KR100746999B1 - 직교 분할 다중 접속 시스템에서 랜덤 액세스 데이터의송수신 방법 및 장치 - Google Patents

직교 분할 다중 접속 시스템에서 랜덤 액세스 데이터의송수신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직교 분할 다중 접속 시스템에서 랜덤 액세스 데이터의 송수신 방법 및 송수신 장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 랜덤 액세스 데이터를 구성할 CAZAC 코드를 랜덤하게 선택하고, 반송파 할당 방식을 선택하여 CAZAC 코드를 서브 캐리어에 매핑한 뒤, 푸리에 변환하여 기지국으로 전송하는 랜덤 액세스 데이터 송신 방법과, 수신된 상향 링크 신호에서 랜덤 액세스 데이터를 추출하여, 주파수 영역의 신호로 푸리에 변환하고, 이동 단말기가 전송한 부채널의 크기와 위상을 확인하여, 반송파 그룹 신호를 확인한 뒤, 반송파 그룹 신호를 시간 영역의 신호로 역 푸리에 변환하여 타이밍 에러 값을 추정하는 랜덤 액세스 데이터 수신 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 상향 링크로 전송되는 랜덤 액세스 데이터 전송 방식에서 분산적 서브 캐리어 할당 방식과 제한적 서브 캐리어 할당 방식 모두 두 가지 반송파 할당을 지원함으로써, 이동 단말기의 채널 상태에 따른 상향 링크 전송 방식을 안정화시킬 수 있다.
CAZAC, RACH, 상향링크, 랜덤 액세스 채널, 분산적 서브 캐리어 할당 방식, 제한적 서브 캐리어 할당 방식

Description

직교 분할 다중 접속 시스템에서 랜덤 액세스 데이터의 송수신 방법 및 장치{Method and Apparatus for Transmitting/Receiving Random Access Data at Orthogonal Multiple Access System}
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 주파수와 시간 도메인에서 랜덤 액세스 채널의 자원을 할당하는 방법을 나타낸 채널의 구조도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 회선 경쟁 선택 방식에서 채널 자원 할당시 주파수 도메인에서 제한적 서브 캐리어 할당 방식에서의 반송파 할당 방법을 예시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 회선 경쟁 선택 방식에서 채널 자원 할당시 주파수 도메인에서 분산적 서브 캐리어 할당 방식에서의 반송파 할당 방법을 예시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CAZAC 코드를 이용하여 랜덤 액세스 데이터를 전송하는 송신 장치의 블록 구성도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 랜덤 액세스 데이터 수신 장치의 블록 구성도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 CAZAC 코드를 이용하여 랜덤 액세스 데이터를 전송하는 송신 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 랜덤 액세스 데이터 수신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명은 직교 분할 다중 접속 시스템(Orthogonal Multiple Access System)에서 랜덤 액세스 데이터(Random Access Data)의 송수신 방법 및 송수신 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 코드 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access), 주파수 분할 다중 접속(FDMA: Frequency Division Multiple Access) 및 시분할 다중 접속(TDMA: Time Division Multiple Access) 등의 직교 분할 방식을 이용하는 접속 시스템에서 상향 링크의 초기 동기를 위한 랜덤 액세스 데이터의 송수신 방법 및 이를 위한 송수신 장치에 관한 것이다.
전자, 통신 기술이 비약적으로 발전함에 따라 무선 통신망(Wireless Network)을 이용한 무선 음성 통화 서비스 및 무선 인터넷 서비스가 제공되고 있다. 이와 같은 무선 음성 통화 서비스 및 무선 인터넷 서비스를 제공하기 위하여 이동통신 시스템은 CDMA, FDMA, TDMA 방식을 사용하고 있다.
CDMA, FDMA, TDMA 방식을 이용하는 이동통신 시스템에서 이동 단말기로부터 기지국으로의 통신을 수행하는 상향 링크의 초기 동기를 위하여 이동 단말기는 랜덤 액세스 데이터를 기지국으로 전송한다.
이 때, CDMA 방식의 이동통신 시스템에서는 랜덤 액세스 데이터의 전송은 코 드의 직교(Orthogonal)한 특징을 이용하여 다른 채널과 동시에 접속하는 방법을 사용할 수 있으며, FDMA 방식의 이동통신 시스템에서는 채널 할당 방식에서는 특정 주파수 대역을 랜덤 액세스 데이터의 전송에 사용할 수 있다.
상향 링크의 초기 동기를 이루기 위하여 랜덤 액세스 데이터의 전송을 위한 기술은 코드 간 직교하는 특성을 갖는 코드의 선택과, 기지국의 수신단에서 이동 단말기가 전송한 랜덤 액세스 데이터로부터 타이밍 에러 값과 채널 추정 정보를 추출할 수 있어야 한다.
