KR100911235B1

KR100911235B1 - Ｃｄｍａ 수신기와 관련 송신기를 동기화시키기 위한파일럿 신호를 검색하는 방법

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Publication number: KR100911235B1
Application number: KR1020087007784A
Authority: KR
Inventors: 제임스 에이. 주니어. 프록터; 존 이. 호프만; 앤토인 제이. 로우팰; 조지 로드니 주니어. 넬슨
Original assignee: 아이피알 라이센싱, 인코포레이티드
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: KR20020086577A; KR20080098082A; KR20070103088A; US20080225991A1; KR20090028652A; US20110170493A1; KR100890417B1; US7233627B2; WO2001063813A1; AU2001250001A1; US8315294B2; KR100938186B1; KR100843655B1; US7916772B2; US20130121251A1; US20020136274A1; KR20080035023A

Abstract

전송된 데이터를 수신하기 위하여 적응형 안테나가 사용될 때, CDMA수신기(201)를 송신기와 동기화시키는 방법에 있어서, 최대 크기를 갖는 파일럿 신호를 식별하는 수신기를 제공하여, 수신안테나시스템이 360°의 수용각패턴(즉, 전방향패턴)과 일정한 수용각(즉, 지향성 패턴) 사이에 적응된다. 수신기는 다른 송신기를 향해 안테나패턴의 널을 조향하여 여타의 파일럿 신호로부터의 방해를 최소화한다. 따라서, 유효한 파일럿 신호를 획득하기 위하여 수신기(201)에 필요한 시간이 현저하게 감소된다.

Description

ＣＤＭＡ 수신기와 관련 송신기를 동기화시키기 위한 파일럿 신호를 검색하는 방법{METHOD FOR SEARCHING PILOT SIGNALS TO SYNCHRONIZE A CDMA RECEIVER WITH AN ASSOCIATED TRANSMITTER}

본 발명은 일반적으로는 데이터통신 및 프로세싱 분야에 관한 것이며, 보다 특별하게는 전송된 데이터를 수신하는데 적응성 안테나가 활용되는 경우, CDMA 수신기를 송신기에 동기화시키는 방법에 관한 것이다.

코드분할다중접속(CDMA) 변조는 같은 전송매체를 사용하는 각각의 사용자들이 주파수와 시간 모두에 대해서 오버랩되는 다중사용자 접속 전송방식 (multi-user access transmission scheme)이다. 이것은, 사용자들이 시간에 대해서는 오버랩되지만 할당되는 주파수는 유일한 주파수분할다중접속(FDMA) 및 사용자들은 주파수에 대해서는 오버랩되나 할당된 타임슬롯(timeslots)은 유일한 시분할다중접속(TDMA)과는 대비된다. CDMA에 따르면, FDMA의 특정 서브채널(sub-channel)과는 대조적으로, 각각의 사용자에게 전체 채널의 대역폭에 걸쳐 그 정보를 확산시킬수 있게 하는 유일한 코드 시퀀스가 할당된다. 따라서, 모든 사용자로부터의 신호가 전체 채널에 걸쳐 전송된다. 수신기에서 특정 사용자의 신호를 분리해 내 기(separate out) 위하여, 동일 특정 사용자의 코드 시퀀스를 사용하여 수신된 신호에 대해 교차상관(cross correlation)이 수행된다.

CDMA 전송은 당업자들에게 잘 알려져 있다. CDMA와 FDMA/TDMA간의 비교는 본 명세서에서 참조를 위해 채용한 Proakis, "Digital Communications", Chapter 15에서 찾을 수 있다. 또한, 사용자간(inter-user)의 간섭을 최소화하기 위한 조합 접근(combined approach)(즉, 일 그룹내의 왈시 원리 및 스프레딩 시퀀스 어크로스 그룹을 조합하는 것)의 일례로는 본 명세서에서 참조를 위해 채용한 TIA/EIA/IS-95 "Mobile Station Compatibility Standard for Dual Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System"에 기술되어 있는 IS-95 시스템이 있다.

IS-95 CDMA 시스템은순방향 및 역방향 링크 (기지국에서 이동단말기로, 그리고, 이동단말기에서 기지국으로) 가 상이한 링크 구조를 갖는다는 점이 독특하다. 이는 지상 이동(land-mobile) 통신 시스템의 요건을 만족시키기 위해서 필요하다. 순방향링크는 4종류의 로지컬 채널, 즉, 파일럿(pilot), 동기(sync), 호출(paging) 및 통화(traffic) 채널로 구성되며, 1개의 파일럿 채널, 1개의 싱크 채널, 최고 7개의 페이징 채널 및 7개의 통화 채널로 이루어진다. 각각의 이들 순방향링크 채널은, 먼저, 왈시기능(Walsh function)에 의하여 직교확산된 다음, 그들 각각이 -1 내지 +1(양극(polar)) 또는 0 내지 1(비양극)의 범위에 있는 고속 데이터 비트(high data rate bits)("Chips")의 시퀀스인 한 쌍의 짧은 PN 시퀀스(소위 의사노이즈(pseudonoise))에 의하여 확산된다. 결과적으로, 상기 시스템의 모든 채널이 함께 더해져 순방향링크에서 전송되는 합성 확산 스펙트럼 신호(composite spread spectrum signal)를 형성한다.

IS-95 CDMA 시스템의 역방향 링크는 2 종류의 로지컬 채널, 즉, 접속채널 및 통화채널로 구성된다. 이들 각각의 역방향 링크 채널은 특유의 긴 PN 시퀀스(unique long PN sequence)에 의하여 직교확산된다; 따라서, 각각의 채널은 별개의(distinct) 긴 PN 코드를 사용하여 복원 및 디코딩된다. 몇가지 예에서는, 각각의 이동단말기가 자신의 파일럿 시퀀스를 전파하는 것이 불가능하다는 점을 근거로 역방향 링크에서는 파일럿 채널이 사용되지 않는다. 부가적으로, IS-95 CDMA 시스템은 서로 직교성(orthogonal)을 갖는(즉, 외적(cross-product)이 0인) 64 왈시기능을 사용하며, 순방향링크에서의 각각의 로직채널은 할당된 왈시기능에 의하여 식별된다. 왈시기능은 순방향링크에서 상호간의 간섭을 피하기 위하여 같은 RF 밴드를 점유하는 개별 사용자들을 분리시키는데 사용되는 코드를 발생기키기 위해 이용된다. 통화채널이 이동단말기에 할당되지 않는 경우에는, 접속채널이 이동단말기와 기지국을 연결하는데 사용된다. 이동단말기는 상기 접속채널을 사용하여 발신원(call originations)을 생성하고 호출(pages) 및 명령(orders)에 대해 응답한다. 접속채널의 기저대역 데이터 속도(baseband data rate)는 4.8Kbps(Kilobits per second)로 고정된다.

