KR20040013095A

KR20040013095A - 브로드캐스트 및 로컬캐스트 통신을 수행하는 시스템 및장치

Info

Publication number: KR20040013095A
Application number: KR10-2004-7000045A
Authority: KR
Inventors: 로렌스 제이. 카; 윌리암 에이치. 미트첼
Original assignee: 마이크로소프트 코포레이션
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-02-11
Also published as: RU2004102904A; US20040097194A1; US7577457B2; US7577407B2; AU2002354787B2; EP1402743A4; US7349675B2; JP2004535125A; CN101588214A; KR20090018217A; CN101588214B; RU2296435C2; CN1522546A; KR100915470B1; WO2003005742A1; CN101895356A; US20040242163A1; CN100525151C; EP1402743A1; KR100938516B1

Abstract

이동 통신 장치(119)를 포함하는 통신 시스템(100)이 개시된다. 개시된 시스템에서, 이동 장치는, 시계가 브로드캐스트 모드(109)에서 데이터를 수신하고 로컬캐스트 모드(111)에서 데이터를 송신 및/또는 수신하도록 구성되는 것을 제외하고, 최근 공통으로 사용되는 손목 착용 시계(10, 121)일 수 있다. 로컬캐스트 모드는 피어-투-피어 방식(117)으로 데이터를 송신하고 수신하는 능력을 가지며, 이동 장치가 서로 직접 통신하도록 한다. 소형이고 집적되며 저렴하고 저전력인 패킷으로 이들 통신 모드를 결합하는 능력은 현존하는 개인 통신 장치의 솔루션에 많은 이점을 제공한다.

Description

브로드캐스트 및 로컬캐스트 통신을 수행하는 시스템 및 장치{SYSTEM AND APPARATUS FOR PERFORMING BROADCAST AND LOCALCAST COMMUNICATIONS}

사회가 점차 이동성을 가짐에 따라, 이동 컴퓨팅 장치가 큰 인기를 얻어 성장하고 있다. 셀폰(cell phone), 무선 PDA, 무선 랩탑 및 다른 이동 통신 장치가 주류 고객을 잠식해가고 있다. 그러나, 이러한 성장과 고객 만족은, 매우 적절한 고-커버리지 영역(high-coverage area)을 가지며 저렴하고 작고 배터리의 능률이 좋은 무선 통신 시스템의 부족에 의해 제한된다. 셀룰러 데이터 송신 전화 기반 솔루션은 파워에 있어서 능률적이지 않으며, 사용불가능하게 하는 (상대적인) 비용 및 크기의 부담을 부과한다. 마찬가지로, 이들 문제점을 해결하기 위한 다른 시도는 동일하게 적합하지 않음이 증명되었다. 예를 들어, 몇몇의 엔티티(entity)는 주파수 변조(FM) 서브캐리어를 통해 정보를 수신하는 이동 장치를 사용하려고 시도하였다. (보조적 통신 업무 허가(Subsidiary Communications Authorization; SCA라 지칭되는) FM 서브캐리어는 FM 스테이션의 이용가능한 변조 대역폭내의 FM 스테레오 위의 이용가능한 주파수를 이용한다. 서브캐리어는 일반적으로 FCC 또는 다른 국법에 종속되는 무선국에 의해 임대된다.

FM 서브캐리어 시스템의 몇가지 예는, 주식 시세를 핸드헬드 이동 장치에 전달하기 위하여 데이터 브로드캐스트 코오포레이션(DBC)에 의해 소유되고 유지되는QUOTREK 시스템을 포함한다. 그러나, QUOTREK 시스템은 주식 시세를 수신하는 것에 제한되는 단일 목적 시스템이다. 이 시스템은 이동 컴퓨팅 장치로서 사용불가능하게 하는 다른 많은 제한을 갖는다. 마찬가지로, 세이코 코오포레이션(Seiko Corporation)은 짧은 메시지가 손목 착용 장치로 송신되는 FM 서브캐리어 시스템을 구현하였다. 그러나, 사용된 하드웨어 및 통신 스킴은 비교적 구식이며, 따라서 메시지 송신에 있어서 과도한 리던던시를 필요로 한다. 이들 및 다른 단점때문에 세이코 시스템은 바람직하지 못하다. 마찬가지로, 임의의 페이징 시스템은 무선 데이터 시스템(RDS; Radio Data System) 또는 이동 브로드캐스팅 시스템(MBS) 등의 FM 서브캐리어 사용에 기초한다. 그러나, 이들 시스템은 제한된 데이터 레이트로 브로드캐스트 방법으로 전송되는 짧은 메시지를 포함한다. 불행하게도, 당업자는 바람직한 이동 장치 솔루션을 알지 못한다.

도 1은 본 발명이 구현될 수 있는 샘플 통신 환경의 기능적 블록도.

도 2는 시계 등의 손목 착용 이동 장치에서의 본 발명의 일 구현예를 나타내는 기능적 블록도.

도 3은 본 발명을 구현하는 통신 시스템의 스테이션 발생기 컴포넌트 또는 브로드캐스트 송신기의 기능적 블록도.

도 4는 본 발명을 구현하는 통신 시스템의 로컬캐스트 송신기 컴포넌트의 기능적 블록도.

도 5-9는 본 발명을 구현하는 통신 시스템에 의해 전송되는 데이터 구성 및 포맷을 나타내는 그래프.

도 10은 본 발명의 일구현예에 따라 송신되는 시간적으로 분산된 데이터 송신을 나타내는 그래프.

도 11은 일반적인 콘텍스트의 서브젝트 통신 시스템의 개요를 나타내는 도면.

도 12는 송신을 위한 데이터 스트림을 인코딩하는 하나의 방법을 나타내는 플로우챠트.

본 발명은, 큰 영역에 걸쳐 데이터가 브로드캐스팅될 수 있는 와이드 영역 모드와 로컬 영역에 걸쳐 데이터가 송신되는 로컬 영역으로 이루어진 2개의 무선 통신 모드를 포함하는 이동 장치를 제공한다. 일실시예에서, 브로드캐스트 모드는 FM 무선국 대역폭의 비사용 부분 내의 주파수 변조(FM) 서브캐리어 시스템을 통해 데이터를 브로드캐스팅하는 데 사용된다. 또한, 로컬캐스트 모드는 사무실 또는 법인체 구내 등의 비교적 짧은 범위에 걸쳐 정보를 송신하는 데 사용된다. 특별히 구성된 시계 등의 이동 장치는 브로드캐스트 모드 또는 로컬캐스트 모드에서의 송신을 수신한다. 다른 실시예에서, 이동 장치는 자립형 페이징 또는 메시지 가입자장치로서 동작할 수 있거나 셀룰라 폰 등의 이동 전화 장치에 조립될 수 있다. 바람직하게, 이동 장치는 (셀룰러 네트워크 등의) 와이드 영역 송신 시스템 또는 (적외선 통신 링크 등의) 로컬 영역 송신 시스템의 사용에 제한되지 않지만, 그 둘다의 이익을 획득한다. 사용자는 사용자의 퍼스널 컴퓨터 또는 다른 이동 장치로부터 정보를 수신하는 로컬 영역 송신 시스템의 이점을 가질 수 있다. 사용자는 또한 브로드캐스팅 매체를 통해 주식 시세 등이 송신될 수 있는 등의 더 일반적인 관심의 정보를 수신하는 와이드 영역 송신 시스템의 이점을 가질 수 있다. 로컬캐스트모드는 또한 정상 브로드캐스트가 수신될 수 없거나 수신이 빈약한 영역에서 정보 송신을 제공하거나 향상시키는 데 유용하다.

일형태에 있어서, 본 발명은 브로드캐스트 모드 및 로컬캐스트 모드 둘다에서 무선 송신을 수신하도록 구성된 이동 장치를 제공한다. 이동 장치는 FM 서브캐리어 통신 링크를 통해 브로드캐스트 데이터를 수신하도록 구성된다. 브로드캐스트 데이터는 시간적으로 다양하고, 이동 장치가 정확하게 브로드캐스트 데이터를 수신하도록 하는 동기화 정보를 포함한다. 이동 장치는 FM 밴드의 로컬 비사용 부분을 통해 로컬캐스트 송신기에 의해 송신된 로컬캐스트 데이터를 수신하도록 구성된다. 이 방법에서, 이동 장치는 브로드캐스트 및 로컬캐스트 모드에서 통신하기 위하여 동일한 무선 전자장치를 사용함으로써, 사이즈 및 전력 소비를 저감시킨다.

다른 형태에 있어서, 이동 장치는 로컬캐스트 통신 링크를 통해 다른 이동 장치로 정보를 송신하고 다른 이동 장치로부터 정보를 수신함으로써 피어-투-피어(peer-to-peer) 방식으로 통신하도록 구성된다. 이동 장치는 로컬-비사용 FM 밴드의 정보를 송신하고 수신한다. 이 방법에서, 정보는, 추가의 통신 컴포넌트 또는 회로를 필요로 하지 않고, IRDA 적외선을 통해 통신하는 퍼스널 컴퓨터 또는 랩탑 및 이동 장치와 유사한 방식으로 둘 이상의 이동 장치 사이에서 공유될 수 있다.

