KR20040004261A

KR20040004261A - 시분할 복신 중계 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20040004261A
Application number: KR1020030088589A
Authority: KR
Inventors: 하헌범; 김규남; 김경완; 김용훈
Original assignee: 주식회사 컨버시스
Priority date: 2003-12-08
Filing date: 2003-12-08
Publication date: 2004-01-13

Abstract

본 발명은 TDD(Time Division Duplex) 방식의 무선 통신에서 사용 가능한 중계 시스템에 관한 것이다. TDD 무선 통신 기지국의 경우 일정 시간 동안은 하향(기지국에서 단말 방향)신호만을 송신하고, 그 후 일정 시간 동안은 상향(단말에서 기지국 방향) 신호를 수신하며, 이 과정이 계속 반복되게 된다. 따라서 TDD 중계기는 중계기 내에 기지국과 연동하여 신호를 절체하는 기지국 스위치를 내장함으로써 기지국 송신 동안은 하향 신호만을 증폭하도록 스위치가 동작하고, 기지국 수신시는 역으로 상향 신호만을 증폭하도록 구현하는 것이 필요하다. 한데 일반적인 아날로그 형태의 중계기 경우 스위치 절체를 기지국과 동기시켜 할 수 있는 방법이 없으며, 상향, 하향으로 변하는 시간 동안의 가드 시간이 상당히 짧기 때문에 중계기에서는 기지국과 거의 같은 시간에 상향/하향 절체가 일어나야 한다.

본 발명은 중계기내에 TDD 신호의 기저 대역 신호중 일부를 복조하는 기능을 내장함으로써, 스위칭 시간을 기지국과 동기시키기 위한 것이다.

Description

시분할 복신 중계 방법 및 장치{Repeating method and apparatus for TDD(Time Division Duplex) wireless communication}

본 발명은 개인 휴대 통신등의 TDD 통신 방식 시스템에서 서비스 지역(커버리지 라고도 한다)을 확장하거나 전계강도가 부족하여 발생하는 부분적인 주파수 음영 지역을 커버하기 위한 중계 방법 및 장치에 관한 것이다.

무선 통신 시스템은 단말과 통신을 위해 호 처리가 가능한 기지국 또는 AP(Access Point)나 커버리지 확장만을 염두에 둔 중계기를 사용하게 된다. 기지국은 중계기에 비해 상당히 고가이므로, 트래픽이 적은 지역의 경우는 가능하면 중계기를 설치하는 것이 보통이며, 중계기는 신호를 증폭하는 역할만을 수행하게 된다. 한데 기지국 또는 AP에서 단말방향의 하향 링크, 단말에서 기지국 방향의 상향 링크를 동일 주파수를 사용하며 시간 분할하여 사용하는 TDD 방식의 통신에서는 일반적으로 CDMA나 아날로그 방식의 무선 통신에서 사용되는 중계기를 사용할 수 없는 단점이 발생한다. 일반적으로 사용하는 FDD 방식의 무선 통신 경우 대역 필터등이 삽입되어 있는 듀플렉서를 사용하여 상하향 링크를 구분하게 되지만 동일한 주파수를 사용하는 TDD 방식의 무선 통신 경우는 상하향 링크를 적절히 분리할 수 있는 방법이 아날로그 증폭만을 수행하는 중계기의 경우 적절한 방법을 찾을 수가 없게 된다.

따라서 TDD 방식 중계기의 경우는 도 1에 도시되어 있는 구조의 형태로 구현되어야만 하며, 안테나 근처의 스위치(103, 107)가 상, 하향 링크를 적절히 선택하는 기능을 수행하여야 한다. 기지국에서 송신한 신호(101)는 스위치(103)를 거쳐 대역 필터(104), 저잡음 증폭기(105), 전력 증폭기(106), 스위치(107), 서비스 안테나(108)를 통해 신호가 방사되어야 한다. 이때 스위치(103,107)는 하향 링크(104, 105, 106)만을 연결시키고, 상향링크(110,111,112)를 단절시켜야만 신호가 제대로 단말 방향으로 증폭하여 전달되게 된다. 그렇지 않고 상향 링크만을 연결되도록 스위치가 동작하면 기지국에서 도착한 신호는 단말로 증폭되어 전달되지 못할 것이고, 상하향 링크가 모두 연결되었다면 전력 증폭기(106,112)의 출력 신호가 계속해서 중계기 내부로 진입되어 중계 시스템이 발진되게 된다. 또한 역으로 단말에서 기지국 방향의 상향 링크 신호를 전송하기 위해서는 스위치(107, 103)가상향 링크 증폭 경로(110, 111, 112)신호만을 증폭하도록 동작되고 하향 링크 증폭 경로(104,105,106)는 신호가 전달되지 못하도록 차단시켜야만 한다.

