KR20090106402A - 상이한 프로토콜을 가진 신호의 다중화 방법 및 장치 - Google Patents

상이한 프로토콜을 가진 신호의 다중화 방법 및 장치 Download PDF

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KR20090106402A
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폴 오드리즈코
안쏘니 코브리네츠
개리 디. 슐츠
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모토로라 인코포레이티드
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Abstract

상이한 프로토콜을 사용하여 동작할 수 있는 다수의 통신 신호를 다중화하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 통신 시스템 또는 네트워크의 일부인 통신 노드와 액세스 포인트는 제1 신호 및 제2 신호를 송신 및 수신하기 위한 송수신기를 포함하고, 여기서 제1 신호는 제1 프로토콜을 사용하고, 제2 신호는 제2 프로토콜을 사용한다. 액세스 포인트는 제1 프레임내 제1 신호 및 제2 신호를 위한 송신 시간, 그리고 제2 프레임내 제1 신호 및 제2 신호를 위한 수신 시간을 스케줄링하기 위한 스케줄러와, 송신 시간 및 수신 시간의 스케줄링에 따라서 제1 및 제2 프레임에서 제1 신호 및 제2 신호를 결합하는 멀티플렉서를 포함한다.
OFDM, 통신 노드, CDMA, 캐노피 시스템, 송수신기, 기지국

Description

상이한 프로토콜을 가진 신호의 다중화 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MULTIPLEXING SIGNALS HAVING DIFFERENT PROTOCOLS}
본 발명은 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 시스템에서 액세스 포인트(access point)에 관한 것으로, 특히 상이한 프로토콜을 사용하는 신호를 다중화(multiplexing)하는 통신 노드에 관한 것이다.
표준 또는 독점(proprietary) 프로토콜을 기반으로 할 수 있는 공용 및 사설 네트워크는 네트워크에 가입한 일정 사용자 집합을 위해 동작한다. 사용자 및 네트워크 운영자는 이들 다양한 네트워크에서 동작시키기 위한 통신 노드 및 가입자 유닛과 같은 특별한 설비를 구입 또는 임대하여 획득할 필요가 있다. 통신 노드는 가입자 유닛이 서로 통신할 뿐만 아니라 다른 통신 노드와도 통신할 수 있도록 가입자 유닛으로부터 신호를 수신 및 송신하는 액세스 포인트와 기지국을 포함한다. 또한 통신 노드는 가입자 유닛이 신호를 제공받을 수 있는 다른 네트워크에 대한 액세스를 제공할 수 있다.
이 다양한 설비를 사용하는 네트워크는 상이한 프로토콜에 따라 각각 동작하는 WLAN(wireless local area networks)을 포함하는 LAN과 WAN(wide area networks)을 포함할 수 있다. 이들 상이한 프로토콜은 GSM(Global System of Mobile Communication), TDMA(Time Division Multiple Access), CDMA(Code Division Multiple Access), CDMA2000, W-CDMA(Wideband CDMA) 및 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System), OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)뿐만 아니라 IEEE 802.16과 같은 IEEE 802.xx 표준을 따르는 프로토콜을 포함할 수 있다.
네트워크가 개선됨에 따라, 일 프로토콜을 사용하는 네트워크는 상이한 프로토콜에 따라 동작하는 장치에 대한 액세스를 점점 더 제공할 필요가 있게 되었다. 이러한 상황에서, 네트워크 운영자는 네트워크 하부구조의 부분으로서 다양한 통신 노드를 설치한다. 이들 통신 노드는 제1 프로토콜을 사용하는 네트워크 액세스를 제공하고, 제1 프로토콜을 사용하여 동작하는 가입자 유닛에 대한 액세스를 제공한다. 개선된 서비스를 제공하고 새로운 기술 발전을 이용하기 위하여, 네트워크 운영자는 원래 제공되는 프로토콜과 다른 프로토콜을 사용하여 동작하는 통신 노드를 업그레이드할 수 있다. 또한 네트워크 운영자가 구 프로토콜을 사용하는 통신 노드와 함께 동작하는 새 프로토콜을 사용하는 새로운 통신 노드를 설치하도록 하는 것이 가능하다. 그러나 네트워크 사용자는 구 프로토콜을 사용하여 동작하는 설비를 여전히 사용할 수 있고, 새 통신 노드를 사용하여 쉽게 동작하도록 가입자 유닛을 교체할 수 없거나 또는 교체하고 싶지 않을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 사용자는 새 프로토콜에 의해 제공되는 능력 및 새 특징의 일부를 이용할 수 있기를 원할 수 있다. 따라서 새 통신 노드는 보다 오래된 설비와 백워드 호환가능(backwards compatible)할 필요가 있다.
또한 새 프로토콜 진행에서 볼 수 있는 기술 혁신이 항상 백워드 호환가능하지 않을 수도 있다는 문제가 발생됨으로써, 제1 프로토콜에 따라 동작하는 장치는 프로토콜이 제2 프로토콜로 변경된 네트워크상에서 더 이상 작업할 수 없을 수도 있다. 또한 이것은 매체 액세스를 포함하는 상이한 프로토콜 양상에 관해서는 사실이다. 새 통신 노드를 필요로 하는 새 시스템으로써 구 시스템을 교체하면 서비스 붕괴, 시간 지연 및 다른 비용과 관련된 문제가 생길 수 있다.
무선 액세스에 대한 OFDM 기술이 계속 발달함에 따라 일리노이주 샴버그의 모토롤라사에 의해 제공되는 캐노피 시스템(Canopy systems)과 같은 다른 네트워크상에서 동작하는 가입자 유닛과 동일한 주파수 범위에서 동작할 수 있는 넓은 가용성의 저비용 가입자 유닛에 대한 기대를 끌어올렸다. 일 프로토콜을 사용하는 가입자 유닛과 OFDM 기술을 기반으로 한 다른 프로토콜을 사용하는 가입자 유닛의 혼합 인구에 액세스를 제공하고 연결성을 제공할 필요가 있다.
