KR100231292B1 - 가변 프레임 처리 시간을 갖는 통신 장치 - Google Patents

Abstract

타임 슬롯을 가지며 공칭 구간의 프레임의 TDMA 신호가 복조된다(120, 150, 160). 타임 슬롯 할당 회로(170)은 TDMA 제어 정보에 기초하여 현재 및 다음 프레임 내에 타임 슬롯을 할당 및 재할당한다. 실시간 타이밍 제어 회로(180)은 데이타 디코더(190)에 의해 복원된 데이타를 생성하기 위해 복원된 데이타 구간을 결정한다. 데이타 디코더(190)은 또 다른 타임 슬롯이 타임 슬롯 재할당 회로(170)에 의해 재할당될 때 다음 프레임 동안 시간 압축 또는 확장에 의해 수신 데이타 구간 동안 복원된 데이타를 생성한다.

Description

가변 프레임 처리 시간을 갖는 통신 장치

본 발명은 시분할 다중 접속(TDMA;time division multiple access) 통신 장치에 관한 것으로, 특히 타임 슬롯을 변화시키면서 TDMA 신호를 복조 및 처리하는 통신 장치에 관한 것이다.

시분할 다중 접속(TDMA) 라디오는 통상 특정한 원거리에 배치된 라디오(remotely-located radio)와의 통신용으로 할당된 특정 타임 슬롯을 사용한다. 라디오는 사용자용의 수신 정보를 생성하기 위해 해당 프레임 동안 특정 타임 슬롯을 디코드한다. 원거리에 배치된 라디오와 중앙에 배치된 라디오 사이에 전송된 TDMA 신호들간의 타이밍 차는 성능을 저하시킨다.

원거리에 배치된 가입자 라디오로의 TDMA 신호들 사이의 타이밍 차 및 사용자용의 음성 정보와 같은 복원된 데이타 생성의 필요성은 통상적으로 버퍼를 사용하여 해결되었다. 예를 들어, 아버브크(Averbuch)에게 허여된 미국 특허 제5,268,933호에서는 처리 시간을 조정하기 위해 버퍼를 사용하여 사용자용의 복원된 음성 데이타를 생성한다. 버퍼는 약간의 제2 음성 지연을 제공하지만 약간의 제2 지연은 음성 지연이 작은 대부분의 통신 시스템에서는 인식될 수 없다. 약간의 제2 지연을 초과하여 음성 지연이 긴 통신 시스템은 사용자용으로는 문제가 된다. 전파 거리 또는 전파 시간이 긴 위성 통신 시스템에 있어서, 궤도 내의 위성과 지구 상에 원거리에 배치된 가입자 라디오 사이의 전파 거리에 의해 발생되는 지연으로 인해 이러한 문제점이 야기된다. 상기 상태의 버퍼에 의해 부가되는 부가적인 약간의 제2 지연은 사용자의 실시간 통신을 불편하거나 불가능하게 만든다.

도 1은 수신된 TDMA 신호의 프레임 및 타임 슬롯을 도시한 타이밍도.

도 2는 본 발명에 따른 라디오의 구조적 블럭도.

도 3은 타임 슬롯 할당 회로 및 실시간 타이밍 제어 회로의 구조적 블럭도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

110 : 안테나

120 : 복조기

130 : 순환기

150 : 프레이밍 회로

160 : TDMA 제어 회로

170 : 타임 슬롯 할당 회로

180 : 실시간 타이밍 제어 회로

190 : 데이타 디코더

240 : 데이타 인코더

280 : 포맷 회로

290 : 변조기

도 1은 수신된 TDMA 신호(10)의 타이밍도를 도시한다. 수신된 TDMA 신호(10)은 프레임 1, 프레임 2, 프레임 3 및 프레임 4로 구성되며, 각 프레임들은 양호한 실시예에서 약 90 밀리초(㎳)의 공칭 구간(nominal duration)을 갖는다. 5개의 타임 주기는 양호한 실시예에서 각 프레임당 각각 타임 슬롯 TS1, TS2, TS3, TS4 및 TS5으로 할당된다. 대안적 실시예에서, 하나 이상의 타임 주기는 각 프레임당 하나의 타임 슬롯으로 할당될 수 있다. 본 발명의 TDMA 신호(10)에서, 라디오는 프레임당 하나의 타임 슬롯에서 동작한다. 프레임당 하나의 타임 슬롯은 TDMA 제어 신호에 의해 시스템에서 표시될 때 도 1에서 도시된 바와 같이 어두운 부분이다. 예를 들어, 타임 슬롯 TS2은 프레임 1에 할당된다. 다음 프레임에서는, 타임 슬롯 TS4가 프레임 2에 할당된다. 프레임 3에서는, 타임 슬롯 TS4가 유지되므로 재할당되지 않는다. 프레임 4에서는, 타임 슬롯은 실시예에서 기술된 바와 같이 타임 슬롯 TS2로 재할당된다. 이러한 프레임의 재할당은 때때로 타임 슬롯 호핑(time slot hopping)이라 불린다.

