KR20000053160A - 광대역 밀리미터파 데이터 통신을 위한 시스템과 방법 - Google Patents

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Abstract

물리적으로 분리된 프로세서-기초의 시스템 사이에서의 정보 통신을 위한 시스템과 방법이 제공된다. 통신 노드 (node)를 사용해 프로세서-기초의 시스템 사이에서 포인트 대 멀티포인트 (point to multipoint) 정보 통신을 제공하는 집중된 통신 어레이가 설명된다. 이러한 정보 통신은 각각이 통신 노드를 사용하는 2개의 프로세서-기초의 시스템 사이에 있거나, 통신 노드를 사용하는 프로세서-기초의 시스템과 백본 (backbone)을 통해 집중된 통신 어레이에 연결되는 프로세서-기초의 시스템 사이에 있다.

Description

광대역 밀리미터파 데이터 통신을 위한 시스템과 방법{System and method for broadband millimeter wave data communication}
과거에는 구내 정보 통신망 (LAN) 및 다른 범용 컴퓨터와 같이, 상당한 물리적 거리로 분리된 프로세서-기초의 시스템간 정보 통신이 이러한 시스템의 집적에 방해물이었다. 이러한 시스템 사이에서 물리적인 갭 (gap)을 교락 (bridge)시킬 수 있는 선택만은 제한되지 않지만, 비용, 실행도, 및 확실성면에서 바람직하지 않은 교환을 요구한다.
역사적으로 이용가능한 한가지 통신 선택 그룹은 갭을 교락시키고 시스템 사이에서 정보 통신을 제공하도록 현존하는 물리적 링크 (link)에 걸쳐 신호를 다중화하거나 표준적인 공중 스위치 전화기 네트워크 (PSTN)를 사용하는 것과 같은 해결법을 포함한다. 비록 이러한 해결법은 전형적으로 실행하는데 비용이 많이 들지 않지만, 이들은 다수의 바람직하지 않은 특색을 포함한다. 특별히, 현존하는 링크는 전형적으로 고속 데이터 통신을 위해 설계되지 않으므로, 이들은 많은 양의 데이터를 신속하게 통신하기에 대역폭이 부족하다. 건물내 LAN 속도는 100 Mbps까지 증가되므로, 국부적인 PSTN 음성 그레이드 (grade) 회로는 광대역 도시 영역 억세스에 초크 포인트 (choke point)를 더욱 더 현저히 나타내므로, 덜 바람직한 대안이 된다. 더욱이, 이러한 연결에서는 중요한 프로세서-기초의 시스템 정보를 확실히 전송하도록 설계된 시스템에서 발견되는 장애 공차 또는 확실성이 부족하다.
역사적으로 이용가능한 또 다른 통신 선택 그룹은 상술된 것과 비용면에서 반대인 것으로 발견된다. 이 그룹은 포인트 대 포인트 (point to point) 마이크로파 통신이나 섬유광학링 (fibre optic ring)의 사용과 같은 해결법을 포함한다. 이러한 해결법은 전형적으로 많은 사용자에게 과중한 비용이 든다. 포인트 대 포인트 시스템은 다수의 사용자에 걸쳐 이러한 시스템의 비용을 확산시킬 능력이 부종한 통신 링크의 각 끝부분에 전용 시스템을 요구한다. 일부 시스템 소자를 사용하는 다수 시스템의 경제성을 실현하도록, 이러한 시스템이 포인트 대 멀티포인트 (point to multipoint)로 수정될 수 있더라도, 현재 포인트 대 포인트 마이크로파 시스템은 T1 및 DS3과 같은 전통적인 베어러 (bearer) 서비스 보다 광대역 데이터 서비스를 제공하지 못한다. 더욱이, 이러한 시스템은 전형적으로 독점적인 인터페이스를 제공하므로, 다양한 범용 프로세서-기초의 시스템과 단순한 인터페이스를 제공하지 않는다.
비록 다수의 시스템으로 사용되는 경우 섬유광학링이 경제성을 제공하더라도, 이는 물리적으로 이러한 시스템에 연결되어야 한다. 이러한 링은 구매, 배치, 및 보수의 비용이 매우 크므로, 멀티 시스템 사용의 경제성이 일반적으로 실행의 과중한 비용을 극복하지 못한다.
그러므로, 정보 통신 기술에서는 통신 시스템이 프로세서-기초의 시스템 사이에서 큰 물리적인 거리를 효과적으로 교락시킬 필요가 있다.
또한, 통신 시스템이 프로세서-기초의 시스템 사이에서 고속 광대역 정보 통신을 제공할 필요성이 있다.
또한, 장애 허용 통신 시스템이 프로세서-기초의 시스템 사이에서 물리적인 갭을 확실히 교락시킬 필요가 있다.
부가하여, 광대역 통신 시스템이 범용 컴퓨터 시스템 및 그들의 표준 통신 프로토콜을 포함하여, 다양한 프로세서-기초의 시스템 및 통신 프로토콜에 간단한 연결성을 제공할 필요가 있다.
본 발명은 광대역 무선 주파수 통신 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 집중된 통신 어레이 (array)를 통해 프로세서-기초의 시스템 사이에서 광대역 정보 통신을 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 양호한 실시예에서 프로세서-기초의 시스템의 상호 연결을 도시하는 도면.
도 2a는 본 발명의 양호한 실시예에서 집중된 통신 어레이의 같은 크기의 도면.
도 2b는 도 2a에 도시된 집중된 통신 어레이의 수평 단면도.
도 2c는 도 2a에 도시된 집중된 통신 어레이의 수직 단면도.
도 3a는 시간 분할 다중 억세스 버스트 (burst) 주기 동안 본 발명에 의해 통신되는 신호의 구성 실시예를 도시하는 도면.
도 3b는 시간 분할 이중 버스트 (duplex burst) 주기 동안 본 발명에 의해 통신되는 신호의 구성 실시예를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 노드 (node) 실시예를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 노드와 집중된 통신 어레이 사이에서 통신을 구성하는데 사용되는 초기화 알고리즘의 실시예를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에서 허브 (hub)의 네트워크를 통해 프로세서-기초의 시스템의 상호 연결을 도시하는 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명에서 허브의 다양한 구성성분에 대한 양호한 실시예를 도시하는 도면.
이러한 목적 및 다른 목적과, 필요성 및 바램은 통신 어레이 또는 허브 (hub)가 본 발명의 통신 디바이스 또는 노드 (node)를 사용해, 물리적으로 분리된 프로세서-기초의 시스템 또는 음성 통신과 같은 다른 통신 소스 사이에 에어 링크 (air link)를 제공하도록 집중적으로 위치하는 통신 시스템 및 방법에서 얻어진다. 양호하게, 이 집적 어레이는 에어 링크된 시스템과 물리적으로 링크된 시스템 사이에 통신을 제공하는 정보 통신 백본 (backbone)에 물리적으로 연결된다. 또한, 이러한 시스템의 다수는 다수의 중앙 에러이의 상호통신에 의해 시스템의 큰 물리적 분리를 교락시키는데 사용된다. 더욱이, 오버레이 패턴 (overlay pattern)과 같은 셀방식을 제공하도록 다수의 이러한 통신 어레이를 배열함으로서 보급 표면 적용범위가 제공된다.
양호한 실시예에서, 중앙 통신 어레이는 프로세서-기초의 시스템과의 시간 분할 다중화 (TDM) 통신에서 다수의 개인 안테나 소자를 구비한다. 이 시스템은 각 안테나 소자에서 수신된 신호를 원하는 목적지로 전하도록 처리한다. 중앙 통신 안테나에서 다수의 개인 안테나 소자를 사용하는 이점은 통신 서비스를 요구하는 원격 위치 (가입자)에 오버레이되는 방사 패턴을 갖는 안테나 소자만이 특정한 시간에 실행될 필요가 있다는 점이다. 이후에는 더 많은 가입자가 특정한 허브에 의한 서비스를 요구하므로, 부가적인 안테나 소자가 설치될 수 있다. 허브의 서비스 기능에서 이러한 모듈의 확장은 결과적으로 전방향 실행에 대한 탄력성 및/또는 포인트 대 포인트 시스템과는 가능하지 않은 셀방식 오버레이 통신 적용범위를 유지하면서, 초기에 몇몇 가입자만이 서비스를 요구하는 경우 초기 설치 비용을 줄이게 된다.
또한 양호한 실시예에서는 통신 시스템에 의해 사용되는 통신 스펙트럼이 다수의 가입자에 동시 정보 통신을 위한 다수 채널을 제공하도록 주파수 분할 다중화 (FDM)된다. 가입자와의 동시 정보 통신에 부가하여, FDM 채널은 또한 다른 데이터의 전송과 동시에 네트워크 소자로 소정의 대역을 통해 제어 정보를 통신하는데 사용될 수 있다.
양호하게, 10 내지 60 GHz와 같은 밀리미터 파장 스펙트럼에서의 반송파 주파수는 본 발명에 의해 사용된다. 이러한 반송파 주파수는 각각 정의되는 대략 10 MHz의 FDM 채널을 통해 적어도 30 Mbps의 전송에 충분한 통신 대역폭을 제공하는데 바람직하다.
FDM 채널은 가입자에게 서비스를 제공하는 단일 주파수 분할 이중 (FDD) 채널로 전송 (Tx) 및 수신 (Rx) 채널쌍을 정의함으로서 전이중성 (full duplex)을 제공한다. 그러나, FDD에 의한 전이중성의 제공은 단일 가입자로의 서비스가 실제로 두 채널을 요구하므로 증가된 비율에서 이용가능한 스펙트럼을 고갈시킴을 이해하여야 한다.
주파수 분할 채널에서 통신을 다중화하는 것에 부가하여, 시간 분할 다중화는 단일 FDM 채널에서 다수의, 표면상 동시인 통신을 제공하는데 사용된다. 여기서, FDM 채널 일부는 프레임 (frame)을 형성하는 소정의 다수의 이산적 시간 슬라이스 (버스트 (burst) 주기)로 분류된다. 각 버스트 주기는 다른 가입자에 의해 사용될 수 있으므로, 다수의 TDM 버스트를 갖고, 단일 FDM 채널에 걸쳐 다수의 가입자에 전해지는, 단일 프레임에 포함된 정보 통신을 제공하게 된다.
더욱이, 전이중성은 TDM에서 사용되는 것과 같이 버스트 주기의 사용을 통해 시간 분할 이중성 (TDD)에 의해 단일 FDM 채널에서 합성된다. TDD를 통하여, 각 프레임이 하나 이상의 버스트 주기를 갖는 Tx 및 Rx 프레임은 소정의 시간에 특정한 방향으로 통신을 제공하도록 정의된다.
상술된 FDM, FDD, TDM, 및 TDD 구조는 유리하게 생각되는 조합으로 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들면, 단일 주파수 분할 채널은 가입자와의 전이중화 통신을 합성하도록 동시에 시간 분할 이중화되면서, 다수의 가입자에 통신을 제공하도록 시간 분할 다중화될 수 있다.
상술된 실시예에서, 통신 시스템은 가입자의 시스템을 폴링 (polling)시키고 중앙 어레이의 각 안테나 소자에서 이러한 시스템 각각의 통신 특성을 결정하도록, 아마도 공유된 데이터 사용자에 대해 표시 전달 배열을 포함하는, 초기화 알고리즘을 사용한다. 이 정보는 이러한 시스템 각각에 대해 안테나 소자, TDM 버스트 주기, FDD 주파수 지정, 및 TDD Tx 및 Rx 시간 지정을 포함하는, 최적의 자원 지정을 결정하는데 사용된다. 이 정보는 부가적으로 변칙이 발생되는 경우 시스템 보전성을 유지하도록 2차 자원 지정을 제공하고, 그에 의해 시스템 장애 공차를 제공하는데 사용될 수 있다.
상기는 이어지는 본 발명의 상세한 설명이 더 잘 이해되도록 하기 위해 본 발명의 특성 및 기술적인 이점을 다소 폭넓게 설명한다. 이후에는 본 발명의 청구항을 형성하는 본 발명의 부가적인 특성 및 이점이 설명된다. 종래 기술에 숙련된 자는 설명된 개념과 특별한 실시예가 본 발명의 같은 목적을 실행하기 위한 다른 구조를 수정 또는 설계하는데 기초로 쉽게 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 종래 기술에 숙련된 자는 이러한 동일한 구조가 첨부된 청구항에서 설명된 본 발명의 범위 및 의도에서 벗어나지 않음을 인식하여야 한다.
본 발명은 멀리 위치하는 가입자의 시스템 사이에서 데이터 억세스를 허용하는 광대역 에어 인터페이스 (air interface)를 통한 고속 데이터 통신을 제공한다. 도 1을 참고로, 이러한 무선 통신은 예를 들면, 시스템(100)으로 도시된 바와 같이, 다수의 프로세스 기초의 시스템 사이에서 물리적 갭 (gap)을 고속으로 교락 (bridge)시키는데 사용되는 것으로 볼 수 있다. 프로세서-기초의 시스템은 LAN (110 및 12)과 같은 구내 정보 통신망 (local area network)과, PC(130)와 같은 개인용 컴퓨터 시스템을 포함한다. 본 발명을 사용하는 프로세서-기초의 시스템은 범용 컴퓨터로, 모두 혼자 유효하고 예를 들면 LAN에 의해 상호 연결될 수 있음을 이해하게 된다. 또한, 시스템은 상술된 프로세서-기초의 시스템에 의해 소스가 주어지는 통신과 조합하여, 또는 그를 대신하여 음성이나 비디오와 같은 다른 통신 시스템을 연결시킬 수 있다.
본 발명에 의해 교락되는 시스템은 이후 "허브 (hub)"라 칭하여지는 본 발명의 중앙 통신 시스템과 통신하기 위해, 이후 "노드 (node)"라 칭하여지는 통신 디바이스를 사용한다. 도 1을 참고로, 허브는 소자 (101)로 설명되고, 수개의 노드는 LAN (110 및 120)과 PC(130)에 연결된 소자 (150, 151, 및 152)로 설명된다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 무선 통신 시스템은 허브(101)를 통해 연결된 노드를 갖는 프로세서-기초의 시스템과 백본 (backbone)(160)과 같은 통신 백본 사이에 고속 통신을 제공하는데 사용된다. 백본(160)은 허브(101)에 물리적으로 연결되는 광대역 섬유광학 게이트웨이 (fibre-optic gateway)나 다른 광대역 데이터 그레이드 연결, T1 통신선, 케이블 통신선, 인터넷 등과 같은 임의의 형태의 통신 수단임을 이해하게 된다. 더욱이, 백본(160)으로 도시된 바와 같은 백본은 다수의 허브를 통신 네트워크에 연결시키는데 사용될 수 있다.
다수의 허브를 구비하는 통신 네트워크는 도 6에 도시된다. 이러한 네트워크를 통해, 허브(101)와 같은 한 허브와 직접 통신하는 노드(150)와 같은 노드는 허브(620)와 같은 또 다른 허브와 직접 통신하는 노드(621)와 같은 노드와 통신한다. 이러한 통신은 백본(160)과 같은 백본을 통해 2개의 허브 상호연결을 통해 이루어진다. 물론, 허브간의 상호연결은 허브(101) 및 (630)로 도시된 바와 같은 2개의 허브 사이에서 에어 갭 통신을 통해 정보 "재운반(back-hauling)"으로 이루어짐을 이해하게 된다. 통신 네트워크는 직접적인 백본 상호연결 또는 에어 갭과 같은 수단을 통해 다른 허브와 통신하는 임의의 수의 허브를 포함함을 이해하게 된다. 한 허브와 직접 통신하는 노드로부터 통신된 정보는 이러한 다양한 상호연결을 통해 통신 네트워크의 허브와 직접 통신하는 노드에 전해질 수 있다.
바람직한 실시예에서, 본 발명의 허브는 다수의 개인 안테나 소자를 갖는 전방향 안테나 어레이이다. 도 2a에서는 한 개인 안테나 소자가 안테나 소자(200)로 도시된다. 안테나 소자는 소정의 통신 로브 (lobe)를 갖는 좁은 빔의 방향성 안테나이다. 이러한 안테나 소자는 전방향 합성 방사 패턴을 제공하도록 어레이로 배열된다. 그러나, 원하는 경우, 전방향 구성 보다는 소정의 수의 원격 시스템과 통신하는데 요구되는 안테나 소자의 수만이 사용될 수 있는 것으로 이해한다.
양호하게, 안테나 소자(200)와 같이 허브(101)를 구비하는 안테나 소자는 Q-대역에서 밀리미터파 (mm Wave)를 제공하는 38 GHz와 같은 초고주파수(EHF)의 방향적 수신을 제공한다. 이러한 주파수는 매우 방향적인 안테나에 의한 통신에 바람직한 작은 파장을 가지므로 유리하다. 더욱이, 이러한 주파수의 통신에 사용되는 안테나는 큰 신호 이득을 제공하면서 물리적으로 작다.
