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KR100397401B1 - 셀룰러 무선 원격 통신 망 및 이를 동작시키는 방법,프로토콜 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

셀룰러 무선 원격 통신 망 및 이를 동작시키는 방법,프로토콜 및 컴퓨터 프로그램 Download PDF

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KR100397401B1
KR100397401B1 KR10-2000-0079774A KR20000079774A KR100397401B1 KR 100397401 B1 KR100397401 B1 KR 100397401B1 KR 20000079774 A KR20000079774 A KR 20000079774A KR 100397401 B1 KR100397401 B1 KR 100397401B1
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Abstract

물리적 채널들이 동일한 셀에서 재사용될 수 있는, 시분할 다중 액세스 셀룰러 무선 원격 통신 망(time division multiple cellular radio telecommunication network)이 개시되어 있다. 업링크(up link)상에서 재사용된 채널들은 채널들 사이의 타임 시프트(time shift)에 의해 구분된다.
동일 셀 재사용(SCR; same cell reuse)은 그러므로 상이한 시그너처(signature)들을 동일한 물리적 채널을 공유하는 SDMA 사용자들에게 할당하지 않고도 TDMA(GSM) 시스템에서 구현될 수 있다.

Description

셀룰러 무선 원격 통신 망 및 이를 동작시키는 방법, 프로토콜 및 컴퓨터 프로그램 {A cellular radio telecommunications network, a method, protocol and computer program for operating the same}
본 발명은 셀룰러 무선 원격 통신 망(cellular radio telecommunication network), 이를 동작시키는 방법, 프로토콜 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
본 발명의 배경은 시분할 다중 액세스 망들에 관하여 설명될 것이다. 본 명세서를 읽는 사람은 본 발명이 일반적으로 다른 타입들의 망에 적용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. GSM과 같은 TDMA 이동 무선 시스템에서 공간 분할 다중 액세스(SDMA; space division multiple access) 구성요소를 도입하면 더 높은 주파수 재사용 및 스팩트럼 효율을 제공할 수 있다. C. Farsakh, J. A. Nossek, "Application of Space Division Multiple Access to mobile radio", in Proc. PIMRC, pp.736-739, 1994를 참조하라. 모바일(mobile)들은, 안테나 다이버시티(antenna diversity) 또는 더 정교한 등화기(equaliser)에 대한 어떠한 요구 없이도 SDMA 구성요소에 의해 영향을 받지 않는다. 부가적인 하드웨어 및 소프트웨어는 안테나 어레이를 갖추고 있는 기지국들에 제한된다. 이 어레이는 공간 빔형성 또는 공간-시간 신호 처리에 의한 코히어런트 다중 경로 환경(coherent multipath environment)들에서 파면(wavefront)들을 분리하는데 이용된다. 동일한 물리적 채널을 공유하는 동시 SDMA 사용자들을 도입하기 위한 종래의 방법은 상이한 시그너처(signature)들(트레이닝 시퀀스들)을 상이한 인트라셀(intracell) 사용자들에게 할당하는 것이다. 이 트레이닝 시퀀스(training sequence)들은 전파 채널들 및/또는 파면들의 도착 방향(DOA: direction-of arrival)을 추정하고, 전송된 데이터를 복원하기 위해 업링크에서 사용된다. 그 후에, 이 정보는 다운링크에서 빔을 형성하기 위해 이용된다. C. Farsakh, J. A. Nossek, "Application of Space Division Multiple Access to mobile radio", in Proc. PIMRC, pp. 736-739, 1994; 및 P. E. Morgensen, P. Zetterberg, H. Darn, P. Leth-Espensen, F. Frederiksen, "Algorithms and antenna array recommendations(Part 1)", Techinical Report TSUNAMI Ⅱ ACO20IAUC/A1.2/DR/P/ OO5/b1, May 1997; 및 Z. Zvonar, P. lung, L. Kamrnerlander, (Editors), "GSM evolution towards 3rd generation systems", Kluwer Academic Publishers, Boston/Dordreht/London, 1999를 참조하라.
