KR100924249B1 - 시스템 전력 소비의 감소를 위한 변경된 전력 콘트롤 - Google Patents

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Abstract

무선 네트워크에서 송신의 게이팅에 관련된 시스템 및 기술이 개시된다. 송신은 듀티 사이클에 기초하여 게이팅된다. 듀티 사이클은 소정의 송신 전력에서 원래의 애플리케이션 데이터 레이트 (r최초) 를 유지하는 요구에 의해 또한 결정된다.
송신 전력, 물리 레이어 데이터 레이트, 신호 대 간섭 및 잡음비

Description

시스템 전력 소비의 감소를 위한 변경된 전력 콘트롤{MODIFIED POWER CONTROL FOR REDUCTION OF SYSTEM POWER CONSUMPTION}
본 명세서는 일반적으로 무선 통신에 관련된 것으로, 더욱 구체적으로, 무선 네트워크에서 송신을 게이팅 (gate) 하는 다양한 시스템 및 기술에 관련된다.
다중의 사용자로 하여금 공통의 통신 매체로 액세스하도록 하는 통신 시스템은 코드 분할 다중 접속 (CDMA), 시분할 다중 접속 (TDMA), 주파수 분할 다중 접속 (FDMA), 공간 분할 다중 접속 (SDMA), 편파 분할 다중 접속 (PDMA), 또는 당업계에 공지된 다른 변조 기술에 기초할 수도 있다. 이러한 변조 기술은 통신 시스템의 다중의 사용자로부터 수신된 신호를 복조함으로써 통신 시스템의 용량의 증가를 가능하게 한다. 이와 관련하여, 예를 들면 AMPS (Advanced Mobile Phone Service), GSM (Global System for Mobile communication), 및 어떤 다른 무선 시스템을 포함하는 다양한 무선 시스템이 설립되었다.
종래의 무선 통신에서, 액세스 네트워크는 일반적으로 다수의 디바이스를 위한 통신을 지원하도록 채용된다. 액세스 네트워크는 통상적으로 지리적 영역 전반적으로 분산된 다중의 고정된 위치의 기지국을 통해서 구현된다. 일반적으 로, 지리적 영역은 셀로서 공지된 더 작은 영역들로 세분된다. 각각의 기지국은 그것의 각각의 셀에서 디바이스들을 서빙 (serve) 하도록 구성될 수도 있다. 액세스 네트워크는 상이한 셀의 영역에 걸쳐 변화하는 트래픽 수요가 있는 경우 쉽게 재구성될 수 없을 수도 있다.
종래의 엑세스 네트워크와는 대조적으로, 애드혹 (ad-hoc) 네트워크는 다이나믹하다. 애드혹 네트워크는 종종 단말기로 지칭되는, 다수의 무선 통신 디바이스가 네트워크를 형성하기 위해 함께 조인 (join) 하는 경우에 형성될 수도 있다. 애드혹 네트워크의 단말기는 호스트 또는 라우터로서 동작할 수 있다. 따라서, 애드혹 네트워크는 더욱 효율적인 방법으로 기존의 트래픽 요구를 충족시키도록 용이하게 재구성될 수도 있다. 또한, 애드혹 네트워크는 종래의 엑세스 네트워크에 의해 요구되는 인프라스트럭처 (infrastructure) 를 요구하지 않아, 장래에 있어서 애드혹 네트워크를 매력적인 선택으로 만든다.
종래의 CDMA 통신 시스템에서, 가입자국 (subscriber station) 은 하나 이상의 기지국을 통하여 네트워크에 액세스하거나, 또는 다른 가입자국과 통신할 수도 있다. 가입자국은 또한 단말기 (terminal) 로 지칭될 수 있다. 각각의 기지국은 일반적으로 셀로서 지칭되는 특정 지리적 영역에서 모든 가입자국을 서빙하도록 구성된다. 높은 트래픽 애플리케이션의 경우, 셀은 각 섹터를 서빙하는 기지국을 갖는 섹터들로 분할될 수도 있다. 각각의 기지국은 기지국과의 동기화를 위해 가입자국에 의해 사용되고, 가입자국이 기지국에 동기화되면 송신된 신호의 코히어런트 (coherent) 복조를 제공하는 파일럿 신호를 송신한다. 가입자 국은 일반적으로 최강의 파일럿 신호를 갖는 기지국과 통신 채널을 확립한다.
가입자국은 수신된 순방향 (forward) 링크 신호에 대한 신호 대 잡음 및 간섭 비 (C/I) 를 계산한다. 순방향 링크는 기지국에서 가입자국으로의 송신을 지칭하고 역방향 링크는 가입자국에서 기지국으로의 송신을 지칭한다. 가입자국의 C/I는 기지국에서 이동국으로의 순방향 링크에 대해 지원될 수 있는 데이터 레이트를 결정한다. 즉, 순방향 링크에 대한 성능의 소정의 레벨은 대응하는 C/I 레벨에서 달성된다. 데이터 레이트를 선택하는 방법 및 장치는 "높은 레이트의 패킷 송신을 위한 방법 및 장치 (METHOD AND APPARATUS FOR HIGH RATE PACKET TRANSMISSION)" 로 명명되고 2003년 6월 3일에 등록된, 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제 6,574,211호에 개시된다.
