KR20060048953A

KR20060048953A - 통신 방법

Info

Publication number: KR20060048953A
Application number: KR1020050069619A
Authority: KR
Inventors: 월터 혼차렌코; 그레그 나도자; 빅 팬
Original assignee: 루센트 테크놀러지스 인크
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2006-05-18
Also published as: EP1622287A3; DE602005006907D1; EP1622287B1; CN1728595A; JP2006042369A; JP4824361B2; EP1622287A2; US7406300B2; KR101156269B1; US20060025072A1

Abstract

본 발명은 집과 같은 건물 내에서 적절한 RF 커버리지를 제공하는 적어도 하나의 중계기 안테나 어셈블리를 포함하는 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 예시적인 중계기 안테나 어셈블리는 기지국 트랜시버 감도 감소(desensitization) 및 포지티브 피드백(positive feedback)을 방지하기 위해 수신되는 신호와 연관된 경로 손실에 대해 제어되는 응답을 하는 자동 조정 가능한 이득을 가진다. 개시하는 어셈블리는 기지국 감도 감소 및 포지티브 피드백을 방지한다. 기술하는 또 다른 어셈블리는 건물 내에서, 선택되는 최소 링크를 유지한다.

Description

통신 방법{EXTENDING WIRELESS COMMUNICATION RF COVERAGE INSIDE BUILDINGS}

도 1은 본 발명의 실시예를 포함하는 무선 통신 시스템의 선택부의 개략도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에서 유용한 예시적인 안테나 어셈블리의 개략도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에서 유용한 예시적인 안테나 어셈블리의 개략도,

도 4는 원하는 링크 버짓과 손실간의 트레이드오프 관계를 도시하는 도면,

도 5는 포지티브 피드백 경로(positive feedback path)의 개략도.

도면 주요 부분에 대한 부호의 설명

46 : 케이블 48 : 복조기

50 : LED 62 : RMS 검출기

64 : ADC 68 : DAC

본 발명은 일반적으로 전자 통신에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것이다.

무선 통신 시스템은 그 용량이 증가되었고, 보다 대중화되었다. 이제는, 셀룰러 전화, 개인용 정보 단말기 및 랩탑 컴퓨터와 같은 모바일 장치에 음성, 데이터 및 비디오 통신 기능을 제공하는 각종 무선 서비스 제공자가 존재한다. 서비스 제공자의 수적 증가 및 기술적 기능의 증가로 인해, 무선 통신은 보다 더 광범위하게 사용되게 되었다.

이러한 통신에 있어서의 한계는, 예를 들어 가정 내에서 적절한 신호를 얻을 수 있는 능력이 너무 제한되어 개인이 그들의 가정으로부터 모든 원격통신을 위한 이동 장치에만 의존해도 된다는 확신을 제공할 수 없다는 것이다. 많은 가정 내 및 주위에 대한 약한 무선 주파수(RF) 커버리지를 야기하는 요인은 다양하다. 예를 들어, 여러 가정 또는 빌딩 건물의 금속체는 RF 블록을 제공할 수 있거나 또는 적절한 신호 송신을 방해할 수 있다. 다수의 가정에서, 빌딩의 외장의 벽, 절연 또는 창 마감재는 가정 내에서의 RF 커버리지를 감소시키는 금속 또는 호일을 포함할 수 있다. 또한, 다양한 금속 물체 및 내부벽의 구조물은 예를 들어 여러 경우에서 적절한 내부 RF 커버리지를 제한함으로써 개인이 가정 내의 모든 위치에서 그들의 이동 장치에만 의존할 수 없게 한다.

가정 또는 소규모 회사 건물 내에서 적절한 RF 커버리지를 제공하여, 예를 들어 이동 장치가 이러한 건물 내에서 일관되게 사용될 수 있도록 하는 능력이 필 요하다. 또한, 몇몇 개인이 그들의 선로 기반 전화 시스템 및 고속 인터넷 액세스를 없애고 무선 통신에만 의존하도록 하는 것이 바람직할 수 있다.

건물 내("조명" 건물)에서 RF 커버리지를 제공하는데 있어서 두 개의 종래 중계기 접근법이 존재한다. "바깥에서 안으로 블라스팅하는 RF 건물(RF building blasting from the outside in)"로 지칭되는 제 1 접근법은 옥상 또는 탑과 같은 중계기 안테나 부지를 필요로 하는데 이 부지는 종종 아주 많은 비용이 들거나 또는 다수의 주거 영역에서는 설치할 수 없다. 중계기는 외부의 RF 매크로 셀 신호를 포착하고, 그것을 증가시키고 이 상승된 신호가 그들의 빌딩을 통과하는 경우에 감소되지 않을 것이라 기대하며 이 신호를 빌딩으로 블라스팅한다. 불행히도, RF 빌딩 차단은 고르지 않아 결과적인 내부 RF 커버리지는 예측 불가능하며 종종 적절하지 못하다. 호(call)가 이루어지는 경우, 기지국 위치에 대한 집의 위치, 빌딩 구성, 중계기 부지 위치 및 중계기 안테나의 배향에 따라 집 내에서 필요로 하는 내부 신호 레벨이 충분하지 않을 수 있다.

