KR101333029B1

KR101333029B1 - 무선 네트워크를 위한 대역폭 조정 및 범위 확장

Info

Publication number: KR101333029B1
Application number: KR1020087020380A
Authority: KR
Inventors: 카를로스 엠. 콜데이로; 대그내츄 버루; 모니샤 고쉬
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2013-11-26
Also published as: EP1989903A2; US9801179B2; US9014638B2; CN101390423B; TW200803551A; ATE553631T1; KR20090008180A; US20100203911A1; WO2007096821A3; EP1989903B1; JP2009527974A; JP5059029B2; US20150208417A1; CN101390423A; TWI446817B; WO2007096821A2

Abstract

무선 네트워크의 허브로서 동작하고 무선 프로토콜을 사용하여 원격 고객 디바이스의 세트에 통신 서비스를 제공하기 위해 구성된 통신 기지국이 개시된다. 이 통신 기지국은 실질적으로 전방향성 및 비전방향성 패턴 둘 다를 이용하여 안테나 어레이가 무선 신호를 전송하고 수신하는 것을 인에이블하도록 하는 방식으로 배열된 복수 안테나를 가지는 안테나 어레이와, 상기 안테나 어레이에 연결되고 무선 신호를 전송하고 수신하도록 구성된 물리계층(PHY) 디바이스와, 상기 PHY 디바이스에 연결되고, 상기 안테나 어레이가 동시에 제 1 고객 디바이스에 빔형성 무선 신호를, 제 2 고객 디바이스에 전방향 무선 신호를 제공하도록 향하게 구성된 매체 액세스 제어(MAC) 디바이스를 포함한다.

무선, 기지국, 안테나, 전방향, MAC, 네트워크

Description

무선 네트워크를 위한 대역폭 조정 및 범위 확장{EXTENDING RANGE AND ADJUSTING BANDWIDTH FOR WIRELESS NETWORKS}

본 발명은 개인/근거리/대도시/광역/지역 네트워크(각기, PAN, LAN, MAN, WAN, 및 RAN 서비스를 수행하기 위해 설계되는 것을 포함하는 현재 존재하는 무선 통신 시스템에 대한 것으로서, 이는 불변이고 제한적이 경향이 있다.

예를 들면, 802.11 무선랜과 같은 현재 무선 LAN 시스템은 매우 제한된 범위를 가지며, 단일 주파수 대역폭 성능을 단말기에 단지 수용시킬 수 있다. 이는 802.11 무선랜에 기꺼이 연결하려는 모든 단말기는 기지국/허브의 일정 범위 내에 위치되어야만 하고 모든 단말기와 동일한 대역폭 특성에 의지해야만 함을 요구한다.

무선 테크놀리지의 설계자가 더 넓은 지리적 영역을 커버하고 다른 데이터 욕구를 가지는 더 다양한 원격 단말기에 맞도록 PAN/LAN/MAN/WAN/RAN에 대한 필요성을 강조한다고 가정하면, 무선 통신 시스템에 관련한 새로운 테크놀리지가 바람직하다.

제 1 실시예에서, 무선 네트워크에서 허브로서 동작하고 무선 프로토콜을 사용하여 원격 고객 디바이스의 세트에 통신 서비스를 제공하기 위해 구성된 통신 기지국은, 실질적으로 전방향성 및 비전방향성 패턴 둘 다를 이용하여 안테나 어레이가 무선 신호를 전송하고 수신하는 것을 인에이블하도록 하는 방식으로 배열된 복수 안테나를 가지는 안테나 어레이와, 상기 안테나 어레이에 연결되고 무선 신호를 전송하고 수신하도록 구성된 물리계층(PHY) 디바이스와, 상기 PHY 디바이스에 연결되고, 상기 안테나 어레이가 동시에 제 1 고객 디바이스에 빔형성 무선 신호를, 제 2 고객 디바이스에 전방향 무선 신호를 제공하도록 향하게 구성된 매체 액세스 제어(MAC) 디바이스를 포함한다.

제 2 실시예에서, 무선 프로토콜을 사용하여 원격 고객 디바이스의 세트에 통신 기지국에 의해 통신 서비스를 제공하는 방법은, 통신 기지국에 관련하여 다른 방향을 가지는 복수의 고객 디바이스에 의해 전송된 무선 프로토콜의 무선 신호를 수신하는 단계와, 빔형성 무선 테크닉을 사용하여 제 1 고객 디바이스를 위한, 그리고 전방향 무선 테크닉을 사용하여 제 2 고객 디바이스를 위한 수신 무선 신호를 동시에 변조하는 단계를 포함한다.

제 3 실시예에서, 무선 네트워크의 허브로서 동작하고 무선 프로토콜을 사용하여 원격 고객 디바이스의 세트에 통신 서비스를 제공하도록 구성되는 통신 기지국은, 디폴트 주파수 대역폭을 사용하여 제 1 고객 디바이스로부터 전송된 무선신호로부터 데이터를 추출하고, 이후 제 1 고객 디바이스에/로부터 전송된 후속 무선 신호로부터의 데이터가 갱신된 주파수 대역폭을 사용하여 추출되도록 상기 디폴트 주파수 대역폭과 다른 제 1 갱신된 주파수 대역폭에 상기 디폴트 주파수 대역폭을 재구성하도록 구성되는 매체 액세스 제어(MAC) 디바이스를 포함한다.

