KR100331880B1 - 상관 보조 분산 표본 포착 방법 및 그를 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 직접순차 부호분할다원접속(Direct Sequence Code Division Multiple Access ; 이하, DS/CDMA 라 약칭함) 셀룰러 시스템에서 사용되는 긴 주기의 스크램블링 시퀀스(scrambling sequence)를 매우 열악한 채널 환경에서도 고속으로 포착하기 위한 상관 보조 분산 표본 포착 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.
이에 대해 본 발명은 DS/CDMA 셀룰러 시스템의 DSA 기법에 의한 비교-정정 기반의 동기화 작용과 더불어 상태 심볼에 대한 상관 작용을 추가로 구비하여 광대역-부호분할다원접속(Wideband-Code division Multiple Access ; 이하, W-CDMA 라 약칭함) 시스템에서 사용되는 긴 주기의 스크램블링 시퀀스를 매우 열악한 채널 환경에서도 고속 포착할 수 있도록 한 상관 보조 분산 표본 포착 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는데 있다.

Description

상관 보조 분산 표본 포착 방법 및 그를 위한 장치{correlation-aided distributed sample acquisition method, and apparatus for the same}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 DS/CDMA 셀룰러 시스템에서 사용되는 긴 주기의 스크램블링 시퀀스를 매우 열악한 채널 환경에서도 고속으로 포착하기 위한 상관 보조 분산 표본 포착 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.
앞으로 전개될 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000) 등의 무선 이동통신 서비스를 위한 DS/CDMA 셀룰러 시스템은 셀(cell)간 기준 타이밍(reference timing)의 제공 여부에 따라 셀간 비동기 시스템과 셀간 동기 시스템의 두 가지로 크게 구분될 수 있다.
그 중 셀간 동기 시스템에서 각 셀은 범세계적 위치정보 시스템(GPS: Global Positioning Systems)과 같은 외부 기준 타이밍 제공 원(resource)에 의존하면서 단일 의사잡음 시퀀스를 서로 다르게 위상 쉬프트 시킨 시퀀스를 자신의 스크램블링 시퀀스로 사용하게 된다.
반면에 셀간 비동기 시스템에서는 외부 기준 타이밍에의 의존 관계없이 각 셀에게 주어진 서로 다른 시퀀스를 자신의 스크램블링 시퀀스로 사용하게 된다. 이에 대해 512개의 셀로 구성되는 비동기식 셀룰러 시스템의 경우를 예로 들면, 이경우에는 512개의 긴 주기 스크램블링 시퀀스가 필요하게 된다. 이를 위해 차세대의 IMT-2000 등과 같은 셀간 비동기 시스템에서는 복수 개(예로써, 2개)의 고정된 시퀀스 발생기(Shift Register Generator ; 이하, SRG 라 약칭함)를 사용하여 발생시킨 시퀀스들을 서로 다르게 조합함으로써, 필요로 하는 서로 다른 512개의 스크램블링 시퀀스들을 만들어 낸다.
이와 같이 각 셀이 512개의 시퀀스 중 하나를 사용하는 셀간 비동기식 시스템에서는 시퀀스 동기를 위해 스크램블링 시퀀스 포착(acquisition)이 수행된다. 이 스크램블링 시퀀스 포착에서는 셀간 동기식 시스템에서 요구되는 단순 프레임 타이밍 탐색뿐만 아니라 추가로 현재의 셀에 사용되는 시퀀스 자체의 식별도 수행된다.
기존 셀간 동기식 시스템에서는 스크램블링 시퀀스 포착을 위해, 시퀀스의 칩 상관을 통해 동기를 이루는 방식으로 직렬 탐색 방법과 병렬 탐색 방법, 그리고 직렬 탐색과 병렬 탐색을 적당히 혼합하여 희생 보완한 하이브리드 방법 등이 제시되었다.
이와 다르게 셀간 비동기식 시스템의 경우에는 콤마 프리(Comma-free) 부호와 계층적 불확실성 제거 방법에 기반한 3단계 셀 탐색 방법이 사용되었다.
상기한 직렬 탐색 방법, 병렬 탐색 방법 및 하이브리드 방법을 사용하는 동기식의 경우에는 단순히 수신되는 스크램블링 시퀀스와 이동국에서 독자적으로 발생시킨 스크램블링 시퀀스를 상관하여 최대 상관치를 나타내는 타이밍을 식별해 냄으로써 동기를 이루게 된다. 그러나 3단계 셀 탐색 방법을 사용하는 비동기식에서는 스크램블링 시퀀스의 종류와 타이밍을 모두 식별해야 하는 관계로 추가적인 동기 코드 전송과 보다 복잡한 신호 처리 과정을 수행하게 된다.
이하에서는 상기한 3단계 셀 탐색 방법을 사용하는 비동기식의 경우에 대해 IMT-2000의 W-CDMA 시스템을 그 예로 들어 보다 구체적으로 설명한다. 또한 그 설명을 위해 도 1에 도시된 채널 구조 및 타이밍을 참조한다.
512개의 각 셀(=기지국)들은 주 공통 파일럿 채널(Primary-Common Pilot Channel ; 이하, P-CPICH 라 약칭함)을 통해 해당 셀의 스크램블링 시퀀스를 전송하며, 이와 함께 별도의 동기화 채널(Synchronization Channel ; 이하, SCH 라 약칭함)을 통해 전체 512개 셀들이 공통으로 사용하는 주 동기 코드(PSC : Primary Synchronization Code)와 자신이 속한 셀(=기지국) 그룹마다 고유하게 사용되는 부 동기 코드(SSC : Secondary Synchronization Code)를 병렬로 전송하게 된다. 여기서 각 셀(=기지국) 그룹은 8개의 셀들로 구성되어 전체 64개의 셀(=기지국) 그룹이 셀룰러 시스템 내에 존재하게 된다.
SCH을 통해 전송되는 심볼들은 각 셀의 주 공통 제어 채널(Primary-Common Control Physical Channel ; 이하, P-CCPCH 라 약칭함)을 통해 전송되는 방송 채널(BCH : Broadcast Channel)의 심볼들과 시간적으로 교차하여 전송되며, 1:9의 비율로 전송된다. 보다 상세히 말하면, 병렬 전송되는 주 동기 코드(PSC)와 부 동기 코드(SSC)는 매 슬롯의 최초 심볼 전송 시점인 256칩 구간에서 동시에 전송된다.
이동국(MS : Mobile Station)은 셀 탐색 제1 단계에서, 주 동기 코드(PSC)에대한 정합 필터를 사용하여 필터의 최대 출력치를 내는 시점을 찾음으로써 슬롯 경계(slot boundary)를 찾게 된다. 다음 제2 단계에서는 한 프레임 길이동안 전송되는 15개의 부 동기 코드(SSC)를 복호하여 프레임의 경계 및 셀(=기지국) 그룹을 식별해 낸다. 마지막 제3 단계에서는 전 단계에서 찾아진 셀(=기지국) 그룹에 속한 셀들의 스크램블링 시퀀스들을 수신된 P-CPICH의 신호와 병렬로 상관하여 최대 출력을 나타내는 시퀀스를 찾아냄으로써 셀 탐색을 완료하게 된다. 이러한 3단계 셀 탐색 방법에서 제1 단계와 제3 단계는 일반적으로 널리 알려져 있는 시퀀스의 상관을 통해 타이밍 및 시퀀스 종류의 불확실성을 축소하는 과정이며, 실질적으로 고유한 부분은 제2 단계 과정으로 콤마 프리(Comma-free) 부호화와 그의 복호화를 통해 상당량의 불확실성이 축소된다.
한편, 스크램블링 시퀀스의 고속 포착을 위해 지금까지 설명된 기존의 방식들과는 전혀 다른 분산 표본 포착(Distributed Sample Acquisition ; 이하, DSA 라 약칭함) 기법이 또한 종래에 제시되었다.
