KR100341554B1 - 이동전화시스템에서의호출을처리하기위한방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 TDMA 또는 CDMA를 사용하는 이동 무선 전화 시스템에 관한 것으로 이 시스템의 경우, 이동국(5, 7)들은 기지국으로의 전송을 행하는데 필요한 타이밍과 적절한 전력을 측정할 필요가 있다. 기지국에 의한 방송 정보에 의해서 이동국은 수신된 평균 신호 강도에 따라 각 기지국(1)으로 부터의 거리를 측정할 수 있으며 또한 코스 섹터 위치도 측정할 수 있다. 방송 정보는 신호 강도 대 거리의 평균 방사분포를 포함할 수 있다. 방송 정보로부터, 이동국(5, 7)은 기지국으로의 전송에 대한 전파 손실을 측정하고, 전송의 적절한 전력 레벨과 타이밍을 측정한다. 따라서, 이동국(5, 7)은 기지국(1)으로의 신호들을 측정된 신호 타이밍과 전력 레벨로 전송한다.

Description

이동 전화 시스템에서의 호출을 처리하기 위한 방법{NAVIGATION ASSISTANCE FOR CALL HANDLING IN MOBILE TELEPHONE SYSTEMS}
이동식 셀룰러 전화 산업은 미국을 비롯한 전세계 국가에서 상업적인 운영면에서 급속도로 진일보 하고있다. 주요 대도시 지역에서의 성장은 예상치를 훨씬 초과하여 시스템의 용량을 능가하고 있다. 이러한 경향이 계속되면, 급속한 성장의 영향이 소규모 시장에도 미치게 될 것이다. 따라서 이와 같이 증가하는 용량에 부응하고, 고품질의 서비스를 유지하면서 비용 상승을 가져오지 않는 혁신적인 해결 방안이 필요로 되고 있다.
전세계를 통털어, 셀룰러 시스템에서의 중요한 단계는 아날로그 전송에서 디지탈 전송으로 변환하는 것이다. 또한, 대등하게 중요한 단계가 차세대의 셀룰러 기술을 실현하기 위해 효율적인 디지탈 전송 방식을 선택하는 것이다. 또한, 제1세대의 개인 통신망(PCN)(편리하게 이동될 수 있으며, 가정, 사무실, 거리, 자동차등에서 호출을 하거나 받을 수 있는 저가이며 포켓형의 무선 전화를 사용)이 광범위하게는 차세대 디지탈 셀룰러 시스템 내부 구조와 셀룰러 주파수를 이용한 셀룰러 반송파에 의해 제공될 것으로 여겨진다. 이들 새로운 시스템에서 요구되는 중요한 특징은 트래픽 용량의 증가이다.
TDMA 또는 CDMA 등과 같은 시간 의존형 다중 액세스 방법을 이용한 이동식 셀룰러 무선 전화 시스템의 경우, 종종 이동 송신기들은 기지국으로 부터의 거리에 따라 적당한 송신기의 전력과 기지국으로의 여러 전파 지연에 관련된 적당한 송신기의 타이밍을 사용할 필요가 있다. 적당한 송신기의 전력을 선택하려면, 기지국에서 수신된 모든 이동 송신기의 신호를 보다 강한 신호에 의해 혼신을 일으킬 수 있는 과대 레벨차를 피할 수 있도록 거의 동일한 레벨로 유지해야 한다.
TDMA 시스템의 경우, 이동 송신기의 신호 타이밍은 신호들이 정확히 할당된 타임-슬롯(time-slot)으로 기지국에 도달하여 중첩되지 않도록 기지국으로 부터의 거리의 함수로서 제어된다. CDMA 시스템의 경우는 타이밍은 코드 상관용 수신기(code-correlating receiver)가 특히 이동국이 송신을 시작하는가를 탐색해야 하는 타이밍 불확정 영역(timing uncertainty region)의 폭을 줄이도록 제어된다. 상기 두 형의 시스템의 경우, 일단 이동국이 기지국과 전2중(duplex) 통신을 달성하면, 기지국으로부터 전달된 정보는 이동국 송신기의 전력과 타이밍을 연속으로 제어할 수 있다.
CDMA 응용의 경우, 송신기의 전력과 타이밍 정확도를 유지시키는 것이 가장곤란하다. 정확한 전력 레벨을 유지시키는 것은 신호들의 시간 및 주파수가 중첩될 때 가장 중요하다. 이들 신호들은, 전력 레벨간의 차가 크지 않다면 수신된 신호들을 대응하는 디스프레딩(despreading) 코드에 상관 시킴으로써 수신기에서 분리될 수 있다.
종래의 CDMA 수신기의 경우, 상관 처리시에 원치 않는 신호들을 억제시키는 것은 소위 처리 이득에 의해 제한되어 진다. 원치 않는 신호가 처리 이득 보다 큰 양만큼 희망 신호를 초과하면, 희망 신호는 디코드될 수 없다.
본원 발명자에 의한 발명의 명칭이 "CDMA Subtractive Demodulation"인 미국특허 제5,151,919호 및 제5,218,619호에서는 모든 신호들을 강한 신호에서 미약 신호의 순서로 기지국에서 디코드하는 시스템에 대해 기재되어 있다. 강한 신호들은 미약 신호들을 디코딩한 후 복조하기 전에 합성 신호에서 감해진다. 즉, 수신기가 어느 신호들이 존재하며 그들 신호 강도 순위를 알 경우에는 보다 큰 레벨차를 허용할 수 있다. 그러나, 혁신적인 감법 CDMA 시스템의 경우라도 임의 신호레벨을 갖는 갑작스럽고 예기치 못한 새로운 신호의 출현에는 곤란하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 이동국이 기지국으로 제1 전송을 행하는데 필요한 전력 및 타이밍 선행(advance)를 추정(estimate)할 수 있는 방법을 이용하여 종래 기술의 문제점들을 극복한다.
