KR100285963B1 - 음영지역용기지국 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음영 지역용 기지국에 관한 것이다.

본 발명은 기지국의 송신 고주파 신호를 증폭하여 출력하는 고전력 증폭기(HPA), 고전력 증폭기로부터 출력된 신호를 필터링하는 안테나 초단, 안테나 초단과 연결되어 안테나 초단으로부터 출력된 신호를 다수개의 경로를 통해 음영지역에 설치된 다수개의 분산 안테나로 직접 연결하는 분산 안테나 인터페이스부, 안테나 초단과 연결되어 안테나 초단으로부터 출력된 신호를 다수개의 경로로 분배하는 전력 분배기 및 전력 분배기에 의하여 분배된 다수개의 경로 중 하나의 경로와 직접 연결되어 전력 분배기로부터 출력된 신호를 음영지역에 설치된 누설동축선로로 연결하는 누설동축선로(LCX) 정합 장치를 포함한다.

이로써 본 발명은 별도의 중계 시스템이 없이도 지하의 긴 터널이나 여러 층의 지하 공간 및 건물 내부 등의 공간에 이동통신 서비스를 가능하게 하며, 여러 층의 지하 공간과 지형적으로 긴 형태의 지하 상가에서 시간 다이버시티와 공간 다이버시티를 이용한 양질의 이동통신 서비스를 가능하게 한다.

Description

음영 지역용 기지국{BASE STATION FOR COVERING SHADOW AREA}

본 발명은 음영 지역용 기지국에 대한 것으로서, 특히 음영지역에서 이동통신 서비스를 가능하게 하기 위한 이동통신 기지국의 고주파 신호 처리부에 관한 것이다.

도 1 은 일반적인 이동통신 시스템의 구조를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 CDMA(Code Division Multiple Access) 기술을 사용하는 통상적인 이동통신 시스템은 일정 영역(셀) 내의 이동 단말(MS)에게 이동통신 서비스를 제공하는 다수개의 기지국(Base Station: BS)과, 상기 다수개의 기지국을 공중 교환 전화망(Public Switched Telephone Network: PSTN)이나 다른 망 등의 다른 가입자에게로 연결하는 시스템 제어 및 교환기를 포함한다.

도 2 는 상기 통상적인 기지국의 구성도를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 디지털부(Digital Unit: DU)와 고주파부(Radio Frequency Unit: RFU)로 구성되어 있다.

상기 기지국의 송신 경로에 대해서 설명하면, 상기 디지털부가 기지국 송신 신호를 변조하여 상기 고주파부로 전송하면, 상기 고주파부는 상기 변조된 신호를 고주파 신호로 상승 변환한 후, 고전력 증폭기(High Power Amplifier: HPA)를 이용하여 증폭한 다음 송신 안테나를 통해서 송출한다.

또한 상기 기지국의 수신 경로에 대해서 설명하면, 상기 고주파부가 기지국의 수신 안테나를 통해 수신된 신호를 필터링한 후 하강 변환하여 상기 디지털부로 전달하면, 상기 디지털부는 상기 하강 변환된 신호를 복조한다.

상기와 같이 구성된 일반적인 이동통신 기지국은 통상 옥외 안테나를 통하여 신호를 송수신하는데, 안테나에서 방사된 신호가 자유공간에 전파되면 일정한 전파 영역 내에서만 서비스가 가능하기 때문에 이동 단말이 상기 전파 영역을 벗어나면 서비스가 불가능해진다.

이러한 기지국은 실외에 고정적으로 설치되지만 이동 단말의 위치는 사용자의 이동에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어 이동 단말은 지하철역, 지하상가, 지하 터널 및 건물 내부 등의 음영 지역에 위치할 수 있는데, 이러한 경우에도 기지국은 이동 단말에게 계속해서 서비스를 제공하여야 한다. 이와 같이, 이동 단말이 음영 지역에 위치해 있고 기지국 안테나가 지상에 설치되어 있는 경우, 기지국의 신호는 음영 지역까지 전파될 수 없다. 또한 음영 지역에 기지국을 설치하여 지하에 안테나를 설치한다 하더라도 여러 층으로 나뉘어져 있는 지하철역이나 긴 터널에서는 기존의 안테나만으로 서비스를 제공하기 어렵다는 문제점을 가진다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 지하철역이나 지하 터널, 지하 상가 및 건물 내부 등의 음영 지역내의 이동 단말에게 서비스를 제공하기 위한 음영 지역용 기지국을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 누설동축선로 및 분산 안테나와 정합되는 안테나 초단을 가지는 음영 지역용 기지국을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 바람직한 일 실시예는, 이동 단말에 통신 서비스를 제공하는 기지국을 포함하는 이동통신 시스템에 있어서,

