KR19990077280A - 전용 캐리어 주파수를 이용하는 고전력의 짧은 메시지 서비스 - Google Patents

전용 캐리어 주파수를 이용하는 고전력의 짧은 메시지 서비스 Download PDF

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샌디프 체나케슈
닐스 리드벡
아머 에이 하산
폴 더블유. 덴트
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찰스 엘. 무어, 주니어
에릭슨 인크.
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Abstract

TDMA 통신 시스템에서 짧은 데이터 메시지를 전송하기 위한 TDMA 통신 시스템 및 방법이 개시된다. 바람직한 실시예에 따라, 증가된 전력 수준에서 데이터 메시지를 전송하여 증가된 신호 마진을 제공하기 위해 전용 주파수는 순차적으로 복수의 위성 빔 또는 트래픽 채널 각각으로 스위칭된다. 코딩, 및 비트와 메시지 반복도 신호 마진을 더 증가시키는 데 채용될 수 있다.

Description

전용 캐리어 주파수를 이용하는 고전력의 짧은 메시지 서비스
도 1을 참조하면, 전형적인 셀룰러 이동 무선 통신 시스템이 도시된다. 이러한 전형적인 시스템은 기지국(110)과 유사한 다수의 기지국 및 이동국(120)과 유사한 다수의 이동 유닛 또는 이동국을 포함한다. 음성 및/또는 데이터 통신은 이러한 장치 또는 그 등가물들에 의해 수행될 수 있다. 기지국은 공중 교환 전화망(도시되지 않음)에 접속된 MSC(이동 교환 센터)에 접속된 제어 및 처리 유닛(130)을 포함한다.
기지국(110)은 셀에 서비스를 제공하고, 제어 및 처리 유닛(130)에 의해 제어되는 음성 채널 송수신기(150)에 의해 핸들링되는 복수의 음성 채널을 포함한다. 또한, 각 기지국은 하나 이상의 제어 채널을 핸들링할 수 있는 제어 채널 송수신기(160)를 포함한다. 제어 채널 송수신기(160)는 기지국 또는 셀의 제어 채널을 통해 그 제어 채널에 로킹된(locked) 이동국에 제어 정보를 전파한다. 음성 채널 송수신기는 디지털 제어 채널 위치 정보를 포함할 수 있는 트래픽 또는 음성 채널을 전파한다.
먼저 이동국(120)이 유휴 모드(idle mode)에 들어가면, 이동국(120)은 그 이동국(120)에 어드레싱된 페이징 버스트(paging burst)의 존재에 대하여 기지국(110)과 같은 기지국들의 제어 채널을 주기적으로 스캐닝한다. 페이징 버스트는 어느 셀이 로킹온 또는 캠핑(camping)되는지를 통지한다. 이동국(120)은 자신의 음성 및 제어 채널 송수신기(170)로 제어 채널 상에서 전파된 절대 및 상대 정보를 수신한다. 이어서, 처리 유닛(180)은 후보 셀들의 특성을 포함하는 수신된 제어 채널 정보를 평가하여, 이동국이 어느 셀로 로킹되어야하는지를 판정한다. 수신된 제어 채널 정보는 관련 셀에 관한 절대 정보뿐만 아니라, 그 제어 채널이 관련된 셀에 인접한 다른 셀들에 관한 상대 정보도 포함한다. 이러한 인접 셀들은 좀 더 적절한 후보가 있는지의 여부를 판정하기 위해 주 제어 채널을 모니터링하면서 주기적으로 스캐닝된다. 피. 덴트 및 비. 에켈룬드에 의해 1992년 10월 27일자로 출원된 "멀티 모드 신호 처리"라는 제목의 미국 특허 출원 제 07/967,027호에서 이동국 및 기지국 구현례의 사양에 관한 추가 정보를 찾을 수 있는데, 이 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참조되어 있다. 위성 기반 이동 무선 통신 시스템에서는 기지국이 하나 이상의 위성으로 대체될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
무선 통신 시스템의 용량을 증가시키기 위하여, 주파수 분할 다중 접속(FDMA), 시분할 다중 접속(TDMA) 및 코드 분할 다중 접속(CDMA) 등과 같은 디지털 통신 및 다중 접속 기술이 사용될 수 있다. 이러한 다중 접속 기술 각각의 목적은 여러 소스들로부터의 신호들의 목적지에서 여러 채널들이 상호 간섭 없이 분리될 수 있도록 상기 신호들을 공통 전송 매체 상에서 결합하는 것이다. FDMA 시스템에 있어서, 사용자는 주파수 영역에서 무선 스펙트럼을 공유한다. 각 사용자는 통화에 사용되는 주파수 대역의 일부를 할당받는다. TDMA 시스템에 있어서, 사용자는 시간 영역에서 무선 스펙트럼을 공유한다. 각 무선 채널 또는 캐리어 주파수는 일련의 시간 슬롯으로 분할되며, 각 사용자는 하나의 시간 슬롯을 할당받는데, 이 슬롯 동안에 사용자는 시스템에 할당된 전체 주파수 대역(광대역 TDMA) 또는 그 대역의 일부(협대역 TDMA)에 접속하게 된다. 각 시간 슬롯은 데이타 소스로부터의 정보 "버스트(burst)", 예컨대 디지탈 엔코딩된 음성 통화 부분을 포함한다. 시간 슬롯은 선정된 지속 기간을 가지는 연속적인 TDMA 프레임들로 그룹화된다. 각 TDMA 프레임의 시간 슬롯 수는 무선 채널을 동시에 공유할 수 있는 여러 사용자의 수와 관련된다. TDMA 프레임 내의 각각의 슬롯이 상이한 사용자에게 할당되는 경우, TDMA 프레임의 존속 기간은 동일한 사용자에게 할당된 연속된 시간 슬롯들 간의 시간의 최소량이 된다. CDMA 방식은 FDMA 방식과 FDMA 방식을 조합한다. CDMA 시스템에서, 각 사용자는 유일한 의사 난수 사용자 코드를 할당 받아서 주파수 시간 영역을 유일하게 액세스한다. CDMA 기술의 예는 스프레드 스팩트럼 및 주파수 호핑(frequency hopping)을 포함한다.