파일럿채널은 왈시기능 0(ω₀)에 의하여 식별된다. 이 채널은 기저대역 시퀀스 정보를 포함하지 않는다. 기저대역 시퀀스는 또한 모두 제로 시퀀스인 왈시기능 0에 의하여 확산되는 0들의 스트림(stream)이다. 다음으로 그에 따른 시퀀스(역시 모두 0들)가 한 쌍의 쿼드레이쳐 PN 코드에 의하여 확산 또는 배가된다. 따라서, 파일럿채널은 사실상 PN 시퀀스 그 자체다. 사용자가 파일럿 신호를 전송하고 있을때 특정 오프셋을 갖는 PN 시퀀스는 특정의 기하학적 영역 또는 섹터를 특이하게 식별한다. IS-95 CDMA 시스템에서는, 왈시기능 0 및 PN 시퀀스 모두는 1.2288Mcps(mega chips per second)에서 운영된다. PN 확산후에, 기저대역 필터는 합성된 디지털 펄스를 성형(shape)하는데 사용된다. 이들 필터는 효과적으로 디지털 펄스 스트림을 저역으로 필터링하고 신호의 기저대역 스펙트럼을 제어한다. 결과적으로, 신호대역은 대역에지 부근의 샤퍼 롤-오프(sharper roll-off)를 소유한다. 파일럿채널은 기지국 섹터에 의하여 지속적으로 전송된다. 파일럿채널은 이동단말기에 타이밍 및 위상 참조(phase reference)를 제공한다. 이동단말기에 의한 파일럿채널의 신호 대 잡음비의 역시 그 단말기의 가장 중심적 역할을 하는 섹터의 지시(indication)을 제공한다. 여기서, 신호 대 잡음은 간섭밀도(interference densiy) 당 칩당에너지(energy per chips), 즉, E_c/I_o이며 여기서, E_c는 칩당에너지이고, I_o는간섭밀도이다.

파일럿채널과 달리, 동기채널은 기저대역 정보를 전달한다(carry). 기저대역 정보는 동기채널메시지에 포함되며, 이 동기채널메시지는 정보인식시스템의 동기화 및 변수를 알려준다. 동기채널과 유사하게, 호출채널 역시 기저대역 정보를 가진다. 하지만, 동기채널과는 달리, 호출채널은 더욱 고속, 즉, 4.8Kbps나 9.6Kbps로 전송한다.

순방향 및 역방향의 통화채널은 데이터 및 음성을 전송하는데 사용되는데, 신호화된 메시지 또한 통화채널을 통해 보내진다. 순방향 통화채널의 구조는 호출채널의 구조와 유사한 반면, 역방향 통화채널의 구조는 접속채널의 구조와 유사하다. 유일한 차이점은 순방향 통화채널은 다중화된(multiplexed) 파워 콘트롤 비트(PCBs)를 포함하고 역방향 통화채널은 중복데이터(redundant data)를 무작위로 마스킹하기위하여 0 과 1의 마스킹패턴을 생성시키는 데이터 버스트 랜더마이저(data burst randomizer)를 포함한다는 점이다.

시간에 대해서(즉, TDMA) 또는 주파수에 대해서 (즉, FDMA) 신호를 분할하는 기술은 비교적 단순한 방식으로서 신호가 직교성 및 비간섭성이 되도록 한다. 하지만, CDMA에서는, 각각의 사용자들이 동시에 같은 대역폭을 점유하지만, 일 세트의 직교파형, 시퀀스 또는 코드의 사용에 의하여 서로 분리된다. 두 실수치의 파형 x 및 y는 그들의 시간주기 T에 걸친 교차상관 R_xy 이 0인 경우 직교성을 띈다고 말하며, 여기서,

다른 시간에서, 두 시퀀스 x 및 y는 그들의 외적R_xy(0)가 0이라면 직교성을 갖는다.

상기 외적은 다음과 같다.

여기서,

이 경우에, T는 전치벡터(vector transpose), 즉, 열을 행으로 나타내거나 그 반대를 나타낸다. 예를 들어, 다음의 두 시퀀스 또는 코드, x 및 y가 직교성을 갖는다면,

이는, 그들의 교차상관이 0이기 때문이다. 즉,

상기 코드세트를 다중 접속 방식으로 사용하기 위해서는, 부가적인 특성들이 요구된다. 즉, 제로 교차상관의 특성 이외에, 직교성 코드세트내의 각 코드는 같은 수의 1 과 -1을 가져야 한다. 이러한 특성은 각각의 특정 코드에 소정의 의사무작위성을 제공한다. 또 하나의 특성은 코드의 차수(order)에 의하여 스케일링된(scaled) 각 코드의 내적이 1과 같아야 한다는 것이다. 코드의 차수는 사실상 코 드의 길이이며, 내적은 시퀀스를 자체적으로 곱하고 그 개별항들을 합산하여 얻어진 스칼라로 정의된다. 이것은 다음의 관계로 주어진다.

CDMA 시스템에서는, 네트워크의 노드로 이용가능한 각 시퀀스의 소정 세그먼트가 "심볼(symbol)"로 지정된다. 반복적인 시퀀스의 경우에 있어서, 심볼은 시퀀스의 총주기(complete period)일 수도 있다. 노드가 상기 심볼을 전송 또는 수신하는 시간(time interval)은 "심볼 인터벌(symbol interval)"이라 칭한다. 다중 직교 시퀀스(multiple orthogonal sequence)를 채용하는 다중노드 확산대역 네트워크(multi-nose spread-specrum network)에서는, 모든 노드가 노드로 이용가능한 시퀀스의 일부 또는 전부로부터 유도되는(derived) 정보함유 심볼(information bearing symbol)을 동시에 전송 및/또는 수신할 수도 있다.

