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KR20010062595A - 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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KR20010062595A
KR20010062595A KR1020000079774A KR20000079774A KR20010062595A KR 20010062595 A KR20010062595 A KR 20010062595A KR 1020000079774 A KR1020000079774 A KR 1020000079774A KR 20000079774 A KR20000079774 A KR 20000079774A KR 20010062595 A KR20010062595 A KR 20010062595A
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Abstract

물리적 채널이 동일한 셀 안에서 재사용 될 수 있는, 시분할 다중 엑세스 셀룰러 무선 원격 통신 망(time division multiple cellular radio telecommunication network)이 개시되었다. 업 링크(up link)상에서 재사용 된 채널은 채널 사이의 타임 시프트(time shift)에 의해 구분된다.
동일 셀 재사용(SCR)은, 그러므로 동일한 물리적 채널을 함께 사용하는 SDMA 사용자에게 다른 시스너쳐를 할당하지 않고 TDMA(GSM) 시스템 안에서 수행된다.

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 엑세스 망에 관하여 설명될 것이다. 본 명세서를 읽는 사람은 본 발명이 일반적으로 다른 타입의 망에 적용될 수 있다는 것을 인식 할 것이다. GSM과 같은 TDMA 셀룰러 무선 시스템 내에 공간 분할 다중 엑세스(SDMA) 구성 요소를 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. 이동 전화는, 안테나 변화(antenna diversity) 또는 더 정교한 등화기(equalizer)의 필요 없이 SDMA 구성 요소에 의해 영향을 받지 않는다. 부가적인 하드웨어 및 소프트웨어는 안테나 배열을 갖춰야 하는 기지국에 제한된다. 이 배열은, 공간 빔 형성 또는 시공 신호 처리에 의한, 간접성의 다중 경로 환경 내에서 파면(wavefront)들을 분리하는데 이용된다. 동일한 물리적 채널을 공유하는 동시 SDMA 사용자를 도입하기 위한 종래의 방법은 서로 다른 내부 셀(interacell) 사용자에게 다른 시스너쳐(signature)(트레이닝 시퀀스)를 할당하는 것이다. 트레이닝 시퀀스(training sequences)는 전파 채널 및/또는 파면의 도착 방향(DOA: direction-of arrival)을 측정하고, 전송된 데이터를 복원하기 위해 업 링크에서 사용된다. 그 후에, 이 정보는 다운 링크에서 빔을 형성하기 위해 이용된다. C. Farsakh, J.A.Nossek, "Application of Space Division Multiple Access to mobileradio", in Proc. PIMRC, pp. 736-739, 1994 및 PE. Morgensen, P.Zetterberg, H.Darn, P.Leth-Espensen, F.Frederiksen, "Algirithms and antenna array recommendations(Part 1)", techinical Report TSUNAM 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 참조한다.
이 공지된 해결책은 GSM 시스템에 직접적으로 적용 할 수 없다. 8 개의 다른 트레이닝 시퀀스는, 원하는 사용자와 상호채널(co-channel) 간섭 사이에서 식별하기 위해, GSM 정규 버스트(burst)에 대하여 지정된다. GSM 03.03(ETS 300927), "Digital Cellular telecommunication 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 수는 셀 안의 모든 채널에 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 문헌에서 제안되어 있다.
이 방법은 GSM 시스템에서 SDMA 사용자에게 서로 다른 시스너쳐(signature)의 할당을 허용한다. 이 경우, SDMA 기지국을 갖는 하나의 단일한 물리적인 셀은 몇몇의 논리적 GSM 셀로 분리된다. 이 해결책의 결점은, 이것이 현재의 GSM 사양에 일치하지 않는다는 것이다. 이것은 표준의 변경 및 기지국의 서브 시스템(BSS) 소프트웨어에 대한 큰 변화를 필요로 한다. 더욱이, 이용가능한 트레이닝 시퀀스의 수가 제한 되므로, 상기 접근법은 동일한 주파수를 이용하는 모든 이웃 셀에 서로 다른 트레이닝 시퀀스를 할당하는 것을 불가능 하게 하는 상황을 가져온다. 그러므로, 동일한 셀 사용자간의 구별의 가능성은, 셀 간의 간섭이 증가할 위험을 감수하고서 이루어진다.
