KR100711842B1 - 가입자 단말기의 반송파 주파수 오프셋을 추정하기 위한방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가입자 단말기를 위해 반송파 주파수 오프셋을 추정하는 방법을 개시하며, 이 방법은 하나를 넘는 신호들이 가입자 단말기에 의해 수신되게 하는 유효 기지국들의 수를 결정하는 단계; 상기 유효 기지국들의 수에 대응하는 각 기지국의 신호들을 결합하는 단계; 및 결합된 신호에 기초하여 반송파 주파수 오프셋의 어림추정값을 계산하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 가입자 단말기를 위해 반송파 주파수 오프셋을 추정하는 장치를 개시하고, 이 장치는, 하나를 넘는 신호들이 가입자 단말기에 의해 수신되는 유효 기지국들의 수를 결정하는데 이용되는 결정모듈; 유효 기지국의 신호들을 결합하고 결합된 신호를 반송파 주파수 오프셋 획득모듈에 출력하는 결합모듈; 결합된 신호의 반송파 주파수 오프셋을 추정하는데 이용되는 반송파 주파수 오프셋 획득모듈을 포함한다. 본 발명에 의하면, 가입자 단말기를 위한 반송파 주파수 오프셋은 시스템 요건에 부합할 것이고, 셀 검색 성공 확률을 개선할 것이다.

Description

가입자 단말기의 반송파 주파수 오프셋을 추정하기 위한 방법 및 장치{A Method and device of the estimating carrier frequency offset of subscriber terminal}

본 발명은 이동통신용 코드분할다중접속(CDMA)에 관한 것으로, 더 상세하게는 시분할 동기 코드분할다중접속(TD-SCDMA) 시스템의 가입자 단말기들에서 반송파 주파수 오프셋(carrier frequency offset; CFO)을 추정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

TD-SCDMA 시스템에서, 기지국들 및 단말기들 양자는 공칭 반송파 주파수로 데이터를 송신하고 수신한다고 상정된다. 그러나, 장치들의 기술적 한계 때문에, 실제 송수신 주파수 및 공칭 주파수 간에는 항상 약간의 편차가 존재한다. 기지국에서, 온도, 크기, 소비전력, 비용 등 기지국에 의해 영향을 받는 제한들이 작기 때문에, TD-SCDMA 시스템에 의해 요구된 기지국에서는 반송파 주파수 오프셋이 0.05PPM미만인 발진기의 주파수 정확도는, 표준 요건에 부합할 수 있다. 하지만, 가입자 단말기에서는, TD-SCDMA 시스템에 의해 요구된 가입자 단말기의 반송파 주파수 오프셋은, 온도, 크기, 소비전력, 비용 등 가입자 단말기에 의해 영향을 받는 제한들이 크기 때문에, 표준 요건에 부합할 수 없다. 결과적으로, 반송파 주파수 오프셋들을 기지국들에 의해 보내진 공지의 동기 다운링크 파일럿신호(SYNC_DL)를 이용하여 가입자 단말기에서 추정하고, 반송파 주파수 오프셋들의 추정된 값에 따라 자동 주파수 제어(AFC)를 수행하여, 가입자 단말기에서의 반송파 주파수 오프셋들이 표준 시스템 요건들에 부합하게 되도록 할 필요가 있다.

종래기술의 반송파 주파수 오프셋을 추정하기 위한 방법에서는, 단일 기지국에의해 보내지기만 한 SYNC_DL 신호들이 반송파 주파수 오프셋을 추정하기 위해 가입자 단말기에서 이용된다. 기지국은 동일한 반송파 주파수로 신호들을 송신하기 위해 하나 이상의 안테나들을 가진다. 도 1은 종래기술의 복수 개의 기지국들을 갖는 반송파 주파수 오프셋 추정시스템을 보이는 개략도이다.

TD-SCDMA 시스템에서는, 전용 다운링크 파일럿 시간슬롯(DwPTS)이 설정되고, 기지국은 각 프레임의 DwPTS에서 SYNC_DL 신호들을 송신한다. SYNC_DL 신호를 구성하는 코드들은 동일한 반송파 주파수를 이용하여 이웃한 셀들을 구별하는데 이용된다. 즉, 동일한 반송파 주파수를 갖는 이웃한 셀들은 SYNC_DL 코드들에 의해 구별된다. 32개의 다른 SYNC_DL 코드들이 표준에 정의되어 있고, SYNC_DL 코드들의 각 집합의 길이는 64개 칩(chip)이다. 셀들의 초기 검색 동안, 가입자 단말기는 다운링크 동기화를 구현하기 위해 현재 존재하리라 기대되는 셀 내에서 사용되는 특정 주파수 지점에서 SYNC_DL 코드들을 검색하고, 그 후 그 SYNC_DL 코드들에 기초하여 반송파 주파수 오프셋을 추정하고 추정된 반송파 주파수 오프셋 값에 따라 반송파 주파수를 시스템 요건들에 부합하도록 조절한다.

