이동통신시스템의 무선 중계장치{Wireless interchange apparatus for mobile communication system}

본 발명은 이동통신 시스템에서 무선 수신된 주파수와 동일한 주파수로 중계하는 무선 중계장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 무선 수신 주파수의 크기 및 위상 검출과 이들의 합성으로 역위상을 다단으로 생성하여 간섭신호를 제거함과 더불어 이를 이용하여 개활 지역에서 사용 가능토록 하는 이동통신용 무선 중계장치에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신시스템에서 전파의 음영지역을 해소하기 위하여 중계장치가 사용된다. 중계장치는 미약한 전파를 수신하여 증폭한 후, 증폭된 신호를 다시 송신하는 기능을 수행하며 이를 위해 별도의 수신안테나와 송신안테나가 필요하다.

이와 같은 중계장치를 통해 동일 주파수로 송신할 때, 강한 송신신호가 수신안테나로 인가되면 미약한 원래의 수신신호와 합쳐짐으로 인해 중계기가 제대로 동작하지 못하게 된다. 즉, 수신안테나를 통해 들어오는 신호들 중에서 중계기 자체의 송신신호 증폭에 의하여 유입된 송신신호가 다시 증폭되어 중계기 발진 등으로 문제가 발생하게 되는 것이다.

이를 해결하기 위한 중계장치로서 종래에는 송수신 안테나들 간에 일정거리 예컨대, 수직 이격거리 약 10m 또는 수평이격거리 약 100m를 유지시키거나, 송수신 안테나들 사이에 사이에 존재하는 지형이나 지물을 이용함으로써 송신신호를 감소시켜 궤환 간섭을 억제하는 방법을 이용하였다.

그러나, 이와 같은 종래의 중계장치 구성은 궤환 간섭현상이 최소화되도록 송수신 안테나들을 설치하는데 필요한 안테나 철탑비용이 과다하게 소요되며, 철탑 구조물이 거대해짐으로 인해 적용환경이 제한되어 실제로 사용하는데 매우 어려운 문제가 있었다.

또 다른 방법으로는 송수신 안테나를 가까이 거치시키고 수신 안테나로 수신되는 궤환 간섭신호를 제거하는 간섭제거회로를 중계기 내부에 설치하여 간섭신호를 억제시킴으로써 중계가 가능한 중계장치를 구현할 수 있다.

현재의 간섭제거회로를 구현하는 기술은 시간영역 신호처리 간섭제거 기술인데 이는 이미 실용화되어 국내외에 사용되고 있다. 그러나, 이러한 기술은 협대역 특성을 지니고 있기 때문에 광대역 특성을 요구하는 CDMA 셀룰라 이동통신망이나 PCS 이동통신망(이상은 소요대역폭이 CHLTH 1.25MHz이상으로 요구됨), B-WLL(소요대역 8MHz이상 소요됨) 및 향후 IMT-2000서비스 망(소요대역 최소 5MHz 이상 요구)에 이러한 기술을 이용하여 중계기를 구현하는 것은 많은 어려움이 따른다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은 간섭제거 회로를 중계기 내부에 구성하여 셀룰라 및 PCS 이동통신망용 중계장치에 추가하거나 혹은 또 다른 방식의 간섭제거회로와 연동시켜 간섭신호 제거능력을 극대화시키는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 지하 또는 건물내의 중계뿐만 아니라 개활지에서도 서비스가 가능하며 향후 광대역 이동통신망을 위한 새로운 중계장치를 제공토록 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 새로운 무선 중계기를 구현하여 광대역 이동통신망용(셀룰라, 개인휴대통신, IMT-2000) 중계장치를 개활지 및 옥내 서비스용으로도 충분히 사용할 수 있도록 하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명에 따르면, 무선 수신된 신호를 증폭하여 동일 주파수로 중계하는 광대역 이동통신시스템의 중계장치에 있어서, 송신단에는 동일 주파수의 무선 중계를 위한 커플링 및 특정 톤(TONE)을 발생시키는 제 1특정톤 발생수단과; 상기 제 1특정톤 발생수단으로부터 출력되는 특정 톤을 증폭하기 위한 제 1증폭수단과; 상기 제 1증폭수단으로부터 증폭된 커플링 및 특정 톤을 필터링하고 듀플렉싱하여 방사시키는 제 1필터링수단과; 상기 제 1필터링수단으로부터 방사되어 유기된 신호의 크기 및 위상 변화량을 검출하는제 1위상 및 크기 검출수단을 포함하고, 수신단에는 송신측으로부터 방사된 커플링 및 특정톤 신호를 수신하여 필터링하고 듀플렉싱하기 위한 제 2필터링수단과; 상기 제 2필터링수단으로부터 출력된 커플링 및 특정톤 신호를 증폭하기 위한 제 2증폭수단과; 상기 제 2증폭수단으로부터 출력된 커플링 및 특정톤 신호의 크기 및 위상 변화량을 검출하는 제 2위상 및 크기 검출수단과; 상기 제 1위상 및 크기 검출수단과 제 2위상 및 크기 검출수단으로부터 출력된 커플링, 위상 및 크기를 비교 검출하는 위상 및 크기 비교수단과; 상기 위상 및 크기 비교수단으로부터 검출된 정보를 제어하여 전달하는 제어수단과; 상기 제어수단의 제어에 의해 상기 위상 및 크기 비교수단으로부터 검출된 크기 및 위상 변화량을 역위상으로 합성하는 크기 및 역위상 합성수단과; 상기 제 2위상 및 크기 검출수단으로부터 검출된 특정 톤 성분만을 검출하는 특정톤 검출수단과; 상기 제어수단의 제어에 따라 파워 출력감시를 하여 일정레벨 이상이 검출되면 주파수 경로를 차단시키는 RF스위칭수단을 포함하여 이루어진 이동통신시스템의 무선 중계장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 제 1위상 및 크기 검출수단과 궤환경로를 통하여 내부 궤환된 신호의 크기 및 위상의 보정치를 적용하여 특정 톤을 제거하는 이득감쇄 및 궤환경로수단을 더 포함되어 있다.