빌딩 통과 손실을 방지하기 위해 내부 및 외부 중계기 안테나를 이용하는 제 2 접근법은 매크로 셀 RF 신호를 포착하기 위해 외부 안테나를, 빌딩 통과 손실을 방지하기 위해 동축 케이블을, 신호 상승을 위해 중계기를, 필요로 하는 내부 RF 커버리지를 생성하기 위해 하나 이상의 내부 안테나를 사용한다. 흔히 야기(Yagi) 안테나인 외부 안테나는 매크로 셀을 겨냥하는 가옥의 지붕에 설치되고, 긴 동축 케이블은 RF 신호를 내부로 가져오며, 중계기는 신호를 상승시켜 하나 이상의 내부 안테나에 공급한다. 가정, 소규모 기업 및 회의실과 같은 큰 빌딩 내의 작은 구역 에 있어서, 저 전력 중계기는 전형적으로 중계기 하우징 내로 통합될 수 있는 내부 안테나에 신호를 공급한다. 기술자 방문은 장비를 설치, 야기의 위치를 지적, 중계기 및 내부 안테나를 설치 및 중계기 이득을 설정하는데 필요하다. 기술자와 케이블 및 외부 안테나의 설치에 대한 필요는 다수의 집주인 및 작은 회사 운영자의 지불 범위 밖의 비용을 초래한다.

시스템 설계자가 집과 같은 빌딩 내로의 RF 커버리지를 최대화하는데 있어서 중요한 시도는 예를 들어 증폭기 이득을 증가시면서 일반적으로 기지국 수신기의 감도 감소(receiver desensitization) 또는 중계기의 포지티브 피드백이 발생할 때까지 내부 RF 커버리지를 증가시키는 것이다. 조건들 중 하나가 발생하는 경우, 기지국 또는 중계기는 더 이상 적절히 기능을 할 수 없게 되어 내부 커버리지, 외부 매크로 셀 커버리지 및 트래픽 용량 또는 이들 모두의 손실을 야기할 수 있다. 따라서, 기지국 수신기 감도상실 및 중계기 증폭기의 양의 피드백을 피하면서 중계기 이득을 그들의 최대 가능 설정값으로 설정하는 경우 최상의 가능 내부 RF 커버리지가 발생한다.

기지국 수신기 감도 감소는 중계기가 라디오 수신기에 잡음을 주입하여 잡음 플로어(noise floor)를 야기하는 경우에 발생한다. 잡음 레벨은 라디오 수신기 내에서 증가하기 때문에, "감도 감소"를 야기하는 잡음의 증가를 상쇄시키기 위해 보다 높은 수신 신호가 필요하다. 이것은 특히 CDMA 시스템에 있어서 문제가 된다. 집 중계기가 널리 보급되어 사용된다면, 기지국 수신기 감도 상실을 방해하는 몇몇 설비가 있어야 한다.

중계기 증폭기 출력과 입력 사이에는 RF 경로가 있다. 물리적인 경로는, 증폭기 입력 및 출력에 연결되는 중계기 안테나와 RF 다중 경로간의 경로 손실로 이루어진다. 중계기 이득이 너무 높게 설정될 때마다, 증폭기 출력으로부터 입력으로의 순 경로 이득은 일관된 이득을 초과하고, 그 후 중계기 증폭기는 제어되지 않고 발진하여 중계기 또는 기지국이 작동하지 않게 된다. 중계기 이득은 포지티브 피드백 및 기지국 수신기 감도 감소를 방지하여 중계기 및 참여 기지국 참여 셀이 적절히 동작하도록 제한되어야 한다.

대개, 중계기는 다중 무선 CAI(공통 에어 인터페이스), 예컨대, CDMA IS-95, CDMAA 2000, UMTS, GSM, TDMA IS-136 및 OFDMA를 지원하도록 설계되는 증폭기 회로를 포함한다. 중계기는 현재 기지국 수신기 감도 감소 및 포지티브 피드백을 방지하면서 그 증폭기 이득을 가능한 가장 높은 설정치로 자동으로 설정하는 기능을 가지고 있지는 않다. 중계기는 일반적으로, 가능한 가장 우수한 내부 성능을 달성하기 위해 필요한 증폭기 이득을 자동으로 설정하기 위해서 특정 CAI의 특성을 이용한다. 어떤 중계기는 포지티브 피드백 소거 회로를 가지고 있지만, 이러한 것은 중계기 안테나들이 서로 불충분하게 떨어져 있으면 제어되지 않고 발진할 수 있다. 이로써, 안테나 어셈블리의 설계가 중계기 증폭기 회로 설계와 합체되지 않는 경우가 발생할 수 있다. 다른 중계기는, 포지티브 피드백은 멈추지만 기지국 수신기 감도 감소는 방지하지 않을 때까지 자동으로 중계기 이득을 거꾸로 단계적으로 조정하는 회로를 구비한다. 이러한 것도, 원하는 최소 내부 링크 버짓이 지원될 수 있는 경우에만 중계기가 동작할 수 있게 하는 RF 레벨 임계치를 제공하지 않는다.

본 발명은 종래의 기술보다 우수하며, 용이하게 설치되고 경제적이며, 건물 내부에서 향상된 RF 커버리지 범위를 제공한다.

일 개시하는 통신 방법은 중계기 안테나 어셈블리에서 수신되는 신호와 연관되는 추정 손실을 기초로 하여 중계기 안테나 어셈블리의 이득을 자동으로 조정하는 단계를 포함한다. 일 예에서, 추정되는 손실은, 중계기 안테나 어셈블리가 놓이는 집 또는 건물과, 참여 기지국간의 경로 손실에 해당된다. 이러한 추정은 그 수신되는 "접속 및 제어 채널" 신호 출력이 이러한 손실에 반비례한다는 모든 CAI의 공통된 속성을 활용한다. 이러한 추정치를 이용하면, 기지국 수신기 감도 감소를 방지하면서 중계기 이득을 중계기 이득의 가능한 최고 설정치로 설정하는 것이 가능하다.

