KR101102411B1

KR101102411B1 - 동기화 장치 및 수신기를 통신 시스템의 타이밍 및 반송 주파수에 동기화시키는 방법

Info

Publication number: KR101102411B1
Application number: KR1020067005682A
Authority: KR
Inventors: 스테판 뮤엘러-베-인푸르트네르
Original assignee: 칼라한 셀룰러 엘.엘.씨.
Priority date: 2003-09-23
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2012-01-05
Also published as: WO2005029722A8; KR20060093699A; EP1668786B1; CN1856945A; TW200520413A; JP2007506342A; WO2005029722A1; EP1668786A1; US7912162B2; CN1856945B; US20060280273A1

Abstract

본 발명은 수신기를 통신 시스템의 타이밍(timing) 및 반송 주파수(carrier frequency)에 동기화 시키는 장치 및 방법에 관한 것이다. 일군의 미리 결정된 가능한 동기화 패턴은 상기 수신기에 의하여 수신된 신호(r[k])에서 검출되고, 타이밍 및 구조 정보(FT)가 상기 수신된 신호 내의 상기 일군의 미리 결정된 가능한 동기화 패턴들 중에서 검출된 패턴 각각의 발생을 특정 하도록 발생된다. 상이한 수신 채널들의 채널 계수 추정치들(CCE: Channel Coefficient Estimations)은 상기 타이밍과 구조 정보로부터 도출되고, 상기 수신된 신호의 반송 주파수 오프셋(FO: Frequency Offset)이 상기 도출된 채널 계수 추정치들 중에서 미리 결정된 추정치들 각각의 비교에 기초하여 결정된다. 이로써, 셀간 간섭(inter-cell interference)이 고려될 수 있어서, 제안된 동기화 방식이 상기 간섭을 억제하거나 추가의 매크로 다이버시티 이득(macro diversity gain)을 실현시킬 수 있다. 매우 확고한 주파수 추정이 이루어지고, 이는 채널 재사용 계수 1을 갖는 스펙트럼상 효율적인 셀룰러 네트워크의 배치를 허용한다.

Description

동기화 장치 및 수신기를 통신 시스템의 타이밍 및 반송 주파수에 동기화시키는 방법{INITIAL SYNCHRONIZATION FOR RECEIVERS}

본 발명은 수신기를 통신 시스템의 타이밍(timing) 및 반송 주파수(carrier frequency)에 동기화시키는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 페이로드(payload) 데이터의 전송을 위한 시분할 양방향 통신(TDD:Time-Division Duplex)을 갖는 CDMA(Code-Division Multiple Access:코드분할 다중 접속)에서의 무선 수신기의 초기 동기화에 관한 것이다.

CDMA에서, 각 사용자는 고유의 부호열(code sequence)로 할당되고, 이 부호열은 정보를 지닌 신호(information-bearing signal)를 부호화하는데 사용된다. 수신후, 사용자의 부호열을 알고 있는 수신기는 수신된 신호를 복호하고, 원래의 신호를 복원한다. 이것은 소망 사용자의 부호와 다른 사용자의 부호 사이의 상호 상관(cross-correlations)이 작기 때문에 가능하다. 부호 신호의 대역폭은 정보를 지닌 신호의 대역폭보다 훨씬 더 넓도록 선택되기 때문에, 부호화 처리는 신호의 스펙트럼을 확장 또는 확산시키고, 따라서 이것은 대역확산 변조(spread spectrum modulation)로도 알려져 있다. CDMA 신호의 속도는 칩 속도(chip rate)로 불리는데, 여기서 하나의 칩은 확산부호 신호(speading code signal)들을 언급할 때 하나의 심볼을 나타낸다. CDMA 신호의 전송후, 수신기는 국부적으로 발생된 부호열을 사용하여 CDMA 신호를 대역 환원(despread)하기 위해서, 통상 동기식 복조(coherent demodulation)를 사용한다. 대역 환원 동작을 수행 가능하도록 하기 위하여, 수신기는 신호를 확산하는데 사용되는 부호열 만을 알아서는 안되며, 수신된 신호의 부호들과 국부적으로 발생된 부호도 반드시 동기화되어야 한다. 이 동기화는 반드시 수신 시작시에 이루어져서 전체 신호가 수신 완료될 때까지 유지되어야 한다.

TD-SCDMA(Time-Division Synchronous Code-Division Multiple Access: 시분할 연동 코드분할 다중접속) 및 TSM(TD-SCDMA System for Mobile: 이동용 TD-SCDMA 시스템)은 각각 이동통신을 위한 3세대(3G)와 2.5세대(2.5G) 표준들로서, 이를 위한 제품들은 현재 개발중에 있다. 이 표준들은 텍스트, 및 오디오, 비디오와 디지털 음성과 같은 멀티미디어 데이터에 대한 광대역 패킷 기반 전송을 고속의 데이터 전송율로 지원한다. 양 표준의 물리계층은 여러면에 걸쳐서 동일하고, 페이로드 데이터 전송을 위한 TDD를 갖는 CDMA를 기초로 한다. 이 전송 표준들은 각 기지국(BTS)이 프레임, 주파수, 및 블록의 동기화에서 단말 장치 또는 사용자 장비(UE)를 돕기 위해 고유의 64 칩(chip) 동기화 시퀀스(SYNC)를 전송하는 것을 특정한다.

