KR20110127843A - 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템 - Google Patents

마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기지국과 마이크로웨이브 신호를 통해 다중 섹터, 다중 밴드의 신호를 전송받아 서비스 지역에서 다중 섹터 안테나를 통해 셀룰러와 WCDMA, WiBro 등 광대역의 이동통신 서비스를 다중 섹터 방향으로 전송하여 가입자 수용 능력을 크게 향상시키고 광대역 서비스를 가능하게 하는 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템에 관한 것이다. 본 발명의 시스템은 빌딩 옥탑이나 타워에 마이크로웨이브 중계기와 다중 섹터 중계기가 실장되는 중계기 함체를 설치하고, 상기 중계기 함체 위에 상기 다중 섹터 중계기와 연결되는 다중 섹터 안테나를 설치한 후, 상기 다중 섹터 안테나 위에 상기 마이크로웨이브 중계기와 연결되는 마이크로웨이브 안테나를 설치하여 기지국의 마이크로웨이브 송수신기와 마이크로웨이브 신호로 업/다운 링크하여 셀룰러, WCDMA, WiBro와 같은 다양한 이동통신 서비스를 중계하는 것이다. 따라서 본 발명에 따르면, 가입자 수를 늘려서 효율적이고, 경제적인 서비스를 가능하게 하고, 급전 손실을 최소화하며, 중계기 고장시 옥탑 계단으로 유지보수 요원의 접근이 용이하도록 하여 유지보수를 용이하게 하는 효과가 있다.

Description

마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템{MULTI SECTOR ANTENNA REPEATER SYSTEM USING MICROWAVE FOR MOBILE COMMUNICATION}
본 발명은 기지국으로부터 이동통신 서비스 신호를 받아 음영지역에 이동통신 서비스를 중계하기 위한 이동통신 중계 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기지국과 마이크로웨이브 신호를 통해 다중 섹터, 다중 밴드의 신호를 전송받아 서비스 지역에서 다중 섹터 안테나를 통해 셀룰러와 WCDMA, WiBro (WiMAX) 등 광대역의 이동통신 서비스를 다중 섹터 방향으로 전송하여 가입자 수용 능력을 크게 향상시키고 광대역 서비스를 가능하게 하는 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템에 관한 것이다.
최근들어, 셀룰러나 개인휴대전화(PCS), 스마트폰 등 다양한 이동 단말기의 가입자들이 급격히 증가하면서 보다 나은 서비스 품질(QoS)을 요구하는 가입자들의 욕구가 증가하고 있고, 이러한 가입자들의 욕구를 충족시키기 위하여 서비스 품질(QoS)이 열악한 음영지역을 해소하기 위해 많은 중계기들이 설치되어 있다. 즉, 이동통신시스템은 기지국 제어기, 다수의 기지국 등으로 구성되는데, 기지국은 전체 서비스 영역을 셀 단위로 구획한 후, 각 셀마다 분산 배치되어 자신이 서비스할 수 있는 커버리지 영역안의 이동통신 가입자들과 무선으로 통신한다. 이때 도심의 건물이나 터널 등에 의해 혹은 서비스 영역으로부터 원거리 지역으로 통화가 불가능한 지역을 '음영지역'이라 하고, 이 음영지역에서 서비스를 제공하기 위해 중계기가 설치된다.
그런데 현재 시설되어 있는 마이크로웨이브 중계기는 1섹터용으로만 운영되고 있는 상태로, 앞으로 3G, 4G, 3D TV, WiBro(WiMAX), 스마트폰 등 다양한 이동통신 서비스의 요구사항을 충족하기 어렵고, 기지국에서만 3 섹터 안테나로 서비스하는 정도로는 폭증하는 가입자의 증가와 고속통신의 요구를 수용하지 못해 서비스가 적체되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 기지국과 마이크로웨이브 신호를 통해 다중 섹터, 다중 밴드의 신호를 전송받아 서비스 지역에서 다중 섹터 안테나를 통해 셀룰러와 WCDMA, WiBro 등 광대역의 이동통신 서비스를 다중 섹터 방향으로 전송하여 가입자 수용 능력을 크게 향상시키고 광대역 서비스를 가능하게 하는 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 건물의 옥상, 옥탑에 중계기 함체를 설치한 후 그 위에 다중섹터 안테나와 마이크로웨이브 안테나를 근접 설치하여 전송손실을 최소화하고, 유지보수를 용이하게 할 수 있는 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 시스템은 빌딩 옥탑이나 타워에 마이크로웨이브 중계기와 다중 섹터 중계기가 실장되는 중계기 함체를 설치하고, 상기 중계기 함체 위에 상기 다중 섹터 중계기와 연결되는 다중 섹터 안테나를 설치한 후, 상기 다중 섹터 안테나 위에 상기 마이크로웨이브 중계기와 연결되는 마이크로웨이브 안테나를 설치하여 기지국의 마이크로웨이브 송수신기와 마이크로웨이브 신호로 업/다운 링크하여 셀룰러, WCDMA, WiBro (WiMAX)와 같은 다양한 이동통신 서비스를 중계하는 것을 특징으로 한다.