종래 기술의 버퍼를 사용하여, 타임을 시프트하여 적절한 디코딩 타임이 되도록 버퍼를 사용함과 동시에 라디오의 데이타 디코더에 의한 처리 동안 수신된 타임 슬롯이 보유될 수 있다. 지연이 과도한 시스템에서는, 너무 많은 지연을 부가하게 되므로 버퍼링을 피해야 한다. 따라서, 본 발명은 버퍼링하지 않고 실시간에 복원된 데이타를 생성하기 위해 할당된 타임 슬롯을 교대로 디코드하는 대신에 타임 슬롯 재할당을 조정하기 위해 복원된 데이타가 다음 프레임에서만 사용가능한 구간을 변화시킨다.

프레임 1 내의 타임 슬롯 TS2로부터 프레임 2 내의 타임 슬롯 TS4에서의 예시적 재할당시, 복원된 데이타 구간은 도 1에 도시된 바와 같이 공칭 구간 이상으로 증가된다. 프레임 3 내의 타임 슬롯 TS4로부터 프레임 4 내의 타임 슬롯 TS2에서의 타임 슬롯 재할당시, 복원된 데이타는 도 1에 도시된 바와 같이 공칭 구간 미만이다. 그러나, 그러한 복원된 데이타 구간 변화는 오직 재할당시 하나의 다음 타임 슬롯 만의 공칭 구간과 상이하다. 재할당 후, 후속 프레임은 공칭 구간과 동일한 복원된 데이타 구간을 갖는다. 따라서, 본 발명은 지연을 추가하지 않고 타임 슬롯의 재할당시 다음 프레임 동안의 복원된 데이타의 품질을 최소한으로 변형시킨다. 더우기, 평균하여 재할당의 절반 동안의 영향을 받은 복원된 데이타는 보다 긴 복원된 데이타 구간 동안 데이타 디코더에 의한 시간 확장을 필요로 하며, 나머지 절반의 재할당 동안 복원된 데이타 구간을 공칭 구간과 상이하게 하기 위해 시간 압축을 필요로 한다.

가변 프레임 크기를 조정할 수 있는 음성 코더 및 디코더는 예를 들어 자콥스(Jacobs) 등에 허여된 미국 특허 5,414,796호 및 파웰(Farwell) 등에 허여된 미국 특허 제5,184,347호에 공지되어 있다. 파웰 등은 발진기 드리프트가 수행될 때마다, 통상 1 시간당 25번 발진기 품질에 따라 소수개의 비트를 추가하거나 제거함으로써 수신기에서의 발진기 드리프트를 보상한다. 파웰 등은 비트 스트림으로부터 소수개의 비트를 제거하여 발진기 드리프트를 보상한다. 이러한 특허는 타임 슬롯의 재할당에 의해 발생되는 많은 시간차를 조정하는 방법을 제시하지는 않는다.

또한, 자콥스 등의 특허는 타임 슬롯을 사용하지 않거나 재할당하지 않는 코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템에 부분적으로 가변 레이트 보코더가 적용되기 때문에 타임 슬롯 재할당에 기인한 많은 시간차는 제시하지 않는다. 이러한 특허에서 분산 스펙트럼 CDMA 시스템 내의 동일 채널 간섭(co-channel interference)을 줄이기 위해 가변 레이트 코더에 의해 조정되는 프레임 레이트는 전송될 데이타량에 기초하여 변한다. 이러한 특허는 본 발명에 의해 제시된 타임 슬롯 재할당에 의해 발생되는 타이밍 문제점을 완화하는 것과는 무관하다.

