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KR100864807B1 - 스마트 안테나 시스템의 신호 보정 장치 - Google Patents

스마트 안테나 시스템의 신호 보정 장치 Download PDF

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Publication number
KR100864807B1
KR100864807B1 KR1020050129433A KR20050129433A KR100864807B1 KR 100864807 B1 KR100864807 B1 KR 100864807B1 KR 1020050129433 A KR1020050129433 A KR 1020050129433A KR 20050129433 A KR20050129433 A KR 20050129433A KR 100864807 B1 KR100864807 B1 KR 100864807B1
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KR
South Korea
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signal
correction
time domain
switch
transceiver
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KR1020050129433A
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전민
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삼성전자주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 스마트 안테나 시스템의 신호 보정(calibration) 장치에 있어서, 하향링크 시간 영역에서, N개의 송신기에 대해 각각의 보정 신호를 생성하고 상기 생성된 보정 신호를 해당 송신기에 삽입 및 전송한 후 보정 겸용 수신기로부터 입력되는 신호에서 상기 보정 신호를 추출하여 해당 송신 경로에 대한 송신 신호를 보정하며, 상향링크 시간 영역에서, N개의 수신기에 대한 보정 신호를 생성하고 상기 생성된 보정 신호를 보정 겸용 송신기에 삽입 및 전송한 후 N개의 수신기로부터 입력되는 신호에서 상기 보정 신호를 추출하여 수신 경로에 대한 수신 신호를 보정하는 빔포밍 및 보정 블럭과, 상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 빔포밍 및 보정 블럭으로부터 입력되는 신호를 RF신호로 변조하여 해당 어레이 안테나로 전송하고 상기 안테나로 전송되는 보정 신호를 커플링(coupling)하여 상기 보정 겸용 수신기로 전송하며, 상기 상향링크 시간 영역에서, 상기 보정 겸용 수신기로부터 수신되는 보정 신호를 기저대역 신호로 변조하여 상기 빔포밍 및 보정 블럭으로 출력하는 N개의 송수신기와, 상기 N개의 송수신기 중 하나의 송수신기로, 상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 송수신기로부터 입력되는 보정 신호를 기저대역 신호로 변조하여 상기 빔포밍 및 보정 블럭으로 출력하고, 상기 상향링크 시간 영역에서, 상기 빔포밍 및 보정 블럭으로부터 입력되는 보정 신호를 RF신호로 변조한 후 N개의 신호로 분리하여 상기 N개의 송수신기로 출력하는 상기 보정 겸용 송수신기를 포함하여, 상기 스마트 안테나 시스템의 형상을 단순화할 수 있으며, 재료비를 절감할 수 있는 이점이 있다.
스마트 안테나, TDD, 보정, Calibration

Description

스마트 안테나 시스템의 신호 보정 장치{APPARATUS FOR CALIBRATION OF SIGNAL IN SMART ANTENNA SYSTEM}
도 1은 종래 기술에 따른 스마트 안테나 시스템의 신호 보정 장치의 구성을 도시한 도면, 및
도 2는 본 발명에 따른 TDD 스마트 안테나 시스템의 신호 보정 장치의 구성을 도시한 블록도.
본 발명은 시분할 듀플렉스(Time Division Duplex : TDD) 스마트 안테나 시스템에 관한 것으로, 특히, 신호 보정 장치에 관한 것이다.
스마트 안테나(Smart Antenna) 시스템은 신호 환경(signal environment)에 대응하여 전송 패턴(radiation pattern) 또는/그리고 수신 패턴(reception pattern)을 자동적으로 최적화하기 위해 다수의 안테나를 사용하는 통신 시스템이다.
상기 스마트 안테나 시스템의 기지국은 빔(Beam) 형성을 통하여 최소의 전력으로 전송하고자 하는 위치에 원하는 크기의 데이터 신호를 전송한다. 따라서, 단말기 모두에 대하여 전방향으로(omni directional) 신호를 전송해야 하는 경우보다 신호 전송에 필요한 전력을 줄일 수 있는 이점이 있다. 또한, 동일한 기지국 내에 존재하는 단말기라 할지라도 상기 단말기의 위치를 능동적으로 파악하여 송수신 신호에 방향성을 인가하므로, 다른 방향에 있는 단말기에 미치는 간섭을 최소화할 수 있고, 잉여 전력을 다른 단말기에 할당할 수 있으며, 주변 셀(cell)간의 간섭이 줄어들기 때문에 기지국 채널 용량이 증대되는 장점이 있다.
