KR20000076810A - 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법 및 장치 - Google Patents

셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

대역 확산 다중 접속 시스템을 기초한 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 있어서, 모든 대역폭은 직교 톤들로 분할되고, 모든 이 직교 톤들은 각각의 셀에서 재사용된다. 이동 전송기에서 피크-대-평균 비를 줄이기 위해, 각각의 음성 사용자는 기지국과 통신하도록 사용하기 위해 직교 톤 중 단일 하나를, 그러나 매우 적은 수보다 크지 않도록 양호하게 할당된다. 데이터 사용자들은 데이터 통신을 하기 위해 유사하게 톤을 할당받는다. 그러나, 각각의 특정 데이터 사용자에 할당된 톤의 수는 그 사용자에 대한 데이터 전송 속도와 상관한다. 각각의 사용자에게 할당된 톤들이 항상 도약된다는 것 대신에, 소정의 사용자에 대한 톤의 할당은 활용 가능한 대역 내에서 항상 동일하지는 않다. 특히, 다운링크에서 각각의 사용자에게 할당된 톤들은 예를 들어, 심벌에서 심벌로 상대적으로 신속하게 변화한다. 즉, 사용자는 한 톤에서 다른 톤으로 빠른 "도약"을 한다. 그러나 업링크에서, 양호하게 느린 도약이 내부 셀 간섭 평균 영향의 감소를 보상하기 위해 인터리빙과 같은 부가적인 기술의 사용이 필요한 업링크 신호의 효율적인 변조를 허용하기 위해 사용된다. 데이터 통신을 위해 전력 제어가 업링크 및/또는 다운링크에 사용되어, 전송 속도는 예를 들어 톤 당, 유닛 시간 당 또는 코딩 속도 당 전송된 심벌의 수를 증가시켜, 톤당 할당된 전력의 작용 및 대응하는 채널 감쇠와 상관하여 증가된다.

Description

셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법 및 장치{Orthogonal frequency division multiplexing based spread spectrum multiple access}
본 발명은 무선 등등의 통신 시스템에서 사용될 수 있는 대역 확산 다중 접속을 기초로한 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 관한 것이다.
데이터 서비스가 제공된다면, 무선 통신 시스템은 a)서비스를 받을 수 있는 사용자의 수, 및 b)데이터 전송 속도를 최소화하기 위해서 가능한 효율적이어야 한다. 무선 시스템들은 미디어 시스템들을 공유한다. 즉, 시스템의 모든 사용자들 사이에 반드시 공유되어야할 고정된 활용 가능한 대역폭이 있다. 이러한 시스템들은 소위 "셀룰러" 시스템으로 종종 구현되고, 여기서, 커버된 영역은 분리된 셀들로 분할되고 각각의 셀은 기지국에 의해 서비스를 제공받는다.
당업자에게 1)한 사용자와 동일한 셀 내의 다른 사용자에 의해 야기된 셀내부 간섭은, 즉, 한 사용자에 의해 경험된 간섭, 가능한 한 작아야 하고, 2)사용자가 위치한 셀이 아닌 셀들에 있는 다른 사용자들에 의해 야기된 셀내부 간섭은, 즉, 한 사용자에 의해 경험된 간섭, 이웃 셀들의 모든 사용자에 걸쳐 평균적이어야 한다는 셀룰러 무선 시스템의 이러한 두 가지 특히 양호한 특성이 잘 알려져 있다. 가장 선행하는 기술인 디지털 셀룰러 시스템들은 그룹 전문 이동(GSM)-, 중간 표준(IS)-136-, 또는 IS-54-기초 시스템과 같은 시분할 다중 접속(TDMA)시스템이거나, 예를 들어, IS-95 기초 시스템과 같은 코드 분할 다중 접속(CDMA)시스템이다.
