KR100795424B1

KR100795424B1 - 최소의 방송 채널을 갖는 무선 통신 시스템

Info

Publication number: KR100795424B1
Application number: KR1020037004468A
Authority: KR
Inventors: 우릭크리스토퍼리챠드; 요우셉미르마이클; 트로트미첼디.; 바라트크레이그에이치.
Original assignee: 어레이컴, 엘엘씨
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2008-01-17
Also published as: DE60126113D1; WO2002028121A2; EP1325655A2; JP2004511143A; US20120099459A1; US8089925B1; JP4865185B2; DE60126113T2; AU2001293143A1; US8532048B2; EP1325655B1; US7158493B1; CN1478367A; WO2002028121A3; KR20030033085A

Abstract

일 실시예에서, 본 발명은 무선 통신 시스템의 기지국으로부터 방송 채널의 방송 버스트를 송신하는 단계를 포함한다. 본 발명은 사용자 단말기로부터 요구 버스트를 수신하는 단계, 및 상기 기지국으로부터 요구가 수신되었던 사용자 단말기로 메시지 버스트를 송신하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 메시지 버스트는 사용자 단말기로부터 메시지를 수신하기 위하여 무선 통신 시스템에 이용가능한 채널의 설명을 포함한다.

무선, 통신, 메시지, 채널, 방송, 기지국, 버스트, 단말기, 사용자, 요구

Description

최소의 방송 채널을 갖는 무선 통신 시스템 {RADIO COMMUNICATIONS SYSTEM WITH A MINIMAL BROADCAST CHANNEL}

본 발명은 다수의 원격 단말기가 기지국과 음성 또는 데이터를 통신하는 무선 통신 시스템, 특히 기지국이 매우 낮은 데이터 율(data rate)로 방송 채널을 사용하는 상기한 무선 통신 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 셀 방식의 음성 무선 시스템과 같은 이동 무선 통신 시스템(mobile radio communications system)은 셀 방식의 전화기(cellular telephones) 또는 무선 웹 장치(wireless web devices)와 같은, 이동 원격 단말기(mobile remote terminals)용으로 사용가능한 기지국을 갖는다. 일반적으로 상기 기지국은 방송 채널(broadcast channel; BCH)을 송신한다. 상기 BCH는 모든 원격 단말기가 네트워크 상에 등록되었는지 여부를 방송하고 상기 네트워크에 대한 원격 단말기를 알려준다. 상기 네트워크에 접속하기 위하여, 일반적으로 원격 단말기는 상기 네트워크에 접속하기 전에 상기 BCH에 따라 동조된다. 일반적으로 원격 단말기는 가장 강한 BCH를 발견할 때까지 상기 네트워크에 접속하기를 원할 때 가능한 주파수의 범위를 조사할 것이고, 또한 상기 네트워크에 접속하기 위하여 상기 BCH의 정보를 사용할 것이다.

일반적으로 상기 BCH는 접속(accessing), 등록(registering), 인가(authenticating) 또는 로그-온(logging-on) 프로세스에서 임의의 특정 원격 단말기에 송신되어야만 하는 정보량을 감소시키도록 상기 네트워크에 대한 데이터를 채울 것이다. 따라서, 등록 후, 상기 원격 단말기는 호출을 시작하도록 설정된 이미 알려진 채널로부터 특정 채널 할당 이외에는 다른 정보를 필요로 하지 않는다.

일반적으로 상기 방송 채널은 상기 기지국의 범위 내에 있는 임의 위치의 임의 원격 단말기가 명백히 수신할 수 있도록 비교적 고 출력 레벨로 송신된다. 복합의 높은 데이터 율 및 고성능 레벨은 상기 방송 채널이 무선 통신 시스템의 다른 트래픽 채널(traffic channel)과 간섭되도록 만들 수 있다. 하나 이상의 방송 채널로 송신하는 다수개의 다른 기지국이 있다면, 간섭의 가능성 및 양이 더 크다.

본 발명은 방송 채널에 의하여 발생되는 간섭을 감소시킨다. 이것은 방송 채널에 전용되는 채널 공급원이 보다 작은 수로 될 수 있도록 하고 상기 트래픽 채널에 전용되는 채널 공급원이 보다 많은 수로 될 수 있도록 한다. 일 실시예에서, 상기 방송 채널은 기지국의 범위 내에 있는 모든 원격 단말기에 송신되고 다른 통신은 다른 원격 단말기와 매우 작은 간섭을 발생시키는 채널로 의도된 원격 단말기에 직접 송신된다. 상기한 일 실시예에서, 본 발명은 방송 채널에 보다 작은 데이터를 송신하고 특정 지향 채널에 보다 많은 데이터를 송신함으로써, 방송 채널 간섭을 더욱 많이 감소시킨다.

일 실시예에서, 본 발명은 무선 통신 시스템의 기지국으로부터 방송 채널로 방송 버스트를 송신하는 단계를 포함한다. 또한 본 발명은 사용자 단말기로부터 요구 버스트를 수신하는 단계, 및 상기한 기지국으로부터 요구가 수신되는 사용자 단말기로 메시지 버스트를 송신하는 단계를 포함한다. 상기 메시지 버스트는 사용자 단말기로부터 메시지를 수신하는 무선 통신 시스템에 이용될 수 있는 채널의 설명을 포함한다.

다른 실시예에서, 본 발명은 적어도 하나의 기지국으로부터 방송 채널로 복수의 타이밍 시퀀스를 수신하는 단계, 상기 수신된 타이밍 시퀀스를 사용하여 네트워크 타이밍을 결정하는 단계, 상기 네트워크 타이밍을 사용하여 네트워크 접속 요구 송신 시간을 결정하는 단계, 상기 결정된 시간에서 네트워크 접속 요구를 송신하는 단계, 및 기지국으로부터 메시지 버스트를 수신하는 단계를 포함한다. 상기 메시지 버스트는 무선 네트워크에 사용될 수 있는 채널의 설명을 포함한다.

본 발명은 동일한 참조번호가 동일한 부재를 나타내는 첨부도면에서, 제한적이 아니고 예로서 도시된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 예시적인 구성을 나타내는 다이어그램이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 채널 공간 분할 송신기의 송신 패턴을 나타내는 다이어그램이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 분할 다중 접속 프로세서를 나타내 는 블록 다이어그램이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예가 실시될 수 있는 기지국의 개략적인 블록 다이어그램이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방송 버스트 구조의 예를 나타내는 다이어그램이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 요구 버스트 구조의 예를 나타내는 다이어그램이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 메시지 버스트 구조의 예를 나타내는 다이어그램이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시퀀스를 나타내는 다이어그램이다.

기본 구조(Basic Structure)

도 1은 원격 단말기 또는 사용자 단말기로 또한 불려지는 다수의 가입자 전화기[상징적으로 핸드 세트(handsets)로 도시됨](20, 22, 24)가 즉시 무선 시스템 외부에 접속 및 임의 요구 데이터 서비스를 제공하는 광역 네트워크(WAN; wide area network)(56)에 접속될 수 있는 기지국(100)으로 사용되고 있는, 무선 통신 시스템 또는 네트워크의 예를 도시한다. 본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것이고, 시분할 다중 접속(TDMA; time division multiple access), 주파수 분할 다중 접속(FDMA; frequency division multiple access) 및 부호 분할 다중 접속(CDMA; code division multiple access)과 같은, 다중 접속 시스템과 공동하여 공간 분할 다중 접속(SDMA; spatial division multiple access)을 사용하는 고정-접속 또는 이동-접속 무선 네트워크일 수 있다. 다중 접속은 주파수 분할 듀플렉싱(FDD; frequency division duplexing) 또는 시분할 듀플렉싱(TDD; time division duplexing)과 복합될 수 있다. 스위칭 네트워크(switching network)(58)는 입력 WAN 데이터를 기지국(100)의 라인(60)에 연결하고 상기 기지국(100)으로부터 라인(54)의 출력 신호를 상기 WAN에 연결함으로써, 다중 채널 듀플렉스 작동을 WAN에 제공하기 위하여 WAN과 접속한다. 입력 라인(60)은 기지국이 송신하고 있는 각 가입자 전화기에 대하여 변조 신호(64)를 발생하는 신호 변조기(signal modulators)(62)에 적용된다. 각 가입자 전화기에 대한 한 세트의 공간 다중화 가중치(spatial multiplexing weights)가 송신 안테나 어레이(antenna array)(18)를 사용하는 한 뱅크(bank)의 다중 채널 송신기(70)에 의하여 송신되는 공간적으로 다중화되는 신호(68)를 발생시키도록 공간 다중화기(spatial multiplexers)(66)의 각 변조 신호에 적용된다. 상기 SDMA 처리(SDMAP)는 각 통용 채널에 대한 각 가입자 전화기용 공간 신호를 발생 및 유지하고, 공간 다중화기(66) 및 공간 역다중화기(spatial demultiplexers)(46)용 공간 다중화 및 역다중화 가중치를 계산하고, 새로운 접속을 위한 채널을 선택하기 위하여 수신된 신호 측정값(signal measurements)(44)을 사용한다. 이 방식으로, 현재 활성화된 가입자 전화기로부터 나오는 신호는 분리되고 간섭 및 소음이 억제되며, 상기 신호의 일부는 동일한 통용 채널에 활성화될 수 있다. 상기 기지국으로부터 상기 가입자 전화기에 통신할 때, 현자 활성화된 가입자 전화기 접속 및 간섭 상태에 맞는 최적 다중-로브(multi-lobe) 안테나 방사 패턴이 생성된다. 생성될 수 있는 송신 안테나 패턴의 예가 도 2에 도시된다. 상기한 공간 지향 빔을 얻기 위한 적당한 기술은 예를 들면, 1998년 10월 27일 발행된 Ottersten 등의 미국 특허번호 5,828,658 및 1997년 6월 24일 발행된 Roy, Ⅲ 등의 미국 특허번호 5,642,353에 설명되어 있다.

