KR100835562B1 - 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기 획득 장치 및방법 - Google Patents

광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기 획득 장치 및방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 프리앰블 부반송파 패턴들을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기 획득 장치에 관한 것으로, 수신 샘플들에 대해 해당 패턴에 대응하는 위상 보상을 수행하고, 상기 위상 보상된 샘플들을 이용해서 각 시간 인덱스에 대한 상관값을 산출하여 출력하는 복수의 프리앰블 검출기들과, 상기 복수의 프리앰블 검출기들로부터의 상관값들을 가산하여 출력하는 가산기와, 상기 가산기로부터의 가산값들을 비교하여 최대값을 선택하고, 상기 최대값에 해당하는 시간 인덱스를 프레임 동기로 결정하는 동기판단부를 포함한다. 이와 같은 본 발명은 프리앰블이 시간영역에서 반복되는 특성을 갖고, 주파수영역에서 프리앰블 부반송파 패턴이 여러 개 존재하는 모든 OFDM 시스템에서 초기 동기의 성능을 향상시킬 수 있다.
OFDM, 프리앰블, 프레임 동기, 위상 보상

Description

광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기 획득 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FRAME SYNCHRONIZATION IN A BROADBAND WIRELESS ACCESS COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 통상적인 광대역 무선접속 통신시스템에서의 프리앰블 특성을 도시하는 도면.
도 2는 통상적인 광대역 무선접속 통신시스템에서 프리앰블 패턴이 3개일 경우 부반송파 매핑 방법을 도시하는 도면.
도 3은 3-셀 중첩 지역에서 서로 다른 세그먼트의 프리앰블들을 동시에 수신하는 경우, 주파수 영역에서의 수신신호를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기를 획득하기 위한 장치를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기를 획득하기 위한 절차를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기를 획득하기 위한 장치를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 안테나를 사용하는 광대역 무 선접속 통신시스템에서 프레임 동기를 획득하기 위한 장치를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 프리앰블 검출기의 상세 구성을 도시하는 도면.
본 발명은 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기 획득 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 셀 중첩 지역에서 프레임 동기 획득 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 무선통신 기술은 그 방식에 있어 아날로그에서 디지털로 전환되면서 급속한 발전을 거듭하여왔다. 근래, 주파수 선택적 페이딩 채널에서 낮은 등화 복잡도로 고속 통신이 가능하다는 장점으로 인해 직교 주파수 분할 다중(OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반 시스템이 3세대 이후의 다양한 이동통신시스템의 전송 방식으로 고려되고 있다.
셀룰라 시스템 환경에서 단말이 기지국과 통신을 수행하기 위해서는 전원을 켠 후 우선적으로 기지국에서 송신하는 프레임의 시작점을 알아낸 후 현재 단말이 속하는 셀 및 섹터에 대한 정보를 획득해야 한다. 이를 위해서는 충분한 개수의 기지국 구분자가 필요하며, 단말은 해당 기지국의 기지국 구분자를 낮은 복잡도와 높은 검출 확률로 찾아낼 수 있어야 한다.
일반적으로, 기지국은 프레임의 일정 구간마다 특정 패턴의 프리앰블(preamble) 심볼을 전송한다. 상기 프리앰블 패턴의 설계는 다양한 방법이 사용될 수 있으나, 현재 가장 주목받고 있는 방법은 주파수 영역에서 일정한 간격을 두고 기지국 고유의 PN(Pseudo Random) 시퀀스(sequence)를 부반송파에 실어 보내는 방법이다. 모든 부반송파에 시퀀스를 실어 보내지 않고 상기 방법처럼 일정한 간격으로 시퀀스를 매핑할 경우, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)연산 후의 시간영역 신호를 살펴보면, OFDM심볼 내에서 일정 패턴의 반복이 일어남을 확인할 수 있다. 여기서, 상기 반복 횟수는 주파수 영역의 시퀀스 매핑 간격에 따라 달라진다.
도 1은 통상적인 광대역 무선접속 통신시스템에서의 프리앰블 특성을 도시하고 있다.
(a)는 주파수 영역에서의 시퀀스 할당 예를 보여주고, (b)는 시간 영역에서의 패턴 반복 현상을 보여준다.
도시된 바와 같이, 주파수 영역에서 4 부반송파 간격마다 시퀀스를 할당하면, OFDM심볼 내에서 동일 패턴이 4번 반복된다. 이와 같은 프리앰블 OFDM심볼의 반복 특성을 이용하면 프레임의 시간 동기(또는 시작 위치)를 쉽게 획득할 수 있다. 상기 시간 동기를 획득한 후, 프리앰블 심볼을 FFT(Fast Fourier Transform)연산하여 기지국 고유의 PN시퀀스를 획득함으로써 셀 탐색(cell search)을 수행한다. 이때 필요한 PN시퀀스의 개수를 줄이기 위해 프리앰블 부반송파 할당 패턴을 여러 개 사용할 수 있다.
