KR102398387B1

KR102398387B1 - 통신 네트워크에서 음성 채널을 통한 데이터의 신뢰가능하고 지연이 적은 전송방법

Info

Publication number: KR102398387B1
Application number: KR1020207007413A
Authority: KR
Inventors: 톰 피에초따; 킴 말러
Original assignee: 프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베.
Priority date: 2017-09-18
Filing date: 2018-09-17
Publication date: 2022-05-16
Also published as: CN111133810A; US20200204326A1; KR20200072466A; EP3685614A1; US11349623B2; EP3685614B1; JP7203833B2; WO2019053251A1; CN111133810B; JP2020534575A

Abstract

음성 채널을 포함하는 이동 통신 연결을 사용하여 송신 장치로부터 수신 장치로 전송을 위한 제어 신호들을 제공하기 위한 방법들 및 장치들이 설명된다. 제어 신호들은 수신 장치의 동작을 제어하기 위해 사용된다.

Description

통신 네트워크에서 음성 채널을 통한 데이터의 신뢰가능하고 지연이 적은 전송방법

본 발명은 통신 네트워크들 또는 시스템들의 분야에 관한 것으로, 특히 이러한 통신 네트워크들에서 데이터의 전송방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은 무선 통신 자원을 통한 데이터의 향상된 전송방법에 관한 것이다.

도 1은 코어 네트워크(102)와 무선 액세스 네트워크(104)를 포함하는 무선 네트워크(100)의 예를 나타낸 개략도이다. 무선 액세스 네트워크(104)는 복수의 기지국들(eNB₁ 내지 eNB₅)을 포함할 수 있고, 각각의 기지국은 기지국을 둘러싸는 특정 영역을 서빙하며, 이러한 영역은 각각의 셀들(106₁ 내지 106₅)에 의해 도식적으로 나타내어져 있다. 기지국들은 셀 내의 사용자들을 서빙하기 위해 제공된다. 사용자는 고정식 장치 또는 이동식 장치일 수 있다. 더욱이, 무선 통신 시스템은 기지국에 연결되거나 사용자에게 연결되는 이동식 또는 고정식 "사물 인터넷(Internet of Things)"(IoT) 장치들에 의해 액세스될 수 있다. 이동식 장치들 또는 IoT 장치들은, 물리적 장치들, 로봇 또는 자동차와 같은 지상 기반 차량들, 유인 공중 차량 또는 무인 공중 차량(unmanned aerial vehicle, UAV)과 같은 공중 차량들(후자는 또한 드론으로 지칭됨), 빌딩들, 그리고 내부에 전자기기, 소프트웨어, 센서, 구동기 등이 내장된, 뿐만 아니라 이러한 장치들이 기존의 네트워크 기반시설을 통해 데이터를 수집 및 교환할 수 있게 하는 네트워크 연결이 내장된 다른 물품들을 포함할 수 있다. 도 1은 단지 5개의 셀들의 예시적 도면을 보여주지만 무선 통신 시스템은 이러한 셀들을 더 많이 포함할 수 있다. 도 1은 셀(106₂) 내에 있으며 기지국(eNB₂)에 의해 서빙되는 2개의 사용자들(UE1 및 UE2)을 보여주는데, 이들은 또한 사용자 장비(User Equipment, UE)로 지칭된다. 또 하나의 다른 사용자(UE₃)가 기지국(eNB₄)에 의해 서빙되는 셀(106₄) 내에서 보여진다. 화살표들(108₁, 108₂ 및 108₃)은, 사용자(UE₁, UE₂ 및 UE₃)로부터 기지국들(eNB₂, eNB₄)로 데이터를 전송하기 위한 또는 기지국들(eNB₂, eNB₄)로부터 사용자들(UE₁, UE₂ 및 UE₃)로 데이터를 전송하기 위한 업링크/다운링크 연결들을 개략적으로 나타낸다. 더욱이, 도 1은 셀(106₄) 내의 2개의 IoT 장치들(110₁ 및 110₂)을 보여주며, 이들은 고정식 또는 이동식 장치들일 수 있다. IoT 장치(110₁)는 화살표(112₁)에 의해 개략적으로 나타내어진 바와 같이 데이터를 수신 및 전송하기 위해 기지국(eNB₄)을 통해 무선 통신 시스템에 액세스한다. IoT 장치(110₂)는 화살표(112₂)에 의해 개략적으로 나타내어진 바와 같이 사용자(UE₃)를 통해 무선 통신 시스템에 액세스한다. 각각의 기지국(eNB₁ 내지 eNB₅)은 각각의 백홀 링크들(114₁ 내지 114₅)을 통해 코어 네트워크(102)에 연결되는데, 이들은 도 1에서 eNB들 아래에서 화살표들에 의해 개략적으로 나타내어져 있다. 코어 네트워크(102)는 하나 이상의 외부 네트워크들(미도시)에 연결될 수 있다.

데이터 전송을 위해, 물리적 자원 그리드가 사용될 수 있다. 물리적 자원 그리드는 다양한 물리적 채널들 및 물리적 신호들이 맵핑되는 자원 요소들의 집합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 물리적 채널들은, 사용자 특정 데이터(이것은 또한 다운링크 및 업링크 페이로드 데이터로 지칭됨)를 운반하는 물리적 다운링크 공유 채널(physical downlink shared channel, PDSCH) 및 물리적 업링크 공유 채널(physical uplink shared channel, PUSCH), 예를 들어, 마스터 정보 블록(master information block, MIB) 및 시스템 정보 블록(system information block, SIB)을 운반하는 물리적 방송 채널(physical broadcast channel, PBCH), 예를 들어, 다운링크 제어 정보(downlink control information, DCI)를 운반하는 물리적 다운링크 제어 채널(physical downlink control channel, PDCCH) 및 물리적 업링크 제어 채널(physical uplink control channel, PUCCH), 등을 포함할 수 있다. 업링크를 위해, 물리적 채널들은 또한, UE가 MIB 및 SIB를 동기화 및 획득할 때 네트워크에 액세스하기 위해 UE들에 의해 사용되는 물리적 랜덤 액세스 채널(physical random access channel)(PRACH 또는 RACH)을 포함할 수 있다. 물리적 신호들은 기준 신호(reference signal, RS)들, 동기화 신호들 등을 포함할 수 있다. 자원 그리드는 시간 도메인에서는 10 밀리초와 같은 특정 지속시간을 갖고 주파수 도메인에서는 소정의 대역폭을 갖는 프레임을 포함할 수 있다. 프레임은 미리 정의된 길이를 갖는 특정 개수의 하위프레임들, 예컨대 1 밀리초의 길이를 갖는 2개의 하위프레임들을 가질 수 있다. 각각의 하위프레임은 주기적 프리픽스(cyclic prefix, CP) 길이에 따라 6개 또는 7개의 OFDM 심볼들의 2개의 슬롯들을 포함할 수 있다.

무선 통신 시스템은, 직교 주파수-분할 다중화(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM) 시스템, 직교 주파수-분할 다중 액세스(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access, OFDMA) 시스템, 또는 CP를 갖는 또는 갖지 않는 임의의 다른 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)-기반의 신호(예를 들어, DFT-s-OFDM)와 같은, 주파수-분할 다중화에 기반을 둔 임의의 단일-톤 또는 다중반송파 시스템일 수 있다. 다중 액세스를 위한 비-직교 파형들과 같은 다른 파형들, 예를 들어, 필터-뱅크 다중반송파(Filter-Bank MultiCarrier, FBMC), 일반화된 주파수 분할 다중화(Generalized Frequency Division Multiplexing, GFDM) 또는 범용 필터링된 다중 반송파(Universal Filtered Multi Carrier, UFMC)가 사용될 수 있다. 무선 통신 시스템은, 예를 들어, LTE-고급 프로 표준 또는 5G 또는 NR(New Radio) 표준에 따라 동작할 수 있다.

도 1을 참조하여 앞에서 설명된 바와 같은 무선 통신 네트워크들에서, 업링크 전송은 요청-부여 절차를 사용하여 기지국과 같은 액세스 포인트(Access Point, AP)에 의해 스케줄링될 수 있는데, 즉, 이동식 장치 또는 사용자는 등록 절차 동안 스케줄링 요청(Scheduling Request, SR)을 AP에 전송한다. 그 다음에, AP는 중앙집중화된 방식으로 사용자들에게 자원들을 부여하도록 스케줄링을 수행한다. 요청-부여 절차, 즉 무선 통신 네트워크에 대한 사용자의 첫 연관은 경합에 기반을 둔 방식으로 수행된다. 동일한 동작방식이 연결 실패시 사용자와 AP 간의 연결을 재-확립하기 위해 사용될 수 있다. 종래의 경합-기반 랜덤 액세스 절차는 4개의 단계들을 포함할 수 있고, 그리고 도 2는 예를 들어 참조 [1]에서 설명되는 바와 같이 성공적인 경합-기반 랜덤 액세스 절차에 대한 시그널링 도면이다. 초기에, 프리앰블이 사용자(UE)에 의해 액세스 포인트(eNB)에 전송된다. eNB에 의해 프리앰블이 검출되면, 랜덤 액세스 응답이 전송되고, 후속하여 2개의 후속 메시지들(L2/L3 메시지)이 UE로부터 eNB로 전송되며, 그리고 필요하다면 초기 경합 해결을 위한 메시지가 eNB로부터 UE로 전송된다. 하지만, eNB가 프리앰블을 검출하지 못하는 경우, UE에서는 타임아웃이 일어나고, UE는 다시 동일한 프리앰블 포맷의 후속 랜덤 액세스 시퀀스를 전송한다.

시스템에 산발적으로 액세스하는 방대한 수의 장치들이 존재하는 경우, 경합-기반 랜덤 액세스 절차는 성능의 급격한 저하 및 큰 액세스 지연과 관련될 수 있고, 이는 통신을 불가능하게 한다. 예를 들어, 현재 구현되는 액세스 동작방식들은 시간-제약 시스템에서 수백 또는 수천 개의 장치들로부터의 액세스 요청들을 관리하지 못할 수 있다.

앞에서 언급된 "사물 인터넷(Internet of Things)"은 객체들의 상호연결을 용이하게 한다. 이러한 객체들 중 대부분은 물리적으로 인터넷에 연결되어 있지 않으며 WLAN 및/또는 이동 통신 기술을 사용하여 연결돼야 한다. WLAN의 커버리지의 반경은 제한적이고, 모바일 인터넷은 많은 지역들에서 이용가능하지 않거나 단지 불충분하게 이용가능하다. 네트워크 과부하는 데이터 전송속도의 격한 감소로 이어질 수 있거나, 대기시간이 커지게 할 수 있거나, 또는 심지어 통신 링크의 장애를 초래할 수 있다. 이동식 장치들 및/또는 차량, 센서, 또는 무인 공중 차량(UAV)과 같은 기계들과의 신뢰가능하고 연속적으로 이용가능한 통신은 이전에 언급된 이유들로 인해 보장되지 않을 수 있다.

특히, 이용가능한 무선 네트워크 기반시설에 UAV들을 통합시키는 것은 모바일 인터넷을 통한 무인 항공 교통의 원격 제어 및 감시를 용이하게 한다.