또다른 형태에 있어서, 본 발명은 FM 밴드의 로컬-비사용 부분에서 로컬 영역을 통해 데이터를 송신하도록 구성된 로컬캐스트 송신기를 제공한다. 로컬캐스트 송신기는 퍼스널 컴퓨터 등에 접속될 수 있고 이동 장치로 데이터를 송신하고 이동 장치로부터 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다.

여전히 다른 형태에 있어서, 본 발명은 이동 장치가 시스템과 듀얼 모드 통신하는 통신 시스템을 제공한다. 제 1 (브로드캐스트) 모드에서, 정보는 소정의 스케쥴에 기초하여 와이드 영역을 통해 브로드캐스팅된다. 이동 장치는 소정의 스케쥴에 기초하여 브로드캐스트 정보를 수신하도록 스케쥴링될 수 있다. 다른 정보가 훨씬 작은 영역에 걸쳐 제 2(로컬캐스트) 모드에서 추가로 송신될 수 있다. 이동 장치는 또한 로컬캐스트 모드를 통해 정보를 송신하고 수신하도록 구성된다.

본 발명은 이동 통신 장치를 포함하는 통신 시스템의 콘텍스트에서 설명된다. 기재된 실시예에서, 이하에서 설명되는 바와 같이, 이동 장치는, 시계가 "브로드캐스트" 모드 또는 "로컬캐스트" 모드 둘다에서 통신하도록 특별히 구성된다는 점을 제외하고, 현재 일반적으로 사용되는 손목 착용 시계이다. 이들 2개의 모드에서 통신하는 능력은 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 명백해지는 바와 같이 기존의 개인 통신 장치를 통해 많은 이점을 제공한다. 마찬가지로, 기재된 실시예의 작은 변경은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 가능하다.

도 1은 본 발명의 교시에 따른 샘플 통신 시스템(100)의 기능적 블록도이다. 개시된 통신 시스템(100)은 시계(101), 브로드캐스트 송신기(103), 및 로컬캐스트송신기(105)의 3개의 주요 동작 컴포넌트를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 브로드캐스트 송신기(103)는 FM 서브캐리어를 통해 시계(101) 및 컴퓨터(115)를 포함하는 다수의 이동 또는 고정 장치로 브로드캐스트 신호(예를 들어, 브로드캐스트 신호(109))를 송신한다. 컴퓨터(115)는 로컬캐스트 송신기(105)에 접속될 수 있고 로컬캐스트 신호(예를 들어, 로컬캐스트 신호(111))를 컴퓨터(115) 근방의 이동 장치로 송신한다. 로컬캐스트 송신기는 또한 예를 들어 이더넷 접속을 통해 인터넷에 직접 접속하도록 구성될 수 있다. 시계(101), 브로드캐스트 송신기(103) 및 로컬캐스트 송신기(105)는 도 2-4를 참조하여 이하에서 더 상세히 설명된다.

개시된 통신 시스템(100)은 서브캐리어 브로드캐스트 모드("브로드캐스트"), 로컬캐스트 모드("로컬캐스트") 및 피어-투-피어 모드("피어-투-피어")의 3개의 주요 동작 모드를 갖는다. 설명하기 위하여 여기에 도입되었지만, 3개의 동작 모드는 각각 이하에서 상세히 기재된다. 시계(101)의 정상 동작은 FM 서브캐리어를 통해 데이터 브로드캐스트(예를 들어, 브로드캐스트 신호(109))를 수신하는 것이다. 로컬 다이렉트 FM "로컬캐스트" 수신 모드가 또한 이용가능하다(예를 들어, 로컬캐스트 신호(111)). 시계는 또한 로컬캐스트 신호(117)에 의해 예시된 바와 같이 하프-듀플렉스 2-웨이 메시지 모드에서 근접 시계(121), 다른 이동 장치(119), 또는 심지어 고정 컴퓨터 시스템과 일대일 통신하도록 설정될 수 있다. 마지막으로, 애플리케이션 데이터는 로컬캐스트 세션(session) 동안 시계에 전송될 수 있다. 또한, 여기에 시계 기반 시스템의 콘텍스트에서 설명되었지만, 애플리케이션의 교시는 휴대용 컴퓨터, 퍼스널 디지털 어시스턴트(PDA), 셀룰러 폰 등의 다른 많은 이동 장치에 동일하게 적용될 수 있음이 명백하다. 시계를 사용하는 것은 다음의 설명을 간략화하기 위한 예시적인 목적이며 "이동 장치"와 상호 교환가능하게 사용될 수 있다.

도 2를 참조하면, 시계(101)는 손목-루프 시계밴드 안테나(205), 아날로그 라디오(207), 디지털 트랜시버(209), 및 마이크로컴퓨터 어셈블리("MCU"; 211)의 4개의 서브컴포넌트로 구성된다. 이 실시예에서, 안테나(205)는 시계밴드 루프 안테나 및 이산 아날로그 튜닝 소자를 포함한다. 안테나(205)는 안테나 손목시계 밴드에 삽입된 도전성 루프일 수 있다. 이 실시예에서, 도전성 루프는 작은 루프 안테나이다. 손목 착용 이동 장치에서, 안테나의 선택도(또는 "Q")는 안테나의 사이즈(예를 들어 손목밴드의 길이) 대 신호의 파장(예를 들어, FM 밴드 주파수)의 비교적 빈약한 비율에 의해 이상보다 작을 수 있다. 그 이유로, 안테나는 가변 튜닝 소자(예를 들어, 버랙터(varactor))에 접속될 수 있고 시간 스케쥴 등에 기초하여 각각 스케쥴링된 메시지 수신 등에 대하여 주기적으로 리턴될 수 있다.

안테나는 트랜시버(209)에 접속되어 트랜시버에 의해 제어된다. MCU(211)와 라디오 컴포넌트 사이의 트랜잭션은 MCU-디지털 트랜시버 인터페이스를 통해 조정된다. 시계의 컴포넌트는 시계 사이즈의 인클로저(enclosure) 내에 하우징되고 동작을 위한 배터리 전력에 의존한다.

일실시예에서, MCU(211)는 32비트 범용 CPU, RAM 및 플래시 메모리, LCD 디스플레이, 및 제한되지 않지만 버튼 및 회전 홈(rotating bezel)을 포함하는 사용자 인터페이스 하드웨어를 포함한다. 또한, 파워와 클록 회로를 포함한다. MCU의기능은 물리 레벨에서 사용자 I/O 장치를 구동할 뿐만 아니라 실행 오퍼레이팅 시스템, 애플리케이션, 표시, 접속 및 데이터 선택 활동을 포함하는 OSI 레벨 2 위의 기능을 제어하는 것이다. MCU는 트랜시버(209)를 통해 시계의 나머지 부분과 인터페이스한다.

트랜시버(209)는 일반적으로 트랜시버에 대한 제어, 스케쥴링 및 포스트프로세싱 작업을 수행하는 디지털 신호 프로세서(DSP; 221), 및 디지털 라디오를 포함하고 시스템 타이밍 및 실시간 이벤트 디스패칭(dispatching)의 기능을 수행하는 실시간 장치(RTD; 223)의 2개의 컴포넌트를 포함한다. 일실시예에서, RTD(223)는 필드-프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 플러스 이산 아날로그 라디오(207)일 수 있다. 다른 실시예에서, RTD의 기능은 DSP(221) 및 MCU(211) 사이에서 분산되고, 별도의 RTD 장치를 필요로 하지 않는다. 다른 방법으로, DSP는 요구된 작업을 달성하기 위하여 DSP 코어 플러스 충분한 RAM일 수 있으며, MCU 및 그 메모리 및 주변장치를 갖는 단일 장치에 삽입될 수 있다. DSP 기능은 또한 ARM7 프로세서 패밀리 등의 적절한 CPU가 주어지면 적절한 CPU 명령을 통해 실현될 수 있다.

DSP(221)는 MCU(211)에 접속되고, 트랜시버 작업은 MCU(211)에 의해 지시된다. MCU(211)가 서브캐리어 링크 상의 이벤트의 실제 타이밍을 인식할 수 없기 때문에, DSP(221)에 의한 그 명령의 실질적인 해석이 필요할 수 있다. 즉, MCU(211)는 (사용자 상호작용 또는 제어를 통해) 통신 네트워크를 통해 브로드캐스팅되는 것으로 알려진 선택 데이터를 검색하도록 지시될 수 있다. MCU(211)는 룩업 테이블 또는 유사한 기능의 사용을 통해 식별되고 선택된 데이터를 특정 패킷 번호 또는 식별자로 분석하도록 구성된다. MCU(211)는 그 정보를 DSP(221)에 전달하여 특정 패킷 번호 또는 식별자를 수신기가 수신하기 시작하는 것으로 예정되는 실제 타이밍으로 분석한다.

DSP의 주요 작업 중의 하나는 브로드캐스트 모드 또는 로컬 모드에서 수신되는 데이터를 프로세싱하는 것이다. 이 프로세싱은 서브캐리어 위상 회복, 보드(baud) 회복 및/또는 트랙킹, 페이딩 효과에 대한 보상, 복조, 디인터리빙, 채널 상태 추정 및 소프트 결정 콘볼루션(비터비) 에러 상관을 포함한다. 모든 패킷이 수신되었을 때 패킷의 포스트 프로세싱이 발생한다. 로컬 모드의 캡쳐 직후에 이것이 발생하지만, 서브캐리어 패킷은 명목상 프레임의 진행을 통해 시간 분할 세그먼트에서 캡쳐된다. 이들 캡쳐된 세그먼트는 DSP(221) 메모리에 저장된다.

