KR20000017641A - 확장된 범위의 동심 셀 기지국 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 확장된 범위의 동심(concentric) 셀 기지국이며, 또한 ASIC 상관기 재설계를 초래하지 않고 셀크기 혹은 접속범위를 확장하는 방법이다. 이것은 복수의 타이밍 프로토콜을 사용하는 동심 셀 기지국에 의해서 달성된다. 동심 셀 기지국은 마이크로 셀과 매크로 셀을 결합시키며, 이 마이크 셀 및 매크로 셀은 서로 다른 타이밍 프로토콜을 사용하며, 이들 프로토콜은 각각의 셀 내의 이동-전화들에 의해 전송된 신호가 상기 타이밍 프로토콜들에 관련된 탐색창의 범위 내에서 수신되게 한다.

Description

확장된 범위의 동심 셀 기지국{Extended range concentric cell base station}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 무선 통신 시스템의 접속범위(access range)를 확장하는 것에 관한 것이다.
도 1은 전기통신 산업 협회의 공지된 IS-95 표준에 기초한 코드 분할 다중접속(CDMA) 기술을 채용하는 무선 통신 시스템(10)을 도시하고 있다. 무선 통신 시스템(10)은 이동 교환 센터(MSC)(12) 및 MSC(12)에 연결된 복수의 기지국(BS)(14-i)을 포함한다. BS(14-i) 각각은 여기에서 반경 Ri의 셀(18-i)이라고 칭하는 관련된 지리적인 도달범위 영역 내에 이동-전화(16-k)와 같은 이동-전화(MT)에 무선통신 서비스를 제공한다. 예시 목적상, 기지국(14-i)이 중심에 위치한 원형모양으로 셀(18-i)을 도시하였다. 셀(18-i)은 기지국이 중심에 위치하지 않은 원형이 아닌 모양(예를 들면, 육각형)일 수도 있고 "반경 Ri"라고 하는 용어는 기지국과 셀(18-i)의 원주 상의 점간 거리(원주 상의 특정 점에 따라 다를 것이다)이도록 구성됨을 알아야 한다.
각각의 기지국(14-i)은 기지국 신호를 변조하여 이동-전화에 전송하며 관련된 셀(18-i) 내의 이동-전화로부터 이동-전화 신호를 수신하여 복조하는 라디오 및 안테나를 포함한다. 각각의 기지국(14-i)은 공지된 글러벌 포지셔닝 위성(이하 "GPS 수신기"라 함)을 사용하여 타이밍 정보를 수신하는 수신기를 더 포함한다.
신호는 GPS 수신기를 사용하여 GPS 시간과 일치된 타이밍 프로토콜에 따라 기지국(14-i) 및 이동-전화에 의해 전송된다. 도 2는 IS-95 표준에 기초하여 구현된 타이밍 프로토콜을 사용하는 타이밍 스케쥴(20)을 도시한 것이다. 타이밍 스케쥴(20)은 일련의 프레임(22-n)을 포함하며, 각각의 프레임(22-n)의 시간 간격은 t이다. 각각의 프레임(22-n)의 시작은 GPS 시간에 일치하는 시간 Tn에서 프레임 경계로 표시된다. 타이밍 프로토콜에 따라, 기지국(14-i)은 프레임 경계에서 기지국 신호의 전송을 시작하도록 구성되며, 기지국 신호는 제로 이상의 정보를 전달하는 신호 및 이동-전화 및 시스템 접속 동작에 의해 정보 전달신호를 코히런트 복조하기 위한 파일럿 신호를 포함한다. 이와는 대조적으로, 이동-전화(16-k)는 기지국 신호의 수신을 시작한 후, 몇배(x)의 프레임 시간기간(즉, tx)에서 이동-전화 신호의 전송을 시작하도록 구성되며, 여기서 x는 0 이상의 어떤 정수이다. 기지국 신호와는 달리, 이동-전화 신호는 하나 이상의 정보 전달 신호를 포함하고 파일럿 신호는 포함하지 않으며, 상기 정보전달 신호가 논-코히런트 복조될 수 있게, 의사-잡음(PN)열(혹은 공지된 부호)이 결합된 한 셋트의 오소고날 부호(월쉬(Walsh) 부호라고 함)를 사용해서 엔코드된다. PN열은 랜덤 0 및 1 디지털 신호를 포함하며, 0 혹은 1의 전송기간을 여기서는 PN 칩이라 칭한다.
상기 기술된 타이밍 프로토콜을 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 기지국(14-i) 및 이동-전화(16-k)에 의한 전송 및 수신 순서를 도시한 타임도(28)를 도시한 것이다. 시간 T1에서, BB(14-i)는 셀(18-i) 내의 임의의 곳에 있을 수 있는 MT(16-k)에 기지국 신호(S1)의 전송을 시작한다. MT(16-k)은 시간 T1+dBS→MT에서 신호 S1의 수신을 시작하며, T1+dBS→MT는 BS(14-i)에서 MT(16-k)까지의 전파지연이다. 전파지연이라는 것은 시선(line-of-sight) 및 비시선 전파지연을 포함하는 것으로 해석될 것임에 유의한다.
