KR20010052362A - 셀룰러 기지국으로부터 셀룰러 교환국으로의 다운샘플링신호의 업링크 전송 - Google Patents

셀룰러 기지국으로부터 셀룰러 교환국으로의 다운샘플링신호의 업링크 전송 Download PDF

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Abstract

셀룰러 무선전화 통신 시스템 및 방법은, 디지털 부호화된 음성을 셀룰러 무선 교환국에서 셀룰러 무선전화 기지국으로 다운링크 전송하며, 다운샘플링된(즉, 심벌마다 두 개의 샘플을 가진 나이키스트 속도에 비해 언더샘플링됨) 무선전화 신호를 셀룰러 무선전화 기지국에서 셀룰러 무선 교환국으로 업링크 전송한다. 다운샘플링된 무선전화 신호는 셀룰러 무선 교환국에서 복조되며, 디지털 부호화된 음성은 셀룰러 무선전화 기지국에서 변조된다. 다이버시티 복조가 셀룰러 무선 교환국에 이용되어, 상기 다운샘플링된 무선전화 신호를 셀룰러 무선 교환국에서 다이버시티 복조할 수 있다. 디지털 부호화된 음성을 셀룰러 무선 교환국에서 셀룰러 무선전화 기지국으로 다운링크 전송하고, 다운샘플링된 무선전화 신호를 셀룰러 무선전화 기지국에서 셀룰러 무선 교환국으로 업링크 전송함으로써, 기지국과 셀룰러 무선 교환국 사이에 협대역 업링크 및 다운링크가 제공됨에 따라, 비용을 줄일 수가 있다. 더욱이, 기지국에서보다는 셀룰러 무선 교환국에서 복조가 일어나므로, 저렴한 비용의 기지국이 제공될 수 있다. 그렇지만, 다운샘플링된 무선전화 신호가 기지국에서 셀룰러 무선 교환국으로 송신되기 때문에, 셀룰러 무선 교환국에서 다이버시티 복조가 수행됨에 따라, 셀룰러 무선전화 통신의 음성 품질을 개선할 수 있다.

Description

셀룰러 기지국으로부터 셀룰러 교환국으로의 다운샘플링 신호의 업링크 전송 {UPLINKING DOWNSAMPLED SIGNALS FROM CELLULAR BASE STATIONS TO A CELLULAR EXCHANGE}
셀룰러 무선전화 시스템은 보편적으로 복수의 가입자에게 음성 및 데이터 통신을 제공하는데 이용된다. 예컨대, 전세계적으로 AMPS, ETACS, NMT-450 및, NMT-900과 같은 아날로그 셀룰러 무선전화 시스템이 성공적으로 개발되어왔다. 더욱 최근에는, 북미의 IS-54B와 범유럽의 GSM 시스템과 같은 디지털 셀룰러 무선전화 시스템이 도입되었다. 상기 및 그 밖의 시스템은 예컨대, Balston 등에 의해 저술되어 1993, MA, Norwood, Artech House에 의해 공개된 "Cellular Radio Systems" 이란 제목의 문헌에 기재되어 있다.
도 1은 통상적인 셀룰러 무선전화 통신 시스템의 블록도이다. 도 1을 보면, 셀룰러 무선통신 시스템(100)은, 각각 기지국(120a-120n)을 가진 복수의 셀(170)을 포함한다. 도 1에 두 개의 셀(170)이 도시되어 있다 하더라도, 일반적으로는 더 많은 수의 셀 및 기지국(120a-120n)이 셀룰러 무선전화 통신 시스템에 포함된다는 것을 알아두어야 한다. 셀(170)의 셀룰러 무선전화기(130)가 기지국(120a-120n)과 통신한다.
셀룰러 무선 교환국(cellular radio exchange)(110)은, 기지국 각자의 업링크(uplink)(140a-140n) 및 다운링크(downlink)(150a-150b)를 통해 각 기지국(120a-120n)에 접속된다. 셀룰러 무선 교환국(110)은 기지국을 통해 셀룰러 무선전화기간의 통신을 제어한다. 셀룰러 무선 교환국은 또한, 공중 교환 전화망(Public Switched Telephone Network)(PSTN)으로의 접속(connection)(160)을 통해 셀룰러 무선전화기(130)와 유선 전화기간의 통신을 제어한다. 셀룰러 무선전화 통신 시스템(100)에 대한 설계는 당업자들에게 잘 알려져있어, 여기서 더이상 설명될 필요가 없다.
요즈음 고속도로를 따라 보편적으로 볼 수 있는 셀룰러 무선전화 기지국에 의해 입중된 바와 같이, 셀룰러 무선전화 통신 시스템은 종종, 큰 셀을 이용하여 지리적으로 넓은 영역에 걸쳐 통신하기 위해 설치된다. 그러나, 인구가 밀집되어있는 도시에서, 셀은 다수의 시티 블록 또는 그 이하를 커버하는 작은 크기일 수도 있다. 최근, DAMPS 무선국 시스템(DAMPS Wireless Office System)(DWOS)에서는 건물 내에 셀룰러 무선통신 시스템을 제공하는 것이 또한 제안되어 왔다. 상기 무선국 시스템에서, 기지국은 사무실 건물의 한 층 이상의 공간상 분리된 장소에 놓일 수 있으므로, 통상적인 셀룰러 무선전화기를 이용하여 사무실 건물내에 무선통신을 제공할 수 있다.
셀룰러 시스템의 경우, 셀룰러 무선 교환국 및 기지국의 구조에 영향을 미치는 조건이 제한될 수도 있다. 예컨대, 일반적으로는 저렴한 비용의 기지국 및 셀룰러 무선 교환국을 생산하는 것이 바람직하다. 이에 반해, 셀룰러 무선전화 시스템은 고품질의 음성 통신을 제공해야 한다.
