KR100274761B1

KR100274761B1 - 광대역 및 협대역 동시 무선 통신을 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100274761B1
Application number: KR1019960703589A
Authority: KR
Inventors: 제임스 에프. 롱; 로버트 씨. 엘더
Original assignee: 비센트 비.인그라시아; 모토로라 인코포레이티드
Priority date: 1994-01-04
Filing date: 1994-12-01
Publication date: 2000-12-15
Also published as: FI962740A0; CN1141104A; US5640385A; JPH09507734A; WO1995020277A1; FI962740L; SE9602101D0; BR9408472A; SE9602101L

Abstract

중첩한 광대역 및 협대역 신호를 동시 통신하기 위한 무선 통신 시스템. 본 시스템은 하나 이상의 협대역 신호들(3-5)를 상기 협대역 신호들을 포함하는 주파수 스펙트럼을 갖는 광대역 신호(1)에 내포하고 그 결과 생기는 합성 광대역 신호(2)를 전송하기 위한 송신 스테이션을 포함한다. 본 발명의 시스템은 또한 합성 광대역 신호(60)을 수신하여 광대역 신호(61)로부터 내포된 협대역 신호(62, 63)을 분리하는 수신 스테이션을 포함한다. 한 실시예에서, 셀룰러 무선 전화 기지국(35)는 송신 및 수신 스테이션 양자로서 동작하며, 종래의 송수신기(FDMA, TDMA 및/또는 CDMA)를 갖는 원격 가입자 유닛(29-31)과 통신한다. 기지국 송신기회로(10-17)은 FM 및 CDMA 신호 발생기(10, 12), 광대역 신호(1)내에 협대역 신호(3-5)를 내포시키는 합성기(15), 및 협대역 신호 전력을 제어하기 위한 AGC(14) 및 전력 검출기(11, 13)을 포함한다. 수신 회로는 FFT 회로(41)을 갖는 CDMA 처리회로, 문턱값 검출기(42), 노치 필터(43), 및 CDMA 신호(61)로부터 협대역 신호들(62, 63)을 분리하기 위한 역FFT 회로(44)를 포함하고 있다.

Description

[발명의 명칭]

광대역 및 협대역 동시 무선 통신을 위한 방법 및 장치

[발명의 배경]

본 발명은 일반적으로 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 무선 통신 시스템에 관한 것이다.

통신 시스템의 목적은 채널을 사용하여 신호원(송신기)에서 목적지(수신기)로 정보를 가진 신호를 전송하는 것이다. 송신기는 메시지 신호를 채널상으로 전송하기에 적합한 형태로 처리(변조)한다. 수신기는 수신된 신호를 처리(복조)하여 원래의 메시지 신호의 근사값을 생성한다. 변조 및 여러 가지 다른 방법에 의해 달성되는 메시지 신호의 변경은 기술 분야에 공지되어 있다.

통신 시스템에 있어서, 시스템 성능에 영향을 미치는 주요한 파라메타는 송신기 전력이다. 노이즈가 한정된 통신 시스템에서, 송신 전력이 송신기와 수신기간의 허용가능한 이격 거리를 결정한다. 가용 송신 전력이 신호대 잡음비를 결정하고 성공적으로 정보를 통신하기 위해서는 수신기에서의 선정된 어떤 임계값 이상이어야만 한다.

어떤 통신 시스템에 대한 다른 주요한 성능 기준은 수용할 수 있는 동시 사용자 수와 관련되어 있다. 이러한 공지된 시스템 응용 분야의 일례로는 셀룰러 무선 전화 시스템이 있다. 이러한 시스템은 일반적으로 복수의 베이스 사이트(base site)로 구성되어 있으며, 그 각각은 서비스 통달 지역(service coverage area), 및 다수의 이동식 또는 휴대용 셀룰러 전화 또는 데이타 단말기(mobile or hand portable cellular telephones or data terminals)(이하, "가입자"라고 함)를 가지고 있다. 베이스 사이트의 서비스 통달 지역은 한 베이스 사이트으로부터 서비스를 수신하는 가입자가 인접 베이스 사이트으로 서비스 중단 없이 핸드 오프(hand off)할 수 있는 실질적으로 연속적인 통달 지역을 제공하도록 부분적으로 중첩되어 있을 수 있다. 이와 같이, 다른 무선 통신 시스템에서와 같이 셀룰러 통신 시스템에 있어서의 주된 목표는 가용 스펙트럼을 효과적으로 활용하여 가능한 한 많은 사용자들을 수용할 수 있도록 하는 것이다.

이와 같이 효과적으로 활용하기 위한 한 수단으로서 신호 멀티플렉싱(signal multiplexing)이 있는데, 이는 다수의 메시지 신호원으로부터의 신호들을 공통 스펙트럼 자원을 통해 동시에 전송하는 것이다. 종래에는, 신호 멀티플렉스된 셀룰러 무선 시스템을 구현하기 위하여, 주파수 분할 멀티플렉스, 시분할 멀티플렉스, 및 이들의 혼합 방식이 사용되어 왔다.

주파수 분할 멀티플렉스(frequency division multiplex, FDM) 또는 주파수 분할 다중 접속(frequency division multiple access, FDMA) 시스템에서, 통신 스펙트럼 자원은 다수의 협대역 주파수로 분할된다. 적어도 소망의 트래픽(traffic)을 통신하는데 필요한 시간 동안에는, 베이스 사이트과 통신하기 위해서 한 주파수 분할 채널은 한 가입자에 의해 점유된다. 다른 주파수 채널은 베이스 사이트으로부터 가입자로의 트래픽을 위해 사용된다.