발명의 요약
본 발명은 다중 액세스의 스프레드 스펙트럼 통신 시스템의 기기국에 의해 방송된 정보에 의해 이동국이 수신된 신호의 평균 강도에 따라 각각의 기지국에서부터의 그 거리에 근접할 수 있으며 또한 이동국이 기지국으로 전송을 행하는데 필요한 특성들을 추정할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다. 기본적인 실시예에 있어서, 방송 정보는 신호 강도 대 거리의 평균 방사 분포(mean radial distribution)를 포함하며 그 방위 방향과는 독립적이다. 다른 실시예에 있어서, 신호 강도의 방사 분포가 서로 다른 방향으로 다를 수 있다는 사실에 입각하여 기지국들은 여러 섹터들에(different sectors)에 관련된 정보를 추가로 전달한다.
이동국은 그 자신이 어느 코스 섹터(coarse sector) 내에 위치해 있는가를 여러 방식으로 판단할 수 있다. 또한 이동국은 어느 주변 기지국들이 수신할 수 있는가를 판단하거나, 어느 기지국들은 여러 코스 섹터들을 여러 주파수로 조사할 수 있거나(illuminate), 어느 기지국들은 한 쌍의 페이즈드 안테나(Phased antennas)를 사용하여 회전식 신호 강도 패턴을 전달할 수 있는가를 판단할 수 있으며, 신호의 위상이 방송 데이타의 마커(marker)에 상관되어 이동국은 그 방위를 결정할 수 있게된다.
이동국은 기지국의 신호를 수신하여, 그들 각각의 신호 강도를 결정하고 평균화한다. 이동국은 기지국으로부터 방송 정보를 수신한 후에, 기지국으로의 전송 전파 손실과 역방향으로 사용하기 위한 적당한 전력을 판정한다. 또한, 이동국은 이동국이 위치해 있는 섹터에 적합한 방사 전파 법칙을 이용하여 기지국들로 부터의 거리를 추정할 수 있다. 따라서, 이동국의 전송을 희망하는 시기에 기지국에서 수신하는데 필요한 타이밍 선행을 추정할 수 있다.
또한, 이동국은 기지국 주변의 상황에 따라 변화하는 방송 신호를 무선-항행변조 방법에 의해 변조시킴으로써 그 섹터 및 방위를 보다 정확하게 결정할 수 있다. 예를 들어, 기지국의 방송 신호는 독립된 두 안테나에 연속으로 회전하는 상대 위상차로 방사되어 회전식 신호 강도 패턴이 생성된다. 선택된 위상은 데이타 변조시에 타이밍 마크에 의해 관련되어 있어 이동국은 기지국에 대한 그 방위를 결정할 수 있다. 이러한 무선 항행 기술은 CONSOL 시스템으로서 알려져 있다.
기지국들은 종종 서로 다른 출력을 사용하여, 서로 다른 반경 구역을 통달하고(cover), 구역 내에서 서로에 대해 서로 다른 신호 강도 분포를 갖는다. 결과적으로, 방송 정보는 각각의 특정 구역에 따라 이동국이 그 전력 및 타이밍을 결정할 수 있도록 적응될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는 방송 정보를 각각의 구역에 맞도록 적응시키는데 필요한 고가의 신호 강도 측량 운용을 행할 필요성이 제거된다. 오히려, 기지국과의 대화 중에도 이동국들은 이들이 수신하고 있는 신호 강도와 이들이 사용하고 있는 타이밍 선행을 통고할 수 있다. 그러므로, 기지국 자체의 송신 ERP(유효 방사 전력)와 이동국의 신호의 도달 시간을 알고 있는 기지국은 일정 시간 동안 서로 다른 이동국에 의해 통보된 바와 같이 이동국까지의 거리와 신호 강도와 거리 간의 관계를 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 기지국들이 CDMA 송신을 행할때 실현된다. CDMA 시스템에서 필요한 파라미터를 정확하게 선택함으로써, 주변의 기지국들은 동일한 주파수를 재사용할 수 있다. 지원될 수 있는 스펙트럼의 MHz당 평방 Km 마다 동시성 대화의 수가 증가하는 것을 포함하여 시스템 용량의 장점들이 실현된다. CDMA 시스템의 경우, 이동국은 현재 할당된 기지국 뿐아니라 인접한 이동국들로부터 방송정보를 동시에 수신할 수 있다. 동일 주파수에 있는 모든 기지국들이 동기화된 CDMA 전송을 할때 이동국은 서로 다른 3개의 수신 기지국들의 상대 타이밍으로부터 그 위치를 결정할 수 있다. 기지국에서 이동국으로 전송되는 방송 정보는 이동국의 절대 위치나 또는 인접 기지국에 관하여 방송 기지국의 범위 및 방위를 결정하기 위한 절대 기지국 좌표를 포함할 수 있다. 이때문에 이동국은 그 상대 위치를 결정할 수 있게된다.
본 발명은 이동식 셀룰러 무선 전화 통신 시스템(mobile cellular radiotelephone communications systems)에서 시분할 다중 액세스(TDMA) 및 코드분할 다중 액세스(CDMA) 등과 같은 시간에 의거한 다중 액세스 방법을 이용하는 것에 관한 것으로, 특히 이동국에서의 전송에 대한 송신기의 전력과 타이밍을 제어하는 방식(scheme)에 관한 것이다.
본 발명은 지금부터 첨부된 도면을 참조한 일례를 들어 본 발명의 적합한 실시예들에 대해 상세히 기술하기로 한다.
제1도는 표본 셀룰러 전화 시스템에서의 셀룰러 적용 범위 패턴도.
제2도는 본 발명에 따른 기지국의 블럭도.
제3도는 본 발명에 따른 이동국의 블럭도.
