KR101214827B1

KR101214827B1 - 위상 변조 멀티플렉싱을 통한 다중 이용자 다이버시티 이용

Info

Publication number: KR101214827B1
Application number: KR1020077014587A
Authority: KR
Inventors: 후이 리우; 마니우안 선; 구안빈 싱
Original assignee: 아답틱스, 인코포레이티드
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2012-12-24
Also published as: US20090310700A1; EP1839128A1; CA2584356A1; EP1839128A4; AU2005311947B2; WO2006060478A3; JP5080980B2; CN101151807A; AU2005311947A1; US20060116077A1; MX2007006303A; US7606596B2; CN101944973A; KR20070103372A; WO2006060478A2; IL183139A0; CN101151807B; JP2008522554A; WO2006060478A9

Abstract

다중 이용자들의 신호들을 공통 채널로 결합하기 위한 방법 및 장치가 제시된다. 일 실시예에서, 방법은 복수의 가입자 유닛의 프로파일들에 기초하여 하나 이상의 미리 결정된 품질 레벨들인 하나 이상의 트래픽 채널들을 식별하는 단계 및 위상 변조 멀티플렉싱된 신호들을 하나 이상의 미리 결정된 레벨들보다 더 높은 품질을 갖는 하나 이상의 채널들의 공통 셋을 통해 전송하는 단계를 포함한다.

채널 프로파일, 위상 변조 멀티플렉싱, 직교 다중 액세스 무선 네트워크

Description

위상 변조 멀티플렉싱을 통한 다중 이용자 다이버시티 이용{EXPLOITING MULTIUSER DIVERSITY THROUGH PHASE MODULATION MULTIPLEXING}

본 발명은 무선 통신 영역에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 직교 다중 액세스 무선 통신 시스템들에서의 다중-이용자 다이버시티의 이용에 관한 것이다.

현대의 광대역 무선 네트워크들은 서비스 요구들에서 큰 변화들을 갖는 이질적인 이용자들을 지원해야 한다. 대부분의 피크 데이터 레이트는 대역폭을 갖고 증가하는 반면, 시스템이 지원할 수 있는 동시 이용자들의 수는 시스템 세분성 문제(system granularity issue) 때문에 항상 비례하여 증가하지 않는다. 시-분할 다중-액세스(time-division multiple-access, TDMA) 및 코드-분할 다중-액세스(code-division multiple-access, CDMA)는 세분성을 제한하는 것으로 알려져 있어, 시스템이 과중하게 로딩될 때 감소하는 스펙트럼 효율성의 손해를 입는다. 조악한 세분성에 의해 영향받을 수 있는 다른 실행 파라미터들은 패킷 지연들(packet delays) 및 지터링(jittering)을 포함한다.

주파수 도메인 및 시간 도메인 모두에서 라디오 리소스를 분할함으로써, 직교 주파수-분할 다중 액세스(orthogonal frequency-division multiple-access, OFDMA)은 TDMA 또는 CDMA 중 하나를 통해 유연성(flexibility) 및 세분성(granularity)을 제공한다. TDMA 및 직교 스프레딩 코드들을 갖는 동기 CDMA(synchronous CDMA)와 유사하게, OFDMA에서의 각각의 트래픽 채널은 단일 이용자에게 배타적으로 할당되고, 시스템에서의 인트라셀 간섭(intracell interference)을 제거한다. OFDMA, TDMA, SCDMA와 같은 직교 다중 액세스 방식들의 두드러진 특징은 무선 네트워크에서의 소위 다중 이용자 다이버시티를 조사하는 능력이다(R. Knopp 및 P. A. Humblet의 "단일-셀 다중 이용자 통신에서의 정보 용량 및 전력 제어(Information capacity and power control in single-cell multiuser communications)", Proc. IEEE Int. Conf. Comm. 1995, 시애틀, WA, 1995년 6월, pp. 331-335).

적응 코딩 변조(Adaptive coded modulation, ACM) 및 동적 채널 할당(dynamic channel allocation, DCA)은 당업자들에게 공지되어 있다. 예를 들면, DCA에 대한 더 많은 정보에 대해서는, 미국 특허 제6,606,499호, "셀룰러 무선 통신 네트워크에서의 동적 채널 할당 방법(Dynamic channel allocation method in a cellular radio communication network)"을 참조하면 된다.

