KR20070068079A

KR20070068079A - 알에프 중계기

Info

Publication number: KR20070068079A
Application number: KR1020050129810A
Authority: KR
Inventors: 문영찬
Original assignee: 주식회사 케이엠더블유
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-06-29
Anticipated expiration: 2025-12-26
Also published as: KR100859557B1; US8244173B2; CN101361290A; WO2007075021A1; EP1969733A4; JP2009521889A; JP4588790B2; EP1969733A1; US20080299898A1

Abstract

본 발명의 알에프 중계기는 기지국과 신호를 송수신하기 위한 도너 안테나부와; 가입자 단말기와 신호를 송수신하기 위한 서비스 안테나부와; 상기 두 안테나 사이의 신호를 필터링 및 증폭하는 중계부와; 상기 두 안테나 사이의 분리도를 검출하는 분리도 검출부의 검출신호에 따라 상기 도너 안테나 또는/및 서비스 안테나의 편파방향을 가변선택하는 편파방향가변부로 구성하여, 도너 안테나와 서비스 안테나 사이의 분리도를 충분히 확보할 수 있도록 한다.

RF, 중계기, 도너 안테나, 서비스 안테나, 편파 방향

Description

알에프 중계기{RF REPEATER}

도1은 종래 알에프 중계기의 블록 구성도.

도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 블록 구성도

도3은 도2에 있어서, 일반적인 분리도 검출부가 포함된 블록 구성도.

도4는 도2에 있어서, 스위칭부를 더 추가한 경우의 블록 구성도.

도5는 도2에 있어서, 안테나의 편파방향을 종류를 나타낸 도.

도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 블록 구성도.

도7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 블록 구성도.

본 발명은 이동통신 및 방송용 시스템의 중계기에 관한 것으로, 특히 도너 안테나와 서비스 안테나 사이의 분리도(아이솔레이션:Isolation)를 충분히 확보할 수 있는 알에프 중계기에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신 시스템은 교환국(MSC), 제어국(BSC), 기지국(BTS), 이 동국(가입자 단말기 : MS) 등으로 구성되고, 일반적으로 상기 기지국을 다수 개 설치하여 통신 가능한 지역을 넓히게 된다. 그러나 상기 기지국에서 송신된 신호가 공기중에서 전파됨에 따라 신호가 약해지고 나아가 산이나 건물, 건물의 지하, 터널이나 건물내부 등과 같은 자연 및 인공장애물들로 인하여 신호의 세기는 더욱 미약하게 되어 가입자 단말기의 원활한 수신이 불가능하게 되는 부분적인 통신 음영지역이 발생한다. 이러한 통신 음영지역 발생의 문제점을 해결하기 위해 일반적으로 중계기를 설치하여 사용하여 왔다.

이와 같이 이동통신 및 방송망에서 중계기는 커버리지 확장 및 전파음영지역 보완을 목적으로 많이 사용되고 있다. 상기 중계기 중 특히 알에프(RF) 중계기는 기지국으로부터 수신되는 신호와 가입자 단말기로 송신하는 신호가 동일 주파수이기 때문에 저가이고, 무선기반으로 별도의 전송선로 구축을 필요로 하지 않는 장점으로 인하여 가장 선호되는 중계기라 할 수 있다.

일반적인 알에프 중계기는 도1에 도시된 바와 같이 기지국(1)과 통신하기 위한 도너 안테나(10)와 가입자 단말기(2)와 통신하기 위한 서비스 안테나(12) 및 두 안테나 사이에서 신호를 필터링 및 증폭해주는 중계부(24)로 구성되는데, 상기 두 안테나 사이의 분리도가 충분히 확보되지 않을 경우, 증폭 후 서비스 안테나(12)를 통해 재 전송된 신호가 다시 도너 안테나(10)로 피드백되어 증폭기가 발진을 일으킬 수 있다.

따라서 두 안테나 사이의 분리도를 최대한 확보하여(통상 60~70dB) 전력증폭기의 발진이 일어나지 않는 범위 내에서 증폭이득을 결정하는 방식으로 사용하고 있다.

상기 중계기의 발진은 네트웍크 및 시스템에 치명적이므로 통상적으로 확보된 분리도보다 증폭기의 이득을 15~20dB 마진을 가지고 동작하도록 설정하고 있다.