DSP(221) 제어 작업에는 이들 작업을 달성하기 위하여 요구된 서브캐리어 패킷 번호를 패킷을 포함하는 브로드캐스트 세그먼트의 정밀 셋트로 번역, 각각의 세그먼트의 수신의 스케쥴링, 다른 요구된 패킷으로부터 다른 세그먼트와 함께 스케쥴링의 인터리빙, 및 저레벨 코맨드를 RTD(223)에 형성하는 것이 있다. 또한, RTD의 로컬 클록에 대하여 각각의 액티브 브로드캐스트 스테이션의 타이밍을 트랙킹하여 많은 스테이션간의 클록 드리프트 및 프레임 오프셋을 조절한다. DSP(221)는 또한 MCU(211)에 의해 요구된 바와 같이 각각의 실제 및 잠재적인 브로드캐스트 스테이션에 대한 타이밍을 조사하고 획득할 책임이 있다.

RTD(223)의 작업은 2-폴드(2-fold)이다. 그 디지털 섹션은 시스템 클록을 MCU(211)와 DSP(221)에 공급하는 수정 발진기를 포함하는 시스템 타임베이스를 포함한다. 타임베이스는 또한 MCU(211) 및 DSP(221)에 송신 및 수신 동작을 위한 보드(baud) 및 샘플 타이밍, 라디오 동작에 대한 시작/중지 제어, 및 클록 중지의 기간 제어를 제공한다. 다른 작업은 물론 라디오 동작이다.

RTD(223) 라디오 동작은 서브캐리어 및 로컬 모드 수신, 및 로컬 모드 송신을 포함한다. 이들 작업은 많은 수의 공통 소자를 사용한다. 라디오(207)는 서브캐리어 세그먼트 또는 로컬 모드 패킷을 수신하고, 로컬 RAM에 수신되고 필터링된 베이스밴드-변환 A/D 샘플을 저장한다. 로컬 모드에서 송신할 때, 이 RAM은 DSP(221)에 의해 미리 계산된 송신 샘플로 채워지고, 이들은 그후 RTD(223)에 의해 사용되어 로컬 모드 송신을 위한 FSK 신호를 발생시킨다.

MCU(211) 및 DSP(221)에 대한 클록은 데이터 캡쳐동안 자동적으로 정지되고 그후 즉시 다시 시작된다. 웜-업 이벤트(warm-up event)가 캡쳐 전에 대략 1mS로 트리거될때 경고 인터럽트가 MCU(211)에 전송된다.

이동 장치/시계 수신기 동작

서브캐리어 브로드캐스트 모드에서, 시계 트랜시버(209)는 수신 모드에 있다. MCU에 의해 지시되어 브로드캐스트 패킷을 수신할 때, DSP는 지시된 스테이션에 대한 그 트랙킹 정보를 참조한다. 이 스테이션에 정보가 존재하지 않으면, 수신 요구는 중지되고 에러는 MCU에 리턴된다. 이 정보를 이용하여, DSP는 패킷을 포함하는 16 세그먼트의 예상 도착 시간을 결정한다. 세그먼트 수신 코맨드의 리스트가 발생되고 DSP 메모리에 저장된다.

DSP의 디스패치 기능은 몇개의 진행중인 패킷 요구에 대한 세그먼트를 포함할 수 있는 진행중인 수신 세그먼트의 리스트를 모니터링한다. 주어진 세그먼트 캡쳐에 대한 시간이 도달되면, 디스패치 기능은 일련의 코맨드를 RTD에 전달한다. 이들 코맨드는 주파수, 안테나 튜닝 파라미터, 캡쳐 기간, 및 시작 시간을 포함한다. DSP는 이 때 슬리프 상태로 들어갈 수 있다. RTD의 하드웨어 시간 비교기는 순서대로 각각의 코맨드를 트리거한다. 일반적으로, 이들 코맨드는 "웜-업", "캡펴" 및 "중지"이다. 웜-업 코맨드가 발행되면, MCU는 클록이 중지될 것임을 동시에 통지한다. 웜-업 프로세스는 대략 1mS정도 걸린다. 캡쳐 코맨드가 실행될때, 클록이 중지하고, 캡쳐가 정지 코맨드로 종료할때 클록이 재개된다.

DSP는 코맨드 종료시 인터럽트되고, 캡쳐된 데이터를 즉시 검색한다. 이것은 요구된 인접하는 세그먼트가 있으면 몇개의 세그먼트로부터의 데이터를 포함할 수 있다. 그후, 세그먼트 데이터는 한 셋트의 신호 샘플로서 저장된다. 이것은 데이터의 소스 비트당 4바이트 플러스 오버헤드 또는 세그먼트당 약 300 바이트를 필요로 한다. 일구현예에서, RTD는 2560 바이트의 내부 스토리지를 가지므로, 이것은 연속적인 세그먼트 수신을 8 세그먼트로 제한할 수 있다. 해쉬 기능이 송신 전에 이웃하는 패킷으로부터 논리 패킷(및, 따라서 논리 세그먼트)를 분리하므로, 이것은 먼저 발생되는 제한이 거의 없다. 따라서, 패킷들은 콘텐츠에 있어서 관련되기 때문이 아니라 단지 우연히 연속된 것이다.

패킷의 최종 세그먼트가 수신되면, DSP는 수신된 세그먼트를 수집하고 한 셋트의 수신 신호 샘플로서 검색된 데이터를 포스트-프로세싱하기 시작한다. 동작의 일반적인 흐름은 다음과 같다: 타이밍 회복, 데이터 복조, 및 콘볼루션 디코딩(에러 상관)(일실시예에서, 비터비 알고리즘으로). 이 프로세스는 패킷당 수밀리초가 걸릴 수 있다. 그 결과적인 데이터 패킷은 그후 수신 상태 정보와 함께 DSP 메모리의 수신 블록에 배치되고, 새로운 패킷이 이용가능하다는 것이 MCU에 통지된다.

브로드캐스트 모드의 송신

개시된 실시예에서, 브로드캐스트 데이터는 데이터 송신 네트워크 센터에서(도 11의 1101 참조) 2개의 그룹으로 분할된다: 정상 레이턴시 데이터 또는 "정상 프레임 데이터" 및 "고속 프레임 데이터". 데이터 센터는 프레임 데이터를 위성 또는 유사한 수단에 의해 브로드캐스트 프레임 레이트와 동기하여 프레임 데이터를 브로드캐스트 발생기로 전달한다. 데이터는 블록으로 전달될 수 있다. 예를 들어, 정상 프레임 데이터가 전송되고 그후 고속 프레임 섹션이 뒤따른다. 후에, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 다음의 고속 프레임 섹션이 전송되고, 임의의 후속 고속 프레임 섹션이 뒤따른다. 이 프로세스는 각각의 프레임에서 반복된다.

브로드캐스트 모드를 더 깊이 고려하면, 도 3은 예시적인 브로드캐스트 송신기(103)(또한, "스테이션 발생기" 또는 간단히 "발생기"로 지칭됨)를 도시한다. 브로드캐스트 송신기(103)는 서브캐리어 채널 송신 장치이고 송신 FM 스테이션에 상주한다. 이것은 위성 또는 다른 전용 고속 회로를 통해 포맷된 데이터를 수신하고, 송신을 위한 데이터를 인코딩하고, 인코딩된 데이터를 FM 서브캐리어 베이스밴드 신호로 변환하고, 이 파형을 무선국의 브로드캐스트 장치로 전달한다.

브로드캐스트 송신기(103)는 임의의 주어진 시간에 관리하는 2개의 데이터 어레이를 갖는다. 그 하나는 출력 FM 서브캐리어 프레임 이미지(501)(도 5 참조하고 이하에서 설명됨)이고, 이는 출력 보드 클록에 따라 바이트별로 하드웨어 변조기 기능에 전달된다. 다른 데이터 어레이는 위성 입력 버퍼이고, 이는 위성 링크 인터페이스(319)로부터 나오는 HDLC 블록의 데이터 페이로드에 의해 채워진다. 이 인터페이스는 한정되는 것은 아니지만 RS-422, RS-232, USB, IEEE-1394 또는 이더넷 인터페이스 등의 임의의 수의 종래의 프로토콜로 구현될 수 있다. HDLC 프레임은 도 6에 도시되어 있다. 당업자는 HDLC를 고레벨 데이터 링크 제어 -표준화, 비트 오리엔티드, 변환, 비변환 프로토콜로서 인식할 것이다. HDLC의 설명은 적어도 ISO 표준, ISO 3309 및 ISO 4335에서 찾을 수 있다. 도 11의 고레벨 다이어그램에 도시된 바와 같이, 데이터는 데이터 센터(1101; "헤드-엔드")로부터 위성(1103)을 통해 각각의 브로드캐스트 송신기(1007)로 흐른다. 이 데이터는 한 셋트의 HDLC 포인트-투-멀티포인트 절차에 따라 HDLC 블록에 전송된다. 이들 블록은 개별 서브캐리어 패킷에 대응하는 데이터 페이로드를 갖는다. 발생기(1105)는 데이터에 대해 어드레스된 또는 데이터가 포함된 임의의 그룹에 대해 어드레스된 블록만을 수락한다. 그후, 발생기는 이들 블록으로부터의 데이터를 일반적으로 형성되고 있는 프레임에 배치한다. 일실시예에서, HDLC 포맷은 어드레스가 계층적 방법으로 할당되는 4 바이트 어드레스 필드를 생성하기 위하여 변경된다. 이 방법에서, 연속적으로 작은 그룹은, 하위 바이트의 0xff 또는 0xfe 등의 와일드카드 값을 배치하고 위성 대역폭을 바람직하게 감소시켜 하나의 채널만이 모든 스테이션 발생기를 조절하는데 필요하도록 함으로써 선택될 수 있다.

