KR20140101729A - 가상 주파수 밴드에서 물리적 주파수 밴드로 신호를 매핑하는 기법 - Google Patents

가상 주파수 밴드에서 물리적 주파수 밴드로 신호를 매핑하는 기법 Download PDF

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용 헤
쿤 탄
하이첸 쉔
지안송 장
용구앙 장
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Abstract

실시예는 물리적 베이스밴드(예, 화이트 스페이스 주파수 밴드)의 비연속적이고 가변적인 부분에서의 송신을 위해 가상 베이스밴드 신호를 리세이핑(reshaping)하는 프로세스, 시스템 및 장치를 포함한다. 송신 경로에서, 스펙트럼 가상화 레이어는 물리적 레이어 프로토콜에 의해 생성된 송신 심볼로부터 얻어진 복수의 주파수 성분을 할당된 물리적 주파수 밴드의 서브 캐리어에 매핑한다. 스펙트럼 가상화 레이어는 매핑된 주파수 성분으로부터 얻어진 시간 도메인 신호를 출력한다. 수신 경로에서, 물리적 베이스밴드에서 수신된 시간 도메인 신호가 가상 베이스밴드의 시간 도메인 심볼을 재구성하기 위해 가상 스펙트럼 레이어에 의해 리세이핑된다.

Description

가상 주파수 밴드에서 물리적 주파수 밴드로 신호를 매핑하는 기법{MAPPING SIGNALS FROM A VIRTUAL FREQUENCY BAND TO PHYSICAL FREQUENCY BANDS}
화이트 스페이스 주파수 밴드(white space frequency band)는 텔레비전(TV) 브로드캐스팅 서비스 및 무선 마이크로폰 서비스에 할당된 주파수 밴드이나, 로컬 지역(local geographic area)에서는 사용되지 않는다. 최근 FCC(Federal Communication Commission) 규정은 라이센스되지 않은 액세스가 TV 및 무선 마이크로폰 서비스 송신(즉,주파수 밴드에 대한 "현재(incumbent)" 또는 "주요 사용자(primary user)" 액세스)과 간섭하지 않는 한도에서 미국 내의 화이트 스페이스 주파수 밴드에 대해 그러한 액세스를 허용한다. 또한, 미국이 아닌 관할지역(jurisdictions)에서도 장래에 텔레비전 주파수 밴드에 대한 액세스에 관해 유사한 규정이 실현될 수 있다. 이용가능한 화이트 스페이스 주파수 밴드는 가변 대역폭을 가질 수 있으며, 이들은 비근접 및 위치특정형일 수 있다. 이러한 특징은 화이트 스페이스 전송 네트워크를 통상적인 무선 전송 네트워크와 구별되게 한다.
통상적인 미디어 액세스 컨트롤 및 물리적 레이어 프로토콜은 일반적으로 화이트 스페이스 주파수 밴드에서의 송신을 위해 필요한 가변적인 비근접 주파수 송신을 지원할 수 없다. 신호를 이용가능한 스펙트럼에 적응시키는 통상적인 접근법은 SampleWidth, SWIFT 및 젤로(Jello)를 포함한다. SampleWidth는 베이스밴드 클록의 티킹 레이트(ticking rate)를 조절함으로써 신호의 대역폭을 변경하는데, 이는 신호의 샘플링 레이트를 변경하는 것과 동일하다. SWIFT 및 젤로는 직교 주파수 분할 신호(orthognal frequency-divisional signal)를 비연속적 스펙트럼 밴드로 분할한다.
본 요약은 상세한 설명에서 아래에 추가로 기술되는 신호 매핑 및 리세이핑에 대한 간략한 개념을 소개하기 위해 제공된다. 본 요약은 청구되는 발명의 대상의 주요 특징 또는 필수 특징을 식별하기 위한 것이 아니고, 또한 본 요약이 청구되는 발명의 대상의 결정을 돕는 것으로 사용되기 위한 것도 아니다.
실시예에서, 무선 장치는 가상 베이스밴드에서의 송신을 위해 생성된 송신 심볼을 하나 이상의 비연속적인 및/또는 가변적인 물리적 베이스밴드(예, 화이트 스페이스 주파수 밴드)의 할당된 부분에서의 송신을 위해 시간 도메인 신호로 리세이핑(reshaping)하는 스펙트럼 가상화 레이어를 포함한다. 리세이핑 프로세스는 송신 심볼의 복수의 주파수 성분을 생성하기 위한 FFT(fast Fourier transform, 고속 프리에 변환), 주파수 성분을 물리적 베이스밴드의 할당된 부분의 서브 캐리어에 매핑하는 것 및 물리적 주파수 밴드의 시간 도메인 신호를 생성하기 위해 매핑된 주파수 성분의 iFFT(inverse FFT)를 포함한다. 스펙트럼 가상화 레이어는 또한 대역폭 조정, 샘플링 레이트 조정, 및 리세이핑된 송신 신호를 물리적 베이스밴드에서 라디오 프론트엔드에 의해 송신되도록 하는 주파수 시프트 동작을 수행한다.
수신기 측에서, 신호가 물리적 베이스밴드 상의 라디오 프론트엔드에 의해 수신된다. 스펙트럼 가상화 레이어는 주파수 시프트, 대역폭 조정 및 샘플링 레이트 동작을 수신된 신호에 대해 수행한다. 이후에 스펙트럼 가상화 레이어는 수신된 신호를 리세이핑하여 송신기 측에서 PHY 레이어에 의해 생성되는 가상 베이스밴드의 심볼을 생성한다. 리세이핑은 복수의 주파수 성분을 생성하기 위한 수신 신호의 FFT, 주파수 성분을 가상 베이스벤드의 서브 캐리어에 매핑하는 것, 및 시간 도메인의 가상 베이스밴드 PHY 레이어 심볼을 생성하기 위한 매핑된 주파수 성분의 iFFT를 포함한다. 실시예에 따른 스펙트럼 가상화 레이어 및 리세이퍼는 통상적인(또는 비 통상적인) 물리적 레이어 프로토콜(예, CDMA(Carrier Division Multiple Access) 등)이 통상적인 물리적 레이어 프로토콜에 대한 변경 없이 화이트 스페이스 네트워킹을 이용하는 것을 허용한다. 이는 화이트 스페이스의 채택을 가속화할 수 있다.
상세한 설명은 첨부한 도면을 참조하여 기술된다. 도면에서, 참조 번호의 맨 왼쪽의 숫자(들)는 참조번호가 맨 처음 등장하는 도면을 나타낸다. 상세한 설명 및 도면에서 상이한 경우에 동일한 참조 번호의 사용은 유사한 또는 동일한 항목을 가리킬 수 있다.
도 1은 가상 베이스밴드에서 물리적 주파수 밴드로 신호를 리세이핑 및 전송하는 데 사용할 수 있는 예시적인 환경에 대한 개략적인 도면이다.
도 2는 리세이퍼를 포함하는 스펙트럼 가상화 모듈을 구비한 예시적인 무선 장치에 대한 블록도이다.
도 3(a)는 가상 베이스밴드의 PHY 레이어 시간 도메인 전송 심볼을 물리적 베이스밴드의 시간 도메인 심볼로 리세이핑하는 것을 나타낸다.
도 3(b)는 물리적 베이스밴드의 PHY 레이어 시간 도메인 수신 심볼을 가상 베이스밴드의 시간 도메인 심볼로 리세이핑하는 것을 나타낸다.
도 4는 실시예에 따라 스펙트럼 가상화 레이어 내의 송신 및 수신 경로를 나타낸다.
도 5는 송신 중의 리세이핑의 예시적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 6은 수신 중의 리세이핑의 예시적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
개요
전술한 바와 같이, 화이트 스페이스 밴드는 가변 대역폭을 가질 수 있고 이들은 비연속적 및 위치 특정형일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 무선 장치는 화이트 스페이스 주파수 밴드에서의 통신을 위해, 예를 들면 Wi-Fi®의 통상적인 MAC(media access control) 및 물리적 레이어(PHY) 프로토콜, 802.11 프로토콜 세트 내의 프로토콜, CDMA(code division multiple access) 기반 프로토콜, CSMA(carrier sense multiple access) 기반 프로토콜, TDMA(time division multiple access) 기반 프로토콜 등 및 이들의 조합을 사용한다. 통상적인 MAC 및 PHY 프로토콜을 사용할 수 있는 능력은, 이러한 통상적인 프로토콜이 장시간의 표준 설정 프로세스(leghthy standards-setting process)에 의해 변경될 필요가 없는 경우에 특히, 화이트 스페이스 주파수 네트워킹의 적용을 가속화할 수 있다. 그러나, 통상적인 MAC 및 PHY 프로토콜은 화이트 스페이스 네트워킹에 필요한 가변적인 또는 비연속적인 주파수 송신을 지원할 수 없고, 통상적인 MAC 및 PHY 프로토콜은 특정한 지역에서 이용가능하게 될 수 있는 화이트 스페이스 주파수 밴드와 다른 특정 주파수 밴드에서의 송신을 위한 조건(requirements)을 제시할 수 있다. 본 발명의 실시예는 통상적인 MAC 및 PHY 레이어 프로토콜이 비연속이고 가변적인 주파수 밴드를 사용하는 것을 가능하게 하는 장치 및 방법을 포함한다.