도 2는 본 발명에 따른 라디오의 구조적 블럭도를 도시한다. 안테나(110)은 순환기(circulator;130)을 통해 복조기(120)에 의해 복조되는 무선 신호를 수신한다. 순환기(130)은 전송 경로의 파워 증폭기(140)을 안테나(110)에 접속한다. 복조기(120)은 수신된 TDMA 신호를 복조한다. 프레이밍 회로(framing circuit;150)은 복조기(120)으로부터의 복조 신호를 공칭 구간의 프레임으로 순차적으로 분할한다. TDMA 제어 회로(160)은 수신된 신호로부터 TDMA 제어 신호를 추출한다. TDMA 제어 정보는 라디오에 의한 프로세싱 동안의 각 프레임 내의 소정의 타임 슬롯을 부분적으로 나타내는 정보를 포함하는 시스템 제어 정보를 제공한다. 타임 슬롯 할당 회로(170)은 TDMA 제어 정보에 의해 표시된 타임 슬롯에 기초하여 타임 슬롯을 할당한다. 타임 슬롯 할당 회로(170)은 또한 TDMA 제어 정보가 라디오에 의한 프로세싱에 사용되는 또 다른 타임 슬롯을 나타낸다. 타임 슬롯 할당 회로(170)은 라디오에 시스템 타이밍을 추가적으로 제공한다. 예를 들어, 복조기(120), 프레이밍 회로(150) 및 디코더와 같은 라디오의 또 다른 부분들이 불필요한 프레임 부분 동안 파워 보존을 위해 파워 다운 및 슬립된다(sleep). 시스템 타이밍은 라디오의 이들 부분이 프레임으로부터 정보를 수신하기 위해 깨어있어야 할 때를 판정한다.

실시간 제어 회로(180)은 복원된 데이타가 사용자에 사용가능하게 되는 복원된 데이타 구간을 판정한다. 실시간 타이밍 제어 회로(180)은 양호하게는, 현재 타임 슬롯의 시간과 다음 타임 슬롯의 시간 사이의 시간차로서 복원된 데이타 구간을 판정한다.

데이타 디코더(190)은 프레이밍 회로(150)으로부터 프레임 내의 관련 타임 슬롯을 디코드한다. 데이타 디코더(190)은 실시간 타이밍 제어 회로(180)에 의해 표시된 복원된 데이타 구간이 다음 재할당 타임 슬롯의 프레임 동안 공칭 구간으로부터 변할 때 시간 압축 또는 확장을 수행한다. 데이타 디코더(190)은 보간에 의해 시간 확장을 수행하며, 예를 들어 제거(decimation)에 의해 시간 압축을 수행한다. 시간 확장 및 압축의 또 다른 기술들이 보간 또는 제거에 대체될 수 있다. 데이타 디코더(190)은 음성 디코더(193) 및 화상 디코더(197) 중 하나 또는 두개 모두일 수 있다. 데이타 디코더(190)에 의해 생성된 복원된 데이타는 디지탈-아날로그 변환기(220)을 통해 스피커(210)에서 재생될 수 있거나 비디오 디스플레이(230)과 같은 디스플레이 상에서 디스플레이될 수 있다.

본 발명은 사용자가 데이타의 실시간 전송을 요청하는 지연이 과도한 시스템에 응용될 수 있다. 복원된 데이타는 실시간 타이밍 제어 회로(180)에 의해 표시된 가변 복원된 데이타 구간을 조정하기 위해 데이타 디코더(190)에 의해 시간 압축 또는 확장된다. 본 발명은 지연 민감 환경에서 실시간 통신을 유지하는 동안 사용자의 다른 요청을 만족시키기 위해 시간 확장 또는 시간 압축된 복원된 데이타를 인식하기에 충분할 정도의 사용자의 두뇌 능력에 따른다. 예를 들어, 무선 전화와 같은 음성 무선 시스템에서, 수신 및 전송 경로는 전체 이중 통신(full-duplex communication)에 제공된다. 전체 이중 통신에서, 무선 전화의 사용자는 사용자가 다른 장소에서 말하는 것을 듣는 것과 동시에 말할 수 있어야 한다. 사용자가 동시에 말하고 듣는 전체 이중 상태는 긴 전파 시간뿐만 아니라 긴 처리 지연을 갖는 위성 시스템에 존재하는 것과 같은 과도하게 큰 지연이다.