이와 같이 높은 이득을 갖는 매우 방향적인 안테나의 조합은 개선된 주파수 재사용을 제공하여 다중경로 간섭의 가능성을 줄인다. 부가하여, 이러한 안테나에 의해 실현되는 큰 이득은 이상적인 전력 레벨을 사용하면서 포인트 대 포인트로부터 예를 들면 3 마일과 같이 안테나로부터 상당한 거리에 걸친 통신을 허용하는데 필요하다.
더욱이, 이러한 주파수는 최근에 무선 통신에서 사용되도록 미국 정부에 의해 허가되었다. 이와 같이, 이 주파수 범위는 현재 다른 통신 기술에 의해 보급되어 사용되지 않고 있다. 그러나, 본 발명의 이점은 고속으로 데이터를 통신하는 기능을 제공하는 주파수 대역의 사용으로 실현되어, 선택된 대역이 대략 10 MHz인 적어도 한 채널을 산출하게 됨을 이해하게 된다.
허브(101)에 의한 전방향 적용범위가 사용되어야 하는 양호한 실시예에서, 개인 안테나 소자는 도 2b에 도시된 바와 같이 방위각에 의해 배열되어, 수평면에서 전체 360도 방사를 포함한다. 이 방법으로 안테나 소자를 배열하는 것은 인근 안테나 소자가 그렇게 적용범위를 제공하지 않는 영역에서 적용범위를 제공하도록 각 안테나 소자의 통신 로브를 선택함으로서 허브(101)에 대해 총괄적인 무선 통신 적용범위를 신속하게 제공할 수 있음을 이해하게 된다.
물론, 상기 논의된 바와 같이, 전체 360도 방향 패턴을 제공하기에 충분한 수의 안테나 소자를 부가하는 것은 시스템 사용이 요구될 때 모듈로 이루어질 수 있다. 결국 360 도 적용범위를 원하는 경우라도, 개인 안테나 소자의 모듈 특성은 초기에 제한된 적용범위를 전개되는 영역에 제공하는 경제적인 수단을 제공함을 이해하게 된다. 예를 들어, 특정한 허브 위치에 의해 커버되는 지형적 영역내에서 단 몇 개의 위치나 가입자만이 본 발명에 의해 통신을 원하는 경우, 이들 가입자에 서비스를 제공하는데 필요한 이들 안테나 소자만을 포함하는 허브가 선택될 수 있다. 이어서, 부가적인 가입자가 허브의 서비스 영역내에서 서비스를 원할 때, 부가적인 안테나 소자는 연관된 노드에 서비스를 제공하도록 허브에 부가될 수 있다. 결국, 허브는 허브에 대해 전체 360 도 방사로 통신을 이루도록 개인 안테나 소자로 채워진다.
부가적인 안테나 소자를 포함하도록 확장될 수 있는 본 발명의 허브를 제공하는 것은 여러 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 소정의 위치에서 개인 안테나 소자를 수용하도록 적용된 허브 프레임은 초기에 선택된다. 이어서, 개인 안테나 소자는 증가된 서비스 밀도나 서비스를 요구하는 영역에 대응하는 위치에서 이 허브 프레임에 연결된다.
유사하게, 허브 마스트 (mast) 및 플래터 (platter) 또는 다른 지지 구조가 먼저 선택된다. 허브에 의해 서비스가 제공되는 영역이 서비스 또는 증가된 서비스 밀도를 요구하므로, 개인 안테나 소자 구조는 허브 지지 구조에 부가될 수 있다. 본 실시예에서, 각 안테나 소자는 자체 지지 및 설치 구조를 포함하여 이를 허브 지지 구조와 인접한 안테나 소자 구조에 연결시킨다. 이러한 실시예는 수개의 안테나 소자만이 영역에 먼저 서비스를 제공하도록 요구되는 경우 감소된 시작 비용을 제공함을 이해하여야 한다. 더욱이, 이러한 실시예는 안테나 소자가 미리 존재하는 프레임 구조에 의해 지시되는 위치에 제한되지 않으므로 개인 안테나 소자의 위치 결정에 보다 많은 탄력성을 제공한다.
양호하게, 대략 16도 방위빔 폭과 2.5도 상승빔 높이의 통신 로브를 갖는 총 22개의 개인 안테나 소자는 허브(101)에 대해 360 도 통신을 이루는데 사용된다. 그러나, 반사파의 존재 및 연관된 다중경로의 간섭과 같은 각기 설계 제한에 의존해, 임의의 수의 개인 소자가 사용될 수 있다. 부가적으로, 상기 논의된 바와 같이, 원하는 경우, 특별히 식별된 노드(150)와 통신하는데 필요한 안테나 소자의 수만이 사용될 수 있다.
실험에서는 16도 방위각 폭의 안테나 소자의 사용이 다양한 서브의 채널 재사용을 제공하는 셀방식 오버레이 패턴 및 허브에서 모두 채널의 바람직한 재사용을 제공하는데 유리한 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, mm Wave 스펙트럼에서 동작되고 상술된 바와 같이 대략 16도 빔을 갖도록 구성된 안테나 소자는 대략 90도의 방사로 대치된 같은 허브상에 위치하는 안테나 소자에서 같은 채널의 재사용을 허용하는 사이드 로브 특성을 갖는 것으로 발견되었다.
도 2b를 참고로, 양호한 실시예의 각 안테나 소자(200)는 혼 (horn)(210)과 모듈 (module)(220)로 구성된다. EHF가 사용되는 양호한 실시예에서, 혼(210)은 대략 32 dB의 이득을 제공하는 하이브리드 모드 (hybrid mode)의 렌즈 정정된 혼이다. 모듈(220)은 도 2c에 도시된 모뎀(240)과 같은 모뎀으로 통신하도록 400-500 MHz 범위와 같은 중간 주파수(IF)로 변환되는 혼(210)을 통해 38 GHz 무선 주파수 에너지를 수용 및 전송하는 합성된 mm Wave 전치 모듈이다. 물론, 사용되는 반송파 주파수에 따라, 안테나 소자의 구성성분은 상술된 것과 다를 수 있다. 유사하게, 안테나 소자의 혼 및 모듈 특성은 예를 들어, 다른 반송파 주파수나 빔 패턴을 원하는 경우 상술된 것과 다를 수 있다.
양호하게, 모뎀(240)은 직각 진폭 변조 (QAM)를 사용해 42 Mbps 처리량을 가능하게 하는 광대역 모뎀이다. 이후 논의될 바와 같이, 시스템은 BroadCom Corporation, Philips, and VLSI Technology을 포함하는 다양한 제작자로부터 상업적으로 이용가능한 가변 비율 모뎀을 사용할 수 있다. 이러한 가변 비율 모뎀은 8.5 Mbaud와 같은 고정된 보드 (baud) 비율에서 예를 들면, 17 내지 51 Mbps 까지 (심볼당 두 비트를 부호화하는 4 QAM에서 심볼당 8 비트를 부호화하는 256 QAM까지에 대응하는) 가변 정보 밀도의 전송 (심볼당 다양한 수의 비트)을 제공한다. 전형적으로, 이러한 모뎀은 결과적으로 이론적인 나이키스트 (Nyquist) 대역폭을 넘는 15% 내지 30%인 RF 대역폭을 차지하게 되는 정합된 데이터 필터링을 사용한다. 다양한 모뎀은 허브로부터의 상대적인 거리와 같은 통신 특성에 의존해 서비스가 제공되는 사용자에게 통신되는 정보 밀도를 변화시킴으로서 스펙트럼 효율성을 증가시키는데 유용하다.
예를 들면, 특정한 시간 프레임에서 증가된 밀도의 데이터는 4 QAM을 사용해, 허브의 방사 패턴의 가장자리에 지형적으로 위치하는 노드에 감소된 밀도의 데이터를 포함하는 신호를 전송하는 것과 같은 RF 대역 폭 및 실질적으로 같은 전송 전력을 사용한 256 QAM을 사용해, 지형적으로 허브 부근에 위치하는 노드에 통신될 수 있다. 상당히 증가된 전력을 필요로 하지 않고 부근 노드에 증가된 데이터 밀도를 전송하는 것은 멀리 있는 노드와 비교하여 인접한 노드에서, 줄어든 신호 감쇄 효과, 및 소정의 전력 레벨과 연관된 더 높은 신호 대 잡음비 때문에 부분적으로 이루어질 수 있다. 부근 노드에서 겪게 되는 더 높은 신호 대 잡음비는 전형적으로 증가된 정보 밀도를 유지할 수 있다. 그러나, 결국 이르게 되는 전송 밀도와 관계없이, 가변 비율 모뎀을 사용할 때는 하위 차수 변조를 사용해 먼저 시스템을 동기화하고 이어서 소정의 노드에 대해 상위 차수 변조로 스위치되는데 유리하다.
상술된 정보 밀도를 조정하는 제어 신호 및/또는 에러 정정 정보와 같은 링크 관리 정보는 제어 정보로서 모뎀에 의해 통신되는 데이터 스트림으로 다중화될 수 있다. 예를 들면, 제어 정보는 데이터 스트림에 포함된 전방 에러 정정 (FEC) 데이터와 같은 다중화된 필터링 및 에러 정정 정보를 포함한다. 물론, 링크 관리 및 에러 검출/정정을 제공하는 임의의 수의 산술은 본 발명의 모뎀에 의해 통신되는 데이터 스트림을 통해 다중화된 정보의 사용으로 제공될 수 있다.
양호한 실시예에서, 개인 안테나 소자는 다수의 층 (tier)으로 배열된다. 이들 층은 간단히 안테나 소자의 식별된 그룹이거나, 안테나 소자의 물리적으로 묘사된 배열이 될 수 있다. 이들의 물리적인 상호관계에 관계없이, 안테나 소자의 층은 실질적으로 오버랩되지 않은 방사 패턴을 갖는 다수의 안테나 소자를 포함한다. 도 2c에는 3개 수직층의 안테나 소자를 포함하는 한 실시예가 도시된다. 허브(101)의 각 층은 양호하게 실질적으로 같은 거리의 필드 방사 패턴을 제공하도록 배치된다. 그러나, 다른 층의 안테나 소자는 양호하게 오버랩되는 방사 패턴을 갖는 안테나 소자와 다른 채널 또는 채널등에서 동시 통신을 제공하도록 적용된다. 예를 들면, 제 1 층으로부터의 안테나 소자는 제 1 주파수 대역의 사용을 통해 통신되고, 제 2 층으로부터의 안테나 소자는 제 2 주파수 대역의 사용을 통해 통신한다. 유사하게, 제 1 층으로부터의 안테나 소자는 비록 제 2 층의 안테나 소자와 같은 채널 세트를 사용하더라도, 특정한 세트의 채널을 통해 통신되고, 제 2 층의 제 2 소자는 다른 채널을 통해 통신된다. 이들 다른 주파수의 사용은 부가적인 통신 기능이 정의된 지형적 영역에서 서비스가 제공될 수 있는 편리한 수단을 제공한다.
물론, 허브는 전체적으로 스칼라 측정가능하고, 도시된 것과 다른 다수의 층을 포함할 수 있다. 안테나 소자의 수를 포함하는 층의 수는 본 발명에 의해 사용된다. 예를 들면, 단일 층의 안테나 소자는 증가된 통신 밀도가 요구되지 않는 경우 허브(101)로부터 전방향 통신을 제공하는데 사용될 수 있다. 유사하게, 각각이 단일 안테나 소자만을 포함하는 2개의 층은 안테나 소자의 방사 패턴에 의해 정의된 제한 영역에서 증가된 용량을 제공하는데 사용될 수 있다.
더욱이, 허브에 층을 순차적으로 부가하는 것은 개인 안테나 소자의 부가에 대해 상기 논의된 바와 같이 이루어진다. 예를 들면, 층의 조합을 포함하는 허브가 요구되는 통신 밀도를 제공하기에 불충분한 것으로 결정된 경우, 임의의 수의 부가 층을 구비하는 안테나 소자는 부가될 수 있다. 물론, 허브에 의해 서비스 제공되는 영역 중 특정한 일부만이 증가된 통신 밀도를 요구하는 경우, 부가된 층은 원하면 증가된 통신 밀도를 필요로 하는 특정한 부분을 덮는 방사 패턴을 갖는 안테나 소자만을 포함한다.
다른 방법으로, 안테나 소자의 층은 허브(101)에 대해 다른 무선 통신 적용범위 영역을 제공하도록 배치될 수 있다. 무선 통신 적용범위에서의 이러한 차이는 예를 들면, 수직축에 대해 다른 "하향 경사 (down tilt)"량을 갖도록 다른 층을 조정함으로서 이루어질 수 있다. 층의 하향 경사는 개인 안테나 소자의 물리적인 경사에 의해 또는 종래 기술에서 공지된 임의의 수의 빔 스티어링 (beam steering) 기술에 의해 이루어질 수 있다. 부가적으로, 하향 경사의 조정은 기계적인 조정이나 상술된 빔 스티어링 기술을 포함해 주기적으로, 예를 들면 안테나 동작 동안 동적으로 이루어진다.
부가적으로, 다른 방사 패턴 특성을 갖는 안테나 소자는 상기 논의된 바와 같이 정의된 무선 통신 적용범위 영역을 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 허브 부근의 영역에서 통신을 제공하는데 사용되는 안테나 소자는 상술된 안테나 소자의 양호한 실시예 보다 더 넓은 빔을 가져 더 낮은 이득을 갖게 되는 방사 패턴을 제공한다. 유사하게, 허브에서 먼 영역에서 통신을 제공하는데 사용되는 안테나 소자는 더 좁은 빔을 가져 더 높은 이득을 갖게 되는 방사 패턴을 제공한다.
한 층의 안테나 소자가 다른 하향 경사 또는 방사 패턴을 갖는 경우, 각 층은 허브(101) 주변에서 소정의 영역 중 실질적으로 방해되지 않는 적용범위를 제공하도록 조합되는 동심원을 형성하는 적용범위 패턴을 제공하는데 사용될 수 있다. 물론, 개인 안테나 소자만은 허브 또는 그 층의 다른 안테나 소자와 다른 방사 패턴 또는 하향 경사를 갖도록 조정된다. 예를 들어 다양한 방사 패턴과 간섭되는 지형적인 소자가 존재하는 경우에는 어느 한 배열이 실질적으로 동차 통신 적용범위를 제공하는데 사용될 수 있다. 유사하게, 이 다른 방법의 실시예는 부근/멀리 있는 관련된 통신 변형의 수를 보상하는데 사용될 수 있다.
도 2c에서는 허브(101)가 각 개인 안테나 소자(200)에 연결된 외부 유닛 (ODU) 제어기(230)를 포함함을 볼 수 있다. ODU 제어기(230)는 RF 모뎀(240)과 내부 유닛 (IDU) 제어기(250)에 연결된다. 비록 모뎀(240) 및 CPU(260)에는 ODU 제어기(230)에서 분리된 연결이 도시되지만, ODU 제어기(230)와 IDU 제어기(250) 사이의 통신은 ODU 제어기 및 CPU(260)로의 경로 연결 모뎀(240)을 통해 이루어질 수 있음을 이해하게 된다. 유사하게, ODU 제어기(230)의 동작과 관련된 제어 정보는 CPU(260) 보다 모뎀(240)에 의해 발생되므로, ODU 제어기(230)와 모뎀(240) 사이의 연결을 통해 통신된다.
ODU 제어기(230)는 허브(101)의 다양한 안테나 소자가 원하는 신호를 전송 또는 수신하도록 적절한 간격으로 RF 모뎀(240)과 통신할 수 있게 하는데 적절한 회로를 포함한다. 한 실시예에서, ODU 제어기(230)는 IDU 제어기(250)에 의해 정의된 버스트 주기와 동기화되어 동작하는 시간 분할되고 디지털적으로 제어되는 스위치를 포함한다. 양호하게, IDU 제어기(250)는 IDU 제어기(150)에 의해 정의된 버스트 주기와 동기화되어 스위칭을 제공하도록 ODU 제어기(230)의 스위치에 스트로브 펄스 (strobe pulse)를 제공한다. 이러한 스위치의 사용은 저비용으로 안테나 어레이에 간단히 집적됨을 이해하게 된다. 그러나, 원하는 경우, IDU 제어기(250)에 의해 정의된 버스트 주기에 동기화될 수 있는 스위칭 수단이 사용될 수 있다.
ODU 제어기(230)의 동작으로, 각 개인 안테나 소자는 소정의 지배의 통신 순차 타이밍, 즉 버스트 주기의 프레임에 따라 IDU 제어기(250)와 통신하게 된다. 이는 실제로 각 개인 안테나 소자가 IDU 제어기(250)내에서 모뎀(240)과 통신하고 있게 한다. 이러한 스위칭으로, 모뎀(240)에 대한 각 개인 안테나 소자의 시간 분할 다중화 (TDM)가 제공됨을 이해하게 된다.
