KR101449402B1 - 지향성 안테나들을 채용하는 무선 네트워크에서의 무선 디바이스 디스커버리 방법 및 시스템 - Google Patents

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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

무선 디바이스(100)는 무선 네트워크에서 통신하고, 무선 네트워크에서 다른 무선 디바이스들(100)을 디스커버하도록 무선 디바이스 디스커버리 프로세스를 수행한다. 무선 디바이스 디스커버 프로세스에서, 무선 디바이스(100)는 무지향성 안테나 패턴(202)을 갖도록 그것의 안테나 패턴을 설정하고, 무지향성 안테나 패턴(202)을 사용하여 제 1 패킷(300)을 전송한다. 제 1 패킷(300)은 동기화 시퀀스의 각 샘플을 N회(N>1) 반복함으로써 형성된 패킷 프리앰블 시퀀스(310)를 포함한다. 제 1 패킷(300)의 나머지(320)는 확산 팩터(P)(P>1)로 동기화 시퀀스의 각 샘플을 확산시킴으로써 형성된다. 정규 데이터 통신 동안, 무선 디바이스(100)는 지향성 안테나 패턴(204)을 갖도록 안테나 패턴을 설정하고, 지향성 안테나 패턴(204)을 사용하여 제 2 패킷을 전송한다.

Description

지향성 안테나들을 채용하는 무선 네트워크에서의 무선 디바이스 디스커버리 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM OF WIRELESS DEVICE DISCOVERY IN A WIRELESS NETWORK EMPLOYING DIRECTIONAL ANTENNAS}
본 발명은 무선 통신 분야에 관한 것이며, 특히, 무선 디바이스가 지향성 안테나들을 채용하는 통신 네트워크에서의 무선 디바이스 디스커버리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
차세대 무선 통신 네트워크들에서, 동작 주파수들은 많은 경우들에서, 이전 시스템들에서보다 훨씬 높다. 예를 들어, 이들 네트워크들의 일부는 수 GHz 또는 그 보다 높은(예컨대, 60GHz) 범위의 주파수들에서 동작한다. 불행히도, 이들 보다 높은 주파수들에서 방송 또는 전송되는 신호들은 보다 낮은 동작 주파수들에서의 신호들에 비하여, 특히 빌딩(building)에서 뿐만 아니라 개입 오브젝트들(intervening objects)을 통과할 때, 실질적으로 보다 큰 경감(attenuation)을 겪는다. 결국, 전송기 파워 레벨들이 실질적으로 증가되지 않으면(이것은 종종 허용 불가능한 것임), 이들 보다 높은 주파수들에서 동작하는 무선 디바이스들을 위한 통신 범위들은 실질적으로 감소된다.
이들 보다 높은 주파수 대역들의 문제점들을 줄이기 위한 한 가지 해결책은 무선 디바이스에 의한 지향성 안테나들을 사용하는 것이다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 전송 또는 방송 안테나 패턴의 빔폭이 감소될 때, 전송기 파워 레벨이 증가되는 것과 같은 효과를 갖는 안테나 이득이 달성된다. 유사하게, 수신 안테나 패턴(receiving antenna pattern)의 빔폭이 감소될 때, 수신된 파워 레벨이 증가되는 것과 같은 효과를 갖는 안테나 이득이 달성된다. 전송 및 수신을 위해 충분히 협소한 대역폭들(즉, 충분한 안테나 이득들(sufficient antenna gains))을 갖는 지향성 안테나를 채용함으로써, 무선 디바이스들은, 수용가능한 통신 범위를 유지하면서, 보다 높은 주파수 대역들에서 동작할 수 있다.
일 예로서, 60GHz 주파수 대역에서 개발되는 새로운 고속 기술들은 로버스트 통신들(robust communications)을 제공하기 위해 대략 10dBi의 전송 및 수신 둘 모두를 위한 안테나 이득들을 필요로 한다. 이러한 크기의 안테나 이득들은 비교적 높은 지향성 안테나들의 사용을 암시한다.
하지만, 이러한 지향성 안테나들을 갖는 무선 안테나들이 무선 네트워크로서 동작할 때 문제가 발생한다. 특히, 두 개의 이러한 무선 디바이스들이 서로 통신할 때마다, 안테나 패턴들은 서로에게 지향(direct)되어야 한다. 그래서, 무선 디바이스들은, 그것들이 지향성 링크를 확립할 수 있고, 서로 통신하기 전에, 어떠한 방향으로 활성 안테나 패턴을 가리키는지를 결정하기 위해 우선 서로를 "찾아(find)"야 한다.
