KR20010024484A - 통신시스템의 비선형적 효과의 측정과 그 결과에 기초한채널선택을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

직교코드된 스펙트럼확산 통신신호를 전송하기 위한 통신시스템 또는 장치에 대한 비선형적 효과의 영향이나 동작특성을 정확하게 결정하기 위한 방법 및 장치. 월시파워비(Walsh Power ratio)가 더욱 정확하게 시스템응답을 결정하기 위하여 사용된다. 이 정보는 향상된 시스템응답을 제공하기 위하여, 직교 CDMA 통신시스템의 하이파워 증폭기같은 비선형 소자나 스테이지의 동작을 제어하거나 조정할 때 파워제어 루프에 의해서 이용될 수 있다. 이 정보는 시스템유저에게 채널을 할당할 때, 및 시스템 하드웨어에 대한 물리적인 변화를 시작하기 위하여 이용될 수 있다. WPR 을 공식화기 위해 사용되는 측정은 개별적인 구성요소나 전체 시스템에 대하여, 데이터를 포함하는 다중채널에 통신신호를 주입하고, 하나 이상의 빈 채널을 남김으로써 수행될 수 있다. 시스템이나 장치의 출력측상의 채널당 수신파워는 그리고 나서 측정된다. 빈 채널과 활성채널의 파워밀도비가 그리고 나서 형성된다. 시스템 또는 구성요소를 위한 WPR의 결정은 할당된 횟수로 또는 시스템에서 존재하는 트래픽신호들 사이에서 인터리빙함으로써 테스트신호의 주기적인 전송을 통하여 동작의 주기동안 실현될 수 있다.

Description

통신시스템의 비선형적 효과의 측정과 그 결과에 기초한 채널선택을 위한 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR MEASURING NONLINEAR EFFECTS IN A COMMUNICATION SYSTEM AND FOR SELECTING CHANNELS ON THE BASIS OF THE RESULTS}
다수의 시스템 유저 사이에서 정보를 전송하는데 이용되는 다중접속 통신시스템의 한 유형은 코드분할 다중접속(CDMA) 스펙트럼확산 기술에 기초한다. 그런 통신시스템은, 본 발명의 양수인에게 양수되고 참고로 여기에 제시된 "Spread Spectrum Multiple Access Communication System Using Satellite Or Terrestrial Repeaters" 로 명칭이 부여된 1990년 2월 13일자, 미국특허 No. 4,901,307, 및 "Method And Apparatus For Using Full Spectrum Transmitted Power In A Spread Spectrum Communication System For Tracking Individual Recipient Phase Time And Energy" 롤 명칭이 부여된 1997년 11월 25일자 미국특허 No. 5,691,974에 개시된다. 이 특허들은 일반적으로 이동 또는 원격시스템 유저 또는 가입자들이 접속된 공중전화교환 회선망을 통하는 것처럼, 송신기를 이용하여 다른 시스템 유저 또는 소정의 신호수신자들과 통신하는 통신시스템을 개시한다. 송신기는 CDMA 3스펙트럼확산 통신신호를 이용하는 지상기지국 (terrestrial)(셀사이트(cell-sites) 또는 셀(cell)로도 언급됨) 또는 게이트웨이(gateway) 및 위성을 통해서 신호를 통신한다.
전형적인 스펙트럼확산 통신시스템에서, 하나 또는 그 이상의 세트 또는 쌍의 미리 선택된 슈도랜덤 노이즈(pseudorandom noise, PN) 코드 시퀀스들은 유저 정보신호를, 통신신호로서 송신을 위한 캐리어상에 변조하기 전에 소정의 스펙트럴 밴드(spectral band)를 통해 변조 또는 확산하는데 이용된다. PN 확산은 공지된 스펙트럼확산 송신방법이며, 언더라잉 데이터신호(underlying data signal)보다 더 큰 대역폭으로 통신신호를 생성한다. 기지국- 또는 게이트웨이-유저간 통신링크(순방향링크로서 언급되기도 함)에서, PN 확산코드 또는 바이너리 시퀀스 (binary sequence)는 상이한 기지국으로부터 송신된 신호들 또는 상이한 빔(beams), 위성, 또는 게이트웨이의 신호들 및 다중경로 신호들을 구별하기 위해 이용된다. 유저터미날-기지국 또는 -게이트웨이 통신링크에서(역방향 링크로도 언급됨), PN 확산코드 또는 바이너리 시퀀스 (binary sequence)는 상이한 빔, 위성, 또는 게이트웨이를 위한 신호들 및 다중경로 신호들을 구별하기 위해 사용된다.
이러한 코드들은 전형적으로 소정의 셀 또는 빔, 및 이웃하는 빔 또는 셀들간에 시프트되거나(shifted) 오프셋(offset)된 시간내에서 모든 통신신호들에 의해 공유되어 상이한 확산코드를 생성한다. 시간 오프셋은 빔간(beam-to-beam) 핸드오프에 대하여 그리고 기초 통신시스템 타이밍에 관련된 신호타이밍을 결정하는데 유용한 고유의 빔 식별자(identifier)를 제공한다.
전형적인 CDMA 스펙트럼확산 통신시스템에서, 채널화코드는 순방향링크상에서, 하나의 셀내의 상이한 유저를 위한 신호들이나, 위성빔(satellite beam), 또는 서브빔(sub-beam내에서 송신된 유저신호들을 구별하기 위해서 사용된다. 즉, 각 유저송신기는 고유의 '커버링(covering)' 또는 '채널화(channelizing)' 직교코드를 이용함으로써 순방향링크상에 제공된 그 자체의 직교채널을 갖는다. 월시함수들은 일반적으로 전형적인 길이가 지상시스템을 위해 약 64코드인 칩 및 위성시스템을 위한 128코드칩인 코드채널화를 수행하기 위해서 이용된다. 이러한 구성에서, 64 또는 128 칩의 월시함수는 전형적으로 월시심볼(Walsh symbol)로서 언급된다. 월시코드의 유도는 본 발명의 양수인에게 양수되고 참고로 여기에 제시되고, 명칭이 "System And Method For Generating Signal Waveforms In A CDMA Cellular Telephone System"으로 부여된 미국특허 No. 5,103,459 에서 더욱 상세히 개시된다.
상술한 시스템에서 사용되는 게이트웨이나 기지국, 및 위성들은 높은 파워 증폭기(HPAs)를 사용하여 통신시스템에서 또는 통신시스템에 의해서 서비스되는 유저터미널, 위성, 및 게이트웨이로 또는 그들로부터 전송되는 신호의 파워를 증가시킨다. 신호에서 상당한 양의 파워증가를 이루지만, 동시에 가능하면 적은 파워를 낭비하는 것이 바람직하다. 즉, 바람직한 통신링크를 위해 필요 이상으로 신호를 증폭하기 위해서 파워를 소모하지 않도록 하는 것이다. 이것은 파워를 보존하여, 파워증폭기에 필요한 에너지리소스를 보존하고, 상호신호 간섭을 줄이고 시스템 커패시티를 증가시키기 위해서 신호파워를 최소화하려는 의도에 관한 것이다. 위성통신 시스템에서, 신호송신에 대해 이용가능한 파워량이 위성의 파워생성 커패시티에 의해 제한되는 것을 인식하는 것은 또한 중요하다. 이 파워의 사용을 최적화하기 위해서, 파워는 유저로 및 유저로부터 정보를 전송하기 위한 트래픽신호와, 위상 및 시간 레퍼런스(reference)로서 작용하기 위한 파일럿신호 사이에서 주의해서 할당되어야 한다. 만일 너무 적은 파워가 파일럿신호로 할당되면, 유저터미널은 그 수신기를 게이트웨이 또는 기지국과 동조하는데 충분한 에너지를 축적할 수 없다. 반대로, 너무 많은 파일럿신호 파워가 송신되면, 트래픽신호에 이용할 수 있는 파워량, 따라서, 지원할 수 있는 유저의 수가 감소된다.
따라서, 위성에 의해서 처리될 수 있는 유저 커패시티를 최대로 하기 위해서, 송신된 파일럿신호 파워량은 정확히 제어되어야 한다. 또한, 파일럿신호와 유사한 공유된 리소스로서 작용하는, 시스템정보를 전송하는데 이용된 페이징 (paging) 및 동기화신호같은 다른 공유된 리소스가 있다. 그러한 신호들은 또한 위성이나 다른 파워제한 또는 파워제어 통신시스템의 파워소모에 영향을 미친다. 이러한 신호들에 존재하는 에너지량을 최소화하여 시스템 커패시티를 증가시키기 위해 상호간섭을 감소시키는 것도 바람직하다.
통신시스템에서 상술된 바와 같은, 높은 상호변조(intermodulation) 레벨로 동작하는 파워증폭기들은 일반적으로 그들의 포화점(saturation point)에 가까이에서 동작한다. 포화점은 증폭기의 출력파워가 입력파워의 증가에 따라서 더 이상 증가하지 않는 시점이다. 즉, 포화점에 도달한 후, 파워증폭기의 출력파워는 실질적으로 입력과는 무관하게 일정하다. 따라서, 파워증폭기는 포화점 근처의 그 동작에 있어서 비선형성을 나타낸다. 포화영역은 또한 이득 콤프레션 영역(gain compression region)으로 언급된다.
상호변조는 비선형성을 의미하는 용어이다. 예를 들어, 비선형장치가 다중 스펙트럴 성분을 갖는 신호에 대하여 동작하여 출력신호를 출력할 때, 출력신호는 원래의 입력신호에서 존재하지 않았던 스펙트럴 성분으로 구성된다. 그러나, 다른 성분들은 필터링에 의해서 제거될 수 없다. 필터링에 의해서 제거될 수 없는 성분들은 비선형적 왜곡(nonlinear distortion)을 야기시킨다. 이러한 성분들은 일반적으로 상호변조 산물로서 언급된다. 이 상호변조는 대부분의 통신시스템에서 바람직하지 못한 왜곡을 야기시킨다. 예를 들면, CDMA 통신시스템에서, CDMA 신호는 통신채널을 통해 송신되기 전에 증폭된다. 비선형 파워증폭기는 일반적으로 이러한 증폭을 제공하기 위해 사용된다. 실제 통신시스템에서 송신된 CDMA 신호들은 종종 함께 멀티플렉스되어 단일 멀티플렉스된 CDMA 신호를 형성하는 복수의 CDMA 신호들로부터 야기되는 일정하지 않은 엔벨로프(envelope)를 나타낸다. 그러한 신호는 단일 캐리어(carrier)에 결합되어 하나의 CDMA 채널, 또는 상이한 주파수로 송신을 위하여 하나의 신호로 결합되는 수 개의 CDMA 채널을 형성하는 수 개의 CDMA 신호로부터 야기될 수 있다. 어느 경우도, 멀티플렉스된 CDMA 신호는 일정하지 않은 엔벨로프를 나타낸다. 다른 공지된 원인들도 또한 일정하지 않은 엔벨로프 현상을 나타낸다. 결과적으로, 비선형증폭기로의 입력파워는 증폭기의 입력파워 범위를 넘는다. 비선형증폭기는 그 입력범위에 걸쳐서 비선형적이므로, 출력신호는 상호변조 산물같은 바람직하지 못한 비선형적 효과를 나타낸다.
상호변조에 의해서 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 더이상 직교(orthogonal)가 아니게 되는 식으로, 영향을 미칠 수 있다. 본질적으로는, 비선형 응답은 코드화된 채널들이 서로에게로 "리크(leak)" 또는 "블리드(bleed)"되도록 한다.
