KR20200055616A - 반이중 무선 중계 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반이중 무선 중계 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 반이중 무선 중계 장치는, 복수개의 안테나에 대해 각각 송신 경로 또는 수신 경로를 설정하는 안테나 전환부; 상기 안테나 전환부에서 전달되는 아날로그 신호를 수신하는 수신 회로부; 상기 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부; 상기 변환된 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시키는 신호 지연부; 상기 지연된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DA 변환부; 및 상기 변환된 아날로그 신호를 상기 안테나 전환부로 전송하는 송신 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반이중 무선 중계 장치 및 방법 {Apparatus and method for half duplex wireless repeaters}
본 발명은 반이중 무선 중계 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무전기 등과 같이 반이중 무선 통신 방식을 사용하는 통신 장치들을 중계하는 반이중 무선 중계 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 중계 장치는 통신이 필요한 영역 내 음영지역을 해소하기 위하여 사용되는 장비로서, 기지국과 단말기(이동국) 간의 통신 혹은 단말기와 단말기 간의 통신을 원활하게 해 준다. 근래 이동 통신의 발달로 이동 통신 서비스 영역의 음영 지역 해소를 위한 많은 중계 장치가 개발되어 사용되어 왔으며, 그 기술 또한 눈부신 발전을 하였다.
한편, 전통적인 무선 통신 수단인 무전기도 여전히 다양한 산업 현장에서 필수적인 통신 수단으로 활용되고 있는데, 최근에는 국가재난안전통신망의 확보와 더불어 무선통신보조설비의 화재안전기준 강화 등으로 그 중요성이 더욱 부각되고 있다. 하지만, 반이중 통신 방식을 사용하는 무전기나 방송 서비스에 대한 중계 장치의 개발과 사용은 이동 통신에 비해 상대적으로 미약한 수준이다.
반이중 무선 중계 장치와 관련된 종래기술로는 한국 등록특허 제10-1097406호(단일 주파수 단신 통신을 위한 무선 중계 장치 및 방법), 한국 등록특허 제10-1736244호(긴급 재난 통신 시스템) 등이 있다.
이들 종래기술은 제1 이동국에서 제2 이동국으로 신호를 전송하는 제1 신호 처리부(송수신 회로부)와 제2 이동국에서 제1 이동국으로 신호를 전송하는 제2 신호 처리부(송수신 회로부)를 별개로 구비하고, 제1 및 제2 이동국의 후크(hook) 신호를 동기 신호로 이용하여 무선 중계 장치의 제1 및 제2 신호 처리부(송수신 회로부)를 온/오프시킨다.
그러나, 종래기술은 제1 이동국에서 제2 이동국으로 신호를 전송하는 제1 경로와 제2 이동국에서 제1 이동국으로 신호를 전송하는 제2 경로에 대해 각각 동기 신호 검출부, 신호 처리부(송수신 회로부) 등을 구비하기 때문에 동일한 회로를 중복적으로 구현하여 복잡도가 높고 경제성이 낮은 문제점이 있었다.
특히, 최근에는 음성 통신뿐만 아니라 문자 통신이나 데이터 통신이 가능한 디지털 무전기가 상용화되어 있는데, 종래기술은 이동국의 후크 신호를 동기 신호로 이용하기 때문에 디지털 무전기의 경우 문자 통신이나 데이터 통신을 사용할 수 없게 되거나 음성 통신도 제한을 받을 수 있는 문제점이 있었다.
한국 등록특허공보 제10-1097406호 한국 등록특허공보 제10-1736244호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 음영 지역이 많아서 여러 개의 안테나를 사용하는 경우에도 회로의 복잡도를 높이지 않고 하나의 무선 중계 장치로 용이하게 구현할 수 있는 반이중 무선 중계 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 음성 통신만을 수행하는 아날로그 무전기뿐만 아니라 문자 통신이나 데이터 통신도 함께 수행할 수 있는 디지털 무전기에도 적용될 수 있는 반이중 무선 중계 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 안테나로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후 디지털 신호에 대해 기 설정된 지연시간동안 지연시킨 후 송신하는 반이중 무선 중계 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 여러 개의 안테나를 송신 경로 또는 수신 경로로 전환하여 사용하는 경우에도 임의의 안테나를 통해 수신된 무전기 신호를 손실 없이 중계할 수 있는 반이중 무선 중계 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 위하여, 본 발명의 일 형태에 따른 반이중 무선 중계 장치는, 복수개의 안테나에 대해 각각 송신 경로 또는 수신 경로를 설정하는 안테나 전환부; 상기 안테나 전환부에서 전달되는 아날로그 신호를 수신하는 수신 회로부; 상기 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부; 상기 변환된 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시키는 신호 지연부; 상기 지연된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DA 변환부; 및 상기 변환된 아날로그 신호를 상기 안테나 전환부로 전송하는 송신 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 다른 형태에 따른 반이중 무선 중계 장치는, 제1 및 제2 안테나에 대해 각각 송신 경로 또는 수신 경로를 설정하는 안테나 전환부; 상기 제1 안테나를 통해 수신된 제1 아날로그 신호 및 상기 제2 안테나를 통해 수신된 제2 아날로그 신호를 수신하여 상기 제1 및 제2 아날로그 신호 중 적어도 하나를 제1 증폭도로 증폭하는 수신 회로부; 상기 적어도 하나가 증폭된 제1 및 제2 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부; 상기 변환된 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시키는 신호 지연부; 상기 지연된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DA 변환부; 상기 변환된 아날로그 신호를 상기 안테나 전환부로 전송하는 송신 회로부; 상기 변환된 디지털 신호로부터 무전기 신호가 있는지 여부를 탐지하는 신호 탐지부; 및 상기 신호 탐지부에서 무전기 신호가 탐지되면 상기 제1 증폭도를 조절하여 상기 제1 및 제2 아날로그 신호 중 무전기 신호가 포함된 신호를 판단하고, 상기 무전기 신호를 수신하는 안테나에 대해 수신 경로를 설정하고 상기 무전기 신호를 수신하지 않는 안테나에 대해 송신 경로를 설정하도록 상기 안테나 전환부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 또 다른 형태에 따른 반이중 무선 중계 장치는, 제1 및 제2 안테나에 대해 각각 송신 경로 또는 수신 경로를 설정하는 안테나 전환부; 상기 제1 안테나를 통해 제1 아날로그 신호를 수신하는 제1 수신 회로부 및 상기 제2 안테나를 통해 제2 아날로그 신호를 수신하는 제2 수신 회로부; 상기 제1 수신 회로부에서 출력되는 제1 아날로그 신호를 제1 디지털 신호로 변환하는 제1 AD 변환부 및 상기 제2 수신 회로부에서 출력되는 제2 아날로그 신호를 제2 디지털 신호로 변환하는 제2 AD 변환부; 상기 제1 및 제2 AD 변환부에서 출력된 상기 제1 및 제2 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시키는 신호 지연부; 상기 신호 지연부에서 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DA 변환부; 상기 변환된 아날로그 신호를 상기 안테나 전환부로 전송하는 송신 회로부; 상기 제1 및 제2 AD 변환부에서 출력된 상기 제1 및 제2 디지털 신호 중 하나를 선택하는 제1 신호 선택부; 상기 신호 선택부에서 선택된 디지털 신호로부터 무전기 신호가 있는지 여부를 탐지하는 신호 탐지부; 및 상기 제1 신호 선택부를 제어하여 상기 신호 탐지부에서 무전기 신호가 탐지되면, 상기 무전기 신호를 수신하는 안테나에 대해 수신 경로를 설정하고 상기 무전기 신호를 수신하지 않는 안테나에 대해 송신 경로를 설정하도록 상기 안테나 전환부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 형태에 따른 반이중 무선 중계 방법은, 복수개의 안테나 중 임의의 안테나를 통해 아날로그 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 변환된 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시키는 단계; 상기 지연된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및 상기 변환된 아날로그 신호를 상기 복수개의 안테나 중 상기 임의의 안테나를 제외한 나머지 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 다른 형태에 따른 반이중 무선 중계 방법은, 제1 안테나를 통해 제1 아날로그 신호를 수신하고 제2 안테나를 통해 제2 아날로그 신호를 수신하는 단계; 상기 제1 및 제2 아날로그 신호 중 적어도 하나를 제1 증폭도로 증폭하는 단계; 상기 적어도 하나가 증폭된 제1 및 제2 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 변환된 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시키고, 상기 제1 증폭도를 조절하여 상기 제1 및 제2 안테나 중 무전기 신호를 수신하는 안테나를 판단하는 단계; 상기 지연된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및 상기 변환된 아날로그 신호를 상기 제1 및 제2 안테나 중 무전기 신호를 수신하지 않는 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 다른 형태에 따른 반이중 무선 중계 방법은, 제1 안테나를 통해 제1 아날로그 신호를 수신하고 제2 안테나를 통해 제2 아날로그 신호를 수신하는 단계; 상기 제1 아날로그 신호를 제1 디지털 신호로 변환하고 상기 제2 아날로그 신호를 제2 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 제1 및 제2 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시키고, 상기 제1 및 제2 디지털 신호에 대해 무전기 신호가 포함된 신호를 판단하는 단계; 상기 제1 및 제2 디지털 신호 중 무전기 신호가 포함된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및 상기 변환된 아날로그 신호를 상기 제1 및 제2 안테나 중 무전기 신호를 수신하지 않는 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 안테나 조합에 따른 경로별로 송수신 회로를 구비하는 것이 아니라 안테나 수에 상관없이 하나의 공통 송수신 회로를 구비하기 때문에, 회로의 복잡도를 높이지 않고 적은 비용으로 효율적으로 구현할 수 있는 효과를 가진다.