본 발명의 한 가지 양태에서, 무선 네트워크에서 무선 디바이스에 의한 통신을 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 무지향성 안테나 패턴을 갖기 위해 무선 디바이스의 안테나 패턴을 설정하는 단계, 및 무지향성 안테나 패턴을 사용하여 제 1 패킷을 전송하는 단계를 포함한다. 제 1 패킷은, 동기화 시퀀스(synchronization sequence)의 각 샘플을 N 회(N>1) 반복하여 패킷 프리앰블 시퀀스(packet preamble sequence)를 전송함으로써, 그리고 확산 팩터(spreading factor)(P)(P>1)로 그것의 각 샘플을 확산시켜 제 1 패킷의 나머지를 전송함으로써 전송된다. 상기 방법은, 지향성 안테나 패턴을 갖기 위해 무선 디바이스의 안테나 패턴을 설정하는 단계, 및 지향성 안테나 패턴을 사용하여 제 2 패킷을 전송하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 무선 디바이스는 수신기, 전송기, 및 수신기와 전송기에 동작가능하게 접속된 안테나 시스템을 포함한다. 안테나 시스템은 무지향성 안테나 패턴을 갖는 무지향성 모드, 및 지향성 안테나 패턴을 갖는 지향성 안테나 모드에서 선택적으로 동작하도록 적응된다. 무선 디바이스는 다른 무선 디바이스들에 의한 디스커버리를 위한 무선 디바이스 디스커버리 프로세스를 수행하도록 적응된다. 디스커버리 프로세스는 무지향성 안테나 패턴을 갖기 위해 안테나 시스템을 설정하는 단계, 및 무지향성 안테나 패턴을 사용하여 제 1 패킷을 전송하는 단계를 포함한다. 제 1 패킷은 동기화 시퀀스의 각 샘플을 N회(N>1) 반복하여 패킷 프리앰블 시퀀스를 전송함으로써, 그리고 확산 팩터(P)(P>1)로 그것의 각 샘플을 확산하여 제 1 패킷의 나머지를 전송함으로써 전송된다. 무선 디바이스는 또한 데이터 통신 모드에서 동작하도록 적응된다. 데이터 통신 모드 동작은 지향성 안테나 패턴을 갖기 위해 안테나 시스템을 설정하는 단계, 및 지향성 안테나 패턴을 사용하여 제 2 패킷을 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명은 무선 디바이스가 지향성 안테나들을 채용하는 통신 네트워크에서의 무선 디바이스 디스커버리 시스템 및 방법을 제공한다.
도 1은 무선 디바이스에 대한 일 실시예의 기능 블록도.
도 2는 무지향성 안테나들 및 지향성 안테나들을 채용하는 무선 디바이스들을 포함하는 무선 네트워크를 도시하는 도면.
도 3은 패킷의 다양한 부분들과 연관된 신호들을 나타내는 주파수 도메인, 및 디스커버리 모드 패킷의 구조에 대한 일 실시예를 도시하는 도면.
도 4는 무선 디바이스들이 지향성 안테나들을 채용하는 통신 네트워크에서 무선 디바이스 디스커버리의 방법에 대한 일 실시예를 도시하는 흐름도.
도 5는 무선 디바이스가 지향성 안테나들을 사용하는 통신 네트워크에서 무선 디바이스 디스커버리의 방법에 대한 또 다른 실시예를 도시하는 흐름도.
도 1은 무선 디바이스(100)의 기능 블록도이다. 기술분야의 당업자들에 의해 이해되는 바와 같이, 도 1에 도시된 하나 이상의 다양한 "부분들"은 소프트웨어 제어된 마이크로프로세서(software-controlled microprocessor), 하드 와이어드 논리 회로들(hard-wired logic circuits), 또는 그것의 조합을 사용하여 물리적으로 구현될 수 있다. 또한, 상기 부분들이 설명을 위해 도 1에서 기능적으로 분리되어 있지만, 그것들은 임의의 물리적인 구현시에 다양하게 조합될 수 있다.
무선 디바이스(100)는 트랜시버(110), 프로세서(120), 메모리(130), 및 지향성 안테나 시스템(140)을 포함한다.
트랜시버(110)는 수신기(112) 및 전송기(114)를 포함하고, 무선 통신 네트워크의 표준 프로토콜들에 따라 무선 통신 네트워크에서 다른 무선 디바이스들과 통신하기 위해 무선 디바이스(100)에 대한 기능성(functionality)을 제공한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 무선 디바이스(100)는 WiMedia 명세들에 따르는 통신 프로토콜을 사용하여 동작하도록 적응된 UWB 무선 디바이스일 수 있다.
프로세서(120)는 무선 디바이스(100)의 기능성을 제공하기 위해 메모리(130)와 연계하여 하나 이상의 소프트웨어 알고리즘들을 수행하도록 구성된다. 이롭게는, 프로세서(120)는 무선 디바이스(100)의 다양한 기능들을 수행하도록 허용하는 실행가능한 소프트웨어 코드를 저장하기 위한 그 자신의 메모리(예컨대, 비휘발성 메모리)를 포함한다. 선택적으로, 실행가능한 코드는 메모리(130) 내의 지정된 메모리 로케이션들(memory locations)에 저장될 수 있다.