시분할 멀티플렉스(time division multiplex, TDM) 시스템은 다중 접속 통신 시스템의 다른 형태이다. TDMA(시분할 다중 접속) 시스템에서는, 스펙트럼 자원은 반복되는 시간 프레임(repeating time frame)으로 분할되며, 그 각각은 복수의 시간 슬롯(time slot) 또는 시분할 채널(time division channel)을 가지고 있다. 각각의 시분할 채널은 서로 다른 통신 링크에 할당된다. 이와같은 방식에서, 가입자의 정보의 일부분은 한 프레임의 할당 슬롯 동안에 있게 되고, 그 다음에는 다른 가입자들로의 정보 또는 그들로부터의 정보를 수용하는 하나 이상의 다른 슬롯들이 오게된다. 이러한 프로세스가 반복되고 수신기에서는 수신된 정보를 적절히 재구성하게 된다.

통신 채널을 통해 메시지 신호를 전송할 때, 아날로그 및 디지탈 전송 방법 모두를 사용할 수 있다. 현재, 디지탈 방법들은 아날로그 방법보다도 이하의 몇가지 동작상의 잇점으로 인해 선호하고 있다, 즉 채널 노이즈 및 간섭에 대한 면역성 향상; 시스템의 동작 유연성; 서로 다른 종류의 메시지 신호들의 전송을 위한 공통 포맷; 디지탈 암호화를 사용함으로써 통신 보안 향상; 및 용량 증가 등의 이유로 선호하고 있다.

다른 다중 접속 시스템은 FDMA와 TDMA 등의 협대역 방식과는 반대로 광대역 통신의 사용을 포함한다. 셀룰러 무선 전화에서, 광대역 통신 등의 시스템은 코드분할 다중 접속(code division multiple access, CDMA) 확산 스펙트럼 기술을 사용하여 달성된다. 이러한 확산 스펙트럼 시스템은 넓은 주파수 대역을 통해 통신되는 정보를 확산시키기 위한 변조 기법을 사용한다. 이 주파수 대역은 일반적으로 보낼 정보를 전송하는데 필요한 최소 주파수보다 훨씬 더 넓다.

직접 시퀀스 CDMA 시스템(direct sequence CDMA system)에서, 2개의 통신 유닛간의 통신은 각각의 전송 신호를 고유한 사용자 확산 코드(user spreading code)를 가지고 넓은 주파수 대역에 걸쳐 확산시킴으로써 달성된다. 그 결과, 복수의 전송 신호들은 동일한 주파수를 공유하게 된다. 이러한 시스템이 작동할 수 있는 것은 수신기에서 신호들을 분리하여 재구성할 수 있도록 특별히 시간 및/또는 주파수 코딩(time and/or frequency coded)되어 있다는 사실에 근거를 두고 있다. 특정의 전송 신호는 통신 채널상의 신호들의 합으로부터의 신호를 송신기에서 행해진 특정 확산에 관련된 공지의 사용자 확산 코드를 가지고 역확산(despreading)함으로써 통신 채널로부터 복구된다.

디지탈 직접 시퀀스 시스템에서, 사용자의 정보를 정보 레이트보다 더 높은 비트 레이트를 갖는 디지탈 코드 시퀀스로 확산한 후에 무선 반송파 변조(radio carrier modulation)가 행해진다. 스펙트럼을 "확산"시키기 위한 코드로서 의사 난수(pseudo-random number: PN)를 사용한다. 수신기는, 다른 사용자의 확산 신호로 오염된 경우에도, 동일한 공지의 PN을 사용함으로써 수신된 신호를 적절히 디코딩하여 원래의 정보를 재생할 수 있다. 이러한 시스템에서 수용될 수 있는 동시 사용자들의 수는 구현되는 스펙트럼 확산의 양(amount of spectrum "spreading")에 의해 좌우된다.

다른 형태의 확산 스펙트럼 통신으로는 "주파수 호핑"(frequency hopping)이 있다. 주파수 호핑에서는, 코드 시퀀스에 의해 지정된(dictated) 패턴을 사용하여 반송파의 주파수가 천이된다. 송신기는 어떤 사전 결정된 세트내에서 한 주파수에서 다른 주파수로 점프한다. 수신기에서는, 소망의 사용자에 대한 호핑 시퀀스(hopping sequence)을 알고 있어 사용자의 호핑 전송(hopping transmission)의 트래킹(tracking)을 할 수 있다. 주기적으로, 하나 이상의 사용자 신호가 동일 주파수상에 있게 됨으로써 간섭을 야기하게 된다. 정보 코딩 기법들(에러 정정 코딩)을 사용하여 전송된 버스트들(transmitted bursts)중 일부가 상실된 경우에도 원래의 정보를 재구성할 수 있게 된다. 또한, 전송 시간이 코드 시퀀스에 의해 조절되는 시간 호핑 및 시간-주파수 호핑 방식들도 있다.

또 다른 형태의 확산 스펙트럼 통신으로는 펄스-FM, 또는 첩(chirp) 변조(pulse-FM or "chirp" modulation)가 있으며, 여기에서는 반송파가 주어진 펄스 구간동안에 광대역에 걸쳐 스위프(sweep)된다.

셀룰러 무선 통신 시스템에서는 모든 다중 접속 시스템들을 사용할 수 있다. 이러한 셀룰러 시스템에서, 몇가지 요인들이 성능을 제한하게 된다. 일반적으로, 채널을 통해 전파함에 있어서, 전송된 신호는 채널의 주파수 응답의 비선형성(nonlinearities) 및 불완전성(imperfections)에 의해 왜곡된다. 다른 열화 요인으로는 노이즈(열 노이즈 및 인공 노이즈, thermal and man made)와 인접 및 동일 채널 간섭(noise and adjacent and co-channel interference)이 있다.