직교 다중 액세스 방식들이 적응 코딩 변조(ACM) 및 동적 채널 할당(DCM)에 결합될 때, 이것들의 스펙트럼 효율성(spectrum efficiency)은 이론적인 경계들에 접근한다. 사실상, 총 시스템 능력 관점에서, OFDMA는 광대역 다운링크 전송에서 아주 최적이라는 것을 증명할 수 있다. 더 많은 정보에 대해서는, IEEE Journal on Selected Areas in Communication, vol. 21, no. 2, 2003년 2월, 장지호 및 이광복의 "다중 이용자 OFDM 시스템들을 위한 송신 전력 적응(Transmit power adaptation for multiuser OFDM systems)"을 참조하면 된다.

다른 한편으로, ACM 및 DCA의 이점들은 이용자들의 실질적인 트래픽 패턴들을 고려함 없이는 완전히 캡쳐될 수 없다. 많은 로우 일정한-레이트 이용자들을 갖는 시스템(예를 들면, 음성)에 대해서는, ACM에 기초한 개별적인 이용자에 대한 요구가 사라진다. 특히 전력 제어가 덜 실행될 수 있는 다운링크 전송에서는, 고-품질 트래픽 채널들이 때때로 버려진다. 음성 이용자들의 수를 QPSK+1/2 코딩과 연관시키는 상황을 디폴트 코딩 및 변조 방식(default coding and modulation scheme)으로 고려하자. 오직 하나의 이용자만이 각각의 트래픽 채널에 허용될 때, 각각의 트래픽 채널에서의 처리량은 트래픽 채널 조건에 관계없이 1bit/s/㎐로 고정된다. 문제는 음성 통신에서의 지연 제약들(delay constraints) 때문에 버퍼링으로는(및 버스트 전송) 해결될 수 없다는 것을 주의하자.

다중 이용자들의 신호들을 결합하기 위한 방법 및 장치가 공통 채널에 대해 제시된다. 일 실시예에서, 방법은 복수의 가입자 유닛들의 채널 프로파일에 기초하여 복수의 가입자 유닛들에 하나 이상의 미리 결정된 품질 레벨들인 하나 이상의 트래픽 채널들을 식별하는 단계 및 하나 이상의 미리 결정된 품질 레벨들보다 더 높은 품질을 갖는 하나 이상의 채널들의 공통 셋을 통해 위상 변조 멀티플렉싱된 신호들을 복수의 가입자 유닛들로 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명은 본 발명의 다양한 실시예들의 아래 주어진 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 더 완전히 이해될 것이다. 그러나 이는 본 발명을 특정 실시예들에 제한하는 것으로 취급되어서는 안 되고, 오로지 설명과 이해를 위한 것이다.

도 1은 서로 다른 전파 손실들(propagation losses), 간섭 패턴들(interference patterns), 및 다중 경로 반사들(multipath reflections)로 인해 이용자들의 채널 조건들이 크게 서로 다른 무선 네트워크들을 도시하는 도면.

도 2는 각각의 트래픽 채널들에서 달성할 수 있는 레이트들과 두 이용자들의 채널 프로파일들을 도시한 도면.

도 3a는 하이-디멘션 코딩 변조(high-dimensional coded modulation)를 위해 다중 로우 레이트(multiple low rate)에서의 데이터를 하이 레이트 스트림(high rate stream)으로 멀티플렉싱하는 위상 변조 멀티플렉서의 일 실시예의 블록도.

도 3b는 위상 변조 멀티플렉싱 로직의 다른 실시예를 도시하는 도면.

도 4는 위상 변조 멀티플렉싱에 따라 증가하는 무선 시스템의 세분성을 도시하는 도면.

도 5는 DCA, ACM, PMM을 이용하는 동적 채널 멀티플렉싱 로직 유닛의 일 실시예의 블록도.

도 6은 동적 채널 멀티플렉싱을 실행하기 위한 프로세스의 일 실시예의 흐름도.

직교 멀티플렉싱/다중 액세스(예를 들면, OFDMA, TDMA, SCDMA) 무선 광대역 네트워크들에서 다중 이용자 다이버시티를 이용하기 위한 방법 및 장치가 기술된다. 일 실시예에서, 둘 이상의 로우 레이트 가입자 유닛들(low rate subscriber units)을 위한 데이터가 하나 (이상의) 고-품질 채널들로 결합된다(예를 들면, 멀티플렉싱된다). 로우 레이트 가입자 유닛들로 결합된 채널들은 음성 채널들일 수 있다. 일 실시예에서, 고-품질 채널들은 가입자 유닛들의 그룹에 의해 이용된 채널들의 채널 프로파일들 및 주기적인 트래픽 패턴 분석에 기초하여 식별된다. 단일 채널들을 더 최대한으로, 또는 잠재적으로, 최대 용량으로 이용하기 위해서 다중 가입자 유닛들을 위한 데이터는 단일 채널로 결합된다.

