KR20010032135A - 셀룰러 통신 시스템과 무선 방송 시스템을 모두 포함하는하이브리드 무선통신 시스템을 위한 방송 네트워크 선택기술 - Google Patents

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KR20010032135A
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Abstract

높은 데이터 비율의 다운링크 (downlink) 무선통신 서비스를 제공하는데 방송 (동시방송) 기술이 사용되는 하이브리드 셀룰러/방송 시스템 (hybrid cellular/broadcast system)이 설명된다. 다수의 잠재적인 네트워크로부터 최적의 방송 네트워크를 선택하기 위한 다양한 기술이 논의된다. 이들 선택 기술에서 사용되는 매개변수는 계산의 복잡성을 줄이도록 평가된다.

Description

셀룰러 통신 시스템과 무선 방송 시스템을 모두 포함하는 하이브리드 무선통신 시스템을 위한 방송 네트워크 선택 기술 {BROADCAST NETWORK SELECTION TECHNIQUES FOR HYBRID RADIOCOMMUNICATION SYSTEMS COMPRISING BOTH A CELLULAR COMMUNICATION SYSTEM AND A RADIO BROADCAST SYSTEM}
휴대폰 산업은 미국 뿐만 아니라 전세계에서 굉장한 발전을 이루었다. 주요 도심 영역에서의 성장은 기대치를 훨씬 넘었고 시스템 용량을 신속하게 능가하고 있다. 이러한 추세가 계속되면, 이 산업 성장의 효과는 곧 최소형 시장에도 이르게 될 것이다. 이러한 증가 용량의 필요성을 만족시킬 뿐만 아니라 고질의 서비스를 유지하고 가격 상승을 예방하기 위해 혁신적인 해결책이 요구된다.
전 세계에 걸쳐, 무선 통신 시스템의 진보에서 가장 중요한 단계는 아날로그에서 디지털 전송으로의 변화이다. 동일하게 중요한 것은 차세대 기술을 실시하는데 효과적인 디지털 전송 구조의 선택이다. 더욱이, 편리하게 운반될 수 있고 가정, 사무실, 도로, 자동차 등에서 호출을 하거나 수신하는데 사용될 수 있는 저비용의 포켓형 무선 전화기를 사용하는 제1 세대의 개인용 통신 네트워크 (Personal Communication Network, PCN)는 예를 들면, 차세대 디지털 셀룰러 시스템 하부구조를 사용해 셀룰러 캐리어 (cellular carrier)에 의해 제공되는 것으로 널리 믿고 있다. 이들 새로운 시스템에서 원하는 중요한 특성은 트래픽 용량 (traffic capacity) 및 오늘날의 시스템이 지지하도록 설계되었던 것 보다 훨씬 더 높은 데이터 비율로 통신하는 기능이다.
기존에는 셀룰러 시스템에서의 채널 억세스가 주로 주파수 분할 다중 억세스 (Frequency Division Multiple Access, FDMA) 및 시간 분할 다중 억세스 (Time Division Multiple Access, TDMA) 방법을 사용해 이루어진다. FDMA에서, 통신 채널은 신호의 전송 전력이 집중된 단일 무선 주파수 대역이다. 통신 채널과 간섭될 수 있는 신호는 인접한 채널로 전송되는 것 (인접 채널 간섭)과 다른 셀 (cell)에서 동일한 채널로 전송되는 것 (동일 채널 간섭)을 포함한다. 인접 채널과의 간섭은 지정된 주파수 대역내에서만 신호 에너지를 전달하는 대역 통과 필터를 사용해 제한된다. 동일 채널 간섭은 동일한 주파수 채널이 사용되는 셀 사이에 최소 분리 거리를 제공함으로서 채널 재사용을 제한하여 허용가능한 레벨로 감소된다. 그래서, 다른 주파수에 지정된 각 채널에서, 시스템 용량은 이용가능한 주파수 뿐만 아니라 채널 재사용으로 부가된 제한에 의해 제한된다. FDMA는 AMPS와 같은 제1 세대 시스템에서 채널 억세스를 위해 사용되었다.
TDMA 시스템에서, 채널은 예를 들면 똑같은 주파수에 걸쳐 주기적인 트레인 (train)의 시간 간격을 갖는 시간 슬롯 (time slot)으로 구성된다. 시간 슬롯의 각 주기는 프레임 (frame)이라 칭하여진다. 주어진 신호의 에너지는 이들 시간 슬롯 중 하나에 한정된다. 인접한 채널 간섭은 적절한 시간에 수신된 신호 에너지만을 전달하는 시간 게이트 또는 다른 동기화 소자를 사용해 제한된다. 그래서, 다른 시간 슬롯에 지정된 각 채널에서, 시스템 용량은 이용가능한 시간 슬롯 뿐만 아니라 FDMA에 대해 상기에 설명된 바와 같이 채널 재사용으로 부가된 제한에 의해 제한된다.
정보 기술 및 통신 기술이 더 가까이 함께 계속 성장됨에 따라, 높은 데이터 비율 (예를 들면, 56 kbit/s 이상)의 지지에 대한 요구가 특별히 인터넷의 출현과 비디오 정보를 전송하고자 하는 요구로 신속하게 증가되고 있다. 기존의 무선통신 시스템은 이와 같이 높은 데이터 비율을 처리하도록 설계되지 않았다.
