KR100767312B1

KR100767312B1 - 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치와 셀 탐색 방법및 장치

Info

Publication number: KR100767312B1
Application number: KR1020060042838A
Authority: KR
Inventors: 안재영; 서방원; 이상현; 고영조
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2007-10-17
Also published as: KR20070025944A; US20080212462A1; US8130630B2

Abstract

OFDM 기반의 셀룰러 시스템에서 하향 링크 신호를 생성하고, 이러한 하향 링크 신호로부터 셀을 탐색하는 방법이 제공된다. 이를 위해 하향 링크 신호에는 파일럿 패턴이 형성되고, 이러한 파일럿 패턴은 셀 구분용 스크램블링 부호와 셀 그룹 구분용 부호의 곱으로 이루어진다. 그리고 스크램블링 부호는 셀마다 다르고 셀 내의 모든 부프레임에 대해서 동일한 부호를 가지며, 셀 그룹 구분용 부호는 셀 그룹마다 다르고 부프레임마다 다른 부호를 가진다.

3GPP, 부프레임, 셀, 셀 그룹, 파일럿, 하향 링크, 교차 상관

Description

셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치와 셀 탐색 방법 및 장치{APPARATUS FOR GENERATING DOWN LINK SIGNAL, AND METHOD AND APPARATUS FOR CELL SEARCH IN CELLULAR SYSTEM}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치의 개략적인 블록도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 하향 링크 프레임 구조를 나타내는 도면이다.

도 3은 도 2의 하향 링크 프레임에서 파일럿이 위치하는 OFDM 심볼을 나타내는 도면이다.

도 4는 4개의 파일럿 심볼의 곱을 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀 탐색 장치의 개략적인 블록도이다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀 탐색 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 부프레임 동기 추정 방법을 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프레임 동기 및 셀 그룹 번호 추정 방법을 나타내는 도면이다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀 번호 추정 방법을 나타내는 도면이 다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치의 개략적인 블록도이다.

도 11a 내지 도 11c는 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호의 부프레임 구조를 나타내는 도면이다.

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 셀 탐색 방법을 나타내는 흐름도이다.

본 발명은 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 방법 및 장치와 셀 탐색 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 직교 주파수 분할 다중(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 기반의 셀룰러 시스템에서 하향 링크 셀을 탐색하는 방법에 관한 것이다.

동기식 셀룰러 시스템은 외부 시스템으로부터의 공통 시간 정보를 이용하여 모든 기지국이 프레임 동기를 맞출 수 있다. 그런데 현재 3GPP에 개발 중인 셀룰러 시스템은 모든 기지국의 프레임 시간이 독립적인 비동기식 시스템이다. 이러한 비동기식 셀룰러 시스템에서는 동기식 셀룰러 시스템과 달리 복잡한 셀 탐색 과정이 필요하다.

이를 위해 별도의 프리앰블을 사용하여 동기 획득 및 셀 탐색하는 방법이 제안되어 있지만, 이러한 방법은 프리앰블이 존재하지 않는 시스템에는 적용이 불가 능하다. 그리고 부프레임의 시작과 끝에 위치하는 파일럿 심볼을 사용하여 동기 획득 및 셀 탐색을 하는 방법도 제안되어 있지만, 이 경우에는 파일럿을 많이 사용해야 한다는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 OFDM 기반의 셀룰러 시스템에서 프리앰블을 사용하지 않고 동기 획득 및 셀 탐색을 할 수 있는 셀 탐색 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 셀 번호와 셀 그룹 번호에 따라 파일럿 데이터를 생성한다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, OFDM 기반의 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치가 제공된다. 이 하향 링크 신호 생성 장치는 파일럿 패턴 생성기와 시간-주파수 매핑기를 포함한다. 파일럿 패턴 생성기는 하향 링크 신호의 한 프레임을 형성하는 복수의 부프레임에 각각 해당하는 파일럿 패턴을 생성하며, 파일럿 패턴은 셀의 번호와 셀이 속하는 셀 그룹의 번호에 의해 결정된다. 그리고 시간-주파수 매핑기는 파일럿 패턴을 시간-주파수 영역으로 매핑하여 하향 링크 신호를 생성한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 송신 안테나를 사용하는 OFDM 기반의 셀룰러 시스템의 단말의 셀 탐색 장치가 제공되며, 이 셀 탐색 장치는 수신기, 제1 내지 제3 추정기를 포함한다. 수신기는 한 프레임이 복수의 부프레임 으로 이루어지는 신호를 수신한다. 이때, 각 부프레임은 복수의 OFDM 심볼을 가지며, 각 부프레임에서 적어도 하나의 OFDM 심볼에는 적어도 하나의 송신 안테나에 각각 대응하는 적어도 하나의 파일럿 패턴이 형성되어 있으며, 파일럿 패턴은 셀 그룹 구분용 부호와 셀 구분용 스크램블링 부호의 곱에 대응하며, 셀 그룹 구분용 부호는 소정 개수의 기본 부호에서 선택된 부호에 의해 형성된다. 제1 추정기는 적어도 하나의 송신 안테나 각각에 대한 적어도 하나의 부프레임 시작점을 추정하고, 제2 추정기는 적어도 하나의 송신 안테나 각각에 대한 적어도 하나의 부프레임 시작점을 이용하여 프레임 시작점과 단말이 속한 셀에 해당하는 셀 그룹의 셀 그룹 번호를 추정한다. 그리고 제3 추정기는 각 부프레임의 각 OFDM 심볼의 복수의 부반송파 신호 중 파일럿 패턴이 형성되는 주파수 대역에 위치하는 복수의 파일럿 부반송파 신호, 부프레임 시작점, 프레임 시작점, 셀 그룹 번호 및 셀 구분용 스크램블링 부호로 단말이 현재 속한 셀의 셀 번호를 추정한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 복수의 셀로 전송할 OFDM 기반의 하향 링크 프레임을 생성하는 장치가 제공된다. 하향 링크 프레임은 복수의 부프레임과 복수의 부반송파를 포함하며, 복수의 부프레임의 각 부프레임은 복수의 OFDM 심볼을 포함한다. 복수의 OFDM 심볼에서 적어도 하나의 OFDM 심볼은 주파수 영역에서 제1 간격으로 위치하는 복수의 파일럿 심볼을 포함하며, 파일럿 심볼은 복수의 셀 중에서 하향 링크 프레임이 대응하는 셀에 대한 정보 및 셀이 포함되는 셀 그룹에 대한 정보를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, OFDM 기반의 셀룰러 시스템의 단말에서 부프레임 동기를 획득하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 적어도 하나의 부프레임의

번째 OFDM 심볼에서의 복수의 파일럿 부반송파 신호에 의해 결정되는 수열과 복수의 기본 부호 각각의 교차 상관값을 계산하고, 복수의 기본 부호에 대응되는 복수의 교차 상관값으로부터 부프레임 시작점을 추정한다. 이때, 복수의 파일럿 부반송파 신호는 OFDM 심볼의 복수의 부반송파 신호 중 일정 간격으로 형성된 복수의 파일럿 데이터가 각각 위치하는 부반송파 신호이고, 복수의 파일럿 데이터는 복수의 기본 부호에 의해 결정된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, OFDM 기반의 셀룰러 시스템의 단말에서 프레임 동기를 획득하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 적어도 하나의 프레임에서, k번째 부프레임의 시작점에 해당하는 (

)번째 OFDM 심볼에서의 복수의 파일럿 부반송파 신호에 의해 결정되는 수열과 복수의 기본 부호 각각의 교차 상관값을 계산한다. 그리고 이 방법은, 복수의 기본 부호에 대응되는 복수의 교차 상관값으로부터 프레임 동기를 획득하고 셀 그룹 번호를 추정한다. 이때, 복수의 파일럿 부반송파 신호는 (

