KR20200133676A - 이동통신 기지국용 전력유닛 및 전력케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 기지국의 통신 부하 증가시 전력 전송량의 변화에도 인덕턴스가 충분히 낮아 전압 스윙(Voltage Swing) 현상을 최소화하여 안정적인 통신 서비스를 제공할 수 있고, 기지국에서 원격리모트유닛(RRU)와 연결 작업성을 향상시킬 수 있는 이동통신 기지국용 전력유닛 및 전력케이블에 관한 것이다.

Description

이동통신 기지국용 전력유닛 및 전력케이블{Power unit And Power Cable For Mobile Communication Base Station}

본 발명은 이동통신 기지국용 전력유닛 및 이를 구비하는 전력케이블에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 이동통신 기지국의 통신 부하 증가시 전력 전송량의 변화에도 인덕턴스가 충분히 낮아 전압 진동 현상을 최소화하여 안정적인 통신 서비스를 제공할 수 있고, 기지국에서 원격무선장비와 연결 작업성을 향상시킬 수 있는 이동통신 기지국용 전력유닛 및 전력케이블에 관한 것이다.

종래의 이동통신의 경우, 통신사 기간국 등에서 기지국으로 통신신호를 전송하고, 상기 기지국의 BTS(Base Transceiver Station)에서 전송된 RF 신호가 기지국 안테나를 통해 무선 전송된다. 또한, 사용자의 휴대용 단말기에서 전송된 무선신호는 상기 기지국 안테나에 수신되고 수신된 신호는 TMA(Tower Mount Amplifier)를 통하여 증폭되어 BTS로 전송된다.

이때, 상기 기지국의 BTS, TMA 및 안테나는 동축 급전선으로 연결되었으나, 상기 동축 급전선은 케이블의 길이가 증가할수록 신호의 손실(loss)이 크다. 수십 미터 높이의 기지국 타워에 상기 안테나를 설치하는 경우에 지상의 기지국과 상기 안테나를 연결하는 동축 급전선에서 손실이 증가하게 되며, 상기 동축 급전선의 신호 손실에 의해 상기 기지국에서 제공된 신호가 상기 안테나에서 요구되는 신호의 세기에 도달하지 못하고 감쇄되므로, 이를 보상하여 증폭하기 위하여, TMA(Tower Mounted Amplifier)가 설치된다.

하지만, 상기 TMA는 상기 신호를 증폭하기 위하여 상대적으로 많은 전력을 소비하게 되므로, 전체적인 시스템 측면에서 볼 때, 유지보수에 많은 비용이 소요되어 그 효율성이 떨어지는 문제점을 수반한다.

한편, FTTx(Fiber to the X)의 진화와 중계장치의 소형화에 따라 기지국 설비도 진화되고 있다. 이중에서 광케이블 동축케이블과 비교하여 케이블 길이에 따른 신호감쇠가 작은 것이 특징이다. 이러한 장점을 응용하여 광신호를 기지국 안테나의 직전까지 전달하여 신호의 손실을 최소화하고, 안테나 직전에서 광신호를 방사가 가능한 RF신호로 변환하는 기술인 원격무선장비 방식(RRU 방식 또는 Remote Radio Head 방식)이 등장하였다.

종래의 TMA를 이용한 이동통신 기지국의 전력소비의 및 유지보수의 비효율적인 단점을 보완한 것이 원격무선장비 방식이다. 원격무선장비 방식의 기지국 시스템은 종래의 BTS 기지국 시스템에서 원격무선장비(RRU, Remote RF Unit)를 분리하여 원격의 안테나 하부에 배치하고 원격 제어한다.

따라서, 기존의 BTS 기지국 시스템에서 원격무선장비가 분리된 나머지 부분인 베이스밴드유닛(Baseband Unit)과 전원공급장치(Power Supply Unit)에서 기지국 타워 안테나 근방에 장착되어 안테나와 동축 급전선으로 연결되는 원격무선 장비로 무선통신 데이터와 전력을 공급하게 된다.

따라서, 원격무선장비 방식의 기지국 시스템에서 지상 등에 배치되는 베이스밴드유닛(Baseband Unit)과 전원공급장치(Power Supply Unit)에서 안테나 근방의 원격무선장비로 전력과 데이터를 공급하기 위하여 전력케이블과 광케이블을 사용할 수 있으며 필요에 따라 케이블이 단일화될 수도 있다.

이 경우, 광케이블 또는 전력케이블은 기지국 타워에 설치되는 터미널박스까지 단일 전력케이블로 연결되고, 터미널박스에서 각각의 원격무선장비 연결을 위한 분기된 광케이블(이하, '광유닛'이라 함) 또는 분기된 전력케이블(이하, 전력유닛이라 함)으로 분기되어 연결되는 방법이 사용될 수 있다.

그리고, 최근 보급되는 5G 등의 이동통신의 기지국은 전파 특성 등으로 인해 종래와 달리 커버리지를 작게 촘촘히 구성하는 소규모 네트워크를 구성하는 추세이다.

특정 기지국 시스템에서 커버하는 커버리지 영역 내의 통신 부하가 급격히 증가하는 경우 각각의 원격무선장비 등에 공급되는 전력 크기도 최대 출력 내에서 신속하게 증가되어야 한다.

