WO2020096367A1 - 반이중 무선 중계 장치 및 방법 - Google Patents

반이중 무선 중계 장치 및 방법 Download PDF

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WO2020096367A1
WO2020096367A1 PCT/KR2019/015049 KR2019015049W WO2020096367A1 WO 2020096367 A1 WO2020096367 A1 WO 2020096367A1 KR 2019015049 W KR2019015049 W KR 2019015049W WO 2020096367 A1 WO2020096367 A1 WO 2020096367A1
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digital signal
unit
analog signal
duplex wireless
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PCT/KR2019/015049
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Inventor
김병철
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주식회사 랜컴테크놀로지
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    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/155—Ground-based stations
    • H04B7/15528—Control of operation parameters of a relay station to exploit the physical medium
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits
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    • H04B7/15507—Relay station based processing for cell extension or control of coverage area

Definitions

  • the present invention relates to a half-duplex wireless relay device and method, and more particularly, to a half-duplex wireless relay device and method for relaying communication devices using a half-duplex wireless communication method such as a radio.
  • a wireless relay device is a device used for resolving a shaded area in an area where communication is required, and facilitates communication between a base station and a terminal (mobile station) or between a terminal and a terminal.
  • a base station and a terminal (mobile station) or between a terminal and a terminal.
  • many relay devices have been developed and used to solve the shaded area of the mobile communication service area, and the technology has also made remarkable development.
  • the radio a traditional wireless communication means
  • the radio is still being used as an essential communication means in various industrial sites.
  • the development and use of relay devices for radio or broadcast services using half-duplex communication are relatively weak compared to mobile communication.
  • Prior art related to a half-duplex wireless relay device includes Korean Registered Patent No. 10-1097406 (a wireless relay device and method for single-frequency short-distance communication), Korean Registered Patent No. 10-1736244 (Emergency Disaster Communication System), and the like.
  • first signal processing unit transmission / reception circuitry
  • second signal processing unit transmission / reception circuitry
  • the prior art is a method of passing the entire band supported by the radios of various uses (for example, the 40 MHz band of 420 MHz to 460 MHz), the frequencies of channels that are not actually used are also passed through, thus leading to optimal performance. There was a problem that could not be.
  • the prior art uses an analog-type bandpass filter, so it is difficult to implement a high-precision filter. If the precision is increased, the complexity of the circuit becomes higher, thereby limiting the filter performance that can be realistically implemented.
  • the present invention was devised to solve the problems as described above, and an object of the present invention is to provide a half-duplex wireless relay apparatus and method for selectively amplifying by passing only the frequency of a channel actually used among half-duplex wireless communication frequencies.
  • Another object of the present invention is to provide a half-duplex wireless relay apparatus and method for converting an analog signal received from an antenna into a digital signal, then selectively filtering the digital signal and upscaling to a predetermined level.
  • Another object of the present invention is to provide a half-duplex wireless relay apparatus and method for converting an analog signal received from an antenna into a digital signal and detecting whether there is a signal to relay for the digital signal.
  • Another object of the present invention is to provide a half-duplex wireless relay apparatus and method for converting an analog signal received from an antenna into a digital signal, and then transmitting the digital signal after delaying for a preset delay time.
  • a half-duplex wireless relay device includes: a receiving circuit unit for receiving an analog signal through a first antenna; An AD converter converting the received analog signal into a digital signal; A channel selector configured to filter at least one channel frequency pre-selected for the converted digital signal; A DA converter converting the filtered digital signal into an analog signal; And it characterized in that it comprises a transmission circuit for transmitting the converted analog signal through a second antenna.
  • the antenna switching unit for setting a transmission path or a reception path for each of a plurality of antennas; A receiving circuit unit receiving an analog signal transmitted from the antenna switching unit; An AD converter converting the received analog signal into a digital signal; A channel selector configured to filter at least one channel frequency pre-selected for the converted digital signal; A DA converter converting the filtered digital signal into an analog signal; A transmitting circuit unit transmitting the converted analog signal to the antenna switching unit; And a control unit for controlling the antenna switching unit to set a reception path for any of the plurality of antennas receiving a signal and to set a transmission path for the remaining antennas not receiving the signal among the plurality of antennas. It is characterized by.
  • the half-duplex wireless relay device further detects whether there is a signal to be relayed from a digital signal output from at least one of the AD converter and the channel selector, and a signal detector for transmitting a signal detection result to the controller.
  • a signal detector for transmitting a signal detection result to the controller.
  • the half-duplex wireless repeater further includes a signal delay unit for delaying the digital signal output from the channel selector for a predetermined delay time and transmitting it to the DA converter.
  • the channel selector comprises: a digital filter for filtering at least one channel frequency pre-selected for the converted digital signal; And a scaler upscaling the filtered digital signal to a predetermined level.
  • a half-duplex wireless relay method receiving an analog signal through a first antenna; Converting the received analog signal to a digital signal; Filtering at least one channel frequency pre-selected for the converted digital signal; Converting the filtered digital signal to an analog signal; And transmitting the converted analog signal through a second antenna.
  • a half-duplex wireless relay method includes the steps of receiving an analog signal through an arbitrary antenna among a plurality of antennas; Converting the received analog signal to a digital signal; Filtering at least one channel frequency pre-selected for the converted digital signal; Converting the filtered digital signal to an analog signal; And transmitting the converted analog signal through the remaining antennas among the plurality of antennas.
  • the filtering may include filtering at least one channel frequency pre-selected for the converted digital signal; And upscaling the filtered digital signal to a predetermined level.
  • the signal-to-noise ratio is improved due to bandwidth reduction, and as a result, the signal quality is improved.
  • the digital signal since the analog signal received from the antenna is converted to a digital signal, the digital signal is selectively filtered and upscaled to a preset level, so it is easy even when the frequency band of the channel to be relayed is dispersed. In addition, it has the effect of improving the performance of the transmitting circuit unit as well as the reception performance of the radio by extending the dynamic range of the signal to be relayed.
  • the analog signal received from the antenna is converted into a digital signal and then detects whether there is a signal to relay to the digital signal, a signal-to-noise ratio using a digital multi-band filter or the like ( SNR) to reduce the probability of false positives and increase the probability of detection.
  • SNR digital multi-band filter
  • the analog signal received from the antenna is converted into a digital signal and then delayed for a predetermined delay time for the digital signal and then transmitted, when the correct transmission / reception path is set for a plurality of antenna It has the effect of delaying the transmission until the loss of the signal to be relayed.
  • FIG. 1 is a block diagram of a half-duplex wireless relay device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a channel selector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a half-duplex wireless relay device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of a signal detection unit according to an embodiment of the present invention.
  • ROC curve Receiveiver Operating Characteristic Curve
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a signal detection unit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a method of detecting a signal using a plurality of narrowband filters.
  • ROC curve Receiveiver Operating Characteristic Curve
  • FIG. 9 is a block diagram of a half-duplex wireless relay device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of a half-duplex wireless relay device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • Bandwidth per channel of a typical radio is about 5 kHz, 6.5 KHz, and 12.5 kHz, and these channels are set at a bandwidth interval of 10 MHz to 70 MHz (or more) at a bandwidth per channel.
  • a frequency of 440 MHz to 450 MHz is used for half-duplex wireless communication, and a bandwidth of 12.5 kHz per channel is allocated for a frequency bandwidth of 10 MHz, so that a total of 800 channels can be used.
