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KR100275071B1 - 이동통신기지국의스마트안테나시스템용송수신장치 - Google Patents

이동통신기지국의스마트안테나시스템용송수신장치 Download PDF

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KR100275071B1
KR100275071B1 KR1019980023623A KR19980023623A KR100275071B1 KR 100275071 B1 KR100275071 B1 KR 100275071B1 KR 1019980023623 A KR1019980023623 A KR 1019980023623A KR 19980023623 A KR19980023623 A KR 19980023623A KR 100275071 B1 KR100275071 B1 KR 100275071B1
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Abstract

이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 송수신 장치를 개시한다. 수신장치는, N개의 배열로 이루어진 안테나와, N개의 안테나로부터 입력된 신호를 서로 다른 주파수로 하향 변환하기 위한 수단, 변환된 N개의 신호를 결합하기 위한 N:1 전력 결합기, 결합된 신호를 기저 주파수대역으로 하향 변환하기 위한 수단, 하향 변환된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 광대역 아날로그/디지털 변환기, 디지털 변환된 신호를 분리하기 위한 N개의 디지털 필터 및 L명의 가입자를 위한 L개의 빔 형성 모듈을 구비하여 이루어진다. 그리고 송신장치는, 가중치들이 곱해진 송신신호들을 계산하는 L명의 가입자를 위한 L개의 빔 형성 모듈, 빔 형성 모듈들에서 계산된 신호들을 더하는 N개의 신호 가산기, 신호 가산기로부터 신호를 입력받아 각각 다른 주파수로 상향 변환하는 N개의 디지털 변조기, N개의 디지털 변조기로부터의 변조된 신호들을 결합하는 디지털 신호 결합기, 디지털 신호 결합기로부터 입력한 신호를 아날로그 신호로 바꾸는 광대역 디지털/아날로그 변환기, 광대역 디지털/아날로그 변환기로부터 아날로그 신호를 입력하는 광대역송수신기, 광대역 송수신기의 출력신호를 입력하여 N개의 신호로 나누는 1:N 전력분배기, 1:N 전력분배기로부터 신호를 입력하여 송신주파수로 변환하는 N개의 AFEU, AFEU로부터 각각 신호를 입력받아 방사하는 N개의 배열로 이루어진 안테나를 구비하여 이루어진다.

Description

이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 송수신 장치{A transceiver for SMART antenna system of mobile telecommunication base station}
본 발명은 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 송수신 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 N개의 안테나 배열로부터의 신호를 모두 주파수 분할 다중화(FDM: Frequency Division Multiplexing)에 의하여 결합한 후, 광대역 송수신기에 의하여 처리되어지는 기술로서 기저대역의 빔 형성 모듈에 N개의 안테나로부터의 모든 정보를 그대로 전할 수 있어서 적응적인 빔 형성(adaptive beam forming)을 할 수 있는 장치에 관하여 개시한다.
일반적으로 스마트 안테나는 지능적(intelligent)이고 적응 배열(adaptive arrays)을 갖는다. 그리고 신호환경에 응답하여 방사 패턴(radiation pattern)을 자동적으로 변화시켜줄 수 있고, 원하는 고객의 방향을 향한 최적의 지향 빔(optimum directional beam)과 다른 간섭방향을 향해 패턴 널(pattern nulls)의 특성을 갖는다. 즉, 스마트 안테나는 신호를 수신한 다음 그 신호들로부터 SNIR(SNR + 간섭신호)을 최대로 하는 빔의 방향을 찾아준다. 그리고 임의의 빔 합성이 가능하고, 가장 강한 신호의 빔 선택, 이동체 동적 추적, 채널 간섭신호제거 및 전방향 신호를 이용한다.
이러한 스마트 안테나의 장점은, 높은 안테나 이득, 간섭(inteference)/다중경로(multipath)의 리젝션(rejection), 공간의 다양성(spatial diversity), 양호한 전력효율(power efficiency), 양호한 레인지(range)/커버리지(coverage), 용량 증가, 높은 비트율(bit rate) 및 낮은 전력소모에 있다.
반면에 스마트 안테나의 단점은 전파환경에 최적한 빔을 찾기 위한 계산량이 많다는 점이다. 그래서 실시간 처리가 어렵다는 문제점이 있다. 또한 이러한 원리를 뒷받침해주기 위한 하드웨어의 개발이 부진하다는 점이다.
이러한 스마트 안테나의 종류에는 섹터 안테나(sectored antenna), 다이버시티 안테나(diversity antenna), 스위치 빔 안테나(switched beam antenna) 및 적응형 배열 안테나(adaptive array antenna)가 있다.