TDMA 시스템에서, 동일 사용자에게 할당되는 연속적인 시간 슬롯들-통상 무선 캐리어 상의 연속적인 시간 슬롯이 아님-은 사용자에게 할당된 논리 채널로 간주되는 사용자의 디지탈 트래픽 채널을 구성한다. 예를 들어, GSM 표준을 사용하는 TDMA 채널의 구조가 도 2에 도시된다. 이 TDMA 채널은 트래픽 채널(TCH)과 발신 채널(SC; signalling channel)을 포함한다. TCH 채널은 음성 및/또는 데이터 신호들을 전송하기 위한 전속(full-rate) 또는 반속(half-rate) 채널들을 포함한다. 발신 채널(SC)은 이동 유닛과 위성(또는 기지국) 사이에 발신 정보를 송달한다. 이 발신 채널(SC)은 전파 제어 채널(BCCH), 복수의 가입자 간에 공유되는 공용 제어 채널(CCCH), 및 단일 가입자에게 할당되는 전용 제어 채널(DCCH)의 3가지 유형의 제어 채널을 포함한다. 전형적으로 BCCH는 주파수 정정 채널(FCH) 및 동기화 채널(SCH)을 포함하며, 이들은 둘 다 다운링크 채널(downlink channel)이다. 공용 제어 채널(CCCH)은 업링크 랜덤 액세스 채널(RACH)뿐만 아니라, 다운링크 페이징 채널(PCH) 및 액세스 승인 채널(AGCH)을 포함한다. 전용 제어 채널(DCCH)은 고속 관련 제어 채널(FACCH; fast associated control channel), 저속 관련 제어 채널(SACCH), 및 독립형 전용 제어 채널(SDCCH)을 포함한다. 저속 대응 제어 채널은 트래픽 (음성 또는 데이터) 채널이나 독립형 전용 제어 체널(SDCCH)에 할당된다. 이 SACCH 채널은 전력 및 프레임 조정과 제어 정보를 이동 유닛에 제공한다.
전파 제어 채널의 주파수 정정 채널(FCH)은 이동 유닛이 기지국에 정확하게 튜닝될 수 있도록 하는 정보를 반송한다. 전파 제어 채널의 동기화 채널(SCH)은 이동 유닛에 프레임 동기화 데이터를 제공한다.
GSM 유형의 시스템을 예로 들면, 저속 관련 제어 채널(SACCH)는 매 26번째의 TDMA 프레임을 SACCH 정보의 전송에 전용함으로써 형성될 수 있다. 각각의 SACCH 프레임은 8개의 시간 슬롯(프레임 내의 각 트래픽 슬롯에 대하여 1 SACCH 슬롯)을 포함하며, 각각의 이동 통신 링크에 대해 하나의 특정한 SACCH를 허용한다. 기지국 또는 위성은 SACCH 채널을 통해 명령을 전송하여 이동 유닛의 전송 타이밍을 앞당기거나 지연시킴으로써, 기지국 또는 위성에서 수신되는 여러 이동 버스트들 간의 시간 조정을 달성한다.
랜덤 액세스 채널(RACH)은 시스템에 액세스를 요청하는 이동 유닛들에 의해 사용된다. RACH 논리 채널은 단향성(이동 유닛에서 기지국 또는 위성으로)의 업링크 채널이고, 개별적인 이동 유닛들에 의해 공유된다(전형적인 시스템에서는, 통화량이 많은 시간에도 셀 당 하나의 RACH이면 충분함). 이동 유닛들은 채널이 통화 중인지 또는 유휴 중인지의 여부를 결정하기 위해 RACH 채널의 상태를 계속적으로 모니터링한다. RACH 채널이 유휴 중인 경우, 액세스를 하고자 하는 이동 유닛은 자신의 이동 식별 번호를 원하는 전화 번호와 함께 RACH 상에서 기지국 또는 위성으로 전송한다. MSC는 기지국 또는 위성으로부터 이러한 정보를 수신하여 이동국에 유휴 음성 채널(idle voice channel)을 할당하며, 기지국 또는 위성을 통해 채널 식별을 이동국으로 전송하여 이동국이 자신을 새로운 채널에 튜닝할 수 있게 한다. RACH 업링크 채널 상의 모든 시간 슬롯들은 회선 쟁탈 기초(contention basis) 또는 예약 기초(reserved basis) 상에서 이동 액세스 요청들에 사용된다. 예약 기초 액세스는 제목 "Method of Effecting Random Access in a Mobile Radio System"이고 1993년 10월 25일에 출원된 미국 특허 출원 제08/140,467에 개시되며, 그 내용은 본 명세서에 참조되어 있다. RACH 작동의 중요한 한 특성은 소정의 다운링크 정보의 수신이 요구된다는 것이며, 그로써 이동국들은 그들이 업링크 상에 송신한 모든 버스트에 대한 실시간 피드백을 수신한다. 이는 RACH 상의 층 2 ARQ 또는 자동 반복 요청으로서 공지되어 있다. 다운링크 정보는 다운링크에서, 업링크에 특유한 층 2 정보(Layer 2 ARQ)를 운반하기 위해 제공되는 또 다른 다운링크 서브-채널로서 생각될 수 있는 22개 비트들을 포함하는 것이 바람직하다. 공유 채널 피드백으로 언급될 수 있는 정보의 이러한 흐름은 RACH의 처리 용량을 향상시켜, 이동국이 임의의 액세스 시도의 임의의 버스트가 성공적으로 수신되는지의 여부를 신속하게 판정할 수 있게 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 다운링크 정보는 채널 AGCH 상에 전송된다.
TDMA 시스템 내의 신호의 전송은 버퍼-및-버스트 모드(buffer-and burst mode) 또는 불연속-전송 모드에서 발생한다: 각각의 이동 유닛은 그 이동 유닛에 할당된 주파수 상의 TDMA 프레임들 내에서 할당된 시간 슬롯 동안만 전송 또는 수신한다. 예를 들어, 전속(full rate)에서, 이동국은 슬롯 1 동안 전송, 슬롯 2 동안 수신, 슬롯 3 동안 유휴이며, 슬롯 4 동안 전송, 슬롯 5 동안 수신, 슬롯 6 동안 유휴 상태일 수 있으며, 후속 TDMA 프레임들 동안 이러한 사이클을 반복한다. 배터리로 전력이 공급될 수 있는 이동 유닛은 전송 또는 수신하지 않는 시간 슬롯 동안에는 전력을 절약하기 위해 스위치 오프(또는 "정지 상태(sleep)")될 수 있다.
이동성과 휴대성을 향상시키기 위해, 무선 통신 가입자들은 대형 또는 지향성 안테나를 갖는 이동 유닛보다는, 상대적으로 소형인 전방향성 (따라서, 출력이 비교적 약함) 안테나를 갖는 이동 유닛을 선호한다. 이러한 선호로 인해, 때때로 소형 전방향성 안테나를 갖는 이동 유닛과 이동 교환 센터(MSC) 또는 위성 간의 통신 신호의 교환에 충분한 신호 강도를 제공하기 어렵게 된다. 이러한 문제점은 위성 기반 이동 무선 통신에서 특히 심각하다.
위성 기반 이동 무선 통신 시스템은 부분적으로 중첩되는 하나 이상의 위성 빔을 사용하여 지구의 특정한 지역에 무선 통신 서비스를 제공한다. 각각의 위성 빔은 약 1000 km 까지의 반경을 갖는다. 위성의 전력 제한으로 인해, 모든 빔들에 높은 링크 마진을 동시에 제공하는 것은 실용적이지 않다.
