KR20110003327A

KR20110003327A - 통신 디바이스들에 클록을 분배하기 위한 시스템들 및 방법들

Info

Publication number: KR20110003327A
Application number: KR1020107021266A
Authority: KR
Inventors: 쉬쿠안 우; 정 이
Original assignee: 와이-랜, 인코포레이티드
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2011-01-11
Also published as: CN101971557A; CN101971557B; US8675666B2; KR101402463B1; EP2255486A1; US20090231191A1; WO2009114930A1; JP2011523794A; US20110293023A1; US8018950B2; JP5450583B2

Abstract

GPS로부터 도출된 글로벌 클록 또는 복수의 기지국들에 의해 획득된 동일한 클록으로 네트워크 요소들을 동기화시키기 위한 방법들이 개시된다. 글로벌 클록은 다양한 네트워크들의 제어기들에 분배되고, 그로부터 네트워크 액세스 디바이스들에 분배된다. 네트워크 액세스 디바이스는 또한, 다양한 배선 및 로컬 무선 네트워크들에 글로벌 클록을 분배하고, 그로부터 이들 네트워크들에 의해 서빙되는 사용자들에 분배된다. 일실시예에서, 사용자 기기는 간단한 클록 디시플리너로 로컬 클록을 글로벌 클록으로 조정할 수 있게 되어, 수렴된 통신 네트워크들에 걸쳐 신뢰할 수 있는 동기화를 유발한다.

Description

통신 디바이스들에 클록을 분배하기 위한 시스템들 및 방법들{SYSTEMS AND METHODS FOR DISTRIBUTING A CLOCK TO COMMUNICATIONS DEVICES}

본 발명은 통신 네트워크들에 관한 것으로, 특히, 범용 소스(universal source)로부터 통신 디바이스들로 글로벌 클록(global clock)을 분배하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이나, 이에 한정되지는 않는다.

통상적인 셀룰러 무선 시스템에서, 사용자 무선 단말기들은 무선 액세스 네트워크(RAN: radio access network)를 통해 하나 이상의 코어 네트워크들에 통신한다. 사용자 단말기들은 이동/셀룰러 전화들, 이동 기능들을 가진 랩탑들/노트북들, 및 기타 휴대용, 포켓, 핸드-헬드, 또는 차량 장착된 이동 디바이스들과 같은 이동국들이 될 수 있으며, 이 이동국들은 무선 액세스 네트워크와 음성, 데이터 및/또는 비디오를 통신한다. 대안적으로, 무선 유닛들은 고정된 디바이스들이 될 수 있으며, 예를 들면, 무선 로컬 루프 등의 일부인 고정된 셀룰러 단말기들이 될 수 있다.

클록 동기화는 디지털 통신 네트워크들에 있어서 매우 중요하며, 통신 링크의 수신기 단부의 클록(또한, 로컬 오실레이터로서도 알려져 있음)은, 적당한 시간 및 적당한 주파수에서 신호를 추출한 후에 그 신호를 적당히 재구성할 수 있도록, 시간 및 주파수 모두에서 송신기 단부의 클록과 잘 동기화되어야 한다.

더욱이, 다수의 사용자 단말기들이 전송 기지국(BTS)과 동시적으로 통신할 때, 송신 및 수신 시간 슬롯들의 스케줄링은 네트워크의 모든 노드들(BTS, 사용자 단말기들)이 시간 및 주파수 둘다에서 동기화될 것을 요구한다. 통상적으로, 무선 표준들은 통신 링크의 두 단부들 사이의 시간 또는/및 주파수의 허용 가능한 부정합들을 조정하기 위해 보호 간격들(시간, 주파수)을 지정한다. 적당한 동기화가 없으면, 부정합은 시스템 성능을 저하시키고, 따라서 만족스럽지 못한 서비스 품질을 유발한다. 더욱 양호한 동기화는 규정된 송신 기간을 넘어서는 패킷들의 버스트들의 편차량을 감소시키고, 채널 주파수 편차들을 제한하여, 수신 신호의 향상된 품질을 유발하고, 따라서 더욱 양호한 디코딩 성능을 유발한다.

유선(또는 배선) 네트워크들에서, 일반적으로 네트워크 타이밍 기준(NTR: network timing reference)을 이용하여 글로벌 클록이 제공되고, 단말기들 또는 노드들은 그들 자신의 클록을 NTR에 동기화시킬 필요가 있다. 무선 셀룰러 통신에서, 글로벌 클록은 일반적으로, 대역내 시그널링(in-band signaling)을 통해 서빙 기지국(BTS)에 의해 사용자 단말기들(사용자 기기) 유닛들에 제공되며, BTS는 내부 클록에 기초하여 비콘 또는 파일롯 신호를 정규적으로 또는 계속 송신한다. 내부 클록은 국부적으로 발생되거나, 인프라스트럭처 네트워크로부터(레거시 T1 또는 E1 캐리어들로부터) 도출되거나, 외부 클록으로부터 동기화될 수 있다. 사용자 단말기들/기기는 항상 네트워크 클록을 검색한 후에 그들의 개별 클록을 그 클록과 동기화시키고 끊임없이 그것을 추적(track)할 것이다. 무선 네트워크들은 비동기식 또는 동기식이 될 수 있다. 예를 들면, GSM(Groupe Special Mobile) 시스템들은 비동기식이고, 따라서, GSM 단말기들은 상이한 BTS로부터 상이한 클록들을 검색한다. CDMA(Code Division Multiple Access) 네트워크들은 이들이 GPS(Global Positioning System) 클록을 이용하여, CDMA 단말기들이 임의의 CDMA BTS로부터 동일한 클록을 검색한다는 점에서 동기화된다. 다른 동기식 네트워크들은 GPS 시간으로 동기화되지 않으며, 이들은 오히려 마스터 클록을 이용한다.

기기 제조업자들 및 네트워크 제공업자들은 더욱 양호한 동기화를 달성하기 위한 여러 옵션(option)들을 현재 검토하고 있다. 다수의 주요 기술들, 즉, 적응형 클록 복구(ACR: Adaptive Clock Recovery), 동기식 이더넷, 네트워크 시간 프로토콜(NTP: Network Time Protocol) 및 정밀 시간 프로토콜(PTP: Precision Time Protocol)이 현재 이용되거나 고려중에 있다. ACR 알고리즘들은 멀리 떨어진 노드들에서 마스터 네트워크 클록을 재생하도록 시도한다. ACR-기반 기술들이 어떤 관심을 보이고 있더라도, 이러한 솔루션의 소유 양태는 제조업자들 및 제공업자들이 이들을 이용하는 것을 회의적이게 한다. ITU(International Telecommunications Union)는 이더넷 네트워크들을 통해 주파수들을 동기화시키기 위한 방법으로서 동기식 이더넷에 대한 표준을 규정하고 있다. 그러나 동기식 이더넷은 네트워크의 모든 요소들이 표준을 지원하기 위해 상당히 업그레이드되어야 할 필요가 있을 것이므로, 새로운 애플리케이션(application)들에만 적당할 것이다. NTP는 LAN들 및 WAN들을 통한 시간 동기화를 위해 가장 광범위하게 이용되는 프로토콜이다. 그것은 여전히 이용중인 가장 오래된 인터넷 프로토콜들 중 하나이다. NTP는 하드웨어의 방식을 거의 필요로 하지 않으면서 구현하기가 비교적 덜 비싸다. 그것은 일반적으로 공용 인터넷을 통해 10 밀리초(millisecond) 이내의 시간 동기화를 유지할 수 있고, 이상적인 조건들 하의 LAN들에서 200초 이상의 정확도들을 얻을 수 있다. 그러나, NTP의 현재 버전은 인터넷 진화, 특히, 대기시간이 중요한 애플리케이션들을 갖는 무선 인터넷을 위한 더욱 높은 정밀도 요건들을 충족시키지 않는다.

PTP(Precision Time Protocol)로도 알려져 있는 IEEE 1588 표준(네트워크화된 측정 및 제어 시스템들을 위한 정밀 클록 동기화 프로토콜)은 2002년에 도입된 이후 상당한 주목을 받아왔다. 그것은, 매우 작고 잘 규정된 지연들을 갖는 (대략 밀리초 이하의 정확도를 갖는) 동기화 신호들을 수송할 수 있는 이더넷 링크들을 규정하기 위한 기초를 마련하여, 큰 물리적 거리들에 걸쳐 이더넷 작업들을 동기화시킨다. 다양한 실리콘 판매업자들은 현재 PTP를 지원하는 하드웨어를 생산중에 있다. PTP는, 예를 들면, 가변하는 해상도 및 안정성을 가진 클록들을 필요로 하는 이종 시스템들(heterogeneous systems)을 통해 멀티캐스트 통신들을 지원하는 LAN들에서의 전기통신에 이용된다.