본 발명의 실시예는 스펙트럼 가상화 레이어 내의 신호 리세이퍼(signal reshaper)를 포함한다. 개념적으로, 스펙트럼 가상화 레이어는 PHY 레이어(예를 들면, 7-레이어 OSI(Open Standars Interface) 모델의 물리적(PHY) 레이어를 가리킴) 아래에 놓인다. 스펙트럼 가상화 레이어는 무엇보다도 통상적인 또는 비 통상적인 MAC 및 PHY 프로토콜에 따라 생성된 베이스밴드 신호(즉, 이러한 프로토콜에 의해 특정된 고정식 및 연속적 베이스밴드 또는 주파수 밴드에 있는 신호)를 가변적 및/또는 비연속적 가용 물리적 주파수 밴드에서의 무선 송신을 위한 신호(즉, 하나 이상의 화이트 스페이스 주파수 밴드 내의 신호)로 리세이핑하도록 구성된다. 통상적인 또는 비통상적인 MAC 및 PHY 프로토콜에 의해 특정된 주파수 밴드는 이하에서 "가상 베이스밴드" 또는 "가상 주파수 밴드"라 한다. 스펙트럼 가상화 레이어에 의해 수행되는 리세이핑(reshaping)은 MAC 및 PHY 프로토콜에 대해 투명하다(transparent). 투명 리세이핑은 MAC 및 PHY 프로토콜에 의해 생성된 신호가 MAC 및 PHY 프로토콜을 변경하지 않고서 가변 주파수 밴드에서 송신되도록 하고, 이에 따라 화이트 스페이스 네트워킹의 적용을 가속화할 수 있다. 리세이핑 프로세스에 의해 삽입된 왜곡(distortion)은 MAC 및 PHY 프로토콜 내에 존재하는 메커니즘에 의해 처리된다.
실시예에 따른 스펙트럼 가상화 모듈은 리세이퍼 모듈을 포함한다. 리세이퍼 모듈은 가용 화이트 주파수 밴드를 사용하기 위해 송신 및 수신된 신호에 대해 신호의 분해/재구성(decomposition/recomposition), 대역폭 조정, 샘플 레이트 조정(sample rate adjustment), 및 주파수 시프팅(frequency shifting, 주파수 편이)을 수행한다. 송신된 신호의 분해는 PHY 프로토콜에 의해 생성된 송신 심볼을 변환하여 송신 심볼의 주파수 성분을 생성하고, 송신 심볼의 주파수 성분을 할당된 물리적 주파수 밴드(예, 화이트 스페이스 주파수 밴드) 내의 서브 캐리어(subcarriers)에 매핑하며, 매핑된 주파수 성분을 송신을 위한 시간 도메인 송신 신호로 역변환(inverse transforming) 하는 것을 포함한다. 송신 신호는 송신을 위해 라디오 프론트엔드(radio front-end)로 전달된다.
수신된 신호의 재구성은 수신된 신호를 변환하여 수신된 신호의 주파수 성분을 생성하고, 주파수 성분을 가상 베이스밴드의 서브 캐리어에 매핑하며, 매핑된 컴포넌트를 가상 베이스밴드의 시간 도메인 심볼로 역변환하는 것을 포함한다. 재구성된 신호는 이러한 프로토콜에 따른 추가 프로세싱을 위해 상위 레이어 MAC 및 PHY 프로토콜로 전달된다.
가상 베이스밴드 대역폭이 할당된 화이트 스페이스 주파수 밴드의 합산 대역폭(agregate bandwidth)과 동일하지 않은 경우에 스펙트럼 가상화 레이어는 대역폭 조정을 사용한다. 이러한 경우에, 스펙트럼 가상화 레이어는 스케일링 팩터(scaling factor)를 사용하여 물리적 주파수 밴드의 크기를 인위적으로 증가시켜 이들의 합산 대역폭이 가상 베이스밴드의 대역폭과 동일해지도록 한다. 대역폭 조정의 이러한 측면은 분해/재구성 프로세스와 함께 수행되고, 매핑 프로세스는 주파수 성분을 인위적으로 스케일링된 물리적 주파수 대역에 매핑한다. 이어서, 시간 도메인 신호가 분해/재구성 프로세스에 의해 생성된 후에, 신호 대역폭이 물리적 주파수 밴드의 사이즈를 인위적으로 증가시키기 위해 사용되었던 것과 동일한 팩터 만큼 감소된다. 이러한 감소는 보간(interpolation), 저역 통과 필터링(low-pass filtering) 및 간축(decimation)을 포함한다. 수신기 측에서, 스펙트럼 가상화 레이어는 역 대역폭 스케일링 및 조정 동작을 수행한다.
스펙트럼 가상화 레이어에 의한 샘플링 레이트 조정은 송신 신호의 샘플링 레이트를 조정하여 무선 장치에 의해 사용되는 라디오 프론트엔드의 샘플링 레이트와 일치시킨다. 대역폭 조정의 프로세스와 유사하게, 스펙트럼 가상화 레이어는 보간 및 간축을 사용하여 샘플링 레이트를 조절한다. 수신기 측에서, 스펙트럼 가상화 레이어는 수신된 신호의 샘플링 레이트를 가상 베이스밴드의 샘플링 레이트와 일치하도록 조정하기 위해 역 동작(reverse operation)을 수행한다.
주파수 시프팅(frequency shifting)은 분해/재구성 프로세스의 매핑 부분 중에 발생하는 인위적 주파수 시프트를 보상한다. 주파수 시프팅 중에, 스펙트럼 가상화 레이어는 할당된 화이트 스페이스 주파수 범위와 일치하도록 신호 주파수를 시프트시켜 송신 신호가 물리적 베이스밴드에서 송신될 수 있도록 한다. 수신기 측에서, 스펙트럼 가상화 레이어는 수신된 신호가 리세이퍼에 의해 재구성되기 전에 인위적으로 신호 주파수를 다시 시프트시킨다.
다양한 실시예가 "화이트 스페이스" 송신, "화이트 스페이스" 네트워크, "화이트 스페이스" 기지국 및 "화이트 스페이스" 클라이언트와 관련되는 것으로 본 명세서에 설명될 수 있으나, 본 발명의 실시예가 화이트 스페이스 환경으로 제한되는 것은 아니다. 오히려, 실시예는 화이트 스페이스 네트워크를 포함하는 임의의 다양한 DSA(Dynamic Spectrum Access) 네트워크와 함께 사용 및/또는 호환될 수 있는 전송 네트워크, 기지국, 환경 및 클라이언트를 포함한다. 실시예는 설명을 위해 "화이트 스페이스" 네트워킹을 참조하나, 이러한 참조는 제한적인 방식으로 이루어져서는 안 된다.
본 명세서에 설명된 프로세스, 시스템 및 장치는 다수의 방식으로 구현될 수 있다. 예시적인 구현예가 다음의 도면을 참조하여 이하에 제공된다.
주파수 할당을 위한 예시적인 환경
도 1은 신호를 가상 베이스밴드에서 물리적 주파수 밴드로 리세이핑하는 데 사용될 수 있는 예시적인 환경에 대한 개략적인 도면이다. 환경(100)은 무선 기지국(102) 및 무선 클라이언트(104)를 포함할 수 있다. 무선 기지국(102)은 무선 기지국을 구현할 수 있는 다양한 적합한 컴퓨팅 장치 유형으로 구현될 수 있다. 적합한 컴퓨팅 장치(들)는 하나 이상의 퍼스널 컴퓨터, 서버, 서버 팜(server farms), 데이터센터, 전용 컴퓨터, 이들의 조합, 또는 무선 기지국의 일부 또는 전부를 저장 및 실행할 수 있는 임의의 다른 컴퓨팅 장치(들)를 포함하거나 이들의 일부일 수 있다.
또한, 무선 클라이언트(104)는 무선 클라이언트를 구현할 수 있는 다양한 적합한 컴퓨팅 장치 유형으로 구현될 수 있다. 적합한 컴퓨팅 장치(들)는 하나 이상의 퍼스널 컴퓨터, 서버, 서버 팜(server farms), 데이터센터, 전용 컴퓨터, 이들의 조합, 또는 무선 클라이언트의 일부 또는 전부를 저장 및 실행할 수 있는 임의의 다른 컴퓨팅 장치(들)를 포함하거나 이들의 일부일 수 있다.
