KR20070052267A

KR20070052267A - 무선 통신 시스템들에서의 비동시적 주파수 다이버시티

Info

Publication number: KR20070052267A
Application number: KR1020077001677A
Authority: KR
Inventors: 마이클 리브만
Original assignee: 퓨어웨이브 네트워크스, 인코포레이티드
Priority date: 2004-07-19
Filing date: 2005-07-18
Publication date: 2007-05-21
Also published as: EP1774659A2; US7460839B2; US20060030279A1; WO2006020169A3; WO2006020169A2; CN101124733A

Abstract

비동시적 주파수 다이버시티(non-simultaneous frequency diversity)를 사용하는 무선국은 안테나와, 상기 안테나에 연결되는 무선 주파수 모듈로서, 상기 안테나를 사용하여 무선 주파수 신호들을 송신 또는 수신하도록 동작가능한 상기 무선 주파수 모듈과, 상기 무선 주파수 모듈에 연결되는 기저대역 모듈로서, 상기 무선국에 의해 송신 또는 수신되는 신호들이 비동시적 주파수 다이버시티를 활용하는 것과 같이, 상기 무선 주파수 모듈을 통해 신호들을 송신 또는 수신하도록 동작가능한 상기 기저대역 모듈을 포함한다. 상기 기저대역 모듈은 상기 무선국에 의해 송신 또는 수신되는 신호들이 비동시적 주파수 다이버시티를 활용하는 것과 같이 상기 무선 주파수 모듈을 통해 신호들을 송신 또는 수신하도록 동작가능하다. 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하여 정보를 송신하는 방법은 송신될 정보를 식별하는 단계와, 제 1 채널상에서 상기 식별된 정보를 송신하는 단계와, 설정 시간 이후에, 제 2 채널상에서 상기 식별된 정보를 송신하는 단계를 포함한다. 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하여 송신되는 정보를 수신하는 방법은 제 1 채널상에서 송신되는 제 1 신호를 수신하는 단계와, 설정 시간 이후에, 제 2 채널상에서 송신되는 제 2 신호를 수신하는 단계와, 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호에 기초하여 송신된 정보를 식별하는 단계를 포함한다.

무선국, 비동시적 주파수, 송신 정보 식별,

Description

무선 통신 시스템들에서의 비동시적 주파수 다이버시티{Non-simultaneous frequency diversity in radio communication systems}

본 출원은 명칭이 "무선 통신 시스템들에서의 다중 접속, 비동시적 주파수 다이버시티(MULTI-CONNECTION, NON-SIMULTANEOUS FREQUENCY DIVERSITY IN RADIO COMMUNICATION SYSTEMS)"이고 이와 함께 출원된 공동 계류중인 미국 출원서 제 호에 관한 것이며, 모든 목적들에 대해 그것 전체에 따른 참조로 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 무선 통신 시스템, 보다 구체적으로는 무선 통신의 성능을 향상시키기 위한 다이버시티 테크닉들의 사용에 관한 것이다.

예를 들어 이동 전화기 시스템들 및 무선 네트워크들과 같은 무선 통신 시스템들에서, 신호들은 대기, 인조식 구조들, 지형, 동물군, 및 무선 간섭을 포함하는 다양한 요인들에 따라 영향을 받는 통신 채널들을 통해 전파된다. 신호들이 인조 및 천연 물질들에 충돌할 때, 그것들은 반사, 굴절, 및/또는 회절될 수 있으며, 진폭, 위상, 및 주파수에서의 변화들을 결과로 나타낸다. 문제점들을 해결하기 위해, 신호는 다중 경로들을 통해 수신기에 도달할 수 있고, 각각의 경로에 따라 서로 다른 왜곡들을 경험한다. 서로 다른 위상들 및 진폭들을 통해, 다중 경로 신호들은 서로 간섭할 수 있으며, 더욱이 신호 품질을 저하시킬 수 있다. 인조 및 천연 물질을 통한 다중 경로 간섭 또는 상호작용들에 의해 야기되는 신호 감쇠는 페이딩(fading)이라 불린다. 딥 페이드(deep fade)는 신호 전력이 통신을 방해할 정도로 낮게 떨어질 때 발생한다.

전파 채널들이 계속해서 변경되기 때문에, 페이딩은 시간 의존적이다. 반사, 굴절, 및 회절의 효과들이 주파수 의존적이기 때문에, 페이딩 또한 주파수 의존적이다. 페이딩의 문제에 대한 한가지 해결책은 페이딩 중단 신호 수신의 가능성이 감소되는 복제 정보를 송신하는 다이버시티 테크닉들을 사용하는 것이다.

주파수 다이버시티는 때때로 딥 페이드의 가능성을 감소시키기 위해 사용된다. 페이딩의 주파수 의존적 성질을 사용하여, 복제 정보가 서로 다른 주파수들에서 송신된다. 주파수 구성요소들 모두가 딥 페이드 상태에 있지 않은 동안, 통신이 발생할 수 있다.

시간 다이버시티 또한 딥 페이드의 가능성을 감소시키기 위해 사용된다. 나중의 시간에 복제 정보를 송신함으로써, 그 정보는 채널 페이딩이 서로 다를 가능성이 높기 때문에 수신될 가능성이 더 높다. 시간 다이버시티의 효과를 최대화하기 위해, 복제 정보는 통신 채널의 페이딩 특징들이 변경되기에 충분한 시간을 갖는 것과 같은 충분한 지연 후에 송신되어야 한다.