제 4 실시예에서, 무선 프로토콜을 사용하여 통신 기지국에 의해 원격 고객 디바이스에 통신 서비스를 제공하는 방법은, 디폴트 주파수 대역폭을 사용하여 제 1 고객 디바이스로부터 무선 신호를 수신받는 단계와, 상기 제 1 고객 디바이스의 주파수 대역폭 성능을 기술하는 상기 제 1 고객 디바이스로부터 대역폭 정보를 수신하는 단계로서, 상기 제 1 고객 디바이스의 주파수 대역폭 성능은 상기 디폴트 주파수 대역폭과 다른, 대역폭 정보를 수신하는 단계와, 상기 제 1 고객 디바이스와의 사용을 위한 갱신된 주파수 대역폭을 생성하기 위해 수신된 상기 대역폭 정보에 기초하여 상기 무선 프로토콜의 주파수 대역폭 부분을 재할당하는 단계와, 수신된 상기 대역폭 정보를 사용하여 상기 제 1 고객 디바이스로부터 무선 신호를 수신하는 단계를 포함한다.

제 5 실시예에서, 무선 통신 시스템은, 제 1 무선 프로토콜을 사용하고 다양한 다른 주파수 대역폭 성능을 가지는 복수의 고객 디바이스와, 상기 복수의 고객 디바이스를 포함하는 무선 네트워크의 허브로서 동작하도록 구성된 기지국을 포함하되, 상기 기지국은 공통 디폴트 주파수 대역폭을 사용하여 각 고객 디바이스와 초기에 통신하고, 이후 후속적으로 각자의 고객 디바이스의 각 주파수 능력에 기초하여 각자의 갱신된 주파수 대역폭을 사용하여 각 고객 디바이스와 통신하도록 구성된다.

예시적인 실시예는 첨부한 도면의 그림과 함께 읽어지는 경우, 다음의 상세한 설명으로부터 최상으로 이해된다. 다양한 특징은 반드시 일정한 비율로 도시되지 않음이 강조된다. 사실, 치수는 논의의 명료를 위해 임의적으로 증가 또는 감소될 수 있다. 적용가능하고 실제적이라면, 유사 참조 번호는 유사 구성요소를 언급한다.

도 1은 집중적인 동작존 내에 위치되는 다양한 재택 기기(premise equipment)에 의해 둘러싸인 통신 기지국을 묘사하는 도면.

도 2는 도 1의 통신 기지국에 의해 사용된 무선 프로토콜의 슈퍼 프레임 구조를 묘사하는 도면.

도 3a 및 도 3b는 원격 디바이스와 통신을 확립하기 위해 빔형성 패턴을 사용하여 도 1의 통신 기지국을 묘사하는 도면.

도 4는 도 1의 통신 기지국에 의해 사용된 무선 프로토콜의 프레임 구조를 묘사하는 도면.

도 5는 도 1의 통신 기지국의 블럭도를 도시한 도면.

도 6은 도 5의 통신 기지국의 MAC내에 위치되는 빔형성 디바이스의 부분을 묘사한 도면.

도 7은 도 5의 통신 기지국의 MAC내에 위치되는 주파수 대역폭 디바이스 부분을 묘사하는 도면.

도 8은 개시된 방법 및 시스템에 따라 통신하기에 유용한 예시적인 단계의 제 1 시리즈를 개략하는 흐름도를 보여주는 도면.

도 9는 개시된 방법 및 시스템에 따라 통신하기에 유용한 예시적인 단계의 제 2 시리즈를 개략하는 흐름도를 보여주는 도면.

다음의 상세한 설명에서, 제한하지 않으며 설명을 목적으로, 특정 세부사항을 공개하는 예시적인 실시예가 본 교지에 따라 일실시예에 대한 철저한 이해를 제공하도록 기술된다. 그러나, 여기에 공개된 특정 세부사항으로부터 벗어나는 본 교지에 따른 다른 실시예가 첨부된 청구항의 범위 내에 남아있음을 본 발명의 이익을 가지는 당업자에게는 명백할 것이다. 더욱이, 잘 알려진 장치 및 방법의 설명은 예시적인 실시예를 불명료하지 않도록 하기 위해 생략될 수 있다. 이러한 방법 및 장치는 명백히 본 교지의 범위 내에 있다.

무선 통신 시스템에서 2개 이상의 안테나 사용은 안테나 패턴을 적응, 즉 빔형성하고 각 개별 단말기에 그 방사를 집중시킴으로써 범위 및 시스템 능력을 개선할 수 있다. 증가된 능력이 비교적 달성하기에 용이할 수 있을지라도, 적응형 안테나 시스템(AAS: Adaptive Antenna Systems)에 의해 제공된 증가된 범위의 이용을 허용하는 효과적인 솔루션은 사소한 것이 아니다. 결과적으로, 비록 AAS가 특정 기지국에 의해 지원되지 않을 수 있을지라도, 그럼에도 불구하고 결과적인 적용범위는 전방향 안테나 패턴의 그것에 제한되지 않을 수 있다.

본 발명은 특히, "경보창(Alert Window)"(AW)을 추가함으로써 적응형 안테나 시스템에 의해 제공된 증가 범위의 이용을 제공한다. AW는 잘 알려지거나 또는 그렇지 않고 무선 시스템을 사용하여 이들에 식별되는 무선 프로토콜에서의 일시적 위치를 갖는다. 이해될 수 있는 바와 같이, 일부 단말기는 기지국 전송기의 전방향 범위을 넘어서 위치될 수 있으며, 따라서 신뢰성있게 데이터를 디코딩할 수 없지만 그러나 여전히 기지국에 동기될 수 있다. AW의 사용은 주어진 단말기가 자신의 존재를 기지국에 시그널하는 것을 허용하며, 이후 기지국이 이 단말기를 검출하고 그 결과 단말기 방향쪽으로 빔형성 패턴을 생성하도록 그 AAS를 구성하는 것을 허용한다. 따라서, AW의 유도된 이익은 새로운 단말기의 범위 확장 및 적응(accommodation) 둘 다를 포함한다.