)번째 OFDM 심볼에서 일정 간격으로 형성되어 있으며,

는 부프레임의 시작점이고, L은 부프레임에 속하는 OFDM 심볼의 개수이다. 그리고 복수의 파일럿 부반송파 신호에는 각각 파일럿 데이터가 형성되어 있으며, 복수의 파일럿 데이터는 셀 구분용 스크램블링 부호와 셀 그룹 구분용 부호의 곱에 대응하고, 복수의 파일럿 데이터의 셀 그룹 구분용 부호는 복수의 기본 부호에 의해 결정된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, OFDM 기반의 셀룰러 시스템의 단말에서 셀 번호를 추정하는 방법이 제공된다. 이 방법은, k번째 부프레임의 시작점에 해당하는 (

)번째 OFDM 심볼에서의 복수의 파일럿 부반송파 신호로부터 복수의 제1 신호를 계산하고, 적어도 하나의 부프레임에서 복수의 제1 신호에 각각 대응하는 복수의 제2 신호를 계산한다. 그리고 이 방법은, 단말이 현재 속한 셀 그룹에 속하는 각 셀 번호에 대해서, 복수의 제2 신호와 각 셀 번호에 대한 셀 구분용 스크램블링 부호에 대응하는 값 사이의 교차 상관값을 계산하고, 교차 상관값에 대응하는 값으로부터 셀 번호를 추정한다. 이때, 복수의 파일럿 부반송파 신호는 (

)번째 OFDM 심볼에서 일정 간격으로 형성되어 있으며,

는 부프레임의 시작점이고, L은 부프레임에 속하는 OFDM 심볼의 개수이다. 그리고 복수의 파일럿 부반송파 신호에는 각각 파일럿 데이터가 형성되어 있으며, 복수의 파일럿 데이터는 셀 구분용 스크램블링 부호에 의해 결정된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 복수의 송신 안테나를 사용하는 OFDM 기반의 셀룰러 시스템의 단말에서 셀 탐색을 하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 복수의 송신 안테나 중 제1 송신 안테나에 대한 부프레임 동기를 획득하고, 제1 송신 안테나에 대한 부프레임 동기로부터 나머지 송신 안테나에 대한 부프레임 동기를 획득한다. 그리고 이 방법은, 복수의 송신 안테나 중에서 단말에 사용된 사용 안테나의 개수를 추정하고, 사용 안테나의 수신 신호를 이용하여 프레임 동기를 획득하고 셀 그룹을 탐색하고, 사용 안테나의 수신 신호를 이용하여 셀을 탐색한다.

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.

명세서 전체에서, 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.

이제 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치, 셀 탐색 방법 및 장치에 대해서 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치의 개략적인 블록도이며, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 하향 링크 프레임 구조를 나타내는 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하향 링크 신호 생성 장치(100)는 파일럿 패턴 생성기(110), 시간-주파수 매핑기(120), OFDM 송신기(131) 및 송신 안테나(132)를 포함하며, 이러한 하향 링크 신호 생성 장치는 셀룰러 시스템의 기지국(도시하지 않음)에 형성된다.

파일럿 패턴 생성기(110)는 셀 번호 정보와 셀 그룹 정보를 이용하여 하향 링크 신호의 파일럿 패턴을 생성한다. 시간-주파수 매핑기(120)는 파일럿 패턴 생 성기(110)에서 생성된 파일럿 패턴과 외부로부터 프레임 구조 정보 및 전송 트래픽 데이터를 수신하고, 이 데이터를 시간 및 주파수 영역으로 매핑하여 하향 링크 신호의 프레임(도 2의 200)을 형성한다. 그리고 OFDM 송신기(131)는 시간-주파수 매핑기(120)로부터 하향 링크 신호를 수신하고, 이 신호를 송신 안테나(132)를 통하여 송신한다.

도 2를 보면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀룰러 시스템에서 하향 링크 신호의 한 프레임(200)은 N_sub개의 부프레임(210)으로 이루어지며, Δf의 주파수 폭을 가지는 N_t개의 부반송파를 사용한다. 그리고 각 부프레임(210)은 L개의 OFDM 심볼(211)로 이루어지며, 각 부프레임(210)에서 적어도 한 개의 OFDM 심볼(211)에는 N_ps 간격으로 복수의 파일럿 데이터가 형성되어 파일럿 패턴을 형성하고 있으며, 파일럿 데이터가 위치한 부반송파의 개수는 N₀개이다. 이때, 파일럿 간격(N_ps)에 해당하는 대역폭이 채널의 코히어런스 대역폭(coherence bandwidth)에 비해서 충분히 작도록 파일럿 간격(N_ps)이 선택되면, 주파수 축에서 이웃한 파일럿은 동일한 무선 채널 환경을 통과하는 것으로 가정할 수 있다.

다음, 도 1의 파일럿 패턴 생성기(110)에서 파일럿 패턴을 생성하는 방법에 대해서 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 도 2의 하향 링크 프레임에서 파일럿이 위치하는 OFDM 심볼을 나타내는 도면이며, 도 4는 4개의 파일럿 심볼의 곱을 나타내는 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, i번째 셀의 프레임(200)의 m번째 부프레임(210)에서 주파수 축 상의 n번째 파일럿 심볼[

]은 수학식 1과 같이 i번째 셀에 대한 스크램블링 부호[

]와 i번째 셀이 속한 셀 그룹(g)을 나타내는 부호[

]의 곱으로 표시된다.

이때, 파일럿 패턴 생성기(110)는 셀마다 다른 스크램블링 부호[

]를 할당하고, 한 셀의 모든 부프레임의 파일럿 심볼에 대해서는 동일한 스크램블링 부호[

]를 할당한다. 그리고 파일럿 패턴 생성기(110)는 셀 그룹(g)에 고유한 부호로 셀 그룹 구분 부호[

]를 설정하고, 부프레임마다 다른 셀 그룹 구분 부호[

]를 할당한다. 따라서 같은 그룹에 속한 셀들은 셀마다 다른 스크램블링 부호[

]를 사용하지만, 모두 동일한 셀 그룹 구분 부호[

]를 사용한다. 그리고 한 프레임 내의 모든 부프레임에서 파일럿 패턴은 달라진다.

다음, m번째 부프레임의 n번째 파일럿 심볼의 셀 그룹 구분 부호[

]와 (n+1)번째 파일럿 심볼의 셀 그룹 구분 부호[

]의 허미션 전치(Hermitian transpose) 행렬[

]의 곱을 수학식 2와 같이 정의한다. 그리고 m번째 부프레임의 n번째

와 (m+1)번째 부프레임의 n번째

의 곱을 수학식 3과 같 이

로 정의한다.

그러면 임의의 파일럿 심볼[

]에 대해서 도 4와 같이 4개의 파일럿 심볼[

,

]을 선택하면, 이들 사이의 곱은 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다. 즉, 파일럿 패턴 생성기(110)는 4개의 파일럿 심볼 사이의 곱이 셀 번호에 관계 없이 셀 그룹 구분용 부호에 의해 결정이 되도록 설정할 수 있다.

그러면, 셀 그룹(g)에서 임의의 셀의 m번째 부프레임에서의 모든

를

와 같이 표현할 수 있다. 이때, 파일럿 패턴 생성기(110)는 모든 그룹(g)과 모든 부프레임(m)에 대해서 서로 다른 부호를 사용하여

를 결정할 수 있다. 이와 같이 하면 단말의 셀 탐색 장치에서 검색해야 할 부호의 개수가 너무 많아지므로, 파일럿 패턴 생성기(110)는 수학식 5와 같이 J개의 기본 부호 집합[{

}]의 원소 중 하나를 사용하여

을 결정할 수 도 있다.

여기서, {

}의 각 원소(

)는

로 표시되는 (N₀-1) 길이의 수열을 나타낸다.

이때, 파일럿 패턴 생성기(10)는 부호어(codeword) 수열을 사용하여 기본 부호 집합({

}) 중에서 셀 그룹(g)에 대한

을 선택할 수 있다. 예를 들어, 셀 그룹(g)이 {5, 2, …, 7}을 부호어(codeword) 수열로 사용하여

을 선택하면, 수학식 6과 같은 관계가 성립한다.

