KR20220082462A

KR20220082462A - 무선 중계 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20220082462A
Application number: KR1020200172403A
Authority: KR
Inventors: 김병철
Original assignee: 주식회사 랜컴테크놀로지
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2022-06-17
Also published as: KR102417563B1

Abstract

본 발명은 무선 중계 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 무선 중계 장치는, 제1 무선 통신 장치로부터 송신된 제1 신호를 제1 수신 안테나를 통해 수신하는 제1 수신부; 상기 제1 수신부에서 전송된 제1 신호를 제1 송신 안테나를 통해 송신하는 제1 송신부; 제2 무선 통신 장치로부터 송신된 제2 신호 및 상기 제1 송신 안테나에서 송출되어 피드백된 신호를 제2 수신 안테나를 통해 수신하는 제2 수신부; 상기 제2 수신부에서 전송된 신호에 대해 상기 피드백된 신호를 제거하는 신호 제거부; 및 상기 신호 제거부에서 전송된 제2 신호를 제2 송신 안테나를 통해 송신하는 제2 송신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무선 중계 장치 및 방법 {Apparatus and method for wireless relaying}

본 발명은 무선 중계 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시분할 이중화(TDD; Time Division Duplexing) 방식을 채용하는 이동통신 서비스에 사용되는 무선 중계 장치 및 방법에 관한 것이다.

무선 중계 장치는 일반적으로 무선통신 서비스 영역 내 음영지역을 해소하기 위하여 사용되는 장치로서, 무선통신 서비스에 사용되는 신호를 선택적으로 증폭하여 재송출하는 기능을 수행한다.

이동통신 서비스와 같이 통신이 양방향, 즉 기지국에서 단말기로 신호가 전달되는 하향(DL; Down Link) 통신과 단말기에서 기지국으로 신호가 전달되는 상향(UL; Up Link) 통신으로 이루어지는 경우, 이중화(Duplexing) 방식을 채용하여 양방향 통신을 수행하는데, 대표적인 이중화 방식으로는 주파수분할 이중화(FDD; Frequency Division Duplexing) 방식과 시분할 이중화(TDD; Time Division Duplexing) 방식이 있다. 그리고, 최근에는 단일주파수 전이중화(single frequency full duplex) 방식이 개발되어 종래 시분할 이중화 방식에 비해 주파수효율을 두 배로 향상시킨 시스템들이 개발되고 있다.

시분할 이중화 방식을 채용하는 이동통신에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 한 주기(T) 내 하향구간(T_DL) 동안 기지국이 단말기로 신호를 송출하고 그 신호를 단말기가 수신하며, 한 주기(T) 내 상향구간(T_UL) 동안 단말기가 기지국으로 신호를 송출하고 그 신호를 기지국이 수신함으로써, 양방향 통신이 이루어 진다. 실제 구현에 있어서, 하향구간(T_DL)에서 상향구간(T_UL)으로 및/또는 상향구간(T_UL)에서 하향구간(T_DL)로 넘어가는 경계에 기지국이나 단말기 모두 신호를 송출하지 않는 경계구간을 가질 수 있으나, 본 발명에서는 그 차이가 없으므로 별도로 구분하지 않는다.

종래기술에 따른 시분할 이중화 방식의 이동통신용 무선 중계 장치(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 도너 안테나(11a)와 서비스 안테나(11b), 도너 안테나에서 수신된 신호 중 중계할 신호의 주파수 성분을 선택적으로 증폭하는 하향 수신부(12a), 하향 수신부에서 전달된 신호의 전력을 증폭하는 하향 송신부(13a), 서비스 안테나에서 수신된 신호 중 중계할 신호의 주파수 성분을 선택적으로 증폭하는 상향 수신부(12b), 상향 수신부에서 전달된 신호의 전력을 증폭하는 상향 송신부(13b), 도너 안테나를 하향 수신부 또는 상향 송신부에 선택적으로 연결하는 도너 안테나 전환부(14a), 서비스 안테나를 하향 송신부 또는 상향 수신부에 선택적으로 연결하는 서비스 안테나 전환부(14b), 그리고 하향구간(T_DL)에서는 도너 안테나가 하향 수신부에 연결되도록 도너 안테나 전환부를 제어하고 서비스 안테나가 하향 송신부의 출력을 전달받도록 서비스 안테나 전환부를 제어하며, 상향구간(T_UL)에서는 서비스 안테나가 상향 수신부에 연결되도록 서비스 안테나 전환부를 제어하며 도너 안테나가 상향 송신부의 출력을 전달받도록 도너 안테나 전환부를 제어하는 동기신호 발생부(15) 등을 구비한다.

종래기술에 따른 시분할 이중화 방식 무선 중계 장치는 양방향 통신을 위해 동기신호 발생부의 제어에 따라 도너 안테나 전환부 및 서비스 안테나 전환부가 제어되어 신호의 전달 방향이 전환되는 원리이므로, 무엇보다도 하향구간(T_DL)과 상향구간(T_UL)을 정확하게 결정하고 그에 따라 동기신호를 발생하여야 한다.

과거 하향구간(T_DL)과 상향구간(T_UL)이 각각 일정하게 정해져 있어서 신호 전달 방향의 주기성이 명확한 경우에는 양측 안테나로부터 수신되는 신호의 크기 등을 관찰하여 그 주기를 추정하고 이에 근거하여 동기신호를 발생하는 비교적 단순한 장치를 사용해 왔다.

그런데, 데이터 서비스가 중요한 현대의 이동통신 방식은 데이터 전송량 등의 변화에 쉽게 적응할 수 있도록 주기(T), 하향구간(T_DL) 및 상향구간(T_UL)을 변수로 취하여 상황에 따라 기지국에서 그 값을 결정하여 단말기로 전달하므로, 단말기에서는 기지국으로부터 수신된 정보에 근거하여 신호를 수신하고 송신하는 시점을 결정하여야 한다.

따라서, 시분할 이중화 방식 무선 중계 장치의 동기신호 발생부도 기지국으로부터 전달된 통신신호에서 정보를 취득하는 전 과정, 즉 역분산(Despreading), 역다중화(Demultiplexing), 채널추정(Channel Estimation), 복호(Decoding) 등의 처리를 수행할 수 있는 장치를 구비해야 하는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 통신표준이 변경되면 이러한 장치를 교환 혹은 수정하여야 하는 번거로움이 있으며, 수신되는 신호가 미약하거나 불안정할 경우 동기신호 발생부가 초기화 과정으로 진입하게 되어 그 동안 무선 중계 장치는 기능을 멈추어야 하는 문제점이 있었다.

또한, 도너 안테나 전환부와 서비스 안테나 전환부는 신호전달 경로에서 신호의 감쇠나 열화를 야기하는 문제점도 있었다.