PTP 클록들은 마스터-슬레이브 계층에서 구성되며, 각 슬레이브는 마스터와 슬레이브 간에 교환되는 작은 세트의 메시지들에 기초하여 그 마스터에 동기화된다. 따라서, 마스터는 송신 시간을 포함하는 동기화 메시지들을 슬레이브에 송신하고, 슬레이브로부터 수신된 응답 메시지들을 이용하여 마스터와 슬레이브 클록들 간의 시간차를 측정한다. 유사하게, 슬레이브는 송신 시간의 추정을 포함하는 지연 요청 메시지들을 마스터에 송신하고, 슬레이브와 마스터 클록들 간의 시간차를 측정한다. 클록들 간의 일방 지연과 슬레이브 클록의 오프셋은 2개의 측정들에 기초하여 결정될 수 있고, 슬레이브가 오프셋에 기초하여 그 클록을 보정할 수 있게 한다. 모든 클록들은 최상의 마스터 클록 알고리즘을 실행한다.

PTP는 투명 스위치들 및 1588 경계 클록들(boundary clocks)을 이용하여 표준 이더넷 상에 정규 네트워크 트래픽과 함께 공존할 수 있다. 경계 클록은 단순히, 라우터들 또는 다른 네트워크 디바이스들에 의해 규정된 서브넷들 간의 시간-전달 표준의 역할을 한다. 경계 클록은 서브넷들의 각각에 대한 네트워크 접속을 가진다. 각 서브넷 내의 정상적인 클록들은 경계 클록과 동기화된다. 경계 클록은 클록들의 부모-자식 계층(parent-child hierarchy)을 확립함으로써 여러 서브넷들의 모든 시간들을 결정한다. 그러나, 캐스케이딩 경계 클록(cascading boundary clock)들의 사용은 비선형 시간 오프셋들이 이들 클록 신호들을 생성하는 서보 루프(servo loop)들에 축적시킬 수 있어서, 그 정확도를 수용할 수 없는 정도로 저하시킬 수 있다.

다른 현재의 동향은 비-CDMA(non-CDMA) 네트워크들을 서빙하는 BTS들을 포함한 모든 BTS들에 GPS 클록을 구비하는 것이다.

3G(3세대) 또는 4세대와 B3G(3G 이상)와 같은 새로운 무선 기술들은 개선된 스펙트럼 효율을 통해 더 큰 네트워크 용량을 달성하면서 네트워크 오퍼레이터들이 더 광범위한 더욱 진보된 서비스들을 사용자들에게 제공할 수 있도록 할 목적으로 개발 중에 있다. 또한, 3G 이동 기술의 가장 두드러진 특징들 중 하나는, 특히 도시지역의 더 많은 수들의 음성 및 데이터 고객들을 지원하고, 2G 보다 낮아진 증가 비용(incremental cost)으로 더 높은 데이터 레이트들을 지원하는 것이다. 그들이 제공할 수 있는 서비스들은 광역(wide-area) 무선 음성 전화 및 광대역(broadband) 무선 데이터를 포함한다.

다른 현재의 동향은, 오퍼레이터들이 가정, 또는 제한된 수의 사용자들을 가진 작은 커버리지(coverage) 영역 내에서 작은 무선 네트워크를 제공할 가능성을 조사하는 것이다. 그러한 작은 네트워크는 "펨토 RBS(femto RBS)"(용어 "펨토"는 커버리지 영역이 비교적 작은 것을 나타내려는 것임)로도 칭해지는 작은 무선 기지국(RBS: radio base station), 또는 무선 신호들이 외부보다 상당히 빈약한 건물의 내부 또는 가정에 있을 때 종단 사용자들에게 "펨토 셀"을 통한 커버리지를 제공하는 "홈 RBS(home RBS)"를 포함한다. 이러한 펨토-셀들을 위해 제안된 상이한 아키텍처들이 존재한다.

요약하자면, 상이한 통신 네트워크들은 상이한 동기화 사양(specification)들을 가지고, 상이한 서비스들은 상이한 동기화 정확도들을 요구한다. 동기화 처리는 일반적으로, 복수의 초(second) 심지어 분(minute)에 대해 수백 밀리초를 필요로 하고, 또한 노드들은 추적 메커니즘이 갖추어져야 할 필요가 있다. 이러한 다이버시티(diversity)는 무선 디바이스들 및 중간 기기의 구현에 어려움들을 유발하고, 동기화 기능의 실제 구현들의 복잡성 및 대역내 시그널링으로 인한 시스템 리소스들의 쓸데없는 사용을 유발한다. 최근 부각되는 기술들 및 시스템들은 이러한 문제들을 고려하고, 이용 가능한 리소스들의 양호한 이용을 제공하고, 낮아진 비용들의 더욱 양호한 서비스들을 가능하게 해야 한다.

따라서, 이동 디바이스 사용자들에게 제공된 서비스들을 향상시키고, 이용 가능한 리소스들(대역폭과 같이)의 더욱 양호한 이용을 제공하기 위해, 무선 액세스 네트워크 내에서, 그리고 일반적으로 무선 통신 네트워크들 사이에서 동기화를 개선시켜야 할 필요가 있다. 이러한 필요는 최근에 생긴 펨토-셀 기술들과 각각의 가정용 전자 디바이스들에 더욱 관련된다.

일 양태에서, 본 발명은 무선 네트워크들의 개선된 시간 및 주파수 동기화를 위한 방법들 및 시스템들을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 양태는 무선 통신 네트워크들의 노드들 사이에서 글로벌 클록을 분배하기 위한 방법들 및 시스템들을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 융합된 네트워크들을 통해 접속된 복수의 네트워크 디바이스들에 글로벌 클록을 분배하는 방법에 있어서, 범용 클록 획득단(universal clock acquiring stage)에서 범용 클록을 획득하고, 상기 범용 클록으로부터 상기 글로벌 클록을 도출하는 단계; 상기 글로벌 클록을 하나 이상의 점 대 점 접속들을 통해 제어단으로 송신하는 단계; 상기 글로벌 클록을 하나 이상의 점 대 점 접속들을 통해 네트워크 액세스단으로 분배하는 단계; 및 상기 글로벌 클록을 상기 네트워크 액세스단으로부터 상기 융합된 네트워크를 통해 접속된 모든 네트워크화된 디바이스들에 분배하는 단계를 포함하는 글로벌 클록 분배 방법을 제공한다.

범용 클록은 통상적으로 글로벌 위치추적 시스템(GPS) 클록이지만, 유럽형 갈릴레오 시스템 또는 러시안 GLONASS 시스템, 또는 가능하게는 지상-기반 브로드캐스트 서비스들과 같은 다른 유사한 위성-기반 서비스들이 이용될 수 있음을 알 것이다. 점 대 점 접속들은 통상적으로 유선 접속들이지만, 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해, 마이크로파 링크들 또는 가상 점 대 점 접속들과 같은 다른 점 대 점 접속들이 이용될 수 있음을 알 것이다.

본 발명은 또한, 점 대 점 인터페이스를 통해 통신 네트워크에 접속된 마이크로 기지국(MBS)으로서, 공중 인터페이스를 통해 무선 가능 사용자 단말기를 서빙하는 상기 MBS에 대한 타이밍 유닛에 있어서, 상기 MBS에서의 MBS 회로를 상기 점 대 점 인터페이스를 통해 수신된 글로벌 클록과 동기화시키고 상기 글로벌 클록을 상기 공중 인터페이스를 통해 상기 사용자 단말기에 송신하기 위한 동기화 유닛; 상기 사용자 단말기로부터 수신된 헬로우 메시지(hello message)에 응답하여 리-헬로우 메시지(re-hello message)를 생성하기 위한 MBS 메시지 생성기; 및 상기 리-헬로우 메시지를 상기 사용자 단말기에 송신하고 상기 리-헬로우 메시지 생성기를 트리거하기 위해 상기 사용자 단말기로부터 상기 헬로우 메시지를 수신하는 송수신기를 포함하는 타이밍 유닛에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 펨토 셀에서 접속된 무선-가능 단말기로서, 로컬 오실레이터의 편차 Δ를 마이크로 기지국(MBS)으로부터 수신된 MBS 클록으로 보정하도록 적응된 무선-가능 단말기용 클록 디시플리너(clock discipliner)에 있어서, 상기 MBS로부터 수신된 타이밍 데이터에서 상기 MBS 클록을 검출하기 위한 검출기; 단말기 클록을 상기 편차 Δ에 영향을 받는 상기 MBS 클록과 동기화시키기 위한 타이밍 조정 유닛; 헬로우 메시지들을 생성하기 위한 헬로우 메시지 생성기; 및 상기 동기화된 단말기 클록에 기초한 시간들에서 상기 헬로우 메시지들을 상기 MBS에 송신하고, 상기 MBS 클록에 기초한 시간들에서 상기 MBS로부터 송신된 리-헬로우 메시지들을 수신하는 송수신기를 포함하고, 상기 타이밍 조정 유닛은 상기 리-헬로우 메시지들로부터 상기 편차 Δ를 결정하는 클록 디시플리너를 제공한다.

