거쳐 베이스 밴드(11)에 인가되는 수신 원리를 갖는다.

그리고 기지국(10)의 신호를 특정 섹터에 대하여 확장하고자 하거나, 옴니를 섹터화함으로써 줄어드는 셀 반경을 유지하기 위해서 액티브 어레이 안테나(20)를 사용한다.

따라서 액티브 어레이 안테나(20)의 세부 동작을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 기지국 급전선으로부터 커플링된 RF 신호를 송신 가변 감쇄부(21)에서 6개의 전력 증폭부 1~6(23)에 신호를 공급하기 위한 6-WAY 전력 분배부(22)를 거쳐 정격의 출력으로 신호를 증폭하는 전력 증폭부 1~6(23)에 인가되는 입력 레벨이 포화되지 않도록 적절하게 조정한다.

전력 증폭부 1~6(23)에서 출력되는 각각의 RF 신호는 불요파를 억압하는 듀플렉스 1~6(24) 및 다이폴 안테나 1~6(25)을 거쳐 대기 중으로 방사되는데, 이 RF 신호가 단말기에 최적으로 전달될 수 있도록 전력 증폭부 1~6(23)의 위상을 조정한다.

이때 다이폴 안테나 1~6(25)은 어레이화하여 기지국(10)과 단말기간 통신을 원활히 수행할 수 있도록 하였으며, 6개의 전력 증폭부(23), 듀플렉스(24), 다이폴 안테나(25)를 각각 구성함으로써 인하여 1개 이상의 전력 증폭부(23)가 불량이 발생하더라도 통신은 이루어지도록 한 것이 기본 원리이다.

다이폴 안테나 1~6(25)으로부터 수신된 각각의 RF 신호는 불요파를 억압하는 듀플렉스 1~6(24)을 거쳐, 6개의 전력을 하나의 전력으로 합성하는 전력 합성부(26)를 통하여 신호를 합성한다. 이렇게 합성된 RF 신호는 저잡음 증폭부(27)를 통하여 증폭한 후, 기지국(10)으로 보내지는 신호의 레벨이 적절하도록 수신 가변 감쇄부(28)를 조정한다.

그러나 이러한 종래의 기술은 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 어레이 안테나를 기지국의 급전선 전력을 커플링하여 사용하였기 때문에 기지국의 RF부와 액티브 어레이 안테나의 RF부가 이중 사용됨으로 인한 경제적 손실이 있는 문제점이 있었다.

둘째, 액티브 어레이 안테나와 기지국간 호환 신호로 RF 신호를 사용하였기 때문에 급전선 전력 손실을 방지하기 위한 급전선 비용이 막대하게 소요되는 문제점도 있었다.

셋째, RF 신호의 급전선 손실로 인한 고출력 증폭부가 필요하게 되며, 고출력 증폭부의 수명이 짧은 것도 문제가 되었다.

넷째, 고출력 증폭부에서 결함이 발생할 경우 RF 출력 방사가 불가능하게 되는 문제점도 있었다.

이에 본 고안은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 고안의 목적은 기지국의 주파수 변환부 후단을 사용하지 않고 IF 주파수를 액티브 어레이 안테나로 전송하여 이를 액티브 어레이 안테나에서 RF 주파수로 변환하여 여러 개의 소출력 소자를 어레이하여 저가로 서비스를 제공하고 셀 반경 내 안테나 빔을 조정할 수 있는 기지국 액티브 어레이 안테나를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 일실시예에 의한 기지국 액티브 어레이 안테나는,

IF 신호에 대한 주파수 변환을 수행하는 베이스 밴드를 구비한 기지국과; 상기 기지국의 베이스 밴드의 IF 신호를 송출하고, 수신된 신호를 IF 신호로 변환하여 상기 기지국의 베이스 밴드에 전송하는 액티브 어레이 안테나를 포함하여 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

도 1은 종래 기지국 액티브 어레이 안테나의 블록구성도이고,

도 2는 본 고안에 의한 기지국 액티브 어레이 안테나의 블록구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 기지국 110 : 베이스밴드

200 : 액티브 어레이 안테나 210 : 송신 IF 가변감쇄부

220 : 업 컨버터 230 : 전력 분배부

240 : 전력 증폭부 250 : 듀플렉스

260 : 다이폴 안테나 270 : 전력 합성부

280 : 저잡음 증폭부 290 : 다운 컨버터

300 : 수신 IF 가변감쇄부

이하, 상기와 같이 구성된 본 고안, 기지국 액티브 어레이 안테나의 기술적 사상에 따른 일실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안에 의한 기지국 액티브 어레이 안테나의 블록구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, IF 신호에 대한 주파수 변환을 수행하는 베이스 밴드(110)를 구비한 기지국(100)과; 상기 기지국의 베이스 밴드(110)의 IF 신호를 송출하고, 수신된 신호를 IF 신호로 변환하여 상기 기지국(100)의 베이스 밴드(110)에 전송하는 액티브 어레이 안테나(200)를 포함하여 구성된다.

