KR101020952B1 - 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치 - Google Patents

초고속 무선전송 시스템의 단말 장치 Download PDF

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Abstract

초고속 무선전송 시스템의 단말 장치 및 방법을 개시한다. 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치는 L3 단말기와 기가 비트 이더넷 포트를 사용하여 정보를 송수신하는 프로세스부; 상기 프로세스부가 수신한 정보에 64QAM을 사용하여 디지털 신호로 변조/복조하는 기저대역 모뎀부; 및 상기 디지털 신호를 20MHz의 대역폭을 가지는 아날로그 신호로 변환하고, 상기 아날로그 신호를 복수의 다중 안테나를 사용하여 송신하는 주파수 변환부 및 그 역방향 수신 경로를 포함한다.
IMT-Advanced, 이동통신 시스템, 기지국, 단말 장치, L3 단말기.

Description

초고속 무선전송 시스템의 단말 장치{TERMINAL APPARATUS OF HIGH-SPEED RADIO TRANSMITING SYSTEM}
본 발명은 IMT-Advanced 이동통신용 LTE(Long Term Evolution) 기반 초고속 무선전송 시스템(NeMA: New Mobile Access System)의 단말 장치에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 한국전자통신연구원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-001-03, 과제명: 4세대 이동통신을 위한 적응 무선접속 및 전송기술 개발].
IMT-Advanced 이동통신 시스템에서 LTE 기반 NeMA 시스템 단말 플랫폼은 최대 20MHz의 대역폭과 64QAM 변조 방법 및 다중 안테나를 사용함으로써 기존의 HSPA(High Speed Packet Access)에 비하여 약 24배의 최대 전송속도를 실현할 수 있다.
그러나, 기존에 사용하던 이동 단말기는 IMT-Advanced 이동통신 시스템에서 LTE 기반 NeMA 시스템에서 제공하는 자원을 사용하기에 충분한 대역폭이나 변조방법을 사용하지 못하고 있는 실정이다.
따라서, 기존의 이동 단말기가 IMT-Advanced 이동통신 시스템에서 LTE 기반 NeMA 시스템에서 제공하는 자원을 모두 활용하도록 할 수 있는 장치가 필요한 실정이다.
본 발명은 기존의 이동 단말기에서 전송되는 정보를 IMT-Advanced 이동통신용 NeMA 시스템에 최적화하여 송수신함으로써 HSPA보다 빠른 속도로 정보를 송수신할 수 있는 단말 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치는 L3 단말기와 기가 비트 이더넷 포트를 사용하여 정보를 송수신하는 프로세스부; 상기 프로세스부가 수신한 정보에 64QAM(Quadrature Amplitude modulation)을 사용하여 디지털 신호로 변조/복조하는 기저대역 모뎀부; 및 상기 디지털 신호를 20MHz의 대역폭을 가지는 아날로그 신호로 변환하고, 상기 아날로그 신호를 복수의 다중 안테나를 사용하여 송신하는 주파수 변환부 및 그 역방향 수신 경로를 포함한다.
본 발명에 따르면 기존의 이동 단말기에서 전송되는 정보를 IMT-Advanced 이동통신용 NeMA 시스템에 최적화하여 송수신함으로써 HSPA보다 빠른 속도로 정보를 송수신할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다양한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치를 도시한 일례이다.
본 발명의 일실시예에 따른 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치(120)는 NeMA 시스템에서 L3 단말기(110)에 결합되는 L3(RRC: Radio Resource Control Layer)　단말 장치로써 기가 비트 이더넷을 통하여 정보를 송신 또는 수신 할 수 있으며 도 1에 도시된 바와 같이 프로세스부(121), 기저대역 모뎀부(123), 및 주파수 변환부(125)로 구성될 수 있다.
프로세스부(121)는 L3 단말기(110)와 기가 비트 이더넷 포트를 사용하여 정보를 송수신할 수 있다. 이때, L3 단말기(110)는 2개의 기가 비트 이더넷(GBE: Giga Bit Ethernet) 포트를 내장하고 있을 수 있다.
