WO2016052787A1 - 이동통신 시스템의 기지국 장치 - Google Patents

이동통신 시스템의 기지국 장치 Download PDF

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WO2016052787A1
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terminal
signal
antenna
duplexer
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PCT/KR2014/009340
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문영찬
박남신
최창섭
나인호
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주식회사 케이엠더블유
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    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/155—Ground-based stations

Definitions

  • the present invention relates to a base station including a repeater of a wireless communication (PCS, Cellular, CDMA, GSM, LTE, etc.) system, in particular, further improved isolation between the transmission signal and the received signal processed in the MIMO (Multi Input Multi Output) method
  • the present invention relates to a base station apparatus of a mobile communication system to provide a.
  • Antennas used in a base station including a repeater of a wireless communication system may have various shapes and structures.
  • a wireless polarization antenna adopts a polarization diversity scheme and generally uses a 2T2R (2Tx / 2Rx) MIMO dual polarized antenna structure. I use it.
  • signals of each transmission / reception path generally employ a structure in which transmission and reception signals are isolated using duplexers.
  • FIG. 1 is a block diagram of a base station apparatus of a mobile communication system according to an exemplary embodiment, and FIG. 1 illustrates an antenna system 10 having a 2T2R MIMO structure used in a general mobile communication base station, and a transmission / reception path thereof.
  • First and second duplexers 20 and 21 are disclosed.
  • the antenna system 10 includes a first antenna Ant0 100 that transmits and receives a signal for a first path P0 in a 2T2R structure, and a second antenna that transmits and receives a signal for a second path P1.
  • (Ant1) 101 is provided, and the first and second antennas 100 and 101 are installed to generate polarized waves that are orthogonal to each other.
  • first and second antennas 100 and 101 of the antenna system 10 are connected to the first and second antennas 100 and 101, respectively, to separate or combine the transmission and reception signals of the first and second paths P0 and P1, respectively.
  • Duplexers 20 and 21 are provided, the first duplexer 20 is connected to the first transceiver (P0 transmitter and receiver) 30, the second duplexer 21 is a second transceiver (P1 transmitter and receiver) ( 31).
  • the first transmission / reception unit 30 processes the transmission / reception signal of the first path, and the second transmission / reception unit 31 processes the transmission / reception signal of the second path P1.
  • the first duplexer 20 has a T-junction 202 that is a T-junction 202 and a Rx0 206 that process the transmission signal and the reception signal for the first path P0, respectively.
  • the second duplexer 21 has a transmission filter (Tx1; 214) and a reception filter (Rx1; 216) for processing the transmission signal and the reception signal for the second path (P1), respectively. It has a structure for connecting using the T-junction 212.
  • the isolation between the transmission signal and the reception signal in the first path P0 may include a first duplexer 20 connecting the transmission filter 204 and the reception filter 206 of the first path P0 to the T-junction 202.
  • the isolation between the transmitting end and the receiving end of the first duplexer 20 is the total transmission and reception isolation in the first path P0.
  • the isolation between the transmission signal and the reception signal in the second path P1 is generated when the second duplexer 21 connecting the transmission filter 214 and the reception filter 216 to the T-junction 212. And it corresponds to the isolation of the receiving end.
  • a method of improving the filtering characteristic (eg, the skirt characteristic) in the first and second duplexers 20 and 21 is substantially considered.
  • a scheme of increasing the number of stages of each transmission and reception filter or increasing the number of notches in a frequency to be isolated is generally employed.
  • this method has a problem of increasing the size of the filter and the difficulty of manufacturing and producing.
  • each base station is evolving into a small (or ultra-small) cell, and since the antenna system and base station equipment are being developed as an integrated type, the above-described transmission
  • a smaller and lighter duplexer composed of a filter and a receive filter. Therefore, while considering the size and weight of the duplexer as described above, it was a very difficult problem to increase the isolation between the transmission signal and the reception signal.
  • an object of the present invention is to reduce the size and weight of a duplexer that processes transmission and reception signals in a transmission / reception path, or to reduce the difficulty of developing and producing a duplexer, while increasing the isolation between the transmission signal and the reception signal, or requiring a certain requirement. It is to provide a device for maintaining and satisfying the level of isolation.
  • An antenna system having a first antenna for transmitting and receiving a signal for a first path of a MIMO path and a second antenna for transmitting and receiving a signal for a second path of a MIMO path;
  • a first duplexer having a transmission filter for processing the transmission signal of the first path and a reception filter for processing the reception signal of the second path;
  • a second duplexer having a reception filter for processing the received signal of the first path, and a transmission filter for processing the transmission signal of the second path;
  • the transmission signal provided by the first duplexer is provided to the first antenna, the reception signal provided by the first antenna is provided to the second duplexer, and the transmission signal provided by the second duplexer is the second antenna.
  • the reception signal provided from the second antenna may include a path changing unit provided to the first duplexer.
  • An antenna system having a first antenna for transmitting and receiving a signal for a first path of a MIMO path, and a second antenna for receiving a signal for a second path of a MIMO path;
  • a duplexer having a transmission filter for processing the transmission signal of the first path and a reception filter for processing the reception signal of the second path;
  • a reception filter for processing the reception signal of the first path;
  • the transmission signal provided by the duplexer is provided to the first antenna, the reception signal provided by the first antenna is provided to the reception filter, and the reception signal provided by the second antenna is provided to the duplexer. It is characterized by including a wealth.
  • the apparatus for providing isolation between the transmitted signal and the received signal according to the present invention may be additionally transmitted / received at a level of 30 to 50 dB in addition to the isolation degree in the duplexer processing the transmitted / received signal according to embodiments described below. Signal isolation can be obtained.
  • a duplexer for processing a conventional transmit / receive signal depends on the isolation characteristic of the filter structure itself, a relatively large number (single number) of resonators and notch structures are required to obtain a desired isolation degree.