기존의 CDMA 방식에서는 랜덤 액세스 채널(RACH)을 코드 특성을 이용하여 데이터 채널과 동시에 상향 링크로 전송될 수 있었으며, 수신된 랜덤 액세스 채널은 서로 상보적인 관계였다.
직교 분할 다중 접속 시스템에서 상향 링크 동기를 위한 랜덤 액세스 채널 구성은, 상향 링크 프레임 전체에서 상향 링크로 전송되는 반송파 중 일부를 상향 랜덤 액세스 채널을 위한 대역으로 할당하거나, 시스템 전체 대역에 대하여 경합(Contention) 구간을 랜덤 액세스 채널 전송을 위한 대역으로 할당하는 방법으로 나뉠 수 있다.
그러나, 반송파 중 일부를 상향 랜덤 액세스 채널을 위한 대역으로 할당하는 방법은 타이밍 영역에서 많은 자원을 사용하는 문제점이 있고, 경합 구간을 할당하는 방법은 데이터 채널 전송을 위하여 모든 대역을 사용하여야하므로, 상향 링크 자원 활용에 있어서 비효율적인 문제점이 있다.
이와 같은 상향 링크 자원 활용의 비효율성을 해소하기 위하여, 국내 특허 출원 제10-2003-90149호 '직교 주파수 분할 다중 접속에서의 임의 접속용 데이터 전송 시스템 및 그 방법'(2003.12.11)에서는 모든 대역에 할당된 반송파에 서로 직교되는 코드를 전송하여 그 코드의 송수신 여부와 타이밍 에러를 추정하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 이 방법은 주파수 도메인에서 상향 링크로 랜덤 액세스 채널을 전송하는 방법으로써는 효율적일 수 있으나, 자원의 효율적 분배에 있어서는 전체 시스템 대역의 비효율성을 불러올 수 있다.
또한, 국내 특허 출원 제10-2005-7007140호 '무선 다중 액세스 통신 시스템에 대한 랜덤 액세스'(2005.4.25)에서는 고속 랜덤 액세스 채널(F-RACH)과 저속 랜덤 액세스 채널(S-RACH)을 랜덤 액세스 채널에 TDD 프레임으로 할당하는 방법이 제안되었다. 고속 랜덤 액세스 채널은 이동통신 시스템에 사전에 등록되며, 이동 단말기가 스스로 라운드 트립 지연(RTD)을 보상할 수 있도록, 필요한 수신 신호대 잡음비(SNR: Signal-to-Noise Ratio)를 달성할 수 있는 이동 단말기에서 사용되는 채널이며, 저속 랜덤 액세스 채널은 고속 랜덤 액세스 채널을 사용하기 위한 다수의 요건들 중 임의의 요건을 충족되지 않아 고속 랜덤 액세스 채널을 사용할 수 없는 이동 단말기의 시스템 액세스를 위하여 사용되는 채널이다.
이와 같은 발명을 통하여 기지국과 이동 단말기 사이의 고속 랜덤 액세스 채널 및 저속 랜덤 액세스 채널의 기능을 지원하고 있으나, 이동 단말기의 채널 특성이 고려되지 않아 자원의 효율적인 사용 면에서 큰 효과는 없다.
이에 따라, 직교 분할 다중 접속 시스템에서 상향 링크 자원을 효율적으로 사용하면서, 초기 동기를 위한 랜덤 액세스 데이터를 송수신 방법이 요구되고 있 다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 자원의 효율적인 배분을 위하여 분산적 서브 캐리어 할당 방식과 제한적 서브 캐리어 할당 방식을 통하여, 예정 데이터(Scheduled Data) 채널과 상향 링크 동기 채널을 동시에 전송시킬 수 있으며, 이와 같은 구조를 통하여 상향 링크 자원의 할당을 효율적으로 수행할 수 있는 직교 분할 다중 접속 시스템에서의 랜덤 액세스 데이터 송수신 방법 및 송수신 장치를 제공한다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 랜덤 액세스 데이터 송신 방법으로서, 직교 분할 방식을 이용하는 접속 시스템의 이동 단말기가 상향 링크의 초기 동기를 위하여 랜덤 액세스 데이터를 송신하는 방법에 있어서, (a) 랜덤 액세스 데이터를 구성할 CAZAC 코드를 랜덤하게 선택하는 단계; (b) CAZAC 코드를 매핑하기 위한 반송파 할당 방식을 선택하는 단계; (c) 선택된 반송파 할당 방식에 따라, CAZAC 코드를 서브 캐리어에 매핑하는 단계; 및 (d) CAZAC 코드가 매핑된 서브 캐리어를 푸리에 변환하여 기지국으로 전송하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 랜덤 액세스 데이터 송신 장치로서, 직교 분할 방식을 이용하는 접속 시스템에서 상향 링크의 초기 동기를 위하여 랜덤 