KR100567172B1 - 통신시스템에서 비선형 효과를 측정하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직교 코딩된 확산 스펙트럼 통신신호를 전송하기 위한 통신시스템 또는 장치에 대한 비선형적 효과의 영향이나 동작특성을 정확하게 결정하기 위한 방법 및 장치이다. 더욱 정확하게 시스템응답을 결정하기 위하여 월시 전력비(Walsh Power Ratio)가 사용된다. 이 정보는 향상된 시스템응답을 제공하기 위하여, 직교 CDMA 통신시스템의 고전력 증폭기와 같은 비선형 소자나 스테이지의 동작을 제어하거나 조정할 때 전력제어 루프에 의해서 이용될 수 있다. 이 정보는 시스템 사용자에게 채널을 할당할 때, 및 시스템 하드웨어에 대한 물리적인 변화를 처리하는데 이용될 수 있다. WPR 을 공식화기 위해 사용되는 측정은 개별적인 컴포넌트나 전체 시스템에 대하여, 데이터를 포함하는 다중채널에 통신신호를 삽입하고, 하나 이상의 빈 채널을 남김으로써 수행될 수 있다. 그 후, 시스템이나 장치의 출력측상의 채널당 수신전력을 측정한다. 그 후, 빈 채널과 활성채널의 전력밀도비를 형성한다. 시스템 또는 컴포넌트를 위한 WPR의 결정은 할당된 횟수로 또는 시스템에서 존재하는 트래픽신호들 사이에서 인터리빙함으로써, 테스트신호의 주기적인 전송을 통하여 동작의 주기동안 실현될 수 있다.

Description

통신시스템에서 비선형 효과를 측정하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING NONLINEAR EFFECTS IN A COMMUNICATION SYSTEM}

본 출원은 1997년 10월 14일에 출원된 가출원 제 60/061,943 호를 우선권 주장한다.
본 발명은 비선형 장치에 관한 것으로, 좀더 자세하게는, 통신 시스템에서 신호의 전송에 관한 비선형적 장치특성의 효과를 결정하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 직교 CDMA 통신시스템 (orthogonal CDMA communication system) 에서 활성 대 불활성 (inactive) 시스템 채널의 전력비를 이용하는 방법에 관한 것으로, 특히, 전력 증폭기와 같은 비선형 스테이지의 동작을 제어하기 위하여 월시 전력비 (Walsh Power Ratio) 를 이용하는 방법에 관한 것이다.

다수의 시스템 사용자간의 정보 전송용으로 이용되는 다중접속 통신시스템의 한 유형은 코드분할 다중접속 (CDMA) 확산 스펙트럼 기술에 기초한다. 그 통신시스템은, 본 발명의 양수인에게 양수되었고 여기서 참조하며, 1990년 2월 13일에 공개된 미국 특허번호 제 4,901,307 호의 "Spread Spectrum Multiple Access Communication System Using Satellite Or Terrestrial Repeaters", 및 1997년 11월 25일에 공개된 미국 특허번호 제 5,691,974 호의 "Method And Apparatus For Using Full Spectrum Transmitted Power In A Spread Spectrum Communication System For Tracking Individual Recipient Phase Time And Energy" 에 개시되어 있다.
이 특허들은, 일반적으로 이동 또는 원격 시스템 사용자들 또는 가입자들이, 접속된 공중 전화 교환망을 통하는 것과 같이, 송수신기 (transceiver) 를 이용하여 다른 시스템 사용자들 또는 원하는 신호 수신자들과 통신하는 통신 시스템을 개시한다. 송수신기는 CDMA 확산 스펙트럼 통신 신호를 이용하여 게이트웨이 및 위성, 또는 지상 기지국 (셀사이트 (cell-sites) 또는 셀이라고도 함) 을 통해 신호들을 전달한다.

전형적인 확산 스펙트럼 통신시스템에서, 소정의 슈도랜덤 노이즈 (pseudorandom noise, PN) 코드 시퀀스의 하나 이상의 세트 또는 그 쌍들은 사용자 정보 신호들을 통신 신호로서 송신용 캐리어상에 변조하기 전에, 소정의 스펙트럼 대역 (spectral band) 상으로 변조 또는 '확산' 하는데 이용된다. PN 확산은 당업계에 널리 알려진 확산 스펙트럼 송신의 일 방법이며, 언더라잉 데이터 신호 (underlying data signal) 보다 더 넓은 대역폭을 갖는 통신 신호를 생성한다. 순방향 링크라고도 칭하는 기지국-사용자간 또는 게이트웨이-사용자간 통신링크에서, PN 확산 코드 또는 바이너리 시퀀스 (binary sequence) 는 상이한 기지국들에 의해 송신되는 신호들 사이 또는 상이한 빔(beams), 위성, 또는 게이트웨이의 신호들 사이 및 다중경로 신호들 사이를 식별하기 위해 사용된다. 역방향 링크라고도 칭하는 사용자 단말-기지국간 또는 사용자 단말-게이트웨이간 통신링크에서, PN 확산 코드 또는 바이너리 시퀀스는 상이한 빔, 위성, 또는 게이트웨이용 신호들 사이 및 다중경로 신호들 사이를 식별하기 위해 사용된다.

통상, 이러한 코드들은 소정의 셀 또는 빔 내의 모든 통신 신호에 의해 공유되며, 인접한 빔 또는 셀들 사이에서 시간 시프트 (shift) 되거나 오프셋(offset) 되어 상이한 확산 코드를 생성한다. 시간 오프셋은 빔간 (beam-to-beam) 핸드오프 및 기초 통신 시스템 타이밍에 대한 신호 타이밍을 결정하는데 유용한 고유의 빔 식별자 (identifier) 를 제공한다.

전형적인 CDMA 확산 스펙트럼 통신 시스템에서, 채널화 코드 (channelizing code) 는 순방향 링크상에서, 하나의 셀내의 상이한 사용자들용으로 의도된 신호들 사이 또는, 위성 빔 (satellite beam), 또는 서브 빔 (sub-beam) 내에서 송신되는 사용자 신호들 사이를 식별하기 위해서 사용된다. 즉, 각각의 사용자 송수신기는 고유의 '커버링 (covering)' 또는 '채널화' 직교 코드를 이용함으로써 순방향 링크상에 제공되는 자신의 직교 채널을 가진다. 일반적으로, 지상 시스템용의 64 개의 코드 칩 및 위성 시스템용의 128 개의 코드 칩과 같이 전형적인 길이를 갖는 채널화 코드를 구현하기 위하여 월시 함수들을 이용한다. 이러한 구성에서, 통상, 64 또는 128 칩의 월시 함수를 월시 심볼 (Walsh symbol) 이라고 한다. 월시 코드의 유도는, 본 발명의 양수인에게 양수되었고 여기서 참조하며, 미국 특허번호 제 5,103,459 호의 "System And Method For Generating Signal Waveforms In A CDMA Cellular Telephone System" 에 더욱 상세히 개시되어 있다.

상술한 시스템에서 사용되는 게이트웨이 또는 기지국, 및 위성들은 고 전력 증폭기들 (HPAs) 를 사용하여, 통신 시스템 내에서 또는 통신시스템에 의해 서비스되는 위성, 게이트웨이, 및 사용자 단말로 또는 그들로부터 전송되는 신호의 전력을 증가시킨다. 신호들에 있어서 상당한 양의 전력 증가를 이루는 동시에 가능하면 적은 전력을 낭비하는 것이 바람직하다. 즉, 바람직한 통신 링크를 위해, 필요 이상으로 신호를 증폭하기 위해서 전력을 소모하지 않도록 해야 한다. 이것은 전력 및 전력 증폭기에 필요한 에너지 자원을 보존하며, 상호 신호 간섭 (mutual signal interference) 을 감소시키고 시스템 용량을 증대시키기 위해서 신호 전력을 최소화하려는 의도와 관련되어 있다.
또한, 위성 통신 시스템에서, 신호 송신용으로 이용가능한 전력량이 위성의 전력 생성 용량에 의해 제한되는 것을 인식하는 것도 중요하다. 이 전력의 사용을 최적화하기 위해서는, 사용자로 및 사용자로부터 정보를 전송하는 트래픽 신호와, 위상 및 시간 기준 (reference) 으로서 작동하는 파일럿 신호 사이에 전력을 주의해서 할당해야 한다. 만일 너무 작은 전력을 파일럿 신호에 할당하면, 사용자 단말들은 그들의 수신기를 게이트웨이 또는 기지국과 동기시키기에 충분한 에너지를 누산할 수 없다. 이와 대조적으로, 너무 많은 파일럿 신호 전력을 송신하면, 트래픽 신호용으로 이용가능한 가용 전력량 및 그에 따라 지원될 수 있는 사용자의 수가 감소한다.

따라서, 위성에 의해 처리될 수 있는 사용자 용량을 최대로 하기 위해서는, 송신되는 파일럿 신호 전력량을 정확히 제어해야 한다. 또한, 시스템 정보를 전송하는데 이용되는 페이징 (paging) 및 동기화 신호와 같은 또 다른 공유 자원들이 존재하며, 이들은 파일럿신호와 유사한 공유 자원으로서 기능한다. 그러한 신호들도 위성이나 기타 전력 제한 또는 전력 제어 통신 시스템에서 전력 소모에 영향을 미친다. 이러한 신호들에 제공되는 에너지량을 최소화하여, 시스템 용량을 증대시키기 위해 상호 간섭을 감소시키는 것도 바람직하다.

일반적으로, 상술된 바와 같은, 통신 시스템에서 높은 상호변조 (intermodulation) 레벨로 동작하는 전력 증폭기들은 그들의 포화점 (saturation point) 근처에서 동작한다. 포화점은 증폭기의 출력 전력이 입력 전력의 증가에 따라서 더 이상 증가하지 않는 점이다. 즉, 포화점에 도달한 후, 전력 증폭기의 출력 전력은 실질적으로 입력과는 무관하게 일정하다. 따라서, 전력 증폭기는 포화점 근처의 동작에 있어서 비선형성을 나타낸다. 그 포화 영역을 이득 압축 영역 (gain compression region) 이라고도 한다.

상호변조는 비선형성을 설명하는데 사용되는 용어이다. 예를 들어, 비선형 장치가 다중 스펙트럼 성분을 갖는 신호에 대하여 동작하여 출력신호를 생성할 때, 출력신호는 원래의 입력신호에서 존재하지 않았던 스펙트럼 성분들로 구성된다. 그 성분들 중 일부는 필터링으로 제거될 수 있으므로, 심각한 왜곡을 초래하지는 않는다. 그러나, 다른 성분들은 필터링에 의해서 제거될 수 없다. 필터링에 의해서 제거될 수 없는 성분들은 비선형적 왜곡 (nonlinear distortion) 을 야기한다. 통상, 이러한 성분들을 상호변조 산물이라고 한다.
이 상호변조는 대부분의 통신시스템에서 바람직하지 못한 왜곡을 야기한다. 예를 들면, CDMA 통신시스템에서, CDMA 신호는 통신채널을 통하여 송신되기 전에 증폭된다. 통상, 비선형 전력 증폭기는 이러한 증폭을 제공하기 위해 사용된다. 실제 통신시스템에서 송신된 CDMA 신호들은, 종종, 멀티플렉싱된 단일 CDMA 신호를 형성하기 위하여 함께 멀티플렉싱되는 복수의 CDMA 신호들로부터 야기될 수 있는 일정하지 않은 엔벨로프 (envelope) 를 나타낸다. 그러한 신호는 송신용 신호에 결합되는 상이한 주파수에서 하나의 CDMA 채널, 또는 상이한 주파수들을 형성하기 위하여 단일 캐리어(carrier)에 결합되는 다수의 CDMA 신호로부터 생성될 수 있다. 어느 경우라도, 멀티플렉싱된 CDMA 신호는 일정하지 않은 엔벨로프를 나타낸다. 또한, 다른 공지된 원인들도 일정하지 않은 엔벨로프 현상을 야기한다. 따라서, 비선형 증폭기로의 입력 전력은 그 증폭기의 입력전력 범위를 넘는다. 비선형 증폭기는 그 입력범위에 걸쳐서 비선형적이므로, 그 출력신호는 상호변조 산물과 같은 바람직하지 못한 비선형적 효과를 나타낸다.

