KR100706410B1 - 업링크 동기화 방법과 그 방법을 채용한 통신 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 GPS 정보를 활용하여 업링크 동기화시키는 방법 및 그 방법을 채용한 시분할 방식의 통신 시스템에 관한 것으로, 상기 방법은 이동국 단말기에서 실행 가능한 방법으로서,

기지국으로부터 기지국 위치정보를 수신받는 단계와; GPS 수신부를 통해 이동국 자신의 위치정보를 수신받는 단계와; 상기 기지국의 위치정보와 이동국 자신의 위치정보로부터 기지국과의 거리를 계산하는 단계와; 계산된 거리와 신호의 전파속도로부터 지연시간을 계산하는 단계와; 계산된 지연시간을 보상하도록 업링크 데이터의 송신 타임을 가변하여 업링크 데이터 송신하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

업링크, 동기, TDD.

Description

업링크 동기화 방법과 그 방법을 채용한 통신 시스템{UPLINK SYNCHRONIZATION METHOD AND SYSTEM UTILIZING THE METHOD}

도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 통신 시스템 구성 예시도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동국 단말기의 블럭 구성도.

도 3은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 흐름도.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 업링크 데이터 송수신 프레임 예시도.

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 GPS 정보를 활용하여 업링크 동기화시키는 방법 및 그 방법을 채용한 통신 시스템에 관한 것이다.

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 주파수 효율이 높고 주파수 선택적 페이딩 채널에 쉽게 대처할 수 있으며, 간단한 단일 탭 등화기로 고속 전송시 급격히 증가하는 심볼간 간섭을 보상할 수 있다는 장점을 가진다. 또한 FFT(Fast Fourier Transform)/IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 사용하여 고속처리가 가능하기 때문에, CDMA를 이을 차세대 무선 전송방식으로 각광받고 있 다.

한편 와이브로(WiBro)에서는 송신과 수신이 시간상으로 나뉜 TDD(Time Division Duplexing)방식을 사용하고 있으며, OFDMA의 특성상 업링크(Uplink)의 동기화가 통신품질에 매우 중요한 요소로 작용한다. 즉, 하나의 단말에서 업링크 동기화를 달성하지 못할 경우에는 해당 단말뿐만 아니라 동일 셀내의 다른 단말의 통신품질까지 열화시킨다. 이러한 문제는 USTS(Uplink Synchronous Transmission Scheme) 기술을 이용하여 한 기지국 셀 내의 사용자 단말기들의 업링크 동기를 맞추는 방식으로 해결할 수 있다.

참고적으로 업링크 동기 전송방식(USTS)은 한 기지국 셀내의 사용자 단말기들의 송신시점을 해당 기지국이 관리하는 기준 시간에 맞추어 업링크 채널간 직교성을 최대한 이용한 것을 말한다. 보다 구체적으로, 기지국 셀내의 사용자 단말기는 업링크 채널을 통해 호 접속을 시도한다. 기지국은 신호의 왕복전파지연(Round Trip Propagation Delay)을 측정하여 기준 시간과 호 접속을 시도한 사용자 단말기의 프레임 시작시간 사이의 시간차이를 구한다. 그리고 그 값을 제어채널을 이용하여 해당 사용자 단말기에 알려 준다. 이에 사용자 단말기는 기지국이 보유한 기준 시간에 송신채널 내의 프레임 송신 시점을 맞추게 된다. 통화중에도 지속적인 시간 옵셋의 측정과, 사용자 단말기로의 전달, 사용자 단말기에서의 송신 시점의 조정을 통해서 기지국에서의 신호 도착 시점은 기준 시간에 맞춰진다.

하지만, 기존의 업링크 동기 전송방식에서는 기지국과 각 단말이 시간지연정보를 주기적으로 주고 받아야 하며, 만약 단말이 기지국으로 빠른 속도로 접근하거 나 멀어질 경우에는 여러 번에 걸쳐 시간지연 보정이 필요하게 된다. 이는 재접속의 원인이 될 수 있다. 또한, 기지국에서는 모든 단말에 대한 시간지연정보를 계산해야하기 때문에 그 만큼 계산 부하가 가중되는 부담이 따른다.

이에 본 발명의 목적은 기지국 셀내의 모든 단말들에 대한 시간지연정보를 계산하기 위한 과정을 삭제하여 기지국의 부하 부담을 획기적으로 경감시켜 주면서도 업링크 동기화를 이룰 수 있는 업링크 동기화 방법 및 그 방법을 채용한 통신 시스템을 제공함에 있다.