상술한 프리앰블 구조는 현재 IEEE 802.16e, IEEE 802.20, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution) 등의 3세대 이후의 이동통신시스템의 표준에 채택 또는 채택될 것으로 예상된다.
종래 기술에 있어서, 프리앰블의 시간영역에서의 반복 특성을 이용하여 프레임 시작 동기를 획득할 경우, 자기상관(auto-correlation) 기법(또는 delayed correlation 기법)을 많이 사용하고 있다. 단말기가 낮은 구현 복잡도를 필요로 하는 경우, 비교적 단순하고 전송 프리앰블의 패턴을 몰라도 되는 자기상관 기법이 많이 사용된다.
도 1에서 설명한 바와 같이, FFT 사이즈를 Nfft라고 하고 주파수 영역에서 Nrep개의 부반송파마다 하나의 PN시퀀스 샘플을 매핑하면, IFFT연산후의 데이터는 Nfft/Nrep 개의 시간샘플들이 Nrep번 반복되는 구조를 갖는다. 이와 같은 특성을 이용하여 프레임의 시작점
Figure 112006015440082-pat00001
을 하기 <수학식 1>과 같이 결정한다.
Figure 112006015440082-pat00002
여기서, y(k)는 시간 인덱스 k에서의 수신신호이고 Ncorr는 상관(correlation) 크기를 나타낸다. 예를 들어, 상기 상관 크기는 OFDM심볼의 CP(Cyclic Prefix)의 길이를 Ncp라 할 때, Nfft+Ncp-floor(Nfft/Nrep) 또는 Nfft- floor(Nfft/Nrep)로 결정될 수 있다. 누적 시점의 시작 인덱스인 n을 증가하면서 누적값을 산출하고, 상기 산출된 누적값들중 최대값을 갖는
Figure 112006015440082-pat00003
을 프레임의 시작점으로 결정한다.
그런데, 상기와 같은 프레임 시작점 결정 방법은, PN시퀀스를 부반송파에 매핑하는 패턴이 여러개 존재하는 경우 셀 중첩 지역에서 간섭(ICI : Inter-Cell Interference)이 존재하여 동기 획득을 실패할 수 있는 문제점이 있다. 이하 PN시퀀스 외에 3가지 종류의 프리앰블 패턴들(segment 0, 1, 2라 칭함)을 사용하여 셀 및 섹터를 구분하는 경우를 살펴보기로 한다.
도 2는 통상적인 광대역 무선접속 통신시스템에서 프리앰블 패턴이 3개일 경우 부반송파 매핑 방법을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 세그먼트 0(segment 0)은 부반송파 인덱스 0,3,6...에 PN시퀀스를 매핑하고, 세그먼트 1(segment 1)은 부반송파 인덱스 1,4,7,...에 PN시퀀스를 매핑하며, 세그먼트 2(segment 2)는 부반송파 인덱스 2,5,8,...에 PN시퀀스를 매핑한다. 이와 같은 방법을 사용하면 기지국 및 섹터를 구분하기 위해 총 NID개의 구분자들이 필요할 경우, NID/3개의 PN시퀀스들로 기지국 및 섹터를 구분할 수 있다.
3-섹터를 사용하고 각각의 섹터에 하나의 세그먼트를 할당할 경우 각 섹터에 대한 프레임 시작점에서의 자기상관 값은 하기 <수학식 2>와 같다.
Figure 112006015440082-pat00004
상기 수학식 2에서 세그먼트 0은 프리앰블 시퀀스가 DC(Direct Current) 톤(또는 부반송파)을 중심으로 대칭(symmetry)으로 매핑되는 경우를 나타낸다.
만일, 단말이 하나의 신호만 수신한다면, 즉 간섭이 존재하지 않으면, 비록 위상이 변하더라도 자기상관 값의 크기를 이용하여 프레임 시간 동기를 획득할 수 있다.
또한, 셀 중첩 지역에서 단말이 2개의 기지국들로부터 서로 다른 세그먼트의 프리앰블을 동시에 수신할 경우, 프레임 시작점에서의 자기 상관값은 하기 <수학식 3>과 같이 나타난다. 여기서, 송수신기 사이의 위상지연과 잡음은 고려하지 않은 것이다.