물론, 개인 안테나 소자가 양방향성 통신을 제공하는 경우, ODU 제어기(230)와 다양한 안테나 소자 사이의 제 2 연결이 도 8에 도시된 바와 같이 제공될 수 있다. 이러한 연결은 적절한 프레임 및/또는 버스트 주기에서 전송 또는 수신 회로간을 선택하도록 안테나 소자내의 회로에 예를 들면, 상술된 스트로브 펄스를 통해 동기화를 제공하는데 사용될 수 있다. ODU 제어기(230)의 스위칭과 조합되어 전송 및 수신 회로를 선택함으로서, 안테나 소자는 모뎀(240)을 통해 양방향 통신을 제공하도록 적절한 거리로 모뎀(240)에 연결되어, 본 발명을 실시하는 최상의 모드에 대해 이후 상세히 설명될 바와 같이 시간 분할 이중화 (time division duplexing, TDD)를 제공하게 된다.
더욱이, 부가하여, 또는 다른 방법으로, 안테나 소자의 TDD 스위칭을 제어하기 위해서는 안테나 소자와 ODU(230) 사이의 연결이 다른 제어 기능으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 이러한 연결을 통한 제어 신호는 한 프레임의 특정한 버스트 주기 동안 통신 디바이스와 통신하기에 적절하도록 선택된 특정한 주파수에 대해 안테나 소자를 동적으로 조정하는데 사용될 수 있다. 양호한 실시예에서, 제어 신호는 도 8에 도시된 바와 같이, CPU(810)에 의해 안테나 모듈(220)내의 상하-변환기(892 및 893)와 같은 동조기에 제공된다. 이러한 제어 신호는 통신된 정보의 전송 및/또는 수신에 적절한 주파수를 선택하도록 제어 프로세서에 의해 다양한 안테나 모듈내의 프로그램 위상 동기 루프 회로나 합성기 하드웨어로 제공될 수 있다. 유사하게, 제어 신호는 전송 또는 수신된 신호의 진폭을 조정하도록 제공될 수 있다. 예를 들면, 동조기 (892 및/또는 893)는 이러한 제어 신호의 제어하에서 조정가능한 증폭/감쇄 회로를 포함할 수 있다. 상술된 제어 기능은 모두 다양한 안테나 소자가 시스템의 노드와 통신하도록 동적으로 구성될 수 있는 방법을 제공함을 이해하게 된다.
IDU 제어기(250)는 CPU(260)로 식별된 프로세서, RAM(270)으로 식별된 전자 메모리, 및 인터페이스/루터 (router)(280)로 정의된 인터페이스 및/또는 루터를 포함한다. ODU 제어기(230)에 스위칭 지시나 동기화를 제공하는 스위칭 지시 알고리즘은 RAM(270)에 저장된다. 모뎀(240)이나 인터페이스/루터(280)를 통해 통신되는 정보의 버퍼링은 또한 RAM(270)에 의해 제공될 수 있다. 유사하게, RAM(270)은 또한 예를 들면, 안테나 소자 상관관계 테이블, 링크 관리 정보, 초기화 지시, 모뎀 구성 지시, 전력 제어 지시, 에러 정정 알고리즘, 및 이후 논의될 다른 동작 지시와 같은 부가적인 저장 정보를 포함할 수 있다.
비록 도 2c에는 단일 모뎀이 도시되지만, 본 발명의 허브 시스템은 허브에서 원하는 정보 통신 용량에 따라 임의의 수의 모뎀을 포함하도록 전체적으로 측정가능함을 이해하게 된다. 도 7에서, TDD 통신에 적용되는 본 발명의 IDU 제어기는 2개의 모뎀을 포함하여 도시된다.
도 7의 모뎀 (240 및 700)은 유사하게 버스트 모드 제어기 (720 및 721), QAM 변조기 (730 및 731), QAM 복조기 (710 및 711) 뿐만 아니라 TDD 스위치 (740 및 741)로 도시된 채널 방향 제어 회로도 포함하도록 구성된다. 그러나, 버스트 모드 제어기(721)는 마스터 버스트 모드 제어기(720) 뿐만 아니라 싱크 채널 변조기(760)와 동기화됨을 이해하게 된다. 마스터 버스트 모드 제어기(720)에 의해 제공되는 제어 신호로 도시된 버스트 모드 제어기의 이러한 동기화는 모뎀의 버스트 주기 및 통신 프레임 뿐만 아니라 개인 안테나 소자의 TDMA 스위칭이 전체적으로 동기화될 수 있는 수단을 제공하는 것이다. 양호한 실시예에서, 동기화 클럭은 인터페이스/루터(280)로부터 소스가 주어지고 마스터 버스트 모드 제어기(720)에 의해 비트 스트림으로부터 유도된다. 물론, 동기화는 원하는 경우 내부 또는 외부 클럭 소스를 사용하는 것과 같이, 마스터 버스트 모드 제어기에 의해 제공되는 제어 신호의 사용 이외의 수단으로 이루어질 수 있다. 허브의 다양한 구성성분을 동기화시키는 이점은 각 개인 안테나 소자에 의한 전송 및 수신을 소정의 시간 주기에 제한하여, 본 발명을 실행하는 최상의 모드에 대해 이후 상세히 논의될 바와 같이 더 많은 채널의 재사용을 허용하는 것이다.
싱크 (sync) 채널 변조기(760)는 버스트 모드 제어기의 타이밍 정보가 ODU 제어기(230)로 제공되도록 변조되는 수단을 제공함을 이해하게 된다. CPU(260)가 상술된 제어 기능을 위해 ODU에 제어 신호를 제공하는 양호한 실시예에서는 싱크 채널 변조기(760)가 또한 다중화된 신호를 변조기(762)에 제공하는 MUX(761)를 포함함을 이해하게 된다.
양호하게, 허브의 다양한 모뎀의 신호는 모뎀(240)의 IF1과 모뎀(700)의 IF2로 설명되는 바와 같이 다른 반송파 주파수에 부과된다. 유사하게, 싱크 채널 변조기(760)는 적절한 IF에 대해 제어 기능과 버스트 모드 타이밍 정보를 포함하는 제어 신호를 부과한다. 이들 분리된 신호는 ODU 제어기(230)로의 단일 연결을 통해 전송되도록 스플리터 (splitter)/조합기(750)에 의해 쉽게 조합된다. 물론, 예를 들어 IDU 제어기(250)와 ODU 제어기(230) 사이에 다수의 연결이나 다중화 연결이 유지되면, 같은 IF는 허브의 모뎀에 의해 반송파로 사용될 수 있다.
IDU 제어기(250)에 다수의 모뎀을 부가함으로서 증가되는 용량은 상술된 한 모뎀의 단일 데이터 스트림에 대한 스위치 인에이블 TDMA 억세스에 부가하여 ODU 제어기(230)에서 회로를 요구함을 이해하게 된다. 도 8을 참고로, 여기서는 IDU 제어기(250)내에 다수의 모뎀을 포함하는 것에 대응하는 ODU 제어기 회로가 도시된다.
동기화 회로(830)와 조합하여 스위치 (870 및 871)와 신호 스플리터/조합기 (880, 881, 및 882)는 단일 모뎀을 사용하는 것을 참고로 앞서 설명된 바와 같이 각 모뎀에 대한 안테나 소자의 TDMA 스위칭을 이루게 됨을 이해하게 된다. 또한, CPU(810)와 통신하여, 도시된 단일 연결에 의해 ODU에 제공되는 버스트 모드 제어 신호 및 다양한 다른 제어 신호를 복조하는데 사용되는 싱크 채널 변조기(860)가 있다. 제어 신호가 IDU 제어기에서 ODU 제어기로 전송되는 양호한 실시예에서, 싱크 채널 변조기는 CPU(810)에 제어 정보를 제공할 뿐만 이나라 동기화 회로(830)에 타이밍 정보를 제공하도록 복조기(862)와 조합되는 MUX(861)를 포함한다. 물론, ODU와 IDU 사이에 다수의 연결이 사용되는 경우, 싱크 채널 변조기(860)는 생략될 수 있다.
스위치 (870 및 871)는 동조기 (840 및 841)에 의해 공통된 중간 주파수에 동조되는 각 모뎀에 의해 제공된 다른 데이터 스트림의 선택을 안테나 소자에 제공하도록 적용된다. 양호한 실시예에서는 상술된 바와 같이, 안테나 소자의 모듈(220)이 중간 주파수를 수용하고 혼(210)을 통해 원하는 주파수에서 전송되도록 이들을 변환하는데 적용된다. 양호한 실시예에서, 모듈(220)은 단일 IF를 수용하도록 적용된다. 그러므로, ODU 제어기(230)는 여기서 IF1및 IF2인 다른 모뎀의 다양한 중간 주파수를 공통 중간 주파수 IFa로 조정하도록 동조기 (840 및 841)를 포함한다. 비록 각 IF에 대해 단일 양방향성 동조기가 주어지지만, 원하는 경우 TDD 스위치에 의해 양방향성 신호 경로에 연결된 전송 및 수신 신호 경로에 대해 분리된 동조기가 사용될 수 있음을 이해하게 된다. 이러한 배열은 안테나 모듈(220)에 대해 이후 상세히 논의된다.
비록 공통 주파수로 조정되지만, 모뎀으로부터의 신호는 동기화 회로(830)의 제어하에서 스위치 (870 및 871)에 의해 단일 조합기 (880, 881, 및 882)를 통해 적절한 안테나 소자에 교환가능하게 연결되도록 물리적으로 분리된다. 스위치 (870 및 871)를 제어함으로서, 모뎀으로부터의 버스트 주기의 순차가 안테나 소자에 의해 전송될 수 있음을 이해하게 된다.
비록 특정한 모뎀에 의해 변조된 신호의 선택이 동기화 회로의 제어하에서 동작되는 스위치를 참고로 논의되었지만, 이 기능은 임의의 수의 수단에 의해 이루어질 수 있음을 이해하게 된다. 예를 들면, 모듈(220)은 다양한 중간 주파수를 수용하도록 적용될 수 있다. 모듈(220)내의 가변 동조기는 예를 들면, 프로그램가능한 위상 동기 루프 회로의 사용을 통해 CPU(810) 및 동기화 회로(830)의 제어하에서 특정한 중간 주파수로 동조됨으로서 복합 신호로부터 특정한 모뎀에 의해 변조된 신호를 선택하는데 사용될 수 있다. 물론, 동조기가 모뎀에 의해 변조된 다양한 신호간을 식별하는데 사용되는 경우, 원하면 동조기 (840 및 841) 뿐만 아니라 스위치 (870 및 871)와 신호 조합기 (880, 881, 및 882)는 제거될 수 있다.
예를 들어 수 μsec (micro-second) 정도인 짧은 버스트 주기의 사용은 이러한 가변 동조기가 현저한 신호 왜곡을 피하기 위해 원하는 주파수에 동조하고 신속하게 정상 상태에 이를 것을 요구함을 이해하게 된다. 이와 일치하여, 실험에서는 상술된 스위칭 매트릭스의 사용이 고려되는 버스트 주기내에서 다양한 신호의 선택을 제공하는데 유리한 것으로 밝혀졌다.
양호한 실시예에서, 각 안테나 소자는 양방향 통신에 적용된다. 그러므로, 각 안테나 모듈(220)은 안테나 소자(200)에 대해 설명된 바와 같이, 전송 및 수신 주기 동안 안테나 소자를 동기화하여 스위칭하도록 동기화 회로(830)에 연결된 TDD 스위치 (890 및 891)를 포함할 수 있다.
더욱이, 시스템의 통신된 RF 주파수는 통신 시스템의 다양한 구성성분내에서 사용되는 IF와 다른 것으로 생각되므로, 각 안테나 모듈(220)은 또한 무선 통신을 위해 IF를 원하는 RF로 상향 변환 및/또는 하향 변환시키는 동조기를 포함할 수 있다. 신호를 모두 상향 변환 및 하향 변환하는 동조기의 사용은 도 8에서 상향 변환기(892) 및 하향 변환기(893)로 도시된다. 비록 변환기가 안테나 모듈(220)내에서 전송 및 수신 신호 경로 모두에 도시되지만, 원하는 경우 단일 양방향성 변환기가 사용될 수 있음을 이해하게 된다. 물론, 양??향성 변환기가 사용되는 경우, TDD 스위치 (890 및 891)는 제거되어 IF 동조기 (840 및 841)에 대해 상술된 바와 같은 구성을 제공하게 된다.
일련의 변환기의 사용은 신호의 상향 변환 및/또는 하향 변환을 이루는데 사용될 수 있음을 이해하게 된다. 예를 들어, 400-500 MHz의 중간 주파수와 대략 38 GHz의 무선 주파수가 사용되는 양호한 실시예에서, 주파수간을 상향 변환 또는 하향 변환하는 단일 스테이지 변환기는 관심있는 주파수에 매우 가깝게 발생된 다양한 측면대역간을 식별하도록 상당한 신호 필터링을 요구한다. 이와 같이, 3 GHz의 중간 주파수를 통해 스테이지에서 신호를 상향 변환 및/또는 하향 변환하는 것이 바람직하다. 그러므로, 바람직한 실시예에서, 변환기 (892 및 893)는 400-500 MHz, 3 GHz, 및 38 GHz 사이에서 신호를 상향 변환 또는 하향 변환하는 다수의 스테이지의 변한기를 포함한다.
무선 주파수에 근접한 중간 주파수가 사용되므로, 변환 신호의 정확한 필터링과 상술된 다수의 스테이지의 변환에 대한 필요성을 제거함을 이해하게 된다. 그러나, 전형적으로 더 높은 주파수 보다 더 낮은 주파수에 적절한 스위칭 매트릭스를 제작하는 것이 더 경제적인 것임을 이해하게 된다. 그러므로, 양호한 실시예에서는 전송되는 무선 주파수 보다 상당히 낮은 중간 주파수가 사용된다.
EHF 무선 주파수가 사용되는 양호한 실시예에서, 데이터 통신은 주파수 분할 다중화 (FDM)를 위해 이용가능한 스펙트럼을 이산적인 채널로 분류함으로서 제공된다. 예를 들어, 38 GHz가 사용되는 경우, 이용가능한 스펙트럼은 38.6 GHz와 40.0 GHz 사이에서 1.4 GHz 스펙트럼이 될 수 있다. 이 1.4 GHz 스펙트럼은 유리하게 각각 100 MHz인 14개 채널로 나뉠 수 있다. 물론, 본 발명을 실행하는 최상의 모드에 대해 이후 논의될 바와 같이, 원하는 정보를 통신하기에 충분한 단일 대역폭을 제공하는 이용가능한 스펙트럼을 다르게 나누는 것이 적용될 수 있다.
상술된 바와 같이 FDD를 사용한 전이중화 (full duplexing)를 가능하게 하기 위해, 단일 100 MHz 채널은 한 쌍의 50 MHz 채널로 더 나뉘어, 그에 의해 50 MHz 전송 (Tx) 채널과 50 MHz 수신 (Rx) 채널이 정의된다. 물론, 원하는 경우 각 100 MHz 채널은 Tx 또는 Rx 채널로 전부 사용될 수 있다. 종래 기술에 숙련된 자는 전체 100 MHz 스펙트럼의 채널을 사용하는 것이 정보의 역전송을 가능하게 하도록 그 채널내에 스펙트럼이 남아있지 않으므로 반 이중 채널이 됨을 이해하게 된다. 그러나, 최상의 모드에 대해 이후 논의될 바와 같이, 전이중화는 채널에서 Tx 및 Rx 프레임을 제공하도록 TDD의 사용을 통해 단일 채널에서 합성된다.
각 Tx 및 Rx 채널은 유사하게 각각 10 MHz인 5개의 이상적인 서브채널로 나뉘어, 50 MHz Tx 및 Rx 채널의 주파수 분할 다중화를 제공하게 된다. 각 안테나 소자의 상술된 TDMA로 인해, 각 채널은 소정의 TDMA 시간 슬롯 (time slot)으로 나뉜다. 이들 TDMA 시간 슬롯은 프로토콜 시간 슬롯으로 더 분류될 수 있다; 프로토콜 시간 슬롯은 소정의 프로토콜로 포맷된 정보 패킷을 통신하기에 충분한 시간이다. 예를 들면, 각 10 MHz 서브채널은 64 QAM을 사용해 250 μsec TDMA 시간 슬롯에서 3개의 10 Mbps 에터넷 (Ethernet) 데이터 패킷을 통신하는데 사용될 수 있다. 다른 방법으로, 이들 서브 채널은 예를 들면 QPSK (quaternary phase-shift keying)로 250 μsec 프레임에서 하나의 10 Mbps 에터넷 데이터 팩과 같은 다른 데이터 처리량을 제공하는데 사용될 수 있다. 더욱이, 각 Tx 및 Rx 채널은 원하는 경우 주파수 분할 없이 전체 50 MHz 대역폭을 연결하는 단일 채널로 사용될 수 있다.
