KR100257808B1 - 짧은 주기 확장형 골드 코드를 이용하는 광대역 부호 분할 다중접속 방식용 기지국 비동기 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차세대 이동통신을 위한 유력한 후보 다중 접속 기술인 광대역 부호 분할 다중 접속(이하 "W-CDMA"라 함) 방식을 위한 기지국 비동기 방법에 관한 것이다.
본 발명은 짧은 주기인 2n길이를 갖는 서로 다른 확장형 골드 코드를 이용하여 각 기지국을 구별하되, 상기 주기가 2n인 확장형 골드 코드는 2n- 1의 주기를 갖는 골드 코드의 맨 끝부분에 "0"을 한 개 더 추가하여 만들어지고, 상기 각 기지국은 상기 확장형 골드 코드 중 2개를 각각 파일롯 I 및 Q 코드 시퀀스로 사용하며, 상기 파일롯 탐색을 마친 이동국에서는 해당 기지국의 프레임 시간 정보를 동기 채널을 통하여 제공받음을 특징으로 하는 짧은 주기 확장형 골드 코드를 이용하는 광대역 부호 분할 다중 접속 방식용 기지국 비동기 방법이다.
본 발명은 기본적으로 기지국간 동기를 요하지 않으므로 GPS 수신기를 필요로 하지 않는다. 따라서 매크로 셀, 마이크로 셀 그리고 실내 소형 셀 등 다양한 형태의 기지국 설치가 용이하다. 또한 각 기지국을 구별하기 위한 상호 상관 특성이 매우 좋고, 주기가 짧으며, 간단히 여러 개의 코드를 동시에 발생시킬 수 있는 확장형 골드 코드를 사용하기 때문에 이동국의 초기 시스템 획득 시간이 매우 짧아지는 획기적인 효과가 있다.
Description
본 발명은 차세대 이동통신을 위한 유력한 후보 다중 접속 기술인 광대역 부호 분할 다중 접속(이하 "W-CDMA"라 함) 방식을 위한 기지국 비동기 방식에 관한 것이다.
현재 우리 나라의 제2세대 디지털 셀룰라 또는 개인 통신 서비스(Personal Communications Services : 이하 "PCS"라 함) 시스템은 그 무선 인터페이스 부분이 각각 미국의 TIA/EIA(Telecommunications Industry Association/Electronic Industries Association)의 표준인 IS-95와 미국 표준국의 J-STD-008을 따르는 협대역 직접 시퀀스 부호 분할 다중 접속(이하 "협대역 CDMA"라 함) 시스템으로서, 전송 대역폭이 1.25 MHz이며, 이에 대응하는 피엔 칩(PN chip) 전송 속도는 1.2288 Mcps이다.
상기 종래의 협대역 CDMA 방식을 운용함에 있어서의 또 한가지 특징은 모든 기지국이 자기 위치 추적 장치(Global Positioning System : 이하 "GPS"라 함)의 수신기를 이용하여 동기를 맞추어 동작하는 기지국 동기 방식이라는 것이다. 따라서 이동국의 초기 시스템 시간 획득 및 소프트 핸드 오프를 위해서는 기지국간 동기를 먼저 맞추어야 한다. 여기서 각 기지국은 215주기(26.666.. msec)를 갖는 한 쌍의 변형된 최장 길이 시퀀스(Maximal Length Sequence : 이하 "M 시퀀스"라고 함)의 시스템 시간에 대한 위상(Offset)을 달리함으로써 구별된다. 여기서 모든 기지국은 동일한 코드를 사용한다.
도 1은 상기의 GPS 수신기를 사용하는 종래의 협대역 CDMA 기지국 시스템을 나타내며, 도 2는 종래의 협대역 CDMA 시스템의 기지국 시간 정렬을 나타낸다. 여기서 모든 기지국은 미리 동기가 맞추어진 시스템 시간에 대해 한 쌍의 M 시퀀스의 위상을 달리하도록 함으로써 각 기지국을 구별하도록 되어 있다.
한편, 현재 국내 및 일본, 미국에서 차세대 이동통신(IMT-2000)을 위해 개발 중인 무선 전송 기술은 5 MHz 이상의 전송 대역폭을 지원하는 W-CDMA 기술로서, 음성과 같은 저속 데이터 뿐만 아니라 대규모 파일 전송, 화상 및 영상과 같은 고속 데이터 전송도 가능하도록 개발되고 있다.
