KR100779092B1 - Ｏｆｄｍ 셀룰러 시스템에서의 셀 탐색 방법, 순방향 링크프레임 전송 방법 및 이를 이용하는 장치 및 순방향 링크프레임 구조 - Google Patents

Ｏｆｄｍ 셀룰러 시스템에서의 셀 탐색 방법, 순방향 링크프레임 전송 방법 및 이를 이용하는 장치 및 순방향 링크프레임 구조 Download PDF

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Abstract

OFDM 셀룰러 시스템에서의 셀 탐색 방법, 순방향 링크 프레임 전송 방법, 이를 이용하는 장치 및 순방향 링크 프레임 구조가 개시된다. 이 셀 탐색 장치는 각 셀로부터, 인접하는 동기 채널 심볼 간의 간격이 서로 다른 동기 채널 심볼을 복수 개 포함하는 순방향 링크 프레임에 따른 신호를 수신하고, 상기 수신신호의 동기 채널을 이용하여, 동기채널 심볼의 동기를 획득하는 동기 획득부; 및 상기 획득된 동기를 기초로, 상기 동기 채널 심볼 간의 간격 패턴을 이용하여 프레임 경계를 검출하는 경계 검출부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 낮은 복잡도로 셀 탐색 시간을 줄일 수 있다.

Description

ＯＦＤＭ 셀룰러 시스템에서의 셀 탐색 방법, 순방향 링크 프레임 전송 방법 및 이를 이용하는 장치 및 순방향 링크 프레임 구조{Cell search method, forward link frame transmissin method, apparatus using the same and forward link frame structure}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 순방향 링크 프레임의 구조를 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 동기 채널 심볼의 위치 변조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이동국의 프레임 경계 획득 과정을 나타내는 개념도이다.
도 4는 도 2a의 실시예에 따른 위치변조를 사용하는 경우 도 3의 각 가설에 대해서 프레임 경계가 어떻게 주어지는지를 나타내는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 이동국의 프레임 경계 획득 과정을 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 이동국의 프레임 경계 획득 과정을 나타내는 개념도이다.
도 7은 도 2b의 실시예에 따른 위치변조를 사용하는 경우 도 6의 각 가설에 대해서 프레임 경계가 어떻게 주어지는지를 나타내는 예시도이다.
도 8는 본 발명의 일실시예에 따른 스크램블링코드들을 그룹화하는 개념을 나타낸다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일실시예에 따른 동기 채널 심볼을 포함하는 서브프레임을 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 영역 상의 동기 채널 심볼을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 기지국의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 12a 및 도 12b는 도 11에 지연 다이버시티를 적용할 경우 다이버시티 제어부(403)의 구체적인 구성을 예시하는 블록도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 이동국의 수신기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 14a 및 도 14b는 도 13의 동기획득부(620)의 구성을 예시하는 블록도이다.
도 15는 도 13의 경계검출부(640)의 구체적인 구성을 예시하는 블록도이다.
도 16은 도 13의 코드검출부(680)의 구체적인 구성을 예시하는 블록도이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 파일롯 상관기(684-A, 684-B)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 이동국의 셀 탐색 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 기지국의 순방향 링크 프레임 전송 방법 을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 OFDM 셀룰러 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 OFDM 셀룰러 시스템에서 셀을 탐색하는 방법 및 이를 이용하는 장치, 시스템 및 프레임 구조에 관한 것이다.
3GPP의 WCDMA 방식에서는 순방향 링크의 기지국 구별을 위해 시스템에서 총 512개의 긴 PN 스크램블링 코드(long PN scrambling code)를 사용하며 인접한 기지국들은 서로 다른 긴 PN 스크램블링 코드를 순방향 링크 채널들의 스크램블링 코드로 사용한다. 이동국에 전원이 인가되었을 때 이동국은 이동국이 속한 기지국(수신 신호가 가장 큰 기지국)의 시스템 타이밍 및 현 기지국이 사용하는 상기 긴 PN 스크램블링 코드 식별자(ID)를 획득해야 한다. 이를 이동국의 셀 탐색 과정이라 한다.
WCDMA에서는 셀 탐색을 수월하게 하기 위해 512개의 긴 스크램블링 코드를 64개의 그룹으로 나누고 순방향 링크에 1차 동기채널 및 2차 동기채널을 둔다. 1차 동기채널은 이동국으로 하여금 슬롯 동기를 획득하도록 하며 2차 동기채널은 이동국으로 하여금 10 msec 프레임 경계(frame boundary) 및 긴 PN 스크램블링 코드 그룹 식별자(ID) 정보를 획득하도록 한다.
WCDMA 방식의 셀 탐색 방식은 크게 3단계 방식으로 이루어진다. 1 단계는 1 차 동기 채널 코드(Primary Synchronization Channel Code, PSC)를 이용하여 이동국이 슬롯 동기를 획득하는 단계이다. WCDMA에서는 10 msec 마다 15개의 슬롯 단위로 동일한 PSC가 전송되며 모든 기지국이 전송하는 PSC는 동일한 신호이다. 1단계에서는 상기 PSC에 대한 정합필터를 이용하여 슬롯 동기를 획득하게 된다.
2단계에서는 1단계에서 획득한 슬롯 타이밍 정보 및 2차 동기채널 코드(Secondary Scrambling Code, SSC)를 이용하여 긴 PN 스크램블링 코드 그룹 정보 및 10 msec 프레임 경계를 획득한다.
3단계에서는 전 단계에서 획득한 10 msec 프레임 경계 및 긴 PN 스크램블링 코드 그룹 정보를 이용하여 현재 기지국이 사용하는 긴 PN 스크램블링 코드 ID를 공통 파일롯 채널 코드 상관기를 이용하여 획득하는 단계이다. 즉 하나의 코드 그룹에는 8개의 스크램블링 코드가 매핑 되므로 3단계에서 이동국은 8개의 PN 스크램블링 코드 상관기 출력을 비교하여 현 셀이 사용하는 긴 PN 스크램블링 코드 식별자를 검출하게 된다.
상기 WCDMA 방식에서 동기채널은 기본적으로 1차 동기채널과 2차 동기채널로 이루어져 있으며 상기 1 차 동기채널 및 2차 동기채널 그리고 공통 파일롯 채널 및 다른 데이터 채널은 시간 영역 직접시퀀스 대역확산에 기반하는 CDMA방식으로 다중화(Multiplexing)된다.
현재 3GPP에서는 WCDMA 방식의 단점을 보완하기 위한 3G Long Term Evolution (3G-LTE)의 일환으로 OFDM 기반의 무선전송기술규격작업이 한창이다. 상기 WCDMA에서 사용되는 동기 채널 및 공통 파일롯 채널 구조 그리고 이동국의 셀 탐택 방법은 DS-CDMA에 적합한 방법이며 OFDM 순방향 링크에는 적용될 수 없다. 따라서, OFDM을 사용하는 셀룰라 시스템에서 순방향 링크의 동기채널 및 공통 파일롯 채널 구조 그리고 이동국의 초기 셀 탐색 방법 및 핸드오버를 위한 인접셀 탐색방법이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, OFDM 셀룰러 시스템에서의 셀 탐색 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상술한 셀 탐색 방법을 지원하기 위한 순방향 링크 프레임을 전송하는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상술한 셀 탐색 방법이 적용되는 OFDM 셀룰러 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상술한 셀 탐색 방법을 수행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상술한 셀 탐색 방법에 사용되는 순방향 링크 프레임의 구조를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명에 의한 셀 탐색 장치는 각 셀로부터, 인접하는 동기 채널 심볼 간의 간격이 서로 다른 동기 채널 심볼을 복수 개 포함하는 순방향 링크 프레임에 따른 신호를 수신하고, 상기 수신신호의 동기 채널을 이용하여, 동기채널 심볼의 동기를 획득하는 동기 획득부; 및 상기 획득된 동기 를 기초로, 상기 동기 채널 심볼 간의 간격 패턴을 이용하여 프레임 경계를 검출하는 경계 검출부를 포함한다.
바람직하게, 상기 동기 채널 심볼들은 각 셀 고유의 스크램블링 코드가 속하는 코드그룹에 대응하는 동기 채널 시퀀스로 시퀀스 도약되어 있으며, 상기 경계검출부는 상기 획득된 동기를 기초로, 상기 수신 신호로부터 타겟 셀의 동기 채널 시퀀스 정보를 검출하고, 상기 검출된 동기 채널 시퀀스 정보를 기초로 상기 타겟 셀이 속하는 코드그룹을 검출한다.
바람직하게, 상기 코드그룹은 하나의 스크램블링 코드를 엘리먼트로 포함하고, 상기 그룹검출부는 상기 검출된 코드그룹에 속하는 스크램블링 코드를 상기 타겟 셀의 스크램블링 코드인 것으로 검출한다.
바람직하게, 상기 순방향 링크 프레임은 상기 각 셀 고유의 스크램블링 코드로 스크램블링된 적어도 하나의 공통 파일롯 채널 심볼을 포함하고, 상기 셀 탐색 장치는 상기 검출된 코드그룹에 속하는 각각의 스크램블링 코드와 상기 공통 파일롯 채널 심볼간의 상관도를 산출하고, 상기 산출된 상관도 값들을 기초로 상기 타겟 셀의 스크램블링 코드를 검출하는 코드 검출부를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 코드그룹은 하나의 스크램블링코드를 엘리먼트로 포함하고, 상기 코드검출부는 상기 검출된 스크램블링 코드와 상기 경계검출부에서 검출된 코드그룹에 속하는 스크램블링 코드의 일치여부를 판단하여 상기 경계검출부의 검출결과에 대한 검증을 수행한다.
상기의 다른 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명에 의한 셀별 고유의 스크 램블링 코드가 할당되는 OFDM 셀룰러 시스템에 속하는 기지국의 순방향 링크 프레임 전송 장치는 동기 채널 데이터를 생성하는 동기 채널 생성부; 및 상기 생성된 동기 채널 데이터가 실린 각각의 동기 채널 심볼을, 인접하는 동기 채널 심볼간의 간격이 다르도록 배치하여 OFDM 심볼 기반의 순방향 링크 프레임을 생성하고, 상기 생성된 순방향 링크 프레임으로 구성된 신호를 전송하는 프레임 전송부를 포함한다.
바람직하게, 상기 동기 채널 데이터는 상기 기지국의 스크램블링 코드가 속하는 코드그룹에 대응되는 도약코드워드의 각 엘리먼트에 해당되는 동기채널 시퀀스이다.
바람직하게, 상기 코드그룹은 하나의 스크램블링 코드만을 포함한다.