상기 다중 섹터 안테나는 홈이 형성된 지지대의 상기 홈을 통해 상하로 장탈착할 수 있는 방설커버와, 저주파 복사기와 상기 저주파 복사기의 내측에 위치하는 고주파 복사기로 이루어진 복사기들이 금속 반사판의 전면에 2열 혹은 3열 다단으로 배열되어 이루어져 설치 및 이설이 용이하고 급전 케이블의 길이를 짧게 하여 전송손실을 최소화할 수 있으며 상기 중계기 함체를 4방향에서 개폐할 수 있도록 하여 유지보수가 용이하도록 된 것이다.
상기 다중 섹터 중계기는 셀룰러 서비스를 위해 섹터 안테나로부터 수신된 고주파 무선신호를 수신측으로 전달하고 송신측으로부터 입력된 고주파 무선신호를 섹터 안테나측으로 전달하여 송수신을 분리하는 제1 다이플랙서와, 섹터 안테나를 통해 수신된 셀룰러 서비스를 위한 고주파 무선신호를 증폭하는 제1 저잡음증폭기(LNA)와, 셀룰러 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제1 대역통과필터(BPF)와, WCDMA 서비스를 위해 섹터 안테나로부터 수신된 고주파 무선신호를 수신측으로 전달하고 송신측으로부터 입력된 고주파 무선신호를 섹터 안테나측으로 전달하여 송수신을 분리하는 제2 다이플랙서와, 섹터 안테나를 통해 수신된 WCDMA 서비스를 위한 고주파 무선신호를 증폭하는 제2 저잡음증폭기(LNA)와, WCDMA 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제2 대역통과필터(BPF)와, WiBro 서비스를 위해 섹터 안테나로부터 수신된 고주파 무선신호를 수신측으로 전달하고 송신측으로부터 입력된 고주파 무선신호를 섹터 안테나측으로 전달하여 송수신을 분리하는 제3 다이플랙서와, 섹터 안테나를 통해 수신된 WiBro 서비스를 위한 고주파 무선신호를 증폭하는 제3 저잡음증폭기(LNA)와, WiBro 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제3 대역통과필터(BPF)와, 제1 내지 제3 대역통과필터의 신호를 하나로 합성한 후 제1 내지 제6 서브반송파(f1~f6)로 업컨버팅하여 마이크로웨이브 중계기로 전송하는 섹터 업 컨버팅 합성기와, 마이크로웨이브 중계기로부터 수신된 신호를 제1 내지 제6 서브 반송파(f1~f6)로 다운 컨버팅하고 셀룰러 서비스를 위한 신호, WCDMA 서비스를 위한 신호, WiBro 서비스를 위한 신호로 분리하는 섹터 다운 컨버팅 분배기와, 셀룰러 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제4 대역통과필터(BPF)와, 제4 대역통과필터를 통과한 셀룰러 서비스를 위한 신호를 고출력으로 증폭하는 제1 고출력증폭기(HPA)와, WCDMA 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제5 대역통과필터(BPF)와, 제5 대역통과필터를 통과한 WCDMA 서비스를 위한 신호를 고출력으로 증폭하는 제2 고출력증폭기(HPA)와, WiBro 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제6 대역통과필터(BPF)와, 제6 대역통과필터를 통과한 WiBro 서비스를 위한 신호를 고출력으로 증폭하는 제3 고출력증폭기(HPA)로 구성된다.
그리고 상기 마이크로웨이브 중계기는 제1 내지 제6 섹터 중계기로부터 입력된 이동통신 서비스 신호를 하나로 합성한 후 마이크로웨이브 주파수대 신호로 업 컨버팅하는 마이크로웨이브 업 컨버팅 합성기와, 마이크로웨이브 업 컨버팅 합성기의 합성된 신호를 고출력 증폭하는 마이크로웨이브 고출력 증폭기(HPA)와, 마이크로웨이브 안테나로부터 수신된 신호를 수신측으로 전송하고 송신신호를 마이크로웨이브 안테나측으로 전송하여 송수신을 분리하는 마이크로웨이브 다이플랙서와, 수신된 마이크로웨이브 신호를 증폭하는 마이크로웨이브 저잡음 증폭기(LNA)와, 저잡음 증폭된 마이크로웨이브 신호를 이동통신주파수대로 다운 컨버팅한 후 6개의 섹터 신호로 분배하는 마이크로웨이브 다운 컨버팅 분배기로 구성된다.