기지국이 가입자국으로 데이터를 송신하는 전력은 순방향 링크 송신 전력으로 불린다. 순방향 링크 송신 전력은 순방향 링크상에서 데이터를 신뢰할 수 있게 송신하는데 요구되는 레벨에 있다. 유사하게, 가입자국에서 기지국으로 데이트를 송신하는 전력은 역방향 링크 송신 전력으로 불린다. 역방항 링크 송신 전력은 역방향 링크상에서 데이터를 신뢰할 수 있게 송신하는데 요구되는 레벨에 있다.
각각의 가입자국에 대한 간섭은 가입자국 송신의 수가 증가함에 따라 증가한다. 따라서, 다른 가입자국 통신과의 불리한 간섭을 회피하기 위해 가입자국의 송신 전력을 콘트롤하는 것이 바람직하다.
초광대역 (UWB) 은 애드혹 네트워크로 구현될 수도 있는 통신 기술의 일 예 이다. UWB는 넓은 대역폭상에서 고속의 통신을 제공한다. 동시에, UWB 신호는 매우 작은 전력을 소모하는 매우 짧은 펄스들로 송신된다. UWB 신호의 출력 전력은 낮아서 다른 RF 기술들에 대해 잡음으로 관찰되고, 더 적은 간섭을 생성한다.
애드혹 네트워크에서, 단말기들은 다이나믹하게 추가된다. 더 많은 단말기들이 추가됨에 따라, 각각의 통신중인 단말기는 단말기가 통신하고 있는 단말기 외의 단말기들에 대해 더 많은 간섭을 생성한다.
따라서, 다른 단말기 통신과의 불리한 간섭을 회피하기 위해 단말기 송신 전력을 콘트롤하는 것이 바람직하다.
통신 시스템에서의 간섭을 감소시키는 것뿐만 아니라, 또한 통신 시스템에서의 전력 소비를 감소시키는 송신을 콘트롤하는 시스템 및 방법이 요구된다.
본 발명의 일 양태에서, 전력 콘트롤 방법은 델타 송신 전력만큼 송신 전력을 증가시키는 단계, 증가된 송신 전력 및 시스템 성능에 기초하여 최종 물리 레이어 데이터 레이트 (r최종) 를 결정하는 단계, 최종 물리 레이어 데이터 레이트 (r최종) 가 제공되는 경우에 원래의 애플리케이션 데이터 레이트의 유지에 기초하여 듀티 사이클을 결정하는 단계, 및 듀티 사이클에 기초하여 무선 송신을 게이팅하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에서, 무선 단말기는 델타 송신 전력만큼 송신 전력을 증가시키는 수단, 증가된 송신 전력 및 시스템 성능에 기초하여 최종 물리 레이어 데이터 레이트 (r최종) 를 결정하는 수단, 최종 물리 레이어 데이터 레이트 (r최종) 가 제공되는 경우에 원래의 애플리케이션 데이터 레이트의 유지에 기초하여 듀티 사이클을 결정하는 수단, 및 듀티 사이클에 기초하여 무선 송신을 게이팅하는 수단을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 무선 단말기는 신호 대 간섭 및 잡음비 (signal-to-interference-and-noise-ratio; SINR) 를 검출하는 수신기, SINR 및 송신 전력의 증가가 제공되는 경우에 원래의 애플리케이션 데이터 레이트의 유지에 기초한 듀티 사이클을 결정하며 수신기에 커플링되는 프로세서, 및 듀티 사이클에 기초하여 무선 통신을 게이팅하며 기저대역 프로세서에 커플링되는 송신기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 프로그램에 의해 실행가능한 명령들의 프로그램을 수록하며, 상기 컴퓨터 판독가능 매체는 델타 송신 전력만큼 송신 전력을 증가시키는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 수단, 증가된 송신 전력 및 시스템 성능에 기초하여 최종 물리 레이어 데이터 레이트 (r최종) 를 결정하는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 수단, 최종 물리 레이어 데이터 레이트 (r최종) 가 주어지는 경우에 원래의 애플리케이션 데이터 레이트의 유지에 기초하여 듀티 사이클을 결정하는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 수단, 및 듀티 사이클에 기초하여 무선 송신을 게이팅하는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태는 본 발명의 다양한 실시형태가 예로서 도시되고 설명되는 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 쉽게 명백해질 것이다. 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이, 다른 및 상이한 실시형태가 가능하고, 그의 여러 세부사항은 다양한 다른 점에서 변 형이 가능하다. 따라서, 도면 및 상세한 설명은, 제한적으로서가 아니라 사실상 예시적으로서 간주된다. 첨부한 도면에서 본 발명의 양태는 제한적이 아니라 예로서 예시된다.
첨부된 도면과 관련하여 이하에서 개시되는 상세한 설명은 본 발명의 다양한 실시형태를 설명하기 위한 것으로 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내기 위한 것이 아니다. 본 명세서에 기재되는 각각의 실시형태는 단지 본 발명의 예 또는 예시로 제공되며 다른 실시형태에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다. 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공할 목적에서 특정의 디테일을 포함한다. 그러나, 이러한 특정의 디테일 없이도 본 발명이 실시될 수도 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 예시에서, 본 발명의 개념을 흐리는 것을 피하기 위해 충분히-공지된 구조 및 디바이스가 블록도 형식에서 도시된다. 두문자어 (acronym) 및 다른 설명적인 전문용어는 단지 편의와 명확성을 위해 사용될 수 있으며 본 발명의 범위를 제한하는 의도가 아니다.