이 DSA 기법에서는 긴 주기의 스크램블링 시퀀스를 고속으로 포착할 수 있도록, 먼저 기지국(=셀)이 상대적으로 주기가 짧은 점화 시퀀스(Igniter sequence)를 사용하여 긴 주기의 스크램블링 시퀀스를 발생시키는 SRG의 상태 표본(State sample)들을 전송한다. 이에 대해 이동국(MS)은 먼저 점화 시퀀스를 동기화 한 후 실려온 상태 표본들을 검출하고 이동국(MS) 자신에게 구비된 SRG의 표본들과 비교한 후 그 비교 결과를 토대로 자신의 SRG의 상태를 연속적으로 정정함으로써 동기를 이루게 된다. 즉, DSA 기법은 SRG 상태 표본들의 비교-정정을 통한 고속 스크램블링 시퀀스 포착 방법이라 할 수 있다.
상기한 DSA 기법을 사용하면, 셀간 동기식 시스템이나 셀간 비동기식 시스템 모두에서 효율적인 고속 동기화 성능을 얻을 수 있다. 그러나 이러한 성능은 채널에 대한 신호 대 잡음비율(SNR)이 높거나 적당히 낮은 수준일 경우로 한정된다.
즉 상기한 DSA 기법을 사용할 경우 채널에 대한 신호 대 잡음비율이 적당히 낮은 수준까지는 매우 우수한 고속 포착 성능을 유지하지만, 페이딩(fading)이나 음영 효과(shadowing effect)로 인해 신호 대 잡음비율이 매우 낮아지는 환경에서나 기지국과 이동국(MS) 사이의 클럭 주파수 오차 등으로 인한 상태 표본 검출 오류가 빈번해 지는 경우에는 DSA 기법을 사용한다 할지라도 급격한 성능 열화를 겪게 된다. 따라서 상기의 열악한 환경에서도 우수한 고속 포착 성능을 유지할 수 있는 새로운 보완 대책이 요구된다.
본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 특히 DS/CDMA 셀룰러 시스템의 DSA 기법에 의한 비교-정정 기반의 동기화 작용과 더불어 상태 심볼에 대한 상관 작용을 추가로 구비하여 W-CDMA 시스템에서 사용되는 긴 주기의 스크램블링 시퀀스를 매우 열악한 채널 환경에서도 고속 포착할 수 있도록 한 상관 보조 분산 표본 포착 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상관 보조 분산 표본 포착 장치의 특징은, 하나 또는 그 이상의 스크램블링 시퀀스 발생기(A)의 각 상태를 표본화하는 DSA 확산부와, 상기 DSA 확산부에서 출력된 각 상태 표본 값을 상태 심볼로맵핑시킨 후 차분 위상 편이 부호화하고 그 부호화된 심볼을 상대적으로 주기가 짧은 점화 시퀀스로 확산시키는 표본 확산부를 구비하여, 상태 신호를 송신하는 기지국과; 상기 기지국에서 확산에 사용된 점화 시퀀스를 포착하고 그 포착된 점화 시퀀스로 수신된 상태 신호를 역확산하여 파일럿 심볼을 검출한 후 그 파일럿 심볼을 차분 위상 편이 복호화하여 연판정 상태 심볼을 출력시키는 표본 역확산부와, 상기 표본 역확산부에서 출력된 연판정 상태 심볼을 특정 프레임 주기에 맞춰 저장하는 상태 심볼 저장부와, 상기 상태 심볼 저장부에 저장된 연판정 상태 심볼에 대한 상관을 수행하는 셀/프레임 경계 탐색부를 구비하여, 상기 셀/프레임 경계 탐색부의 상관 결과로부터 사용된 스크램블링 시퀀스를 포착하는 이동국으로 구성된다.
바람직하게는, 상기 이동국이 상기 파일럿 심볼을 차분 위상 편이 복호화하여 얻은 상태 심볼을 순차적으로 각 상태 표본으로 디맵핑시키는 심볼 디맵핑부와, 상기 이동국이 자체적으로 스크램블링 시퀀스를 발생시키는 하나 또는 그 이상의 시퀀스 발생기(B)의 각 상태를 표본화한 상태 표본들과 상기 심볼 디맵핑부에서 출력된 각 상태 표본을 비교하는 병렬 비교부와, 상기 병렬 비교부의 비교 결과에 따라 상기 시퀀스 발생기(B) 상태에 대한 반복적 정정을 수행하는 병렬 정정부를 더 구비하여, 상기 셀/프레임 경계 탐색부의 상관에 의한 스크램블링 시퀀스 포착에 앞서 정해진 시간동안 상기 기지국의 시퀀스 발생기(A)와 자신의 시퀀스 발생기(B)의 상태를 동기시킨다.
또한, 상기 기지국은 모든 기지국에서 공통으로 사용하는 주 동기 코드(PSC)를 송신하며, 상기 이동국은 상기 점화 시퀀스 포착을 위해 상기 기지국으로부터수신된 상기 주 동기 코드(PSC)에 대해 상관을 취하는 정합 필터를 선택적으로 구비한다.
또한 상기 표본 확산부는 차분 위상 편이 부호화 대신 직교 위상 편이 부호화를 선택적으로 수행하며, 이에 따라 상기 표본 역확산부는 차분 위상 편이 복호화 대신 직교 위상 편이 복호화를 선택적으로 수행한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상관 보조 분산 표본 포착 방법의 특징은, 기지국에서 스크램블링 시퀀스 발생기(A)의 각 상태에 대한 상태 표본 값들을 변조시키고, 그 변조된 상태 심볼을 임의의 점화 시퀀스로 확산하여 송신하는 단계와; 이동국이 상기 기지국에서 확산에 사용된 점화 시퀀스를 포착하고, 그 포착된 점화 시퀀스를 확인하는 단계와; 상기 이동국이 상기 포착 및 확인된 점화 시퀀스를 사용하여 수신된 상태 심볼을 복조시키는 단계와; 상기 복조에 의해 얻어지는 연판정 상태 심볼들을 일정 프레임 주기로 저장하는 단계와; 정해진 시간 동안에, 상기 복조에 의해 순차적으로 얻어지는 상태 표본들을 상기 이동국 자체에 구비된 스크램블링 시퀀스 발생기(B)의 각 상태에 대한 상태 표본들과 비교하여, 그 비교 결과에 따라 상기 이동국 시퀀스 발생기(B) 상태에 대한 반복적 정정을 수행하는 단계와; 상기 정해진 시간 동안 상기 비교 및 반복적 정정을 통해 상기 기지국의 시퀀스 발생기(A)와 상기 이동국의 시퀀스 발생기(B)의 상태가 동기되지 않을 경우, 상기 저장된 연판정 상태 심볼에 대해 상관을 수행하여 상기 기지국 스크램블링 시퀀스를 포착하는 단계로 이루어진다.
바람직하게는, 두 스크램블링 시퀀스 발생기들에서 발생되는 시퀀스들의 조합에 의해 각 기지국(=셀)에 사용될 스크램블링 시퀀스가 결정될 경우에 상기 기지국 스크램블링 시퀀스를 포착하는 단계에서는, 먼저 한쪽 시퀀스 발생기에서 표본화한 상태 표본들과 상기 저장된 연판정 상태 심볼들의 상관을 통해 시퀀스의 타이밍을 포착하고, 다음에 다른쪽 시퀀스 발생기에서 표본화한 상태 표본들과 상기 저장된 연판정 상태 심볼들의 상관을 통해 셀 혹은 사용되는 시퀀스를 식별한다.
또한, 상기 기지국 스크램블링 시퀀스 포착을 위해 상기 연판정 상태 심볼 대신 선택적으로 경판정(Hard decision)된 상태 심볼을 사용한다.
도 1은 IMT-2000의 W-CDMA 시스템에서 본 발명을 사용하여 스크램블링 시퀀스를 포착하는데 적용되는 채널 구조 및 타이밍을 나타낸 도면.
도 2는 DSA 기법을 사용하는 셀간 비동기 방식의 W-CDMA 시스템에서, 기지국의 일부 구성을 나타낸 블록도
도 3은 DSA 기법을 사용하는 셀간 비동기 방식의 W-CDMA 시스템에서, 이동국의 일부 구성을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 상관 보조 분산 표본 포착 기술이 적용된 셀간 비동기 방식의 W-CDMA 시스템에서, 이동국의 일부 구성을 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 상관 보조 분산 표본 포착 기술이 적용된 셀간 비동기 방식의 W-CDMA 시스템에서, 또다른 실시 예에 따른 이동국의 일부 구성을 나타낸 블록도.