MT(16-k)는 신호(S1)를 수신하기 시작할 때부터 간격 tx 동안 기다린 후에 이동-전화 신호(S2)의 전송을 시작할 것이다. 따라서, MT(16-k)는 시간 T1+dBS→MT+ tx(혹은 몇 개의 프레임 경계 이후의 시간 T1+dBS→MT)에서 신호 S2의 전송을 시작한다. 예를 들면, x=2이면, MT(16-k)는 시간 T3+dBS→MT(혹은 기지국(S1)를 수신한 후 2개의 프레임)에서 신호 S2의 전송을 시작한다.
MT(16-k)에서 BS(14-i)까지의 전파지연 dMT→BS에 기인하여, BS(14-i)는 시간 T1+dBS→MT+ tx + dMT→BS에서 신호(S2)의 수신을 시작할 것이다. 설명을 쉽게 하기 위해서, MT(16-k)에서 BS(14-i)까지의 전파지연 dMT→BS은 전파지연 dBS→MT과 같으며, 이들 모두에 대해서, 이하 개별적으로는 일방향 전파지연 dOW, 즉 dOW=dMT→BS=dBS→MT이라 칭하고 포괄적으로는 왕복 전파지연 2dOW라 칭한다. 따라서, BS(14-i)는 시간 T1+tx+2dOW에서 신호(S2)의 수신을 시작할 것이다.
수신된 신호(S2)를 복조하기 위해서, BS(14-i)는 먼저 신호(S2)를 검출해야 한다. 각각의 라디오는 상관기를 포함하며, 이 상관기는 이동-전화 신호를 검출하는 장치이다. 예를 들면, 상관기는 입력되는 신호에 PN열을 곱함으로써 이동-전화 신호(S2)를 검출하며, 여기서 PN열은 결과의 곱(PN열과 입력되는 신호의)이 이동-전화 신호(S2)가 검출되었음을 나타내는 임계값을 초과할 때까지 구간 혹은 시간간격(여기서는 탐색창(Wn)이라 함)에 걸쳐 이산(discrete) 단계로 시간 시프트된 것이다. BS(14-i)가 탐색창(Wn)의 범위 내에서 신호(S2) 수신을 시작하지 않는다면, BS(14-i)는 신호(S2)를 검출할 수 없을 것이다(도 2에서 사용된 타이밍 프로토콜을 사용하여).
BS(14-i)가 탐색창(Wn)의 범위 내에서 신호(S2) 수신이 확실히 시작되도록 탐색창(Wn)은 셀(18-i) 내에 이동-전화(16-k)의 위치에 관계없이 (이동-전화와 기지국간 직선 혹은 시선 경로로 나가는) 신호(S2)에 대한 가능한 도착 시간을 포함하는 시간 간격 동안 있어야 한다. 상기 기술된 타이밍 프로토콜에 기초하여, 기지국(14-i)은 신호(S2)를 프레임 경계보다 먼저 수신하지 않으며 프레임 경계 후 시간 2dOW-radius보다 늦게 수신하지 않을 것으로 기대할 수 있으며, 여기서 dOW-radius는 반경 Ri의 거리를 주행하는 신호에 대한 일방향 전파지연(혹은 2dOW-radius is the round trip propagation delay)이다. 따라서, 탐색창(Wn)은 시간 Tn에서 시작하여 시간 Tn+2dOW-radius보다 먼저 끝나지 않는 적어도 2dOW-radius의 기간동안 있어야 한다. 실제로 탐색창(Wn)의 기간은 셀(18-i)의 유효반경(혹은 크기)을 제한하며, 이를 여기서는 기지국의 접속범위라 칭한다.
탐색창(Wn)의 기간은 상관기의 구현에 의존한다. 통상, 상관기는 (기지국에서 이동-전화로 주행하고 다시 기지국으로 주행하는 신호의) 왕복 지연을 나타내는 소정수의 비트를 갖는 응용 주문형 집적회로(이하 이를 "ASIC 상관기"라 함)의 형태로 구현된다. 이러한 비트 한계는 상기 기술된 바와 같이 셀(18-i)의 유효크기 혹은 기지국(14-i)의 접속범위를 제한하는 탐색창의 기간을 제한한다. 비트 한계가 탐색창(Wn)을 2dOW-radius보다 작은 기간으로 한정하지 않는 한, (Ri는 원주 상의 모든 점에 대해 동일하다고 할 때) 기지국(14-i)은 셀(18-i) 내의 임의의 곳에 위치한 어떠한 이동-전화에 의해서도 전송된 신호(S2)를 검출할 수 있을 것이다.
