KR20070071567A - 간섭신호 제거 기능을 갖는 무선 중계 시스템 - Google Patents

Abstract

안테나 다이렉트 커플링(Antenna Direct Coupling)에 의한 궤환신호가 포함된 입력신호를 수신하여 불필요한 신호를 제거하는 대역통과 필터와; 상기 대역통과 필터를 거쳐 불필요한 신호가 제거된 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier: LNA)와; 상기 저잡음 증폭기에 의해 증폭된 신호의 간섭 신호 처리를 수행하는 간섭신호 제거부와; 상기 간섭신호 제거부에 의해 간섭신호가 제거된 신호를 증폭하는 채널모듈과; 상기 채널모듈의 출력신호를 증폭하여 서비스 안테나를 통해 방사하는 출력부를 포함하여 이루어지는 간섭신호 제거 기능을 갖는 무선 중계 시스템.

궤환신호, 간섭, 발진, 절연, 지연

Description

간섭신호 제거 기능을 갖는 무선 중계 시스템{A Radio Frequency relay system having an interference canceling function}

도 1은 일반적인 무선 중계 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 예시도.

도 2는 종래 기술에 따른 간섭 신호 제거 기능을 갖는 무선 중계 시스템의 구성을 나타낸 블럭도.

도 3은 본 발명에 따른 간섭 신호의 개념을 나타낸 예시도.

도 4는 도 3의 구체도

도 5는 본 발명에 따른 무선 중계시스템의 주요 구분을 나타낸 구성도

본 발명은 무선 중계 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 송신 안테나를 통해 출력된 신호가 수신 안테나로 궤환되어 발생하는 간섭신호를 제거할 수 있는 기능을 가진 무선 중계 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신용 무선중계기 시스템은 무선신호의 세기를 강하게 하는 장치를 말한다. 도 1은 일반적인 무선 중계 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 예시도이다. 도시된 바와 같이, 기지국(10)의 안테나(11)로부터 출력된 신호는 무 선 중계기(20)의 링크 안테나(21)에 전달된다. 소정의 증폭과정을 거쳐 서비스 안테나(22)를 통해 출력된 신호는 이동통신 단말장치(30)에 구비된 안테나(31)에 전달된다. 무선 중계기(20)는 수신신호가 미약한 곳에 설치되어 미약해진 신호를 증폭시켜 이동 단말기로 출력하거나, 기지국에 전달함으로써, 보다 양질의 이동통신 서비스를 제공하기 위한 목적으로 설치/운용되고 있다.

이러한 무선중계기의 지속적 증가와 무선통신 시스템의 종류가 늘어남에 따라 기지국 수가 증가할 뿐만 아니라 타 무선통신 기지국과의 거리가 가까워지고 주파수 간격이 좁아져 무선 주파수 상호 간에 심각한 간섭이 발생하게 된다.

이러한 현상은 하울링(howling) 및 상호변조왜곡(IMD : Inter Modulation Distortion) 등의 심각한 문제를 초래할 뿐만 아니라 심한 경우에는 무선통신 불능의 사태를 초래할 수도 있다. 또한, 종래 기술에 따른 무선중계기 시스템의 송/수신 장치는 송신 안테나와 수신 안테나가 서로 인접하여 설치됨으로써 송신부로부터 전송된 송신신호의 일부가 수신 안테나에 유입되어 수신부에는 원래의 수신신호에 유입된 신호가 더해져서 나타나는 궤환 현상(feedback loop)이 발생한다. 이와 같은 현상은 수신부에 대한 간섭 요인이 되므로 수신 시스템의 성능을 나쁘게 하는 원인이 된다. 특히, 수신부에는 잡음 및 간섭을 최대한 억제하기 위하여 잡음지수(NF ; Noise Figure)의 특성 및 성능이 우수한 저잡음증폭기를 사용하고 있는데, 상기와 같이 잡음 또는 간섭이 수신기에 혼입되는 경우, 원 신호와 함께 잡음 및 간섭도 증폭된다. 이러한 영향을 최소화하기 위한 하나의 방안으로서 시스템 설계시에 송신부와 수신부를 서로 이격시켜 충분한 절연성(Isolation)을 갖도록 설치하 는 방법이 있다. 그러나, 실제로 송신부와 수신부를 일정 거리만큼 분리하여 설치하는 것은 공간상의 제약이 있으므로 구현이 어렵다. 또한 떨어진 거리만큼 전송선로(케이블)의 길이가 길어지므로 케이블 손실에 의해 신호레벨이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.

