KR20100112769A - 티디디 방식 무선 중계모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제 1 LNA(Low Noise Amplifier) 및 제 2 LNA 그리고 MMIC(Monolithic Microwave IC)로 된 RF Switch를 조합시켜 상대적으로 고가의 Pin Diode의 개수를 줄임과 동시에 HPA(High Power Amplifier)를 하나의 모듈로서 합체시켜 생산성은 물론이거니와 전체적인 점유공간을 축소하여 공간 활용에 대한 효율성 및 조립성을 향상시킬 수 있으면서 원가절감 및 제품의 안정도를 크게 높일 수 있는 티디디 방식 무선 중계모듈에 관한 것이다.

Description

티디디 방식 무선 중계모듈{TDD TYPE WIRELESS RELAY MODULE}

본 발명은 티디디 방식 무선 중계모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제 1 LNA(Low Noise Amplifier) 및 제 2 LNA 그리고 MMIC(Monolithic Microwave IC)로 된 RF Switch를 조합시켜 상대적으로 고가의 Pin Diode의 개수를 줄이면서 HPA(High Power Amplifier)를 하나의 모듈로서 합체시켜 생산성은 물론이거니와 전체적인 점유공간을 축소하여 공간 활용에 대한 효율성 및 조립성을 향상시키면서 원가절감 및 제품의 안정도를 크게 높일 수 있는 티디디 방식 무선 중계모듈에 관한 것이다.

일반적으로 무선통신은 이동통신 단말기와의 송수신을 위해 호처리가 가능한 기지국 또는 AP(Access Point)나 무선 중계장치를 사용하게 되는데, 기지국은 무선 중계장치에 비해서 상당히 고가이므로 트래픽이 적은 지역의 경우 가능하면 무선 중계장치를 설치하는 것이 보통적이다.

무선 중계장치는 기지국과 이동통신 단말기(클라이언트) 사이에 설치되어 신 호를 증폭하는 역할을 수행함으로써 기지국의 신호가 도달하지 못하는 음영 지역을 해소하거나 기지국의 서비스 커버리지를 넓히기 위한 목적으로 사용된다.

무선 중계장치는 듀플렉싱 방식에 따라 티디디 방식 무선 중계장치[TDD(Time Division Duplexing) Type Wireless Relay Apparatus] 또는 에프디디 방식 무선 중계장치[FDD(Frequency Division Duplexing) Type Wireless Relay Apparatus]로 나눌 수 있다.

FDD 방식 무선 중계장치에 대하여 간략히 설명하면 다음과 같다.

기지국에서는 F1의 주파수를 사용하여 서비스 지역으로 신호를 송신하며, 이 신호를 수신한 중계장치는 F2의 주파수로 신호를 이동통신 단말기(클라이언트)로 송신하게 된다. F2의 신호를 수신한 클라이언트는 다시 F3의 신호로 중계장치에 신호를 송신하며 이 신호를 수신한 중계장치는 F4의 주파수를 사용하여 기지국으로 신호를 송신하게 된다.

이렇게 FDD 방식 무선 중계장치는 송신과 수신 주파수를 서로 다르게 사용함으로써 입력과 출력의 격리도를 높일 수 있는 장점이 있지만, 두 개의 주파수를 사용하기 때문에 주파수 사용 효율을 떨어뜨리는 단점을 또한 안고 있다.

다음으로, TDD 방식 무선 중계장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 TDD 방식 무선 중계장치의 설치 구성을 보여주는 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 TDD 방식에서는 기지국(100), 티디디 방식 무선 중계장치(200), 이동통신 단말기(300; 클라이언트)가 송신 및 수신을 할 때 하나의 동일한 주파수를 사용하게 된다.

도 2는 종래 기술에 따른 티디디 방식 무선 중계장치를 나타내는 개념도로서 Up Link와 Down Link 절체에 사용되는 DPDT(Double Pole Double Throw)개념의 RF Switch를 보여주고 있다.

구체적으로, Port 2를 Up Link라하고 Port 4를 Down Link라 가정하면 Port 1이 Input이 되고 Port 3이 Output이 된다.