상기 기지국의 송신 고주파 신호를 증폭하여 출력하는 고전력 증폭기(HPA);

상기 고전력 증폭기로부터 출력된 신호를 필터링하는 안테나 초단;

상기 안테나 초단과 직접 연결되어 상기 안테나 초단으로부터 출력된 신호를 다수개의 경로를 통해 음영지역에 설치된 다수개의 분산 안테나 소자로 연결하는 분산 안테나 인터페이스부;

상기 안테나 초단과 직접 연결되어 상기 안테나 초단으로부터 출력된 신호를 다수개의 경로로 분배하는 전력 분배기; 및

상기 전력 분배기에 의하여 분배된 다수개의 경로 중 하나의 경로와 직접 연결되어 상기 전력 분배기로부터 출력된 신호를 음영지역에 설치된 누설동축선로로 연결하는 누설동축선로(LCX) 정합 장치를 포함한다.

도 1 은 일반적인 이동통신 시스템의 구조도.

도 2 는 종래 기술에 의한 기지국의 구조도.

도 3 은 본 발명에 의한 음영 지역용 기지국의 구조도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 3 은 본 발명에 의한 음영 지역용 기지국의 구조도를 나타낸 것이다.

도 3 을 참조하면, 음영 지역용 기지국은 누설동축선로(LCX)와 다수개의 분산 안테나 및 추가적으로 다수개의 야기 안테나와 직접 정합된다.

상기 분산 안테나는 기지국의 고전력 증폭기(210) 출력에 연결된다. 상기 고전력 증폭기(210)는 양방향 필터링을 수행하는 제 1 안테나 초단(Antenna Front End Unit: AFEU)(300)을 통해 분산 안테나 인터페이스부(DA Interface: DAI)(500)와 연결되며, 분산 안테나 인터페이스부(300)는 기지국의 신호를 분배하여 다수개의 분산 안테나로 전달한다. 상기 다수개의 분산 안테나는 인위적인 시간 다이버시티(time diversity)와 공간 다이버시티(space diversity)를 이동 단말에게 제공하기 위하여, 다수개의 노드(node)로 구성되며 각 노드는 다수개의 분산 안테나 소자(Distributed Antenna Element: DAE)로 구성된다.

상기 누설동축선로는 지하 터널 등의 긴 음영지역에 설치되며 기지국의 고전력 증폭기(HPA)(210) 출력에 연결된다. 상기 고전력 증폭기(210)는 양방향 필터링을 수행하는 제 1 안테나 초단(300)과 연결된다.

상기 제 1 안테나 초단(300)의 출력단에 전력 분배기를 연결하면, 상기 제 1 안테나 초단(300)의 출력 신호를 상기 누설동축선로와 다른 고주파 신호 송신 수단으로 분배할 수 있다. 하나의 예로서 상기 제 1 안테나 초단(300)의 출력단에 연결된 전력 분배기는 상기 제 1 안테나 초단(300)의 출력 신호를 상기 누설동축선로와 다수개의 야기 안테나로 분배하여 전달한다. 이로써 상기 야기 안테나(Yagi Antenna)는 음영지역에 통신 서비스를 제공한다.

이하 상기와 같이 구성되는 음영 지역용 기지국의 송신 경로에 대하여 설명한다.

기지국의 디지털 부(100)에서 변조된 신호는 송수신기 장치(200)에서 고주파 대역의 신호로 상승 변환된 다음 고전력 증폭기(210)에서 증폭된다.