일 실시예에서, 지능적인 트래픽 할당 방식(intelligent traffic allocation scheme)은 PMM-기반 동적 데이터 집약(PMM-based dynamic data aggregation)을 통해 고-품질 직교 트래픽 채널(들)을 공유하는 것을 가능하게 한다. 일 실시예에서, PMM은 "위상 변조 멀티플렉싱 전송 유닛 및 위상 변조 멀티플렉싱 방법(Phase modulation multiplexing transmission unit and phase modulation multiplexing method)"이라는 명칭의, 2001년 9월 25일 발행된 미국 특허 제6,295,273호에 따라 실행된다. 위상 변조 멀티플렉싱(phase modulation multiplexing, PMM)을 이용하는 것은 다중 로우 레이트 가입자들과 관련된 고-품질 트래픽 채널들의 공통 셋의 이점을 활용한다. 이는 시스템 세분성을 증가시키고, 더 중요하게는 각각의 이용자들의 트래픽 로드들에 관계없이 고-품질 트래픽 채널들의 이용의 증가, 잠재적으로는 최대화를 보장한다. 결과적으로, 각각의 트래픽 채널에 대해 가장 높게 달성할 수 있는 레이트에 도달할 수 있다. 이러한 접근은 각각의 트래픽 채널이 하나의 이용자에게만 할당되는 종래 기술에서의 직교 멀티플렉싱/다중 액세스 방식들과 구별된다는 것을 주의하자.

위상 변조 멀티플렉싱(PMM)과 DCA 및 ACM을 결합하는 방법 및 장치가 기술된다. 본 명세서에 제시된 기술들은 광대역 네트워크의 세분성을 증가시키는 동시에 엄격한 QoS 제약들(QoS constraints)(예를 들면, 레이트(rate), 지연(delay), 지터(jitter)) 하에서 시스템 스펙트럼 효율성을 증가시키고, 잠재적으로는 최대화한다.

기술들은 많은 수의 일정-레이트의 이용자들을 갖는 현존 시스템들에서 이용 가능하지 않은 다중 이용자 다이버시티를 캡처링한다. 이용자들의 채널 및 트래픽 특성들에 기초하여 위상 변조 멀티플렉싱(PMM)을 이용하는 동적 집단(dynamic aggregation)을 개시하는 선행 기술이 없다는 것을 주목하자. 일 실시예에서, 기지국에서의 어떤 추가적인 하드웨어도 요구되지 않는다. 덧붙여, 버스트 전송을 채용하는 종래 기술에서의 약점들을 극복한다 - 지연들 지터링이 로우 레이트 트래픽들에 대해 생성되지 않는다.

새로운 기술은 예를 들면, OFDMA, TDMA, FDAM, CDMA, SDMA와 같은 다양한 다중-액세스 방식들 및 이들 다중-액세스 방식들의 임의의 조합을 채용하는 무선 통신 시스템들에 이용될 수 있다.

다음의 서술에서, 본 발명의 더 완전한 설명을 제공하기 위해 다수의 세부 사항들이 제시된다. 그러나 본 발명은 이들 특정 세부사항들 없이도 실행될 수 있 다는 것이 당업자들에게 명백해질 것이다. 다른 예로, 상세하게 한다기보다는 본 발명을 불명료하게 하는 것을 피하기 위해 공지의 구조들 및 디바이스들이 블록도의 형태로 도시된다.

다음의 상세한 서술들의 일부들이 컴퓨터 메모리 내의 데이터 비트들 상의 동작들의 알고리즘들 및 기호 표현들로 제시된다. 이들 알고리즘 기술들 및 표현들은 다른 당업자들에게 그들의 작업의 내용을 가장 효율적으로 전달하는 데이터 프로세싱 기술들에서의 당업자들에 의해 이용되는 수단이다. 알고리즘은, 여기서, 및 일반적으로, 원하는 결과를 유도하는 일관성있는 순서의 단계들인 것으로 이해된다. 단계들은 물리적 양들(physical quantities)의 물리적 조작들(physical manipulations)을 요구한다. 일반적으로, 반드시 그러하진 않더라도, 이들 양들은 저장될 수 있고, 전송될 수 있고, 결합될 수 있고, 비교될 수 있고, 그렇지 않으면 조작될 수 있는 전기적 또는 자기적 신호들의 형태를 취한다. 대체로 공통 관행의 이유로 이들 신호들을 비트들, 값들, 요소들, 심볼들, 문자들, 용어들, 수들, 등등으로 참조하는 것이 쉽게 증명되어왔다.

