KR0140130B1 - 디지탈이동통신 시스템 장치 및 각 서브시스템 간의 타이밍 설계 방법 - Google Patents

디지탈이동통신 시스템 장치 및 각 서브시스템 간의 타이밍 설계 방법

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KR0140130B1
KR0140130B1 KR1019950004578A KR19950004578A KR0140130B1 KR 0140130 B1 KR0140130 B1 KR 0140130B1 KR 1019950004578 A KR1019950004578 A KR 1019950004578A KR 19950004578 A KR19950004578 A KR 19950004578A KR 0140130 B1 KR0140130 B1 KR 0140130B1
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Abstract

본 발명은 코드분할 다중접속 방식(CDMA)을 사용하여 음성 또는 데이타를 서비스 하는 이동통신 시스템을 마스터 클럭을 전 세계측위시스템(GPS)에서 제공하는 GPS클럭으로 정하고, 상기 GPS클럭을 사용하는 각 서브시스템과 교환기 간의 인터페이스 및 타이밍을 재 설계하여 정확한 타이밍 스케줄이 이루어지도록 하는 디지탈이동통신시스템 장치와 각 서브시스템 간의 타이밍 설계 방법에 관한 것으로, CDMA용 교환기(MSC)를 사용하는 CDMA 시스템에서 각 서브시스템들 간의 주파수 및 타임 동기를 유지하기 위하여 GPS에서 제공하는 클럭을 기중으로 각각의 서브시스템들을 설계하고, 이를 기준으로 시스템들간의 하드웨어적인 접속을 설계하여 정확한 타이밍이 맞도록 하므로써, 신속하고 정확한 프레임 전송이 이루어진다.

Description

디지탈이동통신 시스템 장치 및 각 서브시스템 간의 타이밍 설계 방법
제1도는 본 발명에 의한 CDMA 시스템의 전체 개략 구성도.
제2도는 기지국제어장치 내에서 CDMA용 교환기와 기지국 간의 인터페이스를 담당하는 부분을 나타내는 구성도.
제3도는 본 발명 시스템에 의한 송신 과정을 나타내는 타이밍도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:교환기 2 : 기지국제어장치
2-1:트랜스코딩 서브시스템 뱅크(TSB) 2-2:호 제어 처리기(CCP)
2-3:제 1인터페이스부(LCIN) 2-4:보코더 셀렉터부
2-5:T S 스위치부 2-6:E1-프레이머
3:제 2인터페이스부(GCIN) 4:기지국
5:베이스 스테이션 메니져(BSM)
본 발명은 디지탈이동통신시스템 장치 및 각 서브시스템 간의 타이밍 설계 방법에 관한 것으로, 코드분할 다중접속 방식(Code Division Multiple Access : 이하 CDMA라 칭한다)을 사용하여 음성 또는 데이터를 서비스 하는 이동통신 시스템의 마스터 클럭(master clock)을 전 세계측위시스템(Global Positioning System : 이하 GPS라 칭한다)에서 제공하는 GPS클럭으로 정하고, 상기 GPS클럭을 사용하는 각 서브시스템과 교환기 간의 인터페이스 및 타이밍을 재 설계하여 정확한 타이밍 스케줄이 이루어지도록 하는 디지탈이동통신시스템 장치와 각 서브시스템 간의 타이밍 설계 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기존에 사용하는 모든 교환기 및 이와 접속되는 각 서브시스템은 주파수 동기 방식을 이용하여 타이밍 동기를 맞추고 있다.
이는 단순하게 메세지 즉, 정보만 정확하게 전달하면 되기 때문에 다른 동기 방식은 적용할 필요성이 없었기 때문이다.
그러나 현재의 통신 방법은 그 추세가 유선 보다는 무선으로, 아날로그 방식 보다는 디지탈 방식으로 향하고 있다.
이에 맞추어 CDMA 방식을 사용한 교환기와, 제어국 및, 기지국이 개발중인데, 이 CDMA용 제어국은 이동통신용으로 사용되므로, 각 가입자 단말기가 송/수신 중 위치 이동을 하는 경우 (이 경우를 핸드오프 상황이라 한다) 두개의 기지국에서 동시에 입력되는 신호 즉, 상기 두 개의 신호가 같은 시간에 입력되었는지를 판별케 하는 타입 동기 방식을 필요로 한다.