여기에서 "예시적인" 이라는 용어는 "예, 예시, 또는 예증으로서 제공되는"의 의미로 사용된다. "예시적인" 것으로서 여기에서 설명되는 임의의 실시형태는 다른 실시형태에 비하여 반드시 바람직하거나 유리한 것으로서 해석할 필요는 없다.
이하의 상세한 설명에서, 본 발명의 다양한 양태가 UWB 무선 통신 시스템에 관련하여 기재된다. 이러한 발명의 양태들이 본 애플리케이션과의 사용에 매우 적합하지만, 본 발명의 양태는 종래의 무선 통신을 포함하는 다양한 다른 통신 환경에의 사용에 또한 적용될 수 있다는 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, UWB 통신 시스템에 대한 임의의 참조는 오직 발명의 양태를 설명하기 위한 것으로, 그러한 발명의 양태는 광범위한 애플리케이션을 갖는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 무선 통신 시스템에서 피코넷에 대한 네트워크 토폴로지 (topology) 의 예를 도시한다. "피코넷"은 애드혹 방식의 무선 기술을 사용하여 연결된 통신 디바이스 또는 단말기의 집합이다. 단말기는 정지상태 또는 이동상태일 수도 있고, 이러한 단말기는 사용자에 의해 도보로 또는 차량, 항공기, 선박등으로 운반된다. "단말기"란 용어는 셀룰러, PCS, 무선 또는 유선 (landline) 전화, PDA (Personal Data Assistants), 랩탑, 외장 또는 내장 모뎀, PC 카드, 또는 임의의 다른 유사 디바이스들을 포함하는 다양한 타입의 통신 디바이스를 포함하는 의미이다.
무선 통신 시스템의 최소의 일 실시형태에서, 각각의 피코넷은 하나의 마스터 단말기 및 그 마스터 단말기에 종속된 다수의 멤버 단말기를 갖는다. 도 1에서, 피코넷 (102) 은 복수의 멤버 단말기 (106) 간의 통신을 지원하는 마스터 단말기 (104) 로 도시된다. 마스터 단말기 (104) 는 피코넷 내의 각각의 멤버 단말기 (106) 와 통신할 수도 있다. 멤버 단말기 (106) 는 또한 마스터 단말기 (104) 의 콘트롤 하에서 다른 멤버 단말기 (104) 와 서로 직접적으로 통신할 수도 있다. 이하에서 더욱 상세하게 설명될 바와 같이, 피코넷 (102) 내의 각각의 멤버 단말기 (106) 는 또한 그 피코넷 외부의 단말기와 직접적으로 통신할 수도 있다.
마스터 단말기 (104) 는 TDMA, FDMA, CDMA, 또는 임의의 다른 다중 액세스 스킴과 같은 임의의 다중 액세스 스킴을 사용하여 멤버 단말기 (106) 와 통신할 수도 있다. 본 발명의 다양한 양태를 설명하기 위해, 도 1에서 도시된 무선 통신 시스템은 TDMA 및 CDMA 기술을 모두 채용하는 하이브리드 다중 액세스 스킴과 관련하여 기재될 것이다. 본 발명은 그러한 다중 액세스 스킴으로 전혀 제한되지 않는다는 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있다.
피코넷은 다양한 방법으로 형성될 수도 있다. 예로서, 단말기에 최초로 전력이 공급 (power up) 되면, 단말기는 피코넷 마스터 단말기로부터 파일럿 신호를 검색할 수도 있다. 각각의 피코넷 마스터 단말기로부터 방송되는 파일럿 신호는 변조되지 않은 확산-스펙트럼 신호, 또는 다른 기준 신호일 수도 있다. 확산-스펙트럼 구성에서, 각각의 피코넷 마스터 단말기에 대해 독특한 슈도-랜덤 노이즈 (Psuedo-random Noise; PN) 코드가 파일럿 신호를 확산시키는데 사용될 수도 있다. 코릴래이션 (correlation) 프로세스를 사용하여, 단말기는 가장 강한 파일럿 신호를 갖는 마스터 단말기를 식별하기 위해 모든 가능한 PN 코드를 검색할 수도 있다. 가장 강한 파일럿 신호가 최소 데이터 레이트를 지원하기에 충분한 신호 강도를 갖고 수신된 경우, 단말기는 그 후 그 마스터 단말기에 등록 (register) 함으로써 피코넷에 조인 (join) 을 시도할 수도 있다.
마스터 단말기가 존재하지 않기 때문에 단말기가 파일럿 신호를 발견할 수 없을 수도 있다. 임의의 경우, 단말기는 최소 데이터 레이트를 지원하기에 충분한 신호 강도의 파일럿 신호를 발견하지 못할 수도 있다. 이는 복수의 이유에 기인할 수도 있다. 예로서, 단말기가 마스터 단말기로부터 지나치게 이격될 수도 있다. 대신에, 전파 환경이 필요한 데이터 레이트를 지원하기에 불충분할 수도 있다. 어느 경우에서든, 단말기는 존재하는 피코넷에 조인할 수 없을 수도 있고, 따라서, 자신의 고유의 파일럿 신호를 송신함으로써 고립된 (isolated) 단말기로서 동작을 시작할 수도 있다. 고립된 단말기는 새로운 피코넷에 대해 마스터 단말기가 될 수도 있다. 충분한 강도를 갖는 고립된 단말기로부터 방송된 파일럿 신호를 수신할 수 있는 다른 단말기들은 파일럿 신호의 획득 및 이 고립된 단말기의 피코넷으로의 조인을 시도할 수도 있다.