IS-95 기반 CDMA 무선 통신 시스템에서 기지국의 전형적인 구현은 왕복 지연을 나타내는 12비트 제한을 갖는 ASIC 상관기를 포함한다. 미세 분해능의 지연을 갖기 위해서, 최소 분해능 단위로서 1/8 PN 칩의 전형적인 값이 사용된다. 1/8 PN 칩의 단위에서 12비트 한계(혹은 왕복 지연 표현)은 512 PN 칩의 범위(즉, 212비트 x 1/8 PN 칩/비트)를 제공한다. 1.2288MHz의 전송 대역폭의 경우(IS-95 기반 CDMA 무선 통신 시스템에 있어서 전형적인), 12비트 한계는 416㎲(즉, 512 PN 칩 ÷1.2288 PN 칩/㎲)의 왕복 지연을 나타낼 수 있다. 5.33㎲/마일의 공중 전파 지연에 있어서는 416㎲ 왕복지연(혹은 208㎲ 일방향 지연)은 이동-전화가 기지국으로부터 대략 39마일(즉, 20㎲÷5.33㎲/마일)에 위치한다면, 이동-전화는 라디오 경로 손실을 수락할 수 있고 탐색창이 정확하게 구성된 경우 기지국과 통신할 수 있다는 것을 나타낸다. 즉, 12비트 한계(혹은 512 시간 칩 지연 색인 표현)로 대략 39마일의 최대 반경 Ri(혹은 최대 왕복지연)을 갖는 셀이 가능하게 된다. 종래 기술의 타이밍 프로토콜에 따라, BS(14-i)의 39마일을 넘어선 이동-전화에 의해 전송된 신호는 임의의 탐색창(Wn)의 범위 내에 있는 BS(14-i)에 도착하지 않을 수 있으며, 따라서, 12비트 ASIC 상관기로는 신뢰성 있게 검출할 수 없을 것이다.
현재, 셀 크기 혹은 접속범위를 ASIC 상관기의 12비트 한계 이상으로 확장한다면, ASIC 상관기를 다시 설계해야 할 것이다. 구체적으로, ASIC 상관기는 이의 접속 범위 12비트 한계를 넘어서서 위치한 이동-전화에 의해 전송된 신호를 검출할 수 있게 비트 한계를 증가시키도록 재설계되어야 할 것이다. 그러나, ASIC 상관기의 재설계는 바람직하지 않으며 소규모의 응용에 있어서는 경제적이지 못할 수도 있다. 그러므로, ASIC 상관기 재설계에 관련된 높은 비용을 발생하지 않고 기지국의 셀 크기 혹은 접속범위를 넓힐 필요성이 있다.
도 1은 공지된 IS-95 표준에 기초한 코드 분할 다중 접속(CDMA) 기술을 채용하는 무선 통신 시스템을 도시한 도면.
도 2는 IS-95 표준에 기초하는 타이밍 프로토콜의 한 구현예에 따라 사용된 타이밍 스케쥴을 도시한 도면.
도 3은 도 2의 타이밍 스케쥴에 따라 기지국과 이동-전화에 의한 송신 및 수신 순서를 예시한 타임도.
도 4는 본 발명에 따라 사용된 코드 분할 다중접속에 대한 공지된 IS-95 표준에 기초한 기지국을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용된 타이밍 프로토콜에 대한 타이밍 스케쥴을 도시한 도면.
도 6은 확장된 셀 내에 위치한 기지국과 이동-전화에 의한 전송 및 수신 순서를 예시하는 타임도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 사용된 타이밍 프로토콜에 대한 타이밍 스케쥴을 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따라 사용된 계층 셀 구조를 갖는 기지국을 도시한 도면.
도 9는 도 8의 기지국에 의해 사용된 제1 및 제2 타이밍 프로토콜을 사용하는 타이밍 스케쥴을 도시한 도면.
도 10은 내반경 및 외반경을 갖는 마이크로 셀 및 매크로 셀을 갖는 기지국을 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
30 : 기지국 32, 34 : 셀
38 : 이동-전화
본 발명은 확장된 범위의 동심 셀 기지국 및 ASIC 상관기 재설계를 초래함이 없이 셀 크기 혹은 접속범위를 넓히는 방법이다. 이것은 복수의 타이밍 프로토콜을 사용하는 동심 셀 기지국에 의해서 달성된다. 동심 셀 기지국은 마이크로 셀과 매크로 셀을 결합시켰으며, 이 마이크로 셀 및 매크로 셀은 이들의 각각의 셀 내의 이동-전화에 의해 전송된 신호가 타이밍 프로토콜에 관련된 탐색창의 범위 내에서 수신되게 할 상이한 타이밍 프로토콜을 사용한다. 일 실시예에서, 마이크로 셀은 종래 기술의 타이밍 프로토콜을 사용하며, 매크로 셀은 프레임 경계에 관하여 탐색창 및/또는 기지국 전송시간이 시프트되게 할 수정된 타이밍 프로토콜을 사용한다. 구체적으로, 수정된 타이밍 프로토콜은 탐색창이 시작하여 끝나기 전의 어떤 시간 q 및 q+p에서 기지국 신호를 전송하는 것을 포함하며, q은 타이밍 전진값을 나타내며 p는 ASIC 상관기 비트 한계에 대응하는 시간간격을 나타낸다.
본 발명의 특징, 양태, 이점은 다음의 설명, 첨부한 청구범위, 및 도면으로 잘 이해될 것이다.