상기 고전력 증폭기(210)에서 증폭된 신호는 제 1 안테나 초단(300)의 제 1 방향성 결합기(Directional Coupler)(350)에 의하여 기지국 내의 분산 안테나 인터페이스부(500)로 전해진다. 이때 감쇠기(510)는 상기 제 1 안테나 초단(300)으로부터 전달된 신호의 전력 레벨이 상기 분산 안테나 인터페이스부(500)의 입력 범위를 초과하는 것을 방지하기 위하여, 상기 제 1 안테나 초단(300)으로부터 전달된 신호의 레벨을 조절한다.

분산 안테나 인터페이스부(500)는 상기 제 1 안테나 초단(300)의 출력 신호를 다수개의 분산 안테나 노드로 전달한다. 상기 다수개의 분산 안테나 노드는 분산 안테나 인터페이스부(500) 또는 전단의 분산 안테나 노드로부터 신호를 받아 이동 단말로 송신하는 구조를 가진다. 본 명세서에서는 이와 같이 직렬로 연결된 노드 구조를 선형 전송 구조라 칭한다. 선형 전송 구조로 구성된 상기 다수개의 분산 안테나 노드 각각은 다수개의 분산 안테나 소자로 구성된다.

하나의 실시예로서, 분산 안테나 인터페이스부(500)는 제 1 방향성 결합기(350)로부터 전해진 상기 제 1 안테나 초단(300)의 출력 신호를 두 개의 신호로 분배하여 지하 역사의 각 층이나 지하 상가에 설치된 두 개의 분산 안테나 노드로 제공한다. 각 분산 안테나 소자 노드는 2개의 분산 안테나 소자로 구성된다.

분산 안테나 인터페이스부(500)로부터 2개의 분산 안테나 소자로 전송되는 두 개의 신호는 이동 단말의 레이크 수신기(RAKE Receiver) 동작을 위해 1.25㎲의 시간 차이를 가진다. 또한 각 분산 안테나 노드는 입력된 신호를 2.5㎲ 지연시킨 다음 노드로 전송한다. 상기와 같은 지연 동작을 통해 분산 안테나 노드간의 간섭을 피할 수 있다.

이와 같이, 상기의 분산 안테나들은 지하 역사의 각 층이나 지형적으로 긴 형태의 지하 상가에 분산되어 설치되며, 지하에 위치한 이동 단말에 시간 다이버시티를 제공하는 신호를 송출함으로써 전파 음영 지역의 통신 서비스 제공을 가능하게 한다.

한편, 상기 고전력 증폭기(210)에서 증폭된 신호는 제 1 안테나 초단(300)의 제 2 방향성 결합기(360)에 의하여 전력 분배기로 전해진다. 전력 분배기는 상기 제 1 안테나 초단(300)의 출력 신호를 다수개의 신호 경로로 분배하여, 누설동축선로 정합 장치 및 야기 안테나 정합 장치(도시되지 않음)로 전달한다. 상기 누설동축선로 정합 장치는 상기 제 1 안테나 초단(300)의 출력 신호를 누설동축선로로 전달한다. 누설동축선로는 터널 등의 긴 음영지역에 설치되어, 상기 제 1 안테나 초단(300)의 출력 신호를 이동 단말로 송신한다.

마찬가지로 상기 야기 안테나 정합 장치는 상기 제 1 안테나 초단(300)의 출력 신호를 다수개의 야기 안테나(700)로 전달한다. 야기 안테나(700)는 상기 제 1 안테나 초단(300)의 출력 신호 신호를 이동 단말로 송신한다.

또한 상기 음영 지역용 기지국의 수신 경로에 대하여 설명하면 다음과 같다.

상기 기지국으로 수신되는 이동 단말의 신호는 분산 안테나, 누설동축선로 및 야기 안테나를 통해 수신된다. 상기 누설동축선로 및 상기 야기 안테나를 통해 기지국으로 수신된 신호는 각각의 정합 장치를 통해 전력 분배기로 전달된다. 전력 분배기는 상기 누설동축선로 및 상기 야기 안테나를 통해 수신된 신호들을 결합하여 제 1 안테나 초단(300)으로 전달한다.