더욱 구체적으로, 기지국으로부터 Port 2를 통하여 들어온 Up Link 신호는 PATH A를 경유한 후 Port 1을 통해 UDC(Up Down Converter) 및 HPA(High Power Amplifier)로 인가되어 신호 변환 및 증폭된 다음 Port 3으로 유입되고, 다시 PATH C를 경유한 후 Port 4로 출력되어 이동통신 단말기로 송출되게 된다.

이때, PATH A와 PATH C는 Pin Diode가 Open되어 서로 도통하지만 PATH B와 PATH D는 Pin Diode가 Short되어 신호가 차단된다.

즉, Port 1과 Port 2 그리고 Port 3과 Port 4는 아이솔레이션(Isolation)이 0이 되지만, Port 1과 Port 4 그리고 Port 2와 Port 3은 아이솔레이션이 확보되는 것이다.

역으로, 이동통신 단말기로부터 Port 4를 통하여 들어온 Down Link 신호는 PATH B를 경유한 후 Port 1을 통해 UDC(Up Down Converter) 및 HPA(High Power Amplifier)로 인가되어 신호 및 변환 증폭된 다음 Port 3으로 유입되고, 다시 PATH D를 경유한 후 Port 2로 출력되어 기지국으로 송출된다.

이때, PATH B와 PATH D는 Pin Diode가 Open되어 서로 도통하지만 PATH A와 PATH C는 Pin Diode가 Short되어 신호가 차단된다.

즉, Port 1과 Port 4 그리고 Port 2와 Port 3은 아이솔레이션이 0이 되지만, Port 1과 Port 2 그리고 Port 3과 Port 4는 아이솔레이션이 확보되는 것이다.

이때, Port 1과 Port 4 그리고 Port 2와 Port 3의 아이솔레이션은 각각의 Pin Diode 수에 의해 조정된다.

보통의 경우 와이브로 주파수 대역인 2.5㎓의 주파수 대역에서 Pin Diode 하나 당 25dB정도의 아이솔레이션을 확보할 수 있다.

예를 들어, 도 2의 PATH A, PATH B, PATH C 및 PATH D에 Pin Diode를 3개씩 설계하였다면 각 PATH당 75dB의 아이솔레이션을 확보할 수 있게 된다.

이때, 전체 이득이 80dB인 티디디 방식 무선 중계장치에서 요구하는 120dB의 아이솔레이션을 확보하기 위해서는 각각의 PATH에 5개씩 총 20개의 Pin Diode를 사용하여야만 한다.

이러할 경우 고가의 수입품인 Pin Diode를 사용함으로 인하여 원가를 증가시키고 주파수에 맞추어 PCB Pattern의 길이를 조정해야 하므로 전체적인 사이즈가 커지는 등의 문제점을 초래하게 된다.

또한, HPA(High Power Amplifier)가 별도의 기기로 구비되어 생산성이 떨어질 뿐만 아니라 점유공간도 많이 차지하여 공간 활용에 대한 효율 및 조립성이 크게 떨어지는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 제 1 LNA(Low Noise Amplifier) 및 제 2 LNA 그리고 MMIC(Monolithic Microwave IC)로 된 RF Switch를 조합시켜 상대적으로 고가의 Pin Diode의 개수를 줄이면서 HPA(High Power Amplifier)를 하나의 모듈로서 합체시켜 생산성은 물론이거니와 전체적인 점유공간을 축소하여 공간 활용에 대한 효율성 및 조립성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 원가절감 및 제품의 안정도를 크게 높일 수 있는 티디디 방식 무선 중계모듈을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 티디디 방식 무선 중계모듈은,

기지국으로부터 Port 2를 통해 들어온 Up Link 신호가 PATH A를 경유함과 동시에 제 1 LNA에 의해 증폭된 후 MMIC로 된 RF Switch에 의해 스위칭되어 Port 1을 통해 출력되고, 외부의 UDC(Up Down Converter)를 통해 신호 변환된 후 Port 3으로 유입되어 내부에 모듈화된 HPA(High Power Amplifier)에 의해 증폭된 다음 PATH C를 경유하여 Port 4를 통해 이동통신 단말기로 송출되는 구성으로 이루어지고,

이동통신 단말기로부터 Port 4를 통해 들어온 Down Link 신호가 PATH B를 경유함과 동시에 제 2 LNA에 의해 증폭된 후 상기 MMIC로 된 RF Switch에 의해 스위칭되어 Port 1을 통해 출력되고, 상기 외부의 UDC(Up Down Converter)를 통해 신호 변환된 후 Port 3으로 유입되어 내부에 모듈화된 상기 HPA(High Power Amplifier)에 의해 증폭된 다음 PATH D를 경유하여 Port 2를 통해 기지국으로 송출되는 구성 으로 이루어지는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.