또한, 프로세스부(121)는 저속 이동형 무선 전송 시스템(130)과 접속이 가능하여 정지 및 저속 이동 중에도 정보를 송신하거나 수신할 수 있다. 이때, 프로세스부(121)과 접속되는 저속 이동형 무선 전송 시스템(130)의 일례로는 국제전기통신연합(ITU)이 규정한 IMT-Advanced(4G)에서 정지 및 저속(3Km/h)으로 이동할 경우에 1Gbps를 구현한 저속 이동형 무선전송 시스템인 NoLA(New Nomadic Local Area Wireless Access)가 사용될 수 있다.
프로세스부(121)는 네트워크 계층(L3)의 통신제어 프로세서로써 외부 서비스 장치 및 모니터 PC 인터페이스를 가지는 프로세서 모듈인 L3 제어부와 데이터 트래픽에 대한 Low MAC 기능 및 MAC 계층 제어 소프트웨어가 실행되는 L2 제어부를 포함할 수 있으며, 세부 구성은 이하 도 2를 사용하여 상세히 후술한다.
기저대역 모뎀부(123)는 프로세스부(121)가 수신한 정보에 64QAM (Quadrature Amplitude modulation)을 사용하여 디지털 신호로 변조할 수 있다. 이때, 기저대역 모뎀부(123)는 상기 디지털 신호를 주파수 변환부(125)로 전송할 수 있다.
또한, 기저대역 모뎀부(123)는 주파수 변환부(125)로부터 수신 디지털 신호를 수신하면, 상기 수신 디지털 신호를 복조하여 수신 정보를 복원하고, 상기 수신 정보를 프로세스부(121)를 통하여 L3 단말기(110)로 전송할 수 있다.
기저대역 모뎀부(123)는 기저대역 모뎀과 통신 제어 프로세서 장치 및 L1 제어부를 포함할 수 있으며, 세부 구성은 이하 도 3을 사용하여 상세히 후술한다.
주파수 변환부(125)는 기저대역 모뎀부(123)에서 변조된 상기 디지털 신호를 20MHz의 대역폭을 가지는 아날로그 신호로 변환하고, 상기 아날로그 신호를 복수의 다중 안테나를 사용하여 송신할 수 있다.
또한, 주파수 변환부(125)는 상기 복수의 다중 안테나로 수신한 아날로그 신호를 수신 디지털 신호로 변환하여 기저대역 모뎀부(123)로 전송할 수도 있다.
주파수 변환부(125)의 구성은 이하 도 4를 사용하여 상세히 후술한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초고속 무선전송 시스템의 프로세스부를 도시한 일례이다.
프로세스부(121)는 도 2에 도시된 바와 같이 기가 비트 이더넷 송수신기(211, 212), L3 제어부(210), L2 제어부(220) 및 로우맥부(223)를 포함할 수 있다.
기가 비트 이더넷 송수신기(211, 212)는 기가 비트 이더넷을 사용하여 L3 단 말기(110)로부터 수신한 상기 정보를 L3 제어부(210)로 전송하고, L3 제어부(210)로부터 수신한 정보를 기가 비트 이더넷을 사용하여 L3 단말기(110)로 전송할 수 있다.
또한, 기가 비트 이더넷 송수신기(211, 212)는 도 2에 도시된 바와 같이 L3 단말기(110)가 내장하고 있는 2개의 기가 비트 이더넷(GBE)포트에 각각 대응하는 제1 기가 비트 이더넷 송수신기(211)와 제2 기가 비트 이더넷 송수신기(212)로 구성될 수 있다.
L3 제어부(210)는 레이어 3(L3)을 사용하여 상기 기가 비트 이더넷 송수신기를 포함하는 외부 서비스 장치를 제어할 수 있다.
이때, L3 제어부(210)는 Local Bus를 이용해서 DDR SDRAM(213), L3 플레쉬(Flash) 메모리(214) 및 익스프레스 브릿지(215)와 연결될 수 있다.