본 발명의 또 다른 양태는, 무선 가능 단말기를 서빙하는 마이크로 기지국(MBS)의 커버리지 영역 내에 위치된 상기 무선-가능 단말기의 로컬 클록을 상기 MBS로부터 주기적인 비트 시퀀스로 수신되는 글로벌 클록으로 조정하는 방법에 있어서, 상기 로컬 클록을 상기 글로벌 클록에 동기화시키는 단계; 헬로우 메시지를 송신하는 단계; 헬로우 메시지에 응답하여, 상기 MBS로부터 송신된 리-헬로우 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 리-헬로우 메시지들 및 단말기 타이밍 데이터를 이용하여 상기 글로벌 클록과 상기 로컬 클록 간의 시간 편차 Δ를 결정하는 단계를 포함하는 클록 조정 방법을 제공한다.

무선 가능 단말기를 서빙하는 마이크로 기지국(MBS)의 커버리지 영역 내에 위치된 상기 무선-가능 단말기의 로컬 클록을 상기 MBS로부터 주기적인 비트 시퀀스로 수신되는 글로벌 클록으로 조정하는 방법은 또한 본 발명의 다른 실시예에 따라 제공된다. 본 발명은 상기 로컬 클록을 상기 글로벌 클록에 동기화시키는 단계; 헬로우 메시지를 송신하는 단계; 헬로우 메시지에 응답하여, 상기 MBS로부터 송신된 리-헬로우 메시지를 수신하는 단계; 상기 리-헬로우 메시지들 및 단말기 타이밍 데이터를 이용하여 상기 글로벌 클록과 상기 로컬 클록 간의 시간 편차 Δ를 결정하는 단계를 포함한다.

유리하게, 본 발명은 사용자들이 텔레비전을 시청하는 동안 더욱 적은 손상된 프레임들로 더욱 양호한 품질의 VoIP 서비스들을 가능하게 할 것이다. 개선된 동기화를 통한 서비스 품질(QoS)을 향상시킴으로써, 네트워크 요소들의 동작의 효율성을 향상시키고, 서비스들의 저하를 최소화하며, 전체 네트워크 성능들을 개선시킨다.

또한, 신뢰 가능한 동기화 제품들 및 복구 가능한 동기화 네트워크 설계들 및 아키텍처들의 이용은 유선 및 무선 네트워크들의 심리스 융합(seamless convergence)을 가능하게 하고, 네트워크 내의 동기화 실패의 경우 서비스 중단을 감소시키고, 따라서, 수천명의 사용자들에 대한 서비스 중단을 회피한다.

그 외에도, 네트워크 동기화를 위한 GPS의 이용은 기존의 네트워크 인프라스트럭처들로부터 차세대 네트워크들에 제공되는 새로운 기술들로의 고속 전이를 가능하게 한다. 이송 기간 동안 현재, 종래 및 차세대 네트워크들의 인터페이스를 조정하기 위해서는 동기화 솔루션들이 필수적이다.

또한, 네트워크 동기화를 위한 공용 기술을 이용함으로써, 기기 판매상들 및 디바이스 제조업자들에 의한 관점에서 현재 직면한 구현 복잡도 및 재료 낭비가 상당히 감소되어, 네트워크 배치 및 유지 비용들을 낮춘다. 실제로, 라우터들, 스위치들, 허브들, 기지국들 등과 같은 많은 네트워크 구성요소들은 다양한 동작들(예를 들면, 위치 결정)에 이용되는 GPS 클록이 이미 갖추어져 있다.

본 발명에 따르면, 무선 네트워크들의 개선된 시간 및 주파수 동기화를 위한 방법들 및 시스템들을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 무선 통신 네트워크들의 노드들 사이에서 글로벌 클록을 분배하기 위한 방법들 및 시스템들을 제공할 수 있다.

다음으로, 본 발명은 다음의 도면들을 참조하여 기술되며, 동일한 참조 번호들은 여러 도면들 전반에 걸쳐 대응하는 부분들을 표시한다.
도 1은 IEEE 1588에 의해 제안된 GPS 클록 분배를 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 다중-기술 네트워크들에 걸친 GPS 클록 분배의 예를 도시한 도면으로서, 도 2b는 네트워크 측을 도시하고, 도 2a는 액세스 측을 도시한 도면.
도 3a 내지 도 3c는 펨토-액세스 네트워크 내에서 GPS 신호를 송신하는 다양한 방법들을 도시한 도면.
도 4a는 도 2b의 예에 도시된 펨토-셀에서 사용자 단말기들의 동기화를 위해 이용된 타이밍 유닛의 블록도.
도 4b는 도 2b의 예에 도시된 펨토-셀에서 UE들의 동기화를 위해 이용된 클록 디시플리너(clock discipliner)의 블록도.
도 5는 사용자 디바이스가 그 클록을 GPS 클록과 동기화시키는 방법을 도시한 도면.

도 1은 IEEE 1588을 이용하는 클록 분배 시스템의 블록도를 도시한다. 이 아키텍처의 마스터 클록은 노드(1)에서 제공되는 GPS 클록(10)이다. 노드(1)는 GPS 마스터 클록(10)을 슬레이브 IEEE 1588 PTP 클록들(5, 5' 및 5")에 분배하며, 각 PTP 클록은 이 예에서 노드(4, 4' 및 4")에서 제공된다. 노드들(4, 4' 및 4")은 각각의 안테나들(7, 7' 및 7")에 의해 도시된 바와 같이, 고정된 무선 노드들의 모바일(mobile)이 될 수 있다. 라우터 또는 스위치(3)는 노드(1)와 모바일 노드들(4, 4' 및 4") 간의 통신을 확립하기 위해 이 실시예에서 이용된다. 마찬가지로, 도 1은 노드(1)가 GPS 클록을 도시되지 않은 다른 노드들에 분배할 수 있음을 2에서 도시한다.

그러나, 도 1의 아키텍처는 다수의 단점들을 가지고 있다. 예를 들면, GPS 클록(10)이 이용 불가능하게 되면, 전체 네트워크는 동기화를 늦춘다. 이러한 결함은 백업 클록들을 제공함으로써 처리될 수 있다. 그러나, 이러한 해결책은 네트워크 비용들을 증가시킨다는 점에서 이상적이지 않다. 도 1에 도시된 동기화 방식의 다른 단점은 펨토(또는 피코) 셀들에 적용될 때 그다지 신뢰 가능하지 않다는 점이다. 즉, 사용자 단말기들 상의 슬레이브 클록들은 지하실들 또는 터널들과 같은 어떤 건물들 또는 밀폐된 공간들에서 펨토 BTS로부터 신호를 수신할 수 없다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 다중-기술 네트워크들(집합적으로 "융합된 네트워크(converged network)" 또는 통신 네트워크라고 칭해짐)에 걸친 GPS 클록 분배의 예를 도시한다. 도 2a는 이 실시예의 네트워크 측을 도시하고, 도 2b는 액세스 측을 도시한다. 이 블록도에서, 네트워크 요소들은 그들의 클록-분배 관련 기능에 기초하여 그룹화되었으며, 어떤 경우들에는, 요소들은 도 2a 및 도 2b에서와 같이 물리적으로 그룹화되었지만, 다른 아키텍처들에서 그들은 그룹화되지 않는다는 것을 유념해야 한다. 도 2a에서, 일반적으로 GPS 클록 가능 BTS(GPS clock capable BTS)들이라고 칭해지는 송수신기 기지국들(BTS들)(14-18)은 "GPS 클록 획득단(GPS clock acquiring stage)"(11)으로 표시된다. 도 2의 삽입부는 단(11)의 BTS들에 의해 생성된 클록 신호의 예를 도시한다. 이것은 200 ms 지속구간과 30 ns의 상승 시간을 가진 초당 1 펄스(1PPS : one-pulse-per-second) 클록 신호가 될 수 있다. 단(11)의 BTS들은 이동국 및 고정된 스테이션과의 통신을 위한 임의의 공중 인터페이스 또는 기술을 이용할 수 있다. 또한, 단(11)의 BTS들의 일부는 상이한 네트워크들을 서빙할 수 있는 반면, 그 밖의 것들은 동일한 네트워크를 서빙할 수 있다. 이 단의 BTS들의 수는 도 2a와 같이 5개로 제한되지 않음을 또한 유념해야 한다.