스마트 안테나 시스템은 N개의 배열 안테나로부터 수신된 신호를 이용하여, 각각의 가입자들에게 적응적인 빔을 형성하여 SIR(Signal to Interference Ratio)과 SNR(Signal to Noise Ratio)을 높여, 기존의 CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템보다 커버리지(coverage)와 용량을 증가시킬 수 있는 차세대 이동통신 시스템의 핵심 기술분야이다.
도 1은 종래의 스마트 안테나 시스템을 위한 CDMA 기지국 시스템 구성도이다. 도 1과 같은 스마트 안테나 시스템은 N개의 배열 안테나를 이용함으로써, 스마트 안테나 시스템을 사용하지 않는 CDMA 기지국보다 N개의 송수신단이 필요하게 된다.
도 1에서 알 수 있듯이 N개의 배열 안테나(10)에 각각의 AFEU(Antenna Front End Unit)(50), HPA(High Power Amplifier)(60)와 송수신기(transceiver)(70)가 필요하며, 또한 N개의 아날로그/디지털 변환기(90)와 디지털/아날로그 변환기(80)가 필요하다. N개의 아날로그/디지털 변환기(90)와 디지털/아날로그 변환기(80)는 L명의 가입자(subscriber)를 처리할 수 있는 L개의 빔형성 모듈(beam forming module)(110)에 모두 연결되어 있다. 도 1에서 N개임을 나타내기 위해 "#1, #2,…, #N"으로 표시하였고, 디지털/아날로그 변환기(80)와 아날로그/디지털 변환기(90)도 각각 "D/A #1, D/A #2,…, D/A #N"와 "A/D #1, A/D #2,…, A/D #N"으로 표시하였으며, 빔형성 모듈(110)은 L개임을 나타내기 위해 "BM #1, BM #2,…, BM #L"로 표시하였다.
이러한 종래 기술의 문제점은 N개의 안테나 증가로 인한 송수신단의 각각의 모듈들의 개수가 증가할 뿐만 아니라, 이로 인한 시스템의 구성이 복잡해지며, 소모 전력의 증가, 제작비의 증가, 시스템 형상 크기의 증가, 관련 케이블들의 증가를 가져오게 되어, 물리적으로 시스템 구성이 어렵게 된다는 점이다.
다른 종래 기술로는 미국특허 제 5,610,617 호 "Directive beam selectivity for high speed wireless communication networks"(1995년 7월 18일 출원되어 1997.3.11 특허공보에 실림)를 들 수 있다.
이 기술의 목적은 무선통신 네트워크를 위한 직접 빔(directive beam)을 선택하는 기술을 제공하는 것이다. 그리고 이 기술은 버틀러 매트릭스 결합기(Butler matrix combiner), 송수신기와 안테나 배열간의 스위칭 회로로 구성되어 있고, 좁은 빔폭(narrow beam width)을 이용하여 최적한 신호 품질을 얻기 위하여 적절한 전송선로를 선택하게 구성되어 있는 것이 특징이다.
이 종래 기술에 있어서, 안테나 배열은 전력 소비를 줄이고, 적용범위(coverage range)를 증가시키고, 안테나 배열의 효율을 개선시키며, 제작비가 적게 든다는 이점을 갖는 것으로 평가되고 있다.
그러나 이 기술은 안테나 배열과 송수신기간의 스위칭에 의하여 가장 최적한 송수신 경로를 선택하는 기술에 관한 것으로서, N개의 안테나 배열과 1개의 송수신기 사이를 스위칭하여, 최적한 송수신 경로를 선택하므로 적응적인 빔을 형성할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단일의 송수신기를 이용하여 N개의 안테나 배열로부터 수신된 신호를 처리하는, 이동통신 기지국 시스템의 스마트 안테나 시스템용 송수신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적과 장점은 하기된 발명의 상세한 설명을 읽고 첨부된 도면을 참조하면 보다 명백해질 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템 구성도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 송수신 장치의 구성도.
도 3은 광대역 송수신기에 입력된 신호의 스펙트럼도.