한국 등록특허공보 제10-0697209호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 시분할 이중화 방식의 이동통신 서비스에서 동기신호 발생부 없이 무선 신호를 중계할 수 있는, 즉 역분산, 역다중화, 채널추정, 복호 등의 정보 취득 과정을 수행하지 않고 무선 신호를 중계할 수 있는 무선 중계 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 시분할 이중화 방식의 이동통신 서비스에서 주기, 하향구간, 상향구간 등의 변수에 영향을 받지 않고 무선 신호를 중계할 수 있는 무선 중계 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 도너 송신 안테나에서 송출되어 도너 수신 안테나로 피드백된 신호성분 및/또는 서비스 송신 안테나에서 송출되어 서비스 수신 안테나로 피드백된 신호성분을 제거하여 정제된 기지국 신호와 단말기 신호를 중계하는 무선 중계 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 위하여, 본 발명의 일 형태에 따른 무선 중계 장치는, 제1 무선 통신 장치로부터 송신된 제1 신호를 제1 수신 안테나를 통해 수신하는 제1 수신부; 상기 제1 수신부에서 전송된 제1 신호를 제1 송신 안테나를 통해 송신하는 제1 송신부; 제2 무선 통신 장치로부터 송신된 제2 신호 및 상기 제1 송신 안테나에서 송출되어 피드백된 신호를 제2 수신 안테나를 통해 수신하는 제2 수신부; 상기 제2 수신부에서 전송된 신호에 대해 상기 피드백된 신호를 제거하는 신호 제거부; 및 상기 신호 제거부에서 전송된 제2 신호를 제2 송신 안테나를 통해 송신하는 제2 송신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 다른 형태에 따른 무선 중계 장치는, 제1 무선 통신 장치로부터 송신된 제1 신호 및 제2 송신 안테나에서 송출되어 피드백된 제2 신호를 제1 수신 안테나를 통해 수신하는 제1 수신부; 상기 제1 수신부에서 전송된 신호에 대해 상기 피드백된 제2 신호를 제거하는 제1 신호 제거부; 상기 제1 신호 제거부에서 전송된 제1 신호를 제1 송신 안테나를 통해 송신하는 제1 송신부; 제2 무선 통신 장치로부터 송신된 제2 신호 및 상기 제1 송신 안테나에서 송출되어 피드백된 제1 신호를 제2 수신 안테나를 통해 수신하는 제2 수신부; 상기 제2 수신부에서 전송된 신호에 대해 상기 피드백된 제1 신호를 제거하는 제2 신호 제거부; 및 상기 제2 신호 제거부에서 전송된 제2 신호를 상기 제2 송신 안테나를 통해 송신하는 제2 송신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 일 형태에 따른 무선 중계 방법은, 제1 무선 통신 장치로부터 송신된 제1 신호를 제1 수신 안테나를 통해 제1 수신부가 수신하는 단계; 상기 제1 수신부에서 전송된 제1 신호를 제1 송신부가 제1 송신 안테나를 통해 송신하는 단계; 제2 무선 통신 장치로부터 송신된 제2 신호 및 상기 제1 송신 안테나에서 송출되어 피드백된 신호를 제2 수신 안테나를 통해 제2 수신부가 수신하는 단계; 상기 제2 수신부에서 전송된 신호에 대해 상기 피드백된 신호를 제거하는 단계; 및 상기 제2 수신부에서 전송된 신호에서 상기 피드백된 신호가 제거된 신호를 제2 송신부가 제2 송신 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 도너 송신 안테나에서 송출되어 도너 수신 안테나로 피드백된 신호성분 및/또는 서비스 송신 안테나에서 송출되어 서비스 수신 안테나로 피드백된 신호성분을 제거하여 정제된 기지국 신호와 단말기 신호를 효율적으로 중계할 수 있는 효과를 가진다.

그리고, 본 발명에 따르면, 시분할 이중화 방식의 이동통신 서비스에서 역분산, 역다중화, 채널추정, 복호 등의 정보 취득 과정을 수행하지 않고, 또한 주기, 하향구간, 상향구간 등의 변수에 영향을 받지 않고 무선 신호를 중계할 수 있어, 종래기술에 비해 복잡도를 크게 줄여 경제성과 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따르면, 동일 주파수에 대해 상향과 하향 양방향으로 항상 중계가 가능하므로 시분할 이중화 방식의 이동통신 서비스뿐만 아니라 별다른 구조변경 없이 단일주파수 전이중화 방식의 이동통신 서비스에도 사용될 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 시분할 이중화 방식을 설명하는 타이밍도이다.
도 2는 종래기술에 따른 시분할 이중화 방식 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 중계 장치의 수학적 모델을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 수학적 모델을 2개의 시스템으로 분리한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 7은 도 6의 디지털 신호 처리기의 상세 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 중계 장치의 수학적 모델을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 수학적 모델을 2개의 시스템으로 분리한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 12는 도 11의 제1 및 제2 디지털 신호 처리기의 상세 구성도이다.

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.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 중계 장치의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 중계 장치(100)는, 기지국(제1 무선 통신 장치)으로부터 송신된 하향신호(제1 신호)를 수신하는 도너 수신 안테나(제1 수신 안테나; ANT1), 도너 수신 안테나(ANT1)를 통해 수신된 신호 중 중계할 신호의 주파수 성분을 선택적으로 증폭하는 하향 수신부(제1 수신부; 110), 하향 수신부(110)에서 전달된 신호의 전력을 증폭하는 하향 송신부(제1 송신부; 120), 하향 송신부(120)에서 증폭된 신호를 단말기(제2 무선 통신 장치)로 송출하는 서비스 송신 안테나(제1 송신 안테나; ANT2), 단말기로부터 송신된 상향신호(제2 신호)를 수신하는 서비스 수신 안테나(제2 수신 안테나; ANT3), 서비스 수신 안테나(ANT3)를 통해 수신된 신호 중 중계할 신호의 주파수 성분을 선택적으로 증폭하는 상향 수신부(제2 수신부; 130), 상향 수신부(130)에서 전달된 신호에서 하향신호의 피드백 성분을 제거하는 하향신호 제거부(신호 제거부; 135), 하향신호 제거부(135)에서 전달된 신호의 전력을 증폭하는 상향 송신부(제2 송신부; 140), 상향 송신부(140)에서 증폭된 신호를 기지국으로 송출하는 도너 송신 안테나(제2 송신 안테나; ANT4) 등을 포함한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 중계 장치(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 기지국 방향으로 향하는 두 개의 안테나, 즉 도너 송신 안테나(ANT4)와 도너 수신 안테나(ANT1)를 구비하고, 단말기 방향(서비스 영역)으로 향하는 두 개의 안테나, 즉 서비스 송신 안테나(ANT2)와 서비스 수신 안테나(ANT3)를 구비하여, 시간을 분할하여 동작하지 않고 항상 기지국과 단말기의 신호를 중계한다. 즉, 도너 수신 안테나(ANT1)는 항상 기지국 신호(하향신호)를 수신하고, 서비스 송신 안테나(ANT2)는 항상 증폭된 기지국 신호를 송신하며, 서비스 수신 안테나(ANT3)는 항상 단말기 신호(상향신호)를 수신하고, 도너 송신 안테나(ANT4)는 항상 증폭된 단말기 신호를 송신한다.

이 과정에서 서비스 송신 안테나(ANT2)로부터 송출된 하향신호(기지국 신호)의 일부는 서비스 수신 안테나(ANT3)로 유입되고, 도너 송신 안테나(ANT4)로부터 송출된 상향신호(단말기 신호)의 일부는 도너 수신 안테나(ANT1)로 유입된다. 그 결과, 서비스 수신 안테나(ANT3)는 단말기로부터 송신된 상향신호 및 서비스 송신 안테나(ANT2)에서 송출되어 피드백된 하향신호를 모두 수신하고, 마찬가지로 도너 수신 안테나(ANT1)는 기지국으로부터 송신된 하향신호 및 도너 송신 안테나(ANT4)에서 송출되어 피드백된 상향신호를 모두 수신하게 된다.

참고로, 본 발명에 따른 무선 중계 장치는 무선통신 서비스 영역 내 음영지역을 해소하기 위하여 사용되는 장치이므로, 기지국 방향의 도너 안테나(도너 수신 안테나, 도너 송신 안테나)와 단말기 방향의 서비스 안테나(서비스 수신 안테나, 서비스 송신 안테나)는 서로 다른 장소에 이격되어 설치되며, 따라서 서비스 송신 안테나(ANT2)에서 송출되어 도너 수신 안테나(ANT1)로 유입되는 신호 및 도너 송신 안테나(ANT4)에서 송출되어 서비스 수신 안테나(ANT3)로 유입되는 신호는 없는 것으로 가정한다.

이에, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 중계 장치(100)는, 서비스 수신 안테나(ANT3)을 통해 수신된 신호(단말기로부터 송신된 상향신호 및 서비스 송신 안테나(ANT2)에서 송출되어 피드백된 하향신호)를 상향 수신부(130)에서 증폭한 후, 하향신호 제거부(135)가 서비스 송신 안테나(ANT2)에서 송출되어 피드백된 하향신호를 제거하여 단말기로부터 송신된 상향신호만 추출하고, 상향 송신부(140)는 하향신호 제거부(135)에서 전송된 신호(단말기의 상향신호)의 전력을 증폭하여 도너 송신 안테나(ANT4)를 통해 기지국으로 송신한다.

