KR100585233B1 - 다중반송파 부호 분할 다중접속(ｍｃ-ｃｄｍａ) 방식의레인징 신호 검출 방법 및 장치 - Google Patents

다중반송파 부호 분할 다중접속(ｍｃ-ｃｄｍａ) 방식의레인징 신호 검출 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 OFDM 기반의 무선통신 시스템에 있어서, 이동국이 송신한 OFDM 기반의 MC-CDMA 레인징 신호를 기지국이 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기지국의 레인징 신호 검출 장치는, OFDM 기반의 무선통신 시스템에서 이동국이 송신한 MC-CDMA 레인징 신호를 기지국이 검출하는 장치에 있어서, 기지국 기준 시간 심볼 경계에서 시작해서 소정 샘플(W)의 탐색 구간만큼의 주기적 전치 부호 부분을 제거하는 CP 제거기; 상기 제거된 소정 샘플(W) 이후에 상기 NFFT개의 시간영역 샘플링 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 퓨리에 변환기 블록; 및 상기 NFFT개의 시간영역 신호의 샘플을 퓨리에 변환하여 얻은 NFFT개의 주파수 영역의 신호 중에서 현재 심볼 구간의 레인징 부반송파에 해당하는 NRAG개의 주파수 영역 신호를 선택하는 레인징 복조 블록을 포함한다. 본 발명에 따르면, 기지국의 레인징 신호 검출기가 파일롯 또는 프리앰블이 없이도 이동국으로부터 수신된 레인징 신호를 코히런트하게 복조함으로써, 종래의 방식에 비해 시스템 용량을 증대시킬 수 있고, 또한, 고속 이동 환경에서도 레인징 신호 검출 성능을 향상시킬 수 있다.
OFDM, 레인징, 코히런트 복조, MC-CDMA, 코히런트 컴바이너

Description

다중반송파 부호 분할 다중접속(ＭＣ-ＣＤＭＡ) 방식의 레인징 신호 검출 방법 및 장치 {A method for detecting MC-CDMA(Multi Carrier Code Division Multiple Access) ranging signal, and an apparatus therefor}
도 1은 일반적인 OFDM 심볼 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동국이 전송하는 레인징 신호의 OFDM 부반송파 할당 방법을 예시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동국의 레인징 신호 송신기 구조를 예시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 레인징 신호 탐색 구간을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기지국 레인징 신호 수신기 구조를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레인징 신호 복조 블록을 나타내는 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레인징 신호 검출기의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 버터플라이 코히런트 컴바이너의 구성도이다.
본 발명은 다중반송파 부호 분할 다중접속(MC-CDMA) 방식의 레인징 신호 검출 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, OFDM 기반의 무선통신 시스템에 있어서, 이동국이 송신한 직교주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 기반의 다중반송파 부호 분할 다중접속(Multi Carrier Code Division Multiple Access: MC-CDMA) 레인징 신호(ranging signal)를 기지국이 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
OFDM 기반의 무선통신 시스템에서, 기지국은 각 이동국으로부터 수신된 신호의 수신 심볼 시간 경계를 측정하여 OFDM 복조 가능 영역 내에 들어오지 않을 경우, 이동국으로 하여금 송신 시간을 조정하게 하여 기지국 수신단에서 각 이동국으로부터 수신되는 신호의 심볼 시간 경계를 동일하게 맞추어 OFDM 복조를 수월하게 하는데, 이러한 절차를 레인징(Raging)이라 부른다. 이때, 레인징을 위해 이동국이 전송하는 OFDM 신호를 레인징 신호라 하며, 상기 레인징 신호는 이동국의 상향 링크 패킷 대역폭을 요구하는 경우에도 사용된다.
이동국은 맨 처음 전원이 인가되었을 때 레인징 신호를 전송하며, 일단 기지국에 위치 등록이 된 후에는 기지국이 심볼 동기의 추적을 수월하게 하도록 주기적으로 레인징 신호를 전송한다. 그리고 상향 링크의 패킷 데이터 전송을 위한 대역폭을 기지국에 요청할 때도 전송한다.
또한, OFDM 방식을 기반으로 하는 무선통신 시스템에서, 각 이동국은 임의의 심볼 구간에서 레인징 신호를 주파수 다이버시티 효과를 얻기 위해 여러 개의 부반송파로 전송하는데, 이때, 동시에 레인징을 시도하는 이동국 수를 늘리기 위해 서로 다른 PN 코드를 이용하여 주파수 영역에서 확산된 신호를 전송하게 된다. 즉, 상기 레인징 신호는 OFDM 기반의 MC-CDMA 신호이다.
한편, 종래 기술로서, 대한민국 특허출원번호 제2001-89103호(2003년 12월 31일 출원)에는 "직교주파수 분할 다중접속 시스템의 초기 레인징 인터벌과 레인징 부채널 할당 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다.
구체적으로, 상기 선행 발명은 단대 다중(Point-to-multipoint) 광대역 무선접속(Broadband Wireless Access: BWA) 시스템에서, 다중 사용자 직교주파수 분할 다중접속 방식의 무선통신 시스템에서 초기 레인징을 위한 레인징 인터벌과 레인징 부채널 할당 방법에 관한 것으로, 이를 위해 MAC(Media Access Control)에서 초기 레인징 인터벌로서, 소정 개수의 OFDM 심볼들로 구성된 몇 개의 특정 타임 슬롯들을 지정하고, 상기 레인징 인터벌에 따라, 네 가지의 새로운 초기 레인징 부채널 할당 방법들을 초기 레인징 기능을 수행하기 위하여 개시하고 있다. 이에 따라, 상기 선행 발명은 초기 레인징 처리 중에 긴 레인징 부채널로 인한 데이터 부채널에 대한 간섭을 제거하게 된다.