전통적으로, 통신신호를 생성하고 증폭시키기 위해 이용되는 파워증폭기 및 다른 비선형소자들은 두 개의 톤(tone), 멀티-톤, 및 노이즈가 실린 테스트(noise loaded test)들로 정량화된다. 특히, 노이즈가 실린 테스트는 노이즈 파워비, 소위 NPR(noise power ratio) 테스트로 언급되고, 좁은 노치(notch) 또는 테스트시 비선형장치로 주입된 노이즈로 얼마나 많은 에너지밀도가 리크되는지 측정한다.
그러나, 노이즈의 상호변조 실행과 직접시퀀스 스펙트럼확산 신호(DS-SS) 사이에는 몇 가지 중요한 차이가 있다. 특히, 스펙트럼확산 데이터 변조가 일차원적으로 언급되는 것, 예를 들면, BPSK 형인 경우, DS-SS 파형의 엔벨로프 통계는 노이즈와는 상이하다. 심지어 많은 정보신호들이 CDMA 통신시스템에서 발견된 것처럼 함께 멀티플렉스되는 경우(CDM 또는 CDMA 를 위하여) 만일 이러한 신호들이 동일한 캐리어주파수 및 캐리어위상을 공유하면 DS-SS 파형은 밴드패스(band-pass) 노이즈와는 상당히 다른 엔벨로프를 갖는다.
밴드패스 노이즈는 두 개의 자유도(degree of freedom)를 갖는 카이-스퀘어 (chi-square)인 파워확률밀도함수(power probability density funct-ion, PDF) 를 갖는다. 많은 유저 또는 유저신호(트래픽 채널)를 갖는 순방향링크 CDMA 채널 또는 신호들은 하나의 자유도를 갖는 카이-스퀘어의 근사적인 파워 PDF를 갖는다. IS-95 표준에 따르는 순방향링크 CDMA형 신호들은 이것의 특별한 경우인데, 여기서 CDM 또는 CDMA 신호들은 월시코드와 직교성을 유지한다. 이러한 형태의 코딩은 직교 CDMA, 또는 간단히 O-CDMA 로 언급될 수 있지만, 이것은 여전히 BPSK 변조이다. IS-95 파형에 대한 상당한 양의 상호변조가 의미하는 바는 채널들이 더 이상 직교성이 아니고, 서로에게 "리크" 또는 "블리드"인 것이다.
이러한 누설(leaking)의 결과 하나의 채널에 대한 간단한 노이즈측정은 CDMA 환경에서 통신시스템의 성능에 대한 진정한 응답 또는 측정을 반영하지 못한다. 이것은 노이즈파워비(NPR) 테스트는 스펙트럼확산 시스템에서 특정의 증폭스테이지와 함께 사용할 적절한 파워레벨 또는 파워조정의 효과를 측정하거나 결정하기 위해 단순히 사용될 수 없음을 의미한다. 이것은 시스템의 노이즈가 다른 직교채널로 에너지를 시프트시키는 경향이 있으므로 사실이다.
노이즈 성능이 반드시 CDMA 성능을 반영하는 것이 아닌 또 다른 문제는 AM/AM 및 AM/PM 효과로 언급되는 것과는 분리된다. 이 두가지 모두 NPR 같은 전통적인 노이즈측정 기술에 영향을 미치는 것으로 알려져있다. 그러나 코히런트 BPSK 복조는 AM/PM 보다 AM/AM 에 더 민감하다. 이 점을 예시하기 위하여, 종래의 비선형 파워증폭기의 출력파워 및 위상특성이 도 1 에 도시된다. 도 1 에서, 곡선(102)은 입력사인파 위상에 대한 출력위상을 도시한다. 그러한 곡선은 일반적으로 "AM-PM"도라고 언급된다. 곡선(104)은 사인입력의 입력파워에 대한 출력파워의 크기를 나타낸다. 그러한 곡선은 일반적으로 "AM-AM"도라고 언급된다. 곡선(102)은 종래의 비선형 파워증폭기의 동작영역의 대부분에 걸쳐서 입력파워에 대한 출력파워의 위상은 일정치 않은 것을 나타낸다. 유사하게, 곡선(104)은 파워출력의 크기가 포화영역(106) 근처에서 비선형적인 것을 나타낸다. 도 1 에 도시된 파워증폭기의 경우에서, 포화영역(106)은 약 -4 dBm 에서 시작한다. 포화영역이 상이한 값의 범위에 걸쳐서 확장될 수 있다는 것이 당업자에게는 자명할 것이다.
응답을 단순히 테스트하거나 그렇지 않으면 파워증폭기같은 통신시스템 소자를 특성화하는 것이외의 또 다른 문제는 동작중의 파워레벨의 선택이다. 이 상황에서, 일단 하나의 시스템이 배치되거나 사용되면 이용될 수 있는 성능에 대한 더욱 정확한 측정을 하여 때때로 그 동작을 특성화하고 비선형장치의 동작에 대한 조정을 하는 것이 편리할 것이다.
발명의 개요
따라서, 상술된, 그리고 다른 종래기술에서 만나는 문제들의 관점에서, 본 발명의 한 가지 목적은 스펙트럼확산 통신시스템에서 신호처리에 대한 비선형장치의 충격을 더욱 정확하게 특성화하기 위한 새로운 기술을 제공하는 것이다. 예를 들면, 새로운 기술은 파워증폭기에서 직교성(orthogonality)의 감소에 대한 파워레벨의 영향 또는 상관관계를 정확히 결정할 수 있다.
이러한 그리고 다른 목적, 장점은 스펙트럼확산 통신시스템, 또는 전체통신시스템을 제조하기 위해 이용되는 파워증폭기 또는 다른 부품들같은 장치들의 응답에 대한 테스트 또는 특성화의 새로운 방법에 있어서 실현된다. 새로운 접근은 테스트받는 장치 또는 시스템에 대한 입력으로 신호를 전송하는데, 그 신호들은 일련의 또는 한 세트의 소정의 직교코드를 이용하여 적절하게 채널화된다. 즉, 입력통신 신호는 일련의 분리된 "트래픽(traffic)" 채널신호들을 갖도록 생성되는데, 그 각각은 개개의 직교코트에 의해 커버되거나 채널화된 정보 또는 데이터신호들을 나타낸다. 일 실시예에서, 월시함수들이 직교코드로서 바람직하게 사용된다.
각각의 채널은 하나 이상의 소정의 채널을 제외하고는, 어떤 형태의 전송될 데이터 또는 정보가 제공된다. 빈 채널의 수는 측정될 직교도(degree of orthogonality)에 기초한다. 데이터는 다양하게 공지된 테스트신호 또는 샘플들로부터 임의로 생성 또는 선택될 수 있다. 바람직하게, 활성채널은 동일한 전체 입력파워레벨 또는 이득을 이용하고, 데이터속도(data rate) 및 일반적인 내용은 유사한 것이 합당하다. 결과적인 채널신호들은 결합되거나 멀티플렉스되어 테스트될 장치 또는 시스템 및 채널에 따라서 측정된 에너지를 통해서 전송된 CDMA 통신신호로 된다. 본 발명의 한 측면에서, 이것은 상관소자 또는 장치를 이용하여 어떤 데이터심볼들이 송신되는지를 결정함으로써, 그리고 에너지가 축적되는 빈 채널들을 제외한, 축적기와 스퀘어링 소자(squaring elements)를 이용하여 수신된 심볼의 각각에 대한 에너지의 합을 측정함으로써 이루어진다. 측정치는 채널당 및 신호전체에서의 파워량을 결정하는데 이용된다.
소정의 "빈(empty)" 또는 불활성채널과 모든 "비지 않은(non-empty)' 또는 활성채널에 걸쳐서 검출된 에너지의 합 사이에서 비(ratio)가 형성된다. 더욱 적절하게, 비(ratio)는 빈 채널의 에너지와 비지 않은 채널의 평균에너지로부터 형성되어, 사용되는 채널수를 더욱 적절하게 설명한다. 이 비는 에너지의 얼마만큼의 퍼센티지(percentage)가 빈 채널로 시프트되었는지, 출력의 코드 퓨리티에 대한 이득의 근사적인 영향, 및 테스트를 받는 장치의 비선형응답에 의해 직교성(orthogonality)이 저하되는 정도의 측정에 대한 아이디어를 제공한다. 에너지의 합은 이후에 소정의 비를 형성하는데 이용되는 에너지밀도를 생성하기 위해 사용되는 채널의 수로 나누어진다.
본 발명의 방법은 CDMA 신호환경에서 그 성능에 대하여 비선형 장치를 테스트하기 위한 송신부 및 수신부를 포함하는 지정된 테스트장비로서 구성된 장치를 이용하여 이루어질 수 있다. 테스트될 파워증폭기 또는 유사한 장치는 정상적으로 동작하는데 필요한 다른 회로에 전형적인 방식으로 접속된다.
다른 실시예에서, 테스트 CDMA 통신신호는 많은 데이터의 채널을 구비하는 기지국 또는 게이트웨이내의 송신부, 회로, 또는 소자에 주입 또는 인가된다. 그것은 직교코드를 사용함으로써 생성된 다중분리채널, 및 데이터가 없는(빈) 하나 이상의 채널을 통하여 전송되기 위한 데이터이다. 하나 이상의 수신기는 이 통신신호를 수신하고 복조하며 각 채널에서의 파워를 추정한다. 이들 파워측정은 그리고 나서 풀(full) 또는 활성채널에 대한 빈 채널에서의 에너지밀도의 월시파워비(WPR)를 형성하는데 이용된다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 이 기술은 사용가능한 때 통신시스템 자체의 부분을 테스트하기 위해 이용될 수 있다. 즉, 적절한 테스트신호들은 보수기간 또는 비사용 기간동안 전송되어 측정을 수행하고 시스템의 현재응답을 특성화할 수 있다. 또한, 고정패턴(fixed pattern)(및 블랭크(blank)) 신호들은 주기적인 간격, 또는 다른 소정의 시간으로 시스템을 테스트하기 위한 전형적인 트래픽채널 신호들로 인터리브(interleave)된 시스템을 통하여 전송될 수 있다. 이로 인해 실시간으로 시스템응답에 대한 정보를 얻고 위성의 파워증폭기, 또는 향상된 시스템동작 및 커패시티를 제공하기 위한 다른 장치들의 동작을 조정하는 것이 가능하다.
본 발명은 비선형장치 및 특히 통신시스템에서 신호의 전송에 대한 비선형적 장치특성의 효과를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 직교 CDMA 통신시스템(orthogonal CDMA communication system)에서 활성 대 비활성시스템 채널의 파워비를 이용하는 방법에 관한 것이고, 특히, 월시파워비(Walsh Power Ratio)를 이용하여 파워증폭기같은 비선형 스테이지의 동작을 제어하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 특징, 목적, 및 장점들은 동일한 참조문자들이 동일한 소자들과 일치하는 도면과 함께 이하 설명되는 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1 는 출력파워에 대한 종래의 비선형증폭기의 응답.
도 2 는 예시적인 무선통신시스템을 도시하는 모식도.
도 3 는 게이트웨이에 대한 송신스테이지를 도시하는 블럭도.
도 4 는 유저터미널을 도시하는 블럭도.
도 5 는 도 4 의 유저터미널에서 유용한 신호코딩 및 확산장치를 도시하는 블럭도.