서브캐리어 프레임 ECC 인코딩의 성질에 의해, 주어진 출력 프레임에 대하여예정된 입력 데이터는 서브캐리어 프레임의 송신이 시작되기 전에 몇초동안 이용가능해야 한다. 하나의 예외는 상주하는 쿼터 프레임을 우선하는 것만을 필요로 하는 "고속 패킷" 데이터이다.

도 3로 되돌아가서, 브로드캐스트 송신기(103)는 일반적으로 제어 프로세서(301), 정밀 시간 베이스, 직렬 I/O 제어기(305), 인코딩 엔진(309), 및 서브캐리어 신호 발생기(313)를 포함한다. 제어 프로세서(301)가 한정되지는 않지만 마이크로프로세서, 마이크로콘트롤러, 프로그래머블 로직 어레이, 프로그래머블 게이트 어레이 또는 ASIC 등의 종래의 프로세싱 장치를 이용함으로써 구현될 수 있음은 당업자에게 자명한 것이다.

제어 프로세서(301)는 시스템 상태를 유지하고 주기적 코맨드 및 업링크로부터의 제어 정보 및 주기적 코맨드를 수락하고, 주기적 리포트를 형성하고, 로컬 시간 베이스를 산출 및 조절하여 업링크 호스트에 대하여 타이밍 드리프트를 보고하고, 브로드캐스트 송신기로 동작 모드를 제어한다. 또한, 로컬 코맨드 및 셋업에 대한 다이렉트 RS-232(DCE) 제어 포트(315)를 제공한다. 제어 포트(315)는 또한 제한되지 않지만 RS-422, USB 또는 이더넷 인터페이스 등의 임의의 수의 종래의 프로토콜로 구현될 수 있다.

신호 발생기의 정밀 시간 베이스는 0.01 ppm의 분해능으로 업링크 호스트에서 마스터 타임 베이스를 트랙킹하기 위하여 트리밍(trimmed)될 수 있는 1-ppm 발진기를 포함한다. 1시간동안, 각각의 발생기는 정확한 현재 시간을 대략 100 마이크로초의 정확도로 알릴 것이며, 송신 지연에 대하여 조절된다. 송신 지연은 (바람직한) 공지된 고정 경로에 기초할 수 있으며, NTP 프로토콜 핸드쉐이크(handshake)로부터 산출될 수 있다.

직렬 I/O 제어기(305)는 통신 인터페이스, 예를 들어, RS-422 직렬 인터페이스(319)를 통해 업링크 장치(위성 트랜시버)와 통신한다. 데이터 포맷은 HDLC일 수 있다. SRAM(321)은 입력 버퍼링을 위한 직렬 I/O 제어기(305)에 접속된다.

인코딩 엔진(309)은 업링크로부터 수신된 프레임을 얻고, 프레임내의 패킷을 물리적으로 해쉬 및 배치하고, 인코딩 및 시간 다이버시티 스테이지를 통해 패킷을 프로세싱하고, 송신을 위한 출력 이미지를 생성한다. 이 컴포넌트는 FPGA일 수 있다. SRAM(323)은 작업 스토리지를 위한 인코딩 엔진(309)에 접속된다.

서브캐리어 신호 발생기(313)는 서브캐리어 변조기, 송신 필터 및 증폭 기능을 제공한다. 이것은 보드 레이트에서 인코딩 엔진의 출력 데이터 이미지로부터 얻어진다. 서브캐리어 신호 발생기(313)는 FPGA, 큰 샘플 ROM, 및 일실시예에서, 디지털-아날로그 변환기 및 아날로그 출력 필터를 포함하는 서브캐리어 신호 발생기에서 구현될 수 있다.

도 12로 되돌아가서, 일실시예에서, 프레임 인코딩은 소정의 임계값을 통과하여 감소하는 현재의 출력 쿼터-프레임에 남아있는 데이터에 의해 트리거된다(1203). 일예에서, (정상 프레임의 1/4 및 다음의 "고속 프레임" 데이터의 모두를 포함하는) 다음의 쿼터-프레임의 송신을 시작하기 전에 이 스레스홀드는 프레임당 4번 발생한다. 일실시예에 대한 임계값 이벤트는 현재의 섹션에 남아 있는 데이터의 2초이다. 모든 인코딩 엔진 프로세싱은 이 기간동안 발생해야 한다. 출력 타이밍에 대한 시동에서의 초기 조건은 헤드-엔드로부터 프레임-종료(frame-done) 메시지의 수신이다.

발생기는 패킷을 인터리빙(또는 동등하게 "해쉬")하여 상당한 양의 관련 정보가 순차적인 "온-에어(on-air)" 패킷의 이동 장치 수신기에 도착하는 것을 방지한다. 이것은, 수신기 하드웨어가 순차적인 패킷 수신에 대한 제한을 가질 수 있으므로, 임의의 실시예에서 필수적일 수 있다. 데이터가 순차적인 패킷으로 발생기에 부여되는 것으로 가정한다. 로컬 패킷 순서는 이동 장치 수신기 출력에서 반복되고, 따라서, 이 해쉬 프로세스는 데이터 센터 및 시계를 통과한다. 인코딩의 개시시에, 인코딩 엔진은 해쉬된 패킷 순서(1205)로 I/O 블록의 스토리지 SRAM으로부터 패킷을 판독한다. I/O 블록 SRAM으로의 액세스는 시간 분할에 기초한 I/O 블록과 공유한다. 판독시 I/O 블록 SRAM에서 완료된 것으로 마크되지 않은 패킷은 비거나 널(null)인 것으로 간주되고 다른 패턴이 대체될 수 있다(1209).

각각의 패킷이 인터리빙된 순서로 판독되므로, 패킷은 데이터 및 화이트닝 패턴 사이의 배타적 OR(1211)을 수행하는 데이터 화이트너(data whitener)를 통과한다. 일실시예에서, 화이트닝 패턴은 테이블과 프로세싱될 패킷의 패킷 개수의 함수일 수 있다. 화이트닝 데이터는 그후 콘볼루션 인코더로 전달된다(1213). 일구현예에서, 1/2 레이트, 구속-길이-9, 테일-비팅(tail biting), 콘볼루션 인코더가 사용될 수 있다. 이 유형의 인코더는 각각의 입력 비트에 대한 2출력 비트를 생성하고, 테일-비팅 방법으로 제 1 입력 비트에 결합된 최종 입력 비트로, 몇개의 후속 출력 비트쌍을 통해 각각의 입력 비트의 정보 콘텐츠를 확산한다. 각각의 입력 비트에 대한 한쌍의 비트로 구성된 인코더의 출력은 그후 2개의 스트림으로서 2개의 별도의 비트 인터리브 모듈로 전달된다(1215). 비트 인터리브 모듈은 패킷 번호와 비트 인덱스를 사용하여 인코딩된 비트 스트림을 출력 프레임 이미지 SRAM의 세그먼트로 배치한다(1217). 일구현예에서, 비트 인터리버는 하나의 비트 위치를 다른 비트 위치로 이송하는 간단한 모듈 가산기이고, 가능한한 관련이 적은 인코더 출력 비트가 동일 출력 세그먼트에 상주하도록 구성된다. 하나의 방법은, 인코더 밖의 17번째 비트가 제 1 세그먼트로의 제 2 비트이고 18번째 비트가 제 2 세그먼트로의 제 2 비트이도록, 16 세그먼트를 통해 선형적으로 인코더 비트를 회전하는 것이다. 이 프로세스는 또한 도 10에 도시된다.

2개의 출력 스트림은 그후 1219에서 각각의 출력 심볼의 2 비트를 제공하는 각각의 스트림으로부터의 하나의 비트와 결합된다. 이 방법으로 생성된 2048 심볼은 그후 64 심볼의 16 세그먼트로 분할된다(도 12의 1221 참조). 수신 이동 장치가 세그먼트 경계를 신속하게 식별하도록 하고 현재의 프레임내의 배치를 위치지정하도록 하는 세그먼트 헤더가 발생된다(1223). 이 분산 및 분배는 시간 다이버시티를 통해 페이딩 보호를 제공한다. 수신기는 잔여의 세그먼트에 최소의 손상을 부여하면, 하나 이상의 세그먼트가 심하게 손상되거나 유실되어도 전체 메시지를 재구성할 수 있다. 이 페이딩 보호는 고속 프레임 패킷에 대하여 감소하지만, 분리는 세그먼트간의 분리는 수초에서 여전히 양호하다. 리던던트 콘볼루션 인코딩은 또한 상당한 페이딩의 부재에서 상당한 가우시안 잡음 보호를 제공한다. 비터비 알고리즘이 극심한 잡음 또는 페이딩된 상황에서 실패할 수 있으므로, 일실시예에서, CRC-16 에러 체크가 애플리케이션 데이터에 사용될 수 있다.