도 1은 본 발명을 사용한 이동 전화 망에서 동일한 물리적 채널을 이용하는 두 사용자의 데이터 플로우를 도식적으로 도시한 도면.
도 2는 타임 시프트를 고려한 두 사용자에 대한 수행을 도시한 그래프.
도 3은 본 발명을 사용한 마스터 BTS에 대한 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명을 사용한 슬레이브 BTS에 대한 구조를 도시한 도면.
도 5는 종래의 BTS의 구조를 도시한 도면.
*도면의 주요부분에 대한 시스너쳐의 설명*
8; 송수신 전환기 12; 등화기
14; 채널 인코더 및 디코더 20; 공간 시간 처리기
이러한 배경 기술에서, 시분할 다중 엑세스 셀룰러 무선 원격 통신 망이 제공되고, 상기 망에서 물리적 채널은 동일한 셀에서 재사용될 수 있고, 업 링크 상에서 재사용된 채널은 채널 사이의 타임 시프트에 의해 구분된다.
동일 셀 재사용(SCR)은, 그러므로, 동일한 물리적 채널을 공유하는 SDMA 사용자에게 서로 다른 부호를 할당하지 않고, TDMA(GSM)에서 구현 될 수 있다. 넓게는 상기 아이디어는 업링크에서 SDMA 사용자들 사이에서 타임 시프트를 도입하는 것이다.
재사용된 채널은 양호하게는 공통 클록 신호를 이용한다.
채널을 재사용하는 각각의 기지국에 대한 타이밍 어드밴스 정보(timingadvance information)는 다운 링크 상에서 전송된다.
재사용된 채널은 모두 동일한 시그너쳐를 사용할 수 있다.
본 발명은 또한 시분할 다중 엑세스 셀룰러 무선 원격 통신 망의 동작 방법으로 확장되고, 상기 망 내에서 물리적 채널은 동일한 셀 안에서 재사용될 수 있고, 업 링크 상에서 재사용된 채널은 채널 사이의 타임 시프트에 의해 구분된다.
본 발명은 상기 방법을 수행하는 프로토콜 및 컴퓨터 프로그램으로 더 확장된다.
본 발명의 하나의 실시에는 첨부된 도면을 참조로 예를 들어 설명될 것이다.
두 사용자(1 및 2)의 경우의 변경된 전송 프로토콜(transmission protocol)의 예가 도 1에 도시되어 있다. 타임 시프트는, 신호의 동시 도달의 원인이 되는 서로 다른 사용자들로부터의 경로에서의 전파 지연(propagation delay)을 방지하도록 전파 채널 안의 시간 지연(time delay)의 길이를 초과한다.
지연은, 인접한 버스트(bursts)로부터 간섭에 의해 유도된 성능 저하를 피하도록 가드 인터벌(guard interval)의 지속 기간을 현저하게 초과하지 않는다.(도 1의 사용자(1,2)에 대한 간섭)
실제로, 타임 시프트는, 공통 시간-슬롯 안에서 이동 사용자의 공통 셀 전송(co-cell transmission)을 동기화 시키는 기준 클록내에 위상차(phase difference)를 도입함으로서 이루어진다. 각각의 SDMA 사용자에 대하여, 기지국은 기준 클록의 고유 타임 시프트된 버전을 기초로한 타임 어드밴스 정보를 생성하고, 이동 전화의 서로 다른 위치에 기인하는 서로 다른 라운드 트립 지연(round tripdelay)에 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 설명된 것처럼 남아있다.
타임-시프트된 프로토콜은 업 링크에서 채택된다. 다운 링크는 모든 SDMA 사용자에 대해 동일한 기준 클록에 의해 통제된다. 이것은 셀 내에서, 하나의 공통 브로드케스팅 시그날링(브로드케스트 제어 채널(BCCH: broadcast control channel)), 주파수 정정 채널(FCCH: frequency correction channel) 및 동기 채널(SCH: synchronization channel)의 전송을 허용하고, SM 05.02(ETS 300 574),"Digital cellar telecommunication system(phase 2+); Multiplexing and multiple access on the radio path"을 참조한다.