도 4는 도 3의 신호가 광대역 송수신기를 통과하여 기저대역으로 하향 변환된 경우의 스펙트럼도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10, 210: 배열 안테나
20, 220: 송신 대역통과 필터(Tx BPF: Transmission Band Pass Filter)
30, 230: 수신 대역통과 필터(Rx BPF: Receipt Band Pass Filter)
40, 240: 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)
50, 250: AFEU(Antenna Front End Unit)
60,260: 고출력 전력 증폭기(HPA: High Power Amplifier)
70: 송수신기(Transceiver) 80: 디지털/아날로그 변환기
90: 아날로그/디지털 변환기 100: 신호 가산기
110, 400: 가입자용 빔형성 모듈 270: 주파수 발생기
280: 주파수 혼합기 290: 주파수 혼합기
300, 310: 대역 통과 필터(BPF: Band Pass Filter)
320: 1:N 전력분배기(Power Divider)
330: N:1 전력결합기(Power Combiner)
340: 광대역 송수신기(Wideband Transceiver)
350: 광대역 디지털/아날로그 변환기
360: 광대역 아날로그/디지털 변환기
370: 디지털 신호 결합기
380: 디지털 변조기(Digital Modulator)
390: 신호 가산기 410: 디지털 필터
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 수신 장치의 바람직한 실시예는 도 2a 및 도 2b에 보인 바와 같이,
N개의 배열로 이루어진 안테나(210)와;
상기 N개의 안테나(210)로부터 입력된 각각의 신호를 서로 다른 주파수로 하향 변환하기 위한 수단;
상기 변환된 N개의 신호를 하나로 결합하기 위한 N:1 전력 결합기(330);
상기 결합된 신호를 기저주파수 대역으로 하향 변환하기 위한 수단;
상기 하향 변환된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 광대역 아날로그/디지털 변환기(360);
상기 변환된 디지털 신호를 N개의 서로 다른 주파수로 분리하기 위한 N개의 디지털 필터(410); 및
상기 N개의 디지털 필터(410) 각각에 의해 분리된 N개의 디지털 신호를 하나씩 입력받아 적응적인 빔 형성을 하며, 가입자 수만큼 L개로 이루어진 빔 형성 모듈(400)을 구비하고 있다. 도 2b에서 광대역 아날로그/디지털 변환기(360)는 "광대역 A/D"로 표시하였고, N개의 디지털 필터(410)는 "DF #1, DF #2,…, DF #N"으로 표시하였으며, L개의 빔 형성 모듈(400)은 "BM #1, BM #2,…, BM #L로 표시하였다.
상기 N개의 안테나(210)로부터 입력된 각각의 신호를 서로 다른 주파수로 하향 변환하기 위한 수단은, 상기 안테나(210) 각각에 하나씩 연결된 N개의 AFEU(Antenna Front End Unit)(250)이며,
상기 AFEU(250) 각각은,
상기 안테나(210)로부터 입력된 신호를 받아들이는 수신 대역통과 필터(230);
상기 수신 대역통과 필터(230)를 통과한 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(240);
상기 AFEU(250) 각각을 구분짓기 위해 서로 다른 주파수 fi(i=1~N)를 발생하는 주파수 발생기(270);
상기 저잡음 증폭기(240)를 통해 증폭된 신호와 상기 주파수 발생기(270)로부터 발생된 신호를 혼합하여 상기 증폭된 신호의 주파수로부터 상기 주파수 발생기(270)에서 발생된 특정 주파수의 차만큼 중간 주파수 대역으로 하향 변환하는 주파수 혼합기(290);
상기 주파수 혼합기(290)를 통과한 신호를 특정 통과대역 주파수로 필터링시킨 후 상기 N:1 전력 결합기(330)로 출력하는 대역 통과 필터(310)를 포함한다.
상기 결합된 신호를 기저 주파수 대역으로 하향 변환하기 위한 수단은, 광대역 송수신기(wide band transceiver)(340)이다. 도 2a에서 수신 대역 통과 필터(230)는 "Rx BPF"로 표시하였고, 저잡음 증폭기(240)는 "LNA"로 표시하였으며, 대역 통과 필터(310)는 "BPF"로 표시하였다.
또한 상기 각 안테나(210)로부터 수신된 신호는 중심 주파수가 fRc이고 주파수 대역폭이 BW이며, 상기 저 잡음 증폭기(240)를 통해 증폭된 신호의 중심 주파수는 fRc이고 주파수 대역폭이 BW이며, 상기 주파수 혼합기(290)를 통해 중간 주파수 대역으로 하향 변환된 신호의 중심 주파수는 fRc-fi(i=1~N)이고 주파수 대역폭은 BW이다.