BTS들(14-18)은 GPS 클록(10)을 획득하여, 12로 표시된 다음 단으로 송신한다. 단(12)은 각각의 네트워크들을 서빙하는 다양한 제어기들을 포함한다. 예를 들면, BSC(19)는 GSM(Global System for Mobile) 또는 DSC(Digital Cellular System) 네트워크에 대한 기지국 제어기이다. RNC(21)는 무선 네트워크 제어기이며, 이것은 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) 무선 액세스 네트워크들에서 관리 요소이고, 이 관리 요소는 Node-B들(제어기에 접속된 UMTS 기지국들을 위해 이용된 이름)의 제어를 책임진다. RNC는 미디어 게이트웨이를 통해 20으로 도시된 것과 같은 회선 교환 코어 네트워크(circuit switched core network)에 접속되고, 패킷 교환 코어 네트워크(24)에서 SGSN(Serving GPRS Support Node; 서빙 GPRS 지원 노드)에 접속된다. ASN 게이트웨이(23)는 이동 WiMax 무선 액세스 네트워크들에서 이용된 액세스 서비스 네트워크 게이트웨이(WG)이다. ASN 게이트웨이(23)는 가입자 제어 및 베어러 데이터 트래픽(bearer data traffic)의 처리를 통해 셀 사이트들 및 서비스 제공업자간 네트워크 경계들에 걸친 접속 관리 및 이동성을 지원하도록 설계된다. 명세서는 이 단을 "제어단"(12)으로 칭한다.

단들(11 및 12) 간의 인터페이스들은 관리 및 다른 네트워크 동작들(메시징)을 위해 각각의 제어기들에 BTS들을 접속하기 위해 경로상 제공되는 배선 접속들이다. 그러나, 광 링크들과 같은 다른 점 대 점 접속(point-to-point connection)의 다른 형태들이 이용될 수 있다. 도 2a는 오직 예시를 위하여, T1, E1, TDM, ATM, DSL, 이더넷 또는 IP와 같은 접속들을 도시한다. 이 구성에서, 단(11)의 BTS들 중 어느 하나가 고장이면, 다른 BTS들이 동일한 GPS 클록을 네트워크들(20, 24 및 22)에 여전히 송신 및 분배할 것이다. 이 제어단에서 제어 디바이스들은 다른 분배를 위해 최상의 GSM 클록을 선택한다. 이들은 또한, 이 최상의 클록에 대해 동기화된다. 예를 들면, RNC(21)가 단(11)의 다중 BTS들로부터 다중 GPS 클록들을 수신한다고 하자. 수신된 클록들 중 최상의 클록은 예를 들면 시간 기간에 걸쳐 측정된 클록들의 평균에 가장 가까운 클록으로서 평가될 수 있다. 예를 들면, RNC(21)가 5개의 클록 값들(t1-t5)을 획득하였다면, (t1 + t2 + t3 + t4 + t5) / 5에 가장 가까운 클록을 선택하게 된다.

13으로 표시된 다음 단(stage)은 라우터들, 게이트웨이들, 액세스 포인트들(AP) 등과 같은 액세스 디바이스들을 이 예시적인 블록도에서 포함한다. 그것은 MSC(Multi Service Center)(25)를 도시하며, 음성, 데이터 및 비디오 서비스들을 처리하여 네트워크(20)에 도시된 바와 같이, QoS 가능 패킷 송신 네트워크들을 통해 패킷 송신을 가능하게 하며, 패킷 기반 서비스들은 주로 이더넷 또는 IP 기반이다. 이러한 무선 게이트웨이(WG)는 단일 광대역 액세스 라인으로부터 상이한 서비스 제공업자들로의 다중 접속들을 제공한다. 패킷 제어 유닛(PCU)(26)은 네트워크(24)로의 GSM 트래픽에 대한 액세스를 가능하게 한다. 이것은 패킷 데이터에 대한 것을 제외하고 BSC의 처리 작업들의 일부를 수행한다. 음성과 데이터 간의 채널들의 할당은 기지국에 의해 제어되지만, 채널이 PCU에 일단 할당되면, PCU는 그 채널에 걸쳐 전체 제어를 맡는다.

SGSN(serving GPRS support node)(28)과 같은 SGSN은 지리적 서비스 영역 내에서 이동국들로부터의 데이터 패킷들 및 이동국들로의 데이터 패킷들의 전달을 책임진다. GPRS(General Packet Radio Services)는 GSM 및 WCDMA 네트워크들에서 이동 관리, 세션 관리, 및 인터넷 프로토콜 패킷 서비스들에 대한 송신을 제공하는 무선 기술이다. GSM과 같이, 일반적으로, GPRS는 개방 표준들 구동 시스템(open standards driven system)이고, 표준화 몸체(standardization body)는 3GPP이다. SGSN 노드의 작업들은 패킷 라우팅 및 전달, 이동성 관리(부착/탈착 및 위치 관리), 논리적 링크 관리 및 인증 및 과금 기능들을 포함한다. U-SGSN(UMTS Serving GPRS Support Node)(27)은 UMTS 트래픽에 대한 유사한 기능들을 수행하기 위해 단(13)에서도 이용될 수 있다. 명세서는 단(13)을 "네트워크 액세스단"(13)으로 칭한다.

단들(12 및 13)을 접속하는 인터페이스들은 전용 링크들 상에 제공되고, 단들(11 및 12) 간의 인터페이스들, 예를 들면, T1/E1, 이더넷, 프레임 중계기, ATM, IP와 같이 임의 형태의 프로토콜들을 이용할 수 있다. 어떤 경우들에는, 이들 단들의 디바이스들은 집합되거나 통합된다. 예를 들면 PCU(26)는 기지국 내부에 구축될 수 있거나, BSC 내부에 구축될 수 있거나, 또는 심지어, SGSN(Serving GPRS Support Node)(28)과 동일한 사이트에서 제공될 수 있다. 네트워크 액세스단(13)의 디바이스들은 추가적인 분배를 위해 최상의 GSM 클록을 선택한다. 이들은 또한 이 최상의 클록에 대해 동기화된다. 최상의 클록은 단(12)과 함께 상기 설명된 바와 같이 선택될 수 있으며, 다른 방법들은 동일하게 이용될 수 있다.

도 2a는 회선 코어 네트워크(20)를 통해, 그리고 패킷 네트워크(24)를 통해, 더 나아가, PSTN/IP 네트워크(22)를 통해 GSM 클록의 추가적인 분배를 도시한다. 결과적으로, 네트워크(22)의 모든 노드들은 여기서 "글로벌 클록"(50)이라고 칭해지는 동일한 클록에 동기화된다. 글로벌 클록은 실제로 GPS 클록으로부터 지연될 수 있지만, 모든 노드들이 동일한 타이밍 및 주파수 기준들을 이용한다면, 이것은 무관하다.

상기 나타낸 바와 같이, 본 발명은 무선 펨토 셀을 통해 접속된 사용자 기기(UE : user equipment) 유닛들의 클록 동기화에 관련되는 것이 바람직하다. 이 명세서에서, 우리는 네트워크(30)를 고객 댁내에 제공되는 "홈 네트워크", 또는 "펨토 네트워크" 또는 "펨토 셀"이라고 칭한다. 네트워크(30)는 홈 네트워크로 도시되었지만, 사무실, 건물 등과 같은 임의의 다른 형태의 작은 영역 무선 네트워크가 될 수 있음을 유념해야 한다. 용어 "작은(small)"은 MBS(35)로부터 최소 20 미터(meter)까지 연장하는 영역을 칭한다.

