KR100659006B1 - 비대칭 순방향/역방향 전송 대역폭 - Google Patents

비대칭 순방향/역방향 전송 대역폭 Download PDF

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Abstract

업링크와 다운링크 전송 대역폭이 서로 다른 코드 분할 다중 접속 정보 전송 기술을 사용하는 무선 통신 시스템이 공개된다. 높은 대역폭은 낮은 대역폭의 정수배이다. 본 시스템은 달리 클럭될 수 있는 두 개의 의사-랜덤 코드 발생기를 가지는 기지국 및 가입자 유닛을 필요로한다. 고속 링크용 완전한 코드 시퀀스의 말미에서 저속 링크용 코드 시퀀스를 잘라냄으로서, 업링크 및 다운링크 의사-랜덤 확산 코드가 정렬된다.

Description

비대칭 순방향/역방향 전송 대역폭{ASYMMETRICAL FORWARD/REVERSE TRANSMISSION BANDWIDTH}
본 발명은 무선 디지털 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 가입자 유닛과 기지국이 서로 다른 대역폭을 이용하여 통신하는 코드 분할 다중 접속(CDMA) 통신 시스템에 관한 것이다.
CDMA 시스템은 RF 스펙트럼의 제한된 대역폭을 효율적으로 이용하여, 시간 분할 다중 접속 및 주파수 분할 다중 접속과 같이 다른 기술을 이용한 통신 시스템보다 신호 왜곡이 적으면서도 더 많은 양의 정보를 전송할 수 있다.
CDMA 통신 시스템에서, 송신기측 정보 신호는 시스템에 의해 사용되는 전체 대역폭에 걸쳐 정보를 확산시키는 의사-랜덤 확산 코드와 혼합된다. 확산 신호는 송신용 RF 신호로 상향변환(upconverting)된다. 동일한 의사-랜덤 코드에 의해 식별되는 수신기는 송신된 확산 스펙트럼 신호를 하향변환(downconvert)시키며, 이렇게 하향변환된 신호를, 원래의 정보 신호를 재생성하기 위해 원래의 정보 신호를 확산시키는데 사용되었던 바로 그 의사-랜덤 코드와 혼합한다.
종래의 CDMA 통신 시스템이 도 1에 도시되어 있다. 이 통신 시스템은 무선 링크 또는 지역 공중 교환 전화망(PSTN)을 통해 함께 연결된 복수의 기지국(201, 202,...20n)을 가진다. 각각의 기지국(201, 202,...20n)은 확산 스펙트럼 CDMA 송신을 이용하여 셀 영역 내에 위치한 이동 가입자 유닛(221, 222,...22n)과 통신한다.
전형적인 기존 CDMA 시스템에서, 가입자 유닛에 송신하기 위해 기지국에 의해 사용되는 다운링크 대역폭은 기지국에 전송하기 위해 가입자 유닛에 의해 사용되는 업링크 대역폭과 같다. 음성 통신에서와 같이 업링크 및 다운링크 데이터 볼륨이 동일할 때 대역폭의 대칭적 할당이 적절하다. 그러나 일부 통신에서, 업링크 및 다운링크 전송으로의 동일한 대역폭 할당은 무선 통신 제공자에게 이용가능한 제한된 RF 스펙트럼을 비효율적으로 사용하게 한다. 가령, 인터넷을 이용하는 개인은 제한된 양의 데이터를 전송하고, 이 데이터에는 인터넷 주소, 검색 용어, 그리고 질문에의 타이핑된 응답이 포함될 수 있다. 이와 달리, 인터넷 서버는 사용자 요청에 응답하는 것이 일반적으로, 사용자는 다량의 텍스트, 그래픽, 그리고 다른 형태의 데이터를 수신한다. 이 경우에, 기지국으로부터 가입자까지의 송신 링크에 더 큰 다운링크 대역폭을 제공하고, 가입자로부터 기지국까지 송신 링크에 더 작은 업 링크 대역폭을 제공함으로서, 통신 제공자에게 할당된 총대역폭을 보다 효율적으로 이용할 수 있다. 업링크 및 다운링크 대역폭이 같은 경우에서처럼 비대칭 대역폭 통신에서도 총대역폭이 같음에도 불구하고, 비대칭 통신에서는 더 높은 용도의 다운링크 채널이 업링크 채널의 작업수행을 희생하지 않고 더 큰 대역폭을 점유함으로써 데이터를 보다 신속하게 전송할 수 있고, 업링크 채널은 제한된 양의 데이터를 저속으로 전송한다.