본 발명에 따르면, 이동통신 기지국에서 다중 섹터, 다중 밴드 서비스하는 신호를 마이크로웨이브 원거리 중계지역에 전송하여 마이크로웨이브 중계기가 수신한 신호를 이동통신주파수대의 다중 밴드, 다중 섹터용으로 변환하여 다중 섹터 안테나로 다중 섹터 방향으로 서비스하여 가입자 수를 늘려서 효율적이고, 경제적인 서비스를 가능하게 한다. 또한 본 발명은 이동통신 중계기를 안테나 바로 밑에 설치하여 급전 손실을 최소화하고, 중계기 고장시 옥탑 계단으로 유지보수 요원의 접근이 용이하도록 하여 유지보수를 용이하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템의 설치예를 도시한 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 중계시스템의 3면도,
도 3은 도 1에 도시된 6 섹터 안테나중 하나의 섹터 안테나를 도시한 상세 도면,
도 4는 본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템의 구성 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템의 중계기측 계통도,
도 6은 도 5에 도시된 마이크로 웨이브 중계기 케이스의 입체도,
도 7은 도 5에 도시된 섹터 중계기 케이스의 입체도,
도 8은 본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템의 기지국측 계통도,
도 9는 도 8에 도시된 기지국 마이크로 웨이브 중계기 케이스의 입체도,
도 10은 도 8에 도시된 기지국측 섹터 중계기 케이스의 입체도,
도 11은 본 발명에 따른 다중섹터 이동통신 안테나의 수평 복사 패턴도이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
먼저, 본 발명에 따른 안테나 시스템은 3개 이상의 다중 섹터 안테나와 하나의 마이크로웨이브 안테나를 이용하여 구현할 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 6개의 섹터 안테나와 하나의 마이크로웨이브 안테나로 구현된 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예에서 360°방향을 6개의 섹터로 균등하게 구분하여 A 내지 F 섹터로 명명하고, 각 섹터의 안테나를 A섹터 안테나, B섹터 안테나, C섹터 안테나, D섹터 안테나, E섹터 안테나, F섹터 안테나로 구분하여 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템의 설치예를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 중계시스템의 3면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 6 섹터 안테나중 하나의 섹터 안테나를 도시한 상세 도면이다.
본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 고층 건물(11)의 옥상에 설치되어 계단(13)을 통해 올라갈 수 있는 옥탑(12)에 설치되는 중계기 함체(14)와, 지지대(15)의 중간부분에 부착되는 다중 섹터 안테나(100), 지지대(15)의 상부에 부착되는 하나의 마이크로웨이브 안테나(200)로 구성되어 기지국에서 전송하는 마이크로웨이브 주파수대 신호를 수신하여 옥탑에 설치된 중계기 함체(14)의 중계기에서 이동통신 서비스 주파수대 신호로 다운 컨버팅한 후 다중 섹터 안테나(100)로 복사하여 해당 단말기들(예컨대, 셀룰러 폰, PCS폰, WiBro, WiMAX 단말기 등)에 서비스하고, 각 단말기들로부터 수신된 이동통신 주파수대 신호를 중계기 함체(14)의 중계기에서 마이크로웨이브 주파수대 신호로 업 컨버팅한 후 마이크로웨이브 안테나(200)를 통해 기지국으로 전송한다. 지지대(15) 위에는 낙뢰로부터 장비를 보호하기 위한 피뢰침(16)이 부착되어 있다.
또한 본 발명에 따른 다중 섹터 안테나(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 6개의 섹터 안테나(100A~100F)로 이루어지고, 중계기 함체(14) 안에는 마이크로웨이브 중계기(220)와 6개의 섹터 중계기(120A~120F)가 장착되어 있는데, 중계기 함체(14)의 4면은 볼트(14a)를 통해 방습형 뚜껑(14b)이 부착되어 뚜껑(14b) 또는 개폐문을 열고 내부의 장비를 쉽게 유지 보수할 수 있도록 되어 있다.
또한 마이크로웨이브 안테나(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 안테나 체결구의 수평방향 조정자(202)로 안테나의 수평방향을 조정하고, 수직방향 조정자(204)로 안테나의 수직방향을 조정할 수 있도록 되어 있다.
그리고 본 발명에 따른 안테나 시스템은 중계기들(220, 120A~120F)과 안테나(200, 100A~100F)가 근접하게 설치되어 전송손실을 줄일 수 있도록 되어 있으며, 각 섹터 안테나(100A~100F)는 홈이 있는 지지대(108)에 설치되어 방설커버(106)나 복사기(104)가 부착된 금속반사판(102)을 상하로 쉽게 장탈착할 수 있도록 되어 있다.
보다 자세히 살펴보면, 하나의 섹터 안테나(100A~100F)는 도 3에 도시된 바와 같이, 금속 반사판(102)의 전면에 수평으로 2열 수직으로 다단의 복사소자(수직, 수평편파, 또는 +45도-45도 편파 또는 좌회전편파, 우회전편파, 다이버스티형 다양한 선택; 104)들이 배열되어 있으며, 각 복사소자(104)는 저주파용 복사소자(104L)의 내부에 고주파대 복사소자(104H)가 삽입된 구조로 되어 있다.