상기에서 액티브 어레이 안테나(200)는, 상기 기지국(100)의 베이스 밴드(110)의 IF 신호를 원하는 출력 레벨로 증폭하고 필터링한 후 송출하는 송신 수단과; 수신된 신호를 필터링과 증폭 및 주파수 변환하여 상기 기지국(100)의 베이스 밴드(110)에 IF 신호를 전송하는 수신 수단을 포함하여 구성된다.

상기에서 송신 수단은, 상기 기지국(100)의 베이스 밴드(110)에서 인가받은 신호의 신호레벨을 조정하는 송신 IF 가변 감쇄부(210)와; 상기 송신 IF 가변 감쇄부(210)의 출력을 변조하고 주파수 변환시키는 업 컨버터(220)와; 상기 업 컨버터(220)의 전력을 복수개의 신호로 분리시키는 전력 분배부(230)를 포함하여 구성된다.

상기에서 수신 수단은, 상기 액티브 어레이 안테나(200) 내의 다이폴 안테나(260)와 듀플렉스(250)를 통하여 수신된 복수개 신호의 전력을 합성하는 전력 합성부(270)와; 상기 전력 합성부(270)에서 합성된 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭부(280)와; 상기 저잡음 증폭부(280)의 출력을 복조시키고 주파수 변환시키는 다운 컨버터(290)와; 상기 다운 컨버터(290)의 출력신호 레벨을 조정하여 상기 기지국(100)의 베이스 밴드(110)로 인가하는 수신 IF 가변 감쇄부(300)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 본 고안에 의한 기지국 액티브 어레이 안테나의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 고안의 기본 구성은 기지국(100)의 베이스 밴드(110)에서 액티브 어레이 안테나(200)로 직접 IF 신호를 전송하여 이를 주파수 변환시킨 뒤 원하는 출력 레벨로 증폭하고 필터링하여 다이폴 안테나 1~6(260)으로 송출하며, 다이폴 안테나 1~6(260)으로부터 수신된 신호를 필터링 및 증폭 후, 주파수 변환하여 이를 기지국(100)의 베이스 밴드(110)로 직접 IF 신호를 전송하도록 한다.

그리고 액티브 어레이 안테나(200)의 송신 부분은 신호레벨 조정을 위한 송신 IF(Intermediate Frequency) 가변 감쇄부(210), 변조 및 주파수 변환을 위한 업 컨버터(220), 전력을 6개의 신호로 분리하기 위한 전력 분배부(230), 6개의 전력을 증폭하기 위한 전력 증폭부 1~6(240)으로 이루어진다.

또한 액티브 어레이 안테나(200)의 수신 부분은 6개의 전력을 1개의 신호로 합성하기 위한 전력 합성부(270), 1개의 전력을 증폭하기 위한 저잡음 증폭부(280), 복조 및 주파수 변환을 위한 다운 컨버터(290), 신호레벨 조정을 위한 수신 IF 가변 감쇄부(300)로 이루어진다.

또한 이들의 공통 부분은 듀플렉스 1~6(250), 다이폴 안테나 1~6(260)이다.

기지국(100)은 종래와 같은 주파수 변환부, RF 증폭부, 프런트 엔드를 빼고 구성할 수 있게 된다.

이러한 본 고안의 동작을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 기지국(100)의 베이스 밴드(110)에서 발생한 베이스 신호를 액티브 어레이 안테나(200)의 업 컨버터(220)를 거침으로써 변조 및 RF 신호화 되고, 이를 전력 증폭부(240)에서 충분히 증폭한 후, 듀플렉스 1~6(250) 및 다이폴 안테나 1~6(260)을 거쳐 대기 중으로 방사되는 송신 원리로 동작한다.

또한 액티브 어레이 안테나(200)의 다이폴 안테나(260)에서 수신된 신호는 듀플렉스(250)를 거쳐 필터링 된 후, 전력 합성부(270) 및 저잡음 증폭부(280)와 다운 컨버터(290)를 거쳐 기지국(100)의 베이스 밴드(110)로 입력되어 동작하는 수신 원리를 수행한다.

그리고 액티브 어레이 안테나(200)의 세부 동작을 더욱 상세히 설명한다.

먼저 기지국(100)의 베이스 밴드(110)에서 송신된 IF 신호는 송신 IF 가변 감쇄부(210)에서 레벨 조정 된 후, 변조 및 주파수 변환을 위하여 업 컨버터(220)에 인가된다.