이 공지된 해결책은 GSM 시스템에 직접적으로 적용할 수 없다. 8개의 다른 트레이닝 시퀀스들은 원하는 사용자와 공통-채널(co-channel) 간섭간을 구별하기 위해, GSM 정규 버스트(burst)에 대하여 지정된다. GSM 03.03(ETS 300 927), "Digital Cellular telecommunications system(Phase 2+); Numbering, addressing and identification"; 및 GSM 05.02(ETS 300 574), "Digital cellular telecommunications system(Phase 2+); Multiplexing and multiple access on the radio path"를 참조하라.
트레이닝 시퀀스의 선택은 기지국 식별 코드(BSIC: Base Station Identity Code)의 일부분이고, 상기 트레이닝 시퀀스 번호는 셀 안의 모든 채널들에 대하여 공통이다. 이 문제의 해결책은 P. E. Morgensen, P. Zetterberg, H. Darn, P. Leth-Espensen, F. Frederiksen의 참조 문헌 및 Z. Zvonar, P. lung, L. Kamrnerlander의 참조 문헌에 제안되어 있다.
이 방법은 GSM 시스템에서 상이한 시그너처(signature)들을 SDMA 사용자들에게 할당하는 것을 허용한다. 이 경우, SDMA 기지국을 갖는 한 단일 물리적인 셀은 몇몇의 논리적 GSM 셀들로 분리된다. 이 해결책의 결점은, 이것이 현재의 GSM 사양에 따르지 않는다는 것이다. 이것은 표준의 변경 및 기지국의 서브-시스템(BSS; Base Station Sub-System) 소프트웨어에 대한 큰 변화들을 필요로 한다. 더욱이, 제한된 수의 트레이닝 시퀀스들의 가용성으로, 상기 접근법은 동일한 주파수를 이용하는 모든 이웃하는 셀들에 상이한 트레이닝 시퀀스들을 할당하는 것을 불가능하게 하는 상황을 야기한다. 그러므로, 공통 셀 사용자들간을 구별할 가능성은, 셀간(inter-cell) 간섭에 관한 취약성(vulnerability)을 증가시키는 것을 감수하고서 이루어진다.
도 1은 본 발명을 구현하는 이동 전화 망에서 동일한 물리적 채널을 이용하는 두명의 사용자들에 대한 데이터 흐름을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 타임 시프트에 대한 두명의 사용자들의 성능(performance)을 도시한 그래프.
도 3은 본 발명을 구현하는 마스터 BTS에 대한 아키텍쳐를 도시한 도면.
도 4는 본 발명을 구현하는 슬레이브 BTS에 대한 아키텍쳐를 도시한 도면.
도 5는 종래의 BTS의 아키텍쳐를 도시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
8; 송수신 전환기 12; 등화기
14; 채널 인코더 및 디코더 20; 공간 시간 처리기
이러한 배경 기술에 대해, 시분할 다중 액세스 셀룰러 무선 원격 통신 망이 제공되며, 상기 망에서 물리적 채널들은 동일한 셀에서 재사용될 수 있고, 업링크 상에서 재사용된 채널들은 채널들 사이의 타임 시프트(time shift)에 의해 구분된다.
동일 셀 재사용(SCR; same cell reuse)은, 그러므로 상이한 시그너처들을 동일한 물리적 채널을 공유하는 SDMA 사용자들에게 할당하지 않고도, TDMA(GSM) 시스템에서 구현될 수 있다. 넓게는, 상기 아이디어는 업링크에서 SDMA 사용자들간에 타임 시프트를 도입하는 것이다.
재사용된 채널들은 바람직하게 공통 클록 신호를 이용한다.
채널을 재사용하는 각각의 기지국에 대한 타이밍 어드밴스 정보(timing advance information)는 다운링크 상에서 전송된다.
재사용된 채널들은 모두 동일한 시그너처를 사용할 수 있다.