상기 광대역 송수신기(340)에 의해 주파수 하향 변환된 신호의 주파수 대역폭은 각각 BW의 주파수 대역폭을 갖는 N개의 상기 AFEU(250) 각각으로부터 받은 신호가 주파수별로 서로 중첩되지 않도록 변환되는 것이 바람직하다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 코드분할 다중 접속을 사용하는 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 송신 장치의 바람직한 실시예는 도 2a 및 도 2b에 보인 바와 같이,
각기 다른 가중치를 가지고 있고, 송신하고자 하는 신호에 상기 가중치를 곱하여 서로 다른 N개의 신호로 나누어 출력하는, 가입자수만큼 L개로 이루어진, 빔 형성 모듈(400);
상기 빔 형성 모듈(400) 각각으로부터 출력된 N개의 신호들을 입력받아 하나로 더하는 N개의 신호 가산기(390);
상기 신호 가산기(390) 각각으로부터 더해진 신호를 입력받아 각각 다른 주파수로 상향 변환하는 N개의 디지털 변조기(380);
상기 N개의 디지털 변조기(380)를 통해 주파수 변환된 신호들을 디지털 방식으로 하나로 결합하는 디지털 신호 결합기(370);
상기 디지털 신호 결합기(370)를 통해 결합된 신호를 아날로그 신호로 바꾸는 광대역 디지털/아날로그 변환기(350);
상기 광대역 디지털/아날로그 변환기(350)를 통해 변환된 상기 아날로그 신호를 주파수 상향 변환하는 광대역 송수신기(340);
상기 광대역 송수신기(340)의 출력신호를 동일하게 N개의 신호로 나누는 1:N 전력 분배기(320);
상기 1:N 전력 분배기(320)를 통해 나뉘어진 N개의 신호중 하나의 신호를 입력받아 송신 주파수로 변환하는 N개의 AFEU(250); 및
상기 N개의 AFEU(250)로부터 각각 신호를 입력받아 방사하는 N개의 배열로 이루어진 안테나(210)를 구비한다. 도 2b에서 N개의 디지털 변조기(380)는 "DM #1, DM #2,…, DM #N"으로 표시하였다.
본 실시예에 있어서, 상기 AFEU(250) 각각은,
상기 1:N 전력 분배기(320)로부터 분배된 N개의 신호중 하나의 신호를 입력 받아 특정 주파수 대역으로 필터링하는 대역 통과 필터(300);
상기 AFEU(250) 각각을 구분짓기 위해 서로 다른 주파수를 발생하는 주파수 발생기(270);
상기 주파수 발생기(270)로부터 발생된 신호와 상기 대역 통과 필터를 통해 필터링된 신호를 혼합하는 주파수 혼합기(280);
상기 주파수 혼합기(280)의 출력신호를 증폭하는 고출력 전력 증폭기(260); 및
상기 고출력 전력 증폭기(260)의 출력신호를 입력받아 상기 배열 안테나(210)로 출력하는 송신 대역통과 필터(220)를 포함한다. 도 2a에서 송신 대역 통과 필터(220)는 "Tx BPF"로 표시하였고, 고출력 전력 증폭기(260)는 "HPA"로 표시하였으며, 대역 통과 필터(300)는 "BPF"로 표시하였다.
AFEU(250) 각각의 주파수 발생기(270)로부터 발생된 신호의 주파수 fi(i=1~N)는 서로 다르고, 상기 주파수 혼합기(280)에 의해 혼합된 신호의 중심 주파수는 fTc이며, 상기 1:N 전력 분배기(320)로부터 입력되어 상기 각 대역 통과 필터(300)를 통과한 신호의 중심 주파수는 fTc- fi(i=1~N)이며, 상기 광대역 송수신기(340)에 의해 상향 변환된 신호의 주파수는 fTc- fi(i=1~N)이다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 코드분할 다중 접속을 사용하는 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 송수신 장치의 바람직한 실시예는 도 2a 및 도 2b에 보인 바와 같이,
N개의 배열로 이루어진 안테나(210);
상기 N개의 안테나(210)로부터 수신된 신호를 서로 다른 N개의 중간 주파수 대역으로 하향 변환시키거나, 상기 N개의 안테나(210)를 통해 각기 다른 N개의 중간 주파수 대역의 신호를 무선 송신 주파수로 상향 변환시켜 송신하는, N개로 이루어진 AFEU(250);
상기 하향 변환된 N개의 중간 주파수 대역의 신호를 결합하는 N:1 전력 결합기(330);
상기 N개의 AFEU(250)에 각기 다른 N개의 중간 주파수 대역의 송신신호를 하나씩 공급하는 1:N 전력 분배기(320);
상기 N:1 전력 결합기(330)에 의해 결합된 수신신호를 기저 주파수 대역으로 하향 변환하거나, 아날로그 송신신호를 주파수 상향 변환하여 상기 1:N 전력 분배기(320)에 공급하는 광대역 송수신기(340);
상기 광대역 송수신기(340)에 의해 하향 변환된 수신신호를 디지털 신호로 변환하는 광대역 아날로그/디지털 변환기(360);
상기 변환된 디지털 신호를 N개의 서로 다른 신호로 분리하는 N개의 디지털 필터(410);
디지털 송신신호를 아날로그 신호로 바꾸어 상기 광대역 송수신기(340)에 전달하는 광대역 디지털/아날로그 변환기(350);
상기 N개의 디지털 필터(410)의 각각에 의해 분리된 N개의 디지털 수신신호를 하나씩 입력받아 적응적 빔을 형성 하거나, 각각의 송신신호에 가중치를 곱하여 각기 N개의 신호로 나누어 출력하는, 가입자 수만큼 구성된 빔 형성 모듈(400)을 구비하고 있다.
