KR20100135924A

KR20100135924A - 중계기 능력을 갖는 원격 라디오 모듈을 위한 장치, 시스템, 및 방법

Info

Publication number: KR20100135924A
Application number: KR1020107026010A
Authority: KR
Inventors: 스티브 배우딘; 카를 피터 콘라디
Original assignee: 노오텔 네트웍스 리미티드
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2010-12-27
Also published as: BRPI0910779B1; US20110032879A1; CN102067716B; EP2269417A4; CN102067716A; WO2010001205A3; WO2009130569A3; BRPI0910779A8; KR101505238B1; US8605654B2; JP2011521517A; BRPI0910779A2; WO2010001205A2; EP2269417A2; WO2009130569A2

Abstract

원격 라디오 모듈을 통해 허브와 이동 단말기 사이의 무선 통신을 용이하게 하기 위한 장치, 시스템, 및 방법이 제공된다. 상기 원격 라디오 모듈은 이동 단말기와 무선으로 통신하도록 동작 가능한 제1 트랜스시버, 코어 네트워크에 연결되는 허브와 무선으로 통신하도록 동작 가능한 제2 트랜스시버, 및 메모리에 저장된 명령어들을 실행하기 위한 프로세서를 포함한다. 상기 명령어들은 제1 반송파 주파수에서 상기 허브로부터 신호를 수신하고, 상기 신호가 상기 제1 반송파 주파수와 상이한 제2 반송파 주파수에서 상기 이동 단말기에 재송신될 수 있도록 상기 신호를 처리하기 위한 명령어들을 포함한다.

Description

중계기 능력을 갖는 원격 라디오 모듈을 위한 장치, 시스템, 및 방법{APPARATUS, SYSTEM, AND METHOD FOR A REMOTE RADIO MODULE WITH RELAY CAPABILITY}

[상호 참조]

이 출원은 그 전체가 여기에 참고로 통합되는, "REMOTE RADIO HEAD WITH RELAY CAPABILITY"라는 표제가 붙은, 2008년 4월 21일에 출원된 미국 가출원 일련 번호 61/046,645의 이익을 청구한다.

무선 통신 네트워크들은 그 통신 네트워크에서 동작하고 있는 다수의 이동 디바이스들 사이에 리소스들을 공유하는 것에 의해 동작한다. 특정한 유형의 무선 통신 네트워크들은 3GPP2(3^rd Generation Partnership Project 2) LTE(Long Term Evolution) 표준("3G LTE"), UMB(Ultra-Mobile Broadband) 브로드밴드 무선 표준, 및 (종종 WiMAX로 불리고 또는 덜 일반적으로 와이어리스MAN(WirelessMAN) 또는 에어 인터페이스(Air Interface) 표준으로 불리는) IEEE 802.16 브로드밴드 와이어리스 액세스(Broadband Wireless Access) 표준들과 같은 특정한 표준들 하에서 셀 기반 고속 서비스들을 지원하도록 구현된다.

무선 통신 네트워크는 "매크로-셀들"(macro-cells) 또는 "셀 사이트들"(cell sites)로 불리는 다수의 지역들에 통신 서비스들을 제공할 수 있다. 매크로-셀 내에서, 기지국(BS) 또는 베이스 트랜스시버 스테이션(base transceiver station; BTS)은 모뎀을 이용한 유선 백홀 연결(wired backhaul connection)을 통해 게이트웨이 또는 코어 네트워크에 연결되고, 그 셀 안에 위치하는 이동 단말기들에 데이터를 송신하고 그 이동 단말기들로부터 데이터를 수신할 수 있다. 운영자들이 무선 고속 데이터 서비스들을 제공하기 위해서는, 4G(fourth generation) 네트워크들과 같은 네트워크들을 위한 새로운 셀 사이트들의 전개가 요구된다. 그러나, 운영자들이 4G 네트워크들을 롤 아웃(role out)할 때 그들은 미묘한 밸런싱 액트(delicate balancing act)에 직면한다. 그들은 초기 가입자 밀도가 매우 낮을 것이라는 것을 알고 새로운 에어 인터페이스를 롤 아웃하기 위해 크게 투자해야 하고 그들의 투자는 몇 년 동안 상당한 양의 수익을 창출하지 않을 것이다. 대부분의 운영자들은 일반적으로 그들의 4G 투자가 최소 한도의 가입자 밀도가 달성될 때까지는 순손실을 생성할 것으로 기대할 것이다. 그 영향을 최소화하기 위해, 운영자들은 아마 임계의 가입자 밀도를 비교적 빠르게 달성하기 위해 처음에는 조밀한 도시 중심지들에서 4G 네트워크들을 롤 아웃하기로 결정할 것이고, 이러한 사이트들이 이익이 있게 될 때 그들은 점점 덜 조밀하고, 덜 이익이 있는 지역들로 커버리지(coverage)를 확장할 것이다. 비록 그러한 신중한 전개 방법이 이치에 닿기는 하지만, 풋 프린트(foot print)에 대한 운영자간 경쟁은 운영자들로 하여금 시장 점유율(market share)을 얻기 위한 노력으로 더 공격적이 되고, 더 많은 위험을 무릅쓰고, 적극적으로 4G 네트워크들을 전개하도록 강요할 것이다. 이러한 경제적 현실을 가정하면, 보다 낮은 초기 비용으로 더 많은 커버리지를 허용함으로써 사업 위험(business risk)를 최소화하고, 그에 의해 운영자들이 보다 빨리 득실이 없게 되거나(break even) 그들의 노출을 감소시키게 하는 기술은 네트워크 운영자들에게 극히 매력적일 것이다. 또한, 셀 사이트를 전개하는 비용들은 자본 비용들(예를 들면, 설치, 새로운 탑 건축, 장비 등) 및 운영 비용들(예를 들면, 사이트 임대(site lease), 사이트 유지 보수(site maintenance), BTS 송신 등)을 포함한다. 자본 비용들의 감소로 인해, 특히 자본 비용들이 몇 년에 걸쳐서 상환될 때, 최근 몇 년 안에 운영 비용들이 우세했다는 것이 관찰되었다. 무선 사이트의 소유권의 비용을 운용하는 주요 운영 비용들 중 2개는 일반적으로 사이트에 대한 임대 요금과 그 뒤를 잇는 백 홀 비용(back haul cost)이다. 그러므로 시스템의 요건을 단순화함으로써 임대 요금을 감소시키는 데 도움이 되는 또는 백홀 정보를 방송에 의하여(over the air) 중앙 집합 지점(central aggregation point)에 중계함으로써 백홀의 비용을 제거하는 기술들은 무선 운영자에게 유익하다.

따라서, 필요한 것은 무선 네트워크의 전개와 관련된 초기 투자 위험들(upfront risks) 및 운영 비용들을 최소화하는 개선된 장치, 시스템, 및 방법이다.

[개요]

하나의 실시예에서는, 원격 라디오 모듈을 포함하는 장치가 제공된다. 상기 원격 라디오 모듈은 이동 단말기와 무선으로 통신하도록 동작 가능한 제1 트랜스시버, 코어 네트워크에 연결되는 허브(hub)와 무선으로 통신하도록 동작 가능한 제2 트랜스시버, 및 메모리에 저장된 명령어들을 실행하기 위한 프로세서를 포함한다. 상기 명령어들은 제1 반송파 주파수(carrier frequency)에서 상기 허브로부터 신호를 수신하고; 상기 신호가 상기 제1 반송파 주파수와 상이한 제2 반송파 주파수에서 상기 이동 단말기에 재송신될 수 있도록 상기 신호를 처리하기 위한 명령어들을 포함한다.

다른 실시예에서는, 무선 통신 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 코어 네트워크에 연결된 허브 및 복수의 원격 라디오 모듈들을 포함한다. 각 원격 라디오 모듈은 이동 단말기와 무선으로 통신하도록 동작 가능한 제1 트랜스시버, 상기 허브와 무선으로 통신하도록 동작 가능한 제2 트랜스시버, 및 메모리에 저장된 명령어들을 실행하기 위한 프로세서를 포함하고, 상기 명령어들은 제1 반송파 주파수에서 상기 허브로부터 신호를 수신하고 상기 신호가 상기 제1 반송파 주파수와 상이한 제2 반송파 주파수에서 상기 이동 단말기에 재송신될 수 있도록 상기 신호를 처리하기 위한 명령어들을 포함한다.

또 다른 실시예에서는, 허브와 이동 단말기 사이의 무선 통신을 용이하게 하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 이동 단말기와 무선으로 통신하도록 동작 가능한 제1 트랜스시버 및 허브와 무선으로 통신하도록 동작 가능한 제2 트랜스시버를 갖는 원격 라디오 모듈을 제공하는 단계, 제1 반송파 주파수에서 상기 허브로부터 신호를 수신하는 단계, 및 상기 신호가 상기 제1 반송파 주파수와 상이한 제2 반송파 주파수에서 상기 이동 단말기에 재송신될 수 있도록 상기 신호를 처리하는 단계를 포함한다.

본 명세의 다른 양태들 및 특징들은 첨부 도면들과 관련하여 본 명세의 특정한 실시예들에 대한 다음의 설명을 재검토하면 이 기술의 통상의 숙련자들에게 명백하게 될 것이다.

