KR100546645B1 - HTS Optical Repeater - Google Patents

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KR100546645B1
KR100546645B1 KR1020030025041A KR20030025041A KR100546645B1 KR 100546645 B1 KR100546645 B1 KR 100546645B1 KR 1020030025041 A KR1020030025041 A KR 1020030025041A KR 20030025041 A KR20030025041 A KR 20030025041A KR 100546645 B1 KR100546645 B1 KR 100546645B1
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Abstract

본 발명은 기지국의 커버리지를 향상시키기 위하여 사용되는 중계기에 관한 것으로, 특히 고온 초전도 필터와 광 파이버를 이용하여 중계기를 구성하는 고온 초전도 광 중계기에 관한 것으로, 중계기에 사용되는 무선 신호 수신 장치에서, RF 전단에 구성되어 시스템에 적합하지 않은 간섭 신호를 필터링하는 고온 초전도 필터(HTS)와, 고온 초전도 필터에서 필터링된 신호를 증폭하는 저온 저잡음 증폭기와, 저온 저잡음 증폭기에서 증폭된 RF 신호를 IF 신호 변환하는 믹서와, 믹서에서 변환된 IF 신호를 필터링 및 증폭하는 IF 필터 및 IF 증폭 수단을 포함하여 리모트부가 구성되고, 도너부와 리모트부간의 신호 전달에 광케이블을 사용하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a repeater used to improve coverage of a base station, and more particularly, to a high temperature superconducting optical repeater constituting a repeater using a high temperature superconducting filter and an optical fiber. A high temperature superconductor filter (HTS) configured at the front end to filter out interference signals that are not suitable for the system, a low temperature low noise amplifier to amplify the signal filtered by the high temperature superconductor filter, and an IF signal to convert the amplified RF signal from the low temperature low noise amplifier. The remote unit is configured to include a mixer, an IF filter for filtering and amplifying the IF signal converted by the mixer, and an IF amplifying unit, and an optical cable is used to transmit signals between the donor unit and the remote unit.

HTS,LNA, 광 중계기HTS, LNA, Optical Repeater

Description

고온초전도 광 중계기{HTS Optical Repeater}HTS Optical Repeater

도 1은 일반적인 광 중계기의 구성도1 is a block diagram of a general optical repeater

도 2는 일반 필터 및 초전도 필터의 대역외 잡음 특성 비교 그래프2 is a graph comparing the out-of-band noise characteristics of a general filter and a superconducting filter

도 3은 일본 IMT 2000 서비스의 주파수 할당 테이블3 is a frequency allocation table of the Japanese IMT 2000 service

도 4는 종래 기술의 광 중계기의 도너 시스템의 구성도4 is a block diagram of a donor system of a conventional optical repeater

도 5는 종래 기술의 광 중계기의 리모트 리피터 시스템의 구성도5 is a configuration diagram of a remote repeater system of a conventional optical repeater

도 6은 본 발명에 따른 광 중계기의 리모트 리피터 시스템의 구성도6 is a block diagram of a remote repeater system of the optical repeater according to the present invention

도 7a내지 도 7c는 본 발명에 따른 필터 및 LNA 일체형 모듈 및 LNA 회로 구성도7a to 7c is a filter and LNA integrated module and LNA circuit configuration according to the present invention

도 8은 필터 및 LNA 일체형 모듈이 냉동기에 실장된 형태를 나타낸 구성도8 is a block diagram showing the configuration in which the filter and the LNA integrated module mounted in the refrigerator.

도 9a와 도 9b는 본 발명에 따른 필터 및 LNA의 잡음 지수 및 전송 특성 그래프9A and 9B are graphs of noise figure and transmission characteristics of a filter and an LNA according to the present invention.

도 10은 일반 필터와 초전도 필터 사용시의 인접 밴드 신호 제거 특성 비교 그래프10 is a graph of comparison of adjacent band signal removal characteristics when using a general filter and a superconducting filter.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

61.67. IF 증폭부 62.66. IF 필터61.67. IF amplifier 62.66. IF filter

63.68. 믹서 64.69. RF 증폭부63.68. Mixer 64.69. RF amplifier

65. 고온 초전도 필터링/증폭부 65a. 저온 저잡음 증폭기65. High temperature superconducting filtering / amplification 65a. Low temperature low noise amplifier

65b. 고온 초전도 필터 70.72. RF 필터65b. High Temperature Superconducting Filter 70.72. RF filter

71. 고출력 RF 증폭부71. High power RF amplifier

본 발명은 기지국의 커버리지를 향상시키기 위하여 사용되는 중계기에 관한 것으로, 특히 고온 초전도 필터와 광 파이버를 이용하여 중계기를 구성하는 고온 초전도 광 중계기에 관한 것이다.The present invention relates to a repeater used to improve coverage of a base station, and more particularly, to a high temperature superconducting optical repeater constituting a repeater using a high temperature superconducting filter and an optical fiber.

정보 통신 기술의 발전과 생활 형태의 변화 및 경제 성장 등으로 통신 문화의 형태가 급속도로 변화되고, 정보화 시대를 맞이하여 고속의 정보전달에 대한 요구로 때와, 지하, 공중, 해상 및 산악 지역 등의 장소에 구애됨이 없이 통신 서비스를 받을 수 있는 이동통신 시스템은 일상 생활에 없어서는 안될 중요한 통신 매체로 자리잡고 있다.Due to the development of information and communication technology, change of life style and economic growth, the form of communication culture is changing rapidly, and the demand for high-speed information transmission in the age of information, time, underground, air, sea and mountain areas A mobile communication system that can receive communication services regardless of the place of the user is becoming an important communication medium that is indispensable in daily life.

이동 통신 시스템은, 서비스 지역을 하나의 넓은 지역으로 사용하는 광역 방식과는 달리 전체 서비스 지역을 셀(Cell)이라는 소규모의 서비스 영역으로 분할하고, 각 셀 내에서는 사용 가능한 일정한 수의 무선 채널을 할당하게 된다.Unlike the wide-area system, which uses a service area as one large area, a mobile communication system divides an entire service area into a small service area called a cell and allocates a certain number of available radio channels within each cell. Done.

