KR20060029604A

KR20060029604A - 셀룰러 네트워크 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20060029604A
Application number: KR1020057021312A
Authority: KR
Inventors: 지온 하다드
Original assignee: 지온 하다드
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2004-05-09
Publication date: 2006-04-06
Also published as: IL155829A0; KR101037242B1; US20050002323A1; EP1712090A1; WO2004100577A1; KR20080067720A; EP1712090A4

Abstract

셀룰러 네트워크 시스템에서, 802.16a에 정규된 물리층은 1의 재사용으로 동작하는 동안 모바일 작동자가 개선된 신뢰성, 커버리지, 통신 통신 용량, 사용자 위치, 충분한 확장성, 및 2-6 Ghz의 이동성을 위해 최적화할 수 있는 수단을 포함한다. 동일한 RF 주파수가 셀 내 모든 섹터에 할당된다. 상기 시스템은 조정된 동기화 모드에서의 작동 수단을 포함하며, 순열, 다른 셀로부터의 충돌 및 평균 간섭이 높은 QAM 변조의 사용에 제한을 주고, 때때로 최대 3배까지 통신 용량을 증가시킬 수 있다(QPSK 대신 64QAM).

Description

셀룰러 네트워크 시스템 및 방법{CELLULAR NETWORK SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 동일 주파수 셀룰러 네트워크와, 특히 향상된 주파수 재사용을 갖은 이러한 시스템에 관한 것이다.

셀룰러 네트워크는 증가하는 많은 수의 사용자를 수용할 필요가 있다. 그러나 전체 할당된 주파수 대역폭은 한정되어 있다. 그러므로, 사용자의 수가 증가하면, 사용자 사이의 간섭이 일어날 수 있다.

보다 많은 사용자가 채널을 공유하면, 간섭 정도는 증가할 것이며, 유사하게 사용자가 자주 이용함에 따라서 광 대역폭을 요구할 때 문제가 생긴다.

간섭 문제는 인접 기지국이 전체 채널을 이용하는, 신규 OFDMA 시스템에서 해결하기가 더 어렵다. 오래된 FDMA 시스템에서, 채널은 개별 서브 채널로 분리된다. 이들 채널은 개별적으로 할당될 수 있으며, 대역폭의 각 할당 부분에서만 이용된다. 각 BS에 대한 다른 채널 할당과 함께, 필터링은 간섭을 줄이는데 사용될 수 있다.

그러나, 신규 OFDMA 시스템(예를 들어, IEEE 802.16a 또는 EN-301-958)에서는, 채널은 서브 채널로 분리되며, 각 서브 채널은 전체 대역폭에 확산되어 있다. 이런 계획은 주파수 다이버시티(Frequency Diversity)와 주파수 사용의 개선을 가 져온다(서브-채널사이 주파수 분리가 불필요).

예를 들어, 모바일 분야에 대한 IEEE 802.16에 따른 시스템에서, 기본 동기화 시퀀스는 부반송파의 서브세트를 조정하는 데이터의 사전 지정된 시퀀스(predefined sequence)에 근거한다. 상기 서브세트내에 속하는 부반송파는 파일럿(pilot)으로 불리고 두 그룹으로 나누어진다.

한 그룹은 고정 위치 파일럿(fixed location pilot)으로 되어 있고 다른 하나는 가변 위치 파일럿이다. 매 12번째 부반송파 마다 가변 위치 파일럿이 있고, 이는 각 OFDMA에서 위치를 4 OFDMA 심볼을 반복하는 한 사이클로 변경하는 것이다. 이는 IEEE 802.16a OFDMA 기본 동기화 시퀀스내에 사용된 방법이다.

OFDMA 내의 파일럿이 채널추정(channel estimation) 뿐만아니라 동기화에 사용되므로, 이들 부반송파상의 간섭을 방지하거나 감소하여 고성능 다운링크(downlink)를 달성하는 것이 필수적이다.

PMP 섹터는 하나의 기지국(BS)과 멀티 가입자 유닛(SU)을 포함한다. 네트워크 토폴로지(Network Topology)는 멀티 BS를 포함하며 동일한 주파수 대역내에서 작동한다. BS로부터 SU로의 송신을 다운링크로 언급된다. SU로부터 BS로의 송신을 업링크로 언급된다.

각 사용자의 대역폭은 사용자가 보다 더 많은 대역폭을 요구한다는 사실에도 불구하고, 제한되거나 감소될 수 있으며, 이러한 사실로부터 광대역폭을 필요로 하는 신규 출원들이 있다.

셀룰러 환경은 시간으로 한 순간에서는 동적이며, 많은 수의 사용자가 한 곳 에 모일 수 있으며 이러면 시스템은 과부화가 걸리며, 이에 반하여, 다른 위치(장소)에서는 할당 채널이 놀고 있거나 작동하지 않고 있을 수 있다.

현 시스템은 환경 변화에 신속하게 적용해서 대응할 수 없기 때문에 리소스를 낭비할 수도 있다.

광대역 시스템에서는 또한 모바일 소자와 기지국사이의 정확한 동기화의 문제점이 있다. 비효율적인 동기화는 셀룰러 네트워크의 성능을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 목적은 셀룰러 무선 네트워크에서 보다 양호한 스펙트럼 이용을 달성하기 위해서 다양한 문제점을 극복하는 것이다.

본 발명에 따라서, 동일한 주파수 무선 셀룰러 네트워크내에서 스펙트럼의 보다 효율적인 사용을 위한 시스템과 방법을 제공하고 있다.

본 발명은 동일 주파수 채널내에서 작동하는, 광대역 통신 시스템, 예를 들어, 셀룰러 점대다점(PMP; point-to-multipoint) 네트워크를 개량한 것이다.

PMP 섹터는 하나의 기지국(BS)과 복수 가입자 유닛(SU)을 포함한다. 네트워크 토폴로지(Network Topology)는 하나 이상 PMP 섹터를 각각 제어하는, 멀티 BS를 포함한다. BS로부터 SU로의 송신을 다운링크로 언급되고, SU로부터 BS로의 송신을 업링크로 언급된다.