  • the additional isolation of 30 to 50 dB is obtained using the present invention, the desired isolation can be obtained with a relatively small number of resonators under the same conditions, and the development and production difficulty of the filter can be reduced by reducing the number of notch structures. have. This allows smaller and lighter filters and duplexers to be implemented while still meeting the desired high performance characteristics.
  • FIG. 1 is a block diagram of a base station apparatus of a mobile communication system according to a conventional embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram of a base station apparatus of a mobile communication system according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a block diagram of a base station apparatus of a mobile communication system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of a base station apparatus of a mobile communication system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram of a base station apparatus of a mobile communication system according to a fourth embodiment of the present invention.
  • 6A and 6B are modified examples of embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a base station apparatus of a mobile communication system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a 2T2R MIMO structure used in a general mobile communication base station, similar to the conventional example shown in FIG.
  • An antenna system 10 and first and second duplexers 20, 21 are provided for each transmit and receive path thereof.
  • the antenna system 10 includes a first antenna Ant0 100 that transmits and receives a signal for a first path P0 in a 2T2R structure, and a second antenna that transmits and receives a signal for a second path P1.
  • (Ant1) 101 is provided, and the first and second antennas 100 and 101 are installed to generate polarized waves that are orthogonal to each other.
  • the first antenna 100 of the antenna system 10 may include a first antenna and a second antenna 101 between the second antenna 101 and the first and second duplexers 20 and 21.
  • the transmission signal provided from the first duplexer 20 is provided to the first antenna 100
  • the reception signal provided from the first antenna 100 is provided to the second duplexer 21.
  • the transmission signal provided from the second duplexer 21 is provided to the second antenna 101
  • the path change unit provided to the first duplexer 20 provides the received signal provided from the second antenna 101. It may be configured as a pair of the first circulator 40 and the second circulator 41.
  • the first circulator 40 is connected to the first duplexer 20 through the first terminal, the second terminal is connected to the first antenna 100, and the third terminal is connected to the second circulator. It is installed to be connected to terminal 3 of the radar 41, the signal input through terminal 1 is output through terminal 2, the signal input through terminal 2 is output through terminal 3, and The signal input through the terminal is output through terminal 1.
  • the second circulator 41 is connected to the second duplexer 21 through the first terminal, the second terminal is connected to the second antenna 101, and the third terminal is connected to the third of the first circulator 40. It is installed to be connected to terminal No.1, the signal input through terminal 1 is output through terminal 2, the signal input through terminal 2 is output through terminal 3, and the signal input through terminal 3 Is output through terminal 1.
  • the first duplexer 20 has a transmission filter 204 for processing the transmission signal of the first transceiver (P0 transmitter and receiver) 30, and the prior art.
  • a reception filter 206 'for processing the reception signal of the second transmission / reception unit (P1 transmission / reception unit) 31 is provided. That is, since the frequency bands of the transmission and reception signals of the first and second paths are the same, the hardware structure of the first duplexer 20 may be substantially the same as that of the conventional structure shown in FIG. ') Is connected to the second transceiver 31 and is used to filter the received signal of the second path.
  • the second duplexer 21 includes a transmission filter 214 for processing the transmission signal of the second transmission / reception unit (P1 transmission / reception unit) 31 and a reception filter 216 for processing the reception signal of the first transmission / reception unit 30. '). That is, in the second duplexer 21, the reception filter 216 ′ is connected to the first transmission / reception unit 30 and used to filter the reception signal of the first path.
  • the first duplexer 20 includes a transmission filter 204 for processing a transmission signal for a first path and a reception filter 206 'for processing a reception signal for a second path.
  • the second duplexer 21 has a transmission filter 214 for processing the transmission signal for the second path and a reception filter 216 'for processing the reception signal for the first path.
  • the signal transmitted from the transmission filter 204 of the first path of the first duplexer 20 is provided to the first antenna 100 of the antenna system 10 via the first circulator 40. And radiated into the air.
  • the received signal of the first path in the air is received by the first antenna 101 and provided to the second circulator 41 via the first circulator 40, and then the first path of the second duplexer 21 is received.
  • filter 216 ' Provided to filter 216 '.
  • the transmission signal and the reception signal of the first path are separated by the first duplexer 20 and the second duplexer 21 to have perfect isolation.
  • the signal transmitted from the transmission filter 214 of the second path of the second duplexer 21 is provided to the second antenna 101 of the antenna system 10 via the second circulator 41 to be air. ) Is emitted.
  • the received signal of the second path in the air is received by the second antenna 101 and provided to the second circulator 41, provided by the second circulator 41 to the first circulator 40, and then the first signal.
  • the receive filter 206 ′ of the first path of the duplexer 20 is provided. In this case, the transmission signal and the reception signal of the second path are separated by the first duplexer 20 and the second duplexer 21 to have perfect isolation.
  • the apparatus according to the present invention increases the isolation between the transmitting end and the receiving end in the 2T2R (or equivalent) MIMO base station by using the directionality of the circulators 40 and 41. have.
  • the first and second antennas 100 and 101 are installed at right angles to each other by 90 degrees, so that the antennas 100 and 101 are transmitted and received by air. Due to the orthogonal characteristics between), the transmission and reception signals between each of the antennas 100 and 101 generally obtain an isolation level of 30 dB.
  • the transmission filter 204 of the first path is isolated.
  • the degree of isolation is determined by the characteristics.
  • the transmission filter 204 of the first path and the reception filter 206 ′ of the second path are connected to the first antenna 100 and the second antenna 101, respectively, these two antennas ( Due to the orthogonal characteristics of 100 and 101, the isolation degree is about 30 dB.
