KR100551112B1 - 이중 모드 휴대 전화 유닛 - Google Patents

Abstract

이중 모드 TDMA 휴대 전화 유닛(12)의 동작을 가능하게 하는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 제1 동작 모드(20)는 최대 75km까지 동기 통신을 가능하게 한다. 제2 동작 모드(22)에서, 휴대 전화 유닛(12)은 75km 보다 먼 거리에 대해 휴대 전화 유닛(12)과 기지국(1) 사이의 동기화를 가능하게 하는 프레임 구조(24)에 따라 동작한다. 이 증가된 거리는 제2 모드(22)에서의 TDMA 송신의 프레임 구조(24) 내에서 송신 타임 슬롯(24c)을 상기 제1 모드(20)의 프레임 구조(24)에서 보다 이후의 타임 슬롯으로 이동시킴으로써 달성된다.

이중 모드 휴대 전화 유닛, 프레임 구조, 기지국, 단/장거리 타이밍 발생기, 타임 슬롯

Description

이중 모드 휴대 전화 유닛{DUAL MODE PORTABLE TELEPHONE UNIT}

본 발명은 셀룰러 무선전화 시스템에 관한 것으로서, 특히 장거리 또는 정규 거리 기지국과의 동작을 가능하게 하는 이중 모드 TDMA 표준을 갖는 휴대 전화 유닛에 관한 것이다.

시분할 듀플렉스 유대 전화 유닛은 통상적으로 약 75km의 특정 거리내에서 TDMA 기능을 수행하도록 구성된다. 그러나, 소위 「메가셀」(75km 보다 먼 기지국으로부터의 거리) 내에서 휴대 전화 유닛을 사용하면, 휴대 유닛이 정규 거리에서 기지국에 적용하는 것과 동일한 표준을 사용하여 동작하고자 시도할 때 기지국과 시간 동기화 문제가 야기될 수 있다. 시간 동기화 문제는 장거리에 걸쳐 기지국과 접촉할 경우의 고유의 시간 지연보다 더 큰 시간 지연에 의해 야기된다.

기존의 TDMA 시스템은 특정 시간 주기동안 기지국에 의해 수신되는 송신 신호를 가져야 한다. 메가셀에서 기지국과 휴대 전화 유닛 사이의 장거리 송신은 적절한 시간에 기지국에 의한 송신 신호의 수신을 방해한다. 따라서, 항공기 플랫폼 또는 위성이 사용될 때와 같이 정규 거리 및 장거리 모두에 동작할 수 있는 휴대 전화 유닛은 셀룰러 전화 시스템의 사용자 및 제공자에게 큰 이점을 제공한다.

본 발명은 이중 모드 동작이 가능한 TDMA 휴대 전화 유닛에 의한 상기 문제점 및 그 밖의 문제점을 해결한다. 휴대 전화 유닛은 휴대 유닛과 기지국 사이의 정규 및 확장 거리 송신을 가능하게 하는 제1 동작 모드와 제2 동작 모드간을 스위칭하기 위한 수단을 포함한다. 제1 또는 정규 거리의 동작 모드가 선택되면, 휴대 전화 유닛은 제1 TDMA 동작 시퀀스에 따라 동작한다. 제1 시퀀스는 기지국에서 다수의 휴대 전화 유닛으로부터 수신된 신호들간에 적절한 타이밍 관계를 유지하면서 약 75km 거리내의 통신을 가능하게 하는 다수의 타임 슬롯을 포함한다. 제2 또는 확장된 동작 모드를 선택하면, 휴대 전화 유닛은 제2 TDMA 프레임 구조 또는 동작 시퀀스에 따라 동작한다. 제2 프레임 구조 또는 시퀀스는, 항공기 플랫폼에 놓인 기지국과의 동작 또는 위성을 통한 동작이 요구될 때와 같이 정규 거리의 동작 모드보다 더 먼 거리인 제2 확장 거리 내에서 기지국과의 동기화 통신을 가능하게 하는 다수의 타임 슬롯을 포함한다.