선행 기술에서 기지국에 인접한 협대역 TDMA 시스템은 활용 가능한 스펙트럼의 다른 부분을 예를 들어, 비-중첩 부분을 사용한다. 그러나, 기지국들 사이의 실질적인 간섭을 피하기 위해 서로 충분히 멀리 떨어져있는 기지국들 즉, 비-인접 기지국들은 활용 가능한 스펙트럼의 같은 부분을 사용할 수 있다. 그러한 스펙트럼의 재사용에도 불구하고, 각각의 셀에서 사용 가능한 스펙트럼은 총 활용 가능한 스펙트럼의 작은 부분이다. 셀에 있는 각각의 사용자는 자신의 유일한 주파수 대역과 시간 슬롯 조합을 가지므로, TDMA 시스템들이 내부 간섭을 갖지 않는다. 즉, 이들은 셀룰러 무선 시스템들의 제 1 양호한 특성을 갖는다. 그러나, TDMA 시스템들은 소정의 사용자가 단지 셀 외부의 사용자들의 적은 수와 간섭한다는 점에서 제 2 양호한 특성을 갖지 않으므로 스펙트럼의 재사용은 평균 간섭보다는 최악의 경우의 간섭에 기초한다. 그 결과, 시스템은 낮은 "스펙트럼" 효율을 갖는다. 선행 기술의 직접 시퀀스(DS)-CDMA 시스템에서, 모든 대역폭은 각각의 기지국에 의해 사용되지만, 각각의 기지국은 다른 확산 코드를 사용한다. 그러한 CDMA 시스템은 협대역 TDMA 시스템보다 높은 스펙트럼 효율을 약속한다. 그리하여, CDMA 시스템은 셀룰러 무선 시스템의 제 2 양호한 특성을 갖는다. 그러나 CDMA 시스템들은 채널 분산으로 인하여 셀 내의 기지국으로부터 전송된 신호들이 직교한다고 하여도 수신기에서 수신된 신호들은 반드시 직교이어야 할 필요가 없으므로 셀룰러 무선 시스템의 제 1 양호한 특성을 갖지 않는다. 이것은 같은 셀 내에서의 사용자들 간에 간섭을 야기한다.
제시된 선행 기술인 주파수 도약(FH)-CDMA 시스템들은 셀룰러 무선 시스템의 제 2 양호한 특성을 얻기 위해 주파수 도약을 채용한다는 것을 제외하고 협대역 TDMA 시스템들과 매우 유사하다. 특히, 각각의 전송기는 협대역 신호를 전송하고, 주파수 도약을 성취하기 위해 주기적으로 캐리어 주파수를 변경한다. 그러나, 불리하게도, 그러한 도약은 상대적으로 느리고, 시스템이 허용할 수 있는 전송 경로에서의 소정의 지연에 대한 성취될 수 있는 평균 양을 줄인다.
1995년 4월 25일에 Roche 등에 의한 미국 특허 제 5,410,538 호는 다중-톤 CDMA 시스템을 공개한다. 그러한 시스템은 근본적으로 셀 내의 수신된 신호들이 직교한다는 것을 보장함으로써 셀 내부 간섭을 제거하는 OFDM 시스템이다. 그리하여, Roche 등의 시스템은 셀룰러 무선 시스템의 두 양호한 특성을 갖는다. 그러나, Roche 등의 시스템은 스펙트럼을 수많은 톤으로 분할하고, 이것은 이동 시스템에서 도플러 변화에 매우 영향을 받기 쉽게한다. 또한, 각각의 이동 사용자는 수많은 톤을 전송하기 때문에, 이동 전송기의 피크-대-평균 비가 매우 높고, 이동국에서의 빈약한 전력 효율을 발생하고, 이것은 전원이 이동국에서는 자주 제한된 자원이라는 점에서 불리하다.
1996년 8월 20일에 Brajal 등에 의한 미국 특허 제 5,548,582호는 대역 확산 다중 접속을 기초로한 일반적인 광-대역 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)를 공개한다.
Brajal 등의 시스템은 a)도약 패턴, b)톤 할당, 또는 c)대역폭 재사용을 최적화하는 방법에 대한 지침이 없다는 점에서 셀룰러 시스템에서 사용하기 위해 적합하지 않다고 인식한다. 또한 우리는 이러한 요소들을 개별적으로 및/또는 총괄적으로 최적화하는 것이 스펙트럼적으로 효율적인 시스템 즉, 이 시스템은 셀룰러 무선 시스템의 두 가지 특히 양호한 특성을 갖는 시스템을 얻기 위해 중요하다는 것도 인식한다. 그러므로, 본 발명의 원리에 따라, OFDM 다중 접속 시스템의 모든 대역폭은 직교 톤으로 분할되고, 모든 이 직교 톤들은 각각의 셀에서 재사용된다. 이동 전송기에서 피크-대-평균 비를 줄이기 위해, 음성 사용자와 같은 낮은 비트 전송 속도의 사용자는 기지국과 통신하도록 사용하기 위해 직교 톤 중 단일 하나를, 그러나 매우 적은 수보다 크지 않도록 양호하게 할당된다. 데이터 사용자들은 데이터 통신을 하기 위해 유사하게 톤을 할당받는다. 그러나, 각각의 데이터 특정 사용자에 할당된 톤의 수는 그 사용자에 대한 데이터 전송 속도와 상관한다. 각각의 사용자에게 할당된 톤이 항상 도약된다는 것 대신에, 소정의 사용자에 대한 톤의 할당은 활용 가능한 대역 내에서 항상 동일하지는 않다.