본 명세의 양태들은 다음의 상세한 설명을 첨부 도면들과 함께 읽을 때 가장 잘 이해된다. 산업의 표준 실시에 따라서, 다양한 특징들은 일정한 비례로 그려지지 않은 것을 강조한다. 사실, 다양한 특징들의 치수들은 설명의 명료함을 위하여 임의로 증가되거나 감소될 수 있다. 다음은 예시적인 도면들의 간단한 설명들이다. 그것들은 단순한 예시적인 실시예들이고 본 명세의 범위는 그것에 제한되지 않아야 한다.
도 1은 원격 라디오 모듈을 통해 허브와 이동 단말기 사이의 무선 통신을 용이하게 하는 예시적인 방법의 플로차트이다.
도 2는 도 1의 방법이 실시될 수 있는 예시적인 무선 통신 네트워크의 다이어그램이다.
도 3 내지 5는 무선 통신 네트워크 내에 전개될 수 있는 예시적인 클러스터 구성들의 다이어그램들이다.
도 6은 도 3 내지 5의 클러스터 구성들을 구현하는 예시적인 확장된 무선 통신 네트워크의 다이어그램이다.
도 7은 2개의 라디오 유닛들을 채용하는 예시적인 원격 라디오 모듈의 개략도이다.
도 8은 하나의 라디오 유닛을 채용하는 예시적인 원격 라디오 모듈의 개략도이다.
도 9는 본 명세의 다양한 양태들에 따른 예시적인 원격 라디오 모듈의 블록도이다.
도 10은 허브와 원격 라디오 모듈 사이에 구현될 수 있는 예시적인 제어 채널의 그래픽 표현이다.
도 11은 도 10의 제어 채널을 생성하기 위한 예시적인 반송파 생성기의 블록도이다.
도 12는 원격 라디오 모듈과 통신하는 가까운 이동 단말기 및 먼 이동 단말기, 및 허브와 통신하는 원격 라디오 모듈의 다이어그램이다.
도 13은 도 12의 이동 단말기들, 원격 라디오 모듈, 및 허브 사이에 송신되는 통신 신호들의 그래픽 표현이다.

본 명세는 일반적으로 통신 시스템들에 관한 것으로, 특히, 무선 통신 시스템들에 관한 것이다. 그러나, 다음의 명세는 많은 상이한 실시예들 또는 예들을 제공한다는 것은 말할 것도 없다. 본 명세를 단순화하기 위해 아래에서는 컴포넌트들 및 배열들의 특정한 예들이 설명된다. 이것들은, 물론, 단지 예들이고 제한하기 위해 의도되지 않았다. 또한, 본 명세는 다양한 예들에서 참조 번호들 및/또는 문자들을 반복할 수 있다. 이러한 반복은 간단함과 명료함을 위한 것이고 그 자체는 설명된 다양한 실시예들 및/또는 구성들 사이의 관계를 지시하지 않는다. 더욱이, 본 발명의 예시적인 실시예들은 아래에서 WiMAX 및/또는 LTE 기술들에 관련하여 설명되고, 그 기술들은 둘 다 TDD(time division duplex) 방식 또는 FDD(frequency division duplex) 방식에 의한 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 변조를 채용한다. 여기에서 개시된 다양한 실시예들은 또한, CDMA(Code Division Multiple Access), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), GSM(Global System for Mobile communication)과 같은 현재 이용 가능한 다른 무선 통신 기술들, 또는 중계기 노드 기술을 채용하는 미래에 개발되는 기술들에도 적용될 수 있다는 점에 주목해야 한다.

도 1을 참조하여, 하나의 실시예에서는, 원격 라디오 모듈을 통해 이동 단말기와 허브 사이의 무선 통신을 용이하게 하는 방법(10)이 구현된다. 뒤에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 허브는 무선 네트워크에서 원격 라디오 모듈을 통해 이동 단말기에 고속 데이터 서비스들을 제공한다. 허브로부터 이동 단말기로의 통신은 다운링크에서 일어나고, 이동 단말기로부터 허브로의 통신은 업링크에서 일어난다. 방법(10)은 원격 라디오 모듈이 제1 반송파 주파수에서 허브로부터 신호를 수신하는 블록(12)에서 시작된다. 원격 라디오 모듈은 이동 단말기가 위치하는 지역에서 커버리지를 제공한다. 하나의 실시예에서, 그 신호는 제1 반송파 주파수(예를 들면, 백홀 연결을 위한 3.5 GHz)에서 송신된 OFDM 변조된 신호를 포함할 수 있다. WiMAX 및 3G LTE와 같은 무선 기술 표준들에 의해 상술된 OFDM 기술은 정의가 명확하다는 것을 말할 것도 없고, 따라서 여기에서는 간단하게만 설명된다. OFDM 기술은 채널화된 접근 방법을 이용하고 통신 채널을 다수의 부채널들(sub-channels)(또는 부반송파들(sub-carriers))로 분할하고 각 부반송파는 다른 부반송파들에 직교한다. 부반송파들의 수는, 5MHz(512개 부반송파들), 10MHz(1024개 부반송파들), 또는 20MHz(2048개 부반송파들)과 같이, 반송파 신호의 대역폭에 좌우된다. 이 기술의 숙련자들에게 이용 가능한 다른 변조 방식들도 본 명세에 적용 가능하다.

방법(10)은 원격 라디오 모듈이 신호가 제1 반송파 주파수와 상이한 제2 반송파에서 이동 단말기에 재송신될 수 있도록 신호를 처리하는 블록(14)에서 계속된다. 원격 라디오 모듈은 수신된 신호가 상이한 반송파 주파수에서 재송신되기 전에 적절히 필터링되게 하는 베이스밴드 처리를 수행한다. 몇몇 시나리오들에서, 원격 라디오 모듈은 소망의 신호보다 더 강할 수 있는 인접한 간섭 신호(interferer signal)와 함께 소망의 신호를 수신할 수 있다. 적절한 필터링은 불필요한 간섭 신호를 필터링하여 제거하여 그 간섭 신호가 매우 높은 전력에서 재송신되지 않게 한다. 또한, 주파수는 필터링되고 지연된 신호가 상이한 주파수에서 송신될 수 있도록 시프팅될 수 있다. 방법(10)은 원격 라디오 모듈이 신호를 제2 반송파 주파수(예를 들면, 액세스 연결을 위한 2.5 GHz)에서 이동 단말기에 송신하는 블록(16)에서 계속된다. 비록 방법(10)은 다운링크에서(허브로부터 이동 단말기로)의 통신에 관련하여 설명되었지만, 방법(10)은 유사한 방식으로 업링크에서(이동 단말기로부터 허브로)의 통신에 대하여 구현될 수 있다는 것은 말할 것도 없다. 더욱이, 뒤에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 신호가 원격 라디오 모듈의 송신기의 전력 정격(power rating)에 가까운 전력에서 재송신될 수 있도록 원격 라디오 모듈에 의해 수신되는 업링크 신호에 대해 적응 이득 함수(adaptive gain function)가 수행될 수 있다.

이동 단말기와 기지국 사이의 전력 제어 알고리즘은 무선 네트워크의 중요한 양태이다. 다수의 단말기들이 동시에 기지국으로 송신하고 있다고 가정하면 업링크 전력 제어는 시스템 성능에 중요하다. 단말기들은 셀의 도처에 흩어져 있고 셀 가장자리에 있는 단말기들은 기지국에 가까운 단말기들보다 훨씬 더 낮은 전력에서 기지국에 도달하고 있다. 기지국 수신기가 제한된 다이내믹 레인지(dynamic range)를 갖는다고 가정하면, 먼 및 가까운 단말기들 사이에 전력 레벨들의 퍼짐(spread)을 제한하는 것이 중요하다.

전형적인 3G 또는 4G 무선 시스템에 대하여 단말기들로부터 도착하는 업링크 전력의 폐루프 제어를 제공하는 전력 제어 알고리즘이 있다. 기지국은 들어오는 업링크 신호들을 목표 전력 스펙트럼 밀도에 또는 적어도 허용 가능한 범위 내에 유지하려고 할 것이다. 개별 단말기에 대한 경로 손실이 증가하거나 감소할 때, 기지국은 어떤 형태의 제어 채널을 통하여 전력이 증가하거나 감소했다는 것을 단말기에 통지하고 단말기는 그에 따라서 그의 전력을 기지국 수신기에서의 소망의 전력 쪽으로 가져오도록 반응한다. 문제의 표준, CDMA, UMTS, GMS, WiMAX, 또는 LTE에 따라서 제어 채널 및 갱신 속도(update rate)의 구현은 변화할 수 있다. 임의의 폐루프 제어 시스템에서와 같이, 제공할 피드백의 양 및 제어 루프의 반응 시간 또는 갱신 속도는 루프의 성능 및 안정성을 결정하는 2개의 중요한 파라미터들이다.