물리적 베이스밴드(105)는 무선 클라이언트(104) 및 무선 기지국(102)이 서로 통신하는데 사용할 수 있는 무선 주파수 범위(들)이다. 이러한 주파수 범위는 예를 들어, 화이트 스페이스 주파수 범위를 포함할 수 있다. 무선 기지국(102) 및 무선 클라이언트(104)는 다양한 통신 연결부 및 프로토콜을 사용하여 물리적 베이스밴드(106)를 통해 서로 연결될 수 있다.
도 1의 예시적인 실시예에서, 무선 기지국(102)은 스펙트럼 매니저(108)를 포함한다. 스펙트럼 매니저(108)는 화이트 스페이스 또는 무선 기지국(102) 및 무선 클라이언트(104)의 로컬 지역에서의 사용을 위해 이용가능한 물리적 베이스밴드(106)의 다른 물리적 주파수 범위의 할당을 결정한다. 스펙트럼 매니저(108)는 예를 들면, 화이트 스페이스 파인더 서비스(도시되지 않음)와 통신하도록 그리고 로컬 지역에서의 사용을 위한 물리적 베이스밴드(106)의 물리적 주파수 범위의 할당을 화이트 스페이스 파인더 서비스로부터 수신하도록 구성될 수 있다. 스펙트럼 매니저(108)는 규제 정책(regulatory policies) 또는 송신 조건과 같은 하나 이상의 정책을 포함하고, 스펙트럼 매니저(108)는 이러한 정책에 기초하여 할당된 물리적 주파수 범위로부터 선택할 수 있다. 규제 정책의 비 제한적인 예는 경계 밴드 조건(guard bands requirements), 파워 마스크(power mask) 조건, 화이트 스페이스 주파수 밴드의 이용가능한 시간, 수용가능한 송신 전력 레벨 범위 등을 포함한다. 다른 예에서, 스펙트럼 매니저(108)는 로컬에서 이용가능한 화이트 스페이스 주파수를 결정하도록 그리고 다양한 정책에 따라 송신을 위한 하나 이상의 주파수를 선택하도록 구성된다. PCT 출원 번호 제PCT/CN2011/073647호(2011년 5월 4일 출원)의 스펙트럼 매니저 및 화이트 스페이스 파인더 서비스의 예를 참조한다. 스펙트럼 매니저(108)는 로컬 지역의 물리적 주파수 밴드의 이용가능성에 기초하여, 스펙트럼 맵(110)을 구축하고 관리한다. 스펙트럼 맵(110)은 가상 주파수 밴드를 물리적 주파수 밴드에 매핑하는 것을 포함한다.
무선 기지국(102)은 통신 모듈(112)을 포함한다. 통신 모듈(112)는 다양한 프로토콜 모듈(예, 프로토콜 모듈(114 및 116))을 포함한다. 프로토콜 모듈(114 및 116)은 미디어 액세스 컨트롤 프로토콜 MAC-114 및 MAC-116과, 물리적 레이어 프로토콜 PHY-114 및 PHY-116을 구현한다. MAC-114는 MAC-116과 다르거나 동일할 수 있고, PHY-114는 PHY-116과 다르거나 동일할 수 있다. 프로토콜 모듈(114 및 116)은 예를 들면 Wi-Fi®의 통상적인 무선 프로토콜, 802.11 프로토콜 세트 내의 프로토콜, CDMA(code division multiple access) 기반 프로토콜, CSMA(carrier sense multiple access) 기반 프로토콜, TDMA(time division multiple access) 기반 프로토콜 등 및 이들의 조합을 구현할 수 있다. 이러한 통상적인 무선 프로토콜은 그러한 프로토콜에 의해 제시되는 특정한 주파수 범위에서 송신 및 수신을 하도록 디자인될 수 있다. 이러한 특정한 주파수 범위는 본 명세서에서 가상 주파수 범위 또는 가상 베이스밴드라고 지칭된다. 실시예에 따른 무선 장치는 무선 기지국(102)보다 많거나 적은 모듈을 포함할 수 있다.
통신 모듈(112)은 스펙트럼 가상화 모듈(118)을 포함한다. 스펙트럼 가상화 모듈(118)은 리세이퍼(120), 믹서(들)(122) 및 스플리터(들)(124)를 포함한다. 리세이퍼(120)는 무엇보다도, 수신 및 송신된 시간 도메인 심볼을 스펙트럼 맵(110)에 따라 가상 베이스밴드 및 물리적 베이스밴드(106) 사이에 매핑하도록 구성되는 분해/재구성 모듈(126)을 포함한다. 분해/재구성 모듈(126)은 프로토콜 모듈(114 및 116)에 의해 생성된 시간 도메인 송신 심볼의 주파수 성분을 생성하도록 구성된다. 분해/재구성 모듈(126)은 프로토콜 모듈(114) 및 프로토콜 모듈(116) 중 하나로부터 송신 심볼을 수신하도록 구성된다. 이러한 송신 심볼은 상위 레이어 프로토콜에 따른 가상 베이스밴드에서의 송신을 위해 상위 레이어 프로토콜에 의해 생성된다. 분해/재구성 모듈(126)은 송신 심볼에 대해 M-포인트 FFT(fast Fourier transform)를 수행하고, 최종 주파수 성분을 물리적 베이스밴드(106)의 할당된 물리적 주파수 밴드의 서브 캐리어에 매핑하거나 재할당하며, N-포인트 iFFT(inverse fast Fourier transform)를 매핑된 주파수 성분에 수행하여 송신을 위한 시간 도메인 신호를 생성하도록 구성된다. 이러한 프로세스는 시간 도메인 심볼을 M개의 주파수 도메인 컴포넌트로 분해하고, M개의 주파수 도메인 컴포넌트를 물리적 베이스밴드(16)의 할당된 부분의 서브 캐리어에 매핑하며, 매핑된 M개의 컴포넌트의 N개의 시간 도메인 샘플을 생성하여 송신을 위한 시간 도메인 신호를 생성한다.
신호의 수신 시에(예를 들면, 물리적 베이스밴드(106)에서 무선 클라이언트(104)로부터), 분해/재구성 모듈(126)은 수신된 시간 도메인 신호에 N-포인트 FFT를 수행하여 N개의 주파수 성분을 생성하고, 물리적 베이스밴드(106)의 할당된 물리적 주파수 밴드에 대응하는 N개의 최종 주파수 성분 중 M개를 베이스밴드의 서브 캐리어에 매핑하며, M-포인트 iFFT를 M개의 매핑된 컴포넌트에 수행하여 가상 베이스밴드의 시간 도메인 심볼을 생성하도록 구성된다. 이러한 프로세스는 프로토콜 모듈(예를 들면 무선 클라이언트(104) 내의)에 의해 처음 생성된 심볼을 분해한다. 분해/재구성 모듈(126)은 최종 시간 도메인 심볼을 적절한 PHY 레이어(예를 들면, 프로토콜 모듈(114 및 116) 내의)로 전달하도록 구성된다. 분해/재구성 모듈(126)의 컴포넌트의 동작에 대한 보다 세부적인 내용이 본 상세한 설명의 다른 부분에 기술된다.
대역폭 스케일링 모듈(128)은 가상 베이스밴드의 대역폭이 물리적 베이스밴드(106)의 할당된 물리적 주파수 밴드의 합계 대역폭과 다른지 여부를 판정하도록 구성된다. 대역폭에 차이가 판정되면, 대역폭 스케일링 모듈(128)은 이들의 합계 대역폭이 가상 베이스밴드의 대역폭과 동일하게 되도록 할당된 물리적 주파수 밴드를 인위적으로 스케일링한다. 이러한 경우에, 분해/재구성 모듈(126)은 M개의 주파수 성분을 스케일링된 할당된 물리적 주파수 밴드의 서브 캐리어에 매핑한다. 물리적 베이스밴드의 하나 이상의 할당된 부분의 합계 대역폭의 비율(ratio)이 1:1이면, 스케일링이 필요하지 않고, 분해/재구성 모듈(126)은 M개의 주파수 성분을 스케일링되지 않은 주파수 밴드의 서브 캐리어에 매핑한다. 수신 신호의 수신 시에, 대역폭 스케일링 모듈(128)은 할당된 물리적 주파수 밴드의 합계 대역폭이 가상 베이스밴드의 대역폭과 동일하지 않다는 판정 시에 역 스케일링 동작을 수행한다. 대역폭 스케일링 모듈(128)의 동작에 관한 보다 세부적인 내용이 본 상세한 설명의 다른 부분에 기술된다.