긴 거리 내에서의 동기화 통신을 수행하는 휴대 전화 유닛의 능력은, 제1 프레임 구조 또는 시퀀스를 사용할 때보다 프레임 내에서 수신 슬롯에 비해 이후에 발생하는 송신 타임 슬롯을 갖는 프레임 구조 또는 동작 시퀀스를 이용함으로써 달성된다. 이와 같이 함으로써, 휴대 전화 유닛과 기지국 사이의 긴 거리에 의해 야기되는 긴 루프 전달 지연을 보상하기 위해 송신 타임 슬롯을 공칭 위치로부터 더욱 멀리 전진시킬 할 수 있다.

도 1은 이중 모드 휴대 전화 유닛을 사용하여 가능한 이중 통신 가능 구역을 도시하는 도면.

도 2는 이중 모드 휴대 전화 유닛의 전체적인 블록도.

도 3A, 도 3B 및 도 3C는 이중 모드 휴대 전화 유닛에 의해 이용되는 정규 및 확장 거리 프레임 구조를 도시하는 도면.

도 4는 2개의 타이밍 발생기를 구비한 단/장거리 휴대 전화 유닛의 블록도.

본 발명의 방법 및 장치에 대해서는 첨부하는 도면과 관련하여 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 완전하게 이해할 수 있을 것이다.

지금부터 도면, 특히 도 1을 참조하면, 이중 모드 휴대 전화 유닛(12) 및 기지국(10)을 구비한 시스템이 도시되어 있다. 휴대 유닛(12)은 14로 전체적으로 도시되어 있는 기지국의 75km 거리 내에서 또는 16으로 전체적으로 도시되어 있는 기지국(10)의 (예컨대) 160km 거리 내에서 모두 동작할 수 있는 2가지 모드 중 한 모드로 동작할 수 있다. 도 1이 전방향성 안테나를 구비한 기지국(10)의 사용을 나타내지만, 상기 시스템은 지향성 안테나를 사용하는 기지국에도 동일하게 적용될 수 있다. 더욱이, 제1 및 제2 동작 거리는 임의의 거리일 수 있다.

메가셀 기지국 또는 위성 통신에 수반되는 장거리(75km 이상)는 표준 시분할 듀플렉스 휴대 전화를 사용할 때 동기화 문제를 야기한다. 이들 문제점은 송신(T) 타임 슬롯이 기지국(10)과 적절한 동기화를 이루기 위해 전진시키는 제한된 윈도우로부터 발생한다. 정규 거리내에서 동작하는 휴대 전화는 데이터가 규정된 타임 슬롯내에서 수신되도록 기지국에 데이터를 송신할 수 있다. 그러나, 75km 보다 먼 거리가 휴대 유닛에 의한 송신의 동기화에 시도되고 기지국의 수신이 불가능하면, 송신 타임 슬롯이 수신 타임 슬롯으로 진행될 필요가 있다. 시분할 듀플렉스 장치에서, 이것은 상기 장치가 중첩 주기에서 송신 및 수신할 수 없으므로 허용되지 않는다.

도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 문제점에 대한 해결안은 정규 크기 셀 이내의 TDMA 송신용 정규 거리 동작 모드(20)와, 기지국과 휴대 유닛 사이의 거리가 적어도 160km에 달하는 메가셀을 사용하는 확장 거리 동작 모드(22)를 통합하는 휴대 전화 유닛(12)을 이용한다. 스위치(23)는 이들 두 모드 사이의 변환을 가능하게 한다. 본 발명의 일 양태에 따르면, 제2 또는 장거리 모드는 더 긴 TDMA 프레임 주기의 사용을 포함할 수도 있다.