액세스 데이터를 송신하는 장치에 있어서, 랜덤 액세스 데이터를 구성할 CAZAC 코 드를 랜덤하게 선택하는 CAZAC 코드 생성 모듈; 랜덤하게 선택된 CAZAC 코드를 서브 캐리어에 매핑하는 캐리어 매핑 모듈; 및 CAZAC 코드가 매핑된 서브 캐리어를 푸리에 변환하여, 기지국으로 전송하는 역 푸리에 변환 모듈을 포함한다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 랜덤 액세스 데이터 수신 방법으로서, 직교 분할 방식을 이용하는 접속 시스템에서 상향 링크 신호를 통해 전송되는 랜덤 액세스 데이터를 수신하고, 타이밍 에러 값을 추정하는 방법에 있어서, (a) 수신된 상향 링크 신호에서 랜덤 액세스 데이터를 추출하여, 주파수 영역의 신호로 푸리에 변환하는 단계; (b) 푸리에 변환된 랜덤 액세스 데이터로부터 이동 단말기가 전송한 부채널의 크기와 위상을 확인하여, 반송파 그룹 신호를 확인하는 단계; 및 (c) 반송파 그룹 신호를 시간 영역의 신호로 역 푸리에 변환한 뒤, 타이밍 에러 값을 추정하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 랜덤 액세스 데이터 수신 장치로서, 직교 분할 방식을 이용하는 접속 시스템에서 상향 링크 신호를 통해 전송되는 랜덤 액세스 데이터를 수신하고, 타이밍 에러 값을 추정하는 수신 장치에 있어서, 상기 수신된 랜덤 액세스 데이터를 시간 영역의 신호에서 주파수 영역의 신호로 푸리에 변환시키는 푸리에 변환 모듈; 푸리에 변환된 랜덤 액세스 데이터로부터 이동 단말기의 부채널로부터 반송파 그룹 신호를 확인하는 캐리어 디매핑 모듈; 랜덤 액세스 데이터에 포함된 CAZAC 코드의 켤레 복소수를 생성하는 CAZAC 코드 생성 모듈; CAZAC 코드 생성 모듈에서 생성된 CAZAC 코드의 켤레 복소수와 캐리어 디매핑 모듈에서 확인된 반송파 그룹 신호를 곱하여 부채널의 크기와 위상에 대한 정보를 추출 하는 코드 멀티플렉싱 모듈; 및 코드 멀티 플렉싱 모듈의 출력 신호로부터 최대 파워 지점을 검출하여, 타이밍 에러 값을 추정하는 시간 추정 모듈을 포함한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 기재한 모듈(module)이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 주파수와 시간 도메인에서 랜덤 액세스 채널의 자원을 할당하는 방법을 나타낸 채널의 구조도이다.
상향 링크를 이용한 랜덤 액세스 채널 전송의 최소 단위는 TTI(Transmission Time Interval) 단위로 이루어지며, 상향 링크에서 동기 구간으로서의 자원 할당은 경합 기반(Contention Based)으로 이루어진다. 또한, 상향 링크의 동기 구간은 TTI를 각각의 수신기로 할당하는 스케쥴링 구간도 포함한다.
여기서, 경합 기반으로 할당되는 상향 링크의 동기 구간(112, 114, 122, 124)은 주파수 도메인에서 전체 대역을 모두 사용할 수도 있고, 일부 구간만을 할당받아 사용할 수도 있다. 여기서, 110은 경합 기반의 동기 구간을 주파수 도메인 전체 대역에 할당한 경우의 랜덤 액세스 채널 구조이며, 120은 동기 구간을 주파수 도메인 일부 대역에 할당한 경우의 랜덤 액세스 채널 구조이다.
이와 같이 구성되어 TTI 단위로 전송되는 랜덤 액세스 전송 채널은 반송파에 할당되어 이동 단말기에서 기지국으로 전송된다. 이 때, 랜덤 액세스 채널이 반송파를 통해 전송됨에 있어서, 직교 주파수 채널의 서브 캐리어 매핑 방식은 제한적 서브 캐리어(Localized Subcarrier) 할당 방식과 분산적 서브 캐리어(Distributed Subcarrier) 할당 방식이 있으며, 두 방법 모두 이동 단말기 간의 주파수는 직교한 특징을 가진다.
제한적 서브 캐리어 할당 방식은 고속의 데이터 전송에 유리하며, 분산적 서브 캐리어 할당 방식으로 서브 캐리어가 할당된 시스템은 서브 캐리어가 전 대역에 흩어져 있으므로 주파수 선택이 용이하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 회선 경쟁 선택 방식에서 채널 자원 할당시 주파수 도메인에서 제한적 서브 캐리어 할당 방식에서의 반송파 할당 방법을 예시한 도면이다.
