KR20010112361A - 편파 다이버시티를 이용한 무선 통신 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

무선 통신을 위한 동적으로 제어되는 편파 다이버시티 시스템 및 방법은, 적응적으로 제어된 편파 상태의 신호를 이동국 등의 수신기에 송신하는 기지국 등의 송신기를 포함한다. 편파 상태는 송신 신호의 편파각을 회전시킴으로써 적응적으로 변할 수 있다. 한 버젼에서는, 편파각은 대략 180°내지 0°사이에서 소정 간격으로 실질적으로 연속해서 회전할 수 있다. 송신기가 변화하는 편파 상태로 신호를 송신함에 따라, 수신기는 수신된 송신 신호를 다양한 상태에서 분석한다. 수신기는, 예를 들면, 각각의 편파 상태로 수신된 신호 강도(RSSI)를 검출한다. 그 다음, 수신기는 각각의 편파 상태에 대한 상대적인 RSSI를 표시하는 응답 신호를 송신기에 송신한다. 그 후, 송신기는 최고의 RSSI를 갖는 편파 상태에서 송신을 행한다.

Description

편파 다이버시티를 이용한 무선 통신 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR WIRELESS COMMUNICATION USING POLARIZATION DIVERSITY}

본 발명은 일반적으로 무선 전기 통신 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 특히 이에 제한되는 것은 아니지만, 다중 경로 및 페이딩 환경에서 이동국과 적어도 하나의 기지국 간에 향상된 수신 품질을 제공하는 데 적합하다.

무선 전기 통신 시스템에서는, 셀룰러 전화 등의 이동국이 무선파를 통해 규정된 지리적 셀 내에 위치한 적어도 하나의 기지국과 통신을 한다. 도 1은 5개의 셀 사이트(10, 15, 20, 25 및 30)로 구성된 전형적인 무선 전기 통신 시스템을 도시한다. 현 협약에 따라서, 각각의 셀(10, 15, 20, 25 및 30)은 육모꼴의 셀 경계를 갖는 것으로 도시되어 있다. 각각의 셀(10, 15, 20, 25 및 30) 내에는, 통상적으로 대응하는 셀의 거의 중심부에 위치한 기지국(35, 40, 45, 50 및 55)이 있다. 이동국(60)은 셀(15) 내에 위치하여 기지국(40)과 통신하고 있는 것으로 도시되어 있다.

이동국(60)과 기지국(40) 사이에 송신되는 무선파를 차단하거나 흡수하는 물리적인 장애물만 없다면, 이동국(60)과 기지국(40)은 참조 번호(65)로 도시한 직접 신호 경로(direct signal path) 상에서 신호를 서로 직접 주고 받음으로써 서로 간에 통신을 한다.

그러나, 실제로, 무선 전기 통신 시스템은 수많은 물리적 장애물이 있는 영역에서 빈번하게 동작한다. 따라서, 이동국(40)과 기지국(60) 사이에서 송신되는 무선파는 환경적인 특성이나 특정 장애물에 의해서 부분적으로 차단, 흡수 또는 반사될 가능성이 있다. 통상적으로, 무선파를 차단, 흡수 또는 일반적으로 감쇄시키는 환경을 페이딩(fading) 환경이라고 말하고, 무선파를 반사시키는 환경을 다중 경로(multipath) 환경이라고 말한다.

페이딩 환경에서는, 무선파가 다양한 방식으로 감쇄된다. 가장 중요한 환경적인 감쇄 영향은, 빌딩이나 언덕에 의해 무선 쉐도우가 생기는 쉐도잉(shadowing)이다. 쉐도잉 문제는 건물이 밀집한 도시 중심가가 가장 심각하다.

다중 경로 환경에서는, 무선파가 언덕, 빌딩, 트럭, 비행기 또는 대기의 불연속성으로부터 반사되는 경우가 있다. 어떤 경우에는, 무선파가 부수적으로 반사되어 감쇠되는 경우가 있고, 다른 경우에는 무선파 에너지의 거의 모두가 반사되는 경우가 있다. 이 영향에 의해 송신기와 수신기 간의 (기지국에서 이동국으로 또는 그 반대로의 송신을 위한) 많은 서로 다른 신호 경로가 생긴다. 도 2는 기지국(40)이 직접 경로 신호(65) 및 다중 경로 신호(70 및 72)를 통해 이동국(60)과 통신하는 상황을 도시한 것이다. 다중 경로 신호(70 및 72)는 장애물(75 및 80)로부터의 송신된 무선파의 반사에 의해 생성된다. 다중 경로 신호(70 및 72)가 수 개의 서로 다른 경로를 따르고, 이 경로들의 길이가 서로 다르기 때문에, 다중 경로 신호(70 및 72)는 약간씩 다른 시간에 이동국(60)에 도달한다. 환언하면, 서로 다른 다중 경로 신호(70 및 72)는 송신 중에 서로 다른 지연량으로 지연된다는것이다.