그리고, 본 발명에 따르면, 복수개의 안테나로부터 수신된 복수개의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후 기 설정된 지연시간동안 지연시키면서 실제 무전기 신호를 수신하는 안테나를 파악하고 이에 따라 송/수신 경로를 설정함으로써, 복수개의 안테나에 대해 올바른 송/수신 경로가 설정될 때까지 송신을 지연시켜 중계할 신호의 소실을 방지하는 효과를 가진다. 그리고, 이에 따라, 음성 통신만을 수행하는 아날로그 무전기뿐만 아니라 문자 통신이나 데이터 통신도 함께 수행하는 디지털 무전기에도 적용될 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 전환부의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 회로부의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 탐지부의 구성도이다.
도 5는 SNR의 변화에 따른 ROC 곡선(Receiver Operating Characteristic Curve)을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 탐지부의 구성도이다.
도 7은 다수의 협대역 필터를 사용하여 신호를 탐지하는 방식을 나타낸 개요도이다.
도 8은 협대역 필터 수 변화에 따른 ROC 곡선(Receiver Operating Characteristic Curve)을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 선택부의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수신 회로부의 구성도이다.
도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치에서 신호 처리 방식을 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 제6 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 17은 본 발명에 따른 반이중 무선 중계 장치에서 디지털 무전기의 버스트 신호 처리 방식을 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부 도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 참고로, 하기 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
일반적인 무전기의 채널 당 대역폭은 5kHz, 6.5KHz, 12.5kHz 정도이며, 이러한 채널들은 10MHz ~ 70MHz(또는 그 이상)의 대역폭에 상기 채널 당 대역폭 간격으로 설정되어 있다. 예컨대, 국내 무선통신보조설비의 안전기준에 따르면, 반이중 무선 통신용으로 440MHz ~ 450MHz의 주파수를 사용하며, 10MHz의 주파수 대역폭에 대해 채널 당 대역폭 12.5kHz가 할당되어, 총 800개의 채널을 사용할 수 있다.
이러한 반이중 무선 통신용 채널은 업무와 용도에 따라 채널(주파수)별로 사용 주체(예, 관공서, 기업체, 병원)가 대체적으로 정해지게 되며, 관공서, 기업체, 병원 등의 현장에서는 사용승인된 채널(주파수)들 중에서 하나 또는 그 이상의 채널(주파수)을 선택하여 반이중 무선 통신을 수행한다. 이에 따라, 각 현장에서 실제 사용되는 무전기는 주로 5 ~ 30개 정도의 한정된 채널(주파수)만 사용할 수 있도록 제조되며, 그 결과 이들 무전기를 중계하는 반이중 무선 중계 장치도 원칙적으로는 실제 현장에서 사용하는 몇 개의 채널(주파수)만 중계할 수 있도록 구현되면 된다.
하지만, 사용 채널이 지정되어 있는 특정 현장이 아닌 다양한 현장에 적용되어 사용될 수 있기 위해서는 반이중 무선 중계 장치가 다양한 용도의 무전기(즉, 사용 채널이 다른 무전기)의 신호를 중계할 수 있어야 한다. 그러므로, 상기 종래기술을 포함한 대부분의 반이중 무선 중계 장치는 반이중 무선 통신용 주파수 대역 전체 혹은 다양한 용도의 무전기가 지원하는 대역 전체(예컨대, 420MHz ~ 460MHz의 40MHz 대역)를 통과시키는 방식으로 구현되었다. 그리고, 비록 중계할 채널(주파수)을 포함하는 일부 주파수 대역(예컨대, 440MHz ~ 450MHz의 10MHz 대역)만을 통과시키는 방식으로 구현되더라도 여기에는 중계할 채널(주파수)들 사이에 및/또는 인접하여 사용하지 않는 채널(주파수)도 포함되어 있었다. 그 결과, 종래기술에 따른 반이중 무선 중계 장치는 최적의 성능을 이끌어 낼 수 없었으며 또한 아날로그 대역통과필터의 한계로 인하여 높은 정밀도를 구현하기도 어려웠다.
한편, 종래기술에 따른 반이중 무선 중계 장치는, 전술한 바와 같이, 제1 이동국에서 제2 이동국으로 신호를 전송하는 제1 경로와 제2 이동국에서 제1 이동국으로 신호를 전송하는 제2 경로에 대해 각각 동기 신호 검출부, 신호 처리부(송수신 회로부) 등을 구비하였다. 따라서, 동일한 회로를 제1 경로와 제2 경로에 중복적으로 구현하여 복잡도가 높고 경제성이 낮은 문제점이 있었다. 그리고, 종래기술에 따른 반이중 무선 중계 장치는 단지 2개의 안테나를 구비하는 형태이기 때문에 음영 지역이 여러 곳인 경우(예컨대, 3개 이상의 안테나 사용이 필요한 경우)에는 여러 개의 무선 중계 장치(메인 도너와 하나 이상의 서브 도너)를 상호 연동시키는 방식으로 구현되었다. 그 결과, 종래기술은 음영 지역이 여러 곳인 경우 설치가 어렵고 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
이하에서는 도 1 내지 도 17을 참조하여 본 발명에 따른 반이중 무선 중계 장치 및 방법에 대해 상세 설명한다.
