KR20060092794A - 시분할 이중 무선 네트워크에서 송수신 스위칭 장치 - Google Patents

시분할 이중 무선 네트워크에서 송수신 스위칭 장치 Download PDF

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KR20060092794A
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Abstract

본 발명은 TDD 송수신기를 안테나에 커플링하기 위한 송수신(T/R)스위치에 관한 것으로, (1)송신 모드 중에 상기 RF 송수신기의 송신 경로로부터 송신신호를 수신하기 위한 제1포트와, 송신 모드 중에 상기 송신신호를 상기 안테나로 보내고 수신 모드 중에 상기 안테나로부터 수신된 신호를 수신하는 제2포트와, 수신 모드 중에 상기 수신된 신호를 상기 RF송수신기의 수신 경로로 보내기 위한 제3포트를 포함하는 제1 서큘레이터와, (2)수신 모드 중에 상기 제1서큘레이터의 상기 제3포트로부터 상기 수신된 신호를 수신하는 제1포트와, 수신 모드 중에 상기 수신된 신호를 상기 RF 송수신기를 향해 보내는 제2포트를 포함하는 제2서큘레이터와, (3)제2서큘레이터의 제3포트에 정합(coupling)된 터미네이션 부하를 구비하며, 상기 서큘레이터는 송신 모드 중에 안테나로부터 반사된 RF에너지를 터미네이션 부하로 변환함을 특징으로 한다.
서큘레이터, 터미네이션 부하

Description

시분할 이중 무선 네트워크에서 송수신 스위칭 장치{APPARATUS FOR TRANSMIT AND RECEIVE SWITCHING IN A TIME-DIVISION DUPLEXING WIRELESS NETWORK}
도 1a는 종래 기술에 따른 기지국의 일부분을 선택적으로 나타낸 도면,
도 1b는 또 다른 종래 기술에 따른 것으로서, 레이더 시스템의 구성의 일부분을 선택적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 송수신 스위치를 포함하는 기지국의 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 도 2의 송수신(T/R) 스위치를 보다 상세하게 나타낸 구성도,
도 4는 도 3의 예시적 송수신(T/R) 스위치에서 비정상(높은 안테나 VSWR) 송신 모드 상태를 설명하기 위한 구성도,
도 5는 도 3의 예시적 송수신(T/R) 스위치에서 정상 수신 모드 상태를 설명하기 위한 구성도,
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따라 도 2의 비정상 송신 모드 중에 송수신(T/R) 스위치를 보다 자세히 나타낸 구성도,
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따라 도 2의 송수신(T/R) 스위치를 보다 상세하게 나타낸 구성도,
도 8은 본 발명의 제4 실시 예에 따라 도 2의 송수신(T/R) 스위치를 보다 상세하게 나타낸 구성도.
본 발명은 시분할 이중(TDD: Time Division Duplexing) 무선 네트워크에 관한 것으로서, 특히 시분할 이중 무선 네트워크의 기지국에서 사용되는 송수신 스위치칭 장치 및 방법에 관한 것이다.
시분할 이중 무선 네트워크에서의 기지국은 고속의 송수신(T/R) 스위치를 이용하여 송신 주기 중에 송신 경로로, 그리고 수신 주기 중에는 수신 경로로 안테나를 각각 교대로 정합(coupling)한다. 종래의 기지국은 일반적으로 송수신 스위치로서 핀 다이오드 스위치(Pin-Diode Switch)를 이용하고 있다. 레이더 신호의 시분할 이중(TDD)을 위해서 과거에 서큘레이터(circulator)를 사용하였으나 일반적으로 기지국에서는 이것을 사용하지는 않는다.
도 1a는 종래 기술에 따른 기지국(100A)의 일부를 선택적으로 나타낸 도면이다. 여기서 기지국(100A)은 시분할 이중(TDD) 송수신기(X-CVR)(110), 핀-다이오드 스위치 모듈(115), 안테나(150)를 포함한다. TDD 송수신기(110)는 송신 경로 및 수신 경로를 포함한다. TDD 송수신기(110)의 송신 경로는 송신(XMIT)회로(111), 전력증폭기(PA)(112), 저잡음 증폭기(LNA)(121) 및 수신(RCV)회로(122)를 포함한다.
핀 다이오드 스위치 모듈(115)은 캐패시터(125), 인덕터(130), 캐패시터(135), 핀 다이오드(140), 캐패시터(145), λ/4 송신라인(155), 핀 다이오드(160), 캐패시터(165)를 포함한다. 기지국 송수신기 서브시스템(BTS : Base Transceiver Subsystem) 제어기(도면에 도시되지 않음)로 들어가는 T/R 스위치 제어신호는 필터링된 바이어스 라인(즉, 캐패시터(135) 및 인덕터(130))에 연결되며, 이 바이어스 라인을 통해서 송신 중에는 핀 다이오드(140)를 턴온하고, 수신 중에는 핀 다이오드(140)를 턴오프한다. 송신 주기 중에, λ/4 송신라인(155) 및 핀 다이오드(160)는 전력 증폭기(112)로부터의 송신 신호에 대해 높은 임피던스(또는 개방회로)를 나타낸다. 수신 주기 중에, LNA 입력 임피던스(예를들면 50 옴)와 병렬로된 λ/4 송신라인(155)과 옵셋 상태(개방) 핀 다이오드(160)는 안테나(150)로부터의 수신 신호에 대해 50 옴(ohms) 임피던스를 부여한다.