도 4는 본 발명에 따라 사용된 코드 분할 다중 접속에 대한 공지된 IS-95 표준에 기초한 기지국(30)을 도시한 것이다. 기지국(30)은 기지국 신호를 변조하여 이동-전화로 전송하며 셀(34) 내의 이동-전화로부터 이동-전화 신호를 수신하여 복조하는 라디오 및 안테나와, 공지된 글러벌 포지셔닝 위성을 사용하여 타이밍 정보를 수신하는 GPS 수신기를 포함한다. 각각의 라디오는 이동-전화 신호를 복조할 수 있게 이동-전화 신호를 검출하도록 동작하는 ASIC 형태로 구현된 상관기(이하 "ASIC 상관기"라 함)를 포함한다.
설명의 목적상, ASIC 상관기는 발명의 배경 설명에서 기술된 바와 같이, (기지국(30)으로부터 이동-전화로 주행하고 다시 기지국(30)으로 주행하는 신호의) 왕복지연을 나타내는 12비트 한계(혹은 512 PN칩)를 갖는다. 이것은 본 발명을 12비트 한계를 갖는 ASIC 상관기로 제한하는 것으로 해석되지 말아야 한다. 본 발명은 다른 비트 한계의 ASIC 상관기 혹은 ASIC 이외의 형태로 구현된 상관기를 갖는 기지국에도 똑같이 적용될 수 있음을 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 12비트(혹은 512 PN 칩) ASIC 상관기는 기간이 대략 416㎲인 탐색창(Wn)을 갖는다. IS-95 표준에 기초한 타이밍 프로토콜을 사용하는 종래의 CDMA 무선 통신 시스템에서, 이러한 탐색창(Wn)은 시간 Fn(프레임의 시작을 표시하는)에서 시작하여 시간 Fn+ 416㎲에 끝나도록 구성되며 이러한 창으로 기지국(30)은 이의 대략 39마일 내에 위치한 이동-전화로부터 전송된 신호를 검출할 수 있을 것이다. 따라서, 기지국(30)의 39 마일을 넘어서 있는 이동-전화는 12비트 ASIC 상관기를 구비한 기지국(30)의 접속범위를 넘어선 것으로 간주될 것이다.
셀(34)은 외반경 Router(혹은 R34) 및 내반경 Rinner(혹은 R32)를 가지며, 외반경 (Router)은 ASIC 상관기 비트 한계의 접속범위를 넘어선 거리(예를 들면 12비트 한계의 ASIC 상관기에 있어서 Router〉39마일)이며, Rinner는 ASIC 상관기 비트 한계에 대응하는 거리(혹은 최대 왕복지연)(예를 들면, ΔR ≤39마일)보다 크지 말아야 한다. 따라서, 셀(34) 부분은 본 발명에 따라 ASIC 상관기 비트 한계의 접속범위를 넘어설 수 있다.
본 발명은 ASIC 상관기를 재설계하지 않고, ASIC 상관기 비트한계의 접속범위를 넘어선 곳(예를 들면, 39마일 이상)을 포함하여 셀(34) 내에 임의의 곳에 위치한 이동-전화로부터 전송된 신호를 기지국(30)이 검출할 수 있게 한다. 본 발명은 탐색창 및/또는 기지국 전송 시간이 프레임 경계에 대해 시프트되게 하고, 그럼으로써 ASIC 상관기의 비트 한계를 넘어선 위치에 있는 이동-전화에 의해 전송된 신호를 탐색창 내에서 수신되게 할 수정된 타이밍 프로토콜을 사용하여 달성된다. 이것은 프레임 경계에 대한 시간 r에서 기지국 신호를 전송하며 시간 r 이후에 시간 q에서 시작하고 q+p에서 끝나게 탐색창(Wn)을 구성하는 것을 포함하며, 여기서 q는 단지 기지국과 셀(34)의 내반경간에 왕복주행하는 신호에 대응하는 전파지연을 나타내기 위해 제로보다 큰 타이밍 전진(advance) 값(즉, q는 제로보다는 크나 단지 두배의 내반경 Rinner인 거리에 대한 전파지연에 대응한다)이며 p는 이동-전화 신호를 상관시킴으로써 검출할 수 있는 ASIC 상관기 비트 한계 혹은 시간 간격에 대응하는 시간간격을 나타낸다.
일 실시예에서, 본 발명은 타이밍 전진 기술을 사용하는 수정된 타이밍 프로토콜을 사용한다. 도 5는 본 발명의 본 실시예에 따라 사용된 타이밍 프로토콜에 대한 타이밍 스케쥴(50)을 도시한 것이다. 타이밍 스케쥴(50)은 일련의 프레임(52-n)을 포함하며, 각각의 프레임(52-n)의 시간간격은 f이고, 각각의 프레임(52-n)의 시작은 GPS 수신기를 사용하여 GPS 시간에 일치한 시간 Fn에서 프레임 경계로 표시된다. 본 수정된 타이밍 프로토콜에 따라, 기지국(30)은 프레임 경계 전에 시간 q에서(즉 시간 Fn-q에서) 기지국 신호의 전송을 시작하고, 시간 Fn부터 시간 Fn+p보다 늦지 않게 끝나는 탐색창(Wn) 내에서 이동-전화 신호를 탐색하도록 구성된다. 마찬가지로, 이동-전화(38)는 기지국 신호의 수신을 시작한 후에 프레임 시간간격의 몇배(x)(즉, fx)에서 신호의 전송을 시작하도록 구성되며, 여기서 x는 제로이거나 이 보다 큰 어떤 정수이다.