상호변조에 의해 야기된 것과 같은 비선형 왜곡은 통신시스템에서 신호의 정보내용을 파괴할 수 있는 바람직하지 못한 효과이다. 불행히도, 비선형 왜곡은 또한 IS-95 표준을 따르는 CDMA 통신신호 파형에 대하여, 채널이 더 이상 직교 (orthogonal) 상태를 유지하지 못하는 식으로 영향을 미칠 수 있다. 본질적으로는, 비선형 응답은 코딩된 채널들을 서로에게로 "누설 (leak)" 또는 "블리드 (bleed)" 되도록 한다.

종래에, 통신신호를 생성 및 증폭하기 위해 이용되는 전력 증폭기 및 다른 비선형 소자들의 성능은 2 개의 톤 (tone), 멀티-톤, 및 노이즈 부가 테스트 (noise loaded test) 로 측정된다. 특히, 노이즈 부가 테스트는 노이즈 전력비, 즉, NPR (noise power ratio) 테스트라고도 하며, 얼마나 많은 에너지 밀도가 좁은 노치(notch) 또는 테스트 대상 비선형 장치로 인가된 노이즈로 누설되는지를 측정하는 것이다.

그러나, 노이즈의 상호변조 성능과 직접시퀀스 확산 스펙트럼 신호 (DS-SS) 사이에는 몇 가지 중요한 차이점들이 있다. 특히, 확산 스펙트럼 데이터 변조가 일차원적 (예를 들면, BPSK 형) 인 경우, DS-SS 파형의 엔벨로프 통계 (statistics) 는 노이즈와는 상이하다. 많은 정보신호들이 CDMA 통신시스템에서 발견된 것처럼 (CDM 또는 CDMA 를 위하여) 함께 멀티플렉싱되는 경우조차도, 이러한 신호들이 동일한 캐리어 주파수 및 캐리어 위상을 공유하면 DS-SS 파형은 대역-통과 (band-pass) 노이즈와는 상당히 상이한 엔벨로프 통계를 가진다.

대역-통과 노이즈는 두 개의 자유도(degree of freedom)를 갖는 카이-스퀘어 (chi-square) 인 전력 확률밀도 함수 (PDF) 를 가진다. 다수의 사용자들 또는 사용자 신호들 (트래픽 채널들) 을 갖는 순방향 링크 CDMA 채널들 또는 신호들은 하나의 자유도를 갖는 카이-스퀘어의 근사적인 전력 PDF를 가진다. IS-95 표준을 따르는 순방향 링크 CDMA형 신호들은 이것의 특별한 경우이며, CDM 또는 CDMA 신호들은 월시코드와 직교성을 유지한다. 이러한 형태의 코딩은 직교 CDMA, 또는 간단히 O-CDMA 라고도 칭하지만, 이것은 여전히 BPSK 변조이다. IS-95 파형에 대한 상당한 양의 상호변조는, 채널들이 더 이상 직교성이 아니며 서로에게 "누설" 또는 "블리드" 인 것을 의미한다.

이러한 누설의 결과는, 채널에 대한 단순한 노이즈 측정이 CDMA 환경에서 통신시스템 성능의 진정한 응답 또는 측정을 반영하지 못하는 것이다. 이것은, 노이즈 전력비(NPR) 테스트가 확산 스펙트럼 시스템에서 특정 증폭 스테이지와 함께 사용할 적절한 전력조정 또는 전력레벨의 효과를 측정 또는 결정하기 위해 단순히 사용될 수 없음을 의미한다. 이것은 시스템 노이즈가 다른 직교채널로 에너지를 시프트시키는 경향이 있으므로 타당하다.

노이즈 성능이 반드시 CDMA 성능을 반영하는 것이 아닌 또 다른 문제는 소위 AM/AM 및 AM/PM 효과라고도 하는 것을 분리하는데 있어서 존재한다. 이 두가지 모두는 NPR 과 같은 종래의 노이즈 측정 기술에 영향을 미치는 것으로 널리 알려져 있다. 그러나, 코히런트 BPSK 복조는 AM/PM 보다 AM/AM 에 훨씬 더 민감하다. 이 점을 예시하기 위하여, 종래의 비선형 전력 증폭기의 출력전력 및 위상특성이 도 1 에 도시되어 있다. 도 1 에서, 곡선 (102) 은 입력사인파의 위상에 대한 출력위상을 나타낸다. 통상, 그러한 곡선을 "AM-PM도" 라고 한다. 곡선 (104) 은 사인곡선 입력의 입력전력에 대한 출력전력의 크기를 나타낸다. 통상, 그러한 곡선을 "AM-AM도" 라고 한다. 곡선 (102) 은 종래의 비선형 전력 증폭기의 대부분의 동작영역에 걸쳐서 입력전력에 대한 출력전력의 위상이 일정치 않은 것을 나타낸다. 이와 유사하게, 곡선 (104) 은 전력출력의 크기가 포화영역 (106) 근처에서 비선형적인 것을 나타낸다. 도 1 에 도시된 전력 증폭기의 경우에서, 포화영역 (106) 은 약 -4 dBm 에서 시작한다. 포화영역이 상이한 값의 범위로 확장될 수 있는 것은 당업자에게 명백하다.

응답을 단순히 테스트하거나 전력 증폭기와 같은 통신시스템 소자를 특성화하는 것 이외의 또 다른 문제는 동작중의 전력레벨을 선택하는 것이다. 이 상황에서, 일단 하나의 시스템이 배치되거나 사용되면 이용될 수 있는 성능에 대해 더욱 정확한 측정치를 갖고, 때때로 그 동작을 특성화하고 비선형 장치의 동작에 대해 조정하는 것이 편리할 것이다.

발명의 개요

따라서, 상술된 문제 및 당업계에서 접하는 문제들의 관점에서, 본 발명의 한 가지 목적은 확산 스펙트럼 통신시스템에서 신호처리에 대한 비선형 장치의 영향을 더욱 정확하게 특성화하기 위한 신규한 기술을 제공하는 것이다. 예를 들면, 그 신규한 기술은 전력 증폭기에서 직교성 (orthogonality) 의 감소에 대한 전력레벨의 영향 또는 상관관계를 정확히 결정할 수 있다.

이러한 그리고 다른 취지, 이점, 및 목적은 확산 스펙트럼 통신시스템, 또는 전체 통신시스템을 제조하기 위해 이용되는 전력 증폭기 또는 다른 컴포넌트들과 같은 장치들의 응답에 대한 테스트 또는 특성화하는 신규한 방법으로 실현된다. 신규한 접근방식은 일련의 또는 한 세트의 소정의 직교코드를 이용하여 적절하게 채널화된 신호들을 테스트받는 장치 또는 시스템의 입력으로 전송하는 것이다. 즉, 입력 통신 신호는 일련의 별도의 "트래픽(traffic)" 채널 신호들을 갖도록 생성되며, 그 각각은 개개의 직교코드에 의해 커버되거나 채널화된 정보 또는 데이터신호들을 나타낸다. 일 실시예에서, 월시함수들이 직교코드로서 바람직하게 사용된다.

각각의 채널은 하나 이상의 소정의 채널을 제외하고는, 어떤 형태의 전송 데이터 또는 정보가 제공된다. 빈 (empty) 채널의 수는 측정될 직교도 (degree of orthogonality) 에 기초한다. 데이터는 공지의 다양한 테스트 신호 또는 샘플들로부터 임의적으로 생성 또는 선택할 수 있다. 바람직하게는, 활성 채널들 (active channels) 은 동일한 총 입력전력 레벨 또는 이득을 사용하고, 데이터 레이트 (data rate) 및 일반적인 내용은 유사한 것이 바람직하다. 결과적인 채널신호들은 시험 대상 장치 또는 시스템, 및 채널에 따라 측정되는 에너지를 통하여 전송되는 CDMA 통신신호와 결합 및 멀티플렉싱된다. 본 발명의 일 양태에서, 이것은 상관소자 또는 장치를 이용하여 어떤 데이터 심볼들이 송신되는지를 결정함으로써, 및 에너지가 누산되는 빈 채널들을 제외한, 누산기와 스퀘어링 소자 (squaring elements) 를 이용하여 각 수신 심볼의 에너지의 합을 측정함으로써 이루어진다. 측정치는 채널당 및 신호전체에서의 전력량을 결정하는데 이용된다.

모든 "비어있지 않은(non-empty)' 또는 활성 채널들에 걸쳐서 검출된 에너지의 합과 원하는 "빈(empty)" 또는 불활성 채널 사이에서 비율 (ratio) 이 형성된다. 보다 정확하게는, 사용되는 채널수를 더욱 적절하게 설명하기 위하여, 빈 채널의 에너지와 비지 않은 채널의 평균에너지로부터 비율 (ratio) 이 형성된다. 이 비율은 빈 채널로 시프트된 에너지의 백분율, 및 출력의 코드 퓨리티 (purity) 에 대한 이득의 대략적인 영향, 및 테스트 중에 장치의 비선형 응답에 의해 직교성이 저하되는 정도의 측정에 대한 아이디어를 제공한다. 에너지들의 합은, 이후에 원하는 비율을 형성하는데 이용되는 에너지 밀도를 생성하기 위해 사용되는 채널의 수로 나누어진다.

본 발명의 방법은 CDMA 신호 환경에서 비선형 장치의 성능을 테스트하기 위한 송신부 및 수신부를 포함하는 전용 테스트 장치로서 구성된 장치를 이용하여 실현될 수 있다. 테스트 대상 전력 증폭기 또는 유사한 장치는 정상적으로 동작하는 다른 회로에 전형적인 방식으로 접속된다.

다른 실시형태들에서, 테스트 CDMA 통신신호는 많은 데이터 채널을 갖는 기지국 또는 게이트웨이 내의 송신부, 회로, 또는 소자들에 삽입 또는 적용된다. 그것은 직교코드를 사용하여 생성된 별도의 다중 채널들, 및 데이터가 없는 (빈) 하나 이상의 채널을 통하여 전송되는 데이터이다. 하나 이상의 수신기는 이 통신신호를 수신 및 복조하여 각 채널에서의 전력을 추정한다. 그 후, 이들 전력 측정치는 풀 (full) 또는 활성 채널에 대한 빈 채널에서의 에너지 밀도의 월시 전력비 (Walsh Power Ratio; WPR) 를 형성하는데 이용된다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 이 기술은 동작가능할 때 통신시스템 자체의 부분을 테스트하기 위해 이용될 수 있다. 즉, 적절한 테스트 신호들이 유지보수 기간 또는 비사용 기간 동안 전송되어, 측정이 수행되고 시스템의 현재 응답이 특성화될 수 있다. 다른 방법으로는, 고정 패턴 (fixed pattern) (및 블랭크 (blank)) 신호들을 전형적인 트래픽 채널 신호들과 인터리빙된 시스템을 통해 송신하여, 원하는 주기의 간격 또는 기타 시간에서 시스템을 테스트할 수 있다. 이것은 시스템 응답에 대한 정보를 실시간으로 획득하게 하고, 위성 또는 기타 장치에 대한 전력 증폭기의 동작을 조정하여, 향상된 시스템 동작 및 용량을 제공할 수 있게 한다.

이하, 본 발명의 특징, 목적, 및 장점들을 도면을 참조하여 상세히 설명하며, 도면 중 동일한 도면부호는 도면 전반에 걸쳐서 동일한 대상을 나타낸다.

도 1 는 출력전력에 대한 종래의 비선형 증폭기의 응답을 나타낸 도면이다.

도 2 는 예시적인 무선통신시스템을 도시한 개략도를 나타낸 것이다.

도 3 는 게이트웨이용 송신 스테이지의 블럭도를 나타낸 것이다.

도 4 는 사용자 단말의 블럭도를 나타낸 것이다.

도 5 는 도 4 의 사용자 단말에서 유용한 신호 코딩 및 확산 장치의 블록도를 나타낸 것이다.

도 6 는 종래의 통신신호 송신 방식의 블록도를 나타낸 것이다.

도 7a 및 7b 는 WPR 측정 방식에서의 대표적인 입력 및 출력 파형을 나타낸 도면이다.

도 8a 및 8b 는 대응하는 NPR 측정 방식에서 대표적인 입력 및 출력 파형을 나타낸 도면이다.