적합한 실시예의 상세한 설명
비록 이하에서는 휴대용 또는 이동식 무선 전화 및 개인용 통신망을 포함한 셀룰러 통신 시스템에 대해 기술하고 있지만, 본 기술 분야에 숙련된 자들은 본 발명이 다른 통신 응용에도 적용될 수 있다는 것을 인식할 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 적합한 실시예에서는 CDMA 시스템에 대해 기술하고 있지만, 본 발명은 수신기의 선택도에 대해 곤란한 명세를 가져올 수 있는 FDMA 또는 TDMA 시스템에서의 과대 신호 레벨차를 피하거나 또는 TDMA 시스템에서 초기 전송에 대한 타이밍 선행의 추정에도 적용될 수 있다.
제1도는 인접한 구역 B1내지 B6에 의해 둘러 싸여 있으며 기지국에 의해 통달된 구역 B0를 나타내는 간략화된 셀룰러 적용 범위 패턴을 도시한 것으로, 각각의 구역은 그들 자신의 각각의 기지국에 의해 통달되어 있다. 도시의 목적상, 이동국은 구역 B0에 위치해 있는 것으로 가정한다. 간략히 도시하기 위해 구역들은 동일한 크기의 원형으로서 도시하였지만, 사실상은 서도 다른 기지국 안테나에 의해 방사된 구역들은 원, 타원 또는 여러 종류의 불규칙한 형상의 섹터들일 수 있다.
기지국들은 CDMA 신호들을 동일 주파수로 전송은 하지만, 각각의 기지국은 서로 다른 코드를 사용한다. 이동국의 수신기는 공지된 시퀀스들을 이동국과 인접한 기지국 각각을 책임지고 있는 기지국의 코드와 상관시킴으로써 CDMA 신호들을 디코드하여, 인접한 기지국들의 방송 채널을 듣게 된다. 때로는 이동국이 정해진 기지국들의 송신을 수신하지 못할 경우도 있을 것이다. 예를 들어, 구역 B1및 B0를 연결하는 가장자리에 있는 이동국은 구역 B4내의 기지국으로 부터의 송신들을 아마도 수신하지 못할 것이다. 그러나, 이동국은 특정 송신을 수신할 수 없는 지역에 위치해 있음을 알고 있으므로 구역 B0의 6개 코스 섹터중 어느 섹터에 위치해 있는가에 대한 표시를 할 수 있을 것이다.
B0로부터의 방송 정보는 적합하게도 B0와 B1을 연결하는 라인을 따르는 신호 강도 프로화일과 B0와 B2, B0와 B3등등을 연결하는 라인을 따르는 신호 강도 프로화일을 포함한다. 신호 강도 프로화일 정보의 정확한 포맷은 중요하지 않다. 예를 들어, 신호 강도 프로화일은 구역 중심으로부터 등간격의 거리에서의 예기된 신호 강도값 dBm의 목록이나, 등간격의 연속 링들간의 델타(delta)나, 등간격의 신호 강도에 대한 거리 목록이나, 거리의 함수로서 신호 강도를 산출하는 또는 그 반대의 공식에서 사용하기 위한 방사 거리의 전력등과 같은 계수일 수 있다. 또한, 다른 구역들로부터 동일한 정보가 전송될 수 있다. 이때문에, 이동국이 적어도 때로는 B0에서 때로는 B1에서 수신하는 덕택에 B0와 B1을 연결하는 라인에 결쳐 있는 섹터에 위치해 있으면, B0와 B1을 연결하는 라인을 따르는 거리에 대한 두 추정치를 선택적으로 얻을 수 있는데, 하나는 발신지로서의 B0에 대한 것이고 다른 하나는 발신지로서의 B1에 대한 것이다. 이들 두 추정치를 조합하여 불확정성을 감소시키기 위한 다른 추정치를 얻을수 있다. 이동국이 때때로 B2또는 B6를 검출할 수 있으면, 위치에 대한 또다른 추정치가 얻어진다.
적합한 실시예의 경우, 구역 B0내지 B6에 위치된 기지국들은 동기화된 CDMA 코드로 전송하여, 이동국이 두 기지국을 동시에 또는 빠른 연속으로 수신할 때 상관 수신기로부터 이동국의 위치를 보다 정확하게 결정하는 타이밍 차가 소정의 쌍곡선으로 얻어진다. 경우에 따라서는, 제3국을 수신함에 의해 이동국의 위치를 이러한 쌍곡선 항행 시스템을 이용하여 정확하게 찾아낼 수 있다.
이동국에 인접한 국으로부터 각 국의 방사 거리와 방위를 포함하여 이동국의 위치를 찾아내는데 필요한 다른 정보를 각각의 기본 제어 채널로 전달한다. 따라서, B0는 B0-B1, B0-B2, B0-B3등의 라인들의 거리와 방위를 전달하는 반면에, B1은 다른것 중에서 B1-B0, B1-B2, B1-B6라인의 거리와 각도를 전달한다. 이동국의 계산을 도와주기 위해, 거리를 마일 또는 킬로미터 대신에 CDMA 칩 주기의 단위로 지연기간에서 기술하고 있다.
이동국은 추정된 위치와 기지국의 주어진 위치를 이용하여 기지국까지의 거리를 CDMA 칩 주기 단위로 결정한다.
다음에는 기지국까지의 이동국의 제1 전송에 대한 적절한 타이밍 선행이 수신된 기지국 신호로부터 유출된 타이밍 기준에 비해 일방향 전파 시간의 2배로 결정되어 신호는 출중계 신호와 거의 동일한 시간 정렬로 기지국에서 다시 수신되어 시간 정렬에서의 공칭차는 거의 없게된다.
예를 들어, 기지국 방송 정보는 각각의 모서리 섹터에 다음의 표 1과 같은 테이블을 제공할 수 있다.
표 1
이동국이 이 신호 강도를 수신하면 : 이동국은 이거리에 위치해 있게된다.
