KR20020064019A - 이득 분산 알에프 중계 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이득 분산 RF 중계 시스템에 관한 것으로, 안테나 피드백에 의한 중계기의 발진현상을 방지하여 통화품질을 향상시키기 위한 RF 중계 시스템을 제공하기 위한 것이며, 본 발명의 이득 분산 RF 중계 시스템은, 기지국과 연결되며, 기지국으로부터의 신호를 미리 정하여진 방향으로 지향성 방사함으로써 송신하며, 미리 정하여진 방향으로부터 전송되는 신호를 수신하는 선행중계수단; 미리 정하여진 방향으로부터의 신호를 수신하며, 수신된 신호를 증폭하며, 증폭된 신호를 다수의 가입자 단말기로 송신하며, 가입자 단말기로부터의 신호를 수신하며, 수신된 신호를 증폭하며, 증폭된 신호를 미리 정하여진 방향으로 지향성 방사함으로써 송신하는 최종중계수단; 및 미리 정하여진 제1 방향으로부터의 신호를 수신하며, 수신된 신호를 증폭하며, 증폭된 신호를 미리 정하여진 제2 방향으로 지향성 방사함으로써 송신하며, 제2 방향으로부터의 신호를 수신하며, 수신된 신호를 증폭하며, 증폭된 신호를 제1 방향으로 지향성 방사함으로써 송신하는 하나 이상의 중계수단을 포함한다.

Description

이득 분산 알에프 중계 시스템{gain-dispersive RF repeater system}

본 발명은 이득 분산 RF 중계 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안테나 피드백에 의한 중계기의 발진현상을 방지하여 통화품질을 향상시키기 위한 RF 중계 시스템을 제공하기 위한 것이다.

무선 통신분야는 CDMA(코드 분할 다중 방식) 기술의 발표와 디지털 기술의 혁명적 발달로 셀룰라, PCS 등의 기술분야는 국내외 대기업들의 각축장이 되었고, 데이터 통신, 무선 가입자망(WLL), 주파수 공용 통신(TRS) 등의 통신 시장이 생겨나고 급기야는 차세대 이동통신이라고 불리우는, 위성을 이용한 IMT-2000 사업이 추진되는 단계에 이르러 있다.

일반 무선통신 가입자들이 상기 무선통신을 통하여 자신의 단말기를 사용하여 상대방과 통화를 하기 위해서는 기본적으로 기지국, 무선 중계기 및 단말기가 구비되어야 하며, 이와 같은 일반적인 RF 중계 시스템의 구성을 도1에 블록도로 나타내었다.

일반적인 RF 중계시스템은 기지국(100)으로부터 무선통신 가입자의 단말기(도시하지 않음)로 고출력 신호를 송/수신할 수 있도록 하기 위한 중계기(900)로 이루어져 있으며, 여기서 중계기(900)는 신호처리/증폭장치(920), 제1 송수신안테나 (950) 및 제2 송수신 안테나(980)로 구성된다. 중계기(900)는 단위지역내의 단말기를 폭넓게 지원할 수 있게 하기 위하여 넓은 방사 패턴을 가지는 등방성 (isotropic)또는 전방향성(omnidirectional)의 안테나를 채용함이 보통이다.

도1에 나타낸 바와 같은 일반적인 RF 중계 시스템에서의 문제점은 중계기의 출력신호가 입력으로 피드백되어 다시 증폭과정을 거치게 됨에 따라 발생되는 발진현상이 유발될 가능성이 있다는 점이며, 이와 같은 발진 현상을 피하기 위하여서는 중계기 자체의 이득(gain)을 제한하여야 함에 따라 출력을 높일 수 없는 문제가 발생하여 통화품질의 저하를 피할 수 없다.

이를 보다 상세히 기술하면, 상기 중계기의 발진 현상은 중계기의 이득 (gain)이 입출력간의 분리(isolation) 계수에 비하여 큰 경우에 발생한다. 여기서, 분리 계수란 출력 중 입력으로 되돌아가는 양을 나타내는 계수로서, 예를 들어 출력 중 1/100의 방사 전력이 입력으로 되돌아 갈 경우 20dB로 나타낸다. 이 때, 중계기의 이득(gain)이 20dB보다 큰 경우 입력된 출력신호가 다시 재 증폭되는 발진 현상이 발생하게 되므로 이득은 상기 분리 계수에 비하여 높아서는 안 되고, 따라서 상기 분리 계수는 중계기의 이득을 제한하는 요소로 작용하게 된다.

