KR19990045288A - 셀룰러 다중캐리어 무선 통신 시스템 - Google Patents

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Abstract

셀룰러 다중캐리어 무선 통신 시스템이 개시되는데, 여기서 두 개 이상의 각각의 셀로 이루어진 클러스터용 기지국은 동일한 서브캐리어 그룹 상에서 동일한 신호 전송 정보를 동기적으로 전송한다. 이것은 이동 단말기에서 신호 조합을 위한 어떠한 부가적인 하드웨어도 사용하지 않으면서, 수신기의 안테나에 앞서 "방송 중에(on the air)" 여러 기지국 신호의 조합을 허용한다.

Description

셀룰러 다중캐리어 무선 통신 시스템
본 발명은 셀룰러 다중캐리어 무선 통신 시스템에 관한 것이다.
다중캐리어 변조를 통해, 데이터 신호는 여러 개의 더 낮은 비율의 신호로 분할되고, 심볼 시간(symbol time)은 예상되는 다중경로 지연 확산(multipath delay spread)과 비교하여 크게된다. 서브캐리어 주파수는 상이한 방식으로 분포될 수 있을 것이다. 가장 간단한 경우는 각각의 이동 단말기(mobile terminal)가 상이하지만 고정되고 연속적인 서브캐리어의 블록을 갖는 것이다. 다른 경우는 서브캐리어의 호핑(hopping)을 포함하거나, 또는 임의적인(비연속적인) 세트의 서브캐리어를 사용하는 것을 포함한다. 이들 후자의 선택은 공통 채널(co-channel) 간섭의 변화를 감소시키는 이점을 갖는다.
다중캐리어 변조의 중요한 특징은 순환 심볼 연장(cyclic symbol extension)(가드 간격(guard interval), 또는 가드 시간(guard time)으로도 언급됨)이다. 다운링크(downlink)에 있어서, 신호 성분은 이동국 전용 기지국으로부터의 신호의 다중경로 전송에 의해 지연될 수 있다. 지연된 신호 성분의 지연 오프셋이 가드 시간 내에 있는 한, 다중 캐리어 신호는 이동 단말기에서의 검출에 대해 왜곡되지 않은 상태로 남게 된다. 수신기는 비-코히어런트 검파(non-coherent detection)를 사용함으로써 지연된 신호 성분 전체의 에너지 전부를 사용할 수 있다.
이러한 방식으로, 다중캐리어 변조는 에코를 방지하기 위한 복잡한 균등화(equalisation)를 필요로 하지 않게 된다.
기지국에서 이동 단말기 또는 사용자로의 다운링크 또는 순방향 링크(forward link) 상에서의 통신은 전용 데이터 채널 상에서의 데이터 통신과 전용 신호 전송 채널(signalling channel) 상에서 신호 전송 통신으로 구분될 수 있다.
종래의 셀룰러 시스템은 모든 셀에 상이한 신호 전송 채널을 적용한다. 따라서, 각 셀에 대해서, 이웃한 셀의 신호 전송 채널은 셀간에 간섭(inter-cell interference)을 일으키거나, 또는 사용되지 않고 남게되는데 이것은 스펙트럼 효율을 감소시킨다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 셀룰러 다중캐리어 무선 통신 시스템을 제공하는데, 이 시스템에서는 둘 이상의 개개의 셀로 이루어진 클러스터(cluster)에 대한 기지국이 동일한 서브캐리어 그룹 상에서 동일한 신호 전송 정보를 동기적으로 전송하고, 프레임을 전송하는 기지국을 식별하기 위해서 다중 액세스 프리앰블이 각 프레임에서 전송된다.
비-코히어런트 검파를 사용함으로써 지연된 신호 성분 전체의 에너지 전부를 사용하는 다중캐리어 시스템은 이동 단말기가 하나 이상의 기지국으로부터 복합 신호를 수신하는 것을 가능하게 한다. 그러므로, 순환 심볼 연장을 함께 갖는 다중캐리어 변조는 대규모 다양성(macrodiversity)을 제공하게 된다.