셀 내의 다운링크 전력 제어는 업링크 전력 제어보다 약간 덜 중요한 경향이 있다. 이에 대한 주된 이유는 모든 단말기들이 공통의 기지국 송신기로부터 수신하고 있기 때문에 다운링크에서는 가까운-먼 시나리오(near-far scenario)가 없다는 점이다. 그럼에도 불구하고, 다운링크 전력 요건은 사용자들이 셀의 안으로 또는 밖으로 이동할 때, 및 반송파 또는 반송파들에서 더 많은 용량이 이용될 때 변화할 수 있다. 다운링크 전력 요건은 또한 핸드오프 동안에 증가하거나 감소할 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 매크로-중계기 노드(macro-relay node) 구현에 의하면, 기지국과 단말기 사이의 노드가 삽입되었다. 전력 제어 관점으로부터, 전력 제어에 대한 2개의 옵션들이 있다. 하나의 옵션은 매크로-중계기의 업링크 이득(예를 들면, Gul(t)) 및 다운링크 이득(예를 들면, Gdl(t))을 일정하게 유지하는 것이다. 이득을 일정하게 유지함으로써, 매크로-중계기의 존재는 이용되고 있는 표준의 전력 제어 알고리즘들에 크게 투명할 것이다. 만약 이득들을 일정하게 유지하기로 결정한다면, 상승된 전력에서 수신 포트에 들어가는 신호가 시스템에서의 일정한 양의 이득의 결과로서 송신기들이 압축에 들어가지 않게 하는 것이 중요하다. 그 때문에, 어떤 이익 조정이 필요할 수 있다.

만약 이익 조정을 제공한다면, 2개의 추가적인 옵션들이 있다. 첫째는 초기 작동(initial commissioning) 동안에 이득을 조정하고 네트워크의 미세 조정(fine tuning) 동안에 주기적으로 조정하는 것이다. 18 dB의 피크 이득을 갖고, 7도의 3dB 수직 빔 폭을 갖고, 지면 위로 30m의 높이에 있는 전형적인 무선 안테나에 대하여, (시선 경로 손실(line of sight path loss) - 안테나 이득)은 118 dB로부터 92 dB까지 변화할 것이다. 118dB는 셀 에지에서 4km 반경에 대해 달성된다. 92 dB는 안테나로부터 64 미터의 수평 거리에서 노드에 가까울 때 달성된다. 매크로-셀과 단말기들 사이에 폐루프 전력 제어가 동작하고 있다고 가정하면, 알고리즘은 가까운 단말기가 매크로-셀에 관하여 목표 전력을 유지하기 위해 그의 송신 전력을 아래로 떨어뜨리게 할 것이다. 더욱이, 동일한 알고리즘은 셀 가장 자리에 있는 단말기가 매크로 셀에서 소망의 신호 강도를 유지하려고 하기 위해 그의 송신 전력을 증가시킬 것을 요청할 것이다. 수행된 분석에서는, 4km 밖에 있는 단말기는 그의 전력을 최대 약 23 dBm까지 증가시켰을 것이고 반면 셀 가장자리에 있는 단말기는 그의 전력을 -1.9 dBm까지 감소시켰을 것이라는 것이 관찰되었다. 먼 단말기와 비교해서 24.9 dB만큼 가까운 전력을 감소시킴으로써, 전력 제어 알고리즘은 경로 손실의 차이들에 의해 도입된 전력 퍼짐(power spread)을 거의 완전히 제거하였다. 그러한 시나리오에서, 초기화 동안에 및 더 많은 또는 더 적은 이득을 지시하는 트래픽 패턴들과 마주칠 때 주기적으로 매크로-중계기에서 이득을 미세 조정하는 알고리즘만이 필요할 것이고, 시스템이 매크로 중계기 수신기에 들어갈 것 같은 최대 신호 강도를 측정할 수 있게 하는 데이터가 수집된다. 명백히, 허브에서 수신기들을 오버드라이브(overdrive)하거나, 또는 매크로-중계기 내의 송신기들이 압축에 들어가게 하지 않는 한 링크 예산(link budget) 관점으로부터 더 많은 이득이 유익할 수 있다.

이제 도 2를 참조하면, 무선 통신 네트워크(50)는 도 1에 관하여 설명된 방법(10)이 실시될 수 있는 예시적인 시스템을 도시한다. 본 예에서, 네트워크(50)는 WiMAX 또는 LTE와 같은 무선 기술 표준들에 따라서 고속 데이터 서비스들을 지원하는 무선 네트워크이다. 네트워크(50)는 허브 및 스포크 구성(hub and spoke configuration)으로 전개될 수 있다. 네트워크(50)는 기지국(BS)(52), 복수의 원격 라디오 모듈들(54), 및 복수의 사용자 장비(UE)(56)(또는 이동 단말기들 또는 이동 디바이스들)를 포함한다. 비록 네트워크(50)는 하나의 기지국을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 주어진 지역에 대한 커버리지를 제공하기 위해 임의의 수의 기지국들이 구현될 수 있다는 것은 말할 것도 없다.

BS(52)는 이 기술에서 공지된 장치의 유형이므로, 여기에서 상세히 설명되지 않는다. 본 실시예에서, BS(52)는 원격 라디오 모듈들(54)뿐만 아니라 그 자신에 충분히 근접해 있는 UE(56)에 서비스하는 허브로서 기능한다. BS(52)는 유선 백홀 연결(60)을 통해 게이트웨이 또는 코어 네트워크(58)(예를 들면, 인터넷 또는 다른 적당한 네트워크)에 연결된다. 예를 들면, BS(52)는 코어 네트워크(58)에의 100Base-T 이더넷 연결을 갖는 모뎀을 포함한다. BS(52)는 WiMAX 및 LTE와 같은 무선 기술 표준들에 따라서 원격 라디오 모듈들(54) 및 UE(56)와의 무선 통신을 지원하기 위한 적당한 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들면, BS(52)는 프로세서, 송신기, 수신기, 안테나, 휘발성 및 비휘발성 메모리, 입력/출력 장치, 및 다른 적당한 장치들을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, BS(52)는 그 각각이 정보(예를 들면, 데이터, 음성, 및 제어 정보)를 나르는, 주파수에서 분리된 다수의 톤들로 이루어진 OFDM 반송파들을 포함하는 무선 통신을 지원한다. BS(52)에서의 모뎀은 BS(52) 및 원격 라디오 모듈들(54)에 서비스한다는 점에 주목해야 한다. 따라서, 모뎀은 원격 라디오 모듈들(54) 중 하나의 부근 내의 UE(56)가 보다 큰 전파 지연 때문에 더 멀리 떨어져 있는 것을 깨달을 수 있고 그 지연에 대하여 조절할 수 있다. 모뎀은 원격 라디오 모듈들(54)의 모든 이러한 위치들을 상이한 섹터들의 상이한 반송파들로서 간주할 것이고, 이 기술에서 공지된 신호 강도 또는 신호 품질과 같은 전형적으로 핸드오프 기준들에 기초하여 핸드오프할 것이다.

원격 라디오 모듈들(54)은 BS(52)의 커버리지를 확장하는 매크로-중계기들로서 기능한다. 원격 라디오 모듈들(54) 각각은 BS(52)로의 방송에 의한 백홀 연결(over the air backhaul connection)(예를 들면, 매크로-셀 대 매크로-중계기)을 포함한다. 또한, 각 원격 라디오 모듈(54)은 그 자신에 충분히 근접해 있는(또는 그의 커버리지 지역 내에 있는) UE(56)로의 방송에 의한 액세스 연결(over the air access connection)을 제공한다. 뒤에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 원격 라디오 모듈들(54)은 BS(52)와 그들의 각각의 UE(56) 사이의 무선 통신을 용이하게 하는 적당한 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트들을 포함한다. 원격 라디오 모듈들(54)은 BS(52)에 제공된 유선 백홀 연결을 가질 필요가 없다는 것에 주목해야 한다. 따라서, 원격 라디오 모듈들은 전력이 있는 임의의 높은 구조물(예를 들면, 전신주, 빌딩, 배전탑(power distribution tower) 등) 위에 전개될 수 있다. 더욱이, 매크로-중계기 노드들로서 원격 라디오 모듈들을 전개하는 운영 비용은 BS와 같은 풀 액세스 포인트 셀 사이트들(full access point cell sites)을 전개하는 운영 비용보다 적다.

UE(56)는 이 기술에 공지된 또는 미래에 개발되는 다양한 이동 단말기들 또는 이동 디바이스들일 수 있다. 예를 들면, UE(56)는 무선 기능이 있는 랩톱, 휴대폰, 무선 데이터 단말기, PDA(personal data assistant) 등을 포함할 수 있다. UE(56)는 또한 BS(52) 및 원격 라디오 모듈들(54)과의 무선 통신을 지원하는 적당한 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들면, UE(56)는 베이스밴드 프로세서, 트랜스시버, 안테나, 및 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, UE는 OFDM 반송파들을 이용한 무선 통신을 지원한다.