정규 동작 모드(20)에 있어서, 상기 전화는 예컨대, 대략 4.6ms의 프레임 주기를 갖는 범유럽 셀 방식 이동 통신 시스템(GSM)용의 공인된 표준에 따라 동작한다. 도 3A를 보면, GSM 프레임 내의 8개의 타임 슬롯이 R(수신), I(무통화(idle)), T(송신) 및 S(스캔)으로 지정된다. 확장 거리 모드에 있어서, 휴대 전화 유닛(12)은 TDMA 시간 프레임(26)의 수신 타임 슬롯(24a)에서 신호를 수신한다. 수신 타임 슬롯(24a)에 후속하는 하나 또는 2개의 타임 슬롯(24b)은 유닛(12)이 수신 상태에서 송신 상태로 변경할 때 무통화 상태로 된다. 휴대 유닛(12)은 송신 타임 슬롯(24c)내에서 기지국(10)으로 신호를 송신한다.

송신후 대략 4개의 나머지 타임 슬롯 동안, 휴대 전화 유닛(12)은 다수의 인접 기지국 주파수 중 하나의 신호 강도를 스캔하도록 주파수를 변경한다. 다음으로, 상기 전화 유닛(12)은 후속 시간 프레임으로부터 트래픽 정보의 후속 버스트를 수신하기 위해 자신의 수신 주파수로 다시 변경한다. 이러한 절차는 셀룰러 신호에 대해 RIITISII RIITISII… 형태의 반복 시간 프레임 구조를 제공한다.

GSM 사양은 기지국(10)이 송신중에 루프 전달 지연을 고려하기 위해 그 타이밍을 제한된 양만큼 진행하도록 휴대 전화 유닛(12)에 명령할 수 있도록 하여, 정확한 타임 슬롯 동안 인접 타임 슬롯에서의 다른 송신에 중첩하지 않고 송신이 기지국에 의해 수신되게 된다. 그러나, 휴대 전화 유닛(12)이 수신 타임 슬롯(24a)과 동시에 또는 그 직후에 발생하도록 그 송신 시간을 전진시킬 수 없기 때문에, 송신 거리가 제한된다. 따라서, 송신 슬롯이 전진할 수 있는 최대 한도는 1 타임 슬롯 또는 무통화 주기 또는 약 500㎲이므로, 그 결과 예컨대 시퀀스 RITIISII가 발생한다. 이로써, 약 75km 거리까지 송신이 가능하다.

확장 거리 동작 모드(22)(도 2)로 스위칭함으로써, 휴대 전화 유닛(12)은 도 3B 또는 3C에 도시된 바와 같이 변경된 프레임 구조 또는 동작 시퀀스로 스위칭한다. 변경된 프레임 구조에서, 인접 기지국의 신호 강도를 측정하기 위해 스캐닝(S)으로 스위칭하는 것이 항상 정규 프레임 구조에서와 같이 송신 후 및 수신 전에 발생하는 것은 아니다. 스캐닝(S)은 대신 수신(R)후 및 송신(T)전에 발생하거나 전혀 발생하지 않는다. 이 절차는 (스캐닝이 수행될 때) RISIITII RISIITII… 또는 (스캐닝이 수행되지 않을 때) RIIIITII RIIIITII… 형태의 반복하는 동작 시퀀스를 발생시킨다.

따라서, 송신 타임 슬롯(24c)은 표준 GSM 프레임 포맷에서보다 최대 2개 또는 3개의 슬롯 이후에 놓일 수 있다. 프레임 구조내에서 공칭적으로 송신 타임 슬롯을 이후에 위치시킴으로써, 송신 타임 슬롯(T)은 더 큰 루프 지연을 보상하도록 그 공칭 위치로부터 최대 2개의 타임 슬롯 또는 1.1ms 전진할 수 있다. 이는 최대 160km 거리의 기지국과 동기화할 수 있도록 하는 최대 1.1ms 시간 전진하게 한다. 시간 전진이 송신 슬롯을 후속 수신 슬롯보다 선행 수신 슬롯에 더 가깝게 하면, 스캔 동작의 위치는 더 많은 무통화 시간이 이용될 수 있는 송신 슬롯 이후가 되도록 변경된다. 따라서, 본 발명 장치는 송신 슬롯에 대해 필요한 시간 전진에 따라 동적인 형태로 그 동작 시퀀스를 (수신, 송신, 스캔)에서 (수신, 스캔, 송신)으로 변경할 수 있다.

