KR100979944B1 - 무선 통신 시스템에서 레인징 부호를 부반송파에 매핑하는 방법 및 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 레인징 부호를 부반송파에 매핑하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명이 제공하는 무선 통신 시스템에서 레인징 부호를 부반송파에 매핑하는 방법은 전체 타일의 개수와 동일한 크기의 메모리 블록으로 구성된 전체 메모리에서 물리적 타일 인덱스에 대응하는 메모리 블록을 소정 값으로 설정하는 과정과, 상기 전체 메모리 중 상기 소정 값으로 설정된 메모리 블록의 인덱스에 해당하는 타일들에 레인징 부호를 소정 방식으로 매핑하는 과정을 포함하며, 기존의 물리적 타일 정렬 과정에서 사용되는 인덱스 비교 연산을 사용하지 않아 연산량이 감소하는 효과가 있다.
Figure R1020090059199
레인징(ranging) 부호, 부반송파, 매핑, 마스킹(masking)

Description

무선 통신 시스템에서 레인징 부호를 부반송파에 매핑하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MAPPING RANGING CODES INTO SUBCARRIERS}
본 발명은 무선 통신 시스템에서 레인징 부호를 매핑하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 더 상세하게는 모바일 와이맥스(Mobile WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)) 시스템에서 레인징 부호를 부반송파에 매핑하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래 3세대 이동통신에 의해 제공되는 "무선 인터넷 서비스"는 음성 위주의 2세대 이동통신의 한계를 극복하고 휴대용 단말기를 통해 디지털 데이터를 송수신할 수 있도록 한 서비스였다. 그러나 이러한 무선 인터넷 서비스 역시 대역폭의 한계로 인해 멀티미디어 정보의 교환이나 대용량 데이터의 고속 전송에는 적합하지 않았다. 이런 문제점을 극복하기 위한 휴대인터넷 시스템의 대표적인 예는 모바일 와이맥스(Mobile WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)) 시스템과, 2006년 현재 국내에서 상용화가 완료된 와이브로(Wireless Broadband Internet: Wibro) 시스템이 있다. 참고로 상기 와이브로 시스템과 상기 모바일 와이맥스 시스템은 주파수 밴드와 대역폭만 차이가 있을 뿐 그 외 모든 기술적인 사 항, 예를 들어, 상하향링크 OFDMA(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access :OFDMA), 프레임 구조, 채널 코딩 방식 등은 모두 동일하다. 이하에서는 모바일 와이맥스 시스템으로 통칭하기로 한다.
상기 모바일 와이맥스 시스템은 주파수 자원의 효율을 높이고, 인터넷 트래픽의 비대칭적 특성을 수용하기 위해 직교주파수다중접속방식과 시분할 듀플렉싱(Time Division Duplex: TDD) 방식을 사용한다. 따라서 주파수 동기와 시간 동기가 시스템에 미치는 영향이 기존의 다른 시스템보다도 매우 크다.
일반적으로 하향링크에서는 기지국이 단말들로 신호를 송신할 때 기지국 내의 하나의 LO(Local Oscilator)로부터 주파수 상향 변환이 이루어지며, 대역폭 내의 각 부반송파의 간격은 기지국 내의 하나의 IFFT에 의해 정확히 수행되기 때문에 부반송파 간의 간섭이 발생할 여지가 적다. 그러나 상향 링크에서 OFDMA를 사용할 경우에는 송신기가 서로 단말기가 되기 때문에 각 단말이 사용하는 서로 다른 LO에 의하여 송신 주파수 간에 약간의 편차가 발생할 수 있다. 따라서 기지국 수신단에서는 부반송파 간의 간섭이 발생하여 부반송파 간의 직교성이 손상된다.
또한, 각 단말들의 위치는 셀 내에 골고루 위치하므로 단말이 기지국으로부터 떨어진 정도에 따라 각 단말이 송신한 신호가 상대적으로 늦게 도착하게 되며, 이 경우 기지국 단에서 수신한 부반송파 별 OFDMA의 시간 동기가 맞지 않게 되어 간섭이 심해지고 적절한 FFT를 수행하기도 어렵다.