또한 본 발명의 섹터 안테나(100A~100F)의 금속판(102)은 홈이 형성된 지지대(108)에 볼트 구멍(102a)을 통해 고정되고, 방설커버(평면형 또는 곡면형;106)는 애폭시판으로 구성되며 안테나 커버 지지 구조물(108)에 홈을 구성해서 방설커버(106)를 상하로 장탈착할 수 있게 한 것이다. 통상, 6섹터 안테나의 경우는 안테나 빔폭이 좁아야 하므로 본 발명에서는 수직으로 2열 혹은 3열로 복사소자를 배열하였다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템의 전체 구성 블럭도이다.
본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템은 도 4에 도시된 바와 같이 기지국 장치와 중계국 장치로 구분되어 기지국 장치가 셀룰러, WCDMA, WiBro 등의 서비스 신호를 마이크로웨이브 신호에 실어 중계국으로 전송하면 중계국 장치가 마이크로 웨이브신호를 수신받아 이동통신주파수신호로 다운 컨버팅한 후 셀룰러, WCDMA, WiBro 등의 서비스 신호를 섹터 안테나(100A~100F)를 통해 서비스 지역의 단말기들(301,302,303)로 다운 링크 전송하고, 중계국 장치가 서비스 지역의 단말기(301,302,303)로부터 수신한 신호를 마이크로 웨이브 신호로 업 컨버팅한 후 기지국으로 전송하면 기지국 장치가 마이크로웨이브 신호를 다운 컨버팅한 후 셀룰러, WCDMA, WiBro 등의 서비스 신호를 복조하여 업 링크로 전송한다.
도 4를 참조하면, 중계국 장치는 A섹터 내지 F섹터 안테나(100A~100F)와, A섹터 내지 F섹터 중계기(120A~120F), 마이크로웨이브 중계기(220), 마이크로 웨이브 안테나(200)로 구성되어 셀룰러 단말기(301)나 WCDMA 단말기(302), WiBro 단말기(303)에 이동통신 서비스를 제공하고, 기지국 장치는 마이크로웨이브 안테나(200')와, 마이크로웨이브 중계기(220'), A섹터 내지 F섹터 중계기(120A'~120F')로 이루어져 기지국 제어기측으로부터 수신된 셀룰러, WCDMA, WiBro 등의 서비스 신호를 중계국 장치측으로 전송하고 중계국 장치측으로부터 수신된 셀룰러, WCDMA, WiBro 등의 서비스 신호를 기지국 제어기 측으로 전송한다.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템의 중계기측 세부 계통도이고, 도 6은 도 5에 도시된 마이크로 웨이브 중계기 케이스의 입체도이며, 도 7은 도 5에 도시된 섹터 중계기 케이스의 입체도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 각 섹터 안테나(100A~100F)와 섹터 중계기(120A~120F)는 셀룰러 서비스를 위한 급전선로와, WCDMA 서비스를 위한 급전선로, WiBro 서비스를 위한 급전선로로 연결되고, 6개의 섹터 중계기(120A~120F)와 마이크로웨이브 중계기(220)는 6개의 송신신호 선로(U/L)와 6개의 수신신호 선로(D/L)로 각각 연결된다.
각 섹터 중계기(120A~120F)는 도 5에 도시된 바와 같이, 셀룰러 서비스를 위해 섹터 안테나(100A~100F)로부터 수신된 고주파 무선신호를 수신측으로 전달하고 송신측으로부터 입력된 고주파 무선신호를 섹터 안테나측으로 전달하여 송수신을 분리하는 제1 다이플랙서(121a)와, 섹터 안테나를 통해 수신된 셀룰러 서비스를 위한 고주파 무선신호를 증폭하는 제1 저잡음증폭기(LNA: 122a)와, 셀룰러 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제1 대역통과필터(BPF: 123a)와, WCDMA 서비스를 위해 섹터 안테나(100A~100F)로부터 수신된 고주파 무선신호를 수신측으로 전달하고 송신측으로부터 입력된 고주파 무선신호를 섹터 안테나측으로 전달하여 송수신을 분리하는 제2 다이플랙서(121b)와, 섹터 안테나를 통해 수신된 WCDMA 서비스를 위한 고주파 무선신호를 증폭하는 제2 저잡음증폭기(LNA: 122b)와, WCDMA 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제2 대역통과필터(BPF: 123b)와, WiBro 서비스를 위해 섹터 안테나(100A~100F)로부터 수신된 고주파 무선신호를 수신측으로 전달하고 송신측으로부터 입력된 고주파 무선신호를 섹터 안테나측으로 전달하여 송수신을 분리하는 제3 다이플랙서(121c)와, 섹터 안테나를 통해 수신된 WiBro 서비스를 위한 고주파 무선신호를 증폭하는 제3 저잡음증폭기(LNA: 