KR100556890B1 - 시분할 동기 코드 분할 방식의 프레임 동기 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위상 변조에 사용되는 위상을 정수로 이루어진 심볼로 변환하고, 그 변환된 심볼의 위상과 수신된 신호에서 검출된 위상 수열을 직교 위상 편이 변조(QPSK) 특성을 이용한 프레임 동기 여부를 판단함으로써, 복잡한 연산을 수행하지 않고 간단하게 프레임 동기를 획득할 수 있는 시분할 동기 코드 분할 방식의 프레임 동기 방법에 관한 것으로, 다음 4개의 서브프레임에 방송 제어 채널(BCCH)이 있다는 것을 알려주는 신호(S2)의 위상 시퀀스를 정수의 심볼 수열로 변환하는 단계와, 전송단에서 보내지는 다운링크 동기 시퀀스(SYNC_DL)의 위상과 채널에 의한 위상 변화 차이를 통한 수신 다운링크 동기 시퀀스(SYNC_DL)의 위상을 계산하는 단계와, 상기 계산된 수신 다운링크 동기 시퀀스(SYNC_DL)의 위상과 상기 심볼 수열의 임의의 원소를 직교 위상 편이 변조(QPSK)를 이용하여 계산하는 단계와, 상기 직교 위상 편이 변조를 이용하여 계산된 값(위상)이 기 설정된 결정 영역(Decision Region)에 있는지 판단하는 단계와, 상기 판단 결과, 연속된 4개의 서브프레임에 대한 상기 계산된 값(위상)이 기 설정된 결정 영역에 있으면 프레임을 동기시켜 방송 채널(BCH)을 복호하고, 그렇지 않으면 상기 단계를 반복 수행하는 단계로 이루어짐으로써, 복잡한 연산을 수행하지 않고 간단하게 프레임 동기를 획득할 수 있는 효과가 있다.

Description

시분할 동기 코드 분할 방식의 프레임 동기 방법{METHOD FOR SYNCRONIZING FRAME OF TD-SCDMA}

도1은 TD-SCDMA의 프레임 구조도.

도2는 본 발명 시분할 동기 코드 분할 방식의 프레임 동기 방법에 대한 일 실시예 순서도.

도3은 본 발명에서 직교 위상 편이 변조(QPSK)에 의한 결정 영역을 도시한 예시도.

도4는 본 발명에 대한 프레임 동기를 맞추는 방법을 도시한 블록도.

본 발명은 시분할 동기 코드 분할 방식(TD-SCDMA)의 프레임 동기 방법에 관한 것으로, 특히 위상 변조에 사용되는 위상을 정수로 이루어진 심볼로 변환하고, 그 변환된 심볼의 위상과 수신된 신호에서 검출된 위상 수열을 직교 위상 편이 변조(QPSK) 특성을 이용한 프레임 동기 여부를 판단함으로써, 복잡한 연산을 수행하지 않고 간단하게 프레임 동기를 획득할 수 있는 시분할 동기 코드 분할 방식의 프레임 동기 방법에 관한 것이다.

3세대(3G) 시분할 동기 코드 분할 방식(Time Division Synchronous Code Division Multiple Access : TD-SCDMA)에서 프레임(Frame) 동기를 맞추기 위해서는 다운링크 파이롯(Downlink Pilot) 신호의 위상 변조(Phase Modulation)를 사용한다.

상기 위상 변조를 복호하기 위해서는 연속된 4개의 다운링크 동기 시퀀스(Downlink Syncronization Sequence, 이하 SYNC_DL)를 수신한 후, 각 SYNC_DL 신호에서 채널에 의한 위상 왜곡을 보상한 후, 각각의 수신 위상을 검출하고, 정해진 위상 시퀀스와 비교하여 프레임 동기를 찾는다.