참고로, 도 3에 도시한 실시예에서는 상향 수신부(130)에서 상향 송신부(140)로의 상향 경로에 하향신호 제거부(135)를 두어 서비스 송신 안테나(ANT2)에서 송출되어 서비스 수신 안테나(ANT3)로 피드백된 하향신호를 제거하는 방식을 도시하였으나, 이와 반대로 하향 수신부(110)에서 하향 송신부(120)로의 하향 경로에 상향신호 제거부(미도시)를 두어 도너 송신 안테나(ANT4)에서 송출되어 도너 수신 안테나(ANT1)로 피드백된 상향신호를 제거하는 방식으로 구현하여도 무방하다.

앞서 설명한 바와 같이, 시분할 이중화(TDD; Time Division Duplexing) 방식에서는 하향신호가 송출되는 하향구간(T_DL)동안에는 상향신호가 송출되지 않고 상향신호가 송출되는 상향구간(T_UL)동안에는 하향신호가 송출되지 않기 때문에, 본 발명 제1 실시예에서 하향신호 제거부 또는 상향신호 제거부는 하향신호가 상향신호에 주는 간섭 또는 상향신호가 하향신호에 주는 간섭을 제거하기 위한 목적 보다는, 물리적으로 형성된 "도너 수신 안테나(ANT1) - 하향 수신부(110) - 하향 송신부(120) - 서비스 송신 안테나(ANT2) - 서비스 수신 안테나(ANT3) - 상향 수신부(130) - 상향 송신부(140) - 도너 송신 안테나(ANT4)"의 폐루프(Closed Loop)의 루프 증폭도(Loop Gain)를 감소시켜 시스템적으로 안정한 동작을 하도록 하기 위함이다.

도 4는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 중계 장치의 루프 증폭도를 분석하여 안정된 시스템으로 동작되는 지를 판단하기 위해, 도 3의 장치를 수학적 모델로 나타낸 것이다.

여기서, G_IDL은 하향 수신부의 증폭도이고, G_ODL은 하향 송신부의 증폭도이며, G_IUL은 상향 수신부의 증폭도이고, G_OUL은 상향 송신부의 증폭도이다. 그리고, H₂₃은 서비스 송신 안테나(ANT2)와 서비스 수신 안테나(ANT3) 사이의 채널특성(channel frequency response)이고, H₄₁은 도너 송신 안테나(ANT4)와 도너 수신 안테나(ANT1) 사이의 채널특성이며,

₂₃은 하향 송신부의 입력부터 상향 수신부의 출력까지의 채널특성 추정치(채널 추정치)이다. 참고로, 본 설명은 서비스에 사용되는 선택된 신호대역에 국한한 것이므로, 대역여파(band-pass filtering) 기능은 생략한다.

일반적으로 안테나 간 채널의 임펄스 응답은 다중 전파경로에 의해 시간축을 따라 연속적 혹은 불연속적으로 분포하는 특성을 가지므로, 주파수에 따라 다른 증폭도를 가질 수 있다. 또한, 실제 안테나 간의 채널은 전파 반사체 혹은 산란체의 움직임으로 페이딩(Fading) 현상이 일어나고, 중계장치를 구성하는 전자회로의 전달특성은 환경조건 등으로 위상의 변화가 지속적으로 발생할 수 있다. 그러므로, 이하의 설명에서는 임의의 주파수에 대한 채널특성 및 각 회로에 대하여 복소 증폭도(Complex Gain)를 사용하지 않고 그 크기만을 사용하여 시스템의 안정도는 그 증폭도의 크기가 1 보다 작은 지 여부만으로 판단하기로 한다.

도 4의 수학적 모델을 도 5와 같이 도너측 시스템(시스템 A)과 서비스측 시스템(시스템 B)으로 나누고, 시스템 A의 증폭도를 G_A, 시스템 B의 증폭도를 G_B라 하면, G_A 및 G_B는 하기 수식 1과 같이 표현된다.

[수식 1]

G_A = |G_OUL × H₄₁ × G_IDL|

G_B = |G_ODL × H₂₃ × G_IUL -

₂₃|

그리고, 도 5에서 포트 X와 포트 Y를 연결하면 폐루프가 형성되는데, 폐루프의 루프 증폭도(G_Loop)는 시스템 A의 증폭도(G_A)와 시스템 B의 증폭도(G_B)의 곱이므로 하기 수식 2와 같이 표현된다.

[수식 2]

G_Loop = |G_A × G_B|

= |(G_OUL × H₄₁ × G_IDL) × (G_ODL × H₂₃ × G_IUL -

₂₃)|

시스템이 안정한 상태로 동작하기 위해서는 루프 증폭도(G_Loop)가 1보다 작아야 하므로, 하기 수식 3을 만족하여야 한다.

[수식 3]

G_Loop = |(G_OUL × H₄₁ × G_IDL) × (G_ODL × H₂₃ × G_IUL -

₂₃)| < 1

여기서, 하향 송신부의 증폭도(G_ODL)와 상향 수신부의 증폭도(G_IUL)는 설계치로서 혹은 설정치로서 알고 있는 값이고, 채널추정 오차율(δ₂₃)을 고려하여 채널 추정치(

₂₃)를 나타내면 하기 수식 4와 같다.

[수식 4]

₂₃ = G_ODLG_IULH₂₃(1+δ₂₃)

이에, 시스템 B의 증폭도(G_B)는 하기 수식 5와 같이 표현된다.

[수식 5]

G_B = |G_ODLH₂₃G_IUL -

₂₃|

= |G_ODLH₂₃G_IUL - G_ODLG_IULH₂₃(1+δ₂₃)|

= G_ODLH₂₃G_IULδ₂₃

따라서, 루프 증폭도(G_Loop)의 안정화 조건은 하기 수식 6을 만족해야 한다.

[수식 6]

G_OULH₄₁G_IDL G_ODLH₂₃G_IULδ₂₃ < 1 또는

δ₂₃ < 1/(G_OULH₄₁G_IDL G_ODLH₂₃G_IUL)

결과적으로, 서비스 송신 안테나(ANT2)와 서비스 수신 안테나(ANT3) 간의 채널추정 오차율(δ₂₃)은 하향신호 제거부가 없는 경우의 루프 증폭도의 역수 보다 작아야 함을 알 수 있다.

하향신호 제거부(135)의 채널추정 오차율(δ₂₃)과 루프 증폭도(G_Loop)의 안정화 조건을 구하였으므로, 실현성(Feasibility)를 확인하기 위하여 보다 실용적인 dB단위의 값을 대입한다.

안정화 조건의 루프 증폭도(G_Loop)를 dB로 환산하면 하기 수식 7과 같이 표현된다. 참고로, 앞서 사용된 변수들을 dB로 환산한 값은 그 변수들의 아래 첨자에 dB를 더하여 표현하였다.

[수식 7]

δ_{23_dB} < - (H_{41_dB} + H_{23_dB} + G_{OUL_dB} + G_{IDL_dB} + G_{ODL_dB} + G_{IUL_dB})

도너 송신 안테나(ANT4)와 도너 수신 안테나(ANT1), 그리고 서비스 송신 안테나(ANT2)와 서비스 수신 안테나(ANT3)는 각각 근접하게 설치하는 것이 실용적이므로, 안테나의 지향특성, 안테나의 편파특성을 충분히 이용하여 H₄₁, H₂₃ 각각을 가능한 작게 설계하여야 한다.

H_{41_dB} 및 H_{23_dB}를 모두 -50dB, 그리고 무선 중계 장치의 하향 증폭도(G_{IDL_dB} + G_{ODL_dB})와 상향 증폭도(G_{IUL_dB} + G_{OUL_dB})를 동일하게 60dB로 가정하면 루프 증폭도(G_Loop)의 안정화 조건은 하기 수식 8과 같다.