이러한 송신 지연으로 인해, 조합 신호(65, 70 및 72)가 흐려(smear)지거나 확산되고, 레일리(Rayleigh) 페이딩을 경험할 수 있다. 다중 경로 전파의 영향은, 반사된 무선파가 그들의 근본적인 임의 특성의 변화, 특히 위상 및 진폭의 변화를 겪을 수 있다는 것이다. 반사된 무선파의 위상이 회전하여 직접 경로 신호의 위상에서 벗어나 도달하는 경우가 있다. 직접 경로와 다중 경로 신호 간에 정확히 180°의 위상차가 있다면, 이들은 수신기에서 서로를 상쇄시켜 결국에는 신호는 사라질 것이다. 다수의 수신된 신호들 간의 다른 부분적인 위상차 관계에 의해, 수신된 신호 강도가 덜 감소된다. 이러한 신호 강도의 감소, 또는 페이딩은 레일리 분포로서 알려진 통계적 분포 내에 있는 것으로 말할 수 있고, 이러한 현상을 레일리 페이딩이라고 한다. 도 3은 거리에 대한 이동국(60)에서의 수신된 신호 강도의 레일리 패턴의 그래프이다. 도시된 바와 같이, 2개의 신호가 180°에 가깝게 위상차가 나면, 널(null)(85, 90 및 95)이 생성된다.

레일리 페이딩에 대한 대책으로서 다이버시티를 이용하는 것이 있다. 다이버시티는 수신된 신호를 한 번 이상 샘플링하고, 이 샘플링된 신호를 조합하거나 그들 중 최상의 것을 선택함으로써, 수신기에서의 신호 대 잡음(S/N) 비를 향상시키는 임의의 여러 개의 기술을 말하는 것이다. 각종 다이버시티 향상 기술이 신호 페이딩과의 투쟁을 위해 무선 전기 통신 시스템에서 채용되고 있다. 배터리로 동작하는 이동국으로부터의 송신 전력의 제한으로 인해, 기지국에 여러 개의 수신용 안테나를 설치함으로써 역방향 링크 상에서 공간 다이버시티를 종종 이용한다. 부호 분할 다중 접속 기술(CDMA)의 순방향 채널에서 사용되는 다른 다이버시티 향상 기술은 이동국에서 레이크 수신기를 사용하는 방법, (월쉬 코드 등의) 직교 코딩, (스프레드 스펙트럼 처리 이득 등의) 주파수 다이버시티, (물리적으로 분리된 안테나 등의) 공간, (인터리빙 및 에러 검출/보정 등의) 시간, 소프트 핸드오프 공간 다이버시티 및 (송신기를 가로지르는 홀수/짝수 경계 상의 데이터 분할 등의) 직교 송신 다이버시티를 이용하는 방법을 포함한다.

특히, 편파 기지국 송신용 안테나는 심한 페이딩과 싸우는데 사용될 수 있다. 그러나, 불운하게도, 기지국으로부터의 경로선에서 편파 에너지를 수신하는 이동국의 윕(whip)(쌍극/단극) 안테나에 의해 3dB의 손실이 발생한다. 이러한 전력 손실을 보상하기 위해, 더 크고 더 강력한 기지국이 필요하게 되고 이동국은 송신되는 신호를 검출하기 위해 상당량의 전력을 소모한다. 종래의 편파 기술에 대한 더욱 자세한 내용은 본 명세서에 참고 문헌으로 포함되어 있는 1998년 3월 3일자로 Dent에게 허여된 "Polarization Diversity Phase Array Cellular Base Station and Associated Methods"라는 명칭의 미국 특허 제5,724,666호 및 1997년 11월 25일자로 Baruch에게 허여된 "Adaptive Polarization Diversity System"이라는 명칭의 미국 특허 제5,691,727호에 개시되어 있다.

따라서, 당 기술에서는 상술한 전력 손실을 감소시키고, 다중 경로 페이딩을 감소시키고, 주파수 선택 페이딩을 실질적으로 감소시키며, 무선 링크 마진을 증가시키고, 향상된 다이버시티 조합을 제공하며, 핸드셋, 개인 휴대 단말기(PDA) 및 랩탑 등의 임의의 안테나 각도를 갖는 장치에 더 나은 통신을 제공하며, 이동국의전력 요구를 저감시킴으로써 배터리 수명을 연장시키는 향상된 편파 다이버시티 기술이 요구된다.

도 1은 무선 전기 통신 시스템 내의 5개의 예시적 셀과, 셀들 중 한 셀 내에 위치한 기지국, 및 셀들 중 다른 셀에 위치한 이동국을 도해 표시한 도면.

도 2는 직접 경로 신호와 2개의 다중 경로 신호를 통해 통신하는 도 1의 기지국과 이동국을 도해적으로 표시한 도면.

도 3은 도 1에 도시된 이동국의 거리에 대한 dBm으로 나타낸 수신된 신호 강도의 레일리 패턴을 도해 표시한 도면.