시스템이 반송파 주파수 오프셋 추정과 대충의 조절을 요구하고 가입자 단말기에서 조절된 반송파 주파수 오프셋은 1㎑미만이라고 전제하면, 가입자 단말기는 대응하는 주파수 지점에서 하나의 기지국에 의해 송신된 SYNC_DL 신호들 수신하거나 또는 동일한 주파수를 이용하는 다른 셀들의 SYNC_DL 신호들보다 훨씬 큰 현재 존재하리라 기대된 셀의 SYNC_DL 신호들을 수신한다. 신호 전력비가 6㏈를 넘는다면, 가입자 단말기의 조절된 반송파 주파수 오프셋이 시스템 요건에 부합하도록 하는 것이 가능하다. 그러나, 두 셀의 각각에 동일한 주파수로 동시에 수신된 SYNC_DL 신호들 사이의 전력차이가 작다면, 하나의 셀에 의해 송신된 SYNC_DL 신호들은 다른 셀에 의해 송신된 SYNC_DL 신호들과 간섭할 것이다. 예를 들면, 수 개의 셀들의 가장자리에서 가입자 단말기에 의해 수신된 다수의 SYNC_DL 신호들의 전력비들이 3㏈일 때, 반송파 주파수 오프셋 추정 및 조절을 위한 현존하는 방법들로는 가입자 단말기의 반송파 주파수 오프셋이 시스템의 요건에 부합할 수 없을 확률이 약 10~20%이다.

TD-SCDMA 시스템에서는, 64칩(50㎲)일뿐인 SYNC_DL 신호의 짧은 길이 때문에, 표준에 의해 허용되는 조절 후 반송파 주파수 오프셋은, 예를 들면, 1㎑미만으로 여전히 크다. 그렇다 하더라도, 도 1에 보인 것처럼, 가입자 단말기가 수 개의 기지국들로부터 SYNC_DL 신호들을 동시에 수신하고 현재 존재하리라 기대되는 셀(기지국)에서 수신된 SYNC_DL 신호, 즉, 가장 큰 전력의 SYNC_DL 신호만을 이용하는 반송파 주파수 오프셋 추정용의 현존 방법을 이용하여 반송파 주파수 오프셋 추정을 행하는 것에 의해 그 SYNC_DL 신호들의 전력차이들이 3㏈ 이내와 같이 작은 경우, 자동 주파수 제어 후 가입자 단말기에서의 반송파 주파수 오프셋이 1㎑미만이 될 수 없을 확률은 약 10~20%이다. 이 경우, 가입자 단말기에 의한 셀을 위한 초기 검색은 구현될 수 없을 것이고 셀에 대한 초기 검색이 성공할 확률은 영향을 받을 것이다.

이를 감안하여, 본 발명의 목적은 가입자 단말기의 반송파 주파수 오프셋을 추정하여 가입자 단말기의 반송파 주파수 오프셋을 시스템 요건들에 부합하도록 만들어 셀에 대한 초기 검색을 성공시킬 확률을 개선하는 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.

위의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 가입자 단말기에서 반송파 주파수 오프셋을 추정하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은,

A. 하나를 넘는 신호들이 가입자 단말기에 의해 수신되게 하는 유효기지국들의 수를 결정하며 각 신호들의 경로위치들을 결정하는 단계;

B. 단계 A에서 얻어진 주경로 위치들에 기초하여 상기 유효 기지국 수에 대응하는 각 기지국들의 신호들을 결합하는 단계; 및

C. 단계 B에서 결합된 신호에 기초하여 반송파 주파수 오프셋의 어림 추정값을 계산하는 단계를 포함한다.

단계 A에서 하나를 넘는 신호들이 가입자 단말기에 의해 수신되는 유효 기지국들의 수를 결정하는 단계는,

A1. 가입자 단말기에 의해 수신된 각 신호의 피크 전력값을 계산하고, 소정 수의 기지국들의 피크 전력값들을 높은 것부터 낮은 것의 순서로 선택하는 단계; 및

A2. 단계 A1의 순서로부터의 가장 큰 피크 전력값과 후속하는 피크 전력값들의 비를 주어진 문턱값과 비교함으로써 소정 수의 신호들이 가입자 단말기에 의해 수신되는 유효 기지국들의 수를 결정하는 단계를 포함한다.

상기 신호들은 동기적 다운링크 파일럿신호들이고, 상기 단계 A1은

A11. 국소 동기적 다운링크 파일럿 코드와 수신된 동기적 다운링크 파일럿신호를 시프트 다중 상관하여 가입자 단말기에 의해 수신된 동기적 다운링크 파일럿신호들의 전력값이 되게 하는 단계;

A12. 단계 A11에서 얻어진 전력값들을 이용하여, 동기적 다운링크 파일럿 코드들의 각각에 대응하는 피크 전력값들을 결정하는 단계를 더 포함한다.