더 바람직하게, 상기 크기 및 역위상 합성수단에는 상기 이득감쇄 및 궤환경로수단으로부터 출력된 크기 및 위상을 분리시키는 N단분배기와; 상기 N단분배기로부터 분배된 제 1단의 특정톤 크기와 역위상을 합성하는 제 1단의 크기 및 역위상 합성부와; 상기 N단분배기로부터 분배된 제 N단까지의 특정톤 크기와 역위상을 합성하는 제 N단의 크기 및 역위상 합성부와; 상기 제 1단 및 제 N단의 위상만을 추출하여 합성하는 N단의 위상합성부를 더 포함되어 있다.

도 1은 본 발명에 따른 순방향으로 링크되는 무선 중계장치를 나타낸 전체 구성 블럭도이다.

도 2는 본 발명에 따른 무선 중계장치의 정상 운용전(前)에 구동되는 알고리즘을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 무선 중계장치의 정상 운용시에 구동되는 알고리즘을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 송신측 커플링 및 특정 톤(TONE)발생부

102 : 송신측 증폭부

104 : 송신측 대역통과필터(BPF) 및 듀플렉스(Duplex)부

106 : 커플링,위상 및 크기 검출부

108 : 수신측 대역통과필터(BPF) 및 듀플렉스(Duplex)부

110 : 수신측 증폭부

112 : 수신측 커플링,특정 톤(TONE)의 위상 및 크기 검출부

114 : 위상 및 크기 비교부

116 : 마이크로프로세서부

118 : 이득감쇄기(Step Attenuator) 및 궤환 경로부

120 : N단 분배기

122 : 제 1단의 크기 및 역위상 합성부

124 : 제 N단의 크기 및 역위상 합성부

126 : N단의 위상합성부

128 : 수신측 특정 톤(TONE) 검출부

130 : RF 스위치부

본 발명에서의 중계장치는 기지국으로부터 전파를 수신하여 원하는 신호로 증폭한 후 서비스 하고자 하는 음영지역으로 신호를 방사하는 것을 순방향링크 라고 하고, 역으로 단말기의 미약전파를 수신 후 원하는 신호로 증폭하여 기지국으로 신호를 보내는 경우를 역방향링크 라고 한다. 이 경우에도 순방향링크와 동일한 장치가 필요하게 된다.

즉, 한 대의 중계기 내부에 같은 장치가 두 대가 필요하다. 그러나 본 발명에서는 역방향링크에서의 장치는 순방향링크에서의 동작원리와 같으므로 순방향링크에서의 동작 원리만을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 순방향으로 링크되는 무선 중계장치를 나타낸 전체 구성 블럭도이다.

도 1를 살펴보면, 송신단에는 송신측 커플링 및 특정 톤(TONE)발생부(100)과; 송신측 증폭부(102)와; 송신측 대역통과필터(BPF) 및 듀플렉스(Duplex)부(104)와; 커플링,위상 및 크기 검출부(106)로 이루어져 있다.

이 때, 상기 커플링 및 특정 톤(TONE)발생부(100)는 송신측 증폭부(102)의 입력단과 결합되어 있으며, 상기 커플링,위상 및 크기 검출부(106)는 송신측 증폭부(102)의 출력단과 결합되어 있다.

