KR20020032346A - 차량용 무선 중계 시스템 - Google Patents

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KR20020032346A
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티코 일렉트로닉스 코포레이션
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Abstract

무선 통신 시스템은 다수의 기지국, 다수의 이동 차량 중계 유닛 및 다수의 휴대 유닛을 포함한다. 통상적인 경우에, 각각의 이동 차량 중계 유닛은 적어도 하나의 휴대 유닛과 관련되며, 이 이동 차량 중계 유닛과 휴대 유닛은 한명의 사용자에 연관되어 있다. 목적은 사용자가 임의의 지리적 위치에서도 무선 네트워크를 액세스할 수 있도록 하는 것이다. 지리적 위치가 기지국으로부터 섀도(shadowed)된 위치에 있어 휴대 유닛과 기지국 사이의 직접적인 통신이 불가능한 경우에, 확장된 통신(coverage) 동작 모드에 따라 이동 차량 중계 유닛을 사용하여, 휴대 유닛과 기지국 사이의 통신을 중계하는 것이 유리하다. 본 발명에 따라 구성된 이동 차량 중계 유닛은 다수의 휴대 유닛중 첫번째 유닛에 의해 송신된 액세스 요구를 수신한 것에 응답하여 확장된 통신 동작 모드로 들어간다. 그러한 요구에 응답하여, 이동 차량 중계 유닛은 높은 주파수 채널 부분 및 낮은 주파수 채널 부분의 식별을 나타내는 신호를 휴대 유닛에 송신한다.

Description

차량용 무선 중계 시스템{Wireless vehicular repeater system}
본 발명은 무선(wireless) 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 무선 통신 시스템 및 그와 연합하여 사용되는 휴대 유닛들의 성능을 향상시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 통신 시스템은 일반적으로 하나 이상의 기지국, 다수의 이동 유닛 및 다수의 휴대 유닛을 포함하고 있다. "이동 유닛"이라는 용어는 자동차내에 위치하고 자동차내의 배터리로부터 전력을 공급받는 통신 장치를 칭하는 것이며, "휴대 유닛"이라는 용어는 사람이 휴대할 수 있고 (통신 장치에 통상적으로 사용되는) 소형의 휴대용 배터리로부터 전력을 공급받는 통신 장치를 칭하는 것이다. 종래의 이동 유닛은 약 20 와트(Watts)의 전력 레벨에서 RF 통신 신호를 전송하고, 반면에, 종래의 휴대 유닛은 약 3 와트의 전력 레벨에서 RF 통신 신호를 전송한다.
무선 통신 시스템은 하나의 지리적 위치에 고정되어 있는 각각의 기지국을 통해 동작하며, 기지국은 지면에서 높은 위치에 설치된 안테나로부터 고전력 RF 에너지를 송신하도록 구성되어 있다. 유사한 방식으로, 각각의 기지국은 지면에서 높은 위치에 설치된 안테나를 통해 RF 에너지를 수신한다. 기지국은, 기지국으로부터 또는 기지국으로 전송된 RF 신호를 정상적으로 수신하는 데에 필요한 최소 전력 레벨에 의해 규정되는 소정의 반경내에 지리적으로 위치하고 있는 하나 이상의 휴대 유닛들과 통신한다. 기지국과 중앙국 간의 통신은 지상 케이블 네트워크를 통해 이루어지거나, 그렇지 않으면, 기지국과 이동 유닛들 간의 통신에 사용되는 주파수 범위와 다른 주파수 범위를 사용하여 마이크로파 지점간 링크(microwave point to point link)에 의해 이루어진다. 다수의 기지국들이 하나의 무선 시스템으로 공동 사용되도록, 중앙국은 다양한 스위칭 및 경로지정(routing) 기능을 수행한다.
휴대 유닛들은 통상적으로 무선 시스템 사용자에 의해 휴대되어 더 큰 무선 시스템에 연결되도록 기지국들 중의 하나와 통신한다. 이상적으로는, 휴대 유닛들 중 하나를 가진 사용자는 규정된 지리적 지역내의 어느 장소에서든 통신할 수 있다. 무선 통신 시스템의 품질을 나타내는 지표는 주어진 지리적 영역내에서 통신 구역의 퍼센트이고, 자연 및 인공 지형이 휴대 유닛과 기지국 사이의 통신 품질을 저하시키거나 통신을 완전히 차단하는 통신 "섀도(shadow)"를 생성하는 실질적 요인이 된다. 그러나, 이동 유닛이 기지국의 고전력 RF 전송 능력에 의해 기지국에 의해 통신이 지원되는 통신(coverage) 구역내에 있을 수도 있다. 섀도의 크기와 개수는 주어진 지리적 지역내에서 휴대 유닛에 대한 통신 구역의 퍼센트를 감소시키는 요인이다.