다음, 이와 같이 사용될 수 있는 부호어(codeword) 수열의 모든 구성을 포함하는 코드북(codebook)을 설계하는 방법의 일 예에 대해서 설명한다.

먼저, 순환 시프트(cyclic shift)를 고려하여, 임의의 부호어 수열에 대해서 그 부호어 수열의 어떤 순환 시프트도 다른 부호어 수열과 다르게 설정한다. 그리고 같은 부호어 수열의 다른 순환 시프트에 대해서 코드북의 최소 심볼 거리가 최대화되고, 다른 부호어들 사이의 모든 순환 시프트에 대해서도 코드북의 최소 심볼 거리가 최대화되도록 코드북이 설계된다. 여기서, 심볼 거리는 코드북의 특정 두 부호어 수열에 대해서 같은 위치의 심볼들이 서로 다른 값을 가지는 위치의 개수로 정의되며, 최소 심볼 거리는 코드북의 모든 두 부호어 수열 사이의 심볼 거리 중에서 가장 작은 값으로 정의된다.

이러한 조건을 만족하는 코드북에 대한 한 가지 예로 콤마 프리 리드 솔로몬 부호(comma-free reed-solomon code, 이하, "RS 부호"라 함)를 사용할 수 있다. 매개 변수 (q^m-1)과 k로 결정되는 RS 부호를 사용한 부호화 방법은, 임의의 소수 q와 임의의 양수 m에 대해서 부호어 수열의 길이가 반드시 (q^m-1)로 주어지고 각 부호어 수열을 형성하는 숫자들이 0과 (q^m-1) 사이의 정수를 갖도록 하는 부호어 수열 (q^m)^k개를 만들어주는 부호화 방법이다. RS 부호는 싱글턴 한계(Singleton bound)라는 이론적으로 얻을 수 있는 최소 심볼 거리의 최대값 한계를 만족하는 최대 거리 분할(maximum distance separable) 부호이므로, RS 부호로 이루어진 모든 부호어 수열 사이의 심볼 거리는 항상 (q^m-1-k+1)로 고정된다.

그리고 RS 부호에서 특정한 부호어 수열에 대해서 임의의 간격만큼 순환 시프트(cyclic shift) 연산을 취한 값은, RS 부호에 의해 만들어진 어떤 다른 부호어 수열과 항상 같아질 수 있다. 이러한 특징으로 인해, 시간 동기를 맞추는 경우에 RS 부호의 다른 부호어 수열을 찾게 되어 동기 시점을 정확하게 찾지 못할 수도 있다. 따라서 RS 부호의 이러한 성질을 제거하기 위해, 순환 시프트 연산에 의해 서로 같아지지 않는 부호어 수열을 선택하여 코드북을 형성한다. 이런 부호어 수열을 찾는 방법에는 전체 부호어 수열에서 찾는 방법과 처음부터 그러한 부호어 수열이 발생하지 않도록 만드는 이론적인 방법이 있다.

이론적인 방법을 사용할 경우에는 RS 부호에 의해 만들어지는 부호어 수열의 개수가 (1/q^m)로 줄어든다. 그러므로 전체 셀 그룹의 개수가 G_gr개로 주어지면 (

)를 만족하는 (q, m, k)를 결정한다. 그리고 부호어 수열의 심볼 거리를 최대화하기 위해서는 k를 최소화해야 하므로, q^m 가 최대가 되도록 (q, m, k)를 결정한다. 이때, (

)를 만족해야 하므로 q와 m의 범위가 한정된다. 그리고 여기서 J=q^m이 결정된다.

만약 조건을 만족하는 q와 m이 존재하지 않으면 셀 그룹의 개수나 부호어 수열의 길이를 조정한다. 부호어 수열의 길이(q^m -1)는 N_sub와 가장 비슷한 큰 수로 선택한 후에 길이에 맞게 부호어 수열을 잘라내는 방법을 사용할 수 있지만, 이와 같이 하면 부호어 수열에 사용되는 원소의 범위가 늘어나므로 (

)인 가장 큰 수를 선택하는 것이 바람직하다. 이때, 부호어 수열의 길이(q^m- 1)가 N_sub보다 작으면 여분의 공간이 발생한다. 그러면 부호어 수열의 특정 부분을 복사하여 여분의 공간에 배치하여 해당 길이로 맞추어줄 수 있다. RS 부호를 사용하는 경우에 부호어 수열 내의 인접한 처음 일부 심볼들 또는 인접한 일부 마지막 심볼들을 여분의 공간에 할당하면 심볼 거리가 최대로 유지된다. 이때, 부호어 수열의 각 심볼들은 q^m 개의 각 심볼에 대응되는 q^m 개의 이진 수열로 구현될 수 있다. 그리고 q^m 개의 각 심볼들은 서로 다르게 분류될 수 있어야 하므로 이진 직교 부호를 각 심볼에 대응시켜서 표현할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하향 링크 신호 생성 장치는 프레임마다 반복되고 프레임 내의 부프레임마다 다른 값을 가지는 파일럿 패턴을 생성하고, 파일럿을 이용한 동기 획득 및 셀 탐색을 위하여 셀 그룹 구분용 부호와 셀 구분용 스크램블링 부호의 곱으로 파일럿 패턴을 표현한다. 즉, 셀 그룹 구분용 부호를 같은 그룹에 속하는 셀에 대해서는 동일하게 할당하고, 스크램블링 부호를 셀마다 다르고 모든 부프레임에 대해서 동일하게 할당한다.

다음, 이와 같이 생성된 파일럿 패턴을 가지는 하향 링크 신호를 이용하여 단말이 셀을 탐색하는 방법에 대해서 도 5 내지 도 9를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀 탐색 장치(300)의 개략적인 블록도이며, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀 탐색 방법을 나타내는 흐름도이다.

아래에서는 셀 탐색을 하고자 하는 단말이 지원하는 대역폭 확장성에 의해 N_p(≤N₀)개의 파일럿 부반송파를 지원하는 것으로 가정한다. 만약, 단말이 지원하는 대역폭이 기지국이 지원하는 대역폭과 같게 되는 경우에 N_p는 최대 N₀까지 될 수 있다.

도 5를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀 탐색 장치(300)는 수신 기(310), 초기 동기 추정기(320), 푸리에 변환기(330), 부프레임 동기 추정기(340), 프레임 동기 추정기(350) 및 셀 번호 추정기(360)를 포함하며, 푸리에 변환기(330)는 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform)을 할 수 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 수신기(310)는 기지국에서 송신되는 신호를 수신하며, 초기 동기 추정기(320)는 수신기(310)의 수신 신호에서 가드 영역에 존재하는 반복된 신호를 사용하여 대략적인 타이밍과 주파수 옵셋을 추정한다(S610). 예를 들어, 초기 동기 추정기(320)는 수신 신호와 주기적 프리픽스(cyclic prefix)의 상관 관계를 이용하여 푸리에 변환을 하기 위한 대략적인 타이밍과 주파수 옵셋을 추정할 수 있다. 다음, 푸리에 변환기(330)는 초기 동기 추정기(320)에서 추정된 대략적인 타이밍을 기준으로 해서 수신 신호를 푸리에 변환한다(S620). 부프레임 동기 추정기(340)는 푸리에 변환된 수신 신호로 부프레임 시작점을 추정하고(S630), 프레임 동기 추정기(350)는 추정된 부프레임 시작점을 기초로 프레임 동기와 셀 그룹 번호를 추정한다(S640). 그리고 셀 번호 추정기(360)는 추정된 프레임 동기와 셀 그룹 번호를 기초로 셀 번호를 추정한다(S650).

다음, 부프레임 동기 추정기(340)에서 부프레임 동기를 추정하는 방법(S630)에 대해서 도 7를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 부프레임 동기 추정 방법을 나타내는 도면이다.