추가적인 다이버시티 테크닉들은 경로 다이버시티 및 편극 다이버시티(polarization diversity)를 포함한다. 하나 또는 그 이상의 다이버시티 테크닉들을 개발함으로써, 현대의 무선 통신 시스템들은 페이딩을 현저히 경감시킬 수 있 다.

한 가지 일반적인 측면에서, 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하는 무선은 안테나와, 무선 주파수 모듈이 그 안테나를 사용하여 무선 주파수 신호들을 송신 또는 수신하도록 동작가능한 안테나에 연결되는 무선 주파수 모듈과, 그 무선 주파수 모듈에 연결되는 기저대역 모듈을 포함한다. 그 기저대역 모듈은 무선 주파수 모듈을 통해 신호들을 송신 또는 수신하도록 동작가능하다. 무선국에 따라 송신 또는 수신되는 신호들은 비동시적 주파수 다이버시티를 활용한다. 어떠한 구현들에서, 무선국은 추가적인 안테나를 포함한다.

무선 주파수 모듈은 신호를 생성하도록 동작가능한 국부 발진기와, 중간 주파수 수신기와, 중간 주파수 송신기와, 중간 주파수 수신기 및 국부 발진기에 연결되는 수신 믹서와, 중간 주파수 송신기 및 국부 발진기에 연결되는 송신 믹서를 포함할 수 있다. 상기 믹서들은 국부 발진기 신호를 사용하여 중간 주파수 및 송신 주파수 사이에서 신호들을 변환한다. 무선국은 제 1 주파수에서 데이터를 송신하도록 국부 발진기를 사용하고 제 2 주파수에서 데이터를 송신하도록 국부 발진기를 사용함으로써 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하여 데이터를 송신하기 위해 동작가능하다. 무선국은 단일 수신 경로를 사용하여 비동시적 주파수 다이버시티를 구현할 수 있다. 구현들은 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)을 포함하는 다양한 변조 테크닉들을 사용할 수 있다. 추가로, 제 2 국부 발진기는 무선국이 제 1 주파수에서 데이터를 송신하도록 국부 발진기를 사용하고 제 2 주파수에서 데이터를 송신하도록 제 2 국부 발진기를 사용함으로써 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하여 데이터를 송신하기 위해 동작가능하다.

어떠한 구현들에서, 무선국은 정보가 비동시적 주파수 다이버시티를 제공하기 위해 제 1 송신 채널 및 제 2 송신 채널상에서 송신되는 것과 같이 제 1 송신 채널상에서 신호들을 송신하고 제 2 송신 채널상에서 신호들을 송신하도록 구성된다. 제 1 송신 채널 및 제 2 송신 채널 사이의 주파수 분리는 적어도 20 MHz이다. 제 1 송신 채널상에서 송신되는 정보와 제 2 송신 채널상에서 송신되는 정보는 복소 이득(complex gain)에 따라 서로 다를 수 있으며, 그 채널들은 단일 주파수들이거나 다중 주파수 광대역 채널들일 수 있다.

또 다른 일반적인 측면에서, 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하여 정보를 송신하는 방법은 송신될 정보를 식별하는 단계와, 제 1 채널상에서 상기 식별된 정보를 송신하는 단계와, 설정 시간 이후에 제 2 채널상에서 상기 식별된 정보를 송신하는 단계를 포함한다.

어떠한 구현들에서, 송신될 정보를 식별하는 단계는 송신될 정보의 세트로부터 송신될 블록을 식별하는 단계를 포함한다. 그 블록은 단지 한번에 송신될 수 있는 정보의 최대량을 포함한다. 예를 들어, 그 블록의 사이즈는 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 톤의 사이즈에 기초할 수 있다.

식별된 정보는 송신 주파수에 따라 중간 주파수 신호를 변환하도록 국부 발진기로부터 출력과 함께 중간 주파수 신호를 혼합하여 제 1 또는 제 2 주파수들에서 송신될 수 있다. 동일한 국부 발진기가 그 모두에 대해 사용될 수 있다. 추가로, 송신들 사이에서 설정 시간은 고정적이거나 동적일 수 있다. 무선국은 제 1 송신 채널상에서 신호들을 송신하고 시간에 따른 연속적인 포인트들에서 제 2 송신 채널에 대한 신호들을 송신하도록 구성될 수 있다.

또 다른 일반적인 측면에 따라, 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하여 송신된 정보를 수신하는 방법은 제 1 채널상에서 송신되는 제 1 신호를 수신하는 단계와, 설정 시간 이후에 제 2 채널상에서 송신되는 제 2 신호를 수신하는 단계와, 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호에 기초하여 송신된 정보를 식별하는 단계를 포함한다.

어떠한 구현들에서, 상기 방법은 국부 발진기로부터의 신호를 사용하여 중간 주파수로 상기 제 1 신호를 변환하는 단계와, 국부 발진기로부터의 신호를 사용하여 중간 주파수로 상기 제 2 신호를 변환하는 단계를 더 포함한다. 동일한 국부 발진기는 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호 모두를 변환하도록 사용될 수 있다. 제 1 신호 및 제 2 신호의 수신 사이의 시간의 양은 고정적이거나 동적일 수 있다.

구현들은 제 1 채널상에서 송신되는 제 1 신호를 수신하고 제 2 채널상에서 송신되는 제 2 신호를 수신하도록 단일 수신 경로를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 제 1 채널 및 제 2 채널은 광대역 채널일 수 있고, 제 1 채널 및 제 2 채널은 적어도 20 MHz 만큼 서로 다르다.