이때 전원공급장치와 원격무선장비를 연결하는 전력케이블 또는 전력유닛을 통한 전류 공급이 증대되는 경우 전력케이블 또는 전력유닛의 인덕턴스에 의하여 순간적인 전압 진동 현상이 발생되어 통신 시스템이 다운되거나 통신 마비 현상이 발생될 수 있다.

이와 같은 순간적인 전압 진동 현상을 방지하기 위해서는 이동통신 기지국에서 사용되는 전력케이블 또는 전력유닛의 인덕턴스를 낮추어 문제를 해결해야 한다.

또한, 단순히 전력케이블 또는 전력유닛의 인덕턴스를 낮추는 구성 외에도 전력케이블에서 분기된 각각의 전력유닛을 각각의 원격무선장비에 접속하는 작업은 기지국 타워에서 수행되므로 접속 작업의 작업성도 고려되어야 한다.

본 발명은 이동통신 기지국의 통신 부하 증가시 전력 전송량의 변화에도 인덕턴스가 충분히 낮아 전압 진동 현상을 최소화하여 안정적인 통신 서비스를 제공할 수 있고, 기지국에서 원격무선장비와 연결 작업성을 향상시킬 수 있는 이동통신 기지국용 전력유닛 및 전력케이블을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 복수 개의 소선으로 구성되는 내부 도체; 상기 내부 도체를 절연하는 내부 절연층; 상기 내부 절연층 외측을 복수 개의 소선이 복수 층을 형성하며 일방향으로 횡권하도록 구성되는 외부 도체; 및, 상기 외부 도체 절연하는 외부 절연층;을 포함하고, 상기 내부 도체와 상기 외부 도체는 동축 형상으로 구성되어 DC 전력을 공급하기 위한 한 쌍의 도체로 사용되고, 상기 내부도체를 구성하는 소선의 면적 합과 상기 외부도체층을 구성하는 소선의 면적 합의 비는 0.625 내지 1.6인 것을 특징으로 하는 전력유닛을 제공할 수 있다.

또한, 상기 전력유닛은 원격무선장비 방식의 기지국 시스템에서, 상기 원격무선장비 방식의 기지국 시스템을 구성하는 전원공급장치에서 제공된 전력을 원격의 안테나에 연결된 원격무선장비로 공급하기 위하여 상기 원격무선장비에 접속될 수 있다.

그리고, 상기 전력유닛을 구성하는 내부 도체는 복수 개의 소선을 집합피치를 갖는 집합소선이 되도록 연합 후 복수 개의 집합소선을 복합피치를 갖도록 연합한 집복합 도체일 수 있다.

여기서, 상기 집복합 도체는 중심부에 1개의 집합소선 및 그 둘레에 상기 중심부 집합소선과 연합 방향이 반대인 복수 개의 집합소선이 배치되며, 상기 복합을 위한 연합 방향은 상기 중심부 집합소선의 연합 방향과 일치하도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 전력유닛을 구성하는 집합소선의 집합피치가 집복합 도체의 복합피치보다 작을 수 있다.

이 경우, 상기 전력유닛을 구성하는 집합소선을 구성하는 소선은 31 AWG 내지 33 AWG이며이며, 하나의 집합소선은 30개 내지 50개의 소선으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 집복합 도체의 외경은 5 AWG 내지 7 AWG이 되도록 중심부에 하나의 중심부 집합소선을 배치한 후 상기 중심부 집합소선 둘레에 N (N= 5,6 또는 7)개의 외곽부 중심소선을 배치하여 1+N 구조로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 외부 도체를 구성하는 소선은 31 AWG 내지 33 AWG 외경이며, 1층 내지 5층으로 구성되어 외부 도체의 소선 면적의 합이 5 AWG 내지 7 AWG되도록 동일한 방향으로 횡권될 수 있다.

여기서, 상기 외부 도체는 복수 개의 소선을 일방향으로 횡권 적층하여 구성되되 외부 도체를 구성하는 층별 소선의 풀림 방지를 위하여 외층으로 갈수록 층별 횡권 피치가 더 짧아지도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 외부 도체의 횡권 방향은 상기 집복합 도체의 연합 방향과 반대방향일 수 있다.

그리고, 상기 내부도체를 구성하는 소선의 면적 합과 상기 외부도체층을 구성하는 소선의 면적 합의 비는 실질적으로 동일할 수 있다.

여기서, 상기 내부도체를 DC 전압의 양극으로 사용하고 상기 외부 도체를 DC 전압의 음극으로 사용될 수 있다.

상기 내부 절연층의 내부공간 대비 상기 내부 도체를 구성하는 소선의 점적률은 60% 이상으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 복수 개의 전술한 전력유닛; 및, 상기 복수 개의 전력유닛을 감싸는 케이블 자켓;을 포함하는 전력케이블을 제공할 수 있다.

그리고, 상기 전력케이블은 원격무선장비 방식의 기지국 시스템에서 전원공급장치에서 원격의 안테나에 연결된 원격무선장비로 전력을 공급할 수 있다.

여기서, 상기 전력케이블은 상기 전원공급장치에서 터미널박스로 연결되고, 상기 터미널박스에서 복수 개의 상기 전력유닛 분기되어 복수 개의 원격무선장비에 각각 접속될 수 있다.