  • the transmission signal of the first path and the reception signal of the second path obtain 30 dB of isolation of the antennas 100 and 101 in addition to the isolation of the transmission / reception filters 204 and 206 '.
  • the transmission signal of the second path and the reception signal of the first path also obtain the isolation of the antennas 100 and 101 in addition to the isolation of the transmission / reception filters 214 and 216 '.
  • the isolation between the transmitted signal and the received signal is obtained in addition to the inherent isolation of the duplexer, an additional transmit / receive signal isolation level of 30 dB obtained by the orthogonal characteristics of the antennas. Accordingly, in the case where the required isolation between the transmitted signal and the received signal is 90 dB, for example, the present invention can implement such that only 60 dB of isolation is satisfied in the duplexer. On the other hand, in the related art, since only 90dB of isolation should be satisfied using only the duplexer, there is a greater difficulty in terms of structure and size when implementing the duplexer.
  • FIG. 3 is a block diagram of a base station apparatus of a mobile communication system according to a second embodiment of the present invention.
  • the structure according to the second embodiment shown in FIG. 3 is largely the same as that of the first embodiment shown in FIG. 2, but the first and second duplexers 20 and 21 of the respective internal transmit filters and receive filters are different. There is a difference in the structure of distributing and combining the signals.
  • the first duplexer 20 has a structure in which the transmission filter 204 and the reception filter 206 'are connected by using the T-junction 202.
  • the second embodiment shown in FIG. 3 uses a third circulator 203 instead of the T-junction 202.
  • the third circulator 203 is connected to the transmission filter 204 through terminal 1 and the terminal 2 is connected to the first circulator ( It is connected to the first terminal of 40, the third terminal is installed to be connected to the receiving filter (206 ').
  • a signal input through the first terminal of the third circulator 203 is output through the second terminal, and a signal input through the second terminal is output through the third terminal.
  • the transmission filter 214 and the reception filter 216 ′ are connected using the fourth circulator 205, and the fourth circulator 205 has a structure of 1.
  • the terminal is connected to the transmission filter 214 through the second terminal, the second terminal is connected to the first terminal of the second circulator 41, and the third terminal is installed to be connected to the receiving filter 216 '.
  • the signal input through terminal 1 of the fourth circulator 205 is output through terminal 2, and the signal input through terminal 2 is output through terminal 3.
  • the transmission signal of the first path and the reception signal of the second path pass through the third circulator 203 to further obtain about 20 dB of inherent isolation degree. .
  • This signal also gives an additional 30dB of separation of the antenna system 10, resulting in an additional 50dB of separation overall.
  • the received signal of the first path of the transmitted signal of the second path further obtains a separation of about 50 dB.
  • FIG. 4 is a block diagram of a base station apparatus of a mobile communication system according to a third embodiment of the present invention.
  • the structure according to the third embodiment shown in FIG. 4 is largely the same as the structure of the first embodiment shown in FIG. 2, but instead of the second duplexer 21, the reception filter 23 of the first path is used as the second circuit.
  • the structure shown in FIG. 4 has a structure and operation related to the processing of the transmission signal of the second path as compared with the structure according to the first embodiment shown in FIG.
  • the configuration and operation of the embodiment are the same. That is, the structures of the first and second embodiments shown in FIG. 2 and FIG. 3 are applied to implement the 2T2R MIMO scheme, but the structure illustrated in FIG. 4 is a structure to implement the 1T2R MIMO scheme. .
  • FIG. 5 is a block diagram of a base station apparatus of a mobile communication system according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the structure according to the fourth embodiment shown in FIG. 5 is substantially a structure employing a double structure of the third embodiment shown in FIG. That is, it can be seen that the structure shown in FIG. 5 is a structure for implementing the 2T4R MIMO method by providing the 1T2R MIMO method as shown in FIG.
  • 6A and 6B are modified examples of embodiments of the present invention.
  • the directionality of the first circulator 20 is the forward direction (clockwise)
  • the directionality of the second circulator 21 is the reverse direction (counterclockwise). It is shown.
  • the actual product implementation can be implemented by a combination of the two circulators in the forward direction.
  • the combined pair of circulators a and b in the forward direction has a nonreciprocal circuit topology with four signal circulation transfer terminals as a whole.
  • the first duplexer 20, the first antenna 100, the second duplexer 21, and the second antenna 101 at each terminal of the forward circulator pairs 40 and 42. It is possible to implement a structure logically the same as the structure of the first embodiment shown in FIG.
  • an apparatus for providing isolation between a transmission signal and a reception signal may be configured, and in the above description of the present invention, a specific embodiment has been described, but various modifications are included in the scope of the present invention. It can be carried out without departing.
  • the antenna system 10 has been described to obtain isolation because two antennas are installed to generate polarized waves that are orthogonal to each other.
  • the two antennas are not orthogonal to each other, but spaced apart to have a spatially appropriate distance. It may be installed so as to have a structure to secure the separation degree.
  • the structure of the duplexers is illustrated as being implemented using a T-junction structure. It is also possible to employ a structure.

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Abstract

본 발명은 이동통신 시스템의 기지국 장치에 있어서; MIMO경로 중 제1경로에 대한 신호를 송수신하는 제1 안테나와, 제2경로에 대한 신호를 송수신하는 제2 안테나를 구비하는 안테나 시스템과; 제1경로의 송신 신호를 처리하는 송신 필터와, 제2경로의 수신 신호를 처리하는 수신 필터를 구비하는 제1 듀플렉서와; 제1경로의 수신 신호를 처리하는 수신 필터와, 제2경로의 송신 신호를 처리하는 송신 필터를 구비하는 제2 듀플렉서와; 제1 듀플렉서에서 제공되는 송신 신호는 제1 안테나로 제공하며, 제1 안테나에서 제공되는 수신 신호는 제2 듀플렉서로 제공하며, 제2 듀플렉서에서 제공되는 송신 신호는 제2 안테나로 제공하며, 제2 안테나에서 제공되는 신호는 제1 듀플렉서로 제공하는 경로 변경부를 포함한다.