이상적으로는, 기지국으로부터의 신호가 이동 단말기에서 가드 시간을 넘어서 지연될 때, 기지국으로부터의 거리로 인해, 신호 세기는 상당히 낮아지고, 이동국은 지연 오프셋이 가드 시간 내에 있는 더 가까운 기지국으로부터의 신호를 정확하게 검출할 수 있다.
데이터 통신은 각각의 이동 단말기에 따라 아주 상이한데, 그 이유는 상기 각각의 이동 단말기가 예를들면 음성 데이터, 또는 임의의 형태의 이동 단말기 특정 데이터(예를들면 멀티미디어 데이터, 이미지 등)를 전송하기 때문이다.
반면에, 신호 전송 통신은 각각의 이동 단말기에 대해서 크게 다르지는 않은데, 그 이유는 모든 이동국에 관련하는 정보(예를들면 초기 포착(acquisition)을 위한 타이밍 기준, 시스템에서의 이동 단말기의 수, 최신 빌링 가격(billing prices), 새로운 단말기용 소프트웨어, 시간 신호, 또는 다른 방송 형태의 정보)를 포함하기 때문이다.
신호 전송 통신은 또한 사용자 특정 데이터를 포함한다. 따라서 신호 전송 채널은 이동 단말기의 동작을 제어하기 위해서 사용되는데, 예를들면, 신호 전송 채널이 인입 호출(incoming call)의 경우 단말기를 깨우는 페이징 채널로서 사용되기 때문에, 대기 모드에서 이동 단말기는 여전히 자신의 기지국의 신호 전송 채널을 주시해야 한다.
신호 전송 채널에 대해서 이동 단말기에 따라 특정되는 정보의 양, 예를들면 무선 링크 프로토콜에 관한 신호 전송 정보는 낮은 비트율 성질을 갖는다(인입 호출 신호, 호출 요구에 대한 응답 신호 등). 이것이 전체 셀룰러 시스템 전체를 통해 또는 기지국의 더 작은 클러스터 전체에 걸쳐 하나의 신호 전송 채널을 사용하는 것이 가능하게 되는 이유이다. 서브캐리어의 수는 신호 전송 채널 상에서 예상되는 트래픽에 따라 선택되어져야만 하고 시스템에서의 사용자의 수에 의존한다.
바람직하게는, 신호 전송 정보는, 프레임의 신호 전송 정보가 지향하는 이동국을 식별하는 어드레스 정보를 각각 전송하는 연속하는 프레임에서 전송된다.
신호 전송 정보는 모든 이동 단말기, 이동 단말기 세트 또는 개개의 이동 단말기로 주소 지정될 수 있어야 한다.
프레임의 전송은 특정 이동국에 주소 지정된 프레임을 위하여 되도록 우선된다.
이동 단말기가 어느 기지국으로부터 신호 전송을 수신하는지를 구별할 수 있게 하기 위해서, 코드 분할 다중 액세스 프리앰블이 각각의 프레임에서 전송되어 이것을 전송하는 기지국을 식별할 수 있다.
다른 대안으로는, 시간 분할 다중 액세스 프리앰블이 각각의 프레임에서 전송되어 이것을 전송하는 기지국을 식별할 수 있다.
본 발명은, 둘 이상의 클러스터 내에서 서브캐리어 공통 그룹에 대한 신호 전송 정보를 수신하도록 구성되고, 이후의 청구항에서 청구된 바와 같이, 각각의 기지국으로부터의 다중 액세스 신호의 세기를 측정하기 위한 수단을 포함하는 셀룰러 다중캐리어 무선국용 이동국으로 또한 확장되는데, 여기서는 비-코히어런트 검파는 상기 그룹의 서브캐리어에 대해 변조된 심볼과 관련하여 활용되고, 공통 채널(common channel) 상에서 송신하는 기지국은 프레임을 전송하는 기지국을 식별하기 위해 각각의 프레임에서 전송되는 다중 액세스 프리앰블에 의해 식별된다.