회선 경쟁 선택 방식에서의 채널 자원은 주파수 도메인 상에서, 랜덤 액세스 데이터의 전송을 위한 자원과, 스케쥴링 데이터를 전송을 위한 자원으로 분할된다.
회선 경쟁 선택 방식에서 제1 이동 단말기가 회선 경쟁에서 먼저 채널 자원 을 점유하면, 첫 번째 반송파(210)를 통하여 제1 랜덤 액세스 데이터를 전송한다. 그리고, 제2 이동 단말기는 제1 이동 단말기가 첫 번째 반송파(210)를 통하여 제1 랜덤 액세스 데이터를 전송한 이후 채널 자원을 점유하고, 두 번째 반송파(220)를 통하여 제2 랜덤 액세스 데이터를 전송한다.
제2 이동 단말기로부터의 제2 랜덤 액세스 데이터의 전송이 완료된 이후, 채널 자원을 점유한 이동 단말기로부터 전달되는 스케쥴링 데이터가 세 번째 반송파(230)를 통하여 전송된다. 그리고, 세 번째 반송파(230)를 통한 스케쥴링 데이터의 전송이 완료되면, 다음 채널 자원을 점유한 이동 단말기로부터 다른 스케쥴링 데이터가 전송된다.
여기서, 반송파를 이용한 랜덤 액세스 데이터 또는 스케쥴링 데이터의 전송 순서는 하나의 예시일 뿐 다양하게 변형될 수 있으며, 하나의 이동 단말기로부터 전송되는 스케쥴링 데이터의 용량이 큰 경우에는 다수의 반송파를 통하여 스케쥴링 데이터가 전송될 수도 있다.
이와 같은 제한적 서브 캐리어 할당 방식에 따른 반송파 할당 방법은 저속의 이동 단말기의 초기 동기 또는 기존에 기지국과 이미 연결되어 있는 이동 단말기의 주기적인 동기나 자원 할당 요청을 위하여 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 회선 경쟁 선택 방식에서 채널 자원 할당시 주파수 도메인에서 분산적 서브 캐리어 할당 방식에서의 반송파 할당 방법을 예시한 도면이다.
분산적 서브 캐리어 할당 방식에 따른 반송파 할당에서는 이동 단말기로부터 전달되는 다수의 랜덤 액세스 데이터와 스케쥴링 데이터가 주파수 대역에서 분산되어 있다. 즉, 제1 랜덤 액세스 데이터, 제2 랜덤 액세스 데이터, 스케쥴링 데이터는 다수 개로 분할되어 다수의 반송파에 분산되어 있다.
이와 같은 분산적 서브 캐리어 할당 방식은 주파수 선택적 특성이 강하므로, 고속 이동 단말기의 초기 접근 또는 시스템에 처음으로 접속하는 이동 단말기의 상향 링크 동기 요청에 유리하다.
이와 같이 할당되는 상향 링크 반송파의 동기를 위하여, 이동 단말기는 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 코드를 이용한다.
종래의 CAZAC 코드는 상향 링크 또는 하향 링크 프레임의 동기를 위하여 사용된다. 논문 'Rapid Acquisition for Multi Band UWB System CAZAC vs. Barker Sequence'에 따른 직교 분할 다중 접속 시스템에서는 프레임의 프리엠블로 사용된 CAZAC 코드를 이용하여 타이밍 에러를 추정하는 방법이 사용되고 있다. 그러나, CAZAC 코드가 시간 도메인에서 전 대역폭을 모두 사용하여 전송되고 있다.
또한, 'OFDM Burst Frequency Synchronization by Single Carrier Training Data'에 따른 직교 분할 다중 접속 시스템에서는 프레임 동기를 위한 트레이닝 시퀀스로 CAZAC 코드가 이용된다. 이 때, CAZAC 코드는 프레임의 검출 유무와 주파수 오프셋, 타이밍 에러 추정을 위하여 사용된다.
회선 경쟁 방식에서 이와 같은 CAZAC 코드를 이용하여 랜덤 액세스 데이터를 전송하는 송신 장치와 수신 장치를 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CAZAC 코드를 이용하여 랜덤 액세스 데이터 를 전송하는 송신 장치의 블록 구성도이다.
본 발명에 따른 송신 장치는 CAZAC 코드 생성 모듈(410), 캐리어 매핑 모듈(420), 역 푸리에 변환 모듈(430) 및 CP 삽입 모듈(440)을 포함한다.