물리적 베이스밴드(106)의 스케일링된 할당된 부분이 물리적 베이스밴드(106)의 실제 할당된 부분과 일치하지 않기 때문에, 대역폭 조정 모듈(130)은, 물리적 베이스밴드(106)의 실제 물리적 주파수 범위와 일치하도록 분해/재구성 모듈(126)에 의해 생성된 송신 신호의 대역폭을 조절함으로써 대역폭 스케일링 모듈(128)에 의해 수행되는 대역폭 조정을 보상하도록 구성된다. 따라서, 대역폭 조정 모듈(130)은 물리적 베이스밴드(106)의 할당된 물리적 주파수 밴드의 합계 대역폭이 가상 베이스밴드의 대역폭과 동일하지 않은 경우가 아니면, 대역폭 조정을 수행하지 않는다.
본 상세한 설명의 다른 부분에 더 상세하게 설명될 것과 같이, 대역폭 조정 모듈(130)은 보간, 저역 통과 필터 및 간축을 사용하여 대역폭 조정을 수행한다. 신호의 수신 시에, 대역폭 조정 모듈(130)은 송신기(예를 들면 무선 클라이언트(104), 이하에서 더 상세하게 설명됨)의 분해/재구성 모듈에 의해 생성된 송신 신호를 재구성하기 위해 역 동작(reverse operation)을 수행한다.
샘플링 레이트 조정 모듈(132)은 라디오 하드웨어(134)의 샘플링 레이트와 일치하도록 리세이퍼(120)에 의해 생성된 송신 신호의 샘플링 레이트를 조정한다. 본 상세한 설명의 다른 부분에 더 상세하게 기술될 것과 같이, 샘플링 레이트 조정 모듈(132)은 보간 및 간축을 사용하여 대역폭 조정된 시간 도메인 송신 신호를 재 샘플링한다. 신호의 수신 시에, 샘플링 레이트 조정 모듈(132)은 가상 베이스밴드의 샘플링 레이트와 일치하도록 수신된 신호의 샘플링 레이트를 조절하기 위해 역 동작을 수행한다.
주파수 시프트 모듈(136)은 분해/재구성 모듈(126)에서의 매핑 동작 중에 발생한 주파수 시프트를 보상하도록 구성된다. 본 상세한 설명의 다른 부분에 더 상세하게 기술될 것과 같이, 주파수 시프트 모듈(136)은 할당된 물리적 밴드의 스팬(span)의 중심 주파수(center frequency)와 동일한 양 만큼 송신 신호의 주파수를 시프트한다. 다른 무선 장치로부터의 수신 신호의 수신 시에, 주파수 시프트 모듈(136)은 그 범위의 중심 주파수 스펙트럼과 동일한 양 만큼 수신 신호의 주파수를 시프트한다. 주파수 시프트 모듈(136)의 동작에 대한 세부적인 내용이 본 상세한 설명의 다른 부분에 포함된다.
통신 모듈(112)은 복수의 리세이퍼를 포함할 수 있다. 이러한 리세이퍼는 프로토콜 모듈(114 및 116) 중에서 여러 모듈로부터의 송신 신호를 수신하고, 이들을 스펙트럼 맵(110)에 따라 그러한 프로토콜 모듈에 할당된 물리적 주파수 범위(range)에 매핑하도록 구성될 수 있다. 복수의 리세이퍼가 사용되는 경우에, 믹서(들)(122)는 그러한 복수의 리세이퍼로부터의 다양한 리세이핑된 신호를 이들이 라디오 하드웨어(134)로 전달되기 전에 믹싱한다. 또한, 스플리터(들)124)는 신호 수신 중의 신호 재구성을 위해 입력 신호 스트림으로부터 적합한 리세이퍼로 복수의 수신 신호를 분할하고 전달한다.
무선 클라이언트(104)는 무선 기지국(102) 내의 스펙트럼 맵(110)의 적어도 일부를 미러링하는 스펙트럼 맵(138)을 포함한다. 무선 기지국(102)은 물리적 베이스밴드(106)의 다양한 부분에서 복수의 무선 클라이언트와 통신할 수 있고, 스펙트럼 맵(138)은 단지, 무선 클라이언트(104)에 대한 전송을 위해 할당된 그러한 물리적 주파수 밴드에 대한 매핑을 정의할 수 있다.
무선 클라이언트(104)는 프로토콜 모듈(142)을 포함하는 통신 모듈(140)을 포함한다. 프로토콜 모듈(142)은 MAC-142 및 PHY-142 프로토콜을 포함한다. 프로토콜 모듈(142)은 통상적인 또는 비 통상적인 프로토콜 스택을 포함할 수 있고 이는 가상 베이스밴드 상에서 송신되도록 구성된다. 스펙트럼 가상화 모듈(144)은 리세이퍼(146), 믹서(들)(148) 및 스플리터(들)(150)를 포함한다. 리세이퍼(146)는 분해/재구성 모듈(152), 대역폭 스케일링 모듈(154), 대역폭 조정 모듈(156), 샘플링 레이트 조정 모듈(158) 및 주파수 시프트 모듈(160)을 포함한다. 스펙트럼 가상화 모듈(144)의 이러한 특징은 무선 기지국(102)의 스펙트럼 가상화 모듈(118)의 여러 특징과 동일하거나 유사하다. 라디오 하드웨어(162)는 믹서(들)(148) 및 스플리터(들)(150)와 동작가능하게 연결되고, 물리적 베이스밴드(106)를 통해 신호를 송신 및 수신하도록 구성된다.
스펙트럼 가상화 모듈(118 및 144)은 통상적인 무선 프로토콜에 대한 변경을 하지 않고도 물리적 베이스밴드(106) 내의 할당된 물리적 밴드에서 통상적인 무선 프로토콜이 통신하는 것을 가능하게 하도록 함께 동작한다. 무선 신호의 투명한 리세이핑(transparent reshaping)은 통상적인(또는 비 통상적인) 프로토콜이 그러한 통상적인(또는 비 통상적인) 프로토콜에 대한 변경을 행할 필요 또는 비연속적이고 가변적인 주파수 밴드를 사용할 수 있는 새로운 무선 프로토콜을 적용할 필요가 없이 화이트 스페이스 네트워킹을 사용하는 것을 가능하게 함으로써 화이트 스페이스 주파수 전송의 채택을 촉진(spur)할 수 있다.
예시적인 무선 장치
도 2는 리세이퍼를 포함하는 스펙트럼 가상화 모듈을 구비한 예시적인 무선 장치의 블록도이다. 무선 장치(200)는 무선 장치를 구현할 수 있는 임의의 적합한 컴퓨팅 장치로서 구성될 수 있다. 다양한 비제한적인 예에 따르면, 적합한 컴퓨팅 장치는 퍼스널 컴퓨터(PC), 서버, 서버 팜(server farms), 데이터센터, 전용 컴퓨터, 이들의 조합, 또는 무선 장치 서비스의 일부 또는 전부를 저장 및 실행할 수 있는 임의의 다른 컴퓨팅 장치(들)를 포함할 수 있다.
하나의 예시적인 구성에서, 무선 장치(200)는 하나 이상의 프로세서(202) 및 메모리(204)를 포함한다. 또한, 무선 장치(200)는 예를 들면, 화이트 스페이스 파인더 서비스와 같은 다양한 장치와의 통신을 가능하게 하는 통신 연결부(들)를 포함할 수 있다. 또한, 무선 장치(200)는 키보드, 마우스, 펜, 보이스 입력 장치, 터치 입력 장치 등과 같은 하나 이상의 입력 장치(208)와, 디스플레이, 스피커, 프린터 등과 같은 하나 이상의 출력 장치(210)(이들은 프로세서(들)(202) 및 메모리(204)에 통신가능하게 연결됨)를 포함할 수 있다.
무선 장치(200)는 라디오 하드웨어(212)를 포함한다. 라디오 하드웨어(212)는 화이트 스페이스 라디오 프론트엔드 보드(board) 또는 다른 라디오 하드웨어로서 구현될 수 있다. 라디오 하드웨어(212)는 하나 이상의 라디오 송수신기(214)를 포함하고, 이는 RF(radio frequency) 프론트엔드(216) 및 안테나(들)(218)를 포함한다. 라디오 하드웨어(212)는 프로세서(들)(202) 및 메모리(204)에 통신가능하게 연결될 수 있다.
메모리(204)는 프로세서(들)(202) 상에 로딩 가능하고 실행가능한 소프트웨어 명령어 및 이러한 프로그램의 실행 중에 생성 및/또는 이러한 프로그램과 함께 사용가능한 데이터를 저장할 수 있다. 설명되는 예에서, 메모리(204)는 운영체제(220), 통신 모듈(222) 및 스펙트럼 매니저(224)를 저장한다. 운영체제(220)는 무선 장치(200)의 베이직 시스템 기능을 제공하고, 무엇보다도 무선 장치(200)의 다른 프로그램 및 모듈의 동작을 위해 제공된다.