도 1은 본 발명을 구현하는 셀룰러 다중 캐리어 무선 통신 시스템에서 세 셀의 클러스터를 도시하는 평면도.
도 2는 신호 세기가 도 1의 시스템의 두 기지국 사이에서 어떻게 변하는지를 도시하는 도면.
도 3a 내지 도 3c는 두 기지국 사이의 각각의 위치에서 두 기지국으로부터 전송되는 심볼의 상대적인 타이밍을 도시하는 도면.
도 4는 신호 세기를 측정하기 위한 TDMA 수신기의 모듈을 도시하는 블록도.
도 5는 신호 세기를 측정하기 위한 CDMA 수신기의 모듈을 도시하는 블록도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
BS1, BS2 : 기지국 S0, S1, S2 : 신호 전송 심볼
MS1, MS2, MS3 : 이동국 4 : 안테나
6 : 저잡음 증폭기 8 : 하향 주파수 변환기
10 : 채널 선택기 및 하향 주파수 변환기
12 : 신호 세기 측정 회로 14 : 아날로그-디지털 변환기
18 : 상관기
본 발명의 일 실시예는 첨부된 도면을 참조로, 실시예를 통해, 하기에 설명될 것이다.
도면을 참조하면, 기지국(BS1, BS2, 및 BS3)은 클러스터 내에 그룹화된 셀(1, 2, 및 3) 각각을 서비스한다. 상기 클러스터는 시스템 내의 모든 셀을 포함하거나 또는 단지 그 일부만을 포함할 수도 있다.
각각의 기지국은 신호 전송 전용의 서브캐리어 세트에 대한 동기화된 신호 전송 정보를 전송한다. 도 2는 기지국(BS1 및 BS2) 사이의 라인 상의 위치에서 기지국(BS1 및 BS2)으로부터 전송된 신호 전송 서브캐리어 성분의 신호 세기를 도시한다. 발원 기지국으로부터 위치가 더 멀수록 서브캐리어 성분이 더 작아짐을 알 수 있다. 도 2는 설명을 위한 것으로 실척은 아니다. 이상적으로는, 비-코히어런트 검파에 의해 검출될 수 있는 복합 신호 세기는 거의 일정하다.
클러스터 내의 모든 기지국은 공통 신호 전송 채널에 대해 동일한 서브캐리어 세트를 사용하며, 기지국의 클러스터를 통해 이들 서버캐리어 상에서 동일한 신호를 동기적으로 전송한다. 이것은 이동 단말기가 신호 전송 채널에 동조(tune)되고 추종하는 것을 아주 용이하게 한다. 그러나, 이것은 모든 기지국을 연결하는 신호 전송 네트워크(일반적으로 유선)에서 트래픽이 증가하게 한다.
이동 단말기는 적어도 두 기지국의 신호 전송 신호의 합을 수신하고, 이에 따라 셀 경계에서 더 신뢰성 있고, 더 강한 복합 신호 전송 신호로 나타나게 한다. 이 효과를 "매크로다이버시티(macrodiversity)"라고도 한다. 반면에, 종래 시스템의 셀 경계에서 신호 전송 신호의 유사한 신뢰성을 달성하기 위해서, 종래의 기지국은 그들의 전송 세기(transmit power)를 증가시켜야만 하는데, 이것은 상이한 신호 전송 채널이 인접한 셀에서 간섭을 일으키기 때문에 바람직하지 않다.
이동 단말기는 셀 경계(도면에서 어두운 부분)에서의 공통 신호 전송 채널로부터 가장 큰 이득을 얻는다.
셀 경계에서의 강한 신호 전송 신호는 이동 단말기의 수신 감도를 감소시킬 수 있게 하는데(예를들면 기저대역 처리에 대한 더 적은 요구), 특히 대기 모드(인입 호출을 기다리는 단말기)에서 이것은 직접적으로 더 낮은 소비 전력과 관련되고, 따라서 배터리 대기 수명 시간을 연장한다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 기지국(BS1 및 BS2)으로부터 전송되어 직통 경로(direct path) 상에 도달하는 세 개의 신호 전송 심볼(S0, S1 및 S2)의 타이밍 관계가 도시된다.