[수식 8]

δ_{23_dB} < - (-50dB - 50dB + 60dB + 60dB) = -20dB

하향신호 제거부(135)는 예컨대 디지털 신호 처리기를 이용하여 구현될 수 있으며, 채널추정을 위하여 예컨대 적응형 필터(Adaptive Filter) 기법을 이용할 수 있다. 실제 구현에서 채널추정 오차율(δ₂₃)은 실용화된 기술수준으로 -30dB이하의 오차율을 보이고 있으므로, 상기 루프 안정화 조건은 실용이 가능하다.

지금까지 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 본 발명의 제1 실시예는 하향신호를 제거하는 하향신호 제거부(135)를 구비하고 있으나, 전술한 바와 같이 하향신호 제거부(135) 대신 상향신호를 제거하는 상향신호 제거부(미도시)만을 구비하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 중계 장치의 구성도이다. 참고로, 본 발명의 제2 실시예는 전술한 본 발명의 제1 실시예를 보다 구체적으로 구현한 것이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 중계 장치(200)는, 기지국(제1 무선 통신 장치)으로부터 송신된 하향신호(제1 신호)를 수신하는 도너 수신 안테나(제1 수신 안테나; ANT1), 도너 수신 안테나(ANT1)를 통해 수신된 신호를 신호처리에 적절하게 증폭시키는 제1 저잡음 증폭기(211), 제1 저잡음 증폭기(211)에서 증폭된 신호를 대역 여파기(Band Pass Filter)와 AD 변환기(Analog to Digital Conversion)가 처리가능한 주파수 대역으로 변환(천이)시키는 제1 주파수 변환기(212), 제1 주파수 변환기(212)에서 전달된 신호 중 중계할 서비스 주파수 대역의 신호를 선택적으로 통과시키는 제1 대역 여파기(213), 제1 대역 여파기(213)를 통과한 신호를 다시 원래의 수신된 주파수 대역으로 변환시키는 제2 주파수 변환기(218), 제2 주파수 변환기(218)에서 주파수 변환된 신호의 전력을 증폭시키는 제1 전력 증폭기(219), 제1 전력 증폭기(219)에서 증폭된 신호를 단말기(제2 무선 통신 장치)로 송출하는 서비스 송신 안테나(제1 송신 안테나; ANT2) 등을 포함하여, 기지국에서 단말기로의 하향 경로에 대한 무선 중계 기능을 수행한다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 중계 장치(200)는, 제1 대역 여파기(213)에서 출력된 아날로그 신호를 표본화(Sampling) 및 양자화(Quantization)하여 디지털 신호로 변환하는 제1 AD 변환기(214)를 포함하고, 제1 AD 변환기(214)에서 출력된 디지털 신호는 상향 경로의 디지털 신호 처리기(235)로 입력된다.

그리고, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 중계 장치(200)는, 단말기(제2 무선 통신 장치)로부터 송신된 상향신호(제2 신호)를 수신하는 서비스 수신 안테나(제2 수신 안테나; ANT3), 서비스 수신 안테나(ANT3)를 통해 수신된 신호를 신호처리에 적절하게 증폭시키는 제2 저잡음 증폭기(231), 제2 저잡음 증폭기(231)에서 증폭된 신호를 대역 여파기와 AD 변환기가 처리가능한 주파수 대역으로 변환(천이)시키는 제3 주파수 변환기(232), 제3 주파수 변환기(232)에서 전달된 신호 중 중계할 서비스 주파수 대역의 신호를 선택적으로 통과시키는 제2 대역 여파기(233), 제2 대역 여파기(233)에서 출력된 아날로그 신호를 표본화 및 양자화하여 디지털 신호로 변환하는 제2 AD 변환기(234), 제1 AD 변환기(214)에서 출력된 디지털 신호를 기초로 서비스 송신 안테나(ANT2)에서 송출되어 서비스 수신 안테나(ANT3)로 피드백된 신호의 성분을 추정하고 이를 제2 AD 변환기(234)에서 출력된 디지털 신호에서 감산하는 디지털 신호 처리기(235), 디지털 신호 처리기(235)에서 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DA 변환기(236), DA 변환기(236)에서 전달된 아날로그 신호 중 불필요한 주파수 대역의 신호를 제거하는 제3 대역 여파기(237), 제3 대역 여파기(237)를 통과한 신호를 다시 원래의 수신된 주파수 대역으로 변환시키는 제4 주파수 변환기(238), 제4 주파수 변환기(238)에서 주파수 변환된 신호의 전력을 증폭시키는 제2 전력 증폭기(239), 제2 전력 증폭기(239)에서 증폭된 신호를 기지국(제1 무선 통신 장치)으로 송출하는 도너 송신 안테나(제2 송신 안테나; ANT4) 등을 포함하여, 단말기에서 기지국으로의 상향 경로에 대한 무선 중계 기능을 수행한다.

참고로, 상기 아날로그 신호 처리 과정 중 일부는 아날로그 신호 처리기와 디지털 신호 처리기가 나누어 처리하거나 어느 한 쪽으로 옮겨 질 수도 있다. 예를 들면, 대역통과필터 기능의 경우 도 6의 실시예에서는 아날로그 필터를 사용하는 대역 여파기로 구현되었으나, 또 다른 구현 형태로서 아날로그 필터는 엘리어싱(aliasing) 성분만 제거하고 디지털 신호 처리기에서 서비스 대역을 선택하는 대역여파 처리를 할 수도 있다.

도 7은 도 6의 디지털 신호 처리기(235)의 상세 구성도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 신호 처리기(235)는, 서비스 송신 안테나(ANT2)에서 송출되어 서비스 수신 안테나(ANT3)로 유입된 신호(피드백 신호)를 제거하기 위해, 피드백 신호 경로(예, 제1 대역 여파기(213)의 출력에서 디지털 신호 처리기(235)의 입력까지의 경로)의 채널(

₂₃)을 추정하는 채널 추정기(235a), 채널 추정기(235a)에서 추정된 채널(채널 추정치)을 이용하여 피드백 신호의 추정치를 생성하는 선형 조합기(235b), 서비스 수신 안테나(ANT3)를 통해 수신된 신호에서 피드백 신호를 제거(구체적으로는 피드백 신호의 추정치를 감산)하는 감산기(235c) 등을 포함한다.

이를 상술하면, 제1 AD 변환기(214)와 제2 AD 변환기(234)는 각각 매 T_S시간간격으로 표본화된 이산시간신호(discrete time signal) x₁(n)과 r₂(n)을 디지털 신호 처리기(235)로 전송한다. 그러면, 채널 추정기(235a)는 제1 AD 변환기(214)로부터의 입력 x₁(n), 제2 AD 변환기(234)로부터의 입력 r₂(n), 및 감산기(235c)의 출력 x₂(n)을 기초로 채널 추정치 벡터

(n)를 생성하고, 선형 조합기(235b)는 채널 추정기(235a)에서 생성된 채널 추정치 벡터

(n)에 따라 제1 AD 변환기(214)로부터의 입력 x₁(n) 및 그 과거 값(x₁(n-1), x₁(n-2), ... )을 조합하여 피드백 신호 추정치

(n)을 생성하며, 감산기(235c)는 제2 AD 변환기(234)로부터의 입력 r₂(n)에서 피드백 신호 추정치

(n)을 감산하여 x₂(n)를 출력한다.

전치행렬(transpose)을 위첨자 T로, 그리고 켤레전치행렬(conjugate transpose)을 위첨자 H로 나타내어, 상기 처리 과정을 수식화하면 다음과 같다.

우선, 감산기(235c)의 출력 x₂(n)는 하기 수식 9와 같이 표현될 수 있으며, 피드백 신호 추정치

(n)는 선형 조합기(235b)에서 채널 추정치 벡터

(n)와 입력 벡터 x ₁(n)를 연산하여, 예컨대 내적(inner product)을 산출하여 얻을 수 있다.