먼저, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(100)는 안테나 전환부(110), 수신 회로부(120), AD 변환부(130), 신호 탐지부(140), 제어부(150), 신호 지연부(170), DA 변환부(180), 송신 회로부(190) 등을 포함한다.
안테나 전환부(110)는 복수개의 안테나(101, 102)와 연결되며, 복수개의 안테나 중 임의의 안테나를 통해 신호가 수신되면 이를 수신 회로부(120)로 전달하고, 필터링, 증폭 등의 과정을 거쳐 송신 회로부(190)로부터 출력되는 신호를 복수의 안테나 중 나머지 안테나로 전달한다. 예컨대, 안테나 전환부(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 스위치(switch) 등으로 구성되어, 제1 안테나(101)로부터 신호가 수신되면 이를 수신 회로부(120)로 전달하고 송신 회로부(190)에서 출력되는 신호를 제2 안테나(102)로 전달하며, 제2 안테나(102)로부터 신호가 수신되면 이를 수신 회로부(120)로 전달하고 송신 회로부(190)에서 출력되는 신호를 제1 안테나(101)로 전달한다. 참고로, 도 1에서는 2개의 안테나(101, 102)를 구비하는 형태를 예시하였지만, 3개 이상의 안테나를 구비하는 형태도 물론 가능하다.
수신 회로부(120)는 안테나 전환부(110)로부터 전송되는 신호에 대해 AD(Analog to Digital) 변환에 불필요한 성분을 제거하고 AD 변환에 적절한 크기로 증폭한 다음 그 결과를 합하여 출력한다. 예컨대, 수신 회로부(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 저잡음 증폭기(LNA; Low Noise Amplifier)(122', 122"), 대역통과필터(BPF; Band Pass Filter)(124', 124"), 가변이득증폭기(VGA; Variable Gain Amplifier)(126', 126") 등으로 구성되어, 안테나 전환부(110)로부터 전송되는 아날로그 신호들에 대해 반이중 무선 통신용 주파수 대역(예컨대, 420MHz ~ 460MHz의 40MHz 대역)만을 또는 그 일부 대역(예컨대, 440MHz ~ 450MHz의 10MHz 대역)만을 통과(필터링)시켜 AD 변환에 불필요한 성분을 제거하고 AD 변환에 적절한 크기로 증폭시킨다. 또한, 수신 회로부(120)는 필요에 따라서는 필터링된 아날로그 신호를 중간 주파수(IF; Intermediate Frequency) 또는 기저대역(baseband)으로 천이한 후 AD 변환에 적절한 크기로 증폭한다. 참고로, 도 3에 도시된 수신 회로부(120)의 경우 안테나 전환부(110)로부터 제1 안테나(101)를 통해 수신된 제1 아날로그 신호를 입력 받아 제1 저잡음 증폭기(122') 및 제1 대역통과필터(124')를 거친 후 제1 가변이득증폭기(126')에서 제1 증폭도로 증폭시키고, 마찬가지로 안테나 전환부(110)로부터 제2 안테나(102)를 통해 수신된 제2 아날로그 신호를 입력 받아 제2 저잡음 증폭기(122") 및 제2 대역통과필터(124")를 거친 후 제2 가변이득증폭기(126")에서 제2 증폭도로 증폭시킨 후, 이들 신호를 합하여 하나의 경로로 출력한다. 이 경우, 가변이득증폭기(126', 126")의 증폭도는 제어부(150)에 의해 제어될 수 있으며, 이에 따라 수신 회로부(120)로 입력된 복수개의 아날로그 신호는 서로 다른 증폭도로 증폭될 수 있다.
AD 변환부(130)는 수신 회로부(120)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 예컨대, AD 변환부(130)는 표본화기(sampler), 양자화기(quantizer) 등으로 구성되어, 수신 회로부(120)로부터 전송되는 아날로그 신호에 대해 위상과 진폭을 그대로 유지한 채 표본화(sampling)하고 양자화(quantization)하여 디지털 신호를 생성한다.
신호 탐지부(140)는 AD 변환부(130)에서 출력되는 디지털 신호로부터 중계할 신호(무전기 신호)가 있는지 여부를 판단하고, 그 결과(신호탐지결과)를 제어부(150)로 전송한다. 본 발명에 따른 신호 탐지부(140)의 구체적 기능 및 특징에 대해서는 하기에서 상세 설명하기로 한다.
제어부(150)는 신호 탐지부(140)에서 전송된 신호탐지결과에 기초하여 무전기 신호의 유무를 판단하고, 만약 무전기 신호가 있는 경우 현재 무전기 신호를 수신하고 있는 안테나에 대해 수신 경로를 설정하고 그 외 나머지 안테나에 대해 송신 경로를 설정하도록 안테나 전환부(110)를 제어한다. 예컨대, 제어부(150)는 대기 상태에서 복수개의 안테나(101, 102)로부터 수신되는 각각의 신호에 대해 동일한 증폭도를 갖도록 수신 회로부(120)(구체적으로는 가변이득증폭기, 도 3 참조)를 제어하고 있다가, 신호 탐지부(140)의 신호탐지결과로부터 무전기 신호 탐지가 확인되면, 복수개의 안테나(101, 102)로부터 수신되는 각각의 신호에 대해 증폭도를 순차적으로 변경하도록 수신 회로부(120)를 제어하여 신호 탐지부(140)에서 산출되는 크기 변화를 확인하는 방식 등으로 실제 무전기 신호가 수신되는 있는 안테나를 구분한다. 그리고, 제어부(150)는 현재 무전기 신호가 수신되고 있는 안테나에 대해서는 수신 회로부(120)와의 연결을 계속 유지시키고 나머지 안테나에 대해서는 송신 회로부(190)와 연결되도록 안테나 전환부(110)를 제어한다. 참고로, 도 3에 도시된 수신 회로부(130)의 경우 제1 및 제2 안테나(101, 102)로부터 수신되는 신호 각각에 대해 제1 및 제2 가변이득증폭기(126', 126")를 사용하여 제1 및 제2 증폭도를 조절하는 구조인데, 하나의 안테나 예컨대, 제1 안테나(101)에 대해서는 가변이득증폭기를 사용하지 않고(이 경우 증폭도는 1에 해당됨) 나머지 안테나 예컨대, 제2 안테나(102)에 대해서만 가변이득증폭기를 사용하여도 실제 무전기 신호가 수신되는 안테나를 구분할 수 있다. 또한, 가변이득증폭기는 가변감쇠기 등 회로의 증폭도를 조절할 수 있는 수단이면 무방하다.
한편, 신호 지연부(170)는 AD 변환부(130)와 DA 변환부(180) 사이에 구비되어 AD 변환부(130)에서 출력되는 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시킨 후 DA 변환부(180)로 전송한다. 예컨대, 신호 지연부(170)는 메모리 등으로 구성되어 AD 변환부(130)로부터 전송되는 디지털 신호(디지털 데이터)를 기 설정된 지연시간동안 임시 저장하였다가 DA 변환부(180)로 전달한다. 이 경우, 신호 지연부(170)에서의 지연시간은 AD 변환부(130)로 신호가 입력된 후 무전기 신호 탐지에 의해 제어부(150)가 안테나 전환부(110)의 상태를 제어할 때까지 소요되는 시간으로 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 신호 지연부(170)는 수신되는 안테나를 구분하기 위하여 제어부(150)가 수신 회로부(120)를 통하여 의도적으로 변경한 증폭도를 역으로 보상하는 스케일링 기능을 가질 수 있다.