또한, 이와 같은 발진 현상에는 기지국에서 단말기 방향으로의 순방향의 발진 현상과 단말기에서 기지국 방향으로의 역방향의 발진 현상이 있는데, 특히 역방향의 발진 현상은 기지국에 영향을 미칠 수 있기 때문에 심각한 문제가 되며, 발진 현상이 일어나 특정 중계기로부터 기지국에 보내지는 신호가 커질 경우 동일한 신호의 레벨을 맞추기 위하여 다른 중계기의 출력신호를 상승시키기 위하여 이득을 높여야 하며, 이득을 상승시켜 상기 다른 중계기의 분리 계수에 비해 이득이 높아질 경우, 해당 중계기에서 다른 발진 현상이 유발되어 시스템 전체의 운영이 마비되거나 해당 중계기 자체의 고장을 유발시킬 수 있다.

상기 코드 분할 다중 접속(CDMA) 방식을 취하는 경우, 단말기마다 신호의 크기가 달라질 경우, 이를 비슷한 레벨로 맞추기 위한 이득조정이 필요하므로 더욱 문제가 될 수 있는데, 상기 발진 현상에 의한 출력 신호의 비정상적인 상승이 일어날 경우 위와 같은 CDMA 방식을 채용한 결과로 나타나는 출력신호의 차이를 보상하기 위한 중계기의 게인 조정이 어려워지게 된다.

이를 해결하기 위한 방법으로서는 광 중계기를 채용하는 방법이 제시된 바 있으며, 광 중계기의 경우는 입력을 광 신호로 하고 출력을 전파로 발송하는 방식을 취하여 출력신호가 다시 입력신호에 영향을 미치는 현상을 막고자 하는 것을 기본적 구성으로 한다. 따라서 기지국으로부터 중계기까지 또는 중계기 간에 광선로를 필요로 하게 되며, 비가시 거리에서도 신호의 전송이 용이한 장점이 있으나, 선로 설치를 필요로 하게 되어 추가 비용 상승을 발생시키게 되고, 광선로를 통한 전송 시에 유전율이 높은 재료를 사용하게 됨에 따라 전파지연(5.5usec/km)의 원인이 되는 등의 문제가 있으며, 광선로 지역과 무선 지역의 경계에서 통화품질의 저하를 가져오는 등의 문제가 있다.

또 다른 해결책으로 제시된 것은 변파 중계기인데, 중계기의 입력과 출력간에 주파수를 달리하여 현재 사용하지 않는 영역의 주파수를 사용함으로써 입력신호와 출력신호 간의 간섭을 배제하여 발진 현상을 방지하고자 하는 방식이다. 따라서 이와 같은 방법을 사용할 경우 실제 통화에 사용할 수 없는 추가적인 주파수 할당(frequency allocation: FA)이 필요하게 되어 주파수 효율이 떨어지고 불필요한 전파영역의 사용 및 유지비용이 추가되는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 통화에 사용되지 않는 추가의 주파수 할당이나 광선로의 채용이 없이도, 전파의 고 지향성 송수신 및 편파의 도입으로 송수신 신호를 직접 주고받는 안테나간의 송수신 감도를 높이고 중계기 입출력간 신호의 분리를 강화하며, 기지국에서 가입자의 단말기에 이르는 경로에 중계를 위한 단계를 늘려 각 중계수단의 이득을 높이지 않아도 전체적 신호의 이득을 기존의 방법과 동일하거나 그 이상으로 유지할 수 있게 함으로써 각 중계수단의 이득이 분리 계수에 비하여 높아질 수 없도록 하여 발진현상을 원천적으로 방지하며 그로써 통화품질을 유지할 수 있도록 하기 위한 이득 분산 RF 중계 시스템의 제공을 위한 것이다.

도1은 일반적인 RF 중계 시스템의 구성을 블록도로 나타낸다.

도2는 본 발명에 의한 이득 분산 중계 시스템의 한 바람직한 실시예의 구성을 나타낸다.

도3은 본 발명에 의한 이득 분산 중계 시스템의 다른 한 바람직한 실시예의 구성을 나타낸다.

