KR20090005427A - 간섭제거 중계기용 안테나 구조 및 안테나 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신용 중계기의 간섭제거 안테나 구조 및 안테나 제어방법에 관한 것으로, 방사패턴이 샤프한 평면형 안테나를 전, 후 방향으로 6각형 구조로 배치하고, 동일 사업자가 위치한 기지국 혹은 중계기의 전파 방향의 안테나를 선택하여, 타 사업자의 신호나 간섭신호 방향의 안테나를 배제하는 구조로 되어, 고층빌딩이 많은 복잡한 도시 환경구조에서 원하는 전파를 선택함으로 인해 간섭신호를 제거할 수가 있어, 효율 높은 고성능의 간섭제거 중계기를 구현할 수가 있다.

중계기, 중계기용 안테나, 간섭제거, 도너 안테나, 서비스 안테나

Description

간섭제거 중계기용 안테나 구조 및 안테나 제어 방법{Antenna Control Solution and Antenna Array for Interference Cancellation Repeater}

본 발명은 간섭제거 중계기용 안테나 구조 및 안테나 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고층건물이 복잡하게 있는 도시 환경에서 여러 사업자의 기지국 및 중계기의 신호가 섞여 들어오는 상황에서 자기 사업자의 신호만을 선택하고, 타 사업자의 전파 및 간섭 신호의 방향의 안테나를 배제하는 방법으로 증폭하여 중계함으로 인해, 보다 효율적인 간섭제거 중계기의 구현을 가능하게 하는 것을 그 목적으로 한다.

중계기의 안테나는 도너 안테나와 서비스 안테나로 구분할 수가 있는데, 여러 사업자의 전파가 혼재한 상황에서 자기 사업자의 신호만을 받아들여야 하는 도너 안테나의 경우 방향성이 아주 중요한 요소로 작용한다. 기존의 간섭제거 중계기의 경우에는 중계기의 기기 내부에 도너 및 서비스 안테나가 내장이 되어 있어 방향의 제어가 불가능하다. 때문에 옥외에 간섭제거 중계기를 설치할 경우, 복잡한 도심에서 여러 사업자의 전파가 동시에 방사되는 상황에서 자기 사업자의 전파 방사 방향에 도너 안테나의 방향을 맞추어야 하기 때문에 설치에 애로상황이 발생하 며, 실내에 간섭제거 중계기를 설치할 경우 도너 방향이 고정되어 버리는 경우가 빈번히 발생하는데, 이로 인하여 도너 및 서비스 방향이 고정되어 원하지 않는 방향에 도너 방향 및 서비스 방향이 고정되는 관계로 효율적인 중계를 하는데 어려움이 발생한다.

종래에는 중계기의 간섭을 제거하고 원하는 신호만을 선택하는 방법으로, 도너 안테나와 중계기 본체를 분리하여 도너 안테나를 건물밖에 원하는 방향으로 설치를 하고, 도너 안테나의 신호를 케이블을 통하여 건물 내부에 있는 중계기 본체까지 연결하여 서비스를 하였으나 이 방법으로는 케이블의 손실이 크며, 공사기간이 장기간 소요되며, 중계기 설치비용이 과다하여 효율적인 중계를 하기가 어려운 단점이 있다.

새로이 개발된 신호처리기법을 이용한 간섭제거형 중계기(Interference Cancellation System)는, 도너 안테나와 서비스 안테나를 중계기기에 부착한 일체형으로서, 내부에 디지털 신호처리 프로세서가 적응제어 알고리즘 등을 이용하여 간섭신호나 반사파, 지연신호 등을 제거하는 기법으로 어느 정도 간섭제거 효과는 얻을수 있으나, 알고리즘이 복잡하여 처리 장치가 고가이고 디지털 신호처리 기법으로는 간섭신호를 제거하는데 -10dB 정도로 한계가 있어, 복잡한 도시 환경에서 간섭신호 제거에는 어려움이 발생한다.

때문에 본원 발명에서는 소형의 좁은 방사패턴을 가지는 평면형 안테나를 이용하여, 6각형 이상의 방향으로 배열하여 원하는 신호 방향의 안테나를 선택하고, 간섭신호 방향의 안테나를 배제함으로 인하여, 복잡한 도시 환경에서 도너 안테나 및 서비스 안테나를 중계기기에 부착하는 일체형 간섭제거 중계기를 구현할 수가 있게 되어, 도심에서의 이동통신의 사각지대를 없애는데 도움이 되게 하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 소형의 좁은 방사패턴을 가지는 평면형 안테나를 중계기의 앞, 뒤로 6면 이상의 방향으로 배열하여 도너 및 서비스 안테나 일체형의 중계기를 만들어, 복잡한 도심에서 여러 통신 사업자가 간섭전파를 내고 있는 상황에도 원하는 자기 사업자의 전파만을 골라내어 타 전파의 간섭 없이 증폭을 하여, 통신 음영지역에 중계를 하는 간섭제거 중계기를 구현하는 것에 그 목적이 있다.

