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KR20040111460A - 주파수 다이버시티를 사용하는 시스템들에 대한 데이터채널 절차 - Google Patents

주파수 다이버시티를 사용하는 시스템들에 대한 데이터채널 절차 Download PDF

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KR20040111460A
KR20040111460A KR10-2004-7015568A KR20047015568A KR20040111460A KR 20040111460 A KR20040111460 A KR 20040111460A KR 20047015568 A KR20047015568 A KR 20047015568A KR 20040111460 A KR20040111460 A KR 20040111460A
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KR
South Korea
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data
frequencies
frequency
message
transmission
Prior art date
Application number
KR10-2004-7015568A
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English (en)
Inventor
레인볼트브래들리제이.
로드리규스안토니
Original Assignee
모토로라 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 모토로라 인코포레이티드 filed Critical 모토로라 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 무선 데이터 통신에 사용하기 위해, 주파수 다이버시티를 사용하는 디바이스들 사이의 양방향 데이터 전송을 용이하게 하는 방법에 관한 것이다. 이것은 일반적으로, 주파수 홉핑된 확산 스펙트럼 동작에 의해 주파수 다이버시티를 성취하는 유닛들에 적합하다. 본 발명의 기본 단위는 중복 에러 정정 코딩, 시간 다이버시티 및 주파수 다이버시티의 고유한 조합에 의해 신뢰도가 향상되는 개별 데이터 프레임이다. 본 발명은 또한, 호출 확립 단계 및 트래픽 단계 양자를 포함하는 비동기 데이터 메시지를 완성하기 위해 개별 데이터 프레임 개념을 확장한다. 트래픽 단계는 완전한 데이터 메시지를 포함하기 위해 비곤 데이터 프레임을 연장한다. 기본 데이터 프레임의 향상들을 이미 포함하는 메시지는 전송시 끼워넣을 수 있는 한 많은 횟수만큼 자체 반복함으로써 또한 향상된다. 비동기 동작을 허용하기 위하여, 호출 확립 단계는 알려진 주파수 시퀀스를 사용하여 전송되고, 트래픽 단계는 전체 전송이 의사 랜덤하게 나타나는 방식으로 의사 랜덤하게 순서화되고 모든 주파수들이 평균으로 동일하게 사용된다.

Description

주파수 다이버시티를 사용하는 시스템들에 대한 데이터 채널 절차{Data channel procedure for systems employing frequency diversity}
무선 산업은 과거 몇 년 동안에 걸쳐 엄청난 속도로 성장해왔다. 무선 통신은 일상 생활의 일반적인 부분이 되었다. 대부분의 사람들은 일상 생활의 다양한 측면들에서 이동 통신 세계화 시스템(GSM : Global System for Mobile communication), 범용 이동 통신 시스템(UMTS : Universal Mobile Telecommunications System), 캐리어 검출 다중 액세스(CDMA : Carrier Detection Multiple Access) 및 802.11과 같은 몇몇 상이한 형태의 무선 통신을 사용한다.
일반적으로, 무선 시스템들은 지상 범위(footprint) 또는 적용 범위의 특정 영역에 대해 설계되어 있다. 이들 영역들은 일반적으로 셀들이라 칭해진다. 셀들은, 다소 거리가 떨어진 대도시 영역들에 서비스들을 지원하기 위해, 다중 소스들에 의해 유사한 주파수들을 재사용할 수 있게 한다. 셀들의 지리적 크기는 소정 영역에 걸쳐 일관될 필요는 없으며, 주파수 및 전력 레벨, 그 영역의 지형, 시각 등으로 인해 변할 수 있다. 이들 셀들 내의 통신은 요구 할당 다중 액세스(DAMA : Demand Assigned Multiple Access)로 알려진 개념의 이점을 취한다. DAMA는 다중 디바이스들이 요구에 기초하여 공유 방식으로 네트워크에 액세스할 수 있게 한다. 기본적으로, 디바이스들은 선착순 처리에 기초하여 네트워크에 액세스한다. 무선 네트워크 내에서, 다중 액세스가 최종 사용자들에게 제공될 수 있는 다양한 방법들이 있다. 가장 기본적인 레벨에서, 모든 무선 통신들에 대해 본질적으로 기점이 되는 주파수 분한 다중 액세스(FDMA : Frequency Division Multiple Access) 방법론이 있으며, 무선 디바이스들 사이의 간섭을 회피하기 위해 주파수들에 의해 분리되어야 하는 각 셀이 주어진다.