도 6은 기지국(30)과 셀(34) 내의 임의의 곳에 위치할 수 있는 이동-전화(38)에 의해 도 5의 타이밍 프로토콜에 따라 전송 및 수신하는 순서를 도시한 타임도(60)이다. 기지국(30)은 시간 F1-q에서 기지국 신호(S1) 전송을 시작한다. 이동-전화(38)는 시간 F1-q+dOW에서 신호(S1)의 전송을 시작하며, dOW는 기지국(30)에서 이동-전화(38)까지의(혹은 이동-전화(38)에서 기지국(30)까지) 일방향 전파지연이다. 설명을 쉽게 하기 위해서, 기지국(30)에서 이동-전화(38)까지의 전파지연은 이동-전화(38)에서 기지국(30)까지의 전파지연과 동일한 것으로 가정한다. 이동-전화(38)가 이동-전화 신호(S2)를 기지국(30)에 전송하면, 이동-전화(38)는 이동-전화(38)가 신호(S2)의 전송을 시작하기 전에 신호(S1) 수신을 시작할 때부터 몇배의 프레임 시간간격(즉, fx) 동안 기다린다. 따라서, 이동-전화(38)는 어떤 시간 F1-q+dOW+fx(혹은 몇 개의 프레임 경계 후에)에서 신호(S2)의 전송을 시작할 것이다. 이동-전화(38)에서 기지국(30)까지의 전파지연 dOW때문에, 기지국(30)은 어떤 시간 F1-q+dOW+fx+dOW(혹은 F1-q+dOW+fx)에서 신호 수신을 시작할 것이며, 이것은 시간 Fn(즉, 프레임 경계)와 시간 Fn+q 사이에 수신될 신호의 위치를 정하며, 여기서 p=416㎲는 ASCI 상관기 비트 한계(혹은 탐색창(Wn)의 범위 내)에 대응한다. 신호(S2)는 이때 검출되어 이 분야에 공지된 기술을 사용하여 처리된다. 따라서, 기지국(30)에 의해 시간 Fn-q에서 신호(S1)의 전송으로, 이동-전화(38)에 의해 전송된 신호를 탐색창(Wn) 내에서 수신하게 됨으로써, 기지국(30)은 이동-전화(38)가 ASIC 상관기 비트 한계의 접속범위를 넘어서서 있어도 이동-전화 신호를 검출하여 복조할 수 있게 된다.
예를 들면, Rinner이 39마일이고 Router이 78마일이라 하고, 따라서 ΔR이 38마일로서 12비트 ASIC 상관기 한계에 대응하는 거리와 같은 것일 때, 이 예에서, 기지국(30)은 프레임 경계 이전에 시간 q=416㎲(즉, 2 x 39마일 x 5.33㎲/마일)에서 전송을 시작할 것이므로, 기지국(30)은 시간 Fn과 Fn+q 사이에서 이동-전화 신호를 수신할 수 있게 되며, 여기서 p=416㎲는 ASCI 상관기 비트 한계(혹은 탐색창(Wn)의 범위 내)에 대응한다.
또 다른 예에서, 셀(34)이 내반경 Rinner이 20마일 및 외반경 Router이 48마일을 갖는다고 가정한다. 따라서, ΔR은 39마일 미만(혹은 12비트 ASIC 상관기의 한계에 대응하는 거리)이 되고, q의 값은 96㎲(2 x (48-39)마일 x 5.33㎲/마일)과 213.2㎲(즉, 2 x 20마일 x 5.33㎲/마일) 사이가 될 수 있어 셀(34) 내의 임의의 이동-전화에 의해 전송된 신호를 프레임 경계에서 시작하여 프레임 경계 후 시간 p=416㎲에서 끝나는 탐색창(Wn)의 범위 내에서 확실히 수신할 수 있고 혹은 수신 가능성이 증가될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 기지국(30)은 시프트된 혹은 오프셋된 탐색창(Wn)을 사용하는 수정된 타이밍 프로토콜을 사용하여 이동-전화(38)로부터 전송된 신호를 검출하도록 동작한다. 도 7은 발명의 본 실시예에 따라 사용된 타이밍 프로토콜에 대한 타이밍 스케쥴(70)을 도시한 것이다. 타이밍 스케쥴(70)에 따라, 기지국(30)은 프레임 경계에서 신호 전송을 시작하고, 시간 Fn+q부터 시간 Fn+q+p보다 늦지 않게 끝나는 시프트된 탐색창(Wn) 내에서 이동-전화 신호를 탐색하도록 구성된다. 마찬가지로, 이동-전화(38)는 이동-전화가 기지국신호 수신을 시작한 후에 프레임 시간간격의 수배(x)(즉, fx)에서 신호 전송을 시작하도록 구성된다. 타이밍 스케쥴(50)처럼, 타이밍 스케쥴(70)을 사용한 기지국(30)은 (시프트된) 탐색창(Wn) 내에서 이동-전화(38)로부터 전송된 신호를 수신하기 시작할 것이다.