본 발명의 관점에 따라, 톤 도약 패턴은 예를 들어, 상호 직교 라틴 스퀘어(mutually orthogonal latin square)의 작용으로 발생된 패턴을 사용하여, 최대 주파수 변화를 성취하고 셀 내부 간섭을 평균하기 위해 설계된다. 특히, 다운링크에서 즉, 기지국에서 이동국 간의 채널에서, 각각의 사용자에게 할당된 톤들은 예를 들어, 심벌에서 심벌로 상대적으로 신속하게 변화한다. 즉, 사용자는 한 톤에서 다른 톤까지의 빠른 "도약"을 한다. 그러나 업링크에서, 즉 이동국에서 기지국간의 채널에서, 비록 빠른 도약이 가능하더라도, 그것은 효율적이지 않아서, 양호하게 느린 도약이 업링크 신호의 효율적인 변조를 허용하기 위해 사용된다. 그러나, 느린 도약이 업링크에 사용된다면, 내부 셀 간섭 평균 영향의 감소에 대한 보상을 위해 인터리빙과 같은 부가적인 기술을 사용해야 한다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 데이터 통신을 위해 전력 제어가 업링크 및/또는 다운링크에 사용되어, 예를 들어 톤 당, 유닛 시간 당 또는 코딩 속도 당 전송된 심벌의 수를 증가시켜, 톤당 할당된 전력의 작용 및 대응하는 채널 감쇠로서 전송 속도가 증가된다.
도 1은 대역폭(W)내의 Δ의 간격으로 한 셀에서의 활용 가능한 직교 톤(orthogonal tones)의 실시예의 도면.
도 2는 심벌 전송 동안 활용 가능한 심벌 주기(T)의 시간 영역 시각(time domain)과 주기적인 접두어(cyclic prefix)의 전송을 위해 요구되는 부가 시간(Tc)을 도시하는 도면.
도 3은 OFDM 전송기 실시예의 블록도.
도 4는 OFDM 수신기 실시예의 블록도.
도 5는 기지국에 대해 도 3의 데이터-투-톤 적용기(data-to-tone applier)실시예의 상세도.
도 6은 OFDM 전송기의 다른 실시예 블록도.
도 7은 OFDM 수신기의 다른 실시예 블록도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
301 : OFDM 전송기 303 : 엔코더
309 : 주기적 접두어 부가기 401 : OFDM 수신기
501 : 배율기 601 : 인터리빙 유닛
다음의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 정신과 범위에 포함된 다양한 장치를 고안할 수 있다고 평가된다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 언어 및 실시예들은 독자가 본 발명의 원리 및 본 기술을 더 보강하기 위해 발명자(들)에 의해 기고된 개념들을 이해하도록 하기 위한 교육적 목적으로만 원칙적으로 명백히 의도되고, 그러한 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않다고 해석된다. 또한, 본 발명의 원리, 관점, 및 실시예들뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 언급들은 이들의 구조적 및 기능적 대등물을 포함하도록 의도된다. 또한, 그러한 대등물들은 현재 공지된 대등물뿐만 아니라 장래에 개발될 대등물을 즉, 구조와 관계없이 같은 기능을 수행하도록 개발된 어떤 소자, 포함한다.
그러므로, 예를 들어, 본 명세서의 블록도들은 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 시각을 나타낸다는 것도 당업자에 의해 이해 될 수 있을 것이다. 유사하게, 어떤 흐름 차트들, 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드, 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타날 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지의 여부를 떠나 컴퓨터나 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타냄을 이해할 수 있을 것이다.
"프로세서"로 표시된 기능 블록을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 이 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서, 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다. 또한, "프로세서" 또는 "제어기"라는 용어의 명확한 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 안되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP)하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 판독만 가능한 메모리(ROM), 임의 접근 메모리(RAM), 및 비-휘발성 저장소를 암시적으로 포함한다. 종래의 및/또는 관습의 다른 하드웨어도 포함될 수 있을 것이다. 유사하게, 도면들에 도시된 어떤 스위치들은 개념만을 위한 것이다. 그들의 작용은 프로그램 로직의 동작을 통해, 전용 로직을 통해, 프로그램 제어 및 전용 로직의 상호 작용을 통해 또는 수동으로 수행될 수 있다. 특정의 기술은 내용으로부터 더 상세한 이해로서 구현자에 의해 선택될 수 있다.
본 명세서의 청구 범위에서, 명세된 기능을 수행하기 위한 수단으로 표현된 어떤 요소는 예를 들어 a)이 기능을 수행하는 회로 소자의 조합, 또는 b)펌웨어, 마이크로 코드 등을 포함하는 어떤 형식의 소프트웨어를 포함하는 기능을 수행하는 어떤 방법을 포함하도록 의도되고, 이 기능을 수행하도록 이 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 결합된다. 이러한 청구 범위에 의해 정의된 본 발명은 다양한 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합된다는 사실을 갖는다. 그러므로, 출원인은 이러한 기능들을 제공할 수 있는 어떤 수단도 본 명세서에 나타나는 것과 대등하다고 간주한다.
본 발명을 기술하기 전에, 본 발명이 동작하는, 말하자면, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)시스템이 동작하는 환경을 일반적으로 이해하는 것이 필요하다.