비교적 새롭고 확산 스펙트럼 무선에서 그 근원을 가지는 다른 통신 방법론은 코드 분할 다중 액세스(CDMA : Code Division Multiple Access)로 알려져 있다. 확산 스펙트럼 무선은 무선 주파수들의 스펙트럼을 통해 전송된 신호들의 대역폭에 퍼져 있다. 무선 주파수들의 조합된 스펙트럼은 신호의 협대역 전송을 지원하기 위해 필요한 것보다 일반적으로 훨씬 더 광범위하다. 확산 스펙트럼은 직접 시퀀스(DS : Direct Sequence) 및 주파수 홉핑(FH : Frequency Hopping)의 2개의 기술들을 사용한다. 간단히, DS 확산 스펙트럼은 협대역 신호가 광범위한 캐리어 주파수 대역에 퍼져 있는 패킷 무선 기술이다. 달리 말하면, 신호 정보는 패킷들로 편성되며, 이들 각각은 중복 방식(redundant manner), 즉 패킷들이 1회 이상 전송되는 방식으로 광범위한 캐리어 대역 주파수에 걸쳐 전송된다. 다중 전송들이 지원될 수 있다. 특정 단말기들로부터의 전송들은 각각의 데이터 패킷에 전치 보류(pre-pend)되는 10 비트 코드와 같이 고유한 코드에 의해 식별된다. CDMA와, 802.11와, 무선 응용들과 같은 대부분의 새로운 기술들은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS : Direct Sequence Spread Spectrum)을 사용한다. 그러나, 블루 투스 및 본 발명은 주파수 홉핑 확산 스펙트럼(FHSS : Frequency Hopping Spread Spectrum)을 사용한다. 일부 경우들에 있어서, 802.11은 FH 모드를 사용한다. FHSS는 주파수들의 범위에 걸쳐 광대역 캐리어 내의 패킷들의 짧은 버스트들의 전송을 포함한다. 본질적으로, 전송기 및 수신기는 편성된 홉 시퀀스에서 한 주파수로부터 다른 주파수로 홉핑하며, 다수의 패킷들은 각 주파수에서 전송된다. 홉 시퀀스는 셀룰러와 같은 육상 이동 공용 시스템(land mobile trunked system)의 경우에 중앙 집중식 기지국 안테나에 의해 제어된다. 셀룰러 시스템이 주어진 영역 내의 적용 범위의 부족 또는 통화중인 셀들(busy cells)로 인해 사용 가능하지 않을 때, 통신의 대안 모드가 필요할 수 있다. 이 모드는 흔히 "토크-어라운드(talk-around)" 또는 "직접 모드(direct mode)"라 칭해지며, 보통 양방향 무선들과 유사하게 2개의 무선 디바이스들이 서로 직접 통신하도록 허용한다. 본 발명의 실시예는 이 토크-어라운드 동작 모드에 관한 것이다.
높은 전력으로 900메가헤르츠 및 2.4기가헤르츠의 허가되지 않았지만 규제된 미연방 통신 위원회(FCC)대역에서 동작시킬 때, 동일한 대역의 다른 사용자들과의 간섭을 방지해야 한다. 예를 들어, 900MHz 대역은 코드 없는 전화에 의해 사용되고, 2.4GHz 산업 과학 및 의료 대역(ISM : Industrial Scientific and Medical band)은 IEEE 802.11 또는 블루투스 순응 무선 디바이스들에 의해 사용된다. 고유비간섭(inherent non interfere)은 확산 스펙트럼을 사용함으로써 성취될 수 있고, 이는 상술된 바와 같이, DS 기술 및 FH 기술을 포함한다.
많은 이유들로 인해, FH를 사용하는 음성 정보 전송의 범위는 다소 제한된다. 데이터 특징을 위해, 문자 메시지들과 멀티 플레이어 게임들과 GPS 위치 정보와 같은 기능들 및 응용들을 처리할 필요가 있다. 더욱이, 데이터 전송의 범위가 음성 범위를 초과하도록 설계될 수 있기 때문에, 음성 기능들이 더 이상 동작할 수 없을 때 문자 메시지들을 전송하는 것이 가능하다. 예를 들어, 셀 전화 또는 다른 음성 개인 통신 디바이스의 경우에, 수신 유닛은 음성 호출이 들리지 않더라도 적어도 호출자 신원을 수신할 수 있다. 따라서 최소한, 사용자는 접촉을 시도한 제 3자를 식별할 수 있다.
블록들의 신뢰할 수 있는 전송을 제공하기 위한 시스템 및 방법의 가용성이 요구된다. 예를 들어, 발신(originating) 이동 디바이스의 개인 식별(private identification)은 신뢰할 수 있게 전송되어야 한다. 개인 식별의 신뢰할 수 있는 전송을 성취하기 위한 시도에 있어서, 신호 검출, 전송 메시지 길이들, 통신 범위 및 주파수 홉핑 세트의 주파수들의 불충분한 사용(under utilization)에 대해 특정 문제들이 발생한다. 이들 결점들은 다른 국가들에서의 유사한 규정들뿐만 아니라, 미국 47CFR 15.247-15.249 부분에서 처리된 FCC에 대한 지침들을 충족시키는 요건들과 함께 데이터 통신 제한에 관련된다. 이와 같이, 데이터 채널들에 대한 주파수 홉핑의 사용을 처리하기 위한 시스템 및 방법이 필요하다. 또한, 데이터의 전송에서 성능 이득 및 신뢰도 제공이 필요하다.