상기 스마트 안테나 시스템에서 소정 방향으로 방향성을 인가하는 상기 빔 형성(Beam forming)은 기지국 기저대역의 디지털(Digital) 신호 형성영역에서 이루어지며, 상기 빔 형성의 결과는 무선 환경에 방사되기 직전인 안테나까지 신호의 위상과 크기가 변형되지 않은 상태로 전달되어야 한다. 하지만, 상기 기지국 시스템을 구성하는 요소 중 비선형성 특성을 지닌 증폭기(Amplifier), 변환기(Up/Down Converter), FEU(Front End Unit) 그리고 케이블에 의해 신호의 위상과 크기는 왜곡을 겪게 되고, 상기 왜곡을 보정해 주기 위해서 보정 기술이 함께 수행되어야 한다. 상기 보정 기술의 정확성이 상기 스마트 안테나 기술의 전체적인 성능을 좌우하게 된다. 즉, 신호의 보정을 통해 방향성의 정확도와 위상차 오류(phase mismatch)의 최소화를 이루어 상기 스마트 안테나 기술의 성능을 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 보정 기술은 기지국에서 단말기로 신호를 보내는 순방향뿐만 아니라 기지국이 단말기로부터 신호를 수신하는 역방향에 대해서도 동일하게 적용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 스마트 안테나 시스템의 신호 보정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, N개의 요소(element)를 갖는 어레이 안테나(111)는 N개의 송수신기와 연결되어 있으며, 상기 N개의 송수신기는 빔포밍 및 보정 블럭(100)과 연결되어 있다. 상기 빔포밍 및 보정 블럭(100)에서 형성된 빔은 상기 N개의 송신기를 거쳐 상기 어레이 안테나(111)를 통해 방사된다. 여기서, 상기 N개의 송신기는 각각의 증폭기와 믹서(mixer) 등으로 이루어진 서로 다른 경로(path)로 구성되어 있어 각 경로의 신호에 대한 크기와 위상 특성이 다르다. 따라서, 상기 N개의 송수신 경로를 보정하기 위한 별도의 보정 송수신 경로 및 상기 경로를 위한 별도의 보정(calibration) 송수신기(131)가 필요하다.
먼저, 상기 N개의 송신 경로의 보정 과정을 살펴보면, 상기 빔포밍 및 보정 블록(100)은 보정(calibration) 신호를 생성하고, 상기 생성된 보정(calibration) 신호를 상기 N개의 송신 경로 중 첫 번째 송신 경로에 삽입한다. 상기 삽입된 보정 신호는 상기 첫 번째 송신 경로의 DUC(Digital Up Converter)(101-1)를 통해 오버 샘플링(over sampling)된 후, 전송 모듈(Transmission module : Tx module)(102-1 내지 109-1)을 거쳐 RF신호로 변조되고, 상기 변조된 보정 신호는 커플러(Coupler)(110-1)를 경유하여 각 안테나에 전송된다. 이후, 상기 변조된 보정 신호는 상기 커플러(Coupler)(110-1)에서 커플링(coupling)되어 보정 수신기(131)로 전송된다. 다시 말해, 상기 커플러(110-1)는 상기 전송 모듈(102-1 내지 109-1)을 통과한 신호 중 일부를 추출하여 N : 1 분배기(Divider)(124)로 전송하고, 상기 N : 1 분배기(124)를 통과한 상기 신호는 2 : 1 스위치(123)에 의해 보정 수신 모듈(125 내지 129)로 스위칭된다. 이후, 상기 신호는 상기 보정 수신 모듈(125 내지 129)과 DDC(Digital Down Converter)(130)를 통과하여 상기 빔포밍 및 보정 블럭(100)으로 되돌아 온다. 이때, 상기 빔포밍 및 보정 블록(100)은 초기에 생성한 보정 신호와 상기 보정 수신기(131)를 통해 수신된 보정 신호를 이용하여 상기 첫 번째 송신 경로 신호의 크기와 위상 특성을 검출하고, 상기 검출된 크기와 위상 특성을 이용하여 해당 송신 경로의 보정 작업을 수행한다. 같은 방법으로 두 번째 송신기 경로의 보정 작업을 수행하며, 이후 N 번째 송신기 경로까지의 보정 작업을 수행한다.