본 발명은 제 1 LNA(Low Noise Amplifier) 및 제 2 LNA 그리고 MMIC(Monolithic Microwave IC)로 된 RF Switch를 조합시켜 상대적으로 고가의 Pin Diode의 개수를 줄이면서 HPA(High Power Amplifier)를 하나의 모듈로서 합체시켜 생산성은 물론이거니와 전체적인 점유공간을 축소하여 공간 활용에 대한 효율성 및 조립성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 원가절감 및 제품의 안정도를 크게 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 종래의 Pin Diode를 5개 이상으로 각각 구비시킨 PATH A와 PATH B의 구간에 제 1 LNA 및 제 2 LNA를 각각 부여하여 3개 미만의 Pin Diode만을 활용할 수 있도록 하며, 나아가 동작시 30dB의 이득과 비동작시 17dB의 손실을 갖는 제 1 LNA 및 제 2 LNA와, 손실 0.7dB 및 아이솔레이션 30dB 이상의 MMIC로 된 RF Switch를 조합시켜 135dB의 아이솔레이션을 확보할 수 있도록 하여 Up Link 신호와 Down Link 신호 상호간의 간섭을 최소화시켜 통화품질을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 기지국으로부터 Port 2를 통하여 들어온 Up Link 신호를 제 1 BPF를 통해 PATH A로 전송시킬 수 있도록 하고, 이동통신 단말기로부터 Port 4를 통하여 들어온 Down Link 신호를 제 2 BPF를 통해 PATH B로 전송시킬 수 있도록 하여 통화품질을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 Port 2 및 Port 1사이의 PATH A와, Port 4 및 Port 1사이의 PATH B 사이에 총 160.6dB의 아이솔레이션이 확보되어 무선통신의 통화품질을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 티디디 방식 무선 중계모듈의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 티디디 방식 무선 중계모듈을 나타내는 개념도로서 Up Link와 Down Link 절체에 사용되는 DPDT(Double Pole Double Throw)개념의 RF Switch를 보여주고 있다.

본 발명에 따른 티디디 방식 무선 중계모듈은 도 3에 도시된 바와 같이 기지국으로부터 Port 2를 통해 들어온 Up Link 신호가 PATH A를 경유함과 동시에 제 1 LNA에 의해 증폭된 후 MMIC로 된 RF Switch에 의해 스위칭되어 Port 1을 통해 출력되고, 외부의 UDC(Up Down Converter)를 통해 신호 변환된 후 Port 3으로 유입되어 내부에 모듈화된 HPA(High Power Amplifier)에 의해 증폭된 다음 PATH C를 경유하여 Port 4를 통해 이동통신 단말기로 송출되고, 이동통신 단말기로부터 Port 4를 통해 들어온 Down Link 신호가 PATH B를 경유함과 동시에 제 2 LNA에 의해 증폭된 후 상기 MMIC로 된 RF Switch에 의해 스위칭되어 Port 1을 통해 출력되고, 외부의 UDC(Up Down Converter)를 통해 신호 변환된 후 Port 3으로 유입되어 내부에 모듈화된 HPA(High Power Amplifier)에 의해 증폭된 다음 PATH D를 경유하여 Port 2를 통해 기지국으로 송출되는 구성으로 이루어진다.

본 발명에 따른 티디디 방식 무선 중계모듈은 Pin Diode를 이용하여 구현된 것 이외에 Link 절체와 연동으로 전원이 자동 ON/OFF되는 제 1 LNA(Low Noise Amplifier) 및 제 2 LNA 그리고 MMIC(Monolithic Microwave IC)로 된 RF Switch를 조합시켜 상대적으로 고가의 Pin Diode의 개수를 줄이면서 특히 HPA를 함께 모듈화시켜 원가절감, 점유공간 축소 및 제품의 안정도를 높이고자 한 것이다.