본 발명은 무선 시스템 통신에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 주파수 홉핑(frequency hopping)을 사용하는 디지털 디바이스들 사이의 통신 전달을 용이하게 하는 데이터 채널 절차에 관한 것이다.
도 1A는 본 발명이 실시될 수 있는 예시적 무선 통신 시스템의 블록도.
도 1B는 네트워크의 외부에서 토크-어라운드 모드로 직접 통신하는 원격 유닛들을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 예시적 원격 유닛의 전기 블록도.
도 3은 기본 주파수 홉핑된 데이터 프레임을 구현하기 위한 대표적 디지털 채널 절차의 블록도.
도 4A는 메시지의 반복 없이, 영들로 패딩되어 있는 완전한 데이터 전송 프로토콜의 프레임들을 도시한 도면.
도 4B는 전체 메시지의 반복들과 함께 영들(zeros)로 패딩되어 있는 디지털 채널 절차 전송 신호에서의 프레임들을 예시하는 본 발명의 개선된 시나리오를 도시한 도면.
본 발명은 무선 시스템 통신에 사용하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 주파수 홉핑 확산 스펙트럼 코딩을 사용하는 디지털 디바이스들 사이의 데이터 통신을 용이하게 하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 핵심은 소정 애플리케이션에 의해 요구된 최소 데이터 크기에 적합한 단일 데이터 단위를 신뢰할 수 있게 전송하는 주파수 홉핑된 데이터 프레임의 개발이다. 예를 들어, 그러한 데이터 단위는 디바이스의 식별 번호일 수 있다. 순방향 에러 정정 및 반복 다이버시티를 적용함으로써 신뢰도 및 성능 이득이 실현된다. 더욱이, 다중 주파수들 상에 코딩 및 반복된 데이터를 반복함으로써, 주파수 홉핑(FH) 시스템들에 요구되는 바와 같이, 주파수 다이버시티의 부가의 이점이 성취된다. 주파수 다이버시티는 간섭 회피 및 정정되지 않은 채널 페이딩에 의해 이득을 제공한다. 이러한 기본 데이터 프레임은 디지털 FH 음성 전송과 같은 다른 애플리케이션들에 데이터(디바이스 식별자와 같이)를 삽입하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 측면에서, 기본 데이터 프레임은 FH 디바이스들 사이의 완성된 데이터 전송 프로토콜을 제공하기 위해 다른 것들과 연관될 수 있다. 본 발명의 방법은 고정된 네트워크 인프라구조 외부에서 오프라인 동작들을 제공하고, 전송 패킷에서 공지된 호출 설정 주파수들의 선택을 디-엠퍼시스(de-emphasize)하기 위해 가중된 의사 랜덤 발생기를 사용하고, 의사 랜덤하게 순서화된 주파수들을 사용하여 데이터 트래픽 패킷들을 전송하며, 따라서 주파수 다이버시티를 실현한다. 본 방법은 예를 들어 디지털 양방향 데이터/음성 무선들과 같이, 네트워크 상에서 통신하지 않고 서로 직접 통신하는 2개 이상의 FH 디바이스들을 응용한다.
본 발명은 원격 이동 유닛들 사이의 데이터 처리 및 전송을 위한 고유한 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명은 무선 시스템 통신에서 응용할 수 있다. 특히, 본 발명은 데이터의 전송을 위한 확산 스펙트럼 코딩을 사용하는 디지털 디바이스들 사이의 통신을 용이하게 하는 것에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 블록도는 본 발명이 실시될 수 있는 환경의 무선 통신 시스템을 도시한다. 본 발명은 예시된 시스템에서 동작할 수 없는 디바이스들 사이에직접 실시될 수 있음을 주지해야 하며 도1B를 참조하여 기술될 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 고정된 부분(108)은, 복수의 원격 사용자 장치(102)에 대한 통신을 제공하는 하나 이상의 기지국들(106)을 포함한다. 통신 링크(116)에 의해 결합된 기지국들(106)은 바람직하게, 종래의 무선 주파수 기술들을 사용하여 사용자 장치(102)와 통신한다. 하나 이상의 안테나(104)는 통ㅅ힌을 기지국들(106)로부터 원격 사용자 장치(102)에 제공한다. 또한, 기지국들(106)은 바람직하게는, 복수의 원격 사용자 장치 유닛들(102)로부터 안테나(104)를 통해 RF 신호들을 또한 수신한다.
통신 네트워크(100)의 고정된 부분(108)은 메시지들을 수신하여 전화(112) 및 컴퓨터(114)와 같은 다른 디바이스 유형들에 전송하기 위한 일반 전화 교환 네트워크(PSTN : public switch telephone network)에 접속된다. 원격 사용자 장치(102)에 의해 개시되거나 또는 상기 장치(102)를 위해 예정된 호출들 또는 정보는 전화(112) 또는 컴퓨터(114)와 같은 디바이스에 의해 수신되거나 또는 그로부터 비롯될 수 있다. 당업자는, 예를 들어 근거리 네트워크들(LAN), 원거리 네트워크들(WAN) 및 인터넷과 같은 대안적 형태들의 네트워크들이 무선 네트워크(100)에 선택적 호출 정보를 수신 또는 전송하기 위해 사용될 수 있음을 인식한다. 컴퓨터(114)와 같은 컴퓨터는 또한, 무선 통신 시스템에 의해 사용되는 다양한 애플리케이션들 및 정보를 위한 중앙 저장소로서 역할할 수 있다.