따라서 도1의 중계기가 제대로 동작하기 위해서는 기지국에서 단말방향으로 전파를 송신하는 하향 링크시간대에는 스위치(103,107)가 하향 경로(104,105,106)만을 연결하고, 단말에서 기지국 방향으로 전파를 송신하는 상향링크 시간대에는 스위치가 상향 경로(110,111,112)만을 연결하는 것이 가장 중요하다. 그러나 현실적으로 기지국과 중계기는 시간정보를 공유할 수 없으므로 단지 아날로그 신호만을 증폭하는 중계기로는, 언제 상향 링크 신호만을 증폭하여야 할지, 언제 하향 링크 신호만을 증폭하여야 할지를 알 수 없으므로, 기지국과 동기 하여 상하향 링크로 절체 시킬 수 있는 방법이 없다.

도 2에서는 TDD 방식의 일반적인 프레임 구조를 도시하였다. 상향 링크 데이타(210)를 기지국에서 전송하고 일정한 가드 시간(220)을 거쳐, 기지국은 수신 모드로 동작하여 도착한 신호들을 복조하게 된다. 여기서 가드 시간은 기지국이 송신 모드에서 수신 모드로 절체하는데 필요한 시간이며, 기지국과 단말기는 가드 시간을 이용하여 송수신 모드를 동기시켜 통신하게 된다. 따라서 가드 시간이 길수록 단말기는 기지국과 멀리서 통신이 가능하게 되므로 커버리지 확장 효과가 생기게 된다. 그러나 가드 시간 동안은 아무런 정보를 송수신 할 수 없으므로 그만큼 무선 자원을 비효율적으로 사용하는 것이 된다. 따라서 적절한 값의 가드 시간을 사용하게 되며, 만약에 무선 중계기가 중간에서 기지국과 정확하게 동기 되지 못하면 가드 시간을 줄이는 효과가 발생하므로 그만큼 커버리지가 줄게 되며, 따라서 기지국과 중계기간에 정확한 동기는 그만큼 중요하게 된다.

수신 모드로 동작하는 기지국은 다시 가드 시간을 거쳐 송신 모드로 동작하여 신호를 송신하게 되며, 기지국은 이처럼 반복적으로 송신 모드, 수신 모드로 절체하면서 신호를 송신, 수신하게 된다. 단말은 기지국과 역 동작을 수행하여 통신을 하게 되는데, 예를 들어 기지국이 송신 모드인 순간에는 정확히 수신 모드로 동작하여야 하며, 수신 모드에는 송신 모드로 동작하게 된다. 기지국과 단말은 이미 사전에 약속된 형태로 동기를 맞추어 상하향 링크를 번갈아 가면서 동기를 맞추어 절체하게 되며, 가드 시간 동안에 송수신 모드의 절체를 수행하게 된다.