스펙트럼의 효율을 위하여, 셀룰러 배치를 위한 목표는 주파수 재사용 계수가 다른 CDMA 시스템들에서 행해진 것과 같이, 1과 같아지는 것이다. 이는 인접 셀 들이 동일한 반송 주파수를 사용하고, 따라서 UE(사용자 장비)에서 상호 간섭 신호들을 야기함을 의미한다. TD-SCDMA의 한가지 특별한 특징은 BTS(기지국)들이 프레임 동기화되어, 수신된 SYNC 신호 부분이 인접 셀들로부터 약간 시간 변이된 간섭 SYNC 신호들에 의하여 손상되고, 이로써 간단한 최신의 상관(correlation) 알고리즘으로부터 얻은 타이밍 결과와 주파수 추정치를 열화시키다는 것이다. 부가적인 부작용으로서, 모든 채널들은 다경로 전파(multipath propagation)를 겪는다.

반송 주파수는 현재 상관 기술로 단일 BTS의 SYNC를 이용함으로써 추정되는데, 이는 백색잡음(white noise)을 갖는 즉, 간섭이 없는 비분산(non-dispersive)채널에서 최적에 가깝다. 그러나, 상관(simple correlation)은 분산(즉, 다경로) 채널들에서 약해지고, 강한 간섭에서 손상된다.

2002년 10월 미쉘 모렐리(Michele Morelli) 등에 의한 IEEE 회보 4호 1권 554 내지 557 페이지에 있는 "UMTS-TDD 구성품의 하향 회선을 위한 주파수 추정(Frequency Estimation for the Downlink of the Universal Mobile Telecommunications System-TDD Component)"에서, 한 추정기가 제안되는데, 이것은 전송된 SYNC 신호에 기초한 최소제곱(LS: Least-Squares) 채널추정(CE: Channel Estimation)을 이용하여 다경로 문제를 해결한다. 추정기는 이후 SYNC의 상이한 부분들에서 추정된 해당 채널탭(channel tap)들 사이의 위상차로부터 주파수 추정값을 연산한다. 상기 저자는 고속 칩속도 TDD 옵션의 트레이닝 시퀀스(training sequence)를 위한 그들의 알고리즘을 3GPP(3rd Generation Partnership Project: 3세대 파트너쉽 프로젝트) 명세서 TS 25.223(즉, TD-SCDMA가 아님)에서 설명했고, 추정은 단지 1개의 단일 BTS로부터의 트레이닝 신호를 기초로한다.

블록의 시작은 일반적으로 소위 매칭된 필터에서 출력이 크면, 블록의 시작을 가리키는 특정 위상 시퀀스를 갖는 검출된 SYNC 위상들의 상관관계에 의하여 검출된다. 통상, 상관 윈도우는 고정된 크기를 갖고, 임계치(threshold)가 상관 결과로부터의 블록 시작을 결정하는데 사용된다.

그러나, TD-SCDMA는 CDMA 시스템이므로, 높은 주파수 효율은 결국에는 주파수 재사용 계수 1을 갖는 BTS들의 배치를 요구할 것이다. 이는 강한 동일채널(co-channel) 셀간 간섭을 의미하고, 이것은 프레임, 주파수, 및 블록 동기화를 위해 제공되는 상대적으로 짧은 SYNC 트레이닝 시퀀스들에 의하여 충분히 억제되지 않는다. 모든 최신의 주파수 추정기들은 셀간 간섭의 존재하에서 크게 성능이 저하되며, 재사용 계수 1을 갖는 셀룰러 시스템에서 신뢰성있는 동기화를 허용하지 못할 것이다. 또한 블록 동기화를 위한 SYNC 위상 검출은 간섭을 겪을 수 있다.

본 발명의 목적은 강한 동일 채널 셀간 간섭이 있는 경우에도 확고한 동기화를 달성할 수 있는 동기화 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구범위 제 1항에 청구된 것과 같은 동기화 장치와 청구범위 제 16항에 청구된 것과 같은 동기화 방법에 의하여 이루어 진다.

따라서, 상기한 수신 채널들의 가능한 동기화 패턴들을 검출하고, 타이밍 및 구조 정보를 발생시킴으로써, 셀 내부 갑섭을 고려하여 제안된 동기화 방식으로 상기 간섭을 억제하거나 "간섭" BTS들로부터 추가의 매크로 다이버시티 이득을 실현할 수 있다. 결과적으로 매우 확고한 주파수 추정이 되는데, 이는 엔지니어 UE들에 대한 하나의 필수적인 수신기 제작틀로서, 1과 동일한 주파수 재사용 계수를 갖는 스렉트럼 상 효율적인 셀룰러 네트워크 배치를 허용한다.

제안된 확고한 동기화 방법은 이들 모든 BTS들을 식별하고, 이는 초기 동기화를 위한 유용한 신호 성분을 제공할지도 모른다. 셀 경계조건 즉, 최소 2개의 BTS 신호들이 서로 필적할 만한 파워 레벨에서 수신되는 경우, 이는 향상된 신호 대 간섭 비율을 야기할 것이다. 이는 초반에 설명한 최신 동기화 방식에 대비되는데, 거기서는 목표 BTS 이외의 BTS들은 간섭 잡음으로서 처리된다. 제안된 주파수 추정 알고리즘은 간섭 BTS들을 알려진 구조를 갖는 신호들로서 취급하여 추정 작업을 위해 이것을 억압 또는 사용함으로써 셀룰러 시나리오에서의 장점을 실현한다. 따라서, 매크로 다이버시티 이득이 주파수 추정을 위하여 실현될 수 있고, 이는 셀 경계에서 초기 동기화가 쉽게 가능하게 그리고 신속하게 해준다. 송수화기 상에서의 절환과 네트워크를 이용 가능하게 하는 것 사이의 시간이 경감될 수 있다.