도 6 는 종래의 통신신호전송 구조를 도시하는 블럭도.
도 7a 및 7b 는 WPR 측정구조에서 대표적인 입력 및 출력파형을 도시하는 도면.
도 8a 및 8b 는 대응하는 NPR 측정구조에서 대표적인 입력 및 출력파형을 도시하는 도면.
도 9 는 WPR 측정구조를 실행하는데 유용한 것으로 밝혀진 장치를 도시하는 블럭도.
I. 도입
본 발명은 스펙트럼확산 통신시스템에서 사용되는 비선형 신호처리소자의 동작특성을 더욱 정확하게 결정하기 위한 방법 및 장치이다. 특히, 본 발명은 월시파워비를 이용하여 더욱 정확하게 시스템 또는 부품성능에 대한 비선형적 효과의 영향을 특성화하고, 직교 CDMA 통신시스템의 파워증폭기같은 비선형스테이지의 동작에 대한 향상된 제어를 가능하게 한다.
본 발명은 특히 CDMA 위성통신시스템에서 이용되는 높은 파워증폭기와 함께 사용되는데 적합하다. 그러나, 당업자에게 자명한 것처럼, 본 발명은 또한 비선형 특성을 갖고 동작하는 장치 또는 부품이 이용되는 다른 형태의 통신시스템에 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예들을 논하기 전에, 본 발명이 동작할 수 있는 전형적인 환경이 제시된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 이하 상세히 설명된다. 특정의 단계, 구성 및 배열이 논의되지만, 이것은 오직 예시적인 목적으로 행해지는 것을 이해해야 한다. 당업자는 본발명의 범위 및 취지를 벗어나지 않고 다른 단계, 구성 및 배열이 이용될 수 있음을 인식할 것이다. 본 발명은 다양한 무선정보 및 통신시스템에서 용도를 찾을 수 있었다.
II. 예시적인 동작환경
본 발명이 유용한 것으로 밝혀진 무선전화 시스템과 같은, 예시적인 무선통신시스템이 도 2 에 도시된다. 도 2 에서 도시된 통신시스템(200)은 통신시스템 원격 또는 이동터미널과 시스템 게이트웨이 또는 기지국 사이에서 통신을 할 때, 직교코딩을 구비한 코드분할 다중접속(CDMA) 스펙트럼확산형 통신신호를 이용한다. 도 2 에서 도시된 통신시스템의 부분에서, 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 유저터미널(214 및 216)로 통신을 수행하는 것에 대하여 도시된다. 전형적으로, 기지국 및 위성/게이트웨이는 반드시 필요한 것은 아니지만 지상(terrestrial-) 및 위성기초(satellite-based) 인 것으로 언급되는, 분리된 통신시스템의 구성요소들이다. 그러한 시스템들에서 기지국, 게이트웨이, 및 위성의 전체수는 소정의 시스템 커패시티 및 공지된 다른 인자들에 의존한다. 게이트웨이(224 및 226), 및 기지국(212)은 일방향 또는 양방향 통신시스템의 일부로서 또는 단순히 메시지 또는 데이터를 유저터미널(220 및 222)로 전송하기 위하여 사용될 수 있다.
이동국 또는 유저터미널(220 및 222) 각각은 휴대폰, 데이터송신기 또는 전송장치(예를 들면, 컴퓨터, 개인데이터 어시스턴트, 팩시밀리), 또는 페이징(pagimg)이나 위치결정 수신기(이에 한정되지는 않음)와 같은 무선통신장치를 구비하거나 포함한다. 전형적으로 그러한 장치들은 휴대용이거나 차량탑재용이지만, 고정된 장치 또는 다른 형태의 터미널도 원격무선서비스가 필요한 곳에서 이용될 수 있다. 이 후자의 서비스 형태는 특히 지구의 많은 원격영역에서 위성리피터(satellite repeater)를 이용하여 통신링크를 구축하는데 적합하다.
본 예에 대하여 위성(214 또는 216)은 분리된 일반적으로 비오버래핑(non-overlapping)인 지역을 커버하기 위한 다중빔(multiple beams)을 제공하는 것을 고려한다. 일반적으로 상이한 주파수에서 다중빔들은(또한 CDMA 채널 또는 '서브-빔' 또는 FDMA 신호로서 언급됨) 동일한 영역을 오버랩하도록 지시될 수 있다. 그러나, 상이한 위성들 또는 기지국들을 위한 빔커버리지(beam coverage) 또는 서비스영역은 통신시스템 디자인, 제공되는 서비스의 유형, 및 달성될 스페이스 다이버시티(space diversity)에 의존하는 소정의 영역에서 완전히 또는 부분적으로 오버랩할 수 있는 것은 쉽게 이해될 수 있다. 예를 들어, 각각은 상이한 주파수들에서 상이한 특성들로 상이한 세트의 유저들에게 서비스를 제공하거나, 또는 소정의 이동유닛은 각각 지구물리학적 커버리지를 오버래핑하는 다중주파수 및/또는 다중서비스 제공자를 이용할 수 있다.
도 1 에서, 유저터미널(220 및 222)과 기지국(212) 사이에서 또는 위성(214 및 216)을 통하여 하나 이상의 게이트웨이 또는 집중화된 허브(hubs)(224 및 226)로 구축된 통신을 위한 가능한 신호의 몇몇 경로들이 도시된다. 기지국(212)과 유저터미널(220 및 222) 사이의 통신링크의 기지국-유저 부분은 각각 라인(230 및 232)으로 도시된다. 위성(216)을 통한 게이트웨이(224 및 226)와 유저터미널 (220 및 222) 사이의 통신링크의 위성-유저 부분은 각각 라인(238 및 240)으로 도시된다. 이러한 통신링크들의 게이트웨이-위성부분은 일련의 라인(242,244,246, 및 248)에 의해 도시된다. 이 라인의 화살표는 순방향 또는 역방향 링크로서, 각 통신링크에 대한 예시적인 신호방향을 도시하고, 어떠한 실질적인 신호패턴 또는 물리적 제한을 가리키는 것이 아닌 명확성을 목적으로 하여 제시된다.
통신시스템은 일반적으로 상이한 궤도면을 도는 다중위성(214 및 216)을 이용하고, 다양한 저지구궤도(Low Earth Orbit, LEO) 및 다른 다중위성 통신시스템들은 많은 수의 유저터미널들에 대한 서비스를 위하여 제공되었다. 당업자는 본 발명의 의도가 다양한 위성 및 지구통신시스템에 적용가능한 것을 쉽게 이해할 것이다.
기지국 및 게이트웨이라는 용어들은 때때로 업계에서 상호교환적으로 이용되는데, 게이트웨이는 위성을 통해서 ㅌㅇ신을 명령하는 특정의 기지국으로 인식되는 한편, 기지국은 주변의 지리적 영역내에서 통신을 명령하기 위해서 지구안테나를 사용한다. 터미널은 또한 때때로 기호에 따라 어떤 통신시스템에서는 가입자유닛, 이동유닛, 이동국, 또는 간단히 "유저", "이동(mobile)", 또는 "가입자"로 언급되기도 한다.
상술한 바와 같이, 각 기지국 또는 게이트웨이는 커버리지 영역을 통하여 '파일럿' 신호를 송신한다. 위성시스템의 경우, 이 신호는 각 위성 '빔'내에서 전송되고 게이트웨이가 위성에 의해 서비스되면서 발생한다. 단일 파일럿은 전형적으로 각 위성-유저(satellite-to-user) 빔 주파수에 대하여 각 게이트웨이 또는 기지국에 의해 송신된다. 이 파일럿은 그 빔을 통해서 신호를 수신하는 모든 유저들에 의해서 공유된다. 이 기술은 많은 트래픽 채널들 또는 유저신호 캐리어들로 하여금 캐리어위상 레퍼런스로서 공통의 파일럿신호를 공유하는 것을 허용한다.
파일럿 신호들은 통신시스템을 통하여 동일한 PN 확산코드쌍 또는 세트를 이용하지만 각 빔, 셀, 또는 섹터에 대하여 상이한 상대코드 타이밍 오프셋(relative code timing offsets)을 갖는다. 다른 한 편으로, 상이한 PN 확산코드들(생성기 폴리노미얼(generator polynomials))이 어떤 기지국들 사이에서 이용된다. 위성통신시스템에서, 상이한 세트의 PN코드들이 각 궤도면내의 이용을 위해 할당될 수 있다. 이것은 신호분리를 제공하거나 간섭을 줄이고 빔이 서로 쉽게 구별되도록 한다. 각 통신시스템 디자인은 업계에서 이해되는 인자들에 따른 시스템내에서 PN 확산코드 및 타이밍 오프셋의 분포를 특정한다.
CDMA 통신시스템을 실행하기 위해서 이용되는 기지국 또는 게이트웨이장치의 송신부에 대한 예시적인 디자인은 도 3 에 도시된다. 전형적인 게이트웨이에서 몇몇 그러한 송신부 또는 시스템이 이용되어 한 번에 많은 유저터미널에, 그리고 어느 때라도 몇몇 위성 및 빔들에 대하여 서비스를 제공하기 위해서 이용된다. 게이트웨이에 의해서 이용되는 송신부의 수는 시스템 컴플렉시티(complexity), 위성수, 가입자 커패시티, 선택된 다이버시티도(degree of diversity), 등을 포함하는 업계에서 공지된 인자들에 의해서 결정된다. 각 통신시스템 디자인은 또한 신호를 전송하는데 이용되는 송신부에 유용한 안테나수를 특정한다. 유저터미널(220 및 222)에서의 사용을 위한 예시적인 송신기(300)가 도 3 에서 도시된다. 아날로그 수신기(314)로 전송되어, 다운컨버트, 증폭, 및 디지털화되는 통신신호들을 수신하기 위한 안테나(310)를 하나 이상 사용한다. 듀플렉스 소자(duplex element)(312)는 전형적으로 동일한 안테나가 송신 및 수신기능을 모두 수행하도록 허용하기 위해 사용된다. 아날로그 수신기(314)에 의해 출력된 디지털 통신신호들은 하나 이상의 디지털 데이터 수신기(316A) 및 하나 이상의 검색수신기(318)로 전송된다. 부가적인 디지털 데이터 수신기(316B-316N)가, 당업자에게 자명한 바와 같이, 유닛 컴플렉시티의 인용가능한 레벨에 의존하여, 신호 다이버시티의 소정의 레벨을 획득하기 위해서 사용될 수 있다.