궤도 위성을 통해 통신할 때 발생할 수 있는 것과 같이, 상기 언급된 예시적인 160km보다 훨씬 더 긴 거리에 걸친 통신이 필요한 경우, 장거리 모드에서의 타이밍 전진을 위한 조절 거리를 향상시키기 위한 추가 측정은 TDMA 프레임 주기를 연장하는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 프레임 주기는 GSM과 동일한 슬롯 포맷을 유지하면서 위성 모드에서 대략 16 슬롯 또는 심지어 32 슬롯으로 연장될 수 있으므로, 송신 타임 슬롯의 전진 거리를 두 배 또는 4배 이상으로 할 수 있다.

성공적인 위성 통신에 필요한 전진 거리는 270ms의 루프 지연을 나타내는 40000km 만큼 긴 위성까지의 총 거리와 관련이 없고, 오히려 소정의 서비스 영역내에서 휴대 유닛이 로밍할 때 그 거리의 변화에 관련된다. 서비스 영역은 다수의 지향성 안테나 빔을 사용하여 셀로 분할될 수 있고, 위성 시스템은 각 셀의 중앙에 대해 개별적으로 그 공칭 수신 타이밍을 조절할 수 있어; 단지 휴대 전화는 셀의 중앙에서부터 위성으로의 거리보다 당연히 훨씬 더 작은 셀의 직경을 통한 이동에 따라 그 송신 타이밍을 조절할 필요가 있다. 필요하다면, 위성과의 통신을 위한 프레임 주기는 예컨대 40ms까지 증가될 수 있다.

도 4는 상이한 길이의 프레임 주기를 지원하도록 두 개의 타이밍 발생기를 구비한 단/장거리 휴대 전화 유닛을 도시한다. 상이한 형태의 이중 모드 전화 유닛은 예컨대, 미국 특허 출원 제07/967,027호; 미국 특허 출원 제08/135,542호; 미국 특허 출원 제08/305,780호; 및 미국 특허 출원 제08/501,575호에 이미 기술되어 있다. 이들 공동 양도된 출원은 각각 이중 모드 전화의 다른 기술적인 설계 관점을 위한 배경으로서 본 명세서에 참조되어 있다. 공동 양도된 미국 특허 출원 제08/354,904호는 궤도 위성을 통한 TDMA 동작을 위한 타이밍상의 문제를 개시하고 있으며, 이것 역시 본 명세서에 참조로 완전히 통합되어 있다. 상기 참조 문헌들은 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 장거리 동작 모드 또는 단거리 동작 모드에 대해 각각 사용될 수 있는 2개의 TDMA 타이밍 발생기를 사용하지 않으면 안 되는 것에 대해서는 구체적으로 다루고 있지 않다.

도 4는, 예컨대 4.6mS 프레임 주기에 걸쳐 주기적으로 동작하도록 개별적인 단거리 송신기(30), 수신기(31) 및 안테나(30)를 제어할 수 있는 단거리 타이밍 발생기(34)와, 예컨대 4.6mS의 단거리 프레임 주기의 2배 또는 4배와 같이 더 긴 시간 또는 선택적으로 IS136 3/6-슬롯 TDMA 표준에 의해 사용되는 20mS 또는 40mS 프레임 주기에 걸쳐 주기적으로 동작하도록 개별적인 장거리 송신기(32), 수신기(33) 및 안테나(39)를 제어할 수 있는 장거리 타이밍 발생기(35)를 도시한다. 장거리 또는 단거리의 선택은 모든 모드에 대한 공통 회로(37)의 일부일 수 있는 제어기의 명령으로 선택 논리부(36)에 의해 이루어진다. 공통 회로(37)는 송신용 정보 신호를 코딩하고 수신 신호를 디코딩하기 위한 디지털 신호 처리를 포함할 수 있다. 단거리 모드와 장거리 모드간의 스위칭 결정은 수신기(30 또는 32)로부터의 수신 신호에 따라 자동으로 이루어질 수 있으며, 한 쌍의 스위치(40, 41)를 통해 제어될 수 있다.