좀 더 상세히 설명하면, 무선국 시스템에 있어서, 셀룰러 무선 교환국에 비해 많은 기지국이 시스템에 이용되므로, 일반적으로는 기지국의 비용을 저렴하게 유지하는 것이 바람직하다. 고품질의 음성 통신을 지원하기 위해서는, 매크로 다이버시티(macro diversity)를 이용하는 것이 바람직한데, 여기서 셀룰러 무선전화기로부터의 무선 주파수 통신은 기지국의 하나 이상의 수신기에의해 수신되므로, 다이버시티 수신을 허용하여 무선링크 품질을 개선할 수 있다.
도 2는 기지국과 셀룰러 무선 교환국 간의 광대역 전송을 이용하는 통상적인 셀룰러 무선전화 시스템을 도시한다. 좀 더 구체적으로 말하면, 도 2에 있어서, 셀룰러 무선전화 시스템(200)은 기지국(120') 및 셀룰러 무선 교환국(110')을 포함하는데, 여기서 광대역 신호는, 업링크(140')를 통해 기지국(120')에서 셀룰러 무선 교환국(110')으로 업링크 전송되며, 다운링크(150')를 통해 셀룰러 무선 교환국(110')에서 기지국(120')으로 다운링크 전송된다. 도 2에 단지 하나의 기지국(120')만이 도시되어 있지만, 통상적으로는 다수의 기지국이 이용된다는 것을 알아두어야 한다. 또한, 셀룰러 무선 교환국(110')도 하나 이상 이용될 수 있다. 업링크(140') 및 다운링크(150')는, 당업자들에게 잘 알려져있는 바와 같이 무선 주파수 업링크 및 다운링크에 의해 제공될 수도 있고, 또는 유선 업링크 및 다운링크를 통해 제공될 수도 있다.
좀 더 상세히 설명하면, 도 2의 광대역 구조는, 예컨대 초당 10-1000 메가비트(megabit)(Mbps) 속도의 디지털 중간 주파수(digital Intermediate Frequency) (Digital IF) 신호의 광대역 디지털 분산을 이용한다. 광대역 구조에서는, 수신된 셀룰러 무선전화 통신의 전체 주파수 대역이 샘플링되며, 상기 샘플이 셀룰러 무선 교환국(110')으로 업링크 전송되어 처리된다. 따라서, 기지국은 단지 중계기로서의 역할만을 필요로하여, 상기 기지국이 간단하고 저렴한 비용으로 될 수 있다. 신호 처리의 복잡성은 셀룰러 무선 교환국(110')에 달려있으며, 여기서는 중심 처리 전력이 공유되고 효과적으로 이용되어, 비용을 더욱 줄일 수 있다.
도 2를 참조하여 좀 더 상세히 설명하면, 기지국(120')은 다운링크(150')로부터, 예컨대 10-1000Mbps 사이의 속도로 광대역 디지털 분산 신호를 수신하는 디지털-아날로그 변환기(digital-to analog converter)(DAC)(202)를 포함한다. 제1광대역 채널 필터(204)가 아날로그 신호를 여파한다. 상기 여파된 아날로그 신호는 무선 주파수 송/수신기(transceiver)(230)에 제공된다. 무선 주파수 송/수신기(230)는 제1변조기(206), 송신 국부 발진기(transmit local oscillator)(TXLO)(208), 전력 증폭기(210) 및, 아이솔레이터(isolator)(212)를 포함한다. 전력 증폭기(210)로부터 증폭된 무선 주파수 신호가 안테나(224)를 통해 송신되어, 무선전화기(130)와의 무선전화 통신을 제공한다.
무선전화기(130)로부터 안테나(224)에 수신되는 무선전화 통신은, 아이솔레이터(212)에 의해 저잡음 증폭기(214)로 경로지정되며, 그 다음 수신 국부 발진기(RXLO)(218)를 이용하여 제2 변조기(216)에 의해 무선 주파수로부터 다운-컨버팅된다. 제2 변조기(216)의 출력은 제2 광대역 채널 필터(220) 및 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter)(ADC)(222)에 제공된다. 아날로그-디지털 변환기(222)의 디지털화된 출력은 광대역 업링크(140')를 통해 셀룰러 무선 교환국(100)으로 업링크 전송된다. 따라서, 다운링크(150')와 마찬가지로, 업링크(140')는 10-1000Mbps 사이의 속도를 가진 광대역 디지털 업링크이다.
셀룰러 무선 교환국(110')에서, 광대역 업링크(140')는 디지털 채널화기(digital channelizer)(252)에 의해 수신되어, 복조기(250)에 제공될 두 개 이상의 디지털 채널로 분리된다. 복조기(250)는, 디지털 채널화기(252)에 의해 생성된 디지털 채널을 동기화하여 다운샘플링(downsample)하는 적어도 두 개의 동기화/다운 샘플링 장치(synchronizer/downsampler)(254a 및 254b)를 포함한다. 다음으로, 상기 동기화 및 다운샘플링된 신호는 매크로-다이버시티 결합을 수행할 수 있는 다이버시티 결합/등화기(combiner/equalizer)(256)에 제공된다. 다이버시티 결합/등화기 (256)의 출력은 채널 복호기(channel decoder)(258)에 제공되며, 상기 채널 복호기의 출력은 음성 복호기(260)에 제공된다. 다음으로, 복호화된 음성은, 호출마다(즉, 무선전화 통신마다) 64 Kilobits/second(Kbps)와 같은 속도로 프로세서(270)에 제공되는데, 이는 PSTN(160) 및 다른 기저대역(baseband)으로 신호 경로를 지정하는 것과 같은 제어 기능 및, 반향(echo)을 소거하는 등의 신호 처리 기능을 수행할 수 있다.