  • half-duplex wireless communication channels are usually determined by the subject (eg, government office, enterprise, hospital) for each channel (frequency) according to the business and use, and approved channels (frequency) for use in the field of government offices, enterprises, hospitals, etc. Select one or more channels (frequency) from among them to perform half-duplex wireless communication. Accordingly, walkie-talkies used in each field are mainly manufactured to use only a limited number of channels (frequency) of about 5 to 30. As a result, half-duplex wireless repeaters that relay these walkie-talkies are also used in practice. It should be implemented so that only a few channels (frequency) can be relayed.
  • a half-duplex wireless relay device in order to be applied to and used in various sites other than a specific site in which a use channel is designated, a half-duplex wireless relay device must be capable of relaying signals of radios having various uses (ie, radios having different use channels). Therefore, most of the half-duplex wireless relay devices including the above-described prior art are implemented in such a way that the entire frequency band for half-duplex wireless communication or the entire band supported by the radios of various uses (for example, the 40 MHz band of 420 MHz to 460 MHz) is passed.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a half-duplex wireless relay device according to a first embodiment of the present invention.
  • the half-duplex wireless relay device 100 includes an antenna switching unit 110, a receiving circuit unit 120, an AD conversion unit 130, and a signal detection unit 140, It includes a control unit 150, a channel selection unit 160, a DA conversion unit 180, a transmission circuit unit 190, and the like.
  • the antenna switching unit 110 is connected to the plurality of antennas 101 and 102, and when a signal is received through an arbitrary antenna among the plurality of antennas, it is transmitted to the receiving circuit unit 120, and then through filtering, amplification, etc.
  • the signal output from the transmission circuit unit 190 is transmitted to the remaining antennas among the plurality of antennas.
  • the antenna switching unit 110 is composed of a switch (switch), etc., when a signal is received from the first antenna 101, it is transmitted to the receiving circuit unit 120 and output from the transmitting circuit unit 190 The signal is transmitted to the second antenna 102, and when a signal is received from the second antenna 102, it is transmitted to the receiving circuit unit 120 and the signal output from the transmitting circuit unit 190 is transmitted to the first antenna 101.
  • a switch switch
  • FIG. 1 a form having two antennas 101 and 102 is illustrated, but a form having three or more antennas is also possible.
  • the receiving circuit unit 120 removes components unnecessary for analog to digital (AD) conversion on the signal transmitted from the antenna switching unit 110 and amplifies to a size suitable for AD conversion.
  • the receiving circuit unit 120 is composed of a band pass filter (BPF), a low noise amplifier (LNA), a variable gain amplifier (VGA), an antenna switching unit 110, and the like.
  • BPF band pass filter
  • LNA low noise amplifier
  • VGA variable gain amplifier
  • an antenna switching unit 110 and the like.
  • For analog signals transmitted from only the entire band (e.g., 40 MHz band of 420 MHz to 460 MHz) or only a portion of the band (e.g., 10 MHz band of 440 MHz to 450 MHz) supported by the radio for various purposes is passed (filtered) to AD conversion. Remove unnecessary components and amplify to the appropriate size for AD conversion.
  • the receiving circuit unit 120 amplifies the filtered analog signal to an appropriate size for AD conversion after transitioning to an intermediate frequency (IF) or a baseband if necessary.
  • the AD conversion unit 130 converts the analog signal output from the reception circuit unit 130 into a digital signal.
  • the AD converter 130 is composed of a sampler, a quantizer, and the like, and samples the analog signal transmitted from the receiving circuit 130 while maintaining the phase and amplitude as it is. Quantization is performed to generate a digital signal.
  • the signal detection unit 140 determines whether there is a signal (radio signal) to be relayed from the digital signal output from the AD conversion unit 130, and transmits the result (signal detection result) to the control unit 150.
  • the signal detector 140 is composed of a magnitude calculator, a comparator, and the like, and calculates the magnitude of the digital signal output from the AD converter 130 and compares the signal with a preset threshold.
  • the detection result eg, H (1) when the radio signal is detected, L (0) when the radio signal is not detected
  • the control unit 150 determines the presence or absence of the radio signal based on the signal detection result transmitted from the signal detection unit 140, and if there is a radio signal, sets a reception path for the antenna currently receiving the radio signal and determines the radio signal.
  • the antenna switching unit 110 is controlled to set a transmission path for other antennas. For example, the control unit 150 controls the antenna switching unit 110 so that the plurality of antennas 101 and 102 are sequentially connected to the reception circuit unit 120 in the standby state, and then detects the signal of the signal detection unit 140. When the radio signal detection is confirmed from the result, the current connection state of the antenna switching unit 110 is maintained, so that the radio signal is continuously received through the antenna connected to the current reception circuit unit 120 and controlled to be transmitted through the remaining antennas.
  • the control unit 150 controls the antenna switching unit 110 so that all antennas 101 and 102 are connected to the reception circuit unit 120 in a standby state, and then walks through the radio signal from the signal detection result of the signal detection unit 140.
  • the antenna switching unit 110 is controlled so that a plurality of antennas 101 and 102 are sequentially connected to the reception circuit unit 120 to detect an antenna currently receiving a signal, and reception of any antenna If it is detected, the connection state is maintained, and the radio signal is continuously received through the antenna connected to the current reception circuit unit 120 and controlled to be transmitted through the remaining antenna.
  • the channel selector 160 filters at least one channel frequency pre-selected for the digital signal output from the AD converter 130.
  • the detailed functions and features of the channel selector 160 according to the present invention will be described in detail below.
  • the DA converter 180 converts the digital signal output from the channel selector 160 into an analog signal.
  • the DA converter 180 is composed of a resistor, an operational amplifier, and the like, and generates an analog signal corresponding to the digital signal output from the channel selector 160.
  • the transmission circuit unit 190 removes unnecessary components for the analog signal output from the DA conversion unit 180 and then amplifies the power and transmits it to the antenna conversion unit 190.
  • the transmission circuit unit 190 is composed of a band pass filter, a power amplifier, and the like, and removes unnecessary components for the analog signal output from the DA converter 180, and then amplifies the power to be transmitted by the antenna. Then, it is transferred to the antenna switching unit 190.
  • the transmitting circuit unit 190 if the frequency is shifted from the receiving circuit 120 or the output frequency of the DA converter 180 is different from the frequency to be transmitted, the frequency is shifted to the actual frequency to be transmitted.
  • FIG. 2 is a block diagram of a channel selector according to an embodiment of the present invention.
  • the channel selector 160 includes a digital filter 162, a scaler 164, and the like.
  • the digital filter 162 selects and filters only a pre-selected channel frequency (eg, a channel frequency actually used in the field) for the digital signal output from the AD converter 130. Then, the scaler 164 up-scaling the digital signal filtered by the digital filter 162 to a predetermined level.
  • a pre-selected channel frequency eg, a channel frequency actually used in the field
  • the digital filter 162 If the channel of the selection unit 160 to only relay r 1 (t) component, the digital filter 162 is passed through a 1 r (mT) and mainly components r 2 (mT) component is suppressed.
  • the digital filter 162 can adjust the amplification of the passband signal and the suppression degree for the signal outside the passband. By suppressing r 2 (mT), the maximum size is ⁇ ( ⁇ ⁇
  • the maximum size of the output signal of the digital filter 162 has a smaller size than the input signal.
  • the maximum amplitude of r 1 (t) is 0.5 Vp (Vp is the peak value)
  • the maximum amplitude of r 2 (t) is 0.5 Vp
  • the maximum input range of the 16-bit AD converter is -1.0 V to 1.0 V.
  • the conversion factor (that is, the conversion result value when AD conversion of 1.0V input) is 2 15 -1
  • the input range of the 16-bit DA converter is -2 15 ⁇ 2 15 -1
  • the resulting output range is -1.0V ⁇
  • the maximum values of the inputs and outputs of the digital filter 162 are as shown in Equations 3 and 4, respectively.