섀도 문제를 해결하기 위한 한가지 방법은 각각의 섀도 영역내에 송신 및 수신 동작을 행하는 하나 이상의 부가적인 기지국들을 설치하는 것이다. 그러나, 이는 기간 시설을 증가시키는 것이기 때문에, 시스템의 전체 비용을 현저하게 증가시키게 된다. 또한, 섀도 영역은 사람들의 접근이 많지 않은 영역이기 때문에 이러한 부가적인 기지국의 설치비용과 유지비용이 회수될 수 없을 것이다. 실제로 작은 자본 투자금만으로 섀도 문제를 해결하기 위한 다른 방법은 이동 차량 중계 유닛으로 불리는 전체 무선 시스템에 하나의 부품을 장착시키는 것이다. 이동 차량 중계 유닛은 예를 들면 하나 이상의 휴대 유닛 사용자들이 운전하는 자동차내에 영구적으로 설치되어 이동식 기지국의 역할을 한다. 그러므로, 이동 차량 중계 유닛은 기지국으로부터 통신 신호를 수신하고 또한 하나 이상의 휴대 유닛에 이 통신 신호를 전송함으로써 실제적인 효과에 있어서 "로밍 기지국(roaming base station)"이 된다.
이동 중계 유닛과 휴대 유닛을 갖는 무선 통신 시스템에 사용하는 각각의 무선 채널은 일반적으로 고정 주파수 오프셋에 의해 분할되는 2가지 주파수로 이루어진다. 이러한 예에서, 미국 연방통신위원회(Federal Communications Commission; FCC)는 포워드(forward) 채널 부분, 즉 기지국으로부터 휴대 통신/이동 유닛으로의 신호 송신을 상기 2가지 주파수 중 높은 주파수에서 동작하는 경우로 규정하였다. FCC는 또한 리벌스(reverse) 채널 부분, 즉 휴대 유닛/이동 유닛으로부터 기지국으로의 신호 수신을 상기 2가지 주파수 중 낮은 주파수에서 동작하는 경우로 규정하였다. 그러나, 주어진 이동 차량 중계 유닛 및 관련된 휴대 유닛에 할당된 채널들이 영역에 따라 변화될 수 있다는 데에서 문제가 발생한다. 예를 들면, 이동 차량 중계기가 위성위치확인시스템(global positioning system:GPS)을 포함하고/포함하거나 어떤 채널을 사용할 지를 알기 위해 집중식 또는 지역식 설비와 통신할 때, 가입자 휴대 유닛은 GPS을 갖추고 있지 않을 수 있으며 또한 어떤 채널을 사용할 지를 알려주는 ROC와 통신하지 못할 수도 있다. 따라서, 휴대 유닛에 신뢰성있는 주파수 채널 정보를 제공할 필요성이 있다.
상기 설명한 필요성에 대응하여, 관련 기술분야에서는, 기지국, 이동 차량 중계 유닛 및 하나 이상의 휴대 유닛을 포함하는 개선된 통신 시스템이 개발되었으며, 여기서 이동 차량 중계 유닛은 하나 이상의 휴대 유닛들 중 첫번째 유닛에 의해 전송된 기상(wake up) 요구에 응답하여 주파수 채널 할당 정보를 휴대 유닛에 중계하도록 동작한다.
휴대 유닛은 할당된 주파수에서 하나 이상의 기지국과 차량 중계기 간에 통신하고, 기지국은 첫번째 또는 포워드 주파수 채널 부분에서 이동 차량 중계기에 통신 신호를 송신하며, 이동 차량 중계 유닛은 두번째 또는 리벌스 주파수 채널 부분에서 기지국에 통신 신호를 송신한다. 이러한 동작에서, 할당된 주파수 채널 부분은 이동 차량 중계 유닛과 휴대 유닛 중 하나로부터 다른 유닛으로 신호를 송신하기 위해 사용된다.
휴대 유닛이 그 휴대 유닛에 현재 할당되어 있는 송신 및 수신 주파수가 기지국과 통신할 수 없는 영역에 들어가면, 그 휴대 유닛은 가까운 이동 차량 중계 유닛에 채널 액세스 요구를 송신하도록 동작하는데, 응답하는 중계 유닛은 예를 들면 집중식 설비로부터 새로운 동작 주파수를 얻고 그 새로 할당된 주파수 채널의 신호를 휴대 유닛에 송신하도록 동작한다. 휴대 유닛은 새로 할당된 주파수 채널을 통해 업데이트된 정보의 수신을 확인하고, 이동 차량 중계 유닛과 휴대 유닛은 새로 할당된 주파수 채널을 사용하여 송신을 시작한다.
도 1을 참조하면, 이동 차량 중계 유닛(2)이 기지국(1)으로부터 포워드 채널 부분(4a)을 통해 신호를 수신하는 종래 기술에 따른 차량 중계기로 사용되는 이동 차량 중계 유닛(2)의 예시적인 도면이 도시되어 있다. 이동 차량 중계 유닛(2)은 또한 중계 포워드 채널 부분(4b)을 통해 휴대 유닛(3)에 중계 신호를 송신한다. 휴대 유닛(3)으로부터 이동 차량 중계 유닛으로의 복귀 통신은 복귀 채널 부분(4c)을 통해 이루어진다. 복귀 채널 부분(4c)은 이동 차량 중계 유닛(2)으로부터 휴대 유닛(3)으로 포워드 채널 부분(4b) 전송시와는 다른 시간에서 포워드 채널 부분(4b)과 동일한 주파수로 송신된다. 이동 유닛(2)과 휴대 유닛(3)은 단일 방식으로 통신한다. 이동 차량 중계 유닛(2)은 상기 송신된 신호를 수신한 후 기지국(1)이 수신하도록 중계된 리벌스 채널(5a)을 통해 중계된 신호를 송신한다. 종래 기술에 따르면, 채널 부분(4a,4b,4c)은 하나의 주파수 대역에서 동작하고 리벌스 채널 부분(5a)은 다른 주파수 대역에서 동작한다. 채널 부분(4a)은 스펙트럼 주파수 범위에 따라, 즉 본 발명의 시스템에서 45MHz의 고정 크기 만큼 리벌스 채널 부분(5a)과 간격을 두고 있다.