하나 이상의 제어 프로세서(320)가 검색수신기(318)와 함께 디지털 데이터 수신기(316A-316N)에 결합된다. 제어 프로세서(320)는 다른 기능들 가운데, 기본신호프로세싱, 타이밍, 파워 및 핸드오프제어 또는 조정을 제공한다. 제어 프로세서(320)에 의해서 종종 수행되는 또 다른 기본제어기능은 통신신호 파형을 프로세스하기 위하여 사용되는 PN 코드시퀀스 또는 직교함수들의 선택 또는 조작이다. 제어 프로세서(320) 신호 프로세싱은 상대적 신호세기의 결정 및 다양한 연관된 신호 파라미터의 계산을 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 신호세기의 계산은 측정에 있어서 향상된 효율이나 속도 또는 제어프로세싱 리소스의 향상된 배치를 제공하기 위하여 수신 파워소자(321)같은 부가적 또는 분리된 회로의 사용을 포함할 수 있다. 디지털 데이터 수신기(316A-316N)에 대한 출력은 유저터미널내에서 디지털 베이스밴드 회로(322)에 결합될 수 있다. 유저 디지털 베이스밴드회로(322)는 유저터미널 유저로/유저로부터 정보를 전송하기 위해 사용된 프로세싱 및 프리젠테이션 소자들을 포함한다. 일시적 또는 긴 기간 디지털 메모리같은, 신호 또는 데이터 저장소자들, 디스플레이 스크린, 스피커, 키패드 터미널, 및 핸드세트같은 입력 및 출력 장치, A/D 소자, 보코더 및 다른 음성 및 아날로그 신호프로세싱 소자 등은 모두 공지된 소자들을 이용하는 유저밴드 회로의 부분을 형성한다. 만일 다이버시티 신호프로세싱을 이용한다면, 유저디지털 베이스밴드 회로(322)는 다이버시티 조합기(diversity combiner) 및 디코더를 포함한다. 이러한 소자들의 일부는 또한 제어프로세서(320)의 제어하에, 또는 그와 통신하여 동작할 수 있다.
출력 메시지 또는 유저터미널로부터 발생한 통신신호로서 음성 또는 다른 데이터가 준비된 때, 유저 디지털 베이스밴드 회로(322)가 송신을 위해서 소정의 데이터를 수신, 저장, 프로세스 및 준비하기 위해서 이용된다. 유저디지털 베이스밴드 회로(322)는 이 데이터를 제어 프로세서(320)의 제어하에 동작하는 송신 변조기(326)로 제공한다. 송신변조기(326)의 출력은 안테나(310)로부터 게이트웨이까지의 출력신호의 최종적인 송신을 위하여 아날로그 송신 파워증폭기(330)에 대하여 출력파워 제어를 제공하는 디지털 송신파워 제어기(328)로 전송된다. 수신된 통신신호 또는 하나 이상의 공유된 리소스신호들에 대하여 측정된 신호세기에 대한 정보는 공지된 다양한 기술을 이용하여 게이트웨이로 보내질 수 있다. 예를 들면, 정보는 데이터신호로서 전송되거나 유저 디지털 베이스밴드 회로(322)에 의해서 준비된 다른 메시지에 부가될 수 있다. 다른 한 편, 정보는 제어 프로세서(320)의 제어하에 송신변조기(326) 또는 송신파워제어기(328)에 의해 소정의 제어비트로서 삽입될 수 있다.
아날로그 수신기(314)는 수신신호에서 파워나 에너지를 가리키는 출력을 제공할 수 있다. 또한, 수신파워 소자(321)는 아날로그 수신기(314)의 출력을 샘플링하고 공지된 프로세싱을 수행함으로써 이 값을 결정할 수 있다. 이 정보는 직접 송신파워 증폭기(330) 또는 송신파워 제어기(328)에 의해 이용되어 유저터미널 송신신호의 파워를 조정할 수 있다. 이 정보는 또한 제어 프로세서(320)에 의해서 사용될 수 있다.
디지털 수신기(316A-316N) 및 검색수신기(318)는 신호상관(signal correlation) 소자들로 구성되어 특정 신호들을 복조 및 트랙(track)한다. 검색수신기(318)이 파일럿신호를 검색하는데 이용되는 한 편, 디지털 수신기(316A-316N)는 검출된 파일럿신호들과 관련된 다른 신호(트래픽)를 복조하기 위해서 사용된다. 따라서, 이런 유닛의 출력은파일럿신호 또는 다른 공유된 리소스신호에서 에너지를 결정하기 위해서 모니터될 수 있다. 여기서, 이것은 수신파워소자(321) 또는 제어프로세서(320)를 이용하여 달성된다.
게이트웨이(224 및 226)에서 사용하기 위한 예시적인 송신 및 수신장치(400)은 도 4 에서 도시된다. 도 4 에 도시된 게이트웨이(224)의 부분은 공지된 다양한 장치를 이용하여 이후에 다운컨버트, 증폭, 및 디지털화되는 통신신호를 수신하기 위한 안테나(410)에 접속된 하나 이상의 아날로그 수신기(414)를 갖는다. 다중안테나(410)은 어떤 통신시스템에서 이용된다. 아날로그 수신기(414)에 의해서 출력된 디지털화된 신호는 (424)에서 일반적으로 파선으로 지시된 하나 이상의 디지털 수신기모듈로의 입력으로서 제공된다.
각 디지털 수신기 모듈(424)은, 비록 어떤 변화가 공지되었다고 하여도, 하나의 유저터미널(222)와 게이트웨이(224) 사이에서 통신을 운영하기 위해서 이용된 신호 프로세싱소자에 대응한다. 하나의 아날로그 수신기(414)는 많은 디지털 수신기모듈(424)에 대한 입력을 제공할 수 있고, 그러한 많은 모듈은 게이트웨이(224 및 226)에서 전형적으로 이용되어 모든 위성빔 및 언제라도 다루어지는 가능한 다이버시티 모드 신호를 수용한다. 각 디지털수신기 모듈(424)은 하나 이상의 디지털 데이터 수신기(416) 및 검색수신기(418)를 갖는다. 검색구신기(418)는 일반적으로 파일럿 신호를 제외한 신호의 적절한 다이버시티 모드를 검색한다. 통신시스템에서 수행되는 경우, 다중디지털 데이터수신기(416A-416N)들은 다이버시티신호 수신을 위해서 사용된다.
디지털 데이터 수신기(416)의 출력은 공지되고 여기서는 더이상 상세히 예시되지 않는 장치를 포함하는 후속하는 베이스밴드 프로세싱소자(422)로 제공된다.예시적인 베이스밴드 장치는 다이버시티 조합기 및 디코더를 포함하여 다중경로신호를 각 유저에 대한 하나의 출력으로 조합한다. 예시적인 베이스밴드 장치는 또한 출력데이터를 전형적으로 디지털 스위치 또는 네트워크로 제공하기 위한 인터페이스 회로를 포함한다. 보코더, 데이터모뎀, 및 디지털 데이터 스위칭 및 저장요소 같은(이에 제한되지는 않음) 다른 다양한 공지된 소자들은 베이스밴드 프로세싱 소자(422)의 일부를 형성할 수 있다. 이 소자들은 데이터신호의 하나 이상의 송신모듈(434)로의 전송을 제어 또는 명령하도록 동작한다.
유저터미널로 송신될 신호들은 각각 하나 이상의 적절한 송신모듈(434)로 접속된다. 전형적인 게이트웨이는 많은 그러한 송신모듈(434)를 이용하여 한 번에 많은 유저터미널(222)과, 몇 몇 위성 및 빔을 위한 서비스를 제공한다. 게이트웨이에 의해서 사용된 송신모듈(434)의 수는 시스템 컴플렉시티, 위성수, 유저 커패시티, 선택된 다이버시티도(degree of diversity) 등을 포함하여 공지된 인자들에 의해서 결정된다.
각각의 송신모듈(434)은 송신을 위한 데이터를 스펙트럼확산시키는 송신 변조기(426)를 포함한다. 송신변조기(426)는 발신 디지털신호(outgoing digital signal)를 위해 사용되는 송신파워를 제어하는 디지털 송신파워제어기(428)로 접속되는 출력을 갖는다. 디지털 송신파워제어기(428)는 간섭감소 및 리소스할당을 위하여 최소 레벨의 파워를 인가하지만, 송신경로 및 다른 경로 전송특성에 있어서의 감소를 보상할 필요가 있을 때는 적절한 레벨의 파워를 인가한다. PN 생성기(432)는 신호들을 확산하는데 있어서 송신변조기(426)에 의해서 이용된다. 이 코드생성은 또한 게이트웨이(224 또는 226)에서 이용되는 하나 이상의 제어프로세서 또는 저장소자의 기능부를 형성할 수 있다.
송신파워 제어기(428)의 출력은 다른 송신파워제어 회로로부터의 출력과 합산되는 합산기(summer)(436)로 전송된다. 동일한 주파수 및 동일한 빔내에서 송신파워 제어기(428)의 출력으로서 다른 유저터미널(220 및 222)로 송신되는 신호다. 합산기(436)의 출력은 디지털 아날로그 변환, 적절한 RF 캐리어 주파수로의 변화, 더 나아가 증폭을 위하여 아날로그 송신기(438)로 제공되고 유저터미널(220 및 222)로 전파하기 위하여 하나 이상의 안테나(430)로 출력된다. 안테나(410 및 430)는 시스템의 컴플렉시티 및 구성에 따라서 동일한 안테나일 수 있다.
하나 이상의 게이트웨이 제어 프로세서(420)는 수신모듈(424), 송신모듈(434), 및 베이스밴드 회로(422)로 접속되는데, 이러한 유닛들은 물리적으로 서로 분리될 수 있다. 제어 프로세서는 신호 프로세싱, 타이밍신호 생성, 파워제어, 핸드오프 제어, 다이버시티 조합, 및 시스템 인터페이싱(이에 한정되지는 않음)같은 기능에 영향을 미치는 커맨드 및 제어신호를 제공한다. 더우기, 제어 프로세서는 PN 확산코드, 직교코드 시퀀스, 및 유저통신에서 사용하기 위한 특정의 송신기 및 수신기 를 할당한다.
제어 프로세서(420)는 또한 파일럿의 생성 및 파워, 동기화, 및 페이징채널 신호 및 그들의 송신파워 제어기(428)로의 접속을 제어한다. 파일럿채널은 단순히 데이터에 의해서 변조되지 않는 신호이고, 송신변조기(426)로의 일정한 값 또는 톤형(tone-type) 입력을 이용하여, PN 생성기(432)로부터 인가된 PN 확산코드만을 효과적으로 송신한다.
제어 프로세서(420)가 송신모듈(424) 또는 수신모듈(434)같은 모듈소자로 직접 연결될 수 있는 한 편, 각각의 모듈은 일반적으로 송신프로세서(430)나 수신프로세서(421)같은, 모듈의 소자를 제어하는 모듈특정(module-specific) 프로세서를 포함한다. 따라서, 바람직한 실시예에서, 제어 프로세서(420)는 도 4 에서 도시된 것처럼, 송신프로세서(430) 및 수신프로세서(421)로 연결된다. 이런 식으로 단일 제어 프로세서(420)는 많은 수의 모듈 및 리소스의 동작을 더욱 효율적으로 제어할 수 있다. 송신프로세서(430)는 파일럿의 생성과 신호파워, 동기화, 페이징신호, 및 트래픽채널 신호, 및 그들 각각의 파워제어기(428)로의 연결을 제어한다. 수신프로세서(421)는 수신된 파워를 복조하고 모니터링하기 위한 검색 및, PN 확산코드를 제어한다.
상술한 바와 같이, 수신된 파워소자는 디지털 데이터 수신기의 출력에서 에너지를 모니터링함으로써 신호에서 파워를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 이 파워정보는 송신파워제어기로 제공되어 경로감소에서의 큰 변화를 보상하기 위해서 출력파워를 조정한다. 따라서, 이러한 소자들은 파워제어 피드백루프의 일부를 형성한다. 이 파워정보는 또한 원하는대로, 수신프로세서 또는 제어 프로세서로 제공될 수 있다. 파워제어기능의 일부는 또한 수신 프로세서내에서 일체화될 수 있다.