그러나, 이들 및 유사한 용어들 전부는 적당한 물리적 양들과 관련되어야 하고 단지 이들 양들에 적용될 편리한 표시라는 것이 명심 되어야한다. 다른 한편으로 다음의 논의에서 특별히 언급되지 않는다면, 기술 전체를 통해 "처리" 또는 "컴퓨팅" 또는 "계산" 또는 "결정" 또는 "디스플레이" 등과 같은 용어들을 이용하는 논의들이 컴퓨터 시스템의 레지스터들 및 메모리들에서의 물리적(전기적) 양들로 나타난 데이터를 컴퓨터 시스템의 메모리들이나 레지스터들 또는 다른 그러한 정보 저장, 전송, 디스플레이 디바이스에서의 비슷하게 나타난 물리적 양들로 다른 데이터 조작하고 변환하는 컴퓨터 시스템 또는 그와 유사한 전자 컴퓨팅 디바이스의 작용과 프로세스들을 참조하는 것으로 이해된다.

또한 본 발명은 본 명세서에서의 동작을 실행하기 위한 장치와 관련되어 있다. 이 장치는 요구되는 목적들로 특별히 구성될 수 있거나, 컴퓨터에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 선택적으로 활성화되거나 재구성된 범용 컴퓨터를 포함할 수 있다. 그러한 컴퓨터 프로그램은 플로피 디스크들, 광 디스크들, CD-ROM들, 및 자기-광 디스크들, 판독-전용 메모리들(read-only memories, ROM들), 랜덤 액세스 메모리들(random access memories, RAM들), EPROM들, EEPROM들, 자기 또는 광 카드들, 또는 전자 명령들에 적합한 타입의 매체들을 포함하는 디스크들의 타입에 제한되지는 않지만 이와 같은 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장될 수 있고, 각각 컴퓨터 시스템 버스에 연결될 수 있다.

본 명세서에 제시된 알고리즘들 및 디스플레이들은 본래 어떤 특정 컴퓨터나 다른 장치에 관련되지 않는다. 다양한 범용 시스템들이 본 명세서에서의 가르침에 따른 프로그램들과 함께 이용될 수 있고, 또는 요구되는 방법 단계들을 실행하기에 특정된 장치를 구성하는 것을 쉽게 증명할 수 있다. 다양한 이들 시스템들에 요구되는 구조가 아래의 서술들에서 나타날 것이다. 덧붙여, 본 발명은 어떤 특정 프로그래밍 언어들에만 관련하여 기술되지는 않는다. 다양한 프로그래밍 언어들이 본 명세서에 기술된 본 발명의 가르침을 구현하는 데에 이용될 수 있다고 이해될 것이다.

기계-판독 가능한 매체는 기계(예를 들면, 컴퓨터)에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 저장하고 전송하기 위한 어떤 메커니즘을 포함한다. 예를 들면, 기계-판독 가능한 매체는 판독 전용 메모리(ROM); 랜덤 액세스 메모리(RAM); 자기 디스크 저장 매체들; 광 저장 매체들, 플래시 메모리 디바이스들; 전기적, 광학적, 음향(acoustical) 또는 다른 형태의 전달된 신호들(예를 들면, 반송파들, 적외선 신호들, 디지털 신호들 등) 등을 포함한다.

도 1은 가입자 유닛들(101-103)이 셀에서 기하학적으로 흩어져있는, 기지국(110)과 가입자 유닛들(101-103) 간의 다른 채널 특성들로 이끄는 통상적인 무선 통신 네트워크를 도시한다. 본 명세서에서, 그러한 목적들을 위해 용어들 "가입자(subscriber)" 및 "가입자 유닛(subscriber unit)"이 용어 "이용자(user)"와 호환되어 이용되는 것을 주의하자. 이러한 특정 예에서, 두 이용자들(가입자들(101 및 102))은 기지국(110)에 가까이 있는 반면, 다른 이용자(가입자(103))는 가입자들(101 및 102)보다 멀리 떨어져 있다. 다중 경로 반사들(multipath reflection), 간섭(interference) 및 섀도 효과들(shadowing effects)과 같은 다른 요인들에 연결된 가입자와 기지국(110) 사이의 거리는 다운링크 동작(downlink operation) 동안 각각의 가입자 유닛에서 수신된 신호-대-간섭-및-잡음 비(signal-to-interference-and-noise-ration, SINR)를 결정한다. 채용된 ACM(적응 코딩 변조(adaptive coded modulation)) 방식에 의존하여, SINR 값은 주어진 트래픽 채널에서의 달성할 수 있는 데이터 레이트(data rate)를 지시한다. 개별적인 트래픽 채널들에서의 다운링크 전송 전력이 고정적인 것을 가정하면, 증가되는 또는 잠재적으로 최대인 처리량이 적응 코딩 변조(adaptive coded modulation)를 이용하는 각각의 트래픽 채널을 통해 전달될 수 있다면, 전반적인 시스템 용량(또는 스펙트럼 효율성)은 증가될 수 있다.