Figure 112007030124922-pat00036
여기서,
Figure 112006015440082-pat00006
는 세그먼트 i의 프리앰블을 사용하는 기지국으로부터 수신된 신호를 나타낸다. 두 번째 항은
Figure 112006015440082-pat00007
와
Figure 112006015440082-pat00008
의 상관성이 낮기 때문에 여러 샘플에 대해 상관값을 구하면 그 값이 작아지므로 동기 성능에 영향을 크게 미치지 않 는다. 따라서, 첫 번째 항이 동기 성능을 좌우하게 되는데, w의 위상성분에 의해 그 값이 작아지기는 하지만 프레임 시간 동기를 획득하는데는 문제가 없다.
그러나, 더 많은 셀들이 중첩되는 지역에서는 상기 w의 위상 성분으로 인한 성능 저하가 예상된다. 도 3은 3-셀 중첩 지역에서 서로 다른 세그먼트의 프리앰블들을 동시에 수신하는 경우, 주파수 영역에서의 수신신호를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 다른 세그먼트의 프리앰블 신호들이 간섭(interference)으로 수신됨을 알 수 있다.
도 3과 같은 경우, 프리앰블 시작점에서의 자기 상관값을 나타내면 하기 <수학식 4>와 같다.
Figure 112007030124922-pat00037
여기서, 두 번째 항은 각 기지국이 전송하는 프리앰블의 비상관성에 의해 무시할 수 있지만, 첫 번째 항은
Figure 112006015440082-pat00010
인 경우, 즉 단말이 수신하는 각 기지국의 전력이 비슷한 경우에 '0'이 된다.
즉, 종래 기술에 따른 프레임 시간 동기 획득 방법을 사용할 경우, 3-셀 중첩 지역에서 3개의 기지국들로부터 동일한 크기의 서로 다른 패턴의 프리앰블 신호들이 동시에 수신되면, 동기 획득이 불가능한 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 OFDM 기반의 셀룰라 통신시스템에서 프레임 동기 획득 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 OFDM 기반의 셀룰라 통신시스템에서 셀 중첩 지역에서의 프레임 동기 획득 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 복수의 프리앰블 부반송파 패턴들을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 패턴별로 수신신호 상관값을 구해서 프레임 동기를 획득하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 견지에 따르면, 복수의 프리앰블 부반송파 패턴들을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기 획득 장치에 있어서, 수신 샘플들에 대해 해당 패턴에 대응하는 위상 보상을 수행하고, 상기 위상 보상된 샘플들을 이용해서 각 시간 인덱스에 대한 상관값을 산출하여 출력하는 복수의 프리앰블 검출기들과, 상기 복수의 프리앰블 검출기들로부터의 상관값들을 가산하여 출력하는 가산기와, 상기 가산기로부터의 가산값들을 비교하여 최대값을 선택하고, 상기 최대값에 해당하는 시간 인덱스를 프레임 동기로 결정하는 동기판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 견지에 따르면, 복수의 프리앰블 부반송파 패턴들을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기 획득 장치에 있어서, 프리앰블 검출기로부터의 상기 패턴들에 대한 상관값들을 비교하고, 최대 상관값을 갖는 패턴을 판별하여 프리앰블 검출기로 제공하는 판단부와, 상기 판단부로부터의 정보에 따라 수신 샘플들을 해당 패턴에 대응하여 위상 보상하고, 상기 위상 보상된 샘플들을 이용해서 각 시간 인덱스에 대한 상관값을 산출하여 출력하는 상기 프리앰블 검출기와, 상기 프리앰블 검출기로부터의 상관값들을 비교하여 최대값을 선택하고, 상기 최대값에 해당하는 시간 인덱스를 프레임 동기로 결정하는 동기판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 본 발명은 복수의 프리앰블 부반송파 패턴들을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기 획득 성능을 향상시키기 위한 방안에 대해 살펴본다.
본 발명은 프레임 동기 획득 성능을 향상시키기 위해 프리앰블 부반송파 패 턴별로 수신신호 상관값을 산출하고, 상기 산출된 상관값들을 이용해서 프레임 시작점을 결정한다. 여기서, 상관값은 Nrep개의 반복된 샘플들에 대해 합을 구하고, 그 합의 크기를 상관(correlation) 구간동안 누적한 값이다. 이때, 반복된 샘플들에 대해 합을 구하기 전에 패턴에 해당하는 위상보상을 수행한다. 프리앰블 부반송파 패턴의 총 개수가 Nrep일 때, 패턴 인덱스 i에 대한 시간 인덱스 n에서의 상관값은 하기 <수학식 5>와 같이 산출된다.
