KR19990067589A

KR19990067589A - 무선 통신 시스템의 고속 전송 방법

Info

Publication number: KR19990067589A
Application number: KR1019980703613A
Authority: KR
Inventors: 샌딥 첸네이크슈; 닐스 뤼드벡; 아메르 에이. 핫산; 폴 더블유. 덴트
Original assignee: 찰스 엘. 무어, 주니어; 에릭슨 인크.
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1996-10-25
Publication date: 1999-08-25
Also published as: CA2237693A1; EP0861538B1; DE69629714D1; JP3879867B2; AU7477196A; KR100431226B1; WO1997018650A1; EP0861538A1; DE69629714T2; US6046990A; JP2000501254A; AU718195B2

Abstract

비이상적 조건에서도 신뢰성있는 짧은 메시지 서비스를 제공하기 위해 무선 통신 링크의 신호 마진을 증가시키는 방법 및 시스템이 제공된다. 본 방법에 따르면, 이동부의 설계를 복잡화하지 않고 상당한 지연 또는 동채널 간섭이 없으면서 신호 마진을 증가시키기 위해 비트 반복과 함께 전송 전력 증가 방식이 사용된다. 신호 마진이 보다 증가될 필요가 있을 경우, 보다 긴 메시지가 필요할 때 또는 음성 메시지의 경우, 메시지는 이동부에 저장될 수도 있으며, 이동부는 메시지를 경고한다.

Description

무선 통신 시스템의 고속 전송 방법

본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 비이상적인 조건하에서 무선 통신 신호를 신뢰성있게 전송하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

도 1을 참조하면, 전형적인 셀룰라 이동 무선 통신 시스템이 도시되어 있다. 전형적인 시스템은 기지국(110)과 유사한 다수의 기지국, 및 이동국(120)과 유사한 다수의 이동부 또는 이동국을 포함한다. 이들 장치 또는 그들의 등가물을 사용하여 음성 및/또는 데이타 통신이 수행될 수 있다. 기지국은 공중 전화 교환망(도시되지 않음)에 차례로 접속된 MSC(mobile switching center;140)에 접속된 제어 및 처리부(130)을 포함한다.

기지국(110)은 제어 및 처리부(130)에 의해 제어되는 음성 채널 송수신기(150)에 의해 처리되는 복수의 음성 채널을 포함한다. 또한, 각각의 기지국은 하나 이상의 제어 채널을 처리할 수도 있는 제어 채널 송수신기(160)을 포함한다. 제어 채널 송수신기(160)은 제어 및 처리부(130)에 의해 제어된다. 제어 채널 송수신기(160)은 기지국의 제어 채널 또는 셀을 통해 그 제어 채널에 로크된(locked) 이동국에 제어 정보를 동시 전송한다(broadcast). 음성 채널 송수신기는 디지탈 채널 위치 정보를 포함할 수 있는 트래픽 또는 음성 채널을 동시 전송한다.

이동국(120)이 먼저 유휴 모드(idle mode)가 되면, 이동국(120)으로 어드레스되는 페이징 버스트(paging burst)의 존재하는지에 대해 기지국(110)과 같은 기지국들의 제어 채널을 주기적으로 스캔한다. 페이징 버스트는 어떠한 셀이 로크온(lock on) 또는 캠프 투(camp to)되는지를 이동국(120)에 통지한다. 이동국(120)은 그것의 음성 및 제어 채널 송수신기(170)에서 제어 채널을 통해 절대 및 상대 정보 동시 전송을 수신한다. 그 후, 처리부(180)은 후보 셀의 특징을 포함하는 수신 제어 채널 정보를 평가하고 이동국이 어떠한 셀에 로크되어야 하는지를 판정한다. 수신된 제어 채널 정보는 관련된 셀에 관한 정보뿐만 아니라 제어 채널이 관련된 셀에 인접한 다른 셀에 관한 상대적 정보를 포함한다. 보다 적합한 후보가 존재하는지를 판정하기 위해 주요 제어 채널을 모니터링하면서 이들 인접 셀들이 주기적으로 스캔된다. 이동국 및 기지국 구조의 사양에 관련된 부가적 정보는 "Multi-Mode Signal Processing"이란 명칭으로 P. Dent 및 B. Ekelund에 의해 1992년 10월 27일 출원되고 본 명세서에서 참조된 미국 특허 공보 제07/967,027호에서 찾을 수 있다. 기지국은 위성-기초 이동 무선 통신 시스템(satellite-based mobile radiocommunication system)에서 하나 이상의 위성으로 대체될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

무선 통신 시스템 용량을 향상시키기 위해, 주파수 분할 다중 액세스(FDMA), 시분할 다중 액세스(TDMA) 및 코드 분할 다중 액세스(CDMA)와 같은 디지탈 통신 및 다중 액세스 기술이 사용될 수도 있다. 이들 각각의 다중 액세스 기술의 목적은 여러 채널들이 상호 간섭없이 분리될 수 있는 방식으로 다른 소스로부터의 신호를 공통 전송 매체에 결합하는 것이다. FDMA 시스템에서, 사용자는 주파수 도메인에서 무선 스펙트럼을 공유한다. 각각의 사용자에게는 대화 중에 사용되는 주파수 대역의 일부가 할당된다. TDMA 시스템에서, 사용자는 시간 도메인에서 무선 스펙트럼을 공유한다. 각각의 무선 채널 또는 반송 주파수는 일련의 타임 슬롯으로 분할되며, 각 사용자에게는 타임 슬롯이 할당되며, 이 타임 슬롯 동안에 사용자는 시스템에 할당된 전체 주파수 대역(광대역 TDMA) 또는 일부 대역(협대역 TDMA)으로 액세스한다. 각 타임 슬롯은 데이타 소스, 예를 들어 디지탈적으로 인코드된 음성 대화 부분으로부터 정보의 "버스트"를 포함한다. 타임 슬롯은 소정의 간격을 갖고 있는 연속 TDMA 프레임으로 분류된다. 각 TDMA 프레임 내의 타임슬롯의 수는 무선 채널을 동시에 공유할 수 있는 상이한 사용자의 수와 관련된다. TDMA 프레임 내의 각 슬롯이 다른 사용자에게 할당되면, TDMA 프레임의 간격은 동일한 사용자에게 할당된 연속 타임 슬롯들간의 최소량의 시간이다. CDMA는 FDMA와 TDMA를 결합한다. CDMA 시스템에서, 각 사용자는 주파수 타임 도메인을 특유하게 액세스하기 위한 고유의 의사 랜덤 사용자 코드를 할당받는다. CDMA 기술의 예로는 분산 스펙트럼 및 주파수 호핑(frequency hopping)을 포함한다.