특히, 물류 분야에서, UAV들의 사용에 관한 유망한 파일럿 프로젝트들이 존재하는데, 이들은 기반시설이 부족한 지역들에 한정되어 있다. 그 이유는 특정 상황에서, 예를 들어, 정정 제어 신호들을 전송하는 상황에서 또는 파일럿에 의해 원격으로 제어권을 인수하는 상황에서, 자율 비행 동안 UAV를 제어하기 위한 제어 신호들이 UAV와 교환될 수 없기 때문이다. 상업적으로 이용가능한 무선 제어는 예를 들어, WLAN 또는 무선 시스템들을 사용하여 단지 최대 몇 킬로미터인 커버리지 범위를 갖는다. 3G 또는 4G/LTE와 같은 셀룰러 무선 시스템들은 이들의 커버리지가 대부분의 경우 불완전할 수 있기 때문에 문제화되지 않는다.

현재, 예를 들어, 상품을 운송하는 UAV들과 같은 운송 수단들은 자율적으로 동작하고 있고, 지상국은 이들의 위치에 관해 알지 못하며 개입할 수 없다. 이것은 이러한 운송 수단들을 직접적으로 제어할 수 없는 단점이 있지만 커버리지가 충분하지 않을 때 차선책이다.

이전에 언급된 단점들에 근거하여, 제어를 위한 새로운 그리고 더 신뢰가능한 기법이 요구된다.

본 발명의 목적은, 통신 네트워크를 통한 데이터의 전송을 향상시키는 접근법을 제공하려는 것이다.

이러한 목적은 독립 청구항들의 주된 내용에 의해 해결된다.

실시예들은 종속 청구항들에서 정의된다.

제1 실시예에 따르면, 송신 장치와 수신 장치 간의 이동 통신 연결을 사용하여 송신 장치로부터 수신 장치로 제어 신호들을 제공하기 위한 방법이 제공되며, 여기서 통신 연결은 음성 채널을 포함하고, 이러한 방법은, 송신 장치에서, 사용자 데이터를 제공하는 것(사용자 데이터는 제어 신호들을 포함하고, 제어 신호들은 수신 장치의 동작을 제어하기 위해 사용됨); 그리고 송신 장치에서, 이동 통신 연결의 음성 채널의 주파수 스펙트럼의 미리 결정된 개수의 주파수들에 사용자 데이터를 맵핑시키는 것을 포함한다. 이러한 기법이 갖는 이점은, 제어 신호들이 낮은 대기시간으로 전송될 수 있다는 것인데, 그 이유는 음성 채널을 포함하는 통신 연결을 이용해 대기시간이 낮은 연결이 사용되기 때문이다. 미리 결정된 개수의 주파수들만이 사용되기 때문에 전송은 높은 효율로 수행되며, 이는 데이터의 강건한 전송을 용이하게 한다.

제2 실시예에 따르면, 사용된 주파수들은 기저 주파수의 정수배에 상응한다. 이것이 갖는 이점은, 주파수 스펙트럼을 기저 주파수의 정수배로 제한하는 것은 매우 효율적인 고속 푸리에 변환 알고리즘들의 사용을 가능하게 하기 때문에 데이터 전송이 매우 효율적으로 수행될 수 있다는 것이다.

제3 실시예에 따르면, 미리 결정된 개수의 주파수들은 주파수들의 서브셋(subset)을 포함하고, 주파수들의 서브셋(subset)은 적어도 하나의 주파수 내지 최대 개수의 이용가능한 주파수들을 포함한다. 이것이 갖는 이점은, 최적의 데이터 전송 효율을 제공하는 주파수들의 조합이 선별될 수 있다는 것이다.

제4 실시예에 따르면, 이용가능한 주파수들의 최대 개수는 음성 채널의 주파수 범위를 기저 주파수로 나눈 몫에 상응하는 정수보다 작다.

제5 실시예에 따르면, 사용자 데이터는 복수의 데이터 요소들을 포함하고, 맵핑시키는 것은 각각의 데이터 요소를 주파수들의 고유한 조합에 할당하는 것을 포함한다. 이것이 갖는 이점은, 사용자 데이터가 주파수들의 조합에 전단사 대응으로 이어지는 일-대-일 방식으로 맵핑되어 주파수들의 조합과 사용자 데이터 간의 변환이 효율적으로 수행될 수 있게 된다는 것이다.

제6 실시예에 따르면, 데이터 요소들을 주파수들의 조합에 할당하는 것은 코드북에 근거한다. 코드북의 사용은 강력한 계산 능력을 요구함이 없이 데이터 요소들과 주파수들 간의 매우 효율적인 맵핑을 제공한다.

제7 실시예에 따르면, 주파수 스펙트럼이 송신 장치로부터 수신 장치로 전송된다. 특히, 이러한 전송은 주파수 도메인에서가 아닌 시간 공간에서의 신호를 의미하는 시간 신호로서 수행된다.

제8 실시예에 따르면, 사용자 데이터의 변경이 일어날 때까지 동일한 주파수 스펙트럼이 반복적으로 또는 연속적으로 전송된다. 이것이 갖는 이점은, 이후의 프레임에서, 동일한 데이터가 재전송되고 정보가 이후의 전송으로부터 획득될 수 있기 때문에 주파수 스펙트럼의 하나의 전송이 손상되어도, 이것은 전송에 영향을 미치지 않을 수 있다는 것이다. 더욱이, 이것은 손상된 프레임이 정보의 손실 없이 폐기될 수 있게 한다.

제9 실시예에 따른 방법은, 송신 장치와 수신 장치 간의 이동 통신 연결을 통해 수신 장치의 동작을 제어하기 위한 방법이고, 여기서 이동 통신 연결은 음성 채널을 포함하며, 이러한 방법은, 수신 장치에서, 주파수 스펙트럼을 수신하는 것(여기서, 주파수 스펙트럼은 이동 통신 연결의 음성 채널의 주파수 스펙트럼의 미리 결정된 개수의 주파수들을 포함하고, 수신 장치의 동작을 제어하기 위한 제어 신호들이 미리결정된 개수의 주파수들에 맵핑됨); 수신 장치에서, 제어 신호들을 획득하기 위해 주파수 스펙트럼의 디-맵핑을 수행하는 것; 그리고 획득된 제어 신호들에 근거하여 수신 장치를 제어하는 것을 포함한다. 이것이 갖는 이점은, 예를 들어 회선 교환 이동 통신 연결과 같은 음성 채널은 대기시간이 낮은 연결이기 때문에 수신 장치의 동작이 대기시간 없이 제어될 수 있다는 것이다.

제10 실시예에 따르면, 수신 장치는 주파수들의 고유한 조합들을 각각의 제어 신호들에 할당하는 코드북을 포함한다. 이것이 갖는 이점은, 단지 작은 계산 노력만을 요구하는, 주파수 조합들과 제어 신호들 간의 효과적인 맵핑이 제공된다는 것이다.

제11 실시예에 따르면, 주파수 스펙트럼은 프레임, 예를 들어, 시간 프레임으로서 수신되고, 그리고 주파수들의 미리 결정된 개수와 동일하지 않은 주파수들의 개수를 프레임이 포함하는 경우에 해당 프레임은 폐기된다. 이것이 갖는 이점은, 손상된 프레임이 특정 기준에 근거하여 쉽게 인식될 수 있고 그 다음에 페기될 수 있다는 것이다.

제12 실시예에 따르면, 수신 장치에서, 주파수 스펙트럼에 푸리에 변환(Fourier Transform, FT)이 수행되어 FT 스펙트럼이 획득되고, 그리고 수신 장치에서, 기저 주파수의 정수배에 상응하는 주파수들에서 FT 스펙트럼의 피크들의 진폭들이 추출된다. 이것이 갖는 이점은, 피크들은 기저 주파수의 정수배에 있어야하기 때문에 피크들의 위치가 쉽게 결정될 수 있다는 것이며, 이에 따라 고속의 효율적인 디-맵핑을 제공한다. 더욱이, 매우 효율적인 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 알고리즘들이 알려져 있기 때문에, 설명된 기법은 낮은 계산 노력을 요구하는 효과적인 제어 방법을 제공한다.

제13 실시예에 따르면, 추출된 진폭들의 주파수들은 수신 장치에서 코드북을 사용하여 제어 신호들로 변환된다. 이것이 갖는 이점은, 코드북에 근거하는 맵핑은 매우 빠르고 효율적으로 수행될 수 있기 때문에 감소된 계산 노력으로 주파수들과 제어 신호들 간의 변환이 수행될 수 있다는 것이다.

제14 실시예에 따르면, 기저 주파수는 고속 푸리에 변환의 주파수 분해능에 대응한다.

제15 실시예에 따르면, 실시예 1 내지 실시예 8 중 하나에 따라 동작하고 실시예 9 내지 실시예 14 중 하나에 따라 수신 장치의 동작을 제어하는 제어 시스템이 제공된다.

제16 실시예에 따르면, 컴퓨터 상에서 실행될 때 컴퓨터로 하여금 실시예 1 내지 실시예 15 중 하나에 따른 방법을 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다.

제17 실시예에 따르면, 실시예 1 내지 실시예 8 중 하나에 따라 동작하는 송신 장치가 제공된다.

제18 실시예에 따르면, 실시예 9 내지 실시예 14 중 하나에 따라 동작하는 수신 장치가 제공된다.

도 1은 무선 통신 시스템의 예를 나타낸 개략도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다수의 프레임들로 구성된 오디오 신호의 스펙트럼을 보여준다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 분해능의 정수배를 이산 FT 스펙트럼의 그리드 포인트들에 맵핑시킨 것을 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 맵핑 테이블에 대한 예를 보여준다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3-차원 공간을 1-차원 공간에 전단사 맵핑시킨 것을 보여준다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전이중 방식으로 2개의 장치들 간에 정보 요소들을 전송하는 일반적인 경우를 보여준다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 급격한 전이 및 부드러운 전이에 대한 예들을 보여준다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 푸리에 스펙트럼의 전이들에 대한 예들을 보여준다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제어 신호들을 제공하기 위한 방법의 흐름도를 보여준다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 수신 장치를 제어하기 위한 방법의 흐름도를 보여준다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 제어 신호들을 제공하기 위한 송신 장치의 블록도를 보여준다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 수신 장치를 제어하기 위한 수신 장치의 블록도를 보여준다.
도 13은 OFDM 인코딩/디코딩을 사용하여 무선 통신 채널을 통해 비트 워드를 전송하기 위한 실시예를 설명한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 맵핑 테이블에 대한 또 하나의 다른 예를 보여준다.
도 15는 주파수 분해능의 정수배인 반송파 주파수를 이용할 때 도 13의 위치 ①, 위치 ②, 및 위치 ③에서의 각각의 신호의 예들을 나타낸다.
도 16은 주파수 분해능의 정수배가 아닌 반송파 주파수를 이용할 때 도 13의 위치 ①, 위치 ②, 및 위치 ③에서의 각각의 신호의 예들을 나타낸다.

앞에서 논의된 문제들에 대해, 예를 들어, UAV들과 같은 객체들을 폭넓은 범위에 걸쳐 중단 없이 원격으로 제어하는 해법들은 현재 존재하지 않는다. 한 가지 예외는, 임의의 위치로부터 제어될 수 있는, 예컨대 군용 드론과 같은, 위성 링크를 통한 원격 제어이다.