그리고, 상기 전력케이블은 적어도 하나의 개재유닛을 더 구비할 수 있다.

이 경우, 상기 전력케이블은 적어도 하나의 트위스티드 페어 형태의 절연층으로 절연된 도체선을 포함하여 구성되는 통신유닛을 포함할 수 있다.

또한, 상기 전력케이블은 적어도 하나의 광섬유를 포함하여 구성되는 광유닛을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 전력케이블은 상기 케이블 자켓 내에 적어도 하나의 립코드를 구비할 수 있다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 원격무선장비 방식의 기지국 시스템의 원격의 안테나에 연결된 원격무선장비로 전력을 공급하기 위한 전원공급장치; 상기 안테나와 동축 급전선으로 연결되며, 원격무선장비 방식의 기지국 시스템의 베이스밴드유닛(Baseband Unit)과 연결되며 RF 신호 변환을 위하여 구비되는 상기 원격무선장비; 및, 상기 전원공급장치 및 상기 원격무선장비 사이에서 전력을 전송하며, 복수 개의 전술한 전력유닛 및, 상기 복수 개의 전력유닛을 감싸는 케이블 자켓을 포함하는 전력케이블;을 포함하는 원격무선장비 방식의 기지국 시스템을 제공할 수 있다.

여기서, 상기 전력케이블은 상기 전원공급장치에서 터미널박스로 연결되고, 상기 터미널박스에서 복수 개의 상기 전력유닛으로 분기되어 복수 개의 원격무선장비에 각각 접속될 수 있다.

본 발명에 따른 이동통신 기지국용 전력유닛 및 이를 구비하는 전력 케이블에 의하면, 동축 케이블 형태의 전력유닛과 이를 포함하는 전력케이블을 제공하여 이동통신 기지국의 통신 부하 증가시 전력 전송량의 변화에도 인덕턴스가 충분히 낮아 전압 진동 현상을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 이동통신 기지국용 전력유닛 및 이를 구비하는 전력케이블에 의하면, 전력케이블을 구성하는 전력유닛의 외부 도체를 횡권층 형태로 구성하여 기지국에서 원격무선장비와 연결시 내부 절연층과 외부 절연층을 제거한 후 내부 도체와 외부 도체를 통상의 케이블 소선 도체와 같은 방법으로 연결할 수 있으므로, 기지국 타워에서의 접속 작업의 작업성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전력유닛 및 이를 구비하는 전력케이블이 적용될 수 있는 원격무선장비 방식의 기지국 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 기지국용 전력케이블의 단면도를 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 이동통신 기지국용 전력케이블을 구성하는 전력유닛의 확대 단면도를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 전력유닛을 원격무선장비 접속하기 위하여 각각의 절연층을 탈피하고 내부 도체와 외부 도체를 노출시킨 상태를 도시한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 전력유닛 및 이를 구비하는 전력케이블이 적용될 수 있는 원격무선장비 방식의 기지국 시스템을 도시한다.

본 발명의 원격무선장비 방식의 기지국 시스템은 지상 장비로서 종래 BTS 방식의 기지국 시스템에서 원격무선장비 등을 제외한 나머지 부분(10) 즉, 베이스밴드유닛(11, Baseband Unit)과 전원공급장치(12, Power Supply Unit)가 구비되고, 기지국 타워에는 안테나(20), 상기 안테나(20)과 동축 급전선(30)으로 연결되는 복수 개의 원격무선장비(40) 및 복수 개의 상기 원격무선장비(40)에 각각 광유닛과 전력유닛으로 연결되는 터미널박스(1200)가 구비될 수 있다.

그리고, 지상의 베이스밴드유닛(11)와 전원공급장치(12)와 터미널박스(1200)는 각각 광케이블(1000)과 전력케이블(2000)로 연결될 수 있다.

보다 상세하게, 본 발명의 원격무선장비 방식의 기지국 시스템은 베이스밴드유닛(11)과 터미널박스(1200)는 광케이블(1000)로 연결되고 광케이블(1000)은 터미널박스에서 복수 개의 광유닛(100)으로 분기된 후 각각의 원격무선장비(40)로 연결될 수 있으며, 마찬가지로 전원공급장치(12)과 터미널박스(1200)는 전력케이블(2000)로 연결된 후 전력케이블(1000)은 터미널박스에서 복수 개의 전력유닛(200)으로 분기된 후 각각의 원격무선장비(40)로 연결되어 복수개의 원격무선장비로 전력 공급과 통신 기능을 제공할 수 있다.

여기서, 각각의 광케이블(1000)과 전력케이블(2000)은 단일화된 광전복합케이블로 구성될 수 있고, 광유닛(100)과 전력유닛(200) 역시 단일화된 점퍼케이블 등의 형태로 구성될 수도 있다.

이러한, 원격무선장비(40)는 기지국 타워 상단에 기지국 안테나 바로 아래 설치될 수 있으므로, 원격무선장비(40)에 의하여 RF 신호로 변환된 신호를 안테나로 공급하기 위한 동축 급전선(30)의 길이는 최소화되어 동축 급전선(30)을 통한 RF 신호 전송시 발생되는 RF 신호 감쇠가 문제되지 않으므로, 방사직전까지의 신호의 감쇠량이 최소화되고, 기존 많은 소비전력을 사용하던 TMA의 필요성이 없어졌다. 이러한 기술적 특징은 기지국의 유지보수적인 측면에서 원격무선장비 방식의 기지국 시스템의 특장점이 되었다.

