KR101033129B1 - Ｏｆｄｍ 시스템에서의 동기화 수행을 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

Ｏｆｄｍ 시스템에서의 동기화 수행을 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

DM 시스템에서, OFDM 송신기의 안테나는 각각 공지의 고유한 값을 갖는다. 상기한 고유값은 연속한 파일럿 심볼들의 쌍으로서 송신되며, 이들 파일럿 심볼들의 각 쌍은 상기한 OFDM 프레임내에서 서브-캐리어 주파수의 동일 서브세트에서 송신된다.

Description

ＯＦＤＭ 시스템에서의 동기화 수행을 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR PERFORMING SYNCHRONIZATION IN OFDM SYSTEMS}
본 발명은 셀룰러 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, OFDM 또는 OFDM-유사 기술을 사용하는 셀룰러 통신 시스템내에서의 시스템 액세스, 및 물리 계층 패킷과 프리앰블 설계에 관한 것이다.
하나 이상의 송신기 및 하나 이상의 수신기를 갖는 무선 통신 시스템에서, 수신기는 송신기에 의해 송신된 신호의 타이밍을 포착하여 거기에 동기화해야 수신된 신호로부터 정보를 추출할 수 있다. 무선 통신 시스템내에서, 기지국으로부터 송신된 신호의 타이밍은 일반적으로 시스템 타이밍이라 한다.
직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM)를 사용하는 셀룰러 무선 통신 시스템에서, 신호의 타이밍에 대한 동기화는 그 신호의 수신기가 신호로부터 정보를 추출하는데 이용되는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform;FFT) 윈도의 정확한 위치 지정(positioning)을 가능하게 한다.
다수의 기지국(BTS) 및 다수의 이동 통신 장치를 갖는 임의의 셀룰러 무선 통신 시스템에서, 시스템이 동작하기 위해서는 BTS와 이동 통신 장치들간에서 동기화 프로세스가 빈번하게 수행되어야 한다. 이하에서는 이동 통신 장치들을 단순히 UE(user equipment)라 할 것이다.
또한, 각각의 BTS는, 일반적으로 셀이라고 하는 지리적 송신 영역을 정의하는데, 이 경우 특정한 BTS에 실질적으로 아주 근접한 UE가 무선 통신 시스템에 액세스하게 된다. 특정한 UE가 셀룰러 무선 통신 시스템에 액세스하기 위한 BTS를 선택하는 것을 셀 선택이라 한다. BTS 신호의 수신을 최적화하기 위해, UE는 상이한 BTS들로부터 수신된 신호들 중 최고 품질의 신호를 식별하여 그 수신기를 주어진 시간에서의 최상 BTS에 튜닝하도록 스위칭해야 한다. 따라서, UE의 이동성으로 인해, UE가 위치를 변경함에 따라 하나의 BTS로부터 다른 BTS로의 끊김없는(seamless) 핸드오프를 허용하기 위해, 동기화 프로세스가 빈번하게 수행되어야 한다.
최근의 셀룰러 무선 통신 시스템에서, 고속의 시스템 액세스 및 셀 선택은 적절한 모바일 UE 동작을 위해 필수적인 기능이다. 고속 포착의 목적은 UE를 소망의 BTS에 동기화시키는 것이다. 셀 선택과 재-선택은, 인접한 BTS 사이에서 (간섭을 포함하는) 신호 전력을 측정하고 동기화하며 최고의 신호 품질, 즉 최대 C/I(carrier-to-interference) 비를 갖는 BTS를 선택하여 스위칭하기 위해 UE에 의해 수행된다.
OFDM을 사용하는 무선 통신 시스템에 액세스하기 위한 기존의 솔루션은 SISO(single input - single output) 구성하에서의 고속 패킷 액세스를 위한 무선 LAN(local area network) 시스템용으로 설계되었다. 그러나, 무선 LAN은 끊김없는 BTS 핸드오프를 요하는 UE 이동성을 처리할 수 없다. 한편, 몇몇 셀룰러 시스템, 예를 들어 3G UMTS는 셀 선택, BTS 식별, 및 BTS C/I비 측정을 수행할 수 있다.
MIMO-OFDM(Multiple Input Multiple Output - Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 주파수와 시간 모두에서 고속 페이딩을 갖는 무선 채널을 통해 고속 데이터를 송신하는데 사용되는 스펙트럼 효율성이 높은 신규한 기술이다. 고속의 다운링크 패킷 데이터 송신 시스템의 경우, 물리 계층 패킷 구조의 설계가 중요하다.
OFDM 기술은 DAB, DVB-T 및 IEEE 802.11 표준에 의해 채용되고 있다. DAB 및 DVB-T는 오디오 및 비디오 지상 브로드캐스팅에 사용된다. 이들 시스템에서, 신호는 연속한 데이터 스트림으로 송신된다. 고속 패킷 액세스는 중요하지 않으므로 프리앰블(preamble)은 불필요하다. DAB 및 DVB-T는 단일 주파수 네트워크에도 적용된다. 이 경우, 모든 송신기는 동시 전송(simulcast)으로서 동일한 신호를 송신한다. 이웃한 송신기로부터의 간섭은, 프리픽스(prefix)의 적절한 설계에 의해 처리될 수 있는 액티브 에코(active echo)로서 취급될 수 있다. IEEE 802.11은 무선 LAN 표준이다. 이는 패킷 기반의 OFDM 송신 시스템이다. 이 표준에 프리앰블 헤더가 소개되어 있다.
각각의 송신기와 각각의 수신기가 복수의 안테나를 갖는 MIMO-OFDM 시스템내에서의 동기화는 훨씬 어렵다. 이러한 태스크의 복잡성에 더하여, 전체 셀에 대해 높은 성공률을 허용하기 위해서는, C/I 비가 아주 낮은 상황에서도 고속 동기화 프로세스의 신뢰성이 아주 높아야 한다. 또한, 높은 이동성은 높은 도플러 확산을 발생시키며, 이로 인해, 신뢰성있는 동기화가 더 한층 어려워진다.
MIMO-OFDM 시스템에서, 동기화는 2 단계로 수행될 수 있다. 첫번째, 프레임내에서의 제1 OFDM 심볼의 시작 위치에 대한 개략적인 위치 범위를 결정하기 위해, (개략적 동기화(coarse synchronization)라고도 하는) 프레임 동기화가 수행된다. 두번째, 주파수 영역에서의 복조가 정확하게 수행될 수 있도록 정확한 FFT 윈도 위치를 결정하기 위해 (미세 동기화(fine synchronization)라고도 하는) 타이밍 동기화가 수행된다.
통상적으로, 미세 동기화는 시간 영역에 구현된다. 이는, 수신기가 선택된 타임 슬롯에서 상호 상관을 계산하기 위한 시간 영역에 기존의 공지의 파일럿 트레이닝 시퀀스(pilot training sequence)를 삽입함으로써 실현된다.