아래에서는 수신하는 OFDM 심볼에 형성되는 부반송파 신호 중에서 파일럿 데이터가 형성되는 주파수 대역에 위치한 부반송파 신호를 "파일럿 부반송파 신호"라 한다.

먼저, 푸리에 변환기(320)에서 푸리에 변환된

번째 수신 OFDM 심볼의 n번째 파일럿 부반송파 신호[r_n(

)]는 수학식 7과 같이 된다. 그리고

이 m번째 부프레임의 파일럿이 전송된 시간에 해당되는 것으로 가정하면, 수신 파일럿 부반송파 신호[r_n(

)]는 수학식 8과 같이 된다.

여기서, H_n ⁽ⁱ⁾(

) 는 i번째 셀로부터의 채널 계수이며, W_n ⁽ⁱ⁾(

) 는 다른 셀로부터의 간섭과 가산 열잡음의 합이며, X_n ⁽ⁱ⁾(

) 은 송신 OFDM 심볼의 n번째 파일럿 부반송파 신호이다.

부프레임 동기 추정기(340)는 수학식 9와 같이

번째 수신 OFDM 심볼에서 이웃한 두 개의 파일럿 부반송파 신호의 곱[

]을 구하고(S631), 시간 영역에서

번째 수신 OFDM 심볼로부터 L개의 OFDM 심볼 길이만큼 떨어진 심볼에서도 이웃한 두 개의 파일럿 부반송파 신호의 곱[

]을 구한다(S632). 그리고 부프레임 동기 추정기(340)는 수학식 10과 같이

와

의 곱[

]을 구한다(S633). 이때, 단말이 N_p개의 대역폭을 지원하는 것으로 가정하였으므로, 0부터 (N_p-2)까지 의 n에 대해서 수학식 9 및 10의 곱이 계산된다.

여기서, L은 하나의 부프레임 내에 존재하는 OFDM 심볼의 개수로서, 시간 영역에서 이웃한 두 파일럿 부반송파 신호 간의 시간 간격을 나타낸다.

다음, 부프레임 동기 추정기(350)는 J개의 상관기(도시하지 않음)를 이용하여 수학식 11과 같이

와 기본 부호들({

}) 간의 교차 상관값[Z^(j)(

)]을 계산다(S634). 그리고 부프레임 동기 추정기(350)는 한 프레임 내의 L개의 OFDM 심볼 각각에 대해서 J개의 교차 상관값[Z^(j)(

)]에 대한 합으로 부프레임 동기 추정 신호[P(

)]를 결정한다(S635).

이어서, 부프레임 동기 추정기(340)는 수학식 13과 같이 L개의 심볼 구간 중에서 부프레임 동기 추정 신호[P(

)]가 최대로 되는 심볼 시간을 부프레임의 시작점(

)으로 추정한다(S636).

이때, 부프레임 동기 추정기(340)는 J개의 교차 상관값[Z^(j)(

)]에 대한 합 대신에 수학식 14와 같이 교차 상관값[Z^(j)(

)] 중 최대값을 가지는 j값으로 부프레임 동기 추정 신호[P(

)]를 설정할 수도 있다. 또는 부프레임 동기 추정기(350)는 수학식 12와 14에서 Z^(j)(

) 대신에 L개마다 떨어진 여러 개의 심볼들에 대한 Z^(j)(

) 을 결합한 값을 사용할 수도 있다.

다음, 이와 같이 결정된 부프레임 시작점(

)을 기초로 프레임 동기 추정기(350)가 프레임 동기를 획득하고 셀 그룹 번호를 추정하는 방법(S640)에 대해서 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프레임 동기 및 셀 그룹 번호 추정 방법을 나타내는 도면이다.

프레임 동기 추정기(350)는 부프레임 시작점(

)을 기준으로 해서 N_sub개의 부프레임에 대해 수학식 15와 같이

수열과 각 기본 부호(

) 간의 교차 상관값(Z_k ^(j))을 계산한다(S641). 이때, 프레임 동기 추정기(350)는 시간 및 주파수 영역에서의 채널 변화에 따른 영향을 줄이기 위해 수학식 15에서 정규화를 수행할 수도 있다.

다음, 프레임 동기 추정기(350)는 교차 상관값[Z_k ^(j)]을 이용하여 기본 부호선택에 사용된 부호어 수열을 복호하여 프레임 동기 획득 및 셀 그룹 번호를 추정한다(S643).

예를 들어, 앞서 설명한 것처럼 하향 링크 신호 생성 장치(100)에서 RS 부호로 부호화한 경우에, 프레임 동기 추정기(350)는 Z_k ^(j) 에 대한 J 길이의 수열에 대해서 RS 부호의 복호를 수행할 수 있다. 즉, 프레임 동기 추정기(350)는 일반적인 경판정 RS 부호의 복호 방법인 베르캄프-매시(Berlekamp-Massey) 방법을 사용하여 복호를 수행할 수 있다. 그런데 심볼 수열은 전체 부호어 중 일부만 선택되어 이루어졌으므로, 이와 같이 하면 셀 그룹이 할당되지 않은 번호가 복호 결과로 될 수도 있다. 그러므로 RS 부호의 복호 방법을 사용하지 않고, 프레임 동기 추정기(350)는 셀 그룹 번호에 할당된 각 수열과 그들의 순환 시프트 수열에 대해서 J 길이의 수 열({Z_k ^(j)})과의 심볼 거리를 비교할 수도 있다. 그런데 이러한 방법은 경판정 복호 방법에 해당하므로 더 좋은 성능을 얻기 위해서 연판정 정보가 이용될 수도 있다. 즉, 프레임 동기 추정기(350)는 Z_k ^(j)의 연판정 값을 수학식 16에 적용하고, G^(g)(m) 을 최대로 하는 g와 m을 검색함으로써 셀 그룹 번호와 프레임 동기를 추정할 수 있다. 즉, 프레임 동기 추정기(350)는 수학식 17과 같이 셀 그룹 번호(

)와 프레임 동기(

)를 찾는다.

여기서, G_gr은 셀 그룹의 수이며, w_g(k) 는 셀 그룹(g)에 대한 기본 부호 선택에 사용되는 부호어 수열의 k번째 심볼이다.

이때, 프레임 동기 획득 및 셀 그룹 탐색 성능을 향상시키기 위해서 프레임 동기 추정기(350)는 Z_k ^(j) 을 사용하는 대신에 여러 개의 프레임에 대한 Z_k ^(j) 을 결합한 값을 사용할 수도 있다.

한편, 단말이 현재 속한 셀 및 그 주변의 셀에 대한 정보(셀 번호 및 셀 그 룹 정보)를 미리 알고 있는 경우(즉, 단말이 통화 상태이거나 통화 대기 중인 경우), 현재 셀 및 그 주변 셀이 속한 셀 그룹에 대해서만 셀 탐색을 하여 셀 탐색의 계산량과 소요 시간을 줄일 수도 있다. 즉, 수학식 16와 수학식 17에서 현재 셀 및 그 주변 셀이 속한 셀 그룹에 대해서만 G^(g)(m)을 계산할 수도 있다.

다음, 셀 번호 추정기(360)에서 이와 같이 추정된 셀 그룹 번호(

)와 프레임 동기(

)를 사용하여 셀 번호를 추정하는 방법(S650)에 대해서 도 9를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀 번호 추정 방법을 나타내는 도면이다.

먼저, 셀 번호 추정기(360)는 수학식 18과 같이 각 부프레임의 시작점에서의 두 개의 이웃한 파일럿 부반송파 신호의 곱[

]과 추정된 셀 그룹(

)에 해당하는 셀 그룹 구분용 부호[

]의 곱을 계산하고(S651), 이 곱을 모든 부프레임에 대해서 더한 값(v_n)을 계산한다(S652). 이때, 셀 번호 추정기(360)는 시간 및 주파수 영역에서의 채널 변화에 대한 영향을 줄이기 위해 v_n에 대해 정규화를 수행할 수도 있다.