예를 들어, LTE 서비스에 의해 양호한 커버리지를 갖는 영역에서는 LTE 네트워크가 사용될 수 있지만, 이러한 네트워크가 이용가능하지 않은 경우에는 한정된 범위 또는 자율적 또는 반-자율적 동작을 갖는 종래의 원격 제어만이 가능하다.

본 발명은, GSM 또는 UMTS 시스템들에서의 회선 교환 연결들 또는 LTE 시스템들을 위한 패킷 교환 연결들과 같은, 일반적으로 음성을 운반하는 이동 통신 연결들을 사용하는 것에 초점을 맞추고 있다. 음성 신호들은 일반적으로 양호한 커버리지 및 (200 ms보다 작은) 낮은 대기시간으로 매우 신뢰가능하게 이동 통신을 통해 전송된다. GSM 네트워크에서의 음성 신호들의 대기시간은 예를 들어, 데이터 채널을 사용하는 것과 비교하여 상당히 작다. 이에 대한 한 가지 이유는 일반적으로 음성은 자동 반복 요청(Automatic Repeat Request, ARQ) 없이 전송되기 때문이다. 또한, 음성 연결들은 일반적으로 높은 서비스 품질(Quality of Service, QoS)을 제공한다. 음성 연결들의 신뢰도는 예를 들어, 이들이 GSM 네트워크에서 회선 교환 연결들(단-대-단 연결들)인 것에 기반을 두고 있다. 따라서, 기지국의 부하는 연결 품질에 영향을 미치지 않는데, 왜냐하면 음성 연결들에 할당된 자원들은 데이터 전송속도, 대기시간, 등에 관한 GSM 음성 연결의 모든 요건들을 충족시켜야 하기 때문이다.

이러한 속성들은 사실상 무제한의 커버리지를 갖는 신뢰가능한 실시간 연결을 용이하게 하고, 이는 많은 응용에 있어 유리하다.

GSM 네트워크의 이러한 유리한 속성들은 실시간으로 기계, 관리 데이터 질의, 또는 위치 질의의 제어를 행하는 데 사용될 수 있다. 이를 위해, 데이터 또는 제어 신호들은 음성 채널의 주파수 스펙트럼(300 Hz 내지 3400 Hz)에 맵핑돼야 한다. 대기시간을 최소치까지 감소시키기 위해, 통신 프로토콜은 ARQ들을 사용하지 않는 이러한 가상 매체 상에 구축될 수 있다 이러한 경우에, 송신기는 전송된 데이터 워드가 수신 장치에 의해 수신되었는지 또는 그렇지 않은지에 관해 알지 못한다.

전송의 신뢰도는 현재 데이터/데이터 워드를 변경이 일어날 때까지 연속적으로 보냄으로서 보장될 수 있다.

이러한 절차가 도 2에서 도시되는데, 여기서는 데이터를 운반하는 연속적인 오디오 신호(210)가 보여진다. 도 2는 오디오 신호(210)의 스펙트럼들을 보여주고, 이러한 신호는 다수의 프레임들로 구성되는데, 본 경우에서는 4개의 프레임들(215₁ 내지 215₄)로 구성되고, 이에 따라 4개의 주파수 스펙트럼들(220₁ 내지 220₄)이 보여진다. 프레임들 각각은, 각각의 위상과 독립되어, 특성 스펙트럼의 형태로 동일한 정보를 포함한다. 프레임의 길이는 전형적으로 16, 32 또는 62 ms이지만, 프레임의 길이는 또한 임의의 다른 지속시간을 가질 수 있다.

오디오 신호가 손상되거나 연결이 중단되어 하나 이상의 프레임들의 스펙트럼이 왜곡된 경우, 해당 프레임들은 폐기될 수 있고, 정보는 그 다음 온전한 프레임으로부터 획득될 수 있다. 하나의 프레임이 손상된 경우, 데이터 전송의 대기시간은 프레임의 길이만큼 증가한다.

전송돼야 하는 정보는 본질적으로 오디오 스펙트럼 내에 포함된다. 이를 위해, 주파수 분해능의 정수배가 FT 스펙트럼의 노드들 또는 그리드 포인트들에 정확히 맵핑된다. 용어 '노드' 또는 '그리드 포인트'는 푸리에 변환의 주파수 분해능의 배수에 대응하는 주파수들을 지칭한다. 사용되는 푸리에 변환은 다양한 방식으로 구현될 수 있는데, 예를 들어, 빠르고 효율적인 알고리즘들이 알려져 있는 고속 푸리에 변환이 구현될 수 있고, 결과적인 주파수 스펙트럼은 이산 푸리에 스펙트럼일 수 있다.

도 3에서는, 주파수 분해능의 정수배가 어떻게 이산 FT 스펙트럼의 그리드 포인트들(또는 노드들)에 맵핑되는지가 보여진다. 박스들(310, 312, 314 및 316) 내에는, 주파수 1 내지 주파수 4가 보여지고, 여기서 이러한 주파수들 각각은 주파수 분해능의 정수배, 즉, 기저 주파수의 정수배이다. 이러한 주파수들은 합산기(318)에 의해 합산되어 주파수 스펙트럼을 형성한다. 결과적인 스펙트럼이 박스(320)에서 보여진다. 박스(320)의 스펙트럼에는 FT가 적용되는데, 예를 들어, 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)이 FFT 모듈(322)에 의해 적용된다. 결과적인 푸리에 스펙트럼이 박스(330)에서 보여지는데, 이러한 푸리에 스펙트럼은 4개의 별개의 잘 분리된 피크들을 포함하고, 이러한 피크들 각각은 주파수 1 내지 주파수 4에 속한다.

이러한 절차를 통해, 주파수 패턴들이 적절하게 구별될 수 있고, 이러한 토폴로지로부터 벗어난 오디오 스펙트럼을 포함하는 프레임은 폐기될 수 있다. 예를 들어, 절차가 동기화되지 않는 경우가 있는데, 이것이 의미하는 바는 FFT가 슬라이딩 윈도우로 수행된다는 것, 그리고 FFT가 프레임의 시작에서 반드시 시작하지는 않는다는 것이다. 이러한 경우에, 만약 윈도우가 제1 프레임의 일부와 후속 프레임의 일부를 커버하고 이러한 2개의 프레임들에 의해 전송된 데이터가 동일하지 않다면, FFT 스펙트럼에서는 예측된 것보다 더 많은 피크들이 일어날 것이고, 이 경우 프레임은 폐기될 수 있다.

진폭 정보의 전송은 주파수 정보의 전송과 비교하여 더 낮은 신뢰도로 수행되기 때문에 발생하는 주파수들의 진폭들은 동일할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 진폭 정보는 또한 추가적인 정보를 신호에 내장시키기 위한 옵션으로서 사용될 수 있다.

전송될 정보가 오디오 스펙트럼의 외관에 코딩됨에 따라, 정보 밀도는 신호 내의 사용된 주파수들의 개수, 그리고 이용가능한 주파수들의 개수, 즉 그리드 포인트들의 개수에 의존한다. 가능한 순열들의 개수는 이항 계수

에 의해 계산되는데, 여기서 n은 주파수 스펙트럼에서의 그리드 포인트들의 개수이고, k는 신호에서 일어나는 주파수들의 개수이다. 음성 연결들의 경우에, 예를 들어, GSM 음성 채널의 경우에, 300 Hz와 3400 Hz 사이의 주파수들이 전송될 수 있는데, 이는 음성의 일반적인 주파수 범위에 대응한다.

예로서, 샘플링 속도는 예를 들어, 8 kHz일 수 있다. 예를 들어, 프레임 길이가 32 ms인 경우, 예컨대 이것은 프레임 당 256개의 샘플들에 대응한다. 이로부터, FT 스펙트럼은 31.25 Hz의 주파수 분해능으로 0-4 kHz로부터 나온다. 이러한 주파수 분해능은 해당 스펙트럼 내의 2개의 그리드 포인트들 간의 거리에 대응한다. 300 내지 3400 Hz의 주파수들만이 코덱에 의해 전송될 수 있다고 고려하면, 결과적으로 변조를 위해 98개의 그리드 포인트들이 이용가능하게 된다. 실제 테스트들은, 양호한 신호-대-잡음 비를 갖는 6개의 주파수들이 동시에 전송될 수 있음을 보여줬다. 이것은 프레임 당 1.0525 * 10⁹개의 조합들에 대응하고, 이는 29 비트에 대응한다. 따라서, 시스템은 0 내지

의 자연수들을 전송할 수 있다. 이를 위해, 임의의 개수를 이러한 주파수 조합들 각각에 맵핑시키는 알고리즘이 사용된다.

도 4는 예로서 이러한 맵핑에 대한 맵핑 테이블(400)을 보여준다. 도 4는 상태 열(410)에서 0으로부터 35,989까지 번호가 부여된 가능한 상태들을 보여준다. 이러한 상태들 각각에 대응하여, 다른 열(420)은 이산 주파수 스펙트럼의 구조를 보여준다. 이러한 예에서는, 3개의 주파수들이 사용되고, 그리고 FFT 스펙트럼의 61개의 그리드 포인트들이 사용되며, 이로부터 나오는 결과는 35,990개의 가능한 조합들이다.

일반적인 경우, 수 개의 신호들이 전송되게 되며, 하지만 1차원 벡터만이 전송될 수 있다. 따라서, 전송될 정보의 차원을 감축시키는 것이 수행돼야 한다. 수 개의 자연수들이 전송돼야 하는 경우에 있어, 차원의 감축이 수행되어야 하고, 이것이 도 5에서 3-차원의 경우에 대해 도시된다. 3-차원 공간에서의 포인트들의 개수는

보다 작거나 같아야 한다. 그 다음에, 각각의 포인트에는 1차원 값이 할당될 수 있는데 이것과 함께 특정 주파수 패턴이 할당될 수 있다. 이것은 어떤 임의 수의 차원들에 적용될 수 있다.

도 5는 3-차원 공간을 1-차원 공간에 전단사 맵핑시킨 것을 보여준다. 포인트들(510, 520, 530 및 540)과 같은 3-차원 공간에서의 포인트들이 1-차원 공간으로 포인트들(515, 525, 535 및 545)에 각각 맵핑되는 것이 도시되어 있다. 이러한 맵핑은 고유하기 때문에, 정보는 손실되지 않으며, 전단사 방식으로 3-차원 공간으로부터 1-차원 공간으로 전환될 수 있다.

일반적으로, 이동 통신을 통한 음성 연결들은 양방향성 연결들인데, 이는 또한 전이중 연결들로 지칭된다. 따라서, 시스템은 양쪽 방향으로 동작될 수 있다. 2개의 장치들 간의 전송된 데이터의 모든 코딩 및 변조 단계들을 포함하는 연결의 다운링크 및 업링크 경로가 도 6에서 보여진다.