그리고 통신 서비스는 크게 사용자들이 이용하는 단말기와 이 단말기와 통신을 위한 서비스 업자가 운영하는 기지국 그리고 이들 간의 통신을 위한 공간상의 서비스 망으로 나눌 수 있다.The communication service can be largely divided into a terminal used by a user, a base station operated by a service provider for communicating with the terminal, and a spatial service network for communication between them.

이 중 기지국의 성능은 양질의 서비스를 위해 통신망을 효율적으로 구성하기 위한 핵심 부분이라 할 수 있다.Among them, the performance of the base station is a key part for efficiently configuring the communication network for high quality service.

예를 들어, 기지국의 용량이 크다면 하나의 기지국으로 보다 많은 사용자에게 서비스를 제공할 수 있으며, 기지국의 커버리지가 충분히 넓다면 기지국의 수를 줄여 적은 수의 기지국으로도 넓은 영역을 관리할 수 있다.For example, if the capacity of the base station is large, one base station can provide services to more users, and if the base station coverage is large enough, the number of base stations can be reduced to manage a large area with a small number of base stations. .

기지국의 수신단에 사용되는 필터는 기지국으로 도달하는 신호를 가장 먼저 받아들이는 부분이며, 이 필터의 성능에 따라 통화 감도, 통화 도달 거리, 단말기 소모전력 및 통화 가능 사용자의 수가 영향을 받는다.The filter used at the receiving end of the base station is the part that first receives the signal arriving at the base station, and the performance of the filter affects the call sensitivity, the call reach distance, the terminal power consumption, and the number of users who can make the call.

무선 통신의 사용량이 증대함에 따라 제한된 주파수 재원을 효율적으로 활용하여 보다 많은 사용자에게 서비스를 제공하기 위해서는 시스템에 부가되는 잡음을 제거하여 신호 대 잡음 비를 높여야 한다.As the usage of wireless communication increases, the signal-to-noise ratio must be increased by removing noise added to the system in order to efficiently utilize limited frequency resources to serve more users.

그러므로, 우수한 성능을 지닌 기지국의 초단 필터의 필요성은 당연한 귀결이라 할 수 있다.Therefore, the necessity of the ultra-short filter of the base station with excellent performance is a natural consequence.

무선통신에서 사용되는 주파수 영역에서 초전도체는 일반 도체에 비해 현저히 작은 낮은 표면저항을 지니고 있다.In the frequency domain used in wireless communication, superconductors have a significantly lower surface resistance than ordinary conductors.

고온 초전도체를 이용하면 이전의 마이크로파 소자보다 월등히 우수한 특성, 즉 매우 작은 입력 손실, 높은 대역외 리젝션 비율(out-of-band rejection ratio)을 지닌 소형의 마이크로파 필터 제작이 가능하다.The use of high temperature superconductors allows the fabrication of small microwave filters with significantly better characteristics than previous microwave devices: very small input loss and high out-of-band rejection ratio.

또한, 고온초전도 필터가 액체질소 (77K) 이하의 저온에서 동작하기 때문에, 잡음지수 특성에서 큰 개선을 기대할 수 있다.In addition, since the high temperature superconducting filter operates at a low temperature below liquid nitrogen (77K), a large improvement in the noise figure characteristic can be expected.

이론적으로 잡음 지수는 동작온도에 비례하며, 큰 영향을 받는다. 같은 소자라 할지라도 동작 온도가 낮으면 잡음 지수도 낮고, 동작 온도가 높으면 잡음지수도 높아진다.Theoretically, the noise figure is proportional to the operating temperature and is greatly affected. Even the same device has a low noise figure at low operating temperature, and a high noise figure at high operating temperature.

이전 수신기 전단의 잡음 수준은 대개 2 ~ 3dB 수준인 것으로 알려져 있다. The noise level at the front of the previous receiver is usually known to be 2-3 dB.

반면 고온 초전도 필터와 GaAs LNA(Low Noise Amplifier)를 냉각하여 60 K 정도에서 작동시킬 경우 잡음 수준이 0.5dB 이하의 매우 낮은 값을 가진다. 필터 전단에 부수적인 장치가 추가된다고 하더라도 잡음 지수 1.0dB 이하의 수신 전단부 제작이 가능하다. On the other hand, when the high temperature superconducting filter and GaAs Low Noise Amplifier (LNA) are cooled and operated at about 60K, the noise level is very low, below 0.5dB. Even if ancillary devices are added to the front of the filter, a receive front end with a noise figure of less than 1.0dB is possible.

이하에서 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 광중계기에 관하여 설명한다.Hereinafter, an optical repeater according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일반적인 광 중계기의 구성도이고, 도 2는 일반 필터 및 초전도 필터의 대역외 잡음 특성 비교 그래프이다.1 is a block diagram of a general optical repeater, and FIG. 2 is a graph comparing out-of-band noise characteristics of a general filter and a superconducting filter.

그리고 도 3은 일본 IMT 2000 서비스의 주파수 할당 테이블이다.3 is a frequency allocation table of a Japanese IMT 2000 service.

무선 통신 사용자 수가 급증하면서 무선통신 환경은 급속도로 악화하고 있다. 이러한 환경 아래에서도 양질의 통화 품질을 유지하면서 고속, 대용량 전송을 할 수 있는 기술에 대한 필요가 절실하다.As the number of wireless communication users increases, the wireless communication environment is rapidly deteriorating. Under these circumstances, there is an urgent need for a technology capable of high speed and large capacity transmission while maintaining good call quality.

만약, 해당 서비스의 주파수 밴드 외부에 강력한 신호가 존재할 경우, 이 신호들은 상호간의 인터모듈레이션을 통해 해당 서비스의 주파수 내부로 침투할 수 있다. 이럴 경우 수신 전단부의 신호 특성에 현저한 악영향을 끼치게 된다.If a strong signal exists outside the frequency band of the service, these signals may penetrate into the frequency of the service through intermodulation. This significantly affects the signal characteristics of the front end of the receiver.