122c)와, WiBro 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제3 대역통과필터(BPF: 123c)와, 제1 내지 제3 대역통과필터의 신호를 하나로 합성한 후 제1 내지 제6 서브반송파(f1~f6)로 업 컨버팅하여 마이크로웨이브 중계기(220)로 전송하는 섹터 업 컨버팅 합성기(124)와, 마이크로웨이브 중계기(220)로부터 수신된 신호를 제1 내지 제6 서브 반송파(f1~f6)로 다운 컨버팅하고 셀룰러 서비스를 위한 신호, WCDMA 서비스를 위한 신호, WiBro 서비스를 위한 신호로 분리하는 섹터 다운 컨버팅 분배기(125)와, 셀룰러 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제4 대역통과필터(BPF: 126a)와, 제4 대역통과필터(126a)를 통과한 셀룰러 서비스를 위한 신호를 고출력으로 증폭하는 제1 고출력증폭기(HPA: 127a)와, 셀룰러 서비스를 위한 중계국 장치의 동작을 감시하기 위한 제1 모니터링 디바이스(128a)와, WCDMA 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제5 대역통과필터(BPF: 126b)와, 제5 대역통과필터를 통과한 WCDMA 서비스를 위한 신호를 고출력으로 증폭하는 제2 고출력증폭기(HPA: 127b)와, WCDMA 서비스를 위한 중계국 장치의 동작을 감시하기 위한 제2 모니터링 디바이스(128b)와, WiBro 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제6 대역통과필터(BPF:126c)와, 제6 대역통과필터(126c)를 통과한 WiBro 서비스를 위한 신호를 고출력으로 증폭하는 제3 고출력증폭기(HPA: 127c)와, WiBro 서비스를 위한 중계국 장치의 동작을 감시하기 위한 제3 모니터링 디바이스(128c)로 구성된다.
또한 마이크로웨이브 중계기(220)는 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제6 섹터 중계기(120A~120F)로부터 입력된 이동통신 서비스 신호를 하나로 합성한 후 마이크로웨이브 주파수대 신호로 업 컨버팅하는 마이크로웨이브 업 컨버팅 합성기(221)와, 마이크로웨이브 업 컨버팅 합성기(221)의 합성된 신호를 고출력 증폭하는 마이크로웨이브 고출력 증폭기(HPA: 222)와, 마이크로웨이브 안테나(200)로부터 수신된 신호를 수신측으로 전송하고 송신신호를 마이크로웨이브 안테나(200)측으로 전송하여 송수신을 분리하는 마이크로웨이브 다이플랙서(223)와, 수신된 마이크로웨이브 신호를 증폭하는 마이크로웨이브 저잡음 증폭기(LNA: 224)와, 저잡음 증폭된 마이크로웨이브 신호를 이동통신주파수대로 다운 컨버팅한 후 6개의 섹터 신호로 분배하는 마이크로웨이브 다운 컨버팅 분배기(225)로 구성된다.
도 8은 본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템의 기지국측 계통도이고, 도 9는 도 8에 도시된 기지국 마이크로 웨이브 중계기 케이스의 입체도이며, 도 10은 도 8에 도시된 기지국측 섹터 중계기 케이스의 입체도이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 마이크로웨이브 송수신기(220')는 하나의 마이크로웨이브 안테나(200')와 마이크로웨이브 급전선 커넥터(226')를 통해 연결되고, 6개의 분배합성기(120')와 6개의 다운링크 선로(D/L)와 6개의 업링크 선로(U/L)로 각각 연결된다.
마이크로웨이브 송수신기(220')는 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제6 분배합성기(120A'~120F')로부터 입력된 이동통신 서비스 신호를 하나로 합성한 후 마이크로웨이브 주파수대 신호로 업 컨버팅하는 마이크로웨이브 업 컨버팅 합성기(221)와, 마이크로웨이브 업 컨버팅 합성기(221)의 합성된 신호를 고출력 증폭하는 마이크로웨이브 고출력 증폭기(HPA: 222)와, 마이크로웨이브 안테나(200)로부터 수신된 신호를 마이크로웨이브 급전선(226)을 통하여 수신측으로 전송하고 송신신호를 마이크로웨이브 안테나(200)측으로 전송하여 송수신을 분리하는 마이크로웨이브 다이플랙서(223)와, 수신된 마이크로웨이브 신호를 증폭하는 마이크로웨이브 저잡음 증폭기(LNA: 224)와, 저잡음 증폭된 마이크로웨이브 신호를 이동통신주파수대로 다운 컨버팅한 후 6개의 섹터 신호로 분배하는 마이크로웨이브 다운 컨버팅 분배기(225)로 구성된다.