그럼, 이러한 종래 프레임 동기 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

도1은 TD-SCDMA의 프레임 구조를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 하나의 라디오 프레임(radio frame)은 두 개의 서브프레임(subframe)으로 구성되며, 하나의 서브프레임은 7개의 일반적인 타임 슬롯(normal time slot)과 3개의 특별한 타임 슬롯(special time slot)으로 구성되어 있다. 다운링크의 경우 이동 단말은 프레임 동기를 맞추기 위해 SYNC_DL 수열의 위상 변조를 이용한다.

SYNC_DL 수열은 타임슬롯#0의 미드앰블(midamble) 수열을 기준으로 위상 변조되는데 이는 우선 공동 전력제어 채널(P-CCPCH : Primary Common Control Pilot Channel)의 존재여부를 알기위함이다. 기본적으로 TD-SCDMA 시스템에서 2개의 라디오 프레임이 인터리빙(interleaving)의 기본 블록이 되므로 결국 SYNC_DL의 위상 변조를 이용함으로써, 라디오 프레임의 동기를 맞출 수 있게 된다.

표1은 TD-SCDMA의 SYNC_DL에 사용되는 위상 변조를 도시한 것이다.

도시된 바와 같이, SYNC_DL 수열은 일정한 위상 패턴을 지니면서 전송되게 된다. 이를 이용하여 4개의 서브프레임 즉, 두 개의 라디오 프레임의 동기를 획득하게 된다. 하지만, 채널에 의해 신호가 왜곡되기 때문에 단순히 전송된 SYNC_DL 수열의 위상만을 검출한다고 해서 그 위상이 전송된 SYNC_DL의 위상이라고 할 수 없다.

상기 채널에 의한 위상의 영향을 제거하기 위해서 상기 SYNC_DL 수열의 위상을 TS#0에 사용된 미드앰블 수열을 참고하여 검출한다. 즉, 수신된 SYNC_DL의 위상에 미드앰블 수열의 위상 만큼을 보상함으로써, 채널에 의한 위상의 영향을 제거할 수 있다.

TD-SCDMA에서 서브프레임 동기를 획득하기 위해 SYNC_DL을 이용하는데, 서브프레임 동기는 수신된 SYNC_DL 수열과 전송된 SYNC_DL 수열의 상관관계(correlation) 계산을 통해 얻어질 수 있다. 이때, 계산된 상관관계 값(corr _{SYNC_DL})은 복소값으로 표현된다.

상기 수신된 서브프레임의 미드앰블 수열을 m ^R, 전송된 서브프레임의 미드앰블 수열을 m ^T라고 할 때, 상기 미드앰블 수열들은 수학식1로 표현된다.

상기 두 미드앰블 수열을 이용하여 상관관계 값을 계산하는데, 이때, 미드앰블 수열의 위치는 SYNC_DL을 이용하여 서브프레임 동기를 획득한 상태이므로 쉽게 알 수 있다. 따라서, 수신 미드앰블의 위상인 corr _Mid는 수학식2를 통해 계산할 수 있다.

상기 corr _Mid은 실제로 채널 판단(Channel Estimation)을 통해 계산될 수 있으며, 이때 사용되는 N은 상황에 따라 144보다 작게 할당해도 정확도에 크게 영향을 미치지 않는다.

또한, 표1을 통해 전송단에서 보내지는 SYNC_DL 수열의 위상 변조 방식을 알 수 있는데, 수신단에서는 방송채널(BCH : Broadcast Channel) 복호에만 관심이 있으므로, 표1의 S2 위상 수열이 검출되는지만을 계산하면 된다. 이를 위해서는 corr _{SYNC_DL}에 채널에 의한 위상 변화인 corr _Mid을 보상해야 한다. 즉, corr _{SYNC_DL}의 위상에서 corr _Mid의 위상을 빼주어야 한다.

상기 위상 값의 차이를 통해 수신 SYNC_DL의 위상을 계산할 수 있으며, 이러 한 과정을 4개의 SYNC_DL에 대해 반복하여 일련의 위상 수열을 검출해 낸다. 이를 표1의 S2 위상 수열과 비교하여 같으면, 프레임 동기를 알 수 있고, 결국 BCH를 복원할 수 있게 된다. 이러한 과정을 위해서는 다수의 복소수 곱셈이 필요하고, 때에 따라서는 tan^-1이 필요할 수도 있다.