상기 시스템은 선택 다이버시티, 등가 이득 결합, 및/또는 최대 비율 결합을 사용하여 제 1 신호 및 제 2 신호를 결합함으로써 송신된 정보를 식별할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 구현들의 세부적인 것들은 첨부된 도면들과 이하 기술들에 따라 설명된다. 다른 특징들 및 장점들은 그 기술 및 도면들과 특허청구범위를 통해 명백해질 것이다.

도 1은 무선 통신 시스템을 도시한 도면.

도 2는 동시적 주파수 다이버시티를 사용하는 무선 통신 시스템 송신의 진폭 대 주파수를 도시한 도면.

도 3A 및 도 3B는 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하는 무선 통신 시스템 송신들의 진폭 대 주파수를 도시한 도면.

도 3C는 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하는 일련의 송신들을 도시한 진폭 주파수 시간 그래프도.

도 4A는 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)을 사용하는 무선 통신 시스템 송신의 진폭 대 주파수를 도시한 도면.

도 4B는 비동시적 주파수 다이버시티를 예시하는 시간에 따른 다양한 포인트들에서 OFDM 송신들을 도시한 블록도.

도 5A는 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하는 무선국을 도시한 블록도.

도 5B는 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하는 무선국의 RF(radio frequency) 스테이지를 도시한 블록도.

도 6A는 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하여 정보를 송신하는 방법을 도시한 흐름도.

도 6B는 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하여 송신되는 정보를 수신하는 방법을 도시한 흐름도.

도 1을 참조로 하면, 무선 통신 시스템(100)은 하나 또는 그 이상의 원격 스테이션들(remote stations)(104)과 통신하도록 동작가능한 기지국(102)을 포함한다. 기지국(102)이 네트워크(106) 및 원격 기지국들(104) 사이에 정보를 전달할 수 있는것과 같이 기지국(102)은 네트워크(106)에 연결된다. 무선 통신 시스템(100)은 예를 들어 무선 도시권 네트워크들, 무선 근거리 네트워크들, 무선 주문형 비디오, 및/또는 무선 음성 서비스들과 같은 무선 서비스들을 제공하도록 사용될 수 있다.

예를 들어, 무선 통신 시스템(100)은 IEEE 802.11 표준에 기초하는 WLAN(wireless local area network)를 구현하도록 사용될 수 있다. 이러한 구현에서, 기지국(102)은 네트워크(106)에 하나 또는 그 이상의 원격 스테이션들(104)을 접속시키는 라우터 또는 액세스 포인터로 작동할 수 있고, 그것은 인터넷과 같은 LAN(local area network) 또는 WAN(wide area network)일 수 있다. 원격 스테이션들(104)은 전형적으로 무선 네트워크 인터페이스 카드들을 통해 구성되는 랩탑 또는 데스크탑 컴퓨터들이다.

기지국(102)은 원격 스테이션들(104)과의 RF(radio frequency) 통신을 용이하게 하는 하드웨어 디바이스이다. RF 통신은 전형적으로 (기지국(102) 및 원격 스테이션(104)을 통해 서로 정보를 송신 및 수신하는) 2 방향이지만, 본 명세서에 기술되는 비동시적 주파수 다이버시티 테크닉들은 또한 비디오 또는 정보 방송 시스템이나, 호출기 시스템과 같은 1 방향 RF 통신을 통해 사용될 수 있다.

2 방향 RF 통신을 용이하게 하기 위해, 기지국(102)은 적어도 하나의 안테나 및 신호 프로세싱 유닛을 포함한다. 신호 프로세싱 유닛은 전형적으로 신호들을 필터링 및 증폭하고, 아날로그 및 디지털 사이에서 신호들을 변환하며, 수신된 데이터를 해석 및 프로세싱하기 위한 구성요소들을 포함한다.

기지국(102) 및 원격 스테이션들(104)은 종래의 전자식 디자인과 애플리케이션 특정 집적 회로들 및/또는 상업적 재고 구성요소들을 사용하는 제조 테크닉들을 사용하여 구현될 수 있다. 그 구현들 중 일부들은 소프트웨어 구성 DSP들(digital signal processors) 또는 범용 마이크로프로세서들에서 수행될 수 있다.

성능을 향상시키기 위해, 다양한 다이버시티 테크닉들은 주파수 다이버시트를 포함하여 활용될 수 있다. Glossary of Telecommunication Terms(통합 표준 1037(2000))에 따라, 주파수 다이버시티는 "동일한 정보 신호가 2개 또는 그 이상의 독립적 페이딩 반송파 주파수들상에서 동시에 송신되는 송신 및 수신"이다. 페이딩이 전형적으로 주파수 의존적이기 때문에, 서로 근접한 주파수들은 독립적으로 페이딩할 가능성이 높지 않다. 이러한 이유에 따라, 2개 또는 그 이상의 다른 반송파 주파수들을 선택하는 것이 유리하다. 그러나, 다른 반송파 주파수들을 사용하는 것은 구현 비용 및 복잡성을 증가시킨다.

도 2를 참조로 하면, 동시적 주파수 다이버시티를 활용하는 무선 통신 시스템(100)은 다중 반송파들상에 복제 정보를 송신한다. 예를 들어, 원격 스테이션(104)으로 기지국(102)에 의해 전송될 데이터는 제 1 주파수(f₁)(신호 202) 및 제 2 주파수(f₂)(신호 204)에서 송신된다. 2개의 주파수들(f₁, f₂)은 그것들이 독립적으로 페이딩하는 것과 같이 선택되어야 한다. 예를 들어, 주파수들(f₁, f₂)은 채널들 모두가 동시적으로 페이딩할 가능성이 감소되도록 20 MHz 보다 더 크게 떨어져 선택될 수 있다. 주파수 분리는 구현 의존적이며, 다양한 기술적 조정 요인들에 의해 영향을 받는다.