본 발명의 단지 수정된 타이밍 프로토콜만을 사용하는 기지국은 셀(32) 내에 위치한 이동-전화에 의해 전송된 이동-전화 신호를 검출할 수도 있음에 유념한다. 이러한 이동-전화 신호를 검출할 수 있기 위해서, 본 발명은 여기 기술되는 바와 같이, 셀(34) 내에 위치한 이동-전화와 통신하는데 사용되는 타이밍 프로토콜 및 주파수 대역과는 다른 타이밍 프로토콜 및 주파수 대역을 사용한다.
도 8은 본 발명에 따라 사용된 계층 셀 구조를 갖는 기지국(80)을 도시한 것이다. 기지국(80)은 마이크로 셀(82) 및 매크로 셀(94)을 결합하였다. 마이크로 셀(82)은 마이크로 셀 반경 Rmicro혹은 R82을 가지며, 마이크로 셀의 반경 Rmicro은 ASIC 상관기 비트 한계에 대응하는 거리보다 작거나 같다(예를 들면, Rmicro≤ 39마일). 매크로 셀(84)은 외 매크로 셀 반경 Rmacro-outer혹은 R84및 내 매크로 셀 반경 Rmacro-inner혹은 R86을 가지며, 내 매크로 셀 반경 Rmacro-inner은 제로보다 크며 Rmacro보다 작거나 같고, 매크로 셀 반경 Rmacro-outer과 Rmacro-inner간 차 ΔR는 ASIC 상관기 비트 한계에 대응하는 거리이거나 이보다 크지 말아야 한다(예를 들면, 12비트 ASIC 상관기에 대해 ΔR≤39마일). 도 8은 마이크로 셀(82) 및 매크로 셀(84)을 두 개의 구별되는 셀로서 도시하였으나, 마이크로 셀(82) 및 매크로 셀(84)은 부분적으로 겹칠 수도 있음을 알아야 한다.
기지국(80)은 복수의 라디오(90), 하나 이상의 안테나(92) 및 GPS 수신기(94)를 포함한다. 복수의 라디오(90) 각각은 제1 주파수 대역 freq1및/또는 제2 주파수 대역 freq2를 사용하여 신호를 변조 및 복조하도록 동작하며, 여기서 제1 주파수 대역 freq1및 제2 주파수 대역 freq2는 서로 다른 주파수 대역이며, 주파수 대역 freq1및 freq2각각은 업링크 및 다운링크 주파수 채널을 포함한다. 각각의 라디오(90)는 ASIC 형태로 구현되는 상관기(96)을 포함한다. 안테나(92)는 제1 주파수 대역 freq1및/또는 제2 주파수 대역 freq2를 사용하여 신호를 전송하고 수신하도록 동작한다. 기지국(80)(또는 라디오(90))은 마이크로 셀(82) 내에 위치한 이동-전화가 freq1파일럿 신호(즉, 주파수 대역 freq1을 사용하여 전송되는 파일럿 신호)를 수락할 수 있는 신호강도로 수신하고 마이크로 셀(82)에 없거나 매크로 셀(84) 내에 위치한 이동-전화가 freq1파일럿 신호를 수락할 수 있는 신호 강도로 수신하지 않게 주파수 대력 freq1을 사용하여 신호를 전송하도록 구성된다.
기지국(80)은 제1 주파수 대역 freq1및 제1 타이밍 프로토콜을 사용하여 마이크로 셀(82) 내에 이동-전화(86)와 같은 이동-전화에 무선 통신 서비스를 제공한다. 일 실시예에서 제1 타이밍 프로토콜은 앞서 발명의 배경설명에서 기술한 바와 같이 IS-95 기반 CDMA 무선 통신 시스템에서 현재 사용되는 타이밍 프로토콜이다. 기지국(80)은 제2 주파수 대역 freq2및 제2 타이밍 프로토콜을 사용하여 매크로 셀(84) 내에 이동-전화(88)와 같은 이동-전화에 무선 통신 서비스를 제공한다. 제2 타이밍 프로토콜은 전술한 본 발명의 수정된 타이밍 프로토콜 중 어느 하나가 될 수 있다. 설명의 목적상, 본 발명은 여기에서 도 5에 도시한 타이밍 프로토콜을 참조하여 기술한다.