직교 주파수 분할 다중화(OFDM)시스템은 동시에 다른 사용자로부터 데이터를 전송하기 위해 주파수 대역폭 내에 직교 톤을 사용한다. 특히, 심벌 전송에 대해 활용 가능한 어떤 특정 심벌 주기(T), 및 소정의 대역폭(W)에 대해, 활용 가능한 직교 톤(N)의 수는 WT로 얻어진다. 본 발명의 관점에 따라, 동일한 대역폭(W)은 각각의 셀에서 재사용된다. 직교 톤들 사이의 간격은 Δ이고, 이것은 1/T로 얻어진다. 심벌 전송에 대해 활용 가능한 심벌 주기(T)에 부가적으로, 부가적 시간(Tc)은 주기적 접두어의 전송을 위해 요구되고, 이것은 각각의 심벌 주기에 부가되고 채널 응답 및 전송기에서 사용되는 펄스 형성 필터에 의해 야기된 분산을 보상하기 위해 사용된다. 그러므로, 비록 T+Tc의 총 주기가 사용되더라도, 단지 T 만이 사용자 데이터 전송을 위해 활용 가능하다.
도 1은 대역폭(W)내의 Δ의 간격으로 한 셀에서의 활용 가능한 직교 톤(orthogonal tones)의 실시예를 도시한다. 도 2는 심벌 전송 동안 활용 가능한 심벌 주기(T)의 시간 영역(time domain)과 주기적인 접두어(cyclic prefix)의 전송을 위해 요구되는 부가 시간(Tc)을 도시한다. 각각의 심벌 주기(T)내에 데이터는 실질적으로 동시에 각각의 톤에 보내질 수 있다는 것을 유념하자. 또한, 데이터 심벌 주기(T)의 마지막 부분은 도 2에 도시된 방법의 주기적 접두어로 자주 사용된다.
도 3은 실시예 OFDM 전송기(301)의 블록도를 도시한다. 도 3의 블록도가 본 발명의 원리에 따라 선행 기술 OFDM 전송기 또는 OFDM을 설명하는지의 여부는 이것의 높은 레벨로 인하여 도 3의 다양한 구성 요소의 특정 구현에 의존한다. 또한, OFDM 전송기(301)는 다운링크 전송기로서 기지국에서나 업링크 전송기로서 이동국에서 사용될 수 있다. 각각의 적용에 필요한 특정의 구현은 아래에 더욱 완전히 설명될 것이다.
OFDM 전송기(301)는 a)엔코더(303), b)데이터-대-톤 적용기(305), c)톤 할당 유닛(307), 및 d)주기적 접두어 부가기(309)를 포함한다.
엔코더(303)는 소스로부터 전송을 위한 모든 정보 스트림을 수신하고 특정 엔코드 스킴에 따라 엔코드한다. 일반적으로 그러한 모든 정보 스트림은 만약 OFDM 전송기(301)가 기지국에 사용되는 경우 하나 이상의 사용자를 위해 발생된 정보 스트림을 포함하고, 만약 OFDM 전송기(301)가 이동국에 사용되는 경우 단지 한 사용자를 위해 정보 스트림을 포함한다. 사용되는 엔코딩 스킴은 특정 정보 스트림에 전송된 정보가 음성인지 데이터인지의 여부에 따라 변경될 수 있다. 당업자는 1)예를 들어 종래의 콘벌루셔널 또는 블록 코딩을 선택, 또는 2)OFDM 시스템이 배치된 간섭 환경의 모델의 기능으로서의 적절한 엔코딩 스킴을 고안할 수 있을 것이다.
데이터-대-톤 적용기(305)는 출력으로서 엔코더(303)로부터 다양한 활용 가능한 톤에 공급된 모든 엔코드된 정보 스트림을 변조한다. 모든 엔코드된 정보 스트림 내의 각각의 특정 엔코드된 정보 스트림에 대해 적어도 하나의 톤은 톤 할당 유닛(307)에 의해 할당되고, 이 톤은 엔코더(303)로부터 수신된 특정 엔코드된 정보 스트림을 변조하기 위해 사용된다. 만약 특정의 엔코드된 정보 스트림이 음성이라면, 본 발명의 관점에 따라 직교 톤의 단일 하나가, 그러나 매우 적은 수보다 크지 않은, 특정의 엔코드된 정보 스트림에 대해 할당된다. 만약 특정의 엔코드된 정보 스트림이 데이터라면, 본 발명의 관점에 따라 위의 특정의 엔코드된 정보 스트림을 할당한 직교 톤의 수는 위의 특정의 엔코드된 정보 스트림의 사용자에 대한 데이터 전송 속도와 상관한다.