대부분의 무선 통신 시스템들(100)에서, 신호들은 송신으로부터 신호 프로세싱을 해제하는 그것들의 송신 주파수들보다 더 낮은 주파수들에서 프로세싱된다. LO(local oscillator)는 송신 주파수로 그것의 주파수를 상승시키기 위해 데이터 신호와 혼합되는 신호를 생성하도록 사용될 수 있다. 신호들(202, 204)이 너무 멀리 떨어져 있는 경우, 2개의 LO들은 신호(202)를 생성하도록 사용되는 하나의 LO와 신호(204)를 생성하기 위한 제 2 LO로 사용될 수 있다.

원격 스테이션(104)이 신호들(202, 204)의 동시적 수신을 요구하지 않도록, 복제 정보는 시간에 따른 서로 다른 포인트들에서 2개 또는 그 이상의 독립적 페이딩 반송파 주파수들상에서 송신될 수 있다. 신호(202)를 송신하고, 시간의 기간을 기다리며, 그 후에 제 2 주파수에서 신호(204)를 송신함으로써, 무선 통신 시스템(100)은 단일 수신 경로가 요구되는 것과 같이 비동시적 주파수 다이버시티를 활용할 수 있고, 그에 따라 기지국(102) 및 원격 스테이션들(104) 모두의 복잡성 및 비용을 감소시킬 수 있다.

도 3A 및 도 3B를 참조로 하면, 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하는 무 선 통신 시스템(100)은 시간(T₁)에서의 제 1 주파수(f₁)에서 신호(302)를 송신하고, 그 후에 시간(T₂)에서의 제 2 주파수(f₂)에서 복제 정보를 포함하는 신호(304)를 송신한다. 이러한 도면들은 신호들(302, 304)의 진폭 및 주파수 구성요소들을 나타내지만, 그것들은 또한 위상 구성요소를 포함할 수 있다. 신호(304)는 신호(302) 내에 포함되는 정보의 적어도 일부를 복제하지만, 그 정보는 신호들(302, 304)이 동일한 진폭들 및 위상들을 갖지 않도록 서로 다르게 인코딩될 수 있다.

서로 다른 주파수들에서 복제 정보를 송신함으로써, 비동시적 주파수 다이버시티는 동시적 수신을 필요로 하지 않으며 동시적 주파수 다이버시티의 이익들 중 많은 것을 제공한다. 송신 및 수신 주파수들을 변경할 때, 주파수 조정들이 안정적이도록 허용하기 위해 얼마간의 지연이 필요로 된다. T₁ 및 T₂ 사이의 경과된 시간이 미리 결정되며 필요로 되는 지연에 기초할 수 있다.

상기 기술된 예들에서, 정보는 비동시적 주파수 다이버시티를 구현하도록 2번 송신된다. 그러나, 그 정보는 시간들의 어떠한 수로 송신될 수 있다. 추가적인 리던던트 송신들(redundant transmissions)은 대역폭의 비용에서 성능을 더 향상시킬 수 있다.

리던던트 정보는 단순히 재송신될 수 있거나, 무선 통신 시스템(100)은 복소 이득을 적용할 수 있어서, 리던던트 신호들의 위상 및/또는 진폭을 변경한다. 수신 디바이스는 가능한 한 신호 이득을 결과로 나타내는 2개 또는 그 이상의 수신된 송신들을 결합시킬 수 있다.

도 3C를 참조로 하면, 현저한 지연이 주파수 변화들 사이에 필요로 되는 경우, 송신들 사이에 짧은 지연(T_i)을 통해 제 1 주파수(f₁)에서 다중 신호들을 송신하고, 그 후에 지연(T_d) 이후에 제 2 주파수(f₂)에서 복제 정보를 송신하는 것이 유리할 수 있다. 어떠한 값들이 지연들(T_i, T_d)에 대해 선택될 수 있지만, 단일한 주파수 또는 근접한 주파수들에서의 송신들 사이에 시간이 덜 필요로 되는 것이 보통이므로, T_i는 전형적으로 T_d보다 더 작다. 이러한 예에서, 3개의 신호들(322, 324, 326)은 순차적으로 주파수(f₁)에서 송신된다. 그에 따라, 지연 T_d 후에 3개의 신호들(328, 330, 332)은 제 2 주파수(f₂)에서 순차적으로 송신된다.

상기 기술된 비동시적 주파수 다이버시티의 예들은 단일 반송파 송신에 따른 테크닉을 예시한다. 어떠한 현대 통신 시스템들은 확산 스펙트럼, 주파수 분할 멀티플렉싱, 및 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)과 같은 다중 반송파 테크놀로지를 활용한다. 단일한 반송파 주파수에서 변조된 신호를 송신하는 대신에, 다중 반송파 송신 시스템은 다양한 부반송파 주파수들에서 변조된 신호들 중 일부들을 통해 더 넓은 통신 채널에 걸쳐 신호를 전송한다.