도 9 는 WPR 측정 방식을 구현하기 위해 유용한 것으로 밝혀진 장치의 블록도를 나타낸다.

I. 도입

본 발명은 확산 스펙트럼 통신시스템에서 사용되는 비선형 신호처리 소자의 동작특성을 더욱 정확하게 결정하기 위한 방법 및 장치이다. 좀더 자세하게는, 본 발명은 월시전력비를 이용하여 시스템 또는 컴포넌트 성능에 대한 비선형적 효과의 영향을 더욱 정확하게 특성화하고, 직교 CDMA 통신시스템에서의 고전력 증폭기와 같은 비선형 스테이지의 동작에 대한 향상된 제어를 가능하게 한다.

본 발명은 특히 CDMA 위성통신 시스템에서 이용되는 고전력 증폭기와 함께 사용되는데 적합하다. 그러나, 당업자에게 자명한 것처럼, 본 발명은 비선형 특성을 갖고 동작하는 장치 또는 컴포넌트를 이용하는 다른 형태의 통신시스템에 적용될 수도 있다. 본 발명의 실시형태들을 설명하기 전에, 본 발명이 동작할 수 있는 전형적인 환경이 제시된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명한다. 특정한 단계, 구성 및 배열이 설명되지만, 이것은 오직 예시적인 목적으로 행해지는 것이다. 당업자는 본 발명의 범위 및 취지를 벗어나지 않고 다른 단계, 구성 및 배열이 사용될 수 있음을 알 수 있다. 본 발명은 다양한 무선 정보 및 통신시스템에서 유용성을 찾을 수 있다.

II. 예시적인 동작환경

본 발명이 유용한 것으로 밝혀진 무선전화 시스템과 같은, 예시적인 무선통신시스템이 도 2 에 도시되어 있다. 도 2 에 도시된 통신시스템(200)은 통신시스템 원격 또는 이동 단말과 시스템 게이트웨이 또는 기지국 사이에서 통신을 할 때, 직교 코딩을 갖는 코드분할 다중접속(CDMA) 확산 스펙트럼형 통신신호를 이용한다. 도 2 에 도시된 통신시스템의 부분에서는, 하나의 기지국(212) 및 두 개의 위성(214 및 216), 및 두 개의 연관된 게이트웨이 또는 허브(hubs; 224 및 226)가 두 개의 이동국 또는 사용자 단말(220 및 222)과의 통신에 영향을 미치는 것을 도시한다. 일반적으로, 기지국 및 위성/게이트웨이는, 반드시 필요한 것은 아니지만, 지상(terrestrial-) 및 위성기반(satellite-based) 이라고 하는, 개별 통신시스템의 컴포넌트들이다. 그러한 시스템들에서 기지국, 게이트웨이, 및 위성의 전체수는 원하는 시스템 용량 및 공지된 다른 인자들에 의존한다. 게이트웨이(224 및 226), 및 기지국(212)은 일 방향 또는 양방향 통신시스템의 일부로서 또는 단순히 메시지 또는 데이터를 사용자 단말(220 및 222)로 전송하기 위하여 사용될 수 있다.

이동국 또는 사용자 단말(220 및 222)은 각각 셀룰러 폰, 데이터 송수신기 또는 전송 장치(예를 들면, 컴퓨터, 개인 휴대 정보 단말기(personal data assistants; PDA), 팩시밀리), 또는 페이징(paging)이나 위치결정 수신기(이에 한정되지는 않음)와 같은 무선통신 장치를 구비하거나 포함한다. 일반적으로, 그러한 장치들은 바람직하기로는 휴대용이거나 차량탑재용이지만, 고정된 장치 또는 다른 형태의 단말도 원격무선 서비스가 요구되는 곳에서 이용될 수 있다. 특히, 이 후자의 서비스 형태는 지구의 많은 원격영역에서 위성 중계기(satellite repeater)를 이용하여 통신링크를 구축하는데 적합하다.

본 예에 대하여 위성(214 및 216)은 일반적으로 별도의 비오버래핑(non-overlapping)인 지역을 커버하도록 안내된 다중빔(multiple beams)을 제공하는 것을 고려한다. 일반적으로, 상이한 주파수에서 다중빔들 (CDMA 채널 또는 '서브-빔' 또는 FDMA 신호라고도 함) 은 동일한 영역을 오버랩하도록 안내될 수 있다. 그러나, 상이한 위성들 또는 기지국들을 위한 빔 커버리지(beam coverage) 또는 서비스 영역은 통신시스템 설계, 제공되는 서비스의 유형, 및 달성될 공간 다이버시티(space diversity)에 의존하는 소정의 영역에서 완전히 또는 부분적으로 오버랩할 수 있는 것은 쉽게 이해될 수 있다. 예를 들어, 각각은 상이한 주파수들에서 상이한 특성들을 갖는 상이한 세트의 사용자들에게 서비스를 제공하거나, 또는 소정의 이동유닛은 각각 지구물리학적 커버리지를 오버래핑하는 다중 주파수 및/또는 다중서비스 제공자를 이용할 수도 있다.

도 2 에는, 사용자 단말(220 및 222)과 기지국(212) 사이에서 또는 위성(214 및 216)을 통하여 하나 이상의 게이트웨이 또는 집중화된 허브(224 및 226)로 확립된 통신을 위한 가능한 신호의 몇몇 경로들이 도시되어 있다. 기지국(212)과 사용자 단말(220 및 222) 사이의 통신링크의 기지국-사용자 부분은 각각 라인(230 및 232)으로 도시되어 있다. 위성(214)을 통한 게이트웨이(224 및 226)와 사용자 단말 (220 및 222) 사이의 통신링크의 위성-사용자 부분은 각각 라인(234 및 236)으로 도시되어 있다. 위성(216)을 통한 게이트웨이(224 및 226)와 사용자 단말 (220 및 222) 사이의 통신링크의 위성-사용자 부분은 각각 라인(238 및 240)으로 도시되어 있다. 이러한 통신링크들의 게이트웨이-위성부분은 일련의 라인들(242, 244, 246, 및 248)에 의해 도시되어 있다. 이 라인의 화살표 머리는 순방향 또는 역방향 링크로서, 각 통신링크에 대한 예시적인 신호방향을 도시하며, 또한, 이것은 명료화를 위해 제공된 것이며, 어떠한 실제의 신호패턴 또는 물리적 제한을 표시하는 것은 아니다.

일반적으로, 통신시스템은 상이한 궤도면을 도는 다중 위성(214 및 216)을 이용하며, 다양한 저궤도 (Low Earth Orbit, LEO) 위성 및 다른 다중-위성 통신시스템들은 다수의 사용자 단말들을 서비스하기 위하여 제안되어 왔다. 당업자는 본 발명의 교시가 어떻게 다양한 위성 및 지구통신 시스템에 적용가능한지를 쉽게 이해할 것이다.

기지국과 게이트웨이는 당업계에서 종종 상호교체 가능한 것으로 이용되는 용어인데, 게이트웨이는 위성을 통해서 통신을 안내하는 특정의 기지국으로 인식되며, 기지국은 주변의 지리적 영역내에서 통신을 안내하기 위해서 지상 안테나를 사용한다. 또한, 사용자 단말은 선호도에 따라 어떤 통신시스템에서는 종종 가입자 유닛, 이동 유닛, 이동국, 또는 간단히 "사용자", "이동체(mobile)", 또는 "가입자"라고도 한다.

상술한 바와 같이, 각 기지국 또는 게이트웨이는 커버리지 영역 전반에 '파일럿' 신호를 송신한다. 위성시스템의 경우, 이 신호는 각 위성 '빔'내에서 전송되고 위성에 의해 서비스되는 게이트웨이로부터 발생된다. 일반적으로, 단일 파일럿은 각 위성-사용자(satellite-to-user) 빔 주파수에 대하여 각 게이트웨이 또는 기지국에 의해 송신된다. 이 파일럿은 그 빔을 통해서 신호를 수신하는 모든 사용자들에 의해서 공유된다. 이 기술은 많은 트래픽 채널들 또는 사용자신호 캐리어들이 캐리어 위상 기준을 위하여 공통 파일럿신호를 공유하도록 한다.

파일럿 신호들은 통신시스템 전반에 동일한 PN 확산 코드 쌍 또는 코드들의 세트를 이용하지만 각 빔, 셀, 또는 섹터에 대하여 상이한 상대적인 코드 타이밍 오프셋(relative code timing offsets)을 갖는다. 다른 방법으로는, 상이한 PN 확산 코드들(생성기 다항식들(generator polynomials))이 일부 기지국들 사이에서 이용된다. 위성통신 시스템에서, 상이한 세트의 PN코드들이 각 궤도면내에서 이용되도록 할당될 수 있다. 이것은, 신호분리를 제공하거나 간섭을 줄이고 빔이 서로 쉽게 구별되도록 한다. 각 통신시스템 설계는 당업계에서 알려진 인자들에 따라 시스템내의 PN 확산코드 및 타이밍 오프셋의 분포를 특정한다.

CDMA 통신시스템을 구현하기 위해 이용되는 기지국 또는 게이트웨이 장치의 송신부에 대한 예시적인 설계가 도 3 에 도시되어 있다. 전형적인 게이트웨이에서는, 몇몇 그러한 송신부 또는 시스템을 이용하여 한 번에 많은 사용자단말에, 그리고 어느 때라도 다수의 위성 및 빔들에게 서비스를 제공한다. 게이트웨이에 의해서 이용되는 송신부의 수는 시스템 복잡도(complexity), 계획된 위성수, 가입자 용량, 선택된 다이버시티도(degree of diversity) 등을 포함하여, 당업계에서 공지된 인자들에 의해서 결정된다. 또한, 각 통신시스템 설계는 신호를 전송하는데 이용되는 송신부의 가용 안테나수를 특정한다.
도 3 에는, 사용자 단말(220 및 222)에서 사용하는 예시적인 송수신기(300)가 도시되어 있다. 송수신기 (300) 은 다운컨버트, 증폭, 디지털화시키는 아날로그 수신기(314)에 전송되는 통신신호들을 수신하기 위하여 하나 이상의 안테나(310)를 사용한다. 일반적으로, 듀플렉스 소자(duplex element; 312)는 동일한 안테나가 송신 및 수신 기능을 모두 수행하도록 허용하기 위해 사용된다. 아날로그 수신기(314)에 의해 출력된 디지털 통신신호들은 하나 이상의 디지털 데이터 수신기(316_A) 및 하나 이상의 탐색 수신기(318)에게 전송된다. 부가적인 디지털 데이터 수신기(316_B 내지 316_N)가, 당업자에게 자명한 바와 같은 유닛 복잡도의 허용 레벨에 의존하여, 신호 다이버시티의 원하는 레벨을 획득하기 위해서 사용될 수 있다.

하나 이상의 제어 프로세서(320)는 탐색수신기(318)와 함께 디지털 데이터 수신기(316_A 내지 316_N)에 결합된다. 제어 프로세서(320)는 다른 기능들 가운데, 기본 신호처리, 타이밍, 전력 및 핸드오프 제어 또는 조정을 제공한다. 제어 프로세서(320)에 의해서 종종 수행되는 또 다른 기본제어 기능은 통신신호 파형을 처리하는데 사용되는 PN 코드 시퀀스 또는 직교함수들의 선택 또는 조작이다. 제어 프로세서(320) 의 신호 처리는 상대적인 신호세기의 결정 및 다양한 관련 신호 파라미터의 계산을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 신호세기의 계산은 증대된 효율성 또는 측정 속도 또는 제어 처리 자원의 개선된 할당을 제공하는 수신 전력소자(321)와 같은 부가적 또는 별도의 회로의 사용을 포함할 수도 있다.
디지털 데이터 수신기(316_A 내지 316_N)의 출력은 사용자 단말내에서의 디지털 기저대역 회로(322)에 결합된다. 사용자 디지털 기저대역 회로(322)는 사용자단말 사용자로/사용자로부터 정보를 전송하기 위해 사용된 처리 및 프리젠테이션 소자들을 포함한다. 즉, 일시적 또는 장기간 디지털 메모리 등의 신호 또는 데이터 저장소자들; 디스플레이 스크린, 스피커, 키패드 단말, 및 휴대 전화기 등의 입력 및 출력 장치; A/D 소자, 보코더 및 기타 음성 및 아날로그 신호처리 소자 등은 모두 공지된 소자들을 이용하는 사용자 기저대역 회로의 부분을 형성한다. 만일 다이버시티 신호 처리를 이용할 경우, 사용자 디지털 기저대역 회로(322)는 다이버시티 합성기(diversity combiner) 및 디코더를 구비할 수 있다. 또한, 이러한 소자들의 일부는 제어프로세서(320)의 제어하에, 또는 그와 통신하여 동작할 수도 있다.