그런데, 종래의 협대역 CDMA 시스템은 음성 위주의 통신을 목적으로 설계된 시스템이기 때문에 가능한 최대 데이터 전송 속도가 9.6 또는 14.4 Kbps로 제한적이므로, 고속 데이터 전송 속도를 요하는 차세대 이동통신 시스템으로서는 부적합하다는 문제점이 있다. 또한 상기 종래 시스템은 GPS 수신이 불가능한 기지국의 경우에는 기지국간 동기를 맞출 수 없기 때문에 인접 기지국과의 소프트 핸드 오프가 거의 불가능하고, 본질적으로 GPS 수신기를 필요로 하기 때문에 매크로 셀, 마이크로 셀 또는 피코 셀 등 다양한 형태의 기지국 설치가 어렵다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 GPS 수신이 필요 없고, 기지국간 동기 없이도 이동국의 초기 시스템 시간 획득 및 소프트 핸드 오프가 가능하며, 고속 데이터 전송이 가능한 차세대 이동통신을 위한 유력한 후보 다중 접속 기술인 W-CDMA 방식을 위한 기지국 비동기 방법을 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 자기 위치 추적 장치(Global Positioning System)를 이용하여 기지국 동기(Sync)를 유지하며, 절대 시간에 대한 동일 코드의 위상차를 이용해 기지국을 구별하는 종래의 협대역 부호 분할 다중 접속(CDMA) 시스템의 개략도
도 2는 종래의 협대역 부호 분할 다중 접속 시스템의 기지국 송신 시간과 순방향 채널의 프레임 정렬을 나타내는 타임 챠트
도 3은 서로 다른 코드로 기지국을 구별하며, 기지국 비동기로 동작하는 본 발명의 시스템의 개략도
도 4는 비동기식 기지국 시스템의 송신 시간과 순방향 채널의 프레임 정렬을 나타내는 본 발명의 타임 챠트
도 5는 본 발명의 순방향 채널의 공통 부분을 나타내는 개략도
도 6은 본 발명의 파일롯 채널의 구조를 나타내는 개략도
도 7은 본 발명의 동기 채널의 구조를 나타내는 개략도
도 8은 본 발명의 골드 코드(Gold Code) 발생기의 일 실시예를 나타내는 예시도
도 9는 본 발명의 I 및 Q 파일롯 골드 코드 발생기의 일 실시예를 나타내는 개략도
도 10은 본 발명의 이동국의 파일롯 획득(Acquisition)용 다중(Multiple) 골드 코드 발생기를 나타내는 개략도
도 11은 본 발명의 이동국의 초기 기지국 동기 획득 과정을 나타내는 순서도
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 근본적인 원리는 도3 및 도 4에 도시된 바와 같이 기지국간의 구별을 기지국간 동기에 의한 동일 코드의 위상차에 의하지 않고 기지국간 동기 없이 짧은 주기를 갖는 서로 다른 코드로 구분하는 것이다. 각 기지국은 도 4에 도시된 바와 같이 10 msec의 기지국 자체의 기준 시간(프레임 시간)을 가지며, 상기 기준 시간은 기지국별로 상호 독립적이다.
본 발명의 기지국 비동기 방식에 있어서 순방향 채널에는 파일롯 채널, 동기 채널, 호출 채널 및 통화 채널이 존재한다. 각 채널은 월시(Walsh) 코드로 구분되며, 도 5에 도시된 바와 같은 공통 부분을 갖는다. 파일롯 채널은 이동국으로 하여금 기지국 동기 획득 및 동기 복조(Coherent Demodulation) 및 소프트 핸드 오프를 가능하게 한다. 파일롯 채널은 도 6에 도시된 바와 같이 무변조 데이터 심벌에 0 월시 코드에 의한 대역 확산을 거쳐서 도 5에 도시된 바와 같이 파일롯 I 및 Q 코드에 의해 큐피에스케이(QPSK) 변조된다.
각 기지국은 29칩 길이를 갖는 2개의 고유한 확장형 골드 코드를 도 5의 파일롯 I 및 Q 코드로 사용한다. 여기서 일 실시예로서 길이가 29인 경우를 들고 있는데, 반드시 29일 필요는 없고, 210및 211등의 길이도 가능하다. 그러나 각 기지국이 사용하는 코드의 길이는 모두 같아야 한다.