예를 들어, OFDM 통신 시스템은 많은 좁은 부채널들로 분할되는 광대역 채널(예로써, 20 MHz 채널)에 걸쳐 정보 스트림을 송신한다. 그 정보 스트림은 다중 블록들이 다양한 부반송파 주파수들에서 변조되고 부채널들에 걸쳐 송신될 수 있는 것과 같이 블록들로 나눠진다. 부반송파 주파수에서 송신되는 각각의 블록은 톤(tone)으로 불린다. 예를 들어, IEEE 802.16 표준은 2048 톤들 만큼 많은 것을 갖는 광대역 채널을 사용하여 OFDM 구현을 제공한다.

다중 반송파 시스템에서, 송신된 신호는 다중 주파수들을 스패닝(span)한다. 다중 반송파 시스템에서 비동시적 주파수 다이버시티를 구현하기 위해, 제 1 신호에서 송신되는 정보(예로써, OFDM 송신으로부터 하나 또는 그 이상의 톤들)는 시간에 따라 나중의 포인트에서 제 2 신호로 송신된다. 그 정보는 제 1 송신으로부터 제 2 송신까지 서로 다르게 인코딩될 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 복소 이득을 적용하거나, 상기 정보의 일부분들을 재배열하거나, 수신 시스템이 수신된 신호들 중 하나 또는 그 이상으로부터 송신된 정보를 복구할 수 있는 것과 같이 정보를 다른 방식으로 변환할 수 있다. OFDM 신호들이 다중 주파수들을 스패닝하기 때문에, 복제 정보는 서로 다른 톤들로 송신(즉, 서로 다른 부반송파 주파수에서 변조)되고/되거나, 서로 다른 채널들상에서 송신(즉, 제 1 송신의 광대역 채널 외부의 주파수로 변조)될 수 있다.

도 4A를 참조로 하면, 송신된 OFDM 채널(402)은 주파수들의 범위(즉, 톤들)에 걸쳐 데이터 확산의 다중 블록들을 포함한다. OFDM 시스템은 제 2 OFDM 채널(404)에서 복제 정보를 송신함으로써 주파수 다이버시티 테크닉들을 포함하도록 연장될 수 있다. 제 2 OFDM 채널(404)이 시간에 따라 제 2 포인트에서 송신되는 경우, 그에 따라 무선 통신 시스템은 비동시적 주파수 다이버시티를 활용한다.

도 4B를 참조로 하면, OFDM 무선 통신 시스템은 다중 주파수들에 걸쳐 동시적으로 데이터의 다중 블록들을 송신한다. 도표들(452, 454)은 시간에 따른 서로 다른 포인트들에서 송신되는 OFDM 시스템에서의 톤들을 나타낸다. 도표(452)는 주파수들의 제 1 범위에서 송신되는 데이터를 나타내고, 도표(454)는 주파수들의 제 2 범위에서 송신되는 데이터를 나타낸다. 이러한 예에서, 제 1 OFDM 신호는 복제에 따라 송신되는 "D"와 함께 정보 "A", "B", 및 "C"를 포함하여 방송된다. 시간에 따른 나중의 포인트에서, 제 2 OFDM 신호는 복제된 "C" 및 "D"와 함께 정보 "A", "B", 및 "C"를 포함하는 주파수들의 제 2 범위에서 방송된다. 정보 "A"는 채널 내 대응하는 톤들에서(즉, 각각의 채널의 제 1 데이터 톤에서) 송신된다. 정보 "B"는 그 채널 내 서로 다른 상대적 위치에서 재송신된다. 정보 "C"는 제 2 채널에서의 (2개의 개별적 톤들을 사용하는) 복제에 따라 송신된다. 정보 "D"는 제 1 및 제 2 채널들 모두에서의 복제에 따라 송신된다. 마지막으로, 제 3 OFDM 신호는 정보 "A"와 함께 제 1 채널을 사용하여 방송된다. 그 정보는 어떠한 시간들의 수로 송신될 수 있고, 상기 시스템은 서로 다른 방식들로 각각의 송신을 인코딩할 수 있다(즉, 상기 시스템은 복소 이득을 적용할 수 있거나 다른 방식으로 복제 정보를 변환할 수 있다).

도 4B는 비동시적 주파수 다이버시티가 (1) 시간에 따른 연속적 포인트들에서의 대응하는 주파수들에서 송신되는 복제 정보(예로써, "A")와, (2) 복제 정보의 다중 카피들(예로써, "A", "C", 및 "D")과, (3) 시간에 따른 연속적 포인트들에서 송신되는 복제 정보(예로써, "D")와, (4) 단일 채널 내에서 복제되는 정보(예로써, "D" 및 "C"의 제 2 송신)과 같은 다양한 방식들에 따라 구현될 수 있다는 것을 나타낸다.

도 5A를 참조로 하면, 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하는 무선 통신 시스템(100)의 구현은 기지국(102) 및 원격 스테이션들(104)에 대한 무선국(500)을 사용하여 구성된다. 무선국(500)은 RF 신호들을 수신 및/또는 송신하는 안테나(502)와, 송신 주파수 및 기저대역 주파수 사이에서 신호들을 변환하는 RF(radio frequency) 스테이지(504)와, 기져대역 스테이지(506)를 포함한다.

안테나(502)는 예를 들어 1/4 파장 전방향 안테나와 같은 어떠한 종래 테크놀로지를 사용하여 구현될 수 있다. 무선국(500)은 송신 및 수신을 위한 단일한 안테나를 사용할 수 있거나, 빔 형성 및/또는 안테나 다이버시티를 사용하여 성능을 향상시키도록 다중 안테나들을 사용할 수 있다.