즉, 종래에는 Pin Diode를 5개 이상으로 각각 구비시킨 PATH A와 PATH B의 구간에 제 1 LNA 및 제 2 LNA를 각각 부여하여 3개 미만의 Pin Diode만을 활용할 수 있도록 한 것이며, 동작시 30dB의 이득과 비동작시 17dB의 Loss를 갖는 제 1 LNA 및 제 2 LNA와, Loss 0.7dB 및 아이솔레이션 30dB 이상의 MMIC로 된 RF Switch를 조합시켜 135dB의 아이솔레이션이 확보될 수 있도록 하여 Up Link 신호와 Down Link 신호 상호간의 간섭을 최소화시켜 통화품질을 크게 향상시키고, 특히 HPA를 함께 모듈화시켜 원가절감, 점유공간 축소 및 제품의 안정도를 크게 높인 것이다.

그리고, 기지국으로부터 Port 2를 통하여 들어온 Up Link 신호는 제 1 BPF를 통해 PATH A로 전송되도록 하고, 이동통신 단말기로부터 Port 4를 통하여 들어온 Down Link 신호는 제 2 BPF를 통해 PATH B로 전송되도록 하여 더욱 향상된 통화품질을 보장토록 한다.

본 발명에 따른 티디디 방식 무선 중계모듈의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 기지국으로부터 Port 2를 통해 들어온 Up Link 신호는 PATH A의 Pin Diode가 Open 상태로 되어 Loss 없이 제 1 LNA로 전달된다.

제 1 LNA로 전달된 Up Link 신호는 30dB 이상의 이득을 갖도록 증폭되어 MMIC로 된 RF Switch를 통해 기본 Loss 0.7dB만 제외하고 모두 Port 1로 나가게 된다.

예를 들어, 기지국으로부터 Port 2를 통해 10이라는 Up Link 신호가 들어오면 PATH A의 Pin Diode를 거치면서 Pin Diode의 기본 Loss 0.6dB(Pin Diode 하나 당 기본 Loss 0.2dB)가 감소되고 이득이 30dB인 제 1 LNA에서 증폭되어 기본 Loss 0.8dB인 MMIC SW를 거치는 동안 38.6dB의 이득을 갖게 되는 것이다.

이후, 38.6dB의 이득을 갖는 Up Link 신호는 Port 1으로 출력되어 외부의 UDC(Up Down Converter)에 의해 신호 변환(저주파로 변환시켜 신호 품질을 향상시킨 후 다시 고주파로 변환)된 후 Port 3으로 유입되어 내부에 모듈화된 HPA(High Power Amplifier)에 의해 증폭된 다음 PATH C를 경유한 후 Port 4를 통해 이동통신 단말기로 송출될 수 있게 된다.

역으로, 이동통신 단말기로부터 Port 4를 통해 들어온 Down Link 신호는 PATH B의 Pin Diode가 Short 상태로 최대 75dB의 상태로 제 2 LNA로 전달된다.

이렇게 제 2 LNA로 전달된 Down Link 신호는 제 2 LNA를 거치면서 17dB정도의 Loss가 생기면서 다시 MMIC로 된 RF Switch에서 30dB의 손실이 발생한 상태로 Port 1을 통하여 나가게 된다.

즉, Port 4를 통하여 100이라는 신호가 들어오면 PATH B의 Pin Diode를 거치면서 Pin Diode의 최대 Loss 75dB(Pin Diode 하나 당 최대 Loss 25dB/2.5GHz)가 감 소되고 Loss가 17dB인 제 2 LNA에서 Down Link 신호 아이솔레이션이 30dB인 MMIC로 된 RF Switch를 거치는 동안 122dB의 손실을 갖게 되는 것이다.