사용자단말로부터 발생한 출력 메시지 또는 통신신호로서 음성 또는 기타 데이터를 준비할 때, 사용자 디지털 기저대역 회로(322)는, 송신용으로 원하는 데이터를 수신, 저장, 처리 및 준비하기 위해서 이용된다. 사용자 디지털 기저대역 회로(322)는 이 데이터를 제어 프로세서(320)의 제어하에 동작하는 송신 변조기(326)에 제공한다. 송신 변조기(326)의 출력은, 안테나(310)로부터 게이트웨이까지의 출력 신호의 최종적인 송신을 위하여 아날로그 송신 전력 증폭기(330)에게 출력 전력 제어를 제공하는 디지털 송신전력 제어기(328)로 전송된다. 수신된 통신신호 또는 하나 이상의 공유된 자원신호들에 대하여 측정된 신호세기에 대한 정보는 당업계에 공지된 다양한 기술을 이용하여 게이트웨이로 송신될 수 있다. 예를 들면, 그 정보는 데이터신호로서 전송되거나 사용자 디지털 기저대역 회로(322)에 의해서 작성된 다른 메시지에 부가될 수 있다. 다른 방법으로, 그 정보는 제어 프로세서(320)의 제어하에서 송신 변조기(326) 또는 송신전력제어기(328)에 의해 소정의 제어 비트로서 삽입될 수 있다.

아날로그 수신기(314)는 수신신호의 전력이나 에너지를 나타내는 출력을 제공할 수 있다. 다른 방법으로, 수신전력 소자(321)는 아날로그 수신기(314)의 출력을 샘플링하고 공지된 처리를 수행함으로써 이 값을 결정할 수 있다. 이 정보는 송신전력 증폭기(330) 또는 송신전력 제어기(328)에 의해 직접 이용되어 사용자 단말 송신신호의 전력을 조정할 수 있다. 또한, 이 정보는 제어 프로세서(320)에 의해서 사용될 수 있다.

디지털 수신기(316_A 내지 316_N) 및 탐색 수신기(318)는 신호 상관 (signal correlation) 소자들로 구성되어 특정 신호들을 복조 및 트랙 (track) 한다. 탐색 수신기(318)는 파일럿신호를 탐색하는데 이용되며, 디지털 수신기(316_A 내지 316_N)는 검출된 파일럿 신호들과 관련된 다른 신호(트래픽)를 복조하는데 사용된다. 따라서, 이 유닛들의 출력은 파일럿신호 또는 다른 공유된 자원 신호의 에너지를 결정하기 위해서 모니터링될 수 있다. 여기서, 이것은 수신전력 소자(321) 또는 제어 프로세서(320)를 이용하여 달성된다.

게이트웨이(224 및 226)에서 사용하기 위한 예시적인 송신 및 수신장치(400)는 도 4 에 도시되어 있다. 도 4 에 도시된 게이트웨이(224) 부분은 공지된 다양한 방식을 이용하여 이후에 다운컨버트, 증폭, 및 디지털화되는 통신신호를 수신하기 위하여 안테나(410)에 접속된 하나 이상의 아날로그 수신기(414)를 가진다. 다중 안테나(410)가 일부 통신시스템에서 이용된다. 아날로그 수신기(414)에 의해서 출력된 디지털화된 신호는 (424)에 파선으로 표시된 하나 이상의 디지털 수신기 모듈로의 입력으로서 제공된다.

비록 일부 변형예들이 공지되어 있지만, 각 디지털 수신기 모듈(424)은, 하나의 사용자 단말(222)와 게이트웨이(224) 사이에서의 통신을 관리하는데 이용되는 신호 처리 소자에 대응한다. 하나의 아날로그 수신기(414)는 많은 디지털 수신기모듈(424)에 대한 입력을 제공할 수 있으며, 일반적으로, 그러한 많은 모듈은 게이트웨이(224 및 226)에서 이용되어 모든 위성빔 및 언제라도 처리될 수 있는 다이버시티 모드 신호를 수용한다. 각 디지털 수신기 모듈(424)은 하나 이상의 디지털 데이터 수신기(416) 및 탐색 수신기(418)를 가진다. 일반적으로, 탐색 수신기(418)는 파일럿 신호를 제외한 신호의 적절한 다이버시티 모드를 탐색한다. 통신시스템에서 수행되는 경우, 다중 디지털 데이터 수신기들(416_A 내지 416_N)은 다이버시티 신호의 수신용으로 사용된다.

디지털 데이터 수신기(416)의 출력은, 공지되어 있으며 여기서는 더이상 상세히 예시되지 않는 장치를 구비하는 후속적인 기저대역 처리 소자(422)에 제공된다. 예시적인 기저대역 장치는 다이버시티 합성기 및 디코더를 포함하여 다중경로신호를 각 사용자에 대한 하나의 출력으로 조합한다. 또한, 예시적인 기저대역 장치는 출력데이터를 일반적으로 디지털 스위치 또는 네트워크에 제공하는 인터페이스 회로를 구비한다. 보코더, 데이터 모뎀, 및 디지털 데이터 스위칭 및 저장 컴포넌트와 같은(이에 제한되지는 않음) 다른 다양한 공지된 소자들이 기저대역 처리 소자(422)의 일부를 형성할 수 있다. 이 소자들은 데이터 신호의 하나 이상의 송신모듈(434)로의 전송을 제어 또는 안내하도록 동작한다.

사용자 단말로 송신될 신호들은 각각 하나 이상의 적당한 송신모듈(434)에 결합된다. 전형적인 게이트웨이는 다수의 송신모듈(434)를 이용하여 한 번에 많은 사용자 단말(222)과, 다수의 위성 및 빔에게 서비스를 제공한다. 게이트웨이에 의해서 사용되는 송신 모듈(434)의 수는 시스템 복잡도, 계획된 위성수, 사용자 용량, 선택된 다이버시티도(degree of diversity) 등을 포함하여 당업계에 공지된 인자들에 의해서 결정된다.

각각의 송신 모듈(434)은, 송신용 데이터를 확산-스펙트럼 변조시키는 송신 변조기(426)를 구비한다. 송신 변조기(426)는 발신 디지털 신호(outgoing digital signal) 용으로 사용되는 송신 전력을 제어하는 디지털 송신 전력 제어기 (428) 에 결합되는 출력을 가진다. 디지털 송신전력 제어기(428)는 간섭 감소 및 자원 할당을 위하여 최소 레벨의 전력을 인가하지만, 송신 경로 및 다른 경로 전송 특성에 있어서의 감소를 보상할 필요가 있을 때는 적절한 레벨의 전력을 인가한다. PN 생성기(432)는 송신변조기(426)에 의해 신호들을 확산하는데 이용된다. 또한, 이 코드 생성은 게이트웨이(224 또는 226)에서 이용되는 하나 이상의 제어 프로세서 또는 저장 소자의 기능부를 형성할 수 있다.

송신 전력 제어기(428)의 출력은 다른 송신 전력 제어 회로로부터의 출력과 합산되는 합산기(summer; 436) 로 전송된다. 그 출력들은 송신 전력 제어기(428)의 출력으로서 동일한 주파수 및 동일한 빔 내에서의 다른 사용자 단말 (220 및 222) 에 송신하기 위한 신호들이다. 합산기(436)의 출력은 디지털-아날로그 변환, 적절한 RF 캐리어 주파수로의 변환, 및 증폭을 위하여 아날로그 송신기(438)로 제공되고, 사용자단말(220 및 222)로 전파하기 위하여 하나 이상의 안테나(430)로 출력된다. 안테나(410 및 430)는 시스템의 복잡도 및 구성에 따라 동일한 안테나일 수도 있다.

하나 이상의 게이트웨이 제어 프로세서 (420) 는 수신 모듈 (424), 송신 모듈 (434), 및 기저대역 회로 (422) 에 결합되며; 이러한 유닛들은 물리적으로 서로 분리될 수도 있다. 제어 프로세서는 신호 처리, 타이밍신호 생성, 전력제어, 핸드오프 제어, 다이버시티 합성(combining), 및 시스템 인터페이싱(이에 한정되지는 않음)같은 기능에 영향을 미치는 커맨드 및 제어신호를 제공한다. 또한, 제어 프로세서는 사용자 통신에서 사용하기 위하여 PN 확산코드, 직교코드 시퀀스, 및 특정의 송신기 및 수신기를 할당한다.

또한, 제어 프로세서(420)는 파일럿의 생성 및 파일럿 전력, 동기화, 및 페이징 채널 신호 및 송신전력 제어기(428)로의 그들의 결합을 제어한다. 파일럿 채널은 단순히 데이터에 의해서 변조되지 않는 신호이며, PN 생성기(432)로부터 인가된 PN 확산 코드만을 효과적으로 송신하는 송신변조기(426)에서의 일정한 값 또는 톤형(tone-type) 입력을 이용할 수 있다.

제어 프로세서(420)가 송신모듈(424) 또는 수신모듈(434)같은 모듈소자로 직접 결합될 수 있지만, 일반적으로, 각각의 모듈은 그 모듈의 소자를 제어하는 송신 프로세서(430)나 수신 프로세서(421)같은 모듈 특정(module-specific) 프로세서를 구비한다. 따라서, 도 4 에 도시된 바와 같이, 바람직한 실시형태에서, 제어 프로세서(420)는 송신 프로세서(430) 및 수신 프로세서(421)에 결합된다. 이런 식으로, 단일 제어 프로세서(420)는 다수의 모듈 및 자원의 동작을 더욱 효율적으로 제어할 수 있다. 송신 프로세서(430)는 파일럿의 생성과 파일럿신호 전력, 동기화, 페이징 신호, 및 트래픽 채널 신호, 및 그들 각각의 전력제어기(428)로의 결합을 제어한다. 수신 프로세서(421)는 탐색, 복조용 PN 확산 코드 및 수신 전력의 모니터링을 제어한다.

상술한 바와 같이, 수신된 전력 소자는 디지털 데이터 수신기의 출력에서 에너지를 모니터링함으로써 신호의 전력을 검출하도록 사용될 수 있다. 이 전력정보는 송신전력 제어기로 제공되어 경로감소에서의 큰 변화를 보상하기 위해서 출력전력을 조정한다. 따라서, 이러한 소자들은 전력제어 피드백 루프의 일부를 형성한다. 또한, 이 전력정보는 원하는대로, 수신 프로세서 또는 제어 프로세서에 제공될 수 있다. 또한, 전력제어 기능의 일부는 수신 프로세서내에 일체화될 수 있다.

공유된 자원의 전력제어를 위하여, 게이트웨이는 통신신호에 있어서 사용자 단말로부터의 수신신호 강도 또는 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)에 대한 정보를 수신한다. 이 정보는 수신 프로세서에 의해서 복조 데이터 수신기의 출력으로부터 도출될 수 있다; 또는, 다른 방법으로는, 이 정보는 제어 프로세서, 또는 수신 프로세서에 의해서 모니터링되는 신호의 소정의 위치에서 발생할 때 검출되며, 제어 프로세서로 전송될 수 있다. 제어 프로세서는 송신전력 제어기를 이용하여 공유된 자원 신호용으로 이용되는 전력량을 제어하기 위하여 이 정보를 이용한다.

III. 전력 제한 및 제어

위성통신 시스템에서 중요한 제한 중 하나는 신호송신용 위성에서 가용 전력량이 상당히 제한된다는 것이다. 이로 인해, 각 트래픽신호의 신호강도는 허용 트래픽신호 품질을 유지하는 동시에 소비되는 위성전력을 최소화하도록 개별적으로 제어된다. 그러나 파일럿신호와 같은 공유된 자원신호의 신호강도를 제어할 경우에는, 자원을 공유하는 모든 사용자들이 집단적으로 고려되어야 한다.