하나의 예시적인 어셈블리에서는 여러 가지 특징들을 하나의 공통된 총체적인 설계로 통합시킨다. 한가지 특징은 기지국 수신기 감도 감소 및 포지티브 피드백을 방지하기 위해서, 가능한 가장 우수한 내부 RF 커버리지를 위한 가능한 최고 설정치로 중계기 이득을 자동으로 설정할 수 있는 것이다. 이러한 예는 또한, 다수의 가정 소비자가 도구 없이 그리고 RF 측정을 행하지 않고 설치할 수 있는 통합된 창 탑재형 안테나 어셈블리 설계를 포함한다. 이러한 예는 또한, 안테나 어셈블리 설계를 포지티브 피드백을 방지하도록 중계기 증폭기의 자동 이득 설정 회로와 통합한다. 이러한 예의 내부 회로는 중계기가 서비스의 적어도 최소 원하는 내 부 레벨을 제공할 수 있게 한다.

일 예에서, 중계기 안테나 어셈블리는 외부 안테나, 내부 안테나 및 양방향성 RF 증폭기를 포함한다. 안테나 어셈블리와 연관되어 있는 이득은 기지국 수신기 감도 감소 및 포지티브 피드백을 방지하며 건물 구조 내에서 가능한 가장 우수한 RF 커버리지를 제공하도록 자동 조정된다. 일 예에서, 한편으로는 기지국으로부터 중계기 안테나까지의 손실과, 다른 한편으로는 중계기 안테나 어셈블리의 이득 사이에서 선택된 비를 유지함으로써, 건물 내에서 가능한 가장 우수한 RF 커버리지를 제공하고, 기지국 수신기 감도 감소 및 포지티브 피드백을 방지하는 레벨로 증폭기 이득을 유지한다.

일 예에서, 중계기 안테나 어셈블리의 상향링크 이득은 그 어셈블리의 하향링크 이득과 동일하게 유지된다. 대개, 이로써, 대부분의 매크로 셀로서, 내부 및 외부 링크 버짓이 균형잡힌 링크 버짓이 되도록 설계된다.

일 예에서, CDMA/UMTS "접속 및 제어 채널"과 연관되어 있는 수신된 파일럿 신호의 출력 레벨은 기지국 수신기 감도 감소를 방지하며 가능한 가장 우수한 중계기 이득을 찾을 수 있게 하는 중계기 안테나 어셈블리의 이득 조정에 사용된다. 또 다른 예에서, 총 수신된 신호 출력 레벨은 파일럿 복조 회로에 대한 필요성을 없애며 감소된 손실 추정 정확도로 CDMA/UMTS 시스템에서 손실을 추정하는 데 사용된다. 이득 오프셋은 감소된 정확도를 고려하기 위한 것이다. 또 다른 예에서, 본 기술은 GSM 및 GSM의 BCCH 접속 및 제어 채널에 적용된다.

가능한 최고 중계기 이득으로도, 원하는 최소 내부 RF 커버리지를 위한 충분 한 신호 상승이 없을 수 있다. 하나의 개시된 예시적인 반복이 안테나 어셈블리는, 외부 RF 신호 상태가 최소의 원하는 내부 링크 버짓을 지원할 수 있는 시기를 식별하는 RF 신호 레벨 표시자를 포함한다. 따라서, 조작자는 RF 신호 레벨 표시자 임계치를 설정함으로써, 내부 RF 커버리지를 신뢰할 수 있는 정도를 선택할 수 있다. 다른 RF 신호 레벨 표시자는 심한 레일리 페이딩(Rayleigh fades)을 방지하기 위해 안테나 어셈블리를 위한 최적의 지점을 찾는 것을 용이하게 한다.

본 발명의 각종 특징 및 유리한 점들은 당업자에게 다음 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 상세한 설명을 수반하는 도면에 대해서는 위에서 간단히 설명하였다.

도 1은 시스템의 선택부를 도시하는 무선 통신 시스템(20)을 개략적으로 도시한다. 기지국(22)은 복수의 모바일 장치(24)와의 무선 통신을 용이하게 한다. 이러한 통신은 알려져 있는 방식으로 발생한다.

또한, 도 1의 예는 예를 들어, 집, 소규모 기업 또는 사무소 건물의 일부인 건물(26) 내에서 무선 라디오 주파수(RF) 신호 커버리지를 제공하기에 적합하다. 도시한 예에서, 중계기 안테나 어셈블리(30)는 건물(26)의 적어도 하나의 창(32)과 연관되어 있다. 중계기 안테나 어셈블리(30)는 기지국(22)으로부터 수신한 신호를 기초로 하여 적어도 최소의 원하는 내부 링크 버짓을 제공하여 건물(26) 내에서 RF 커버리지를 제공한다. 예시적인 중계기 안테나 어셈블리(30)는 포지티브 피드백 및 기지국 수신기 감도 감소를 방지하는 최고 이득으로 동작하도록 설계된다.

기지국 수신기 감도 감소는 G/L < 1/F 이면 발생하지 않는데, 여기서, G는 중계기 상향링크 이득이고, L은 중계기와 기지국 사이의 순 손실이고, F는 중계기 증폭기(49)의 잡음률(모두 단위 표시되어 있지 않음)이다. 일 예에서, 기지국 수신기 감도 감소를 방지하는 것은 손실 L을 추정하는 단계와, 이어서, G = kL/F 이도록 중계기 이득을 설정하는 단계를 포함하는데, 여기서, k는, k < 1로서, 중계기 증폭기를 동작하기 위해 기지국 감도 감소에 근접한 정도를 판정하는 오프셋 파라미터이다. 각 중계기 안테나 어셈블리에 대한 손실 L은 각 중계기가 관습적 이득 설정치를 가지도록 일반적으로 서로 다르다.