높은 데이터 비율에 대한 요구를 수용하는 것으로 생각되는 한 종류의 시스템은 다운링크 (downlink) (즉, 기지국에서 이동국 방향)에서 높은 데이터 비율이 지지되고 업링크 (uplink) (즉, 이동국에서 기지국 방향)에서 더 낮은 데이터 비율이 지지되는 하이브리드 시스템 (hybrid system)이다. 예를 들면, 셀룰러 기술의 시스템이 업링크 트래픽 채널, 낮은 데이터 비율의 다운링크 트래픽 채널, 및 제어 채널 (업링크 및 다운링크)을 지지하는데 사용되고, 방송 전송 시스템이 높은 데이터 비율의 다운링크 트래픽 채널을 지지하는데 사용되는 하이브리드 시스템이 제공될 수 있는 것으로 제안된다. 특별히, 디지털 오디오 방송 (Digital Audio Broadcasting, DAB) 시스템으로 공지되고 여기서 참고로 포함되는 유럽 전기통신 표준 ″무선 방송 시스템; 이동가능한 휴대용 고정 수신기에 대한 디지털 오디오 방송 (DAB) (Radio Broadcasting Systems; Digital Audio Broadcasting (DAB) to mobile, portable and fixed receivers)″, ETS 300401, 1997년 2월에서 지정된 방송 시스템은 전유럽 표준 GSM에서 지정된 바와 같이 셀룰러 기술과 조합되어 높은 데이터 비율의 다운링크 채널을 지지하는데 하이브리드 시스템에서 사용되도록 제안된다.
방송 시스템, 예를 들면 FM 라디오 시스템은 수년 동안 셀룰러 시스템과 무관하게 사용되었다. DAB에 따라 설계된 것과 같은 일부 방송 시스템은 또한 동시방송 시스템이다. 동시방송 시스템에서는 셀룰러 무선 시스템과 다르게 일부 정보가 수개의 전송기에 의해 원격 유닛으로 방송된다. 이들 시스템은 셀룰러 시스템과 비교해 더 넓은 대역폭 때문에 높은 데이터 비율로 전송하는데 유용하다. 그러나, 방송 및 셀룰러 기술을 조합할 때는 해결되어야 할 설계 문제, 특별히 높은 데이터 비율의 다운링크 채널을 통해 정보를 수신하기 시작하도록 원격 유닛이 어떻게 방송 네트워크에 지정될 것인가에 대한 문제가 많이 있다.
종래 기술에 숙련된 자에게 이미 공지된 바와 같이, GSM 및 D-AMPS와 같은 종래의 셀룰러 시스템은 높은 트래픽 용량과 높은 수신 신호질의 조합을 제공하는데 많은 다른 기술을 사용한다. 예를 들면, 용량을 증가시키도록 이 시스템에서 일반적으로 사용되는 기술은 주파수 재사용이다. 이 말은 똑같은 주파수에서의 동시 전송에 의해 발생되는 동일 채널 간섭이 이동국에서 수용할 수 없는 수신 신호질을 생성하지 않도록 충분한 거리 (소정의 다른 시스템 설계 요소) 만큼 분리된 셀에서 주파수를 재사용함을 칭한다.
높은 수신 신호질을 유지하는데 도움이 되도록 종래 셀룰러 시스템에서 일반적으로 사용되는 다른 기술은 통신에 이용가능한 채널에서 신호질을 평가하고 측정된 신호질의 매개변수를 시스템에 보고하는 측정 프로브 (probe)로 이동국을 사용하는 것이다. 이 정보는 예를 들면, 새로운 연결을 이루는데 어느 채널이 사용되어야 하는가를 결정할 뿐만 아니라 한 셀에서 또 다른 셀로 (또는 한 셀내에서) 현존하는 연결을 전환시키기 위해 셀룰러 시스템에 의해 사용된다.
한편, 종래의 방송/동시방송 무선 시스템에서는 동일한 정보를 전송하도록 네트워크내의 모든 전송기에 의해 단일 주파수가 사용되는 무선 네트워크가 설계된다. 그래서, 원격 단자는 간단히 그 주파수에 동조하여 그 전송기 또는 지형적으로 가장 가까운 전송기를 청취한다. 그러므로, 셀룰러 시스템과 다르게, 대부분의 방송 시스템은 종래 방식으로 원격 스테이션이 다운링크 데이터를 청취하게 되는 네트워크를 선택하기 위해 메카니즘을 제공하지 않는다.
그러나, 한 FM 방송 시스템 (라디오 데이터 서비스 (Radio Data Service) (RDS 특성)를 포함하는)은 수신기가 열악한 수신 신호질을 경험할 때 다른 주파수로 변화되는 메카니즘을 제공한다. 이 시스템에서, 수신기는 더 나은 수신 신호질로 똑같은 방송 정보를 계속 수신하는 것으로 기대되는 소정의 주파수로 단순히 교환된다. 수신기는 스위치에 대한 특정 주파수를 식별하도록 측정하지 않고, 실제로 다른 주파수가 스위치 이전에 수용가능한 수신 신호질을 제공하는가를 인지하지 않는다. 그래서, RDS에 따라 동작하는 수신기는 주파수 중 하나가 충분한 수신 신호질을 제공할 때까지 2개의 다른 주파수 사이에서 계속 스위칭되는 ″핑퐁 (ping-pong)″ 효과를 경험할 수 있다.