따라서 증폭기의 이득은 40~55dB 정도가 되는데, 이는 중계기의 기본기능 즉, 충분한 커버리지 확장 또는 전파 음영지역을 보완하는 기능에 제한을 갖게 되고, 알에프 중계기의 최대의 단점으로 작용한다.

한편, 알에프 중계기가 충분한 효용성을 갖는 80dB 정도의 증폭기 이득을 얻으려면 두 안테나 사이의 분리도 값이 약 100dB 이상이 되어야 하는데, 이는 실제 상황에서 일반적으로 충족시키기 어려운 값이다.

알에프 중계기에서 두 안테나 사이의 분리도를 확보하기 위한 종래 기술은 높은 분리도 값을 보장하는 안테나(Front-To-Back Ratio 40dB 이상)를 사용하거나, 두 안테나 거리를 충분히 이격하거나(3m 이상), 안테나 방향을 조정하는 등의 기술을 적용하여 왔다.

그러나 높은 분리도 값을 보장하는 안테나의 경우에는 통상적으로 반사기의 크기를 크게 하여야 하기 때문에 무게, 가격 및 풍압 등의 불리한 문제가 있다.

또한 두 안테나를 충분히 이격시키는 것은 설치 시 어려움이 많고, 케이블 길이로 인한 가격 및 신호의 손실이 많이 발생하는 문제가 있다.

그리고 기지국으로부터의 신호수신이 잘되는 방향과 서비스 지역의 방향이 정해져 있기 때문에 안테나의 방향을 조정하여 분리도값을 높이는 방법에는 한계가 있고, 또한 안테나 근처에서 작업자가 안테나의 방향을 조정할 때의 분리도 값과 조정 후, 작업자가 안테나에서 멀어졌을 때의 분리도 값이 다르기 때문에 객관성이 없다는 문제가 있다.

그리고 중계기 설치 장소에 따라 주변 상황이 모두 다르기 때문에 중계기 설치 시 두 안테나 사이의 충분한 분리도를 확보하기 위해서는 안테나 조정에 많은 노력을 필요로 한다.

나아가 초기 설치 시, 충분한 분리도를 확보하였다 하더라도 시간이 지나면서 변하는 주변상황 예를 들면, 건물 등 주변 장애물의 변화, 차량 및 사람의 움직임 등에 의해서도 분리도는 수시로 변화하므로 일반적인 상황에서 충분한 분리도를 보장할 수 없다는 문제점이 있었다.

이와 같이 종래의 알에프 중계기는 고정된 편파를 방사하는 안테나를 사용하기 때문에 두 안테나 사이의 분리도를 확보하는데 제한이 따르고, 이로 인해 중계기의 성능을 최대로 이용하지 못하였다.

본 발명의 목적은 두 안테나에서 방사하는 전자파의 편파 방향을 능동적으로 가변 시킬 수 있도록 함으로써 중계기 주변상황에 대응하여 최적의 분리도를 확보할 수 있는 알에프 중계기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 도너 및 서비스 안테나와 중계부(24)를 하나의 레이돔내에 설치할 수 있는 알에프 중계기를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 알에프 중계기는

기지국과 신호를 송수신하기 위한 도너 안테나부와;

가입자 단말기와 신호를 송수신하기 위한 서비스 안테나부와;

상기 두 안테나 사이의 신호를 필터링 및 증폭하는 중계부와;

상기 두 안테나 사이의 분리도를 검출하는 분리도 검출부의 검출신호에 따라 상기 도너 안테나 또는/및 서비스 안테나의 편파방향을 가변선택하는 편파방향가변부로 구성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 블록 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이

기지국과 신호를 송수신하기 위한 도너 안테나부(20)와;

가입자 단말기와 신호를 송수신하기 위한 서비스 안테나부(22)와;

상기 두 안테나 사이의 신호를 필터링 및 증폭하는 중계부(24)와;

상기 서비스 안테나의 편파방향을 가변선택하는 제1 스위칭부(26)로 구성한다.

이때, 상기 제1 스위칭부(26)는 상기 두 안테나 사이의 분리도를 검출하는 통상의 분리도 검출부(도면 미도시)의 검출신호에 따라 스위칭 동작을 한다.