전술한 바와 같이, 가입자 유닛이 통신 노드에 의해 사용되는 프로토콜과 완전히 호환가능하지 않지만 유사한 프로토콜을 사용하는 통신 노드에 의해 서비스되는 셀로 로밍하는 가입자 유닛에 발생되는 문제를 다룰 필요가 있다. 또한 네트워크와 백워드 호환가능할 필요가 있는 선형 및 주파수 변조 무선통신 간의 갭(gap)을 없앨 저비용 가입자 유닛이 가능하다. 그러나 이것은 새 프로토콜에 의해 보다 잘 이용되는 사용가능 스펙트럼 용량을 사용할 것이므로, 가입자 유닛의 상당히 낮은 트래픽 밀도 인구를 위해 채널을 예약함으로써 백워드 호환성을 요구하는 이들 사용자에게 서비스를 제공할 수 없을 수도 있다. 또한 새 프로토콜과 구 프로토콜 간의 천이시에 서비스 붕괴, 지연 및 비용에 관련한 문제가 발생한다. 따라서 동일한 물리적 통신 매체를 공유하는 동안에 분명한 인터페이스 및 프로토콜을 전개하는 통신 시스템의 시간 다중화를 제공할 필요가 있다. 또한 상이한 무선 인터페이스와 프로토콜을 지원하는 장치와 통신할 수 있는 멀티-프로토콜 통신 노드를 제공할 필요가 있다.
도 1은 본 발명의 소정 실시예에 따라서 동작하는 통신 노드를 포함하는 통신 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명의 소정 실시예에 따라서 동작하는 통신 노드의 블록도.
도 3은 종래기술의 실시예에 따라서 송신 및 수신 프레임을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라서 스케줄링 및 다중화된 송신 및 수신 프레임을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라서 스케줄링 및 다중화된 송신 및 수신 프레임을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따라서 프레임의 구성소자를 도시하는 블록도.
도 7은 본 발명의 동작을 기술하는 흐름도.
당업자는 도면의 요소가 단순성 및 명료성을 위해 도시되었으며 반드시 스케일에 맞게 도시되지는 않았다는 것을 알 것이다. 예를 들면 도면의 소정 요소의 치수는 본 발명의 실시예를 더 잘 이해하도록 다른 요소에 비해 과장될 수 있다.
동일 참조번호는 개별 뷰를 통해 동일하거나 또는 기능상 유사한 요소를 언급하며, 아래의 상세한 설명과 함께 명세서에 병합되어 일부분을 형성하는 첨부 도면은 본 발명에 따라서 다양한 실시예를 더 기술하고 다양한 원리 및 이점을 모두 설명하는 기능을 한다.
본 발명에 따르는 상세한 실시예를 설명하기에 앞서, 실시예는 주로 상이한 프로토콜을 사용하는 다중화 신호와 관련된 방법 단계 및 장치 구성소자의 결합에 관한 것이라는 것을 알아야 한다. 따라서 장치 구성소자 및 방법 단계가 제시되었는데, 여기의 설명의 이점을 가진 당업자에게 쉽게 명백해질 상세사항을 포함하는 개시물을 불분명하게 하지 않도록 본 발명의 실시예를 이해하기에 적절한 특정 상세사항만을 도시하며, 도면에서 통상적 심볼에 의해 적절하게 표현되었다.
이 문서에서, 제1 및 제2, 상부 및 하부 등과 같은 관계 용어들은 이러한 항목들 또는 액션들 간의 임의 실제 이러한 관계 또는 순서를 반드시 암시하거나 요구하지 않으며 한 항목 또는 액션을 다른 항목 또는 액션과 구별하기 위해서만 사용될 수 있다. 용어 "포함하는(comprises, comprising)" 또는 이의 임의 다른 변형은 비배타적 포함을 커버하며, 요소의 리스트를 포함하는 장치, 처리, 방법 또는 물품은 이들 요소만을 포함하지 않고 이러한 처리, 방법, 물품 또는 장치에 고유하거나, 명백히 리스트되지 않은 다른 요소를 포함할 수 있다. "포함하는(comprises...a)"에 의해 진행되는 요소는 더 많은 제한조건없이 요소를 포함하는 장치, 처리, 방법 또는 물품에서 추가적인 동일 요소의 존재를 배제하지 않는다.
여기에 기술된 본 발명의 실시예는 하나 이상의 통상적 프로세서, 그리고 여기에 기술된 바와 같은 상이한 프로토콜을 사용하는 다중화 신호를 위한 방법 및 장치의 일부, 대부분, 또는 모두를 소정 비프로세서 회로와 함께 구현하기 위하여 하나 이상의 프로세서를 제어하는 저장된 고유 프로그램 인스트럭션으로 구성될 수 있다는 것을 알 것이다. 비프로세서 회로는 무선 수신기, 무선 송신기, 신호 구동기, 클럭 회로, 전원 회로 및 사용자 입력 장치를 포함할 수 있지만 이로 제한되지 않는다. 이와 같이, 이들 기능은 상이한 프로토콜을 사용하여 신호를 다중화하기 위한 방법 단계로서 해석될 수 있다. 이 대신에 소정 또는 모든 기능은 저장된 프로그램 인스트럭션을 가지지 않는 상태 머신에 의해, 하나 이상의 ASIC(application specific integrated circuit)에서 구현될 수 있고, 여기서 각 기능 또는 소정 기능의 일부 결합은 커스텀 로직(custom logic)으로서 구현된다. 물론 두 접근방안 결합이 사용될 수 있다. 따라서 이들 기능을 위한 방법 및 수단이 여기에 기술되었다. 또한 예를 들면 사용가능 시간, 현 기술 및 경제 고려사항에 의해 동기화되는 다수의 설계 선택과 가능한 상당한 노력에도 불구하고, 당업자는 여기에 개시된 사상 및 원리에 의해 가이드될 때에 최소 실험을 가진 IC 및 이러한 소프트웨어 인스트럭션과 프로그램을 쉽게 생성할 수 있을 것이다.