복원된 데이타 구간은 양호하게는, 도 1의 5개 이상의 타임 슬롯을 갖는 시스템에사 공칭 구간의 대략 64/% 및 대략 136%만큼 변할 수 있다. 양호한 실시예에서, 공칭 구간은 약 90 밀리초(㎳)이며, 8개의 타임 슬롯이 대략 22.5 밀리초 후 프레임당 헤더부에 존재한다. 따라서, 공칭 구간은 58 ㎳와 약 122 ㎳ 사이에서 변할 수 있다.

도 2는 또한 예를 들어, 아날로그-디지탈 변환기(260) 또는 비디오 카메라(270)을 통해 마이크로폰(250)으로부터의 실시간 입력 데이타에 기초한 타임 슬롯을 어셈블하는 데이타 인코더(240)을 갖는 전송 경로를 도시한다. 데이타 인코더(240)은 실시간 타이밍 제어 회로(180)으로부터의 복원된 데이타 구간에 기초하여 시간을 확장하거나 시간을 압축하는 데이타 디코더(190)과 유사하게 구성된다. 데이타 인코더(240)은 또한 음성 코더(243) 및 화상 코더(247) 중 하나 또는 둘다를 포함할 수 있다. 음성 코더(243) 및 음성 디코더(193)은 때로 보코더라 불리는 것을 구성한다.

전송 경로 내의 포맷 회로(280)은 데이타 인코더(240)으로부터의 어셈블된 타임 슬롯을 시스템 타이밍에 기초한 프레임으로 포맷시킨다. 변조기(290)은 포맷 회로(280)에 의해 프레임을 변조하며 안테나(110)에 의해 파워 증폭기(140)을 통해 전송한다. 안테나(110), 순환기(130) 및 파워 증폭기(140)은 전화, 컴퓨터 또는 파이버 네트워크와 같은 와이어 네트워크에 의해 대안적으로 대체될 수 있다. 더우기, 안테나(110)은 와이어 RF 케이블 네트워크에서 실현될 수 있다. 전송 및 수신 경로가 도 2에 도시된 바와 같이 단일 송수신기 내에 구성될 수 있지만 수신 경로 및 전송 경로 중 하나의 경로는 예를 들어 전송 전용 또는 수신 전용 장치에서 각각 구성될 수도 있다. 더우기, 전송 또는 수신 경로는 다운링크 방향과 같은 한 방향만이 타임 슬롯 재할당을 가지며 다른 방향 또는 업링크 방향은 타임 슬롯 재할당을 가지지 않는 시스템에서 각각 존재할 수도 있다.

도 3은 양호한 실시예에 따른 타임 슬롯 할당 회로(170) 및 실시간 타이밍 제어 회로(180)의 상세도를 도시한다. 타임 슬롯 할당 회로(370)은 TDMA 제어 정보 및 프레임을 수신하여, 결정 회로(310)에 의해 현재 타임 슬롯의 시간을 결정하며 결정 회로(320)에 의해 다음 타임 슬롯의 시간을 결정한다. 실시간 타이밍 제어 회로(380)은 다음 타임 슬롯의 시간에서 현재 타임 슬롯의 시간을 감산하여 디코더 또는 인코더에 의해 실용을 위해 복원된 데이타 구간을 결정하기 위한 감산기(330)을 포함한다. 실시간 타이밍 제어 회로(380)은 대안적으로 TDMA 제어 정보 자체에 포함되거나 그 정보로부터 유도될 수 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 본 발명의 신호 처리 기술은 양호하게는, 하나 이상의 디지탈 신호 프로세서(DSP) 또는 또 다른 마이크로프로세서로 실행된다. 그렇지만 그러한 기술들은 이산 성분으로서 전체적으로 또는 부분적으로 대체 수행될 수 있다.

본 발명은 상기 설명 및 도면에 기술되고 도시되었지만, 이러한 설명은 단지 예시적일 뿐이며 본 기술 분야의 숙련자에 의해 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어남 없이 다양한 변형 및 변경이 가능할 것이다. 본 발명은 지연에 민감한 시스템에 실질적으로 이롭지만, 본 발명은 페이징, 셀룰라 및 또 다른 위성 통신 시스템과 같은 지연 방해와는 무관한 또 다른 통신 시스템에 응용될 수 있다. 또한, 화상 또는 음성 정보 이외의 추가적 데이타는 상이한 응용 및 환경에서의 실용화를 위해 조정될 수 있다.