더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 고속 이동하는 사용자 단말기에서 시간지연을 실시간 보상함으로서 통신 품질을 높일 수 있는 업링크 동기화 방법 및 그 방법을 채용한 통신 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 업링크 동기화 방법은 기지국과 데이터 송수신이 가능한 이동국 단말기에서 실행 가능한 방법으로서,

기지국으로부터 기지국 위치정보를 수신받는 단계와;

GPS 수신부를 통해 이동국 자신의 위치정보를 수신받는 단계와;

상기 기지국의 위치정보와 이동국 자신의 위치정보로부터 기지국과의 거리를 계산하는 단계와;

계산된 거리와 신호의 전파속도로부터 지연시간을 계산하는 단계와;

계산된 지연시간을 보상하도록 업링크 데이터의 송신 타임을 가변하여 업링 크 데이터 송신하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

더 나아가 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 통신 시스템은 셀내의 이동국 단말기들과, 그 단말기 각각과 데이터 송수신이 가능한 기지국을 포함하되,

상기 이동국 단말기는 :

자신의 위치정보와 기지국의 위치정보로부터 기지국과의 거리를 계산하고, 그 계산된 거리와 신호의 전파속도로부터 지연시간을 계산하여, 그 지연시간을 보상하도록 업링크 데이터의 송신 타임을 가변하여 송신하며,

상기 기지국은 :

자신의 위치정보를 셀 내의 이동국 단말기들로 제공하며, 각 이동국 단말기로부터 송신되는 업링크 데이터 프레임을 동기화시켜 처리함;을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 본 발명은 GPS 정보를 이용하여 기지국과 단말기간의 거리를 산출하고, 그 정보로부터 최종적인 지연시간을 획득한후 그 지연시간을 보상하도록 업링크 데이터를 송신한다.

따라서 기지국측에서는 셀내의 모든 단말들에 대한 시간지연정보를 계산하기 위한 별도의 과정이 필요 없기 때문에, 종래 기술에 비해 부하 부담이 획기적으로 경감될 수 있는 특징을 가지게 되는 것이다.

또한 본 발명은 고속 이동하는 이동국 단말기에서 직접 시간지연을 실시간 보상함으로서, 시간지연 산출을 위해 다수의 메세지를 전송해야 하는 종래 기술에 비해 안정된 통신 품질을 유지할 수 있는 특징을 가지게 되는 것이다.

또한 본 발명은 종래 기술과 같이 메세지 교환에 의한 시간지연 보상이 아니므로 종래 기술에 비해 구현이 보다 단순하고 용이한 장점을 추가적으로 가질 수 있게 되는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 통신 시스템 구성을 예시한 것이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템은, 예를 들어 시분할 통신 방식을 채용한 통신 시스템으로서 셀내의 이동국 단말기들(100)과, 그 단말기 각각과 업링크 혹은 다운링크를 통해 데이터 송수신이 가능한 기지국(50)을 포함한다.

이러한 통신 시스템에서 이동국 단말기(100)는 자신의 위치정보(P_ss(a,b,c))와 기지국의 위치정보(P_bs(x,y,z))로부터 기지국(50)과의 거리(L)를 계산하고, 그 계산된 거리(L)와 신호의 전파속도(c)로부터 지연시간(Tr)을 계산하며, 그 지연시간을 보상하도록 업링크 데이터의 송신 타임을 가변하여 송신한다. 이러한 이동국 단말기(100)는 자신에게 수신된 데이터를 처리하고 기지국에서 할당하여 준 업링크 서브프레임을 통하여 데이터를 송신한다.

한편 기지국(50)은 자신의 GPS 위치정보(P_bs(x,y,z))를 셀 내의 이동국 단말기들(100)로 제공하며, 각 이동국 단말기(100)로부터 송신되는 업링크 데이터 프 레임을 동기화시켜 처리하는 역할을 수행한다.

상술한 바와 같이 셀 내의 이동국 단말기(100)들과 데이터 송수신하는 기지국(50)과의 거리는 매우 랜덤하며, 거리의 차가 크지 않을 경우에는 시간지연의 보정 없이도 일정한 통신품질을 얻을 수 있다. 그러나 거리의 차가 커서 각 심볼에 정의된 Tg(Guarding Time) 보다 클 경우에는 OFDMA 통신방식에서 기지국(50)에 수신된 업링크 데이터는 단말에서 송신한 데이터와 완전히 다른 값이 될 수 있다. 따라서 각 단말간의 업링크 데이터의 동기화가 필요한 것이다.