OFDMA PHY 층과 PMP 네트워크 토폴로지를 개선한 것으로, 이는 고정 및 모바일 환경 모두에 잘 맞고, 모든 BS/섹터에 대해 다운링크 전송에, 싱글 주파수 채널을 사용하는 방법과 부분적으로 오버랩핑 영역내에서 작동하는 멀티 BS 트랜스미터를 사용하는 방법을 제공한다.

이러한 개선내용은 OFDMA로의 변경을 포함하는, IEEE 802.16 표준에 적용될 수 있으며, 이렇게 해서 초고속 이동성(2.7 GHz 대역내의 200Km/h 까지) 시나리오 뿐만 아니라 1 시나리오의 주파수 재사용에서 작동할 수 있게 허용할 것이다.

본 시스템은 또한 양호한 전송 손실 특성(granularity)(6바이트까지 다운)을 지지할 것이다.

본 발명의 추가의 목적, 장점 및 다른 특징은 이 기술분야의 당업자가 이후에 설명한 상세한 설명을 읽으면 쉽게 이해될 것이다.

도 1은 광대역의 영역 커버리지(coverage)를 도시한다.

도 2는 6개의 섹터를 가진 기지국과 이의 그룹 할당지역을 상세히 도시한다.

도 3은 3개의 섹터를 가진 기지국과 이의 그룹을 상세히 도시한다.

도 4는 6개의 섹터를 가진 기지국과 이의 그룹 할당지역을 상세히 도시한다.

도 5는 6 그룹 OFDMA를 가진 SFN 작동을 도시한다.

도 6은 3 그룹 OFDMA를 가진 SFN 작동을 도시한다.

도 7은 다운링크 전송 기본 구조를 도시한다.

도 8은 섹터 1의 프리앰블을 한 예로서 도시한다.

도 9는 섹터 1에 대한 다운링크 심볼 구조물을 도시한다.

도 10은 미니 서브-채널(21 반송파의) 조직과 구조를 도시한다.

도 11은 미니 서브-채널(21 반송파의) 조직과 구조를 도시한다.

도 12는 정규 서브-채널을 사용하는 버스트 구조(Burst Structure)를 도시한다.

도 13은 5핸드오프인 광대역 모바일 트랜스미터의 구조를 도시한다.

도 14는 광대역 모바일 리시버의 구조를 도시한다.

도 15는 광대역 기지국 트랜스미터의 구조를 도시한다.

도 16은 광대역 기지국 리시버의 구조를 도시한다.

도 17a 및 도 17b는 채널 추정 및 정정 시스템을 도시한다.

본 발명의 양호한 실시예를 첨부 도면을 참고로 아래에 예에 의해서 지금 설명하겠다.

신규 시스템과 방법은 TDD 및 FDD 양자에 적용가능하다.

1 방법의 재사용

>1(802.16a에 정의된 정규 시나리오)인 재사용 팩터를 사용할 때, 802.16a에 정의한 동일한 물리층이 802.16e에 사용될 수 있다. 신뢰성, 커버리지, 통신 용량, 사용자 위치, 충분한 확장성, 2-6Ghz의 모빌리티와 같은 모바일 작동자 요구사항에 최적합하도록, 시스템은 동일한 RF 주파수가 셀내의 모든 섹터에 할당되는 것을 의미하는, 1의 재사용으로 작동하도록 되어 있으며, 작동의 보강 계획은 필요한 성능(통신 용량, 커버리지, 등)을 달성하기 위해서 도입 되어진다.

시스템은 재사용 1의 3개 레벨: 비동기식, 동기식 및 조정 동기식을 지지하 고 있다.

1. 비동기식 경우에 프레임을 발생하기 위해서 어느 기준 클록(ref ck)을 사용하는 시스템인 경우 각 BS는 다른 순열(permutation)을 사용하고, 사용자들 사이의 충돌은 BS의 드로우 주파수 시프트와 프레임사이의 타임 시프트를 야기한다. BS 내측의 서브 채널은 BS/섹터 사이에서 직교하고 이 사실로 서브 채널당 다른 순열을 사용하고 데이터상의 다른 랜더마이저(Randomizer)를 사용하는 각 BS는 몇개의 부반송파 충돌이 일어나는 다른 BS 사용자 사이의 제어된 충돌을 발생한다(다른 셀로부터 평균 간섭).

본 FEC에서는, 시스템을 합리적인 통신 용량으로 작동할 수 있지만 90%와 같은 국한된 커버리지를 가지며, 본 시스템은 보다 긴 HO 타임을 가지고서 신속하고 저 비용의 합리적인 커버리지를 가지고자하는 작동자에 의해 사용될 수 있다(TDD 모드는 BS와 다른 작동자 사이의 UL/DL 타이밍과 프레임을 동기시키기 위해서 802.16 타임 스탬프를 사용할 수 있음).

각 BS 섹터는 사용자가 SNR(부반송파 충돌)이 약간의 기준 TH 아래로 떨어지는 점까지 필요하면 보다 많은 서브 채널을 사용하고 있다. 본 시스템은 예를 들어 섹터중 하나내에 일시적인 핫스폿 트래픽 영역(temporary hotspot traffic area)이 있다면, 다른 BS에 의해 공유된 BW을 지지하고 있으며, 사용자는 다른 섹터내에 서브 채널의 사용하지 않은 것을 사용해서 보다 많은 서브 채널을 사용할 수 있다.

2. 동기식 경우에, 보다 정확한 기준 클록이 (예를 들어 GPS에 의해) 제공될 수 있으며 BS는 프레임과 OFDM 심볼에 의해 동기화될 수 있다. (이는 보다 높은 FFT 사이즈의 경우에 보다 쉽고, 프레임 #은 GPS 또는 시간 스탬프에 의해 동기화될 것이며, 장점은 부반송파 사이의 직교성이 BS/섹터 내에 그리고 다른 이웃 BS/섹터 사이에 유지되는 것이다.

이러한 이유는 보다 높은 FFT사이즈와 보다 큰 GI 때문이며, 20 us는 사용자에 도달하는 시간에서 6km 차이를 줄 수 있다.) 본 동기는 물리 레벨에서 신속 H.O 시간과 소프트 H.O를 할 수 있으며 모바일 IP 레벨 상에서 스무드 H.O를 할 수 있다(층 2-3에서 패킷의 손실 없음).