이롭게는, 안테나 시스템(140)은 무지향성 안테나 패턴 성능 및 지향성 안테나 패턴 성능을 포함한다. 일 실시예에서, 지향성 및 무지향성 성능들은 동일한 성분들의 일부 또는 모두에 의해 제공될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 이들 성능들은 무지향성 안테나 성분 및 개별적인 지향성 안테나 성분에 의해 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 지향성 안테나 성분은 복수의 방향들로 다른 무선 디바이스들과 통신하기 위한 복수의 안테나 빔들로부터 선택하기 위해 무선 디바이스(100)에 대한 성능을 제공한다. 일 실시예에서, 안테나 시스템(140)은 각각이 하나의 안테나 빔에 대응하는 복수의 안테나들을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 지향성 안테나 시스템 성분은 복수의 상이한 방향들 중 요구된 하나의 방향에서 빔을 형성하고 조종(steer)하기 위해 복수의 상이한 안테나 요소들을 조합할 수 있는 조종가능한 안테나를 포함한다.
상술한 바와 같이, 무선 통신 네트워크가 지향성 안테나 패턴들을 채용하는 무선 디바이스들(100)과 함께 동작할 때, 일부 메커니즘은, 그것들이 그들의 안테나들을 서로에게 지향할 수 있고, 통신 링크를 확립할 수 있도록 무선 디바이스들로 하여금 서로를 "찾고", 로케이트하게 허용하는데 사용되어야 한다.
이러한 문제점에 대한 한 가지 중요한 해결책은, 무선 디바이스가 통신하도록 요구하는 다른 무선 디바이스가 어디에 로케이트되는지를 결정할 때, 그리고 디바이스 디스커버리가 후속하는 "정규(nominal)" 통신 위상(communication phase) 동안 지향성 안테나 패턴들을 스위칭하도록 완료하면, 초기 "디바이스 디스커버리 위상(device discovery phase) 동안 무지향성 안테나 패턴들을 채용하는 것이다.
도 2는 무지향성 안테나 패턴들(202) 및 지향성 안테나 패턴들(204)을 사용하는 무선 디바이스들(210A, 210B 등)을 포함하는 통신 네트워크(200)를 도시한다. 도 2 도시된 바와 같이, 무선 디바이스들(210A, 210B, 210C, 210D) 모두는 지향성 안테나 패턴들(204)을 사용하여 서로 통신할 수 있다. 또한, 서로 근접해서 위치되는 무선 디바이스들(210A, 210B)은 무지향성 안테나 패턴들(202)을 사용하여 통신할 수 있다. 유사하게, 서로 근접해서 위치되는 무선 디바이스들(210C, 210D)도 무지향성 안테나 패턴들(202)을 사용하여 통신할 수 있다.
하지만, 무선 디바이스(210A)는 무지향성 안테나 패턴(202)을 사용하여 원거리에 위치된 무선 디바이스(210D)와 통신할 수 없다. 그래서, 두 개의 무선 디바이스들은, 비록 그것들이 지향성 안테나 패턴들(204)을 사용하여 서로 통신할 수 있지만, 무지향성 안테나 패턴들(202)을 사용하여서는 서로 통신할 수 없을 수 있다는 것으로 이해된다. 예를 들어, 무선 디바이스들(210)이 "정규" 통신들 동안 지향성 안테나 패턴들(204)을 사용하여 10dBi 이득의 안테나 이득으로 동작하면, 무지향성 안테나 패턴들(202)이 채용될 때 디스커버리 모드 동안 어떻게든지 해서 복원되어야 하는 신호 이득의 총 20dB(포함된 양 측들)이 존재할 것이다.
명료하게, 이것은 무선 통신의 초기 "디바이스 디스커버리 위상" 동안 무지향성 안테나 패턴들(202)을 채용하는데 장애물을 제공한다.
이 장애물을 극복하기 위해서, 데이터는, 무지향성 동작으로 인해 손실되는 지향성 안테나 패턴(204)의 이득이 전송된 리던던시(redundancy)로부터 복원될 수 있도록 충분한 리던던시로 무선 디바이스 디스커버리 위상 동안 통신될 수 있다. 예를 들어, 안테나 이득(전송 및 수신 안테나들)의 20dB의 결손을 보상하기 위해, 데이터는 대략 100의 팩터로써 확산(또는 반복(repeated))될 필요가 있다.
한편, 통상적인 무선 통신 시스템 패킷 구조는 채널 평가(channel estimation), 헤더, 및 페이로드 데이터를 포함하는 패킷의 나머지의 전송에 후속하여, 우선 전송되는 미리 결정된 프리앰블을 포함한다. 미리 결정된 프리앰블 시퀀스는 수신 무선 디바이스에서 수신기에 의해 선험적으로(a priori) 공지되고, 그래서 수신기는 수신기의 타이밍을 전송된 신호에 동기화하도록 공지된 프리앰블 시퀀스와 수신된 신호를 상관시킬 수 있다.