[수식 9]

x₂(n) = r₂(n) -

(n)

= r₂(n) -

^H(n)x ₁(n)

채널 추정치 벡터

(n)는 하기 수식 10과 같이 크기가 N×1인 행렬로 표현될 수 있으며, 입력 벡터 x ₁(n)도 마찬가지로 하기 수식 11과 같이 크기가 N×1인 행렬로 표현될 수 있다. 여기서, 행렬의 길이 N은

(t)의 유효채널구간을 기준으로 정해질 수 있다.

[수식 10]

(n) = [

_N-1(n)

_N-2(n) ...

₀(n)]^T

[수식 11]

x ₁(n) = [x₁(n-N+1) x₁(n-N+2) ... x₁(n)]^T

채널추정기능에 있어서, 안테나 간의 채널은 시변 채널(Time Varying Channel)이므로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 채널 추정기(235a)는 LMS(Least Mean Square) 알고리즘, RLS(Recursive Least Square) 알고리즘, GN(Gauss-Newton) 알고리즘 등의 적응 알고리즘을 사용하는 적응형 필터(Adaptive Filter)로 구현되며, 이를 수식으로 표현하면 하기 수식 12와 같다.

[수식 12]

(n+1) =

(n) + Ψ{h(n),α(n),β(n),γ(n)}

여기서, Ψ{h(n),α(n),β(n),γ(n)}은 추정치

(n)을 개선하기 위한 조정치로서, α(n)은 입력신호, 즉 r₂(n)과 그 과거 값(r₂(n-1), r₂(n-2), ... )일 수 있고, β(n)은 선형조합에 기여하는 표본, 즉, x₁(n)과 그 과거 값(x₁(n-1), x₁(n-2), ... )일 수 있으며, γ(n)은 오차성분을 포함한 감산결과, 즉, x₂(n)과 그 과거 값(x₂(n-1), x₂(n-2), ... )일 수 있다.

즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 채널 추정기(235a)는 현재의 채널 추정치

(n)를 적용하여 피드백 성분을 제거한 후 그 결과로서 발생된 오차를 기반으로 현재의 추정치를 조정하여

(n+1)을 산출한다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 중계 장치의 구성도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 중계 장치(300)는, 기지국(제1 무선 통신 장치)으로부터 송신된 하향신호(제1 신호) 및 도너 송신 안테나(제2 송신 안테나; ANT4)에서 송출되어 피드백된 상향신호(제2 신호)를 수신하는 도너 수신 안테나(제1 수신 안테나; ANT1), 도너 수신 안테나(ANT1)를 통해 수신된 신호 중 중계할 신호의 주파수 성분을 선택적으로 증폭하는 하향 수신부(제1 수신부; 310), 하향 수신부(310)에서 전달된 신호에서 상향신호의 피드백 성분을 제거하는 상향신호 제거부(제2 신호 제거부; 315), 상향신호 제거부(315)에서 전달된 신호의 전력을 증폭하는 하향 송신부(제2 송신부; 320), 하향 송신부(320)에서 증폭된 신호를 단말기(제2 무선 통신 장치)로 송출하는 서비스 송신 안테나(제1 송신 안테나; ANT2), 단말기로부터 송신된 상향신호 및 서비스 송신 안테나(ANT2)에서 송출되어 피드백된 하향신호를 수신하는 서비스 수신 안테나(제2 수신 안테나; ANT3), 서비스 수신 안테나(ANT3)를 통해 수신된 신호 중 중계할 신호의 주파수 성분을 선택적으로 증폭하는 상향 수신부(제2 수신부; 330), 상향 수신부(330)에서 전달된 신호에서 하향신호의 피드백 성분을 제거하는 하향신호 제거부(제1 신호 제거부; 335), 하향신호 제거부(335)에서 전달된 신호의 전력을 증폭하는 상향 송신부(제2 송신부; 340), 상향 송신부(340)에서 증폭된 신호를 기지국으로 송출하는 도너 송신 안테나(ANT4) 등을 포함한다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 중계 장치(300)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 기지국 방향으로 향하는 두 개의 안테나, 즉 도너 송신 안테나(ANT4)와 도너 수신 안테나(ANT1)를 구비하고, 단말기 방향(서비스 영역)으로 향하는 두 개의 안테나, 즉 서비스 송신 안테나(ANT2)와 서비스 수신 안테나(ANT3)를 구비하여, 시간을 분할하여 동작하지 않고 항상 기지국과 단말기의 신호를 중계한다. 즉, 도너 수신 안테나(ANT1)는 항상 기지국 신호(하향신호)를 수신하고, 서비스 송신 안테나(ANT2)는 항상 증폭된 기지국 신호를 송신하며, 서비스 수신 안테나(ANT3)는 항상 단말기 신호(상향신호)를 수신하고, 도너 송신 안테나(ANT4)는 항상 증폭된 단말기 신호를 송신한다.

이에, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 중계 장치(300)는, 도너 수신 안테나(ANT1)을 통해 수신된 신호(기지국으로부터 송신된 하향신호 및 도너스 송신 안테나(ANT4)에서 송출되어 피드백된 상향신호)를 하향 수신부(330)에서 증폭한 후, 상향신호 제거부(315)가 도너 송신 안테나(ANT4)에서 송출되어 피드백된 상향신호를 제거하여 기지국으로부터 송신된 하향신호만 추출하고, 하향 송신부(320)는 상향신호 제거부(315)에서 전송된 신호(기지국의 하향신호)의 전력을 증폭하여 서비스 송신 안테나(ANT2)를 통해 단말기로 송신한다. 그리고, 서비스 수신 안테나(ANT3)을 통해 수신된 신호(단말기로부터 송신된 상향신호 및 서비스 송신 안테나(ANT2)에서 송출되어 피드백된 하향신호)를 상향 수신부(330)에서 증폭한 후, 하향신호 제거부(335)가 서비스 송신 안테나(ANT2)에서 송출되어 피드백된 하향신호를 제거하여 단말기로부터 송신된 상향신호만 추출하고, 상향 송신부(340)는 하향신호 제거부(335)에서 전송된 신호(단말기의 상향신호)의 전력을 증폭하여 도너 송신 안테나(ANT4)를 통해 기지국으로 송신한다.

앞서 설명한 바와 같이, 시분할 이중화(TDD; Time Division Duplexing) 방식에서는 하향신호가 송출되는 하향구간(T_DL)동안에는 상향신호가 송출되지 않고 상향신호가 송출되는 상향구간(T_UL)동안에는 하향신호가 송출되지 않기 때문에, 본 발명 제3 실시예에서 하향신호 제거부 및/또는 상향신호 제거부는 하향신호가 상향신호에 주는 간섭 및/또는 상향신호가 하향신호에 주는 간섭을 제거하기 위한 목적 보다는, 물리적으로 형성된 "도너 수신 안테나(ANT1) - 하향 수신부(310) - 하향 송신부(320) - 서비스 송신 안테나(ANT2) - 서비스 수신 안테나(ANT3) - 상향 수신부(330) - 상향 송신부(340) - 도너 송신 안테나(ANT4)"의 폐루프(Closed Loop)의 루프 증폭도(Loop Gain)를 감소시켜 시스템적으로 안정한 동작을 하도록 하기 위함이다.

도 9는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 중계 장치의 루프 증폭도를 분석하여 안정된 시스템으로 동작되는 지를 판단하기 위해, 도 8의 장치를 수학적 모델로 나타낸 것이다.

₂₃은 하향 송신부의 입력부터 상향 수신부의 출력까지의 채널특성 추정치(채널 추정치)이고,

₄₁은 상향 송신부의 입력부터 하향 수신부의 출력까지의 채널특성 추정치(채널 추정치)이다. 참고로, 본 설명은 서비스에 사용되는 선택된 신호대역에 국한한 것이므로, 대역여파(band-pass filtering) 기능은 생략한다.

전술한 본 발명의 제1 실시예와 마찬가지로, 이하의 설명에서도 임의의 주파수에 대한 채널특성 및 각 회로에 대하여 복소 증폭도(Complex Gain)를 사용하지 않고 그 크기만을 사용하여 시스템의 안정도는 그 증폭도의 크기가 1 보다 작은 지 여부만으로 판단하기로 한다.