  • Equations 3 and 4 Means the maximum integer not exceeding k.
  • the scaler 164 up-scaling the output of the digital filter 162 to a predetermined level. For example, as described above, in the case of a 16-bit DA converter having an input range of -2 15 to 2 15 -1, the scaler 164 sets
  • max ( 16547) to
  • max. Upscaled by 1.9802 times to ( 2 15 -1) level, the dynamic range of the digital signal transmitted to the DA converter 180 is enlarged.
  • the r 1 (t) component can be output only 0.5 Vp due to the dynamic range limitation of the DA converter.
  • the present invention provides a 1.9802 signal output to be relayed by using the channel selector 160. Upscaling times the r 1 (t) component to 0.9901V ( ).
  • the advantage that the dynamic range is expanded affects the transmission circuit section 190 that processes the output of the DA converter 180 to the receiver section of the radio, thereby improving performance.
  • the signal that has passed through the channel selector 160 according to the present invention improves signal quality by also improving the signal-to-noise ratio (SNR), which will be briefly described.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • SNR signal-to-noise ratio
  • the power of the thermal noise component is proportional to the bandwidth, if the power density of the thermal noise is N 0 , the bandwidth of the reception circuit 120 is B R , and the output noise density of the reception circuit 120 is P NR , P NR is Equation 6 below. Same as
  • the noise power P NS of the channel selected signal is expressed by Equation 7 below.
  • P NS B S ⁇ N 0 ⁇ P NR
  • the signal-to-noise ratio is improved by B R / B S in inverse proportion to the bandwidth before and after channel selection.
  • the improvement of the signal-to-noise ratio may not only improve the quality of the signal, but also improve the detection performance of the signal detector as described below.
  • FIG. 3 is a block diagram of a half-duplex wireless relay device according to a second embodiment of the present invention.
  • the half-duplex wireless relay device 200 includes an antenna switching unit 210, a receiving circuit unit 220, an AD conversion unit 230, and a signal detection unit 240, It includes a control unit 250, a channel selection unit 260, a DA conversion unit 280, a transmission circuit unit 290, and the like.
  • the half-duplex wireless relay device 200 according to the second embodiment of the present invention shows a difference in the digital signal input to the signal detector compared to the half-duplex wireless relay device 100 according to the first embodiment described above, and the remaining components It is substantially the same or similar. Therefore, hereinafter, the features or differences of the second embodiment will be mainly described in comparison with the first embodiment, and the first embodiment may be referred to for the rest.
  • the signal detector 240 determines whether there is a signal (radio signal) to be relayed from the digital signal output from the channel selector 260, and determines the result (signal detection result). It transmits to the control unit 250.
  • the channel selector 260 selects and filters only the channel frequency to be actually relayed to the digital signal output from the AD converter 230 and upscales it to a preset level. Accordingly, the radio signal that has passed through the channel selector 260 has a wider dynamic range and a better signal-to-noise ratio than before, thereby improving signal quality.
  • the signal detection unit 240 determines whether there is a signal (radio signal) to be relayed from the digital signal output from the channel selection unit 260, when detecting from the digital signal output from the AD converter 230 The detection performance is improved.
  • the signal represents the input signal of the detection unit 240 to x (mT)
  • x (mT) is a carrier wave, such as to formula 9 (when the frequency shift from or the reception circuit is an intermediate frequency) demodulation to ⁇ C It becomes the sum of the signal component s (mT) and the noise component n (mT).
  • x (mT) is a real number modulated by a carrier wave or an intermediate frequency, as shown in Equation 10 below, it is complex demodulated to a complex number consisting of a real part z r (mT) and an imaginary part z i (mT) in the baseband.
  • z c (mT) is a real number modulated by a carrier wave or an intermediate frequency
  • s r (mT), s i (mT), n r (mT), and n i (mT) are real parts of the signal components, imaginary parts of the signal components, and real noise components of the complex z c (mT), respectively. Negative and imaginary parts of the noise component.
  • E ⁇ means an expected value.
  • the real and imaginary parts of the thermal noise are mutually independent, random variables having a complex Gaussian distribution with P N as a variance and an average of 0.
  • the signal detector 240 may be implemented in various forms, and FIGS. 4 and 6 illustrate the configuration of the signal detector 240 according to the present invention.
  • FIG. 4 is an embodiment of the signal detection unit 240 according to the present invention, and is composed of a size calculator 244 ', a comparator 246', and the like, and compares the size of an input signal sample with a threshold value and a threshold value. If it is high, it indicates a signal detection unit 240 'that determines that a signal has been detected.
  • the magnitude calculator 244 ' calculates the magnitude of a signal input to the signal detector 240', and the magnitude ⁇ of the input signal can be calculated as in Equation 13 below.
  • the thermal noise power P N may use an actual value, but the bandwidth of the channel selector 260, the noise figure (NF) of the receiving circuit 220, and the input from the receiving circuit 220 to the AD converter 230 The amplification degree and the conversion factor of the AD converter 230 may be used to calculate.
  • the comparator 246 ' is a threshold value determined according to a predetermined Probability of False Alarm P FA and Probability of Detection P D of the magnitude ⁇ of the input signal calculated by the magnitude calculator 244'.
  • the presence or absence of a radio signal is determined by comparing with (threshold) ⁇ , and the result (signal detection result) is transmitted to the control unit 250.
  • the hypothesis that determines that H 1 is a signal the hypothesis that determines that H 0 is not a signal, and when the threshold is ⁇ , the hypothesis test can be expressed as in Equation 14 below. .
  • test statistics ⁇ is a random variable having a Rician Distribution.
  • CDF cumulative distribution function
  • CDF ⁇ 1-Q 1 ( ⁇ , ⁇ )
  • Q 1 ( ⁇ , ⁇ ) is a Marcum-Q function.
  • CCD complementary cumulative distribution function
  • the channel selection unit 260 when the output of the reception circuit unit 220 having a bandwidth of 40 MHz and an SNR of 0 dB is input to the channel selection unit 260, the channel selection unit 260 outputs When the total bandwidth of each is 20MHz, 10MHz, 5MHz, 2.5MHz, the SNR of the output of the channel selector 260 is improved to 3dB, 6dB, 9dB, 12dB, respectively.
  • the obtained ROC curve Receiveiver Operating Characteristic Curve
  • Figure 6 is another embodiment of the signal detection unit 240 according to the present invention, showing a signal detection unit 240 "using a plurality of narrowband filters.
  • Figure 7 is a signal detection unit 240" ) Shows how to detect signals using multiple narrowband filters.
  • the signal detector 240 “includes a plurality of (N) narrowband filters 242" -1 to 242 "-N, and a plurality of size calculators 244" -1 to 244 "-N), a plurality of comparators 246" -1 to 246 "-N), a determiner 248", and the like.
  • Narrowband filter (242 "-1 to 242" -N) is a filter in which the pass bandwidth is narrower than the bandwidth of the input signal, and it is desirable that the bandwidth is implemented as an integer multiple of the channel frequency interval of the radio, but must be It is not limited.
  • N outputs through each narrowband filter (242 "-1 to 242" -N) are input to a size calculator (244 “-1 to 244" -N) to calculate the size, and each size is calculated.
  • the outputs of the groups 244 "-1 to 244" -N are input to the comparators 246 “-1 to 246" -N, respectively, and compared with a preset threshold. Then, the result (detection result) of each comparator 246 “-1 to 246" -N is input to the determinator 248 ", and the determinator 248" is N comparators 246 "-1 to 246 If any of the detection results of "-N) is determined to have a signal, it is determined that the signal has been detected (see FIG. 7D).