그러나, 송신기 경로에서의 핀 다이오드(140)는 높은 송신 삽입 손실(예를들면 0.75dB 내지 1.5dB의 손실) 및 높은 수준의 고조파와 제3차 혼변조 신호의 원인이 된다. 고조파 및 혼변조 신호는 핀 다이오드(140)의 비선형특성을 야기한다.
도 1b는 또 다른 종래 기술에 따른 레이더 시스템의 구성 부분을 선택적으로 나타낸 도면이다. 레이더 시스템(100B)은 송신기(180), 수신기(185), 서큘레이터(190) 및 안테나(195)를 포함한다. 서큘레이터(190)는 3개의 포트, 즉 제1포트(1), 제2포트(2), 제3포트(3)를 가지고 있다. 신호는 이들 포트 중 어느 하나로 진입하여 원형 화살표 방향을 따라서 진행하다가 다음 포트로 나온다.
따라서, 이상적인 경우, 송신기(180)로부터의 송신신호는 제1포트(1)로 진입 하여 제2포트(2)에서 안테나(195)로 방출되고, 제3포트(3)를 통해 수신기(185)로 나오는 신호성분은 조금도 없다. 또한, 이상적인 경우, 안테나(195)로부터의 수신신호는 제2포트(2)로 진입하여 제3포트(3)에서 수신기(185)로 방출되며, 제1포트(1)를 통해 송신기(180)로 방출되는 신호성분은 조금도 없다.
그러나, 서큘레이터 자체가 높은 안테나 정재파비(VSWR:Voltage Standing Wave Ratio)를 갖는 경우 수신기 입력 자체를 보호할 수 없다. 높은 VSWR 안테나 상태는 송신신호 전력의 일부 또는 전부를 직접 수신기(185)로 반사하며, 그 결과 저잡음 증폭기에 손상을 줄 수 있다. 2차적인 문제로는 수신 모드 중에 송신신호가 없더라도 송신기(180)의 출력에는 대체로 높은 송신기 이득 때문에 실질적으로 노이즈가 존재하게 된다. 이러한 노이즈는 감소된 신호대잡음비(SNR:Signal-to- Noise Ratio) 때문에 안테나(195)를 벗어나 수신기(185)로 진입하여 이 수신기(185)의 감도를 저하시킬 수 있다. 따라서, 안테나 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio, 정재파비)이 송신하기 전에 확실하게 낮아지지 않는한 도 1b에서의 서큘레이터 구성은 고전력 송신기를 위해서 바람직한 기술수단이 될 수 없다.
따라서, 시분할 이중(TDD:Time Division Duplexing) 무선 네트워크에서 사용될 수 있는 개선된 기지국이 필요하며, 특히 TDD 무선 네트워크의 기지국 송수신기 서브시스템(Base Transceiver Subsystem)을 위해 개선된 송수신 스위치가 필요하다.
본 발명은 서큘레이터, 동조 필터(tunable filter), 송신라인 및 핀 다이오드로된 구성을 이용하여 송신 모드로부터 반사된 RF 에너지를 터미네이션 부하로 변환하고, 상기 터미네이션 부하에서 반사된 RF 에너지를 안전하게 분산시키는 기술을 제공하며, 또한 핀 다이오드 및 λ/4 송신라인을 이용하여 수신 모드 중에 전력증폭기로부터의 노이즈를 수신 경로부터 멀리 반사시킬 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 시분할 이중(TDD: time-division duplex operation) 동작을 할 수 있는 무선 주파수(RF) 송수신기를 안테나에 정합하기 위한 송수신 스위치로서, (1)송신 모드 중에 상기 RF 송수신기의 송신 경로로부터 송신신호를 수신하기 위한 제1포트와, 송신 모드 중에 상기 송신신호를 상기 안테나로 보내고 수신 모드 중에 상기 안테나로부터 수신된 신호를 수신하는 제2포트와, 수신 모드 중에 상기 수신된 신호를 상기 RF 송수신기의 수신 경로로 보내기 위한 제3포트를 포함하는 제1 서큘레이터와, (2)수신 모드 중에 상기 제1서큘레이터의 상기 제3포트로부터 상기 수신된 신호를 수신하는 제1포트와, 수신 모드 중에 상기 수신된 신호를 상기 RF 송수신기를 향해 보내는 제2포트를 포함하는 제2서큘레이터를 구비한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 특징으로서, 본 발명의 송수신 스위치는 상기 제2서큘레이터의 제3포트에 정합된 터미네이션 부하를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 특징으로서, 송신 모드 중에 상기 안테나로부터 반사된 RF 에너지는 상기 제1서큘레이터의 상기 제2포트에 수신되고, 상기 제1서큘 레이터의 상기 제3포트로부터 상기 제2서큘레이터의 상기 제1포트로 송신된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 특징으로서, 송신 모드 중에 상기 