상기의 또 다른 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명에 의한 OFDM 셀룰러 시스템에서의 셀 탐색 방법은 (a) 각 셀로부터, 인접하는 동기 채널 심볼 간의 간격이 서로 다른 동기 채널 심볼을 복수 개 포함하는 순방향 링크 프레임에 따른 신호를 수신하고, 상기 수신신호의 동기 채널을 이용하여, 동기채널 심볼의 동기를 획득하는 단계; 및 (b) 상기 획득된 동기를 기초로, 상기 동기 채널 심볼 간의 간격 패턴을 이용하여 프레임 경계를 검출하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 동기 채널 심볼들은 각 셀 고유의 스크램블링 코드가 속하는 코드그룹에 대응하는 동기 채널 시퀀스로 시퀀스 도약되어 있으며, 상기 셀 탐색 방법은 (c) 상기 획득된 동기를 기초로, 상기 수신 신호로부터 타겟 셀의 동기 채널 시퀀스 정보를 검출하고, 상기 검출된 동기 채널 시퀀스 정보를 기초로 상기 타겟 셀이 속하는 코드그룹을 검출하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 코드그룹은 하나의 스크램블링 코드를 엘리먼트로 포함하고, 상기 (c) 단계는 상기 검출된 코드그룹에 속하는 스크램블링 코드를 상기 타겟 셀의 스크램블링 코드인 것으로 검출하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 순방향 링크 프레임은 상기 각 셀 고유의 스크램블링 코드로 스크램블링된 적어도 하나의 공통 파일롯 채널 심볼을 포함하고, 상기 셀 탐색 방법은 (d) 상기 검출된 코드그룹에 속하는 각각의 스크램블링 코드와 상기 공통 파일롯 채널 심볼간의 상관도를 산출하고, 상기 산출된 상관도 값들을 기초로 상기 타겟 셀의 스크램블링 코드를 검출하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 코드그룹은 하나의 스크램블링코드를 엘리먼트로 포함하고, 상기 (d) 단계는 상기 검출된 스크램블링 코드와 상기 (c) 단계에서 검출된 코드그룹에 속하는 스크램블링 코드의 일치여부를 판단하여 상기 (c) 단계의 검출결과에 대한 검증을 수행하는 단계를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명에 의한 셀별 고유의 스크램블링 코드가 할당되는 OFDM 셀룰러 시스템에 속하는 기지국의 순방향 링크 프레임 전송 방법은 (a) 동기 채널 데이터를 생성하는 단계; 및 (b) 상기 생성된 동기 채널 데이터가 실린 각각의 동기 채널 심볼을, 인접하는 동기 채널 심볼간의 간격이 다르도록 배치하여 OFDM 심볼 기반의 순방향 링크 프레임을 생성하고, 상기 생성된 순방향 링크 프레임으로 구성된 신호를 전송하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 동기 채널 데이터는 상기 기지국의 스크램블링 코드가 속 하는 코드그룹에 대응되는 도약코드워드의 각 엘리먼트에 해당되는 동기채널 시퀀스이다.
바람직하게, 상기 코드그룹은 하나의 스크램블링 코드만을 포함한다.
상기의 또 다른 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명에 의한 셀별 고유의 스크램블링 코드가 할당되는 OFDM 셀룰러 시스템의 순방향 링크 프레임의 구조는 동기 채널 심볼간의 간격 패턴으로 프레임 경계를 검출할 수 있도록, 인접하는 동기 채널 심볼 간의 간격이 서로 다른 동기 채널 심볼을 복수 개 포함하는 구조를 갖는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 방법 및 장치에 대해 상세히 설명한다.
OFDM 셀룰러 시스템의 각각의 기지국은, 일반적으로, 긴 의사 잡음 스크램블링 코드(long pseudo noise scrambling code)를 이용하여 OFDM 심볼을 스크램블링하지만, 긴 의사 잡음 스크램블링 코드 말고도 다른 종류의 스크램블링 코드를 사용할 수 있으므로, 이하에서는 편의상, 스크램블링 코드라 칭한다.
본 발명의 일실시예에 따른 기지국은 복수 개의 송신안테나를 구비하는 방법, 지연 다이버시티 등의 방법으로 송신 다이버시티를 수행할 수 있으며, 본 명세서의 도면에서는 편의상 2개의 송신 안테나를 구비한 기지국을 전제하여 설명한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 이동국은 복수 개의 수신안테나를 구비하는 방법 등으로 수신 다이버시티를 수행할 수 있으며, 본 명세서의 도면에서는 편의상 2개의 수신 안테나를 구비한 이동국을 전제하여 설명한다. 이러한 구조의 이 동국인 경우 수신 다이버시티에 따른 각 데이터 경로(data path)의 데이터들을 결합(combining)해야 하는데, 결합 방식은 본 명세서에서는 단순 합산을 사용하였으나, 반드시 이에 한정되지 않음은 이 분야에 종사하는 자들에게는 자명한 사실이다.
본 발명은 OFDM 셀룰러 시스템에서 동기 획득, 프레임 경계 검출 및 스크램블링 코드 검출을 포함하는 셀 탐색을 하는 방법과 관련이 있다.
"동기 획득"은 동기채널 심볼 타이밍 검출, 싱크블록 타이밍 검출, 싱크 블록 경계 검출 등을 포괄하는 용어로 본 명세서에서는 사용될 것이다. 즉, 싱그블록 타이밍을 검출하면 동기채널 심볼의 위치를 알 수 있기 때문에 싱크블록 타이밍과 동기채널 심볼 타이밍은 등가이다. "동기 정보"는 동기채널 심볼 타이밍, 싱크 블록 타이밍 및 싱크 블록 경계에 대한 정보를 포괄하는 용어로 본 명세서에서는 사용될 것이다. 또한, "프레임 경계 검출"은 프레임 경계의 타이밍을 검출하는 것을 지칭하여 본 명세서에서는 사용될 것이며, "프레임 경계 정보"는 프레임 경계의 타이밍에 대한 정보를 포괄하는 용어로 본 명세서에서는 사용될 것이다.
"코드그룹 검출"은 코드그룹 식별자 검출 및 코드 그룹 검출을 포괄하는 용어로서 본 명세서에서는 사용될 것이며, "코드그룹 정보"는 코드그룹 식별자 및 코드그룹을 포괄하는 용어로 본 명세서에서는 사용될 것이다. "스크램블링 코드 검출"도 마찬가지로 스크램블링 코드 식별자 검출 및 스크램블링 코드 검출를 포괄하는 용어로 본 명세서에서는 사용될 것이며, "스크램블링 코드 정보"는 스크램블링 코드 식별자 및 스크램블링 코드를 포괄하는 용어로 본 명세서에서는 사용될 것이 다.
본 명세서에서는, 편의상, 이산 푸리어 변환(Discrete Fourier Transform) 및 고속 푸리어 변환(Fast Fourier Transform)을 포괄하는 용어로 푸리어 변환이라는 용어를 사용한다.
본 발명은 동기 채널 심볼의 위치변조를 이용하여 이동국의 셀 탐색을 수월하게 하는 데 있다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 순방향 링크 프레임에는 복수 개의 동기 채널 심볼이 존재하는데, 상기 복수 개의 동기 채널 심볼의 인접한 심볼 간의 간격을 서로 다르게 함으로서 이동국으로 하여금 효과적인 셀 탐색 수행을 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 순방향 링크 프레임의 구조를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 순방향 링크 프레임 각각은 10 msec의 지속시간(duration)을 가지며, 20개의 서브프레임(110)으로 이루어져 있다. 도 1에서, 가로축은 시간축이고 세로축은 주파수(OFDM 부반송파, subcarrier)축이다. 각 서브프레임은 길이가 0.5 msec이고 7개의 OFDM 심볼을 포함한다. OFDM 심볼의 종류는 동기 채널 심볼(100), 공통 파일롯 심볼(130) 및 데이터 심볼(150)로 분류할 수 있으며, 각 서브프레임은 도 1을 참조하면 하나의 공통 파일롯 심볼(130)을 포함한다. 또한 각 서브프레임은 1개의 동기채널 심볼(100)을 포함하거나 포함하지 않는다. 도 1의 예에서는 5 개의 서브프레임마다 1개의 동기 채널 심볼(100) 구간이 존재하여 한 프레임(10msec)내에 총 4개의 동기채널 심볼 구간이 존재한다. 이 경우, 동기채널 심볼의 반복 주기(140)는 서브프레임 5개를 합한 길이와 같게 되어, 한 프레임 내 총 동기 채널 심볼의 반복주기는 4가 된다. 편의상 동기 채널 심볼의 반복 주기를 싱크(Sync) 블록이라 칭한다. 즉, 도 1은 한 프레임(10 msec)내 싱크 블록의 개수(Nb)가 4인 것을 예시한다.
본 발명에 따른 순방향 링크 프레임은 인접하는 동기 채널 심볼 간의 간격이 서로 다른 복수 개의 동기 채널 심볼을 포함한다. 본 발명에 따른 이동국 등의 셀 탐색 장치는 동기 채널의 특성을 이용하여 동기 채널 심볼의 동기를 획득한 후, 순방향 링크 신호에 포함된 동기 채널 심볼들의 간격 패턴을 이용하여 프레임 경계를 검출한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 동기 채널 심볼의 위치 변조를 나타내는 도면이다.
도 2a 및 도 2b에 따르면, 순방향 링크 프레임에 포함된 동기 채널 심볼 간의 간격이 모두 다름을 알 수 있다.
특히, 도 2a를 참조하면, 본 실시예는 싱크블록내의 5개의 서브프레임 중 마지막 서브프레임에 동기 채널 심볼이 존재하는 순방향 링크 프레임을 예시한다. 즉, 서브프레임 인덱스가 4, 9, 14, 19인 서브프레임에 동기 채널이 존재하는 경우로서, 상기 동기 채널이 존재하는 서브프레임내의 동기 채널 심볼의 위치를 다르게 하는 방법이다. 도 2a를 참조하면, 동기 채널이 존재하는 각 서브프레임 내의 동기 채널 심볼의 위치는 서브프레임별로 다르며, 그 결과, 인접한 동기채널 심볼간의 간격이 38 심볼, 31 심볼, 37 심볼, 34 심볼로 서로 다르다.
도 2b의 실시예는 서브프레임 내의 동기 채널 심볼의 위치는 동일하게 하되 동기 채널이 위치하는 서브프레임의 간격을 다르게 하는 방법이다.
도 2b를 참조하면, 첫 번째 싱크블록의 경우, 서브프레임 인덱스 4에 해당되는 서브프레임의 마지막 OFDM 심볼에 동기 채널이 위치하며, 두 번째 싱크블록의 경우, 서브프레임 인덱스 5에 해당되는 서브프레임의 마지막 OFDM 심볼에 동기 채널이 위치한다. 세 번째 싱크 블록의 경우, 서브프레임 인덱스 12에 해당되는 서브프레임의 마지막 OFDM 심볼에 동기 채널이 위치하며, 네 번째 싱크 블록의 경우, 서브프레임 인덱스 16에 해당되는 서브프레임의 마지막 OFDM 심볼에 동기 채널이 위치한다. 즉, 서브프레임의 마지막 OFDM 심볼에 동기 채널이 위치하는 것은 싱크 블록마다 동일한 것이나, 동기 채널이 위치하는 서브 프레임의 위치는 싱크 블록마다 다름을 알 수 있다.
상술한 순방향 링크 프레임의 구조를 이용하는 본 발명에 따른 셀 탐색 방법에서 프레임 경계를 획득하는 방법의 예로는 다음과 같다.
첫째 프레임 경계 획득 방법은 다음과 같다. 셀 탐색 1단계에서 셀 탐색 장치는 후술할 상관기(correlator) 또는 차등상관기(differential correlator)를 이용하여 임의의 동기 채널 심볼에 대한 동기를 획득한다. 셀 탐색 2단계에서, 셀 탐색 장치는 상기 획득한 동기 채널 심볼과 인접한 공통 파일롯 심볼과의 간격을 측정하고, 상기 측정된 간격과 미리 저장된 동기 채널 심볼과 공통 파일롯 심볼의 간격 패턴을 비교하여 프레임 경계를 검출한다. 그 후, 셀 탐색 3단계에서 셀 탐색 장치는 상기 검출된 프레임 경계를 기초로 확정된 공통 파일롯 심볼에 대해 파일롯 상관을 수행하여 스크램블링 코드를 검출한다. 여기서, 셀 탐색 2 단계에서 코드그룹을 검출하는 과정을 더 포함할 수 있다.