도 1에서, 두 가입자(101) 및 가입자(102)가 로우, 고정된 레이트 음성 이용자들이고, 음성 통신의 통상적인 데이터 레이트가 8kbps 이하이면, 이러한 타입의 트래픽에 적응하기 위해 활성화된 채널 SINR 값과 관계없이 오직 두 개의 디멘션 변조(예를 들면, QPSK+1/2 코딩 →1bit/s/㎐)가 요구된다. 그 결과, 더 높은 디멘션 변조들(예를 들면, 64QAM+5/6 코딩 →5bit/s/㎐)에 적합한 고-품질의 채널들이 이용될 것이고, 스펙트럼 리소스들의 폐기(waste)에 이르게 될 것이다. 이 문제는 각각의 트래픽 채널(타임 슬롯(time slot), 서브-캐리어들의 클러스터(cluster of sub-carriers), 또는 직교 스프레딩 코드(orthogonal spreading code))에서 하나의 이용자를 갖는 TDMA, OFDMA, 및 동기 CDMA(synchronous CDMA, SCDMA)와 같은 직교 멀티플렉싱/다중 액세스 방식에서 특히 명백하다. 본 발명의 실시예에 따르면, 동적 채널 할당(dynamic channel allocation, DCA), 적응 코딩 변조(adaptive coded modulation, ACM), 및 위상 변조 멀티플렉싱(phase modulation multiplexing, PMM)을 결합함으로써 전술한 문제가 해결된다.

도 2는 고-품질의 트래픽 채널들의 공통 셋을 공유하는 다중 가입자 유닛들에 대한 PMM의 조합에서의 동적 채널 할당 기술을 서술한다. 도 2를 참고하면, 기본 레이트 요구 < 2bit/s/㎐를 갖는 두 명의 로우 레이트 이용자들의 채널 특성들은, 몇 개의 고-품질 트래픽 채널들이 이용자들 양자에게 공통인 것으로 예시된다. y-축은 달성할 수 있는 데이터 레이트(예를 들어, SINR 값에 기초한 ACM 레이트)를 bit/s/㎐로 도시한다. 도시된 바와 같이, 양자 모두의 이용자들은, 달성할 수 있는 레이트가 ~ 4 bit/s/Hz인 트래픽 채널＃3을 선호한다. 이 경우, 채널 할당 로직은 PMM을 이용하는 두 가입자 유닛들에 동일한 트래픽 채널을 할당하는 본 발명의 일 실시예이다. 두 가입자 유닛들의 트래픽 로드들을 집약(aggregate)함으로써, 트래픽 채널들은 증가하여, 잠재적으로는 총 용량을 이용하여, 결과적으로 더 높은 시스템 스펙트럼 효율성을 가져온다.

도 3a는 PMM 방식을 이용하는 둘 이상의 로우 레이트 이용자들을 집약하기 위한 위상 변조 멀티플렉싱 로직의 일 실시예의 블록도이다. 도 3a를 참조하면, 가입자 유닛들(301_1-N)은 멀티플렉서(310)를 이용하는 하이-레이트 스트림(302)으로 멀티플렉싱된다. 일 실시예에서, 하이-레이트 데이터 스트림이 6-bit/단위 시간을 갖는 반면, 가입자 유닛들(301_1-N)은 각각 2-bit/단위 시간, 1-bit/단위 시간, 및 3-bit/단위 시간의 레이트들을 갖는다.