제2서큘레이터의 상기 제1포트를 통해 상기 제1서큘레이터로부터 수신된 상기 반사 RF 에너지는 상기 제2서큘레이터의 상기 제2포트로부터 상기 RF 송수신기의 상기 수신 경로를 향해 송신된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 특징으로서, 상기 송신 모드 중에 상기 RF 송수신기로부터 반사되어 복귀한 RF 에너지는 상기 제2서큘레이터의 상기 제2포트에서 수신되고, 상기 제2서큘레이터의 상기 제3포트로부터 상기 터미네이션 부하를 향해 송신된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 특징으로서, 상기 제1서큘레이터의 상기 제1입력과 접지 사이에서 직렬로 접속된 λ/4 송신라인과 핀 다이오드를 더 포함하고, 상기 λ/4 송신라인은 송신 모드 중에 상기 송신 신호에 대해 높은 임피던스를 가지고, 상기 수신 모드 중에 상기 RF 수신기에서의 전력증폭기로부터의 노이즈 신호에 대해서는 낮은 임피던스를 갖는다.
본 발명의 또 다른 바람직한 특징으로서, 상기 제2서큘레이터의 상기 제2포트와 상기 RF 송수신기의 상기 수신 경로 사이에 정합된 동조 필터를 더 포함하고, 상기 동조 필터는 수신 모드 중에 상기 수신된 신호가 상기 RF 송수신기의 상기 수신 경로를 통과하는 것을 가능하게 하고, 송신 모드 중에 상기 반사 RF 신호를 상기 제2서큘레이터로 반사하여 복귀시킨다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구성특징으로서, 상기 제2서큘레이터의 상기 제 2포트와 상기 RF 송수신기의 상기 수신 경로 사이에 직렬로 정합된 동조필터와 λ/4 송신라인을 더 포함하고, 상기 λ/4 송신라인은 송신 모드 중에 높은 임피던스를 가지고, 송신 모드 중에 상기 반사 RF 신호를 상기 제2서큘레이터로 반사하여 복귀시킨다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 하기 전에, 먼저, 본원 특허 출원 명세서에서 사용되는 특정 용어 또는 구문에 대해 설명을 하는 것이 바람직할 것이다. 여기서 사용되는 "포함한다", "가진다" 또는 그에 상응하는 단어는 제한 없는 포함관계를 의미한다. 용어 "또는"은 및/또는 을 의미하는 포함관계를 말한다. 문구 "관련되는", "그것과 관련되는" 또는 이것의 상응하는 문구는 "포함하는", "...내에서 포함되는", "상호 관련되는", "..에, 또는 ..와 접속하는", "...에, 또는 ...와 함께 결합하는", "...와 통신가능한", "...와 협력하는", "...사이에", "병렬하는", "...에 근접하는", "...에 또는 ...와 함께 묶인", "갖는", "... 특성을 갖는" 등을 의미한다. 용어 "제어기"는 하나 이상의 동작을 제어하는 장치, 시스템 또는 그 부품을 의미하며, 이러한 장치는 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어나, 그 밖에도 이들의 2가지 이상의 조합으로 구현된다. 특정 제어기와 관련된 기능성은 집중적일 수도 있고, 이산적일 수도 있으며, 또한 국부적일 수도 있고, 원격적일 수도 있다. 특정 단어 또는 문구에 대한 정의는 본 출원명세서 전반에 걸쳐 제공되며, 당분야의 통상의 기술자라면 대부분, 또는 대부분이 아니더라도, 이러한 정의가 본 명세서 이전에 이미 사용된 것이거나 이후 사용에 적용될 수 있는 것임을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 원리를 설명하기 위해 다음에 설명하는 도 2 내지 도 8, 그리고 여러 가지 실시 예는 단지 예시를 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 당분야의 통상의 기술자라면 적절한 구성의 기지국으로 본 발명의 원리를 실현할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 원리에 따라서 송수신 스위치를 포함하는 예시적 기지국(101)을 나타낸 도면이다. 기지국(101)은 기지국 제어기(BSC:Base Station Controller)(210) 및 기지국 송수신국(BTS: Base Transceiver Station)(220)을 포함한다. BTS(220)는 BTS 제어기(225), 채널 제어기(Channel Cont.)(235)(이것은 대표 채널 엘리먼트(240)를 포함한다), 송수신기 인터페이스(Transceiver IF)(245), RF 송수신기(250), 송수신(T/R) 스위치(255) 및 안테나(260)를 포함한다.