공유된 리소스파워 제어를 위하여, 게이트웨이는 통신신호에 있어서 유저터미널로부터의 수신신호강도 또는 신호대잡음비(signal-to-noise ratio)에 대한 정보를 수신한다. 이 정보는 수신프로세서에 의해서 데이터 수신기의 복조된 출력으로부터 도출될 수 있거나, 이 정보는 제어 프로세서, 또는 수신 프로세서에 의해서 모니터되는 신호에서 소정의 위치에서 발생할 때 검출되고 제어 프로세서로 전송될 수 있다. 제어 프로세서는 이 정보를 이용하여 송신파워 제어기를 이용하여 공유된 리소스신호를 위하여 사용된 파워량을 제어한다.
III. 파워제한 및 제어
위성통신시스템에서 중요한 제한중 하나는 신호송신을 위한 위성에서 유용한 파워량이 상당히 제한된다는 것이다. 이로 인해, 각 트래픽신호의 신호강도는 개별적으로 제어되어 허용가능한 트래픽신호 품질을 유지하는 동안 소비되는 위성파워를 최소화한다. 그러나 파일럿신호같은 공유된 리소스신호의 신호강도를 제어할 때, 리소스를 공유하는 모든 유저들은 집단적으로 고려되어야 한다.
위성리피터 시스템의 경우, 파일럿신호는 각 위성빔 주파수내에서 전송되고 통신링크를 위해 사용되는 위성 또는 위성빔에 따라서 게이트웨이로부터 생성된다. 그러나, 파일럿 신호는 또한, 당업자에게는 자명한 것처럼, 다양한 위성, 게이트웨이, 또는 기지국을 이용하여, 다양한 빔 및 서브빔의 조합을 통하여 공유된 리소스포서 송신될 수 있다. 본 발명의 취지는 통신시스템에서의 특정 파일럿 송신구조로, 또는 사용되는 공유된 리소스의 형태에 의해서 제한되지 않는다.
전형적으로, 통신시스템내의 각 파일럿 신호는 상이한 코드타이밍 오프셋을 구비한 동일한 PN 코드를 이용하여 생성된다. 또한, 각 파일럿신호는 상이한 PN 코드를 이용하여 생성될 수 있다. 이것은 단순화된 수집(acquisition) 및 트래킹(tracking)을 제공하는 한편, 서로 쉽게 구별될 수 있는 신호들을 제공한다. 게이트웨이 식별, 시스템 타이밍, 가입자 페이징정보, 및 다양한 다른 제어신호들같은 스펙트럼확산 변조된 정보를 송신하기 위해서 다른 신호들이 이용된다.
상술한 바와 같이, 신호송신을 위하여 유용한 파워량은 위성통신시스템에서 위성의 파워생성 용량에 의해 제한된다. 이 파워의 사용을 최적화하기 위해서, 파워량은 트래픽신호와 파일럿신호 사이에 주의 깊게 할당되어야 한다. 만일 너무 적은 파워가 파일럿신호에 할당되면, 유저터미널은 그 수신기를 게이트웨이에 동기화시키기에 충분한 에너지를 축적할 수 없다. 역으로, 만일 너무 많은 파일럿신호 파워가 송신된다면, 트래픽신호를 위해 유용한 파워량, 및 따라서 지워될 수 있는 유저수가 감소한다. 따라서, 위성상의 가입자용량을 최대화하기 위해서, 송신된 파일럿신호 파워량은 정확히 제어되어야 한다.
이 문제를 해결하기 위한 한 방법은 개루프 파일럿신호 파워제어이다. 이 방법에서, 게이트웨이는 순방향링크, 즉 위성중계기(satellite transponder)를 경유하여 게이트웨이의 변조기로부터 유저터미널까지의 경로이득에 대한 개루프 추정을 한다. 게이트웨이는 게이트웨이에 의해서 송신된 파일럿신호 파워를 제어하고, 따라서 위성중계기에 의해서 송신된 파일럿신호파워를 제어하기 위하여 이 추정을 이용한다. 이 방법의 중요한 문제는 이 개루프추정이 위성중계기 전자이득의 불확실성, 위성중계기 하이파워 증폭기의 이득 콤프레션(copmpression), 비(rain)같은 대기의 영향으로 인한 안테나이득 및 경로손실을 포함하여, 경로이득의 불확실성으로 인하여 오류를 포함한다는 것이다. 이러한 이득 불확실성으로 인한 오류는 상당히 크다.
IV. 신호프로세싱
송신변조기(426)를 제공하기 위한 예시적인 신호변조기 디자인이 도 5 에서 더 상세히 도시된다. 변조기(426)는 에러검출 및 정정기능을 제공하기 위하여, 콘벌루셔널(convolutional) 인코딩하는 것처럼, 반복적으로 인코딩하고 데이터심볼을 인터리빙 (interleaving)하는 하나 이상의 인코더 및 인터리버를 포함한다. 송신을 위한 디지털 데이터를 만드는 다른 기술들처럼, 콘벌루셔널 인코딩, 반봅, 및 인터리빙을 위한 기술들은 공지되어 있다. 본 발명의 취지는 확산이전에 디지털 데이터를 만드는 방법에 의해서 제한되지 않는다.
데이터심볼은 그리고 나서, 코드생성기(502)에 의해서 제공된, 여기서는 월시코드 Wn, 인 할당된 직교코드로 커버되거나 직교인코드된다. 코드생성기(502)는 이러한 목적으로 구성된 다양한 공지된 소자들을 이용하여 구성될 수 있다. 생성기(502)로부터의 코드는 하나 이상의 로직소자(504)를 이용하여 심볼데이터에 의해 멀티플라이되거나, 그렇지 않으면 그에 의해 조합된다. 인코드된 데이터 뿐만 아니라 직교코드의 칩레이트(chip rate)는 당업자에게 잘 공지된 인자들에 의해서 결정된다.
송신변조기 회로는 또한 인-페이스(In-Phase)(I) 및 쿼드러쳐 채널 (Quadrature channel)(Q)을 위한 두 개의 상이한 PNI및 PNQ를 생성하는 하나 이상의 PN 확산시퀀스 또는 코드생성기(506)를 포함한다. 이 생성기는 적절한 인터페이스 소자들을 이용하여 몇 몇 송신기들 사이에서 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 개시된다. 한 편, PN 코드들은 공지된 것처럼, 자동인덱싱(automatic indexing) 또는 어드레싱(addressing)을 구비한 참조테이블과 같은 형태로 ROM 또는 RAM회로같은 기억소자에 미리 저장될 수 있다.
PN 확산코드 생성기(506)는 또한 전형적으로, PN 확산코드의 출력에 소정의 시간지연이나 오프셋을 제공하는 제어프로세서로부터의 빔 또는 셀식별신호에 대응하는 하나 이상의 입력신호에 응답한다. 비록 오직 하나의 PN생성기가 확산코드를 생성하는 것에 대하여 도시되지만, 더 많거나 더 적은 생성기를 사용하여 많은 다른 PN생성기 구조가 제공될 수 있음은 쉽게 이해된다.
직교 인코드된 심볼데이터는 한 쌍의 로직소자 또는 멀티플라이어(508A및 508B)를 이용하여 PNI및 PNQ로 멀티플라이된다. 동일한 데이터가 두 멀티플라이어에 입력되거나 개개의 코드와 조합되거나 개개의 코드에 의해 변조된다. 어떤 통신시스템에서는, 확산코드는 층구조에서 인가되거나 사용된다. 즉, 짧은 주기의 높은 레이트(rate) 코드는 종래의 방법에서 확산을 위한 기본적인 '내부' 코드로서 이용되고, 첫 번째와 동기하는 두 번째 더 긴 주기의 더 낮은 레이트 코드는 신호식별 및 수집을 보조하기 위한 '외부'코드로서 이용된다. 이 다중레벨의 확산배열은 1997년 10월 10일자로 출원되고, 명칭이 "Multi-Layered PN Code Spreading In A Multi-User Communication System"으로 부여된 미국특허출원 SN 09/_,_(양수예정)에서 설명된 것처럼 신호수집 프로세스를 향상시킨다. 외부시퀀스 코드는 도 5 에서 코드생성기(512)에 의해서 생성된 코드와 한 쌍의 로직소자 또는 멀티플라이어(510A및 510B)를 이용하여 인가되는 것으로 도시된다. 그러나, 하나 또는 두 개의 확산코드를 사용하는 것은 상호변조 왜곡에 기인한 채널간의 블리딩(bleeding) 또는 누설(leakage)량의 변화에 있어서 신호에 대하여 어떠한 영향도 미치지 않는 것으로 보인다.
결과적인 PN확산 및 직교 인코드된 출력신호들은 그리고 나서 전형적으로 필터(514A및 514B)에 의해서 밴드패스 필터되거나 형상을 갖고, 합산소자 또는 가산기(524)를 이용하여, 단일 통신신호로 합산되는 사인곡선의 쿼드러처 (quadrature) 쌍의 사인곡선들을 전형적으로 바이페이스(bi-phase) 변조함으로써 RF캐리어로 변조된다. 이것은 각각 필터(514A및 514B)로부터의 필터링된 신호중 하나를 수신하는 한쌍의 멀티플라이어(520A및 520B)로의 사인곡선 입력으로 도시된다. 그러나, 본 발명의 취지내에서 다른 형태의 변조가 이용될 수 있다는 것은 자명할 것이다. 로컬 오실레이터같은, 캐리어신호 소스는 블럭(522)에 의해서 나타내어 지고, 공지된 회로 및 장치를 이용한다.
상술한 장치 및 프로세스는 또한 일반적으로 프로세스될 인코드되거나 인터리브된 데이터가 없다는 것외에는 파일럿신호를 생성하는데 이용된다. 대신에, 일정한 레벨의 신호는 월시코드로 정해진유일한 코드로 커버되고, 그리고 나서 로직소자(508A, 508B, 510A,510B)를 이용하여 확산된다. 원하는 곳에서, 반복적인 패턴형태의 데이터는 파일럿신호를 공식화하기 위하여 사용될 수도 있다. 파일럿신호는 또한 전형적으로 송신파워 제어기(428) 및 아날로그 송신기(438)에 의해 프로세스될 때 더 높은 파워로 제공되어, 필요한 것은 아니지만, 빔의 가장자리에서도 적절한 수신에너지를 확실하게 한다. 일단 RF캐리어(522)로 변조되면, 파일럿은 각각의 빔, 또는 CDMA채널로 전송되고, 게이트웨이에 의해서 서비스된다.
V. 비선형 프로세스
상기의 커버링 또는 채널화(WN) 및 확산(PN내부, PN외부)이 발생한 후, 결과적인 출력은 하이파워 증폭기(High Power amplifier, HPA)로 제공된다. 기지국으로부터 또는 게이트웨이로부터 위성링크를 통해서 의도된 신호수신자로 직접 신호가 공중을 통하여 전송되기 전에 HPA를 이용하여 더 증폭이 이루어진다. 더우기, 이전에 논의되었던 대로, 몇 몇 유저신호들은 서로 합산되어 빔 또는 셀을 위한 통신신호를 형성하고, 전형적으로 파워증폭 이전에 스케일(scale)된다. 이 프로세스는 도 6 의 좌측에 도시된다.