도 6은 장치 A와 장치 B 간에 N개의 정보 요소들이 전송되게 되는 일반적인 경우를 보여준다. 장치 A와 장치 B는 음성 연결 또는 링크를 통해 연결되고, 이러한 음성 연결은 업링크 및 다운링크 연결을 모두 포함한다. 업링크에서, 정보 요소들(610), 즉 INFO₁ 내지 INFO_N은 N 차원 공간을 구성한다. 이러한 N 차원 공간은 차원 감축 모듈(620)에 의해 1-차원 공간으로 감축된다. 이러한 1차원 공간은 MDFS 모듈(630)에 의해 이산 주파수 스펙트럼에 맵핑된다. MDFS 요소(630)의 출력에 근거하여, SG 모듈(640)에 의해 신호가 발생되며, 이러한 신호는 송신기(TX)(650)에 의해 전송된다. 신호는 수신기(RX)(660)에 의해 수신되고, 수신 이후 이러한 신호에는 푸리에 변환이 적용되는데, 예를 들어, FFT 모듈(670)에 의해 고속 푸리에 변환이 적용되고, 이후 IMDFS 모듈(680)에 의해 이산 주파수 스펙트럼에 관한 역 맵핑이 적용된다. 출력에는 DE 모듈(685)에 의해 차원 확장이 적용되고, 이것의 결과는 N개의 정보 요소들(690)이다. 유사한 절차가 역순으로 다운링크를 사용하여 수행된다.

이동 통신 네트워크에서 양쪽 방향으로 동시에 음성이 전송될 수 있다는 사실을 사용하는 것은 예를 들어, UAV를 제어하고 검출하는 것을 동시에 수행할 수 있게 한다. 감소된 데이터 전송속도때문에, 위치 및 높이와 같은 간단한 센서 데이터만이 실시간으로 드론으로부터 기지로 전송될 수 있는데, 그 이유는 400 ms보다 작은 지연은 일반적으로 실시간 요건을 만족시키기에 충분하기 때문이다.

UAV들의 제어

이하에서는, 이전에 언급된 기법을 사용하여 UAV(unmanned aerial vehicles)가 어떻게 제어될 수 있는지에 관한 절차가 설명된다. UAV를 제어하는 것은 이러한 방식으로 제어될 수 있는 장치들에 대한 단지 예라는 것이 본 발명의 기술분야에서 숙련된 사람에게는 명백하고, 그리고 이동 통신 네트워크의 일부일 수 있는 임의의 장치(이것은 차량 또는 커피 메이커일 수 있음)가 본 출원서에서 설명되는 제어 기법에 따라 구현될 수 있음은 명백하다.

본 예에서, UAV는 비행 제어기를 사용하여 제어 및 안정화될 수 있으며, 이러한 장치들은 기지국으로부터 단지 간단한 제어 명령만을 필요로 한다. 이러한 제어 명령들은, 일반적으로, 고도 정보 및 고도에 대한 변화율(상승 또는 하강), 피치(측방향 축 또는 피치 축을 중심으로 하는 움직임/기울어진 각도), 롤(길이방향 축 또는 롤 축을 중심으로 하는 움직임), 그리고 요(수직방향 축 또는 요 축을 중심으로 하는 움직임)를 포함한다. 반자동 비행을 위해, 제5 명령이 있을 수 있는바, 비행 모드(고도 유지, 위치 유지, 기지로 복귀, 등)가 있을 수 있다.

이러한 5개의 기본적인 제어 명령들은 5-차원 공간을 이용할 수 있게 한다. 예를 들어, 오디오 신호에 6개의 능동 주파수들을 갖고 FFT 스펙트럼에 98개의 이용가능한 그리드 포인트들을 갖는다면, 각각의 제어 명령(상승 속도, 피치, 롤, 요)에 대해 120개의 상이한 상태들을 전달하는 것 그리고 32 ms 프레임에서 5개의 상이한 비행 모드들을 전달하는 것이 가능하다. 이것은 UAV의 부드러운 제어를 제공하기에 매우 충분할 것이다. 소정의 높이까지 상승하는 것, 기지로 되돌아오는 것, 또는 자동 착륙과 같은 기능들은 비행 모드들을 사용하여 실현될 수 있다. 지금까지는, 제어 명령 당 5개의 가능한 상태들이 작동 제어를 제공하기에 충분할 것이다.

UAV들의 위치결정

UAV의 위치를 결정하기 위해서는, 예컨대 경도, 위도 및 높이 정보면 충분하고, 특정 경우들에서는 배향이 또한 역할을 할 수 있다.

위도 및 경도는 움직이는 객체들의 관점에서 강하게 상관된 데이터이다. 좌표들은 한 순간에서 또 하나의 다른 순간까지 소수점 이하의 자리수들에서 단지 약간 변한다. 이러한 경우에, 단지 차이만을 전송하는 것으로 완전히 충분하다. 통신 프로토콜이 확인응답 메시지 없이 동작하기 때문에, 변경은 미리 정의된 고정된 좌표를 참조해야 한다. 높이 정보에 관하여, 소정의 높이에 대한 차이, 예를 들어, 시작 포인트에 대한 차이를 전송하는 것만으로 충분할 수 있다.

예로서, 6개의 능동 주파수들을 갖고 주파수 스펙트럼에 98개의 그리드 포인트들을 갖는다면, 이것은 결과적으로 0-100 미터의 규모에서 1 미터의 분해능으로 높이를 코딩할 수 있게 한다. 위도 및 경도는 0.0002도의 단계로 변경될 수 있고, 이것은 UAV의 위치가 대략 2 미터의 정확도로 결정될 수 있는 대략 3 km의 행동 반경을 생성한다. 정확도는 주어진 경우에 맞게 적절히 조정될 수 있다.

확인응답 메시지들을 고려함으로써, 범위 제한을 벗어날 수 있다. 확인응답 메시지들은 기준 좌표들이 정의될 수 있는 추가적인 정보 채널들을 사용할 수 있다. 이를 위해, UAV가 행동 반경을 떠나기 전에 기준 좌표들을 다시 정의할 필요가 있을 것이다. 앞서 언급된 설명에서는, 이동 통신 시스템이 언급되었고, 2G, 3G, 4G/VoLTE 및 5G 시스템들과 같은 음성 통신을 제공하는 임의의 이동 통신 시스템이 본 명세서에서 설명되는 기법을 작동시킬 수 있음은 명백하다.

이러한 통신 시스템들에서, 음성 기반 전송 기술의 대기시간은 사람들 간의 통신이 자연스럽게 보이도록 규정하기 위해 매우 낮게 설계된다. GSM의 경우에 있어, 대기시간은 단-대-단 QoS가 제공되지 않는 경우 GSM, UMTS 및/또는 LTE에서의 데이터 채널들과 비교할 때 훨씬 더 작다. 음성 연결들은 대기시간, 패킷 지터 및 데이터 전송속도에 관해 적절한 서비스 품질(QoS)을 갖고, 이것은 사용된 통신 시스템과는 독립적으로 연결이 빠르고 신뢰가능하다는 사실로 이어진다.

추가 이점은 GSM 시스템들이 많은 나라에서 잘 개발되어 있다는 것이다. UAV가 이동 통신을 통해 모바일 인터넷에 연결될 때, 제어 유닛은 다수의 통신 수단이 음성을 운반할 수 있는 동안 이러한 다수의 통신 수단을 사용해 연결될 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 시스템은, 통신 프로토콜이 임의의 정의된 프레임 시작 또는 프레임 끝을 필요로 하지 않지만 오디오 신호의 섹션이 정보를 적절하게 디코딩하기에 충분하기 때문에, 간단하고 강건하다. 선택된 섹션이 전송된 값이 변하는 시점을 포함하는 경우, 적절한 디코딩은 가능하지 않다. 이러한 경우는 주파수 스펙트럼을 평가함으로써 검출될 수 있는데, 스펙트럼이 예측된 것보다 더 많은 피크들 및/또는 더 작은 진폭들을 포함할 때, 이러한 프레임은 폐기될 수 있고, 다음 프레임이 대신 사용된다. 윈도우 크기는 자유롭게 선택가능하고 일반적으로 16 ms와 32 ms 사이에 있다.

종래와 같이, 음성 연결들에 대해 소위 정액 요금이 이용가능하고, 이러한 데이터의 운반을 위한 추가 비용이 들지 않으며, 따라서 제어 데이터의 전송을 위한 비용은 비교적 작다. 이것은 사용된 데이터 양에 대해 일반적으로 비용이 지불돼야 하는 모바일 인터넷 통신과는 상반된다.

프레임들 간의 전이

음성 채널에서는, 일반적으로 압축 기법들이 적용되는데, 이는 음성이 부드럽게 변한다는 사실에 기반을 두고 있다. 이것은 음성의 경우 시간 신호에서 불연속이 없음을 의미한다. 신호에 포함된 주파수들이 변해야 하는 순간에, 전이는 "점프" 없이, 즉, 급격한 전이 없이, 안정적일 것이다.

이것이 도 7에 도시되며, 여기서 박스(710)에서는 특정 주파수에 대한 2개의 프레임들 간의 급격한 전이(715)가 보여진다. 박스(720)에서는 특정 주파수에 대한 2개의 프레임들 간의 부드러운 전이(725)가 도시된다.

이전에 언급된 바와 같이, 송신기와 수신기 간의 동기화가 없고, 따라서 분석될 프레임의 지속시간이 깨끗한 스펙트럼을 획득하기 위한 것인 한 전송될 상태 정보는 적어도 2회 보내져야 한다. 이것은 시점이 임의로 선택되고(이것은 언제나 동기화가 없는 경우임) 그리고 FFT가 이러한 특정 윈도우에만 적용되는 경우에 대해서만 유효하다.

도 8은 2개의 상태들 간의 전이를 나타내는 프레임들에 대한 예들을 보여준다. 박스(810)에서, 제1 상태의 깨끗한 스펙트럼은 상이한 주파수들에서 4개의 피크들(811 내지 814)을 갖는 것으로 보여진다. 용어 "상태"는 특정 명령 또는 사용자 데이터를 운반하는 주파수들의 특정 조합을 지칭한다. 유사하게, 도 8의 박스(830)도 또한, 제2 상태에 속하는 4개의 피크들(831 내지 834)을 보여주지만, 이러한 피크들은 박스(810)의 피크들(811 내지 814)과 비교해 서로 다른 위치에 있다. 박스(820)는 박스(810)의 제1 상태와 박스(830)의 제2 상태 간의 전이를 나타내고, 그리고 주파수들의 혼합으로 인해 뚜렷한 피크들이 포함되어 있지 않음에 따라 이러한 스펙트럼이 박스(810) 및 박스(830)의 이전에 논의된 스펙트럼들로부터 벗어나 있음이 시각적으로 명백하다. 이러한 혼합은 예측된 4개의 피크들보다 더 많은 피크들로 이어지는데, 본 경우에서는 7개의 피크들(821 내지 827)로 이어지고, 이러한 피크들은 폭이 더 넓고 잡음에 의해 둘러싸여 있다. 이러한 경우에, 스펙트럼은 적절하게 디코딩될 수 없다.

박스(820)의 스펙트럼은, 스펙트럼의 토폴로지에 대응하지 않기 때문에 폐기될 것이다. 이것은 N + 1개의 가장 큰 피크들을 검색함으로써 결정될 수 있는데, 여기서 N은 스펙트럼에 포함돼야하는 피크들의 개수를 나타낸다(본 예에서는 4). 따라서, 만약 검출된다면, 피크 N + 1은 틀림없이 잡음의, 또는 상이한 상태들을 나타내는 상이한 스펙트럼들이 혼합된 결과일 것이다.

유효한 프레임을 식별하기 위한 가능한 기준은, 피크 N + 1의 진폭이 처음 N개의 피크들의 최소 진폭보다 적어도 3배 더 작아야 한다는 것일 수 있다. 이러한 기준은 단지 예이고, 적절하게 조정될 수 있다.