CAZAC 코드 생성(CAZAC Code Generation) 모듈(410)은 M 개의 코드 그룹에서 N의 길이를 갖는 CAZAC 코드를 랜덤하게 선택한다.
캐리어 매핑(Carrier Mapping) 모듈(420)은 CAZAC 코드 생성 모듈(410)에서 랜덤하게 선택된 N의 길이를 갖는 CAZAC 코드를 선택된 반송파 할당 방식에 따라 서브 캐리어에 매핑하는 부분이다. 이 때, 반송파 할당 방식으로 제한적 서브 캐리어 할당 방식과 분산적 서브 캐리어 할당 방식을 사용할 수 있다.
직교 분할 다중 접속 시스템이 제한적 서브 캐리어 할당 방식을 사용하는 경우, 캐리어 매핑 모듈(420)은 임의로 선택된 CAZAC 코드를 연속된 N 개의 서브 캐리어에 연속적으로 할당한다. 이 때, 하나의 이동 단말기와 다른 이동 단말기 사이의 서브 캐리어 할당은 도 2와 같이, 하나의 이동 단말기의 서브 캐리어 할당이 완료되면, 다른 이동 단말기의 서브 캐리어 할당이 이루어진다.
반면, 직교 분할 다중 접속 시스템이 분산적 서브 캐리어 할당 방식을 사용하여 반송파를 할당하는 경우, N의 길이를 갖는 CAZAC 코드를 전송하기 위한 반송파를 M 개의 간격을 두고 전 대역에 흩어지도록 할당한다. 이 때, 서브 캐리어 할당은 도 3과 같이 이루어진다.
역 푸리에 변환 모듈(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)(430)은 캐리어 매핑 모듈(420)에 의해 제한적 서브 캐리어 할당 방식 또는 분산적 서브 캐리어 할 당 방식을 통하여 서브 캐리어의 매핑이 완료되면, 서브 캐리어가 매핑된 랜덤 액세스 데이터를 멀티플렉싱(Multiplexing)한 뒤, 역 푸리에(Fourier) 변환을 이용하여 시간 축의 신호로 변환시킨다. 이 때, 랜덤 액세스 데이터의 멀티플렉싱을 위하여 별도의 멀티플렉서를 추가로 포함할 수도 있다.
CP 삽입 모듈(440)은 푸리에 변환된 랜덤 액세스 데이터의 앞 단에 사이클릭 프리픽스(CP: Cyclic Prefix)를 추가하여 전송한다.
이와 같은 랜덤 액세스 데이터 송신 장치에서 제한적 서브 캐리어 할당 방식 또는 분산적 서브 캐리어 할당 방식을 이용하여 랜덤 액세스 데이터를 상향 링크로 전송할 수 있으며, 이와 같은 특징으로 인하여 상향 링크 자원 활용이 효율적이 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 랜덤 액세스 데이터 수신 장치의 블록 구성도이다.
본 발명에 따른 랜덤 액세스 수신 장치는 CP 제거 모듈(510), 푸리에 변환 모듈(520), 캐리어 디매핑 모듈(530), CAZAC 코드 생성 모듈(540), 코드 멀티플렉싱 모듈(550), 역 푸리에 변환 모듈(560) 및 시간 추정 모듈(570)을 포함한다.
CP 제거 모듈(510)은 전송되는 상향 링크에서 랜덤 액세스 데이터를 추출하고, 앞 단에 추가된 사이클릭 프리픽스가 제거하는 역할을 수행한다.
푸리에 변환(Fast Fourier Transform) 모듈(520)은 프리픽스가 제거된 랜덤 액세스 데이터를 시간 영역의 신호에서 주파수 영역으로 변환하여 푸리에 변환한다.
이 때, 하나의 경합 구간에서 수신된 신호의 푸리에 변환 모듈(520) 출력 결과를 Rn(n = 0, 1, …, N)라고 하고, M 개의 코드 합을
Figure 112006054562990-pat00001
이라고 하면,
Figure 112006054562990-pat00002
은 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112006054562990-pat00003
여기서, i번째 이동 단말기의 k번째 부채널에 사용된 CAZAC 코드를 Ck,i이라 하고, 부채널의 크기를 Hk ,i, 위상을 θk,i라고 하면, 푸리에 변환 모듈(520)을 통하여 확인되는 각 이동 단말기가 전송한 부채널은 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure 112006054562990-pat00004
캐리어 디매핑(Carrier Demapping) 모듈(530)은 수학식 2를 통해 확인되는 각 이동 단말기의 부채널로부터 반송파 그룹 신호를 확인하는 부분이다. 캐리어 디매핑 모듈(530)에 의해 확인되는 푸리에 변환 신호는 'M × N + 데이터'에 할당된 반송파 개수만큼의 반송파 그룹으로 이루어짐을 확인할 수 있다.