예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 바와 같이, IEEE 802.11 표준의 OFDM 프레임 구조는, 일반적으로 5로 지시되는, 반복되는 수개의 짧은 OFDM 심볼을 이용하며, 이는 선택된 서브-캐리어들에 대한 프레임의 도입부에 시간 영역의 수개 헤더로서 배열되며, 그 다음에는 미세 동기화를 위한 트레이닝 OFDM 심볼(207)이 수반된다. 헤더(5)는 프레임(즉, 개략적) 동기화에 사용된다. 트레이닝 OFDM 심볼(207)은 주파수 영역에서의 복조가 정확하게 수행될 수 있도록 FFT 윈도를 정확하게 위치시키는데 사용된다. 트레이닝 OFDM 심볼(207)의 다음에는 TPS OFDM 심볼(205)과 데이터 OFDM 심볼(30)이 수반된다.
주파수 영역에 좀더 명확하게 도시되어 있는 TPS(transmission parameter signalling) OFDM 심볼(205)은 적응 부호화 및 변조 주기에 대응되는 주파수로 송신된다. 트레이닝 OFDM 심볼, TPS OFDM 심볼 및 데이터 OFDM 심볼은 모든 서브-캐리어를 사용한다. 상기한 802.11 시스템에서, 개략적 동기화를 위해 반복되는 헤매 4번째 서브-캐리어만을 통해서 송신된다. 이러한 설계는 하나의 송신 안테나만을 갖는 단순 SISO OFDM 시스템에 대해서만 적합하다. MIMO-OFDM 시스템의 경우, 다수의 송신 안테나가 존재하기 때문에 프리앰블의 설계가 더 복잡하다. 또한, 이동 통신의 경우, 멀티-셀 환경, 이용가능한 BTS 정보가 존재하지 않을 경우의 초기 액세스에 대한 요구사항, BTS 스위칭 및 소프트 핸드오프로 인해, 효율적인 프리앰블의 설계가 훨씬 더 어렵다.
셀 포착 및 동기화 프로세스의 기존 방법은 UMTS WCDMA 시스템에 의해 적용된 3-단계 동기화 접근을 이용하는데, 이는 상대적으로 긴 액세스 타임을 요한다. 미세 동기화가 시간 영역에서 수행될 수는 있지만, MIMO 채널들의 자기-간섭으로 인해 C/I 비가 아주 낮은 상황하에서 이러한 접근의 성능은 제한된다. 상관의 길이를 증가시켜 시간 영역에서의 미세 동기화 성능을 향상시킬 수 있지만, 그 댓가로서, 오버헤드와 프로세싱 복잡도가 증가한다. 기존의 설계들은 하나의 송신 안테나 및 하나의 수신 안테나 시스템에 대한 시간 영역의 트레이닝 시퀀스 상관에 기초한다. 그러나, 이러한 시간 영역 동기화 접근의 직접적인 확장은, 특히, 낮은 C/I 비 애플리케이션에서의 성능 손실을 야기한다. 이러한 성능 손실의 원인은 시간 영역에서 감소시키기 어려운 MIMO 채널들간의 자기-간섭이다.
본 발명에 대한 광범위한 일 태양은 헤더 심볼 포맷을 송신하는데 적용되는 MIMO-OFDM 송신기에 서브-캐리어들의 개별적인 세트를 통해서만 헤더 OFDM 심볼을 송신하는 각각의 안테나를 제공하는데, 이 경우, 헤더 OFDM 심볼의 서브-캐리어들은 복수의 안테나 각각에 대한 서브-캐리어들의 불연속한 세트로 분할된다.
몇가지 실시예에서는, N개의 안테나가 존재하며, 복수의 안테나 각각에는 N개의 서브-캐리어들로 분리된 서브-캐리어들의 상이한 세트가 할당된다.
몇가지 실시예에서는, 헤더 심볼이 복수의 안테나 각각에 대해 다중화된 전용 파일럿 채널 서브-캐리어들상의 전용 파일럿 채널 및 공통 동기화 채널 서브-캐리어들상의 공통 동기화 채널을 포함한다.
몇가지 실시예에서는, 헤더 OFDM 심볼이 복수의 안테나 각각에 대해 다중화된 브로드캐스팅 서브-캐리어들도 포함한다.
몇가지 실시예에서는, 송신기가 상기 헤더 OFDM 심볼 포맷을 갖는 2개의 동일한 OFDM 심볼이 수반되는, 프리픽스를 갖는 프리앰블을 송신하는데도 적용된다. 몇가지 실시예에서는, 프리픽스가 2개의 동일한 OFDM 심볼의 주기적 확장이다.
몇가지 실시예에서는, 파일럿 채널이, 효율적인 BTS 식별을 가능하게 하는, BTS 특정으로 매핑된 복소 시퀀스를 갖는다.
몇가지 실시예에서는, 공통 동기화 채널이 빠르고 정확한 초기 포착을 위해 설계된다.
몇가지 실시예에서는, 공통 동기화 채널이 개략적 동기화 및 미세 동기화에 사용되며, 파일럿 채널은 미세 동기화에 사용된다.
몇가지 실시예에서는, 공통 동기화 채널이 하나의 송신기에 대한 각각의 송신 안테나에 대해서는 상이하지만 통신 네트워크내의 상이한 송신기들에 대한 개별적인 송신 안테나에 대해서는 공통인 복소 시퀀스를 송신하는데 사용된다.
몇가지 실시예에서는, 송신기가 상기 프리앰블로 시작하며 그 나머지 전체에 분산 파일럿을 갖는 OFDM 프레임을 송신하는데도 적용된다.
몇가지 실시예에서는, 프리앰블 동안, N개의 송신 안테나 각각에 대해, 전용 파일럿 채널 서브-캐리어들이 송신되고, 공통 동기화 채널 서브-캐리어들이 송신되며, 브로드캐스팅 채널 서브-캐리어들이 송신된다.
몇가지 실시예에서는, 프리앰블 OFDM 심볼들의 서브-캐리어들이 소정 순서로 정렬된 [N개 송신 안테나 각각에 대한 전용 파일럿 채널, N개 송신 안테나 각각에 대한 공통 동기화 채널 서브-캐리어]의 반복 시퀀스로서 구성된다.
몇가지 실시예에서는, 프리앰블 OFDM 심볼들의 서브-캐리어들이 소정 순서로 정렬된 [N개 송신 안테나 각각에 대한 하나 이상의 전용 파일럿 채널 서브-캐리어, N개 송신 안테나 각각에 대한 하나 이상의 공통 동기화 채널 서브-캐리어, 하나 이상의 브로드캐스트 채널 서브-캐리어]의 반복 시퀀스로서 구성된다.
본 발명에 대한 광범위한 다른 태양은 헤더 심볼 포맷을 수신하기 위해 적용된 MIMO-OFDM 수신기에 서브-캐리어들의 개별적인 세트를 통해서만 헤더 OFDM 심볼을 송신하는 각각의 안테나를 제공하는데, 이 경우, 헤더 OFDM 심볼의 서브-캐리어들은 복수의 안테나 각각에 대한 서브-캐리어들의 불연속한 세트로 분할된다.
몇가지 실시예에서는, 수신기가 복수의 수신 안테나 각각에 할당된 N개의 서브-캐리어들로 분리된 서브-캐리어들의 상이한 세트를 갖는 N개의 송신 안테나로부터 수신하는데 적용된다.