일반적으로 기지국에 채용되어 있는 이전 필터는 5 pole 정도의 체비셰프 형 필터인데 이 필터의 주파수 선택도는 대역외 영역에서의 감쇄 기울기가 ～5 dB/MHz 수준이다.In general, the previous filter employed in the base station is a 5 pole Chebyshev type filter whose frequency selectivity has attenuation slope of ~ 5 dB / MHz in the out-of-band region.

이에 반하여 8 ~ 32 pole 정도의 고온 초전도 필터는 20 ~ 100 dB/MHz의 높은 신호 선택도를 보인다.In contrast, high temperature superconducting filters on the order of 8 to 32 poles exhibit high signal selectivity of 20 to 100 dB / MHz.

이러한 장점 때문에 고온 초전도체로 제작한 필터는 해당 주파수 영역 외부의 신호를 거의 완벽하게 걸러낼 수 있다.Because of these advantages, filters made from high temperature superconductors can almost completely filter out signals outside the frequency range.

그리고 이전의 필터를 우수한 잡음지수 특성과 주파수 선택도특성 지닌 고온초전도 필터로 대체하는 경우의 특성은 도 2에서와 같다.And the case of replacing the previous filter with a high temperature superconducting filter having excellent noise figure and frequency selectivity characteristics is the same as in FIG.

즉, 통화 감도가 개선되고, 통화 도달 거리가 증가하며 단말기 소모 전력의 감소하고, 통화 절단율이 감소하며 통화 가능 사용자 수가 증가한다.That is, the call sensitivity is improved, the call reach distance is increased, the power consumption of the terminal is reduced, the call cutting rate is decreased, and the number of users who can talk is increased.

NF(Noise Figure)는 시스템의 입력단과 출력단 사이에서 신호 대 잡음비가 얼마나 악화되었는지는 측정하는 값으로서 일반적으로 캐스케이딩 된 시스템에서의 NF는 아래의 식에 의해서 결정된다. The noise figure (NF) is a measure of how much the signal-to-noise ratio deteriorates between the input and output of the system. In general, the NF in a cascaded system is determined by the following equation.

Figure 112003013977420-pat00001
Figure 112003013977420-pat00001

뒷 단의 Noise Figure가 앞단의 증폭율로 나누어지므로 초단에 높은 증폭율을 갖는 저잡음 증폭기가 위치할 경우 전체 시스템의 NF는 초단 증폭기로 들어오기 전 경로에서의 잡음 지수와 이 초단 증폭기의 특성에 의해 크게 좌우된다.Since the noise figure at the rear stage is divided by the amplification ratio at the front stage, when a low noise amplifier with a high amplification ratio is located at the first stage, the NF of the entire system is determined by the noise figure in the path before entering the first stage amplifier and the characteristics of the first stage amplifier. It depends greatly.

따라서, 초단 증폭기 이전의 loss를 감소시켜서 잡음지수를 향상시키는 것 이 필수적이다.Therefore, it is essential to improve the noise figure by reducing the loss before the ultra-short amplifier.

종래 기술의 광 중계기는 도 1에서와 같이, 이동 전화 기지국의 서비스 커버리지 확대를 위하여 CDMA(Code Division Multiple Access) 이동전화 신호를 광 신호로 변환한 후, 기지국에서 원격지까지의 전송선로를 광 케이블(11)을 사용하여 삽입손실 및 간섭을 최소화하고 기지국에 대응되는 양질의 통화 품질을 서비스하기 위한 장비이다.The prior art optical repeater converts a code division multiple access (CDMA) mobile telephone signal into an optical signal to expand the service coverage of the mobile telephone base station, as shown in FIG. 11) to minimize insertion loss and interference, and to service high quality call quality corresponding to base station.

제한된 기지국의 운영으로 광범위한 지역을 서비스하여 기지국을 증설하는데 필요한 비용을 줄이고, 이전의 중계 방식과는 달리 기지국과 원격 안테나 사이에 광 케이블(11)을 이용하여 전파를 송수신하여 최소한의 전파 손실을 얻을 수 있어 양질의 통화 품질을 구현 할 수 있다.The limited operation of the base station reduces the cost required to expand the base station by serving a wide area, and unlike the previous relay method, the radio wave is transmitted and received using the optical cable 11 between the base station and the remote antenna to obtain a minimum propagation loss. It can realize high quality call quality.

이와 같은 광 중계기는 도너(Donor) 시스템과 리모트(Remote) 시스템으로 구성된다.Such an optical repeater is composed of a donor system and a remote system.

도 4는 종래 기술의 광 중계기의 도너 시스템의 구성도이고, 도 5는 종래 기술의 광 중계기의 리모트 리피터 시스템의 구성도이다.4 is a configuration diagram of a donor system of a conventional optical repeater, and FIG. 5 is a configuration diagram of a remote repeater system of a conventional optical repeater.

도너 시스템의 기능은 기지국내에 위치하고, 기지국의 Tx 안테나 전단에서 지향성 커플러(Directional Coupler)를 이용하여 신호를 분리하고 송신 신호를 입력받아 광 신호로 변환(E/O)하여 리모트 시스템으로 전송한다.The function of the donor system is located in the base station, and separates the signal using a directional coupler in front of the Tx antenna of the base station, receives a transmission signal, converts it into an optical signal (E / O), and transmits it to the remote system.

그리고 리모트 시스템으로부터 오는 수신 광 신호를 입력받아 기지국 입력조건에 맞는 RF 신호로 변환(O/E)하는 기능을 수행한다.And it receives the received optical signal from the remote system and performs the function of converting (O / E) the RF signal suitable for the base station input conditions.

그리고 리모트 시스템은 서비스 하고자 하는 곳에 두어 도너 시스템으로부 터 오는 광 신호를 RF 신호로 변환(O/E)하여 고출력으로 증폭 후 방사하고, 사용자 단말기로부터 오는 RF 신호를 광 신호로 변환(E/O)하여 도너 시스템으로 전송하는 기능을 수행한다.The remote system puts it in the place to be serviced, converts the optical signal from the donor system into an RF signal (O / E), amplifies and radiates it with high power, and converts the RF signal from the user terminal into an optical signal (E / O ) To transfer to the donor system.