이것은 CDMA용 교환기를 사용하는 이동통신 시스템에서는 상기 제어국과 이와 접속되는 각 서브 시스템 간의 타이밍 동기 방식이 주파수 동기(Frequency Sync) 방식은 물론 타임 동기 방식(Time Sync)도 적용되어야 한다는 것이다.
여기서 주파수 동기는 모든 디지탈 시스템에서 데이타의 분실 및 오류를 막기위해 기본적으로 갖추어야 하는 기능으로서, 하나의 마스터 클럭을 정리하고 이를 각각의 서브시스템에서 종속방식(slave mode)을 사용하여 자신의 클럭을 추출한 후, 이 클럭에 맞추어 동작을 하므로써 기능구현을 행하는 방식이고;
타임 동기는 상기에서 잠시 언급한 바와 같이 소프트 핸드오프(soft handoff)시 두개의 기지국이 한 개의 이동 단말기로 동시에 프레임을 전송할 수 있어야 하고, 이와 함께 두개의 기지국이 한개의 기지국제어장치로 동시에 프레임을 전송하여 상기 프레임을 입력받은 기지국제어장치가 프레임 정렬을 할수 있도록 히야하며, 또한 라운드 트립 딜레이(round trip delay)를 최소화 하기 위해서 사용하는 동기방식이다.
따라서 본 발명에서 제공하고자 하는 장치 및 방법 또한 CDMA용 교환기를 사용하는 이동통신 시스템에서 가입자 단말기가 가입되어 있는 다수개의 기지국과, 상기 기지국과 교환기 사이에서 발생하는 호를 제어하고, 각 시스템의 장애관리 및
유지보수, 핸드오프 처리 및 각종 제어, 그리고 교환기와 각 기지국 사이의 정합 등의 기능을 담당하는 기지국제어장치를 제공하며, 이들간의 타이밍 동기를 맞추는 타이밍 설계방법을 제공하여 깨끗하고 정확한 프레임 전송이 이루어지도록 하는데 그 목적이 있다.
이하 본 발명의 일실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제 1도는 본 발명에 의한 CDMA 시스템의 전체 개략 구성도로, 교환기(1)와; 하나의 그룹 당 1920개의 채널을 갖는 12개의 베이스 스테이션 컨트롤러 그룹(BSCG #1 ∼ #12)으로 이루어진 기지국제어장치(Base Station Controler : 이하BSC라 칭한다)(2)와; 상기 12개의 기지국제어장치(2) 각 그룹간의 인터페이스 기능을 담당하는 제 2인터페이스부(Global CDMA Interconnection Network : GCIN)(3)와; 상기 기지국제어장치(2)의 각 베이스 스테이션 컨트롤러 그룹과 각각 대응되는 12개의 베이스스테이션 트랜스리시버 서브시스템 그룹(BTSG #1 ∼ #12)으로 이루어진 기지국(4) 및; 상기 제 2인터페이스부(3)와 연결되어 기지국제어장치(2)와 주변 장치들의 통계 및 측정 기능을 수행하여 이를 기준으로 시스템 성능을 측정 관리하며, 기지국제어장치(2) 알람 신호를 수집하여 이를 운용자 정합장치에 표시하거나, 직접 장애복구 등의 처리기능을 수행하는 베이스 스테이션 메니져(BSM)(5)로 구성된다.
상기 기지국제어장치(BSC)(2)의 각 베이스 스테이션 컨트롤러 그룹(BSCG #1 ∼ #12)중 하나의 그룹 구성을 보면, 이는 하나 당 15개의 트래픽 채널을 갖는 셀렉터 4장으로 이루어지고, 소프트 핸드오프시에 두개의 기지국에서 오는 신호를 선택하여 좋은 품질의 패킷을 전송하며, 교환기(1)와 접속되어 호 설정 등의 신호 정보 교환 기능을 수행하는 32개의 트랜스코딩 서브시스템 뱅크(Transcoding Subsystem Bank : TSB)(2-1)와;
다수개의 기지국(4)과 교환기(1) 사이의 호 설정 과정에서 호 형성을 주관하는 호 제어 처리기(Call Control Processor : CCP)(2-2) 및; 기지국제어장치(2) 및 주변접속장치들의 교통량, 컨트롤패킷 경로를 설정제공하며, 기지국제어장치(2)와 상기 기지국(4)사이의 정합 기능을 수행하는 제 1인터페이스부(Local CDMA Interconnection Network : LCIN)(2-3)로 구성된다.