그러나, 단일 셀 시나리오에서도, 확고한 채널 계수 추정(CCE: Channel Coefficient Estimation)이 유리한데, 그것은 추정 작업의 차원(dimensionality)은 제안된 타이밍 및 구조 정보의 발생에 의하여 적응되기 때문이다. 실제로 예측된 0이 아닌 채널 계수들의 수치에 대한 파라미터 세트의 해당 감소는 파라미터 추정치들에서 보다 양호한 잡음 감소를 이끈다. 이러한 차원 적응 및 추정된 채널 계수들이 연속적일 필요가 없고 동일한 BTS-대-UE(BTS-to-UE) 채널로부터 올 필요도 없다는 사실은 초반에 설명한 종래기술과 대비되는데, 종래에서는 고정된 크기의 추정 윈도우에서 동일한 BTS-대-UE 채널로부터의 연속 채널탭들이 추정된다.

또한, 제안된 타이밍 및 구조 정보의 발생은 추정 문제에 대한 보다 낮은 평균 차수를 이끌수 있는데, 이는 평균 연산부하가 감소되도록 제 3 파워를 가지고 행렬 변환을 위한 노력으로 전환한다.

각각의 가능한 동기화 패턴들은 해당 신호 소스를 특정할 수 있다. 따라서, 셀간 간섭이 검출될 수 있고, 간섭신호 성분의 억압 또는 활용을 위해 참작될 수 있다.

검출된 동기화 패턴들과 관련 시간위치들에 대한 시퀀스 번호들의 목록이 예를들어, 검출 수단에 의하여 결정될 수 있다. 결정된 목록은 타이밍과 구조 정보를 반영하는 시스템 행렬들로 전송될 수 있다. 특히, 이러한 동기화 패턴들 만이 검출될 수 있는데, 이것은 미리 결정된 레벨 보다 높은 레벨에서 수신되었던 것이다. 덧붙여서, 검출 기능 또는 수단은 검출된 동기화 패턴의 반향(echo)의 발생을 식별하도록 배치될 수 있다.

또한, 미리 결정된 수치의 채널 계수 추정값들이 타이밍과 구조 정보를 이용하는 검출된 동기화 패턴의 소정 부분들로부터 도출될 수도 있다. 예로서, 2개의 채널 계수 추정값들은 검출된 동기화 패턴의 제 1 및 제 2의 반쪽 부분들로부터 도출될 수도 있다.

주파수 오프셋의 결정은 소정의 채널 계수 추정값들의 상관에 대한 결정과 채널 계수 추정값들 사이의 위상차에 대한 결정에 근거를 둘 수도 있다. 선택적으로, 상관 결과들은 위상차를 결정하기 전에 소정수의 수신된 신호 프레임들에 걸쳐서 평균될 수 있다.

추가의 수단 또는 기능으로서, 채널 블록의 시작은 최소 하나의 이전에 도출된 채널 계수 추정값을 기초로하여 수신된 신호에서 검출될 수 있다. 이는 예로서, 최소 하나의 이전 채널계수 추정치를 대응하는 현재의 채널계수 추정치에 상관시킴으로써 이루어질 수 있다. 현재의 채널계수 추정치는 예를들어, 수신신호 프레임의 제 1 시간슬롯(즉, TS0) 내의 미드앰블(midamble)로부터 얻어진 채널탭 추정치로부터 도출될 수 있다. 상기 최소 하나의 이전 채널계수 추정치는 해당하는 검출된 동기화 패턴의 제 1 반부로부터 얻어질 수 있다.

제안된 블록 동기화 기능은 동기화 위상 추정치들을 생성하기 위하여 주파수 추정 동안에 도출된 채널계수 추정치들을 사용할 수 있으며, 또한 다른 모든 적절한 동기화 위상 추정치들과 협력할 수 있다. 블록의 시작을 찾기위한 표준 기술들에 대비하여, 이것은 향상된 신뢰성을 위한 상관 윈도우의 확장을 실현시키는 모듈로 4 복소 상관 누산기 유니트(modulo-4 complex correlation accumulator unit)를 기초로할 수 있다. 이들 누산기를 기초로하여, 동기화기는 블록 동기화를 위한 2개 단을 구현한다. 첫째로, 블록의 시작이 4의 배수가 되는 프레임 번호들과 일치하기 때문에, 동기화기는 최량의 4개 무선 프레임 위상(즉, 4 프레임 리듬)을 찾아낸다. 최종의 블록 시작 검출은 따라서 최량의 프레임 위상에 있을 것으로 조정된 특정 SYNC 위상 시퀀스들 모두와의 임계치-기반 가설검증[threshold-based(thr2) hypothesis test]을 특징으로하며, 이것은 거짓 경보들을 결정적으로 감소시킨다.

이 블록 동기화기는 별도로 사용될 수 있거나, 또는 확고한 SYNC 위상 변조 추정치들을 얻기 위하여 주파수 추정 동안에 연산되는 채널계수 추정값들을 활용할 수 도 있다.

추가의 유리한 수정들은 종속 청구범위들에서 정의된다.

본 발명은 다음의 첨부 도면을 참조하는 바람직한 실시예를 기초로하여 이제 설명될 것이다.

도 1은 다중 셀 간섭(multi-cell interference)을 갖는 통신 시나리오(scenario)에 대한 개략도를 나타낸다.

도 2는 본 바람직한 실시예에 따른 동기화 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다.

도 3은 본 바람직한 실시예에서 동기화를 위하여 사용되는 TD-SCDMA(Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) 무선 프레임 구조의 부분을 가리키는 도면이다.

