KR100605878B1

KR100605878B1 - 이동통신 시스템에서의 역방향 전송 타이밍 동기 방법 및장치

Info

Publication number: KR100605878B1
Application number: KR1020040043756A
Authority: KR
Inventors: 이준경; 허성호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2006-08-01
Also published as: KR20050118593A

Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서 역방향 전송 타이밍 동기 방법 및 장치로서, 기지국으로부터의 공통 파일럿 채널(CPICH) 신호의 수신 전력을 측정하는 과정과, 상기 기지국으로부터 수신한 방송채널 정보를 통해 상기 CPICH의 송신 전력을 알아내는 과정과, 상기 수신 전력과 상기 송신 전력의 차인 경로 손실을 계산하고 상기 경로 손실에 따른 공중 지연값을 구하는 과정과, 상기 단말 내부의 고정 지연값에 상기 공중 지연값을 고려하여 역방향 송신 타이밍을 조절하는 과정으로 이루어진다. 이러한 본 발명은 기지국 신호의 수신 전력 감쇄를 이용하여 공중지연을 고려하므로 고정된 지연을 사용하는 것 보다 정확한 지연을 적용할 수 있다. 또한 통화 성공률을 높여, 기지국 윈도우 탐색 영역을 늘리지 않고도 셀 범위를 더 크게 할 수 있어 기지국 수를 감소시키는 효과가 있다.

Syncronous, Uplink, Air delay, CPICH, BCH,

Description

이동통신 시스템에서의 역방향 전송 타이밍 동기 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TIMING SYNCRONIZATION OF UPLINK TRANSMISSION IN A MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 통상적인 기지국에서 단말로의 신호 수신 구조를 보이고 있는 도면.

도 2는 통상적인 단말에서 기지국으로의 신호 송신 구조를 보이고 있는 도면.

도 3은 본 발명이 적용되는 이동 통신의 전파 경로를 모형적으로 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 단말의 수신된 신호를 이용하여 동기를 조정하는 수신 측정부를 도시한 도면.

본 발명은 이동통신 시스템에서 기지국과 단말간의 타이밍 동기 방법 및 장치로서 특히, 단말이 셀(Cell)에 최초 진입 시, 상기 단말과 기지국 간의 타이밍(Timing)을 맞추기 위한 역방향 동기에 관한 것이다.

부호분할 다중 접속(CDMA:Code Division Multiple Access:이하 “CDMA"라 칭함.) 방식은 동기식과 비동기식이 있다. 비동기 방식으로 유럽식 이동통신 시스템인 GSM(Global System for Mobile Communications)과 GPRS(General Packet Radio Services)를 기반으로 하고 광대역(Wideband) 부호분할 다중접속(CDMA)을 사용하는 제 3세대 이동통신 시스템인 UMTS(Universal Mobile Telecommunication Service)이 있다.

비동기 방식의 이동통신 시스템에 있어서 단말에게 가장 중요한 작업은 기지국과 동기를 맞추는 것이다. 이는 동기를 맞추어야 단말간에 통화가 가능하기 때문이다. 단말은 기지국으로부터 송출되는 공통 파일럿 채널(Common Pilot Channel, 이하 “CPICH"라 칭함)신호에 의해 기지국의 동기를 획득한다. 이때 단말은, 기지국으로부터 수신된 신호를 해석하는데 걸리는 수신처리 시간과, 상기 기지국으로 보낼 신호를 생성하는데 걸리는 송신 처리시간을 고려하여 기지국으로의 송신 타이밍을 조정한다. 상기 수신처리 시간과 상기 송신처리 시간은 단말의 수신부 및 송신부의 구성요소들에 의한 처리지연들의 총합이 된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 통상적인 기지국에서 단말로의 신호 수신 구조를 보이고 있는 도면이다.

