KR20040039031A

KR20040039031A - 이동 통신 시스템의 고출력 결합기

Info

Publication number: KR20040039031A
Application number: KR1020020066650A
Authority: KR
Inventors: 김태현
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2004-05-10

Abstract

본 발명은 2방향 결합기의 기능과 리던던시 타입 결합기의 기능 그리고 드루 타입 결합기의 기능을 통합하여, 원하는 타입의 결합기를 별도의 결합기 교체 없이 모드 변경에 의해 간단하게 기능 전환이 이루어지도록 함으로써, 결합기의 재고 관리 및 추가의 FA(Frequency Assignment) 증설 시에도 결합기 교체에 드는 비용을 절감할 수 있도록 하는 이동 통신 시스템의 고출력 결합기에 관한 것으로, 입력포트를 통해 입력된 신호의 경로를 변경하거나 또는 입력신호를 분리하기 위한 스위칭 분배기와; 상기 스위칭 분배기를 통해 입력되는 신호를 예비 전력증폭기로 절체하기 위한 예비(Redundancy)용 입력 스위치와; 상기 절체된 예비 전력증폭기에서 증폭된 신호를 절체하여 원하는 출력포트로 출력하기 위한 예비용 출력 스위치와; 상기 출력 스위치를 통해 출력되는 전력증폭기의 출력 신호를 더하거나, 출력 경로를 변경하기 위한 스위칭 결합기와; 외부에서 입력되는 결합기 타입 변경 모드에 따라 상기 스위칭 분배기, 결합기 및 입/출력 스위치를 제어하여 결합기 타입을 변경하는 제어기를 포함하여 구성함으로써 달성할 수 있다.

Description

이동 통신 시스템의 고출력 결합기{HIGH POWER COMBINER FOR MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 이동 통신 시스템의 고출력 결합기에 관한 것으로, 특히 2방향 결합기의 기능과 리던던시 타입 결합기의 기능 그리고 드루 타입 결합기의 기능을 통합하여, 원하는 타입의 결합기를 별도의 결합기 교체 없이 모드 변경에 의해 간단하게 기능 전환이 이루어지도록 함으로써, 결합기의 재고 관리 및 추가의 FA(Frequency Assignment) 증설 시에도 결합기 교체에 드는 비용을 절감할 수 있도록 하는 이동 통신 시스템의 고출력 결합기에 관한 것이다.

일반적으로, 이동 통신 기지국에는 FA의 증가 및 사업자의 요구사항에 따라 여러 형태의 결합기(Combiner)를 사용하고 있다. 예를 들어 출력을 증가시키기 위해서는 2방향 결합기(2-way Combiner)를 사용하고, LPA(Linear Power Amplifier)가 고장인 경우에 대비하기 위해서는 리던던시 타입 결합기(Redundancy type Combiner)를 사용하며, 또 송신 다이버시티(TD : Transmit Diversity) 및 6섹터용으로는 드루 타입 결합기(Through type Combiner)를 사용하였다.

따라서, 종래에는 상기와 같은 기지국 변경 요구 사항에 따라 전력 증폭기(PA : Power Amp)의 경로를 변경해 주어야 하고, 이때 반드시 결합기를 교체해야 하므로 이에 따른 인력/교체 시간 낭비 및 재고 관리의 문제점이 있었다.

다시 말해, 종래의 기술은 기지국(Node-B) 형상 또는 FA 증설에 따라 파워 앰프의 숫자 및 결합 경로의 구성이 바뀌게 되는데, 이때 LPA의 고출력(High Power)을 더하여 기지국 출력을 높이기 위해서는 별도의 고출력 결합기가 필요하게되며, 그러므로 기지국 형상 및 FA 증설에 따라 PA 뿐만 아니라 결합기의 형태도 바뀌게 된다.

상기와 같은 요구사항을 수용하기 위해 도1에 도시된 드루 타입 결합기, 도2에 도시된 리던던시 타입 결합기 및 도3에 도시된 2방향 결합기 등 여러 형태의 결합기가 개발되어 각각의 기지국에 적용되고 있는데, 문제는 한가지 타입의 결합기로는 모든 기지국의 형상을 지원할 수 없으므로, 기지국 형상이 바뀌면 결합기 또한 바뀌게 된다는 점이다.

결국, 결합기를 교체할 경우 교체하는 동안에는 기지국 운용을 할 수 없으며, 교체에 상당한 시간과 교체 인원이 투입되어 진행되기 때문에 많은 인원과 비용의 손실이 발생하고, 특히 교체된 결합기에 대한 재고 관리 등에 어려움이 많았다.