각 시스템은 RF 신호를 처리하는 RF 모듈, 광 신호를 처리하는 광 모듈, 각 장치의 장애 처리 및 제어를 담당하는 제어 모듈 및 전원 모듈로 구분된다.Each system is divided into an RF module for processing an RF signal, an optical module for processing an optical signal, a control module and a power supply module for handling and controlling failure of each device.

통상적으로 중계기의 안테나는 기지국의 안테나에 비해 사용자 가까이 위치할 경우가 많다. 이럴 경우 Near-far 문제가 발생할 소지가 있다.Typically, the antenna of the repeater is often located closer to the user than the antenna of the base station. This can lead to near-far problems.

즉, 모든 단말기가 동일한 출력을 낸다고 가정할 때 기지국 가까이에 있는 단말기의 신호가 멀리 있는 단말기의 신호보다 크기 때문에 가까이 있는 단말기의 통화 상태는 양호하지만 멀리 있는 단말기의 통화상태는 열악해 진다.That is, assuming that all terminals give the same output, the signal of the terminal near the base station is greater than the signal of the far terminal, so that the communication status of the nearby terminal is good but the communication state of the remote terminal is poor.

실제 운용되는 기지국에서는 이러한 Near-far 문제를 해결하기 위하여, 모든 기지국이 자신의 입력단에서 볼 때 수신되는 전력을 동일하도록 단말기의 전력을 제어를 함으로써 문제를 해결한다.In order to solve the near-far problem in the actual base station, the problem is solved by controlling the power of the terminal so that all the base stations receive the same power when viewed from their input terminal.

그러나 자신의 제어하에 있지 않은 인접 대역의 타 사업자의 전력은 제어할 수 없으므로 도 2에서와 같이, 수신단 필터가 이 신호를 제거해 주지 못할 경우 이 신호가 고스란히 수신기 내로 유입되게 된다.However, since the power of other operators in adjacent bands not under their control cannot be controlled, as shown in FIG. 2, when the receiver filter does not remove the signal, the signal is introduced into the receiver.

이러한 문제가 발생할 수 있는 주파수 배치 상황의 예로서 일본 IMT 2000서비스의 주파수 배치도는 도 3에서와 같다. As an example of the frequency allocation situation where this problem may occur, the frequency allocation diagram of the Japanese IMT 2000 service is shown in FIG. 3.

그러나 이상에서 설명한 종래 기술에 따른 광중계기는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the optical repeater according to the related art described above has the following problems.

종래 기술의 광 중계기에서는 자신의 제어하에 있지 않은 인접 대역의 타 사업자의 전력은 제어할 수 없어 수신단 필터가 이 신호를 제거해 주지 못할 경우 이 신호가 고스란히 수신기 내로 유입되게 된다.In the conventional optical repeater, the power of other operators in adjacent bands not under its control cannot be controlled, so that the signal is introduced into the receiver if the receiver filter cannot remove the signal.

이와 같은 총 입력 전력이 중계기의 입력 상한치를 넘는 경우도 발생할 수 있는데, 이 경우에는 중계기의 증폭기들이 선형 동작점을 넘어서서 동작하여 상호 변조 왜곡(Inter Modulation Distortion;IMD)이 발생하고 인접 대역의 신호가 모듈레이션되어 자기 영역의 노이즈 레벨(noise level)이 높아지는 문제가 있다.In some cases, the total input power exceeds the upper limit of the repeater, in which case the amplifiers of the repeater operate beyond the linear operating point, causing intermodulation distortion (IMD), There is a problem that the modulation is high, the noise level (noise level) of the magnetic domain.

심할 경우에는 중계기가 포화(saturation) 되거나, 중계기에서 발진(oscillation)이 발생할 수 있다.In extreme cases, the repeater may be saturated or oscillation may occur in the repeater.

종래 기술의 광 중계기에서는 이러한 큰 신호가 들어올 경우 이 신호를 제거해 줄 수 없기 때문에 중계기 앞단에 ALC(Auto Gain Control) 기능을 두어 중계기의 이득(Gain)을 낮춤으로써 증폭단(AMP)의 포화를 방지한다.In the conventional optical repeater, if such a large signal comes in, the signal cannot be eliminated. Therefore, the ALC (Auto Gain Control) function is provided in front of the repeater to reduce the gain of the repeater to prevent saturation of the amplifier. .

그러나 이와 같은 ALC 기능의 적용은 통화 품질의 열화를 가져온다. However, the application of this ALC feature results in deterioration of call quality.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 광 중계기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기지국의 커버리지를 향상시키기 위하여 사용되는 중계기에서 고온 초전도 필터와 광 파이버를 이용하여 중계기를 구성하여 특성을 향상시킨 고온 초전도 광 중계기를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the optical repeater of the prior art as described above, the high temperature superconducting light to improve the characteristics by configuring a repeater using a high temperature superconducting filter and optical fiber in the repeater used to improve the coverage of the base station The purpose is to provide a repeater.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고온 초전도 광 중계기는 중계기에 사용되는 무선 신호 수신 장치에서, RF 전단에 구성되어 시스템에 적합하지 않은 간섭 신호를 필터링하는 고온 초전도 필터(HTS)와, 상기 고온 초전도 필터에서 필터링된 신호를 증폭하는 저온 저잡음 증폭기와, 상기 저온 저잡음 증폭기에서 증폭된 RF 신호를 IF 신호 변환하는 믹서와, 상기 믹서에서 변환된 IF 신호를 필터링 및 증폭하는 IF 필터 및 IF 증폭 수단을 포함하여 리모트부가 구성되고, 도너부와 리모트부간의 신호 전달에 광케이블을 사용하는 것이 바람직하다.The high temperature superconducting optical repeater according to the present invention for achieving the above object is a high temperature superconducting filter (HTS) for filtering an interference signal that is configured in the RF front end is not suitable for the system in a wireless signal receiving apparatus used in a repeater, A low temperature low noise amplifier for amplifying the signal filtered by the high temperature superconducting filter, a mixer for IF signal conversion of the RF signal amplified by the low temperature low noise amplifier, an IF filter and IF amplification for filtering and amplifying the IF signal converted in the mixer It is preferable that a remote portion is configured including the means, and an optical cable is used for signal transmission between the donor portion and the remote portion.