본 발명은 또한 시분할 다중 액세스 셀룰러 무선 원격 통신 망의 동작 방법으로 확장되고, 상기 망에서 물리적 채널들은 동일한 셀에서 재사용될 수 있고, 업링크 상에서 재사용된 채널들은 채널들 사이의 타임 시프트에 의해 구분된다.
본 발명은 상기 방법을 실행하는 프로토콜 및 컴퓨터 프로그램으로 더 확장된다.
본 발명의 일 실시예는 첨부된 도면들을 참조하여 예로써 이제 설명될 것이다.
두명의 사용자들(1 및 2)의 경우에 변경된 전송 프로토콜(transmission protocol)의 예가 도 1에 도시되어 있다. 타임 시프트는, 상이한 사용자들로부터의 경로들내의 전파 지연(propagation delay)들이 그 신호들의 동시 도착을 야기하는 것을 방지하도록 하기 위해 전파 채널들내의 시간 지연(time delay)의 길이를 초과한다.
이 지연은, 인접한 버스트(burst)들로부터 간섭에 의해 유도된 성능 저하를 피하기 위해 가드 인터벌(guard interval)의 지속 기간을 현저하게 초과하지 않는다.(도 1에서 사용자들(1, 2)에 대한 간섭)
실제로, 타임 시프트는, 기준 클록내에 위상차(phase difference)를 도입함으로서 이루어지며, 이 기준 클록은 공통 타임-슬롯 내에서 이동 사용자들의 공통 셀 전송(co-cell transmission)들을 동기화한다. 각각의 SDMA 사용자에 대하여, 기지국은 기준 클록의 고유 타임 시프트된 버전에 기초하여 타이밍 어드밴스 정보를 생성하고, 그러므로 모바일의 상이한 위치들에 기인하는 상이한 라운드-트립 지연(round-trip delay)들에 대하여 보상한다. 각 사용자의 버스트의 도착 시간에 대한 허용 오차는 GSM 05.10(ETS 300 579), "Digital cellular telecommunications system(Phase 2+); Radio subsystem synchronisation"에서 설명되어 있는 것과 같이 유지된다.
타임-시프트된 프로토콜은 업링크에서 사용된다. 다운링크는 모든 SDMA 사용자들에 대해 동일한 기준 클록에 의해 통제된다. 이것은 셀 내에서, 하나의 공통 방송 시그널링(signalling)(방송 제어 채널(BCCH: broadcast control channel)), 주파수 정정 채널(FCCH: frequency correction channel) 및 동기 채널(SCH: synchronization channel)의 전송을 허용하고, GSM 05.02(ETS 300 574), "Digital cellular telecommunications system(Phase 2+); Multiplexing and multiple access on the radio path"을 참조하라.
타임 시프트된 전송이 배열될 때, 종래의 공간적 또는 공간-시간적 처리는 채널들/DOA를 추정하고 전송된 데이터를 복구하도록 처리 인터벌들상(도 1)에서 구현된다. 표준 최소 자승 알고리즘(Least Squares algorithm)에 의해 조정된 공간-시간 필터의 사용예는 통상의 GSM 도시 시나리오(GSM urban scenario)(전파 채널의 길이는 약 4 심볼이다)에 대해 도 2에 도시한다. 공통 GSM 트레이닝 시퀀스 번호(0)를 갖는 두명의 SDMA 사용자들의 경우에 생(raw) BER은 타임 시프트의 상이한 값에 대하여 제시된다. 상기 결과들은 하나의 파장만큼 간격을 두고 배치된 4개의 구성요소들의 안테나 어레이로 얻어진다. 도 2는 두명의 사용자들이 회복되고 타임 시프트의 최적 값이 가드 인터벌(8개의 심볼)의 지속 기간에 근접함을 도시한다.