다음으로, 상기 N개의 수신 경로의 보정 과정을 살펴보면, 상기 빔포밍 및 보정 블록(100)은 보정(calibration) 신호를 생성하고, 상기 생성된 보정 신호를 보정 송신 경로에 삽입한다. 상기 삽입된 보정 신호는 상기 보정 송신기(131)의 DUC(Digital Up Converter)(118) 및 보정 전송 모듈(119 내지 122)을 거쳐 RF신호로 변조되고, 상기 변조된 신호는 보정 송신 경로로 스위칭된 2 : 1 스위치(123)를 통과한 후, N : 1 분배기(124)를 통해 N개의 커플러(Coupler)(110-1, 110-2, …, 110-N)에 삽입된다. 상기 N개의 커플러(110-1, 110-2, …, 110-N)에 삽입된 상기 보정 신호는 N개의 수신기를 통해 상기 빔포밍 및 보정 블럭(100)으로 돌아온다. 이때, 상기 빔포밍 및 보정 블럭(100)은 각각의 수신 경로 신호의 크기와 위상 특성을 검출하여 보정 작업을 수행한다.
이와 같이, 상기 스마트 안테나 시스템에서는 각 경로의 신호의 크기와 위상의 보정을 위해 메인 경로(main path)와는 별도로 보정(calibration) 송수신 경로 및 상기 경로를 위한 별도의 보정 전용 송수신기를 필요로 한다. 따라서, 상기 시스템이 N개 요소(element) 어레이 안테나를 사용할 경우, 상기 별도의 보정 송수신기를 포함하여 N+1개의 송수신기가 필요하며, 나아가, 상기 별도의 보정 송수신기를 추가하기 위한 비용이 추가되고, 상기 스마트 안테나 시스템의 형상이 복잡해지는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 스마트 안테나 시스템의 신호 보정 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 시분할 듀플렉스(Time Division Duplex : TDD) 스마트 안테나 시스템에서 스마트 안테나의 송수신기 중 하나의 송수신기를 보정 겸용 송수신기로 사용하여 신호를 보정하기 위한 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 스마트 안테나 시스템에서 기지국의 신호 보정(calibration) 장치는, 하향링크 시간 영역에서, N개의 송신기에 대해 각각의 보정 신호를 생성하고 상기 생성된 보정 신호를 해당 송신기에 삽입 및 전송한 후 보정 겸용 수신기로부터 입력되는 신호에서 상기 보정 신호를 추출하여 해당 송신 경로에 대한 송신 신호를 보정하며, 상향링크 시간 영역에서, N개의 수신기에 대한 보정 신호를 생성하고 상기 생성된 보정 신호를 보정 겸용 송신기에 삽입 및 전송한 후 N개의 수신기로부터 입력되는 신호에서 상기 보정 신호를 추출하여 수신 경로에 대한 수신 신호를 보정하는 빔포밍 및 보정 블럭과, 상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 빔포밍 및 보정 블럭으로부터 입력되는 신호를 RF신호로 변조하여 해당 어레이 안테나로 전송하고 상기 안테나로 전송되는 보정 신호를 커플링(coupling)하여 상기 보정 겸용 수신기로 전송하며, 상기 상향링크 시간 영역에서, 상기 보정 겸용 수신기로부터 수신되는 보정 신호를 기저대역 신호로 변조하여 상기 빔포밍 및 보정 블럭으로 출력하는 N개의 송수신기와, 상기 N개의 송수신기 중 하나의 송수신기로, 상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 송수신기로부터 입력되는 보정 신호를 기저대역 신호로 변조하여 상기 빔포밍 및 보정 블럭으로 출력하고, 상기 상향링크 시간 영역에서, 상기 빔포밍 및 보정 블럭으로부터 입력되는 보정 신호를 RF신호로 변조한 후 N개의 신호로 분리하여 상기 N개의 송수신기로 출력하는 상기 보정 겸용 송수신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명은 스마트 안테나 시스템의 신호 보정 장치에 대해 설명한다.
일반적인 시분할 듀플렉스(Time Division Duplex : 이하 ‘TDD’라 칭함) 신호의 구조는, 기지국에서 신호를 송출하는 하향링크 신호 영역, 상기 하향링크와 상향링크의 중간 시간 갭(gap)인 TTG(Tx/Rx Transit Gap), 단말기에서 기지국으로 신호를 송출하는 상향링크 신호 영역, 상기 상향링크와 상기 하향링크의 시간 갭(gap)인 RTG(Rx/Tx Transit Gap)로 구성되어 있다. 상기 TDD 신호의 특성상 하향링크 구간에서 상기 기지국의 수신기는 사용되지 않으며, 반대로 상향링크 구간에서 상기 기지국의 송신기는 사용되지 않는다.
따라서, 본 발명에서는 상기 TDD의 특성을 이용하여 별도의 보정(calibration)을 위한 송수신기를 사용하지 않고 스마트 안테나의 송수신기 중 하나의 송수신기를 보정 겸용 송수신기로 사용한다. 즉, 하향링크 동안에 수행되는 송신기 보정에서는 하향 링크동안 사용하지 않는 N개의 수신기 중 하나의 수신기를 송신기의 보정을 위한 보정 수신기로 사용한다. 또한, 상향링크 동안에 수행되는 수신기 보정에서는 상향 링크동안 사용하지 않는 N개의 송신기 중 하나의 송신기를 수신기의 보정을 위한 보정 송신기로 사용한다.