적응 코딩 변조기(320)는 하이-레이트 스트림(302)을 수신한다. 일 실시예에서, 적응 코딩 변조기(320)는 채널 인코더(311) 및 변조기(312)(예를 들면, QAM)를 포함한다. 채널 인코더(311)는 채널 코딩된 데이터를 생성하기 위해 하이-레이트 스트림(302)에서 데이터 상에 채널 코딩(311)을 실행한다. 채널 인코더(311)는 컨벌루션 코더(convolutional coder), LDPC 코더, 터보 코더, TPC 코더, 블록 코더 및/또는 트렐리스 코더(trellis coder)를 포함할 수 있다. 변조기(312)는 채널 코딩된 데이터를 수신하고 변조한다. 일 실시예에서, 변조기(320)는 채널 코딩된 데이터를 QAM 콘스텔레이션(QAM constellation)에 맵핑하는 QAM을 이용하여 채널 코딩된 데이터를 변조한다. 적응 코딩 변조기(320)는 결과적인 코딩 및 변조된 신호들을 트래픽 채널(303)에 로딩한다.

도 3b는 위상 변조 멀티플렉싱 로직의 다른 실시예를 예시한다. 도 3b를 참조하면, 서로 다른 가입자들(351_1-N)로부터의 로우-레이트 데이터 스트림들은 인코딩된 데이터 스트림들을 생성하기 위해 동일한 또는 서로 다른 인코더들(361_1-N)을 이용하여 개별적으로 인코딩된다. 인코딩은 예를 들면, 컨벌루션 인코더를 이용하여 실행될 수 있다. 멀티플렉서(370)는 인코딩된 스트림들을 하이-레이트 스트림(371)으로 멀티플렉싱하고, 다음으로, 하이-레이트 스트림들(371)은 변조기(372)를 이용하여 변조된다. 일 실시예에서, 변조기(372)는 하이-레이트 스트림들(371)을 QAM 콘스텔레이션에 맵핑한다.

그러나 다른 실시예에서, 변조기(372)는 이용자 종단들(user ends)에서의 서로 다른 검출 문턱값들을 허용하기 위해 하이-레이트 데이터 스트림들(371)을 계층적 QAM 콘스텔레이션(hierarchical QAM constellation)으로 매핑한다. 이는 1999년 10월 12일에 발행된, 발명의 명칭 "직교 진폭 변조된 신호를 처리하기 위한 장치 및 방법(Apparatus and Method for Processing a Quadrature Amplitude Modulated (QAM) Signal)"인, 미국 특허 제5,966,412호에 개시된 기술을 이용하여 성취될 수 있다.

그러나 다른 실시예에서는, 예를 들면 직교 파형 변조와 같은 다른 직교 위상 변조 멀티플렉싱 방식들이 서로 다른 이용자들로부터의 로우 레이트 데이터 스트림들을 멀티플렉싱하기 위해 이용된다.

도 4는 직교 멀티플렉싱/다중 액세스 방식의 세분성을 향상시키기 위한 PPM의 이용을 예시한다. 위상 변조에서 추가된 디멘션은 간섭을 유발하지 않고도 다중 이용자들을 위해 의도된 데이터의 동시 전송을 가능하게 한다.

도 5는 기지국에서의 동적 채널 멀티플렉싱 로직의 일 실시예의 블록도이다. 도 5를 참조하면, 채널 프로파일 추정기(501)는 이용자들의 채널 특성들(시간, 주파수, 및 공간 응답들을 추정한다. 채널 특성들은 이용자들의 피드백이나 업링크 채널 추정 중 하나 또는 둘 다에 기초할 수 있다. 이러한 입력에 응답하여, 채널 프로파일 추정기(501)는 당해 기술 분야에서 잘 알려진 방식으로 각각의 채널들에 대해 프로파일을 생성한다.

트래픽 채널 할당기(502)는 채널 프로파일들을 수신한다. 또한 트래픽 채널 할당기(502)는 이용자 데이터 레이트 정보와 선택적으로 지연 및 비트 에러율 요구들과 같은 다른 QoS 파라미터들을 수신한다. 이들 입력들에 응답하여, 트래픽 채널 할당기(502)는 이용자들에 대한 트래픽 채널 할당 결정들을 한다. 트래픽 채널 할당기(502)는 로우-레이트 이용자들로 하여금 하나 이상의 트래픽 채널들의 공통 셋으로 멀티플렉싱된 위상 변조가 되도록 하기 위해 위상 변조 멀티플렉서(504)에 신호한다. 또한 트래픽 채널 할당기(502)는 하이-레이트 이용자들에 대해 적응 코딩 변조기(505)를 제어한다.

모든 트래픽 채널들이 위상 변조에서 로딩된 후, 변조기(504), 적응 코딩 변조기(505), 프레임 형성기 및 송신기(506)는 모든 트래픽 채널들로부터의 변조된 신호들을 데이터 프레임들(예를 들면, TDMA, OFDMA, SCDMA, SDMA)로 통합하고(consolidate), 데이터 전송을 실행한다.