마스터 단말기 (104) 는 인트라-피코넷 통신을 조정 (coordinate) 하기 위해 주기적인 프레임 구조를 사용할 수도 있다. 이 프레임은 다양한 단말기들을 위한 통신 매체로의 액세스를 제공하는데 사용되기 때문에 미디엄 액세스 콘트롤 (MAC) 프레임으로 당업계에서 종종 지칭된다. 프레임이 특정 애플리케이션 및 전체 시스템 제한에 의존하여 임의의 지속시간이 될 수도 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.
논의의 목적을 위해, 약 5 ms의 프레임 지속시간이 사용될 것이다. 약 5 ms의 프레임은 약 650 Mcps의 높은 칩 레이트 및 아래로는 약 19.2 kbps의 데이터 레이터를 지원하기 위한 요구를 수용하기에 바람직하다.
n 개의 프레임 (202) 을 갖는 MAC 프레임 구조의 예가 도 2에서 도시된다. 각각의 프레임은 160 개 또는 다른 수의 시간 슬롯 (204) 으로 분할될 수도 있다. 슬롯 지속시간은 약 650 Mcps에서 약 20,312.5 칩에 대응하는 약 31.25 ㎲이 될 수도 있다. 프레임은 그 슬롯들 중 일부를 오버헤드 (overhead) 에 전용 (dedicate) 할 수도 있다. 예로서, 프레임 (202) 내의 제 1 슬롯 (206) 이 멤버 단말기로 확산-스펙트럼 파일럿 신호를 방송하는데 사용될 수도 있다. 파일럿 신호는 슬롯 (206) 의 전체를 차지할 수도 있고, 대신에, 콘트롤 채널과 시간 공유될 수도 있다. 제 1 슬롯 (206) 종단을 차지하는 콘트롤 채널은 파일럿 신호로서 동등한 전력 레벨에서 모든 멤버 단말기들로 방송되는 확산-스펙트럼 신호일 수도 있다. 마스터 단말기는 이 콘트롤 채널을 사용하여 MAC 프레임의 구성을 정할 수도 있다.
마스터 단말기는 인트라-피코넷 통신의 스케줄링을 책임질 수도 있다. 이는 도 2의 시간 슬롯들 (208 및 210) 과 같은, 프레임 내의 다양한 시간 슬롯을 차지하는 하나 이상의 추가적인 확산-스펙트럼 콘트롤 채널을 통해 달성될 수도 있다. 이 추가적인 콘트롤 채널들은 마스터 단말기에 의해 모든 멤버 단말기로 방송될 수도 있으며 다양한 스케줄링 정보를 포함할 수도 있다. 스케줄링 정보는 피코넷 내의 단말기들 간의 통신을 위한 시간 슬롯의 할당을 포함할 수도 있다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 이러한 시간 슬롯은 프레임 (202) 의 데이터 슬롯 부분 (212) 에서 선택될 수도 있다. 단말기들 간의 각각의 통신에 대한 전력 레벨 및 데이터 레이터와 같은 추가적인 정보가 또한 포함될 수도 있다. 마스 터 단말기는 CDMA 스킴을 사용하여 임의의 수의 단말기 쌍에 대해 임의의 소정의 시간 슬롯에서 송신 기회를 또한 부여할 수도 있다. 이러한 경우, 스케줄링 정보는 단말기들 간의 개별의 통신에 대해 사용될 확산 코드를 또한 할당할 수도 있다.
마스터 단말기는 피어-투-피어 송신을 위한 시간의 일부를 주기적으로 유보 (set aside) 할 수도 있다. 이 시간 동안, 마스터 단말기 (104) 는 멤버 단말기 (106) 중 하나를 하나 이상의 고립된 단말기 및/또는 인접 피코넷과 통신하도록 할당할 수도 있다. 이러한 송신은 높은 송신 전력을 요구할 수도 있으며, 임의의 경우에는, 오직 낮은 데이터 레이트에서만 지속될 수도 있다. 고립된 단말기 및/또는 인접 피코넷과의 통신에 고전력 송신이 요구되는 경우, 마스터 단말기는 동시에 인트라-피코넷 통신을 스케줄링하지 않도록 결정할 수도 있다.
도 3은 단말기의 하나의 가능한 구성을 도시하는 개념적 블록도이다. 단말기의 정확한 구성은 특정의 애플리케이션 및 전체 설계 제한에 의존하여 변할 수 있다는 것을 당업자는 알 수 있다.
단말기는 안테나 (304) 에 커플링된 전단 (front end) 트랜스시버 (302) 로 구현될 수도 있다. 기저대역 프로세서 (306) 는 트랜스시버 (302) 에 커플링될 수도 있다. 기저대역 프로세서 (306) 는 소프트웨어 기반 아키텍처, 또는 임의의 다른 타입의 아키텍처로 구현될 수도 있다. 마이크로프로세서는 다른 것들 중에서도, 단말기를 피코넷 내의 마스터 단말기 또는 멤버 단말기로서 동작하도록 하는 정확한 콘트롤 및 전체 시스템 관리 기능을 제공하는, 소프트웨어 프로그램을 가동시키는 플랫폼 (platform) 으로서 사용될 수도 있다. 디지털 신호 프로세서 (digital signal processor; DSP) 는 마이크로프로세서상의 프로세싱 요구를 감소시키는 애플리케이션 특정 알고리즘을 실행시키는 통신 소프트웨어 레이어를 포함하여 구현될 수도 있다. DSP는 파일럿 신호 획득, 시간 동기화, 주파수 추적, 확산-스펙트럼 프로세싱, 변조 및 복조 기능, 및 순방향 에러 정정 등의 다양한 신호 처리 기능을 제공하도록 사용될 수도 있다.