다음에 이동국은 테이블 엔트리 간에 보간을 하기 위해 결정된 신호 강도 값을 이용하여 거리에 대한 추정치를 얻을 수 있다. 이후에 이동국은 빛의 속도로 이 거리의 2배로 트래버스하는 것에 대응하는 왕복 전파 지연을 알게된다. 이때문에, 이동국은 기지국으로부터 수신된 신호에 비해 그 전송 신호 타이밍이 얼마나 많이 진보하는 가를 계산할 수 있으므로 귀환 신호가 기지국에 희망하는 타이밍 관계로 다시 도달하게 된다. 실제로, 이동국은 타이밍 선행의 단위로 예를 들어, 칩의 1/4의 단위로 이미 스케일된 거리 정보를 방송함으로써 상당량의 계산을 줄일 수 있다.
이것은 위치 결정 시스템에 대한 가장 기본 적인 실시예로서, 신호 강도 대 거리가 지형의 불규칙성이나 음영으로 인해 단조롭지 않은 실질적인 곡선이 될 수 있다. 변칙적인 것을 감소시키고 성능을 개선시키기 위하여, 수신 가능한 여러 기지국으로 부터의 거리 추정치들을 사용할 수 있다. 만일 인접한 기지국들을 수신할 수 없으면, 이동국은 이동국이 전송을 수신할 수 있는 구역의 중심 부근에 위치해 있을 가능성이 있다. 한 항행 시스템의 정확성을 향상시키는 다른 공지 방법들에서는 칼만 필터(kalman filters)를 사용한다. 이들 방법은 추정된 위치에 평활화(smoothing)를 제공하여 순간적인 위치나 속도의 변화를 방지시키고 예를 들어 0.2g 이하의 단지 이상적인 가속도 만을 허용함으로써 위치 또는 속도를 순간적으로 변화시키는 이동국의 제한된 능력에 대해서 설명한 것이다.
또한 기지국들로 부터의 CDMA 전송들을 동기화시켜 이동국은 각 신호의 상대적인 도달 시간과 델타 거리를 결정할 수가 있다. 이것은 두 기지국으로 부터의 주어진 델타 거리에 대해 가능한 이동국의 위치의 궤적이 쌍곡선이므로 쌍곡선 항행 시스템을 형성한다. 또한 CONSOL형 방위 결정 시스템을 사용할 수 있는데, 이 시스템에서는 기지국이 이동국이 수신하는 신호가 기지국으로부터 360 ° 방위 둘레에서 변화하는 특징을 갖도록 페이즈드 안테나 어레이로 부터의 신호를 전송한다.
이러한 특징을 판정하여 이동국은 그 방위를 결정한다. 두 국으로 부터의 방위를 결정하는 것에 의해 이동국의 위치를 결정할 수 있다. 기지국의 방송 정보는 이러한 계산에 사용하기 위한 국의 좌표를 포함해야 한다.
예를 들어, TDMA 시스템의 경우, 서로 다른 이동국에는 업링크(uplink) 방향과 다운 링크(downlink) 방향으로 서로 다른 시간 슬롯으로 할당되어 진다. 제1 이동국용 신호들은 다운 링크 방향으로 전송된 제1 시간 슬롯 동안 위치될 수 있는 반면에, 제2 이동국용 신호들은 제1 시간 슬롯에 바로 후속하는 제2 시간 슬롯 동안 위치된다. 등등. 반대로, 업링크 방향으로 제1 이동국은 제2 시간 슬롯 동안 전송하고, 제2 이동국은 제3 시간 슬롯 동안 전송한다. 등등. 제1 이동국은 제1 시간 슬롯 동안은 수신하고, 제2 시간 슬롯 동안은 송신을 행하여 이동국은 동시에 송신 및 수신을 할 필요가 없게 된다.
이동국들이 기지국으로부터 변화하는 거리에 위치해 있기 때문에 기지국으로부터 전송되는 신호들은 시간 지연이 서로 다르게 수신된다. 따라서, 이동국이 수신후에 턴 어라운드(turn around)되어 송신을 행하면 송신된 신호들은 하나의 시간 슬롯 옵셋에 데어-앤드-백(there-and-back) 지연을 더하여 기지국에서 수신될 것이다. 이때문에, 원격에 위치한 이동국으로부터 수신된 신호들은 지연되어 이들 신호들이 중첩되어 그 다음 시간 슬롯 동안 부근의 이동국으로 부터 나온 신호와 혼신될 가능성이 있다. 따라서, TDMA 이동국들은 그들의 전송 타이밍을 루프 전파지연의 2배로 선행시킬 수 있으므로 그들의 전송은 정확한 시간 슬롯 동안 도달할 수 있게된다. 송신 타이밍이 수신 타이밍에 침입하지 못하도록 하기위해, 하나의 시간 슬롯 보다 약간 많은 즉, 이동국이 최대 범위일때 적용할 수 있는 최대 타이밍 선행에 대응하는 양만큼 다운 링크 슬롯팅 포맷에서 전체의 업링크 슬롯팅 포맷이 옵셋된다.