이동 위성 링크는 매우 심각하게 전력이 제한되기 때문에, 통신은 전형적으로 라이시언 패이딩(Ricean fading)을 갖는 가시선 채널로 제한된다. 라이시언 패이딩은 미약한 구조물 반사파와 함께, 강력한 가시선 경로 및 지면 반사파의 조합으로부터 발생한다. 이러한 채널들은 이동 무선전화 유닛의 안테나가 적절하게 전개되고 이 유닛이 장해물이 없는 위치에 있는 경우와 같은 이상적인 또는 거의 이상적인 조건에서 음성 통신을 달성하기 위해 근사적으로 8dB 이하의 통신 링크 마진을 필요로 한다. 이러한 거의 이상적인 채널에서, 이동 유닛은 인입 호출을 검출하기 위해 페이징 채널을 성공적으로 모니터링할 수 있다. 이동 유닛의 안테나가 전개되지 않거나 이동 유닛이 장해물이 있는 위치(예를 들어 구조물 내부)에 있는 경우와 같은 비이상적인 조건에서, 지면 반사 및 구조물 반사파를 포함하는 반사파의 효과는 두드러지게 된다. 이러한 비이상적인 조건의 채널들은 현저히 감쇠하는 플랫 레일라이 페이딩(flat Rayleigh fading)(페이딩이 가장 현저한 유형)을 특징으로 한다. 그러한 채널들에서, 신뢰할 수 있는 음성 또는 데이터 통신을 달성하기 위해서는 30dB 또는 그 이상의 링크 마진(link margin)이 필요하고, 이러한 겨우의 이동국은 페이징 채널을 모니터링하여 인입 호출을 검출할 수 없다. 이러한 비이상적인 조건에서는 짧은 메시지 서비스(SMS)가 바람직하다. 위성의 전력 제한으로 인해, SMS는 비이상적인 조건에서 이동국 사용자에게 인입 호출을 알리는 데 사용되는 경우에서 특히 효과적이다. "링크 마진" 또는 "신호 마진"은 이상적인-즉 채널이 부가 백색 가우시안 잡음(AWGN) 외에는 다른 손상을 가지지 않음- 조건 하에서 요구되는 전력값 이상인 적절한 서비스를 제공하는 데 필요한 추가 전력을 칭하는 것이다. "손상"은 신호 진폭의 페이딩, 도플러 시프트, 위상 변이, 신호 섀도우잉(shadowing) 또는 차단, 이행 손실(implementation loss), 및 안테나 방사 패턴의 변칙성을 포함한다.
음성 전송이든 데이터 전송이든 간에, 특히 전력 제한이 있는 위성 응용에서 신뢰할 수 있는 무선 통신 성능을 보장하기 위해, 신호 마진을 증가시키는 것이 바람직할 때가 종종 있다. 신호의 링크 마진을 증가시키는 공지된 방법은 주파수 선택성을 성취하거나 또는 포워드 에러 정정 코딩(회선 코딩과 같은)을 사용하기 위한 채널 대역폭 확장, 신호 전력 증가, 및 비트 반복(포워드 에러 정정 코딩의 한 형태로 볼 수 있음)을 포함한다. 이러한 방법들은 각각 결정적인 한계를 가진다. 대역폭 확장은 전형적으로 신호 스프레딩 및 저비트율 에러 정정 코딩 등의 공지된 방법에 의해 달성되어 신호가 페이딩에 덜 민감해지게 한다. 대역폭 확장은 스펙트럼 할당 능률을 감소시킨다. 또한, SMS 응용에서, 음성 채널의 확장된 대역폭이 메시지 채널의 대역폭과 상이한 경우, 두 개의 독립적인 라디오(각각 하나의 서비스를 위한 것임)가 이동 유닛에서 필요할 것이며, 그로써 그 설계는 복잡해진다. 또한, 전형적으로 간섭성 레이크 수신기 또는 이퀄라이저도 지연 스프레드를 감소시키는 데 필요하며, 이는 이동 유닛의 설계를 더 복잡하게 한다. 대역폭 확장은 음성 또는 데이터 메시지 전체의 반복적 전송에 의해 구현될 수도 있다. 그러나, 관심의 대상인 비이상적인 조건 하에서, 각각의 반복은 전형적으로 노이즈 플로어(noise floor) 이하여서(즉, 충분한 마진을 가지지 않음), 높은 에러율을 야기하고 반복의 간섭성 통합을 방해하기 때문에 이러한 방법은 효과적이지 못하다.
신호 전력 증가는 더 높은 마진을 제공하는 데 사용될 수 있다. 위성의 전력 제한으로 인해, 이는 전형적으로 실용적인 접근 방법이 아니다. 시스템의 비용 증가에 더불어, 증가된 전송 전력은 특히 좁은 재사용 마진을 가지는 TDMA 시스템에서는 동일 채널 간섭의 제어를 더 어렵게 한다. 따라서, 위성에서 이동 유닛으로의 상당한 전력 증가는 상대적으로 통화량이 적은 동안만 제공될 수 있다. 또한, 이동 유닛은 위성보다도 더 전력이 제한되기 때문에, 이러한 기술은 전형적으로 위성에서 이동 유닛으로의 단방향에서만 실용적이다.
비트 반복도 마진을 증가시키는 데 사용될 수 있다. 특히 비이상적인 조건에서, 비트 반복은 메시지 반복보다는 낮은 에러율을 야기한다. 비트 반복은 명백한 이유로 인해, 음성 신호에 대해 바람직하지 못한 전송 지연을 발생시킨다. 그러나, 지연이 적당한 최소치로 유지되기만 한다면, SMS 특징과 같은 데이터 통신에 대해서는 그러한 전송 지연이 허용 가능할 수 있다. 비트 반복은 개개의 비트 또는 복조 기호, 또는 비트 또는 복조 기호 패킷(packet)을 모든 반복이 연속적이고 동일 시간 슬롯 또는 순차적인 TDMA 프레임의 슬롯들 내에 포함되도록 여러 회에 걸쳐 전송함으로써 달성된다. 수신기는 각각의 반복으로부터의 에너지를 통합하여 더 높은 마진을 가지는 신호를 생성한다. 전술한 바와 같이, 비트 반복은 메시지의 길이에 따라 상당한 지연을 야기할 수 있다. 30㏈의 신호 마진을 획득하기 위해, 각각의 비트는 1000회 반복되어야할 것이다. 전형적인 짧은 메시지는 유럽 표준인 GSM 시스템에서는 32 내지 64 사이의 문자를 가지고, 현재 미국에서 사용되고 있는 DAMPS(Digital Advanced Mobile Phone Service) 시스템에서는 245 문자까지 가지며, DECT(Digital European Cordless Telephone) 시스템에서는 160 문자까지 가진다. 18.64㎳의 TDMA 프레임을 가지고, 프레임 당 16 슬롯과 114 데이터 비트/슬롯을 가지는 GSM 시스템을 가정하면, 64 문자 메시지를 수신하기 위한 최소한의 지연은 전파 시간을 포함하지 않을 때 다음과 같다.
64비트 × 8비트/문자 × 1000반복/비트 × 18.64㎳/슬롯 × 1/114슬롯/데이터 비트 = 84초
이러한 지연은 데이터 전송에 대해서도 매우 바람직하지 못한 것이다.
2개의 상이한 위성 트랜스폰더(transponder)-하나는 음성을 위한 것이고, 다른 하나는 데이터를 위한 것임-를 이용하여 짧은 메시지 서비스를 구현하는 방법이 제안되어 왔다. 또한 상이한 채널 대역폭이 이러한 구현에서 사용될 수 있다. 복수의 트랜스폰더 및 대역폭을 사용하는 것은 시스템이 과도하게 복잡해지게 한다.