상기 광대역 디지털/아날로그 변환기(350)와 상기 빔 형성 모듈(400) 사이에, 상기 각 빔 형성 모듈(400)로부터 하나씩 출력된 N개의 송신 신호들을 하나로 더하는 N개의 신호 가산기(390);
상기 각 신호 가산기(390)로부터 더해진 신호를 입력받아 각각 다른 주파수로 상향 변환하는 N개의 디지털 변조기(380);
상기 N개의 디지털 변조기(380)를 통해 주파수 변환된 신호들을 디지털 방식으로 결합하여 상기 광대역 디지털/아날로그 변환기(350)로 전달하는 디지털 신호 결합기(370)를 추가로 포함하는 것이 바람직하며,
상기 AFEU(250) 각각은,
상기 안테나(210)로부터 입력된 신호를 받아들이는 수신 대역통과 필터(230);
상기 수신 대역통과 필터(230)를 통과한 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(240);
상기 AFEU(250) 각각을 구분짓기 위해 서로 다른 주파수를 발생하는 주파수 발생기(270);
상기 저잡음 증폭기(240)를 통해 증폭된 신호와 상기 주파수 발생기(270)로부터 발생된 신호를 혼합하여 상기 증폭된 신호의 주파수로부터 상기 주파수 발생기(270)에서 발생된 특정 주파수의 차만큼 중간 주파수 대역으로 하향 변환하는 주파수 혼합기(290);
상기 주파수 혼합기(290)를 통과한 신호를 특정 통과대역 주파수로 필터링 시킨후 상기 N:1 전력 결합기(330)로 출력하는 대역 통과 필터(310);
상기 1:N 전력 분배기(320)로부터 분배된 N개의 신호중 하나를 입력 받아 특정 주파수 대역으로 필터링하는 대역 통과 필터(300);
상기 주파수 발생기(270)로부터 발생된 신호와 상기 대역 통과 필터(300)를 통해 필터링된 신호를 혼합하는 주파수 혼합기(280);
상기 주파수 혼합기(280)의 출력신호를 증폭하는 고출력 전력 증폭기(260); 및
상기 고출력 전력 증폭기(260)의 출력신호를 입력받아 상기 배열 안테나(210)로 출력하는 송신 대역통과 필터(220)를 포함하는 것이 바람직하다.
이하 상기한 바와 같이 본 발명에 의한 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 송수신 장치의 구성도를 나타낸 도 2a 및 도 2b를 참조하여 본 발명의 동작에 대하여 상세히 설명한다.
편의상 본 발명의 동작원리를 수신과정과 송신과정으로 구분하여 설명한다.
먼저 수신과정을 설명한다. N개의 배열된 안테나(210)를 통해 수신된 신호는 fRc의 중심주파수와 BW의 주파수 대역폭을 갖는다. 수신 대역통과 필터(230)를 통과한 신호는 저잡음 증폭기(240)에 의하여 증폭된 후, AFEU(250) 각각의 주파수 발생기(270)에 의해 발생된 각 AFEU(250)별로 서로 다른 주파수 fi(i=1~N)와 주파수 혼합기(290)에 의해 혼합되어 각각 fRc- f1, fRc- f2,…, fRc- fN의 주파수로 하향 변환된다.
주파수 혼합기(290)를 거친 신호들은 각각의 통과대역 주파수를 갖는 대역 통과 필터(310)에 의하여 필터링된다.
이상과 같이 N개의 배열 안테나(210)로부터 수신된 신호는 N개의 AFEU(250)를 통과한 후, 서로 다른 주파수로 변환되며, 이 N개의 신호들이 N:1 전력 결합기(330)를 통과한 후 광대역 송수신기(340)의 수신 입력단(Rx)에 입력된다.
도 3은 광대역 송수신기(340)에 입력된 신호의 스펙트럼이다. 도 3의 신호가 광대역 송수신기(340)를 통과하여 기저대역으로 각각 하향 변환되면 도 4와 같은 스펙트럼을 갖게 된다. 도 4에 나타낸, fI1, fI2,…, fIN의 중간 주파수들(Intermediate Frequencies)을 갖는 신호는, 광대역 아날로그/디지털 변환기(360)에 의하여 디지털 신호로 변환된 후 중심 주파수 fI1, fI2,…, fIN의 주파수를 갖는 N개의 디지털 필터(410)에 의하여 다시 분리된다. 이 N개의 신호들은 N개의 안테나(210)로부터 수신된 신호와 같은 신호들로서 L명의 가입자들의 적응가능한 빔을 형성하기 위하여 1에서 L번째까지의 빔 형성 모듈(400)에 모두 입력된다. 빔 형성 모듈(400)에서는 N개의 신호들을 처리하여 적응 가능한 빔을 형성하게 되어 스마트 안테나 시스템의 기능을 다하게 된다.
