KR20060031895A - 휴대 인터넷 시스템에서 ｇｐｓ 신호를 이용한 ｔｄｄ중계기의 스위칭 제어 방법 및 그를 위한 스위치 제어 장치 - Google Patents

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KR20060031895A
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신용식
이주식
임종태
최경호
이병석
김경준
조성민
안동준
전성훈
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에스케이 텔레콤주식회사
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    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/12—Access point controller devices

Abstract

본 발명은 휴대 인터넷 시스템에서 GPS 신호를 이용한 TDD 중계기의 스위칭 제어 방법 및 그를 위한 스위치 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 기지국, 단말기 및 TDD 중계기를 포함하는 이동 통신 시스템의 상기 TDD 중계기에서 스위치를 제어하는 방법에 있어서, (a) GPS 인공위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 GPS 신호에 포함된 시각 정보를 추출하는 단계; (b) 시각 정보를 이용하여 기지국과 TDD 중계기의 기준 시각을 동기시켜 동기된 기준 시각을 생성하는 단계; (c) 동기된 기준 시각을 이용하여 스위치 제어 타이밍을 계산하여 스위치 제어 신호를 생성하는 단계; 및 (d) 스위치 제어 신호를 TDD 중계기의 스위치에 전달하여, 스위치가 전송 신호의 다운링크 신호와 업링크 신호를 구분하여 동작하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기의 스위치를 제어하는 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, GPS 신호에 포함된 시각 정보를 이용하여 기지국과 TDD 중계기의 기준 시각을 동기시켜 생성한 스위치 제어 신호에 의해 정확한 스위칭 제어를 할 수 있는 효과가 있다.
와이브로, 휴대 인터넷, TDD, 중계기, 스위칭 제어

Description

휴대 인터넷 시스템에서 ＧＰＳ 신호를 이용한 ＴＤＤ 중계기의 스위칭 제어 방법 및 그를 위한 스위치 제어 장치{Method for Controlling Switching of TDD Repeater by Using GPS Signal and Switch Control Apparatus Therefor for Use in Portable Internet System}
도 1은 종래의 TDD 방식의 중계기의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도,
도 2는 와이브로를 이용하는 경우에 있어서 전송 신호의 프레임 구조를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TDD 중계기의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 GPS 신호를 이용하여 TDD 중계기의 스위칭을 제어하는 스위치 제어 장치를 나타낸 블록 구성도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 GPS 신호를 이용한 TDD 중계기의 스위칭 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : TDD 중계기 105 : 도너 안테나
110, 140 : 대역 통과 필터 115, 135 : 스위치
120, 150 : 저잡음 증폭기 125, 155 : 감쇠기
130, 160 : 고출력 증폭기 145 : 리모트 안테나
300 : 스위치 제어 장치 400 : GPS 수신부
410 : 신호 처리부 412 : 프로세서
414 : FPGA 416 : 카운터
420 : 레퍼런스 신호 발생부 422 : D/A 컨버터
424 : OCXO 430 : 스위치 제어 입출력부
본 발명은 휴대 인터넷 시스템에서 GPS 신호를 이용한 TDD 중계기의 스위칭 제어 방법 및 그를 위한 스위치 제어 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, GPS 인공위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 시각 정보를 추출하고, 추출한 시각 정보를 이용하여 기지국과 TDD 중계기의 기준 시각을 동기시키며, 기지국과 단말기 간의 전송 신호의 다운링크 신호와 업링크 신호 사이의 시간 간격에서 스위칭 동작을 수행하도록 스위치 제어 신호를 생성하여 TDD 중계기의 스위치로 전달하고, 스위치 제어 신호에 의해 다운링크 신호와 업링크 신호를 구분하도록 스위치를 제어하는 GPS 신호를 이용한 TDD 중계기의 스위칭 제어 방법 및 그를 위한 스위칭 제어 장치에 관한 것이다.
컴퓨터, 전자, 통신 기술이 비약적으로 발전함에 따라 무선 통신망(Wireless Network)을 이용한 다양한 무선 통신 서비스가 제공되고 있다. 이에 따라, 무선 통 신망을 이용한 이동 통신 시스템에서 제공하는 서비스는 음성 서비스뿐만이 아니라, 써킷(Circuit) 데이터, 패킷(Packet) 데이터 등과 같은 데이터를 전송하는 멀티미디어 통신 서비스로 발전해 가고 있다.
최근에는 정보통신의 발달로 ITU-R에서 표준으로 제정하고 있는 제 3 세대 이동 통신 시스템인 IMT-2000(International Mobile Telecommunication 2000)(예컨대, CDMA(Code Division Multiple Access)2000 1X, 3X, EV-DO, WCDMA(WideBand CDMA) 등)이 상용화되고 있다. IMT-2000은 개인의 이동성 및 서비스 이동성을 포함한 전세계적인 직접 로밍, 유선 전화와 동일한 수준의 통화 품질, 고속 패킷 데이터 서비스 및 유무선망의 결합에 의한 다양한 응용 서비스의 구현 등을 목표로 등장한 이동 통신 시스템으로, 기존의 음성 및 WAP 서비스 품질의 향상은 물론 각종 멀티미디어 서비스(AOD, VOD 등)를 보다 빠른 속도로 제공할 수 있다.