본 발명의 방법 및 장치의 실시예를 첨부하는 도면 및 전술한 상세한 설명에서 기술하였지만, 이것은 본 발명이 개시한 실시예로 제한되는 것이 아니라, 이하의 청구의 범위에 의해 나타내고 제한되는 바와 같이 본 발명의 사상을 벗어남 없이 다수의 변형, 변경 및 치환이 가능하다는 것을 이해할 것이다.

Claims (20)

1. 이중 모드 TDMA 휴대 전화 유닛에 있어서,

   제1 동작 모드 선택에 응답하여 반복적인 TDMA 프레임 주기내에서 제1 동작 시퀀스에 따라 휴대 전화 유닛을 동작시키는 수단으로서, 상기 제1 동작 시퀀스가, TDMA 프레임 주기내의 다수의 타임 슬롯 중에서 수신용 타임 슬롯의 선택 및 송신용의 또 다른 타임 슬롯의 선택을 포함함으로써 기지국에 의해 수신된 다른 신호를 중첩하지 않고 상기 기지국에서 송신 타임 슬롯의 수신을 유지하면서 제1 거리내에서의 통신을 가능하게 하도록 되어 있는, 제1 동작 시퀀스에 따라 휴대 전화 유닛을 동작시키는 수단,

   제2 동작 모드 선택에 응답하여 반복적인 TDMA 프레임 주기내에서 제2 동작 시퀀스에 따라 휴대 전화 유닛을 동작시키는 수단으로서, 상기 제2 동작 시퀀스가, TDMA 프레임 주기내의 다수의 타임 슬롯 중에서 상기 제1 동작 모드에서 선택된 것과 상이한 수신용 타임 슬롯의 선택과 송신용의 또 다른 타임 슬롯의 선택을 포함함으로써 기지국에 의해 수신되는 다른 신호를 중첩하지 않고 기지국에서 송신 타임 슬롯의 수신을 유지하면서 제2 거리내에서 통신을 가능하게 하며, 또한 송신 타임 슬롯의 공칭 위치로부터 최대 2개의 타임 슬롯까지 송신 타임 슬롯을 전진시키도록 되어 있는, 제2 동작 시퀀스에 따라 휴대 전화 유닛을 동작시키는 수단, 및

   상기 제1 동작 모드와 제2 동작 모드 사이를 스위칭하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 모드 TDMA 휴대 전화 유닛.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 동작 시퀀스는 상기 기지국과의 동기화를 유지하기 위해 적어도 1.1ms 만큼 송신 타임 슬롯을 전진시키는 것을 특징으로 하는 이중 모드 TDMA 휴대 전화 유닛.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 동작 시퀀스는 착신 신호의 수신 후이지만 발신 신호의 송신 전에 다른 기지국을 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 이중 모드 TDMA 휴대 전화 유닛.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 동작 시퀀스는 다른 기지 유닛의 주파수를 스캐닝하기 위한 타임 슬롯을 전혀 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 이중 모드 TDMA 휴대 전화 유닛.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 동작 시퀀스의 송신 타임 슬롯은 선행 수신 타임 슬롯에 대해 상기 제1 동작 시퀀스의 송신 타임 슬롯보다 더 늦게 발생하는 것을 특징으로 하는 이중 모드 TDMA 휴대 전화 유닛.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 동작 시퀀스는 포맷 RISIITII를 갖는 8개의 타임 슬롯을 포함하며, 여기서 R은 수신을 나타내고, I는 무통화를 나타내며, T는 송신을 나타내고, S는 다른 주파수의 스캐닝을 나타내는 것을 특징으로 하는 이중 모드 TDMA 휴대 전화 유닛.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 동작 시퀀스는 포맷 RIIIITII를 갖는 8개의 타임 슬롯을 포함하며, 여기서 R은 수신을 나타내고, I는 무통화를 나타내며, T는 송신을 나타내는 것을 특징으로 하는 이중 모드 TDMA 휴대 전화 유닛.
8. 제1 거리 및 제2 거리에서 기지국과 통신하는 TDMA 휴대 전화 유닛에 있어서,