UMTS 시스템에서 단말과 기지국 간의 타이밍 동기를 맞추기 위해서 단말의 수신부는 무선주파수(Radio Frequency, 이하 “RF”라 칭함)부(110), 기저대역 처리부 (Baseband Assembly, 이하 "BBA"라 칭함)(115), 제곱근 레이즈드 코사인(Square-Root Raised Cosine , 이하 “SRRC"라 칭함)필터(120), 데시메이터(Decimator)(125), 핑거(Finger)부(130), 컴바이너(Combiner)(135)를 포함한다.

단말은 기지국(100)으로부터 송신된 CPICH 신호를, 단말 안테나(105)로 수신하고 RF부(110)를 통해 베이스밴드 신호로 변환한다. 상기 베이스 밴드 신호는 BBA(115)에 의해 디지털 신호로 변환된 후 채널 잡음의 영향을 줄이기 위한 SRRC필터(120)를 통과하여 펄스 정형화된다. 데시메이터(125)에서는 상기 펄스 정형화된 신호를 표본화한다. 핑거(Finger)부(130)에서 상기 표본화된 신호를 수신하여 복수의 핑거들에 의해 복조한다. 상기 복수개의 핑거들에 의해 복조된 신호들은 콤바이너(Combiner)(135)를 통해 하나의 신호로 통합된다.

수신처리 시간은 상기 도 1의 구성요소들에 의한 각각의 단계에서의 신호처리 지연들의 합이다.

도 2는 통상적인 단말에서 기지국으로의 신호 송신 구조를 보이고 있는 도면이다.

상기 도 2를 살펴보면 송신될 신호는 SRRC필터(220)를 통과한 후, BBA(215)를 거쳐 아날로그 신호로 변환된다. 상기 아날로그 신호는 RF부(210)를 통해 무선 주파수 신호로 변환되고, 안테나(205)에 의해 기지국(100)으로 송신된다.

송신 처리 시간은 상기 도 2의 구성요소들에 의한 처리지연들의 합이다.

단말은, 송신부와 수신부 각각의 하드웨어 구성요소들에 대한 지연값들을 포함하여 타이밍 보정값을 계산하고 상기 계산된 값을 이용하여 송신 타이밍을 맞추게 된다. 여기서 상기 지연값들은 테스트를 통하여 결정되며, 고정된 값으로 사용된다. 그러나 실제로 기지국이 송신한 신호와 수신한 신호의 사이에는 단말 내부의 처리지연뿐 아니라 기지국으로부터 단말로, 및 단말로부터 기지국으로의 신호 전파에 따른 공중지연이 포함된다. 이러한 공중지연은 단말의 이동에 따라 수시로 변동될 수 밖에 없다.

그런데 기존 단말은 고정된 지연만을 고려하여 송신 타이밍을 조정하였으므로 기지국과 단말사이의 거리에 따른 공중 지연(Air Delay)을 고려하지 못하고 있다. 이로 인해 타이밍 동기에 오차가 커지게 되어, 통화 성공률이 낮아지게 되며, 이에 따라 더 많은 기지국을 설치해야 하는 문제점이 발생할 수 있었다.

따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 목적은, 단말이 상기 단말내의 고정된 지연에 공중 지연을 고려함으로써 기지국과 단말간의 정확한 타이밍 동기를 맞추는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예는, 기지국으로부터의 공통 파일럿 채널(CPICH) 신호의 수신 전력을 측정하는 과정과,

상기 기지국으로부터 수신한 방송채널 정보를 통해 상기 CPICH의 송신 전력을 알아내는 과정과,

상기 수신 전력과 상기 송신 전력의 차인 경로 손실을 계산하고 상기 경로 손실에 따른 공중 지연값을 구하는 과정과,

상기 단말 내부의 고정 지연값에 상기 공중 지연값을 고려하여 역방향 송신 타이밍을 조절하는 과정을 포함하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 다른 실시 예는, 기지국으로부터의 공통 파일럿 채널(CPICH) 신호의 수신 전력을 측정하는 수신 전력 측정부와,