이제 도 3 내지 5를 참조하면, 도 2의 네트워크(50)와 같은 무선 통신 네트워크에서 전개될 수 있는 예시적인 클러스터 구성들이 도시되어 있다. 아래에 개시된 다양한 클러스터 형성은 N=3 주파수 재사용 플랜(frequency reuse plan)을 이용하여 전개될 수 있다. 다른 주파수 재사용 플랜들이 구현될 수도 있다는 것은 말할 것도 없다. n=3 주파수 재사용 플랜은 무선 네트워크를 전개하기 위해 3개의 상이한 주파수들(예를 들면, 주파수1, 주파수2, 및 주파수3)이 이용될 수 있다는 것을 상술한다. 도 3에서, 클러스터 A(100)는 허브 노드(102) 및 복수의 중계기 노드들(104a-f)을 포함한다. 허브 노드(102)는 도 2의 BS(52)로서 구성될 수 있고, 중계기 노드들(104a-f)은 도 2의 원격 라디오 모듈들(54)로서 구성될 수 있다. 허브 노드(102)는 각각의 셀에 커버리지를 제공하고, 각 중계기 노드(104a-f)는 그 각각의 셀에 커버리지를 제공한다. 허브 노드(102)는 주파수1에서 그의 커버리지 셀 지역 내의 이동 단말기들 또는 가입자들로의 액세스 연결을 제공한다. 중계기 노드들(104a, 104c, 및 104e)에 대하여, 허브 노드(102)로의 백홀 연결(각각, 106a, 106c, 및 106e)이 주파수2에서 제공되고, 각각의 커버리지 셀 지역 내의 이동 단말기들 또는 가입자들로의 액세스 연결이 주파수3에서 제공된다. 중계기 노드들(104b, 104d, 및 104f)에 대하여, 허브 노드(102)로의 백홀 연결(각각, 106b, 106d, 및 106f)이 주파수3에서 제공되고, 각각의 커버리지 셀 지역 내의 이동 단말기들 또는 가입자들로의 액세스 연결이 주파수2에서 제공된다. N=3 주파수 재사용 플랜은 2개의 인접한 셀들이 액세스를 위해 동일한 주파수를 이용하지 않기 때문에 잘 되어가는 것이 관찰되었다. (허브 노드와 중계기 노드들 사이의) 백홀 연결에 대하여 안테나들은 충분히 지향성이고 따라서 비교적 적은 에너지가 다른 셀로 넘칠(spill over) 것이다. 예를 들면, 백홀을 위한 지향성 안테나들은 120도에서 40 dB 사이드로브 억제(sidelobe suppression)를 제공할 수 있는 것으로 보인다. 따라서, 120도 증분들에서 주파수들을 재사용할 수 있다.

도 4에서, 클러스터 B(110)는 주파수들이 상이한 방식으로 분포되는 것을 제하고는 도 3의 클러스터 A(100)와 유사하다. 따라서, 도 3 및 4에서 유사한 특징들은 명료함을 위하여 동일하게 번호가 매겨진다. 클러스터 B(110)는 허브 노드(102) 및 복수의 중계기 노드들(104a-f)을 포함한다. 허브 노드(102)는 도 2의 BS(52)로서 구성될 수 있고, 중계기 노드들(104a-f)은 도 2의 원격 라디오 모듈들(54)로서 구성될 수 있다. 허브 노드(102)는 각각의 셀에 커버리지를 제공하고, 각 중계기 노드(104a-f)는 그 각각의 셀에 커버리지를 제공한다. 허브 노드(102)는 주파수3에서 그의 커버리지 셀 지역 내의 이동 단말기들 또는 가입자들로의 액세스 연결을 제공한다. 중계기 노드들(104a, 104c, 및 104e)에 대하여, 허브 노드(102)로의 백홀 연결(각각, 106a, 106c, 및 106e)이 주파수2에서 제공되고, 각각의 커버리지 셀 지역 내의 이동 단말기들 또는 가입자들로의 액세스 연결이 주파수1에서 제공된다. 중계기 노드들(104b, 104d, 및 104f)에 대하여, 허브 노드(102)로의 백홀 연결(각각, 106b, 106d, 및 106f)이 주파수1에서 제공되고, 각각의 커버리지 셀 지역 내의 이동 단말기들 또는 가입자들로의 액세스 연결이 주파수2에서 제공된다. N=3 주파수 재사용 플랜은 2개의 인접한 셀들이 액세스를 위해 동일한 주파수를 이용하지 않기 때문에 잘 되어가는 것이 관찰되었다. (허브 노드와 중계기 노드들 사이의) 백홀 연결에 대하여 안테나들은 충분히 지향성이고 따라서 비교적 적은 에너지가 다른 셀로 넘칠 것이다.

도 5에서, 클러스터 C(120)는 주파수들이 상이한 방식으로 분포되는 것을 제하고는 도 3의 클러스터 A(100)와 유사하다. 따라서, 도 3 및 5에서 유사한 특징들은 명료함을 위하여 동일하게 번호가 매겨진다. 클러스터 C(120)는 허브 노드(102) 및 복수의 중계기 노드들(104a-f)을 포함한다. 허브 노드(102)는 도 2의 BS(52)로서 구성될 수 있고, 중계기 노드들(104a-f)은 도 2의 원격 라디오 모듈들(54)로서 구성될 수 있다. 허브 노드(102)는 각각의 셀에 커버리지를 제공하고, 각 중계기 노드(104a-f)는 그 각각의 셀에 커버리지를 제공한다. 허브 노드(102)는 주파수2에서 그의 커버리지 셀 지역 내의 이동 단말기들 또는 가입자들로의 액세스 연결을 제공한다. 중계기 노드들(104a, 104c, 및 104e)에 대하여, 허브 노드(102)로의 백홀 연결(각각, 106a, 106c, 및 106e)이 주파수1에서 제공되고, 각각의 커버리지 셀 지역 내의 이동 단말기들 또는 가입자들로의 액세스 연결이 주파수3에서 제공된다. 중계기 노드들(104b, 104d, 및 104f)에 대하여, 허브 노드(102)로의 백홀 연결(각각, 106b, 106d, 및 106f)이 주파수3에서 제공되고, 각각의 커버리지 셀 지역 내의 이동 단말기들 또는 가입자들로의 액세스 연결이 주파수1에서 제공된다. N=3 주파수 재사용 플랜은 2개의 인접한 셀들이 액세스를 위해 동일한 주파수를 이용하지 않기 때문에 잘 되어가는 것이 관찰되었다. (허브 노드와 중계기 노드들 사이의) 백홀 연결에 대하여 안테나들은 충분히 지향성이고 따라서 비교적 적은 에너지가 다른 셀로 넘칠 것이다.

이제 도 6을 참조하면, 도 3, 4, 및 5, 각각의 클러스터 구성들(100, 110, 및 120)을 구현하는 예시적인 확장된 무선 통신 네트워크(200)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 클러스터들(예를 들면, 클러스터 A, 클러스터 B, 클러스터 C)을 거꾸로 하는 한은 2개의 인접한 셀들이 액세스를 위해 동일한 주파수를 사용하는 상황은 없을 것이다. (허브 노드와 중계기 노드들 사이의) 백홀 연결에 대하여 안테나들은 충분히 지향성이고 따라서 비교적 적은 에너지가 다른 셀로 넘칠 것이다. 따라서, 도 3 내지 5에서 설명된 N=3 주파수 재사용 플랜은 최소 한도의 간섭으로 임의의 지역을 커버하도록 용이하게 확장 가능할 수 있다.

이제 도 7을 참조하면, 2개의 라디오 유닛들을 갖는 예시적인 원격 라디오 모듈(300)이 도시되어 있다. 원격 라디오 모듈(300)은 그들 사이에 외부 데이터 연결(310)을 갖는 2개의 라디오 유닛들(302 및 304)을 포함한다. 라디오 유닛(302)은 원격 라디오 모듈(300)의 커버리지 지역 내의 이동 단말기들로의 액세스 연결(312)을 제공한다. 라디오 유닛(304)은 도 1의 BS(52)와 같은 허브로의 백홀 연결을 제공한다. 액세스(312) 및 백홀(314) 연결들은 원한다면 상이한 주파수 대역들에서 제공될 수 있고, 또는 액세스(312) 및 백홀(314) 연결들은 원한다면 동일한 주파수 대역에서 제공될 수 있기 때문에 2개의 라디오 유닛들은 융통성을 제공한다는 것이 관찰되었다. 전형적으로 LTE 또는 WiMaX 전개와 같은 4G 전개에 대하여, 각 라디오 유닛(302, 304)에 대한 베이스라인(baseline)은 섹터 또는 셀마다 2개의 송신기들 및 2개의 수신기들이다. 따라서, 2개의 송신기들은 섹터 또는 셀마다 다운링크에서 2x2 MIMO(multiple input multiple output)를 수행할 수 있다. 2개의 수신기들은 수신 다이버시티를 위한 것이다.