상기한 일반적인 열화 요인 이외에도, 확산 스펙트럼 CDMA 시스템에서 수신된 신호와 관련된 노이즈의 대부분은 다른 사용자의 신호로부터 오는 것이다. 단지 확산 스펙트럼 신호들만이 주어진 주파수 대역(일반적으로, CDMA 시스템에서는 1.25MHz의 대역폭)으로 전송되는 시스템에서, 이 노이즈는 고유의 사용자 확산 코드를 가지지만 동일 주파수 대역으로 전송되는 다른 사용자의 신호들로부터 오는 것이다. 광대역/협대역 혼합 시스템에서는, 확산 스펙트럼 사용자는 또한 확산 스펙트럼 채널의 주파수 대역내에 있는 모든 협대역 FDMA 또는 TDMA 신호들(예를 들어, 30KHz 대역폭의 AMPS 신호들)을 노이즈로서 간주하게 된다. 이와 마찬가지로, 협대역 통신을 사용하는 가입자는 확산 스펙트럼 신호를 광대역 노이즈로서 간주하게 된다. 이들 중 어느 신호가 다른 것에 대해 충분한 반송파 대 간섭 레벨(carrier-to-interference(C/I) level)없이 전송될 때는, 제1 신호는 다른 신호로부터의 간섭에 의해 상실될 수도 있다.

그러나, 이러한 광대역 및 협대역 혼합 통신 시스템은 앞으로 더욱더 보편화될 것이다. 이 결과로서 모든 무선 통신에 이용가능한 스펙트럼의 부족 현상이 가속화될 것이다. 현재 협대역 서비스에 충분한 스펙트럼이 할당되어 있지만 CDMA 등의 광대역 디지탈 시스템에서 약속한 성능의 형태에 대한 수요가 점점 증가함에 따라, 동일 주파수 스펙트럼내에서 광대역 및 협대역 동시 통신을 허용하는 시스템이 한정된 스펙트럼에 대한 해결책을 제공하게 된다.

따라서, 2가지 형태의 통신간의 간섭으로 인한 노이즈 및 열화를 최소화하면서 광대역 및 협대역 통신을 사용하기 위한 보다 나은 해결책이 필요하게 된다.

[발명의 요약]

본 발명은 중첩하는 광대역 및 협대역 통신 채널을 사용하는 통신 시스템(communcation system employing overlapping wideband and narrowband communication channels)을 구성한다. 이 시스템은 광대역 및 협대역 신호들을 동시 전송하는데 이용할 수 있다.

특정 실시예에서, 전송 스테이션(transmitting station)은 협대역 신호들을 포함(encompass)하고 있는 주파수 스펙트럼을 갖는 광대역 신호내에 하나 이상의 협대역 신호들을 내포(embed)시킬 수 있다. 그 결과 생기는 합성 광대역 신호(composite wideband signal)가 전송된다. 이 시스템은 또한 합성 광대역 신호를 수신하여 광대역 신호로부터 내포된 협대역 신호들을 분리하는 수신 스테이션(receiving station)을 포함하고 있으며, 이 수신 스테이션은 송신 스테이션과 동일한 것일 수도 있다. 이 시스템은 또한 광대역 또는 협대역 신호를 송수신할 수 있는 하나 이상의 원격 유닛(remote unit)을 포함할 수도 있으며, 여기에서 원격 유닛은 양호하게는 종래의 송수신기(FDMA, TDMA 및/또는 CDMA)를 가지고 있다.

또 다른 실시예에서, 셀룰러 기지국(cellular base station)은 광대역 CDMA 및 협대역 FDMA 또는 TDMA 신호를 전송 및 수신한다. 전송시에는, 기지국은 광대역 신호내에 광대역 신호의 주파수 대역내의 주파수를 갖는 모든 협대역 신호들을 내포시키기 위해 합성기(combiner)를 사용하며, 따라서 합성 광대역 신호(composite wideband signal)를 형성한다. 합성 광대역 신호는 가입자들에게 전송된다. 합성 광대역 신호를 수신할 때에, 기지국은 가입자들에 의해 전송된 개개의 협대역 및 광대역 신호들을 분리하기 위하여 합성 광대역 신호를 디지탈화하고, 변환하여 주파수 필터링을 행한다.

이들 및 또다른 방법 및 장치 실시예들이 이하에 설명되며, 청구 범위에 기술되어 있다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 협대역 FM 신호들이 그안에 내포된 셀룰러 광대역 CDMA 신호를 설명하는 그래프.

제2도는 본 발명에 따른 셀룰러 무선 전화 기지국 송신기 합성 네트워크의 블럭도.

제3도는 본 발명에 따른 셀룰러 무선 전화 기지국 송신기 합성 네트워크의 다른 실시예의 블럭도.

제4도는 본 발명에 따른 셀룰러 무선 전화 수신 시스템의 블럭도.

제5도 내지 제9도는 제4도의 셀룰러 무선 전화 수신 시스템의 지정된 블럭 다음에 나타나는 신호들의 그래픽 표현도.

제10도는 본 발명에 따른 셀룰러 무선 전화 수신 시스템의 다른 실시예의 블럭도.

[양호한 실시예의 설명]

제1도부터 시작하면, 광대역 신호(1)이 그 안에 3개의 협대역 신호(3 - 5)를 내포하고 있는 주파수 대역을 도시한 것이다. 제1도는 광대역 신호(1) 및 협대역 신호(3 - 7)이 동일한 셀룰러 무선 전화 기지국으로부터 전송되는 양호한 실시예를 도시한 것이다. 이 양호한 실시예에서, 광대역 신호(1)은 1.23MHz의 공칭 대역폭을 갖는 DS-CDMA 신호이며, 여기서 하나 이상의 인코드된 메시지가 기지국의 서비스 지역내의 하나 이상의 가입자들에게로 전송된다. 협대역 신호(3 - 7)은 현재 예를들어 최신 이동 전화 서비스(Advanced Mobile Phone Service, AMPS)에서 사용중인 30KHz 대역폭 FDMA 신호 등의 FM 신호들이다.