이러한 궤환 신호를 제거하기 위해 이용되고 있는 방법은 도 2에서 나타난 바와 같은 구성을 이루고 있다. 중계기의 특성상, 다운 링크(down link)와 업링크(up link) 기능을 동시에 수행한다. 다운 링크와 업 링크는 그 동작이 거의 동일하다 할 수 있으므로 이하에서는 다운 링크에 관하여 설명하기로 한다.

링크 안테나(101)를 통해 수신되는 신호는 대역통과 필터(Band Pass Filter: BPF)(102)를 거쳐 불필요 신호가 제거된다. 링크단 절체용 타이밍 스위치(103)가 다운 링크로 설정되어 있으면, 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier: LNA)(104)로 입력된다. 저잡음증폭기(104)에서 출력되는 신호는 진폭을 일정하게 감쇄시키는 감쇄기(attenuator) (105)를 거쳐 채널 처리부(CH)(106)에 전달된다. 채널 처리부(106)의 중간 주파수단에서 대역필터를 거쳐 다시 한번 불필요 신호 제거 및 이득 설정을 한다. 이때, 원하는 이득은 이득 조절단 (Gain)(113)을 통해 조정된다. 채널 출력신호는 감쇄기(107)를 거쳐 고출력증폭기(High Power Amplifier: HPA)(108)에 제공되어 증폭된다. 고출력증폭기(108)의 출력은 서비스단 절체용 타이밍 스위치(109)에서 다운경로로 설정된다. 스위치 출력신호는 대역통과 필터(BPF)(110)를 거쳐 서비스 안테나(111)를 통해 방사된다. 이때, 업링크 경로는 타이밍 컨트로 신호처리에 따라 신호 전달이 차단되어 신호가 방사되지 않게 된다. 업링크에 대한 기능 동작은 다운링크의 동작 경우와 일치한다. 업 동작에 필요한 구동소자는 다운링크와 동일하다. 즉, 111→110→119→118→117→116→115→102→101의 순으로 수행된다. 이때, 설명되지 않은 타이밍 조절부 (timing)(112)는 다운 링크와 업링크 스위치(103, 109)의 동작을 제어하기 위한 것이고, 기타 제어부(Etc)(114)는 저잡음 증폭기와 채널부 및 고출력증폭기를 제어하기 위한 동작을 수행한다.

단일 주파수 통신 방식은 1개의 주파수를 이용하여 시분할하여 송수신하는 방식이다.

서비스 영역을 늘이기 위한 무선 중계 장치는 낮은 수신신호를 높은 출력으로 만들어 재방사 시켜야 한다. 이때, 1개의 주파수를 사용하므로 증폭된 신호가 반대 링크단으로 영향을 주게 된다. 그러므로 무선 중계장치의 송수신 스위치 절체시 반대 경로에 대하여 충분한 절연(isolation)을 확보하여야 한다. 그리고 무선 중계장치는 링크 안테나와 서비스 안테나에 의한 안테나 간 절연의 영향을 직접적으로 받게 된다. 그러므로 무선 중계장치는 링크 안테나와 서비스 안테나간 절연(isolation) 상관 관계를 고려하여야 한다. 무선 중계장치가 임의 경로의 송신 안테나를 통해 방사된 신호가 수신 안테나로 궤환되는 신호에 의해 발생하는 발진 등 오동작을 하지 않도록 한다. 그러나, 무선 중계장치의 이득 설정 대비 안테나 사이의 절연(isolation)을 높이는 것은 한계가 있다. 또한, 서비스 각도 등 안테나 성능이 변화되어야 하므로 현실적으로 적용하기가 어렵다. 기존의 무선 중계 장치는 궤환(feedback loop) 신호에 의한 장비의 오동작을 막으려고 낮은 이득 설정을 하게 된다. 따라서, 옥외에서는 서비스 영역 확대가 불가능하다.