한편, 종래 기술로서, 대한민국 특허출원번호 제2002-9672호(2002년 2월 22일 출원)에는 "직교주파수 분할 다중접속 무선통신 시스템에서 셀과 인접 셀들 간에 다른 레인징 코드 세트 할당 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다.
구체적으로, 상기 선행 발명은, OFDM 무선통신 시스템에서 각 셀에 등록되어 있는 단말기들이 자신이 등록되어 있는 셀을 쉽게 구별할 수 있도록 각 기지국에서 사용하는 레인징 코드들을 다르게 할당하는 방법과 단말기들의 서비스 등급에 따라 각 기지국이 단말기에게 차별적으로 레인징 응답 신호를 전송하는 방법을 개시하고 있다. 이에 따라, 상기 선행 발명은 인접한 셀마다 서로 다른 레인징 코드를 할당함으로써, 인접한 셀간 레인징 간섭 영향을 줄일 수 있다.
한편, 종래 기술로서, VTC'2000지(2000년 가을 간행)의 제1권, 2453 내지 2457 페이지에는 "An Efficient Carrier Frequency Offset Estimation Scheme for an OFDM System"이라는 명칭의 논문이 게재되어 있다.
구체적으로, 상기 선행 논문은, OFDM 시스템에서 주파수 오프셋을 추정하는 방법에 관한 것으로, 캐리어 주파수 간격으로 정규화된 주파수 오프셋의 추정을 두 단계로 나누어 수행하는데, 첫 번째 단계는 획득(Acquisition) 단계이고, 두 번째 단계는 루프 추적(Tracking loop) 단계로서, 주파수 오프셋 추정을 위해 1개의 파일롯 OFDM 블록만을 갖는다. 상기 선행 논문에 따르면, 주파수 오프셋 추정 범위(Estimation range)가 넓어지는 장점이 있으므로, OFDM 시스템의 복조기에 사용될 수 있다.
한편, 종래의 레인징 신호 검출 방법은 이동국으로 하여금 레인징 신호 전송 시에 파일롯 또는 프리앰블을 레인징 심볼 앞 부분에 삽입하여 전송하고 기지국은 레인징 심볼과 같이 수신된 파일롯 또는 프리앰블 신호를 이용하여 코히런트하게 복조하는 방법이다.
그러나, 상기 파일롯 또는 프리앰블을 레인징 신호에 덧붙여 전송하여 기지국에서 이를 이용하여 레인징 신호를 코히런트(Coherent: 간섭성) 복조하는 종래의 레인징 신호 검출 방법은, 상기 파일롯 또는 프리앰블은 시간 및 주파수 차원에서 무선자원을 소비하는 결과를 낳게 되어 시스템 용량을 저하시키는 원인이 된다.
또한, 종래의 레인징 신호 검출 방법은, 시간 영역에서 파일롯(또는 프리앰블) 심볼과 레인징 심볼이 서로 다른 심볼 위치에 존재하므로, 고속 이동국 환경에서는 파일롯을 이용한 채널 추정값이 레인징 심볼위치의 채널 값과 다르게 되어 복조 성능이 저하되는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 OFDM 시스템에서 MC-CDMA 형태로 기지국으로 전송되는 레인징 신호 검출시, 파일롯 또는 프리앰블이 없이도 이동국으로부터 수신된 레인징 신호를 코히런트하게 복조할 수 있는 OFDM 기반의 MC-CDMA 방식의 레인징 신호 검출 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 레인징 수신기의 레인징 신호 검출 확률을 향상시킬 수 있는 OFDM 기반의 MC-CDMA 방식의 레인징 신호 검출 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 기지국의 레인징 신호 검출 장치는,
OFDM 기반의 무선통신 시스템에서 이동국이 송신한 MC-CDMA 레인징 신호를 기지국이 검출하는 장치에 있어서,
기지국 기준 시간 심볼 경계에서 시작해서 소정 샘플(W)의 탐색 구간만큼의 주기적 전치 부호(Cyclic Prefix) 부분을 제거하는 CP 제거기;
상기 제거된 소정 샘플(W) 이후에 상기 NFFT개의 시간영역 샘플링 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 퓨리에 변환기(FFT) 블록; 및
상기 NFFT개의 시간영역 신호의 샘플을 퓨리에 변환(FFT)하여 얻은 NFFT개의 주파수 영역의 신호 중에서 현재 심볼 구간의 레인징 부반송파에 해당하는 NRAG개의 주파수 영역 신호를 선택하는 레인징 복조 블록
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 기지국의 레인징 신호 검출용 수신기는,
FDM 기반의 무선통신 시스템에서 이동국이 송신한 MC-CDMA 레인징 신호를 기지국이 검출하는 수신기에 있어서,
이동국이 송신한 고주파(RF) 신호를 수신하여, 상기 고주파(RF) 신호를 증폭하고, 기저대역 신호(IF)로 변환시키는 RF/IF 유닛;
기지국 시간 기준 심볼 경계로부터 소정 샘플(W) 떨어진 지점인 이동국으로부터 수신된 상향링크 OFDM 심볼의 시작점에서 시작하여 총 NFFT개의 시간영역 신호의 샘플을 얻은 후, 상기 샘플 값을 퓨리에 변환(FFT)하여 NFFT개의 주파수 영역의 레인징 신호를 검출하는 레인징 신호 검출부; 및
상기 레인징 신호 검출부로부터 출력되는 각각의 레인징 코드가 미리 최대 출력 값이 지정된 임계치 값보다 클 경우, 상위 계층에 이를 보고하는 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 기지국의 레인징 신호 검출 방법은,
OFDM 기반의 무선통신 시스템에서 이동국이 송신한 MC-CDMA 레인징 신호를 기지국이 검출하는 방법에 있어서,