통신 모듈(222)은 라디오 신호를 물리적 베이스밴드를 거쳐 하나 이상의 다른 무선 장치에 송신하기 위해 라디오 하드웨어(212)와 상호작용하도록 구성된다. 스펙트럼 가상화 모듈(226)은 도 1의 스펙트럼 가상화 모듈(118) 및 스펙트럼 가상화 모듈(144) 중 하나 이상과 동일할 수 있다. 스펙트럼 가상화 모듈(226)은 무선 송신 프로토콜 모듈(228)과 상호작용하도록 구성된다. 프로토콜 모듈(228)은 도 1의 프로토콜 모듈(114, 116 및 142) 중 하나 이상과 동일할 수 있다. 스펙트럼 가상화 모듈(226)은 프로토콜 모듈(228)에 가상 베이스밴드를 제시하고, 출력되는(outgoing) 가상 베이스밴드 신호를 라디오 하드웨어(212) 상에서의 송신을 위한 물리적 베이스밴드 신호로 리세이핑하며, 입력되는 물리적 베이스밴드 신호를 리세이핑하도록 구성된다. 이는 통상적인(또는 비 통상적인) PHY 프로토콜이 변경되지 않고 화이트 스페이스 전송을 위해 사용되는 것을 가능하게 한다.
스펙트럼 가상화 모듈(226)은 리세이퍼 모듈(230)을 포함하고, 이는 도 1의 리세이퍼(120) 및 리세이퍼(146) 중 하나 이상과 동일할 수 있다. 스펙트럼 가상화 모듈(226)은 또한 믹서(들)(232) 및 스플리터(들)(234)를 포함한다.
스펙트럼 매니저(224)는 이용가능한 화이트 스페이스 물리적 송신 주파수 밴드에 관한 정보를 요청하고 수신하도록 구성될 수 있다. 스펙트럼 매니저(224)는 도 1의 스펙트럼 매니저(108)와 동일할 수 있다.
도 3(a)는 가상 베이스밴드(즉, 가상 송신 밴드)의 PHY 레이어 시간 도메인 송신 심볼을 물리적 베이스밴드의 시간 도메인 심볼로 리세이핑하는 것을 도시한다. 송신 경로 Tx는 이후에 스펙트럼 가상화 레이어에 의해 수신되는 가상 베이스밴드의 시간 도메인 심볼(300)을 생성하는 PHY 레이어로 시작된다. 스펙트럼 가상화 레이어의 리세이퍼에서, M-포인트 FFT(302)가 시간 도메인 심볼(300)의 개별적인 심볼에 대해 수행되어 시간 도메인 심볼(300)의 M개의 주파수 성분을 생성한다. 값 M은 주파수 분해의 분해능(resolution)을 결정한다. PHY 레이어가 가상 베이스밴드의 C개의 서브 캐리어를 포함하는 멀티 캐리어 변조된 PHY인 경우에, M은 C보다 크거나 동일하게 설정된다. M이 C보다 작으면, 리세이핑 동작은 캐리어 간 간섭(inter-carrier interference)을 삽입할 가능성이 있다. 다르게 설명하면, M이 매우 큰 경우에는, 리세이퍼의 FFT 및 iFFT 동작은 FFT 동작의 계산 복잡성이 증가함에 따라 불필요한 오버헤드(overhead)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서, M은 다음의 식에 따라 선택될 수 있다.
Figure pct00001
Mmin은 최소 분해능을 규정한다. 예를 들어, 다양한 실시예에서 Mmin은 64와 동일하다.
매핑 모듈(306)은 M개의 주파수 성분(304)를 물리적 주파수 밴드(308)의 스케일링되거나 스케일링되지 않은 할당된 부분의 서브 캐리어에 매핑한다(할당된 부분은 도 3(a)에 빗금친 부분으로 도시됨). N-포인트 iFFT(310)가 M개의 매핑된 주파수 성분에 대해 수행되어 물리적 주파수 밴드 내의 송신을 위한 믹싱된 서브 스트림의 시간 도메인 신호(312)를 생성한다. N은 N개의 서브 캐리어의 최종 개수가 물리적 주파수 밴드 전부를 커버하도록 충분히 크게 선택된다. bv가 가상 베이스밴드의 폭이고 bs가 물리적 주파수 밴드(308)의 할당된 부분의 합계된 대역폭이며 bspan이 물리적 주파수 밴드(308)의 스팬의 폭이면, bs = bv 인 경우에, N은 다음 방정식을 만족한다.
Figure pct00002
다양한 실시예에서, N은 이러한 방정식을 만족하는 2의 최소 거듭제곱(smallest power)이 되도록 선택된다. 이러한 방식으로 N을 선택하는 것은 계산을 쉽게 한다.
N개의 서브 캐리어를 물리적 주파수 밴드(308)의 할당된 부분에 매핑하기 위해, 각각의 할당된 부분은 - fspan 만큼 시프트될 것이고, 여기서 fspan은 물리적 주파수 밴드(308)의 스팬인 Bspan의 중심 주파수이다. 따라서, 각각의 물리적 밴드
Figure pct00003
가 (- fspan) 만큼 시프트되어
Figure pct00004
가 된다. 서브 캐리어는 임의의
Figure pct00005
에 의해 커버되는 경우에 이용가능하다. 이용가능한 서브 캐리어는 베이스밴드 신호의 주파수 성분에 매핑될 수 있다. 적어도 M개의 이용가능한 서브 캐리어가 물리적 주파수 밴드(308)의 할당된 부분에 존재한다.
다양한 실시예에서, PHY 심볼의 샘플 K의 수가 M과 다를 수 있다. 단일 캐리어 PHY에 대해, K는 보통 M보다 작다. 다중 캐리어 PHY에 대해, PHY 레이어에서 주기적 전치부호(cyclic-prefix)의 사용으로 인해 K는 보통 M보다 크다. 시간 도메인 심볼의 분해를 수행하는 것(M-포인트 FFT 및 N-포인트 iFFT를 포함함)은
Figure pct00006
의 팩터 만큼 신호 대역폭을 확대한다. 동시에, 분해는 심볼의 K개의 샘플을
Figure pct00007
개의 샘플로 변환한다.
K가 M보다 작거나 같으면, 리세이퍼는 M-포인트 FFT를 수행하기 전에 제로(zeros)를 K개의 샘플에 패딩(padding)한다. 디지털 신호 처리 이론에 따르면, 시간 도메인에서의 제로 패딩은 신호의 주파수 응답을 변경하지 않는다. 매핑 및 N-포인트 iFFT 동작 후에, 첫 번째
Figure pct00008
개의 샘플이 출력되고, 리세이퍼는 나머지 샘플을 잘라낸다. 나머지 샘플은 이들이 현저하지 않기 때문에 제거된다.
K가 M보다 크면, 리세이퍼가 M-포인트 FFT를 모든 M개의 샘플에 대해 수행한다. 나머지 샘플의 수는 L = K - M이다. 추가적인 M-포인트 FFT(도시되지 않음)가 (K - M)번째 샘플에서 K번째 샘플까지 수행된다. (M - L)개의 샘플 만큼의 FFT 윈도우의 이러한 인위적인 시프트는 주파수 도메인에서의 위상 회전(phase rotation)을 일으킨다. 리세이퍼는 N-포인트 iFFT(310)를 수행하기 전에 이를 보상한다. 보상은 대응하는 서브 캐리어에 대한 값의 위상의 회전에 의해 수행된다. 예를 들어, 주파수 성분(i)가 서브 캐리어(j)에 할당되었으면, 서브 캐리어(j)에서의 샘플이
Figure pct00009
의 팩터와 곱해진다. N-포인트 iFFT(310)를 수행한 후에, 마지막 그룹의 샘플이 자신의 이전 그룹과
Figure pct00010
개의 샘플 만큼 겹쳐질 것이다.
Figure pct00011
의 샘플에 대한 평균이 출력으로 취해진다.
도 3(b)는 물리적 베이스밴드의 PHY 레이어 시간 도메인 수신 심볼을 가상 베이스밴드(즉, 가상 수신 밴드)의 타임 도메인 심볼로 리세이핑하는 것을 도시한다. 수신 경로 Rx는 믹싱된 서브 스트림의 수신 신호의 시간 도메인 신호(312)를 수신하는 스펙트럼 가상화 레이어로 시작된다. N-포인트 FFT(314)가 시간 도메인 신호(312)에 수행되어 수신 신호의 N개의 주파수 성분(316)를 생성한다. 매핑 모듈(318)은 물리적 주파수 밴드(308)의 할당된 부분의 서브 캐리어로부터의 N개의 주파수 성분 중 M개의 컴포넌트를 가상 스펙트럼 밴드(320)의 서브 캐리어에 매핑한다. 따라서, N개의 주파수 성분의 일부(예를 들어, 도 3(b)에 빗금친 주파수 성분)는 가상 스펙트럼 밴드(320)에 매핑될 수 없고, 이들 매핑되지 않은 주파수 성분은 물리적 주파수 밴드(308)의 할당되지 않은 부분으로부터의 신호에 대응한다. M-포인트 iFFT(322)가 가상 베이스밴드의 M개의 매핑된 주파수 성분에 대해 수행되어 가상 베이스밴드의 시간 도메인 심볼을 재구성하고, 이들은 이후에 스펙트럼 가상화 레이어에 의해 PHY 레이터 프로토콜에 전달된다.