그럼, 상기 각 결합기의 구성 및 작용에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 도1은 종래 드루 타입 결합기에 대한 구성도로서, 6섹터 기지국 구성 및 송신 다이버시티(TD) 구조에 적용되는 형태로서, 결합기 중 가장 간단한 구조로서 연결(combining)의 역할을 수행하는 것이 아니라, 각 전력증폭기(PA)를 개별적으로 사용하기 위해 적용된 구조이다.

상기 드루 타입 결합기의 각 입력포트(101, 103, 105, 107, 109, 111)를 통해 입력되는 신호는 다른 포트의 간섭 및 영향 없이 전력 증폭기(PA)의 이득(Gain)만큼 높아져서 출력포트로 전송된다. 즉, 상기 입력포트를 통해 입력된 신호는 기지국(Node-B)의 트랜시버를 거친 후 주파수가 상향된 신호이며 파워레벨이 낮아서 전력 증폭기(PA1 ~ PA6)를 거쳐 증폭하여 출력포트(102, 104, 106, 108, 110, 112)를 통해 외부 공간으로 출력되며 그 구성은 입력포트와 유사한 구조로 단독으로 동작한다.

다음, 도2는 종래 리던던시 타입 결합기에 대한 구성도로서, 동작중인 전력증폭기가 고장인 경우 물리적으로 다른 리던던시 경로(Redundancy path)로 절체하여 고장난 전력증폭기를 대체하는 구조이다.

즉, 리던던시 타입 결합기는 기지국 호 운용시 어느 하나의 전력증폭기에 이상이 발생할 경우, 다른 정상적인 전력증폭기로 대체함으로써 호 소통 율을 향상시키기 위한 것으로서, 상기 드루 타입 결합기의 구조에서 각 입력포트(201, 203, 205, 207, 209, 211)를 통해 입력되는 신호를 다른 전력 증폭기(PA)로 절체하기 위한 입력 스위치(213)와, 상기 절체된 전력증폭기에서 증폭된 신호를 절체하여 원하는 출력포트로 출력하기 위한 출력 스위치(214)를 추가로 포함하여 구성되어 있다.

그러나, 상기 리던던시 타입 결합기는 모든 전력증폭기가 정상인 경우에는 불필요하게 리던던시 경로의 전력증폭기를 동작시키므로 추가적인 비용 손실이 발생하는 문제점이 있다.

다음, 도3은 종래의 2방향 결합기에 대한 구성도로서, FA가 늘어나 기지국 출력이 모자라는 경우 전력증폭기의 출력을 더할 수 있는 구조로서, 상기 드루 타입 결합기의 구조에서 각 입력포트(301, 305, 309)를 통해 입력되는 신호를 내부적으로 두 경로로 입력받아 더하거나 다른 경로로 변경하기 위한 스위칭 분배기(302,306, 310)와, 전력증폭기의 출력 신호를 더하거나 출력 경로를 변경하기 위한 스위칭 결합기(303, 307, 312)를 추가로 포함하여 구성되어 있다.

상기와 같이 각 결합기들은 개별적으로 그 용도에 맞게 개발된 것으로, 기지국의 호 용량을 증가하기 위해서는 2방향 결합기를 사용하고, 각 전력증폭기의 경로를 각각으로 사용하여 기지국 섹터 수를 증가시키기 위해서는 드루 타입 결합기를 사용하고, 그리고 기지국 운용 중 호 소통 율을 높게 하기 위해서는 예비용 전력증폭기를 하나 더 추가한 리던던시 타입 결합기를 사용하는 것이다.

그런데, 실제로 사업자가 서비스를 진행할 경우, 초기에는 용량이 적은 1FA 또는 2FA를 사용하고 향후 가입자가 증가할 경우에는 FA수를 증가시키게 되는데, 초기 사업시 사업자는 전력증폭기의 고장에 의해 호가 끊기는 문제를 해결하기 위해 리던던시 타입 결합기를 요청하는 경우가 많으며, 다시 가입자 증가에 의해 3FA, 4FA를 사용하고자 할 경우에는 불가피하게 전력증폭기의 출력을 더해주는 2방향 결합기를 사용해야 하므로, 기존의 리던던시 타입 결합기를 2방향 결합기로 교체하게 되어 많은 비용손실을 초래하게 된다.