상기 단계 A2는

A21. 최고부터 최저의 순서로 피크 전력값들을 번호 매기고 현재의 순번을 기지국들의 소정 수로서 설정하는 단계;

A22. 최고의 피크 전력값과 현재의 순번에 대응하는 피크 전력값이 주어진 문턱보다 큰 지를 판정하고, 그렇다면, 가입자 단말기에 의해 신호들이 수신되는 유효 기지국들의 수를 현재의 순번의 값으로서 설정하고, 그렇지않다면, 현재의 순번을 1만큼 감소하고서 단계 A22로 되돌아가는 단계를 더 포함한다.

이 방법은, 상기 단계 A 전에, 다운링크 파일럿 시간슬롯의 시작에서 동기적 다운링크 파일럿신호들을 수신하면서 128개의 칩으로 된 벡터데이터를 읽는 단계를 더 포함한다.

이 방법은, 상기 단계 B 전에, 각 기지국의 신호들을 다중경로 결합하여, 다중경로 결합된 신호를 단계 B에서 결합될 각 기지국의 신호로서 제공하는 단계를 더 포함한다.

각 기지국의 신호들을 다중경로 결합하는 상기 단계는,

동기적 다운링크 파일럿신호들에서, 피크 전력값의 소정 수 이전의 지점으로부터 시작하여, 상기 동기적 다운링크 파일럿코드의 길이에 소정 값의 2배를 더한 지점의 데이터를 읽는 단계;

상기 읽은 데이터와 대응하는 상기 동기적 다운링크 파일럿 코드들을 시프트 복소 상관하여, 다른 시간지연 및 지연경로 위상차를 갖는 다중경로 동기적 다운링크 파일럿신호의 심벌들 사이의 위상차를 없앤 후 최대 비 결합(Max Ratio Combination)을 수행하는 단계를 포함한다.

기지국들의 수에 대응하는 각 기지국의 신호들을 결합하는 상기 단계 B는, 상기 각 기지국 수에 대응하는 각 기지국의 신호들을 동일 이득 결합 또는 가중 결합하여 결합된 신호 시퀀스를 얻는 것이다.

상기 단계 C는 상기 결합된 신호 시퀀스에서 정해진 거리만큼 이격된 두 심벌들 사이의 위상차에 따라 반송파 주파수 오프셋의 어림 추정값을 얻는 것이다.

상기 단계 C는 반송파 주파수 오프셋을 소정 횟수 추정한 다음, 그것들을 평균하여 반송파 주파수 오프셋 추정값을 얻는 단계를 더 포함한다.

상기 단계 C는 상기 결합된 신호 시퀀스에서 정해진 거리만큼 이격된 두 심벌들 사이의 위상차들을 합산한 다음, 위상각을 계산하여 반송파 주파수 오프셋 추정값을 얻는 것이다.

본 발명은 또한 반송파 주파수 오프셋을 추정하기 위한 장치를 제공하며, 이 장치는, 적어도,

신호들이 가입자에 의해 수신되는 기지국 수와 각 기지국으로부터 송신된 신호의 주경로 위치를 가입자 단말기에 의해 수신된 신호들에 기초하여 결정한 다음, 각 신호의 유효 기지국 수와 주경로 위치를 결합모듈에 출력하는 결정모듈;

유효기지국들의 수에 대응하는 각 기지국으로부터의 신호들을 신호들의 주경로위치에 기초하여 결합한 다음, 결합된 신호들을 반송파 주파수 오프셋 획득모듈에 출력하는 결합모듈;

반송파 주파수 오프셋의 어림추정값을 결합된 신호들에 기초하여 얻는 반송파 주파수 오프셋 획득모듈을 포함한다.

상기 장치는, 유효 기지국 수가 1보다 크다면, 상기 장치는 각 기지국의 신호들을 다중경로 결합한 다음, 다중경로 결합된 신호를 결합모듈에 출력하는 다중경로 결합모듈을 더 포함한다.

본 발명의 해법에 의하면, 가입자 단말기가 복수 개의 기지국들(하나를 넘음)에 의해 보내진 SYNC_DL 신호들을 수신하고 그것들의 전력차이들이 작을 경우, 자동 주파수 제어 후, 가입자 단말기에서 반송파주파수 오프셋을 시스템 요건에 부합하게 만드는 것이 가능하고, 따라서, 셀에 대한 초기 검색의 성공확률을 개선할 수 있다.

본 발명에 의해 제공되는 반송파 주파수 오프셋을 추정하기 위한 방법은, 수 개의 기지국들로부터 모바일 사용자에 의해 수신된 SYNC_DL 신호들의 강도들 및 SIR이 그것들 간에 비슷한 상황, 즉, 모바일 사용자가 수 개의 셀들의 접합부 가장자리(joint edge)에 위치된 상황에 특히 적합하고, 본 발명에 의해 제공된 반송파 주파수 오프셋 추정을 위한 방법으로는 셀에 대한 초기 검색의 성공 확률이 크게 개선될 수 있다. 모바일 사용자에 의해 하나의 기지국으로부터 수신된 SYNC_DL 신호가 훨씬 강하고 다른 기지국들로부터 수신된 것들은 그렇게 강하지 않은 경우에도, 반송파 주파수 오프셋을 위한 조절의 정확도 역시 본 발명에 의해 제공된 반송파 주파수 오프셋을 추정하기 위한 방법을 이용하는 것에 의해 개선될 수 있다. 하나의 기지국으로부터의 SYNC_DL 신호들을 이용하는 방법에 관해, 수 개의 기지국들로부터의 SYNC_DL 신호 강도 및 SIR이 더 유사해질수록, 반송파 주파수 오프셋 조절의 정확도는 더 개선된다.