도 6은 본 발명에 따른 상관 보조 분산 표본 포착 절차를 나타낸 플로우챠트.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : DSA 확산부 20 : 표본 확산부
30 : 표본 역확산부 40 : DSA 역확산부
50 : PSC 정합 필터 60 : 상태 심볼 저장부
70 : 셀/프레임 경계 탐색부
이하, 본 발명에 따른 상관 보조 분산 표본 포착 방법 및 그를 위한 장치에 대한 보다 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명은 매우 열악한 채널 환경에서도 W-CDMA 셀룰러 시스템에 사용되는 긴 주기의 스크램블링 시퀀스를 고속 포착할 수 있도록, 수신측이 DSA 기법에 의한 비교-정정 기반의 동기화 작용을 수행함과 동시에 상태 심볼에 대한 상관 작용을 추가로 수행한다.
그러나 본 발명에서는 별도로 수신측의 구조를 간소화하기 위해 기존의 비교-정정 기반의 동기화 작용을 실행하지 않고 본 발명에서 추가된 상태 심볼에 대한 상관 작용만을 통해 동기화를 이룰 수도 있다. 이에 대해서는 첨부된 도면을 참조하여 다음에 보다 상세히 설명한다.
또한 본 발명에서 상기 상태 심볼에 대한 상관 작용이 추가된 상관 보조 분산 표본 포착 절차를 실현하기 위해, 각 이동국이 시스템에 사용되는 긴 주기의 스크램블링 시퀀스와 상태 표본의 표본화 간격에 의해 사전에 결정되는 상태 표본 시퀀스들 모두를 저장하게 된다.
이하 IMT-2000의 W-CDMA 시스템으로 대표되는 셀간 비동기식 시스템을 중심으로 기술한다.
W-CDMA 시스템의 하향 링크에서 512개의 각 셀은 다수 개의 스크램블링 코드를 사용할 수도 있도록 되어 있으나, 셀 번호에 의해 결정되는 주 스크램블링 시퀀스가 셀마다 하나씩 할당되어 P-CPICH과 P-CCPCH을 스크램블링 시키는데 사용된다.
이동국에서의 셀 탐색(혹은 셀 시퀀스 포착)이란, 현재 이동국 자신이 위치하고 있는 셀의 주 스크램블링 시퀀스를 식별하고 타이밍을 찾아내는 과정으로, IMT-2000의 W-CDMA 시스템에서 각 기지국에 할당된 주 스크램블링 시퀀스는 38,400칩 길이로 절단된 복소 골드 시퀀스(complex gold sequence)이다. 보다 구체적으로 설명하면, 동위상(In-phase ; 이하, I 라 약칭함) 주 스크램블링 시퀀스는 두 개의 SRG들(다음 설명될 도 2의 제1 주 SRG와 제2 주 SRG)에서 다음 식 1의 고유 다항식을 사용하여 발생시킨 m-시퀀스의 최초 38,400 칩 부분을 서로 배타적 논리합(XOR : Exclusive or)하여 얻은 골드 시퀀스이며, 역위상(Quadrature-phase ; 이하, Q 라 약칭함) 주 스크램블링 시퀀스는 I 주 스크램블링 시퀀스 발생을 위해 사용되는 두 개의 SRG들에서 131,072 칩만큼 이후에 발생되기 시작하는 38,400칩 부분을 서로 배타적 논리합(XOR)하여 얻은 골드 시퀀스이다.
상기와 같은 스크램블링 코드를 발생시키는 이동국의 SRG들과 기지국의 SRG들에 대해 그들 SRG들의 현재 상태가 서로 일치될 경우, 이동국과 기지국에서 각각 생성되는 복소 주 스크램블링 시퀀스는 자연히 동기되는 것이다.
상기한 복소 주 스크램블링 시퀀스를 발생시키는 각 SRG의 전형적인 초기 상태 설정은 다음과 같다. 각 기지국이 1에서 512까지의 셀 번호를 가지고 있다고 할 경우에, 각 기지국은 자신이 전송할 P-CPICH의 프레임(38,400 칩 길이) 시작 시점에서 제1 주 SRG(Main SRG-1)의 상태를 18비트 이진수로 표현된 자신의 셀 번호로 설정하고, 제2 주 SRG(Main SRG-2)의 상태를 18비트의 연속된 1로 설정한다. 이렇게 초기 상태가 설정된 두 개의 주 SRG들에서 발생되는 m-시퀀스들을 배타적 논리합(XOR)하면, 각 기지국(=셀)들은 서로 다른 골드 시퀀스를 가지게 된다.
각 기지국에 할당된 주 스크램블링 시퀀스는 38,400칩 길이로 절단된 복소 골드 시퀀스(complex gold sequence)이고, 도 1에 도시된 바와 같이 38,400 칩 길이를 갖는 P-CPICH의 프레임이 각각 2,560 칩으로 구성되는 15개의 슬롯으로 나뉘어 지며, 각 슬롯은 256칩으로 구성되는 10개의 파일럿 심볼로 이루어진다. 즉, 매 프레임에는 256칩으로 구성되는 파일럿 심볼이 150개 존재하게 된다. 이 때 (상관 보조) DSA 기법을 사용하는 시스템의 P-CPICH은 256 칩 길이의 점화 시퀀스(Igniter sequence)로 스크램블링 된다.
또한 수신측에서의 점화 시퀀스 고속 포착을 위해, 256 칩 길이의 주 동기 코드(PSC)가 모든 셀에서 공통으로 전송된다. 이에 대해 수신측에서는 매 슬롯의시작 시점에서 주 동기 코드(PSC)를 수신한다.
도 1에서 방송 채널(BCH)의 심볼들을 전송하는 각 셀의 P-CCPCH는 셀 시퀀스 포착과 관계없지만 주 동기 코드(PSC)가 전송되지 않는 시점에 전송되므로, 채널 구분을 위해 나타내었으며, 이 P-CCPCH는 해당 셀의 주 스크램블링 시퀀스로 스크램블링 된다.
또한 기존의 3단계 셀 탐색 과정에서는 주 동기 코드(PSC)와 부 동기 코드(SSC)가 병렬로 전송되어 사용되었지만, 본 발명에서는 부 동기 코드(SSC)가 전송되지 않는다.
다음은 W-CDMA 시스템을 그 예로 들어 DSA 기법에 대해 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 DSA 기법을 사용하는 셀간 비동기 방식의 W-CDMA 시스템에서, 기지국의 일부 구성을 나타낸 블록도이다. 또한 도 3은 이동국의 일부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2에서 기지국(=셀)은 크게 DSA 확산부(10)와 표본 확산부(20)로 구성되며, 도 3에서 이동국은 크게 표본 역확산부(30)와 DSA 역확산부(40)로 구성된다.
DSA 확산부(10)와 DSA 역확산부(40)는 주 시퀀스의 동기화를 담당하고, 표본 확산부(20)와 표본 역확산부(30)는 상태 표본 전달을 담당한다. 이러한 이들의 각 역할은 DSA 확산부(10)와 DSA 역확산부(40)의 내부에 각각 구비된 주 SRG(11,12,43,44)에 의해 실현되며, 또한 표본 확산부(20)와 표본 역확산부(30)의 내부에 각각 구비된 점화 SRG(24,25,32,33)에 의해 실현된다.
도 2에 도시된 기지국의 DSA 확산부(10)는 자체적으로 주 시퀀스 쌍을 발생시키는 두 개의 주 SRG(11,12)와, 주 SRG(11,12)들의 상태 표본을 표본화 타이밍에 맞춰 각각 표본화하는 조기 병렬 표본화부(13)로 구성되며, 그밖에도 입력되는 사용자 데이터를 직교 월쉬 코드로 확산하는 확산기(14,16,18)와, 직교 월쉬 코드로 확산된 신호를 주 SRG(11,12)에서 발생된 복소 형태의 스크램블링 시퀀스로 다시 스크램블링 하는 혼화기(15,17,19)를 또한 포함한다.