  • the channel bandwidth selected by the channel selector 260 is reduced to 1 / N from each narrowband filter 242" -1 to 242 "-N again, so each narrowband filter 242" -1 ⁇ 242 "-N)
  • the probability of detection P D and the probability of false detection P FA are represented by ROC curves, as shown in FIG. 8.
  • the signal detection unit using a plurality of narrowband filters may also be applied to the first embodiment of the present invention.
  • the signal detection unit 140 may apply a plurality of narrowband filters to the output signal of the AD converter 130. Use to detect the signal.
  • the signal detection unit 140 when a signal is detected in a channel that passes any narrowband filter among a plurality of narrowband filters, the channel to pass the narrowband filter, or a channel to pass only a portion of the band including the channel It may be implemented to control the selection unit 160, for example, to automatically set the selection channel of the channel selection unit 160.
  • FIG. 9 is a block diagram of a half-duplex wireless relay device according to a third embodiment of the present invention.
  • the half-duplex wireless relay device 300 includes an antenna switching unit 310, a receiving circuit unit 320, an AD conversion unit 330, a signal detection unit 340, It includes a control unit 350, a channel selection unit 360, a signal delay unit 370, a DA conversion unit 380, a transmission circuit unit 390, and the like.
  • the half-duplex wireless relay device 300 according to the third embodiment of the present invention has a signal delay part provided between the channel selector and the DA converter compared to the half-duplex wireless relay device 100 according to the first embodiment described above. And the rest of the components are substantially the same or similar. Therefore, hereinafter, the features or differences of the third embodiment will be mainly described in comparison with the first embodiment, and the first embodiment may be referred to for the rest.
  • the signal delay unit 370 is provided between the channel selection unit 360 and the DA conversion unit 380 to output the digital signal output from the channel selection unit 360 for a preset delay time. After delaying, it is transmitted to the DA converter 380.
  • the signal delay unit 370 is composed of a memory or the like and temporarily stores a digital signal (digital data) transmitted from the channel selection unit 360 for a predetermined delay time, and then transmits it to the DA conversion unit 380.
  • the delay time in the signal delay unit 370 is the signal detection unit 340, the output signal of the AD conversion unit 330 is input to the control unit 350 by the radio signal detection, the antenna switching unit 310 It is preferable that the time required to control the state of is set to a time minus the processing time of the channel selector 360. Therefore, if the processing time of the channel processing unit 360 is sufficiently long, the signal delay unit 370 is omitted and implemented as in the first embodiment.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of a half-duplex wireless relay device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the half-duplex wireless relay device 400 includes an antenna switching unit 410, a receiving circuit unit 420, an AD conversion unit 430, and a signal detection unit 440, It includes a control unit 450, a channel selection unit 460, a signal delay unit 470, a DA conversion unit 480, a transmission circuit unit 490, and the like.
  • the half-duplex wireless relay device 400 according to the fourth embodiment of the present invention is provided with a signal delay part between the channel selector and the DA converter compared to the half-duplex wireless relay device 200 according to the second embodiment described above. And the rest of the components are substantially the same or similar. Therefore, hereinafter, the features or differences of the fourth embodiment will be mainly described in comparison with the second embodiment, and the second embodiment may be referred to for the rest.
  • the signal delay unit 470 is provided between the channel selection unit 460 and the DA conversion unit 480 to transmit the digital signal output from the channel selection unit 460 for a preset delay time. After delaying, it is transmitted to the DA converter 480.
  • the signal delay unit 470 is composed of a memory or the like and temporarily stores the digital signal (digital data) transmitted from the channel selection unit 460 for a predetermined delay time, and then transmits it to the DA conversion unit 480.
  • the delay time in the signal delay unit 470 is the signal detection unit 440, the output signal of the channel selection unit 460 is input, and then the control unit 450 detects the radio signal and the antenna switching unit 410 It is preferably set to the time it takes to control the state of.
  • transmission is delayed until a correct transmission / reception path is set for a plurality of antennas, so that relaying is performed without waveforms and / or information lost in the received signal. It is especially useful for digital type radios that transmit information in blocks.
  • a plurality of antennas are connected to the antenna switching unit, and after the control unit controls the connection state of the antenna switching unit, the receiving circuit unit, the AD converter unit, the channel selector unit, and the DA converter unit.
  • a form of relaying a radio signal through a transmission circuit or the like was exemplified.
  • a path for relaying from a first antenna to a second antenna and a path for relaying from a second antenna to a first antenna are separated. It can also be implemented in the form of a receiving circuit, an AD converter, a channel selector, a DA converter, and a transmitter circuit.

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Abstract

본 발명은 반이중 무선 중계 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반이중 무선 중계 장치는, 제1 안테나를 통해 아날로그 신호를 수신하는 수신 회로부; 상기 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부; 상기 변환된 디지털 신호에 대해 기 선택된 적어도 하나의 채널 주파수를 필터링하는 채널 선택부; 상기 필터링된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DA 변환부; 및 상기 변환된 아날로그 신호를 제2 안테나를 통해 송신하는 송신 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반이중 무선 중계 장치 및 방법
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. 그리고, 각각의 신호 처리부(송수신 회로부)는 아날로그 방식의 대역통과필터(BPF; Band Pass Filter)를 이용하여 지정된 주파수 대역을 포함하여 다양한 용도의 무전기가 지원하는 대역 전체를 통과(필터링)시킨 후 신호 증폭, 전력 증폭 등을 수행한다.
하지만, 종래기술은 다양한 용도의 무전기가 지원하는 대역(예컨대, 420MHz ~ 460MHz의 40MHz 대역) 전체를 통과시키는 방식이기 때문에 실제 사용하지 않는 채널의 주파수도 함께 통과시키게 되며, 따라서 최적의 성능을 이끌어 낼 수 없는 문제점이 있었다. 또한, 종래기술은 아날로그 방식의 대역통과필터를 사용하기 때문에 정밀도가 높은 필터를 구현하기 어려우며, 만약 정밀도를 높일 경우에는 회로의 복잡도가 더욱 높아지기 때문에 현실적으로 구현할 수 있는 필터 성능에는 한계가 있었다.
[특허문헌]
한국 등록특허공보 제10-1097406호
한국 등록특허공보 제10-1736244호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 반이중 무선 통신용 주파수 중 실제 사용하는 채널의 주파수만을 선택적으로 통과시켜 증폭시키는 반이중 무선 중계 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 안테나로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후 디지털 신호에 대해 선택적으로 필터링하고 기 설정된 레벨로 업스케일링하는 반이중 무선 중계 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 안테나로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후 디지털 신호에 대해 중계할 신호가 있는지 여부를 탐지하는 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.