하지만, 프리앰블 시퀀스를 확산시키는 것은, 동기화 동안 무선 수신기에서 사용되는 상관기(correlator)의 복잡성의 심각한 증가를 요구한다. 예로서, 프리앰블 시퀀스의 원래 세그먼트가 256개의 샘플들로 구성되면, 100배만큼 프리앰블을 확산시키는 것은, 상관 동안 수신기에서 25,600개의 지연 요소들을 요구한다. 이것은 비현실적이며, 프리앰블 시퀀스를 전송하는 동안 확산을 효과적으로 사용하지 못하게 한다. 하지만, 패킷(헤더 및 페이로드)의 나머지는, 그것의 검출은 수신기에서 길이 100 디스프레더(length-100 despreader)만을 필요로 하므로, 100의 팩터로써 확산될 수 있다.
따라서, 일 실시예에서, 통신의 무선 디바이스 디스커버리 위상 동안, 무선 디바이스는, 한 가지 방식으로 프리앰블 시퀀스 및 상이한 방식으로 패킷의 나머지를 반복/확산시키기 위해서 패킷의 나머지와는 다르게 프리앰블 시퀀스를 전송한다. 특히, 일 실시예에서, 프리앰블 시퀀스는 통신 채널의 협대역(NB) 부분만을 사용하여 전송될 수 있고, 패킷의 나머지는 통신 채널의 풀 광대역(WB) 대역폭을 사용하여 전송될 수 있다. 이 경우에, 전체 채널을 점유하는 등가 광대역 신호(equivalent wideband signal)를 검출하는 것에 비하여, 프리앰블 시퀀스를 검출할 때 수신기가 감소된 대역폭을 갖는 보다 작은 채널 부분에서 동작하므로, 프리앰블 시퀀스는 감소된 신호 레벨로 검출될 수 있어, 무지향성 동작 동안 수신되는 감소된 신호 레벨을 전체적으로 또는 부분적으로 보상한다.
이롭게는, 디바이스 디스커버리 위상 동안, 패킷을 전송하는 무선 디바이스는 공지된 동기화 시퀀스의 각 샘플의 전송을 N회 반복한다.
수학적으로, 이것은 아래 수식을 암시한다:
Figure 112010050752442-pct00001
여기에서, yWB(n)는 미리 결정된 원래의 "광대역" 동기화 시퀀스이고, M은 동기화 시퀀스(yWB(n))의 길이이고, yNB(n)는 얻어진 전송된 "협대역" 프리앰블 시퀀스이다. BW1가 전송된 프리앰블 시퀀스(yNB(n))의 얻어진 대역폭이고, BW2가 원래의 "광대역" 동기화 시퀀스(yWB(n))를 전송하기 위해 채용되는 대역폭이면, 다음과 같다:
Figure 112010050752442-pct00002
무선 디바이스(110) 내의 전송기(114)는 협대역 프리앰블(yNB(n))을 생성하기 위해 샘플-홀드 유닛(sample-and-hold unit)을 채용할 수 있고, 그 스펙트럼은 샘플-홀드 유닛의 스펙트럼에 의해 형성된다.
일 실시예에서, 지향성 안테나 이득의 20dB는 무지향성 안테나 패턴을 사용하여 디바이스 디스커버리 위상 동안 교체되어야 하고, N은 100과 같이 설정될 수 있다. 그 경우에, 예컨대, 지향성 안테나 패턴들을 갖는 정규 데이터 통신 위상 동안 사용되는 통신 채널의 대역폭이 BW2로서 정의되면, 협대역(NB) 신호의 대역폭(BW1)은 BW2/100으로 설정될 수 있다.
협대역 프리앰블(yNB(n))의 전송에 이어서, 무선 디바이스는 헤더 및 페이로드 데이터를 포함하는, 패킷의 나머지에 대한 "풀 대역폭" 광대역(WB) 신호를 전송한다. 일 실시예에서, WB 신호는 채널의 풀 대역폭에 대해 헤더 및 페이로드 데이터를 확산시킴으로써 생성되고, 아래 수식과 같다:
Figure 112010050752442-pct00003
여기에서, x(n)는 원래의 낮은 레이트 헤더 및 페이로드 데이터 시퀀스(low-rate header and payload data sequence)이고, v(n)는 길이 P 확산 시퀀스이고, xWB(n)는 풀 대역폭 확산 시퀀스이다. v(n)에 대한 신중한 선택으로, 협대역 프리앰블 시퀀스(yNB(n))에 이어지는 패킷의 나머지가 통신 채널의 대역폭 모두 또는 거의 모두를 채우도록 될 수 있다. 이롭게는, 지향성 안테나 패턴에서 무지향성 안테나 패턴으로 스위칭할 때, 이득 손실을 극복하기 위해 이득을 프로세싱하는 것을 제공하는 것에 부가하여, 이것은 또한, 전송의 다중 경로 페이딩 저항성(multi-path fading immunity)을 개선한다.
일 실시예에서, 확산 시퀀스의 길이(P)는 협대역 프리앰블 시퀀스에서의 각 샘플이 반복되는 횟수(N)와 동일하도록 선택된다.