덧붙여, AW(또는 별도의 "레인징 윈도우(ranging window)")는 임의 단말기가 기지국에 그 주파수 대역폭 성능을 제공하는 것을 허용하도록 사용될 수 있다. 특히, AW(또는 별도의 레인징 윈도우)는 디폴트/기본 주파수 대역폭 요구조건에 설정될 수 있다. 결과적으로, AW 또는 레인징 윈도우의 사용은 기지국 및 원격 단말기가 유리하게는 다른 주파수 대역 및 다른 주파수 범위를 사용하여, 절충하고 업그레이드하도록 주파수 파라메터의 알려진/디폴트 세트를 사용하여 통신하는 것을 가능하게 한다.

도 1은 집중 동작존 A, B 및 C에 위치된 다양한 재택용 기기(CPE: Customer Premise Equipment)(120A, 120B 및 120C)에 의해 둘러싸인 기지국(110)을 가지는 통신 시스템(100)을 도시한다. 존 A는 CPE가 신뢰성있게는 기지국(110)에/으로부터 무선신호를 전송 및 수신할 수 있는 영역을 나타내고, 존 B는 CPE가 간헐적으로 기지국(110)에/으로부터 무선 신호를 간헐적으로 전송 및 수신(또는 아마도 타이밍 정보를 추출하지만 데이터를 추출하지 않도록 기지국으로부터의 전송 신호를 충분히 수신만함)할 수 있는 영역을 나타내며, 존 C는 CPE가 효과적으로 기지국(110)으로부터 효과적으로 분리되는 존 A 및 B밖의 영역을 나타낸다.

동작에서, 기지국(110)은 다양한 슈퍼프레임, 프레임 등을 가지는 통신 프로토콜과 같은 사전 결정된 무선 프로토콜과 동시에, 도 2에 관하여 논의된 것과 같은, 동기화 및 타이밍을 확립하기 위해 사용된 데이터의 특수 시퀀스 및 특수 예약된 통신 윈도우에 따라 전송할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 무선 프로토콜(200)은 프리엠블(PRE), 슈퍼프레임 제어 헤더(SCH) 및 경고창(AW)이 선행하는 프레임(FR(m))의 K 개수를 가지는 각 슈퍼프레임(SF(n))을 갖는 슈퍼프레임(SF(n))의 시리즈를 갖는다.

프리엠블(PRE)은 시간 동기화, AGC 세팅 및 채널 평가를 위해 사용될 수 있다.

슈퍼프레임 헤더(SFH)는 기지국이 사용하는 시스템 타입, 사용된 채널 주파수, 결합 및 결합되지 않는 프레임(FR(m))의 아이덴티티, AW 윈도우의 존재/없음, 평온 기간 등과 같은 정보를 포함한다. 기술된 SFH 정보는 단지 예시적이고, 다른 형태의 정보가 여기에 포함을 위하여 기대됨이 강조된다.

경보창(AW)은 CPE가 기지국에 특수 메시지를 전송하거나, 또는 기지국과 초기에 접촉하거나 기지국으로 등록하기를 시도할 수 있는 특수 시간 기간이다.

도 1을 참조하면, 기지국(110)으로부터 분리되지 않고 기지국(110)으로 등록하기를 원하는 CPE(120A 또는 120B) 중 어느 하나는 기지국의 무선 프로토콜을 사용하여 기지국의 타이밍에 동기화하고 아마도 기지국의 특성을 식별할 수 있다. 상대적인 거리로 인해, CPE(120B)는 타이밍 정보만을 추출할 수 있고, CPE(120C)는 기지국(110)의 존재조차 감지할 수 없으며, 하물며 데이터 및 타이밍 정보를 추출할 수조차 없음을 주목하자.

일단 CPE(120A 또는 120B)가 타이밍 정보를 추출하고 기지국(110)에 동기화된다면, CPE(120A 또는 120B)는 기지국 프로토콜의 AW(또는 비슷하게 위치하고 있는 시간창)동안 기지국(100)에 버스트 신호, 또는 패킷을 전송할 수 있다.

CPE(120A)의 경우 발생하는 바와 같이, 기지국(110)이 충분한 파워로 등록 패킷을 수신함을 가정하면, 기지국(100)은 전방향 안테나 패턴을 사용하여 CPE(120A) 액세스를 허용할 수 있다.

그러나, 기지국(110)이 문제있는 파워 레벨, 또는 기지국(110)이 데이터를 추출할 수 없을 정도의 파워 레벨을 가지는 등록 패킷을 수신함을 가정하면, 기지국(110)은 그럼에도 불구하고 한계(marginal) CPE와 접촉을 확립하길 원한다. 도 1의 예시적인 실시예의 경우, 이는 기지국(110)이 한계 CPE의 상대 방향을 확립하는 것을 요구할 수 있다.