BTS 제어기(225)는 BTS(220)의 전체 동작을 제어하고 BSC(210)와 통신하는 동작 프로그램을 실행할 수 있는 처리회로 및 메모리를 포함한다. 정상 상태에서, BTS 제어기(225)는 채널 제어기(235)의 동작을 감독하며, 상기 채널 제어기(235)는 예를 들면 순방향 채널 및 역방향 채널로 양방향 통신을 수행하는 채널 엘리먼트(240)와 같은 다수의 채널 엘리먼트를 포함한다. 여기서 "순방향" 채널은 기지국으로부터 이동국으로 신호가 밖으로 나가는 아웃밴드(outband)신호(즉 하향링크 신호)이고, "역방향" 채널은 이동국으로부터 기지국으로 신호가 들어오는 인밴드(inband)신호(즉 상향링크 신호)를 말한다. 송수신기 IF(245)는 채널 제어기(235) 와 RF 송수신기(250) 사이에서 양방향 채널 신호를 중계한다.
BTS 제어기(225)는 또한 송수신 (T/R) 스위치(255)의 동작을 제어한다. T/R 스위치(255)는 RF 송수신기(250)와 안테나(260) 사이에서 양방향 RF 신호를 중계한다. 안테나(260)는 T/R 스위치(255)로부터 수신된 순방향 채널 신호를 BS(101)의 커버리지 영역에 있는 이동국으로 송신한다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 안테나(260)는 3섹터 안테나와 같은 다중 섹터 안테나이며, 여기서 각 안테나 섹터는 커버리지 영역의 120ㅀ 아크(arc)에서 송신 및 수신을 관장한다.
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 것으로서, BTS(220)에서의 송수신(T/R) 스위치(255)의 구성을 나타낸 것이다. BTS(220)에서의 RF 송수신기(X-CVR)(250)는 송신 경로 및 수신 경로를 포함한다. RF 송수신기(250)의 송신 경로는 송신(XMIT)회로(301)와 전력증폭기(PA)(302)를 포함한다. RF 송수신기(250)의 수신 경로는 저잡음 증폭기(LNA)(303) 및 수신(RCV) 회로(304)를 포함한다.
T/R스위치(255)는 서큘레이터(310)(315), 고전력 터미네이션 부하(320)(예를들면 50옴), 주파수 동조 필터(325), λ/4 송신라인(330), 핀 다이오드(335), 드라이버(340)(345), 인덕터(350)(355)를 포함한다. T/R 스위치(255)는 송신 모드 중에 안테나로부터 반사된 고전력으로부터 수신기 입력을 보호하여 도 1b의 서큘레이터 T/R 스위치의 기능을 향상시키며, 수신 모드 중에 송신기 노이즈를 차단(고립)하여 수신기를 보호한다.
송신 모드 중에 BTS 제어기(225)는 인에이블(enable) 제어 전압을 드라이버(340)와 인덕터(350)를 통해 핀 다이오드(335)에 인가한다. 송신 모드 중에, 핀 다 이오드(335)는 온이 되면서 거의 완벽한 쇼트 회로(short circuit)가 된다. λ/4 송신라인(330)은 임피던스 인버터로서 송신 모드 중에 PA(302)로부터의 출력 신호에 대해 거의 완벽한 개방회로가 된다. 동조 필터(325)는 수신기 입력으로부터 떨어져 원하지 않는 송신기 전력을 반사한다. 따라서, 송신 모드 중에 BTS 제어기(225)는 제어전압을 드라이버(345)와 인덕터(355)를 통해 동조 필터(325)로 인가하며, 여기서 인덕터(355)는
Figure 112005025015103-PAT00001
에 대한 이탈공명(off-resonance)으로 동조필터(325)를 동조시킨다. 따라서 동조필터(325)는 쇼트회로가 된다.
수신 모드 중에, BTS제어기(225)는 드라이버(345) 및 인덕터(355)를 통해 동조필터(325)로 제어전압을 인가하며, 여기서 인덕터(355)는 올바른 수신 대역 주파수로 동조필터(325)를 동조한다. 수신 모드 중에, 핀 다이오드(335)는 오프되고, 거의 완벽한 개방회로가 된다. λ/4 송신라인(330)은 임피던스 인버터로서 수신 모드 중에 PA(302)로부터의 노이즈 신호에 대해 거의 완벽한 쇼트 회로를 제공한다.
RF 송수신기(250)는 송신 모드 중에 TDD 신호를 송신하고, RF 전력은 PA(302)로부터 핀 다이오드(335) 및 λ/4 송신라인(330)으로 흐른다. λ/4 송신라인(330)은 송신 신호에 대해 거의 완벽한 개방회로를 제공하며, 송신 신호가 저손실(예를 들면 0.25dB) 서큘레이터(310)를 경유하여 안테나(260)로 출력되는 것을 가능하게 한다. 점선(399)은 도 3의 송신 RF 신호의 경로를 도시한다. RF 신호는 제1포트(1)를 통해 서큘레이터(310)로 진입하고, 제2포트(2)를 통해 안테나(260)로 출력된다.