CDMA 시스템의 경우, 전송 포맷들은 반드시 시간 슬롯으로 분할될 필요는 없다. 전형적으로는, 이동국 신호는 고의적으로 중첩되도록 허용되어 있다. 그러나, 서로 다른 이동국 신호들 간에서의 과대한 상대 지연을 피하는 것이 여러가지의 이유로서 아직도 중요하다. 우선, 서로다른 이동국에 대해 직교 스프레딩 코드를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 직교 스프레딩 코드는 서로에 대해서 제로 상관(zero correlation)을 갖는다. 이때문에, 이러한 코드를 사용하는 이동국들은 비록 이들이 시간 및 주파수에서 중첩되어 지더라도 서로 간섭하지 않는다. 그러나, 직교성(orthogonality)은 단지 코드 워드들이 서로의 상부에 정확하게 전렬될 때만 유지될 수 있다. 만일 코드가 1칩 또는 그 이상의 상대 이동을 갖는다면 직교성을 잃을 수도 있다. 이때문에, 기지국으로부터 멀리 떨어진 거리에 따라 이동국의 전송을 타이밍 선행하여 그들 직교 CDMA 코드들이 수분의 칩 정확도로 서로의 상단에서 정확하게 수신되는 것이 바람직하다. 이것은 기지국이 일단 2방향 대화가 설정되면 전진 또는 지연이 적장하다는 것을 주기적으로 나타내는 비트를 다운 링크 전송에 포함하는 궤환루프에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 목적중 하나는 호출을 설정하여 2방향 대화를 설정하기 전에 적당한 타이밍에 이상적으로 근접한 타이밍을 얻는데 있다. 기지국이 CDMA 신호를 디스프레딩하기 위해 사용해야할 코드 정렬이 무엇인지를 알고 있지 않으면 기지국이 CDMA 이동국으로 부터의 호출을 검출하는 것은 더욱 곤란하기 때문에 이와 같은 것이 바람직하다. 기지국은 한 칩의 단계에서 상관 코드의 여러 이동을 이용하여 이동국의 호출을 탐색할 것이다. 그러나, 만일 칩들이 단지 0.8㎲ 길이 이며 0 내지 30km의 거리로 인해 지연 불확정성이 예를 들어 0 내지 200㎲이면, 250 상관 코드 이동으로 탐색하는 것은 곤란하다. 따라서, 호출을 설정하기 전에 이동국의 전송 타이밍을 프리넷트시켜 기지국에서 생겨나는 타이밍 불확정성을 감소시키는 것이 바람직하다.
지금부터 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 적합한 기지국 및 이동국의 블럭도를 도시한 제2도 및 제3도를 참조하여 기술하기로 한다. 제2도에서는 다중의 중첩 신호들을 서도 다른 코드를 사용하여 동일 주파수로 전송하는 기지국의 CDMA 송신기(1)를 도시하고 있다. 일부 신호들은 부호화된 음성 신호들을 서로 다른 이동국에 전송하는 트래픽 전송용 채널들이다. 오버 래핑 신호들중 적어도 하나는 일부 정보를 모든 이동국에 방송하고 또한 메시지에 이동국의 ID 코드나 전화번호를 포함하여 정해진 호출을 특정 이동국에 어드레스하는 방송 및 발호 채널이다. 제어 컴퓨터(3)는 CDMA 송신기(1)에 위치 추정 기능에 관련하는 이동국에 대한 방송 정보를 제공한다. 다음의 정보 즉(i) CDMA 칩 주기의 단위인 인접한 각각의 기지국 까지의 거리, (ii) π/128의 단위인 인접한 각 기지국에 대한 방위, (iii) 인접한 각 기지국에서 사용하는 CDMA 코드 (iv) dBw 단위인 기지국의 송신기 출력, 및 (v) 한 CDMA 칩 주기 지연의 단계에서 각각의 인접한 기지국과의 라인을 따르는 여러 지점에서 0 dB 안테나 이득을 갖는 이동국 수신기에서 예기된 평균 신호 강도가 방송 채널에 포함되며, 상기 신호 강도는 제1 값이 절대값 dBm인 연속한 각각의 지점 간에서 델타-dBs에 대하여 부호화 되어 있다.
기지국 제어 컴퓨터(3)는 이동국으로부터 CDMA 수신기(2)를 통해 정보를 수집하여, 제어 컴퓨터(3)는 방송 정보를 유출해내어 계속적으로 갱신한다. 방송 정보는 트래픽 정보와 멀티 플렉스된 관련 제어 채널(AccH)이라 칭하는 채널을 이용하여 진행 트래픽 대화 동안 이동국에 의해 기지국으로 전송된다. 이동국에 의해 전송된 정보는 (i) 사용주의 이동국 송신기의 출력 레벨과, (ii) 칩 주기 동안 현재 사용중의 이동국 타이밍 선행와, (iii) 현재 대화를 유지하고 있는 기지국으로 부터 현재 수신되는 신호 강도 dBm와, (iv) 발호 채널이 최근에(즉, 이전의 2초 내에) 성공적으로 복조 되어진 동일 주파수의 주위 모든 기지국으로부터 수신된(즉, 최종 2초 동안) 평균 신호 강도와, (v) CDMA 칩 주기 동안 다른 기지국으로 부터 수신된 신호와 현재 할당된 기지국으로 부터 수신된 신호 간의 상대지연을 포함한다.
제어 컴퓨터(3)는 상기 모든 정보들을 코스 위치 결정 프로그램으로 처리하여 이동국의 위치를 결정한다. 결정된 위치에 있는 이동국에 의해 통보된 신호 강도는 거의 동일 위치로 표시된 다른 이동국으로 부터의 이전의 모든 통보들과 평균화되어 구역내에서의 신호 강도 맵을 발생시킨다. 평균 신호 강도 맵은 이로써 기지국이 방송할 필요가 있다는 정보를 제공한다.
제3도에서는 적합한 실시예의 이동국에 대한 블럭도를 도시하고 있다. 이동국 CDMA 송신기(5) 및 이동국 CDMA 수신기(6)는 고정 주파수 옵셋으로 동작하여, 이들은 듀플렉서(4)를 이용하여 동일 이동 안테나에 접속될 수 있다. 이동국의 CDMA 송신기(5)는 단지 하나의 CDMA 부호화된 신호 만을 전송한다. 반대로, 기지국의 CDMA 송신기(1)는 다수의 여러 코드를 이용하여 전송한다. 이동국 송신기(5)에서 사용되는 코드는 이동국 제어 처리기(7)에서 표시된다. 그러나, 이동국 CDMA 수신기(6)는 제어 처리기(7)에 의해 제공된 다수의 여러 코드와 상관될 수 있어서 다수의 중첩 CDMA 신호 들을 모두 복조시킨다. 사용된 복조 기술은 적합하게도 상기 미국 특허 제5,151,919호 및 제5,218,619호에서 기재된 바와 같이 스크램블된 월시-하다마르(Walsh-Hadamard) 직교 코딩에 관련하여 감법 CDMA 복조이지만, 여러 중첩 신호들을 복조할 수 있는 임의의 CDMA 수신기를 사용할 수 있다.