무선전화 및 퍼스널컴퓨터의 사용증가는 이전에는 특별한 용도로만 사용될 것으로 생각되던 CDMA, FDMA 및 TDMA 같은 진보된 원격통신 기술과 관련된 요구를 불러 일으켰다. 1980년대에는 셀룰라 텔레폰 네트워크에 의해 무선 음성통신이 폭넓게 이용될 수 있게 되었다. 초기에, 이러한 서비스는 높은 가입비로 인해 비지니스맨의 전유물로 생각되던것이 보통이었다. 바로 최근까지도, 원거리에 분포되어 있는 컴퓨터 네트워크로 접속하기 위해서는, 비지니스맨이나 대기업만이 필요한 컴퓨터 및 무선 접속장비를 구입할 수 있던것 또한 사실이다. 모든 기술을 폭넓게 이용할 수 있게된 결과로, 이제는 일반대중들 사이에서 인터넷 및 개인전용 인터넷과 같은 네트워크로의 접속뿐 아니라 무선방식에 의해 네트워크에 접속하려는 수요 또한 증가하고 있다. 이는, 특히, 전화선의 구속을 받지않고 네트워크에 접속하기를 원하는 포터블 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 핸드헬드(hand-held) 퍼스널 디지털 어시스턴트 등의 사용자들의 관심을 끌고 있다.

하지만, 기존의 무선 기반을 이용하여 저비용, 넓은 지역 대상, 고속의 인터넷접속, 개인전용 인터넷 및 여타 네트워크와 관련하여 폭넓게 이용할 수 있는 만족할만한 해법은 여전히 존재하지 않는다. 이러한 상황은 몇가지 요인에 의한 것이다. 한가지 요인은, 전선(wireline) 네트워크를 통한 사업환경에 고속데이터서비스를 제공하는 통상의 방식은 대부분의 가정 및 사무실에서 이용할 수 있는 음성단계의 서비스에는 쉽게 적용할 수 없다는 점이다. 부가적으로, 이러한 표준(standard)의 고속데이터서비스는 그들 스스로 표준 셀룰라 무선 핸드셋을 통한 효율적인 전송을 하기에는 적합치 않다. 또한, 기존의 셀룰라 네트워크는 원래 음성서비스만을 전달하기위해 설계되었다. 결과적으로, 오늘날의 디지털 무선 통신방식의 강점은 CDMA와 같은 특정 방식이 데이터전송의 허용을 위한 비대칭거동(asymmetrical behavior)의 한계(measure)를 일부 제공하기는 하나, 음성과 함께 존재(lie)한다는 점이다. 예를 들어, IS-95 순방향 통화채널에서의 데이터속도는 소위 Rate Set 1로 불리는 1.2Kbps에서 최고 9.6Kbps까지 또는 소위 Rate Set 2로 불리는 1.8Kbps에서 최고 14.4Kbps까지 증분으로 조정될 수 있다.

그러므로, 기존의 시스템은 최대의 데이터속도를 순방향으로 14.4Kbps 범위내에서만 허용할 수 있는 라디오채널을 제공한다. 이러한 저속의 데이터채널은 종래의 모뎀식 장치를 이용하여 통상적으로 이용가능한 28.8Kbps 또는 56.6Kbps 속도로 데이터를 전송하는데 자체적으로는 직접적인 도움을 주지 못한다. 이러한 수준의 데이터속도는 인터넷접속과 같은 작업에서 최소의 접속가능속도가 되었다. xDSL(Digital Subscriber Line) 서비스와 같은 다른 형태의 고속의 빌딩블럭(building block)을 사용하는 데이터 네트워크가 이제 막 도입되고 있다. 하지만, xDSL 서비스의 비용은 최근 거주고객(residental customer)에게 관심을 끌 정도로만 절하되었다.

셀룰러시스템이 초기에 배치되었던 시절에도 xDSL 및 종합정보통신망(ISDN)은 알려져 있었지만, 셀룰러 네트워크를 통하여 고속의 ISDN 또는 xDSL등급의 데이터서비스를 제공하지는 못했다. 불행하게도, 무선환경에서, 다수의 가입자에 의하여 채널로 접속하는 것은 비용이 많이 들고, 치열하다. 라디오캐리어의 그룹에 대한 아날로그변조를 사용하는 종래의 FDMA에 의하여 다수의 접속이 제공되든지 TDMA 또는 CDMA를 사용하여 라디오캐리어를 공유하는 새로운 디지털변조체계에 의하여 다수의 접속이 제공되든지 간에, 공유될 것으로 예상되는 매체는 라디오스펙트럼의 특성이다. 데이터전송에 있어서, 이것은 유선매체를 얻는게 비교적 저렴해서 보통은 공유되지 않았던 종래의 환경과는 꽤 다르다. 따라서, 셀룰러 네트워크 토폴로 지를 거쳐 고속의 ISDN 또는 xDSL등급의 데이터서비스를 지원하는 시스템을 제공해야 하는 필요성이 명백해졌다. 특히, 널리 사용가능한 인프라스트럭춰를 사용하는 인터넷 및 사설 인트라넷(private internets)과 같이 휴대용컴퓨터로부터 컴퓨터 네트워크로의 무선데이터통신을 지원하는 효과적인 체계가 필요하다.