제안된 하이브리드 시스템에서, 방송 시스템을 선택하는데 효과적인 상기에 설명된 기술은 특히, (이후 도시될 바와 같이) 지형적으로 가장 가까운 방송 네트워크가 항상 원격 스테이션에서 최상의 수신 신호질을 제공하지 못하므로 중요해진다. 그래서, 종래 시스템의 결함을 극복한 방송 네트워크를 선택하기 위한 새로운 기술을 제공하는 것이 바람직하다.
〈발명의 요약〉
따라서, 본 발명의 목적은 특정한 연결에 최적의 다운링크 (downlink) 신호질을 제공하게 되는 방송 네트워크를 선택하기 위한 기술을 제공함으로서 상기에 설명된 결함을 극복하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 원격 스테이션이 하이브리드 방송 (hybrid broadcast)/셀룰러 무선 통신 (cellular radiocommunication) 네트워크에서 정보를 수신하는 몇가지 가능한 방송 네트워크 중 하나를 선택할 수 있게 하는 기술을 제공한다.
여기서는 다수의 네트워크 선택 기술이 설명된다. 이들 기술은 호출 셋업 (call set-up) 및/또는 전환 (handoff)을 위한 최적의 방송 네트워크를 식별하는데 다음의 매개변수 중 하나 이상을 사용한다: 원격 스테이션에 의해 수신된 총전력, 원격 스테이션에 의해 간섭 전송기로부터 수신된 전력, 원격 스테이션에 의해 수신된 유용한 전력, 및 신호-대-간섭비.
본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 이러한 시스템에서 데이터를 수신하는 방송 네트워크를 선택하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
도 1은 하이브리드 셀룰러/방송 무선통신 시스템을 도시하는 도면.
도 2는 방송 전송 시스템에서 다중경로 전파를 도시하는 도면.
도 3은 모범적인 DAB 프레임 구조를 설명하는 도면.
도 4는 OFDM 전송기 설계의 블록도.
도 5는 OFDM 수신기 설계의 블록도.
도 6은 유용한 소정의 지연 OFDM 신호인 수신 신호 전력 부분을 설명하는데 사용되는 가중치 함수 (weighting function)를 도시하는 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 DAB 네트워크 선택을 위한 6개의 모범적인 기술 각각이 테스트되고 종래 기술과 비교되는 수신 신호질의 시뮬레이션 결과를 설명하는 도면.
다음의 설명은 설명을 위한 것이지 제한적인 것이 아니고, 본 발명의 철저한 이해를 위해 특정 회로, 회로 구성성분, 기술 등과 같이 특정한 상세 내용이 설명된다. 예를 들면, 모범적인 변조 및 전송 기술에 대해 다양한 상세 내용이 제공된다. 그러나, 종래 기술에 숙련된 자에게는 본 발명이 이들 특정한 상세 내용에서 벗어나 다른 실시예로 실행될 수 있음이 명백해진다. 다른 예에서는 공지된 방법, 디바이스 회로에 대한 상세한 설명이 불필요한 상세 내용으로 본 발명의 설명을 애매하게 하지 않도록 생략된다.
모범적인 하이브리드 (hybrid) GSM/DAB 무선통신 시스템(100)은 도 1에 도시된다. 도시된 바와 같이, GSM 시스템에 의해 서비스가 제공되는 지형적 영역은 셀 (cell) (110a-n)이라 칭하여지는 다수, n개의 더 작은 무선 커버 영역으로 분할되고, 각 셀은 이미 공지된 GSM 조건에 따라 동작하는 각각의 무선 기지국 (170a-n)과 연관된다. 종래 기술에 숙련된 자는 본 발명에 따른 방송 네트워크를 선택하기 위한 기술 및 시스템이 다른 표준에 따라 셀룰러 부분을 설계한 하이브리드 네트워크나 셀룰러 네트워크에 무관하게 사용될 수 있음을 이해하게 된다.
각 무선 기지국 (170a-n)은 다수의 전송기 및 수신 무선 안테나 (130a-n)와 연관된다. 육각형 모양의 셀 (110a-n)은 특정한 기지국 (170a-n)과 연관된 무선 커버 영역을 설명하기에 편리한 방법으로 사용되는 것임을 주목한다. 실제로, 셀 (110a-n)은 불규칙한 형태이고, 오버랩되고, 반드시 인접해 있는 것은 아니다. 각 셀 (110a-n)은 공지된 방법에 따라 섹터 (sector)로 더 분할 될 수 있다. 셀 (110a-n)내에는 다수, m개의 이동국 (120a-m)이 분포된다. 실제 시스템에서, 이동국의 수 m은 셀의 수 n 보다 훨씬 크다. 기지국 (170a-n)은 특히 각 셀내에 위치하는 이동국 (120a-m)과 양방향 무선통신을 제공하는 다수의 기지국 전송기 및 기지국 수신기 (도시되지 않은)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기지국 (170a-n)은 특히 공중 교환 전화 네트워크 (public switched telephone network, PSTN)(160) 및 통신 디바이스 (180a-c)로의 연결을 제공하는 이동 전화 스위칭 사무소 (mobile telephone switching office, MTSC)(150)에 연결된다. 셀의 개념은 종래 기술에 숙련된 자에게 공지되어 있으므로, 여기서는 더 설명되지 않는다.