최근 4세대 이동통신 이후의 이동통신은 직교 주파수 다중 분할 (Orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM) 방식이 주로 사용된다.

기존의 CDMA는 수백만 비트를 포함하는 데이터를 하나의 주파수로

전송하기 때문에, 더 이상 속도를 높이는데 한계를 보였다. 비트 수가 높아지면 비트의 시간이 짧아지고, 외부 잡음 등에 의해 정보를 잃을 가능성이 높아지기 때문이다. 그래서 데이터를 여러 주파수로 나누어 데이터를 보내는 OFDM 주파수 분할 방식이 4세대 이후의 무선통신의 핵심기술이 되었다.

OFDM 방식은 CDMA와 같이 한 개의 반송파로 넓은 대역폭을 갖는 신호 대신에 각각 직교성(Orthogonality)을 갖는 여러 주파수에 데이터를 나누어 전송함으로써, 더욱 짧은 시간의 비트를 만들어야 하는 어려움도 해결하고 잡음에 대한 영향도 적다.

OFDM에서 여러 주파수로 나누어져 보내진 데이터는 합쳐져서 송신되고, 수신 시에 각 주파수 별로 데이터를 찾아 다시 합침으로써 원래의 데이터를 알 수 있다. 일반적인 주파수 멀티플렉싱(FDM)과 다른 점은 주파수 간 직교성을 갖도록 겹쳐 사용함으로써 주파수 효율을 극대화하였다.

이러한 OFDM 시스템도 많은 장점에도 불구하고 OFDM 방식은 단일 반송파 변조방식(SCM, Single Carrier Modulation) 시스템보다 상대적으로 큰 첨두전력 대 평균전력 비(PAPR, Peak to Average Power Ratio)를 가지며, 전송 전력이 많은 변동을 갖게 되어 원격무선장비 등의 전력 효율을 감소시키는 원인으로 작용한다.

또한, 소규모화된 네트워크에 갑자기 많은 통신부하가 발생되면, 전력케이블(2000) 또는 전력유닛(200)의 자체적인 인덕턴스에 의한 전압 진동 현상으로 인한 시스템 다운 또는 통신 두절 현상이 발생될 수 있으므로 이에 대한 보완책으로 본 발명이 도출되었다. 도 2 이하를 참조하여 자세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 기지국용 전력케이블(2000)의 단면도를 도시한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이동통신 기지국용 전력케이블(2000)은 복수 개의 전력유닛(200)과 복수 개의 전력유닛(200)을 감싸는 케이블 자켓층(600)을 포함하여 구성될 수 있다.

도 2에 도시된 전력케이블(2000)은 총 12개의 전력유닛(200)이 구비되어 총 12개의 원격무선장비로 DC 전력을 공급할 수 있도록 구성된다. 즉, 하나의 전력유닛(200)은 하나의 원격무선장비에 대응이 가능하도록 구성될 수 있다. 각각의 전력유닛(200)의 구조는 후술한다.

또한, 전력케이블(2000)의 인장강도 보강 또는 원형 유지를 위하여 적어도 하나의 개재유닛(700)을 구비할 수 있으며 전력유닛(200) 사이의 빈공간(800)에 방수 또는 인장강도 보강을 위한 섬유 등의 재질로 구성되는 충진재가 구비될 수 있다.

그리고, 복수 개의 전력유닛(200)을 감싸는 케이블 자켓층(600) 내측에 현장에서 케이블 자켓층(600) 탈피를 위한 적어도 하나의 립코드(500) 등이 구비될 수 있다.

상기 케이블 자켓층(600)은 실외 설치 특성상 자외선 차단 성능이 우수한 PVC 재질 등으로 구성될 수 있다. 각각의 전력유닛(200)의 외경이 10 밀리미터(mm) 전후로 구성되는 경우 12개 정도의 전력유닛(200)이 구비되는 경우 전력 케이블(2000)의 외경(D)는 40 밀리미터(mm) 내지 50 밀리미터(mm)로 구성되어, 타워에 설치된 12개 정도의 원격무선장비 등에 안정적인 전력을 공급할 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전력케이블(2000)은 절연층(413)으로 피복된 복수 개의 트위스티드 페어 형태를 구성하는 도체선(411)으로 구성된 통신유닛(400)을 구비하여 원격무선장비 등의 제어신호 또는 센서신호 등을 송수신할 수 있다.

상기 통신유닛(400)은 4개의 트위스티드 페어 형태의 도체선을 구비하는 것으로 도시되나 개수는 증감 가능하며, 통신유닛이 광케이블 형태로 구성되어도 무방하다.