위성중계기 시스템의 경우, 파일럿신호는 각 위성빔 주파수내에서 전송되고 통신링크용으로 사용되는 위성 또는 위성빔에 따라서 게이트웨이로부터 생성된다. 그러나, 파일럿 신호는 또한, 당업자에게는 자명한 것처럼, 다양한 위성, 게이트웨이, 또는 기지국을 이용하여, 빔들 및 서브빔들의 다양한 조합을 통하여 공유된 자원으로서 송신될 수 있다. 본 발명의 교시는 통신시스템에서의 특정 파일럿 송신 방식에 한하지 않으며, 사용되는 공유된 자원의 유형에 의해서도 제한되지 않는다.

일반적으로, 통신시스템내의 각 파일럿 신호는 상이한 코드타이밍 오프셋을 갖는 동일한 PN 코드를 이용하여 생성된다. 또한, 각 파일럿신호는 상이한 PN 코드를 이용하여 생성될 수 있다. 이것은 단순화된 획득(acquisition) 및 트래킹(tracking)을 제공하는 한편, 서로 쉽게 구별될 수 있는 신호들을 제공한다. 게이트웨이 식별, 시스템 타이밍, 가입자 페이징 정보, 및 다양한 다른 제어신호들과 같은 확산 스펙트럼 변조된 정보를 송신하기 위해서 다른 신호들이 이용된다.

상술한 바와 같이, 신호 송신을 위한 가용 전력량은 위성통신 시스템에서 위성의 전력생성 용량에 의해 제한된다. 이 전력의 사용을 최적화하기 위해서, 전력량은 트래픽신호와 파일럿신호 사이에 주의 깊게 할당되어야 한다. 만일 파일럿신호에 너무 작은 전력이 할당되면, 사용자 단말은 그 수신기를 게이트웨이에 동기화시키기에 충분한 에너지를 누산할 수 없다. 역으로, 만일 너무 많은 파일럿 신호 전력이 송신되면, 트래픽 신호를 위한 가용 전력량, 및 지원될 수 있는 사용자수가 감소한다. 따라서, 위성에 대한 가입자 용량을 최대화하기 위해서는, 송신 파일럿 신호 전력량을 정확히 제어해야 한다.

이 문제를 해결하기 위한 한 방법은 개루프 (open loop) 파일럿 신호 전력제어이다. 이 방법에서, 게이트웨이는 순방향링크, 즉 위성 트랜스폰더 (satellite transponder) 를 경유하여 게이트웨이의 변조기로부터 사용자 단말까지의 경로이득에 대한 개루프 추정치를 생성한다. 게이트웨이는 게이트웨이에 의해서 송신되는 파일럿신호 전력을 제어하고, 위성 트랜스폰더에 의해서 송신되는 파일럿신호전력을 제어하기 위하여 이 추정치를 이용한다. 이 방법의 중요한 문제는 이 개루프 추정이 위성 트랜스폰더 전자이득의 불확실성, 위성 트랜스폰더 고전력 증폭기의 이득 압축(compression), 비(rain) 의 감소와 같은 대기의 영향으로 인한 안테나 이득 및 경로 손실을 포함하여, 경로이득의 불확실성으로 인한 오류들을 포함하는 것이다. 이러한 이득 불확실성으로 인한 오류는 상당히 크다.

IV. 신호 처리

송신변조기(426)를 구현하기 위한 예시적인 신호 변조기 설계가 도 5 에 더 상세히 도시되어 있다. 변조기(426)는 에러 검출 및 정정 기능을 제공하기 위하여, 컨벌루셔널(convolutional) 인코딩하는 것처럼, 반복적으로 인코딩하고 데이터심볼을 인터리빙 (interleaving)하는 하나 이상의 인코더 및 인터리버를 구비한다. 송신용 디지털 데이터를 준비하는 다른 기술들처럼, 컨벌루셔널 인코딩, 반복, 및 인터리빙을 위한 기술들은 공지되어 있다. 본 발명의 취지는 확산이전에 디지털 데이터를 준비하는 방법에 의해서 제한되지 않는다.

그 후, 데이터 심볼은 코드 생성기(502)에 의해서 제공되는 할당 직교코드 (여기서는 월시코드, W_n) 로 커버되거나 직교 인코딩된다. 코드 생성기(502)는 이러한 목적으로 구성된 다양한 공지된 소자들을 이용하여 구성할 수 있다. 생성기(502)로부터의 코드는 하나 이상의 로직 소자(504)를 이용하여 심볼데이터와 승산되거나 조합된다. 인코딩된 데이터 뿐만 아니라 직교 코드의 칩 레이트(chip rate)는 당업자에게 널리 공지된 인자들에 의해서 결정된다.

또한, 송신 변조기 회로는 동위상(In-Phase; I) 및 직교 (Quadrature; Q)채널용의 2 개의 상이한 PN_I 및 PN_Q 를 생성하는 하나 이상의 PN 확산 시퀀스 또는 코드생성기(506)를 구비한다. 이 생성기는 적절한 인터페이스 소자들을 이용하여 다수의 송신기들간에 시간공유(time shared)될 수 있다. 이러한 시퀀스를 위한 예시적인 생성회로는 1993년 7월 13일자, 미국특허 No. 5,228,054 "Power Of Two Length Pseudo-Noise Sequence Generator With Fast Offset Adjustments"에 개시되어 있다. 다른 방법으로는, PN 코드들은 공지된 자동 인덱싱 (automatic indexing) 또는 어드레싱(addressing)을 갖는 조견표 (lookup table) 와 같은 형태로 ROM 또는 RAM회로 같은 메모리 소자에 미리 저장될 수 있다.

또한, 일반적으로, PN 확산코드 생성기(506)는 PN 확산코드의 출력에 소정의 시간지연이나 오프셋을 제공하는 제어 프로세서로부터의 빔 또는 셀 식별신호에 대응하는 하나 이상의 입력신호에 응답한다. 비록 오직 하나의 PN생성기가 확산코드 생성용으로 도시되어 있지만, 더 많거나 더 적은 생성기를 사용하여 다수의 다른 PN생성기 구조가 제공될 수 있다.

직교 인코딩된 심볼 데이터는 한 쌍의 로직 소자 또는 승산기(508_A 및 508_B)를 이용하여 PN_I 및 PN_Q 로 승산된다. 동일한 데이터가 2 개의 승산기에 입력되거나 개개의 코드와 조합되거나 개개의 코드에 의해 변조된다. 어떤 통신시스템에서, 확산코드는 계층 구조 (layered configuration) 로 인가되거나 사용된다. 즉, 짧은 주기의 높은 레이트(rate) 코드는 종래의 방법에서 확산을 위한 기본적인 '내부 (inner)' 코드로서 이용되고, 첫 번째와 동기하는 두 번째 더 긴 주기의 더 낮은 레이트 코드는 신호식별 및 수집을 보조하기 위한 '외부 (outer)'코드로서 이용된다. 이 다중레벨의 확산배열은 1997년 10월 10일자로 출원되고, 미국특허출원 제 09/169,358 (양수예정)호인, "Multi-Layered PN Code Spreading In A Multi-User Communication System" 에 설명된 바와 같이 신호 획득 프로세스를 향상시킨다. 외부 시퀀스 코드는 도 5 에서 코드생성기(512)에 의해서 생성된 코드와 한 쌍의 로직 소자 또는 승산기(510_A 및 510_B)를 이용하여 인가되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 하나 또는 두 개의 확산코드를 사용하는 것은 상호변조 왜곡에 기인한 채널간의 블리딩(bleeding) 또는 누설(leakage)량의 변화의 관점에서는 신호에 어떤 영향도 미치는 것으로 보이지 않는다.

그 후, 일반적으로, 결과적인 PN 확산 및 직교 인코딩된 출력신호들은 필터(514_A 및 514_B)에 의해서 대역-통과 필터링되거나 세이핑 (shaped) 되며, 합산소자 또는 가산기(524)를 이용하여, 일반적으로, 단일 통신신호로 합산되는 사인곡선의 직교 (quadrature) 쌍을 변조하는 2 개의 위상(bi-phase) 에 의해 RF캐리어로 변조된다. 이것은 각각 필터(514_A 및 514_B)로부터의 필터링된 신호들 중 하나를 각각 수신하는 한쌍의 승산기(520_A 및 520_B)로의 사인곡선 입력으로 도시된다. 그러나, 본 발명의 취지내에서 다른 형태의 변조가 이용될 수 있다. 로컬 오실레이터와 같은 캐리어 신호 소스는 블럭(522)에 의해서 나타내어지고, 공지된 회로 및 장치를 이용한다.

또한, 상술한 장치 및 프로세스는, 일반적으로, 인코딩되거나 인터리빙되지 않은 데이터를 처리하는 것 외에는, 파일럿신호를 생성하는데 이용된다. 대신에, 일정한 레벨의 신호는 월시코드로 정해진 고유의 코드로 커버된 후, 로직 소자(508_A, 508_B, 510_A, 510_B)를 이용하여 확산된다. 원하는 곳에서, 일종의 반복적인 패턴의 데이터는 파일럿 신호를 공식화하기 위하여 사용될 수도 있다. 또한, 일반적으로, 파일럿신호는 송신 전력 제어기(428) 및 아날로그 송신기(438)에 의해 처리될 때 더 높은 전력으로 제공되며, 필수적인 것은 아니지만, 빔의 가장자리에서도 적절한 수신에너지를 보장한다. 일단 RF캐리어(522)로 변조되면, 파일럿은, 원하면 게이트웨이로 서비스되는, 각각의 빔, 또는 CDMA채널로 전송된다.

V. 비선형 프로세스

상기의 커버링 또는 채널화(W_N) 및 확산(PN_내부, PN_외부)을 수행한 후, 결과적인 출력은 고전력 증폭기(High Power amplifier, HPA)로 제공된다. 또한, 위성링크를 통하여 게이트웨이로부터 또는 기지국으로부터 의도된 신호수신자에게 직접 공중을 통하여 신호를 전송하기 전에, HPA를 이용하여 증폭을 수행한다. 또한, 전술한 바와 같이, 일반적으로, 다수의 사용자 신호들은 서로 합산되어 빔 또는 셀과 같은 통신신호를 형성한 후, 전력을 증폭하기 전에 스케일(scale)된다. 이 프로세스는 도 6 의 좌측에 도시되어 있다.

도 6 에는, 수신 데이터와 적절한 월시함수를 조합하는 승산기로 여기에 나타낸 코딩소자(602₀ 내지 602_N-1)를 이용하여 채널(W₀ 내지 W_n)에 대하여 월시 코딩 로직만 도시되어 있다. 그러나, 다른 공지된 로직 또는 처리 소자들은 원하는대로 이 조합용으로 사용될 수 있다. 확산 및 다른 소자들은 명료화를 위하여 도시하지 않는다. 코딩되거나 채널화된 신호들은 합산소자 또는 신호 합성기(604)에서 서로 합산되며, 예를 들어, 아날로그 송신기(438)에서 발견될 수 있는 고전력 증폭기(608)에 입력되기 전에, 조절가능한 이득 또는 감쇠 소자 (606)에 제공된다. 도면에 도시된 최종 증폭단은 송신신호의 전력레벨의 최종적인 증가를 제공하기 위하여 게이트웨이, 기지국, 또는 심지어 위성에서도 그 용도를 발견할 수 있다.