둘째 프레임 경계 획득 방법은 구체적으로는 셀 탐색 2 단계에서 동기 채널 심볼과 인접한 공통 파일롯 심볼간의 간격차를 이용하여 프레임 경계를 획득하는 첫째 방법과는 달리, 인접한 동기 채널 심볼 간의 간격차를 이용하여 동기를 획득하는 방법이다. 셀 탐색 1단계는 상술한 첫째 방법의 셀 탐색 1단계와 동일하다. 셀 탐색 2단계에서, 셀 탐색 장치는 1단계에서 상기 획득된 동기 채널 심볼 타이밍을 기초로, 인접한 동기 채널 심볼 간의 간격을 검출하고, 상기 검출된 간격과 미리 저장된 동기 채널 심볼의 간격 패턴을 비교하여 프레임 경계를 검출한다. 그 후, 셀 탐색 3 단계에서 셀 탐색 장치는 상기 검출된 프레임 경계를 기초로, 공통 파일롯 심볼에 대해 파일롯 상관을 수행하여 스크램블링 코드를 검출한다. 여기서, 셀 탐색 2 단계에서 코드그룹을 검출하는 과정을 더 포함할 수 있다.
한편, 상술한 두 가지 프레임 경계 획득 방법은 인접 동기 채널 심볼 간의 간격 패턴을 이용하여 프레임 경계를 검출하는 방법의 일실시예에 불과하므로 본 발명은 상술한 두 가지 방법에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이동국의 프레임 경계 획득 과정을 나타내는 개념도로서, 특히, 도 2a의 실시예에 의한 위치변조와 상술한 첫째 프레임 경계 획득 방법을 적용한 경우를 나타낸다.
동기채널 심볼 상관기 또는 차등상관기를 이용해서 임의의 동기 채널 심볼 타이밍(300)을 획득한 이동국은 인접한 공통 파일롯 심볼간의 간격을 이용하여 프 레임 경계를 획득하게 된다. 이동국이 획득한 동기 채널 심볼 타이밍이 4번 서브프레임내에 존재하는 동기 채널 심볼일 경우(가설 0), 인접한 공통 파일롯 채널 심볼과의 간격은 2 심볼이 된다. 또한, 이동국이 획득한 동기 채널 심볼 타이밍이 9번 서브프레임내에 존재하는 동기 채널 심볼일 경우(가설 1), 인접한 공통 파일롯 채널 심볼과의 간격은 6 심볼이 되며, 14번 서브프레임내에 존재하는 동기 채널 심볼일 경우(가설 2), 인접한 공통 파일롯 채널 심볼과의 간격은 4 심볼이 되며, 19번 서브프레임내에 존재하는 동기 채널 심볼일 경우(가설 3), 인접한 공통 파일롯 채널 심볼과의 간격은 5 심볼이 된다.
상기 예에서 알 수 있듯이 동기 채널 심볼 타이밍(300)과 인접한 공통 파일롯과의 간격은 4개의 가설 각각마다 다르다. 이동국은 상기 4개의 가설에 대한 테스트를 수행하여 현재 획득한 동기 채널 심볼 타이밍(300)이 어떤 서브프레임에 존재하는가를 알게 되고, 결국 이로부터 현재 이동국이 속한 셀로부터 수신한 순방향 링크 신호의 프레임 경계를 검출할 수 있게 되는 것이다.
도 4는 도 2a의 실시예에 따른 위치변조를 사용하는 경우 도 3의 각 가설에 대해서 프레임 경계가 어떻게 주어지는지를 나타내는 예시도이다.
도 4를 참조하면,가설 0에 대해서는 획득한 동기 채널 심볼 타이밍(300)으로부터 프레임 경계까지의 거리가 총 105(=15x7)개의 심볼 간격이 되고, 가설 1에 대해서는 74(=10x7+4)개의 심볼 간격, 가설 2에 대해서는 37(=5x7+2)개의 심볼 간격, 가설 3에 대해서는 3개의 심볼 간격이 됨을 알 수 있다.
상기의 방법으로 프레임 경계를 획득한 이동국은 공통 파일롯 채널을 이용하 여 현재 셀이 사용하고 있는 스크램블링 코드를 검출한다.
상술한 방법의 2단계에서 이동국은 셀 탐색 성능을 높이기 위해 여러 서브프레임에 연속으로 수신되는 복수 개의 공통 파일롯 심볼을 이용할 수 있다. 이 경우 오보 확률(False Alarm Probability)를 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 이동국의 프레임 경계 획득 과정을 나타내는 개념도로서, 특히, 도 2a의 실시예에 의한 위치변조와 상술한 둘째 프레임 경계 획득 방법을 적용한 경우를 나타낸다.
동기채널 심볼 상관기 또는 차등상관기를 이용해서 임의의 동기채널 심볼 타이밍(500)을 획득한 이동국은 인접한 동기 채널 심볼 간의 간격을 이용해서 프레임 경계를 획득하게 된다. 이동국이 획득한 동기 채널 심볼 타이밍이 4번 서브프레임내에 존재하는 동기 채널 심볼일 경우(가설 0), 인접한 동기 채널 심볼과의 간격은 31 심볼이 되고, 9번 서브프레임내에 존재하는 동기 채널 심볼일 경우(가설 1), 인접한 동기 채널 심볼과의 간격은 37 심볼이 되며, 14번 서브프레임내에 존재하는 동기 채널 심볼일 경우(가설 2), 인접한 동기 채널 심볼과의 간격은 34 심볼이 되며, 19번 서브프레임내에 존재하는 동기 채널 심볼일 경우(가설 3), 인접한 동기 채널 심볼과의 간격은 38 심볼이 된다.
상기 방법에서 셀 탐색 성능을 높이기 위해 여러 개의 동기 채널 심볼을 이용할 수 있다. 즉, 각 가설에 대해서 획득 동기 채널 심볼 타이밍(500)으로부터 인접한 심볼간의 간격이 아래와 같이 된다.
가설 0 ==> 37 34 38 31 37 ...
가설 1 ==> 34 38 31 37 34 ...
가설 2 ==> 38 31 37 34 38 ...
가설 3 ==> 31 37 34 38 31 ...
상기와 같이 셀 탐색 2단계에서 여러 개의 동기 채널 심볼을 사용할 경우, 오보 확률을 줄일 수 있어서 이동국 셀 탐색기의 성능이 향상될 수 있다.
상기 예에서 알 수 있듯이 획득한 동기 채널 심볼 타이밍(500)과 인접한 동기 채널 심볼과의 간격은 4개의 가설 각각마다 다르다. 이동국은 상기 4개의 가설에 대한 테스트를 수행하여 현재 획득한 동기 채널 심볼 타이밍(500)이 어떤 서브프레임에 존재하는가를 알게 되고, 결국 이로부터 현재 이동국이 속한 셀로부터 수신한 순방향 링크 신호의 10msec 프레임 경계를 알 수 있게 된다. 도 5를 참조하여 설명하면, 가설 0에 대해서는 획득한 동기 채널 심볼 타이밍(500)으로부터 프레임 경계까지의 거리가 총 105(=31+37+34+3)개의 심볼 간격이 되고, 가설 1에 대해서는 74 심볼(=37+34+3), 가설 2에 대해서는 37 심볼(34+3), 가설 3에 대해서는 3 심볼이 된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 이동국의 프레임 경계 획득 과정을 나타내는 개념도로서, 특히, 도 2b의 실시예에 의한 위치변조와 상술한 둘째 프레임 경계 획득 방법을 적용한 경우를 나타낸다.
동기채널 심볼 상관기 또는 차등상관기를 이용해서 임의의 동기채널 심볼 타이밍(200)을 획득한 이동국은 인접한 동기 채널 심볼 간의 간격을 이용해서 프레임 경계를 획득하게 된다. 이동국이 획득한 동기 채널 심볼 타이밍이 4번 서브프레임 내에 존재하는 동기 채널 심볼일 경우(가설 0), 인접한 동기 채널 심볼과의 간격은 1개의 서브프레임이 되고, 9번 서브프레임내에 존재하는 동기 채널 심볼일 경우(가설 1), 인접한 동기 채널 심볼과의 간격은 7개의 서브프레임이 되며, 12번 서브프레임내에 존재하는 동기 채널 심볼일 경우(가설 2), 인접한 동기 채널 심볼과의 간격은 4개의 서브프레임이 되며, 19번 서브프레임내에 존재하는 동기 채널 심볼일 경우(가설 3), 인접한 동기 채널 심볼과의 간격은 8개의 서브프레임이 된다.
마찬가지로, 상기 방법에서 셀 탐색 성능을 높이기 위해 여러 개의 동기 채널 심볼을 이용할 수 있다. 상기와 같이 셀 탐색 2단계에서 여러 개의 동기 채널 심볼을 사용할 경우, 오보 확률을 줄일 수 있어서 이동국 셀 탐색기의 성능이 향상될 수 있다.
상기 예에서 알 수 있듯이 획득한 동기 채널 심볼 타이밍(200)과 인접한 동기 채널 심볼과의 간격은 4개의 가설 각각마다 다르다. 이동국은 상기 4개의 가설에 대한 테스트를 수행하여 현재 획득한 동기 채널 심볼 타이밍(200)이 어떤 서브프레임에 존재하는가를 알게 되고, 결국 이로부터 현재 이동국이 속한 셀로부터 수신한 순방향 링크 신호의 프레임 경계를 알 수 있게 된다.
도 7은 도 2b의 실시예에 따른 위치변조를 사용하는 경우 도 6의 각 가설에 대해서 프레임 경계가 어떻게 주어지는지를 나타내는 예시도이다. 도 7을 참조하면, 가설 0에 대해서는 획득한 동기 채널 심볼 타이밍(600)으로부터 프레임 경계까지의 거리가 총 15 서브프레임(즉, 15x7 심볼)이 되고, 가설 1에 대해서는 14 서브프레임(즉, 14x7 심볼), 가설 2에 대해서는 7 서브프레임(즉, 7x7 심볼), 가설 3에 대해서는 3 서브프레임(즉, 3x7 심볼)이 된다.
본 발명에 따르면 셀 탐색 3 단계에서 스크램블링 코드를 검출하는 데, 이러한 검출을 용이하게 하기 위해 셀 탐색 2 단계에서 코드그룹을 검출하는 단계를 더 구비할 수 있다. 이 경우, 각 기지국은 자신의 스크램블링 코드가 속하는 코드그룹에 대응하는 도약코드워드로 각 동기 채널 심볼들을 시퀀스 도약을 수행한다. 이에 대해, 셀 탐색 장치는 셀 탐색 2 단계에서 도약코드워드 검출로 코드그룹을 검출한 후, 셀 탐색 3단계에서 상기 검출된 코드그룹에 속하는 스크램블링 코드들만을 검색하여 최종적으로 타겟 셀의 스크램블링 코드를 검출하는 것이다.
도 8는 본 발명의 일실시예에 따른 스크램블링코드들을 그룹화하는 개념을 나타낸다.
OFDM 셀룰러 시스템에 속하는 모든 기지국들은 공동 파일롯 심볼 혹은 데이터 심볼을 스크램블링하는데 사용되는 스크램블링 코드 또는 상기 스크램블링 코드 식별자(800)를 할당받는다. 특히, 본 발명의 일실시예에 따른 OFDM 셀룰라 시스템은 상기 스크램블링 코드들을 그룹화하여 코드그룹으로 분류한다. 즉, 코드그룹에는 1개 이상의 스크램블링 코드 식별자가 존재한다. 도 8을 참조하면, OFDM 셀룰러 시스템에서 사용되는 스크램블링 코드의 개수가 19개 이상이며, 코드그룹의 개수는 3 이상임을 알 수 있다. 따라서, 각각의 코드그룹은 4개의 스크램블링 코드 식별자(800)또는 스크램블링 코드를 포함한다. 특히, 코드그룹 각각이 하나의 스크램블링 코드만을 포함하는 경우에는 코드그룹과 스크램블링 코드 간에는 일대일 대응 관계가 성립하게 되므로, 결국 도약코드워드는 코드그룹 뿐만 아니라 스크램블링 코드를 특정할 수 있게 된다.