상기 목적을 위하여, 본 발명의 일 형태에 따른 반이중 무선 중계 장치는, 제1 안테나를 통해 아날로그 신호를 수신하는 수신 회로부; 상기 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부; 상기 변환된 디지털 신호에 대해 기 선택된 적어도 하나의 채널 주파수를 필터링하는 채널 선택부; 상기 필터링된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DA 변환부; 및 상기 변환된 아날로그 신호를 제2 안테나를 통해 송신하는 송신 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 다른 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 신호에 대해 기 선택된 적어도 하나의 채널 주파수를 필터링하는 채널 선택부; 상기 필터링된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DA 변환부; 상기 변환된 아날로그 신호를 상기 안테나 전환부로 전송하는 송신 회로부; 및 상기 복수개의 안테나 중 신호를 수신하는 임의의 안테나에 대해 수신 경로를 설정하고 상기 복수개의 안테나 중 신호를 수신하지 않는 나머지 안테나에 대해 송신 경로를 설정하도록, 상기 안테나 전환부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 반이중 무선 중계 장치는 상기 AD 변환부 및 상기 채널 선택부 중 적어도 하나로부터 출력되는 디지털 신호로부터 중계할 신호가 있는지 여부를 탐지하고 신호탐지결과를 상기 제어부로 전송하는 신호 탐지부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 반이중 무선 중계 장치는 상기 채널 선택부에서 출력된 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시킨 후 상기 DA 변환부로 전송하는 신호 지연부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 채널 선택부는, 상기 변환된 디지털 신호에 대해 기 선택된 적어도 하나의 채널 주파수를 필터링하는 디지털 필터; 및 상기 필터링된 디지털 신호를 기 설정된 레벨로 업스케일링하는 스케일러를 포함한다.
한편, 본 발명의 일 형태에 따른 반이중 무선 중계 방법은, 제1 안테나를 통해 아날로그 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 변환된 디지털 신호에 대해 기 선택된 적어도 하나의 채널 주파수를 필터링하는 단계; 상기 필터링된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및 상기 변환된 아날로그 신호를 제2 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 다른 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 신호에 대해 기 선택된 적어도 하나의 채널 주파수를 필터링하는 단계; 상기 필터링된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및 상기 변환된 아날로그 신호를 상기 복수개의 안테나 중 나머지 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 필터링하는 단계는, 상기 변환된 디지털 신호에 대해 기 선택된 적어도 하나의 채널 주파수를 필터링하는 과정; 및 상기 필터링된 디지털 신호를 기 설정된 레벨로 업스케일링하는 과정을 포함한다.
본 발명에 따르면, 반이중 무선 통신용 주파수 중 실제 사용하는 채널의 주파수만을 선택적으로 통과시켜 증폭시키기 때문에, 대역폭 감소로 인해 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시키고 그 결과 신호 품질을 향상시키는 효과를 가진다.
그리고, 본 발명에 따르면, 안테나로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후 디지털 신호에 대해 선택적으로 필터링하고 기 설정된 레벨로 업스케일링하기 때문에, 중계할 채널의 주파수 대역이 분산되어 있는 경우에도 용이하게 필터링할 수 있으며 또한 중계할 신호의 동적영역을 확장시켜 송신 회로부의 성능은 물론 무전기의 수신 성능도 향상시키는 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 따르면, 안테나로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후 디지털 신호에 대해 중계할 신호가 있는지 여부를 탐지하기 때문에, 디지털 방식의 다중 협대역 필터 등을 사용하여 신호 대 잡음비(SNR)를 높여 오탐지확률을 줄이고 탐지확률을 높일 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 따르면, 안테나로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후 디지털 신호에 대해 기 설정된 지연시간동안 지연시킨 후 송신하기 때문에, 복수개의 안테나에 대해 올바른 송/수신 경로가 설정될 때까지 송신을 지연시켜 중계할 신호의 소실을 방지하는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 선택부의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 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 제3 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 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.
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, 전술한 바와 같이, 종래기술에 따른 반이중 무선 중계 장치는 최적의 성능을 이끌어 낼 수 없었으며 또한 아날로그 대역통과필터의 한계로 인하여 높은 정밀도를 구현하기도 어려웠다.
이하에서는 도 1 내지 도 10을 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), 채널 선택부(160), 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, 도 1의 경우, 안테나 전환부(110)는 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 증폭한다. 예컨대, 수신 회로부(120)는 대역통과필터(BPF; Band Pass Filter), 저잡음 증폭기(LNA; Low Noise Amplifier), 가변이득증폭기(VGA; Variable Gain Amplifier) 등으로 구성되어, 안테나 전환부(110)로부터 전송되는 아날로그 신호에 대해 다양한 용도의 무전기가 지원하는 대역 전체(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.
AD 변환부(130)는 수신 회로부(130)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 예컨대, AD 변환부(130)는 표본화기(sampler), 양자화기(quantizer) 등으로 구성되어, 수신 회로부(130)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. 예컨대, 신호 탐지부(140)는 크기 산출기(magnitude calculator), 비교기(comparator) 등으로 구성되어, AD 변환부(130)에서 출력되는 디지털 신호의 크기를 산출하고 이를 기 설정된 임계치와 비교하여 신호탐지결과(예컨대, 무전기 신호가 탐지된 경우 H(1), 무전기 신호가 탐지되지 않은 경우 L(0))를 제어부(150)로 전송한다.
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)가 순차적으로 수신 회로부(120)와 연결되도록 안테나 전환부(110)를 제어하고 있다가, 신호 탐지부(140)의 신호탐지결과로부터 무전기 신호 탐지가 확인되면 안테나 전환부(110)의 현재 연결 상태를 그대로 유지시켜 현재 수신 회로부(120)와 연결된 안테나를 통해 계속 무전기 신호를 수신하도록 하고 나머지 안테나를 통해 송신되도록 제어한다. 또는, 제어부(150)는 대기 상태에서 모든 안테나(101, 102)가 수신 회로부(120)와 연결되도록 안테나 전환부(110)를 제어하고 있다가, 신호 탐지부(140)의 신호탐지결과로부터 무전기 신호 탐지가 확인되면 복수개의 안테나(101, 102)가 순차적으로 수신 회로부(120)와 연결되도록 안테나 전환부(110)를 제어하여 현재 신호를 수신하고 있는 안테나를 검출하고, 임의의 안테나의 수신이 검출되면 연결 상태를 그대로 유지시켜 현재 수신 회로부(120)와 연결된 안테나를 통해 계속 무전기 신호를 수신하도록 하고 나머지 안테나를 통해 송신되도록 제어한다.
한편, 채널 선택부(160)는 AD 변환부(130)에서 출력되는 디지털 신호에 대해 기 선택된 적어도 하나의 채널 주파수를 필터링한다. 본 발명에 따른 채널 선택부(160)의 구체적 기능 및 특징에 대해서는 하기에서 상세 설명하기로 한다.
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, 채널 선택부(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 2를 참조하여 본 발명에 따른 채널 선택부에 대해 상세 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 선택부의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 선택부(160)는 디지털 필터(162), 스케일러(164) 등을 포함한다.
디지털 필터(162)는 AD 변환부(130)에서 출력되는 디지털 신호에 대해 기 선택된 채널 주파수(예컨대, 현장에서 실제 사용되는 채널 주파수)만을 선택하여 필터링한다. 그리고, 스케일러(164)는 디지털 필터(162)에서 필터링된 디지털 신호를 기 설정된 레벨로 업스케일링(up-scaling)한다.
이를 상술하면, 수신 회로부(120)로부터 채널 주파수가 다른 r 1(t), r 2(t) 두 개의 신호가 동위상으로 입력된다고 가정할 경우, AD 변환부(130)에서 T의 시간주기로 표본화(sampling)되고 AD 변환된 신호의 최대 크기 |x 0(mT)|max는, AD 변환기가 선형 특성을 가지므로, 하기 수식 1과 같이 r 1(t)의 AD 변환기 출력성분 |r 1(mT)|max와 r 2(t)의 AD 변환기 출력성분 |r 2(mT)|max의 합이 된다.