예를 들면, 도 3a에 도시된 바와 같이, 도 1의 기지국(110)은 반복적으로 각도 증가 θ로 그 자신에 관한 빔형성 패턴(310)을 반복적으로 스위프(sweep)할 수 있다. 빔형성 패턴(310)이 CPE(120B)를 넘어서 스위프됨에 따라, CPE(120B)로부터 의 기지국(110)에 의해 수신된 임의 등록 패킷의 파워 레벨은 CPE(120B)의 상대적인 방향(θ_B)에 도달함에 따라 최대 크기를 보일 것이다. 기지국(110)은 이후 선택적으로 반복된 360도 스캔, 각도(θ_B)에 대하여 미세한 각도 스캔을 행할 수 있고, 동시에 기지국(110)이 적절한 각도 평가에 머물 때까지 빔형성 패턴의 형상을 변화시킬 수 있다.

도 3b를 계속하면, CPE(120B)를 위한 상대적이 각도가 평가된다면, 기지국(110)은 선택적으로 적응형 프로세스의 임의 개수를 적용하여, 다양한 소스로부터의 간섭 신호를 저지할 수 있는 하나 이상의 저지 대역을 병합할 수 있는 적응형 빔형성 패턴(320)을 형성하도록 빔형성 패턴(310)의 형상을 변화시킬 수 있다. 도 3b의 예시의 경우, 예시적인 간섭 소스(120CCI)에 의해 전송된 대부분의 에너지를 저지해야 하는 상대 각도(θ_CCI)에서의 예시적인 저지 대역이 기술된다.

일단 CPE(120B)의 존재가 기지국(110)에 알려지면, 기지국(110)은 CPE(120B)와의 통신이 제 2 스캔 및 (선택적인) 적응 프로세스를 사용할 필요없이 재확립될 수 있도록 나중 검색을 위해 데이터베이스 내에 CPE(120B)에 관련한 정보를 저장할 수 있다. 또한, 스캔 절차는 만일 CPE의 상대 방향 정보 또는 절대적 지리 위치(예를 들면, 위도 및 경도)가 각 CPE, 데이터베이스 또는 일부 다른 루트로부터의 메시지를 통하여 기지국(110)에 제공될 수 있다면 무시될 수 있다.

일단 기지국(110)이 적절한 방향을 평가한다면(그리고 선택적으로 하나 이상의 저지 대역으로 빔형성 패턴을 평가한다면), 기지국(110)은 CPE(120A)와 통신하 면서, 동시에 CPE(120B)와 통신을 시작할 수 있다. 동시 통신을 촉진시키기 위해, 기지국(110)은 도 4에 관하여 논의된 예시적인 프레임(400)과 같은 특수 프레임 프로토콜을 이용할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 프레임(400)은 2개의 메인 부분으로 분할되는데, 즉 기지국으로부터 CPE로 데이터를 전송하기 위한 다운스트림 부분(DS), 및 원격 CPE로부터 기지국으로 데이터를 전송하기 위한 업스트림 부분(US)이다.

다운스트림 부분(DS)과 업스트림 부분(US)은 다운스트림 데이터 전송(전방향 안테나 패턴을 통하여)을 위해 사용되는 부분(410), 다운스트림 데이터 전송(빔형성 안테나 패턴을 통하여)을 위해 사용되는 부분(420), 업스트림 데이터 전송(전방향 안테나 패턴을 통하여)을 위해 사용되는 부분(430) 및 업스트림 데이터 전송(빔형성 안테나 패턴을 통하여)을 위해 사용되는 부분(440)을 갖는 2개의 별도 부분(410/420 및 430/440)으로 분할됨을 주목하자. 또한, 부분(410 및 420)은 전방향 및 빔형성 신호 각각을 전송하기 위해 사용되는 별도의 프리엠블을 가질 수 있다.

도 4의 프레임과 같은, 적합한 통신 프로토콜을 사용함으로써 도 1의 기지국(110)과 같은 통신 디바이스는 전방향 및 빔형성 안테나 패턴을 둘 다 사용하여 원격 디바이스에/로부터 패킷을 동시에 전송 및 수신할 수 있다. 그러나, 프레임(400)이 단지 단일 다운스트림 빔형성 부분(420) 및 업스트림 빔형성 부분(440)을 가지고 있을지라도, 다른 CPE를 서비스하는 복수의 업스트림 및 다운스트림 빔형성 부분, 또는 CPE의 다른 그룹을 가지도록 프레임(400)이 수정될 수 있음을 주목하자.

도 1을 다시 참조하면, 위에 언급된 바와 같이, 예시적인 통신 시스템(100)은 통신을 개선하기 위한 제 2 툴을 갖는다. 더 상세하게는, 비분리된 CPE(120A 및 120B)는 각 CPE(120A 및 120B)가 다른 주파수 범위와 동시에 다른 주파수 대역폭을 사용할 수 있도록 하는 방식으로 주파수 갱신 절차에 따라 기지국(110)과 절충할 수 있다.

동작에서, 이러한 주파수 갱신 절차는 디폴트 주파수 대역폭을 사용하여 기지국(110)으로 CPE(120A 또는 120B) 등록하기를 시작할 수 있으며, 이는 주파수 대역폭의 일부 최소량 및 선택적으로는 제한 주파수 범위를 나타낼 수 있다. 등록 절차 동안, CPE(120A 또는 120B)는 그 고유한 능력에 관련한 정보를 기지국(110)에 전송할 수 있다.