도 3은 디스커버리 모드 패킷(300)의 구조, 및 무선 디바이스 디스커버리 프로세스 동안 무지향성 안테나를 사용하는 무선 디바이스에 의해 전송되는, 패킷(300)의 다양한 부분들과 연관된 신호들을 나타내는 대응하는 주파수 도메인에 대한 일 실시예를 도시한다. 패킷(300)은 패킷(300)의 나머지(320)에 선행하는 협대역 프리앰블(310)을 포함한다. 패킷(300)의 나머지(320)는 (생략될 수 있는)선택적 광대역 프리앰블(322), 광대역 헤더(324), 및 광대역 페이로드 부분(즉, 페이로드 데이터)(326)을 포함한다. 선택적으로, 정적 기간(quiet period: 315)은 협대역 프리앰블(310)과 패킷(300)의 나머지(320) 사이에 삽입될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 협대역 프리앰블(310)은 제 1 협대역 대역폭(302)(BWNB)으로 전송되는 프리앰블 시퀀스(yNB(n))를 포함하고, 반면에, 패킷(300)의 나머지(320)는 훨씬 넓은 대역폭(304)(BWWB)을 차지하도록 확산되는 헤더 및 페이로드 데이터를 포함한다. BWWB는 정규 데이터 통신 모드(예컨대, BWNB = BWWB/N, 여기에서 N은 프리앰블 시퀀스(yNB(n))의 각 샘플이 반복되는 횟수를 나타냄) 동안 지향성 안테나 패턴을 갖는 패킷들을 전송하기 위한 무선 디바이스에 의해 일반적으로 사용되는 것으로서 통신 채널의 풀 대역폭이다.
패킷(300)의 나머지(320)는, 정규 전송 동안 사용되는 지향성 안테나 패턴에서 무선 디바이스 디스커버리 프로세스에 사용되는 무지향성 안테나 패턴으로 스위칭함으로써 손실된 이득의 일부 또는 전부를 보상하기 위해 길이(P)의 확산 시퀀스와 함께 포함된 데이터를 확산시키는 확산 시퀀스를 사용하여 전송된다. 한 가지 이로운 실시예에서, 확산 팩터 P = 프리앰블 시퀀스의 각 샘플이 반복되는 횟수 N 이다. 그 경우에, 패킷의 모든 부분들은 동일한 이득을 경험한다. 하지만, 도 3에 도시된 실시예에서, 전체 프리앰블(310)은 채널의 작은 부분에 전송되고, 그래서, 훨씬 넓은 대역폭을 점유하는 패킷(300)의 나머지(320)보다 다중 경로 페이딩에 대해 보다 쉽게 영향을 받는다.
따라서, 또 다른 실시예에서, 프리앰블 시퀀스의 주파수 시프트된 조합(frequency-shifted combination)은 다중 주파수(다수의 대역) 프리앰블을 얻기 위해 전송될 수 있다. 예를 들어, 프리앰블 시퀀스는 다음과 같을 수 있다:
Figure 112010050752442-pct00004
여기에서, fk는 주파수 시프트이고, T는 샘플링 간격(sampling interval)이다. 일 실시예에서, 주파수 시프트는 아날로그 도메인에서 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 주파수 시프트는 주파수 호핑 방식(frequency hopping scheme)에 의해 영향을 받는다. 이러한 다중 주파수 프리앰블은 통신 채널이 비교적 좁은 대역폭을 통해 주파수 선택적 딥 페이딩(frequency-selective deep fading)을 나타낼 때 성능을 향상시킬 수 있다.
도 4는, 무선 디바이스들이 정규 데이터 통신을 위한 지향성 안테나 패턴들을 채용하고, 무선 디바이스 디스커버리 동안 지향성 안테나 패턴들을 사용하는, 통신 네트워크에서 무선 디바이스 디스커버리 방법(400)에 대한 일 실시예를 도시하는 흐름도이다. 특히, 도 4는 일 실시예의 무선 디바이스 디스커버리 프로세스 및 데이터 통신 동안 무선 디바이스(100)의 전송기(114)에서의 동작들을 도시한다.
제 1 스텝(405)에서, 무선 디바이스(100)는 자신을 디바이스 디스커버리 모드로 놓는다. 그 경우에, 그것은, 무지향성 안테나 패턴(202)을 생성하도록 안테나 시스템(140)을 제어한다.
다음 스텝(410)에서, 무선 디바이스(100)는 동기화 시퀀스의 각 샘플을 N회(N>1) 반복함으로써 제 1 (데이터 디스커버리) 패킷(300)의 패킷 프리앰블 시퀀스(320)를 전송하기 위해 전송기(114)를 구성한다.
이어서, 스텝(415)에서, 무선 디바이스(100)는 확산 팩터(P)(P>1)로 그것의 각각의 샘플을 확산시킴으로써 제 1 패킷(300)의 나머지를 전송하기 위해 전송기(114)를 구성한다.
따라서, 스텝들(405 내지 415)의 프로세스에 의해, 무지향성 안테나 패턴(202)을 채용하는 전송 무선 디바이스(100)는, 통신의 무선 디바이스 디스커버리 위상을 실행하기 위해 무지향성 안테나 패턴(202)을 또한 채용하는 수신 무선 디바이스(100)에 데이터 디스커버리 패킷(300)을 전송할 수 있다.