이 양호한 실시예는 주로 북미에서 기대되는 본 발명의 주요 실시에 근거하여 설명하기 위한 것이다. 기술 분야의 전문가는 몇가지를 열거하자면 NAMPS(협대역 AMPS), MCS-L2(일본의 육상 이동 통신 서비스), 및 GSM(유럽의 이동 통신 범용 시스템) 과 같은 TDMA 시스템 등의 셀룰러 환경에서만 이용할 수 있는 많은 다른 형태의 협대역 신호들이 있다는 것을 잘 알 것이다. 게다가, 대부분의 셀룰러 방식의 실시예들에서, 48MHz B-CDMA 등의 보다 광대역의 신호들을 사용할 때는, 광대역 신호는 CDMA 신호이라고 예기되지만, 1.23MHz CDMA 신호 등의 확산 스펙트럼 신호를 협대역 신호로서 사용하는 것도 가능하다. 다른 지상 및 위성 시스템과 관련해서도, 본 발명이 적용되는 협대역 및 광대역 신호들의 보다 많은 조합들이 가능하다.

DS-CDMA 신호는 특히 광대역 신호(1)로서 사용하는데 유익하다. 먼저, DS-CDMA 신호들은 협대역 "방해" 신호들(narrowband jamming signals)에 대해 면역성이 있기(robust) 때문에, 광대역 신호를 복원할 때 프로세스 이득 잇점(process gain advantage)이 있다. 게다가, 일반적인 FM 수신기 전단부는 DS-CDMA 신호를 광대역 또는 AWGN 노이즈(additive white Gaussian noise)로서 보게 되며, 상당량의 광대역 노이즈가 있을 때에도 복원이 가능하게 된다. 이와 같이, 디지탈 수신기를 본 발명에서 설명하는 바와 같이 사용할 때, 적응형 "노치" 또는 "대역저지" 필터링이 중첩하는 스펙트럼 활용으로 야기되는 간섭을 감소시켜 광대역 및 협대역 신호들을 복원시키는데 적용될 수 있다.

DS-CDMA 신호(1)과 FM 신호(3 - 5)가 동일한 주파수 대역을 점유할 때, FM 신호들(3 - 5)이 적당한 C/I(반송파 대 간섭비, carrier to interference ratio) 를 유지하는 신호 레벨로 전송되는 것이 중요하다. 이 C/I는 일반적으로 적어도 17dB는 되어야 한다. FM 수신기 채널에 나타나는 노이즈의 양은 검출기 필터 대역폭에 전적으로 좌우되기 때문에, FM 신호(3 - 5)가 DS-CDMA 신호(1)을 초과해야만 하는 전력양을 계산할 수 있다. 협대역 FM 신호(3)이 30KHz 대역폭을 가질 때, 1.23MHz 대역폭을 갖는 합성 광대역 신호의 경우에, 노이즈 전력비(noise power ratio)는 1.23MHz/30KHz = 41 = 16dB가 된다. 예를 들어, DS-CDMA 신호(1)이 FM 수신기에 0dBm의 레벨로 수신될 때, 이 신호(1)은 이와같이 FM 수신기에 대해 -16dBm 간섭 신호를 나타내게 된다. 따라서, 17 db C/I 레벨을 유지하기 위해서는, FM 신호(3)은 DS-CDMA 신호의 평균 전력보다 적어도 1dB 이상으로 전송되어야만 한다.

기지국 동작에 있어서, FM 및 CDMA 반송파는 공통 송신기로부터 전송되어야만 한다는 것에 주의할 필요가 있다. FM 및 CDMA 반송파가 서로 다른 송신기로부터 전송되고, 특히 송신기들이 동일 장소에 있지(co-located) 않을 경우에, 가입자 FM 수신기에 대한 간섭이 17 dB C/I 레벨 이상으로 될 확률이 굉장히 높다. 이와 같이, 별도의 소신기를 사용할 수 있으면서, 모든 가입자들에 대해서 충분한 C/I 레벨을 보장하는데 필요한 처리 및 장비에 있어서의 복잡도가 더해지는 것은 최상의 구현이 기지국에서의 공통 송신기라는 것을 암시해준다.

제1도는 종래의 주파수 계획이 1.23MHz대역에 단지 2 또는 3개의 FM 신호만을 두는 경우가 많기 때문에, 3개의 내포된 FM 신호(3 - 5)를 도시한 것이다. 그러나, 기술분야의 전문가는 이들 구현은 합성되는 시스템들에 근거하여 서로 다르게 된다는 것을 잘 알 것이다.

그러나, 합성된 DS-CDMA 및 FM 셀룰러 시스템의 경우에, 현재 양호한 실시예는 셀마다 하나의 CDMA 채널이 사용되는 것으로서, 평균 2 내지 3 FM 채널이 CDMA 대역내에서 사용된다. 이와같이 하게 된 것은, DS-CDMA 시스템의 간섭-한정 특성(interference-limited nature)의 결과이며, 따라서 시스템내의 잠재적인 사용자의 수에 제한을 두게 된다. 환언하면, 전방향 링크 수신 신호(forward link received signal)에서의 총 간섭 전력(total interference power)은 대개 사용자의 수 및 사용자가 이용가능한 서비스의 품질을 결정하게 된다. 이 총 간섭 전력은 대체로 섹터/셀 CDMA 자기 간섭(sector/cell CDMA self-interference), 주변 섹터/셀로부터의 CDMA 방송으로 인한 간섭 및 다른(에를 들어 FM, TDMA, IM) 간섭의 결과이다. 전방향 링크 용량(forward link capacity)은 이러한 간섭 및 다른 인자들을 고려하여 다음 식으로 표현된다:

M = ((W / R) / (E_b/ N₀)) * (G_A* G_B/ H₀)

여기서, M은 셀당 동시 사용자의 수이고, W는 확산 대역폭이며, R은 디지탈 음성 비트율(digital voice bit rate)이며, E_b/ N₀는 시스템 성능 측정값(노이즈 밀도(W/Hz)당 비트당 신호 에너지(J), signal energy per bit (J) per noise density(W/Hz))이고, G_A는 3 섹터 간섭 인자, G_B는 음성 활동 인자(voice activity factor)이며, H₀는 주변 셀/섹터로부터의 간섭이다. 이들 인자들에 대한 공칭값은 반송파당 W = 1.228MHZ, R = 9.6Kbps, E_b/ n₀= 5, G_A= 2.5, G_B= 2.5, 및 H₀= 1.6이라고 하면, M의 공칭값은 약 100을 갖는다.

상기 식으로부터, 용량(M)은 다른 셀들로부터의 간섭에 역 관계를 갖는다는 것이 분명하다. 게다가, DS-CDMA 시스템에서의 간섭의 상당한 증가가 CDMA 사용자의 수가 그다지 높지 않은 경우에는 허용될 수 있다. 이와 같이, 양호한 실시예에서는, 셀/섹터당 단지 하나의 CDMA 채널만이 할당된다. 이 때, 이것은 CDMA만의 시스템보다 더 적은 잠재 사용자 용량을 나타내지만, 기존의 FM 가입자들에게 계속적으로 서비스를 제공하면서 용량을 상당히 증가시키게 된다. 또한, 단지 하나의 CDMA 채널로, FM 반송파가 그 스펙트럼내의 한 채널을 차지할 확률이 상당히 낮으며, 전문 기술자에 의해 매우 낮게 될 수 있다.

제2도는 협대역 및 광대역 신호를 제1도에 신호(2) 등의 결과 합성 광대역 신호로 합성하기 위한 본 발명에 따른 시스템의 블럭도이다. 이 시스템은 광대역(예를 들어, CDMA) 신호에 내포될 협대역(예를 들어, FM) 신호들을 발생하기 위한 하나 이상의 협대역 신호 발생기(10)와 적어도 하나의 광대역 발생기(12)를 포함하고 있다. 전력 검출기(11, 13)은 각각 신호 발생기(10, 12)의 신호 출력의 전력 레벨을 검출하고, 검출된 레벨들은 비교/제어 회로(14)에서 비교된다. 검출/제어(AGC)회로(14)는 협대역 신호들을 수신하는 가입자들에 대해 적당한 C/I를 유지하기 위하여 협대역 신호들의 전력 레벨을 조정하는 전력 레벨 제어 루프를 제공한다. 상기한 AMPS 시스템에 대한 양호한 실시예에서, 비교/제어 회로(14)는 기지국이 협대역 FM 신호 전력 레벨을 광대역 CDMA 신호의 전력 레벨보다 적어도 1dB 더 크게 유지시킬 수 있도록 해주며, 따라서 FM 가입자가 CDMA 신호가 존재함에도 불구하고 FM 신호를 복원할 수 있도록 더 양호하게 보장해준다.

마지막으로, 합성기(15)는 광대역 신호와 협대역 신호를 합성 광대역 신호로 합성한다. 합성 광대역 신호는 그 다음에 전력 증폭기(16)에 의해 증폭되고, 그 결과 증폭된 신호(예를 들어, 제1도의 신호(2))는 안테나(17)을 거쳐 가입자들에게로 전송된다.

제3도는 제2도의 전송 시스템의 다른 실시예의 블럭도로서, 아날로그 구성요소(블럭 10-15)는 동일 기능을 갖는 디지탈 회로(제3도의 블럭 20-25)로 대체되어 있다. 이 실시예에서, 광대역 및 협대역 신호들은 디지탈적으로 발생되고 합성 광대역 신호로 합성된다. 가산기(25) 다음에 D/A 변환기 및 필터(26), LPA(27) 및 합성 신호를 가입자들에게 전송하는 안테나(28)이 있다. 현재 필터(26)과 LPA(27)과의 사이에 업컨버터(upconverter)(도시안됨)를 갖는 것이 양호하다.

제1도 내지 제3도에서 논의한 실시예들은 합성 신호로부터 CDMA 및 FM 신호들을 복원할 때 가입자가 직면하는 문제에 대한 유일한 해결책을 제공하며, 종래 기술의 시스템에 비해 많은 잇점을 갖는다. 그러나, 수신된 신호로부터 몇 개의 서로 다른 신호원(즉, 가입자들)로부터 전송되온 개개의 CDMA 및 FM 신호들을 복원할 때 셀룰러 시스템내의 기지국이 직면하는 다른 도전이 있다.

이제 제4도 내지 제9도를 참조하여, 이 제2도의 도전은 셀룰러 무선 전화 시스템, 특히 합성된 광대역(예를 들어, CDMA) 및 협대역(예를 들어, FM) 신호들을 수신 및 복원하기 위한 기지국 시스템의 또다른 실시예에 의해 해결된다. 가입자(29)는 CDMA 신호(32)를 전송하는 반면, 가입자(30, 31)은 각각 기지국(35)에 FM 신호(33, 34)를 전송한다. 이들 신호(32-34)는 기지국의 안테나 및 RF 전단부(36)에 의해 동시에 수신되며, 수신된 신호는 A/D 변환기(37)에서 디지탈화된다. 설명의 목적상, 신호(33, 34)는 광대역 신호(32)의 주파수 대역내에 있는 것으로 가정하며, 따라서 세 신호(32-34) 모두는 RF 전단부(36)에서 합성 광대역 신호로서 수신된다.