도 4는 도 1의 기지국 등의 송신기와 도 1의 이동국 등의 수신기를 포함하는 본 발명에 따른 통신 시스템의 블럭도.

도 5는 도 4에 도시된 기지국과 이동국 모두에 의해 송신된 신호의 편파 상태가 적응적으로 변형되는 본 발명의 한 버젼에 따른 개략도.

도 6은 기지국 또는 이동국에서 유리하게 사용될 수 있는 안테나 시스템의 개락도.

이하, 본 발명의 하나 이상의 특정한 실시예를 설명한다. 이 실시예들의 간결한 설명을 위해, 실제 구현시의 모든 특징들을 명세서에 기재하지는 않는다. 임의의 이러한 실제 구현의 전개시에는, 임의의 엔지니어링이나 디자인 프로젝트에서와 같이, 개발자의 특정한 목적을 성취하기 위해, 시스템 관련 및 비지니스 관련제약에 준수하는 등의 많은 구현 특정 결정이 이루어져야 하고, 이는 구현시마다 달라질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소비가 있을 수 있으나, 당업자들에게는 디자인, 제조 및 조립이 일상적인 과정이라는 것을 이해해야 한다.

본 발명의 한 버젼에 따른 무선 전기 통신 시스템 등의 무선 통신 시스템(100)이 도 4에 블럭도 형태도 도시되어 있다. 통신 시스템(100)은 통신 채널 상의 개방 및/또는 폐쇄 루프 다이버시티 제어를 위한 회전 파일럿 기술을 포함한다. 본 발명의 한 버젼에서는, 통신 시스템(100)은 부호 분할 다중 접속(CDMA) 채널에, 선형 편파 다이버시티를 회전시키는 등의, 편파 다이버시티를 동적으로 최적화하는 것을 부가하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, cdma200 3G 시스템에서는, 향상된 통신을 제공하기 위해, 보조 파일럿 채널의 선형 편파를 동적으로 제어한다. 당업자에게는 자명하겠지만, 보조 파일럿 채널을 사용하지 않는다면, 소프트 핸드오프 알고리즘을 적용할 필요가 있을 것이다.

종래의 구성 요소 및 회로의 구조, 제어 및 배치가, 대부분 본 발명에 관한 특정한 상세만을 도시하는, 쉽게 이해할 수 있는 블럭도 표시 및 개략도로 도면에 도시되어 있다. 여기서는, 당업자에게는 명백할 구조적인 상세에 의해 명세서가 모호해지지 않도록 블럭 표시 및 개략도를 채택하였다.

도 4의 통신 시스템(100)은 수신기(104)와 통신하는 송신기(102)를 포함한다. 송신기(102) 및 수신기(104)는 무선 통신 신호를 송신 및/또는 수신하는 임의의 장치의 총칭적인 표시이다. 예로든 것일 뿐 제한적이지 않은 의미에서,송신기(102)는 기지국(BTS) 또는 이동국(MS)일 수 있다. 당업자는, MS가 셀룰러 전화, 컴퓨터 또는 개인 휴대 단말기(PDA)라는 것이 이해가 될 것이다. 수신기(104) 역시 마찬가지로 BTS 또는 MS일 수 있다. 당업자는, 하나의 장치가 송신기(102) 및 수신기(104) 둘 다의 능력을 포함할 수 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 양호하게는, 송신기(102) 및 수신기(104)는 광대역 CDMA 기술을 이용하여 통신한다.

송신기(102)는 송신기 트랜시버(108) 및 안테나(110)를 통해 편파된 송신 신호를 송신한다. 상술한 바와 같이, 송신 신호는 참조 번호(112)로 표시된 직접 경로 송신 신호로서, 그리고 참조 번호(114)로 표시된 하나 이상의 다중 경로 송신 신호로서 수신기(104)에 도달할 수 있다. 다중 경로 송신 신호(114)는, 설명을 명확하고 쉽게 하기 위해, 단 하나의 장애물(116)로부터 반사되는 것으로 도시되어 있으나, 다수개의 다중 경로 송신 신호를 반사하는 다수개의 오브젝트가 존재할 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 송신기 편파 제어 유닛(118)은 송신 신호(112 및 114)의 편파를 제어한다. 송신 신호(112) 또는 본 명세서의 임의의 다른 신호들의 특정한 편파 값은 신호의 편파 상태로서 지정될 것이다. 설명을 명확하고 쉽게 하기 위해, 본 발명을 신호의 선형 편파각을 적응적으로 제어하는 것에 중점을 두어 설명하겠지만, 당업자에게는 명백한 바와 같이, 본 발명은 신호의 편파 상태를 적응적으로 제어할 수 있다.

