KR20010013778A - 요청에 따라 대역폭을 선택적으로 할당하는 ｃｄｍａ 통신시스템 - Google Patents

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KR20010013778A
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Abstract

본 발명은 CDMA 무선 디지털 통신 시스템에 관한 것이고, 상기 시스템은 특정 용도의 최소량의 대역폭을 이용하면서 모든 종류의 음성 및 데이터 통신을 지원한다. 시스템은 가입자의 요청에 따라 ISDN 대역폭을 효율적으로 할당한다. 가입자 유닛의 초기화에서, 시스템은 채널을 구축하고, 필요한 확산 코드를 발생시켜서, 가입자 유닛에 의해 요구되는 최고 용량의 채널을 지원한다. 통신 스펙트럼 대역폭부는 가입자 유닛에 의해 실제 필요할 때까지 보존되지 않는다. 상기 가입자 유닛으로부터의 호출 시작에서 호출 설정 및 확산 코드 할당이 실행되기 때문에, 가입자 유닛은 특정 용도 지원에 필요한 스펙트럼부에 신속하게 접속할 수 있다.

Description

요청에 따라 대역폭을 선택적으로 할당하는 ＣＤＭＡ 통신 시스템{CDMA COMMUNICATION SYSTEM WHICH SELECTIVELY ALLOCATES BANDWIDTH UPON DEMAND}
무선 통신 시스템의 용량과 신뢰성이 개선되감에 따라 전기 통신 산업에 의한 무선 기술의 사용은 급격하게 증가하였다. 음성 통신을 전송하기 위한 편리한 방법으로서만 고려되었으나, 디지털 무선 통신 시스템은 이제 평범한 기존의 전화 서비스(POTS), 통합 서비스 디지털 네트워크(ISDN), 가변 비트 레이트(VBR) 데이터 서비스, 광대역 서비스, 전용선 서비스, 그리고 패킷 데이터 서비스를 포함하는 모든 형태의 통신의 전송을 제공하기 위해 필요하다. 모든 이러한 형태의 서비스를 전송하기 위해 기술적으로 적합함에도, 높은 데이터율의 통신을 위해 요구되는 상당량의 대역폭으로 인해 이러한 서비스의 대부분이 경제적이지 못하다. 무선 디지털 통신 시스템에 접속할 수 있는 가입자의 수는 증가하였지만, 각각의 통신에 대한 광대역의 신뢰도는 더 이상 믿을 수 없다.
공공 용도의 무선 통신 시스템에 할당되는 한정된 대역폭은 점점 쓸만한 것으로 변해가고 있다. 사용자 증가를 지원하기 위한 추가적인 대역폭이 기존의 장치를 위해 할당될 것 같지 않기 때문에, 통신 하드웨어와 소프트웨어의 많은 최근의 진보가 데이터 전송률을 증가시키면서 대역폭의 크기를 줄이고 있다.
따라서, 할당된 대역폭을 보다 효율적으로 사용하면서 종래의 유선 네트워크와 같은 높은 데이터 레이트 서비스를 지원하는 무선 디지털 통신 시스템에 대한 요구가 존재한다.
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 보다 특히, 발명은 기지국과 다수의 가입자 유닛을 포함하는 무선 디지털 코드 분할 다중 접속(CDMA) 통신 시스템에 관한 것이고, 상기 CDMA 통신 시스템은 가입자 유닛에 의한 요청이나 가입자 유닛과의 통신을 위한 필요에 따라 대역폭을 선택적으로 할당한다.
도 1은 본 발명에 따르는 코드 분할 다중 접속 확산 스펙트럼 통신 시스템의 블록 다이어그램.
도 2A는 본 발명의 가입자 유닛과 ISDN 단자 사이의 인터페이스의 블록 다이어그램.
도 2B는 본 발명의 가입자 유닛과 POTS 단자 사이의 인터페이스의 블록 다이어그램.
도 2C는 본 발명의 가입자 유닛과 패킷 단자 사이의 인터페이스의 블록 다이어그램.
도 2D는 본 발명의 가입자 유닛과 광대역 연결부 사이의 인터페이스의 블록 다이어그램.
도 2E는 본 발명의 가입자 유닛과 전용선 단자 사이의 인터페이스의 블록 다이어그램.
도 2F는 본 발명의 가입자 유닛과 ISDN과 POTS 네트워크 사이의 인터페이스의 블록 다이어그램.
도 2G는 본 발명의 가입자 유닛과 광대역 및 패킷 네트워크 사이의 인터페이스의 블록 다이어그램.
도 2H는 본 발명의 가입자 유닛과 전용선 네트워크 사이의 인터페이스의 블록 다이어그램.
도 3은 본 발명에 따르는 가입자 유닛의 블록 다이어그램.
도 4는 본 발명에 따르는 RCS의 블록 다이어그램.
도 5는 ISDN 서비스를 위한 대역폭의 동적 할당을 위한 과정의 순서도.
도 6A와 6B는 POTS 서비스를 위한 RCS와 가입자 유닛 사이의 베어러 채널 구축의 순서도.
도 7은 가입자 유닛과 RCS 사이의 통신의 층형 프로토콜.
도 8A는 가입자 유닛에 의해 시작하는 것과 같이 간단화된 베어러 교환 방법의 도면.
도 8B는 RCS에 의해 시작하는 것과 같이 간단화된 베어러 교환 방법의 도면.
도 9A와 9B는 ISDN 서비스를 위한 RCS와 가입자 유닛 사이의 베어러 채널 구축의 순서도.
본 발명은 특정 용도를 위해 최소의 대역폭을 사용하면서 모든 종류의 음성 및 데이터 통신을 지원하는 CDMA 무선 디지털 통신 시스템이다. 이 시스템은 가입자의 요청에 따라 ISDN 대역폭을 할당한다. 가입자 유닛을 초기화하면서, 시스템은 채널을 구축하고, 가입자 유닛에 의해 요구되는 최고 용량의 채널을 지원하기 위해 필요한 확산 코드를 발생시킨다. 그러나, 가입자 유닛에 의해 실제로 요구받을 때까지, 시스템은 통신 대역폭의 부분을 제껴놓지 않는다. 호출 설정이 할당 코드를 포함하여 상기 특정 가입자 유닛으로부터의 어떤 호출의 시작에서 실행되기 때문에, 가입자 유닛은 특정 용도를 지원하기 위해 필요한 스펙트럼부에 신속하게 접속할 수 있다.