도 3a에는 3개 에터넷 데이터 패킷으로 포맷된 TDMA 시간 슬롯당 서브 채널 30 Mbps 통신의 예가 도시된다. 거기에는 250 μsec 프레임이 보호 시간 싱크 필드(301)로 이어지는 제어 헤더 (header)(300)를 포함한다. 싱크 필드(301)는 10 Mbps LAN 데이터 패킷(302)과 전방 에러 정정 데이터(303)로 이어지고, 그 자체가 보호 시간 싱크 필드(304)로 이어진다. 싱크 필드(304)는 유사하게 10 Mbps LAN 데이터 패킷(305)과 전방 에러 정정 데이터(306) 뿐만 아니라 보호 시간 싱크 필드(307)로 이어진다. 싱크 필드(307)는 10 Mbps LAN 데이터 패킷(308)과 전방 에러 정정 데이터(309) 또한 보호 시간 싱크 필드(310)로 이어진다. 30 Mbps 통신의 본 예는 단지 본 발명의 단일 채널내에서 신호 합성의 한 실시예임을 이해하게 된다. 통신을 위해 상기 설명된 주파수 스펙트럼을 사용하는 방법은 수없이 많다. 이러한 방법은 본 발명에 따라 사용될 수 있음을 이해하게 된다.
허브(101)를 통한 프로세서-기초의 시스템간 정보 통신에 부가하여, 제어 기능은 또한 허브(101)와 노드(150) 사이에서 통신될 수 있다. 이러한 제어 통신의 예는 도 3a에서 제어 헤더(300)로 도시된다. 다른 방법으로, 제어 기능은 FDM 스펙트럼 중 소정의 채널이나 서브 채널을 통해 통신될 수 있다. 이들 제어 기능은 데이터 패킷의 재전송에 대한 요구, 전송된 신호의 진폭을 조정하는 요구, TDM 타이밍 정보, 변조 밀도를 조정하는 지시, 또는 허브 자원의 동적 지정을 포함한다. 이러한 제어 기능의 사용은 이후 더 상세히 논의된다.
안테나 소자를 통해 IDU 제어기(250)로 통신되는 정보는 허브(101)에 의해 도 6에 도시된 백본(160)과 같은 백본을 통해 결국 다른 프로세서-기초의 시스템으로 재전달된다. 이러한 백본 통신 수단의 다수는 단일 허브(101)에 연결될 수 있음을 이해하게 된다.
다른 방법으로, IDU 제어기(250)로 통신되는 정보는 허브(101)에 의해 미리 선택된 안테나 소자를 통해 제어기(250)와 통신하여 교환될 때 결국 또 다른 프로세서-기초의 시스템에 의해 수신되도록 재전달될 수 있다. 다시 도 6을 참고로, 이 통신 경로는 예를 들면, 허브(101)를 통해 네트워크(120)로 통신하는 네트워크(110)에 의해 도시된다.
통신하는 2개의 프로세서-기초의 시스템 사이의 더 큰 지형적 거리는 다수의 허브를 사용해 교락될 수 있다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 이들 두 허브는 어느 한 허브와 통신하는 프로세서-기초의 시스템의 조합 사이에서 정보 통신을 제공한다.
허브(101)의 IDU 제어기(250)에 의해 수신되는 정보는 다양한 방법으로 재전달될 수 있음을 이해하게 된다. 한 실시예에서, IDU 제어기(250)는 ODU 제어기(230)의 제어로 표시되는 바와 같이, 연관된 버스트 주기 또는 특정한 안테나 소자(200)를 통한 통신을 소정의 통신 경로와 서로 연관시킨다. 이 방법에 따라, 예를 들어 도 2c에 도시된 안테나 소자(200a)에서 IDU 제어기(250)에 의해 수신된 통신은 RAM(270)에서 상관관계 테이블 등으로 표시되는 바와 같이, 안테나 소자(200b)를 통해 IDU 제어기(250)에 의해 전해질 수 있다. 이러한 상관관계 테이블이나 다른 상관관계 정보는 IDU 제어기(250)에 의해 백본을 포함하여 특정한 소자, 버스트 주기, 또는 허브(101)의 채널을 통해 수신된 통신을 또 다른 특정한 소자, 버스트 주기, 또는 허브(101)의 채널로 전하도록 사용될 수 있다. 이러한 실시예는 예를 들면, 안테나 소자(200a)를 통해 허브(101)와 통신하는 프로세서-기초의 시스템이 단지 소자(200b)를 통해 허브(101)와 통신하는 프로세서-기초의 시스템과의 통신에만 바람직한 경우에 효과적이다.
그러나, 프로세서-기초의 시스템이 다수의 다른 프로세서-기초의 시스템과 허브(101)를 통해 통신하기를 바라는 경우, 또는 단일 안테나 소자가 다수의 프로세서-기초의 시스템에 의해 사용되는 경우, 상술된 상관관계 테이블은 효과적이지 않다. 그러므로, 양호한 실시예에서, 허브(101)를 통해 통신되는 정보는 루트 정보를 포함한다. 이러한 정보는 양호하게 OSI (open systems interconnection) 모델에 따른 데이터 패킷의 형태이다. 본 실시예에서 사용되는 OSI 루트 정보의 예는 전송 제어 프로토콜 (TCP) 표준이다. 그러나, 원하는 경우 OSI 모델에 따르지 않고 수신 데이터 패킷의 목적지를 나타내는 루트 정보가 본 발명에 의해 사용될 수 있음을 이해하게 된다.
모뎀(240)은 안테나 소자와 IDU 제어기(250) 사이에서 통신을 변조 및 복조킴을 이해하게 된다. 그러므로, 임의의 안테나 소자에서 수신된 RF 통신은 RAM(270)내에 디지털 정보로 저장될 수 있다. 인터페이스/루터(280)는 수신된 통신의 루트를 결정하도록 RAM(270)에 저장되는 것과 같은, 디지털 정보내에 포함된 소정의 정보 일부를 사용한다. 양호한 실시예에서, 루트 정보는 OSI 모델에 따른 데이터 패킷의 네트워크 층에 의해 제공된다. 이러한 정보는 예를 들면, 도 3에 도시된 각 LAN 데이터 패킷내에 포함된다.
통신된 정보내에 포함된 정보를 사용해 적절한 루트를 결정하면, 디지털 정보는 허브(101)에 의해 백본(160)을 통해 또는 모뎀(240)을 경유한 안테나 소자를 통해 재전달된다. TDMA의 사용 때문에, 디지털 정보는 ODU 제어기(230)가 루트 정보에 의해 결정된 바와 같이, 정확한 안테나 소자를 IDU 제어기(250)에 연결시켜 통신에 필요한 루트를 제공하는 시간까지 RAM(270)에 저장됨을 이해하게 된다.
본 발명의 허브(101)를 상세하 설명하도록 이제는 노드(150)가 더 전체적으로 도시된 도 4를 참고한다. 양호한 실시예에서, 노드(150)는 도 4에 도시된 바와 같이 2개의 주요 구성성분, 외부 유닛(410), 및 내부 유닛(450)으로 구성된다.
외부 유닛(410)은 안테나(420), 모듈(430), 및 모뎀(440)을 포함한다. EHF가 사용되는 경우, 안테나(420)는 바람직하게 약 42 dB의 이득을 대략 2도의 통신 로브에 제공하는 파리볼릭 접시 안테나 (parabolic dish antenna)이다. 상술된 모듈(220)과 같은 모듈(430)은 RF 모뎀(440)과의 통신을 위해 400-500 MHz의 범위에서 IF로 변환되어 안테나(420)를 통해 38 GHz RF를 수용 및 전송하는 합성된 mm Wave 전치 모듈이다. 양호하게, 모듈(430)은 모듈(220)에 대해 도 8에 도시된 다양한 동조기 및 TDD 스위칭 구성성분을 포함한다. 그러나, 모듈(220)에서와 같이, 모듈(430)에서는 임의의 수의 구성성분 구성이 수용가능함을 이해하게 된다. CPU(460)와 모듈(430) 사이에 도시된 링크는 연관된 허브의 TDD 프레임에 따라 TDD 스위치의 동기화된 스위칭을 제어하는 신호를 제공한다. 모뎀(440)은 연관된 허브에서 사용되는 가변 비율 모뎀의 사용에 대응하여, 심볼 당 가변 비트 밀도로 고정된 보드 (baud) 비율을 갖는 가변 비율 모뎀이다. 물론, 노드(150)의 안테나 및 모듈 특성은 예를 들어 다른 반송파 주파수나 빔 패턴을 원하는 경우 상술된 것과 다르다.
내부 유닛(450)은 CPU(460), RAM(470), 및 인터페이스(480)를 포함한다. 내부 유닛(450)과 외부 유닛(410)은 안테나(420)에 의해 RF 에너지로 수신된 정보가 내부 유닛(450)에 통신되도록 연결됨을 이해하게 된다.
인터페이스(480)는 도 4에 도시된 LAN(490)과 같은 프로세서-기초의 시스템과, 내부 유닛(450) 즉 노드(150) 사이에서 데이터 통신을 제공한다. 더욱이, 인터페이스(480)는 그렇게 연결된 프로세스 기초의 시스템과 호환가능하도록 데이터 통신을 포맷시킨다. 한 예로, LAN(490)이 노드(150)에 연결되는 경우, 인터페이스(480)는 모두 에터넷 데이터 패킷을 수신 및 전달하고, 여기서 LAN(490)는 에터넷 호환가능 통신 프로토콜을 사용한다. 그러나, 노드(150)가 단일 컴퓨터에 연결되는 경우에는 인터페이스(480)가 비동기화 수신/전송 프로토콜을 제공하는 것이 유리하다. 종래 기술에 숙련된 자는 인터페이스(480)가 사용자 선택가능한 단일 실시예내에서 다수의 통신 프로토콜을 포함하거나 필요한 경우 제어기(450)내에 포함된 각 모듈이 될 수 있음을 이해하게 된다.
RAM(470)은 인터페이스(480)와 CPU(460)에 모두 연결된다. TDM이 허브(101)에서 사용되고 있는 경우, RAM(470)은 허브(101)로의 전송을 대기하면서 인터페이스(480)를 통해 노드(150)에서 수신된 정보를 저장할 수 있다. RAM(470)은 또한 예를 들면, 이후 상세히 논의될 모뎀 구성 지시와 같은 링크 관리 정보 및 초기화 지시, 전력 제어 지시 및 에러 정정 지시와 같은 부가적인 저장 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 허브(101)와 노드(150)를 상세히 설명하도록, 이제는 이들 소자의 상호작용이 설명된다. 상기에서 논의된 바와 같이, 허브(101)의 RAM(270)과 노드(150)의 RAM(470)은 각각 CPU (260 및 460)의 동작에 대한 지시를 포함한다. 이들 지시는 예를 들면, 통신을 위해 허브(101)와 노드(150)를 프로그램하는 방법 및 통신 에러 정정을 포함하는 링크 관리에 대한 방법을 포함한다.
부가적으로, RAM(270)과 RAM(470)은 모두 전송 에러가 검출되는 경우 재전송을 위해 디바이스를 통하여 통신된 정보를 임시저장한다. 전송 에러는 CPU (260 및 460)에 의해 다양한 방법으로 검출될 수 있다. 종래 기술에서 공지된 한가지 방법은 전송된 데이터 패킷과 함께 에러 검출 정보를 전송하는 것이다. 이러한 방법은 상술된 OSI 모델의 데이터 링크층에서 정의된다.
도 3a 및 도 3b를 참고로, 3개의 도시된 데이터 패킷은 각각 연관된 전방 에러 정정 (FEC) 정보를 포함한다. FEC 정보는 체크섬 (checksum), 패리티 (parity indication) 표시 등과 같은 수단에 의해 연관된 데이터 패킷의 내용을 요약하여 나타내는 것을 포함할 수 있음을 이해하게 된다. 이 요약 표시는 전송 CPU, CPU (260 및 460)에 의해 발생되거나, 예를 들면 에터넷 프로토콜에 따른 데이터 패킷으로 프로세서-기초의 시스템에 의해 사용되는 특정한 전송 프로토콜에 통합될 수 있다. 그 소스에 관계없이, 이 정보는 전송 데이터에서 에러를 검출하고 예를 들어 이루어진 데이터 패킷의 재전송을 요구함으로서 에러를 순차적으로 정정하는데 사용될 수 있다.
상기에 논의된 바와 같이, RAM(270)과 RAM(470)은 모두 각각 CPU (260 및 460)에 의해 판독가능한 형태로 통신 정보를 저장한다. 그러므로, CPU (260 및 460)는 각각 통신 에러를 검출하도록 RAM(270) 및 RAM(470)에서 디지털 정보내에 포함된 소정의 정보 일부를 사용한다. 예를 들어 도 3a에 도시된 실시예에서는 수신 CPU가 RAM에 저장된 각 LAN 데이터 패킷의 내용에 대한 요약 표시를 발생하고, 이를 연관된 FEC 정보에 비교한다. 두 요약 표시 사이에서 차이를 결정하면, 수신 CPU는 전달 CPU에 의한 LAN 데이터 패킷의 재전송을 요구한다.
그러나, 양호한 실시예에서, FEC 정보는 특수한 인코더를 사용하는 데이터 스트림에서 데이터 용장도 (data redundancy)를 포함한다. 전송 에러를 검출하면, 수신 위치에서 이용가능한 디코더는 데이터 스트림의 일부 중 에러 정정을 제공하는데 사용될 수 있다. 부호화된 여분 데이터로부터의 이와 같은 에러 정정은 전송 에러 중 소정의 퍼센트까지 포함하는 전송 정보를 정정할 수 있다. 양호하게, 이렇게 사용된 FEC 정보는 리드-솔로몬 (Reed-Solomon) FEC 프로토콜과 같은 블록 코드이다.
예를 들어 도 3b에 도시된 실시예에서, 수신 CPU는 FEC 데이터 패킷내에서 전송된 정보를 복호화하고 이 정보를 RAM에 저장된 각 ATM 데이터 패킷의 내용에 비교한다. 이러한 비교를 통해 전송 에러를 검출하면, 수신 CPU는 FEC 데이터 패킷에 부호화된 여분 데이터를 사용해 ATM 데이터 패킷을 정정한다. 물론, 데이터 패킷의 전송이 FEC 데이터 패킷의 부호화된 여분 데이터를 사용한 정정을 넘어선 지점에서 행해지는 경우, 원하면 데이터 패킷의 재전송이 사용될 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 통신 채널의 소정의 서브대역은 예를 들면, 상술된 재전송 요구나 전력 레벨 조정 및 정보 밀도 조정과 같은 다른 제어 기능인 제어 기능의 전송에 사용될 수 있다. 다른 방법으로, 제어 기능은 예를 들면, 도 3a에 도시된 제어 헤더(300) 또는 도 3b에 도시된 제어 채널 블록(363)으로 각 TDMA 버스트 전송에 포함될 수 있다. 예를 들어, 대응하는 CPU는 소정의 제어 기능 서브대역 또는 제어 헤더에서 주어진 재전송에 대한 요구를 검출하고, 요구되는 LAN 데이터 패킷의 재전송에 응답한다.
물론, 정보 전송에 에러가 없거나 전송 정보의 에러 정정이 또 다른 수단에 의해 처리되면, 원하는 경우 상기의 에러 정정 방법은 생략될 수 있다. 더욱이, TDM이 사용되지 않고 정보 재전송에 의한 에러 정정을 원하지 않으면, RAM(270) 및 RAM(470)에 통신 정보를 저장하는 것은 또한 생략될 수 있다.
양호한 실시예는 또한 허브의 RAM(270)에서 특정한 노드(150)와 연관된 통신에서의 에러와 같이 통신 매개변수를 모니터하도록 링크 유지 알고리즘을 포함한다. 소정의 수용가능한 에러 비율과 비교해 결정된 수용가능하지 않은 에러 비율과 같이, 수용가능하지 않은 통신 매개변수의 존재를 결정하면, CPU(260)는 적절한 조정을 취하도록 특정한 노드에 지시를 전달한다. 예를 들어, CPU(260)는 수용가능한 에러 비율을 이루기 위한 통신 전송 전력을 조정하도록 또는 정보가 전송된 M-ary QAM 신호 레벨을 조정하도록 (즉, 이후에 QAM 비율이라 칭하여지는 심볼 당 비트의 수를 조정하도록) 노드(150)에 지시한다. 물론, CPU(260)는 또한 노드에 통신된 신호의 적절한 변조/복조를 제공하도록 허브와 연관된 다양한 QAM 변조기에 이러한 제어 신호를 제공할 수 있다. 상기와 같이, 링크 유지에 연관된 이들 제어 기능은 지정된 제어 기능 서브대역 또는 제어 헤드를 통하여 CPU(260)와 (460) 사이에서 통신될 수 있다.
통신을 조정하는 제어 지시를 검출하면, CPU(460)는 적절한 구성성분에 필요한 지시를 제공한다. 예를 들어, 허브에 대해 상기에 논의된 바와 같이, CPU(460)는 허브에 의해 전송되는 제어 정보나 주어진 특성에 의존해, 모듈(430)이 전송 전력을 조정하게 하거나 모뎀(440)이 QAM 비율을 조정하게 할 수 있다.