특히, 송신기 편파 제어 유닛(118)의 송신 각도 회로(120)는 송신 신호(112 및 114)의 편파각을 제어하거나 변화시킨다. 후술하는 바와 같이, 송신 각도회로(120)는 수신기(104)로부터의 피드백에 응답하는 방식 (폐쇄 루프 제어), 또는 소정의 증가되는 각도 변화에 따르는 방식 (개방 루프 제어)을 포함하는 임의의 수의 방식으로 송신 신호(112 및 114)의 편파각을 변화시킬 수 있다. CDMA 시스템의 경우, 편파각의 계단식 증가 또는 간격이 송신기(102)(또는 BTS)와 수신기(104)(또는 MS) 사이에서 송신기(102)의 의사불규칙(PN) 코드와 시간 동기화되어야 한다 (따라서, 각도의 단계 크기가 결정된다). CDMA 시스템에서는, PN 코드 송신기(102)로부터의 동기 채널 상에서 얻어진다.

수신기(104)는 송신기(102)로부터 송신 신호(112 및 114)를 수신하고, 안테나(124) 및 수신기 트랜시버(126)를 통해 송신기(102)로 응답 신호(122)를 보낸다. 설명을 쉽게하기 위해, 지정 송신 신호 및 응답 신호는 송신기(102) 및 수신기(104) 각각에 의해 송출되는 신호의 총칭적인 표시이고, 수신된 송신 신호는 직접 경로 송신 신호(112) 및 임의의 수신된 다중 경로 송신 신호(114)를 포함한다는 것을 이해해야 한다. 수신기 트랜시버(126)는 직접 경로 송신 신호(112)를 검출하기 위한 직접 경로 신호 검출기(DSD)(126a) 및 다중 경로 송신 신호(114)를 검출하기 위한 다중 경로 신호 검출기(126b)를 포함한다. 채널 품질 회로(128)는 수신된 송신 신호의 특성을 검출한다. 예로든 것일 뿐 제한적이지 않은 의미에서, 채널 품질 회로(128)는 통상 수신된 신호의 강도(RSSI)로서 알려진 수신된 송신 신호의 신호 강도를 검출할 수 있다 검출된 RSSI에 기초하여, 전력 강도 메시지 회로(130)가 응답 신호(122)를 통해 송신기(102)로 송출되는 전력 강도 측정 메시지(PSMM)를 생성한다.

수신기 편파 제어 유닛(132)은 응답 신호(122)의 선형 편파각을 변경하는 것 등으로 편파 상태를 제어한다. 이하에서 더욱 상세히 설명하겠지만, 본 발명은 송신기(102)와 수신기(104) 간의 통신을 최적화하기 위해 응답 신호의 편파 상태를 적응적으로 제어하여 변화시킨다. 수신기 합성 유닛(134)은 수신기(104)를 수신된 송신 신호, 특히 수신된 송신 신호의 변화하는 편파 상태에 합성시키거나 동기화시킨다. 수신기 합성 유닛(134)은 공지된 방법을 이용하여 수신된 송신 신호에 기초하여 증폭기 이득 및 신호 위상을 조정하는 회로 또는 디지탈 신호 처리기(DSP)를 포함할 수 있다.

수신기 합성 유닛(134) 및 송신 신호(112 및 114)에 응답하여, 수신기 편파 제어 유닛(132)은 수신기(104)에 의해서 송신기(102)로 송출되는 응답 신호(122)의 편파각을 제어한다. 수신기 각도 회로(136)는 수신기 합성 유닛(134) 및 수신된 송신 신호에 응답하여 응답 신호(122)의 편파각을 제어하거나 변화시킬 수 있다. 대안적으로, MS에 대해서는 이하에서 더 자세히 설명하겠지만, 수신기(104)가 전력 제어 유닛(135)에 응답하는 방법 또는 다른 방법을 이용하여 어떤 편파각을 이용할 것인가를 대안적으로 결정할 수 있다. 당 기술에 공지된 바와 같이, 전력 제어 유닛(135)은 수신기(104)에서의 페이딩(fade) 상황을 검출하고, 검출된 상황에 응답하여, 수신기(104)의 전력을 증가시킨다. 수신기(104)의 편파각은, 전력을 감소시키는 편파각이 검출될 때까지 회전되거나 변화될 수 있다.

본 발명은 여러 버젼으로 구현될 수 있다. 특히, 파일럿 채널 상에서 편파각을 변화시키는 것은, 순방향 및 역방향 채널 둘 다에서 또는 순방향이나 역방향채널 둘 중의 어느 하나에서 행해질 수 있다. 또한, 폐쇄 루프 제어 기술도 순방향 및 역방향 채널 중 어느 하나에서 또는 둘 다에서 구현될 수 있다. 이외에도, 개방 루프 제어 기술은 순방향 채널 및 역방향 채널 중 어느 하나 또는 순방향 채널 및 역방향 채널 모두 다에서 구현될 수 있다. 당업자라면 본 명세서를 읽음으로써 많은 구성이 있을 수 있다는 것을 쉽게 식별할 수 있을 것이다. 무선 전기 통신 시스템에서, BTS 및/또는 MS는 편파 다이버시티 향상 안테나 구조를 구비하거나 구비하지 않고서도 구성될 수 있다. BTS 및/또는 MS는 폐쇄 루프 또는 개방 루프 편파 다이버시티 제어로 구성될 수 있다. 예를 들면, 8개의 예시적인 구성이 아래에 설명되어 있다.