예를 들면, 특정 실시예에서, CPE(120A)는 55Mhz(TV Ch#2)의 중심 주파수 및 6MHz의 기본 대역폭(많은 나라에서의 TV 채널 대역폭)을 사용하여, 기지국(110)으로 등록할 수 있다. 이후, 이 CPE(120A)는 예를 들면, 12MHz의 주파수 대역폭으로 기지국(110)에 데이터를 전송할 수 있고, 18MHz의 주파수 대역폭을 사용하여 이 기지국(110)으로부터 데이터를 수신할 수 있음을 이 기지국(110)에 통보할 수 있다.기지국(110)이 이용가능한 대역폭을 갖는 것을 가정하면, 기지국(110)은 그 동작하는 파라메터를 변화시킬 수 있고 각각의 12MHz 및 18MHz 대역폭을 사용하여 CPE(120A)와 통신을 개시한다. 다른 한편으로는, 12MHz 대역폭만 업스트림과 다운스트림 통신을 위해 이용가능함을 가정하면, 기지국(110)은 CPE(120A)에 이용가능한 12MHz 대역폭의 모두 또는 일부를 예약할 수 있다.

적당한 대역폭이 예약/갱신된다면, 기지국(110)은 통신을 위해 예약된 특정 대역폭 및 이러한 통신 대역폭이 사용될 때를 CPE(120A)에 통지할 수 있다. 그 후, CPE(120A)는 예약/갱신된 대역폭 및 주파수 범위를 수용하도록 자신을 재구성할 수 있다. 이 통지가 예를 들면, 도 2에 도시된 SCH 필드를 사용하거나, 또는 일부 다른 사전 결정된 방법을 사용하여 일어날 수 있음을 주목하자.

위에 논의된 접근 방식을 사용하면, 기지국(110)은 다양한 다른 능력, 즉 다양한 대역폭을 사용하고 다양한 다른 스펙트럼으로 수신 및 전송할 수 있는 CPE를 동시에 지원할 수 있음을 이해해야 한다.

도 5는 도 1의 통신 기지국(110)의 블럭도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 예시적인 기지국(110)은 제어기(510), 메모리(520), 매체 액세스 제어기(MAC: Media Access Controller) 디바이스(530), 물리 계층(PHY) 디바이스(580) 및 입/출력 디바이스(590)를 포함한다. 이 MAC 디바이스(230)는 빔형성 디바이스(532), 평가기(534) 및 대역폭 갱신 디바이스(236)를 포함한다. 이 PHY 디바이스(580)는 신호 검출기(582)를 포함하고 안테나 어레이(미도시)에 연결할 수 있는 링크를 갖는다. 이 입/출력 디바이스(290)는 임의의 수많은 유선 또는 무선 테크놀리지를 통하여 통신 백본에 연결될 수 있다.

도 5의 예시적인 기지국(110)이 버스로 연결된(bussed) 아키텍처를 사용할지라도, 당업자가 알 수 있는 임의의 다른 아키텍처가 사용 가능함을 이해해야 할 것이다. 예를 들면, 다양한 실시예에서, 다양한 콤포넌트(510 - 590)는 매우 전문화된 아키텍처로 배열된 전용 로직의 집합 또는 일련의 버스를 통하여 함께 연결된 별도 전자 콤포넌트 형태를 취할 수 있다.

또한, 위에 리스트된 콤포넌트(530 - 580)의 일부는 메모리(520)에 존재하는 소프트웨어/펌웨어 루틴의 형태를 취할 수 있고 제어기(510)에 의해 실행될 수 있으며, 또는 심지어 다른 제어기에 의해 실행되는 별도 서버/컴퓨터 내의 별도 메모리에 존재하는 소프트웨어/펌웨어 루틴 형태를 취할 수 있음을 이해해야만 한다.

더욱이, 또한 다양한 원격 고객 디바이스는 도 5에 도시되고, 원격 고객 디바이스상의 이러한 콤포넌트가 기지국(110)의 콤포넌트(510 - 590)와 동일한 복잡성을 가질 필요가 없는 주의 사항(caveat)으로 여기에 기술된 이들 콤포넌트(510 - 590)에 유사한 기능을 갖는 유사 콤포넌트를 가질 수 있으며, 도 2의 콤포넌트 중 일부(예를 들면, 동기화 디바이스(234))는 생략될 수 있음을 이해해야만 한다.

도 5를 다시 참조하면, 예시적인 기지국(120)은 도 2 및 도 4에 개요된 프로토콜과 같은, 특정 무선 프로토콜에 따라 무선 신호를 전송함으로써 동작을 시작할 수 있다.

동작의 제 1 시리즈에서, 기지국(110)은 빔형성 안테나 패턴을 사용하여 하나 이상의 제 2 CPE와 동시에 전방향 안테나 패턴을 사용하여 하나 이상의 제 1 CPE와 접촉할 수 있다.

빔형성 안테나 패턴을 사용하여 통신을 안전하게 하기 위하여, 기지국(110)은 안테나 어레이로 하여금 도 3a에 도시된 패턴(310)과 같은, 빔형성 패턴을 사용하여 주변 영역을 스캔하도록 MAC 디바이스(530)에서 빔형성 디바이스(532)를 사용할 수 있다. 스캐닝 프로세스 동안, 신호 검출기(582)는 CPE 신호를 센싱하고 각 CPE에 의해 전송된 각 신호의 신호 세기를 측정하기 위해 사용될 수 있으며, 빔형성 디바이스(532)에 의해 전송된 각 신호의 신호 세기를 측정하기 위해 사용될 수 있으며, 이 빔형성 디바이스(532)에 의해 제공된 각도 정보 및 신호 검출기(582)로부터 신호 세기 정보를 이용하여, 평가기(534)는 장거리 텔레비전 스테이션과 같은, 간섭의 다양한 소스의 상대적 방향뿐만 아니라 각 CPE의 상대적 방향을 평가할 수 있다(합리적인 정확도까지).