Description

이동통신 시스템의 기지국 장치
본 발명은 무선 통신(PCS, Cellular, CDMA, GSM, LTE, 등) 시스템의 중계기를 비롯한 기지국에 관한 것으로서, 특히, MIMO(Multi Input Multi Output) 방식으로 처리되는 송신 신호 및 수신 신호간에 더욱 향상된 격리도를 제공할 수 있도록 하기 위한 이동통신 시스템의 기지국 장치에 관한 것이다.
무선 통신 시스템의 중계기를 비롯한 기지국에 사용되는 안테나는 다양한 형태와 구조가 있을 수 있으며, 최근 무선 통신 안테나는 편파 다이버시티 방식을 적용하여 2T2R(2Tx/2Rx) MIMO 방식의 이중편파 안테나 구조를 일반적으로 사용하고 있다. 이 경우에 각 송수신경로의 신호들은 각각 듀플렉서를 이용하여 송신 및 수신 신호를 격리하는 구조를 일반적으로 채용하고 있다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템의 기지국 장치의 블록 구성도로서, 도 1에는 일반적인 이동통신 기지국에서 사용하는 2T2R MIMO 구조의 안테나 시스템(10)과, 이의 각 송수신 경로에 제공되는 제1 및 제2 듀플렉서(20, 21)가 개시되고 있다. 안테나 시스템(10)에는 2T2R 구조에서 제1경로(P0)에 대한 신호를 송신 및 수신하는 제1 안테나(Ant0; 100)와, 제2경로(P1)에 대한 신호를 송신 및 수신하는 제2 안테나(Ant1; 101)가 구비되며, 제1 및 제2 안테나(100, 101)는 서로 직교하는 편파를 발생하게 설치된다.
또한, 안테나 시스템(10)의 제1 및 제2 안테나(100, 101)와 각각 연결되어, 각각 제1 및 제2경로(P0, P1)의 송수신 신호를 분리 또는 결합하기 위한 제1 및 제2 듀플렉서(20, 21)가 구비되며, 제1 듀플렉서(20)는 제1 송수신부(P0송수신부)(30)와 연결되고, 제2 듀플렉서(21)는 제2 송수신부(P1송수신부)(31)와 연결된다. 제1 송수신부(30)는 제1경로의 송수신 신호를 처리하며, 제2 송수신부(31)는 제2경로(P1)의 송수신 신호를 처리한다.
제1 듀플렉서(20)는 제1경로(P0)에 대한 송신 신호 및 수신 신호를 각각 처리하는 송신필터(Tx0; 204) 및 수신필터(Rx0; 206)가 T-정션(T-junction)(202)을 이용하여 연결하는 구조를 가지며, 제2 듀플렉서(21)는 제2경로(P1)에 대한 송신 신호 및 수신 신호를 각각 처리하는 송신필터(Tx1; 214) 및 수신필터(Rx1; 216)가 T-정션(212)을 이용하여 연결하는 구조를 가진다.
이때, 제1경로(P0)에서 송신 신호와 수신 신호의 격리도는 제1경로(P0)의 송신 필터(204)와 수신필터(206)를 T-정션(202)으로 연결한 제1 듀플렉서(20)의 구현 시 발생하는 격리도에 해당하게 된다. 즉, 제1 듀플렉서(20)의 송신단 및 수신단의 간의 격리도가 제1경로(P0)에서의 전체 송신 및 수신 격리도가 된다. 마찬가지로, 제2경로(P1)에서 송신 신호와 수신 신호의 격리도는 송신 필터(214)와 수신필터(216)를 T-정션(212)으로 연결한 제2 듀플렉서(21)의 구현시 발생하는 송신단 및 수신단의 격리도에 해당하게 된다.
따라서, 송신 신호 및 수신 신호간의 격리도를 증가하기 위해서는, 제1 및 제2 듀플렉서(20, 21)에서 필터링 특성(예를 들어, 스커트 특성)을 향상시키는 방안이 실질적으로 유일하게 고려되고 있으며, 이 경우에, 각 송신 및 수신 필터들의 단수를 증가 하거나, 격리하고자 하는 주파수에 노치(notch)의 개수를 증가시키는 방안이 일반적으로 채용되고 있다. 그러나, 이러한 방안은 필터의 사이즈와 제작 및 생산 난이도가 증가하는 문제를 갖고 있다.
또한, 이동통신 시장에서 요구되는 더 빠른 처리 속도 및 향상된 품질에 부응하기 위하여, 각 기지국은 소형(또는 초소형)셀로 진화하고 있으며, 안테나 시스템 및 기지국 장비가 일체형으로 개발되고 있는 추세이므로, 상기한 송신 필터 및 수신 필터로 구성되는 듀플렉서를 더욱 작고 경량화하려는 요구가 커지고 있다. 따라서, 상기와 같이 듀플렉서의 사이즈 및 무게 등을 고려하면서, 상기 송신 신호 및 수신 신호간의 격리도를 증가시키는 것은 매우 어려운 과제였다.