일 실시예에서, 도 5에서의 동적 채널 멀티플렉싱 로직은 고정되거나 가변적인 시간 간격에 기초하여 주기적으로 채널 할당 및 ACM 방식들을 업데이트한다.

몇몇 채널 할당과 위상 변조 멀티플렉싱 기준이 고려될 수 있다. 도 6은 트래픽 채널들을 선택하는 프로세스의 일 실시예의 흐름도이다. 프로세스는 하드웨어(회로, 전용 로직, 등), 소프트웨어(범용 컴퓨터 시스템 또는 전용 기계에서 가동되는 것과 같은), 또는 그 둘의 조합을 포함할 수 있는 프로세싱 로직에 의해 실행된다.

도 6을 참고하면, 프로세싱 로직은 이용 가능한 트래픽 채널 레지스터에서 트래픽 채널들에 할당되지 않은 리스트들을 저장한다(프로세싱 블록 601). 일 실시예에서, 프로세싱 로직은 트래픽 채널이 할당되거나 릴리스될(released) 때마다 지속적으로 트래픽 채널 레지스터에서의 리스트를 업데이트한다.

프로세싱 로직은 가장 높게는 ACM_1부터 가장 낮게는 ACM_K까지에서 시작하는 상이한 달성할 수 있는 레이트들에서의 각각의 이용 가능한 트래픽 채널을 평가한다. 결국에는, 프로세싱 로직은 가장 높은 레이트로 채널을 설정하고(프로세싱 블록 602), 그리고 나서 이용자들의 달성할 수 있는 레이트가 테스트된 레이트와 같거나 그보다 큰 지의 여부를 테스트한다(프로세싱 블록 603). 일 실시예에서, 이용자들의 채널 프로파일 레지스터(610)는 이용자들의 최근의 채널 특성들을 제공한다. 하나 이상의 이용자들이 ACM_1에서 자격이 부여된다면(qualified), 프로세싱 로직은 할당된 채널을 이동시키기 위해 트래픽 채널을 선택하고, 이용 가능한 채널을 업데이트한다. 다른 한편으로는, 프로세싱 로직은 인덱스를 업데이트하고(프로세싱 블록 605), ACM_2, ACM_3,…,ACM_K까지 레이트를 감소시킴으로써 자격이 부여된 이용자들의 수가 비-제로(non-zero)가 될 때까지 프로세스를 반복한다.

일 실시예에서, 프로세싱 로직은 데이터 버퍼 레지스터(620)에 저장되거나 기지국에서 액세스할 수 있는 이용자 관련 트래픽 정보(예를 들면, 데이터 레이트, 지연, 버퍼링된 데이터, 다른 QoS 파라미터들, 등)에 기초하여 자격이 부여된 이용자들 리스트에서의 서브 셋 또는 모든 이용자들을 선택한다(프로세싱 블록 604). 따라서 PPM은 선택된 이용자들의 데이터 스트림들을 평가된 트래픽 채널로 멀티플렉싱하도록 실행될 수 있다.

가입자 유닛이 결합된 하이 레이트 스트림을 수신할 때, 가입자 유닛들은 그것들을 위해 지정된 데이터를 얻기 위해 변조되고 채널 인코딩된 하이 레이트 스트림을 복조하고 디코딩한다. 대안적인 실시예에서는, 변조되고 채널 인코딩된 하이 레이트 스트림을 복조하고 디코딩하는 대신, 각각의 가입자 유닛은 각각의 가입자 유닛에 대해 그것의 지정된 일부만을 복조 및 디코딩한다. 특정 가입자 유닛에 대해 지정된 스트림의 일부를 식별하는 것은 당해 기술 분야에서 잘 알려져 있다는 점을 주의한다.

앞의 기술들을 읽고난 후에 본 발명의 많은 교체들 및 변경들은 의심의 여지없이 당업자들에게 명백할 것이지만 도시되고 예시의 방식으로 기술된 어떤 특정 실시예는 결코 제한하는 것을 고려하는 것으로 의도하지는 않는다. 따라서, 다양한 실시예들의 세부사항의 참조들은 본래 본 발명의 본질적인 것으로 간주되는 특징들만을 기술하는 청구항들의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

본 발명은 직교 다중 액세스 무선 통신 시스템들에서의 다중-이용자 다이버시티의 이용에 관계된 것으로 다중 이용자들의 신호들을 결합하기 위한 방법 및 장치가 공통 채널에 대해 제시된다.

