KR100566902B1

KR100566902B1 - 비동기식 이동통신 시스템의 셀탐색 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100566902B1
Application number: KR1020020072488A
Authority: KR
Inventors: 변영배; 김종원
Original assignee: 변영배; 김종원
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2006-03-31
Also published as: KR20040043998A

Abstract

비동기식 이동통신 시스템의 셀탐색 장치 및 방법이 개시된다. 비동기식 이동통신시스템의 셀탐색 장치는 정상화부, 누적부 및 최대치 검출부를 구비한다. 정상화부는 수신된 신호에 대하여 검출된 상관치 들을 큰 순서로부터 소정 개수를 선택하고, 선택된 상관치들을 소정 값으로 나누어 정상화한다. 누적부는 정상화된 상관치를 입력받아 누적한다. 최대치 검출부는 누적된 정상화된 상관치 들 중에서 최대 상관치로 동기코드의 시간 옵셋을 검출한다. 본 발명에 의하면, 셀 탐색시 메모리와 전력소모를 절약할 수 있고, 전체 셀 탐색 시간을 단축시킬수 있다.

셀탐색, 이동통신, 상관치, 정상화, 누적

Description

비동기식 이동통신 시스템의 셀탐색 장치 및 방법{Cell searching device in asynchronous mobile communication system and method thereof}

도 1은 비동기식 W-CDMA 시스템에 사용되는 순방향 링크의 동기 채널 구조를 나타낸 도면이고,

도 2는 이동국의 셀 탐색 방법을 설명하기 위한 흐름도이고,

도 3은 종래의 1단계 셀 탐색 장치의 내부구성을 도시한 블록도이고,

도 4는 도 3의 정합 필터의 출력예를 도시한 도면이고,

도 5는 본 발명에 따른 1단계 셀 탐색 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이고,

도 6은 본 발명에 따라서 셀 탐색을 위해 슬롯의 시작점을 획득하는 과정을 설명하기 위한 전체 흐름도이고,

도 7은 본 발명에 따른 셀탐색 방법에 있어서 누적단계를 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명은 비동기식 이동통신시스템에서의 셀탐색 장치 및 방법에 관한 것으 로, 더욱 상세하게는 1차 동기 채널에 대한 정합필터의 출력치인 상관치를 정상화하여 셀탐색 작업에 이용하여 고속으로 셀탐색을 행하고 메모리 용량을 감소시킨 비동기식 이동통신시스템에서의 셀탐색 장치 및 방법에 관한 것이다.

차세대 이동 통신 시스템(International Mobile Telecommunication System; IMT-2000) 무선 전송 기술로서 현재 세계 여러 국가에서 개발중인 방식에는 크게 북미 지역을 기반으로 개발중인 IS-95 계열의 기지국 동기식 CDMA-2000 방식과 유럽 및 일본을 중심으로 3GPP (3rd Generation Partnership Project3C)에서 개발중인 기지국 비동기식 W-CDMA 방식이 있다.

그리고, 이동 통신 시스템에서, 통신 단말 장치의 전원을 투입하였을 경우, 통신 단말 장치와 기지국 장치간의 통신이 단절된 경우, 핸드 오버 시에 전환 대상 기지국 장치를 특정하는 경우, 통신 단말 장치는 현재 어떤 기지국 장치가 가장 가깝고 통신을 행하는데 가장 양호한가를 특정해야 한다. 이것을 셀 탐색(cell search)이라고 부른다. 그리고, 통신 단말 장치가 고속으로 이동하고 있는 것과 같은 경우나, 대도시 등의 가입자가 많고 기지국 장치가 밀집해서 설치되어 있는 경우, 탐색해야 할 대상이 증가하고, 주위의 셀 환경이 고속으로 변화되기 때문에, 셀 탐색은 고속으로 실행 될 것이 요구된다.

비동기식 W-CDMA 방식은 글로벌 위치 설정 시스템(global positioning system; GPS)과 같은 외부 시간 기준에 의해 모든 기지국이 프레임 동기를 맞추어 동작하는 IS-95 계열의 기지국 동기식 CDMA 방식과는 달리 기지국간 프레임 동기 없이도 동작할 수 있는 것이 그 특징이다. 상기 IS-95 계열의 기지국 동기식 CDMA 방식이 한 개의 코드 시퀀스의 절대 시간에 대한 위상차를 이용하여 각 기지국을 구별하는 반면, 기지국 비동기식 W-CDMA 방식은 서로 다른 코드 시퀀스로 기지국을 구별한다. 이와 같은 기지국 비동기식 W-CDMA 방식은 GPS 수신기와 같은 장치가 필요하지 않기 때문에 초기 호 설정 시 혹은 핸드오프 시 이동국의 셀 탐색 시간이 길어질 수 있다는 단점이 있다. 이와 같은 기지국 비동기식 W-CDMA의 이동국 셀 탐색 시간을 줄이기 위해 기지국 비동기식 W-CDMA 방식은 그룹핑 개념을 도입하고, 도 1에 도시된 바와 같이 순방향 링크에서 2개의 동기 채널을 이용하며, 이동국의 초기동기와 기지국 검색 절차는 3단계로 이루어진다.