도 3에서는 도2의 TDD 방식의 프레임 중에서 하향 링크 프레임의 구조를 보다 상세히 도시한 예이다.. 하향 링크 프레임은 기본적으로 파일럿(231), 제어(232), 데이터 심볼(233)로 구성되는데, 이에 대한 형태 및 심볼의 순서는 여러 가지 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어 하향 링크 프레임을 여러 개의 슬롯으로 나누어 도 3과 같이 슬롯별로 파일럿(231), 제어(232), 데이터 심볼(233) 구조로 나눌 수 있을 것이며, 또 다른 방법으로는 제어 심볼(232)을 하향 링크 프레임에서 공통으로 유지하고, 데이터 심볼(233)을 여러 슬롯으로 나누며, 데이터 심볼 내에 파일럿 심볼을 각 슬롯별로 삽입하는 구조도 가능할 것이다. TDD 방식의 프레임 구조는 여러 형태가 있을 수 있겠으나, 어쨌든 위에 기술된 것처럼 프레임 내에 파일럿, 제어, 데이터 심볼이 존재하게 된다. 이중에서 파일럿 심볼은 단말기의 수신부분에서 프레임에 대한 정확한 동기를 획득하여 가장 최적의 상태로 데이터 심볼을 획득하기 위해 사용된다. 제어 심볼은 데이터 통신에 필요한 각종 제어 데이터를 송신하도록 하는데, 상하향 프레임의 크기가 동적으로 변화하는 경우의 TDD 통신에서 제어 심볼을 이용하여 상하향 링크 프레임의 크기에 관한 정보를 송신하게 된다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 TDD 방식의 무선 통신을 위해 송수신 스위치를 적절히 제어할 수 있는 중계 시스템을 개발하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 스위치를 적절하게 제어하기 위해 TDD 기저 대역 신호를 복조하여 시간 동기 정보를 획득하기 위한 시스템을 개발하기 위한 것이다.

도1은 TDD 통신을 위한 중계기의 구조를 도시한 것이다.

도2는 TDD 통신을 위한 일반적인 프레임 구조를 도시한 것이다.

도3은 TDD 통신의 하향 링크 프레임 구조를 도시한 것이다.

도4는 본 발명에 따른 TDD 통신용 중계기에 대한 블록도이다.

도5는 본 발명에 따른 TDD 통신용 중계기에 대한 또 다른 블록도이다.

도6은 본 발명에 따른 TDD 중계기의 스위치 제어부의 내부 블록도이다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위해서 본 발명은 TDD 방식의 무선 통신용 중계기를 개발하는 것을 목표로 하였다.

도 4는 TDD 방식의 무선 통신용 중계기 제안도이다. 도 4에서는 도 1에 방향성 결합기(401)와 스위치제어부(402)를 추가하였다. 기지국의 하향 링크 신호(101)에서 방향성 결합기(401)을 통과한 일부 신호는 스위치 제어부(402)로 전달된다. 스위치 제어부에서는 향후 기술할 프로세싱을 거쳐 스위치(103, 107)을 기지국과 동기하여 상하향 링크로 연결하는 역할을 수행하게 된다. 기지국 송신 모드시에는 기지국에서 송신된 신호(101)는 방향성 결합기(401)를 거쳐 스위치(103), 대역 필터(104), 저잡음 증폭기(105), 전력 증폭기(106), 스위치(107)을 거쳐 커버리지 안테나(108)을 거쳐 단말 방향으로 신호(109)가 전달되게 된다. 이때 스위치제어부(402)에서는 방향성 결합기(401)를 거쳐 커플링된 수신된 신호(101)를 프로세싱하여 기지국과 신호 동기를 맞추어 스위치(103, 107)가 하향링크(104, 105, 106) 방향으로만 연결되도록 동작되도록 제어하게 된다. 역으로 기지국 수신 모드시에는 단말기로부터 수신된 신호(109)가 스위치(107), 대역 필터(110), 저잡음 증폭기(111), 전력 증폭기(112), 스위치(103), 기지국 방향 안테나(102)를 거쳐 기지국으로 신호(101)가 송신된다. 이때도 마찬가지로 스위치 제어부(402)에서는 신호가 상향 링크로만 증폭되어 전송되도록 스위치(103, 107)을 제어한다.