이러한 구현에서, 신호들은 기저대역 스테이지(506)에 의해 소프트웨어에서 프로세싱된다. 기저대역 스테이지(506)는 예를 들어 애플리케이션 로직을 구현하도록 DSP(digital signal processor)와 같은 하나 또는 그 이상의 집적 회로들을 포함한다. 네트워킹 애플리케이션에서, DSP는 PHY(physical layer)와, MAC(media access control layer)와, 변조/복조, 코딩/디코딩, 및 트래픽 스케쥴링과 같은 네트워크 계층 기능들을 구현한다. 기저대역 스테이지(506)는 또한 유선(예로써, 10/100 Base T), 무선(예로써, 802.11g), 폰라인(예로써, HomePNA), 및/또는 파워라인 인터페이스들을 포함할 수 있다.

RF 스테이지(504)는 송신 주파수들로부터 기저대역 주파수들로 그리고 반대로 신호들을 변환하기 위한 구성요소들을 포함한다. RF 스테이지(506)는 또한 기저대역 스테이지(506)에 의해 프로세싱되는 신호들이 디지털이도록 아날로그 디지털 변환기들 및 디지털 아날로그 변환기들을 제공한다.

도 5B를 참조로 하면, RF 스테이지(504)는 LO(local oscillator)(552), IF(intermediate frequency) 수신기(554), 및 IF 송신기(556)를 사용하여 구현될 수 있다. LO(552)는 IF 수신기(554) 및 IF 송신기(556)에 의해 사용되는 송신 주파수 및 중간 주파수 사이에서 신호들을 변환한다. IF 수신기(554)는 그것이 IF로 변환된 후에 수신된 신호를 취하여 기저대역 스테이지(506)에 의해 프로세싱을 위한 신호들을 생성한다. 기저대역 스테이지(506)는 RF 스테이지에서 IF 송신기(556)로 송신을 위한 신호들을 전송한다. IF 송신기(556)는 중간 주파수에서 송신 신호를 생성하며, 그것은 송신 주파수로 그 신호를 변환하기 위해 LO(552)로부터 신호와 혼합된다.

국부 발진기(552) 및 IF 수신기(554)는 수신 경로(558)를 구성한다. 무선국(500)이 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하기 때문에, 단지 단일한 수신 경로만이 필요로 된다. 2개의 주파수들에서 정보를 송신하기 위해, IF 송신기(556)는 제 1 송신 주파수로 신호를 변환하도록 LO(552)로부터 신호와 혼합되는 RF 신호를 제공한다. 그에 따라, LO(552)는 제 2 송신 주파수로 동일한 IF 송신기 신호(556)를 변환하도록 제 2 신호를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 송신들이 동시적으로 발생하지 않기 때문에, 다중 IF 송신기들(556)이 필요로 되지 않으며, 그 신호는 단일한 수신 경로(558)에서 단일한 IF 수신기(554)를 사용하여 수신될 수 있다. 도 5B에 도시된 구현은 비동시적 주파수 다이버시티의 수신 경로(558) 이득들을 예시하도록 포함된다. 실제로, 추가적인 구성요소들은 다양한 필터들, 증폭기들, 및 로 직들과 같이 포함될 것이다.

제 1 및 제 2 송신 주파수들이 크게 변경되는 경우, 국부 발진기(552)는 안정적이도록 너무 많은 시간을 취할 수 있다. 하나의 해결책은 특정한 송신 또는 수신을 위해 적절한 LO(552) 신호를 선택하도록 제공되는 로직을 통해 다중 국부 발진기(552)를 사용하는 것이다. 2개의 LO들(552)을 사용하여, 무선국(500)은 하나의 LO(552)로부터 신호를 사용하여 제 1 송신을 다운 컨버팅(down-convert)할 수 있고, 또 다른 LO(552)로부터 신호를 사용하여 제 2 송신을 다운 컨버팅할 수 있다. 이러한 방식으로, IF 수신기(554) 및 동일한 수신 경로(558)가 주파수 다이버시티를 제공하도록 사용될 수 있다.

도 6A를 참조로 하면, 기지국(102) 또는 원격 스테이션(104)은 송신될 정보를 우선적으로 식별(602)함으로써 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하여 신호를 송신할 수 있다. 네트워크 구현에서, 데이터 링크 계층은 물리 계층에 걸쳐 송신을 위한 프레임들로 정보를 분리한다. 이러한 구현에서, 송신될 정보는 단일한 프레임을 포함한다. 프레임의 사이즈는 링크 품질에 의존적일 수 있으며, 링크 품질이 높은 경우, 보다 많은 정보가 각각의 주파수에서 송신될 수 있지만, 링크 품질이 저하될 때 정보는 더욱더 수신된 신호에서 차별적이지 않다. 그 정보는 그 후에 제 1 주파수(604)에서 송신된다.

그 후에, 상기 시스템은 복제 정보(606)를 송신하기 이전에 설정 시간에 따라 대기한다. 대기를 위한 시간의 양은 고정적이거나 동적일 수 있다. 대기 시간이 고정된 경우, 그 시스템이 서로 다른 주파수에서 송신할 수 있는 것과 같이 시간의 최소량을 선택하는 것이 최상이다. 설정 시간(606) 이후에, 상기 시스템은 제 2 주파수(608)에서 복제 정보를 송신한다. 복제 정보는 초기에 송신되는 정보와 동일할 수 있거나, 서로 다르게 인코딩될 수 있다. 수신 디바이스가 제 1 및 제 2 송신들(모두 정확하게 수신되는 경우) 모두로부터의 송신된 정보를 얻을 수 있는 동안 어떠한 코딩 테크닉들도 사용될 수 있다.