예를 들면, 제어 신호는 CPU(460)에 의해 안테나 모듈(430)내의 동조기에 제공될 수 있다. 이러한 제어 신호는 통신된 정보의 전송 및/또는 수신을 위해 특정한 주파수를 선택하도록 제어 프로세서에 의해 안테나 모듈내에서 프로그램 위상 동기 루프 회로나 동기화 회로 하드웨어에 제공된다. 유사하게, 제어 신호는 전송 또는 수신된 신호의 진폭을 조정하도록 제공될 수 있다. 예를 들면, 도 8에서 모듈(220)로 도시된 바와 같이, 모듈(430)내의 동조기는 이러한 제어 신호의 제어하에서 조정가능한 증폭/감쇄 회로를 포함한다. 이러한 특성 뿐만 아니라 통신 데이터의 정보 밀도의 조정은 제어 채널을 통해 통신되고 허브에서 결정 노드에 응답하는 노드에 의해 이루어지거나 노드에서 알고리즘에 의해 이루어질 수 있다. 노드에 의한 일부 특성의 조정은 채널 또는 QAM 비율의 조정과 같이, 허브에서 그에 대응하는 조정을 요구한다. 그러므로, 노드는 이러한 상황에서 허브에 제어 기능을 통신한다.
이후 논의될 바와 같은 초기 알고리즘이 이러한 통신 매개변수를 적절하게 초기화하는데 사용되는 경우라도, 통신을 실행하는 예외의 발생 때문에, 통신 매개변수의 주기적인 조정이 필요할 수 있음을 이해하게 된다. 예를 들어 비록 초기 QAM 비율 및/또는 전송 전력 레벨이 통신의 초기화시 선택될 수 있더라도, 비와 같은 다양한 대기 조건이 상당한 신호 감쇄를 일으킬 수 있다. 그러므로, 이러한 예외의 발생을 보상하는 조정이 제공되도록 통신 매개변수를 모니터하는 것이 유리하다. 제어 기능의 통신과 통신 매개변수의 모니터는 이러한 노드가 수용가능하지 않은 통신 특성을 검출한 경우 노드에서 서브로 이루어짐을 이해하게 된다.
통신 정보 및 연관된 링크 유지 알고리즘을 저장하는 것에 부가하여, 양호한 실시예에서, RAM(470)은 동작 노드(150)에서 CPU(460)에 의해 사용되는 지시를 저장하는데 사용된다. 이러한 지시는 노드(150)에 의해 사용되지 않는 이용가능한 스펙트럼에서의 채널, TDM으로 인한 노드(150)와 허브(101) 사이의 통신에 이용가능한 통신창, 및 TDM 및/또는 TDD 통신을 가능하게 하는, 프레임 타이밍 및 전파 지연 오프셋과 같은, 동기화 정보를 포함한다. 더욱이, RAM(470)은 또한 상술된 통신에 이용가능한 채널과 통신창, 또는 이후 논의될 바와 같은 버스트 주기와 같이, 허브 자원의 동적 지정을 위해 CPU(460)에 의해 사용되는 지시를 저장한다.
비록 양호한 실시예에서는 허브(101)의 안테나 소자와 노드(150)의 안테나(420)가 좁은 빔을 사용하도록 미리 선택되었지만, 본 발명이 사용될 수 있는 환경은 전송 신호의 반사를 일으키는 물리적인 형태를 포함할 수 있음을 이해하게 된다. 이러한 반사는 노드(150)와 허브(101) 사이의 통신에서 다중 경로 간섭을 일으키기 쉽다. 그러므로, RAM(470)은 상술된 통신 지시의 일부로 초기 알고리즘을 포함한다. 물론, 이러한 초기화 알고리즘은 원하는 경우 같은 결과를 이루도록 노드(150)와 통신하는 프로세서-기초의 시스템에 저장될 수 있다.
초기화 알고리즘은 허브(101)에 저장된 유사한 알고리즘과 연관되어 동작한다. 노드(150)의 초기화 알고리즘과 같이, 허브(101)에 의해 사용되는 초기화 알고리즘은 다른 방법으로 같은 결과를 이루도록 허브(101)와 통신하는 프로세서-기초의 시스템에 저장될 수 있다. 허브(101)의 초기화 알고리즘은 허브(101)의 각 안테나 소자에서 수신되는, 수신 강도와 같은, 통신 매개변수의 맵핑 (mapping)을 인에이블시키기 위해 노드(150)가 이용가능한 스펙트럼에 걸쳐 소정의 신호를 전송하게 하도록 동작된다. 이 정보는 이어서 본 발명에 의해 노드(150)와 허브(101) 사이의 통신에 가장 적합한 개인 안테나 소자를 결정하는데 사용될 수 있다. 이는 실제로 이들 안테나 소자의 TDM에 따라 노드(150)에 이용가능한 버스트 주기 또는 통신창의 타이밍을 결정한다. 이 타이밍 정보는 이어서 ODU 제어기(230)에 의한 안테나 소자의 스위칭과 동기화를 이루도록 안테나(410)를 통한 시간 전송에 CPU(460)를 인에이블시키기 위해 RAM(470)에 저장된다. 물론, 예를 들어 다중 경로와 공동 채널 간섭에 관심을 두지 않는 경우에는 이러한 초기화 알고리즘을 사용하는 것이 유리하지 않을 수 있다. 그러므로, 이러한 초기화 알고리즘의 사용은 원하는 경우 생략될 수 있다.
부가하여, 다수의 노드가 허브(101)와 통신하여야 하는 경우, 공통 채널 간섭은 수개의 노드 사이의 통신으로부터 기인한다. 그러므로, 상기에서 논의된 초기화 알고리즘은 허브(101)가 각 노드에 대한 통신 매개변수를 저장함으로서 각 노드에서 유발될 수 있다. 이후에, 허브(101)는 수개의 노드(150) 사이의 공동 채널 간섭의 가능성을 결정하고 각 노드(150)에서의 통신을 이용가능한 스펙트럼의 일부로 제한, 즉 각 노드(150)에 다른 채널이나 버스트 주기를 지정한다. 부가적으로, 이 정보는 특정한 노드에 의해 사용되는 허브 자원의 동적 지정에 사용될 수 있다. 이러한 동적 지정은 제 1 노드에 의해 사용중일 때 제 1 노드에 앞서 지정된 채널이나 버스트 주기를 또 다른 노드에 임시 저장하는 것을 포함한다.
각 노드에 대한 통신 매개변수 정보는 특정한 노드에 이용되도록, 상기 논의된 바와 같은 가변 모뎀과 이용가능한, 초기 QAM 비율을 결정하는데 사용된다. 초기 QAM 비율 결정은 특정한 QAM 비율에 적절한 반송파 대 잡음 (C/N)비를 제공하는 특정한 신호 강도를 근거로 이루어진다. 예를 들어, 11 dB의 C/N 비 (BER = 10-6)은 4 QAM의 변조를 유지하는데 충분한 것으로 밝혀졌다. 유사하게, 21.5 dB의 C/N 비 (BER = 10-6)은 64 QAM의 변조를 유지하는데 충분한 것으로 밝혀졌다.
물론, 신호 강도는 거리에 따라 감쇄되므로, QAM 비율 결정은 다른 방법으로 전송 신호의 전파 지연을 측정하여 허브에서 노드까지의 거리를 측정함으로서 이루질 수 있다. 양호한 실시예에서, 전파 지연 및 노드와 허브 사이의 거리는 허브에 의해 이루어진 프레임 타이밍에 먼저 동기화된 노드에 의해 결정된다. 이후에, 노드는 소정의 시간 슬롯 동안 단축된 버스트를 전송한다. 이 전송 버스트는 전파 지연 시간 만큼 허브 프레임 타이밍으로부터 오프셋된다. 허브는 전송 노드와 연관되는 전파 지연과 허브로부터의 거리를 계산하는데 이 오프셋을 사용한다. 이후에, 특정한 전파 지연이나 거리는 노드에 대한 특정한 QAM 비율의 선택과 연관될 수 있다.
결정이 이루어지는 방법에 관계없이, 특정한 노드에 대한 최대 QAM 비율의 선택은 적절한 통신 특성을 갖는 노드에 대한 정보 밀도를 증가시킴으로서 이용가능한 스펙트럼의 보다 효율적인 사용을 허용한다. 이와 같이 증가된 정보 밀도는 예를 들면, 허브로부터 멀리 위치한 통신에 대한 덜 조밀한 정보 통신과 비교해, 전송 전력을 증가시키지 않고 허브 부근에 위치하는 노드에 대해 가능하다.
이제는 허브(101)의 초기화 알고리즘의 양호한 실시예가 설명되는 도 5를 참고한다. 비록 초기화 프로그램의 단일 반복이 설명되지만, 초기화 프로그램은 허브(101)에 대해 각 노드의 통신 특성을 반영하는 데이터 세트를 생성하도록 허브(101)와 통신하는 각 노드에 대해 반복됨을 이해하게 된다.
단계(501)에서는 안테나 소자 카운터 N이 초기화된다. 안테나 소자 카운터 N는 초기화 프로그램에 의해 허브(101)의 안테나 어레이를 구비하는 개인 안테나 소자의 수 N를 참고하는데 사용됨을 이해하게 된다. 이후에, 단계(502)에서는 안테나 소자 카운터 N이 1 만큼 증가된다.
단계(503)에서, 초기화 프로그램은 노드가 소정의 샘플 신호를 전송하게 요구하는 제어 신호를 안테나 소자 N을 통해 전송한다. 제어 신호의 전송은 소정의 노드로 전해짐을 이해하게 된다. 노드는 허브(101)와 통신하는 공지된 노드들의 데이터 세트로부터 선택되거나, 노드로부터의 제어 신호와 같이 작동자 입력에 의해 선택되거나, 또는 허브(101)로부터의 폴링 (polling) 신호 방송으로의 응답에서 결정될 수 있다.
단계(504)에서, 초기화 프로그램은 소정의 시간 주기 동안 안테나 소자 N을 모니터한다. 안테나 소자가 모니터되는 시간량은 다수의 경로 간섭을 일으키기 충분한 노드로부터의 신호가 수신되는 충분한 시간량이 되도록 미리 결정됨을 이해하게 된다. 양호한 실시예에서, 안테나 소자 N을 모니터하는 소정의 시간량은 허브(101)의 모든 N개 안테나 소자를 통해 하나의 완전한 TDM 싸이클 동안 요구되는 시간이다.
단계(505)에서는 소정의 샘플 신호가 소정의 모니터 시간내에 안테나 소자 N에 의해 수신되었나 여부를 결정한다. 이러한 샘플 신호가 수신되지 않았으면, 안테나 소자 N은 초기화 정보가 찾아지고 있는 노드와 통신하지 않는 것으로 가정한다. 그러므로, 초기화 프로그램은 단계(509)로 진행되어 모든 안테나 소자가 모니터되었나를 결정한다. 그렇지 않으면, 프로그램은 단계(502)로 복귀되어 부가적인 안테나 소자를 모니터하도록 안테나 소자 표시자를 하나 증가시켜준다.
제어 신호의 전송과 샘플 신호에 대한 순차적인 모니터는 단일 안테나 소자 N에서 반복됨을 이해하게 된다. 안테나 소자 N에서의 반복은 다수의 결과를 통계적으로 분석하여 교체된 계수에 의해 발생되는 예외 결과를 없애거나 최소화함으로서 더 정확한 샘플을 제공하는데 사용될 수 있다.
그러나, 샘플 신호가 안테나 소자 N에서 검출되면, 초기화 프로그램은 단계(506)로 계속되어 노드로부터의 신호 전송에 대한 전파 지연을 결정한다. 안테나 소자 N으로부터의 제어 신호 전송 시간과 안테나 소자 N에서의 샘플 신호의 수신 시간을 앎으로서, 초기화 프로그램은 노드에서 허브(101)로 전송되는 신호의 전파 지연을 결정할 수 있음을 이해하게 된다. 부가적으로, 이 결정의 정확도를 높이기 위해, 초기화 프로그램은 상기에 논의된 바와 같이 다수의 전송을 분석할 수 있다.
초기화 프로그램은 또한 단계(507)에서 안테나 소자 N에 수신된 샘플 신호의 신호 강도를 결정한다. 신호 강도 정보는 허브(101)와 노드 사이의 통신에 이용되기 가장 바람직한 허브(101)의 개인 안테나 소자를 결정하는데 유용함을 이해하게 된다. 더욱이, 상기에 논의된 바와 같이, 초기화 프로그램에 의해 결정된 신호 강도 및/또는 거리 정보는 특정한 노드에 최대 가능한 정보 밀도의 통신을 제공하는 QAM 비율을 선택하는데 사용될 수 있다. 비록 여기서는 이러한 QAM 선택이 초기화 통신 매개변수를 참고로 논의되지만, 이러한 결정은 또한 다양한 노드와 허브 사이의 순차적인 통신을 통해 동적으로 이루어질 수 있음을 이해하게 된다.
단계(508)에서, 초기화 프로그램은 상기 단계에서 결정된 정보를 제어 신호에 대응하여 특정한 노드와 연관된 데이터 세트에 저장한다. 이와 같이 저장된 정보는 노드와의 통신에서 채널 및 개인 안테나 소자를 먼저 지정하기 위해서 허브(101)에 의해 사용될 뿐만 아니라, 하드웨어가 고장난 경우나 통신 인터럽트를 발생시키는 다른 경우에 디바이스간의 통신을 동적으로 구성하는데 사용될 수 있음을 이해하게 된다.
단계(509)에서, 초기화 프로그램은 모든 N개 안테나 소자가 상기의 단계에 의해 억세스되었나 여부를 결정한다. 그렇지 않은 경우, 초기화 프로그램은 단계(502)로 복귀되어 안테나 소자 카운터 N를 증가시킨다. 모든 안테나 소자가 억세스된 경우, 초기화 프로그램은 선택된 노드에 대한 동작을 중단한다.
허브(101)의 각 안테나 소자를 통한 통신과 연관된 특성을 노드와 연관된 데이터 세트에 저장하면, 초기화 프로그램은 선택 노드와 허브(101) 사이의 통신이 일어나는 1차 및 2차 안테나 소자와 같은 통신 매개변수를 결정하도록 데이터에 통계적인 분석을 실행할 수 있다. 안테나 소자에서 검출된 짧은 전파 지연 및 높은 신호 강도와 같이 데이터 세트에 포함된 정보는 노드와 허브(101) 사이의 직접적인 에러 링크 (air link)의 가능성을 나타내는 것으로 이해된다. 이와 같이, 초기화 프로그램은 이 안테나 소자를 선택된 노드와의 통신에 대해 지정할 수 있다. 각 안테나 소자가 RF 모뎀과 TDM 통신하기 때문에, 이 지정은 또한 노드와 허브(101) 사이에서 통신창의 타이밍을 식별한다.
상기에 논의된 바와 같이, 통신 특성의 맵핑은 각 노드에 대해 반복된다. 그러므로, 상기 통계적인 분석은 또한 선택된 노드와의 통신을 위해 안테나 소자를 지정할 때 다른 노드의 통신 특성을 비교할 수 있다. 예를 들어, 한 안테나 소자가 허브(101)와 하나 이상의 노드 사이의 최적 통신을 제공하는 것으로 결정되면, 스펙트럼에서 이용가능한 선택 채널만이 각 노드에 지정된다. 또는 본 발명을 실행하는 최상의 모드에 대해 이후 논의될 바와 같이, 각 노드는 통신을 이루는 채널내에서 다른 TDM 버스트에 지정될 수 있다. 다른 방법으로, 초기화 프로그램은 이러한 안테나 소자를 단 하나의 노드에 저장하고, 최적 통신 보다 덜 제공될 가능성이 있는 2차 안테나 소자를 또 다른 노드에 저장할 수 있다.
허브(101)와 통신하는 노드 중 일부에 대해 안테나 소자와 채널의 지정을 결정하면, 초기화 프로그램은 제어 신호를 이들 노드에 전송한다. 제어 신호는 특별한 노드간 통신에 이용가능한 채널에 대한 정보 뿐만 아니라, 허브(101)의 TDM 안테나 소자와 노드간 통신의 동기화를 허용하는 타이밍 정보를 포함할 수 있다.
허브에 의해 제공되는 타이밍 정보는 링크 초기화 동안 결정된 상기의 오프셋을 포함하여, 신호 전파 지연을 조정하기에 충분한 시간 주기 만큼 노드가 허브로의 버스트 주기의 전송을 기대하거나 허브로부터의 버스트 주기의 수신을 지체시키도록 허용한다. TDM 타이밍 정보에 이러한 오프셋 정보를 포함하는 것은 버스트 주기 동안 최대 정보 통신을 허용함을 이해하게 된다. 물론, 최대 정보 통신을 원하지 않는 경우, 타이밍 정보는 오프셋 정보를 포함할 수 없다. 여기서, 정보가 전송되지 않고 전파 지연을 수용하기에 충분한 기간인 지연 주기는 버스트 주기에 포함된다. 그러나, 신호 전파 지연을 보상하는 이러한 방법은 지연을 수용하기 위해 정보 처리량을 줄이게 됨을 이해하게 된다.