GSM 시스템에서 제안된 해결책의 구현이 도 3 및 도 4에 제시되어 있다. 참조로서, 도 5는 현재의 GSM 기지 트랜시버국(BTS: base transceiver station)의 전형적인 아키텍쳐를 도시한다. 도 5에서, 하나 또는 그 이상의 안테나(6)들은 각 GSM 캐리어에 대하여 업링크에서 사용된다. 각 안테나에서 수신된 신호는 듀플렉서(duplexer)(8)를 통해 수신기(10)로 전달되며, 수신기에서 이것이 필터링되고 RF 및 IF 단들에서 기저대역으로 하향 변환(down converting)된다. 기저대역 파형은 디지털 신호로 변환되고, 등화기(12) 및 채널 디코더(14)에 의해 처리된다. 다운링크에 대하여, 인코드되고 변조된 데이터는 RF 및 IF 단들에 전송된다. RF 신호는 전력 증폭기(PA)에 의해 증폭되고, 단일 안테나에 의해 전송된다. 등화기 및 디코더와 PA를 갖는 RF 및 IF 단들에서 디지털 신호 처리 동작들은, GSM 타이밍 함수에 의해 제공되는 시간 기준의 유닛에 의해 제어된다. 이것은 차례로, GSM 사양에 따라서, 내부 또는 외부 소스 중 어느 하나로부터 기준 클록을 수신할 수 있다.
도 3 및 도 4는 SDMA BTS들의 아키텍쳐를 도시한다. 타임 시프트된 프로토콜을 구현하기 위해, 같은 장소에 배치된 기지국들에는, 기준 클록 신호를 발생하는 마스터 BTS(도3) 및, 외부 입력으로부터 기준 클록 신호를 수신하는 하나 또는 그 이상의 슬레이브 BTS(도 4)들이 제공된다. 이 예에서, 각 BTS에서 M개의 요소들의 안테나 어레이(16)가 있고, 상기 어레이 요소들에서 수신된 M개의 신호들이 M개의 수신기(18)들에 의해 기저대역으로 코히어런트하게 하향 변환되어, (아날로그 또는 디지탈) 공간-시간 처리 유닛(20)으로 공급되고, 그 공간-시간 처리 유닛의 출력은 채널 디코더(14)에 의해 처리된다. 송신기 측에서는, 송신기(22)에서 인코딩 및 변조된 후, 빔 형성 유닛(24)에 의해 빔 형성이 실행된다. 이 예에서 다시, 개별 PA(26)은 각 안테나 요소에 대해 사용된다. BTS에 대한 시간 기준은 GSM 타이밍 함수에 의해 제공된다. 마스터 BTS는 업링크와 다운링크에 대하여 내부 기준을 사용한다. 슬레이브 BTS들은, 모바일로 전송될 타이밍 어드밴스 정보의 계산과, 업링크에 관련된 처리에 대해 시프트된 기준을 사용하지만, 나머지 동작은 마스터 BTS와 동기한다. 오직 마스터 BTS 만이 셀내에서 BCCH 버스트들, 및 주파수 정정 및 동기화 버스트들을 방송한다. 셀내에서 모바일 사용자들에 의해 전송된 랜덤 액세스 버스트들은 마스터 BTS에 의해 복조된다. 도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이, 마스터 BTS 는 또한 SDMA 기지국들 중 하나로의 사용자들의 할당을 제어한다.
대안적인 장치에서, BTS가 시프트된 시간 기준으로 동작하는 두개의 수신기들을 갖추고 있다면, 상기 프로토콜은 또한 셀 당 하나의 기지국으로 구현될 수 있다.
본 발명에 의해 셀룰러 무선 원격 통신 망은, 물리적 채널들이 동일한 셀에서 재사용 될 수 있고, 업링크 상에서 재사용된 채널들은 채널들 사이의 타임 시프트에 의해 구분된다.