한편, 정규 데이터 통신 모드 동안, 스텝(420)에서, 무선 디바이스(100)는 자신을 데이터 통신 모드에 놓는다. 그 경우에, 그것은, 지향성 안테나 패턴(204)을 생성하도록 안테나 시스템(140)을 제어한다.
이어서, 스텝(425)에서, 무선 디바이스(100)는 지향성 안테나 패턴(204)을 사용하여 정규 데이터 패킷을 전송한다.
도 5는, 무선 디바이스들이 정규 데이터 통신을 위한 지향성 안테나 패턴들을 채용하고, 무선 디바이스 디스커버리 동안 무지향성 안테나 패턴들을 사용하는 통신 네트워크에서 무선 디바이스 디스커버리 방법(500)에 대한 또 다른 실시예를 도시하는 흐름도이다. 특히, 도 5는 일 실시예의 무선 디바이스 디스커버리 프로세스 및 데이터 통신 동안 무선 디바이스(100)의 수신기(112)에서의 동작들을 도시한다.
제 1 스텝(505)에서, 무선 디바이스(100)는 자신을 디바이스 디스커버리 모드로 놓는다. 그 경우에, 그것은 무지향성 안테나 패턴(202)을 생성하도록 안테나 시스템(140)을 제어한다.
다음 스텝(510)에서, 무선 디바이스(100)는 제 1 (디스커버리 모드) 패킷(300)의 미리 결정된 "광대역" 동기화 시퀀스(yWB(n))로부터 생성된 협대역 프리앰블 시퀀스(yNB(n))를 검출하기 위해 수신기(112)를 구성한다.
다음 스텝(515)에서, 무선 디바이스(100)의 수신기(112)는, 동기화 시퀀스(yWB(n))가 검출되거나, 타임아웃(timeout)이 일어날 때까지, 통신 채널을 스캔(scan)한다. 이 스텝에서, 수신기(112)는, 동기화 시퀀스(yWB(n))가 검출될 때까지 협대역 프로세싱을 수행한다. 일 실시예에서, 수신기(112)는 동기화 시퀀스(yWB(n))의 상관 및 검출에 선행하는, 프리앰블 시퀀스(yNB(n))에 대해 매칭된 필터링 및 샘플링을 수행한다. 동기화 시퀀스(yWB(n))의 상관 및 검출이 낮은 대역폭/스피드(speed)로 수행되어, 수신기(112)의 상관기 내에 다수의 지연 요소들을 가질 필요성을 제거한다.
후속 스텝(520)에서, 동기화 시퀀스(yWB(n))가 스텝(515)에서 검출되면, 무선 디바이스(100)는 동기화 시퀀스를 사용하여, 그것의 동작들을 전송된 신호들에 동기화하고, 이어서, 광대역(WB) 스펙트럼을 통해 신호를 확산시키기 위해 길이(P)의 확산 시퀀스를 사용하여 전송된, 패킷(300)의 나머지(320)를 복조하기 위해 수신기(112)의 구성을 변경한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 패킷(300)을 전송한 무선 디바이스(100)의 전송기(114)는 수신기(112)에 공지된 패킷(300)에 선택적인 정적 기간(315)을 삽입할 수 있다. 그 경우에, 수신 무선 디바이스(100)는 광대역 모드에서 동작하도록 그것의 수신기(112) 및/또는 프로세서(120)를 구성하기 위해 이 정적 기간을 사용할 수 있다.
수신기(112)가 인입하는 패킷에 동기화되면, 스텝(525)에서, 그것은 풀 대역폭 헤더 및 페이로드 데이터를 역확산(de-spread)하고, 복조하고, 디코드할 수 있다. 헤더 및/또는 페이로드 데이터는 수신 무선 디바이스로 하여금 전송 무선 디바이스의 존재를 발견하도록 허용하는 정보를 포함한다. 이것은, 특정한 전송 무선 디바이스를 식별하는 데이터 및/또는 전송 무선 디바이스의 위치 또는 방향을 포함할 수 있다. 선택적인 풀 대역폭 프리앰블(320)이 전송되면, 수신기(112)는 이득 설정, 주파수와 타이밍 에러 연산, 및 채널 추정치와 같은, 몇몇 수신기 파라미터들을 조정 및 재조정하기 위해 이 시퀀스(320)를 사용할 수 있다.
따라서, 스텝들(505 내지 525)의 프로세스에 의해, 무지향성 안테나 패턴(202)을 채용하는 수신 무선 디바이스(100)는, 통신의 무선 디바이스 디스커버리 위상을 실행하기 위해 무지향성 안테나 패턴(202)을 또한 채용하는 전송 무선 디바이스(100)로부터 데이터 디스커버리 패킷(300)을 수신할 수 있다.