본 발명은 통신 신호가 상이한 프로토콜을 사용하여 동작할 수 있는, 다수의 통신 신호를 다중화하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 제1 신호가 제1 프로토콜을 사용하여 동작할 때에 제1 신호를 검출하고, 제2 신호가 제2 프로토콜을 사용하여 동작시에 제2 신호를 검출함으로써 시작된다. 본 방법은 제1 및 제2 신호의 모 두를 포함할 프레임내 제1 신호 및 제2 신호의 송신 및 수신 시간을 스케줄링함으로써 계속된다. 그 후, 제1 및 제2 신호는 스케줄에 따라 다중화된다. 따라서 프레임은 시분할 다중화된다.
실시예에서, 방법은 또한 제1 및 제2 신호를 위해 프레임내 송신 및 수신 시간을 조정하는 단계를 포함한다. 따라서 일 프레임에서 송신 및 수신 시간은 다른 프레임을 위한 송신 및 수신 시간과 다를 수 있다. 다른 실시예에서, 송신 및 수신 시간을 스케줄링하는 단계는 제1 및 제2 신호를 위해 프레임내 타임 슬롯을 매핑하는 단계를 포함한다. 이 대신에, 프레임내 제1 신호 및 제2 신호를 위해 필요한 시간량을 추정할 필요가 있을 수 있다. 송신 및 수신 시간을 스케줄링하는 목적은 프레임의 전체 스펙트럼을 이용하도록 하는 것이다. 또한 시간의 스케줄링은 다운링크 및 업링크 맵에 사용될 수 있다.
또한 이 실시예의 방법은 다수의 프레임을 서로 동기화하는 단계를 포함할 수 있다. 다수의 프레임을 동기화하기 위하여, 본 발명은 GPS(global positioning services)에 의해 제공되는 것과 같은 공통 클럭 기준을 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 통신 시스템 또는 네트워크의 부분인 액세스 포인트 또는 통신 노드가 제공된다. 액세스 포인트는 제1 신호 및 제2 신호를 송신 및 수신하기 위한 송수신기를 포함하고, 여기서 제1 신호는 제1 프로토콜을 사용하고 제2 신호는 제2 프로토콜을 사용한다. 또한 액세스 포인트는 제1 프레임내 제1 신호 및 제2 신호를 위한 송신 시간과, 제2 프레임내 제1 신호 및 제2 신호를 위한 수신 시간을 스케줄링하기 위한 스케줄러(scheduler)를 포함한다. 스케줄 링된 송신 시간 및 수신 시간에 따라서 제1 및 제2 프레임에서 제1 신호와 제2 신호를 결합하는 멀티플렉서(multiplexer)가 또한 제공된다.
또한 액세스 포인트는 송수신기에 의해 송신될 다수의 프레임을 동기화하는 동기화 장치를 포함할 수 있다. 동기화 장치는 또한 액세스 포인트에서 송신 및 수신되는 신호를 위한 송신 및 수신 시간을 동기화할 수 있다. 전술한 방법에서와 같이, 제1 및 제2 신호와 다중화된 프레임은 제1 신호 및 제2 신호 중의 하나를 위한 다운링크 맵 및 업링크 맵일 수 있다. 또한 스케줄러는 다수의 프레임들 간에 제1 신호와 제2 신호를 위한 송신 시간 및 수신 시간을 조정할 수 있다.
다른 실시예에서, 통신 노드 또는 액세스 포인트가 제공될 수 있는데, 통신 노드는 제1 프로토콜 및 제2 프로토콜 중의 하나를 사용하여 신호를 송신 및 수신하는 송수신기를 포함한다. 또한 통신 노드는 제1 부분 및 제2 부분을 가진 송신 프레임을 스케줄링하는 스케줄러를 포함한다. 제1 부분은 제1 프로토콜을 사용하여 신호를 송신하기 위한 것이고, 제2 부분은 제2 프로토콜을 사용하여 제2 신호를 송신하기 위한 것이다. 또한 스케줄러는 제1 부분 및 제2 부분을 가진 수신 프레임을 스케줄링하고, 여기서 제1 부분은 제1 프로토콜을 사용하는 신호를 위한 것이고, 제2 부분은 제2 프로토콜을 사용하는 신호를 위한 것이다. 멀티플렉서는 송신 프레임 및 수신 프레임에서 제1 신호와 제2 신호를 결합하기 위해 제공된다. 스케줄러는 다수의 프레임들 간의 제1 신호 및 제2 신호를 위한 송신 시간 및 수신 시간을 조정한다. 또한 스케줄러는 제1 프로토콜로써 동작하는 제1 통신 네트워크와 제2 프로토콜로써 동작하는 제2 통신 네트워크를 위해 송신 프레임 및 수신 프레임 을 스케줄링할 수 있다. 액세스 포인트의 다른 실시예에서와 같이, 송신 및 수신 시간을 동기화하는 동기화 장치가 제공될 수 있다. 또한 프레임은 제1 신호 및 제2 신호 중의 적어도 하나를 위한 다운링크 맵 및 업링크 맵을 가질 수 있다. 스케줄러를 위한 액세스 포인트의 목적은 프레임의 스펙트럼을 이용하도록 하는 것이다.
이제 도 1을 참조하면, 통신 네트워크(100)가 제공된다. 통신 네트워크(100)는 GSM, UMTS, OFDM 및 802.16 프로토콜을 포함하는, 임의 알려진 시분할 다중화 기술일 수 있는 상이한 처리 프로토콜을 사용하여 동작할 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 통신 노드(102)가 네트워크내에 제공된다. 통신 노드(102)는 다수의 상이한 가입자 유닛(104-110)와 신호를 송신 및 수신하는 기지국 또는 액세스 포인트일 수 있다. 가입자 유닛(104-110)은 셀폰, 랩탑 컴퓨터, 퍼스널 컴퓨터, PDA, 그리고 다른 알려진 이동 장치 또는 통신 노드를 포함하는 다수의 장치 중의 하나일 수 있다.