단말기는 또한 기저대역 프로세서 (306) 에 커플링된 다양한 사용자 인터페이스 (308) 를 포함할 수도 있다. 사용자 인터페이스는 키패드, 마우스, 터치 스크린, 디스플레이, 링어 (ringer), 진동기 (vibrator), 오디오 스피커, 마이크로폰, 카메라 및/또는 다른 입력/출력 디바이스를 포함할 수도 있다.
도 4는 마스터 단말기로서 동작하는 단말기의 예를 도시하는 개념적인 블록도이다. 기저대역 프로세서 (306) 는 트랜스시버 (302) 를 갖고 도시된다. 트랜스시버 (302) 는 수신기 (402) 를 포함할 수도 있다. 수신기 (402) 는 잡음 및 간섭의 존재 속에서 원하는 신호의 검출을 제공한다. 수신기 (402) 는 원하는 신호를 추출하고, 수신된 신호에 포함된 정보가 기저대역 프로세서 (306) 에 의해 프로세싱될 수 있는 레벨로 이들을 증폭한다.
트랜스시버 (302) 는 송신기 (404) 를 또한 포함할 수도 있다. 송신기 (404) 는 기저대역 프로세서 (306) 로부터의 정보를 캐리어 주파수 상으로 변조하는데 사용될 수도 있다. 변조된 캐리어는 RF 주파수로 업컨버팅 (upconvert) 될 수도 있고, 안테나 (304) 를 통해 자유 공간으로 전파되기에 충분한 전력 레벨 로 증폭될 수도 있다.
기저대역 프로세서 (306) 는 마스터 단말기로서 동작하는 경우 스케줄러 (406) 를 인에이블 (enable) 시킬 수도 있다. 기저대역 프로세서 (306) 의 소프트웨어 기반 구현의 경우, 스케줄러 (406) 는 마이크로프로세서에서 실행되는 소프트웨어 프로그램일 수도 있다. 그러나, 스케줄러 (406) 는 이 실시형태로 제한되지 않으며, 여기에서 기재된 다양한 기능을 수행할 수 있는 임의의 하드웨어 구성, 소프트웨어 구성, 및 이들의 조합을 포함하는 당업계에 공지된 임의의 수단으로 구현될 수도 있다는 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있다.
스케줄러 (406) 는 피코넷의 용량을 최적화하는 방법으로 인트라-피코넷 통신을 스케줄링하도록 사용될 수도 있다. 이는 다양한 방법으로 달성될 수도 있다. 예로서, 스케줄러 (406) 는 동시의 (simultaneous) 통신에 참여하는 단말기 쌍들을 신중하게 선택하는데 사용될 수도 있다. 송신 전력 레벨은 동시의 통신들 각각에 대해 수신 단말기들 각각에 대한 목표 (target) 품질 파라미터를 충족시키도록 스케줄링될 수도 있다. 목표 품질 파라미터는 수신 단말기에서의 바람직한 캐리어-대-간섭 (C/I) 비, 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 품질 파라미터일 수도 있다.
도 5는 멤버 단말기로서 동작하는 단말기의 예를 도시하는 개념적인 블록도이다. 점선 (phantom line) 으로 도시된 스케줄러 (406) 는 멤버 단말기로서 동작하는 동안 기저대역 프로세서 (306) 에 의해 인에이블되지 않음을 도시한다. 트랜스시버 (302) 의 구성은 기저대역 프로세서 (306) 가 마스터 단말기 또는 멤 버 단말기로 동작하는 경우 동일하므로, 더 이상 논의하지 않는다. 트랜스시버 (302) 는 도 5에서 완결성을 위해 도시된다.
마스터 단말기로서 구성된 기저대역 프로세서 (306) 과 관련하여 이상에서 논의된 바와 같이, 스케줄링 할당은 하나 이상의 콘트롤 채널상으로 피코넷 내의 모든 단말기에게 방송될 수도 있다. 수신 종단의 신호 프로세서 (412) 는 분산-스펙트럼 프로세싱을 채용하여 콘트롤 채널로부터 스케줄링 정보를 추출하고, 이를 콘트롤러 (418) 에게 제공한다. 스케줄링 정보는 멤버 단말기로 및 멤버 단말기로부터의 다양한 송신에 대한 시간 슬롯 할당뿐만 아니라 각각에 대한 전력 레벨 및 데이터 레이트를 또한 포함할 수도 있다.
콘트롤러 (418) 는 멤버 단말기로의 스케줄링된 송신을 위해 데이터 레이트 및 환산 정보를 수신 종단의 신호 프로세서 (412) 로 제공하는 데 사용될 수도 있다. 이 정보를 사용하여, 신호 프로세서 (412) 는 적절한 시간에서 다른 멤버 단말기로부터의 통신을 복원할 수도 있고 복원된 통신을 다양한 사용자 인터페이스 (308) 에게 제공할 수도 있다.