도 8을 참조하면, 코드그룹 0 즉, 코드그룹 식별자가 0인 코드그룹에는 스크램블링 코드 식별자 0, 스크램블링 코드 식별자 1, 스크램블링 코드 식별자 2 및 스크램블링 코드 식별자 3이 포함되어 있음을 알 수 있으며, 코드그룹 1, 2 및 3도 마찬가지로 설명된다.
동기 채널 심볼 부분을 제외한 나머지 OFDM 심볼에 대해서는 각각의 셀을 구분하기 위해 셀 고유의 스크램블링 코드가 주파수 도메인에서 곱해진다. 도 8을 참조하여 설명하면, 한 가운데에 있는 셀을 담당하는 기지국은 스크램블링 코드 0를 사용하여 동기 채널 심볼 부분을 제외한 나머지 OFDM 심볼에 대해 스크램블링을 수행하며, 동기 채널 심볼에 대해서는 코드그룹 0에 대응하는 도약코드워드를 사용하여 각각의 동기 채널 심볼을 시퀀스 도약시킨다. 이에 대한 자세한 내용은 후술한다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일실시예에 따른 동기 채널 심볼을 포함하는 서브프레임을 예시하는 도면으로서, 도 1의 첫 번째 싱크블록의 마지막 서브프레임이 그 예가 된다.
도 9a 및 도 9b는 각 셀이 같은 형태의 동기 채널 심볼을 사용하는 실시예를 나타내며, 도 9c는 다른 코드그룹에 속하는 셀들끼리는 다른 형태의 동기 채널 심볼을 사용하는 실시예를 나타낸다. 또한, 도 9a는 동기 채널 점유 대역내의 모든 부반송파를 사용하는 실시예를 나타내며, 도 9b 및 도 9c는 동기 채널 점유대역내의 부반송파의 반만을 사용하는 실시예를 나타낸다.
도 9a를 참조하여 설명하면, 서브프레임에 속하는 7개의 OFDM 심볼 중에서 동기 채널이 사용하는 심볼은 마지막 OFDM 심볼로서, 동기 채널 점유 대역(900)에 속하는 부반송파에는 동기 채널 데이터(903)가 실린다. 두 번째 심볼에는 파일롯 데이터(901) 및 트래픽 데이터(902)가 실리며, 나머지 심볼들에는 트래픽 데이터(902)가 실린다. 여기서, 파일롯 데이터(901), 트래픽 데이터(902) 및 동기 채널 데이터(903)은 복소 값을 가질 수 있다.
도 9a의 서브프레임 구조에 따르면, 모든 기지국들은 동일한 동기 채널 데이터(903)를 사용하며, 이동국과 같은 셀 탐색 장치는 셀 탐색 1단계에서, 이러한 동기 채널 데이터(403)에 대한 정보를 구비한 상태에서 상관 연산을 통하여 동기 타이밍을 획득한다. 그 다음 셀 탐색 장치는 셀 탐색 2단계에서 상술한 동기 채널 심볼의 간격 패턴을 이용하여 프레임 경계를 검출한 후, 셀 탐색 3단계에서 공통 파일롯 채널 심볼의 파일롯 상관을 통하여 타겟 셀의 스크램블링 코드를 검출한다. 즉, 공통 파일롯 채널은 순방향 링크의 데이터 채널의 코히런트 복조를 위한 채널 추정용으로 사용될 뿐만 아니라 본 발명의 셀 탐색 3단계에서 스크램블링 코드 또는 스크램블링 코드 식별자를 검출하는 데에도 사용된다. 이에 대한 자세한 내용은 후술한다.
도 9b의 서브프레임 구조는 동기 채널 점유 대역(920)에 속하는 부반송파 중 반만을 사용하는 점이 도 9a의 서브프레임 구조와 다르다. 즉, 마지막 OFDM 심볼의 동기 채널 점유 대역에 속하는 부반송파 중 짝수 번째 또는 홀수 번째 부반송파에 동기 채널 데이터가 실리고, 나머지 부반송파에는 '0'와 같은 널(null) 데이터가 실린다.
마찬가지로, 도 9b의 서브프레임 구조에 따르면, 모든 기지국들은 동일한 동기 채널 데이터를 사용하며, 이동국은 도 9a에서 설명한 바와 같이 셀 탐색 1단계, 2 단계 및 3 단계를 수행한다. 다만, 셀 탐색 1단계에서 동기 채널 점유 대역(500)에 속하는 부반송파 중 반만을 사용하는 것으로 기인되는 동기 채널 심볼의 시간 영역상의 반복 패턴을 이용하여 동기 타이밍을 획득할 수도 있는 것이다. 즉, 이러한 시간 영역상의 반복 패턴을 이용하여 동기 타이밍을 획득하는 방법의 예로는 후출할 차등상관기를 구비하는 것을 들 수 있다.
도 9c의 서브프레임 구조는 동기 채널 점유 대역(500)에 속하는 부반송파에 실리는 데이터가 도약코드워드의 동기채널 시퀀스 엘리먼트 데이터라는 점이 도 9b의 서브프레임 구조와 다르다. 즉, 동기 채널 심볼들 각각은 도약코드워드의 각 엘리먼트의 인덱스 값에 맵핑되는 동기채널 시퀀스가 할당되며, 동기 채널 점유 대역에 속하는 각각의 부 반송파에는 상기 할당된 동기채널 시퀀스의 각각의 엘리먼트인 데이터 값이 실리게 된다.
도 9c의 서브프레임 구조에 따르면, 다른 코드그룹에 속하는 기지국은 서로 다른 도약코드워드를 사용하며, 그로 인해 서로 다른 동기 채널 데이터를 사용하게 된다. 또한, 이동국은 도 9b에서 설명한 바와 같이 셀 탐색 1단계, 2 단계 및 3 단계를 수행한다. 다만, 셀 탐색 2단계에서 타겟 셀의 도약코드워드 정보를 검출하여 코드그룹을 검출하며, 셀 탐색 3단계에서는 상기 검출된 코드그룹에 속하는 스크램블링 코드만을 탐색하면 타겟 셀의 스크램블링 코드를 검출할 수 있다는 점이 도 9b에서 설명한 셀 탐색 방법과 다른 것이다.
동기 채널 점유 대역을 할당하는 방법으로는 보호 밴드(guard band)를 제외한 나머지 대역을 도 9a와 같이 동기 채널이 점유할 수 있을 수도 있으나, 상기 나머지 대역 중 일부만을 동기 채널이 점유할 수도 있다. 후자의 방법의 적용될 수 있는 시스템의 예로는, 3G-LTE 시스템과 같이 스케일러블(scalable)한 대역폭을 지원해야 하는 시스템을 들 수 있다. 즉, 1.25 MHz 만을 사용하는 이동국, 2.5 MHz를 사용하는 이동국, 5MHz, 10 MHz, 15MHz, 20 MHz등을 사용하는 모든 이동국이 기지국 시스템의 동기를 획득하기 위해서는, 도 9a 내지 9c에 예시된 바와 같이, 동기채널 심볼 각각은 총 시스템 대역폭(310)의 일부만을 점유하는 것이다. 예컨대, 시스템 대역폭이 20 MHz일 경우 DC 부반송파를 제외한 정 중앙의 1.25 MHz 만을 사용하는 것을 들 수 있다.
한편, 후술하겠지만, 이동국의 셀탐색기는 동기채널 점유대역만을 통과시키는 필터링을 수행함으로서 셀 탐색 성능을 높일 수 있다.
도 9b 및 도 9c를 참조하면, 인접한 2개의 부반송파 중에서 한 개만 동기 채널 데이터가 실리며, 나머지 한 개는 소정 수의 값이 실리는데, 여기서 소정수의 예로는 널 데이터에 해당되는 '0' 값을 들 수 있다. 도 9b 및 도 9c의 실시예에 의하면, 싸이클릭 프리픽스(cyclic prefix)를 제외한 동기 채널 심볼의 시간 영역 신호는 시간 영역 상에서 반복되는 패턴을 갖는다.
도 9c에서, C(k)=[c(k) 0, c(k) 1, c(k) 2,..., c(k) N-1]는 해당 동기채널 위치에 대응 되는 도약코드워드 엘리먼트 인덱스가 k인 동기채널 시퀀스를 나타낸다. 동기채널 시퀀스의 엘리먼트들 즉, c(k) 0, c(k) 1, c(k) 2,..., c(k) N-1들은 각각 복소 값을 가진다. 이러한, 동기채널 시퀀스는 임의의 시퀀스를 사용할 수 있으며, 여기서는 일례로 아래의 수식으로 정의되는 GCL(Generalized Chirp Like) 시퀀스를 사용할 수 있다.
Figure 112006056446061-pat00001
수학식 1에서 k는 도약코드워드의 임이의 엘리먼트의 인덱스에 의해 주어지며, 동기채널 시퀀스 번호를 의미한다. c(k) n는 k번째 동기채널 시퀀스의 n번째 엘리먼트를 나타낸다. 또한, N은 GCL 시퀀스의 길이이다. 특히, GCL 시퀀스에서 각각의 코드 길이 N은 솟수(prime number)이며, 총 N-1개의 시퀀스 개수가 존재한다. 즉, GCL 시퀀스를 사용할 경우 시스템에서 사용되는 GCL 시퀀스 집합은 N-1 개의 GCL 시퀀스로 이루어져 있다. 그리고, 상기 GCL 시퀀스의 수는 도약코드의 코드 알파벳 크기와 같게 된다.
기지국에 할당된 도약코드워드는 순방향 링크 프레임의 동기채널 시퀀스 도약의 형태로 이동국으로 전송된다. 즉, 본 발명의 일실시예에서 기지국은 각각의 동기 채널 심볼들에 대해 각각 해당 도약코드워드 엘리먼트를 맵핑하고, 그 엘리먼트 인덱스가 지정하는 GCL 시퀀스를 동기채널 심볼에 할당하여 전송하고, 이동국은 타겟 기지국에서 전송한 동기 채널 심볼들에 포함된 도약코드워드를 검출한다. 여 기서, 여기서 타겟 기지국의 예로는 이동국이 초기에 탐색하게 되는 기지국, 핸드오버를 위해 탐색할 인접 기지국을 들 수 있다.
표 1의 예는 시스템에서 사용되는 코드그룹의 개수가 3이고, 프레임 내 동기 채널 심볼의 개수가 4인 경우, 도 9c에 따른 실시예를 수행하는데 사용되는 테이블로서, 각 코드그룹에 대한 동기 채널 도약 패턴 즉, 도약코드워드의 집합을 나타낸다. 즉, 각 도약 패턴은 길이가 4인 도약코드워드로 표현될 수 있으며, 도약코드워드의 길이는 10msec 프레임당 동기 채널 심볼의 개수와 동일하다. 총 도약코드워드의 집합을 도약코드라 정의한다. 한편, 기지국은 매 프레임마다 동일한 동기 채널 코드 도약 패턴(도약 코드 워드)을 사용하며, 코드그룹번호가 서로 다른 기지국 간에는 서로 다른 도약코드워드를 사용한다. 표 1을 참조하면, 각 도약코드워드는 4개의 도약코드워드 엘리먼트로 구성되며 코드그룹 식별자에 일대일 대응된다.