도 1을 다시 참조하면, 공간 역다중화기(46)는 다중 채널 수신기(42)로부터 수신된 신호 측정값(44) 및 공간 역다중화 가중치(76)에 따른 연관 안테나 어레이(19), 상기 기지국과 통신하는 각 가입자 전화기에 적용되는 한 개별 세트의 역다중화 가중치를 복합한다. 상기 공간 역다중화기(46)의 출력은 상기 기지국과 통신하는 각 가입자 전화기에 대한 공간적으로 분리되는 신호(spatially separated signals)(50)이다. 다른 실시예에서, 역다중화 및 복조(demodulation) 처리는 비선형 다차원 신호 처리 유닛에서 함께 수행된다. 또한 복조된 수신 신호(54)는 상기 스위칭 네트워크(58) 및 상기 WAN(56)에 이용될 수 있다. 또한 다중 채널 수신기는 범용 지구 측위 시스템(GPS; Global Positioning System) 위성 또는 상기 시스템의 모든 기지국에 걸쳐서 동기화되는 정밀한 타이밍을 위하여 상기 SDMAP에 제공되는 임의의 다른 무선 정밀 타이밍 신호로부터 타이밍 신호를 수신한다.

FDMA 시스템 실행에서, 각 다중 채널 수신기 및 각 다중 채널 송신기는 다중 주파수 채널을 취급할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 다중 채널 수신기(42)는 그 대신에 TDMA 시스템에서와 같이, 다중 타임 슬롯(time slot), CDMA 시스템에서 와 같이, 다중 코드, 또는 이 잘 알려진 다중 접속 기술의 임의 조합을 취급할 수 있다.

도 3은 공간 분할 다중 접속 신호 프로세서(SDMAP)(48)의 구성을 나타낸다. 상기 SDMAP의 기능은 얼마나 많은 신호가 특정 채널에 존재하는 가를 결정하는 결정하는 단계, 상기 송신기의 공간 위치[즉, 도착의 방향(DOAs; direction-of-arrival) 및 상기 기지국으로부터의 거리]와 같은 신호 파라미터를 추정하는 단계, 및 적당한 공간 역다중화 및 다중화 구성을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 SDMAP에 대한 입력 신호는 기지국 수신기의 출력 신호, 각 수신 안테나에 대하여 하나의 출력 신호를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 수신기는 동일 위상(in-phase)(I)이고 직교(Q) 성분(신호)이 각 안테나의 후방에 각 채널로부터 출력되는 경우에, 통용 시스템에서와 같이 신호의 직교 검파(quadrature detection)를 수행한다. 다른 실시예에서, 싱글 하향-변환 성분, I 또는 Q 또는 그와 임의 조합이 사용된다. 일 실시예에서, 상기 수신기는 데이터를 상기 SDMAP로 통과시키기 이전에 상기 데이터를 디지털화한다. 다른 실시예에서, 디지털화는 데이터 압축기(data compressor)(160)에서 수행된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 SDMAP는 상기 신호의 임시 특성을 이용하지 않고 그 도착의 방향(DOAs)과 같은 파라미터와 연관된 중요한 신호의 추정치를 먼저 획득함으로써 그 태스크(task)를 달성한다. 이것은 예를 들면, 아날로그 변조 구성이 사용되고 상기 신호 파형에 대하여 거의 알려져 있지 않는 상태에서 적합하다. 제2 실시예에서, 채널 균형을 목적으로 디지털 데이터 스트림(digital data streams)에 위치된 알려진 트레이닝 시퀀스(training sequence)가 DOAs 및 신호 출력 레벨과 같은 신호 파라미터 추정치를 계산하기 위하여 센서 어레이 정보와 함께 사용될 수 있다. 또한 이 정보는 공간 역다중화기에 적당한 가중치(76)를 계산하기 위하여 사용되고, 이 실시예에서 선형 결합기(linear combiner), 즉 가중치-및-합계 처리로 수행된다. 제3 실시예에서, 신호가 공통 신호의 다중-경로 변형인 것을 확인하기 위하여 파리미터 추정기(estimator)로부터 도착 시간(TOA; time-of-arrival) 연관 파리미터가 신호 상관관계 파라미터와 함께 사용된다. 또한 상기 신호가 일관되게 복합될 수 있도록 상대적인 지연이 계산된다.

그러나, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 공간 역다중화기의 작능은 상기 DAOs 와 같은 다른 소스 파라미터의 추정과 함께 수행된다. 이런 타입의 상기한 일 실시예의 예로서, 디지털 위상-시프트-키(PSK; digital phase-shift-keyed) 및 아날로그 FM 파형과 같은 여러가지 통신 신호의 상수 모듈러스 특성(즉, 상수 높이)이 이 기술에 잘 알려진 다중 채널 상수-모듈러스 연산(CMA; constant-modulus algorithms)을 사용하는 그 DAOs 뿐만 아니라 소스 파형을 동시에 추정하기 위하여 수신 안테나의 어레이의 특성에 따라 이용될 수 있다.

다른 실시예에서, 또한 이 기술에서 잘 알려진, 연장된 칼만(Kalman) 필터가 이들 특성 및 유사한 특성을 이용하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 실시예 및 유사한 실시예에서, 상기 공간 역다중화기(46)의 작용은 상기 SDMAP(48)에 의하여 추정되고, 상기 SDMAP의 출력 신호(76)는 상기 복조로 송신되는 공간적으로 다중화된 신호이다.

도 3을 다시 참조하면, 데이터 압축(160)은 데이터의 양을 감소시키도록 수행되고, 일 실시예에서, 특정 채널에서 샘플링된 수신기 출력 신호의 외적(outer product)의 합계를 포함하는 샘플 공분산 매트릭스(sample covariance matrix)의 축적으로 이루어진다. 다음에, 샘플 출력 신호는 데이터 벡터로 불려지고, 특정 기지국에 할당된 각 채널에 대한 각 샘플 시간에 하나의 상기한 데이터 벡터가 있다. 다른 실시예에서, 상기 압축된 데이터는 단순히 비처리된 데이터 벡터(unprocessed data vectors)이다. I 및 Q 신호(44)가 수신기로부터 출력 신호이면, 각 데이터 백터는 상기 m_r 수신기/안테나 페어 각각에 대하여 하나의 벡터인, m_r 합성수의 집합이다.

제3 실시예에서, 또한 데이터 압축은, 이 시스템에 이용되는 셀 사이트와 무선 송신기 사이의 거리에 관련되는 유용한 정보를 포함하는 파라미터인, 독특한 주기 신호 특징의 도착 시간(POA)을 계산하기 위하여 통용 아날로그 시스템의 이동 유닛 트랜스폰더 응답(mobile unit transponder response) 및 무선 디지털 시스템에 존재하는 트레이닝 시퀀스와 같은 알려진 신호 정보를 이용하는 단계를 포함한다.

압축된 데이터(162)는 채널에 존재하는 신호의 수를 검파하기 위한 신호 검파기(signal detector)(164)로 송신된다. 일 실시예에서, 통계적인 검파 구성은 채널에 존재하는 소스(source)의 수를 추정하기 위하여 SDMA 컨트롤러(72)로부터의 정보와 함께 사용된다. 이 정보 및 (압축된) 데이터(168)는 소스 위치(예를 들면, DOAs 및 범위)에 연관되는 파라미터를 포함하는 신호 파라미터의 추정치가 얻어지는 파라미터 추정기(estimator)(170)로 송신된다.