본 발명은 중계기의 송신 안테나를 통해 송신된 무선 신호가 중계기의 수신 안테나로 궤환되는 간섭신호를 제거할 수 있는 무선 중계 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 방사된 신호에 의한 페이딩(fading) 신호 중 수신되는 최대 세기의 페이딩(fading) 신호를 억압하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수신 안테나로 입력된 신호의 상태를 상시로 감시하여 불안정한 상태로 인한 오동작을 제거하는 것이다.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 간섭신호 제거 기능을 갖는 무선 중계 시스템은 안테나 다이렉트 커플링(Antenna Direct Coupling)에 의한 궤환신호가 포함된 입력신호를 수신하여 불필요한 신호를 제거하는 대역통과 필터와; 상기 대역통과 필터를 거쳐 불필요한 신호가 제거된 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(Low Noise Amolifier: LNA)와; 상기 저잡음 증폭기에 의해 증폭된 신호의 간섭 신호 처리를 수행하는 간섭신호 제거부와; 상기 간섭신호 제거부에 의해 간섭신호가 제거된 신호를 증폭하는 채널모듈과; 상기 채널모듈의 출력신호를 증폭하여 서비스 안테나를 통해 방사하는 출력부를 포함하여 이루어지는 것을 구성의 특징으로 한다.

본 발명에 따른 간섭신호 제거 기능을 갖는 무선 중계 시스템의 세부적 구성 의 특징은 상기 간섭신호 제거부가, 최종 출력단으로부터 추출된 샘플링 신호를 수신하여 외부 안테나 환경에 따른 신호 지연 시간을 맞추기 위한 지연 조절부와; 간섭신호를 제거하기 위한 간섭제거신호의 위상과 진폭을 생성하는 위상 & 크기 조절부와; 서비스 안테나 출력에 따른 궤환 신호량을 측정 및 감지하고, 궤환신호 설정에 따라 상기 채널모듈의 이득을 제어하는 안테나 절연 측정부를 포함하여 이루어지는 점이다.

본 발명에 따른 간섭신호 제거 기능을 갖는 무선 중계 시스템의 다른 세부적 구성의 특징은 상기 출력부는 선형증폭기(Linear Power Amplifier)를 포함하여 구성되는 점이다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

도 3은 본 발명에 따른 간섭 신호의 개념을 나타낸 예시도이다. 도시된 바와 같이, 듀플렉스(Duplexer)를 거쳐 주 경로로 전달된 신호와 안테나에 커플링되어 추출된 신호로부터 위상과 진폭을 검출하여 제거함으로써 무선 주파수(Radio Frequency)가 출력되는 것을 나타낸다. 위상의 검출은 위상 쉬프터(Phase shifter)를 제어하여 원 신호(Original Signal)에 섞여 들어오는 반사파 신호의 위상을 상쇄시키기 위하여 상쇄율(Cancellation Rate)이 가장 높은 최적점을 찾아낸다. 위 상 상쇄(Phase cancellation)가 끝나면, 원 신호에 섞여서 들어오는 반사파 신호의 진폭만큼 상쇄시키는 진폭 검출동작이 수행된다. 이어, 고속의 프로세서를 활용하여 미세한 시간적으로 위상 각도와 진폭을 반복적으로 상쇄시킨다.

도 4는 도 3의 개념을 조금 더 구체화한 구성도이다. 스위치(3)의 상태에 따라 다운 링크(down link) 혹은 업 링크(up link)가 이루어진다. 다운 링크의 경우, 안테나(1)를 통해 수신된 신호는 대역 통과 필터(2)에 의해 소정 대역의 주파수만 걸러진다. 이 신호는 저잡음 증폭기(4)에 의해 소정의 크기를 갖는 신호로 증폭된다. 이후, 주 경로(main path)에 포함된 궤환신호는 간섭제거기(5)에 의해 제거된다. 채널모듈은 궤환신호가 제거된 신호를 증폭하여 서비스 안테나를 통해 출력한다. 한편, 수신 신호 강도 검출(Received Signal Strength Indication)(7)에 따라 다운 링크 혹은 업 링크 수행을 위한 타이밍 생성(8)이 수행된다. 다운 링크 신호가 연속적으로 수신 가능하도록 타이밍 스위치를 설정한다. 채널 모듈(6) 신호의 On/Off 시 전체 수신 신호 강도 레벨을 감지하여 다운 링크의 송신 타임을 측정한다. 다운 링크 송신 타임과 연관된 업 링크 송신 타임을 생성한다.

