KR20050058286A - 유선 네트워크를 통한 초-광대역 통신 - Google Patents

유선 네트워크를 통한 초-광대역 통신 Download PDF

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KR20050058286A
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Abstract

유선 네트워크를 통하여 이용 가능한 대역폭을 증가시키기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 유선 네트워크를 통하여 초-광대역 신호를 송신하는 단계를 포함한다. 본 발명의 하나의 구현예는 커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크를 통하여 다중의 초-광대역 신호들을 송신할 것이다. 본 발명은 광 네트워크, 케이블 텔레비젼 네트워크, 커뮤니티 안테나 텔레비젼 네트워크, 커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크, 광동축 혼합망, 인터넷 서비스 제공자 네트워크, 및 PSTN 네트워크를 통해 초-광대역 신호를 송신할 수 있다.

Description

유선 네트워크를 통한 초-광대역 통신{Ultra-wideband communication through a wire network}
본 발명은 일반적으로 초-광대역 통신에 관한 것이다. 보다 특별하게는, 본 발명은 유선 네트워크를 통하여 초-광대역 신호들을 송신하기 위한 방법에 관한 것이다.
정보화 시대는 우리에게 달려 있는 것이다. 수많은 서로 다른 통신 시스템들을 이용하여 광대한 양의 정보를 액세스하는 것으로 인해 사람들이 일하는 방법, 사람들을 즐겁게 하는 방법, 그리고 서로 통신하는 방법이 변화하게 되었다. 예를 들어 보면, 1996년 원격 통신 개정안에서 의회에 의하여 계획되었던 증가된 원격 통신 경합의 결과로 인해, 전통적인 케이블 텔레비젼 프로그램 제공자들은 가정과 기업을 위한 고급 비디오, 음성 및 데이터 서비스들을 제공하는 전체-서비스 제공자들로 바뀌게 되었다. 지금은, 경합하는 수많은 케이블 회사들이 단일한 광대역 네트워크를 통하여 앞서 설명된 모든 서비스들을 전달하는 케이블 시스템들을 제공하고 있다.
이러한 서비스들은 대역폭에 대한 수요를 증가시켰는데, 이러한 대역폭이란 단위 시간 마다 송신되거나 수신된 데이터의 양을 의미한다. 보다 많은 대역폭은, 데이터 송신의 크기가 지속적으로 증가함에 따라, 점점 더 중요하게 되었다. 집에서의 주문형 영화들 및 비디오 원격 회의와 같은 어플리케이션들은 고속의 데이터 전송률을 필요로 한다. 또 다른 예로서, 가정에서 그리고 사무실에서의 쌍방향 비디오도 그러하다.
또한 다른 산업들도 인터넷 서비스 제공자들 및 다른 데이터 제공자들에 대하여 대역폭을 요구하고 있다. 예를 들어, 병원들은 원격지에 위치한 외과의사들에게 X-ray 및 CAT 스캔들의 이미지들을 송신한다. 그와 같은 송신들은 합리적인 시간 내에 큰 데이터 파일들을 송신하기 위한 상당히 큰 대역폭을 요구한다. 실시간 홈 비디오를 제공하는 큰 데이터 파일은 물론이고, 상기의 큰 데이터 파일들은 너무 크기 때문에 시스템 대역폭에서의 증가 없이는 송신될 수 없다. 보다 많은 대역폭에 대한 요구는 느린 인터넷 액세스에 대한 사용자의 불만과 네트워크의 과부하로 인한 징후에 해당하는 데이터 링크들의 끊어짐을 이유로 더욱 그 근거를 확보한다.
인터넷 서비스 제공자들, 케이블 텔레비젼 네트워크들 및 다른 데이터 제공자들은 일반적으로 도전성 전선들(conductive wires) 및 케이블들을 사용하여 데이터를 송신하고 수신한다. 유선 또는 케이블과 같은 송신 매체를 통한 신호(예를 들어, 데이터) 송신에 대한 전통적인 접근 방법들은 매체가 신호들을 전기적으로 전도할 수 있는 범위 내에 있는 주파수로 매체를 통하여 신호를 변조하는 것이다. 이러한 전통적인 접근 방법 때문에, 특정 매체의 대역폭은 매체가 변조를 통하여 신호를 전기적으로 송신할 수 있는, 전류를 산출하는 범위 내의 스펙트럼에 제한된다. 결과적으로, 비용이 많이 들고 복잡한 수많은 방식들이, 정교한 스위칭 방식들 또는 신호 시간-공유 할당 방식을 사용하여 전통적인 도전성 전선 및/또는 케이블 시스템들에서 대역폭을 증가시키도록 발전하여 왔다. 이러한 각각의 방법들로서는, 데이터 송신 시스템에 있어서 유선 또는 케이블의 대역폭이 그것의 도전 용량들에 의하여 제한된다는 전통적인 이론을 인정하는데 머물렀기 때문에, 부분적으로 복잡하고 비용이 많이 들 수 밖에 없었다.
그러므로, 전통적인 유선 네트워크들의 대역폭을 증가시키는 방법에 대한 필요성이 존재한다.
도 1은 서로 다른 통신 방법들을 도시한다.
도 2는 두 개의 초-광대역 펄스들을 도시한다.
도 3은 유선 매체를 사용하는 초-광대역 통신 시스템의 한 구현예를 개략적으로 도시한다.
도 4는 유선 매체를 사용하는 초-광대역 통신 시스템의 두 번째 구현예를 개략적으로 도시한다.
소정의 도들 또는 모든 도들은 예시적인 목적을 위한 개략적인 표시들에 해당하고, 반드시 도시된 구성요소들의 실제적인 크기들 또는 위치들을 도시한 것에 해당하지 않는다.
본 발명은 인터넷 서비스 제공자 네트워크, 전화 네트워크, 근거리 네트워크, 개인 영역 네트워크 또는 기타 다른 유선 네트워크와 같은 어떠한 유선 네트워크를 통하여 초-광대역 신호들을 송신하는 방법을 제공한다.
본 발명의 하나의 구현예에 있어서, 초-광대역 신호를 송신하는 방법은 유선 네트워크를 제공하는 단계 및 상기 유선 네트워크를 가로질러 초-광대역 신호를 송신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 구현예는, 네트워크 신호와 함께 데이터를 나타내는 다중의 초-광대역 신호들을 결합하는 것에 의하여, 인터넷 서비스 제공자 네트워크 또는 유선 매체를 사용하는 다른 유형의 네트워크의 대역폭을 증가시키는 방법을 포함한다. 데이터 및 네트워크 신호를 나타내는 다중의 초-광대역 신호들을 포함하는 결합된 신호가 수신되고, 이러한 두 신호들은 데이터 및 네트워크 신호를 나타내는 다중의 초-광대역 신호들로 분리된다.
본 발명의 한 특징으로 초-광대역 신호가 인터넷 커넥션 신호 또는 음성 송신 신호와 함께 동시에 송신될 수 있다는 것이다. 초-광대역 신호는 실질적으로 다른 신호들과 동시에 송신될 수 있으므로, 데이터를 송신할 네트워크의 전반적인 대역폭 또는 용량은 매우 증가된다.
다음의 단락들에서, 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 예시의 방식으로 상세하게 설명될 것이다. 이러한 설명을 통하여, 도시된 바람직한 구현예 및 예시들은 본 발명에 대한 제한으로서 보다는 예시로서 간주된다. "본 발명"이 여기에서 사용될 때, 그것은 여기에서 설명된 본 발명의 구현예들 중의 어떤 것 그리고 어떠한 등가물들을 가리키는 것에 해당한다. 나아가, 본 출원서를 통하여 "본 발명"의 다양한 특징(들)에 대한 참조는 모든 청구된 구현예들 또는 방법들이 참조된 특징(들)을 포함해야 하는 것을 의미하지 않는다.
일반적으로, 전통적인 케이블 텔레비젼 제공자, 커뮤니티 안테나 텔레비젼 제공자, 커뮤니티 액세스 텔레비젼 제공자, 케이블 텔레비젼 제공자, 광동축 혼합망(hybrid fiber-coax) 텔레비젼 제공자, 인터넷 서비스 제공자, 또는 텔레비젼, 오디오, 보이스 및/또는 인터넷 데이터의 다른 어떤 제공자는 지역 케이블들, 및/또는 통신 위성으로부터 신호들을 수신하는 하나 이상의 안테나들 중 하나로부터 브로드캐스트된 신호들을 중앙 스테이션에서 수신한다. 브로드캐스트된 신호들은 일반적으로 동축 및/또는 광섬유 케이블에 의하여 중앙 스테이션으로부터 비즈니스 또는 거주 지역들에 위치한 노드들로 분산된다.