또한 기지국의 표본 확산부(20)는 조기 병렬 표본화부(13)에서 출력된 두 상태 표본을 각 상태 심볼로 맵핑시켜 그에 따른 직교 위상 편이(Quadrature Phase Shift Keying ; 이하, QPSK 라 약칭함) 심볼을 출력하는 QPSK 심볼 맵핑부(21)와, QPSK 심볼 맵핑부(21)의 다음 단에서 차분 부호화(differential encoding)를 수행하는 블록이 존재하며, 이 블록에서는 QPSK 심볼의 위상에 이전 심볼 시간까지 누적된 위상을 더하여 파일럿 심볼을 출력한다. 그밖에도 표본 확산부(20)에는 발생된 파일럿 심볼을 확산시키기 위해 자체적으로 복소 형태의 점화 시퀀스를 발생시키는 점화 SRG(24,25)가 존재한다. 특히 표본 확산부(20)는 차분 부호화(차분 위상 편이 부호화) 대신 직교 위상 편이 부호화를 수행할 수도 있으며, 그러할 경우 표본 역확산부(30)는 차분 복호화(차분 위상 편이 복호화) 대신 직교 위상 편이 복호화를 수행한다.
도 3에 도시된 이동국의 표본 역확산부(30)는 포착 검출 장치(acquisition detector)를 사용하여 먼저 점화 시퀀스가 획득되는 블록을 포함한다. 이 블록에는 자체적으로 점화 시퀀스를 발생시키는 점화 SRG(32,33)와, 점화 SRG(32,33)에서 발생된 점화 시퀀스로 수신된 상태 신호를 역확산시키는 역확산기(31)와, 점화 시퀀스에 의해 역확산된 상태 신호에 대해 한 심볼 구간동안 누적하는 심볼 누적부(34)를 기본적으로 구비한다. 또한 표본 역확산부(30)에는 점화 시퀀스로 역확산을 수행하고 신호를 누적하는 블록의 다음 단에서 차분 복호화(differential decoding)를 수행하는 블록이 존재하며, 이 블록에서 차분 복호화된 심볼을 디맵핑(demapping)시켜 서로 다른 두 상태 표본을 출력하는 QPSK 심볼 디맵핑부(36)가 표본 역확산부(30)에 더 포함된다.
또한 이동국의 DSA 확산부(40)는 자체적으로 주 시퀀스 쌍을 발생시키는 두 개의 주 SRG(43,44)와, 점화 SRG(32,33)에서 제공된 표본화 타이밍에 맞춰 주 SRG(43,44)의 상태 표본을 각각 표본화하는 병렬 표본화부(45)와, QPSK 심볼 디맵핑부(36)에서 출력된 두 상태 표본과 병렬 표본화부(45)에서 출력된 두 상태 표본을 각각 비교하는 병렬 비교부(41)와, 점화 SRG(32,33)에서 제공된 정정 타이밍과 병렬 비교부(41)의 비교 결과에 따라 주 SRG(43,44)의 상태를 일정 회수만큼 반복적으로 정정하는 병렬 정정부(42)로 구성된다. 이 때 주 SRG(43,44)는 병렬 정정부(42)의 출력에 의해 기지국 주 SRG(11,12)와 상태를 일치시킨다. 그밖에도 DSA 역확산부(40)에는 수신된 데이터 신호를 주 SRG(43,44)에서 발생된 복소 형태의 스크램블링 시퀀스로 역스크램블링하는 역혼화기(46)와, 스크램블링 시퀀스로 역스크램블링된 신호를 다시 직교 월쉬 코드로 역확산하는 역확산기(47)와, 직교 월쉬 코드로 역확산된 신호를 데이터 심볼 단위로 누적하는 데이터 심볼 누적부(48)를 포함한다. 특히 이동국에는 셀 시퀀스 포착을 위한 슬롯 경계 식별에사용되는 PSC 정합 필터(50)가 더 구비된다.
상기한 구성에서, 모든 기지국은 이동국에서 점화 시퀀스를 포착할 수 있도록, 256 칩 길이의 주 동기 코드(PSC)를 공통으로 전송한다. 이 때 주 동기 코드(PSC)는 매 슬롯의 최초 심볼 전송 시점인 256칩 구간에서 전송된다.
이에 대해 매 슬롯의 시작 시점에서 주 동기 코드(PSC)를 수신한 이동국의 PSC 정합 필터(50)는 상관에 의한 최대 출력치를 내는 시점을 찾아냄으로써, 슬롯 경계(slot boundary)를 찾아낸다.
상기한 구성을 근거로 하여 셀 시퀀스 포착 절차를 이하에서 보다 상세히 설명한다.
일단 이하 설명에서는 k번째 기지국의 제1 주 SRG(11)에서 발생되는 I 주 스크램블링 시퀀스 생성용 m-시퀀스와 제2 주 SRG(12)에서 발생되는 I 주 스크램블링 시퀀스 생성용 m-시퀀스들을 프레임의 시작 시점부터 매 256 칩마다 표본화하여 다음 식 2 및 식 3과 같이 나타낸 제1 상태 표본들과 제2 상태 표본들을 얻는다.
(k=1,2,...,512)
여기서, 상태 표본들은 38,400 칩 주기의 시퀀스들을 256 칩마다 표본화하였으므로, 150 표본 주기를 갖는다.
제1 상태 표본들에 대해서는 제1 주 SRG(11)의 초기 상태 설정이 각 셀 번호에 의해 결정되므로, 512개의 셀이 서로 다른 표본들을 발생시킨다. 반면에 제2 상태 표본들에 대해서는 제2 주 SRG(12)의 초기 상태 설정이 각 셀 번호에 상관없이 18비트의 1로 설정되므로, 모든 셀이 공통의 표본들을 발생시킨다. 따라서 제2 상태 표본들을 나타낸 식 3에서는 셀 구별을 위한 첨자 k를 제거하였다.
이후 각 기지국(=셀)에서 자신의 제1 주 SRG(11) 및 제2 주 SRG(12)에서 발생되는 각 I 주 스크램블링 시퀀스 생성용 m-시퀀스들을 256 칩마다 표본화한 주 SRG(11,12)의 상태 표본 쌍들은 QPSK 심볼로 맵핑된 후 차분 부호화(differential encoding)되어 P-CPICH의 파일럿 심볼로서 전송된다.
P-CPICH은 256 칩 길이의 짧은 주기를 가지는 점화 시퀀스(Igniter sequence)로 스크램블링 되며, 시스템 전체에서 사용되는 점화 시퀀스의 수(점화 시퀀스 재사용도)는 다른 셀들에서 사용되는 점화 시퀀스에 의한 간섭 정도 및 시스템 구현 복잡도 등에 따라 시스템 설계 시 미리 정해진다. 일반적으로는 7개 또는 16개가 사용되나 경우에 따라서는 더 적은 수 또는 더 많은 수의 점화 시퀀스가 사용될 수 있다.
동시에 SCH을 통해 전송되는 주 동기 코드(PSC) 심볼들은 각 셀의 P-CCPCH을 통해 전송되는 방송 채널(BCH)의 심볼들과 시간적으로 교차하여 전송된다.
이에 대해 먼저 이동국은 직렬 탐색 혹은 병렬 탐색을 통해 해당 셀의 P-CPICH을 역확산시켜 점화 시퀀스를 식별하고 수신된 파일럿 심볼의 타이밍을 포착한다.
물론 이동국은 PSC 정합 필터(50)를 사용하여 수신된 주 동기 코드(PSC) 심볼에 대해 상관(Correlation)을 수행한 후 최대 출력치를 나타내는 타이밍을 식별함으로써 파일럿 심볼 타이밍과 슬롯 타이밍(슬롯 경계)을 포착할 수도 있다.
상기와 같이 점화 시퀀스를 포착한 다음에는 파일럿 심볼을 검출하여 전달된 상태 표본 쌍들을 차례로 얻게 된다.