도약코드워드 코드그룹 식별자
3, 6, 9, 12 1, 4, 7, 10 2, 5, 8, 11 0 1 2
상기 테이블에서는 도약 코드 시퀀스의 알파벳 크기(alphabet size)는 40이다. 즉, 각각의 싱크 블록에서 전송되는 도약코드워드 엘리먼트 인덱스 k는 1에서 40까지의 번호 중 하나가 된다. 예컨대, 현 기지국의 스크램블링 코드 식별자가 2일 경우, 도 2를 참조하면 코드그룹 0번에 속하게 되고, 코드 그룹 0번에 할당된 도약 코드 워드는 표 1을 참조하면, {2, 5, 8, 11}이 된다. 결국, 현재 기지국이 프레임 당 전송되는 4개의 동기 채널 심볼은 각각 2, 5, 8, 11인 도약코드워드 엘리먼트를 가지며, 각각의 동기 채널 심볼이 사용하는 부반송파는 각각의 도약코드워드 엘리먼트 인덱스 k에 따라 수학식 1로 정의되는 값들이 할당되어 지는 것이다. 특히, 도 1은 현 기지국의 코드그룹 식별자가 0인 경우의 예를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 영역 상의 동기 채널 심볼을 나타낸 것이다.
도 10을 참조하면, NT는 전체 OFDM 심볼 구간의 샘플 수, NCP는 싸이클릭 프리픽스 구간(1050)의 샘플 수, NS는 싸이클릭 프리픽스 구간을 제외한 심볼 구간(1070)의 샘플 수를 나타낸다. 특히, 동기 채널 심볼이 동기 채널 점유 대역에서 부반송파를 홀수 번째 또는 짝수 번째 만을 사용하고, 나머지 부반송파를 소정 수로 할당하여 사용한 경우, 참조번호 1070으로 주어지는 구간을 이루는 제1 구간(1060) 및 제2구간(1065)는 특정한 패턴을 갖는다. 동기 채널 심볼이 DC 성분의 부반송파를 사용하는 경우에는 제1 구간(1060)과 제2 구간(1065)은 송신단의 시간 영역상 신호에 있어서 동일한 파형을 가지며, 동기 채널 심볼이 DC 성분의 부반송파를 사용하지 않는 경우에는 제2 구간(1065)은 제1 구간(060)의 파형에서 180도 위상이 반전된 파형을 갖는다. 이러한 동기 채널 심볼의 시간 영역 상의 반복 패턴을 이용하면, 차등상관 연산을 통한 간단한 구조로 동기 획득이 가능하다. 이에 대한 자세한 내용은 후술한다. 이외에도 제 1 구간(1060)와 제 2 구간(1065)을 서로 좌우 대칭이 되도록 할 수도 있다. 이 경우에는 역(reverse) 차등 상관을 사용할 수 있다. 동기 획득 과정에서 차등 상관을 하던 역 차등상관을 하던 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는다.
본 발명의 기지국은 동기 채널 심볼의 위치 변조를 통하여 프레임 경계 정보를 동기 채널에 실어 셀 내 이동국에게 전송한다. 뿐만 아니라, 동기 채널 심볼의 부반송파에 코드그룹을 특정하는 동기 채널 시퀀스의 각 엘리먼트 데이터를 실어 셀 내 이동국에게 전송할 수 있다. 이 경우, 이동국은 동기 채널을 이용하여 프레임 경계 뿐만 아니라 코드그룹까지도 획득할 수 있는 것이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 기지국의 구성을 나타내는 블록도로서, 동기 채널 생성부(1100), 공통 파일롯 채널 생성부(1101), 트래픽 채널 생성부(1102), 다이버시티 제어기(1103), OFDM 심볼 맵핑부(1104-A, 1104-B), 스크램블링부(1105-A, 1105-B), 역 푸리어 변환부(1106-A, 1106-B), CP 삽입부(1107-A, 1107-B), IF/RF부(1108-A, 1108-B) 및 송신안테나(1109-A, 1109-B)를 포함하여 이루어진다.
트래픽 채널 생성부(1102)는 트래픽 데이터를 생성하며, 공통 파일롯 채널 생성부(1101)는 파일롯 데이터를 생성한다.
동기 채널 생성부(1100)는 현 기지국에 해당되는 도약코드워드에 따른 도약코드워드의 각 엘리먼트들에 대응되는 동기채널 시퀀스를 생성한다. 즉, 현 기지국에 해당되는 도약 코드 워드가 2, 5, 8, 11라면, 첫 번째 싱크블록을 위해서 수학식 1에 k=2를 대입하여 얻어지는 시퀀스 즉 N개의 엘리먼트를 생성하는 것이다. 만일 동기채널 심볼이 전송되는 주파수 영역 부반송파의 개수가 N 보다 작을 경우, 예를들어 N=41이고 동기채널 시퀀스가 실제로 점유하는 부 반송파의 개수가 38개일 경우 수학식 1에서 정의되는 동기채널 시퀀스의 마지막 3개의 엘리먼트는 송신되지 않는다. 특히, 동기 채널 생성부(1100)는 동기 채널의 위치 변조를 위해서, 동기 채널이 위치하는 시점에 맞추어 동기 채널 시퀀스를 OFDM 심볼 맵핑부(1104-A, 1104-B)에 제공한다.
OFDM 심볼 맵핑부(1104-A, 1104-B)는 각 채널의 데이터 값을 도 9a 내지 도 9c의 예처럼 주파수 영역 상의 각 위치에 배치하는 역할을 수행한다. 스크램블링부(1105-A, 1105-B)는 OFDM 심볼 맵핑부(1104-A, 1104-B)의 출력 즉, 맵핑 결과 중에서 동기 채널 심볼 이외의 OFDM 심볼에 대해 주파수 영역 상에서 기지국 별 고유의 스크램블링 코드를 곱한다.
역 푸리어 변환부(1106-A, 1106-B)는 스크램블링부(1105-A, 1105-B)의 출력을 역 푸리어 변환하여 시간 영역 신호를 생성한다.
CP 삽입부(1107-A, 1107-B)는 채널의 다중 경로 지연에도 OFDM 신호의 복조를 가능하게 하기 위한 싸이클릭 프리픽스를 상기 역 푸리에 변환부(1106-A, 1106-B)의 출력에 삽입한다. IF/RF부(1108-A, 1108-B)는 기저대역 신호인 CP 삽입부(1107-A, 1107-B)의 출력 신호를 밴드패스신호로 상향 변환(Up-Converting)하며, 상향 변환된 신호를 증폭한다.
송신안테나(1109-A, 1109-B)는 상기 증폭된 신호를 송신한다.
도 11의 예에는 송신안테나(1109-A, 1109-B)가 2개임을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 기지국이 송신안테나(1109-B) 없이 송신안테나(1109-A)를 1개만 구비하고 있다면, OFDM 심볼 맵핑 유닛(1104-B), 스크램블러(1105-B), 역 푸리어 변환기(1106-B), CP 삽입부(1107-B), IF/RF 유닛(1108-B) 및 다이버시티 제어기(1103)을 생략할 수 있다.
도 11에서는 기지국 시스템의 송신단에 2 개의 송신안테나를 이용하여 송신 다이버시티로 동기 채널 심볼을 전송하는 경우이다. 도 11에 예시된 다이버시티 제어기(1103)를 통한 송신 다이버시티를 설명하면 다음과 같다. 공간 다이버시티를 얻기 위해 인접한 싱크 블록에 속하는 동기 채널 심볼들을 각각 서로 다른 안테나로 전송한다. 예컨대, 첫 번째 싱크 블록에 있는 동기 채널 심볼은 첫 번째 송신안테나(1109-A)로, 두 번째 싱크 블록에 있는 동기 채널 심볼은 두 번째 송신 안테나(1109-B)로, 세 번째 싱크 블록에 있는 동기 채널 심볼은 다시 첫 번째 송신 안테나(1109-A)로 전송하는 것이다. 상술한 다이버시티를 수행하기 위한 스위칭을 다이버시티 제어부(1103)가 수행한다. 즉, 동기 채널에 시간 스위칭 송신 다이버시티(Time Swiching Transmit Diversity : TSTD)를 적용하는 방법으로서, 동기 채널 생성부(1100)의 출력을 다이버시티 제어기(1103)가 스위칭하여 OFDM 심볼 맵핑부(1104-A) 또는 OFDM 심볼 맵핑부(1104-B)로 제공하는 것이다.
한편, 상술한 공간 다이버시티 또는 TSTD 다이버시티 외에도 지연(delay) 다이버시티를 송신 다이버시티로서 적용할 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 도 11에 지연 다이버시티를 적용할 경우 다이버시티 제어부(1103)의 구체적인 구성을 예시하는 블록도이다.
도 12a를 참조하면, 다이버시티 제어부(1103)은 지연가중곱셈기(delay weight multiplier)(1110)을 포함하여 이루어진다. 동기 채널 생성부에서, 동기 채널 심볼 마다, N개의 엘리먼트 데이터가 생성된다. 상기 생성된 N개의 엘리먼트 데이터들은 두 데이터 경로(data path)로 나뉜다. 윗단의 경로에 따르면, 상기 엘리먼트들은 OFDM 심볼 맵핑부(1104-A)로 직접 제공되며, 아랫 단의 경로에 따르면, 지연가중곱셈기(1110)에 상기 엘리먼트들이 입력되며, 지연가중곱셈기(1110)의 출력이 OFDM 심볼 맵핑부(1104-B)로 입력된다.
도 12b는 도 12a의 지연가중곱셈기(1110)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12b를 참조하면, 지연가중곱셈기(1110)는 상기 생성된 N개의 데이터를 지연시키는 역할을 수행하며, N개의 곱셈기를 포함한다.
각각의 곱셈기는 동기 채널 심볼이 사용하는 각 부반송파에 할당되는 데이터 즉, 상기 생성된 N개의 데이터에 가중치 값을 곱하는 연산을 수행한다. 여기서, 동기 채널 심볼이 사용하는 n번째 부반송파에 할당되는 데이터에 곱해지는 가중치 w(n)값은 수학식 2로 표현된다.
w(n)=exp(-j2πn·2Dm/Ns), n=0,1,2,..., N-1
수학식 2에서 Dm은 m번째 송신 안테나에 대한 시간 영역에서의 FFT 샘플 단위의 지연을 나타내며, Ns는 FFT 샘플 수를 나타낸다. Dm대신 2Dm을 사용하는 이유는 동기 채널 데이터는 도 9c에서처럼 매 2번째 부반송파에만 실리는 것을 전제로 하였기 때문이다. 도 11과 같이 송신안테나가 2개인 경우, 첫 번째 송신안테나에 대한 지연은 D0=0이고, 두 번째 송신안테나에 대한 지연은 D1이다.
본 발명에 따른 이동국의 셀 탐색 절차는 크게 3 단계로 이루어진다. 첫 번째 단계는 동기 획득 단계이고, 두 번째 단계는 전단계에서 획득한 싱크 블록 경계를 기준으로 코드그룹 및 프레임 경계 검출 단계이며, 마지막 단계는 전 단계에서 획득한 프레임 경계 및 코드그룹 정보를 이용하여 현재 이동국이 속한 셀의 스크램블링 코드 식별자 또는 스크램블링 코드를 검출하는 단계이다. 특히, 셀 탐색 2 단계에서는 셀 탐색 확률을 높이기 위해 주파수 옵셋 추정을 더 포함할 수 있다. 또한, 셀 탐색 3단계 이후에도 보다 정밀한 타이밍/주파수(Fine Timing, Fine Frequency) 검출 단계를 더 수행할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 이동국의 수신기의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 발명에 따른 이동국은 적어도 하나의 수신안테나를 가지며, 도 13의 실시예는 수신 안테나가 2 개인 경우에 대한 예시도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 이동국의 수신기는 수신안테나(1300-A, 1300-B), 하향 변환부(down converter)(1310-A, 1310-B), 셀 탐색부(1320), 데이터 채널 복조부(data channel demodulator)(1330), 제어부(1340) 및 클럭 발생기(clock generator)(1350)를 포함하여 이루어진다.