a) 이동국이 송신한 무선(RF) 신호를 수신하여, 상기 수신된 RF 신호를 증폭 및 기저대역 신호로 변환시키는 단계;
b) 상기 기저대역 신호로 변환된 신호를 기지국 시간 기준 심볼 경계에서 시작해서 소정 샘플(W)의 탐색 구간만큼 주기적 전치 부호(CP) 부분을 제거하는 단계;
c) 상기 제거된 소정 샘플(W) 이후 NFFT개의 복소(Complex) 시간영역 샘플링 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 퓨리에 변환(FFT) 단계; 및
d) 상기 기지국 시간 기준 심볼 경계로부터 소정 샘플(W) 떨어진 지점인 이동국으로부터 수신된 상향링크 OFDM 심볼의 시작점에서 시작하여 총 NFFT개의 시간영역 신호의 샘플을 얻은 후, 상기 샘플 값을 퓨리에 변환(FFT)하여 NFFT개의 주파수 영역의 레인징 신호를 검출하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 이동국의 레인징 신호 송신 방법은,
OFDM 기반의 무선통신 시스템에서 이동국의 MC-CDMA 레인징 신호 송신 방법에 있어서,
a) 이동국의 상위계층으로부터 받은 코드번호에 해당하는 길이가 NRAG인 레인징 PN 코드 발생 단계;
b) 상기 NFFT개의 부반송파 중에서 현재의 심볼 구간에 대해 정해진 NRAG개의 레인징 부반송파를 선택하되, 상기 NRAG개의 선택된 레인징 부반송파는 두 개씩 짝을 지어 적어도 각각의 2개의 부반송파 쌍은 바로 인접한 부반송파를 사용하는 단계;
c) 상기 NRAG개의 레인징 부반송파에 대해 주파수 영역 신호를 시간 영역 신호로 변환하는 역퓨리에 변환(Inverse Fast Fourier Transformer: IFFT) 단계;
d) 상기 NRAG개의 레인징 부반송파에 대해 주기적인 전치 부호(Cyclic Prefix)를 삽입하는 단계;
e) 상기 NRAG개의 레인징 부반송파에 대해 기저대역 신호를 고주파(RF) 신호로 변환하는 단계; 및
f) 상기 고주파(RF) 신호를 안테나를 통해 무선으로 송출하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기지국의 레인징 신호 검출기가 파일롯 또는 프리앰블이 없이도 이동국으로부터 수신된 레인징 신호를 코히런트하게 복조할 수 있고, 즉, 이동국이 레인징 신호를 위해 프리앰블 또는 파일롯을 부가로 보내지 않아도 되기 때문에 종래의 방식에 비해 시스템 용량을 증대시킬 수 있고, 또한, OFDM 시스템의 레인징 검출기에 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 기반의 MC-CDMA 방식의 레인징 신호 검출 방법 및 장치를 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에서, 이동국은 레인징 신호를 전송할 때 파일롯 또는 프리앰블을 별도로 전송하지 않는 대신에 여러 개의 부반송파로 전송되는 레인징 신호를 2개씩 짝을 지워서 인접한 부반송파로 전송한다.
이에 따라, 기지국은 인접한 두 OFDM 주파수간에는 채널의 위상이 동일하다는 특성을 이용하여, 인접한 두 개의 부반송파 각각의 FFT 출력을 서로 이용하여 코히런트하게 복조할 수 있다.
도 1은 일반적인 OFDM 심볼 구조를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 한 개의 OFDM 심볼 구간(120)은 Ns개의 OFDM 샘플이 존재하며, 이것은 샘플수가 Ncp인 주기적 전치 부호(Cyclic Prefix) 구간(110)과 샘플 수 NFFT인 유효 심볼구간(130)으로 이루어진다.
구체적으로, 상기 OFDM 심볼의 전송은 심볼 단위로 이루어지지만, OFDM 심볼 이 다중경로 채널을 통해 전송되는 동안 이전 심볼에 의한 영향을 받게 된다. 이러한 OFDM 심볼간 간섭을 방지하기 위해 연속된 심볼 사이에 채널의 최대 지연확산보다 긴 보호구간(guard interval)을 삽입한다. 상기 OFDM 심볼주기, 즉 OFDM 심볼 구간(120)은 실제 데이터가 전송되는 유효 심볼주기, 즉 유효 심볼구간(130)과 보호구간의 합이 되며, 수신단에서는 보호구간을 제거한 후 유효 심볼구간(130) 동안의 데이터를 취하여 복조를 수행한다. 상기 보호구간에는 부반송파의 지연에 의해 발생할 수 있는 직교성의 파괴를 방지하기 위해 유효 심볼구간(130)에서 마지막 구간의 신호를 복사하여 삽입하게 되며 이를 cyclic prefix(CP)라 한다.
상기 CP의 삽입으로 대역폭 효율은 만큼 감소하게 되며, 유효 심볼구간(130)의 신호 대 잡음비 손실이 발생한다. 이러한 CP의 삽입에 의한 신호 대 잡음비 손실이 1% 이하가 되도록 유효 심볼구간(130)의 길이를 설정하게 된다.
한편, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동국이 전송하는 레인징 신호의 OFDM 부반송파 할당 방법을 예시하는 도면으로서, 임의의 이동국이 전송한 레인징 신호의 부반송파 할당의 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 시스템에서 사용되는 총 부반송파 수는 OFDM FFT 크기인 NFFT이며, 이중 레인징을 위해 사용되는 부반송파(210) 수는 NRAG이고 나머지 부반송파는 상향링크 데이터 전송을 위해 사용된다. NRAG개의 레인징 신호는 주파수 다이버시티를 얻기 위해, 전 주파수 영역에 걸쳐 흩어져 있으되 2개씩 쌍을 지어 인접한 부반송파에서 전송된다.