무선 CAI는, 그 수신한 하향링크 출력이 참여 기지국과 중계기 사이의 순 경로 손실 L에 반비례하는 모바일 접속 제어 채널을 포함한다. 예를 들어, 일반적인 CDMA 시스템(CDMA IS-95, CDMA 2000, UMTS)과 연관되어 있는 하향링크 파일럿 신호는 수신한 파일럿 출력이 L에 반비례하도록 기지국에서 일정한 출력으로 송신된다. 다른 예로서는, 그 BCCH 채널을 갖는 GSM, 그 DCCH 채널을 갖는 TDMA IS-136 및 그 아날로그 제어 채널을 갖는 AMP가 있다. 그래서, L을 추정하는 방법은 특정 CAI의 접속 제어 채널에 따라 다르다.

순 경로 손실 L을 추정하는 방법으로서, 한 가지 개시되어 있는 방법은, 일반적인 CDMA 시스템에서 수신한 파일럿 P_rcvpilot(~mw)을 복조하는 단계와, 그 출력을 중계기에서 측정하는 단계를 포함한다. P₀(~mw)이 기지국(알려져 있는 기지국 파라 미터값)에서의 파일럿 출력이면, L1 = P0/P_rcvpilot(~ 크기 제한 없음)이며, 여기서, L1은 수신한 CDMA 파일럿을 복조하는 것을 기초로 한 L의 추정치이다. 순 경로 손실 L을 추정하는 또 다른 개시된 방법은, L2 = k'P0/P_rcv를 사용하는 것인데, 여기서 L2는 총 수신한 신호를 측정하는 것만을 기초로 하는(따라서, 파일럿 복조 회로가 필요하지 않음) L의 추정치이고, P_rcv(~mw)는 중계기에서 하향링크 캐리어의 전체 수신된 출력이고, k'는 오프셋 파라미터로서, k' > 1이다. 일반적인 CDMA의 예에서, P₀은 최대 하향링크 기지국 출력(통상 3000 mw)의 15%로서 보통 선택되는 기지국 구성 파라미터이고, 추가 트래픽 출력에 의해 P_rcv는 최대로 8dB 보다 높게 될 수 있다. 수신된 파일럿 출력의 4dB 내(또는 2.5의 계수 내)가 되도록, k' = 2.5로 선택한다. 따라서, L2는, 파일럿 복조 회로를 필요로 하지 않으며 4dB의 정확도를 갖는 일반적인 CDMA CAI에 대한 순 경로 손실의 추정치의 예이다. 덜 정확한 L의 추정치는 감도 감소를 방지하기 위해서 보다 큰 오프셋을 필요로 한다. 설명을 위해서, 일반적인 CDMA CAI에 대해 L의 정확도가 보다 큰 L2 추정치를 가정하자. GSM, TDMA 또는 AMPS에 있어서, L의 추정치는 CDMA에서 L1의 표현식과 유사하게, 그 접속 제어 채널에서 수신된 전력을 측정함으로써 얻어질 수 있다. 예를 들어, GSM 시스템에서, BCCH 채널에 맞게 튜닝된 200 KHz 수신기는 수신된 총 출력 P_rcv를 측정하고, L에 대한 추정치는 L3 = P_0GSM/P_rcv이며, 여기서 P_0GSM은 알고 있는 GSM 기지국 출력 레벨이다.

중계기 이득을 자동으로 설정하기 위해서, 순 손실 추정치 L2 = k'P₀/P_rcv를 사용하는 것을 포함하는 도 2 및 3을 참조하면, 총 수신된 출력 P_rcv는 먼저 LNA(60)에 의해 증가되고, 이어서, RMS 검출기(62)에 의해서, RF 신호에서 일반적인 시간적 페이딩을 부드럽게 하도록 적분되고, 이어서, A/D 회로(64)에 의해 디지털화된다. 마이크로프로세서(66) 내부의 룩업 테이블은 L2로서 L에 대한 추정치를 사용하는 하향링크 중계기 이득 G_down = k'kP₀/FP_rcv로 P_rcv를 매핑하고, D/A 컨버터(68)가 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환한다. 이러한 이득 설정치는 상향링크 자동 이득 제어 회로(70) 및 하향링크 자동 이득 제어 회로(72)로 입력된다. 이러한 예에서, 중계기 증폭기 이득은 동일하게 설정된다. 따라서, 중계기 이득은 G = kL2/F에 따라 설정되어서, 기지국이 L의 추정치의 부정확도를 보상하기 위한 충분한 오프셋 k를 이용하면 기지국 수신기 감도 감소가 발생하지 않게 될 것이다. 예시적인 CDMA 실시예에서, 감도 감소를 방지하기 위하여 k는 1/2.5 미만이다. 다른 CAI 실시예에서, 적절한 정확도 오프셋을 이용하여 L의 다른 추정치를 기초로 하여 중계기 이득을 자동으로 설정할 수 있다. 이러한 다른 실시예는 이전에 기술한 바와 같이, 추정치 L에 대하여 CAI 접속 및 제어 채널을 측정하는 것에 따라 다르다. 도 3의 예에서, ADC(64), DAC(68) 및 마이크로프로세서(66)로 도시되어 있는 바와 같이, 이러한 D/A, A/D 및 테이블 룩업 기능을 실행하는 상업적으로 이용 가능한 저가의 칩이 존재한다.

포지티브 피드백을 방지하기 위하여 룩업 테이블은 포지티브 피드백을 야기 하는 중계기 이득보다 작은 중계기 이득으로만 실장된다. 이로써, 안테나 어셈블리가 자동 중계기 이득 회로로 된다. 포지티브 피드백 이득 값은 안테나 어셈블리의 설계에 따라 다르다. 도 2는 예시적인 안테나 어셈블리 실시예를 도시하고, 도 5는 포지티브 경로 이득 계산(100)을 개략적으로 도시한다. 도시한 예에서, 안테나 어셈블리의 대표적인 구성요소 RF 사양에는, 람바다 파장이 0.352941 미터이고, 창(32)을 거쳐서 결합 손실이 3dB이고, 접속 케이블(46)과 연관된 손실이 3dB이고, 내부 안테나 이득이 6dBi이고, 외부 패치 안테나의 전면 대 후면 비는 25dB라는 것이 포함된다. 아래의 표 1에는, 아래에 기술한 계산을 기초로 하여 3개의 서로 다른 동작 주파수와, 1, 2 및 3 미터로의 안테나가 분리된 3개의 서로 다른 통합 안테나 설계에 대하여, 최대 포지티브 피드백 중계기 이득이 요약되어 있다.