이후 이동국은 매 파일럿 심볼이 검출되는 시점에서 자신의 제1 주 SRG(43)와 제2 주 SRG(44)에서 자체적으로 상태 표본을 검출하여 수신된 상태 표본 쌍과 비교한다. 그 비교 결과, 일치하지 않는 상태 표본이 발생할 때마다 적절한 정정 작용을 통해 상태 표본이 일치되지 않은 주 SRG(43,44)를 정정하게 된다.
이상적으로 길이 18인 m-시퀀스를 발생시키는 주 SRG(43,44)의 경우라면, 18번 비교 및 정정 작용을 수행하며, 이동국 주 SRG(43,44)의 상태가 기지국 주 SRG(11,12)의 상태와 일치되면 셀 시퀀스 포착이 완료된다.
상기한 구성에 따른 셀 시퀀스 포착 절차는 채널 환경이 좋을 경우에 매우 우수한 성능을 발휘한다. 그러나 채널 환경이 매우 열악한 경우에는 훨씬 많은 비교 및 정정 과정이 요구되므로, 본 발명에서는 채널 환경에 상관없이 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 상기한 도 2 및 도 3의 구성 및 동작을 기본으로 하여 보다 진보된 상관 보조 분산 표본 포착 절차를 이하에서 설명한다.
본 발명의 상관 보조 분산 표본 포착 절차에서, 먼저 이동국은 상기한 도 2 및 도 3에 나타낸 구성 및 동작을 통해 현재의 셀에서 상태 심볼들을 전달하는 점화 시퀀스를 식별 및 포착하고, 이후 비교 및 정정 절차를 통해 주 스크램블링 시퀀스를 식별하고 프레임 경계를 포착하고자 시도한다.
채널 환경이 매우 열악한 환경에서 상기한 도 2 및 도 3의 구성 및 동작을 사용할 경우에는 상태 심볼의 검출 오류 발생으로 인해 훨씬 많은 비교 및 정정 과정이 수행된 후에야 동기가 이루어지게 된다. 즉 검출 오류 발생 여부를 확인하기 위해 18개의 파일럿 심볼을 통해 18번 비교 및 정정 과정을 수행한 뒤 V개(예, 7개)의 파일럿 심볼을 추가로 검출하여 이동국에서 자체적으로 생성시킨 상태 표본 쌍과 수신된 상태 표본 쌍이 일치하는지 여부를 관찰하여 주 시퀀스가 동기되는지를 확인한다. 그 확인 결과 일치되지 않은 상태 표본이 발견될 경우에는 다시 비교 및 정정 과정을 반복 수행해야 하며, 점화 시퀀스의 동기가 의심스러울 경우에는 처음부터 셀 시퀀스 포착 절차를 다시 시작해야 한다.
따라서, 본 발명에서는 열악한 채널 환경 등으로 인해 미리 설정된 시간 내에 주 스크램블링 시퀀스의 동기화가 이루어지지 못할 경우 상태 심볼에 대한 상관 작용을 통해 동기화를 이루게 된다.
이 상태 심볼에 대한 상관 작용은 해당 시점까지 수신된 상태 심볼들로 구성된 시퀀스를 미리 저장된 상태 표본 시퀀스 집합의 각 원소들과 상관하여 최대 상관치를 나타내는 원소와 해당 타이밍을 통해 직접 주 스크램블링 시퀀스 및 프레임 타이밍(=경계)을 식별하게 된다. 이를 위해 특히 본 발명에서는 이동국이 상기한 식 2와 식 3에 나타낸 513가지 상태 표본 시퀀스들의 한 주기(길이 150)만큼의 값들을 자신들의 메모리(ROM : Read Only Memory)에 저장하고 있다.
도 4는 본 발명에 따른 상관 보조 분산 표본 포착 기술이 적용된 셀간 비동기 방식의 W-CDMA 시스템에서, 이동국의 일부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4를 설명하기에 앞서, 기지국은 도 2에 도시된 구성 및 그 구성에 따른 동작이 그대로 본 발명의 상관 보조 분산 포착 기술에 적용된다. 그러나 본 발명을 보다 명확히 하기 위해 도 2의 기지국의 구성 및 동작을 보다 상세하게 추가로 설명한다.
앞에서도 언급했듯이, 기본적으로 기지국은 제1 주 SRG(11)에서 발생되는 I 주 스크램블링 시퀀스 생성용 m-시퀀스와 제2 주 SRG(12)에서 발생되는 I 주 스크램블링 시퀀스 생성용 m-시퀀스들을 프레임의 시작 시점부터 매 256 칩마다 표본화한 식 2 및 식 3의 제1 상태 표본들과 제2 상태 표본들을 QPSK 심볼로 맵핑시킨 후 차분 부호화시켜 P-CPICH의 파일럿 심볼로서 이동국에 전송한다.
동시에 기지국은 SCH을 통해 주 동기 코드(PSC) 심볼들을 이동국에 전송한다. 이 때 주 동기 코드(PSC)는 각 셀의 P-CCPCH을 통해 전송되는 방송 채널(BCH)의 심볼들과 시간적으로 교차하여 전송된다.
도 2에서 k번째 기지국의 조기 병렬 표본화부(13)는 매 256 칩마다, 즉, 임의의 기준값(자연수) r에 대해 다음 식 4의 시점(TC는 매 칩 시간)에 자신의 주 SRG(11,12)로부터 발생된 m-시퀀스들을 표본화하여 다음 식 5의 상태 표본들을 얻는다.
(r + i - 1) ×256TC
(k=1,2,...,512)
얻어진 상태 표본들은 QPSK 심볼 맵핑부(21)에 제공되며, QPSK 심볼 맵핑부(21)는 먼저 각각의 상태 표본을 QPSK 성상의 I 신호와 Q 신호로 맵핑시켜 QPSK 상태 심볼 'xr+i,k'를 생성한다.
이후 QPSK 심볼 맵핑부(21)에서 출력된 상태 심볼 'xr+i,k'의 위상 값은 이전 상태 심볼 전송 시점까지 축적된 위상 값에 더해짐으로써 차분 부호화된 파일럿 심볼 'fr+i,k'를 얻는다.
상태 심볼 시퀀스 '{xr+i,k}'는 주 스크램블링 시퀀스의 길이가 38,400 칩이고 256 칩마다 표본화되므로 주기 150인 시퀀스가 되며, 파일럿 심볼 'fr+i,k'는 다음 식 6의 시간 구간에 P-CPICH을 통해 전송된다.
[(r + i - 1) ×256TC, (r + i) ×256TC]
P-CPICH을 스크램블링시키는 점화 시퀀스 '{cm}'은 길이가 256 칩인 R개의 짧은 주기 시퀀스 중에서 k번째 기지국에 할당된 것을 사용한다. 시스템 전체에서 사용되는 점화 시퀀스의 수(점화 시퀀스 재사용도=R)는 다른 셀들에서 사용되는 점화 시퀀스에 의한 간섭 정도 및 시스템 구현 복잡도 등에 따라 시스템 설계 시 미리 정해지며, 여기서는 R=16인 경우를 예로 들어 설명한다.
512개의 기지국(=셀)들 중 서로 같은 점화 시퀀스를 사용하는 셀들은 R=16인 경우 32개씩 존재한다. 따라서 각 기지국에 사용되는 점화 시퀀스에 따라 16개의 기지국(=셀) 그룹이 형성된다. 물론 기지국간 점화 시퀀스 간섭을 억제하기 위해 시스템 포설 지역에서 같은 기지국 그룹에 속한 기지국들은 인접되지 않도록 배치된다.
상기한 파일럿 심볼 'fr+i,k'의 전송과 동시에 기지국은 슬롯 경계의 고속 포착을 위한 256 칩 길이의 주 동기 코드(PSC)를 매 슬롯의 시작 시점마다 256 칩 구간동안 전송한다. 매 슬롯에서 상기 주 동기 코드(PSC)가 전송되지 않는 구간동안에는 방송 채널(BCH) 심볼이 P-CCPCH을 통해 전송된다.
한편, k번째 기지국의 l번째 사용자의 데이터는 직교 월쉬 코드에 의해 확산되고 스크램블링 시퀀스에 의해 스크램블링(혼화) 되어 전송된다.