구성옵션	링크	제어 루프
1.	순방향역방향	구비되어 있지 않음개방
2.	순방향역방향	구비되어 있지 않음폐쇄
3.	순방향역방향	개방구비되어 있지 않음
4.	순방향역방향	폐쇄장착되어 있지 않음
5.	순방향역방향	개방개방
6.	순방향역방향	폐쇄개방
7.	순방향역방향	폐쇄폐쇄
8.	순방향역방향	개방폐쇄

본 명세서의 나머지 부분을 명확하고 쉽게 설명하기 위해, 무선 전기 통신 시스템에 관한 설명하지만, 본 발명은 다양한 무선 통신 시스템 및 방법에서 유리하게 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 본 발명의 예시적 구성을 설명할 때,순방향 및 역방향 링크가 독립적으로 동작할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 개방 루프 및 폐쇄 루프 동작시의 순방향 링크와 역방향 링크 각각에 대해서 설명한다.

본 발명의 한 버젼에 따르면, 도 5에 도시된 기지국(BTS)(200) 및 이동국(M2)(202)은 송신된 신호의 편파각을 포함한 그들 각각의 편파 상태를 동적으로 제어하도록 되어 있다. BTS(200)는 신호를 송수신하기 위한 수직 안테나(204) 및 수평 안테나(206)를 구비하고 있는 것으로 도시되어 있다. MS(202)는 신호를 송수신하기 위한 안테나(208)를 포함한다. 도 5에서, 신호(210, 212, 214, 216 및 218)는 BTS(200)와 MS(202) 사이에서 송신되는 다양한 신호를 도시할 목적으로 도시된 것이다. 신호(212, 214 및 216)는 다중 경로 신호이고 각각의 오브젝트(220, 222 및 224)로부터 반사되는 것으로 도시되어 있다. 신호(210 및 218)는 직접 경로 신호이다.

180°부터 0°까지 도시된 송신 각 범위를 통해 BTS 파일럿 신호의 선형 편파각의 회전을 설명하기 위해 BTS 각 다이얼(226)이 도시되어 있다. 선형 편파각의 회전은 양호하게는 BTS PN 레이트의 임의 부분(fraction)이다. 각 회전 단계, 또는 증분, 레이트는 특정한 에어 인터페이스의 필요 조건에 기초한다.

설명을 위해, BTS 각도 다이얼(216)은 22.5°정도의 단계의 8개의 구획으로 분할되고, 화살표(228)는 편파각의 회전을 표시한다. 선형 편파각의 8개의 구획 분할은 충분한 것으로 도시되어 있다. 8개의 구획, 또는 22.5°의 단계를 사용하고, BTS(200) 및 MS(202) 모두 선형 편파 다이버시티 안테나를 갖는다면, 총 64개의 편파 다이버시티 조합이 가능하다. 마찬가지로, 22.5°의 증분으로 분할된 MS 각 다이얼(230)이 MS(202)에 의해 송신되는 신호의 편파각의 회전 또는 선택을 나타내는 것으로 도시되어 있다. 응답 각도 범위는, 예를 들어, 0°내지 180°인 것으로 도시되어 있다. MS(202)는 BTS(200)의 각각의 편파각에 따라서 자신의 송신된 신호에 대한 편파각을 선택적으로 조정하거나 동기화할 수 있다. 그러나, 테스트는 BTS 및 MS 편파각 둘 다를 회전시키는 것이 항상 최적일 수는 없다는 것을 나타낸다. 양호하게는, MS(202)는 최대 RSSI를 검출하여 최대 RSSI가 발생한 특정 편파각을 BTS(200)에 보고할 것이다.

다음의 설명을 위해, BTS 및 MS의 수신용 안테나가 고정된 방향성 및 이득을 갖는다고 가정한다. 일반적으로, 다중 경로 환경에 존재하는 넓은 채널 분리로 인해 송신/수신 상호성이 보장될 수 없기 때문에, 송신 편파각, 이득 및 위상만이 조정된다. 그러나, 당업자는 수신용 안테나가 다양한 방향성 및/또는 이득을 갖는 시스템을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따라 유리하게 구현될 수 있는 예시적인 위상(phased) 어레이 안테나 유닛(300)이 도 6에 블럭도 형태로 도시되어 있다. 안테나 유닛(300)은 위상 및 이득을 조정함으로써 동작하는 BTS 편파 제어 유닛(306)에 응답하는 2개의 이득 블럭(302 및 304)으로 구성된다. BTS 편파 제어 유닛(306)은 MS로부터의 피드백에 응답한다. 이득 블럭(302 및 304)은 MS와 통신하는데 이용되는 특정 채널의 위상 각도 및 이득을 변화시킴으로써 원하는 편파각을 합성하는데 사용된다. 예를 들면, 이득 블럭(302 및 304)이 전 전력(full power) 상태이고, 안테나 유닛(300)으로 입력되는 신호(308)가 동상이면, (수평으로부터) 45°의 선형 편파 페이저가 안테나 유닛(300)에 의해 합성된다.