도 2b는 네트워크(22)로부터 사용자 댁내에 설치된 무선 액세스 유닛 또는 게이트웨이(35)로, 그리고 거기로부터 게이트웨이(35)의 커버리지 영역, 펨토 셀(30)에 위치된 사용자 디바이스들(32)까지의 클록 분배를 예시한다. 사용자 디바이스들(32)은 또한, 여기서 "사용자 단말기들" 또는 "무선 가능 디바이스들/단말기들" 또는 "사용자 기기"라고도 칭해진다. 이러한 단말기들은 예를 들면, 펨토 셀(30)의 커버리지 영역내에 존재하는 노트북들(랩탑들), TV 세트들, 블랙베리(Blackberry) 디바이스들, 블루투스(Bluetooth) 디바이스들, 셀룰러 및 아이폰들, 가정용 디바이스들(냉장고들, 경보기들, 식기세척기들) 등과 같은 무선-가능 디바이스들을 포함한다. 이 명세서에서, 용어 "네트워크화된 디바이스들"은 노드들, 게이트웨이들, 사용자 단말기들, 액세스 포인트들 및 일반적으로, 다른 네트워크화된 디바이스들과의 통신을 확립하기 위한 네트워크 또는 복수의 네트워크들(융합된 네트워크)을 통해 접속되는 무선 디바이스들을 의미한다.

무선 액세스 유닛은 작은 기지국(BS), Node-B, 제어기가 될 수 있으며, 커버리지 영역내의 UE들(32)과의 공중 인터페이스를 통해 통신하며, 이 유닛은 이 명세서에서 마이크로 기지국(MBS), 펨토 게이트웨이, 또는 홈 게이트웨이로서 칭해진다. MBS(35)의 일반적인 아키텍처는 도 4a에 도시된다. MBS(35)는 본 발명의 범용 회로들(49) 및 RF 회로들(48)에 관련된 타이밍 유닛(45)을 포함한다. MBS 회로(49)는 각각의 네트워크 프로토콜/프로토콜들에 따라 네트워크(도시되지 않음)와 MBS(35) 간, 그리고 각각의 공중 인터페이스(34)를 통한 MBS(35)와 단말기(32) 간의 통신 확립을 가능하게 한다.

도 2b에서, GPS 클록으로부터 도출된 글로벌 클록 신호(50)는 무선 또는 배선 접속들 모두를 통해 마이크로 기지국(35)에 도달할 수 있다. 글로벌 클록은 34로 도시된 무선 접속을 통해 MBS(35)의 안테나(33)에 도달할 수 있다. 글로벌 클록은 또한, 배선 접속을 통해 MBS(35)에 도달할 수 있다. 이 시나리오에서, PSTN(22)으로부터 수신된 글로벌 클록은 다양한 중앙국(CO : central office)들(31, 31')에 분산되고, 그로부터 펨토 네트워크들(30)에 더 분산된다. CO들(31, 31')은 일반적으로 서버 및 전자 캐비닛에 의해 표현된다. 예를 들면, 글로벌 클록(50)은 CO(31)로부터 광섬유(29)를 통해 DSLAM(Digital Subscriber Line Access Multiplexer)(36)으로 송신되고, 그로부터 트위스트-페어 구리선들(29-1)을 통해 MBS(35)에 분배된다. 대안적으로, 예를 들면, 글로벌 클록(50)은 CO(31')로부터 광섬유(29)를 통해 이웃 노드(37 또는 37')로 송신되고, 그로부터 동축 케이블들(29-2 또는 29-2)을 통해 MBS(35)에 분배된다. 이미 가동중인 다른 접속 구성들은 배선을 따라 글로벌 클록의 분배를 위해 이용될 수 있다.

MBS(35)는 그 후 각각의 공중 인터페이스를 통해 펨토 셀(30)의 UE들(32)에 클록을 분배한다. 본 발명은 현재 무선 LAN/MAN 기술들에 고유한 주기적인 제어 신호들의 이점을 취하고, 그에 의해 어떤 형태의 주기적인 신호들은 정규 시간 간격들에서 UE들에 송신된다. 펨토/피코 셀들에서의 무선 송신에 적당한 이러한 기술들은 WLAN 기술들(802.11a, b, g 또는 n), 3GPP, WiMax 등이다.

따라서, LAN 기술(802.11a, b, g 또는 n)과 일치하는 게이트웨이들(35)은 제어 정보 및 네트워크 식별을 알리기(announce) 위하여 비콘 프레임들을 송신한다. 커버리지 영역(30)에서, UE 스테이션들(32)은 상이한 데이터 레이트들로 동작할 가능성이 있으며, 비콘 프레임들이 모든 스테이션들에 의해 수신되어야 하기 때문에, 이들은 커버리지 영역에서 동작하는 최저 데이터 레이트로 송신된다. 일반적으로, 비콘 프레임들은, 프레임 타입, 비콘 프레임 간격/레이트, 시퀀스 번호, 타임스탬프, 성능 정보, SSID, 지원되는 레이트들, 하나 이상의 PHY 파라미터 세트들(sets) 등과 같은 정보를 포함한다. 송신 범위(35) 내에 위치된 UE 스테이션들은 비콘 프레임들을 검출하고, 필요할 때 이 정보를 이용하며, 본 발명에 관련되는 것은 글로벌 클록에 기초하여, 게이트웨이에 대한 UE의 정확한 타이밍 및 채널 주파수들 동기화에 필요한 타이밍 정보의 수신 및 이용이다.

도 3a는, 포인트 조정 함수 데이터(Point Coordination Function data)(41) 및 분배 조정 함수 데이터(Distributed Coordination Function data)(52)와 같이, 타임 스탬프(43), 시간 간격(44), 지원되는 레이트들에 관한 정보를 운반하는 IEEE 802.11 관리 비콘 프레임을 도시한다. 포인트 조정 함수는 라운드 로빈형 스케줄링을 의미하고, 분배 조정 함수는 모든 수신기가 리소스들과 경합하는 스케줄링 타입을 의미한다. 본 발명에 관련하여, 수퍼-프레임(super-frame)(40)은 비콘(43)과 함께 시작하며, 타겟 비콘 송신 시간(TBTT: Target Beacon Transmission Time)(44)은 또한 비콘 프레임(40)에 제공되어, 다음 비콘의 송신을 위한 타겟 시간을 수신기들에게 나타낸다.

PDA, 블루투스 및 미래의 IEEE 표준들(예를 들면 802.15)에 따라 동작하는 디바이스들과 같은 개인용 디바이스들 사이의 다른 단거리 및 저전력 무선(10 미터 미만) 통신들도 또한 게이트웨이(35)에 의해 지원될 수 있다.

도 3b는 예를 들면 더 높은 속도들 및 더 양호한 보안을 위해 이용되는 W-CDMA 공중 인터페이스에 의해 이용되는 1차 동기화 채널(PSC : Primary Synchronization Channel)을 도시한다. W-CDMA는 직접 시퀀스 코드 분할 다중 액세스 시그널링 방법(또는 CDMA)을 이용하여 2G GSM 네트워크들에 의해 이용된 시분할 멀티플렉싱(TDMA)의 구현에 비해 더 높은 속도들을 달성하고 더 많은 사용자들을 지원하는 광대역 확산-스펙트럼 모바일 공중 인터페이스이다. W-CDMA는 예를 들면, UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), 3G 셀 폰 전화에 의해 이용된다. 이 기술에 따르면, 가입자 유닛은 1차 동기화 코드(PSC), 1차 동기화 채널의 구성요소를 먼저 탐색한다. PSC는 각 2,560-칩 슬롯 중 첫 번째 256개의 칩들 도중에 송신되는 고정된 256-칩 시퀀스이다. PSC는 시스템의 모든 셀마다 동일하다. 가입자 유닛이 기지국의 존재를 미리 결정하면, 그 기지국으로부터 슬롯 타이밍을 획득한다. 그 후에, 가입자 유닛은 2차 동기화 채널들을 구성하는 2차 동기화 코드(SSC : secondary synchronization code)들을 탐색한다. 16개의 256-칩 SSC들이 있다. 각 기지국은 모든 슬롯의 첫 번째 256개의 칩들에 있는 PSC와 함께 하나의 SSC를 송신한다(16개의 SSC들의 각각 및 PSC는 직교한다). 15개의 SSC들의 64개의 고유한 시퀀스들이 있으며, 각 시퀀스는 64개의 스크램블링 코드 그룹들 중 하나와 연관된다. 각 기지국은, 그 기지국의 스크램블링 코드를 포함하는 코드 그룹에 대응하는 하나의 SS 시퀀스(프레임 당 15개의 SSC들)를 송신한다. 64개의 SSC 시퀀스들의 세트가 끊임없이(comma free) 선택되며, 즉, 시퀀스는 다른 시퀀스들 중 어느 하나의 주기적인 시프트(shift) 또는 그 자체의 임의의 사소하지 않은 주기적인 시프트와 동일하지 않다. 이 속성으로 인해, 가입자 유닛이 임의의 15개의 연속적인 슬롯들로 송신된 SSC들의 시퀀스를 결정하면, 프레임 타이밍과 64개의 SSC 시퀀스들 중 어느 것이 송신되었는지를 모두 결정할 수 있고, 따라서, 기지국이 속하는 스크램블링 코드 그룹을 식별한다. 각 스크램블링 코드 그룹에 8개의 코드들이 있기 때문에, 후보들의 수는 8로 감소되었다.