CDMA와 같이 널리 보급되어 사용되는 현재의 무선규격(wireless standard)은 웹페이지목록검사(web page browsing)과 같은 가장 공통적인 활동을 지원하는 적절한 구조를 제공하지 않는다. 순방향 및 역방향 링크방향에서, IS-95방식 CDMA시스템에서 최대 이용가능한 채널의 대역폭은 고작 14.4Kbps에 지나지 않는다. IS-95가 회선교환됨(circuit-switched)에 따라, 최대 64개의 회선교환된 사용자만이 한번에 활성화될 수 있다. 실제로, 이 한계에 도달하는 것은 어렵고, 일반적으로는 동시에 20 또는 30명의 사용자만이 한번에 활성화된다. 또한, 현행 CDMA시스템은 채널이 사용되기 전에 어떤 조작을 필요로 한다. 예를 들어, 이러한 시스템의 접속 및 통화채널 모두가 PN시퀀스에 의하여 변조된다. 따라서, 송신기와 수신기를 동기화시키기 위해서 가능한 모든 PN오프셋을 검색할 필요가 있다. 이것은 각각의 기지국과 관련되어 개별적으로 검색되어야 하는 32, 768개의 PN오프셋이 존재하기 때문이다. 적응형 안테나시스템이 수신기로 사용되면, 이러한 검색에는 PN오프셋 및 안테나의 방위각 모두가 포함된다. 또한, 안테나가 방해물에 대한 널을 조향하면(즉, 다른 송신기를 향하는 안테나의 방위각을 설정하면), 전체 검색은 여타의 검색 파라미터(즉, 널을 조향하는 파라미터)도 포함한다. PN오프셋에 걸친 방위각 및 널의 조향에 대한 이러한 반복적 검색은 느리고, 추가적인 제약조건에 걸쳐 검색을 해야하 는 필요성으로 인하여 가입자유닛의 사용자에게 인식가능한 동기화의 지연을 유발하는 시간소모적인 과정이다.

본 발명은 안테나 속성의 일부가 수신된 신호에 의하여 제어되도록 하는 그것의 방사소자와 관련된 회로소자를 구비한 적응형 안테나시스템이 전송된 데이터를 수신하는데 이용될 때, CDMA수신기를 전송된 파일럿 신호와 동기화시키는 방법에 관한 것이다. 동기화지연패턴을 감소시키는 흥미로운 방법은 360°의 수용각패턴(즉, 전방향패턴)과 일정한 수용각(즉, 지향성 패턴) 사이에 수신안테나시스템을 적응시키는 것이다. 이것은 최대 크기를 갖는 파일럿 신호를 식별하는 수신기를 제공하여 달성되고, 다른 송신기를 향해 안테나패턴의 널을 조향하여 여타의 파일럿 신호로부터의 방해를 최소시킨다.

캐리어주파수에서 각각의 주파수오프셋의 검색이 수행된 다음에, 다양한 주파수 빈(bin)의 검색이 이어진다. 바람직한 실시예에서, 주파수오프셋은 실험실에서 측정되고, 파일럿 신호의 초기 포착시에 사용하도록 메모리에 저장된다. 파일럿 신호의 포착시, 저장된 주파수의 PN공간이 스캔된다. 중요한 파일럿 신호가 발견되지 않으면, 큰 주파수오프셋이 존재하고, 여타의 주파수 빈이 검색되어야 한다. 한편, 검색기가 파일럿 신호의 포착시에 상당한 크기의 파일럿을 검출하면, 시스템내부의 전압제어오실레이터가 무시할 만한 주파수오프셋을 소유하고, 여타의 주파수 빈은 검색되지 않는다. 또한, 상이한 주파수 빈이 검색되고, 상당한 신호의 크기를 갖는 파일럿 신호가 발견되면, 파일럿 신호의 초기 포착이 요구될 때까지 새로운 주파수오프셋이 메모리에 저장된다.

잠재적 파일럿 신호의 검출에 있어서, 파일럿 신호의 짧은 PN코드의 상태는 디지털신호처리기(DSP)에 저장된다. 잠재적 파일럿 신호가 전체 드웰(즉, 특정 PN오프셋을 평가하는 시간소모)을 지나면, 안테나어레이는 사전설정된 빈의 폭의 최상 도달각(angle of arrival)을 스캐닝한다. 바람직한 실시예에서, 최상 도달각에 대한 스캔은 20°빈으로 수행된다.

본 발명의 방법은 CDMA수신기를 전송된 파일럿 신호와 동기화시키는 동안, 모든 가능한 PN오프셋을 검색하는 필요성을 배제한다. 본 방법은 널 조향 파라미터와 같은, 추가 파라미터의 검색을 배제한다. PN오프셋, 방위각 및 널 조향에 걸친 검색이 배제된다. 따라서, 동기화 지연이 최소화되고 전송된 파일럿 신호의 신속한 포착이 달성된다.

당업자는 첨부되는 도면과 함께, 이하에 상세히 기술된 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 쉽게 이해할 수 있다. 전체 도면에 걸쳐, 동일한 소자들은 동일한 참조부호로 표시된다.

본 발명의 방법을 이용하면, 전송된 파일럿 신호를 갖는 CDMA 수신기의 동기화 동안에 가능한 PN의 검색이 모두 제거된다. 또한, 상기 방법은 널 조향 파라미터(null steering parameter)와 같은 추가의 파라미터의 검색이 필요없다. 그 결과로, 동기화지연이 최소화되어 전송된 파일럿 신호의 신속한 취득이 달성된다.

도 1은 전방향패턴과 지향성 패턴사이에 수신안테나가 적응되는 무선통신시스템(100)의 블록도이다. 상기 시스템(100)은 가입자유닛(101-1, 101-2,...,101-u(집합적으로 가입자유닛(101)) 및 1이상의 기지국(170)과 같은 2개의 상이한 형식의 구성요소를 포함한다. 가입자유닛(101) 및 기지국(170)은 가입자유닛(101)과 관련된 랩탑컴퓨터, 휴대용컴퓨터, PDA(Personal digital assistance) 등과 같은 휴대용계산장치(110)에 무선데이터서비스를 제공하는데 필요한 기능을 제공하도록 협력한다. 기지국(170)은 또한 가입자유닛(101)과 PSTN(180)(public switch telephone network)간의 기본적인 데이터송수신을 하도록 가입자유닛(101)과 협력한다. 상세하게는, 데이터 및/또는 음성서비스가 사용자유닛(101)에 의하여 전화기와 같은 1이상의 같은 장치 뿐만 아니라 휴대용컴퓨터(110)에 또한 제공된다. 상기 전화기는 도 1에 도시되지 않은 여타의 모뎀 및 컴퓨터에 접속될 수 있다.