도4는 본 발명에 의한 이득 분산 중계 시스템의 또 다른 한 바람직한 실시예의 구성을 나타낸다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 특징에 의한 이득 분산 RF 중계 시스템은, 기지국과 다수의 가입자 단말기간의 순방향 및 역방향 무선통신 서비스 신호의 중계를 위한 이득 분산 RF 중계 시스템이며, 상기 기지국과 연결되며, 상기 기지국으로부터의 신호를 미리 정하여진 방향으로 지향성 방사함으로써 송신하며, 상기 미리 정하여진 방향으로부터 전송되는 신호를 수신하는 선행중계수단; 및 미리 정하여진 방향으로부터의 신호를 수신하며, 수신된 신호를 증폭하며, 증폭된 신호를 상기 다수의 가입자 단말기로 송신하며, 상기 가입자 단말기로부터의 신호를 수신하며, 수신된 신호를 증폭하며, 증폭된 신호를 상기 미리 정하여진 방향으로 지향성 방사함으로써 송신하는 최종중계수단을 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 한 가지 특징에 의한 이득 분산 RF 중계 시스템은, 상기 선행중계수단, 최종중계수단 및 미리 정하여진 제1 방향으로부터의 신호를 수신하며, 수신된 신호를 증폭하며, 증폭된 신호를 미리 정하여진 제2 방향으로 지향성 방사함으로써 송신하며, 상기 제2 방향으로부터의 신호를 수신하며, 수신된 신호를 증폭하며, 증폭된 신호를 상기 제1 방향으로 지향성 방사함으로써 송신하는 하나 이상의 중계수단을 더 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도2에서는 본 발명에 의한 이득 분산 중계 시스템의 한 바람직한 실시예의 구성을 나타내었다.

본 실시예는 기지국(100), 선행중계수단(200), 최종중계수단(300)으로 구성되며 최종 중계수단으로부터 해당 지역의 다수의 가입자 단말기(도시하지 않음)와 무선 신호의 송수신 서비스를 제공한다.

일반적으로 기지국(100)은 넓은 영역에 걸쳐 골고루 전파가 미치도록 하기 위하여 등방성(isotropic) 또는 전방향성(omnidirectional)의 방사패턴을 가지고 있는 주 안테나를 가지도록 구성되어 있으며, 본 실시예에서는 이와 같은 일반적 기지국과 연결되어 송수신 감도가 낮은 특정방향에 대하여 지향성(directional)이 큰 전파를 방사하는 선행중계수단(200)을 포함하도록 구성되어 있다. 여기서, 선행중계수단(200)은 신호처리/증폭장치(220) 및 지향성이 큰 전파를 방사하기 위한 안테나(250)를 가지는데, 패치 어레이(patch array) 등의 지향성을 강화한 일반적인 어레이형 안테나가 여기에 사용될 수 있다.

또한, 선행중계수단(200)으로부터 송신된 신호는 최종중계수단(300)의 안테나(350)에 수신되어, 신호처리/증폭장치(320)를 거쳐 안테나(380)를 통하여 각 가입자의 단말기로 송신된다. 여기서, 신호를 주고받는 선행중계수단의 안테나(250)와 최종 중계수단의 안테나(350)는 상호간에 수신감도를 높이고, 다른 안테나로부터의 불필요한 신호의 유입에 따른 발진현상을 피하기 위하여 송수신 전파의 편파(polarization) 방향을 서로 일치시킨 고 지향성을 갖는 안테나로 구성함이 바람직하다.

역 방향으로는, 각 가입자의 단말기로부터 송신된 신호가 최종중계수단(300)의 안테나(380)에 수신되어, 신호처리/증폭장치(320)를 거쳐 안테나(350)를 통하여 선행중계수단(200)의 안테나(250)로 송신되는 과정을 따르며, 선행중계수단(200)의 신호처리/증폭장치(220)를 거쳐 기지국(100)에 전달되게 된다. 이 경우에도 동일하게, 최종중계수단(300)의 안테나(350)와 선행중계수단(200)의 안테나(250)는 송수신 전파의 편파 방향을 서로 일치시킨 고 지향성을 갖는 안테나로 구성함으로써, 발진현상을 피하고 송수신 감도를 높이도록 할 수 있다.

도3에서는 본 발명에 의한 이득 분산 중계 시스템의 다른 한 바람직한 실시예의 구성을 나타내었다.

본 실시예는 기지국(100)과 최종중계수단(300)의 거리가 멀어, 중간에 신호를 중계해주는 중계수단(600)을 더 포함하고 있는데, 도면에서는 하나의 중계수단 (600) 만을 나타내었으나 거리에 따라서 다수의 중계수단(600)을 더 설치하여 통화품질을 향상시키도록 할 수 있다.