따라서, 확산 스펙트럼 대역폭을 효율적으로 사용하면서 POTS와 ISDN을 포함하는 전화 서비스의 범위를 지원하는 무선 디지털 확산 스펙트럼 통신 시스템을 제공하는 것이 발명의 목표이다.
본 발명의 다른 목표와 장점은 실시예의 기술사항을 읽고나면, 더욱 명백해질 것이다.
실시예는 도면을 참조로 하여 기술될 것이고, 유사한 번호는 전체에 걸쳐 유사한 요소를 나타낸다.
본 발명의 시스템은 한 개 이상의 이격 가입자 유닛과 한 개 이상의 기지국 사이의 라디오 링크를 사용하는 국부 전화 서비스를 제공한다. 예시되는 실시예에서, 라디오 링크는 고정 가입자 유닛(FSU)과 통신하는 기지국을 위해 기술되지만, 이 시스템은 고정 가입자 유닛과 이동 가입자 유닛(MSU) 모두에 라디오 링크를 가지는 다중 기지국을 포함하는 시스템에 동일하게 적용가능하다. 결과적으로, 고정 및 이동 가입자 유닛은 여기서 가입자 유닛으로 통칭될 것이다.
도 1에서, 기지국(101)은 국부 교환기나, 구내 교환기(PBX)와 같은 다른 전화 네트워크 교환 인터페이스에 호출 연결을 제공한다. 그리고 한 개 이상의 무선 반송국(RCS)(104-110)을 포함한다. 한 개 이상의 RCS(104, 105, 110)는 링크(131, 132, 137, 138, 139)를 통해 무선 분배 유닛(RDU)에 연결되고, 텔코 링크(141, 142, 150)를 통해 호출 설정, 제어 그리고 정보 신호를 전송하고 수신함으로서, RDU(102)는 국부 교환기(103)와 인터페이스를 이룬다. 가입자 유닛(116, 119)은 무선 링크(161-165)를 통해 RCS(104)와 통신한다. 선택적으로, 발명의 또다른 실시예는 여러 가입자 유닛과, RCS(104)와 유사한 기능을 가지는 "마스터 가입자 유닛"을 포함한다. 이러한 실시예는 국부 전화 네트워크에 연결될 수도 있고, 안될 수도 있다.
무선 링크(161-165)는 CDS1800 표준(1.71-1.785 GHz 및 1.805-1.880 GHz); US-PCS 표준(1.85-1.99 GHz); 그리고 CEPT 표준(2.0-2.7 GHz)의 주파수 대역 내에서 작동한다. 이러한 대역이 기술되는 실시예에서 사용되지만, 본 발명은 전체 UHF와 SHF 대역을 포함하는 RF 주파수 대역과 2.7-5 GHz 대역에 동일하게 적용될 수 있다. 송수신 대역폭은 각각, 7 MHz에서 시작하는 여러 3.5 MHz와, 10 MHz에서 시작하는 여러 5 MHz이다. 기술되는 시스템은 7, 10, 10.5, 14, 15 MHz의 대역폭을 포함한다. 발명의 예시되는 실시예에서, 업링크와 다운링크 사이의 최소 보호 대역은 20 MHz이고, 신호 대역의 세배 이상이 바람직하다. 이중 간격은 50-175 MHz 사이에 위치하고, 본 발명에서는 50, 75, 80, 95, 175 MHz가 사용된다. 다른 주파수도 사용될 수 있다.
시스템은 송수신 확산 스펙트럼 채널을 위한 반송파 주위에서 중앙에 위치하는 다른 확산 스펙트럼 대역폭을 사용할 수도 있지만, 본 발명은 수신 채널을 위한 다중 확산 스펙트럼 대역폭과 송신 채널을 위한 다중 확산 스펙트럼 대역폭을 사용하는 시스템으로 확장될 수 있다. 또한, 송수신 채널 모두를 위한 동일한 확산 스펙트럼 대역폭이 사용될 수 있고, 여기서, 업링크 및 다운 링크 전송은 동일 주파수 대역을 차지할 것이다. 본 발명은 다중 CDMA 주파수 대역으로 확장이 용이하고, 각각의 주파수 대역은 각각 다른 세트의 메시지, 업링크, 다운링크, 또는 업링크와 다운링크를 운반할 수 있다.
확산 이진 심볼 정보는 Nyquist 펄스 정형으로 직각 위상 시프트 키잉(QPSK) 변조를 사용하여 무선 링크(161-165)에 전송된다. 그러나, 다른 변조 기술도 사용될 수 있다. 그 예로는, 오프셋 QPSK 최소 시프트 키잉(MSK), 가우시안 위상 시프트 키잉(GPSK), 그리고 메리(M-ary) 위상 시프트 키잉(MPSK)을 들 수 있다.
무선 링크(161-165)는 업링크 및 다운링크 방향 모두의 전송 모드로서 광대역 코드 분할 다중 접속(B-CDMA) 기술을 이용한다. 확산 스펙트럼으로도 알려진 다중 접속 시스템에서 사용되는 CDMA 통신 기술은 잘 알려져 있고, Donald Schilling에게 허여된 "동기 확산 스펙트럼 통신 시스템 및 방법"의 명칭을 가지는 미국 특허 제 5,228,056 호에서 기술된다. 기술되는 시스템은 직접 순서 확산 기술을 사용한다. CDMA 변조기는 확산 스펙트럼 확산 코드 순서를 발생시키고, 상기 코드 순서는 준소음 순서이며, 상기 CDMA 변조기는 동상(I)과 90도 차 위상(quadrature)(Q) 채널을 위한 확산 코드 순서를 가지는 QPSK 신호의 복합 직접 순서 변조를 실행한다. 데이터에 의해 변조되지 않는 화산 코드인 파일롯 신호가 발생되고, 변조 신호로 전송된다. 파일롯 신호는 동기화, 반송파 위상 회복을 위하여 사용되고, 무선 채널의 임펄스 반응을 추정하기 위해 사용된다. 각각의 가입자 유닛(111-118)은 코드 제너레이터와 한 개 이상의 CDMA 변조기 및 복조기를 포함하고, 이는 CDMA 모뎀을 구성한다. 각각의 RCS(104, 105, 110)는 가입자 유닛에 의해 사용되는 모든 논리 채널을 위해 충분한 CDMA 변조기 및 복조기와, 한 개 이상의 코드 제너레이터를 가진다.