상기 기지국으로부터 수신한 방송채널 정보를 통해 상기 CPICH의 송신 전력을 알아내고, 상기 수신 전력과 상기 송신 전력의 차인 경로 손실을 계산하여 상기 경로 손실에 따른 공중 지연값을 구하는 계산부와,

상기 단말 내부의 고정 지연값에 상기 공중 지연값을 고려하여 역방향 송신 타이밍을 조절하는 타이밍 보정부로 이루어지는 장치를 제공하는 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐를 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용 어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 3은 본 발명이 적용되는 이동 통신의 전파 경로를 모형적으로 나타낸 도면이다. 도시한 바와 같이 기지국(300)으로부터 방해 없이 도달하는 직접파(310)와 건물의 벽 등으로 인한 반사를 거쳐 도달하는 반사파(320), 그리고 건물의 옥상 등에서 회절하여 도달하는 회절파(330) 등이 단말(340)로 수신된다.

일반적인 이동 통신 환경에서 기지국(300)과 단말(340)사이가 직접파(310)만으로 연결되는 경우는 많지 않으며, 다수의 반사파(330)나 회절파(320)가 존재한다. 이러한 반사파나 회절파에 의해 공중지연이 생기게 된다.

여기서 공중지연이란, 송신기와 수신기까지의 무선구간의 전파 손실이나 전파 손실의 장소적, 시간적, 변동 등이 요소가 되어 수신시간이 달라지게 되어 생기게 되는 지연현상이다. 상기와 같은 전파 경로의 모든 공중지연을 이론적으로 검토하는 것은 사실상 불가능하기 때문에, 본 발명에서는 수신신호에 대한 측정 데이터의 통계 처리에 의한 실험식을 사용한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 단말의 수신된 신호를 이용하여 동기를 조정하는 수신 측정부를 도시한 도면이다.

수신 측정부(400)는 세가지 기본 구성 부분으로 되어 있으며, 각각의 역할은 다음과 같다. 수신 전력 측정부(410)은 기지국으로부터의 특정 신호, 예를 들어 CPICH 신호를 수신하여 그 전력을 측정한다. 계산부(420)는 상기 측정된 수신 신호 전력과 기지국으로부터 받은 기지국 전송 전력정보를 이용하여 기지국 동기를 보정할 타이밍 값을 얻어낸다.

좀 더 상세히 설명하면, 기지국은 기준이 되는 신호로 항상 CPICH 신호를 일정한 전력으로 전송하고, 단말기는 상기 CPICH 신호로 기지국의 초기 동기를 획득하게 된다. 상기 획득한 초기 동기를 이용하여 방송채널(BCH:Broadcast Channel, 이하 “BCH"라 칭함)의 정보를 수신하게 되면, 단말은 상기 BCH 정보로부터 상기 CPICH의 전송 전력(Power) 값을 알 수 있게 된다.

상기 CPICH 전송 전력과 단말기에서 측정한 CPICH 수신 전력의 차이는 기지국과 단말사이의 경로손실(Path Loss)(dB)이 되고, 단말은 상기 경로손실을 이용하여 기지국과 단말기 사이의 거리를 알아낸다. 이때, 단말기는 CPICH 수신 전력의 정확성을 위해서 여러 번 측정하여 적정 값을 추정한다.

상기 거리는 기지국과 단말사이의 공중지연을 계산하는데 이용된다.

예를 들어 오쿠무라-하타(OKUMURA-HATA)의 Suburban 모델을 사용하면, 경로손실과 거리의 관계는 하기 <수학식 1>과 같다.

A = 69.55 + 26.16 log₁₀(f_c) - 13.82 log₁₀(h_b) - a(h _m)

B = 44.9 - 6.55 log₁₀(h_b)

C = 5.4 + 2[log₁₀(f_c /28)]²

상기 <수학식 1>에서 Lp는 경로손실(dB), d는 거리(km), f_c는 중심 주파수(MHz), h_b는 기지국의 높이(m), h_m은 단말기의 높이(m)를 나타내며, a는 단말기의 높이 보정 인수(Factor)이다.