톤들은 톤 할당 유닛(307)에 의해 각각의 엔코드된 정보 스트림에 할당되고, 이것은 이 할당을 데이터-대-톤 적용기(305)에 전달한다. 소정의 사용자에 대한 톤 할당은 활용 가능한 대역 내에서 항상 같은 것은 아니지만, 대신에 각각의 사용자에 할당된 톤들은 톤 할당 유닛(307)에 의해 항상 도약된다.
주기적 접두어 부가기(309)는 위에서 설명한 바와 같이 주기적 접두어를 각각의 심벌 주기에 부가한다. 주기적 접두어는 OFDM 전송기(301)에 의해 사용된 톤에 대해서만 부가된다. 그러므로, 예를 들어, OFDM 전송기(301)가 모든 톤들을 사용하면서 기지국에 있다면, 주기적 접두어는 대역폭(W)내에서 모든 활용 가능한 직교 톤을 사용한다. 만약 OFDM 전송기(301)가 톤 중 단일 하나만을 사용하면서 이동국에 있다면, 주기적 접두어는 이 특정 단일 톤만을 사용한다. 유리하게, 주기적 접두어의 사용은 수신기에서 균등화의 필요성을 제거한다.
도 4는 실시예 OFDM 수신기(401)의 블록도를 도시한다. 도 3과 같이 이것의 높은 레벨로 인하여, 도 4의 블록도가 본 발명의 원리에 따라 선행 기술의 OFDM 수신기 또는 OFDM을 도시하는 지의 여부는 도 4의 다양한 구성 요소의 특정 구현에 의존한다. 또한, 도시된 바와 같이 OFDM 수신기(401)는 다운링크 수신기로서 기지국에서나 업링크 수신기로서 이동국에서 사용될 수 있다. 각각의 적용에 필요한 특정의 구현은 아래에 더욱 완전히 설명될 것이다.
OFDM 수신기(401)는 a)주기적 접두어 제거기(409), b)톤-대-데이터 추출기(405), c)톤 할당 유닛(407), 및 d)디코더(403)를 포함한다.
예를 들어, 도시되지 않은 안테나 및 증폭기 장치로 OFDM 수신기(401)에서 수신된 신호는 주기적 접두어 제거기(409)에 공급된다. 주기적 접두어 제거기(409)는 수신된 신호의 각각의 총 주기로부터 주기적 접두어를 제거한다. 주기(T)에 잔존 신호는 톤-대-데이터 추출기(405)에 공급된다.
톤-대-데이터 추출기(405)는 모든 재구성된 데이터 스트림을 개발하기 위해 OFDM 수신기(401)에 의해 사용되는 다양한 활용 가능한 톤에 수신된 각각의 정보 스트림을 추출한다. 톤들은 OFDM 수신기(401)에 의해 사용되기 위해 톤 할당 유닛(407)에 의해 할당되고, 이것은 할당을 톤-대-데이터 제거기(405)에 전달한다. 소정의 사용자에 대한 톤 할당은 활용 가능한 대역 내에서 항상 동일한 것은 아니지만, 대신에 각각의 사용자에 할당된 톤들은 톤 할당 유닛(407)에 의해 계속 도약된다. 그 결과, OFDM 전송기(301)의 톤 할당 유닛(307)과 OFDM 수신기(401)의 톤 할당 유닛(407)간에 통신이 필요하다. 이러한 통신은 일반적으로 예를 들어 콜 셋업(call set up)중에 우선 순위 배치를 통해 성취될 수 있다.
디코더(403)는 톤-대-데이터 추출기(405)의 전송으로부터 모든 정보 스트림을 수신하고 모든 출력 정보 스트림을 개발하기 위해 디코드한다. 디코딩은 정보 스트림을 엔코드하기 위해 사용된 스킴의 역에 따라 자주 수행된다. 그러나, 단순히 엔코딩 스킴의 역을 사용하는 것 보다 신뢰 가능한 디코드된 출력을 생성하기 위한 영향 및 채널을 설명하기 위해 디코딩 스킴은 변경될 수 있다. 대안적으로, 특정의 알고리즘은 채널 응답, 간섭, 및 다른 영향들을 고려하는 수신된 신호를 디코딩 용으로 사용하기 위해 개발될 수 있다. 일반적으로 그러한 모든 출력 정보 스트림은 만약 OFDM 수신기(401)가 기지국에 사용되는 경우 하나 이상의 사용자를 위해 발생된 정보 스트림을 포함하고, 만약 OFDM 수신기(401)가 이동국에 사용되는 경우 단지 한 사용자를 위해 정보 스트림을 포함한다. 결과 모든 출력 스트림은 다음의 처리를 위한 목적지로 공급된다. 예를 들어, 정보 스트림이 음성이고 OFDM 수신기(401)가 이동국 내에 있다면, 정보 스트림은 사용자를 위해 플레이되는 가청 신호로 변환되기 위해 공급된다. 정보 스트림이 음성이고 OFDM 수신기(401)가 기지국 내에 있다면, 음성 정보는 예를 들어, 와이어 라인 망을 경유하여 최종 목적지로 전송하기 위해 분리될 수 있다.