도 5는 도 4의 중계기를 조금 더 발전시킨 형태이며, 스위치(103), 대역 필터(104), 저잡음 증폭기(105)와 전력 증폭기(106)를 공유하는 구조로 설계 되어 시스템 가격이 저렴하다는 장점을 들 수 있다. 신호가 기지국으로부터 전달되는 하향 링크 시간(230)시에는 스위치가 하향 링크로 신호가 증폭되도록 연결된다. 따라서 신호(101)는 방향성 결합기(401), 스위치(103), 대역 필터(104), 저잡음 증폭기(105), 전력 증폭기(106), 스위치(103)를 통과한 후 서비스 안테나(108)을 거쳐 단말 방향으로 방사된다. 역으로 단말 방향에서 기지국 방향으로 신호가 전송되는 경우에는 스위치가 상향 링크 경로가 증폭되도록 동작되어, 단말 신호(109)는 안테나(108), 스위치(103), 대역 필터(104), 저잡음 증폭기(105), 전력 증폭기(106), 스위치(103), 안테나(102)를 거쳐 기지국 방향으로 신호가 전송된다.

도 6에서는 도 4와 도 5의 스위치 제어부(402)의 상세 구조를 도시하고 있다. 방향성 결합기(401)를 거쳐 기지국으로부터 도착된 신호는 RF 신호이므로 중간대역 변환부(501)를 거쳐 중간 대역 신호로 변환된 신호는 기저 대역 변환부(502)에서 기저대역으로 변환된다. 기저 대역 변환된 디지털 신호는 프레임 동기부(503)에서 프레임 동기를 맞추게 된다. 프레임 동기가 된 신호는 도 2에서 예시한 상향(210), 하향 링크(230), 가드 시간(220)등을 구분할 수 있게 되며, 도 3의 데이터, 파일럿, 제어 심볼을 구분하여 수신부에서 적절히 처리할 수 있는 근간을 마련하게 된다. 프레임 동기된 신호는 파일럿 획득부(504)에서 파일럿 심볼(231)등을 찾아 신호를 정확한 위치에서 수신 받도록 동작된다. 프레임 동기된 신호가 상향 링크, 하향 링크 등을 구분할 수 있으므로 실제로는 파일럿 획득부가 필요 없을 수도 있다. 그러나 파일럿 획득부를 추가하게 되면 그만큼 세밀한 수준으로 파일럿 심볼의 위치를 정확히 측정할 수 있으므로 기지국과의 상향, 하향 링크 구분 경계를 정확히 동기 시킬 수가 있게 된다. 파일럿 획득부(504)를 통과한 신호는 도 3의 정확한 파일럿 심볼 경계선을 획득할 수 있게 되는 것이다. 제어 획득부(505)에서는 제어 심볼(232)의 메시지를 복조하는 일을 수행하게 된다. 일반적으로 TDD 통신 방식에서는 상향 링크 시간(210), 하향 링크 시간(230)이 가변적일 수 있다. 상향 데이타가 많을 경우 하향 링크 시간(230)을 줄이고 상향 링크 시간(210)을 늘려 통신을 하고, 하향 데이터가 많을 경우 상향 링크 시간(210)을 줄이고, 하향 링크 시간(23)을 늘려 통신을 수행하는 것이 가능하다. 이에 대한 동적인 하향 링크, 상향 링크 시간 크기에 대한 정보는 제어 심볼중에 존재하게 된다. 따라서 중계기내 스위치 제어를 위해서는 제어 획득부(505)에서 제어 심볼을 복조하여 상향 링크 시간, 하향 링크 시간 크기 정보를 추출하여야만 한다. 제어 획득부(505)에서 제어 심볼을 복조한 후 프레임 구조 추정부(506)에서는 상향, 하향 링크 시간크기를 정확히 추정하게 된다. 기지국에서는 상향, 하향 링크 시간 크기를 제어 심볼을 통해 전송한 후 통신 규격상 미리 약정된 시간 후에 프레임의 전체 크기를 변동하게 되며, 중계기에서는 프레임 크기 및 상하향 링크 시간 크기 정보를 추출하여 상기 미리 약정된 시간 후에 상하향 프레임 구조에 맞추어 상하향 링크 경로를 결정하는 스위치를 제어하게 된다. 상하향 링크 시간 크기가 변동하지 않는 프레임 구조의 통신 방식이라면 도 6의 제어 획득부(505) 및 프레임 구조 추정부(506)는 필요 없게 된다.