다음으로 본 발명에 의한 송신단의 송신과정을 설명하면 다음과 같다.
가입자 수만큼 L개가 있는 각 빔 형성 모듈(400)은 서로 다른 값을 갖는 가중치를 가지며, 각 빔 형성 모듈(400)마다 각각의 가중치와 송신신호를 곱하여 서로 다른 N개의 신호들을 출력하고, 도 2b에서와 같이 디지털 변조기(380) 전단에서 각각 더해진다. 상기 디지털 변조기(380)를 거친 N개의 신호들은 fI1, fI2,…, fIN의 주파수를 갖게되고, 이 신호들은 디지털 방식으로 모두 결합된 다음, 광대역 디지털/아날로그 변환기(350)에 의하여 다시 아날로그 신호로 변환된다.
아날로그로 변환된 이 신호는 광대역 송수신기(340)의 송신 입력단(Tx)에 입력되어 fTc- f1, fTc- f2,…, fTc- fN의 주파수로 상향 변환된 후, 1:N 전력 분배기(320)를 통해 N개의 신호로 나뉘어져 각각의 AFEU(250)에 입력된다. 각각의 AFEU(250)에는 중심주파수 fTc- f1, fTc- f2,…, fTc- fN를 갖는 각각의 대역통과 필터(300)를 통과한 후, f1에서 fN의 각 AFEU(250)별로 다른 주파수를 발생하는 주파수 발생기(270)의 신호와 주파수 혼합기(280)에 의해 혼합되어 fTc의 송신 주파수로 상향 변환된다. 이 신호들은 고출력 전력 증폭기(260)와 송신 대역 통과 필터(220)를 거쳐 각각의 배열 안테나(210)를 통해서 방사된다.
본 발명은 CDMA_PCS(Code Division Multiple Access_Personal Communication Services), CDMA_DCS(Code Division Multiple Access_Digital Communication Services), IMT2000(International Mobile Telephone 2000) 등의 이동통신 주파수 효율 및 용량 증대를 꾀할 수 있다. 또한 본 발명은 N개의 안테나 배열로부터의 신호를 모두 FDM에 의하여 결합한 후, 광대역 송수신기에 의하여 처리되어지므로, 기저대역의 빔 형성 모듈에 N개의 안테나로부터의 모든 정보를 그대로 전할 수 있어서, 적응적인 빔 형성이 가능하다. 특히 N개의 안테나 배열에 각각 필요하였던 송수신기를 한 개의 광대역 송수신기와 광대역 아날로그/디지털 변환기, 광대역 디지털/아날로그 변환기등을 이용하므로, 전체시스템의 복잡도, 제조 단가, 소모 전력등을 크게 줄일 수 있다.
이와 같이 본 발명을 이용하여 단일 송수신기를 사용하여 스마트 안테나 시스템을 구현할 수 있다. 본 발명으로서 얻을 수 있는 효과는 N개의 배열 안테나를 사용하여, 증가하는 N개의 송수신기를 단일 송수신기로 줄임으로써, 전체 시스템의 형상의 크기, 소모 전력, 제작비, 관련 케이블과 시스템의 복잡성을 크게 줄일 수 있다.

Claims (17)

  1. N개의 배열로 이루어진 안테나(210)와;
    상기 N개의 안테나(210)로부터 입력된 각각의 신호를 서로 다른 주파수로 하향 변환하기 위한 수단;
    상기 변환된 N개의 신호를 하나로 결합하기 위한 N:1 전력 결합기(330);
    상기 결합된 신호를 기저주파수 대역으로 하향 변환하기 위한 수단;
    상기 하향 변환된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 광대역 아날로그/디지털 변환기(360);
    상기 변환된 디지털 신호를 N개의 서로 다른 주파수로 분리하기 위한 N개의 디지털 필터(410); 및
    상기 N개의 디지털 필터(410) 각각에 의해 분리된 N개의 디지털 신호를 하나씩 입력받아 적응적인 빔 형성을 하며, 가입자 수만큼 L개로 이루어진 빔 형성 모듈(400)을 포함하는, 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 N개의 안테나(210)로부터 입력된 각각의 신호를 서로 다른 주파수로 하향 변환하기 위한 수단은, 상기 안테나(210) 각각에 하나씩 연결된 N개의 AFEU(Antenna Front End Unit)(250)인, 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 수신 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 AFEU(250) 각각은,
    상기 안테나(210)로부터 입력된 신호를 받아들이는 수신 대역통과 필터(230);
    상기 수신 대역통과 필터(230)를 통과한 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(240);
    상기 AFEU(250) 각각을 구분짓기 위해 서로 다른 주파수 fi(i=1~N)를 발생하는 주파수 발생기(270);
    상기 저잡음 증폭기(240)를 통해 증폭된 신호와 상기 주파수 발생기(270)로부터 발생된 신호를 혼합함으로써, 상기 증폭된 신호의 주파수로부터 상기 주파수 발생기에서 발생된 특정 주파수의 차만큼 상기 증폭된 신호를 중간 주파수 대역으로 하향 변환하는 주파수 혼합기(290); 및
    상기 주파수 혼합기(290)를 통과한 신호를 특정 통과대역 주파수로 필터링 시킨후 상기 N:1 전력 결합기(330)로 출력하는 대역 통과 필터(310)를 포함하는, 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 수신 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 결합된 신호를 기저 주파수 대역으로 하향 변환하기 위한 수단은, 광대역 송수신기(340)인, 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 수신 장치.