TDMA 시스템에서, 동일한 사용자에게 할당되며, 통상적으로 무선 캐리어 상의 연속 타임 슬롯이 아닌 연속 타임 슬롯은 사용자의 디지탈 트래픽 채널을 구성하며, 이것은 사용자에게 할당된 논리 채널로 고려된다. 한 예로서 GSM 규격을 사용하는 TDMA의 구조가 도 2에 도시되어 있다. TDMA 채널은 트래픽 채널 TCH 및 신호 채널 SC를 포함한다. TCH 채널은 음성 및/또는 데이타 신호를 전송하는 전체 속도(full-rate) 및 1/2 속도(half-rate)의 채널을 포함한다. 신호 채널 SC은 이동부와 위성국(또는 기지국) 사이에 신호 정보를 전송한다. 신호 채널 SC은 3가지 형태의 제어 채널, 즉 동시 전송 제어 채널(BCCH), 다중 가입자들 사이에서 공유되는 공통 제어 채널(CCCH) 및 단일 가입자에 할당된 전용 제어 채널(DCCH)을 포함한다. BCCH는 모두 다운 링크 채널인 통상 주파수 보정 채널(FCH;frequency correction channel) 및 동기화 채널(SCH)을 포함한다. 공통 제어 채널(CCCH)은 업링크 랜덤 액세스 채널(RACH)뿐만 아니라 다운링크 페이징(PCH) 및 액세스 허용 채널(AGCH)을 포함한다. 전용 제어 채널 DCCH은 고속 대응 제어(FACCH;fast associated control channel), 저속 대응 제어 채널(SACCH) 및 독립형 전용 제어 채널(SDCCH)을 포함한다. 저속 대응 제어 채널은 트래픽(음성 또는 데이타) 채널 또는 독립형 전용 제어 채널(SDCCH)에 할당된다. SACCH 채널은 전력과 프레임 조정 및 제어 정보를 이동부에 제공한다.

랜덤 액세스 채널 RACH는 시스템으로의 액세스를 요청하기 위해 이동국에 의해 사용된다. RACH 논리 채널은 단방향 업링크 채널(이동국으로부터 기지국 또는 위성국으로)이며, 각 이동부(과다 사용 기간 동안에도 셀마다의 RACH는 충분하다)에 의해 공유된다. 이동부는 채널이 사용중인지 유휴 상태인지를 판정하기 위해 RACH 채널의 상태를 연속적으로 모니터한다. RACH 채널이 유휴 상태이면, 액세스를 원하는 이동부는 그것의 이동 식별 번호를 원하는 전화 번호와 함께 RACH을 통해 기지국 또는 위성국으로 전송한다. MSC는 기지국 또는 위성국으로부터 이러한 정보를 수신하여 유휴 음성 채널을 이동국으로 할당하며, 새로운 채널에 이동국 자신을 일치시킬 수 있도록 기지국 또는 위성국을 통해 이동국에 채널 식별을 전송한다. RACH 업링크 채널 상의 모든 타임 슬롯은 논쟁의 기초(contention basis) 또는 지정된 기초(reserved basis)에 따라 이동국 액세스 요청에 사용된다. 지정된 기초 액세스는 "Method of Effecting Random Access in a Mobile Radio System"이라는 명칭으로 1993년 10월 25일 출원되고 본 명세서에서 참조된 미국 특허 공보 제08/140,467호에 개시되어 있다. RACH 동작의 한가지 중요 특징은 어느 정도의 다운링크 정보의 수신이 필요하므로 이동국들이 업링크시 전송하는 버스트마다 실시간 피드백을 수신한다는 것이다. 이것은 RACH 상의 Layer 2 ARQ 또는 자동 반복 요청으로 공지되어 있다. 다운 링크 정보는 양호하게는, 다운 링크시에 업 링크에 특정한 Layer 2 정보의 반송 전용의 다른 다운링크 서브 채널로 여겨질 수도 있는 22 비트를 포함한다. 공용 채널 피드백이라 칭할 수도 있는 이러한 정보의 흐름은 RACH의 처리 용량을 향상시켜 임의의 액세스 시도의 임의의 버스트가 성공적으로 수신되었는지를 신속하게 판정할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 다운링크 정보는 채널 AGCH를 통해 전송된다.

TDMA 시스템의 신호 전송은 버퍼-버스트 또는 비연속 전송 모드에서 발생되며 각 이동부는 이동부의 할당 주파수상의 TDMA 프레임에서 그것의 할당된 타임 슬롯 동안에만 송수신한다. 전체 속도로, 예를 들어 이동국은 슬롯 1 동안 송신하고, 슬롯 2 동안 수신하며, 슬롯 3 동안 유휴하며, 슬롯 4 동안 송신하며, 슬롯 5 동안 수신하며, 슬롯 6 동안 유휴한 후, 연속 TDMA 프레임 동안에 이 주기를 반복한다. 배터리로 전력 공급될 수도 있는 이동부는 송신도 수신도 아닐 때의 타임 슬롯 동안 전력을 절약하기 위해 스위치 오프된다(또는 슬립 모드).

이동성 및 휴대성을 향상시키기 위해, 무선 통신 가입자는 대형이거나 지향성 안테나를 갖는 이동부보다 비교적 소형인 전방향성(및 그러므로 그다지 강력하지 않은) 안테나를 갖는 이동부를 선호하는 경향이 있다. 이러한 선호로 인해, 때때로 소형의 전방향성 안테나를 갖는 통상의 이동부와 이동 스위칭 센터(MSC) 또는 위성 사이에 통신 신호를 교환하기에 충분한 신호 강도를 제공하기 어렵기도 하다. 이러한 문제점은 위성-기초 이동 무선 통신시에 특히 심각하다.