가상 베이스밴드 시간 도메인 심볼의 샘플의 수 K가 M보다 큰 경우에, 리세이퍼는
Figure pct00012
만큼 신호 대역폭을 감소시킬 것이다. 따라서, 수신 경로 Rx에서, 리세이퍼는 물리적 밴드로부터 K개의 샘플을 취하고
Figure pct00013
개의 가상 베이스밴드 샘플을 재생성한다.
본 상세한 설명의 다른 부분에 언급한 바와 같이, 리세이퍼는 bs(물리적 주파수 밴드의 합계된 대역폭)가 bv(가상 대역폭)보다 작을 때마다 물리적 주파수 밴드를 스케일링한다. 송신 리세이퍼는
Figure pct00014
의 팩터 만큼 물리적 주파수 대역폭을 스케일링한다. 따라서, 스케일링된 물리적 주파수 밴드(
Figure pct00015
)의 합계된 대역폭은 bv와 같다. 스케일링이 수행될 때마다, 전술한 분해/재구성 동작이 이러한 스케일링된 대역폭을 사용하여 수행된다. 본 상세한 설명의 다른 부분에 기술된 바와 같이, 대역폭 조정은 송신 전에 이러한 스케일링을 보상할 것이다.
도 4는 실시예에 따라 스펙트럼 가상화 레이어 내의 송신 및 수신 경로를 도시한다. 송신 경로 Tx에서, PHY 레이어(400)는 분해/재구성 모듈(402)로 송신 심볼을 전달한다. M-포인트 FFT(404)가 송신 심볼에 대해 수행되어 M개의 주파수 성분을 생성한다. 서브 캐리어 매핑(406)은 M개의 주파수 성분을 물리적 주파수 밴드의 스케일링되거나 스케일링되지 않은 할당된 부분의 서브 캐리어에 매핑하도록 수행된다. 소정의 경우(예를 들어, bs(물리적 주파수 밴드의 합계된 대역폭)가 bv(가상 대역폭)보다 작은 경우)에, 대역폭 스케일링(408)은
Figure pct00016
의 팩터 만큼 물리적 주파수 대역폭의 할당된 부분을 스케일링한다. 주파수 성분이 매핑되었으면, N-포인트 iFFT(410)가 매핑된 주파수 성분에 대해 수행되어 (스케일링되거나 스케일링되지 않은) 물리적 주파수 대역의 시간 도메인 송신 신호를 생성한다.
대역폭 조정 모듈(412)은 분해/재구성 모듈(402)로부터 송신 신호를 수신하고, 대역폭 조정(414)을 수행하여 대역폭 스케일링(408)에 의해 수행된 대역폭 스케일링을 보상한다. 대역폭 스케일링(408)이 팩터
Figure pct00017
만큼 물리적 주파수 밴드를 스케일링하는 경우에, 대역폭 조정(414)은
Figure pct00018
만큼 신호의 대역폭을 감소시킨다. 신호의 대역폭을 감소시키기 위해, 제로 패딩 샘플이 신호에 추가된다. 구체적으로,
Figure pct00019
번 이상의 샘플이 신호에 추가되어
Figure pct00020
만큼 대역폭을 감소시킨다. 이는 보간 및 간축에 의해 이루어질 수 있다. 특히,
Figure pct00021
인 경우에, k 및 l이 정수이면, 다음의 단계가 취해진다:
1. 제로 패딩이 수행된다. 각각의 샘플에 대해 k-l개의 제로가 패딩됨.
2. 저역 통과 필터링이 수행된다. 저역 통과 필터가 제로 패딩된 샘플에 적용되어 고주파수 신호 이미지(high-frequency signal image)를 제거함.
3. 간축이 수행된다. 최종 신호를 획득하기 위해 모든 l 번째 샘플이 픽업됨.
샘플링 레이트 조정 모듈(416)은 대역폭이 조정된 송신 신호를 수신하고 샘플링 레이트 조정(418)을 수행하여 대역폭이 조정된 시간 도메인 송신 심볼의 샘플링 레이트를 RF 프론트엔드(20)의 샘플링 레이트와 일치하도록 조정한다. 샘플링 레이트 조정(418)은 RF 프론트엔드(420)의 실제 샘플링 레이트를 사용하여 송신 심볼을 재 샘플링한다. 샘플링 레이트 조정(418)은 보간 및 간축을 포함한다. 예를 들어, fs가 대역폭 조정(414) 후의 샘플링 레이트인 경우에, fr은 RF 프론트엔드(420)의 실제 샘플링 레이트이고, fLCM은 fs 및 fr 모두의 최소 공배수(least common multiple)이고, 보간은
Figure pct00022
의 제로 샘플을 신호에 패딩하고 이미징을 제거하기 위해 신호를 저역 통과 필터에 통과시킴으로써 달성된다. 이후에, 패딩된 신호가
Figure pct00023
에 의해 간축되어 fr의 바람직한 샘플링 레이트를 가진 최종 신호가 얻어진다. 대역폭 조정(414) 및 샘플링 레이트 조정(418)은 보간 및 간축의 동일한 디지털 신호 처리 동작을 사용하기 때문에, 실시예에서 이들은 계산을 줄이도록 결합된다.
주파수 시프트 모듈(422)은 샘플링 레이트가 조정된 대역폭 조정 시간 도메인 송신 신호를 수신하고, 주파수 시프트(424)를 수행하여 서브 캐리어 매핑(406)에 의해 초래된 주파수 시프트를 보상한다. N-포인트 iFFT(410)에 의해 생성된 신호는 제로에 중심이 있다. 따라서, 서브 캐리어 매핑(406)은 물리적 밴드를 인위적으로 - fspan 만큼 시프트하고, 여기서 fspan은 할당된 물리적 밴드의 범위 Bspan의 중심 주파수이다. 주파수 시프트(424)는 신호가 물리적 베이스밴드의 실제 할당된 부분에서 송신되게 하도록 이를 보상한다. 주파수 시프팅은 디지털 샘플 {xi}를
Figure pct00024
의 팩터로 곱하는 것을 포함하고, 여기서 j는 허수 단위이고, fh는 시프트되는 주파수의 양(Hz 단위)이며, i는 샘플의 인덱스이다.
샘플링 레이트가 조정되고 대역폭이 조정되며, 주파수가 시프트된 시간 도메인 송신 신호가 필요에 따라(예를 들면, 다른 리세이퍼가 PHY 레이어(400) 이외의 다른 PHY 레이어로부터의 송신 심볼을 리세이핑하는 데 사용되는 경우에) 믹서(426)에 의해 스펙트럼 가상화 레이어의 다른 리세이퍼(도시되지 않음)로부터의 다른 송신 신호와 믹싱된다. RF 프론트엔드(420)는 믹싱된 송신 신호를 수신하고 이를 안테나(428)를 통해 물리적 베이스밴드에서 송신한다.
수신 경로 Rx에서, 수신 신호가 안테나(430)(안테나(428)와 동일할 수 있음)에 의해 픽업되고, RF 프론트엔드(432)(RF 프론트엔드(420)와 동일한 RF 프론트엔드일 수 있음)로 전달된다. 수신 신호는 복수의 수신 신호를 분할하고 이를 다양한 리세이퍼로 전달하는 스플리터(434)에 전달된다. 분할된 신호 중 하나가 주파수 시프트(436)를 수행하는 주파수 시프트 모듈(422)에 전달된다. 주파수 시프트(436)는 주파수 시프트(424)에서 일어나는 시프트 동작의 역이다. 신호가 - fspan 만큼 시프트된다.
샘플링 레이트 조정 모듈(416)은 주파수 시프트된 신호를 수신하고, 샘플링 레이트 조정(438)을 수행하여 신호의 샘플링 레이트를 가상 베이스밴드의 샘플링 레이트와 일치하도록 조정한다. 여기에서 샘플링 레이트 조정(418)에 의해 수행되는 동작의 역동작이 수행된다. 샘플링 레이트가 조정된 신호가 대역폭 조정 모듈(412)에 전달되고, 대역폭 조정 모듈은는 대역폭 조정(440)을 수행하여 대역폭 스케일링(408)이 재구성 프로세스 중에 물리적 주파수 밴드를 인위적으로 스케일링할 것이라는 사실에 대한 보상을 하도록 대역폭을 조정한다. 여기에서 샘플링 레이트 조정(414)에 의해 수행되는 동작의 역동작이 수행된다. 대역폭 조정(440)은 bs(물리적 주파수 밴드의 합계된 대역폭)가 bv(가상 대역폭)보다 작은 경우에만 이루어진다.