예를 들어, 커뮤니티 액세스 텔레비젼 제공자(CATV) 네트워크들이 서로 다른 여러 토폴로지들 및 구성들에 있어 현재 사용되고 있다. 오늘날 발견되는 가장 일반적인 구성들은 광섬유 및 동축 케이블을 모두 사용하는 광동축 혼합망 시스템(Hybrid Fiber-Coax Systems: HFCS) 및 동축 케이블을 통하여 송신되는 아날로그 신호들이다. 아날로그 동축 시스템들은 일반적으로 순수 아날로그 시스템으로 특징지워진다. 순수한 아날로그 CATV 시스템들은 6 또는 8 MHz 간격들의 주파수 반송파로의 확립된 NTSC/PAL(National Television Standards Committee/Phase Alternation Line) 변조의 사용에 의하여 특징지워진다.
HFCS는 동축(아날로그) 및 광섬유(디지털) 매체 양자 모두를 사용하는 아날로그-디지털 결합 토폴로지로서 일반적으로 채널 78 이상인, 디지털 변조화되고/부호화된 텔레비젼 채널들을 지원한다. ANSI/EIA-542-1997에 따르면, 미국에서, 아날로그 채널들은 55에서 547 MHz 주파수를 사용하는 2에서부터 78 채널들 상에서 6 MHz 할당들로 변조된다. HFCS를 사용하는 경우에, 일반적으로 디지털 채널들은 79 채널에서 시작하여 136 채널까지 이르고, 주파수 범위는 553에서 865 MHz를 점유한다. 소정의 확장된 HFCS 시스템들에 있어서, 채널 할당들은 153 또는 997 MHz 채널까지 올라갈 수 있다. 현재 ANSI/EIA-542-1997 표준은 단지 이러한 제한들로 채널들을 정의하고 할당한다. 실제 유선/케이블 매체 자체는 일반적으로 3GHz까지의 주파수를 송신할 수 있다.
CATV 및 HFCS 양자 시스템들 모두에 있어서, 위성 다운링크는 케이블 회사의 전파 중계소(head-end)로 들어가고, 비디오, 및/또는 다른 데이터 스트림들은 역 다중화된다. 개인용 비디오 데이터 스트림들(NTSC, MPEG, 또는 다른 어떤 적합한 프로토콜)은 위성 다운링크 스트림으로부터 추출되고, 개인용 텔레비젼 채널들을 위한 특정 변조기로 루트된다. 이러한 각각의 변조기로부터의 출력들은 하나의 광대역 신호로 결합된다. 이러한 점에서, 결합된 채널들은 증폭되어 동축 또는 광섬유 케이블에 의하여 소비자들에게 송신된다.
HFCS에서, 결합된 광대역 신호가 전파 중계소를 떠나기 전에, 광대역 신호는 거주하는 이웃 또는 비즈니스 지역과 같은 영역으로 분배하기 위하여 광섬유 케이블로 변조되어 들어간다. 이러한 광대역 신호의 변조는 일반적으로 두 방식들 중의 하나로서 달성된다. 첫 번째 방법에 있어서, 전체 광대역 신호는 고속 아날로그 대 디지털 컨버터(ADC)를 사용하여 샘플되고 디지털화된다. 신뢰할만한 디지털 샘플링을 수행하기 위해서, 데이터는 Nyquist 최소 샘플링 필요조건들을 충족시키기 위하여 가장 높은 주파수 컴포넌트보다 적어도 두 배의 비율로 샘플되어야 한다. 보다 높은 품질의 데이터 스트림을 제공하기 위하여, 신호는 최고 주파수의 2.5에서 4배로 샘플되어야 한다. 병렬 대 직렬 컨버터는 ADC의 병렬 출력 데이터를 직렬 포맷으로 시프트한다. 직렬 데이터는 광섬유 케이블을 통하여 송신하기 위한 레이저 다이오드를 구동한다. 두 번째 방법은 광대역 블록 변환으로서, 여기에서 광대역 신호의 전체 스펙트럼은 변조되어 광섬유 케이블로 들어간다.
목표 액세스 노드들은 이웃, 비즈니스 지역 및 기타 지역들에 위치한다. 이러한 액세스 노드들은 고속 디지털 대 아날로그 컨버터(DAC) 및 역-직렬화기(de-serializer)를 포함한다. 광섬유 수신기는 액세스 노드에서 레이저-변조된 신호를 검출한다. 병렬 대 직렬 컨버터는 데이터를 역-직렬화하고, 그러한 데이터는 고속 DAC에 입력된다. 그 후, 데이터는 표준 75 옴(ohm), RG-6 또는 RG-8 또는 다른 적합한 동축 케이블 상으로 액세스 노드를 떠나고, 고객의 영역으로 분산된다. 따라서, 액세스 노드에서, 광대역 신호는 광섬유 케이블로부터 추출되고, 개인의 집들, 아파트들, 기업들, 대학들 및 기타 고객들에 연결된 동축 케이블로 전달된다. 복수의 고객들의 지원은 일반적으로, 예를 들어, 전신주들 또는 그라운드 레벨에서와 같은 필드에 있는 분산 박스(distribution box)들을 사용하여 달성된다. 그러나, 신호가 지속적으로 분산 박스들에서 분리됨에 따라, 수신된 대역폭은 감소되고 신호의 품질은 낮아지는데, 이로 인해 비디오, 오디오 및 다른 데이터 품질이 감소된다.
일반적으로 CATV 채널 79 및 그 이상을 사용하는 디지털 채널들은 기본적으로 일반적으로 2에서 78 채널을 사용하는 아날로그 채널들과 서로 다르다. 아날로그 채널들은 변조된 주파수 반송파들로 구성된다. 6 MHz 할당 시스템을 일반적으로 사용하는 디지털 채널들은 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation: QAM)를 사용하여 디지털로 변조된다. QAM은 두 개의 진폭 변조 신호들을 하나의 신호 채널로 결합하는 방법인데, 이로써 효과적인 대역폭은 배가 된다. QAM 신호에서, 두 개의 반송파들이 있는데, 각각은 동일한 주파수를 가지지만 90 도의 위상 차이가 있다. 이러한 두 개의 변조된 반송파들은 송신 및 송신 후의 분리를 위하여 결합된다. QAM 16은 신호당 16 비트들을 송신하고, QAM 32, 64 및 256은 각각 신호 당 32, 54 및 256 비트들을 송신한다. QAM은 MPEG 비디오 압축으로 부호화된 부가적인 비디오 스트림들을 지원하도록 발전되었다. 전통적인 CATV 및 HFCS 네트워크들은 QAM 64 까지의 QAM 레벨들을 사용하여 송신될 8 개의 독립적이고, 실질적으로 동시적인 MPEG 비디오 스트림들을 가능하게 한다.
고객의 위치에서 보면, 동축 케이블은 셋-톱 박스에 연결되거나, 텔레비젼에 직접 연결된다. 수신 장치는 비디오, 오디오, 보이스, 인터넷 또는 다른 데이터를 역-다중화하고, 역-변조화한다. 텔레비젼이 직접적으로 아날로그 신호를 수신할 수 있을지라도, 셋-톱 박스는 일반적으로 79 및 그 이상의 CATV 채널들을 사용하는 디지털로 부호화된 채널들의 수신을 위하여 요구된다.
트위스티드-페어 또는 동축 케이블과 같은 유선 매체를 사용하는 통신 시스템들 및 상기 설명된 네트워크들 및 다른 네트워크들은 신호 간섭, 환경 소음, 및 가 소음(spurious noise)에 의하여 발생된 성능 제한들로 인해 어려움을 겪는다. 이러한 전통적인 유선 매체 시스템들에 있어서, 이러한 제한들은 이용 가능한 시스템 대역폭, 거리 및 시스템의 용량을 운반하는데 영향을 미친다. 왜냐하면 유선 매체에서의 소음 플로어(floor) 및 신호 간섭은 송신되는 신호를 갑작스럽게 증가시킨다. 그러므로, 유선 매체 범위 내에 있는 잡음은 어떠한 유선 시스템 또는 네트워크의 이용 가능한 대역폭이라도 상당히 제한하게 된다.