위치-관련 파라미터 추정치(172)는 소스 트래커(source tracker)(174)를 지나간다. 일 실시예에서, 상기 소스 트래커의 기능은 시간의 기능과 같이 송신기 각각의 위치의 트랙을 유지하는 것이다. 이것은 상기한 연장된 칼만 필터(EKF; extended Kalman filter)와 같은 공지된 비선형 필터 기술로 실시된다. 다른 실시예에서, 특정 채널에서 무선 유닛 각각의 속도 및 가속도가 마찬가지로 추적된다. 일 실시예에서 상기 EKF에 대한 입력 신호는 지역 기지국으로부터의 DOAs 및 TOAs를 포함한다. 다른 실시예에서, 또한 이동 유닛으로부터 송신을 수신하는 다른 가까운 셀 사이트로부터의 DOA 및 TOA 측정치가 이 기술에서 잘 알려진 바와 같이 상기 EKF의 추정 정확도를 더욱 개선하도록 상기 셀 사이트의 알려진 위치와 함께 통합된다. 상기 트래커(174) 출력 신호는 상기 (압축된) 데이터(176)와 함께, 상기 공간 역다중화기의 기능을 제어하도록, 공간 역다중화기 컨트롤러(178)에 송신되고, 상기 공간 다중화기의 기능을 제어하도록 공간 다중화기 컨트롤러(180)에 송신된다.

도 4는 본 발명을 실시하기 적합한 무선 통신 시스템의 다른 실시예를 도시한다. 일반적으로 상기 시스템은 스위칭 네트워크(58) 및 WAN(56)과 같은 도 1의 시스템과 유사하게 스위칭 네트워크 및 WAN에 연결된다. 도 4에서, 복수의 안테나(103)가 사용되는데, 다른 개수의 안테나가 선택될 수 있지만, 예를 들면, 4개의 안테나가 사용된다. 상기 안테나의 출력 신호는 이 TDD 시스템에서 시간 스 위치인 듀플렉서 스위치(duplexer switch)(107)에 접속된다. 상기 스위치(107)의 2개의 실행은 주파수 분할 듀플렉스(FDD) 시스템의 주파수 듀플렉서(frequency duplexer)로서, 그리고 시분할 듀플레스(TDD) 시스템의 시간 스위치로서 가능하다. 수신할 때, 안테나 출력 신호는 스위치(107)를 통하여 수신기(205)에 접속되고, 반송 주파수(carrier frequency)(예를 들면, 대략 1.9GHz)로부터 예를 들면, 384kHz의 FM 중간 주파수("IF")까지 RF 수신기("RX")에 의하여 아날로그로 혼합된다. 또한 상기 신호는 예를 들면, 1.536MHz에서 아날로그 대 디지털 변환기("ADCs"; analog to digital converters)에 의하여 디지털화(샘플링)된다. 상기 신호의 실제 부분만이 샘플링된다. 따라서, 복합 위상 표기로, 상기 디지털 신호는 384kHz에서 이미지와 함께 384kHz에서 복합값의 IF신호를 포함함으로서 가시화될 수 있다. 기본 대역(baseband)으로 최종 하향-변환(final down-converting)은 384kHz 복합 위상에 의하여 초당 실제 신호만(per second real-only signal)을 1.536 메가샘플을 곱하여 디지털 방식으로 실시된다. 상기 결과는 예를 들면, -2×384 = -768kHz에서 이미지를 플러스한 복합값 기본대역 신호를 포함하는 복합값 신호이다. 이 바람직하지 못한 마이너스 주파수 이미지는 1.536kHz에서 샘플링된 복합값 기본대역 신호를 발생시키도록 디지털 방식으로 여과된다. Gray Chip Inc. GC2011 디지털 필터가 다운-변화 및 디지털 여과를 실시하기 위하여 사용될 수 있고, 상기 디지털 여과는 유한 펄스 응답(FIR; finite impulse response) 여과 기술을 사용한다. 이것은 블록(213)에서 도시된다. 상기에서 제시된 특정 주파수는 예로서 제공된다. 본 발명은 광범위한 종류의 RF 및 IF 반송 주파수대(frequency and bands)에 맞도록 적응시킬 수 있다.

본 실시예에서, 수신 타임 슬롯당, 각 안테나의 GC2011 디지털 필터 장치(213)로부터 4개의 하향-변환 출력 신호가 있다. 타임 슬롯의 특정 수는 네트워크 필요에 맞도록 변화될 수 있다. 본 실시예는 각 TDD 프레임에 대하여 4개의 업링크(uplink) 및 4개의 다운링크(downlink)를 사용하지만, 바람직한 결과는 각 프레임에서 업링크 및 다운링크를 위하여 3개의 타임 슬롯으로도 달성되었다. 4개의 수신 타임 슬롯 각각에 대하여, 4개의 안테나로부터의 4개의 하향-변환 출력 신호는 본 발명의 일 실시예에 따른, 교정(calibration)을 포함하는 추가의 처리를 위하여 디지털 신호 프로세서(DSP) 장치(217)로 송신된다. 4개의 Motorola DSP56303 DSPs가 하나의 수신 타임 슬롯당, 타임 슬롯 프로세서로서 사용될 수 있다.

상기 타임 슬롯 프로세서(217)는 다음을 포함하는 여러가지 기능을 수행한다: 수신된 신호 출력 모니터링(monitoring), 특정 원격 사용자로부터 신호를 결정하기 위하여 각 안테나 성분에 대한 가중치를 결정하는 단계를 포함하는 스마트 안테나 처리, 및 상기 결정된 신호의 복조.

상기 타임 슬롯 프로세서(217)의 출력은 4개의 수신 타임 슬롯 각각에 대하여 복조된 버스트 데이터(demodulated burst data)이다. 상기 데이터는 주요 기능이 시스템의 모든 구성요소를 제어하고 고 레벨 처리로 접속되는 호스트 DSP 프로세서(host DSP processor)(231)로 송신되고, 상기 고 레벨 처리는 신호가 모든 다른 제어로 통신하는데 필요한 것을 처리하고 상기 시스템의 통신 프로토콜(protocol)에 형성된 통신 채널을 서비스하는 처리이다. 상기 호스트 DSP(231)는 Motorola DSP56303일 수 있다. 또한, 타임 슬롯 프로세서는 호스트 DSP(231)에 결정된 수신 가중치를 보낸다. 상기 호스트 DSP(231)의 주요 기능은 특히,

상태 및 타이밍 정보를 유지하는 단계,

타임 슬롯 프로세서(217)로부터 업링크 데이터를 수신하는 단계,

상기 타임 슬롯 프로세서(217)를 프로그래밍하는 단계,

해독 단계(de-encrypting), 방해 제거 단계(de-scrambling), 에러 보정 단계, 코드 체킹 단계, 및 상기 업링크의 버스트 분석하는 단계를 포함하고, 상기 업링크 신호를 처리하는 단계,

기지국의 다른 지역으로 고 레벨 처리를 위하여 송신되는 업링크 신호를 포멧하는 단계,

상기 기지국으로 더욱 고도한 처리를 위하여 서비스 데이터 및 트래픽 데이터를 포멧하는 단계,

상기 기지국의 다른 지역으로부터 다운링크 메시지 및 트래픽 데이터를 수신하는 단계,

다운링크 버스트[버스트 구성, 부호화(encoding), 스크램블링 및 암호화(scrambling and encryption)]를 처리하는 단계,

다운링크 버스트를 포멧하고, 237로 도시된, 송신 컨트롤러/변조기로 송신하는 단계,

송신 가중치 벡터를 결정하고 송신 컨트롤러/변조기(237)로 송신하는 단계를 포함하고, 상기 송신 컨트롤러/변조기(237)를 프로그래밍하는 단계,

233으로 도시된 RF 컨트롤러를 제어하는 단계, 및

모뎀 상태 정보를 유지하고 리포팅하는 단계, 및 동기화를 제어하는 단계

를 포함한다.

RF 컨트롤러(233)는 블록(245)으로 도시된, RF 시스템과 인터페이스로 접속되고, 또한 상기 RF 시스템에서나 모뎀에 의하여도 사용되는 다수의 타이밍 신호를 발생한다. 상기 RF 컨트롤러(233)에 의하여 실시되는 특정 태스크는,

상기 RF 시스템(RX 및 TX) 및 상기 모뎀의 다른 지역을 위한 타이밍 신호를 발생하는 단계,

송신 출력 모니터링 값을 판독하는 단계,

송신 출력 제어값을 기록하는 단계,

듀플렉스(107) 스위치 박스 제어 신호를 생성하는 단계, 및

오토매틱 게인 제어(AGC; automatic gain control)값을 판독하는 단계

를 포함한다.

상기 RF 컨트롤러(233)는 상기 호스트 DSP(231)로부터 각 버스트에 대한 타이밍 파라미터 및 다른 설정치를 수신한다.

상기 송신 컨트롤러/변조기(237)는 호스트 DSP(231)로부터 송신 데이터, 즉 한번에 4개의 부호를 수신한다. 상기 송신 컨트롤러는 이 데이터를 상기 RF 송신기(TX) 모듈러스(245)로 송신되는 아날로그 IF 출력 신호를 발생하기 위하여 사용 한다. 특정 작동 송신 컨트롤러/변조기(237)는,

데이터 비트(data bits)를 복합 변조 신호로 변환하는 단계,

예를 들면, GrayChip2011을 사용하는 IF 주파수로 상향-변환하는(up-converting) 단계,

IF 신호를 4배 이상 샘플링하는 단계,

상기 4배 이상 샘플링된 복합 신호를 호스트 DSP(231)로부터 얻어진 송신 가중치로 곱하는 단계, 및

디지털 대 송신 컨틀롤러/변조기(237)의 부분인 아날로그 변환기("DACs")에 의하여 결과적인 복합값 파형의 실제 부분을 상기 송신 모듈러스(245)로 송신되는 아날로그 송신 파형으로 변환하는 단계

를 실행한다.