도 4는 본 바람직한 실시예에 따른 블록-개시(start-of-block) 검출을 위하여 사용되는 TD-SCDMA 무선 프레임 구조의 다른 부분을 가리키는 도면이다.

도 5는 본 바람직한 실시예에 따른 블록-개시 검출에 대한 개략적인 블록도를 나타낸다.

본 바람직한 실시예는 내부-주파수(intra-frequency) BTS들에 대한 프레임 동기(frame-synchronous) 셀룰러 배치를 갖는 CDMA 시스템을 위한 주파수 효율성과, 재사용 1의 능력을 갖는 전력 효율성이 좋은 UE 수신기를 기초로하여 지금 설명될 것이다. 제안된 확고한 동기화 방법은 UE의 동기화 유니트들이 주파수 효율이 좋고 재사용이 1과 동일한 경우를 처리할 수 있게 한다. 특히, 초기 셀 검사 및 TD-SCDMA 또는 TSM 표준에 따른 셀룰러 이동 통신에서의 UE의 동기화를 향상시키고 가속시키는 확고한 주파수 및 블록 시작 추정기가 설명될 것이다. 양 방식에서 활용될 트레이닝 시퀀스는 TD-SCDMA 예를들어, 3GPP 명세서 TS 25.223: 유니버설 이동통신 시스템(UMTS); 확산 및 변조(TDD)에서 정의된 것과 같은 낮은 칩속도 TDD 옵션을 위해, 또는 중국 무선통신 표준(CWTS) 명세서 TSM 05.02: 3G 셀룰러 통신 시스템; 이동용 TD-SCDMA 시스템(TSM); 무선 경로상의 다중화 및 다중접속에서의 TSM 시스템을 위해 표준화된다.

UE는 반드시 SYN 시퀀스 수들을 식별할 수 있어야 하는데, 이 수들은 필시 수신된 신호 부분에 존재하고, 시간 내에 이들의 위치 또한 검출된다. 시퀀스 수의 검출과 주파수 추정을 위한 알고리즘은 다경로(몇개의 경로) 전파 시나리오에서 작용해야 한다. 1과 동일한 주파수 재사용 계수를 갖는 TSM BTS들을 배치하기 위하여, UE는 동일한 반송 주파수를 사용하는 인접 셀들 또는 섹터들로부터 동일 채널 SYNC 부호를 가지고 간섭을 복제할 수 있어야 한다.

도 1은 하나의 UE와 3개의 BTS들 사이의 데이터 채널들에 의해 야기되는 다 중 셀 간섭을 갖는 통신 상황 또는 시나리오를 나타낸다. UE는 BTS 1에 동기시키려고 하는 반면, BTS 2와 BTS 3은 동일 또는 인접 채널 간섭들로 작용하고, BTS 1, 2 및 3으로부터 UE로의 3개의 유효 채널들 모두는 빌딩들 또는 산들과 같은 상이한 종류의 장애물들에서의 반사에 의해 야기되는 다경로 전파를 겪는다. 따라서, 인접 셀들 상의 정보는 프로토콜 계층으로부터 신호될 수 있고, 수신 신호에서 이용 가능한 BTS 신호들을 식별하는데 유용할지 모른다.

BTS들의 RF 주파수들은 0.05 ppm 즉, 2GHz의 반송 주파수에서 100Hz의 최대 상대 에러로 매우 정확해야 한다. 120km/h의 최대 자동차 속도를 가지고서, 최대 도플러 변이는 대략 230Hz로 제한된다. 결과적으로, 상이한 동일 채널 BTS들로부터의 반송 주파수들은 초기 주파수 오프셋 추정(IFOE: Initial Frequency Offset Estimation) 목표들을 위하여 다방면으로 동일할 것으로 추정될 수 있는데, 이 목표는 상기 추정 다음의 다른 미세 주파수 오프셋 추정 단계와 함께 통상적으로 1kHz의 출력 에러를 목표로한다. 보다 높은 도플러 주파수 또는 IFOE 출력을 위한 보다 매력적인 정확도 요건을 위하여, 추정 처리는 목표 BTS로부터의 신호성분에만 집중해서 간단히 다른 성분들을 억압하기 위하여 수정될 수도 있다.

다음에, B개의 BTS들이 주요 파워의 상호 상이한 SYNC 신호 성분들을 UE로 제공한다고 가정한다. 특정 무선 프레임의 하향회선 파일롯트 시간슬롯(DwPTS: Downlink Pilot Time Slot) 동안에 BTS 수 b로부터 UE에서 예측되는 유효 트레이닝 신호는 s_b[k], 0≤k<64M 으로 주어지며, 여기서 k는 이산 샘플지수(discrete sample index)이고 M은 오버샘플링 계수이다. 만일 M>1 이면, 이 시퀀스는 전송 및 수신 필터링의 영향을 포함해야 하고, 따라서 필터 과도현상(filter transient)을 조정하기 위하여 시간 간격을 우측 좌측으로 약간 연장시키는데 또한 유리할 것이다. 이 트레이닝 간격 이외에서는 0들이 전송된다.