제1동기채널(P-SCH : Primary Synchronization Channel)은 변조되지 않은 256칩 길이를 갖는 GHG(Generalized Hierarchical Golay) 코드로 구성되어 있으며 매 슬롯(0.667 msec) 마다 슬롯 경계에서 1개씩 전송된다. 3GPP W-CDMA 방식에서 1개의 프레임은 10 msec 이며 스크램블링 코드 길이와 일치한다. P-SCH는 매 슬롯마다 1개씩, 1 프레임당 15번 반복 송신되며 시스템의 모든 기지국은 동일한 코드를 P-SCH로 사용한다. 이동국 셀 탐색 1단계는 상기 기지국에서 전송한 제1동기채널을 수신하여 기지국의 슬롯타임(Slot Time)을 동기한다.

제2동기채널(S-SCH : Secondary Synchronization Channel)도 256칩 길이를 갖는 반면 매 슬롯마다 서로 다른 코드가 전송된다. 즉, 제2동기채널은 한 개의 길이가 256 칩인 15개의 시퀀스로 이루어져 있고, 상기 도 1에 도시된 바와 같이 각각의 시퀀스는 제1차 동기채널코드와 정렬한다. 이동국 셀 탐색 2단계에서는 상기 제1동기채널을 통해 슬롯 타임동기된 이동국은 상기 제2동기채널을 수신하여 기지 국 구분 코드 정보 및 10 msec 프레임의 시작점에 대한 정보를 획득한다.

상기 이동국 셀 탐색 3단계에서 이동국은 상기 2단계에서 얻은 프레임 시작점 및 기지국 구분 코드 정보를 이용하여 해당 기지국의 PN 코드의 종류를 파악한다. 즉 상기 제2단계에서 얻은 기지국 구분 코드 그룹에 해당하는 8개의 PN 코드를 상기 제2단계에서 얻은 프레임의 시작점부터 상호상관을 취한 후 이 중 최대값이 미리 설정해 놓은 임계 치를 넘을 경우 이동국은 그 최대값을 갖는 PN 코드를 현 기지국이 순방향 링크의 대역확산을 위해 사용하는 PN 코드라 선언한다. 이로써 이동국은 현 기지국의 프레임 동기 및 PN 코드의 정보를 획득한다.

이동국의 셀 탐색 방법은 도 2에 도시한 것처럼, 순차적으로 각 단계 절차를 수행하여 초기동기와 기지국 검색을 행한다. 즉, 1단계(S211)에서 슬롯 타임의 동기를 찾고, 2단계(S212)에서 프레임 타임 동기와 기지국 구분 코드 정보를 탐색한 후에, 3단계(S213)에서 대상 기지국의 프레임 동기 및 PN 코드의 정보를 획득함으로써 셀 탐색을 완수한다. 이상의 단계별 셀 탐색은 병렬로 행하여 진다.

그런데, 상기 다단계 셀 탐색 절차 중에서 가장 중요한 것은 상기 1단계(S211)에서 보다 신속히 슬롯 타임 동기를 찾아야 한다는 것이다. 슬롯 타임 동기를 제대로 맞추지 못하면 상기 1단계 이후의 모든 단계를 위한 계산은 무용지물이 되기 때문이다.

도 3은 종래의 1단계 셀 탐색 장치의 내부구성을 도시한 블록도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 종래의 1단계 셀 탐색 장치는 정합필터(311), 누적부(312) 및 최대상관치 검출부(313)를 구비한다.