도 1에 도시된 종래 기술의 단점은 초기 포워드 채널 부분(4a) 신호를 수신하는 VRU 통신 안테나(6)가 중계된 포워드 채널(4b) 신호를 송신하는 휴대 통신 안테나(7)와 함께 배치되어 있다는 것이다. 이동 차량 중계 유닛의 기지국 통신 안테나(6)의 위치에서, 중계 포워드 채널 신호(4b)의 수신 전력(도면 부호 10으로 표시됨)은 기지국(1)으로부터 수신된 초기 포워드 채널(4a) 신호의 수신 전력보다 현저하게 크다. 이동 차량 중계 유닛(2) 상의 기지국 통신 수신기(6)는 기지국(1)으로부터 저전력 및 고전력 신호를 모두 수신할 수 있도록 넓은 동적 범위를 갖는 고이득(high gain) 장치인 것이 바람직하다. 이동 유닛(2)을 차량 중계기로 사용하기에 유리하고 적당한 때라는 것은, 휴대 유닛(3)이 기지국(1)으로부터의 신호를 적당하게 해독하기에는 감도가 불충분한 경우이다. 그러므로, 초기 포워드 채널(4a) 신호의 수신 전력은 매우 낮다. 그러나, 송신 안테나(7)는 휴대 유닛(3)이 수신하기에 적당하도록 비교적 고전력의 신호(거의 3 와트)를 송신한다. 기지국 통신 수신기(6)는 이와 같은 비교적 고전력의 중계 포워드 채널 부분(4b)으로 인한 간섭(interference)(10) 때문에 저전력의 포워드 채널 부분(4a)을 적당하게 해독하기가 어렵다.
도 2를 참조하면, 기지국 통신 수신기(6)는 2개의 대역내 신호(예를 들면 4a 및 4b)를 현저하게 다른 전력 레벨(예를 들면, -90dBm 및 +5dBm)로 해독할 수 없다. 또한 기지국 통신 수신기(6)는 2개의 대역내 신호를 유사한 크기(예를 들면 -90dBm)의 전력 레벨로는 적당하게 해독할 수 있다는 것을 주지해야 한다. 도 2는 더 높은 전력의 대역내 신호가 존재할 때 작은 대역내 신호를 해독하는 것이 어렵다는 것을 나타내고 있다. 관련 기술 분야의 당업자들은 중계 포워드 채널 부분(4b)이 초기 포워드 채널 부분(4a) 신호의 적당한 수신을 방해하는 기지국 통신 수신기(6)에 대한 고전력 대역내 간섭으로 나타난다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 통신 방법은, 휴대 유닛이 각각의 할당된 주파수 채널 부분에서 이동 차량 중계 유닛 또는 기지국으로부터/으로 신호를 송신하고 수신하는 주파수 사용 방식에 따라서 동작하는 단계들을 포함한다. 이러한 프로세스는 또한 지리적 위치가 바뀌는 동안 또는 그 후에 휴대 유닛과 기지국 간의 통신을 설정하는 단계를 포함한다. 휴대 유닛과 기지국 간의 통신 설정을 위한 시도가 실패하면, 휴대 유닛은 각각의 이동 차량 중계 유닛이 주기적으로 그의 이용가능성을 알려주는 표지(beacon) 주파수와 동기화한다. 표지 주파수의 리벌스 채널 부분에서,휴대 유닛은 RF 송신 신호를 교환하고 그럼으로써 휴대 장치를 기지국과 연결할 수 있는 적당한 주파수 쌍을 식별하라는 요구를 차량 중계기에 송신한다. 본 발명의 프로세스의 다른 양상에 따르면, 이동 차량 중계 유닛은 주파수 쌍 식별 정보를 획득하고 이를 첫번째로 요청한 휴대 유닛에 제공함으로써 응답하고, 그 후에 이동 차량 중계 유닛과 휴대 유닛이 사용할 수 있는 표지 주파수와 주파수가 동기화되는 후속 휴대 유닛이 사용하도록 주파수 채널 식별 비트 블럭을 주기적으로 송신하는데, 그럼으로써 이동 차량 중계기를 통해 또는 확장된 통신 모드에 따라 간접적으로 기지국과의 통신이 재개 또는 시작된다.
도 1은 종래에 사용된 주파수 방식에 따라 이동 차량 중계 유닛과 휴대 유닛이 서로 통신하거나 기지국과 통신하는 종래 기술의 시스템.
도 2는 VRU/VTR 통신이 하나의 주파수로 단순하게 동작되는 경우에, 도 1의 종래 시스템에서 이동 차량 중계 유닛의 주파수 채널 이득의 스펙트럼 측정을 나타낸 그래프.
도 3은 이동 차량 중계 유닛과 휴대 유닛이 새로운 주파수 방식에 따라 사용되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 시스템도.