도 5는 기지국에 대한 데이터-대-톤 적용기(305)의 실시예 구현의 더욱 상세한 설명을 나타낸다. 각각의 배율기(501)는 직교 톤 중 하나이고 톤 발생기(503)에 의해 발생된 사인파로 특정 정보 스트림을 승산 한다. 그러면, 변조된 신호의 결과들은 부가기(505)에 의해 합산된다. 전형적으로, 데이터-대-톤 적용기(305)는 직교 톤의 디지털 표시를 사용하여 예를 들어, 배율기(501), 톤 발생기(503)및 부가기(505)의 기능을 수행하는 프로세서로 디지털적으로 구현된다.
도 5에 도시된 동일한 일반적인 구조는 이동국에 대한 데이터-대-톤 적용기(305)를 구현하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, N 배율기를 갖는 것으로 기지국에 의해 셀 내에서 사용된 N 직교 톤의 모든 범위를 커버하는 대신에, 단지 이동국의 필요에 의해 사용되는 직교 톤의 최대 수는 활용 가능한 배율기를 갖는다. 많은 이동국들이 음성을 위해 엄격히 사용되므로, 단지 하나의 배율기만 필요로 한다. 그러나, 아래에 더욱 상세히 설명되지만, 각각의 사용자에 대한 톤 할당이 변하기 때문에, 이동국에 있는 톤 발생기는 N 직교 톤의 모든 범위를 발생할 수 있어야 한다. 또한, 단지 하나의 톤이 사용된다면, 부가기(505)는 필요 없을 것이다.
위에서 설명한 바와 같이, 어떤 특정 정보 스트림에 할당된 톤은 주기적으로 변화한다. 이것은 당업자에게 일반적으로 주파수 도약으로 알려져 있고 본 명세서에서는 특히 톤 도약으로 인용한다. 본 발명의 관점에 따라, 톤 도약 패턴은 최대 주파수 변화를 성취하고 셀 내부 간섭을 평균하기 위해 설계된다. 이것은 상호 직교 라틴 스퀘어의 기능으로 발생되는 도약 패턴을 사용하여 성취될 수 있다. 예를 들어, IEEE Transactions on Vehicular Technology의 Vol.44, No.4, pp.763-770에 1995년 11월에 발간된 Gregory J. Pottie 및 A.Robert Calderbank에 의한 "Channel Coding Strategies for Cellular Radio"를 참고할 수 있다.
본 발명의 관점에 따라, 다운링크에서, 즉, 기지국에서 이동국까지의 채널에서, 예를 들어 톤 할당 유닛(307)(도 3)에 의해 각각의 사용자에 할당된 톤들은 예를 들어, 심벌 대 심벌로 상대적으로 신속하게 변화한다. 즉, 사용자는 한 톤에서 다른 톤까지의 빠른 "도약"을 한다. 그러나, 업링크에서 즉, 이동국에서 기지국까지의 채널에서, 비록 빠른 도약이 가능하더라도 이것은 효율적이지 않고, 그래서 양호한 느린 도약이 예를 들어, 업링크 신호의 효율적인 변조를 허용하기 위해 톤 할당 유닛(307)에 의해 사용된다.
빠른 도약을 사용하는 것이 바람직한 이유는 평균의 장점을 신속히 성취하기 때문이다. 빠른 도약은 기지국에 의해 전송되고 모든 이동국들에 공유된 파일럿 신호의 활용성으로 인하여 다운링크를 위해 효과적으로 사용될 수 있다. 각각의 이동국은 자신과 기지국 사이의 채널의 특성을 결정하기 위해 수신된 파일럿 신호를 사용할 수 있다. 일단 채널의 특성이 알려지면, 이동국은 응집성 검출(coherent detection)을 수행하기 위해 그 알려진 지식을 사용할 수 있고, 이것은 간섭 비에 대해 소정의 신호에 대한 더 좋은 수행을 갖기 때문에 OFDM 시스템에 대한 바람직한 검출 형식이다. 특히, 응집성 검출은 단지 하나의 심벌을 사용하여 수신된 신호의 정확한 변조를 허용한다.
각각의 이동국이 자신의 파일럿 신호를 발생해야 할 수도 있고, 각각의 이동국에 대해 파일럿 신호를 사용하는 것이 활용 가능한 대역폭에 대해 거의 엄청난 비용이 들기 때문에 업링크에는 활용 가능한 파일럿 신호가 없다. 그 결과, 각각의 이동국과 기지국 사이의 업링크 채널 특성은 기지국에 의해 결정될 수 있다. 업링크 채널 특성에 정보 없이, 기지국은 응집성 검출을 할 수 없다. 그 결과, 예를 들어, 차동 복조 또는 연습 심벌 기초 복조와 같은 다른 검출 기술들은 전송된 신호의 정확한 복조를 보장하기 위해 요구된다. 이러한 다른 검출 기술은 각각의 사용자가 몇몇 심벌들에 대해 같은 톤 상에 채널 사용의 효율을 증가시키는 같은 톤상에 잔존하는 사용자를 위한 더 많은 심벌들과 같은 톤상에 잔존할 것을 요구한다.