제1 및 제2 타이밍 프로토콜에 대한 타이밍 스케쥴(100)을 도 9에 도시하였다. 타이밍 스케쥴(100)은 일련의 프레임(102-n)을 포함하며, 각각의 프레임(102-n)의 시간간격은 f이며, 각각의 프레임(102-n)의 시작은 GPS 수신기(94)를 사용하여 GPS 시간에 일치한 시간 Fn에서 프레임 경계로 표시된다. 제1 타이밍 프로토콜에 따라, 기지국(80)은 프레임 경계에서 제1 주파수 대역 freq1을 사용하여 기지국 신호의 전송을 시작하고, 시간 fn부터 fn+p1보다 늦지 않게 끝나는 제1 탐색창(Wn) 내에서 제1 주파수 대역 freq1을 사용하여 이동-전화 신호를 탐색하도록 구성되며, 여기서 p1은 제1 탐색창 혹은 이에 관련된 상관기의 비트 한계에 대응하는 시간간격을 나타낸다. 이와는 대조적으로, 제2 타이밍 프로토콜에 따라, 기지국(80)은 프레임 경계 이전의 시간 q에서 제2 주파수 대역 freq2를 사용하여 기지국 신호의 전송을 시작하도록 구성되며, 이 경우 타이밍 전진 값 q는 기지국으로부터 단지 왕복하여 거리 Rmicro-inner를 주행하는 신호에 대응하는 전파지연을 나타낸다. 기지국(80)은 Fn부터 Fn+p2보다 늦지 않게 끝나는 제2 탐색창(W2-n) 내에서 제2 주파수 대역 freq2를 사용하여 이동-전화 신호를 탐색할 것이며, 여기서 p2는 제2 탐색창 혹은 이에 관련된 상관기의 비트 한계에 대응하는 시간간격을 나타낸다.
기지국(80)을 왕복 주행하는 신호의 왕복지연을 나타내는 비트한계가 동일하거나 서로 다른 상관기들을 사용할 수도 있음을 알아야 한다. 예를 들면, 기지국(80)은 제1 타이밍 프로토콜에 관련해서는 g-비트 ASIC 상관기를 사용할 수 있으며 제2 타이밍 프로토콜에 관련해서는 h-비트 ASIC 상관기를 사용할 수도 있으며, 여기서 g 및 h는 제로가 아닌 정의 정수값이다. 이러한 경우, g-비트 ASIC 상관기에 대한 탐색창은 p1의 기간이 될 수 있고, h-비트 상관기에 대한 탐색창은 p2기간이 될 수 있다. 그러나, 설명을 쉽게 하기 위해서, 제1 및 제2 탐색창(W1-n, W2-n)(도 9에 도시한)에 대해 사용되는 ASIC 상관기는 동일한 비트한계를 갖는다고 가정한다.
이동-전화(86, 88)는 이동-전화가 기지국 신호의 수신을 시작한 후에 몇배(x)의 프레임 시간간격(즉, fx)에서 신호 전송을 시작하도록 구성되며, 여기서 x는 제로보다 크거나 제로인 어떤 정수이다. 이동-전화(86, 88)가 제1 혹은 제2 주파수 대역 freq1, freq2를 사용하여 신호를 전송하는지 여부는 이동-전화(86, 88)가 있는지 여부에 따른다. 예를 들면, 이동-전화(86)는 셀(82)에 위치하고 것으로서 도시되어 있기 때문에, 이동-전화(86)는 신호를 전송하는데 있어 주파수 대역(freq1)를 사용할 것이다. 이에 따라 기지국(80)은 주파수 대역 freq1을 사용하여 이동-전화(86)에 의해 전송된 신호를, 탐색창(Wn)의 범위 내에서 수신할 수 있다.
기지국(80)에 접속동작(예를 들면, 시스템 접속)을 쉽게 하기 위해서, 이동-전화(86, 88)는 먼저 freq1파일럿 신호를 탐색하도록 구성되어야 한다. 이동-전화(86, 88)가 수락할 수 있는 신호강도를 갖는 freq1파일럿 신호(즉, 파일럿 신호 강도 = Rx 파일럿 파워/전체 Rx 파워 ≥어떤 임계레벨에 대해서, 예를 들면 -14dB)를 검출한다면, 이동-전화(86, 88)는 주파수 대역 freq1을 사용하여 기지국(80)과 통신할 것이다(혹은 신호를 기지국(80)에 전송할 것이다). 그렇지 않다면, 이동-전화(86, 88)은 freq2파일럿 신호(즉, 주파수 대역 freq2를 사용하여 전송되는 파일럿 신호)를 탐색할 것이며, 이러한 파일럿 신호 검출시, 이동-전화(86, 88)는 주파수 대역 freq2를 사용하여 기지국(80)과 통신할 것이다(혹은 신호를 기지국(80)에 전송할 것이다). 이러한 구성에 의해서 이동-전화(86, 88)는 이들이 마이크로 셀(82) 내에 위치하여 있을 때 주파수 대역 freq2이 아닌 주파수 대역 freq1를 사용하게 될 것이다. 마찬가지로, 이러한 구성에 의해서 이들이 매크로 셀(84) 내에 위치하여 있을 때 주파수 대역 freq1이 아닌 주파수 대역 freq2를 사용하게 될 것이다.
본 발명은 임의의 실시예를 참조하여 상세히 기술되었으나, 다른 변형도 가능하다. 예를 들면, 본 발명은 도 10과 같이, 내반경 및 외반경을 갖는 마이크로 셀 및 매크로 셀을 갖는 기지국, 및 시분할 다중접속과 같은 다른 유형의 다중 접속기술을 사용하는 무선 통신 시스템에도 적용할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 정신 및 범위는 실시예에 대한 기술내용으로 한정되지 않는 것이다.