상기 송신 모듈러스(245)는 상기 신호를 송신 주파수로 상향-변환하고 상기 신호를 증폭한다. 상기 증폭된 송신 신호 출력은 듀플렉스/타임 스위치(107)를 통하여 안테나(103)로 송신된다.

방송 채널(BCH; Broadcast Channel)

본 발명의 시스템은 기지국으로부터 모든 가능한 사용자 단말기로 버스트로서 송신되는 방송 채널(BCH)로부터 각 사용자 단말기 또는 원격 단말기를 위하여 시작된다. 트래픽 채널 버스트와 달리, 상기 BCH 버스트는 사용자 단말기가 있을 수 있는 모든 방향, 일반적으로 전방향으로 송신되지만 특정 빔 패턴은 네트워크에 따를 것이다. 따라서, 상기 BCH 버스트는 공간 지향 또는 저 출력 트래픽 채널(TCH)보다 상기 시스템에 더 많은 간섭을 발생시킬 것이다. 이런 이유 때문에, 상기 BCH 채널의 데이터 및 변조 성질은 간섭을 최소화하도록 선택된다. 방송 버스트 구조의 한 예가 도 5에 도시된다. 중요한 BCH 버스트 성질의 상당부분은 다음과 같다. 상기 BCH는 타임 슬롯 경계의 인식이 없이 실시간으로 스캐닝(scanning)함으로써 컴퓨터조작으로 쉽게 발견될 수 있다. 상기 BCH는 기지국과 사용자 단말기 사이에 구성 요구(CR) 및 구성 메시지(CM)의 이후의 교환을 가능하도록 기초 정보와 충분히 통신한다. 또한 상기 BCH가 특히 임의의 사용자 단말기를 특히 향하지 않더라도, 상기 BCH는 모든 사용자 단말기에 양호한 주파수 오프셋(frequency offset) 및 타이밍 업데이트 정보를 제공한다.

표 1은 이하에서, 도 5에 도시된 바와 같이, BCH 버스트의 한 예의 내용을 요약한다.

표 1

주파수 및 타이밍 보정 트레이닝 부호는 이 기술에서 잘 알려진 많은 방법 중 어느 하나에 따라 설정될 수 있다. 또한 그것들은 복합될 수 있고, 동기화 순서와 교환될 수 있고 또는 제거될 수 있다.

방송 정보 부호는 256 비트 시퀀스로 변조되고 암호화되는 15-비트 방송 메시지로부터 이루어진다. 송신된 비트의 구조 및 시퀀스 뿐만 아니라 부호의 수는 광범위한 적용에 맞도록 변화될 수 있다. 상기 설명된 실시예는 비트 비율을 최소화활 뿐만 아니라 BCH에서 송신되는 정보량을 최소화하도록 선택된다. 방송 채널 정보 부호는 사용자 단말기가 기지국으로부터 구성 메시지를 요청하기 위하여 필요한 정보를 제공한다. 또한 그것들은 사용자 단말기 이양 결정(handover decisions)을 안내하는 정보를 제공한다.

각 방송 메시지는 아래의 표 2에 도시된 정보를 갖는 방송 버스트로 만들어진다.

표 2

BStxPwr은 방송 메시지의 유효한 등방성 방사 출력이다. 이 수는 기지국에서 이용가능한 다양성 안테나(diversity antennas) 및 증폭기의 수를 고려한 기지국에 의하여 송신되는 출력을 나타낸다. 10개의 안테나 방송 채널에 대하여, 기지국 출력=(2·BStxPwr + 10)dBm.

BSCC는 업링크용 트레이닝 데이터를 선택하고 다른 기지국의 방송을 구별하기 위하여 사용자 단말기에 의하여 사용되는, 기지국 컬러 코드이다. 일 실시예에서, 128까지의 갖가지 가능한 컬러 코드가 있다. 상기 컬러 코드는 다른 위치에서 기지국 또는 동일한 위치에서 여러 가지 변조기/복조기를 나타내기 위하여 사용될 수 있다.

BS로드는 어떻게 자주 랜덤 접속 메시지를 송신하는 가를 결정하기 위하여 사용자 단말기에 의하여 사용되는, 기지국의 로드(load)이다. BS로드는 기지국이 가지고 있는 사용하지 않은 커패스티(capacity) 량의 표시이다. 그것은 가입자가 여러 가지 트래픽 커패스티 양을 요구할 수 있기 때문에 활성화된 등록 가입자의 수와 다를 수 있다. BS로드는 최대 가능한 로딩(loading)에 대하여 측정된 수분간에 걸쳐서 기지국의 각 모뎀의 송신 및 수신 비트 비율을 나타낸다.

일 실시예에서, 상기 BCH 채널은 무선 통신 시스템의 모든 기지국에 의하여 공유된다. 7비트 BSCC를 사용하여, 128개까지의 기지국이 설비될 수 있다. 상기 BCH는 반복되는 프레임을 갖는 시분할 듀플렉스 채널이다. 상기 채널은 업링크 및 다운링크용으로 사용되는 단일 RF 반송파 주파수이다. 높은 노이즈 환경 또는 증대된 로버스트(robustness)에 대하여, 상기 BCH는 설정된 방식에 따라 주파수를 홉(hop)할 수 있고 또는 다수의 다른 주파수로 반복될 수 있다. 상기 반복 프레임은 각 기지국에 대하여 다운링크 BCH, 즉 아래의 표 3에 도시된 바와 같이, 라벨이 붙은 BS1 등을 포함한다. 다음 프레임은 업링크 구성 요구(CR), 즉 라벨이 붙은 CR1 등, 및 다운링크 구성 메시지(CM), 즉 라벨이 붙은 CM1 등을 포함한다. 또한 각 프레임은 아래의 공백인 박스와 같이 도시된, 다수의 예비 슬롯을 포함한다. 또한 방송 채널이 다른 컨트롤 메시지에 대하여 트래픽을 위하여 사용되거나 또는 네트워크의 다른 채널과 간섭을 줄이기 위하여 남아 있다면, 이들 슬롯은 데이터 트래픽을 위하여 사용될 수 있다. 상기 프레임은 아래에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같은 슈퍼프레임을 세우기 위하여 1 내지 128개의 각각의 기지국을 위하여 반복된다. 최후의 CM, 즉 CM128 이후에, 상기 슈퍼프레임이 반복되고 기지국(1)을 위하여 BCH 및 다음 슈퍼프레임과 함께 다시 시작된다.

표 3

기지국은 한 그룹의 인접 RF 반송파를 취급하는 기지국 모뎀의 집합으로 고려될 수 있다. 대안으로, 기지국은 단일 사이트에서 한 세트의 모뎀을 갖는 설비일 수 있다. 다른 시스템 구성에 대하여 각 모뎀 변조기/복조기 세트(52, 62)는 기지국으로 고려될 수 있다. 각 기지국은 단일 32-비트 기지국 식별자(identifier), 즉 BSID로 할당된다. 상기 BSID는 BSCC=BSID mod 128과 같은 기지국 칼러 코드를 유도하기 위하여 사용된다. BSCC의 기능으로서, 기지국 주파수를 홉하고, BCH를 제공하고, 업링크(CR)를 받아 들이고, 다운링크(CM)를 보낸다. 무선 송신이 오버랩되는 지형 내에서, 상기 BSIS는 BSCC가 고유하게 할당되도록 할당되어야 한다. 어떠한 기지국도 동일한 칼러 코드의 기지국과 통신하고 있는 사용자 단말기를 일상적으로 인식할 수 없어야 한다. 마찬가지로, 어떠한 사용자 단 말기도 동일한 BSCC를 할당하는 2개의 기지국을 인식할 수 없어야 한다. 슈퍼프레임의 프레임의 수 뿐만 아니라 기지국의 전체 수, 프레임의 슬롯 및 BCH 버스트를 송신하기 위하여 사용되는 특정 슬롯의 수, CRs 및 CMs는 특정 적용에 맞도록 변경될 수 있다.