따라서, 본 발명의 목적은 송수신 경로의 송신 및 수신 신호를 처리하는 듀플렉서의 사이즈 및 무게를 줄이면서도, 또는 듀플렉서의 개발 및 생산 난이도를 낮추면서도, 송신 신호 및 수신 신호간의 격리도를 높이거나, 일정 요구 수준의 격리도를 유지 및 만족시킬 수 있도록 하기 위한 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 특징에 따르면, 이동통신 시스템의 기지국 장치에 있어서; MIMO(Multi Input Multi Output) 경로 중 제1경로에 대한 신호를 송수신하는 제1 안테나와, MIMO 경로중 제2경로에 대한 신호를 송수신하는 제2 안테나를 구비하는 안테나 시스템과; 상기 제1경로의 송신 신호를 처리하는 송신 필터와, 상기 제2경로의 수신 신호를 처리하는 수신 필터를 구비하는 제1 듀플렉서와; 상기 제1경로의 수신 신호를 처리하는 수신 필터와, 상기 제2경로의 송신 신호를 처리하는 송신 필터를 구비하는 제2 듀플렉서와; 상기 제1 듀플렉서에서 제공되는 송신 신호는 상기 제1 안테나로 제공하며, 상기 제1 안테나에서 제공되는 수신 신호는 상기 제2 듀플렉서로 제공하며, 상기 제2 듀플렉서에서 제공되는 송신 신호는 상기 제2 안테나로 제공하며, 상기 제2 안테나에서 제공되는 수신 신호는 상기 제1 듀플렉서로 제공하는 경로 변경부를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 이동통신 시스템의 기지국 장치에 있어서; MIMO(Multi Input Multi Output) 경로 중 제1경로에 대한 신호를 송수신하는 제1 안테나와, MIMO 경로중 제2경로에 대한 신호를 수신하는 제2 안테나를 구비하는 안테나 시스템과; 상기 제1경로의 송신 신호를 처리하는 송신 필터와, 상기 제2경로의 수신 신호를 처리하는 수신 필터를 구비하는 듀플렉서와; 상기 제1경로의 수신 신호를 처리하는 수신 필터와; 상기 듀플렉서에서 제공되는 송신 신호는 상기 제1 안테나로 제공하며, 상기 제1 안테나에서 제공되는 수신 신호는 상기 수신 필터로 제공하며, 상기 제2 안테나에서 제공되는 수신 신호는 상기 듀플렉서로 제공하는 경로 변경부를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 송신 신호 및 수신 신호간의 격리도 제공 장치는 예를 들어, 후술하는 실시예들에 의해, 송수신 신호를 처리하는 듀플렉서에서의 격리도 외에 30~50dB 수준의 추가적인 송수신 신호 격리도를 얻을 수 있게 된다.
종래의 송수신 신호를 처리하는 듀플렉서는 필터 구조 자체의 격리 특성에 의존하는 구조이므로, 원하는 격리도를 얻기 위해서는 비교적 많은 개수(단수) 이상의 공진기와 노치 구조가 필요하였다. 이에 비해, 본 발명을 이용하여 30~50dB의 추가적인 격리도를 얻게 되면, 동등한 조건에서 비교적 적은 공진기 수로도 원하는 격리도를 얻을 수 있게 되고, 노치 구조의 개수를 줄임으로서 필터의 개발 및 생산 난이도를 낮출 수 있다. 이를 이용하여 원하는 고 성능 특성을 만족하면서도 더 작고 가벼운 필터 및 듀플렉서의 구현이 가능하게 된다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템의 기지국 장치의 블록 구성도
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이동통신 시스템의 기지국 장치의 블록 구성도
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이동통신 시스템의 기지국 장치의 블록 구성도
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이동통신 시스템의 기지국 장치의 블록 구성도
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이동통신 시스템의 기지국 장치의 블록 구성도
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예들에 대한 변형 예
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 또한 첨부 도면에서는 동일한 구성 요소에 대해서는 가능한 동일한 참조번호를 부여하였다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이동통신 시스템의 기지국 장치의 블록 구성도로서, 도 2에는 도 1에 도시된 종래의 예와 유사하게, 일반적인 이동통신 기지국에서 사용하는 2T2R MIMO 구조의 안테나 시스템(10)과, 이의 각 송수신 경로에 제공되는 제1 및 제2 듀플렉서(20, 21)가 개시되고 있다. 안테나 시스템(10)에는 2T2R 구조에서 제1경로(P0)에 대한 신호를 송신 및 수신하는 제1 안테나(Ant0; 100)와, 제2경로(P1)에 대한 신호를 송신 및 수신하는 제2 안테나(Ant1; 101)가 구비되며, 제1 및 제2 안테나(100, 101)는 서로 직교하는 편파를 발생하게 설치된다.
이러한 구성에서 본 발명의 특징에 따라, 안테나 시스템(10)의 제1 안테나(100)는 제2 안테나(101)와, 제1 및 제2 듀플렉서(20, 21) 사이에는, 제1 및 제2 송수신 신호 경로를 변경하여, 제1 듀플렉서(20)에서 제공되는 송신 신호는 제1 안테나(100)로 제공하며, 제1 안테나(100)에서 제공되는 수신 신호는 제2 듀플렉서(21)로 제공하며, 제2 듀플렉서(21)에서 제공되는 송신 신호는 제2 안테나(101)로 제공하며, 제2 안테나(101)에서 제공되는 수신 신호는 제1 듀플렉서(20)로 제공하는 경로 변경부가 구비된다. 제1 서큘레이터(40) 및 제2 서큘레이터(41)의 쌍으로 구성될 수 있다.
보다 상세한 구성을 보면, 제1 서큘레이터(40)는 1번 단자를 통해 제1 듀플렉서(20)와 연결되며, 2번 단자는 제1 안테나(100)와 연결되며, 3번 단자는 제2 서큘레이터(41)의 3번 단자와 연결되도록 설치되며, 1번 단자를 통해 입력된 신호는 2번 단자를 통해 출력되며, 2번 단자를 통해 입력된 신호는 3번 단자를 통해 출력되며, 3번 단자를 통해 입력된 신호는 1번 단자를 통해 출력된다.