Figure 112006015440082-pat00011
여기서, 상관 구간
Figure 112006015440082-pat00012
은
Figure 112006015440082-pat00013
로 결정될 수 있다.
이와 같이, 산출되는 각각의 패턴에 대한 상관값
Figure 112006015440082-pat00014
을 사용하여 동기를 획득하는 구조는 병렬(parallel) 혹은 직렬(serial) 구조를 가질 수 있다. 이하 병렬 구조를 먼저 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기를 획득하기 위한 장치를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 프레임 동기 획득 장치는, 패턴 개수(또는 세그먼트 개수)에 대응하는 프리앰블 검출기들(400-0 내지 400-I), 가산기(402), 동기판단부(404) 및 세그먼트 판단부(406)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 프리앰블 검출 기들(400-0 내지 400-I)로 입력되는 데이터는 시간영역의 샘플데이터이다.
도 4를 참조하면, 먼저 0번째 프리앰블 검출기(400-0)는 입력되는 샘플데이터를 상기 수학식 5와 같이 상관하여 0번 패턴에 대한 상관값
Figure 112006015440082-pat00015
을 산출한다. 이때, i 인덱스에 대입되는 세그먼트 인덱스가 '0'이므로, 샘플들에 대하여 위상 보상은 이루어지지 않는다. 즉, 상기 0번째 프리앰블 검출기(400-0)는 Nrep개의 반복된 샘플들에 대해 합을 구하고, 그 합의 크기를 상관(correlation) 구간동안 누적하여 0번 패턴에 대한 상관값을 산출한다.
1번째 프리앰블 검출기(400-1)는 입력되는 샘플데이터를 상기 수학식 5와 같이 상관하여 1번 패턴에 대한 상관값
Figure 112006015440082-pat00016
을 산출한다. 이때, i 인덱스에 대입되는 세그먼트 인덱스가 '1'이므로, 샘플들에 대하여 위상 보상이 이루어진다. 즉, 상기 1번째 프리앰블 검출기(400-1)는 Nrep개의 반복된 샘플들에 대하여 위상보상을 수행한후 합을 구하고, 그 합의 크기를 상관(correlation) 구간동안 누적하여 1번 패턴에 대한 상관값을 산출한다.
나머지 프리앰블 검출기들(400-2 내지 400-I)도 각각 입력되는 샘플데이터를 상기 수학식 5와 같이 상관하여 해당 패턴의 상관값을 산출한다. 상기 프리앰블 검출기들(400-0 내지 400-I)의 동작은 도시된 바와 같이 병렬(parallel)로 수행된다.
가산기(402)는 상기 프리앰블 검출기들(400-0 내지 400-I)로부터 출력되는 상관값들(
Figure 112006015440082-pat00017
)을 시간 인덱스 별로 가산하여 출력한다.
동기판단부(404)는 상기 가산기(402)로부터의 가산값들을 비교하여 최대값을 선택하고, 상기 최대값에 해당하는 시간 인덱스 n을 프레임 동기로 결정하여 출력한다. 여기서, 상기 가산기(402)와 상기 동기판단부(404)의 동작을 수식으로 나타내면 하기 수학식 6과 같다.
Figure 112006015440082-pat00018
세그먼트 판단부(406)는 상기 프리앰블 검출기들(400-0 내지 400-I)로부터의 상관값들을 비교하고, 가장 큰 상관값을 갖는 세그먼트를 판별하여 출력한다. 이렇게 판별된 세그먼트는 이후 셀을 식별하는데 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기를 획득하기 위한 절차를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 501단계 내지 507단계, 509단계 내지 515단계, 517단계와 523단계는 동시에 이루어지는 동작이다. 이하 FFT 사이즈가 1024이고, 프리앰블 부반송파 패턴(또는 세그먼트)이 3개인 경우를 가정하여 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 먼저 단말은 501단계에서 수신된 샘플데이터에서 시간 인덱스 n을 기준으로 3개의 반복되는 샘플들(y(n), y(n-341), y(n-682))을 추출한다. 여기서, n은 0,12,...이다.
그리고, 상기 단말은 503단계에서 상기 반복되는 3개의 샘플들에 대해 위상 조정을 수행한후 가산하여 가산값을 산출한다. 이때, 상기 501단계 내지 507단계는 0번째 세그먼트에 대한 상관값을 구하는 동작을 나타내므로, 상기 503단계에서의 위상 조정은 실제적으로 수행하지 않는다. 반복되는 3개의 샘플들을 가산한후, 상기 단말은 505단계에서 상기 가산값에 대한 복소 크기를 계산한다. 다시 말해, 상기 가산값에 대해 절대값을 취한 후 제곱하여 크기를 계산한다.