따라서, 무선 통신 시스템이 상당한 지연이나 상당한 전력 증가 없이 증가된 신호 마진에서 신호를 전송하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 통신 시스템이 채널 대역폭의 확장, 복수의 대역폭, 또는 복수의 트랜스폰더를 필요로 하지 않고 증가된 신호 마진으로 신호를 전송하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, TDMA 통신 시스템이 TDMA의 구조 또는 구성의 변화없이 증가된 신호 마진으로 신호를 전송하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 이동 무선 통신 시스템이 이동 유닛에서 유래하는, 또는 위성이나 기지국에서 유래하는 데이터 메시지를 증가된 신호 마진으로 전송하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 통신 시스템이 데이터 메시지의 전송에 대해서 통신 링크의 신호 마진을 선택적으로 증가시키는 것도 바람직하다.
<발명의 요약>
종래 통신 시스템들의 전술한 그리고 그 밖의 제한들은 신호 마진이 비트 반복의 조합 및 상대적으로 작은 전력 증가로 짧은 문자 숫자식의 메시지를 전송하기 위해 고투과 전송 방법을 제공하는 본 발명에 의해 극복된다. 모범적인 실시예에 따라, 비트 반복의 조합 및 상대적으로 작은 전력 증가는 시스템의 허용 불가능한 지연 특성-상기 지연 특성은 신호 마진을 중가시키기 위한 반복에만 의존함-을 방지한다. 또한, 반복의 조합 및 상대적으로 작은 전력의 증가는 신호 마진을 증가시키기 위해 증가된 전력에만 의존하는 시스템의 공통 채널 간섭 문제를 방지한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 이동 무선 통신 시스템에는 이동 유닛으로 또는 이동 유닛으로부터 문자 숫자식 메시지를 전송하기 위한 짧은 메시지 서비스 특성이 제공된다. 현저한 감쇠를 가지는 채널을 통해 신뢰할 수 있는 전송을 보장하기 위해, 데이터 메시지는 엔코딩된다; 엔코딩된 메시지는 각각 하나 이상의 비트 패킷 또는 그룹으로 분할된다; 각각의 패킷은 음성 전송을 위한 전력 수준보다 높은 전력 수준에서 전용 캐리어 주파수를 통해 여러 회 전송된다; 그리고 전송된 패킷은 수신기에서 통합되고 검사된 후 증가된 신호 마진을 가지는 신호를 형성한다. 위성에 대해 메시지 데이터를 전송하기 위한 캐리어 주파수는 위성 빔과 다중화(multiplex)되거나 또는 위성 빔으로 스위칭된다. 따라서, 할당된 주파수를 통해 특정 가입자와 음성 및 제어 데이터를 교환하는 주어진 위성 빔은 전용 캐리어 주파수가 빔으로 스위칭될 때 음성 및 제어 데이터의 교환을 중지하고, 그 대신 메시지 데이터를 전송하는 데 사용될 것이다. 전용 주파수가 하나의 빔에서 스위칭 아웃되어 또 다른 빔으로 스위칭 되는 경우, 제1 빔은 다시 음성 및 제어 정보를 교환하는 데 사용될 것이다.
본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것이며, 더 상세하게는 비이상적인 조건 하의 무선 통신 신호를 통해 문자 숫자 메시지를 신뢰할 수 있게 전송하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전술한 본 발명의 목적, 특성, 및 장접들은 도면들과 함께 하기의 상세한 설명을 숙지함으로써 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 모범적인 이동 무선 통신 시스템의 블록도.
도 2는 전형적인 GSM 디지털 무선 통신 시스템 내의 채널 구성을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 신호 전송 방법이 구현될 수 있는 위성 기반 무선 통신 시스템을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 짧은 메시지의 전송을 설명하는 흐름도.
도 5는 본 발명에 따른 데이터 전송 방법의 실시예를 도시하는 타이밍 다이어그램.
도 6은 모범적인 메시지 버스트 포맷을 도시하는 도면.
도 7은 본 발명과 함께 사용하기 위한 예시적인 동기화 방법의 획득 성능을 도시하는 도면.
하기의 설명들이 위성 기초 무선 통신 시스템 내에서 구현되는 짧은 메시지 서비스에 대한 것이지만, 본 발명은 다른 유형의 통신 시스템에도 응용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
위성 기반 이동 무선 통신 시스템에서, 음성 또는 데이터를 전송하기 위한 통신 링크는 하나의 위성, 복수의 위성, 또는 하나 이상의 위성 및 PSTN(public switched telephone network)의 조합을 통해 이동국과 표준 전화나 제2 이동국 간에 설립될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같은 이러한 시스템은 지방 지역과 같이 기지국이 없거나 거의 없고, 부가적인 기지국은 실용적이지 못한 곳에 광범위한 지리학적 커버리지를 달성하는 것이 바람직하다. 위성의 고유한 전력 제한으로 인해, 위성과 이동국 간의 음성 통신 링크는 이상적인 또는 거의 이상적인 조건을 필요로 한다; 즉, 이동국의 안테나와 함께 가시선 통신과 같은 조건이 적절히 전개되어야만 한다. 이동국이 섀도우잉되거나(예를 들면, 빌딩 내부 등) 이동 안테나가 적절히 전개되지 않은 비이상적인 조건에서, 통신을 위한 전력 또는 신호 마진 요구는 채널 내부에서 증가한 감쇠로 인해 상당히 증가한다. 그러한 상황에서(도 3의 MUz와 같은), 레일라이 페이딩(Rayleigh fading)은 종종 만족스런 통신을 방해하므로, 짧은 문자 숫자 메시지를 이동국으로 보내는 것이 바람직하다. 예를 들어, 메시지는 가입자에게 인입 호출을 통지하는 데 사용될 수 있다. 본 발명은 상당한 지연, 전력 증가, 또는 공통 채널 간섭 없이 신호 마진을 증가시키기 위한 효율적인 기술을 제공함으로써 신뢰할 수 있는 전송을 보장한다.
본 발명의 범위를 제한함이 없이, 예시의 목적으로만 TDMA 채널을 이용하는 위성 기반 GSM 무선 통신 시스템이 하기의 조건을 나타내는 것으로 가정한다. 통신 채널은 가시선 성분을 가지지 않으며, 현저한 감쇠를 가지는 플랫 레일라이 페이딩(flat Rayleigh fading)에 속한다. 본 기술 분야의 숙련된 기술자라면 알고 있듯이, 레일라이(혹은 다중 경로) 페이딩은 다중 경로 웨이브가 서비스 지역 내의 구조물로부터의 반사로 인해 정상파 쌍을 형성할 때 발생하는 현상이다. 함께 합해진 정상파 쌍은 불규칙적인 웨이브 페이딩 구조를 형성한다. 이동 유닛이 정지 상태일 때는 일정한 신호를 수신한다. 그러나, 이동 유닛이 이동 중일 때, 페이딩 구조는 이동 유닛이 더 빠르게 이동할수록 페이딩이 증가하는 형태로 발생할 것이다. 비이상적인 레일라이 채널의 평균 신호 수준은 거의 이상적인 가시선 채널의 신호 수준보다 근사적으로 20-30㏈ 아래이다.