그 후, 전력 증폭된 신호들은 상기 설명된 아날로그 및 디지털 수신기 (316, 416)와 같은 장치를 이용하여 수신 및 복조되는 채널 (610) 을 통하여 통신 시스템(200) 사용자 또는 사용자 단말(224,226)로 송신된다. 일반적으로, 채널(610)은 무선신호의 전송용으로 게이트웨이, 기지국, 및 위성에 의해 이용되는 공중 인터페이스(air interface)이다. 그러나, 본 발명은 유선 및 광케이블과 같은 다른 수단에 의해 수행되는 CDMA 채널에도 적용가능하다. 공지된 바와 같이, 각 사용자 단말은 복조 프로세스 (미도시) 동안 하나 이상의 적절한 확산코드(PN, PN_내부, PN_외부)를 인가한다. 그 후, 역확산된 통신신호는, 여기서 특정 코드 채널상에서 신호를 복원하기 위하여, 사용자 단말에 의해서 사용되는 원하는 월시코드 시퀀스(W_iL) 인 직교 함수 또는 직교 코드와 조합된다. 즉, 사용자 단말은 공지된 로직 소자를 이용하여, 사용자 단말로 향하는 정보나 데이터를 복원하기 위하여 소정의 또는 할당된 코드를 사용한다. 도 6 에서는, 승산기(612)를 이용하여, 적절한 월시코드를 수신 역확산 데이터 신호와 승산시킨다. 누산기 또는 누산 및 합산소자(614)에서 그 결과를 누산하여, 수신된 통신 신호에서 언더라잉 데이터(underlying data)를 생성하거나 재생하기 위해서, 미리 선택된 주기에서 에너지를 적분한다. 즉, 누산기에서 심볼 진폭의 합을 형성하여 각 채널에서의 에너지를 결정한다. 이 프로세스는 공지되어 있고 미국특허 No.5,577,025 에서 더욱 상세히 설명되어 있다. 결과적인 누산치는 절대값을 제공하기 위해서 제곱될 수 있다. 통신신호에서 사용되는 바와 같이, 신호가 -1 과 1 사이에서 전이할 경우에 결정을 위해서는, 하드 리미터 (hard limiter, 616) 가 종종 이용된다.

상술한 바와 같이, 통신시스템에서 사용되는 다양한 고전력 증폭 스테이지에서의 상호변조 왜곡 또는 비선형 효과의 존재는 시스템 또는 증폭기의 조절, 제어, 및 예측 가능한 동작을 불확실하게 한다. 적절한 조절 및 제어가 없으면, 이러한 비선형 소자들은 한 트래픽 또는 사용자 채널로부터 또 다른 곳으로의 바람직하지 못한 에너지 전달을 야기시켜 시스템 성능을 저하시킨다. NPR 같은 공지된 측정에 의존하는 시스템 컴포넌트를 테스트하기 위한 이전의 기술들은 실질적인 컴포넌트 또는 시스템 성능을 예측하는데 허용될 수 없을 만큼 부정확한 것으로 밝혀졌다. 이것은 시스템을 적절하게 구성하거나 조절하며 상호변조 왜곡의 영향을 최소화할 수 없게 한다. 따라서, CDMA 통신시스템의 동작을 향상시키기 위하여 신규한 기술이 개발되었다.

VI. 월시전력비

그 신규한 기술은 현실적 또는 실질적인 신호 상황하에서 비선형 시스템 컴포넌트의 성능을 테스트하거나 모니터링하는데 이용되어, O-CDMA 신호환경에서 보다 정확한 컴포넌트 또는 장치성능의 예측을 제공한다. 데이터 신호들은 테스트 대상 장치 또는 시스템에 대한 입력으로 전송되고, 일련의 또는 한 세트의 소정의 직교코드(W₀ 내지 W_N-1)를 이용함으로써 적절하게 채널화된 후, 함께 합산된다. 즉, 개별 직교코드에 의해서 커버되거나 채널화되는 정보 또는 데이터신호들을 각각 나타내는, 일련의 별도의 "트래픽" 채널 신호들을 포함하는 입력 통신신호가 생성된다. 여기서, 월시함수들은 직교코드로서 사용되지만, 본 발명에 의해서 엄격하게 요구되는 것은 아니다.

각각의 채널들은, 여기서는 월시함수 W_P 로 나타낸, 하나 이상의 미리 선택된 채널 'P' 를 제외하고는, 전송되는 어떤 형태의 데이터 또는 정보를 가진다. 빈 채널들의 수는 측정될 직교도(degree of orthogonality)에 의해서 결정된다. 예를 들어, 이하 다시 설명되는 바와 같이, 다중채널들은, 전체로서의 통신링크에 걸쳐서 직교성이 영향을 받는 방법에 대한 추가적인 정보, 또는 채널당(channel-by-channel) 품질에 대한 표시를 제공하기 위해서 사용될 수 있다.

활성 또는 '비지 않은' 채널들에 사용되는 데이터는 공지된 프로세스 또는 방식을 사용하여 임의로 생성되거나, 공지된 다양한 테스트 신호들 또는 샘플들로부터 선택될 수 있다. 비록 엄격하게 요구되지는 않지만, 바람직하게는, 데이터를 송신하는 활성채널은 동일한 전체 입력전력 레벨 또는 이득을 이용하며, 데이터 레이트 및 일반적인 내용은 비교적 유사하다. 블랭크(blank) 또는 "데이터가 없는(no data)" 트래픽채널은 그 대응하는 월시코드 또는 함수에 대한 데이터입력이 없을 뿐이다.
그 후, 조합되거나 멀티플렉싱된 CDMA 또는 SS 신호는 원하는 대로 스케일되며, 각 채널용으로 또는 각 채널에 따라 측정되는 에너지 및 시험에 따라 장치를 통하여 전송된다. 일반적으로, 이것은 어떤 데이터심볼이 송신되었는지를 결정하고 채널당 전력량을 결정하기 위하여 한 채널에서의 수신심볼 각각에 대한 에너지의 합을 형성함으로써 수행된다. 이상적으로는, 한 채널은 데이터가 송신되지 않으면 에너지가 0 인 것으로 나타내야 한다. 그러나, 상기에서 설명된 영향으로 인해, 일부 에너지가 "빈" 채널에서 검출되거나 측정된다.

도 7a 및 7b 에서 이러한 프로세스의 영향이 도시되어 있다. 도 7a 에서, 대표적인 통신신호(702)는 전송될 정보를 포함하는 일련의 트래픽 채널(704)과 전송될 데이터가 없는 하나의 채널(706)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 데이터 채널들은 모두가 동일한 전력을 갖는 것으로는 도시되지 않는데, 왜냐하면 이것이 요구되지 않고 실제 사용 중 시스템에 그 기술이 적용될 수 있기 때문이다. 후자의 상황에 있어서, 예를 들면, 상이한 사용자에 대한 다양한 전력제어 상황들, 또는 수신신호상 채널의 영향 때문에, 모든 채널들이 동일한 전력 또는 에너지 레벨을 갖지는 않는다. 대표적인 수신신호는, 상술한 영향으로 인해, 에너지의 일부가, 채널에 걸쳐 직교성이 유지되지 않는 대응 채널(706)로 누설(leak)되는 것을 나타낸 도 7b 에서 도시되어 있다.

NPR 테스트 또는 분석을 이용하는 유사한 프로세스가 도 8a 및 8b 에서 도시되어 있다. 도 8a 에서, 전송될 데이터나 정보 및 에너지가 없는 작은 채널 또는 스펙트럼 대역(spectral band; 806)을 제외하고는, 트래픽신호에 의해 점유되는 연속적인 주파수 대역(804)에서 에너지 또는 정보를 갖는 신호를 가지는 대표적인 통신신호(802)가 도시되어 있다. 상술한 다양한 영향들 때문에, 에너지의 일부가 대응 스펙트럼 대역(806)으로 누설되는 것을 나타내는 대표적인 수신 신호는 도 8b 에 도시되어 있다.

본 발명을 이용해서, 모든 "비어있지 않은 (non-empty)" 또는 활성채널을 통하여 검출된 에너지합과 원하는 "빈 (empty)" 또는 불활성채널 사이에서의 비 (ratio) 가 형성된다. 빈 채널과 나머지 채널들의 에너지비의 측정은 몇 퍼센트의 에너지가 빈 채널로 시프트했는지, 및 출력의 코드 퓨리티(code purity)에 대한 이득의 근사적인 영향에 대한 개념을 제공한다. 이 비율은 테스트를 받는 장치나 시스템의 비선형적인 응답에 의해서 저하된 직교성의 정도에 대한 측정을 제공한다. 그것은 채널들이 더 이상 서로 분리되지 않는 정도(degree)에 대한 측정이다.

이것을 달성하기 위해서, 전체 통신신호에서 모든 "비어있지 않은" 채널에 대한 수신신호에 대해서 에너지의 합을 형성한다. 그 후, 상술한 바와 같이, 각 채널에 대한 합을 형성하는 것으로부터, "빈" 채널에서 검출된 에너지 및 후자의 "비어있지 않은" 채널에 대한 합을 이용하여 비율을 형성한다. 일반적으로, 이 상황에서 측정되는 노이즈 외에는 다른 데이터가 없으므로, 빈 채널의 에너지는 다수의 월시코드 또는 데이터 심볼 주기와 같은 미리 선택된 주기를 통해서 발생된 후, 채널에 대한 원하는 에너지밀도 측정을 생성하도록 평균된다.

본 발명의 기술은 다양한 공지된 장치를 사용하여 실현될 수 있다. 예를 들면, 소정의 통신신호들을 생성하기 위한 공지된 O-CDMA형 신호생성 회로 및 송신기 또는 송신부, 테스트를 받는 비선형장치로 신호를 커플링(coupling)하기 위한 구조, 및 통신신호를 수신하고 채널에 걸쳐 소정의 에너지합을 형성하기 위한 공지된 회로소자를 이용하는 수신부를 구비하는 특별한 테스트 장비가 구성될 수 있다. 이것은 CDMA 환경에서 비선형장치의 성능 또는 비선형 프로세스의 영향에 대한 테스트를 가능케 한다. 고전력 증폭기와 같은 장치는 정상적으로 작동하기 위해 필요한 다른 회로에 통상의 방식으로 접속될 수 있다.

본 발명의 프로세스를 구현하는데 유용한 장치의 일 실시예가 도 9 에 도시되어 있다. 도 6 의 경우와 같이, 공지된 예시적인 월시코딩 로직은 코딩소자(602₀ 내지 602_N-1)를 이용하는 데이터 채널용 (W₀ 내지 W_N-1) 으로 도시되어 있다. 명확히 하기 위해서 확산 및 다른 소자들은 도시되지 않는다. 도 9 에서, 데이터신호(a₀ 내지 a_n-1)는 여기에서 다른 공지된 로직 또는 처리 소자들을 구비한 승산기로서 나타낸 로직, 또는 코딩소자(602₀ 내지 602_N-1)로의 입력으로서 전송된다. 데이터 신호들은 개별적인 월시함수 W_iL (i 는 0 내지 N-1)과 조합되어 커버되거나 코딩된 데이터를 생성하는데, 여기서 L 은 코드 또는 시퀀스길이를 나타낸다. 코딩되거나 채널화된 신호들은 다시 합산소자(604)에서 다시 합산되어 (다중채널) CDMA 통신신호를 생성하고, 테스트 받는 고전력 장치, 컴포넌트, 또는 시스템 (902)로 입력되기 전에, 조정이 가능한 이득 또는 감쇠소자(606)로 제공된다. 상기 장치는 게이트웨이, 기지국, 또는 위성에서도 그 용도를 찾을 수 있다.

그 후, 전력 증폭된 신호들은 그들이 수신되고 디코딩 (여기에 미도시된 역확산)되는, 선택된 인터페이스(공중) 또는 채널을 통해서 일련의 디코딩 또는 복조 스테이지로 전송된다. 이 프로세스를 위하여, 통신 신호는, 신호 또는 정보를 전송하기 위한 모든 활성 또는 비어있지 않은 채널, 또는 활성사용자 단말 또는 코드 채널에 의해서 사용되는 각 직교함수 또는 코드 (원하는 월시 코드 시퀀스 (W_iL)) 와 조합된다. 즉, 공지된 로직 소자들을 이용하여, 통신신호를 통하여 전송되는 정보나 데이터를 복원하기 위해서 한 세트의 미리 선택된 또는 할당된 코드들을 인가한다. 'L'은 코드시퀀스의 길이를 나타낸다. 바람직하게는, 모든 활성 또는 사용되는 채널용 코드가 이 동작에서 이용되고, 그 채널의 에너지 내용을 복원 또는 측정할 수 있도록 빈 채널용 코드가 역시 이 지점에서 사용된다.

