KR100229968B1 - 개인 휴대 통신 서비스 주파수 대역의 기지국을 위한송수신 일체형 안테나 초단 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 PCS 주파수 대역의 기지국을 위한 송수신 일체형 안테나 초단은,

송신되는 신호 또는 수신된 신호의 주파수 범위를 선택하기 위한 양방향성 대역 여파기와; 상기 양방향성 대역 여파기로부터 출력된 송신 신호를 받아 안테나로 연결하거나 안테나로부터 수신된 신호를 상기 양방향성 대역 여파기로 전하기 위한 방향성 결합기와; 상기 양방향성 대역 여파기를 통하여 여파된 수신 신호를 증폭하기 위한 저잡음 증폭기와; 상기 증폭된 신호를 수신 출력 경로로 출력하기 위한 4방향 전력 분배기 및 상기 저잡음 증폭기의 상태를 검사하기 위한 경보기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구조의 안테나 초단을 사용함으로써 기지국 시스템의 송/수신 경로를 일치시켜 시스템의 구조를 단순화시킬 수 있으며, 또한 송신 대역 여파기의 통과 대역을 넓혀서 전체 유닛의 송신 경로 삽입 손실을 0.5dB 이내로 줄일 수 있다.

Description

개인 휴대 통신 서비스 주파수 대역의 기지국을 위한 송수신 일체형 안테나 초단

본 발명은 PCS(Personal Communication Service) 주파수 대역의 기지국을 위한 송수신 일체형 안테나 초단(Antenna Front-End Unit: AFEU)에 관한 것으로서, 특히 무선 주파수(Radio Frequency: RF) 회로를 응용하여 PCS 통신 시스템에서 이용되는 주파수 대역을 서비스할 수 있도록 구성된 이동 통신 기지국의 안테나 초단에 관한 것이다.

개인 휴대 통신(Personal Communication Service: PCS) 및 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access: CDMA)등의 이동 통신 시스템은, 일정 영역내를 이동중인 이동 단말(이동국)을 서비스하는 다수의 기지국(Base Station Transceiver Subsystem: BTS)과, 기지국 제어기(Base Station Controller: BSC), 여러 기지국 제어기들을 운영 관리 하는 기지국 관리 시스템(Base Station Manager System: BSM), 교환국 시스템(Mobile Switching Center: MSC) 및 위치 등록 시스템으로 구성되어 있다.

각각의 기지국이 서비스 하는 영역을 셀(cell)이라 하며, 일반적으로 3개의 섹터(sector)로 나뉘어 진다. 이 셀은 순서대로 기지국 영역, 기지국 제어기 영역, 교환국의 서비스 영역으로 확대된다.

상기와 같이 하나의 셀을 단위로 하는 통신 시스템을 셀룰라(cellular) 시스템이라 한다.

각 셀내의 이동국은 해당 셀을 서비스하는 기지국과 채널을 형성하고 통신을 수행한다. 이때 기지국으로부터 이동국의 방향으로 형성되는 채널을 순방향(Forward) 채널이라 하고, 이동국으로부터 기지국의 방향으로 형성되는 채널을 역방향(Reverse) 채널이라 한다.

각각의 기지국은 시스템 용량에 따라 몇 개의 주파수를 할당받아 그만큼의 주파수 채널을 사용하게 되는데 각각의 주파수 채널을 주파수 할당(Frequency Assignment: FA)라 한다.

CDMA 시스템은 하나의 주파수 채널당 주파수 옵셋 및 시퀀스를 달리하여 여러개의 액세스 채널을 포함시킬 수 있다.

CDMA 디지탈 셀룰라 기지국 시스템은 교환기 시스템으로부터 전송된 음성등의 데이터를 기지국 제어기로부터 전송받아 최종적으로 변조를 수행하여 이동 단말로 송출하거나, 이동 단말로부터 신호를 수신/복조하여 기지국 제어기로 전송하기 위한 시스템이다.

기지국 시스템의 무선 수신 경로(RF Receive Path)란, 이동 전화 가입자(이동국)로부터 고주파를 이용하여 송신된 무선 신호를 수신하는 경로를 의미하는 것이다.