  5. 각기 다른 가중치를 가지고 있고, 송신하고자 하는 신호에 상기 가중치를 곱하여 서로 다른 N개의 신호로 나누어 출력하는, 가입자수만큼 L개로 이루어진, 빔 형성 모듈(400)과;
    상기 빔 형성 모듈(400) 각각으로부터 출력된 N개의 신호들을 입력받아 하나로 더하는 N개의 신호 가산기(390);
    상기 N개의 신호 가산기(390) 각각으로부터 더해진 신호를 입력받아 각각 다른 주파수로 상향 변환하는 N개의 디지털 변조기(380);
    상기 N개의 디지털 변조기(380)를 통해 주파수 변환된 신호들을 디지털 방식으로 하나로 결합하는 디지털 신호 결합기(370);
    상기 디지털 신호 결합기(370)를 통해 결합된 신호를 아날로그 신호로 바꾸는 광대역 디지털/아날로그 변환기(350);
    상기 광대역 디지털/아날로그 변환기(350)를 통해 변환된 상기 아날로그 신호를 주파수 상향 변환하는 광대역 송수신기(340);
    상기 광대역 송수신기(340)의 출력신호를 동일하게 N개의 신호로 나누는 1:N 전력 분배기(320);
    상기 1:N 전력 분배기(320)를 통해 나뉘어진 N개의 신호중 하나의 신호를 입력받아 송신 주파수로 변환하는 N개의 AFEU(250); 및
    상기 N개의 AFEU(250)로부터 각각 신호를 입력받아 방사하는 N개의 배열로 이루어진 안테나(210)를 포함하는, 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 송신 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 AFEU(250) 각각은,
    상기 1:N 전력 분배기(320)로부터 분배된 N개의 신호중 하나의 신호를 입력 받아 특정 주파수 대역으로 필터링하는 대역 통과 필터(300);
    상기 AFEU(250) 각각을 구분짓기 위해 서로 다른 주파수를 발생하는 주파수 발생기(270);
    상기 주파수 발생기(270)로부터 발생된 신호와 상기 대역 통과 필터(300)를 통해 필터링된 신호를 혼합하는 주파수 혼합기(280);
    상기 주파수 혼합기(280)의 출력신호를 증폭하는 고출력 전력 증폭기(260); 및
    상기 고출력 전력 증폭기(260)의 출력신호를 입력받아 상기 배열 안테나(210)로 출력하는 송신 대역통과 필터(220)를 포함하여 이루어지는, 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 송신 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 안테나(210) 각각으로부터 수신된 신호는 중심 주파수가 fRc이며, 주파수 대역폭이 BW 인, 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 수신 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 저 잡음 증폭기(240)를 통해 증폭된 신호의 중심 주파수는 fRc이며, 주파수 대역폭이 BW 인, 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 수신 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 주파수 혼합기(290)를 통해 중간 주파수 대역으로 하향 변환된 신호의 중심 주파수는 fRc-fi(i=1~N)이며, 주파수 대역폭은 BW 인, 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 수신 장치.
  10. 제4항에 있어서, 상기 광대역 송수신기(340)에 의해 주파수 하향 변환된 신호의 주파수 대역폭은 각각 BW의 주파수 대역폭을 갖는 상기 N개의 AFEU(250) 각각으로부터 받은 신호가 주파수별로 서로 중첩되지 않도록 변환된, 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 수신 장치.