이후, 상기 단말은 507단계에서 상기 계산된 크기 값들을 슬라이딩 윈도우(sliding window) 방식으로 누적하여 누적값을 산출한다. 여기서, 상기 윈도우 크기는 예를 들어 496(단위는 샘플)이 될 수 있다.
상기 507단계 내지 상기 515단계 그리고 상기 517단계 내지 상기 523단계의 동작 또한 상기한 바와 같이 이루어지므로, 상세한 설명을 생략하기로 한다. 단지, 차이점이 있다면, 511단계 및 519단계에서 해당 세그먼트에 대응하는 위상 조정이 이루어진다는 것이다.
이와 같이, 세그먼트별로 상관값이 산출되면, 상기 단말은 525단계로 진행하여 상기 산출된 상관값들을 시간 인덱스별로 가산하고, 527단계에서 상기 가산값들을 비교하여 최대값을 선택한다. 그리고 상기 단말은 529단계에서 상기 최대값에 대응하는 시간 인덱스
Figure 112006015440082-pat00019
을 프레임 동기로 결정한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기를 획득하기 위한 장치를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 프레임 동기 획득 장치는, 프리앰블 검출기(600), 동기판단부(602) 및 세그먼트 판단부(604)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 프리앰블 검출기(600)로 입력되는 데이터는 시간영역의 샘플데이터이다.
도 6을 참조하면, 먼저 프리앰블 검출기(600)는 각각의 패턴에 대한 상관값(
Figure 112007030124922-pat00020
)을 상기 수학식 5와 같이 산출하여 출력한다. 상기 프리앰블 검출기(600)로부터 출력되는 상관값들은 동기판단부(602) 및 세그먼트 판단부(604)로 제공된다.
상기 세그먼트 판단부(604)는 상기 프리앰블 검출기(600)로부터 입력되는 상관값들을 비교하여 최대값을 갖는 세그먼트를 판별하고, 이후 상기 판별된 세그먼트에 대해서만 상관값을 구하도록 상기 프리앰블 검출기(600)를 제어한다. 이렇게 판별된 세그먼트는 이후 셀을 식별하는데 사용될 수 있다.
그러면, 상기 프리앰블 검출기(600)는 상기 세그먼트 판단부(604)의 제어에 따라 해당 세그먼트에 대해서만 상관값을 상기 수학식 5와 같이 산출하여 출력한다. 동기 판단부(602)는 상기 프리앰블 검출기(600)로부터의 상관값들을 비교하여 최대값을 선택하고, 상기 최대값에 해당하는 시간 인덱스 n을 프레임 동기로 결정하여 출력한다. 여기서, 상기 동기판단부(602)의 동작을 수식으로 나타내면 하기 <수학식 7>과 같다.
Figure 112006015440082-pat00021
상기 도 6과 같은 직렬 구조는 앞서 설명된 병렬 구조보다는 성능이 약간 떨어지지만 프리앰블 검출기가 하나만 필요하므로 하드웨어 복잡도를 줄일 수 있는 장점이 있다. 이외에 직렬 구조와 병렬 구조를 적절히 병행하는 하이브리드(Hybrid) 구조를 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명은 근래 주목받고 있는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 방식에도 적용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 안테나를 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기를 획득하기 위한 장치를 도시하고 있다. 이하 설명은 수신안테나가 2개인 경우를 가정하여 살펴보기로 한다.
도시된 바와 같이, 복수의 프리앰블 검출기들(700-0 내지 700-I, 702-0 내지 702-I), 복수의 가산기들(704, 706, 708, 710), 동기판단부(712) 및 세그먼트 판단부(714)를 포함하여 구성된다.
도 7을 참조하면, 0번 안테나(Ant 0)에 대응하는 프리앰블 검출기들(700-0 내지 700-I) 각각은 상기 0번 안테나(Ant 0)를 통해 수신된 샘플데이터를 상기 수학식 5와 같이 상관하여 해당 패턴의 상관값을 산출한다. 즉, 상기 프리앰블 검출기들(700-1 내지 700-I) 각각은 Nrep개의 반복된 샘플들에 대해 위상보상을 수행한후 합을 구하고, 그 합의 크기(복소신호 크기)를 소정 상관(correlation) 구간동안 누적하여 해당 패턴의 상관값을 산출한다.