피크들의 예측된 개수와 동일하지 않은 피크들의 개수를 포함하는 프레임들을 폐기하기 위해 사용되는 폐기 기준에 대한 대안으로서, 프레임이 기저 주파수의 정수배에 대응하지 않는 주파수들을 포함하는 경우에 해당 프레임이 또한 폐기될 수 있다.

충분한 계산 능력이 주어지면, 송신기와 수신기 간의 임의 종류의 동기화가 달성될 수 있다. 이를 위해, 어레이의 첫 번째 항목을 삭제함으로써 그리고 끝에 새로운 값을 첨부함으로써 각각의 오디오 샘플 이후 업데이트될 가동성 어레이 또는 가동성 윈도우가 사용될 것이다. 동기화를 제공하기 위해, FFT가 어레이에서의 각각의 기록된 샘플 이후 적용될 수 있고, 결과적인 스펙트럼은 유효한 프레임인지 그렇지 않은지에 관해 앞서의 기준에 따라 조사될 수 있다. 이러한 경우에, 상태의 지속시간이 프레임 길이의 2배이어야 할 필요는 없을 수 있다.

진폭 스펙트럼에서 그리드 포인트들에 주파수들을 맵핑시키기

시간 이산 신호의 푸리에 변환은, 이산 주파수 스펙트럼을 생성하고 이산 푸리에 변환으로 지칭된다. 예를 들어, FFT(고속 푸리에 변환)는 이산 푸리에 변환을 계산하기 위한 최적화된 알고리즘이다. 이것은 어레이의 길이가 2의 거듭제곱, 예를 들어, 64, 128, 256, ...일 것을 요구한다. 이산 주파수 스펙트럼이 유한 개의 그리드 포인트들을 가지고 있기 때문에, 주파수 분해능은 제한된다. 주파수 분해능 Δf는

에 의해 계산될 수 있다.

예를 들어, 프레임이 256개의 값들을 갖고 샘플링 속도가 8 kHz인 경우, 주파수 분해능은 31.25 Hz이다.

지속시간 및 값들의 개수를 증가시킴으로써, 주파수 분해능은 상승될 수 있는데, 예를 들어, 8,000 kHz에서 512개의 샘플들로 상승될 수 있다. 이러한 경우에, 주파수 분해능은 15,625 Hz이다. 주파수 분해능은 여전히 구별될 수 있는 2개의 정현파 프로세스들의 최소 주파수 거리를 나타낸다.

결과적으로 주파수 분해능의 정수배인 주파수들은 이산 그리드 포인트들에 정확하게 맵핑되게 된다. 2개의 그리드 포인트들 사이에 있는 정수배가 아닌 주파수들은 이산 주파수 스펙트럼에서 다수의 주파수들의 또렷한 중첩으로서 출현한다.

음성 코덱들과의 상호작용

대역폭을 절약하기 위해, 음성은 일반적으로 이동 통신 네트워크에서 강하게 압축된다. 음성을 압축하기 위해, 시간 경과에 따른 진폭의 전개가 상대적으로 느리게 변한다는 것이 이용된다. 이러한 속성은 또한 변조에 대한 기반이다. 실제 실험은 현재 사용되는 모든 코덱들과 함께 전송이 문제 없이 작동한다는 것을 보여주었다. 이것은 GSM, 뿐만 아니라 UMTS에 대해서도 사실이다. 이러한 시스템이 또한 VoLTE와 함께 작동한다고 가정될 수 있다. 먼저 근사적으로, 전송을 위해 이용가능한 대역폭이 많을수록 코덱에 의한 오디오 신호의 품질은 덜 손상된다.

이하에서는, 이전에 설명된 기법들에 기반을 둔 실시예들이 설명된다.

도 9는 송신 장치로부터 수신 장치로 제어 신호들을 제공하기 위한 방법(900)에 대한 흐름도를 보여준다. 송신 장치와 수신 장치는 이동 통신 연결에 의해 연결되고, 이러한 통신은 음성 채널을 포함한다. 단계(910)에서, 사용자 데이터가 제공되고, 사용자 데이터는 수신 장치의 동작을 제어하기 위해 사용되는 제어 신호들을 포함한다. 단계(920)에서, 사용자 데이터는 음성 채널의 주파수 스펙트럼의 미리 결정된 개수의 주파수들에 맵핑된다. 선택에 따른 단계(930)에서, 주파수 스펙트럼은 수신 장치에 전송된다. 사용자 데이터의 맵핑(920)은 도 3 및 도 4와 연계되어 설명되었던 것에 따라 수행된다. 더 상세하게, 단계(910)에서 제공된 사용자 데이터는 수신 장치를 제어하기 위해 사용되는 제어 신호들을 포함한다. 사용자 데이터는 일반적인 경우에 다차원일 수 있고, 이러한 경우에, 사용자 데이터는 사용자 데이터를 주파수들에 맵핑시키는 것(920)을 용이하게 하기 위해 다-차원 공간으로부터 1-차원 공간으로 이전된다. 사용자 데이터를 주파수들에 맵핑시키는 것은 도 4에 따라 수행될 수 있는데, 예를 들어, 도 4에서의 박스(410)에서 설명된 상태들 중 하나를 나타내는 특정 사용자 데이터를 도 4에서의 박스(420)에서 보여지는 주파수들의 특정 조합에 맵핑시킴으로써 수행될 수 있다. 특정 주파수 조합이 알려지자마자, 이러한 주파수들은 도 3으로부터 알려진 주파수 스펙트럼(320)과 같은 주파수 스펙트럼에 함께 합산된다. 그 다음에 이러한 주파수 스펙트럼은 수신 장치에 전송된다(930).

도 10은 이동 통신 연결을 통해 수신 장치의 동작을 제어하기 위한 방법(1000)의 흐름도를 보여준다. 단계(1010)에서, 주파수 스펙트럼이 수신 장치에 의해 수신된다. 단계(1020)에서, 주파수 스펙트럼이 디-맵핑된다. 단계(1030)에서, 수신 장치가 그 획득된 제어 신호들에 근거하여 제어된다.

더 상세하게는, 주파수 스펙트럼이 수신 장치에 의해 수신된다(1010). 이러한 주파수 스펙트럼은 미리 결정된 개수의 주파수들을 포함하고, 여기서 수신 장치의 동작을 제어하기 위한 제어 신호들이 주파수들에 매핑된다. 제어 신호들을 획득하기 위해 주파수 스펙트럼의 주파수들은 디-맵핑된다(1020). 이러한 디-맵핑은 주파수 스펙트럼에 포함된 구성요소적 주파수들을 획득하기 위해 주파수 스펙트럼의 푸리에 변환을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, 기저 주파수의 정수배인 주파수들이 사용되고, 선택에 따라서는 주파수 스펙트럼의 피크들의 특정 진폭들이 추출될 수 있다. 주파수 스펙트럼에 포함된 주파수들은 기저 주파수의 이러한 정수배인 주파수들의 특정 조합을 나타내고, 그 다음에 주파수들의 이러한 특정 조합은, 예를 들어 도 4에서 보여지는 테이블을 사용하여 특정 제어 정보로 변환된다. 주파수 스펙트럼에 포함된 주파수들의 특정 조합을 알게 된다면, 도 4에서의 열(410)에서 정의된 상태들 중 임의의 상태를 이러한 조합으로부터 추론하는 것이 가능하다. 주파수 조합에 연결된 특정 상태가 검출될 때, 이러한 1차원 정보가 나타내는 특정 상태는 만약 필요하다면 도 5에 따라 다차원 공간으로 역으로 이전될 수 있다.

도 11은 음성 채널을 포함하는 이동 통신 연결(1140)에 의해 수신 장치(1150)와 연결되는 송신 장치(1010)의 동작을 예시한다. 송신 장치(1110)는 사용자 데이터를 제공하는 제어기(1120)를 포함하고, 사용자 데이터는 수신 장치의 동작을 제어하기 위한 제어 신호들을 포함한다. 제어 데이터는 제어기(1120)에 의해 맵핑기(1130)에 제공되며, 맵핑기는 주파수 스펙트럼의 미리 결정된 개수의 주파수들에 사용자 데이터를 맵핑시킨다. 송신 장치는 이전에 설명된 방법(900)에 따라 동작한다.

도 12는 송신 장치(1210)와 수신 장치(1230) 간의 이동 통신 연결을 통해 수신기(1230)를 제어하기 위한 수신기(1230)를 보여주며, 여기서 통신 연결(1220)은 음성 채널을 포함한다. 수신 장치(1230)는 미리 결정된 개수의 주파수들을 포함하는 주파수 스펙트럼을 수신하는 수신기(1240)를 포함하고, 여기서 수신 장치(1230)를 제어하기 위한 제어 신호들은 미리 결정된 개수의 주파수들에 맵핑된다. 더욱이, 수신 장치는, 제어 신호들을 획득하기 위해 주파수 스펙트럼을 디-맵핑하는 디-맵핑기(1250)를 포함하고, 그리고 획득된 제어 신호들에 근거하여 수신 장치(1230)를 제어하기 위한 제어기(1260)를 포함한다.

수신 장치(1230)는 도 10과 관련하여 정의된 방법(1000)에 따라 동작한다.

도 11 및 도 12에서 보여지는 이동 통신 연결은, 예를 들어 GSM 시스템들에서 사용되는 회선 교환 이동 통신일 수 있지만, 이러한 이동 통신 연결은 또한 예를 들어 UMTS, LTE 또는 5G 시스템들에서 사용되는 패킷 교환 통신 연결일 수 있음에 유의해야 한다.

앞에서 설명되었던 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 특정 제어 또는 상태 정보 또는 워드는 각각의 상태 워드와 관련된 이산 주파수 스펙트럼의 고유한 구조에 의해 나타내어질 수 있다. 도 4를 참조하여 앞에서 설명된 바와 같이, 예를 들어 상태 워드의 전송을 위해 61개의 주파수들을 포함하는 주파수 스펙트럼을 사용할 때, 각각의 상태 워드(410)는 이산 주파수 스펙트럼에서 3개의 피크들에 의해 나타내어질 수 있고, 이러한 3개의 피크들은 스펙트럼의 각각의 상이한 주파수 위치들에서 일어나 각각의 상태 워드(410)에 대해 이산 주파수 스펙트럼의 고유한 구조를 정의하게 된다. 달리 말하면, 도 4를 고려할 때, 상태 워드 "0"은 제1 주파수 위치, 제2 주파수 위치, 및 제3 주파수 위치에서 피크들을 갖는 주파수 스펙트럼에 의해 나타내어지고, 반면, 예를 들어, 상태 워드 "1116"은 주파수 스펙트럼에서 제1 주파수 또는 주파수 빈, 제3 주파수 또는 주파수 빈, 및 제5 주파수 또는 주파수 빈에서 일어나는 3개의 피크들에 의해 나타내어진다. 각각의 상태 워드들은 수신 장치를 제어하기 위해 사용될 상이한 제어 워드들과 관련될 수 있고, 또는 다르게 말하면, 상태 워드들은 수신 장치에 전송될 특정 제어 명령들을 나타낼 수 있으며, 이에 응답하여 장치는 동작을 변경시킬 수 있다.