도 4는 도 3의 예시적인 시스템에서 이동 차량 중계 유닛의 주파수 채널 이득의 스펙트럼 측정을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 이동 차량 중계 유닛을 나타내는 개략적인 기능 블럭도.
도 6은 2개의 다른 동작 모드-이동 무선 모드와 확장된 통신 모드-중 하나에서의 이동 차량 중계 유닛의 운용도를 나타내는 기능 블럭도.
도 7은 본 발명에 따라 구성된 통신 시스템의 기지국, 이동 차량 중계 유닛 및 휴대 유닛들 간의 음성 및 데이터 송신의 교환을 수용하기 위하여 예시적으로 각 30ms 주기의 2개의 교번(alternating) 타임 슬롯으로 분할된 포워드 및 리벌스채널을 나타낸 도면.
도 8은 포워드 및 리벌스 채널에서의 데이터 블럭 송신을 예시하기 위한 그래프.
도 9는 본 발명에 따라서 첫번째 휴대 유닛이 확장된 통신 모드에서 동작되도록 구성된 차량 중계 유닛에 요구를 송신하고 이어서 주어진 영역에서 어떤 주파수 채널 세트를 사용할지에 대한 명령을 현재 "깨어있는(awakened)" 차량 중계 유닛으로부터 수신하는 동안 이동 차량 중계 유닛이 기상(wakeup) 시퀀스를 실행하도록 하는 패킷 기본 프로토콜을 도시한 도면.
도 10은 차량 중계 유닛이 확장된 통신 모드로 들어간 후에 후속 휴대 유닛에 동작중인 주파수 정보를 제공하기 위한 패킷 기본 프로토콜을 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 기지국2,8: 이동 차량 중계 유닛
3,9: 휴대 유닛4a: 포워드 채널 부분
4b: 중계된 포워드 채널 부분4c: 복귀 채널 부분
6: VRU 통신 안테나
본 발명의 일 양상에 따르면, 이동 차량 중계 유닛(2)이 차량 중계기로 사용될 때 종래 기술과 다른 주파수 방식을 사용하는 무선 통신 시스템을 제공한다. 특히, 이동 차량 중계 유닛(2)이 차량 중계기로 사용될 때, 이동 차량 중계 유닛(2)이 낮은 주파수 대역(5)을 사용하여 휴대 유닛(3)에 신호를 송신하고 높은 주파수 대역(4)을 사용하여 휴대 유닛(4)으로부터 신호를 수신하는 방법을 제안한다. 일 예로, 기지국(1)은 예컨대 855MHz의 중앙 주파수를 갖는 높은 주파수 대역(4)의 초기 포워드 채널 부분(4a)을 통해 신호를 송신한다. 기지국(1)은 예컨대 810MHz의 중앙 주파수를 갖는 낮은 주파수 대역(5)의 리벌스 채널 부분(5a)을 통해 신호를 수신한다. 도 3 및 4는 차량 중계기로 사용되는 이동 차량 중계 유닛(2) 및 주파수 규정(convention)의 변경을 나타내는 예시적인 도면을 도시하고 있다. 이동 차량 중계 유닛(2)은 기지국(1)과 휴대 유닛(3) 사이에 위치되어 기지국과 휴대 유닛 간의 인입 신호를 중계한다.
유리하게는, 본 발명에 따르면, 수신 및 송신 수신기(6,7)는 둘다 비교적 유사한 저전력 레벨을 갖는 대역내 신호를 수신한다. 그러므로, 기지국 통신 안테나(6 또는 7)는 양 신호를 적당하게 해독할 수 있다. 2개의 대역내 신호(4a 및 4b)는 일반적인 필터링 방식을 통해 해독될 수 있다. 중계 포워드 채널 신호(5b)의 높은 송신 전력이 초기 포워드 채널 부분 신호(4a)의 낮은 수신 전력과 주파수가 다르기 때문에 주파수 규정의 이러한 변경에 의해 전술된 문제점이 해결된다. 관련 기술 분야의 당업자들은 주파수 방식 규정의 변경이 이동 유닛(2) 및 휴대 유닛(3) 간의 양방향 통신을 가능하게 한다는 것을 알 수 있을 것이다. 도 4를 참조하면, 이동 유닛(2)에서의 수신 전력을 주파수 함수로 나타낸 그래프가 도시되는데, 상대적인 전력 레벨이 다른 2개의 신호를 비교적 쉽게 해독한다는 것이 나타나 있다. 부가적으로, 이동 차량 중계 유닛(2)이 휴대 유닛(3)과 기지국(1) 사이에 위치되어 있지 않을 때, 주파수 방식은 규정에 따라 동작한다.
다시 도 5로 돌아가서, 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 구성된 이동 차량 중계 유닛(2)은 필수적으로, 도면 부호 24로 표시된 디지탈 직렬 인터페이스를 경유하여 연결된 2개의 이동 무선 유닛(20,22)을 포함한다. 이동 무선 유닛(20)은 이동 무선 주파수 방식에 따라 구성되고 도 3의 기지국(1)과 같은 기지국으로 네트워크 RF 채널을 통해 통신 경로가 설정되도록 동작하는 차량 중계 이동 유닛(vehicular repeater mobils:VRM)을 칭하는 것이다. VRM(20)은 이동 무선 유닛과 기능적으로 동일하며 제 1 또는 이동 무선 동작 모드의 모든 기능을 수행한다.이동 무선 유닛(22)은 차량 중계 기지국(VRB)를 칭하는 것이며, 기지국 주파수 방식에 따라 구성되며 도 3의 휴대 유닛(3 및/또는 9)과 같은 하나 이상의 휴대 유닛과 지역 RF 채널을 통해 통신한다. VRM(20) 및 VRB(22)는 통신 포트를 통해 통신한다.