본 발명은 디스패치 시스템들, 셀룰러 전화 시스템들, 및 음성 및/또는 데이터 메시징 시스템들을 포함하는 다른 형태의 무선 통신 시스템들에 적용할 수 있음을 또한 이해할 것이다.
도 1B는 토크-어라운드의 대안적 통신 모드를 도시한다. 토크-어라운드 모드에서, 2개 이상의 원격 사용자 장치(102)는 네트워크의 외부에서 서로 직접 통신한다. 본 발명은 사용자 장치(102) 사이의 비-네트워크 통신들에 특정 이점들을 제공한다. 특히, 본 발명 응용의 실시예는, 임의의 네트워크와 연관되지 않는 디지털 워키-토키들과 같은 원격 장치에 직접 통신을 제공한다. 본 발명에 사용될 수 있는 예시적 원격 사용자 장치(102)는 도 2를 참조하여 논의될 것이다.
도 2는 예시적 원격 사용자 장치(102) 및 다양한 구성 요소들을 예시한다. 원격 사용자 장치(102)는, 내향 메시지들(inbound messages)을 수신하고 외향 메시지들을 전송하기 위해 사용되는 안테나(202)를 포함한다. 안테나(202)는 전송기(204) 및 수신기(206)에 결합된다. 전송기(204) 및 수신기(206) 모두는 본 발명에 따라 외향 및 내향 메시지들에 관한 정보를 처리하고, 원격 사용자 장치(102)를 제어하기 위해 처리기(216)에 접속된다. 사용자 인터페이스(210)는 사용자 상호 작용 및 피드백을 제공하기 위해 처리기(216)에 동작 가능하게 접속된다. 본 발명의 실시예에서, 사용자 인터페이스(210)는 디스플레이(212) 및 키보드(214)를 포함한다. 디스플레이(212)는 효과적 정보 및 처리기(216)로부터의 피드백을 사용자에게 제공한다. 키보드(214)는 사용자가 처리기(216)에 입력 또는 응답을 제공할 수 있게 한다. 사용자 상호 작용 및 피드백을 위한 다른 방법들 및 시스템들도 또한 본 발명의 목적들을 성취하기 위해 사용될 수 있다. 수정 발진기(208)는 처리기(216) 및 원격 사용자 장치(102)의 다른 구성 요소들에 통상적 타이밍을 제공한다. 처리는메모리(218)와 함께 처리기(216)에 의해 수행된다. 메모리(218)는 본 발명에 따라 원격 사용자 장치(102)를 프로그래밍 및 동작시키기 위한 소프트웨어 명령 및 데이터를 포함한다. 원격 사용자 장치(102)는 기지국(106) 또는 다른 원격 사용자 장치(102)에 통신하도록 동작한다. 음성이 들리지 않을 때에도 호출 수신자가 호출자를 식별할 수 있도록 하기 위해, 타겟에 상관없이 높은 신뢰도로 데이터의 블록들을 전송할 필요가 있다.
데이터의 신뢰할 수 있는 전송은 도 3을 참조하여 논의될 것이다. 특히, 본 발명의 실시예에서, 발신 이동 장치의 개인 식별과 같은 데이터의 기본 단위의 신뢰할 수 있는 전송이 논의될 것이다. 그러나, 당업자는 본 발명의 시스템 및 방법이 문자 메시지들과 같은 다른 데이터 항목들에 균등하게 응용할 수 있음을 인식할 것이다. 일반적으로, 이동 사용자 장치의 식별과 연관된 데이터는 매우 낮은 신호대 잡음비들(SNR : Signal-to-Noise Ratios)로 수신할 수 있어야 한다. 달리 말하면, SNR이 양호한 음질을 위해 충분히 높지 않을 때 발생할 수 있는 일부 형태의 통신이어야 한다. 상대방이 디지털 음성 동작 동안 호출자를 쉽게 들을 수 없다면, 호출 받은 사람은 적어도 호출한 사람을 알아야 한다. 더욱이, 사용자들은 음성 통신이 가능하지 않을 때 짧은 문자 메시지들을 사용하여 통신하도록 또한 선택할 수 있고, 그러한 메시지의 전송은 본 발명에 의해 더욱 신뢰할 수 있게 된다.
신뢰할 수 있는 전송의 목적을 성취하기 위하여, 데이터 정보 신호에 오버헤드가 적용된 데이터 채널 절차(DCP)가 구현된다. 이 처리에 사용된 메커니즘은 하나 이상의 순방향 에러 정정(FEC : forward error-correction), 반복 다이버시티및 순환 반복 검사(CRC : cyclic redundancy check) 코드를 포함할 수 있다.