1번 안테나(Ant 1)에 대응하는 프리앰블 검출기들(702-0 내지 700-I) 각각은 상기 1번 안테나(Ant 0)를 통해 수신된 샘플데이터를 상기 수학식 5와 같이 상관하여 해당 패턴의 상관값을 산출한다. 즉, 상기 프리앰블 검출기들(702-1 내지 702-I) 각각은 Nrep개의 반복된 샘플들에 대해 위상보상을 수행한후 합을 구하고, 그 합의 크기를 소정 상관(correlation) 구간동안 누적하여 해당 패턴의 상관값을 산출한다.
가산기(704)는 모든 안테나들에 대한 프리앰블 검출기들(700-0 내지 700-I, 702-0 내지 702-I)로부터 출력되는 상관값들을 시간 인덱스별로 가산하여 동기판단부(712)로 제공한다. 그러면, 상기 동기판단부(712)는 상기 가산기(704)로부터의 가산값들을 비교하여 최대값을 선택하고, 상기 최대값에 해당하는 시간 인덱스 n을 프레임 동기로 결정하여 출력한다.
가산기(706)는 0번 안테나의 0번 프리앰블 검출기(700-0)로부터의 상관값과 1번 안테나의 0번 프리앰블 검출기(702-0)로부터의 상관값을 가산하여 세그먼트 판단부(714)로 제공한다. 가산기(708)는 0번 안테나의 1번 프리앰블 검출기(700-1)로부터의 상관값과 1번 안테나의 1번 프리앰블 검출기(702-1)로부터의 상관값을 가산하여 상기 세그먼트 판단부(714)로 제공한다. 마찬가지로, 가산기(708)는 0번 안테나의 I번 프리앰블 검출기(700-I)로부터의 상관값과 1번 안테나의 I번 프리앰블 검출기(702-I)로부터의 상관값을 가산하여 상기 세그먼트 판단부(714)로 제공한다.
상기 세그먼트 판단부(714)는 상기 가산기들(706 내지 710)로부터 출력되는 상관값들을 비교하고, 최대값을 갖는 세그먼트를 판별하여 출력한다. 이렇게 판별된 세그먼트는 이후 셀을 식별하는데 사용될 수 있다.
도 8은 상술한 도 4, 도 6 및 도 7에 동일하게 적용되는 프리앰블 검출기의 상세 구성을 보여준다. 특히, 도 8은 프리앰블 부반송파 패턴(또는 세그먼트)이 3개인 경우를 가정한 것이다.
도시된 바와 같이, 프리앰블 검출기는, 지연기들(800, 804), 곱셈기들(802, 806), 가산기들(808, 810), 복소크기 계산기(812) 및 슬라이딩 윈도우 누적기(812)를 포함하여 구성된다.
도 8을 참조하면, 제1 지연기(800)는 입력되는 샘플들을 Nfft/Nrep 만큼 지연하여 출력한다. 제1 곱셈기(802)는 상기 지연기(800)로부터의 샘플들의 위상을 보상하여 출력한다. 제2 지연기(804)는 상기 제1 지연기(800)로부터의 샘플들을 Nfft/Nrep 만큼 지연하여 출력한다. 제2 곱셈기(806)는 상기 제2 지연기(804)로부터의 샘플들의 위상을 보상하여 출력한다.
제1 가산기(808)는 입력되는 샘플데이터와 상기 제1곱셈기(802)로부터의 샘플데이터를 가산하여 출력한다. 제2 가산기(810)는 상기 제1 가산기(808)로부터의 샘플데이터와 상기 제2 곱셈기(806)로부터의 샘플데이터를 샘플단위로 가산하여 출력한다.