업 컨버터(220)에서 출력된 신호는 RF 신호를 6개의 신호로 분리하기 위한 6-WAY 전력 분배부(230)를 거쳐 정격의 출력으로 신호를 증폭하는 전력 증폭부 1~6(240)에 인가되고, 이때 입력 레벨이 포화되지 않도록 적절하게 조정한다.

전력 증폭부 1~6(240)에서 출력된 각 RF 신호는 듀플렉스 1~6(250) 및 다이폴 안테나 1~6(260)을 거쳐 대기 중으로 방사되는데, 이 RF 신호가 단말기에 최적으로 전달될 수 있도록 전력 증폭부 1~6(240)의 위상을 조정한다.

이때 다이폴 안테나 1~6(260)은 어레이화하여 기지국(100)과 단말기간 통신을 원활히 수행할 수 있도록 하였으며, 6개의 전력 증폭부(240), 듀플렉스(250), 다이폴 안테나(260)를 각각 구성함으로써 1개 이상의 전력 증폭부(240)에 불량이 발생하더라도 통신을 이루어지도록 한 것이 기본 원리이다.

또한 각각의 다이폴 안테나 1~6(260)으로부터 수신된 각 RF 신호는 각각의 듀플렉스 1~6(250)을 거침으로써 불요파를 여파한 뒤, 6개의 RF 신호를 전력 합성부(270)를 통하여 1개의 RF 합성신호로 만든다.

이렇게 전력 합성부(270)를 통하여 합성된 RF 신호는 저잡음 증폭부(280)를 통하여 증폭된 후, 주파수 변환 및 복조를 수행하는 다운 컨버터(290)로 보내진다.

그리고 다운 컨버터(290)를 통과한 신호는 수신 IF 가변 감쇄부(300)에서 기지국(100)의 베이스 밴드(110)에 적절한 입력신호로 보내지기 위하여 레벨이 조정된다.

이처럼 본 고안은 기지국의 주파수 변환부 후단을 사용하지 않고 IF 주파수를 액티브 어레이 안테나로 전송하여 이를 액티브 어레이 안테나에서 RF 주파수로 변환하여 여러 개의 소출력 소자를 어레이하여 저가로 서비스를 제공하고 셀 반경 내 안테나 빔을 조정하게 되는 것이다.

이상에서 본 고안의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 고안은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 고안은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 고안의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안에 의한 기지국 액티브 어레이 안테나는 다음과 같은 효과가 있게 된다.

첫째, 기지국과 액티브 어레이 안테나 간 호환 신호를 RF에서 IF로 전환함으로 인하여 기지국의 RF 부분을 제거할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 기지국의 급전선을 고가의 RF 급전선 대신 IF 급전선으로 대체 사용할수 있는 장점도 있다.

셋째, 기지국의 RF 부분을 제거함으로써 사이트의 임대료로 줄일 수 있게 된다.

Claims (4)

1. IF 신호에 대한 주파수 변환을 수행하는 베이스 밴드(110)를 구비한 기지국(100)과;

   상기 기지국의 베이스 밴드(110)의 IF 신호를 송출하고, 수신된 신호를 IF 신호로 변환하여 상기 기지국(100)의 베이스 밴드(110)에 전송하는 액티브 어레이 안테나(200)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기지국 액티브 어레이 안테나.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 액티브 어레이 안테나(200)는,

   상기 기지국(100)의 베이스 밴드(110)의 IF 신호를 원하는 출력 레벨로 증폭하고 필터링한 후 송출하는 송신 수단과;

   수신된 신호를 필터링과 증폭 및 주파수 변환하여 상기 기지국(100)의 베이스 밴드(110)에 IF 신호를 전송하는 수신 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기지국 액티브 어레이 안테나.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 송신 수단은,

   상기 기지국(100)의 베이스 밴드(110)에서 인가받은 신호의 신호레벨을 조정하는 송신 IF 가변 감쇄부(210)와;

   상기 송신 IF 가변 감쇄부(210)의 출력을 변조하고 주파수 변환시키는 업 컨버터(220)와;

   상기 업 컨버터(220)의 전력을 복수개의 신호로 분리시키는 전력 분배부(230)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기지국 액티브 어레이 안테나.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 수신 수단은,

   상기 액티브 어레이 안테나(200) 내의 다이폴 안테나(260)와 듀플렉스(250)를 통하여 수신된 복수개 신호의 전력을 합성하는 전력 합성부(270)와;

   상기 전력 합성부(270)에서 합성된 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭부(280)와;

   상기 저잡음 증폭부(280)의 출력을 복조시키고 주파수 변환시키는 다운 컨버터(290)와;

   상기 다운 컨버터(290)의 출력신호 레벨을 조정하여 상기 기지국(100)의 베이스 밴드(110)로 인가하는 수신 IF 가변 감쇄부(300)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기지국 액티브 어레이 안테나.