콘트롤러 (418) 는 다른 단말기로부터의 각각의 송신에 대해 전력 레벨 정보를 계산 (computational) 모듈 (408) 로 또한 제공할 수도 있다. 계산 모듈 (408) 은 이 정보를 사용하여 스케줄링된 송신동안 트랜스시버 (302) 로부터의 신호 강도 측정을 사용함으로써 송신 단말기로부터의 경로 손실 (path loss) 을 계산할 수도 있다. 계산 모듈 (408) 에 의해 계산된 경로 손실 정보는 메모리 (410) 에 저장되고, 콘트롤 채널 방송을 위해 스테줄링된 시간 동안 송신기 종단 상의 신호 프로세서 (416) 로 제공된다. GPS 수신기 (미도시) 를 채용하는 단말기의 다양한 실시형태의 경우, 이는 조정 정보를 마스터 단말기로 신호 프로세서 (416) 및 트랜스시버 (302) 를 경유하여 방송되는 콘트롤 채널상에서 제공하는데 사용될 수도 있다.
신호 프로세서 (416) 는 피코넷 내의 다양한 멤버 단말기로의 통신을 확산하는데 사용될 수도 있다. 통신은 다양한 사용자 인터페이스 (308) 에서부터 시작되어 스케줄링된 송신까지 버퍼 (420) 에 저장될 수도 있다. 스케줄링된 시간에서, 콘트롤러 (418) 가 확산-스펙트럼 프로세싱을 위해 버퍼 (420) 로부터 신호 프로세서 (416) 로 통신을 방출하는데 사용될 수도 있다. 통신의 데이터 레이트, 확산 코드, 및 송신 전력 레벨은 콘트롤러 (418) 에 의해 신호 프로세서 (416) 내로 프로그래밍될 수도 있다. 대신에, 송신 전력 레벨은 트랜스시버 (302) 내의 송신기 (404) 에서 콘트롤러 (418) 에 의해 프로그래밍될 수도 있다.
일 실시형태에서, 단말기 A 및 단말기 B 간의 통신은 양방향성 (bidirectional) 이다. 단말기 A가 단말기 B로 피드백 신호 외의 신호를 전송하는 경우, 단말기 A는 송신 단말기이고 단말기 B는 수신 단말기이다. 단말기 B가 단말기 A로 피드백 신호 외의 신호를 전송하는 경우, 단말기 B는 송신 단말기이고 단말기 A 는 수신 단말기이다.
단속적인 (intermittent) 송신
CDMA, OFDM, 또는 임의의 다른 송신 방법에서든지 모든 변조 시스템에 일반적으로 적용가능한 매카니즘은 단속적인 송신을 사용한다. 단속적인 송신은 송 신기의 송신이 게이팅됨을 의미한다. 일 실시형태에서, 송신기는 일정한 듀티 사이클로 송신하거나 또는 차단한다. 도 6은 실시 형태에 일치하는 예시적인 연속의 송신 (20) 및 예시적인 게이팅된 송신 (22) 을 도시한다. 게이팅된 신호는 송신이 없는 주기가 이어지는 송신 주기를 포함한다.
요구되는 데이터 레이트를 달성하는데 요구되는 것보다 더욱 큰 전력 송신의 사용을 통한 시스템의 전력 소비 감소를 위한 방법이 이하에서 기재된다. 송신 시간동안 송신기는 선택된 양만큼 송신 전력을 증가시키고, 증가된 송신 전력에 의해 가능해진 더 높은 물리 레이어 데이터 레이트를 사용한다. 듀티 사이클은 원래의 바람직한 애플리케이션 레이어 데이터 레이트를 유지하도록 선택된다.
일 실시형태에서, 송신 전력은 0.5 dB 증가된다. 다른 실시형태에서, 송신 전력은 다음으로 더 높은 물리 레이어 데이터 레이트가 가능하도록 증가된다. 본 애플리케이션에 의존하는 델타 송신 전력 (예를 들어, 송신 전력의 증가) 및 당업계에 공지된 방법 및 기술이 델타 송신 전력을 결정하도록 사용될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 수 있다.
실시형태와 관련하여, 전력 소비의 감소는 이하의 예를 통해 설명되는 바와 같이 달성될 수도 있다. 이 예에서, 수신 전력 및 송신 전력은 개별적으로 데이터 레이트에 독립적인, 상수 R 및 T 이다. 상수 T 로서의 송신 전력의 취급은 방사 (radiate) 된 송신 전력이 전체 송신 전력 소비의 작은 부분이 되도록 조정된다. 초기 전력은 수신 및 송신 전력의 합계이다:
P초기 = R + T.
d ＜ 1 의 듀티 사이클을 갖는 단속적 송신 전력이 도입되는 경우, 단속적 송신 전력은 이하와 같이 계산된다.
P단속적 = d * R + d * T = d * P초기
단속적 통신에서 전력 소비의 감소는 듀티 사이클 비율 d 에 의존한다. 듀티 사이클 d는 또한 원래의 애플리케이션 데이터 레이트 (r최초) 를 유지하기 위한 요구에 의해 결정된다. r최초는 또한 최초 물리 레이어 데이터 레이트로 지칭된다.
d = r최초 / r최종
여기에서 r최종은 보강된 송신 전력 레벨에서 지원되는 새로운 물리 레이어 데이터 레이트 (예를 들면 최종 물리 레이어 데이터 레이트) 이다.