도 6 에서, 여기서는 멀티플라이어로서 제시된, 코딩소자(6020내지 602N-1)를 이용하여 인커밍 데이터와 적절한 월시함수를 조합하는 채널(W0내지 Wn)에 대하여 월시코딩 로직가 도시된다. 그러나, 다른 공지된 로직 또는 프로세싱 소자들은 원하는대로 이 조합을 위하여 사용될 수 있다. 확산 및 다른 소자들은 명확성을 위하여 도시되지 않는다. 코드화되거나 채널화된 신호들은 합산소자 또는 신호조합기(604)에서 서로 합산되고, 예를 들면, 아날로그 송신기(438)에서 발견될 수 있는 하이파워 증폭기(608)로 입력되기 전에 조절가능한 이득 또는 감쇠소자 (606)로 제공된다. 도면에 의해 도시되는 최종 증폭단계는 송신신호의 파워레벨의 최종적인 증가를 제공하기 위하여 게이트웨이, 기지국, 또는 심지어 위성에서 그 용도를 찾을 수 있다.
파워증폭된 신호들은 그리고 나서 상기 논의된 아날로그 및 디지털수신기같은 장치를 이용하여 수신 및 복조되는 채널(610)을 통하여 통신시스템(200) 유저 또는 유저터미널(224,226)로 송신된다. 채널(610)은 전형적으로 무선신호의 전송을 위하여 게이트웨이, 기지국, 및 위성에 의해 이용되는 무선 인터페이스(air interface)이다. 그러나, 본 발명은 또한 유선 및 광케이블같은 다른 수단에 의해 수행되는 CDMA 채널에도 적용가능하다. 공지된 바와 같이, 각 유저터미널은 복조 프로세스동안 하나 이상의 적절한 확산코드(PN, PN내부, PN외부)를 인가한다. 역확산 통신신호는 그리고 나서 여기서는 소정의 월시코드 시퀀스(WiL)이며 특정 코드채널상에서 신호를 복구하기 위하여 유저터미널에 의해서 이용되는 직교함수 또는 코드와 조합된다. 즉, 유저터미널은 공지된 로직소자를 이용하여, 유저터미널로 향하는 정보나 데이터를 복구하기 위하여 미리 선택 또는 할당된 코드를 이용한다. 도 6 에서, 적절한 월시코드는 멀티플라이어(612)를 이용하여 인커밍 역확산데이터 신호에 의해 멀티플라이된다. 그 결과는, 수신된 통신신호에서 언더라잉 데이터(underlying data)을 생성하거나 되찾기 위해서 누산기 또는 누산 및 합산소자(614)에 누산되고, 미리 선택된 주기에 걸쳐서 에너지가 통합된다. 즉, 심볼크기의 합은 누산기에서 형성되어 각 채널에서의 에너지를 결정한다. 이 프로세스는 공지되어 있고 미국특허 No.5,577,025 에서 더욱 상세히 논의된다. 결과적인 누산치는 절대값을 제공하기 위해서 제곱될 수 있다. 통신신호에서 사용되는 것처럼 신호가 -1 과 1 사이에서 전이한 시점을 결정하기 위해서 하드리미터(hard limiter, 616)가 종종 이용된다.
상술한 바와 같이, 통신시스템에서 이용되는 다양한 하이파워 증폭스테이지에서 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 유저채널로부터 또 다른 곳으로의 바람직하지 못한 에너지 전달을 야기시켜 시스템 성능을 저하시킨다. NPR 같은 공지된 측정에 의존하는 시스템 구성요소를 테스트하기 위한 이전의 기술들은 실질적인 구성요소 또는 시스템 성능을 예측하는데 허용될 수 없을 만큼 부정확한 것으로 밝혀졌다. 이로 인해 시스템을 적절하게 구성하거나 조절하고 상호변조 왜곡의 영향을 최소화할 수 없게 된다. 따라서, 새로운 기술이 개발되어 CDMA 통신시스템의 동작을 향상시켰다.
VI. 월시파워비
현실적이거나 실질적인 신호상태하에서 비선형 시스템 구성요소의 성능을 테스트하거나 모니터하기 위해서 새로운 기술이 사용되는 O-CDMA 신호환경에서 보다 정확한 구성요소 또는 장치성능의 예측을 제공한다. 데이터 신호들은 테스트를 받는 장치 또는 시스템에 대한 입력으로 전송되고, 일련의 또는 한 세트의 미리 선택된 직교코드(W0내지 WN-1)를 이용함으로써 적절하게 채널화된 후, 함께 합산된다. 즉, 각각이 개별적인 직교코드에 의해서 커버되거나 채널화되는 정보 또는 데이터신호들을 나타내는, 일련의 분리된 "트래픽" 채널신호들을 포함하는 입력통신 신호가 생성된다. 여기서, 월시함수들은 직교코드로서 사용되지만, 본 발명에 의해서 엄격하게 요구되는 것은 아니다.
각각의 채널들은, 월시함수 WP에 의해 여기서 제시된, 하나 이상의 미리 선택된 채널 'P' 를 제외하고는, 전송되는 어떤 형태의 데이터 또는 정보를 갖는다. 빈 채널들의 수는 측정될 직교도(degree of orthogonality)에 의해서 결정된다. 예를 들어, 이하 논의된 바대로, 다중채널들은 전체로서의 통신링크에 걸쳐서 직교성이 어떻게 영향을 받는지에 대한 부가적인 정보, 또는 채널당(channel-by-channel) 등가성에 대한 표시를 제공하기 위해서 사용될 수 있다.
활성 또는 '비지 않은' 채널들에서 사용되는 데이터는 공지된 프로세스 또는 방식을 사용할 때 임의로 생성되거나, 공지된 다양한 테스트 신호들 또는 샘플들로부터 선택될 수 있다. 비록 엄격하게 요구되지는 않지만, 활성채널 전송데이터는 동일한 전체 입력파워레벨 또는 이득을 이용하는 것이 바람직하고, 데이터 레이트 및 일반적인 내용은 유사한 것이 적당하다. 블랭크(blank) 또는 "데이터가 없는(no data)" 트래픽채널은 그 대응하는 월시코드 또는 함수에 대한 데이터입력이 없을 뿐이다. 조합되거나 멀티플렉스된 CDMA 또는 SS 신호는 그리고 나서 원하는 대로 스케일되고, 테스트되는 장치와 각 채널마다 측정되는 에너지를 통하여 전송된다. 일반적으로, 어떤 데이터심볼이 송신되었는지를 결정하고 한 채널에서의 수신심볼 각각에 대한 에너지의 합을 형성함으로써 채널당 파워량을 결정하여 행해진다. 이상적으로, 한 채널은 데이터가 송신되지 않으면 에너지가 0 인 것으로 나타내야 한다. 그러나, 상기에서 논의된 효과로 인해, 어떤 에너지는 "빈" 채널에서 검출되거나 측정될 것이다.
도 7a 및 7b 에서 이러한 프로세스의 효과가 도시된다. 도 7a 에서, 대표적인 통신신호(702)는 전송될 정보를 포함하는 일련의 트래픽 채널(704)과 전송될 데이터가 없는 하나의 채널(706)을 갖는 것으로 도시된다. 데이터 채널들은 모두가 동일한 파워를 갖는 것으로는 도시되지 않는데, 왜냐하면 이것이 요구되지 않고 실질적으로 사용하는 동안 시스템에 기술이 적용될 수 있기 때문이다. 후자의 상황에서 예를 들면, 상이한 유저에 대한 다양한 파워제어 상황들, 또는 수신신호상 채널의 영향에 기인하여, 모든 채널들이 동일한 파워 또는 에너지 레벨을 갖지는 않을 것이다. 대표적인 수신신호는, 이전에 논의된 효과에 의해, 에너지의 일부가 대응하는 채널(706)로 리크(leak)되는 것, 즉 채널에 걸친 직교성이 유지되지 않는 것을 도시하는 도 7b 에서 도시된다.
NPR 테스트 또는 분석이 이용되는 유사한 프로세스가 도 8a 및 8b 에서 도시된다. 도 8a 에서, 전송될 데이터나 정보, 따라서 에너지가 없는 작은 채널 또는 스펙트럴 밴드(spectral band)(806)를 제외하고는, 트래픽신호에 의해 점유되는 연속적인 주파수밴드(804)에서 에너지 또는 정보를 구비한 신호를 갖는 대표적인 통신신호(802)가 도시된다. 대표적인 수신신호는 이전에 논의된 다양한 효과들로 인해, 에너지의 일부가 대응하는 스펙트럴 밴드(806)로 리크된 것을 도시하는 도 8b 에서 도시된다.
본 발명을 이용해서, 모든 "비워지지 않은(non-empty)" 또는 활성채널을 통해서 검출된 에너지합과 원하는 "빈(empty)" 또는 불활성채널 사이에서 비(ratio)가 형성된다. 빈 채널과 나머지 채널들의 에너지비의 측정은 몇 퍼센트의 에너지가 빈 채널로 시프트했는지, 및 출력의 코드퓨리티(code purity)에 대한 이득의 근사적인 영향에 대한 개념을 제공한다. 이 비는 테스트를 받는 장치나 시스템의 비선형적인 응답에 의해서 저하된 직교성의 정도에 대한 측정을 제공한다. 즉, 채널들이 더 이상 서로 분리되지 않는 정도(degree)에 대한 측정이다.
이를 위해서 에너지의 합은 전체 통신신호에서 모든 "비워지지 않은" 채널에 대한 수신신호에 대해서 형성된다. 그리고 나서 상술한 것처럼 각 채널에 대한 합을 형성하는 것으로부터, "빈" 채널에서 검출된 에너지를 이용하여 형성된다. 이 상황에서 측정되는 노이즈 외에는 다른 데이터가 없으므로 빈 채널의 에너지는 일반적으로 몇 몇 월시코드 또는 데이터심볼 주기같은 미리 선택된 주기를 통해서 발생하고, 평균되어 채널에 대한 소정의 에너지밀도 측정을 생성한다.
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, 및통신신호를 수신하고 채널에 걸쳐 소정의 에너지합을 형성하기 위한 공지된 회로소자를 이용하는 수신부를 포함하는 특별한 테스트 장비가 구성될 수 있다. 이것은 CDMA 환경에서, 비선형장치의 성능 또는 비선형 프로세스의 영향에 대한 테스트를 가능케 한다. 하이파워 증폭기같은 장치는 정상적으로 작동하기 위해 필요한 다른 회로에 저형적은 방식으로 접속될 수 있다.
본 발명의 프로세스를 실행하는데 유용한 장치의 일 실시예가 도 9 에서 도시된다. 도 6 의 경우와 같이, 공지된 예시적인 월시코딩 로직은 코딩소자(6022내지 602N-1)를 이용하는 데이터채널(W0내지 WN-1)에 대하여 도시된다. 명확히 하기 위해서 확산 및 다른 소자들은 도시되지 않는다. 도 9 에서, 데이터신호(a0내지 an-1)는 로직, 또는 여기서는 다른 공지된 로직 또는 프로세싱소자들을 구비한 멀티플라이어로서 제시된 코딩소자(6020내지 602N-1)로의 입력으로서 전송된다. 데이터 신호들은 개별적인 월시함수 WiL(i 는 0 내지 N-1)과 조합되어 커버되거나 코드된 데이터를 생성하는데, 여기서 L 은 코드 또는 시퀀스길이를 나타낸다. 코드되거나 채널화된 신호들은 다시 합산소자(604)에서 다시 합산되어 (다중채널) CDMA 통신신호를 생성하고, 테스트 받는 하이파워 장치, 구성요소, 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.