그러나, 기존의 이동 통신 시스템은 기지국 구축 비용이 높기 때문에 무선 인터넷의 이용 요금이 높고, 이동 통신 단말기의 화면 크기가 작기 때문에 이용할 수 있는 컨텐츠에 제약이 있는 등 초고속 무선 인터넷을 제공하기에는 한계가 있다. 또한, 무선 랜(WLAN : Wireless Local Area Network) 기술은 전파 간섭 및 좁은 사용 영역(Coverage) 등의 문제로 공중 서비스의 제공에 한계가 있다. 따라서, 휴대성과 이동성을 보장하며 저렴한 요금으로 초고속 무선 인터넷 서비스를 이용할 수 있는 초고속 휴대 인터넷 서비스인 와이브로(WiBro : Wireless Broadband Internet)가 대두되었다.
와이브로 서비스는 노트북, PDA, Handheld PC 등 다양한 형태의 휴대용 이동 통신 단말기를 이용하여 실내 및 실외의 정지 환경에서와 보행 속도 및 중저속 이동 수준의 이동 환경에서 인터넷에 접속하여 다양한 정보 및 컨텐츠 이용이 가능한 서비스이다. 또한, 와이브로 시스템은 시속 60 km/h의 이동성을 제공하며, 하향 전송 속도는 24.8 Mbps이나 상향 전송 속도는 5.2 Mbps로 상하향 비대칭 전송 특성을 갖는 IP(Internet Protocol) 기반의 무선 데이터 시스템이다.
와이브로 시스템은 2.3 GHz 주파수 대역을 사용하며, 할당된 주파수 스펙트럼을 효과적으로 이용하기 위해 듀플렉스(Duplex) 방식으로는 TDD(Time Division Duplex)를 다중 접속(Multiple Access) 방식으로는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)/TDMA(Time Division Multiple Access)를 사용한다.
여기서, TDD 방식은 동일한 주파수 대역에서 시간적으로 업링크(Uplink), 다운링크(Downlink)를 교대로 배정하는 양방향 전송방식이다. OFDMA/TDMA 방식은 전체 대역폭에 퍼져 있는 모든 부반송파를 일정 시간 동안 한 사용자에게 할당하고 다음 일정 시간 동안 또 다른 사용자에게 할당하는 TDMA와 유사한 다중 접속 방식이며, 대역폭당 전송 속도를 향상시키고 멀티패스(Multipath) 간섭을 방지할 수 있는 특성을 가진다.
이러한 휴대 인터넷 서비스를 포함한 무선 통신 시스템에서는 이동 통신망의 커버리지(Coverage)를 확장하기 위해 주파수 재사용 개념 등을 이용하여 무선 통신 서비스 지역을 다수의 셀(Cell)들로 분할하고, 각각의 셀의 중심 부근에 무선 통신 서비스를 처리하기 위해 무선 기지국(BS : Base Station)을 설치하고 있다. 여기서, 셀의 반경은 해당 지역의 신호의 세기나 데이터의 트래픽(Traffic)량에 따라 정해진다. 즉, 트래픽량이 많은 도심 지역에서는 셀의 반경을 작게 하고, 트래픽량이 상대적으로 적은 도심 외 지역에서는 셀의 반경을 크게 하여 각각의 셀에서 발생하는 트래픽이 해당 이동 통신 서비스를 담당하는 무선 기지국의 처리 용량을 넘지 않도록 하고 있다.
이러한 주파수 재사용 개념, 트래픽량 등에 따라 셀의 반경을 적절하게 조절하여 보다 나은 무선 통신 서비스를 지원하고자 하는 노력에도 불구하고 도심 지역에서는 지하, 건물 내부, 터널 등 일반적으로 전파가 도달하기 어려운 전파 음영 지역이 존재하고 있다. 이러한 전파 음영 지역에서의 전파 음영을 해결하기 위해 다수의 새로운 무선 기지국을 시설하는 것은 시설 비용, 설치 비용 및 유지 보수 비용 등으로 인하여 경제성이 크게 떨어질 뿐만 아니라, 셀 설계에도 바람직하지 못한 결과를 초래할 수 있을 것이다.
이에 대한 해결책으로서, 이러한 전파 음영 지역에서는 중계기를 이용하여 무선 통신 서비스를 제공할 수 있다. 중계기는 기지국의 신호가 전파 음영 지역에 도달할 수 있도록 기지국 신호를 증폭하여 전파 음영 지역으로 송출하며, 전파 음영 지역에 위치한 단말기의 신호가 기지국으로 도달할 수 있도록 단말기 신호를 증폭 및 여과하여 기지국으로 송출하여 전파 음영의 문제점을 해소한다.
종래에는 FDD 방식을 이용하는 중계기가 많이 사용되어 왔다. FDD 방식의 중계기는 기지국에서 단말기로 전송되는 신호인 다운링크의 주파수대역과 단말기에서 기지국으로 전송되는 신호인 업링크의 주파수 대역이 일정한 간격으로 떨어져 있는 서로 다른 두 개의 주파수 채널을 각각 사용하게 된다. 따라서, FDD 방식의 중계기 는 업링크 신호와 다운링크 신호의 주파수가 다르기 때문에 듀플렉서(Duplexer)를 사용하여 업링크 신호와 다운링크 신호를 분리할 수 있다. 그러나, FDD 방식의 중계기는 업링크 신호와 다운링크 신호를 분리하기 위해 동일한 대역폭을 가지는 두 개의 주파수 대역을 사용하기 때문에, 주파수 이용 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, FDD 방식의 문제점을 개선하기 위해 TDD 방식을 이용하는 중계기가 제안되고 있다. TDD 방식의 중계기는 동일한 주파수 대역을 사용하되, 시분할 방식으로 업링크 신호와 다운링크 신호를 전송한다. 따라서, FDD 방식의 중계기보다 전송 효율이 높으며, 타임 슬롯의 동적 할당으로 비대칭(Asymmetric)이나 버스티(Bursty)한 어플리케이션 전송에 적합한 특징이 있다. 그러나, TDD 방식의 중계기는 동일한 주파수 대역을 사용하는 반면에 시간상으로 업링크 신호와 다운링크 신호가 분리되어 있으므로, 무선 신호에서 업링크 신호와 다운링크 신호를 효과적으로 분리할 수 있는 방법이 필요하다.