3. 조정 동기식- 다른 셀로부터의 평균 간섭, 순열 및 충돌의 경우에 높은 QAM 모듈레이션의 사용시 제한을 받게되며, 본 경우에, 때때로 3배까지 통신 용량을 증가시킬 수 있다(QPSK 대신에 64QAM).

이 경우에, 우리는 BS/섹터의 한 그룹에 대해서 동일한 순열을 사용하고 있으며, 섹터/BS는 통신 드로우 백본(communicate throw back-bone)에 의해 이들 사이의 서브 채널 분할을 조정(coordinate)한다. 이런 방법은 99% 이상의 가능성으로 동일 커버리지 영역상에 1.5배 만큼 통신 용량을 증가시킬 수 있다.

IEEE 표준은 모든 3개의 경우를 실시할 수 있으며 기본적으로 다른 것들이 이것의 서브세트인 경우 마지막 하나를 실시하는 것을 의미한다.

도 1은 모바일 IP 네트워크(11)를 통해 접속된, 광대역의 영역 커버리지를 도시한다. 네트워크(11)는 가능하게 리피터(13)를 통해서 기지국(12)에 접속되어 있다. 기지국(12)은 CPE 사이트(14)에 접속한다. 모바일 네트워크(11)는 또한 인터넷(15) 및/또는 PSTN(16)에 접속할 것이다.

도 2는 6개의 섹터(171, 172, 173, 174, 175, 176)를 가진 기지국(17)을 도시한다. 광대역 채널은 6개 그룹으로 나누어지며, 각 섹터는 제각기 한 그룹(G1, G2, G3, G4, G5, G6 각각)으로 할당된다.

각 그룹은 본 출원서 외에도 상세히 설명된 바와 같은 다수의 부반송파를 포함한다. 그룹은 동등한 수의 부반송파를 포함할 필요가 없다.

상기 할당 방법의 장점은 섹터사이의 양호한 고립이며, 이렇게 해서 섹터사이의 간섭을 방지하는 것이다. 단점은 섹터중에 동일한 분리에 대해서, - 이용가능한 대역폭의 6번째 만, 각 섹터내에 상당히 좁은 대역폭이다.

도 3은 3개의 섹터(177, 178, 179)를 가진 기지국(17)의 다른 실시예를 도시한다. 각 섹터는 보다 넓은 채널 그룹(G1+G2, G3+G4, G5+G6)에 제각기 할당된다.

각 섹터는 섹터당 보다 많은 가입자의 사용으로, 보다 넓은 광대역을 할당한다. 이른 배당은 가입자 분배가 허용할 때 사용될 수 있다.

1 의 재사용을 이용하는 방법

도 3은 1 구성의 재사용을 도시하며, 셀 당 3섹터를 가진다.

이 시나리오에서 작동함에 있어서 2개의 옵션이 있다.

* 각 섹터는 정규 작업에서와 같이, 전체 밴드를 사용하며; 이 방법은 높은 레벨의 간섭과, 저 출력 및 나쁜 커버리지를 겪는다.

* 각 섹터는 약간의 서브-채널을 사용하며; 서브-채널의 분할은 기지국내에 직교이다. 이 방법은 높은 레벌의 간섭을 피하고, 섹터당 사용된 대역폭은 보다 작 지만, 각 섹터에 대한 스펙트럼 효율이 높다(정규 커버리지 시나리오에서와 같이).

양호한 시나리오는 물론 2번째 것이며(이는 또한 CDMA 시스템에 사용되며, 여기서 코드는 기지국 사이에서 분할된다), 이런 시나리오는 도 4에 나타나 있다.

도 4는 6개의 섹터(171, 172, 173, 174, 175, 176)를 도시하며, 각 섹터는 보다 넓은 채널 그룹(G1+G2, G3+G4, G5+G6)에 제각기 할당된다.

이 구성은 양 섹터사이를 고립하도록, 기지국에서 안테나의 전후비(front-to-back ratio)를 사용한다. 그러므로 양 섹터는 각 섹터내에 이용가능한 대역폭을 증가하도록, 동일한 부반송파 그룹을 사용할 수 있다.

도 5는 6 그룹 OFDMA를 가진 SFN 작동을 도시한다.

도 6은 3 그룹 OFDMA를 가진 SFN 작동을 도시한다.

광대역 부반송파 배당에서의 개선

개선-프리앰블에서, 각 6번째는 파일럿내에서의 한 점프이다. SFN 또는 재사용에서 사용될 수 있다. 동일한 주파수가 재사용된다.

가입자는 몇몇 신호를 수신한다: 가장 높은 전력에서 가장 가까운 곳(보다 양호한 수신)으로부터 6개; 낮은 파워에서 다른 기지국으로부터 각각 6개.

파일럿은 이웃 기지국 중에서 서브그룹내에서 6 대 각/매 6으로 분할된다.

각 가입자는 각 기지국에 할당된 파일럿을 사용하여 수신되어진 각 기지국과의 채널에 대해 채널 추정을 실시한다. 각 기지국까지의 영역은 본 명세서 외에서 상세히 설명한 바와 같은 라운드어바웃 타임 및/또는 파일럿 위상 회전(pilots phase rotation)으로부터 추정될 수 있다.

각 BS가 파일럿의 다른 서브 그룹을 사용함에 따라서 기지국 사이의 회전 경합은 일어나지 않는다.

리시버는 다음과 같은 예의 성능의 양적 표시기를 계산하는 수단을 포함할 수 있다:

SNRi- 신호 대 잡음비(signal to noise ratio)

CHESTi- 채널 i에 대한 채널 추정기(Channel Estimator for channel i), 및/또는

SIRi- 신호 대 간섭 비(signal to interference ratio)

가입자가 거의 영역내로 이동하면, 수신할 수 있는 각 기지국에 대해서 연속적으로 SNR을 평가한다. 채널 품질의 다른 측정법도 마찬가지로 사용될 수 있다.

다른 기지국이 양호하다면, 가입자는 해당 기지국으로 전환할 것이다.

소프트 핸드오프(Soft Handoff)는 두 개 이상의 기지국을 수신한 다음, 하나로부터 다른 것으로 전환하는 것을 결정한다.