이러한 제한을 극복하기 위한 전통적인 해결책으로는 일반적으로 수신기에서의 소음에 비해 상대적으로 신호의 전압 레벨을 올리기 위하여 송신기에서의 전력(예를 들어, 신호의 전압을 올리는 방식으로)을 상승시키는 방법이 있다. 송신기에서의 전력을 올리지 않고서는, 수신기는 원하는 신호로부터 잡음을 분리해 낼 수 없었다. 그러므로, 유선 매체 내에서 고유하게 존재하며 수반되는 잡음으로 인하여, 유선 매체 시스템들의 전체적인 성능이 여전히 상당한 정도로 제한을 받고 있다.
네트워크를 통하여 송신되는 전통적인 데이터 신호들이 함께 존재하면서도, 확립된 유선 매체 네트워크의 이용 가능한 대역폭을 증가시킨다는 것은 현존하는 유선 매체 네트워크 기반구조에 영향을 주어 보다 더 큰 기능의 수행을 가능하게 하는 기회를 의미하는 것이다. 여러 방법들 및 기술들이 제안되어 왔으나, 그것들은 일반적으로 집중적인 계산을 요구하는 것으로서, 이로 인해 비용이 많이 들게 된다.
본 발명은 유선 매체를 전체적으로 또는 부분적으로 사용하는 어떠한 종류의 네트워크에서도 사용될 수 있다. 즉, 네트워크는 동축 케이블과 같은 유선 매체 및 위성과 같은 무선 장치들 양자 모두를 사용할 수 있다. 여기에서 정의된 바에 따라, 네트워크는 통신 경로들에 의하여 연결된 지점들 또는 노드들의 그룹에 해당한다. 통신 경로들은 유선에 의하여 연결될 수 있거나, 무선으로 연결될 수 있다. 여기에서 규정되는 네트워크는 다른 네트워크들과 상호 연결되고, 서브네트워크들을 포함한다. 여기에서 규정되는 네트워크는, 예를 들어, 그 중에서도 특히, 근거리 네트워크(LAN), 도심 지역 네트워크(MAN), 원거리 네트워크(WAN)와 같이 공간적 거리 관점에서 특징지워질 수 있다. 또한 여기에서 규정되는 네트워크는, 예를 들어, 특히, TCP/IP 네트워크, 및 시스템 네트워크 아키텍쳐 네트워크상에서 사용하는 데이터 송신 기술의 유형에 의하여 특징지워질 수 있다. 여기에서 규정되는 네트워크는 그것이 보이스, 데이터 또는 신호들의 종류들을 모두 운반하는냐에 따라 특징지워질 수 있다.
여기에서 규정되는 네트워크는, 예를 들어, 특히, 공중 교환 전화 네트워크(PSTN), 그 외 다른 유형의 공중 네트워크들 및 (단일한 룸 또는 집의 범위내에서와 같은)사설 네트워크 같은 네트워크를 사용할 수 있는가에 의하여 특징지워질 수 있다. 여기에서 규정되는 네트워크는, 예를 들어, 특히 다이얼-업 네트워크, 교환 네트워크, 전용 네트워크, 및 비교환(nonswitched) 네트워크와 같은 그것의 커넥션의 일반적인 성질에 의하여서도 특징지워질 수 있다. 또한 여기에서 규정되는 네트워크는, 예를 들어, 특히 광섬유, 동축 케이블, 양자의 혼합, 비차폐(unshielded) 트위스티드 페어, 및 차폐 트위스티드 페어를 사용하는 물리적 링크들의 유형에 의하여 특징지워질 수도 있다.
본 발명은 "반송파 프리(carrier free)" 아키텍쳐를 사용하는데, 이것은 높은 주파수 반송파 생성 하드웨어, 반송파 변조 하드웨어, 안정기(stabilizer)들, 주파수 및 위상 식별 하드웨어 또는 전통적인 주파수 도메인 통신 시스템들에서 사용되는 그 외 장치들을 사용할 것을 요구하지 않는다. 본 발명은 유선 매체를 사용하는 전통적인 네트워크들의 대역폭을 극적으로 증가시킨다. 그러나, 현존하는 유선 매체 네트워크를 광범위하게 변경하지 않고서도 저렴한 비용으로 배치할 수 있다.
본 발명은 주사하는 것(injecting)에 의하거나, 그렇지 않으면 초-광대역(UWB) 신호를 현존하는 데이터 신호에 중첩시키는 것에 의하여 증가된 대역폭을 제공하고, 이어 끝단 노드(end node), 셋-톱 박스, 가입자 게이트웨이, 또는 다른 적합한 위치에서 UWB 신호를 회복한다. 초-광대역, 또는 임펄스 라디오(radio)는 나노초 또는 피코초 간격들(일반적으로 주기 동안 수십 피코초들에서부터 몇 나노초들까지)로 발산되는 전자기 에너지의 펄스들을 사용한다. 이러한 이유때문에, 초-광대역은 종종 "임펄스 라디오"라고 불리운다. 자극(excitation) 펄스는 변조된 파형이 아니므로, UWB 역시 어떠한 분명한 반송파 주파수도 무선 주파수(RF) 스펙트럼에서 명백하지 않다는 점에서 "반송파 프리"라고 이름지워진다. 즉, UWB 펄스들은 전통적인 무선 주파수 기술과는 대조적으로 사인파 반송파 주파수 상에서 변조 없이 송신된다. 초-광대역은 할당된 주파수 또는 전력 증폭기 중 어느 것도 요구하지 않는다.
전통적인 무선 주파수 기술은 사인파들의 진폭 또는 주파수의 변조에 들어가는 데이터와 함께 송신되는 연속적인 사인파들을 사용한다. 예를 들어, 전통적인 셀룰러 전화기는 전체 주파수 스펙트럼에 있어 특정 폭의 특정 주파수 대역에서 작동하여야 한다. 구체적으로, 미국에서는, 연방 통신 위원회는 800에서 900 MHz 대역에서 셀룰러 전화 통신들을 할당해왔다. 셀룰러 전화기 오퍼레이터는 할당된 대역의 25 MHz를 사용하여 셀룰러 전화기 신호들을 송신하고, 할당된 대역의 또 다른 25 MHz를 사용하여 셀룰러 전화기 신호들을 수신한다.
전통적인 무선 주파수 기술의 또 다른 예는 도 1에서 도시된다. 802.11a, 무선 근거리 네트워크(LAN) 프로토콜은 대략 5 MHz의 무선 주파수 스프레드로 5 GHz 중앙 주파수에서 무선 주파수 신호들을 송신한다.
이와 대조적으로, UWB 펄스는 1.8 GHz 중앙 주파수를 가질 수 있는데, 이는 두 개의 전형적인 UWB 펄스들을 도시하는 도 2에서와 같이 대략 4 GHz의 주파수 스프레드를 가진다. 도 2는 UWB 펄스가 시간상 좁혀질수록, 그것의 중앙 주파수는 높아지고, 그것의 주파수 스펙트럼은 더 넓어지는 것을 도시한다. 이것은 주파수가 펄스의 시간 주기에 역으로 비례하기 때문이다. 600 피코초 UWB 펄스는 대략 4 GHz의 주파수 스프레드로 약 1.8 GHz 중앙 주파수를 가진다. 300 피코초 UWB 펄스는 대략 8 GHz의 주파수 스프레드로 약 3 GHz 중앙 주파수를 가진다. 그러므로, UWB 펄스들은 일반적으로 도 1에서 도시되는 바와 같이, 특정 주파수 범위 내에서 작동하지 않는다. 그리고, UWB 펄스들은 극단적으로 넓은 주파수 영역을 통하여 스프레드되어 있기 때문에, UWB 통신 시스템들은 초당 100 메가비트들 또는 그보다 높은 전송률과 같이 매우 높은 데이터 전송률로 통신을 가능하게 한다.
UWB 기술에 대한 보다 더 상세한 내용은 미국 특허 3,728,632(출원인은 제럴드 F. 로스이고, 명칭은: 짧은 기저-대역 펄스 통신 시스템에 있어 왜곡없이 기저-대역 주기 펄스 신호들을 생성하고 수신하기 위한 송신 및 수신 시스템)에서 게시되는데, 이것은 여기에서 참조되었고 이러한 참조에 의하여 여기에서 완전히 병합되었다.