도 1은 종래의 TDD 방식의 중계기의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, TDD 방식의 중계기(100)는 내부 구성요소로서 도너 안테나(105), 대역 통과 필터(BPF : Band Pass Filter)(110, 140), 스위치(115, 135), 저잡음 증폭기(LNA : Low Noise Amplifier)(120, 150), 감쇠기(Attenuator)(125, 155), 고출력 증폭기(HPA : High Power Amplifier)(130, 160), 리모트 안테나(145) 등을 포함할 수 있다.
기지국에서 전송된 다운링크 신호는 도너 안테나(105)를 통해 TDD 방식의 중 계기(100)로 수신되어 대역 통과 필터(110)를 통과하며, 스위치(115, 135)에 의해 저잡음 증폭기(120), 감쇠기(125), 고출력 증폭기(130) 및 대역 통과 필터(140)를 거쳐 리모트 안테나(145)를 통해 단말기로 송출된다.
단말기에서 전송된 업링크 신호는 리모트 안테나(145)를 통해 TDD 방식의 중계기(100)로 수신되어 대역 통과 필터(140)를 통과하며, 스위치(115, 135)에 의해 저잡음 증폭기(150), 감쇠기(155), 고출력 증폭기(160) 및 대역 통과 필터(110)를 거쳐 도너 안테나(105)를 통해 기지국으로 송출된다.
따라서, 기지국과 단말기 사이에서 송수신 되는 무선 신호의 업링크 신호와 다운링크 신호를 구분하여 스위치(115, 135)를 전환할 수 있도록, 스위치(115, 135)가 전환되는 시각이 업링크 신호 및 다운링크 신호와 동기가 이루어져야 한다.
즉, TDD 방식의 중계기(100)가 정상적으로 동작하기 위해서는, 다운링크 신호가 전송되는 시간대에는 기지국에서 단말기 방향으로 신호가 전송되도록 스위치(115, 135)를 전환하며, 업링크 신호가 전송되는 시간대에는 단말기에서 기지국 방향으로 신호가 전송되도록 스위치(115, 135)를 전환하여 무선 신호의 이동 경로를 조절할 수 있어야 한다.
그러나, 기지국과 중계기는 시간 정보를 공유하지 않기 때문에, 일정 시간이 지나면 시간의 천이에 의해 기지국과 단말기 간의 전송 신호와 스위치(115, 135)의 스위칭 동작을 제어하는 제어 신호의 동기가 맞지 않게 된다. 그 결과, 전송 신호의 시작 위치와 제어 신호의 시작 위치가 달라지기 때문에, 부정확한 스위칭 제어가 이루어지는 문제점이 발생한다. 따라서, 스위칭 제어 시각을 다운링크 신호 및 업링크 신호와 동기시켜 다운링크 신호와 업링크 신호의 주기에 따라 정확하게 스위칭 제어를 할 수 있는 방안이 시급히 요청된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, GPS 인공위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 시각 정보를 추출하고, 추출한 시각 정보를 이용하여 기지국과 TDD 중계기의 기준 시각을 동기시키며, 기지국과 단말기 간의 전송 신호의 다운링크 신호와 업링크 신호 사이의 시간 간격에서 스위칭 동작을 수행하도록 스위치 제어 신호를 생성하여 TDD 중계기의 스위치로 전달하고, 스위치 제어 신호에 의해 다운링크 신호와 업링크 신호를 구분하도록 스위치를 제어하는 GPS 신호를 이용한 TDD 중계기의 스위칭 제어 방법 및 그를 위한 스위칭 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 목적은, TDD(Time Division Duplex) 방식과 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조 방식을 이용하며, 기지국, 단말기 및 TDD 중계기를 포함하는 이동 통신 시스템의 상기 TDD 중계기에서 상기 기지국과 상기 단말기 간의 전송 신호를 다운링크 신호와 업링크 신호로 분리하도록 스위치를 제어하는 방법에 있어서, (a) GPS 인공위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 상기 GPS 신호에 포함된 시각 정보를 추출하는 단계; (b) 상기 시각 정보를 이용하여 상기 기지국과 상기 TDD 중계기의 기준 시각을 동기시켜 동기된 기준 시각을 생성하는 단계; (c) 상기 동기된 기준 시각을 이용하여 스위치 제어 타이밍을 계산하여 스위 치 제어 신호를 생성하는 단계; 및 (d) 상기 스위치 제어 신호를 상기 TDD 중계기의 스위치에 전달하여, 상기 스위치가 상기 다운링크 신호와 상기 업링크 신호를 구분하여 동작하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기의 스위치를 제어하는 방법을 제공한다.