전형적인 기존 CDMA 시스템에서, 가입자 유닛은 매 29,877,120 클럭 사이클마다 반복되는 의사-랜덤 확산 시퀀스를 생성한다. 완전한 시퀀스는 당 분야에서 에폭(epoch)으로 불린다. 의사-랜덤 시퀀스를 발생시키는 기존 시스템(200)이 도 2에 도시된다. 데이터 클럭(202)은 233,415개 칩의 의사-랜덤 시퀀스를 생성하는 제 1 코드 발생기(204)에 공급되고, 그리고 128개 칩의 의사-랜덤 시퀀스를 생성하는 제 2 코드 발생기(206)에 공급된다. 이 두 발생기의 출력은 233,415 x 128 = 29,877,120 칩 길이의 의사-랜덤 시퀀스를 생성하도록 조합된다. 시퀀스의 말미에서, 코드 발생기(204, 206)는 시퀀스의 시작부로부터 코드를 재시작한다.
가입자 유닛이 송신을 시작할 때, 그 의사-랜덤 시퀀스는 자유롭다. 의사-랜덤 시퀀스의 에폭이 기지국에서 발생될 때 그 에폭(epoch)은 동기화되지 않는다. 따라서, 기지국은 가입자 유닛의 의사-랜덤 코드의 시작점을 찾아야하고, 이는 시간을 소요하는 과정이다.
앞서 기술된 종래의 시스템에서, 다른 대역폭을 사용한다는 것은 업링크 및 다운링크에 대해 다른 속도로 의사-랜덤 확산 시퀀스가 클럭됨을 의미한다. 도 3은 업링크(120) 및 다운링크(100)에 대한 에폭 시작점을 도시하고, 이때 다운링크 클럭 속도는 업링크 속도의 두배이다. 도시되는 바와 같이, 업링크 에폭의 시작점(122, 124)은 모든 다른 다운링크 에폭 시작점(102, 106)과 함께 정렬된다. 이는 다운링크 데이터 해독을 시도하는 가입자 유닛이 다운링크 에폭의 시작점을 모르는 모호성을 발생시킨다. 업링크 에폭 시작점(122)에서 시작되는 다운링크 전송의 경우에, 다운링크 시작점은 (102)나 (104)일 것이다. 이 모호성으로 인해 시작점을 찾기 위해 가입자 유닛은 전체 시퀀스를 검색한다. 이 과정은 용인하기 힘들 정도로 긴 시간을 소비하며, 그에 따라 비대칭 대역폭을 비실용적이게 한다.
결과적으로, 업링크 대역폭이 다운링크 대역폭과 다를 때 업링크 및 다운링크의 의사-랜덤 확산 코드가 동기성을 유지하는 그러한 CDMA 시스템에 대한 필요성이 있다.
본 발명은 업링크 및 다운링크 송신 대역폭이 같지 않은 CDMA 통신을 용이하게 한다. 송신 대역폭의 비대칭 할당은, 업링크 및 다운링크 채널 사이에 송신되는 정보량이 균형을 이루지 않는 경우에 장점을 가진다. 본 시스템에서, 더 높은 대역폭은 더 낮은 대역폭의 정수배이어야 한다. 시스템은 기지국과 가입자 유닛을 포함하며, 각각의 기지국과 가입자 유닛은 별개로 클럭되는 두 개의 의사-랜덤 코드 발생기, 두 개의 독립된 데이터 클럭, 그리고 상이한 속도로 데이터를 판독하고 기록하는 모뎀 인터페이스를 가진다. 고속 링크에 대한 전체 코드 시퀀스의 말미에서 저속 링크에 대한 코드 시퀀스를 절삭함으로써(truncate), 업링크 및 다운링크 의사-랜덤 확산 코드의 정렬이 이루어진다.
본 발명의 목적과 장점은 아래의 실시예를 읽고난 후 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 기존 CDMA 시스템의 도면.
도 2는 기존 의사-랜덤 코드 시퀀스 발생기의 블록도표.
도 3은 기존 시스템에서 다른 대역폭을 가지는 업링크 및 다운링크에 대한 확산 코드 에폭의 도표.