또한, UWB 펄스가 극단적으로 넓은 주파수 범위를 통하여 스프레드되었기 때문에 단일, 또는 특정 주파수에서 샘플된 전력은 매우 낮다. 예를 들어, 1 나노-초 주기의 UWB 1-와트 신호는 펄스에 의하여 점유된 전체 주파수를 통하여 1-와트를 스프레드한다. CATV 제공자의 반송파 주파수에서와 같은 어떤 단일한 주파수에 있어서, 현재 UWB 펄스 전력은 1 나노 와트(1 GHz의 주파수 대역에 대해)이다. 이것은 어떤 유선 매체 시스템의 잡음 플로어 범위 내에 있고, 그러므로 원본 CATV 신호들의 복조 및 회복을 간섭하지 않는다. 일반적으로, 복수의 UWB 펄스들은, 예를 들어, -30 전력 데시벨들에서 -60 전력 데시벨들보다 더 낮은 것과 같은, 상대적으로 낮은 전력으로 송신되고(단일 또는 특정 주파수로 샘플되는 때에), 이것은 전통적인 무선 주파수들에서의 간섭을 최소화한다. 그러나, 대부분 유선 매체를 통하여 송신되는 UWB 펄스들은 무선 주파수 송신들을 간섭하지 않는다. 그러므로, 유선 매체를 통하여 송신된 UWB 펄스들의 전력(단일 주파수에서 샘플된)은 대략 +30dB에서 대략 -90dB까지의 범위를 가진다.
예를 들어, CATV시스템은 일반적으로 주파수 반송파 상에서 아날로그 데이터를 송신하는 동축 케이블을 사용한다. 일반적으로, 진폭 변조(AM) 또는 QAM(상기에서 언급된)은 아날로그 데이터를 송신하는데 사용된다. 데이터 송신이 AM 또는 QAM을 사용하기 때문에, UWB 신호들은 간섭 없는 이러한 환경에서 공존할 수 있다. AM에서, 데이터 신호 M(t)는 반송파 주파수에서의 코사인으로 곱해진다. 결과 신호 y(t)는 다음과 같이 표시될 수 있다.
y(t) = m(t)Cos(ωct)
QAM 기반 시스템에서 다중 반송파 신호들은 동일한 반송파 주파수로, 그러나 서로 다른 위상들로 송신된다. 이는 다중 데이터 신호들을 동시에 운반되는 것이 가능하게 한다. 두 개의 반송파들의 경우에 있어, "동상의(in phase)" 및 "직각 위상의(quadrature)" 반송파들은 데이터 신호들 Mc(t) 및 Ms(t)를 운반할 수 있다. 결과 신호 y(t)는 다음과 같이 표시될 수 있다.
y(t) = Mc(t)Cos(ωct) + Ms(t)Sin(ωct)
그러나, 상기에서 논의된 바와 같이, UWB 시스템은 협소한 시간 도메인 펄스를 송신하고, 신호 전력은 일반적으로 신호에 의하여 점유된 전체 대역폭에 대해 균일하게 스프레드된다. AM 또는 QAM 반송파 주파수에서와 같은 어떠한 순시 주파수에 있어서도, 현재 UWB 펄스 전력은 1 나노-와트(1GHz의 주파수 대역에 대한)이다. 이것은 어떠한 유선 매체 시스템의 잡음 플로어 범위 내에 있으므로, 원래의 AM 또는 QAM 데이터 신호들의 복조 및 회복을 간섭하지 않는다.
유선 매체 통신 시스템들은 신호 간섭, 환경 소음, 및 가 소음에 의하여 발생된 성능 제한들로 인해 어려움을 겪는다. 이러한 제한들은 이용 가능한 대역폭, 거리 및 시스템의 용량을 운반하는데 영향을 미친다. 유선 통신 시스템에 있어서, 유선 매체에서의 잡음 플로어 및 신호 간섭은 송신되는 반송파 신호를 갑작스럽게 증가시킨다. 유선 매체에 있는 이러한 잡음은 대역폭을 증가시키는 시스템의 능력에 대한 상당한 제한으로 작용한다. UWB 기술은 잡음 플로어를 사용하여, 반송파 신호를 간섭하지 않고, 데이터를 송신한다. 더욱이, 유선 매체를 통하여 송신된 UWB는 무선 환경에서의 그것의 사용에 대한 특징적인 이점을 가진다. 유선 환경에서는, 부호간 간섭에 대한 고려가 없고, 다중-사용자 간섭에 관계한 어떠한 고려도 하지 않는다.
예를 들어, CATV 채널들은 미국에서 일반적으로 6 MHz를 점유하고, 유럽에서는 8 MHz를 점유한다. 이러한 채널들은 대략 50 MHz에서 시작되는 재-발생 패턴으로, 그리고 CATV 시스템에 종속되어 550 MHz, 750 MHz, 870 MHz, 1 GHz 및 그 이상으로 배치된다. 본 발명은 UWB 펄스들을 현존하는 CATV 기반구조로 주입할 수 있다. 이러한 UWB 신호들은 현존하는 주파수 도메인 신호들을 간섭하거나 저하시키지 않는다. 부가적으로, UWB 신호들은 시간 도메인에서 의미를 가지는 광대한 양의 디지털 정보를 운반할 수 있다.
본 발명은 어떤 유선 매체 네트워크로 하여금 그들의 이용 가능한 대역폭을 증가시키기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 이러한 부가적인 대역폭은 UWB 신호들을, 시스템 오퍼레이터의 전파 중계소로부터 브로드캐스트하기 전에, 현존하는 데이터 송신 체인으로 삽입하는 것에 의하여 획득되는 것이 바람직하다. 도 3 및 도 4에서 도시되는 바와 같이, 전파 중계소는 안테나 팜(farm)(15), 위성 수신기들(20), 채널 변조기(25), 콤바이너(30), 및 광섬유 송신기/수신기(35)와 같은 여러 컴포넌트들을 포함할 것이다. 선택적인 사항으로서, UWB 신호들은 인터넷 라우터(90) 또는 호스트 디지털 단말기(80), 또는 다른 어떤 적합한 위치와 같은 다른 위치들에 있는 유선 매체 네트워크로 삽입될 것이다.
유행하는 방식과 같이, 케이블 시스템 오퍼레이터들은 가입자-생성 데이터를 현존하는 업스트림 채널들에 삽입하는 것에 의하여 개인 가입자들로부터 보다 많은 데이터를 수신할 수 있다. 본 발명은 광섬유 및 동축 케이블, 트위스티드 페어 선들, 또는 다른 유형의 도전선들을 통하여 UWB 통신을 제공한다. 유선 매체 네트워크는 전화, 고속 데이터, 비디오 배포, 비디오 회의, 무선 기반 오퍼레이션들의 목적들 및 다른 유사한 목적들을 위한 디지털 정보를 송신하고 수신할 수 있을 것이다.
도 3을 참조하여 보면, 유선 초-광대역 통신 시스템(10)은 유선 매체를 포함하는 현존하는 네트워크 또는 시스템을 통하여 초-광대역 신호들을 송신하도록 구성된다. 예를 들어, 유선 초-광대역(UWB) 시스템(10)은, 현존하는 커뮤니티 액세스 텔레비전 네트워크(CATV), 광 네트워크, 케이블 텔레비전 네트워크, 커뮤니티 안테나 텔레비전 네트워크, 광-동축 혼합 텔레비전 네트워크, 인터넷 서비스 제공자 네트워크, PSTN 네트워크, WAN, LAN, MAN, TCP/IP 네트워크, 대학 캠퍼스, 시골, 도시, 또는 그 외 다른 유형의 상기에서 규정된 것과 같은 네트워크로서 유선 매체를 부분적으로 또는 전체로서 사용하는 네트워크를 통하여 UWB 신호들을 송신할 수 있다.
유선 UWB 통신 시스템(10)의 한 구현예가 도 3에서 도시된다. 안테나 팜(15)은 오디오, 비디오 및 데이터 정보를 하나 이상의 위성들(도시되지 않음)로부터 수신한다. 부가적인 데이터는 지역 케이블 및 유선, 그리고 다중채널 다중지점 배포 서비스(MMDS)와 같은 지역 무선 자원들에 의하여 수신될 수 있다. 그 후, 데이터는 데이터를 별도의 오디오, 비디오 및 데이터 스트림들로 복조하는 위성 수신기들(20)로 발송된다. 이러한 정보는 CNN 또는 MTV와 같은 프로그램 신호들을 수신하는 채널 변조기들(25)로 발송된다. 채널 변조기들(25)은 각각의 신호를 무선 주파수(RF)와 혼합하고, 각각의 프로그램이 해당 번호에 따라 가입자들에 의하여 수신될 스테이션 번호(2에서 99와 같은)를 할당한다.