몇가지 실시예에서는, 수신기가 공통 동기화 채널 서브-캐리어들 및/또는 전용 파일럿 채널 서브-캐리어들에 기초하여 미세 동기화를 수행하는데도 적용된다.
본 발명에 대한 광범위한 또 다른 태양은 패킷 데이터 프레임 구조를 송신하는데 적용되는 수신기를 제공한다. 패킷 데이터 프레임 구조는 네트워크의 동기화 주기에 대응되는 길이를 갖는 수퍼 프레임을 갖고; 수퍼 프레임은 복수의 무선 프레임을 포함하며; 각각의 무선 프레임은 적응 부호화 및 변조 주기에 대응되는 복수의 TPS(transmission parameter signalling) 프레임을 포함하고; 각각의 TPS 프레임은 무선 인터페이스 슬롯 사이즈에 대응되는 복수의 슬롯을 포함하며; 각각의 슬롯은 복수의 OFDM 심볼을 포함하는데, 이 경우, 각각의 OFDM 프레임에 대한 제1 TPS 프레임의 제1 슬롯의 처음 2개 심볼은 OFDM 심볼의 헤더로서 사용된다.
몇가지 실시예에서는, 헤더 OFDM 심볼이, 헤더 OFDM 심볼의 서브-캐리어들이 복수의 안테나 각각에 대한 서브-캐리어들의 불연속한 세트로 분할되는 헤더 OFDM 심볼 포맷을 갖는데, 이 경우, 각각의 안테나는 서브-캐리어들의 개별적인 세트를 통해서만 헤더 OFDM 심볼을 송신한다.
몇가지 실시예에서는, 헤더 OFDM 심볼이 복수의 안테나 각각에 대해 다중화된 파일럿 채널 서브-캐리어들 및 공통 동기화 채널 서브-캐리어들을 포함한다.
몇가지 실시예에서는, 헤더 OFDM 심볼이 복수의 안테나 각각에 대해 다중화된 브로드캐스팅 채널 서브-캐리어들도 포함한다.
몇가지 실시예에서는, 변경된 슬롯 구간을 가지며 상기 슬롯상에서의 프레임 구조 변경이 없는 슬롯마다 상이한 수의 OFDM 심볼을 송신하는 것에 의해, 송신기가 복수의 상이한 모드에서 송신하는데도 적용된다.
몇가지 실시예에서는, OFDM 심볼 구간은 단축하고 FFT 사이즈는 단축하지만, 샘플링 주파수는 변경하지 않는 것에 의해, 슬롯당 증가된 수의 OFDM 심볼을 갖는 모드가 실현된다.
몇가지 실시예에서는, 수신기가 각각의 TPS 프레임에 대한 사용자들의 개별적인 세트로 송신하며 전체 TPS 프레임을 복조해야 할 사용자들을 각각의 TPS 프레임에 신호하는데도 적용된다.
본 발명에 대한 광범위한 또 다른 태양은 OFDM 수신기에서 동기화를 수행하는 방법을 제공한다. 본 방법은, 하나 이상의 수신 안테나 각각에서, 수신 신호를 샘플링하여 시간 영역 샘플들의 개별적인 세트를 생성하는 단계; 하나 이상의 개략적 동기화 위치를 판정하는 단계; 하나 이상의 수신 안테나 각각에서:
a) 상기 하나 이상의 개략적 동기화 위치에 관한 복수의 후보 미세 동기화 위치들 각각에 대해:
ⅰ) 각각의 수신 안테나에 대해, 후보 미세 동기화 위치에 FFT 윈도의 위치를 정하고 FFT에 의해 시간 영역 샘플들을 주파수 영역 성분들의 개별적인 세트로 변경하는 단계;
ⅱ) 상기 하나 이상의 송신 안테나 각각에 대해, 주파수 영역 성분들의 세트들로부터 송신 안테나에 대응되는 개별적인 수신 트레이닝 시퀀스를 추출하는 단계;
ⅲ) 각각의 송신 안테나에 대해, 각각의 개별적인 수신 트레이닝 시퀀스와 공지의 개별적인 송신 트레이닝 시퀀스간의 상관값을 계산하는 단계;
ⅳ) 하나 이상의 송신 안테나에 대한 상관값들을 조합하여, 각각의 후보 동기화 위치에 대한 전체적 상관 결과를 생성하는 단계;
b) 복수의 상관값들로부터 미세 동기화 위치를 판정하는 단계;
하나 이상의 수신 안테나로부터의 미세 동기화 위치들을 전체적인 미세 동기화 위치로 조합하는 단계를 포함한다.
몇가지 실시예에서는, 개략적 동기화 위치가 각각의 수신 안테나에 대해 판정되어 개별적인 미세 동기화 위치를 판정하는데 사용된다.
몇가지 실시예에서는, 개략적 동기화 위치가 각각의 수신 안테나에 대해 판정되며 위치들 중 최초의 것이 모든 수신 안테나에 대한 미세 동기화 위치를 판정하는데 사용된다.
몇가지 실시예에서는, 2개의 OFDM 심볼 구간에 걸친 시간 영역 샘플들간의 상관 첨두치를 찾는 것에 의해, 개략적 동기화 위치가 하나 이상의 수신 안테나에 대해 시간 영역에서 판정된다.
몇가지 실시예에서는, 본 방법이 2 이상의 안테나를 갖는 OFDM 수신기에 적용되며, 하나 이상의 수신 안테나로부터의 미세 동기화 위치들을 전체적인 미세 동기화 위치로 조합하는 단계는 미세 동기화 위치들 중에서 최초의 것을 선택하는 단계를 포함한다.
몇가지 실시예에서는, 수신 신호를 샘플링하여 시간 영역 샘플들의 세트를 생성하는 단계는 3개 이상의 OFDM 심볼 구간 동안 수행되고; 하나 이상의 개략적 동기화 위치를 판정하는 단계는,
a) 각각의 상관값은 하나의 OFDM 심볼 구간을 갖는 제1 주기 동안 수신된 시간 영역 샘플들의 제1 세트와 제1 주기에 즉각적으로 수반되며 OFDM 심볼 구간을 갖는 제2 주기 동안 수신된 시간 영역 샘플들의 제2 세트 사이에서 계산된 상관값인, 복수의 상관값을 상기 제1 주기에 대한 복수의 시작 시간 각각에 대해, 계산하는 단계;
b) 상기 복수의 상관값들 중 최대값이 되도록 개략적 동기화 위치를 식별하는 단계에 의해, 개략적 동기화 위치를 식별하기 위해 2개의 OFDM 심볼 구간에 결쳐 수신된 시간 영역 샘플들간의 상관 첨두치를 찾음으로써 시간 영역에서 개략적 동기화를 수행하는 단계를 포함한다.
몇가지 실시예에서는, 하나 이상의 송신 안테나에 대한 상관값을 조합하여 각각의 후보 동기화 위치에 대한 전체적 상관 결과를 생성하는 단계는 각각의 후보 동기화 위치에 대해 하나 이상의 송신 안테나에 대한 상관값들을 함께 승산하는 단계를 포함한다.
몇가지 실시예에서는, 본 방법이 하나의 송신 안테나 하나의 수신 안테나 시스템에 적용된다.