이하 본 발명이 적용되어 실행될 수 있는 이동국 단말기(100)의 구성을 도 2를 참조하여 부연 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동국 단말기(100)의 블럭 구성도를 도시한 것이다.

우선 RF부(102)는 후술할 제어부(101)의 제어에 따라 음성 혹은 데이터를 변조 및 주파수 변환하여 안테나를 통해 무선신호로 전송하고, 안테나를 통해 수신되는 무선신호를 주파수변환 및 복조하여 제어부(102)로 전송하는 역할을 수행한다.

GPS 수신부(103)는 단말기의 위치검출수단으로서 안테나를 통해 GPS신호를 수신하여 단말기의 3차원 위치정보(P_ss(a,b,c)를 계산하여 제어부(102)로 출력한다.

표시부(104)는 제어부(101)로부터 인가되는 각종 표시 데이터를 출력하여 주며,

키패드에 해당하는 입력부(105)는 숫자키 및 다수의 기능키를 포함하며, 각 각의 키 누름시 그에 따른 키 데이터를 발생하여 제어부(101)로 인가한다.

메모리(107)는 이동국 단말기의 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어 프로그램 데이터와 제어 동작시 발생하는 데이터를 일시 저장한다.

음성처리부(106)는 제어부(101)에서 출력되는 음성 데이터를 가청음으로 출력하기 위한 신호로 처리하여 출력하거나 마이크로부터 입력되는 음성 신호를 디지털 데이터로 처리하여 제어부(101)로 인가하여 주는 역할을 수행한다.

마지막으로 제어부(101)는 메모리(107)에 저장된 제어 프로그램 데이터에 기초하여 단말기의 동작을 전반적으로 제어한다. 예를 들면, GPS 수신부(103)를 통해 획득한 자신의 3차원 위치정보와 기지국(50)의 위치정보로부터 기지국과의 거리를 계산하고, 그 계산된 거리와 신호의 전파속도로부터 지연시간을 계산한후, 그 지연시간을 보상하도록 업링크 데이터의 송신 타임을 가변하여 송신한다. 이러한 제어부(101)의 동작은 도 3에서 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 것이며, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 업링크 데이터의 송수신 프레임을 각각 예시한 것이다.

도 3을 참조하면, 우선 기지국(50)측에서는 내부에 저장된 자신의 GPS 3차원 위치정보(P_bs(x,y,z))를 셀 내의 각 단말기(100)가 초기화되거나 핸드오버할 경우 그 단말기(100)측으로 송신하여 준다. 이에 셀 내의 이동국 단말기(100)들은 기지국(50)측으로 부터 기지국(50)의 위치정보(P_bs(x,y,z))를 수신(S1단계)받게 된다.

각각의 이동국 단말기(100) 역시 GPS 수신부(103)를 통해 이동국 자신의 3차 원 위치정보(P_ss(a,b,c))를 수신(S2단계)받는다.

위 두 정보로부터 각각의 이동국 단말기(100)들의 제어부(101)는 하기 수학식 1을 통해 기지국(50)과의 거리를 계산(S3단계)할 수 있다.

기지국(50)과의 거리 계산이 완료되면 제어부(101)는 계산된 거리(L)와 전파속도(c)를 이용하여 하기 수학식 2에 의거하여 지연시간(Tr)을 계산(S4단계)한다.

상기 수학식 2에 의거하여 지연시간(Tr)의 계산이 완료되면 제어부(101)는 계산된 지연시간(Tr)을 보상하도록 업링크 데이터의 송신 타임을 가변하여 업링크 데이터를 송신(S5단계)한다. 이를 시분할 방식의 데이터 송수신 형태를 보인 도 4 내지 도 6을 참조하여 부연 설명하면,

우선 와이브로와 같은 OFDMA 통신은 시분할 통신 방식을 사용하는데, 기지국(50)은 도 4에 도시한 바와 같이 프리앰블과 다운링크 서브 프레임을 다운링크로 전파한다. 이러한 경우 각 단말은 자신에게 수신된 데이터를 처리하고 기지국에서 할당하여 준 업링크 서브프레임을 통하여 데이터를 송신한다. 만약 어떠한 시간지연 보상이 이루어지지 않는다고 가정한다면 실제의 송수신 데이터는 도 5에 도시한 바와 같은 형태를 띠게 될 것이다. 도 5에서는 이동국 단말기 SS#1이 송신한 업링 크 서브프레임이 기준 시간(파선부분) 보다 2Tr 지연되고 있음을 나타낸 것이며, 이동국 단말기 SS#3가 송신한 업링크 서브프레임은 기준 시간과 일치하고 있음을 나타내고 있다.