상기 NRAG개의 레인징 신호가 위치하는 부반송파(210)는 주파수 호핑 패턴을 이용하여 매 심볼마다 다르게 가져갈 수 있다. 즉, 첫 번째 심볼구간(220)과 다른 심볼구간(230)에서의 레인징 신호가 위치하는 부반송파(210)의 위치가 다른 것을 알 수 있다.
또한, 임의의 심볼 구간에서 서로 다른 이동국은 레인징 신호로서 동일한 NRAG개의 부반송파를 사용하되, 각각의 부반송파에 서로 다른 PN 코드를 이용하여 구분될 수 있다. 즉, 상기 레인징 신호는 주파수 축 상에서의 서로 다른 PN 코드로 이동국을 구분하는 OFDM 기반의 MC-CDMA(Multi Carrier Code Division Multiple Access) 신호이다.
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동국의 레인징 신호 송신기 구조를 예시하는 도면으로서, 임의의 이동국 레인징 송신기 구조를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 이동국 레인징 송신기는 길이가 NRAG인 PN 코드를 발생하는 레인징 부호발생기(310), 직병렬 변환기(320), NFFT개의 부반송파 중 NRAG개의 레인징 부반송파를 선택하는 부반송파 선택기(330), 주파수 영역 신호를 시간 영역 신호로 바꾸어 주는 IFFT 블록(340), Cyclic Prefix 삽입기(350), RF/IF 유닛(360) 및 안테나(370)로 이루어진다.
상기 레인징 코드 발생기(310)의 출력은 1 또는 -1의 값을 가진다. 결국, NRAG개의 레인징 코드 발생기 출력은 직병렬 변환되어, 부반송파 선택기(330)에서 선택된 NRAG개의 부반송파 신호 각각을 BPSK 변조하는 형태가 된다.
이때, 서로 다른 이동국이 서로 다른 레인징 코드를 사용함으로써, 임의의 OFDM 심볼구간에서 동시에 다수의 이동국이 각각 레인징 신호를 전송하더라도 기지국 수신기는 이를 구분해낼 수 있다. 즉, 각각의 이동국의 레인징 신호는 주파수 축 상에서 서로 다른 PN 코드로 확산(spreading)된 형태이며, 기지국 수신단에서 각각의 PN 코드로 재확산(despreading)함으로써 다수의 이동국으로부터의 신호를 검출할 수 있다.
상기 레인징 코드 정보는 순방향 링크의 공통 제어 채널을 통해 기지국에서 이동국으로 항상 방송되며 이동국은 이 코드 정보를 이용해 사용할 PN 코드를 선택한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이동국의 MC-CDMA 레인징 신호 송신 방법은, 먼저, 이동국의 상위계층으로부터 받은 코드번호에 해당하는 길이가 NRAG인 레인징 PN 코드를 발생하고, 이후, 상기 NFFT개의 부반송파 중에서 현재의 심볼 구간에 대해 정해진 NRAG개의 레인징 부반송파를 선택한다. 이때, 상기 NRAG개의 선택된 레인징 부반송파는 두 개씩 짝을 지어 적어도 각각의 2개의 부반송파 쌍은 바로 인접한 부반송파를 사용하게 된다.
이후, 상기 NRAG개의 레인징 부반송파에 대해 주파수 영역 신호를 시간 영역 신호로 IFFT 변환하고, 다음으로, 상기 NRAG개의 레인징 부반송파에 대해 주기적인 전치 부호(Cyclic Prefix)를 삽입하게 된다. 다음으로, 상기 NRAG개의 레인징 부반송파에 대해 기저대역 신호를 고주파(RF)로 변환한 후, 상기 고주파(RF) 신호를 안테나를 통해 무선으로 송출하게 된다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 레인징 신호 탐색 구간을 예시하는 도면으로서, 두 개의 이동국으로부터 수신된 레인징 신호의 시간영역을 예시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 도면부호 410은 탐색 구간으로서, W개의 샘플이 사용되며, 도면부호 420은 FFT에 사용되는 구간으로서, NFFT개의 샘플이 사용되며, 도면부호 430은 기지국 기준의 심볼 경계를 나타낸다. 또한, 도면부호 440은 제1 이동국으로부터 수신된 상향링크 OFDM 심볼의 시작점이고, 도면부호 450은 제2 이동국으로부터 수신된 OFDM 심볼의 시작점이다. 여기서, d는 샘플링 간격을 나타낸다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 레인징 신호 검출기는 매 심볼마다 각 이동국이 송신한 레인징 신호의 존재 유무와 도착 시간을 검출하고, 즉, 상기 상향링크 OFDM 심볼의 시작점(440, 450)을 검출하여 상위 계층에 보고하게 된다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기지국 레인징 신호 수신기 구조를 예시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기지국 레인징 신호 검출부(530)는 도 4에 도시된 기지국 시간 기준 심볼 경계(430)로부터 W 샘플 떨어진 지점인 제1 이동국으로부터 수신된 상향링크 OFDM 심볼의 시작점(440)에서 시작하여 총 NFFT개의 시간영역 신호의 샘플(420)을 얻은 후에, 상기 샘플 값을 퓨리엔 변환(FFT)하여 NFFT개의 주파수 영역의 신호를 얻게 된다. 즉, 동일한 심볼 위치의 인접한 주파수의 채널 추정값을 이용하여 NFFT개의 주파수 영역의 신호를 얻게 된다.
이때, 상기 FFT 샘플링의 시작점(440)과 기지국 시간 기준 심볼 경계(430)는 W 샘플(410) 떨어져 있는데, 여기서, 상기 W는 도 1에 도시된 CP의 샘플수인 Ncp(110)와 같거나 또는 다를 수도 있으며, 실질적으로 셀 반경을 고려한 최대 라운드 트립 지연(Round Trip Delay)의 함수가 된다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레인징 신호 복조 블록을 나타내는 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기지국 수신단의 레인징 복조 블록(600)은 상기 NFFT개의 시간영역 신호의 샘플(420)을 FFT 취하여 얻은 NFFT개의 주파수 영역의 신호 중에서 현재 심볼 구간의 레인징 부반송파에 해당하는 NRAG개의 주파수 영역 신호를 선택한다.