도 2는 하나의 예시적인 창 탑재형 안테나 어셈블리(30)를 개략적으로 도시한다. 이러한 예에서, 기부(36)가 외부 안테나(34)를 지지하고 있다. 기부(36)의 탑재 표면(38)은 기부(36)가 예를 들어, 창(32)의 외부 표면에 고정될 수 있게 한다. 일 예에서, 후크 및 루프 잠금 장치는 창에 접착식으로 고정되고, 탑재 표면(38)은 후크 및 루프 잠금 장치로 적절하게 고정되도록 구성된다. 또 다른 예에서, 탑재 표면(38)은 창 표면에 직접 붙이는 접착제를 포함한다. 다양한 탑재 방법이 사용될 수 있고, 본 명세서의 이익을 얻는 당업자라면, 그 특정한 환경에 대한 필요성을 충족하도록 적절한 탭재 장치를 선택할 수 있을 것이다.

예시적인 창 중계기 안테나 어셈블리(30)는, 고정되는 창의 대향하는 내부에 탑재 표면(38)이 지지되는 RF 결합기(40)를 포함한다. 이러한 예에서, RF 결합기 (40)는 접착식 등의 공지된 방식으로 창에 고정될 수 있는 탑재 표면(42)을 포함한다.

일 예에서, 기부(36) 및 RF 결합기(40)는, 기부(36) 및 RF 결합기(40)가 창의 대향하는 면에서 서로에 대해 바로 정렬되도록 "샌드위치" 구성으로 창(32)의 대향면에 고정된다. 이러한 장치에서, 유리나 복합 재료의 창은 안테나(34)와 RF 결합기(40) 사이에서 다소의 손실을 가져온다. 일 예에서, 창 재료 및 결합기는 3dB 결합 손실을 가져온다. RF 결합기(40)는 건물 외부의 안테나(34)가 검출하는 RF 신호를 공지된 방식으로 효과적으로 수집한다.

예시적인 RF 결합기(40)는 내부 안테나(48)의 물리적 기부로서의 역할도 하는 양방향성 RF 증폭기(49)에 접속되는 케이블(46)과의 케이블 접속부(44)를 가지고 있다. 내부 안테나(48)를 위하여 건물 내에서 여러 가지 위치가 선택될 수 있다. 일 예에서, 내부 안테나(48)의 기부(49)는 내부 안테나(48)가 종래와 같이 선반, 테이블 상에 있거나 또는 예를 들면 내벽에 탑재될 수 있게 한다. 케이블(46)은 RF 결합기(40)와 양방향성 증폭기(49) 사이에 직접 연결을 제공하고, 내부 안테나(48)는 RF 결합기(40)와 양방향성 증폭기(49) 사이에 적절한 물리적 간격을 허용하여 포지티브 피드백을 방지한다.

포지티브 피드백에 기여하는 다수의 소스가 있다. 예를 들어, 외부 안테나(34)의 전면 대 후면 비와, RF 결합기(40) 손실과, 내부 안테나(48)와 외부 안테나(34)의 후면 사이의 경로 손실과, 내부 안테나(48)의 이득과, 케이블 손실(46)과, 어셈블리(49)의 증폭기 이득, 이들 모두가 포지티브 피드백에 기여할 수 있다. RF 구성요소 사양의 집합이 제공되면 이러한 예시적인 인자들은 포지티브 피드백이 존재하는지 여부를 판정하기 위해 결합될 수 있다. 하나의 예시적인 포지티브 피드백 경로 이득(PG)은 도 5에 나타나 있고, 다음 수학식으로 나타낼 수 있다.

경로 손실이 0dB보다 작으면, 포지티브 피드백이 없을 것이다. 중계기 안테나 어셈블리(49)의 증폭기의 이득 G_amp를 제한하고, 안테나(34)와 안테나(48)간의 최소 거리를 설정함으로써 PG의 값은 0dB 미만으로 유지되어 포지티브 패드백을 방지할 수 있다. 일 예에서, 경로 손실 L_pl에 해당되는 경로 손실의 이득 G_pl은 다음과 같이 나타낼 수 있다. 즉,

이며, 여기서 R은 외부 안테나(34)와 내부 안테나(48) 사이의 거리이고, λ는 미터 단위의 동작 주파수의 파장이다.

일 예에서, 안테나들간의 거리 R이 적어도 1 미터로 유지되고, 증폭기 이득이 60dB 이하로 유지되면, 포지티브 피드백이 없을 것이다. 논한 예에서, 하향링크 이득을 60dB 미만으로 유지함으로써, 포지티브 피드백을 방지해서 마이크로프로세서(66) 내의 룩업 테이블은 60dB보다 작은 이득으로 실장될 것이다. 일 예에서, 상향링크 이득은 하향링크 이득과 동일하게 설정된다.

시스템 구성 및 동작 주파수와 같은 동작 파라미터에 따라 안테나들간에 다른 분리 거리가 이용될 수 있다. 표 1은 도 5에 도시한 예시적인 구성요소 RF 사 양을 각각 기초로 하여 850MHz, 1.9GHz 및 2.1Ghz에서 동작하는 여러 가지 다른 예를 포함한다. 이러한 결과는, 내부 안테나가 외부 안테나의 후면을 향하는 보다 나쁜 경우를 가정한 경로 이득 계산이기 때문에 보존적이다. 실제로, 이들 안테나는 일반적으로 서로에 대해 바깥쪽을 향할 것이다.