상기와 같은 종래 프레임 동기 방법은 많은 복소수 곱셈 연산과 tan-1 등의 연산이 필요하여 복잡도가 높아지고, 높은 정확도가 요구되는 문제점이 있었다.

따라서, 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 위상 변조에 사용되는 위상을 정수로 이루어진 심볼로 변환하고, 그 변환된 심볼의 위상과 수신된 신호에서 검출된 위상 수열을 직교 위상 편이 변조(QPSK) 특성을 이용하여 프레임 동기 여부를 판단함으로써, 복잡한 연산을 수행하지 않고 간단하게 프레임 동기를 획득할 수 있는 시분할 동기 코드 분할 방식의 프레임 동기 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다음 4개의 서브프레임에 방송 제어 채널(BCCH)이 있다는 것을 알려주는 신호(S2)의 위상 시퀀스를 정수의 심볼 수열로 변환하는 단계와; 전송단에서 보내지는 다운링크 동기 시퀀스(SYNC_DL)의 위상과 채널에 의한 위상 변화 차이를 통한 수신 다운링크 동기 시퀀스(SYNC_DL)의 위상을 계산하는 단계와; 상기 계산된 수신 다운링크 동기 시퀀스(SYNC_DL)의 위상과 상기 심볼 수열의 임의의 원소를 직교 위상 편이 변조(QPSK)를 이용하여 계산하는 단계와; 상기 직교 위상 편이 변조를 이용하여 계산된 값(위상)이 기 설정된 결정 영역(Decision Region)에 있는지 판단하는 단계와; 상기 판단 결과, 연속된 4개의 서브프레임에 대한 상기 계산된 값(위상)이 기 설정된 결정 영역에 있으면 프레임을 동기시켜 방송 채널(BCH)을 복호하고, 그렇지 않으면 상기 판단하는 단계를 반복 수행하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 신호(S2)의 위상 시퀀스가 변환된 정수의 심볼 수열은 (1-j, -1-j, 1-j, 1+j)인 것을 특징으로 한다.

상기 직교 위상 편이 변조(QPSK)를 이용하여 계산된 값은 아래와 같은 수식으로 표현되는 것을 특징으로 한다.

여기서, R은 상기 직교 위상 편이 변조(QPSK)를 이용하여 계산된 값이고, P는 상기 수신 다운링크 동기 시퀀스(SYNC_DL)의 위상이고, S2_d는 상기 신호(S2)의 위상 시퀀스가 변환된 정수의 심볼 수열의 임의의 원소이다.

상기 직교 위상 편이 변조를 이용하여 계산된 값(위상)이 기 설정된 결정 영역에 있는지에 대한 판단은 아래와 같은 수식에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, Rⁱ과 R^r은 상기 직교 위상 편이 변조(QPSK)를 이용하여 계산된 값의 허수부 값과 실수부 값이다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명 시분할 동기 코드 분할 방식의 프레임 동기 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다.

도2는 본 발명 시분할 동기 코드 분할 방식의 프레임 동기 방법에 대한 흐름을 도시한 순서도이다. 도시된 바와 같이, 다음 4개의 서브프레임에 방송 제어 채널(BCCH)이 있다는 것을 알려주는 S2의 위상 시퀀스를 정수의 심볼 수열로 변환하는 단계와, 전송단에서 보내지는 SYNC_DL의 위상과 채널에 의한 위상 변화 차이를 통한 수신 SYNC_DL의 위상을 계산하는 단계와, 상기 계산된 수신 SYNC_DL의 위상과 상기 심볼 수열의 임의의 원소를 직교 위상 편이 변조(QPSK)를 이용하여 계산하는 단계와, 상기 직교 위상 편이 변조를 이용하여 계산된 값(위상)이 기 설정된 결정 영역(Decision Region)(-π/4 < R < π/4)에 있는지 판단하는 단계와, 상기 판단 결과, 연속된 4개의 서브프레임에 대한 상기 계산된 값(위상)이 기 설정된 결정 영역에 있으면 프레임을 동기시켜 방송 채널(BCH)을 복호하고, 그렇지 않으면 상기 단계를 반복 수행하는 단계로 이루어진다.