이때, 상기 선택된 NRAG개의 주파수 영역 신호는 다음의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112004056203217-pat00001
여기서, 상기 수학식 1에서 각 구성요소는 복소값을 가지며, 다음 수학식 2와 같이 다시 표현될 수 있다.
Figure 112004056203217-pat00002
여기서, 상기 K는 현재 심볼 구간에서 동시에 레인징 신호를 전송하는 이동국의 수이고,
Figure 112004056203217-pat00003
는 k번째 이동국으로부터 m번째 레인징 부반송파로 수신된 신호 성분을 의미한다. 여기서
Figure 112004056203217-pat00004
는 k번째 이동국이 m번째 레인징 부반송파로 신호를 전송했을 때, 채널에서 겪는 진폭 특성을 나타내며, 일반적으로 레일라이 페이딩 특성을 지닌다.
상기
Figure 112004056203217-pat00005
는 k번째 이동국이 m번째 레인징 부반송파로 신호를 전송했을 때, 채널에서 겪는 위상 특성을 나타내며, 0°에서 360°의 균일 분포를 가진다.
또한, 상기
Figure 112004056203217-pat00006
는 k번째 이동국이 사용하는 길이 NRAG인 PN 코드 시퀀스의 m번째 요소를 나타낸다.
한편, 본 발명의 의 실시예에 따른 기지국 수신단의 레인징 복조 블록(600)은 총 S개의 레인징 코드에 대한 레인징 신호 검출기(630-S)를 포함한다. 이때, 이동국이 전송하는 레인징 코드는 상기 S개의 코드중의 하나가 된다.
상기 S개의 레인징 신호 검출기(630-S) 각각은 수학식 1로 표현되는 상기 입력 신호를 받아 각각의 레인징 코드(632-1, 632-2, 632-S)를 먼저 곱한다.
이후, 상기 레인징 코드(632-1, 632-2, 632-S)가 곱해진 곱셈기(631-1, 631-2, 631-S) 출력신호는 각 레인징 코드별 지연신호 검출기(633-1, 633-2, 633-S)의 입력이 된다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레인징 신호 검출기의 구성도이다.
도 7을 참조하면, 각각의 레인징 코드에 대한 상기 지연신호 검출기(633-1, 633-2, 633-S)는 입력신호를 기지국의 레인징 신호 탐색구간(410)의 샘플 수인 W개만큼 분주한 뒤, 각각에 대해 샘플링 인덱스(u=1, 2, … , W)에 해당하는 위상 지연(711-1, 711-2, 711-W)을 곱한 뒤, 이 값을 입력으로 하는 본 발명의 실시예에 따른 버터플라이 코히런트 컴바이너를 포함한다.
한편,
Figure 112004056203217-pat00007
번째 레인징 코드에 대한
Figure 112004056203217-pat00008
번째 버터플라이 코히런트 컴바이너의 입력은 다음의 수학식 3으로 표현될 수 있다:
Figure 112004056203217-pat00009
이때, 상기
Figure 112004056203217-pat00010
은 다음 수학식 4로 다시 표현될 수 있다.
Figure 112004056203217-pat00011
결국, 본 발명의 실시예에 따른
Figure 112004056203217-pat00012
번째 레인징 코드에 대한
Figure 112004056203217-pat00013
번째 버터플라이 코히런트 컴바이너의 역할은 다음의 수학식 5로 표현되는
Figure 112004056203217-pat00014
를 구하는 것이 된다. 즉, k번째 코드에 대한 u번째 지연성분에 대한 최종 버터플라이 코히런트 컴바이너 출력은 다음 수학식 5와 같다.
Figure 112004056203217-pat00015
여기서, 상기
Figure 112004056203217-pat00016
은 아래의 수학식 6으로 표현되며, Re{x}는 복소수 x에서 실수(real) 부분만 취한다는 의미이다.
Figure 112004056203217-pat00017
여기서, 상기
Figure 112004056203217-pat00018
은 복소수
Figure 112004056203217-pat00019
의 켤레 복소수(Conjugate)를 의미한다.
또한, 상기
Figure 112004056203217-pat00020
은 다음 수학식 9로 표현된다.
Figure 112004056203217-pat00021
상기
Figure 112004056203217-pat00022
는 길이가 NRAG인 k번째 레인징 PN 코드 시퀀스의 m번째 요소이고,
Figure 112004056203217-pat00023
은 NFFT개의 복소 FFT 출력신호를 입력으로 받아 이중에서 미리 지정된 현재 심볼 구간의 NRAG개의 부반송파 인덱스 값들을 이용하여 선택되는 NRAG개의 복소 주파수 영역 신호 벡터 중 m번째 값이다. 그리고, 상기
Figure 112004056203217-pat00024
는 W개의 지연성분 중에서 u번째 지연성분에 대한 위상 천이(Phase Shift) 값을 나타낸다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 버터플라이 코히런트 컴바이너의 구 성도로서, 상기 수학식 5의 연산을 수행하기 위한 버터플라이 코히런트 컴바이너를 예시하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 입력은 직병렬 변환되고, 상기 변환된 NRAG개의 출력은 각각 차례대로 쌍을 지어 수학식 6에서 정의된 바와 같이, 버터플라이 형태로 홀수 번째 가지에는 다음의 인접한 짝수 번째 가지의 켤레 복소값이 곱해지고, 짝수 번째 가지에는 이전의 인접한 홀수 번째 가지의 켤레 복소값이 곱해진다. 결국, 총 NRAG개의 곱셈 값이 결합기인 컴바이너(850)로 들어가서 컴바이닝된다.