정합필터 (Matched Filter)(311)는 수신된 신호를 입력하여 그 신호의 상관치(Correlation)를 검출한다. 여기서, 상관치를 검출하는 과정은 상기 제1동기 채널이 수신되는 주기에 대하여 가능한 시간 옵셋(Time Offset)에 대해서 수행되고, 그 시간 옵셋에 따른 상관치가 누적부(312)에 누적 저장된다. 여기서 시간 옵셋이란, 한 슬롯 당 2560 칩이 존재하므로 2560 개가 된다. 즉 상관치가 저장되는 누적부는 2560 개의 데이터를 저장할 공간이 필요하다. 또한 상관치를 누적하는 이유는 수신신호의 잡음 및 간섭에 의한 영향을 억제하기 위해 수행하는데, 채널 환경이 열악한 경우에는 수신신호의 전력이 미약하므로 누적횟수를 증가시켜야만 한다.

최대 상관치 검출부(313)는 상기 누적부(312)에 저장되어 있는 상관치 중 최대 상관치를 검출하고, 그 검출된 최대 상관치에 해당하는 동기 코드의 시간 옵셋을 검출하고, 그 검출된 동기 코드의 시간 옵셋을 가지고 기지국과의 슬롯 타임을 동기한다.

그런데, 잡음 및 간섭의 영향이 클 때에는 수신 신호의 전력이 미약하므로 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 잡음 및 간섭에 의한 영향으로 (412) 및 (413)와 같은 sidelobe들의 상관치가 정확한 시간 옵셋에 대한 상관치(411)와 크거나 유사하게 나타난다. 이러한 경우 슬롯 타임 동기가 틀리게 되므로 정확한 동기를 위해서는 상관치의 누적횟수를 증가시켜야 한다.

누적횟수를 증가시킬 경우 상기 1단계 셀 탐색에 소요되는 시간이 증가하게 되고, 누적 횟수 증가로 인한 하드웨어적인 로드를 가져오며, 이에 따라 전력소모 를 증가시켜 한정된 전력을 사용하고 있는 이동국의 전력 소모를 더욱 증가시킨다는 문제점이 있다.

따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 비동기식 W-CDMA 이동 통신 시스템에서 전체 셀 탐색 시간을 단축시킬수 있도록 1단계 셀 탐색시 슬롯타임 동기하는 시간을 단축시킬 수 있고, 셀 탐색시 메모리와 전력소모를 절약할 수 있는 비동기식 이동통신 시스템의 셀탐색 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 비동기식 이동통신시스템의 셀탐색 장치에 있어서, 수신된 신호에 대하여 검출된 상관치 들을 큰 순서로부터 소정 개수를 선택하고, 선택된 상관치들을 소정 값으로 나누어 정상화하는 정상화부; 상기 정상화된 상관치를 입력받아 누적하는 누적부; 및 상기 누적된 정상화된 상관치 들 중에서 최대 상관치로 동기코드의 시간 옵셋을 검출하는 최대치 검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 비동기식 이동통신 시스템의 셀탐색 장치가 제공된다.

상기 다른 목적을 달성하기 위해, 비동기식 이동통신시스템의 셀탐색 방법에 있어서, 수신된 신호에 대하여 검출된 상관치 들을 큰 순서로부터 소정 개수를 선택하고, 선택된 상관치들을 소정 값으로 나누어 정상화하는 정상화 단계; 상기 정상화된 상관치를 입력받아 누적하는 누적 단계; 및 상기 누적된 정상화된 상관치 들 중에서 최대 상관치로 동기코드의 시간 옵셋을 검출하는 최대치 검출단계를 포 함하는 것을 특징으로 하는 비동기식 이동통신 시스템의 셀탐색 방법이 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 1단계 셀 탐색 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.

도 5에 도시된 것같이, 본 발명에 따른 1단계 셀 탐색 장치는 정합필터(511), 정상화부(512), 누적부(513) 및 최대치 검출부(514)를 구비한다.

정합필터(511)는 수신된 신호(Rx)에 대하여 슬롯 동기코드를 이용하여 상관치를 검출한다. 여기서, 정합필터(511)는 제 1동기 채널이 수신되는 주기에 대하여 가능한 시간 옵셋(Time Offset)에 대해서 상관치를 검출하고, 그 결과를 정상화부(52)로 출력한다.

정상화부(512)는 정합필터(511)의 출력치인 2560개의 상관치(C₁, C₂,… , C₂₅₆₀)들을 큰 순서대로 정렬한다. 그리고, 정렬된 상관치 들중에서 미리 정해진 개수(M, M < 2560)만큼 상관치(C₁, C₂,… , C_M)를 선택하고, 선택된 상관치들중에서 가장 작은 상관치(C_M)로 선택된 상관치들(C₁, C₂,… , C_M)을 나눈다. 이렇게 하여 정상화된 상관치(D₁, D₂,… , D_M)를 누적부로 출력한다.