도 9 에서, 적절한 월시코드들은 일련의 승산기(904_iL(904_0L 내지 904_N-1L))를 이용해서 수신 역확산 데이터 심볼과 승산된다. 그 결과들은 이전과 같이 누산기 또는 누산 및 합산 소자(906_i(906₀ 내지 906_N-1))에서 누산된다. 많은 애플리케이션에서 요구되지는 않지만, 도시된 것처럼, 1/N 의 정규화 인자가 적용될 수 있다. 누산기(906_i(906₀ 내지 906_N-1))에서 생성된 누산 에너지 또는 합은 각각 제곱 수단(908_i(908₀ 내지 908_N-1)) 또는 제곱 소자를 이용하여 제곱 동작을 거쳐 각 채널에서의 검출된 에너지에 대한 에너지값의 절대크기를 제공한다. 이것은 복소값의 신호들, 또는 단순한 바이너리(binary)에 대한 양 (positive) 및 음 (negative) 의 진폭 (-1, 1) 을 갖는 경우에 가장 유용하다. 그 후, 평균계산소자 또는 수단 또는 평균기(910)를 사용하여 모든 활성 또는 "비어있지 않은" 채널에 대한 평균 에너지 밀도값을 형성하는데 결과적인 제곱된 신호들을 이용한다. 즉, 활성채널의 각각에 대하여 수신된 에너지 크기 또는 양은 서로 합해지고 계산에 관계된 채널수로 나누어져서 활성 채널들에 대한 평균에너지값을 형성한다. 그 후, 비어있지 않은 채널에 대한 이 평균값 또는 에너지 밀도는, 여기서는 단일 채널 "P"인, 테스트용으로 사용되는 빈 채널들의 각각에 대한 크기값을 또한 수신하는 비율 결정 소자(912)로의 하나의 입력으로서 전송된다. 그러나, 이하 설명되는 바와 같이, 추가적인 또는 다른 빈 채널을 사용하는 것은 유용한 정보를 제공할 수 있다.

그 후, 빈(empty) 그리고 비어있지 않은(non-empty) 에너지 밀도값 또는 평균값들은 원하는 WPR 측정비를 형성하는데 이용된다. 이 비율은 테스트 받는 장치가 시스템에서 통신신호에 대한 직교성 또는 채널분리에 영향을 미치는 정도에 대한 표시로서 이용될 수 있다. 이것은 시스템 설계자 또는 테스트하는 자로 하여금, 특정의 컴포넌트, 장치, 또는 시스템이 갖는 영향, 및 그러한 장치들에 대한 임의 측정이 갖게 될 영향을 보다 정확히 결정하는 것을 가능케 한다. 이 신규한 기술은 일대다자간(one-to-many) CDMA 순방향 링크 셀룰러, PCS, 무선로컬루프 (WLL), LEO 위성통신 시스템과 같은 통신 애플리케이션에 대한 컴포넌트 테스트에 있어서 특히 유용하다.

이 신규한 기술은 CDMA 확산 스펙트럼 통신시스템의 동작을 향상시키기 위해서 두 개 이상의 모드로 이용될 수 있다. 일 접근방법에서는, 시스템을 제조하는데 이용되는 각 부분은 도 9 의 장치에서 또는 공지된 다른 장치를 이용하여 테스트되어, 그들이 CDMA 통신채널 환경에서 동작하는 방법을 알 수 있다. 이 접근방법에 따라, CDMA 통신시스템에서 사용되는 전력제어 기술들은 그 각각의 측정에 연관된 시스템 컴포넌트의 예측가능한 또는 공지된 특성을 더욱 정확히 고려할 수 있음으로써 향상된 결과를 나타내는 것이 증명되었다.

두 번째 접근방법에서, 이 기술은 서비스를 설정하기 바로 전 또는 동작중에 통신시스템 그자체의 테스트부에 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정의 유지보수 주기 또는 비사용 주기 동안, 특정의 기지국, 게이트웨이, 또는 위성과 같은 시스템의 일부를 통해서 통신 시스템(200)사용자 또는 사용자 단말(224, 226)로 신호들을 전송하여 측정을 수행하며, 시스템 또는 어떤 시스템 컴포넌트의 전류 응답을 특징짓는다. 미리 선택된 CDMA 테스트신호는 '업(up)' 또는 데이터로 채워진 많은 채널들과 하나 이상의 '다운(down)' 또는 빈 채널을 구비한 게이트웨이의 송신부로 주입 또는 인가된다. 그 후, 전용의 수신기는 신호를 복조하고 풀(full) 채널에 대한 빈 채널의 에너지 밀도비를 나타내는 월시전력비(WPR)를 계산 또는 측정하는데 사용되는 각 채널에서의 전력을 추정한다. 이 수신기는 그러한 테스트용으로만 사용되는 사용자 단말내에 위치될 수 있으며, 게이트웨이 또는 통신 시스템에 의해서 서비스되는 영역내, 또는 고정된 단말과 같은 하나 이상의 사용자 단말내에 위치될 수 있다. 어떤 구성에서는 공지된 수신기 및 제어 프로세서를 이용하여, 게이트웨이로부터 수신된 커맨드에 응해서 특별히 이 임무에 전용이 아닌 하나 이상의 사용자 단말에서 WPR 측정이 발생될 수 있다. 결과적인 정보는 게이트웨이로 다시 전달되고/거나 다양한 전력제어 측정 및 레벨조정을 포함한 또 다른 신호 처리에 사용하기 위하여 중앙 통신시스템 위치로 되돌아 간다.

또 다른 실시형태는, 어떤 컴포넌트의 동작특성 상태, 또는 변화를 자동적으로 체크하기 위해서 주기적인 간격으로 기지국 또는 게이트웨이의 기저대역 회로를 통하여 전송을 위한 상이한 코드채널(사용자 단말)용 데이터 또는 데이터의 다중채널을 제공함으로써, 테스트 통신신호(다중채널)를 제공하는 것이다. 예를 들어, 이것은, 공지된 바와 같이, 로딩(loading)의 변화에 응하여, 또는 동작의 전력 업 모드(powering up mode)의 시간에 대한 그 비선형 특성의 어떤 변화를 겪을 수도 있는 위성에 위치된 HPA 에 대한 동작특성의 변화를 확인하는데 유용하다. 본 기술을 이용하면, 시스템 사용 중 악영향을 막기 위하여 측정을 사용할 수 있으며, 그렇지 않으면, 이러한 상황들 중 일부로 인해 악영향에 직면할 수 있다.

또 다른 실시형태에서, 고정 패턴 데이터를 포함하고 특정 채널상에서는 블랭크 또는 아무런 데이터도 포함하지 않는 신호들은 트래픽채널 신호상의 전형적인 데이터와 인터리빙된 시스템을 통하여 전송되어 주기적인 간격, 또는 다른 원하는 시간에 시스템을 테스트할 수 있다. 이것은 실시간으로 시스템 응답에 관한 정보를 획득하고, 위성 또는 다른 장치에 있는 전력증폭기의 동작을 조정하여 향상된 시스템 동작 및 용량을 제공하는 것을 가능케한다. 즉, 향상된 제어 및 출력동작을 제공하기 위하여, 그러한 컴포넌트에 대한 어떤 임계치 및 동작범위를 조정하는 소자들을 제어하기 위해서 커맨드들이 보내질 수 있다.

전술한 바와 같이, 비어있는 또는 데이터를 갖지 않는 다중채널이 본 발명의 프로세스에 사용될 수 있다. 즉, 하나 이상의 채널이 다중채널 통신신호를 형성하는데 있어서 인가 데이터를 갖지 않을 수 있다. 이것은 채널들 사이의 직교성에 있어서의 차이 또는 그 손실(에너지 전달)을 분석하는 기능을 할 수 있다. 비선형 효과는 다른 것들보다 하나의 코딩된 채널에 더욱 영향을 미칠 수 있거나, 이러한 영향을 만드는 다른 프로세스들을 발생시킬 수 있다. 따라서, 다중의 빈 채널을 할당하고, 일종의 채널 "양호함 (goodness)"의 표시자로서 각 채널에 대한 WPR을 비교할 수 있는 것은 유용하다.

다중 채널들은 상대적인 채널 성능이나 채널들간의 상대적인 영향, 및 특정 채널을 사용하는 장점을 표시하지만, 일반적으로, 단일 채널에 대하여 단일의 WPR을 사용하는 것은 전체적인 시스템 성능에 대한 영향을 나타낸다. 그러나, 시스템의 동작에 대한 임의의 프로세스의 전체적인 영향을 고려하는데 있어서, 다중 데이터 채널들을 이용하여 수행되는 것과 동일한 다중의 빈 채널들에 걸쳐서 평균 WPR 을 형성하는 것도 유용할 수 있다. 이것은 일부 애플리케이션에서 단일 채널에 대한 에너지를 사용하는 것을 식별할 수 있는 것은 아니지만, 추가적인 정보를 제공할 수 있다.

제한된 세트의 M 개의 채널(셀룰러 시스템용으로는 64 이고 위성시스템용으로는 128 이 보통임)이 있고 그 M개 중에서 N 개가 사용되는 경우에, N 개를 형성하는 한 세트의 채널이 다른 것보다 더욱 유리하게 되는 어떤 조합이 자연스럽게 존재하는 것이 밝혀졌다. 측정된 WPR 의 관점에서는, N 개의 양호한 조합을 갖는 것과 그렇지 않은 것은 유사하다. M 개의 채널을 선택할 때, 각각은 한 번에 하나씩 데이터가 블랭크되거나 비워지고, WPR 은 각 채널에 대하여 매우 빠르게 측정될 수 있다. WPR값의 결과적인 세트는 M 개의 가능성 중 N 개용으로 사용하기에 상대적으로 "최상"인 채널을 보여주기 위하여, 메트릭(metric)을 전개하는데 사용될 수 있다. 그것은 가장 적게 직교성을 잃은 채널 또는 조합이다. 또한, 이 프로세스는 어떤 조합이 더욱 잘 동작하는지에 대한 메트릭을 전개하기 위하여, 한 번에 다중의 빈 채널들을 취하여 이루어질 수 있다. 이 정보는 소정의 동작상태에서, 즉 소정 세트의 동작장치, 컴포넌트, 또는 장비에 대한 코드 또는 채널의 할당을 맞추는데 이용될 수 있다.

본 발명의 다수의 다른 실시형태들은 다중의 빈 채널특성의 이점을 이용할 수 있다. 예를 들면, 직교성을 유지하는 상대적인 정도나 패턴은 측정 또는 관찰될 수 있으므로, 어떤 동작상태에서 하나의 빈 채널은 다른 것에 비하여 더욱 양호한 성능 또는 통신링크를 제공할 수 있다. 다중의 빈 채널들에 걸친 WPR 에서의 상대적인 차이는 한 채널의 상대적인 성능의 측정으로서 이용될 수 있다. 통신시스템에서 시스템 사용자들에게 새로운 코드/채널을 할당하기 전에 "최상"의 채널을 찾기 위하여 채널 또는 채널의 세트를 주기적으로 스캔할 수 있다.

따라서, 다중의 빈 채널에 걸친 WPR 에서의 상대적인 차이는 어떤 채널이 다음에 이용될 것인지를 결정하는 기초로서 사용될 수 있다. 즉, 테스트를 위하여 의도적으로 또는 통신시스템을 사용하는 동안 자유롭게 된 다중채널에서 자연스럽게 발생하는 부분으로서, 이들 빈 채널의 각각은 테스트되며, 그 결과적인 WPR은 다음 액세스(access) 요청에 대해 할당하기 위한 또는 채널 또는 통신링크를 셋업하기 위한 채널을 선택하기 위해 이용될 수 있다. 이런 식으로, WPR 은 시스템사용자를 위한 최상의 통신링크를 이루기 위한 채널을 할당하기 위한 매우 효과적인 도구가 될 수 있다. 동시에, 이것은 이 할당을 가진 채널을 통하여 더욱 효율적인 전력 사용을 가능케 한다.