또한, RAKE 수신으로 공지된 기술을 사용할 수 있는데, 이 기술은 예를 들어 발명의 명칭이 "Diversity RAKE Receiver"인 계류 중인 출원 제857,433호에서 기재되어 있다. RAKE 수신기의 경우, 상관은 입력 신호 샘플들의 서로 다른 시간 이동으로 수행되어 타이밍 불확정성 및 에코우를 설명하며, 상관된 결과들은 코히어런트 또는 넌-코히어런트 웨이팅에 의해 조합되어 진다. 서로 다른 시간 이동과의 상관 결과도 제어 처리기(7)에 전송되어 서로 다른 신호들 간의 도달 시간의 차를 결정한다.
이동국에서 복조되어진 신호들은 이동국이 위치해 있는 구역의 방송 채널과 강하게 수신된, 즉 정해진 임계치를 초과하여 수신된 임의 인접 구역의 방송 채널을 포함한다. 기지국에서 대화가 설정되면, 이동국 수신기(6)는 또한 기지국에서 전송된 트래픽 방위 CDMA 신호를 복조시키고 이동국 송신기에서는 디지탈화된 부호화 음성과 같은 트래픽 신호로 변조시킨다.
이동국은 이것에 할당된 기지국의 방송 채널상에서 여러 데이타를 수신한다. 즉, 이동국은 기지국으로 부터의 거리를 CDMA 칩 주기의 시간 지연 단위로 수신된 평균 신호 강도로부터 추정한다. 순간적인 신호 강도 표시는 수신된 신호의 서로다른 시간 이동에 의해 상관 결정의 형태로 CDMA 수신기(2)에서 제어 컴퓨터(3)로 제공된다. 제어 컴퓨터(3)는 상관 결정시의 에너지를 조합하여 전체 에너지의 가동 평균을 계산한다.
기지국의 방송 채널은 적합하게도 각각 20ms 지속 기간을 갖는 16 메시지 슬롯의 시-다중 포맷으로 구성되며 사이클은 매 320ms 마다 반복된다. 통신망이 이동국을 호출하면, 호출은 예를 들어 이동 전화 번호 또는 ID 로드의 최종 디지트 또는 디지트들에 따라 1 시간 슬롯 동안 전송된다. 나머지 시간 슬롯 동안 이동국은 "슬립(sleep)"할 수 있어서 시간의 15/16 동안 배터리 전력을 보호할 수 있으므로 단지 할당된 시간 슬롯 동안만 데이타를 포착하기 위해 작동될 뿐이다. 특정 시간 슬롯 동안 피호 될(be called) 수 있는 이동국들은 집합적으로 "슬림-모드 그룹"으로서 불려진다. 일반적으로, 슬립-모드 그룹의 이동국들은 반드시 전화 번호에만 관련될 필요가 없고, 오히려 이들 각각은 개별적으로 프로그램 입력된 코드에 관련된다.
이동국은 방송 채널 포맷에 좌우되어, 위치 추정에 관한 정보가 방송되는 다른 시간 슬롯 동안 동작할 수 있다. 적합한 실시예의 경우, 이 정보는 통신망에서 발생된 호출들 간의 유휴 시간동안 이동국에 방송된다. 모든 기지국들은 적합하게도 동기화 되어 이 정보는 동시에 방송된다. 이때문에 이동국이 인접한 기지국을 수신하기 위해 추가의 시간 슬롯 동안 동작할 필요가 없게 된다.
이동국 제어 처리기(7)는 CDMA 수신기(6)로 부터 검출될 수 있는 모든 인접한 기지국들로부터 신호 강도 및 상대 타이밍 결정치와, 인접한 기지국들 간에서의상대 거리 및 방위와 방사 방향을 따르는 예기된 신호 강도 프로화일을 인접한 기지국들에 제공하는 방송 정보를 수신한다.
이동국 제어 처리기(7)는 상기 모든 정보를 위치 검출 또는 항행 프로그램으로 처리한다. 이 프로그램은 인접한 기지국들을 들을 수 있는지에 따라 동작하는 서로 다른 모드 들을 포함한다. 어느 한 모드에서는 인접한 기지국을 들을 수 없으므로 항행 프로그램은 단지 수신된 신호 강도에 의해서만 할당된 기지국으로 부터의 거리를 추정해야 한다. 이동국이 위치해 있는 섹터를 과거의 이력에 따라 판단할 수 있다. 예를 들어, 만일 이전에 구역 B1에 고정되어 있던 이동국이 현재 구역 B0로 이동하면, 이동국이 B0-B1라인에 걸쳐있는 섹터에 존재하는 것으로 추정된다. 인접한 기지국을 들을 수 있으면 항행 프로그램은 이동국이 구역의 최대 반경의 70% 내에 있어 방송 신호 강도 대 거리 정보를 계속 사용하여 이동국의 위치를 추정하게 된다.
다른 모드에서는 적어도 인접한 한 기지국을 들을 수 있다. 두 기지국으로부터의 거리는 신호 강도로부터 추정될 수 있는 반면에 기지국들 간에서의 거리차는 수신된 신호들 간에서의 타이밍 차에 따라 추정될 수 있다. 이것에 의해 이동국 자신의 구역 중심으로 부터 이동국의 거리를 보다 정확하게 추정할 수 있게된다. 만일 3개 기지국 또는 그 이상의 기지국을 들을 수 있으면 이동국은 쌍곡선 항행 계산에 의해 위치가 탐지 된다.