Claims (18)

  1. 공간 분할 다중 액세스(SDMA; space division multiple access) 셀룰러 무선 원격 통신 망(cellular radio telecommunication network)에 있어서,
    공간 분할 다중 액세스 셀룰러 무선 원격 통신 망에서 쓰이고 있는 물리적 채널들이 동일한 셀에서 재사용되며,
    업링크 상에서 재사용된 채널들은 그 채널들 사이의 타임 시프트에 의해 구분되는, 공간 분할 다중 액세스 셀룰러 무선 원격 통신 망.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 재사용된 채널들은 공통 클록 신호를 이용하는, 공간 분할 다중 액세스 셀룰러 무선 원격 통신 망.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 채널을 재사용하는 각 기지국에 대한 타이밍 어드밴스 정보(timing advance information)는 다운링크 상에서 전송되는, 공간 분할 다중 액세스 셀룰러 무선 원격 통신 망.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 재사용된 채널들은 모두 동일한 시그너처(signature)를 사용하는, 공간 분할 다중 액세스 셀룰러 무선 원격 통신 망.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 마스터 기지국 및 같은 장소에 배치된 슬레이브 기지국을 포함하며,
    상기 마스터 기지국은 공통 기준 클록을 발생하고,
    슬레이브 기지국은 모바일(mobile)들로 타임 시프트 정보를 전송하기 위해 시프트된 기준 클록을 이용하는, 공간 분할 다중 액세스 셀룰러 무선 원격 통신 망.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 기지국은 상호 시프트된 시간 기준들로 동작하는 두개의 수신기들을 갖는, 공간 분할 다중 액세스 셀룰러 무선 원격 통신 망.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 타임 시프트는 재사용되는 채널들에서 전파 지연보다 더 긴, 공간 분할 다중 액세스 셀룰러 무선 원격 통신 망.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 타임 시프트는 가드 인터벌(guard interval)과 대략 동일한, 공간 분할 다중 액세스 셀룰러 무선 원격 통신 망.
  9. SDMA 셀룰러 무선 원격 통신 망의 동작 방법에 있어서,
    SDMA 셀룰러 무선 원격 통신 망에서 물리적 채널들은 동일한 셀에서 재사용 되며,
    업링크상에서 재사용된 채널들은 그 채널들 사이의 타임 시프트에 의해 구분되는, SDMA 셀룰러 무선 원격 통신 망의 동작 방법.
  10. 청구항 10(은)는 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 9 항에 있어서, 상기 재사용된 채널들은 공동 클록 신호를 이용하는, SDMA 셀룰러 무선 원격 통신 망의 동작 방법.
  11. 청구항 11(은)는 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 채널을 재사용하는 각 기지국에 대한 타이밍 어드밴스 정보가 다운링크상에서 전송되는, SDMA 셀룰러 무선 원격 통신 망의 동작 방법.
  12. 청구항 12(은)는 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 재사용된 채널들은 모두 동일한 시그너처를 이용하는, SDMA 셀룰러 무선 원격 통신 망의 동작 방법.
  13. 청구항 13(은)는 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 12 항에 있어서, 마스터 기지국은 공통 기준 클록을 발생하고,
    같은 장소에 배치된 슬레이브 기지국은 모바일들로 타임 시프트 정보를 전송하기 위해 시프트된 기준 클록을 사용하는, SDMA 셀룰러 무선 원격 통신 망의 동작 방법.
  14. 청구항 14(은)는 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 13 항에 있어서, 기지국에서 두개의 수신기들은 상호 시프트된 시간 기준들로 동작하는, SDMA 셀룰러 무선 원격 통신 망의 동작 방법.
  15. 청구항 15(은)는 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 타임 시프트는 재사용된 채널들내에서 전파 지연보다 더 긴, SDMA 셀룰러 무선 원격 통신 망의 동작 방법.
  16. 청구항 16(은)는 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 타임 시프트는 가드 인터벌과 대략 동일한, SDMA 셀룰러 무선 원격 통신 망의 동작 방법.
  17. 청구항 17(은)는 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 9 항 또는 제 10 항의 방법의 모든 단계들을 실행하기 위한 프로토콜.
  18. 제 9 항 또는 제 10 항의 방법의 모든 단계들을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램.
KR10-2000-0079774A 1999-12-21 2000-12-21 셀룰러 무선 원격 통신 망 및 이를 동작시키는 방법,프로토콜 및 컴퓨터 프로그램 KR100397401B1 (ko)

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