통신 노드(102)는 셀(112, 114)로 알려진 주어진 영역내 신호를 송신 및 수신하도록 시스템(100)내에서 동작한다. 본 발명의 실시예에서, 통신 노드는 셀(112, 114)내에서 양쪽 모두의 프로토콜을 사용할 수 있도록, 둘 이상의 프로토콜에 따라서 동작할 수 있다. 다른 실시예에서, (알려지지 않은) 제2 통신 노드는 통신 노드(102)와 동일하게 일반적 주변에 위치된다. 이 상황에서, 통신 노드(102)는 제1 프로토콜에 따라서 동작하는 반면에, 제2 통신 노드는 제2 프로토콜에 따라 동작할 수 있다. 통신 노드가 적어도 두 상이한 프로토콜을 사용하여 동 작하므로, 통신 노드는 제1 프로토콜을 사용하여 동작하는 가입자 유닛(104, 106), 그리고 제2 프로토콜을 사용하여 동작하는 가입자 유닛(108, 110)에 대한 네트워크 액세스를 제공할 수 있다. 따라서 통신 노드는 가입자 유닛을 어떻게 구성하는 지에 관계없이 다양한 가입자 유닛에 대한 네트워크 액세스를 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따라 구성된 통신 노드(102)를 도시하는데, 여기서 본 발명의 범주를 이해할 필요가 있는 통신 노드(102)의 요소는 노드의 완전한 동작을 위해 다른 요소를 필요로 할 수 있다는 것과 함께 기술된다. 통신 노드(102)는 노드(102)와 가입자 유닛(104-110) 사이에 신호를 송신 및 수신하기 위해 동작하는 송수신기(202)를 포함한다. 송수신기(202)는 상이한 네트워크 프로토콜중의 임의 한 프로토콜에 따라 동작하도록 구성될 수 있다. 또한 제2 송수신기(204)는 다른 상이한 네트워크 프로토콜에 따라 노드(102)와 가입자 유닛(104-110) 사이에 신호를 송신 및 수신하도록 제공될 수 있다. 따라서 통신 노드는 적어도 두 상이한 네트워크 프로토콜에 따라서 셀(112, 114)에 대한 액세스를 제공한다. 또 다른 실시예에서, 통신 노드(102)는 제1 프로토콜에 따라 동작하는 일 송수신기를 포함하고, 일 송수신기가 제2 네트워크 프로토콜에 따라 동작하는 (도시되지 않은) 제2 통신 노드가 제공된다. 두 통신 노드는 상이한 네트워크 프로토콜을 사용하는 가입자 유닛(104-110)에 대한 액세스를 제공할 수 있도록, 그리고 서로 통신할 수 있도록 함께 배치된다. 송수신기(202)는 가입자 유닛(104-110)으로부터 신호를 송신 및 수신하는 안테나(206)에 연결된다.
또한 통신 노드(102)는 송수신기에 연결될 수 있는 스케줄러(208)를 포함한 다. 본 발명의 실시예에 따라서, 스케줄러(208)는 송신 프레임내 제1 프로토콜을 사용하는 신호 및 제2 프로토콜을 사용하는 신호를 위한 송신 시간을 결정한다. 또한 스케줄러(208)는 수신 프레임내 제1 프로토콜을 사용하는 신호 및 제2 프로토콜을 사용하는 신호를 위한 수신 시간을 결정한다. 송신 시간 및 수신 시간은 프로토콜에 관계없이, 프레임들이 둘 이상의 상이한 프로토콜을 사용하여 신호를 송신 및 수신하는 프레임들을 포함하는 방식으로 스케줄링될 수 있다. 스케줄러(208)는 프레임의 필요 부분 동안에 IEEE 802.16 모드에 따라 동작하는 통신 노드뿐만 아니라, IEEE 802.16 표준에 의해 명시되는 장치를 위한 다운링크 및 업링크 맵을 송신하도록 구성될 수 있다. 다운링크 맵을 수신시에, IEEE 802.16 가입자 유닛은 표준에 의해 정의되는 바와 같이 맵을 해석하고, 이에 따라 프레임을 수신 및 송신한다. 스케줄러(208)는 프레임내 시간 주기를 식별할 수 있고, 여기서 시간 주기는 제1 프로토콜과 제2 프로토콜 사이에 프레임 전송뿐만 아니라 송신 프레임과 수신 프레임 사이에서 충돌할 수 있다.
멀티플렉서(210)는 동일 프레임내 제1 프로토콜 및 제2 프로토콜을 사용하여 신호를 다중화하기 위해 제공된다. 따라서, 프레임은 제1 프로토콜을 사용하여 신호를 송신하는 제1 부분이 제2 프로토콜을 사용하여 신호를 송신하는 제2 부분과 다중화되도록 구성될 수 있다. 또한 프레임은 제1 프로토콜을 사용하여 신호를 수신하는 제1 부분이 제2 프로토콜을 사용하여 신호를 수신하는 제2 부분과 다중화되도록 구성될 수 있다.