[수식 1]
|x 0(mT)|max = |r 1(mT)|max + |r 2(mT)|max
그 중 채널 선택부(160)가 r 1(t) 성분만 중계하고자 할 경우, 디지털 필터(162)는 r 1(mT) 성분을 주로 통과시키고 r 2(mT) 성분은 억제한다. 디지털 필터(162)는 통과대역 신호의 증폭도와 통과대역 외의 신호에 대한 억압도를 조절할 수 있는데, r 2(mT)를 억제하여 그 최대 크기가 Δ(Δ << |r 2(mT)|max)가 되도록 하면, 디지털 필터(162)의 출력 x 1(mT)는 하기 수식 2와 같이 된다.
[수식 2]
|x 1(mT)|max = |r 1(mT)|max + Δ < |x 0(mT)|max
그 결과, 디지털 필터(162)의 출력신호의 최대 크기는 그 입력신호보다 작은 크기를 갖게 된다. 예를 들어, r 1(t)의 최대 진폭이 0.5Vp(Vp는 첨두치)이고 r 2(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 2 15-1이며, 16bit DA 변환기의 입력범위가 -2 15 ~ 2 15-1이고 그에 따른 출력범위가 -1.0V ~ 1.0V이며 r 2(mT)에 대한 억압도가 40dB(0.01배)인 경우, 디지털 필터(162)의 입력과 출력의 최대값은 각각 하기 수식 3 및 4와 같이 된다. 참고로, 하기 수식 3 및 4에서
Figure PCTKR2019015049-appb-img-000001
는 k를 넘지 않는 최대 정수를 의미한다.
[수식 3]
Figure PCTKR2019015049-appb-img-000002
[수식 4]
Figure PCTKR2019015049-appb-img-000003
그리고, 스케일러(164)는 디지털 필터(162)의 출력을 기 설정된 레벨로 업스케일링(up-scaling)한다. 예컨대, 전술한 바와 같이 입력범위가 -2 15 ~ 2 15-1인 16bit DA 변환기의 경우, 스케일러(164)는 |x 1(mT)|max (=16547)를 |x 0(mT)|max (=2 15-1) 레벨로 1.9802배 업스케일링하여, DA 변환부(180)로 전송되는 디지털 신호의 동적영역을 확대시킨다.
그러므로, 채널 선택을 하지 않는 경우에는 DA 변환기의 동적영역 한계 때문에 r 1(t) 성분을 0.5Vp 밖에 출력할 수 없지만, 본 발명은 채널 선택부(160)를 사용함으로써 중계할 신호의 출력을 1.9802배 업스케일링 하여 r 1(t) 성분을 0.9901V (
Figure PCTKR2019015049-appb-img-000004
)까지 출력할 수 있다. 이러한 동적영역이 확대되는 이점은 DA 변환부(180)의 출력을 처리하는 송신 회로부(190)로부터 무전기의 수신부에 이르기까지 영향을 미쳐 성능을 향상시킨다.
또한, 본 발명에 따른 채널 선택부(160)를 거친 신호는 신호 대 잡음비(SNR; Signal-to-Noise Ratio)도 향상되어 신호 품질을 향상시키는데, 이에 대해 간략히 설명한다.
열잡음에 대한 신호 대 잡음비(SNR)는 중계할 신호의 전력을 P S라고 하고 열잡음 전력을 P N이라고 할 때 하기 수식 5와 같다.
[수식 5]
SNR = P S/P N
열잡음 성분의 전력은 대역폭에 비례하므로, 열잡음 전력밀도를 N 0, 수신 회로부(120)의 대역폭을 B R, 그리고 수신 회로부(120)의 출력 잡음밀도를 P NR라고 하면, P NR은 하기 수식 6과 같다.
[수식 6]
P NR = B R×N 0
채널 선택부(160)가 채널 선택을 하여 수신 회로부(120)보다 좁은 대역폭 B S (B S < B R)내의 신호만을 통과시키면, 채널 선택된 신호의 잡음전력 P NS은 하기 수식 7과 같다.
[수식 7]
P NS = B S×N 0 < P NR
따라서, 채널 선택 전 신호 대 잡음비를 SNR R, 채널 선택 후 신호 대 잡음비를 SNR S이라고 하면, SNR R과 SNR S의 관계는 하기 수식 8과 같다.
[수식 8]
SNR R = P S/P NR < SNR S = P S/P NS
결국, 신호 대 잡음비는 채널 선택 전후의 대역폭에 반비례하여 B R/B S 만큼 향상됨을 알 수 있다. 그리고, 신호 대 잡음비의 향상은 신호의 품질만 향상시키는 것이 아니라 아래에서 설명하는 바와 같이 신호 탐지부의 탐지 성능도 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 3을 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), 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 신호 탐지부로 입력되는 디지털 신호에서 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.
본 발명의 제2 실시예에서, 신호 탐지부(240)는 채널 선택부(260)에서 출력되는 디지털 신호로부터 중계할 신호(무전기 신호)가 있는지 여부를 판단하고, 그 결과(신호탐지결과)를 제어부(250)로 전송한다.
제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 채널 선택부(260)는 AD 변환부(230)에서 출력되는 디지털 신호에 대해 실제 중계할 채널 주파수만을 선택하여 필터링하고 이를 기 설정된 레벨로 업스케일링한다. 이에 따라, 채널 선택부(260)를 통과한 무전기 신호는 통과 전 보다 동적영역이 확대되고 신호 대 잡음비가 향상되어 신호 품질이 좋아진다.
그러므로, 신호 탐지부(240)가 채널 선택부(260)에서 출력되는 디지털 신호로부터 중계할 신호(무전기 신호)가 있는지 여부를 판단하면, AD 변환부(230)에서 출력되는 디지털 신호에서 탐지하는 경우보다 탐지 성능이 향상된다.
이를 상술하면, 신호 탐지부(240)의 입력신호를 x(mT)로 나타내면, x(mT)는 하기 수식 9와 같이 반송파(혹은 수신 회로부에서 주파수 천이를 한 경우는 중간 주파수) ω C로 복조된 신호성분 s(mT)와 잡음성분 n(mT)의 합이 된다.
[수식 9]
Figure PCTKR2019015049-appb-img-000005
x(mT)는 반송파 혹은 중간 주파수로 변조된 실수이므로, 하기 수식 10과 같이, 복소복조(Complex Demodulation)하여 기저대역에서 실수부 z r(mT)와 허수부 z i (mT)로 구성된 복소수로 z c(mT)로 나타낼 수 있다.
[수식 10]
z c(mT) = z r(mT) + jz i (mT) = s r(mT) + n r(mT) + j{s i(mT) + n i(mT)}
여기서, s r(mT), s i(mT), n r(mT), n i(mT)는 각각 복소수 z c(mT) 중 신호성분의 실수부, 신호성분의 허수부, 잡음성분의 실수부, 잡음성분의 허수부를 나타낸다.
한편, 신호전력 P S와 잡음전력 P N은 각각 하기 수식 11 및 12와 같이 표현된다.
[수식 11]
P S = s r 2(mT) + s i 2(mT)
[수식 12]
P N = E{n r 2(mT) + n i 2(mT)}
여기서, E{ }는 기대값(expectation)을 의미한다. 상기 열잡음의 실수부와 허수부는 잘 알려진 바와 같이 상호 독립이며 P N을 분산으로 하고 평균이 0인 복소가우시안(Complex Gaussian) 분포를 가지는 확률변수(random variable)이다.
신호 탐지부(240)는 다양한 형태로 구현될 수 있는데, 도 4 및 도 6은 본 발명에 따른 신호 탐지부(240)의 구성을 예시한 것이다.
먼저, 도 4는 본 발명에 따른 신호 탐지부(240)의 일 실시예로, 크기 산출기(244'), 비교기(246') 등으로 구성되어 입력신호 샘플의 크기를 임계치와 비교하고 임계치보다 높은 경우 신호를 탐지하였다고 판정하는 신호 탐지부(240')를 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 크기 산출기(244')는 신호 탐지부(240')로 입력되는 신호의 크기를 산출하는데, 입력신호의 크기 Λ는 하기 수식 13과 같이 산출될 수 있다.