또한, 도 1의 하이브리드 시스템에는 다수의 DAB 네트워크가 포함된다. 도면을 간략화하도록, 단 2개의 DAB 네트워크 (190a, 190b)만이 점선의 원으로 나타내지지만, 필요한 경우 종래 기술에 숙련된 자에 의해 용이하게 이해되는 다른 설계 기준을 고려하여 원하는 시스템 용량을 공급하도록 더 많은 네트워크가 제공될 수 있다. 더욱이, 비록 도 1에 도시된 점선의 원은 셀을 나타내는데 사용되는 육각형 보다 더 작지만, 각 DAB 네트워크의 실제 커버 영역은 물론 각 기지국에 의한 것 보다 더 크거나 작을 수 있다.
그러나, 셀 (110a, 110b, 110c)과 다르게, 각 DAB 네트워크 (190a, 190b)는 일반적으로 다수의 전송기 (비록 일부 DAB 네트워크는 단 하나의 전송기만을 갖지만)를 포함한다. DAB 네트워크 (190a, 190b)는 바람직하게 서로 간섭을 방지하도록 다른 주파수 대역에서 동작한다. 그러나, 각 네트워크내에서, 다수의 전송기는 동일한 주파수 대역에서 동시에 동일한 정보를 방송한다. 그래서, 예를 들면, 이동국(120m)이 다운링크 연결을 위해 DAB 네트워크(190a)에 지정되면, 이동국(120m)은 이동국(120m)의 위치, DAB 네트워크의 전송 전력 등과 같은 다양한 계수에 의존하여 DAB 네트워크(190a)내의 다수의 전송기로부터 데이터를 수신할 수 있다. 이 개념은 도 2에서 설명된다.
여기서, 이동 스테이션(200)은 4개의 DAB 전송기 (210a, 210b, 210c, 210d)로부터 신호를 수신하고 있다. 전송기와 원격 스테이션 사이의 무선 전파 경로에 의존하여, 원격 스테이션은 전송기(210d)로부터 수신되는 것으로 도시된 두 광선에 의해 개념적으로 설명되는 바와 같이, 각 전송기로부터 하나 이상의 신호 광선 (에코 (echo))를 수신할 수 있다. 원격 스테이션에 데이터를 전송하는데 방송 네트워크를 사용하는 것과 연관된 다중경로 전파 및 신호 수신은 또한 이후 더 상세히 논의될 바와 같이 어느 네트워크를 선택하는가를 고려할 때 한 계수로서 중요하다.
여기서 설명되는 모범적인 실시예에서, DAB 네트워크는 높은 비율의 다운링크 데이터를 원격 스테이션에 제공하는데 사용된다. 예를 들면, 초기 트래픽 채널 (traffic channel) 지정 및 전환 (handoff)을 위해 방송 네트워크 사이에서 선택되는 기술을 완전히 이해하도록 돕기 위해, 먼저 모범적인 수신 신호질 측정으로 이어지는 DAB 신호 전송에 대한 기본적인 설명이 제공된다. 관심있는 자는 상기에 참고로 포함된 ETSI 표준에서 DAB 신호 전송에 대해 보다 상세한 정보를 찾을 수 있다.
모범적인 DAB 신호의 프레임 구조는 도 3에 도시된다. 여기서, 각 프레임은 3개의 필드 (field)를 포함함을 알 수 있다. 제1 필드(300)는 전송 신호에 동기화하도록 원격 유닛에 의해 사용되는 동기화 (sync) 워드 (word)를 포함한다. 이 경우, 싱크 워드는 2개의 심볼을 포함한다. 제2 필드(310)는 메인 서비스 채널 (Main Service Channel, MSC)(320)의 현재 구성에 대한 정보를 운반하도록 n개의 심볼을 사용하는 고속 정보 채널 (Fast Information Channel, FIC)이다. MSC(320)는 m개 심볼의 패이로드 (payload) 데이터를 포함한다.
DAB 시스템에서, 이 프레임 구조는 수개의 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 신호를 사용해 전송된다. OFDM 구조에서는 대역폭이 많은 수의 직교 협대역 서브채널 (orthogonal narrowband subchannel)로 분할되고, 이들은 나란히 전송된다. OFDM 구조에서, 높은 데이터 비율의 데이터 스트림은 많은 수의 서브채널로 변조된다. 비록 데이터 스트림의 비율이 매우 높더라도, 각 서브채널의 변조 비율이 비교적 낮으므로, 각 심볼이 비교적 길어진다. 이는 OFDM 심볼을 방송 시스템에서 문제가 되는 다중경로 전파의 효과에 대해 더 저항력있게 만든다. 더욱이, 연속적인 OFDM 신호 사이에 추가 보호 간격 (guard interval) (OFDM 신호의 시간 확장)이 삽입되므로, 지연 확산의 효과도 더 줄이게 된다.