위성-기초 이동 무선 통신 시스템은 하나 이상의 부분적으로 중첩된 위성 빔을 사용하여 특정 지역에 무선 통신 서비스를 제공한다. 각각의 위성 빔은 약 1000 Km까지의 반경을 갖는다. 위성의 전력 한계로 인해, 모든 빔에 하이 링크 마진을 동시에 제공하는 것은 그다지 실용적이지 못하다.

이동 위성 링크는 엄격하게 전력이 제한되기 때문에, 통신은 통상적으로 리션 페이딩(Ricean fading)으로 가시 거리 채널(line-of-sight channel)로 제한된다. 리션 페이딩은 약한 빌딩 반사파와 함께 강한 가시 거리 경로와 그라운드 반사파의 조합으로부터 발생된다. 이러한 채널들은 이동 무선 전화부 안테나가 적절히 사용되고 이 무선전화부가 방해받지 않는 장소에 위치될 때와 같은 이상적이거나 준이상적인(near ideal) 조건에서 음성 통신을 달성하도록 대략 8 dB 이하의 통신 링크 마진을 필요로 하다. 준이상적인 이들 채널에서, 이동부는 입력 호출을 검출하기 위해 페이징 채널을 성공적으로 모니터할 수 있다. 이동국 안테나가 사용되지 않거나 이동국이 방해받는 장소에 위치될 때와 같은 비이상적 조건에서, 그라운드 반사 및 빌딩 반사파를 포함하는 반사된 파형이 두드러진다. 이들 비이상적 조건의 채널은 엄격한 감쇄를 갖는 레일리 페이딩[Rayleigh fading(가장 엄격한 페이딩 타입)]으로 특징된다. 그러한 채널에서, 음성 통신을 달성하기 위해 30 dB 이상의 링크 마진이 필요하며, 이동부는 입력 호출을 검출하기 위해 페이징 채널을 모니터링하기 어려울 수도 있다. 음성 통신이 어렵게 되는 이러한 비이상적 조건에서, 짧은 메시지 서비스가 바람직하다. 위성의 전력 한계로 인해, SMS는 입력 호출의 이동국 사용자에게 경보하기 위해 비이상적 조건에서 사용될 때 특히 효과적이다. 그 후, 이동국 사용자는 호출을 수신하거나 복귀시키기 위해 장소를 변화시킬 수도 있다. 용어 "링크 마진" 또는 "신호 마진"은 이상적 조건, 즉 부가적 백색 가우시안 잡음(AWGN) 이외의 손상이 없는 채널하에서 적절한 서비스 이외에 필요한 전력을 제공하는데 필요한 부가적 전력을 지칭한다. "손상"은 신호 진폭의 페이딩, 도플러 시프트, 위상 변동, 신호 차단, 실행 손실 및 안테나 방사 패턴의 비정상을 포함한다.

음성을 전송하든 데이타를 전송하든, 특히 전력 제한 위성 응용에서 신뢰성있는 무선 통신 성능을 보장하기 위해 신호 마진을 향상시킬 것이 자주 요망될 수 있다. 신호의 링크 마진을 향상시키는 공지된 방법은 채널 대역폭을 확장하는 것, 신호 전력을 증가시키는 것 및 비트 반복을 포함한다. 이러한 방법 각각은 상당한 제한을 갖는다. 대역폭 확장은 신호 분산 및 저비트 레이트 에러 보정 코딩과 같은 공지된 방법에 의해 통상적으로 달성되며 페이딩에 덜 민감한 신호에서 이루어진다. 대역폭 확장은 스펙트럼 할당 효율을 감소시킨다. 더우기, SMS 응용에서, 음성 채널의 확장된 대역폭이 메시지 채널의 대역폭과 상이한 경우, 2개의 각각의 라디오 및 전체 라디오(각 서비스용의 라디오)가 이동부에서 필요하게 됨으로써 그것의 설계가 복잡해진다. 또한, 지연 분산을 감소시키기 위해 통상적으로 간섭형의 Rake 수신기 또는 이퀄라이저가 필요하므로 이동부의 설계가 복잡화된다. 대역폭 확장은 전체 음성 또는 데이타 메시지의 반복 전송에 의해 수행될 수도 있다. 그러나, 관련된 비이상적 조건하에서, 이러한 방법은 각 반복이 잡음층 아래에 있으므로 고속 에러율로 발생되며 반복의 간섭성 통합을 방지하기 때문에 효율적이지 않다.

보다 높은 마진을 제공하기 위해 증가된 신호 전력이 사용될 수도 있다. 위성의 전력 제한으로 인해, 이것은 통상적으로 실용적인 방법이 아니다. 시스템의 비용을 증가시키는 것 외에, 송신 전력 증가로 인해 특히 협대역 재사용 마진을 갖는 TDMA 시스템에서 동채널 간섭을 제어하기 어려울 수도 있다. 따라서, 비교적 손쉽게 사용하는 주기 동안에만 위성으로부터 이동부로의 큰 전력 증가가 제공될 수도 있다. 더우기, 이동부가 위성보다 제한적인 전력이기 때문에, 이러한 기술은 통상적으로 위성으로부터 이동국으로 한 방향으로만 실용적이다.