전술한 제 1 또는 이동 무선 모드에 부가적으로, 차량 무선 중계 유닛(2)은 제 2 또는 확장된 통신 모드에서 동작가능하다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 도 6에 상세히 도시된 바와 같이, 이동 무선 동작 모드는 조작자가 확장된 통신 모드를 수동으로 선택할 수 있는 선택권인 디폴트(default)이다. 확장된 통신 모드로의 전환 기능이 수동으로 인에이블(enable)되더라도, 이동 차량 유닛은 휴대 유닛에 의해 깨어날(awakened) 때까지 이동 무선 모드로 남아 있다. 확장된 통신 모드로의 전환은 휴대 유닛이 차량 무선 유닛을 깨울 때 자동으로 수행된다.
확장된 통신 모드에서 그 명칭이 내포하고 있듯이 유닛(2)과 같은 이동 차량 중계 유닛은 유닛(3,9)과 같은 휴대 유닛으로 관련 통신 네트워크에 대한 액세스를 제공한다. 도시된 예, 즉 도 3을 참조하면, 빌딩에서 나온 경찰관은 중앙 디스패쳐(미도시)와 통신하기 위해 휴대 유닛(3)을 사용할 것이다. 경찰차에서 나오기 전에, 휴대 유닛(3)은 기지국과 장애없는 통신 경로가 설정되어 있어서 네트워크 RF 채널을 통해 디스패쳐와 통신할 수 있어야 한다. 그러나 빌딩을 나올때, 장애물들이 휴대 유닛(3)과 기지국과의 통신 접속을 끊을 수 있다. 본 발명의 새로운 양상을 대략적으로 짧게 설명하면, 도 3의 유닛(2)과 같은 이동 차량 중계 유닛은 확장된 통신 모드에 있을 때 "기상"하여 이러한 상황에서 통신을 요구하는 휴대 유닛과 적당한 주파수 채널 세트를 통해 통신 접속을 설정하도록 구성된다.
전술한 설명으로부터, 이제 확장된 통신 모드에서 휴대 유닛 및 이동 차량 중계 유닛(2,3)에 적당한 동작을 지시하는 2가지 다른 가능한 시나리오가 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 도면 부호를 명명하기 위하여, 주 휴대 유닛(3)과 주 이동 차량 중계 유닛(2)으로 언급한다. 실제로, 주 휴대 유닛(3)과 주 이동 차량 중계 유닛(2)은 동일 사용자가 소유하고 있으며 주 이동 차량 중계 유닛(2)은 사용자의 차량에 설치되고 주 휴대 유닛(3)은 동일한 사용자가 지니고 있다. 별도의 이동 차량 중계 유닛(8)과 휴대 유닛(9)은 주 이동 및 휴대 유닛(2,3)과 동일한 무선 통신 시스템의 일부인 다른 이동 차량 중계 유닛과 휴대 유닛을 나타내기 위하여 사용된 것이다.
첫번째 시나리오에서, 기지국(1)은 대략 주 휴대 유닛(3)이 위치되어 있는 영역을 나타낸다. 따라서, 주 휴대 유닛(3)은 기지국(1)과 통신을 설정하고 유지하고 있으며, 이 지역에서는 차량 중계 기능을 수행하는 주 이동 차량 중계 유닛(2)이 필요없다. 두번째 시나리오에서, 주 휴대 유닛(3)은 기지국(1)으로부터 섀도(shadowed) 영역에 위치되어 있지만, 별도의 이동 차량 중계 유닛(8)에 의해 이미 통신 가능 영역내에 있는 것이다. 이와 같이, 주 휴대 유닛(3)은 별도의 이동 차량 중계 유닛(8)에 의해 중계됨으로써 기지국(1)과 통신을 설정하고 유지한다. 세번째 시나리오에서, 주 휴대 유닛(3)은 기지국(1)에 의해 섀도된 영역내에 있고 별도의 이동 차량 중계 유닛(8)에 의해 중계되지 않는다. 따라서, 주 휴대 유닛(3)은 주 이동 차량 중계 유닛(2)에 차량 중계기로의 기능을 개시할 것, 즉 이동 무선 동작 모드에서 확장된 통신 동작 모드로 전환할 것을 지시하고, 그 후에 차량 중계기의 역할을 하는 주 이동 차량 중계 유닛(2)을 통해 기지국(1)과 통신을 설정하고 유지한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 예약 슬롯 시분할 다중 접속(Reservation Slotted Time Division Multiple Access: TDMA) 프로토콜이 음성 및 데이터의 송신을 위하여, 주어진 통신 네트워크를 포함하는 기지국(들), 이동 차량 중계 유닛(들) 및 휴대 유닛들 간에 사용된다. 슬롯 컨텐션(slotted contention)을 포함하는 매우 짧은(10ms) 채널 요구 메시지가 리벌스 채널에 대한 액세스를 요구하기 위하여 사용된다. 후속 예약 허가 정보는 제어 블럭내의 포워드 채널을 통해 제공된다. 통신을 요구하는 휴대 유닛은 리벌스 채널을 통해 타임 슬롯들중 하나에 대한 액세스를 예약하였으므로 다른 이동 유닛들과 충돌하지 않는 것이 보장될 수 있다. 매우 짧은 채널 액세스 요구 메시지는 리벌스 채널 대역폭의 작은 부분(통상적으로 1 퍼센트 이하)을 차지하는 반면, 더 긴 메시지들 사이의 충돌을 방지하는 프로토롤의 할당분은 예를 들면 DSMA(Digital Sense Multi Access) 프로토콜이 무력화될 수 있는 대용량의 로딩 조건하에서도 통상적인 채널 처리량의 85%를 차지한다. 이러한 매커니즘을 통해, 종래 기술의 표준 4800 bps DSMA 프로토콜에서보다 채널 용량을 4배 이상 증가시킬 수 있었다.