CDMA 복조기는 다중경로 전파 효과를 감소시키거나 촉진시키기 위하여 적절한 공정으로 신호를 반확산시킨다. 무선 링크는 8, 16, 32, 64, 128, 144 kb/s의 데이터 레이트를 가지는 다중 트래픽 채널을 지원한다. 트래픽 채널을 연결하는 물리적인 채널은 64k 심볼/초 레이트로 작동한다. 다른 데이터 레이트도 지원가능하고, 순방향 에러 정정(FEC) 코딩도 사용될 수 있다. 기술되는 실시예에서, 7의 구속 길이와 1/2의 코딩 레이트를 가지는 FEC가 사용된다. E라는 레이트와 구속 길이도 사용되는 코드 발생 기술과 일관되게 사용될 수 있다.
도 1에서, 디지털 데이터 신호를 송수신하기 위하여 예를 들어 1.533 Mb/s DS1, 2.048 Mbs/ E1, 또는 HDSL 포맷으로 다수의 RF 링크나 지상 링크(131, 132, 137)를 통해 RDU(102)와 인터페이스를 이룬다. 이들이 전형적인 전화 회사 표준화 인터페이스이지만, 본 발명은 이러한 디지털 데이터 포맷만에 국한되지 않는다. 예시되는 RCS 라인 인터페이스(도 1에서 도시되지 않음)는 라인 코딩을 변환하고, 프레임 정보를 추출하거나 생성하며, 경보와 설비 식별 신호 기능 및 채널 특정 루프-백과 패러티 체크 기능을 실행한다. 이는 64 kb/s로 인코딩된 PCM이나 32 kb/s로 인코딩된 ADPCM 전화 트래픽 채널, 또는 ISDN 채널을 공정을 위해 RCS(104, 105, 110)에 제공한다. 이는 아래에서 자세히 설명될 것이다. 다른 음성 압축 기술도 순서 발생 기술과 연관하여 사용될 것이다.
본 발명의 시스템은 POTS 서비스와 ISDN 서비스 모두를 위해 가입자 유닛(111)과 RCS(104) 사이에서 반송 레이트 수정을 또한 지원한다. 가입자 유닛(111-118)은 전화 유닛(170), 국부 스위치(PBX)(171), 데이터 단자(172), ISDN 인터페이스(173), 또는 도 2A-2H에 도시되는 다른 종류의 장치와 인터페이스를 이룰 수 있다. 전화 유닛(170)으로부터의 입력은 음성, 음성 대역 데이터 및 신호처리를 포함할 수 있다. 본 발명이 다수의 가입자 유닛(111-118)과 다수의 RCS(104-110) 사이의 통신에 적용할 수 있음에도, 이해를 돕기 위해 특정 가입자 유닛과 RCS를 대상으로 설명할 것이다. 가입자 유닛에 입력되는 신호가 디지털이 아니라면, 가입자 유닛(111)은 RCS(104)에 전송하기 위해 아날로그 신호를 디지털 순서로 변환한다. 가입자 유닛(112)은 32 kb/s나 그 이하의 레이트에서 ADPCM과 같은 기술로 음성 데이터를 인코딩한다. 인코딩되지 않는 전송을 위한 트래픽 채널의 반송 레이트를 수정하기 위하여 RCS(104)는 4.8 kb/s 이상의 레이트로 음성 대역 데이터나 팩스 데이터를 감지한다. 또한 A-법, u-법, 또는 어떤 신호의 컴팬딩도 전송 이전에 실행될 수 없다. 당 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 잘 알 수 있듯이, 아이들 플렉 제거와 같은 디지털 데이터용 데이터 압축 기술도 용량을 보존하고 간섭을 최소화하기 위해 사용될 수 있다. RCS(104)와 가입자 유닛(111) 사이의 무선 인터페이스의 전송 전력 레벨은 다운링크 및 업링크 방향을 위한 다른 폐쇄 루프 전력 제어 방법을 이용하여 제어된다. 자동 순방향 전력 제어(AFPC) 방법은 다운링크 전송 출력 레벨을 결정하고, 자동 역방향 전력 제어(ARPC) 방법은 업링크 전송 전력 레벨을 결정한다. 가입자 유닛(111)과 RCS(104)가 전력 제어 정보를 전송할 때의 논리 제어 채널은 16 kHz 이상의 갱신 레이트에서 작동한다. 다른 실시예는 예를 들어 64 kHz와 같이 더 빠르거나 더 느린 갱신 레이트를 사용할 수도 있다. 사용자의 전송 전력이 적용가능한 비트-에러 레이트(BER)를 유지하는 것을 이 알로리즘은 보장하고, 또한 이 알고리즘은 전력을 보존하기 위하여 최소의 시스템 전력을 유지하며, 거의 동일한 레벨로 RCS(104)에 의해 수신되는 바와 같이 가입자 유닛(111)의 전력 레벨을 유지한다.
시스템은 가입자 유닛(111)의 비활성 모드 동안 최적 전력 제어 방법을 이용할 수도 있다. 가입자 유닛(111)이 전력을 보존하기 위해 비활성이나 전력-다운될 경우, RCS(104)로부터의 유지 전력 제어 신호에 따라 초기 전송 전력 레벨 설정을 조절하도록 가입자 유닛(111)은 가끔 활성화된다. 본 시스템의 전력 레벨과 가입자 유닛(111)의 수신된 전력 레벨을 측정함으로서, 그리고 필요한 초기 전송 전력을 계산함으로서, RCS(104)에 의해 유지 전력 제어 신호가 결정된다. 통신을 시작하기 위해 가입자 유닛(111)의 채널 획득 시간을 이 방법은 감소시키고, 폐쇄 루프 전력 제어가 전송 전력을 감소시키기 전에, 이 방법은 가입자 유닛(111)의 전송 전력 레벨이 너무 높아지는 것을 방지하고, 상기 전송 전력 레벨이 초기 전송 동안 다른 채널과의 간섭하는 것을 방지한다.