모바일 와이맥스 시스템에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 "레인징(ranging)" 방식을 사용한다. 즉, 단말은 레인징 심볼을 생성하여 기지국으로 전 송하고, 기지국은 각 단말로부터 수신한 레인징 심볼을 토대로 각 단말들의 주파수, 수신 시간 등을 계산하게 된다. 이 결과를 바탕으로 기지국은 각 단말에게 레인징 응답(ranging response) 메시지를 전송하여 각 단말기가 주파수 전력, 타이밍을 적절히 조절하도록 한다. 상기 레인징 동작을 위하여 현재 모바일 와이맥스 시스템의 상향링크 프레임에는 레인징 채널이 설정되어 있으며, 각 단말은 레인징 부호를 할당된 부반송파에 매핑하여 기지국으로 전송한다.
이하에서는 본 발명의 이해를 위하여 모바일 와이맥스 시스템의 상향링크에서의 부반송파 운용 방식을 도 1을 참조하여 간략히 설명한다.
참조 번호 101은 현재 모바일 와이맥스 시스템의 제어 채널(101)을 나타내는데, 시간 영역으로는 3개의 심볼을 하나의 단위로 하고, 주파수 영역에서는 35개의 서브 채널로 구성된다. 여기서 하나의 서브 채널(subchannel)(103)은 6개의 타일(tile)로 구성되며, 하나의 타일(105)은 하나의 심볼 구간 당 4개의 부반송파(subcarrier)로 구성된다. 따라서 한 심볼 구간당 부반송파의 전체 개수는 35 X 6 X 4=840개가 된다.
한편, 현재 레인징 부호는 전체 144비트로 설정되어 있으며, 상기 144비트를 36개의 타일에 매핑하게 된다. 상술한 것처럼 1개의 타일은 하나의 심볼 구간 당 4개의 부반송파로 구성되어 있으므로 하나의 심볼 구간에서의 36개의 타일은 144(=36 X 4)개의 부반송파로 구성되므로 상기 144비트의 레인징 부호가 상기 144개의 부반송파에 매핑되어 전송될 수 있다.
도 2는 종래 레인징 부호를 부반송파에 매핑하기 위한 장치를 설명하는 도면 이다.
PRBS 발생기(201)에서는 UL-PermBase를 초기값으로 입력 받아 레인징 부호를 생성한다. 참고로 현재 모바일 와이맥스 시스템에서는 레인징 부호 발생을 위해 PRBS(Pseudorandom binary sequence)를 사용한다. 또한, 상기 UL-PermBase란 부채널 할당을 위한 순열(Permutation) 공식의 기본값 및 PRBS 발생기(201)의 초기값으로 사용되며, 각 단말을 구분하기 위한 목적 등으로 사용되는 것이다.
상기 PRBS 발생기(201)의 내부 구성은 도 3에 도시되었다. 상술한 것처럼 상기 PRBS 발생기(201)의 초기값은 상기 UL-PermBase 값으로 설정되고, 상기 PRBS 발생기(201)의 출력은 도 3의 Ck이며 이것이 레인징 부호가 된다. 상술한 것처럼 레인징 부호의 길이는 144비트이다. 이 비트들은 부반송파 매핑부(204)를 통하여 36개 타일(tile)에 해당하는 부반송파로 매핑된다.
한편, 부채널 할당부(202)는 논리적 부채널 인덱스를 입력 받아 물리적 타일 인덱스를 모바일 와이맥스 표준에 제시된 순열 공식에 의해 계산하여 출력한다. 상기 논리적 부채널 인덱스란 매체접근제어계층에서 부채널을 할당하기 위한 목적으로 사용되는 인덱스를 말하며, 상기 물리적 타일 인덱스란 무선 전송에서 다이버시티 효과 등의 목적을 위해 순열 공식에 의해 계산된 인덱스를 말한다.
물리적 타일 정렬부(203)는 상기 물리적 타일 인덱스를 입력 받아 소정 방식으로 정렬된 물리적 타일 인덱스를 출력한다. 부반송파 매핑부(204)는 상기 정렬된 물리적 타일 인덱스에 상기 레인징 부호를 매핑한다.
상기 물리적 타일 정렬부(203)가 일 예로 오름차순 정렬 방식을 사용한다면, 상기 부반송파 매핑부(204)는 PRBS 발생기(201)에 의해 가장 먼저 생성된 레인징 부호의 해당 비트를 최하위의 물리적 인덱스를 가진 타일에 해당하는 부반송파에 매핑하며, 마지막에 생성된 레인징 부호를 최상위의 물리적 인덱스를 가진 타일에 매핑한다. 반면, 상기 물리적 타일 정렬부(203)가 내림차순 정렬 방식을 사용한다면, 그 역순으로 매핑할 것이다.