도 4의 이동국은 먼저 주 동기 코드(PSC)에 대한 PSC 정합 필터(50)를 사용하여 최대 상관 출력치를 나타내는 시점을 찾음으로써 주 동기 코드(PSC)가 포착되며 그에 따라 슬롯 경계를 식별해 낸다. 이 때 슬롯 경계 식별 성능을 높이기 위해 S개의 슬롯 동안 에너지를 축적한 뒤 출력치를 비교하는 것이 바람직하다.
슬롯 경계를 찾은 다음에는 시스템에서 사용되는 16개(R개)의 점화 시퀀스를 병렬로 혹은 순차적으로 발생시켜 수신되는 P-CPICH의 심볼들과 상관시킨다. 그 상관 결과에서 최대 상관 에너지를 출력하는 점화 시퀀스를 현재 자신이 위치해 있는k번째 기지국(=k번째 셀)이 사용하고 있는 점화 시퀀스로서 식별한다. 이 때 슬롯 경계 식별에서와 마찬가지로 점화 시퀀스 식별 성능을 높이기 위해 출력 에너지를 비교하기 전에 VI개의 심볼만큼 에너지를 축적하는 것이 바람직하다.
점화 시퀀스 식별에서는 최대 출력을 나타내는 점화 시퀀스의 출력 에너지의 자승근 값을 미리 설정된 임계치 RI와 비교해 봄으로써 슬롯 경계가 제대로 포착되었는지 확인하는 검증이 필요하다. 즉 점화 시퀀스의 출력 에너지의 자승근 값이 임계치 RI를 넘었을 경우에는 점화 시퀀스 포착 완료를 선언한 후 이후 단계를 수행하지만, 그렇지 않을 경우에는 슬롯 경계 식별을 다시 수행한다.
일단, 슬롯 경계가 포착되고 16개의 점화 시퀀스들 중의 하나로 점화 시퀀스가 식별되면, 프레임 타이밍의 불확실성은 15로 줄어든다. 또한 셀의 불확실성(스크램블링 시퀀스의 불확실성)은 점화 시퀀스와 기지국(=셀) 그룹의 일대일 대응 관계에 의해 512에서 32로 줄어든다.
다음 이동국은 점화 시퀀스 포착이 완료되었으므로 P-CPICH을 역확산한다. 따라서 역확산에 의해 연판정(Soft decision)된 파일럿 심볼 gr+i를 얻을 수 있다. 이를 보다 구체적으로 설명하기 위해, Ps를 P-CPICH의 전력, n번째 파럿 심볼을 다음 식 7과 같이 나타내고, k번째 기지국이 사용하는 점화 시퀀스는 다음 식 8과 같이 나타내도록 한다.
그리고 N(t)를 채널 잡음, H를 채널 이득,를 기지국과 이동국간의 주파수 오차,를 채널 위상,를 칩 타이밍 오차라고 할 경우, 수신된 신호는 다음 식 9이다. 여기서는 칩 펄스 성형 필터의 파형을 나타낸다.
그리고 역확산에 의한 연판정 파일럿 심볼은 다음 식 10과 같다.
상기한 식 10에서 '*' 기호는 임의의 복소 값에 대한 공액 복소수(켤레 복소수) 값을 의미한다.
다음으로 차분 부호화의 역작용으로 차분 복호화를 수행하여 다음 식 11의 연판정 상태 심볼을 얻는다(물론 본 발명에서는 경판정(hard decision)된 상태 심볼을 스크램블링 시퀀스 포착에 사용할 수도 있다).
이 때 이동국은 미리 설정된 개수(F개, 전형적으로는 F=150)의 연판정 상태 심볼을 순차적으로 상태 심볼 저장부(60)에 저장하여 다음 식 12와 같은 연판정 상태 심볼 시퀀스를 얻는다.
여기서 기준값으로 r대신 10이 사용된 것은 슬롯 경계가 찾아졌으므로 불확실한 프레임 경계는 파일럿 심볼 개수 150이 아니라 슬롯 개수인 15로 줄어들었음을 나타내기 위함이다.
다음은 이동국에 저장되어 있는 상기 식 5의 상태 표본 심볼 ''로부터 다음 식 13의 맵핑 관계와 다음 식 14의 시퀀스 위상 쉬프트에 의해 생성되는 15가지 시퀀스에 대해 연판정 상태 심볼 시퀀스를 상관시켜 다음 식 15의 15가지 상관 에너지값을 얻는다. 이는 셀/프레임 경계 탐색부(70)가 수행한다.
상기한 식 15와 같이 얻어진 상관 에너지 값들 중 최대치를 나타내는 시퀀스 위상 쉬프트 '=n0'를 찾음으로써 프레임 경계를 얻는다.
이상의 이동국의 상태 심볼에 대한 상관 작용은 앞에서 이미 도 3을 참조하여 언급된 DSA 기법에 의한 비교 및 정정 기반의 동기화 작용과 동시에 수행되며, 그 비교 및 정정 기반의 동기화를 미리 설정된 시간동안 수행하여 주 스크램블링 시퀀스의 동기화가 이루어지지 못할 경우에 상기 상태 심볼에 대한 상관 작용을 통해 동기화를 이루게 된다.
물론 도 5에 도시된 바와 같이 비교 및 정정 기반의 동기화 작용을 배제하고, 단지 상기 상태 심볼에 대한 상관 작용만으로 동기화를 이룰 수도 있다.
그런데 만일 주 동기 코드(PSC)가 사용되지 않아 점화 시퀀스 포착에서 슬롯 경계 대신 파일럿 심볼 경계만이 얻어진다면, 상기 나열된 식들에서 10대신 r이 사용되고, 또한 10대신 n이 사용된다. 그리고 위상 쉬프트의 종류를 n=0,1,...,149의 150가지로 설정하여 상관시킨 후 최대 상관 에너지를 나타내는 시퀀스 위상 쉬프트값을 구한다.
만약, 단일한 스크램블링 시퀀스를 위상 쉬프트 시켜 사용하는 셀간 동기식 시스템이라면, 프레임의 동기가 찾아진 것이 셀 포착 완료를 의미하며, 셀간 비동기식 시스템이라면, 추가적으로 해소해야할 불확실성은 해당 기지국(=셀) 그룹에 속한 32개의 셀 중 어느 셀에 이동국이 위치하는가 하는 것이다. 즉 현재 위치한 기지국(=셀)의 스크램블링 시퀀스가 32가지 중에 어느 것인가 하는 점이다.
만약 , 포착된 점화 시퀀스에 일대일 대응되는 기지국 그룹에 속한 32개(즉, 512/R개, R은 점화 시퀀스 재사용도로써 R=16)의 셀 번호가 '1,2,...,32'인 경우라면, 이미 프레임 경계는 식별되었으므로 상기한 식 5의 상태 표본 시퀀스 ''(k=1,2,...,512)로부터 다음 식 16의 맵핑 관계에 의해 얻어지는 32가지 시퀀스들과 연판정 상태 심볼 시퀀스를 상관시켜 다음 식 17의 32가지 상관 에너지값을 얻는다.
상기한 식 17과 같이 얻어진 상관 에너지 값들 중 최대치를 나타내는 셀 번호 q=q0을 찾음으로써 셀 식별이 완료된다. 즉, 스크램블링 시퀀스의 식별이 완료된다.
상기에서 n0과 q0에 의해 프레임 경계 및 스크램블링 시퀀스에 대한 불확실성이 모두 해소되었으므로, 해당하는 프레임 경계 시점에서 이동국의 제1 주 SRG(43)는 셀 번호의 18비트 이진 표현값을 상태값으로 실어주고 또한 제2 주 SRG(44)는 모두 1인 18비트를 상태값으로 실어줌으로써, 이동국에서의 셀 시퀀스 포착이 완료된다.
상기한 식 15와 식 17의 에너지 값을 얻는 상관을 위해 사용된 시퀀스 값들은 수신된 상태 심볼 시퀀스와 한 주기의 상태 표본 시퀀스들만 가지고 있으면 모두 생성된다.
상기에서 연판정 상태 심볼의 검출 이후 연판정 상태 심볼에 대한 상관은 셀/프레임 경계 탐색부(70)가 수행하며, 그를 위해 상태 심볼 저장부(60)는 한 프레임 주기의 연판정 상태 표본 심볼들을 모두 저장한다.