비이상적인 조건 하에서, 짧은 메시지의 이동 유닛으로의 신뢰할 수 있는 전송을 보장하기 위해, 신호 마진은 증가되어야만 한다. 본 발명에 따라, 비트 반복 및 전력 증가는 조합되어 상당한 지연 없이 증가되는 신호 마진을 제공할 수 있다.
데시벨(㏈)은 전력, 전류, 또는 전압의 비를 표현하는 데 사용되는 단위임을 알 것이다. 특히, 전력비(P2/P1)는 공식 ㏈=10log(P2/P1)에 의해 데시벨로 표현될 수 있다. 10log1000 = 30이므로, 30㏈의 신호 마진은 전력비 1000을 나타낸다. 따라서, 비트 반복에 의해서만 이러한 신호 마진을 달성하기 위해서는, 각각의 비트는 1000회 반복되어야만 하며, 각각의 반복으로부터의 신호 마진은 수신기에서 더해져서 상기 계산된 82초의 지연을 야기한다. 그러나, 10log31.623 = 15이므로, 15㏈의 마진을 얻기 위해 요구되는 전력 비는 단 31.623이다. 따라서, 30㏈의 신호 마진은 전력을 15㏈ 증가시키고 각각의 비트를 약 31회 반복함으로써 제공될 수 있다. 이러한 기술을 이용하여, 64 문자 메시지를 위한 비트 반복 지연은 (64문자×8비트/문자×31반복/비트×18.64㎳/슬롯×1/114슬롯/비트) 약 2.5초이다. 결과적으로, 비트 반복 지연이 적당한 수준에서 유지되고, 전력 증가도 적당한 수준에서 유지되므로, 공통 채널 간섭은 방지된다. 레일라이 페이딩 조건에서 상당한 지연 없이 성공적인 통신을 달성하는 데 있어서, 반복 및 전력 증가의 다양한 조합들이 가능하다. 또한, 디지털 신호의 개별 비트를 반복하는 대신 비트 그룹이 반복될 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 본 발명의 전송 방법을 이용하는 짧은 메시지의 전송을 설명하는 흐름도가 도시된다. 단계(100)에서, 송신부는 메시지를 입력하여, 수신 가입자에게 전송되게 한다. 메시지는 송신부에 의해 이동 유닛, 표준 전화, 컴퓨터 터미널, 또는 동등한 장치를 통해 직접적으로 통신 시스템에 입력될 수 있고, 또는 메시지를 시스템에 입력하는 서비스 센터의 교환에게 전화를 걸어 간접적으로 입력될 수도 있다. 메시지 주소는 수신 가입자에게 서비스를 제공하는 데 어떤 위성 빔 또는 할당된 주파수가 사용될지를 판정하기 위해 사용된다. 단계(102)에서, 짧은 메시지를 구성하는 정보 비트는 CRC와 같은 에러 검출 코드를 가지는 송신기에 배치된다. 엔코딩된 메시지는 하나 이상의 코드워드를 구성하며, 각각 코드워드 비트 또는 심볼을 포함한다. 송신기는 위성, 기지국, 또는 이동 유닛일 수 있음을 이해할 것이다.
단계(104)에서, 비트 반복은 엔코딩 수단에 의해 출력되는 각각의 코드워드 비트 또는 심볼이 N회 반복되어 N 비트를 포함하는 패킷을 형성하는 방식으로 채용될 수 있다. 개개의 비트 또는 심볼을 반복하는 대신에, 둘 이상의 비트 또는 심볼 그룹, 또는 전체 코드워드 또는 코드워드들도 반복될 수 있음은 명백할 것이다.
그 다음에, 패킷은 단계(106)에서 전송되어, TDMA 프레임 내의 각각의 슬롯이 반복되는 비트, 에러 검출 코딩 비트, 및 싱크 버스트(sync burst)의 패킷을 하나 이상 포함하여, 수신기가 채널의 품질을 평가하는 것을 가능하게 한다. 엔코딩된 짧은 메시지를 포함하는 모든 비트들은 이러한 방식으로 전송된다. 비트 반복 또는 메시지 반복이 채용되는 경우, 일단 엔코딩된 메시지 전체가 전송되면, 메시지의 전송(N 코드워드 비트들의 패킷 형태)은 원하는 신호 마진을 얻기 위해 M회 반복될 수 있다. 짧은 메시지는 위성, 기지국, 또는 이동국으로부터 전송될 수 있기 때문에, 엔코딩 및 전송 기능은 이러한 장치들 각각에 제공된다. 또한, 본 발명의 기술을 구현하기 위해, 메시지의 성공적인 전송에 요구되는 신호 마진을 얻기 위해 필요한 비트 반복 N 및 메시지 반복 M의 수, 및 전력 증가를 결정하기 위한 수단이 송신기 내에 포함된다.
계속 도 4를 참조하면, 단계(108)에서, 수신 장치(예를 들어, 이동 유닛, 위성, 기지국, 또는 등가의 장치)는 반복되는 엔코딩된 메시지 비트, 에러 검출 비트 및 채널 품질 평가 비트를 포함하는 수신된 신호를 샘플링하여 형태의 메트릭 합을 발생시키는데, 여기에서 rij는 패킷 반복 j 내의 정보 비트 또는 심볼 S의 i번째 반복에 대응하는 샘플링된 수신 신호를 나타내고, Cj는 대응하는 채널 품질 평가이다. 단계(110)에서, 수신 장치 내에 포함되는 디코더는 소프트 결합 방법 또는 다수결 논리 보우팅(majority logic voting) ,또는 다른 적절한 디코딩 방법을 이용하여 메트릭 합으로부터 TDMA 슬롯 내의 엔코딩된 비트 또는 심볼을 각각 디코딩한다. 소프트 결합 방법을 구현하기 위해, 디코더는 메트릭 합을 와 같이 더하고, 그 합에 기초하여 비트 또는 심볼 판정을 한다. 다수결 논리 보우팅을 구현하기 위해, 디코더는 각각의 메트릭 yj에 대하여 예비의 비트 또는 심볼 판정을 한 다음, 모든 예비 판정들을 비교함으로써 최종의 비트 또는 심볼 판정을 한다. 따라서, 디코더가 M개의 예비 판정을 만들 때, 디코더는 예비 판정의 절반 이상이 1인 경우에는 대응하는 정보 비트가 1이라고 판정할 것이다. 그렇지 않은 경우, 디코더는 대응하는 정보 비트가 0이라고 판정할 것이다. 동일한 논리가 0인 비트를 디코딩하는 데 사용된다. 정확히 절반의 예비 판정이 0인 경우 또는 정확히 절반의 예비 판정이 1인 경우 발생할 수 있는 에러를 방지하기 위해, M은 홀수로 선택된다. 디코딩된 비트는 가간섭적으로 결합되고 복수의 메시지 전송은 가간섭적으로 결합되어, 증가된 마진을 가지는 메시지 신호를 발생시킨다.