각각의 기지국에서 송신되는 RF 신호 형태인 순방향 링크 프레임들은 수신안테나(1300-A, 1300-B)를 통하여 수신된 후, 하향 변환부(1310-A, 1310-B)를 통해 기저 대역 신호(S1, S2)로 변환된다.
셀 탐색부(1320)는 상기 하향변환된 신호(S1, S2)에 포함된 동기 채널 심볼 및 공통 파일롯 채널 심볼을 이용하여 타겟 셀에 대한 탐색을 수행한다. 셀 탐색 결과의 예로는 타겟 셀의 동기 채널 심볼 타이밍, 프레임 경계, 스크램블링 코드를 검출하는 것을 들 수 있으며, 타겟 셀의 탐색의 예로는, 이동국이 처음에 초기 셀을 탐색하는 경우나, 핸드오버를 위해 인접 셀을 탐색하는 것을 들 수 있다.
제어부(1340)는 셀 탐색부(1320) 및 데이터 채널 복조부(1330)를 제어한다. 즉, 제어부(1340)는 셀 탐색기(1320)를 제어하여 획득된 셀 탐색 결과를 기초로, 데이터 채널 복조기(1330)의 타이밍, 역스크램블링 등을 제어한다. 데이터 채널 복조부(1330)는 제어부(1340)의 제어에 따라 하향 변환된 신호에 포함된 도 9a 내지 9c에 도시된 트래픽 채널 데이터를 복조한다. 한편, 클럭 발생기(1350)에 의해 생성된 클럭에 동기화되어 이동국의 모든 하드웨어들은 동작된다.
도 13을 참조하면, 셀 탐색기(1320)는 동기채널대역필터(1360-A, 1360-B), 동기획득부(1365), 경계검출부(1370), 코드검출부(1375)을 포함하여 이루어진다.
동기채널대역필터(1360-A, 1360-B)는 상기 하향 변환된 신호(S1, S2)에 대해, 도 9a 내지 9c에서 설명한 바와 같이 전체 OFDM 신호 대역 중 동기 채널 점유 대역만을 통과시키는 밴드패스필터링(band pass filtering)을 수행한다.
동기획득부(1365)는 상기 필터링된 신호(S3, S4)에 포함된 동기 채널 심볼을 이용하여 동기 정보(S5)를 획득한다.
경계검출부(1370)는 상기 획득된 동기 정보(S5) 및 미리 저장된 동기 채널 심볼 간의 간격 정보를 이용하여, 상술한 바와 같이 프레임 경계 정보(S6)를 검출하며, 특히, 동기 채널 심볼들이 코드그룹을 특정하는 동기 채널 시퀀스로 시퀀스 도약된 경우라면, 상기 획득된 동기 정보(S6) 및 미리 저장된 표 1의 정보를 기초 로, 코드그룹 정보(S7)를 검출한다. 한편, 경계검출부(1370)는 코드그룹 식별자 및 프레임 타이밍 검출 전에 주파수 옵셋 추정 및 보상(compensation)을 수행하여 검출 성능을 높일 수 있다. 상기 추정된 주파수 옵셋 값(S8)은 코드검출부(1375)에 제공될 수 있다.
코드검출부(1375)는 상기 검출된 프레임 경계 정보(S6)를 기초로, 공통 파이롯 채널 심볼의 위치를 획득한 후, 상기 하향 변환된 신호(S1, S2) 중 공통 파일롯 채널 심볼에 대한 파일롯 상관을 통해 스크램블링 코드를 검출한다. 특히, 경계 검출부(1370)로부터 상기 검출된 코드그룹 정보(S7)가 제공된다면, 코드검출부(1375)는 상기 검출된 코드그룹에 속하는 스크램블링 코드들만을 검색할 수 있다.
도 13을 참조하면, 공통 파일롯 채널 심볼은 상기 하향 변환된 신호(S1, S2)로부터 추출되지만, 공통 파일롯 채널 심볼이 동기 채널 대역 필터(1360-A, 1360-B)에 영향을 받지 않는 경우라면 동기 채널 대역 필터(1360-A, 1360-B)의 출력(S3, S4)로부터 공통 파일롯 채널 심볼이 추출될 수 있다. 구체적으로는 상기 검출된 프레임 타이밍을 기초로 공통 파일롯 채널 심볼의 위치를 획득하여 공통 파일롯 채널 심볼을 추출하고, 상기 추출된 공통 파일롯 채널 심볼을 미리 저장된 스크램블링 코드 식별자 중 상기 검출된 코드그룹에 속하는 스크램블링 코드 식별자에 따른 스크램블링 코드들에 대한 상관도를 산출하여 상관도 산출 결과에 따라 현 기지국이 사용하는 스크램블링 코드 식별자를 검출하는 것이다.
도 14a 및 도 14b는 도 13의 동기획득부(1365)의 구성을 예시하는 블록도이다.
도 14a를 참조하면, 본 실시예에 따른 동기 획득부(1365)는 기준신호 생성부(1410), 상관기(1412) 및 심볼 동기 검출기(1414)를 포함하여 이루어진다. 기준신호 생성부(1410)는 시간 영역상의 동기 채널 심볼을 생성한다. 즉, 도 9a 내지 도 9c의 각 동기 채널 심볼의 시간 영역 상 신호를 생성하는 것이다.
상관기(1412)는 수신기저대역신호의 각 샘플 위치에 대해 상기 생성된 기준신호와의 상관도를 산출하며, 심볼 동기 검출기(1414)는 상기 산출된 상관도 값들 중 최대치를 가진 샘플 위치를 심볼 동기(S5) 즉, 획득된 동기 채널 심볼 타이밍으로 검출한다. 여기서, 수신기저대역신호는 도 13에 따르면, 상기 필터링된 신호(S3, S4)에 해당된다.
도 14b를 참조하면, 본 실시예에 따른 동기 획득부(1365)는 차등상관기(1420) 및 심볼 동기 검출기(1430)를 포함하여 이루어진다.
차등 상관기(1420)는 도 9b 및 9c에 예시된 구조의 동기 채널 OFDM 심볼이 가지는 도 10에 예시된 시간 영역상 반복 특성을 이용하여 수신기저대역신호의 샘플 값과 NS/2 샘플만큼 이전에 수신된 샘플 값을 곱하여 누적하는 역할을 수행한다. 여기서, NS/2 값은 싸이클릭 프리픽스를 제외한 OFDM 심볼 길이(1070)의 반을 의미하며, 도 10의 제1구간(1060) 및 제2 구간(1065)의 길이가 이에 대응된다. 여기서, 수신기저대역신호는 도 13에 따르면, 상기 필터링된 신호(S3, S4)에 해당된다.
수학식 3 및 수학식 4은 본 발명의 일실시예에 따른 임의의 샘플 포인트 n에서의 차등 상관기(1420)의 출력을 나타낸다.
Figure 112006056446061-pat00002
Figure 112006056446061-pat00003
상기 수학식 3 및 수학식 4에서 ()*는 복소 켤레값(complex conjugate)를 의미하며, a는 0 또는 1의 값을 갖는 수신안테나 인덱스를 나타낸다. ra(n)은 a번째 수신안테나에서 n번째 샘플 포인트에서 수신한 수신신호의 샘플 값을 나타낸다.
한편, 상기 수학식 3 및 수학식 4에서 절대값의 제곱 또는 절대값을 취하는 이유는 동기획득부(1365)의 성능이 초기 주파수 옵셋에 무관하게 하도록 하기 위함이다. 만일 상기 수학식 3 또는 수학식 4와 같이 절대값을 취하지 않을 경우 초기 주파수 옵셋이 큰 상황에서는 성능이 저하될 수 있다.
심볼 동기 검출기(1430)는 상기 산출된 상관도 값들 중 최대치를 가진 샘플 위치를 심볼 동기(S5)로 검출한다.
도 14b를 참조하면, 차등상관기(1420)는 지연부(1422) 및 상관부(1424)를 포함하여 이루어진다. 지연부(1422)는 수신기저대역신호를 NS/2 샘플만큼 지연시키며, 상관부(1424)는 상기 수신기저대역신호의 각 샘플 위치에 대해 상기 지연된 수신기 저대역신호와의 상관도를 산출한다.
도 15는 도 13의 경계검출부(1370)의 구체적인 구성을 예시하는 블록도로서, 상관도산출부(1500), 위치제어부(1510), 프레임경계 결정부(1520) 및 코드그룹 검출부(1530)를 포함하여 이루어진다.
메트릭산출부(1500)는 위치제어부(1510)의 제어에 따라 각 가설에 대한 메트릭을 산출한다. 위치제어부(1510)는 상기 메트릭산출부(1500)가 각 가설에 대한 메트릭을 산출하도록 메트릭산출부(1500)를 제어한다. 예컨대, 가설 0에 대한 메트릭을 산출하기 위하여, 위치제어부(1510)는 상기 동기 채널 심볼 타이밍(S5)으로부터 37심볼, (37+34)심볼, (37+34+38)심볼만큼 떨어진 위치의 샘플 값에 대해 상관도 값을 산출하고 누적하여 가설 0에 대한 메트릭을 산출하도록 메트릭산출부(1500)를 제어한다. 이 경우, 메트릭 산출부(1500)는 도 14a에 예시된 기준신호 생성부(1410) 및 상관기(1412)에 따른 구조를 활용하거나, 도 14b에 예시된 차등상관기(1420)를 활용하여 상술한 각각의 위치의 샘플 값에 대한 상관도 값을 산출하는 것이다. 마찬가지로, 위치제어부(1510)는 가설 1의 경우, 상기 동기 채널 심볼 타이밍(S5)으로부터 34심볼, (34+38)심볼, (34+38+31)심볼만큼 떨어진 위치의 샘플 값에 대해 상관도 값을 산출하고 누적하여 가설 1에 대한 메트릭을 산출하도록 메트릭산출부(1500)를 제어한다. 가설 2 및 가설 3에 대해서도 동일한 원리로 설명된다.
프레임경계 결정부(1520)는 메트릭산출부(1500)의 출력 즉, 각 가설에 대한 메트릭을 기초로, 4개의 가설 중 하나를 선택하고, 상기 가설에 따른 프레임 경계 를 결정한다. 즉, 가장 큰 메트릭 값을 가진 가설이 가설 1이라면, 가설 1에 따른 프레임 경계를 결정하는 데, 그 결과는 상기 동기 채널 심볼 타이밍(S5)으로부터 74 심볼 떨어진 위치에 프레임 경계가 있는 것으로 결정하는 것이다.
코드그룹 검출부(1530)는 상기 검출된 프레임 경계(S6)를 기초로, 획득된 프레임내의 복수 개의 동기 채널 심볼 전부 또는 일부로부터 타겟 셀의 도약코드워드를 검출하여 타겟 셀의 코드그룹을 검출한다. 다만, 동기 채널이 코드그룹을 특정하는 동기 채널 시퀀스로 시퀀스 도약되지 않은 경우라면, 경계검출부(1370)는 코드그룹 검출부(1530)를 생략할 수 있다.
상술한 바와 같이, 코드그룹 각각이 스크램블링 코드 하나만을 포함하는 경우에는 도약코드워드와 스크램블링 코드 간에 일대일 대응 관계가 성립되어 코드워드검출부(1530)는 상기 검출된 코드그룹 자체로부터 스크램블링 코드를 검출할 수 있다. 따라서, 이 경우에는 셀 탐색 3단계를 생략할 수 있으며, 또는 셀 탐색 3단계는 셀 탐색 2 단계에서 검출된 스크램블링 코드의 검증(verification) 용도로만 사용될 수 있다.