기본적인 동작을 설명하면, 도너 안테나부(20)를 통해 수신된 기지국으로부터의 신호는 중계부(24)를 통해 필터링 및 증폭되고 서비스 안테나를 통해 서비스 지역으로 방사된다.

반대로 서비스 지역의 가입자 단말기로부터 방사된 신호는 서비스 안테나를 통해 수신되고, 중계부(24)를 통해 필터링 및 증폭되며 도너 안테나를 통해 기지국으로 송신된다.

이때, 종래에는 도너 안테나부(20) 및 서비스 안테나부(22)의 편파 방향이 동일하게 고정 구성되었으나 본 발명에서는 서비스 안테나부(22)를 수직 및 수평 두 가지 편파방향을 갖도록 구성한 후, 제1 스위칭부(26)에 의해 편파 방향을 선택할 수 있도록 구성한다.

즉, 통상의 분리도 검출부를 통해 검출된 신호에 따라 분리도가 높은 쪽의 편파 방향을 선택하도록 한다.

일반적으로 도3에 도시된 바와 같이 분리도 검출부(30)가 표시되어야 하지만, 본 실시예에서 분리도 검출부를 도시하지 않은 이유는 분리도 검출부(30)는 여러 가지 방법으로 구현할 수 있기 때문에 그 구성에 제한을 두지 않기 위해서이다.

도3에 도시된 예를 참조하면, 통상의 분리도 검출부(30)에서 일반적인 분리도 검출동작은 도너 안테나(20)를 통해 수신된 신호에 감시신호원(32)에서 발생된 감시신호(Pilot Signal)를 중계부(24) 입력단에 설치되는 양방향 커플러(31)를 통해 더하여 서비스 안테나(22)를 통해 방사하도록 할 수 있다. 이후, 상기 양방향 커플러(31)를 통해 서비스 안테나(22)로부터 되유입되는 신호를 분리도 검출 제어기(33)에서 확인하여 되유입되는 신호에 감시신호가 얼마나 실려 있는지를 검출하고, 이 신호를 처음 삽입한 감시신호와 비교하여 그 찻값을 가지고 분리도를 측정할 수 있다. 하지만 분리도를 검출하는 방법은 반드시 감시신호를 이용하는 방법만 있는 것이 아니다.

또한 분리도 검출부의 출력신호에 따라 스위칭하는 동작도 여러 가지 방법으로 구현할 수 있다.

즉, 일정한 시간 간격으로 스위칭을 하여 수직편파방향의 분리도와 수평편파방향의 분리도를 검출한 후, 이를 비교하여 그 중 분리도가 높은 쪽으로 최종 스위칭을 할 수도 있고,

기준값을 정해놓고 현재 상태의 분리도값과 비교하여 기준값보다 작아지면 스위칭을 할 수도 있다.

그리고 상기 제1 스위칭부(26)는 전기적인 스위치를 사용할 수도 있고, 기계적인 스위치를 사용할 수도 있으며, 또한 전기기계적인 스위치를 사용할 수도 있다.

한편, 상기 두 안테나부는 수직 및 수평편파 방향만 갖는 구성으로 제한을 두지는 않는다. 즉, 도5에 도시한 바와 같이 ㅁ 45도 기울기의 편파방향을 가질 수도 있고, 멀티 편파방향을 갖도록 구성할 수도 있으며, 분리된 편파방향을 가질 수도 있고, 원형의 편파방향을 갖도록 구성할 수도 있다.

상기와 같이 안테나가 여러 가지 편파를 방사할 수 있는 구조로 바뀌면 상기 스위칭부(26)는 이에 대응되는 편파방향을 선택할 수 있는 스위칭구조로 구성한다.

도4는 도2에 있어서, 제2 스위칭부(27)를 추가하여 서비스 안테나 뿐만 아니라 도너 안테나의 편파방향까지도 선택할 수도 있는 구조를 나타낸 도이다.

도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 블록 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이

기지국과 신호를 송수신하기 위한 도너 안테나부(20)와;

상기 서비스 안테나에 전송되는 신호의 위상을 가변시킴으로써 편파방향을 가변하는 위상제어부(이상기)(36)로 구성한다.

이때, 상기 위상제어부(36)는 상기 두 안테나 사이의 분리도를 검출하는 통상의 검출부의 검출신호에 따라 동작한다.