마진을 향상시키기 위해 비트 반복이 또한 사용될 수도 있다. 비트 반복은 특히, 비이상적 조건에서 메시지 반복보다 낮은 에러율로 달성될 수도 있다. 비트 반복은 분명한 이유들로 인해 음성 신호에 바람직하지 않은 전송 지연을 야기시킨다. 그러나, 지연이 적당한 최소치로 유지되는 경우 SMS 특징과 같은 데이타 통신에 전송 지연이 허용될 수도 있다. 비트 반복은 모든 반복이 연속 TDMA 프레임의 동일한 타임 슬롯 또는 슬롯들에 포함되도록 개별 비트 또는 변조 부호 또는 비트 또는 변조 부호의 패킷을 복수회 전송함으로써 달성된다. 수신기는 보다 높은 마진을 가진 신호를 생성하기 위해 각 반복으로부터 에너지를 통합한다. 상술된 바와 같이, 비트 반복은 메시지의 길이에 따라 상당한 지연을 야기시킬 수 있다. 30 dB 신호 마진을 달성하기 위해, 각 비트는 1000회 반복되어야 할 것이다. 통상적인 짧은 메시지는 GSM 시스템에서 32개와 64개 사이의 문자를 가지며, 유럽 디지탈 규격은 미국에서 현재 사용되는 DAMPS(Digital Advanced Mobile Phone Service) 시스템에서 245개까지의 문자, 그리고 DECT(Digital European Cordless Telephone) 시스템에서는 160개까지의 문자를 갖는다. 프레임당 16 슬롯을 가지고 114 데이타 비트/슬롯을 갖는 18.64 ms의 TDMA 프레임을 갖는 GSM 시스템을 가정하면, 전파 시간은 제외하고 64개의 문자 메시지를 수신하기 위한 최소 지연은 다음과 같다.

64 비트 × 8 비트/문자 × 1000 반복/비트 × 18.64 ms/슬롯 × 1/114 슬롯/데이타 비트 = 84 초

데이타 전송의 경우에도 그러한 지연은 매우 불필요하다. 따라서, 상당한 지연이 없고 전력이 크게 증가하지 않고도 증가된 신호 마진의 신호를 전송할 수 있도록 하는 무선 통신 시스템이 바람직하다.

채널 대역폭의 확장을 필요로 하지 않고도 신호 마진이 증가된 신호를 전송할 수 있는 통신 시스템이 바람직하다.

TDMA 프레임의 구조 또는 구성을 변화할 필요가 없이도 신호 마진이 증가된 신호의 전송을 가능케하는 TDMA 통신 시스템이 또한 바람직하다.

신호 마진이 증가된 이동국 또는 위성 또는 기지국으로부터 발신되는 데이타 메시지의 전송을 가능케하는 이동 무선 통신 시스템이 또한 바람직하다.

데이타 메시지의 전송용 통신 링크의 신호 마진을 선택적으로 증가시키기 위한 통신 시스템이 또한 바람직하다.

<발명의 요약>

종래의 통신 시스템 및 방법의 상술된 제한 및 다른 제한은 비트 반복과 비교적 작은 전력 증가의 조합에 의해 신호 마진이 증가되는 고속 침투 전송 방법을 제공하는 본 발명에 의해 극복된다. 예시적 실시예에 따르면, 비트 반복과 비교적 작은 전력 증가의 조합은 신호 마진을 증가시키기 위해 반복에만 의존하는 시스템의 허용불가능한 지연 특성을 피한다. 유사하게, 반복과 비교적 작은 전력 증가의 조합은 신호 마진을 증가시키기 위해 전력 증가에만 의존하는 시스템의 동채널 간섭 문제를 피한다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 이동 무선 통신 시스템은 이동국으로 그리고 이동국으로부터 문자 숫자 메시지를 전송하기 위한 짧은 메시지 서비스 특성이 제공된다. 엄격한 감쇄를 갖는 채널을 통해 신뢰성있는 전송을 보장하기 위해, 통신 시스템에서는, 짧은 메시지는 에러 검출 코딩으로 인코드되고; 메시지는 하나 이상의 비트의 패킷 또는 그룹으로 분할되고, 각각의 패킷은 각 전송용의 동일한 타임 슬롯 또는 슬롯들을 사용하여 TDMA 통신 채널을 통해 다수회 음성 전송용 파워 레벨보다 높은 레벨에서 전송되며; 전송은 통합되고 수신기에서 에러 검사되어 증가된 마진을 갖는 신호를 형성한다.

도 1은 예시적 무선 통신 시스템의 블럭도이다.

도 2는 통상의 GSM 디지탈 무선 통신 시스템에서의 채널의 구성을 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 신호 전송 방법이 수행될 수도 있는 위성-기초 이동 무선 통신 시스템의 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 짧은 메시지의 전송을 설명하는 흐름도.

다음의 설명은 위성-기초 무선 통신 시스템에서 달성되는 짧은 메시지 서비스에 관한 것이지만, 본 발명은 다른 형태의 통신 시스템에 응용될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

위성-기초 이동 무선 통신 시스템에서, 음성 또는 데이타를 전송하는 통신 링크는 하나의 위성, 복수의 위성 또는 하나 이상의 위성과 PSTN(public switched telephone network)의 조합을 통해 이동국과 규격 전화 또는 제2 이동국 사이에 설정될 수도 있다. 도 3에 도시된 것과 같은 시스템은 기지국이 거의 또는 전혀 존재하지 않는 광범위 지역의 커버리지를 달성하는 것이 바람직할 수도 있으며 부가적 기지국이 시골 지역에서와 같은 곳에서는 실용적이지 않다. 위성의 고유의 전력 제한으로 인해, 위성과 이동국 사이의 음성 통신 링크는 이상적 또는 준이상적인 조건, 즉 적절히 사용되는 이동국 안테나가 갖는 통신 가시 거리와 같은 조건이 필요하다. 이동국이 차단되거나(예를 들어, 빌딩의 내부에 있음) 이동국 안테나가 적절히 사용되지 않는 것과 같은 비이상적 조건에서, 채널에서의 증가된 감쇄에 기인하여 통신용 전력 또는 신호 마진 요구가 상당히 증가된다. 그러한 상태에서(도 3에서 MUz로 도시됨), 레일리 페이딩은 주로 만족스러운 통신을 방해하므로 짧은 문자 숫자 메시지를 이동국으로 전송하는 것이 바람직하다. 메시지는 예를 들어 가입자에게 입력 호출을 통지하는데 사용될 수도 있다. 본 발명은 상당한 지연, 전력 증가 또는 동채널 간섭이 없이 신호 마진을 증가시키는 효율적인 기술을 제공함으로써 신뢰성있는 메시지 전송을 보장한다.