도 2는 본 발명에 따른 TDD 스마트 안테나 시스템의 신호 보정 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 여기서, 상기 TDD 스마트 안테나 시스템은 N개의 요소(element)를 갖는 어레이 안테나(211)를 포함하는 시스템을 가정하며, 이때, 상기 어레이 안테나(211)는 N개의 송수신기와 연결되어 있고, 상기 N개의 송수신기는 빔포밍 및 보정 블럭(200)과 연결되어 있다. 상기 N개의 송수신기는 각각의 증폭기와 믹서(mixer) 등으로 이루어진 서로 다른 경로(path)로 구성되어 있으며, 상기 N개의 송수신기 중 하나의 송수신기는 상기 N개의 송수신 경로에 대한 송수신 신호를 보정하는 보정 겸용 송수신기(225)로 구성된다. 여기서, 상기 보정 겸용 송수신기(225)는 일반 송수신기에 N:1 분배기(220)와 제 1 2:1 스위치(221)와 제 2 2:1 스위치(219)와 제 3 2:1 스위치(218)를 더 포함하여 구성된다.
상기 도 2를 참조하면, 상기 N개의 송신 경로에 대한 송신 신호를 보정하기 위한 장치는 상기 빔 포밍 및 보정 블럭(200), 각 송신기의 DUC(Digital Up Converter)(201) 및 전송 모듈(Transmission module : Tx module)(202 내지 209) 및 송수신기 제어 보드(Transceiver control board)(208, 209) 및 커플러(210), 상기 보정 겸용 송수신기(225)의 N:1 분배기(220) 및 제 1 2:1 스위치(221) 및 제 2 2:1 스위치(219) 및 수신 모듈(Receiving module : Rx module)(212 내지 216) 및 DDC(Digital Down Converter)(217)를 포함하여 구성된다.
상기 빔포밍 및 보정 블럭(200)은 N개의 송신 경로에 대해 각각의 보정(calibration) 신호를 생성하고, 상기 생성된 보정(calibration) 신호를 해당 송신 경로에 삽입하여 전송한 후, 상기 보정 겸용 송수신기(225)의 보정 수신 경로로 수신되는 신호에서 상기 보정 신호를 추출하여 해당 송신 경로에 대한 송신 신호를 보정한다. 여기서, 상기 빔포밍 및 보정 블럭(200)은 스위치 제어 신호들(222, 223)을 이용하여 상기 보정 겸용 송수신기(225)의 제 1, 2 2:1 스위치(221, 219)를 제어한다.
각 송신기의 DUC(Digital Up Converter)(201)는 상기 빔포밍 및 보정 블럭(200)으로부터 입력되는 상기 보정 신호를 오버 샘플링(over sampling)하고, 상기 송신기의 전송 모듈(Transmission module : Tx module)(202 내지 207)은 상기 오버 샘플링된 신호를 RF신호로 변조하며, 상기 송신기의 상기 송수신기 제어 보드(208, 209)는 상기 RF신호로 변조된 신호를 상기 커플러(210) 및 해당 어레이 안테나(211)로 전송한다. 상기 커플러(Coupler)(210)는 상기 보정 신호를 커플링(coupling)하여 보정 수신 경로, 즉 상기 보정 겸용 송수신기(225)의 N : 1 분배기(220)로 전송한다.
여기서, 상기 전송 모듈(202 내지 207)은 DAC(Digital Analog Converter)(202), 제 1, 2 증폭기(203, 206), 국부 발진기(205), 믹서(204), 고출력 증폭기(207)를 포함하여 구성된다. 상기 DAC(Digital Antenna Converter)(202)는 상기 DUC(201)로부터 입력되는 상기 오버 샘플링된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 상기 제 1 증폭기(203)로 출력하고, 상기 제 1 증폭기(203)는 상기 아날로그 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하여 상기 믹서(204)로 출력한다. 상기 믹서(204)는 상기 증폭된 신호를 국부 발진기(Local oscillator)(205)를 이용하여 소정 주파수 대역으로 변환시켜 상기 제 2 증폭기(206)로 출력하고, 상기 제 2 증폭기(206)는 상기 믹서(204)로부터 입력되는 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하여 상기 고출력 증폭기(207)로 출력하며, 상기 고출력 증폭기(207) 또한 상기 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하여 상기 송수신기 제어 보드(208, 209)로 출력한다.