RCS(104)는 E1, T1, 또는 HDSL 인터페이스와 같은 인터페이스 라인으로부터 그 클럭의 동기화를 획득한다. RCS(104)는 발진기로부터 그 자신의 내부 클럭 신호를 또한 발생시키고, 상기 발진기는 전지구 위치 파악 시스템(GPS) 수신기에 의해 조절될 수 있다. RCS(104)는 광역 파일롯 코드를 발생시키고, 이격 가입자 유닛(111)에 의해 획득될 수 있다. RCS(104)의 모든 전송 채널은 광역 파일롯 채널에 동기화된다. RCS(104) 내의 논리 통신 채널을 위해 사용되는 (도 1에 도시되지 않은) 코드 제너레이터의 확산 코드 위상은 광역 파일롯 채널의 확산 코드 위상에 또한 동기화된다. 유사하게, RCS(104)의 광역 파일롯 코드를 수신하는 모든 가입자 유닛(111-118)은 코드 제너레이터의 확산/반확산 코드 위상을 광역 파일롯 코드에 동기화시킨다.
일반적으로, 인터페이스의 일부이자 그 내용에 상관없이 상기 인터페이스의 다른 경로와 구별될 수 있는 통신 경로로 간주되는 것이 기존 채널이다. 그러나, CDMA 통신에서는, 분리 통신 경로가 그 내용에 의해 구별된다. 본 발명의 모든 채널과 서브채널은 공통 64 킬로-심볼/초(ksym/s) QPSK 스트림에 매핑된다. 일부 채널은 광역 파일롯 코드로부터 발생되는 관련된 파일롯 코드에 동기화되고, 광역 파일롯 코드와 유사한 기능을 수행한다. 시스템 파일롯 신호는 논리 채널로 간주되지 않는다.
RCS(104)와 가입자 유닛(111) 사이의 RF 통신 링크에서 여러 논리 통신 채널이 사용된다. 각각의 논리 통신 채널은 고정되고 정해진 확산 코드를 가지거나, 동적으로 할당되는 확산 코드를 가진다. 정해진 코드와 할당되는 코드 모두에 대해, 코드 위상은 광역 파일롯 코드와 동기화된다.
확산 코드는 코드 발생에 사용되는 시드(seed)에 의해 구체화된다. 제 1 시드의 풀은 RDU(102) 내에 존재하고, 그 일부는 광역 제 1 시드를 구성하며, 나머지는 할당된 제 1 시드를 구성한다. RDU(102)는 필요한 원칙에 따라 RCS(104)에 제 1 시드를 할당한다. 광역 제 1 시드는 셀 내의 RCS(104)에 의해 사용되는 모든 광역 채널 코드를 사용한다. 그러나, 할당된 제 1 시드는 제 2 할당 시드를 발생시키는 데 사용된다. 한 개의 제 1 할당 시드는 57개의 제 2 할당 시드를 발생시키는 데 사용된다. 각각의 제 2 할당 시드는 RCS(104)와 가입자 유닛(111) 내의 코드 제너레이터 내로 입력되어, 각각의 통신 링크를 지원하기 위해 한 세트의 할당 채널 코드를 발생시킨다. 선호되는 실시예에서, 광역 채널 코드와 두 개의 제 1 할당 시드를 발생시키기 위해서 각각의 RCS(104)에는 한 개의 광역 제 1 시드가 주어진다. 따라서, RCS(104)와 이에 상응하는 가입자 유닛(111-118)은 114개의 제 2 할당 시드까지 발생시킬 수 있다. 각각의 제 2 할당 시드는 활성 링크를 위한 코드를 발생시키기 위해 RCS(104)에 의해 할당되어, 114개까지의 동시 통신 링크에 충분한 코드를 허용한다.
논리 통신 채널은 광역 채널과 할당 채널의 두 그룹으로 분할된다. RCS(104)로부터 모든 가입자 유닛(111-118)까지 전송되거나 어떤 가입자 유닛(111-118)으로부터 RCS(104)까지 가입자 유닛(111-118)의 아이덴터티에 상관없이 전송되는 채널을 광역 채널 그룹은 포함한다. 특정 가입자 유닛(111)과 RCS(104) 사이의 통신을 제공하는 채널이 할당 채널 그룹의 채널이다.
광역 채널 그룹에 대해, 광역 채널 그룹은 방송 제어 논리 채널과 접속 제어 논리 채널을 제공한다. 상기 방송 제어 논리 채널은 점-다점 서비스를 제공하고, 상기 서비스는 모든 가입자 유닛(111-118)에 메시지를 방송하고, 가입자 유닛(111-118)에 메시지를 페이징한다. 상기 접속 제어 논리 채널은 광역 채널 상에서 점-점 서비스를 제공하고, 이 서비스는 가입자 유닛(111-118)을 시스템에 접속시키고 가입자 유닛이 할당된 채널을 얻게 한다. 본 발명의 RCS(104)는 한 개의 방송 제어 논리 채널과 다중 접속 제어 논리 채널을 가진다. 본 발명의 가입자 유닛(111-118)은 한 개 이상의 방송 제어 놀리 채널과 한 개 이상의 접속 제어 논리 채널을 가진다.
RCS(104)에 의해 제어되는 광역 논리 채널은 빠른 방송 채널(FBCCH)과 느린 방송 채널(SBCCH)이고, 상기 빠른 방송 채널은 빠른 변화 정보를 방송하고, 상기 느린 방송 채널은 느리게 변하는 시스템 정보와 페이징 메시지를 방송하며, 상기 빠른 변화 정보의 서비스와 접속 채널을 현재 이용가능하다.