도 5는 본 발명에 따른 무선 중계시스템의 주요 구분을 나타낸 구성도이다. 도시된 바와 같이, 다운 링크(down link)와 업 링크(up link)를 위해 서로 대칭되는 구성을 이루고 있다. 즉, 기지국으로부터 수신된 신호를 이동통신 단말로 전달하기 위한 다운 링크와, 이동통신 단말로부터 수신된 신호를 기지국에 전달하기 위한 업 링크가 수행된다. 그 기본 동작은 종래 기술에서 설명한 바와 유사하다. 그러나, 도 4에서와 같이, 다운 링크에서 발생되는 간섭신호를 제거하기 위해 저잡 음 증폭기(LNA)(220)와 채널 모듈(240)의 사이에 간섭신호 제거부(230)가 구성된다. 업 링크에서 발생되는 간섭신호는 저잡음 증폭기(LNA)(220)와 채널 모듈(240)의 사이에 간섭신호 제거부(230)에 의해 제거된다.

다운링크의 경우, 링크 안테나로부터 수신된 입력신호(안테나 다이렉트 커플링에 의한 궤환신호가 포함된 신호)는 대역 통과 필터(Band Pass Filter: BPF)를 거쳐 원하는 신호 이외의 불요 신호들을 제거한다.

제거된 신호는 타이밍 처리용 스위치(210)를 거쳐 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier: LNA)(220)로 입력된다. 저잡음 증폭기(220)의 출력 신호는 궤환신호 처리를 위한 간섭신호 처리기능의 위상 & 크기 조절부(Phase Magnitude Control Block)(232)으로 입력된다. 채널모듈(240)이 저이득으로 설정되어 있어 초기에는 궤환신호에 의한 간섭신호가 없으므로 위상 & 크기 조절부(232)는 기능동작을 하지 않는다.

위상 & 크기 조절부(232)의 출력은 채널모듈(240)로 입력된다. 채널모듈의 출력은 서비스 안테나 출력에 따른 궤환 신호량을 감지하기 위한 절연측정부(Measure Block)(233)로 전달된다. 또한, 채널모듈(240)의 출력은 대출력 신호로 증폭하기 위한 선형증폭기(Linear Power Amplifier: LPA)로 입력되며, 초기에는 낮은 출력을 방사한다. 궤환신호량 설정에 따라 절연측정부(233)는 채널모듈(240)의 이득을 높인다. 이득 상승에 따라 출력 안테나로 방사되는 신호의 세기가 높아지고, 궤환신호에 의한 영향을 받게 된다.

궤환값 설정에 따라 절연측정부(233)는 궤환신호량을 측정 감지한다. 이때, 외부 안테나 환경에 따른 신호 지연 시간을 맞추기 위해 지연조절부(Delay Block)(231)를 조정한다. 안테나 직접 커플링에 의한 궤환 신호를 억압하기 위해 위상 & 크기 조절부(232)를 이용하여 위상 및 신호 세기를 조정하여 가장 최상의 값으로 설정한다.