다른 서브채널상의 신호는 시간 정의역에서 직교하지만, 주파수 정의역에서는 오버랩된다. 특별히, OFDM 신호는 다음의 식으로 정의될 수 있다:
여기서, Ptx는 전송 전력이고, N은 캐리어 (carrier)의 수, Dk는 캐리어 k상의 정보, T는 심볼의 기간, 또한 Tg는 보호 간격이다. 그래서, OFDM 신호는 T + Tg초 마다 전송된다.
본 발명을 실시하는데 사용될 수 있는 OFDM 전송기의 블록도는 도 4에 설명된다. 여기서, 전송되는 높은 데이터 비율의 데이터 스트림은 먼저 블록(400)에서 기저대 변조된다. 변조된 데이터는 직렬-대-병렬 변환기(410)에 의해 원하는 수의 서브채널로 분리된다. 이어서, 각 서브채널은 곱셈기(420)에서 지정된 무선 주파수로 상향변환된다 (upconvert). 각 서브채널은 전송을 위한 복합 신호 x(t)를 형성하도록 함께 다중화된다.
각 원격 스테이션의 수신기에서는 도 5에 설명된 바와 같이 역처리가 적용된다. 수신된 복합 신호 s(t)는 그 복합 신호로부터 각 서브채널을 추출하도록 블록 (500, 510)에서 각 서브채널 주파수에 서로 상관된다. 이어서, 병렬-대-직렬 변환기는 블록(520)에서 평행화된 데이터 스트림을 추출한다. 마지막으로, 블록(530)에서는 수신된 정보 심볼을 복호화하도록 심볼 평가가 실행된다. OFDM 전송기 및 수신기의 다른 실시는 각각 역고속 푸리에 변환 (inverse Fast-Fourier Transform) 및 고속 푸리에 변환 (Fast-Fourier Transform) 기술을 사용해 설계될 수 있다.
DAB 시스템에서, 각 프레임내의 싱크 필드(300)는 2개의 OFDM 서브채널을 사용해 전송된다. 한 서브채널은 대략적인 시간 동기화를 위해 수신기에 의해 사용되는 NULL 신호를 운반한다. 제2 OFDM 서브채널은 모범적인 본 실시예에 따라 미분 변조 구조, 예를 들면 미분 직각 위상 쉬프트 키잉 (differential quadrature phase shift keying, DQPSK)을 사용해 변조된 수신 신호를 복조하는 기준으로 사용된다.
앞서 기술된 바와 같이, DAB 네트워크에 대한 선택 기준을 측정하는 방법을 결정할 때 고려될 필요가 있는 종래 셀룰러 무선 네트워크와 DAB 무선 네트워크 사이에는 몇가지 차이가 있다. 특별히, DAB 시스템의 동시방송은 인위적인 지연 확산을 생성하고, 원격 스테이션은 수신기의 검출 윈도우를 오버랩시킬 수 있는 지연된 OFDM 신호를 경험하여 그에 의해 간섭을 일으키게 된다. 신호가 실질적으로 지연될 때, 이는 심볼간 간섭 (intersymbol interference, ISI) 뿐만 아니라 서브채널간의 직교성 손실로 인한 채널간 간섭으로 나타나게 된다. 이러한 종류의 간섭은 네트워크 자체가 자신의 간섭을 발생하므로 자체 간섭이라 칭하여진다. 그래서, 수신기에서의 신호-대-간섭비 (SIR)는 네트워크 구성의 구조 (즉, 전파 지연)에 의존한다. DAB 네트워크에서 SIR의 측정은 DAB 네트워크 j내의 모든 Nj전송기가 동시에 모든 서브채널에서 전송하고 있다는 가정하에서 다음의 공식에 따라 구해질 수 있다:
DAB 네트워크 j에 속하는 전송기 i로부터의 총 수신 전력 (느린 페이딩 (fading)을 포함하여)은 Pj i로 나타내지고, 네트워크 j에서 전송기로부터의 전송과 연관된 자체 간섭은 Pj self로 나타내지고, 또한 Q( )는 지연된 OFDM 신호로 인해 유용한 것으로 볼 수 있는 총 수신 전력의 일부를 설명하는 가중치 (weighting) 함수이다. 이 가중치 함수는 도 6에 도시된다. 수신기가 신호를 검출하기 시작하는 시간 순간과 도착 신호 사이의 차이는 τi- tr로 나타내진다. 다른 DAB 네트워크로부터의 간섭은 Pj ext로 주어지고, 잡음 레벨은 No로 나타내진다.
본 발명에 따라, 원격 스테이션은 하이브리드 시스템의 GSM 부분에서 기지국에 의해 전송되는 제어 채널에 걸쳐 측정을 위해 식별된 것들, 또는 수신할 수 있는 각각의 다른 DAB 네트워크와 연관된 수신 신호질을 측정한다. 이 정보는 연결을 지지하는 DAB 네트워크 중 하나를 선택하는데 사용될 수 있고, 그 결정은 신호질 측정이 보고되면 시스템 또는 원격 스테이션에서 이루어질 수 있다. SIR은 네트워크 선택을 위한 근거로 사용되고 평가될 수 있다. 그러나, 다른 모범적인 실시예에 따라, SIR을 평가하는 것이 과도하게 복잡할 수 있으므로, 다른 측정치가 또한 사용될 수 있다.