가입자 유닛(111)은 접속 체널(AXCH)을 사용하여, RCS(104)와 통신을 시작하고 할당 채널에 접속한다. 각각의 AXCH는 제어 채널(CTCH)과 쌍을 이루고, 상기 제어 채널(CTCH)은 RCS(104)로부터 가입자 유닛(111)까지 보내진다. CTCH는 RCS(104)에 의해 사용되어, 가입자 유닛(111)에 의한 접속 시도를 승인하고 답변한다. 쇼트 액세스 파일롯(SAXPT)과 롱 액세스 파일롯(LAXPT)은 AXCH와 동기화 전송되어, 접속을 시작하고 시간과 위상 레퍼런스를 RCS(104)에 제공한다. SAXPT는 가입자 유닛(111)에 의해 전송되고, RCS(104)에 접속을 시작하기 위해 전송 출력을 램핑업한다. SAXPT가 상대적으로 짧은 코드이기 때문에, SAXPT는 RCS(104)로 하여금 가입자 유닛(111)을 신속하게 감지하게 하고, 가입자 유닛(111)에 희한 전력 오버슈트를 방지한다. SAXPT를 사용하는 전송 전력 램프업에 대한 더 상세한 사항은 1996년 6월 27일 출원된 미국 특허 출원 제 08/670,162 호(발명의 명칭: 쇼트 코드를 사용하는 CDMA 시스템의 초기 램프업 제어법)에서 상세히 설명되고, 여기서 참조로 인용된다. SAXPT가 RCS(104)에 의해 감지될 때까지, 가입자 유닛(111)은 다른 신호를 보내지 않는다. SAXPT가 감지되면, 가입자 유닛(111)은 LAXPT 전송을 시작하고, 상기 LAXPT는 RCS(104)에 시간 및 위상 레퍼런스를 제공하고, RCS(104)가 채널 임펄스 리스판스를 결정하게 한다.
할당 채널 그룹에 관해서, 이 그룹은 가입자 유닛(111)과 RCS(104) 사이의 단일 통신 링크를 제어하는 논리 채널을 포함한다. 할당 채널 그룹이 형성될 때, 각각의 업링크 및 다운링크 연결을 위한 한 쌍의 전력 제어 논리 메시지 채널이 구축되고, 연결 종류에 따라 한 쌍 이상의 트래픽 채널이 구축된다. 반송파 제어 기능이 순방향 에러 제어, 반송 레이트 수정, 그리고 인크립션 기능을 실행한다.
통신 링크가 구축될 때, 각각의 가입자 유닛(111-118)은 한 개 이상의 할당 채널 그룹을 가지고, 각각의 RCS(104-110)는 다중 할당 채널 그룹을 가진다. 논리 채널의 할당 채널 그룹은 통신 링크의 성공적 구축에 따라 통신 링크를 위해 생성된다. 할당 채널 그룹은 인크립션, FEC 코딩, 그리고 전송상의 멀티플렉싱과, 디크립션, FEC 디코딩, 그리고 수신 시의 디멀티플렉싱을 포함한다.
각각의 할당 채널 그룹은 점-점 서비스를 지향하는 한 세트의 통신 링크를 제공하고, 특정 가입자 유닛(111)과 특정 RCS(104) 사이의 양 방향으로 작동한다. 통신 링크를 위해 형성되는 할당 채널 그룹은 단일 통신 링크와 관련된 RF 통신 채널에 대해 한 개 이상의 반송파를 제어할 수 있다. 다중 반송파는 ISDN과 같은 분배 데이터를 운반하는 데 사용된다. 할당 채널 그룹은 반송 레이트 수정 기능의 고속 팩스 및 모뎀 서비스를 위해 64 kb/s까지 스위치 오버를 촉진시키는 트래픽 채널의 이중화를 제공한다.
성공적인 통신 링크에 형성되고 할당 채널 그룹에 포함되는 할당 논리 채널은 채널 오더 와이어(OW), APC 채널, 그리고 한 개 이상의 트래픽 채널(TRCH)을 신호하는 데 사용되고, 상기 채널들은 지원되는 서비스에 따라 8, 16, 32, 또는 64 kb/s의 반송파이다. 음성 트래픽의 경우에 적절한 레이트로 코딩되는 스피치 ADPCM이나 PCM은 트래픽 채널 상에서 지원될 수 있다. ISDN 서비스 종류에서, ERO의 64 kb/s TRCH는 B 채널을 형성하고, 16 kb/s TRCH는 D 채널을 형성한다. 또한, APC 서브채널은 자신만의 CDMA 채널 상에서 분리되어 변조될 수도 있고, 트래픽 채널이나 OW 채널로 시간 분할 멀티플렉싱될 수도 있다.
본 발명의 각각의 가입자 유닛(111-118)은 동시 트래픽 채널을 세 개까지 지원한다. 가입자 유닛은 POTS 가입자 유닛(112)이나 ISDN 가입자 유닛(115)으로 위임되는 것이 선호된다. POTS 가입자 유닛(112)은 본 발명에 따라 ISDN 서비스를 지원하지 않지만, 대역폭 리소스는 두 종류의 서비스에 대해 동적으로 할당될 수 있다. 예를 들어, POTS 가입자 유닛(112)은 추가적인 POTS 라인을 설정할 수 있고, 잘라낼 수 있으며, 또는 ISDN 가입자 유닛(115)은 B 채널 운반 베어러를 동적으로 추가할 수 있고 잘라낼 수 있다. POTS 서비스의 동적 광대역 할당에 대해, 활성 32 kb/s ADPCM 서비스가 32-63 kb/s의 베어러 타입을 팩스 전송을 위한 비인코딩 데이터로 수정한다. 팩스 호출의 존재는 2100 Hz의 응답 톤 존재를 감시함으로서 RCS(104)에 의해 결정된다.
ISDN 서비스의 동적 대역폭 할당을 위해, RCS(104)는 ISDN D 채널 메시지를 감시하여, B 채널이 요청되는 시기와 잘려나가는 시기를 결정한다. RCS(104)가 베어러 채널 할당을 변경하기 위한 요구를 결정하면, RCS(104)는 동적 베어러 할당 과정을 시작하고, 이는 아래에서 더욱 상세히 기술될 것이다. 사용자 데이터에 TRCH를 위한 세 개의 논리 채널의 매칠이 표 1에 도시된다.
Service TRCH(0) TRCH(1) TRCH(2)
16 kb/s POTS TRCH/16 not used not used
32+64 kb/s POTS(during BCM) TRCH/32 TRCH/64 not used
32 kb/s POTS TRCH/32 not used not used
65 kb/s POTS not used TRCH/64 not used
ISDN D not used not used TRCH/16
Digital LL @64 kb/s TRCH/64 not used not used
Digital LL @ 2x64 kb/2 TRCH/64 TRCH/64 not used
Analog LL @ 64 kb/s TRCH/64 not used not used
표 1: 세 개의 사용가능한 TRCH 채널에 대한 서비스 종류의 매핑
본 발명의 가입자 유닛(200)은 도 3에 도시된다. 가입자 유닛(200)은 수신기 섹션(202)과 송신기 섹션(204)을 포함한다. 안테나(206)는 RCS(104)로부터 신호를 수신하고, 확산 스펙트럼 시스템 대역폭의 중심 주파수와 동일한 중심 주파수와, 칩 레이트의 두배와 동일한 대역폭을 가지는 대역 통과 필터(208)에 의해 필터링된다. 필터(208)의 출력은 일정 주파수(Fc) 국부 발진기를 이용하여 기저대 신호까지 믹서(210)에 의해 하향 변환된다. 이때, 믹서(210)의 출력은 PN Rx 제너레이터(214) 내의 믹서(212)에 각각의 논리 채널을 위한 PN 순서를 적용함으로서 확산 스펙트럼 디코딩된다. 믹서(212)의 출력은 통신 엔터티(220)와 인터페이스를 이루는 코덱(218)에 입력된다.