여기서, 상기 송수신기 제어 보드(208, 209)는 TDD 스위치(Switch)(208)와 제 1 대역 통과 필터(209)를 포함하여 구성된다. 상기 TDD 스위치(Switch)(208)는 상기 송신 경로를 지원하기 위해 상기 전송 모듈(202 내지 207)을 상기 제 1 대역 통과 필터(209)로 스위칭하고, 상기 제 1 대역 통과 필터(209)는 상기 스위칭에 따라 상기 전송 모듈(202 내지 207)로부터 입력되는 신호 중 소정 범위의 주파수에 존재하는 신호만을 상기 커플러(210)로 출력한다.
상기 보정 겸용 송수신기(225)의 N:1 분배기(220)는 상기 N개의 송신 경로로부터 커플링되어 입력되는 상기 보정 신호를 상기 제 1 2:1 스위치(221)로 제공하고, 상기 제 1 2:1 스위치(221)는 상기 빔포밍 및 보정 블럭(200)의 제어 신호(222)에 따라 상기 N:1 분배기(220)로부터 입력되는 신호를 상기 제 2 2:1 스위치(219)로 스위칭하며, 상기 제 2 2:1 스위치(219)는 상기 빔포밍 및 보정 블럭(200)의 제어 신호(223)에 따라 상기 입력되는 신호를 상기 보정 겸용 송수신기(225)의 수신 모듈(Receiving module : Rx module)(212-N 내지 216-N)로 스위칭하여 전송한다. 상기 수신 모듈(212-N 내지 216-N)은 상기 입력되는 신호를 기저대역 신호로 변조하여 상기 DDC(Digital Down Converter)(217-N)로 출력하고, 상기 DDC(Digital Down Converter)(217-N)는 상기 기저대역 신호로 변조된 신호를 상기 빔포밍 및 보정 블럭(200)으로 전송한다. 여기서, 상기 제 2 2:1 스위치(219)는 상기 보정 겸용 송수신기(225)를 일반 수신기로 동작시키느냐 혹은 보정 수신기로 동작시키느냐에 따른 상기 빔포밍 및 보정 블록(200)의 스위치 제어 신호(223)에 따라 TDD 스위치(208-N) 혹은 상기 제 1 2:1 스위치(221)로부터 입력되는 신호를 상기 수신 모듈(212-N 내지 216-N)로 스위칭한다.
여기서, 상기 수신 모듈(212-N 내지 216-N)은 제 1, 2 저잡음 증폭기(212-N, 215-N), 제 2 대역 통과 필터(213-N), 믹서(214-N), 국부 발진기(205), ADC(Analog Digital Converter)(216-N)를 포함하여 구성된다. 상기 제 1 저잡음 증폭기(212-N)는 상기 제 2 2:1 스위치(219)로부터 입력되는 상기 보정 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하여 상기 제 2 대역 통과 필터(213-N)로 출력하고, 상기 제 2 대역 통과 필터(213-N)는 상기 신호 중 소정 범위의 주파수에 존재하는 신호만을 상기 믹서(214-N)로 출력한다. 상기 믹서(214-N)는 상기 제 2 대역 통과 필터(213-N)로부터 입력되는 신호를 상기 국부 발진기(Local oscillator)(205)를 이용하여 소정 주파수 대역으로 변환시켜 제 2 저잡음 증폭기(215-N)로 출력하고, 상기 제 2 저잡음 증폭기(215-N)는 입력되는 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하여 상기 ADC(Analog Digital Converter)(216-N)로 출력한다. 또한, 상기 ADC(Analog Digital Converter)(216-N)는 상기 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 DDC(217-N)로 출력한다.
다음으로, 상기 N개의 수신 경로에 대한 수신 신호를 보정하기 위한 장치는 상기 빔 포밍 및 보정 블럭(200), 상기 보정 겸용 송수신기(225)의 DUC(Digital Up Converter)(201-N) 및 전송 모듈(Transmission module : Tx module)(202-N 내지 206-N) 및 제 3 2:1 스위치(218) 및 제 1 2:1 스위치(221) 및 N:1 분배기(220), 상기 N개의 수신기의 각 커플러(210) 및 송수신기 제어 보드(Transceiver control board)(209, 208) 및 수신 모듈(Receiving module : Rx module)(212 내지 216) 및 DDC(Digital Down Converter)(217)를 포함하여 구성된다.