도 4는 예시적 송수신(T/R) 스위치(255)에서의 비정상 송신 모드의 상태를 나타낸 것이다. 송신 모드 중에 정상 보다 높은 VSWR(또는 정재파비)상태가 존재하면 RF 전력은 안테나(260)로부터 반사되어 제2포트(2)를 통해 서큘레이터(310)로 진입한다. 반사된 RF전력은 제3포트를 통해 서큘레이터(310)를 나와서 제1포트(1)를 통해 서큘레이터(315)로 입력된다. 반사된 RF 전력은 이후 제2포트(2)를 통해 서큘레이터(315)를 나와서 동조 필터(325)의 입력단에서 근사 쇼트회로(nearly short-circuit)와 접하게 된다. RF 전력은 이후 동조필터(325)에서 반사되어 제2포트(2)를 통해 서큘레이터(315)로 재진입하고, 제3포트(3)를 통해 서큘레이터(315)를 빠져나와, 고전력 터미네이션 부하(320)로 들어가며, 여기서 RF 전력은 안전하게 분산된다. 따라서, 서큘레이터(315) 및 터미네이션 부하(320)는 동조 필터(325)로부터 반사된 모든 송신기 전력을 안전하게 분산시킬 수 있는 작용을 한다. 점선(399)은 PA(302)로부터 안테나(260)까지의 RF 신호의 경로를 나타낸 것이고, 점선(499)은 도 4에서의 정상 VSWR 보다 높아져서 안테나(260)로부터 반사되는 RF 신호의 경로를 나타낸 도면이다.
도 5는 송수신(T/R) 스위치(255)에서 정상 수신 모드를 예시한 도면이다. 수신 모드 중에, 핀 다이오드(335)는 오프되어 거의 완벽한 개방회로가 된다. λ/4 송신라인(330)은 임피던스 인버터로서 PA(320)로부터의 노이즈에 대해 거의 완벽한 쇼트 회로로서 나타난다. 수신 모드 중에, 동조 필터(325)는 공명
Figure 112005025015103-PAT00002
으로 동조되어, 50옴 임피던스로 된다. 수신된 RF 신호는 안테나(260)로 진입하여 점선(599)으로 표시한 바와 같이 서큘레이터(310)(315)를 통해 흐른다. 이후 수신된 RF 신호 는 동조 필터(325)를 통해 흘러서 LNA(303)로 입력된다. PA(302)로부터의 노이즈 신호는 서큘레이터(310)로 흘러들어가지만 쇼트 회로와 같이 보이는 λ/4 송신라인(330)에서 높은 VSWR을 만나며, 결국 점선(590)에 표시한 바와 같이 노이즈 신호는 다시 PA(302)로 반사되어 수신기에 도달할 수 있는 PA 노이즈의 양을 줄일 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2실시 예로서 도 2의 송수신(T/R) 스위치(255)를 보다 상세히 나타낸 도면이다. 도 6의 제2실시 예에 따른 T/R 스위치(255)는 실질적으로 도 3의 제1실시 예의 것과 동일하지만, λ/4 송신라인(605)이 서큘레이터(315)와 동조 필터(325) 사이에 삽입된다는 점에서 서로 상이하다. 송신 모드 중에, 동조 필터(325)는 이탈 공명(off resonance)으로 동조되어 쇼트가 된다. λ/4 송신라인(605)은 임피던스를 반전시켜 매우 높은 VSWR이 된다. 예를 들면, 송신 모드 중에 필터(325)의 임피던스가 1옴이면, λ/4 송신라인(605)은
Figure 112005025015103-PAT00003
으로 표현된다.
상기 높은 임피던스는 큰 RF 신호전력이 송신 모드 중에 동조 필터(325)에 도달하는 것을 방지한다. 점선(698)은 PA(302)로부터 안테나(260)로 송신된 RF 신호의 경로를 나타낸다. 점선(699)은 송신 모드 중에 정상 VSWR 보다 높아져 안테나(260)로부터 반사된 RF 신호의 경로를 예시한 것이다. 그 결과, 1/4 와트(watt) 이하의 파워 레이트를 갖는 보다 작고 저렴한 동조 필터(325)가 필요하다. 이것은 매우 중요한 요소인데 그 이유는 당분야의 현재 기술수준으로 볼 때 TDD 동작을 위해 충분히 빠른 동조를 할 수 있는 동조 필터는 셀폰(cell phone) 전력 레벨들을 정하기 때문이다.