광대역 무선 구현에서, 다중 기지국들(102)은 서비스 영역을 통해 분포된다. 이러한 기지국들 및 그것들의 안테나들은 예를 들어 탑들, 유틸리티 기둥들, 또는 빌딩들상에 배치될 수 있다. 서비스 영역 전체에 걸쳐, 소비자들은 인터넷 액세스를 인에이블하도록 기지국(102)과 통신하기 위해 사용될 수 있는 가입자 스테이션들(원격 스테이션들(104))을 설치할 수 있다. 이러한 구현에서, RF 신호들은 다중 간섭 및 페이딩을 야기하는 다양한 인조식 및 천연 물질들에 의해 영향을 받는다. 성능을 향상시키기 위해, 이러한 시스템은 OFDM 및 비동시적 주파수 다이버시티를 사용한다.

도 6B를 참조로 하면, 기지국(102) 또는 원격 스테이션(104)은 제 1 주파수(652)에서 송신되는 제 1 신호를 우선적으로 수신함으로써 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하여 송신되는 신호를 수신한다. 설정 시간 이후에, 상기 시스템은 제 2 주파수(654)에서 송신되는 제 2 신호를 수신한다. 대기 기간은 고정적이거나 시스템 성능에 기초하여 동적으로 조정될 수 있다.

일단 제 1 신호 및 제 2 신호들이 수신되면, 상기 시스템은 2개의 신호들(656)에 기초하여 송신된 정보를 식별한다. 어떠한 다이버시티 결합 테크닉도 선 택 다이버시티, 등가 이득 결합, 및 최대 비율 결합을 포함하는 송신된 신호를 식별하도록 사용될 수 있다. 선택 다이버시티를 사용하면, 상기 시스템은 단순히 가장 강한 신호(즉, 가장 높은 신호 대 노이즈 비율을 갖는 것)를 사용한다. 등가 이득 결합을 사용하면, 신호들은 선형적으로 추가된다. 최대 비율 결합을 사용하면, 가중치들은 신호 대 노이즈 비율을 최대화하기 위해 수신된 신호들을 결합하도록 계산된다.

하나의 구현에서, 무선 통신 시스템(100)은 원격 디바이스들(104)이 기지국(102)을 통해 인터넷(네트워크 106)을 액세스하도록 인에이블하는 광대역 무선 인터넷 서비스들(IEEE 802.16 표준에 기초)을 제공한다. (또한 가입자 유닛들로도 불리는) 원격 디바이스들(104)은 DSL 또는 케이블에 의해 제공되는 것과 유사한 고속 인터넷 액세스를 인에이블하기 위해 소비자의 가정들에서 배치될 수 있다. 많은 무선 네트워크 시스템들은 OFDM(orthogonal division multiplexing)을 활용하며, 그 이유는 그것이 주파수들의 블록에 걸쳐 신호들을 확산시킴으로써 높은 스펙트럼 효율성을 제공하기 때문이다. 이러한 구현에서, OFDM은 성능을 향상시키도록 비동시적 주파수 다이버시티에 따라 사용된다.

비동시적 주파수 다이버시티는 동시에 수신되는 2개의 RF 신호들을 필요로 하지 않으며 시스템 성능을 향상시키도록 어떠한 무선 테크놀로지에서도 사용될 수 있다. 다수의 구현들이 기술되었다. 그럼에도불구하고, 다양한 수정들이 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않으며 구성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 다른 구현들은 다음의 특허청구범위 내에 포함된다.

Claims

비동시적 주파수 다이버시티(non-simultaneous frequency diversity)를 사용하는 무선국에 있어서,

안테나와,

상기 안테나에 연결되는 무선 주파수 모듈로서, 상기 안테나를 사용하여 무선 주파수 신호들을 송신 또는 수신하도록 동작가능한 상기 무선 주파수 모듈과,

상기 무선 주파수 모듈에 연결되는 기저대역 모듈로서, 상기 무선 주파수 모듈을 통해 신호들을 송신 또는 수신하도록 동작가능한 상기 기저대역 모듈을 포함하여, 상기 무선국에 의해 송신 또는 수신되는 신호들이 비동시적 주파수 다이버시티를 이용하는, 무선국.
제 1 항에 있어서,

상기 무선 주파수 모듈에 연결되는 제 2 안테나를 더 포함하는, 무선국.
제 1 항에 있어서, 상기 무선 주파수 모듈은;

신호를 생성하도록 동작가능한 국부 발진기와,

중간 주파수 수신기와,

중간 주파수 송신기와,

상기 중간 주파수 수신기 및 상기 국부 발진기에 연결되는 수신 혼합기와,

상기 중간 주파수 송신기 및 상기 국부 발진기에 연결되는 송신 혼합기를 포함하며,

상기 수신 혼합기 및 상기 송신 혼합기는 상기 국부 발진기 신호를 사용하여 중간 주파수 및 송신 주파수 사이에서 신호들을 변환하는, 무선국.
제 3 항에 있어서,

상기 무선국은 제 1 주파수에서 데이터를 송신하도록 상기 국부 발진기를 사용하고, 제 2 주파수에서 데이터를 송신하도록 상기 국부 발진기를 사용함으로써 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하여 데이터를 송신하기 위해 동작가능한, 무선국.
제 3 항에 있어서,