또한 통신 노드(102)는 동기화 장치(212)와 함께 구성될 수 있다. 동기화 장치(212)는 송수신기(202, 204)중의 하나가 제1 프로토콜에 따라서 신호를 송신중인 반면에, 다른 송신기(202, 204)는 제2 프로토콜에 따라서 신호를 수신하는 상황을 피하도록 배치된다. 실시예에서, 동기화 장치(212)는 상이한 가입자 유닛(104-110)을 위해 프레임을 동기화하기 위하여 GPS와 같은 위치지정 기술을 사용할 수 있다. GPS 기술은 기지국이 명백한 조정(coordination)없이 동기화할 수 있도록 공통 클럭 기준을 제공한다. 예를 들면 프레임율이 초당 200이고, 시스템에서 수용 규정은 1초 "틱(tick)"이 "틱"을 기반으로 한 하나의 프로토콜에서 다운링크 프레임을 시작한다는 것일 때, 통신 노드가 동기화될 수 있다. 본 발명의 원리에 따라서, 통신 노드에서 일 송수신기는 다른 송수신기가 통신 노드 또는 가입자 장치로부터 정보를 수신하려고 시도중일 때에 송신하지 않는다. 또한 일 통신 노드가 수신중일 때에 다른 통신 노드상의 공동채널 송수신기가 송신중이지 않도록 피하는 것이 중요하다.
또한 프로세서 또는 제어기(214)와 메모리(216)는 통신 노드(102) 부분으로서 제공된다. 이들 구성소자(214, 126)는 다중 통신 노드(102), 가입자 유닛(104-110), 그리고 네트워크(100) 및 다른 통신 시스템에 의해 사용되는 다른 통신 설비 사이의 통신을 위해 제1 및 제2 프로토콜에 따라 동작하도록 통신 노드(102)를 위해 알려진 실행에 따라 송수신기(202, 204), 안테나(206), 스케줄러(208), 멀티플렉서(210) 및 동기화 장치에 연결된다.
도 3은 종래기술에 따라서 통신 노드(102)와 가입자 유닛(104-110) 사이에 송신되는 일련의 프레임(300)을 도시하고, 여기서 프레임은 단지 하나의 프로토콜 을 위해 사용된다. 도면에 도시된 포맷은 클래식 캐노피 시스템에 따른 프레임 전송을 위해 사용된다. 일련의 프레임(300)은 다운링크 프레임(302, 304) 사이에 인터리브된 업링크 프레임(306, 308)을 포함한다. 업링크 프레임(306)을 포함한 제1 다운링크 프레임(302)과 제2 다운링크 프레임의 시작 사이의 시간 간격(time span)은 2.5 msec 범위에 있을 수 있다. 프레임 배치는 시분할 다중화 유형이다. 프레임의 시간 간격내에서, 다운링크 및 업링크 부분은 조정가능한 레이트에 따라서 구성될 수 있다. 또한 프레임(302-304) 부분으로서 송신되는 패킷(310)은 고정 길이일 수 있다. 패킷은 제어 패킷을 포함하고, 프래그먼트화를 위해 구성되고, 통신 노드(102) 및 가입자 유닛(104-110)에 의해 재조립된다. 또한 고정 길이 패킷은 오류 복구를 위해 인에이블된 ARQ일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 일련의 프레임(400)을 도시한다. 일련의 프레임(400)은 통신 노드(102)로부터 가입자 유닛(104-110)으로 송신되는 다수의 다운링크 프레임(402, 404)뿐만 아니라 가입자 유닛(104-110)으로부터 통신 노드(102)로 송신된 다수의 업링크 프레임(406, 408)을 포함한다. 다운링크 프레임(402, 404) 및 업링크 프레임(406-408)의 각각은 제1 부분(410) 및 제2 부분(412)을 포함한다. 제1 부분 또는 제2 부분은 상이한 프로토콜에 따라 다른 방식으로 구성된 패킷 또는 데이터를 포함할 수 있다. 따라서 각 프레임의 제1 부분은 제1 프로토콜을 사용하여 구성될 수 있고, 제2 부분은 제2 프로토콜을 사용하여 구성될 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에서, 제1 부분은 캐노피 네트워크에 사용된 바와 같은 단일 링크 프레임을 위한 것인 반면에, 제2 부분은 IEEE 802.16 유형 프로토콜이 사용된 바와 같은 멀티링크 프레임을 위해 사용된다. 본 발명의 원리에 따라서, 스케줄러는 제1 프로토콜을 다루기 위한 제1 부분(410), 그리고 제2 프로토콜을 다루기 위한 제2 부분(412)을 위해 각 프레임내 시간을 정의한다.
프레임(402-408)이 다양한 네트워크에 사용되는 시분할 듀플렉스 프레임과 호환가능하도록 설계되므로, 프레임의 시간 간격은 다운링크 및 업링크 프레임의 시간 범위가 2.5 msec이도록 프레임(302-308)에서와 일치할 수 있다. 또한 다운링크 프레임의 시작과 다음 다운링크 프레임까지의 시간 길이를 변경시키고, 적어도 5 msec까지 올리는 것이 가능하다. 시간 간격에서와 같이, 프레임(402-408)은 시분할 다중화 프레임의 다른 양상과 일치하고, 또한 동기화 장치(212)를 사용하여 동기화될 수 있고, 공통 클록 기준을 제공하기 위해 GPS 기술을 사용할 수 있다. 각 프레임(402-408)내, 제1 부분(410) 및 제2 부분(412)은 서로 오프셋될 수 있다.
프레임(402-408)의 제1 부분(410)과 제2 부분(412)은 프레임의 시간 간격 및 다른 표준, 다운링크 및 업링크 맵의 필요에 따라 구성될 수있다. 따라서 제1 부분(408)에서 제2 부분(408)으로의 시간 주기 비율은 통신 노드(102)와 가입자 유닛(104-110) 사이의 통신 세션의 필요성에 따라 변할 수 있다. 또한 프레임(402-408)내 제1 부분(410)과 제2 부분(412)을 위한 시간 및 공간 비율이 변할 수 있다. 따라서 다운링크 프레임(402)에서 제1 부분은 업링크 프레임(406)에서 제1 부분과 상이한 할당을 가질 수 있다. 또한 제1 다운링크 프레임(402)에서 제1 부분은 제2 다운링크 프레임(404)의 제1 부분과 상이한 할당을 가질 수 있다. 실시예에서, 제1 부분 및 제2 부분의 구성이 프레임의 전체 스펙트럼을 이용한다.