DA 변환부(180)는 채널 선택부(160)에서 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 예컨대, DA 변환부(180)는 저항기(resistor), 연산 증폭기(operational amplifier) 등으로 구성되어, 신호 지연부(160)로부터 출력되는 디지털 신호에 상응하는 아날로그 신호를 생성한다.
송신 회로부(190)는 DA 변환부(180)에서 출력되는 아날로그 신호에 대해 불필요한 성분을 제거한 후 전력을 증폭하여 안테나 전환부(190)로 전달한다. 예컨대, 송신 회로부(190)는 대역통과필터, 전력 증폭기(power amplifier) 등으로 구성되어, DA 변환부(180)에서 출력되는 아날로그 신호에 대해 불필요한 성분을 제거한 후 안테나가 송신할 수 있는 전력으로 증폭한 다음 안테나 전환부(190)로 전달한다. 또한, 송신 회로부(190)는, 만약 수신 회로부(120)에서 주파수를 천이하였거나 DA 변환기(180)의 출력 주파수가 송신할 주파수와 다르면, 실제 송신할 주파수로 주파수를 천이한다.
이하에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 신호 탐지부에 대해 상세 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 탐지부의 구성도이다. 신호 탐지부는 다양한 형태로 구현될 수 있는데, 도 4의 신호 탐지부(140')는 크기 산출기(magnitude calculator)(144'), 비교기(comparator)(146') 등으로 구성되어 입력신호 샘플의 크기를 임계치와 비교하고 임계치보다 높은 경우 신호를 탐지하였다고 판정하는 신호 탐지부를 예시한 것이다.
크기 산출기(144')는 AD 변환부(130)에서 출력되는 디지털 신호의 크기를 산출한다. 그리고, 비교기(146')는 크기 산출기(144')에서 산출된 신호크기를 기 설정된 임계치와 비교하여 신호탐지결과(예컨대, 무전기 신호가 탐지된 경우 H(1), 무전기 신호가 탐지되지 않은 경우 L(0))를 제어부(150)로 전송한다.
이를 상술하면, 신호 탐지부(140')의 입력신호를 x(mT)로 나타내면, x(mT)는 하기 수식 1과 같이 반송파(혹은 수신 회로부에서 주파수 천이를 한 경우는 중간 주파수) ωC로 복조된 신호성분 s(mT)와 잡음성분 n(mT)의 합이 된다.
[수식 1]
Figure pat00001
x(mT)는 반송파 혹은 중간 주파수로 변조된 실수이므로, 하기 수식 2와 같이, 복소복조(Complex Demodulation)하여 기저대역에서 실수부 zr(mT)와 허수부 zi (mT)로 구성된 복소수로 zc(mT)로 나타낼 수 있다.
[수식 2]
zc(mT) = zr(mT) + jzi (mT) = sr(mT) + nr(mT) + j{si(mT) + ni(mT)}
여기서, sr(mT), si(mT), nr(mT), ni(mT)는 각각 복소수 zc(mT) 중 신호성분의 실수부, 신호성분의 허수부, 잡음성분의 실수부, 잡음성분의 허수부를 나타낸다.
한편, 신호전력 PS와 잡음전력 PN은 각각 하기 수식 3 및 4와 같이 표현된다.
[수식 3]
PS = sr 2(mT) + si 2(mT)
[수식 4]
PN = E{nr 2(mT) + ni 2(mT)}
여기서, E{ }는 기대값(expectation)을 의미한다. 상기 열잡음의 실수부와 허수부는 잘 알려진 바와 같이 상호 독립이며 PN을 분산으로 하고 평균이 0인 복소가우시안(Complex Gaussian) 분포를 가지는 확률변수(random variable)이다.
크기 산출기(144')는 신호 탐지부(140')로 입력되는 신호의 크기 Λ를 산출하는데, 이는 하기 수식 5와 같이 산출될 수 있다.
[수식 5]
Figure pat00002
여기서, 열잡음 전력 PN은 실측치를 이용할 수도 있으나, 채널 선택부(160)의 대역폭, 수신 회로부(120)의 NF(Noise Figure), 수신 회로부(120)의 입력으로부터 AD 변환부(130)까지의 증폭도와 AD 변환부(130)의 변환계수를 이용하여 산출할 수도 있다.
비교기(146')는 크기 산출기(144')에서 산출된 입력신호의 크기 Λ를 기 설정된 오탐지확율(Probability of False Alarm) PFA와 탐지확율(Probability of Detection) PD에 따라 결정되는 임계치 (threshold) η와 비교하여 무전기 신호의 유무를 판정하고, 그 결과(신호탐지결과)를 제어부(150)로 전달한다.
구체적으로, H1을 신호가 있음으로 판정하는 가설이고 H0을 신호가 없다고 판정하는 가설이며 임계치(Threshold)를 η라고 할 때, 가설시험 (Hypothesis Test)은 하기 수식 6과 같이 표현될 수 있다.
[수식 6]
Figure pat00003
여기서, 시험통계(test statistics) Λ는 라이스분포 (Rician Distribution)를 가지는 확률변수이다. 그리고, Λ의 누적분포함수 CDF(cumulative distribution function)는 하기 수식 7과 같다.
[수식 7]
CDFΛ = 1-Q1(ν,Λ)
여기서, ν = (PS/PN)1/2 = SNR1/2 이고, Q1(ν,Λ)는 Marcum-Q 함수이다.
그리고, 오탐지확률(Probability of False Alarm) PFA 은 ν = 0 일 때 Λ의 CCDF(complementary cumulative distribution function), 즉 1-CDFΛ로부터 구할 수 있으며, 탐지확률(Probability of Detection) PD 은 ν = SNR1/2 일 때 Λ의 CCDF를 이용하여 구할 수 있다. 이에 따라, 수신 회로부(120) 각 입력에 대한 가변이득증폭기 출력의 SNR에 따른 탐지확률 PD와 오탐지확률 PFA를 ROC 곡선으로 나타내면 도5와 같다. 도 5를 참조하면, SNR이 0dB, 6dB, 12dB, 18dB, 24dB로 증가함에 따라 탐지성능이 향상되어 감을 알 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 신호 탐지부의 다른 실시예로, 다수의 협대역 필터를 사용한 신호 탐지부(140")를 나타낸 것이다. 그리고, 도 7은 신호 탐지부(140")가 다수의 협대역 필터를 사용하여 신호를 탐지하는 방식을 나타낸 것이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 신호 탐지부(140")는 복수개(N개)의 협대역 필터(142"-1 ~ 142"-N), 복수개의 크기 산출기(144"-1 ~ 144"-N), 복수개의 비교기(146"-1 ~ 246"-N), 판정기(148") 등을 포함한다.
수신 회로부(120)의 대역폭 BR이 예컨대 40MHz이고, 현장에서 사용하는 채널 즉, 중계할 채널들이 예컨대 10MHz (BS = BS1 + BS2)의 대역폭에 분산되어 있을 경우(도 7a 참조), 신호 탐지부(140")는 이를 N개의 협대역 필터(142"-1 ~ 142"-N)로 분할하여 필터링한다(도 7b 참조). 협대역 필터(142"-1 ~ 142"-N)는 통과 대역폭이 입력신호의 대역폭에 비해 좁은 필터로서, 그 대역폭이 무전기의 채널 주파수 간격의 정수배로 구현되는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
각각의 협대역 필터(142"-1 ~ 142"-N)를 거친 N개의 출력은 각각 크기 산출기(144"-1 ~ 144"-N)로 입력되어 그 크기가 산출되며, 각각의 크기 산출기(144"-1 ~ 144"-N)의 출력은 각각 비교기(146"-1 ~ 146"-N)로 입력되어 기 설정된 임계치와 비교된다. 그리고, 각각의 비교기(146"-1 ~ 146"-N)의 결과(탐지결과)는 판정기(148")로 입력되고, 판정기(148")는 N개의 비교기(146"-1 ~ 146"-N)의 탐지결과 중 어느 하나라도 신호가 있다고 판정되면 신호가 탐지된 것으로 판정한다(도 7e 참조).