무선전화기(130)로 전송될 신호가 프로세서(270)에 의해 수신되면, 상기 신호는 음성 부호기(coder)(272)(예컨대, 8 Kbps/call) 및 채널 부호기(274)에 제공된다. 채널 부호기(274)는 호출마다 48.6Kbps로 I/Q 심벌(symbol)을 제공할 수 있다. 다음으로, 부호화된 음성 신호가 변조기(276)에 제공되어, 다운링크(150')를 통해 기지국(120')으로 다운링크 전송되는 광대역 신호를 발생시킨다. 기지국(120') 및 셀룰러 무선 교환국(110')에 대한 전체적인 설계 및 그것의 개별적인 구성요소에 대한 설계는, 도 2에 도시된 바와 같이 당업자들에 잘 알려져있어, 여기서 더 이상 설명될 필요가 없다. 광대역 구조에 대한 예는, 1996년 11월 25일, "A Flexible Wideband Architecture for Use in Radio Communications Systems"이란 명칭으로 Bexten에게 허여된 미합중국 특허 출원 제 No.08/753,467 호 및, , "Distributed Indoor Digital Multiple-Access Cellular Telephone System"이란 명칭으로 Wallstedt 등에게 허여된 미합중국 특허출원 제 No. 호에 기재되어 있다. 상기 두 특허 모두 여기서는 참고로 포함된다.
따라서, 상기 기술된 바와 같은 광대역 시스템에 있어서, 기지국(120')이 비교적 간단하므로 저렴한 비용의 구조가 제공될 수 있는 반면, 근본적인 처리 기능이 중앙 셀룰러 무선 교환국(110')에서 수행된다. 더욱이, 다이버시티 복조가 셀룰러 무선 교환국(110')에서 발생할 수 있으므로, 음성 품질이 높아질 수 있다. 불행히도, 도 2의 광대역 구조는, 예컨대 100 미터 이상에 달하는 적당히 먼 거리에 걸쳐 10-1000Mbps 범위의 고속 전송 기술을 필요로 할 수도 있다. 광섬유, 고속 동선(copper) 및, xDSL과 같은 통상적인 기술을 이용하여 기지국으로부터 셀룰러 무선 교환국으로 샘플을 전송하는 것은 어려우며 비용이 많이 들 수 있다. 많은 응용분야에 있어서, 샘플 전송 시스템에 의해 추가되는 비용으로 인해 광대역 구조가 관심을 끌지 못할수도 있다.
도 3은 셀룰러 무선전화 통신 시스템의 협대역(narrowband) 구조를 도시한다. 도 3을 보면, 협대역 셀룰러 무선전화 통신 시스템(300)은, 협대역 디지털 정보를 호출마다 16.1Kbps와 같은 속도로 다운링크 전송하는 협대역 다운링크(150") 및, 협대역 디지털 신호를 호출마다 16.1Kbps 속도로 기지국(120')에서 셀룰러 무선 교환국(110)으로 업링크 전송하는 협대역 업링크(140")를 포함한다. 도 2와 비교하면, 변조기(276)가 셀룰러 무선 교환국(110")에서 기지국(120")으로 옮겨지며, 필터(204' 및 220')가 협대역 필터이다. 더욱이, 복조기(250')가 중앙 셀룰러 무선 교환국(110')에서 기지국(120")으로 옮겨진다. 또한, 도 3을 보면, 복조기(250')는 하나의 동기화/다운샘플링 장치(245') 및 등화기(256')를 포함한다. 개별적인 다이버시티 채널이 채널화되지 않았으므로, 일반적으로 기지국(120')에서 매크로 다이버시티 결합이 수행되지 않는다. 매크로 다이버시티는, 협대역 신호에 무선 품질 정보를 추가함으로써 셀룰러 무선 교환국에서 수행될 수 있다. 불행히도, 이와 같은 형태의 매크로 다이버시티는 교환 다이버시티 수신기(switched diversity receiver)의 성능을 가질 수 있는데, 이는 광대역 신호의 동상(in-phase) 추가 다이버시티의 성능보다 떨어질 수 있다. 기지국(120") 및 셀룰러 무선 교환국(110")에 대한 전체적인 설계는 물론, 그것의 개별적인 구성요소에 대한 설계는, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 당업자들에게 잘 알려져있어, 여기서 더이상 설명될 필요가없다.
도 3에 기술된 바와 같은 협대역 구조는 DECT, GSM, PDC 및, AMPS/DAMPS 를 포함하는 다수의 셀룰러 무선전화 구조에 보편적으로 이용된다. 협대역 구조는, 표준 ISDN, T1 또는 E1 협대역 업링크(140") 및 다운링크(150")가 기지국(120")과 셀룰러 무선 교환국(110") 사이에 이용되는 것을 허용한다. 따라서, 샘플이 저렴한 비용으로 전송될 수 있다. 또한, 셀룰러 무선 교환국(110")에서의 신호처리 복잡성이 도 2의 셀룰러 무선 교환국(110')에 비해 감소하여, 그 비용도 감소될 수 있다.
불행히도, 협대역 구조는 중앙 무선 교환국(110")에서의 처리를 기지국(120')으로 옮기는데, 이는 기지국의 비용을 더욱 비싸게 할 수 있다. 일반적으로, 셀룰러 무선 교환국(110") 보다 기지국(120")이 더 많으므로, 협대역 셀룰러 무선전화 통신 시스템(300)의 전체적인 비용은 극적으로 증가할 수 있다.
또한, 협대역 구조는 일반적으로 매크로 다이버시티를 이용하지 않는다. 매크로 다이버시티를 이용하지 않으면, 통신가능구역(coverage)을 개선하는데 필요한 기지국의 수를 증가시키므로 비용이 더욱 증가할 수 있다. 또한, 매크로 다이버시티를 이용하지 않으면, 무선전화기와 기지국간의 열악한 무선전화 통신 전송으로 인해 음성 품질이 떨어질 수 있다.