서비스 제공업자는 또한, 대도시 영역들에서의 더욱 장거리의 무선 통신들을 위해 IEEE 802.16 (WiMax) 네트워크들을 배치하고 있다. WiMax는 실내에서 잘 동작하는 것으로 알려져 있어서, 홈 네트워크들에 적당하다. 도 3c는 각각의 다운링크 서브-프레임(66)을 갖는 WiMax 프레임(70)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 프리앰블(preamble)(65)은 각 다운링크 서브-프레임의 시작시에 송신되며, 그것은 셀/섹터 식별, 주파수 재사용 인자, 동기화 및 채널 성능 평가를 위해 UE에 의해 이용중이다. 프리앰블은 셀 ID를 이용하여, BTS가 송신하는 각 섹터를 식별하는 128개의 개별 패턴들 중 하나를 가지며, 이웃 셀들 또는 섹터들은 사용자 단말기들이 셀 또는 섹터를 다른 것들과 구별할 수 있도록 상이한 패턴들을 가진다. 초기 동기화 동작은 프리앰블을 검출하기 위해 프리앰블의 시간 도메인 복제의 자동상관을 관찰함으로써 프레임의 시작을 결정한다. 프리앰블들은 일반적으로 부스트된 전력(즉, 평균 데이터 신호 세기보다 2.5dB 더 높음)으로 송신된다.

요약하면, 현재 기술들은 비콘, PSC(primary synchronization channel) 상으로 수신된 동기화 코드, 또는 접속을 설정(set-up)하는데 요구되는 동기화 및 다른 기본 동작들을 가능하게 하기 위해 사용자 기기에 주기적으로 송신되는 프리앰블과 같은 미리 설정된 제어 신호를 이용한다. 이 신호는 본 명세서에서 "주기적인 비트 시퀀스"라고 칭해지며, 용어 "주기적인(periodic)"은 비트 시퀀스가 다운링크로(각 다운링크 프레임으로) 주기적으로 송신되는 것을 나타내기 위해 이용된다. 이 신호는 비트 시퀀스에서 글로벌 클록을 운반하며, 이것은 수신기에 알려져 있으며, 그에 의해 수신기는 시퀀스를 검출하고 클록을 추출할 수 있다. 이들 비트 시퀀스들의 각각은 예를 들면 100 밀리초마다 신호 펄스를 생성하여, 사용자 단말기(32)의 각각의 로컬 클록은 이 초당 10 펄스(PPS : pulse per second) 클록과 동기화될 수 있다.

본 발명은 현재/최근에 생긴 무선 기술들의 일부에 대해 상술된 주기적인 비트 시퀀스의 이용으로 제한되지 않음을 유념해야 하며, 다른 기존 및/또는 최근에 생긴 프로토콜들은 유사한 특성들을 가진 비트 시퀀스들을 제공할 수 있으며, 이들은 사용자 무선-가능 단말기들의 시간 및 주파수 동기화를 위해서도 잘 이용될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 마이크로 기지국(35) 및 무선-가능 사용자 단말기(32)의 실시예들의 블록도들을 도시하며, 도 2b의 예에 도시된 펨토-셀(30)의 단말기들의 GPS 클록으로의 동기화에 관련된 유닛들을 도시한다. 도 4a 및 도 4b는 도 5와 함께 다음에 기술되며, 도 5는 사용자 디바이스가 그의 클록을 보정하여, 그것을 GPS 클록과 정렬시키는 방법을 예시하는 시간 도면들을 제공한다.

도 4a는 MBS(35)의 블록도의 실시예를 도시하며, MBS(35)는 MBS를 통신 네트워크(예를 들면, 도 2b의 PSTN/IP 네트워크(22))와 인터페이싱하는 MBS 회로(49), 공중 인터페이스(34)를 이용하여 안테나(33)를 통해 펨토 셀(30)에 위치된 사용자 단말기들(32)과 MBS를 인터페이싱하는 RF 회로(48), 및 MBS(35)에 의해 이용된 클록에 사용자 단말기들을 동기화시킬 수 있게 하는 타이밍 유닛(45)을 포함한다. 도 2b와 함께 나타낸 바와 같이, 이 예에서, 유닛(49)은 예를 들면, DSLAM(36)과 접속되거나, 트위스트 페어(twisted pair) 또는 케이블 접속들(일반적으로 29로 표시됨)을 통한 이웃 노드(37)와 접속된다. 이 접속은 각각의 사용자 트래픽(예를 들면, 음성, 비디오, 데이터), 상술된 바와 같이, PGS 클록과 동기화되는 글로벌 클록을 제공한다. 본 발명은 메시징을 통해 MBS(35)에 의해 수신되는 다른 동기화 신호들과 함께 동일하게 이용될 수 있음을 유념해야 하며, 이것은 네트워크 타이밍 기준(NTR) 등이 될 수 있다. MBS 회로(49)는 이더넷, IP 및/또는 각각의 댁내에서 이미 이용 가능할 수 있는 다른 기술들과 같은 다양한 기술들의 신호들을 처리할 수 있다. 이 유닛은 일반적으로, 송수신기, 변조기들/복조기들, 기저대역 처리기들, 증폭기들, 필터들 등을 포함한다. 공중 인터페이스(34)는 도 3a, 도 3b 및 도 3c와 함께 도시되고 기술된 프레임들의 시작에서 미리 결정된 비트 시퀀스를 이용하는 형태이다.

타이밍 유닛(45)은 본 발명에 따른 기능을 가능하게 한다. 동기화 유닛(38)은 배선(29) 상으로 수신된 신호로부터 글로벌 클록을 추출하고, MBS의 로컬 클록을 동기화시키고, 이에 따라 MBS를 이 클록에 동기화시키기 위해 이용된다. 이와 같이, 글로벌 클록은 공중 인터페이스(34)를 통해 사용자 단말기들에 고유하게 송신된 주기적인 비트 시퀀스를 생성하기 위해 이용된다. 유닛(45)은 또한, 사용자 단말기(32)로부터 수신된 "헬로우 메시지"에 응답하여 "리-헬로우 메시지"를 생성하는 메시지 생성기(46), 및 헬로우 메시지 및 리-헬로우 메시지를 단말기(32)와 교환하기 위해 이용되는 송수신기(47)를 포함한다. 송수신기(47)는 MBS 송수신기와 일체화 될 수 있음을 유념해야 하며, 도 4a의 실시예는 MBS와 단말기들 간의 시간 정렬을 보정하기 위해 개별 송수신기가 이용되는 경우의 예이다. 시간 측정 유닛(39)은 또한 타이밍 유닛(45)의 일부이며, 유닛(39)은 본 명세서에서 D2로 표시된 헬로우 메시지의 도착 시간을 측정하고, 또한 리-헬로우 메시지가 MBS에 의해 송신될 때 시간 D3을 측정한다. 이 시간 측정값들은 MBS 타이밍 정보라고 칭해지며, 리-헬로우 메시지에 삽입되어 사용자 단말기에 송신된다.

MBS 타이밍 정보는 글로벌 클록과 동기화되는 MBS 클록을 이용하여 측정된다. MBS 클록은 도 5a에서 T₀, T₁, ... T_n으로 표시된다. 그래프 (a)에 도시된 예에서, 주기적인 비트 시퀀스(PBS)는 시간 T₀에서 송신되고, 헬로우 메시지는 시간 D2에서 수신되고, 리-헬로우 메시지는 시간 D3에서 송신된다. 그래프 (a)는 또한, MBS 타이밍 정보가 β로 표시된 오프셋을 포함하는 것을 도시하고, β는 MBS(35) 내에서 헬로우 메시지가 수신될 때의 시간 D2와, 리-헬로우 메시지가 송신될 때의 시간 D3 간의 지연의 원인이 되며, 이 오프셋은 사용자 단말기에 알려져 있다.