이후에는 6개의 모범적인 네트워크 선택 구조가 설명되고, 여기서 DAB 네트워크 j는 가능한 네트워크 세트 중에서 (예를 들면, 지형적으로 가장 가까운 7개의 네트워크) 선택된다. 이후 설명되는 방법에서는 수신 전력이 잡음층 (noise floor) 보다 훨씬 더 크다고 가정한다. 즉, 잡음층 No이 생략된다:
방법 I
방법 II
방법 III
방법 IV
방법 V
방법 VI
방법 I 및 V는 단자가 각각 가장 높은 총 수신 전력 및 가장 높은 유용 수신 전력을 경험하는 DAB 네트워크를 선택한다. 방법 II는 외부 간섭을 포함하여 가장 높은 총 수신 전력을 갖는 DAB 네트워크를 선택한다. 방법 III, IV, 및 VI는 SIR을 근거로 한다. 이들 방법은 계산적인 복잡성이 다르다. 예를 들면, 방법 I은 Pj i의 평가만을 요구하지만, 방법 II-IV는 또한 매개변수 Pj ext의 평가를 더 필요로 한다. 방법 V 및 VI는 수신 신호 사이에서 상대적인 전파 지연 (τi- tr)의 추가 평가를 요구하므로 더 복잡해진다.
출원인은 DAB 네트워크 중에서 선택할 때 그 효율성을 결정하기 위해 모범적인 실시예 각각을 시뮬레이트 (simulate)하였다. 시뮬레이션 결과는 각 접근법에 대해 누적 분포 함수 (cumulative distribution function, cdf) 대 신호-대-간섭비 (SIR)를 나타내는 도 7의 그래프에 도시된다. 그래프는 모두 6개의 모범적인 실시예에 대한 결과이고 (비록 그래프 분해능은 방법 I과 V 그리고 III, IV, 및 VI에 대한 시뮬레이션 결과가 각각 기본적으로 서로 겹쳐지지만), 비교를 위해, 또한 단자가 항상 지형적으로 가장 가까운 DAB 네트워크에 연결되는 시스템에 대한 결과 (점선)를 도시한다. 방법 II는 가장 가까운 DAB 네트워크를 근거로 선택하는 것과 비교해 비교적 열악한 성능을 산출하지만, 다른 기술은 모두 더 나은 성능을 제공함을 주목한다. 방법 III, IV, 및 VI (SIR 근거)은 최상의 성능을 산출한다.
다음에는 상기에 설명된 선택 기준을 사용하는데 필요한 매개변수를 평가하는 본 발명에 따른 기술이 주어진다. 이들 평가 기술을 생성하는데 사용되는 한가지 사항은 시스템에 현재 연결된 (즉, 다운링크 트래픽 채널에 지정된) 원격 스테이션에 대해, 측정이 데이터의 수신과 간섭되지 않는다는 것이다. 그래서, DAB 수신기는 수신기의 자체 신호에 대한 것을 제외하고, FIC 및 MSC 블록이 수신될 때는 평가하지 않는다. 그 대신, DAB 수신기는 선택 기준을 평가하는데 사용되는 측정을 이루기 위해 NULL 신호가 수신되는 시간 주기를 사용한다. NULL 심볼 동안, 수신기는 또 다른 DAB 네트워크의 다른 주파수로 점프하여 (하나 이상의 다른 주파수의 리스트는 FIC에 제공될 수 있고, 또한/또는 하이브리드 시스템의 셀룰러 부분에 의해 제어 채널로 전송될 수 있다) 평가한다. NULL 심볼 주기가 만기된 이후, 수신기는 현재 DAB 네트워크가 전송하고 있는 주파수로 다시 점프하여 데이터를 계속 검출한다. 현재 주파수에서 수신 신호질을 평가하기 위해, 수신기는 수신 데이터를 동시에 검출/복호화하고 상기의 평가 구조 중 하나를 적용할 수 있다.
다른 DAB 네트워크가 전송을 동기화하면, 선택 기준에 사용되는 매개변수의 평가는 덜 복잡해진다. 이때, 제안된 몇가지 평가 구조는 계산을 간략화하도록 DAB NULL 신호 (심볼)의 구조 지식을 사용한다. 특별히, NULL 신호는 DAB 네트워크내의 각 전송기가 단지 일부 서브채널에서 전송하는 특수 OFDM 신호이다. 다음과 같이 나타내지는 서브채널쌍의 세트로 구성되는 각 전송기에는 유일한 패턴이 지정된다:
이 내용에서, 한 쌍은 1/T로 주파수에서 분리된 2개의 인접한 서브채널이다. 긴 보호 간격 (guard interval)과 조합된 NULL 신호의 이러한 구성은 NULL 신호에서 서브채널간의 외부 간섭 및 자체 간섭을 감소시킨다. 그래서, 서브채널은 상기에 설명된 바와 같은 SIR을 경험하지 않는다. 그 대신, 서브채널 k에서의 상관관계 이후 수신된 출력은 다음과 같이 근접화될 수 있다:
여기서, Dk,NULL은 서브채널 k에서 전송되는 데이터이고, Pj i는 모든 수신 전력을 포함하고, Hi k,NULL은 고속 페이딩 (fading)을 포함하는 복합 경로 (채널) 이득이고, 또한 nk,NULL은 전백색 가우시언 잡음 (all-white gaussian noise, AWGN)이다. 선택 알고리즘에서 Pj i를 사용하는 상기에 설명된 방법에 대해, 이 매개변수는 다음과 같이 평가될 수 있다:
여기서, c(Mj i)는 세트 Mj i내의 요소의 수, 즉 세트의 기수이다.