도 9의 수학적 모델을 도 10과 같이 도너측 시스템(시스템 A)과 서비스측 시스템(시스템 B)으로 나누고, 시스템 A의 증폭도를 G_A, 시스템 B의 증폭도를 G_B라 하면, G_A 및 G_B는 하기 수식 13과 같이 표현된다.

[수식 13]

G_A = |G_OUL × H₄₁ × G_IDL -

₄₁|

G_B = |G_ODL × H₂₃ × G_IUL -

₂₃|

그리고, 도 10에서 포트 X와 포트 Y를 연결하면 폐루프가 형성되는데, 폐루프의 루프 증폭도(G_Loop)는 시스템 A의 증폭도(G_A)와 시스템 B의 증폭도(G_B)의 곱이므로 하기 수식 14와 같이 표현된다.

[수식 14]

G_Loop = |G_A × G_B|

= |(G_OUL × H₄₁ × G_IDL -

₄₁) × (G_ODL × H₂₃ × G_IUL -

₂₃)|

시스템이 안정한 상태로 동작하기 위해서는 루프 증폭도(G_Loop)가 1보다 작아야 하므로, 하기 수식 15을 만족하여야 한다.

[수식 15]

G_Loop = |(G_OUL × H₄₁ × G_IDL -

₄₁) × (G_ODL × H₂₃ × G_IUL -

₂₃)| < 1

여기서, 하향 수신부의 증폭도(G_IDL), 하향 송신부의 증폭도(G_ODL), 상향 수신부의 증폭도(G_IUL), 상향 송신부의 증폭도(G_OUL)는 설계치로서 혹은 설정치로서 알고 있는 값이고, 채널추정 오차율(δ₄₁, δ₂₃)을 고려하여 채널 추정치(

₄₁,

₂₃)를 나타내면 하기 수식 16과 같다.

[수식 16]

₄₁ = G_OULG_IDLH₄₁(1+δ₄₁)

₂₃ = G_ODLG_IULH₂₃(1+δ₂₃)

이에, 시스템 A의 증폭도(G_A) 및 시스템 B의 증폭도(G_B)는 각각 하기 수식 17 및 18과 같이 표현된다.

[수식 17]

G_A = |G_OULH₄₁G_IDL -

₄₁|

= |G_OULH₄₁G_IDL - G_OULG_IDLH₄₁(1+δ₄₁)|

= G_OULH₄₁G_IDLδ₄₁

[수식 18]

G_B = |G_ODLH₂₃G_IUL -

₂₃|

= |G_ODLH₂₃G_IUL - G_ODLG_IULH₂₃(1+δ₂₃)|

= G_ODLH₂₃G_IULδ₂₃

따라서, 루프 증폭도(G_Loop)의 안정화 조건은 하기 수식 19를 만족해야 한다.

[수식 19]

G_OULH₄₁G_IDLδ₄₁G_ODLH₂₃G_IULδ₂₃ < 1 또는

δ₄₁δ₂₃ < 1/(G_OULH₄₁G_IDL G_ODLH₂₃G_IUL)

결과적으로, 도너 송신 안테나(ANT4)와 도너 수신 안테나(ANT1) 간의 채널추정 오차율(δ₄₁)과 서비스 송신 안테나(ANT2)와 서비스 수신 안테나(ANT3) 간의 채널추정 오차율(δ₂₃)의 곱은 상향신호 제거부 및 하향신호 제거부가 없는 경우의 루프 증폭도의 역수 보다 작아야 함을 알 수 있다.

상향신호 제거부(315)의 채널추정 오차율(δ₄₁)과 하향신호 제거부(335)의 채널추정 오차율(δ₂₃) 및 루프 증폭도(G_Loop)의 안정화 조건을 구하였으므로, 전술한 본 발명의 제1 실시예와 마찬자기로, 실현성(Feasibility)를 확인하기 위하여 보다 실용적인 dB단위의 값을 대입한다.

안정화 조건의 루프 증폭도(G_Loop)를 dB로 환산하면 하기 수식 20과 같이 표현된다. 참고로, 앞서 사용된 변수들을 dB로 환산한 값은 그 변수들의 아래 첨자에 dB를 더하여 표현하였다.

[수식 20]

δ_{41_dB} +δ_{23_dB} < - (H_{41_dB} + H_{23_dB} + G_{OUL_dB} + G_{IDL_dB} + G_{ODL_dB} + G_{IUL_dB})

H_{41_dB} 및 H_{23_dB}를 모두 -50dB, 그리고 무선 중계 장치의 하향 증폭도(G_{IDL_dB} + G_{ODL_dB})와 상향 증폭도(G_{IUL_dB} + G_{OUL_dB})를 동일하게 60dB로 가정하면 루프 증폭도(G_Loop)의 안정화 조건은 하기 수식 21과 같다.

[수식 21]

δ_{41_dB} +δ_{23_dB} < - (-50dB - 50dB + 60dB + 60dB) = -20dB

실제 구현에서 채널추정 오차율(δ₄₁,δ₂₃)은 실용화된 기술수준으로 -30dB이하의 오차율을 보이고 있으므로, 상기 루프 안정화 조건은 실용이 가능하다.

도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선 중계 장치의 구성도이다. 참고로, 본 발명의 제4 실시예는 전술한 본 발명의 제2 실시예를 보다 구체적으로 구현한 것이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선 중계 장치(400)는, 기지국(제1 무선 통신 장치)으로부터 송신된 하향신호(제1 신호)를 수신하는 도너 수신 안테나(제1 수신 안테나; ANT1), 도너 수신 안테나(ANT1)를 통해 수신된 신호를 신호처리에 적절하게 증폭시키는 제1 저잡음 증폭기(411), 제1 저잡음 증폭기(411)에서 증폭된 신호를 대역 여파기(Band Pass Filter)와 AD 변환기(Analog to Digital Conversion)가 처리가능한 주파수 대역으로 변환(천이)시키는 제1 주파수 변환기(412), 제1 주파수 변환기(412)에서 전달된 신호 중 중계할 서비스 주파수 대역의 신호를 선택적으로 통과시키는 제1 대역 여파기(413), 제1 대역 여파기(413)에서 출력된 아날로그 신호를 표본화(Sampling) 및 양자화(Quantization)하여 디지털 신호로 변환하는 제1 AD 변환기(414), 제2 디지털 신호 처리기(435)에서 출력된 디지털 신호를 기초로 도너 송신 안테나(ANT4)에서 송출되어 도너 수신 안테나(ANT1)로 피드백된 신호의 성분을 추정하고 이를 제1 AD 변환기(414)에서 출력된 디지털 신호에서 감산하는 제1 디지털 신호 처리기(415), 제1 디지털 신호 처리기(415)에서 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 제1 DA 변환기(416), 제1 DA 변환기(416)에서 전달된 아날로그 신호 중 불필요한 주파수 대역의 신호를 제거하는 제2 대역 여파기(417), 제2 대역 여파기(417)를 통과한 신호를 다시 원래의 수신된 주파수 대역으로 변환시키는 제2 주파수 변환기(418), 제2 주파수 변환기(418)에서 주파수 변환된 신호의 전력을 증폭시키는 제1 전력 증폭기(419), 제1 전력 증폭기(419)에서 증폭된 신호를 단말기(제2 무선 통신 장치)로 송출하는 서비스 송신 안테나(제1 송신 안테나; ANT2) 등을 포함하여, 기지국에서 단말기로의 하향 경로에 대한 무선 중계 기능을 수행한다.