BTS(b)로부터 수신된 다경로 성분들의 수는 N_b 로 표기될 것이고, 그 BTS로부터의 다경로 지연들의 분류된 목록은 k_b,1<k_b,2<…<k_b,Nb로 주어진다. BTS(b)에 대한 관련 채널계수들은 h_b[k_b,1]...h_b[k_b,Nb]로 주어진다. BTS로부터 수신된 전체 파워는

이다. 일반성을 제한하지 않고서, 상기 파워는 BTS 1이 "소망"의 BTS인 반면에 다른것들은 각각 보다 낮은 전체 파워를 갖는 "간섭" BTS들이 되도록, P₁≥P_b, 2≤b≤B 인 것으로 가정될 수 있다. 반송 주파수 오프셋을 v로 가정하면, 이산 시간 k(칩간격 T_C를 갖는 샘플링 간격 T_S = T_C /M)에서 수신된 신호는 다음 식으로 쓰여질 수 있다:

(1)

여기에서 복소값 p_b 는 주목 프레임에서 기지국 b에 의하여 인가되는 알려진 SYNC 위상 변조값(｜ p_b ｜= 1)이다. BTS들은 프레임-동기지만 블록-동기일 필요가 없기 때문에, 상이한 BTS들로부터의 SYNC의 위상 변조는 다를수 있다. n[k]는 부가잡음으로서 인접 채널간섭과 가우시안 잡음으로 구성되며, 억압된 동일 채널잡음이 존 재하는 한 동일 채널간섭이 일반적으로 우세하기 때문에, 인접 채널간섭이 무시될 수 있다.

도 2는 제안된 주파수 추정기능을 갖는 동기화 유니트(10)의 개략적인 블록도를 나타낸다.

동기화 유니트(10)는 수신된 신호가 제공되고 이들 모든 SYNC 시퀀스들을 식별하도록 배치되는 검출 기능 또는 유니트(20)를 포함하는데, 이 시퀀스들은 이들의 관련 다경로 지연 즉, 이들 특별 SYNC 시퀀스들에 대한 반향(echo)들의 위치들과 함께 높은 파워 레벨을 가지고 수신된다. 이것은 즉, SYNC 시퀀스들과의 상관 및 다중 프레임들에 걸친 선택적인 평균화에 의하여 이루어진다. 그 결과는 SYNC 시퀀스 수와 관련 시간 위치 예를들어, 프레임 타이밍(FT: Frame Timing)에 대한 정보를 제공하는 유한한 목록쌍들이다. 가능한 SYNC 시퀀스 세트 수를 줄이기 위하여, 프로토콜 계층(PL: Protocol Layer)으로부터의 어떤 이용 가능한 정보가 상기 가능한 SYNC 시퀀스 세트 수를 규정하는데 유리하게 사용될 수 있다. 이 목록은 이후 수신된 신호에서 이용 가능한 모든 타이밍과 구조 정보를 반영하는 시스템 행렬로 변환된다. 이 처리절차는 그러므로 "신호 구조 및 타이밍 추정"으로 불릴 수 있다.

또한 수신된 신호는, TD-SCDMA를 위한 최량의 모드에서 검출 유니트(20)에서 발생되는 시스템 행렬들로부터의 지식을 활용하여, SYNC 시퀀스의 첫번째 반부와 두번째 반부 각각으로부터 2개의 CCE값들에 대한 연산을 포함할 수 있는, 채널계수 추정(CCE)을 위해 배치되는 채널추정 기능 또는 유니트(30)로 공급된다. 대안적으 로 2개 이상의 CCE값들이 얻어질 수 있다. 주파수 추정이외에, 상기 CCE값들은 도 5와 관련하여 나중에 설명되는 바와 같이, 셀 선택과 블록 시작의 검출을 위하여 선택적으로 사용될 수 있다.

동일한 BTS-대-UE 채널에 대한 고정된 수의 일련의 계수들 즉, 고정된 크기의 추정 윈도우에 대한 추정값들이 얻어지는 초반에 설명한 종래기술과 달리, 본 채널추정 유니트(30)는 훨씬 더 융통성이 있는 CCE를 제공하는데, 이것은 상이한 BTS-대-UE 채널들로부터 적응되는 갯수의 임의의 비연속 채널계수를 추정한다.

얻어진 CCE값들은 주파수 결정 또는 추정 유니트(40)에 제공되고, 거기에서 주파수 오프셋(FO)이 CCE값들 사이의 위상차 연산에 의하여 추정되는데, 이는 예를들어, CCE 값들을 상관시키고 상관 결과의 위상각을 연산함으로써 이루어질 수 있다. 정밀도 요건과 UE 속도에 따라서, 소망 BTS 이외의 것들로부터의 채널계수들은 주파수 추정을 위한 매크로 다이버시티 이득을 얻기 위하여 억압되거나 활용될 수 있다. 또한, 상관 결과를 위상각 연산 전에 다수의 프레임들에 걸쳐서 평균하는 것이 유리하다.

도 3은 프레임 및 주파수 동기화를 위하여 사용될 TD-SCDMA 무선 프레임의 프레임 구조의 일부를 상세히 나타낸다. 무선 프레임의 존속기간은 5ms(6400 칩)이고, 이 프레임은 7개의 데이터 시간슬롯(TS0 내지 TS7)과 프레임 및 주파수 동기화에 사용될 특별한 부분으로 구성된다. 미드앰블 MA(도 4에 나타나 있음) 이후의 칩들에 해당하는 제 1 데이터 시간 슬롯 TS0의 데이터 부분 2(D2)와 미드앰블 MA 이전의 칩들에 해당하는 TS1의 데이터 부분 1(D1) 사이의 프레임에서의 상기 특별부분의 구조와 위치는 도 3에 도시된다. 하향회선 파일롯트 시간 슬롯(DwPTS) 동안 BTS는, 예를들어 최대 상관관계의 위치를 찾음으로써 프레임 동기화를 가능케하도록 좋은 상관 특성들을 가진, 64개 칩길이를 갖는 한 세트의 알려진 SYNC 시퀀스들 중의 한 시퀀스를 전송한다. 주파수 동기화 역시 상기 SYNC 시퀀스로부터 예를들어, 상기 SYNC 시퀀스 내에서 칩에서 칩으로의 위상 회전을 추정함으로써 가능하다. 인접하는 BTS들은 상호 간섭을 최소화 하도록 상이한 SYNC 시퀀스들을 사용해야 한다.