본 발명은 직교 멀티플렉싱/다중 액세스(예를 들면, OFDMA, TDMA, SCDMA) 무선 광대역 네트워크들에서 다중 이용자 다이버시티(multiplex user diversity)를 이용하기 위한 방법 및 장치로 구현될 수 있다.

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무선 통신 시스템을 위한 기지국에 있어서:

채널 프로파일들을 생성하기 위한 채널 프로파일 추정기;

상기 채널 프로파일들 및 가입자 데이터 레이트(rate) 정보에 응답하여 채널 할당을 실행하는 트래픽 채널 할당 로직;

복수의 가입자 유닛들을 위한 데이터를 멀티플렉싱하기 위해 상기 트래픽 채널 할당 로직으로부터의 출력에 응답하는 하나 이상의 위상 변조 멀티플렉서들;

적응 코딩 변조(adaptive coded modulation; ACM)를 상기 복수의 가입자 유닛들 중 하나 이상의 가입자 유닛들을 위한 데이터에 적용하기 위해 상기 트래픽 채널 할당 로직으로부터의 출력에 응답하는 하나 이상의 적응 코딩 변조기들(adaptive coded modulators); 및

상기 하나 이상의 위상 변조 멀티플렉서들 및 상기 하나 이상의 적응 코딩 변조기들로부터의 변조된 신호들을 데이터 프레임들로 결합하고, 상기 데이터 프레임들을 전송하는 프레임 형성기 및 송신기를 포함하는, 기지국.
제 32 항에 있어서,

상기 트래픽 채널 할당 로직은 이용자들을 위한 트래픽 채널들을 상기 이용자들의 채널 프로파일들에 기초하여 할당하는, 기지국.
제 33 항에 있어서,

상기 트래픽 채널 할당 로직은 상기 복수의 가입자 유닛들로부터 로우 레이트(low rate) 가입자 유닛들의 그룹을 선택하고 상기 로우 레이트 가입자 유닛들의 그룹을 위한 데이터가 공통 트래픽 채널로 위상 변조 멀티플렉싱되도록 하는, 기지국.
제 34 항에 있어서,

상기 트래픽 채널 할당 로직은 상기 로우 레이트 가입자 유닛들의 그룹을 상기 복수의 가입자 유닛들의 트래픽 조건들에 기초하여 선택하는, 기지국.
제 35 항에 있어서,

상기 이용자들의 트래픽 조건들은 상기 복수의 가입자 유닛들의 데이터 레이트 요구들을 포함하는, 기지국.
제 35 항에 있어서,

상기 이용자들의 트래픽 조건들은 상기 복수의 가입자 유닛들의 지연 제약들을 포함하는, 기지국.
제 35 항에 있어서,

상기 이용자들의 트래픽 조건들은 상기 복수의 가입자 유닛들의 지터(jitter) 제약들을 포함하는, 기지국.
제 34 항에 있어서,

상기 트래픽 채널 할당 로직은 상기 로우 레이트 가입자 유닛들의 그룹을 상기 복수의 가입자 유닛들의 하나 이상의 채널 조건들에 기초하여 선택하는, 기지국.
제 39 항에 있어서,

상기 복수의 가입자 유닛들의 상기 하나 이상의 채널 조건들은 상기 복수의 가입자 유닛들의 각각의 가입자 유닛의 SINR을 포함하는, 기지국.
제 39 항에 있어서,

상기 복수의 가입자 유닛들의 상기 하나 이상의 채널 조건들은 ACM을 이용하는 상기 복수의 가입자 유닛들의 각각의 가입자 유닛의 달성할 수 있는 데이터 레이트를 포함하는, 기지국.
제 32 항에 있어서,

상기 채널 프로파일 추정기는 이용자들의 하나 이상의 채널 특성들의 추정들에 기초하여 채널 프로파일들을 생성하는, 기지국.
제 32 항에 있어서,

상기 채널 프로파일 추정기는 가입자 유닛 피드백에 기초하여 하나 이상의 채널 특성들을 추정하는, 기지국.
제 32 항에 있어서,

상기 채널 프로파일 추정기는 업링크 채널 추정들에 기초하여 하나 이상의 채널 특성들을 추정하는, 기지국.
제 32 항에 있어서,

상기 트래픽 채널 할당 로직은 하나 이상의 QoS 파라미터들에 응답하여 상기 채널 할당을 수행하는, 기지국.
제 32 항에 있어서,

상기 트래픽 채널 할당 로직은 상기 채널 할당 및 위상 변조 멀티플렉싱되는 상기 하나 이상의 가입자 유닛들의 리스트를 주기적으로 업데이트하는, 기지국.