이러한 단계로 이루어진 본 발명에 대한 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 복소수 연산량을 줄이기 위해 표1에 도시한 S2 수열을 정수의 심볼 수열로 변환한다. 예를 들어, 아래 수학식3과 같이 나타낼 수 있다.

S2_d=(1-j, -1-j, 1-j, 1+j)

상기에서 알수 있듯이, S2가 변환된 심볼 수열은 크기가 1.414이고, 위상이 S2 수열과 같다.

이렇게 정수로 된 심볼을 사용하면 프레임 동기를 보다 쉽게 획득 할 수 있는데, 상기 심볼을 이용하기 전에 채널 영향에 의한 위상 변화를 제거한 수신 SYNC_DL의 위상을 계산한다. 예로서, 첫번째 수신 SYNC_DL의 위상에 대한 계산은 아래 수학식4로 나타낼 수 있다.

상기 수학식4는 첫 번째 수신 SYNC_DL의 위상(P₁)을 전송된 SYNC_DL 수열과 수신된 SYNC_DL 수열의 상관관계 값(corr _{SYNC_DL})과 전송된 미드앰블 수열과 수신된 미드앰블 수열의 상관관계 값(corr _Mid)을 사용하여 계산할 수 있고, 이때 P₁과 corr _{SYNC_DL} 그리고 corr _Mid는 복소수이며 *는 켤레 복소수(complex conjugate)를 의미한다. 그리고, 상기 수학식4를 통한 계산 과정이 수신되는 서브프레임마다 이루어진다.

상기 계산에 의해 얻어진 수신 SYNC_DL의 위상(P₁)과 상기 수학식3에 나타낸 수열의 임의의 원소를 직교 위상 편이 변조(QPSK)를 이용하여 상기 두 위상을 비교 한다. 예를 들어, 수학식3에 나타낸 임의의 원소를 S2d¹이라 가정하면, 상기 위상 P₁과 S2d¹의 위상 비교 값(R₁)은 아래 수학식5와 같이 나타낼 수 있다.

여기에서 알 수 있듯이, P₁과 S2d¹ 위상의 비교 값(R₁)은 P₁과 S2d¹ 의 켤레 복소수의 곱으로 나타낼 수 있다.

이때, 상기 계산된 R₁이 도3에 도시된 것과 같은 기 설정된 결정 영역(D)에 존재하면 상기 두 위상(P₁과 S2d¹)이 같다고 판단하고, 상기 결정 영역을 벗어나면 상기 두 위상(P₁과 S2d¹)이 다르다고 판단한다.

즉, 상기 두 위상(P₁과 S2d¹) 간의 차이인 R₁이 ±π/4내에 존재하면 같은 위상으로 보고, ±π/4 바깥에 존재하면 다른 위상으로 판단하는 것으로써, 이는 직교 위상 편이 변조(QPSK) 심볼을 하드 결정(hard decision)하는 일반적인 방법이다. 따라서, 상기 두 위상(P₁과 S2d¹)이 같지 않다는 것에 대한 판단은 R₁의 실수부 R₁ ^r과 허수부 R₁ ⁱ로써 아래 수학식6으로 나타낼 수 있다.

즉, R₁의 허수부 값(R₁ ⁱ)이 음의 실수부 값(-R₁ ^r)보다 크고 양의 실수부 값(R₁ ^r)보다 작으면 두 위상은 같다는 것을 알 수 있다.