본 발명의 범위를 제한하지 않고 단지 도시만을 위해, TDMA 채널을 사용하는 위성-기초 GSM 무선 통신 시스템이 다음의 조건을 나타낸다고 가정될 수도 있다. 통신 채널은 가시 거리 성분을 가지지 않으며 엄격한 감쇄를 갖는 평면형 레일리 페이딩을 갖는다. 본 기술 분야의 숙련자에 의해 잘 알 수 있는 바와 같이, 레일리(또는 다중 경로) 페이딩은 다중 경로 파형이 서비스 영역내의 물리적 구조로부터의 반사에 기인한 정재파(standing-wave) 쌍을 형성할 때 발생하는 현상이다. 함께 합산된 정재파 쌍은 비규칙적인 파형 페이딩 구조를 형성한다. 이동부가 정지되어 있을 때, 이동부는 일정한 신호를 수신한다. 그러나, 이동부가 이동중일 때는 페이딩 구조는 이동부가 이동함에 따라 증가하는 페이딩을 발생시킨다. 비이상적 레일리 채널의 평균 신호 레벨은 준이상적인 가시 거리 채널의 신호 레벨하의 대략 20-30 dB이다.

짧은 메시지의 비이상적인 조건에서 이동국으로의 신뢰성있는 전송을 보장하기 위해, 신호 마진이 증가되어야 한다. 본 발명에 따르면, 상당한 지연이 없이 증가된 신호 마진을 제공하도록 비트 반복 및 전력 증가가 조합될 수도 있다.

데시벨(dB)은 전력, 전류 또는 전압의 비를 표현하는데 사용되는 단위이다. 특히, 전력비(P2/P1)는 dB= 10 log(P2/P1)의 식에 의해 데시벨로 표현될 수도 있다. 30 dB의 신호 마진은 10 log 1000 = 30이기 때문에 1000의 전력비가 요구된다. 따라서, 비트 반복에 의해서만 이러한 신호 마진을 달성하기 위해, 각 비트는 1000회 반복되어야 하며 각각의 반복으로부터의 신호 마진은 수신기에서 통합되어야 하므로, 앞서 계산된 82 초의 지연이 발생된다. 그러나, 15 dB 마진을 달성하기 위해, 필요한 전력비는 10 log 31.623 = 15이기 때문에 단지 31.623이다. 따라서, 30 dB 신호 마진은 15 dB만큼 전력을 증가시키고 대략 31회 각 비트를 반복함으로서 제공될 수도 있다. 이러한 기술을 사용하여, 64개의 문자 메시지의 비트 반복 지연은 대략 2.5 초이다(63 문자 × 8 비트/문자 × 31 반복/비트 × 18.64 ms/slot × 1/114 slot/bits). 그 결과, 비트 반복 지연이 적당한 레벨에서 유지되고 전력 증가도 또한 적당한 레벨로 유지됨으로써, 동채널 간섭을 피할 수 있다. 반복과 전력 증가의 여러가지 상이한 조합으로 인해 상당한 지연을 갖지 않고도 레일리 페이딩 환경에서 성공적인 통신을 달성할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 디지탈 신호의 각 비트를 반복하는 것보다 오히려 비트 그룹이 반복될 수도 있다.

본 발명의 기술을 달성하기 위해, 복수의 사용자를 가로지르는 전력 로드를 평균함으로써 위성으로부터 이동국으로 전력 증가가 제공될 수도 있다. 즉, 준이상적인 조건에서 이동국에 의해 사용되는 통신 채널은 비이상적 조건에서 이동국 또는 이동국들로의 전력 공급을 증가시키기 위해 감소된 전력을 가질 수도 있다. 연속 TDMA 프레임내의 각 슬롯이 증가된 전력 레벨에서 전송되는 타임 평균에 의해 전력 증가가 제공될 수도 있다. 위성으로부터 이동국으로 전력 증가가 본 기술 분야에서 공지된 다른 기술에 의해서 달성될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.

이동국의 전력 제한은 위성의 전력 제한보다 엄격하다. 따라서, 이동국으로부터 위성으로의 통신을 위해 전력을 증가시키기가 보다 어렵다. 그러한 통신은 메시지를 전송하거나 메시지의 수신을 확인 응답(acknowledge)하는데 필요하다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 이동국으로부터 위성으로의 전력 증가는 이동국이 랜덤 액세스 채널 RACH의 타임 슬롯을 통해 송신하도록 함으로써 달성될 수도 있다. 비트 반복은 위성으로 전송된 신호의 마진을 보다 효율적으로 증가시키기 위해 이동부에 의해 수행될 수도 있다. RACH 채널 상의 이동부에 의한 확인 응답이 저속의 정보율을 갖는 신호에 의해 달성될 수도 있기 때문에, 다수의 동기 비트 및 다수의 비트 및 순방향 채널에 비례하는 메시지 반복은 이동국의 낮은 전송 전력을 보상하는데 사용될 수 있다. 양호하게는, 이동부는 반복을 상관해제(decorrelate)하도록 각 반송 주파수에 대한 연속 반복을 전송한다. 메시지가 짧기 때문에, 전송 시간도 단축되며 평균 전송 전력은 이러한 시스템을 사용하는 것을 가능케할 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 전송 방법을 사용하는 짧은 메시지의 전송을 설명하는 흐름도가 도시되어 있다. 단계(100)에서, 전송부는 수신 가입자에게 전송될 메시지를 입력한다. 메시지는 이동부, 스텐다드 전화, 컴퓨터 단말기 또는 등가 장치를 통해 전송부에 의해 직접 통신 시스템으로 입력될 수도 있고 또는 시스템으로 메시지를 입력하는 서비스 센터에서 오퍼레이터를 호출함으로써 간접적으로 입력될 수도 있다. 단계(102)에서, 짧은 메시지를 포함하는 정보 비트는 CRC와 같은 에러 검출 코드로 송신기에 배치된 인코더에 의해 인코드된다. 인코드된 메시지는 코드워드 비트 또는 심볼 X개의 코드워드를 구성한다. 송신기는 위성, 기지국 또는 이동부일 수도 있다는 것을 알아야 한다. 단계(104)에서, 인코딩 수단에 의해 출력된 X 코드워드 비트 또는 심볼 각각은 N 비트를 포함하는 패킷을 형성하도록 N회 반복된다. 각각의 비트 또는 심볼을 반복하는 대신에 2개 이상의 비트 그룹이 반복될 수 있다는 것을 알 것이다. 그 후, TDMA 프레임내의 각 슬롯이 하나 이상의 반복 비트의 패킷, 에러 검출 코딩 비트 및 동기 버스트를 포함하여 수신기가 채널 품질을 평가할 수 있도록 패킷들이 전송된다. 인코드된 짧은 메시지를 포함하는 모든 비트는 이러한 방식으로 전송된다. 전체 인코드된 메시지가 일단 전송되면, 메시지의 전송(N 코드워드 비트의 패킷 형태로)이 M회 반복되어 소망의 신호 마진을 달성할 수 있다. 짧은 메시지가 위성, 기지국 또는 이동국으로부터 전송될 수도 있기 때문에, 이들 장치 각각에 인코딩 및 전송 함수가 제공된다. 본 발명의 기술을 달성하기 위해, 메시지의 성공적인 전송을 위해 필요한 신호 마진을 달성하기 위해 필요한 비트 반복수 N, 메시지 반복 M 및 전력 증가를 결정하기 위한 수단이 송신기에 포함된다는 것을 알 수 있을 것이다.