도 1은 반송파 주파수 오프셋을 추정하기 위한 수 개의 기지국들을 갖는 종래기술 시스템의 개략도;

도 2는 본 발명에 따른 가입자 단말기의 반송파 주파수 오프셋을 추정하기 위한 흐름도;

도 3은 도 2에 보인 것과 같은 단계들에서 동일 주파수로 수 개의 기지국들로부터 가입자 단말기에 의해 동시에 수신된 SYNC_DL 신호들 및 그것의 주경로로부터의 도착시간의 결정을 보이는 상세 흐름도;

도 4는 하나의 기지국으로부터 수신된 SYNC_DL 신호들의 다중경로 결합을 원리적으로 보이는 흐름도;

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 보인다.

이후로는, 본 발명의 실시예들에 따른 TD-SCDMA 시스템의 가입자 단말기에서 반송파 주파수 오프셋을 추정하기 위한 방법 및 장치를 첨부 도면들을 참조하여 이 기술의 당업자가 본 발명을 잘 이해할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 가입자 단말기의 반송파 주파수 오프셋을 추정하기 위한 흐름도를 보이고, 도 3은 도 2에 보인 단계 201에서 결정되는, 동일 주파수의 수 개의 유효 기지국들로부터 가입자 단말기에 의해 동시에 수신되는 SYNC_DL 신호들 및 개별 주경로로부터의 도착시간을 보이는 상세 흐름도이다.

단계 201의 첫 단계는, 동일 주파수의 수 개의 유효 기지국들로부터 가입자 단말기에 의해 동시에 수신된 SYNC_DL 신호들 및 그것들의 주경로의 개별 도착시간을 결정한다.

도 3은 단계 201의 상세 흐름도를 도시한다. 단계 301에서, 가입자 단말기에서의 전용 다운링크 파일럿 시간슬롯(DwPTS)의 동기화 후, 128개 칩들의 데이터(r)는 DwPTS의 시작과 함께 읽히기 시작하고, 여기서 k번째 요소는 r_k, k=0, 1, ..., 127이다.

그 후, 단계 302에서, 0부터 63까지 변하는 국소 SYNC_DL 코드들의 32개 그룹에 대해 DwPTS에서 수신된 데이터(r)와 시프트 복소상관(shift complex correlation)하여, 각 지점의 상관 전력값을 계산한다.

단계 303에서, K개 프레임들에 대해 상관된 전력값들이 평균된다(K≥1).

가입자 단말기에 도착한 2개의 연속하는 프레임들을 위한 신호 전력들은 페이딩 등 때문에 서로 다를 수 있다. 가입자 단말기에서 얻어지는 데이터의 정확도를 보장하기 위해, 더 많은 프레임의 데이터를 이용하여 상관 전력을 계산한 다음 그것들을 평균하는 것이 바람직하다.

그 후, 단계 304에서, 32개 그룹 중에서 각 그룹의 SYNC_DL 코드들에 대응하는 평균된 상관 전력값들이 찾아내어지며; SYNC_DL 코드들에 대응하는 SYNC_DL 신호들을 위한 도착시간들이 SYNC_DL 코드들에 의해 결정되며, 즉, SYNC_DL 코드들에 대응하는 SYNC_DL 신호들의 주경로를 위한 도착시간들이 결정되며; 그리고, SYNC_DL 코드들에 대해 데이터(r)와 시프트 복소상관하여, 수신된 신호들 및 대응하는 SYNC_DL 코드들의 동기화를 나타내는 상관 전력의 피크 값을 얻는다.

단계 305에서, 평균된 상관 전력의 피크 값들은 내림차순의 순서로 정렬되고 처음의 N_max의 것들이 선택되어, P_max(n), n = 1, 2, ..., N_max로서 표시된다. N_max는 소정의 값이고, 가입자 단말기가 다른 기지국들로부터 SYNC_DL 신호들을 동시에 수신하는 기지국들의 최대 수를 나타낸다.