이러한 버터플라이 코히런트 컴바이닝 방법은 인접한 두 개의 부반송파간에는 채널의 위상 특성이 동일한 특성을 이용하는 것으로서, 전술한 바와 같이 동일한 심볼 위치의 인접한 주파수의 채널 추정값을 사용하여 컴바이닝을 수행함으로써 원하는 신호의 채널 위상을 코히런트하게 제거할 수 있고, 서로 다른 코드가 곱해진 다른 이동국 신호의 간섭은 컴바이너(850)의 재확산(Despreading) 효과에 의해 원하는 신호 성분에 비해 크기가 매우 줄어든다.
이후, 상기 k번째 코드에 대한 W개의 버터플라이 코히런트 컴바이너 출력은 본 발명의 실시예에 따른 결정부(Decision Device)인 비교부(730)의 입력으로 들어간다.
본 발명의 실시예에 따른 결정부(730)는 상기 W개의 버터플라이 코히런트 컴바이너 출력 값 중 가장 큰 값을 선택하여 최대 출력 값과 최대 출력 값의 인덱스를 제어기(540)에 보고한다.
상기 제어기(540)는 S개의 코드 각각에 대한 상기 최대 출력 값이 미리 지정된 임계치 값보다 클 경우, 상위(MAC 계층)에 이를 보고한다. 또한, 상기 제어기(540)는 상위 인덱스 값에 의해 주어지는 해당 코드에 대한 레인징 신호의 지연정보도 상위에 보고한다.
이하, 도 5 내지 도 8을 다시 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 레인징 수신기를 포함하는 기지국 수신단을 구체적으로 설명한다.
도 5를 다시 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기지국 수신기는 이동국이 송신한 무선 신호를 받아들이는 안테나부(510), 수신된 RF 신호를 증폭 및 기저대역 신호로 변환시키는 RF/IF 유닛(520)을 거쳐 본 발명의 실시예에 따른 레인징 신호 검출부(530)로 들어온다.
상기 레인징 신호 검출부(530)는 기지국 기준 시간 심볼 경계(430)에서 시작해서 W 샘플의 탐색 구간(410)만큼의 Cyclic Prefix 부분을 제거하는 CP 제거기(531), 그리고 제거된 W 샘플 이후 NFFT개의 시간영역 샘플링 신호를 주파수 영역의 신호로 바꾸어 주는 FFT 블록(533) 및 레인징 복조 블록(600)을 포함하며, 상기 레인징 신호 검출부(530)의 출력은 제어기(540)로 입력된다.
도 6을 다시 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레인징 복조 블록(600)은 NFFT개의 FFT 출력신호를 입력으로 받아 이중 미리 지정된 현재 심볼 구간의 NRAG개의 반송파 인덱스 값들을 이용해 NRAG개의 주파수 영역 신호를 선택하는 레인징 부반송파 선택기(610), 병직렬 변환기(620) 및 1개 이상의 레인징 신호 검출기(630-1, 630-2, 630-S)를 포함한다.
상기 레인징 신호 검출기(630-1, 630-2, 630-S)는 레인징 코드 발생기(612-1, 612-2, 612-S), 상기 병직렬 변환기(620) 출력신호에 레인징 코드 발생기(612-1, 612-2, 612-S)에서 발생되는 레인징 코드를 곱하는 곱셈기(611-1, 611-2, 611-S), 및 상기 곱셈기(611-1, 611-2, 611-S) 출력을 입력으로 하는 지연신호 검출기(613-1, 613-2, 613-S)를 포함한다.
도 7을 다시 참조하면, 상기 지연신호 검출기(613-1, 613-2, 613-S)는 레인징 코드가 곱해진 상기 곱셈기(611-1, 611-2, 611-S) 출력을 입력으로 받으며 한 개 이상의 지연(delay) 위상 변환기(710-1, 710-2, 710-W), 지연위상 변환기 출력을 입력으로 하는 한 개 이상의 버터플라이 코히런트 컴바이너(720-1, 720-2, 720-W), 및 한 개 이상의 버터플라이 코히런트 출력을 받아 최대값을 선택하고 상기 선택된 최대값과 코드 번호 및 지연 인덱스를 제어기(540)로 보고하는 비교기(730)로 이루어져 있다.
본 발명의 실시예에 따른 버터플라이 코히런트 컴바이너(720-1, 720-2, 720-W)는 위상변환기(710-1, 710-2, 710-W)로부터 받은 신호를 직병렬 변환하는 직병렬 변환기(810)를 포함하며, 상기 변환된 NRAG개의 출력은 각각 차례대로 쌍을 지어 수학식 6에서 정의된 바와 같이, 버터플라이 형태로 홀수 번째 가지에는 다음의 인접한 짝수 번째 가지의 켤레 복소값이 곱해지고, 짝수 번째 가지에는 이전의 인접한 홀수 번째 가지의 켤레 복소값이 곱해진다. 결국, 총 NRAG개의 곱셈 값이 도 8에 도시된 결합기(850)로 들어가서 컴바이닝된다.