A/D(37)로부터 출력된 디지탈화된 신호는 디지탈화된 합성 광대역 신호외에, 기지국의 수신 대역에 속하지만 광대역 신호(32)의 주파수 대역 밖에 속하는 다른 협대역 신호들을 포함하고 있다. 기지국의 수신 대역 밖의 다른 모든 신호들은 RF 전단부(36)에 의해 필터링된다.

광대역 신호(32)의 주파수 대역 밖의 기지 사이트 제어기(도시안됨)에 의해 이전에 확립된 각 협대역 채널에 대해, A/D(37)의 출력은 필터(38)로 도시된 디지탈 다운 믹싱 및 데이메이션 필터(digital downmixing and decimation filter)에 피드된다. 필터(38)은 A/D(37)에 의해 출력된 신호를 기저대역 및 협대역 필터들에 다운 믹스한다. 필터링된 신호는 그 다음에 MSC(50) 및 PSTN(51)로 전송하기 위해 FDMA/TDMA 처리기(39)에 의해 처리된다. 일반적인 AMPS 동작의 경우에, 필터(38)은 약 30KHz 대역폭을 갖는다.

광대역 신호(32)의 주파수 대역내의 채널들의 경우에, A/D(37)의 출력은 디지탈 필터(40)으로 피드된다. 디지탈 필터(40)은, 여기에서 CDMA 채널에 대해 사용하기 때문에, CDMA 신호를 보내기에 충분한 약 1,23MHz의 대역폭을 갖는다.

CDMA 채널의 경우에, 디지탈 필터(40)의 출력은 그 다음에 양호하게는 고속 푸리에 변환을 사용하여 변환된다. FFT(41)의 출력의 표시는 제5도에 도시되어 있다. RF 전단부(36)에 의해 수신된 신호는 그 다음에 대역 통과 필터링되어 1.23MHz 폭의 합성 신호(60)만을 포함하고 있게 된다. 이 합성 신호는 광대역 신호(61)(CDMA 신호(32)에 대응됨) 및 그 안에 내포된 협대역 신호(62, 63)(FM 신호(33, 34)에 대응됨)을 포함한다. 이 신호는 채널내의 임의의 협대역 신호 진폭과 소정의 문턱값(64, 65)을 비교하는 빈 문턱값 검출기/고레벨 반송파 검출기(Bin threshold detector/High level carrier detector, 42)에 의해 처리된다. 제1의 소정의 문턱값(64) 이상의 문턱값을 갖는 신호(도시된 예에서 신호(63))는 항상 주파수 영역 노치 필터(frequency domain notch filter, 43)에 의해 필터링되는데, 그 이유는 이들 신호가 존재하게 되면 복원된 CDMA 신호의 품질의 열화가 심해지기 때문이다. 제1 및 제2 소정의 문턱값(64, 65)사이의 진폭을 갖는 신호들(예를 들어 신호(62))는 다른 간섭기(interferer)에 의해 CDMA 신호에 야기되는 열화의 레벨 등의 인자들에 따라 필터링될 수도 안 될 수도 있다. 노치 필터(43)은 양호하게는 FM 신호(62, 63)의 진폭에 근거하여 스케일링 인자(scaling factor, 제6도에 설명함)를 발생함으로써 동작한다. 다른 실시예에서, 노치 필터(43)은 동조하게 될 검출기(42)로부터의 정보를 사용하면서 예를 들어 기지국 제어기(도시안됨)으로부터의 채널 할당 정보를 사용하여 FM 신호(62, 63)에 대한 스케일링 인자를 자동적으로 설정함으로써 동작하고, CDMA 대역에서의 부가의 고레벨 FM 간섭기에 대한 스케일링 인자를 발생할 수 있다. 어느 경우에도, 스케일링 인자는 제5도의 신호(60)(즉, FFT(41)의 출력)과 곱해지고, 이와 같이 소정의 문턱값 이상의 불필요한 신호 성분들을 CDMA 신호(61)의 진폭 또는 그 아하의 레벨로 감소시키게 된다. 제7도의 신호(67)은 노치필터(43)의 출력을 표시한 것이다. 이 신호(67)은 그 다음에 역 FFT(44)에 의해 역변환되고, CDMA 처리기(45)에 의해 처리된다. 양호한 실시예에서, 디지탈 필터(40), FFT(41), 검출기(42), 노치 필터(43), 및 역 FFT(44)의 모든 과정은 디지탈 신호 처리기에서 적당한 프로그래밍으로 구현될 수 있다.

FM 채널에서, 디지탈 필터(40)으로부터의 합성 신호는 디지탈 다운 믹싱 및 데시메이션 필터(46, 47)에서 다운믹스된다. 제8도의 신호(68)은 필터(46)으로부터의 출력을 나타낸 것이며, 제5도의 신호(63)에 대응하며, 제9도의 신호(69)는 제4도의 수신 신호(34)(제5도의 신호(62)에 대응함)에 동조된 채널에 대한 필터(47)로부터의 출력을 나타낸다. 필터(46, 47) 다음에는 신호들을 처리하고 각각 처리된 신호들을 MSC(50)을 거쳐 PSTN(51)로 전송하기 위한 FDMA/TDMA 처리기(48, 49)가 오게 된다. 그 대신에, 하나 이상의 FM 채널들이 CDMA 채널과 유사한 디지탈 필터 및/또는 주파수 영역 프로세싱을 사용할 수도 있다. 이러한 경우에, CDMA 신호(32)내에 내포된 신호(예를 들어, FM 신호)의 채널에 대한 디지탈 필터는 양호하게는 협대역 신호(33)과 동일하게 30KHz의 대역폭을 가지며, 따라서 합성 신호의 불필요한 광대역 성분을 제거할 수 있게 된다. 그러나, 현재로는 사용할 때 필요한 부가적인 처리의 관점에서 볼 때, 부가의 디지탈 필터와 주파수 영역 처리 장비를 빠뜨리는 것이 양호하다.