실시형태와 관련하여, 소정의 송신 단말기가 이미 게이팅된 송신을 갖고, 또한 송신 전력으로 증가 (또는 감소) 시키면, 그 후 애플리케이션 데이터 레이트는 a = d최초 * r최초 = d최종 * r최종 이다.
전력 소비의 감소는 듀티 사이클 비율 d에 의존하고, d는 또한 운용 (operational) SNR 및 시스템 성능에 의존한다. 단말기가 SINR ＞＞ 1 인 높은 신호 대 간섭 및 잡음비 (SINR) 의 상황에서 동작하는 경우에는 송신 전력의 증가에서 비롯되는 이점은 더 적어진다. 예를 들어 SINR ＞＞ 1 에서 동작시 송신 전력에서 3 dB의 증가는 1/2 ＜＜ d ＜ 1 의 결과를 가져오고, 전력 소비에서 오직 작은 감소의 결과를 가져온다. 반대로, 단말기가 SINR ＜＜ 1 로 낮은 SINR 환경에서 동작하는 경우에는 3 dB의 송신 전력 증가는 d = 0.5 로 선택할 수 있도록 하고, 이는 50 %까지의 전력 소비 감소를 의미할 수 있다.
r최종의 계산
r최종의 값은 시스템 성능에 의존하고 본 발명의 임의의 특정 구현에 있어서 시스템 성능 곡선이 사용될 수 있다. 그러나 정확한 시스템 성능 곡선이 가능하지 않은 경우, 섀논 용량 (Shannon capacity) 에 기초한 방법이 r최종의 결정에 사용될 수도 있다.
섀논 용량 공식, AWGN (additive white Gaussian noise) 채널에서 최대의 에러없는 (error free) 데이터 레이트 c는 이하의 공식으로 주어진다.
c = W log (1 + SINR),
여기에서 W는 Hz 단위인 채널의 대역폭이다.
실제의 데이터 레이트 r은 이하와 같이 근사된다.
r = W log (1 + SINR - L)
여기에서 L 은 모든 구현 손실 (implementation loss) 의 합계이다. 이론적으로 달성가능한 최고의 성능으로부터 실제 시스템 성능의 편차는 구현 손실이다.
도 7은 실시형태와 관련하여 SINR (704) 의 함수로서 데이터 레이트 (702) 의 그래프를 도시한다. 실시 형태와 관련하여 SINR의 함수로서 데이터 레이트에서 이론적으로 달성가능한 최고의 성능 (706) 이 곡선 (706) 으로서 도시된다. 실시 형태와 관련하여 구현 손실을 고려한 후 SINR의 함수로서 데이터 레이트의 함수는 곡선 (708) 으로서 도시된다.
SINRi 및 SINRf 를 데이터 레이트 ri 및 rf 를 각각 도출하는 SINR의 최초값 및 최종값으로 놓으면,
rf = ri * log (1 + SINRf - L) / log (1 + SINRi - L) 이다.
상기 공식은 SINR이 SINRi에서 SINRf로 변하는 경우 사용될 새로운 데이터 레이트 rf의 추정을 가능하도록 한다.
지원되는 데이터 레이트의 예시적인 정의 및 디코드 스레스홀드가 실시형태와 관련하여 표 1에서 도시된다.
표 1 - 트래픽 채널 파라미터
파라미터 데이터 레이트 Kbps
38.4 76.8 153.6 307.2 307.2 614.4 614.4 1228.8 1228.8 1843.2 2457.6
스레스홀드 (dB) -11.5 -9.7 -6.8 -3.9 -3.8 -0.6 -0.8 1.8 3.7 7.5 9.7
지원되는 데이터 레이트의 상이한 정의가 고려될 수 있고 본 발명의 범위 내라는 것을 당업자는 이해할 수 있다. 임의의 숫자의, 지원되는 데이터 레이트 및 표 1에 리스팅된 데이터 레이트 외의 데이터 레이트의 사용이 고려될 수 있고 본 발명의 범위 내라는 것을 당업자는 또한 이해할 수 있다.
표 1은 실시형태와 관련하여 1 %의 패킷 오류 레이트 (packet error rate: PER) 에서 각각의 데이터 레이트를 디코딩하는데 요구되는 C/I 스레스홀드를 보여준다. PER = #불량패킷들(badpackets) / #양호한패킷들(goodpackets) 포워드 링크는 제한된 레이트 세트를 갖고, 연속적인 레이트에 대해 시간의 1 %로 성공적으로 패킷을 디코딩하는데 요구되는 스레스홀드는 예를 들면 3.7 dB 만큼의 갭을 갖는다. 추정 C/I가 가장 높은 레이트를 위해 요구되는 것보다 더 큰 경우, 송신 단말기는 그의 송신 전력을 감소시킬 수 있다.
여기에서 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들은 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 주문형 집적회로 (ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이 신호 (FPGA), 또는 기타 프로그래머블 로직 디바이스, 별도의 게이트 또는 트랜지스터 로직, 별도의 하드웨어 컴포넌트들, 또는 여기서 설명된 기능을 수행하도록 설계되는 이들의 임의의 결합으로 구현 또는 수행될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 다른 방법으로, 그 프로세서는 임의의 종래 프로세서, 제어기, 마이크로 제어기, 또는 상태 기계일 수도 있다. 또한, 프로세서는 컴퓨팅 디바이스들의 결합, 예를 들어, DSP 와 마이크로프로세서의 결합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로프로세서들 또는 임의의 기타 다른 구성물로 구현될 수도 있다.