BCH 버스트의 데이터 비율을 더욱더, 최소화하기 위하여, 상기 BSCC 및 BS로드는 상기 BCH 버스트로부터 제거될 수 있다. 또한 상기 BCH 버스트는 이양 결정에 직접 연관된 고유 정보인, 트레이닝 또는 동기화 및 BStxPwr만을 포함한다. 사용자 단말기는 수신된 BCH 버스트의 타이밍에 따른 선택 및 이양 결정을 위하여 다른 기지국과 여전히 구별되고 비교될 수 있다. 또한 사용자 단말기는 그 메시지를 타이밍에 따라 표 3에 도시된 바와 같은 특정 기지국으로 보낼 수 있다. 단일 기지국 시스템에 대하여, BStxPwr이 또한 삭제될 수 있다. 하나의 기지국만이 있다면, 신호가 수신될 것 이외에 경로 손실을 평가할 필요가 없다. 상기 네트워크 정보의 나머지는 이하에서 설명되는, 등록에 따라 알게 될 수 있다. 대신에, 상기 BCH가 BSCC를 포함하기 때문에, 사용자 단말기는 BSCC를 판독하고 공통 BSCC를 갖는 BCH 버스트가 동일한 기지국으로부터 온 것으로 추정하도록 프로그램될 수 있다. 이 방식으로, 사용자 단말기는 단축된 프레임 반복 구간을 알 수 있고, 상기 시스템으로 등록하는데 필요한 시간을 줄일 수 있다.

등록(Registeration)

사용자 단말기는 기지국과 소위 등록 관계를 형성한다. 이 등록은 방송 채널을 청취함으로써 시작되고 핸드오버(handover), 타임아웃(timeout) 또는 단선(disconnection)으로 끝난다. 등록의 제1 단계는 구성 요구 버스트(CR)를 송신하고 구성 메시지 버스트(CM)을 수신함으로써 원격적으로 달성된다. 상기 CM은 호핑(hopping) 시퀀스 계산 파라미터와 같은 기초 구성 파라미터를 포함한다. 상기 CM으로부터 온 정보를 사용하여, 사용자 단말기는 랜덤 접속 등록 요구(RA-rreq; random access registration request)를 사용하는 인증되지 않은 스트림(stream)을 오픈한다. 이 인증되지 않은 스트림은 등록 식별자(RID; registration identifier) 및 페이징 식별자(PID; paging identifier)의 등록 및 할당을 완료하기 위하여 사용되는 대역내 시그널링 데이터(in-band signaling data)만을 전달한다. 상기 등록 스트림의 끝에 할당된 RID를 사용하여, 사용자 단말기는 이후의 스트림을 오픈할 수 있고 등록을 끝낼 수 있다. 또한 사용자 단말기는 "네트워크 로그인"을 실시하기 위하여 사용되는 패킷(packets)을 인터넷 서비스 프로바이더(ISP; Internet Service Provider)에 보낼 수 있는 이후의 스트림을 오픈할 수 있다.

등록 스트림 동안, 동일성 및 가능 출력이 교체되고, 작동 파라미터가 설정되고, RID 및 PID가 할당된다. 이후, 새로운 네트워크 세션(session)이 생성될 수 있고 상기 RID에 부속될 수 있고, 또는 현행 세션이 인계될 수 있다. 이 인계는 다른 기지국, 동일한 기지국[로드 시프팅(load shifting)]의 다른 기지국 모뎀으로부터 될 수 있으며, 심지어 동일한 기지국 모뎀의 칩거하는 세션으로부터 될 수 있다. 등록의 특정 항목은 여기서 예로서만 제공된다. 또한 많은 다른 등록 시나리오가 본 발명의 범위 내에서 가능하다.

도 8을 참조하면, 프레임 타이밍은 영역에 있고 사전에 프로그램된 RF 반송파(carrier)로 송신하는 기지국에 의하여 수립된다. 상기 반송파는 주파수 호핑 또는 확산 스펙트럼 반송파일 수 있다. 그러나, 상기 반송파는 발견하기 쉽고 사용자 단말기로 사전 프로그램되는 것이 바람직하다. 기지국들, 또는 단지 하나 있다면 기지국은 GPS 또는 프레임 타이밍(300)을 수립하는 임의의 다른 정밀한 공통 타이밍 기준을 이용한다. GPS 타이밍은 정확하게 동기화되고 모든 기지국에 저렴하게 이용할 수 있는 이점을 제공한다. 이것은 BCH가 기지국 사이의 BCH의 최소한의 가드 타임(guard time)으로 모든 기지국에 의하여 공유될 수 있게 한다. 또한 기지국은 상기에서 설명된 BCH 프레임(302)을 세우고 그 각각 할당된 슬롯(304)으로 방송한다. 사용자 단말기가 켜지면, 사용자 단말기는 기초 프레임 타이밍(308) 및 동기화(310)를 발견하기 위하여 이 잘 알려져 있고, 임의로 사전 프로그램된, RF 반송파(306)를 스캔(scan)한다. 사용자 단말기는 BCH 버스트용 이 반송파를 스캔하고, RSSI(Received Signal Strength Indicator) 맵(map)(312)을 구성한다. 상기 BCH RSSI 맵 및 다른 요소로부터, 사용자 단말기는 가장 강하고 최상의 기지국(314)을 선택한다. 또한 사용자 단말기는 그 진동 주파수를 정밀하게 조절하고 그 프레임 타이밍 기준(308, 310)을 조절하기 위하여 BCH를 사용한다. 이것은 상기에서 설명된, BCH 버스트의 타이밍 시퀀스 및 동기화를 이용하여 수행된다. 또한, 그 사용자 또는 원격 단말기 ID(UTID)를 사용하여, 사용자 단말기는 가장 강하고 또는 최상의 기지국에 대한 BCH 버스트에 관련하여 알맞은, 구성 요구(CR)를 구성(316)하고 보낸다(320). 일 실시예에서, 상기 CR은 선택된 기지국(318)으로부 터 BCH에 수신된 BSCC를 사용하여 스크램블된다.

의도된 기지국이 성공적으로 상기 CR을 수신하고 가능한 캐퍼시티를 가지고 있다면, 기지국은 CR을 해독하고(322), 사용자 단말기의 공간 서명을 결정한다. 사용자 단말기는 응답(326)의 구성 메시지 버스트(CM)를 수신한다. 이하에서 더욱 상세하게 설명되는, 상기 CM은 사용자 단말기가 기지국까지 그 거리 및 RF 경로-손실을 알고, 그 타이밍 진행을 보정하고, 그 출력 제어를 조절하고, 주파수 호핑(예를 들면, 프레임 넘버링 및 BSCC)의 파라미터를 알기에 충분한 정보를 포함한다. 수개의 기지국이 가장 가까운 또는 최상의 기지국을 발견하기 위하여 CR로 조사될 수 있다. 상기 CM으로부터의 이 정보에 따라, 사용자 단말기가 송신할 데이터를 가지고 있다면, 상기 사용자 단말기는 랜덤 접속 등록 요구 RA-rreq(330)와 함께 시작하면서, 세션을 시작할 수 있다. 자원이 이용가능하다면, 기지국은 접속 할당(AA; Access Assignment)(332)을 트래픽 채널을 할당하는 사용자 단말기로 보낸다. 기지국 및 사용자 단말기는 이 수립된 스트림에 해독 키를 포함하는 여러가지 접속 제어 파라미터를 교환한다. 마지막으로 RID 및 PID가 할당된다. 이 RID를 사용하여, 사용자 단말기는 인터넷 패킷(334)을 송신 및 수신하는 안정된 스트림(예를 들면, RA-rts/AA-cts)을 수립할 수 있다.

트래픽 채널(traffic channel)은 각 송신된 데이터 패킷에 응하여 데이터 인정(DA; data acknowledgement) 또는 데이터 무효(DI; data invalid)를 포함한다. 상기 DA 및 DI 메시지는 다음 슬롯의 수신자로부터 다음 데이터 패킷의 한 부분으로 송신된다. 시분할 듀플렉스 프레임에서, 기지국 및 사용자 단말기는 도 8에 도 시된 바와 같이 슬롯(336, 338, 340, 342)을 변경한다. 따라서, 임의의 슬롯이 정확히 수신되지 않는다면, 데이터는 신속히 재송신될 수 있다. 이것은 각 기지국 및 사용자 단말기 모뎀에서 데이터 버퍼(data buffers)의 크기를 줄인다. 표 3 및 4에 도시된 바와 같이, 업링크 슬롯은 항상 다운링크 슬롯을 앞서고 임의의 동기화 에러 또는 예상치 않은 전파 지연(propagation delays)을 가능하게 하도록 둘 사이에 가드 타임이 있다. 일 실시예에서, 각 사이드(side)는 3개의 슬롯의 데이터 패킷을 송신하고, 각 슬롯은 이 기술에서 잘 알려진 동기화 비트 뿐만 아니라 램프-업(ramp-up) 및 램프-다운(ramp-down) 주기를 포함한다.

표 4

주기적으로, 사용자 단말기는 그 RSSI 및 BSCC 맵을 갱신하기 위하여 BCH를 스캔한다. 사용자 단말기가 양호한 기지국을 검출하면, 사용자 단말기는 CR을 이 새로운 기지국에 보낼 수 있고 그 네트워크 세션을 인계할 수 있다. 성공한 스트림 개시가 수회 실패하면, 사용자 단말기는 타임아웃 상태로 들어간다. 타임아웃으로부터, 사용자 단말기는 RA-rreq를 통하여 RID를 회복하고, CR을 사용하여 그 타이밍 진행을 새롭게 하고, BCH를 스캐닝함으로써 인계할 수 있는 새로운 기지국을 발견하고, 또는 기초 프레임 타이밍을 재획득할려고 시도할 수 있다. 이 재-구성이 성공한다면, 사용자 단말기는 새로운 기지국에 네트워크 세션 인계를 완료함으로써 그 네트워크 세션을 계속할 수 있다.