브로드케스트 제어채널(BCCH: Broadcast Control CHannel) 블록은 매 48 무선 프레임(240ms) 마다 발생하는데, 이 사건은 검출될 필요가 있으며, 상기 BCCH는 초기 셀 검색 동안 중요한 네트워크 정보를 얻기 위하여 판독될 필요가 있다. BCCH를 찾는 절차는 블록 동기화로 불리며, 이 목적을 위하여 전체 SYNC 시퀀스는 프레임에서 프레임으로 변화는 위상 값으로 BTS에 의하여 위상 변조된다. SYNC를 위한 위상 기준은 동일 프레임의 이전 TS0에서의 미드앰블(MA)이다. 위상의 추정은 모두 동일한 BTS로부터 수신되는 미드앰블(MA)을 다음 SYNC와 함께 관찰함으로써 UE에서 얻어진다. 2개의 상이한 세트의 4개의 연속 SYNC 위상들이 특정되며, 이는 BCCH 블록의 시작과 시작이 아님을 가리킨다.

도 4는 도 3에 도시된 부분의 왼쪽을 향해 더 멀리 떨어진 TD-SCDMA 무선 프레임의 각각의 상세도를 나타낸다. 상기 TD-SCDMA 무선 프레임의 부분은 TS0의 미드앰블(MA)과 블록 시작의 검출을 위해 필요한 SYNC 위상 검출에 사용될 SYNC를 포함한다. 도 3과 4는 프레임에 충분한 0 칩들 즉, 상이한 전파시간에 기인하는 상이한 BTS들로부터 UE에서 수신된 SYNC 시퀀스들의 적당한 상호 시간 이동을 조정하기 위한 보호 구간인 GP1, GP2, 및 SYNC 주위의 g가 존재함을 나타낸다. 234m의 전파 경로 길이의 차이는 하나의 칩에 해당한다.

주파수 추정을 기초로한 제안된 동기화 방법은 셀룰러 BTS에 대한 프레임 동기 동작에 의존하는데, 이는 여하튼 일반적인 적용성을 보장하도록 양 표준들에서 권장되는 동작 모드이다.

다음의 수학적 설명은 SYNC 신호의 첫번째 반부와 두번째 반부에서 수신된 샘플들이 다음과 같이 주어지도록 2개의 CCE 값들을 갖는 특정 모드와 관련된다:

(2)

여기서 r ⁽¹⁾=[r[k_l] … r[k_l + 32M - 1]]^T 그리고

r ⁽²⁾=[r[k_l + 32M] … r[k_l + 64M - 1]]^T 이고,

은 모든 BTS들로부터 수신된 가장 왼쪽 채널계수의 시간 지수이다. 이 두개의 시스템 행렬은 다음식으로 주어진다:

이고, 알려진 부분 SYNC 시퀀스 벡터들로부터 열 방향으로 만들어진다. 즉,

및

.

채널 계수들(및 알려지지 않은 SYNC 위상 변조)을 갖는 상기 2개의 벡터는 다음 식으로 주어진다. 즉,

및

.

직교 위상 회전 행렬(diagonal phase rotation matrix):

.

단위 행렬과 2개의(최소 제곱) LS CCE 값들에 의하여 이제 근사되지만, 주파수 오프셋에 기인하는 증가하는 위상 회전의 모델들은 다음과 같이 얻어진다:

(3)

대안적으로, 최소 평균제곱 에러(Mininum Mean-Squared Error) CCE는 다음에 의하여 얻어질 수 있다:

(4)

잡음 공분산 행렬인 R을 가지고, 초기 동기화 동안에 이 순시 시간에서 이용 가능한 잡음 파워 추정을 갖는 것은 힘들 것이다. 게다가, 잡음은 오버 샘플링이 사용되면 영향을 받을 것이다. 채널계수 추정은 조인트 데이터 검출 TD-SCDMA 수신기에서 일반적으로 존재하는 제로-포싱 블록 선형 등화기(ZF-BLE: Zero-Forcing Block Linear Equalizer) 서브루틴들의 완전한 재사용에 의하여 온라인으로 수행될 수 있다. 이들 루틴들은 이들 자원들이 동기화를 위하여 사용될 수 있도록 IFOE 동 안 유휴 상태에 있다. IFOE에서 행렬들의 차원은 행렬들이 완전한 재사용을 위하여 ZF-BLE에 만족하도록 선택될 수 있다.

추정을 위하여 모든 신호 성분들을 활용하는 전체 매크로 다이버시티 주파수 추정은 다음과 같은 벡터 내적(inner vector product)(즉, CCE 값들의 상관)의 위상각을 통해 얻어진다:

(5)

주목할 사항은, SYNC 시퀀스의 알려진 위상 변조(들)은 복소공액의 제 1 CCE를 제 2 CCE와 승산함으로써 상쇄된다는 것이다. 상이한 BTS로부터의 전파 경로들에 대한 상호 도플러 변이들이 높은 자동차 속도 때문에 너무 큰 경우에, IFOE는 또한 다음의 부분 내적으로부터 추정될 수 있다:

(6)

위는 동일한 목표 BTS에 속하는 채널 계수들 만을 갖는다. 행렬 B는 세트값{0,1}로부터 취해진 대각 행렬성분만을 갖는 적정 대각 마스킹 행렬(diagonal masking matrix)이다. 이 마스킹된 추정자(estimator)를 가지고, 나머지 BTS들로부터의 간섭이 억압되지만, 이들 신호 기여로부터 실현되는 주파수 추정을 위한 매크로 다이버시티 이득은 없다.