이 정보를 이용하여, 빔형성 디바이스(532)는 CPE에 유리한 빔형성 패턴을 제공할 뿐만 아니라, 도 3b에 묘사된 것과 같은 방식으로 다양한 간섭 소스의 신호와 관련하여 관심의 CPE로부터 신호 세기를 최대화하도록 빔형성 패턴을 선택적으로 적응시킬 수 있다.

일단 적당한 빔형성 패턴이 결정되고, 관심의 CPE와의 통신이 확립되면, 예시적인 기지국(110)은 도 4의 프레임 구조와 같은, 임의 다수의 프레임 구조를 이용하여 CPE와 통신할 수 있고, 이는 전방향 및 빔형성 통신 패턴 둘 다를 사용하여 동시 통신을 지원한다.

도 6은 도 5의 빔형성 디바이스(534)에서의 사용을 위한 특정 레코드(610)를 묘사한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 예시적인 레코드(610)는 CPE 식별 필드(620)의 일부 형태, 채널(622) 및 CPE와의 사용을 위해 할당된 슬롯(624)(참조를 위해 예를 들면, 도 4를 보라), CPE의 상대적 방향(626) 및 CPE의 상대적 거리(628)(만일 알려져 있다면)를 포함한다. CPE와 통신하기 위해 기지국에 유용한 또는 필요한 모든 정보의 복합 리스트가 되는 것을 의미하지는 않을지라도, 도 6의 레코드(610) 는 빔형성 통신을 제공하기 위해 가장 유용한 정보의 일부에 대한 리스트를 제공한다. 도 6의 레코드(610) 모두 또는 일부는 예시적인 기지국(110)에 의한 사용 및 나중 검색을 위해 데이터베이스 내에 저장될 수 있다.

도 5를 다시 참조하면, 위에 언급된 기지국(110)은 또한 기지국(110)과 통신하는 임의의 CPE를 위한 주파수 대역폭과 주파수 범위를 재구성할 수 있다. 이 목적을 위해, 대역폭 갱신 디바이스(536)는 도 2의 AW창 또는 일부 특수 등록 또는 구성 메시지의 일부를 통하여 디폴트 주파수 대역폭 및 범위를 사용하여 CPE 구성 정보를 수신하도록 구성될 수 있다. 일단 구성 정보가 수신되면, 대역폭 갱신 디바이스(536)는 논쟁중의 CPE에 서비스하기 위해 기지국의 프로토콜로부터 주파수 대역폭의 모두 또는 일부를 재할당할 수 있고, 이후 갱신/재할당된 주파수 대역폭 및 주파수 범위를 사용하여 기지국(110)과 통신하기 위해 CPE에 커맨드를 송신할 수 있다.

도 7은 도 5의 대역폭 갱신 디바이스(536)에서의 사용을 위한 특정 레코드(710)를 묘사한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 예시적인 레코드(710)는 CPE 식별 필드(720)의 일부 형태, CPE에 할당된 디폴트 주파수 대역폭 및 범위를 포함하는 디폴트 통신 필드(722)의 세트, 및 이 CPE가 사용할 수 있는 갱신된 주파수 대역폭 및 범위를 포함하는 갱신된 통신 필드(724)의 세트를 포함할 수 있다. 기지국이 CPE와 통신하도록 필요한 모든 정보의 복합적인 리스트인 것을 의미하지는 않을지라도, 도 7의 레코드(710)는 적응형 통신을 제공하기에 유용한 정보의 일부에 대한 리스트를 제공한다. 다시, 도 7의 레코드(710)의 모두 또는 일부가 예시적인 기지 국(110)에 의한 사용 및 나중 검색을 위해 저장될 수 있음을 주목하자. 또한, 다양한 실시예에서, 디폴트 통신 필드(722)는 그 중복 성질(redundant nature)로 인해 제거될 수 있음을 주목하자.

도 8은 개시된 방법 및 시스템에 따른 통신에 유용한 예시적인 일련의 단계를 개략하는 흐름도이다. 이 프로세스는 단계(802)에서 시작하고, 여기서 적응형 안테나 어레이를 가지는 기지국이 전방향 안테나 패턴을 사용하여, 도 2 및 도 4에 개략된 프로토콜과 같은, 특정 무선 프로토콜을 가지는 무선 신호를 전송할 수 있다. 다음으로, 단계(804)에서, 기지국의 충분한 범위 내에 있는, 근접(비한계적인) 및 원거리(한계적인) 둘 다인 다양한 CPE는 기지국의 전송 신호에 동기화될 수 있다. 이후, 단계(806)에서, 비한계적인 CPE는 도 2에 관하여 논의된 AW와 같은, 특정 시간-창을 사용하여 기지국에 등록 신호의 일부 형태를 전송할 수 있고, 비한계적인 CPE와 기지국 사이의 통신이 시작될 수 있다. 제어는 단계(808)로 계속된다.

단계(808)에서, 기지국은 임의의 한계적인 CPE에 대한 위치 또는 상대적인 방향을 평가할 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 관하여 위에서 논의된 바와 같은, 예시적인 평가 테크닉이 임의 개수의 스캐닝 및 적응 프로세스를 사용할 수 있을지라도, CPE 위치 또는 상대적인 방향에 대한 평가는 이 정보의 데이터베이스를 참조하는 것과 같은, 임의 개수의 알려지거나 또는 후에 개발된 접근방식에 의해 성취될 수 있다. 제어는 단계(810)로 계속된다.