도 3은 전송 신호들에 대한 주파수 다이버시티를 성취하기 위한 시스템들을 위해 설계된 DCP를 도시한다. 본 발명의 실시예에서, 사용된 변조 방식은 초당 3200 심볼들이고, 비-코히런트 검출을 사용하는 직교 주파수 편이 방식(8-FSK)이다. 전송된 데이터의 비트들의 변조 코딩으로부터 심볼이 유발된다. 예시된 실시예(300)에서, 50KHz의 주파수 홉핑 캐리어 간격으로 902-928MHz의 ISM 대역에서 동작 주파수가 사용된다. 각 홉-세트는 50개의 캐리어들로 구성되며, FCC 조정들로 인해 이들 주파수들 각각은 균등하게 사용되어야 한다.
예시적 DCP(300)에 있어서, 단계(302)에서 데이터 √의 34-비트 블록이 가 전송된다. 이 데이터는 발신자의 PID, 문자 메시지 또는 일부 다른 데이터일 수 있다. 본 발명의 설명을 돕기 위하여, 다양한 표시들 및 심볼들이 이 설명에서 사용된다. 예를 들어,로 표시된 벡터는 비트들의 벡터를 의미하며, "▶"로 표시된 벡터는 8-FSK 심볼들의 벡터를 의미한다. 벡터들에 대한 첨자들은 벡터에 대해 수행된 함수들을 표현하기 위해 또한 제공된다. 예를 들어, 첨자 'S'는 부가된 정지 비트들(Stop Bits)을 갖는 연관된 벡터의 데이터 비트들을 나타내고, 'C'는 CRC가 수행되었음을 나타내고, 'F'는 플러시 비트들이 부가되었음을 나타내고, 'R'은 하나 이상의 반복들이 수행되었음을 나타낸다.
예시적 DCP(300)로 돌아가서, 단계(304)에서 정지 비트는 데이터 √의 34개 비트들에 부가되어, 35개 비트들의 데이터 √S를 유발한다. 이 다음에, 12-비트 CRC가 단계(306)에서 47-비트 블록 √SC를 산출하기 위해 발생기 다항식 :
g(x) = 1 + x + x2+ x3+ x11+ x12을 사용하여 수행된다
4개의 메모리 소자들을 구비한 종래의 엔코더가 사용되기 때문에, 종래의 엔코더를 알려진 상태로 종료할 수 있게 하기 위해 영들의 4개 플러시 비트들이 추가될 필요가 있다. 4개 플러시 비트들은 단계(308)에서, 51개 길이의 블록 √SCF를 제공하기 위해 47-비트 블록 √SC에 추가된다. 단계(310)에서, 블록 √SCF는 종래 엔코더 1/3 속도로 통과한다. 엔코더는 본질적으로, 8-FSK 맵핑을 사용하여, 비트들을 심볼들로 변환한다. 예시적 DCP(300)에서, 심볼 당 3비트들로 맵핑되어 있지만, 그러나, 1/3의 코딩도 또한 발생하기 때문에, 결국 각 비트는 8-FSK 맵핑 후에 심볼로 표현되고, 따라서 51개의 심볼들 ▶을 유발한다.
DCP에서 다음 요건은 메시지 블록의 다중 인스턴스들이 생성될 수 있게 하는 시간 다이버시티에 대한 필요성이다. 시간 다이버시티를 생성하기 위해, 단계(310)의 51개 심볼들은 단계(312)에서 5회 반복되어 255개의 심볼들 ▶R을 산출한다. 단계(314)에서 단일 심볼은 256개의 심볼 길이 ▶RS를 생성하기 위해 그 위에 부가된다. 단계(316)에서 256개의 길이 벡터 ▶RSI을 얻기 위해 인터리버 8 x 32 블록이 사용된다. 8 x 32 시간 인터리브 블록(time interleave block)은 심볼들의 스크램블링을 제공하고, 탈-상관(de-correlation), 페이딩 및 다른 유사한 문제점들을 극복하는데 도움을 준다. 본질적으로, 시간 인터리브는 신호를 재순서화함으로써 메시지를 스크램블링 한다. 다음 단계는 주파수 다이버시티의 응용이다.
주파수 다이버시티는 메시지 블록의 성공적인 전송의 기회를 개선시킬 있으면서, 반복된 블록들 사이의 구별을 제공할 수 있다. 주파수 다이버시티를 생성하기 위하여, 256개 길이 벡터 ▶RSI는 임의 수의 버스트들에 대해 반복될 수 있다. ▶RSI가 반복된 버스트들의 수 N은 유연하다. 각 반복은 다이버시티 이득을 제공하고, 따라서 성능을 개선시킨다. 각 반복이 또한 지원된 데이터 레이트를 느리게 하지만, 이러한 느림은 원하는 범위 및 성능을 성취하기 위하여 사실상 필요하다. 본 발명의 실시예에서, 3개의 N값은 단계(318)에서 선택된다. 이러한 N 버스트 프레임은 기본 데이터 단위를 생성한다. FH 시스템들에서, 각 버스트가 상이한 주파수에 대한 것이기 때문에, 주파수 다이버시티가 성취된다. 이러한 데이터 단위는 음성과 같은 다른 FH 스트림들로 삽입될 수 있다.