단계 306에서, 가입자 단말기가 SYNC_DL 신호들을 수신할 때 얼마나 많은 SYNC_DL 신호들이 기지국들로부터 동시에 수신되는지를 그 가입자 단말기는 알 수 없으므로, V_T로 설정된 문턱에 기초하여, SYNC_DL 신호들이 동시에 수신되게 하는 유효 기지국들의 수(N)를 결정하고, 우선적으로 평균화된 상관 전력의 N_max번째 피크값이 다음의 조건을 만족하는지를 판정하는 것이 필요하다:

만약 그렇다면, N = N_max이고, 그렇지 않다면, 평균화된 상관 전력값들의 (N_max - 1)번째 피크값이 다음의 조건을 만족하는지를 결정한다:

만약 그렇다면, N = N_max - 1이고, 그렇지 않다면, 가입자 단말기가 SYNC_DL 신호들을 동시에 수신하는 유효 기지국들의 수(N)가 결정될 때까지 나머지는 유추법에 의해 추론되고, 여기서 1≤ N ≤ N_max이다. N개 기지국들의 각각에 대응하는 SYNC_DL 코드들의 순번과 피크값 지점은 Sync_ID_n 및 Peak_n으로서 각각 기록되고, 여기서 n = 1, 2, ..., N이다.

본 발명의 실시예에서, N_max = 3이고 V_T = 4이다.

단계 202의 제2단계는 각각의 유효 기지국으로부터 각각 수신된 SYNC_DL의 다중경로 신호들을 결합한다.

그 때, Sync_ID_n으로 번호 매겨진 복소 SYNC_DL 코드들은 연산되고, SYNC_DL 코드들의 복소값들은 s_n 으로서 표시되고, 여기서 k번째 요소는 s_n,k이고 k = 0, 1, ..., 63이다. 64+2M개의 지점들의 데이터는 수신된 신호들의 DwPTS에서의 Peak_n보다 M개 칩들 앞에서부터 시작하여 읽히고, 벡터( e )로서 표시되며, 여기서 k번째 요소는 e_k, k = 1, 2, ..., 63+2M이다.

e 는 S_n 과 시프트 복소 상관되고, 그 결과인 cor_n 이 다음처럼 얻어진다:

그러면 각 경로들의 SYNC_DL 신호들은 결합되고 벡터 U _n 이 다음처럼 얻어진다:

여기서

는 s_n,k의 켤레를 나타내고,

는 cor_n,i의 켤레를 나타낸다.

이 식의 물리적 의미는 심벌들 사이 및 시간지연경로들 사이 양쪽 모두에서의 위상차이들을 없앤 후 다른 시간지연으로 다중경로 SYNC_DL 신호들의 최대 비 결합을 수행한다는 것이고 수신된 신호들( e )이 S_n 의 켤레에 의해 곱해진 것은 심벌들 사이의 위상차이를 없애는 것에 대응하고 cor_n 의 켤레에 의해 곱해진 것은 시간지연경로들 사이의 위상차이를 없애는 것에 대응한다.

가입자 단말기로부터 수신된 SYNC_DL 신호들을 다중경로 결합하는 단계 202의 프로세스는 도 4를 참조하여 추가로 설명될 것이다.

단계 401에서, 64+2M개 지점들의 데이터는 DwPTS에서 수신된 SYNC_DL 신호들에서 Peak_n보다 M개 칩들 앞부터 시작하여 읽히고, 즉, 64+2M개의 수신된 데이터는 주경로의 위치보다 M개 칩들 앞부터 시작하여 읽히고, 64가 SYNC_DL 코드의 길이인 벡터( e )로서 표시되는 e(k), k = 0, ..., 63+2M인 64+2M의 복소 시퀀스가 얻어진다.

단계 402에서, SYNC_DL로 번호 매겨진 SYNC_DL 코드들은 복소연산되고 복소 SYNC_DL 코드들이 얻어진다. 즉, s _n 으로 표시되며 k=0, 1, ..., 63인 국소 복소 SYNC_DL 코드 시퀀스 s(k)가 얻어진다.

그 후, 단계 406에서, 시퀀스 s(k)의 각 요소의 켤레 연산이 수행되어, 시퀀스 s^*(k)가 얻어진다.

e(k+1)이 위상편이(phase shift)를 포함하기 때문에, 이어지는 두 위상들 사이의 위상편이를 없애기 위해, 단계 403에서, d(0,k) = e(k) 여기서 k = 0, 1, ..., 63으로 두고; 단계 404에서, d(1,k) = e(k+1) 여기서 k = 0, 1, ..., 63으로 두고; 단계 405에서 d(2M,k) = e(k+2M) 여기서 k = 0, 1, ..., 63으로 둔다.

단계 407에서, 단계 403~405에서 얻어진 시퀀스 d(i,k)(i=0, 1, ..., 2M, k=0, 1, ..., 63)의 각 요소는 단계 406에서 얻어진 시퀀스 s^*(k)의 대응 요소에 의해 각각 곱해진다.

단계 408에서는, 단계 407에서 얻어진 시퀀스의 모든 요소들이 합산된 후 켤레연산 된다. 단계 403 ~ 단계 408에서, e 와

의 시프트 멀티플렉스 상관이 수 행되고, 결과 cor _n 가 다음과 같이 얻어진다:

여기서, e_{i +k}는 d(i,k)와 e(i+k)이다.