데이터의 변조는 송신 클록 타이밍하에서 심볼별로 수행된다. 이것은 관련 섹션의 제 1 심볼이 변조기에 의해 요구되는 시간 전에 송신을 위하여 프레임 데이터 섹션이 준비되는 것을 요구한다. 제 1 고속 프레임과 정상 데이터 프레임 데이터는 프레임의 시작(501)에서 준비되어야 한다(도 5). 후속의 고속 프레임은 프레임의 4분위수(quartile)가 변조기에 들어가는 시간(도 3의 313에 도시) 이전에 프로세싱되고 삽입되어야 한다. 일단 (정상 프레임 및 제 1 고속 프레임을 포함하는) 초기 프레임이 구성되었으면, 송신을 위한 변조기에 이용가능하다. 일실시예에서, 브로드캐스트 모드는 FM 베이스밴드내의 67,647 ㎐에 맞추어진 FM 서브캐리어를 사용하고, 데이터는 QPSK를 사용하여 변조된다.

도 4를 참조하면, 예시적인 로컬캐스트 송신기(105)가 도시된다. 로컬캐스트 송신기(105)는 이동 장치(101; 도 1)에 국부적으로 데이터를 브로드캐스팅하기 위하여 로컬-비사용 FM 주파수를 사용한다. 로컬캐스트 송신기는 FM 브로드캐스트 채널의 정상 오디오 부분의 저전력 로컬 사용을 허용하는 FCC 파트 15 레귤레이션(FCC Part 15 regulation)하에서 동작한다. 이 실시예에서, 로컬캐스트 송신기는 대략 15 미터의 영역에 걸쳐 신호를 송신하는 데 사용된다. 로컬캐스트 송신기는 유니버설 시리얼 버스(USB) 또는 RS-232 시리얼 등의 통신 인터페이스(413)를 통해 PC 또는 다른 데이터 소스에 접속되고, 송신을 위한 데이터를 인코딩하고, 삽입된 FM 송신기 및 안테나 어셈블리를 통해 인코딩된 데이터를 직접 송신한다. 로컬캐스트 송신기는 작은 플라스틱 케이스 내에 밀봉될 수 있다.

로컬캐스터의 2개의 다른 구현예가 실현될 수 있다. 그중 하나는, 로컬 캐스트 송신기는 로컬 1-웨이 데이터 브로드캐스트를 하나 이상의 근접 이동 장치에 제공한다. 이 브로드캐스트는 둘 이상의 온-에어 채널을 복제하고, 하나 또는 둘의 로컬 콘텐츠 채널 또는 둘의 조합을 제공한다. 이들 모드에서의 동작시, 데이터 포맷 및 속도는 온-에어 채널과 동일하다. 속도는 소망의 범위에 의존하여 특정 애플리케이션 모드에서 높게 구성될 수 있다.

제 2 로컬캐스터 구현예는 로컬 2-웨이 데이터 통신 능력을 제공하고, 이는 로컬캐스터로부터 시계 또는 이동 장치 및 장치로부터 로컬캐스터로 데이터가 송신될 수 있는 애플리케이션 모드 뿐만 아니라 상술한 1-웨이 모드의 브로드캐스트를 제공한다. 브로드캐스트 시뮬레이션 모드라 불리우는 이 모드는 종래의 핸드쉐이킹 기술에 기초하여 2-웨이 데이터 트래픽의 애플리케이션 특정 결정을 제공한다.

일실시예에서, 이하에서 충분히 설명하는 바와 같이, 로컬캐스트 송신기는 PC 또는 유사한 장치로의 USB 인터페이스, 제어 기능, 2개의 인코더, 패킷 어셈블러, FCC 파트 15 다이렉트 FM 변조기, 및 안테나를 포함한다. 안테나와 이산 아날로그 필터를 제외하고, 이들 구성요소는 모노리딕 표준-셀 ASIC에서 구현될 수 있다. 따라서, 일실시예에서, 로컬캐스트 송신기는 ASIC, 필터 네트워크, 수정, 및 안테나 및 하나 이상의 접속기 등의 회로 소자로 구성될 수 있다.

인터페이스(401)는 로컬캐스트 송신기를 그 데이터 소스에 접속시킨다. 인터페이스(401)는 제한되는 것은 아니지만 USB, RS-232, 또는 IEEE-1394 등의 임의의 수의 표준 인터페이스 프로토콜로 구현될 수 있다. 일실시예에서, 이것은 로컬캐스터 IC에 결합되는 IP 블록으로서 구현된다. 데이터 소스는 이 링크를 통해 데이터의 패킷을 송신한다. 일실시예에서, 이들 패킷은 64 바이트의 데이터를 포함하고, 다른 실시예에서, 전송된 패킷은 68 또는 132 바이트 길이일 수 있으며, 4 바이트의 헤더 정보를 포함한다. 이 링크의 정확한 포맷팅은 IP 특성에 의존한다.

제어 기능(403)은 데이터 소스로부터 송신 데이터 패킷을 수집하고 핸드쉐이킹을 수행한다. 이것은 소망의 송신 주파수, 모드 및 신호 파워를 설정한다.

(시스템 정보 인코더 및 선택적 데이터 인코더를 포함하는) 인코딩 기능(405)은 베이스밴드 (오디오) 샘플로서 송신을 위한 데이터를 포맷한다. 이것은 시스템 정보 블록을 위한 콘볼루션 인코더 및 패킷 데이터를 위한 선택적 콘볼루션 인코더를 갖는다. USB로부터 패킷을 수집하면, 로컬캐스트 송신기(105)는 데이터 인코더를 통해 패킷을 프로세싱한다. 이 인코더의 패킷 데이터 부분은 데이터 화이트닝이 고정 패턴을 사용하는 것을 제외하고, 패킷 번호에 상관없는 서브캐리어 발생기(103)의 데이터 인코더와 동일하다. 이 프로세스는 64 바이트의 원 입력 데이터로부터 128 바이트의 인코딩된 데이터를 발생시킨다. "터보" 또는 고속의 짧은 거리 모드의 경우, 이 인코딩은 인코딩 기능(405)에 도시된 바와 같이 바이패스되고, 128 비인코드 바이트가 직접 변조기 기능에 전달된다.

프로세싱 로직(407)은 동기화(후술)를 위한 상관 정보를 부가하고, 일실시예에서, 인코딩된 시스템 정보 및 데이터를 세그먼트로 인터리빙하여 잡음에 대하여 보호한다. 결과적인 비트 스트림은 그후 베이스밴드 오디오 샘플로 변환되고 그 결과는 변조기에 전달된다.

다이렉트 FM 변조기(409)는 프로세싱 섹션에 의해 제공된 오디오 샘플을 얻고, FM 주파수 출력을 발생시킨다. 로컬캐스트 송신기 또는 트랜시버를 위한 안테나(411)는 요구된 폼 팩터(form factor)에 의존하여 루프 또는 다이폴일 수 있다.

브로드캐스트 시뮬레이션 모드에서 특별한 경우가 발생한다. 먼저, 로컬캐스트 데이터 페이로드는 브로드캐스트 패킷의 페이로드 사이즈를 매칭하도록 조절되어야 한다. 일실시예에서, 로컬캐스트 64 바이트-페이로드는 128 바이트 브로드캐스트 패킷 사이즈를 매칭하도록 조절되어야 한다. 이것은, 송신 이전에 브로드캐스트 패킷을 2개의 로컬캐스트 패킷으로 분할하고 트랜시버 펌웨어에 패킷을 다시 어셈블링함으로써 수행된다. 둘째로, 브로드캐스트 패킷 번호들은 패킷 번호들을 로컬캐스트 헤더로 인코딩함으로써 로컬 모드 패킷과 관련된다. 이들 패킷 번호들은 이동 장치의 마이크로프로세서가 더 높은 레벨의 소프트웨어로 국부적으로 브로드캐스트 패킷을 검색하도록 트랜시버 펌웨어에 의해 사용된다.

데이터 송신 포맷

다음은 도 5 내지 9와 결합하여 본 발명의 일실시예에 의해 송신된 통신용 특정 데이터 포맷을 설명한다. 개시된 실시예는 일 포맷이지만, 당업자는 본 발명의 교시로부터 다른 예가 용이하게 도출될 수 있음을 이해할 것이다.

데이터는 다음의 두가지 유형의 채널을 통해 통신 시스템에서 송신되고 수신된다: 브로드캐스트 채널(즉, 브로드캐스트 모드; 도 1의 109 참조) 및 로컬 채널(즉, 로컬캐스트 모드; 도 1의 111 참조). 이하, 피어-투-피어 모드(도 1의 117 참조)가 설명된다. 이들 채널 상의 데이터가 스트림으로서 지칭된다. 2개의 채널은다른 온-에어 포맷을 가지며, 다른 데이터를 포함할 수 있고, 일실시예에서 유사한 구조를 가지며, 다른 실시예에서, 다른 구조를 갖는다.

프레임은 데이터 스트림의 기본 분할이다. 일 샘플 프레임 포맷(501)은 도 5에 도시된다. 연속적인 프레임은 순차적으로 번호가 매겨져 있다. 이 열거는 한밤중 후에 시작하는 제 1 프레임이 프레임 제로가 되는 것으로 매일 리셋될 수 있다. 브로드캐스트 스트림에서, 프레임은 대략 113 초(1.88분)의 고정 길이이다. 로컬캐스트 스트림에서, 프레임은 로컬 메시지 콘텐츠에 의존하는 가변 길이이다.