파일럿 획득부(504)를 통하여 추출된 시간 정보와 프레임 구조 추정부(506)을 통하여 추출된 시간 정보를 토대로 스위칭 시간 계산부(507)에서는 중계기내 스위치 제어 명령을 생성해 스위치를 제어하게 된다.

본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.

본 발명은 TDD 무선 통신 방식에서 기지국 또는 AP 대신에 가격이 저렴한 무선 중계 시스템을 구현하는 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명은 TDD 방식의 무선 통신을 위한 무선 중계기를 사용하여 유선으로 연결되는 기지국에 비해 운영비를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명은 TDD 무선 통신용 중계기의 스위칭 시각을 기지국과 정확히 동기시킴으로 인해 서비스 커버리지 확장 효과를 얻는다.

Claims

기지국에서 단말방향으로 송신하는 하향 링크와 단말에서 기지국 방향으로 송신하는 상향 링크 신호의주파수가 동일한 TDD 방식의 무선 통신에서,

기지국과 동기를 맞추어 상향 링크와 하향 링크 신호의 한 쪽 방향만을 번갈아서 증폭하도록 절체하는 스위칭 수단;

상기 스위칭 수단을 제어하는 스위치 제어 수단을 갖춘 무선 중계 장치
제1항에 있어서, 상기 스위치 제어 수단은 기저 대역의 신호로부터 프레임 동기를 획득하고. 상기 획득된 프레임 동기 정보를 이용하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치
제1항에 있어서, 상기 스위치 제어 수단은 기저 대역의 신호로부터 프레임 동기를 획득하는 수단; 상기프레임 동기를 획득한 후 파일럿 동기를 획득 하는 수단; 상기 파일롯 동기 획득시의 정보를 이용하여 상기 스위칭 수단을 제어하는 유용한 정보를 추출하는 수단을 갖춘 무선 중계 장치
제1항에 있어서, 상기 스위치 제어 수단은 기저 대역의 신호로부터 프레임 동기를 획득하는 수단; 프레임내 상향 링크의 시간 크기 정보와 하향 링크의 시간 크기 정보가 실려 있는 제어 심볼을 복조하여 상향 링크의 시간 크기 정보와 하향링크의 시간 크기 정보를 획득하는 수단; 상기 상향 링크의 시간 크기 정보와 하향 링크의 시간 크기 정보를 이용하여 상기 스위칭 수단을 제어하는 유용한 정보를 추출하는 수단을 갖춘 무선 중계 장치
기지국에서 단말방향으로 송신하는 하향 링크와 단말에서 기지국 방향으로 송신하는 상향 링크 신호의주파수가 동일한 TDD 방식의 무선 통신에서,

기지국과 동기를 맞추어 상향 링크와 하향 링크 신호의 한 쪽 방향만을 번갈아서 증폭하도록 절체하는 스위칭 단계;

상기 스위칭 수단을 제어하는 스위치 제어 단계를 갖춘 무선 중계 방법
제5항에 있어서, 상기 스위치 제어 단계는 기저 대역의 신호로부터 프레임 동기를 획득하고. 상기 획득된 프레임 동기 정보를 이용하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 방법
제5항에 있어서, 상기 스위치 제어 단계는 기저 대역의 신호로부터 프레임 동기를 획득하는 단계; 상기프레임 동기를 획득한 후 파일럿 동기를 획득 하는 단계; 상기 파일롯 동기 획득시의 정보를 이용하여 상기 스위칭 단계를 제어하는 유용한 정보를 추출하는 수단을 갖춘 무선 중계 방법
제5항에 있어서, 상기 스위치 제어 단계는 기저 대역의 신호로부터 프레임동기를 획득하는 단계; 프레임내 상향 링크의 시간 크기 정보와 하향 링크의 시간 크기 정보가 실려 있는 제어 심볼을 복조하여 상향 링크의 시간 크기 정보와 하향 링크의 시간 크기 정보를 획득하는 단계; 상기 상향 링크의 시간 크기 정보와 하향 링크의 시간 크기 정보를 이용하여 상기 스위칭 단계를 제어하는 유용한 정보를 추출하는 수단을 갖춘 무선 중계 방법