도 3a는 셀들 사이의 경계에서 정확하게 중간에 위치된 이동국(MS1)에 대한 관계를 도시한다. 여기서 두 기지국으로부터의 심볼은 도시된 바와 같이 정확하게 동위상이다. 상기 도면은 또한 가드 타임(GT)을 도시한다.
수신된 신호는 수신기가 비-코히어런트 검파를 수행하는 두 기지국으로부터의 신호의 복합 신호이다. 상기 심볼이 어떠한 상태를 갖고 있는지, 예를들면 논리 0인지 논리 1인지에 관한 결정을 수행하기 위한 처리는 가드 타임(GT)의 종료 이후까지 시작되지 않는다. 공지된 바와 같이, 수신된 신호는 가드 타임에 대한 배치를 결정하기 위해 처리된다.
도 3b에는 상기 기지국(BS2)에 더 가까운 이동국(MS2)에 대한 관계를 도시한다. 여기서 기지국(BS1)으로부터의 심볼(S1)의 시작은 상대적으로 지연된다. 그러나, 지연된 심볼의 시작은 가드 타임 내에 있게 되고 따라서 기간(US)(사용가능한 신호) 내에서 심볼(S1)만을 나타내는 복합 신호가 처리된다.
도 3c에는 기지국(BS)에 더욱 더 가까운 이동국(MS3)에 대한 관계를 도시한다. 여기서 심볼(S1)의 시작은 가드 타임밖에 있도록 지연된다. 이것은 기간(US) 내에서 처리되는 복합 신호가 기지국(BS1)으로부터의 지연된 심볼(S0)로부터의 성분을 포함하는 효과를 갖는다. 그러나, 도 2를 참조하면, 이 성분은 아주 작아서 심각한 간섭을 유발하지는 않는다.
신호 전송 정보가 지향하는 이동국은 프레임 주소 지정에 의해 지시된다. 공통 신호 전송 채널의 비트 스트림은 프레임으로 분할되고, 이것에 의해 각각의 프레임이 프레임 정보 페이로드(payload)가 어느 이동국을 지향하는지를 나타내는 어드레스 헤더를 갖게된다(예를들면 어드레스 -1은 프레임이 시스템의 모든 이동국에 대한 정보를 포함하는 것을 의미한다). 이렇게 모든 것을 주소 지정하는 것에 의해, 이동 단말기 세트, 또는 단일의 특정 이동 단말기는 주소 지정될 수 있다. 신호 전송 정보는 이동 스위칭 센터(MSC)에 의해 집중되어 제어되는데(도 1 참조), 중요한 사용자 특정 신호 전송 정보(인입 호출 등등)를 위해 우선될 수 있다.
동일한 신호 전송 정보를 전달하는 동일한 서브캐리어 세트가 모든 기지국으로부터 전송되기 때문에, 이동국은 상이한 기지국 신호를 구별할 수 없을 것이다. 이동 단말기가 어느 기지국으로부터 어느 정도의 신호 세기로 수신하는지를 식별하기 위해, 프리앰블이 공통 신호 전송 채널의 각 프레임에 포함된다. 이 프리앰블은 시분할 다중 액세스(TDMA) 또는 코드 분할 다중 액세스(CDMA) 기술을 사용하여 상이한 기지국을 구별할 것이다.