다음, 셀 번호 추정기(360)는 수학식 19와 같이 v_n값과 셀 그룹(

)에 속하는 셀 번호(i)에 해당되는 셀 구분용 스크램블링 부호 간의 교차 상관값[Q⁽ⁱ⁾]을 계산한다(S653). 그리고 셀 번호 추정기(360)는 수학식 20과 같이 Q⁽ⁱ⁾ 를 최대로 하는 i 값(

)을 셀 번호로 추정한다(S654). 이때, 셀 번호 추정기(360)는 셀 번호 탐색 성능을 향상시키기 위해서 수학식 20에서 Q⁽ⁱ⁾ 를 사용하는 대신에 여러 개의 부프레임에 대한 Q⁽ⁱ⁾ 들을 결합한 값을 사용할 수도 있다.

그리고 단말이 현재 속한 셀 및 그 주변의 셀에 대한 정보(셀 번호 및 셀 그룹 정보)를 미리 알고 있는 경우, 셀 탐색의 계산량과 소요 시간을 줄이기 위해 셀 번호 추정기(360)는 수학식 19과 수학식 20에서 현재 셀 및 그 주변 셀 번호에 대해서만 Q⁽ⁱ⁾ 값을 계산할 수도 있다.

이와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀 탐색 장치(300)는 하향 링크 신호의 파일럿 패턴만으로 셀 번호를 탐색할 수 있다.

다음, 이와 같이 셀 탐색을 위해서 사용되는 기본 부호({

})를 설계하는 일 예에 대해서 설명한다.

먼저, 위에서 설명한 것처럼 동기 획득 과정 및 셀 탐색 과정에서 기본 부호들({

}) 간의 상관 특성이 성능에 큰 영향을 주므로, 기본 부호는 부호 간의 교차 상관 특성이 좋은 부호들로 선택될 수 있다. 그리고 수학식 3과 수학식 5에 나타낸 것처럼 기본 부호 집합({

})은 두 부호어 수열(

,

) 간의 곱으로 표현되도록 결정된다.

이러한 특성을 만족시키기 위해서, 일 예로 월시(Walsh) 부호를 사용하여 기본 부호 집합({

})을 형성할 수 있다. 월시 부호는 곱셈에 대해서 닫혀 있으므로, 월시 부호에 포함된 임의의 부호어 수열의 원소간 곱은 월시 부호의 다른 부호어 수열의 원소와 반드시 일치한다. 따라서,

과

에 대해 월시 부호를 적용할 수 있다.

이러한 월시 부호는 이진 직교 부호의 대표적인 예로서 임의의 양수 n에 대해 2ⁿ 개의 직교 수열을 정의한다. 이때, 각 심볼을 위해 할당된 자원의 크기(N_p)가 월시 부호의 길이(N=2ⁿ)의 형태가 아닌 경우에는, 2ⁿ 길이의 월시 부호에서 인접한 처음 (N_p-1-N)/2의 이진 심볼과 인접한 마지막 (N_p-1-N)/2 개의 이진 심볼을 각각 월시 부호의 가장 마지막과 가장 앞에 부착하여 N_p길이의 심볼에 대응하는 수열을 만들 수 있다. 따라서 월시 부호를 사용하는 경우에 다양한 길이의 월시 부호를 생 성할 수 있다. 예를 들어, 각 단말이 사용할 수 있는 최대의 자원의 크기를 N_p,max라 할 때, 월시 부호가 가질 수 있는 최대의 길이(N_max)를 N_p,max보다 작은 가장 큰 2의 거듭제곱(2ⁿ) 형태의 수로 설정할 수 있다. 그리고 여분의 (N_p,max-N_max)개의 자원에 대해서는 앞서 설명한 방법을 사용할 수 있다. 그러면 N_max길이의 월시 부호는 수학식 21의 생성 행렬을 이용하여 생성될 수 있다.

월시 부호의 부호어 수열에 대한 번호는 각 생성 행렬(H_n)의 행 번호로 결정된다. 이때, 단말에서 사용 가능한 자원의 크기가 N_p이면,

행렬의 첫 번째부터

번째 행의 [(N_max-N_p)/2+1]번째 열부터 [(N_max+N_p)/2+1]번째 열까지의 원소를 취해서 월시 수열에 대한 자원 행렬을 만들 수 있다. 이렇게 하면 앞에서 지적한 바와 같이 (N_p-

)의 여분의 자원에 대한 반복 처리를 동시에 수행할 수 있다. 따라서, 사용 가능한 자원의 크기가 N_p인 사용자의 월시 부호 생성 행렬(

)은 수학식 22와 같이 주어진다.

이와 같이, N_p 길이의 자원 크기를 가지는 단말에 대한 생성 행렬을 최대의 자원 크기를 가지는 생성 행렬(

) 중에서 일부를 잘라 내어 생성하면, 자원의 크기가 다른 단말 사이의 충돌을 최소화 할 수 있다.

한편,

이 정해지고 나면,

를 만족하도록

을 정하는 한 가지 예는 수학식 23과 같이 차분 형태(differential form)로 형성하는 것이다.

이와 같이 월시 부호는 그 규칙적인 생성 방법으로부터 반복된 패턴을 이용하므로 길이가 다른 두 월시 부호 사이에 형태가 일치하는 부분이 항상 존재하여 대역폭 확장성을 위한 다양한 길이의 수열을 손쉽게 만들 수 있다. 그리고 월시 부호에 대한 상관기는 고속 변환 알고리즘(fast Hadamard transform)으로 쉽게 구현이 가능하다. 또한, 어떤 환경에서 다수의 단말이 개별 길이의 자원을 이용하여 셀 탐색을 하는 경우에 자원을 적게 사용하는 단말의 셀 탐색 자원은 자원을 많이 사용하는 단말의 자원과 충돌이 최소화되어야 효과적으로 셀 탐색을 수행할 수 있다. 월시 부호를 사용하면 이러한 경우에 충돌을 최소화 할 수 있도록 수열을 형성할 수 있다.

이상, 본 발명의 제1 실시예에서는 송신 안테나가 1개인 경우에 대해서 설명하였지만, 아래에서는 여러 개의 송신 안테나를 사용하는 실시예에 대해서 설명한다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치의 개략적인 블록도이며, 도 11a 내지 도 11c는 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호의 부프레임 구조를 나타내는 도면이다. 도 11a 내지 도 11c에서는 설명의 편의상 송신 안테나가 2개인 경우의 부프레임 구조를 도시하였다.

도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 하향 링크 신호 생성 장치(100')는 파일럿 패턴 생성기(110'), 시간-주파수 매핑기(120'), 복수의 OFDM 송신기(131') 및 복수의 송신 안테나(132')를 포함한다.

파일럿 패턴 생성기(110')는 셀 번호 정보 및 셀 그룹 정보를 수신하여 송신 안테나 별로 파일럿 패턴을 생성한다. 시간-주파수 매핑기(120')는 파일럿 패턴 생성기(110')에서 생성된 파일럿 패턴과 외부로부터 송신 안테나 매핑 정보, 프레임 구조 정보 및 전송 트래픽 데이터를 수신하고, 이 데이터를 시간, 주파수 및 안테나로 매핑하여 송신 안테나(132') 별 OFDM 송신기(131')로 출력한다. 그리고 각 OFDM 송신기(131')는 시간-주파수 매핑기(120')로부터 하향 링크 신호를 수신하고, 이 신호를 대응하는 송신 안테나(132')를 통하여 송신한다.