한편, 정규 데이터 통신 모드 동안, 스텝(530)에서, 무선 디바이스(100)는 자신을 데이터 통신 모드에 놓는다. 그 경우에, 그것은 지향성 안테나 패턴(204)을 생성하도록 안테나 시스템(140)을 제어한다.
이어서, 스텝(535)에서, 무선 디바이스(100)는 지향성 안테나 패턴(204)을 사용하여 정규 데이터 패킷을 수신한다.
다수의 변경들 및 옵션들은 상술한 프로세스로 가능하다.
일 실시예에서, 전체 프리앰블 시퀀스(yNB(n)) 자체는 정확한 동기화 기회를 증가시키기 위해 K 회 반복될 수 있다.
일 실시예에서, 커버 시퀀스(cover sequency)는 yNB(n)가 여러 가지 목적들을 위해 반복될 때 사용될 수 있고, 그것들 중 하나는 프레임 디리미터(frame delimiter)이다.
yNB(n)를 생성하기 위해 상술한 실시예에서 설명된 반복하는 방법론(methodology)은 그것의 대응하는 특성들을 갖는 간단한 샘플-홀드 방식이다. 하지만, 또 다른 실시예에서, 상이한 방법론이 상이한 주파수 특성들을 가지며 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 상이한 메커니즘은 여분 에러 수정 비트들(extra error correction bits)의 부가, 또는 확산과 부가적인 에러 수정 비트들의 조합과 같은, 데이터를 확산시키는데 채용될 수 있다. 에러 수정을 위해, 콘볼루션 코딩(convolution coding), 트렐리스 코딩(trellis coding), 리드-솔로몬(Reed-Solomon) 및 LDPC 코딩과 같은 종래의 코딩 기술들이 채용될 수 있다.
바람직한 실시예들이 여기에서 개시되지만, 본 발명의 개념 및 범위 내에 있는 많은 이러한 변경들이 가능하다. 이러한 변경들은 본 명세서, 도면, 및 청구범위를 면밀히 살펴본 후에 기술분야의 당업자에게 명백해 진다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구범위의 사상 및 범위 외에는 제한되지 않는다.
100: 무선 디바이스 110: 트랜시버
112: 수신기 114: 전송기
120: 프로세서 130: 메모리
140: 안테나 시스템 200: 통신 네트워크
202: 무지향성 안테나 패턴 204: 지향성 안테나 패턴
210A, 210B, 210C, 210D : 무선 디바이스
300: 제 1 패킷 310: 협대역 프리앰블
320: 패킷의 나머지 322: 선택적 광대역 프리앰블
324: 광대역 헤더

Claims (14)

  1. 무선 네트워크에서 무선 디바이스(100)에 의한 통신 방법으로서, 상기 무선 디바이스는 전송기(114) 및 수신기(112)를 포함하는, 상기 통신 방법에 있어서,
    무지향성 안테나 패턴(omnidirectional antenna pattern; 202)을 갖도록 상기 무선 디바이스(100)의 안테나 패턴을 설정하는 단계;
    상기 무지향성 안테나 패턴(202)을 사용하여 제 1 패킷(300)을 전송하는 단계로서, 동기화 시퀀스의 각 샘플을 N 회(N>1) 반복함으로써 상기 제 1 패킷(300)의 프리앰블 시퀀스(310)를 전송하는 단계, 및 확산 팩터(spreading factor: P)(P>1)로 각 샘플을 확산시킴으로써 상기 제 1 패킷(300)의 나머지(320)를 전송하는 단계를 포함하는, 상기 제 1 패킷(300) 전송 단계;
    지향성 안테나 패턴(204)을 갖도록 상기 무선 디바이스(300)의 상기 안테나 패턴을 설정하는 단계; 및
    상기 지향성 안테나 패턴(204)을 사용하여 제 2 패킷을 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 프리앰블 시퀀스는 대역폭(BWNB)을 갖는 주파수 스펙트럼을 갖고, 상기 제 1 패킷(300)의 나머지(320)는 대역폭(BWWB)을 갖는 주파수 스펙트럼(302)을 가지며, BWNB < BWWB인, 통신 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    BWNB = BWWB/N인, 통신 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    P = N인, 통신 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 패킷 프리앰블 시퀀스(310)를 K 회 반복하는 단계를 추가로 포함하고, K > 1인, 통신 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    다중대역 패킷 프리앰블 시퀀스(310)를 생성하기 위해 전송 전에 상기 패킷 프리앰블 시퀀스(310)를 주파수-시프팅하는(frequency-shifting) 단계를 추가로 포함하는, 통신 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 무지향성 안테나 패턴(202)을 사용하여 상기 제 1 패킷(300)을 수신하는 단계로서:
    협대역 프로세싱 모드를 사용하여 상기 프리앰블 시퀀스(310)를 검출하는 단계로서, 상기 프리앰블 시퀀스(310)는 복수의 샘플들을 갖는 상기 동기화 시퀀스를 포함하고, 그 샘플들 각각은 N 회(N>1) 반복되며, 상기 수신기는 상기 제 1 패킷(300)에 상기 수신기(112)를 동기화하기 위한 상기 동기화 시퀀스를 사용하는, 상기 프리앰블 시퀀스(310) 검출 단계; 및
    광대역 프로세싱 모드를 사용하여 상기 제 1 패킷(300)의 나머지(320)를 검출하는 단계로서, 상기 제 1 패킷(300)의 나머지(320)는 복수의 샘플들을 갖는 적어도 페이로드 데이터(326)를 포함하고, 그 샘플들 각각은 전송 전에 상기 확산 팩터(P)(P>1)에 의해 확산되며, 상기 수신기(112)는 상기 페이로드 데이터(326)를 검출하기 위해 상기 제 1 패킷(300)의 나머지(320)를 역확산하는, 상기 제 1 패킷(300)의 나머지(320)를 검출하는 단계를 포함하는, 상기 제 1 패킷(300) 수신 단계; 및
    상기 지향성 안테나 패턴(204)을 사용하여 상기 제 2 패킷을 수신하는 단계를 더 포함하는, 통신 방법.