단계 409에서, 시프트 멀티플렉스 상관의 결과는 시퀀스의 모든 요소들에 의해 곱해진 후, 단계 410에서, 모든 2M+1개 시퀀스들, 즉, 각 경로의 다중경로 결합 SYNC_DL 신호는 합산되고 벡터 U _n 은 다음과 같이 계산된다:

값 M은 수신된 신호들의 시간지연 확장 및 노이즈 영향 둘 다에 완전히 의존한다. 본 발명의 실시예에서, M = 4이다.

단계 203의 제3단계에서는 각 기지국의 다중경로 결합된 SYNC_DL 신호들이 추가로 결합된다.

각 유효 기지국의 다중경로 결합된 SYNC_DL 신호들의 결합은 SYNC_DL 코드들의 계산 결과들을 결합하는 것이고, 다음의 동일 이득 결합(equal gain combination)이 사용된다:

다음의 가중결합이 사용될 수도 있다:

여기서 가중계수들 P_n은 다음의 공식에 의해 얻어질 수 있다:

각 유효 기지국으로부터의 SYNC_DL 신호들 중에는 간섭성(coherent porperty)이 있는 반면 노이즈들 중에는 간섭성이 없기 때문에, 각 유효 기지국으로부터의 다중경로 결합된 SYNC_DL 신호들을 결합함으로써, 이용가능한 신호들의 SNR(또는 SIR)을 개선하고 그래서 가입자 단말기에 의해 수신된 SYNC_DL 신호들이 효율적으로 이용될 수 있게 하는 것이 가능하다.

이론 공식에 기초하여, 각 유효 기지국으로부터의 SYNC_DL 신호들에 의해 결합된 시퀀스는 대략 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서 U_k는 결합된 SYNC_DL 신호 시퀀스에서의 k번째 심벌이고 k=0, 1, ..., 63이며;

A_k는 k번째 심벌에서 유효한 결합된 SYNC_DL 신호들의 크기이며;

exp(x)는 복소수 x의 지수연산자를 나타내며;

Δf는 반송파 주파수 오프셋으로 이론상 정확한 값이며;

T_C는 각 칩의 펄스폭이며;

φ₀는 가입자 단말기에 의해 수신된 SYNC_DL 신호들의 초기 위상으로, 0~2π의 범위이며;

N_k는 k번째 심벌에서의 복소노이즈 값 또는 간섭노이즈 값이다.

단계 204의 제4단계에서, 반송파 주파수 오프셋의 어림(rough) 추정값들은 결합된 신호들을 이용하여 계산된다.

단계 203의 이론상의 공식에 기초하면, 결합된 SYNC_DL 신호 시퀀스에서 심벌들 간의 위상 변동률이 반송파 주파수 오프셋(Δf)에 관련된다는 것을 U_k의 표현으로부터 알 수 있다. 그러므로, 반송파 주파수 오프셋은 결합된 SYNC_DL 신호 시퀀스를 이용함으로써 어림 추정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서,

여기서

는 반송파 주파수 오프셋의 어림 추정값이며, T_C는 각 칩의 펄스폭이고, angle(x)는 복소수 x의 위상각의 연산자이다. 값 P와 L은 다음 식을 만족할 것이다: P+L≤64, 및 P≥1, L≥1.

위의 공식은 노이즈(또는 간섭)의 영향이 L만큼 떨어져 있는 두 심벌들 간의 위상차를 이용하여 반송파 주파수 오프셋을 추정한 다음 추정된 값들을 P회에 대해 평균함으로써 최소화될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서,

여기서

는 반송파 주파수 오프셋의 어림 추정된 값이며, T_C는 각 칩의 펄스폭이고, angle(x)는 복소수 x의 위상각의 연산자를 나타낸다. 값 P와 L은 다음 식을 만족할 것이다: P+L≤64, 및 P≥1, L≥1.

위상각을 반복적으로 계산하는 계산량을 최소화하기 위해, 위의 공식은 L만큼 떨어진 두 심벌들 간의 위상차들을 먼저 합산한 다음, 위상각들을 계산하여 반송파 주파수 오프셋를 추정함을 나타낸다.

두 연속 심벌의 위상들이 서로 가깝기 때문에, 곱해진 위상각의 각도 지터는 더 커질 것이다. 그러므로, L 떨어진 두 심벌들을 곱하여 각도 지터가 더 커지는 것을 피하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에서, P = L = 32이다.