이제 도 5를 참조하면, 프레임(402-408)을 구성할 수 있는 방법의 또 다른 실시예가 도시된다. 이 실시예에서, 다운링크 프레임(402, 404)의 제1 부분은 제1 프로토콜을 위해 구성되고, 제2 부분은 제2 프로토콜을 위해 구성된다. 그러나 업링크 프레임(406, 408)에서, 제1 부분은 제2 프로토콜을 위해 구성되고, 제2 부분은 제1 프로토콜을 위해 구성된다. 도면에서 보다 상세히 알 수 있는 바와 같이, 이 구성은 프레임 부분, 즉 다운링크 프레임(402, 404)의 제1 부분과 업링크 프레임(406, 408)의 제2 부분, 그리고 다운링크 프레임(402, 404)의 제2 부분과 업링크 프레임(406,408)의 제1 부분을 서로 인접하게 구성되도록 배치한다.
언급한 바와 같이, 다운링크 및 업링크 프레임(402-408)을 구성할 수 있다. 도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 상이한 실시예 및 다른 바람직한 배치에 따라서 프레임(402-408)을 구성하도록 배치된 다운링크 서브프레임 구조(600) 및 업링크 서브프레임 구조(602)를 도시한다. 도시된 서브프레임 구조는 프레임의 주기성이 다운링크 및 업링크 세그먼트로 구성될 수 있도록 통신 노드(102)와 가입자 유닛(104-110) 사이의 OFDM 통신 세션 또는 단일 반송파 통신 세션을 위한 것일 수 있다. 다운링크 구조(600)는 IEEE 802.16 표준에 따른 단일 반송파 프로토콜 또는 OFDM에 따라서 다운링크 프레임을 위한 표준 구성소자인 프리앰블(preamble)(604) 및 FCH(forward channel) 블록을 포함한다. 또한 다운링크 구조(600)는 다운링크 및 업링크 프레임(402-408)에게 각 프레임의 구성을 통보하는 다운링크 맵 부분(606) 및 업링크 맵 부분(608)을 포함한다. 제1 부분(410) 및 제2 부분(412)의 할당은 다운링크 및 업링크 맵 부분(606, 608)의 부분으로서 포함된다. 또한 다운 링크 및 업링크 맵은 다운링크 서브프레임 및 업링크 서브프레임의 버스트 영역(610, 612)을 각각 정의한다. 따라서 다운링크 서브프레임내 다양한 버스트 영역(610)은 다운링크 프레임의 제1 부분(410) 및 제2 부분(412)의 부분으로 사용될 수 있다. 이와 같이, 업링크 서브프레임내 버스트 영역(612)은 업링크 프레임의 제1 부분(410) 및 제2 부분(412)을 위해 사용될 수 있다. 업링크 프레임은 노드(102)와 유닛(104-110) 사이의 세션 부분으로서 사용되는 ACK(acknowledgement) 부분(614) 및 채널 품질 인덱스 부분(616)을 포함하는 IEEE 802.16 표준 부분인 다른 데이터 부분을 포함할 수 있다. 또한 레인징 채널(ranging channel)(618)이 업링크 서브프레임에서 구성될 수 있다.
이 서브프레임 배치에 따라서, 업링크 서브프레임의 포맷은 다운링크 맵에서 알 수 있는 업링크 맵에 의해 정의된다. 통신 노드(102)는 가입자 유닛(104-110)에게 업링크 맵을 포함하는 프레임 포맷을 통지하도록 다운링크 프레임을 구성한다. 따라서 가입자 유닛(104-110)은 프레임의 제1 부분 및 제2 부분을 알도록, 그리고 이들 부분이 제1 프로토콜을 위한 것이고, 제2 프로토콜을 위한 것이도록 통신 노드를 가진 세션을 계속하는 방법 구성을 통지받는다.
도 7은 본 발명의 동작을 기술하는 흐름도(700)이다. 전술한 바와 같이, 통신 노드(102)는 통신 네트워크의 부분이고, 여기서 적어도 두 상이한 프로토콜이 동작중이고, 제2 프로토콜이 제1 프로토콜과 반드시 백워드 호환가능하지는 않는다. 따라서 통신 노드(102)는 제1 또는 제2 프로토콜을 사용하는 가입자 유닛(104-110)과의 통신 세션을 설정 및 유지관리하기 위하여 적어도 두 상이한 송수 신기(202, 204)를 가질 수 있다. 통신 노드는 가입자 유닛과의 통신 세션을 설정하고(702), 상이한 가입자 유닛과 활동하는 상이한 프로토콜이 있는지를 결정한다(704). 실시예에서, 통신 노드는 사용되는 제1 신호를 위한 제1 프로토콜을 검출하고(706), 그리고 사용되는 제2 신호를 위한 제2 프로토콜을 검출한다(708). 다운링크 프레임(402, 404) 및 업링크 프레임(406, 408)이 두 프로토콜을 위해 사용될 것이므로, 스케줄러(208)는 프레임(402-408)내 사용될 송신 시간을 스케줄링한다(710). 또한 스케줄러(208)는 프레임(402-408)내 사용될 수신 시간을 스케줄링한다(712). 송신 및 수신 시간은 다운링크 및 업링크 맵을 위한 것일 수 있다.
이들 시간은 다운링크 프레임의 제1 부분이 제1 프로토콜 또는 제2 프로토콜을 위해 사용될 수 있도록 프레임들 간에 변할 수 있고, 제2 부분은 다른 프로토콜을 위해 사용될 것이다. 이와 같이, 업링크 프레임의 제1 부분은 제1 프로토콜 또는 제2 프로토콜을 위해 사용될 수 있고, 제2 부분은 다른 프로토콜을 위해 사용될 것이다. 프레임내 프로토콜의 배치는 도 4 및 도 5에서 알 수 있다. 멀티플렉서(210)는 스케줄링되었던 것에 따라 다운링크 프레임의 제1 부분 및 제2 부분을 다중화한다(714).