음성 메시지는 필수적인 회로 전환 현상이기 때문에, 요구하는 보증된 채널 대역폭, 즉 본 발명의 새로운 양상에 따라 사용되는 채널 컨텐션 시퀀스는 동일한 무선 채널 상에서 메시지 교환을 하는 패킷 스위치와 회로 스위치를 효과적으로 통합시킨다. 이것은 파일 전송과 같은 긴 데이터 메시지를 송신하는 데에 특히 중요하며, 파일 전송은 패킷 스위칭 보다 회로 스위칭에 더 적합하며 무선 채널 충돌의 부재 및 예약 프로토콜로부터 큰 도움을 받는다. 부가적으로, 메시지 재송신이 본질적으로 제거되고, 무선 채널 용량이 개선되며 메시지를 송신하는 데에 필요한 시간을 대폭 감소시킨다.
이제 도 7을 참조하면, 포워드 및 리벌스 채널은 각각 30ms주기를 갖는 2개의 다른 타임 슬롯으로 분할된다는 것을 알 수 있다. 리벌스 채널 타임 슬롯이 예약되지 않으면, 각 10ms의 3개의 채널 액세스 요구 서브 슬롯으로 분할되는 것으로 간주되며, 이동 차량 중계 유닛 요구 액세스에 의해 사용되도록 허용된다. 이동 차량 중계 유닛은 하나의 타임슬롯 내의 3개의 사용가능한 서브슬롯들 중 하나에 채널 액세스 요구를 발생시키도록 허용되며 짧은 이동 액세스 ID로 통신을 요구하는 이동 유닛을 식별한다. 기지국은 타임 슬롯 동안 3개의 유효 채널 액세스를 수신할 수 있고, 후속 포워드 채널 타임 슬롯의 제어 블록에서 3개의 비트 필드를 사용함으로써 각각의 수신을 알린다. 채널 액세스 요구는 기지국에 의해 대기되고, 타임 슬롯 예약은 예약된 리벌스 채널 타임 슬롯의 바로 이전에 선행하는 포워드 채널 타임 슬롯의 제어 블록에서 성공적인 이동 유닛의 이동 액세스 ID를 지정함으로써 허가된다. 특정 이동 차량 중계 유닛은, 2개의 다른 타임 슬롯 T1 및 T2 중의 하나, 즉, 리벌스 채널 상에서 제 2 타임 슬롯마다 나타나는 9600 bps의 채널 대역폭에 의해서만 허가된다. 2개의 이동 차량 중계 유닛은 음성 및 데이터에 대해 동시에 그 채널을 사용할 수 있다.
도 8은 리벌스 채널을 통해 일련의 데이터 블럭을 송신하는 이동 차량 중계 유닛을 도시하고 있다. 각각의 데이터 블럭은 적당한 포워드 에러 수정 및 검출 알고리즘을 사용하여 암호화되고 45개의 6비트 기호 정보를 포함하며 그 프레이밍(framing)은 주기당 30ms이다. 이동 차량 중계 유닛이 기지국에 의해 예약된 타임 슬롯을 허가받았을 때, 그 특정된 타임 슬롯 내에 메시지의 제 1 데이터 블럭을 송신한다. 그런 다음 이동 차량 중계 유닛은 수신 모드로 전환하여 다음 타임 슬롯으로부터 포워드 채널 제어 블럭을 수신한다. 제어 블럭 내에 해독 상태 표시기가 있으면, 리벌스 채널 데이터 블럭이 수신되고 기지국에 의해 잔여 에러 없이 완전히 수정되었는지가 지정된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 데이터 블럭(1)에서 해독 상태는 네가티브이므로 이동 차량 중계 유닛이 다음 타임 슬롯 동안 데이터 블럭을 재송신할 필요가 있다. 후속 해독 상태는 포지티브이며, 이동 차량 중계 유닛은 후속 타임 슬롯동안 다음 데이터 블럭, 데이터 블럭(2)을 송신한다.