본 발명은 또한 가입자 단말기에서의 반송파 주파수 오프셋을 추정하기 위한 장치를 제공하고 이 장치는 도 2에 보인 단계들에 대응하여, 가입자 단말기에 의해 수신된 SYNC_DL 신호 및 각 기지국으로부터의 SYNC_DL 신호들의 주경로 위치들에 기초하여, 가입자 단말기가 SYNC_DL 신호를 수신하는 기지국들의 수를 결정하고, 그 후 유효 기지국들의 수와 각 신호의 주경로 위치를 결합모듈에 출력하는 결정모 듈; 신호의 주경로 위치에 기초하여 각 유효 기지국으로부터의 SYNC_DL 신호를 다중경로 결합하고, 그 후 각 유효 기지국의 다중경로 결합된 SYNC_DL 신호를 결합하는 결합모듈을 포함한다. 각 유효 기지국에서 결합하려는 SYNC_DL 신호들의 수는 결정 모듈에서 결정된 유효 기지국들의 수이고, 결합모듈은 결합된 SYNC_DL 신호를 주파수 오프셋 획득모듈에 출력한다. 이 장치는 수신되는 결합된 SYNC 신호에 따라 가입자 단말기의 반송파 주파수 오프셋을 추정하기 위한 주파수 오프셋 획득모듈을 포함한다. 이 장치는 각 유효 기지국으로부터의 신호들을 다중경로 결합하고 다중경로 결합된 신호를 결합모듈에 출력하는 다중경로 결합모듈을 더 포함한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 보인다. 이 시뮬레이션결과에서, 가입자 단말기(UE)는 동일한 주파수를 갖는 3개의 기지국들로부터 SYNC_DL 신호들을 동시에 수신하고 3개 기지국들로부터 수신된 상대전력들은 각각 0㏈, -0.5㏈ 및 -1㏈이고 3㏈, 2.5㏈ 및 2㏈의 대응하는 SNR을 가진다. 이러한 3개의 기지국들의 공칭 주파수로부터 반송파 주파수의 편차는 (-100㎐, 100㎐) 내에서 균일하게 분포된다. 가입자 단말기에 의해 수신된 3개의 SYNC신호들의 상대적 경로시간지연들은 0~4 칩들 내에서 1/8칩의 시간지연 분해능으로 균일하게 분포된다. 가입자 단말기(UE) 초기 반송파 주파수 오프셋은 (-10㎑, 10㎑) 내에서 균일하게 분포된다. 채널 조건은 부가적인 백색의 가우스잡음(additive white Gaussian noise; AWGN) 채널이다.

가입자 단말기(UE) 반송파 주파수 오프셋은 본 발명에 의해 제공된 방법을 이용하여 대충 조절된다. 매개변수들은 다음과 같이 선택된다: K=4, V_T=4, M=4. 시뮬레이션 결과는 도 5에 보이고 있다. N_max=1은 반송파 주파수 오프셋이 하나의 기지국으로부터의 SYNC신호를 이용하여 추정된다는 것을 나타내며, N_max=2는 반송파 주파수 오프셋이 동일 주파수를 갖는 많아야 2개의 기지국으로부터의 SYNC신호를 이용하여 추정된다는 것을 나타내고, N_max=3은 반송파 주파수 오프셋이 동일 주파수를 갖는 많아야 3개의 기지국으로부터의 SYNC신호를 이용하여 추정된다는 것을 나타낸다. 도 5로부터, 가입자 단말기(UE)가 동일 주파수를 갖는 3개의 기지국들로부터 SYNC신호들을 수신하고 각 기지국으로부터의 송신전력들이 서로 훨씬 다른 경우, 반송파 주파수 오프셋이 하나의 기지국만으로부터의 SYNC신호를 이용하여 추정된다면(N_max=1), 자동 주파수 제어(AFC) 후 약 27%의 반송파 주파수 오프셋이 여전히 1㎑를 넘을 것이다. 하지만 반송파 주파수 오프셋이 동일 주파수를 갖는 3개의 기지국으로부터의 SYNC신호들을 이용하여 추정된다면, 1㎑ 아래의 반송파 주파수 오프셋을 유지하는 것이 가능하고 그 조절 정확도는 크게 증가될 것이다.

요컨대, 위의 상세한 설명은 본 발명의 바람직한 실시예들일 뿐이고 발명의 보호 범위를 제한하지는 않을 것이다.

Claims (14)

1. 가입자 단말기에서 반송파 주파수 오프셋을 추정하기 위한 방법에 있어서,

   A. 하나를 넘는 신호들이 가입자 단말기에 의해 수신되게 하는 유효기지국들의 수를 결정하며 각 신호들의 경로위치들을 결정하는 단계;

   B. 단계 A에서 얻어진 주경로 위치들에 기초하여 상기 유효 기지국 수에 대응하는 각 기지국들의 신호들을 결합하는 단계; 및

   C. 단계 B에서 결합된 신호에 기초하여 반송파 주파수 오프셋의 어림 추정값을 계산하는 단계를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 단계 A에서 하나를 넘는 신호들이 가입자 단말기에 의해 수신되는 유효 기지국들의 수를 결정하는 단계는,

   A1. 가입자 단말기에 의해 수신된 각 신호의 피크 전력값을 계산하고, 소정 수의 기지국들의 피크 전력값들을 높은 것부터 낮은 것의 순서로 선택하는 단계; 및