본 실시예에서의 기지국(100), 선행중계수단(200) 및 최종중계수단(300)은 위의 실시예에서의 경우와 동일하므로 상세한 기술을 생략한다. 중계수단(600)은 제1 안테나(650), 신호처리/증폭장치(620) 및 제2 안테나(680)를 포함하며, 제1 안테나(650)는 선행중계수단(200)의 안테나와의 송수신감도를 높이기 위하여 동일한 편파방향의 고 지향성 방사 패턴을 가지는 안테나로 구성되어 있다. 또한, 중계수단(600)의 제1 안테나(650)와 제2 안테나(680)는 서로 편파방향을 달리하도록 하여(예를 들어, 한 쪽이 수평 편파방향이면, 다른 한 쪽은 수직 편파방향), 어느한 쪽으로부터의 출력 전파가 다른 한 쪽에 영향을 미치지 않도록 함으로써 발진 현상을 방지할 수 있다.

하나 이상의 중계수단을 포함하는 경우에도 마찬가지로 서로 송수신 신호를 주고받도록 구성되어 있는 한 쌍의 안테나는 방사전파의 주 방향이 서로를 향하도록 구성하며, 편파방향을 일치시켜 송수신 감도를 높이며, 각 중계기의 제1 안테나 (650) 와 제2 안테나(680)는 서로 편파방향을 달리하도록 하여 발진 현상을 방지할 수 있다.

도4에서는 본 발명에 의한 이득 분산 중계 시스템의 또 다른 한 바람직한 실시예의 구성을 나타내었다.

본 실시예는 하나의 중계수단(700)이 분리기(splitter)(760)를 이용하여 서로 주된 방사 방향을 달리하는 두 개의 안테나(780, 790)로 신호를 입/출력하게 되며, 이와 같은 구성을 통하여 다수 개 방향의 경로를 가지는 기지국(100)과 최종중계수단(300, 1000) 사이의 송수신 전파의 중계가 가능하다.

위에서 기술한 대로, 발진 현상은 이득(gain)이 분리(isolation)계수를 초과하는 경우에 발생하며, 발진 현상을 막기 위해서는 이득을 높이지 않는 것이 요구된다. 본 발명과 같이 다수 개의 중계수단을 채용함으로써 각 중계수단의 이득을 지나치게 높이지 않아도 전체 이득을 유지할 수 있어 각 중계수단의 분리 계수에 비하여 이득을 낮게 유지함으로써 발진 현상을 근본적으로 막을 수 있다. 또한, 본 발명의 이득 분산 중계 시스템은 발진 현상을 막기 위하여, 고 지향성을 지닌 안테나를 채용함으로써 출력 신호가 다시 입력 측으로 회귀되는 비율을 줄임을 주요한한 측면으로 하며, 서로 대향되어 송수신 신호를 직접 주고받는 안테나의 편파방향을 일치시켜 송수신 감도를 높임을 다른 주요한 한 측면으로 하며, 서로 무선 송수신 신호를 직접 주고받지 않는 동일한 중계수단의 두 안테나의 경우는 서로 편파방향을 달리하여 상호 영향받지 않도록 구성함을 또 다른 주요한 한 측면으로 한다.

본 발명에 의한 이득 분산 중계 시스템은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 바람직한 실시예에 한정되지 않는다.

예를 들면, 상기 바람직한 한 실시예의 분리기(splitter)를 다수 채용한 중계수단을 사용하여 다수개의 최종중계수단으로의 경로를 더 구성할 수 있으며, 경로의 구성을 어떻게 하는가에 따라 본 발명의 기술적 사상의 범위 내인지를 판단하는 주요한 요소가 되지 않음은 자명하다.

또한, 상기 실시예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적이 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이다.

본 발명에 의한 이득 분산 RF 중계 시스템을 통하여, 통화에 사용되지 않는 추가의 주파수 할당이나 광선로의 채용이 없이도, 전파의 고 지향성 송수신 및 편파의 도입으로 송수신 신호를 직접 주고받는 안테나간의 송수신 감도를 높이고 중계기 입출력간 신호의 분리를 강화하며, 기지국에서 가입자의 단말기에 이르는 경로에 중계를 위한 단계를 늘려 각 중계수단의 이득을 높이지 않아도 전체적 신호의 이득을 기존의 방법과 동일하거나 그 이상으로 유지할 수 있게 함으로써 각 중계수단의 이득이 분리 계수에 비하여 높아질 수 없도록 하여 발진현상을 원천적으로 방지하며 그로써 통화품질을 유지할 수 있도록 할 수 있다.

