KR20160112131A - 이동통신 멀티 밴드 pimd 억제 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방향성 결합기를 이용하여 안테나와 다중대역 입력부 및 기지국 수신부를 연결하는 Multi-Band PIMD 억제 방법에 관한 것으로, (a) 방향성 결합기의 제1 단자를 통해 입력된 다중대역 입력부의 신호가 방향성 결합기의 결합도(Coupling rate)와 방향도(Directivity) 만큼 감쇄되어 제3 단자를 통해 출력되는 단계와, (b) 방향성 결합기의 제2 단자를 통해 입력된 다중대역 신호가 방향성 결합기의 결합도(Coupling rate) 만큼 감쇄되어 제3 단자를 통해 출력되는 단계와, (a)단계와 (b)단계의 신호 감쇄 차이에 근거하여 제3 단자를 통해 출력되는 신호들 중 제2 단자를 통해 입력된 다중대역 신호가 구분되어 기지국 수신부에 전달되는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 Multi-Band PIMD 억제 방법은 Directional Coupler의 Directivity를 이용하여 Tx 신호의 PIM 크기를 줄여 Rx 신호와 구분할 수 있게 하며, 이를 통해 종래 여러 개의 선로를 통해 주고 받던 신호를 단일 선로를 통해 전송하는 것이 가능해진다.

Description

이동통신 멀티 밴드 PIMD 억제 장치 및 방법 {APPARATUS FOR SUPPRESSING MULTI-BAND PIMD OF MOBILE COMMUNICATION AND METHOD USING THE SAME}

본 발명은 Directional Coupler의 Directivity를 이용하여 Multi-Band PIMD를 억제하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

근래에는 이동통신 기술 발전에 힘입어 개개인이 이동 단말기를 휴대하고 있으며, 사용자들의 수요가 늘어남에 따라 여러 사업자가 이동통신 사업에 참여하고 있다. 이동통신 사업자가 많아지면서 소비자들은 보다 저렴한 가격에 다양한 서비스를 제공받을 수 있게 된다는 장점이 있다. 하지만, 전송 선로가 많아짐에 따라 미관상 안 좋은 영향을 미치고 설치 비용이 높아진다는 문제가 존재한다.

이러한 문제점들을 해결하기 위해 전송 선로를 단일화 하고자 하는 노력이 이루어지고 있으며, 송신선로와 수신선로를 단일화하는 시도가 있었다. 하지만, Multi-Band Tx 신호 합성 시 비선형 시스템의 특성상 PIMD(Passive Inter-Modulation Distortion)가 발생하게 되며 이러한 PIM 신호들이 Rx 신호에 섞여 들어가면서 수신하고자 하는 Rx 신호를 분간해 내는 것이 불가능해지는 문제점이 발생한다(도 1 참조). PIM 신호가 발생하면 통신 시스템은 그 간섭 신호로 인해 통화 품질이 떨어지거나 기지국 가용 용량이 저하된다.

특허문헌 1에서는 위상제거기를 사용하여 PIMD를 문제를 극복하는 방안을 제안하고 있으나 상기와 같은 문제점들은 여전히 해결하지 못한다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 많은 투자가 이루어지고 다양한 방향으로 연구가 진행되고 있다.

대한민국 등록특허공보 10-0442537

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단일 선로를 통해 Multi-Band Tx 신호와 Rx 신호를 송수신 할 수 있는 PIMD 억제 장치 및 억제 방법을 제공함에 목적이 있다.

전술한 본 발명의 목적은, 방향성 결합기를 포함하며, 상기 방향성 결합기는 다중대역 입력부와 전기적으로 연결되는 제1 연결부와, 안테나와 전기적으로 연결되는 제2 연결부 및 상기 제1 연결부를 통해 입력된 신호의 PIM을 억제하며 상기 제2 연결부를 통해 입력되는 신호를 기지국 수신부로 전달하는 제3 연결부를 포함하는 이동통신 멀티 밴드 PIMD 억제 장치 및 방법을 제공함에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 PIM 억제는 상기 제1 연결부를 통해 입력된 신호가 상기 제3 연결부를 통해 출력될 때의 신호 감쇄와 상기 제2 연결부를 통해 입력된 신호가 상기 제3 연결부를 통해 출력될 때 생기는 신호 감쇄의 차이에 의하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 제3 연결부는 상기 다중대역 입력부의 필요대역을 차단하고 제2연결부로 입력되는 UL신호의 필요대역을 통과시키는 수신 대역필터를 포함할 수 있다.