본 발명의 제 2 목적은, TDD 방식과 OFDM 변조 방식을 이용하는 이동 통신 시스템의 기지국과 단말기 간의 전송 신호를 다운링크 신호와 업링크 신호로 분리하여 중계하는 TDD 중계기에 있어서, 상기 TDD 중계기의 안테나를 통해 수신한 상기 전송 신호를 전달받아 상기 기지국과 상기 단말기 간의 신호를 전송하기 위해 사용하는 주파수 대역의 신호를 통과시키고 다른 주파수 대역의 신호 성분을 제거하는 대역 통과 필터; 상기 전송 신호의 잡음 성분을 줄이고 신호 성분을 증폭하여 감쇠기로 전달하는 저잡음 증폭기; 상기 전송 신호의 신호 레벨을 조정하여 고출력 증폭기로 전달하는 감쇠기; 상기 전송 신호를 무선으로 송출하기 위한 실효 전력까지 증폭하여 스위치로 전달하는 고출력 증폭기; 스위치 제어 신호에 의해 상기 전송 신호를 상기 다운링크 신호와 상기 업링크 신호로 구분할 수 있도록 스위칭 동작을 수행하는 스위치; 및 GPS 인공위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 상기 GPS 신호에 포함된 시각 정보를 추출하고, 상기 시각 정보를 이용하여 상기 기지국과 상기 TDD 중계기의 기준 시각을 동기시켜 동기된 기준 시각을 생성하며, 상기 동기된 기준 시각을 이용하여 스위치 제어 타이밍을 계산하고 스위치 제어 신호를 생성하여 상기 스위치로 전달하는 스위치 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기를 제공한다.
본 발명의 제 3 목적은, TDD 방식과 OFDM 변조 방식을 이용하는 이동 통신망의 TDD 중계기에서 기지국과 단말기 간의 전송 신호를 다운링크 신호와 업링크 신호로 분리하여 중계할 수 있도록 스위치 제어 신호를 생성하는 스위치 제어 장치에 있어서, GPS 인공 위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 상기 GPS 신호에 포함된 시각 정보를 추출하는 GPS 수신부; 상기 GPS 수신부로부터 전달받은 상기 시각 정보를 이용하여 상기 기지국과 상기 TDD 중계기의 기준 시각을 동기시켜 동기된 기준 시각을 생성하고, 상기 동기된 기준 시각을 이용하여 스위치 제어 타이밍을 계산하여 스위치 제어 신호를 생성하는 신호 처리부; 상기 스위치 제어 타이밍을 계산하기 위한 기준 레퍼런스 신호를 생성하여 상기 신호 처리부의 기준 클럭(Clock)으로 제공하는 레퍼런스 신호 발생부; 및 상기 신호 처리부에서 생성한 상기 스위치 제어 신호를 상기 TDD 중계기의 스위치로 전달하는 스위치 제어 입출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 와이브로를 이용하는 경우에 있어서 전송 신호의 프레임 구조를 나타낸 도면이다.
와이브로 시스템에서 전체 프레임은 다운링크(DL : Downlink) 프레임, 업링크(UL : Up Link) 프레임, TTG(Tx/Rx Transition Gap), RTG(Rx/Tx Transition Gap) 등으로 구성된다.
여기서, 다운링크 프레임은 기지국에서 중계기를 통하여 단말기로 전송되는 다운링크 신호에 대한 프레임을 말하며, 업링크 프레임은 단말기에서 중계기를 통하여 기지국으로 전송되는 업링크 신호에 대한 프레임을 말한다. TTG와 RTG는 다운링크 신호와 업링크 신호의 전송 시간을 구분하기 위한 보호 시간(Guard Time)으로, 이 간격 동안에는 기지국와 단말기에서 데이타를 포함하는 유효 신호를 전송하지 않는다. TTG는 다운링크 신호와 이를 이어 전송되는 업링크 신호 사이의 간격을 말하며, 이 간격 동안 기지국은 업링크 신호를 전송받는 모드로 변경되며 단말기는 업링크 신호를 전송하는 모드로 변경된다. RTG는 업링크 신호와 이를 이어 전송되는 다운링크 신호 사이의 간격을 말하며, 이 간격 동안 기지국은 다운링크 신호를 전송하는 모드로 변경되며 단말기는 업링크 신호를 전송받는 모드로 변경된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전체 프레임은 5 msec의 길이로 구성되어 있으며, 다운링크 프레임은 3.1104 msec, 업링크 프레임은 1.728 msec의 길이로 규정되어 있다. 또한, TTG는 121.2 us, RTG는 40.4 us의 길이로 규정되어 있다. 전술한 와이브로 시스템의 프레임 구조에서 다운링크 신호와 업링크 신호를 구분하여 전송하기 위해서는, 중계기로 전송된 다운링크 신호와 업링크 신호에 대해 각각의 이동 경로를 제공할 수 있도록 다운링크 프레임과 업링크 프레임 사이에 존재하는 TTG와 RTG 시간 간격에서 스위치가 전환되도록 스위칭 제어가 이루어져야 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TDD 중계기의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TDD 중계기(100)는 내부 구성요소로서 도너 안테나(105), 대역 통과 필터(110, 140), 스위치(115, 135), 저잡음 증폭기(120, 150), 감쇠기(125, 155), 고출력 증폭기(130, 160), 리모트 안테나(145), 스위치 제어 장치(300) 등을 포함할 수 있다.
전술한 TDD 중계기(100)의 구성요소를 이용하여 다운링크 및 업링크 채널에서의 신호의 전송 과정을 상세히 설명하면 아래와 같다.