  8. 무선 네트워크에서 통신을 위한 무선 디바이스(100)에 있어서,
    수신기(112);
    전송기(114); 및
    무지향성 안테나 패턴(202)을 갖는 무지향성 모드 및 지향성 안테나 패턴(204)을 갖는 지향성 모드에서 선택적으로 동작하기 위해, 상기 수신기(112)와 상기 전송기(114)에 동작가능하게 접속된 안테나 시스템(140)을 포함하고,
    상기 무선 디바이스(100)는, 상기 무지향성 안테나 패턴(202)을 갖도록 상기 안테나 시스템(140)을 설정하고, 상기 무지향성 안테나 패턴(202)을 사용하여 제 1 패킷(300)을 전송함으로써, 다른 무선 디바이스들(100)에 의해 디스커버링되고(discovered), 상기 전송은 동기화 시퀀스의 각 샘플을 N 회(N>1) 반복함으로써 프리앰블 시퀀스(310)를 전송하는 것 및 확산 팩터(P)(P>1)로 상기 동기화 시퀀스의 각 샘플을 확산함으로써 상기 제 1 패킷(300)의 나머지(320)를 전송하는 것을 포함하고,
    상기 무선 디바이스(100)가 상기 지향성 안테나 패턴(204)을 갖도록 상기 안테나 시스템(140)을 설정함으로써 데이터 통신 모드에서 동작하여, 제 2 패킷이 상기 지향성 안테나 패턴(204)을 사용하여 전송되고,
    상기 패킷 프리앰블 시퀀스(310)는 대역폭(BWNB)을 갖는 주파수 스펙트럼을 갖고, 상기 제 1 패킷(300)의 나머지(320)는 대역폭(BWWB)을 갖는 주파수 스펙트럼을 가지며, BWNB < BWWB인, 무선 디바이스(100).
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    BWNB = BWWB/N인, 무선 디바이스(100).
  11. 제 8 항에 있어서,
    P = N인, 무선 디바이스(100).
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 패킷 프리앰블을 K 회 반복하는 것을 더 포함하고, K > 1인, 무선 디바이스(100).
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 패킷 프리앰블 시퀀스(310)의 스펙트럼 점유(spectral occupancy)를 증가시키기 위해, 전송 전에 상기 패킷 프리앰블 시퀀스(310)를 주파수 시프팅하는 것을 더 포함하는, 무선 디바이스(100).
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 패킷(300)은:
    협대역 프로세싱 모드를 사용하여 상기 프리앰블 시퀀스(310)를 검출하는 것으로서, 상기 프리앰블 시퀀스(310)는 복수의 샘플들을 갖는 동기화 시퀀스를 포함하고, 그 샘플들 각각은 N 회(N>1) 반복되고, 상기 수신기(112)는 상기 제 1 패킷(300)에 상기 수신기(112)를 동기화하기 위한 상기 동기화 시퀀스를 사용하는, 상기 프리앰블 시퀀스(310)를 검출하고,
    광대역 프로세싱 모드를 사용하여 상기 제 1 패킷(300)의 나머지(320)를 검출하는 것으로서, 상기 제 1 패킷(300)의 나머지(320)는 복수의 샘플들을 갖는 적어도 페이로드 데이터(326)를 포함하고, 그 샘플들 각각은 전송 전에 상기 확산 팩터(P)(P>1)에 의해 확산되며, 상기 수신기(112)는 상기 페이로드 데이터(326)를 검출하기 위해 상기 제 1 패킷(300)의 나머지(320)를 역확산하는, 상기 제 1 패킷(300)의 나머지(320)를 검출함으로써, 상기 무지향성 안테나 패턴(202)을 사용하여 수신되며,
    상기 무선 디바이스(100)가 상기 지향성 안테나 패턴(204)을 갖도록 상기 안테나 시스템(140)을 설정함으로써 데이터 통신 모드에서 동작하여, 상기 제 2 패킷이 상기 지향성 안테나 패턴(204)을 사용하여 수신되는, 무선 디바이스(100).
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