따라서, 셀룰러 무선전화 통신 시스템의 셀룰러 무선 교환국과 기지국 사이에 광대역 및 협대역 구조를 이용한다 하더라도, 감소된 비용, 고품질 및, 다이버시티 처리를 제공할 수 있는 셀룰러 무선전화 시스템 구조가 여전히 요구되고 있다.
본 발명은 통신 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 무선전화 통신 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 통상적인 셀룰러 무선전화 시스템의 블록도.
도 2는 통상적인 광대역 셀룰러 무선전화 시스템의 블록도.
도 3은 통상적인 협대역 셀룰러 무선전화 통신 시스템의 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 셀룰러 무선전화 시스템 및 방법에 대한 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 동기화 및 다운샘플링을 나타내는 흐름도.
따라서, 본 발명의 목적은, 저렴한 비용의 기지국을 포함할 수 있는 셀룰러 무선전화 통신 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 기지국과 셀룰러 무선 교환국 사이에 값비싼 업링크 및 다운링크를 이용할 필요없이 저렴한 비용의 기지국을 포함할 수 있는 셀룰러 무선전화 통신 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 기지국과 셀룰러 무선 교환국 간에 값비싼 업링크 및 다운링크를 이용할 필요없이 저렴한 비용의 기지국을 포함하며, 다이버시티 과정을 수행함으로써 셀룰러 무선전화 통신의 음성 품질을 개선할 수 있는 셀룰러 무선전화 통신 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 및 그 밖의 목적은, 본 발명에 따라, 디지털 부호화된 음성을 셀룰러 무선 교환국에서 셀룰러 무선전화 기지국으로 다운링크 전송하고, 다운샘플링된(즉, 2sample/symbol 의 나이키스트 속도(Nyquist rate)에 비해 언더샘플링 (undersample)됨) 무선전화 신호를 셀룰러 무선전화 기지국에서 셀룰러 무선 교환국으로 업링크 전송하는 셀룰러 무선전화 통신 시스템 및 방법에 의해 제공된다. 다운샘플링된 무선전화 신호는 셀룰러 무선 교환국에서 복조되며, 디지털 부호화된 음성은 셀룰러 무선전화 기지국에서 변조된다. 다이버시티 복조가 셀룰러 무선 교환국에 이용되어, 다운샘플링된 무선전화 신호를 셀룰러 무선 교환국에서 다이버시티 복조할 수 있다.
디지털 부호화된 음성을 셀룰러 무선 교환국에서 셀룰러 무선전화 기지국으로 다운링크 전송하고, 다운샘플링된 무선전화 신호를 셀룰러 무선전화 기지국에서 셀룰러 무선 교환국으로 업링크 전송함으로써, 기지국과 셀룰러 무선 교환국간에 협대역 업링크 및 다운링크가 제공됨에 따라 비용을 줄일 수 있다. 또한, 기지국에서보다는 오히려 셀룰러 무선 교환국에서 복조가 수행되므로, 저렴한 비용의 기지국이 생산될 수 있다. 그렇지만, 다운샘플링된 무선전화 신호가 기지국에서 셀룰러 무선 교환국으로 전송되므로, 셀룰러 무선 교환국에서 다이버시티 복조가 수행됨에 따라, 셀룰러 무선전화 통신의 음성 품질을 개선할 수 있다. 따라서, 예컨대 업링크 전송 및 다운링크 전송은, 무선전화 통신마다 Kbps 크기 정도의 속도로 수행될 수 있다. 이 결과, 저렴한 비용의 고품질 셀룰러 무선전화 통신 시스템 및 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 다운샘플링된 무선전화 신호를 셀룰러 무선전화 기지국에서 셀룰러 무선 교환국으로 업링크 전송하는 것은, 수신된 무선전화 신호를 셀룰러 무선전화 기지국에서 다운샘플링함으로써 이루어진다. 다운샘플링은 셀룰러 무선전화 기지국의 협대역 수신기에서 수행된다. 다운샘플링은, 수신된 무선전화 신호를 먼저 셀룰러 무선전화 기지국에서 (나이키스트 속도에 비해)오버샘플링(oversample)한 다음, 상기 샘플을 이용하여 동기화함으로써 수행되는 것이 바람직하다. 그 후, 상기 동기화된 수신 무선전화 신호가 (나이키스트 속도에 비해)언더샘플링되어, 상기 언더샘플링된 수신 무선전화 신호가 셀룰러 무선 교환국으로 업링크 전송된다.
본 발명에 따른 셀룰러 무선전화 통신 시스템은, 복수의 셀룰러 무선전화기와 통신하며 다운샘플링된 무선전화 신호를 업링크 전송하는 복수의 셀룰러 무선전화 기지국을 포함한다. 셀룰러 무선 교환국은 업링크 전송된 다운샘플링 무선전화 신호를 수신하며, 디지털 부호화된 음성을 복수의 셀룰러 무선전화 기지국으로 다운링크 전송한다. 또한, 셀룰러 무선 교환국은 다운샘플링된 무선전화 신호를 복조하는 복조기를 포함하며, 셀룰러 무선전화 기지국은 디지털 부호화된 음성을 변조하는 변조기를 포함한다. 셀룰러 무선 교환국은 또한, 복조기에 응답하여, 복조된 다운샘플링 무선전화 신호로부터 음성을 복호화하는 복호기 포함한다. 셀룰러 무선전화 기지국은, 변조기에 응답하여, 변조된 디지털 부호화된 음성을 셀룰러 무선전화기에 의해 수신되는 무선 주파수 신호로 송신하는 무선 주파수 송/수신기를 포함한다.