본 발명은 한 개 이상의 필터링 수단 및 한 개 이상의 증폭 수단이 극저온 냉동기에 열적으로 연결되고, 진공 용기에 실장되어 120K 이하의 온도로 유지되는 것을 특징으로 한다.The invention is characterized in that one or more filtering means and one or more amplification means are thermally connected to the cryogenic freezer, mounted in a vacuum vessel and maintained at a temperature of 120 K or less.

본 발명은 필터링 수단으로 고온초전도 마이크로스트립 필터를 사용하는 것을 특징으로 하고, 고온초전도 물질로 YBCO를 사용하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that a high temperature superconducting microstrip filter is used as the filtering means, and YBCO is used as the high temperature superconducting material.

본 발명은 증폭 수단으로 GaAs HEMT(High Electron Mobility Transistor) 소자를 사용하고, LNA 회로 구성에서 Balanced type을 사용하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized by using a GaAs HEMT (High Electron Mobility Transistor) device as an amplification means and using a balanced type in the LNA circuit configuration.

본 발명은 LNA 전압 바이어스 회로가 냉각능력 절감을 위하여 진공 용기 외부에 위치하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that the LNA voltage bias circuit is located outside the vacuum vessel to reduce the cooling capacity.

본 발명은 중계기의 도너 및 리모트 시스템 간에 신호를 전달할 때 IF 대역의 신호를 사용하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized by using a signal in the IF band when transferring the signal between the donor and the remote system of the repeater.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 이하에서의 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the embodiments.

본 발명에 따른 고온 초전도 광 중계기의 바람직한 실시예에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Preferred embodiments of the high temperature superconducting optical repeater according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 6은 본 발명에 따른 광 중계기의 리모트 리피터 시스템의 구성도이다.6 is a block diagram of a remote repeater system of the optical repeater according to the present invention.

그리고 도 7a내지 도 7c는 본 발명에 따른 필터 및 LNA 일체형 모듈 및 LNA 회로 구성도이고, 도 8은 필터 및 LNA 일체형 모듈이 냉동기에 실장된 형태를 나타낸 구성도이다.7A to 7C are block diagrams illustrating a filter, an LNA integrated module, and an LNA circuit according to the present invention, and FIG. 8 is a block diagram showing a configuration in which the filter and the LNA integrated module are mounted in a refrigerator.

본 발명은 중계기의 RF 신호처리 부분을 고온초전도 필터 및 저온 LNA로 대체하여 중계기 운용에서 발생할 수 있는 Near-far 문제를 억제할 수 있도록한 것이다.The present invention is to replace the RF signal processing portion of the repeater with a high temperature superconducting filter and a low temperature LNA to suppress the near-far problem that may occur in the repeater operation.

본　발명은　무선 통신 시스템에서 원하는 대역의 신호만 선별하여 통과 및 증폭시키는 고온초전도 마이크로파　필터시스템에　관한 것으로 특히, 고온초전도 필터 및 관련 RF 부품을 저온에서 동작시킴으로서 무선통신 시스템의 성능을 개선시키고자 하는 것이다.The present invention relates to a high temperature superconducting microwave filter system that selects, passes, and amplifies only signals of a desired band in a wireless communication system. In particular, the present invention seeks to improve the performance of a wireless communication system by operating a high temperature superconducting filter and related RF components at low temperature. will be.

특히, 안테나 및 이동통신용 단말기간의 거리가 가까워 간섭이 발생할 소지가 많은 중계기에 고온초전도 필터 시스템을 적용하여, 시스템에 적합하지 않은 간섭 신호를 걸러냄으로써 우수한 RF 특성을 구현하기 위한 것이다.In particular, by applying a high-temperature superconducting filter system to a repeater that is likely to cause interference due to the close distance between the antenna and the mobile communication terminal, it is to implement excellent RF characteristics by filtering out interference signals that are not suitable for the system.

이와 같이 중계기 리모트 시스템의 RF 프론트엔드에 고온초전도 필터를 이용하는 것에 의해 우수한 잡음지수 특성 및 대역 외 신호 억제 특성을 구현할 수 있고, 기지국과 중계기 사이에 광 케이블을 이용하여 최소한의 전파 손실 특성을 구현한다.By using the high temperature superconducting filter in the RF front end of the repeater remote system, excellent noise figure and out-of-band signal suppression characteristics can be realized, and minimum propagation loss characteristics are realized by using optical cable between the base station and the repeater. .

이와 같은 본 발명에 따른 중계기는 CDMA 95A, CDMA 95B, CDMA 95C 1X, CDMA 2000, 1X EVDO, 1X EVDV, FDMA, TDMA, GSM, WCDMA, TDD-CDMA, PHS, TRS 등의 이동통신 시스템 방식에 적용될 수 있다.The repeater according to the present invention is applied to a mobile communication system such as CDMA 95A, CDMA 95B, CDMA 95C 1X, CDMA 2000, 1X EVDO, 1X EVDV, FDMA, TDMA, GSM, WCDMA, TDD-CDMA, PHS, TRS, etc. Can be.

본 발명에 따른 초전도 광 중계기는 크게 도너 시스템, 리모트 시스템 그리고 도너 시스템과 리모트 시스템을 연결하는 광섬유 전송로로 구성된다.The superconducting optical repeater according to the present invention is largely composed of a donor system, a remote system, and an optical fiber transmission path connecting the donor system and the remote system.

본 발명에 따른 초전도 광 중계기의 리모트 리피터의 구성은 도 6에서와 같다.The configuration of the remote repeater of the superconducting optical repeater according to the present invention is as shown in FIG.

수신단(RX)의 RF(Radio Frequency) 전단에 구성되어 시스템에 적합하지 않은 간섭 신호를 필터링하는 고온 초전도 필터(HTS)(65b)와, 필터링된 신호를 증폭하는 저온 저잡음 증폭기(65a)로 고온 초전도 필터링/증폭부(65)가 구성된다.High temperature superconductivity with a high temperature superconducting filter (HTS) 65b configured at the front end of the radio frequency (RF) of the receiving end RX to filter out interference signals that are not suitable for the system, and a low temperature low noise amplifier 65a for amplifying the filtered signal. The filtering / amplifying section 65 is configured.