중계 대역폭 이내 하나의 채널에 신호가 입력되고 그 신호전력이 수신 회로부(120)의 각 가변이득증폭기(126', 126"), 즉 수신 회로부 제1 입력을 증폭하는 가변이득증폭기(126')와 수신 회로부 제2 입력을 증폭하는 가변이득증폭기(126")의 출력에서 0dB의 신호 대 잡음비(SNR; Signal-to-Noise Ratio)를 가지는 경우, 수신 회로부(120)의 출력은 두 가변이득증폭기(126', 126") 출력의 합이므로 열잡음 전력이 두 배가 되어 신호 대 잡음비는 -3dB 즉, 1/2이 된다(도 7c, 도 7d 및 도 7e 참조). 그러나, 신호 탐지부(140")에서는 중계할 대역폭에 대해서만 N개의 협대역 필터(142"-1 ~ 142"-N)를 사용하므로 신호를 탐지할 전체 대역폭이 수신 회로부 대역폭 40MHz에서 10MHz로 1/4로 줄어들고 다시 N개의 협대역 필터로 1/N로 줄어들기 때문에 각 협대역 필터(142"-1 ~ 142"-N) 출력신호의 SNR은 수신 회로부(120) 출력에 비해 N배 더 증가하여 ν = [1/{2×(40/10)×N)}]1/2 = (2×N)1/2 이 된다.
무전기 신호가 수신되면 하나의 협대역 필터를 통과하게 되므로, 상기 수식 7에 ν = (2×N)1/2 를 대입하고 CCDFΛ 즉, 1-CDFΛ로부터 신호의 탐지확률 PD을 구하면 하기 수식 16과 같다.
[수식 8]
PD = 1- CDFΛ = 1-Q1((2×N)1/2,Λ)
한편, 신호가 없을 때 N개의 협대역 필터 모두에서 신호가 없다고 판정하는 경우가 아니면 오탐지가 되며, N개의 각 협대역 필터는 서로 다른 신호 대역만을 통과시키므로 상호 독립이고 신호가 없어서 ν가 0 이므로, 상기 수식 7에 ν = 0을 대입하고 그 값을 N번 곱하여 신호가 없을 때 N개의 협대역 필터 모두에서 신호가 없다고 판정할 확률을 구한 후, 전체확률 1에서 그 값을 감하여 신호가 없을 때 신호가 있다고 판정하는 오탐지확률 PFA를 구하면 하기 수식 9와 같다.
[수식 9]
PFA = 1- CDFΛ N = 1- {1- Q1(0,Λ)}N
이에 따라, N이 1, 2, 4, 8, 16, 32 일 때 탐지확률 PD와 오탐지확률 PFA를 ROC 곡선으로 나타내면 도 8과 같다. 도 8을 참조하면, N = 2, 4, 8, 16, 32 와 같이 신호 탐지부(140")에 사용된 협대역 필터의 수가 늘어날수록 각 필터의 대역폭이 좁아짐에 따라 탐지성능이 크게 향상되어 감을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(200)는 안테나 전환부(210), 수신 회로부(220), AD 변환부(230), 신호 탐지부(240), 제어부(250), 채널 선택부(260), 신호 지연부(270), DA 변환부(280), 송신 회로부(290) 등을 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(200)는 전술한 제1 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(100)와 비교하여 채널 선택부가 추가된 점에서 차이를 보이며, 나머지 구성들은 실질적으로 동일하거나 유사하다. 그러므로, 이하에서는 제1 실시예와 비교하여 제2 실시예가 갖는 특징이나 차이점 위주로 설명하겠으며, 나머지 내용은 제1 실시예를 참조할 수 있다.
채널 선택부(260)는 AD 변환부(230)에서 출력되는 디지털 신호에 대해 기 선택된 적어도 하나의 채널 주파수를 필터링한다.
이와 관련하여, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 선택부의 구성도이다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 선택부(260)는 디지털 필터(262), 스케일러(264) 등을 포함한다.
디지털 필터(262)는 AD 변환부(230)에서 출력되는 디지털 신호에 대해 기 선택된 채널 주파수(예컨대, 현장에서 실제 사용되는 채널 주파수)만을 선택하여 필터링한다. 그리고, 스케일러(264)는 디지털 필터(262)에서 필터링된 디지털 신호를 기 설정된 레벨로 업스케일링(up-scaling)한다.
이를 상술하면, 수신 회로부(220)로부터 채널 주파수가 다른 r1(t), r2(t) 두 개의 신호가 동위상으로 입력된다고 가정할 경우, AD 변환부(230)에서 T의 시간주기로 표본화(sampling)되고 AD 변환된 신호의 최대 크기 |x0(mT)|max는, AD 변환기가 선형 특성을 가지므로, 하기 수식 10과 같이 r1(t)의 AD 변환기 출력성분 |r1(mT)|max와 r2(t)의 AD 변환기 출력성분 |r2(mT)|max의 합이 된다.
[수식 10]
|x0(mT)|max = |r1(mT)|max + |r2(mT)|max
그 중 채널 선택부(260)가 r1(t) 성분만 중계하고자 할 경우, 디지털 필터(262)는 r1(mT) 성분을 주로 통과시키고 r2(mT) 성분은 억제한다. 디지털 필터(262)는 통과대역 신호의 증폭도와 통과대역 외의 신호에 대한 억압도를 조절할 수 있는데, r2(mT)를 억제하여 그 최대 크기가 Δ(Δ << |r2(mT)|max)가 되도록 하면, 디지털 필터(262)의 출력 x1(mT)는 하기 수식 11과 같이 된다.
[수식 11]
|x1(mT)|max = |r1(mT)|max + Δ < |x0(mT)|max
그 결과, 디지털 필터(262)의 출력신호의 최대 크기는 그 입력신호보다 작은 크기를 갖게 된다. 예를 들어, r1(t)의 최대 진폭이 0.5Vp(Vp는 첨두치)이고 r2(t)의 최대 진폭이 0.5Vp이며, 16bit AD 변환기의 최대입력 범위가 -1.0V ~ 1.0V이고 변환계수(즉, 1.0V의 입력을 AD 변환할 때 변환 결과 수치)가 215-1이며, 16bit DA 변환기의 입력범위가 -215 ~ 215-1이고 그에 따른 출력범위가 -1.0V ~ 1.0V이며 r2(mT)에 대한 억압도가 40dB(0.01배)인 경우, 디지털 필터(262)의 입력과 출력의 최대값은 각각 하기 수식 12 및 13과 같이 된다. 참고로, 하기 수식 10 및 11에서
Figure pat00004
Figure pat00005
는 k를 넘지 않는 최대 정수를 의미한다.
[수식 12]
Figure pat00006
[수식 13]
Figure pat00007
그리고, 스케일러(264)는 디지털 필터(262)의 출력을 기 설정된 레벨로 업스케일링(up-scaling)한다. 예컨대, 전술한 바와 같이 입력범위가 -215 ~ 215-1인 16bit DA 변환기의 경우, 스케일러(164)는 |x1(mT)|max (=16547)를 |x0(mT)|max (=215-1) 레벨로 1.9802배 업스케일링하여, DA 변환부(180)로 전송되는 디지털 신호의 동적영역을 확대시킨다.