상기와 같은 구성으로 베이스 스테이션 컨트롤러 그룹(BSCG #1 ∼ #12) 하나 당 트랜스코딩 서브시스템 뱅크(TSB)(2-1)가 32장이 포함되어 60채널(4×15) * 32가 되므로 1920채널이 된다.
또한 상기 기지국(4) 그룹의 구성을 좀 더 자세히 설명하면, 하나의 베이스스테이션 트랜스리시버 서브시스템(BTS) 트래픽 채널을 20개로 하여 2FA, 3개의 섹터 기준으로 16개의 BTS를 이루도록 하므로써, 하나의 BTS그룹 당 1920개의 트래픽 채널을 갖도록 하며, 이런 BTS그룹을 상기 기지국제어장치(BSC)(2)의 각 베이스 스테이션 컨트롤러 그룹(BSCG #1 ∼ #12)과 하나씩 대응되도록 12개의 그룹(#1 ∼ #12)을 형성한다.
=== ( 3 * 2 * 20 * 16 = 1920개 트래픽 채널 )
제 2도는 상기 기지국제어장치(2) 내에서 CDMA용 교환기(1)와 기지국(4) 간의 인터페이스를 담당하는 부분을 나타내는 구성도로, 기지국(4)과; 상기 기지국(4)과 접속되어 기지국(4) 및 교환기(1)측에서 송/수신 되는 데이타를 셀렉팅하고, 이를 코딩/디코딩 하는 보코더 셀렉터부(2-4)와; 상기 보코더 셀렉터부(2-4)부와 E1-프레이머(2-6) 사이에서 적절한 스위칭을 하는 시간 공간 스위치(T S 스위치)부(2-5)와; 기지국(4)과 교환기(1) 간의 정합에서 발생하는 PCM 샘플 슬립(SLIP)현상을 보상하는 E1-프레이머(2-6) 및; 교환기(1)로 구성되며;
상기 교환기(1)와 E1-프레이머(2-6) 사이, 그리고 기지국(4)과 보코더 셀렉터부(2-4) 사이는 E1-트렁크를 이용하여 링크시키고, 상기 보코더 셀렉터부(2-4)와 시간 공간 스위치(T S 스위치)부(2-5) 사이는 'RS-422' 인터페이스를 이용하여 링크시켰다.
위와 같이 구성된 인터페이스부를 통해 다수개의 기지국(4)과 교환기(1) 간에 신호가 송신되는 과정은 제 3도에 첨부한 타이밍도를 보며 설명하면 다음과 같으며, 본 CDMA 시스템에서는 GPS를 이용한 공통의 CDMA 시스템 타임을 사용하고, 제 3도(A)에 도시된 바와 같이 GPS에서 공급되는 50Hz의 기준 클럭을 마스터 클럭으로 삼아 동기를 맞춘다 (50Hz는 시간으로 계산하면 한 프레임 전송 당 소요되는 시간인 20msec 이다).
먼저 송신측 링크(FORWARD LINK)에서의 데이타 흐름은 다음과 같다.
64Kbps의 펄스부호변조(PCM)화된 데이터를 교환기(1)에서 기지국제어장치(2)로 전송하면, 이들 전송된 데이타 스트림은 제 3도(B,C)에 나타난 바와 같이 CDMA 시스템에서 사용하는 전송 프레임의 기본 단위로 바뀌어 전송되는 바, 이는 기지국제어장치(2) 내의 보코더(2-4)에서 125㎲ec마다 한 개씩 들어오는 PCM 샘플을 160개 모아 20msec 프레임으로 만드는 것이다.
이때 보코더(2-4)에서 엑티브 되는 스트로브 신호는 기준 주파수의 한 주기인 20msec 이고, 송신-오프셋(TX_OFFSET)은 도면에서 보는 바와 같이 약간 밀려서 들어오는데, 상기 송신-오프셋이 뜰때 PCM 스트림이 읽혀 들어온다(도면에 그 관계를 점선으로 나타내었다).
이와 같이 읽혀들어온 PCM 스트림 즉, 160샘플의 전송 프레임을 인코딩 한 후 제 3도 (E)와 같이 송신틱(TX TICK)이 액티브 되는 시점에서 해당 기지국(4)로 송신하는 바, 이때는 상기 인코딩된 전송 프레임을 셀렉터(2-4)로 전송하며 (셀렉터(2-4)측에서는 상기 보코더(2-4)에 저장되어 있는 프레임 데이타를 읽어들여라는 시점을 알리는 송신슬루어블(TX SLEWABLE) 카운터 값에 따라 읽어들인다), 전송 프레임을 입력받은 셀렉터(2-4) 측에서는 이 프레임이 기지국(4)의 CDMA 전송시간에 맞추어 수신되도록 데이타를 전송하므로써 딜레이를 최소화 시킨다.