앞서 논의된 바와 같이, 제어 정보는 제어 정보를 위해 사용되는 소정의 서브채널을 통해 허브에 의해 통신되거나, 상기에 논의된 바와 같은 통신 데이터 패킷에 포함된 제어 채널 또는 논리 채널내에 포함될 수 있다. 이러한 제어 정보를 수신하는 노드는 이를 이후 CPU(460)에 의해 사용하도록 RAM(470)에 저장한다. 물론, FDD가 허브(101)에 의해 사용되는 경우, RAM(470)이 허브(101)와의 통신창에 대한 타이밍 정보를 포함할 필요는 없으므로, 이러한 정보는 제어 정보로부터 생략될 수 있다. 유사하게, 허브와 노드 사이의 통신이 단일 채널에서만 이루어지는 경우, 통신에 이용가능한 채널에 대한 정보는 이 제어 정보로부터 생략될 수 있다.
상기에 논의된 바와 같이, 이 초기화 정보는 또한 통신하는 노드에 허브 자원을 동적으로 할당하도록 허브에 의해 사용될 수 있다. 연속되게 노드와 허브 사이의 정보 통신을 모니터함으로서, 허브는 특정한 노드의 사용 통계를 결정할 수 있음을 이해하게 된다. 이러한 노드가 예를 들면, 노드에 할당된 채널에 걸쳐 정보를 정송하지 않는 것과 같이, 노드에 이용가능하고 사용중인 허브 자원인 것으로 결정되면, 허브는 이러한 자원 또는 그 일부를 또 다른 노드에 재지정할 수 있다. 이 재지정은 이후 상세히 논의될 제어 신호를 사용해 이루어질 수 있는 것으로 이해하게 된다.
본 발명의 동작에 대한 다양한 실시예를 상세히 설명하도록, 이제는 본 발명을 실시하는 최상의 모드가 설명된다. 상기의 논의는 허브와 노드 또는 가입자 사이에서 전이중 링크 (full duplex link)를 가능하게 하는 수단으로 주파수 분할 이중화 (FDD) 및 시간 분할 이중화 (TDD)를 모두 설명하였다. 본 발명을 실시하는 최상의 모드는 이후 설명되는 TDD 배열을 사용해 고려된다. 이 최상의 모드는 도 7 및 도 8을 참고로 설명된다.
실험에서, 도 3b에 도시된 프레임 (351 및 352)과 같이, TDD Tx 및 Rx 프레임을 제공하는 허브(101)의 각 안테나 소자에서 단일 채널을 사용하는 것은 이용가능한 채널의 바람직한 재사용 계수를 허용하는 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 다수의 허브에 대한 셀방식 주파수 재사용 패턴은 계획된 것으로 이해된다. 이러한 셀방식 패턴은 각 허브에서의 채널 사용이 또한 인접한 허브에서의 채널 사용을 고려하여야 하기 때문에 각 채널의 재사용에 복잡성을 더하게 된다.
공동 채널 간섭 및 특정한 범위까지의 다중 경로 간섭에 대한 가능성을 최소화하기 위해서는 각 안테나 소자에서의 전송 및 수신의 동기화가 바람직하다. 예를 들면, 허브(101)의 각 안테나 소자는 소정의 Tx 프레임 동안에만 전송하고 소정의 Rx 프레임 동안에만 수신한다. 유사하게, 이러한 허브의 네트워크에서 각 허브는 같은 소정의 Tx 및 Rx 프레임 동안에만 전송 및 수신하도록 동기화된다. 상기의 구조는 TDD 통신 시스템을 정의하는 것으로 이해하게 된다.
각 10 MHz인 이산적인 채널로 이용가능한 스펙트럼을 나누는 것은 본 발명을 실시하는데 편리한 수단을 제공한다. 양호하게, 허브(101)의 각 안테나 소자는 시스템에 의해 정의된 바와 같이 적어도 하나의 10 MHz 채널을 전송 및 수신하도록 적용된다. 상기에서 설명된 바와 같이, 특정한 10 MHz 채널에 적용되는 안테나 소자는 정의된 각 채널의 재사용을 제공하도록 허브(101)를 통해 분포된다.
부가적으로, 각 Tx 및 Rx 프레임은 각 채널의 TDMA 사용을 제공하도록 이산적인 버스트 주기로 나뉠 수 있다. 양호하게, 각 250 μsec인 Tx 및 Rx 프레임은 도 3b에 도시된 바와 같이 8개의 버스트 주기로 나뉘고, 그에 의해 전이중화는 16개의 버스트 주기에서 합성된다. 앞서 설명된 바와 같이, TDMA 버스트 주기는 프로토콜 시간 슬롯으로 더 분리될 수 있다: 프로토콜 시간 슬롯은 소정의 프로토콜로 포맷된 정보를 통신하기에 충분한 시간이다. 예를 들면, 각 채널은 QAM을 사용한 TDMA 버스트 주기에서 2개의 53 바이트 ATM 셀을 통신하는데 사용될 수 있다.
53 바이트 ATM 셀의 사용은 앞서 상세히 논의된 바와 같이, 프로토콜이 루트 정보로 본 발명에 의해 사용될 수 있는 5 바이트 헤드를 포함하므로 유리한 것으로 이해된다. 부가적으로, 53 바이트 ATM 셀의 사용은 전이중 음성 또는 지연이나 신호 잠재기에 민감한 다른 신호를 전송할 때 수용가능한 잠재 주기를 제공하도록 충분히 간결한 데이터 패킷을 제공한다.
TDMA 버스트 주기내에서 포맷되는 정보의 양호한 실시예는 도 3b에서 버스트(360)로 도시된다. 여기서 각 버스트는 프리앰블 (preamble)(362)로 이어지는 램프 (ramp)(361)를 포함한다. 프리앰블(362)은 CCH 블록(363)으로 이어진다. CCH 블록(363)은 ATM 셀 (364 및 365)로 이어지고, 차례로 FEC 블록(366)으로 이어진다. FEC 블록(366)은 유사하게 램프(367)로 이어진다.
상기 식별된 TDMA 버스트 주기에서, 램프 (361 및 367)는 메시지 정보가 전송되는 전력에 영향을 주지 않고 전송기가 전 전력으로 오르거나 다시 재전력되는 것을 허용하는 버스트 주기내의 시간 세그먼트 (segment)임을 이해하게 된다. 램프 구성성분과 같이, 프리앰블(362)과 전방 에러 정정 (FEC) 블록(366)은 시스템 오버헤드 구성성분으로, ATM 셀 (364 및 365)에 포함된 정보의 전송을 돕는데 사용된다. 특별히, 프리앰블(362)은 수신 위치에서 심볼 클럭을 재동기화시키는 도트 패턴 (dotting pattern)을 포함한다. FEC(366)는 전송된 정보의 에러 검출 및 정정을 제공한다. 제어 채널 (CCH)(363)은 앞서 논의된 바와 같이, 시스템 제어 정보를 통신하도록 제공된다.
정보 포맷의 본 예는 단지 TDMA 버스트 주기를 사용하는 통신의 한 실시예임을 이해하게 된다. 통신을 위해 Tx 및 Rx 프레임의 상술된 버스트 주기를 사용하는 방법은 수없이 많다. 예를 들면, 원하는 경우, 상기 구성성분 중 임의의 것은 생략될 수 있고, 또한 임의의 수의 다른 구성성분이 부가될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 설명된 TDMA 버스트 주기의 포맷에 제한되지 않는 것으로 이해된다.
앞서 논의된 바와 같은 QAM의 사용을 통해, 버스트(360)의 각 ATM 셀의 정보 밀도는 증가될 수 있음을 이해하게 된다. 예를 들어, 도 3b에 도시된 바와 같이, 4 QAM으로 두 ATM 셀을 사용하면, 실현되는 시간 슬롯 용량은 1/2 DS1이다. 더욱이, 증가된 변조를 사용함으로서, 이 용량은 증가될 수 있다. 16 QAM을 사용하면, 실현되는 시간 슬롯 용량은 1 DS1이고; 64 QAM을 사용하면, 실현되는 시간 슬롯 용량은 1 1/2 DS1이고; 또한 256 QAM을 사용하면, 실현되는 시간 슬롯 용량은 2 DS1이다. 앞서 논의된 가변 비율 모뎀과 초기화 알고리즘을 사용함으로서 단일 허브 및/또는 안테나 소자에 의해 이들 밀도의 조합이 실현될 수 있음을 이해하게 된다.
각 Tx 및 Rx 프레임의 버스트 주기는 안테나 소자의 방사 패턴내에 위치하는 다수의 노드에 채널 TDMA를 제공하도록 단일 안테나 소자에 의해 사용될 수 있음을 이해하게 된다. 예를 들어, 버스트 주기 1 및 2는 제 1 노드에 통신을 제공하도록 안테나 소자에 의해 사용되고, 버스트 주기 3 내지 7은 제 2 노드에 통신을 제공하도록 같은 안테나 소자에 의해 사용된다. 유사하게, 단일 Tx 또는 Rx 프레임은 다른 안테나 소자에 의해 사용될 수 있다. 예를 들면, 버스트 주기 1 내지 4는 제 1 노드에 통신을 제공하도록 제 1 안테나 소자에 의해 사용되고, 버스트 주기 5 내지 8은 제 2 노드에 통신을 제공하도록 제 2 안테나에 의해 사용된다.
단일 안테나 소자에 의해 버스트 주기의 상술된 TDMA를 사용하는 것과 다른 안테나 소자 사이에서 Tx 및 Rx 프레임을 분할하는 것의 조합은 본 발명에 의해 사용될 수 있음을 이해하게 된다. 예를 들면, 버스트 주기 1 및 2는 제 1 노드 및 제 2 노드에 TDMA 통신을 제공하도록 안테나 소자에 의해 사용되고, 버스트 주기 3 및 4는 제 3 노드에 통신을 제공하도록 제 2 안테나 소자에 의해 사용된다.
비록 도 3b에서는 8개의 전방 채널 및 8개의 후방 채널 버스트 주기로 균형된 이중화가 설명되지만, 전방 및 후방 채널 분포의 조합은 본 발명에 의해 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 물론, 모든 버스트 주기가 전방향 또는 후방향으로 사용되는 경우, 시간 분할 이중화는 더 이상 그 채널에 의해 이루어지지 않는다.
실험에서, 본 발명에 의한 시스템과 같은 시스템으로 통신되는 정보는 일반적으로 3개의 카테고리 중 하나에 드는 것으로 밝혀졌다: 실질적으로 균형된 전이중 통신, 원칙적 다운링크 (downlink) 통신, 및 원칙적 업링크 통신. 그러므로, 이들 통신의 필요성은 특정한 가입자에게 세 이중화 구조 중 하나를 사용함으로서 본 발명의 한 실시예에 의해 만족될 수 있다.
제 1 이중화 구조는 TDD를 참고로 설명된 버스트 주기의 50% 전방/50% 후방 채널 분포이다. 50%/50% 분포는 상당한 양의 정보가 모두 업링크 및 다운링크 통신되는 경우 유리한 것으로 이해된다.
제 2 이중화 구조는 버스트 주기 중 대략 94%가 허브에서 노드로 (다운링크) 정보를 전송하는데 사용되고 버스트 주기 중 나머지 6%는 역방향 (업링크)으로 정보를 전송하는데 사용되는 경우이다. 아마도, 이러한 94%/6% 이중 구조는 도 3b에 도시된 16개 버스트 주기 중 15개를 다운링크 버스트 주기로 사용하고 나머지 하나의 버스트 주기를 업링크 버스트 주기로 사용함으로서 실현된다.
94%/6% 분포는 상당한 양의 정보가 다운링크 통신되고, 업링크 통신되는 정보는 거의 없거나 전혀 없는 경우에 유리하다. 작은 양의 대역폭이 앞서 설명된 바와 같은 제어 기능 및 링크 보수를 위해 시스템에 의해 사용될 수 있기 때문에, 가입자가 원하는 후방 채널 정보 통신이 없을 때라도, 6% 후방 채널 통신은 양호하게 본 발명에 의해 유지됨을 이해하게 된다. 예를 들어, 이 6% 후방 채널 통신은 데이터 패킷의 재전송, 전송된 신호의 진폭을 조정하려는 요구, TDM 타이밍 정보, 허브 자원의 동적 지정을 요구하는데 사용되거나, QAM 변조의 주기적 조정을 위해 통신 특성을 모니터하는데 사용될 수 있다.
제 3 이중화 구조는 버스트 주기 중 대략 6%가 허브에서 노드로 (다운링크) 정보를 전송하는데 사용되고 버스트 주기 중 나머지 94%는 역방향 (업링크)으로 정보를 전송하는데 사용되는 경우이다. 이 구조는 단순히 실질적인 정보 통신을 업링크 방향으로 제공하는 상기에 논의된 94%/6% 구조의 반대임을 이해하게 된다.
비록 상술된 3개 이외의 조합으로 TDD 프레임을 정의할 뿐만 아니라 다른 수의 각 버스트 주기를 포함하도록 이들 다양한 구조 각각의 Tx 및 Rx 프레임 조합을 정의하는 것이 가능하지만, 양호한 실시예는 각각이 같은 총수의 버스트 주기를 포함하는 소정의 수의 조합에 사용되는 구조를 제한한다. 상기에 논의된 이중화의 3개 조합은 일반적으로 경험하는 정보 통신 요구에 만족스러운 서비스를 제공하는 것으로 이해된다. 더욱이, 각각이 같은 총수의 버스트 주기에서 전방 및 역방 채널 통신을 완료시키는 링크된 수의 TDD 구조를 사용하는 것은 시스템을 통한 채널의 재사용에 유리하다. 이러한 구조의 수와 타이밍을 제한함으로서, 단일 허브 뿐만 아니라 셀방식 주파수 재사용 패턴에서 다양한 채널의 재사용 패턴이 간략화된다.