본 발명의 다음 측면은 기본 데이터 단위의 완전한 데이터 전송 프로토콜로의 확장이다. 이러한 순응 처리의 상세들은 도 4A를 참조하여 설명될 것이다.
특정 애플리케이션들에서, 짧은 메시지들의 전송은 FCC 조정들의 요건들로부터 유발된 특정 문제점들을 발생한다. 특히, 확산 스펙트럼에서 모든 주파수의 균등 분배 및 사용이 필요하다. 900MHz ISM 대역의 특정 애플리케이션들에서의 각 홉-세트는 50개의 주파수들 및 채널들을 포함한다. 전송이 50개의 주파수들 각각을 최소로 균등하게 사용하는 것이 FCC 규칙들에 의해 요구된다. 드레인 전력을 초과하지 않는 방식으로 이동 디바이스들을 동기시키기 위하여, 홉-세트에서 50개의 주파수들 중 여섯(6)개가 호출 설정을 성취하기 위해 전송의 개시마다 전송된다. 도 4A를 참조하면, 주파수들은 프리앰블(402) 및 동기(404)로서 고정 패턴으로 전송된다. 음성 또는 데이터 트래픽 동안, 이들 고정 패턴 주파수들의 선택은 전체 주파수 분배가 균등하게 남아 있도록 의사 랜덤 발생기에 의해 디-엠퍼시스된다. 예를 들어, 음성 전송에서, 모든 주파수들이 균등하게 사용되는 상태로 대부분의 전송 내내 디-엠퍼시스되는 6개의 주파수들이 있다. 긴 전송들은 주파수 사용의 균형을 깨는데 있어 실제로 결정적이다. 그러나, 데이터와 함께 메시지는 짧아질 수 있고, 따라서 전송은 짧다. 이것은 주파수 사용의 균형을 깨는 힘을 제한한다. 고정된 전송 길이가 구현되는 방식으로 데이터 메시지의 패딩 및/또는 반복을 통하여 해결책이 제공된다.
문자와 같은 짧은 메시지들을 사용하여, 통상의 메시지들이 주파수 사용의 균형을 심각하게 벗어나는 좋은 기회가 있다. 예를 들어, 통상적 문자 길이인 20개의 캐릭터들의 메시지들을 고려한다. 이전에 기술된 바와 같이, 각각의 DCP 프레임은 4.25 캐릭터들을 가질 수 있다. 따라서, 20개의 캐릭터 메시지는 5개의 DCP 프레임들을 필요로 한다. DCP 프레임은 3개의 홉들 상으로 전송되고, 따라서, 이들 5개의 DCP 프레임들은 15개이 주파수 홉들을 필요로 할 것이다. 동기화 목적을 위해, 통상의 메시지는 홉-세트에서 50개의 주파수들을 사용한다. 이것은 50개의 주파수들의 사용을 균형 있게 할 수 없음을 제시한다.
일반적으로, 주파수 분배의 균형을 위한 노력에서, 전송의 트래픽 부분 동안, 6개의 프리앰블 및 동기 주파수들에 대한 선택의 의사 랜덤 발생기에 의해 디-엠퍼시스되어, 메시지를 전송하기 위해 사용되는 주파수들 중 하나로서 선택될 것 같지 않게 한다. 달리 말하면, 50개의 주파수들 중 전체 6개만이 메시지를 위해 사용된 각각의 프리앰블 및 동기는 정확히 한번만 전송될 것이다. 메시지들로부터의 나머지 44개의 주파수들은 그러한 디-엠퍼시스 없이 각각 평균적으로 15/44 = 0.34회 전송된다. 따라서, 주파수를 균형화하는 어떠한 기회들도 제거된다.
주파수 균형화의 이러한 문제는 도 4A를 참조하여 예시되고 설명된 본 발명에 의해 처리된다. 도시된 바와 같이, 임의의 메시지는 실제 메시지 길이에 상관없이 19개의 DCP 프레임들로 연장된다. 달리 말하면, 각 메시지는 57개의 주파수들 상에 놓인다(19개의 DCP * DCP 당 3개의 주파수 홉들). 사실상, 각각의 메시지는 4.25 * 19 = 80.75개의 캐릭터들의 메시지들로 연장된다. 3개의 주파수들의 프리앰블(402) 및 또한 3개의 주파수들의 동기(404)는 트래픽 동안, 그 선택시 디-엠퍼시스된다. 트래픽 주파수들에서, 통상의 50개 주파수 메시지 중 나머지 44개 주파수들보다 선택될 확률이 더 낮다. 디-엠퍼시스의 양은 사용되는 주파수의 평균 회수를 봄으로써 알 수 있다. 메시지를 전송하기 위하여 트래픽 동안 의사 랜덤 발생기에 의해 주파수를 선택할 확률은 다음과 같이 표현될 수 있다:
전송 동안, 수정된 메시지 내의 63개의 버스트들 전체에 대해, 6개의 프리앰블 및 동기 버스트들에 더하여 57개의 트래픽 버스트들이 있다. 트래픽 주파수들에대해 상기 방정식에 의해 표현된 가중치와 함께, 홉-세트에서 50개의 채널들 각각이 사용될 것이다. 평균 사용은 63/50 = 1.26회일 것이며, 이는 균형 있는 주파수 사용이다.