도 7과 같이 도심에서는 여러 통신 사업자들이 방사하는 전파들로 인하여 서로 간섭을 받고 있는 상황이다. 이때 당 중계기A(15)에서 도너 방향으로 전파를 받을 경우에는 기지국A(16)의 자기 사업자의 기지국에서 나오는 전파(16-2)와 타 사업자의 기지국B, C(17, 18)로부터의 전파(17-2, 18-2)가 섞여 있어, 단순히 중계기의 도너 안테나로 전파를 수신할 경우에는 자신의 기지국 전파(16-2)보다 타 기지국의 신호 17-2와 18-2가 더 강도가 세어 받고자 하는 신호 16-2 보다 간섭신호(17-2, 18-2)가 더욱 강하여 중계를 하기가 어려워진다.

상기의 도 7과 같이 중계기 혹은 기지국에서 나오는 전파들로 서로 빔패턴이 중복이 되고 있는 상황에서, 중계기A(15)에서는 도너 방향을 자신의 기지국A(16)로 빔패턴을 맞추기 위하여 빔패턴이 좁고, 백로브가 낮은 평면형 안테나를 이용하여, 도너 방향을 안테나 빔 폭으로 180도를 나누어 각 빔 폭만큼 원형으로 방사되게 배열하여 각 안테나가 빔 폭 만큼 도너 방향을 담당하게 배열한다. 이렇게 수평으로 분할하여 안테나를 배치하고, 수직으로 다시 영역을 분할하여 배치함으로 인해 도너 방향의 전파를 구분할 수가 있게 된다.

이렇게 도너 전파가 방사되는 방향을 빔 폭이 좁은 도너 안테나로 영역을 분할하여 배치하고, 각 안테나가 담당하는 영역을 나누어 전자 스위치로 각 안테나를 스캔하여 각 안테나 중에서 자기 사업자의 신호가 가장 강한 방향 16-2로 당 중계기의 안테나 빔 패턴 15-1로 선택하여 신호를 받아들여 증폭하여 서비스 안테나 15-2로 신호를 보내는 기능을 하게 한다.

또한 타 사업자의 기지국의 빔 패턴 17-2와 18-2가 당 중계기의 인근에서 강한 전파를 내고 있을 경우에는, 빔 폭이 좁은 도너 안테나의 배열을 15-1로 변경하여 안테나 빔 패턴의 널 영역으로 넣어 인접의 강한 간섭신호를 배제하는 방법으로도 안테나를 제어할 수가 있게 한다.

이로써 빔 폭이 좁은 평면형의 안테나를 도너 영역의 각 방향으로 분할하여 원형으로 배치하여 원하는 기지국의 신호를 받아들이고, 간섭신호를 안테나 사이의 널 영역으로 배치하여 그 신호를 억압하여 간섭신호를 배제하는 효과를 얻어, 간단하면서 간섭제어 효과가 매우 큰 간섭제어 중계기를 구현할 수가 있게 된다.

본원 발명은 다음과 같이 실시 예에 의하여 더욱 상세히 설명하고 그 결과를 나타낸다.

도 1과 같이 안테나부착용 지그(10)를 60도 방향으로 방사형으로 만들고, 각 방향마다 방사패턴의 빔이 60도인 평면형 안테나(11)를 가로 방향으로 3개(11-1, 11-2, 11-3), 세로 방향으로 3개(11-8, 11-2, 11-5)씩 도합 9개를 부착하여 도너 방향을 향하여 어느 방향이라도 방사빔이 발산될 수 있게 배치한다.

상기와 같이 배치된 안테나에서의 수평으로 배치된 안테나(11-1, 11-2, 11-3)에서의 방사패턴은 20-1, 20, 20-2와 같이 각 안테나가 배치된 방향으로 독자의 빔패턴을 형성한다.

안테나부착용 지그(10)에 부착된 9개 방향의 안테나에서, 각 안테나에서 60도의 빔패턴을 가지므로 수평으로 180도, 수직으로 180도로 전체 도너 방향을 모두 주 빔 방향으로 초점을 맞출 수가 있게 된다.