누적부(513)는 정상화된 상관치를 미리 정해진 개수(N, N < 2560)의 저장 공간에 저장한다. 누적부(513)는 먼저 선택되어 정상화한 상관치들의 슬롯 시작점 이 기존에 저장되어 있는 정상치들(AC₁, AC₂,… , AC_N)과 같은 것이 있는지를 조사하고, 같은 것이 있을 경우 누적한다. 그리고, 누적부(513)는 누적되지 않고 남아 있는 상관치들과 누적부(513)에 저장되어 있는 누적 값들을 비교하여, 누적되지 않고 남아 있는 상관치들이 누적부(513)에 저장되어 있는 누적 값들 보다 큰 경우에 한해 미리 정해진 개수에 맞도록 크기 순서대로 선택하여 저장한다. 이 때, 누적부(513)에 저장되어 있는 누적값들 보다 작은 상관치들은 삭제한다.

최대치 검출부(514)는 누적부(513)에 저장되어 있는 소정 개수(N개)의 데이터 중에서 가장 큰 것을 선택하여 그것의 시간옵셋을 슬롯의 시작점으로 선택하여, 셀 탐색 2단계부로 전달한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국 비동기로 동작하는 W-CDMA 시스템에 있어서 고속 셀 탐색을 위한 슬롯의 시작점을 신속히 획득하기 위한 과정의 전체 흐름도이다.

먼저, 신호(Rx)가 수신되어 정합필터(511)에 입력되면, 슬롯 동기코드를 이용하여 상관치가 검출되고, 검출된 상관치는 정상화부(52)로 출력한다.

정상화부(512)에서 정합필터(511)의 출력치인 2560개의 상관치(C₁, C₂,… , C₂₅₆₀)들을 큰 순서대로 정렬되고, 정렬된 상관치 들중에서 미리 정해진 개수(M)만큼 상관치(C₁, C₂,… , C_M)가 선택된다(단계 S611).

선택된 상관치들(C₁, C₂,… , C_M)을 선택된 상관치들중에서 가장 작은 상관치(C_M)로 나눈다(단계 S612). 이렇게 하여 정상화된 상관치들(D₁, D₂,… , D_M)을 누적부에 저장한다(단계 S613).

누적부에 저장되어 있는 정상화된 상관값중에서 최대값을 선택하여 슬롯의 시작점으로 선택하여 2단계 셀 탐색부로 전달한다(단계 S614).

누적단계는 정상화된 상관치 들의 시간옵셋이 누적부에 이미 저장되어 있는 상관치들의 시간옵셋과 동일한가 비교하고, 동일한 것이 있는 경우에 해당 정상화된 상관치들을 누적하는 제 1누적단계(71)와 동일하지 않은 경우, 정상화된 상관치를 누적부에 저장되어 있는 상관치들과 비교하여 정상화된 상관치가 누적부에 저장되어 있는 상관치보다 큰 경우에 한해 정상화된 상관치를 저장하는 제 2누적단계(72)를 포함한다.

제 1누적단계(71)에서, 누적부(513)는 정상화부(512)로부터 정상화된 상관치들(D₁, D₂,… , D_M)을 입력한다(단계 S711).

그리고, 입력된 정상화된 상관치들의 시간옵셋(ID_i: ID₁, ID₂,… , ID_M)이 누적부(513)에 누적되어 있는 상관치들의 시간옵셋(IAC_j: IAC₁, IAC₂,… , IAC_N)과 동일한지 판단한다(단계 S712).

만약, 입력된 정상화된 상관치 들의 시간옵셋(ID_i)이 누적부(513)에 이미 저 장되어 있는 상관치들의 시간옵셋(IAC_j)과 동일하면, 동일한 정상화된 상관치를 누적하고, 해당 정상화된 상관치(D_i)를 제거한다(단계 S713). 입력된 정상화된 상관치 들에 대하여 모두 조사한다(단계 S714).

제 2누적단계(72)에서, 누적부(513)는 제 1누적단계(71)를 수행한 뒤 남겨진 정상화된 상관치들이 누적부(513)에 저장되어 있는 상관치보다 큰지 비교한다(단계 S715). 만약, 제 1누적단계(71)에서 남겨진 정상화된 상관치가 누적부(513)에 저장되어 있는 상관치보다 큰 경우(D_i > AC_j) 정상화된 상관치를 저장한다(단계 S716). 제 1누적단계(71)에서 남겨진 정상화된 상관치 들에 대하여 모두 조사한다(단계 S717).