몇가지 실시예에서는, 트레이닝 시퀀스가 공통 동기화 채널 서브-캐리어들을 통해 수신된다.
몇가지 실시예에서는, 트레이닝 시퀀스가 OFDM 프레임 프리앰블 동안 수신된다.
몇가지 실시예에서는, 트레이닝 시퀀스가 전용 파일럿 채널 서브-캐리어들을 통해 수신된다.
몇가지 실시예에서는, 트레이닝 시퀀스가 OFDM 프레임 프리앰블 동안 수신된다.
본 발명에 대한 또 다른 광범위한 태양은 하나 이상의 수신 안테나; 상기 하나 이상의 수신 안테나 각각에 대해, 수신 신호를 샘플링하여 시간 영역 샘플들의 개별적인 세트를 생성하는데 적용되는 수신 회로; 하나 이상의 개략적 동기화 위치를 결정하는데 적용되는 개략적 동기화기; 하나 이상의 FFT, 하나 이상의 상관기 및 하나 이상의 조합기를 구비하며, 하나 이상의 수신 안테나 각각에서,
a) 상기 하나 이상의 개략적 동기화 위치에 관한 복수의 후보 미세 동기화 위치 각각에 대해:
ⅰ) 각각의 수신 안테나에 대해, FFT 윈도를 후보 미세 동기화 위치에 위치시키고 FFT에 의해 시간 영역 샘플을 주파수 영역 성분들의 개별적인 세트로 변경하며;
ⅱ) 상기 하나 이상의 송신 안테나 각각에 대해, 주파수 영역 성분들의 세트들로부터 송신 안테나에 대응되는 개별적인 수신 트레이닝 시퀀스를 추출하고;
ⅲ) 각각의 송신 안테나에 대해, 각각의 개별적인 수신 트레이닝 시퀀스와 공지의 개별적인 송신 트레이닝 시퀀스간의 상관값을 계산하며;
ⅳ) 하나 이상의 송신 안테나에 대한 상관값들을 조합하여 각각의 후보 동기화 위치에 대한 전체적 상관 결과를 생성하고;
b) 복수의 상관값들로부터 미세 동기화 위치를 판정하는데 적용되는 미세 동기화기를 구비하고,
하나 이상의 수신 안테나로부터의 미세 동기화 위치들을 하나의 전체적 미세 동기화 위치로 조합하는데도 적용되는 OFDM 수신기를 제공한다.
몇가지 실시예에서는, 수신기가 2개 이상의 수신 안테나를 가지며, 미세 동기화 위치들 중 최초의 것을 선택하는 것에 의해, 하나 이상의 수신 안테나로부터의 미세 동기화 위치들을 하나의 전체적 미세 동기화 위치로 조합하는데 적용된다.
몇가지 실시예에서는, 수신기가, 하나 이상의 송신 안테나에 대한 상관값들을 각각의 후보 동기화 위치와 함께 승산하는 것에 의해, 하나 이상의 송신 안테나에 대한 상관값들을 조합하여 각각의 후보 동기화 위치에 대한 전체적 상관 결과를 생성하는데 적용된다.
몇가지 실시예에서는, 수신기가 공통 동기화 채널 서브-캐리어들을 통해 트레이닝 시퀀스를 수신하는데 적용된다.
몇가지 실시예에서는, 수신기가 전용 파일럿 채널 서브-캐리어들을 통해 트레이닝 시퀀스를 수신하는데 적용된다.
본 발명에 대한 광범위한 또 다른 태양은 미세 동기화 수행 방법을 제공한다. 본 방법은, 하나 이상의 송신 안테나 각각에 대한 개별적인 수신 주파수 영역 트레이닝 시퀀스를 포함하는 OFDM 심볼을 수신하는 하나 이상의 수신 안테나 각각에서; 공지의 주파수 영역 트레이닝 시퀀스들과 수신된 주파수 영역 트레이닝 시퀀스들 사이에서 최대 상관값을 찾는 것에 의해 주파수 영역에서 미세 동기화를 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에 대한 광범위한 또 다른 태양은 미세 동기화를 인에이블링하는 신호를 송신하는 방법을 제공한다. 본 방법은, 하나 이상의 송신 안테나 각각으로부터, 개별적인 주파수 영역 트레이닝 시퀀스를 포함하는 OFDM 심볼을 송신하는 단계를 포함한다.
몇가지 실시예에서는, 각각의 송신 안테나에 의해서는 상이한 주파수 영역 트레이닝 시퀀스가 송신되지만, 다른 송신기들의 대응되는 안테나에 의해서는 동일한 주파수 영역 트레이닝 시퀀스가 송신된다.
본 발명에 대한 광범위한 또 다른 태양은 OFDM 수신기에서 셀 선택을 수행하는 방법을 제공한다. 본 방법은, 하나 이상의 수신 안테나 각각에서, 수신 신호를 샘플링하여 시간 영역 샘플들의 개별적인 세트를 생성하는 단계; 하나 이상의 개략적 동기화 위치를 판정하는 단계; 하나 이상의 수신 안테나 각각에서:
a) 수신 신호의 공통 동기화 채널 서브-캐리어들로부터 추출된 하나 이상의 수신 공통 동기화 시퀀스와 개별적인 복수의 송신 안테나의 대응되는 공통 동기화 시퀀스 사이에서 주파수 영역 상관을 수행하여 복수의 후보 상관 첨두치를 식별하는 단계;
b) 추가적인 프로세싱을 위해 M개의 최강 상관 첨두치를 선택하는 단계;
c) 각각의 상관 첨두치와 관련된 송신기를 식별하기 위해, 각각의 상관 첨두치에서, 시간 영역 샘플들을 주파수 영역 성분들로 재변경하고, 송신기 특정 정보를 포함하는 파일럿 채널 서브-캐리어들을 프로세싱하는 단계;
d) 이렇게 식별된 각각의 송신기에 대해 C/I 또는 유사값을 판정하는 단계;
하나 이상의 수신 안테나 중 어느 것에 대해 최고의 C/I를 갖는 것으로 판정된 송신기를 선택하는 단계를 포함한다.
몇가지 실시예에서는, 수신 신호의 공통 동기화 채널 서브-캐리어들로부터 추출된 하나 이상의 수신 공통 동기화 시퀀스와 개별적인 복수의 송신 안테나의 대응되는 공통 동기화 시퀀스 사이에서 주파수 영역 상관을 수행하여 복수의 후보 상관 첨두치를 식별하는 단계는:
a) 상기 하나 이상의 개략적 동기화 위치 중 하나에 관한 복수의 후보 미세 동기화 위치 각각에 대해:
ⅰ) 각각의 수신 안테나에 대해, FFT 윈도를 후보 미세 동기화 위치에 위치시키고, FFT에 의해 시간 영역 샘플들을 주파수 영역 성분들의 개별적인 세트로 변경하는 단계;
ⅱ) 하나 이상의 송신기 각각의 송신 안테나에 의해 송신된 하나 이상의 공통 동기화 시퀀스 각각에 대해, 주파수 영역 성분들의 세트들로부터 송신 안테나에 대응되는 개별적인 수신 트레이닝 시퀀스를 추출하는 단계;
ⅲ) 하나 이상의 공통 동기화 시퀀스 각각에 대해, 각각의 개별적인 수신 공통 동기화 시퀀스와 공지의 개별적인 공통 동기화 시퀀스간의 상관값을 계산하는 단계;
ⅳ) 상관값들을 조합하여 각각의 후보 동기화 위치에 대한 전체적 상관 결과를 생성하는 단계;
b) 상관값들에서, 상관값들의 부분 최대값인 하나 이상의 첨두치를 판정하는 단계를 포함한다.