코드검출부(1375)는 셀 탐색 2단계에서 획득된 프레임 경계 정보를 기초로, 수신된 서브 프레임에 포함된 공통 파일롯 채널 심볼을 추출하고, 상기 추출된 공통 파일롯 채널 심볼과 셀 탐색 2단계에서 검출된 코드그룹에 속하는 스크램블링 코드들과의 상관도 값들을 산출하고, 상기 산출된 상관도 값들 중 가장 큰 값을 가지는 상관도 값에 해당되는 스크램블링 코드를 현재 기지국의 스크램블링 코드로 결정하는 것이다. 즉, 공통 파일롯 채널은 순방향 링크의 데이터 채널의 코히런트 복조를 위한 채널 추정용으로 사용될 뿐만 아니라 본 발명의 셀 탐색 3 단계에서 스크램블링 코드를 검출하는 데에도 사용된다.
코드검출부(1375)는 경계검출부(1370)로부터 제공받은 코드그룹에 속하는 스크램블링 코드들만 검색함으로서 수신기의 복잡도를 감소시킬 수 있다. 즉, 도 8의 예에서 시스템에는 총 19 개 이상의 스크램블링 코드가 존재하는데, 이중 셀 탐색 2단계에서 검출횐 코드그룹에 속하는 Nc개의 스크램블링 코드들만 검색하면 된다. 여기서, Nc는 코드그룹 당 스크램블링 코드의 갯수이며, 도 8의 예에서 Nc=4가 된다.
도 16은 도 13의 코드검출부(1375)의 구체적인 구성을 예시하는 블록도로서, 주파수 옵셋 보정기(1681-A, 1681-B), 푸리어 변환기(1682-A, 1682-B), 파일롯 심볼 추출기(1683-A, 1683-B), 파일롯 상관기(1684-A, 1684-B), 누적기(1686-A, 1686-B), 결합기(1687) 및 피크 검출기(1688)를 포함하여 이루어진다.
주파수 옵셋 보정기(1681-A, 1681-B)는 상기 추정된 주파수 옵셋 값(S8)을 기초로 하향변환부(1310-A, 1310-B)의 출력신호(S1, S2)를 주파수 옵셋 보정한다.
푸리어 변환기(1682-A, 1682-B)는 경계검출부(1640)로부터 제공받은 프레임 경계 정보(S6)(1675)를 기초로 각 서브프레임별 공통 파일롯 채널 심볼 구간을 알 수 있으므로, 상기 주파수 옵셋 보정기(1681-A, 1681-B)의 출력신호에 포함된 공통 파일롯 채널 심볼에 대해 싸이클릭 프리픽스를 제외한 NS개의 샘플들을 푸리어 변환하여 주파수 영역 신호를 생성한다.
파일롯 심볼 추출기(1683-A, 1683-B)는 상기 생성된 주파수 영역 신호로부터 Np개의 파일롯 데이터를 추출한다.
파일롯 상관기(1684-A, 1684-B)는 상기 추출된 Np개의 파일롯 데이터들을 상기 경계검출부(1370)로부터 제공받은 코드그룹에 속하는 Nc개의 스크램블링 코드들과의 상관도를 각각 산출한다. 여기서, 상관도 산출식의 예는 수학식 5 내지 수학식 8을 들 수 있다. 파일롯 상관기(1684-A, 1684-B)는 도 16을 참조하면 각각 Nc개의 차등상관기(differential correlator)를 포함하여, 병렬 방식으로 차등상관연산을 수행한다. 즉, 각각의 차등상관기는 상기 검출된 코드그룹에 속하는 스크램블링코드와 상기 추출된 파일롯 데이터와의 상관도를 각각 산출한다. 차등상관기는 매 서브프레임의 공통 파일롯 채널 심볼 구간에서 동작되며, 차등상관기의 출력은 상기 검출된 코드그룹 내 Nc개의 스크램블링 코드 별로 누적기(1686-A, 1686-B)에 포함된 각각의 서브프레임 누적기에 누적된다. 수학식 5 내지 수학식 8에 대해서는 후술한다.
누적기(1686-A, 1686-B)는 각 공통 파일롯 채널 심볼에 대해 산출되는 Nc개의 상관도 값을 누적한다. 도 1을 참조하면, 서브프레임 당 하나의 공통 파일롯 채널 심볼이 있으므로 미리 설정된 서브프레임 개수만큼 누적하게 된다. 각 누적기(1686-A, 1686-B)는 Nc개의 서브프레임 누적기들을 구비한다.
결합기(1687)는 복수 개의 수신안테나를 구비하는 방법 등으로 구현되는 수 신다이버시티에 의해 획득되는 복수 개의 경로에 따라 산출되는 누적기(1686-A, 1686-B) 출력들을 결합(combining)하여 Nc개의 결정 변수를 생성한다. 한편, 수신다이버시티를 사용하지 않는 경우에는 결합기(1687) 및 하단의 블록들은 생략할 수 있음은 이 분야에 종사하는 자는 충분히 이해할 수 있다.
피크 검출기(1688)는 결합기(1687)로부터 제공되는 Nc개의 결정 변수들 중 최대값을 갖는 결정변수를 검출하고, 상기 검출된 결정변수에 해당되는 스크램블링 코드를 선택하여 최종적으로 현 기지국의 스크램블링 코드(S11)를 최종적으로 검출하는 것이다. 이러한 과정으로 이동국은 전파 거리(Radio distance)가 가장 짧은 기지국 또는 수신 신호 세기가 가장 큰 기지국의 스크램블링 코드를 검출할 수 있게 된다. 한편, 상기 검출된 최대값이 미리 설정된 임계치보다 큰 경우에는 셀 탐색을 완료한 것으로 가정하고, 상기 임계치보다 작은 경우에는 본 발명의 일실시예에 따른 셀 탐색기는 셀 탐색 1단계, 2단계, 3단계의 과정을 반복 수행할 수 있다.
한편, 각 코드그룹이 하나의 스크램블링 코드만을 포함하는 경우, 즉, Nc가 1인 경우 코드그룹 식별자는 스크램블링 코드 식별자와 일대일 대응되므로, 셀 탐색 2단계까지만 수행하더라도 본 발명의 목적인 프레임 경계 및 스크램블링 코드 식별자를 검출할 수 있기 때문에 셀 탐색 3단계는 생략할 수 있으나, 만약 셀 탐색 3단계가 수행되는 경우 셀 탐색 2단계에 따라 검출된 스크램블링 코드 식별자의 검증 과정 역할을 수행하게 된다.
또한, 셀 탐색 2단계에서 코드그룹을 검출하지 않는 경우라면, 파일롯 상관 기(1684-A, 1684-B)는 OFDM 셀룰러 시스템의 모든 스크램블링 코드에 대한 상관도를 산출해야 한다.
이하, 파일롯 상관기(1684-A, 1684-B)의 동작을 구체적으로 설명한다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 파일롯 상관기(1684-A, 1684-B)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
참조번호 695 및 참조번호 696은 각각 파일롯 심볼 추출기(1683-A, 1683-B)의 입력 및 출력을 나타낸다. 즉, 주파수 영역 신호에는 파일롯 데이터뿐만 아니라 트래픽 데이터도 공존할 수 있는데 파일롯 심볼 추출기(1683-A, 1683-B)는 이들 중 파일롯 데이터 Np개를 추출한다. 도 17에서 X(n)은 공통 파일롯 채널 심볼의 주파수 영역 데이터들 중 n번째 파일롯 데이터를 의미한다. 특히, 도 17에서는 공통 파일롯 채널 심볼이 Np(=12)개의 파일롯 데이터를 포함하는 경우를 예시한다.
추출된 파일롯데이터들과 스크램블링 코드와의 상관 방법은 수학식 5 내지 수학식 8로 예시된다.
Figure 112006056446061-pat00004
Np는 공통 파일롯 채널 심볼이 포함하는 주파수 영역 상의 파일롯 데이터 개수이며,
Figure 112006056446061-pat00005
는 상기 검출된 코드그룹에 속하는 스크램블링 코드들 중 k번째 스 크램블링 코드의 u번째 엘리먼트를 나타낸다.
본 발명의 셀 탐색 3단계에서 수학식 5로 주어지는 차등 상관을 사용하는 이유는 다음과 같다. OFDM 신호 방식의 경우 주파수 영역에서 인접한 심볼들은 거의 동일한 무선 페이딩을 겪는다. 즉, 인접 심볼들이 겪는 채널 왜곡이 거의 유사하다. 그러나, 멀리 떨어져 있는 심볼 간에 겪는 무선 페이딩은 주파수 영역 심볼간 간격이 클수록 서로 독립적인 페이딩을 겪게 된다. 이 경우, 수학식 6으로 정의되는 기존의 주파수 영역 상관기(correlator)는 상관 길이(correlation length) N이 큰 경우 성능이 매우 저하된다.
Figure 112006056446061-pat00006
즉, 수학식 6에서 X(i)=αic(i)이므로 결국 상기 식은
Figure 112006056446061-pat00007
가 되어 멀리 떨어진 독립적인 심볼 X() 간에 코히런트하게 더해지게 되며, 페이딩 채널에서 성능이 매우 감소하게 된다. 여기서, αi는 i 번째 부 반송파의 채널 값을 나타내며, 페이딩 채널에서 인접한 부 반송파 간에는 값이 거의 같으나 멀리 떨어진 부 반송파 간에는 서로 다른 값을 갖는 특성이 있다.
반면, 수학식 7로 정의되는 차등 상관기를 사용할 경우,
Figure 112006056446061-pat00008
상관도 결과 값은
Figure 112006056446061-pat00009
가 되어 수학식 6으로 정의되는 기존의 상관기보다 성능이 우수해지는 장점이 있다.
본 발명의 셀 탐색 3단계에서 수학식 5처럼 바로 인접한 심볼간 차등 곱(differential multiplication)을 사용하는 대신 한 단계 건너 띤 파일롯 심볼간에 차등곱을 사용하는 이유는 이동국이 초기 동기 획득 모드에서는 이동국이 속한 현 기지국 정보를 알 수 없기 때문이다. 즉, 이동국은 현 기지국에서 사용하는 송신안테나 수가 1개인지 아니면 2개인지를 알 수 없기 때문이다.
송신 안테나가 1개일 경우에는 공통 파일롯 채널 심볼(696)이 동일한 송신 안테나를 통해 전송되겠지만 송신 안테나가 2개일 경우 짝수 번째(even) 공통 파일롯 채널 심볼(즉, X(0), X(2),...)은 첫 번째 송신 안테나로 전송되고, 홀수 번째(odd) 공통 파일롯 채널 심볼은 두 번째 송신 안테나로 전송된다. 이 경우, 즉, 송신 안테나가 두 개인 경우 바로 주파수 영역에서 인접한 두 공통 파일롯 채널 심볼의 주파수 영역상 인접하는 데이터는 완전히 독립적인 페이딩을 겪게 된다. 이 경우, 수신단에서 수학식 7와 같이 바로 인접한 심볼간 차등곱을 수행할 경우, 검출 성능이 저하될 수 있다. 반면, 도 17의 참조번호 697과 같이 예시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 차등 상관을 수행하는 경우, 즉 짝수 번째 심볼은 짝수 번째 심볼간 차등곱(697-A)을 수행하고, 홀수 번째 심볼은 홀수 번째 심볼 간에 차등곱(697-B)을 수행할 경우, 기지국의 송신 안테나가 1개이건 2개이건 간에 문제없이 긴 PN 스크램블링 코드 식별자를 검출할 수 있다는 장점이 있다. 복잡도를 줄이기 위해 수학식 5를 수학식 8과 같이 홀수 번째 데이터는 무시하고, 짝수 번째 데이터만 이용할 수도 있다.