상기의 제 1 안테나 초단(300)은 수신 경로의 신호들을 처리하기 위하여 송수신 경로를 결합한 양방향 구조를 가진다. 도 3 을 보면, 제 1 안테나 초단(300)에서 수신을 위한 장치는, 제 1 및 제 2 방향성 결합기(350,360)를 통해 수신된 신호를 필터링하는 수신 대역 여파기(BPF)(330), 필터링된 신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭기(LNA)(320) 및 저잡음 증폭된 신호를 분배하는 2방향 전력 분배기(2 way power divider: 2WPD)(310)이다.

상기의 2방향 전력 분배기(310)는 수신 다이버시티를 얻기 위한 통상적인 기지국에서 필요로 하는 것인데, 본 발명에서는 분산 안테나를 이용하여 수신 다이버시티를 얻기 때문에 상기 2방향 전력 분배기(310)에서 분배된 신호 가운데 하나만을 송수신기 장치(200)로 전달하고, 나머지 하나의 신호는 50Ω저항(230)을 사용하여 종단 처리(terminating)한다.

송수신기 장치(200)는 상기 제 1 안테나 초단(300)으로부터 전달된 신호를 하강 변환하여 디지털부(100)로 전달하며, 디지털부(100)는 상기 변환된 신호를 복조한다. 여기서 감쇠기(220)는 상기 제 1 안테나 초단(300)으로부터 전달된 신호의 전력 레벨이 상기 송수신기 장치(200)의 입력 범위를 초과하는 것을 방지하기 위하여, 상기 제 1 안테나 초단(300)으로부터 전달된 신호의 레벨을 조절한다.

한편, 각각의 분산 안테나 노드는 상기 이동 단말의 신호를 수신하여 전단의 분산 안테나 노드로 전달하거나 또는 분산 안테나 인터페이스부(500)로 전달한다. 이때 하나의 분산 안테나 노드는 2개의 분산 안테나 소자를 사용하여 신호를 수신함으로써 공간 다이버시티 효과를 얻는다. 상기의 분산 안테나 인터페이스부(500)는 다수의 분산 안테나 소자로부터 수신된 신호들을 결합하여 제 2 의 안테나 초단(400)으로 전달한다.

상기의 제 2 안테나 초단(400)은 수신 전용의 구조를 가지는 안테나 초단이다. 도 3 을 보면 제 2 안테나 초단(400)은, 방향성 결합기(440)를 통해 분산 안테나 인터페이스부(500)로부터 수신된 신호를 필터링하는 수신 대역 여파기(BPF)(430), 필터링된 신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭기(LNA)(420) 및 저잡음 증폭된 신호를 분배하는 2방향 전력 분배기(2WPD)(410)이다.

제 1 안테나 초단(300)에서와 마찬가지로, 상기 2방향 전력 분배기(410)에서 분배된 신호 가운데 하나는 송수신기 장치(200)로 전달되며 나머지 하나의 신호는 50Ω저항(250)을 사용하여 종단 처리(terminating)된다.

송수신기 장치(200)는 상기 제 2 안테나 초단(400)으로부터 전달된 신호를 하강 변환하여 디지털부(100)로 전달하며, 디지털부(100)는 상기 변환된 신호를 복조한다. 감쇠기(240)는 상기 제 2 안테나 초단(400)으로부터 전달된 신호의 전력 레벨이 상기 송수신기 장치(200)의 입력 범위를 초과하는 것을 방지하기 위하여, 상기 제 2 안테나 초단(400)으로부터 전달된 신호의 레벨을 조절한다.

상기와 같은 동작을 통해 지하 역사 등의 공간에서도 안정된 이동통신 서비스를 제공한다.

상기한 바와 같이 동작하는 본 발명은 기지국의 안테나 초단에 누설동축선로와 분산 안테나 및 야기 안테나를 정합할 수 있도록 함으로써 별도의 중계 시스템 없이도 지하의 긴 터널이나 여러 층의 지하 공간 및 건물 내부 등의 공간에 이동통신 서비스를 가능하게 한다.

또한 시스템에 분산 안테나를 채용하여, 별도의 기지국이나 안테나 등을 설치하지 않고도 여러 층의 지하 공간과 지형적으로 긴 형태의 지하 상가에서 시간 다이버시티와 공간 다이버시티를 이용한 양질의 이동통신 서비스를 가능하게 한다.