도 8을 다시 참조하면, 상기 컴바이닝된 값(810)은 실수 부분만 취한 뒤 비교기(730)의 입력으로 들어간다. 도 8에서 Conj(820-1, 820-2, 820-3, 820-4, …)는 켤레 복소값을 취한다는 의미이고, Re{}(840-1, 840-2, 840-3, 840-4, …)는 실수(Real) 부분만 취한다는 의미이다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 레인징 신호 검출기는 파일롯 또는 프리앰블이 없이도 이동국으로부터 수신된 레인징 신호를 코히런트하게 복조할 수 있고, 또한, 파일롯 심볼의 시간영역 위치가 레인징 심볼의 위치와 다른 파일롯의 채널 추정 결과를 레인징 신호 복조에 사용하는 종래의 방법은 이동국의 속도가 고속일 때 성능이 매우 저하될 수 있는 반면에, 본 발명의 실시예는 동일한 심볼 위치의 인접한 주파수의 채널 추정값을 사용하기 때문에, 이동국 속도가 고속이라 하더라도 성능이 저하되지 않게 된다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 기지국의 레인징 신호 검출기가 파일롯 또는 프리앰블이 없이도 이동국으로부터 수신된 레인징 신호를 코히런트하게 복조함으로써, 종래의 방식에 비해 시스템 용량을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 동일한 심볼 위치의 인접한 주파수의 채널 추정값을 사용하기 때문에, 이동국 속도가 고속이라 하더라도 성능이 저하되지 않고, 고속 이동 환경에서도 레인징 신호 검출 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (15)

  1. OFDM 기반의 무선통신 시스템에서 이동국이 송신한 MC-CDMA 레인징 신호를 기지국이 검출하는 장치에 있어서,
    기지국 기준 시간 심볼 경계에서 시작해서 소정 샘플(W)의 탐색 구간만큼의 주기적 전치 부호(Cyclic Prefix) 부분을 제거하는 CP 제거기;
    상기 제거된 소정 샘플(W) 이후에 상기 NFFT개의 시간영역 샘플링 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 퓨리에 변환기(FFT) 블록; 및
    상기 NFFT개의 시간영역 신호의 샘플을 퓨리에 변환(FFT)하여 얻은 NFFT개의 주파수 영역의 신호 중에서 현재 심볼 구간의 레인징 부반송파에 해당하는 NRAG개의 주파수 영역 신호를 선택하는 레인징 복조 블록
    을 포함하는 기지국의 레인징 신호 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레인징 복조 블록은,
    상기 NFFT개의 FFT 출력신호를 입력으로 받아 이중 미리 지정된 현재 심볼 구간의 NRAG개의 반송파 인덱스 값들을 이용하여 NRAG개의 병렬 주파수 영역 신호를 선택하는 레인징 부반송파 선택기;
    상기 NRAG개의 병렬 주파수 영역 신호를 일련의 직렬신호로 변환하는 병직렬 변환기; 및
    상기 NFFT개의 주파수 영역의 레인징 신호를 검출하는 복수의 레인징 신호 검출기
    를 포함하는 기지국의 레인징 신호 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 레인징 신호 검출기는,
    각각 레인징 코드를 발생하는 소정 개수(S)의 레인징 코드 발생기;
    상기 병직렬 변환기 출력신호에 상기 레인징 코드 발생기에서 발생되는 레인징 코드를 각각 곱하는 곱셈기; 및
    상기 곱셈기 출력을 입력으로 하여 지연신호를 검출하는 지연신호 검출기
    를 포함하는 기지국의 레인징 신호 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 지연신호 검출기는,
    상기 레인징 코드가 곱해진 상기 곱셈기 출력을 입력으로 받아 지연된 위상을 변환하는 복수의 지연 위상 변환기;
    상기 지연위상 변환기 출력을 입력으로 하여 직병렬 변환하고, 상기 병렬로 변환된 NRAG개의 출력은 각각 차례대로 쌍을 지어 버터플라이 형태로 곱하여 총 NRAG개의 곱셈 값을 컴바이닝하는 복수의 버터플라이 코히런트 컴바이너; 및
    상기 한 개 이상의 버터플라이 코히런트 출력을 받아 최대값을 선택하고, 상 기 선택된 최대값과 코드 번호 및 지연 인덱스를 보고하는 비교기
    를 포함하는 기지국의 레인징 신호 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 버터플라이 코히런트 컴바이너는, 상기 위상 변환기로부터 받은 신호를 직병렬 변환하는 직병렬 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국의 레인징 신호 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 직병렬 변환기에 의해 병렬로 변환된 NRAG개의 출력은 각각 차례대로 쌍을 지어 버터플라이 형태로 홀수 번째 가지에는 다음의 인접한 짝수 번째 가지의 켤레 복소값이 곱해지고, 짝수 번째 가지에는 이전의 인접한 홀수 번째 가지의 켤레 복소값이 곱해지는 것을 특징으로 하는 기지국의 레인징 신호 검출 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 컴바이닝된 NRAG개의 곱셈 값은 실수 부분만 취한 후, 상기 비교기로 입력되는 것을 특징으로 하는 기지국의 레인징 신호 검출 장치.
  8. OFDM 기반의 무선통신 시스템에서 이동국이 송신한 MC-CDMA 레인징 신호를 기지국이 검출하는 수신기에 있어서,
    이동국이 송신한 고주파(RF) 신호를 수신하여, 상기 고주파(RF) 신호를 증폭하고, 기저대역 신호(IF)로 변환시키는 RF/IF 유닛;
    기지국 시간 기준 심볼 경계로부터 소정 샘플(W) 떨어진 지점인 이동국으로부터 수신된 상향링크 OFDM 심볼의 시작점에서 시작하여 총 NFFT개의 시간영역 신호의 샘플을 얻은 후, 상기 샘플 값을 퓨리에 변환(FFT)하여 NFFT개의 주파수 영역의 레인징 신호를 검출하는 레인징 신호 검출부; 및
    상기 레인징 신호 검출부로부터 출력되는 각각의 레인징 코드가 미리 최대 출력 값이 지정된 임계치 값보다 클 경우, 상위 계층에 이를 보고하는 제어부
    를 포함하는 기지국의 레인징 신호 검출용 수신기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 상위 인덱스 값에 의해 주어지는 해당 코드에 대한 레인징 신호의 지연정보를 상위 계층에 보고하는 것을 특징으로 하는 기지국의 레인징 신호 검출용 수신기.