제2 서큘레이터(41)는 1번 단자를 통해 제2 듀플렉서(21)와 연결되며, 2번 단자는 제2 안테나(101)와 연결되며, 3번 단자는 제1 서큘레이터(40)의 3번 단자와 연결되도록 설치되며, 1번 단자를 통해 입력된 신호는 2번 단자를 통해 출력되며, 2번 단자를 통해 입력된 신호는 3번 단자를 통해 출력되며, 3번 단자를 통해 입력된 신호는 1번 단자를 통해 출력된다.
또한, 종래와 유사하게, 안테나 시스템(10)의 제1 및 제2 안테나(100, 101)와 각각 연결되어, 각각 제1 및 제2경로(P0, P1)의 송수신 신호를 분리 또는 결합하기 위한 제1 및 제2 듀플렉서(20, 21)가 구비되는데, 제1 듀플렉서(20)는 제1 송수신부(P0송수신부)(30)의 송신 신호를 처리하는 송신 필터(204)와 더불어, 종래와는 달리, 제2 송수신부(P1송수신부)(31)의 수신 신호를 처리하는 수신 필터(206')를 구비한다. 즉, 제1 및 제2경로의 송수신 신호의 주파수 대역이 동일하므로, 실질적으로 제1 듀플렉서(20)의 하드웨어적인 구조는 상기 도 1에 도시된 종래의 구조와 동일할 수 있으나, 수신 필터(206')가 제2 송수신부(31)와 연결되며, 제2 경로의 수신 신호를 필터링하는데 사용된다.
마찬가지로, 제2 듀플렉서(21)는 제2 송수신부(P1송수신부)(31)의 송신 신호를 처리하는 송신 필터(214)와, 제1 송수신부(30)의 수신 신호를 처하는 수신 필터(216')를 구비한다. 즉, 제2 듀플렉서(21)는 수신 필터(216')가 제1 송수신부(30)와 연결되며, 제1 경로의 수신 신호를 필터링하는데 사용된다.
제1 듀플렉서(20)는 제1경로에 대한 송신 신호를 처리하는 송신필터(204)와, 제2경로에 대한 수신 신호를 처리하는 수신필터(206')가 T-정션(T-junction)(202)을 이용하여 연결하는 구조를 가지며, 제2 듀플렉서(21)는 제2경로에 대한 송신 신호를 처리하는 송신필터(214)와, 제1경로에 대한 수신 신호를 처리하는 수신필터(216'가 T-정션(212)을 이용하여 연결하는 구조를 가진다.
상기한 구조에 의해, 제1 듀플렉서(20)의 제1경로의 송신필터(204)에서 송신된 신호는 제1 서큘레이터(40)를 거쳐 안테나 시스템(10)의 제1 안테나(100)로 제공되어 공중(air)으로 방사된다. 공중에서 제1경로의 수신 신호는 제1 안테나(101)에서 수신되어 제1 서큘레이터(40)를 거쳐 제2 서큘레이터(41)로 제공된 후, 제2 듀플렉서(21)의 제1경로의 수신필터(216')에 제공된다. 이때 제1 경로의 송신신호와 수신신호는 제1 듀플렉서(20) 및 제2 듀플렉서(21)에 의해 분리되어 완벽한 격리도를 갖게 된다.
마찬가지로, 제2 듀플렉서(21)의 제2경로의 송신필터(214)에서 송신된 신호는 제2 서큘레이터(41)를 거쳐 안테나 시스템(10)의 제2 안테나(101)로 제공되어 공중(air)으로 방사된다. 공중에서 제2경로의 수신 신호는 제2 안테나(101)로 수신되어 제2 서큘레이터(41)로 제공되고, 제2 서큘레이터(41)에서 제1 서큘레이터(40)로 제공된 후, 제1 듀플렉서(20)의 제1경로의 수신필터(206')로 제공된다. 이때 제2 경로의 송신신호와 수신신호는 제1 듀플렉서(20) 및 제2 듀플렉서(21)에 의해 분리되어 완벽한 격리도를 갖게 된다.
상기 도 2에 도시된 구조를 살펴보면, 본 발명에 따른 장치는 서큘레이터들(40, 41)의 방향성을 이용하여 2T2R(또는 동등 이상) MIMO 기지국에서 송신단과 수신단의 격리도를 증가시키는 구조임을 알 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 하나의 안테나 시스템(10)에서 제1 및 제2 안테나(100, 101)는 서로 90도로 직교되게 설치되어, 공중(air)으로 신호를 송수신할 때에, 안테나들(100, 101)간의 직교(orthogonal) 특성으로 인하여, 각 안테나들(100, 101)간의 송수신 신호는 통상 30dB 수준의 격리도를 얻게 된다.
이때, 예를 들어, 제2경로의 수신필터(206')는 T-정션(212)에 의해 제1경로의 송신필터(204)와 묶여 있기 때문에, 제1경로의 송신필터(204)의 격리 특성에 의해 격리도가 결정된다. 그런데, 제1경로의 송신 필터(204)와, 제2경로의 수신필터(206')은 각각 결과적으로 제1 안테나(100) 및 제2 안테나(101)와 연결되어 있으므로, 이 두 안테나들(100, 101)들의 직교 특성에 의해 약 30dB 수준의 격리도를 갖게 된다. 따리서 제1경로의 송신 신호와 제2 경로의 수신 신호는 각 송수신 필터들(204, 206')의 격리도에 추가로 안테나들(100, 101)의 격리도 30dB를 얻게 된다. 제2 경로의 송신 신호와 제1 경로의 수신 신호도 마찬가지로 해당 송수신 필터들(214, 216')의 격리도에 추가로 안테나들(100, 101)의 격리도를 얻게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 송신 신호 및 수신 신호간의 격리도가 듀플렉서의 고유의 격리도 외에도, 안테나들의 직교 특성에 의해 얻어지는 30dB 수준의 추가적인 송수신 신호 격리도를 얻게 된다. 이에 따라, 송신 신호 및 수신 신호간에 요구되는 격리도가 예를 들어 90dB일 경우에, 본 발명에서는 듀플렉서에서 60dB 수준의 격리도만 만족시키도록 구현하는 것이 가능하다. 이에 비해, 종래에는 듀플렉서만을 이용하여 90dB의 격리도를 만족시켜야 하므로, 듀플렉서의 구현시 구조 및 사이즈 측면에서 보다 큰 어려움이 있게 된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이동통신 시스템의 기지국 장치의 블록 구성도이다. 도 3에 도시된 제2 실시예에 따른 구조는 도 2에 도시된 제1 실시예의 구조와 대부분 동일하나, 제1 및 제2 듀플렉서(20, 21)에서 각각의 내부의 송신 필터 및 수신 필터의 신호를 분배 및 결합하는 구조에서 차이를 가진다.