아울러 상기에서 셀렉터(2-4)가 기지국(4)으로 프레임을 전송하는 시점은 송신슬루어블(TX SLEWABLE) 카운터 값에 의해 조정할 수 있는데, 이는 호 접속이 끝나고 트래픽 채널을 점유하기 시작했을때 셀렉터(2-4)와 기지국(4) 간에 타임 동기 신호를 주고받아 전송지연 시간을 계산하므로써 정할 수 있고, 제 3도 (D)에 나타낸 인코딩 딜레이 기간은 제 1프레임이 20msec로 입력되어 인코딩 된 후, 이 인코딩 된 데이타가 출력되는 순간은 제 2프레임이 입력되고, 이어 제 3프레임이 입력될때 출력되므로 약 2프레임 정도 지연된다고 볼 수 있다.
반대로 수신측 링크(REVERSE LINK)에서의 데이타 흐름은 상기 송신측 링크에서의 데이타 흐름 경우의 역순인 바, 수신슬루어블(RX SLEWABLE) 카운터 값은 보코더 레퍼런스 스트로브(VRS)로 부터 수신틱(TICK)이 뜨는 시점까지의 시간차로, 기지국(4)에서 송신된 인코딩 프레임을 셀렉터에서 보코더로 전송하는 시점이 되어 수신-오프셋(RX_OFFSET)만큼 지연된 후, 디코딩 되어 PCM스트림으로 트렁크(TRUNK)에 실리게 되며, 상기에서 잠시 언급된 PCM 샘플 슬립 현상이 발생하는 이유는 현재 사용하는 CDMA용 교환기(MSC)에서 기준 클럭으로 사용하는 클럭이 표준연구소에서 제공하는 기준 클럭을 사용하므로써, 이와 접속하여 사용하는 기지국(4) 및 기지국제어장치(2)에서 사용하는 GPS 클럭과 주파수 동기가 맞지 않게되어 발생하는 것이다.
즉, 보코더 셀렉터에서 사용하는 50Hz 및 교환기(MSC)인터페이스에 사용하는 2.048MHz (8KHz 프레임 동기) 등을 모두 GPS클럭으로 사용하기 때문이다.
한편 현재 개발된 CDMA 시스템에서 보코딩 방식은 QCELP방식을 사용하여 ATT의 디지탈신호처리기1616 (DSP1616)으로 실현되어 있다.
참고로 상기 디지탈신호처리기1616(DSP1616)의 롬 영역과 램 영역을 구분하여 보면, 롬 영역은 0×0000 ∼ 0×2fff(12Kw 익스터날 롬), 0×3000 ∼ 0×37ff(2Kw 인터날 DP-램 뱅크), 0×5000 ∼ 0×ffff(44Kw 익스터날 롬)으로 구성되고, 램 영역은 0×0000 ∼ 0×07ff(2048×16, 2Kw 인터날 램 뱅크), 0×2000 ∼ 0×ffff(ERAMLO/IO/ERAMHI)로 구성되고, 프로그램 코드 크기는 12K 워드(word)이며, 현재는 익스터날 S-램에 이들 코드를 다운-로드하여 쓰고 있지만 디지탈신호처리기 인터날 롬에 마스킹하여 사용할 수도 있다.
또한 전송의 마지막 단계인 각 기지국(4)에서 자신에게 가입되어 있는 다수개의 단말기에 무선으로 프레임을 전송하는 시점은 CDMA 시스템 타임으로 이미 정해져 있지만, 단말기의 송/수신 시간은 프레임에서 동기신호를 검출하므로 가변적으로 정해지고, 이에따라 기지국(4)에서의 수신시간도 변화하며, 기지국제어장치(2)로의 송신시간은 기지국(4) 송신시간의 고정된 딜레이 값으로 정해질 수 있다.
따라서 프레임 전송시 패킷 라우터에서 이를 딜레이 시키거나 적체전송하면 CDMA 전송시간에 맞추어 수신되지 못하므로 에러가 발생하는 문제점을 최소화 시켰다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 CDMA용 교환기를 사용하는 CDMA 시스템에서 각 서브시스템들 간의 주파수 및 타임 동기를 유지하기 위하여 GPS에서 제공하는 클럭을 기준으로 각각의 서브시스템들을 설계하고, 이를 기준으로 시스템들간의 하드웨어적인 접속을 설계하여 정확한 타이밍이 맞도록 하므로써, 신속하고 정확한 프레임 전송이 이루어진다.