도 7과 같은 도심의 환경에서, 당 중계기A는 15에 위치하고 자기 사업자의 기지국A는 16에 위치하고 있는 상황에서, 타 사업자의 기지국C(18)에서의 신호가 마주보고 있는 관계로 더 강하게 들어와 신호의 세기는 자기 사업자의 기지국 16의 신호(16-2)보다 더 강하게 된다. 기존의 방식과 같이 도너 안테나가 고정이 되어 있다면 간섭신호(18-2)가 강하게 들어와 중계를 하기가 어려운 상황이나, 도너 안테나를 11-6으로 절환함으로 인해 11-6의 주 빔이 낮은 방향의 우측으로 초점이 맞는 관계로 자기 기지국의 신호 16-2를 강하게 받아들이고, 타 사업자의 신호 18-2 를 -30dB 까지 낮출 수가 있게 된다. 물론 또 다른 사업자(17)의 간섭신호 17-2 역시 11-6 안테나의 주 빔의 밖으로 벗어나 널 영역으로 들어감으로 인해 -30dB의 감쇄를 받아 간섭을 제거할 수가 있게 된다.

이상의 간섭제어 안테나 장치를 이용하여 간섭제거 중계기를 도 3과 같이 만들어, 도 8과 같이 사무실, 레스토랑 등 실내의 창에 위치함으로 인해, 실내의 창 에서 직접적으로 초점이 맞는 방향에 타 사업자의 기지국이 존재하고 동일 사업자의 기지국이 치우쳐져 있더라도, 직접 방향의 타 사업자의 간섭신호를 -30dB 제거하고, 동일 사업자의 신호를 받아들여 실내로 중계를 하여 실내에 이동통신서비스를 가능하게 한다.

본원 발명에서는 도 1과 같이 9개 방향의 안테나부착용 지그(10)을 만들고, 빔패턴이 좁고 백로브가 -30dB 정도 낮은 평면형 안테나(11)를 각 지그 위치에 나사로 고정하고, 도너 방향을 안테나 빔 폭을 180도로 나누어 각 빔 폭 만큼 원형으로 방사되게 배열하여 각 안테나가 빔 폭 만큼 도너 방향을 담당하게 배열한다. 예를 들면 도 1과 같이 안테나 빔 폭(θ) 10-1, 10-2가 60도인 경우에는 180도를 3등분 하여 3개의 안테나를 방사되게 수평으로 배열하고, 수직으로도 3등분 하여 3개씩 배열하여 전체적으로 9개의 안테나로 9개의 영역을 나누어 방사패턴을 나누어 배치한다. 이로써 수평으로 60도씩 3개, 수직으로 60도씩 3개로 도너 방향의 안테나를 도합 9개 배열하여 어느 방향에서의 도너 전파를 수신할 수가 있게 배치된다.

상기와 같이 도너 안테나를 배치하였을 경우, 수평으로 방사패턴을 살펴보면 도 4a과 같이 수평으로 3개의 안테나가 배치되어있고, 각 안테나의 빔 폭이 60도(20-1, 20, 20-2)인 관계로 180도를 커버 할 수가 있게 된다. 각 안테나(11)들이 방사하는 전파의 방사패턴은 메인 빔을 중심으로 60도의 각도를 가지고 방사되고, 널 방향에서는 메인 빔 대비 -30dB 정도의 전계강도가 낮게 나타난다. 이로써 안테나를 도 3과 같이 도 5의 회로를 이용하여 절환하고 자기 기지국의 방향으로 메인 빔이 향하는 안테나를 선택하였을 경우 타 사업자의 간섭신호를 -30dB 까지 제거를 할 수가 있게 된다.

또한 도심부의 고층건물이 많은 경우에는 기지국 들의 높이가 서로 달라 높이가 다른 간섭신호제어를 할 필요가 있는데, 이 경우에는 도 4b와 같이 수평을 향하는 안테나(11-2) 중심으로 낮은 방향의 안테나(11-5)와 높은 방향의 안테나(11-8)를 배치하여, 자기 기지국의 안테나가 당 중계기와 동일한 높이에 있을 경우에는 11-2를 선택하여 연결하고, 당 중계기 보다 낮은 건물에 위치할 경우에는 11-5 안테나를 선택한다. 또한 자기 기지국의 안테나 방향이 당 중계기 보다 높은 위치에서 전파를 방사할 경우에는 11-8의 안테나를 선택하여 연결한다. 물론 도심과 같이 고층건물이 즐비한 환경에서 간섭파가 많을 경우에는 자기 기지국의 신호와 타 사업자의 간섭 신호와의 비를 계산하여 높낮이의 안테나를 선택한다.