다음은 도 6에 도시된 본 발명에 따른 상관 보조 분산 표본 포착 절차와 상기 도 4 및 도 5에 도시된 이동국의 구성 및 동작을 토대로 강인하고 빠른 셀 시퀀스 포착 절차를 설명한다. 다시 말하자면 도시된 도 6의 절차를 통해 DSA 기법의 비교-정정 작용에 기반한 고속 셀 탐색과 본 발명의 상태 심볼 상관 작용의 효율적인 결합을 설명한다.
이동국은 먼저 주 동기 코드(PSC)에 대한 PSC 정합 필터를 사용하여 최대 상관 출력치를 나타내는 시점을 찾음으로써 주 동기 코드(PSC)가 포착되며 그에 따라 슬롯 경계를 식별해 낸다(S1).
슬롯 경계를 찾은 다음에는 시스템에서 사용되는 R개의 점화 시퀀스를 병렬로 혹은 순차적으로 발생시켜 수신되는 P-CPICH의 심볼들과 상관시킨다. 그 상관 결과에서 최대 상관 에너지를 출력하는 점화 시퀀스를 현재 자신이 위치해 있는 k번째 기지국(=k번째 셀)이 사용하고 있는 점화 시퀀스로서 식별한다. 계속해서 최대 출력을 나타내는 점화 시퀀스의 출력 에너지의 자승근 값을 미리 설정된 임계치 RI와 비교하여 슬롯 경계가 제대로 포착되었는지 확인하는 검증을 수행한다(S2).
여기서, 점화 시퀀스의 출력 에너지의 자승근 값이 임계치 RI를 넘었을 경우에는 점화 시퀀스 포착 완료를 선언한다(S3). 그리고 이후 단계를 수행한다.
그러나 점화 시퀀스의 출력 에너지의 자승근 값이 임계치 RI를 넘지 못했을 경우에는 상기의 단계(S1,S2)를 다시 수행한다.
다음 이동국은 점화 시퀀스 포착이 완료되었으므로 P-CPICH을 역확산한다. 따라서 역확산에 의해 연판정(Soft decision)된 파일럿 심볼들을 얻게 되며, 차분 복호화를 수행하여 연판정 상태 심볼들을 얻는다.
이와 같이 이동국이 셀 시퀀스 포착을 시작하여 점화 시퀀스 및 슬롯 경계의 포착, 연판정 상태 심볼의 생성까지는 DSA 기법의 비교-정정 작용에 기반한 고속 셀 탐색이나 본 발명의 상태 심볼 상관 작용에 대해 동일하게 수행된다.
다음에는 일단 매 상태 심볼이 수신될 때마다 비교-정정 작용을 수행하며, 이를 통해 F개의 상태 심볼이 모두 수신되기 이전에 동기를 이룰 수 있도록 한다(A코스). 보다 구체적으로 설명하면 이동국은 '(r + i) ×256TC'의 시점에 연판정 상태 심볼 'yr+i'를 메모리에 저장하는 것과 동시에, 전송된 상태 표본 쌍 ''과 ''를 검출하여 DSA 역확산부에 전달한다. DSA 역확산부는 '(r + i) ×256TC'의시점에 자신의 제1 주 SRG와 제2 주 SRG로부터 상태 표본 ''과 ''을 표본화하여 전송된 상태 표본 쌍 ''과 ''와 비교한다. 만일, ''이 ''와 다를 경우 j(j=1,2)번째 정정 회로 cj가 '0 < DC≤256'를 만족하도록 선택된 DC에 대해 '[(r + i) ×256 + DC] ×TC'의 시점에 두 개의 주 SRG 중 제j 주 SRG의 상태를 정정한다(S10). 반면에 비교 결과 ''이 ''와 일치할 때는 정정 작용이 수행되지 않는다.
상기에서 DSA 기법을 위한 정정 회로, 표본화 회로 및 조기 병렬 표본화 회로의 설계 방법에 따라 이동국의 주 SRG들 각각에 대한 해당 회로들을 설계하면, 길이 L=18인 주 SRG들을 사용하고 또한 검출 오류가 발생하지 않는 상황에서 L번의 비교 및 정정을 가했을 때 동기가 완료될 수 있다. 즉 셀 시퀀스 포착이 완료된다.
그런데, 비교-정정 작용 중에 검출 오류가 발생할 경우에 대비하여 L개의 상태 심볼들을 수신하여 비교 및 정정을 수행한 후에는 추가적으로 V=7개의 상태 심볼들을 수신하여 상태 표본들을 경성(Hard) 검출하고, 이후 이동국이 생성시킨 상태 표본과 비교하는 동기 확인 작용(주 시퀀스 검증)을 수행한다(S11).
V회 비교하는 동안 모든 상태 표본 쌍들이 일치하면 주 스크램블링 시퀀스의 포착 완료를 선언하고(S30), 다음 채널 추정이 진행된다. 그러나 V회 비교동안 일치하지 않는 상태 표본들이 발생할 경우에는 다시 상태 표본들을 검출하여 L번의 비교-정정을 다시 수행하고 V회 동기 확인 작용을 반복한다(S10,S11). 즉, 매 'L+V=25'개의 상태 심볼들이 수신될 때마다(전송률이 약 1.66ms 마다) 비교-정정및 V회 동기 확인에 의한 주 스크램블링 시퀀스의 포착 기회가 주어진다.
물론 포착의 확실성을 위해 주 스크램블링 시퀀스의 포착 완료 선언 이후에도 정확한 포착 재확인 과정(S13) 및 주 SRG의 초기 상태 검사 과정(S12)을 더 수행할 수도 있다.
다음은 채널 환경이 열악한 상태일 경우, 상기의 비교-정정 수행을 통해 F개의 상태 심볼이 모두 수신되기 이전에 동기가 이루어지지 않았다면, 즉 정해진 시간 이내에 동기가 이루어지지 않았다면 상태 심볼 상관 작용에 의해 시퀀스 포착이 이루어진다(B코스).
채널 상태가 매우 열악한 상황에서는 비교-정정 및 동기 확인에 의한 주 스크램블링 시퀀스의 포착 확률이 매우 낮아지고, 그에 따라 수신되어 저장되는 연판정 상태 심볼의 수가 증가한다.
따라서 비교-정정 및 동기 확인에 의한 포착을 W=6회 실패하면 'F=W(L+V)=150'개의 연판정 상태 심볼이 저장되고(S20), 그 실패 시점에서 이동국은 비교 및 정정을 통한 주 스크램블링 시퀀스 포착을 포기한다.
결국 이동국은 상태 심볼 상관 작용을 수행하여, 수신된 F개의 연판정 상태 심볼과 상기 저장된 상태 표본 시퀀스들을 이용하여 셀/프레임 확인을 위한 상관을 수행한다(S21)
앞에서도 언급했지만, 식 15 및 식 17에 나타낸 상관 에너지값이 해당 상관에 의해 구해지며, 구해진 상관 에너지 값들 중 최대치를 나타내는 시퀀스 위상 쉬프트 및 셀 번호를 찾음으로써 일순간에 프레임 경계 타이밍 및 주 스크램블링 시퀀스의 식별(제1 주 SRG의 초기 상태 확인)이 완료된다(S22). 이후에 프레임 경계 시점에 제1 주 SRG와 제2 주 SRG의 초기 상태를 설정한다(S23).
L은 주 SRG들의 길이에 의해 결정되는 반면 변수 V와 W(결국 F)는 시스템 설계시 최적화되는 변수들이다.
한편, 셀 시퀀스 포착이 비교 및 정정에 의해 완료되면 주 스크램블링 시퀀스 포착 완료를 선언하기는 하지만, 동시에 제2 주 SRG의 상태가 모두 1의 18비트로 되는 순간 제1 주 SRG의 상태가 점화 시퀀스에 의해 결정되는 기지국(=셀) 그룹에 속한 32개의 유효한 셀 번호 중 하나인지 관찰하는 초기 상태 확실성 검사를 수행한다(S12). 이 때 만일 유효한 셀 번호로 판명되지 않을 경우에는 비교-정정 작용에 의한 동기화 결과를 무시하고, F개의 상태 심볼이 수신될 때까지 기다렸다가 상태 심볼 상관 작용에 의해 결정되는 프레임 경계 타이밍 및 주 스크램블링 시퀀스의 식별(제1 주 SRG의 초기 상태 확인) 결과에 따라 주 SRG들을 동기화 시킨다.