일 예에서, 외부 안테나(34) 및 내부 안테나(48)는 방향성 안테나이다. 방향성 외부 안테나(34)의 사용으로 인해, 참여 매크로 셀에 대한 경로 손실이 감소되고, 다른 매크로 셀로부터의 RF 간섭이 감소된다. 따라서, 방향성 외부 안테나를 사용함으로써, 보다 많은 가정이 커버될 수 있고, 보다 높은 무선 데이터 레이트가 달성될 수 있다. 내부를 향하는 방향성 내부 안테나(48)를 사용하면, 대부분의 신호를 건물(26) 내부로 향하게 하여 RF 효율성이 보다 커진다. 2개의 방향성 안테나의 사용함으로써, 방향성 안테나들간의 효과적인 RF 결합을 감소시켜 포지티브 피드백 없이 보다 높은 중계기 이득이 사용될 수 있게 된다. 안테나 설계에 자동 이득 회로를 합체하는 데 있어서, 몇몇의 주요 안테나 설계 고려 사항이 있다. 일 예에서, 적어도 내부 안테나(48) 그라운드 평면은 6dBi 조준선 이득 및 25dB의 전면 대 후면 비를 갖는 90°방향을 생성한다. 어떤 예에서, 동작 주파수와, 외부 안테나(34)와 내부 안테나(48)간의 물리적 분리는 예를 들어 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이 양 방향으로 대략 60dB 내지 최대 76dB까지의 RF 증폭기 이득을 달성하기에 충분하다.

예시적인 통합형 창 안테나는 비용이 드는 기술자의 방문을 필요로 하지 않도록 일반적인 가정내 소비자가 설치할 수 있도록 설계된다. 예시적인 중계기 안테나 어셈블리(30)의 한가지 중요한 장점은 건물 구조를 변경하거나, 건물 내의 배선을 변경하거나 특수한 도구를 필요로 하지 않으며 쉽고 편리하게 건물의 창에 설치될 수 있다는 점이다.

개시한 예시적인 중계기 안테나 어셈블리(30)의 또 다른 특징은, 최소의 원하는 내부 경로 손실 레벨이 지원될 수 있도록 충분히 강한 외부 RF 신호가 이용 가능하면, (도 3에 도시한) LED(50) 점등과 같은 시각적 표시를 개인에게 제공한다는 것이다. 이로써, 기술자가 RF 측정을 할 필요가 없게 된다. 적분 중계기 회로는 이러한 LED가 점등되는 경우에만 중계기가 기능할 수 있게 한다. 이로써, 무선 서비스 제공자에게, 항상, RF 커버리지 서비스의 최소 내부 등급을 제공하는 능력이 부여된다. 이러한 특징으로 인해, 무선 서비스 제공자가 최소의 원하는 내부 링크 버짓을 선택할 수 있게 함으로써 소비자의 불만을 없앨 수 있다.

레일리 페이딩은 외부 안테나(34)의 배치를 더 복잡하게 한다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 외부 안테나를 단지 몇 인치 이동하여도 도 20~25dB의 심한 신호 페이딩을 가져올 수 있다. 이러한 심한 페이딩으로 인해, 내부 링크 버짓이 상당히 감소되거나, 중계기 안테나 어셈블리(30)가 특정 가정에서는 사용될 수 없게 될 수 있다. 수신된 RF 신호 출력의 추가적인 시각적 표시(즉, 보다 강한 것으로 수신된 RF 신호를 나타내기 위한 복수의 순차적으로 점등되는 LED)를 제공함으로써, 가정 소비자가, 최소 또는 최소의 내부 링크 버짓보다 우수한 내부 링크 버짓이 지원되는 레일리 페이딩 예외적인 안테나 위치를 발견하는 것이 가능할 것이다.

가정 또는 소규모 기업의 지리적 위치는, 불충분하게 수신되는 외부 RF 신호로 인해 원하는 최소 내부 링크 버짓이 지원될 수 없는 위치일 수 있다. 이러한 경우가 발생하면, 어떤 LED(50)도 점등되지 않고, 중계기도 동작하지 않는다. 가정이, "나머지" 또는 잉여 매크로 셀 링크 버짓 R이 있도록 물리적으로 배치되면, 거기에 외부 안테나(34)가 배치된 것처럼 높은 출력 레벨 R dB로 전송할 수 있다. 그 나머지 매크로 셀 링크 버짓은 내부 링크 버짓을 제공하는데 있어서 중계기 이득을 보충한다.

일반적으로, 물리적으로 참여 매크로 셀에 더 가까이 배치되는 가정은 가정이 더 멀리 배치되는 것보다 큰 나머지 링크 버짓을 가진다. 따라서, 보다 가까이 배치되는 가정은 일반적으로 보다 우수한 내부 커버리지를 가진다. 또한, 가정은 외부에 보다 강한 "접속 및 제어 채널" 신호 출력을 가져서, 제 1 LED(50)가 점등하는 임계값은 나머지 정도 및 내부 링크 버짓이 지원되는 양을 판정한다. 그래서, LED 임계 값은 최소의 원하는 내부 링크 버짓을 결정한다.

LED 임계 값은 최대로 허용 가능한 중계기 이득에 대해 최소 내부 링크와 이용 가능한 나머지 버짓 간에 트레이드 오프하는 링크 버짓 방법에 따라 달라진다. 원하는 최소 내부 링크 버짓 값은 서비스 제공자에 의해 정책적으로 선택된다. 최대 허용 가능한 중계기 이득은 전술한 바와 같이 안테나 어셈블리 설계와 동작 주파수에 따라 달라진다. 이용 가능한 나머지 링크 버짓은 참여 기지국의 위치에 대한 집의 위치에 따라 달라진다. 링크 버짓 방법의 세부사항들은 특정 CAI에 특수한 잡음 및 간섭 처리에 따라 달라진다. 당업자라면, 이러한 일반적인 설명으로부터, 그 특정한 CAI 및 안테나 어셈블리에 적절한 세부사항들을 적용하는 방법을 알 수 있을 것이다.