이제 도 8을 참조하면, 단일 라디오 유닛을 갖는 예시적인 원격 라디오 모듈(350)이 도시되어 있다. 원격 라디오 모듈(350)은 4개의 송신기들 및 4개의 수신기들을 포함하는 하나의 라디오 유닛(352)을 포함한다. 원격 라디오 모듈(350)이 매크로-중계기 노드로서 기능할 때, 4개의 송신기들 중 2개 및 4개의 수신기들 중 2개는 하나의 주파수에서 액세스(354)를 위해 이용되고, 4개의 송신기들 중 나머지 2개 및 4개의 수신기들 중 나머지 2개는 상이한 주파수에서 백홀(356)을 위해 이용된다. 원격 라디오 모듈이 모뎀에 연결되는 풀 액세스 포인트(예를 들면, 도 1의 BS(52))로 원격 라디오 모듈(350)을 업그레이드하기를 원할 때, 라디오 유닛(352)은 4개의 송신기들 및 4개의 수신기들을 갖는 풀 4 브랜치 라디오(full four branch radio)로서 기능한다.

이제 도 9를 참조하면, 매크로-중계기 노드로서 기능하도록 구성되는 경우의 예시적인 원격 라디오 모듈(400)의 하이레벨 블록도가 도시되어 있다. 원격 라디오 모듈(400)은 (도 2의 BS(52)와 같은) 허브로의 백홀 연결을 위한 하나의 트랜스시버, 및 이동 단말기들 또는 가입자들로의 액세스를 제공하는 다른 트랜스시버를 포함한다. 백홀 트랜스시버는 하나의 송신기 및 하나의 수신기를 포함한다. 액세스 트랜스시버도 하나의 송신기 및 하나의 수신기를 포함한다. 원격 라디오 모듈(400)은 필터, 믹서, 듀플렉서, 멀티플렉서, 디지털 신호 프로세서, 마이크로프로세서, 메모리와 같은 다양한 컴포넌트들, 및 아래에 설명된 기능들을 수행하는 다른 적당한 컴포넌트들을 포함한다는 것은 말할 것도 없다. 하나의 주파수에서 수신된 신호는 그 신호가 다른 주파수에서 재송신되기 전에 그 신호가 적절히 필터링되게 하는 베이스밴드 처리를 겪는다.

(허브로부터 이동 단말기/사용자 장비로의) 다운링크 신호에 대하여, 그 신호는 안테나에서 수신되고 듀플렉서에 의해 필터링되어 수신 경로로 전달된다. 수신 경로에서, 그 신호는 저잡음 증폭기(LNA)에 의해 증폭된다. 증폭된 아날로그 신호는 그 후 RF로부터 중간 주파수(IF)로 또는 바로 베이스밴드로 하향 변환된다(down-converted). 다르게는, 아날로그-디지털 컨버터가 RF 신호를 직접 샘플링하기에 족할 만큼 빠르다면 이 단계(stage)는 생략될 수 있다. RF, IF, 또는 베이스밴드 신호는 그 후 디지털 방식으로 샘플링되고 아날로그 신호로부터 디지털 신호로 변환된다. 디지털-아날로그 컨버터의 출력에서의 신호는 만약 아날로그 신호가 디지털 복조기로 IF 또는 RF에서 샘플링되었다면 베이스밴드로 하향 변환될 수 있다. 신호는 그 후 다시 샘플링되고 수신 채널라이저(receive channelizer)(Rx wCZR)를 통하여 모뎀 샘플 레이트로 필터링된다. 신호는 다운링크 이득 제어 알고리즘을 겪을 수 있다. 신호는 그 후 다시 샘플링되고 송신 채널라이저(Tx wCZR)를 통하여 모뎀 샘플 레이트로부터 베이스밴드 프리디스토터(base-band pre-distortorer; BBPD)에 의해 이용되는 샘플 레이트로 필터링된다. 신호는 고전력 증폭기(high power amplifier; HPA)의 출력에서의 신호로부터 샘플링함으로써 BBPD 블록을 통하여 선형화된다. BBPD 블록의 출력은 디지털 도메인으로부터 아날로그 도메인으로 변환되기 전에 중간 또는 RF 주파수로 상향 변환될 수 있다(up-converted). 아날로그 신호는 상향 변환 기법에 따라서 베이스밴드, IF, 또는 RF일 수 있따. 하나의 실시예에서, RF 신호는 HPA를 통하여 통과되고 그의 출력은 샘플링되고 BBPD 블록으로 피드백되어 프리디스토션 신호(pre-distortion signal)를 생성한다. HPA에서의 출력은 듀플렉서에 전달된다. 듀플렉서의 출력은 그 신호를 이동 단말기로 송신하기 위한 안테나로 전달된다.

(이동 단말기/사용자 장비로부터 허브로의) 업링크 신호에 대하여, 위에 설명된 다운링크 신호와 동일한 흐름이 일어나지만 단지 역방향으로 일어난다. 뒤에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 업링크 이득 제어 및/또는 다운링크 이득 제어는 송신기들로의 디지털 전력의 피크들을 유지하려고 시도하는 적응 디지털 이득 블록(adaptive digital gain block)을 포함한다.

2x2 MIMO 구성에서 동작하도록 중계기 노드를 구성하기 위하여, 원격 라디오 모듈은 2개의 안테나들 대신에 4개의 안테나들을 포함할 수 있고, 하드웨어는 도 9에 도시된 컴포넌트들의 2배를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 8의 라디오 유닛(352)은 신호 유닛에서 4개의 송신기들 및 4개의 수신기들을 포함한다. 다르게는, 다운링크에서 2x2 MIMO 구성에서 동작하는 중계기 노드는 2개의 라디오 유닛들을 채용할 수 있고 여기서 (도 7의 라디오 유닛들(302 및 304)과 같은) 각 라디오 유닛은 원격 라디오 모듈(400)에 의해 나타내어진다. 몇몇 표준들에 대하여, 송신기는 무선 네트워크에서 다른 송신기들에 동기화될 수 있고, 그러한 경우에 원격 라디오 모듈은 매크로-중계기 노드로서 기능할 때 다운링크 신호로부터 타이밍 및 주파수 정보를 추출할 필요가 있다. 원격 라디오 모듈은 허브 또는 이동 단말기로부터 수신된 신호의 주파수를 효과적으로 필터링하고 시프팅하고, 동일한 신호를 상이한 주파수에서 재송신한다는 점에 주목해야 한다. 따라서, 원격 라디오 모듈은 수신되는 변조된 신호를 실제로는 다시 변조하고 다시 패키징하지 않는다.

송신 및 수신 채널라이저들 내에서 요구되는 인접한 채널 필터링의 양은 소망의 대역내 신호와 인접한 채널 내의 간섭자 사이의 관련 신호 전력들, 소망의 안정성 마진의 정도, 및 송신 체인의 출력에서 충족될 필요가 있는 방사 마스크(emissions mask)에 의존한다는 것이 관찰되었다. 안정성 마진은 그에 의해 Tx 및 Rx 경로들 사이의 격리가 무조건 안정성을 위한 활성 이득을 초과하는 팩터(factor)이다. 몇몇 실시예들에서, 원격 라디오 모듈은 채널라이저들 내에서 100 dB 디지털 필터링을 구현한다.

이제 도 10을 참조하면, 허브와 원격 라디오 모듈 사이에 구현될 수 있는 예시적인 제어 채널의 그래픽 표현이 도시되어 있다. 제어 채널은 제어 정보(또는 논트래픽(non-traffic) 데이터)를 넘겨주고, 하드웨어를 구성하고, 하드웨어로부터 경보 메시지들을 수신하고, 하드웨어에 경보 메시지들을 송신하고, 또는 다른 적당한 목적들을 행하게 한다. 제어 채널은 OA&M(Operational, Alarm, and Monitor) 채널로 불릴 수 있다. 본 실시예에서, 제어 채널(500)은 반송파 신호(510)의 전이 대역(transition band)에서 구현될 수 있다. 반송파 생성기의 일례가 도 11에 도시되어 있다. 반송파 생성기는 반송파 신호의 전이 대역에서 제어 채널을 생성하기 위해 원격 라디오 모듈의 디지털 섹션에서 단순한 OOSK(on/off shift keying) 모뎀을 구현한다.

제어 채널(500)은 LTE 또는 WiMAX와 같은 무선 표준들에 호환성 있고 투명하다. 반송파 신호(510)는 10MHz의 주파수 대역(예를 들면, 10MHz 반송파)을 갖는 주파수 Fc(예를 들면, 2.5 GHz, 3.5 GHz, 또는 다른 적당한 반송파 주파수), 및 송신기에 의해 생성된 채널 외 잡음(out of channel noise)(520)을 포함한다. 라디오 채널라이저는 반송파 신호(510)의 전이 대역에 변조된 데이터 톤(500)을 배치하여, 톤이 운영자의 소유의 스펙트럼 내에 있고 FCC 또는 ETSI 표준들을 위배하지 않도록 할 수 있다. 즉, 만약 운영자가 10MHz 스펙트럼을 소유한다면, 데이터를 나르는 신호(data-bearing signal)의 실제 대역폭은 전형적으로 9 MHz이다. 따라서, 전이 대역을 위해 전용되고, 실제로는 데이터 통신을 위해 이용되지 않는 약 0.5MHz가 양쪽에 존재한다. 예를 들면, 제어 채널은 10MHz 주파수 대역 반송파에 대하여 4Fc의 오프셋 또는 5MHz 주파수 대역 반송파에 대하여 2Fc의 오프셋을 가지고 배치될 수 있다. 따라서, 독점적 변조된 OA&M 톤은 반송파 신호(510)의 양쪽에 있는 그 전이 대역에 배치될 수 있다. OA&M 톤은 이 기술의 숙련자에게 이용 가능한 종래의 변조된 반송파를 포함할 수 있다. OA&M 톤은 그것이 운영자에게 이용 가능한 주파수 대역 내에 적합하기만 하면 폭이 2-3백 KHz(a couple of hundred KHz)일 수 있다. 허브에서의 모뎀은 전이 대역 내의 제어 채널을 간섭자 신호로 간주하기 때문에 기본적으로 그 제어 채널을 무시할 것이다. 따라서, 제어 채널의 진폭이 소망의 신호를 복조하는 모뎀 또는 소망의 신호를 복조하는 이동 단말기의 능력을 훼손하거나 방해하기에 족할 만큼 강하지 않다면 문제가 없다. 다른 실시예들에서, 제어 채널은 제로 IF 타입 송신기에 대하여 결국 LO 주파수가 되는 베이스밴드 DC와 같은 DC 주파수에서 송신될 수 있다.