타임 시프트된 전송이 배열??을 때, 종래의 공간적 또는 시공간적 처리( spatio-temporal process)는 채널/DOA를 측정하고 전송된 데이터를 복구하도록 처리 구간상(도 1)에서 수행된다. 표준 최소 자승 알고리즘(Least Squares algorithm)에 의해 조정된 시공간 필터의 사용의 설명은, 전형적인 GSM 도시 시나리오(GSM urban scenario)에 대하여 도 2에 도시되어 있다(전파 채널의 길이는 약 4 심볼). 공통 GSM 트레이닝 시퀀스 수(0)을 갖는 두 SDMA 사용자의 경우에 비가공 BER은 타임 시프트의 다른 값에 대하여 제시된다. 상기 결과는 하나의 파장 만큼 간격을 두고 배치된 4 개의 구성요소의 안테나 배열로 얻어진다. 도 2는 두 사용자가 회복되고 타임 시프트의 최적화된 값이 가드 인터벌의 지속 기간에 근접함을 도시한다(8 심볼)
GSM 시스템에서 제안된 해결책의 구현이 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 참조로서 도 5는 현재의 GSM 송수신 기지국(BTS: base transceiver station)의 전형적인 구조를 도시한다. 도 5에서, 하나이상의 안테나(6)는 각각의 GSM 캐리어에 대하여 업 링크에서 사용된다. 각각의 안테나에서 수신된 신호는 듀플렉서(duplexer)(8)를 통해 수신기(10)로 전달 되며, 수신기에서 필터링되고 RF 및 IF 스테이지에서 베이스 밴드로 다운 컨버팅(down converting)된다. 베이스밴드 파형은 디지털 신호로 변환되고, 등화기(12) 및 채널 디코더(14)에 의해 처리된다. 다운 링크에 대하여, 인코드 되고 변조된 데이터는 RF 및 IF 스테이지에 전송된다. RF 신호는 전력 증폭기(PA)에 의해 증폭되고, 단일 안테나에 의해 전송된다. 등화기 및 디코더와 PA를 3 배한 RF 및 IF 스테이지에서 디지털 신호 처리 동작은, GMS 타이밍 함수에 의해 시간 기준이 공급되는 유닛에 의해 제어된다. 이것은 다시, GSM 사양에 따라서, 외부 또는 내부 소스로부터 기준 클록을 수신할 수 있다.
도 3 및 도 4는 SDMA BTS들의 구조를 도시한다. 타임 시프트된 프로토콜을 수행하도록, 공통 위치된 기지국에는, 기준 클록 신호를 발생하는 마스터 BTS(도3) 및, 외부 입력으로부터 기준 클록 신호를 수신하는 하나이상의 슬레이브 BTSs(도 4)들이 제공된다. 이 예에서, 각 BTS 내에는 M 요소의 안테나 어레이(16)가 있고, 상기 어레이 요소에서 수신된 M 신호가 M 수신기(18)에 의해 베이스밴드로 다운 변환되어,(아날로그 또는 디지탈) 시공간 처리 유닛(20)으로 공급되고, 그 출력은 채널 디코더(14)에 의해 처리된다. 전송기 측에서는, 전송기(22)에서 인코딩 되고 변조된 후에, 빔 형성 유닛(24)에 의해 빔 형성은 수행된다. 이 예에서 다시, 개별 PA(26)은 각각의 안테나 요소에 대해 사용된다. BTS에 대한 시간 기준은 GSM 타이밍 함수에 의해 공급된다. 마스터 BTS는 업 링크와 다운 링크에 대하여 내부 기준을 사용한다. 슬레이브 BTS들은, 이동 전화로 전송될 타이밍 어드밴스 정보를 계산하고, 업 링크에 관련된 처리를 위해 시프트된 기준을 사용하지만 나머지 동작은 마스터 BTS와 동기한다. 오직 마스터 BTS 만 셀 안에서 BCCH 버스트, 및 주파수 정정 및 동기화 버스트를 브로드케스팅 한다. 셀 안에서 이동 사용자에 의해 전송된 랜덤 엑세스 버스트는 마스터 BTS에 의해 복조 된다. 도 3 및 도 4에서 도시되었듯이, 마스터 BTS 는 또한 SDMA 기지국 중 하나로의 사용자 할당을 제어한다.