코드 멀티플렉싱(Code Multiplexing) 모듈(550)은 캐리어 디매핑 모듈(530)에서 확인되는 반송파 그룹 신호를, CAZAC 코드 생성 모듈(570)로부터 전달되는 CAZAC 코드의 켤레 복소수(
Figure 112006054562990-pat00005
)와 곱하여 각 부채널의 크기와 위상에 대한 정보를 추출하는 부분이다.
코드 멀티플렉싱 모듈(550)로부터 산출되는 결과치를 Yi라고 하면, Yi은 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure 112006054562990-pat00006
그리고, 역 푸리에 변환 모듈(560)은 코드 멀티플렉싱 모듈(550)로부터 산출되는 결과치에 역 푸리에 변환을 수행하여 시간 영역으로 변환한다. 이에 따라, 역 푸리에 변환 모듈(560)로부터 출력되는 신호(yi)는 수학식 4와 같이 표현된다.
Figure 112006054562990-pat00007
시간 추정(Time Estimating) 모듈(570)은 역 푸리에 변환 모듈(560)로부터 출력되는 신호(yi)로부터 최대 파워(Max Power) 지점을 검출함으로써, 타이밍 에러(Timing Error) 값을 추정하는 부분이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 CAZAC 코드를 이용하여 랜덤 액세스 데이터를 전송하는 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
랜덤 액세스 데이터를 송신하기 위한 이동 단말기는 CAZAC 코드 생성 모듈(410)을 통하여 CAZAC 코드를 랜덤하게 선택한다(S610). 그리고, 선택된 CAZAC 코드를 전송할 반송파에 서브 캐리어를 할당하기 위한 방식을 선택한다. 이 때, 제한적 서브 캐리어 할당 방식과 분산적 서브 캐리어 할당 방식 중에서 사용할 서브 캐리어 할당 방식을 선택할 수 있다(S620).
이 때, 제한적 서브 캐리어 할당 방식으로 선택되면, 캐리어 매핑 모듈(420)을 통하여 임의로 선택된 CAZAC 코드를 연속된 N 개의 서브 캐리어에 연속적으로 할당한다(S630). 한편, S620 단계에서 분산적 서브 캐리어 할당 방식이 선택되면, N의 길이를 갖는 CAZAC 코드를 전송하기 위한 반송파를 M 개의 간격을 두고 전 대역에 흩어지도록 할당한다(S640).
서브 캐리어의 할당이 완료되면, 서브 캐리어가 매핑된 랜덤 액세스 데이터를 멀티플렉싱한 뒤(S650), 역 푸리에 변환 모듈(430)을 통하여 주파수 축의 신호를 시간 축의 신호로 변환시킨다(S660).
시간 축으로 변환된 랜덤 액세스 데이터는 CP 삽입 모듈(440)에 의해 앞 단에 사이클릭 프리픽스가 추가되고(S670), CP 삽입 모듈(440)과 연결된 안테나 또는 송신 모듈 등을 이용하여 상향 링크를 통해 기지국으로 전송된다(S680).
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 랜덤 액세스 데이터 수신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
기지국은 이동 단말기로부터 전송되는 상향 링크 신호를 수신하면(S710), 상향 링크 신호에서 랜덤 액세스 데이터를 추출한다(S720).
그리고, CP 제거 모듈(510)과 푸리에 변환 모듈(520)을 통하여 랜덤 액세스 데이터의 앞 단에 추가된 사이클릭 프리픽스를 제거한 뒤, 시간 영역의 랜덤 액세 스 데이터를 주파수 영역으로 푸리에 변환시킨다(S730).
그리고, 캐리어 디매핑 모듈(530)을 통하여 하나의 경합 구간에서 수신된 신호를 수학식 1 및 수학식 2를 통하여 각 이동 단말기가 전송한 부채널을 확인한다(S740).
각 이동 단말기의 부채널이 확인되면, 코드 멀티플렉싱 모듈(550)을 통하여 CAZAC 코드의 켤레 복소수를 곱함으로써, 반송파 그룹 신호의 크기와 위상을 확인한다(S750).
반송파 그룹 신호의 크기와 위상이 확인되면, 역 푸리에 변환을 통하여 시간 영역의 신호로 변환한 뒤(S760), 시간 추정 모듈(570)을 통하여 반송파 그룹 신호의 최대 파워 지점을 검출하고(S770), 타이밍 에러 값을 추정한다(S780).