제10도는 합성된 광대역(CDMA)와 협대역(FM) 신호를 수신하여 복원하기 위한 기지국 시스템의 다른 실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에서, 안테나(70)에서 수신된 신호들은 다른 채널에 대한 별도의 RF 전단부(71, 75, 78)에 피드된다. RF 전단부 다음에는 IF 필터(72, 76, 79) 및 A/D 변환기(73, 80)이 오게 된다. 제4도의 실시예와는 달리, IF 필터는 그 채널에 할당된 신호 밖의 모든 신호 성분들을 대역통과 필터링하도록 설정되어 있다. 환언하면, 이 필터가 합성 광대역 신호를 통과시킬 수 있도록 설정하는 것이 아니라, FM 채널상의 IF 필터(72, 76)은 소망의 FM 신호만을 통과시킬 수 있도록 설정된다. 이러한 방식에 의해 CDMA 채널 설비에 기존의 기지국 아키텍쳐를 부가할 수 있게 된다. 제4도의 실시예는, 그 디지탈 백엔드(digital backend)가 시스템이 확장되고 더 많은 CDMA 채널들이 부가됨에 따라 재프로그래밍 유연성을 더 많이 제공하기 때문에, 현재로서는 바람직하다.

A/D(73)으로부터의 필터링된 신호는 종래에는 FM 처리기(74)(예를 들어, 공지된 AMPS 처리기, TDMA 처리기 등)에서 처리된다. CDMA 채널에서는, A/D(80)다음에 오는 처리 단계 및 구성요소들은 제4도와 동일하다(즉 FFT(41)에서 CDMA 처리기(45)까지). 이들 단계는 양호하게는 기존의 기지국 장비에 부가된 디지탈 프로세서 백엔드로 구현된다.

본 발명의 시스템에서도, 원거리 FM 가입자가 기지국 수신기에서 17dB C/I를 유지하기에 충분한 신호 전력을 발생할 수 없는 경우들이 일어날 수 있다. 이것은 하나 이상의 CDMA 가입자들이 기지국 수신기에 가까이 위치하고 있을 때 가장 많이 일어난다. 이 원-근 문제(near-far problem)를 처리하기 위한 가능한 대안 중에, 다양한 포트 변경(port change)(즉, 동일 셀내의 다른 주파수로 변경) 또는 핸드-오프(즉, 다른 셀로부터의 서비스로 변경)를 제공하는 것이다. 포트 변경은 FM 채널을 CDMA 주파수 대역내에 위치하지 않는 주파수 대역으로 변환함으로써 즉시로 행해질 수 있다. 이러한 포트 변경에 대한 부가의 주파수들을 이용할 수 없는 경우에, 인접 셀로의 조기 핸드-오프(early hand-off)를 행할 수 있다. 게다가, 인접 셀로부터 타겟 셀로의 핸드-오프중인 FM 채널들이 CDMA 주파수 대역내에 내포된 주파수로 할당되지 않도록 주파수 할당을 구조화하는 것이 바람직하다. 역으로, 셀의 경계로 이동하면서 CDMA 주파수 대역내에 내포된 FM 주파수를 사용하는 가입자들에 대해 조기 포트 변경 또는 핸드-오프를 행하기 위해 동적이거나 유연한 재할당을 사용해야 한다. 마지막으로, 이들 주파수를 사용하는 것이 CDMA 처리 이득을 상당히 열화시킬 수 있기 때문에, CDMA 클럭 주파수 또는 CDMA 반송파 주파수에 관련된 FM 주파수의 어떤 할당도 피하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 시스템 및 방법의 특정 실시예를 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 많은 변경이 행해질 수 있기 때문에 이에 한정되는 것이 아니라는 것을 알아야만 한다. 게다가, 상기한 실시예는 셀룰러 무선 전화 시스템에 대한 특성 구현의 관점에서 기술된 반면, 기술 분야의 전문가는 합성 광대역 신호가 전송되거나 수신되는 어떤 무선 시스템에서도 구현될 수 있는 방법을 잘 알 것이다. 따라서, 본 발명은 이상 기술한 기본 원리 및 첨부된 청구범위의 정신 및 범위내에 속하는 이러한 모든 변경을 포함하는 것이라는 것을 알아야 한다.

Claims

광대역 신호(wideband signal) 및 협대역 신호(narrowband signal) 양자에 의해 통신을 송수신하기 위한 무선 통신 유닛(wireless communication unit)에 있어서,

제1 협대역 피변조 무선 주파수 신호와 제1 광대역 피변조 무선 주파수 신호를 생성하기 위한 수단을 포함하는 송신기 - 상기 제1 광재역 피변조 무선 주파수 신호는 확산 스펙트럼 신호를 포함함 - ;

상기 생성 수단에 응답하며, 상기 제1 협대역 피변조 무선 주파수 신호를 상기 제1 광대역 피변조 무선 주파수 신호와 합성하여 제1 합성 신호를 형성하기 위한 합성기(combiner) - 상기 제1 합성 신호는 상기 제1 주파수 대역을 갖는 상기 제1 협대역 피변조 무선 주파수 신호로부터 얻어진 제1 성분과, 제2 주파수 대역을 갖는 상기 제1 광대역 피변조 무선 주파수 신호로부터 얻어진 제2 성분을 가지며, 상기 제2 주파수 대역은 적어도 하나의 다른 무선 통신 유닛으로의 통신을 위해 상기 제1 주파수 대역과 중첩(overlapping)됨 - ;