가입자가 두 개 이상의 거리로부터 그의 위치를 안다(두 개가 두 위치를 줄 수 있으며- 모호함(Ambiguity) : 3개 기지국이 모호함을 해결하고 위치의 정확성을 개선한다).

전송된 신호는 보호 시간 간격(guard time interval)을 가진다. 그러므로, FFT 타이밍이 정확하지 않아도, 인접 OFDM 심볼을 포함하지 않을 것이다.

시간 측정은 파일럿상의 FFT에 의해 실행될 수 있다. 샘플링이 정확하게 정시이면, 파일럿은 동상(in phase)이다. 시간 지연은 파일럿 위상 회전을 야기하며, 이런 회전은 원하는 타이밍에 대한 시차의 표시이다.

시간 측정으로부터, 영역(거리)은 계산될 수 있다. 두 개 이상 영역으로부터 기지국까지- 모바일 위치를 발견할 수 있다.

수행(Implementation): 대형 FFT, 대형 동적 영역은 기지국으로부터 가장 강한 신호를 포함하며, 또한 다른 기지국으로부터 하나 이상의 약한 신호를 포함할 것이다. 동적 영역이 너무 작다면, 약한 신호는 양자화 에러(Quantization error)에 의해서 억제될 것이다.

한 실시예에서, ADC는 적합한 버스 폭 FFT를 가진, 10 비트를 사용한다. FFT는 예를 들어 1024 포인트일 수 있다.

광대역 채널 개량

본 발명에 따라서, 각 셀내의 각 SU의 명확성 동기화는 신규 시스템에 의해 달성될 수 있으며, 신규 시스템에서는, 모든 BS가 제어 목적으로 매크로-동기화된 시스템을 만드는 GPS 또는 다른 외부 동기 메카니즘 처럼, 동일한 프레임수와 슬릿 인덱스와 동일한 기준 클록을 갖고, 주파수 및 시간으로 동기화될 수 있다.

이런 OFDMA 시스템은 서브-채널이 다른 BS사이에 공유되어 있는, 특성을 사용할 수 있다.

더욱이, 대형 FFT(셀 반경 전자기 전파 시간보다 적어도 4 배의 지속시간을 갖는, 장 OFDM 심볼)이 사용되어, 충분히 긴 보호 구간(GI)을 만드며, 이런 보호 구간은 모든 BS에 대해 동일한 리시버와 동일한 FFT를 사용하지만 몇몇 BS로부터 동시에 정보를 적절히 수신할 수 있는 능력을 준다.

각 셀내의 각 SU의 비애매성 동기는 각 BS로부터 개량된 동기화 시퀀스를 전송하는 단계를 포함하는 방법에 의해 달성될 수 있다.

BS는 예를 들어 다른 기술이 또한 사용될 수 있을 지라도, GPS로부터 얻은 공동 주파수/타이밍 기준을 공유한다.

이하 간섭 감소를 위한 방법을 상세히 기술하겠으며, 이는 예를 들어 모바일 분야에서의 IEEE 802.16의 성능을 개선하는데 양호하게 사용될 수 있다.

4개의 기지국에 관련한 실시예로, 도 5와 도 6을 참조해주기 바란다.

양호한 실시예에서, 파일럿은 IEEE 802.16a 명세서내에서 정의한 바와 같은 위치를 유지한다.

간섭 제거 방법

다음은 간섭 제거 방법의 실시예로서, IEEE 802.16 또는 다른 기술 체계에서 사용될 수도 있다.

1. BS 심볼 인덱스를 공통 참조로 동기화한다. 예를 들어, GPS 등 글로벌 참조가 사용될 수 있다. GPS를 사용할 때, 각 BS는 0으로 인덱스된 심볼이 과거 사전 결정된 시간(예를 들어, 1990, 1, 1, 00:00.00)에 발생했으리라 가정한다. 동일한 OFDMA 심볼 길이는 모든 BS 에 사용되어야 한다. 또다른 실시예에서, 특정 네트워크에서 기지국에 공통인, 로컬 참조가 사용될 수도 있다.

2. 각 BS에 0 내지 N의 범위로 인덱스를 할당한다.

3. 각 BS에 동기화 시퀀스의 서브세트를 할당한다. 각 BS는 어떤 서브세트가 전송될 것인지를 결정하기 위해 자신의 인덱스를 사용한다. 전송은 모든 베이스 스테이션이 공통 참조에 동기화되듯이 다른 기지국과 동기화된다.

상기 서브세트은 모든 BS 및 SU에 미리 정규되고 공지된다.

각 BS는 모든 SU에 네트워크 토폴로지를 브로드캐스트할 수 있어, 그러한 정보는 어떤 다른 주파수가 인접 셀에서 사용되고 있는지, 또는 (서브-채널과 같은) 어떤 리소스가 사용시 무료(예를 들어, 핸드 오버 절차)인지, 인접 셀/섹터에 대한 상세를 포함한다.

4. 동기화 시퀀스의 서브세트는 해체될 수도 있다.

5. BS가 주파수 영역에서 중첩된 동기화 시퀀스를 전송하나, 동일한 OFDMA 심볼 상에서 절대로 사용하지 않는 시간 차원으로 공유할 수도 있다.

6. SU에서 서브세트 각각에 대한 동기화를 허용한다. 이는 다음과 같은 한 가능하다.

Npilots_in_subset/(Subcarrier_Spacing_NFFT)＞Tchannel_delay

방법의 종료

BS는 각 SU에 대해, 또는 일반적으로 다운스트림 채널에 대해, 낮은 SNR을 갖는 서브-캐리어들 및 높은 SNR 값을 갖는 부반송파(sub-carrier)에 대해 계속 정보를 얻는다. 상기 정보에 기초하여, BS는 다음 중 하나를 할 수 있다:

a. 낮은 SNR을 갖는 반송파 상의 정보를 변조하지 않는다.

b. 양호한 반송파 때문에 약해진 반송파의 전력을 증폭시킨다(사용자 측에서 행해짐).