버틀러 매트릭스(Butler matrix) 조합기(310 및 312)는 선형 전력 증폭기(LPA)(314 및 316) 및 안테나 소자(318 및 320)에 걸쳐 에너지를 균일하게 확산시키는데 이용된다. 당업자는, 버틀러 매트릭스 조합기(310)를 사용하면 LPA(312 및 314)의 효율이 향상된다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 양호하게는, 안테나 소자(318 및 320)는 송신된 신호의 파장의 거의 1/4 정도의 길이를 갖는다.

본 발명의 한 버젼에 따른 순방향 링크에서의 폐쇄 루프 동작에 대해 설명한다. 본 발명의 동적 편파 다이버시티가 BTS(200)와 MS(202) 간의 통신 링크의 페이드를 감소시키고, 동시에 BTS(200)와 MS(202) 간의 통신에 필요한 전력량을 감소시킬 것이라는 것을 이해해야 한다. 따라서, MS(202)의 전력 제어는 향상된 페이드 감소와 관련하여 동작할 것이다.

설명을 위해, MS(202)의 안테나(208)는 제어 메카니즘을 갖고 있지 않고, 예를 들면, 다중 경로 페이딩 환경에서 신호를 수신하기 위한 단순한 윕(whip) 안테나(특정한 고정된 공간적 및 고정된 편파 다이버시티가 가능함)라고 가정한다. 또한, MS(202)는 시간 도메인의 몇 개의 PN 칩 및 1.7dB의 표준 편차 이내의 파일럿 신호의 강도를 측정할 수 있다고 가정한다. 폐쇄 루프 동작의 동작을 IS-95A에 대하여 설명한다.

순방향 링크 파일럿 채널, 월쉬 코드 0이 BTS PN 시퀀스로의 위상 동기화와 함께, 소정 증분, 또는 계단식 방식으로 회전한다. MS(202)가 BTS(200)의 PN 시퀀스와 동기화되기 때문에, MS(202)는 주어진 시각에, 어떤 편파각을 BTS(200)의 파일럿에 의해 송신하고 있는지를 안다. 펑쳐링(puncturing)에 의지하지 않고, 파일럿 채널의 편파각은, 하나의 CDMA 20ms 트래픽 프레임 시간 동안 180°내지 0°사이의 특정 수의 분할을 통해 증분되거나 스텝핑된다.

편파각이 변화됨에 따라, MS(202)는 편파각 각각에 대한 전력 강도 측정을 행한다. 완전한 프레임 송신의 종료시에, MS(202)는 새롭고 더 나은 송신 편파각을 검출했는지의 여부에 대한 보고를 할 준비가 되어 있다. 하나가 발견되었으면, 상술한 응답 신호 등의, 검출된 더 나은 각도를 표시하는 딤-앤-버스트(dim-and-bust) 타입 시그널링 메시지가 BTS(200)로 송신된다. BTS(200)는 편파 제어 유닛(118)에 피드백되는 MS(202)로부터의 정보를 이용하여 편파각을 제어할 수도 있다. 대안적으로, BTS(200)는 상기 정보를 새로운 편파 할당 요구로서 이용하여 특정한 MS(202)로의 데이터 반송(data bearer) 채널 송신을 조정할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 한 버젼에 따른 순방향 링크 개방 루프 동작에 대해 설명한다. 각종 회전 파일럿 개방 루프 편파 다이버시티 스킴을 본 발명에 따라 유리하게 이용할 수 있다. 예를 들면, 데이터 반송 채널의 선형 편파가 PN 시퀀스와 동기를 유지할 수 있는 가능한 가장 빠른 속도로 "자동차의 앞면 유리 와이퍼(windshield wiper)" 방식으로 앞뒤로 회전할 수 있다. 이러한 기술은, CDMA 20ms 프레임의 개별부를, 통상적으로 사용되는 비터비 알고리즘이 MS(202)에서 동작하고 있으면, 논-풀 레이트(non-full rate) 송신시에 많은 프레임 삭제를 제거할 수 있는 다른 편파각으로 만든다. 이 기술은 널(null)에서 몇몇 신호를이동시키거나 조종(steer)함으로써, 계속되는 칩 에러의 횟수를 감소시키는 것이다. 이것은 또한, 최종적으로 비터비 디코더에 공급되는 신호의 더 많은 리던던시를 허용한다. 송신되어 수신된 신호의 비트를 인터리빙하여, 연속적으로 손상된 칩이 연속적인 데이터 비트를 손상시키지 않도록 한다.