Figure 112006056446061-pat00010
한편, 이동국에 전력이 인가되었을 때 이동국의 클럭 발생기(540)의 오차는 3PPM(Pulse per Million) 혹은 그 이상이 될 수 있다. 이것은 2GHz의 사용 대역으로 환산하면 6KHz 또는 그 이상이 된다. 상기와 같이 초기 셀 탐색과정에서 주파수 옵셋이 클 경우 셀 탐색 1단계에서 성능이 매우 저하될 수 있다. 셀 탐색 2단계 및 3단계는 주파수 옵셋 보정을 수행되므로 문제가 없는 것이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 이동국의 셀 탐색 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 이동국의 셀 탐색 방법은 셀 탐색부(1320)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 13에 도시된 셀 탐색부(1320)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 셀 탐색 방법에도 적용된다.
S1800 단계에서, 동기획득부(1365)는 순방향 링크의 동기 채널을 이용하여, 싱크블록 동기 즉, 동기 채널 심볼 타이밍을 획득한다.
S1810 단계에서, 경계검출부(1370)는 S1800 단계에서 획득된 동기를 기초로, 상기 동기 채널 심볼 간의 간격 패턴을 이용하여 프레임 경계를 검출한다.
S1820 단계에서, 코드검출부(1375)는 S210 단계에서 검출된 프레임 경계 정보를 이용하여, 공통 파일롯 채널 심볼의 위치를 파악하고, 상기 공통 파일롯 채널 심볼과 시스템에서 사용중인 스크램블링 코드들과의 상관도 값을 기초로, 타겟 셀의 스크램블링 코드를 검출한다.
한편, S1810 단계에서, 경계검출부(1370)가 상기 검출된 프레임 경계를 기초로 동기 채널 심볼들에 포함된 도약코드워드를 검출함으로써, 타겟 셀의 코드그룹을 검출하는 경우라면, S1820 단계에서 코드검출부(1375)는 상기 검출된 코드그룹에 속하는 스크램블링 코드들에 대한 상관도만을 구하여도 타겟 셀의 스크램블링 코드를 검출할 수 있다.
S1830 단계에서, 상기 검출된 스크램블링 코드를 신뢰할 수 있는지를 판단하고, 신뢰할 수 없다면 상기 S1800 단계로 복귀하여 그 다음의 관측 구간에 대한 동기 획득을 수행하며, 신뢰할 수 있다면 상기 검출된 스크램블링 코드를 최종적으로 현 셀의 스크램블링 코드로 간주하여 셀 탐색을 종료한다. 물론 이후의 단계로서 주파수 및 타이밍에 대한 미세 보정(Fine Tuning) 단계를 더 구비할 수 있음은 물론이다. 신뢰할 수 있는지의 판단 방법으로는 상기 스크램블링 코드의 검출에 사용된 상관도 값이 소정 임계치보다 작은지를 판단하는 것을 이용할 수 있다.
한편, 각 코드그룹이 하나의 스크램블링코드만을 포함하는 경우, S1810 단계 에서 스크램블링 코드를 검출할 수도 있다. 도약코드워드와 스크램블링 코드 간에는 일대일 대응관계가 성립하기 때문이다. 따라서, 이러한 경우 S1820 단계를 생략할 수 있으며, S1820 단계를 수행하는 경우, S1820 단계에서 검출된 스크램블링 코드는 S1810 단계에서 검출된 스크램블링 코드의 검증 역할을 수행한다. 즉, 이 경우, 상기 S1830 단계에서의 신뢰할 수 있는지의 판단 기준이 되는 것이다. 이러한 방법에 따른다면, 검출된 두 스크램블링 코드가 일치하지 않는다면, S1820 단계 이후에 다시 S1800 단계로 복귀하는 실시예가 가능하다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 기지국의 순방향 링크 프레임 전송 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 19를 참조하면, 본 실시예에 따른 기지국의 순방향 링크 프레임 전송 방법은 도 11에 개시된 기지국의 각 블록이 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 11에 도시된 기지국에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 순방향 링크 프레임 전송 방법에도 적용된다.
S1900 단계에서, 동기 채널 생성부(1100)는 동기 채널 데이터를 생성한다. 동기 채널 데이터는 OFDM 셀룰러 시스템의 모든 기지국마다 동일할 수도 있으며, 코드그룹을 특정하는 도약코드워드에 의한 동기 채널 시퀀스의 형태로도 가능하다.
S1910 단계에서, 기지국은 동기 채널 생성부(1100)를 제외한 나머지 블록들을 이용하여, 인접하는 동기 채널 심볼간의 간격이 다르도록, 상기 생성된 동기 채널 데이터가 실린 각각의 동기 채널 심볼을 배치하여 OFDM 심볼 기반의 순방향 링크 프레임의 신호을 생성하고 상기 생성된 신호를 전송한다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이러한 본원 발명인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따르면, OFDM 셀룰라 시스템에 있어서, 이동국의 셀 탐색 시간을 줄일 수 있으며, 낮은 복잡도로 동작하는 셀 탐색기를 구현할 수 있다. 또한, 하나의 동기 채널만을 가지고도 OFDM 심볼 동기, 긴 스크램블링 코드 그룹 식별자, 프레임 경계 및 주파수 옵셋 추정까지 할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 동기 획득 방법에 따르면 낮은 복잡도로 동기획득이 가능하다.

Claims (18)

  1. OFDM 셀룰러 시스템에서의 셀 탐색 장치에 있어서,
    각 셀로부터, 인접하는 동기 채널 심볼 간의 간격이 서로 다른 동기 채널 심볼을 복수 개 포함하는 순방향 링크 프레임에 따른 신호를 수신하고, 상기 수신신호의 동기 채널을 이용하여, 동기채널 심볼의 동기를 획득하는 동기 획득부; 및
    상기 획득된 동기를 기초로, 상기 동기 채널 심볼 간의 간격 패턴을 이용하여 프레임 경계를 검출하는 경계 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동기 채널 심볼들은 각 셀 고유의 스크램블링 코드가 속하는 코드그룹에 대응하는 동기 채널 시퀀스로 시퀀스 도약되어 있으며,
    상기 경계검출부는 획득된 동기를 기초로, 상기 수신 신호로부터 타겟 셀의 동기 채널 시퀀스 정보를 검출하고, 상기 검출된 동기 채널 시퀀스 정보를 기초로 상기 타겟 셀이 속하는 코드그룹을 검출하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코드그룹은 하나의 스크램블링 코드를 엘리먼트로 포함하고,
    상기 경계검출부는 상기 검출된 코드그룹에 속하는 스크램블링 코드를 상기 타겟 셀의 스크램블링 코드인 것으로 검출하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 순방향 링크 프레임은 상기 각 셀 고유의 스크램블링 코드로 스크램블링된 적어도 하나의 공통 파일롯 채널 심볼을 포함하고,
    상기 검출된 코드그룹에 속하는 각각의 스크램블링 코드와 상기 공통 파일롯 채널 심볼간의 상관도를 산출하고, 상기 산출된 상관도 값들을 기초로 상기 타겟 셀의 스크램블링 코드를 검출하는 코드 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코드그룹은 하나의 스크램블링코드를 엘리먼트로 포함하고,
    상기 코드검출부는 상기 검출된 스크램블링 코드와 상기 경계검출부에서 검출된 코드그룹에 속하는 스크램블링 코드의 일치여부를 판단하여 상기 경계검출부의 검출결과에 대한 검증을 수행하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  6. 셀별 고유의 스크램블링 코드가 할당되는 OFDM 셀룰러 시스템에 속하는 기지국의 순방향 링크 프레임 전송 장치에 있어서,
    동기 채널 데이터를 생성하는 동기 채널 생성부; 및
    상기 생성된 동기 채널 데이터가 실린 각각의 동기 채널 심볼을, 인접하는 동기 채널 심볼간의 간격이 다르도록 배치하여 OFDM 심볼 기반의 순방향 링크 프레임을 생성하고, 상기 생성된 순방향 링크 프레임으로 구성된 신호를 전송하는 프레임 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 순방향 링크 프레임 전송 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 동기 채널 데이터는
    상기 기지국의 스크램블링 코드가 속하는 코드그룹에 대응되는 도약코드워드의 각 엘리먼트에 해당되는 동기채널 시퀀스인 것을 특징으로 하는 순방향 링크 프레임 전송 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 코드그룹은 하나의 스크램블링 코드만을 포함하는 것을 특징으로 하는 순방향 링크 프레임 전송 장치.
  9. OFDM 셀룰러 시스템에서의 셀 탐색 방법에 있어서,
    (a) 각 셀로부터, 인접하는 동기 채널 심볼 간의 간격이 서로 다른 동기 채널 심볼을 복수 개 포함하는 순방향 링크 프레임에 따른 신호를 수신하고, 상기 수신신호의 동기 채널을 이용하여, 동기채널 심볼의 동기를 획득하는 단계; 및
    (b) 상기 획득된 동기를 기초로, 상기 동기 채널 심볼 간의 간격 패턴을 이용하여 프레임 경계를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 동기 채널 심볼들은 각 셀 고유의 스크램블링 코드가 속하는 코드그룹에 대응하는 동기 채널 시퀀스로 시퀀스 도약되어 있으며,
    (c) 상기 획득된 동기를 기초로, 상기 수신 신호로부터 타겟 셀의 동기 채널 시퀀스 정보를 검출하고, 상기 검출된 동기 채널 시퀀스 정보를 기초로 상기 타겟 셀이 속하는 코드그룹을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 코드그룹은 하나의 스크램블링 코드를 엘리먼트로 포함하고,
    상기 (c) 단계는 상기 검출된 코드그룹에 속하는 스크램블링 코드를 상기 타겟 셀의 스크램블링 코드인 것으로 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 순방향 링크 프레임은 상기 각 셀 고유의 스크램블링 코드로 스크램블링된 적어도 하나의 공통 파일롯 채널 심볼을 포함하고,
    (d) 상기 검출된 코드그룹에 속하는 각각의 스크램블링 코드와 상기 공통 파일롯 채널 심볼간의 상관도를 산출하고, 상기 산출된 상관도 값들을 기초로 상기 타겟 셀의 스크램블링 코드를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 코드그룹은 하나의 스크램블링코드를 엘리먼트로 포함하고,
    상기 (d) 단계는 상기 검출된 스크램블링 코드와 상기 (c) 단계에서 검출된 코드그룹에 속하는 스크램블링 코드의 일치여부를 판단하여 상기 (c) 단계의 검출결과에 대한 검증을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  14. 셀별 고유의 스크램블링 코드가 할당되는 OFDM 셀룰러 시스템에 속하는 기지국의 순방향 링크 프레임 전송 방법에 있어서,
    (a) 동기 채널 데이터를 생성하는 단계; 및
    (b) 상기 생성된 동기 채널 데이터가 실린 각각의 동기 채널 심볼을, 인접하는 동기 채널 심볼간의 간격이 다르도록 배치하여 OFDM 심볼 기반의 순방향 링크 프레임을 생성하고, 상기 생성된 순방향 링크 프레임으로 구성된 신호를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 순방향 링크 프레임 전송 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 동기 채널 데이터는
    상기 기지국의 스크램블링 코드가 속하는 코드그룹에 대응되는 도약코드워드 의 각 엘리먼트에 해당되는 동기채널 시퀀스인 것을 특징으로 하는 순방향 링크 프레임 전송 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 코드그룹은 하나의 스크램블링 코드만을 포함하는 것을 특징으로 하는 순방향 링크 프레임 전송 방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  18. 삭제
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