그리고 고온 초전도 필터/증폭부(65)에 출력되는 신호를 증폭하는 RF 증폭부(64)와, 국부 발진 신호(LO)에 의해 RF 신호를 IF(Intermediate Frequency) 신호로 변환하는 믹서(Mixer)(63)와, IF 신호를 필터링하는 IF 필터(62)와, 필터링된 IF 신호를 광 신호로 변환(E/O)하기 전에 증폭하는 IF 증폭부(61)를 포함한다.And an RF amplifier 64 for amplifying the signal output to the high temperature superconducting filter / amplifier 65 and a mixer for converting the RF signal into an IF (Intermediate Frequency) signal by the local oscillation signal (LO) ( 63), an IF filter 62 for filtering the IF signal, and an IF amplifier 61 for amplifying the filtered IF signal before converting (E / O) the optical signal.

그리고 전송단(TX)은 도너에서 받은 광 신호를 전기적인 신호(O/E)로 변환하고 필터링하는 IF 필터(66)와, 필터링된 IF 신호를 증폭하는 IF 증폭부(67)와, 국부 발진 신호(LO)에 의해 RF 신호로 변환하는 믹서(68)와, Rf 신호를 증폭하는 RF 증폭부(69)와, 증폭된 RF 신호를 필터링하는 RF 필터(70)와, 필터링된 신호를 고출력 증폭하는 고출력 RF 증폭부(71)와, 고출력 RF 증폭부(71)의 출력을 필터링하여 안테나로 출력하는 RF 필터(72)를 포함하고 구성된다.In addition, the transmission stage TX converts and filters an optical signal received from a donor into an electrical signal O / E, an IF filter 66, an IF amplifier 67 amplifying the filtered IF signal, and a local oscillation. A mixer 68 for converting the signal LO into an RF signal, an RF amplifier 69 for amplifying the Rf signal, an RF filter 70 for filtering the amplified RF signal, and a high power amplification of the filtered signal. And a high output RF amplifier 71 and an RF filter 72 for filtering the output of the high output RF amplifier 71 and outputting the same to an antenna.

도너 시스템은 기지국내에 위치하며, 기지국의 송신 신호를 필터링 및 증폭 을 한 후에 광 신호로 변환(E/O)하여 리모트 시스템으로 전송하며, 리모트 시스템으로부터 수신되는 광 신호를 입력받아 전기적 신호로 바꾼(O/E) 후에 필터링 및 증폭을 거쳐 기지국 수신단에 인가한다.The donor system is located in the base station, and after filtering and amplifying the transmission signal of the base station, converts it into an optical signal (E / O) and transmits it to the remote system, and receives the optical signal received from the remote system into an electrical signal. After O / E, filtering and amplification are applied to the base station receiving end.

기지국 시스템은 기지국 커버리지가 미치지 못하는 지하철 역, 건물 내무, 건물 지하, 산악지역, 고속도로변, 기타 음영 지역에 설치한다. Base station systems are installed in subway stations, building interiors, building basements, mountain areas, highways, and other shaded areas that are not covered by base station coverage.

그리고 리모트 시스템은 도너 시스템에서 온 송신 광 신호를 전기적 신호로 변환(O/E)하여 고출력 RF 증폭기(71)에서 증폭하고, 필터링을 거쳐 안테나로 내보내 음역지역에 기지국의 송신 신호를 중계하는 역할을 수행한다.The remote system converts (O / E) the transmission optical signal from the donor system into an electrical signal, amplifies it in the high-power RF amplifier 71, and sends the filtered signal to the antenna to relay the transmission signal of the base station to the sound region. Perform.

또한, 중계기 안테나에서 들어온 단말기의 신호를 포착하여 필터링을 거쳐 저온 저잡음 증폭기(65a)로 증폭한다.In addition, the signal of the terminal coming from the repeater antenna is captured, filtered and amplified by the low temperature low noise amplifier 65a.

이와 같이 필터링되고 증폭된 신호가 광학적 신호로 변환되어 광전송로를 통해 기지국내에 위치한 도너 시스템에 전달된다.The filtered and amplified signal is converted into an optical signal and transmitted to the donor system located in the base station through the optical transmission path.

그리고 리모트 시스템 및 도너 시스템 모두에서 전기적 신호를 광 신호로 변환하기 전에 RF 신호를 믹서를 이용하여 IF 신호로 변환함으로써 전송 손실을 줄이고 신호 전달을 용이하게 한다.In both the remote and donor systems, the RF signal is converted to an IF signal using a mixer before converting the electrical signal into an optical signal, thereby reducing transmission loss and facilitating signal transmission.

이를 위하여, IF 신호를 RF 신호로 업 변환(up conversion) 하거나 RF 신호를 IF신호로 다운 변환(down conversion)하는 모듈과 부가적인 IF 필터 및 IF 증폭 모듈을 추가한다.To this end, a module for up converting an IF signal to an RF signal or down converting an RF signal to an IF signal, and an additional IF filter and an IF amplification module are added.

그리고 본 발명에 따른 광 중계기에 사용되는 초전도 필터는 이트륨계(YBaCuO), 탈륨계 (TlBaCaCuO) 등의 고온 초전도 물질을 MgO, 란타늄 알루 미늄 옥사이드(LaAlO3), 알루미늄 옥사이드(Al2O3)등의 기판위에 박막으로 형성한 후 마이크로스트립 패터닝하여 제작한다.And the superconducting filter used in the optical repeater according to the present invention is a high-temperature superconducting materials such as yttrium (YBaCuO), thallium (TlBaCaCuO), MgO, lanthanum aluminum oxide (LaAlO 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), etc. After forming a thin film on the substrate of the microstrip patterning is produced.

그리고 저잡음 증폭기(LNA)는 GaAs HEMT 소자를 이용하여 balanced type 증폭기를 구성하고 저온 동작시킴으로써 제작이 가능하다.Low noise amplifiers (LNAs) can be fabricated by configuring balanced type amplifiers using GaAs HEMT devices and operating at low temperature.