익스프레스 브릿지(215)는 PCI 익스프레스(Peripheral Component Interconnect express)를 사용하여 저속 이동형 무선 전송 시스템(130)과 접속하고, 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치(120)가 정지 및 저속 이동 중에도 L3 제어부(210)로부터 전송되는 정보를 저속 이동형 무선 전송 시스템(130)을 사용하여 송신하거나, 저속 이동형 무선 전송 시스템(130)을 통하여 전송되는 정보를 수신하여 L3 제어부(210)로 전송할 수 있다.
L2 제어부(220)는 레이어 2(L2)를 사용하여 상기 정보의 MAC(Media Access Control) 계층을 제어할 수 있다. 이때, L2 제어부(220)에는 DSP 칩이 내장될 수 있다.
이때, L2 제어부(220)는 도 2에 도시된 바와 같이 EMIFA/B(External Memory Interface)를 이용해서 SDRAM(221)와 L2 플래시 메모리(222)를 별도의 로직 구성 없이(Glueless) 인터페이스 할 수 있다. 또한, L2 제어부(220)와 L3 제어부(210)는 32 비트 버스인 HPI(Host Port Interface) 버스 정합으로 연결되어 제어 신호를 송수신할 수 있다.
로우맥부(Low MAC)(223)는 L2 제어부(220)의 제어에 따라 L3 제어부(210)로부터 수신한 상기 정보에 로우맥 기능을 수행할 수 있으며 채널 부호기와 채널 복호기를 포함할 수 있다. 이때, L3 제어부(210)는 DPRAM(216)을 통해서 상기 정보를 로우맥부(223)로 송수신할 수 있다.
또한, 로우맥부(223)는 FPGA(field programmable gate array)를 사용하여 구성될 수 있다.
그리고, 로우맥부(223)는 L2 제어부(220)와 EMIFA 버스로 연결될 수 있으며, 로우맥부(223)와 L2 제어부(220)를 연결하는 EMIFA 버스는 DPRAM(313)을 통해서 L1 제어부(310)과도 연결될 수 있다.
CFPGA(Control FPGA)(224)는 로우맥부(223)의 동작을 제어할 수 있으며, L2 제어부(220)와 EMIFA 버스로 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초고속 무선전송 시스템의 기저대역 모뎀부를 도시한 일례이다.
기저대역 모뎀부(123)는 도 3에 도시된 바와 같이 L1 제어부(310), 기저 대역 모뎀(320), 및 모뎀 제어부(322)를 포함할 수 있다.
L1 제어부(310)는 레이어 1(L1)을 사용하여 각 구성간의 통신을 제어할 수 있다. 이때, L1 제어부(310)는 제어부는 EMIFA/B를 이용해서 SDRAM(311)과 L1 플래시 메모리(312)를 별도의 로직 구성 없이(Glueless) 인터페이스 할 수 있다. 또한, L2 제어부(220)와 L3 제어부(210)는 32 비트 버스인 HPI 버스 정합으로 연결되어 제어 신호를 송수신할 수 있다.
그리고, L1 제어부(310)는 DPRAM(313)을 통해서 로우맥부(223)와 L2 제어부(220)를 연결하는 EMIFA 버스에 접속하여 128K x 36 Async로. DPRAM 통신을 할 수 있다.
기저 대역 모뎀(320)는 로우맥부(223)에서 로우맥 기능이 수행된 정보에 64QAM(Quadrature Amplitude Modulation)을 사용하여 디지털 신호로 변조할 수 있으며, 상기 채널 부호기와 채널 복호기를 포함할 수 있다. 구체적으로 기저 대역 모뎀(320)은 모뎀 제어부(322)의 제어에 따라 64 개의 채널이 독립적으로 반송파의 진폭과 위상을 동시에 변조하고, 각각의 채널들이 변조한 반송파들을 모두 합성하여 6비트의 디지털 신호를 생성할 수 있다.