그리고, 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선 중계 장치(400)는, 단말기로부터 송신된 상향신호(제2 신호)를 수신하는 서비스 수신 안테나(제2 수신 안테나; ANT3), 서비스 수신 안테나(ANT3)를 통해 수신된 신호를 신호처리에 적절하게 증폭시키는 제2 저잡음 증폭기(431), 제2 저잡음 증폭기(431)에서 증폭된 신호를 대역 여파기와 AD 변환기가 처리가능한 주파수 대역으로 변환(천이)시키는 제3 주파수 변환기(432), 제3 주파수 변환기(432)에서 전달된 신호 중 중계할 서비스 주파수 대역의 신호를 선택적으로 통과시키는 제3 대역 여파기(433), 제3 대역 여파기(433)에서 출력된 아날로그 신호를 표본화 및 양자화하여 디지털 신호로 변환하는 제2 AD 변환기(434), 제1 디지털 신호 처리기(415)에서 출력된 디지털 신호를 기초로 서비스 송신 안테나(ANT2)에서 송출되어 서비스 수신 안테나(ANT3)로 피드백된 신호의 성분을 추정하고 이를 제2 AD 변환기(434)에서 출력된 디지털 신호에서 감산하는 제2 디지털 신호 처리기(435), 제2 디지털 신호 처리기(435)에서 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 제2 DA 변환기(436), 제2 DA 변환기(436)에서 전달된 아날로그 신호 중 불필요한 주파수 대역의 신호를 제거하는 제4 대역 여파기(437), 제4 대역 여파기(437)를 통과한 신호를 다시 원래의 수신된 주파수 대역으로 변환시키는 제4 주파수 변환기(438), 제4 주파수 변환기(438)에서 주파수 변환된 신호의 전력을 증폭시키는 제2 전력 증폭기(439), 제2 전력 증폭기(439)에서 증폭된 신호를 기지국으로 송출하는 도너 송신 안테나(제2 송신 안테나; ANT4) 등을 포함하여, 단말기에서 기지국으로의 상향 경로에 대한 무선 중계 기능을 수행한다.

도 12는 도 11의 제1 및 제2 디지털 신호 처리기(415, 435)의 상세 구성도이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 디지털 신호 처리기(415)는, 도너 송신 안테나(ANT4)에서 송출되어 도너 수신 안테나(ANT1)로 유입된 신호(제1 피드백 신호)를 제거하기 위해, 제1 피드백 신호 경로(예, 제2 디지털 신호 처리기(435)의 출력에서 제1 디지털 신호 처리기(415)의 입력까지의 경로)의 채널(

₄₁)을 추정하는 제1 채널 추정기(415a), 제1 채널 추정기(415a)에서 추정된 채널(제1 채널 추정치)을 이용하여 제1 피드백 신호의 추정치를 생성하는 제1 선형 조합기(415b), 도너 수신 안테나(ANT1)를 통해 수신된 신호에서 제1 피드백 신호를 제거(구체적으로는 제1 피드백 신호의 추정치를 감산)하는 제1 감산기(415c) 등을 포함한다.

마찬가지로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 디지털 신호 처리기(435)는, 서비스 송신 안테나(ANT2)에서 송출되어 서비스 수신 안테나(ANT3)로 유입된 신호(제2 피드백 신호)를 제거하기 위해, 제2 피드백 신호 경로(예, 제1 디지털 신호 처리기(415)의 출력에서 제2 디지털 신호 처리기(435)의 입력까지의 경로)의 채널 (

₂₃)을 추정하는 제2 채널 추정기(435a), 제2 채널 추정기(435a)에서 추정된 채널(제2 채널 추정치)을 이용하여 제2 피드백 신호의 추정치를 생성하는 제2 선형 조합기(435b), 서비스 수신 안테나(ANT3)를 통해 수신된 신호에서 제2 피드백 신호를 제거(구체적으로는 제2 피드백 신호의 추정치를 감산)하는 제2 감산기(435c) 등을 포함한다.

이를 상술하면, 제1 AD 변환기(414)와 제2 디지털 신호 처리기(435)는 각각 매 T_S시간간격으로 표본화된 이산시간신호(discrete time signal) r₁(n)과 x₂(n)을 제1 디지털 신호 처리기(415)로 전송한다. 그러면, 제1 채널 추정기(415a)는 제1 AD 변환기(414)로부터의 입력 r₁(n), 제2 디지털 신호 처리기(435)로부터의 입력 x₂(n), 및 제1 감산기(415c)의 출력 x₁(n)을 기초로 제1 채널 추정치 벡터

₄₁(n)를 생성하고, 제1 선형 조합기(415b)는 제1 채널 추정기(415a)에서 생성된 제1 채널 추정치 벡터

₄₁(n)에 따라 제2 디지털 신호 처리기(435)로부터의 입력 x₂(n) 및 그 과거 값(x₂(n-1), x₂(n-2), ... )을 조합하여 제1 피드백 신호 추정치

₁(n)을 생성하며, 제1 감산기(415c)는 제1 AD 변환기(414)로부터의 입력 r₁(n)에서 제1 피드백 신호 추정치

₁(n)을 감산하여 x₁(n)를 출력한다.

마찬가지로, 제2 AD 변환기(434)와 제1 디지털 신호 처리기(415)는 각각 매 T_S시간간격으로 표본화된 이산시간신호(discrete time signal) r₂(n)과 x₁(n)을 제2 디지털 신호 처리기(435)로 전송한다. 그러면, 제2 채널 추정기(435a)는 제2 AD 변환기(434)로부터의 입력 r₂(n), 제1 디지털 신호 처리기(415)로부터의 입력 x₁(n), 및 제2 감산기(435c)의 출력 x₂(n)을 기초로 제2 채널 추정치 벡터

₂₃(n)를 생성하고, 제2 선형 조합기(435b)는 제2 채널 추정기(435a)에서 생성된 제2 채널 추정치 벡터

₂₃(n)에 따라 제1 디지털 신호 처리기(415)로부터의 입력 x₁(n) 및 그 과거 값(x₁(n-1), x₁(n-2), ... )을 조합하여 제2 피드백 신호 추정치

₂(n)을 생성하며, 제2 감산기(435c)는 제2 AD 변환기(434)로부터의 입력 r₂(n)에서 제2 피드백 신호 추정치

₂(n)을 감산하여 x₂(n)를 출력한다.

우선, 제1 감산기(415c)의 출력 x₁(n)는 하기 수식 22와 같이 표현될 수 있으며, 제1 피드백 신호 추정치

₁(n)는 제1 선형 조합기(415b)에서 제1 채널 추정치 벡터

₄₁(n)와 입력 벡터 x ₂(n)를 연산하여, 예컨대 내적(inner product)을 산출하여 얻을 수 있다.

[수식 22]

x₁(n) = r₁(n) -

₁(n)

= r₁(n) -

₄₁ ^H(n)x ₂(n)

제1 채널 추정치 벡터

₄₁(n)는 하기 수식 23과 같이 크기가 N₁×1인 행렬로 표현될 수 있으며, 입력 벡터 x ₂(n)도 마찬가지로 하기 수식 24와 같이 크기가 N₁×1인 행렬로 표현될 수 있다. 여기서, 행렬의 길이 N₁은

₄₁(t)의 유효채널구간을 기준으로 정해질 수 있다.

[수식 23]

₄₁(n) = [

_41.N1-1(n)

_41.N1-2(n) ...

_41.0(n)]^T

[수식 24]

x ₂(n) = [x₂(n-N₁+1) x₂(n-N₁+2) ... x₂(n)]^T

마찬가지로, 제2 감산기(435c)의 출력 x₂(n)는 하기 수식 25와 같이 표현될 수 있으며, 제2 피드백 신호 추정치

₂(n)는 제2 선형 조합기(435b)에서 제2 채널 추정치 벡터

₂₃(n)와 입력 벡터 x ₁(n)를 연산하여, 예컨대 내적(inner product)을 산출하여 얻을 수 있다.

[수식 25]

x₂(n) = r₂(n) -

₂(n)

= r₂(n) -

₂₃ ^H(n)x ₁(n)

제2 채널 추정치 벡터

₂₃(n)는 하기 수식 26과 같이 크기가 N₂×1인 행렬로 표현될 수 있으며, 입력 벡터 x ₁(n)도 마찬가지로 하기 수식 27와 같이 크기가 N₂×1인 행렬로 표현될 수 있다. 여기서, 행렬의 길이 N₂은

₂₃(t)의 유효채널구간을 기준으로 정해질 수 있다.