상술한 바와 같이 기존에는 레인징 부호를 부반송파에 매핑하기 위하여 물리적 타일 정렬부(203)를 사용하였다. 상기 물리적 타일 정렬부(203)에 사용되는 정렬 방식의 예로는 선택 정렬 방식, 삽입 정렬 방식, 버블 정렬 방식 등이 대표적이다. 이하에서 오름차순 방식을 전제로 하여 상기 정렬 방식들을 간략히 설명한다.
도 4는 물리적 타일 정렬을 위한 선택 정렬 방식을 설명하는 도면이다.
선택 정렬 방식은 입력된 물리적 타일 인덱스 중에서 최소값을 찾아 왼쪽으로 이동시키는 과정을 메모리 블록의 크기만큼 반복하여 물리적 타일 인덱스를 정렬하는 방식이다.
앞서 설명한 것처럼 모바일 와이맥스 시스템에서는 36개의 물리적 타일 인덱스를 정렬하지만, 도 4는 설명의 편의상 5개의 타일 인덱스만을 가정하고 이를 오름차순으로 정렬하는 방식을 설명한 것이다.
시작 단계(401)에서 물리적 타일 인덱스는 7, 4, 11, 9, 2의 순서로 1번 내지 5번 메모리 블록에 순서대로 저장되어 있다.
단계 1(410)은 1번 메모리에 저장된 인덱스와 나머지 메모리에 저장된 인덱 스들을 비교하는 과정을 설명한다. 즉, 411에서는 1번 메모리에 저장된 인덱스 7과 2번 메모리에 저장된 인덱스 4를 비교하여, 7이 4보다 큰 값이기 때문에 7과 4의 위치를 교환한다. 412에서는 1번 인덱스인 4와 3번 인덱스인 11을 비교하여 4가 11보다 작은 값이므로 아무런 위치 변화가 없다. 413에서는 1번 인덱스인 4와 4번 인덱스인 9를 비교하였으나, 4가 9보다 작은 값이므로 아무런 위치 변화가 없다. 415에서는 1번 인덱스인 4와 5번 인덱스인 2를 비교하고 4가 2보다 큰 값이기 때문에 4와 2의 위치를 교환하였다. 이에 따라 가장 작은 순서의 인덱스인 2가 1번 메모리에 위치하게 되었다.
동일한 방식으로 단계 2(420)는 2번 메모리에 저장된 인덱스와 2번 이후 메모리에 저장된 인덱스를 비교한 결과이고, 단계 3(430)은 3번 메모리에 저장된 인덱스와 3번 이후의 메모리에 저장된 인덱스를 비교한 결과이고, 단계 4(440)은 4번 메모리와 5번 메모리를 비교하여 모든 정렬이 완료된 상태를 나타낸다.
한편, 도 5는 물리적 타일 정렬을 위한 삽입 정렬 방식을 설명하는 도면이고, 도 6은 버블 정렬 방식을 설명하는 도면이다.
상기 삽입 정렬 방식은 1번 메모리의 인덱스는 이미 정렬된 상태라고 가정하고 나머지 자료들을 정렬하는 것을 5번 메모리까지 반복하는 방식이다. 한편, 상기 버블 정렬 방식은 인접한 두 개의 값을 비교하여 인덱스를 교환하여 정렬하는 방식이다. 상기 삽입 정렬 및 상기 버블 방식에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 상술한 종래의 세 가지 방식의 경우 모두 정렬을 위해 물리적 타일 인덱스를 비교하는 방식을 취하고 있는데, 정렬에 필요한 최대 비교 횟수는 N X (N- 1)/2 회(N은 정렬할 값의 개수)로 계산된다. 레인징 부호 매핑의 경우에서 N=36이므로 최대 비교 횟수는 36 X 35/2=630이 된다. 이처럼 많은 비교 횟수 때문에 처리 속도가 늦어지고 시스템의 성능이 전체적으로 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 레인징 부호를 부반송파에 효율적으로 매핑하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 타일 인덱스를 비교하지 않고도 순차적으로 정렬된 물리적 타일에 레인징 부호를 매핑하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