당업자는, 이러한 개방 루프 구성에서는 PN 시퀀스와 동기하기 위해 편파각을 변화시킬 필요가 없다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 그러나, 편파각의 변화가 PN 시퀀스와 동기한다면, 편파 선택 수신용 안테나에 의해 MS(202)에서 더 나은 적응적 응답이 얻어질 수 있다. 이는 MS(202)의 수신용 안테나의 공간 핑거의 최상의 편파 상태를 BTS(200)의 최상의 편파 상태로 연결시킨다. 파일럿이 다수의 공간 핑거와 함께 송신 링크의 양측 상의 푸엥카레 스피어(poincare sphere) 상의 소정의 상태의 디스크리트 셋트를 통해 회전하면, (더 작은 공간을 탐색함으로써) 최적의 록(lock)이 신속하게 얻어진다. 편파 상태가 단순히 불규칙적이면, BTS 및 MS 쌍의 편파 상태의 최상 셋트로 규치적으로 록하는 것이 가능하지 않을 수도 있다.

본 발명의 또 다른 버젼에 따라 역방향 링크 폐쇄 루프 동작에 대해서 설명한다. MS(202)가 도 6에 도시된 바와 같은 선형 편파 다이버시티 향상 안테나를 구비하고 있으면, MS로의 편파각 할당이 펑쳐링을 통해 제어 비트를 경유하여 역방향 링크에서 적응 방식으로 효율적으로 송신될 수 있다. 당업자는, 이는 IS 95A에서 전력 제어 비트를 송출하는 것과 유사하다는 것을 이해할 것이다. 편파각 할당을 위한 펑쳐 레이트는 1.25ms(800㎐)보다 작을 것이다. 본 발명의 한 특징에서는, 딤 앤 버스트 타입 메시지를 이용하여 MS의 편파각을 조정할 수 있다. 다중 경로 환경에서는, 역방향 및 순방향 채널이 넓게 분리됨으로써 (2G CDMA에서 45㎒), 딤 앤 버스트 타입 메시지로부터의 간섭 가능성을 감소시킨다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, MS(202)는 자기 자신의 편파 제어 유닛을 이용하여 어떤 편파각을 이용할 것인지를 결정할 수 있다. 이러한 한 가지 기술로서, MS(202)의 전력 제어 유닛, 또는 알고리즘에 응답하는 것이 있다. MS(202)의 전력 제어 유닛(202)은 전형적으로 딥 페이딩(deep fade) 상황을 인지하고, 그에 응답하여 송신 전력을 증가시킨다. 따라서, MS(202)는 그의 송신용 안테나를 수직 방향으로 10°만큼 내리고 전력 감소를 표시하는 전력 제어 비트를 감시한다. 전력이 증가하면, MS는 자신의 송신용 안테나를 반대 방향으로 수직 방향으로 10°만큼 내린다 (방풍 유리 와이퍼의 일종). 그러면, 송신용 안테나는 최소 전력 출력 각도가 발견될 때까지 수직 편파각 주위를 앞뒤로 회전할 수 있다. 필요한 전력을 감소시킴으로써, MS(202)의 배터리 수명을 연장시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, BTS(200)는 그 값이 등록 또는 시작 중에 양호하게 동기 채널로부터 결정되는 각 간격 또는 단계를 통해 편파각을 회전시킬 수 있다. 본 발명의 한 특징에 따른 다른 접근 방법은 각도 단계의 직접 할당이다. 또한, 다중 경로 페이딩으로 인해, 최적인 각도가 통신 링크의 각 단부 상에서 반드시 동일한 것은 아니다. 특정한 편파각에 대한 정보가 반복되는 음성 블럭에 삽입되어, 딤-앤-버스트 메시지 내에 펑쳐링되거나 삽입될 수 있다.

본 발명의 한 버젼에 따른 역방향 링크 개방 루프 동작에 대해 설명한다.본 발명에 따르면, 개방 루프 편파 다이버시티는 순방향 링크에 대하여 상술한 바와 유사한 방식으로 역방향 링크에서 구현될 수 있다. 그러나, 당업자는, CDMA 시스템에서는, 공간 다이버시티가 전형적인 역방향 링크에 이미 구현되어 있고, 따라서 역방향 링크에 편파 다이버시티를 부가하는 것은 순방향 링크에서와 마찬가지로 큰 정도로 성능을 향상시키지 못할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

본 발명은 본 발명에 따라 사용될 수 있는 향상을 제공하는 cdma2000 3G 에어 인터페이스에서 유리하게 사용될 수 있다. 예를 들면, cdma2000 3G 에어 인터페이스는 연속 무선파 형태를 제공하는 코히어런트 MS 파일럿 역방향 채널 인터페이스를 지원한다. 또한, 보조 순방향 공통 및 전용 파일럿 둘 다를 포함하는 보조 파일럿이 지원된다. 보조 공통 파일럿은 필요에 따라서 부가될 수 있다. 이러한 보조 공통 파일럿들은 트래픽 채널 월쉬 코드를 사용할 수 있거나, 또는 이들이 데이터에 의해 변조되지 않기 때문에, 더 긴 월쉬 시퀀스를 사용할 수 있다. 본 발명에 따르면, 보조 파일럿 편파각이 회전될 수 있다.