예를 들어 도 2A-2H에 도시되는 장비와 같은 통신 엔터티(220)로부터의 기저대 신호는 코덱(218)에 의해 변조되는 펄스 코드이다. 선호되는 것은 32 kb/s 적응성 펄스 코드 변조(ADPCM)이다. PCM 신호는 PN Tx 제너레이터(224) 내의 믹서(222)에 적용된다. 믹서(222)는 각각의 논리 채널을 위한 PN 순서로 PCM 데이터 신호를 증배시킨다. 믹서(222)의 출력은 저역 통과 필터(226)에 가해지고, 저역 통과 필터(226)의 컷오프 주파수는 시스템 칩 레이트와 동일하다. 필터(226)의 출력은 믹서(228)에 가해지고 다른 단자에 가해지는 반송 주파수 Fc에 의해 결정되는 것과 같이 적절하게 상향 변환된다. 상향변환된 신호는 대역 통과 필터(230)를 통과하여 광대역 RF 증폭기(232)에 전달되고, 상기 증폭기(232)는 안테나(234)를 구동한다. 두 안테나(206, 234)가 도시되지만, 선호되는 실시예는 송수신을 위한 단일 안테나와 디플렉서를 포함한다. 디지털 신호 프로세서(DSP)(236)는 획득 과정과 Rx 및 Tx PN 제너레이터(214, 224)를 제어한다.
본 발명의 다수의 RCS(104, 105, 110)를 포함하는 기지국(101)은 도 4에 도시된다. 간단하게 나타내기 위하여, 단 하나의 RCS(104)가 도시된다. 기지국(101)은 수신기 섹션(302)과 송신기 섹션(304)을 포함한다. 안테나(306)는 가입자 유닛으로부터의 신호를 수신하고, 이는 확산 스펙트럼 시스템 대역폭의 중심 주파수와 동일한 중심 주파수와, 칩 레이트의 두배와 동일한 대역폭을 가지는 대역 통과 필터(308)에 의해 필터링된다. 필터(308)의 출력은 일정 주파수(Fc) 국부 발진기를 사용하여 기저대 신호에 믹서(310)에 의해 하향변환된다. 믹서(310)의 출력은 PN Rx 제너레이터(314) 내의 믹서(312)에 PN 순서를 적용함으로서 각각의 모뎀에서 확산 스펙트럼 디코딩된다.
기저대 신호는 RDU(318)로부터 수신된다. 선호되는 것은 32 kb/s ADPCM 신호이다. ADPCM이나 PCM 신호는 PN Tx 제너레이터(324) 내의 믹서(322)에 가해진다. 믹서(322)는 PN 순서로 ADPCM이나 PCM 데이터 신호를 증배한다. 믹서(322)의 출력은 저역 통과 필터(326)에 가해지고, 그 컷오프 주파수는 시스템 칩 레이트와 동일하다. 필터(326)의 출력은 믹서에 가해지고, 다른 단자에 가해지는 반송 주파수 Fc에 의해 결정되는 것과 같이, 적절하게 상향 변환된다. 상향 변환된 신호는 대역 통과 필터(330)를 통과하여, 안테나를 구동하는 광대역 RF 증폭기(332)에 전달된다. 두 안테나(306, 334)가 도시되지만, 선호되는 실시예는 단 한 개의 송수신용 안테나와 디플렉서를 포함한다. 디지털 신호 프로세서(DSP)(336)는 획득 과정과 Rx 및 Tx PN 제너레이터(314, 324)를 제어한다.
시스템은 RCS(104)와 다수의 가입자 유닛(111-118) 사이에 무선 링크를 제공한다. 가능한 많은 대역폭을 보존하기 위하여, 시스템은 특정 통신에서 필요한 데이터 전송률을 지원하기 위한 대역폭을 선택적으로 할당한다. 이러한 방식으로, 시스템은 대역폭이 효율적으로 이용되는 것을 보장한다. 예를 들어, 표1을 돌아보면, 음성 통신은 32 kb/s의 적응성 펄스 코드 변조(ADPCM) 채널 너머로 효율적으로 전송될 수 있다. 그러나, 고속 팩스나 데이터 모뎀 신호는 한 개 이상의 64k/bs PCM 신호를 신뢰성있게 통신 전송할 필요가 있다. 추가적으로, 두 개의 64 kb/s B 채널과 한 개의 16 kb/s 채널을 포함하는 ISDN 서비스를 위해 가입자 유닛(115)이 사용됨에 불구하고, 전체 ISDN 용량은 거의 이용되지 않는다. 많은 다른 데이터 전송률이 노드 발생과 소멸에 의해 이용될 수도 있다.
노드 발생과 소멸은 컴퓨터, 팩스 장치, 자동 호출 및 응답 장치, 데이터 네트워크, 또는 이 장치의 조합품으로 이루어질 수 있다. 신뢰성있는 데이터 통신을 위해, 통신 시스템이 어떤 데이터 전송 이전에 통신 노드에 의해 요구되는 데이터 전송률로 변환된다는 것이 보장되어야 한다. 시스템은 효과적으로 대역폭을 할당할 수 있어야하고, 사용자 요구에 따라 데이터 통신 레이트 사이에서 동적으로 변환할 수 있어야 한다. (음성 통신을 지원하는) 낮은 레이트에서 (인코딩된 데이터 통신을 지원하는) 높은 레이트로의 전송률 수정은 통신 채널에서 데이터가 신뢰성있고 신속하게 전송되는 것을 보장한다. 추가적으로, ISDN D 채널이 현재 할당되어 있고 한 개나 두 개의 B 채널이 필요하면, 코드 제너레이터가 통신을 지원하기 위해 활성화되는 것을 시스템은 보장하여야 한다.