단계(810)에서, 평가된 빔형성 안테나 패턴은 제한적인 CPE(들)쪽으로 형성될 수 있다. 다음으로, 단계(812)에서, 평가된 빔형성 안테나 패턴은 선택적으로 간섭 소스를 저지하도록 적응될 수 있다. 이후, 단계(814)에서, (단계(806)에 유사) 한계적인 CPE는 도 2에 관하여 논의된 AW와 같은, 특정 시간-창을 사용하여 기지국에 등록 신호의 일부 형태를 전송할 수 있으며, (이전에 한계적인) CPE와 기지국 사이의 통신이 시작될 수 있다. 제어는 단계(816)로 계속된다.

단계(816)에서, 기지국은, 도 4 및 그 각 텍스트에서 기술된 바와 같은, 임의 개수의 무선 프로토콜을 사용하는 하나 이상의 빔형성 안테나 패턴을 사용하여 하나 이상의 한계적인 CPE, 및 전방향 안테나 패턴을 사용하여 비한계적인 CPE와 동시에 통신할 수 있다. 이후 제어는 이 프로세스가 중지하는 단계(850)로 계속된다.

도 9는 개시된 방법 및 시스템에 따른 통신에 유용한 일련의 예시적인 단계를 개략한 흐름도이다. 이 프로세스는 단계(902)에서 시작하고, 여기서 디폴트 주파수 대역폭, 주파수 스펙트럼 등등과 같은, CPE를 위한 디폴트 주파수 통신 파라메터의 세트가 결정된다. 이후, 단계(904)에서, CPE는 기지국의 전송 신호를 센싱하고 기지국의 전송 신호에 임베딩된 타이밍 정보를 사용하여 기지국에 동기화될 수 있다. 제어는 단계(906)로 계속된다.

단계(906)에서, CPE는 도 2에 관하여 논의된 AW와 같은, 특정 시간-창을 사용하여 CPE의 주파수 관련 능력에 대한 구성 정보의 일부 형태로 전송할 수 있으며, 단계(908)에서 기지국은 단계(902)의 디폴트 주파수 파라메터에 의해 결정된 디폴트 주파수 구성을 사용하여 구성 정보를 수신할 수 있다. 제어는 단계(910)로 계속된다.

단계(910)에서, 기지국은 갱신 주파수 파라메터에 기초하여 그 프로토콜을 갱신하며, 기지국이 갱신된 주파수 파라메터에 기초하여 갱신된 구성을 사용하여 CPE와 통신하는 것을 가능하게 하도록 주파수 리소스를 할당할 수 있다. 다음으로, 단계(912)에서, 기지국은 도 2의 SCH 필드와 같은, 일부 특수 정보 필드에 의해 및/또는 디폴트 주파수 구성을 사용하여 할당/갱신된 주파수 구성을 CPE에 통신할 수 있다. 이후, 단계(914)에서, 기지국 및 CPE는 갱신 주파수 구성과 양립하는 방식으로 통신할 수 있다. 이후, 제어는 프로세서가 정지하는 단계(950)로 계속한다.

위에 기술된 시스템 및/또는 방법이 컴퓨터 기반 시스템 또는 프로그램 가능한 로직과 같은 프로그램 가능한 디바이스를 사용하여 구현되는 다양한 실시예에서, 위에 기술된 시스템 및 방법은, "C", "C++", "포트란", "파스칼", "VHDL" 등과 같은, 다양한 알려진 또는 나중 개발된 프로그래밍 언어 중 하나를 사용하여 구현될 수 있음을 이해해야만 한다.

따라서, 컴퓨터와 같은 디바이스에 위에 기술된 시스템 및/또는 방법을 구현할 것을 지시할 수 있는 정보를 포함하는, 마그네틱 컴퓨터 디스크, 광 디스크, 전자 메모리 등과 같은, 다양한 저장 매체가 준비될 수 있다. 일단 적당한 디바이스가 이 저장 매체 상에 포함된 정보 및 프로그램에 액세스한다면, 저장 매체는 이 디바이스에 정보 및 프로그램을 제공할 수 있으며, 따라서 이 디바이스가 위에 기술된 시스템 및/또는 방법을 수행하는 것을 가능하도록 한다.

예를 들면, 만일 소스 파일, 목적 파일, 실행가능한 파일 등과 같은 적합한 자료를 포함하는 컴퓨터 디스크가 컴퓨터에 제공된다면, 컴퓨터는 정보를 수신하 고, 적합하게는 그 자신을 구성하고 다양한 기능을 구현하기 위해 위의 그림 및 흐름도에 개략된 다양한 시스템 및 방법의 기능을 실행할 수 있다. 즉, 이 컴퓨터는 디스크로부터 위에 기술된 시스템 및/또는 방법의 다른 구성요소에 관련한 정보의 다양한 부분을 수신하고, 개별 시스템 및/또는 방법을 구현하고, 위에 기술된 방법 및/또는 개별 시스템의 기능을 조정할 수 있다.

본 발명의 많은 특징 및 이점은 상세한 설명으로부터 명백하며, 따라서 이는 본 발명의 진정한 기술사상 및 범위 내에 있는 본 발명의 이러한 특징 및 이점 모두를 커버하도록 첨부된 청구항에 의해 의도된다. 더욱이, 이러한 수많은 수정 및 변형예가 당업자에게 용이하게 발생할 수 있으므로, 예시되고 기술된 정확한 구성 및 동작에 본 발명을 제한하는 것은 바람직하지 않으며, 따라서 모든 적합한 수정 및 등가물도 본 발명의 범위 내에 있을 수 있다.