도 1 은 기지국 시스템의 무선 수신 경로에 따른 구성도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 이동전화 가입자를 서비스하는 기지국 시스템은, 기지국사 외부에 설치된 안테나 및 급전선(Coaxial Cable)을 포함하는 외부(Out-door) 시스템과, 기지국사 내부에 설치된 기지국 무선 송수신 장비를 포함하는 내부(In-door) 시스템으로 구성되어 있다.

상기 기지국 내부 시스템은, 안테나로부터 신호를 수신하는 무선 수신부(RF Receive)와 상기 수신된 신호를 처리하는 디지털 신호 처리(Digital Signaling)부 및 기지국의 상태 검증을 위한 기지국 시험기(Base Station Test Unit)로 구성되어 있다.

상기 무선 수신부는 안테나 초단과 송수신기 단과 중간주파 증폭분배단으로 구성되어 있다.

상기의 기지국은 수신 경로에 대한 기지국 시스템을 나타낸 것이다.

수신용 기지국 시스템 내부의 안테나 초단은, 방향성 결합기(Directional Coupler: DC)와, 수신 대역 여파기(Receive Bandpass Filter), 수신 저잡음 증폭기(Receiver Low Noise Amplifier: LNA)와, 전력 분배기(Power Splitter) 및 송신 대역 여파기(Transmitter Bandpass Filter)로 구성되어 있다.

또한 송신용 기지국 시스템 내부의 안테나 초단은 송신 대역 여파기(Transmitter Bandpass Filter)와 방향성 결합기로 구성되어 있다.

상기 방향성 결합기는 기지국의 상부에 장착되어 안테나와의 결합을 수행하며, 송/수신 신호의 파형을 간접적으로 볼 수 있도록 신호의 파형을 감지하는 기능을 수행한다.

상기 대역 여파기는 수신용 대역 여파기로서 방향성 결합기에서 케이블로 연결되며, 수신 시스템에서 요구하는 주파수 신호만을 통과시킨다.

상기 수신 저잡음 증폭기는 수신 대역 여파기에서 출력된 신호를 증폭시켜 준다.

상기 전력 분배기는 상기 수신 저잡음 증폭기의 출력 신호를 수신 경로로 분배해 준다.

상기 전송 대역 여파기는 송신용 대역 여파기로서, 수신 부품들과는 다른 유닛으로 존재한다.

도 2 는 종래 기술에 의한 안테나 초단의 구성도를 나타낸 것이다.

도 2 의 (가)에 도시된 바와 같이 송신용 안테나 초단은, 송신되는 신호의 주파수 범위를 선택하기 위한 송신 대역 여파기(110)와; 상기 여파기의 출력을 송신 안테나로 연결시키기 위한 방향성 결합기(120) 로 구성되어 있다.

또한 도 2 의 (나)에 도시된 바와 같이 수신용 안테나 초단은, 수신 안테나와 안테나 초단과의 연결을 위한 방향성 결합기(130)와; 수신 안테나를 통해 수신된 신호의 주파수 범위 선택을 위한 수신 대역 여파기(140)와; 상기 여파기(140)의 출력을 증폭시키기 위한 저잡음 증폭기(150)와; 상기 증폭된 신호를 수신 출력 신호 경로와 추가 신호 경로로 분배하기 위한 2방향 전력 분배기(160) 및 상기 분배된 수신 출력 신호를 6개의 수신 출력 경로로 분배하기 위한 6방향 전력 분배기로 구성되어 있다.

도시된 바와 같이, 종래의 기술에 의한 기지국은 송신 경로와 수신 경로가 분리되어 있다. 그러므로 안테나가 송신 안테나와 수신 안테나로 구분되며, 송신용 방향성 결합기와 수신용 방향성 결합기가 각각 송신 경로와 수신 경로에 장착되어 있다.

상기와 같이, 안테나 초단내의 각각의 모듈들이 송/수신 경로에 따라 분리되어 있으므로 기지국의 구성시 이들을 송/수신 경로별로 구분되어 기지국에 장착된다.

이들을 조립하여 기지국을 제작할 때도, 각 소자들을 일일이 조립하여 장착해야 한다.