여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2개의 조합으 로 직접 구현될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래쉬 메모리, ROM 메모리, PROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 형태의 저장 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC 내에 상주할 수도 있다. ASIC은 단말기내 또는 다른 곳에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체가 단말기 내의 개별 소바 또는 다른 곳에 상주할 수도 있다.
개시된 발명의 상기 설명은 임의의 당업자가 본 발명을 제조 또는 사용할 수 있도록 제공된다. 본 실시형태에 대한 다양한 변형들이 당업자에게 용이하게 명백할 것이며, 여기에서 정의된 총체적인 원리들이 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어남이 없이 다른 실시형태로 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 여기에서 보여진 실시형태로 제한되는 것이 아니라, 여기에 기재된 원리 및 새로운 특징에 일치하는 최광의 범위에 일치되기 위한 의도이다.
도 1은 피코넷의 예를 도시하는 개념도이다.
도 2는 인트라-피코넷 통신을 콘트롤하는 미디엄 액세스 콘트롤 (Medium Access Control; MAC) 프레임의 예를 도시하는 개념도이다.
도 3은 피코넷 내에서 동작이 가능한 단말기의 예를 도시하는 기능적인 블록도이다.
도 4는 피코넷의 마스터 단말기로서 동작하는 단말기의 예를 도시하는 개념적 블록도이다.
도 5는 피코넷의 멤버 단말기로서 동작하는 단말기의 예를 도시하는 개념적 블록도이다.
도 6은 실시형태에 따른 예시적인 연속의 송신 및 예시적인 게이팅된 송신을 도시한다.
도 7은 실시형태에 따른 신호 대 간섭 및 잡음비 (SINR) 의 함수 (function) 로서 데이터 레이트의 그래프를 도시한다.

Claims (7)

  1. 초광대역 (UWB) 통신 시스템에서 무선 송신을 게이팅하는 방법으로서,
    델타 송신 전력만큼 송신 전력을 증가시키는 단계;
    상기 증가된 송신 전력 및 시스템 성능에 기초하여 최종 물리 레이어 데이터 레이트 (r최종) 를 결정하는 단계;
    상기 최종 물리 레이어 데이터 레이트 (r최종) 가 주어지면 원래의 애플리케이션 데이터 레이트 (r최초) 의 유지에 기초하여 듀티 사이클을, 상기 듀티 사이클 = r최초/r최종 로 결정하는 단계; 및
    상기 듀티 사이클에 기초하여 무선 송신을 게이팅하는 단계를 포함하는, 무선 송신을 게이팅하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 최종 물리 레이어 데이터 레이트보다 높은 물리 레이어 데이터 레이트가 인에이블되도록 상기 송신 전력을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 무선 송신을 게이팅하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 최종 물리 레이어 데이터 레이트 (r최종) 는 신호 대 간섭 및 잡음비 (SINR) 에 기초하는, 무선 송신을 게이팅하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 최종 물리 레이어 데이터 레이트 (r최종) 는 구현 손실에 또한 기초하는, 무선 송신을 게이팅하는 방법.
  5. 초광대역 (UWB) 통신 시스템에서 무선 송신을 게이팅하는 무선 단말기로서,
    델타 송신 전력만큼 송신 전력을 증가시키는 수단;
    상기 증가된 송신 전력 및 시스템 성능에 기초하여 최종 물리 레이어 데이터 레이트 (r최종) 를 결정하는 수단;
    상기 최종 물리 레이어 데이터 레이트 (r최종) 가 주어지면 원래의 애플리케이션 데이터 레이트 (r최초)의 유지에 기초하여 듀티 사이클을, 상기 듀티 사이클 = r최초/r최종 로 결정하는 수단; 및
    상기 듀티 사이클에 기초하여 무선 송신을 게이팅하는 수단을 포함하는, 무선 단말기.
  6. 초광대역 (UWB) 통신 시스템에서 무선 송신을 게이팅하는 무선 단말기로서,
    신호 대 간섭 및 잡음비 (SINR) 를 검출하는 수신기;
    상기 SINR 및 송신 전력의 증가에 기초하여 최종 물리 레이어 데이터 레이트 (r최종) 가 주어지면 원래의 애플리케이션 데이터 레이트 (r최초)의 유지에 기초하여 듀티 사이클을, 상기 듀티 사이클 = r최초/r최종 로 결정하는 프로세서로서, 상기 수신기에 커플링되는 프로세서; 및
    상기 듀티 사이클에 기초하여 무선 송신을 게이팅하며 기저대역 프로세서에 커플링되는 송신기를 포함하는, 무선 단말기.
  7. 초광대역 (UWB) 통신 시스템에서 무선 송신을 게이팅하는, 컴퓨터 프로그램에 의해 실행가능한 명령의 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독가능 매체로서,
    델타 송신 전력만큼 송신 전력을 증가시키는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 수단;
    상기 증가된 송신 전력 및 시스템 성능에 기초하여 최종 물리 레이어 데이터 레이트 (r최종) 를 결정하는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 수단;
    상기 최종 물리 레이어 데이터 레이트 (r최종) 가 주어지면 원래의 애플리케이션 데이터 레이트 (r최초)의 유지에 기초하여 듀티 사이클을, 상기 듀티 사이클 = r최초/r최종 로 결정하는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 수단; 및
    상기 듀티 사이클에 기초하여 무선 송신을 게이팅하는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드 수단을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
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