파워증폭된 신호들은 그리고 나서 그들이 수신되고 디코드되는(역확산은 여기에 도시하지 않음) 선택된 인터페이스(무선) 또는 채널을 통해서 일련의 디코딩 또는 복조 스테이지로 전송된다. 이 프로세스를 위하여 통신신호는, 여기서는 소정의 월시코드 시퀀스(WiL)이고, 신호 또는 정보를 전송하기 위하여 모든 활성 또는 비워지지 않은 채널, 또는 활성유저 터미널 또는 코드채널에 의해서 사용된 각 직교함수 또는 코드와 조합된다. 즉, 한 세트의 미리 선택되거나 할당된 코드들이, 공지된 로직소자들을 이용하여 통신신호를 통하여 전송되는 정보나 데이터를 복원하기 위해서 인가된다. 'L'은 코드시퀀스의 길이를 나타낸다. 모든 활성 또는 사용된 채널에 대한 코드가 이 동작에서 이용되고, 빈 채널에 대한 코드가 역시 이 지점에서 사용되어 그 채널의 에너지 내용을 복원 또는 측정하는 것을 가능케 하는 것이 바람직하다.
도 9 에서, 적절한 월시코드들은 일련의 멀티플라이어(904iL(9040L-904N-1L))를 이용해서 인커밍 역확산 데이터심볼에 의해 멀티플라이된다. 그 결과들은 이전과 같이 누산기 또는 누산 및 합산소자(906i(9060-906N-1))에서 누산된다. 많은 경우에 대하여 필요한 것은 아니지만, 1/N 의 정규화 인자는 도시된 것처럼 적용될 수 있다. 누산기(906i(9060-906N-1))에서 생성된 누적된 에너지 또는 합은 각각 제곱수단(908i(9080-908N-1))이나 소자를 이용하여 제곱동작을 거쳐 각 채널에서의 검출된 에너지에 대한 에너지값의 절대크기를 제공한다. 이것은 컴플렉스 (complex) 값의 신호들, 또는 단순한 바이너리(binary)에 대하여 양의 크기 뿐만 아니라 음의 크기도 갖는 경우(-1, 1)에 가장 유용하다. 결과적인 제곱된 신호들은 그리고 나서 평균계산소자 또는 수단 또는 평균기(910)를 사용하여 모든 활성 또는 "비워지지 않은" 채널에 대한 평균 에너지밀도값을 형성하는데 이용된다. 즉, 활성채널의 각각에 대하여 수신된 에너지크기 또는 양은 서로 합해지고 계산에 관계된 채널수로 나누어져서 활성채널들에 대한 평균에너지값을 형성한다. 지워지지 않은 채널에 대한 이 평균값 또는 에너지밀도는 그리고 나서, 여기서는 단일 채널 "P"인, 테스트를 위해 사용되는 빈 채널들의 각각에 대한 크기값을 또한 수신하는 비(ratio)결정 소자(912)로의 입력으로서 전송된다. 그러나, 부가적인 또는 다른 빈 채널을 사용하는 것은 이하 설명되는 바와 같이 유용한 정보를 제공할 수 있다.
빈(empty) 그리고 비워지지 않은(non-empty) 에너지밀도값 또는 평균값들은 그리고 나서 원하는 WPR 측정비를 형성하는데 이용된다. 이 비는 시스템에서 테스트 받는 장치가 통신신호를 위한 직교성 또는 채널분리에 영향을 미치는 정도에 대한 표시로서 이용될 수 있다. 이것은 시스템 설계자 또는 테스트하는 자로 하여금, 특정의 구성요소, 장치, 또는 시스템이 갖는 영향, 및 그러한 장치들에 대한 임의 측정이 갖게 될 영향을 보다 정확히 결정하는 것을 가능케 한다. 이 새로운 기술은 특히 일대다자간(one-to-many) CDMA 순방향링크 셀룰러, PCS, 무선로컬루프 (WLL), LEO 위성통신시스템같은 통신응용에 대한 구성요소 테스트에 있어서 특히 유용하다.
이 새로운 기술은 CDMA 스펙트럼확산 통신시스템의 동작을 향상시키기 위해서 두 개 이상의 모드에서 이용될 수 있다. 한 접근방법에서는, 시스템을 제조하는데 이용되는 각 부분은 도 9 의 장치에서, 도는 공지된 다른 장치를 이용하여 테스트되어 그들이 CDMA 통신채널 환경에서 어떻게 동작하는지를 알 수 있다. 이 접근방법하에서, CDMA 통신시스템에서 이용된 파워제어 기술들은 그 각각의 측정에 연관된 시스템 구성요소의 어떤 예측가능한 도는 공지된 특성을 더욱 정확히 고려할 수 있음으로써 향상된 결과를 나타내었다는 것이 증명되었다.
두 번째 접근방법에서, 이 기술은 서비스중에 위치되기 바로 전에 또는 동작중에 통신시스템 그자체의 일부를 테스트하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 특정의 보수주기 또는 비사용주기동안, 신호들은 특정의 기지국, 게이트웨이, 또는 위성같은 시스템의 일부를 통해서 통신신시스템(200)유저 또는 유저터미널(224, 226)로 전송되어 측정을 수행하고 시스템, 또는 어떤 시스템 구성요소의 전류응답을 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. 전용의 수신기는 그리고 나서 신호를 복조하고 풀(full) 채널에 대한 빈 채널의 에너지밀도비를 나타내는 월시파워비(WPR)를 계산 또는 측정하는데 사용되는 각 채널에서의 파워를 추정한다. 이 수신기는 테스트에만 사용되고 통신시스템에 의해서 서비스된 영역이나 게이트웨이에 위치된 유저터미널이나, 고정된 터미널같은 하나 이상의 유저터미널내에서 위치될 수 있다. 어떤 구성에서는 공지된 수신기 및 제어 프로세서를 이용하여, 게이트웨이로부터 수신된 커맨드에 응해서 특별히 이 임무에 전용이 아닌 하나 이상의 유저터미널에서 WPR 측정이 발생할 수 있다. 결과적인 정보는 게이트웨이로 다시 통신되고/거나 다양한 파워제어 측정 및 레벨조정을 포함하여, 또 다른 신호프로세싱에서 사용하기 위해서 중앙 통신시스템 위치로 되돌아 간다.
또 다른 실시예는, 어떤 구성요소의 동작특성 상태, 또는 변화를 자동적으로 체크하기 위해서 주기적인 간격으로 기지국 또는 게이트웨이의 베이스밴드 회로를 통하여 전송을 위한 상이한 코드채널(유저터미널)을 위하여 의도된 데이터 또는 데이터의 다중채널을 제공함으로써, 테스트 통신신호(다중채널)를 제공하는 것이다. 예를 들어, 이것은 공지된 것처럼, 로딩(loading)에 응하여, 또는 동작의 파워링 업 모드(powering up mode)에서 수 회에 걸쳐서 그 비선형 특성의 어떤 변화를 겪을 수 있는, 위성에 위치된 HPAs 에 대한 동작특성의 변화를 확인하는데 유용하다. 본 기술을 이용하는, 측정은 이러한 상태의 일부로 인한 해로운 효과들을 막기 위한 시스템 사용동안 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 고정패턴 데이터를 포함하고 어떤 채널상에서 블랭크 또는 아무런 데이터도 포함하지 않는 신호들은 트래픽채널 신호상의 전형적인 데이터와 인터리브된 시스템을 통하여 전송되어 주기적인 간격, 또는 다른 바라는 시간으로 시스템을 테스트할 수 있다. 이것은 실시간으로 시스템응답에 관한 정보를 획득하고 위성, 또는 다른 장치에 있는 파워증폭기의 동작을 조정하여 향상된 시스템동작 및 용량을 제공하는 것을 가능케한다. 즉, 향상된 제어 및 출력동작을 제공하기 위하여 그러한 구성요소에 대한 어떤 임계치 및 동작범위를 조정하는 소자들을 제어하기 위해서 커맨드들이 보내질 수 있다.
이전에 언급된 대로 비어있는 또는 데이터를 갖지 않는 다중채널이 본 발명의 프로세스에 사용될 수 있다. 즉, 하나 이상의 채널이 다중채널 통신신호를 형성하는데 인가된 데이터를 갖지 않을 수 있다. 이것은 채널들 사이의 직교성에 있어서 임의의 차이 또는 그 손실(에너지 전달)을 분석하는 기능을 할 수 있다. 비선형 효과는 다른 것들보다 하나의 코드된 채널에 더욱 영향을 미칠 수 있거나, 이러한 영향을 만드는 다른 프로세스들이 발생할 수 있다. 따라서, 다중의 빈 채널을 할당하고, 일종의 채널 "양호함"에 대한 표시로서, 각 채널에 대한 WPR을 비교할 수 있는 것은 유용하다.
단일채널에 대한 단일의 WPR을 사용하는 것은, 다중채널들이 상대적인 채널의 성능이나 채널들 사이에서 상대적인 영향, 따라서 어떤 채널을 사용하는 장점을 가리키는 반면, 일반적으로 전체적인 시스템성능에 대한 영향을 가리킨다. 그러나, 한 시스템의 동작에 대한 임의의 프로세스의 전체적인 영향을 고려하는데 있어서 다중데이터 채널들을 이용할 때와 같이 그러한 다중의 빈 채널들에 걸쳐서 평균 WPR 을 형성하는 것도 유용할 수 있다. 이것은 어떤 응용에서 단일의 채널상의 에너지를 이용하는 것으로부터 식별할 수 있는 만큼은 아닌 부가적인 정보를 제공할 수 있다.
제한된 세트의 M 채널(셀룰러 시스템에 대해서는 64이고 위성시스템에 대해서는 128이 보통임)이 있고 그들 M 중에서 N 이 이용되는 경우에, N 을 형성하는 한 세트의 채널이 다른 것보다 더욱 유리하게 되는 어떤 조합이 자연스럽게 있게 되는 것이 밝혀졌다. 측정된 WPR 에 관해서, N 의 양호한 조합을 갖는 것 및 그렇지 않은 것과 유사하다. M 채널을 갖는, 각각은 한 번에 하나씩 데이터가 블랭크되거나 비워지고, WPR 은 각 채널에 대하여 매우 빠르게 측정될 수 있다. WPR값의 결과적인 세트는 메트릭(metric)을 만들기 위해 유용되어 M 의 가능성중 N 에 대하여 사용하기 위하여 상대적으로 "최상"인 채널을 보여줄 수 있다. 즉, 그것은 가장 적게 직교성을 잃은 채널 또는 조합이다. 이 프로세스는 또한 한 번에 다중의 빈 채널들을 취하여 어떤 조합이 더욱 잘 동작하는지에 대한 메트릭을 더 만들게 함으로써 이루어질 수 있다. 이 정보는 소정의 동작상태에서, 즉 소정 세트의 동작장치, 구성요소, 또는 장비에서 코드 또는 채널의 할당을 맞추는데 이용될 수 있다.
본 발명의 몇 몇 다른 실시예들은 다중의 빈 채널특성의 장점을 취할 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. 채널 또는 채널의 세트는 통신시스템에서 시스템유저들에게 새로운 코드/채널을 할당하기 전에 "최상" 채널을 찾기 위하여 주기적으로 스캔될 수 있다.