"나머지" 링크 버짓 R의 가장 직관적인 정의는, 모바일이 외부 안테나가 배치되는 위치에 정확하게 배치되면 최대 전송 모바일 출력와 실제 전송 모바일 출력(dB 단위)간의 차이이다. 균형을 이루는 참여 셀 링크 버짓으로, 나머지 링크 버짓 또한 다음과 같이 수학적으로 나타낼 수 있다. 즉,

이며, 여기서, R은 직관적으로 정의되는 나머지 링크 버짓(~dB)이고, M은 건물 또는 차량 투과 손실을 제외하고 CAI에 특정적인 참여 매크로 셀 링크 버짓(~dB)이고, 안테나 이득은 ~dBi이고,

는 기지국 증폭기 출력과, 외부 중계기 안테나가 배치되는 창 밖의 지점 사이의 손실(~dB)이다.

는 L과 상당히 다르게 정의됨을 주의하라. 보다 정확하게, L은 참여 기지국 증폭기 출력과, 하향링크 중계기 증폭기로의 입력 사이의 손실로서 정의된다.

과 L은

으로 관련되며, 여기서, C1은 케이블이며, 외부 안테나 단자로부터 하향링크 중계기 증폭기로의 입력으로의 RF 결합 손실(~dB)을 나타내고, Ant_outside는 외부 중계기 안테나의 이득(~dBi)을 나타낸다.

따라서, 하향링크 입력 증폭기에서 참조되는 나머지 링크 버짓 R은 다음과 같이 제공된다. 즉,

이며, 여기서, R'은 하향링크 중계기 증폭기로의 입력에서 참조되는 나머지 링크 버짓(~dB)을 나타낸다.

내부 링크 버짓 LB_inside는 다음과 같이 제공된다. 즉,

이며, 여기서, LB_inside는 내부 링크 버짓 또는 내부 경로 손실(~dB)을 나타내고, G는 중계기 증폭기의 자동으로 설정된 이득(~dB)을 나타내고, Ant_inside는 내부 안테나의 이득(~dBi)을 나타낸다.

내부 링크 버짓 LB_inside는 직관적인 나머지 링크 버짓 R의 항으로 나타낼 수 있다. 즉,

G < G_fb인 집합 L에 대해서는,

이고,

그 외에는

이며, 여기서, R 및 G는 ~dB의 L의 모노톤 함수를 나타내고, G_fb(~dB)는 포지티브 피드백을 방지하기 위해 룩업 테이블 내에 입력되는 최대 이득이며, 안테나 어셈블리 설계에 따라 달라질 수 있다.

즉, 중계기 이득은,

G < G_fb(~dB)도록 모든 L에 대해서는

이고,

그 외에는 G = G_fb(~dB)

로서 포지티브 피드백을 방지하기 위해, G < G_fb 도록 L의 추정치를 기초로 하여 자동으로 설정되며, 여기서, G는 자동으로 설정되는 상향링크 및 하향링크 중계기 이득(~dB)을 나타내고,

는 중계기 증폭기의 잡음 수치(~dB)를 나타내며,

= 10log(F)이고, K = 10log(k)이며, k는 k < 1로서, L을 추정하는 정확도를 고려하기 위해 위에서 정의한 오프셋 파라미터이다.

G < G_fb인 경우에,

이다.

따라서, 내부 링크 버짓은

이 된다.

G = G_fb인 경우에, 원하는 최소 내부 링크 버짓 D_inside(~dB)을 선택한다.

그러면, 나머지 링크 버짓은

을 만족해야 한다.

집은 참여 매크로 셀 내에 배치되어야 하며, 최소의 원하는 내부 링크 버짓을 달성하기 위한 경로 손실(~dB)은 다음과 같다. 즉,

의 최대값은

_max이며, 다음과 같다. 즉,

도 4는 다음 파라미터 값:

M = 154 dB = 건물 또는 차량 통과 손실을 제외한 매크로 셀 링크 버짓

G_fb = 표 1에서 하나의 실시예로서 도시한 안테나 어셈블리에 의해 지원되는 것처럼 70dB

Ant_inside + Ant_outside - C1 = 6dB

에 대해서, 원하는 내부 링크 버짓 D_inside 대 최대 손실

_max간의 예시적인 트레이드오프를 나타낸다.

도 4는 원하는 내부 링크 버짓이 클수록, 참여 제공자 매크로 셀로부터 서빙되는 가정 또는 소규모 기업으로의 최소 손실

이 작아지는 정도를 도시하는 파일럿(80)을 포함한다. 이는, 중계기가 커버하는 가정이 적을수록, 최소 원하는 내부 링크 버짓이 커진다는 것을 의미한다. 정확한 트레이드오프는 사용되는 특정 CAI 링크 버짓, 동작 주파수 및 안테나 어셈블리에 따라 달라질 것이다.

LED(50)와 같은 최소 RF 신호 세기 표시자는 RF 신호 레벨에서 최대 손실

_max에 해당하는 레벨이 수신되면 트리거된다. 트리거 레벨은 CAI 및 안테나 어셈블리 설계에 따라 다르다. 손실 L에 대한 L1 추정치를 사용하는 일반적인 CDMA CAI 실시예에서,

이며, 여기서, P₀는 기지국에서 전달되는 파일럿 출력(~dBm)이고, P_rcvpilot은 중계기로의 입력에서 수신된 출력(~dBm)이다.