다운링크 채널의 경우, 기지국에서 전송한 다운링크 신호는 도너 안테나(105)를 통해 대역 통과 필터(110)에 전달된다. 대역 통과 필터(110)는 전송 신호의 주파수 대역의 신호만을 통과시켜, 다른 주파수 대역의 신호 성분을 제거한 후 스위치(115)로 전달한다. 여기서, 본 발명의 이동 통신망이 와이브로 시스템인 경우에는 2.3 GHz 주파수 대역을 이용하므로, 대역 통과 필터(115)에서는 2.3 GHz 주파수 대역의 신호만을 통과시키고, 다른 주파수 대역의 신호 성분을 제거하게 된다.
스위치(115)는 다운링크 신호의 시간 구간 동안에는 입력된 다운링크 신호를 다운링크 방향의 저잡음 증폭기(120)로 전송하며, 저잡음 증폭기(120)는 다운링크 신호의 잡음 성분을 줄이고 신호 성분을 증폭하여 감쇠기(125)로 전달한다. 감쇠기(125)는 다운링크 신호의 신호 레벨을 조정하여 고출력 증폭기(130)로 전달하며, 고출력 증폭기(130)는 다운링크 신호를 무선으로 송출하기 위한 실효 출력까지 증 폭하여 스위치(135)로 전달한다. 스위치(135)는 다운링크 신호의 시간 구간 동안에는 고출력 증폭기(130)에서 출력된 신호를 대역 통과 필터(140)로 전달하며, 대역 통과 필터(140)에서는 전송 신호의 주파수 대역의 신호만을 통과시켜 리모트 안테나(145)를 통해 단말기로 송출한다.
업링크 채널의 경우, 단말기에서 전송한 업링크 신호는 리모트 안테나(145)를 통해 대역 통과 필터(140)에 전달되며, 대역 통과 필터(140)는 전송 신호의 주파수 대역의 신호만을 통과시켜 스위치(135)로 전달한다. 스위치(135)는 업링크 신호의 시간 구간 동안에는 입력된 업링크 신호를 업링크 방향의 저잡음 증폭기(150)로 전송하며, 저잡음 증폭기(150)는 업링크 신호의 잡음 성분을 줄이고 신호 성분을 증폭하여 감쇠기(155)로 전달한다.
감쇠기(155)는 업링크 신호의 신호 레벨을 조정하여 고출력 증폭기(160)로 전달하며, 고출력 증폭기(160)는 업링크 신호를 무선으로 송출하기 위한 실효 출력까지 증폭하여 스위치(115)로 전달한다. 스위치(115)는 업링크 신호의 시간 구간 동안에는 고출력 증폭기(160)에서 출력된 신호를 대역 통과 필터(110)로 전달하며, 대역 통과 필터(110)에서는 전송 신호의 주파수 대역의 신호만을 통과시켜 도너 안테나(105)를 통해 기지국으로 송출한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치 제어 장치(300)는 다운링크 신호의 시간 구간 동안에는 다운링크 방향으로 신호가 전송되고, 업링크 신호의 시간 구간 동안에는 업링크 방향으로 신호가 전송되도록 스위치 제어 신호를 생성한다. 스위치 제어 신호는 스위치(115, 135)로 전달되어 다운링크 신호와 업링크 신호를 구분하여 스위칭 동작을 수행하도록 제어하게 된다. 스위치 제어 장치(300)는 GPS 신호를 수신하여 시각 정보를 추출하고, 추출된 시각 정보를 이용하여 기지국의 기준 시각과 TDD 중계기(100)의 기준 시각을 동기시킨다. 따라서, 기지국과 단말기 간의 전송 신호와 스위치 제어 신호의 동기가 이루어지게 되어, 전송 신호 프레임 구조에 따라 스위칭 포인트(Switching Point)를 계산하여 스위치 제어 신호를 생성하게 된다.
도 2에서 전술한 대로 와이브로 시스템의 전송 신호 프레임 구조는 미리 정의되어 있으므로, 스위치 제어 장치(300)는 전송 신호 프레임의 시작 위치를 기준으로 다운링크 프레임과 업링크 프레임의 시간 간격을 계산하고 TTG와 RTG 시간 간격에서 스위치(115, 135)를 전환할 수 있도록 하는 스위치 제어 신호를 생성하게 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 GPS 신호를 이용하여 TDD 방식의 중계기의 스위칭을 제어하는 스위치 제어 장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치 제어 장치(300)는 GPS 수신부(400), 신호 처리부(410), 레퍼런스(Reference) 신호 발생부(420), 스위치 제어 입출력부(430) 등을 포함할 수 있다.
GPS 수신부(400)에 포함되어 있는 GPS 안테나는 하나 이상의 GPS 인공위성으로부터 1575.42 MHz의 L1 주파수 신호(C/A 코드) 또는 1227.6 MHz의 L2 주파수 신호(P 코드)를 수신하여 GPS 수신부(400)로 전달한다. GPS 신호에는 GPS 인공위성의 식별 코드(ID Code), 궤도 위치, 1PPS(1 Pulse Per Second), TOD(Time of Date) 등 이 포함되어 있으며, GPS 수신부(400)는 다수의 GPS 인공위성으로부터 발사되는 전파간 도달 속도의 차이를 연산하여 자신의 위치 좌표를 연산한다.