채널 고려(Channel Considerations)

일 실시예에서, 네트워크는 공간 분할 다중 접속 기술 및 특히 스마트 안테나 어레이 신호 프로세싱의 최대 이점을 갖도록 설계된다. 초밀집 주파수 재사용 패턴의 신뢰 공간 채널을 유지하는 것을 돕기 위하여, 상기 네트워크는 업링크 및 다운링크 송신이 항상 동일한 주파수에 있는 시분할 듀플렉스(TDMA)를 사용한다. 또한, 다수의 사용자 단말기는 단일 안테나이고, BCH를 제외하고, 전방향으로 송신하고 수신하기 때문에, 업링크 버스트는 항상 다운링크 버스트가 보낼 필요가 있기 전에 수신된다. 이것은 다운링크 버스트가 더욱 정확하게 공간적으로 지향될 수 있게 한다. 업링크 트레이닝 시퀀스는 주파수와 공간 채널의 임의의 비상관관계(decorrelation)에도 불구하고 적당히 빠른 주파수 호핑을 가능하도록 각 업링크 버스트에 간직된다.

주파수 호핑 시퀀스는 이 기술에 잘 알려진 다수의 여러가지 시퀀스 중 어느 하나 일 수 있다. 상기 주파수 호핑 구성의 파라미터는 사용자 단말기에 처음에 알려지지 않는다. 이것은 상기 네트워크의 적응성(flexibility)을 최대화시키고 사용자 단말기의 적응성을 증가시킨다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 주파수 호핑 파라미터는 CM 버스트로 사용자에게 송신된다.

더 많은 주파수 반송파가 주파수 호핑 구성에 할당될 수 있다면, 주파수 호핑 구조의 로버스트성(robustness) 및 상기 시스템의 트래픽 능력이 향상된다. BCH 반송파는 주파수 호핑 구성의 일부로서 포함되며, 따라서 트래픽 채널로 사용된다. 임의의 한 기지국이 프레임당 한번씩만 BCH를 송신하고, 트래픽이 특정 사 용자에 공간적으로 지향되기 때문에, 기지국은 인접 채널의 BCH 버스트를 받아 들이고 있는 사용자 단말기에 간섭을 상당히 부가시키지 않으면서 다른 기지국의 BCH 버스트 동안 트래픽 패널 데이터 버스트를 송신할 수 있다. 일반적으로, 트래픽 데이터 버스트가 지향되고 있는 사용자 단말기는 이미 트래픽 세션에 있기 때문에 BCH 버스트를 받아 들이지 않게 된다.

본 실시예에서 상기 BCH의 다른 슬롯에 각각 할당된 128개의 기지국이 있기 때문에, 임의의 한 특정 기지국에 할당되는 BCH의 128번째 부분은 채널이 트래픽을 위하여 사용되고 있는 주파수 호핑 트래픽 채널의 특정 채널과 오버랩(overlap)될 것이다. 그러나, 만약 그렇다면, 기지국은 그 할당된 시간에서 그 BCH 버스트를 방송하고, 그 할당된 시간에서 CR 메시지를 받아 들이고, 그 할당된 슬롯으로 CM 버스트를 송신한다. 이것은 네트워크의 더욱 일관된 작동을 보장한다. 그러나, 사용자 단말기에 대하여, BCH로서 BCH 반송파의 사용은 그 트래픽 채널 세션을 중단시킬 것이다. 따라서, 사용자 단말기는 기지국으로부터 데이터 패킷 버스트를 수신하는 대신에, BCH 버스트를 수신할 것이다. 사용자 단말기가 BCH로서 이 버스트를 인식하지 못한다면, 예상된 데이터 패킷에 대하여 무효 형식(format)을 갖는 것으로 즉시 인식할 것이다.

따라서, 다음 업링크 프레임에서, 사용자 단말기는 그 버스트와 함께 데이터 무효(DI) 메시지를 송신할 것이고, 기지국은 트래픽 패널에서 다음 가능한 프레임의 초기 예상된 데이터 패킷을 송신할 것이다. 본 타이밍 구성에서, 다음 프레임의 동일한 슬롯은 상기 기지국용 구성 요구 메시지 슬롯과 일치할 것이다. 다음 프레임의 동일한 슬롯은 다른 기지국의 할당된 BCH 슬롯과 일치할 것이다. 그러나, 제2 슬롯이 기지국의 BCH 할당과 또한 오버랩될지라도, 동일한 프로토콜이 다시 적용될 수 있다. 원격 단말기는 DI 메시지를 다시 보낼 것이고 할당된 BCH 슬롯이 통과된 후, 기지국은 예상된 데이터 버스트를 송신할 것이다. 인정 프로토콜에 의존함으로써, 상기 네트워크의 데이터의 수용량은 시그널링 또는 처리 자원의 복합도를 증가시키지 않으면서 BCH의 대부분을 포함하도록 증가될 수 있다.

데이터 수용량은 얼마나 많은 RF 자원이 BCH에 전용되고 얼마나 많은 기지국이 시스템이 있는가에 달려있다. 상기 시스템에 작은 수의 기지국이 있다면, BCH 프레임이 매우 짧게 반복되도록, 상기 네트워크는 모든 BCH 슬롯이 BCH용으로 사용되도록 구성될 수 있으며, 원격 사용자가 타이밍 및 동기화를 획득하고 구성 요구를 송신하는 총시간을 매우 줄일 수 있다. 대안으로, 상기 BCH는 가능한 128개 슬롯의 작은 개수만이 BCH용으로 사용되고 채널 캐퍼시티의 나머지가 트래픽용으로 오픈된 상태로 남도록 구성될 수 있다. 상기 네트워크에 많은 개수(예를 들면 128에 가까운)의 기지국이 있다면, 또한 사용자 단말기는 10퍼센트 이상의 가능한 기지국으로부터 BCH 버스트를 수신할 수 있을 것이다. 따라서, 상기 반송파의 나머지 90퍼센트는 BCH 버스트를 위하여 스캐닝하는 새로운 사용자 단말기에 영향을 주지 않으면서 데이터 트래픽용으로 사용될 수 있다. 기지국은 가까운 기지국의 BSID 또는 BSCC로 프로그램될 수 있어 BCH 슬롯이 상기한 기지국에 할당되는 동안 트래픽을 송신하지 않을 것이다. 상기에서 설명된, 동일한 DI, 재송신 구성은 인접하는 BCH 슬롯과 트래픽 채널 사이의 임의의 상충을 보상할 것이다.

구성 요구(CR; Configuration Request)

구성 요구 버스트 구조의 한 예가 도 6에 도시된다. CR 버스트는 특정 CR 공간 트레이닝 시퀀스에 의하여, 일부분, 랜덤 접속(RA; random access) 및 트래픽 TCH 버스트와 구별된다. 상기 CR 트레이닝 시퀀스는 평균보다 길고 특히 컴퓨터적으로 유효한 타이밍 얼라인먼트(timing alignment)를 발견하게 하는 주기적인 성질을 갖고 있다. 상기 CR 버스트는 사용자 단말기와 기지국 사이의 미지의 거리로 시간-지연을 가능케하는 표준 업링크 데이터 버스트보다 짧다. 상기 CR 버스트는 기지국으로부터 약 15km 멀리 떨어져 있는 사용자 단말기에 상당하는 보상되지 않은 지연을 허용하는 86μsec씩 짧아진다.

상기 CR 버스트는 기지국으로부터 미지의 거리에서 사용자 단말기로부터 송신된다. 비행-시간(time-of-flight) 고려 때문에, 사용자 단말기 시간 베이스는 기지국에 대하여 지연된다. 또한, CR 송신은 그 타이밍 진행이 아직까지 개시되지 않기 때문에 더 지연된다. 35μsec씩 CR 버스트를 짧게 하는 것은 다음 타임-슬롯에서 넘치지 않으면서 35μsec까지 늦게 도착할 수 있게 한다. 이 35μsec는 기지국으로부터 5300미터의 사용자 단말기가 그 타임-슬롯 내에 완전히 도착될 CR 버스트를 보낼 수 있다는 것을 의미한다. 만약 이 버스트가 기지국에 의하여 인식되고, 응답된다면, 대응하는 CM은 이후의 데이터 버스트를 적절히 위치시킬 타이밍 진행 조절을 포함할 것이다.

아래의 표 5는 도 6에 도시된 바와 같은 CR 버스트 예의 내용을 요약한다. 82개의 정보 부호는 변조 및 부호화(coding)를 사용하는 구성 요구 메시지로부터 구성된다.