도 11a 내지 도 11c를 보면, 하향 링크 신호의 각 부프레임(210')에서 적어도 한 개의 OFDM 심볼에는 N_ps 간격으로 송신 안테나 1에 대한 파일럿 데이터가 위치하고 있다. 그리고 송신 안테나 x에 대한 파일럿 데이터의 위치는 송신 안테나 1의 파일럿 데이터의 위치와 도 11a와 같이 주파수 영역에서 다르거나 도 11b와 같이 시간 영역에서 다를 수 있다(여기서, x는 송신 안테나 번호를 나타내며 2 이상의 정수). 또는 송신 안테나 x에 대한 파일럿 데이터의 위치는 송신 안테나 1의 파일럿 데이터의 위치와 시간 영역과 주파수 영역 모두에서 다를 수 있다.

다음, 복수의 송신 안테나에서 송신되는 하향 링크 신호로부터 셀 탐색을 하는 방법에 대해서 도 12를 참조하여 설명한다.

단말이 송신 안테나의 개수에 대한 정보를 모르는 경우에도 기지국에서는 적어도 하나의 송신 안테나를 사용하므로, 먼저 단말의 셀 탐색 장치는 수학식 7 내지 수학식 14에서 설명한 방법으로 송신 안테나 1의 수신 파일럿 부반송파 신호에 대해 부프레임 동기(

)를 획득한다(S1210). 그리고 도 11a 내지 도 11c에서 설명한 것처럼 송신 안테나 x를 통해 전송된 파일럿 부반송파 신호의 위치는 송신 안테나 1의 파일럿 부반송파 신호의 위치를 기준으로 시스템 파라미터에 의해 결정되어 있다. 따라서, 셀 탐색 장치는 송신 안테나 1에 대한 부프레임 동기(

)와 시스템 파라미터를 기초로 송신 안테나 x에 대한 부프레임 동기(

)를 찾을 수 있다(S1220).

다음, 수학식 15에서 설명한 것처럼, 셀 탐색 장치는 각 송신 안테나 x에 대한 파일럿 부반송파 신호에 의해 결정되는

과 J개의 기본 부호와의 교차 상관값을 구한다. 이때, 송신 안테나 x의 교차 상관값(

)은 수학식 24와 같이 된다.

여기에서 n_x 는 송신 안테나 x가 사용하는 파일럿 부반송파의 번호를 나타내는 변수이고,

는

를 기준으로 해서 시스템 파라미터에 의해 정해지는 값으로서 부프레임 내에서 송신 안테나 x에 대한 파일럿 OFDM 심볼의 시간 위치이다.

그리고 수학식 7 내지 수학식 10에서 설명한 것처럼 송신 안테나 x의

은

번째 수신 OFDM 심볼의

과

번째 수신 OFDM 심볼로부터 L개의 OFDM 심볼 길이만큼 떨어진 심볼의

의 곱으로 된다. 그리고

은

번째 수신 OFDM 심볼의 n_x번째 및 (n_x+1)번째 파일럿 부반송파 신호의 곱[

]으로 주어지며,

은 (

+L) 번째 수신 OFDM 심볼의 n_x번째 및 (n_x+1)번째 파일럿 부반송파 신호의 곱[

]으로 주어진다. 즉,

은 수학식 25와 같이 주어진다.

다음, 셀 탐색 장치는 교차 상관값[

]를 이용하여 송신 안테나의 개수를 추정한다(S1240). 송신 안테나의 개수를 추정하는 하나의 방법으로, 셀 탐색 장치는 먼저 임의의 k₀ 번째 부프레임에서 각 송신 안테나에 대해 수학식 26과 같은 값을 구한다. 이때, 송신 안테나 개수 추정 성능을 향상시키기 위하여 수학식 26에서

대신에

값을 여러 개의 부프레임에 대해 결합한 값을 사용할 수도 있다.

그리고 셀 탐색 장치는 수학식 26의

가 임계값(Th₀)보다 크거나 같은 x를 찾음으로써 송신 안테나의 개수를 추정한다(S1230). 이때, 송신 안테나 1은 반드시 사용하기 때문에, 임계값(Th₀)은 송신 안테나 1에 대한

에 의해서 수학식 27과 같이 정의된다.

여기서, (는 비례 상수이다.

다음, 셀 탐색 장치는 이와 같이 추정된 송신 안테나 번호들의 집합(U_ant)에 포함되는 송신 안테나에 대한 교차 상관값[

]를 이용하여 프레임 동기 획득 및 셀 그룹을 탐색한다(S1240).

프레임 동기 획득 및 셀 그룹 탐색을 하는 한 가지 방법으로, 셀 탐색 장치는 송신 안테나 번호들의 집합(U_ant)에 속하는 송신 안테나에 대한

값들을 수학식 28과 같이 결합한다. 그리고 셀 탐색 장치는 제1 실시예에서 설명한 방법과 마찬가지로 Z_k ^(j) 을 이용하여 부호어 수열에 대한 복호를 수행함으로써 프레임 동기 획득 및 셀 그룹 번호를 찾을 수 있다.

다음, 셀 탐색 장치는 추정된 프레임 동기와 셀 그룹 번호를 사용하여 셀 번호를 추정한다(S1250). 구체적으로, 수학식 18과 유사하게 송신 안테나 번호들의 집합(U_ant)에 속하는 송신 안테나의 수신 파일럿 부반송파 신호에 대하여 추정된 셀 그룹 번호에 해당되는 부호와의 곱들을 구하고, 각각에 대해 모든 안테나에 대한 결과들을 더한다. 그리고 나서, 그 값을 추정된 셀 그룹에 속하는 셀 번호에 해당되는 셀 구분용 스크램블링 부호들과의 교차 상관값을 구한다. 이 교차 상관값이 최대가 되는 셀 번호를 찾음으로써 최종적인 셀 번호를 찾을 수 있다.

이상, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에서는 파일럿을 이용하여 부프레임 동기 획득, 프레임 동기 획득 및 셀 탐색을 하는 것으로 설명하였다. 만약, 심볼 동기, 주파수 동기, 프레임 동기 획득을 위한 별도의 OFDM 심볼이 존재하는 경우에는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에서 설명한 방법을 이용하여 셀 그룹 번호와 셀 번호만을 찾을 수도 있다. 이 경우에는 셀 그룹 번호를 찾기 위한 복호화 과정에서 기본 부호어의 순환 시프트된 부호어들에 대해서도 검색을 하게 되는데, 이 경우처럼 프레임 동기를 알고 있는 경우에는 기본 부호어에 대해서만 디코딩을 수행하면 되기 때문에 성능이 더 좋은 코드북을 설계할 수 있고, 또한 디코딩을 위한 계산량도 줄어들게 된다. 또한, 심볼 동기 오차와 주파수 동기 오차가 줄게 되면, 셀 탐색 성능도 좋아지게 된다.

이상, 본 발명의 실시예에서 설명한 구성요소는 적어도 하나의 DSP(digital signal processor), 프로세서, 컨트롤러, ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 프로그램 가능한 논리 소자, 기타 전자 장치 또는 이들의 결합으로 이루어지는 하드웨어로 구현될 수 있다. 그리고 본 발명의 실시예에서 설명한 기능이나 처리 절차 중 적어도 일부는 소프트웨어로 구현될 수 있으며, 이러한 소프트웨어는 기록 매체에 기록되어 있을 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에서 설명한 구성요소, 기능 및 처리 절차는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수도 있다.

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.

이와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 하향 링크 신호에 프리앰블을 사용하지 않아도 파일럿 패턴으로 셀 탐색을 할 수 있다. 그리고 파일럿 패턴으로 부프레임 동기 및/또는 프레임 동기를 추정할 수도 있다. 또한 파일럿 패턴으로 기지국에서 사용된 송신 안테나의 개수를 추정할 수도 있다.