도 4는 기존 시스템에서 다른 대역폭을 가지는 업링크 및 다운링크에 대한 확산 코드 에폭의 도표.
도 5는 본 발명에 따라 제작되는 의사-랜덤 코드 시퀀스 발생기의 블록도표.
도 6은 본 발명에 따라 제작되는 기지국의 블록도표.
(도면의 부호설명)
20, 300 ... 기지국 22 ... 가입자 유닛
100, 400 ... 다운링크 120, 420 ... 업링크
202 ... 데이터 클럭 204, 206 ... 코드 발생기
302 ... 수신기부 304 ... 송신기부
306, 334 ... 안테나 308, 330 ... 대역 통과 필터
310, 312, 322, 328 ... 믹서 314 ... 의사-랜덤 Rx 시퀀스 발생기
318 ... 모뎀 인터페이스 유닛 324 ... 의사-랜덤 Tx 시퀀스 발생기
326 ... 저역통과 필터 332 ... 광대역 RF 증폭기
336 ... 디지털 신호 프로세서(DSP)
410 ... 완전한 다운링크 의사-랜덤 시퀀스
428 ... 잘려진 의사-랜덤 시퀀스 430 ... 완전한 업링크 의사-랜덤 시퀀스
500 ... 의사-랜덤 시퀀스 발생기 502 ... 데이터 클럭
504, 506 ... 의사-랜덤 코드 발생기
508 ... 카운터 510 ... 리셋 장치
512 ... 카운트 입력 라인
양호한 실시예는 동일 요소에 대하여 동일 번호로 나타내는 도면을 참조하여 묘사될 것이다.
본 발명은 업링크 및 다운링크 대역폭이 서로 다른 크기이며, 서로에 대해 정수배가 되는 경우의 CDMA 시스템 통신에 관한 것이다. 문제는 도 3에서 발생하는데, 여기서 통신의 한 측, 가령 다운링크(100)의 의사-랜덤 코드 시퀀스 에폭이 통신의 다른 한 측, 가령 업링크(120)의 에폭보다 짧을 때 에폭 시작점의 모호성이 생긴다. 이 문제는 통신의 높은 대역폭측에 대한 에폭 말미에서 낮은 대역폭측의 의사-랜덤 코드 시퀀스를 종결함으로서 해결된다.
도 4는 업링크(420)와 다운링크(400)에 대한 에폭시작점을 도시하고, 이때 다운링크 클럭 속도와 대역폭은 업링크에 비해 두배이다. 도시되는 바와 같이, 완전한 업링크 의사-랜덤 시퀀스(430)에 대한 시작점(422, 424)은 완전한 다운링크 의사-랜덤 시퀀스(410)에 대한 모든 다른 시작점(402, 406)과 정렬된다. 모든 의사-랜덤 시퀀스의 시작점 사이에서 정렬을 유지하기 위해, 본 발명은 높은 반복 속도의 다운링크 시퀀스가 재시작하는 점에서 낮은 대역폭 신호에 대한 의사-랜덤 시퀀스를 종결한다(426). 따라서 본 발명에서, 낮은 대역폭과 더 낮은 데이터 속도를 가지는 통신측은 종결된(잘려진) 의사-랜덤 시퀀스(428)를 생성하며, 상기 잘려진 의사-랜덤 시퀀스(428)는 완전한 의사-랜덤 코드 시퀀스(430)에서 발견되는 칩의 수의 일부를 포함한다. 도 4에 도시되는 예에서, 다운링크 대역폭: 업링크 대역폭의 비는 2:1이다. 따라서, 업링크(428)에 대한 의사-랜덤 시퀀스는 완전한 시퀀스(430)에 있는 칩 수의 절반만을 포함할 것이다. 대역폭비가 3;1일 경우에, 낮은 대역폭 시퀀스는 완전한 시퀀스의 1/3일 것이고, 다른 대역폭비에서도 이와 마찬가지일 것이다.