실시예들에 따르면, 음성 채널을 통해 각각의 상태 워드들을 전송하기 위해 사용될 주파수 스펙트럼들은, 높은 압축률을 달성하기 위해 주파수 빈들의 전체 개수보다 실질적으로 작은 개수의 피크들을 포함한다. 바람직하게는, 사용될 피크들의 개수는 도 4에서와 같은 3개의 피크들과 10개의 피크들 사이이다. 도 4를 참조하여 앞에서 설명된 바와 같이, 주파수 스펙트럼에서 3개의 피크들이 나타내야 하는 상태 워드들을 전송하기 위해, 도 4에서의 상태 워드들(410) 각각은 단지 3개의 "1"들만을 포함하는 고유한 이진 워드에 의해 나타내어질 수 있다. 예를 들어, 도 4에서는, 61 비트 워드가 사용될 수 있고, 각각의 워드는 단지 3개의 "1"들만을 포함하고 나머지 비트 위치들은 "0"들이다. 달리 말하면, 도 4에서, 수직 막대들은 "1"들을 나타내는 것으로서 고려될 수 있고, "점"들은 "0"들을 나타내는 것으로서 고려될 수 있어, 상태 워드들(410) 각각에 대해 고유한 61 비트 워드가 존재하게 된다. 도 4에서 각각의 상태 워드들을 나타내는 61 비트 워드는 예를 들어, OFDM 인코더에 적용될 수 있고, OFDM 인코더는 전송 신호를 발생시키는데, 이러한 전송 신호는 채널을 통해 전송되고, 도 13을 참조하여 더 상세하게 아래에서 설명되는 방식으로 OFDM 디코더에서 디코딩된다.

당연한 것으로, 본 발명의 접근법이 도 4에 표시된 바와 같은 각각의 상태 워드들의 표현으로 한정되지 않으며, 오히려, 3개 내지 10개의 비트들을 포함하는 임의의 이진 워드가 복수의 상태 워드들(410)을 나타내기 위해 사용될 수 있고, 각각의 상태 워드는 고유한 비트 조합에 의해 나타내어진다. 따라서, 다른 실시예들에 따르면, 방금 언급된 바와 같이, 비트들의 개수는 도 4의 실시예에서보다 더 적을 수 있는데, 예를 들어, 11 비트 워드들이 제공될 수 있고, 그 각각은 복수의 고유한 상태 워드들을 나타내기 위해 8개의 "1"들을 포함한다. 예를 들어, 수신 장치에 전송될 특정 명령과 관련될 수 있는 값 "983"을 갖는 상태 워드는 11 비트 워드 "01111010111"에 의해 나타내어질 수 있다. 이러한 경우에, 입력 비트 워드 또는 비트스트림은 무선 통신 시스템의 음성 채널을 통한 전송을 위해 입력 데이터를 인코딩하는데 사용되는 OFDM 인코더에 대해 충분히 길지 않을 수 있다. 이러한 경우, 입력 비트 워드 또는 비트스트림은 확장된다.

도 13은 OFDM 인코딩/디코딩을 사용하여 무선 통신 채널을 통해 비트 워드를 전송하기 위한 실시예를 설명한다. 도 13의 예에서, 입력 비트스트림(1300)이 나타나 있는데, 도시된 예에서 입력 비트스트림(1300)은 전송될 특정 제어 정보와 관련되어 있는 값 "983"을 나타내는 앞서-언급된 비트스트림에 대응한다. 입력 비트스트림(1300)은 OFDM 인코딩/디코딩 개체들이 동작함에 있어 기반이 되는 입력 비트스트림의 길이보다 짧은 길이를 갖는다. 따라서, 확장 알고리즘(1302)이 입력 비트스트림(1300)에 적용되고, 이것은 확장된 비트스트림(1304)을 생성한다. 앞에서 언급된 바와 같이, 채널 상의 주파수 스펙트럼에서의 피크들의 개수는 바람직하게는 3개의 피크들과 10개의 피크들 사이이고, 이에 따라 입력 비트스트림(1300)을 확장된 비트스트림(1304)으로 확장시키는 것은 입력 비트스트림(1300)에서의 "1"들의 개수와 확장된 비트스트림(1304)에서의 "1"들의 개수가 일치하거나 동일한 그러한 방식으로 확장 알고리즘(1302)에 의해 수행된다. 달리 말하면, 도시된 실시예에서, 확장 알고리즘(1302)은 11 비트 워드(1302)를 확장된 34 비트 워드(1304)로 확장시키기 위해 "0"들을 삽입한다. 당연한 것으로, 인코더/디코더의 구현 및 이용가능한 주파수들에 따라, 확장된 비트 워드(1304)에서의 비트들의 개수는 다양할 수 있다.

도 13의 실시예의 확장된 비트스트림이 도 14에서, 도 4에서와 유사한 방식으로 나타내어진다. 도 14에서는, 도 4에서와 같이, 각각의 상태 워드들이 영역(1410)에 나타내어지고, 그리고 이산 주파수 스펙트럼이 섹션(1402)에서 표시되는데, 여기서 수직 막대들은 스펙트럼에서 피크들을 표시하고, 점들은 스펙트럼에서 0들을 표시한다. 따라서, 도 13 및 도 14의 예에서, 상태 워드들 각각은 8개의 "1"들을 포함하는 고유한 34 비트 워드에 의해 나타내어지고, 값 983을 나타내는 예시적 비트 워드(1300)는 또한 도 14에서 도면번호 1430으로 표시된다.

확장 알고리즘(1302)은 각각의 고유한 입력 비트스트림(1300)에 대해, 대응하는 고유한 확장된 비트스트림(1304)이 획득되는 그러한 방식으로 동작하는데, 예를 들어, 각각의 상이한 제어 워드들을 나타내는 11 비트 워드들(1300) 각각을 고유한 확장된 비트 워드에 맵핑시키는 코드북을 사용함으로써 획득되도록 동작하고, 그 다음에 고유한 확장된 비트 워드는 OFDM 인코더(1306)에 적용된다.

OFDM 인코더(1306)는 입력 신호로서 s(n)을 수신하고 직렬 대 병렬 변환을 수행하여 34개의 병렬 입력 스트림들을 획득하게 되는데 이러한 병렬 입력 스트림들은 역 고속 푸리에 변환에 적용된다. 인코더(1306)는 아날로그 신호 s(t)를 출력하고, 이러한 아날로그 신호 s(t)는 무선 채널(1308)을 통해 송신기의 안테나를 거쳐 OFDM 디코더를 포함하는 수신기의 수신 안테나에 전송된다. 더 구체적으로, 채널(1308)을 통해 수신기의 안테나에서 수신되는 신호 r(t)는 OFDM 디코더(1310)에 입력되고, OFDM 디코더(1310)는 디코딩된 확장된 비트스트림(1304')을 포함하는 디코딩된 신호 s(n)을 출력에서 발생시킨다. 확장된 비트스트림(1304')은 감축 알고리즘(1312)에 적용되고, 이에 따라 수신기에서 수신된 확장된 비트스트림(1304')에 근거하여 입력 비트스트림(1300)이 나타내는 본래의 제어 워드 또는 값을 나타내는 출력 비트스트림(1300')이 발생되게 되고, 이에 근거하여 수신기는 이제 동작을 제어할 수 있다. 도 13에서 표시되는 바와 같이, 실시예들에 따르면, OFDM 인코더(1306) 및 OFDM 디코더(1310)는 부-반송파의 존재(온)가 이진수 1을 나타내고, 반면 부존재(오프)가 이진수 0을 나타내도록 온/오프 코딩을 적용한다.

감축 알고리즘(1312)은, 확장된 비트스트림들 각각을 고유한 출력 비트스트림에 맵핑시키는 코드북이 제공된다는 점에서, 그리고 또다시, 확장된 비트스트림(1304')과 출력 비트스트림(1300')은 동일한 개수의 "1"들을 포함한다는 점에서, 확장 알고리즘(1302)과 유사한 방식으로 동작할 수 있다.

도 13에는, 인코더(1306)의 출력에서의 위치 ①, 디코더(1310)의 입력에서의 위치 ②, 그리고 디코더(1310)의 출력에서의 위치 ③이 표시되고, 도 15 및 도 16은 위치 ①, 위치 ②, 및 위치 ③에서의 각각의 신호의 그래프들이다.

앞서 설명된 실시예들에서, 바람직하게는, 사용될 주파수 스펙트럼의 주파수들은 각각의 샘플링 포인트들이 그리드 상에 놓이도록 주파수 분해능의 정수배에 대응해야한다고 언급되었다. 도 15는 주파수 분해능의 정수배인 반송파 주파수를 이용할 때 도 13에서의 위치 ①, 위치 ②, 및 위치 ③에서의 각각의 신호의 예들을 나타낸다. 도 15a는 8개의 활성 빈들을 갖는 인코더 출력 신호를 예시하고, 도 15b는 8개의 활성 빈들을 갖는 디코더 입력 신호를 예시한다. 도 15c는 8개의 활성 빈들을 갖는 디코더 출력 신호를 예시한다. 도 15c에서는 다수의 전송들을 포함하는 출력 신호가 예시되는데, 즉, 다수의 상태 워드들이 존재하고 있으며, 그리고 설명된 예에 대해, 도 15c의 중심 부분은 관심을 갖는 부분으로 스펙트럼(확장된 비트 워드(1304)와 관련된 스펙트럼)의 관련 부분을 예시하고 있고, 도 15d는 도 15c의 중심 부분의 확대된 도면이다.

도 15a 및 15b는, 도시된 예에서, 8 kHz의 샘플링 속도를 갖는 256개의 샘플들의 길이를 갖는 오디오 신호 또는 실제 신호의 스펙트럼들을 예시한다. 이것은 요구된 동기화로 정보를 인코딩한 하나의 프레임이다. 주파수 분해능은 8000 Hz / 256 = 31,25 Hz이다. 도 15c 및 도 15d는 OFDM 디코더의 FFT 이후의 출력을 예시한다. 도 15d로부터, 정의된 개수의 1들을 갖는 확장된 비트스트림이 직접적으로 회수가능하다. 도 15의 예에서, 반송파 주파수는 주파수 분해능의 정수배이다. 도 15d에서의 스펙트럼은 도 15a 및 15b에서의 스펙트럼들의 거울대칭된 형태, 즉, 피크들의 순서가 역전 또는 거울대칭되어 있음에 유의해야 한다.

본 발명의 접근법은, 사용될 주파수 스펙트럼의 주파수들이 주파수 분해능의 정수배가 되는 앞서 설명된 실시예들에 한정되지 않는다. 실제로, 인코딩/디코딩 프로세스의 구현에 따라, OFDM 인코더(1306)에서 발생되는 주파수 스펙트럼에서 일어나는 각각의 주파수들은 주파수 분해능의 정수배가 아닐 수 있으며, 즉 이들은 그리드 밖에 있을 수 있다.

도 16은 주파수 분해능의 정수배가 아닌 반송파 주파수를 이용할 때 도 13에서의 위치 ①, 위치 ②, 및 위치 ③에서의 각각의 신호의 예들을 나타낸다. 도 16a는 8개의 활성 빈들을 갖는 인코더 출력 신호를 예시하고, 도 16b는 8개의 활성 빈들을 갖는 디코더 입력 신호를 예시한다. 도 16c는 8개의 활성 빈들을 갖는 디코더 출력 신호를 예시한다. 도 16c에서는 다수의 전송들을 포함하는 출력 신호가 예시되는데, 즉, 다수의 상태 워드들이 존재하고 있으며, 그리고 설명된 예에 대해, 도 16c의 중심 부분은 관심을 갖는 부분으로 스펙트럼(확장된 비트 워드(1304)와 관련된 스펙트럼)의 관련 부분을 예시하고 있고, 도 16d는 도 16c의 중심 부분의 확대된 도면이다.