분해/재구성 모듈(402)은 주파수가 시프트되고 샘플링 레이트가 조정된 대역폭 조정 신호를 수신하고, N-포인트 FFT(442)를 수행하여 N개의 주파수 도메인 컴포넌트를 생성한다. 물리적 베이스밴드의 (스케일링되거나 스케일링되지 않은) 할당된 부분에 대응하는 N개의 주파수 성분 중 M개의 주파수 성분을 가상 베이스밴드의 서브 캐리어에 매핑한다. 매핑된 M개의 주파수 성분은 M-포인트 iFFT(446)에 전달되어 가상 베이스밴드의 시간 도메인 심볼이 생성된다. 가상 베이스밴드 시간 도메인 심볼은 이후에 PHY(448)(PHY 레이어(400)와 동일할 수 있음)로 전달된다.
송신 중의 예시적인 리세이핑 프로세스
도 5는 송신 중의 리세이핑의 예시적인 프로세스(500)를 나타내는 흐름도이다. PHY 레이어는 가상 베이스밴드의 송신 심볼을 생성한다(블록(502)). 실시예에서, (예를 들면, PHY 레이어가 통상적인 무선 프로토콜의 일부인 경우에) 가상 주파수 밴드는 연속적이고 비 가변적일 수 있다.
스펙트럼 가상화 레이어가 송신 심볼을 수신하고, 심볼의 변환을 수행하여 복수의 주파수 성분을 획득할 수 있다(블록(504)). 변환은 M개의 주파수 성분을 생성하는 M-포인트 FFT일 수 있다. M은 FFT 프로세스의 분해능이고, 사전지정된 값(예, 64) 또는 가상 주파수 밴드의 서브 캐리어의 수 중 더 큰 것이다.
bs(물리적 주파수 밴드의 합계된 대역폭)가 bv(가상 대역폭)보다 작은 경우에(블록(506)), 스펙트럼 가상화 레이어는 할당된 물리적 주파수 밴드의 대역폭을 인위적으로 스케일링 한다(블록(508)). 스펙트럼 가상화 레이어는 하나 이상의 할당된 물리적 주파수 밴드를 팩터 α(이는 하나 이상의 할당된 물리적 주파수 밴드와 가상 주파수 밴드의 가상 대역폭의 비율(ratio)에 의해 적어도 부분적으로 결정됨) 만큼 스케일링한다.
스펙트럼 가상화 레이어는 송신 심볼의 주파수 성분을 하나 이상의 할당된 물리적 주파수 밴드 중 스케일링되거나 스케일링되지 않은 것의 서브 캐리어에 매핑한다(블록(510)). 매핑 프로세스는 하나 이상의 할당된 물리적 주파수 밴드를 - fspan과 동일한 양 만큼 주파수 시프트하는 것을 포함하고, 여기서 fspan은 할당된 물리적 밴드의 스팬인 Bspan의 중심 주파수이다.
스펙트럼 가상화 레이어는 복수의 주파수 성분에 대해 역 변환(inverse transformation)을 수행하여 송신을 위한 시간 도메인 신호를 생성한다(블록(512)). 실시예에서, 스펙트럼 가상화 레이어는 매핑된 M개의 주파수 성분에 대해 N-포인트 iFFT를 수행한다. 본 상세한 설명의 다른 부분에 언급한 바와 같이, N은 적어도 가상 대역폭과 연관된 합계 물리적 대역폭의 함수인 비율(ratio)과 곱해진 M 만큼 크다.
물리적 주파수 밴드가 bs(물리적 주파수 밴드의 합계된 대역폭)가 bv(가상 대역폭)보다 작다는 사실을 보상하기 위해 팩터 α만큼 스케일링된 경우에(블록(514)), 스펙트럼 가상화 레이어는 시간 도메인 신호의 대역폭을 팩터 α만큼 조정한다(블록(516)). 이러한 조정은 보간(신호 샘플의 제로 패딩), 저역 통과 필터링 및 간축의 디지털 신호 처리 단계를 포함한다.
스펙트럼 가상화 레이어는 송신 신호의 샘플링 레이트를 라디오 프론트엔드의 샘플링 레이트와 일치하도록 조정한다(블록(518)). 샘플링 레이트 조정은 보간 및 간축을 포함한다. 대역폭 조정 및 샘플링 레이트 조정은 유사한 디지털 신호 처리 동작을 사용하기 때문에, 실시예는 두개의 프로세스를 결합하여 계산의 오버헤드를 줄일 수 있다.
스펙트럼 가상화 레이어는 샘플링 레이트 조정된 신호의 주파수를 시프트하여 매핑 프로세스 중에 발생한 주파수 시프트를 보상한다(블록(520)). 주파수를 시프트하는 것은 신호의 디지털 샘플 {xi}을
Figure pct00025
의 팩터와 곱하는 것을 포함한다.
라디오 프론트엔드는 송신 신호를 물리적 베이스밴드에서 송신한다(블록(522)). 따라서, PHY 레이어 송신 심볼(연속적인, 고정된 가상 베이스밴드 상에서 생성됨)은 물리적 베이스밴드의 비 연속적이고 가변적인 할당된 부분에서 송신된다.
수신 중의 예시적인 리세이핑 프로세스
도 6은 수신 중에 리세이핑에 대한 예시적인 프로세스(600)를 도시하는 흐름도이다. 라디오 프론트엔드는 물리적 베이스밴드에서의 신호를 수신한다(602). 물리적 베이스밴드는 하나 이상의 무선 장치에 의한 송신을 위해 할당된 하나 이상의 비 연속적인 부분을 포함할 수 있다. 무선 장치는 통상적인 PHY 레이어 프로토콜(이는 물리적 베이스밴드와 다른 고정된, 연속적인 가상 주파수 밴드의 심볼을 수신할 것으로 예상됨)을 이용할 수 있다. 무선 장치는 또한 스펙트럼 가상화 레이어를 사용하여 물리적 스펙트럼 밴드로부터 가상 주파수 밴드로 입력되는 신호를 매핑한다.
스펙트럼 가상화 레이어의 주파수 시프트 모듈은 할당된 물리적 주파수 밴드의 주파수를 시프트한다(블록(604)). 이러한 주파수 시프트는 이후에 수신 경로에서의 리매핑 동작 중에 발생한 주파수 시프트를 보상한다. 주파수는 하나 이상의 할당된 물리적 주파수 밴드의 스팬의 중심 주파수의 음의 값(negative)과 동일한 양 만큼 주파수 시프트 모듈에 의해 시프트된다.
샘플링 레이트 조정 모듈은 수신된 신호의 샘플링 레이트를 가상 베이스밴드의 샘플링 레이트와 일치하도록 조정한다(블록(606)). 여기에서의 동작은 도 5의 블록(518)에 관하여 수행되는 동작의 역이다.
bs(물리적 주파수 밴드의 합계된 대역폭)가 bv(가상 대역폭)보다 작은 경우에(블록(608)), 대역폭 조정 모듈은 팩터 α만큼 신호의 주파수를 스케일링하여 bs가 bv와 동일해지도록 한다(블록(610)). 여기에서의 동작은 도 5의 블록(516)에 관하여 수행되는 동작의 역이다.
리세이퍼는 주파수가 시프트되고 샘플링 레이트가 조정된 대역폭 조정된 신호를 획득하고, 신호의 시간 도메인 샘플에 대한 변환을 수행하여 신호의 복수의 주파수 성분을 생성한다(블록(612)). 리세이퍼는 신호에 대해 N-포인트 FFT를 수행하여 N개의 주파수 성분을 생성할 수 있다.
신호의 대역폭이 대역폭 조정 모듈에 의해 팩터 α만큼 조정된 경우에(블록(614)), 리세이퍼는 인위적으로 물리적 주파수 밴드를 동일한 팩터 α만큼 스케일링할 것이다(블록(616)). 대역폭 스케일링은 수신 신호의 주파수 성분이 가상 주파수 밴드의 서브 캐리어에 매핑되는 것을 가능하게 한다.
스펙트럼 가상화 레이어는 주파수 성분을 가상 주파수 밴드의 서브 캐리어에 매핑한다(블록(618)). 물리적 베이스밴드의 할당된 부분에 대응하는, N-포인트 FFT에 의해 생성된 N개의 주파수 성분 중 M개가 가상 베이스밴드의 서브 캐리어에 매핑된다. 매핑 프로세스는 하나 이상의 할당된 물리적 주파수 밴드를 - fspan과 동일한 양 만큼 주파수 시프트하는 것을 포함하고, 여기서 fspan은 할당된 물리적 밴드의 스팬인 Bspan의 중심 주파수이다.