단계(112)에서, 수신 장치 내에 포함된 에러 검출기는 전송 장치에서 제공되는 CRC 에러 검출 코딩에 기초하여 에러를 검출한다. 에러가 검출되지 않는 경우, 단계(114)에서 수신 가입자의 이동 유닛 상에 메시지가 디스플레이된다. 에러가 검출되는 경우, 메시지는 수신 장치에서 디스플레이되지 않고, 사용자는 디스플레이된 에러 메시지 또는 오디오 신호에 의해 잘못된 메시지를 통지받게 되고, 수신기는 송신기가 쌍방향 무선 프로토콜에 따라 메시지 또는 메시지 중 잘못된 부분을 재전송하도록 요청한다.
본 발명에 따라, 메시지의 반복적 전송은 메시지의 개별 부분의 반복과 함께 사용될 수 있다. 즉, 메시지의 개별 부분은 여러 회에 걸쳐 전송될 수 있고, 전체 메시지가 메시지 부분의 반복적 전송에 의해 전송되는 경우, 전체 메시지는 다시 전송된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 단계(106)에서 메시지 데이터의 전송은 메시지 데이터 전송 전용의 캐리어 주파수가 위성 빔으로 스위칭되고/스위칭되거나 수신 가입자에게 할당된 캐리어 주파수를 대치하는 시간 간격동안 수행된다. 전용 캐리어 주파수는 선정된 메시지 간격에서 각각의 위성 빔으로 스위칭된다. 스위칭은 위성이나 기지국 내에 배치되는 멀티플렉서 또는 다른 적절한 수단에 의해 수행될 수 있고, 메시지 간격은 다양한 방식으로 선택될 수 있다. 일례에 따라, 선정된 메시지 간격은 저속 관련 제어 채널(SACCH) 프레임 또는 짧은 메시지 서비스에서 메시지 프레임으로 사용되기 위해 선택된 다른 프레임 동안일 수 있다. 그러한 짧은 메시지 서비스는 출원 계속 중이며 본 출원인에게 양수된, 제목 "TDMA 프레임을 사용하는 고전력 짧은 메시지 서비스"에 개시되며, 그 전체 내용이 여기에 참조로 포함된다. 제2 예에 따라, 선정된 메시지 간격은 전파 제어 채널(BCCH), 또는 각각의 프레임이나 프레임 그룹에서 발생하는 n 슬롯의 다른 그룹으로부터 선택된 슬롯 동안일 수 있다. 그러한 짧은 메시지 서비스는 출원 계속 중이며 본 출원인에게 양수된, 제목 "전파 제어 채널을 사용하는 고전력의 짧은 메시지 서비스"에 개시되며, 그 전체 내용이 여기에 참조로 포함된다. 본 발명에 따라 전용 캐리어 주파수를 사용하는 짧은 메시지 서비스를 위한 메시지 간격으로서 다른 간격들도 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전용 캐리어 주파수가 빔으로 스위칭되는 경우 및/또는 주파수를 대치하는 경우, 수신기에 신호를 전송하는 데 사용되는 전력은 트래픽 또는 제어 채널을 통해 신호를 전송하는 데 사용되는 전력 수준보다 높은 수준으로 증가한다. 수신기는 하기에 설명되는 바와 같은 방식으로 메시지를 수신하기 위해 그 자신을 동기화한다.
이제 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예를 따른 SMS 서비스의 타이밍 다이어그램이 도시된다. 고전력의 짧은 메시지 서비스(HP-SMS)는 BCCH 버스트와 시간적으로 스테거링되는 예를 들어 200㎑의 전용 캐리어를 통해 제공된다. f0는 HP-SMS를 위한 전용 캐리어의 주파수이고, fi는 BCCH가 트래픽 채널들과 함게 다중화된 상태에서 사용되는 선정된 캐리어 주파수이다(도 5에는 BCCH 버스트만이 도시됨). 전력은 선정된 메시지 간격 동안만 f0-캐리어에 인가되는데, 이 경우에서 f0-캐리어는 fi-버스트 내의 FCH 및 SCH 채널이다. 선정된 메시지 간격 동안 fi-캐리어에는 전력이 인가되지 않는다.
본 실시예에서, FCH 및 SCH는 메시지 용량의 멀티 프레임 당 4개의 버스트를 제공한다. 멀티 프레임은 51개의 프레임 즉, 51×16 시간 슬롯으로 구성되도록 선택되며, 470㎳동안 지속된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 4개의 버스트는 프레임 1, 13, 26, 및 40에서 발생한다(12, 13, 14의 프레임 간격을 가짐). 제5 버스트도 특정 워드(unique word)를 포함하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로는, 모든 4개의 메시지 버스트가 시간상 연속일 수 있다. 두 가지 전송 방법에서, 메시지 프레임은 상이한 빔들에서 직교하도록 스테거링되어, 동시에 BCCH를 전송하는 8개의 빔들이 메시지 데이터를 동시에 전송하지 않을 것을 보장한다. 따라서, 메시지 슬롯은 한 번에 하나의 빔으로만 전송되며, 실질적으로 일정한 송신기 부하를 유지한다.
이제 도 6을 참조하면, 각각의 메시지 버스트는 156.25 비트를 포함하며, 이들은 보호 및 램프 업/다운(ramp up/down)을 위한 8.25 비트, 및 6 테일 비트(tail bit)를 포함한다. 잔여의 142 비트는 14 비트 빔 ID 및 128 데이터-코드 비트로 분할된다. 128 데이터-코드 비트는 log2K 정보 비트에 의해 선택되는 K 직교 코드 패턴일 수 있다. 128 데이터 코드 비트는 7 메시지 비트에 대응한다. 126 비트 메시지의 2 반복을 가정하면, 252 비트(2×126)가 송달되어야만 한다. 따라서, 메시지는 36 HP-SMS 버스트 내에 송달될 수 있다. 이는 9×51 TDMA 프레임 또는 8.47 초/메시지 내의 메시지 송달에 대응한다. 121개의 빔으로 위성으로부터 초 당 송달될 수 있는 메시지의 수는 (121/8.47)≒14 메시지일 것이다.
한 실시예에서, 수신기는 데이터 메시지를 수신하기 위해 대략 동기화(coarse syncronization) 및 미세 동기화(fine syncronization)의 두 단계를 거쳐 자신을 동기화한다.
대략 동기화 단계에서, 동기화는 에너지 프로파일 방법 등을 사용하여 약 7초 동안의 범위 내에서 달성된다. 에너지 프로파일 방법에 따라, 동기화는 수신기에 의해 수신된 신호의 강도에 기초하여 수행된다. 아래에 보다 더 상세하게 설명될 바와 같이, 전력 프로파일 방법은 매우 낮은 신호 대 잡음비(SNR)에서도 HP-SMS 채널을 통한 초기 동기화를 정확하게 획득한다.
미세 동기화 단계에서, 비트 수준으로의 동기화 단계는 각 버스트 내의 직교 데이터-코드를 상관시킴으로써 얻어진다. 상관 관계는 메시지 데이터를 신뢰할 수 있게 디코딩하기 위한 적절한 단계를 제공하기 위해 반복을 통해 부가된다. 이러한 단계에서, 동기화는 채널 심볼 간격의 일부에서 달성된다.