  10. 제8항에 있어서, 상기 기지국의 레인징 신호 검출 장치는,
    상기 기지국 기준 시간 심볼 경계에서 시작해서 소정 샘플(W)의 탐색 구간만큼의 주기적 전치 부호(Cyclic Prefix) 부분을 제거하는 CP 제거기;
    상기 제거된 소정 샘플(W) 이후에 상기 NFFT개의 시간영역 샘플링 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 퓨리에 변환기(FFT) 블록; 및
    상기 NFFT개의 시간영역 신호의 샘플을 퓨리에 변환(FFT)하여 얻은 NFFT개의 주파수 영역의 신호 중에서 현재 심볼 구간의 레인징 부반송파에 해당하는 NRAG개의 주파수 영역 신호를 선택하는 레인징 복조 블록
    을 포함하는 기지국의 레인징 신호 검출용 수신기.
  11. OFDM 기반의 무선통신 시스템에서 이동국이 송신한 MC-CDMA 레인징 신호를 기지국이 검출하는 방법에 있어서,
    a) 이동국이 송신한 무선(RF) 신호를 수신하여, 상기 수신된 RF 신호를 증폭 및 기저대역 신호로 변환시키는 단계;
    b) 상기 기저대역 신호로 변환된 신호를 기지국 시간 기준 심볼 경계에서 시작해서 소정 샘플(W)의 탐색 구간만큼 주기적 전치 부호(CP) 부분을 제거하는 단계;
    c) 상기 제거된 소정 샘플(W) 이후 NFFT개의 복소(Complex) 시간영역 샘플링 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 퓨리에 변환(FFT) 단계; 및
    d) 상기 기지국 시간 기준 심볼 경계로부터 소정 샘플(W) 떨어진 지점인 이동국으로부터 수신된 상향링크 OFDM 심볼의 시작점에서 시작하여 총 NFFT개의 시간 영역 신호의 샘플을 얻은 후, 상기 샘플 값을 퓨리에 변환(FFT)하여 NFFT개의 주파수 영역의 레인징 신호를 검출하는 단계
    를 포함하는 기지국의 레인징 신호 검출 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    e) 상기 레인징 신호 각각이 미리 최대 출력 값이 지정된 임계치 값보다 클 경우, 상위 계층에 이를 보고하는 단계를 추가로 포함하는 기지국의 레인징 신호 검출 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 e) 단계는,
    d-1) 상기 NFFT개의 복소 FFT 출력신호를 입력으로 받아 이중 미리 지정된 현재 심볼 구간의 NRAG개의 부반송파 인덱스 값들을 이용하여 NRAG개의 복소 주파수 영역 신호를 선택하는 단계;
    d-2) 상기 NRAG개의 선택된 병렬 주파수 영역 신호를 병직렬 변환하는 단계;
    d-3) 상기 병직렬 출력신호를 S개로 복사하여 각각을 S개의 레인징 신호 검출기로 분배하는 단계;
    d-4) 상기 각각의 레인징 신호 검출기는 입력 신호에 각각의 레인징 신호 검출기에 할당된 레인징 코드를 곱하는 단계;
    d-5) 상기 레인징 코드가 곱해진 신호를 W개로 복사하여 각각에 대해 해당 지연만큼의 위상 성분을 곱하는 단계;
    d-6) 상기 지연 위상 성분이 곱해진 W개의 신호 각각을 직병렬 변환하는 단계;
    d-7) 상기 직병렬 변환된 NRAG개의 복소 출력에 대해 각각 차례대로 쌍을 지어 버터플라이 형태로 홀수 번째 가지에는 다음의 인접한 짝수 번째 가지의 켤레 복소값이 곱하고, 짝수 번째 가지에는 이전의 인접한 홀수 번째 가지의 켤레 복소값이 곱하는 단계;
    d-8) 상기 인접한 켤레 복소값이 곱해진 NRAG개의 복소값의 실수 부분만 취하는 단계; 및
    d-9) 상기 NRAG개의 실수값을 컴바이닝하는 단계
    를 포함하는 기지국의 레인징 신호 검출 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 컴바이닝된 W개의 실수 값 중 최대값을 선택한 후, 상기 최대값, 최대 인덱스 및 해당 레인징 코드번호를 보고하는 것을 특징으로 하는 기지국의 레인징 신호 검출 방법.
  15. OFDM 기반의 무선통신 시스템에서 이동국의 MC-CDMA 레인징 신호 송신 방법에 있어서,
    a) 이동국의 상위계층으로부터 받은 코드번호에 해당하는 길이가 NRAG인 레인징 PN 코드 발생 단계;
    b) 상기 NFFT개의 부반송파 중에서 현재의 심볼 구간에 대해 정해진 NRAG개의 레인징 부반송파를 선택하되, 상기 NRAG개의 선택된 레인징 부반송파는 두 개씩 짝을 지어 적어도 각각의 2개의 부반송파 쌍은 바로 인접한 부반송파를 사용하는 단계;
    c) 상기 NRAG개의 레인징 부반송파에 대해 주파수 영역 신호를 시간 영역 신호로 변환하는 역퓨리에 변환(Inverse Fast Fourier Transformer: IFFT) 단계;
    d) 상기 NRAG개의 레인징 부반송파에 대해 주기적인 전치 부호(Cyclic Prefix)를 삽입하는 단계;
    e) 상기 NRAG개의 레인징 부반송파에 대해 기저대역 신호를 고주파(RF) 신호로 변환하는 단계; 및
    f) 상기 고주파(RF) 신호를 안테나를 통해 무선으로 송출하는 단계
    를 포함하는 이동국의 레인징 신호 송신 방법.
KR1020040099144A 2004-11-30 2004-11-30 다중반송파 부호 분할 다중접속(ｍｃ-ｃｄｍａ) 방식의레인징 신호 검출 방법 및 장치 KR100585233B1 (ko)

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