가입자유닛(101)은 ISDN모뎀과 같은 모뎀(120), 스풀링(132) 및 대역폭관리기(134)를 포함하여 다양한 기능을 수행하는 본 명세서에서 프로토콜컨버터(130)로 불리는 장치, CDMA송수신기(140) 및 가입자유닛안테나(150)를 포함한다. 가입자유닛(101)의 다양한 구성요소는 별개의 장치 또는 통합된 유닛으로 실현될 수 있다. 예를 들어, 대다수의 제품에 쉽게 사용할 수 있는 종래의 현행 ISDN모뎀(120)은 현행 CDMA송수신기(140)와 함께 사용될 수 있다. 이 경우에, 필요한 추가 기능은 별도의 장치로 판매될 수 있는 프로토콜컨버터(130)에 의하여 완전히 제공될 수 있다. 대안적으로, ISDN모뎀(120), 프로토콜컨버터(130) 및 CDMA송수신기(140)는 완전한 유닛으로 통합될 수 있고, 단일 가입자유닛장치(101)로 판매될 수도 있다. 이 더넷(Ethernet) 또는 PCMCIA과 같은 다른 종류의 인터페이스접속이 프로토콜컨버터(130)에 계산장치를 연결하도록 사용될 수 있다. 상기 장치는 ISDN"U"인터페이스보다는 이더넷 인터페이스에 접속될 수도 있다.

ISDN모뎀(120)은 단말기장비(110)로 사용되는 포맷과 표준 ISDN"U"인터페이스에서 요구하는 포맷간의 데이터 및 음성신호를 변환한다. "U"인터페이스는 NT(network termination)와 전화기회사간의 접속부를 나타내는 ISDN시스템의 기준점이다.

프로토콜컨버터(130)는 스풀링(132) 및 기본 대역폭관리기(134)의 기능을 수행한다. 일반적으로, 스풀링(132)은 가입자유닛(101)이 항상 기지국(170)의 다른 쪽에서 일반전화교환망(180)에 접속되는 단말기장비(110)와 통신하도록 보장한다. 대역폭 관리기(134)는 필요에 따라 CDMA라디오채널(160)을 할당 및 해제할 수 있다. 대역폭관리기(134)는 또한 CDMA라디오채널(160)의 하위영역을 동적으로 지정하는 것에 의하여 주어진 세션에 할당된 대역폭의 동적 관리를 포함한다. CDMA송수신기(140)는 프로토콜컨버터(130)로부터 데이터를 받아들이고, 가입자유닛안테나(150)를 통하여 CDMA라디오링크(160-1)를 거쳐 전송하기 적절한 형식으로 데이터를 재형식화(reformat)한다. CDMA송수신기(140)는 1.25MHz의 단일 라디오주파수채널를 통해서만 동작할 수 있고, 또는 다중 할당가능한 라디오주파수채널에 걸쳐서 튜닝할 수 있다.

가입자유닛(101)로부터의 CDMA신호수신은 기지국장비(170)에 의하여 수신되고 처리된다. 기지국장비(170)는 일반적으로 다채널안테나(171), 다수의 CDMA송수 신기(172) 및 대역폭관리기(174)를 포함한다. 대역폭관리기(174)는 가입자유닛(101)에 아날로그방식으로 CDMA라디오채널(160) 및 하위채널을 할당하는 것을 제어한다. 송수신기(172)는 수신된 신호를 복조한 다음, 기지국(170)은 종래에 공지된 방식으로 복조된 라디오신호를 일반전화교환망(PSTN)(180)에 결합시킨다. 예를 들어, 기지국(170)은 1차속도의 ISDN(primary rate ISDN)과 같은 임의의 수의 상이한 효과적인 통신프로토콜 또는 IS-634 또는 V5.2와 같은 여타의 LAPD계 프로토콜을 통하여 PSTN(180)과 통신할 수 있다.

또한, 데이터신호는 CDMA 라디오채널(160)을 따라 양방향성으로 진행한다는 것을 이해하여야 한다. 즉, PSTN(180)으로부터 수신된 데이터신호는 휴대용 컴퓨터(110) 및 순방향링크방향과 커플링되고, 휴대용 컴퓨터(110)에서 생긴 데이터신호는 소위 역방향링크방향으로 PSTN(180)과 커플링된다.

가입자유닛(101)내의 송수신기(140) 및 기지국(170)의 송수신기(172)와 같은 CDMA 송수신기의 각각은 주어진 1.25㎒ 라디오주파수채널로 시간별로 임의의 주어진 점에서 조정가능하다. 일반적으로, 이러한 1.25㎒ 라디오주파수캐리어는 수용가능한 비트오차율 한계내에서 최대 대략 500-600Kbps 최대 데이터속도전송의 총 등가(total equivalent)를 제공한다. 각각의 송수신기(140)는 멀티패스 파일럿 신호(즉, 반사된 파일럿 신호)중에서 유효한 파일럿 신호를 검색하는 데 사용되는 파일럿 검색기(201)이다.

도 2는 두개의 매체 지면구조(Two Medium Ground Structure)의 모노폴 어레이 안테나(monopole array antenna)의 방위각 도표이다. 특정 방위각에서, 안테나 는 수신된 신호의 진폭 감쇠를 보인다. 도 2에서, 이러한 감쇠, 즉 널(null)은 각각 50°와 310°에서 나타낸다. 전송시, 전송된 신호의 진폭은 특정 각도에서 널(null)을 가질 수 있다.

도 3은 모노폴 어레이 아테나의 크기 대 각 도표이다. 전송시, 전송된 신호의 진폭은 특정 각에서 널을 가질 수 있다. 도 3에서, 안테나 패턴신호내의 큰 널은 대략 117°에서, 작은 널은 대략 240°에서 도시된다. 안테나 패턴널이 다른 송신기를 향하여 조향될 때, 다른 파일럿 신호로부터의 간섭이 최소화된다. 그 결과로서, 가장 큰 크기를 갖는 파일럿 신호는 더욱 간단하고, 더욱 정확하게 식별된다.