그러므로, 채널 선택을 하지 않는 경우에는 DA 변환기의 동적영역 한계 때문에 r1(t) 성분을 0.5Vp 밖에 출력할 수 없지만, 본 발명은 채널 선택부(160)를 사용함으로써 중계할 신호의 출력을 1.9802배 업스케일링 하여 r1(t) 성분을 0.9901V (
Figure pat00008
)까지 출력할 수 있다. 이러한 동적영역이 확대되는 이점은 DA 변환부(280)의 출력을 처리하는 송신 회로부(290)로부터 무전기의 수신부에 이르기까지 영향을 미쳐 성능을 향상시킨다. 또한, 채널 선택부(260)를 거친 신호는 신호 대 잡음비(SNR; Signal-to-Noise Ratio)도 향상되어 신호 품질을 향상시킬 수 있으며, 따라서 도 9에서 신호 탐지부(240)가 AD 변환부(230)의 출력신호 대신에 채널 선택부(260)의 출력신호를 입력받으면 신호 탐지부(250)의 탐지 성능도 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(300)는 안테나 전환부(310), 제1 및 제2 수신 회로부(320', 320"), 제1 및 제2 AD 변환부(330', 330"), 신호 선택부(340a), 신호 탐지부(340), 제어부(350), 신호 지연부(370), DA 변환부(380), 송신 회로부(390) 등을 포함한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(300)는 전술한 제1 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(100)와 비교하여 수신 회로부와 AD 변환부가 복수개 구비되고 이에 따라 신호 선택부가 추가된 점에서 차이를 보이며, 나머지 구성들은 실질적으로 동일하거나 유사하다. 그러므로, 이하에서는 제1 실시예와 비교하여 제3 실시예가 갖는 특징이나 차이점 위주로 설명하겠으며, 나머지 내용은 제1 실시예를 참조할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(300)는 수신 회로부(320', 320")와 AD 변환부(330', 330")를 복수개 구비하여 안테나 전환부(310)에서 전달되는 신호들을 복수개의 경로로 처리하며, 바람직하게는 안테나(301, 302)의 수에 상응하여 경로 별로 처리한다.
예컨대, 제1 안테나(301)로부터 수신된 신호는 제1 수신 회로부(320')에서 필터링 및 증폭된 후 제1 AD 변환부(330')에서 디지털 신호로 변환되고, 제2 안테나(302)로부터 수신된 신호는 제2 수신 회로부(320")에서 필터링 및 증폭된 후 제2 AD 변환부(330")에서 디지털 신호로 변환된다. 그리고, 제1 AD 변환부(330')에서 출력된 디지털 신호와 제2 AD 변환부(330")에서 출력된 디지털 신호는 각각 신호 선택부(340a)로 전달되며, 또한 서로 합쳐져 신호 지연부(370)로 입력된다.
대기상태에서 제어부(350)는 제1 및 제2 AD 변환부(330', 330")의 출력신호가 순차적으로 선택되도록 신호 선택부(340a)를 제어하고, 이에 따라 신호 탐지부(340)는 신호 선택부(340a)로부터 순차적으로 선택되어 입력되는 제1 및 제2 AD 변환부(330', 330")의 각 출력신호에 대해 무전기 신호의 유무를 탐지하고 그 결과(신호탐지결과)를 제어부(350)로 전송한다. 제어부(350)는 신호 탐지부(340)에서 전송된 신호탐지결과에 기초하여 무전기 신호의 유무를 판단하며, 만약 무전기 신호가 있는 경우에는 어느 안테나를 통해 무전기 신호가 수신되는지 알 수 있으므로, 현재 무전기 신호를 수신하고 있는 안테나에 대해 수신 경로를 설정하고 그 외 나머지 안테나에 대해 송신 경로를 설정하도록 안테나 전환부(310)를 제어한다.
참고로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(300)는 복수의 안테나를 통해 수신되는 각각의 신호를 분리하여 무전기 신호를 탐지하므로, 신호 탐지부(340)로 입력되는 신호의 신호 대 잡음비(SNR)가 열화되지 않기 때문에 전술한 제1 및 제2 실시예에 비해 탐지성능이 향상되는 장점이 있다. 즉, 제1 및 제2 실시예에서는 모든 안테나 신호의 잡음성분이 합쳐지므로 잡음전력이 안테나 신호의 수만큼 증가하는 데에 비하여 제3 실시예에서는 안테나 신호 각각을 처리하므로 신호 대 잡음비가 단일 안테나 신호인 경우와 동일하다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(400)는 안테나 전환부(410), 제1 및 제2 수신 회로부(420', 420"), 제1 및 제2 AD 변환부(430', 430"), 제1 및 제2 신호 선택부(440a, 440b), 신호 탐지부(440), 제어부(450), 제1 및 제2 신호 지연부(470', 470"), DA 변환부(480), 송신 회로부(490) 등을 포함한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(400)는 전술한 제3 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(300)와 비교하여 신호 지연부가 복수개 구비되고 이에 따라 제2 신호 선택부가 추가된 점에서 차이를 보이며, 나머지 구성들은 실질적으로 동일하거나 유사하다. 그러므로, 이하에서는 제3 실시예와 비교하여 제4 실시예가 갖는 특징이나 차이점 위주로 설명하겠으며, 나머지 내용은 제1 내지 제3 실시예를 참조할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(400)는 제3 실시예와 마찬가지로 수신 회로부(420', 420")와 AD 변환부(430', 430")를 복수개 구비하며 또한 신호 지연부(470', 470")도 복수개 구비하여 안테나 전환부(410)에서 전달되는 신호들을 복수개의 경로로 처리한다.
예컨대, 제1 안테나(401)로부터 수신된 신호는 제1 수신 회로부(420')에서 필터링 및 증폭된 후 제1 AD 변환부(430')에서 디지털 신호로 변환되고 제1 신호 지연부(470')에 일정 시간동안 지연되며, 마찬가지로 제2 안테나(402)로부터 수신된 신호는 제2 수신 회로부(420")에서 필터링 및 증폭된 후 제2 AD 변환부(430")에서 디지털 신호로 변환되고 제2 신호 지연부(470")에서 일정 시간동안 지연된다. 그리고, 제1 신호 지연부(470')에서 출력된 디지털 신호와 제2 신호 지연부(470")에서 출력된 디지털 신호는 각각 제2 신호 선택부(440b)로 전달된다.
한편, 제3 실시예와 마찬가지로, 제어부(450)는 신호 선택부(440a)를 제어하여 제1 및 제2 AD 변환부(430', 430")의 출력신호가 순차적으로 선택되어 신호 탐지부(440)로 입력되도록 하고, 신호 탐지부(440)의 신호탐지결과에 기초하여 현재 무전기 신호를 수신하고 있는 안테나를 구분한 후, 해당 안테나의 신호가 송신될 수 있도록 제2 신호 선택부(440b)를 제어한다. 즉, 제1 및 제2 신호 지연부(470', 470")의 출력신호 중 무전기 신호가 있는 신호를 선택하도록 제2 신호 선택부(440b)를 제어한다.
참고로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(400)는 복수개의 안테나 신호를 합하여 전송하지 않으므로 전송되는 신호의 신호 대 잡음비가 열화되지 않으며, 이에 따라 전술한 제3 실시예와 마찬가지로 제1 및 제2 실시예에 비해 탐지 성능이 향상될 뿐만 아니라 제3 실시예에 비하여 송출되는 신호의 품질도 향상된다는 장점이 있다.