단계(108)에서, 수신 장치(즉, 이동부, 위성, 기지국 또는 등가 장치)는 반복 인코드 메시지 비트, 에러 검출 비트 및 채널 품질 평가 비트를 포함하는 수신된 신호를 샘플링하며, 형태의 메트릭 합을 생성하는데, 여기서 r_ij는 패킷 반복 j에서 정보 비트 또는 심볼 S의 i번째 반복에 대응하는 샘플링된 수신 신호이며, C_j는 채널 품질의 대응하는 평가이다. 단계(100)에서, 수신 장치에 포함된 디코더는 소프트 결합 또는 다수 로직 보팅(logic voting) 또는 다른 적절한 디코딩 방법을 사용하여 메트릭 합으로부터 TDMA 슬롯내의 인코드된 비트 또는 심볼 각각을 디코드한다. 소프트 결합을 달성하기 위해, 디코드는 으로서 매트릭 합을 합산하며 이 합산에 기초하여 비트 또는 심볼 결정을 수행한다. 다수 로직 보팅을 수행하기 위해, 디코더는 각 메트릭 y_j에 대한 예비 비트 또는 심볼 결정을 수행한 후, 모든 예비 결정을 비교하여 최종 비트 또는 심볼 결정을 수행한다. 따라서, 디코더가 M번의 예비 결정을 수행하면, 디코더는 반 이상의 예비 결정이 1인 경우 대응하는 정보 비트가 1이라고 결정하며, 그렇지 않으면, 디코더는 대응하는 정보 비트가 0이라고 결정한다. 0인 비트를 디코드하는데 동일한 논리값이 사용된다. 예비 결정의 정확히 절반이 0이고 예비 결정의 정확히 절반이 1인 경우 야기될 수도 있는 에러를 방지하기 위해, M은 기수로 선택된다. 디코드된 비트가 간섭적으로 결합되고 메시지의 다수회 전송이 간섭적으로 결합되어 증가된 마진을 갖는 메시지 신호를 생성한다.

단계(112)에서, 수신 장치에 포함된 에러 검출기는 송신 장치에 제공된 CRC 에러 검출 코딩에 기초하여 에러를 검출한다. 에러가 검출되지 않으면, 메시지는 단계(114)에서 가입자의 이동부를 수신시에 메시지가 디스플레이된다. 에러가 검출되면, 메시지가 수신 장치에서 디스플레이되지 않고 사용자에게는 디스플레이된 에러 메시지 또는 음향 신호에 의한 오류 메시지가 통지되며, 수신기는 상세히 후술되는 양방향 무선 프로토콜에 따라 메시지 또는 메시지 중 오류 부분을 재전송하도록 송신기에게 요청한다.

본 발명에 따르면, 메시지의 반복 전송은 메시지의 각 부분의 반복과 결부하여 사용될 수도 있다. 즉, 메시지의 각 부분은 다수회 반복될 수도 있고, 메시지 일부의 반복 전송에 의해 전체 메시지가 전송될 때, 전체 메시지가 재전송될 수도 있다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 예를 들어 상이한 주파수, 상이한 분극 또는 적절한 시간 지연에 따른 메시지 또는 메시지 일부를 전송함으로써 메시지 반복이 상관 해제된다.

본 발명의 전송 시스템은 순방향 에러 보정(FEC) 수단을 포함할 수도 있다. 이러한 구성에서, 송신기는 단계(102)에서 에러 검출 코드로 정보 비트를 인코딩한 후 에러 보정 코드를 갖는 짧은 메시지의 정보 비트를 인코드하기 위한 제2 인코더를 구비한다. 메시지는 전송되며 수신된 메시지는 상술된 방식으로 디코드된다. 다수 로직 보팅으로, 하드 결정 디코더가 사용되며, 다수 로직 보팅의 출력의 비트는 부가적 정보(채널로부터 평가된 비트 신뢰성 정보 등) 없이 채널 디코더에 제공된다. 소프트 결합이 사용되면, 에러 보정 코드를 디코드하는데 소프트 결정 디코더가 사용되며, y_j가 소프트 디코더 출력에 추가되며, 그 합산이 에러 보정 디코더에 제공된다. 에러 보정 코딩은 전송 스트림에서 가능한 한 연속 출력을 분리함으로써 에러 보정 인코더의 다른 출력들이 삽입되는 경우에 보다 효과적이다.