이때, 로우맥부(223)와 기저 대역 모뎀(320)내의 채널 부호기와 채널 복호기는 DPRAM(323,324)를 통하여 연결되며 1024K x 36 Sync. DPRAM 데이터 통신을 할 수 있다. 구체적으로 로우맥부(223)의 상기 채널 부호기에서 부호화된 정보는 DPRAM(323)를 통하여 기저 대역 모뎀(320)로 전송되고, 기저 대역 모뎀(320)의 상기 채널 복호기에서 복호화된 정보는 DPRAM(324)를 통하여 로우맥부(223)로 전송된다. 또한, 기저 대역 모뎀(320)의 상기 채널 복호기와 연결되는 DPRAM(321)은 H- ARQ(Hybrid Automatic Repeat Request: 복합 재전송 기법) 패킷 데이터를 저장할 수 있다.
H-ARQ 패킷 데이터는 수신 측에서 전송오류검출에 따른 송신 측으로의 재전송 요구 시, 재전송된 데이터와 이미 저장하고 있던 데이터를 복호화 과정 이전에 결합하여 성능을 개선시켜 패킷을 보다 효율적으로 전송하기 위한 오류제어 기능일 수 있다.
모뎀 제어부(322)는 L1 제어부(310)에 따라 기저 대역 모뎀(320)의 동작을 제어하고, 기저 대역 모뎀(320)에서 변조된 상기 디지털 신호를 정합하여 주파수 변환부(125)로 전송할 수 있다.
이때, 모뎀 제어부(322)는 데이터 신호는 GTP(Giga bit Transceiver Protocol)/MGT(Multi Giga bit Transceiver) 방식으로 정합하고, 기타 제어 신호는 디지털 및 아날로그 신호로 정합할 수 있다. 이때, 무선 링크의 스펙트럼 효율을 향상시키기 위하여 하향 링크의 정합에서는 4 x 4 MIMO, 상향 링크의 정합에서는 2 x 4 MIMO 기능이 지원될 수 있다.
또한, 모뎀 제어부(322)는 EMIFA 버스로 DSP 칩이 내장된 L1 제어부(310)와 연결되고, Mictor-76 케이블을 통하여 주파수 변환부(125)와 연결될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초고속 무선전송 시스템의 주파수 변환부를 도시한 일례이다.
주파수 변환부(125)는 도 4에 도시된 바와 같이 Tx/Rx 송수신부(410), 주파수 제어부(420), 및 RF 변환부(430)를 포함할 수 있다.
Tx/Rx 송수신부(410)는 모뎀 제어부(322)와 상기 디지털 신호와 제어 신호를 송수신할 수 있다.
주파수 제어부(420)는 Tx/Rx 송수신부(410)가 수신한 상기 디지털 신호를 20MHz의 대역폭을 가지는 아날로그 신호로 변환하여 RF 변환부(430)로 전송하고, RF 변환부(430)가 수신한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 Tx/Rx 송수신부(410)로 전송할 수 있다. 또한, 주파수 제어부(420)는 AFC(Automatic Frequency Control)를 포함하여 자동 주파수 제어 기능을 수행할 수도 있다.
RF 변환부(430)는 주파수 제어부(420)로부터 전송된 상기 아날로그 신호를 복수의 다중 안테나를 사용하여 송신하고, 상기 복수의 다중 안테나에서 수신된 아날로그 신호를 주파수 제어부(430)로 전송할 수 있다.
이때, RF 변환부(430)는 무선 링크의 스펙트럼 효율을 향상시키기 위하여 하향 링크에서는 4 x 4 MIMO 안테나를 사용하고, 상향 링크에서는 2 x 4 MIMO 안테나를 사용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치는 기존의 이동 단말기에서 전송되는 정보를 IMT-Advanced 이동통신용 NeMA 시스템에 최적화하여 송수신함으로써 기존의 이동 단말기를 사용하면서도 HSPA의 다운링크 속도인 14.4Mbps 보다 24배 빠른 전송속도를 실현하여 이동 가입자들이 실내 외에서 언제 어디서나 사용하던 인터넷 서비스, 웹 서비스, 동영상, 방송 서비스, IP 기반의 전화 서비스, 파일 다운로드 및 업로드 등의 모든 패킷 서비스를 자유자재로 사용 할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치를 도시한 일례이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초고속 무선전송 시스템의 프로세스부를 도시한 일례이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초고속 무선전송 시스템의 기저대역 모뎀부를 도시한 일례이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초고속 무선전송 시스템의 주파수 변환부를 도시한 일례이다.