본 발명은 개인/근거리/대도시/광역/지역 네트워크(각기, PAN, LAN, MAN, WAN, 및 RAN) 서비스를 수행하기 위해 설계되는 것을 포함하는, 현재 존재하는 무선 통신 시스템에 이용가능하다.

Claims

무선 네트워크에서 허브로서 동작하도록, 그리고 무선 프로토콜을 사용하여 원격 고객 디바이스의 세트에 통신 서비스를 제공하도록 구성된 통신 기지국으로서,

실질적으로 전방향성 및 비전방향성 패턴 둘 다를 이용하여 안테나 어레이가 무선 신호를 전송하고 수신하는 것이 가능한 방식으로 배열된 복수 안테나를 가지는 안테나 어레이;

상기 안테나 어레이에 연결되고 무선 신호를 전송하고 수신하도록 구성된 물리계층(PHY) 디바이스;

상기 PHY 디바이스에 연결되고, 상기 안테나 어레이가 동시에 제 1 고객 디바이스에 빔형성 무선 신호를 제공하고, 제 2 고객 디바이스에 전방향 무선 신호를 제공하는 것을 지도하도록 구성된 매체 액세스 제어(MAC) 디바이스; 및

각 고객 디바이스의 상대적인 방향을 평가하도록 구성된 평가기

를 포함하는, 통신 기지국.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 MAC 디바이스는 고객 디바이스로부터 무선 버스트 신호를 수신하기 위해 사용된 반복 경고창을 가지는 통신 프로토콜을 생성하기 위해 구성되고,

상기 평가기는 상기 고객 디바이스의 상대적 방향을 평가하기 위하여 상기 경고창을 사용하는, 통신 기지국.
제 3 항에 있어서,

상기 평가기는 수신된 상기 버스트 신호의 측정된 신호 세기를 사용하여 각 고객 디바이스의 상대적인 방향을 평가하도록 구성되는, 통신 기지국.
제 4 항에 있어서,

상기 통신 기지국은 고객 디바이스의 위치를 찾기 위해 빔형성된 안테나 패턴을 사용하여 상기 통신 기지국을 에워싼 영역을 주기적으로 스캔하도록 구성되는, 통신 기지국.
제 4 항에 있어서,

상기 MAC 디바이스는 적어도 하나의 간섭 소스로부터 간섭을 줄일 수 있는 적응형 빔형성 테크닉을 사용하여 무선 신호를 수신하도록 추가로 구성되는, 통신 기지국.
제 1 항에 있어서,

상기 평가기는 적어도 하나의 고객 디바이스에 관련한 지리적 위치와 상대적 방향 중 적어도 하나를 포함하는 데이터베이스를 사용하여 고객 디바이스의 상대적 방향을 결정하도록 구성된, 통신 기지국.
제 1 항에 있어서,

상기 MAC 디바이스는 업스트림 부분 및 다운스트림 부분을 가지는 통신 프레임 구조를 사용하되, 각 부분은 전방향 및 빔형성 부분을 가지는, 통신 기지국.
제 8 항에 있어서,

상기 다운스트림 부분의 전방향 및 빔형성 부분은 별도의 프리엠블을 가지는, 통신 기지국.
무선 프로토콜을 사용하여 원격 고객 디바이스의 세트에 통신 기지국에 의해 통신 서비스를 제공하는 방법으로서,

통신 기지국에 관련하여 다른 방향을 가지는 복수의 고객 디바이스에 의해 전송된 무선 프로토콜의 무선 신호를 수신하는 단계;

빔형성 무선 테크닉을 사용하여 제 1 고객 디바이스를 위한, 그리고 전방향 무선 테크닉을 사용하여 제 2 고객 디바이스를 위한 수신된 무선 신호를 동시에 복조하는 단계; 및

상기 통신 기지국에 관련하여 제 1 고객 디바이스의 방향을 평가하는 단계

를 포함하는, 통신 기지국에 의해 통신 서비스를 제공하는 방법.
삭제
제 10 항에 있어서,

상기 평가하는 단계는 상기 제 1 고객 디바이스에 의해 전송된 버스트 신호를 반복적으로 스캐닝하고, 이후 스캐닝된 상기 버스트 신호의 복수 측정 신호 세기를 사용하여 각 상대적인 방향을 결정하는 단계를 포함하는, 통신 기지국에 의해 통신 서비스를 제공하는 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 빔형성 무선 테크닉은 적어도 하나의 간섭 소스로부터 간섭을 줄일 수 있는 적응형 빔형성 테크닉인, 통신 기지국에 의해 통신 서비스를 제공하는 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 수신된 무선 신호는 각 프레임이 업스트림 부분과 다운스트림 부분을 갖는 프레임 구조에 따라 조직되고, 각 부분은 전방향 및 빔형성 부분 둘 다 모두를 가지며, 상기 다운스트림 부분의 전방향 및 빔형성 부분은 별도의 각자 프리엠블을 가지는, 통신 기지국에 의해 통신 서비스를 제공하는 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 수신된 무선 신호는 각 프레임이 업스트림 부분과 다운스트림 부분을 갖는 프레임 구조에 따라 조직되고, 각 부분은 전방향 및 빔형성 부분을 가지며, 상기 다운스트림 부분의 전방향 및 빔형성 부분은 별도의 각자 프리엠블을 가지는, 통신 기지국에 의해 통신 서비스를 제공하는 방법.
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