Claims (9)

1. 기지국과 다수의 가입자 단말기간의 순방향 및 역방향 무선통신 서비스 신호의 중계를 위한 이득 분산 RF 중계 시스템에 있어서,

   상기 기지국과 연결되며, 상기 기지국으로부터의 신호를 미리 정하여진 방향으로 지향성 방사함으로써 송신하며, 상기 미리 정하여진 방향으로부터 전송되는 신호를 수신하는 선행중계수단; 및

   미리 정하여진 방향으로부터의 신호를 수신하며, 수신된 신호를 증폭하며, 증폭된 신호를 상기 다수의 가입자 단말기로 송신하며, 상기 가입자 단말기로부터의 신호를 수신하며, 수신된 신호를 증폭하며, 증폭된 신호를 상기 미리 정하여진 방향으로 지향성 방사함으로써 송신하는 최종중계수단을 포함하는 이득 분산 RF 중계 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   미리 정하여진 제1 방향으로부터의 신호를 수신하며, 수신된 신호를 증폭하며, 증폭된 신호를 미리 정하여진 제2 방향으로 지향성 방사함으로써 송신하며, 상기 제2 방향으로부터의 신호를 수신하며, 수신된 신호를 증폭하며, 증폭된 신호를 상기 제1 방향으로 지향성 방사함으로써 송신하는 하나 이상의 중계수단을 더 포함하는 이득 분산 RF 중계 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 선행중계수단 및 상기 최종중계수단은 지향성 방사패턴을 가지는 안테나를 포함하는 이득 분산 RF 중계 시스템.
4. 제2항에 있어서,

   상기 하나 이상의 중계수단은 지향성 방사패턴을 가지는 안테나를 포함하는 이득 분산 RF 중계 시스템.
5. 제4항에 있어서,

   상기 하나 이상의 중계수단은, 각각 지향성 방사패턴을 가지며 상기 제1 방향으로의 신호를 송수신하기 위한 제1 안테나 및 상기 제2 방향으로의 신호를 송수신하기 위한 제2 안테나를 포함하며, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나는 방사 전파의 편파방향을 달리하도록 구성되어 상기 제1 안테나 또는 상기 제2 안테나 중 어느 한 안테나로부터의 출력신호가 다른 한 안테나로 피드백 됨을 최소화하는 이득 분산 RF 중계 시스템.
6. 제3항에 있어서,

   상기 선행중계수단 및 상기 최종중계수단의 상기 지향성 방사패턴을 가지는 안테나들은, 방사 전파의 편파방향이 서로 동일하도록 구성되어 상기 안테나 중 어느 하나로부터의 신호에 대하여 다른 한 안테나의 수신감도를 높이도록 하는 이득분산 RF 중계 시스템.
7. 제5항에 있어서,

   상기 선행중계수단의 상기 지향성 방사패턴을 가지는 안테나와 상기 선행중계수단과 가장 인접한 상기 중계수단의 상기 제1 안테나는 방사 전파의 편파방향이 서로 동일하도록 구성되어 상기 안테나 중 어느 하나로부터의 신호에 대하여 다른 한 안테나의 수신감도를 높이도록 하는 이득 분산 RF 중계 시스템.
8. 제7항에 있어서,

   상기 하나 이상의 중계수단에 있어서, 상호 인접한 두 중계수단은 그중 한 중계수단의 상기 제2 안테나와 다른 한 중계수단의 상기 제1 안테나가 방사 전파의 편파방향이 서로 동일하도록 구성되어 상기 안테나 중 어느 하나로부터의 신호에 대하여 다른 한 안테나의 수신감도를 높이도록 하는 이득 분산 RF 중계 시스템.
9. 제8항에 있어서,

   상기 최종중계수단의 상기 지향성 방사패턴을 가지는 안테나와 상기 최종중계수단과 가장 인접한 상기 중계수단의 상기 제2 안테나는 방사 전파의 편파방향이 서로 동일하도록 구성되어 상기 안테나 중 어느 하나로부터의 신호에 대하여 다른 한 안테나의 수신감도를 높이도록 하는 이득 분산 RF 중계 시스템.