본 발명의 제2 실시예는 상기 두 안테나의 편파방향을 선택하는데 있어서, 이상기(36)를 이용하여 각 안테나부에 전송되는 신호의 위상을 제어함으로써 구현하고 있다.

이와 같이 위상제어를 이용하는 경우에는 다양한 모양 및 방향의 편파설정이 가능하고, 또한 스위칭부를 이용하여 스위칭하는 것보다 불연속이 없는 편파설정이 가능하게 된다.

이때, 상기 이상기(36)는 서비스 안테나부(22) 뿐만 아니라 도너 안테나부(20)에도 설치할 수도 있고, 또한 1개 이상 설치할 수도 있다.

도7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 블록 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이

기지국과 신호를 송수신하기 위한 도너 안테나부(20)와;

상기 서비스 안테나에 전송되는 신호의 분배비를 제어함으로써 편파방향을 가변하는 가변신호분배부(38)로 구성한다.

이때, 상기 가변신호분배부(38)는 상기 두 안테나 사이의 분리도를 검출하는 통상의 검출부의 검출신호에 따라 동작한다.

본 발명의 제3 실시예는 상기 두 안테나의 편파방향을 선택하는데 있어서, 가변신호분배부(38)를 이용하여 각 안테나부에 전송되는 신호의 분배비를 제어함으로써 구현하고 있다.

본 발명의 실시예에서는 상기 가변신호분배부(38)를 이상기(36)와 하이브리드 커플러로 구성하였으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한 상기 가변신호분배부(38)는 도너 안테나부(20)에도 설치할 수 있다.

상기 제1 내지 제3 실시예에 있어서, 안테나의 편파방향을 가변시키는 동작은 가장 높은 분리도값을 갖는 편파방향으로 가변시키는 동작 이외에도 일정한 주기로 연속적으로 가변시킴으로써 평균적인 분리도값을 갖도록 동작 시킬 수도 있다.

또한 상기와 같이 안테나의 편파방향을 가변시키게 되면 도너 안테나와 서비스 안테나 사이의 이격거리를 줄일 수 있어, 도너 안테나, 서비스 안테나 및 중계부(24)를 하나의 레이돔내에 설치할 수도 있다.

안테나에서 방사되는 편파를 능동적으로 가변 시킴으로써 중계기 주변 상황에 따라 대응되는 최적의 분리도를 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한 편파를 가변시키는 방법으로 분리도를 확보하기 때문에 두 안테나 사이의 거리를 짧게 할수 있는 효과가 있고,

이로 인해 도너 및 서비스 안테나 그리고 중계부를 모두 하나의 레이돔에 설치할 수 있어 사이즈가 작아지는 효과가 있다.

Claims

기지국과 신호를 송수신하기 위한 도너 안테나부와;

가입자 단말기와 신호를 송수신하기 위한 서비스 안테나부와;

상기 두 안테나 사이의 신호를 필터링 및 증폭하는 중계부와;

상기 두 안테나 사이의 분리도를 검출하는 분리도 검출부의 검출신호에 따라 상기 도너 안테나 또는/및 서비스 안테나의 편파방향을 가변선택하는 편파방향가변부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 알에프 중계기.
제1항에 있어서, 상기 편파방향가변부는 상기 분리도 검출부의 검출신호에 따라 스위칭 동작하여 상기 도너 안테나 또는/및 서비스 안테나의 편파방향을 가변선택하는 스위칭부,

상기 분리도 검출부의 검출신호에 따라 상기 도너 안테나 또는/및 서비스 안테나에 전송되는 신호의 위상을 가변시킴으로써 편파방향을 가변하는 위상제어부,

상기 분리도 검출부의 검출신호에 따라 상기 도너 안테나 또는/및 서비스 안테나에 전송되는 신호의 분배비를 제어함으로써 편파방향을 가변하는 가변신호분배부 중 선택된 하나로 구성함을 특징으로 하는 알에프 중계기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

도너 안테나와 서비스 안테나 사이의 분리도를 검출하여 가장 높은 분리도가 나오는 방향으로 안테나의 편파를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 분리도 검출부를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 알에프 중계기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

안테나의 편파방향은 일정한 주기로 연속적으로 가변하는 것을 특징으로 하는 알에프 중계기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 중계기는 하나의 레이돔내에 설치되는 것을 특징으로 하는 알에프 중계기.