위치 추정 프로그램의 정확도는 이동국의 제한된 속도를 설명함으로써 개선된다. 예를 들어, 공지된 칼만 필터링 기술을 사용하여 이동국의 위치와 속도를 계속하여 추정할 수 있다.
칼만 기술은 다음의 방법으로 동작한다. 즉 (1) 새로운 위치를 추정하기 위해 이동국 위치가 외삽되는 경우 과거의 위치 및 속도 추정치를 이용하고, (2) 여러 기지국들로 부터 수신되어진 신호 강도와 타이밍 차를 예기하는 경우 기지국들로 부터의 방송 정보를 이용하고, (3) 실제 신호 강도와 타이밍 차 결정치들을 추정치와 비교하여 이것에 따라서 위치 및 속도 추정치를 갱신한다.
일단 기지국까지의 거리를 추정하면, 이동국은 제1 시간 동안 기지국에 신호를 전송할때 이 거리에 대해 전파 지연의 2배에 상당하는 적당한 타이밍 선행을 사용한다. 제어 처리기(7)는 이 타이밍 선행을 CDMA 송신기(5)에 공급한다.
이동국은 또한 수신된 평균 신호 강도에 좌우되는 제1 접촉의 출력 레벨을 사용한다. 기본이 되는 가설은 이동국 송신기에서 기지국 수신기까지의 평균 전파 손실이 다른 방향에서의 평균 전파 손실과 동일하다는 것이다. 따라서, 기지국 송신기의 출력과 수신된 신호 강도를 알고 있으면, 기지국에서 희망하는 수신 신호 강도에 대한 이동국의 송신 출력을 계산할 수 있다.
기지국 방송 정보는 필요하다면 방송 신호의 ERP에 대한 정보를 포함한다. 수신된 신호 강도를 ERP와 관련시킴으로써 이동국은 다운 링크 방향으로의 전파 손실을 결정한다. 다음에 기지국이 그 수신 안테나 이득이 그 송신 안테나 이득과 다르다는 것을 나타내는 토크-아웃/토크-인 차로서 알려진 방송 정보를 갖지 않는한 이동국은 전파 손실이 업 링크 방향에서와 동일한 것으로 추정한다. 이 경우에, 이동국은 이러한 요인을 이용하여 다운링크 전파 손실을 업링크 전파 손실 추정치로 변환시킨다.
계산된 출력 레벨과 타이밍으로 이동국에서 기지국으로 랜덤 액세스 메시지를 전송한다. 랜덤 액세스 메시지 중의 주요 정보는 이동국의 식별 번호이다. 기지국이 동일한 이동국 식별 번호로 어드레스된 메시지에 응답하면, 랜덤 액세스 절차는 대부분 완료된다. 기지국으로 부터의 메시지는 이동국에게 현재의 호출을 유지하기 위해 다른 무선 주파수와 코드로 전환하도록 명령할 수 있다. 듀플렉스 접촉을 설정할 시, 이동국은 수신된 신호 강도와 타이밍에 대한 정보를 기지국에 상기와 같이 통고 한다. 기지국 제어 처리기(3)는 이 정보를 처리하여 구역내에서의 신호 강도 맵을 갱신한다.
비록 본 발명의 특정 실시예들에 대해서만 도시 및 기술하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에만 국한되는 것이 아니고 본 기술 분야에 숙련된 사람은 여러 변형을 실시할 수 있다. 본 발명은 본 명세서에서 기술 및 청구된 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않는한 여러 가지의 변형 및 수정을 고려할 수 있다.

Claims (26)

  1. 다중 액세스의 스프레드 스펙트럼 통신 시스템에서, 이동국과 적어도 하나의 기지국 간에 통신을 설정하는 방법에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기지국으로부터 상기 이동국으로 신호를 방송하는 단계 - 상기 적어도 하나의 기지국으로부터의 상기 방송 신호는 데이타를 포함함 -,
    상기 이동국에서 상기 적어도 하나의 기지국의 상기 방송 신호를 수신하는 단계와,
    상기 수신된 방송 신호에 대한 평균 신호 강도를 결정하는 단계와,
    상기 수신된 방송 신호에서의 상기 데이타와 상기 평균 신호 강도에 기초하여 상기 이동국과 상기 적어도 하나의 기지국 사이의 거리를 추정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 추정된 거리를 사용하여 상기 이동국이 상기 적어도 하나의 기지국으로의 전송을 개시하는데 사용할 초기 전송 전력 레벨을 결정하는 단계를 더 포함하는 통신 설정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방송 신호의 상기 데이타와 상기 추정된 거리에서의 타이밍 기준에 기초하여 신호 전송 타이밍을 결정하는 단계와,
    상기 결정된 신호 전송 타이밍에 따라, 상기 이동국으로 부터의 신호를 상기 적어도 하나의 기지국으로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신설정 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 방송 신호에서의 상기 데이타는 상기 적어도 하나의 기지국으로부터 변화하는 거리에 있는 신호 강도를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방송 신호에서의 상기 데이타는 상기 적어도 하나의 기지국으로부터 인접한 기지국들까지의 거리와 전파시간 지연 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 방송 신호에서의 상기 데이타는 상기 적어도 하나의 기지국에서 상기 인접한 기지국들까지의 방위를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방송 신호에서의 상기 데이타는 상기 적어도 하나의 기지국의 절대 위치와 상기 적어도 하나의 기지국을 고유하게 식별하기 위한 식별자코드(identifier code)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 이동국으로부터 상기 적어도 하나의 기지국으로 상기 적어도 하나의 기지국과 상기 이동국간의 상기 추정거리와 상기 이동국에 의해 수신된 상기 평균 신호 강도를 통보하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방송 신호의 상기 데이타와 상기 추정된 거리에서의 타이밍 기준에 따라 신호 전송 타이밍을 결정 하는 단계와,
    상기 결정된 신호 전송 타이밍을 상기 이동국에서 상기 적어도 하나의 기지국으로 통보하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기지국에서, 상기 적어도 하나의 기지국과 동일한 거리에 있는 다른 이동국들로부터 통보된 이전의 신호 강도를 평균화함으로써 서로 다른 거리에 있는 상기 적어도 하나의 기지국의 신호 강도를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    다른 이동국들로부터 상기 다른 이동국들과 상기 적어도 하나의 기지국간의 추정 거리를 통보하는 단계와,