SU의 리시버는 파일럿으로부터 채널 특성을 알 수 있어, 어떤 반송파가 증폭되었는지 알 수 있으며, 이는 리시버가 정확하게 정보를 재구성하는 것을 가능하게 한다.

전술된 절차를, 각각 상이한 채널 행동을 갖는, 몇개의 SU가 동시에 행하면, 보다 효과적인 전력 전송을 달성하며, 이는 상기 체계가 상호 서브-채널 적응, 즉 밴드에 걸쳐 확산되어있는 적은 수의 부반송파로 전송이 임의의 채널 지연 확산 행동에 최적화되기 때문이다.

적응성 할당 방법

제안된 발명의 일실시예에서, 다음의 적응성 할당 방법이 사용된다:

1. 서브-채널 할당을 위해 BS 사이의 조정, 사용 로드에 따라 서브-채널의 BS로의 할당(서브-채널의 수), 및 BS에서 트래픽 프로파일.

2. 어떤 BS에 어떤 서브-채널을 할당할 것인지의 BS 사이의 조정.

보다 효과적인 핸드-오버 절차를 위해,

3. 데이터 및 파일럿의 서브-채널로의 조직:

a. 가변 파일럿을 취하여 시간을 따라 편이되는 동안 할당 수행.

b. 고정된 파일럿이 기지국간에 동일하게 분리되고 항상 전송된다.

4. 가변 파일럿을 주파수 영역에 할당.

5. 각 기지국 당 파일럿에 대한 상이한 의사 잡음 시퀀스를 사용하여 상이한 기지국 간에 분리.

6. 다운스트림 방향에서 FAPC(Forward Automatic Power Control) 사용.

7. OFDMA 시스템에서 다운링크 적응성 변조.

8. 다운스트림 채널에서, 전체 주파수를 사용하지 않고, 서브-채널 및 파일럿의 선택적인 전송.

9. TDD 시스템에 대한 서브-채널 (다운스트림) 내 부반송파의 선택적인 전송.

a. 낮은 SNR 을 갖는 반송파 상의 정보를 변조하지 않음.

b. 양호한 반송파 때문에 약해진 반송파의 전력을 증폭시킴-사용자 측에서 행해짐.

10. TDD 시스템에 대한 서브-채널 (업스트림) 내 부반송파의 선택적인 전송. SU는 업링크 방향에서 BS에 정보를 전송할 때 단계 9a 및 9b를 수행한다.

11. 페쇄형 루프 절차를 사용하여, TDD 또는 FDD 시스템에 대한 서브-채널 -다운스트림 또는 업스트림 내 부반송파의 선택적인 전송.

12. 모바일 환경에 사용된 OFDMA PMP 시스템에서, 업링크 및/또는 다운링크 매핑 메시지를 사용하여 업링크 및 다운링크 채널이 할당됨:

a. SU는 BS와 슬리핑 간격에 동의할 수도 있고, 이는 SU가 임의의 다운스트림 정보를 복조하지 않는 시간 간격을 정규한다.

b. BS가 SU에 대한 정보를 갖는경우, 정보를 버리거나 버퍼링할 수도 있고 정보를 다음 각성 점(다음 슬리핑 간결 타이머의 만료)에서 SU에 전송한다.

c. 각성 시간에, BS는 동기화를 목적으로 특정 할당을 SU에 할당할 수도 있다.

SU는 각성 프레임에 이은 프레임에서 정상 작동 모드로 복귀할 수도 있다.

13. OFDMA PHY 층에 대해 모바일 IP 프로토콜 채용.

MFM(Multi Frequency Network)에서의 상이한 주파수 밴드는 하나의 BFN(Broadband Frequency Network)에 수집된다.

서브-채널(30)은 (BFM) 내 최대 6개의 논리-대역으로 분리된다.

상기 구조는 각각의 논리-대역이 전체 채널 대역으 주파수 다이버시티 특성을 갖도록 하나, 주파수 반송파의 일부만을 사용하여 SFN(Single Frequency Network)에서 작동이 가능하게 한다.- 1의 재사용.

서브 채널은 다른 BS 및/또는 섹터에 의해 공유될 수 있다. 이는 셀/섹터 사이의 통신을 요구한다.

추가 서브 채널 분할은 선택적이고, 전송되지 않은 반송파(7.7dB)(추가 MM 리소스 요구) 및 작은 전송 손실 특성(granularity)(24개의 심볼)을 희생하고 전송된 반송파를 증폭시킬 수 있다.

현재의 DL 파일럿은 최대 6개의 직교 섹터 또는 3개의 섹터 간에 분리된다. 각 파일럿 그룹은 6개의 상이한 화이트닝 PN을 갖는다.

STC 시스템(선택적)에서 각 안테나는 자체 파일럿을 갖고 전체 직교 셀/섹터는 3개로 감소된다.

48 또는 64의 OFDMA에서 전송 손실 특성이 CTG(continuous Turbo code)를 사용하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 표준 IEEE 802.16E에 대해 사용될 수 있다.

6개의 그룹/클러스터로 분리된 프리앰블(preamble)이 있다.

각 클러스터는 전체 사용가능한 스펙트럼에 걸쳐 분산된 파일럿을 포함한다.

부반송파를 갖는 프리앰블은 배열되어 G 부반송파가 그룹으로 할당된다. IEEE에서는 32, 다음의 5가 있다.

할당은 동일한 부분으로 될 필요가 없고, 각 베이스 또는 베이스 섹터의 요구에 응답하여 동적으로 변경될 수 있다.

상기 시스템은 또한 기지국 간의 상호작용을 촉진시키는 수단을 포함하며, 이는 각 기지국 또는 내부의 섹터의 통신 통신 용량 요구에 따라 실시간으로 부반송파 할당을 협상한다. 따라서, 부반송파는 하나의 기지국 또는 섹터로부터 또다른 기지국 또는 섹터로 전송된다.

기지국 간의 협상은 셀룰러 백본을 통해 수행될 수 있다. 상기 협상은 요구, 협상, 부반송파의 할당 변경에 대한 보고의 단계를 포함할 수도 있다. 그 결과는 모바일 유닛과 통신될 수 있는데, 이는 부반송파 할당 변경에 대한 응답하여 이들을 설정하기 위함이다.