주파수 오프셋 추정이 완전히 종료된 후, 이 과정으로부터 얻어진 거의 간섭이 없는 CCE들은 또한 가장 강한(즉, 최대 파워합 P_b를 갖는) BTS를 신뢰성 있게 검출하기 위하여 사용될 수 있으며, 이는 다음을 수행함으로써 완료될 수 있다:

(7)

대안적인 낮은 복소 가능성(low-complex possibility)은,

이다. (8)

또한, 얻어진 CCE들은 TD-SCDMA에서의 블록 구조 또는 BCCH 다중 프레임의 시작을 표시하기 위하여 사용되는 SYNC 시퀀스의 위상 변조를 검출하는데 사용될 수 있다.

다음에서, 추가의 선택적인 블록 시작 검출 유니트 또는 기능이 도 5를 참조로 설명된다.

도 5는 하드웨어나 소프트웨어로 구현될 수 있는 블록 시작 검출 유니트의 개략적인 블록도를 나타낸다.

SYNC 위상 검출을 위하여, 이전의 주파수 추정으로부터의 CCE들은 자신들을 SYNC를 위한 위상 기준이 되는 TS0의 미드앰블로부터 얻어진 각 채널 탭 추정치와 상관시키기 위하여 사용될 수 있다. 소프트 결정(SD: Soft Decision)이 다음에 주어진 식에서와 같이 결정될 수 있거나,

(9)

또는, 소프트 위상 결정(SPD: Soft Phase Decision)이 다음에 주어진 식에서와 같이 결정될 수 있는데,

(10)

위식에서,

은 TS0의 미드앰블로부터 얻어진 BTS(b)에서 UE까지의 채널 경로들에 대한 채널 추정치인 반면,

은 주파수 추정 동안에 얻어진 SYNC 시퀀스의 첫번째 반부로부터의 CCE 이다. 채널 추정 에러들과 잔류 주파수 오프셋들에 대해서, 나중의 SYNC 위상 검출기가 통상 더 좋은 결과들을 이끈다. 고속 페이딩 채널에서 최선의 결과를 위하여, SYNC 시퀀스의 첫번째 반부로부터 얻어진 CCE는 2개 채널 추정치들 사이의 최소 거리를 위해 사용된다.

상기 또는 다른 적절히 검출된 SYNC 위상값 p[f]는 도 5에 나타낸 블록 시작 검출 유니트의 상관 유니트(50)로 입력된다. 여기에서, s₁[f], f = 0,.., 3 은 SYNC 위상 시퀀스로서, 다음 4개의 무선 프레임에서 발견된 BCCH가 없음을 가리키는 반면에, s₂[f], f = 0,.., 3 은 SYNC 위상 시퀀스로서, BCCH 블록의 존재를 신호한다. 상관 유니트(50)는 수신된 위상 시퀀스를 2개의 가설(hypothesis)과 부합시키기 위하여 2개의 필터를 포함한다. 상관 유니트(50)의 2개의 출력은 각 가산 기능들에 공급되는데, 거기에서 리셋 값 0에서 시작하고, BCCH 블록이 시작할 것을 결정하기 전에 우선, 기본 4 프레임 리듬(최량의 프레임 위상)을 신뢰성 있게 학습하기 위해 확장 상관 윈도우를 실현시키는 모듈로 4 복소 상관 누산기(60)의 각 출력들에, 상기 출력들이 합산된다. 잔존 주파수 에러들과의 확고한 작용을 위하여, 각 메트릭 블록(metric block)은 복소 상관의 제곱한 크기(squared magnitude)를 결정한다. 대안적으로, 주파수 동기화가 완벽했다면, 실수 부분이 사용될 수 있다.

최상의 프레임 위상 검출 유니트(80)에서, 제 1 임계치(thr 1)는 4 프레임 리듬 결정의 충분한 신뢰성을 위한 검사에 사용된다. 더욱이, 블록 시작 검출 유니트(70)에서, 제 2 임계치(thr 2)는 블록 시작과 블록 시작 없음의 가설 사이를 구별하기 위하여 사용된다. 논리 AND 게이트(90)를 통해서, 블록 시작을 위한 결정 출력(sb)은 현재 검출된 4 프레임 리듬, 제 1 임계치(thr 1)의 도달, 및 제 2 임계치(thr 2)의 도달에 따라서 조정된다. 이 결정 출력(sb)은 복소 상관 누산기(60)의 스위칭 유니트를 제어하기 위하여 사용된다. 이 스위칭 유니트는 복소 상관 누산기(60)의 입력 신호를 결정한다. 블록 시작 검출 유니트의 부속 유니트들은 수신된 신호의 프레임 클럭에 의하여 제어된다.

이미 설명한 바와 같이, 도 5에 나타낸 블록도는 하드웨어로 실현될 수 있으나, 각 부속 블록이 신호 처리기나 그와 유사한 것을 제어하는 서브루틴에 해당할 수 있는 소프트웨어로도 실현될 수 있다.

블록 동기화 방법은 언제나 적용될 수 있는데, 이는 프레임 동기 동작이 작업 원칙을 위해 필요하지 않고, 적정 SYNC 위상 추정치들이 한번 이용 가능하기 때문이다. 최상의 성능은 프레임 동기된 네트워크 들에서, 그리고 블록 동기화기로의 입력을 위한 위상 추정치들을 발생시키도록 제안된 주파수 추정 동안에 연산된 채널 계수 추정치들을 활용함으로써 달성된다.