한편, 전술한 본 발명의 목적은, 방향성 결합기를 이용하여 안테나와 다중대역 입력부 및 기지국 수신부를 연결하는 Multi-Band PIMD 억제 방법에 있어서, (a) 상기 방향성 결합기의 제1 단자를 통해 입력된 다중대역 입력부의 신호가 상기 방향성 결합기의 결합도(Coupling rate)와 방향도(Directivity) 만큼 감쇄되어 제3 단자를 통해 출력되는 단계와, (b) 상기 방향성 결합기의 제2 단자를 통해 입력된 UL 신호가 상기 방향성 결합기의 결합도(Coupling rate) 만큼 감쇄되어 제3 단자를 통해 출력되는 단계와, 상기 (a)단계와 (b)단계의 신호 감쇄 차이에 근거하여 상기 제3 단자를 통해 출력되는 신호들 중 상기 제2 단자를 통해 입력된 UL 신호가 구분되어 기지국 수신부에 전달되는 단계를 포함하는 Multi-Band PIMD 억제 방법을 제공함에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 제3 단자를 통해 출력되는 UL 신호의 필요대역 신호가 증폭되는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 Multi-Band PIMD 억제 장치에 의하면, Directional Coupler의 Directivity를 이용하여 Tx 신호의 PIM의 크기를 줄여 Rx 신호와 구분할 수 있으며, 이를 통해 종래 여러 개의 선로를 통해 주고 받던 신호를 단일 선로를 통해 전송하는 것이 가능하다.

도 1은 종래 Multi-Band 합성 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Multi-Band PIMD 억제 장치의 구성도.
도 3은 도 2에 도시된 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도.
도 4는 도 2에 도시된 장치의 각 단자에서의 출력값 변화를 나타낸 개념도.
도 5는 도 4에 도시된 출력값들의 종합 전력 레벨을 도시한 개념도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 Multi-Band PIMD 억제 장치를 활용한 단일선로 MIMO 제공장치의 개념도.

이하에서는 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다. 그리고 본 발명의 여러 실시예를 설명함에 있어서, 동일한 기술적 특징을 갖는 구성요소에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Multi-Band PIMD 억제 장치(100)의 구성도이다.

도 2를 참조하면, Multi-Band PIMD 억제장치(100)는 방향성 결합기(110)를 포함한다.

방향성 결합기(110)는 다중대역 입력부(200) 및 기지국 수신부(300)를 안테나(400)와 연결한다. 이를 위해 본 실시예에 따르는 방향성 결합기(110)는 적어도 세 개의 연결부를 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 방향성 결합기(110)는 4개의 단자를 구비한다. 제1 단자(111)는 다중대역 입력부(200)와 연결되고, 제2 단자(112)는 안테나(400)와 연결되며, 제3 단자(114)는 기지국 수신부(300)와 연결되며, 제4 단자(113)는 종단된다.

여기서 다중대역 입력부(200)라 함은 개인 단말기들로 신호를 송신하는 사업자들의 송신단(Tx)을 의미하고, 기지국 수신부(300)라 함은 개인 단말기들에서 송신된 신호를 수신하는 사업자들의 수신단(Rx)을 의미한다. 도시된 바와 같이 다중대역 입력부(200)의 신호는 Tx Combiner에 의하여 결합되고, 기지국 수신부(300)의 신호는 Rx Filter에 의하여 분리될 수 있다.

본 실시예에서 다중대역 입력부(200) 및 기지국 수신부(300)는 하나의 선로(500)를 통해 안테나(400)에 연결된다. 다중대역 입력부(200), 기지국 수신부(300) 및 하나의 선로(500) 사이에 방향성 결합기(110)가 배치된다.

방향성 결합기(110)는 방향도(directivity)와 결합도(coupling rate)를 갖는다.

결합도(coupling rate)는 결합계수(coupling factor)라고도 부르며 주경로와 부경로와의 전력비를 나타내는 척도로 사용된다.

방향도(directivity)는 주경로에서 진행방향으로 전파되는 신호가 부경로에서의 어떤 특정 단자와 얼마나 잘 결합하는가를 나타내는 척도이다.

도시된 바와 같이, 다중대역 입력부(200)에서 송신된 신호(Down Link 신호, 이하 'DL 신호'라 함)는 방향성 결합기(110)의 제1 연결부로 입력된 후 제2 연결부 및 제3 연결부를 통해 출력된다. 마찬가지로, 개인 단말기들을 통해 안테나에 수신된 신호(Up Link 신호, 이하 'UL 신호'라 함)는 방향성 결합기(110)의 제2 연결부로 입력된 후 제3 연결부를 통해 출력된다.

제1 연결부는 제1 단자(111)를 포함하고, 제2 연결부는 제2 단자(112)를 포함한다. 제3 연결부는 제3 단자(114), UL 필터(121) 및 증폭기(115) 등을 포함한다.

DL 신호는 방향성 결합기(110)의 주경로를 거쳐 제2 단자(112)로 출력되고 연결 선로를 통해 안테나(400)에 전달된다. DL 신호는 안테나(400)를 거쳐 각 통신사 별로 사용자 단말기들(401,402,403)에 전달한다.