내부 셀 간섭 평균화는 간섭하는 사용자가 더 긴 주기 시간 동안 같은 톤상에 잔존하기 때문에 느린 도약이 사용될 때 감소된다. 그리하여, 셀 내의 이동국 사이의 간섭 효과를 확산하는 것은 더 많은 시간이 걸린다. 그러므로, 느린 도약이 업링크에 사용될 때, 내부 셀 간섭 평균 효과에서의 감소를 보상하기 위해 인터리빙과 같은 부가적인 기술의 사용이 필요하다.
특히, 도 6에 도시된 바와 같이, 인터리빙 유닛(601)은 OFDM 전송기(301)의 엔코더(303)와 데이터-대-톤 적용기(305)사이에 결합될 수 있다. 인터리빙 유닛(601)의 기능은 만약 사용자가 직교 톤 중 단지 하나를 사용하는 음성 사용자라면 예를 들어 특정 톤을 위해, 사용자를 위해 데이터-대-톤 적용기(305)에 의해 적용되는 심벌을 인터리버하는 것이다. 그러므로, 순서적으로 전송된 엔코더(303)에 의해 발생된 모든 심벌 대신에, 이들은 간섭으로 인해 몇몇 심벌들이 정확히 수신되지 않은 경우에 수신기에 의해 에러 정정을 용이하게 하기 적합한 방법을 위반하여 전송된다. 각각의 사용자에 대한 또는 사용자 그룹에 대한 인터리빙 패턴은 다를 수 있다는 것을 유념해야한다. 예를 들어, 그의 지연이 없고 어느 정도의 에러를 갖는 것을 관용할 수 있는 음성 사용자를 위해 제 1 인터리브 패턴을 사용하는 것이 바람직할 수 있고, 에러가 그의 없는 더 많은 지연을 관용할 수 있는 데이터 사용자를 위한 제 2 인터리브 패턴이 바람직 할 수도 있다. 또한, 인터리빙은 단일 사용자의 다양한 톤에 할당된 정보 스트림들 사이에서 수행될 수 있다.
유사하게, 도 7에 도시된 바와 같이, 디인터리빙 유닛(701)은 OFDM 수신기(401)의 톤-대-데이터 추출기(405)와 디코더(403)사이에 결합된다. 디인터리빙 유닛(701)은 비-인터리버된 정보 스트림을 저장하기 위해, 사용자의 정보 스트림 상에 인터리빙 유닛(601)에 의해 수행된 인터리빙 프로세스를 전환한다.
본 발명은 OFDM 다중 접속 시스템의 모든 대역폭이 직교 톤으로 분할되고, 모든 이 직교 톤들은 각각의 셀에서 재사용된다. 이동 전송기에서 피크-대-평균 비를 줄이기 위해, 음성 사용자와 같은 낮은 비트 전송 속도의 사용자는 기지국과 통신하도록 사용하기 위해 직교 톤 중 단일 하나를, 그러나 매우 적은 수보다 크지 않도록 양호하게 할당된다. 데이터 사용자들은 데이터 통신을 하기 위해 유사하게 톤을 할당받는다.

Claims (22)

  1. 대역 확산 다중 접속 무선 시스템을 기초한 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)를 운영하는 방법에 있어서,
    낮은 비트 전송 속도 정보를 통신하는 각각의 사용자가 사용하기 위해 매우 적은 수의 직교 톤들을 할당하는 단계,
    활용 가능한 스펙트럼을 통해 상기 할당된 톤들을 계속 도약하는 단계로써, 상기 시스템의 다운링크에서 상기 할당된 톤들은 빠른 도약이 되고 상기 시스템의 업링크에서 상기 할당된 톤들은 느린 도약되는 도약 단계를 포함하는 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 매우 적은 수는 1인 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 낮은 비트 전송 속도 정보는 음성인 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 할당된 톤들은 상호 직교 라틴 스퀘어와 상관하는 패턴을 사용하여 도약되는 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    높은 비트 전송 속도 정보를 통신하는 각각의 사용자를 위해 상기 매우 적은 수보다 더 많은 수의 직교 톤들을 할당하는 단계를 더 포함하는 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 높은 비트 전송 속도 정보는 데이터인 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 도약하는 단계는 상기 통신하는 낮은 비트 전송 속도 정보를 사용하기 위해 할당된 상기 톤들에 따라 높은 비트 전송 속도 정보를 통신하는 각각의 사용자를 위해 할당된 상기 톤들이 도약되는 단계인 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    전력 제어기는 상기 데이터를 위해 다운링크에서 수행되므로 데이터에 대해 톤 당 전송된 심벌들의 수는 톤당 할당된 전력 및 다운링크 채널 감쇠와 상관하는 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    전력 제어기는 상기 데이터를 위해 업링크에서 수행되므로 데이터에 대해 톤 당 전송된 심벌들의 수는 톤당 할당된 전력 및 업링크 채널 감쇠와 상관하는 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법.