이하 29길이를 갖는 확장형 골드 코드 집합의 생성 예를 설명하면, 우선 29길이를 갖는 확장형 골드 코드는 29- 1의 길이를 갖는 골드 코드의 맨 끝에 0을 1개 추가함으로써 얻어진다. 29- 1의 길이를 갖는 골드 코드 집합은 다음의 생성 다항식을 갖는 2개의 M 시퀀스로부터 생성된다.
f2(D) = 1 + D4+ D5+ D8+ D9
상기 수학식 1에서 D는 지연 요소(Delay factor)이며, 상기 생성 다항식을 갖는 2개의 M 시퀀스는 주기가 29- 1이고, 골드 시퀀스를 생성하기 위한 필요 충분조건을 만족한다.
상기 생성 다항식에 의하여 만들어지는 M 시퀀스를 각각 m1(D), m2(D)라 표현하면, 이 2개의 M 시퀀스로부터 만들 수 있는 골드 시퀀스의 수는 다음과 같이 513개이다.
도 8은 상기 식과 같이 주어지는 골드 코드들을 발생시키는 전형적인 시프트 레지스터의 구조의 일 실시예를 나타낸 것이다.
여기서 [a0a1a2a3a4a5a6a7a8]의 값은 모든 기지국이 10 msec 기지국 시간의 시작점에서 [1 0 0 0 0 0 0 0]의 값을 가진다. 반면 [b0b1b2b3b4b5b6b7b8]의 값은 10 msec 기지국 시간의 시작점에서 기지국별로 사용되는 확장형 골드 코드에 일치하는 값을 갖는다.
각 기지국을 구별하기 위해 I 및 Q 파일롯 피엔(PN) 코드로 사용되는 확장형 골드 코드는 m2(D)를 제외한 512개의 골드 코드 각각의 끝부분에 0을 1개 추가함으로써 코드간에 직교성(Orthogonality)을 만족시키는 변형된 골드 코드이다. 확장형 골드 코드 m1(D) + Dim2(D)를 gi(D)라 정의하고, 2개의 확장형 골드 코드를 한 쌍으로 묶어 번호를 매기면 다음의 표1과 같이 된다.
코드 쌍 번호 | I 채널 파일롯 코드 | Q 채널 파일롯 코드 |
코드 쌍 0 | g0(D) | g1(D) |
코드 쌍 1 | g2(D) | g3(D) |
... | ... | ... |
코드 쌍 k | g2k(D) | g2k+1(D) |
... | ... | ... |
코드 쌍 254 | g508(D) | g509(D) |
코드 쌍 255 | g510(D) | g(D) |
각 기지국은 상기 표 1의 256개의 코드 쌍 중 하나를 선택하여 파일롯 피엔(PN) 코드 쌍으로서 사용한다.
도 9는 상기 표 1에서 언급된 파일롯 코드 쌍을 생성하기 위한 골드 코드 발생기의 일 실시예를 나타낸다.
상기와 같은 확장형 골드 코드의 큰 장점은 서로 다른 코드간 상호 상관 특성이 매우 좋고, 또한 복잡도를 높이지 않고 여러 개의 코드를 동시에 발생시킬 수 있다는 것이다. 따라서 이동국은 상기와 같은 확장형 골드 코드의 특성을 이용하여 파일롯의 초기 동기 획득을 용이하게 할 수 있다.
도 10은 여러 개의 골드 코드를 한꺼번에 발생시키는 이동국의 다중(Multiple) 골드 코드 발생기의 일 실시예를 나타낸다. 확장형 골드 코드는 상기와 같은 골드 코드의 맨 끝에 0을 추가함으로써 얻어진다.
이하 상기와 같은 확장형 골드 코드를 갖는 본 발명의 비동기 방법에 있어서 이동국의 초기 기지국 동기 획득 절차를 도 11의 순서도에 의하여 설명한다.
먼저 전원이 켜지면 단말기는 맨 처음 k개의 코드 쌍을 병렬 상관기(Parallel Correlater)에 할당한다. 병렬 상관기는 전체 주기(2n칩) 중 맨 처음에 대해 병렬 상관을 수행한다.