여기서, TOD에는 GPS 인공위성에서 제공하는 년/월/시/분/초의 정확한 시각 정보가 포함되어 있으므로, TOD로부터 시각 정보를 추출하여 이용할 수 있다. GPS 수신부(400)는 GPS 신호에 포함된 1PPS와 TOD를 신호 처리부(410)로 전달한다. 기지국에서도 GPS 신호를 수신하여 GPS 신호에 포함된 시각 정보를 기준으로 전송 신호를 생성하기 때문에, GPS 시각 정보를 이용하면 TDD 중계기(100)의 기준 시각을 기지국과 동일하게 하여 스위치(115, 135)를 제어할 수 있게 된다.
신호 처리부(410)는 GPS 수신부(400)로부터 전달받은 시각 정보를 이용하여 기지국 및 단말기 간의 전송 신호와 동기된 스위치 제어 신호를 생성하여 스위치 제어 입출력부(430)로 전달한다. 이를 위해 신호 처리부(410)는 프로세서(412)와 FPGA(Field Programmable Gate Array)(414)를 포함할 수 있다.
프로세서(412)에서는 와이브로 시스템의 전송 신호 프레임 구조에 따라 FPGA(414)에서 계산된 스위치 제어 타이밍을 전달받아 스위치 제어 신호를 생성한다. 또한, 프로세서(412)는 전송 신호의 프레임 내에서 다운링크 프레임과 업링크 프레임의 비율이 달라져서 프레임 구조의 변동이 있는 경우에는 FPGA(414)에서 변동된 프레임 구조에 따른 스위치 제어 타이밍을 계산하도록 제어할 수 있다.
FPGA(414)는 논리 회로를 실장하고 필요에 따라 실장된 논리 회로의 설계를 바꿀 수 있는 회로 소자로서, 카운터(416) 기능이 구현되어 있다. 카운터(416)는 GPS 수신부(400)로부터 전달받은 1PPS를 기준으로 레퍼런스 신호 발생부(420)에서 제공하는 10 MHz 레퍼런스 클럭(Clock)을 이용하여 스위치 제어 타이밍을 계산하여 프로세서(312)로 전달한다.
레퍼런스 신호 발생부(420)는 신호 처리부(410)로부터 GPS 시각 정보를 전달받아, GPS 시각을 기준으로 10 MHz의 주파수를 가지는 기준 레퍼런스 신호를 생성하여 신호 처리부(410)의 기준 클럭으로 제공한다. 이를 위해, 레퍼런스 신호 발생부(420)는 D/A 컨버터(422)와 OCXO(424)를 포함할 수 있다.
D/A 컨버터(422)는 프로세서(412)로부터 전달받은 GPS 시각 정보를 디지털 신호에서 아날로그 신호로 바꾸어 OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator)(424)로 전달한다. OCXO(424)는 고정 주파수를 발진하는데 효과적인 수정 발진기로서 GPS 시각을 기준으로 10 MHz 레퍼런스 클럭을 생성하여 카운터(416)로 제공한다.
스위치 제어 입출력부(430)는 신호 처리부(410)에서 생성된 스위치 제어 신호를 스위치(115, 135)로 전달하여, 스위칭 제어를 수행하도록 한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 GPS 신호를 이용한 TDD 중계기의 스위칭 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 스위치 제어 장치(300)의 GPS 수신부(400)는 GPS 인공위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 GPS 신호에 포함된 시각 정보를 추출하여 신호 처리부(410)로 전달한다(S500). 신호 처리부(410)는 GPS 수신부(400)로부터 전달받은 시각 정보를 이용하여, GPS 시각을 TDD 중계기(100)의 기준 시각으로 설정하여 기지국과 TDD 중계기(100)의 기준 시각을 동기시킨다(S502).
신호 처리부(410)는 동기된 기준 시각을 기준으로 스위치 제어 타이밍을 계 산하여 스위치 제어 신호를 생성한다. 즉, 기지국과 단말기 간의 전송 신호와 스위치 제어 신호의 동기가 이루어지게 되면, 신호 처리부(410)는 전송 신호 프레임의 시작 위치를 기준으로 다운링크 신호와 업링크 신호의 시간 간격을 계산하며, TTG와 RTG 시간 간격에서 스위칭 동작을 수행할 수 있도록 레퍼런스 신호 발생부(420)에서 제공하는 10 MHz의 레퍼런스 클럭을 이용하여 스위치 제어 타이밍을 계산하여 스위치 제어 신호를 생성한다. 신호 처리부(410)는 스위치 제어 신호를 스위치 제어 입출력부(430)로 전달하며, 스위치 제어 입출력부(430)는 스위치 제어 신호를 스위치(115, 135)로 전달하게 된다(S504).
스위치(115, 135)는 스위치 제어 신호에 의해 다운링크 신호와 업링크 신호의 시간 간격 사이에서 스위칭 동작을 수행하게 된다(S506). 그 결과, 다운링크 신호의 시간 간격 동안에는 다운링크 방향으로 경로를 제공하며, 업링크 신호의 시간 간격 동안에는 업링크 방향으로 경로를 제공하게 되어 TDD 중계기(100) 내에서 다운링크 신호와 업링크 신호를 구분하여 전송 신호를 중계할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, GPS 신호에 포함된 시각 정보를 이용하여 기지국과 TDD 중계기의 기준 시각을 동기시켜 시간의 천이에 의한 부정확한 스위칭 제어를 방지하고, 정확하게 스위치 제어 타이밍을 계산하여 스위치 제어 신호를 생성할 수 있는 효과가 있다.
따라서, TDD 중계기에서 정확하게 다운링크 신호와 업링크 신호를 구분할 수 있게 되어 와이브로 시스템의 전송 신호를 효과적으로 중계할 수 있는 효과가 있다.