도 7은 본 발명의 제3실시 예에 따른 송수신(T/R) 스위치(255)를 예시한 것이다. 도 7의 제3실시 예에 따른 T/R 스위치(255)는 도 3의 제1실시 예의 T/R스위치(255)의 것과 실질적으로 동일하지만, λ/4 송신라인(605) 및 핀 다이오드(705)가 도 3의 필터(325)와 교체된 점에 차이가 있다. 송신 모드 중에 핀 다이오드(705)가 온이 되고, λ/4 송신라인(605)은 임피더스를 반전시켜 높은 VSWR로 된다. 예를 들면 송신 모드 중에 핀 다이오드(705)의 임피던스가 1옴이면 LNA 입력 임피던스는 50옴이고, λ/4 송신라인(605)은
Figure 112005025015103-PAT00004
이고, VSWR은 2550:50 = 51:1이다. 이것은 동조 필터(325)를 이용하는 것 보다 더 저렴한 방법인데, 그 이유는 신속하고, 낮은 임피던스 핀 다이오드가 단지 몇 달러로 쉽게 실현 가능하기 때문이다. 점선(798)은 PA(302)로부터 안테나(260)로 송신된 RF 신호의 경로를 나타낸다. 점선(799)은 송신 모드 중에 정상 VSWR 보다 높아져 안테나(260)로부터 반사된 RF 신호의 경로를 예시한 것이다.
도 8은 본 발명의 제4실시 예에 따라서 송수신(T/R) 스위치(255)의 구성을 보다 자세히 나타낸 도면이다. 도 8의 실시 예는 도 7의 실시 예의 것과 실질적으로 동일하지만, 서큘레이터(315)와 터미네이션 부하(320)가 제거되었다는 점에서 차이가 있다. 이것은 T/R 스위치(255)의 비용을 보다 저렴하게 할 수 있다. 이들 구성 요소를 제거한 이유는 RF 송수신기(320) 중에서 상업적으로 사용 가능한 PA(302)에 이미 서큘레이터와 터미네이션 부하가 내장되어 있기 때문이다. PA(302)내에 있는 상기 내장형 서큘레이터와 터미네이션 부하는 T/R 스위치(255)로부터 반사된 RF 전력을 분산시킨다.
정상 동작 중에, 높은 VSWR 안테나로부터 반사된 송신기 전력은 도 7에 도시한 바와 같이 λ/4 송신라인(605)으로부터 반사되어 복귀한다. 반사된 RF 전력은 이후 서큘레이터(310)의 제3포트(3)로부터 제1포트(1)로 흘러서 PA(302)로 복귀하며, 여기서 PA(302)에서의 내장형 서큘레이터와 터미네이션 부하에 의해 안전하게 분산된다. 점선(898)은 PA(302)로부터 안테나(260)로 송신된 RF 신호의 경로를 나타낸다. 점선(899)은 송신 모드 중에 정상 VSWR 보다 높아져 안테나(260)로부터 반사된 RF 신호의 경로를 예시한 것이다.
이상과 같이, 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위, 및 그 기술적 사상을 일탈하지 않고도 당분야의 통상의 기술자에 의해 여러 가지 변경 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명은 이상과 같은 구성을 통해 송수신 스위치에서 서큘레이터, 동조 필터, 송신라인 및 핀 다이오드로로 이루어지는 구성을 이용하여 송신 모드로부터 반사된 RF 에너지를 터미네이션 부하로 변환하고, 상기 터미네이션 부하에서 반사된 RF 에너지를 안전하게 분산시킬 수 있으며, 또한 핀 다이오드 및 λ/4 송신라인을 이용하여 수신 모드 중에 전력 증폭기(PA)로부터의 노이즈를 수신 경로부터 멀리 반사시킬 수 있는 기술을 제공할 수 있다.