Claims

삭제
직교 주파수 분할 다중(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 기반의 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치에 있어서,

하향 링크 신호의 한 프레임을 형성하는 복수의 부프레임에 각각 해당하는 파일럿 패턴을 생성하며, 상기 파일럿 패턴은 셀의 번호와 상기 셀이 속하는 셀 그룹의 번호에 의해 결정되는 파일럿 패턴 생성기, 그리고

상기 파일럿 패턴을 시간-주파수 영역으로 매핑하여 상기 하향 링크 신호를 생성하는 시간-주파수 매핑기

를 포함하며,

상기 파일럿 패턴 생성기는, 상기 셀 그룹을 구분하기 위한 셀 그룹 구분용 부호와 상기 셀을 구분하기 위한 스크램블링 부호의 곱으로 상기 파일럿 패턴을 생성하는 장치.
제2항에 있어서,

상기 셀 그룹 구분용 부호는 동일한 셀 그룹에 속하는 복수의 셀에 대해서 동일한 값을 가지며,

상기 스크램블링 부호는 상기 복수의 셀에서는 서로 다른 값을 가지며 상기 복수의 부프레임에 대해서는 동일한 값을 가지는 장치.
제3항에 있어서,

상기 파일럿 패턴 생성기는, 상기 복수의 부프레임 중 m번째 부프레임의 n번째 제1 부호와 (m+1)번째 부프레임의 n번째 제1 부호의 곱에 대응하는 제2 부호를 상기 셀 그룹의 번호에 따라 결정하며,

상기 m번째 부프레임의 n번째 제1 부호는 상기 m번째 부프레임의 n번째와 (n+1)번째 파일럿 심볼의 곱에 대응하며, 상기 (m+1)번째 부프레임의 n번째 제1 부호는 상기 (m+1)번째 부프레임의 n번째와 (n+1)번째 파일럿 심볼의 곱에 대응하는 장치.
제4항에 있어서,

상기 파일럿 패턴 생성기는 소정 개수의 기본 부호로 상기 제2 부호를 결정하는 장치.
제5항에 있어서,

상기 파일럿 패턴 생성기는 부호어 수열을 사용하여 상기 소정 개수의 기본 부호에서 상기 제2 부호를 선택하며,

상기 부호어 수열은 코드북(codebook)에서 선택되며, 상기 코드북에 속하는 상기 부호어 수열들 간의 모든 순환 시프트에 대해서 코드북의 최소 심볼 거리가 최대가 되도록 상기 코드북이 설정되는 장치.
제5항에 있어서,

상기 파일럿 패턴 생성기는 제1 부호어 수열을 사용하여 상기 소정 개수의 기본 부호에서 상기 제2 부호를 선택하며,

상기 제1 부호어 수열은 콤마 프리 리드 솔로몬(comma-free reed-solomon) 부호로 형성된 코드북에서 선택되는 장치.
제7항에 있어서,

상기 파일럿 패턴 생성기는, 상기 콤마 프리 리드 솔로몬 부호의 제2 부호어 수열의 길이가 상기 복수의 부프레임의 개수보다 작은 경우에, 상기 제2 부호어 수열의 가장자리에 위치한 인접한 소정 개수의 원소를 상기 제2 부호어 수열의 소정 위치에 추가하여 상기 제1 부호어 수열을 형성하는 장치.
제5항에 있어서,

상기 기본 부호는 월시(Walsh) 부호를 포함하는 장치.
제3항에 있어서,

상기 파일럿 패턴 생성기는 주파수 영역으로 이웃한 두 개의 상기 셀 그룹 구분용 부호의 곱에 대응하는 제1 부호를 월시 부호를 사용하여 형성하는 장치.
제9항 또는 제10항에 있어서,

상기 파일럿 패턴 생성기는, 제1 길이를 가지는 월시 부호를 생성하는 생성 행렬의 일부 행과 일부 열을 추출하여 상기 제1 길이보다 짧은 제2 길이를 가지는 월시 부호를 생성하는 생성 행렬을 형성하는 장치.
제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 파일럿 패턴 생성기는 상기 제1 부호의 차분 형태로 상기 셀 그룹 구분용 부호를 결정하는 장치.
제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하향 링크 신호를 각각 송신하는 복수의 송신 안테나를 더 포함하며,

상기 시간-주파수 매핑기는 상기 복수의 송신 안테나 중 제1 송신 안테나에 대한 상기 파일럿 패턴의 위치와 제2 송신 안테나에 대한 상기 파일럿 패턴의 위치를 주파수 영역 및 시간 영역 중 적어도 하나의 영역에서 다르게 설정하는 장치.
적어도 하나의 송신 안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 기반의 셀룰러 시스템의 단말의 셀 탐색 장치에 있어서,

한 프레임이 복수의 부프레임으로 이루어지는 신호를 수신하며, 각 부프레임은 복수의 OFDM 심볼을 가지며, 상기 각 부프레임에서 적어도 하나의 OFDM 심볼에 는 상기 적어도 하나의 송신 안테나에 각각 대응하는 적어도 하나의 파일럿 패턴이 형성되어 있으며, 상기 파일럿 패턴은 셀 그룹 구분용 부호와 셀 구분용 스크램블링 부호의 곱에 대응하며, 상기 셀 그룹 구분용 부호는 소정 개수의 기본 부호에서 선택된 부호에 의해 형성되는 수신기,

상기 적어도 하나의 송신 안테나 각각에 대한 적어도 하나의 부프레임 시작점을 추정하는 제1 추정기,

상기 적어도 하나의 송신 안테나 각각에 대한 적어도 하나의 부프레임 시작점을 이용하여 프레임 시작점과 상기 단말이 속한 셀에 해당하는 셀 그룹의 셀 그룹 번호를 추정하는 제2 추정기, 그리고

상기 각 부프레임의 각 OFDM 심볼의 복수의 부반송파 신호 중 상기 파일럿 패턴이 형성되는 주파수 대역에 위치하는 복수의 파일럿 부반송파 신호, 상기 부프레임 시작점, 상기 프레임 시작점, 상기 셀 그룹 번호 및 상기 셀 구분용 스크램블링 부호로 상기 단말이 현재 속한 셀의 셀 번호를 추정하는 제3 추정기

를 포함하는 장치.
제14항에 있어서,

상기 제1 추정기는, 적어도 하나의 부프레임의 각 OFDM 심볼에서의 복수의 제1 파일럿 부반송파 신호와 상기 소정 개수의 기본 부호로부터 상기 제1 송신 안테나에 대한 부프레임 시작점을 추정하며,

상기 복수의 제1 파일럿 부반송파 신호는 상기 적어도 하나의 송신 안테나 중 제1 송신 안테나에 대한 파일럿 패턴에 대응하는 파일럿 부반송파 신호인 장치.
제15항에 있어서,

상기 제1 추정기는, 상기 각 OFDM 심볼에서의 복수의 제1 신호와 상기 각 기본 부호 사이의 교차 상관값을 계산하고, 상기 각 OFDM 심볼에서의 상기 복수의 교차 상관값으로부터 상기 부프레임 시작점을 추정하며,

상기 각 제1 신호는, 상기 각 제1 신호에 대응하는 OFDM 심볼에서의 인접한 두 제1 파일럿 부반송파 신호의 곱인 제2 신호와 상기 대응하는 OFDM 심볼에 대해 시간 영역에서 파일럿 간격만큼 떨어진 OFDM 심볼에서의 상기 제2 신호의 곱에 대응하는 장치.
제16항에 있어서,

상기 제1 추정기는, 상기 적어도 하나의 부프레임의 동일 위치의 OFDM 심볼에서 각 기본 부호에 대응하는 상기 교차 상관값을 결합한 후, 상기 결합한 교차 상관값의 절대값의 합에 대응하는 값이 최대로 되는 심볼 시간을 상기 부프레임 시작점으로 추정하는 장치.
제16항에 있어서,

상기 제1 추정기는, 상기 적어도 하나의 부프레임의 동일 위치의 OFDM 심볼에서 각 기본 부호에 대응하는 상기 교차 상관값을 결합한 후, 상기 결합한 교차 상관값의 절대값 중 최대값에 대응하는 상기 기본 부호의 번호가 최대로 되는 심볼 시간을 상기 부프레임 시작점으로 추정하는 장치.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 각 부프레임에서 상기 적어도 하나의 송신 안테나 중 적어도 하나의 제2 송신 안테나에 대한 파일럿 패턴은 상기 제1 송신 안테나에 대한 파일럿 패턴과 시간 영역 및 주파수 영역 중 적어도 하나의 영역에서 다른 위치에 형성되어 있으며,