이므로, 최대 손실

_max에서, 가장 약한 LED RF 신호 출력 표시자는

의 최소 RF 신호 출력을 나타내도록 조정되며, 여기서 P_rcvpilotmin = 최소 RF 신호 표시자 임계치(~dBm)이고, D_inside = 최소 원하는 내부 링크 버짓(~dBm)이고, G_fb = 포지티브 피드백을 방지하기 위한 룩업 테이블 내의 최대 이득(~dB)이다.

추가 RF 신호 출력 표시자는 레일리 페이딩을 방지하기 위한 안테나 배치를 가능하게 하기 위해 5 내지 10 dB 단계 더 높게 설정될 것이다.

손실 L에 대한 L2 추정치를 사용하는 일반적인 CDMA CAI 실시예에서,

이며, 여기서, P₀는 기지국에서 전달되는 파일럿 출력(~dBm)이고, P_rcv는 중계기로의 입력에서 전체 수신된 출력이고, k'는 L2 이상 무한대로 정의되는 오프셋 파라미터 k' > 1이다.

이므로, 최대 손실

_max에서, 가장 약한 LED 표시자는

의 최소 RF 신호 출력을 나타내도록 조정되며, 여기서 P_rcvmin = 최소 RF 신호 표시자 임계치 수(~dBm)이고, D_inside = 최소 원하는 내부 링크 버짓(~dBm)이고, G_fb = 포지티브 피드백을 방지하기 위한 룩업 테이블 중 최대 이득(~dB)이다.

이와 유사한 LED 임계치가 L 및 기타 CAI의 기타 추정치를 위해서 계산될 수 있다.

도 1을 참조하면, 제 2 중계기 안테나 어셈블리(80)는 건물(26)과 연관되어 있다. 이러한 예에서, 하나의 중계기 안테나 어셈블리는 음성 통신 전용인 주파수로 튜닝되고, 나머지 중계기 안테나 어셈블리는 데이터 통신 전용인 주파수로 튜닝된다. 이러한 예에서, 무선은 음성(즉, POTS) 통신을 위해 그리고 인터넷 서비스를 위해 사용되어 예를 들어, 유선 기반 DSL 접속을 대체할 수 있다. 중계기는 음성만, 데이터만 또는 음성과 데이터를 함께 지원하는 단일 또는 다중 캐리어를 지원하도록 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 중계기는 CDMA IS-95, CDMA 1X, CDMA DO, CDMA DV, UMTS, HSDPA, GSM, GPRS, EDGE 및 및 OFDMA를 지원하도록 튜닝될 수 있다.

모바일 장치는 건물(26) 내에서 적절한 RF 커버리지에 따라 사용되는 서로 다른 유형의 통신에 따라, 적절한 개수의 중계기 안테나 어셈블리가 선택될 수 있다. 위에서 개시한 이득 조정 및 링크 버짓 밸런싱 기술이 제공되면, 본 발명의 일 실시예에 따라 설계된 복수의 중계기 안테나 어셈블리를 구비함으로써, 포지티브 피드백 또는 기지국 수신기의 감도 감소의 위험이 나타나지 않게 된다.

전술은 제한적인 것이 아니라 예시적이다. 당업자에게는, 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 개시한 예에 변형 및 수정이 명백하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명에 제공되는 법적 보호의 범주는 다음 청구의 범위에 의해서만 제한될 수 있다.

기지국 감도 감소 및 포지티브 피드백을 방지하며, 내부 RF 커버리지를 확대할 수 있다.

Claims

중계기 안테나 어셈블리를 사용하는 통신 방법으로서,

상기 중계기 안테나 어셈블리와 연관되어 있는 경로 손실을 기초로 하여 상기 중계기 안테나 어셈블리의 이득을 자동으로 조정하는 단계를 포함하는

통신 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 경로 손실을 자동으로 추정하는 단계와,

원하는 상기 이득 대 상기 추정 손실의 비를 만족하도록 상기 이득을 자동으로 조정하는 단계를 포함하는

통신 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 중계기 안테나 어셈블리가 수신하는 신호의 강도를 판정하는 단계와,

상기 판정된 강도를 기초로 하여 추정되는 손실을 판정하는 단계를 포함하는

통신 방법.
제 1 항에 있어서,

하향링크 이득을 상향링크 이득과 동일하게 설정하는 단계를 포함하는

통신 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 중계기 안테나 어셈블리가 수신하는 신호의 강도를 판정하는 단계와,

상기 판정된 강도가 최소의 원하는 링크 버짓에 해당하는 임계치를 초과하면 표시를 제공하는 단계를 포함하는

통신 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 판정된 강도를 기초로 하여 상기 표시를 조정하는 단계를 포함하는

통신 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 중계기 안테나 어셈블리와 연관되어 있는 최소 링크 버짓을 유지하도록 상기 이득을 설정하는 단계를 포함하는

통신 방법.
제 1 항에 있어서,

제 1 중계기 안테나 어셈블리를 데이터 또는 음성 통신 중 적어도 하나에 전용인 제 1 주파수에 할당하는 단계와,

제 2 중계기 안테나 어셈블리를 데이터 또는 음성 통신 중 적어도 나머지 하나에 전용인 제 2 주파수에 할당하는 단계를 포함하는

통신 방법.
제 1 항에 있어서,

안정된 중계기 안테나 어셈블리 또는 안정된 기지국 동작 중 적어도 하나에 해당하는 최대치로 상기 이득을 설정하는 단계를 포함하는

통신 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 안정된 중계기 안테나 어셈블리는 실내 안테나 및 실외 안테나를 포함하며,

상기 안테나와 연관되는 포지티브 피드백이 없도록 상기 안테나들간의 거리 및 상기 이득을 설정하는 단계를 포함하는

통신 방법.