도너 방향을 더욱 정밀하게 제어하여 간섭신호를 배제하여야 할 경우에는 안테나 빔 패턴을 30도가 되는 평면형의 안테나를 사용하여 180도를 6등분 하여 원형으로 배치하고, 전자식 스위치를 이용하여 제어함으로 인해 보다 원하는 기지국의 신호를 선택할 수가 있고, 간섭신호를 제거할 수가 있다.

간섭신호가 적은 중소 도시나, 통신 사업자의 간섭신호가 적은 지역의 경우에는 도 2a나 도 2b, 도 2c와 같이 분할된 안테나의 일부 영역을 제거하여 사용할 수가 있다. 그 제거하는 안테나는 필요에 따라 중앙의 안테나를 중심으로 상위부분(11-7, 11-8, 11-9), 하위부분(11-4, 11-5, 11-6), 우측부분(11-6, 11-3, 11-9), 좌측부분(11-4, 11-1, 11-7) 등으로 구분하여 제거할 수가 있다.

상기 도너 안테나를 중계기에 부착할 경우에는 도 3과 같이 중계기 회로 본체(14)에 안테나부착용 지그(10)에 부착되어 있는 지그고정용금구(12)의 홀(13)에 나사를 넣어 고정한다. 이로써 중계기는 도너 안테나의 방향을 제어할 수가 있게 되고, 도너 방향을 9개 방향으로 제어함으로 인해 간섭신호로부터 자유로울 수가 있어 간섭제거 중계기를 구현할 수가 있게 된다. 서비스 안테나(19)는 중계기에서 도너 안테나(21)의 반대방향에 고정하는데, 이 서비스 안테나의 경우에는 빔 폭이 넓게 하여 서비스 각을 최대화한다. 이 경우에는 서비스 각을 넓게 하여야 하는 관계로 특별히 별도의 방향을 제어하지 않아도 되며, 만약 서비스 방향의 제어가 필요할 경우에는 설치시 위치를 임의로 고정할 수가 있다.

도 1 : 도너 안테나 구조의 기본 구성도

도 2a : 도너 안테나 2단 6개 배열 구조

도 2b : 도너 안테나 2단 6개 배열 구조

도 2c : 도너 안테나 2단 6개 배열 구조

도 3 : 간섭제거 중계기 구성도

도 4a : 수평면 안테나 배치도 및 빔방향

도 4b : 수직면 안테나 배치도 및 빔방향

도 5 : 안테나 선택회로

도 6 : 간섭제거 중계기 흐름도

도 7 : 도시의 기지국 및 중계기의 전파 상황도

도 8 : 당 기술을 이용한 간섭제거 중계기의 서비스 개념도

<세부명칭에 대한 상세한 설명>

10: 안테나부착용 지그, 11: 평면형 안테나, 12: 지그고정용 금구, 13: 지그고정용 홀, 14: 중계기 회로본체, 15: 중계기A, 16: 기지국A, 17: 기지국B, 18: 기지국C, 19: 서비스 안테나, 20: 안테나 전파 방사패턴, 21: 도너 안테나

Claims (6)

1. 간섭제거 중계기용 안테나구조에 대하여,

   안테나부착용 지그(10)을 반구형에서 60도 각도로 상/하, 좌/우로 안테나 부착용 형태로 가공하고,

   반구형지그에 저 Back lobe 평면형 안테나(11)를 좌/우, 상/하 각 3개씩, 도합 9개의 안테나를 60도 각도로 부착하고,

   도합 9개 안테나를 안테나 절환 반도체 스위치 회로(도 5)로 가져가고,

   스위치 제어 알고리즘(도 6)으로 각 9개 안테나 중 1개를 선택하는 간섭제거 중계기용 안테나구조 및 안테나 제어 방법
2. 제 1항에 있어서,

   평면형 안테나의 상위 부분 3개를 제거하는 것을 특징으로 하는 간섭제거 중계기용 안테나구조 및 안테나 제어 방법
3. 제 1항에 있어서,

   평면형 안테나의 하위 부분 3개를 제거하는 것을 특징으로 하는 간섭제거 중계기용 안테나구조 및 안테나 제어 방법
4. 제 1항에 있어서,

   평면형 안테나의 우측 부분 3개를 제거하는 것을 특징으로 하는 간섭제거 중계기용 안테나구조 및 안테나 제어 방법
5. 제 1항에 있어서,

   평면형 안테나의 좌측 부분 3개를 제거하는 것을 특징으로 하는 간섭제거 중계기용 안테나구조 및 안테나 제어 방법
6. 제 1항에 있어서,

   평면형 안테나의 하위 부분 3개를 제거하고 도 2c와 같이 상위 부분은 밖으로 벌어지는 것을 특징으로 하는 간섭제거 중계기용 안테나구조 및 안테나 제어 방법

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