TDMA에 있어서 단지 N 개의 상이한 시간 슬롯(본원의 다중캐리어 심볼과 대응)이 N 개의 상이한 기지국을 구별하기 위해 예약된다. 각각의 기지국은 자신에게 할당된 시간 슬롯에 식별 신호를 전송한다. 시간 슬롯은 너무나 떨어져 있어서 심각한 간섭이 발생하지 않는 기지국에 의해 재 사용될 수 있다. 동일한 시간 슬롯을 재사용하는 상이한 기지국은 상이한 식별 신호를 사용한다. 도 4를 참조하면, 프리앰블 신호는 안테나(4)에 의해 수신되고 저잡음 증폭기(low noise amplifier; 6)에 의해 증폭된다. 증폭된 신호는 하향 주파수 변환기(down converter; 8)에서 중간 주파수(IF)로 변환된다. 채널 선택기 및 하향 주파수 변환기(10)에서 공통 신호 전송 채널이 선택되고 기저대역으로 변환된다. 기저대역 신호는 (아날로그) 신호 세기 측정 회로(12)로 공급되는데, 여기서 상이한 프리앰블의 상대적인 세기가 결정되고 아날로그 출력은 아날로그-디지털 변환기(14)의 제어 입력으로 공급되어 채널 선택기 및 하향 주파수 변환기(10)로부터의 기저대역 신호의 동적 변환 범위를 제어한다. 아날로그-디지털 변환기(14)로부터의 디지털 출력 신호는 기저대역 처리기로 공급되어 상기 프리앰블을 전송한 기지국의 식별자를 추출한다.
CDMA에 있어서, N 개의 상이한 채널화 코드(바람직하게는 직교하는 예를들면 Walsh 코드)가 N 개의 상이한 기지국을 구별하기 위해 사용된다. 또한, 상기 코드는 충분히 멀리 떨어진 기지국에 의해 재사용될 수 있다. 도 5를 참조하면, 수신된 신호를 그들의 채널화 코드와 상호 관련시키는 상관기(18)에서 디스프레드(despread)된 후에 신호 세기가 측정되는 점을 제외하면, 상기 장치는 유사하다.
신호 세기 및 현재 수신되는 모든 기지국의 식별자는 기지국으로 보고되는데, 여기에서는 동적 채널 할당 알고리즘이, 이동 단말기와의 데이터(예를들면 음성) 통신을 위해 기지국 및 채널을 할당하기 위해 사용된다.

Claims (6)

  1. 두 개 이상의 각각의 셀로 이루어진 클러스터에 대한 기지국이 동일한 서브캐리어 그룹 상에서 동일한 신호 전송 정보를 동기적으로 전송하는 셀룰러 다중캐리어 무선 통신 시스템에 있어서,
    프레임을 전송하는 기지국을 식별하기 위해 각각의 프레임에 다중 액세스 프리앰블을 전송하는 셀룰러 다중캐리어 무선 통신 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 프리앰블은 시분할 다중 액세스 신호인 셀룰러 다중캐리어 무선 통신 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 프리앰블은 코드 분할 다중 액세스 신호인 셀룰러 다중캐리어 무선 통신 시스템.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 신호 전송 정보는 프레임의 신호 전송 정보가 지향하는 이동국을 식별하는 어드레스 정보를 각각 전송하는 연속적인 프레임에서 전송되는 셀룰러 다중캐리어 무선 통신 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 프레임의 전송은 특정 이동국에 주소 지정된 프레임을 위해 우선되는 셀룰러 다중캐리어 무선 통신 시스템.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에서 청구된 셀룰러 다중캐리어 무선국용 이동국에 있어서,
    두 개 이상의 셀로 이루어진 클러스터 내에서 공통의 서브캐리어 그룹 상에서 신호 전송 정보를 수신하도록 구성되고,
    비-코히어런트 검파(non coherent detection)가 상기 그룹의 서브캐리어 상에서 변조된 심볼과 관련하여 활용되고,
    공통 채널 상에서 송신하는 기지국이 프레임을 전송하는 기지국을 식별하기 위해 각 프레임에서 전송되는 다중 액세스 프리앰블로부터 각각 식별되며,
    각각의 기지국으로부터의 다중 액세스 신호의 세기를 측정하기 위한 수단을 포함하는 셀룰러 다중캐리어 무선국용 이동국.
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