Claims (10)

1. 이동 단말에 통신 서비스를 제공하는 기지국을 포함하는 이동통신 시스템에 있어서,

   상기 기지국의 송신 고주파 신호를 증폭하여 출력하는 고전력 증폭기(HPA);

   상기 고전력 증폭기로부터 출력된 신호를 필터링하여 출력하는 안테나 초단;

   상기 안테나 초단과 연결되어 상기 안테나 초단으로부터 출력된 신호를 다수개의 경로를 통해 음영지역에 설치된 다수개의 분산 안테나로 직접 연결하는 분산 안테나 인터페이스부;

   상기 안테나 초단과 연결되어 상기 안테나 초단으로부터 출력된 신호를 다수개의 경로로 분배하는 전력 분배기; 및

   상기 전력 분배기에 의하여 분배된 다수개의 경로 중 하나의 경로와 직접 연결되어 상기 전력 분배기로부터 출력된 신호를 음영지역에 설치된 누설동축선로로 연결하는 누설동축선로(LCX) 정합 장치를 포함하는, 음영 지역용 기지국.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나 초단은,

   상기 고전력 증폭기로부터 출력된 신호를 필터링하는 여파기;

   상기 필터링된 신호를 상기 분산 안테나 인터페이스부로 전달하는 제 1 방향성 결합기; 및

   상기 필터링된 신호를 상기 전력 분배기로 전달하는 제 2 방향성 결합기를 포함하는, 음영 지역용 기지국.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 분산 안테나 인터페이스부는 상기 안테나 초단으로부터 출력된 신호를 선형 전송 구조를 가지는 다수개의 분산 안테나 노드로 전달하며, 상기 다수개의 분산 안테나 노드 각각은 다수개의 분산 안테나 소자로 구성되는, 음영 지역용 기지국.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 분산 안테나 인터페이스부는 상기 안테나 초단으로부터 출력된 신호를 다수개의 경로 신호로 분배하여, 상기 다수개의 분산 안테나 노드 각각의 다수개의 분산 안테나 소자로 전송하는, 음영 지역용 기지국.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 다수개의 경로 신호는 서로 다른 시간 지연값을 가지는, 음영 지역용 기지국.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 분배기에 의하여 분배된 다수개의 경로 중 하나의 경로와 직접 연결되어 상기 전력 분배기로부터 출력된 신호를 음영지역에 설치된 야기 안테나로 연결하는 야기 안테나 정합장치를 더 포함하는, 음영 지역용 기지국.
7. 제 3 항에 있어서, 상기 다수개의 분산 안테나 노드 각각은, 자신에게 수신된 신호를 소정의 지연값만큼 지연시킨 후 지연된 신호를 다음 단의 분산 안테나 노드로 전달하는, 음영 지역용 기지국.
8. 이동 단말에 통신 서비스를 제공하는 기지국을 포함하는 이동통신 시스템에 있어서,

   음영지역에 설치된 누설동축선로에 의해 수신된 고주파 신호를 전달받는 누설동축선로 정합 장치;

   상기 누설동축선로 정합 장치 및 다른 고주파 신호 수신 수단으로부터 수신된 고주파 신호를 결합하는 전력 분배기;

   상기 전력 분배기로부터 출력된 신호를 필터링 및 증폭하는 제 1 안테나 초단;

   음영지역에 설치된 다수개의 분산 안테나에 의해 수신된 고주파 신호를 전달받는 분산 안테나 인터페이스부; 및

   상기 분산 안테나 인터페이스부로부터 출력된 신호를 필터링 및 증폭하는 제 2 안테나 초단을 포함하는, 음영 지역용 기지국.
9. 제 8 항에 있어서, 음영지역에 설치된 다수개의 야기 안테나로부터 수신된 고주파 신호를 수신하여 상기 전력 분배기로 전달하는 야기 안테나 정합 장치를 더 포함하는, 음영 지역용 기지국.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 분산 안테나는 선형 전송 구조를 가지는 다수개의 분산 안테나 노드로 구성되며, 상기 다수개의 분산 안테나 노드 각각은 다수개의 분산 안테나 소자로 구성되는, 음영 지역용 기지국.

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