   A2. 단계 A1의 순서로부터의 가장 큰 피크 전력값과 후속하는 피크 전력값들의 비를 주어진 문턱값과 비교함으로써 소정 수의 신호들이 가입자 단말기에 의해 수신되는 유효 기지국들의 수를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 신호들은 동기적 다운링크 파일럿신호들이고, 상기 단계 A1은

   A11. 국소 동기적 다운링크 파일럿 코드와 수신된 동기적 다운링크 파일럿신호를 시프트 다중 상관하여 가입자 단말기에 의해 수신된 동기적 다운링크 파일럿신호들의 전력값이 되게 하는 단계;

   A12. 단계 A11에서 얻어진 전력값들을 이용하여, 동기적 다운링크 파일럿 코드들의 각각에 대응하는 피크 전력값들을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 방법은, 단계 A11과 단계 A12 사이에, 하나를 넘는 프레임들의 각 프레임에 관해, 수신된 동기적 다운링크 파일럿신호들의 전력값들을 계산하고 각 프레임에 관한 상기 계산된 전력값들을 평균하여 평균화된 전력값들을 얻는 단계를 포함하여서, 단계 A12에서 평균화된 전력값들을 이용하여 동기적 다운링크 파일럿 코드들의 각각에 대응하는 피크 전력값들을 결정하게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 단계 A2는

   A21. 최고부터 최저의 순서로 피크 전력값들을 번호 매기고 현재의 순번을 기지국들의 소정 수로서 설정하는 단계;

   A22. 최고의 피크 전력값과 현재의 순번에 대응하는 피크 전력값이 주어진 문턱보다 큰 지를 판정하고, 그렇다면, 가입자 단말기에 의해 신호들이 수신되는 유효 기지국들의 수를 현재의 순번의 값으로서 설정하고, 그렇지않다면, 현재의 순번을 1만큼 감소하고서 단계 A22로 되돌아가는 단계를 더 포함하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 단계 A 전에, 다운링크 파일럿 시간슬롯의 시작에서 동기적 다운링크 파일럿신호들을 수신하면서 128개의 칩으로 된 벡터데이터를 읽는 단계를 더 포함하는 방법.
7. 제2항에 있어서, 상기 단계 B 전에, 각 기지국의 신호들을 다중경로 결합하여, 다중경로 결합된 신호를 단계 B에서 결합될 각 기지국의 신호로서 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 각 기지국의 신호들을 다중경로 결합하는 상기 단계는,

   동기적 다운링크 파일럿신호들에서, 피크 전력값의 소정 수 이전의 지점으로부터 시작하여, 상기 동기적 다운링크 파일럿코드의 길이에 소정 값의 2배를 더한 지점의 데이터를 읽는 단계;

   상기 읽은 데이터와 대응하는 상기 동기적 다운링크 파일럿 코드들을 시프트 복소 상관하여, 다른 시간지연 및 지연경로 위상차를 갖는 다중경로 동기적 다운링크 파일럿신호의 심벌들 사이의 위상차를 없앤 후 최대 비 결합(Max Ratio Combination)을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 기지국들의 수에 대응하는 각 기지국의 신호들을 결합하는 상기 단계 B는, 상기 각 기지국 수에 대응하는 각 기지국의 신호들을 동일 이득 결합 또는 가중 결합하여 결합된 신호 시퀀스를 얻는 것인 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 단계 C는 상기 결합된 신호 시퀀스에서 정해진 거리만큼 이격된 두 심벌들 사이의 위상차에 따라 반송파 주파수 오프셋의 어림추정값을 얻는 것인 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 단계 C는 반송파 주파수 오프셋을 소정 횟수 추정한 다음, 그것들을 평균하여 반송파 주파수 오프셋 추정값을 얻는 단계를 더 포함하는 방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 단계 C는 상기 결합된 신호 시퀀스에서 정해진 거리만큼 이격된 두 심벌들 사이의 위상차들을 합산한 다음, 위상각을 계산하여 반송파 주파수 오프셋 추정값을 얻는 것인 방법.
13. 반송파 주파수 오프셋을 추정하기 위한 장치에 있어서, 적어도,

    신호들이 가입자에 의해 수신되는 기지국 수와 각 기지국으로부터 송신된 신호의 주경로 위치를 가입자 단말기에 의해 수신된 신호들에 기초하여 결정한 다음, 각 신호의 유효 기지국 수와 주경로 위치를 결합모듈에 출력하는 결정모듈;

    유효기지국들의 수에 대응하는 각 기지국으로부터의 신호들을 신호들의 주경로위치에 기초하여 결합한 다음, 결합된 신호들을 반송파 주파수 오프셋 획득모듈에 출력하는 결합모듈;

    반송파 주파수 오프셋의 어림추정값을 결합된 신호들에 기초하여 얻는 반송파 주파수 오프셋 획득모듈을 포함하는 장치.
14. 제13항에 있어서, 유효 기지국 수가 1보다 크다면, 상기 장치는 각 기지국의 신호들을 다중경로 결합한 다음, 다중경로 결합된 신호를 결합모듈에 출력하는 다중경로 결합모듈을 더 포함하는 장치.

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