할당의 세번째 경우:

전송을 분리하기 위해 안테나의 전후비를 사용한 후, 동일한 부반송파가 반대 방향에서 섹터에 사용될 수도 있다.

3개의 섹터, 다음으로 2개의 부반송파 그룹을 사용한다면, 안테나에서 전후비에 의해 또한 분리된다.

공간-시간 코딩(space-time coding)

기지국은 두 곳에서 2개의 안테나로부터 가입자에게 전송한다.

이것은 STC(space-time coding)에 사용될 수 있고, 다이버시티를 전송할 수 있다.

채널 추정에 사용

6개의 파일럿 그룹 각각이, 2개의 안테나를 통해 가입자에게 전송한다.

R1-R6

G1-G6 그룹

각 안테나는 상이한 그룹의 서브파일럿을 사용한다.

FFT에서 모두 수신되고 처리된다.

2개의 안테나를 이용해, 수신된 것은 각각의 상이한 안테나로 채널 추정(P1, P2)를 찾을 수 있다.

채널은 P1, P2가 상이한 파일럿을 사용하므로, 구별될 수 있으나, 다음으로 데이터 유닛(X1, X2)를 전송한다.

PHY 정의

다음은 1의 재사용 시나리오에 대한 PHY 층 명세를 다룬다.

다운-링크 방법

다운링크는 최대 3개의 섹터까지 지원하고 전송을 시작하는 프리앰블를 포함하며, 상기 프리앰블은 사용된 반송파를 6개의 부분으로 분리하고, 각각의 2 부분은 단일 섹터에 의해 사용되고, 상기 분할은 STC 모드에서 6개의 상이한 프리앰블을 사용할 수 있게 하기 위함이다.

다운링크 기간의 예는 도 7에 도시되어 있으며, 도 7은 다음을 포함한다:

1. 프리앰블

다운링크 전송의 6개 유형의 심볼 중 첫번째 심볼은 프리앰블이다. 프리앰블 유형은 이들 중 하나에 대한 상이한 부반송파의 할당에 의해 정규된다. 상기 부반송파는 특정 PN(Pseudo-Noise) 코드로 증폭되지 않은 BPSK 변조를 사용한 후 변조된다.

프리앰블은 다음의 공식을 이용하여 정규된다:

여기서:

- 특정 프리앰블에 할당된 모든 반송파를 특정한다.

- 0..5로 인덱스된 프리앰블의 수를 특정한다.

- 실행 인덱스가 0..283/284인가?(상기 인덱스는 반송파 수가 ?1702 전체적으로 사용된 반송파 인덱스인 동안 사용된다)

각 섹터는 6개 세트 중 2개 유형의 프리앰블을 다음의 방법으로 사용한다:

- 섹터 1은 프리앰블 0 및 3을 사용한다.

- 섹터 2는 프리앰블 1 및 4를 사용한다.

- 섹터 3은 프리앰블 2 및 5를 사용한다.

그러므로 각 섹터는 결국 각 세번째 반송파를 변조하며, 도 8은 섹터 1의 프리앰블을 예로서 도시한다.

파일럿을 변조하는 PN 시리즈는 IEEE 802.16a 의 섹션 8.5.9.4.3에서 정규된 하나이다. 각 프리앰블 유형에 대한 초기화 시퀀스는 표 1에 주어진다.

프리앰블에 사용된 변조는 IEEE 802.16a 의 섹션 8.5.9.4.3에서 있으므로, PNId 및 프리앰블 유형의 수는 9이다.

2. 심볼 구조

심볼 구조는 파일럿, 데이터 및 제로 반송파를 사용하여 구성된다. 심볼은 먼저 적절한 파일럿 및 제로 반송파로 할당되고, 이 후 잔여 반송파 모두는 데이터 반송파(서브-채널로 분리됨)로서 사용된다.

6가지 가능한 파일럿의 할당이 있다. 정규의 전송에서 각 섹터는 2개의 할당 각각을 사용하고, STC 모드에서 각 안테나는 두개 중의 하나를 사용한다. 표 2는 심볼의 파라미터를 요약한 것이다.

정규 전송을 위해, 각 섹터는 그 전송을 위해 두가지 유형의 안테나 파일럿을 사용한다. 그러므로:

- 섹터 1은 56개의 파일럿을 사용한다.

- 섹터 2는 55개의 파일럿을 사용한다.

- 섹터 1은 55개의 파일럿을 사용한다.

도 9는 섹터 1에 대한 심볼 할다의 예를 도시한다.

파일럿을 변조하는 PN 시리즈는 IEEE 802.16a 의 섹션 8.5.9.4.3에서 정규된 하나이다. 각 섹터 유형에 대한 초기화 시퀀스는 표 3에 주어진다.

프리앰블에 사용된 변조는 IEEE 802.16a 의 섹션 8.5.9.4.3에서 있다.

2.1.2.1. 다운링크 서브-채널 반송파 할당

각 서브-채널은 48개의 반송파로 구성되고, 베이스-밴드 프로세싱에서 독립적인 엔티티(각 서브-채널 데이터는 개별적으로 랜덤화되고, 인코딩되고 인터리브되어, 개별적으로 디코딩될 수 있다)이다.

서브-채널 인덱스는 Reed-Solomon 시리즈를 사용하여 공식화되고, 데이터 부반송파 영역에서 할당된다. 데이터 부반송파 영역은 48*32=1536 반송파를 포함하며, 이들은 반송파 영역(0-2047)으로부터 모든 가능한 파일럿 및 제로 반송파(DC 반송파 포함)를 제거한 후의 잔여 반송파이다.

데이터 부반송파 영역을 할당한 후 그 절차는 IEEE 802.16a 의 섹션 8.5.6.1.2에서 특정된다.

2.1.3. DL MAP에 대한 서브-채널의 할당 및 논리 서브-채널 넘버링

섹터(섹터가 사용되는 경우)에 대한 서브-채널의 최소 할당은 3이다.