패킷은 일실시예에서 64 바이트의 정보를 포함하는 프레임의 최소 검색가능 단위이다. 이 애플리케이션에서, 각각의 브로드캐스트 프레임에 2560 패킷이 있는 것이 바람직하다. 또다른 실시예에서, 128 바이트의 정보가 패킷에서 사용될 수 있고, 각각의 패킷 브로드캐스트 프레임은 1280 패킷을 포함할 것이다. 프레임 내의 소정의 패킷이 고속 패킷으로서 지정될 수 있다. 이들 패킷은 정상 패킷보다 적은 레이턴시로 프로세싱되고 송신된다. 기재된 일구현예에서, 각각의 브로드캐스트 프레임에 512 고속 패킷 및 2048 정상 패킷이 있다. 이 실시예에서, 패킷 0-2047은 "정상 패킷"이고, 패킷 2048-2559는 "고속" 패킷이다. 또다른 구현예에서, 256 고속 패킷과 1024 정상 패킷이 각각의 브로드캐스트 프레임내에 있고, 패킷 0-1023은 "정상 패킷"이고 패킷 1024-1280은 "고속 패킷"이다. 패킷 0은 시스템 패킷이고 프레임 번호, 시간 및 로밍 로컬 채널 주파수 등의 다른 하우스키핑(housekeeping) 정보를 포함한다. 로컬 채널 패킷은, 로컬 프레임의 가변 사이즈를 허용할 뿐만 아니라 로컬 데이터가 사전 배열없이 전송되도록 하기 위하여 20 바이트의 헤더를 포함할 수 있다.

브로드캐스트 시스템에서, 패킷은 물리적 레벨에서 8 세그먼트로 구성된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 브로드캐스트 스트림의 세그먼트는 시간 다이버시티를 통해 페이딩 보호를 위한 프레임을 통해 분산된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 세그먼트는 DSP 프로세스를 위한 동기화 정보와 함께 64 데이터 비트(다른 실시예에서는 128 비트)를 포함한다. 이들 세그먼트는 수신기 하드웨어에 의해 다시 어셈블링되고 최종 세그먼트가 수신된 직후 패킷으로서 네트워크 레벨에 부여된다. 세그먼트는 논리적 레벨로 통과되고 개별적으로 검색될 수 없다. 정상적으로 패킷을 구성하는 16 세그먼트(다른 실시예에서는 8 세그먼트)가 전체 프레임에 걸쳐 분산되고, 완전한 패킷은 최종 세그먼트(프레임의 종료 부근)가 수신될때까지 이용가능하지 않다. "고속 패킷"의 경우, 8 또는 16 세그먼트는 모두 프레임의 1/4(종종 "서브프레임"이라 지칭됨) 내에 위치한다. 이것은 패킷이 정상 시간의 1/4에서 다시 어셈블링되도록 하고, 따라서 고속 패킷의 경우의 송신 레이턴시를 4배로 감소시킨다. 그러나, 페이딩 때문에, 고속 패킷의 에러 레이트가 증가한다. 브로드캐스트 스트림과 달리, 패킷은 로컬캐스트 스트림에서 분산되지 않는다. 예시적인 로컬캐스트 패킷 포맷에 대한 도 9를 참조하라.

일실시예에서, 물리적 프레임은 20,480 (8*2560) 세그먼트로 구성될 수 있다. 각각의 세그먼트는 2560 패킷중의 하나로부터의 부분 데이터 및 4 심볼 헤더로 구성된다. 물리적 레벨에서, 패킷 데이터는, 하나의 심볼이 하나의 비트(리던던시를 가짐)를 표시하고 3 심볼이 시간적으로 분리된 8 세그먼트 사이에서 분산되도록 인코딩된다. 정상 패킷을 형성하는 세그먼트는 프레임을 통해 공평하게 분산된다. 고속 패킷에 대한 세그먼트는 서브프레임으로 공지된 프레임의 1/4를 통해 공평하게 분산된다. 타이밍 회복 및 동기화를 위하여, 각각의 세그먼트는 4개의 원(인코딩되지 않은) 심볼의 헤더를 가져, 각각의 심볼이 1비트를 나타내도록 한다(도 8 참조). 이 헤더의 첫번째 3개의 심볼은 고정 패턴이고 세그먼트의 시작을 마크한다. 이것은 타이밍 회복을 위하여 사용된다. 다음의 비트는 (16 비트에 덧붙여진) 15 비트 선형 피드백 시프트 레지스터 패턴의 1 비트이고, 16 세그먼트 헤더를 스팬(span)한다. 초기 록업(lock-up)을 수행할때, 수신기는 누산된 LFSR 비트가 상관을 가리킬때까지 입력 세그먼트 데이터를 스캔한다. 일실시예에서, 이것은 24 세그먼트의 공칭 스캔 시간에 대하여 16 세그먼트마다 하나씩 발생할 수 있다. 상관이 발생하면, 누산된 16 세그먼트 인덱스 비트가 현재의 세그먼트 수를 가리킨다(16으로 분할). 세그먼트 인덱스는 그레이 코드, 해밍 코드 및 패리티로 보호되어, 세그먼트 인덱스가 고신뢰성으로 사용될 수 있다.

동작 모드

상술한 바와 같이, 도 1 에 도시된 바와 같이, 개시된 통신 시스템은 3개의 주요 동작 모드를 갖는다. 이들은 서브캐리어 브로드캐스트 모드("브로드캐스트"; 109), 로컬캐스트 모드("로컬캐스트"; 111) 및 피어-투-피어 모드(117)이다. 후자의 2개의 모드는 로컬 링크를 통한 직접 변조 주요 채널 FM 신호를 사용하지만, 전자의 모드는 하나 이상의 상업용 FM 스테이션의 지리학적 서비스 영역내의 와이드 영역 FM 서브캐리어 브로드캐스트를 사용한다. 다음의 설명은 이들 동작 모드의각각을 상세히 설명하고 대비한다.

브로드캐스트 모드

브로드캐스트 모드는 하나 이상의 브로드캐스트 송신기로부터 하나 이상의 시계로의 단순한 정보 전송을 포함한다. FM 서브캐리어 변조는 상업용 FM 스테이션을 통해 정보를 송신하기 위하여 사용된다. 시계(101, 121)는 시계 밴드에 포함된 안테나를 통해 이 FM 서브캐리어 신호를 수신하고 수신된 데이터를 복조 및 분석하고 그 정보를 제어 MCU에 전달한다.

로컬캐스트 및 피어-투-피어 모드

로컬 모드는 로컬캐스트 모드 및 피어-투-피어 모드의 2개의 모드로 분할된다. 모드는 공통 송신 포맷을 공유한다. 다이렉트 FM 변조는 로컬-비사용 FM 주파수를 통해 정보를 송신하는데 사용된다. 시계는 시계 밴드에 삽입된 안테나를 통해 이 FM 신호를 수신하고 송신하며, 수신된 데이터를 복조하고 분석하고 MCU에 정보를 전달한다.

로컬캐스트(또는 로컬 브로드캐스트) 모드는 PC 또는 다른 고레벨 제어기에 부착된 로컬캐스트 송신기로부터 시계 또는 이동 장치로의 1 또는 2-웨이 송신을 나타낸다. 로컬 브로드캐스트가 송신되는 영역은 브로드캐스트 모드 송신에 비하여 작다. 로컬캐스트모드에서 송신된 데이터는 브로드캐스트 모드 데이터의 로컬 복제 또는 동일 포맷의 로컬 콘텐츠 또는 특별 애플리케이션-층 프로토콜을 통해 전송된 애플리케이션 데이터일 수 있다. 피어-투-피어 모드는 채널이 2개의 참여 시계 사이를 변환(또는 "핑퐁")하는 고유의 양방향성 하프-듀플렉스(half-duplex)링크이다.

로컬캐스트 및 피어-투-피어 모드의 실시예에서, 로컬 데이터 모드는 다이렉트 FSK 변조를 사용하여 패킷으로 통신한다. 이것은 주요 채널로서 동일 1/2 레이트 콘볼루션 인코딩을 사용한다. 로컬캐스트 통신은 하프-듀플렉스이고 공유 FM 스테이션 주파수를 사용한다. 주어진 임의의 메트로폴리탄 영역에서, FM 브로드캐스트 주파수의 서브셋트는 사용되지 않을 것이며, 따라서, FCC 파트 15 통신에 이용가능하다. 이들 주파수의 리스트가 PC 접속 로컬캐스터로부터의 로컬캐스터 모드 또는 브로드캐스트 모드에서 분산된다. 임의의 이벤트에서, MCU는 트랜시버에 선택된 스테이션 주파수를 제공한다. 임의의 로컬 채널 동작은 주요 채널 동작을 방해한다. 로컬 및 브로드캐스트 동작간의 갈등은 로컬 모드 작업에 의해 해결된다.

브로드캐스트 모드와 달리, 로컬 모드에서의 패킷은 128 바이트가 아니라 64 바이트이다. 이것은 부분적으로 FCC 파트 15 사이클 타이밍 때문이며, 부분적으로는 음성 등의 실시간 듀플렉스 애플리케이션을 허용하는데 충분히 짧은 패킷 사이클 시간을 유지하기를 원하기 때문이다.