본 실시예에서, 수신기는 특히 HP-SMS FCH 및 SCH 채널로 동기화하며, 휴지 사이클(sleep cycle)은 이러한 채널들에 따라 판정될 수 있다. HP-SMS 모드에서, 이동국은 매 51개의 TDMA 프레임마다 4 슬롯 동안 활성화(wake up)되며, 이는 1/204의 듀티 사이클을 의미한다. 그러나, HP-SMS 모드에서 이동국은 정상 호출 채널 또는 셀룰러 채널을 수신할 수 있는지를 조사하기 위해 활성화될 수 있다. 이는 전형적으로 이동국이 매 51 프레임마다 또 다른 4-8 슬롯 동안 활성화될 것을 요구할 것이며, 그 결과 약 1.5%의 듀티 사이클을 초래할 것이다.
각 메시지 버스트 내의 빔 ID는 빔 내의 BCCH 캐리어를 지시하기 위한 포인터로서 사용될 수 있다. BCCH는 제한된 수의 주파수 상에서 전송되며, 빔 당 하나를 초과하지 않는다. 이동 터미널은 메시지 버스트만의 신호 강도 프로파일을 사용하여 대략 동기화를 달성할 수 있으며, 그 다음에 메시지 버스트 내의 알려진 데이터 코드와 상관시킴으로써 미세 동기화를 달성할 수 있다.
용량을 최대화하기 위해, 전용 캐리어 주파수는 매 3개의 멀티 프레임 중 하나의 멀티 프레임에 있는 모든 빔들 상에서 호핑할 수 있고, 다른 2개의 멀티 프레임 내에도 적용 가능하다. 빔 내의 피크 HP-SMS를 조절하기 위해, 메시지 버스트는 사용자가 후속의 시간에서 시간 슬롯 내의 메시지를 찾도록 요청할 수 있다.
이제 4개의 메시지 슬롯이 동시에 발생하는 경우를 위한 전력 프로파일 방법에 개시될 것이다. 본 방법은 메시지 슬롯들이 스테거링되는 경우로 용이하게 확장될 수 있다.
수신기는 비트 당 1 샘플의 속도로 신호를 샘플링하고, 4개의 시간 슬롯(625 비트; 슬롯 당 156.25 비트로 가정함)과 동일한 지속 시간 동안 신호 샘플들을 모은다. 수신기는 모인 값들을 빈(bin) 내에 저장한다. 3개의 멀티 프레임과 동등한 지속 시간 동안, 612개의 빈이 존재한다. 3 멀티 프레임의 시간 지속 후, 4개의 시간 슬롯 동안 모인 전력은 대응 빈에 더해진다. 충분히 모인 후, 최대 빈 밸브는 빔 내에서 데이터 메시지가 발생하는 간격을 나타내도록 선택된다.
이제, 대략 동기화를 수행하기 위한 전력 프로파일 방법이 더 상세하게 설명될 것이다. 수신된 신호는 유용한 실신호 a 및 복소 잡음 x+jy를 포함하며, 여기서 x 및 y는 단위 편차를 가지는 가우시안 무작위 변수(Gaussian random variable)이다. 따라서, 캐리어 대 잡음비 C/N은 a2/2로 주어진다.
순간 전력은 다음과 같이 정의된다.
P = (a+x)2+ y2
평균 전력은 다음과 같이 나타내질 수 있다.
ms= a2+ 2
= 2(C/N) + 2
P의 표준 편차는 다음과 같이 나타내질 수 있다.
수학식 1 내지 3에서 아래 첨자 s는 유용한 실신호 성분이 수신된 신호 내에 존재함을 나타낸다.
신호 성분의 부재에 있어서, 최종 잡음 전력 벡터의 평균 및 표준 편차는:
mn= 2
σn= 2
전력이 3k의 멀티 프레임 즉, 1.41k 초와 동등한 시간 동안 모이는 경우, 그 전력의 평균이 구해지는 샘플의 수는 k×625이다. S는 유용한 실신호가 존재하는 빈 내의 평균 전력에 대응하는 무작위 변수를 표시하고, 전력은 3k의 멀티 프레임 동안 모인다고 가정하자. 중심 극한 정리를 이용하여, S는 평균이 ms이고 표준 편차 인 가우시안 무작위 변수에 의해 근사될 수 있다. 유사하게, 유용한 실신호 성분이 존재하지 않는 빈 내의 평균 전력인 무작위 변수 N은 평균이 2이고 표준 편차는 인 가우시안 무작위 변수로 근사될 수 있다.
전력 프로파일 방법은 상이한 빈들 중 최대치를 선택하므로, 본 방법은 S가 다른 611개의 빈들에 대응하는 무작위 변수 N의 최대치보다 큰 경우 성공한다. M이 611N개의 빈들 중 최대인 무작위 변수를 표시하는 데 사용되는 경우, M의 cdf는 N의 cdf에 관하여 다음과 같이 표현될 수 있다.
PM(x) = [ PN(x)]611
Pc= Prob { S>M }
S의 확률 밀도 함수 ps(x)와 M의 확률 밀도 함수 pm(x)에 대하여, 정정 검출 확률은:
이는 다음과 같이 다시 표현될 수 있다.
전력 프로파일 방법의 동기화 성능이 도 7에 도시된다. 정정 검출 확률 Pc가 상이한 획득 시간(k값)을 위한 캐리어 대 잡음비 C/N에 대하여 플로팅된다.
공칭 동작 포인트(nominal operating point)에서의 캐리어 대 잡음 비는 표 1에 나타나는 바와 같이, 메시지 채널을 위한 링크 예산(link budget)을 이용하여 알아낼 수 있다.
HPSMS 채널에 대한 C/N 계산
목록 허용치
EIRP 46.6 ㏈W
경로 손실 -182 ㏈
마진 -27 ㏈
kT 228.6 ㏈W/㎐
G/T -24 ㏈㎐
잡음 대역 51.4 ㏈㎐
C/N -9.2 ㏈
공칭 동작 포인트에서 메시지 채널 상의 전력 프로파일 방법의 동기화 획득 성능은 표 2에서 요약된다.
공칭 동작 포인트에서의 획득 성능
획득 시간 획득 확률
2.82 s 0.8377
5.64 s 0.9931
8.46 s 0.9998
11.28 s 1.0
메시지 슬롯이 전파 제어 채널 BCCH로부터 차용되는 한 실시예에서, BCCH 버스트는 매 16번째 슬롯마다 발생한다. BCCH가 발생하는 슬롯은 빔에서 빔까지 16셀 패턴으로 스테거링된다. 121개의 빔이 있을 때, 약 8개의 빔이 동시에 BCCH를 전송하고, 나머지 113개의 빔은 트래픽을 전송한다. 전술한 바와 같이, 51 프레임들 중 4개의 프레임에서, BCCH 슬롯은 전용 메시지 캐리어와 스테거링되고, 이는 또한 FCH 및 SCH 기능을 서비스한다.