선택 알고리즘에서 Pj ext를 사용하는 상기에 설명된 방법에 대해서는 외부 간섭 전송기, 즉 다른 DAB 네트워크에 의해 전송되는 서브채널을 제외하고 상기의 Pj i와 똑같은 식이 사용될 수 있다. 선택 알고리즘에서 Pj tot가 사용되는 상기에 설명된 방법에 대해, Pj i및 Pj ext는 Pj tot를 산출하도록 설명된 바와 같이 계산될 수 있다. 그러나, 수신기의 현재 주파수 대역에서는 다음에 의해 총 수신 전력에 대해 보다 나은 평가를 구하는 것이 가능하다:
여기서, 세트 {FIC, MSC}는 도 3에 도시된 바와 같은 싱크 필드에서 사용되지 않는 OFDM 심볼의 모두 (또는 서브세트)이다.
예를 들어, 상기에 설명된 방법 V 및 VI에서 사용되는 시간 차이 τi- tr을 평가하기 위해, 수신기가 신호를 검출하기 시작하는 시간과 수신 신호의 도착 시간 사이의 차이를 평가하는 공지된 기술을 사용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 인접한 두 서브채널 사이의 채널 상관관계는 때로 매우 높아서 서브 채널 분리 및 τi- tr에 의존하는 작은 위상 쉬프트만을 갖는다. 이 상관관계는 다음과 같이 표시될 수 있다:
여기서, *는 공액 복소수이다. 그래서, τi- tr은 다음과 같이 평가될 수 있다:
특정 네트워크의 선택은 상기에 설명된 바와 같이 평가된 매개변수를 상기에 설명된 하나 이상의 선택 알고리즘 I-VI에 삽입하여 원격 스테이션에 다운링크 서비스를 제공하기 위한 최적의 네트워크를 결정함으로서 실행될 수 있다.
DAB 네트워크 사이의 전송기가 비동기화되어 전송하는 시스템에서는 FIC 또는 MSC 데이터를 손실하지 않고 원격 스테이션이 다른 DAB 네트워크 주파수에서 안전하게 측정할 수 있는 주기가 없다. 이때, 수신기는 상기에 설명된 바와 같이 선택 알고리즘에 삽입하기 위해 유용한 간섭 전력을 측정할 수 없다. 그러나, 다음과 같이 총 수신 전력을 측정함으로서 평가치를 구하는 것이 가능하여:
방법 II가 사용될 수 있다.
그래서, 본 발명에 따른 방법은 다운링크에서 높은 데이터 비율을 또한 제공하는 무선 시스템의 용량을 증진시킨다. 여기서 설명되는 시뮬레이션 결과는 방법 III, IV, 및 VI이 매우 조밀한 네트워크에서도 다소 낮은 주파수의 재사용 계수로 매우 양호한 커버 영역을 제공함을 나타낸다.
이들 방법에서 사용되는 매개변수의 평가는 기존의 DAB 신호 구조를 사용해 실행될 수 있다. 그래서, 본 발명에 따른 선택 구조는 추가 하드웨어를 요구하지 않고 소프트웨어로 쉽게 실시된다는 추가 이점을 제공한다.
본 발명의 방법은 연결의 초기 셋업에서 뿐만 아니라 이양 (handover) 과정 동안에도 사용될 수 있다. 예를 들면, SIR의 평가값은 이양을 해야할 시기를 검출하는데 중요하다. 그래서, 여기서 논의되는 방법은 또한 이양하는 동안 사용될 수 있는 네트워크 선택 구조를 제공하게 된다.
본 발명은 이해를 용이하게 하기 위해 특정한 실시예에 대해 설명되었다. 그러나, 상기 실시예는 제한적이기 보다는 설명을 위한 것이다. 종래 기술에 숙련된 자에게는 본 발명의 중심 의도 및 범위에서 벗어나지 않고 상기에 도시된 특정 실시예로부터 이탈이 이루어질 수 있음이 용이하게 명백해진다. 그러므로, 본 발명은 상기 예에 제한되는 것으로 간주되지 말고, 그 대신 동일한 것들을 포함하는 다음의 청구항으로 그 범위가 정해지는 것으로 간주되어야 한다.