상기 수신 혼합기, 상기 국부 발진기, 및 상기 중간 주파수 수신기는 상기 무선국이 단일한 수신 경로를 사용하여 비동시적 주파수 다이버시티를 이용하는 것과 같이 수신 경로를 형성하는, 무선국.
제 3 항에 있어서,

제 2 국부 발진기를 더 포함하여 상기 무선국이 제 1 주파수에서 데이터를 송신하도록 상기 국부 발진기를 사용하고, 제 2 주파수에서 데이터를 송신하도록 상기 제 2 국부 발진기를 사용함으로써 비동시적 주파수 다이버시티를 사용하여 데 이터를 송신하기 위해 동작가능한, 무선국.
제 1 항에 있어서,

상기 기저대역 모듈은 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)을 사용하는, 무선국.
제 1 항에 있어서,

정보가 비동시적 주파수 다이버시티를 제공하도록 상기 제 1 송신 채널 및 상기 제 2 송신 채널상에서 송신되는 것과 같이 제 1 송신 채널상에서 신호들을 송신하고 제 2 송신 채널상에서 신호들을 송신하도록 구성되는, 무선국.
제 8 항에 있어서,

상기 제 1 송신 채널 및 상기 제 2 송신 채널 사이의 주파수 분리는 적어도 20 MHz인, 무선국.
제 8 항에 있어서,

상기 제 1 송신 채널상에서 송신되는 정보 및 상기 제 2 송신 채널상에서 송신되는 정보는 복소 이득(complex gain)만큼 다른, 무선국.
제 8 항에 있어서,

상기 제 1 송신 채널 및 상기 제 2 송신 채널은 광대역 채널들인, 무선국.
제 8 항에 있어서,

상기 제 1 송신 채널상에서 신호들을 송신하고, 시간에 따른 연속적인 포인트들에서의 상기 제 2 송신 채널들에서 신호들을 송신하도록 구성되는, 무선국.
비동시적 주파수 다이버시티를 사용하여 정보를 송신하는 방법에 있어서,

송신될 정보를 식별하는 단계와,

제 1 채널상에서 상기 식별된 정보를 송신하는 단계와,

설정 시간 후, 제 2 채널상에서 상기 식별된 정보를 송신하는 단계를 포함하는, 정보 송신 방법.
제 13 항에 있어서,

송신될 정보를 식별하는 단계는 송신될 정보의 세트로부터 송신될 블록을 식별하는 단계를 포함하는, 정보 송신 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 블록은 단지 한번에 송신될 수 있는 정보의 최대량을 포함하는, 정보 송신 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 블록의 사이즈는 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 톤의 사이즈에 기초하는, 정보 송신 방법.
제 13 항에 있어서,

제 1 주파수에서 상기 식별된 정보를 송신하는 단계는 상기 제 1 주파수로 상기 중간 주파수 신호를 변환하도록 국부 발진기로부터 상기 출력과 중간 주파수 신호를 혼합하는 단계를 포함하는, 정보 송신 방법.
제 17 항에 있어서,

제 2 주파수에서 상기 식별된 정보를 송신하는 단계는 상기 제 2 주파수로 상기 중간 주파수 신호를 변환하도록 국부 발진기로부터 상기 출력과 중간 주파수 신호를 혼합하는 단계를 포함하는, 정보 송신 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 동일한 국부 발진기는 상기 제 1 주파수 및 상기 제 2 주파수로 상기 중간 주파수 신호들을 변환하도록 사용되는, 정보 송신 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 설정 시간은 고정적인, 정보 송신 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 설정 시간은 동적인, 정보 송신 방법.
비동시적 주파수 다이버시티를 사용하여 송신되는 정보를 수신하는 방법에 있어서,

제 1 채널상에서 송신되는 제 1 신호를 수신하는 단계와,

설정 시간 후, 제 2 채널상에서 송신되는 제 2 신호를 수신하는 단계와,

상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호에 기초하여 송신된 정보를 식별하는 단계를 포함하는, 정보 수신 방법.
제 22 항에 있어서,

국부 발진기로부터 신호를 사용하여 중간 주파수로 상기 제 1 신호를 변환하는 단계를 더 포함하는, 정보 수신 방법.
제 23 항에 있어서,

국부 발진기로부터 신호를 사용하여 중간 주파수로 상기 제 2 신호를 변환하는 단계를 더 포함하는, 정보 수신 방법.
제 24 항에 있어서,

상기 동일한 국부 발진기는 중간 주파수로 상기 제 1 신호를 변환하고 중간 주파수로 상기 제 2 신호를 변환하도록 사용되는, 정보 수신 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 설정 시간은 고정적인, 정보 수신 방법.
단일한 수신 경로는 상기 제 1 채널상에서 송신되는 상기 제 1 신호를 수신하고 제 2 채널상에서 송신되는 상기 제 2 신호를 수신하도록 사용되는, 정보 수신 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 제 1 채널 및 상기 제 2 채널은 광대역 채널들인, 정보 수신 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 제 1 채널 및 상기 제 2 채널은 적어도 20 MHz 만큼 서로 다른, 정보 수신 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호에 기초하여 송신된 정보를 식별하는 단계는 선택 다이버시티를 사용하여 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호를 결합하는 단 계를 포함하는, 정보 수신 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호에 기초하여 송신된 정보를 식별하는 단계는 등가 이득 결합을 사용하여 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호를 결합하는 단계를 포함하는, 정보 수신 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호에 기초하여 송신된 정보를 식별하는 단계는 최대 비율 결합을 사용하여 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호를 결합하는 단계를 포함하는, 정보 수신 방법.