도 4는 도 5a 및 도 5b에 도시된 종래의 슈퍼헤테로다인(superheterodyne) 라디오의 페이스드 어레이(phased array) 조향가능 고정안테나의 전송소자의 도표이다. 도 4에는 4개의 주변소자(40) 및 1개의 중심소자(45)가 도시된다. 도 5a에 도시된 페이스드 안테나 어레이 시스템의 "조향" 시에, 주변소자의 위상은 안테나시스템의 중심소자(45)에 대하여 조정된다. 조향은 각각의 소자에 부착되는 각각의 위상 시프터(도시하지 않음)로 특정 위상각을 업로드하도록 디지털 대 아날로그컨버터(도시하지 않음)를 이용함으로써 달성되어, 안테나시스템은 특정 대응하는 위상각을 향하게 된다. 전형적으로, 이 대응하는 위상각은 조사표(look-up table)와 같은 메모리(도시하지 않음)내에 저장된다.

도 6은 본 발명에 따른 방법이 구현되는 무선통신시스템(100)에 대한 파일럿 검색기(201)의 블록도이다. 더욱 상세하게, 도 6은 송수신기(140)의 파일럿 검색부 의 블록도이다. 초기에는, 파일럿 검색기(201)는 멀티패스 파일럿 신호(즉, 반사된 파일럿 신호)중에서 유효한 파일럿 신호를 검색하는 데 사용된다. 초기 검색시, 안테나 어레이 중량(소자)은 전방향 패턴을 제공하도록 설정된다. 전방향 패턴은 0°로 주변소자의 위상 및 90°로 중간소자의 위상을 세팅함으로써, 즉 특정 각을 얻도록 안테나각을 조향함으로써 얻어진다. 유효한 파일럿 신호가 위치되면, 안테나어레이는 수신된 파일럿 신호가 그 피크에 있는 도달 각을 결정하도록 수신된 파일럿 신호와 연관된 방위각을 검색한다. 상기 도달 각은 파일럿 신호의 진폭과 함께 부가의 프로세싱을 위한 시스템내의 마이크로컨트롤러(도시하지 않음)로 보내진다.

도 6에 도시된 바와 같이, 변조된 I 및 Q 서브대역 데이터신호는 PN 제너레이터(210)에 의하여 직교위상시프트키(QPSK) 모듈레이터(220)에서 변조된다(I 및 Q는 각각 데이터신호의 동위상부 및 직교위상부를 나타낸다). 노드(230, 240)에서, QPSK 모듈레이터(220)의 I 및 Q 서브대역 데이터 출력은 각각 적분된다. 다음, I 및 Q 서브대역 데이터신호는 노드(250) 및 노드(260)에서 각각 제곱된다. 노드(250) 및 노드(260)로부터 제곱된 출력은 합산기(270)로 입력되고, 서로 더해진다. 이 합산된 결과는 적분기(280)로 출력된다.

적분기(280)에서 합산된 I 및 Q 서브대역 데이터신호의 적분 후, 멀티드웰(multi-dwell) 검출은 스레시홀드 설정장치(291)(멀티드웰 검색기)에서 수행된다. 유효한 파일럿 신호를 검출하면, 검출된 파일럿 신호은 안테나의 소자에 할당된다. 특정한 PN 오프셋에서의 신호가 위치될 때, 유효한 상관관계가 생긴다. 각각의 유효한 상관관계에서, PN 오프셋은 I 및 Q 서브대역 데이터신호를 복조하는 데 (즉, 특정 PN 오프셋에서 입사하는 파형을 디스프레드 하는 데) 사용된다.

파일럿 채널신호는 총 순방향링크 전송 파워의 대략 10%를 차지한다. 데이터에 직교하지 않는 파일럿 신호과 결합된 이것은 IS95와 같은 이러한 시스템에서 수행된 코히런트 적분에 비하여, 더 긴 코히런트 적분(즉, 위상정보를 포함하는 적분)을 수행하도록 검색기 알고리즘을 요구한다. 기지국(170)과 가입자유닛(101)간의 더 큰 주파수오프셋이 존재함에 따라, 적분기(280)에 의하여 출력된 값의 크기는 작아지고 제한된다. 이것은 PN 오프셋을 검출하도록 가입자의 능력을 제한한다. 그 결과로서, 큰 코히런트 적분(또는 더 긴 코히런트 적분)은 이상적인 캐리어주파수로부터 시작한 다중 주파수빈(multiple frequency bin)(다중 주파수범위)으로 주파수 신디사이저를 스텝핑하여야만 달성될 수 있다.

자동화 주파수 제어루프는 기지국과 가입자국(101)간의 오실레이터 불일치(mismatch)로 인한 미지의 주파수오프셋의 결과로서 스텝핑된다. (상기 주파수 불일치는 1.9㎓의 2.5ppm 즉, 대략 5㎑과 같은 높이일 수 있다.) 32개의 심볼(즉, 2¹⁰개의 칩)의 코히런트 적분길이는 도 7에 도시된 검출곡선이 된다. 도 7에서 알 수 있듯이, ±200㎐의 주파수오프셋은 파일럿 검출파워의 대략 2dB을 손실하는 반면, ±400㎐의 오프셋은 최대 13dB의 파일럿 추정 파워 저하를 유발할 수 있다. 그러므로, 적절한 파일럿 신호검출을 보장하기 위해서, 파일럿 검색기는 대략 200㎐의 주파수빈을 통하여 스텝되도록 설정된다. 바람직한 실시예에서, 빈을 통하여 스팁핑(steeping)하는 출발점은 파일럿 신호의 정확한 캐리어주파수에 있고, 주파수 빈은 ±200㎐, ±400㎐등의 증분에서 스텝된다.