Claims (24)

  1. TDD(Time Division Duplex) 방식과 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조 방식을 이용하며, 기지국, 단말기 및 TDD 중계기를 포함하는 이동 통신 시스템의 상기 TDD 중계기에서 상기 기지국과 상기 단말기 간의 전송 신호를 다운링크 신호와 업링크 신호로 분리하도록 스위치를 제어하는 방법에 있어서,
    (a) GPS 인공위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 상기 GPS 신호에 포함된 시각 정보를 추출하는 단계;
    (b) 상기 시각 정보를 이용하여 상기 기지국과 상기 TDD 중계기의 기준 시각을 동기시켜 동기된 기준 시각을 생성하는 단계;
    (c) 상기 동기된 기준 시각을 이용하여 스위치 제어 타이밍을 계산하여 스위치 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 스위치 제어 신호를 상기 TDD 중계기의 스위치에 전달하여, 상기 스위치가 상기 다운링크 신호와 상기 업링크 신호를 구분하여 동작하도록 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기의 스위치를 제어하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    GPS 인공위성으로부터 GPS 신호에 포함된 1PPS(1 Pulse Per Second) 및 TOD(Time of Date)을 수신하며, 상기 TOD로부터 상기 시각 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기의 스위치를 제어하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 시각 정보에 포함된 GPS 시각을 상기 TDD 중계기의 기준 시각으로 설정하여 상기 기지국과 상기 TDD 중계기의 기준 시각을 동기시키는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기의 스위치를 제어하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송 신호의 프레임은 다운링크(DL : Down Link) 프레임, 업링크(UL : Up Link) 프레임, TTG(Tx/Rx Transition Gap) 및 RTG(Rx/Tx Transition Gap)를 포함하는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기의 스위치를 제어하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 다운링크 프레임은 상기 기지국에서 상기 TDD 중계기를 통하여 상기 단말기로 전송되는 다운링크 신호에 대한 프레임이고, 상기 업링크 프레임은 상기 단말기에서 상기 TDD 중계기를 통하여 상기 기지국으로 전송되는 업링크 신호에 대한 프레임인 것을 특징으로 하는 TDD 중계기의 스위치를 제어하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 TTG는 상기 다운링크 프레임과 이를 이어 전송되는 상기 업링크 프레임 사이의 간격으로 상기 다운링크 신호와 상기 업링크 신호의 전송 시간을 구분하기 위한 보호 시간(Guard Time)이며, 상기 TTG 동안 상기 기지국은 상기 업링크 신호를 전송받는 모드로 변경되며 상기 단말기는 상기 업링크 신호를 전송하는 모드로 변경되는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기의 스위치를 제어하는 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 RTG는 상기 업링크 프레임과 이를 이어 전송되는 상기 다운링크 프레임 사이의 간격으로 상기 업링크 신호와 상기 다운링크 신호의 전송 시간을 구분하기 위한 보호 시간(Guard Time)이며, 상기 RTG 동안 상기 기지국은 상기 다운링크 신호를 전송하는 모드로 변경되며 상기 단말기는 상기 다운링크 신호를 전송받는 모드로 변경되는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기의 스위치를 제어하는 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 스위치 제어 신호는 상기 TTG와 상기 RTG 시간 간격에서 스위치가 전환되도록 상기 스위치 제어 타이밍을 계산하여 생성하는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기의 스위치를 제어하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 스위치 제어 신호에 의해 상기 다운링크 신호의 시간 구간 동안에는 상기 기지국으로부터 상기 TDD 중계기로 수신된 상기 다운링크 신호가 대역 통과 필터(110), 저잡음 증폭기(120), 감쇠기(125), 고출력 증폭기(130) 및 대역 통과 필터(140)를 거쳐 단말기로 전송되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기의 스위치를 제어하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 스위치 제어 신호에 의해 상기 업링크 신호의 시간 구간 동안에는 상기 단말기로부터 상기 TDD 중계기로 수신된 상기 업링크 신호가 대역 통과 필터(140), 저잡음 증폭기(150), 감쇠기(155), 고출력 증폭기(160) 및 대역 통과 필터(110)를 거쳐 기지국으로 전송되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기의 스위치를 제어하는 방법.