다중 RF 신호들은 다중 신호들을 단일의 출력으로 결합하는 콤바이너(30)로 발송된다. 즉, 콤바이너(30)은 채널 변조기(25)로부터 프로그램 신호들을 수신하고, 단일의 동축 케이블에 그들을 결합하여 신호를 광섬유 송신기/수신기(35)로 송신한다. 상기 설명된 채널 변조기들(25) 및 콤바이너들(30)의 배열 및 기능은 유선 매체 네트워크 각각의 유형에 따라 다양할 수 있다.
안테나 팜(15)으로부터, 또는 광 섬유 또는 동축 케이블들과 같은 지역 자원들로부터 수신된 부가적인 오디오, 비디오, 또는 다른 데이터 신호들은 위성 수신기(20)로부터 서비스 제공자 초-광대역(UWB) 장치(40)로 루트될 수 있다. 서비스 제공자 UWB 장치(40)는 위성 수신기(20)으로부터 수신된 오디오, 비디오, 또는 다른 데이터 신호들을 다중의 UWB 전자기 펄스들로 변환한다. 서비스 제공자 초-광대역(UWB) 장치(40)는 제어기, 디지털 신호 프로세서, 아날로그 부호기/복호기, 데이터 액세스 관리를 위한 하나 이상의 장치들, 및 관련 케이블링 및 전자장치들을 포함하는 여러 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 서비스 제공자 초-광대역(UWB) 장치(40)는 이러한 컴포넌트들 일부 또는 전부, 다른 필수적인 컴포넌트들, 또는 그것들의 등가물들을 포함할 수 있다. 제어기는 에러 제어, 및 데이터 압축 기능들을 포함할 수 있다. 아날로그 부호기/복호기는 아날로그 대 디지털 변환 기능 및 그와 역의 변환 기능을 가질 것이다. 데이터 액세스 관리 장치 또는 장치들은 전화선 및 동축 케이블들과 같은 유선 매체로의 인터페이스하기 위한 다양한 인터페이스 기능들을 포함할 수 있다.
서비스 제공자 초-광대역(UWB) 장치(40)에 있는 디지털 신호 프로세서는 위성 수신기(20)로부터 수신된 오디오, 비디오 또는 다른 데이터 신호들을 다중의 UWB 전자기 펄스들로 변조하고, 또한 가입자로부터 수신된 UWB 펄스들을 복조할 수 있다. 여기에서 규정된 것과 같이, 변조는 오디오, 비디오, 또는 다른 데이터를 다중의 UWB 펄스들로 부호화하는데 사용되는 특정 기술에 해당한다. 예를 들어, 디지털 신호 프로세서는 수신된 오디오, 비디오, 또는 다른 신호들을, 대략 0.1 나노초들에서 대략 100 나노초들 사이의 주기를 가지는 다중의 UWB 펄스들로 변조할 수 있고, 송신된 주파수를 측정할 때, 예를 들어, -30 전력 데시벨들에서 -60 전력 데시벨들보다 저은, 상대적으로 낮은 전력으로 송신될 수 있다.
UWB 펄스 주기 및 송신된 전력은 여러 요인들에 따라 다양할 것이다. 서로 다른 변조 기술들은 서로 다른 UWB 펄스 타이밍, 주기들 및 전력 레벨들을 사용한다. 본 발명은 UWB 신호를 유선 매체를 통하여 송신하기 위한 서로 다른 여러 기술들 및 방법들을 계획한다. 하나의 구현예는, 예를 들어, UWB 펄스들의 송신 시간을 다양화하는 펄스 위치 변조를 사용할 수 있다. 펄스 위치 변조 시스템의 한 예는 초 당 대략 10,000 펄스들을 송신할 수 있다. 이러한 시스템은 "0" 또는 "1"과 같은 특정 디지털 비트를 의미하는 100 피코초들이 빠른 또는 100 피코초들이 늦은 펄스들의 그룹들을 송신할 수 있다. 유행하는 방식에서는, 대단히 많은 양의 데이터가 유선 매체를 통하여 송신될 수 있다. 선택적인 사항으로서, UWB 신호는 미국 특허 출원 명칭 "초-광대역 정보를 부호화 및 복호화하는 방법" 에서 설명된 것과 유사한 방식으로 송신될 수 있는바, 이 출원은 제09/802,590(출원인 존 H. 샌토프 및 로돌포 T. 아리에타)으로서 여기에서 참조되었고, 그 전체 내용이 이러한 참조에 의하여 병합된다.
선택적인 변조 기술은 펄스 진폭 변조를 사용하여 유선 매체를 통하여 UWB 신호를 송신한다. 펄스 진폭 변조는 서로 다른 진폭을 사용하여 데이터를 송신한다. 서로 다른 진폭의 펄스들은 서로 디지털 표시들 "0" 또는 "1"로 할당된다. 계획된 다른 변조 기술들은 펄스(1) 또는 펄스 없음(0)으로서 데이터 비트들을 부호화하는 온-오프 전건 조작(keying), 이진의 위상-시프트 전건조작(BPSK), 또는 바이-페이즈 변조를 포함한다. BPSK는 위치를 변조하는 대신에, 신호의 위상(0도 또는 180도)을 변조한다. PPM 또는 PAM 변조 기술 중 어느 것에도 해당되지 않는 스펙트럴 전건 조작이 사용될 수도 있다. 현존하거나 현재 계획되고 있는 다른 변조 기술들 역시 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.
바람직한 변조 기술은 송신 전력, 펄스 포락선 모양 및 펄스 재현 주파수들(PRF)을 제어하는 것에 의하여 신호 공존성 및 펄스 신뢰 가능성을 최적화할 것이다. 의사 랜덤 및 고정 PRF들 양자 모두는, 고정된 PRF가 반송파-유사 주파수를 생성할 것이고, 그것과 그것보다 높은 차수의 고조파들이 전통적인 RF 반송파 채널들에 운반되는 데이터를 간섭할 수 있다는 사실을 전제로 사용될 수 있다. 그러나, 의사-랜덤 PRF로서는, 고정된 PRF에 있어 직면한 어려움들은 일반적으로 피할 수 있다. 의사-랜덤 PRF 변조 기술의 하나의 구현예는 유선 매체가 당연히 약화시키는 고주파수 컴포넌트들을 미리 증폭하고 보상하도록 형성되는 UWB 펄스 포락선을 포함할 수 있다. UWB 펄스 포락선 형태는 송신된 데이터 스트림의 전력 스펙트럴 밀도를 제어하는 부가적인 이점을 가진다.
무선 매체를 통하여 UWB 펄스들을 송신하는 것에 반대되는 것으로서 유선 매체를 통하여 UWB 펄스들을 송신할 때, 여러 이점들이 발생된다. 무선 UWB 송신들은 상호-심볼 간섭(ISI) 및 다중-사용자 간섭(MUI)과 같이 UWB 송신의 대역폭을 심하게 제한할 수 있는 유출물들을 고려해야 한다. 높은 비트 밀도를 위한 성능을 제공하는 펄스 진폭 변조(PAM)과 같은 일정한 변조 기술들은 무선의 긴 거리에서는 효과적이지 않다. 이러한, 그리고 다른 유출물들은 유선 매체를 통하여 송신되는 UWB 펄스들에 적용되지 않는다. 게다가, 다중 경로 유출물들이 발생하지 않고, 유선 매체에 존재하는 전파 지연 문제점들이 없다. 그러므로, 초-광대역 시스템이 100M비트/초들로부터 1G비트/초까지의 범위로 유선 매체를 통하여 데이터를 송신할 수 있을 것이라는 사실이 예상된다. 이러한 데이터 전송률은 어떠한 서비스 제공자의 대역폭 요구도 충족될 수 있음을 보장할 것이다.
서비스-제공자 UWB 장치(40)의 바람직한 구현예는 50 MHz로부터 대략 870 MHz 또는 상기에서 논의된 바와 같이 1 GHz 또는 그 이상의 범위의 대역폭을 통하여 UWB 데이터 스트림의 신호 에너지를 스프레드할 것이다. 이것은 어떠한 주파수에서의 현재 신호 에너지가 그 주파수 대역에 대해 정규의 잡음 플로어보다 상당히 낮다는 것을 보장하고, 나아가 전통적인 RF 반송파 데이터와의 공존을 보장한다.