시계 수신기 동작

일반적으로, MCU 코맨드시, 트랜시버는 주요 채널 신호 (및 그 신호의 운율) 및 서브캐리어 신호의 존재에 대하여 MCU 선택 스테이션을 테스트한다. 로컬 검색의 제 1 부분은 제공된 스테이션 리스트를 사용하여 FM 밴드를 스캔하고 관찰된 사용에 따라 이용가능한 주파수를 분류하는 것이다. 이것을 수행하기 위하여, 수신된 신호 강도(RSSI)는 1킬로헤르쯔의 대역폭으로 필터링되고 계수화된다. 가능한 결과는 액티브 FM 스테이션, 로컬 채널 송신 또는 빈 채널을 포함한다. 시계는 동시에 이것에 이용가능한 모든 주파수에 관한 트랙킹 정보를 저장할 수 있다. 액티브 FM 스테이션은 변하지 않는 신호로서 이상적으로 나타날 수 있고 로컬캐스트 포맷과 상관없는 변화하는 RSSI로서 많은 다경로를 가질 수 있다. 적절한 서브캐리어 신호가 스테이션 상에서 검출가능하면, 이것은 또한 보고될 것이다. 로컬 채널 송신은 로컬캐스트 포맷의 패킷간 파워-오프 간격에 대응하는 매우 낮은 RSSI를 갖는 톱니모양의 특정 정상 RSSI로서 나타날 수 있다. 트랜시버는 찾은 운율에 대한 정보를 보고할 것이지만, 송신 유형에 대한 최종 결정은 MCU에 의해 데이터 레벨에서 수행되어야 한다. 마지막으로, 빈 채널은 연속적으로 낮은 RSSI를 가질 수 있다.

너무 약해서 신뢰성있게 복조할 수 없는 신호를 갖는 RSSI 검출이 발생하고, 또한 로컬 동작에 대한 FM 스펙트럼의 급속한 분석을 허용할 것이다. 이것은 통신에 결합된 시계의 검출을 허용하고, 이들중의 하나는 정상 범위 밖에 있다. RSSI 분석은 또한 수신 교환의 근접 사이클 타이밍을 산출한다. 따라서, RSSI 임시 분석은 액티브 및/또는 빈 로컬캐스트 채널의 리스트를 산출할 것이다. 이 결과는 또다른 코맨드를 위한 MCU에 보고될 것이다.

MCU로부터의 코맨드시, 트랜시버는 비커닝(beaconing)을 시작하거나 액티브 채널 중의 하나를 획득한다. 후자의 경우, 트랜시버는 FM 채널로부터 패킷을 캡쳐한다. 그후, 선택된 로컬캐스트 신호의 정밀 타이밍을 결정한다. 이것은 특정 구성 상관 시퀀스를 수신하고 분석함으로써 수행되고, 이는 장치간 클록 드리프트의 추정과 순시 심볼 타이밍을 제공한다. 일단 타이밍 정보가 추출되면, 트랜시버는 다음의 패킷의 데이터를 캡쳐하고 이 데이터를 MCU에 보고한다. 이 패킷의 콘텐츠는 MCU가 임의의 종류의 핸드쉐이크 응답일 수 있는 후속 활동, 데이터 검색을 시작하기 위한 코맨드, 또다른 채널을 분석하기 위한 코맨드 또는 빈 채널 상에 비컨(beacon)을 전송하기 위한 코맨드를 얻기에 충분하다.

피어-투-피어 접속에서, 이니시에이터(initiator)는 클록 마스터로서 취급된다. 다른 참여자는 그 송신 클록을 수신된 데이터로부터 도출된 클록에 종속시킨다. 이것은 비커닝 피어가 타이밍 분석 페이즈없이 제 1 응답 패킷의 데이터를 즉시 프로세싱하도록 한다.

임의의 필요한 핸드쉐이킹이 완료된 후, MCU는 MCU로 및 MCU로부터 전달되는 송신 및 수신 패킷으로 몇개의 통신 모드 중의 하나를 입력하도록 트랜시버에 지시할 수 있다. 이 모드는 지시될 때까지 계속된다. 신호의 손실은 매우 빈약한 신호 품질 값으로서 MCU에 보고된다. MCU는 이것 또는 임의의 다른 패킷간 시간에서 통신 모드를 종료할 수 있다.

시계 송신기 동작

송신될 패킷은 송신 블록으로 지칭되는 구조의 DSP의 메모리 공간의 MCU에 의해 저장된다. 이들 블록은 또한 사용하기 위한 FM 주파수 등의 제어 정보를 포함한다. 송신 전에, DSP는 데이터를 프리필터링(pre-filter)하고 그것을 RTD에 의해 필요한 송신 샘플로 변환한다. 로컬캐스트 물리층 패킷 구조는 또한 이때 더해진다. 일구현예에서, 512 비트 로컬캐스트 패킷은 RTD에 부여될 때 2304 바이트의 신호 샘플이 된다.

DSP는 로컬 접속이 형성되었을 때 회복되는 정보에 따라, 임의의 듀플렉스의 경우에, 수신된 최종 로컬 데이터의 타이밍에 따라 송신의 타이밍을 제어한다.

로컬캐스트 모드에서, RTD는 로컬캐스트 데이터의 전체 사이클 시간을 기록한다. 그후, DSP는 관련된 RSSI 정보를 사용하여 로컬캐스트 패킷 샘플을 위치시킨다. 각각의 로컬캐스트 패킷의 시작 및 종료에서 상관 시퀀스를 사용하면, 다른 로컬캐스트 장치의 미세한 타이밍이 결정되고, 이 정보는 저장된다. 이제, MCU는 획득된 채널 상에서 수신되거나 송신되기 시작한다.

이상의 설명은 시스템의 다양한 실시예를 나타내지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 청구범위의 사상 및 범위 내의 모든 변경물, 대안물 및 동등물을 커버한다.

Claims

무선 통신을 수행하는 시스템에 있어서,

소정의 스케쥴로 와이드 영역에 걸쳐 브로드캐스트 정보를 송신하도록 구성된 브로드캐스트 송신기;

로컬 영역에 걸쳐 로컬 정보를 송신하도록 구성된 로컬캐스트 송신기 - 상기 로컬 영역은 와이드 영역보다 작음 -; 및

상기 브로드캐스트 정보 및 상기 로컬 정보를 수신하도록 구성된 수신기를 포함하는 이동 장치

를 포함하는 시스템.
제 1 인터페이스;

상기 제 1 인터페이스에 결합된 인코더;

상기 인코더에 결합된 패킷 어셈블러;

상기 제 1 인터페이스, 상기 인코더 및 상기 패킷 어셈블러에 결합된 제어 기능;

변조기; 및

안테나

를 포함하는 로컬캐스트 송신기.
제 2 항에 있어서, 상기 로컬캐스트 송신기는 로컬 영역 송신 시스템을 위한 데이터 소스를 더 포함하는 로컬캐스트 송신기.
제 2 항에 있어서, 상기 제 1 인터페이스는 USB 호환가능 인터페이스, RS-232 인터페이스 및 IEEE-1394 인터페이스 중의 하나 이상을 더 포함하는 로컬캐스트 송신기.
제 2 항에 있어서, 상기 제어 기능은 데이터 소스로부터 송신 패킷을 수집하고 핸드쉐이킹(handshaking) 기능을 수행하는 로컬캐스트 송신기.
제 2 항에 있어서, 상기 로컬캐스트 송신기는 제 2 인코더를 더 포함하는 로컬캐스트 송신기.
제 2 항에 있어서, 상기 패킷 어셈블러는 또한 인코딩된 시스템 정보를 데이터 세그먼트로 인터리빙하는 단계; 상관 정보를 상기 데이터 세그먼트에 부가하는 단계; 및 상기 데이터 세그먼트를 비트 스트림으로 변환하는 단계를 수행하는 로컬캐스트 송신기.
제 2 항에 있어서, 상기 로컬캐스트 송신기는 또한 FM 밴드의 로컬-비사용 부분(locally-unused portion)에서 브로드캐스팅하도록 구성된 로컬캐스트 송신기.
제 2 항에 있어서, 상기 데이터 소스는 퍼스널 컴퓨터 시스템을 더 포함하는 로컬캐스트 송신기.
제 2 항에 있어서, 상기 인코더는 시스템 정보를 위한 제 1 콘볼루션 인코더를 더 포함하는 로컬캐스트 송신기.
제 10 항에 있어서, 상기 인코더는 데이터를 위한 제 2 콘볼루션 인코더를 더 포함하는 로컬캐스트 송신기.
제 1 입력 인터페이스 및 버퍼 메모리에 결합된 입출력 제어기;

상기 입출력 제어기 및 제 2 입력 인터페이스에 결합된 제어 프로세서;

마이크로프로세서에 결합된 정밀 시간 베이스(precision time base);