   제1 반복 프레임 주기에 걸쳐서 송신 동작과 수신 동작을 번갈아 수행하는 제1 시퀀스를 발생시키는 제1 TDMA 타이밍 수단,

   상기 제1 프레임 주기의 배수인 제2 반복 프레임 주기에 걸쳐서 송신 동작과 수신 동작을 번갈아 수행하는 제2 시퀀스를 발생시키는 제2 TDMA 타이밍 수단, 및

   제1 거리 내에서 기지국과 통신하기 위해 상기 제1 TDMA 타이밍 수단으로 스위칭하고, 대안적으로 제2 거리 내에서 기지국과 통신하기 위해 상기 제2 TDMA 타이밍 수단으로 스위칭하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 TDMA 휴대 전화 유닛.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제1 반복 프레임 주기는 대략 4.5mS∼4.8mS의 길이를 가지며, 상기 제2 프레임 주기는 20mS의 배수와 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 TDMA 휴대 전화 유닛.
10. 제 8 항에 있어서,

    송신 동작과 수신 동작이 번갈아 일어나는 상기 제1 시퀀스는 RITS를 포함하고, 송신 동작과 수신 동작이 번갈아 일어나는 상기 제2 시퀀스는 RITI를 포함하며, 여기서 R은 수신을 나타내고, I는 무통화를 나타내며, T는 송신을 나타내고, S는 다른 주파수 채널의 스캐닝을 나타내는 것을 특징으로 하는 TDMA 휴대 전화 유닛.
11. 제 8 항에 있어서,

    상기 기지국은 궤도 위성 중계기를 포함하는 것을 특징으로 하는 TDMA 휴대 전화 유닛.
12. 제 8 항에 있어서,

    상기 기지국은 항공기 플랫폼을 포함하는 것을 특징으로 하는 TDMA 휴대 전화 유닛.
13. TDMA 휴대 전화 유닛의 이중 모드 동작을 가능하게 하는 방법에 있어서,

    제1 동작 모드와 제2 동작 모드 사이에서 선택하는 단계,

    상기 제1 동작 모드의 선택에 응답하여 반복 TDMA 프레임 기간 내에, 기지국에서 신호의 중첩을 방지하면서 제1 거리 내에서 상기 휴대 전화 유닛과 기지국 사이의 동기 통신을 가능하게 하는 제1 동작 시퀀스에 따라 상기 휴대 전화 유닛을 동작시키는 단계, 및

    휴대 전화 유닛과 기지국 사이의 동기화를 유지하기 위해 타임 슬롯을 공칭 위치로부터 최대 2개의 타임 슬롯 앞으로 전진시킴으로써 제2 동작 모드 선택에 응답하여 반복 TDMA 구조내에서, 기지국에서의 신호 중첩을 피하면서 휴대 전화 유닛과 기지국 사이의 동기화된 통신을 가능하게 하는 제2 동작 시퀀스에 따라 휴대 전화 유닛을 동작시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 모드 동작을 가능하게 하는 방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 제2 동작 시퀀스에 따라 휴대 전화 유닛을 동작시키는 단계는 상기 휴대 전화 유닛과 상기 기지국 사이의 동기화를 유지하기 위해 적어도 1.1ms 만큼 송신 주기를 전진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 모드 동작을 가능하게 하는 방법.
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