스펙트럼 가상화 레이어는 매핑된 주파수 성분에 대해 역 변환(inverse transformation)을 수행하여 가상 주파수 밴드의 시간 도메인 심볼을 생성한다(블록(620)). 스펙트럼 가상화 레이어는 매핑된 M개의 주파수 성분에 대해 M-포인트 iFFT를 수행하여 시간 도메인 심볼을 생성한다. M은 송신기 및 수신기 모두에서 동일하기 때문에, 수신기에서의 리세이퍼는 송신된 PHY 심볼의 프레임 사이즈를 유지할 수 있고, 이에 따라 송신기에서 PHY 레이어에 의해 생성된 심볼을 재생성한다.
스펙트럼 가상화 레이어는 재구성된 시간 도메인 심볼을 가상 주파수 밴드의 PHY 레이어에 전달한다(블록(622)). 리세이핑 프로세스에 의해 발생된 임의의 왜곡은 통상적인 PHY 프로토콜에서 이용가능한 메커니즘에 의해 처리된다.
컴퓨터 판독가능 매체
사용되는 컴퓨팅 장치의 구성 및 유형에 따라, 도 2의 무선 장치(200)의 메모리(204)는 휘발성 메모리(예, RAMRAM(random-access memory)) 및/또는 비휘발성 메모리(예, ROM(read-only memory), 플래시 메모리 등)를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(204)는 추가적인 이동식 저장장치 및/또는 비 이동식 저장장치를 포함할 수 있고, 이는 비 제한적인 예로서, 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 및 무선 장치(200)를 위한 다른 데이터를 저장할 수 있는, 플래시 메모리, 자기 저장부, 광학 저장부 및/또는 테이프 저장부를 포함한다.
메모리(204)는 컴퓨터 판독가능 매체의 예이다. 컴퓨터 판독가능 매체는 적어도 두 가지 유형의 컴퓨터 판독가능 매체, 즉 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 포함한다.
컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 소프트웨어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 프로세스 또는 기법으로 구현되는 휘발성 및 비휘발성, 이동식 및 비 이동식 매체를 포함한다. 컴퓨터 저장 매체는 PRAM(phase change memory), SRAM(static random-access memory), DRAM(dynamic randomaccess memory), 다른 유형의 RAM(random-access memory), ROM(read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), 플래시 메모리 또는 다른 메모리 기법, CD-ROM(compact disk read-only memory), DVD(digital versatile disks), 또는 다른 광학 저장부, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장부 또는 다른 자기 저장 장치, 컴퓨팅 장치에 의한 액세스를 위해 정보를 저장하는 데 사용될 수 있는 임의의 다른 비 전송 매체를 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다.
대조적으로, 통신 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 다른 데이터를 반송파와 같은 변조된 데이터 신호 또는 다른 송신 메커니즘에 구현할 수 있다. 본 명세서에 설명된 것과 같이, 컴퓨터 저장 매체는 통신 매체를 포함하지 않는다.
결론
본 발명이 구조적 특징부 및/또는 방법의 단계들에 특정된 언어로 기재되었지만, 본 발명은 기재된 구체적인 특징부 또는 단계에 한정되는 것이 아니다. 오히려, 구체적인 특징부 및 단계는 본 발명을 구현하는 예시적 형태로서 개시된 것이다.

Claims (10)

  1. 무선 장치의 스펙트럼 가상화 모듈에 의해, 가상 주파수 밴드에서의 송신을 위해 상기 무선 장치의 무선 프로토콜 모듈에 의해 생성된 송신 심볼로부터 획득된 복수의 주파수 성분을 하나 이상의 할당된 물리적 주파수 밴드와 연관된 서브 캐리어에 매핑(mapping)하는 단계와,
    상기 스펙트럼 가상화 모듈에 의해, 매핑된 상기 복수의 주파수 성분으로부터 획득된 시간 도메인 샘플(time-domain samples)을 포함하는 송신 신호를 출력하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스펙트럼 가상화 모듈에 의해, M-포인트 FFT(M-point fast Fourier transform)를 상기 송신 심볼에 대해 수행하여 상기 복수의 주파수 성분을 획득하는 단계와,
    상기 스펙트럼 가상화 모듈에 의해, N-포인트 iFFT(N-point inverse fast Fourier transform)를 상기 매핑된 복수의 주파수 성분에 대해 수행하여 상기 송신 신호의 시간 도메인 샘플을 획득하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가상 주파수 밴드는 가상 대역폭을 가지고,
    상기 하나 이상의 할당된 물리적 주파수 밴드는 물리적 베이스밴드(physical baseband)의 일부이며,
    상기 방법은, N이 상기 가상 대역폭 및 상기 물리적 베이스밴드의 스팬(span)의 함수인 비율(ratio)의 M배 이상이 되도록 선택하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    M이 상기 가상 주파수 밴드의 가상 서브 캐리어의 수 이상이 되도록 선택하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  5. 프로세서와,
    물리적 베이스밴드에서의 무선 송신 및 수신을 하도록 구성되는 라디오 프론트엔드(radio front-end)와,
    상기 프로세서에 의해 실행가능하고, 가상 송신 밴드에서의 송신을 위한 송신 심볼을 생성하도록 구성되는 프로토콜 모듈과,
    상기 프로세서에 의해 실행가능하고, M-포인트 FFT를 상기 송신 심볼에 대해 수행하여 M개의 송신 주파수 도메인 컴포넌트를 생성하고, 상기 M개의 송신 주파수 도메인 컴포넌트를 송신을 위해 할당된 상기 물리적 베이스밴드의 하나 이상의 부분과 연관된 송신 서브 캐리어에 매핑하며, N-포인트 iFFT를 상기 매핑된 M개의 송신 주파수 도메인 컴포넌트에 대해 수행하여 상기 물리적 베이스밴드의 송신 신호의 시간 도메인 샘플을 생성하도록 구성되는 분해/재구성 모듈(decomposition/recomposition module)
    을 포함하는 무선 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    송신을 위해 할당된 상기 물리적 베이스밴드의 하나 이상의 부분은 합계된 송신 대역폭(aggregate tranmission bandwidth)를 포함하고,
    상기 분해/재구성 모듈은 N이 상기 가상 송신 밴드의 가상 대역폭 및 상기 물리적 베이스밴드의 스팬(span)의 함수인 비율의 M배 이상이 되도록 선택하도록 구성되는
    무선 장치.

  7. 제5항에 있어서,
    송신을 위해 할당된 상기 물리적 주파수 밴드의 하나 이상의 부분을 송신을 위해 할당된 상기 물리적 베이스밴드의 하나 이상의 부분의 상기 합계된 물리적 대역폭과 상기 가상 송신 밴드의 가상 대역폭의 비율에 의해 적어도 부분적으로 결정된 팩터(fator) 만큼 스케일링하도록 구성되는 대역폭 스케일링 모듈(bandwidth scaling module)과,
    상기 송신 신호의 송신 대역폭을 상기 팩터만큼 감소시키도록 구성되는 대역폭 조정 모듈
    을 더 포함하고,
    상기 분해/재구성 모듈은 상기 M개의 송신 주파수 도메인 컴포넌트를 상기 물리적 주파수 밴드의 상기 하나 이상의 부분 중 스케일링된 부분에 기초하여 상기 송신 서브 캐리어에 매핑하도록 추가로 구성되는
    무선 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 대역폭 조정 모듈은
    제로 패딩 샘플(zero-pad samples)을 상기 송신 신호에 대한 시간 도메인 샘플에 추가함으로써 상기 송신 대역폭을 줄이고,
    상기 제로 패딩 샘플을 저역 통과 필터링하며,
    상기 송신 신호를 간축(decimation)하도록
    추가로 구성되는 무선 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    제로 패딩 샘플을 상기 송신 신호에 추가하고, 상기 송신 신호를 저역 통과 필터링하며, 상기 송신 신호를 상기 송신 신호의 송신 대역폭의 최소 공배수와 상기 라디오 프론트엔드의 샘플링 레이트의 비율의 함수인 팩터만큼 간축하도록 구성되는 샘플링 레이트 조정 모듈
    을 더 포함하는 무선 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 분해/재구성 모듈은 N-포인트 FFT를 수신 신호에 대해 수행하여 N개의 수신 주파수 성분을 생성하고, 수신을 위해 할당된 상기 물리적 주파수 밴드의 하나 이상의 부분 중 할당된 부분에 대응하는 상기 N개의 수신 주파수 성분 중 M개를 역 매핑(reverse mapping)하며, M-포인트 iFFT를 상기 M개의 수신 주파수 성분에 대해 수행하여 가상 수신 밴드의 수신 신호의 시간 도메인 샘플을 생성하도록 추가로 구성되는
    무선 장치.
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