따라서 본 발명이 제공하는 무선 통신 시스템에서 레인징 부호를 부반송파에 매핑하는 방법은, 전체 타일의 개수와 동일한 크기의 메모리 블록으로 구성된 전체 메모리에서 물리적 타일 인덱스에 대응하는 메모리 블록을 소정 값으로 설정하는 과정과, 상기 전체 메모리 중 상기 소정 값으로 설정된 메모리 블록의 인덱스에 해당하는 타일들에 레인징 부호를 매핑하는 과정을 포함하며, 상기 메모리 블록을 소정 값으로 설정하는 과정은, 상기 물리적 타일 인덱스에 대응하는 메모리 블록의 값을 1로 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명이 제공하는 무선 통신 시스템에서 레인징 부호를 부반송파에 매핑하는 장치는, 전체 타일의 개수와 동일한 크기의 메모리 블록으로 구성된 전체 메모리에서 물리적 타일 인덱스에 대응하는 메모리 블록을 소정 값으로 설정하는 타일 마스킹부와, 상기 전체 메모리 중 상기 소정 값으로 설정된 메모리 블록의 인덱스에 해당하는 타일들에 레인징 부호를 매핑하는 부반송파 매핑부를 포함하며, 상기 타일 마스킹부는, 상기 물리적 타일 인덱스에 대응하는 메모리 블록의 값을 1로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전체 타일에 해당하는 개수의 메모리 중, 물리적 타일 인덱스에 해당하는 메모리 블록을 마스킹하는 방식을 사용하여 기존의 복잡한 물리적 타일 인덱스 정렬 과정을 거치지 않고도 마스킹된 메모리 인덱스에 해당하는 물리적 타일에 레인징 부호를 바로 매핑할 수 있다. 따라서 기존의 정렬 방식에서 사용되는 비교 연산 과정 없이 정렬된 물리적 타일에 레인징 부호를 매핑한 수 있으므로 연산량이 크게 감소하여 전체 시스템의 성능이 향상된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명을 생략한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레인징 부호를 부반송파에 매핑하는 장치를 설명하는 도면이다. 도 7의 장치는 앞서 설명된 도 1의 장치와 비교하여 물리적 타일 정렬부(203) 대신 타일 마스킹부(703)를 포함한다.
PRBS 발생기(201)에서는 UL_PermBase를 초기값으로 입력 받아 레인징 부호를 생성한다. 상기 PRBS 발생기(201)의 내부 구성은 상기 도 3에서 설명된 것과 동일하다. PRBS 발생기(201)의 초기값은 상기 UL-PermBase 값으로 설정되고, 상기 PRBS 발생기(201)의 출력은 도 3의 Ck이며 이것이 레인징 부호가 된다. 상술한 것처럼 레인징 부호의 길이는 144비트이다. 이 비트들은 부반송파 매핑기(204)를 통하여 36개 타일(tile)에 해당하는 부반송파에 매핑된다.
한편, 부채널 할당기(202)는 논리적 부채널 인덱스를 입력 받아 물리적 타일 인덱스를 출력한다. 물리적 타일 인덱스를 생성하는 방식은 본 발명의 관심이 아니므로 상세한 방식의 설명은 생략한다. 이후, 타일 마스킹부(703)는 상기 물리적 타일 인덱스를 입력 받아 본 발명이 제안하는 방식으로 마스킹하여 마스킹된 물리적 타일 인덱스를 출력한다. 상기 마스킹 방식은 도 8에서 상세히 설명하기로 한다.
부반송파 매핑부(204)는 상기 마스킹된 물리적 타일 인덱스를 이용하여 부반송파에 레인징 부호를 매핑한다. 일 예로, 가장 먼저 생성된 레인징 부호는 최하위 물리적 인덱스를 가진 타일에 해당하는 부반송파에 매핑되며, 마지막으로 생성된 레인징 부호는 최상위 물리적 인덱스를 가진 부반송파에 매핑되는 방식이 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 타일 마스킹 방식을 설명하는 도면이다.
본 발명의 타일 마스킹부(703)는 제어 채널 전체의 타일 개수와 동일한 210개의 메모리를 구성하여, 물리적 타일 인덱스에 대응하는 메모리를 마스킹한다. 이후, 상기 210개의 전체 메모리를 읽으면서, 상기 마스킹된 메모리에 해당하는 물리 적 타일에 부반송파를 매핑한다. 이렇게 하면 별도의 물리적 타일 인덱스 정렬 과정을 거치지 않고 물리적 타일 인덱스를 정렬한 효과를 가질 수 있다.
참조번호 801은 부채널 할당부(602)의 출력으로서 레인징 부호가 매핑될 타일 인덱스인 36개의 물리적 타일 인덱스를 나타낸다.