또한, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 최근의 원격무선장비 방식의 기지국 시스템에서 기지국 지상장비로서 베이스밴드유닛(11)과 터미널박스(1200)는 광케이블(1000)로 연결되고 광케이블(1000)은 터미널박스에서 복수 개의 광유닛(100)으로 분기된 후 각각의 원격무선장비(40)로 연결될 수 있으며, 기지국 지상장비로서 전원공급장치(12)과 터미널박스(1200)는 전력케이블(2000)로 연결된 후 전력케이블(2000)은 터미널박스에서 복수 개의 전력유닛(200)으로 분기된 후 각각의 원격무선장비(40)로 연결될 수도 있으나, 지상의 전원공급장치와 베이스밴드유닛에서 단일 케이블로 터미널박스(1200)까지 광전복합케이블로 연결될 수 있음은 전술한 바와 같다.

도 3은 도 2에 도시된 이동통신 기지국용 전력케이블(2000)을 구성하는 전력유닛(200)의 확대 단면도를 도시한다.

본 발명에 따른 전력유닛(200)은 복수 개의 소선으로 구성되는 내부 도체(210); 상기 내부 도체(210)를 절연하는 내부 절연층(230); 상기 절연층 외측을 복수 개의 소선이 복수 층을 형성하며 일방향으로 횡권하도록 구성되는 외부 도체(250); 상기 외부 도체(250)층 절연하는 외부 절연층(270);을 포함하고, 상기 내부 도체(210)와 상기 외부 도체(250)는 동축 형상으로 구성되어 DC 전력을 공급하기 위한 한 쌍의 도체로 사용되고, 상기 내부도체를 구성하는 소선의 면적 합과 상기 외부도체층을 구성하는 소선의 면적 합의 비는 0.625 내지 1.6일 수 있다.

본 발명은 전력 공급과정에서 전류 변화 등에 따른 전압 진동 현상을 방지하기 위하여 각각의 원격무선장비에 DC 전력을 공급하기 위한 한 쌍의 도체를 동축(Coaxial) 구조로 구성하는 특징이 있다. 동축 구조라 함은 내부 도체의 중심축(A)과 외부도체의 중심축(A)이 동일한 형상을 의미한다.

동축 형상으로 구성된 전력유닛의 인덕턴스가 낮은 이유는 동축으로 배치된 내부 도체와 외부 도체가 동일 중심축(A)을 중심으로 감싸지는 구조는 내부도체에 흐르는 전류(Ii)에 의해 생성된 자기장의 세기(Bi)가 이 자기장으로부터 유도되어 외부도체에 흐르는 반송전류(Io)에 의해 생성된 자기장(Bo)에 의해 상쇄되어 감소됨에 따라 동축 구조의 전력유닛의 인덕턴스가 낮아져 전압 진동을 최소화할 수 있다.

즉, 본 발명의 전력유닛(200)은 전력 공급을 위한 한 쌍의 도체를 내부 도체(210)와 외부 도체(250)로 하여 동축(Coaxial) 구조를 적용하여, 전류의 크기 변화에 전자기 유도 현상을 최소화하여 인덕턴스를 크게 낮추었다.

또한, 본 발명의 전력유닛(200)은 전력유닛(200)을 구성하는 내부 도체(210)와 외부 도체(250)를 동축(Coaxial) 구조로 구성하는 외에도 각각의 도체를 가는 소선으로 구성하여 유연성과 접속시 작업성을 보장할 수 있다. 본 특징에 대해서는 도 4를 참조하여 상세하게 후술한다.

도 3에 도시된 본 발명의 전력유닛(200)의 중심부에 배치되는 내부 도체(210)는 복수 개의 소선(211)을 집합피치를 갖도록 연합된 집합소선(213)이 복수 개가 구비되어 구성될 수 있다.

또한, 상기 전력유닛(200)을 구성하는 내부 도체(210)는 복수 개의 소선을 집합피치를 갖는 집합소선(213)이 되도록 연합 후 복수 개의 집합소선(213)을 다시 복합피치를 갖도록 연합한 집복합 도체(215)로 구성할 수 있다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 집복합 도체(215)는 중심부에 1개의 집합소선(213) 및 그 둘레에 상기 중심부 집합소선(213)과 연합 방향이 반대인 N개(N은 5, 6 또는 7, 도 3에서 N=6)의 집합소선(213)이 배치되며, 상기 복합을 위한 연합 방향은 상기 중심부 집합소선(213)의 연합 방향과 일치 또는 중심부 둘레의 외곽부 집합소선(213)의 연합방향과 반대가 되도록 구성되어 도체 단면의 빈공간이 최소화되고, 소선의 풀림을 방지함과 동시에 충분한 유연성을 확보 하도록 구성될 수 있다.

즉, 중심부 집합소선(213)의 연합 방향과, 외곽부 집합소선(213)의 연합 방향을 다르게 하고, 다시 복합을 위한 연합 방향을 외곽부 집합소선(213)의 연합 방향과 다르게 구성(순차적으로, S연-Z연-S연 또는 Z연-S연-Z연)하고, 상기 전력유닛(200)을 구성하는 내부 도체(210)를 구성하는 각각의 집합소선(213)의 집합피치가 집복합 도체의 복합피치보다 작도록 구성하여, 각각의 소선 또는 집합소선(213)의 풀림을 방지하면서도 집복합 도체(115)의 유연성이 확보할 수 있다.