도 16a 및 16b는, 도시된 예에서, 8 kHz의 샘플링 속도를 갖는 256개의 샘플들의 길이를 갖는 오디오 신호 또는 실제 신호의 스펙트럼들을 예시한다. 이것은 요구된 동기화로 정보를 인코딩한 하나의 프레임이다. 주파수 분해능은 8000 Hz / 256 = 31,25 Hz이다. 도 16c 및 도 16d는 OFDM 디코더의 FFT 이후의 출력을 예시한다. 도 16d로부터, 정의된 개수의 1들을 갖는 확장된 비트스트림이 직접적으로 회수가능하다. 도 16의 예에서, 반송파 주파수는 주파수 분해능의 정수배가 아니고, 이에 따라 피크들은 단지 도 16c 및 도 16d에 표시된 바와 같이 오디오 신호가 OFDM 디코더의 복조기를 통과했을 때에만 검출될 수 있다. 도 15d에서와 같이, 도 16d에서의 스펙트럼은 도 16(a) 및 16(b)에서의 스펙트럼들의 거울대칭된 형태, 즉, 피크들의 순서가 역전 또는 거울대칭되어 있음에 유의해야 한다.

앞서 설명된 실시예들 중 일부에서는, 2G, 3G, 4G/VoLTE 및 5G 시스템과 같은 셀룰러 이동 통신 시스템이 참조되었는데, 하지만 본 발명은 이러한 실시예들에 한정되지 않는다. 오히려, 음성 또는 통신 채널을 사용하여 음성 통신을 제공하는 임의의 모바일 또는 무선 연결이 본 명세서에서 설명되는 본 발명의 접근법을 구현하기 위해 이용될 수 있다. 통신 또는 음성 채널은 정보 신호, 예를 들어, 디지털 비트 스트림을 하나의 또는 수 개의 전송기들로부터 하나의 또는 수 개의 수신기들로 무선으로 운반하기 위해 사용되는 임의의 채널일 수 있다. 실시예들에 따르면, 채널은 공기 및/또는 물을 통해 전송되는 무선파들을 이용하는 무선 채널일 수 있다. 이러한 채널은 아날로그 또는 디지털 무선 시스템의 음성 또는 음향 채널일 수 있는데, 예를 들어, 경찰, 구급차, 또는 소방관과 같은 응급 서비스에 의해 사용되는 무선전화기와 같은 무선원격전화기 또는 위성 전화기를 사용하는 시스템의 음성 또는 음향 채널일 수 있다.

다른 실시예들에 따르면, 채널은, 무선파 대신에, 음파, 예를 들어 물에서의 전송을 위한 초음파와 같은 다른 파를 이용하는 채널일 수 있다.

앞에서 언급된 바와 같이, 본 발명의 접근법은 제어 정보를 전송하기 위해 무선 통신 시스템의 음성 채널을 이용하고, 이에 따라, 실시예들에 따르면, 음성이 양쪽 방향으로 동시에 전송될 수 있는 이러한 음성 채널의 특성(전이중 특성)은 제어 정보를 장치에 전송하고 장치로부터 데이터를 수신하는 것을 동시에 수행하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 장치의 위치 및 높이와 같은 센서 데이터가 드론으로부터 기지로 실시간으로 전송될 수 있다. 이것은 모바일 장치의 범위를 기지와 장치 간의 가시선을 훨씬 넘어서 확장시킬 수 있기 때문에 유리하다. 예를 들어, 수신된 데이터는 장치의 환경에서 장치의 가상 뷰를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 시각적 정보 또는 오디오 정보가 장치로부터 기지로, 예를 들어 압축된 형태로 전송될 수 있다. 또 하나의 다른 실시예들에 따르면, 디바이스에 하나 이상의 센서 및/또는 구동기가 장착된 경우에, 장치는 센서에 의해 획득된 데이터 또는 센서 또는 구동기에 대한 데이터를 기지에 반환할 수 있다. 장치로부터 기지로 데이터를 전송하는 실현가능성은 음성 채널의 대역폭에 의존할 수 있거나 음성 채널의 대역폭에 의해 제한될 수 있다.

앞서 설명된 실시예들 중 일부에서는, 제어될 장치로서 드론 또는 UAV가 참조되어있지만 본 발명은 이러한 실시예들에 한정되지 않는다. 오히려, 임의의 원격 장치가 제어될 수 있는데, 예를 들어, 차량, 수상 선박, 또는 잠수함과 같은 지상 기반 항모 또는 해양 선박이 제어될 수 있다.

설명된 개념의 일부 실시형태들이 장치의 맥락에서 설명되었지만, 이러한 실시형태들이 또한 대응하는 방법의 설명을 나타냄은 명백하며, 이 경우 블록 또는 장치는 방법의 단계 또는 방법의 단계의 특징에 대응한다. 유사하게, 방법의 단계의 맥락에서 설명된 실시형태들은 또한 대응하는 장치의 대응하는 블록 또는 개체 또는 특징의 설명을 나타낸다.

본 발명의 다양한 요소들 및 특징들은, 아날로그 및/또는 디지털 회로들을 사용하여 하드웨어로, 소프트웨어로, 하나 이상의 범용 목적 또는 특수-목적 프로세서들에 의한 명령들의 실행을 통해, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터 시스템 또는 또 하나의 다른 프로세싱 시스템의 환경에서 구현될 수 있다. 유닛들 또는 모듈들, 뿐만 아니라 이러한 유닛들에 의해 수행되는 방법들의 단계들은 하나 이상의 컴퓨터 시스템들 상에서 실행될 수 있다. 컴퓨터 시스템은 특수 목적 또는 범용 목적 디지털 신호 프로세서와 같은 하나 이상의 프로세서들을 포함할 수 있다. 프로세서는 버스 또는 네트워크와 같은 통신 기반시설에 연결될 수 있다. 컴퓨터 시스템은, 메인 메모리, 예를 들어 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory, RAM)와, 보조 메모리, 예를 들어 하드 디스크 드라이브와, 그리고/또는 탈착가능 스토리지 드라이브를 포함할 수 있다. 보조 메모리는 컴퓨터 프로그램들 또는 다른 명령들이 컴퓨터 시스템에 로딩될 수 있게 한다. 컴퓨터 시스템은 또한, 소프트웨어 및 데이터가 컴퓨터 시스템과 외부 장치들 간에 운반될 수 있게 하는 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 통신은 형태에 있어 통신 인터페이스에 의해 처리될 수 있는 전자 신호, 전자기 신호, 광학 신호, 또는 다른 신호일 수 있다. 통신은 유선 또는 케이블, 광섬유, 전화선, 셀룰러 전화 링크, RF 링크, 및 다른 통신 채널을 사용할 수 있다.

용어 "컴퓨터 프로그램 매체" 및 "컴퓨터 판독가능 매체"는 일반적으로 하드 디스크 드라이브에 설치된 하드 디스크 또는 탈착가능 스토리지 유닛들과 같은 유형의 스토리지 매체들을 지칭하기 위해 사용된다. 이러한 컴퓨터 프로그램 제품들은 이전에 설명된 컴퓨터 시스템과 같은 컴퓨터 시스템에 소프트웨어를 제공하기 위한 수단들이다. 컴퓨터 제어 로직으로도 지칭되는 컴퓨터 프로그램들은 메인 메모리 및/또는 보조 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램들은 또한 통신 인터페이스를 통해 수신될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은, 실행될 때, 컴퓨터 시스템으로 하여금 본 발명을 구현하게 할 수 있다. 특히, 컴퓨터 프로그램은, 실행될 때, 프로세서로 하여금 본 명세서에서 설명되는 방법들 중 임의의 방법과 같은 본 발명의 프로세스들을 구현하게 할 수 있다. 따라서, 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 시스템의 제어기를 나타낼 수 있다. 본 개시내용이 소프트웨어를 사용하여 구현되는 경우, 이러한 소프트웨어는 탈착가능 스토리지 드라이브, 통신 인터페이스와 같은 인터페이스를 사용하여 컴퓨터 프로그램 제품에 저장될 수 있고 컴퓨터 시스템에 로딩될 수 있다.

하드웨어에서의 구현 또는 소프트웨어에서의 구현은 디지털 스토리지 매체, 예를 들어 클라우드 스토리지, 플로피 디스크, DVD, 블루-레이, CD, ROM, PROM, EPROM, EEPROM 또는 플래시 메모리를 사용하여 수행될 수 있는데, 이들은 전자적으로 판독가능한 제어 신호들이 저장되고, 이들은 각각의 방법이 수행되도록 프로그래밍가능 컴퓨터 시스템과 협력한다(또는 협력할 수 있다). 따라서, 디지털 스토리지 매체는 컴퓨터 판독가능 매체일 수 있다.

본 발명에 따른 일부 실시예들은 전자적으로 판독가능한 제어 신호들을 갖는 데이터 이동매체를 포함할 수 있는데, 이는 본 명세서에서 설명되는 방법들 중 하나가 수행되도록 프로그래밍가능 컴퓨터 시스템과 협력할 수 있다.

일반적으로, 본 발명의 실시예들은 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수 있으며, 여기서 프로그램 코드는 컴퓨터 프로그램 제품이 컴퓨터 상에서 실행될 때 방법들 중 하나를 수행하도록 동작가능하다. 프로그램 코드는 예를 들어, 기계 판독가능 이동매체에 저장될 수 있다.

다른 실시예들은 본 명세서에서 설명되는 방법들 중 하나를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 포함하고, 이것은 기계 판독가능 이동매체에 저장된다. 따라서, 달리 말하면, 본 발명의 방법의 실시예는 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 상에서 실행될 때 본 명세서에서 설명되는 방법들 중 하나를 수행하기 위한 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램이다.

따라서, 본 발명의 방법들의 다른 실시예는 본 명세서에서 설명되는 방법들 중 하나를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된(이러한 컴퓨터 프로그램을 포함하는) 데이터 이동매체(또는 디지털 스토리지 매체, 또는 컴퓨터-판독가능 매체)를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법의 다른 실시예는 본 명세서에서 설명되는 방법들 중 하나를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 나타내는 신호들의 시퀀스 또는 데이터 스트림이다. 신호들의 시퀀스 또는 데이터 스트림은 예를 들어, 데이터 통신 연결을 통해, 예컨대 인터넷을 통해 운반되도록 구성될 수 있다. 다른 실시예는 본 명세서에서 설명되는 방법들 중 하나를 수행하도록 구성된 또는 조정된 프로세싱 수단, 예를 들어, 컴퓨터, 또는 프로그래밍가능 로직 장치를 포함한다. 다른 실시예는 본 명세서에서 설명되는 방법들 중 하나를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 설치되어 있는 컴퓨터를 포함한다.

일부 실시예들에서, 프로그래밍가능 로직 장치(예를 들어, 현장 프로그래밍가능 게이트 어레이)는 본 명세서에서 설명되는 방법들의 기능들 중 일부 또는 모두를 수행하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 현장 프로그래밍가능 게이트 어레이는 본 명세서에서 설명되는 방법들 중 하나를 수행하기 위해 마이크로프로세서와 협력할 수 있다. 일반적으로, 이러한 방법들은 바람직하게는 임의의 하드웨어 장치에 의해 수행된다.