도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(500)는 안테나 전환부(510), 수신 회로부(520), AD 변환부(530), 신호 탐지부(540), 제어부(550), 채널 선택부(560), 신호 지연부(570), DA 변환부(580), 송신 회로부(590) 등을 포함한다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(500)는 전술한 제1 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(100)와 비교하여 수신 회로부의 기능이 약간 추가되고 신호 지연부 후단에 채널 선택부가 구비된 점에서 차이를 보이며, 나머지 구성들은 실질적으로 동일하거나 유사하다. 그러므로, 이하에서는 제1 실시예와 비교하여 제5 실시예가 갖는 특징이나 차이점 위주로 설명하겠으며, 나머지 내용은 제1 실시예를 참조할 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수신 회로부의 구성도이다. 본 발명의 제5 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(500)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 수신 회로부(520)에 복수개의 주파수 변조기(528', 528")를 구비하여 수신 회로부(520)의 복수개 입력으로 전달된 각각의 신호(도 15a, 15b 참조)를 서로 다른 변조 주파수를 이용하여 서로 다른 주파수 대역으로 천이한 후 합하여 출력한다(도 15c 참조). 즉, 수신 회로부(520)는 안테나 전환부(510)로부터 복수개의 아날로그 신호를 입력 받아 각각 저잡음 증폭기(522', 522"), 대역통과필터(524', 524"), 가변이득증폭기(526', 526")를 거쳐 서로 다른 주파수로 변조한 후 이들 신호를 합하여 하나의 경로로 출력한다.
AD 변환부(530)는 수신 회로부(520)에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하며, AD 변환부(530)로부터 출력된 디지털 신호는 신호 지연부(570)로 입력된다. 그리고, 신호 지연부(570)는 복수개의 중간주파수 대역을 모두 포함하는 디지털 신호를 일정시간 지연시켰다가 채널 선택부(560)로 전달한다.
신호 탐지부(540)는 AD 변환부(530)에서 출력되는 디지털 신호에 포함된 복수개의 중간주파수 대역 각각에 대해 중계할 신호(무전기 신호)가 있는지 여부를 판단하고, 그 결과(신호탐지결과)를 제어부(550)로 전송한다.
제어부(550)는 신호 탐지부(540)에서 전송된 신호탐지결과에 기초하여 무전기 신호의 유무를 판단하고, 만약 무전기 신호가 있는 경우 현재 무전기 신호를 수신하고 있는 안테나에 대해 수신 경로를 설정하고 그 외 나머지 안테나에 대해 송신 경로를 설정하도록 안테나 전환부(510)를 제어하며, 또한 채널 선택부(560)를 제어하여 무전기 신호가 탐지되는 안테나 신호가 포함된 중간주파수 대역에서 중계할 신호 대역만을 선택하여 DA 변환부(580)로 출력하도록 한다(도 15d 참조). 이 경우, DA 변환부(580)는 복수개의 중간주파수 대역 중 어느 것이 선택되더라도 정해진 중간주파수 대역, 예를 들면 제1 중간주파수 대역으로 천이하도록 하며(도 15e 참조), 송신 회로부(590)는 항상 제1 중간주파수 대역을 원래의 대역으로 천이하도록 하여 중간주파수 대역의 수가 많더라도 송신 회로부(590)의 복잡도가 증가하지 않도록 할 수 있다(도 15f 참조).
참고로, 본 발명의 제5 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(500)는 수신 회로부(520)에서 대역 필터링 된 복수개의 안테나 신호가 서로 다른 중간주파수 대역으로 분리된 후 합쳐지므로 중간주파수 대역 각각에 대해서 잡음이 증가하지 않는다. 따라서, 각 중간주파수 대역에 대해 중계할 신호(무전기 신호)가 있는지 순차적으로 탐지를 시도하는 신호 탐지부(540)의 성능은 전술한 제3 및 제4 실시예와 동일한 성능을 가지게 되며, 채널 선택부(560)에서도 하나의 중간주파수 대역내에서 중계할 대역을 선택하므로 전송되는 신호의 신호 대 잡음비가 열화되지 않아 제4 실시예와 마찬가지로 송출되는 신호의 품질도 향상된다는 장점이 있다.
도 16은 본 발명의 제6 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(600)는 안테나 전환부(610), 수신 회로부(620), AD 변환부(630), 제1 및 제2 신호 선택부(640a, 640b), 신호 탐지부(640), 제어부(650), 제1 및 제2 채널 선택부(660', 660"), 제1 및 제2 신호 지연부(670', 670"), DA 변환부(680), 송신 회로부(690) 등을 포함한다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(600)는, 제5 실시예와 마찬가지로, 수신 회로부(620)에 복수개의 주파수 변조기를 구비하여 수신 회로부(620)의 복수개 입력으로 전달된 각각의 신호를 서로 다른 변조 주파수를 이용하여 서로 다른 주파수 대역으로 천이한 후 합하여 출력하고, AD 변환부(630)는 수신 회로부(620)에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.
AD 변환부(630)로부터 출력된 디지털 신호는 제1 채널 선택부(660')와 제2 채널 선택부(660")를 통하여 수신 회로부(620)에서 제1 중간주파수 대역으로 천이 된 제1 안테나 신호 및 제2 중간주파수 대역으로 천이된 제2 안테나 신호 중 중계할 채널이 포함된 대역만을 선택하여 출력한다. 그리고, 제1 채널 선택부(660')의 출력은 제1 신호 지연부(670')로 입력되고 제2 채널 선택부(660")의 출력은 제2 신호 지연부(670")로 입력되며, 그 이후는 전술한 제4 실시예에서와 동일 또는 유사한 과정으로 처리된다.
마지막으로, 도 17은 본 발명에 따른 반이중 무선 중계 장치에서 디지털 무전기의 버스트 신호 처리 방식을 나타낸 것이다.
종래 널리 사용되어온 무전기는 FM 변조 방식의 음성전용 통신장치인데 반해, 근래에는 디지털 변조방식의 음성 및 데이터 통신장치가 급속히 도입되고 있는 추세이다. 디지털 변조 방식은 음성이나 영상, 문자 등의 정보를 부호화, 주파수 변조 등의 처리를 한 후 블록단위로 전송하는데, 송신전환 스위치, 즉, 후크 신호가 발생되고 의미 있는 음성신호가 송출되기까지 다소의 여유 시간이 있는 기존의 아날로그 방식과는 달리 송신이 시작되면 즉시 버스트(Burst)의 형태로 각 블록 단위의 정보가 송출된다(도 17a 참조). 따라서, 반이중 무선 중계 장치가 신호(디지털 신호)를 탐지하고 송신에서 수신 또는 수신에서 송신으로 전환되는 시간동안 수신된 신호의 소실이 불가피하다는 문제점이 있다(도 17b, 17c 참조). 하지만, 본 발명은 신호 지연부를 구비함으로써 복수개의 안테나에 대해 올바른 송/수신 경로가 설정될 때까지 송신을 지연시키기 때문에 수신된 신호에서 소실되는 파형 및/또는 정보 없이 중계할 수 있으며, 특히 블록단위로 정보를 전송하는 디지털 방식의 무전기에 매우 유용하다(도 17d 참조).