그 후 k개의 상관기 출력들에 대해 이동국은 메모리에 미리 설정되어 있는 임계값(Threshold Value)과 비교한다. 만일 k개의 상관기 출력들 중 임계값보다 큰 것이 하나도 없을 경우에는 이동국은 코드 발생기의 타이밍을 반칩(1/2 칩) 갱신(update)시킨 후, 병렬 상관을 수행한다. 상관기 출력들 중 임계값보다 큰 것이 하나도 없을 경우에는 상기의 과정을 반복한다.
코드 주기(512 칩)가 끝날 때까지 코드가 발견되지 않으면 이동국은 다음 번 k개의 코드를 병렬 상관기에 할당한 후, 상기 과정을 반복한다.
상기 과정 중에 상관기의 출력 값이 임계값보다 큰 상황이 발생할 경우에는 이동국은 확인 모드로 들어간다. 만약 실패 경고(False Alarm)일 경우에는 상기 과정을 다시 수행하며, 성공(True)일 경우에는 곧바로 동기 채널 데이터 복조를 수행한다.
동기 채널 데이터 복조를 통해서 이동국은 10 msec 기지국(일반적으로 가장 가까운 거리에 있는 기지국) 시간을 획득한다. 동기 채널의 프레임은 10 msec의 길이를 가지며, 프레임의 시작점이 기지국 시간 기준에 정렬한다. 파일롯을 획득한 이동국에 10 msec 기지국 시간 정보를 제공하기 위해 동기 채널 프레임의 시작 위치에 8개의 "1"을 삽입한다. 도 4에 8개의 "1"이 삽입된 동기 채널 프레임의 구조를 나타내었고, 도 7은 동기 채널의 구조를 나타낸다. 동기 채널을 통해서 10 msec 기지국 시간을 획득한 후, 이동국은 유휴 상태로 들어간다. 유휴 상태에서 이동국은 호출 채널을 통해 시스템의 모든 정보를 획득한다.
따라서 본 발명은 본질적으로 비동기 방식이므로 GPS 수신기를 필요로 하지 않고, 기지국간 동기 없이도 이동국의 초기 시스템 시간 획득 및 소프트 핸드 오프가 가능하며, 매크로 셀, 마이크로 셀 그리고 피코 셀 등 다양한 형태의 기지국 설치가 용이할 뿐 아니라 서로 다른 코드간 상호 상관 특성이 매우 좋고, 또한 복잡도를 높이지 않고 여러 개의 코드를 동시에 발생시킬 수 있으며, 파일롯 피엔(PN) 시퀀스로서 짧은 주기를 갖는 확장형 골드 코드를 사용하기 때문에 이동국의 초기 시스템 획득 시간이 동기 방식에 비해 짧고, 고속의 데이터 전송이 가능한 차세대 이동통신(IMT-2000)을 위한 무선 전송 기술의 핵심 기술로서 사용될 수 있을 정도로 고속으로 기지국을 비동기화할 수 있는 획기적인 효과가 있다.
Claims (1)
- 고속 데이터의 전송을 위한 광대역 부호 분할 다중 접속 방식을 위한 기지국 비동기 방법에 있어서, 짧은 주기인 2n길이를 갖는 서로 다른 확장형 골드 코드를 이용하여 각 기지국을 구별하되, 상기 주기가 2n인 확장형 골드 코드는 2n- 1의 주기를 갖는 골드 코드의 맨 끝부분에 "0"을 한 개 더 추가하여 만들어지고, 상기 각 기지국은 상기 확장형 골드 코드 중 2개를 각각 파일롯 I 및 Q 코드 시퀀스로 사용하며, 상기 파일롯 탐색을 마친 이동국에서는 해당 기지국의 프레임 시간 정보를 동기 채널을 통하여 제공받음을 특징으로 하는 짧은 주기 확장형 골드 코드를 이용하는 다중 대역 부호 분할 다중 접속 방식용 기지국 비동기 방법
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KR1019970055007A KR100257808B1 (ko) | 1997-10-25 | 1997-10-25 | 짧은 주기 확장형 골드 코드를 이용하는 광대역 부호 분할 다중접속 방식용 기지국 비동기 방법 |
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KR1019970055007A KR100257808B1 (ko) | 1997-10-25 | 1997-10-25 | 짧은 주기 확장형 골드 코드를 이용하는 광대역 부호 분할 다중접속 방식용 기지국 비동기 방법 |
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