POTS에 대하여, 베어러 채널(TRCH 채널)이 수정되거나 새 베어러 채널이 추가되거나 잘려나가는 경우의 두 기본 시나리오가 있다. 먼저, 베어러 채널이 팩스 전송을 지원하는 32 kb.s 코딩된 ADCM 종류로부터 64 kb/s의 언코딩 PCM 서비스까지 수정된다. 두 번째로, OA＆M 호출이 진행중일 때 가입자가 후크를 끄거나 POTS 호출이 진행중일 때 OA＆M 호출이 시작되는 시점에서, 새로운 베어러 채널이 추가되거나 잘려나간다. OA＆M 사일런트 호출이 진행중일 때, 가입자 유닛(112)과 통신 장비(170) 사이의 A/B 인터페이스에서의 변화를 감시함으로서 사용자가 새 POTS 호출을 시작하는 것을 가입자 유닛(112)은 결정할 수 있다(온-후크, 오프-후크 센서). POST의 동적 대역폭 할당에 관한 좀 더 상세한 내용은 1997년 3월 11일 자의 미국 특허 출원 "코드 분할 다중 접속(CDMA) 통신 시스템"(번호는 아직 미정)에서 구할 수 있고, 상기 특허 출원은 Lomp 외 다수에 의해 1996년 6월 27일 출원된 미국 특허 출원 08/669,775 호의 분할출원이고, 상기 내용은 여기서 참조로 인용된다.
ISDN 서비스에 대해, 동적 대역폭 할당은 아이들 상태일 때 잘려나가고 필요한대로 D, D 및 B, 또는 D 및 2B 베어러 채널 배치에서 D 및 B 채널의 선택적 할당을 의미한다. ISDN D 채널은 제어 메시지를 운반하고, ISDN 호출이 여전히 활성되어 있을 때 잘려나갈 수 없다. 따라서, ISDN 서비스를 위한 동적 대역폭 할당은 B 채널의 추가와 잘려나감에만 관계한다.
본 발명의 ISDN 서비스를 위한 동적 대역폭 할당을 위한 과정(400)은 도 5를 참조로 상세히 설명될 것이다. ISDN 서비스가 시작될 때, D 채널이 먼저 구축된다(단계 402). 특정 출원을 위한 대역폭은 호출 ISDN 장비로부터 호출된 ISDN 장비까지 D 채널의 메시지를 통해 통신을 구축한다(단계 404). 이 메시지는 HDLC 포맷을 취하고, RCS(104)는 HDLC 인터페이스를 통해 이 메시지를 감시한다(단계 406). RCS(104)가 필요한 B 채널의 양을 결정하면, 에어 인터페이스로 베어러 채널의 구축을 시작한다(단계 401). RCS는 ISDN 호출 동안 D 채널의 HDLC 메시지를 계속 감시하고(단계 412), 추가적인 B 채널이 변환되는 지를 결정한다. 추가적인 B 채널이 변환되는 경우에, RCS(104)는 에어 인터페이스의 베어러 채널의 구축이나 잘려나감을 시작한다(단계 414).
베어러 채널 구축의 단순화된 과정(600)의 순서도가 도 6A와 6B에 도시된다. 가입자 유닛(111)은 SAXPT를 보낼 때(단계 604), 그 전송 전력을 신속하게 램핑 업한다(단계 602). RCS(104)가 SAXPT를 감지하면(단계 606), 가입자 유닛(111)에 감지되었다는 신호로 트래픽 광을 FBCCH에 적색으로 변환시킨다(단계 608). RCS(104)는 FBCCH를 전송한다(단계 610). 가입자 유닛(111)은 FBCCH를 감시하고(단계 612), FBCCH에 트래픽 광이 적색으로 켜진 것을 볼 때 신속한 램프업을 중지한다(단계 614). 가입자 유닛(111)은 LAXPT를 전송하면서(단계 618) 전송 전력의 느린 램핑업을 계속한다(단계 616). RCS(104)가 LAXPT를 얻을 때(단계 620), RCS(104)는 CTCH 상의 SYNC-OK 메시지를 통해 가입자 유닛(111)을 알린다(단계 622). 이는 접속 과정 일부의 전송 전력 램핑업을 완료시킨다.
가입자 유닛(111)이 CTCH 상의 SYNC-OK 메시지를 수신한(단계 624) 후에, 가입자 유닛(111)은 AXCH 상의 접속 요청 메시지를 보낸다(단계 624). 요청을 수신하면서(단계 628), RCS(104)는 CTCH 상의 메시지로 AXCH 메시지의 수신을 확인하고(단계 630). 이 수신은 할당 코드 시드를 포함한다. 가입자 유닛(111)은 AXCH 상의 할당 코드 시드를 운반하는 베어러 확인 메시지를 감지하고 승인하며(단계 632, 634), 이를 RCS(104)가 감지한다(단계 636). 코드 스위치오버는 이제 협상되고, 가입자 유닛(111)과 RCS(104)는 할당 코드(단계 638, 640)를 사용하여 동시에 스위칭한다(단계 638, 640).
가입자 유닛(111)과 RCS(104) 사이의 통신의 층화된 프로토콜은 개방 시스템 상호 연결(OSI) 참조 모델 층에 상응하게 도 7에 도시된다. 물리적(PHL) 층은 다음 기능을 수행한다: 1) CDMA 코드의 발생; 2) 송수신기 사이의 동기화; 3) 매체 접속 제어(MAC) 층에 베어러 제공; 4) MAC에 의해 구체화되는 전력 레벨에서 MAC에 의해 구체화되는 CDMA 코드 상의 비트의 전송과 확산; 5) 자동 전력 제어를 허용하는 수신 신호 세기의 측정; 그리고 6) 파일롯 신호의 발생과 전송. MAC 층은 다음 기능을 수행한다: 1) 순방향 에러 수정(FEC)을 위한 인코딩과 디코딩; 2) CDMA 코드의 할당; 3) 인크립션 및 디크립션; 4) 인크립팅되고 적절히 에러-수정된 베어러 제공; 5) 프레이밍, 에러 검사, 그리고 데이터와 MAC 메시지의 구별; 6) 링크 제어(DLC) 프레임; 그리고 7) 자동 전력 제어 정보의 처리. 데이터 링크 제어층(DLC)은 프로토콜 스택의 높은 레벨층 사이에 에러-프리 링크를 제공한다.