상기 도 2에 도시된 제1 실시예에서는 예를 들어, 제1 듀플렉서(20)는 송신필터(204)와, 수신필터(206')가 T-정션(202)을 이용하여 연결하는 구조를 가짐에 비해, 도 3에 도시된 제2 실시예에서는 상기 T-정션(202) 대신에 제3 서큘레이터(203)를 사용한다. 보다 상세한 구성을 보면, 도 3에 도시된 제1 듀플렉서(20)에서, 제3 서큘레이터(203)는 1번 단자를 통해 송신 필터(204)와 연결되며, 2번 단자는 제1 서큘레이터(40)의 1번 단자와 연결되며, 3번 단자는 수신 필터(206')와 연결되도록 설치된다. 이때 제3 서큘레이터(203)의 1번 단자를 통해 입력된 신호는 2번 단자를 통해 출력되며, 2번 단자를 통해 입력된 신호는 3번 단자를 통해 출력된다.
마찬가지로, 제2 듀플렉서(21)에서는, 송신필터(214)와, 수신필터(216')가 제4 서큘레이터(205)를 사용하여 연결되는 구조를 가지는데, 제4 서큘레이터(205)는 1번 단자를 통해 송신 필터(214)와 연결되며, 2번 단자는 제2 서큘레이터(41)의 1번 단자와 연결되며, 3번 단자는 수신 필터(216')와 연결되도록 설치된다. 제4 서큘레이터(205)의 1번 단자를 통해 입력된 신호는 2번 단자를 통해 출력되며, 2번 단자를 통해 입력된 신호는 3번 단자를 통해 출력된다.
상기 도 3에 도시된 실시예에서는, 예를 들어 제1경로의 송신 신호와 제2 경로의 수신 신호는 제3 서큘레이터(203)를 지나면서 서큘레이터 고유의 격리도 약 20dB를 추가로 얻게 된다. 또한 이 신호는 안테나 시스템(10)의 분리도 30dB를 추가로 얻게 되어, 전체적으로 약 50dB의 분리도를 추가로 얻을 수 있게 된다. 마찬가지로, 제2경로의 송신 신호의 제1경로의 수신신호도 약 50dB의 분리도를 추가로 얻게 된다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이동통신 시스템의 기지국 장치의 블록 구성도이다. 도 4에 도시된 제3 실시예에 따른 구조는 도 2에 도시된 제1 실시예의 구조와 대부분 동일하나, 제2 듀플렉서(21) 대신에, 제1경로의 수신 필터(23)가 제2서큘레이터(41)의 1번 단자에 연결되는 구조에서 차이가 있다. 이러한 도 4에 도시된 구조는 도 2에 도시된 제1 실시예에 따른 구조와 비교하여 제2경로의 송신 신호의 처리에 관한 구성 및 동작을 가지지 않는다는 점을 제외하고 도 2에 도시된 제1 실시예의 구성 및 동작과 동일하다. 즉, 상기 도 2 및 도 3에 도시된 제1 및 제2 실시예의 구조는 2T2R MIMO 방식을 구현하기 위해 적용된 구조이나, 도 4에 도시된 구조는 1T2R MIMO 방식을 구현하기 위한 구조임을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이동통신 시스템의 기지국 장치의 블록 구성도이다. 도 5에 도시된 제4 실시예에 따른 구조는 실질적으로, 상기 도 4에 도시된 제3 실시예의 구조를 이중으로 채용한 구조이다. 즉, 도 5에 도시된 구조는 도 4에 도시된 1T2R MIMO 방식을 이중으로 구비하여 2T4R MIMO 방식을 구현하기 위한 구조임을 알 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예들에 대한 변형 예이다. 예를 들어, 도 2에 도시된 제1 실시예에서는, 제1 서큘레이터(20)의 방향성이 순방향(시계방향)이며, 제2서큘레이터(21)의 방향성이 역방향(반시계방향)인 것으로 도시되고 있다. 그런데, 실제 제품 구현시는 순방향인 두 서큘레이터의 조합으로 구현하는 것이 가능하다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 순방향인 서큘레이터(a, b)의 조합된 쌍은 전체적으로 4개의 신호 순환 전달 단자를 가지는 비가역 회로 구조(nonreciprocal circuit topology)를 가진다. 이러한 구조에서 도 6b에 도시된 바와 같이, 순방향 서큘레이터 쌍(40, 42)의 각 단자에 제1 듀플렉서(20), 제1 안테나(100), 제2 듀플렉서(21), 제2 안테나(101)를 연결하여, 상기 도 2 도시된 제1 실시예의 구조와 논리적으로 동일한 구조를 구현할 수 있게 된다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 신호 및 수신 신호간의 격리도 제공 장치가 구성될 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다.
예를 들어, 상기의 설명에서는 안테나 시스템(10)에서 두 안테나가 서로 직교하는 편파를 발생하도록 설치되므로 격리도를 얻는 것으로 설명하였으나, 이외에도 두 안테나는 서로 직교하지는 않으나, 공간적으로 적절한 거리를 가지도록 이격되게 설치되어 분리도를 확보하는 구조를 가지도록 구성될 수도 있다.