예를 들어, UWB 펄스는 1 GHz 대역폭을 가지는 UWB 데이터 스트림에서 대략 1 나노-초의 주기를 가질 것이다.선택적인 사항으로서, UWB 펄스 주기는 특정 네트워크의 이용 가능한 주파수에 일치하도록 조정될 것이다. 미국에서의 CATV 또는 HFCS 네트워크에 있어서, 이상적인 UWB 펄스는 일반적으로 주기에서 대략 0.5에서 2 나노-초들에 해당할 것이다. 이것은 전통적인 미국에서의 CATV 또는 HFCS 네트워크가 일반적으로 대략 870 MHz의 최고 주파수를 사용하지만, 1 GHz까지 사용할 수 있는 용량을 가지기 때문이다. 이러한 대역폭은 1에서 2 나노-초 펄스 주기를 가능하게 한다. 좁은 펄스 폭으로, 보다 많은 펄스들이 이산된 많은 시간상으로 송신될 수 있기 때문에 바람직하다. 2 나노-초들에 이르는 펄스 폭들은 UWB 가입자 장치(50)에서의 디지털화, 송신, 수신 및 개선을 통하여 펄스 통합을 보장하기 위하여 사용될 수 있다. 일반적으로, 이상적인 펄스 폭은 특정 유선 매체 시스템의 주파수 응답을 기반으로 하여 계산될 것이다.
도 3을 참조하여 보면, 다수의 생성된 UWB 펄스들은 서비스-제공자 UWB 장치(40)로부터 콤바이너(30)로 송신되는데, 이러한 콤바이너는 UWB 펄스들을 전통적인 RF 반송파 신호들을 결합한다. 이러한 업무를 수행하는 하나의 방법은 전통적인 RF 반송파 신호들을 표준 동축 분배기로 전하는 전선을 연결하는 것이다. 또한, UWB 펄스들을 전하는 제2의 전선도 표준 동축 분배기에 연결된다. 결합된 신호들은 광섬유 송신기/수신기(35)로 발송된다. 광섬유 송신기/수신기(35)는 콤바이너(30)로부터 수신된 전통적인 RF 반송파 신호들 및 다수의 UWB 펄스들 양자 모두를 대응하는 광 신호로 변환한다. 광 신호 생성기는 발광 다이오드, 고체 소자 레이저 다이오드, 또는 다른 적합한 장치 중의 하나에 해당할 수 있다. 광 신호는 거주하는 이웃들, 기업 구내, 대학들 또는 가입자들 및 고객들에 대한 배포를 위한 그 외 장소들에 광섬유 케이블을 통하여 분산된다. UWB 펄스 스트림 및 전통적인 RF 반송파 신호 스트림을 결합하기 위한 그 외 방법들 및 기술들 역시 사용될 수 있다. 예를 들어, UWB 펄스 스트림은 광섬유 송신기/수신기(35)로 직접 송신되고, 광섬유 송신기/수신기는 두 개의 신호들을 결합할 것이다.
도 3에서 도시된 바와 같이, 광섬유 다중화기 노드(45)는 상기에서 설명된 위치들 중 어떤 하나에 위치할 것이다. 광 신호들은 다중화기(45)에 의하여 수신되고, 결합된 전통적인 RF 반송파 및 UWB 펄스된 신호들로 다시 변환된다. 결합된 신호들은 가입자 UWB 장치(50)에 발송된다. 가입자 UWB 장치(50)는 결합된 신호들에 액세스를 제공하는 게이트웨이 또는 라우터로 간주될 수 있다.
가입자 UWB 장치(50)의 하나의 구현예는 다중의 UWB 전자기 펄스들을 전통적인 RF 반송파 신호로 다시 복조할 것이다. 가입자 UWB 장치(50)는 서비스 제공자 UWB 장치(40)에서 발견되는 모든, 일정한 또는 부가적인 컴포넌트들을 포함할 것이다. 이러한 방식으로, 부가적인 대역폭은 고객에 의하여 요구되는 부가적인 데이터 및 기능을 제공하는 유선 매체 네트워크에 이용 가능할 것이다.
본 발명의 선택적인 구현예는 도 4에서 도시된다. 포괄 서비스 유선 UWB 통신 시스템(70)은 비디오, 전화기, 인터넷 및 오디오 신호들의 매우 높은 데이터 전송률이 가능하도록 구성된다.
포괄 서비스 UWB 시스템(70)은 광섬유 또는 동축 케이블들과 같은 지역 자원들로부터 또는 안테나 팜(15)으로부터 오디오, 비디오 및 데이터 정보를 수신한다. 이러한 신호들은 유선 UWB 통신 시스템(10)을 참조하여 상기에서 설명된 바와 같이 위선 수신기들(20)로 발송된다. 게다가, 공중 전화 네트워크(75)로부터의 신호들은 호스트 디지털 단말기(80)에 의하여 수신된다. 호스트 디지털 단말기(80)는 다중 음성 신호들을 양 방향 업스트림 및 다운스트림 RF 신호들로 변조한다. 호스트 디지털 단말기(80)로부터의 음성 신호들은 서비스 제공자 UWB 장치(40)로 발송된다.
인터넷 서비스 제공자(85)는 인터넷 데이터를 인터넷 라우터(90)로 발송한다. 인터넷 라우터(90)는 TCP/IP 패킷들과 같은 패킷들을 생성하고, 이것은 서비스 제공자 UWB 장치(40)로 발송된다.
서비스 제공자 UWB 장치(40)은 인터넷 데이터, 전화 데이터 및 위성 수신기들(20)로부터 수신된 데이터를, 상기에서 설명된 바와 같이, 다중의 전자기 펄스들로 변조하고, 그 펄스들을 콤바이너(30)로 발송한다. 콤바이너는 UWB 펄스들을 전통적인 RF 반송파 신호들과 결합하고, 결합된 신호를 광섬유 송신기/수신기(35)로 발송한다. 그 후, 신호들은 발광 다이오드, 고체 소자 레이저 다이오드, 또는 다른 적합한 장치 중 하나에 의하여 광 신호로 변환된다. 그리고, 광 신호는 비즈니스 구역, 거주하는 이웃들, 대학들 및 다른 지역들의 범위 내에 위치하는 광섬유 다중화기 노드(45)로 분산된다.
광섬유 다중화기 노드(45)는 광섬유 신호를 수신하고, 그것들을 결합된 전통적인 RF 반송파 및 UWB 펄스된 신호들로 다시 변환한다. 결합된 신호들은 가입자 UWB 장치(50)로 발송된다. 가입자 UWB 장치(50)는 결합된 신호들에 액세스를 제공하는 게이트웨이 또는 라우터로 간주될 수 있다. 가입자 UWB 장치(50)는 다수의 UWB 전자기 펄스들을 RF 신호들로 복조하고, 그 RF 신호들을 텔레비전들, 개인용 컴퓨터들 또는 전화기들과 같은 적절한 위치들로 발송한다. 선택적인 구현예에서, 가입자 UWB 장치들(50)은 셋톱 박스에 유사한 텔레비전 셋들에 인접하게 위치될 수 있고, 주문형 영화들, 인터넷 액세스 또는 TV 프로그램 유료 시청제(pay-per-view) 프로그램들을 송신하는데 사용될 수 있다. 그러나 본 발명의 다른 구현예는 텔레비전 셋 또는 컴퓨터 내에 위치할 수 있는 UWB 장치(50)를 포함할 수 있다. UWB 장치(50)는 데이터를 변환하여 셋톱 박스들 및 전화 스위칭 장치와 같은 상호 작용 매체 장치들, 디지털 또는 가입자 텔레비전들, 네트워크 서버들, 컴퓨터들로 분산할 수 있도록 구성된다.
또한, 가입자 UWB 장치(50)는 개인용 컴퓨터들, 텔레비전들, PDA들, 전화기들 및 다른 장치들에 오디오, 비디오 및 다른 데이터 컨텐츠를 제공하기 위하여 UWB 펄스들을 무선으로 송신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, UWB 장치(50)는 PCI, PCMCIA, USB, 이더넷, IEEE1394, 또는 다른 인터페이스 표준들과 같은 인터페이스들에 액세스를 제공하기 위하여 UWB 또는 전통적인 RF 반송파 신호들을 송신하고 수신하는 필수 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 서비스 제공자로 향하는 "업스트림" 송신될 데이터를 가능하게 할 것이다. 예를 들어, 전통적인 CATV 또는 HFCS 네트워크는 업스트림 트래픽을 위하여 50 MHz보다 낮은 주파수를 예비한다. 본 발명의 하나의 구현예는 업스트림 트래픽을 간섭하지 않을 정도로 UWB 펄스들의 감소를 보장하기 위하여 50 MHz 미만 및 1 GMz 이상의 저지-대역(stop-band)을 가지는 대역 통과 필터를 포함할 수 있다. 또한 이러한 필터들은 UWB 펄스들에 의하여 도입될 수 있는 잠재적인 상호-변조 왜곡을 제한하는 목적에 이바지한다.