도 3에 도시된 실시예에서, 상기 전력유닛(200)의 내부 도체(210)를 구성하는 각각의 집합소선(213)을 구성하는 소선은 약 40개로 구성되는 예를 도시하나, 집합소선(213)을 구성하는 소선의 개수는 30개 내지 50개 범위에서 결정되되, 각각의 전력유닛(200)을 구성하는 내부 도체(210)를 구성하는 소선(211)의 면적 합은 5 AWG 내지 7 AWG가 되도록 구성하는 경우, 각각의 소선은 31 AWG 내지 33 AWG 크기로 각각의 개별 소선(211)의 직경이 결정되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 개별 소선의 직경은 0.2 밀리미터(mm) 내외로 구성될 수 있다. 이와 같이 구성되는 내부 도체와 후술하는 외부 도체에 인가되는 최대 DC 전압은 약 600V 내외 일 수 있다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 집복합 도체(215)는 내부 절연층(230)을 구비하고 상기 내부 절연층(230)의 두께는 0.6 밀리미터(mm) 내지 1.5 밀리미터(mm)이며, 내부 절연층(230)의 내경(d1)은 4.8. 밀리미터(mm) 내지 6.0 밀리미터(mm)로 구성할 수 있고, 내부 절연층(230)의 외경(d2)은 6.0 밀리미터(mm) 내지 8.0 밀리미터(mm)로 구성할 수 있다.

내부 도체를 구성하는 집복합 도체의 형상을 유지하면서 전체 케이블 외경을 최소화하기 위해, 내부 절연층(230)의 내부공간 대비 내부 도체(210)를 구성하는 소선(211)의 점적률은 60% 이상으로 구성할 수 있다.

그리고, 전술한 바와 같이, 상기 내부 도체(210)는 1+N 구조, 도 3에 도시된 실시예에서는 1+6 구조로 7개의 집합소선(213)이 구비되는 예를 도시하지만 그 개수는 증감 가능하다.

그리고, 상기 내부 절연층(230) 외측을 복수 개의 소선(251)으로 횡권하도록 구성되는 외부 도체(250)이 구비될 수 있다.

종래 복수 개의 소선 등을 횡권하는 방식은 주로 금속 편조부재를 적용하지 않고 금속 차폐층을 구성하는 방법에 적용되나, 본 발명의 전력유닛(200)에서는 차폐층 구성 목적이 아닌 전력 공급을 위한 전력 도체를 구성하는 방법으로 적용한다는 특징을 갖는다.

상기 외부 도체(250)는 복수 개의 소선을 일방향으로 횡권 적층하여 구성되되 외부 도체(250)를 구성하는 층별 소선의 풀림 방지를 위하여 외층으로 갈 수록 횡권 피치가 더 짧게 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 외부 도체(250)를 구성하는 소선 역시 내부 도체를 구성하는 소선과 마찬가지로 31 AWG 내지 33 AWG 직경일 수 있고, 도 3에서는 4층으로 구성되었으나, 1층 내지 5층 중 어느 하나의 층으로 구성되어 외부 도체(250)를 구성하는 소선(251) 면적의 합이 내부 도체(210)를 구성하는 소선(211)의 면적 합인 5 AWG 내지 7 AWG 되도록 하여, 내부 도체(210)와 외부 도체(250)의 통전 용량이 비슷해지도록 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 균형 있는 통전 용량으로 안정적인 DC 전력을 공급하기 위해 한 쌍의 도체로 사용되는 내부도체와 외부도체층을 구성하는 각 소선의 면적 합의 비는 0.625 내지 1.6 으로 구성될 수 있고, 바람직하게는 실질적으로 동일하게 구성할 수 있다.

그리고, 내부 도체(210)와 외부 도체(250)를 구성하는 소선의 풀림 방지와 전력유닛(200)의 전체적인 유연성 확보를 위하여 상기 외부 도체(250)의 횡권 방향은 상기 집복합 도체의 복합을 위한 연합 방향과 반대방향(예들 들면, Z연 또는 S연)으로 구성될 수 있다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 외부 도체(250) 외측에 외부 절연층(270)이 구비될 수 있다. 상기 외부 절연층(270) 역시 상기 내부 절연층(230)과 마찬가지로 PVC 등의 재질로 구성될 수 있다.

마찬가지로, 상기 외부 절연층(270)의 두께는 0.6 밀리미터(mm) 내지 1.5 밀리미터(mm)이며, 외부 절연층(270)의 외경, 즉 전력유닛(200)의 외경(d)은 9.0 밀리미터(mm) 내지 11.0 밀리미터(mm)로 구성되어 전력유닛(200)을 완성할 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 전력유닛(200)을 원격무선장비에 접속하기 위하여 각각의 절연층을 탈피하고 내부 도체(210)와 외부 도체(250)를 노출시킨 상태를 도시한다.

본 발명은 전력 공급과정에서 전류 변화 등에 따른 전압 진동 현상을 방지하기 위하여 각각의 원격무선장비에 DC 전력을 공급하기 위한 한 쌍의 도체를 동축(Coaxial) 구조로 구성하여, 전류의 크기 변화에 전자기 유도 현상을 최소화하여 인덕턴스를 크게 낮추는 특징을 갖는다.

단지 인덕턴스를 낮추기 위하여 전력유닛(200)을 통상적인 동축 케이블 형태로 구성하는 방법을 고려하면, 내부 도체는 통도체 또는 파이프 형태의 도체로 구성하고, 외부 도체는 판재를 밴딩 및 접합하는 방식으로 구성하는 방법을 고려할 수 있다.