또한, 상기 도 2 및 도 3에 도시된 제1 및 제2 실시예에서는 2T2R MIMO 방식에 해당하는 구조를 개시하고 있으나, 이러한 구조를 이중(또는 그 이상의 다중)으로 사용하여 4T4R(또는 그 이상의) MIMO 방식을 구현하는 것도 가능하다.
또한, 상기 도 4 및 도 5에서 도시된 제3 및 제4 실시예에서는 듀플렉서들의 구조가 T-정션 구조를 이용하여 구현되는 것으로 도시되었으나, 이외에도 해당 듀플렉서들의 구조는 도 3과 같이 서큘레이터를 이용한 구조를 채용할 수도 있다.
이와 같이 본 발명의 다양한 변형 및 변경이 있을 수 있으며, 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 이동통신 시스템의 기지국 장치에 있어서,
    MIMO(Multi Input Multi Output) 경로 중 제1경로에 대한 신호를 송수신하는 제1 안테나와, MIMO 경로중 제2경로에 대한 신호를 송수신하는 제2 안테나를 구비하는 안테나 시스템과;
    상기 제1경로의 송신 신호를 처리하는 송신 필터와, 상기 제2경로의 수신 신호를 처리하는 수신 필터를 구비하는 제1 듀플렉서와;
    상기 제1경로의 수신 신호를 처리하는 수신 필터와, 상기 제2경로의 송신 신호를 처리하는 송신 필터를 구비하는 제2 듀플렉서와;
    상기 제1 듀플렉서에서 제공되는 송신 신호는 상기 제1 안테나로 제공하며, 상기 제1 안테나에서 제공되는 수신 신호는 상기 제2 듀플렉서로 제공하며, 상기 제2 듀플렉서에서 제공되는 송신 신호는 상기 제2 안테나로 제공하며, 상기 제2 안테나에서 제공되는 수신 신호는 상기 제1 듀플렉서로 제공하는 경로 변경부를 포함하며;
    상기 제1 듀플렉서 및 제2 듀플렉서는 내부 송수신 필터들을 서큘레이터를 이용하여 연결하는 구조를 가짐을 특징으로 하는 기지국 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경로 변경부는 제1 서큘레이터 및 제2 서큘레이터로 구성되며;
    상기 제1 서큘레이터에서 1번, 2번 및 3번 단자는 각각 상기 제1 듀플렉서, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 서큘레이터의 3번 단자와 연결되며, 상기 제1 서큘레이터에서 1번 단자를 통해 입력된 신호는 2번 단자를 통해 출력되며, 2번 단자를 통해 입력된 신호는 3번 단자를 통해 출력되며, 3번 단자를 통해 입력된 신호는 1번 단자를 통해 출력되며;
    상기 제2 서큘레이터에서 1번, 2번 및 3번 단자는 각각 상기 제2 듀플렉서, 상기 제2 안테나 및 상기 제1 서큘레이터의 3번 단자와 연결되며, 상기 제2 서큘레이터에서, 1번 단자를 통해 입력된 신호는 2번 단자를 통해 출력되며, 2번 단자를 통해 입력된 신호는 3번 단자를 통해 출력되며, 3번 단자를 통해 입력된 신호는 1번 단자를 통해 출력됨을 특징으로 하는 기지국 장치.
  3. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 안테나는 서로 직교하는 편파를 발생하게 설치됨을 특징으로 하는 기지국 장치.
  4. 이동통신 시스템의 기지국 장치에 있어서,
    MIMO(Multi Input Multi Output) 경로 중 제1경로에 대한 신호를 송수신하는 제1 안테나와, MIMO 경로중 제2경로에 대한 신호를 수신하는 제2 안테나를 구비하는 안테나 시스템과;
    상기 제1경로의 송신 신호를 처리하는 송신 필터와, 상기 제2경로의 수신 신호를 처리하는 수신 필터를 구비하는 듀플렉서와;
    상기 제1경로의 수신 신호를 처리하는 수신 필터와;
    상기 듀플렉서에서 제공되는 송신 신호는 상기 제1 안테나로 제공하며, 상기 제1 안테나에서 제공되는 수신 신호는 상기 수신 필터로 제공하며, 상기 제2 안테나에서 제공되는 수신 신호는 상기 듀플렉서로 제공하는 경로 변경부를 포함하며;
    상기 제1 듀플렉서는 내부 송수신 필터들을 서큘레이터를 이용하여 연결하는 구조를 가짐을 특징으로 하는 기지국 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 경로 변경부는 제1 서큘레이터 및 제2 서큘레이터로 구성되며;
    상기 제1 서큘레이터에서 1번, 2번 및 3번 단자는 각각 상기 듀플렉서, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 서큘레이터의 3번 단자와 연결되며, 상기 제1 서큘레이터에서 1번 단자를 통해 입력된 신호는 2번 단자를 통해 출력되며, 2번 단자를 통해 입력된 신호는 3번 단자를 통해 출력되며, 3번 단자를 통해 입력된 신호는 1번 단자를 통해 출력되며;
    상기 제2 서큘레이터에서 1번, 2번 및 3번 단자는 각각 상기 수신 필터, 상기 제2 안테나 및 상기 제1 서큘레이터의 3번 단자와 연결되며, 상기 제2 서큘레이터에서, 1번 단자를 통해 입력된 신호는 2번 단자를 통해 출력되며, 2번 단자를 통해 입력된 신호는 3번 단자를 통해 출력되며, 3번 단자를 통해 입력된 신호는 1번 단자를 통해 출력됨을 특징으로 하는 기지국 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 안테나는 서로 직교하는 편파를 발생하게 설치됨을 특징으로 하는 기지국 장치.
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