복소크기 계산기(812)는 상기 제2 가산기(810)로부터의 가산값들에 대해 절 대값을 취하고 제곱하여 크기를 산출하여 출력한다. 슬라이딩 윈도우 누적기(812)는 상기 복소크기 계산기(812)로부터의 크기 값들을 슬라이딩 윈도우 방식으로 누적하여 i번째 패턴에 대한 상관값
Figure 112006015440082-pat00022
을 출력한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 가령, 수신 샘플들을 스냅샷(snapshot)하고, 하나의 프리앰블 검출기를 이용해 오프라인 방식으로 각 프리앰블 부반송파 패턴에 대한 상관값들을 순차로 산출하고, 이후 복수의 패턴들에 대한 상관값들을 시간 인덱스별로 가산하여 프레임 동기를 탐색할 수도 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 광대역 무선접속 통신시스템의 셀 중첩지역에서 초기 동기를 잡지 못하는 문제점을 해결할 수 있다. 이와 같은 본 발명은 프리앰블이 시간영역에서 반복되는 특성을 갖고, 주파수영역에서 프리앰블 부반송파 패턴이 여러 개 존재하는 모든 OFDM 시스템에서 초기 동기의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (21)

  1. 복수의 프리앰블 부반송파 패턴들을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기 획득 장치에 있어서,
    수신 샘플들에 대해 해당 패턴에 대응하는 위상 보상을 수행하고, 상기 위상 보상된 샘플들을 이용해서 각 시간 인덱스에 대한 상관값을 산출하여 출력하는 복수의 프리앰블 검출기들과,
    상기 복수의 프리앰블 검출기들로부터의 상관값들을 가산하여 출력하는 가산기와,
    상기 가산기로부터의 가산값들을 비교하여 최대값을 선택하고, 상기 최대값에 해당하는 시간 인덱스를 프레임 동기로 결정하는 동기판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 프리앰블 검출기들의 각각은,
    수신 샘플들에 대해 해당 패턴에 대응하는 위상 보상을 수행하고, 상기 위상 보상된 샘플들을 특정 간격으로 가산하여 출력하는 가산부와,
    상기 가산부로부터의 가산값들에 대해 크기를 산출하여 출력하는 크기 계산기와,
    상기 크기 계산기로부터의 크기 값들을 슬라이딩 윈도우 방식으로 누적하여 각 시간 인덱스에 대한 상관값을 발생하는 윈도우 누적기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    i번째 패턴에 대응하는 프리앰블 검출기는, 시간 인덱스 n에 대한 상관값
    Figure 112006015440082-pat00023
    을 다음 수식과 같이 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112006015440082-pat00024
    여기서, y()는 수신 샘플을 나타내며, Nfft는 FFT 사이즈를 나타내고, Nrep는 프리앰블의 시간영역에서의 반복 횟수를 나타냄.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 프리앰블 검출기들로부터의 상관값들을 비교하고, 최대 상관값을 갖는 패턴을 판별하는 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 복수의 프리앰블 부반송파 패턴들을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기 획득 장치에 있어서,
    프리앰블 검출기로부터의 상기 패턴들에 대한 상관값들을 비교하고, 최대 상관값을 갖는 패턴을 판별하여 프리앰블 검출기로 제공하는 판단부와,
    상기 판단부로부터의 정보에 따라 수신 샘플들을 해당 패턴에 대응하여 위상 보상하고, 상기 위상 보상된 샘플들을 이용해서 각 시간 인덱스에 대한 상관값을 산출하여 출력하는 상기 프리앰블 검출기와,
    상기 프리앰블 검출기로부터의 상관값들을 비교하여 최대값을 선택하고, 상기 최대값에 해당하는 시간 인덱스를 프레임 동기로 결정하는 동기판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 프리앰블 검출기는,
    수신 샘플들에 대해 해당 패턴에 대응하는 위상 보상을 수행하고, 상기 위상 보상된 샘플들을 특정 간격으로 가산하여 출력하는 가산부와,
    상기 가산부로부터의 가산값들에 대해 크기를 산출하여 출력하는 크기 계산기와,
    상기 크기 계산기로부터의 크기 값들을 슬라이딩 윈도우 방식으로 누적하여 각 시간 인덱스에 대한 상관값을 발생하는 윈도우 누적기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 프리앰블 검출기는 시간 인덱스 n에 대한 상관값을 다음 수식과 같이 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112006015440082-pat00025
    여기서, i는 프리앰블 부반송파 패턴 인덱스를 나타내고, y()는 수신 샘플을 나타내며, Nfft는 FFT 사이즈를 나타내고, Nrep는 프리앰블의 시간영역에서의 반복 횟수를 나타냄.