충분히 짧은 메시지들에 대해, 도 4B에 도시된 바와 같이, 영들로 단순히 패딩하는데 반해, 부가의 메시지 반복을 위해 패딩을 필요로 하는 점을 사용하는 것이 유리하다. 메시지가 반복될 때, 각 DCP 프레임 상의 CRC는 반복이 정확하게 디코딩되는지를 판단하기 위해 사용될 수 있다. 도 4B의 전송 신호(410)는 3개의 버스트 프리앰블(402), 3개의 버스트 동기(404), 동일하게 반복하는 문자 메시지 블록들(406, 410, 412) 및 패딩(414)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 신호 중 19개의 DCP 프레임들은 종단에 영 패딩과 함께 가능한 여러번 문자 메시지를 반복하기 위해 사용된다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 선택된 데이터 반복들을 위한 버스트들의 수는 3이다. 이와 같이 메시지(406)는 메시지들(410 및 412)로 반복된다. 본 발명의 이러한 DCP 구현은 메시지 데이터의 블록들의 전송은 높은 신뢰도를 갖는다.
본 발명의 DCP의 이점들은 예시적 시뮬레이션의 결과들에 의해 또한 예시된다. 시뮬레이션 환경은 3MPH의 이동 유닛 속도를 사용하는 레일리 페이딩 채널(Rayleigh fading channel)이었다. 주파수 홉들 각각에 대한 페이딩은 독립적으로 취해졌다. 수신기는 각 심볼 간격 동안 8개의 복합 통계치의 세트를 발생하기 위해 8개의 FSK 주파수들 각각에 대해 하나씩 정합 필터들의 뱅크를 사용했다. 홉내 및상이한 홉들 상에서 반복된 심볼에 대응하는 통계치의 세트들은 자승 조합되었다.
이들 심볼들의 조합된 통계치는 비터비 디코더에 입력되었다. 디코더는 경로 메트릭들을 형성하기 위해 브랜치 메트릭들의 자승 조합을 사용했다.
상술된 환경에서, 발신 이동 장치의 개인 식별(PID)의 수신에 대한 다음의 결과들이 얻어졌다. 시뮬레이션에서 지침들 중 하나는 PID의 임의의 비트들이 에러가 난 경우, 전체 PID가 거절된다는 점이었다. 3dB의 매우 낮은 ES/N0에 대해(여기서, ES는 심볼 에너지를 나타내고 N0는 잡음 스펙트럼 밀도를 나타낸다), PID는 그때의 99%를 수신했다고 관찰되었다. 6dB에서, PID는 그때의 99.9% 이상을 수신했다. 본 발명의 이점들 및 동작들을 더 예시하기 위하여, 가변하는 캐릭터 길이들의 전송 메시지는 독창적 DCP 설계를 사용하여, 이전에 설명된 시뮬레이션 환경에서 평가된다.
특히, 17개, 34개, 51개 및 68개 캐릭터 길이의 메시지들에 대해, 전체 메시지가 정확하게 디코딩되지 않을 확률을 고려한다. 전체 메시지가 그때의 99% 이상 정확하게 수신되는 ES/N0의 값은 본 명세서에서 메트릭으로 사용될 것이다.
본 발명의 상술된 실시예는 DCP 당 4.25 캐릭터들을 가지고 메시지의 전송을 위해 19개의 DCP 프레임들을 사용한다. 이와 같이, 4개의 DCP(17/4.25)를 필요로 하는 17-캐릭터 메시지는 19개이 DCP 메시지 길이 내에서 4회 전송될 것이다. 17-캐릭터 메시지는 프리앰블 및 동기가 정확하게 수신되는 지점보다 훨씬 아래의 값, 약 -1dB의 ES/N0를 필요로 한다. 34-캐릭터 메시지는 2회 전송될 것이고, 프리앰블및 동기가 신뢰할 수 있게 수신되는 레벨들보다 여전히 아래인, 약 2dB의 ES/N0를 필요로 한다. 일반적으로 문자 메시지들의 큰 기능은 2dB의 SNR을 가지고 34개 캐릭터들의 이러한 범위 내에 있다.
보다 긴 51개 및 68개 캐릭터 메시지들은 19개의 DCP 메시지 길이 동안 한번만 전송된다. 이들은 6dB와 7dB 사이의 ES/N0값들을 필요로 하며, 이는 프리앰블 및 동기가 신뢰할 수 있게 수신된 지점 근방이다. 4dB의 ES/N0에서도, 메시지는 그 때의 90%이상 정확하게 디코딩된다.