다르게는, WiMAX 또는 LTE와 같은 몇몇 표준들에 대하여, OFDM 부반송파들 중 하나 또는 몇몇은 논트래픽 데이터를 위해 예약될 수 있고, 또는 OA&M 제어 채널을 위해 전용될 수 있다. 송신되는 부반송파들의 수는 반송파 대역폭(주파수 대역)에 의존한다. 전형적으로 정보를 나르기 위해 모든 부반송파들이 다 이용되는 것은 아니고, 표준들은 반송파의 가장자리에 있는 대역들 중 일부가 기본적으로 보호 대역들(guard bands)로서 비어 있게 한다. 허브에서의 모뎀은 톤들 중 일부가 이용되지 않고 전력 응용과 같은 상이한 목적을 위해 예약되는 것을 선언할 수 있다. 예를 들면, 모뎀은 톤을 PAPR(peak to average power ratio)를 위해 예약되는 것으로 선언할 수 있다. 따라서, 그 예약된 톤들 중 하나 또는 그들 중 몇몇은 원격 라디오 모듈(매크로-중계기 노드)과 허브(매크로-셀) 사이에 방송에 의하여(over the air) 독점적 OA&M 채널을 송신하기 위해 이용될 수 있다. TCPIP 프로토콜과 같은 단순한 프로토콜이 예약된 톤을 위해 이용될 수 있다.

원격 라디오 모듈의 초기화 동안에, 이 기술에 공지된 바와 같이 중계기 노드가 허브로부터 오는 이러한 제어 채널들 중 하나를 탐색하는 탐색 알고리즘이 있을 것이다. 일단 제어 채널이 발견되면, 원격 라디오 모듈은 라디오가 허브 또는 이동 단말기에 데이터를 송신하기 시작하기 전에 그의 구성 정보를 다운로드할 수 있다.

이제 도 12를 참조하면, 가까운 이동 단말기 및 먼 이동 단말기가 원격 라디오 모듈과 통신하고 있고, 원격 라디오 모듈이 허브와 통신하고 있는 시나리오가 도시되어 있다. 가까운 이동 단말기(602)(이동 단말기 1) 및 먼 이동 단말기(604)는 도 2의 UE(56)와 유사할 수 있다. 이동 단말기들(602, 604)은 도 2의 원격 라디오 모듈(54)과 같은 매크로 중계기(608)와 무선 통신한다. 매크로-중계기(608)는 다음으로 신호들을 처리하고 동일한 신호를 상이한 주파수에서 허브(610)에 재송신한다. 본 예에서, 이동 단말기(602)는 이동 단말기(604)보다 매크로 중계기(608)에 더 근접해 있다. 이제 또한 도 13을 참조하면, 도 12의 시나리오에서 송신될 수 있는 통신 신호들의 그래픽 표현이 도시되어 있다. 그 표현은 가까운 이동 단말기(602)에 의해 중계기(608)에 송신되는 신호(702), 먼 이동 단말기(604)에 의해 중계기(608)에 송신되는 신호(704), 및 중계기(608)에 의해 허브(610)에 송신되는 신호(706)를 나타낸다. 채널 잡음 플로어(channel noise floor)(710)에서, 그것은 송신기의 전력 증폭기가 먼 가입자들로부터 오는 약한 신호들의 신호 대 잡음비(SNR)를 제한하도록 송신기 비선형성(non-linearity)에 의해 제한된다. 따라서, 먼 가입자의 SNR은 전력 증폭기의 비선형성들에 의해 저하(degrade)될 수 있다.

방송에 의하여, 이동 단말기들(602, 604)로부터 각각 수신된 신호들(702, 704)에 대하여, 매크로 중계기(608)가 소망의 신호를 수신하는 전력은 단말기들(602, 604)이 중계기로부터 얼마나 멀리 있는지에 따라서 변동할 것이다. 그러나, 중계기(608)의 트랜스시버의 이득은 꽤 일정하고, 따라서 너무 낮은 전력에서 신호를 재송신하기를 원하지 않고 그렇지 않다면 신호는 허브(610)에 도달하기에 충분한 전력을 갖지 않을 것이고, 또는 수신기로의 강한 신호가 실제로는 중계기(608)의 송신기들이 포화될 만큼 증폭되지 않도록 너무 많은 이득을 원하지 않는다. 중계기(608)는 포락선(envelope)을 처리하기 때문에, 가까운 가입자 및 먼 가입자에 상이한 이득들을 용이하게 제공할 수 없다. 그 때문에, 가까운 가입자는 먼 가입자와 비교하여 전력 증폭기 전력의 대부분을 사용할 것이다. 따라서, 폐루프 전력 제어의 성능은 전력 증폭기의 선형성뿐만 아니라 신호 강도 퍼짐을 최소화하기 위해 이용된다. 따라서, 중계기(608)가 송신기의 최대 전력 정격에 꽤 가까운 전력에서 송신할 수 있도록 적당한 이득이 신호들(702, 704)에 적용되게 하는 적응 이득 기능이 중계기(608)에 제공될 수 있다. 그 때문에, 중계기(608)로부터 허브(610)로의 신호(706)는 깨끗하고 강한 신호 대 잡음비를 가질 것이다.

하나의 실시예에서, 중계기(608)의 송신기에 가는 신호는 송신기의 최대 전력 정격의 약 10dB 내에 있다. 그러나, 중계기(608)의 수신기에 들어오는 신호의 강도는 가입자가 얼마가 가까이 있는지에 따라서 변화할 수 있다. 따라서, 이득은 들어오는 수신 신호의 강도에 따라서 적응할 필요가 있다. 또한, 이득은 그것이 허브(610)와 이동 단말기(602, 604) 사이의 주요 전력 알고리즘을 붕괴시킬 만큼 빠르지 않아야 한다. 따라서, 신호가 실제로 겪는 (허브와 단말기 사이의) 주요 전력 제어 루프 내에 (중계기(608)와 이동 단말기(602, 604) 사이의) 적응 이득 함수 제어 루프가 포함되는 전체 전력 제어 알고리즘이 제공된다. 전체 전력 제어 알고리즘은 2개의 중첩된 전력 제어 루프들(nested power control loops)을 포함한다. 즉, 허브(610)와 이동 단말기(602, 604) 사이에 거시적인 전력 제어 알고리즘이 있을 것이고, 중계기 노드(608) 자체 내에는 중계기(608)에 들어오는 신호가 지나치게 증폭되어(over amplified) 전력 증폭기를 오버드라이브하거나, 또는 몇몇 경우에 부족하게 증폭되어(under amplified) 허브(610)에 도달하기에는 너무 약하게 되지 않도록 하는 적응 전력 제어 알고리즘이 있다. 따라서, 알고리즘은 적응할 필요가 있지만 2개의 중첩된 전력 제어 루프들이 있기 때문에 그것이 주요 전력 제어 알고리즘이 불안정해지게 할 만큼 빠르지 않아야 한다.

일반적으로, 무선 셀 사이트를 전개하기 위해서는, 3개의 기본적인 특징들이 요구된다: (1) 전력 (2) 고도(탑, 또는 빌딩, 또는 큰 장대(pole) 위의 안테나) 및 (3) 셀 사이트에 서비스하기에 충분한 용량을 갖는 백홀 연결(예를 들면, 코어 네트워크로의 모뎀). 대개는 네트워크를 전개할 때 백홀 연결을 찾는 것보다 전력 및 고도를 찾는 것이 더 용이하다. 따라서, 매크로-중계기 노드로서 기능하는 원격 제어 모델은, 백홀이 방송에 의하여 매크로-셀(BS)에 이르기 때문에, 유선 백홀 연결을 필요로 하지 않는다. 다른 이익은 운영자들이 부적당한 플래닝과 같은 다양한 이유 때문에 그들의 네트워크에서 홀들(holes)을 갖는 것을 발견할 때, 운영자들은 다양한 실시예들에서 위에 설명된 바와 같이 매크로-중계기들로서 원격 라디오 모듈들을 전개하는 것에 의해 그 홀들을 신속하고 용이하게 채울 수 있다는 것이다.