예를 들어, 기지국과 단말의 위치한 지점이 중소 도시라 가정하면,

a(h_m) = (1.1 log₁₀(f_c) -0.7)h_m - (1.56 log₁₀(f_c) - 0.8) 와 같은 식이 사용된다. 또한, A, B, C는 실험측정계수를 나타낸다.

일 예를 들어 계산한다면, f_c= 2140MHz, h_b = 70m, h_m = 1.5m 일 경우,

A = 131.1242

B = 32.8146

C = 12.4932로 구해질 수 있다.

상기 <수학식 1>을 기반으로 하면, 기지국과 단말기 사이의 거리 d는 하기 <수학식 2>에 의해 구해진다.

전파의 속도를 300,000km/sec로 할 때, 거리d에 대해 d/300,000 sec만큼의 공중지연이 발생하게 된다. 상기 공중지연을 3.84 Mcps의 칩속도를 사용하는 WCDMA시스템에서의 칩(chip) 단위로 바꿀 경우, 공중지연은 d×12.8 chips로 변환된다. 여기서 12.8 chips는 1km당 공중지연의 평균값을 나타낸다. 실제로 공중 지연은 역방향과 순방향(Uplink & Downlink)에 모두 존재하므로 단말은 타이밍 보정시 상기 계산된 단방향 공중지연의 2 배인 양방향 지연을 사용한다.

도 4의 계산부(420)는 경로손실에 대해 미리 계산된 지연값을 저장하는 룩업 테이블(Look up Table)을 구비하고, 상기 룩업 테이블에서 현재의 측정된 경로손실에 대응하는 거리 및 지연값들을 읽어낸다.

일 예로 상기 룩업테이블은 하기 (표 1)과 같이 구성된다.

경로손실 (Path Loss)(dB)	거 리 (Distance)(Km)	단방향 지연 (chip)	양방향 지연 (chip)
0	0.000243	0	0
1	0.00026	0	0
2	0.000279	0	0
. . .	. . .	. . .	. . .
95	0.190482	2	4
96	0.204328	3	6
97	0.21918	3	6
98	0.235113	3	6
99	0.252203	3	6
100	0.270536	3	6
101	0.290201	4	8
102	0.311296	4	8
103	0.333924	4	8
104	0.358197	5	10
105	0.384234	5	10
106	0.412164	5	10
107	0.442124	6	12
108	0.474262	6	12
109	0.508736	7	14
110	0.545716	7	14
111	0.585384	7	14
112	0.627936	8	16
113	0.673581	9	18
114	0.722543	9	18
115	0.775065	10	20
. . .	. . .	. . .	. . .

상기 (표 1)는 경로손실을 통해 구해진 거리와 단방향 지연 및 양방향 지연을 열거하고 있다. 상기 (표 1)에서는 경로손실이 주로 나타나는 100dB내지 110dB대의 범위를 주로 표기하였다.

도 4의 타이밍 보정부(430)는 계산부(420)로부터 제공된 양방향 지연값과, 이미 알고 있는 고정된 송수신 처리지연을 송신부 하드웨어 구성요소에 적용하여 업링크(Uplink) 전송 타이밍을 조절한다.