수신단에는 수신측 대역통과필터(BPF) 및 듀플렉스(Duplex)부(108)와; 수신측 증폭부(110)와; 수신측 커플링,특정 톤(TONE)의 위상 및 크기 검출부(112)와; 위상 및 크기 비교부(114)와; 마이크로프로세서부(116)와; 내부 궤환신호용 이득감쇄기(Step Attenuator) 및 궤환 경로부(118)와; N단 분배기(120)와; 제 1단의 크기 및 역위상 합성부(122)와; 제 N단의 크기 및 역위상 합성부(124)와; N단의 위상합성부(126)와; 수신측 특정 톤(TONE) 검출부(128)와; RF 스위치부(130)로 이루어져 있다.

이 때, 상기 커플링,특정 톤(TONE)의 위상 및 크기 검출부(112)는 수신측 증폭부(110)의 출력단과 결합되어 있다.

이어서, 본 발명에 의한 무선 중계장치의 각 구성요소의 동작 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 무선 중계장치를 정상적으로 구동 하기 전에 중계장치 송신측 증폭부(102)의 입력단에 커플링 및 특정 톤 발생부(100)가 연결된다. 상기 커플링 및 특정 톤 발생부(100)로부터 출력된 특정 톤(TONE)은 중계장치의 순방향 증폭기 즉, 대역통과필터 및 듀플렉스부(104)로 삽입되어 송신안테나를 통하여 공간상으로 방사된다.

그리고, 공간상으로 방사된 무선 신호는 수신 안테나로 유기되어 수신되면 수신측 증폭부(110)에 의해 증폭되어 원래 신호경로인 N단 위상합성부(126)로 인가가 된다.

이 때, 상기 N단 위상합성부(126)의 전단계에서 수신측 커플링,특정 톤의 위상 및 크기 검출부(112)를 이용하여 공간상으로 방사되어 유기된 신호의 크기 및위상변화량이 검출되고, 위상 및 크기 비교부(114)를 통하여 커플링,위상 및 크기 검출부(106)에서 검출된 값과 비교하여 마이크로프로세서부(116)로 정보가 전달된다.

그 후, 상기 마이크로프로세서부(116)에서는 크기와 위상 변화량의 정보를 커플링,위상 및 크기 검출부(106) 및 제 1단의 크기 및 역위상 합성부(122)로 전달하게 된다. 그러면, 상기 커플링,위상 및 크기 검출부(106)와 궤환경로를 통하여 내부 궤환된 신호는 적절하게 크기와 위상의 보정치가 적용된 이득감쇄기 및 궤환경로부(118)와 N단 분배기(120)를 거쳐서 특정 톤(Tone)이 제거된다.

그리고, 간섭신호가 제거된 위치에서 수신측 특정 톤 검출부(128)를 이용하여 특정 톤의 존재를 감시하여 일정 레벨 이하로 감쇄되는 경우 마이크로프로세서부(116)로 정보를 전달하여 지금까지의 동작이 종료되도록 한다.

이 때, 광대역으로 서비스할 경우에는 서비스 하고자 하는 주파수를 시간적으로 발생시켜 주파수 대역별로 반복적으로 상기의 방법을 이용하여 각 주파수 영역에서의 크기 및 위상 보정치를 도출한다. 즉, 수신측 특정 톤 검출부(128)는 커플링,특정 톤의 위상 및 크기 검출부(112)를 이용하여 톤 성분만을 검출하는데 사용할 수도 있다.

그리고, 중계기를 정상적으로 구동시킬 때 상기의 톤 발생과 검출에 관련된 커플링 및 특정 톤 발생부(100)와, 수신측 커플링,특정 톤의 위상 및 크기 검출부(112), 위상 및 크기 비교부(114)의 회로동작은 중지시키고, 최적화되어 도출된 위상 및 크기 보정치만 사용하여 제 1단의 크기 및 역위상 합성부(122)와 N단의 위상합성부(126)를 이용하여 간섭신호를 제거한다.

이 때, N단의 위상합성부(126)를 거치면서 원하는 기지국의 신호는 최소한의 신호감쇄를 통하여 출력되게 된다. 이후 간섭신호가 제거된 신호는 직접적으로 중계기의 송신측 증폭부(102)로 인가되거나 하향 변환후 상향 변환되어 송신측 증폭부(102)로 인가 증폭되어 송신안테나를 통하여 음영지역으로 방사된다.

이러한 과정을 통하여 간섭신호는 주파수 및 공간 상의 크기 및 위상의 변화에 대한 최적치를 이용하여 계속 제거가 되고, 중계기는 발진 현상이 없이 서비스가 가능하게 되는 것이다.

이 때, 특정 톤 위상 크기 및 감지부(106)를 통하여 계속 출력 감시를 하여 일정 레벨(Over Power시) 이상이 검출이 되면 마이크로프로세서부(116)는 알람을 발생시키고, RF스위치(130)를 통하여 경로를 OFF시킨다. 그리고, 다시 상기의 중계기 정상 운용전의 초기화 동작을 실시하게 된다.