또한, 더욱 더 많은 가입자를 수용하기 위해 또는 서비스 향상을 위해 송신 다이버시티 형상이나 6섹터 형상을 원하는 경우에는, 다시 2방향 결합기를 드루 타입 결합기로 교체해야 하는 경우가 발생하게 된다.

단, 상기 진화형상은 하나의 셸프(shelf)로만 진화하는 경우를 고려한 경우로, 만약 기지국 증설이 용이하며 사업자 재원이 충분한 경우에는 기지국 증설이 가능하다. 즉, 하나의 기지국을 더 세우는 경우인데 다시 2방향 결합기에서 드루타입 결합기로 교체하는 경우에는, 또 다시 비용 및 인원 손실 그리고 재고 관리의 문제점이 발생한다.

상기와 같이 일단 셋팅된 기지국은 변경이 용이하지 않으며, 불가능한 이유 중 큰 이유는 전력증폭기의 형상 변경이 용이하지 않기 때문이다. 또한, 이러한 전력증폭기 형상 변경은 결합기가 중요한 역할을 하므로 결합기의 용이한 형상 변경이 기지국형상 변경과 큰 관련성이 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 2방향 결합기의 기능과 리던던시 타입 결합기의 기능 그리고 드루 타입 결합기의 기능을 통합하여, 원하는 타입의 결합기를 별도의 결합기 교체 없이 모드 변경에 의해 간단하게 기능 전환이 이루어지도록 함으로써, 결합기의 재고 관리 및 추가의 FA(Frequency Allocation) 증설 시에도 결합기 교체에 드는 비용을 절감할 수 있도록 하는 이동 통신 시스템의 고출력 결합기를 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력포트를 통해 입력된 신호의 경로를 변경하거나 또는 입력신호를 분리하기 위한 스위칭 분배기와; 상기 스위칭 분배기를 통해 입력되는 신호를 예비 전력증폭기로 절체하기 위한 예비(Redundancy)용 입력 스위치와; 상기 절체된 예비 전력증폭기에서 증폭된 신호를 절체하여 원하는 출력포트로 출력하기 위한 예비용 출력 스위치와; 상기 출력 스위치를 통해 출력되는 전력증폭기의 출력 신호를 더하거나, 출력 경로를 변경하기 위한 스위칭 결합기와; 외부에서 입력되는 결합기 타입 변경 모드에 따라 상기스위칭 분배기, 결합기 및 입/출력 스위치를 제어하여 결합기 타입을 변경하는 제어기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 드루 타입 결합기에 대한 구성도.

도 2는 종래 리던던시 타입 결합기에 대한 구성도.

도 3은 종래의 2방향 결합기에 대한 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 통합형 고출력 결합기의 구성도.

도 5는 상기 도4의 통합형 결합기에서 드루 타입 및 리던던시 타입 결합기 모드의 동작 설명을 위한 구성도.

도 6은 상기 도4의 통합형 결합기에서 2방향 결합기 모드의 동작 설명을 위한 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

401, 402, 407, 408, 413, 414 : 입력포트

405, 406, 411, 412, 417, 418 : 출력포트

403, 409, 415 : 스위칭 분배기 404, 410, 416 : 스위칭 결합기

PA1 ~ PA6 : 전력증폭기 419 : 예비용 입력 스위치

420 : 예비용 출력 스위치 421 : 제어기

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

먼저, 도4는 본 발명에 따른 통합형 고출력 결합기의 구성도로서, 모드 변경에 의해 리던던시 타입, 드루 타입(6in/6out), 그리고 고출력용 2방향 결합기로 쉽게 변환이 가능하도록 한 구조이다.