주목할 사항은 본 어플리케이션은 상기 특정 실시예에 한정되지 않으며, 수신 채널 및/또는 신호 소스를 가리키는 수신된 동기화 패턴에 기초하는 어떤 동기 화 유니트 또는 처리과정에 사용될 수 있다는 것이다. 특히, 상기 동기화 방법의 설명한 모든 구성요소들은 하드웨어로, 또는 대안적으로나 조합하여, 신호 처리장치를 제어하는 소프트웨어 루틴들로 구현될 수 있다. 상기 바람직한 실시예들은 따라서 부속 청구범위들의 범위 내에서 변할 수 있다.

Claims

통신 시스템의 타이밍 및 반송 주파수에 수신기를 동기화시키는 동기화 장치로서,

상기 수신기에 의하여 수신된 신호에서 사전결정된 일군의 이용 가능한 동기화 패턴들을 검출하고, 상기 수신된 신호에서 상기 일군의 이용 가능한 동기화 패턴들 중 검출된 동기화 패턴들의 발생을 특정하는 타이밍 및 구조 정보를 발생시키는 검출 수단(20)과,

상기 타이밍 및 구조 정보로부터 상이한 수신 채널들의 채널 계수 추정치들을 도출하는 채널 추정 수단(30)과,

상기 도출된 채널 계수 추정치들 중 사전결정된 채널 계수 추정치들의 비교에 기초하여, 상기 수신된 신호의 반송 주파수 오프셋을 결정하는 결정 수단(40)을 포함하는

동기화 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 이용 가능한 동기화 패턴들의 각각은 대응하는 신호 소스(BTS 1 내지 BTS 3)를 특정하는

동기화 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 검출 수단(20)은 관련된 시간 위치 및 검출된 동기화 패턴들의 시퀀스 번호에 대한 목록을 결정하도록 구성되는

동기화 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 검출 수단(20)은 상기 타이밍 및 구조 정보를 반영하는 시스템 행렬들 내에 상기 목록을 전달하도록 구성되는

동기화 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 검출 수단(20)은 사전결정된 레벨보다 높은 레벨에서 수신된 동기화 패턴들을 검출하도록 구성되는

동기화 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 검출 수단(20)은 검출된 동기화 패턴의 반향(echo)의 발생을 식별하도록 구성되는

동기화 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 채널 추정 수단(30)은 상기 타이밍 및 구조 정보를 사용하여, 검출된 동기화 패턴의 사전결정된 부분들로부터 사전결정된 수의 채널 계수 추정치들을 도출하도록 구성되는

동기화 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 채널 추정 수단(30)은 상기 검출된 동기화 패턴의 제 1 반부 및 제 2 반부(half) 각각으로부터 2개의 채널 계수 추정치를 도출하도록 구성되는

동기화 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 결정 수단(40)은 사전결정된 채널 계수 추정치의 상관을 결정하고, 상기 상관 결과들 사이의 위상차를 결정하도록 구성되는

동기화 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 결정 수단(40)은 상기 위상차를 결정하기 전에, 상기 수신된 신호의 사전결정된 수의 프레임들에 걸쳐서 상기 상관 결과들을 평균화하도록 구성되는

동기화 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 동기화 장치는 상기 채널 추정 수단(30)에 의하여 도출된 적어도 하나의 이전 채널 계수 추정치에 기초하여, 상기 수신된 신호에서 채널 블록의 시작을 검출하는 시작 검출 수단(50-90)을 더 포함하는

동기화 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 시작 검출 수단(50-90)은 상기 적어도 하나의 이전 채널 계수 추정치를 대응하는 현재의 채널 계수 추정치와 상관시키도록 구성되는

동기화 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 현재의 채널 계수 추정치는 상기 수신된 신호의 프레임의 제 1 시간 슬롯에 있는 미드앰블(midamble)로부터 얻어진 채널 탭 추정치로부터 도출되는

동기화 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 이전 채널 계수 추정치는 대응하는 검출된 동기화 패턴의 제 1 반부로부터 얻어지는

동기화 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 시작 검출 수단은 향상된 신뢰성을 위하여 확장 상관 윈도우를 얻는 상관 누산기 유니트(60)와,

사전결정된 수의 프레임 위상들 중 최적의 프레임 위상을 결정하는 최적 프레임 검출 수단(80)과,

상기 결정된 최적의 프레임 위상에 위치할 때 조정되는 동기화 위상 시퀀스들로 임계치-기반 가설 테스트를 수행하여 거짓 경보가 실질적으로 줄어들 수 있도록 하는 블록 시작 검출 수단(70)을 포함하는

동기화 장치.
통신 시스템의 타이밍 및 반송 주파수에 수신기를 동기화시키는 방법으로서,

상기 수신기에 의하여 수신된 신호에서 일군의 사전결정된 이용 가능한 동기화 패턴들을 검출하는 단계와,

상기 수신된 신호에서 상기 일군의 사전결정된 이용 가능한 동기화 패턴들 중 검출된 동기화 패턴들의 발생을 특정하는 타이밍 및 구조 정보를 발생시키는 단계와,

상기 타이밍 및 구조 정보로부터 상이한 수신 채널들의 채널 계수 추정치들을 도출하는 단계와,

상기 도출된 채널 계수 추정치들 중 사전결정된 채널 계수 추정치들의 비교에 기초하여, 상기 수신된 신호의 반송 주파수 오프셋을 결정하는 단계를 포함하는

수신기를 통신 시스템의 타이밍 및 반송 주파수에 동기화시키는 방법.