    상기 적어도 하나의 기지국과 동일한 거리에 있는 각각의 다른 이동국을 상기 통보된 추정 거리로서 식별하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    다른 기지국들은 상기 적어도 하나의 기지국과 공통인 타이밍 기준을 갖는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  13. 다중 액세스의 스프레드 스펙스럼 통신 시스템에서, 이동국과 기지국 간의 통신을 설정하는 방법에 있어서,
    제1 기지국으로부터 상기 이동국으로 신호를 방송하는 단계 - 상기 제1 기지국 방송 신호는 상기 제1 기지국과는 서로 다른 거리에 있는 신호 강도 프로화일을 제2 기제국외 넓은 방향으로 포함하는 제1 정보를 가짐 - ,
    상기 제2 기지국으로부터 상기 이동국으로 신호를 방송하는 단계 - 상기 제2 기지국 방송 신호는 상기 제2 기지국과는 서로 다른 거리에 있는 신호 강도 프로화일을 상기 제1 기지국의 넓은 범위 방향으로 포함하는 제2 정보를 가짐 - ,
    상기 제1 기지국 및 상기 제2 기지국의 방송 신호에 대한 평균 신호 강도를 측정 하는 단계와,
    상기 제1 기지국으로부터 상기 이동국으로의 방위가 상기 제1 정보, 상기 제2 정보 및 상기 결정된 평균 신호 강도에 의거하여 상기 제2 기지국의 넓은 범위방향내에 있는 지를 판단하는 단계와,
    상기 방위가 상기 제2 기지국의 넓은 범위내에 있다면 상기 이동국에서 상기 제1 기지국까지의 거리를 상기 제1 기지국의 신호 강도 프로화일을 이용하여 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 정보는 상기 제2 기지국을 식별하기 위한 고유의 식별자 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  15. 다중 액세스의 스프레드 스펙트럼 통신 시스템에서, 이동국과 상기 이동국에 할당된 기지국간의 통신을 설정하는 방법에 있어서,
    상기 이동국에서, 상기 할당된 기지국으로 부터의 방송 신호를 수신하는 단계와,
    상기 방송 신호의 수신된 신호 강도를 측정하는 단계와,
    상기 수신된 신호 강도에 의거하여 상기 이동국의 위치를 추정하는 단계와,
    상기 추정된 위치에 따라 상기 이동국으로부터 상기 할당된 기지국으로 신호를 전송하기 위한 적당한 타이밍 선행을 결정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    적어도 하나의 인접한 기지국으로부터 방송 신호를 수신하는 단계와,
    상기 적어도 하나의 인접한 기지국으로부터 수신된 방송 신호들 간의 타이밍 차를 측정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 이동국의 상기 위치 추정 단계는 또한 상기 결정된 타이밍 차에 근거하는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 인접한 기지국으로 부터의 상기 방송 신호는 상기 할당된 기지국을 상기 적어도 하나의 인접한 기지국에 연결하는 라인을 따르는 신호 강도 프로화일을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    제1 인접 기지국 및 제2 인접 기지국으로부터 상기 제1 인접 기지국과 상기 제2 인접 기지국간의 방사 거리와 방위를 포함하는 방송 신호를 수신하는 단계를 더 포함하며, 상기 제1 인접 기지국은 상기 제2 인접 기지국에 인접해 있는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 이동국에서 수신된 상기 방송 신호들은 상기 할당된 기지국 및 상기 적어도 하나의 인접 기지국으로부터의 동기화된 전송인 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 위치 추정 단계는 상기 이동국의 속도를 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 추정된 속도는 칼만 필터링 기술(Kalman filtering technique)을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 타이밍 선행을 상기 이동국에서 상기 할당된 기지국까지의 거리에 걸친 전파지연의 2배에 상당한 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  23. 다중 액세스의 스프레드 스펙트럼 통신 시스템에서, 이동국과 상기 이동국에 할당된 기지국 간의 통신을 설정하는 방법에 있어서,
    인접한 기지국들과 상기 할당된 기지국으로부터의, 방위 정보를 포함한 신호들을 방송하는 단계와,
    상기 이동국에서 상기 방송 신호들을 수신하는 단계와,
    상기 방송 신호들에 근거하여, 상기 이동국에 대한 상기 할당된 기지국 및 상기 인접한 기지국들의 방위를 계산하는 단계와,
    상기 계산된 방위에 따라, 상기 이동국에서 상기 할당된 기지국까지의 거리와 상기 이동국에서 상기 할당된 기지국으로 신호를 전송하기 위한 신호 타이밍을 추정하는 단계와,
    상기 추정된 신호 타이밍으로 상기 이동국에서 상기 할당된 기지국으로 상기 신호를 전송하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 추정 단계는 상기 이동국에서 상기 할당된 기지국까지의 전파지연을 결정하는 단계를 더 포함하며, 상기 신호 타이밍은 상기 전파지연의 약 2배인 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 방송 신호들은 페이즈드 안테나들(Phased antennas)을 사용하여 방송되는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
  26. 제12항에 있어서,
    무선링크 또는 지상 통신망을 통해 상기 적어도 하나의 기지국의 상기 타이밍 기준에 대한 상기 이동국 신호의 도달 시간을 상기 다른 기지국들로부터 상기 적어도 하나의 기지국으로 통보하는 단계와,
    상기 통보된 도달 시간과 추정 거리를 이용하여 상기 적어도 하나의 기지국과는 떨어져 있는 상기 다른 이동국들을 식별하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 설정 방법.
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