데이터 접속을 서비스하는 cdma2000 3G시스템에서는, BTS가 MS로부터의 보조 파일럿 강도 보고를 트랙킹하여, 각 MS의 전용 제어 채널 및 데이터 및 음성 반송 채널 편파각을 최상의 검출된 각으로 조정할 수 있다. cdma2000 3G 에어 인터페이스 또한 개방 및 폐쇄 루프 편파 다이버시티 스킴 둘 다와 마찬가지의 방식으로 사용될 수 있는 각 MS로부터의 전용 역방향 링크 파일럿 채널을 갖는다. 광대역 데이터 송신의 경우, 편파 다이버시티 스킴은 간섭을 제거하기 위해 다른 MS의 PSMM을 고려하는 경우가 있다. 복수의 BTS와의 소프트 핸드오프를 포함하는 각 전용채널은 다른 편파각을 트랙킹할 수 있다. 전용 제어 채널이 20ms 및 5ms 프레임 둘 다를 지원하기 때문에, 대략 10ms (폐쇄 루프) 레졸루션의 다이버시티 제어가 가능하다.

본 발명에 따른 파일럿 채널의 편파각 회전은 공지된 푸엥케르 스피어의 적도 주변에서 이산적으로 스텝핑하는 것과 동일하다. 푸엥케르 스피어에 대한 설명은 존슨 리챠드 씨에 의해서 1993년 McGraw Hill사에 의해 발간된 "안테나 엔지니어링 핸드북(3차 개정판)"에 개시되어 있다. 본 발명에 따르면, BTS 또는 송신기는 푸엥케르 스피어 상의 임의의 편파 상태를 합성할 수 있고, MS 또는 수신기는 그 수신용 안테나의 각 CDMA 핑거에 의해 다른 편파 상태를 트랙킹할 수 있다. 이 시스템의 경우, 이는 BTS 및 그 근방에 의해서 서비스되는 각 MS의 상태에 대하여 발생해야 한다.

본 발명은 다양한 변형 및 대안적인 형태가 가능하고, 특정한 실시예는 도면에서 예로든 것을 설명한 것으로 본 명세서에 상세하게 설명되어 있다. 그러나, 본 발명은 여기에 개시된 특정한 형태에 제한되지 않는 것으로 이해해야 한다. 오히려, 본 발명은 다음의 특허 청구범위에 의해 규정된 본 발명의 사상 및 범주 내에서 모든 변형, 등가물 및 대안물을 모두 포함하는 것이다

Claims (10)

1. 송신기와 수신기 간의 통신 방법에 있어서,

   상기 송신기로부터의 편파 상태를 갖는 송신 신호를 송신하는 단계;

   상기 수신기에서 상기 송신 신호를 수신하는 단계;

   상기 수신기에서 수신된 상기 송신 신호의 특성을 검출하는 단계; 및

   검출된 상기 특성에 기초하여 상기 송신 신호의 상기 편파 상태를 제어하는 단계

   를 포함하는 통신 방법.
2. 제21항에 있어서, 상기 송신기는 기지국인 통신 방법.
3. 제22항에 있어서, 상기 수신기는 셀룰러 전화인 통신 방법.
4. 제21항에 있어서, 상기 송신 신호의 편파 상태를 제어하는 상기 단계는 상기 송신 신호의 편파각을 회전시키는 단계를 포함하는 통신 방법.
5. 제24항에 있어서, 편파각을 회전시키는 상기 단계는 선형 편파각을 회전시키는 단계를 포함하는 통신 방법.
6. 제21항에 있어서, 상기 편파 상태를 제어하는 상기 단계는,

   상기 수신기에서, 검출된 상기 특성을 표시하는 응답 신호를 생성하는 단계;

   상기 응답 신호를 상기 수신기에 송신하는 단계; 및

   상기 응답 신호에 기초하여 상기 송신 신호의 상기 편파 상태를 제어하는 단계

   를 포함하는 통신 방법.
7. 부호 분할 다중 접속 채널 기술을 이용하여 무선 통신을 행하도록 구성된 기지국에 있어서,

   송신 편파각을 갖는 송신 신호를 송신하는 송수신기; 및

   상기 송신 편파각을 회전시키는 송신 편파 제어 유닛

   을 포함하는 기지국.
8. 제32항에 있어서, 상기 송신 편파 제어 유닛은 상기 송신 편파각을 대략 180°와 대략 0°사이에서 회전시키는 송신 각 회로를 포함하는 기지국.
9. 제33항에 있어서, 상기 송신 각 회로는 상기 송신 편파각을 실질적으로 연속해서 회전시키는 기지국.
10. 제33항에 있어서, 상기 송신 편파 제어 유닛은 상기 무선 통신의 품질에 기초하여 상기 송신 편파각을 회전시키는 기지국.