이와 같은 방법을 통하여, 기지국은 이동 단말기로부터 상향 링크를 통하여 전송되는 랜덤 액세스 데이터를 수신하고, 타이밍 에러 값을 추정할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 상향 링크로 전송되는 랜덤 액세스 데이터 전송 방식에서 분산적 서브 캐리어 할당 방식과 제한적 서브 캐리어 할당 방식 모두 두 가지 반송파 할당을 지원함으로써, 이동 단말기의 채널 상태에 따른 상향 링크 전송 방식을 안정화시킬 수 있다.
또한, 전 대역의 전송에 있어서 반송파를 필요로 하지 않고, 스케쥴링된 데이터 채널과 동시에 자원 할당이 가능하며 경합 방식을 사용함으로써, 상향 링크의 초기 동기에 활용되는 자원의 활용에 있어서 효율성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 랜덤 액세스 데이터 채널의 타이밍 에러와 코드 검출 및 평균 전력을 추정하는 경우, 수신단에서 각 이동 단말기의 신호대 간섭비까지 추정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (19)

  1. 직교 분할 방식을 이용하는 접속 시스템의 이동 단말기가 상향 링크의 초기 동기를 위하여 랜덤 액세스 데이터를 송신하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 랜덤 액세스 데이터를 구성할 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 코드를 랜덤하게 선택하는 단계;
    (b) 상기 CAZAC 코드를 매핑하기 위한 반송파 할당 방식을 선택하는 단계;
    (c) 상기 선택된 반송파 할당 방식에 따라, 상기 CAZAC 코드를 서브 캐리어에 매핑하는 단계; 및
    (d) 상기 CAZAC 코드가 매핑된 서브 캐리어를 푸리에 변환하여 기지국으로 전송하는 단계
    를 포함하는 랜덤 액세스 데이터 송신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (b)는,
    상기 CAZAC 코드를 매핑하기 위한 반송파 할당 방식으로써, 제한적 서브 캐리어 할당 방식이나 분산적 서브 캐리어 할당 방식을 선택하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 데이터 송신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단계 (a)는,
    M 개의 코드 그룹에서 N의 길이를 갖는 상기 CAZAC 코드를 랜덤하게 선택하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 데이터 송신 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제한적 서브 캐리어 할당 방식은,
    상기 랜덤하게 선택된 CAZAC 코드를 연속된 N 개의 서브 캐리어에 연속적으로 할당하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 데이터 송신 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 분산적 서브 캐리어 할당 방식은,
    상기 N의 길이를 갖는 CAZAC 코드를 전송하기 위한 반송파를 상기 M 개의 간격을 두고 전 대역에 흩어지도록 할당하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 데이터 송신 방법.
  6. 직교 분할 방식을 이용하는 접속 시스템에서 상향 링크의 초기 동기를 위하여 랜덤 액세스 데이터를 송신하는 장치에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 데이터를 구성할 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 코드를 랜덤하게 선택하는 CAZAC 코드 생성 모듈;
    상기 랜덤하게 선택된 CAZAC 코드를 서브 캐리어에 매핑하는 캐리어 매핑 모 듈; 및
    상기 CAZAC 코드가 매핑된 서브 캐리어를 푸리에 변환하여, 기지국으로 전송하는 역 푸리에 변환 모듈
    을 포함하는 랜덤 액세스 데이터 송신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 캐리어 매핑 모듈은
    상기 CAZAC 코드를 서브 캐리어에 매핑하기 위한 반송파 할당 방식을 선택하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 데이터 송신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 캐리어 매핑 모듈은,
    상기 랜덤하게 선택된 CAZAC 코드를 연속된 서브 캐리어에 연속적으로 할당하는 제한적 서브 캐리어 할당 방식; 및
    상기 CAZAC 코드를 전송하기 위한 반송파를 일정 간격을 두고 전 대역에 흩어지도록 할당하는 분산적 서브 캐리어 할당 방식
    중 하나의 서브 캐리어 할당 방식을 상기 CAZAC 코드를 매핑하기 위한 반송파 할당 방식으로 선택하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 데이터 송신 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 역 푸리에 변환 모듈은,
    상기 CAZAC 코드가 매핑된 서브 캐리어를 멀티플렉싱하기 위한 멀티플렉서; 및
    상기 푸리에 변환된 서브 캐리어에 사이클릭 프리픽스를 삽입하여 기지국으로 전송하는 CP 삽입 모듈
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 데이터 송신 장치.