이와 같이 제작된 필터와 LNA 모듈 및 저잡음 증폭 회로의 구성은 도 7a,도 7b, 도 7d에서와 같다.The structure of the filter, the LNA module, and the low noise amplification circuit manufactured as described above are the same as in FIGS. 7A, 7B, and 7D.

여기서, LNA는 크게 도 7b의 RF 부분과 도 7c의 바이어스 회로로 나누어지는데, 본 발명에서는 이 둘을 분리하여 바이어스 회로를 냉각 부분 외부에 위치시킨다.Here, the LNA is largely divided into the RF portion of FIG. 7B and the bias circuit of FIG. 7C. In the present invention, the LNA is separated to position the bias circuit outside the cooling portion.

이와 같은 고온 초전도 필터 및 LNA는 액체 질소 온도 부근의 아주 낮은 온도에서 동작한다.Such high temperature superconducting filters and LNAs operate at very low temperatures near the liquid nitrogen temperature.

그리고 수동 소자의 잡음 지수는,And the noise figure of the passive element is

Figure 112003013977420-pat00002
이고, 여기서, F는 잡음 지수, L은 손실 팩터(Loss factor), T는 디바이스의 온도, T0는 레퍼런스 온도(290K)이므로, 저온에서 동작할 경우 우수한 잡음 특성을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
Figure 112003013977420-pat00002
Where F is a noise figure, L is a loss factor, T is the temperature of the device, and T 0 is the reference temperature (290K), so it can be seen that excellent noise characteristics can be obtained when operating at low temperatures. .

이와 같은 초전도 필터를 저온 실장한 형태는 도 8에서와 같다.The superconducting filter is mounted at a low temperature as shown in FIG. 8.

초전도 필터를 동작시키기 위해서는 극저온 냉동기를 필요로 하는데, 고온초전도 필터 및 LNA는 콜드 핑거(81)라고 불리는 냉동기의 저온부에 장착된다.A cryogenic freezer is required to operate the superconducting filter, where the high temperature superconducting filter and the LNA are mounted in the cold section of the freezer, called the cold finger 81.

그리고 필터 및 LNA(82)를 열적으로 외부와 차단하기 위해서 진공을 사용하는데, 대류에 의한 열전도를 최소화 할 수 있는 진공을 유지하기 위해서는 일종의 진공 챔버(86)를 사용한다.In addition, a vacuum is used to thermally block the filter and the LNA 82 from the outside, and a type of vacuum chamber 86 is used to maintain a vacuum to minimize thermal conduction due to convection.

여기서, 진공 챔버(86)에는 진공 외부와 내부사이에 RF 신호를 전달할 수 있도록 RF 피드스루(feedthrugh)(84)와 LNA에 바이어스를 인가하거나 온도측정 센서의 케이블을 연결할 수 있도록 진공용 전기적 피드스루(electrical feedthrugh)(87)가 장착된다.Here, the vacuum chamber 86 has a vacuum electrical feedthrough for applying a bias to the RF feedthrugh 84 and the LNA or connecting a cable of a temperature measuring sensor so as to transfer an RF signal between the outside and the inside of the vacuum. (electrical feedthrugh) 87 is mounted.

그리고 냉동기의 냉각부는 약 60 K인 이하의 저온이고, 진공 외벽은 약 300 K의 상온이기 때문에 이 양자 사이에서는 열복사가 존재한다. 이러한 열복사를 차단해 주기 위해 열복사 차단판(thermal radiation shield)(83)이 구성된다.And since the cooling part of the refrigerator is at a low temperature of about 60 K or less, and the vacuum outer wall is about 300 K at room temperature, heat radiation exists between them. A thermal radiation shield 83 is configured to block such thermal radiation.

이와 같은 초전도 필터 시스템에서 진공 하우징의 부착된 신호 입력 RF 컨넥터(85)에서 저온부에 위치한 RF 회로의 입력부에 RF 신호를 입력하게 된다.In such a superconducting filter system, the RF signal is input to an input of an RF circuit located at a low temperature part in the attached signal input RF connector 85 of the vacuum housing.

본 발명에 의해 제작된 시스템의 잡음 지수와 전송 특성은 다음과 같다.The noise figure and transmission characteristics of the system fabricated by the present invention are as follows.

도 9a와 도 9b는 본 발명에 따른 필터 및 LNA의 잡음 지수 및 전송 특성 그래프이고, 도 10은 일반 필터와 초전도 필터 사용시의 인접 밴드 신호 제거 특성 비교 그래프이다.9A and 9B are graphs of noise figure and transmission characteristics of a filter and an LNA according to the present invention, and FIG. 10 is a comparison graph of adjacent band signal removal characteristics when a general filter and a superconducting filter are used.

이전 중계기 시스템의 NF 평균적인 NF SPEC이 5 dB이고, 통상 2~3 dB이상인 것에 비해 NF 특성이 1.0 dB이하로서 아주 우수함을 알 수 있다.The NF average NF SPEC of the previous repeater system is 5 dB, and the NF characteristic is 1.0 dB or less, which is very good, compared to 2 to 3 dB or more.

이는 중계기 커버리지 면에서 약 20 %이상의 증가에 해당하는 값으로 본래 커버리지 확장을 위해 설치하는 중계기 특성을 크게 향상시킴을 알 수 있다.This is a value corresponding to an increase of about 20% or more in terms of repeater coverage, and it can be seen that it greatly improves the repeater characteristics installed for the original coverage extension.

또한, 중계기의 열악한 NF값은 기지국의 커버리지 및 용량을 감소시키는 역할을 하는데 본 발명에 의한 시스템은 우수한 NF값을 갖기 때문에 이러한 문제도 더불어 해결할 수 있다. In addition, the poor NF value of the repeater serves to reduce the coverage and capacity of the base station, because the system according to the present invention has an excellent NF value can also solve this problem.