상기 통합형 결합기의 입력포트(401, 402, 407, 408, 413, 414)는 6개이며, 각 입력포트를 통해 입력된 신호의 경로를 변경하거나 또는 입력신호를 분리하기 위한 스위칭 분배기(403, 409, 415)와, 상기 스위칭 분배기를 통해 입력되는 신호를 예비 전력증폭기로 절체하기 위한 예비(Redundancy)용 입력 스위치(419)와, 상기 절체된 예비 전력증폭기에서 증폭된 신호를 절체하여 원하는 출력포트로 출력하기 위한 예비용 출력 스위치(420)와, 상기 출력 스위치(420)를 통해 출력되는 전력증폭기의 출력신호를 더하거나, 출력경로를 변경하기 위한 스위칭 결합기(404, 410, 416)와, 외부에서 입력되는 결합기 타입 변경 모드에 따라 상기 스위칭 분배기와 결합기 및 입/출력 스위치(419, 420)를 제어하여 결합기 타입을 변경하는 제어기(421)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 스위칭 분배기(403, 409, 415)는 SPDT(Single Pole Double Through)를 더하여 하나의 모듈로 구성하는 것이 일반적이며, 외부에 별도의 SPDT를 사용하는 구조에 비해 하나의 모듈로 만드는 구조가 온도 특성 변화가 같기 때문에 이득 및 위상 변화가 같게 되고, 사이즈를 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고, 상기 입력 스위치(419)는 입력신호를 예비용 전력증폭기로 절체 하기 위한 것으로, 온도 변화에 대한 위상 특성 변화를 줄이기 위해 4:3 스위치보다는 6:7 스위치를 사용한다. 이렇게 입력 스위치를 거친 RF(Radio Frequency) 신호는 전력증폭기(PA1 ~ PA6)를 거쳐 PA(Power Amp) 이득만큼 증폭된 후, 출력 스위치(420)를 거쳐 SPDT 기능을 추가한 스위칭 결합기(404, 410, 416) 모듈을 거쳐 출력포트(405, 406, 411, 412, 417, 418)를 통해 출력한다.

그리고, 통합형 결합기의 제어기(421)는 외부의 모드 변경에 따라 드루 타입, 리던던시 타입, 2방향 결합기로 변경하기 위해 입력 스위치(419)와 출력 스위치(420)의 경로를 변경하는 스위칭 기능을 제어하고, 또한 2방향 결합기 모드에서 전력증폭기의 고장에 의해 경로를 끊어 발생되는 삽입 손실(Insertion Loss)을 줄이고, 이득을 일정하게 유지할 수 있도록 스위칭 동작을 제어한다.

이하, 상기 통합형 결합기의 각 모드에 따른 동작에 대하여 설명한다.

먼저, 드루 타입 결합기 모드로 동작하는 경우에 대하여 도5를 참조하면, 입력포트 6개에 전달된 입력신호가 SPDT를 포함한 스위칭 분배기와 입력 스위치를 거쳐 전력증폭기로 전달되는데, 이때 SPDT를 포함한 스위칭 분배기(503)의 내부를 살펴보면, a포트와 d포트의 연결은 끊어지고 a포트와 c포트는 연결하여, 입력포트(501)의 신호가 입력 스위치(504)에 연결되도록 물리적 경로를 구성하고, 입력포트(502)의 신호는 SPDT를 포함한 스위칭 분배기(503)의 b포트로 연결되고, b-d 포트가 연결되어 각각 독립적인 경로를 구성한다. 이렇게 전달된 신호는 입력스위치(504)의 입력포트(e, f)로 입력되고 e-g 경로, f-i 경로를 구성하여 각각 전력증폭기(PA1, PA2)로 신호가 전달되어 드루 타입 결합기로 동작한다. 이후 전력증폭기의 출력단은 상기 입력단과 반대의 순서로 동작한다.

다음, 리던던시 타입 결합기 모드로 동작하는 경우에는, 상기 도5에서 드루 타입 결합기 내부의 SPDT를 포함한 스위칭 분배기(503)의 경로는 그대로 유지하며, 예비용 입력 스위치(504)의 기능이 동작하여 리던던시 타입 결합기의 기능을 수행한다. 즉, 전력증폭기의 상태/동작이 모두 정상인 경우에는 별도의 스위칭 동작이 이루어지지 않지만, 만약 제1전력증폭기(PA1)가 고장인 경우에는 입력 스위치(504)의 내부 경로를 바꿔 도4에서와 같이 예비용으로 구비되어 있는 제6전력증폭기(PA6)로 절체시킨다. 이때 입력 스위치(504)의 e-g 경로는 끊기고 대신 e-h 경로가 연결되어, 제1전력증폭기(PA1)로 입력되어야 할 신호를 제6전력증폭기(PA6)로 전달한다.

이에 따라, 출력 스위치(505)도 k-m 경로를 연결하여 제6전력증폭기(PA6)의 출력신호를 스위칭 결합기(506)를 통해 출력포트(507)로 출력한다.