비록 본 발명과 그의 이점이 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구항에 의해 정의되는 본 발명의 의도 및 범위에서 벗어나지 않고 다양한 변화, 대치, 및 변경이 이루어질 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (135)

  1. 다수의 위치 사이에서 광대역 정보 통신을 제공하는 시스템에 있어서,
    각각이 밀리미터파 (milimeter wave) 주파수 스펙트럼의 주파수 대역에서 광대역 통신에 적용되는 그와 연관된 하나의 노드 (node) 안테나를 갖고, 상기 하나의 노드 안테나는 방향성 통신을 제공하도록 단일의 선정된 통신빔을 갖는 상기 다수의 노드로서,
    밀리미터파 주파수 스펙트럼 중 적어도 제 1 주파수 대역을 통해 통신하도록 적용되는 상기 다수의 노드 중 제 1 노드와,
    밀리미터파 주파수 스펙트럼 중 적어도 제 2 주파수 대역을 통해 통신하도록 적용되는 상기 다수의 노드 중 제 2 노드를 포함하는 상기 다수의 노드, 및
    프로세서-기초의 통신 허브로서,
    각각이 방향성 통신을 제공하도록 선정된 통신빔을 갖는 다수의 허브 안테나 (hub antenna)와,
    밀리미터파 주파수 스펙트럼 중 상기 제 1 주파수 대역을 통해 상기 제 1 노드와 통신하도록 적용되는 상기 다수의 안테나 중 제 1 허브 안테나, 및
    밀리미터파 주파수 스펙트럼 중 상기 제 2 주파수 대역을 통해 상기 제 2 노드와 통신하도록 적용되는 상기 다수의 안테나 중 제 2 허브 안테나를 포함하는 상기 프로세서-기초의 통신 허브를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 주파수는 같은 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 허브 안테나는 같은 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 허브는 통신 백본 (backbone)에 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    광대역 억세스는 상기 허브와 상기 연결된 통신 백본 사이에서 제공되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 통신 백본은:
    공중 교환 네트워크;
    케이블 통신 네트워크;
    광대역 데이터 그레이드 (grade) 연결; 및
    인터넷으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 정보 연결 링크 (link)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 허브는 각각의 안테나 유닛을 그에 연결시킴으로서 부가적인 방향성 통신을 제공하도록 확장가능하고, 상기 연결된 각각의 안테나 유닛은 그에 의해 상기 다수의 허브 안테나 중 한 허브 안테나가 되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 허브 안테나 중 적어도 하나는 상기 허브내에 제공되는 내부 신호에 교환가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 허브는 제 1 무선 주파수 모뎀을 더 구비하고, 상기 제 1 모뎀은 상기 적어도 하나의 허브 안테나에 교환가능하게 연결된 상기 내부 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 허브는 제 2 무선 주파수 모뎀을 더 구비하고, 상기 제 2 모뎀은 상기 적어도 하나의 허브 안테나에 교환가능하게 연결될 수 있는 제 2 내부 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 모뎀은 상기 내부 신호내에서 가변 정보 밀도를 제공하도록 동적으로 구성가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 다수의 허브 안테나 중 일부와 상기 다수의 노드 중 일부 사이의 통신은 적어도 하나의 통신 매개변수를 식별하도록 표본화되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가변 정보 밀도는 상기 적어도 하나의 통신 매개변수의 함수로서 동적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 통신 매개변수는:
    수신 신호의 에러 비율;
    신호 대 잡음비;
    신호 대 간섭비;
    수신 신호의 전력 레벨;
    상기 다수의 허브 안테나 중 상기 하나와 상기 다수의 노드 중 상기 하나 사이의 거리; 및
    상기 허브와 상기 다수의 노드 중 하나 사이의 통신에서 겪는 신호 전파 지연으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 내부 신호는 다수의 정보 버스트 (burst)를 포함하도록 시간 분할되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 다수의 정보 버스트는 적어도 정보 버스트의 전방 채널 (forward channel) 세트 및 정보 버스트의 후방 채널 (reverse channel) 세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    버스트의 상기 전방 채널 세트와 버스트의 상기 후방 채널 세트는 각각 상기 허브에서 주파수 재사용의 함수로서 선정된 수의 버스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 선정된 수의 버스트는 동적으로 구성가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제 16 항에 있어서,
    버스트의 상기 전방 채널 세트는 버스트의 상기 후방 채널 세트와 다른 수의 버스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 전방 채널 정보는 상기 다수의 정보 버스트 중 선정된 퍼센트를 구비하고, 상기 후방 채널 정보 버스트는 상기 다수의 정보 보스트 중 나머지 퍼센트를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 전방 및 후방 채널 정보 버스트는:
    대략 94% 전방 채널 정보 버스트와 대략 6% 후방 채널 정보 버스트;
    대략 50% 전방 채널 정보 버스트와 대략 50% 후방 채널 정보 버스트; 및
    대략 6% 전방 채널 정보 버스트와 대략 94% 후방 채널 정보 버스트로 구성된 그룹으로부터 선택된 상기 다수의 정보 버스트의 퍼센트를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 제 8 항에 있어서,
    상기 교환가능한 연결은 상기 다수의 허브 안테나 중 일부에 상기 내부 신호의 시간 분할 다중 억세스를 제공하도록 선정된 관리에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 허브가 선정된 관리에 따라 상기 다수의 노드 중 일부와 먼저 통신하는 수단; 및
    상기 다수의 노드 중 일부와의 상기 초기 통신의 특성이 상기 허브에 저장되게 하는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 선정된 관리는 상기 저장된 특성의 함수로서 적어도 부분적으로 결정되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 노드 중 일부는 무선 주파수 모뎀을 더 포함하고, 상기 모뎀은 상기 노드 안테나에 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 모뎀은 가변 정보 밀도를 제공하도록 동적으로 구성가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 모뎀은 상기 허브로부터 제어 신호를 수신하면 특정한 정보 밀도를 제공하도록 조정되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 가변 정보 밀도는 직각 진폭 변조 (quadrature amplitude modulation)의 사용을 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 모뎀으로부터의 신호는 다수의 정보 버스트를 포함하도록 시간 분할되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 다수의 정보 버스트는 전방 채널 정보 버스트 및 후방 채널 정보 버스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 전방 채널 정보 버스트는 상기 다수의 정보 버스트 중 선정된 퍼센트를 구비하고, 상기 후방 채널 정보 버스트는 상기 다수의 정보 보스트 중 나머지 퍼센트를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 전방 및 후방 채널 정보 버스트는:
    대략 94% 전방 채널 정보 버스트와 대략 6% 후방 채널 정보 버스트;
    대략 50% 전방 채널 정보 버스트와 대략 50% 후방 채널 정보 버스트; 및
    대략 6% 전방 채널 정보 버스트와 대략 94% 후방 채널 정보 버스트로 구성된 그룹으로부터 선택된 상기 다수의 정보 버스트의 퍼센트를 구비하도록 정의되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 선정된 퍼센트는 동적으로 조정가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  34. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 주파수 대역은 10 내지 60 GHz의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  35. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 허브 안테나 중 일부는 10 내지 60 GHz내에서 동작하고, 대략 16도인 선정된 통신 로브(lobe)에 대략 32 dB의 이득을 제공하는 하이브리드 모드 렌즈 정정 혼 (hybrid mode lens corrected horn)을 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  36. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 노드 중 일부는 10 내지 60 GHz내에서 동작하고, 대략 2도인 선정된 통신 로브에 대략 42 dB의 이득을 제공하는 파라볼릭 접시 (parabolic dish)를 구비하는 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  37. 제 1 항에 있어서,
    다수의 프로세서-기초의 통신 허브를 더 구비하고, 상기 다수의 허브는 셀방식 통신 주파수 재사용 패턴을 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 다수의 허브 중 일부는 상기 다수의 허브 중 일부 각각의 안테나 유닛에 의해 적어도 부분적으로 제공되는 링크를 통해 정보 통신중인 것을 특징으로 하는 시스템.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 링크는 상기 다수의 허브 중 일부 사이에서 광대역 억세스를 제공하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  40. 제 38 항에 있어서,
    상기 정보 통신 링크는 상기 다수의 허브 중 적어도 두 개의 허브 사이에서 정보의 재운반(back-hauling)을 제공하도록 적어도 부분적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  41. 제 37 항에 있어서,
    상기 다수의 허브 중 일부는 상기 다수의 허브 중 일부 각각을 서로 물리적 링크 연결시킴으로서 제공되는 링크를 통해 정보 통신중인 것을 특징으로 하는 시스템.
  42. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 주파수 대역 중 적어도 상기 제 1 주파수 대역을 통해 통신하도록 적용되는 상기 다수의 안테나 중 제 1 세트의 허브 안테나를 더 구비하고, 상기 제 1 세트의 각 허브 안테나는 실질적으로 오버랩되지 않는 방향성 통신을 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  43. 지리적으로 분산된 다수의 위치 사이에 정보 통신을 제공하는 통신 허브에 있어서:
    제 1 신호를 제공하는 제 1 무선 주파수 모뎀과,
    다수의 허브 안테나 유닛으로서, 각각이 방향성 통신을 제공하도록 선정된 방사 패턴을 갖고, 각각이 상기 지리적적으로 분산된 위치 중 다른 위치에 통신을 제공하며, 그와 연관된 적어도 하나의 허브 안테나 유닛을 갖는 제 1 그룹을 포함하는 상기 다수의 허브 안테나 유닛, 및
    상기 제 1 그룹을 상기 제 1 신호에 교환가능하게 연결시키고, 상기 제 1 신호에 상기 제 1 그룹 시간 분할 다중 억세스를 제공하는 스위칭 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 허브.
  44. 제 43 항에 있어서,
    그와 연관된 적어도 하나의 허브 안테나를 갖는 그룹으로, 상기 제 1 그룹과 서로 배타적이지 않은 제 2 그룹; 및
    제 2 신호를 제공하는 제 2 무선 주파수 모뎀을 더 구비하고, 상기 스위칭 수단은 상기 제 2 그룹을 상기 제 2 신호에 교환가능하게 연결시키는 수단을 더 구비하고 상기 제 2 신호에 상기 제 2 그룹 시간 분할 다중 억세스를 제공하는 것을 특징으로 하는 통신 허브.
  45. 제 43 항에 있어서,
    상기 다수의 안테나 유닛 중 제 1 세트의 허브 안테나 유닛은 밀리미터파 주파수 스펙트럼의 제 1 주파수 대역을 통해 통신하도록 적용되고, 상기 다수의 안테나 유닛 중 제 2 세트의 허브 안테나 유닛은 밀리미터파 주파수 스펙트럼의 제 2 주파수 대역을 통해 통신하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 통신 허브.
  46. 제 43 항에 있어서,
    상기 허브는 그에 대한 각 안테나 유닛의 연결을 수용하도록 적용되고, 상기 연결된 각 안테나 유닛은 그에 의해 상기 다수의 허브 안테나 유닛 중 한 허브 안테나가 되는 것을 특징으로 하는 허브.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 연결된 각 안테나 유닛은 이전에 상기 통신 허브에 의해 제공된 복합 안테나 유닛 방사 패턴내에 있지 않은 영역에 방향성 통신을 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 허브.
  48. 제 46 항에 있어서,
    상기 연결된 각 안테나 유닛은 이전에 상기 통신 허브에 의해 제공된 복합 안테나 유닛 방사 패턴내에 있는 영역에 방향성 통신을 제공하도록 배치되고, 상기 연결된 각 안테나 유닛은 상기 영역에서 증가된 통신 용량을 제공하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 허브.
  49. 제 43 항에 있어서,
    상기 제 1 신호는 다수의 정보 버스트를 포함하도록 시간 분할되는 것을 특징으로 하는 허브.
  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 다수의 정보 버스트는 전방 채널 정보 버스트의 세트와 후방 채널 정보 버스트의 세트를 포함하고, 상기 전방 및 후방 채널 정보 버스트는 함께 100%를 나타내는 상기 다수의 정보 버스트의 퍼센트를 구비하도록 각각 정의되는 것을 특징으로 하는 허브.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 전방 채널 및 상기 후방 채널 퍼센트는:
    대략 94% 전방 채널 정보 버스트와 대략 6% 후방 채널 정보 버스트;
    대략 50% 전방 채널 정보 버스트와 대략 50% 후방 채널 정보 버스트; 및
    대략 6% 전방 채널 정보 버스트와 대략 94% 후방 채널 정보 버스트로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 허브.
  52. 제 43 항에 있어서,
    상기 교환가능한 연결은 안테나 유닛의 상기 제 1 그룹에 상기 제 1 신호의 시간 분할 다중 억세스를 제공하도록 선정된 관리에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 허브.
  53. 제 52 항에 있어서,
    상기 선정된 관리는 상기 다수의 안테나 유닛 중 일부에 의해 제공되는 상기 통신의 특성에 의해 적어도 부분적으로 결정되는 것을 특징으로 하는 허브.
  54. 제 43 항에 있어서,
    상기 제 1 모뎀은 상기 제 1 신호내에서 가변 정보 밀도를 제공하도록 동적으로 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 허브.
  55. 제 54 항에 있어서,
    상기 가변 정보 밀도는 입력 신호의 직각 진폭 변조를 포함하는 것을 특징으로 하는 허브.
  56. 제 54 항에 있어서,
    상기 가변 정보 밀도는 상기 다수의 안테나 유닛 중 일부에 의해 제공되는 상기 통신 특성의 함수로서 적어도 부분적으로 동적 구성되는 것을 특징으로 하는 허브.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 통신의 상기 특성은:
    수신 신호의 에러 비율;
    상기 통신의 신호 대 잡음비;
    상기 통신의 신호 대 간섭비;
    수신 신호의 전력 레벨;
    상기 통신의 거리; 및
    상기 통신의 신호 전파로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 허브.
  58. 제 43 항에 있어서,
    상기 허브는 다수의 통신 허브를 포함하는 셀방식 오버레이 패턴 중 선정된 셀에 통신을 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 허브.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 허브는 통신 백본을 통해 상기 다수의 허브 중 적어도 하나의 허브에 연결되는 것을 특징으로 하는 허브.
  60. 제 59 항에 있어서,
    상기 통신 백본은:
    공중 교환 네트워크;
    케이블 통신 네트워크;
    광대역 데이터 그레이드 연결; 및
    인터넷으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 허브.
  61. 제 58 항에 있어서,
    상기 허브는 상기 다수의 안테나 유닛 중 한 안테나 유닛에 의해 적어도 부분적으로 제공되는 에어 링크를 통해 상기 다수의 허브 중 적어도 하나의 허브와 정보 통신중인 것을 특징으로 하는 허브.
  62. 제 43 항에 있어서,
    밀리미터파 주파수 스펙트럼의 상기 주파수 대역은 10 내지 60 GHz 내에 있는 것을 특징으로 하는 허브.
  63. 제 43 항에 있어서,
    상기 다수의 허브 안테나 중 일부는 10 내지 60 GHz내에서 동작하고, 대략 4 내지 20도인 선정된 통신 로브에 대략 32 내지 38 dB의 이득을 제공하는 하이브리드 모드 렌즈 정정 혼을 구비하는 것을 특징으로 하는 허브.
  64. 다수의 프로세서-기초의 시스템 사이에서 정보 통신을 제공하는 시스템에 있어서,
    각 노드가 프로세서-기초의 시스템에 연결되도록 적용되고, 각 노드가 또한 에어-갭 (air-gap)에 걸친 정보 통신에 적용되고, 상기 노드 정보 통신은 선정된 영역 쪽으로 전해지는 단일의 빔을 구비하는 다수의 통신 노드, 및
    상기 허브가 상기 에어-갭에 걸쳐 상기 다수의 노드와 정보 통신하는데 적용되고, 상기 허브 정보 통신은 선정된 영역 쪽으로 각각 전해지는 다수의 빔을 구비하는 프로세스-기초의 통신 허브를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  65. 제 64 항에 있어서,
    상기 다수의 노드의 각 노드는 실질적으로 선정된 지형적 위치에 영구히 부착되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  66. 제 64 항에 있어서,
    상기 허브는 다수의 안테나 유닛을 구비하고, 상기 다수의 안테나 유닛의 각 안테나 유닛은 무선 주파수 통신을 수신하는데 적용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  67. 제 66 항에 있어서,
    상기 허브는 그에 대한 각 안테나 유닛의 연결을 수용하도록 적용되고, 상기 연결된 각 안테나 유닛은 그에 의해 상기 다수의 안테나 유닛 중 한 안테나 유닛이 되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  68. 제 66 항에 있어서,
    상기 다수의 안테나 유닛 중 일부에 의해 수신된 정보 통신은 프로세서에 의해 상기 허브에서 전송되도록 루트 (route)가 정해지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  69. 제 68 항에 있어서,
    상기 수신된 정보 통신은 제 2 통신 허브로 루트가 정해지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  70. 제 68 항에 있어서,
    상기 수신된 정보 통신은 상기 다수의 노드 중 적어도 하나의 노드로 루트가 정해지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  71. 제 68 항에 있어서,
    상기 루트는 상기 정보 통신내에 포함된 정보로 나타내지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  72. 제 68 항에 있어서,
    상기 루트는 상기 프로세서에 연결된 전자 메모리내에 포함된 루트 정보에 의해 나타내지고, 상기 루트 정보는 상기 다수의 안테나 유닛 중 특정한 것에 의해 수신된 정보 통신에 대한 루트를 나타내는 안테나 유닛 상관관계 데이터 세트를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  73. 제 66 항에 있어서,
    상기 무선 주파수는 10 내지 60 GHz내에서 대략 1.4 GHz인 주파수 대역인 것을 특징으로 하는 시스템.
  74. 제 66 항에 있어서,
    상기 다수의 안테나 유닛 중 일부는 10 내지 60 GHz내에서 동작하고, 대략 4 내지 20도인 선정된 통신 로브에 대략 32 내지 48 dB의 이득을 제공하는 하이브리드 모드 렌즈 정정 혼을 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  75. 제 73 항에 있어서,
    상기 다수의 안테나 유닛 중 일부는 상기 무선 주파수를 중간 주파수로 변환하는데 적용되는 통신 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  76. 제 66 항에 있어서,
    상기 허브는 무선 주파수 모뎀을 더 구비하고, 상기 모뎀은 상기 다수의 안테나 유닛 중 일부에 교환가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  77. 제 76 항에 있어서,
    상기 모뎀은 상기 제 1 신호내에 가변 정보 밀도를 제공하도록 구성가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  78. 제 77 항에 있어서,
    상기 가변 정보 밀도는 직각 진폭 변조를 사용해 적어도 부분적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 허브.
  79. 제 78 항에 있어서,
    상기 가변 정보 밀도는 다양한 시간에 구성가능하고, 상기 구성은 상기 다수의 안테나 유닛 중 일부에 의해 제공되는 상기 통신 특성의 함수인 것을 특징으로 하는 허브.