비트 및 메시지 반복 횟수가 많아지면 시스템의 성능은 보다 향상되지만 지연이 길어진다는 것을 알 수 있을 것이다. TDMA 슬롯은 동기 정보 또는 데이타로서 사용될 수도 있는 유한수의 비트를 갖는다. 패킷에서 비트 반복수(N)가 증가하면 동기 비트 수가 필수적으로 감소될 필요가 있다. 메트릭 합은 평가된 채널 품질에 의존하며, 채널 품질은 동기 비트의 수에 의존한다. TDMA 슬롯은 N_t비트, N_s동기 비트/슬롯, N_t-N_s데이타 비트/슬롯를 가지며, 반복에 기인한 비트당 신호대 잡음비의 이득은 대략 (N_tN_s-N_s2)/N_t이다. 그러므로, 신호대 잡음비의 최적의 이득은 N_s=N_t/2일 때 발생한다. 그러나, 소정 슬롯에서 동기 비트 및 데이타 비트의 수의 선택은 특정 전송 방식에 의존하여 수행된다는 것을 알 수 있을 것이다.

상술된 바와 같이, 위성과 이동국 사이의 메시지 통신용으로 설치된 링크는 양방향성 링크이다. 따라서, 짧은 메시지 시스템의 유용성을 향상시키기 위해 위성과 이동국 사이에서 사용을 위해 무선 프로토콜이 선택될 수도 있다. 예를 들어, 메시지를 수신하는 이동국이 메시지가 정확히 수신되었는지를 나타내기 위해 "예" 또는 "아니오"로 위성에 확인 응답하는 단순한 프로콜이 수행될 수도 있다. 대안으로,퍄킷 또는 패킷의 그룹이 그룹 ID에 의해 식별되고 CRC 에러 검출 코드에 의해 보호되는 보다 복잡한 프로토콜이 수행될 수도 있다. CRC가 메시지가 정확히 수신되지 않았다는 것을 나타내면, 위성은 오류 그룹을 포함하는 패킷을 재전송할 수 있다. 이러한 방식에서는, 완전한 메시지를 재전송하는 것에 반해서 에러를 가진 패킷만이 재전송될 필요가 있다. 따라서, 이러한 프로토콜은 반복 횟수를 최적화하는데 사용될 수 있으므로 지연 및 소비된 위성 전력을 최소화할 수 있다.

본 발명에 따른 SMS의 양방향성 링크는 비용면에서도 이점을 제공한다. 양방향성 링크는 메시지가 정확히 수신되었다는 증거가 없으므로 송신자 또는 수신자에게 짧은 메시지 전송 비용이 청구되는 것을 방지한다. 따라서, 양방향성 링크에 의한 SMS 서비스는 증가된 가입률로 가입자에 제공될 수도 있다. 반대로, 양방향성 링크는 메시지 송신자 또는 서비스 오퍼레이터로 하여금 메시지가 정확히 수신되었는지를 판정하도록 하기 때문에, 서비스 오퍼레이터는 각각의 정확히 수신된 메시지에 대해서만 전송 비용을 SMS 서비스에 제공할 수 있다.

상술된 바와 같이, 보다 긴 메시지의 경우, 음성 통신 또는 30-40 dB 이상의 링크 마진을 필요로 하는 조건의 경우, 본 발명의 기술에서 허용불가능하게 긴 지연이 발생될 수도 있다. 그러한 경우, 메시지는 위성 또는 대응하는 셀룰라 이동 스위칭 센터(MSC)에 저장될 수도 있다. 이동부가 보다 선호되는 통신 채널의 동시 전송 제어 채널(BCCH)을 판독할 수 있으면, 이동부는 예를 들어 동시 전송 제어 채널 상의 플래그를 사용하여 저장된 메시지에 대하여 경보를 받을 수도 있다.

본 발명의 기술을 사용하면, 대역폭이 확장되지 않고도 증가된 신호 마진이 제공될 수도 있으므로 이동국 설계가 복잡화되는 것을 피할 수 있다. 더우기, 메시지 내용 이외의 TDMA 프레임 구조 또는 구성에 변화가 필요치 않다. 본 발명의 방법은 이동국으로부터 또는 이동국으로 신호가 전송될 수 있도록 한다. 이 방법은 양방향성이기 때문에, 본 기술 분야의 숙련자는 본 시스템이 TDMA 시스템 내의 신호 제어 채널의 일부분으로서 수행될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

상기 설명은 많은 특징을 포함하지만, 기술된 예시적 실시예들은 도시만을 목적으로 하며, 본 발명을 제한하기 위함은 아니다. 본 기술 분야의 숙련자는 첨부된 청구 범위 및 그들의 등가물에서 정의된 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 많은 변형이 가능하다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims

통신 링크의 마진을 증가시키는 방법에 있어서,

초기 마진 레벨에서 송신기와 수신기 사이의 통신 링크 - 상기 통신 링크는 복수의 타임 슬롯을 가지며, 각 타임 슬롯은 복수의 정보 비트를 포함함 -를 설정하는 단계;

하나 이상의 정보 비트의 그룹의 정보 신호를 상기 송신기로부터 상기 수신기로 상기 통신 링크를 통해 복수회 전송하는 - 각 그룹의 각 전송은 동일한 타임 슬롯내에 상기 초기 마진 레벨과 증가된 마진 레벨 사이의 중간 마진 레벨에서 발생됨 - 단계; 및