그러나, 이와 같이 통상적인 동축 케이블의 구조로 전력유닛을 구성하는 경우, 기지국 타워에서의 접속작업에 상당한 어려움이 발생된다.

구체적으로, 전력유닛(200)을 통상적인 동축 케이블 형태로 구성하고, 복수 개의 전력유닛(200)이 구비된 전력케이블(2000)을 기지국 타워 상부에서 터미널박스 등에서 탈피하여, 복수 개의 전력유닛(200)으로 분기한 후 다시 각각의 전력유닛을 각각의 원격무선장비에 접속하기 위하여 전력유닛 단부의 내부 절연층 및 외부 절연층을 제거하고 내부 도체와 외부 도체를 +극 -극에 따라 분리하여 원격무선장비 커넥터 또는 접속단자에 접속 가능하도록 가공하여 접속을 수행해야 하지만, 내부 도체(210)가 통도체 또는 파이프 형태로 구성되거나, 외부 도체(250)가 접합 파이프 형태로 구성되면, 각각의 도체 단부를 원격무선장비 커넥터 또는 접속 단자에 접속 가능하도록 가공하는 작업은 통도체를 절단, 성형 또는 절곡하거나 파이프 형태를 절단, 절곡, 성형 또는 절개하는 가공작업이 필요함을 의미한다.

그리고, 상기 내부 도체(210)는 DC 전압의 양극으로 사용하고 상기 외부 도체(250)를 DC 전압의 음극으로 사용할 수 있다. 이 경우, 음극으로 사용되는 외부 도체(250)를 접지시 외부 도체를 통한 케이블 차폐 기능도 제공할 수 있다.

그러나, 위와 같은 가공작업은 절연층을 단순 탈피하는 수준으로 플렉서블한 도체를 가공하는 작업보다 작업 난이도가 비교할 수 없을 정도로 높고, 일반적인 케이블 작업을 위한 작업공구로 작업이 불가능할 수도 있다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전력유닛(200)은 내부 도체(210)와 외부 도체(250) 모두를 가는 소선으로 구성하되, 내부 도체(210)의 경우 내부 절연층(230)이 제거되면 통도체보다 유연한 상태로 길이 조절을 위한 절단 작업 등이 쉽게 수행될 수 있고, 외부 도체(250)의 경우에도 외부 절연층(270)을 탈피하는 작업만으로 외부도체의 절단 등을 위한 커팅툴 없이 일방향으로 권취된 외부 도체(250)를 구성하는 소선 다발을 권취 방향과 반대 방향으로 풀어 가공 또는 마무리될 수 있다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전력유닛(200)의 내부 도체(210)의 단부(210t)와 외부 도체(250)의 단부(250t)는 소선 다발 형태이므로 원격무선장비 커넥터 또는 접속단자에 접속 가능한 상태가 되어 기지국 타워에서의 작업성을 크게 향상시킬 수 있다.

그리고, 본 발명의 외부 도체(250)를 복수 소선을 횡권하는 방법이 아닌 편조층을 구성하는 방법 적용을 고려할 수 있으나 소선으로 구성된 편조층 역시 단부 가공 작업에서 도 4에 도시된 외부 도체(250)의 단부와 같은 소선 다발 형 태로 가공하기 위해서는 부득이하게 편조층을 커팅하는 작업이 수반된다.

그러나, 편조층을 전력 공급을 위한 도체로 사용하는 경우, 편조층의 일부를 커팅하는 경우 전체 도체의 단면적이 접속부위에서 급격하게 감소됨을 의미하는 것으로, 단순 접지를 목적으로 하는 편조 차폐층과 달리 발열 문제 또는 도체 낭비 문제 등으로 바람직하지 않음을 확인하였다.

또한, 전력유닛(200)의 인덕턴스를 저감하기 위하여 내부 도체(210)와 외부 도체(250)를 판형 도체로 구성하는 방법을 고려할 수 있으나, 기지국 지상장비와 기지국 타워의 터미널박스 또는 원격무선장비를 연결하는 전력케이블(2000)은 포설과정 등을 고려하여 어느 정도의 유연성이 확보되어야 하므로 원형 케이블로 구성하기 어렵고, 또한 유연성을 확보할 수 없다는 측면에서 바람직하지 않다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

50 : 점퍼 케이블
100 : 광전복합 케이블
1200 : 광전복합 케이블용 터미널박스
1500 : 전력유닛 접속부
1600 : 광유닛 접속부

Claims (22)