참조번호 802는 제어 채널 전체의 타일 개수와 동일한 수인 210개의 메모리 블록을 나타낸다. 초기에 상기 210개의 메모리들의 값은 '0'으로 설정되지만, 상기 36개의 물리적 타일 인덱스에 해당하는 메모리의 값은 '1'로 설정된다. 이후, 실제 부반송파 매핑 과정에서 상기 210개의 메모리를 읽으면서 현재 메모리 값이 1로 설정되어 있을 경우, 상기 1로 설정된 메모리 인덱스에 해당하는 타일에 레인징 부호를 매핑하게 된다.
예를 들어, 참조번호 801에서 부채널 할당부(602)를 통해 33번째 계산된 물리적 타일 인덱스 값이 1이므로 상기 1번 타일에 따라 참조번호 802의 1번 메모리(즉, 왼쪽에서 두 번째 메모리)의 값이 1로 설정된 것을 볼 수 있다.
참조번호 803은 상기 참조번호 802에서 210개의 메모리를 순차로 읽으면서 1로 마스킹된 메모리 인덱스와 동일한 인덱스의 타일에 해당하는 부반송파에 레인징 부호를 순차로 매핑한 것을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 레인징 부호 매핑 방법을 설명하는 도면이다.
901 단계에서 논리적 부채널 인덱스를 이용하여 레인징 부호가 매핑될 물리적 타일 인덱스를 소정 방식으로 출력한다. 903 단계에서 전체 전송 자원, 모바일 와이맥스 시스템에서는 타일들의 개수와 동일한 개수의 메모리 블록으로 구성되고 상기 메모리 블록의 초기값이 모두 0으로 설정된 전체 메모리에서, 상기 계산된 물리적 타일 인덱스에 대응하는 메모리 블록을 마스킹한다. 즉, 물리적 타일 인덱스에 대응하는 메모리 블록 값을 1로 설정하는 것이다. 905단계에서는 상기 전체 메모리를 읽어서 상기 1로 마스킹된 메모리 블록의 인덱스에 해당하는 타일들에 레인징 부호를 매핑한다.
도 1은 모바일 와이맥스 시스템의 제어 채널의 구성을 설명하는 도면,
도 2는 종래 레인징 부호를 부반송파에 매핑하기 위한 장치를 설명하는 도면,
도 3은 도 2의 PRBS 발생기의 내부 구성을 설명하는 도면,
도 4는 물리적 타일 정렬을 위한 선택 정렬 방식을 설명하는 도면,
도 5는 물리적 타일 정렬을 위한 삽입 정렬 방식을 설명하는 도면,
도 6은 물리적 타일 정렬을 위한 버블 정렬 방식을 설명하는 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레인징 부호를 부반송파에 매핑하는 장치를 설명하는 도면,
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 타일 마스킹 방식을 설명하는 도면,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 레인징 부호 매핑 방법을 설명하는 도면.

Claims (4)

  1. 무선 통신 시스템에서 레인징 부호를 부반송파에 매핑하는 방법에 있어서,
    전체 타일의 개수와 동일한 개수의 메모리 블록으로 구성된 전체 메모리에서 물리적 타일 인덱스와 동일한 인덱스를 가지는 메모리 블록을 소정 값으로 설정하는 과정과,
    상기 전체 메모리 중 상기 소정 값으로 설정된 메모리 블록의 인덱스에 해당하는 타일들에 레인징 부호를 매핑하는 과정을 포함하는 레인징 부호를 부반송파에 매핑하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 메모리 블록을 소정 값으로 설정하는 과정은,
    상기 물리적 타일 인덱스와 동일한 인덱스를 가지는 메모리 블록의 값을 1로 설정하는 것을 특징으로 하는 레인징 부호를 부반송파에 매핑하는 방법.
  3. 무선 통신 시스템에서 레인징 부호를 부반송파에 매핑하는 장치에 있어서,
    전체 타일의 개수와 동일한 개수의 메모리 블록으로 구성된 전체 메모리에서 물리적 타일 인덱스와 동일한 인덱스를 가지는 메모리 블록을 소정 값으로 설정하는 타일 마스킹부와,
    상기 전체 메모리 중 상기 소정 값으로 설정된 메모리 블록의 인덱스에 해당하는 타일들에 레인징 부호를 매핑하는 부반송파 매핑부를 포함하는 레인징 부호를 부반송파에 매핑하는 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 타일 마스킹부는,
    상기 물리적 타일 인덱스와 동일한 인덱스를 가지는 메모리 블록의 값을 1로 설정하는 것을 특징으로 하는 레인징 부호를 부반송파에 매핑하는 장치.
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