  8. 복수의 프리앰블 부반송파 패턴들을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기 획득 방법에 있어서,
    프리앰블 부반송파 패턴들 각각에 대응하여, 수신 샘플들에 대해 해당 패턴에 대응하는 위상 보상을 수행하고 상기 위상 보상된 샘플들을 이용해서 각 시간 인덱스에 대한 상관값을 산출하는 과정과,
    상기 패턴들의 상관값들을 시간 인덱스별로 가산하는 과정과,
    상기 가산값들을 비교하여 최대값을 선택하고, 상기 최대값에 해당하는 시간 인덱스를 프레임 동기로 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 상관값을 산출하는 과정은,
    수신 샘플들에 대해 해당 패턴에 대응하는 위상 보상을 수행하고, 상기 위상 보상된 샘플들을 특정 간격으로 샘플들끼리 가산하는 과정과,
    상기 가산 값들에 대해 복소 크기를 산출하는 과정과,
    상기 크기 값들을 슬라이딩 윈도우 방식으로 누적하여 해당 패턴의 시간 인덱스별 상관값을 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 시간 인덱스 n에 대한 상관값은 다음 수식과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112006015440082-pat00026
    여기서, i는 프리앰블 부반송파 패턴 인덱스를 나타내고, y()는 수신 샘플을 나타내며, Nfft는 FFT 사이즈를 나타내고, Nrep는 프리앰블의 시간영역에서의 반복 횟수를 나타냄.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 패턴들의 상관값들을 비교하고, 최대 상관값을 갖는 패턴을 판별하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 복수의 프리앰블 부반송파 패턴들을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기 획득 방법에 있어서,
    상기 패턴들 각각에 대한 상관값을 산출하고, 상기 패턴들에 대한 상관값들을 비교하여 최대 상관값을 갖는 패턴을 판별하는 과정과,
    상기 판별된 패턴에 대응하여 수신 샘플들을 위상 보상하고, 상기 위상 보상된 샘플들을 이용해서 시간 인덱스별 상관값을 산출하는 과정과,
    상기 산출된 상관값들을 비교하여 최대값을 선택하고, 상기 최대값에 해당하는 시간 인덱스를 프레임 동기로 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 상관값을 산출하는 과정은,
    수신 샘플들에 대해 해당 패턴에 대응하는 위상 보상을 수행하고, 상기 위상 보상된 샘플들을 특정 간격으로 가산하는 과정과,
    상기 가산 값들에 대해 복소 크기를 산출하는 과정과,
    상기 크기 값들을 슬라이딩 윈도우 방식으로 누적하여 해당 패턴의 시간 인덱스별 상관값을 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 시간 인덱스 n에 대한 상관값은 다음 수식과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112006015440082-pat00027
    여기서, i는 프리앰블 부반송파 패턴 인덱스를 나타내고, y()는 수신 샘플을 나타내며, Nfft는 FFT 사이즈를 나타내고, Nrep는 프리앰블의 시간영역에서의 반복 횟수를 나타냄.
  15. 광대역 무선접속 통신시스템에서 프레임 동기 획득 방법에 있어서,
    임의 시간 기준으로 수신 샘플들에 대해 프리앰블 부반송파 패턴에 따른 위상 보상을 수행하는 과정과,
    상기 위상 보상된 샘플들을 상기 패턴에 대응하는 특정 간격으로 가산하는 과정과,
    상기 가산된 값들에 대해 복소 크기를 산출하는 과정과,
    상기 산출된 크기 값들을 슬라이딩 윈도우 방식으로 누적하여 각 시간 인덱스에 대한 상관값을 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 산출된 상관값들을 비교하여 최대값을 선택하고, 상기 최대값에 해당하는 시간 인덱스를 프레임 동기로 결정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 시간 인덱스 n에 대한 상관값은 다음 수식과 같이 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112007030124922-pat00038
    여기서, i는 프리앰블 부반송파 패턴 인덱스를 나타내고, y()는 수신 샘플을 나타내며, Nfft는 FFT 사이즈를 나타내고, Nrep는 프리앰블의 시간영역에서의 반복 횟수를 나타냄.
  18. 복수의 프리앰블 부반송파 패턴들을 사용하는 다중 안테나 통신시스템에서 프레임 동기 획득 방법에 있어서,
    복수의 수신 안테나들 각각에 대응하여, 프리앰블 부반송파 패턴별로 수신 샘플들에 대한 위상 보상을 수행하고 상기 위상 보상된 샘플들을 이용해서 각 시간 인덱스에 대한 상관값을 산출하는 과정과,
    상기 산출된 상관값들을 시간 인덱스별로 가산하는 과정과,
    상기 가산값들을 비교하여 최대값을 선택하고, 상기 최대값에 해당하느 시간 인덱스를 프레임 동기로 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 상관값을 산출하는 과정은,
    수신 샘플들에 대해 해당 패턴에 대응하는 위상 보상을 수행하고, 상기 위상 보상된 샘플들을 특정 간격으로 가산하는 과정과,
    상기 가산된 값들에 대해 복소 크기를 산출하는 과정과,
    상기 산출된 크기 값들을 슬라이딩 윈도우 방식으로 누적하여 해당 패턴의 시간 인덱스별 상관값을 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 시간 인덱스 n에 대한 상관값은 다음 수식과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112007030124922-pat00039
    여기서, i는 프리앰블 부반송파 패턴 인덱스를 나타내고, y()는 수신 샘플을 나타내며, Nfft는 FFT 사이즈를 나타내고, Nrep는 프리앰블의 시간영역에서의 반복 횟수를 나타냄.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 산출된 상관값들을 동일 패턴별로 가산하는 과정과,
    상기 가산된 값들을 비교하여 최대값을 갖는 패턴을 판별하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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