각 분배합성기(120A'~120F')는 도 8에 도시된 바와 같이, 셀룰러 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제1 대역통과필터(BPF: 123a)와, WCDMA 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제2 대역통과필터(BPF: 123b)와, WiBro 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제3 대역통과필터(BPF: 123c)와, 제1 내지 제3 대역통과필터의 신호를 하나로 합성한 후 제1 내지 제6 서브반송파(f1~f6)로 업컨버팅하여 마이크로웨이브 송수신기(220')로 전송하는 섹터 업 컨버팅 합성기(124)와, 마이크로웨이브 송수신기(220')로부터 수신된 신호를 제1 내지 제6 서브 반송파(f1~f6)로 다운 컨버팅하고 셀룰러 서비스를 위한 신호, WCDMA 서비스를 위한 신호, WiBro 서비스를 위한 신호로 분리하는 섹터 다운 컨버팅 분배기(125)와, 셀룰러 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제4 대역통과필터(BPF: 126a)와, WCDMA 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제5 대역통과필터(BPF: 126b)와, WiBro 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제6 대역통과필터(BPF:126c)로 구성된다.
도 11은 본 발명에 따른 다중섹터 이동통신 안테나의 수평 복사 패턴도이다. 도 11의 6섹터 이동통신 안테나의 수평복사 패턴도에 따르면 2G,3G,4G 3D TV, WiMAX 복사패턴이 거의 동일하게 구성되고, 인접 섹터로는 가능한 적게 복사되게 하여 간섭을 줄여서 음영지역을 최소화한 것을 알 수 있다.
이어서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템의 동작을 중계국에서 기지국으로 신호가 전달되는 업 링크 동작과, 기지국에서 중계국으로 신호가 전달되는 다운 링크 동작으로 구분하여 설명하면 다음과 같다.
1. 업 링크의 동작
셀룰러 단말기(301)에서 송신한 전파는 섹터 안테나(100A~100F)를 통해 다이플랙서(121a)를 통과하여 LNA(122a)에서 증폭된 후 대역통과필터(BPF;123a)를 거쳐 섹터 업컨 버팅 합성기(124)로 입력되고, PCS(WCDMA) 단말기(302)에서 송신한 전파는 섹터 안테나(100A~100F)를 통해 다이플랙서(121b)를 통과하여 LNA(122b)에서 증폭된 후 대역통과필터(BPF;123b)를 거쳐 합성기(124)로 입력되며, Wibro(WiMAX) 단말기(303)에서 송신한 전파는 섹터 안테나(100A~100F)를 통해 다이플랙서(121c)를 통과하여 LNA(122c)에서 증폭된 후 대역통과필터(BPF;123c)를 거쳐 합성기(124)로 입력된다.
섹터 업 컨버팅 합성기(124)는 각 단말기들로부터 수신한 신호를 합성하여 부반송파 f1~f6중 하나로 업 컨버팅한 후 마이크로웨이브 중계기(220)의 업 컨버터 합성기(221)로 출력한다. 예컨대, A섹터 중계기(120A)의 섹터 업 컨버팅 합성기(124)는 f1 부반송파로 업 컨버팅하고, B섹터 중계기(120B)의 섹터 업 컨버팅 합성기(124)는 f2 부반송파로 업 컨버팅하며, C섹터 중계기(120B)의 섹터 업 컨버팅 합성기(124)는 f3 부반송파로 업 컨버팅한다. 동일한 방식으로 F섹터 중계기(120F)의 섹터 업 컨버팅 합성기(124)는 f6 부반송파로 업 컨버팅한다.
마이크로웨이브 업 컨버팅 합성기(221)는 각 섹터 중계기(120A~120F)로부터 입력된 부반송파 컨버팅신호를 합성한 후 마이크로웨이브 주파수로 업 컨버팅 변환하고, 이 신호는 마이크로웨이브 HPA(222)에서 증폭된 후 마이크로웨이브 다이플랙서(223)를 거쳐 급전선(226) 통과 마이크로웨이브 안테나(200)에서 공기중으로 복사되어 기지국으로 전송된다.
기지국에서는 마이크로웨이브 안테나(200')를 통해 이 업 링크신호를 수신한 후 마이크로웨이브 송수신기(220')에서 다운 컨버팅하여 부반송파 신호로 복조한 후 각 분배합성기(120A'~120F')로 분배하고, 각 분배합성기(120A'~120F')는 해당 부반송파 신호를 다운 컨버팅하여 셀룰러 서비스 신호, WCDMA 서비스 신호, WiBro 서비스 신호로 각각 분배하여 망측으로 전송한다. 이때 기지국에서는 중계국의 모니터링 장치를 이용하여 서비스 상태 감시하고, 중계국 장치를 원격으로 컨트롤할 수 있다.
2. 다운 링크의 동작
기지국에서 망으로부터 수신된 셀룰러 서비스신호와 WCDMA 서비스 신호, WiBro 서비스 신호는 분배합성기(120A'~120F')에서 해당 부반송파(f1~f6)로 업 컨버팅되어 마이크로웨이브 송수신기(220')로 전송되고, 마이크로웨이브 송수신기(220')는 각 분배합성기(120A'~120F')로부터 수신된 부반송파신호를 다시 마이크로웨이브 주파수대의 신호로 업 컨버팅하여 급전선(226') 통과 마이크로웨이브 안테나(200')를 통해 중계국측으로 방사한다.