이러한 판단 기준을 가지고 프레임 동기를 맞추는 방법에 대한 일 예를 도4에 도시하였다. 도시된 바와 같이, 우측(P_i+1)에서부터 좌측(P_i+4)까지 수신 SYNC_DL의 위상(P_i)에 정수의 심볼로 변환된 S2의 위상 시퀀스에 대한 켤레 복소수가 곱해진 형태를 나타내고 있다. 즉, P_i+1에는 위상 315도가 정수의 심볼로 변환된 1-j의 켤레 복소수인 1+j가 곱해져서 나오는 복소수에서 실수부 값(R_i+1 ^r)과 허수부 값(R_i+1 ⁱ)를 검출하고, 그 검출된 값들을 수학식6을 이용하여 서브프레임에 대한 수신 SYNC_DL 위상(P_i+1)과 S2의 위상 315도를 비교한다. 이러한 과정이 좌측에서 우측으로 순차적으로 이루어지고, 4개의 결정 블록 중 한 개라도 상기 수학식6의 조건에 맞지 않는다면, 즉, 하나라도 도3에 도시한 결정 영역에 존재하지 않는다면 프레임 동기가 맞지 않았다고 판단한다.

반면, 4개의 결정 블록 모두가 상기 수학식6의 조건에 맞는다면, 즉, 모두가 결정 영역 내에 존재한다면 프레임이 동기되었다고 판단하여 방송 채널(BCH)을 복호한다. 이러한 과정이 서브프레임이 수신될 때마다 P_i 값들을 업데이트하고 비교한다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 위상 변조에 사용되는 위상을 정수로 이루어진 심볼로 변환하고, 그 변환된 심볼의 위상과 수신된 신호에서 검출된 위상 수열을 직교 위상 편이 변조(QPSK) 특성을 이용하여 프레임 동기 여부를 판단함으로써, 복잡한 연산을 수행하지 않고 간단하게 프레임 동기를 획득할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 다음 4개의 서브프레임에 방송 제어 채널(BCCH)이 있다는 것을 알려주는 신호(S2)의 위상 시퀀스를 정수의 심볼 수열로 변환하는 단계와;

   전송단에서 보내지는 다운링크 동기 시퀀스(SYNC_DL)의 위상과 채널에 의한 위상 변화 차이를 통한 수신 다운링크 동기 시퀀스(SYNC_DL)의 위상을 계산하는 단계와;

   상기 계산된 수신 다운링크 동기 시퀀스(SYNC_DL)의 위상과 상기 심볼 수열의 임의의 원소를 직교 위상 편이 변조(QPSK)를 이용하여 계산하는 단계와;

   상기 직교 위상 편이 변조를 이용하여 계산된 값(위상)이 기 설정된 결정 영역(Decision Region)에 있는지 판단하는 단계와;

   상기 판단 결과, 연속된 4개의 서브프레임에 대한 상기 계산된 값(위상)이 기 설정된 결정 영역에 있으면 프레임을 동기시켜 방송 채널(BCH)을 복호하고, 그렇지 않으면 상기 판단하는 단계를 반복 수행하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 시분할 동기 코드 분할 방식의 프레임 동기 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 신호(S2)의 위상 시퀀스가 변환된 정수의 심볼 수열은 (1-j, -1-j, 1-j, 1+j)인 것을 특징으로 하는 시분할 동기 코드 분할 방식의 프레임 동기 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 직교 위상 편이 변조(QPSK)를 이용하여 계산된 값은 아래와 같은 수식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 시분할 동기 코드 분할 방식의 프레임 동기 방법.

   

   여기서, R은 상기 직교 위상 편이 변조(QPSK)를 이용하여 계산된 값이고, P는 상기 수신 다운링크 동기 시퀀스(SYNC_DL)의 위상이고, S2_d는 상기 신호(S2)의 위상 시퀀스가 변환된 정수의 심볼 수열의 임의의 원소이다.
4. 제1항에 있어서, 상기 직교 위상 편이 변조를 이용하여 계산된 값(위상)이 기 설정된 결정 영역에 있는지에 대한 판단은 아래와 같은 수식에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 시분할 동기 코드 분할 방식의 프레임 동기 방법.

   

   

   여기서, Rⁱ과 R^r은 상기 직교 위상 편이 변조(QPSK)를 이용하여 계산된 값의 허수부 값과 실수부 값이다.

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