도 5에서, 의사-랜덤 시퀀스 발생기(500)가 도시되고, 이 발생기(500)는 본 발명에 따라 잘려진 시퀀스를 생성할 수 있다. 의사-랜덤 시퀀스 발생기(500)는 데이터 클럭(502), 카운터(508), 리셋 장치(510), 그리고 두 개의 의사-랜덤 코드 발생기(504, 506)를 포함한다. 당 분야의 통상의 지식을 가진 자들이 잘 이해하겠지만, 필요한 숫자의 클럭 주기는 높은 대역폭을 가지는 통신측에 따라 좌우된다. 따라서, 이 카운트는 카운트 입력 라인(512)을 통해 카운터(508) 내로 입력된다. 카운터(508)는 데이터 클럭(502)에 의해 출력되는 클럭 사이클의 수를 카운트하기 위해 로딩된다. 필요한 수의 클럭 사이클을 경과할 때, 카운터(508)는 리셋 장치(510)에 신호를 보내고, 리셋 장치(510)는 두 개의 코드 발생기(504, 506)를 리셋한다.
삭제
발생기(504)에 의해 발생되는 의사-랜덤 시퀀스는 223,415개의 칩을 포함한다. 이 시퀀스는 3, 5, 7, 9, 13, 19로 균등하게 분할될 수 있다. 발생기(506)에 의해 발생되는 의사-랜덤 시퀀스는 128개의 칩을 포함한다. 이 시퀀스는 128까지 2의 배수로 균등하게 분할될 수 있다. 따라서, 29,877,120개의 칩의 전체 의사-랜덤 시퀀스는 2, 3, 4, 5로 나눌 수 있으며, 128 및 223,415의 인수의 다른 조합으로도 나눌 수 있다. 이 인수들과 일치하는 업링크/다운링크 대역폭 비의 경우에, 전체 시퀀스의 정확한 절삭이 가능하다. 본 발명은 통신의 고대역폭측이 에폭을 완료함과 동시에, 저대역폭측이 잘려진 의사-랜덤 에폭을 완료하도록 한다.
본 발명에 따른 기지국(300)이 도 6에 도시된다. 기지국(300)은 수신기부(302), 송신기부(304), 그리고 모뎀 인터페이스 유닛(318)을 포함한다. 모뎀 인터페이스 유닛(318)은 사용자와 기지국(300)의 수신기부(302) 및 송신기부(304) 사이에 인터페이스를 제공한다. 모뎀 인터페이스 유닛(318)은 상이한 속도로 데이터 기록과 판독이 가능한 구조 및 클럭을 가진다. 이는 클럭 속도를 달리하면서 클럭 속도를 조절함으로서 가능하다. 이러한 설계의 세부사항은 당 분야에 공지되어 있다.
안테나(306)는 가입자 유닛으로부터 신호를 수신하고, 이 신호는 대역통과 필터(308)로 필터링된다. 필터(308)의 출력은 일정주파수(Fc)의 국부 발진기를 이용하여 믹서(310)에 의해 기저대역 신호로 하향변환(downconvert)된다. 믹서(310)의 출력은 의사-랜덤 Rx 시퀀스 발생기(314) 내의 믹서(312)에 의사-랜덤 시퀀스를 가함으로서 각각의 모뎀에서 확산-스펙트럼 해독된다. 믹서(312)의 출력은 모뎀 인터페이스 유닛(318)에 전달된다.
송신의 경우, 기저대역 신호가 모뎀 인터페이스 유닛(318)으로부터 수신된다. 32kb/s ADPCM 신호가 사용되는 것이 선호된다. ADPCM이나 PCM 신호가 의사-랜덤 Tx 시퀀스 발생기(324) 내의 믹서(322)에 가해진다. 믹서(322)는 의사-랜덤 Tx 시퀀스로 ADPCM이나 PCM 데이터 신호를 승산(multiplying)한다. 믹서(322)의 출력은 저역통과 필터(326)로 전달된다. 필터(326)의 출력은 믹서(328)에 가해지고 적절하게 상향변환된다. 상향변환된 신호는 대역통과 필터(330)를 통해 안테나(334)를 안내하는 광대역 RF 증폭기(332)로 전달된다. 두개의 안테나(306, 334)가 도시되어 있지만, 양호한 실시예는 송수신용으로 오직 한 개의 안테나와 다이플렉서(diplexer)를 포함한다.