상기 빔포밍 및 보정 블럭(200)은 N개의 수신 경로에 대한 보정(calibration) 신호를 생성하고, 상기 생성된 보정(calibration) 신호를 상기 보정 겸용 송수신기(225)의 보정 송신 경로에 삽입하여 전송한 후, 상기 N개의 수신 경로로 수신되는 상기 보정 신호를 이용하여 상기 수신 경로에 대한 수신 신호를 보정한다. 여기서, 상기 빔포밍 및 보정 블럭(200)은 스위치 제어 신호들(224, 222)을 이용하여 상기 보정 겸용 송수신기(225)의 제 3, 1 2:1 스위치(218, 221)를 제어한다.
상기 보정 겸용 송수신기(225)의 DUC(Digital Up Converter)(201-N)는 상기 빔포밍 및 보정 블럭(200)으로부터 입력되는 상기 보정 신호를 오버 샘플링(over sampling)하고, 상기 보정 겸용 송수신기(225)의 전송 모듈(Transmission module : Tx module)(202-N 내지 206-N)은 상기 오버 샘플링된 신호를 RF신호로 변조하여 제 3 2:1 스위치(218)로 출력한다. 상기 제 3 2:1 스위치(218)는 상기 빔포밍 및 보정 블럭(200)의 제어 신호(224)에 따라 상기 전송 모듈(202-N 내지 206-N)로부터 입력되는 신호를 상기 제 1 2:1 스위치(221)로 스위칭하며, 상기 제 1 2:1 스위치(221)는 상기 빔포밍 및 보정 블럭(200)의 제어 신호(222)에 따라 상기 입력되는 신호를 상기 N:1 분배기(220)로 전송한다. 상기 N:1 분배기(220)는 상기 입력되는 신호를 N개의 신호로 분리하여 상기 N개의 수신기에 대한 각각의 커플러(210)로 제공한다. 여기서, 상기 제 1 2:1 스위치(221)는 상기 보정 겸용 송수신기(225)를 보정 수신기로 동작시키느냐 혹은 보정 송신기로 동작시키느냐에 따른 상기 빔포밍 및 보정 블록(200)의 스위치 제어 신호(222)에 따라 제 2 2:1 스위치(219) 혹은 제 3 2:1 스위치(218)를 상기 N:1 분배기(220)로 연결된다.
여기서, 상기 보정 겸용 송수신기(225)의 전송 모듈(Transmission module : Tx module)(202-N 내지 206-N)은 DAC(Digital Analog Converter)(202-N), 제 1, 2 증폭기(203-N, 206-N), 국부 발진기(205), 믹서(204-N)를 포함하여 구성된다. 상기 DAC(Digital Antenna Converter)(202-N)는 상기 DUC(201-N)로부터 입력되는 상기 오버 샘플링된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 상기 제 1 증폭기(203-N)로 출력하고, 상기 제 1 증폭기(203-N)는 상기 아날로그 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하여 상기 믹서(204-N)로 출력한다. 상기 믹서(204-N)는 상기 증폭된 신호를 국부 발진기(Local oscillator)(205)를 이용하여 소정 주파수 대역으로 변환시켜 상기 제 2 증폭기(206-N)로 출력하고, 상기 제 2 증폭기(206-N)는 상기 믹서(204-N)로부터 입력되는 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하여 상기 제 3 2:1 스위치(218)로 출력한다. 여기서, 상기 제 3 2:1 스위치(218)는 상기 보정 겸용 송수신기(225)를 일반 송신기로 동작시키느냐 혹은 보정 송신기로 동작시키느냐에 따른 상기 빔포밍 및 보정 블록(200)의 스위치 제어 신호(224)에 따라 입력되는 신호를 고출력 증폭기(207-N) 혹은 상기 제 1 2:1 스위치(221)로 스위칭한다.
상기 N개의 수신기의 각 커플러(210)는 상기 보정 겸용 송수신기(225)로부터 입력되는 신호를 상기 송수신기 제어 보드(208, 209)로 출력하고, 상기 송수신기 제어 보드(208, 209)는 상기 커플러(210)를 통해 입력되는 신호를 상기 수신 모듈(Receiving module : Rx module)(212 내지 216)로 스위칭한다. 또한, 상기 수신 모듈(Receiving module : Rx module)(212 내지 216)은 상기 입력되는 신호를 기저대역 신호로 변조한 후, 상기 변조된 신호를 상기 DDC(Digital Down Converter)(217)로 출력하고, 상기 DDC(Digital Down Converter)(217)는 상기 입력되는 신호를 상기 빔포밍 및 보정 블럭(200)으로 출력한다.