본 발명의 실시예에서, 프레임내 송신 및 수신 시간은 제1 신호 및 제2 신호를 위해 조정될 수 있다(716). 따라서 일 프레임에서 송신 및 수신 시간은 또 다른 프레임을 위한 송신 및 수신 시간과 다를 수 있다. 또 다른 실시예에서, 송신 및 수신 시간을 스케줄링하는 단계는 제1 신호 및 제2 신호를 위한 프레임내에서 타임 슬롯을 매핑하는 단계를 포함한다. 결정된 매핑은 다운링크 서브프레임에서 알 수 있는 업링크 맵 및 다운링크 맵의 부분으로서 포함될 수 있다. 매핑의 일부로서, 프레임내 제1 신호 및 제2 신호를 위해 필요한 시간량을 추정할 필요가 있을 수 있다. 이것은 프레임의 전체 스펙트럼을 이용하기 위해 송신 및 수신 시간을 스케줄링하기 위한 것이다. 또한 시간 스케줄링은 업링크 및 다운링크 맵의 모두에 사용될 수 있다.
또한 본 실시예의 방법은 다수의 프레임을 서로 동기화하는 단계(720)를 포함할 수 있다. 다수의 프레임을 동기화하기 위하여, 동기화 장치(212)는 제1 신호 및 제2 신호의 소스에 대한 공통 클록 기준을 결정하기 위하여 GPS를 사용할 수 있다.
전술한 내용에서, 본 발명은 네트워크 운영자가 필드에서 동작하는 가입자 장치를 가진 제1 시스템을 설치하였을 때에 백워드 호환가능한 모델을 제공하고, 그리고 OFDM 표준 및 IEEE 802.16 컴플라이언트를 준수하도록 통신 노드를 업그레이드한다. 본 발명의 원리에 따라서, 통신 노드는 프레임내 상이한 가입자 장치로 의 송신 신호 및 수신 신호를 다중화할 수 있다. 다운링크 및 업링크 통신의 모두에서, 본 발명은 OFDM 시그널링을 포함하는 상이한 네트워크 프로토콜을 사용하는 두 신호를 결합한다. 다운링크 및 업링크 맵이 프레임에서 송신 및 수신 시간의 각각의 시작 및 정지 시간을 정의할 수 있으므로, 각 프레임에서 신호의 순서는 반드시 적절할 필요는 없다. 또한 이들 시작 및 정지 시간은 프레임들 간에 변할 수 있다. 가입자 장치 및 통신 노드는 제공되는 매핑에 따라 프레임을 위한 정확한 송신 및 수신 시간을 안다.
본 발명의 프레임은 시분할 다중화된다. 각 시분할 다중화된 프레임내에서, 이것은 OFDM 및 802.16 유형 통신, 단일 프레임 통신을 위한 멀티링크 구성소자일 수 있다. 통신 노드는 다중화된 프레임내 이들 시간 프레임을 할당하는 방법을 제어한다. 통신 노드는 각 프로토콜이 필요로 하는 다중반송파 인터페이스(multicarrier interface)로써, 무선 모드 인터페이스에서 시간량을 추정 또는 결정할 수 있다. 이와 같이 다운링크 및 업링크 프레임에서 시간량은 통신 노드에 의해 결정 또는 추정될 수 있다. 송신 및 수신 시간을 추정 및 매핑함으로써, 통신 노드는 논쟁적인 송신 시간을 확인하고 이들 시간을 피할 수 있다. 또한 통신 노드는 전방향 방사(radiating) 전송 및 지향성 전송을 위해 프레임내 시간을 충분히 이용할 수 있어, 사용가능한 전송 스펙트럼의 불충분한 이용을 막을 수 있다.
시분할 다중화된 프레임은 전방향 및 비-전방향 프로토콜의 모두를 수용할 수 있다. 따라서 통신 노드는 하나의 무선통신이 동일 부근에서 다른 무선통신의 수신 시도 동안에 송신하는 상황을 피한다. 따라서 통신 노드는 동일 부근 또는 논리적 클러스터에서 다수의 통신 노드를 통한 송신 및 수신 시간을 동기화하려고 한다. 이것은 각 프레임을 구성할 수 있게 때문에 가능하다. 프레임을 구성시에 고려하는 인자는 각 인터페이스에 의해 지원되는 가입자 장치의 수와 이용 레벨, 예를 들면 각 프로토콜이 요구하는 트래픽 수에 의해 제한되지 않고 이를 포함한다.
본 발명의 통신 노드는 상이하며 반드시 호환가능하지는 않은 프로토콜에 따라서 동작하는 가입자 장치에 의해 생성되는 신호를 디코딩할 수 있는 수신기를 가 진다. 또한 통신 노드는 사용된 프로토콜 유형에 관계없이 여기서 개략된 원리에 따라 동작할 수 있다. 통신 노드는 경쟁적 프레임 스케줄링을 사용하거나, 또는 CTS(clear-to-send) 메시지를 발생함으로써 다양한 통신 설비에 의한 송신 타이밍에 대한 제어를 수행한다.
멀티-프로토콜 통신 노드는 다중 시스템을 조정, 스케줄링 및 제어할 수 있다. 이것은 가입자 장치뿐만 아니라 그의 제어하에서 통신 노드를 위한 송신 및 수신 시간을 스케줄링한다. 이것은 다양한 장치가 다른 장치로 할당된 시간 동안에 송신하지 않도록 막는다. 멀티-프로토콜 통신 노드는 디폴트 설정에 의해 지시되는 바와 같이 네트워크 운영자에 의해 직접적으로 명시된 시간에 송신한다. 송신되는 메시지는 멀티-프로토콜 통신 노드가 지원하는 임의 무선 인터페이스 또는 프로토콜에 적절하고 가입자 장치 및 통신 범위내 다른 통신 노드가 통신 노드에 응답하고 등록할 수 있기에 충분하다.