[수식 26]

₂₃(n) = [

_23.N2-1(n)

_23.N2-2(n) ...

_23.0(n)]^T

[수식 27]

x ₁(n) = [x₁(n-N₂+1) x₁(n-N₂+2) ... x₁(n)]^T

채널추정기능에 있어서, 안테나 간의 채널은 시변 채널(Time Varying Channel)이므로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1 및 제2 채널 추정기(415a, 435a)는, 전술한 본 발명의 제3 실시예와 마찬가지로, LMS(Least Mean Square) 알고리즘, RLS(Recursive Least Square) 알고리즘, GN(Gauss-Newton) 알고리즘 등의 적응 알고리즘을 사용하는 적응형 필터(Adaptive Filter)로 구현될 수 있다.

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.

예컨대, 전술한 실시예에서는 본 발명이 시분할 이중화 방식의 이동통신 서비스에 사용되는 경우를 예시하였으나, 본 발명은 동일 주파수에 대해 상향과 하향 양방향으로 항상 중계가 가능하므로 시분할 이중화 방식의 이동통신 서비스뿐만 아니라 별다른 구조변경 없이 단일주파수 전이중화 방식의 이동통신 서비스에도 사용될 수 있다.

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

무선 중계 장치로서,
제1 무선 통신 장치로부터 송신된 제1 신호를 제1 수신 안테나를 통해 수신하는 제1 수신부;
상기 제1 수신부에서 전송된 제1 신호를 제1 송신 안테나를 통해 송신하는 제1 송신부;
제2 무선 통신 장치로부터 송신된 제2 신호 및 상기 제1 송신 안테나에서 송출되어 피드백된 신호를 제2 수신 안테나를 통해 수신하는 제2 수신부;
상기 제2 수신부에서 전송된 신호에 대해 상기 피드백된 신호를 제거하는 신호 제거부; 및
상기 신호 제거부에서 전송된 제2 신호를 제2 송신 안테나를 통해 송신하는 제2 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
제1항에 있어서,
상기 신호 제거부는 상기 제1 수신부에서 전송된 제1 신호, 상기 제1 송신부의 증폭도, 상기 제1 송신 안테나와 상기 제2 수신 안테나 사이의 채널특성, 및 상기 제2 수신부의 증폭도에 기초하여 상기 피드백된 신호를 추정하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 신호 제거부는,
상기 제1 송신부의 입력부터 상기 제2 수신부의 출력까지의 채널을 추정하는 채널 추정기;
상기 채널 추정기에서 추정된 채널 추정치 및 상기 제1 수신부에서 전송된 제1 신호에 기초하여 상기 피드백된 신호의 추정치를 생성하는 선형 조합기; 및
상기 제2 수신부에서 전송된 신호에서 상기 피드백된 신호의 추정치를 감산하는 감산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
제3항에 있어서,
상기 채널 추정기는 상기 제1 수신부로부터의 입력, 상기 제2 수신부로부터의 입력, 상기 감산기로부터의 입력 중 하나 이상을 입력으로 하는 적응형 필터(Adaptive Filter)로 구현되는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
무선 중계 장치로서,
제1 무선 통신 장치로부터 송신된 제1 신호 및 제2 송신 안테나에서 송출되어 피드백된 제2 신호를 제1 수신 안테나를 통해 수신하는 제1 수신부;
상기 제1 수신부에서 전송된 신호에 대해 상기 피드백된 제2 신호를 제거하는 제1 신호 제거부;
상기 제1 신호 제거부에서 전송된 제1 신호를 제1 송신 안테나를 통해 송신하는 제1 송신부;
제2 무선 통신 장치로부터 송신된 제2 신호 및 상기 제1 송신 안테나에서 송출되어 피드백된 제1 신호를 제2 수신 안테나를 통해 수신하는 제2 수신부;
상기 제2 수신부에서 전송된 신호에 대해 상기 피드백된 제1 신호를 제거하는 제2 신호 제거부; 및
상기 제2 신호 제거부에서 전송된 제2 신호를 상기 제2 송신 안테나를 통해 송신하는 제2 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 신호 제거부는 상기 제2 신호 제거부에서 전송된 제2 신호, 상기 제2 송신부의 증폭도, 상기 제2 송신 안테나와 상기 제1 수신 안테나 사이의 채널특성, 및 상기 제1 수신부의 증폭도에 기초하여 상기 피드백된 제2 신호를 추정하고,
상기 제2 신호 제거부는 상기 제1 신호 제거부에서 전송된 제1 신호, 상기 제1 송신부의 증폭도, 상기 제1 송신 안테나와 상기 제2 수신 안테나 사이의 채널특성, 및 상기 제2 수신부의 증폭도에 기초하여 상기 피드백된 제1 신호를 추정하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 제1 신호 제거부는,
상기 제2 송신부의 입력부터 상기 제1 수신부의 출력까지의 채널을 추정하는 제1 채널 추정기;
상기 제1 채널 추정기에서 추정된 제1 채널 추정치 및 상기 제2 신호 제거부에서 전송된 제2 신호에 기초하여 상기 피드백된 제2 신호의 추정치를 생성하는 제1 선형 조합기; 및
상기 제1 수신부에서 전송된 신호에서 상기 피드백된 제2 신호의 추정치를 감산하는 제1 감산기를 포함하고,
상기 제2 신호 제거부는,
상기 제1 송신부의 입력부터 상기 제2 수신부의 출력까지의 채널을 추정하는 제2 채널 추정기;
상기 제2 채널 추정기에서 추정된 제2 채널 추정치 및 상기 제1 신호 제거부에서 전송된 제1 신호에 기초하여 상기 피드백된 제1 신호의 추정치를 생성하는 제2 선형 조합기; 및
상기 제2 수신부에서 전송된 신호에서 상기 피드백된 제1 신호의 추정치를 감산하는 제2 감산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
제7항에 있어서,
상기 제1 채널 추정기는 상기 제1 수신부로부터의 입력, 상기 제1 감산기로부터의 입력, 상기 제2 감산기로부터의 입력 중 하나 이상을 입력으로 하는 적응형 필터로 구현되고,
상기 제2 채널 추정기는 상기 제2 수신부로부터의 입력, 상기 제1 감산기로부터의 입력, 상기 제2 감산기로부터의 입력 중 하나 이상을 입력으로 하는 적응형 필터로 구현되는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
무선 중계 방법으로서,
제1 무선 통신 장치로부터 송신된 제1 신호를 제1 수신 안테나를 통해 제1 수신부가 수신하는 단계;
상기 제1 수신부에서 전송된 제1 신호를 제1 송신부가 제1 송신 안테나를 통해 송신하는 단계;
제2 무선 통신 장치로부터 송신된 제2 신호 및 상기 제1 송신 안테나에서 송출되어 피드백된 신호를 제2 수신 안테나를 통해 제2 수신부가 수신하는 단계;
상기 제2 수신부에서 전송된 신호에 대해 상기 피드백된 신호를 제거하는 단계; 및
상기 제2 수신부에서 전송된 신호에서 상기 피드백된 신호가 제거된 신호를 제2 송신부가 제2 송신 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 방법.
제9항에 있어서,
상기 피드백된 신호를 제거하는 단계는,
상기 제1 송신부의 입력부터 상기 제2 수신부의 출력까지의 채널을 추정하는 과정;
상기 추정된 채널의 채널 추정치 및 상기 제1 수신부에서 전송된 제1 신호에 기초하여 상기 피드백된 신호의 추정치를 생성하는 과정; 및
상기 제2 수신부에서 전송된 신호에서 상기 피드백된 신호의 추정치를 감산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 송신부의 입력부터 상기 제2 수신부의 출력까지의 채널 추정은 상기 제1 송신부의 증폭도, 상기 제1 송신 안테나와 상기 제2 수신 안테나 사이의 채널특성, 및 상기 제2 수신부의 증폭도에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 하는 무선 중계 방법.