상기 입출력 제어기, 상기 제어 프로세서 및 제 1 메모리에 결합된 인코딩 엔진; 및

상기 인코딩 엔진, 상기 제어 프로세서, 제 2 메모리 및 서브캐리어 출력에 결합된 서브캐리어 신호 발생기

를 포함하는 브로드캐스트 송신기.
제 12 항에 있어서, 상기 제어 프로세서는 마이크로프로세서, 마이크로콘트롤러, 프로그래머블 로직 어레이, 프로그래머블 게이트 어레이 및 ASIC 중의 하나 이상을 포함하는 브로드캐스트 송신기.
제 12 항에 있어서, 상기 입출력 제어기는 필드-프로그래머블 게이트 어레이를 포함하는 브로드캐스트 송신기.
제 12 항에 있어서, 상기 제 1 입력 인터페이스는 RS-422 인터페이스, RS-232 인터페이스, IEEE-1394 인터페이스, USB 인터페이스 또는 이더넷 인터페이스 중의 하나 이상을 더 포함하는 브로드캐스트 송신기.
제 12 항에 있어서, 상기 제 2 입력 인터페이스는 RS-422 인터페이스, RS-232 인터페이스, IEEE-1394 인터페이스, USB 인터페이스 또는 이더넷 인터페이스 중의 하나 이상을 더 포함하는 브로드캐스트 송신기.
제 12 항에 있어서, 상기 정밀 시간 베이스는 1-ppm 발진기를 포함하는 브로드캐스트 송신기.
제 12 항에 있어서, 상기 서브캐리어 신호 발생기는 변조기, 디지털-아날로그 변환기 및 출력 필터를 더 포함하는 브로드캐스트 송신기.
제 18 항에 있어서, 상기 변조기는 필드-프로그래머블 게이트 어레이를 더 포함하는 브로드캐스트 송신기.
안테나 어셈블리;

시스템 타이밍 기능, 실시간 이벤트 디스패칭 기능(real-time event dispatching function), 및 디지털 라디오를 포함하는 실시간 컴포넌트;

디지털 제어 및 프로세싱 회로;

마이크로컴퓨터 어셈블리;

랜덤 액세스 메모리;

비휘발성 메모리; 및

마이크로프로세서-제어 사용자 인터페이스

를 포함하는 이동 장치.
제 20 항에 있어서, 상기 이동 장치는 또한 사람의 손목에 착용되도록 구성된 이동 장치.
제 21 항에 있어서, 상기 이동 장치는 또한 현재의 시간을 디스플레이하도록 구성된 이동 장치.
제 20 항에 있어서, 상기 이동 장치는 또한 페이징 유닛 내에서 동작하도록구성된 이동 장치.
제 20 항에 있어서, 상기 이동 장치는 또한 셀룰러 폰 내에서 동작하도록 구성된 이동 장치.
제 20 항에 있어서, 상기 이동 장치는 또한 로컬 영역 송신기 및 브로드캐스트 송신기로부터 정보 콘텐츠를 수신하도록 구성된 이동 장치.
제 20 항에 있어서, 상기 이동 장치는 트랜시버를 더 포함하는 이동 장치.
제 26 항에 있어서, 상기 이동 장치는 또한 제 2 이동 장치로부터 정보를 송신 및 수신하도록 구성된 이동 장치.
제 27 항에 있어서, 상기 이동 장치는 또한 복수의 이동 장치로부터 정보를 송신하고 수신하도록 구성된 이동 장치.
제 20 항에 있어서, 상기 이동 장치는 또한 제 2 이동 장치로부터 로컬 정보를 수신하도록 구성된 이동 장치.
FM 서브캐리어를 통해 송신된 데이터를 재-브로드캐스팅(re-broadcasting)하는 방법에 있어서,

상기 송신된 데이터를 로컬캐스트 송신기에서 수신하는 단계;

로컬 영역 무선 송신을 위하여 상기 송신된 데이터를 로컬 포맷하는 단계; 및

상기 로컬캐스트 송신기로부터 로컬 영역으로 상기 로컬 포맷된 데이터를 재송신하는 단계

를 포함하는 방법.
제 30 항에 있어서, 로컬 영역에 걸쳐 송신을 위한 로컬 포맷 데이터에 상기로컬캐스트 송신기의 로컬 콘텐츠 정보를 부가하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 30 항에 있어서, 로컬 영역에 걸쳐 브로드캐스트를 위한 상기 로컬 포맷 데이터에 상기 로컬캐스트 송신기의 애플리케이션 정보를 부가하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 30 항에 있어서, 제 1 이동 장치에서 상기 로컬 포맷 데이터를 수신하는 단계; 및 상기 제 1 이동 장치로부터 제 2 이동 장치로 상기 로컬 포맷 데이터를 재송신하는 단계를 더 포함하는 방법.
데이터 스트림을 인코딩하는 방법에 있어서,

송신 네트워크 센터에서 상기 데이터 스트림을 복수의 데이터 패킷으로 분할하는 단계;

상기 데이터 패킷을 브로드캐스트 발생기로 송신하는 단계;

상기 브로드캐스트 발생기에서 상기 송신된 데이터 패킷을 수신하는 단계;

상기 수신된 데이터 패킷을 상기 브로드캐스트 발생기의 I/O 메모리로 기입하는 단계;

상기 I/O 메모리 블록에 도착한 상기 수신된 데이터 패킷의 순서와 다른 순서로 상기 I/O 메모리로부터 복수의 추출 데이터 패킷을 판독하는 단계;

상기 추출 데이터 패킷을 인코딩된 데이터 스트림으로 인코딩하는 단계; 및

상기 인코딩된 데이터 스트림을 복수의 인터리빙된 데이터 세그먼트로 인터리빙하는 단계

를 포함하는 방법.
제 34 항에 있어서,

상기 I/O 메모리 내의 임계량의 메모리가 상기 수신된 데이터 패킷에 의해 채워져 있는지를 판정하는 단계; 및

상기 판정이 긍정이면 상기 수신된 데이터 패킷의 인코딩을 초기화하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 34 항에 있어서,

상기 데이터 패킷의 각각에서, 상기 데이터 패킷의 각각이 낮은 레이턴시 송신 시간을 필요로 하는지를 나타내는 단계; 및

상기 데이터 패킷이 낮은 레이턴시 송신 시간을 요구하는지에 기초하여 상기 인터리빙을 변경하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 34 항에 있어서, 상기 인코딩 단계는,

상기 추출 데이터 패킷의 각각의 비트와 데이터 패턴의 각각의 비트 사이의 비트의 배타적 OR(bitwise-exclusive-OR)를 수행하여 복수의 화이트닝 데이터 스트림을 생성하는 단계; 및

상기 화이트닝 데이터 스트림을 콘볼루션 인코딩하여 복수의 인코딩된 데이터 스트림을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
데이터를 송신하는 방법에 있어서,

복수의 데이터 패킷을 포함하는 데이터 스트림을 수신하는 단계 - 적어도 임의의 패킷이 낮은 레이턴시로 송신되도록 지정됨 -; 및

낮은 레이턴시로 송신되도록 지정된 데이터 패킷이 브로드캐스트 프레임의 서브프레임을 통해 인터리빙되는 것을 제외하고 상기 데이터 패킷을 프레임을 통해 인터리빙하는 단계를 포함하는 방법.
제 38 항에 있어서, 상기 서브프레임은 상기 브로드캐스트 프레임의 1/4인방법.
데이터 소스를 포함하는 무선 통신 시스템에서 신호를 송신하는 장치에 있어서,

상기 데이터 소스에 결합되고 로컬 영역에 걸쳐 로컬-비사용(locally-unused) FM 주파수로 디바이스에 송신하도록 구성된 로컬캐스트 송신기를 포함하고,

상기 디바이스는 상기 로컬캐스트 송신기로부터 송신된 데이터를 수신하도록 구성되고, 또한 와이드 영역 브로드캐스트 송신기로부터 송신된 데이터를 수신하도록 구성된 장치.
데이터 소스를 포함하는 무선 통신 시스템에서 신호를 송신하는 장치에 있어서,

상기 데이터 소스에 결합되고 로컬 영역에 걸쳐 로컬-비사용 FM 주파수로 디바이스로 데이터를 송신하고 디바이스로부터 데이터를 수신하도록 구성된 로컬캐스트 송신기를 포함하고,

상기 디바이스는, 상기 로컬캐스트 송신기로부터 상기 송신된 데이터를 수신하고 상기 로컬캐스트 송신기로 다른 데이터를 송신하도록 구성된 장치.
무선 통신을 수행하는 장치에 있어서,

브로드캐스트 모드에서 송신된 무선 통신을 수신하도록 구성된 디바이스를 포함하고,

상기 브로드캐스트 모드는 와이드 영역 송신 매체를 통해 송신된 데이터를 포함하고, 상기 디바이스는 또한 로컬캐스트 모드에서 송신된 추가의 무선 통신을 송신 및 수신하도록 구성되고, 상기 로컬캐스트 모드는 로컬 영역 송신 매체를 통해 송신 또는 수신되는 데이터를 포함하는 장치.
무선 통신을 수행하는 장치에 있어서,

브로드캐스트 모드에서 송신된 무선 통신을 수신하도록 구성된 이동 장치를 포함하고,

상기 브로드캐스트 모드는 와이드 영역 송신 매체를 통해 송신된 데이터를 포함하고, 상기 이동 장치는 또한 로컬캐스트 모드에서 송신된 추가의 무선 통신을 수신하도록 구성되고, 상기 로컬캐스트 모드는 로컬 영역 송신 매체를 통해 송신된 데이터를 포함하는 장치.