몇가지 실시예에서는, 본 방법이, 선택된 송신기의 미세 동기화 위치에 기초하여 시간 영역 샘플들을 주파수 영역 성분들로 재변경하는 단계 및 그 송신기에 대한 전용 파일럿 채널에 기초하여 추가적 미세 동기화를 수행하는 단계를 더 포함한다.
몇가지 실시예에서는, 본 방법이, 헤더 심볼의 서브캐리어들은 복수의 안테나 각각에 대한 서브캐리어들의 불연속한 세트로 분할되고, 각각의 안테나는 서브-캐리어들의 개별적인 세트를 통해서만 헤더 심볼을 송신하며, 헤더 심볼들은 복수의 안테나 각각에 대해 다중화된 파일럿 채널 서브-캐리어들 및 공통 동기화 채널 서브-캐리어들을 포함하고, 파일럿 채널 서브-캐리어들의 내용이 반복되고 동기화 채널 서브-캐리어들의 내용이 반복되는 프레임은 2개의 동일한 헤더 OFDM 심볼로 시작되며, 공통 동기화 채널 서브-캐리어들은 한 기지국의 개별적인 안테나에 대해서는 상이하며 복수의 기지국들에 대해서는 공통인 복소 시퀀스를 전달하고, 전용 파일럿 채널 서브-캐리어들의 내용은 특정 기지국에 대해 적어도 국지적으로 고유한 헤더 심볼 포맷을 갖는 MIMO-OFDM 프레임 포맷에 적용된다.
몇가지 실시예에서는, 본 방법이, 송신기 스위칭을 위해, 이렇게 식별된 각각의 송신기에 대한 시구간에 걸쳐 C/I 또는 유사값을 평균하는 단계, 및 그 시구간의 끝에서, 현재 선택되어 있는 송신기와 상이하다면, 최고의 평균 C/I 또는 유사값을 갖는 송신기로 송신기 스위칭을 실행하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 프리앰블 헤더 심볼이 파일럿 채널, 동기화 채널 및 브로드캐스팅 채널을 구비하도록 설계함으로써, 프리앰블 헤더 오버헤드는 감소된다. 공통 동기화 채널은 빠르고 정확한 초기 포착을 위해 설계된다. BTS 특정으로 매핑된 기호를 갖는 전용 파일럿 채널로 인해 효율적인 BTS 식별이 가능하다. 조합된 공통 동기화 채널 및 파일럿 채널은 다같이 MIMO 채널 추정에 사용된다. 조합된 공통 동기화 채널 및 전용 파일럿 채널의 사용 또한, 높은 정확도의 동기화를 가능하게 한다. 주파수 영역 트레이닝 심볼은 타이밍 에러와 다중 경로 환경에 강건하다. 프리앰블 설계는 UE(사용자 장치)의 융통성을 허용하여 보다 효율적인 알고리즘을 구현할 수 있게 한다.
첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세히 설명한다.
도 1a는 IEEE 802.11 표준의 시간 영역에서의 프레임 구조.
도 1b는 도 1a의 주파수 영역에서의 프레임 구조.
도 2a는 본 발명의 실시예로서 제공된 패킷 데이터 프레임 구조.
도 2b는 본 발명의 실시예로서 제공된 패킷 프레임 계층 구조.
도 3은 본 발명의 실시예로서 제공된 바람직한 헤더 구조.
도 4는 본 발명의 실시예로서 제공된 시간 영역에서의 프리앰블 헤더 구조.
도 5는 본 발명의 실시예로서 제공된 주파수 영역에서의 프리앰블 헤더 구조.
도 6은 본 발명의 실시예로서 제공된 MIMO-OFDM 송신기의 개념적 개략도.
도 7a는 MIMO-OFDM 개략적 동기화 기능의 블록도.
도 7b는 MIMO-OFDM 미세 동기화 기능의 블록도.
도 8은 몇가지 후보 동기화 위치를 나타내는 파일럿 채널용 기호(signature) 시퀀스 상관 출력의 플롯.
도 9는 BTS 식별 시뮬레이션의 플롯.
도 10은 본 발명의 실시예로서 제공된, MIMO-OFDM에서의 셀 선택 및 재선택 방법의 흐름도.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 실시예로서 제공된 OFDM 패킷 프레임 구조가 도시되어 있다. 송신 OFDM 심볼 스트림들은 이러한 프레임들로 구성된다. 각 프레임은 3개의 주요 성분: 프리앰블(300), 분산 파일럿(scattered pilot; 302), 및 트래픽 데이터 심볼(304)로 구성된다. 프리앰블이 삽입됨으로써, UE는 다음의 기본적인 동작을 수행할 수 있다: 고속 BTS 액세스, BTS 식별과 C/I 비 측정, 프레임 및 타이밍 동기화, 주파수와 샘플링 클록 오프셋 추정 및 초기화 채널 추정. 최대의 스펙트럼 효율과 무선 용량을 위해, 최소화된 오버헤드를 갖도록 프레임 프리앰블을 설계하는 것이 중요하다.
도 2b를 참조하면, 본 발명에 따라 구성된 MIMO-OFDM용 프레임 계층 구조가 도시되어 있으며, 여기서는 OFDM 수퍼프레임(500;2개가 도시됨)이 최고 레벨에 위치한다. 수퍼프레임의 구간은 네트워크 동기화 주기(예를 들어, 1초)에 의해 결정된다. 수퍼프레임은, OFDM 프레임이라고도 하는 수개의 10ms 무선 프레임(502)으로 이루어져 있다. ls 수퍼프레임(500)에는 100개의 10ms OFDM 프레임(502)이 존재한다.
ACM(adaptive coding modulation)을 지원하기 위해, 고속의 시그널링 채널(TPS 채널-transmission parameter signalling)이 도입된다. 각각의 OFDM 프레임(502)은 TPS 프레임들(504)로 세분되는데, 도시된 예에서는, 각각의 10ms 무선 프레임(502)에 대해 5개의 2ms TPS 프레임들이 존재한다. 몇가지 실시예에서는 TPS에 사용되는 프레임 길이가 ACM 유닛의 구간과 동일하다. 각각의 TPS 프레임은, 각 사용자로 하여금 현재의 TPS 프레임이 그들을 위한 데이터를 포함하고 있는지의 여부를 판정할 수 있게 하는 시그널링 정보도 포함한다. TPS 프레임은 다수 사용자를 위한 데이터를 포함할 수도 있다.