수신 경로의 경우에는 2방향 전력 분배기와 6방향 전력 분배기가 포함된다. 이것은 실제로 전체 수신 경로의 삽입 손실(Insertion Loss)을 11.8dB이상으로 만드는 원인이 된다.

또한 기지국에 따라 주파수 할당을 증설해야 하는 경우, 상기 2방향 전력 분배기(160)의 추가 경로에 6방향 전력 분배기를 하나 더 사용해야만 한다.

그러나 실제 기지국에서는 7개의 주파수 할당까지가 최대 증설량이므로 결과적으로 5개의 단자가 쓸모없게 되어 단자의 낭비를 가져온다.

즉, 종래의 기술에 의한 기지국의 안테나 초단은 수신 경로와 송신 경로가 분리되어 있으므로 송/수신용 안테나가 많이 필요하게 되며, 각 안테나에 대해 전력을 감지하기 위한 방향성 결합기가 송/수신 경로별로 각각 장착되어야 한다는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기된 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여,

부품별로 구성되었던 안테나 초단을 모두 모아서 하나의 유니트로 단일화함으로써 기지국 구성시에 필요한 시간 손실을 감소시키며, 또한 양방향성 대역 여파기(Duplex Band Pass Filter)를 사용함으로써 안테나 및 양방향 결합기의 수를 줄인 송수신 일체형 안테나 초단을 구성하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 기지국 시스템의 무선 수신 경로에 따른 구성도.

도 2 는 종래 기술에 의한 안테나 초단의 구성도.

도 3 은 본 발명에 의한 안테나 초단의 구성도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

110 : 송신 대역 여파기 120 : 송신용 방향성 결합기

130 : 수신용 방향성 결합기 140 : 수신 대역 여파기

150 :저잡음 증폭기 160 : 2방향 전력 분배기

170 : 6방향 전력 분배기

210 : 양방향성 대역 여파기 220 : 방향성 결합기

230 : 저잡음 증폭기 240 : 4방향 전력 분배기

250 : 경보기

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명은,

송/수신 안테나와의 결합을 위한 방향성 결합기와; 안테나를 통해 송/수신되는 신호의 주파수 범위 선택을 위한 양방향성 대역 여파기와; 신호의 수신시 상기 여파된 신호의 증폭을 위한 저잡음 증폭기와; 상기 증폭된 신호를 필요한 수신 경로로 분배하기 위한 4방향 전력 분배기를 포함하여 구성되어 있다.

종래의 기술은 안테나 초단에서 모듈의 낭비를 막기 위하여 송/수신 경로를 결합하여 하나의 안테나 단자로 연결시켰다.

즉, 2방향 전력 분배기와 6방향 전력 분배기를 결합한 구조를 4방향 전력 분배기 하나만을 사용한 구조로 단순화 시켜 수신 전력의 낭비를 최소화 하였다.

상기와 같은 구조를 가지는 안테나 초단을 사용하여, PCS 이동 통신 기지국에서 고주파 신호 처리부의 수신 및 송신 신호를 최종 처리한다.

도 3 은 본 발명에 의한 안테나 초단의 구성도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 송신되는 신호 또는 수신된 신호의 주파수의 범위를 선택하기 위한 양방향성 대역 여파기(210)와; 상기 여파기(210)에서 출력된 송신 신호를 받아 안테나로 연결하거나 안테나로부터 수신된 신호를 상기 여파기(210)로 전하기 위한 방향성 결합기(220)와; 상기 양방향 대역 여파기(210)를 통하여 여파된 수신 신호를 증폭하기 위한 저잡음 증폭기(230)와; 상기 증폭된 신호를 수신 출력 경로로 출력하기 위한 4방향 전력 분배기(240) 및 상기 저잡음 증폭기의 상태를 검사하기 위한 경보기(250)로 구성되어 있다.

도면을 참조하여 본 발명의 송신 경로 동작에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

안테나 초단을 사용하여 송신될 입력 신호는 시스템으로부터 단자(1)로 입사된다.

입력된 신호는 상기 양방향 여파기(210)를 통해 여파된다. 이때 송신용 여파기(210)는 삽입 손실을 줄이기 위해 넓은 대역폭을 가진다. 일반적으로 상기 송신용 여파기(210)의 대역폭은 25MHz이고, 삽입 손실은 최대 0.35dB로 설계된다.