기지국의 마이크로웨이브 송수신기(220')에서 전송된 다운링크 신호는 중계국에서 마이크로웨이브 안테나(200)에서 수신된 후 급전선(226) 통과 M/W 다이플랙서(223)를 거쳐 M/W LNA(224)에서 증폭된 후 마이크로웨이브 다운 컨버팅 분배기(225)에서 주파수 다운 컨버팅되어 제1 내지 제6 부반송파신호로 변환된 후 각 섹터 중계기(120A~120F)로 분배된다. 예컨대, 제1 부반송파신호는 A섹터 중계기(120A)로 분배되고, 제2 부반송파신호는 B섹터 중계기(120B)로 전송되며, 제6 부반송파신호는 F섹터 중계기(120F)로 분배된다.
각 섹터 중계기(120A~120F)의 섹터 다운 컨버팅 분배기(125)는 해당 부반송파(f1~f6)로 다운 컨버팅하여 셀룰러 서비스신호와 WCDMA 서비스신호, WiBro 서비스 신호로 분배하고, 셀룰러 대역필터(126a)를 거친 셀룰러 서비스 신호는 HPA(127a)에서 증폭된 후 다이플랙서(121a)를 거쳐 섹터 안테나(100A~100F)에서 방사되어 셀룰러 단말기(301)로 전송되고, WCDMA 대역필터(126b)를 거친 WCDMA 서비스 신호는 HPA(127b)에서 증폭된 후 다이플랙서(121b)를 거쳐 섹터 안테나(100A~100F)에서 방사되어 WCDMA 단말기(302)로 전송되며, WiBro 대역필터(126c)를 거친 WiBro 서비스 신호는 HPA(127c)에서 증폭된 후 다이플랙서(121c)를 거쳐 섹터 안테나(100A~100F)에서 방사되어 WiBro 단말기(303)로 전송된다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 기지국과 중계국이 마이크로웨이브를 통해 통신하는 것을 예로들어 설명하였으나 광케이블이 설치된 지역은 마이크로웨이브 급전선(226,226') 대신에 광케이블 급전선(226.226')으로 교체하여 전송할 수도 있으며, 광케이블이나 마이크로웨이브 안테나로 전송하여 운영할 수도 있다. 이 경우는 기지국, 중계국측 M/W HPA 출력에 광변환 레이저 다이오드 부착하고, LNA 입력단에 포토다이오드 추가 부착 광-마이크로웨이브로 변환하고 다이플랙서를 광다이플랙서로 교체해서 안테나(200,200') 사용하지 않고 광케이블(226,226')로 중계국과 연결하여 광 케이블로 전송하여 다중섹터 중계한다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 아날로그 중계기로 참고하여 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 즉, 디지탈 중계기 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
11: 건물 12: 옥탑
13: 계단 14: 중계기 함체
15: 지지대 100,100A~100F: 섹터 안테나
120A~120F: 섹터 중계기 200,200': 마이크로웨이브 안테나
220: 마이크로웨이브 중계기 220': 마이크로웨이브 송수신기
120A'~120F': 분배합성기 226,226': 마이크로웨이브 급전선(또는 광케이블)

Claims (6)

  1. 빌딩 옥탑이나 타워에 마이크로웨이브 중계기와 다중 섹터 중계기가 실장되는 중계기 함체를 설치하고, 상기 중계기 함체 위에 상기 다중 섹터 중계기와 연결되는 다중 섹터 안테나를 설치한 후, 상기 다중 섹터 안테나 위에 상기 마이크로웨이브 중계기와 연결되는 마이크로웨이브 안테나를 설치하여
    기지국의 마이크로웨이브 송수신기와 마이크로웨이브 신호로 업/다운 링크하여 셀룰러, WCDMA, WiBro와 같은 다양한 이동통신 서비스를 중계하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다중 섹터 안테나는
    홈이 형성된 지지대의 상기 홈을 통해 상하로 장탈착할 수 있는 방설커버와, 저주파 복사기와 상기 저주파 복사기의 내측에 위치하는 고주파 복사기로 이루어진 복사기들이 금속 반사판의 전면에 2열 혹은 3열 다단으로 배열되어 이루어져
    설치 및 이설이 용이하고 급전 케이블의 길이를 짧게 하여 전송손실을 최소화할 수 있으며 상기 중계기 함체를 4방향에서 개폐할 수 있도록 하여 유지보수가 용이하도록 된 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다중 섹터 중계기는
    셀룰러 서비스를 위해 섹터 안테나(100A~100F)로부터 수신된 고주파 무선신호를 수신측으로 전달하고 송신측으로부터 입력된 고주파 무선신호를 섹터 안테나측으로 전달하여 송수신을 분리하는 제1 다이플랙서(121a)와,
    상기 섹터 안테나를 통해 수신된 셀룰러 서비스를 위한 고주파 무선신호를 증폭하는 제1 저잡음증폭기(LNA: 122a)와,
    셀룰러 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제1 대역통과필터(BPF: 123a)와,