2.2. 업-링크

다음은 업링크 전송 및 심볼 구조를 정규한다. 업링크는 다운링크 모델을 따르므로, 또한 최대 3개의 섹터를 지원한다. 업링크에서 전송의 두가지 포맷은 다음에 의해 지원된다:

- 53개 반송파의 정규 서브-채널(전체 32 개의 서브-채널)

- 21/22 개 반송파의 미니 서브-채널(전체 80 개의 미니 서브-채널)

각 전송은 프로세싱의 최소 블록에서처럼 48개의 심볼을 사용하고, 각 새로운 전송은 (할당된 서브-채널에서만 변조된) 프리앰블로부터 시작하고 사용자에게 서브-채널의 할당은 하나의 서브-채널/미니 서브-채널의 전송 손실 특성로 처리된다.

2.2.1. 심볼 구조

업링크에서 지원되는 심볼 구조는 이후 특정된다.

2.2.1.1. 정규 서브-채널을 위한 심볼 구조

심볼 구조는 IEEE 802.16a 의 섹션 8.5.6.1를 따른다.

2.2.1.2. 미니 서브-채널을 위한 심볼 구조

DL에서 정규 서브-채널은 미니 서브-채널을 생성하기 위해 추가로 분리되고, (첫번째가 짝수 서브-채널인) 부가 서브-채널 모두는 5개의 미니 서브-채널로 분리된다.

106개의 반송파는 5개의 그룹으로 분리되고, 이중 4개는 21개의 반송파를 포함하고 마지막은 22개의 반송파를 포함한다. 각각의 미니 서브-채널에서 16개의 반송파는 데이터에 대해 할당되고 나머지는 파일럿으로 할당된다.

다음의 공식을 따르는 반송파는 하나의 미니 서브-채널에 할당된다.

여기서:

- IEEE 802.16a 의 섹션 8.5.6.1.2에서 정규된 바와 같이, 서브-채널의 반송파를 정규한다.

- 0..4의 미니 서브-채널을 정규한다.

미니 서브-채널의 전체 넘버링은 5개의 미니 서브-채널로 분리된 첫번째 두개의 서브-채널로부터 개시하고 0..79로 넘버링된 전체 80개의 미니 서브-채널에 대해, 분리된 각각의 두개의 부가 서브-채널로 이어진다.

도 10은 (21개 반송파의) 미니 서브-채널 조직 및 구조이다.

도 11은 (21개 반송파의) 미니 서브-채널 조직 및 구조이다.

제안된 구조는 최대 주파수 다이버시티로, 모듈이 5 프레임 구조가 가능하게 한다.

2.2.1.3. 정규 서브-채널을 이용한 버스트 구조

버스트 구조는 기본적인 구조로서 프리앰블 및 이에 이어진 하나의 시간 심볼로 구성된다. 더 많은 서브-채널 또는/및 시간 심볼의 할당은 버스트를 확장할 수 있고, 어떤 경우에는 프리앰블이 모든 할당된 서브-채널 상의 버스트의 시작시에 전송된다. 이는 도 12에 도시되어 있다.

2.2.1.4. 미니 서브-채널을 이용한 버스트 구조

버스트 구조는 기본적인 구조로서 프리앰블 및 이에 이어진 3의 시간 심볼로 구성된다. 더 많은 서브-채널 또는/및 다중 3의 시간 심볼의 할당은 버스트를 확장할 수 있고, 어떤 경우에는 프리앰블이 모든 할당된 미니 서브-채널 상의 버스트의 시작시에 전송된다.

미니 서브-채널을 이용한 버스트 구조

2.3. 베이스-밴드 프로세싱

베이스-밴드 프로세싱은 다음의 프로세스를 포함한다:

- 랜덤화

- 인코딩

- 비트-인터리빙

- 변조

상기 프로세스는 동일한 방법으로 업링크 및 다운링크에서 수행된다.

2.3.1. 랜덤화

IEEE 802.16a 의 섹션 8.5.9.1에서 정규된 바와 같다.

2.3.2. 인코딩

필수 구성으로서 사용된 코딩 방법은 섹션 8.5.9.2.1에 특정된 테일 비팅 컨벌루션 인코딩 및 섹션 8.5.9.2.2의 인코딩의 선택 모드이고 섹션 8.5.9.2.2 또한 지원되며, 모든 섹션은 IEEE 802.16a 에서 정규된다.

인코딩 블록 사이즈는 현재 전송에 할당된 서브-채널/미니 서브-채널의 수에 따른다. 서브-채널/미니 서브-채널 수의 연관은 IEEE 802.16a 의 섹션 8.5.9.2에 정규된 가장 큰 인코딩 블록을 통과시키지 않는 제한을 갖고 수행된다. 그러므로, 표 yy는 상이한 할당 및 변조에 사용된 인코딩 블록 사이즈 및 시퀀스를 특정한다.

2.3.2.1. 테일-비팅 컨벌루션 인코딩(tail-biting convolutional encoding)

컨벌루션 인코딩 체계는 IEEE 802.16a 에 특정된 (RS 인코딩 부 없이) 섹션 8.5.9.2.1에 특정된다. 표 5는 선택된 변조 유형 및 인코딩 율과 관련하여 인코딩될 유용한 데이터 페이로드의 본래 사이즈를 정규한다.

2.3.2.2. BTC(Block Turbo code)

BTC 체계는 IEEE 802.16a 에 특정된 섹션 8.5.9.2.2에 특정된다.

인코딩 프로세스를 위해 사용된 파라미터는 표 x를 따른다.

2.3.2.3. CTC(Convolutional Turbo code)

CTC 체계는 IEEE 802.16a 에 특정된 섹션 8.5.9.2.3에 특정된다.

인코딩 프로세스를 위해 사용된 파라미터는 표 x를 따른다.

2.3.3. 비트 인터리빙(Bit-Interleaving)

표 xx에 정규된 파라미터를 사용하고 IEEE 802.16a 에 정규된 동일한 체계를 사용한다.

도 13은 광대역 모바일 트랜스미터 구조의 상세도로, 상기 트랜스미터는 부반송파 변조 유닛(31), 서브-채널 할당 유닛(32), 병렬-직렬 유닛을 또한 포함하는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 유닛(33), 필터(34), DAC(digital to analog converter)(35), RF(radio frequency) 전송 유닛(36), 안테나(37)를 포함하며, 안테나는 전송 및 수신을 위해 통상적인 안테나가 사용될 수도 있다.