셀룰러 무선 교환국의 복조기는 협대역 다이버시티 복조기인 것이 바람직하다. 또한, 셀룰러 무선전화 기지국은 수신된 무선전화 신호를 다운샘플링하는 협대역 다운샘플링 장치를 포함하는 것이 바람직하다. 다운샘플링 장치는, 수신된 무선전화 신호를 오버샘플링하여 동기화를 설정하는 오버샘플링 장치 및, 상기 오버샘플링 장치에 응하여 상기 동기화된 수신된 무선전화 신호를 언더샘플링하는 언더샘플링 장치를 포함한다. 따라서, 기지국으로부터 셀룰러 무선 교환국으로의 업링크가 비교적 협대역이므로, 저렴한 비용의 업링크가 가능하다. 그러나, 업링크는, 동기화된 무선전화 신호가 언더샘플링되어 셀룰러 무선 교환국에서 다이버시티 복조가 수행될 수 있는 것이 바람직하다.
따라서, 저렴한 비용의 업링크가 제공될 수 있는 한편, 계속해서 셀룰러 무선 교환국에 많은 처리 전력을 보유할 수 있다. 개선된 음성 품질을 위해 다이버시티 복조가 이용될 수 있다. 본 발명은 셀룰러 무선전화 기지국과 셀룰러 무선 교환국간의 통신 방법, 셀룰러 무선전화 기지국을 이용한 통신 방법 및, 셀룰러 무선 교환국을 이용한 통신 방법으로 제공될 수 있으며, 또한 셀룰러 무선전화 통신 시스템, 셀룰러 무선전화 기지국 및, 셀룰러 무선 교환국으로서 제공될 수 있음을 알아두어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되어 있는 첨부도면을 참조하여 본 발명이 더욱 상세히 설명된다. 그러나, 본 발명은 다양한 형태로 실시될 수 있어, 여기서 설명되는 실시예에 제한되는 것으로 해석해서는 안된다. 오히려, 상기 실시예는, 본 개시를 명백히하여 당업자들에게 본 발명 범위를 충분히 전달하기 위해 제공되는 것이다. 도면 전체에 걸쳐 동일한 번호는 같은 요소를 뜻한다.
이제 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 셀룰러 무선전화 시스템 및 방법이 설명된다. 도 4를 보면, 기지국(420)과 셀룰러 무선 교환국(410) 사이에 협대역 업링크(440a,440b)가 제공된다. 협대역 다운링크(450a,450b)는 셀룰러 무선 교환국(410)으로부터 기지국(420)으로 제공된다. 협대역 다운링크(450a,450b)는, 예컨대 호출마다 16.1 Kbps의 디지털 부호화된 음성일 수도 있다. 기지국(420)은 다운샘플링된 무선전화 신호(다운샘플링된 디지털 IF)를, 예컨대 호출마다 120Kbps의 속도로 셀룰러 무선 교환국(410)으로 업링크 전송한다. 따라서, 다운링크 및 업링크는 무선전화 통신마다 Kbps 크기 정도의 속도로 수행된다. 이는, 무선전화 통신마다 Mbps 크기 정도의 속도를 가진 광대역 업링크 및 다운링크와 대조를 이룬다.
도 4에 있어서, 업링크는 두 개의 업링크 채널(440a,440b)로 도시되어 있으며, 다운링크는 두 개의 다운링크 채널(450a,450b)로 도시되어 있다. 이는, 이하에 기술되어 있는 바와 같이 기지국에 의한 다이버시티 송신 및 다이버시티 수신을 가능하게 한다. 그러나, 상기 두 채널은 업링크 및 다운링크 전송을 위해 한 채널로 결합된 다음, 다이버시티 송신 및 수신을 위해 분리될 수 있다는 것을 알아두어야 한다. 또한, 업링크 및/또는 다운링크가 무선 주파수 접속이나 유선 접속에 의해 제공될 수 있음을 알아두어야 한다. 유선 접속일 경우, 본 발명은 셀룰러 무선 교환국(410)과 기지국(420) 사이에 표준 ISDN, T1, 또는 E1을 이용할 수 있다. 선택적으로, 협대역 무선 접속은 RF 및 적외선 접속을 포함하여 이용될 수도 있다.
역시 도 4를 참조하여, 무선전화 통신이 기지국(420)에 의해 무선전화기(130)로 송신될 수 있으면, 프로세서(270)에 의해 음성 부호기(272) 및 채널 부호기(274)로 통신이 제공된다. 채널 부호기(274)로부터의 디지털 부호화된 음성은 다운링크(450a,450)를 통해 기지국(420)으로 다운링크 전송된다. 다이버시티 송신을 위해, "협대역 송신기 A"와 "협대역 송신기 B"로 각각 분류된 한 쌍의 협대역 송신기(490a, 490b)가 제공된다. 협대역 송신기는 각각, 각자의 변조기 (276a,276b), 디지털-아날로그 변환기(202a,202b) 및, 협대역 필터(204a',204b')를 포함한다. 협대역 필터(204a',204b')의 각 출력은, 각자의 안테나(224a,224b)를 통해 다이버시티 송신을 위해 각자의 무선 주파수 송수신기(230a,230b)에 제공된다. 무선 주파수 송수신기(230a,230b) 각각은, 각자의 변조기(206a,206b), 송신 국부 발진기(TXLO)(208a,208b), 전력 증폭기(210a,210b) 및, 아이솔레이터(212a,212b)를 포함한다. 따라서, 무선 주파수 송수신기(230a,230b)는 변조된 디지털 부호화된 음성 신호의 무선 주파수 업-컨버팅(up-conversion)을 수행한다.