Claims (10)

1. 타임 슬롯을 갖는 공칭 구간(nominal duration)의 프레임의 수신된 시분할 신호를 수신하기 위한 통신 장치에 있어서,

   수신된 시분할 신호를 복조하여 복조 신호를 생성하는 복조기(120);

   상기 복조기에 동작적으로 결합되어 상기 복조된 신호를 공칭 구간의 프레임으로 순차적으로 분할하는 프레이밍 회로(framing circuit;150);

   상기 통신 장치에 의한 실시간 처리를 하기 위한 소정의 타임 슬롯을 나타내는 프레임으로부터 시분할 제어 정보를 추출하는 시분할 제어 회로(160);

   상기 프레이밍 회로 및 상기 시분할 제어 회로에 동작적으로 결합되어, 상기 시분할 제어 정보로 표시된 타임 슬롯에 기초하여 상기 통신 장치에 의한 실시간 처리를 위한 현재의 타임 슬롯을 동적으로 할당하며 상기 시분할 제어 정보로 표시된 또 다른 타임 슬롯에 기초하여 상기 통신 장치에 의한 실시간 처리를 위한 다음 타임 슬롯을 동적으로 재할당하는 타임 슬롯 할당 회로(170);

   상기 타임 슬롯 할당 회로에 동작적으로 결합되어, 복원된 데이타를 생성하기 위해서, 상기 타임 슬롯 할당 회로에 의해 재할당된 다음 타임 슬롯 동안의 공칭 구간으로부터 변하는 복원된 데이타 구간을 결정하는 실시간 타이밍 제어 회로(180); 및

   상기 프레이밍 회로 및 상기 실시간 타이밍 제어 회로에 동작적으로 결합되어 프레임의 현재 타임 슬롯을 디코드하고 상기 복원된 데이타 구간 동안 실시간 복원된 데이타를 생성하며, 상기 실시간 타이밍 제어 회로가 재할당시 다음 타임 슬롯에 대한 공칭 구간으로부터 북원된 데이타 구간을 변화시킬 때 시간 확장 또는 시간 압축을 수행하여 복원된 데이타를 생성하는 데이타 디코더(190)

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 실시간 타이밍 제어 회로(180)은 다음 타임 슬롯이 상기 타임 슬롯 할당 회로에 의해 재할당될 때 현재 타임 슬롯의 시간과 다음 타임 슬롯의 시간 사이의 구간으로서 상기 복원된 데이타 구간을 결정하는 통신 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 실시간 타이밍 제어 회로(180)은 다음 시간이 현재 프레임에 도달된 현재 타임 슬롯보다 다음 프레임에 늦게 도달하는 경우에는 상기 복원된 데이타 구간을 증가시키며, 상기 실시간 타이밍 제어 회로는 다음 시간이 현재 프레임에 도달되는 상기 현재 타임 슬롯보다 다음 프레임에 일찍 도달되는 경우에는 복원된 데이타 구간을 감소시키는 통신 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 데이타 디코더(190)은 실시간 음성 데이타를 생성하기 위한 실시간 음성 디코더를 포함하는 통신 장치.
5. 제1항에 있어서, 각각의 타임 슬롯은 동일한 구간을 갖는 통신 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 복원된 데이타 구간은 상기 공칭 구간의 두배까지 이를 수 있는 통신 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 복원된 데이타 구간은 상기 공칭 구간의 약 64%와 약 136% 사이에서 변할 수 있는 통신 장치.
8. 제7항에 잇어서, 상기 공칭 구간은 약 58 밀리초와 약 122 밀리초 사이에서 변할 수 있는 통신 장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 복원된 데이타 구간에 걸쳐 실시간으로 입력 데이타를 수신하여 상기 실시간 입력 데이타를 타임 슬롯으로 코딩하는 데이타 코더(240);

   상기 데이타 코더에 동작적으로 결합되어 상기 타임 슬롯을 상기 공칭 구간의 포맷된 프레임으로 포맷시키는 포맷 회로(280); 및

   상기 포맷 회로에 동작적으로 결합되어 상기 포맷된 신호를 변조시켜 상기 통신 장치에 의한 전송용 변조 신호를 생성하는 변조기(290)

   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 통신 장치는 라디오이며,

    상기 복조기에 동작적으로 결합된 안테나; 및

    상기 디코더에 동작적으로 결합된 스피커

    를 더 포함하는 통신 장치.

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