또한, DL 신호는 방향성 결합기(110)를 거치며 결합도(coupling rate) 및 방향도(directivity) 만큼 감쇄되어 제3 단자(114)로 출력되는데 이러한 신호 중 PIM 신호가 기지국 수신부(300)에 잡음으로 작용하게 된다. 이를 제거하는 방법은 이하에서 도 3 내지 도 5를 참조하여 구체적으로 설명한다.

사용자 단말기들(401,402,403)에서 송신된 UL 신호는 안테나(400) 및 연결 선로(500)를 거쳐 방향성 결합기(110)의 제2 단자(112)로 입력된다.

제2 단자(112)로 입력된 UL 신호는 방향성 결합기(110)의 결합도(coupling rate) 만큼 감쇄되어 제3 단자(114)로 출력된다.

제3 단자(114)로 출력된 UL 신호는 UL 필터(121)를 통과하고, DL 신호는 제거된다.

UL 필터(121)를 통해 불필요한 신호가 걸러진 UL 신호는 증폭기(115)에 의하여 증폭된 후 기지국 수신부(300)로 전달되며 기지국 수신부(300)에서 여러 신호 대역으로 분리되어 각 사업자에게 전달된다.

도 3은 도 2에 도시된 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도이고, 도 4는 도 2에 도시된 장치의 각 단자에서의 출력값 변화를 나타낸 개념도이고, 도 5는 도 4에 도시된 DL 출력값의 종합 전력 레벨을 도시한 개념도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, DL 신호가 방향성 결합기(110)의 제1 단자(111)를 통해 입력되면 DL 신호에서 결합도 및 방향도 만큼 신호 크기가 감쇄된 후 제3 단자(114)로 전달된다(S100).

한편, UL 신호는 방향성 결합기(110)의 제2 단자(112)를 통해 입력된 후 제3 단자(114)로 전달된다(S200). 방향성 결합기(110)를 거친 UL 신호는 방향성 결합기(110)의 결합도 만큼 크기가 감쇄되어 도 5에 도시된 113과 같은 크기가 된다.

송신 전파와 수신 전파의 대역대를 달리하여 송수신 전파의 상호 간섭을 배제하려는 시도가 이루어지나 비선형 시스템의 특성상 PIM에 의하여 송수신 신호의 간섭이 생기게 된다. 즉, 본 발명과 같이 다중대역 입력을 하나로 합쳐 송신하게 되면 그 과정에서 수많은 PIM들이 발생하게 되며 그 중 수신 전파에서 사용하는 대역의 PIM이 존재하게 된다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 수신단(Rx)에서 필요로 대역을 기지국 수신부 필요대역(b)이라 하고, 송신단(Tx)에서 필요로 하는 대역을 기지국 송신부 필요대역(a)이라고 한다(도 4참조).

제3 단자(114)에는 UL 신호와 DL 신호가 모두 전달되며, DL 신호에는 기지국 수신부 필요대역(b)에서 발생하는 PIM이 존재한다. 일반적으로 PIM은 주 입력 신호에 비해 크기가 작다. 본 발명에서는 이러한 PIM 값을 방향성 결합기(110)의 방향도를 이용하여 최소화하여 UL 신호에 비해 무시할 수 있는 수준으로 낮춘다.

즉, 도 5를 참조하면, 기지국 수신부 필요대역(b)에서의 PIM 신호값은 주 경로에서 존재하는 원래 PIM 신호의 크기에 비해 결합도+방향도 수준 만큼 줄어들었다는 것을 알 수 있다.

제3 단자(114)를 통해 출력된 기지국 송신부 필요대역(a) 신호는 UL 필터(121)를 거치며 걸러지고, UL 신호에서 필요한 대역(b)의 신호만을 통과 시킨다(S300).

불필요한 대역(a)의 신호가 제거된 UL 신호는 증폭기(115)를 거쳐 증폭된다(S400).

방향성 결합기(110)의 제3 단자(114)를 통해 출력된 DL 신호의 PIM 값은 S400 단계의 UL 신호에 비해 무시할 수 있을 정도로 작은 크기가 되어 UL 신호를 선별할 수 있다.

UL 신호는 기지국 수신부(300)로 전달(S500)되며 기지국 수신부(300)에서 Rx Filter에 의하여 분리되어 각 사업자에게 전달된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 Multi-Band PIMD 억제 장치(100)를 활용한 단일선로 MIMO 제공장치(100')의 개념도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 단일선로 MIMO 제공장치(100')는 위에서 설명한 Multi-Band PIMD 억제 장치(100) 및 단일 선로 MIMO 장치(150)를 포함할 수 있다.