Claims (10)

  1. L3 단말기와 기가 비트 이더넷 포트를 사용하여 정보를 송수신하는 프로세스부;
    상기 프로세스부가 수신한 정보에 64QAM(Quadrature Amplitude modulation)을 사용하여 디지털 신호로 변조/복조하는 기저대역 모뎀부; 및
    상기 디지털 신호를 20MHz의 대역폭을 가지는 아날로그 신호로 변환하고, 상기 아날로그 신호를 복수의 다중 안테나를 사용하여 송신하는 주파수 변환부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 변환부가 상기 복수의 다중 안테나로 수신한 아날로그 신호를 수신 디지털 신호로 변환하면, 상기 기저대역 모뎀부는 상기 수신 디지털 신호를 복조하여 수신 정보를 복원하고, 상기 프로세스부가 상기 수신 정보를 기가 비트 이더넷 포트를 사용하여 L3 단말기로 전송하는 것을 특징으로 하는 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세스부는,
    기가 비트 이더넷을 사용하여 L3 단말기와 상기 정보를 송수신하는 기가 비 트 이더넷 송수신기;
    레이어 3(L3)을 사용하여 상기 기가 비트 이더넷 송수신기를 포함하는 외부 서비스 장치를 제어하는 L3 제어부;
    레이어 2(L2)를 사용하여 상기 정보의 MAC(Media Access Control) 계층을 제어하는 L2 제어부; 및
    상기 L2 제어부의 제어에 따라 상기 L3 제어부로부터 수신한 상기 정보에 로우맥(Low MAC) 기능을 수행하는 로우맥부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세스부는 PCI 익스프레스(express)를 사용하여 저속 이동형 무선 전송 시스템과 접속할 수 있는 익스프레스 브릿지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 L2 제어부는 EMIFA/B(External Memory Interface)를 이용해서 저장 매체를 별도의 로직 구성 없이(Glueless) 인터페이스 하는 것을 특징으로 하는 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 기저대역 모뎀부는,
    레이어 1(L1)을 사용하여 각 구성간의 통신을 제어하는 L1 제어부;
    상기 로우맥 기능이 수행된 정보에 64QAM을 사용하여 디지털 신호로 변조하는 기저 대역 모뎀; 및
    상기 L1 제어부에 따라 상기 기저 대역 모뎀의 동작을 제어하고, 상기 디지털 신호를 정합하여 상기 주파수 변환부로 전송하는 모뎀 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 L1 제어부는 EMIFA/B(External Memory Interface)를 이용해서 SDRAM이나 플래시 메모리와 같은 저장 매체를 별도의 로직 구성 없이(Glueless) 인터페이스 하는 것을 특징으로 하는 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 L3 제어부와 L2 제어부 및 L1 제어부는 32 bit 버스 폭을 가지는 HPI(Host Port Interface) 버스 정합으로 제어 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 주파수 변환부는,
    상기 모뎀 제어부와 상기 디지털 신호를 송수신하는 Tx/Rx 송수신부;
    상기 Tx/Rx 송수신부가 수신한 상기 디지털 신호를 20MHz의 대역폭을 가지는 아날로그 신호로 변환하여 RF 변환부로 전송하고, 상기 RF 변환부가 수신한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 Tx/Rx 송수신부로 전송하는 주파수 제어부; 및
    상기 주파수 제어부로부터 전송된 상기 아날로그 신호를 복수의 다중 안테나를 사용하여 송신하고, 상기 복수의 다중 안테나에서 수신된 아날로그 신호를 상기 주파수 제어부로 전송하는 RF 변환부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 RF 변환부는,
    하향 링크에서는 4 x 4 MIMO 안테나를 사용하고, 상향 링크에서는 2 x 4 MIMO 안테나를 사용하는 것을 특징으로 하는 초고속 무선전송 시스템의 단말 장치.
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