[수식 13]
Figure PCTKR2019015049-appb-img-000006
여기서, 열잡음 전력 P N은 실측치를 이용할 수도 있으나, 채널 선택부(260)의 대역폭, 수신 회로부(220)의 NF(Noise Figure), 수신 회로부(220)의 입력으로부터 AD 변환부(230)까지의 증폭도와 AD 변환부(230)의 변환계수를 이용하여 산출할 수도 있다.
비교기(246')는 크기 산출기(244')에서 산출된 입력신호의 크기 Λ를 기 설정된 오탐지확율(Probability of False Alarm) P FA와 탐지확율(Probability of Detection) P D에 따라 결정되는 임계치 (threshold) η와 비교하여 무전기 신호의 유무를 판정하고, 그 결과(신호탐지결과)를 제어부(250)로 전달한다.
구체적으로, H 1을 신호가 있음으로 판정하는 가설이고 H 0을 신호가 없다고 판정하는 가설이며 임계치(Threshold)를 η라고 할 때, 가설시험 (Hypothesis Test)은 하기 수식 14와 같이 표현될 수 있다.
[수식 14]
Figure PCTKR2019015049-appb-img-000007
여기서, 시험통계(test statistics) Λ는 라이스분포 (Rician Distribution)를 가지는 확률변수이다. 그리고, Λ의 누적분포함수 CDF(cumulative distribution function)는 하기 수식 15와 같다.
[수식 15]
CDF Λ = 1-Q 1(ν,Λ)
여기서, ν = (P S/P N) 1/2 = SNR 1/2 이고, Q 1(ν,Λ)는 Marcum-Q 함수이다.
그리고, 오탐지확률(Probability of False Alarm) P FA 은 ν = 0 일 때 Λ의 CCDF(complementary cumulative distribution function), 즉 1-CDF Λ로부터 구할 수 있으며, 탐지확률(Probability of Detection) P D 은 ν = SNR 1/2 일 때 Λ의 CCDF를 이용하여 구할 수 있다.
상기 예에서 사용된 신호 탐지부(240')에 대해, 예컨대 대역폭이 40MHz, SNR이 0dB인 수신 회로부(220)의 출력이 채널 선택부(260)로 입력될 때, 채널 선택부(260) 출력의 전체 대역폭이 각각 20MHz, 10MHz, 5MHz, 2.5MHz인 경우 채널 선택부(260) 출력의 SNR은 각각 3dB, 6dB, 9dB, 12dB로 향상되는데, 이를 예로 들어 구한 ROC 곡선(Receiver Operating Characteristic Curve)은 도 5와 같다.
그러므로, 도 5에 나타난 바와 같이, 채널 선택부(260)가 대역폭을 줄여 감에 따라 SNR이 향상됨으로써 신호 탐지부(240')의 오탐지확률은 줄어들고 탐지확률은 높아짐을 알 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 신호 탐지부(240)의 다른 실시예로, 다수의 협대역 필터를 사용한 신호 탐지부(240")를 나타낸 것이다. 그리고, 도 7은 신호 탐지부(240")가 다수의 협대역 필터를 사용하여 신호를 탐지하는 방식을 나타낸 것이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 신호 탐지부(240")는 복수개(N개)의 협대역 필터(242"-1 ~ 242"-N), 복수개의 크기 산출기(244"-1 ~ 244"-N), 복수개의 비교기(246"-1 ~ 246"-N), 판정기(248") 등을 포함한다.
수신 회로부(220)의 대역폭 B R이 예컨대 40MHz이고(도 7a 참조), 중계할 채널들이 예컨대 10MHz (B S = B S1 + B S2)의 대역폭에 분산되어 있어 채널 선택부(260)가 10MHz (3MHz + 7MHz)의 중계 대역폭을 선택할 경우(도 7b 참조), 신호 탐지부(240")는 이를 다시 N개의 협대역 필터(242"-1 ~ 242"-N)로 분할하여 필터링한다(도 7c 참조). 협대역 필터(242"-1 ~ 242"-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(242"-1 ~ 242"-N)를 거친 N개의 출력은 각각 크기 산출기(244"-1 ~ 244"-N)로 입력되어 그 크기가 산출되며, 각각의 크기 산출기(244"-1 ~ 244"-N)의 출력은 각각 비교기(246"-1 ~ 246"-N)로 입력되어 기 설정된 임계치와 비교된다. 그리고, 각각의 비교기(246"-1 ~ 246"-N)의 결과(탐지결과)는 판정기(248")로 입력되고, 판정기(248")는 N개의 비교기(246"-1 ~ 246"-N)의 탐지결과 중 어느 하나라도 신호가 있다고 판정되면 신호가 탐지된 것으로 판정한다(도 7d 참조).
중계 대역폭 이내 하나의 채널에 신호가 입력되고 그 신호전력이 수신 회로부(220) 출력에서 열잡음 대비 0dB의 신호 대 잡음비를 갖는다고 할 때, 수신 회로부(220) 대역폭(예, B R = 40MHz)의 1/4 대역폭(예, B S = 10MHz)을 갖는 채널 선택부(260)를 거침으로써 SNR이 4배(6dB) 증가함은 이미 설명한 바 있다. 신호 탐지부(240")에서는 채널 선택부(260)에서 선택된 채널 대역폭이 다시 각 협대역 필터(242"-1 ~ 242"-N)에서 1/N로 줄어들기 때문에 각 협대역 필터(242"-1 ~ 242"-N) 출력신호의 SNR은 N배 더 증가하여 ν = [1/{10/(40×N)}] 1/2 = 2×N 1/2 이 된다.
무전기 신호가 수신되면 하나의 협대역 필터를 통과하게 되므로, 상기 수식 15에 ν = 2×N 1/2 를 대입하고 CCDF Λ 즉, 1-CDF Λ로부터 신호의 탐지확률 P D을 구하면 하기 수식 16과 같다.
[수식 16]
P D = 1- CDF Λ = 1-Q 1(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 15에 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 P FA를 구하면 하기 수식 17과 같다.
[수식 17]
P FA = 1- CDF Λ N = 1- {1- Q 1(0,Λ)} N
이에 따라, N이 1, 2, 4, 8, 16 일 때 탐지확률 P D와 오탐지확률 P FA를 ROC 곡선으로 나타내면 도 8과 같다. 도 8에서, N = 1 인 경우는 채널 선택부(260)가 10MHz만 통과시킨 상태에서 신호 탐지부(240')에 협대역 필터가 없는 상태와 같으므로 앞서 도 5에서 나타낸 SNR에 대한 ROC 곡선 중 SNR = 6dB일 경우와 동일하다 (참고로, 도 8에서는 도 5보다 수평축(P FA)의 범위를 확대하였음). 그리고, N = 2, 4, 8, 16 과 같이 신호 탐지부(240")에 사용된 협대역 필터의 수가 늘어날수록 각 필터의 대역폭이 좁아짐에 따라 탐지성능이 크게 향상되어 감을 알 수 있다.