여기서, 상기 N개의 수신기의 각 송수신기 제어 보드(208, 209)는 상기한 바와 같이 제 1 대역 통과 필터(209)와 상기 TDD 스위치(Switch)(208)를 포함하여 구성되며, 상기 제 1 대역 통과 필터(209)는 상기 커플러(210)로부터 입력되는 신호 중 소정 범위의 주파수에 존재하는 신호만을 상기 TDD 스위치(Switch)(208)로 출력한다. 또한, 상기 TDD 스위치(Switch)(208)는 상기 수신 경로를 지원하기 위해 상기 제 1 대역 통과 필터(209)를 상기 수신 모듈(212 내지 216)로 스위칭하고, 상기 스위칭에 따라 상기 입력되는 신호가 상기 수신 모듈(212 내지 216)로 전송된다.
여기서, 상기 N개의 수신기의 상기 수신 모듈(212 내지 216)은 제 1, 2 저잡음 증폭기(212, 215), 제 2 대역 통과 필터(213), 믹서(214), 국부 발진기(205), ADC(Analog Digital Converter)(216)를 포함하여 구성된다. 상기 제 1 저잡음 증폭기(212)는 상기 TDD 스위치(208)로부터 입력되는 상기 보정 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하여 상기 제 2 대역 통과 필터(213)로 출력하고, 상기 제 2 대역 통과 필터(213)는 상기 신호 중 소정 범위의 주파수에 존재하는 신호만을 상기 믹서(214)로 출력한다. 상기 믹서(214)는 상기 제 2 대역 통과 필터(213)로부터 입력되는 신호를 상기 국부 발진기(Local oscillator)(205)를 이용하여 소정 주파수 대역으로 변환시켜 제 2 저잡음 증폭기(215)로 출력하고, 상기 제 2 저잡음 증폭기(215)는 입력되는 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하여 상기 ADC(Analog Digital Converter)(216)로 출력한다. 또한, 상기 ADC(Analog Digital Converter)(216)는 상기 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 DDC(217)로 출력한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 TDD 스마트 안테나 시스템에서 스마트 안테나의 송수신기 중 하나의 송수신기를 보정 겸용 송수신기로 사용하여 신호를 보정함으로써, 각 경로 신호의 크기와 위상의 보정을 위한 별도의 보정 전용 송수신기가 필요하지 않아 스마트 안테나 시스템의 형상을 단순화할 수 있으며, 재료비를 절감할 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 스마트 안테나 시스템에서 기지국의 신호 보정(calibration) 장치에 있어서,
    하향링크 시간 영역에서, N개의 송신기에 대해 각각의 보정 신호를 생성하고 상기 생성된 보정 신호를 해당 송신기에 삽입 및 전송한 후 보정 겸용 수신기로부터 입력되는 신호에서 상기 보정 신호를 추출하여 해당 송신 경로에 대한 송신 신호를 보정하며, 상향링크 시간 영역에서, N개의 수신기에 대한 보정 신호를 생성하고 상기 생성된 보정 신호를 보정 겸용 송신기에 삽입 및 전송한 후 N개의 수신기로부터 입력되는 신호에서 상기 보정 신호를 추출하여 수신 경로에 대한 수신 신호를 보정하는 빔포밍 및 보정 블럭과,
    상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 빔포밍 및 보정 블럭으로부터 입력되는 신호를 RF신호로 변조하여 해당 어레이 안테나로 전송하고 상기 안테나로 전송되는 보정 신호를 커플링(coupling)하여 상기 보정 겸용 수신기로 전송하며, 상기 상향링크 시간 영역에서, 상기 보정 겸용 수신기로부터 수신되는 보정 신호를 기저대역 신호로 변조하여 상기 빔포밍 및 보정 블럭으로 출력하는 N개의 송수신기와,
    상기 N개의 송수신기 중 하나의 송수신기로, 상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 송수신기로부터 입력되는 보정 신호를 기저대역 신호로 변조하여 상기 빔포밍 및 보정 블럭으로 출력하고, 상기 상향링크 시간 영역에서, 상기 빔포밍 및 보정 블럭으로부터 입력되는 보정 신호를 RF신호로 변조한 후 N개의 신호로 분리하여 상기 N개의 송수신기로 출력하는 상기 보정 겸용 송수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 송수신기는,
    상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 빔포밍 및 보정 블럭으로부터 입력되는 상기 보정 신호를 오버 샘플링(over sampling)하는 DUC(Digital Up Converter)와,
    상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 오버 샘플링된 신호를 RF신호로 변조하는 전송 모듈(Transmission module : Tx module)과,
    상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 RF신호로 변조된 보정 신호를 해당 어레이 안테나로 전송하고, 상기 상향링크 시간 영역에서, 커플러를 통해 입력되는 신호를 수신 모듈(Receiving module : Rx module)로 전송하는 송수신기 제어 보드와,
    상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 안테나로 전송되는 보정 신호를 커플링(coupling)하여 상기 보정 겸용 수신기로 전송하고, 상기 상향링크 시간 영역에서 상기 보정 겸용 송신기로부터 입력되는 보정 신호를 상기 송수신기 제어 보드로 출력하는 상기 커플러(Coupler)와,