표 5

CR 공간 트레이닝은 모든 기지국에 대하여 동일하고 상기 기지국은 CR을 수신하기 전에 사용자 단말기의 위치를 반드시 알지 못한다. CRs는 표 3에 도시된 바와 같은 BCH 송신으로부터 고정된 오프셋에서 사용자 단말기에 의하여 송신된다. 결과적인 시간-다중화 등록 채널(time-multiplexed registration channel)은 다수의 가까운 기지국 중 다른 하나의 기지국으로 송신되는 CR을 쉽게 구분한다. 또한, CR 및 CM은 가까운 기지국으로 송신되는 CRs로부터 약간의 간섭이 있을 지라도, BSCC의 복조 캡쳐 효과(demodulation capture effect)가 어떤 충돌을 발생하는 것을 보장하는 BSCC의 기능에 의하여 스크램블된다. 일 실시예에서, 스크램블링은 암호화된 비트 시퀀스 및 선형 피드백 시프트 리지스트(shift register)의 출력과 함께 그것을 배타 논리합을 취함으로써 수행된다. 마지막으로 기지국의 스마트 안테나 공간 해상도는 수신된 CRs에 임의의 나머지 모호성(ambiguity)을 분석하기 위하여 적용된다.

구성 요구 메시지는 물리층(physical layer)에 의하여 구성 요구 버스트(CR)에 만들어진다. 구성 요구 메시지는 물리층에 의하여 표준 다운링크 버스트에 만들어진다. 이 정보 부호는 아래의 표 6에 도시된 바와 같이 만들어진다. 아래에 열거된 임의의 아이템은 제거될 수 있고 등록 사이클 동안 또는 상기 시스템의 필요에 반드시 따르지 않고 뒤에 전송될 수 있다.

표 6

식별(identity)은 다원 사용자 단말기로부터 동시의 메시지를 식별하는 각 사용자 단말기용 한 세트의 고유 랜덤 비트(unique random bits)이다. 임의성(randomness) 및 많은 수의 비트 때문에, 2개의 사용자 단말기가 동시에 동일한 식별 코드를 선택하지 못할 것 같다.

utClass는 사용자 단말기 능력(최고 높은 변조 클래스, 주파수 호핑 능력 등)을 식별한다. 이 시퀀스는 CR을 보낸 사용자 단말기의 타입을 식별한다. 팜톱 디지털 보조물(palmtop digital assistant)은 고정 전용 안테나로 데스크탑 컴퓨터와 다른 능력을 가져도 좋다. utClass로, 다른 능력이 구별될 수 있다.

txPwr은 구성 요구 버스트를 송신하기 위하여 사용자 단말기에 의하여 사용 되는 출력을 나타낸다. 예를 들면, 사용자 단말기 출력=(2·txPwr - 30)dBm.

CR은 예로서, 다운링크 버스트의 수신 후 정확히 2265μsec로, 제어 반송파로 송신된다. 이 방식으로, 그렇지 않으면 개시되지 않은 사용자 단말기는 주파수 호핑 시퀀스 파라미터의 임의의 인식 없이 CR을 보낼 수 있다. CR 버스트는 사용자 단말기로부터 기지국으로 미지의 비행 시간을 고려하기 위하여 표준 업링크 타임-슬롯보다 짧고 일반적으로 업링크 타임-슬롯 수신창(receive window)에 늦게 도착한다.

구성 메시지(CM; Configuration Message)

아래의 표 7은 도 7에 도시된 바와 같은 구성 메시지 버스트 예의 내용을 요약한다. 494개의 정보 부호는 변조 및 부호화를 사용하는 구성 메시지로 구성된다.

표 7

CR이 대응하는 업링크 타임-슬롯에 수신될 때마다, 구성 메시지(CM) 버스트는 다운링크 BCH 버스트를 보낸후 정확히 5 msec에, BCH 버스트에 송신된다. 이 타이밍을 사용하여, CM은 요구하는 사용자 단말기로 지향된다. 또한 CM은 공간 서 명, 예를 들면, 업링크 CR의 DOA 및 TOA와 같은, 파라미터의 분석에 따른 공간적으로 지향되는 신호로 송신된다. CM이 BCH 반송파로 송신되기 때문에, 고정 시간은 BCH로부터 오프셋되고, 그렇지 않으면 개시되지 않은 사용자 단말기는 주파수 호핑 시퀀스 파라미터의 어떤 인식도 없이 수신할 수 있다. CR에 응답하여, CM은 다른 것들 중에서, AFN(Abosolute Frame Number), 큰 타이밍-진행 조절 다이나믹 범위(dynamic range), 조잡한 출력 제어, 및 여러가지 접속 제어 파라미터를 포함한다. 아래의 표 8은 도 7에 도시된 바와 같은 CM 버스트의 내용을 요약한다. 아래에 열거된 임의의 아이템은 제거될 수 있고 등록 사이클 동안 또는 상기 시스템의 필요에 반드시 따르지 않고 뒤에 전송될 수 있다.

표 8

상기 부호의 의미는 다음과 같다:

식별(identity): CR의 사용자 단말기에 의하여 송신된 랜덤 식별.

perCtrl: 사용자 단말기가 미래의 파라미터 요구 버스트 및 랜덤 접속 버스트에 적용되어야 하는 출력 오프셋(power offset): 오프셋=(2·pwrCtrl-16)dB.

타이밍조절(timingAdjust): 사용자 단말기가 미래의 랜덤 접속 버스트에 적 용되어야 하는 타이밍 진행(advance): 타이밍 진행=타이밍조절μs.

AFN: 절대 프레임 번호(Absolute Frame Number)의 10 최소 유효 비트.

캐리어마스크(carrierMask): 트래픽 채널을 포함하는 캐리어의 비트맵(bitmap).

라캐리어마스트(racarierMask): 랜덤 접속 채널을 포함하는 캐리어의 비트맵(최소 유효 비트가 캐리어 0임).

라슬롯마스크(raslotMask): 랜덤 접속 채널을 포함하는 슬롯의 비트맵(최소 유효 비트가 슬롯 1임). 랜덤 접속 채널은 라캐리어마스크는 물론 라슬롯마스크도 제로가 아닌 곳에서 발생한다.

라덱(raDec): 랜덤 접속 채널에 이용가능한 AFNs.

호핑(hopping): 1과 같다면, 물리 및 논리 캐리어 사이의 관계는 각 프레임을 호프한다.

상기 설명에서, 설명의 목적을 위하여 많은 특정 사항이 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위하여 설명되었다. 그러나, 본 발명은 이들 특정 사항의 일부가 없어도 실행될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예로, 잘 알려진 구조 및 장치가 블록 다이어그램 형태로 도시된다.

본 발명은 여러 단계를 포함한다. 본 발명의 단계는 도 1 내지 도 4에 도시된 것과 같이, 하드웨어 구성요소에 의하여 수행될 수 있으며, 또는 범용 또는 전용 프로세스 또는 인스트럭션으로 프로그램된 논리 회로가 상기 단계를 수행시켜 사용될 수 있는, 기계-실행 인스트럭션으로 구체화될 수 있다. 대안으로, 상기 단 계는 하드웨어 또는 소프트웨어의 조합에 의하여 실행될 수 있다.

본 발명은 본 발명에 따른 프로세서를 실행하도록 컴퓨터(또는 다른 전자 장치)를 프로그램하기 위하여 사용될 수 있는 저장된 인스트럭션(instructions)을 갖고 있는 기계-판독가능한 매체를 포함할 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 제공될 수 있다. 상기 기계-판독가능한 매체는 플로피 디스켓(floppy diskettes), 광디스크(optical disks), CD-ROMs, 및 마그네토-광 디스크(magneto optical disks), ROMs, RAMs, EPROMs, EEPROMs, 마그네토 또는 옵티컬 카드(optical card), 플래쉬 메모리(flash memory), 또는 전자 인스트럭션을 저장하기에 적합한 다른 타입의 미디어/기계-판독 가능 매체를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명은 컴퓨터 프로그램 제품으로 다운로드 받을 수도 있고, 상기 프로그램은 반송파 파형 또는 통신 링크(예를 들면, 모뎀 또는 네트워크 접속)를 통하여 다른 전파 매체로 구체화되는 데이터 신호에 의하여 원격 컴퓨터로부터 요구 컴퓨터로 전달될 수 있다.

특히, 본 발명은 휴대용 핸드세트용 무선 인터넷 데이터 시스템의 배경으로 설명되었지만, 데이터가 교환될 수 있는 광범위한 다른 무선 시스템에 적용될 수 있다. 상기한 시스템은 음성, 비디오, 음악, 방송 및 외부 접속 없는 다른 타입의 데이터 시스템을 포함한다. 본 발명은 저 이동성 단말기 및 고 이동성 단말기뿐만 아니라 고정된 원격 단말기에 적용될 수 있다. 많은 방법들이 그들의 가장 기본적인 형태로 설명되었지만 단계들이 임의의 다른 방법을 더하거나 제외할 수 있고 정보가 본 발명의 기본 범위를 벗어나지 않고서 임의의 설명된 메시지를 추가하거 나 뺄수 있다. 많은 다른 변경 및 적용이 만들어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 특정 실시예는 본 발명을 제한하도록 제공되는 것이 아니라 본 발명을 설명하기 위하여 제공된다. 본 발명의 범위는 상기에 제공된 특정 실시예에 의하여 결정되는 것이 아니라 아래의 청구범위에 의하여만 결정된다.