다음, 2방향 결합기 모드의 경우에 대해서 도6을 참조하면, SPDT를 포함한 스위칭 분배기(603) 내부의 스위칭 동작이 바뀌어 입력포트(601)의 신호가 각각 c와 d 경로로 분배되어 전력증폭기로 전달된다. 참고적으로, 입력신호는 a-c 경로, a-d 경로를 통해 입력되는데 이때 3dB의 손실이 발생되지만, 이때 발생된 손실은 입력 스위치(604)에서 보상되어, 전체적으로는 스위칭 분배기의 삽입 손실(Insertion Loss)을 제외하고는 별도의 감쇄는 발생하지 않는다.

그리고, 입력 스위치(604)는 2방향 결합기 모드시 상기 드루 타입 결합기 모드와 동일하게 e-g 경로, f-i 경로로 연결되어 동작하고, 리던던시 타입 모드로는 작동하지 않는다. 하지만, 전력증폭기(PA1)가 고장인 경우에도 전력증폭기(PA2)가 동작하므로 완전히 해당 섹터의 호가 끊기지는 않는 구조이다.

물론, 출력 스위치(605)는 상기 입력 스위치(604)와 반대 순서도 동작한다. 즉, i-m 경로, l-n 경로로 절체되며 입력 스위치와 마찬가지로 리던던시 모드로는 동작하지는 않는다. 이와 같이 전력증폭기를 거친 후 스위치 경로까지 통과된 신호는, 최종적으로 SPDT를 포함한 스위칭 결합기(606)를 통해 출력신호가 더해져 높은 출력을 발생한다.

다만, 2방향 결합기의 경우에는 섹터를 구성하는 2개의 포트 사이의 삽입 손실과 위상 차이가 결합기의 성능을 결정하는 중요한 요인이 되므로, 온도 등 환경에 따른 두 포트간의 이득 및 위상 차이가 발생하지 않도록 주의해야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 이동 통신 시스템의 고출력 결합기는, 2방향 결합기의 기능과 리던던시 타입 결합기의 기능 그리고 드루 타입 결합기의 기능을 통합하여, 원하는 타입의 결합기를 별도의 결합기 교체 없이 모드 변경에 의해 간단하게 기능 전환이 이루어지도록 함으로써, 결합기의 재고 관리 및 추가의 FA(Frequency Allocation) 증설 시에도 결합기 교체에 드는 비용을 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

입력포트를 통해 입력된 신호의 경로를 변경하거나 또는 입력신호를 분리하기 위한 스위칭 분배기와;

상기 스위칭 분배기를 통해 입력되는 신호를 예비 전력증폭기로 절체하기 위한 예비(Redundancy)용 입력 스위치와;

상기 절체된 예비 전력증폭기에서 증폭된 신호를 절체하여 원하는 출력포트로 출력하기 위한 예비용 출력 스위치와;

상기 출력 스위치를 통해 출력되는 전력증폭기의 출력 신호를 더하거나, 출력 경로를 변경하기 위한 스위칭 결합기와;

외부에서 입력되는 결합기 타입 변경 모드에 따라 상기 스위칭 분배기, 결합기 및 입/출력 스위치를 제어하여 결합기 타입을 변경하는 제어기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 고출력 결합기.
제1항에 있어서, 상기 고출력 결합기를 드루 타입 결합기 모드로 동작시킬 경우, 상기 제어기는 입력신호가 스위칭 분배기의 내부 포트의 간섭이나 영향을 받지 않도록, 다른 포트로 분배되지 않고 개별 전력증폭기(PA)에 직접 인가되게 하고, 각 전력 증폭된 신호가 스위칭 결합기의 개별 출력포트로 출력할 수 있도록 스위칭 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 고출력 결합기.
제1항에 있어서, 상기 고출력 결합기를 리던던시 타입 결합기 모드로 동작시킬 경우, 상기 제어기는 입력신호가 개별 전력증폭기에 인가되고, 개별 출력포트를 통해 출력될 수 있도록 스위칭 분배기와 결합기의 경로를 유지하고, 입/출력 스위치를 제어하여 입력신호가 고장인 전력증폭기 대신 예비용 전력증폭기에 인가되게 하고, 그 예비용 전력증폭기의 출력을 해당 출력포트로 출력할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 고출력 결합기.
제1항에 있어서, 상기 고출력 결합기를 2방향 결합기 모드로 동작시킬 경우, 상기 제어기는 스위칭 분배기의 한 입력포트로 입력되는 신호의 경로를 분배하여 각각 전력증폭하고, 그 전력 증폭된 신호를 스위칭 결합기를 통해 더하여 높은 출력이 발생하도록 스위칭 제어하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 고출력 결합기.