계속해서 도 4를 설명하면, 셀룰러 무선전화기로부터의 통신은 다이버시티 안테나 역할을 하는 안테나(224a,224b)에 수신된다. 상기 수신된 통신은, 각자의 아이솔레이터(212a,212b)에 의해 각자의 저잡음 증폭기(214a,214b)로 경로지정되며, 각자의 복조기(216a,216b) 및 수신 국부 발진기(RXLO)(218a,218b)에 의해 다운 컨버팅된다. 상기 수신된 다운 컨버팅 무선전화 통신 신호는, 도 4에 각각 "협대역 수신기 A" 및 "협대역 수신기 B"로 분류된 각자의 협대역 수신기(480a,480b)에 제공된다. 협대역 수신기는, 각자의 아날로그-디지털 변환기(ADC)(222a, 222b)로 정확한 스펙트럼 입력을 제공하는 각각의 협대역 채널 필터(220a',220b')를 포함한다. 아날로그-디지털 변환기는 샘플링 기능을 제공하여, 다운컨버팅된 수신 무선전화 통신 신호를 오버샘플링한다.
아날로그-디지털 변환기(222a,222b)로부터의 오버샘플링 신호는 각자의 동기화/다운샘플링 장치(470a,470b)에 제공된다. 당업자들에게 잘 알려져있는 바와 같이, 동기화 장치는 수신된 샘플 신호에 대헤 최적의 타이밍 및 위상을 발견한다. 다음으로, 다운샘플링 장치는 상기 동기화 장치로부터의 결과를 이용하여, 셀룰러 무선 교환국(410)의 다이버시티 결합기(456)로 업링크 전송될 필요가있는 데이터 양을 줄인다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 통상적인 통신 시스템은 나이키스트 속도의 샘플링(심벌당 두개의 샘플)을 이용한다. 코히어런트(coherent) 클록 및 반송파의 복원과 검파를 수행하는데 있어서는 일반적으로, 상기와 같이 심벌마다 두 개의 샘플이면 충분하다. 일반적으로, 한 개의 샘플은 검파에 이용되므로 심벌의 중간에서 얻어지며, 나머지 한 샘플은 부호 변환점(zero crossing)에서 얻어져 타이밍 복원에 이용된다. 매우 대조적으로, 본 발명에 따르면, 처음에는 신호가 심벌당 8개의 샘플 등으로 오버샘플링된다. 그런 다음, 8개의 샘플 모두는 정확한 반송파 주파수 오프셋 및 동기화 타이밍을 결정하는데 이용될 수 있다. 일단, 동기화가 결정되면, 8개의 샘플마다 한 샘플만 보유될 수 있다. 따라서, 샘플링 속도가 200 kHz에서 24 kHz로 떨어질 수 있다. 상기 최적의 샘플은 최대 가능성 함수(maximum likelihood function)에 의해 결정될 수 있다.
따라서, 샘플링은 먼저 나이키스트 속도 이상으로 수행되어(오버샘플링) 동기화를 이룬 다음, 나이키스트 속도 이하로 샘플링된다(언더샘플링). 그에 따라, 다운샘플링된 무선전화 신호는 협대역 업링크(440a,440b)를 이용하여 셀룰러 무선 교환국(410)으로 업링크 전송되는 한편, 이하 기술되어 있는 바와 같이 여전히 셀룰러 무선 교환국(410)에서 다이버시티 복조가 가능하다. 셀룰러 무선 교환국에서의 다이버시티 복조는 셀룰러 무선전화 통신 시스템(400)의 전체 비용을 낮추어, 기지국 간의 소프트 핸드오프(soft hadoff)를 용이하게 할 수 있다.
도 5는 동기화 및 다운샘플링(도 4의 블록 470a,470b)을 나타내는 흐름도이다. 도 5를 보면, 수신된 무선전화 신호는, 예컨대 심벌당 8개의 샘플과 같이 나이키스트 속도보다 높은 속도로 오버샘플링된다(블록 510). 블록 520에서, 동기화가 얻어졌는지에 대한 검사가 수행된다. 동기화가 이루어지지 않았다면, 계속해서 오버샘플링을 수행한다. 동기화가 이루어졌다면, 상기 동기화된 무선전화 신호는, 예컨대 심벌당 8개의 샘플 중 한 샘플만을 보유함으로써(언더샘플링) 다운샘플링된다 (블록 530). 이와 같이 심벌마다 한 샘플만이 셀룰러 무선 교환국으로 업링크 전송된다(블록 540). 따라서, 동기화가 얻어진 후 서브-나이키스트(sub-Nyquist) 샘플링이 이용된다.
다시 도 4를 참조하면, 다운샘플링 또는 언더샘플링된 무선전화 신호는 업링크(440a,440b)를 통해 셀룰러 무선 교환국(410)으로 업링크 전송된다. 셀룰러 무선 교환국(410)에서, 다이버시티 결합/등화기(456)를 포함하는 것이 바람직한 복조기(450)가 이용되어, 두 수신기로부터의 입력을 다이버시티 결합함에 따라 개선된 수신 품질을 제공할 수 있다. 그런 다음, 상기 결합된 입력은 데이터를 검출하는데 이용된다. 다음으로, 복조기(450)의 출력이 채널 복호기(255)에 제공되며,이는 검출된 데이터의 소정의 덧붙임(redundancy)을 이용하여 수신 품질을 더욱 개선한다. 음성 복호기(270)는 이용자에게 바람직한 음성 또는 데이터 서비스를 제공한다. 프로세서(270)는, 도 2 및 3과 관련하여 상기 기술된 바와 같이 추가 기능을 제공할 수 있으며, 또한 PSTN(160)에 접속된다. 셀룰러 무선 교환국(410)에 수신되는 무선전화 통신은 음성 복호기(272) 및 채널 부호기(274)를 통해 무선전화기로 송신된다.