본 발명은 다수의 원격 단말기가 기지국과 음성 또는 데이터를 통신하는 무선 통신 시스템, 특히 기지국이 매우 낮은 데이터 율로 방송 채널을 사용하는 상기한 무선 통신 시스템에 이용된다.

Claims

무선 통신 시스템(wireless communications system)의 기지국(base station)으로부터 방송 채널(channel)의 방송 버스트(broadcast burst)를 송신하는 단계,

사용자 단말기(user terminal)로부터 요구 버스트(request burst)를 수신하는 단계,

상기 방송 채널 밖으로 메시지 버스트를 상기 기지국으로부터 상기 요구 버스트를 수신한 상기 사용자 단말기에 송신하되, 상기 메시지 버스트는 상기 사용자 단말기로부터의 요구 버스트에 응답하여 상기 사용자 단말기로 보내지고, 상기 기지국과 상기 기지국에 등록되어 있는 사용자 단말기들 사이의 통신에 이용될 수 있는 무선 통신 시스템의 채널에 관한 설명을 포함하는, 상기 송신하는 단계, 및

상기 메시지 버스트에 포함된 설명을 사용하여 상기 사용자 단말기를 상기 기지국에 등록하는 단계

를 포함하는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서,

상기 이용가능한 채널의 설명은 상기 무선 통신 시스템의 트래픽 채널(traffic channel)의 식별(identification)을 포함하는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서,

상기 이용가능한 채널의 설명은 상기 무선 통신 시스템의 랜덤 접속 채널(random access channel)의 식별을 포함하는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서,

상기 메시지 버스트는 뒤따른 송신의 사용자 단말기에 의하여 사용될 송신 출력 레벨(transmission power level)의 표시를 추가로 포함하는 무선 통신 방법.
제4항에 있어서,

상기 요구 버스트는 상기 요구 버스트를 송신하기 위하여 사용자 단말기에 의하여 사용되는 출력의 표시를 추가로 포함하고,

상기 사용자 단말기에 의하여 사용될 송신 출력의 표시는 요구의 표시에 기초하는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서,

상기 요구는 상기 사용자 단말기의 식별을 포함하는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서,

구성 메시지(configuration message)는 뒤따른 송신의 사용자 단말기에 의하여 사용될 타이밍 조절(timing adjustment)의 표시를 추가로 포함하는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서,

상기 방송 버스트는 특정 송신 타임을 가지고 있고 상기 요구 버스트는 방송 메시지에 대한 특정 타이밍 관계(timing relationship)로 수신되고,

상기 방법은 상기 요구 버스트가 지향되는 기지국을 결정하기 위하여 타이밍 관계를 이용하는 단계를 추가로 포함하는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서,

상기 메시지 버스트는 상기 요구 버스트에 대한 특정 타이밍 관계로 송신되고,

상기 방법은 상기 요구 버스트가 수신되었던 사용자 단말기로 메시지를 송신하기 위하여 타이밍 관계를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서,

상기 방송 버스트는 송신 기지국을 식별하는 코드를 추가로 포함하고,

상기 요구 버스트를 수신하는 단계는 상기 기지국 식별 코드로부터 요구 버스트를 역다중화(demultiplexing)하는 단계를 포함하는 무선 통신 방법.
제10항에 있어서,

상기 송신 기지국을 식별하는 코드는 기지국 컬러 코드(color code)를 포함하는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서,

상기 방송 버스트는 상기 방송 버스트를 송신하기 위하여 사용되는 출력에 관계된 출력 시퀀스(power sequence)를 포함하는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서,

상기 방송 버스트는 상기 기지국에서 현재 트래픽 로드(current traffic load)에 관계되는 로드 시퀀스를 포함하는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서,

상기 방법은 상기 요구 버스트가 수신되는 공간 방향을 분석하는 단계를 추가로 포함하고,

상기 메시지 버스트를 송신하는 단계는 공간 방향 분석에 따른 사용자 단말기를 공간적으로 지향하도록 상기 메시지 버스트를 송신하는 단계를 포함하는 무선 통신 방법.
제14항에 있어서,

상기 공간 방향을 분석하는 단계는 수신된 메시지 버스트로부터 도착 파라미터(arrival parameters)의 방향을 결정하는 단계를 포함하는 무선 통신 방법.
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방송 채널에서 방송 버스트를 송신하는 무선 통신 시스템의 기지국의 송신기(transmitter),

사용자 단말기로부터 요구 버스트를 수신하는 상기 기지국의 수신기(receiver), 및

상기 요구 버스트를 수신한 상기 사용자 단말기에 송신하기 위한 메시지 버스트를 상기 요구 버스트에 응답하여 집합시키고, 상기 메시지 버스트를 송신한 후 상기 사용자 단말기를 상기 기지국에 등록시키는, 기지국의 프로세서(processor)

를 포함하며,

상기 메시지 버스트는 상기 송신기에 의해 상기 방송 채널 밖으로 상기 사용자 단말기로 보내지고, 상기 기지국과 상기 기지국에 등록되어 있는 사용자 단말기들 사이의 통신에 이용될 수 있는 무선 통신 시스템의 채널에 관한 설명을 포함하는, 무선 통신 장치.
제25항에 있어서,

상기 이용가능한 채널의 설명은 상기 무선 통신 시스템의 트래픽 채널의 식별을 포함하는 무선 통신 장치.
제25항에 있어서,

상기 이용가능한 채널의 설명은 상기 무선 통신 시스템의 랜덤 접속 채널의 식별을 포함하는 무선 통신 장치.
제25항에 있어서,

상기 요구 버스트는 이 요구 버스트를 송신하기 위하여 사용자 단말기에 의하여 사용되는 출력의 표시를 추가로 포함하고,

상기 메시지 버스트는 상기 요구의 표시에 기초하는 사용자 단말기에 의하여 사용될 송신 출력의 표시를 포함하는 무선 통신 장치.
제25항에 있어서,

상기 방송 버스트는 특정 송신 타임을 가지고 있고 상기 요구 버스트는 방송 메시지에 대한 특정 타이밍 관계로 수신되고,

상기 프로세서는 상기 요구 버스트가 지향되는 기지국을 결정하기 위하여 타이밍 관계를 이용하는 무선 통신 장치.
제25항에 있어서,

상기 메시지 버스트는 상기 요구 버스트가 수신되었던 사용자 단말기로 메시지를 송신하기 위하여, 상기 요구 버스트에 대한 특정 타이밍 관계로 송신되는 무선 통신 장치.
제25항에 있어서,

상기 방송 버스트는 상기 기지국에서 현재 트래픽 로드에 관계되는 로드 시퀀스를 포함하는 무선 통신 장치.
제25항에 있어서,

상기 요구 버스트가 수신되는 공간 방향을 분석하고 상기 공간 방향 분석에 기초한 사용자 단말기를 공간적으로 지향하도록 상기 메시지 버스트를 송신하는 공간 프로세서를 추가로 포함하는 무선 통신 장치.
사용자 단말기에 있어서,

적어도 하나의 기지국으로부터 방송 채널을 통해 복수의 타이밍 시퀀스를 수신하는 수신기,

상기 수신된 타이밍 시퀀스를 사용하여 네트워크 타이밍을 결정하고, 상기 네트워크 타이밍을 사용하여 네트워크 액세스 요구 송신 시간을 결정하는 프로세서, 및

상기 결정된 시간에 네트워크 액세스 요구를 송신하는 송신기

를 포함하며,

상기 수신기는 또한 상기 액세스 요구에 응답하여 상기 방송 채널 밖으로 기지국으로부터 보내진 메시지 버스트를 수신하고, 상기 메시지 버스트는 상기 기지국과 상기 기지국에 등록되어 있는 사용자 단말기들 사이의 통신에 이용될 수 있는 무선 네트워크의 채널에 관한 설명을 포함하며, 상기 송신기는 또한 상기 메시지 버스트에 포함된 상기 설명을 사용하여 상기 기지국에 등록 요구를 송신하는, 사용자 단말기.
제33항에 있어서,

상기 프로세서는 또한 사용자 단말기에 의해 사용되는 타이밍 조정에 관한 상기 메시지 버스트 내의 표시를 사용하는 사용자 단말기.
제33항에 있어서,

상기 타이밍 시퀀스는 복수의 상이한 기지국으로부터 수신되며, 상기 프로세서는 또한 상이한 타이밍 시퀀스가 수신되는 시간을 이용하여 상이한 기지국들을 구별하는 사용자 단말기.
제35항에 있어서,

상기 송신기는 또한 상기 복수의 상이한 기지국 중 선택된 기지국으로부터 타이밍 시퀀스가 수신된 시간에 대한 특정한 관계의 시간에서 상기 요구를 송신함으로써 상기 선택된 기지국에 상기 요구를 송신하는 사용자 단말기.
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