재송신은 데이터 블럭 기준에 의해 데이터 블럭 상에서 처리되며, 오류 데이터 블럭만이 재송신된다. 예를 들면, 통신 영역의 에지에서 수정불가능한 데이터 블럭을 기지국으로 송신할 확률이 10%라면, 100 데이터 블럭 길이의 데이터 메시지는 이동 차량 중계 유닛이 실제로 110 블럭을 송신하고 정상 통신 영역에서 동일한 메시지보다 대략 10% 더 긴 메시지를 송신할 것을 요구할 것이다. 대조적으로, 이동 유닛이 데이터 메시지를 송신하고 승인(긍정응답)을 위해 2초간 대기하는 종래의 데이터 프로토콜에서, 승인이 없으면(메시지에 에러가 있음을 지시함) 전체 메시지를 재송신한다. 무선 채널의 품질에 따라, 메시지는 5초간 재송신될 수 있고,기지국에 의해 수정가능한 메시지 송신 없이 채널 대역폭의 많은 부분을 소비한다.
이제 본 발명에 따라 구성된 통신 네트워크에서 유용하게 사용되는 예시적인 전송 프로토콜을 하기에 설명하는데, 도 9를 참조로, 차량 중계 유닛을 전술한 이동 무선 모드에서 확장된 통신 모드로 전환시키는 예시적인 계획을 설명한다. 전술된 바와 같이, 본 발명의 확장된 통신 모드에 따르면, 이미 실제로 통신 중인 휴대 유닛이 없는 이동 차량 중계 유닛은 통신을 요구하는 휴대 유닛에 통신 가능 영역을 제공하기 전에 "깨어(awakened)"있어야 한다. 이동 차량 중계 유닛은 고정된 표지 주파수에서 동작가능함을 주기적으로 알리도록 구성된다. 예시적인 일 예에 의하면, 이러한 표지 주파수는 광역(주, 국가 등) 기준으로 제공되며 이동 차량 중계 유닛과 휴대 유닛 모두의 메모리내에 저장될 수 있다. 그러므로, 도 9에 도시된 바와 같이, 이동 차량 중계 유닛은 고정된 길이의 동기화 블럭(30,32,34)이 블럭(31,33,35)으로 일반적으로 지정된 랜덤 기간의 비송신 구간에 의해 분할되는 동기화 패턴을 이 표지 주파수(즉, PFC)의 포워드 채널을 통해 송신한다.
이어서 도 9를 참조하면, 휴대 유닛이 활성화되었지만 그의 주파수 방식에 따라 기지국으로의 링크가 설정될 수 없을 때, 도면 부호 36으로 표시된 랜덤 기간의 비송신 구간후에, "기상" 채널 액세스 요구(38)가 표지 주파수의 휴대 리벌스 채널(PRC)을 통해 송신된다. 동기화 블럭 이상의 랜덤 구간에 의한 활성화된 휴대 유닛의 기상 채널 액세스 요구 송신을 지연시키는 것은 동일한 요구를 송신하는 다수의 휴대 유닛들 사이의 충돌을 최소화하기 때문에 유용하며 바람직한 것으로 판단된다. 수신된 제 1 채널 액세스 요구에 의해 지금 깨어난 이동 차량 중계 유닛은 휴대 포워드 채널(PFC)을 통해 휴대 유닛에 "요구 보류(request pending)" 승인(39)을 휴대 유닛에 송신함으로써 응답하고, 필요하면, 리벌스 네트워크 채널(RC)을 통해 기지국에 "주파수 요구"(40)를 송신함으로써 응답한다. 대체적으로, 이동 차량 중계 유닛은 기지국에 요구를 송신하지 않고 적당한 주파수 채널 쌍의 사용을 확인하기에 적합한 위성위치확인시스템(global positioning system:GPS)으로 구성될 수 있다.
어느 경우에서나, 이동 차량 중계 유닛이 포워드 네트워크 채널(FC)로 송신되는 블럭(41)을 통해 기지국으로부터의 주파수 채널 정보를 (GPS를 통해) 확인하거나 수신하면, 이동 차량 중계 유닛은 할당된 주파수 채널 식별을 나타내는 블럭(42)을 통신을 요구하는 휴대 유닛에 송신한다. 이동 차량 중계 유닛이 이제 깨어났으면, 본 발명에 따라 구성된 차량 중계 유닛은 후속 휴대 유닛에도 동일한 기상 시퀀스를 반복할 필요는 없다. 오히려, 차량 중계 유닛은 표지 주파수로 충분히 오래 지속되는 후속 휴대 유닛이 할당된 주파수 식별을 수신하도록 휴대 포워드 채널 PFC를 통해 소정 구간에서 블럭(42)을 송신하도록 구성되는 것이 바람직하다.
예시적인 계획이 도 10에 제공된다. 차량 중계 유닛은 확장된 통신 모드에서 미리 규정된 방법으로 할당된 동작 주파수로 제 1 휴대 유닛에 통신 신호를 이미 송신하고 있다. 이 휴대 포워드 채널은 일반적으로 A0-AN..으로 지정된 일련의 타임 슬롯에 의해 구성된다. 선택된 시간 구간 t1-20초 마다-에서, 타임 슬롯은 할당된 동작 주파수로 차량 중계 유닛에 의해 어떤 신호도 송신되지 않도록 예약된다. 대신에, 동작 주파수에서의 송신은 전환 주기 스패닝 타임 슬롯(CF) 동안 보류되고, 이 때 도 9와 관련하여 설명했던 동기화 패턴이 슬롯 SF동안 표지 주파수로 송신된다. 상기 주지된 바와 같이, 통신 영역을 갖지 못한 휴대 유닛은 본 발명에 따르면, 적어도 t1과 동일한 어떤 시간 주기동안 표지 주파수로 지속되도록 구성된다. 따라서, 통신을 요구하는 후속 휴대 유닛은 짧은 지연 후에 "기상" 프로토콜을 복사하는 시도없이 할당된 동작 주파수를 가진 신호를 수신할 것이다. 이러한 후속 휴대 유닛은 그 후에 그 할당된 주파수로 전환한다. 제 2 전환 주기 CF후에 차량 중계 유닛의 동작은 할당된 휴대 포워드 채널 동작 주파수에서 송신으로 복귀한다.