상기 제1 추정기는 상기 제1 송신 안테나에 대한 부프레임 시작점으로부터 상기 적어도 하나의 제2 송신 안테나에 대한 부프레임 시작점을 추정하는 장치.
제14항에 있어서,

상기 제2 추정기는,

적어도 하나의 프레임에서 각 부프레임의 적어도 하나의 시작점에 각각 위치한 OFDM 심볼에서의 상기 복수의 파일럿 부반송파 신호와 상기 소정 개수의 기본 부호로부터 상기 셀 그룹 번호와 상기 프레임 시작점을 추정하며,

상기 적어도 하나의 시작점은 상기 적어도 하나의 송신 안테나 중 상기 단말에 사용된 적어도 하나의 사용 안테나에 대한 상기 부프레임 시작점인 장치.
제20항에 있어서,

상기 제2 추정기는, 상기 적어도 하나의 송신 안테나 각각에 대해서, 적어도 하나의 부프레임의 시작점에 위치한 OFDM 심볼에서의 복수의 제1 신호와 상기 각 기본 부호 사이의 교차 상관값을 계산하고,

상기 적어도 하나의 송신 안테나 각각에 대한 상기 적어도 하나의 부프레임에서의 상기 복수의 교차 상관값으로부터 안테나 추정값을 결정하며,

상기 적어도 하나의 송신 안테나 중 상기 안테나 추정값이 임계값 이상인 송신 안테나를 상기 사용 안테나로 결정하며,

상기 각 제1 신호는, 대응하는 부프레임의 시작점에 위치한 OFDM 심볼에서의 인접한 두 파일럿 부반송파 신호의 곱인 제2 신호와 상기 대응하는 부프레임에 인접한 부프레임의 시작점에 위치한 OFDM 심볼에서의 상기 제2 신호의 곱에 대응하는 장치.
제21항에 있어서,

상기 임계값은 상기 적어도 하나의 송신 안테나 중 제1 송신 안테나의 안테나 추정값에 의해 결정되는 장치.
제21항 또는 제22항에 있어서,

상기 안테나 추정값은, 상기 적어도 하나의 부프레임에서 각 기본 부호에 대응하는 상기 교차 상관값을 결합하고, 상기 결합한 교차 상관값의 절대값의 합에 대응하는 장치.
제20항에 있어서,

상기 제2 추정기는, 상기 적어도 하나의 사용 안테나 각각에 대해서, 적어도 하나의 프레임의 각 부프레임의 시작점에 위치한 OFDM 심볼에서의 복수의 제1 신호와 상기 각 기본 부호 사이의 교차 상관값을 계산하고,

상기 적어도 하나의 사용 안테나 각각에 대한 상기 각 부프레임에서의 상기 복수의 교차 상관값을 이용하여, 적어도 하나의 셀 그룹에 대한 기본 부호의 선택에 사용된 부호어 수열을 복호하여 상기 셀 그룹 번호와 상기 프레임 동기를 추정하며,

상기 각 제1 신호는, 대응하는 부프레임의 시작점에 위치한 OFDM 심볼에서의 인접한 두 제1 파일럿 부반송파 신호의 곱인 제2 신호와 상기 대응하는 부프레임에 인접한 부프레임의 시작점에 위치한 OFDM 심볼에서의 상기 제2 신호의 곱에 대응하는 장치.
제24항에 있어서,

상기 제2 추정기는, 상기 각 부프레임에서의 상기 적어도 하나의 사용 안테나에 대한 각 교차 상관값을 결합한 값을 이용하여 상기 부호어 수열을 복호하는 장치.
제24항에 있어서,

상기 제2 추정기는, 상기 각 부프레임에서의 각 교차 상관값을 복수의 프레임에 대해서 결합한 값을 이용하여 상기 부호어 수열을 복호하는 장치.
제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 교차 상관값은 정규화된 교차 상관값인 장치.
제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 추정기는, 콤마 프리 리드 솔로몬(comma-free reed-solomon) 복호화 방법을 사용하는 장치.
제28항에 있어서,

상기 제2 추정기는, 상기 부호어 수열로서 순환 시프트되지 않은 기본 부호어 수열만을 사용하는 장치.
제28항에 있어서,

상기 단말이 현재 속한 셀 및 그 주변 셀에 대한 셀 그룹 정보를 미리 알고 있는 경우, 상기 적어도 하나의 셀 그룹은 상기 현재 속한 셀 및 주변 셀이 속하는 셀 그룹에 해당하는 장치.
제14항에 있어서,

상기 제3 추정기는, 적어도 하나의 부프레임의 적어도 하나의 시작점에 위치한 OFDM 심볼에서의 상기 복수의 파일럿 부반송파 신호와 상기 셀 그룹 번호에 속하는 적어도 하나의 셀에 대한 상기 스크램블링 부호로부터 상기 셀 번호를 추정하는 장치.
제31항에 있어서,

상기 단말이 현재 속한 셀 및 그 주변 셀에 대한 정보를 미리 알고 있는 경우, 상기 적어도 하나의 셀은 상기 현재 속한 셀 및 주변 셀에 해당하는 장치.
제31항 또는 제32항에 있어서,

상기 제3 추정기는, 상기 적어도 하나의 셀에 대응하는 셀 번호 중에서, 적어도 하나의 부프레임의 상기 적어도 하나의 부프레임 시작점에 각각 위치한 OFDM 심볼에서의 복수의 제1 신호와 복수의 제2 신호 사이의 교차 상관값이 최대로 되는 번호를 상기 셀 번호로 추정하며,

상기 각 제1 신호는 상기 적어도 하나의 부프레임의 상기 적어도 하나의 시작점에 각각 위치한 OFDM 심볼에서의 인접한 두 제1 부반송파 신호의 곱에 대응하는 제1 값을 결합한 값에 해당하며, 상기 각 제2 신호는 상기 인접한 두 제1 부반송파 신호에 대응하는 두 스크램블링 신호의 곱에 해당하는 장치.
제33항에 있어서,

상기 제1 값은 상기 인접한 두 제1 부반송파 신호의 곱과 상기 인접한 두 제1 부반송파 신호에 각각 대응하는 두 셀 그룹 구분용 부호의 곱 사이의 곱에 해당하는 장치.
제33항에 있어서,

상기 적어도 하나의 부프레임이 복수의 부프레임을 포함하는 경우에, 상기 제1 값은 각 부프레임의 시작점에 각각 위치한 OFDM 심볼에서의 상기 제1 값을 복수의 부프레임에 대해서 결합한 값에 해당하는 장치.
제33항에 있어서,

상기 교차 상관값은 정규화된 교차 상관값인 장치.
복수의 셀로 전송할 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 기반의 하향 링크 프레임을 생성하는 장치에 있어서,

상기 하향 링크 프레임은 복수의 부프레임과 복수의 부반송파를 포함하며,

상기 복수의 부프레임의 각 부프레임은 복수의 OFDM 심볼을 포함하며,

상기 복수의 OFDM 심볼에서 적어도 하나의 OFDM 심볼은 주파수 영역에서 제1 간격으로 위치하는 복수의 파일럿 심볼을 포함하며,

상기 파일럿 심볼은 상기 복수의 셀 중에서 상기 하향 링크 프레임이 대응하는 셀에 대한 정보 및 상기 셀이 포함되는 셀 그룹에 대한 정보를 포함하며,

상기 파일럿 심볼은 상기 셀에 대한 정보를 나타내는 부호와 상기 셀이 포함되는 셀 그룹에 대한 정보를 나타내는 부호의 곱으로 생성되는 장치.