다음에 이동국의 주 SRG들의 동기화 선언 이후에도 전송되는 데이터의 오류율 등의 성능 평가를 통해 동기 여부를 관찰하는 작용을 구비하여, 성능이 만족스럽지 않을 때는 처음부터 셀 시퀀스 포착을 다시 시작하도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 상관 보조 분산 표본 포착 방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 상관 보조 분산 표본 포착 방법 및 그를 위한 장치는, 상태 심볼의 신호 대 잡음비율이 높은 처리 이득(확산율) 덕분에 상당히 높게 되므로, 채널환경이 매우 열악한 경우에도 안정적으로 고속 포착을 이룰 수 있다.
즉, 본 발명은 낮은 신호 대 잡음비율, 페이딩 및 음영 효과에 의해 수신측에 도달하는 신호의 에너지가 대단히 미약한 경우에도 안정적으로 동기를 이룰 수 있도록 해준다. 이는 상태 심볼이 256개 정도의 많은 칩으로 구성되므로 칩당 신호대 잡음비율이 매우 낮은 상황에서도 상태 심볼당 신호 대 잡음비율은 어느 정도 높은 수준으로 유지되기 때문이다. 즉, 상태 심볼 시퀀스 자체가 두 개의 주 시퀀스들을 추렴(decimation)하여 얻은 시퀀스들로 생성된 시퀀스들이기 때문에 복소 의사 랜덤 시퀀스의 성질을 유지하고 있으며, 비록 채널 잡음의 영향을 지니고 있기는 하지만 수신측에서 연판정 검출한 상태 심볼 시퀀스도 심볼당 신호 대 잡음비율이 어느 정도 높게 유지된 상태의 의사 랜덤 시퀀스 특성을 지니게 되므로, 상관에 의한 상관 에너지 값(식 15 및 식 17)은=n0,=q0인 경우에만 높은 에너지 값이 되며, 나머지 경우에는 매우 낮은 에너지 값이 된다.
예를 들어 변수 F=150으로 설정하였다면, 한 프레임 전체의 에너지를 사용하여 상관을 하고 그 상관 출력에 근거하여 프레임 경계 타이밍 및 스크램블링 시퀀스를 식별하게 되므로, 채널이 매우 열악한 상황에서도 셀 시퀀스 포착을 이룰 가능성이 매우 높아지게 된다.
또한 본 발명의 상태 심볼 상관에 의한 강인한 셀 시퀀스 포착은 기지국과 이동국 간에 다소간의 주파수 옵셋이 존재하는 상황에서도 안정적으로 동기를 이룰 수 있는 장점이 있다. 이는 상태 심볼 시퀀스가 차분 부호화되어 전송되므로 수신측에서 차분 복호화를 통해 얻은 상태 심볼 시퀀스의 각 원소들은 주파수 옵셋 대신 모두 동일한 양만큼의 위상 옵셋을 가지게 되며, 또한 상관에 의한 상관 에너지 값(식 15 및 식 17)을 추출하는 과정에서 위상 옵셋은 상관 성능에 영향을 주지 않고 제거되기 때문이다.
마지막으로 본 발명은 상태 심볼 상관 작용과 DSA 기법의 비교-정정 작용이 결합되어 있으므로, 비교-정정 작용에 의한 고속 포착 성능과 상태 심볼 상관 작용에 의한 강인한 포착 성능의 장점을 모두 지닐 수 있어, 채널 변화가 빈번한 현실적 이동통신 상황에서 고속이면서도 매우 안정적으로 동작할 수 있다.

Claims (4)

  1. 하나 또는 그 이상의 스크램블링 시퀀스 발생기(A)의 각 상태를 표본화하는 DSA 확산부와, 상기 DSA 확산부에서 출력된 각 상태 표본 값을 상태 심볼로 맵핑시킨 후 차분 부호화하고 그 부호화된 심볼을 상대적으로 주기가 짧은 점화 시퀀스로 확산시키는 표본 확산부를 구비하여, 상태 신호를 송신하는 기지국과;
    상기 기지국에서 확산에 사용된 점화 시퀀스를 포착하고 그 포착된 점화 시퀀스로 수신된 상태 신호를 역확산하여 파일럿 심볼을 검출한 후 그 파일럿 심볼을 차분 복호화하여 연판정 상태 심볼을 출력시키는 표본 역확산부와, 상기 표본 역확산부에서 출력된 연판정 상태 심볼을 특정 프레임 주기에 맞춰 저장하는 상태 심볼 저장부와, 상기 상태 심볼 저장부에 저장된 연판정 상태 심볼에 대한 상관을 수행하는 셀/프레임 경계 탐색부를 구비하여, 상기 셀/프레임 경계 탐색부의 상관 결과로부터 사용된 스크램블링 시퀀스를 포착하는 이동국으로 구성되는 것을 특징으로 하는 상관 보조 분산 표본 포착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이동국은 상기 파일럿 심볼을 차분 복호화하여 얻은 상태 심볼을 순차적으로 각 상태 표본으로 디맵핑시키는 심볼 디맵핑부와, 상기 이동국이 자체적으로 스크램블링 시퀀스를 발생시키는 하나 또는 그 이상의 시퀀스 발생기(B)의 각 상태를 표본화한 상태 표본들과 상기 심볼 디맵핑부에서 출력된 각 상태 표본을 비교하는 병렬 비교부와, 상기 병렬 비교부의 비교 결과에 따라 상기시퀀스 발생기(B) 상태에 대한 반복적 정정을 수행하는 병렬 정정부를 더 구비하여, 상기 셀/프레임 경계 탐색부의 상관에 의한 스크램블링 시퀀스 포착에 앞서 정해진 시간동안 상기 기지국의 시퀀스 발생기(A)와 자신의 시퀀스 발생기(B)의 상태를 동기시키는 것을 특징으로 하는 상관 보조 분산 표본 포착 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기지국은 모든 기지국에서 공통으로 사용하는 주 동기 코드(PSC)를 송신하며, 상기 이동국은 상기 점화 시퀀스 포착을 위해 상기 기지국으로부터 수신된 상기 주 동기 코드(PSC)에 대해 상관을 취하는 정합 필터를 선택적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 상관 보조 분산 표본 포착 장치.
  4. 기지국에서 스크램블링 시퀀스 발생기(A)의 각 상태에 대한 상태 표본 값들을 변조시키고, 그 변조된 상태 심볼을 임의의 점화 시퀀스로 확산하여 송신하는 단계와;
    이동국이 상기 기지국에서 확산에 사용된 점화 시퀀스를 포착하고, 그 포착된 점화 시퀀스를 확인하는 단계와;
    상기 이동국이 상기 포착 및 확인된 점화 시퀀스를 사용하여 수신된 상태 심볼을 복조시키는 단계와;
    상기 복조에 의해 얻어지는 연판정 상태 심볼들을 일정 프레임 주기로 저장하는 단계와;
    정해진 시간 동안에, 상기 복조에 의해 순차적으로 얻어지는 상태 표본들을상기 이동국 자체에 구비된 스크램블링 시퀀스 발생기(B)의 각 상태에 대한 상태 표본들과 비교하여, 그 비교 결과에 따라 상기 이동국 시퀀스 발생기(B) 상태에 대한 반복적 정정을 수행하는 단계와;
    상기 정해진 시간 동안 상기 비교 및 반복적 정정을 통해 상기 기지국의 시퀀스 발생기(A)와 상기 이동국의 시퀀스 발생기(B)의 상태가 동기되지 않을 경우, 상기 저장된 연판정 상태 심볼에 대해 상관을 수행하여 상기 기지국 스크램블링 시퀀스를 포착하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상관 보조 분산 표본 포착 방법.
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