KR100677309B1 - 시분할 동기식 코드분할 다중접속방식의 프레임 동기 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3세대 시분할 동기식 코드분할 다중접속방식(TD-SCDMA)에서 차등 검파를 이용하여 프레임 동기를 맞춰 디씨 오프셋 및 채널 추정 오류에 의한 영향을 최소화하면서 프레임 동기화 속도를 향상시키는 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 연속 수신되는 4개의 다운링크 동기 시퀀스(SYNC_DL)로부터 검출된 위상의 수열로부터 정수의 심볼 수열을 계산하는 단계와; 상기 계산된 심볼 수열의 각 위상간의 위상차(위상변화)를 검출하여 그 위상차를 원소로 하는 수열을 계산하는 단계와; 상기 계산된 위상차를 원소로 하는 수열과 동일한 특정 수열을 확인하여, 그 특정 수열에 설정된 프레임 동기를 획득하는 단계;에 의해 달성된다.

Description

시분할 동기식 코드분할 다중접속방식의 프레임 동기 방법{METHOD FOR SYNCRONIZING FRAME OF TD-SCDMA}

도 1은 TD-SCDMA의 프레임 구조도.

도 2의 (a)는 오류가 없는 수신 위상의 성좌도.

도 2의 (b)는 오류가 있는 수신 위상의 성좌도.

도 3의 (a)는 S1 시퀀스의 위상 변화 그래프.

도 3의 (b)는 S2 시퀀스의 위상 변화 그래프.

도 4는 본 발명에 의한 시분할 동기식 코드분할 다중접속방식의 프레임 동기 방법의 처리과정을 나타낸 신호 흐름도.

본 발명은 3세대 시분할 동기식 코드분할 다중접속방식(TD-SCDMA)에서 차등 검파를 이용하여 프레임 동기를 맞추는 기술에 관한 것으로, 특히 디씨 오프셋이나 채널 추정 오류에 대한 영향을 최소화하고 프레임 동기신호를 신속하게 획득할 수 있도록 한 시분할 동기식 코드분할 다중접속방식의 프레임 동기 방법에 관한 것이다.

3세대(3G) 시분할 동기식 코드분할 다중접속방식(TD-SCDMA : Time Division Synchronous Code Division Multiple Access)에서 프레임 동기를 맞추기 위해서는 다운링크 파일롯(Downlink Pilot) 신호의 위상 변조(Phase Modulation)를 사용한다.

그리고, 상기 위상 변조된 신호를 복호하기 위해서는 두 신호의 위상을 각기 계산하여 실제 다운링크 파일롯에 사용된 위상을 검출하여야 한다. 하지만, I/Q 채널에 서로 다른 디씨 오프셋(DC offset)이 존재하면, 측정된 위상에 오류가 발생하게 되고 이로 인하여 프레임 동기의 정확도가 떨어진다.

한편, 종래 기술에 의한 프레임 동기 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 1은 TD-SCDMA의 프레임 구조를 도시한 것이다. 즉, 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 다운링크 동기 시퀀스(SYNC_DL)의 위상 변조를 이용한다.

상기 SYNC_DL 수열은 타임슬롯#0의 미드앰블(midamble) 수열을 기준으로 위상 변조되는데, 이는 P-CCPCH(P-CCPCH : Primary Common Control Pilot Channel)의 존재여부를 알기 위함이다. 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.

아래의 [표1]은 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. 또한, 미드앰블 수열의 위치는 SYNC_DL의 동기를 획득하는 것에 의하여, 쉽게 얻어질 수 있다.

TD-SCDMA에서 서브프레임 동기를 획득하기 위해 SYNC_DL을 이용하는데, 기본적으로 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 미드앰 블 수열을 m^T라고 할 때, 상기 미드앰블 수열들은 다음의 [수학식1]로 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 다음의 [수학식2]를 통해 계산할 수 있다.

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

이와 같이 종래의 프레임 동기 방법에 있어서는 프레임 동기를 맞추기 위해 다운링크 파일롯 신호의 위상변조를 이용하는데, 실제로 사용되는 위상 변조된 신호를 복호하기 위해서는 두 신호의 각각의 위상을 계산하여 실제 다운링크 파일롯에 사용된 위상을 검출해야 하지만, I/Q 채널에 서로 다른 디씨 오프셋이 존재하면 측정된 위상에 오류가 발생되고, 이로 인하여 프레임 동기의 정확도가 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 수신측에서 검출된 위상 수열을 실제 사용된 위상변조 시퀀스(sequence)와 직접 비교하지 않고, 위상변조 시퀀스의 위상 변화를 비교하여 디씨 오프셋 및 채널 추정 오류에 의한 영향을 최소화 하면서 프레임 동기화 속도를 향상시키는데 있다.