Claims (1)

1. 디지탈이동통신 시스템용 교환기(MSC)와 각 서브 시스템 사이의 정합을 담당하는 시스템에 있어서, 교환기(1)와; 하나의 그룹 당 1920개의 채널을 갖는 12개의 베이스 스테이션 큰트롤러 그룹(BSCG #1 ∼ #12)으로 이루어진 기지국제어장치(BSC)(2)와; 상기 12개의 기지국제어장치(2) 각 그룹간의 인터페이스 기능을 담당하는 제 2인터페이스부(GCIN)(3)와; 상기 기지국제어장치(2)의 각 베이스 스테이션 컨트롤러 그룹과 각각 대응되는 12개의 베이스스테이션 트랜스리시버 서브시스템 그룹(BTSG #1 ∼ #12)으로 이루어진 기지국(4) 및; 상기 제 2인터페이스부(3)와 연결되어 기지국제어장치(2)와 주변 장치들의 통계 및 측정 기능을 수행하여 이를 기준으로 시스템 성능을 측정 관리하며, 기지국제어장치(2) 알람 신호를 수집하여 이를 운용자 정합장치에 표시하거나, 직접 장애복구 등의 처리기능을 수행하는 베이스 스테이션 메니져(BSM)(5)로 구성됨을 특징으로 하는 디지탈이동통신 시스템 장치.
2. 제 1항에 있어서,
상기 기지국제어장치(BSC)(2)내 베이스 스테이션 컨트롤러 그룹1(BSCG #1)은 하나 당 15개의 트래픽 채널을 갖는 셀렉터 4장으로 이루어지고, 소프트 핸드오프시에 두개의 기지국에서 오는 신호를 선택하여 좋은 품질의 패킷을 전송하며, 교환기(1)와 접속되어 호 설정 등의 신호 정보 교환 기능을 수행하는 32개의 트랜스코딩 서브시스템 뱅크(TSB)(2-1)와; 다수개의 기지국(4)과 교환기(1) 사이의 호 설정과정에서 호 형성을 주관하는 호 제어 처리기(CCP)(2-2) 및; 기지국제어장치(2) 및 주변접속장치들의 교통량, 컨트롤패킷 경로를 설정제공하며, 기지국제어장치(2)와 상기 기지국(4)사이의 정합 기능을 수행하는 제 1인터페이스부(LCIN)(2-3)로 구성되며, 나머지 11개의 베이스 스테이션 컨트롤러 그룹(BSCG #2 ∼ #12)도 상기와 동일하게 구성됨을 특징으로 하는 디지탈이동통신 시스템 장치.
3. 제 1항에 있어서,
상기 기지국제어장치(2) 내의 CDMA용 교환기(1)와 기지국(4) 간의 인터페이스를 담당하는 정합부는 상기 기지국(4)과 접속되어 기지국(4) 및 교환기(1)측에서 송/수신 되는 데이타를 셀렉팅하고, 이를 코딩/디코딩 하는 보코더 셀렉터부(2-4)와; 상기 보코더 셀렉터부(2-4)부와 E1-프레이머(2-6) 사이에서 적절한 스위칭을 하는 시간 공간 스위치(T S 스위치)부(2-5) 및; 기지국(4)과 교환기(1) 간의 정합에서 발생하는 PCM 샘플 슬립(SLIP)현상을 보상하는 E1-프레이머(2-6)로 구성됨을 특징으로 하는 디지탈이동통신 시스템 장치.
4. 디지탈이동통신 시스템용 교환기(MSC)와 각 서브 시스템 사이의 동기를 확립하는 타이밍 설계방법에 있어서, 전 세게측위시템(GPS)에서 제공하는 GPS 클럭을 모든 서브 시스템 간 접 속의 마스터 클럭으로 정하고, 이를 위해 교환기(MSC)와 기지국제어장치(2) 간의 인터페이스 부분에서 발생하는 슬립 현상은 E1-프레이머(2-6)를 사용하여 복구할 수 있도록 하므로써, 이동통신 시스템의 각 서브 시스템 간의 주파수 동기 및 타임 동기를 확립하는 것을 특징으로 하는 각 서브 시스템 간의 타이밍 설계 방법.
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