본 발명은 확장된 범위의 동심 셀 기지국을 제공하며, 또한, ASIC 상관기 재설계를 초래함이 없이 셀 크기 혹은 접속범위를 넓힐 수 있다.

Claims (13)

  1. 이동-전화 신호 검출 방법에 있어서,
    제1 프레임 경계에서 제1 주파수를 사용하여 기지국 신호를 전송하는 단계와,
    제2 프레임 경계에 대한 시간 r에서 제2 주파수를 사용하여 기지국 신호를 전송하는 단계와,
    상기 제1 주파수로 전송된 이동-전화 신호를, 제3 프레임 경계에서 시작하여 상기 제3 프레임 경계 이후의 제1 상관기에 대한 비트 한계에 대응하는 시간간격을 나타내는 시간 p1에서 끝나는 제1 탐색창 내에서 수신하는 단계와,
    q는 타이밍 전진(advance) 값이며 p2는 제2 상관기에 대한 비트 한계에 대응하는 시간간격을 나타낼 때, 상기 제2 주파수로 전송된 이동-전화 신호를, 제4 프레임 경계에 대한 시간 r 후의 시간 q에서 시작하여 상기 제4 프레임 경계에 대한 시간 r 후의 시간 q+p2에서 끝나는 제2 탐색창 내에서 수신하는 단계를 포함하는 이동-전화 신호 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 주파수로 전송된 상기 이동-전화 신호를 상관기를 사용하여 검출하는 단계를 더 포함하는 이동-전화 신호 검출 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 주파수로 전송된 상기 이동-전화 신호는 입력되는 신호를 공지된 부호로 곱한 결과의 신호가 임계치를 초과할 때 검출되는 이동-전화 신호 검출 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 공지된 부호는 의사-랜덤 잡음 열인 이동-전화 신호 검출 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 주파수로 전송된 상기 이동-전화 신호를 상관기를 사용하여 검출하는 이동-전화 신호 검출 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 주파수로 전송된 상기 이동-전화 신호는 입력되는 신호를 상기 공지된 부호로 곱한 결과의 신호가 임계치를 초과할 때 검출되는 이동-전화 신호 검출 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 공지된 부호는 의사-랜덤 잡음 열인 이동-전화 신호 검출 방법
  8. 마이크로 셀 및 매크로 셀을 결합한 기지국에 접속하는 방법에 있어서,
    상기 마이크로 셀과 관련된 제1 주파수로 전송된 제1 파일럿 신호에 대해 이동-전화에서 탐색하는 단계와,
    이동-전화가 수락할 수 있는 신호강도를 갖는 제1 파일럿 신호를 검출한다면 상기 제1 주파수를 사용하여 상기 이동-전화 신호를 전송하는 단계와,
    상기 이동-전화가 수락할 수 있는 신호강도를 갖는 제1 파일럿 신호를 검출하지 못한다면 상기 매크로 셀과 관련된 제2 주파수를 사용하여 상기 이동-전화 신호를 전송하는 단계를 포함하는 기지국 접속 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    제2 주파수를 사용하여 상기 이동-전화 신호를 전송하는 상기 단계는 상기 제2 주파수로 전송된 제2 파일럿 신호를 상기 이동-전화에서 탐색하는 단계를 포함하는 기지국 접속 방법.
  10. 기지국에 있어서,
    제1 주파수로 전송된 이동-전화 신호를 검출하기 위해, 프레임 경계에서 시작하여 상기 프레임 경계 이후의 시간 p1에서 끝나는 제1 시간간격 동안에 상기 제1 주파수 이동-전화 신호를 탐색하도록 구성된 제1 상관기를 가지며, 상기 p1은 상기 제1 상관기에 대한 비트 한계에 대응하는 시간간격을 나타내며, 상기 프레임 경계에서 상기 제1 주파수를 사용하여 기지국 신호를 전송하는 제1 라디오와,
    제2 주파수로 전송된 이동-전화 신호를 검출하기 위해, 시간 r 이후의 시간 q에서 시작하여 상기 시간 r 이후의 시간 q+p2에서 끝나는 제2 시간간격 동안에 상기 제2 주파수 이동-전화 신호를 탐색하도록 구성된 제2 상관기를 가지며, 상기 p2는 상기 제2 상관기에 대한 비트 한계에 대응하는 시간간격을 나타내며, 상기 프레임 경계에 대한 시간 r에서 상기 제2 주파수를 사용하여 기지국 신호를 전송하는 제2 라디오를 포함하는 기지국.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 상관기는 입력되는 신호를 공지된 부호로 곱한 결과의 신호가 임계치를 초과할 때 상기 제1 주파수 이동-전화 신호를 검출하는 기지국.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2 상관기는 입력되는 신호를 공지된 부호로 곱한 결과의 신호가 임계치를 초과할 때 상기 제2 주파수 이동-전화 신호를 검출하는 기지국.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 프레임 경계를 일치시키는 타이밍 정보를 수신하는 GPS 수신기를 더 포함하는 기지국.
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