결과들로부터, 메시지들은 ES/N0의 매우 낮은 값들에서 문자 메시지의 제한 인자가 프리앰블 및 동기의 검출이 되는 이러한 것은 충분히 높고, 매우 높은 신뢰도로 디코딩된다고 또한 논증된다.
본 발명은, 모든 관점들에서 제한하기보다는 예시적인 것으로 의도되는 특정 실시예들에 대해 기술되었다. 대안적인 실시예들은 본 발명이 그 범주를 벗어나지 않고 관련된 당업자에게 명백해질 것이다.
전술한 것으로부터, 본 발명이 상기 시스템 및 방법에 대한 명백하고 고유한 다른 이점들과 함께 상기 기재된 목적들 및 목표들 모두를 얻기 위해 적응됨을 알 수 있을 것이다. 특정 부분들 및 하위 조합들이 사용되고, 다른 부분들 및 하위 조합들을 참조하지 않고 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 이것은 청구항들에 의해 예상되고 그 범위 내에 있다.

Claims (10)

  1. 주파수 다이버시티(frequency diversity)를 사용하는 디바이스들 사이의 양방향 데이터 전송을 용이하게 하기 위한 무선 통신 사용 방법으로서,
    주어진 애플리케이션에 대해 최소량의 정보를 전달하기에 충분한 비트 길이를 가진 기본 데이터 프레임을 제공하는 단계와,
    중복 순방향 에러 정정 코딩(redundant forward error-correction coding)을 통해 상기 기본 데이터 프레임을 엔코딩하는 단계와,
    시간 다이버시티를 제공하기 위해 상기 엔코딩된 데이터를 반복하는 단계와,
    주파수 다이버시티를 제공하고 주파수 홉핑된 확산 스펙트럼 능력을 향상시키기 위해 다중 주파수들 상에 상기 엔코딩된 데이터를 더 반복하는 단계를 포함하는, 무선 통신 사용 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    순방향 에러 정정 코딩을 통해 상기 기본 데이터 프레임의 상기 엔코딩 단계는 성능 및 신뢰도를 개선시키는, 무선 통신 사용 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    시간 다이버시티를 위해 상기 엔코딩된 데이터의 상기 반복 단계는 성능을 더 향상시키는, 무선 통신 사용 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    비-데이터 주파수 홉핑된 애플리케이션들에 응용을 위해 상기 기본 데이터 프레임을 패키징하는 단계를 더 포함하는, 무선 통신 사용 방법.
  5. 데이터 메시지의 무선 통신을 위한 방법에 있어서,
    상기 데이터 메시지를 포함(encompass)하기 위해 다중 기본 데이터 프레임들을 제공하는 단계와,
    전체 전송 내에 상기 데이터 메시지의 사본들을 가능한 많이 피팅하는(fitting) 단계와,
    균일한 전송 길이를 성취하기 위하여 상기 전체 전송의 나머지를 값으로 패딩하는 단계를 포함하는, 무선 통신 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 패딩을 위해 사용되는 상기 값은 영(zero)인, 무선 통신 방법.
  7. 주파수 홉핑된 확산 스펙트럼 동작을 사용하는 디바이스들 사이에서 데이터의 비동기 무선 통신을 위한 방법에 있어서,
    알려진 주파수 시퀀스를 사용하는 호출-구축 단계와,
    트래픽 단계와,
    상기 알려진 주파수 시퀀스의 선택을 제공하기 위한 의사 랜덤 시퀀스 발생기(pseudorandom sequence generator)를 포함하고,
    상기 의사 랜덤 시퀀스 발생기에 의한 상기 선택은 상기 트래픽 단계 동안 상기 알려진 주파수 시퀀스를 디-엠퍼시스(de-emphasize)하여, 모든 선택된 알려진 주파수들이 평균으로 동일하게 사용되는, 비동기 무선 통신 방법.
  8. 데이터를 전송하기 위해 무선 통신들을 사용하는 방법에 있어서,
    데이터 전송 메시지의 상기 트래픽 부분을 복수의 주파수들의 균형 있는 사용을 가능하게 하는 전송 신호 길이로 연장하는 단계와,
    데이터 트래픽 동안 상기 복수의 주파수들의 초기 서브세트의 선택을 디-엠퍼시스하는 단계와,
    상기 전송 신호 길이 내에서 나머지 주파수들에서의 짧은 메시지들을 다중 반복하는 단계를 포함하는, 무선 통신 사용 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 주파수들의 상기 초기 서브세트의 선택을 디-엠퍼시스하는 단계는 의사 랜덤 발생기를 사용함으로써 성취되는, 무선 통신 사용 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 주파수들의 상기 초기 서브세트는 상기 전송 신호 길이의 제 1부분 내에서 표현되고, 프리앰블 및 동기 버스트들과 같은 균일 제어 신호들을 포함하는, 데이터 전송 방법.
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