1. 복수 개의 소선으로 구성되는 내부 도체;
   상기 내부 도체를 절연하는 내부 절연층;
   상기 내부 절연층 외측을 복수 개의 소선이 복수 층을 형성하며 일방향으로 횡권하도록 구성되는 외부 도체; 및,
   상기 외부 도체 절연하는 외부 절연층;을 포함하고,
   상기 내부 도체와 상기 외부 도체는 동축 형상으로 구성되어 DC 전력을 공급하기 위한 한 쌍의 도체로 사용되고,
   상기 내부도체를 구성하는 소선의 면적 합과 상기 외부도체층을 구성하는 소선의 면적 합의 비는 0.625 내지 1.6인 것을 특징으로 하는 전력유닛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전력유닛은 RRH 방식의 기지국 시스템에서 지상의 PSU(Power Supply Unit)에서 제공된 전력을 타워의 안테나에 연결된 RRU로 공급하기 위하여 상기 RRU에 접속되는 것을 특징으로 하는 전력유닛.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전력유닛을 구성하는 내부 도체는 복수 개의 소선을 집합피치를 갖는 집합소선이 되도록 연합 후 복수 개의 집합소선을 복합피치를 갖도록 연합한 집복합 도체인 것을 특징으로 하는 전력유닛.
4. 제3항에 있어서,
   상기 집복합 도체는 중심부에 1개의 집합소선 및 그 둘레에 상기 중심부 집합소선과 연합 방향이 반대인 복수 개의 집합소선이 배치되며, 상기 복합을 위한 연합 방향은 상기 중심부 집합소선의 연합 방향과 일치하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력유닛.
5. 제4항에 있어서,
   상기 전력유닛을 구성하는 집합소선의 집합피치가 집복합 도체의 복합피치보다 작은 것을 특징으로 하는 전력유닛.
6. 제3항에 있어서,
   상기 전력유닛을 구성하는 집합소선을 구성하는 소선은 31 AWG 내지 33 AWG이며이며, 하나의 집합소선은 30개 내지 50개의 소선으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력유닛.
7. 제6항에 있어서,
   상기 집복합 도체의 외경은 5 AWG 내지 7 AWG이 되도록 중심부에 하나의 중심부 집합소선을 배치한 후 상기 중심부 집합소선 둘레에 N (N= 5,6 또는 7)개의 외곽부 중심소선을 배치하여 1+N 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력유닛.
8. 제1항에 있어서,
   상기 외부 도체를 구성하는 소선은 31 AWG 내지 33 AWG 외경이며, 1층 내지 5층으로 구성되어 외부 도체의 소선 면적의 합이 5 AWG 내지 7 AWG되도록 동일한 방향으로 횡권되는 것을 특징으로 하는 전력유닛.
9. 제8항에 있어서,
   상기 외부 도체는 복수 개의 소선을 일방향으로 횡권 적층하여 구성되되 외부 도체를 구성하는 층별 소선의 풀림 방지를 위하여 외층으로 갈수록 층별 횡권 피치가 더 짧아지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력유닛.
10. 제8항에 있어서,
    상기 외부 도체의 횡권 방향은 상기 집복합 도체의 연합 방향과 반대방향인 것을 특징으로 하는 전력유닛.
11. 제1항에 있어서,
    상기 내부도체를 구성하는 소선의 면적 합과 상기 외부도체층을 구성하는 소선의 면적 합의 비는 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 전력유닛.
12. 제1항에 있어서,
    상기 내부도체를 DC 전압의 양극으로 사용하고 상기 외부 도체를 DC 전압의 음극으로 사용하는 것을 특징으로 하는 전력유닛.
13. 제3항에 있어서,
    상기 내부 절연층의 내부공간 대비 상기 내부 도체를 구성하는 소선의 점적률은 60% 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력유닛.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 따른 복수 개의 전력유닛; 및,
    상기 복수 개의 전력유닛을 감싸는 케이블 자켓;을 포함하는 전력케이블.
15. 제14항에 있어서,
    상기 전력케이블은 RRH 방식의 기지국 시스템에서 지상의 PSU에서 타워의 안테나에 연결된 RRU로 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 전력케이블.
16. 제15항에 있어서,
    상기 전력케이블은 상기 PSU에서 터미널박스로 연결되고, 상기 터미널박스에서 복수 개의 상기 전력유닛 분기되어 복수 개의 RRU에 각각 접속되는 것을 특징으로 하는 전력케이블.
17. 제14항에 있어서,
    상기 전력케이블은 적어도 하나의 개재유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력케이블.
18. 제14항에 있어서,
    상기 전력케이블은 적어도 하나의 트위스티드 페어 형태의 절연층으로 절연된 도체선을 포함하여 구성되는 통신유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블.
19. 제14항에 있어서,
    상기 전력케이블은 적어도 하나의 광섬유를 포함하여 구성되는 광유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블.
20. 제14항에 있어서,
    상기 전력케이블은 상기 케이블 자켓 내에 적어도 하나의 립코드를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력케이블.
21. RRH 기지국 시스템의 기지국 타워의 안테나에 연결된 RRU로 전력을 공급하기 위한 지상 장비로서의 PSU(Power Supply Unit);
    상기 안테나와 동축 급전선으로 연결되며, RRH 기지국 시스템의 지상 장비로서의 BBU(Baseband Unit)와 연결되며 RF 신호 변환을 위하여 구비되는 상기 RRU; 및,
    상기 PSU 및 상기 RRU 사이에서 전력을 전송하며, 제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 따른 복수 개의 전력유닛 및, 상기 복수 개의 전력유닛을 감싸는 케이블 자켓을 포함하는 전력케이블;을 포함하는 RRH 기지국 시스템.
22. 제21항에 있어서,
    상기 전력케이블은 상기 PSU에서 터미널박스로 연결되고, 상기 터미널박스에서 복수 개의 상기 전력유닛으로 분기되어 복수 개의 RRU에 각각 접속되는 것을 특징으로 하는 전력케이블.

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