  11. 제6항에 있어서, 상기 AFEU(250) 각각의 주파수 발생기(270)로부터 발생된 신호의 주파수 fi(i=1~N)는 서로 다른, 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 송신 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 주파수 혼합기(280)에 의해 혼합된 신호의 중심 주파수는 fTc인, 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 송신 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 1:N 전력 분배기(320)로부터 입력되어 상기 각 대역 통과 필터(300)를 통과한 신호의 중심 주파수는 fTc- fi(i=1~N)인, 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 송신 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 광대역 송수신기(340)에 의해 상향 변환된 신호의 주파수는 fTc- fi(i=1~N)인, 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 송신 장치.
  15. N개의 배열로 이루어진 안테나(210)와;
    상기 N개의 안테나(210)로부터 수신된 신호를 서로 다른 N개의 중간 주파수 대역으로 하향 변환시키거나, 상기 N개의 안테나(210)를 통해 각기 다른 N개의 중간 주파수 대역의 신호를 무선 송신 주파수로 상향 변환시켜 송신하는, N개로 이루어진 AFEU(250);
    상기 하향 변환된 N개의 중간 주파수 대역의 신호를 결합하는 N:1 전력 결합기(330);
    상기 N개의 AFEU(250)에 각기 다른 N개의 중간 주파수 대역의 송신신호를 하나씩 공급하는 1:N 전력 분배기(320);
    상기 N:1 전력 결합기(330)에 의해 결합된 수신신호를 기저 주파수 대역으로 하향 변환하거나, 아날로그 송신신호를 주파수 상향 변환하여 상기 1:N 전력 분배기(320)에 공급하는 광대역 송수신기(340);
    상기 광대역 송수신기(340)에 의해 하향 변환된 수신신호를 디지털 신호로 변환하는 광대역 아날로그/디지털 변환기(360);
    상기 변환된 디지털 신호를 N개의 서로 다른 신호로 분리하는 N개의 디지털 필터(410);
    디지털 송신신호를 아날로그 신호로 바꾸어 상기 광대역 송수신기(340)에 전달하는 광대역 디지털/아날로그 변환기(350); 및
    상기 N개의 디지털 필터(410)의 각각에 의해 분리된 N개의 디지털 수신신호를 하나씩 입력받아 적응적 빔을 형성하거나, 각각의 송신신호에 가중치를 곱하여 각기 N개의 신호로 나누어 출력하는, 가입자 수만큼 구성된 빔 형성 모듈(400)을 포함하는, 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 송수신 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 광대역 디지털/아날로그 변환기(350)와 상기 빔 형성 모듈(400) 사이에, 상기 빔 형성 모듈(400) 각각으로부터 하나씩 출력된 N개의 송신 신호들을 하나로 더하는 N개의 신호 가산기(390)와;
    상기 신호 가산기(390) 각각으로부터 더해진 신호를 입력받아 각각 다른 주파수로 상향 변환하는 N개의 디지털 변조기(380); 및
    상기 N개의 디지털 변조기(380)를 통해 주파수 변환된 신호들을 디지털 방식으로 결합하여 상기 광대역 디지털/아날로그 변환기(350)로 전달하는 디지털 신호 결합기(370)를 추가로 포함하는, 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 송수신 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 AFEU(250) 각각은,
    상기 안테나(210)로부터 입력된 신호를 받아들이는 수신 대역통과 필터(230)와;
    상기 수신 대역통과 필터(230)를 통과한 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(240);
    상기 AFEU(250) 각각을 구분짓기 위해 서로 다른 주파수를 발생하는 주파수 발생기(270);
    상기 저잡음 증폭기(240)를 통해 증폭된 신호와 상기 주파수 발생기(270)로부터 발생된 신호를 혼합하여 상기 증폭된 신호의 주파수로부터 상기 주파수 발생기(270)에서 발생된 특정 주파수의 차만큼 중간 주파수 대역으로 하향 변환하는 주파수 혼합기(290);
    상기 주파수 혼합기(290)를 통과한 신호를 특정 통과대역 주파수로 필터링 시킨 후 상기 N:1 전력 결합기(330)로 출력하는 대역 통과 필터(310);
    상기 1:N 전력 분배기(320)로부터 분배된 N개의 신호중 하나를 입력받아 특정 주파수 대역으로 필터링하는 대역 통과 필터(300);
    상기 주파수 발생기(290)로부터 발생된 신호와 상기 대역 통과 필터(300)를 통해 필터링된 신호를 혼합하는 주파수 혼합기(280);
    상기 주파수 혼합기(280)의 출력신호를 증폭하는 고출력 전력 증폭기(260); 및
    상기 고출력 전력 증폭기(260)의 출력신호를 입력받아 상기 배열 안테나(210)로 출력하는 송신 대역통과 필터(220)를 포함하는, 이동통신 기지국의 스마트 안테나 시스템용 송수신 장치.
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