앞에서 설명된 실시예들은 단지 본 발명의 원리에 대한 예시이다. 본 명세서에서 설명되는 세부내용 및 구성의 수정과 변형이 본 발명의 기술분야에서 숙련된 다른 이들에게 명백할 것임이 이해돼야 한다. 따라서, 이것은 바로 아래에서 제시되는 특허 청구항들의 범위에 의해서만 한정되도록 의도된 것이지, 본 명세서에서의 실시예들의 서술 및 설명에 의해 제시되는 특정 세부내용에 의해 한정되도록 의도된 것이 아니다.

Claims

송신 장치와 수신 장치 간의 음성 채널을 포함하는 이동 통신 연결을 사용하여 상기 송신 장치로부터 상기 수신 장치로의 전송을 위한 제어 신호들을 제공하기 위한 방법에 있어서,
상기 송신 장치에서, 사용자 데이터를 제공하는 단계(910)- 상기 사용자 데이터는 상기 제어 신호들을 포함하고, 상기 제어 신호들은 상기 수신 장치의 동작을 제어하기 위해 사용됨-; 및
상기 송신 장치에서, 상기 이동 통신 연결의 상기 음성 채널의 주파수 스펙트럼의 미리 결정된 개수의 주파수들에 상기 사용자 데이터를 맵핑시키는 단계(920)를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 송신 장치로부터 수신 장치로의 전송을 위한 제어 신호의 제공 방법.
제1항에 있어서, 상기 주파수 스펙트럼의 주파수들은 기저 주파수의 정수배에 상응하는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 송신 장치로부터 수신 장치로의 전송을 위한 제어 신호의 제공 방법.
제1항에 있어서, 상기 미리 결정된 개수의 주파수들은 주파수들의 서브셋(subset)을 포함하고, 상기 주파수들의 서브셋은 적어도 하나의 주파수 내지 최대 개수의 이용가능한 주파수들을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 송신 장치로부터 수신 장치로의 전송을 위한 제어 신호의 제공 방법.
제3항에 있어서, 상기 이용가능한 주파수들의 최대 개수는 상기 음성 채널의 주파수 범위를 기저 주파수로 나눈 몫에 상응하는 정수보다 작은 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 송신 장치로부터 수신 장치로의 전송을 위한 제어 신호의 제공 방법.
제1항에 있어서, 상기 사용자 데이터는 복수의 데이터 요소들을 포함하고, 상기 맵핑시키는 단계는 각각의 데이터 요소를 주파수들의 고유한 조합에 할당하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 송신 장치로부터 수신 장치로의 전송을 위한 제어 신호의 제공 방법.
제5항에 있어서, 상기 데이터 요소들을 상기 주파수들의 조합에 할당하는 것은 코드북에 근거하는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 송신 장치로부터 수신 장치로의 전송을 위한 제어 신호의 제공 방법.
제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 주파수 스펙트럼을 상기 송신 장치로부터 상기 수신 장치로 전송하는 단계(930)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 송신 장치로부터 수신 장치로의 전송을 위한 제어 신호의 제공 방법.
제1항에 있어서, 상기 주파수 스펙트럼을 상기 송신 장치로부터 상기 수신 장치로 전송하는 단계는:
상기 사용자 데이터의 변경이 일어날 때까지 동일한 주파수 스펙트럼을 반복적으로 또는 연속적으로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 송신 장치로부터 수신 장치로의 전송을 위한 제어 신호의 제공 방법.
제1항에 있어서, 상기 이동 통신 연결의 상기 음성 채널의 주파수 스펙트럼의 미리 결정된 개수의 주파수들에 상기 사용자 데이터를 맵핑시키는 단계는:
상기 사용자 데이터를 비트 워드에 의해 나타내는 단계 - 복수의 사용자 데이터 각각에 대해 고유한 비트 워드가 제공되고, 각각의 고유한 비트 워드는 동일한 미리 정의된 개수의 1들을 가짐 - ; 및
OFDM-인코더에 대한 입력 워드 길이에 대응하는 길이를 갖는 확장된 비트 워드를 획득하기 위해 상기 비트 워드를 확장된 비트 워드로 확장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 송신 장치로부터 수신 장치로의 전송을 위한 제어 신호의 제공 방법.
제9항에 있어서, 상기 1들의 개수는 0들의 개수보다 적고, 상기 1들의 개수는 3과 10 사이에 있는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 송신 장치로부터 수신 장치로의 전송을 위한 제어 신호의 제공 방법.
송신 장치와 수신 장치 간의 음성 채널을 포함하는 이동 통신 연결을 통해 상기 수신 장치의 작동을 제어하기 위한 방법에 있어서,
상기 수신 장치에서, 주파수 스펙트럼을 수신하는 단계(1010) - 상기 주파수 스펙트럼은 상기 이동 통신 연결의 상기 음성 채널의 주파수 스펙트럼의 미리 결정된 개수의 주파수들을 포함하고, 여기서 상기 수신 장치의 동작을 제어하기 위한 제어 신호들이 상기 미리 결정된 개수의 주파수들에 맵핑됨 - ;
상기 수신 장치에서, 상기 제어 신호들을 획득하기 위해 상기 주파수 스펙트럼의 디-맵핑을 수행하는 단계(1020); 및
상기 획득된 제어 신호들에 근거하여 상기 수신 장치를 제어하는 단계(1030)를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 수신 장치의 작동 제어방법.
제11항에 있어서, 상기 수신 장치는 주파수들의 고유한 조합들을 각각의 제어 신호들에 할당하도록 구성된 코드북을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 수신 장치의 작동 제어방법.
제11항에 있어서, 상기 주파수 스펙트럼은 프레임으로서 수신되고,
프레임 내의 주파수들의 개수가 주파수들의 미리 결정된 개수와 동일하지 않은 경우 상기 프레임을 폐기하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 수신 장치의 작동 제어방법.
제11항에 있어서, 상기 디-맵핑을 수행하는 단계는:
상기 수신 장치에서, 상기 주파수 스펙트럼에 푸리에 변환(Fourier Transform, FT)을 수행하여 FT 스펙트럼을 획득하는 단계; 및
상기 수신 장치에서, 기저 주파수의 정수배에 대응하는 주파수들에서 상기 FT 스펙트럼의 피크들의 진폭들을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 수신 장치의 작동 제어방법.
제14항에 있어서,
상기 수신 장치에서, 상기 추출된 진폭들의 주파수들을 코드북을 사용하여 제어 신호들로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 수신 장치의 작동 제어방법.
제14항에 있어서, 상기 기저 주파수는 상기 FT의 주파수 분해능에 대응하는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 수신 장치의 작동 제어방법.
제11항에 있어서, 상기 이동 통신 연결의 상기 음성 채널의 상기 주파수 스펙트럼을 디-맵핑하는 단계는:
OFDM 디코더에 의해, 상기 수신된 주파수 스펙트럼을 사용하여, 확장된 비트 워드를 획득하는 단계; 및
사용자 데이터를 나타내는 비트 워드를 획득하기 위해, 확장된 비트 워드를 감축시키는 단계 - 복수의 사용자 데이터 각각에 대해 고유한 비트 워드가 제공되고, 각각의 고유한 비트 워드는 동일한 미리 정의된 개수의 1들을 가짐 - 를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 수신 장치의 작동 제어방법.
제17항에 있어서, 상기 1들의 개수는 0들의 개수보다 적고, 상기 1들의 개수는 3과 10 사이에 있는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 수신 장치의 작동 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 수신 장치로부터 상기 송신 장치로 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제11항에 있어서, 상기 음성 채널은 양쪽 방향으로 동시 전송을 제공하고, 데이터가 상기 송신 장치로부터 상기 수신 장치로 그리고 상기 수신 장치로부터 상기 송신 장치로 동시에 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
제어 시스템을 위한 제어방법으로서, 상기 제어 시스템은 송신 장치와, 수신 장치와, 그리고 상기 송신 장치와 상기 수신 장치 간의 이동 통신 연결을 포함하고, 상기 제어방법은:
제1항의 방법에 따라 상기 송신 장치로부터 상기 수신 장치로 제어 신호들을 제공하는 단계; 및
제11항의 방법에 따라 상기 수신 장치의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 제어 시스템의 제어방법.
제21항에 있어서,
상기 수신 장치로부터 상기 송신 장치로 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 제어 시스템의 제어방법.
제21항에 있어서, 상기 음성 채널은 양쪽 방향으로 동시 전송을 제공하고, 데이터가 상기 송신 장치로부터 상기 수신 장치로 그리고 상기 수신 장치로부터 상기 송신 장치로 동시에 전송되는 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에서 제어 시스템의 제어방법.
컴퓨터 상에서 실행될 때 상기 컴퓨터로 하여금 제1항에 따른 방법을 수행하도록 하는 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능한 저장 매체.
송신 장치(1110)와 수신 장치(1150) 간의 이동 통신 연결(1140)을 사용하여 상기 송신 장치(1110)로부터 상기 수신 장치(1150)로 전송을 위한 제어 신호들을 제공하기 위한 상기 송신 장치(1110)로서, 상기 이동 통신 연결(1140)은 음성 채널을 포함하고, 상기 송신 장치(1110)는:
사용자 데이터를 제공하도록 구성된 제어기(1120) - 상기 사용자 데이터는 상기 제어 신호들을 포함하고, 상기 제어 신호들은 상기 수신 장치(1150)의 동작을 제어하기 위해 사용됨 - ; 및
상기 이동 통신 연결(1140)의 상기 음성 채널의 주파수 스펙트럼의 미리 결정된 개수의 주파수들에 상기 사용자 데이터를 맵핑시키도록 구성된 맵핑기(1130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
제25항에 있어서, 상기 송신 장치(1110)는 상기 수신 장치(1150)로부터 데이터를 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
송신 장치(1210)와 수신 장치(1230) 간의 이동 통신 연결(1220)을 통해 상기 수신 장치(1230)의 동작을 제어하기 위한 상기 수신 장치(1230)로서, 상기 이동 통신 연결(1220)은 음성 채널을 포함하고, 상기 수신 장치(1230)는:
주파수 스펙트럼을 수신하도록 구성된 수신기(1240) - 상기 주파수 스펙트럼은 상기 이동 통신 연결(1220)의 상기 음성 채널의 주파수 스펙트럼의 미리 결정된 개수의 주파수들을 포함하고, 여기서 상기 수신 장치(1230)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호들이 상기 미리 결정된 개수의 주파수들에 맵핑됨 - ;
상기 제어 신호들을 획득하기 위해 상기 주파수 스펙트럼의 디맵핑을 수행하도록 구성된 디-맵핑기(1250); 및
상기 획득된 제어 신호들에 근거하여 상기 수신 장치(1230)를 제어하도록 구성된 제어기(1260)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
제27항에 있어서, 상기 수신 장치(1230)는 상기 송신 장치(1210)에 데이터를 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
제25항에 따른 송신 장치(1110)와, 제27항 또는 제28항에 따른 수신 장치(1230)와, 그리고 상기 송신 장치(1110)와 상기 수신 장치(1230) 간의 이동 통신 연결(1140, 1220)을 포함하는 통신 네트워크 시스템.