본 발명에 의해 제작된 시스템의 실제 적용 결과를 나타낸 도 10에서와 같이, 이전 필터가 인접 대역 외의 신호를 완전히 걸러주지 못하는 데에 비하여 초전도 시스템은 인접 대역 외의 신호를 깨끗하게 제거하는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 10, which shows the actual application result of the system fabricated by the present invention, it can be seen that the superconducting system cleanly removes the signal outside the adjacent band, as compared to the previous filter which does not completely filter out the signal outside the adjacent band.

이와 같은 본 발명에 따른 고온초전도 광 중계기는 고온초전도 필터 및 저온 동작 저잡음 증폭기(LNA)를 사용하여 다음과 같은 효과를 갖는다.Such a high temperature superconducting optical repeater according to the present invention has the following effects by using a high temperature superconducting filter and a low temperature operation low noise amplifier (LNA).

첫째, 초전도 필터의 우수한 대역외 신호 제거특성에 의해 인접 신호에 의한 간섭을 완전히 배제할 수 있다.First, due to the excellent out-of-band signal rejection characteristics of the superconducting filter, interference by adjacent signals can be completely eliminated.

둘째, 초전도 필터와 LNA의 저온동작으로 시스템 전체의 잡음지수를 1dB이하로 유지할 수 있다. Second, the low-temperature operation of the superconducting filter and the LNA can keep the noise figure of the entire system below 1dB.

셋째, 이전 시스템은 인접 신호를 완전히 걸러주지 못하지만, 본 발명에 따른 고온초전도 광 중계기는 고온초전도 필터 및 저온 동작 저잡음 증폭기(LNA)를 사용하여 간섭 신호를 모두 필터링할 수 있다.Third, although the previous system does not completely filter out adjacent signals, the high temperature superconducting optical repeater according to the present invention can filter both the interfering signals using a high temperature superconducting filter and a low temperature operating low noise amplifier (LNA).

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.

Claims (7)

중계기에 사용되는 무선 신호 수신 장치에서,In the wireless signal receiver used in the repeater, RF 전단에 구성되어 시스템에 적합하지 않은 간섭 신호를 필터링하는 고온 초전도 필터(HTS);A high temperature superconducting filter (HTS) configured at the RF front end to filter out interference signals not suitable for the system; 상기 고온 초전도 필터에서 필터링된 신호를 증폭하는 저온 저잡음 증폭기;A low temperature low noise amplifier for amplifying the signal filtered by the high temperature superconducting filter; 상기 저온 저잡음 증폭기에서 증폭된 RF 신호를 IF 신호 변환하는 믹서;An IF signal converting RF signal amplified by the low temperature low noise amplifier; 상기 믹서에서 변환된 IF 신호를 필터링 및 증폭하는 IF 필터 및 IF 증폭 수단을 포함하여 리모트부가 구성되고, 도너부와 리모트부간의 신호 전달에 광케이블을 사용하는 것을 특징으로 하는 고온 초전도 광 중계기.A high temperature superconducting optical repeater comprising a remote part including an IF filter and IF amplifying means for filtering and amplifying the IF signal converted by the mixer, and using an optical cable for signal transmission between the donor part and the remote part. 제 1 항에 있어서, 도너부는,The donor part according to claim 1, 기지국내에 위치하여 기지국의 송신 신호를 필터링 및 증폭을 한 후에 광 신호로 변환(E/O)하여 리모트부로 전송하고,Located in the base station, after filtering and amplifying the transmission signal of the base station, it is converted into an optical signal (E / O) and transmitted to the remote unit, 리모트부로부터 수신되는 광 신호를 입력받아 전기적 신호로 바꾼(O/E) 후에 필터링 및 증폭을 거쳐 기지국 수신단에 인가하는 것을 특징으로 하는 고온 초전도 광 중계기.A high temperature superconducting optical repeater, which receives an optical signal received from a remote unit and converts it into an electrical signal (O / E), and then applies the optical signal to a base station receiving terminal through filtering and amplification. 제 1 항에 있어서, 고온 초전도 필터와 저온 저잡음 증폭기는 극저온 냉동기에 열적으로 연결되고, 진공 용기에 실장되어 120K 이하의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 고온 초전도 광 중계기.The high temperature superconducting optical repeater according to claim 1, wherein the high temperature superconducting filter and the low temperature low noise amplifier are thermally connected to the cryogenic freezer, and are mounted in a vacuum vessel and maintained at a temperature of 120 K or less. 제 1 항에 있어서, 고온 초전도 필터가 이트륨계(YBaCuO) 또는 탈륨계 (TlBaCaCuO)의 고온 초전도 물질을, MgO 또는 란타늄 알루미늄 옥사이드(LaAlO3) 또는 알루미늄 옥사이드(Al2O3)의 기판위에 박막으로 형성한 후 마이크로스트립 패터닝으로 제작되는 것을 특징으로 하는 고온 초전도 광 중계기.The high temperature superconducting filter according to claim 1, wherein the high temperature superconducting filter comprises a high temperature superconducting material of yttrium based (YBaCuO) or thallium based (TlBaCaCuO) on a substrate of MgO or lanthanum aluminum oxide (LaAlO 3 ) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ). High temperature superconducting optical repeater, characterized in that it is produced by microstrip patterning after forming. 제 1 항에 있어서, 저온 저잡음 증폭기를 GaAs HEMT 소자를 사용하고, LNA 회로 구성에서 Balanced type을 사용하는 것을 특징으로 하는 고온 초전도 광 중계기.The high temperature superconducting optical repeater according to claim 1, wherein the low temperature low noise amplifier uses a GaAs HEMT element and a balanced type in an LNA circuit configuration. 제 1 항에 있어서, 저온 저잡음 증폭기의 전압 바이어스 회로가 진공 용기 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 고온 초전도 광 중계기.2. The high temperature superconducting optical repeater according to claim 1, wherein the voltage bias circuit of the low temperature low noise amplifier is located outside the vacuum vessel. 제 1 항에 있어서, 중계기의 도너부와 리모트부 간에 신호를 전달할 때 IF 대역의 신호를 사용하는 것을 특징으로 하는 고온 초전도 광 중계기.2. The high temperature superconducting optical repeater according to claim 1, wherein an IF band signal is used to transmit a signal between the donor part and the remote part of the repeater.
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