구현 예에서, 캐노피 시스템의 전개는 증가하는 데이터율을 요구한다. OFDM 시스템은 수신 신호가 충분히 강하며, 또한 낮은 레벨 간섭을 겪을 때에 2FSK 또는 4FSK 실시예로써 행해질 수 있다. 전개된 캐노피 시스템은 액세스 포인트으로부터 더 멀리 동작하는 가입자 장치 및 통신 노드에 영향을 주지 않고 기존 캐노피 액세스 포인트에 근접한 새 OFDM 가능한 통신 노드를 추가함으로써 용량을 추가할 수 있다. 본 발명의 원리를 사용하는 통신 노드는 시스템에 필요한 변경만이며, 추가 RF 대역폭은 필요없다.
따라서 통신 스케줄러는 다운링크 및 업링크 맵에서와 같이 가입자 장치를 이해할 수 있는 방식으로 다운링크 및 업링크 정보를 송신한다. 그 후, 통신 노드는 프로토콜을 위한 프레임의 스케줄링 부분 동안에 두 상이한 프로토콜 간에 전환한다. 가입자 장치는 각 프로토콜 명세서에 정의된 바와 같은 수신 맵을 해석하고, 적절히 수신 및 송신한다.
전술한 명세서에서, 본 발명의 특정 실시예가 기술된다. 그러나 당업자는 아래의 특허청구범위에서와 같이 본 발명의 범주를 벗어나지 않고서도 다양한 변형 및 변경을 행할 수 있다는 것을 알 것이다. 따라서 명세서 및 도면은 제한적 의미라기보다는 설명을 위한 것으로 간주되며, 모든 이러한 변형은 본 발명의 범주내 포함된다. 임의 이점, 장점 또는 해결방안을 발생시킬 수 있거나 또는 보다 주장되는 이점, 장점, 문제 해결방안 및 임의 요소(들)는 임의 또는 모든 특허청구범위의 결정적이거나, 요구되거나, 또는 필수 특징 또는 요소로서 구성되지 않는다. 본 발명은 본 특허가 계류되는 동안에 행해진 임의 보정을 포함하는 첨부된 특허청구범위 및 발생된 이들 청구범위의 모든 등가물에 의해서만 정의된다.

Claims (10)

  1. 복수의 통신 신호를 다중화(multiplexing)하는 방법으로서,
    제1 프로토콜로 동작하는 제1 신호를 검출하는 단계와,
    제2 프로토콜로 동작하는 제2 신호를 검출하는 단계와,
    송신 프레임내에서 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 송신 시간을 스케줄링(scheduling)하는 단계와,
    수신 프레임내에서 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 수신 시간을 스케줄링하는 단계와,
    상기 스케줄링에 따라서 상기 송신 프레임 및 상기 수신 프레임에서 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 다중화하는 단계
    를 포함하는 복수의 통신 신호의 다중화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신 및 수신 프레임내에서 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호에 대한 상기 송신 및 수신 시간을 조정하는 단계를 더 포함하는 복수의 통신 신호의 다중화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 송신 및 수신 시간을 스케줄링하는 단계는, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호에 대해 상기 송신 및 수신 프레임내에 타임 슬롯(time slots)을 매핑하는 단계를 포함하는 복수의 통신 신호의 다중화 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송신 및 수신 시간을 스케줄링하는 단계는, 상기 송신 및 수신 프레임내에서 상기 제1 신호 및 제2 신호에 대한 시간량을 추정하는 단계를 포함하는 복수의 통신 신호의 다중화 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 송신 및 수신 시간을 스케줄링하는 단계는, 상기 송신 및 수신 프레임의 전체 스펙트럼을 이용하는 복수의 통신 신호의 다중화 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스케줄링 단계는 업링크 및 다운링크 맵을 사용하는 단계를 포함하는 복수의 통신 신호의 다중화 방법.
  7. 원격통신 시스템의 통신 노드로서,
    제1 프로토콜을 사용하는 제1 신호, 및 제2 프로토콜을 사용하는 제2 신호를 송신 및 수신하기 위한 송수신기와,
    제1 프레임내의 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호에 대한 송신 시간, 및 제2 프레임내의 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호에 대한 수신 시간을 스케줄링하기 위한 스케줄러와,
    스케줄링된 상기 송신 시간 및 상기 수신 시간에 따라서 상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임에서 상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 결합하기 위한 멀티플렉서
    를 포함하는 통신 노드.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 송수신기에 의해 송신될 복수의 프레임을 동기화하기 위한 동기화 장치(synchronizer)를 더 포함하는 통신 노드.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 통신 노드에서 송신 및 수신되는 신호에 대한 송신 및 수신 시간을 동기화하기 위한 동기화 장치를 더 포함하는 통신 노드.
  10. 통신 네트워크의 통신 노드로서,
    제1 프로토콜과 제2 프로토콜 중의 하나를 사용하여 신호를 송신 및 수신하기 위한 송수신기와,
    상기 제1 프로토콜을 사용하여 제1 신호를 송신하기 위한 제1 부분, 및 상기 제2 프로토콜을 사용하여 제2 신호를 송신하기 위한 제2 부분을 가진 송신 프레임을 스케줄링하고, 상기 제1 프로토콜을 사용하여 제3 신호를 수신하기 위한 제1 부 분과 상기 제2 프로토콜을 사용하여 제4 신호를 수신하기 위한 제2 부분을 가진 수신 프레임을 스케줄링하기 위한 스케줄러와,
    상기 송신 프레임에서 상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 결합하고, 상기 수신 프레임에서 상기 제3 신호와 상기 제4 신호를 결합하기 위한 멀티플렉서
    를 포함하는 통신 노드.
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