상기 수신기에서 각 그룹의 전송을 통합하여 상기 증가된 마진 레벨을 갖는 신호를 형성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 링크의 마진을 증가시키는 방법.
제1항에 있어서, 상기 전송 단계 이전에 에러 검출 코딩 정보로 각 전송을 인코딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 링크의 마진을 증가시키는 방법.
제2항에 있어서, 상기 통합 단계 이전에 소프트 결합에 의해 상기 정보 비트를 디코딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 링크의 마진을 증가시키는 방법.
제1항에 있어서, 상기 정보 신호의 전송이 성공하였는지를 판정하는 단계, 상기 정보 신호의 전송이 실패한 경우 상기 수신기에 후속 전송에 대한 상기 정보 신호의 정보 비트를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 링크의 마진을 증가시키는 방법.
제1항에 있어서, 상기 송신기는 위성이며 상기 수신기는 이동 전화부인 것을 특징으로 하는 통신 링크의 마진을 증가시키는 방법.
제1항에 있어서, 상기 송신기는 이동 전화부이며 상기 수신기는 위성인 것을 특징으로 하는 통신 링크의 마진을 증가시키는 방법.
제6항에 있어서, 상기 정보 신호는 확인 응답 신호인 것을 특징으로 하는 통신 링크의 마진을 증가시키는 방법.
제7항에 있어서, 상기 확인 응답 신호는 이동 무선 통신 링크의 랜덤 액세스 채널을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 통신 링크의 마진을 증가시키는 방법.
제1항에 있어서, 상기 정보 신호는 문자 숫자 메시지인 것을 특징으로 하는 통신 링크의 마진을 증가시키는 방법.
제1항에 있어서, 상기 통신 링크는 양방향성 링크인 것을 특징으로 하는 통신 링크의 마진을 증가시키는 방법.
제1항에 있어서, 상기 통신 링크는 레일리 채널(Rayleigh channel)인 것을 특징으로 하는 통신 링크의 마진을 증가시키는 방법.
제4항에 있어서, 상기 정보 신호가 저장중이라는 것을 상기 수신기에게 통지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 링크의 마진을 증가시키는 방법.
통신 시스템에 있어서,

제1 전력 레벨에서 정보 신호를 송신하며, 제2 전력 레벨에서 상기 정보 신호 중 한 신호의 부분을 복수회 전송하는 송신기; 및

상기 부분을 수신하고 상기 수신된 부분을 통합하여 통합된 정보 신호를 형성하는 수신기

를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제13항에 있어서, 상기 송신기는 에러 검출 코딩으로 상기 정보 신호를 인코딩하는 인코더를 더 포함하며, 상기 수신기는 상기 수신된 부분을 디코딩하는 디코더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제14항에 있어서, 각 부분은 하나 이상의 정보 신호 비트를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제13항에 있어서, 상기 송신기는 위성이며 상기 수신기는 위성 전화부인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제13항에 있어서, 상기 송신기는 이동 전화부이며 상기 수신기는 위성인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제17항에 있어서, 상기 정보 신호는 이동 무선 통신 링크의 랜덤 액세스 채널을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제14항에 있어서, 상기 송신기 및 상기 수신기는 상기 정보 신호의 전송이 성공하였는지를 판정하며, 저장 수단은 상기 정보 신호의 전송이 실패한 경우 상기 수신기로의 후속 전송용의 상기 정보 신호의 상기 정보 비트를 저장하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제19항에 있어서, 상기 송신기는 상기 정보 비트가 상기 저장 수단에 의해 저장중이라는 것을 상기 수신기에게 통지하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제14항에 있어서, 상기 정보 신호는 영숫자 메시지인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제14항에 있어서, 상기 송신기에 의해 송신된 부분들은 상관해제되는(decorrelate) 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제14항에 있어서, 상기 송신기는 에러 보정 코딩으로 상기 정보 신호를 인코딩하는 에러 보정 인코더를 더 포함하며, 상기 수신기는 상기 수신된 부분을 디코딩하는 에러 보정 디코더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
영숫자 데이타 메시지를 전송하는 방법에 있어서,

전송될 데이타를 에러 검출 코딩으로 인코딩하여 데이타 코드워드(data codeword)를 형성하는 단계;

상기 데이타 코드워드를 하나 이상의 데이타 비트의 패킷으로 분할하는 단계;

송신기와 수신기 사이에 설정된 이동 통신 채널 - 상기 통신 채널은 제2 전력 레벨에서 음성 신호를 반송하며, 상기 제2 전력 레벨은 상기 제1 전력 레벨보다 낮은 레벨임 - 을 통해 제1 전력 레벨에서 각 패킷을 복수회 전송하는 단계;

상기 수신기에서 상기 패킷을 샘플링하는 단계;

상기 패킷을 디코딩하는 단계; 및

상기 디코드된 패킷을 통합하여 제3 신호 마진 - 상기 제3 신호 마진은 상기 제1 신호 마진보다 큼 -을 갖는 데이타 신호를 형성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 영숫자 데이타 메시지를 전송하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 디코딩 단계는 소프트 결합(soft combining)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 영숫자 데이타 메시지를 전송하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 디코딩 단계는 하드 결정 디코딩(hard decision decoding)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 영숫자 데이타 메시지를 전송하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 송신기는 위성이며 상기 수신기는 이동 전화부인 것을 특징으로 하는 영숫자 데이타 메시지를 전송하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 송신기는 이동 전화부이며 상기 수신기는 위성인 것을 특징으로 하는 영숫자 데이타 메시지를 전송하는 방법.
제28항에 있어서, 상기 데이타 신호는 메시지 수신을 확인 응답하기 위한 확인 응답 신호인 것을 특징으로 하는 영숫자 데이타 메시지를 전송하는 방법.
제29항에 있어서, 상기 확인 응답 신호는 이동 무선 통신 시스템의 랜덤 액세스 채널을 통해 송신되는 것을 특징으로 하는 영숫자 데이타 메시지를 전송하는 방법.
제24항에 있어서,

상기 영숫자 메시지가 임의의 에러를 포함하는지를 상기 수신기에서 판정하는 단계;

상기 영숫자 메시지가 에러를 포함하는 경우, 하나 이상의 패킷의 재전송을 요청하는 단계; 및

상기 영숫자 메시지가 에러를 포함하지 않는 경우 상기 수신기에서 상기 영숫자 메시지를 디스플레이하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 영숫자 데이타 메시지를 전송하는 방법.
제24항에 있어서, 각 패킷의 전송은 상관해제되는 것을 특징으로 하는 영숫자 데이타 메시지를 전송하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 전송 단계 이전에 에러 보정 코딩으로 상기 코드워드를 인코딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영숫자 데이타 메시지를 전송하는 방법.
제24항에 있어서, 전송 단계 이전에 에러 보정 코딩으로 상기 코드워드를 인코딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영숫자 데이타 메시지를 전송하는 방법.