  80. 제 76 항에 있어서,
    상기 허브는 상기 스위치와 전자 메모리에 연결된 프로세서를 포함하는 제어기 유닛을 더 구비하고, 상기 프로세서는 또한 상기 모뎀에 연결되고, 상기 프로세서는 상기 스위치를 제어하고, 상기 스위치는 상기 모뎀과 상기 다수의 안테나 유닛을 연결시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
  81. 제 80 항에 있어서,
    상기 허브는 상기 전자 메모리에 저장된 초기화 알고리즘을 더 구비하고, 상기 초기화 알고리즘은 상기 허브가 선정된 관리에 따라 상기 다수의 노드 중 일부와 먼저 통신하게 하고, 상기 초기화 알고리즘은 또한 상기 다수의 노드 중 일부와의 상기 초기 통신의 특성이 상기 전자 메모리에 저장되게 하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  82. 제 64 항에 있어서,
    상기 다수의 노드 중 일부는 안테나 유닛을 구비하고, 상기 안테나 유닛은 무선 주파수 통신을 수신하는데 적용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  83. 제 82 항에 있어서,
    상기 안테나 유닛은 10 내지 60 GHz의 주파수 스펙트럼내에서, 대략 2도인 선정된 통신 로브에 대략 40 내지 42 dB의 이득을 제공하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  84. 제 82 항에 있어서,
    상기 안테나 유닛은 상기 무선 주파수를 중간 주파수로 변환하는데 적용되는 통신 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  85. 제 82 항에 있어서,
    상기 다수의 노드 중 일부는 무선 주파수 모뎀을 더 구비하고, 상기 모뎀은 상기 안테나 유닛에 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  86. 제 85 항에 있어서,
    상기 다수의 노드 중 일부는 전자 메모리에 연결된 프로세서와 인터페이스를 포함하는 제어기 유닛을 더 구비하고, 상기 프로세서는 또한 상기 모뎀에 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  87. 제 85 항에 있어서,
    상기 프로세서는 에러 검출 알고리즘을 실행하고, 상기 에러 검출 알고리즘은 통신 에러의 존재를 결정하도록 통신된 정보 중 선정된 부분을 분석하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  88. 제 86 항에 있어서,
    상기 다수의 노드 중 상기 일부의 상기 제어기 유닛은 상기 허브와 상기 다수의 노드 사이에서 통신의 특성에 따라 적어도 부분적으로 상기 다수의 노드 중 상기 일부와 상기 허브 사이의 정보 통신을 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  89. 제 86 항에 있어서,
    상기 인터페이스는 상기 노드를 상기 프로세서-기초의 시스템에 선택적으로 연결시키도록 적어도 2개의 다른 통신 프로토콜 표준을 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  90. 제 86 항에 있어서,
    상기 인터페이스는 상기 제어기 유닛에 제거가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  91. 제 66 항에 있어서,
    상기 허브는 또한 정보 통신 백본에 연결되는데 적용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  92. 제 91 항에 있어서,
    다수의 허브는 상기 정보 통신 백본에 연결되고, 상기 다수의 허브는 셀방식 통신 주파수 재사용 패턴을 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  93. 제 66 항에 있어서,
    상기 허브는 상기 다수의 노드 중 적어도 하나의 노드 및 제 2 허브와 정보 통신중인 제 2 노드 사이에 정보 통신을 제공하도록 제 2 허브와 통신중인 것을 특징으로 하는 시스템.
  94. 다수의 프로세서-기초의 시스템 사이에서 정보 통신 링크를 제공하는 시스템에 있어서,
    적어도 하나의 무선 주파수 안테나 소자를 포함하고, 그의 상기 안테나 소자가 실질적으로 방향성인 선정된 패턴으로 통신을 제공하는 층 (tier)으로서, 상기 적어도 하나의 안테나 소자는 상기 무선 주파수를 중간 주파수로 변환시키기에 적합한 통신 모듈을 포함하는, 상기 층과,
    상기 다수의 안테나 소자에서 수신된 정보 통신을 이산적인 데이터 세트로 복조하는데 적용되는 무선 주파수 모뎀으로서, 상기 중간 주파수는 상기 통신 모듈과 상기 무선 주파수 모뎀 사이의 정보 통신에 적합한, 상기 무선 주파수 모뎀과,
    상기 층의 상기 안테나 소자를 상기 모뎀에 임시로 연결시키는 스위치와,
    상기 이산적인 데이터 세트를 저장하는데 적용되고, 또한 제어 알고리즘을 저장하는데 적용되는 전자 메모리, 및
    상기 전자 메모리와 상기 스위치에 연결되는 프로세서를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  95. 제 94 항에 있어서,
    상기 층은 다수의 상기 안테나 소자를 구비하고, 상기 다수의 안테나 소자 각각은 상기 실질적으로 방향성인 선정된 패턴이 실질적으로 오버랩되지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  96. 제 94 항에 있어서,
    다수의 상기 층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  97. 제 96 항에 있어서,
    상기 다수의 층의 안테나 소자는 증가된 정보 통신 용량을 제공하기 위해 상기 안테나 소자 중 일부의 상기 선정된 통신 패턴이 실질적으로 오버랩되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  98. 제 94 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 전자 메모리에 저장된 상기 제어 알고리즘에 따라 상기 스위치의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  99. 제 94 항에 있어서,
    상기 시스템은 적어도 하나의 정보 통신 백본에 연결되는데 적용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  100. (삭제)
  101. 제 94 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나 소자에서 수신된 정보 통신은 상기 프로세서에 의해 상기 시스템내에서 루트가 정해지고, 상기 루트는 상기 정보 통신내에 포함된 정보로 나타내지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  102. 제 94 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나 소자에서 수신된 정보 통신은 상기 프로세서에 의해 상기 시스템내에서 루트가 정해지고, 상기 루트는 상기 전자 메모리내에 포함된 루트 정보에 의해 나타내지고, 상기 루트 정보는 상기 다수의 상기 안테나 소자 중 특정한 것에 의해 수신된 정보 통신에 대한 루트를 나타내는 안테나 소자 상관관계 데이터 세트를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  103. 다수의 안테나 유닛을 갖는 통신 허브 쪽으로 전해지는 선정된 로브에 방향적 통신을 제공하는 다수의 통신 노드를 사용한 물리적으로 분리된 다수의 프로세서-기초의 시스템 사이의 정보 통신에 대한 방법에 있어서,
    상기 다수의 노드의 각각을 상기 다수의 시스템 중 일부에 연결시키는 단계와,
    상기 선정된 로브가 상기 허브와 동작적으로 정렬되도록 각 노드의 안테나에 지시하는 단계와,
    상기 다수의 시스템 중 선택된 것으로부터 연결된 노드를 통해 상기 허브의 다수의 안테나 유닛 중 선정된 안테나 유닛에 정보를 전송하는 단계로서, 상기 수신된 정보는 후방 링크(reverse link)에 할당된 다수의 정보 버스트(information bursts)를 포함하도록 시분할된 신호를 포함하며, 상기 복수의 후방 링크 정보 버스트는 전방 링크에 할당된 복수의 정보 버스트에 대응하며, 상기 전방 링크에 상기 정보 버스트의 할당과 상기 후방 링크에 할당된 상기 정보 버스트는 동적으로 조정 가능한, 상기 정보 전송 단계와,
    상기 허브에서 상기 다수의 시스템 중 상기 선택된 것으로부터 상기 전송 정보를 수신하는 단계, 및
    상기 허브에 의해 상기 다수의 시스템 중 적어도 하나의 시스템에 상기 수신 정보의 루트를 정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  104. (삭제)
  105. 제 104 항에 있어서,
    상기 전방 링크에 상기 정보 버스트의 일부의 할당과 상기 후방 링크에 상기 정보 버스트의 일부의 할당은,
    대략 94% 전방 채널 정보 버스트와 대략 6% 후방 채널 정보 버스트와,
    대략 50% 전방 채널 정보 버스트와 대략 50% 후방 채널 정보 버스트, 및
    대략 6% 전방 채널 정보 버스트와 대략 94% 후방 채널 정보 버스트로 구성된 그룹으로부터 선택된 상기 다수의 정보 버스트의 퍼센트를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  106. 제 103 항에 있어서,
    연결된 노드를 통해 상기 다수의 시스템 중 선택된 것으로부터 정보를 전송하는 상기 단계는:
    상기 연결된 노드에서 상기 다수의 시스템 중 상기 연결된 것으로부터 상기 정보를 수신하는 서브단계;
    상기 수신된 정보를 상기 노드에서 전자 메모리에 저장하는 서브단계; 및
    상기 수신된 정보를 상기 허브로의 전송에 적절한 형태로 포맷하고, 상기 포맷된 정보는 상기 정보를 수신하도록 상기 다수의 시스템 중 적어도 하나의 시스템을 나타내는 루트 정보를 포함하는 서브 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  107. 제 103 항에 있어서,
    정보를 수신하는 상기 단계는 가변 정보 밀도 변조에 적용되는 무선 주파수 모뎀의 사용을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  108. 제 107 항에 있어서,
    상기 가변 정보 밀도 변조는 직각 진폭 변조의 사용을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  109. 제 107 항에 있어서,
    상기 허브에서 상기 다수의 시스템 중 선택된 것으로부터 정보를 수신하는 상기 단계는 상기 수신된 정보를 상기 허브에서 전자 메모리에 저장하는 서브단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  110. 제 109 항에 있어서,
    상기 루트 정보에 의해 나타내지는 상기 적어도 하나의 시스템으로 상기 수신된 정보의 루트를 정하는 상기 단계는 상기 수신된 정보를 포함하는 상기 전자 메모리내에서 선정된 위치로부터 루트 정보를 판독하는 서브단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  111. 제 110 항에 있어서,
    상기 루트 정보에 의해 나타내지는 상기 적어도 하나의 시스템으로 상기 수신된 정보의 루트를 정하는 상기 단계는 상기 허브에 연결된 정보 통신 백본을 통해 상기 전자 메모리에 저장된 상기 정보를 전송하는 서브단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  112. 제 110 항에 있어서,
    상기 루트 정보에 의해 나타내지는 상기 적어도 하나의 시스템으로 상기 수신된 정보의 루트를 정하는 상기 단계는 상기 다수의 노드 중 한 노드로 상기 전자 메모리에 저장된 상기 신호를 전송하는 서브단계를 더 구비하고, 상기 노드는 상기 루트 정보에 의해 나타내지는 상기 적어도 하나의 시스템에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  113. 제 103 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 시스템으로 상기 수신된 정보의 루트를 정하는 상기 단계는 상기 허브내에 저장된 정보로부터 루트를 결정하는 서브단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  114. 제 103 항에 있어서,
    상기 다수의 노드 중 일부와 정보 통신하도록 상기 통신 허브를 초기화하는 단계를 더 구비하고, 상기 초기화 단계는:
    상기 허브와 상기 다수의 노드의 각각 사이에서 통신 특성을 결정하는 서브단계; 및
    적어도 부분적으로 상기 결정된 통신 특성을 근거로 상기 다수의 노드의 각각에 의해 사용되도록 상기 허브에서 이용가능한 자원을 지정하는 서브단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  115. 다수의 프로세서-기초의 시스템 사이에서 광대역 정보 통신을 제공하는 시스템에 있어서,
    제 1 프로세서-기초의 시스템에 연결되는 제 1 통신 노드로서,
    매우 높은 주파수 스펙트럼에서 무선 주파수 통신을 수신하는데 적용되는 안테나, 제 1 무선 주파수 모뎀, 및 그들 사이에 연결된 제 1 통신 모듈을 포함하는 통신 유닛, 및
    제 1 전자 메모리와 인터페이스에 연결되고, 또한 상기 제 1 모뎀에도 연결되는 프로세서를 포함하고, 상기 인터페이스는 프로세서-기초의 시스템에 연결되는데 적용되는 제 1 제어기 유닛을 구비하는 상기 제 1 통신 노드와,
    제 2 프로세서-기초의 시스템에 연결되는 제 2 통신 노드로서,
    매우 높은 주파수 스펙트럼에서 무선 주파수 통신을 수신하는데 적용되는 안테나, 제 2 무선 주파수 모뎀, 및 그들 사이에 연결된 제 2 통신 모듈을 포함하는 통신 유닛, 및
    제 2 전자 메모리와 인터페이스에 연결되고, 또한 상기 제 2 모뎀에도 연결되는 프로세서를 포함하고, 상기 인터페이스는 프로세서-기초의 시스템에 연결되는데 적용되는 제 2 제어기 유닛을 구비하는 상기 제 2 통신 노드, 및
    상기 제 1 노드 및 상기 제 2 노드와 정보 통신하는데 적용되는 통신 허브로서,
    각 안테나 소자가 매우 높은 주파수 스펙트럼에서 무선 주파수 통신을 수신하는데 적용되고, 각 안테나 소자가 그에 연결된 허브 통신 모듈을 갖는 다수의 안테나 소자와,
    제 1 스위치를 통해 상기 다수의 안테나 소자 중 적어도 하나의 모듈에 교환가능하게 연결되고, 상기 허브 모듈로부터 상기 통신을 수신하는데 적용되는 제 3 무선주파수 모뎀과,
    제 2 스위치를 통해 상기 다수의 안테나 소자 중 적어도 하나의 모듈에 교환 가능하게 연결되고, 상기 허브 모듈로부터 상기 통신을 수신하는데 적용되는 제 4 무선 주파수 모뎀, 및
    제 3 전자 메모리와 상기 스위치에 연결되고, 또한 상기 제 3 모뎀에 연결되는 프로세서를 포함하는 제 3 제어기 유닛을 구비하는 상기 통신 허브를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  116. 제 115 항에 있어서,
    상기 허브는 그에 대한 각 안테나 소자의 연결을 수용하는데 적용되고, 상기 연결된 각 안테나 소자는 그에 의해 상기 다수의 안테나 소자 중 한 안테나 소자가 되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  117. 제 115 항에 있어서,
    상기 안테나 소자 중 일부는 안테나 소자의 그룹을 구비하고, 상기 안테나 소자는 실질적으로 오버랩되지 않는 방사 패턴을 갖는 상기 그룹을 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  118. 제 115 항에 있어서,
    상기 안테나 소자 중 일부는 안테나 소자의 제 1 그룹을 구비하고, 상기 안테나 소자 중 다른 일부는 안테나 소자의 제 2 그룹을 구비하고, 상기 제 1 그룹의 상기 안테나 소자 중 일부는 실질적으로 상기 제 2 그룹의 상기 안테나 소자 중 일부와 오버랩되는 방사 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  119. (삭제)
  120. 제 115 항에 있어서,
    상기 허브는 다수의 무선 주파수 모뎀을 구비하고, 각 모뎀은 스위치를 통해 상기 다수의 안테나 소자 중 적어도 하나의 모듈에 교환가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  121. 제 115 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2, 및 제 3 모뎀의 각각은 다양한 선정된 정보 밀도로 정보를 통신하는데 적용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  122. 제 121 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2, 및 제 3 모뎀의 각각은 상기 다양한 선정된 정보 밀도 중 하나를 선택하도록 동적으로 구성가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  123. 제 115 항에 있어서,
    상기 허브는 또한 정보 통신 백본에 연결되는데 적용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  124. 제 123 항에 있어서,
    상기 통신 백본은 다수의 허브 사이에 정보 통신을 제공하고, 상기 다수의 허브의 각 허브는 실질적으로 오버랩되지 않는 선정된 영역내에서 정보 통신을 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  125. 제 115 항에 있어서,
    상기 제 3 제어기 유닛은 상기 정보 통신내에 포함된 정보에 따라 상기 허브에 의해 전송하도록 상기 허브에 의해 수신된 정보 통신의 루트를 정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  126. 제 115 항에 있어서,
    상기 제 3 제어기 유닛은 상기 제 3 제어기 유닛내에 저장된 정보에 따라 상기 허브에 의해 전송하도록 상기 허브에 의해 수신된 정보 통신의 루트를 정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  127. 제 115 항에 있어서,
    상기 매우 높은 주파수 스펙트럼은 대략 38 GHz에서 대략 1.4 GHz의 대역인 것을 특징으로 하는 시스템.
  128. 제 115 항에 있어서,
    상기 허브 통신 모듈은 상기 수신된 매우 높은 주파수를 제 1 중간 주파수로 변환하는데 적용되고, 상기 제 1 통신 모듈은 또한 상기 제 1 중간 주파수를 제 2 중간 주파수로 변환하는데 적용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  129. 제 128 항에 있어서,
    상기 제 1 중간 주파수는 대략 3 GHz인 것을 특징으로 하는 시스템.
  130. 제 128 항에 있어서,
    상기 제 2 중간 주파수는 대략 400 내지 500 MHz인 것을 특징으로 하는 시스템.
  131. 제 115 항에 있어서,
    상기 안테나는 대략 2도인 선정된 통신 로브에 대략 42 dB의 이득을 제공하는 파라볼릭 접시를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  132. 제 115 항에 있어서,
    상기 다수의 안테나 소자 중 일부는 대략 16도인 선정된 통신 로브에 대략 32 dB의 이득을 제공하는 하이브리드 모드 렌즈 정정 혼을 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  133. 제 115 항에 있어서,
    상기 제 1 스위치는 상기 제 2 전자 메모리에 저장된 관리에 따라 상기 프로세서에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  134. 제 133 항에 있어서,
    상기 허브는 상기 제 3 전자 메모리에 저장되는 초기화 알고리즘을 더 구비하고, 상기 초기화 알고리즘은 상기 허브가 상기 제 1 및 제 2 노드 중 일부와 통신하게 하고, 상기 초기화 알고리즘은 또한 상기 제 1 및 제 2 노드 중 일부와의 상기 통신의 특성이 상기 제 3 전자 메모리에 저장되게 하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  135. 제 134 항에 있어서,
    상기 제 1 노드의 상기 제 1 제어기 유닛은 상기 제 1 노드와 상기 허브 사이의 정보 통신을 상기 제 2 전자 메모리에 저장된 상기 통신 특성 및 상기 관리에 따라 적어도 부분적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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