여기서 기지국으로부터 수신되는 신호를 통한 단말기의 타이밍 동기 과정을 살펴보면, 단말기는 기지국으로부터 수신된 CPICH 신호의 수신 전력을 측정하며, BCH 정보를 읽어서 상기 CPICH 신호의 송신 전력을 알아낸다. 단말기는 다음으로 상기 송신 전력과 상기 수신 전력의 차인 경로손실을 계산하여 상기 경로 손실에 따른 양방향 지연 값을 룩업 테이블로부터 읽어 들인 후, 상기 양방향 지연값과 이미 알고 있는 고정된 지연값을 이용하여 송신 타이밍을 조정한다. 여기서 단말기의 송신 타이밍을 조정하는 동작은 잘 알려져 있는 공지 기술일 뿐 아니라 본 발명의 주된 요지와도 관련이 없는 것이므로 그 상세한 설명을 생략한다. 다만, 타이밍 조정 후에 단말기 이동으로 발생하는 타이밍 오류는 기지국의 자체 타이밍 동기 시스템에 의해 조정된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 기지국 신호의 수신 전력 감쇄를 이용하여 공중지연을 계산하므로 고정된 지연을 사용하는 것 보다 정확한 지연을 적용할 수 있다. 초기 동기시 단말기의 위치에 따른 공중지연을 고려하지 않을 경우, 단말기의 손신 신호의 지연이 기지국의 윈도우 탐색(Window Search)의 영역을 벗어날 수 있고, 그 결과로 통화실패가 야기될 수 있다. 그러나 본 발명과 같은 유동적인 공중지연 사항을 포함 하여 동기를 맞추어 전송한다면, 통화 성공률을 높일 수 있을 뿐만 아니라 기지국 윈도우 탐색 영역을 늘리지 않고도 셀 범위를 더 크게 할 수 있어 기지국 수를 감소시키는 효과가 있다.

Claims

이동통신 단말의 역방향 송신 타이밍 동기 방법에 있어서,

기지국으로부터의 공통 파일럿 채널(CPICH) 신호의 수신 전력을 측정하는 과정과,

상기 기지국으로부터 수신한 방송채널 정보를 통해 상기 CPICH의 송신 전력을 알아내는 과정과,

상기 수신 전력과 상기 송신 전력의 차인 경로 손실을 계산하고 상기 경로 손실값을 이용하여 상기 기지국과 상기 단말사이의 거리를 구함으로써, 상기 거리를 통해 상기 기지국과 상기 단말사이의 공중 지연값을 구하는 과정과,

상기 단말 내부의 고정 지연값에 상기 공중 지연값을 고려하여 역방향 송신 타이밍을 조절하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 역방향 송신 타이밍 동기 방법.
제 1항에 있어서, 상기 고정 지연 값은, 상기 단말의 송신부와 수신부를 구성하는 하드웨어 구성요소들에 의한 처리지연 값들의 합인 것을 특징으로 하는 역방향 송신 타이밍 동기 방법.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 공중 지연값을 구하는 과정은, 경로손실 값들에 대응하는 거리들과 공중지연들을 저장하는 있는 룩업 테이블로부터 상기 계산된 경로손실에 대응하는 양방향 지연값을 읽어내는 것을 특징으로 하는 역방향 송신 타이밍 동기 방법.
이동통신 단말의 역방향 송신 타이밍 동기 장치에 있어서,

기지국으로부터의 공통 파일럿 채널(CPICH) 신호의 수신 전력을 측정하는 수신 전력 측정부와,

상기 기지국으로부터 수신한 방송채널 정보를 통해 상기 CPICH의 송신 전력을 알아내고, 상기 수신 전력과 상기 송신 전력의 차인 경로 손실을 계산하여 상기 경로 손실값을 이용하여 상기 기지국과 상기 단말사이의 거리를 구하고, 상기 거리를 통해 상기 기지국과 상기 단말사이의 공중 지연값을 구하는 계산부와,

상기 단말 내부의 고정 지연값에 상기 공중 지연값을 고려하여 역방향 송신 타이밍을 조절하는 타이밍 보정부로 이루어짐을 특징으로 하는 역방향 송신 타이밍 동기 장치.
제 5항에 있어서, 상기 고정 지연 값은, 상기 단말의 송신부와 수신부를 구성하는 하드웨어 구성요소들에 의한 처리지연 값들의 합인 것을 특징으로 하는 역방향 송신 타이밍 동기 장치.
삭제
제 5항에 있어서, 상기 계산부는, 경로손실 값들에 대응하는 거리들과 공중지연값들을 저장하는 있는 룩업 테이블을 구비하고, 상기 룩업테이블로부터 상기 계산된 경로손실에 대응하는 양방향 지연값을 읽어내는 것을 특징으로 하는 역방향 송신 타이밍 동기 장치.