또한, 이것은 통신시스템, 또는 게이트웨이 및 기지국으로 하여금, 실질적인 통신링크 또는 "콜(calls)"의 길이 동안을 포함하여, 동작 중 변화를 관찰하는 것을 가능케 한다. 만일 어떤 채널들이 직교성을 유지하기 어렵거나 직교성을 유지하는데 문제를 가질 것처럼 보이면, 그들을 사용하는 것은 덜 바람직하다. 또한, 이것은 활성 콜(active call) 동안 명백한 효과에도 적용될 수 있다. 즉, 통신 시스템, 기지국, 또는 게이트웨이 제어기는 채널이 변화하는 경우를 포함하여, 어떤 채널들이 높은 품질링크를 제공할 가능성이 더 적은지를 인식할 수 있다. 이 상황에서, 콜 또는 통신링크는 사용 중 그 채널로부터 또 다른 채널로 시프트될 수 있다. 그것은 콜을 종료하지 않은 것이다. 이것은 CDMA 통신에서 이용되는 타이밍 및 코딩 프로세스의 장점인데, 즉, 접속을 중단하지 않고 다양한 소프트 핸드오프 기술을 이용하여 하나의 콜을 또 다른 코딩된 채널로 더욱 쉽게 시프트할 수 있다. 따라서, 콜 또는 링크가 더 잘 관리되며 향상된 링크품질이 유지될 수 있다.

WPR 측정을 가짐으로써의 가용 정보는 직접 전력제어 (direct power control) 의 일반적인 향상에 유용함과 동시에, 다른 장점들도 실현될 수 있다. 미리 선택된 또는 동적으로 조정가능한 임계치와의 비교를 통한 것과 같이, WPR 을 이용하여, 전력이 증가되거나 감소되어야 하는지에 대한 것 뿐만 아니라, 추가적인 채널이 할당되어야 하는지 여부에 대한 결정을 할 수 있다. 즉, 단순히 특정의 빔 또는 셀의 용량이 증가되는 것을 허용하지 않음으로써 전력도 조정할 수 있다. 따라서, 채널들은 상태가 향상될 때까지 새로운 통신링크 또는 사용자에 할당되지 않는다.

WPR 을 향상시키는 일 해결책은 어떤 장치 또는 컴포넌트에 대한 포화 레벨 또는 그 이상으로 전력이 도달하는 것을 막기 위하여 전력을 분명하게 줄이거나, 사용자를 드롭(drop)시켜서 시스템 로딩(system loading)을 감소시키는 것이지만, 일반적으로 더욱 중요한 해결책이 있다. 즉, 테스팅은 신호를 전송하기 위해 사용되는 하드웨어를 구성하기 위한 적절한 방식을 나타낼 수 있으며, 통신시스템이나 그 컴포넌트를 제조 및 테스트하는 동안 많은 조정이 이루어질 수 있다.. 그러나, 일단 시스템이 동작 중에 있으면, 본 발명의 테스팅 또는 모니터링 접근방법은 시스템이 의도한대로 작용하지 않는 것으로 표시할 것이다. 즉, 그것은 시스템이 정격 전력출력 및 예상된 풀 로딩(full anticipated loading; 용량)을 수용하는데 실패한 것이다. 이것은 단순히 전력조정의 문제가 아니라, 많은 경우에 있어서 한 컴포넌트가 임의의 가이드라인내에서 동작하지 않고 고정될 필요가 있는 것을 나타내는 것이다. 이 정보는 서비스나 진단 서비스를 게이트웨이 및 기지국에 있는 장비에 수행하기 위해서 인력을 보낼 시기, 및 동작을 향상시키기 위해서 컴포넌트를 교체 또는 기계적으로 조정하는 시기를 결정하는데 이용될 수 있다. 본 발명은 그러한 결정에 도움이 된다.

전술한 바람직한 실시형태들은 당업자가 본 발명을 실시 또는 사용하도록 제공된다. 이러한 실시형태에 대한 다양한 변형들은 당업자에게는 자명하며, 여기에서 정의된 일반적인 원칙들은 창의적인 능력을 필요로 하지 않고 다른 실시형태들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기서 제시된 실시형태들에 국한되는 것이 아니라 여기에 설명된 원칙들과 신규한 특성들에 따르는 가장 넓은 범위에 부합하기 위한 것이다.

Claims (24)

1. 확산 스펙트럼 통신시스템 또는 그곳에서 사용되는 하나 이상의 장치들의 비선형 효과에 대한 응답을 결정하는 방법으로서,

   불활성 (inactive) 인 것으로 미리 선택된 하나 이상의 채널들을 제외한 각각의 채널들은 전송되는 데이터를 가지며, 미리 선택된 한 세트의 직교코드들 중의 한 직교코드를 이용하여 각각 채널화되는 복수의 직교채널 신호들을 생성하는 단계;

   하나 이상의 소정의 PN 확산코드들을 이용하여 확산되며, 하나 이상이 불활성인 상기 복수의 직교채널 신호들 중 2 개 이상의 조합으로 이루어진 확산 스펙트럼 통신신호를 생성하는 단계;

   응답이 결정될 시스템을 통하여 상기 확산 스펙트럼 통신신호를 전송하는 단계;

   상기 불활성 채널을 포함하여 상기 확산 스펙트럼 통신신호에 의해 이용되는 각 신호채널에서 존재하는 에너지량을 측정하는 단계; 및

   활성채널을 통하여 검출된 평균에너지에 대한 하나 이상의 불활성 채널에서의 에너지의 비를 생성하여, 직교성이 저하되는 정도에 대한 측정을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비선형 효과에 대한 응답 결정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 데이터는 램덤하게 생성된 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 비선형 효과에 대한 응답 결정 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 데이터는 미리 선택된 테스트 데이터샘플들을 포함하는 것을 특징으로 하는 비선형 효과에 대한 응답 결정 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 활성채널들은 동일한 전체 입력전력 레벨 또는 이득을 이용하는 것을 특징으로 하는 비선형 효과에 대한 응답 결정 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   하나의 불활성 채널을 이용하는 것을 특징으로 하는 비선형 효과에 대한 응답 결정 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   2 개 이상의 불활성 채널들을 이용하는 것을 특징으로 하는 비선형 효과에 대한 응답 결정 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 직교코드는 월시함수인 것을 특징으로 하는 비선형 효과에 대한 응답 결정 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 확산 스펙트럼 통신신호를 위성통신시스템을 통하여 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비선형 효과에 대한 응답 결정 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 확산 스펙트럼 통신신호를 위성통신시스템을 통하여 동작주기 동안에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비선형 효과에 대한 응답 결정 방법.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 확산 스펙트럼 통신신호를 상기 통신시스템의 일부를 통해서 미리 선택된 주기로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비선형 효과에 대한 응답 결정 방법.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 확산 스펙트럼 통신신호에서 채널에 대한 전력비를 테스트하도록 의도된 데이터와 인터리빙하여, 시스템 사용자용으로 실제로 의도된 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비선형 효과에 대한 응답 결정 방법.
12. 확산 스펙트럼 통신시스템에서 사용하기 위한 하나 이상의 채널들을 선택하는 방법으로서,

    불활성인 것으로 미리 선택된 하나 이상의 채널들을 제외한 각각의 채널들은 전송되는 데이터를 가지며, 미리 선택된 한 세트의 직교코드들 중의 한 직교코드를 이용하여 각각 채널화되는 복수의 직교채널 신호들을 생성하는 단계;

    하나 이상의 소정의 PN 확산코드들을 이용하여 확산되며, 하나 이상이 불활성인 상기 복수의 직교채널 신호들 중 2 개 이상의 조합으로 이루어진 확산 스펙트럼 통신신호를 생성하는 단계;

    응답이 결정될 시스템을 통하여 상기 확산 스펙트럼 통신신호를 전송하는 단계;

    상기 불활성 채널을 포함하여 상기 확산 스펙트럼 통신신호에 의해 이용되는 각 신호채널에서 존재하는 에너지량을 측정하는 단계;

    활성채널을 통하여 검출된 평균에너지에 대한 하나 이상의 불활성 채널에서의 에너지의 비를 생성하여, 직교성이 저하되는 정도에 대한 측정을 제공하는 단계; 및

    상기 비율에 기초하여, 사용할 하나 이상의 채널을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 선택 방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    활성채널을 통하여 검출된 평균에너지에 대한 복수의 불활성 채널에서의 에너지의 비를 생성하는 단계; 및

    상기 비율에 기초하여, 사용할 하나 이상의 채널을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 선택 방법.
14. 제 12 항에 있어서,

    사용할 한 세트의 채널을 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 선택 방법.
15. 제 12 항에 있어서,

    활성채널을 통하여 검출된 평균에너지에 대한 하나 이상의 불활성 채널에서의 에너지의 비를 생성하는 단계;

    각 불활성 채널에 대하여 상기 비율 생성 단계를 반복하는 단계; 및

    상기 비율에 기초하여, 사용할 하나 이상의 채널을 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 선택 방법.
16. 제 12 항에 있어서,

    상기 비율에 기초하여, 사용할 채널세트들의 하나 이상의 리스트들을 컴파일링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 선택 방법.
17. 제 12 항에 있어서,

    상기 통신시스템 내에서 이용되는 채널에 대하여 불량한 상태를 시스템 오퍼레이터에게 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 선택 방법.
18. 확산 스펙트럼 통신시스템 또는 그곳에서 사용되는 하나 이상의 장치들의 비선형 효과에 대한 응답을 결정하는 장치로서,

    불활성인 것으로 미리 선택된 하나 이상의 채널들을 제외한 각각의 채널들은 전송되는 데이터를 가지며, 미리 선택된 한 세트의 직교코드들 중의 한 직교코드를 이용하여 각각 채널화되는 복수의 직교채널 신호들을 생성하는 수단;

    하나 이상의 소정의 PN 확산코드들을 이용하여 확산되며, 하나 이상이 불활성인 상기 복수의 직교채널 신호들 중 2 개 이상의 조합으로 이루어진 확산 스펙트럼 통신신호를 생성하는 수단;

    응답이 결정될 시스템을 통하여 상기 확산 스펙트럼 통신신호를 전송하는 수단;

    상기 불활성 채널을 포함하여 상기 확산 스펙트럼 통신신호에 의해 이용되는 각 신호채널에서 존재하는 에너지량을 측정하는 수단; 및

    활성채널을 통하여 검출된 평균에너지에 대한 하나 이상의 불활성 채널에서의 에너지의 비를 생성하여, 직교성이 저하되는 정도에 대한 측정을 제공하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 비선형 효과에 대한 응답 결정 장치.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 장치는 위성통신시스템 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 비선형 효과에 대한 응답 결정 장치.
20. 제 18 항에 있어서,

    상기 장치는 위성에 위치된 HPA 를 구비하는 것을 특징으로 하는 비선형 효과에 대한 응답 결정 장치.
21. 제 18 항에 있어서,

    상기 장치는 게이트웨이에 위치된 HPA 를 구비하는 것을 특징으로 하는 비선형 효과에 대한 응답 결정 장치.
22. 제 18 항에 있어서,

    상기 데이터는 미리 선택된 테스트데이터 샘플을 포함하는 것을 특징으로 하는 비선형 효과에 대한 응답 결정 장치.
23. 제 18 항에 있어서,

    상기 활성채널들은 동일한 전체 입력전력 레벨 또는 이득을 사용하는 것을 특징으로 하는 비선형 효과에 대한 응답 결정 장치.
24. 확산 스펙트럼 통신시스템에서 사용하기 위한 하나 이상의 채널들을 선택하기 위한 장치로서,

    불활성인 것으로 미리 선택된 하나 이상의 채널들을 제외한 각각의 채널들은 전송되는 데이터를 가지며, 미리 선택된 한 세트의 직교코드들 중의 한 직교코드를 이용하여 각각 채널화되는 복수의 직교채널 신호들을 생성하는 수단;

    하나 이상의 소정의 PN 확산코드들을 이용하여 확산되며, 하나 이상이 불활성인 상기 복수의 직교채널 신호들 중 2 개 이상의 조합으로 이루어진 확산 스펙트럼 통신신호를 생성하는 수단;

    응답이 결정될 시스템을 통하여 상기 확산 스펙트럼 통신신호를 전송하는 수단;

    상기 불활성 채널을 포함하여 상기 확산 스펙트럼 통신신호에 의해 이용되는 각 신호채널에서 존재하는 에너지량을 측정하는 수단;

    활성채널을 통하여 검출된 평균에너지에 대한 하나 이상의 불활성 채널에서의 에너지의 비를 생성하여, 직교성이 저하되는 정도에 대한 측정을 제공하는 수단; 및

    상기 비율에 기초하여, 사용할 하나 이상의 채널을 선택하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 채널 선택 장치.

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