대안적인 장치에서, BTS가 시프트된 시간 기준으로 동작하는 두 수신기를 갖추고 있다면, 상기 프로토콜은 셀 당 하나의 기지국으로 구현 될 수 있다.
본 발명에 의해 시분할 다중 엑세스 셀룰러 무선 원격 통신 망은, 물리적 채널이 동일한 셀 안에서 재사용 될 수 있고, 업 링크 상에서 재사용된 채널은 채널 사이의 타임 시프트에 의해 구분된다.

Claims (18)

  1. 셀룰러 무선 원격 통신 망(cellular radio telecommunication network)에 있어서,
    물리적 채널은 동일한 셀에서 재사용될 수 있고,
    업 링크 상의 재사용된 채널들이 채널 사이의 타임 시프트에 의해 구분되는 셀룰러 무선 원격 통신 망.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재사용된 채널은 공통 클록 신호를 이용하는 셀룰러 무선 원격 통신 망.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    채널을 재사용하는 각각의 기지국에 대한 타이밍 어드밴스 정보(timing advance information)는 다운 링크 상에서 전송되는 셀룰러 무선 원격 통신 망.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재사용된 채널은 모두 동일한 시그너쳐(signature)를 사용하는 망.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    마스터 기지국 및 공통 위치된 슬레이브 기지국을 포함하고,
    상기 마스터 기지국은 공통 기준 클록을 발생시키고,
    슬레이브 기지국은 이동 전화(mobile)로 타임 시프트 정보를 전송하기 위해 시프트된 기준 클록을 이용하는 셀룰러 망.
  6. 제 1 항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    기지국은, 상호 시프트된 시간 기준에 따라 동작하는 두 개의 수신기를 갖는 셀룰러 망.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타임 시프트는 재사용되는 채널에서 전파 지연보다 긴 셀룰러 망.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타임 쉬프팅은 가드 인터발(guard interval)과 근사적으로 동일한 셀룰러 망.
  9. 셀룰러 무선 원격 통신 망(cellular radio telecommunication network)의 동작 방법에 있어서,
    물리적 채널은 동일한 셀에서 재사용 되고,
    업 링크상의 재사용 된 채널들이 채널 사이의 타임 시프트에 의해 구분되는셀룰러 무선 원격 통신 망의 동작 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 재사용 된 채널들은 공동 클록 신호를 이용하는 셀룰러 무선 원격 통신 망의 동작 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    채널을 재사용하는 각각의 기지국에 대한 타이밍 어드밴스 정보가 다운 링크 상에서 전송되는 셀룰러 무선 원격 통신 망.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재사용 된 채널은 모두 동일한 시그너쳐를 이용하는 셀룰러 무선 원격 통신 망.
  13. 제 12 항에 있어서,
    마스터 기지국은 공통 기준 클록을 발생시키고,
    공통 위치된 슬레이브 기지국은, 이동 전화로 타임 시프트 정보를 보내기 위해 시프트 된 기준 클록을 사용하는 셀룰러 무선 원격 통신 망의 동작 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    기지국에서 두 개의 수신기는 상호 시프트된 시간 기준애 따라 동작하는 셀룰러 무선 원격 통신 망의 동작 방법.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타임 시프트는 재사용 된 채널 안에서 전파 지연보다 긴 셀룰러 무선 원격 통신 망 동작 방법.
  16. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타임 시프트는 가드 인터벌과 근사적으로 동일한 셀룰러 무선 원격 통신 망.
  17. 제 9 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항의 방법의 모든 단계를 수행하기 위한 프로토콜.
  18. 제 9 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항의 방법의 모든 단계를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램.
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