Claims (24)

  1. 시분할 이중(time-division duplex operation) 동작을 할 수 있는 무선 주파수(RF) 송수신기를 안테나에 정합하기 위한 송수신 스위칭 장치에 있어서,
    송신 모드 중에 상기 RF 송수신기의 송신 경로로부터 송신 신호를 수신하기 위한 제1포트와, 송신 모드 중에 상기 송신 신호를 상기 안테나로 보내고 수신 모드 중에 상기 안테나로부터 수신된 신호를 수신하는 제2포트와, 수신 모드 중에 상기 수신된 신호를 상기 RF 송수신기의 수신 경로로 보내기 위한 제3포트를 포함하는 제1 서큘레이터와,
    수신 모드 중에 상기 제1서큘레이터의 상기 제3포트로부터 상기 수신된 신호를 수신하는 제1포트와, 수신 모드 중에 상기 수신된 신호를 상기 RF 송수신기를 향해 보내는 제2포트를 포함하는 제2서큘레이터를 포함함을 특징으로 하는 송수신 스위칭 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2서큘레이터의 제3포트에 정합된 터미네이션 부하를 더 포함함을 특징으로 하는 송수신 스위칭 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 송신 모드 중에 상기 안테나로부터 반사된 RF 에너지는 상기 제1서큘레이터의 상기 제2포트에 수신되고, 상기 제1서큘레이터의 상기 제3포트로부터 상기 제2서큘레이터의 상기 제1포트로 송신되는 것을 특징으로 하는 송수신 스위칭 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 송신 모드 중에 상기 제2서큘레이터의 상기 제1포트를 통해 상기 제1서큘레이터로부터 수신된 상기 반사 RF 에너지는 상기 제2서큘레이터의 상기 제2포트로부터 상기 RF 송수신기의 상기 수신 경로를 향해 송신되는 것을 특징으로 하는 송수신 스위칭 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 송신 모드 중에 상기 RF 송수신기로부터 반사되어 복귀한 RF에너지는 상기 제2서큘레이터의 상기 제2포트에서 수신되고, 상기 제2서큘레이터의 상기 제3포트로부터 상기 터미네이션 부하를 향해 송신되는 것을 특징으로 하는 송수신 스위칭 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1서큘레이터의 제1입력과 접지 사이에서 직렬로 접속된 λ/4 송신라인과 핀 다이오드를 더 포함하고, 상기 λ/4 송신라인은 송신 모드 중에 상기 송신 신호에 대해 높은 임피던스를 가지고, 상기 수신 모드 중에 상기 RF수신기에서의 전력증폭기로부터의 노이즈 신호에 대해서는 낮은 임피던스를 갖는 것을 특징으로 하는 송수신 스위칭 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2서큘레이터의 상기 제2포트와 상기 RF 송수신기의 상기 수신 경로 사이에 정합된 동조 필터를 더 포함하고, 상기 동조 필터는 수신 모드 중에 상기 수신된 신호가 상기 RF 송수신기의 상기 수신 경로를 통과하는 것을 가능하게 하고, 송신 모드 중에 상기 반사 RF 신호를 상기 제2서큘레이터로 반사하여 복귀시키는 것을 특징으로 하는 송수신 스위칭 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2서큘레이터의 상기 제2포트와 상기 RF 송수신기의 상기 수신 경로 사이에 직렬로 정합된 동조필터와 λ/4 송신라인을 더 포함하고, 상기 λ/4 송신라 인은 송신 모드 중에 높은 임피던스를 가지고, 송신 모드 중에 상기 반사 RF 신호를 상기 제2서큘레이터로 반사하여 복귀시키는 것을 특징으로 하는 송수신 스위칭 장치.
  9. 무선네트워크를 통해 다수의 이동국과 통신 가능한 기지국에 있어서,
    시분할 이중(time-division duplex operation) 동작을 할 수 있는 무선 주파수(RF) 송수신기와,
    상기 RF 송수신기를 안테나에 정합하기 위한 송수신 스위치를 구비하고,
    상기 송수신 스위치는,
    송신 모드 중에 상기 RF 송수신기의 송신 경로로부터 송신신호를 수신하기 위한 제1포트와, 송신 모드 중에 상기 송신신호를 상기 안테나로 보내고 수신 모드 중에 상기 안테나로부터 수신된 신호를 수신하는 제2포트와, 수신 모드 중에 상기 수신된 신호를 상기 RF송수신기의 수신 경로로 보내기 위한 제3포트를 포함하는 제1 서큘레이터와,
    수신 모드 중에 상기 제1서큘레이터의 상기 제3포트로부터 상기 수신된 신호를 수신하는 제1포트와, 수신 모드 중에 상기 수신된 신호를 상기 RF 송수신기를 향해 보내는 제2포트를 포함하는 제2서큘레이터를, 구비하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 송수신 스위치는 상기 제2서큘레이터의 제3포트에 정합된 터미네이션 부하를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 송신 모드 중에 상기 안테나로부터 반사된 RF 에너지는 상기 제1서큘레이터의 상기 제2포트에 수신되고, 상기 제1서큘레이터의 상기 제3포트로부터 상기 제2서큘레이터의 상기 제1포트로 송신되는 것을 특징으로 하는 기지국.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 송신 모드 중에 상기 제2서큘레이터의 상기 제1포트를 통해 상기 제1서큘레이터로부터 수신된 상기 반사 RF 에너지는 상기 제2서큘레이터의 상기 제2포트로부터 상기 RF 송수신기의 상기 수신 경로를 향해 송신되는 것을 특징으로 하는 기지국.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 송신 모드 중에 상기 RF 송수신기로부터 반사되어 복귀한 RF에너지는 상기 제2서큘레이터의 상기 제2포트에서 수신되고, 상기 제2서큘레이터의 상기 제3포트로부터 상기 터미네이션 부하를 향해 송신되는 것을 특징으로 하는 기지국.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 송수신 스위치는 상기 제1서큘레이터의 상기 제1입력과 접지 사이에서 직렬로 접속된 λ/4 송신라인과 핀 다이오드를 더 포함하고, 상기 λ/4 송신라인은 송신 모드 중에 상기 송신 신호에 대해 높은 임피던스를 가지고, 상기 수신 모드 중에 상기 RF수신기에서의 전력증폭기로부터의 노이즈 신호에 대해서는 낮은 임피던스를 갖는 것을 특징으로 하는 기지국.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 송수신 스위치는 상기 제2서큘레이터의 상기 제2포트와 상기 RF 송수신기의 상기 수신 경로 사이에 정합된 동조 필터를 더 포함하고, 상기 동조 필터는 수신 모드 중에 상기 수신된 신호가 상기 RF 송수신기의 상기 수신 경로를 통과하는 것을 가능하게 하고, 송신 모드 중에 상기 반사 RF 신호를 상기 제2서큘레이터로 반사하여 복귀시키는 것을 특징으로 하는 기지국.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 송수신 스위치는 상기 제2서큘레이터의 상기 제2포트와 상기 RF 송수신기의 상기 수신 경로 사이에 직렬로 정합된 동조필터와 λ/4 송신라인을 더 포함하고, 상기 λ/4 송신라인은 송신 모드 중에 높은 임피던스를 가지고, 송신 모드 중에 상기 반사 RF 신호를 상기 제2서큘레이터로 반사하여 복귀시키는 것을 특징으로 하는 기지국.