상기 여파된 신호는 안테나로 송출되기 위하여 40dB 방향성 결합기(220)에 의하여 송신 안테나와 연결된다.

도면을 참조하여 본 발명의 수신 경로 동작에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

안테나를 통하여 단자(2)로 수신된 신호는 40dB 방향성 결합기(220)를 거쳐서 0.8dB의 삽입 손실을 가지는 양방향 대역 여파기(210)로 연결되어, 10MHz 대역폭을 가지는 신호로 여파된다.

상기 여파된 신호는 37 ~ 39dB의 이득과 최대 1.2dB의 잡음지수를 가지는 저잡음 증폭기(230)를 통해 전력 레벨이 증폭된다.

상기 저잡음 증폭기(230)는 자체적인 전류 감지기에 의하여 소모전류 변화를 감지하여 경보 신호를 발생시켜 디지털 처리부로 전달하여 줌으로써 소프트웨어적인 경보 검출을 수행한다.

상기 경보기(250)는 정상적인 전원이 공급되고 있을때 발광 다이오드(L.E.D)를 점등시키며 전원공급이 중단되면 발광 다이오드를 소등시킨다.

상기 저잡음 증폭기(230)에서 증폭된 신호는 4방향 전력 분배기(240)를 통해 기지국의 다른 수신 유닛으로 분배된다.

상기와 같이 동작하는 본 발명은,

기지국에 필요한 안테나의 수가 감소되어 방향성 결합기의 개수를 줄일 수 있기 때문에, 기지국의 형태를 단순화할 수 있으며 시스템의 장착시 드는 시간과 비용을 절감시킬 수 있다.

기지국 형태의 단순화에 의하여 복잡한 케이블들이 안테나 초단안에 포함되어 구성되므로, 기지국 시스템의 조립시 합선이나 단선등의 우려를 줄일 수 있다. 또한 송신용 대역 여파기의 대역폭을 넓게 잡아 송신상에 발생할 수 있는 경로 손실을 감소시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 송신되는 신호 또는 수신된 신호의 주파수 범위를 선택하기 위한 양방향성 대역 여파기와;

   상기 대역 여파기에서 출력된 송신 신호를 받아 송신 안테나로 연결하거나 수신 안테나로부터 수신된 신호를 상기 여파기로 전하기 위한 방향성 결합기와;

   상기 양방향성 대역 여파기를 통하여 여파된 수신 신호를 증폭하기 위한 저잡음 증폭기와;

   상기 증폭된 신호를 수신 출력 경로로 분배하기 위한 전력 분배기 및

   상기 저잡음 증폭기의 상태를 검사하기 위한 경보기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는, PCS 주파수 대역의 기지국을 위한 송수신 일체형 안테나 초단.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 안테나 초단의 수신 주파수 대역은 1720 ~ 1730MHz이며, 송신 주파수 대역은 1810 ~ 1820MHz임을 특징으로 하는, PCS 주파수 대역의 기지국을 위한 송수신 일체형 안테나 초단.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 안테나 초단의 수신 주파수 대역은 1750 ~ 1760MHz이며, 송신 주파수 대역은 1840 ~ 1850MHz임을 특징으로 하는, PCS 주파수 대역의 기지국을 위한 송수신 일체형 안테나 초단.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 안테나 초단의 수신 주파수 대역은 1760 ~ 1770MHz이며, 송신 주파수 대역은 1850 ~ 1860MHz임을 특징으로 하는, PCS 주파수 대역의 기지국을 위한 송수신 일체형 안테나 초단.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 안테나 초단의 수신 주파수 대역은 1770 ~ 1780MHz이며, 송신 주파수 대역은 1860 ~ 1870MHz임을 특징으로 하는, PCS 주파수 대역의 기지국을 위한 송수신 일체형 안테나 초단.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 양방향성 대역 여파기내 송신 대역 여파기의 대역폭은 25MHz임을 특징으로 하는, PCS 주파수 대역의 기지국을 위한 송수신 일체형 안테나 초단.

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