참고로, 다수의 협대역 필터를 사용한 신호 탐지부는 본 발명의 제1 실시예에도 적용될 수도 있으며, 이 때 신호 탐지부(140)는 AD 변환부(130)의 출력신호에 대해 다수의 협대역 필터를 사용하여 신호를 탐지한다. 이 경우, 신호 탐지부(140)는 AD 변환부(130)의 출력신호 대역폭(예, B R = 40MHz) 전체에 대해 복수개의 협대역 필터를 사용할 수도 있지만, 실제 중계할 채널의 대역폭(예, B S = 10MHz)에 대해서만 복수개의 협대역 필터를 사용하여 구현하는 것이 바람직하다. 또한, 신호 탐지부(140)는 복수개의 협대역 필터 중 임의의 협대역 필터를 통과한 채널에서 신호가 탐지되면, 해당 협대역 필터를 통과한 채널 또는 그 채널을 포함한 일부 대역만 통과시키도록 채널 선택부(160)의 제어하도록, 예컨대 채널 선택부(160)의 선택 채널을 자동으로 설정하도록 구현될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(300)는 안테나 전환부(310), 수신 회로부(320), AD 변환부(330), 신호 탐지부(340), 제어부(350), 채널 선택부(360), 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 채널 선택부와 DA 변환부 사이에 신호 지연부가 구비된 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 실시예에서, 신호 지연부(370)는 채널 선택부(360)와 DA 변환부(380) 사이에 구비되어 채널 선택부(360)에서 출력되는 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연 시킨 후 DA 변환부(380)로 전송한다. 예컨대, 신호 지연부(370)는 메모리 등으로 구성되어 채널 선택부(360)로부터 전송되는 디지털 신호(디지털 데이터)를 기 설정된 지연시간동안 임시 저장하였다가 DA 변환부(380)로 전달한다. 이 경우, 신호 지연부(370)에서의 지연시간은 신호 탐지부(340)로 AD 변환부(330)의 출력신호가 입력된 후 무전기 신호 탐지에 의해 제어부(350)가 안테나 전환부(310)의 상태를 제어할 때까지 소요되는 시간에서 채널 선택부(360)의 처리 시간을 뺀 시간으로 설정되는 것이 바람직하다. 따라서, 만약 채널 처리부(360)의 처리 시간이 충분히 길 경우에는 신호 지연부(370)는 생략되어 제1 실시예와 같이 구현된다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치의 구성도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(400)는 안테나 전환부(410), 수신 회로부(420), AD 변환부(430), 신호 탐지부(440), 제어부(450), 채널 선택부(460), 신호 지연부(470), DA 변환부(480), 송신 회로부(490) 등을 포함한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(400)는 전술한 제2 실시예에 따른 반이중 무선 중계 장치(200)와 비교하여 채널 선택부와 DA 변환부 사이에 신호 지연부가 구비된 점에서 차이를 보이며, 나머지 구성들은 실질적으로 동일하거나 유사하다. 그러므로, 이하에서는 제2 실시예와 비교하여 제4 실시예가 갖는 특징이나 차이점 위주로 설명하겠으며, 나머지 내용은 제2 실시예를 참조할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에서, 신호 지연부(470)는 채널 선택부(460)와 DA 변환부(480) 사이에 구비되어 채널 선택부(460)에서 출력되는 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연 시킨 후 DA 변환부(480)로 전송한다. 예컨대, 신호 지연부(470)는 메모리 등으로 구성되어 채널 선택부(460)로부터 전송되는 디지털 신호(디지털 데이터)를 기 설정된 지연시간동안 임시 저장하였다가 DA 변환부(480)로 전달한다. 이 경우, 신호 지연부(470)에서의 지연시간은 신호 탐지부(440)로 채널 선택부(460)의 출력신호가 입력된 후 무전기 신호 탐지에 의해 제어부(450)가 안테나 전환부(410)의 상태를 제어할 때까지 소요되는 시간으로 설정되는 것이 바람직하다.
참고로, 신호 지연부를 구비하는 제3 및 제4 실시예의 경우 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 유용하다.
한편, 전술한 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에서는 안테나 전환부에 복수개의 안테나가 연결되고 제어부가 안테나 전환부의 연결상태를 제어한 후 수신 회로부, AD 변환부, 채널 선택부, DA 변환부, 송신 회로부 등을 통해 무전기 신호를 중계하는 형태를 예시하였는데, 본 발명은 상기 종래기술과 마찬가지로 제1 안테나에서 제2 안테나로 중계하는 경로와 제2 안테나에서 제1 안테나로 중계하는 경로를 별개로 형성하고 각각 수신 회로부, AD 변환부, 채널 선택부, DA 변환부, 송신 회로부를 구비하는 형태로도 구현할 수도 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.
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 (12)

  1. 반이중 무선 중계 장치로서,
    제1 안테나를 통해 아날로그 신호를 수신하는 수신 회로부;
    상기 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부;
    상기 변환된 디지털 신호에 대해 기 선택된 적어도 하나의 채널 주파수를 필터링하는 채널 선택부;
    상기 필터링된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DA 변환부; 및
    상기 변환된 아날로그 신호를 제2 안테나를 통해 송신하는 송신 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 장치.
  2. 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 신호에 대해 기 선택된 적어도 하나의 채널 주파수를 필터링하는 채널 선택부;
    상기 필터링된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DA 변환부;
    상기 변환된 아날로그 신호를 상기 안테나 전환부로 전송하는 송신 회로부; 및
    상기 복수개의 안테나 중 신호를 수신하는 임의의 안테나에 대해 수신 경로를 설정하고 상기 복수개의 안테나 중 신호를 수신하지 않는 나머지 안테나에 대해 송신 경로를 설정하도록, 상기 안테나 전환부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 AD 변환부 및 상기 채널 선택부 중 적어도 하나로부터 출력되는 디지털 신호로부터 중계할 신호가 있는지 여부를 탐지하고 신호탐지결과를 상기 제어부로 전송하는 신호 탐지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 신호 탐지부는 상기 기 선택된 적어도 하나의 채널 주파수 대역 또는 이를 포함하는 대역을 복수개의 협대역으로 분할한 후 중계할 신호가 있는지 여부를 탐지하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 신호 탐지부는 상기 복수개의 협대역 중 임의의 협대역에서 중계할 신호가 탐지되면 상기 신호가 탐지되는 협대역을 선택하도록 상기 채널 선택부를 제어하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 협대역의 대역폭은 하나의 채널 주파수 대역폭의 정수배인 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 채널 선택부에서 출력된 디지털 신호를 기 설정된 지연시간동안 지연시킨 후 상기 DA 변환부로 전송하는 신호 지연부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 대기 상태에서 상기 복수개의 안테나 모두에 대해 수신 경로를 설정하고, 상기 임의의 안테나를 통해 신호가 수신되는 것이 탐지되면 상기 신호를 수신하지 않는 나머지 안테나에 대해 송신 경로를 설정하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 채널 선택부는,
    상기 변환된 디지털 신호에 대해 기 선택된 적어도 하나의 채널 주파수를 필터링하는 디지털 필터; 및
    상기 필터링된 디지털 신호를 기 설정된 레벨로 업스케일링하는 스케일러를 포함하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 장치.
  10. 반이중 무선 중계 방법으로서,
    제1 안테나를 통해 아날로그 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 변환된 디지털 신호에 대해 기 선택된 적어도 하나의 채널 주파수를 필터링하는 단계;
    상기 필터링된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 아날로그 신호를 제2 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 방법.
  11. 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 신호에 대해 기 선택된 적어도 하나의 채널 주파수를 필터링하는 단계;
    상기 필터링된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 아날로그 신호를 상기 복수개의 안테나 중 나머지 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 필터링하는 단계는,
    상기 변환된 디지털 신호에 대해 기 선택된 적어도 하나의 채널 주파수를 필터링하는 과정; 및
    상기 필터링된 디지털 신호를 기 설정된 레벨로 업스케일링하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반이중 무선 중계 방법.
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