  10. 대역 확산 다중 접속 무선 시스템을 기초한 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)를 운영하는 방법에 있어서,
    통신 데이터에서 사용하기 위한 직교 톤들을 할당하는 단계,
    활용 가능한 스펙트럼을 통해 상기 할당된 톤들을 계속 도약하는 단계로써, 상기 시스템의 다운링크에서 상기 할당된 톤들은 빠른 도약이 되고 상기 시스템의 업링크에서 상기 할당된 톤들은 느린 도약이 되는 도약 단계를 포함하는 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    전력 제어기는 상기 데이터 통신을 위해 다운링크에서 수행되므로 톤 당 전송된 심벌들의 수는 톤당 할당된 전력 및 다운링크 채널 감쇠와 상관하는 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    전력 제어기는 상기 데이터 통신을 위해 업링크에서 수행되므로 톤 당 전송된 심벌들의 수는 톤당 할당된 전력 및 업링크 채널 감쇠와 상관하는 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법.
  13. 대역 확산 다중 접속 무선 시스템을 기초한 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)를 운영하는 방법에 있어서,
    무선 단말기에 의해 기지국과 통신용으로 사용하기 위해 매우 적은 수의 직교 톤들을 할당하는 단계,
    활용 가능한 스펙트럼을 통해 상기 할당된 톤들을 계속 도약하는 단계로써, 상기 할당된 톤들은 상호 직교 라틴 스퀘어와 상관하는 패턴을 사용하여 도약되는 도약 단계를 포함하는 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 기지국과의 상기 통신은 통신 음성 정보인 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 매우 적은 수는 1인 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법.
  16. 대역 확산 다중 접속 무선 시스템을 기초한 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)를 운영하는 장치에 있어서,
    낮은 비트 전송 속도 정보 통신에서 사용하기 위해 매우 적은 수의 직교 톤들을 할당하는 수단,
    활용 가능한 스펙트럼을 통해 상기 할당된 톤들을 계속 도약하는 수단으로써, 상기 시스템의 다운링크에서 상기 할당된 톤들은 빠른 도약이 되고 상기 시스템의 업링크에서 상기 할당된 톤들은 느린 도약되는 도약 수단을 포함하는 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 매우 적은 수는 1인 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 낮은 비트 전송 속도 정보는 음성인 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 장치.
  19. 대역 확산 다중 접속 무선 시스템을 기초한 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에서 사용하기 위한 프로세서로서, 상기 프로세서는 컴퓨터가 판독 가능한 형식의 소프트웨어를 실행하고, 상기 소프트웨어는 기능 모듈에 배치되는 프로세서에 있어서,
    낮은 비트 전송 속도 정보 통신에서 사용하기 위해 매우 적은 수의 직교 톤들을 할당하기 위한 모듈,
    활용 가능한 스펙트럼을 통해 상기 할당된 톤들을 계속 도약하는 수단으로써, 상기 시스템의 다운링크에서 상기 할당된 톤들은 빠른 도약이 되고 상기 시스템의 업링크에서 상기 할당된 톤들은 느린 도약이 되는 도약 모듈을 포함하는 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 프로세서.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 매우 적은 수는 1인 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 프로세서.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 낮은 비트 전송 속도 정보는 음성인 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 프로세서.
  22. 대역 확산 다중 접속 무선 시스템을 기초한 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)를 운영하기 위한 방법으로써, 확산 다중 접속 무선 시스템을 기초한 상기 OFDM의 각각의 셀에는 주파수 대역을 점유하는 직교 톤들의 세트가 할당되는 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화를 운영하기 위한 방법에 있어서,
    음성 통신에서 사용하기 위한 매우 적은 수의 직교 톤들을 할당하는 단계,
    활용 가능한 스펙트럼을 통해 상기 할당된 톤들을 계속 도약하는 단계로써, 상기 시스템의 다운링크에서 상기 할당된 톤들은 빠른 도약이 되고 상기 시스템의 업링크에서 상기 할당된 톤들은 느린 도약이 되는 도약 단계를 포함하고,
    여기서, 상기 대역 확산 다중 접속 무선 시스템을 기초한 OFDM의 각각의 셀에 대해 상기 직교 톤들의 세트에 의해 점유된 상기 주파수 대역은 실질적으로 동일한 셀룰러 직교 주파수 분할 다중화 운영 방법.
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