이후, 122dB의 손실을 갖는 Down Link 신호는 Port 1로 출력되어 외부의 UDC(Up Down Converter)에서 신호 변환(저주파로 변환시켜 신호 품질을 향상시킨 후 다시 고주파로 변환)된 후 Port 3으로 유입되어 내부에 모듈화된 HPA(High Power Amplifier)에 의해 증폭된 다음 PATH C를 경유한 후 Port 2를 통해 기지국으로 송출될 수 있게 된다.

이러한 동작을 종합해 볼 때, Port 2 및 Port 1사이의 PATH A와, Port 4 및 Port 1사이의 PATH B 사이에는 총 160.6dB의 아이솔레이션이 확보되어 무선통신의 통화품질을 크게 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

이러한 사실을 통해 Up Link 신호 및 Down Link 신호의 신호 주파수가 같은 티디디 방식 무선 중계모듈에서 Up Link 신호와 Down Link 신호 상호간의 아이솔레이션을 확보함으로써 발진 등 티디디 방식 무선 중계모듈 내에서 발생할 수 있는 여러 가지 현상들을 제거하고 원활한 중계를 할 수 있게 되는 것이다.

현재 통신사업자 등에서 사용하고 있는 티디디 방식 무선 중계모듈의 이득은 종류마다 차이가 있으나 인빌딩의 경우 80dB에서 120dB정도임을 감안할 때 본 발명의 효과는 바로 고품의 통화로 이어질 것임이 명백하다 할 것이다.

그리고, 본 발명에 따른 티디디 방식 무선 중계모듈은 HPA(High Power Amplifier)를 하나의 모듈로 합체된 구성으로 이루어짐으로써 생산성은 물론이거니와 전체적인 점유공간도 적게 차지하여 공간 활용에 대한 효율 및 조립성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명은 아이솔레이션을 확보할 수 있는 티디디 방식 무선 중계모듈에 관한 산업분야에 활용될 수 있다.

도 1은 일반적인 티디디 방식 무선 중계장치의 설치 구성을 보여주는 블록도.

도 2는 종래 기술에 따른 티디디 방식 무선 중계장치를 나타내는 개념도.

도 3은 본 발명에 따른 티디디 방식 무선 중계모듈을 나타내는 개념도.

Claims (5)

1. 기지국으로부터 Port 2를 통해 들어온 Up Link 신호가 PATH A를 경유함과 동시에 제 1 LNA에 의해 증폭된 후 MMIC로 된 RF Switch에 의해 스위칭되어 Port 1을 통해 출력되고, 외부의 UDC(Up Down Converter)를 통해 신호 변환된 후 Port 3으로 유입되어 내부에 모듈화된 HPA(High Power Amplifier)에 의해 증폭된 다음 PATH C를 경유하여 Port 4를 통해 이동통신 단말기로 송출되는 구성으로 이루어지고,

   이동통신 단말기로부터 Port 4를 통해 들어온 Down Link 신호가 PATH B를 경유함과 동시에 제 2 LNA에 의해 증폭된 후 상기 MMIC로 된 RF Switch에 의해 스위칭되어 Port 1을 통해 출력되고, 상기 외부의 UDC(Up Down Converter)를 통해 신호 변환된 후 Port 3으로 유입되어 내부에 모듈화된 상기 HPA(High Power Amplifier)에 의해 증폭된 다음 PATH D를 경유하여 Port 2를 통해 기지국으로 송출되는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 티디디 방식 무선 중계모듈.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 LNA 또는 제 2 LNA는 동작시 30dB의 이득과 비동작시 17dB의 손실을 갖는 것을 특징으로 하는 티디디 방식 무선 중계모듈.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 MMIC로 된 RF Switch는 0.7dB 손실 및 아이솔레이션 30∼60dB를 갖는 것을 특징으로 하는 티디디 방식 무선 중계모듈.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 기지국으로부터 상기 Port 2를 통하여 들어온 Up Link 신호는 제 1 BPF를 통해 상기 PATH A로 전송되는 것을 특징으로 하는 티디디 방식 무선 중계모듈.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 이동통신 단말기로부터 상기 Port 4를 통하여 들어온 Down Link 신호는 제 2 BPF를 통해 상기 PATH B로 전송되는 것을 특징으로 하는 티디디 방식 무선 중계모듈.

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