따라서, 다중의 빈 채널에 걸친 WPR 에서의 상대적인 차이는 어떤 채널이 다음에 이용될 것인 지를 결정하는 기초로서 사용될 수 있다. 즉, 테스트를 위하여 의도적으로나 또는 통신시스템을 사용하는 동안 다중채널에서 자연스럽게 발생하는 부분으로서, 이들 빈 채널의 각각은 테스트되고 그 결과적인 WPR은 다음 액세스(access) 요청에 따른 또는 채널 또는 통신링크를 셋업하기 위한 할당을 위하여 채널을 선택하기 위해 이용될 수 있다. 이런 식으로, WPR 은 시스템유저를 위한 최상의 통신링크를 이루기 위하여 채널을 할당하기 위한 매우 효과적인 도구가 될 수 있다. 동시에, 이것은 이런 할당을 구비한 채널에 걸쳐서 더욱 효율적으로 파워를 사용하는 것을 가능케 한다.
이것은 또한 통신시스템, 또는 게이트웨이 및 기지국으로 하여금, 실질적인 통신링크 또는 "콜(calls)"의 길이동안을 포함하여 동작동안 변화를 관찰하는 것을 가능케 한다. 만을 어떤 채널들이 유지되고 있는 직교성에 대하여 더욱 문제가 있거나 문제를 가질 소지가 더 많은 것으로 보인다면, 그들은 사용하는데 덜 바람직하다. 이것은 또한 활성 콜(active call)동안 명백한 효과에도 적용될 수 있다. 즉, 통신시스템, 기지국, 또는 게이트웨이 제어기는 채널이 변화하는 경우를 포함하여, 어떤 채널들이 높은 품질링크를 제공할 가능성이 더 적은지를 인식할 수 있다. 하나의 콜 또는 통신링크는 사용하는 동안 콜을 종료하지 않은채로 그 채널로부터 또 다른 것으로 시프트될 수 있다. 이것은 CDMA 통신에서 이용되는 타이밍 및 코딩 프로세스의 장점인데, 하나의 콜이 말하자면 접속을 중단하지 않고 다양한 소프트 핸드오프 기술을 이용하여 또 다른 코드된 채널로 더욱 쉽게 시프트될 수 있다. 그래서 하나의 콜 또는 링크가 더 잘 다루어지고 향상된 링크품질이 유지될 수 있다.
WPR 측정을 갖는 것으로부터 유용한 정보는 직접파워제어의 일반적인 향상에 대하여 유용한 한 편, 다른 장점들도 실현될 수 있다. 미리 선택되거나 심지어 동적으로 조정가능한 임계치와의 비교를 통한 것과 같이, WPR 을 이용하여, 파워가 증가되거나 감소되어야 하는지에 대한 것 뿐만 아니라, 부가적인 채널이 할당되어야 하는지 여부에 대한 결정이 만들어질 수 있다. 즉, 파워는 또한 단순히 특정의 빔 또는 셀의 용량이 증가되는 것을 허용하지 않음으로써 조정될 수 있다. 따라서, 채널들은 상태가 향상될 때까지 새로운 통신링크 또는 유저에 할당되지 않는다.
WPR 을 향상시키기 위한 한 해결책은 분명히 어떤 장치 또는 구성요소에 대한 포화레벨로 또는 그 이상으로 파워가 도달하는 것을 막기 위하여 파워를 줄이거나, 유저를 드롭(drop)시켜서 시스템 로딩(system loading)을 감소시키는 것인 한 편, 일반적으로 더욱 중요한 반응이 있다. 즉, 테스트는, 신호를 전송하기 위해 사용되는 하드웨어를 구성하기 위한 적절한 방식을 가리키고 통신시스템이나 그 구성요소를 제조 및 테스트하는 동안 많은 조정이 이루어질 수 있다.. 그러나, 일단 시스템이 동작을 하면, 본 발명의 테스트 또는 모니터링 접근방법은 시스템이 의도된대로 기능하지 않는 것으로 표시할 것이다. 즉, 그것은 시스템이 정격파워출력과 예상된 풀 로딩(full anticipated loading)(용량)을 이용하는데 실패한 것이다. 이것은 단순히 파워조정의 문제가 아니라, 많은 경우에 있어서 한 구성요소가 임의의 가이드라인내에서 동작하지 않고 고쳐질 필요가 있다는 것을 나타내는 것이다. 이 정보는 게이트웨이 및 기지국에 있는 장비에 대한 서비스나 진단 서비스를 수행하기 위해서 언제 인력을 보내고, 동작을 향상시키기 위해서 구성요소를 교체 또는 기계적으로 조정하는 시기를 결정하는데 이용될 수 있다. 본 발명은 그러한 결정에 도움이 된다.
바람직한 실시예에 대한 이전의 설명은 당업자가 본 발명을 실시하고 사용하도록 제공된다. 당업자에게는 이러한 실시예에 대하여 다양한 변형이 자명할 것이고, 여기에서 정의된 일반적인 원칙들은 창의적인 능력을 필요로 하지 않고 다른 실시예에 적용될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기서 제시된 실시예들에 국한되는 것이 아니라 여기에 설명된 원칙들과 특성들에 따르는 가장 넓은 범위에 부합하기 위한 것이다.

Claims (24)

  1. 비선형적 효과에 대한 스펙트럼확산 통신시스템 또는 그곳에서 사용되는 하나 이상의 장치의 응답을 결정하는 방법으로서,
    각각 한 세트의 미리 선택된 직교코드중의 하나를 이용하여 채널화되는 복수의 직교채널 신호를 생성하고, 각각의 채널은 불활성인 것으로 미리 선택된 하나 이상의 채널을 제외하고는, 전송되는 데이터를 갖는 단계,
    하나 이상의 소정의 PN 확산코드를 이용하여 확산되는, 하나 이상이 불활성인 상기 복수의 정보신호중의 둘 이상의 조합을 포함하는 스펙트럼확산 통신신호를 생성하는 단계,
    응답이 결정될 시스템을 통하여 상기 스펙트럼확산 통신신호를 전송하는 단계,
    상기 불활성채널을 포함하는 상기 스펙트럼확산 통신신호에 의해 이용되는 각 신호채널에서 존재하는 에너지량을 측정하는 단계, 및
    하나 이상의 불활성채널에서의 에너지와 활성채널을 통해서 검출된 평균에너지의 비를 생성하여, 직교성이 저하되는 정도에 대한 측정을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터는 램덤하게 생성된 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터는 미리 선택된 테스트 데이터샘플을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 활성채널은 전반적으로 동일한 입력파워 레벨 또는 이득을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 하나의 불활성채널이 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 둘 이상의 불활성채널이 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 직교함수는 월시함수인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 스펙트럼확산 통신신호를 위성통신시스템을 통하여 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 스펙트럼확산 통신신호를 동작주기동안 위성통신시스템을 통하여 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 스펙트럼확산 통신신호를 미리 선택된 주기적 기초로 상기 통신시스템의 일부를 통해서 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 스펙트럼확산 통신신호의 채널에 대한 파워비를 테스트하기 위한 데이터와 인터리브된 실질적으로 시스템유저를 위한 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 스펙트럼확산 통신시스템에서 사용하기 위한 하나 이상의 채널을 선택하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    각각 한 세트의 미리 선택된 직교코드중의 하나를 이용하여 채널화되는 복수의 직교성채널 신호를 생성하고, 각각의 채널은 불활성인 것으로 미리 선택된 하나 이상의 채널을 제외하고는, 전송되는 데이터를 갖는 단계,
    하나 이상의 소정의 PN 확산코드를 이용하여 확산되는, 하나 이상이 불활성인 상기 복수의 정보신호중의 둘 이상의 조합을 포함하는 스펙트럼확산 통신신호를 생성하는 단계,
    응답이 결정될 시스템을 통하여 상기 스펙트럼확산 통신신호를 전송하는 단계,
    상기 불활성채널을 포함하는 상기 스펙트럼확산 통신신호에 의해 이용되는 각 신호채널에서 존재하는 에너지량을 측정하는 단계,
    하나 이상의 불활성채널에서의 에너지와 활성채널을 통해서 검출된 평균에너지의 비를 생성하여, 직교성이 저하되는 정도에 대한 측정을 제공하는 단계, 및
    상기 비에 기초하여 사용하기 위한 하나 이상의 채널을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    복수의 불활성채널에서의 에너지와 활성채널을 통하여 검출된 평균에너지의 비를 생성하는 단계, 및
    상기 비에 기초하여 사용하기 위한 하나 이상의 채널을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 사용할 한 세트의 채널을 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    하나 이상의 불활성채널에서의 에너지와 활성채널을 통하여 검출된 평균에너지의 비를 생성하는 단계,
    각 불활성채널에 대한 비 생성단계를 반복하는 단계, 및
    상기 비에 기초하여 사용할 하나 이상의 채널을 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 비에 기초하여 사용하기 위한 채널세트의 하나 이상의 리스트를 컴파일링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 통신시스템에서 이용되는 채널에 대한 불량한 상태를 시스템 오퍼레이터에게 알리는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 비선형적 효과에 대한 스펙트럼확산 통신시스템 또는 그곳에서 사용되는 하나 이상의 장치의 응답을 결정하기 위한 장치로서,
    각각 한 세트의 미리 선택된 직교코드중의 하나를 이용하여 채널화되는 복수의 직교채널 신호를 생성하고, 각각의 채널은 불활성인 것으로 미리 선택된 하나 이상의 채널을 제외하고는, 전송되는 데이터를 갖기 위한 수단,
    하나 이상의 소정의 PN 확산코드를 이용하여 확산되는, 하나 이상이 불활성인 상기 복수의 정보신호중의 둘 이상의 조합을 포함하는 스펙트럼확산 통신신호를 생성하기 위한 수단,
    응답이 결정될 시스템을 통하여 상기 스펙트럼확산 통신신호를 전송하기 위한 수단,
    상기 불활성채널을 포함하는 상기 스펙트럼확산 통신신호에 의해 이용되는 각 신호채널에서 존재하는 에너지량을 측정하기 위한 수단, 및
    하나 이상의 불활성채널에서의 에너지와 활성채널을 통해서 검출된 평균에너지의 비를 생성하여, 직교성이 저하되는 정도에 대한 측정을 제공하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 장치는 위성통신시스템내에서 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 장치는 위성에 위치된 HPAs를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 장치는 게이트웨이에 위치된 HPAs를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 데이터는 미리 선택된 테스트데이터 샘플을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제 18 항에 있어서, 상기 활성채널은 전반적으로 동일한 입력파워 레벨 또는 이득을 사용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 스펙트럼확산 통신시스템에서 사용하기 위한 하나 이상의 채널을 선택하기 위한 장치로서,
    각각 한 세트의 미리 선택된 직교코드중의 하나를 이용하여 채널화되는 복수의 직교채널 신호를 생성하고, 각각의 채널은 불활성인 것으로 미리 선택된 하나 이상의 채널을 제외하고는, 전송되는 데이터를 갖기 위한 수단,
    하나 이상의 소정의 PN 확산코드를 이용하여 확산되는, 하나 이상이 불활성인 상기 복수의 정보신호중의 둘 이상의 조합을 포함하는 스펙트럼확산 통신신호를 생성하기 위한 수단,
    응답이 결정될 시스템을 통하여 상기 스펙트럼확산 통신신호를 전송하기 위한 수단,
    상기 불활성채널을 포함하는 상기 스펙트럼확산 통신신호에 의해 이용되는 각 신호채널에서 존재하는 에너지량을 측정하기 위한 수단,
    하나 이상의 불활성채널에서의 에너지와 활성채널을 통해서 검출된 평균에너지의 비를 생성하여, 직교성이 저하되는 정도에 대한 측정을 제공하기 위한 수단, 및
    상기 비에 기초하여 사용하기 위한 하나 이상의 채널을 선택하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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