Claims (21)

  1. 원격 스테이션과의 데이터 통신을 지원하고, 각각이 한 셀 (cell)과 연관되는 다수의 셀룰러 무선 송수신기 (cellular radio transceiver);
    상기 원격 스테이션과의 다운링크 (downlink) 데이터 통신을 지원하고, 각 방송 네트워크는 다른 주파수에서 동작되며, 그 방송 네트워크와 연관된 각 주파수에서 데이터를 전송하는 적어도 하나의 전송기를 갖는 다수의 방송 네트워크 (broadcast network); 및
    상기 다수의 방송 네트워크 각각을 평가하고, 상기 원격 스테이션과의 상기 다운링크 데이터 통신을 제공하는 상기 다수의 방송 네트워크 중 하나를 선택하는 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 (hybrid) 무선통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전송기는 직교 주파수 분할 다중화 (orthogonal frequency division multiplexing)를 사용하여 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 무선통신 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 평가 및 선택하는 수단은 상기 다수의 방송 네트워크 각각으로부터 상기 원격 스테이션에 의해 수신된 총전력을 결정하고, 가장 높은 총 수신 전력과 연관된 방송 네트워크를 선택하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 무선통신 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 평가 및 선택하는 수단은 상기 다수의 방송 네트워크 각각으로부터 상기 원격 스테이션에 의해 수신된 총 유용 전력을 결정하고, 가장 높은 총 유용 수신 전력과 연관된 방송 네트워크를 선택하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 무선통신 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 총전력은 간섭 전송기로부터의 신호와 연관된 전력을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 무선통신 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 평가 및 선택하는 수단은 상기 다수의 방송 네트워크 각각으로부터 상기 원격 스테이션에 의해 수신된 신호와 연관된 신호-대-간섭비 (signal-to-interference ratio, SIR)를 결정하고, 가장 높은 SIR과 연관된 방송 네트워크를 선택하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 무선통신 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 평가 및 선택하는 수단은 상기 다수의 방송 네트워크 각각으로부터 상기 원격 스테이션에 의해 수신된 총전력과 간섭 전송기로부터의 전력을 더한 것에 대한 상기 총전력의 비율을 결정하고, 가장 높은 비율과 연관된 방송 네트워크를 선택하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 무선통신 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 평가 및 선택하는 수단은 간섭 전송기로부터 상기 원격 스테이션에 의해 수신된 전력에 대한 상기 다수의 방송 네트워크 각각으로부터 상기 원격 스테이션에 의해 수신된 총전력의 비율을 결정하고, 가장 높은 비율과 연관된 방송 네트워크를 선택하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 무선통신 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 네트워크는 동기화되어 전송하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 무선통신 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 평가 및 선택하는 수단은 동기화 심볼이 전송되고 있는 주기 동안 측정을 행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 무선통신 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 네트워크는 비동기화되어 전송하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 무선통신 시스템.
  12. 원격 스테이션에 데이터를 전송하는 다수의 방송 네트워크 중 하나를 선택하는 방법에 있어서,
    직교 주파수 분할 다중화를 사용하여 상기 다수의 방송 네트워크 각각으로부터 데이터를 방송하는 단계;
    원격 스테이션에서 선택 알고리즘을 사용하여 상기 방송 네트워크 각각을 평가하는 단계; 및
    상기 선택 알고리즘의 출력을 근거로 상기 다수의 방송 네트워크 중 하나를 선택하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 평가하는 단계는
    상기 다수의 방송 네트워크 각각으로부터 상기 원격 스테이션에 의해 수신된 총 전력을 결정하고, 가장 높은 총 수신 전력과 연관된 방송 네트워크를 선택하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 평가하는 단계는
    상기 다수의 방송 네트워크 각각으로부터 상기 원격 스테이션에 의해 수신된 총 유용 전력을 결정하고, 가장 높은 총 유용 수신 전력과 연관된 방송 네트워크를 선택하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 총전력은 간섭 전송기로부터의 신호와 연관된 전력을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 평가하는 단계는
    상기 다수의 방송 네트워크 각각으로부터 상기 원격 스테이션에 의해 수신된 신호와 연관된 신호-대-간섭비 (SIR)를 결정하고, 가장 높은 SIR과 연관된 방송 네트워크를 선택하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 평가하는 단계는
    상기 다수의 방송 네트워크 각각으로부터 상기 원격 스테이션에 의해 수신된 총전력과 간섭 전송기로부터의 전력을 더한 것에 대한 상기 총전력의 비율을 결정하고, 가장 높은 비율과 연관된 방송 네트워크를 선택하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 평가하는 단계는
    간섭 전송기로부터 상기 원격 스테이션에 의해 수신된 전력에 대한 상기 다수의 방송 네트워크 각각으로부터 상기 원격 스테이션에 의해 수신된 총전력의 비율을 결정하고, 가장 높은 비율과 연관된 방송 네트워크를 선택하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 다수의 방송 네트워크 사이에서 동기화되어 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 평가하는 단계는
    동기화 심볼이 전송되고 있을 때 상기 다수의 방송 네트워크를 평가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 다수의 방송 네트워크 사이에서 비동기화되어 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020007005322A 1997-11-17 1998-10-27 셀룰러 통신 시스템과 무선 방송 시스템을 모두 포함하는하이브리드 무선통신 시스템을 위한 방송 네트워크 선택기술 KR20010032135A (ko)

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