본 발명의 선택적인 구현예들은 전통적인 전화선들을 통하여 UWB 펄스들을 송신할 수 있다. 제공자에 따라, 그들이 근거리에 있거나, 아니면 먼거리 운반자이건 간에, UWB 송신기/수신기는 지역 센터, 섹션 센터, 주요 센터, 톨 센터, 단국(end-office), 또는 그것들의 등가물에 위치될 수 있다.
유선 매체를 통하여 초-광대역 신호들을 송신하는 본 발명은 유선 매체의 어떠한 유형도 사용할 수 있다. 예를 들어, 유선 매체는 광섬유 리본, 광섬유 케이블, 단독 모드 광섬유 케이블, 멀티-모드 광섬유 케이블, 플레넘 선, PVC 선, 동축 케이블을 포함할 수 있다.
게다가, 유선 매체는 트위스티드-페어 와이어링을, 그것이 차폐이건 비차폐이건 간에, 포함할 수 있다. 트위스티드-페어 선은 채색-부호(color-coded) 선들의 "쌍들"로 구성될 수 있다. 트위스티드-페어 선의 일반 크기들은 2 쌍, 3 쌍, 4 쌍, 25 쌍, 50 쌍 및 100 쌍이다. 트위스티드-페어 선은 일반적으로 전화 및 컴퓨터 네트워크들을 위하여 사용된다. 그것은 카테고리 1에서 카테고리 7까지 변화하는 등급들에 해당한다. 또한 트위스티드-페어 와이어링은 차폐되어서도 이용 가능하다. 즉, 와이어링은 재킷의 범위 내에 있는 컨덕터들의 그룹 둘레에 포일 또는 다른 유형의 랩핑을 가지지 않는다. 이러한 유형의 와이어링은 음성 및 데이터 네트워크들을 위한 와이어링을 위하여 일반적으로 사용된다. 유선 매체의 앞서 설명한 리스트는 예시적인 것을 의미하고, 한정적인 것이 아니다.
상기에서 설명된 바와 같이, 본 발명은 유선 매체 네트워크가 인터넷 서비스 제공자, 케이블 텔레비전 제공자, 또는 비즈니스 또는 대학에 위치하는 컴퓨터 네트워크이던지 간에, 현존하는 유선 매체 네트워크를 통하여 상당한 양의 데이터 전송을 가능하게 하는 부가적인 대역폭을 제공할 수 있다. 부가적인 대역폭은 고객들로 하여금 고속 인터넷 액세스, 상호 작용 비디오 및 그들이 요구하는 다른 특징들을 수신하게 할 수 있다.
그러므로, 유선 매체를 통하여 초-광대역 신호들을 송신하고 수신하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 당해 기술분야에서 숙련된 사람은 본 발명이 상기-설명된 구현예들 이외의 다른 것에 의하여 실시될 수 있다는 것과 이러한 설명에서 제시된 것들이 예시의 목적이지 제한의 목적이 아니라는 것을 이해할 것이다. 상세한 설명 및 관련 도면들에서 밝혀진 설명과 예들은 단지 본 발명의 바람직한 구현예(들)을 보여주는 것일뿐이다. 당해 상세한 설명과 도면들은 본 특허 출원의 한정적인 범위를 제한하고자 의도된 것이 아니다. 상기에서 설명된 구현예 이외의 많은 디자인들은 다음의 청구항들의 문자적 및/또는 법적 영역 내에 놓일 것이고, 본 발명은 다음의 청구항들에 의하여서만 제한된다. 당해 상세한 설명에서 논의된 특정 구현예들에 대한 다양한 등가물들 역시 본 발명을 실시할 수 있음에 유의하여야 한다.

Claims (53)

  1. 유선 네트워크를 위한 초-광대역(ultra-wideband) 통신 시스템에 있어서,
    상기 유선 네트워크를 통하여 초-광대역 신호를 송신하도록 구성되는 초-광대역 송신기; 및
    상기 유선 네트워크로부터 상기 초-광대역 신호를 수신하도록 구성되는 초-광대역 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초-광대역 통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호는 임펄스 무선 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 초-광대역 통신 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호는 대략 0.1 나노초들에서 대략 100 나노초들 사이의 범위에 이를 수 있는 주기를 가지는 전자기 에너지의 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 초-광대역 통신 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호는, 단일 주파수에서 측정된 것으로서, 대략 30 전력 데시벨들에서 대략 -90 전력 데시벨들 사이의 범위에 이를 수 있는 전력 및 대략 0.1 나노초들에서 대략 100 나노초들 사이의 범위에 이를 수 있는 주기를 가지는 전자기 에너지의 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 초-광대역 통신 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초-광대역 송신기는 다중의 초-광대역 신호들을 송신하도록 구성된 초-광대역 펄스 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초-광대역 통신 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 초-광대역 수신기는 다중의 초-광대역 신호들을 수신하도록 구성된 초-광대역 펄스 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초-광대역 통신 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유선 네트워크에서 사용된 전선(wire)은,
    광섬유 리본, 광섬유 케이블, 단일 모드 광섬유 케이블, 다중-모드 광섬유 케이블, 연선(twisted pair wire), 비차폐 연선, 난연 전선(plenem wire), PVC 전선, 동축 케이블, 및 전기적 도전성 재료로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초-광대역 통신 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유선 네트워크는,
    전력 선, 광 네트워크, 케이블 텔레비젼 네트워크, 커뮤니티 안테나 텔레비젼 네트워크, 커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크, 광동축 혼합망(hybrid fiber coax) 시스템 네트워크, 공중 교환 전화 네트워크, 원거리 네트워크, 근거리 네트워크, 대도시 네트워크, TCP/IP 네트워크, 다이얼-업 네트워크, 교환 네트워크, 전용 네트워크, 비교환 네트워크, 공중 네트워크 및 구내(private) 네트워크로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초-광대역 통신 시스템.