단일 선로 MIMO 장치(150)는 메인 유닛(151)과, 메인 유닛(151)에 연결되는 제1 단자(152) 및 제2 단자(153)을 포함한다. 또한 메인 유닛은 단일 선로(500)를 통해 기지국(400)에 연결된다.

이러한 구조에 의하면 다중 접속 방식의 무선 통신 시스템 등에서 적용하고 있는 MIMO 방식의 신호를 왜곡 없이 효과적으로 중계할 수 있으며, 또한, 기지국(400) 또는 중계기로부터 다수의 안테나들까지 MIMO 신호를 일정 거리 확장하거나 전달할 때 MIMO 안테나의 수에 대응하는 다수개의 전송 케이블을 하나의 전송 케이블로 공용화할 수 있도록 하여 중계 장치의 시설 비용을 현저히 줄이는 것이 가능하다.

메인 유닛(151)은 서비스용 안테나들과 단말기 사이의 전송 채널 행렬을 2x2로 만들어 주면서 MIMO방식의 기지국(400) 혹은 중계기의 신호를 하나의 케이블을 사용하여 서비스용 안테나 까지 전송할 수 있도록 하고, 그 하나의 케이블내에 두 개 이상의 경로를 만들어 주기 위하여 중계기내에 두 개 이상의 트랜시버를 구비하고 그 두 개 이상의 트랜시버 중 적어도 한 개의 트랜시버의 주파수 다운(down) 부분과 주파수 업(up) 부분을 서로 분리하여 각각 기지국(400)이나 중계기에 유선 혹은 무선으로 접속되는 도너와 서비스 안테나 측에 구현함으로써, 한 개의 케이블내에 두 개 이상의 독립적인 다른 경로를 갖도록 할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 일 실시예에 따르는 Multi-Band PIMD 억제 장치는, Directional Coupler의 Directivity를 이용하여 Tx 신호의 PIM 크기를 줄여 Rx 신호와 구분할 수 있게 한다. 이를 통해, 종래 여러 개의 선로를 통해 주고 받던 신호를 단일 선로를 통해 전송하는 것이 가능하다.

이상에서 본 발명의 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양하게 변형 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

100 : Multi-Band PIMD 억제 장치 110 : 방향성 결합기
111 : 제1 단자 112 : 제2 단자
114 : 제3 단자 115 : UL 필터 통과 지점
116 : 증폭기 통과 지점 121 : UL 필터
131 : 증폭기 200 : 다중대역 입력부
300 : 기지국 수신부 400 : 안테나

Claims (6)

1. 적어도 세 개의 연결부를 구비하는 방향성 결합기를 포함하며,
   상기 방향성 결합기는,
   다중대역 입력부와 전기적으로 연결되는 제1 연결부;
   안테나와 전기적으로 연결되는 제2 연결부; 및
   상기 제1 연결부를 통해 입력된 신호의 PIM을 억제하여 상기 제2 연결부를 통해 입력되는 신호를 기지국 수신부로 전달하는 제3 연결부를 포함하는 Multi-Band PIMD 억제 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 PIMD 억제는 상기 제1 연결부를 통해 입력된 신호가 상기 제3 연결부를 통해 출력될 때의 신호 감쇄와 상기 제2 연결부를 통해 입력된 신호가 상기 제3 연결부를 통해 출력될 때 생기는 신호 감쇄의 차이에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 Multi-Band PIMD 억제 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제3 연결부는 상기 UL 신호의 필요대역만을 통과시키는 UL 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 Multi-Band PIMD 억제 장치.
4. 방향성 결합기를 이용하여 안테나와 다중대역 입력부 및 기지국 수신부를 연결하는 Multi-Band PIMD 억제 방법에 있어서,
   (a) 상기 방향성 결합기의 제1 단자를 통해 입력된 다중대역 입력부의 신호가 상기 방향성 결합기의 결합도(Coupling rate)와 방향도(Directivity) 만큼 감쇄되어 제3 단자를 통해 출력되는 단계;
   (b) 상기 방향성 결합기의 제2 단자를 통해 입력된 다중대역 신호가 상기 방향성 결합기의 결합도(Coupling rate) 만큼 감쇄되어 제3 단자를 통해 출력되는 단계;
   (c) 상기 (a)단계와 (b)단계의 신호 감쇄 차이에 근거하여 상기 제3 단자를 통해 출력되는 신호들 중 상기 제2 단자를 통해 입력된 다중대역 신호가 구분되어 기지국 수신부에 전달되는 단계를 포함하는 Multi-Band PIMD 억제 방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   제3 단자를 통해 출력된 신호들에서 UL 필요대역 신호만이 통과되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Multi-Band PIMD 억제 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 통과된 신호가 증폭되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Multi-Band PIMD 억제 방법.

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