도 8A에 도시되는 바와 같이, RCS(104)와 가입자 유닛(111) 사이의 신호는 프로토콜의 MAC와 DLC 층을 포함한다. POTS 서비스를 위한 베어러 채널이 앞서 기술된 것처럼 구축되면, 서비스는 유용해지고, 동시적인 OA＆M 호출과 POTS 호출의 경우에, 팩스 전송이나 제 2 호출을 지원하기 위해 수정되지 않아야 한다면, 또는 잘려나갈 때까지 변화되지 않은 상태를 유지한다. OA＆M 호출이 진행중이고 가입자 유닛(111)이 POTS 서비스 호출을 시작할 때, 도 8A에 도시되는 과정에 들어간다. 이 도면은 가입자 유닛(111)에 의해 시작되는 것처럼 간단한 베어러 스위칭 방법을 도시한다. 이 메시지는 데이터 링크 제어층(DLC), 가입자 유닛(111)의 매체 접속 제어층(MAC), 그리고 RCS(104)의 상응하는 층 사이에서 전달된다. 먼저, 가입자 유닛(111)의 DLC 층은 가입자 유닛(111)의 MAC층까지의 스위치 요청을 시작하고, 이는 RCS(104)의 MAC 층에의 이 스위치 요청을 의미한다. RCS(104)는 가입자 유닛(111)에 MAC 층의 확인을 보내고, RCS(104)의 DLC 층에 스위치 지정을 보낸다. 가입자 유닛(111)에서, MAC 층의 RCS로부터 보내지는 스위치 확인은 가입자 유닛(111)의 DLC 층에 전달된다. POTS 서비스 호출이 진행중에 있고 RCS(104)가 동일 가입자 유닛(111)에 OA＆M 호출을 시작하면, 도 8B에 도시되는 것과 같은 과정이 나타난다. 이 도면은 RCS(104)에 의해 시작되는 것과 같은 간단화된 베어러 스위칭법을 도시한다. RCS(104)는 가입자 유닛(111)에 MAC 층의 스위치 지정 메시지를 시작한다. 가입자 유닛(111)은 DLC 층을 통해 이 메시지를 다시 보낸다.
ISDNDP 대한 베어러 채널 구축은 도 9A와 9B를 참조하여 설명될 것이다. 단계(902-940)는 도 6A와 6B의 상응하는 단계(602, 640)와 동일하다. 그러나, 가입자 유닛(111)과 RCS(104) 모두가 할당 코드에 스위칭(단계 938, 940) 된 후에, 몇몇 추가적인 단계가 필요하다. 가입자 유닛(111)과 RCS(104)가 할당 코드로 스위칭되면(단계 938, 940), ISDN D 채널이 활성화된다. 이때, 가입자 유닛(111)과 ISDN 장비 사이의 S/T 인터페이스가 미리 활성화되어 있다. RCS(104)는 D 채널 메시지 감시를 시작하고(단계 942), 이 메시지는 HDLC 포맷이다. 한 개 이상의 B 채널이 특정 용도를 위해 필요하다는 것을 감지할 때(단계 944), RCS(104)는 에어 인터페이스의 이 베어러 채널의 구축을 시작한다. 이 과정은 도 5에 도시되는 과정에 따라 계속된다. 이 과정에 대한 MAC와 DLC 메시지 흐름은 도 8B에서와 동일하다.
POTS와 ISDN을 위한 베어러 채널은 동일 메시지 흐름을 통해 스위칭된다. 베어러 채널이 스위칭되는 지의 여부는 D 채널 메시지의 상응하는 필드의 적절한 값에 의해 나타날 것이다. 그러므로, 도 8B의 순서도는 베어러 채널의 동적 스위칭 아웃과 베어러 채널의 동적 스위칭 인에 적용가능하다.
본 발명이 어떤 특정 실시예를 상세히 참고하여 부분적으로 기술되었지만, 이러한 상세함은 제한적이기보다는 교육적인 용도로 이용된 것이다. 여기서 공개된 바와 같이 발명의 정신과 범위로부터 벗어나지 않으면서 작동 모드와 구조에 수많은 변경 및 수정이 가능할 것이다.

Claims (3)

  1. 기지국과 한 개 이상의 가입자 유닛을 포함하는 무선 디지털 CDMA 통신 시스템에 있어서, 상기 시스템은 기지국과 가입자 유닛 사이의 독립적인 데이터 레이트를 가지는 다수의 통신을 전송하고, 상기 시스템은 한 개 이상의 기지국과 한 개 이상의 가입자 유닛을 포함하며, 상기 한 개 이상의 기지국은:
    통신 지원에 필요한 데이터 레이트를 결정하는 수단을 포함하는 한 개 이상의 가입자 유닛에 전송되는 통신 처리 수단; 그리고
    상기 결정 수단에 따르는 데이터 레이트 선택 수단을 가지는 다수의 데이터 레이트 중 하나에서 통신을 전송하는 전송 수단;으로 구성되고,
    상기 한 개 이상의 가입자 유닛은:
    상기 통신 지원에 필요한 데이터 레이트를 결정하는 수단을 포함하는 한 개 이상의 가입자 유닛에 전송하기 위한 통신 처리 수단; 그리고
    상기 결정 수단에 따르는 데이터 레이트 선택 수단을 포함하는 다수의 데이터 레이트 중 하나에서 통신을 전송하는 전송 수단;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가입자 유닛은 제 1 데이터 통신 레이트의 용량을 가지는 통신 채널을 구축하기 위한 수단을 추가로 포함하고, 상기 가입자 유닛은 제 2 데이터 통신 레이트에서 통신하기 위한 수단을 추가로 포함하며, 상기 제 1 데이터 통신 레이트는 상기 제 2 데이터 통신 레이트보다 높은 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 통신 채널은 두 개의 B 채널과 한 개의 D 채널을 포함하는 ISDN 채널이고, 상기 시스템은 상기 바람직한 통신을 지원하는 데 필요한 데이터 레이트에 따라 상기 B 채널과 상기 D 채널을 선택적으로 이용하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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