도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 사용자 단말기(32)의 예를 도시한다. 로컬 오실레이터(76)는 MBS 클록에 정렬되어야 하는 로컬 클록을 제공한다. 단말기(32)의 회로는 일반적으로 사용자 단말기 회로(77)로 도시되어 있으며, 변조기/복조기들, 필터들, 처리기들, 증폭기들, 전력 공급 회로들 등을 포함한다. RF 회로 블록(74)은 공중 인터페이스를 통해 무선 신호를 수신 및 제공하는 무선 주파수 인터페이스를 나타낸다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 각 사용자 디바이스(32)는 MBS(35)에 의해 이용된 글로벌 클록으로부터 로컬 오실레이터(76)의 편차들을 보정하기 위한 "클록 디시플리너(clock discipliner)"(75)를 포함한다. 클록 디시플리너는, 공중 인터페이스를 통해 MBS로부터 수신된 주기적인 비트 시퀀스를 식별하는 시퀀스 검출기(71), 및 글로벌 및 로컬 클록들 간의 편차를 결정하기 위해 타이밍 데이터를 처리하고 로컬 클록을 글로벌 클록으로 조정하는 타이밍 측정 및 조정 유닛(72)을 포함한다. 클록 디시플리너는 또한 미리 설정된 시간 간격들에서 헬로우 메시지의 송신을 트리거하는 메시지 생성기(79), 및 타이밍 데이터의 MBS(35)와의 교환을 가능하게 하기 위한 송수신기(73)를 포함한다. 송수신기(73)는 단말기 송수신기와 일체화될 수 있음을 유념해야 하며, 도 4b의 실시예는 MBS와 단말기들 간의 시간 정렬을 연결하기 위해 개별 송수신기가 이용되는 경우의 예이다.

상술된 바와 같이, 디바이스들(32)의 로컬 클록(76)은 글로벌 클록과 "디시플리닝되며(disciplined)", 글로벌 클록은 예를 들면, GPS 클록으로부터 도출되고 GPS 클록과 동기화되는 10 PPS 클록이 될 수 있다. 도 5의 그래프(b)는 t₀, t₁,...t_n으로 표시된 무선 단말기(32)의 수신기 클록(Rx 클록)을 도시하고, 그래프 (c)는 단말기(32)의 송신 클록(Tx 클록)(Rx 클록과 동기화됨)을 도시한다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 단말기(32)의 Rx/Tx 클록은 게이트웨이(35)의 클록과 정렬되지 않으며, 이 예에서, 로컬 클록은 글로벌 클록(50)에 대해 Δ만큼 지연되고, 이 지연은 보정되어야 한다. 따라서, PBS는 글로벌 클록으로부터 Δ만큼 지연되어 단말기에 도달하고, 헬로우 메시지는 디바이스 클록에 대해 지연 Δ를 가지고 MBS에 도달하고, 리-헬로우 메시지는 글로벌 클록에 대해 지연 Δ을 가지고 단말기에 도달한다.

동작 시에, 클록 디시플리너(75)의 시퀀스 검출기(71)는 T₀보다는 시간 t₀에서 주기적인 비트 시퀀스(비콘, PSC, 프리앰블 등)를 검출하고 t₀에서 수신기 클록을 동기화시키며, MBS 클록 T₀에 대해 알려지지 않은 지연 Δ을 가진다.

시퀀스의 검출시, 메시지 생성기(79)는 단말기(32)로부터 MBS(35)로 헬로우 메시지의 송신을 개시한다. 이 시간은 D1으로 표시되고 유닛(72)에 의해 기록된다. D1은 α로 표시된 미리 동의된 오프셋을 시간 t에 추가함으로써 측정되거나 계산될 수 있으며, α는 단말기 내에서 클록 비트 t₁과 헬로 메시지가 송신되는 순간 사이의 지연의 원인이 된다. 따라서,

D1 = t₁ + α = T₁ +α +Δ

그래프 5(a)에서 알 수 있는 바와 같이, MBS(35)는 지연 Δ 후에 헬로우 메시지를 수신한다. 상술된 바와 같이, MBS(35)는 글로벌 클록을 이용하여 헬로우 메시지를 수신한 시간 D2를 측정한다.

D2 = T₁ +α +2Δ

다음, MBS(35)는 시간 D3에서 리-헬로우 메시지에 의해 헬로우 메시지에 응답하며, 시간 D3은 오프셋 β를 갖는 D2에 대해 지연된다:

D3 = D2 + β =

= T₁ +α + β +2Δ

다음, D4로 표시된 시간에서, 유닛(72)은 시간 측정 D3과 함께 리-헬로우 메시지를 수신하고, D4, α , β 및 t1이 알려져 있으므로, 이 지연(클록 편차) Δ로부터 도출된다.

D4 = D3 + Δ = T₁ + α + β + 2Δ = t_l +α + β + 2Δ

로컬 클록은 이제 Δ로 보정될 수 있다. 이 동작은 정규 시간 간격들로 반복되며, 시간 간격들은 메시지 생성기(79)에 의해 미리 설정된다. 시간 측정들 D1 및 D4가 단말기 클록을 이용하여 측정되기 때문에, 본 명세서에서는 이들 측정들을 "단말기 타이밍 데이터"라고 칭한다.

도면들에 도시된 기능 블록들은 전용 하드웨어뿐만 아니라, 적당한 소프트웨어와 연관하여 소프트웨어를 실행시킬 수 있는 하드웨어의 사용을 통해 제공될 수 있음을 알 것이다.

22 : PSTN/IP 네트워크 29 : 배선
30 : 펨토 셀 31 : 중앙국
32 : 단말기 33 : 안테나
34 : 공중 인터페이스 35 : MBS
36 : DSLAM 37 : 이웃 노드
50 : 글로벌 클록