평방 km당 10명의 가입자들(예를 들면, 5km 반경을 갖는 셀당 800명의 가입자들)과 같은 낮은 가입자 밀도에 대하여, 매크로-중계기 노드는 셀 사이트를 전개하는 전통적인 방법들(코어 네트워크에 연결된 모뎀을 갖는 전부 갖춘(full blown) BS)보다 더 싸다는 것이 결정되었다. 가입자 밀도가 증가할 때, 운영자는 백홀을 위해 스펙트럼의 일부를 이용하고 있기 때문에, 모든 운영자의 스펙트럼이 액세스를 위해 이용되고 백홀을 위해서는 아무것도 이용되지 않는 전통적인 전개에서보다 매크로-중계기에서 셀 분할(cell splitting)이 더 빨리 일어날 수 있다. 결국 운영자가 매크로-중계기를 전부 갖춘 셀 사이트로 업그레이드하는 것이 더 낮도록 가입자 밀도가 증가하는(더 많은 수익이 생성되는) 분기점(cross-over point) 또는 논리 지점이 존재한다. 따라서, 아마 원격 라디오 모듈들은 처음에는 중계기 노드들로서 기능하도록 구성될 것 같고, 그 후 미래의 어느 시점에 전부 갖춘 BS(표준 매크로-셀 사이트)의 액세스 포인트로서 기능하도록 모뎀에 연결하는 것에 의해 업그레이드될 것이다.

또 다른 이익은 원격 라디오 모듈은 그 원격 라디오 모듈과 함께 작동할 모뎀을 구입하는 것에 의해 표준 액세스 포인트로 완전히 업그레이드 가능하다는 것이다. 따라서, 운영자들은 나중에 업그레이드할 수 없을 기술 또는 해법에 많은 돈을 소비하지 않는다. 따라서 이용 가능한 백홀이 있는 또는 운영자가 네트워크의 용량을 증가시키기를 원하는 어느 시점에, 운영자는 원격 라디오 모듈이 전개되는 이러한 매크로-중계기 노드들 중 임의의 것에 유선 백홀을 롤아웃(rollout)하고 유선 백홀에 연결되는 모뎀에 연결된 표준 라디오로서 기능하도록 라디오와 함께 작업할 모뎀을 설치할 수 있다. 즉, 다운링크에서, 원격 라디오 모듈은 표준 라디오로서 기능하고 여기서 라디오는 모뎀에 연결되고 모뎀은 데이터를 생성한다. 라디오는 데이터를 디지털 도메인으로부터 아날로그 도메인으로 변환하고, 증폭하고 필터링하고, 그것이 안테나를 통해 가입자에 송신되게 한다. 업링크에서, 라디오는 가입자로부터 데이터를 수신하고, 그것을 필터링하고, 그것을 증폭하고, 그것을 디지털화하고, 그것을 모뎀에 넘겨주는 수신기를 포함한다.

요약하면, 본 발명의 다양한 실시예들은 2개의 개성들을 갖는 원격 라디오 헤드 또는 모듈의 설계들을 포함한다. 원격 라디오 헤드는 매크로-중계기로 불릴 수 있다. 매크로-중계기의 제1 개성은 표준 원격 라디오 헤드로서 기능하는 것이다. 이 모드에서 원격 라디오 헤드 또는 매크로-중계기는 모뎀과 인터페이스되고 무선 업계에 잘 알려진 표준 무선 액세스 포인트로서 기능한다. 제2 개성에서, 매크로-중계기는, 모뎀 또는 백홀 연결 없이, 독립형 장치로서 동작할 수 있고, 중계기 노드로서 기능하여 중앙 허브로부터 방송에 의하여 백홀 신호를 수신하고, 그 신호를 처리하고, 그 후 그 신호를 매크로-중계기 노드의 부근에 있는 무선 사용자들/가입자들에 재송신한다. 이 개념을 매력적으로 만드는 중요한 특징들 중 하나는 매크로-중계기는 미래의 임의의 시점에 그 유닛을 모뎀과 연결하고 백홀 연결을 제공하는 것에 의해 표준 무선 액세스 포인트로 용이하게 및 심리스하게(seamlessly) 업그레이드될 수 있기 때문에 운영자에게 투자 위험이 없다는 것이다. 있음직한 업그레이드 전략은 백홀을 제공하는 데 전용된 스펙트럼이 액세스를 제공하고 따라서 더 많은 용량을 제공하기 위해 이용될 수 있도록 일단 매크로-중계기 노드들이 거의 최대 용량을 운영하고 있다면 모뎀 및 백홀 연결에 투자하는 것일 것이다.

허브 및 스포크 구성으로 본 발명의 다양한 실시예들을 이용한 전개들은 주어진 지역에 커버리지를 제공하는 비용에서 상당한 절감을 제공할 것이다. 더욱이, 셀 사이트의 수익이 증가하고 더 많은 용량이 요구될 때, 매크로-중계기는 표준 4G 액세스 포인트로 용이하게 및 심리스하게 업그레이드될 수 있고 이에 따라 첫날 커버리지(day one coverage)를 위해 매크로-중계기를 이용하는 운영자의 결정은 매우 낮은 위험 높은 이득 제안이 된다. 더욱이, 네트워크 용량을 증가시키는 해법을 최적화하기보다는, 매크로 중계기는 저용량, 저비용 커버리지를 위해, 최초 4G 롤 이웃을 위해 최적화되는데, 이것은 다가오는 년들에서 운영자에게 중요한 관심사일 것이기 때문이다. 처음에 용량과 보다 낮은 비용 커버리지를 트레이드하고 있다고 가정할 때, 만약 매크로-중계기가 운영자들의 흥미를 끌고 있다면 그것이 운영자가 초기 운영 비용을 최소화하기 위하여 포기된 용량을 되찾기를 원할 경우에 풀(full) 4G BTS 또는 중계기 노드로 용이하게 및 완전히 업그레이드될 수 있다는 것이 결정적이다. 4G BTS가 전형적으로 모뎀을 갖는 하나 이상의 라디오 모듈들로 이루어진다고 가정할 때, 가장 세련된 해법은 라디오 모듈이 원할 경우 독립형 중계기 노드로서 전개되게 하는 라디오 개성을 개발하는 것이다. 중계기 노드로서 동작할 때, 트랜스시버들의 세트는 액세스를 제공하기 위해 채용되는 반면, 다른 세트는 중앙 허브에의 백홀 연결을 제공하기 위해 이용된다. 더욱이, 만약 많은 수의 매크로-중계기들이 네트워크에서 전개될 예정이라면, 독점적 OA&M 해법이 이러한 노드들에 확장되는 것이 필수적이다. 허브와 중계기 노드 사이에 방송에 의한 OA&M 링크(over the air OA&M link)를 제공하는 표준 불가지론적 방법을 달성하는 것이 개시된다. 달성될 수 있는 접근 방법에서 이것은 반송파의 전이 대역에 협대역 독점적 통신 채널을 추가하는 것에 의해 이루어진다.

따라서, 여기에서 개시된 예시적인 실시예들은 운영자들이 최소의 사업 위험들 및 운영 비용들로, 4G 네트워크와 같은, 네트워크에 대한 새로운 셀 사이트들을 롤 아웃하게 하는 비용 효과적이고, 융통성 있고, 효율적인 원격 라디오 모듈을 제공한다. 원격 라디오 모듈의 예시적인 실시예들은 하나의 라디오 플랫폼(예를 들면, 동일한 하드웨어 구성)을 이용하여 구현될 수 있는 2개의 개성들 및 동작 모드들을 갖는다. 하나의 모드에서, 원격 라디오 모듈은 매크로-셀 사이트의 커버리지를 확장하기 위한 매크로-중계기 노드로서 기능한다. 매크로-중계기 노드는 제1 반송파 주파수에서 BS 또는 이동 단말기로부터 신호를 무선으로 수신하고, 필터링되고 지연된 동일한 신호를 제1 반송파 주파수와 다른 제2 반송파 주파수에서 이동 단말기 또는 BS에 재송신한다. 따라서, 원격 라디오 모듈은 첫날부터 매우 낮은 비용의 그린필드 커버리지를 제공하고, 따라서 낮은 가입자 베이스(low subscriber base)가 있을 때 네트워크의 최초 롤아웃의 사업 위험을 감소시킨다. 더욱이, 다른 모드에서, 원격 라디오 모듈은 미래에 가입자들의 수가 증가할 때 더 큰 용량을 제공할 수 있는 매크로-셀의 전부 갖춘 BS를 갖는 액세스 포인트로 용이하게 업그레이드될 수 있다.

전술한 설명은 하나 이상의 실시예들을 도시하고 설명하지만, 이 기술의 숙련자들은 여기에서 개시된 실시예들의 유사한 목적들을 수행하고 및/또는 유사한 이점들을 달성하기 위해 형태 및 상세에서 다양한 변화들, 대체들, 및 변경들이 거기에 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이 기술의 숙련자들은 또한 그러한 동등한 구성들은 본 명세의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 허브 노드, 코어 네트워크, 중계기 노드 및/또는 사용자 장비가 다른 무선 기술들 또는 구현들에서 동일한 방식으로 존재하지 않을 수 있지만, 다른 컴포넌트들을 이용하여 동일한 기능이 달성될 수 있다는 것은 본 명세의 범위 내에 있다. 또한, 설명된 방법들에서의 다양한 단계들은 설명된 것과 다른 순서로 수행될 수 있고, 수정될 수 있고, 및/또는 조합되거나 더 분리될 수 있다. 그러므로, 청구항들은 본 명세와 일관된, 폭넓은 방식으로 해석되어야 한다.