도 5에 도시한 바와 같이 기지국(50)에 수신된 각 단말기들의 업링크 데이터들은 기준 시간에 대해 시간지연을 가지므로, 본 발명에서는 이러한 지연시간을 도 3에서 설명한 방법으로 보상한다. 예를 들어 이동국 단말기 SS#1이 도 3의 S4단계를 통해 얻은 지연시간이 Tr이라면, 지연시간 Tr은 다운링크시에도 적용이 되므로 제어부(101)는 도 6에 도시한 바와 같이 업링크 데이터를 2Tr만큼 앞당기어 송신하게 되면, 기지국(50)측에서는 도 4에서와 같이 기준 시간에 동기화가 이루어진 신호를 받게 되어 결과적으로 안정된 통신 품질을 구현할 수 있게 되는 것이다.

즉, 본 발명은 GPS 정보를 이용하여 기지국과 단말기간의 거리를 산출하고, 그 정보로부터 최종적인 지연시간을 획득한후 그 지연시간을 보상하도록 업링크 데이터의 송신시간을 가변시켜 줌으로서 안정된 통신 품질을 얻을 수 있게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 기지국측에서 셀내의 모든 단말들에 대한 시간지연정보를 계산하기 위한 별도의 과정이 필요 없기 때문에, 결과적으로 기지국측의 부하 부담을 경감시켜 줄 수 있는 효과가 있으며,

더 나아가 고속 이동하는 이동국 단말기에서 직접 시간지연을 실시간 보상함으로서, 시간지연 산출을 위해 다수의 메세지를 전송해야 하는 종래 기술에 비해 안정된 통신 품질을 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 메세지 교환에 의해 시간지연을 보상하지 아니하므로 그 구현이 단순하고 용이한 장점을 가진다.

한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 기지국과 데이터 송수신이 가능한 이동국 단말기의 업링크 동기화 방법에 있어서,

   수신된 기지국의 위치정보와 이동국 자신의 위치정보로부터 거리를 계산하는 단계와;

   계산된 거리와 신호의 전파속도로부터 지연시간을 계산하고, 그 지연시간을 보상하도록 업링크 데이터의 송신 타임을 가변하여 업링크 데이터 송신하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 업링크 동기화 방법.
2. 기지국과 데이터 송수신이 가능한 이동국 단말기의 업링크 동기화 방법에 있어서,

   기지국으로부터 기지국 위치정보를 수신받는 단계와;

   GPS 수신부를 통해 이동국 자신의 위치정보를 수신받는 단계와;

   상기 기지국의 위치정보와 이동국 자신의 위치정보로부터 기지국과의 거리를 계산하는 단계와;

   계산된 거리와 신호의 전파속도로부터 지연시간을 계산하는 단계와;

   계산된 지연시간을 보상하도록 업링크 데이터의 송신 타임을 가변하여 업링크 데이터 송신하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 업링크 동기화 방법.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 기지국 위치정보는 단말기가 초기화되거나 핸드오버시에 수신받아 저장 이용함을 특징으로 하는 업링크 동기화 방법.
4. 셀내의 이동국 단말기들과, 그 단말기 각각과 데이터 송수신이 가능한 기지국을 포함하되,

   상기 이동국 단말기는 :

   자신의 위치정보와 기지국의 위치정보로부터 기지국과의 거리를 계산하고, 그 계산된 거리와 신호의 전파속도로부터 지연시간을 계산하여, 그 지연시간을 보상하도록 업링크 데이터의 송신 타임을 가변하여 송신하며,

   상기 기지국은 :

   자신의 위치정보를 셀 내의 이동국 단말기들로 제공하며, 각 이동국 단말기로부터 송신되는 업링크 데이터 프레임을 동기화시켜 처리함;을 특징으로 하는 통신 시스템.

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