  9. 커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크를 통하여 데이터를 송신하는 방법에 있어서,
    상기 커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크를 제공하는 단계; 및
    상기 커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크를 통하여 초-광대역 신호를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크는,
    광 네트워크, 케이블 텔레비젼 네트워크, 커뮤니티 안테나 텔레비젼 네트워크, 및 광동축 혼합망 텔레비젼 네트워크로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호는 임펄스 무선 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호는 대략 0.1 나노초들에서 대략 100 나노초들 사이의 범위에 이를 수 있는 주기를 가지는 전자기 에너지의 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호는, 단일 주파수에서 측정된 것으로서, 대략 30 전력 데시벨들에서 대략 -90 전력 데시벨들 사이의 범위에 이를 수 있는 전력 및 대략 0.1 나노초들에서 대략 100 나노초들 사이의 범위에 이를 수 있는 주기를 가지는 전자기 에너지의 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호는,
    전화 통신 데이터, 고속 데이터, 디지털 비디오 데이터, 디지털 텔레비젼 데이터, 인터넷 통신 데이터 및 오디오 데이터로 구성된 그룹으로부터 선택된 데이터를 송신하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호는 커뮤니티 액세스 텔레비젼 신호와 실질적으로 동시에 송신되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 커뮤니티 액세스 텔레비젼 신호는,
    전화 통신 데이터, 고속 데이터, 디지털 비디오 데이터, 디지털 텔레비젼 데이터, 인터넷 통신 데이터 및 오디오 데이터로 구성된 그룹으로부터 선택된 데이터를 송신하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호 및 커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크 신호는 전자기 복사(radiation) 스펙트럼의 실질적으로 공통된 부분을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호 및 커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크 신호는 대략 100 KHz에서 대략 3 GHz 사이의 범위에 이를 수 있는 주파수 대역에서 송신되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제9항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호 및 커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크 신호는 전자기 복사 스펙트럼의 별개의 부분들을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제9항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호는 대략 880 MHz에서 대략 3 GHz 사이의 범위에 이를 수 있는 주파수 대역에서 송신되고,
    커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크 신호는 대략 100 KHz에서 대략 3 GHz 사이의 범위에 이를 수 있는 주파수 대역에서 송신되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제9항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호는 대략 1 GHz에서 대략 3 GHz 사이의 범위에 이를 수 있는 주파수 대역에서 송신되고,
    커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크 신호는 대략 1 MHz에서 대략 900 MHz 사이의 범위에 이를 수 있는 주파수 대역에서 송신되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크의 대역폭을 증가시키는 방법에 있어서,
    커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크를 제공하는 단계;
    신호 송신 전에, 커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크 신호와, 데이터를 나타내는 다중의 초-광대역 신호들을 결합하는 단계;
    상기 커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크 신호 및 상기 데이터를 나타내는 다중의 초-광대역 신호들을 포함하는 결합 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 결합 신호를 상기 커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크 신호 및 상기 데이터를 나타내는 다중의 초-광대역 신호들로 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 데이터를 나타내는 초-광대역 신호들은 다중의 펄스 직교 진폭 변조 신호들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 데이터를 나타내는 초-광대역 신호들은 다중의 펄스 위치 변조 신호들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 데이터를 나타내는 초-광대역 신호들은 다중의 펄스 진폭 변조 신호들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 데이터를 나타내는 초-광대역 신호들은 고정된 펄스 비율 주파수에서 변조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 데이터를 나타내는 초-광대역 신호들은 가변 펄스 비율 주파수에서 변조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제22항에 있어서,
    상기 데이터를 나타내는 초-광대역 신호들은 의사-랜덤 펄스 비율 주파수에서 변조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제22항에 있어서,
    상기 커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크는,
    광 네트워크, 케이블 텔레비젼 네트워크, 커뮤니티 안테나 텔레비젼 네트워크, 및 광동축 혼합망 텔레비젼 네트워크로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제22항에 있어서,
    상기 다중의 초-광대역 신호들은 임펄스 무선 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제22항에 있어서,
    상기 다중의 초-광대역 신호들은 대략 0.1 나노초들에서 대략 100 나노초들 사이의 범위에 이를 수 있는 주기를 가지는 전자기 에너지의 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제22항에 있어서,
    상기 다중의 초-광대역 신호들은, 단일 주파수에서 측정된 것으로서, 대략 30 전력 데시벨들에서 대략 -90 전력 데시벨들 사이의 범위에 이를 수 있는 전력 및 대략 0.1 나노초들에서 대략 100 나노초들 사이의 범위에 이를 수 있는 주기를 가지는 전자기 에너지의 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제22항에 있어서,
    상기 다중의 초-광대역 신호들은,
    전화 통신 데이터, 고속 데이터, 디지털 비디오 데이터, 디지털 텔레비젼 데이터, 인터넷 통신 데이터 및 오디오 데이터로 구성된 그룹으로부터 선택된 데이터를 송신하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제22항에 있어서,
    상기 커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크 신호는,
    전화 통신 데이터, 고속 데이터, 디지털 비디오 데이터, 디지털 텔레비젼 데이터, 인터넷 통신 데이터 및 오디오 데이터로 구성된 그룹으로부터 선택된 데이터를 송신하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 광동축 혼합망 텔레비젼 네트워크를 통하여 데이터를 송신하고 수신하는 방법에 있어서,
    광동축 혼합망 텔레비젼 네트워크를 제공하는 단계;
    신호 송신 전에, 광동축 혼합망 텔레비젼 네트워크 신호와, 데이터를 나타내는 다중의 초-광대역 신호들을 결합하는 단계;
    상기 광동축 혼합망 텔레비젼 네트워크 신호 및 상기 데이터를 나타내는 다중의 초-광대역 신호들을 포함하는 결합 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 결합 신호를 상기 광동축 혼합망 텔레비젼 네트워크 신호 및 상기 데이터를 나타내는 다중의 초-광대역 신호들로 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 다중의 초-광대역 신호들은 임펄스 무선 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 다중의 초-광대역 신호들은 대략 0.1 나노초들에서 대략 100 나노초들 사이의 범위에 이를 수 있는 주기를 가지는 전자기 에너지의 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 다중의 초-광대역 신호들은, 단일 주파수에서 측정된 것으로서, 대략 30 전력 데시벨들에서 대략 -90 전력 데시벨들 사이의 범위에 이를 수 있는 전력 및 대략 0.1 나노초들에서 대략 100 나노초들 사이의 범위에 이를 수 있는 주기를 가지는 전자기 에너지의 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제35항에 있어서,
    상기 다중의 초-광대역 신호들은,
    전화 통신 데이터, 고속 데이터, 디지털 비디오 데이터, 디지털 텔레비젼 데이터, 인터넷 통신 데이터 및 오디오 데이터로 구성된 그룹으로부터 선택된 데이터를 송신하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제35항에 있어서,
    상기 광동축 혼합망 텔레비젼 네트워크 신호는,
    전화 통신 데이터, 고속 데이터, 디지털 비디오 데이터, 디지털 텔레비젼 데이터, 인터넷 통신 데이터 및 오디오 데이터로 구성된 그룹으로부터 선택된 데이터를 송신하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제35항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호 및 상기 광동축 혼합망 텔레비젼 네트워크 신호는 전자기 복사 스펙트럼의 실질적으로 공통된 부분을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제35항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호 및 상기 광동축 혼합망 텔레비젼 네트워크 신호는 대략 100 KHz에서 대략 3 GHz 사이의 범위에 이를 수 있는 주파수 대역에서 송신되는 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제35항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호 및 상기 광동축 혼합망 텔레비젼 네트워크 신호는 전자기 복사 스펙트럼의 별개의 부분들을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제35항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호는 대략 880 MHz에서 대략 3 GHz 사이의 범위에 이를 수 있는 주파수 대역에서 송신되고,
    상기 광동축 혼합망 텔레비젼 네트워크 신호는 대략 100 KHz에서 대략 3 GHz 사이의 범위에 이를 수 있는 주파수 대역에서 송신되는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제35항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호는 대략 1 GHz에서 대략 3 GHz 사이의 범위에 이를 수 있는 주파수 대역에서 송신되고,
    상기 광동축 혼합망 텔레비젼 네트워크 신호는 대략 1 MHz에서 대략 900 MHz 사이의 범위에 이를 수 있는 주파수 대역에서 송신되는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 유선 매체를 포함하는 네트워크를 통하여 데이터를 송신하고 수신하도록 구성된 초-광대역 시스템에 있어서,
    상기 유선 매체를 통하여 초-광대역 신호를 송신하도록 구성되고, 상기 네트워크 상의 첫 번째 장소에 위치되는 초-광대역 송신기; 및
    상기 유선 매체로부터 상기 초-광대역 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 네트워크 상의 두 번째 장소에 위치되는 초-광대역 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초-광대역 시스템.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 네트워크는,
    전력 선, 광 네트워크, 케이블 텔레비젼 네트워크, 커뮤니티 안테나 텔레비젼 네트워크, 커뮤니티 액세스 텔레비젼 네트워크, 광동축 혼합망 시스템 네트워크, 공중 교환 전화 네트워크, 원거리 네트워크, 근거리 네트워크, 대도시 네트워크, TCP/IP 네트워크, 다이얼-업 네트워크, 교환 네트워크, 전용 네트워크, 비교환 네트워크, 공중 네트워크 및 구내 네트워크로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초-광대역 시스템.
  48. 제46항에 있어서,
    상기 유선 매체는,
    광섬유 리본, 광섬유 케이블, 단일 모드 광섬유 케이블, 다중-모드 광섬유 케이블, 연선, 비차폐 연선, 난연 전선, PVC 전선, 동축 케이블, 및 전기적 도전성 재료로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초-광대역 시스템.
  49. 제46항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호는 임펄스 무선 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 초-광대역 시스템.
  50. 제46항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호는 대략 0.1 나노초들에서 대략 100 나노초들 사이의 범위에 이를 수 있는 주기를 가지는 전자기 에너지의 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 초-광대역 시스템.
  51. 제46항에 있어서,
    상기 초-광대역 신호는, 단일 주파수에서 측정된 것으로서, 대략 30 전력 데시벨들에서 대략 -90 전력 데시벨들 사이의 범위에 이를 수 있는 전력 및 대략 0.1 나노초들에서 대략 100 나노초들 사이의 범위에 이를 수 있는 주기를 가지는 전자기 에너지의 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 초-광대역 시스템.
  52. 제46항에 있어서,
    상기 초-광대역 송신기는 다중의 초-광대역 신호들을 송신하도록 구성된 초-광대역 펄스 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초-광대역 시스템.
  53. 제46항에 있어서,
    상기 초-광대역 수신기는 다중의 초-광대역 신호들을 수신하도록 구성된 초-광대역 펄스 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초-광대역 시스템.
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