본 발명에 의한 시분할 동기식 코드분할 다중접속방식의 프레임 동기 방법은, 연속 수신되는 4개의 다운링크 동기 시퀀스(SYNC_DL)로부터 검출된 위상의 수열로부터 정수의 심볼 수열을 계산하는 단계와; 상기 계산된 심볼 수열의 각 위상간의 위상차(위상변화)를 검출하여 그 위상차를 원소로 하는 수열을 계산하는 단계와; 상기 계산된 위상차를 원소로 하는 수열과 동일한 특정 수열을 확인하여, 그 특정 수열에 설정된 프레임 동기를 획득하는 단계;로 이루어지는 것으로, 이와 같이 이루어지는 본 발명의 프레임 동기화 처리과정을 첨부한 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

전송단에서 보내지는 다운링크 동기 시퀀스(SYNC_DL)의 위상 변조 방식을 [표1]을 통해 알 수 있는데, 수신단에서는 방송채널(BCH : Broadcast Channel) 복호 에만 관심이 있으므로, [표1]의 S2 위상 수열(다음 4개의 서브프레임에 방송제어 채널(BCCH)이 존재한다는 것을 알려주는 신호(S2)의 위상 수열)이 검출 여부만을 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 알아야 수신 SYNC_DL의 위상을 계산할 수 있으며, 이러한 과정을 4개의 SYNC_DL에 대해 반복하여 일련의 위상 수열을 검출해 낸다. 이를 [표1]의 S2 위상 수열과 비교하여 같으면, 프레임 동기를 알 수 있고, 결국 BCH를 복원할 수 있게 된다.

먼저, 복소수 연산량을 줄이기 위해 [표1]에 도시한 S2 수열을 정수의 심볼 수열로 변환한다. 예를 들어, 아래의 [수학식3]과 같이 나타낼 수 있다.

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 [수학식4]로 나타낼 수 있다.

이러한 위상은 매 서브프레임 마다 계산되며, 프레임 동기를 맞추기 위해서는 4개의 서브 프레임에 대한 SYNC_DL의 위상 P_i,P_i+1,P_i+2,P_i+3가 필요하게 된다. 이렇게 수신된 4원소 수열과 [표1]의 S2 수열을 비교하여 그 비교 결과를 근거로 프레임 동기를 획득하게 된다.

하지만, 만약 I/Q 채널 각각에 서로 다른 디씨 오프셋이 존재한다면, 상기 [수학식4]에서 계산된 위상은 디씨 오프셋에 의한 오류가 존재하게 되고, 이로 인하여 프레임 동기의 정확도가 떨어지게 된다. 그 일예로서 도 2의 (a),(b)는 오류가 없는 수신 위상의 성좌도와, 디씨 오프셋 및 채널에 의해 오류가 발생한 성좌도를 나타낸 것이다.

도 2의 (b)의 경우, 채널 추정 오류와 디씨 오프셋 등에 의해 위상이 변화된 것을 나타낸 것이다. 따라서, 도 2의 (b)와 같이 위상이 추정되면 프레임 동기를 맞출 수 없게 된다. 왜냐하면, 상기 [표1]의 S1,S2의 수열과 비교하는데 있어서, 위상 오류가 너무 크기 때문이다.

그런데, 상기 [표1]의 수열에 대한 원소간의 위상차를 다음과 같이 표현할 수 있다.

상기 Sd1, Sd2의 수열은 각 원소간의 위상차를 나타낸다. 즉, S1의 경우 45- 135 = -90, 225-45 = 180, 135-225 = -90, 135-135 = 0으로써 나타낼 수 있다. 이와 같은 위상 변화를 도 3에 나타내었다.

본 발명에 의한 차등 검파(differential detection)는 결국, 상기 Sd2와 같은 위상 변화를 검출하는 것이다. 상기 [수학식4]를 통해서 연속적인 4개의 수신 SYNC_DL의 위상 P_i,P_i+1,P_i+2,P_i+3을 검출해 내고, 이렇게 검출된 위상이 Sd2와 같은 위상변화를 따르는지 확인하여 따르는 것으로 판명되면 S2가 전송된 것으로 판단하여 프레임 동기를 획득하게 된다.

그러므로, 디씨 오프셋이나 채널 추정 오류에 의해 위상 천이가 발생하더라도, 위상 변화인 Sd2의 수열을 근거로 수신신호를 비교하여 그 비교 결과를 근거로 S2가 전송되었는지의 여부를 판단함으로써, 프레임 동기를 좀더 빠르고 쉽게 검출할 수 있게 된다.

또한, 이러한 방법은 실제 프레임 동기를 맞추기 위한 사전 검출에 활용할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 수신측에서 검출된 위상 수열을 실제 사용된 위상변조 시퀀스와 직접 비교하는 것이 아니라, 위상변조 시퀀스의 위상차를 비교함으로써, 디씨 오프셋 및 채널 추정 오류에 의한 영향을 최소화하여 정확도를 높이고, 프레임 동기화 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 연속 수신되는 4개의 다운링크 동기 시퀀스(SYNC_DL)로부터 검출된 위상의 수열로부터 정수의 심볼 수열을 계산하는 단계와;

   상기 계산된 심볼 수열의 각 위상간의 위상차(위상변화)를 검출하여 그 위상차를 원소로 하는 수열을 계산하는 단계와;

   상기 계산된 위상차를 원소로 하는 수열과 동일한 특정 수열을 확인하여, 그 특정 수열에 설정된 프레임 동기를 획득하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 시분할 동기식 코드분할 다중접속방식의 프레임 동기 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 위상차를 원소로 하는 수열은,

   상기 심볼 수열의 각 원소를 a,b,c,d 라고 가정할 경우, 'b-a', 'c-b', 'd-c', 'a-d'와 같은 패턴으로 위상차를 계산하는 것을 특징으로 하는 시분할 동기식 코드분할 다중접속방식의 프레임 동기 방법.
4. 삭제

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