Claims

융합된 네트워크(converged network)를 통해 접속된 복수의 네트워크화된 디바이스들에 글로벌 클록을 분배하는 방법에 있어서,
a) 범용 클록 획득단(universal clock acquiring stage)에서 범용 클록을 획득하고, 상기 범용 클록으로부터 상기 글로벌 클록을 도출하는 단계;
b) 상기 글로벌 클록을 하나 이상의 점 대 점 접속들을 통해 제어단으로 송신하는 단계;
c) 상기 글로벌 클록을 하나 이상의 점 대 점 접속들을 통해 네트워크 액세스단으로 분배하는 단계; 및
d) 상기 글로벌 클록을 상기 네트워크 액세스단으로부터 상기 융합된 네트워크를 통해 접속된 모든 네트워크화된 디바이스들로 분배하는 단계를 포함하는 글로벌 클록 분배 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 점 대 점 접속들은 유선 접속들(wired connections)인 글로벌 클록 분배 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 범용 클록 획득단은 상기 범용 클록을 획득하기 위한 기능들을 고유하게 가능하게 하는 적어도 2개의 기지국 송신기들(BTS)을 포함하고, 상기 BTS들 중 하나가 상기 범용 클록을 획득 또는 제공하는 것에 실패하면, 다른 BTS 또는 BTS들이 상기 글로벌 클록을 상기 제어단에 계속 제공하는 글로벌 클록 분배 방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어단은 적어도 2개의 제어기들을 포함하고, 상기 제어기들 중 하나가 상기 글로벌 클록을 수신 또는 제공하는 것에 실패하면, 다른 제어기가 상기 글로벌 클록을 상기 네트워크 액세스단에 계속 제공하는 글로벌 클록 분배 방법.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 네트워크 액세스단은 적어도 2개의 액세스 디바이스들을 포함하고, 상기 액세스 디바이스 중 하나가 상기 글로벌 클록을 수신 또는 제공하는 것에 실패하면, 다른 액세스 디바이스가 상기 글로벌 클록을 상기 네트워크들에 계속 제공하는 글로벌 클록 분배 방법.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 네트워크화된 디바이스들은 고객 댁내(customer premise)에 제공된 펨토 셀(femto cell)을 포함하고, 상기 펨토 셀은 복수의 무선-가능 단말기들(wireless-enabled terminals)을 서빙하는 마이크로 기지국(MBS: micro base station)으로 이루어지는 글로벌 클록 분배 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 펨토 셀에서,
액세스 인터페이스를 통해 상기 네트워크로부터 상기 MBS에서 상기 글로벌 클록을 수신하는 단계;
공중 인터페이스에 고유한 미리 결정된 주기의 비트 시퀀스를 이용하여 상기 공중 인터페이스를 통해 상기 단말기들에 상기 글로벌 클록을 송신하는 단계; 및
상기 무선-가능 단말기들을 모두 상기 글로벌 클록과 동기화시키는 단계를 더 포함하는 글로벌 클록 분배 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 네트워크와 상기 MPS 간의 상기 액세스 인터페이스는 상기 고객 댁내에서 이용 가능한 유선 접속을 통해 제공되는 글로벌 클록 분배 방법.
청구항 7에 있어서,
각각의 상기 단말기에서 고유하게 제공된 단말기 클록을 상기 주기적인 시퀀스에 의해 제공된 상기 글로벌 클록으로 조정하는 단계를 더 포함하는 글로벌 클록 분배 방법.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 범용 클록은 위성-기반 클록인 글로벌 클록 분배 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 위성-기반 클록은 GPS 클록인 글로벌 클록 분배 방법.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 글로벌 클록은 200ms 지속구간 및 30ns의 상승 시간(rise time)을 갖는 초당 1 펄스(one-pulse-per-second) 클록 신호인 글로벌 클록 분배 방법.
점 대 점 인터페이스를 통해 통신 네트워크에 접속된 마이크로 기지국(MBS)으로서, 공중 인터페이스를 통해 무선 가능 사용자 단말기를 서빙하는 상기 MBS에 대한 타이밍 유닛에 있어서,
상기 MBS에서의 MBS 회로를 상기 점 대 점 인터페이스를 통해 수신된 글로벌 클록과 동기화시키고 상기 글로벌 클록을 상기 공중 인터페이스를 통해 상기 사용자 단말기에 송신하기 위한 동기화 유닛;
상기 사용자 단말기로부터 수신된 헬로우 메시지(hello message)에 응답하여 리-헬로우 메시지(re-hello message)를 생성하기 위한 MBS 메시지 생성기; 및
상기 리-헬로우 메시지를 상기 사용자 단말기에 송신하고 상기 리-헬로우 메시지 생성기를 트리거하기 위해 상기 사용자 단말기로부터 상기 헬로우 메시지를 수신하는 송수신기를 포함하는 타이밍 유닛.
청구항 13에 있어서,
상기 송수신기는 상기 헬로우 메시지들을 수신한 후 설정된 시간에 상기 리-헬로 메시지들을 송신하도록 구성되는 타이밍 유닛.
청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
상기 글로벌 클록은 주기적인 비트 시퀀스에 임베딩되어(embedded) 사용자 단말기에 송신되는 타이밍 유닛.
청구항 15에 있어서,
상기 점 대 점 인터페이스는 배선 인터페이스(wireline interface)인 타이밍 유닛.
청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
MBS 타이밍 데이터를 제공하고 상기 MBS 타이밍 데이터를 상기 리-헬로우 메시지로 삽입하기 위한 시간 측정 유닛을 더 포함하는 타이밍 유닛.
청구항 13에 있어서,
상기 공중 인터페이스는 주기적인 비트 시퀀스를 고유하게 송신하는 송신 프로토콜을 이용하는 타이밍 유닛.
청구항 18에 있어서,
상기 글로벌 클록은 상기 주기적인 비트 시퀀스에 임베딩되는 타이밍 유닛.
펨토 셀에서 접속된 무선-가능 단말기로서, 로컬 오실레이터의 편차 Δ를 마이크로 기지국(MBS)으로부터 수신된 MBS 클록으로 보정하도록 적응된 무선-가능 단말기용 클록 디시플리너(clock discipliner)에 있어서,
상기 MBS로부터 수신된 타이밍 데이터에서 상기 MBS 클록을 검출하기 위한 검출기;
단말기 클록을 상기 편차 Δ에 영향을 받는 상기 MBS 클록과 동기화시키기 위한 타이밍 조정 유닛;
헬로우 메시지들을 생성하기 위한 헬로우 메시지 생성기; 및
상기 동기화된 단말기 클록에 기초한 시간들에서 상기 헬로우 메시지들을 상기 MBS에 송신하고, 상기 MBS 클록에 기초한 시간들에서 상기 MBS로부터 송신된 리-헬로우 메시지들을 수신하는 송수신기를 포함하고,
상기 타이밍 조정 유닛은 상기 리-헬로우 메시지들로부터 상기 편차 Δ를 결정하는 클록 디시플리너.
청구항 20에 있어서,
상기 타이밍 조정 유닛은 상기 헬로우 메시지들의 송신 시간 및 상기 리-헬로우 메시지들의 도착 시간으로부터 상기 편차 Δ를 결정하는 클록 디시플리너.
청구항 20 또는 청구항 21에 있어서,
상기 MBS 클록은 상기 MBS로부터 주기적인 비트 시퀀스로 수신되는 클록 디시플리너.
청구항 20 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
상기 헬로우 메시지들은 상기 동기화된 단말기 클록에 의해 결정된 시간들 t₁에 대한 알려진 오프셋 α를 가지면서 상기 MBS 유닛에 송신되고, 상기 MBS로부터 수신된 상기 리-헬로우 메시지들은 상기 MBS에서 상기 헬로우 메시지들의 도착 시간에 대한 알려진 지연 β를 가지면서 상기 MBS로부터 송신되고, 상기 타이밍 조정 유닛은 수학식 D4 = t₁ + α+ β + 2Δ로부터 상기 편차Δ를 결정하며, 여기서 D4는 상기 동기화된 단말기 클록에 대한 상기 리-헬로우 메시지들의 도착 시간인 클록 디시플리너.
청구항 20에 있어서,
상기 단말기는, 상기 로컬 클록을 이용하여 측정되는, 상기 단말기로부터 상기 헬로우 메시지의 송신 시간을 나타내는 시간 측정값 D1과, 상기 단말기에서 상기 리-헬로우 메시지의 수신 시간을 나타내는 시간 측정값 D4를 포함하는 타이밍 데이터를 포함하는 클록 디시플리너.
청구항 24에 있어서,
상기 단말기 타이밍 데이터는 상기 단말기 클록에 대한 미리 정해진 오프셋 α을 더 포함하는 클록 디시플리너.
청구항 24 또는 청구항 25에 있어서,
MBS 타이밍 데이터는, 상기 MBS 클록을 이용하여 측정되는, 상기 MBS에서 상기 헬로우 메시지의 수신 시간을 나타내는 시간 측정값 D2, 및 상기 MBS로부터 상기 리-헬로우 메시지의 송신 시간을 나타내는 시간 측정값 D3을 포함하는 클록 디시플리너.
청구항 26에 있어서,
상기 MBS 타이밍 데이터는 상기 MBS 유닛에서 상기 시퀀스의 비트의 도착 시간과 D1 사이의 미리 정해진 오프셋 β을 더 포함하는 클록 디시플리너.
청구항 24에 있어서,
상기 단말기 유닛은 상기 측정값 D1 및 측정값 D4를 이용하여 상기 편차 Δ를 결정하는 클록 디시플리너.
무선 가능 단말기를 서빙하는 마이크로 기지국(MBS)의 커버리지 영역 내에 위치된 상기 무선-가능 단말기의 로컬 클록을 상기 MBS로부터 주기적인 비트 시퀀스로 수신되는 글로벌 클록으로 조정하는 방법에 있어서,
상기 로컬 클록을 상기 글로벌 클록에 동기화시키는 단계;
헬로우 메시지를 송신하는 단계;
헬로우 메시지에 응답하여, 상기 MBS로부터 송신된 리-헬로우 메시지를 수신하는 단계; 및
상기 리-헬로우 메시지들 및 단말기 타이밍 데이터를 이용하여 상기 글로벌 클록과 상기 로컬 클록 간의 시간 편차 Δ를 결정하는 단계를 포함하는 클록 조정 방법.
청구항 29에 있어서,
상기 리-헬로우 메시지들은 헬로우 메시지의 도착 후 미리 설정된 시간에 송신되는 클록 조정 방법.
청구항 29 또는 청구항 30에 있어서,
상기 리-헬로우 메시지들은 MBS 타이밍 데이터를 포함하는 클록 조정 방법.
청구항 31에 있어서,
상기 단말기 타이밍 데이터는, 상기 로컬 클록을 이용하여 측정되는, 상기 헬로우 메시지의 송신 시간을 나타내는 시간 측정값 D1과, 상기 단말기에서 상기 리-헬로우 메시지들의 수신 시간을 나타내는 시간 측정값 D4를 포함하는 클록 조정 방법.
청구항 31 또는 청구항 32에 있어서,
상기 MBS 타이밍 데이터는, 상기 글로벌 클록을 이용하여 측정되는, 상기 MBS에서 상기 헬로우 메시지의 수신 시간을 나타내는 시간 측정값 D2와, 상기 MBS로부터 상기 리-헬로우 메시지의 송신 시간을 나타내는 시간 측정값 D3을 포함하는 클록 조정 방법.
청구항 29에 있어서,
상기 시간 편차는 수학식 D4 = t₁ + α + β + 2Δ로부터 결정되고, 여기서 D4는 상기 동기화된 단말기 클록에 대한 상기 리-헬로우 메시지들의 도착 시간이고, t₁은 상기 단말기 클록의 틱(tick)을 나타내고, α 및 β는 상수들인 클록 조정 방법.