    상기 상향링크 시간 영역에서, 상기 송수신기 제어 보드로부터 입력되는 신호를 기저대역 신호로 변조하는 상기 수신 모듈과,
    상기 상향링크 시간 영역에서, 상기 변조된 신호를 상기 빔포밍 및 보정 블럭으로 출력하는 DDC(Digital Down Converter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전송 모듈은,
    상기 DUC로부터 입력되는 상기 오버 샘플링된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DAC(Digital Antenna Converter)와,
    상기 아날로그 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하는 제 1 증폭기와,
    상기 증폭된 신호를 국부 발진기(Local oscillator)를 이용하여 소정 주파수 대역으로 변환하는 믹서(Mixer)와,
    상기 변환된 보정 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하는 제 2 증폭기와,
    상기 증폭된 보정 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하여 출력하는 고출력 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 송수신기 제어 보드는,
    상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 RF신호로 변조된 보정 신호를 제 1 대역 통과 필터로 스위칭하고, 상기 상향링크 시간 영역에서, 상기 제 1 대역 통과 필터로부터 입력되는 신호를 상기 수신 모듈로 스위칭하는 TDD 스위치(Switch)와,
    상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 TDD 스위치로부터 입력되는 신호 중 소정 범위의 주파수에 존재하는 신호만을 해당 어레이 안테나로 전송하고, 상기 상향링크 시간 영역에서, 커플러를 통해 입력되는 신호 중 소정 범위의 주파수에 존재하는 신호만을 상기 TDD 스위치(Switch)로 출력하는 상기 제 1 대역 통과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 수신 모듈은,
    입력되는 상기 보정 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하는 제 1 저잡음 증폭기와,
    상기 증폭된 신호 중 소정 범위의 주파수에 존재하는 신호만을 출력하는 제 2 대역 통과 필터와,
    필터링된 신호를 국부 발진기(Local oscillator)를 이용하여 소정 주파수 대역으로 변환하는 믹서(Mixer)와,
    상기 변환된 신호를 소정 레벨의 전력으로 증폭하는 제 2 저잡음 증폭기와,
    상기 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 DDC로 출력하는 ADC(Analog Digital Converter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 송수신기 중 보정 겸용 송수신기는,
    상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 송수신기의 커플러로부터 입력받은 상기 보정 신호를 상기 수신 모듈로 제공하고, 상기 상향링크 시간 영역에서, RF신호로 변조된 보정 신호를 N개의 신호로 분리하여 상기 송수신기들의 커플러로 출력하는 N:1 분배기와,
    상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 N:1 분배기로부터 입력되는 신호를 기저대역 신호로 변조하는 상기 수신 모듈과,
    상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 변조된 신호를 상기 빔포밍 및 보정 블럭으로 출력하는 상기 DDC(Digital Down Converter)와,
    상기 상향링크 시간 영역에서, 상기 빔포밍 및 보정 블럭으로부터 입력되는 상기 보정 신호를 오버 샘플링(over sampling)하는 상기 DUC(Digital Up Converter)와,
    상기 상향링크 시간 영역에서, 상기 오버 샘플링된 신호를 상기 RF신호로 변조하는 상기 전송 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 N:1 분배기로부터 입력되는 신호를 제 2 2:1 스위치로 스위칭하고, 상기 상향링크 시간 영역에서, 제 3 2:1 스위치로부터 입력되는 신호를 상기 N:1 분배기로 스위칭하는 제 1 2:1 스위치와,
    상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 제 1 2:1 스위치로부터 입력되는 신호를 상기 수신 모듈로 스위칭하고, 상기 상향링크 시간 영역에서, 상기 송수신기 제어 보드로부터 입력되는 신호를 상기 수신 모듈로 스위칭하는 상기 제 2 2:1 스위치와,
    상기 하향링크 시간 영역에서, 상기 전송 모듈 내의 제 2 증폭기로부터 입력되는 신호를 상기 전송 모듈 내의 고출력 증폭기로 스위칭하고, 상기 상향링크 시간 영역에서, 상기 전송 모듈 내의 제 2 증폭기로부터 입력되는 신호를 상기 제 1 2:1 스위치로 스위칭하는 상기 제 3 2:1 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 빔포밍 및 보정 블록은 상기 상/하향링크 시간 영역에서 스위치 제어 신호를 이용하여 상기 제 1 2:1 스위치와 제 2 2:1 스위치 및 제 3 2:1 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
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