TPS 프레임(504)은 수개의 슬롯(506)으로 더 세분될 수 있는데, 각각은 수개의 OFDM 심볼로 이루어져 있다. 도시되어 있는 예에서, 각각의 TPS 프레임(504)은 3개의 슬롯(506)으로 세분되어 있다. 슬롯(506)의 구간은 무선(air) 인터페이스 슬롯 사이즈에 의존한다. 최소의 송신 유닛은 하나의 OFDM 심볼(508, 510)이다. 하나의 OFDM 심볼 구간은 송신 환경 특성, 예를 들어 최대의 채널 지연, 시스템-샘플링 클록 및 최대의 도플러에 의해 결정된다. 도시되어 있는 예에서는, 슬롯(506)당 4개의 OFDM 심볼(508, 510)이 존재한다.
OFDM 심볼들간에 보호 간격(guard interval)을 삽입하는 것에 의해 발생되는 오버헤드를 감소시키기 위해, 각각이 상이한 심볼 구간과 상이한 프리픽스를 갖는 상이한 OFDM 심볼 모드, 예를 들어 0.5k 모드 및 1k 모드를 설계할 수 있다. 시스템의 간략화를 위해, 샘플링 주파수는 모드 스위칭을 수행하는 동안 변경되지 않고 보존된다. 이하에서 이들 상이한 모드를 보다 상세히 설명한다.
도 2b의 프레임 구조는 UMTS 무선-인터페이스와 호환가능한 프레임 계층 구조의 일례를 제시한다. OFDM 심볼 레벨에, 2개의 상이한 OFDM 심볼 타입이 존재한다. 여기에는 프리앰블 OFDM 심볼(508)과 일반(regular) 데이터 심볼(510)이 포함된다.
시간 영역의 표현인 도 4를 참조하면, 각각의 OFDM 프레임은, 헤더 OFDM 심볼의 주기적 연장(cyclic extension)인 프리픽스(607)가 선행되는 수개의 동일한 헤더 OFDM 심볼(603, 605)로 이루어진 프리앰블로 시작한다. 동기화를 보조하기 위해 반복 구조가 사용된다. 2개의 동일한 심볼이 식별될 때까지 인접한 OFDM 심볼들간에 상관을 수행함으로써, OFDM 프레임의 시작을 찾아낼 수 있다. 일례로서, OFDM 심볼당 1056개의 샘플이 사용될 수도 있다. 프리앰블에 대해, 프리픽스(607) 동안, 헤더 OFDM 심볼의 마지막 64개 샘플이 송신된다. 제2의 헤더 OFDM 심볼에 대한 프리픽스는 존재하지 않는다. 헤더는 주기적으로 삽입되는데, 도 2b의 예에서는, 이러한 삽입이 10ms마다, 즉 OFDM 프레임이 시작될 때마다 발생한다.
도 2b를 다시 참조하면, 논-헤더(non-header) OFDM 심볼, 즉 일반 OFDM 심볼(510)의 경우, 모든 OFDM 심볼은 프리픽스를 갖는 것이 바람직하다. "1K" 모드에서는, 심볼당 총 1056개 샘플에 대해, 32개의 프리픽스 샘플과, FFT 사이즈를 나타내는 1024개의 실제 샘플이 존재한다. 1/2K 모드에서는, 총 528 샘플/심볼에 대해, 16개의 샘플 프리픽스와 (FFT 사이즈를 나타내는) 심볼당 512개의 샘플이 존재한다. 바람직하게, 도 2b의 프레임 구조를 이용하면, 샘플링 주파수를 변경하지 않으면서 이러한 상이한 모드를 지원할 수 있다. 1/2K 모드일 경우, 슬롯(506)당 2배로 많아진 OFDM 심볼(510)이 존재한다. 소정 순간에 선택되는 특정 모드는, 프리픽스 사이즈가 최대 채널 지연보다 커야 한다. 1/K 모드에서, 더 많은 OFDM 심볼이 더 적은 서브-캐리어들로 송신된다. 심볼 구간이 짧기 때문에, 이것이 높은 도플러에 더 강건하다. 또한, 서브-캐리어들간의 간격이 더 클수록 도플러에 대한 허용치가 더욱 개선된다. 따라서, 상이한 FFT 사이즈를 수용하지만 수신기에서는 동일한 샘플링 속도를 갖는 규격화된(unified) 프레임 구조가 존재한다. 상이한 모드에 대해서도 동일한 프리앰블을 사용하는 것이 바람직하다.
OFDM은 병렬 송신 기술이다. 유용한 전 대역은 많은 서브-캐리어들로 분할되며, 각각의 서브-캐리어는 독립적으로 변조된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 안테나를 갖는 상이한 안테나의 송신을 분리하기 위해, 헤더 동안에는, 서브-캐리어들 모두가 모든 송신 안테나상에서 사용되는 것은 아니다. 오히려, 서브-캐리어들은 안테나들 사이에서 분할된다. 도 3을 참조하여, 이러한 것의 일례를 설명한다. OFDM 심볼내에 포함된 서브-캐리어 주파수들은 각각 원으로 표현되어 있다. 상기한 예에서는, MIMO 시스템에 2개의 송신 안테나가 존재한다고 가정한다. 도 3은 주파수 축(400)을 따라 배열되어 있는 다양한 서브-캐리어들을 갖는 OFDM 심볼을 나타내며, 소정 순간에서의 모든 서브-캐리어들의 내용은, 시간 축(402)을 따라 지시된 바와 같이, 시간에서의 한 심볼을 나타낸다. 이 경우, 처음 2개의 OFDM 심볼(408, 410)은 전용 파일럿 채널 정보용으로 사용되고, 나머지 심볼들(2개만 도시되어 있음;412, 414)은 일반 OFDM 심볼용으로 사용된다. 처음 2개의 OFDM 심볼(408, 410)을 통해 송신되는 전용 파일럿 채널 정보는 서브-캐리어에 의해 제1 안테나에 의해 송신되는 것과 제2 안테나에 의해 송신되는 것 사이에서 교번한다. 이것은 제1 송신기용 전용 파일럿 채널 정보를 송신중인 제1 서브-캐리어(404)와 제2 서브-캐리어용 전용 파일럿 채널 정보를 송신중인 서브-캐리어(406)로 나타나며, 이러한 패턴은 나머지 서브-캐리어들에 대해 반복된다. 나머지 OFDM 심볼들(412, 414)은 양방의 안테나에 의해 송신된 정보를 포함한다. 다른 방법으로, 다른 배열이 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 2개를 초과하는 송신 안테나가 존재한다면, 파일럿 채널 정보는 서브-캐리어에 의해 모든 송신 안테나 사이에서 소정 패턴으로 교번할 것이다.
다른 실시예에서는, 공통 동기화 채널과 전용 파일럿 채널이 헤더 심볼에 대하여 주파수 다중화된다. 개개의 전용 파일럿 채널과 공통 동기화 채널을 송신하기 위해, 논-오버래핑(non-overlapping) 서브-캐리어들의 개별적인 세트가 각각의 안테나에 할당된다.
또 다른 실시예에서는, 공통 동기화 채널, 전용 파일럿 채널 및 브로트캐스팅 채널이 헤더 심볼에 대하여 주파수 다중화된다. 이러한 구성하에서는, 헤더 심볼의 유용한 전체 서브-캐리어들이 3개의 그룹으로 분할된다. 이들 3개의 그룹이 공통 동기화 채널, 전용 파일럿 채널 및 브로드캐스팅 채널상에 각각 매핑된다.