따라서, 셀룰러 무선전화 통신 시스템의 셀룰러 무선 교환국과 기지국 간에 낮은 비트전송속도(bit rate)의 업링크 및 다운링크가 제공될 수 있는 한편, 여전히 다이버시티 송신 및 수신이 가능하다. 따라서, 저렴한 비용 및/또는 고품질의 셀룰러 무선전화 시스템 및 방법이 제공될 수 있다.
도면 및 명세서에 있어서, 본 발명의 전형적인 바람직한 실시예가 개시되어 있는데, 특정 용어가 이용된다 하더라도, 상기 용어는 포괄적이며 설명적인 의미로만 이용될 뿐 제한하기 위한 것은 아니다. 본 발명 범위는 이하의 특허청구범위에서 설명된다.

Claims (47)

  1. 셀룰러 무선전화 기지국과 셀룰러 무선 교환국 간의 통신 방법으로서,
    디지털 부호화된 음성을 셀룰러 무선 교환국에서 셀룰러 무선전화 기지국으로 다운링크 전송하는 단계, 및
    다운샘플링된 무선전화 신호를 셀룰러 무선전화 기지국에서 셀룰러 무선 교환국으로 업링크 전송하는 단계를 포함하는 셀룰러 무선전화 기지국과 셀룰러 무선 교환국 간의 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 업링크 전송하는 단계 이후, 다운샘플링된 무선전화 신호를 셀룰러 무선 교환국에서 복조하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국과 셀룰러 무선 교환국 간의 통신 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 다운링크 전송하는 단계 이후, 디지털 부호화된 음성을 셀룰러 무선전화 기지국에서 변조하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국과 셀룰러 무선 교환국 간의 통신 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 복조하는 단계 이후, 상기 복조된 다운샘플링 무선전화 신호로부터의 음성을 셀룰러 무선 교환국에서 복호화하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국과 셀룰러 무선 교환국 간의 통신 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 변조하는 단계 이후, 변조된 디지털 부호화된 음성을 셀룰러 무선 교환국에서 무선 주파수 신호로서 송신하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국과 셀룰러 무선 교환국 간의 통신 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 복조하는 단계는, 다운샘플링된 무선전화 신호를 셀룰러 무선 교환국에서 다이버시티 복조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국과 셀룰러 무선 교환국 간의 통신 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 다운링크 전송하는 단계 및 업링크 전송하는 단계는, 무선전화 통신마다 Kbps 크기 정도의 속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국과 셀룰러 무선 교환국 간의 통신 방법.
  8. 제3항에 있어서, 상기 변조하는 단계는, 디지털 부호화된 음성을 셀룰러 무선전화 기지국의 협대역 송신기에서 변조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국과 셀룰러 무선 교환국 간의 통신 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 업링크 전송하는 단계 이전에, 상기 수신된 무선전화 신호를 셀룰러 무선전화 기지국에서 다운샘플링하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국과 셀룰러 무선 교환국 간의 통신 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 다운샘플링 단계는, 수신된 무선전화 신호를 셀룰러 무선전화 기지국의 협대역 수신기에서 다운샘플링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국과 셀룰러 무선 교환국 간의 통신 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 다운샘플링 단계는,
    동기화시키기 위해, 상기 수신된 무선전화 신호를 셀룰러 무선전화 기지국에서 오버샘플링하는 단계, 및
    상기 이후, 상기 동기화된 무선전화 신호를 셀룰러 무선전화 기지국에서 언더샘플링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국과 셀룰러 무선 교환국 간의 통신 방법.
  12. 셀룰러 무선 교환국 및 복수의 셀룰러 무선전화기과 통신하는 셀룰러 무선전화 기지국의 통신 방법으로서,
    셀룰러 무선 교환국으로부터 디지털 부호화된 음성을 수신하는 단계,
    복수의 무선전화기로부터 수신되는 무선전화 신호를 다운샘플링하는 단계, 및
    상기 다운샘플링된 무선전화 신호를 셀룰러 무선 교환국으로 송신하는 단계를 포함하는 셀룰러 무선전화 기지국의 통신 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 수신하는 단계 이후, 상기 디지털 부호화된 음성을 변조하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국의 통신 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 변조하는 단계 이후, 상기 변조된 디지털 부호화된 음성을 하나 이상의 셀룰러 무선전화기로 송신하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국의 통신 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 수신하는 단계 및 상기 송신하는 단계는 무선전화 통신마다 Kbps 크기 정도의 속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국의 통신 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 변조하는 단계는, 상기 디지털 부호화된 음성을 협대역 송신기에서 변조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국의 통신 방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기 다운샘플링하는 단계는, 상기 수신된 무선전화 신호를 협대역 수신기에서 다운샘플링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국의 통신 방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 다운샘플링 단계는,
    동기화시키기 위해, 상기 수신된 무선전화 신호를 오버샘플링하는 단계, 및
    상기 이후, 상기 동기화된 무선전화 신호를 언더샘플링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국의 통신 방법.
  19. 셀룰러 무선전화 기지국과 통신하는 셀룰러 무선 교환국의 통신 방법으로서,
    디지털 부호화된 음성을 셀룰러 무선전화 기지국으로 송신하는 단계, 및
    다운샘플링된 무선전화 신호를 셀룰러 무선전화 기지국으로부터 수신하는 단계를 포함하는 셀룰러 무선 교환국의 통신 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 수신하는 단계 이후, 상기 다운샘플링된 무선전화 신호를 복조하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선 교환국의 통신 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 복조하는 단계 이후, 상기 복조된 다운샘플링 무선전화 신호로부터 음성을 복호화하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선 교환국의 통신 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 복조하는 단계는 상기 다운샘플링된 무선전화 신호를 다이버시티 복조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선 교환국의 통신 방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 송신하는 단계 및 상기 수신하는 단계는, 무선전화 통신마다 Kbps 크기 정도의 속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선 교환국의 통신 방법.