  17. 무선네트워크의 커버리지 영역에서 다수의 이동국과 통신 가능한 다수의 기지국을 포함하는 무선 네트워크로서, 상기 다수의 기지국 각각은
    시분할 이중(time-division duplex operation) 동작을 할 수 있는 무선 주파수(RF) 송수신기와,
    상기 RF 송수신기를 안테나에 정합하기 위한 송수신 스위치를 구비하고,
    상기 송수신 스위치는,
    송신 모드 중에 상기 RF 송수신기의 송신 경로로부터 송신신호를 수신하기 위한 제1포트와, 송신 모드 중에 상기 송신신호를 상기 안테나로 보내고 수신 모드 중에 상기 안테나로부터 수신된 신호를 수신하는 제2포트와, 수신 모드 중에 상기 수신된 신호를 상기 RF 송수신기의 수신 경로로 보내기 위한 제3포트를 포함하는 제1 서큘레이터와,
    수신 모드 중에 상기 제1서큘레이터의 상기 제3포트로부터 상기 수신된 신호를 수신하는 제1포트와, 수신 모드 중에 상기 수신된 신호를 상기 RF 송수신기를 향해 보내는 제2포트를 포함하는 제2서큘레이터를 포함함을 특징으로 하는 무선 네트워크.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 송수신 스위치는 상기 제2서큘레이터의 제3포트에 정합된 터미네이션 부하를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 송신 모드 중에 상기 안테나로부터 반사된 RF 에너지는 상기 제1서큘레이터의 상기 제2포트에 수신되고, 상기 제1서큘레이터의 상기 제3포트로부터 상기 제2서큘레이터의 상기 제1포트로 송신되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 송신 모드 중에 상기 제2서큘레이터의 상기 제1포트를 통해 상기 제1서큘레이터로부터 수신된 상기 반사 RF 에너지는 상기 제2서큘레이터의 상기 제2포트 로부터 상기 RF 송수신기의 상기 수신 경로를 향해 송신되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 송신 모드 중에 상기 RF 송수신기로부터 반사되어 복귀한 RF에너지는 상기 제2서큘레이터의 상기 제2포트에서 수신되고, 상기 제2서큘레이터의 상기 제3포트로부터 상기 터미네이션 부하를 향해 송신되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 송수신 스위치는 상기 제1서큘레이터의 상기 제1입력과 접지 사이에서 직렬로 접속된 λ/4 송신라인과 핀 다이오드를 더 포함하고, 상기 λ/4 송신라인은 송신 모드 중에 상기 송신 신호에 대해 높은 임피던스를 가지고, 상기 수신 모드 중에 상기 RF수신기에서의 전력증폭기로부터의 노이즈 신호에 대해서는 낮은 임피던스를 갖는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 송수신 스위치는 상기 제2서큘레이터의 상기 제2포트와 상기 RF 송수신기의 상기 수신 경로 사이에 정합된 동조 필터를 더 포함하고, 상기 동조 필터는 수신 모드 중에 상기 수신된 신호가 상기 RF 송수신기의 상기 수신 경로를 통과하는 것을 가능하게 하고, 송신 모드 중에 상기 반사 RF 신호를 상기 제2서큘레이터로 반사하여 복귀시키는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 송수신 스위치는 상기 제2서큘레이터의 상기 제2포트와 상기 RF 송수신기의 상기 수신 경로 사이에 직렬로 정합된 동조필터와 λ/4 송신라인을 더 포함하고, 상기 λ/4 송신라인은 송신 모드 중에 높은 임피던스를 가지고, 송신 모드 중에 상기 반사 RF 신호를 상기 제2서큘레이터로 반사하여 복귀시키는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크.
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