또한, 중계기의 구현시에는 상기의 송신측 커플링 및 특정 톤 발생부(100), 수신측 커플링,특정 톤의 위상 및 크기 검출부(112), 위상 및 크기비교부(114)와; 수신측의 마이크로프로세서부(116), 이득감쇄기 및 궤환 경로부(118), N단 분배기(120), 제 1단의 크기 및 역위상 합성부(122), 제 N단의 크기 및 역위상 합성부(124), N단의 위상합성부(126), 수신측 특정 톤 검출부(128), RF 스위치부(130)로 이루어진 중계기 수신단을 별도로 만듦으로서 상기 참조부호(100 ~ 114)들은 중계기 설치시에만 사용하고, 상용시에는 상기의 중계기 수신단(116 ~ 130)으로 구성된 회로만을 사용하여도 서비스가 가능하다.

도 2는 본 발명에 따른 무선 중계장치의 정상 운용전(前)에 구동되는 알고리즘을 상세하게 나타낸 도면이다.

무선 중계기의 초기화를 위한 명령을 입력하는 단계(S200)와;

상기 초기화된 명령을 전달하는 단계(S202)와;

송신측으로부터 커플링 및 특정 톤을 발생하는 단계(S204)와;

송신측 특정 톤의 위상 및 크기를 감지하는 단계(S206)와;

수신측 특정 톤의 위상 및 크기를 감지하는 단계(S208)와;

상기 송신측 및 수신측의 특정 톤의 위상 및 크기를 비교하는 단계(S210)와;

상기 비교 검출된 특정 톤의 위상 및 크기 정보를 판단하여 보정치를 전달하는 단계(S212)와;

상기 보정치를 가변하는 단계(S214)와;

상기 보정치를 적용하여 특정 톤의 크기 및 역위상을 합성한 후 간섭신호를 제거하는 단계(S216)와;

상기 간섭신호가 제거된 수신측의 톤 레벨을 검출하는 단계(S218)와;

상기 검출된 특정 톤의 레벨 수준을 판단하는 단계(S220)와;

상기 검출된 톤 레벨이 일정 레벨 이상이라고 판단되면 미세 보정치를 전달하는 단계(S222)와;

상기 검출된 톤 레벨이 일정 레벨 이하라고 판단되면 중계기의 동작를 종료함과 더불어 이를 통보하는 단계(S224)와;

상기 검출된 최종 최적치를 기억하는 단계(S226)를 포함하여 이루어져 있다.

도 3은 본 발명에 따른 무선 중계장치의 정상 운용시에 구동되는 알고리즘을 상세하게 나타낸 도면이다.

무선 중계기의 정상 운용을 위한 명령을 입력하는 단계(S300)와;

무선 중계장치의 운영전 최적치의 정보를 전달하는 단계(S302)와;

상기 최적치의 정보를 크기 및 역위상화하는 단계(S304)와;

위상을 합성하는 단계(S306)와;

송신단의 파워를 감시하는 단계(S310)와;

상기 감시결과 파워가 적정하다고 판단되면 정상 운용하는 단계(S312)와;

상기 감시결과 오버 파워라고 판단되면 경보음을 발생하는 단계(S314)와;

수신 경로 차단을 위한 RF스위치를 오프시키는 단계(S316)와;

중계기의 정상 운용전의 초기화의 동작을 수행하는 단계(S318)를 포함하여 이루어져 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 의한 이동통신시스템의 무선 중계장치에 따르면 다음과 같은 이점이 있다.

첫째, 본 발명에 따르면 기존의 무선 중계장치에 추가 삽입되어 설치됨으로서 무선 중계장치에서 요구되는 송수신 안테나간 분리도를 확보하기 위하여 요구되는 과도한 철탑비용을 절감할 수 있다.

둘째, 본 발명에 의한 무선 중계장치에 따르면 고출력의 방사가 가능하여 훨씬 큰 커버리지를 확보할 수 있다.

즉, 종래의 무선 주파수 중계기에서 송수신 안테나간의 분리도를 확보하기 어려워 출력을 원하는 만큼 방사하지 못하여 커버리지가 적은 단점이 극복할 수 있으므로 광중계기 대체용으로도 사용될 수 있다. 또한, 광선로의 회선 비용도 절감이 가능하다.

셋째, 본 발명에 의한 무선 중계장치에 따르면 광대역으로 중계 서비스를 할 수 있으므로 현재의 셀룰라망, 개인휴대통신 망, WLL망 및 향후 IMT-2000망에 적용하여 기지국 수를 줄여서 운용비를 절감할 수 있는 효과가 있다.