  10. 직교 분할 방식을 이용하는 접속 시스템에서 상향 링크 신호를 통해 전송되는 랜덤 액세스 데이터를 수신하고, 타이밍 에러 값을 추정하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 수신된 상향 링크 신호에서 상기 랜덤 액세스 데이터를 추출하여, 주파수 영역의 신호로 푸리에 변환하는 단계;
    (b) 상기 푸리에 변환된 랜덤 액세스 데이터로부터 상기 이동 단말기가 전송한 부채널의 크기와 위상을 확인하여, 반송파 그룹 신호를 확인하는 단계; 및
    (c) 상기 반송파 그룹 신호를 시간 영역의 신호로 역 푸리에 변환한 뒤, 상기 타이밍 에러 값을 추정하는 단계
    를 포함하는 랜덤 액세스 데이터 수신 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단계 (b)는,
    (b1) 상기 푸리에 변환된 신호로부터 상기 랜덤 액세스 데이터에 포함된 CAZAC 코드의 코드 합을 산출하는 단계; 및
    (b2) 상기 코드 합으로부터 상기 이동 단말기가 전송한 부채널의 크기와 위상을 확인하는 단계; 및
    (b3) 상기 부채널로부터 상기 푸리에 변환 신호를 이루고 있는 반송파 그룹 신호를 확인하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 데이터 수신 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (b1)의 상기 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 코드의 코드 합(
    Figure 112006054562990-pat00008
    )은,
    Figure 112006054562990-pat00009
    (여기서, Rn(n = 1, 2, …, N, 여기서, N은 상기 CAZAC 코드의 길이)은 푸리에 변환된 상기 랜덤 액세스 데이터)
    으로 산출되는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 데이터 수신 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 (b2)에서,
    상기 이동 단말기가 전송한 부채널은,
    Figure 112006054562990-pat00010
    (상기 Hk ,i는 상기 이동 단말기가 전송한 부채널의 크기, 상기 θk,i는 상기 이동 단말기가 전송한 부채널의 위상)
    으로 산출되는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 데이터 수신 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 단계 (b2)는,
    상기 반송파 그룹 신호에 상기 CAZAC 코드의 켤레 복소수를 곱하여, 상기 부채널의 크기와 위상에 대한 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 데이터 수신 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 단계 (b3)에서,
    상기 푸리에 변환 신호는,
    'M × N + 데이터'(여기서, 상기 M은 상기 랜덤 액세스 데이터를 구성하는 상기 CAZAC 코드의 코드 그룹 개수, 상기 N은 상기 CAZAC 코드의 길이)만큼의 반송파 그룹 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 데이터 수신 방법.
  16. 제 10항에 있어서, 상기 단계 (c)는,
    (c1) 상기 반송파 그룹 신호를 역 푸리에 변환하여, 시간 영역의 신호로 변환하는 단계;
    (c2) 시간 영역으로 변환된 상기 반송파 그룹 신호로부터 최대 파워 지점을 검출하는 단계; 및
    (c3) 상기 최대 파워 지점으로부터 타이밍 에러 값을 추정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 데이터 수신 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 단계 (a)는,
    상기 추출된 랜덤 액세스 데이터의 앞 단에 추가된 사이클릭 프리픽스를 제거하는 단계
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 데이터 수신 방법.
  18. 직교 분할 방식을 이용하는 접속 시스템에서 상향 링크 신호를 통해 전송되는 랜덤 액세스 데이터를 수신하고, 타이밍 에러 값을 추정하는 수신 장치에 있어서,
    상기 수신된 랜덤 액세스 데이터를 시간 영역의 신호에서 주파수 영역의 신호로 푸리에 변환시키는 푸리에 변환 모듈;
    상기 푸리에 변환된 랜덤 액세스 데이터로부터 상기 이동 단말기의 부채널로 부터 반송파 그룹 신호를 확인하는 캐리어 디매핑 모듈;
    상기 랜덤 액세스 데이터에 포함된 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 코드의 켤레 복소수를 생성하는 CAZAC 코드 생성 모듈;
    상기 CAZAC 코드 생성 모듈에서 생성된 CAZAC 코드의 켤레 복소수와 상기 캐리어 디매핑 모듈에서 확인된 상기 반송파 그룹 신호를 곱하여 상기 부채널의 크기와 위상에 대한 정보를 추출하는 코드 멀티플렉싱 모듈; 및
    상기 코드 멀티 플렉싱 모듈의 출력 신호로부터 최대 파워 지점을 검출하여, 타이밍 에러 값을 추정하는 시간 추정 모듈
    을 포함하는 랜덤 액세스 데이터 수신 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 상향 링크 신호에서 랜덤 액세스 데이터를 추출하고, 상기 추출된 랜덤 액세스 데이터의 앞 단에 추가된 사이클릭 프리픽스를 제거하여 상기 푸리에 변환 모듈로 전달하는 CP 제거 모듈; 및
    상기 코드 멀티 플렉싱 모듈의 출력 신호에 역 푸리에 변환을 수행하여 시간 영역의 신호로 변환시키고, 상기 시간 영역의 신호로 변환된 출력 신호를 상기 시간 추정 모듈로 전달하는 역 푸리에 변환 모듈
    을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 데이터 수신 장치.
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