  11. TDD(Time Division Duplex) 방식과 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조 방식을 이용하는 이동 통신 시스템의 기지국과 단말기 간의 전송 신호를 다운링크 신호와 업링크 신호로 분리하여 중계하는 TDD 중계기에 있어서,
    상기 TDD 중계기의 안테나를 통해 수신한 상기 전송 신호를 전달받아 상기 기지국과 상기 단말기 간의 신호를 전송하기 위해 사용하는 주파수 대역의 신호를 통과시키고 다른 주파수 대역의 신호 성분을 제거하는 대역 통과 필터(Band Pass Filter)(110, 140);
    상기 전송 신호의 잡음 성분을 줄이고 신호 성분을 증폭하여 감쇠기(Attenuator)로 전달하는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier)(120, 150);
    상기 전송 신호의 신호 레벨을 조정하여 고출력 증폭기(High Power Amplifier)로 전달하는 감쇠기(125, 155);
    상기 전송 신호를 무선으로 송출하기 위한 실효 전력까지 증폭하여 스위치로 전달하는 고출력 증폭기(130, 160);
    스위치 제어 신호에 의해 상기 전송 신호를 상기 다운링크 신호와 상기 업링크 신호로 구분할 수 있도록 스위칭 동작을 수행하는 스위치(115, 140); 및
    GPS 인공위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 상기 GPS 신호에 포함된 시각 정보를 추출하고, 상기 시각 정보를 이용하여 상기 기지국과 상기 TDD 중계기의 기준 시각을 동기시켜 동기된 기준 시각을 생성하며, 상기 동기된 기준 시각을 이용하여 스위치 제어 타이밍을 계산하고 스위치 제어 신호를 생성하여 상기 스위치로 전달하는 스위치 제어 장치(300)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기지국과 상기 단말기 간의 신호를 전송하기 위해 사용하는 주파수 대역은 2.3 GHz 주파수 대역을 포함하는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 스위치 제어 장치는 상기 시각 정보에 포함된 GPS 시각을 상기 TDD 중계기의 기준 시각으로 설정하여 상기 기지국과 상기 TDD 중계기의 기준 시각을 동기시켜 상기 전송 신호와 상기 스위치 제어 신호가 동기가 이루어지도록 하며, 상기 전송 신호의 프레임 시작 위치를 기준으로 상기 스위치 제어 타이밍을 계산하여 상기 스위치 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전송 신호의 프레임은 다운링크(DL : Down Link) 프레임, 업링크(UL : Up Link) 프레임, TTG(Tx/Rx Transition Gap) 및 RTG(Rx/Tx Transition Gap)를 포함하는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 스위치 제어 신호는 상기 TTG와 상기 RTG 시간 간격에서 스위치가 전환되도록 상기 스위치 제어 타이밍을 계산하여 생성하는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 스위치 제어 장치에서 생성한 상기 스위치 제어 신호에 의해 상기 다운링크 신호의 시간 구간 동안에는 상기 기지국으로부터 상기 TDD 중계기로 수신된 상기 다운링크 신호가 대역 통과 필터(110), 저잡음 증폭기(120), 감쇠기(125), 고출력 증폭기(130) 및 대역 통과 필터(140)를 거쳐 단말기로 전송되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 스위치 제어 장치에서 생성한 상기 스위치 제어 신호에 의해 상기 업링크 신호의 시간 구간 동안에는 상기 단말기로부터 상기 TDD 중계기로 수신된 상기 업링크 신호가 대역 통과 필터(140), 저잡음 증폭기(150), 감쇠기(155), 고출력 증폭기(160) 및 대역 통과 필터(110)를 거쳐 기지국으로 전송되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 TDD 중계기.
  18. TDD(Time Division Duplex) 방식과 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조 방식을 이용하는 이동 통신망의 TDD 중계기에서 기지국과 단말기 간의 전송 신호를 다운링크 신호와 업링크 신호로 분리하여 중계할 수 있도록 스위치 제어 신호를 생성하는 스위치 제어 장치에 있어서,
    GPS 인공 위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 상기 GPS 신호에 포함된 시각 정보를 추출하는 GPS 수신부;
    상기 GPS 수신부로부터 전달받은 상기 시각 정보를 이용하여 상기 기지국과 상기 TDD 중계기의 기준 시각을 동기시켜 동기된 기준 시각을 생성하고, 상기 동기 된 기준 시각을 이용하여 스위치 제어 타이밍을 계산하여 스위치 제어 신호를 생성하는 신호 처리부;
    상기 스위치 제어 타이밍을 계산하기 위한 기준 레퍼런스 신호를 생성하여 상기 신호 처리부의 기준 클럭(Clock)으로 제공하는 레퍼런스 신호 발생부; 및
    상기 신호 처리부에서 생성한 상기 스위치 제어 신호를 상기 TDD 중계기의 스위치로 전달하는 스위치 제어 입출력부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 GPS 수신부는 상기 GPS 인공위성으로부터 상기 GPS 신호에 포함된 1PPS(1 Pulse Per Second) 및 TOD(Time of Date)을 수신하며, 상기 TOD로부터 상기 시각 정보를 추출하여 상기 1PPS와 상기 시각 정보를 상기 신호 처리부로 전달하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 스위치 제어 신호를 생성하는 프로세서; 및
    상기 스위치 제어 타이밍을 계산하여 상기 프로세서로 전달하는 카운터 기능이 구현되어 있는 FPGA(Field Programmable Gate Array)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 전송 신호의 프레임 구조의 변동이 있는 경우에는 상기 FPGA에서 변동된 프레임 구조에 따른 스위치 제어 타이밍을 계산하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 레퍼런스 신호 발생부는,
    상기 신호 처리부로부터 전달받은 상기 시각 정보를 디지털 신호에서 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터; 및
    상기 D/A 컨버터로부터 전달받은 상기 시각 정보의 GPS 시각을 기준으로 상기 기준 레퍼런스 신호를 생성하여 상기 신호 처리부로 제공하는 OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 전송 신호의 프레임은 다운링크(DL : Down Link) 프레임, 업링크(UL : Up Link) 프레임, TTG(Tx/Rx Transition Gap) 및 RTG(Rx/Tx Transition Gap)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 상기 기지국과 상기 TDD 중계기의 기준 시각이 동기되어 상기 전송 신호와 상기 스위치 제어 신호의 동기가 이루어지면, 상기 전송 신호의 프레임의 시작 위치를 기준으로 상기 다운링크 프레임와 상기 업링크 프레임의 시간 간격을 계산하며, 상기 TTG와 상기 RTG 시간 간격에서 스위칭 동작을 수행할 수 있도록 상기 기준 레퍼런스 신호를 이용하여 상기 스위치 제어 타이밍을 계산하여 상기 스위치 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
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