2-전송기 다이버시티를 갖는 MIMO-OFDM 시스템에서의 상이한 채널의 매핑 일례가 도 5에 도시되어 있다. 이 예에는, 4개의 OFDM 심볼(712, 714, 716, 718)이 도시되어 있으며, 그 중 2개(712, 714)가 헤더 심볼이다. 헤더 심볼(712, 714) 동안, 매 두번째 서브-캐리어들은 제1 안테나용으로 사용되고 나머지 서브-캐리어들은 제2 안테나용으로 사용된다. 이는 더 많은 수의 안테나에 대해서도 쉽게 일반화된다. 상기한 예의 경우, MIMO 시스템에 2개의 송신 안테나가 존재한다고 가정한다. 제1 서브-캐리어(700)에서 시작하여 매 6번째 서브-캐리어들은 제1 송신기 전용 파일럿 채널 서브-캐리어용이다. 제2 서브-캐리어(702)에서 시작하여 매 6번째 서브-캐리어들은 제2 송신기 전용 파일럿 채널 서브-캐리어용이다. 제3 서브-캐리어(704)에서 시작하여 매 6번째 서브-캐리어들은 제1 송신기 공통 동기화 채널 서브-캐리어용이다. 제4 서브-캐리어(706)에서 시작하여 매 6번째 서브-캐리어들은 제2 송신기 공통 동기화 채널 서브-캐리어용이다. 제5 서브-캐리어(708)에서 시작하여 매 6번째 서브-캐리어들은 제1 안테나에 대한 브로드캐스팅 채널 서브-캐리어용이고, 제6 서브-캐리어(710)에서 시작하여 매 6번째 서브-캐리어들은 제2 안테나에 대한 브로드캐스팅 채널 서브-캐리어용이다.
공통 동기화 채널은 초기 액세스를 위한 범용 채널(universal channel)이다. 이는 동기화 및 예비 채널 추정에도 사용될 수 있다. 송신기 다이버시티가 적용될 경우, 상이한 송신기는 공통 동기화 서브-캐리어들을 공유한다. 상기한 바와 같은 경우에, 공통 동기화 채널은 상이한 송신기들 사이에서 분할된다. 모든 터미널에 의해 인지되어 있는 공통의 복소 시퀀스가 공통 동기화 채널용으로 예비 할당되어 있는 서브-캐리어들을 변조하는데 사용된다. 동일한 공통 동기화 시퀀스는 시스템내의 모든 기지국에 의해 송신된다. 각각의 송신 안테나가 고유한 동기화 시퀀스를 송신할 수 있는 복수의 송신 안테나가 존재하는 경우라면, 이러한 동기화 시퀀스가 하나 이상 존재할 수도 있다. 동기화 시퀀스를 이용하면, 이동국은, 수신된 동기화 시퀀스와 송신된 공지의 동기화 시퀀스간의 상관 첨두치(peak)를 찾는 것에 의해 추가적 BTS 식별용 초기 동기화 위치를 찾아낼 수 있다.
전용 파일럿 채널은 BTS/셀 식별에 사용되며, 셀 선택, 셀 스위칭 및 핸드오프를 위한 C/I 측정을 지원한다. 고유한 복소 시퀀스, 예를 들어 PN 코드가 각각의 BTS에 할당되며 전용 파일럿 서브-캐리어들을 변조하는데 사용된다. 복수의 송신 안테나의 경우, 상이한 고유 시퀀스가 각각의 안테나에 의해 송신된다. 공통 동기화 채널의 경우와 달리, 상이한 기지국이 상이한 파일럿 시퀀스를 사용하여 송신한다. 상이한 BTS들에 할당된 PN 코드의 의사-직교성(quasi-orthogonality)으로 인해 액세스 포인트 식별 및 초기 간섭 측정을 수행할 수 있다. 전용 파일럿 채널도 동기화 프로세싱을 보조하는데 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 헤더 OFDM 심볼의 서브-캐리어들을 완전히 이용하기 위해, 몇개의 서브-캐리어들은 브로드캐스팅 채널로서 사용되는 것이 바람직하다. 도 5의 예에서, 6개 서브-캐리어들마다 2개가 이러한 목적에 사용된다. 브로드캐스팅 채널은 중요한 시스템 정보를 전달할 수 있다. STTD(space time transmit diversity) 방식은 동기화 알고리즘에 의해 요구되는 헤더 OFDM 심볼의 반복 구조를 파괴하기 때문에, 브로드캐스팅 채널(또는 헤더 OFDM 심볼의 임의의 서브-캐리어)에 사용될 수 없다. 그러나, 모든 송신기에서 브로드캐스팅 정보를 동일한 서브-캐리어를 통해 전송하게 되면, 송신기들 사이에 파괴적 간섭을 일으킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 브로드캐스팅 채널은 상이한 송신기들 사이에서 분할되어, 송신 안테나가 2개인 경우와 같이, (브로드캐스팅 채널용으로 매핑된) 서브-캐리어들은 다이버시티를 제공하기 위해 송신 안테나에 교대로 할당될 수 있다. 브로드캐스팅 채널을 더욱 향상시키기 위해 전력 부스팅(power boosting)을 이용할 수도 있다.
상이한 BTS로부터의 브로드캐스팅 정보는 상이할 수 있다. 몇몇 실시예에서는, 브로드캐스팅 정보가 보호되고 있으므로, 셀 경계에 인접한 사용자들이 강한 간섭의 존재하에서도 브로드캐스팅 정보를 정확하게 수신할 수 있다. 짧은 PN 코드는 브로드캐스팅 정보를 확산시키는데 사용될 수 있다. 인접한 BTS에는 상이한 코드가 할당된다. 브로드캐스팅 채널의 삽입은 프리앰블 오버헤드를 감소시키며 스펙트럼 효율을 증가시킨다.
브로드캐스트 채널은 특정 기지국에 고유한 정보를 송신하는데 사용된다. 하나의 브로드캐스트 메시지가 2개 안테나에 대해 조합된 브로드캐스트 채널 캐리어들을 통해 송신될 수도 있다. 프리앰블 헤더 심볼이 파일럿 채널, 동기화 채널 및 브로드캐스팅 채널을 구비하도록 설계함으로써, 프리앰블 헤더 오버헤드는 감소된다. 공통 동기화 채널은 빠르고 정확한 초기 포착을 위해 설계된다. BTS 특정으로 매핑된 기호를 갖는 전용 파일럿 채널로 인해 효율적인 BTS 식별이 가능하다. 조합된 공통 동기화 채널 및 파일럿 채널은 다같이 MIMO 채널 추정에 사용된다. 조합된 공통 동기화 채널 및 전용 파일럿 채널의 사용 또한, 높은 정확도의 동기화를 가능하게 한다. 주파수 영역 트레이닝 심볼은 타이밍 에러와 다중 경로 환경에 강건하다. 프리앰블 설계는 UE(사용자 장치)의 융통성을 허용하여 보다 효율적인 알고리즘을 구현할 수 있게 한다.