본 발명은 예시적인 실시예를 참조로 설명되었지만, 관련 기술 분야의 당업자들에 의해 자명한 다른 실시예들도 가능하다. 그러므로, 첨부된 청구항의 이론과 범위가 상기 설명에 포함된 실시예들로 제한되는 것은 아니다.
상기 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 이동 차량 중계 유닛이 하나 이상의 휴대 유닛들 중 첫번째 유닛에 의해 전송된 기상(wake up) 요구에 응답하여 신뢰성있는 주파수 채널 할당 정보를 휴대 유닛에 전달하도록 동작함으로써, 무선 통신 시스템 및 그와 연합하여 사용되는 휴대 유닛들의 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 기지국, 이동 차량 중계 유닛 및 휴대 유닛을 포함하며,
    상기 기지국은 높은 주파수 채널 부분을 통해 상기 이동 차량 중계 유닛에 송신하며, 상기 이동 차량 중계 유닛은 낮은 주파수 채널 부분을 통해 상기 기지국에 송신하고, 상기 이동 차량 중계 유닛은 낮은 주파수 채널 부분을 통해 상기 휴대 유닛에 송신하고, 상기 휴대 유닛은 높은 주파수 채널 부분을 통해 상기 이동 차량 중계 유닛에 송신하며,
    확장된 통신 동작 모드(extended coverage mode of operation)에서, 상기 이동 차량 중계 유닛은 상기 휴대 유닛에 의해 송신된 액세스 요구에 응답하여, 상기 첫번째 및 두번째 주파수 채널 부분의 식별을 나타내는 신호를 상기 휴대 유닛에 송신하는 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 휴대 유닛은 제 1 휴대 유닛이며, 상기 통신 시스템은 제 2 휴대 유닛을 더 포함하고, 상기 이동 차량 중계 유닛은 상기 확장된 통신 동작 모드 동안 상기 첫번째 및 두번째 주파수 채널 부분의 식별을 나타내는 주파수 식별 신호 영역을 주기적으로 송신하도록 동작하며, 상기 제 2 휴대 유닛은 상기 이동 차량 중계 유닛으로부터 상기 주파수 식별 신호를 수신할 때 상기 첫번째 주파수 채널을 통해 상기 이동 차량 중계 유닛에 송신하도록 동작되는 통신 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 차량 중계 유닛은 상기 확장된 통신 동작 모드에서 동작하기에 앞서 표지(beacon) 주파수 상에 가용성 통지 신호(availability announcement signal)를 주기적으로 송신하도록 구성되고, 선정된 지리적 영역내의 다수의 휴대 유닛은 액세스 요구를 송신하는 것에 앞서 상기 표지 주파수를 감시하도록 구성되는 통신 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 가용성 통지 신호는 동기화 블럭 시퀀스를 포함하고, 인접하는 동기화 블럭은 랜덤 기간의 비송신 구간에 의해 분할되는 통신 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 액세스 요구는 랜덤 기간의 비송신 구간에 선행되는 통신 시스템.
  6. 적어도 하나의 기지국, 이동 차량 중계 유닛 및 적어도 하나의 휴대 유닛을포함하는 통신 시스템의 통신 방법에 있어서,
    휴대 유닛과 상기 적어도 하나의 기지국들 중 하나 간에 통신을 설정하도록 시도하는 단계와,
    상기 주 휴대 유닛과 상기 적어도 하나의 기지국들 중 하나 간에 통신을 설정하려는 시도가 실패하면, 상기 이동 차량 중계 유닛에 액세스 요구를 송신함으로써 확장된 통신 동작 모드로 상기 이동 차량 중계 유닛의 동작을 개시하고, 상기 이동 차량 중계 유닛은 높은 주파수 채널 부분 및 낮은 주파수 채널 부분의 식별을 나타내는 신호 영역을 송신하도록 상기 액세스 요구에 응답하는 단계와,
    상기 휴대 유닛이 상기 높은 주파수 채널 부분을 통해 송신하고 상기 낮은 주파수 채널 부분을 통해 수신하고, 상기 이동 차량 중계 유닛이 상기 낮은 주파수 채널 부분을 통해 상기 기지국들 중 하나에 송신하고 상기 높은 주파수 채널 부분을 통해 상기 기지국으로부터 수신함으로써, 상기 휴대 유닛과 상기 이동 차량 중계 유닛 간의 통신과 상기 이동 차량 중계 유닛과 상기 기지국들 중 하나 간의 통신을 설정하는 단계
    를 포함하는 통신 시스템의 통신 방법.
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