본 발명에 따르면, 캐리어주파수에서 각각의 주파수오프셋의 검색이 수행되고, 그런 후 다양한 주파수빈의 검색이 후속된다. 바람직한 실시예에서, 주파수오프셋은 실험실에서 측정되고 메모리에 저장된다. 파일럿 신호취득시, 저장된 주파수의 PN 스페이스가 스캔된다. 특별한 파일럿 신호가 발견되지 않는 경우, 큰 주파수오프셋이 존재하므로, 다른 주파수빈이 검색되어야 한다. 한편, 검색기가 파일럿 신호취득시 특별한 세기의 파일럿을 검출하는 경우, 시스템내의 전압 제어 오실레이터(도시하지 않음)는 무시해도 좋을 주파수오프셋을 가지며, 다른 주파수빈은 검색되지 않을 것이다. 또한, 상이한 주파수빈이 검색되고, 특별한 신호 진폭 세기를 갖는 파일럿 신호가 발견되는 경우, 새로운 주파수오프셋은 파일럿 신호의 초기 취득이 요구될 때까지 메모리에 저장된다.

포텐셜 파일럿 신호를 검출하면, 파일럿 신호의 짧은 PN 코드의 상태가 디지털 신호프로세서(DSP)에 저장된다. 포텐셜 파일럿 신호가 모든 드웰(즉, 특정 PN 코드를 평가하는 데 소요되는 시간)을 넘겨주는 경우, 안테나 어레이는 예정된 빈 폭(bin width)(즉, 검색 윈도우)에서 최적의 도달 각을 위하여 스캔한다. 바람직한 실시예에서, 최적의 도ekf 각을 위한 스캔은 20°빈에서 수행된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 20°각오프셋은 단일 파워에서 대략 0.3dB 손실을 유도하는 반면, 40°각오프셋은 대략 1dB만큼의 파일럿 신호를 저하시킬 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 방법의 플로우차트이다. 초기에는, 저장된 팩토리와 초기 주파수오프셋 양자 모두는 조사표(도시하지 않음)와 같은 메모리에 저장된다. 전송 세션의 말기에, 초기 주파수오프셋은 메모리로 로드된다. 전송세션의 초기에, 서비스가 이용가능하고 호출을 끝내기 전인 경우, 최종 주파수오프셋은 초기 주파수오프셋(Δf)으로서 메모리에 저장된다.

본 발명에 따른 방법을 구현하기 위해서, 전송세션의 말기에 저장되는 최종 주파수오프셋(Δf)은 단계(102)에 나타낸 바와 같이, 메모리로부터 검색된다. 다음, 단계(103)에 나타낸 바와 같이, 짧은 PN 및 Gotleber 코드는 영(0) 위상으로 초기화된다. 단계(104a 내지 104e)에 나타낸 바와 같이, 들어오는 신호의 스레시홀드 비교(즉, 적분기(280)의 출력의 비교)는 측정된 피크가 알맞은 신호레벨에 있는 지 그렇지 않은 지를 판단하기 위하여 멀티드웰 검색기(291)에서 수행된다. 각 단계에서, 파일럿 검색기의 출력신호의 드웰은 그 크기가 주어진 스레시홀드보다 더 큰지를 결정하도록 체크된다. 드웰이 주어진 스레시홀드보다 작은 경우, 파일럿 신호의 PN 코드는 단계(107)에 나타낸 바와 같이, 1/4 칩 또는 1/8 칩 간격으로 조정된다(즉, 슬루(slew)속도가 조정된다).

다음, 단계(108)에 나타낸 바와 같이, PN 신호는 에포크(epoch)의 시작이 생기는 지를 결정하도록 체크된다. 에포크의 시작이 생기지 않는 경우, 단계(104a 내지 104d)로 복귀된다(즉, 드웰연산이 수행된다). 반대로, PN 에포크의 시작이 생기는 경우, 단계(109)에 나타낸 바와 같이, 특별한 파일럿 신호가 발견되었는 지를 판단한다. 특별한 파일럿 신호가 위치되는 경우, 파일럿 신호는 안테나시스템의 소자로 할당되고(핑거할당), 처리는 종료된다.

특별한 파일럿 신호가 위치되지 않는 경우, 단계(110)에 나타낸 바와 같이, Δf가 예정된 스레시홀드보다 큰 지를 결정하도록 체크된다. 이러한 경우, 즉 Δf가 예정된 스레시홀드보다 클 경우, 처리는 종료된다. 하지만, Δf가 예정된 스레시홀드보다 크지 않는 경우, Δf는 예정된 값만큼 증가되고 단계(103)로 복귀되는 데, 여기서 짧은 PN 및 Gotleber 코드는 0 위상으로 초기화된다. 바람직한 실시예에서, 예정된 스레시홀드는 ±5㎑이고, 예정된 값은 ±600㎐이다.

단계(104a 내지 104e)에 예시된 드웰프로세스의 완료 후, PN 스레시홀드가 본 명세서에서 열거된 스레시홀드보다 큰 경우, 단계(105)에 나타낸 바와 같이, 최적의 안테나각은 20°증가로 결정된다. 최적의 안테나각이 결정되면, 핑거할당은 업데이트되고(단계(106) 단계(107)로 복귀되는 데, 여기서 슬루 코드가 조정된다.

특별히, 본 발명은 바람직한 실시예를 참조로 도시되고 서술되었지만, 당업자는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 세부적으로 다양한 변경이 가능함을 이해할 것이다.

도 1은 전방향패턴과 지향성 패턴사이에 수신안테나가 적응되는 무선통신시스템의 블록도,

도 2는 TMGS(Two Medium Ground Structure)에 걸친 1/4파동1극어레이의 방위각도표,

도 3은 1극어레이의 크기 대 각도 도표,

도 4는 안테나어레이의 전송소자의 도표,

도 5(a) 및 도 5(b)는 종래의 슈퍼헤테로다인 라디오의 블록도,

도 6은 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위한 파일럿검색기의 개략적인 블록도,

도 7은 적분 및 덤프기능의 수행이후의 주파수 오프셋곡선의 그래프, 및

도 8은 본 발명에 따른 방법의 단계를 예시하는 흐름도이다.