Claims

무선 네트워크에서 허브(hub)와 이동 단말기 사이의 무선 통신을 용이하게 하기 위한 원격 라디오 모듈을 포함하는 장치로서, 상기 원격 라디오 모듈은,
상기 이동 단말기와 무선으로 통신하도록 동작 가능한 제1 트랜스시버;
코어 네트워크(core network)에 연결되는 상기 허브와 무선으로 통신하도록 동작 가능한 제2 트랜스시버; 및
메모리에 저장된 명령어들을 실행하기 위한 프로세서를 포함하고, 상기 명령어들은,
제1 반송파 주파수(carrier frequency)에서 상기 허브로부터 신호를 수신하고;
상기 신호가 상기 제1 반송파 주파수와 상이한 제2 반송파 주파수에서 상기 이동 단말기에 재송신될 수 있도록 상기 신호를 처리하기 위한 명령어들을 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 명령어들은,
상기 제2 반송파 주파수에서 상기 이동 단말기로부터 다른 신호를 수신하고;
상기 다른 신호가 상기 제1 반송파 주파수에서 상기 허브에 재송신될 수 있도록 상기 다른 신호를 처리하기 위한 명령어들을 더 포함하는 장치.
제2항에 있어서, 상기 다른 신호를 처리하기 위한 명령어들은 상기 원격 라디오 모듈에 의해 수신된 상기 다른 신호의 강도에 기초하여 적응 이득 함수(adaptive gain function)를 수행하는 것을 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 명령어들은 상기 허브로부터 송신된 제어 채널을 탐색하기 위한 명령어들을 더 포함하고, 상기 제어 채널은 상기 제1 반송파 주파수의 전이 대역(transition band) 내에 위치하는 장치.
제4항에 있어서, 상기 제어 채널은 독점적 OA&M(proprietary Operational, Alarm, and Monitor) 제어 채널을 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 트랜스시버 및 상기 제2 트랜스시버는,
4개의 송신기들 및 4개의 수신기들을 갖는 단일 라디오 ― 2개의 송신기들 및 2개의 수신기들은 상기 제1 반송파 주파수에서 상기 허브에의 백홀 연결(backhaul connection)을 위해 이용되고 2개의 송신기들 및 2개의 수신기들은 상기 제2 반송파 주파수에서 상기 이동 단말기에의 액세스 연결을 위해 이용됨 ―; 및
2개의 라디오들 및 상기 2개의 라디오들 사이의 데이터 상호 연결(data interconnection) ― 각 라디오는 2개의 송신기들 및 2개의 수신기들을 갖고, 하나의 라디오는 상기 제1 반송파 주파수에서 상기 허브에의 백홀 연결을 위해 이용되고 다른 하나의 라디오는 상기 제2 반송파 주파수에서 상기 이동 단말기에의 액세스 연결을 위해 이용됨 ―
중 하나로서 구성되는 장치.
제1항에 있어서, 유선 백홀 연결을 통해 상기 코어 네트워크에 연결된 모뎀을 더 포함하고;
상기 원격 라디오 모듈은 상기 모뎀에 연결하기 위해 구성되는 하드웨어를 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 무선 네트워크는 WiMAX 표준, LTE(Long Term Evolution) 표준, UMTS 표준, CDMA 표준, 및 GSM 표준 중 하나를 지원하는 장치.
제8항에 있어서, 상기 신호는 복수의 톤들(tones)을 갖는 OFDM 변조된 신호를 포함하고;
상기 명령어들은 상기 허브와 상기 원격 라디오 모듈 사이의 OA&M(Operational, Alarm, and Monitoring) 제어 채널을 위해 상기 톤들 중 하나 이상의 톤들을 이용하기 위한 명령어들을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 톤들은 OFDM 반송파를 이용하여 상기 표준들 중 상기 하나에 의해 지정된 논트래픽 데이터(non-traffic data)를 위해 예약되는 장치.
무선 통신 시스템으로서,
코어 네트워크에 연결된 허브; 및
복수의 원격 라디오 모듈들 ― 각 원격 라디오 모듈은,
이동 단말기와 무선으로 통신하도록 동작 가능한 제1 트랜스시버;
상기 허브와 무선으로 통신하도록 동작 가능한 제2 트랜스시버; 및
메모리에 저장된 명령어들을 실행하기 위한 프로세서를 포함하고, 상기 명령어들은,
제1 반송파 주파수에서 상기 허브로부터 신호를 수신하고;
상기 신호가 상기 제1 반송파 주파수와 상이한 제2 반송파 주파수에서 상기 이동 단말기에 재송신될 수 있도록 상기 신호를 처리하기 위한 명령어들을 포함함 -
을 포함하는 무선 통신 시스템.
제10항에 있어서, 상기 허브는 매크로-셀(macro-cell)의 기지국(BS)을 포함하고, 상기 BS는 모뎀을 이용하여 유선 백홀 연결을 통해 상기 코어 네트워크에 연결되는 무선 통신 시스템.
제10항에 있어서, 상기 허브 및 상기 복수의 원격 라디오 모듈들은 결합하여 클러스터(cluster)를 형성하고, 상기 클러스터는 상기 허브를 둘러싸는 6개의 원격 라디오 모듈들을 포함하는 무선 통신 시스템.
제11항에 있어서, 상기 클러스터는 n=3 주파수 플랜(frequency plan)을 구현하고;
상기 허브는 주파수1에서 다른 이동 단말기들에의 무선 액세스 연결을 제공하고;
상기 원격 라디오 모듈들 중 하나의 원격 라디오 모듈은 주파수2에서 상기 허브에의 무선 백홀 연결을 제공하고 주파수3에서 상기 이동 단말기에의 무선 액세스 연결을 제공하고;
상기 원격 라디오 모듈들 중 상기 하나의 원격 라디오 모듈에 인접한 다른 원격 라디오 모듈은 주파수3에서 상기 허브에의 무선 백홀 연결을 제공하고 주파수2에서 상기 이동 단말기에의 무선 액세스 연결을 제공하는 무선 통신 시스템.
제10항에 있어서, 상기 허브 및 상기 원격 라디오 모듈들 중 하나의 원격 라디오 모듈은 독점적 OA&M(proprietary Operational, Alarm, and Monitor) 제어 채널을 이용하고, 상기 OA&M 채널은,
상기 제1 반송파 주파수의 전이 대역 내의 전용 톤 또는 협대역 반송파; 및
상기 제1 반송파 주파수의 예약된 톤 또는 톤들의 세트 ― 상기 예약된 톤은 무선 통신 표준에 의해 지정된 논트래픽 데이터를 위해 예약됨 ―
중 하나를 포함하는 무선 통신 시스템.
제10항에 있어서, 상기 무선 통신 시스템은 WiMAX 표준 및 LTE(Long Term Evolution) 표준 중 하나를 지원하는 무선 네트워크를 포함하는 무선 통신 시스템.
원격 라디오 모듈을 통해 허브와 이동 단말기 사이의 무선 통신을 용이하게 하는 방법으로서,
이동 단말기와 무선으로 통신하도록 동작 가능한 제1 트랜스시버 및 상기 허브와 무선으로 통신하도록 동작 가능한 제2 트랜스시버를 갖는 상기 원격 라디오 모듈을 제공하는 단계;
제1 반송파 주파수에서 상기 허브로부터 신호를 수신하는 단계; 및
상기 신호가 상기 제1 반송파 주파수와 상이한 제2 반송파 주파수에서 상기 이동 단말기에 재송신될 수 있도록 상기 신호를 처리하는 단계
를 포함하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 허브와 상기 원격 라디오 모듈 사이에 독점적 제어 채널을 이용하는 단계를 더 포함하고, 상기 제어 채널은,
상기 제1 반송파 주파수의 전이 대역 내의 전용 톤; 및
상기 제1 반송파 주파수의 예약된 톤 ― 상기 예약된 톤은 무선 통신 표준에 의해 지정된 논트래픽 데이터를 위해 예약됨 ―
중 하나를 포함하는 방법.
제16항에 있어서,
상기 제2 반송파 주파수에서 상기 이동 단말기로부터 다른 신호를 수신하는 단계; 및
상기 다른 신호가 상기 제1 반송파 주파수에서 상기 허브에 재송신될 수 있도록 상기 다른 신호를 처리하는 단계를 더 포함하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 다른 신호를 처리하는 단계는 상기 원격 라디오 모듈에 의해 수신된 상기 다른 신호의 강도에 기초하여 적응 이득 함수를 수행하는 단계를 포함하는 방법.
제19항에 있어서, 상기 방법은 WiMAX 표준 및 LTE(Long Term Evolution) 표준 중 하나를 지원하는 무선 네트워크에서 구현되는 방법.