궤환 신호가 억압된 위상 & 크기 조절부(232)의 출력신호는 채널모듈(240)에서 1차 증폭이 된다. 채널모듈(240)는 주파수 안정도를 높이기 위해 1개의 로컬부로 구성되어 있다. 지연조절부(231), 절연측정부(233) 및 위상 & 크기 조절부(232)의 동작에 따라 설정된 값에 의한 채널 출력은 선형증폭기(LPA)(250)로 입력되어 증폭된다. 선형증폭기(250)의 출력은 타이밍 처리용 스위치로 입력된다. 스위치 출력신호는 대역통과 필터(BPF)를 거쳐 서비스 안테나를 통해 방사된다. 업 링크 경로는 타이밍 처리용 스위치의 신호처리에 따라 신호 전달이 차단되어 신호가 방사되지 않는다. 커플러(Coupler)(260)에 의해 발생하는 신호는 간섭제거 회로(230)의 지연조절부(231)로 입력되고, 이 신호는 다시 위상 & 크기 조절부(232)로 전달된다. 지연 시간은 송신 안테나의 반사파가 수신 안테나까지 지연되는 총시간을 나타낸다. 지연조절부(231)는 가변 딜레이 모듈을 이용하여 지연시간과 동일하게 하여 반사파를 제거시키기 위해 최적의 조건을 만든다. 이러한 지연시간은 여러 개의 다중 경로 신호의 수신레벨과 관계된다. 수신 안테나에 같은 시간 축에 여러 개의 다중 경로의 신호가 수신되었을 때, 그 신호들의 레벨의 차이를 식별하여, 신호의 크기가 가장 센 신호를 분석하는 데 활용된다. 업 링크에 대한 기능 동작은 다운 링크의 동작 경우와 일치한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 간섭제거기를 이용하여 궤환신호를 제거함과 동시에 발진을 방지하게 된다. 송수신 안테나 사이의 절연(isolation)을 검출하여 이득을 자동 조절하고, 상쇄(cancellation)기능으로 상쇄율(Cancellation Rate)만큼 중계기 출력을 향상하여 그 커버리지(coverage) 영역을 확대할 수 있는 효과를 나타낸다. 안테나 절연(isolation) 대비 -5데시벨(㏈)(최소 3㏈) 수준까지 운용하여 송신한 원 신호의 피드백 신호에 대한 다중 경로(Multi path) 신호를 상쇄(cancellation)시키므로 발진이 발생하는 것을 방지하게 된다. 또한, 다중 경로(Multi path)로 지연된 궤환신호(feedback signal)를 지연시간(delay time)을 조절하여 궤환시켜 발진을 제거한다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용을 한정되는 것이 아니라 특허청구의 범위에 의해 정해져야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 중계 시스템은 궤환 신호를 제거함으로써 출력 효율을 높일 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 최대 페이딩 신호를 억압으로 출력을 높일 수 있으므로 서비스 영역이 증가하고, 수신 신호 상태를 상시로 감시하여 조정하므로 안정된 상태를 유지할 수 있는 효과를 갖는다. 아울러, 송수신 안테나에 대한 변화를 상시로 감시하여 조정하므로 환경변 화에 대해 높은 적응력을 기대할 수 있다.

Claims (5)

1. 안테나 다이렉트 커플링(Antenna Direct Coupling)에 의한 궤환신호가 포함된 입력신호를 수신하여 불필요한 신호를 제거하는 대역통과 필터와;

   상기 대역통과 필터를 거쳐 불필요한 신호가 제거된 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier: LNA)와;

   상기 저잡음 증폭기에 의해 증폭된 신호의 간섭 신호 처리를 수행하는 간섭신호 제거부와;

   상기 간섭신호 제거부에 의해 간섭신호가 제거된 신호를 증폭하는 채널모듈과;

   상기 채널모듈의 출력신호를 증폭하여 서비스 안테나를 통해 방사하는 출력부를 포함하여 이루어지는 간섭신호 제거 기능을 갖는 무선 중계 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 간섭신호 제거부는,

   최종 출력단으로부터 추출된 샘플링 신호를 수신하여 외부 안테나 환경에 따른 신호 지연 시간을 맞추기 위한 지연 조절부와;

   간섭신호를 제거하기 위한 간섭제거신호의 위상과 진폭을 생성하는 위상 & 크기 조절부와;

   서비스 안테나 출력에 따른 궤환 신호량을 측정 및 감지하고, 궤환신호 설정에 따라 상기 채널모듈의 이득을 제어하는 안테나 절연 측정부를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 하는 간섭신호 제거 기능을 갖는 무선 중계 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 출력부에 사용되는 증폭기는 선형증폭기(Linear Power Amplifier)인 것을 특징으로 하는 간섭신호 제거 기능을 갖는 무선 중계 시스템.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력부를 통해 방사되는 무선 신호는 단일 주파수인 것을 특징으로 하는 간섭신호 제거 기능을 갖는 무선 중계 시스템.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력부를 통해 방사되는 무선 신호는 다중 주파수인 것을 특징으로 하는 간섭신호 제거 기능을 갖는 무선 중계 시스템.

Images