Claims

적응 안테나를 갖는 수신기를 송신기에 동기화시키는 방법에 있어서,

상기 안테나를 전방향성 수신 패턴으로 적응시키는 단계;

전방향성 수신 패턴을 갖는 상기 안테나에 의해 수신된 파일럿 신호의 PN(pseudorandom) 오프셋을 검출하는 단계;

상기 안테나를 지향성 수신 패턴으로 추가로 적응시키는 단계;

상기 지향성 수신 패턴을 방위 각도들의 범위에 걸쳐 조종하는 단계; 및

상기 검출된 PN 오프셋에서 상기 파일럿 신호를 수신하기 위한 상기 지향성 패턴의 최대화 방위 각도를 결정하도록 상기 지향성 수신 패턴이 조종될 때, 상기 파일럿 신호의 수신 신호 강도를 모니터링하는 단계

를 포함하는 수신기 동기화 방법.
제1항에 있어서, 상기 파일럿 신호의 상기 수신 신호 강도를 최대화하는 방위 각도에서 상기 안테나를 지향성 수신 패턴으로 더 적응시키는 단계를 더 포함하는 수신기 동기화 방법.
제1항에 있어서, 파일럿 신호의 PN 오프셋을 검출하는 상기 단계는,

초기 주파수에서 PN 오프셋들의 세트를 검색하는 단계와;

어떠한 파일럿 신호도 검출되지 않으면, 하나 이상의 주파수 빈들을 스테핑(stepping through)하고, 파일럿 신호가 검출될 때까지 상기 하나 이상의 주파수 빈들의 각각에서 상기 PN 오프셋들의 세트를 스캐닝하는 단계를 포함하는 것인 수신기 동기화 방법.
적응 안테나를 갖는 수신기를 송신기에 동기화시키는 방법에 있어서,

상기 안테나를 전방향성 수신 패턴으로 적응시키는 단계;

전방향성 수신 패턴을 갖는 상기 안테나에 의해 다중경로 파일럿 신호의 복수의 PN 오프셋들을 검출하는 단계;

상기 복수의 PN 오프셋들의 각각에 대하여,

상기 안테나를 지향성 수신 패턴으로 더 적응시키고,

상기 지향성 수신 패턴을 방위 각도들의 범위에 걸쳐 조종하고,

상기 검출된 PN 오프셋에서 상기 파일럿 신호의 수신 신호 강도를 최대화하는 상기 지향성 패턴의 최대화 방위 각도를 결정하도록 상기 지향성 수신 패턴이 조종될 때, 상기 파일럿 신호의 수신 신호 강도를 모니터링하는 단계; 및

상기 수신기를 상기 복수의 PN 오프셋들 중 선택된 PN 오프셋으로 동기화시키고, 상기 파일럿 신호의 최대 신호 강도를 생성하는 방위 각도에서 상기 안테나를 지향성 수신 패턴으로 더 적응시키는 단계

를 포함하는 수신기 동기화 방법.
무선 송수신 유닛(WTRU)에 있어서,

수신 패턴이 지향성 또는 전방향성으로 적응가능하도록 구성된 적응 안테나;

상기 수신 패턴을 상기 지향성 또는 상기 전방향성 수신 패턴으로 적응시키고, 상기 지향성 패턴의 방향을 방위 각도들의 범위에 걸쳐 조종하도록 구성된 조종 회로;

상기 안테나가 상기 전방향성 수신 패턴으로 적응되어 있는 동안 상기 안테나에 의해 수신된 파일럿 신호의 PN 오프셋을 검출하도록 구성된 검출 회로; 및

상기 검출된 PN 오프셋에서 상기 파일럿 신호를 수신하기 위한 상기 지향성 패턴의 최대화 방위 각도를 결정하도록 상기 지향성 수신 패턴이 조종될 때, 상기 파일럿 신호의 수신 신호 강도를 모니터링하도록 구성된 모니터링 회로

를 포함하는 무선 송수신 유닛.
제5항에 있어서, 상기 조종 회로는 상기 파일럿 신호의 상기 수신 신호 강도를 최대화하는 방위 각도에서 상기 안테나를 지향성 수신 패턴으로 적응시키도록 더 구성된 것인 무선 송수신 유닛.
제5항에 있어서, 상기 검출 회로는,

초기 주파수에서 PN 오프셋들의 세트를 검색하는 단계와;

어떠한 파일럿 신호도 검출되지 않으면, 하나 이상의 주파수 빈들을 스테핑하는 단계와, 파일럿 신호가 검출될 때까지 상기 하나 이상의 주파수 빈들의 각각에서 상기 PN 오프셋들의 세트를 스캐닝하는 단계

를 포함하는 방법을 이용하여, 상기 파일럿 신호의 상기 PN 오프셋을 검출하도록 더 구성된 것인 무선 송수신 유닛.
무선 송수신 유닛(WTRU)에 있어서,

수신기;

상기 수신기에 연결되고, 수신 패턴이 지향성 또는 전방향성으로 적응가능하도록 구성된 적응 안테나;

상기 수신 패턴을 지향성 또는 전방향성 수신 패턴으로 적응시키고, 상기 지향성 패턴의 방향을 방위 각도들의 범위에 걸쳐 조종하도록 구성된 조종 회로;

상기 안테나가 상기 전방향성 수신 패턴으로 적응되어 있는 동안 상기 안테나에 의해 수신된 다중경로 파일럿 신호의 복수의 PN 오프셋을 검출하도록 구성된 검출 회로;

상기 복수의 PN 오프셋들의 각각의 PN 오프셋에 대하여, 상기 검출된 PN 오프셋에서 상기 파일럿 신호의 수신 신호 강도를 최대화하기 위한 상기 지향성 패턴의 최대화 방위 각도를 결정하도록 상기 지향성 수신 패턴이 조종될 때, 상기 파일럿 신호의 수신 신호 강도를 모니터링하도록 구성된 모니터링 회로; 및

상기 수신기를 상기 복수의 PN 오프셋들 중 선택된 PN 오프셋에 동기화시키고, 상기 파일럿 신호의 최대 신호 강도를 생성하는 방위 각도에서 상기 안테나를 지향성 수신 패턴으로 더 적응시키도록 구성된 동기화 회로

를 포함하는 무선 송수신 유닛.