상기 생성 수단에 응답하며, 상기 제1 광대역 피변조 무선 주파수 신호의 신호 신호 전력에 따라 상기 제1 협대역 피변조 무선 주파수 신호의 신호 전력을 변화시키기 위한 신호 전력 제어 수단 ; 및

제2 광대역 신호와 제2 협대역 신호를 포함하는 제2 합성 신호를 수신하기 위한 수단

을 포함하며,

상기 제어 수단은 상기 제1 협대역 피변조 무선 주파수 신호의 신호 전력을 상기 제1 광대역 피변조 무선 주파수 신호의 신호 전력에 대해 대략 선정된 비율로 유지시킬 수 있는 무선 통신 유닛.
적어도 하나의 기지국과 가입자들 간에 광대역 신호와 협대역 신호를 동시 통신하기 위한 셀룰러 무선 전화 시스템(cellular radiotelephone system)에 있어서,

제1 주파수 대역으로 특징지워지는 광대역 신호를 생성하기 위한 광대역 신호 발생 수단(12);

상기 제1 주파수 대역내의 제2 주파수 대역으로 특징지워지는 협대역 신호를 생성하기 위한 협대역 신호 발생 수단(10);

상기 협대역 신호와 상기 광대역 신호를 합성하여 합성 광대역 신호를 출력하기 위한 합성기 수단(combiner means, 15); 및

복수의 가입자들에 상기 합성 광대역 신호를 전송하기 위한 수단(16, 17)

을 구비한 기지국을 포함하는 셀룰러 무선 전화 시스템.
제6항에 있어서, 상기 기지국은,

(a) 상기 광대역 신호의 제1 주파수 대역 외부에 있는 제3 주파수 대역에 의해 특징지워지는 제2 협대역 신호와,

(b) 다른 기지국

중 적어도 하나를 통해 통신을 수신하도록 상기 협대역 신호를 통해 통신을 수신하는 가입자를 재할당하는 수단(50)을 더 포함하는 셀룰러 무선 전화 시스템.
적어도 하나의 기지국과 가입자들간에 광대역 신호와 협대역 신호를 동시 통신하기 위한 셀룰러 무선 전화 시스템(cellular radiotelephone system)에 있어서,

제1 광대역 신호내에 내포된 적어도 제1 협대역 신호를 갖는 제1 합성 광대역 신호를 수신하도록 동작하는 RF 전단부 회로(36);

상기 RF 전단부 회로에 접속되어 있고, 디지탈화된 제1 합성 광대역 신호를 출력하도록 동작하는 아날로그-디지탈 변환기(37);

상기 아날로그-디지탈 변환기에 접속되어 있고, 상기 제1 협대역 신호(69)를 복원하도록 동작하는 다운믹싱 및 데시메이션 필터(downmixing and decimation filter, 47)를 포함하는 협대역 신호 처리 회로; 및

상기 아날로그-디지탈 변환기에 접속되어 있으며 상기 디지탈화된 제1 합성 광대역 신호를 주파수 영역 합성 신호로 변환하도록 동작하는 변환 회로(41), 상기 변환 회로에 접속되어 있으며 상기 제1 협대역 신호의 주파수를 결정하도록 동작하는 협대역 신호 검출기(42), 상기 협대역 신호 검출기에 접속되어 있으며 상기 제1 협대역 신호의 상기 결정된 주파수에서 상기 주파수 영역 합성 신호를 필터링하여 상기 제1 광대역 신호의 주파수 영역 표현을 출력하도록 동작하는 필터(43), 및 상기 필터에 접속되어 있으며 상기 제1 광대역 신호의 주파수 영역 표현을 역변환하여 상기 제1 광대역 신호(67)을 복원하도록 동작하는 역변환 회로(44)를 포함하는 광대역 신호 처리 회로

를 구비한 기지국 수신기 회로를 포함하는 셀룰러 무선 전화 시스템.
제1 합성 광대역 및 협대역 송수신 스테이션(transceiving station, 35), 상기 제1 합성 스테이션(35)과 통신하도록 동작하는 제2 광대역 송수신 스테이션(29), 및 제3 협대역 송수신 스테이션(30)을 포함하는, 광대역 및 협대역 신호 양자에 의해 통신하기 시스템에 있어서,

상기 제1 합성 스테이션은 광대역 주파수(1)로 특정지워지는 광대역 채널을 사용하여 제2 광대역 스테이션과 통신하고, 상기 제1 합성 스테이션은 상기 광대역 주파수(1)내에 내포된 협대역 주파수(3)에 의해 특징지워지는 협대역 채널을 사용하여 상기 제3 협대역 스테이션과 통신하는 시스템.
무선 통신 방법에 있어서,

협대역 복조기를 갖는 제1 원격 유닛(30)과 통신하기 위해 제1 정보를 협대역 신호(3)로 변조하는 단계;

광대역 복조기를 갖는 제2 원격 유닛(29)과 통신하기 위해 제2 정보를 광대역 신호(1)로 변조하는 단계;

상기 협대역 신호를 상기 광대역 신호내에 내포(embedding)시켜 합성 광대역 신호(2)를 형상하는 단계;

상기 합성 광대역 신호를 상기 제1 및 제2 원격 유닛으로 전송하는 단계;

상기 합성 광대역 신호(2)를 상기 제2 원격 유닛에서 수신하는 단계;

상기 합성 광대역 신호를 처리하여 상기 광대역 신호를 복원하는 단계; 및

상기 복원된 광대역 신호를 복조하여 상기 제2 정보를 복원하는 단계

를 포함하는 무선 통신 방법.