삭제
디지털 신호 프로세서(DSP)(336)는 획득 과정(acquisition process)뿐 아니라 의사-랜덤 Rx 및 Tx 시퀀스 발생기(314, 324)까지 제어한다. 본 발명에 따르면, 의사-랜덤 Rx 및 Tx 시퀀스 발생기(314, 324)는 DSP(336)에 의해 별개로 독립적으로 클럭된다. 따라서, 의사-랜덤 Rx 및 Tx 시퀀스 발생기(314, 324)에 대한 데이터 클럭은 분리식이며 독립적이다.
구축될 링크에 대하여, 기지국(300)과 가입자 유닛은 업링크(120) 및 다운링크(100)용으로 어떤 칩속도가 사용되는지를 알아야한다. 모든 통화 설정시, 이 정보를 포함하는 다른 메시지를 각각 전송함으로써 가입자 유닛과 기지국(300) 사이에 이 정보가 교환될 수 있다. 또는, 업링크(120) 및 다운링크(100) 전송에 사용되는 칩 속도를 포함하는 이 정보는 가입자 유닛과 기지국(300)으로 프로그래밍되는 시스템 매개변수일 수 있다.
발명이 몇몇 특정 실시예를 들어 설명되었으나, 이러한 세부설명은 제한적이라기보다는 설명을 위한 것이다. 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않으면서 작동 구조 및 모드에 여러 변화가 가능하다는 것을 당 분야의 통상의 지식을 가진 자는 알 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 업 링크 및 다운 링크 경로에서 확산 코드를 이용하는 통신 시스템에 있어서,
    상기 다운 링크 경로에 할당되고 제1 데이터 속도를 갖는 제1 대역폭; 및
    상기 업 링크 경로에 할당되고 제 2 데이터 속도를 가지며, 상기 제1 대역폭과는 다른 제2 대역폭을 포함하며,
    상기 제1 대역폭은 제2 대역폭의 정수배이고, 확산 코드들의 정렬은 상기 다운 링크 경로를 통해 전송된 신호의 제2 코드 시퀀스가 반복될 때마다 상기 업 링크 경로를 통해 전송된 신호의 제1 코드 시퀀스를 종결함으로써 이루어지는 것인, 통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 기지국과 가입자 유닛을 더 포함하는 통신 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 업 링크 경로는 상기 가입자 유닛으로부터 상기 기지국까지로 정의되고, 상기 다운 링크 경로는 상기 기지국으로부터 상기 가입자 유닛까지로 정의되는 것인, 통신 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기지국은 상기 업 링크 경로와 상기 다운 링크 경로에 각각 결합된 한쌍의 코드 발생기를 포함하는 것인, 통신 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기지국의 각각의 코드 발생기는 독립형 클럭 발생기에 의해 제어되는 것인, 통신 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 각각의 독립된 클럭 발생기는 상이한 클럭 속도로 작동하는 것인, 통신 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기지국은 상이한 속도로 데이터를 기록 및 판독할 수 있는 모뎀을 더 포함하는 것인, 통신 시스템.
  8. 제3항에 있어서, 상기 가입자 유닛은 상기 업 링크 경로와 상기 다운 링크 경로에 각각 결합된 한쌍의 코드 발생기들을 포함하는 것인, 통신 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 가입자 유닛의 각각의 코드 발생기들은 독립형 클럭 발생기들에 의해 제어되는 것인, 통신 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 각각의 독립된 클럭 발생기는 상이한 클럭 속도로 작동하는 것인, 통신 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 가입자 유닛은 상이한 속도로 데이터를 기록 및 판독할 수 있는 모뎀을 더 포함하는 것인, 통신 시스템.
  12. 기지국과 가입자 유닛간의 통신 방법에 있어서,
    상기 기지국으로부터 상기 가입자 유닛까지 확장되는 다운 링크 경로에 제1 대역폭을 할당하는 단계와;
    가입자 유닛으로부터 기지국까지 확장되는 업 링크 경로에 제2 대역폭을 할당하는 단계와;
    제1 속도로 다운 링크 데이터에 코드 시퀀스를 적용하는 단계와;
    제2 속도로 업 링크 데이터에 코드 시퀀스를 적용하는 단계와;
    상기 다운 링크 코드 시퀀스가 개시할 때 상기 업 링크 코드 시퀀스를 잘라냄으로써 상기 다운 링크의 코드 시퀀스가 반복될 때마다 상기 업 링크의 코드 시퀀스를 정렬시키는 단계를 포함하고,
    상기 제1 속도는 제2 속도의 정수배인 것인, 통신 방법.
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