    WCDMA 서비스를 위해 섹터 안테나(100A~100F)로부터 수신된 고주파 무선신호를 수신측으로 전달하고 송신측으로부터 입력된 고주파 무선신호를 섹터 안테나측으로 전달하여 송수신을 분리하는 제2 다이플랙서(121b)와,
    상기 섹터 안테나를 통해 수신된 WCDMA 서비스를 위한 고주파 무선신호를 증폭하는 제2 저잡음증폭기(LNA: 122b)와,
    WCDMA 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제2 대역통과필터(BPF: 123b)와,
    WiBro 서비스를 위해 섹터 안테나(100A~100F)로부터 수신된 고주파 무선신호를 수신측으로 전달하고 송신측으로부터 입력된 고주파 무선신호를 섹터 안테나측으로 전달하여 송수신을 분리하는 제3 다이플랙서(121c)와,
    상기 섹터 안테나를 통해 수신된 WiBro 서비스를 위한 고주파 무선신호를 증폭하는 제3 저잡음증폭기(LNA: 122c)와,
    WiBro 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제3 대역통과필터(BPF: 123c)와,
    상기 제1 내지 제3 대역통과필터의 신호를 하나로 합성한 후 제1 내지 제6 부반송파(f1~f6)로 업 컨버팅하여 마이크로웨이브 중계기(220)로 전송하는 섹터 업 컨버팅 합성기(124)와,
    마이크로웨이브 중계기(220)로부터 수신된 신호를 제1 내지 제6 서브 반송파(f1~f6)로 다운 컨버팅하고 셀룰러 서비스를 위한 신호, WCDMA 서비스를 위한 신호, WiBro 서비스를 위한 신호로 분리하는 섹터 다운 컨버팅 분배기(125)와,
    셀룰러 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제4 대역통과필터(BPF: 126a)와,
    상기 제4 대역통과필터(126a)를 통과한 셀룰러 서비스를 위한 신호를 고출력으로 증폭하는 제1 고출력증폭기(HPA: 127a)와,
    WCDMA 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제5 대역통과필터(BPF: 126b)와,
    상기 제5 대역통과필터를 통과한 WCDMA 서비스를 위한 신호를 고출력으로 증폭하는 제2 고출력증폭기(HPA: 127b)와,
    WiBro 서비스를 위한 주파수대역만을 통과시키는 제6 대역통과필터(BPF:126c)와,
    상기 제6 대역통과필터(126c)를 통과한 WiBro 서비스를 위한 신호를 고출력으로 증폭하는 제3 고출력증폭기(HPA: 127c)로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 다중 섹터 중계기는
    셀룰러 서비스를 위한 중계국 장치의 동작을 감시하기 위한 제1 모니터링 디바이스(128a)와,
    WCDMA 서비스를 위한 중계국 장치의 동작을 감시하기 위한 제2 모니터링 디바이스(128b)와,
    WiBro 서비스를 위한 중계국 장치의 동작을 감시하기 위한 제3 모니터링 디바이스(128c)를 더 구비하여
    기지국에서 중계국의 서비스 상태 감시하고, 중계국 장치를 원격으로 컨트롤할 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 마이크로웨이브 중계기는
    제1 내지 제6 섹터 중계기(120A~120F)로부터 입력된 이동통신 서비스 신호를 하나로 합성한 후 마이크로웨이브 주파수대 신호로 업 컨버팅하는 마이크로웨이브 업 컨버팅 합성기(221)와,
    마이크로웨이브 업 컨버팅 합성기(221)의 합성된 신호를 고출력 증폭하는 마이크로웨이브 고출력 증폭기(HPA: 222)와,
    마이크로웨이브 안테나(200)로부터 수신된 신호를 수신측으로 전송하고 송신신호를 마이크로웨이브 안테나(200)측으로 전송하여 송수신을 분리하는 마이크로웨이브 다이플랙서(223)와,
    수신된 마이크로웨이브 신호를 증폭하는 마이크로웨이브 저잡음 증폭기(LNA: 224)와,
    저잡음 증폭된 마이크로웨이브 신호를 이동통신주파수대로 다운 컨버팅한 후 6개의 섹터 신호로 분배하는 마이크로웨이브 다운 컨버팅 분배기(225)로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템.
  6. 광케이블이 포설되어 있는 장소에서는 중계국과 기지국에 있는 마이크로웨이브 송신 및 수신증폭기에 추가로 레이저 다이오드와 포토다이오드를 부착한 후 마이크로웨이브- 광변환 또는 광-마이크로웨이브 변환하여 광 다이플랙서 추가 부착 연결하여 광 케이블로 기지국에서 중계국으로 전송하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 다중섹터 이동통신 안테나 중계시스템.
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