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징들을 변경하지 않고서 다른 구체적인 다양한 형태로 실시할 수 있는 것이므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
그리고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 반이중 무선 중계 장치로서,
    복수개의 안테나에 대해 각각 송신 경로 또는 수신 경로를 설정하는 안테나 전환부;
    상기 안테나 전환부에서 전달되는 아날로그 신호를 수신하는 수신 회로부;
    상기 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부;
    상기 변환된 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시키는 신호 지연부;
    상기 지연된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DA 변환부; 및
    상기 변환된 아날로그 신호를 상기 안테나 전환부로 전송하는 송신 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 장치.
  2. 반이중 무선 중계 장치로서,
    제1 및 제2 안테나에 대해 각각 송신 경로 또는 수신 경로를 설정하는 안테나 전환부;
    상기 제1 안테나를 통해 수신된 제1 아날로그 신호 및 상기 제2 안테나를 통해 수신된 제2 아날로그 신호를 수신하여 상기 제1 및 제2 아날로그 신호 중 적어도 하나를 제1 증폭도로 증폭하는 수신 회로부;
    상기 적어도 하나가 증폭된 제1 및 제2 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부;
    상기 변환된 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시키는 신호 지연부;
    상기 지연된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DA 변환부;
    상기 변환된 아날로그 신호를 상기 안테나 전환부로 전송하는 송신 회로부;
    상기 변환된 디지털 신호로부터 무전기 신호가 있는지 여부를 탐지하는 신호 탐지부; 및
    상기 신호 탐지부에서 무전기 신호가 탐지되면 상기 제1 증폭도를 조절하여 상기 제1 및 제2 아날로그 신호 중 무전기 신호가 포함된 신호를 판단하고, 상기 무전기 신호를 수신하는 안테나에 대해 수신 경로를 설정하고 상기 무전기 신호를 수신하지 않는 안테나에 대해 송신 경로를 설정하도록 상기 안테나 전환부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수신 회로부는 상기 제1 아날로그 신호를 제1 증폭도로 증폭하고 상기 제2 아날로그 신호를 제2 증폭도로 증폭하며,
    상기 제어부는 상기 신호 탐지부에서 무전기 신호가 탐지되면 상기 제1 증폭도 및 제2 증폭도를 순차적으로 조절하여 상기 제1 및 제2 아날로그 신호 중 무전기 신호가 포함된 신호를 판단하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디지털 신호에 대해 기 선택된 적어도 하나의 채널 주파수를 필터링하고 상기 필터링된 디지털 신호를 기 설정된 레벨로 업스케일링하는 채널 선택부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 장치.
  5. 반이중 무선 중계 장치로서,
    제1 및 제2 안테나에 대해 각각 송신 경로 또는 수신 경로를 설정하는 안테나 전환부;
    상기 제1 안테나를 통해 제1 아날로그 신호를 수신하는 제1 수신 회로부 및 상기 제2 안테나를 통해 제2 아날로그 신호를 수신하는 제2 수신 회로부;
    상기 제1 수신 회로부에서 출력되는 제1 아날로그 신호를 제1 디지털 신호로 변환하는 제1 AD 변환부 및 상기 제2 수신 회로부에서 출력되는 제2 아날로그 신호를 제2 디지털 신호로 변환하는 제2 AD 변환부;
    상기 제1 및 제2 AD 변환부에서 출력된 상기 제1 및 제2 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시키는 신호 지연부;
    상기 신호 지연부에서 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DA 변환부;
    상기 변환된 아날로그 신호를 상기 안테나 전환부로 전송하는 송신 회로부;
    상기 제1 및 제2 AD 변환부에서 출력된 상기 제1 및 제2 디지털 신호 중 하나를 선택하는 제1 신호 선택부;
    상기 신호 선택부에서 선택된 디지털 신호로부터 무전기 신호가 있는지 여부를 탐지하는 신호 탐지부; 및
    상기 제1 신호 선택부를 제어하여 상기 신호 탐지부에서 무전기 신호가 탐지되면, 상기 무전기 신호를 수신하는 안테나에 대해 수신 경로를 설정하고 상기 무전기 신호를 수신하지 않는 안테나에 대해 송신 경로를 설정하도록 상기 안테나 전환부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 신호 지연부는, 상기 제1 AD 변환부에서 출력된 상기 제1 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시키는 제1 신호 지연부 및 상기 제2 AD 변환부에서 출력된 상기 제2 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시키는 제2 신호 지연부를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 신호 지연부에서 출력된 상기 제1 및 제2 디지털 신호 중 하나를 선택하여 상기 DA 변환부로 전송하는 제2 신호 선택부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 장치.
  7. 반이중 무선 중계 방법으로서,
    복수개의 안테나 중 임의의 안테나를 통해 아날로그 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 변환된 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시키는 단계;
    상기 지연된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 아날로그 신호를 상기 복수개의 안테나 중 상기 임의의 안테나를 제외한 나머지 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 방법.
  8. 반이중 무선 중계 방법으로서,
    제1 안테나를 통해 제1 아날로그 신호를 수신하고 제2 안테나를 통해 제2 아날로그 신호를 수신하는 단계;
    상기 제1 및 제2 아날로그 신호 중 적어도 하나를 제1 증폭도로 증폭하는 단계;
    상기 적어도 하나가 증폭된 제1 및 제2 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 변환된 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시키고, 상기 제1 증폭도를 조절하여 상기 제1 및 제2 안테나 중 무전기 신호를 수신하는 안테나를 판단하는 단계;
    상기 지연된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 아날로그 신호를 상기 제1 및 제2 안테나 중 무전기 신호를 수신하지 않는 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 증폭하는 단계는 상기 제1 아날로그 신호를 제1 증폭도로 증폭하고 상기 제2 아날로그 신호를 제2 증폭도로 증폭하며,
    상기 판단하는 단계는 상기 제1 및 제2 증폭도를 조절하여 상기 제1 및 제2 안테나 중 무전기 신호를 수신하는 안테나를 판단하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 방법.
  10. 반이중 무선 중계 방법으로서,
    제1 안테나를 통해 제1 아날로그 신호를 수신하고 제2 안테나를 통해 제2 아날로그 신호를 수신하는 단계;
    상기 제1 아날로그 신호를 제1 디지털 신호로 변환하고 상기 제2 아날로그 신호를 제2 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 제1 및 제2 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시키고, 상기 제1 및 제2 디지털 신호에 대해 무전기 신호가 포함된 신호를 판단하는 단계;
    상기 제1 및 제2 디지털 신호 중 무전기 신호가 포함된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 아날로그 신호를 상기 제1 및 제2 안테나 중 무전기 신호를 수신하지 않는 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 방법.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20090116415A1 (en) * 2004-09-01 2009-05-07 Tsuyoshi Kashima Relay, and relaying method
KR20090132481A (ko) * 2008-06-19 2009-12-30 엘지전자 주식회사 무선 송수신기와 이를 구비한 중계국
KR101097406B1 (ko) 2010-07-21 2011-12-23 주식회사 젠알에프티 단일 주파수 단신 통신을 위한 무선 중계 장치 및 방법
KR101736244B1 (ko) 2015-10-16 2017-05-16 주식회사 엑시노스 긴급 재난 통신 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090116415A1 (en) * 2004-09-01 2009-05-07 Tsuyoshi Kashima Relay, and relaying method
KR20090132481A (ko) * 2008-06-19 2009-12-30 엘지전자 주식회사 무선 송수신기와 이를 구비한 중계국
KR101097406B1 (ko) 2010-07-21 2011-12-23 주식회사 젠알에프티 단일 주파수 단신 통신을 위한 무선 중계 장치 및 방법
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