상기 설명한 바와 같이, 정합필터의 출력치인 상관치 중에서 선택된 상관치를 정상화 함으로써, 채널 환경이 열악한 경우 그 영향을 억제할 수 있다.

즉, 수신된 신호에 잡음 및 간섭이 클 경우에는 sidelobe들의 상관치가 정확한 시간 옵셋에 대한 상관치보다 크거나 유사하게 되고, 많은 수의 sidelobe들의 상관치가 큰 값을 갖기 때문에 상관치의 정상치들은 전체적으로 적은 값을 갖게 된다.

반면, 잡음 및 간섭의 영향이 적을 경우는 sidelobe들의 상관치에 대한 정상치보다 정확한 시간 옵셋에 대한 상관치에 대한 정상치가 상대적으로 매우 큰 값을 갖게 될 것이다. 따라서, 종래와 같이 상관치를 그대로 누적하여 최대값을 구하는 것보다 빠르게 슬롯 동기를 맞출 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 비동기식 W-CDMA 이동 통신 시스템에서 셀 탐색을 수행할 때 기지국에서 전송한 제1동기채널의 간섭 및 잡음으로 인한 신호 전력의 열화의 영향을 최소화하기 위하여 정합필터의 출력을 정상화 작업을 수행함으로써 1단계 셀 탐색 시 슬롯 타임 동기를 위한 누적 횟수를 감소시키는 것이 가능하며, 누적 횟수의 감소로 인한 하드웨어적인 로드를 감소시키는 것이 가능하다는 이점을 갖는다.

또한 상관치를 정상화 작업하여 2560 개의 가능한 시간옵셋 중 일부만 선택하여 저장하므로 메모리를 절약할 수 있고, 정상화를 정수로 작업할 수 있으므로 하드웨어적인 로드를 감소시킬 수 있으며, 동기 코드 시간옵셋을 검출하기 위해 수행하는 슬롯의 수가 감소하므로 인해 전력 소모의 감소를 가져온다는 이점을 갖는다.

따라서, 셀 탐색시 메모리와 전력소모를 절약할 수 있고, 전체 셀 탐색 시간을 단축시킬수 있다.

Claims

비동기식 이동통신시스템의 셀탐색 장치에 있어서,

수신된 신호에 대하여 검출된 상관치들을 큰 순서로부터 소정 개수를 선택하고, 상기 선택된 상관치들을 상기 선택된 상관치 중 가장 작은 값으로 나누어 정상화하는 정상화부와,

상기 정상화된 상관치를 순서대로 소정 개수 선택하여 저장하는 누적부와,

상기 누적된 정상화된 상관치들 중에서 최대 상관치로 동기코드의 시간 옵셋을 검출하는 최대치 검출부를 구비하며,

상기 누적부는 상기 정상화된 상관치들의 시간옵셋이 상기 누적부에 이미 저장되어 있는 상관치들의 시간옵셋과 동일한가 비교하고, 동일한 것이 있는 경우에 해당 정상화된 상관치를 누적하고, 동일하지 않은 경우, 상기 정상화된 상관치를 상기 누적부에 저장되어 있는 상관치들과 비교하여 상기 정상화된 상관치가 상기 누적부에 저장되어 있는 상관치보다 큰 경우에 한해 상기 정상화된 상관치를 저장하는 것을 특징으로 하는 비동기형 통신 시스템의 셀탐색장치.
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비동기식 이동통신시스템의 셀탐색 방법에 있어서,

수신된 신호에 대하여 검출된 상관치들을 큰 순서로부터 소정 개수를 선택하고, 상기 선택된 상관치들을 상기 선택된 상관치 중 가장 작은 값으로 나누어 정상화하는 정상화 단계와,

상기 정상화된 상관치를 순서대로 소정 개수 선택하여 저장하는 누적 단계와,

상기 누적된 정상화된 상관치들 중에서 최대 상관치로 동기코드의 시간 옵셋을 검출하는 최대치 검출단계를 포함하며,

상기 누적단계는 상기 정상화된 상관치들의 시간옵셋이 상기 누적부에 이미 저장되어 있는 상관치들의 시간옵셋과 동일한가 비교하고, 동일한 것이 있는 경우에 해당 정상화된 상관치를 누적하는 제 1누적단계 및 동일하지 않은 경우, 상기 정상화된 상관치를 상기 누적부에 저장되어 있는 상관치들과 비교하여 상기 정상화된 상관치가 상기 누적부에 저장되어 있는 상관치보다 큰 경우에 한해 상기 정상화된 상관치를 저장하는 제 2누적단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비동기형 통신 시스템의 셀탐색방법.
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