도 14는 광대역 모바일 리시버 구조의 상세도로, 안테나(41), RF(radio frequency) 수신 유닛(42), ADC(analog to digital converter)(43), 필터(44), 병렬-직렬 유닛을 또한 포함하는 FFT(Fast Fourier Transform) 유닛(45), 다이버시티 컴바이너(46), 서브채널 디모듈레이터(47), 로그-우도 비 유닛(48), 디코더(49)를 포함하며, 안테나는 전송 및 수신을 위해 통상적인 안테나가 사용될 수도 있다.

도 15는 광대역 기지국 트랜스미터 구조의 상세도로, 반송파 변조 유닛(51), IFFT 입력 패킹 유닛(52), 전송 다이버시티 인코더(53), IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 유닛(54), 필터(55), DAC(digital to analog converter)(56), RF(radio frequency) 전송 유닛(57), 안테나(58)를 포함한다.

도 16은 광대역 기지국 리시버 구조의 상세도로, 두개의 상이한 기지국에 위치될 수 있는 안테나(61), RF(radio frequency) 수신 유닛(62), ADC(analog to digital converter)(63), 필터(64), FFT(Fast Fourier Transform) 유닛(65), 다이버시티 컴바이너(66), 서브채널 디모듈레이터(67), 로그-우도 비 유닛(68), 디코더(69)를 포함한다.

도 17a 및 도 17b는 에러 정정 시스템의 상세도이다. 두개의 채널을 합하기 전, 채널 추정 및 정정이 수행되는 것이 바람직하다. 도 12a 및 도 12b는 채널 추정 및 정정을 수행하는 시스템의 상세도이다.

동작 방법:

1. 신호는 수신되어 전술한 바와 같이 수신기 스테이지를 통과한다.

2. 디지털 메모리(71)는 예를 들어 프리앰블 또는 이력 값에서 측정된 이전 채널 추정 값을 유지한다.

3. 상기 추정은 유닛(72)에서 채널 정정을 위해 사용된다.

4. 신호는 경로(73)에서 디인터리버에 이어 터보 디코더 또는 비터비 디코더를 포함하여, 추가로 처리/복조된다.

5. 복조되고 정정된 데이터가 출력된다.

6. 피드백 경로(74)에서, 정정된 데이터는 다시 변조/인코딩 되어, 정정되고 수신된 신호를 (원래의 신호로) 재구성한다.

7. 개선되고 업데이트된 채널 추정은 피드백 경로(74)에서 정정된 데이터를 사용하여 계산된다. 상기 평가는 다음의 심볼이 수신되어, 또한 채널 추정을 추가로 업데이트할 수도 있도록 사용된다.

방법의 종료

따라서, 신규의 시스템 및 방법은 양호한 채널 추정 및 정정과 함께 신속한 응답을 달성한다.

본 발명의 범위 내의 장치 및 방법의 일예가 설명되었으나 전술된 설명하에서 당업자에게 다양한 변형이 가능함이 이해될 것이다.

Claims

셀룰러 네트워크 시스템에서,

802.16a에 정의된 바와 같은 물리층은 신뢰성, 커버리지, 통신 용량, 사용자 위치, 충분한 확장성, 2-6Ghz의 이동성을 개선하기 위해, 1의 재사용으로 동작하는 동안, 모바일 작동자가 최적화시키는 수단을 포함하며, 동일한 RF 주파수가 셀내의 모든 섹터에 할당되는 셀룰러 네트워크 시스템.
제1항에 있어서, 비동기식 모드로 시스템과 작동하기 위한 수단을 추가로 포함하며, 시스템은 프레임을 발생하기 위해서 어느 기준 클록을 사용하며,

이 경우에, 각 BS는 다른 순열(permutation)을 사용하고, 사용자들 사이의 충돌은 BS의 드로우 주파수 시프트와 프레임 사이의 타임 시프트를 야기하며,

BS 내측의 서브 채널은 BS/섹터 사이에서 직교하고 이 사실로 서브 채널당 다른 순열을 사용하고 데이터상의 다른 랜더마이저(Randomizer)를 사용하는 각 BS는 몇개의 부반송파 충돌이 일어나는 다른 BS 사용자 사이의 제어된 충돌을 발생하는 셀룰러 네트워크 시스템.
제1항에 있어서, FEC를 추가로 사용하여, 시스템을 90%와 같은 국한된 커버리지를 가질지라도 합리적인 통신 용량으로 작동할 수 있어, 보다 긴 HO 타임을 가지고서 신속하고 저 비용의 합리적인 커버리지를 달성하는 셀룰러 네트워크 시스 템.
제3항에 있어서, TDD내에 802.16 타임 스탬프를 사용하여 BS와 다른 작동자사이의 UL/DL 타이밍과 프레임을 동기시키는 셀룰러 네트워크 시스템.
제1항에 있어서, (예를 들어 GPS에 의해) 제공된 보다 정확한 기준 클록과 동기식 모드로 작동하기 위한 수단을 포함하며, BS는 프레임과 OFDM 심볼에 의해 동기화되는 셀룰러 네트워크 시스템.
제5항에 있어서, 보다 높은 FFT 사이즈를 이용해서, 프레임 수는 GPS 또는 시간 스탬프에 의해 동기화되므로, BS/섹터 내에 그리고 다른 이웃 BS/섹터 내 부반송파 사이의 직교성을 달성하는 셀룰러 네트워크 시스템.
제1항에 있어서, 조정 동기식 모드로 작동하기 위한 수단을 포함하며, 다른 셀로부터의 평균 간섭, 순열 및 충돌은 높은 QAM 모듈레이션의 사용시 제한을 야기하며, 때때로 3배까지 통신 용량을 증가시킬 수 있는(QPSK 대신에 64QAM) 셀룰러 네트워크 시스템.
제7항에 있어서, BS/섹터의 한 그룹에 대해서 동일한 순열을 사용하며, 섹터/BS는 백본(back-bone)을 통한 통신에 의해 이들 사이의 서브 채널 분할을 조정하 여, 99% 이상의 가능성으로 동일 커버리지 영역상에 1.5배 만큼 통신 용량을 증가시킬 수 있는 셀룰러 네트워크 시스템.