모범적인 한 실시예에서, 메시지 버스트는 커버리지 트래픽 채널(coverage traffic channel)의 에지에 제공되는 전력(8와트)보다 7㏈ 위에서 전송된다. 따라서, 메시지 버스트는 약 40와트에서 전송된다. BCCH 버스트는 트래픽 채널보다 3㏈ 위인 16와트에서 전송된다. 8 빔 내의 BCCH 신호는 동시에 전송되므로, 총 전력은 64와트이다. 따라서, BCCH 및 메시지 채널은 위성 전력의 128와트를 차지한다. 이는 위성 S 대역 RF 전력(689와트)의 18.6%이다.
바람직하게는, 메시지 채널을 위해 증가되는 신호 마진은 추가 전력의 결합, 128 칩 코드에 의한 스프레딩, 메시지 반복, 및/또는 에러 정정 코딩에 의해 제공된다. 하기의 예시에서, 코딩 게인(coding gain)은 명백히 포함되지 않는다. 트래픽 채널이 AWGN 채널 보다 큰 7㏈의 최소 마진을 제공하는 경우, 트래픽 채널보다 9㏈ 만큼 큰 추가 전력은 2/3 비율 코딩을 가지는 AWGN 채널보다 17㏈ 만큼 큰 마진을 제공한다. 7 정보 비트에 대해 128 칩 코드를 사용함으로써 달성된 스프레딩 게인은 2/3 비율 코딩에 대하여 11㏈(10log10(128/7×2/3))의 추가 게인을 제공한다. 또한, 소프트 판정 디코딩(soft decision decoding)을 이용하는 메시지 반복은 또 다른 3㏈의 게인을 제공한다. 따라서, AWGN 채널을 통한 전체 마진은 9㏈(전력 증가) + 7㏈ (음성 마진) + 12.6㏈ (스프레딩) + 3㏈ (메시지 반복) =31.6 ㏈이다.
하기의 표는 트래픽, 페이징, 및 메시지 채널의 마진 및 성능 임계를 요약한다.
성능 임계
파라미터 트래픽 BCCH HP-SMS
EIRP (㏈w) 37.6 37.6 46.6
마진 (㏈) - 17 30
C/No (㏈) 53.4 43.4 39.4
FER 1% 1% 1%
Ec/No (㏈) -0.9 -10.9 -14.9
전술한 설명들이 다양한 세부 사항 및 사양을 포함하고 있지만, 이들은 본 발명의 특성과 원리를 설명하기 위한 예시에 지나지 않으며, 제한으로서 해석되어서는 안됨을 이해해야 한다. 하기의 청구항들과 그들의 법적 등가물들에 의해 정의된 바와 같이, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않는 많은 변경들이 본 기술 분야의 숙련된 기술자들에게는 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. TDMA 통신 시스템에 있어서,
    하나 이상의 수신기; 및
    제1 및 제2 전력 수준에서 복수의 할당된 주파수들 중 하나의 주파수를 통해 상기 수신기들 각각과 제1 및 제2 통신 신호를 각각 교환하기 위한 것으로서, 상기 수신기들 중의 하나의 수신기에 전송될 메시지 데이터를 수신하기 위한 수단, 상기 메시지를 엔코딩하기 위한 수단, 및 상기 제1 전력 수준 보다 높은 제3 전력 수준에서 전용 주파수를 통해 상기 엔코딩된 데이터 메시지를 전송하기 위한 수단을 포함하는 하나 이상의 송신기 -상기 전용 주파수는 상기 할당된 주파수와는 상이함-;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전송을 위한 수단은
    상기 송신기 내의 국부 발진기를 선정된 간격 동안 상기 할당된 주파수에서 상기 전용 주파수로 스위칭하기 위한 수단; 및
    하나 이상의 상기 선정된 간격 동안 상기 전용 주파수를 통해 상기 엔코딩된 메시지를 전송하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 엔코딩된 데이터 메시지는 다회 전송되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 엔코딩된 데이터 메시지는 부분으로 분할되어, 각각의 부분은 다회 전송되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 각각의 부분은 하나 이상의 비트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 수신기는
    상기 전용 주파수를 통해 상기 엔코딩된 데이터 메시지를 수신하기 위해 수신기를 동기화하기 위한 수단; 및
    상기 송신기/수신기에서 상기 엔코딩된 데이터 메시지의 상기 부분의 다중 전송 및 상기 엔코딩된 데이터 메시지의 상기 다중 전송을 통합하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 동기화 수단은 수신된 신호 강도의 변화에 기초하여 상기 수신기의 대략 동기화(coarse syncrnization)를 수행하고, 상기 엔코딩된 데이터 메시지의 각 부분 내에 포함된 직교 데이터 코드에 기초하여 상기 수신기의 미세 동기화(fine syncronization)를 수행하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 대략 동기화는 상기 수신된 신호의 전력 프로파일을 판정함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제2항에 있어서, 상기 송신기는 위성이고, 상기 수신기는 이동 무선 통신 유닛인 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제2항에 있어서, 상기 송신기는 이동 교환국이고, 상기 수신기는 이동 무선 통신 유닛인 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제1 전력 수준에서 할당된 주파수를 통해 통신 신호를 교환하는 송신기와 수신기 간에 데이터 메시지를 전송하기 위한 방법에 있어서,
    상기 데이터 메시지를 상기 송신기에 입력하는 단계;
    상기 데이터 메시지를 엔코딩하는 단계;
    상기 제1 전력 수준보다 높은 제2 전력 수준에서 상기 할당된 주파수와 상이한 전용 주파수를 통해 상기 송신기에서 상기 수신기로 상기 엔코딩된 데이터 메시지를 전송하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전송 단계는
    상기 송신기 내의 국부 발진기의 주파수를 선정된 간격 동안 상기 할당된 주파수에서 상기 전용 주파수로 스위칭하는 단계; 및
    하나 이상의 상기 선정된 간격 동안 상기 전용 주파수를 통해 상기 엔코딩된 데이터 메시지를 전송하는 단계
    를 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 엔코딩된 데이터 메시지는 상기 전송 단계 동안 다회 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 엔코딩된 데이터 메시지는 부분으로 분할되어, 각각의 부분이 상기 전송 단계 동안 다회 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 각각의 부분은 하나 이상의 비트를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 수신기가 상기 전용 회선을 통해 상기 엔코딩된 데이터 메시지를 수신하도록 동기화하는 단계; 및
    상기 엔코딩된 데이터 메시지의 상기 부분들의 다회 전송 및 상기 수신기에서 상기 엔코딩된 데이터 메시지의 다회 전송을 통합하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 동기화 단계는
    수신된 신호 강도의 변화에 기초하여 상기 수신기를 대략 동기화하는 단계; 및
    상기 엔코딩된 데이터 메시지의 각 부분 내에 포함된 직교 데이터 코드들에 기초하여 상기 수신기를 미세 동기화하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 대략 동기화 단계는 상기 수신된 신호의 전력 프로파일을 판정함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제12항에 있어서, 상기 송신기는 위성이고, 상기 수신기는 이동 무선 통신 유닛인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제12항에 있어서, 상기 송신기는 이동 교환국이고, 상기 수신기는 이동 무선 통신 유닛인 것을 특징으로 하는 방법.
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