  24. 셀룰러 무선전화 통신 시스템으로서,
    복수의 셀룰러 무선전화기와 통신하며, 다운샘플링된 무선전화 신호를 업링크 전송하는 복수의 셀룰러 무선전화 기지국, 및
    업링크 전송된 다운샘플링 무선전화 신호를 수신하며, 디지털 부호화된 음성을 복수의 셀룰러 무선전화 기지국으로 다운링크 전송하는 셀룰러 무선 교환국을 포함하는 셀룰러 무선전화 통신 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 상기 셀룰러 무선 교환국은, 다운샘플링된 무선전화 신호를 복조하는 복조기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 통신 시스템.
  26. 제24항에 있어서, 상기 셀룰러 무선전화 기지국은, 상기 디지털 부호화된 음성을 변조하는 변조기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 통신 시스템.
  27. 제25항에 있어서, 상기 셀룰러 무선 교환국은, 복조기에 응하여, 상기 복조된 다운샘플링 무선전화 신호로부터 음성을 복호화하는 복호기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 통신 시스템.
  28. 제26항에 있어서, 상기 셀룰러 무선전화 기지국은, 상기 변조기에 응하여, 상기 변조된 디지털 부호화 음성을 무선 주파수 신호로 송신하는 무선 주파수 송신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 통신 시스템.
  29. 제25항에 있어서, 상기 복조기가 다이버시티 복조기인 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 통신 시스템.
  30. 제24항에 있어서, 상기 복수의 셀룰러 무선전화 기지국은, 다운샘플링된 무선전화 신호를 무선전화 통신마다 Kbps 크기 정도의 속도로 셀룰러 무선 교환국으로 업링크 전송하며, 상기 셀룰러 무선 교환국은, 디지털 부호화된 음성을 무선전화 통신마다 Kbps 크기 정도의 속도로 복수의 셀룰러 무선전화 기지국으로 다운링크 전송하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 통신 시스템.
  31. 제24항에 있어서, 상기 변조기가 협대역 변조기인 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 통신 시스템.
  32. 제24항에 있어서, 상기 셀룰러 무선전화 기지국은, 수신된 무선전화 신호를 다운샘플링하는 다운샘플링 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 통신 시스템.
  33. 제32항에 있어서, 상기 다운샘플링 장치가 협대역 다운샘플링 장치인 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 통신 시스템.
  34. 제32항에 있어서, 상기 다운샘플링 장치는,
    동기화를 수행하기 위해, 상기 수신된 무선전화 신호를 오버샘플링하는 오버샘플링 장치, 및
    상기 오버샘플링 장치에 응하여, 상기 동기화된 수신 무선전화 신호를 언더샘플링하는 언더샘플링 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 통신 시스템.
  35. 셀룰러 무선전화 기지국으로서,
    다운샘플링된 무선전화 신호를 셀룰러 무선 교환국으로 송신하는 송신기, 및
    디지털 부호화된 음성을 셀룰러 무선 교환국으로부터 수신하는 수신기를 포함하는 셀룰러 무선전화 기지국.
  36. 제35항에 있어서, 상기 디지털 부호화된 음성을 변조하는 변조기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국.
  37. 제36항에 있어서, 상기 변조기에 응하여, 상기 변조된 디지털 부호 음성을 무선 주파수 신호로 송신하는 무선 주파수 송신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국.
  38. 제35항에 있어서, 상기 송신기는, 다운샘플링된 무선전화 신호를 무선전화 통신마다 Kbps 크기 정도의 속도로 셀룰러 무선 교환국으로 송신하고, 상기 수신기는, 디지털 부호화된 음성을 무선전화 통신마다 Kbps 크기 정도의 속도로 셀룰러 무선 교환국으로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국.
  39. 제36항에 있어서, 상기 변조기가 협대역 변조기인 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국.
  40. 제35항에 있어서, 상기 수신된 무선전화 신호를 다운샘플링하는 다운샘플링 장치를 더 포함하는데, 상기 송신기가 상기 다운샘플링 장치에 응답하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국.
  41. 제40항에 있어서, 상기 다운샘플링 장치가 협대역 다운샘플링 장치인 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국.
  42. 제40항에 있어서, 상기 다운샘플링 장치는,
    동기화를 수행하기 위해, 상기 수신된 무선전화 신호를 오버샘플링하는 오버샘플링 장치, 및
    상기 오버샘플링 장치에 응하여, 상기 동기화된 수신된 무선전화 신호를 언더샘플링하는 언더샘플링 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선전화 기지국.
  43. 셀룰러 무선 교환국으로서,
    다운샘플링된 무선전화 신호를 셀룰러 무선전화 기지국으로부터 수신하는 수신기, 및
    디지털 부호화된 음성을 셀룰러 무선전화 기지국으로 송신하는 송신기를 포함하는 셀룰러 무선 교환국.
  44. 제43항에 있어서, 상기 수신기에 응하여, 상기 다운샘플링된 무선전화 신호를 복조하는 복조기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선 교환국.
  45. 제44항에 있어서, 상기 복조기에 응하여, 상기 복조된 다운샘플링 무선전화 신호로부터 음성을 복호화하는 복호기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선 교환국.
  46. 제45항에 있어서, 상기 복조기가 다이버시티 복조기인 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선 교환국.
  47. 제43항에 있어서, 상기 수신기는, 상기 다운샘플링된 무선전화 신호를 무선전화 통신마다 Kbps 크기 정도의 속도로 셀룰러 무선전화 기지국으로부터 수신하고, 상기 송신기는, 상기 디지털 부호화된 음성을 무선전화 통신마다 Kbps 크기 정도의 속도로 셀룰러 무선전화 기지국으로 송신하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 무선 교환국.
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