일 실시예에서의 전용 파일럿 채널간, 다른 실시예에서의 전용 파일럿 채널과 공통 동기화 채널간, 또 다른 실시예에서의 공통 동기화 채널과 브로드캐스트 채널간 서브-캐리어들의 특정 장애는 구체적 예들일 뿐이다. 이들은 임의의 적당한 방식으로 할당될 수 있다.
도 6을 참조하면, MIMO-OFDM 송신기(10)의 개념적 개략도를 나타낸다. 4개 OFDM 심볼의 제1 샘플 세트(201)는 제1 송신 안테나(21)로부터 송신되고 4개 OFDM 심볼의 제2 샘플 세트(203)는 제2 송신 안테나(23)로부터 송신되는 것으로 도시되어 있다. 일반적으로, OFDM 송신기는 Nant개 송신 안테나를 가지며, 이 경우, Nant는 설계 파라미터이다. MIMO-OFDM 송신기(10)내에서, 디멀티플렉서(23)로부터의 데이터는 송신 안테나(21)에 접속되어 있는 제1 OFDM 컴포넌트(24)나 송신 안테나(23)에 접속되어 있는 제2 OFDM 컴포넌트(24) 중 하나에 송신된다. 이들 컴포넌트는, 각각이 상이한 직교 주파수에 있는 서브-캐리어들상의 데이터를 OFDM 심볼 및 OFDM 프레임으로 구성한다. 각각의 OFDM 컴포넌트(24, 26)는 헤더 OFDM 심볼을 삽입하기 위한 개개의 헤더 삽입기(29)를 갖는다. OFDM 심볼들의 샘플 세트들(201 및 203)은 각각 송신 안테나들(21 및 23)로부터 송신된 OFDM 프레임의 최초 4개의 OFDM 심볼을 나타내는데, 데이터 심볼 또는 파일럿 심볼의 각 행(row)이 OFDM 심볼이다. 제1 OFDM 심볼(13)과 (제1과 동일한) 제2 OFDM 심볼(14)은 제1 송신 안테나에 의해 송신된 OFDM 프레임에 고유한 2개의 헤더 OFDM 심볼을 나타낸다. 마찬가지로, 제3 OFDM 심볼(17)과 (제3과 동일한) 제4 OFDM 심볼은 제2 송신 안테나에 의해 송신된 OFDM 프레임에 고유한 2개의 헤더 OFDM 심볼을 나타낸다. 4개의 OFDM 심볼(15, 16, 19, 20)은 통상적으로 복수의 데이터 심볼로 이루어진 비-동일 OFDM 심볼로서, 적어도 하나의 데이터 심볼이 각각의 OFDM 서브-캐리어상에서 일반적으로 11로 지시되어 있다. 전체 OFDM 프레임은 통상적으로 더 많은 데이터 심볼을 갖는다. 또한, OFDM 심볼들(201)은 OFDM 심볼들(203)과 동시에, 그리고 동일한 타이밍으로 송신된다.
상기한 예에서, 2개의 동일한 헤더 OFDM 심볼은 전용 파일럿 채널 서브-캐리어들(12)과 공통 동기화 채널 서브-캐리어들(9)을 구비한다. 나타내지 않은, 브로드캐스트 채널 서브-캐리어들이 존재할 수도 있다. 전용 파일럿 채널 서브-캐리어들은, 후술하는 바와 같이, C/I 비 측정과 BTS 식별 및 미세 동기화에 사용되는데; 이들은 초기 채널 추정에도 사용될 수 있다. 공통 동기화 채널 서브-캐리어들(9)은 개략적 동기화와 미세 동기화, 초기 액세스, 및 초기 채널 추정에 사용된다.
도시한 예에서는, 2개의 헤더 OFDM 심볼 동안, 연속한 4개의 서브-캐리어들 마다 첫번째 것은 송신 안테나(21)에 의해 송신된 전용 파일럿 채널 심볼들을 전달하는데 사용된다. 마찬가지로, 연속한 4개의 서브-캐리어들마다 두번째 것은 송신 안테나(23)에 의해 송신된 전용 파일럿 채널 심볼들을 전달하는데 사용된다.
파일럿 채널 서브-캐리어들(12, 25)을 통해 송신되는 전용 파일럿 채널 심볼은 기지국/섹터 특정 PN 시퀀스에 의해 정의된다. 기지국에 고유한 복소 의사-랜덤 PN 시퀀스로부터의 심볼들의 한 세트가 헤더 OFDM 심볼들의 전용 파일럿 채널 서브-캐리어 위치들상에 매핑된다.
2개 헤더 심볼내의 연속한 4개의 서브-캐리어들마다 세번째 것은 송신 안테나(21)에 의해 송신된 공통 동기화 채널 심볼들을 전달하는데 사용된다. 마찬가지로, 연속한 4개의 서브-캐리어들마다 네번째 것은 송신 안테나(23)에 의해 송신된 공통 동기화 채널 심볼들을 전달하는데 사용된다.
공통 동기화 서브-캐리어들(9, 27)을 통해 송신되는 공통 동기화 채널 심볼들은 각각의 송신 안테나(21 및 23)에 고유한 복소 의사-랜덤 PN 시퀀스에 의해 정의된다. 이러한 복소 의사-랜덤 PN 시퀀스로부터의 한 세트의 심볼들이 헤더 OFDM 심볼들의 공통 동기화 채널 서브-캐리어들상에 매핑된다. 즉, 각각의 송신 안테나를 통해 송신되는 각 프레임의 공통 동기화 채널 심볼들은 그 송신 안테나에 대해서는 고유하지만 다른 기지국들의 대응되는 송신 안테나에 대해서는 동일한 PN 코드를 사용한다. 본 예에서, PNSYNC (1)는 송신 안테나(21)와 관련되고 PNSYNC (2)는 송신 안테나(23)와 관련된다. 그러나, 전체 통신 네트워크에 있어서 서로 상이한 송신기들내의 유사한 안테나는 동일한 PN 코드를 이용하게 된다. 예를 들어, 네트워크내의 모든 송신기상의 제1 송신 안테나(21)용 공통 동기화 채널 심볼들은 하나의 PN 코드(PNSYNC (1))를 사용하게 되며, 네트워크내의 모든 송신기상의 제2 송신 안테나(23)용 공통 동기화 채널 심볼들은 하나의 상이한 PN 코드(PNSYNC (2))를 사용하게 된다.
도 7a를 참조하면, 후술하는 바와 같이, 각각의 송신 안테나에서 송신된 2개의 반복되는 OFDM 헤더 심볼에 기초하여 개략적 동기화가 수행되도록 하고 있는 MIMO-OFDM 수신기 기능의 블록도를 나타낸다. OFDM 수신기는 (보다 일반적으로 복수개(N)의 수신 안테나가 존재하지만) 제1 수신 안테나(734) 및 제2 수신 안테나(735)를 포함한다. 제1 수신 안테나(734)는 RF 수신기(736)에서의 제1 수신 신호를 수신한다. 제1 수신 신호는 도 6의 2개 송신 안테나(21 및 23)에 의해 송신된 2개 신호의 조합이며, 여기서 2개 신호 각각이 개별적인 송신 안테나와 제1 수신 안테나(734) 사이의 개별적인 채널에 의해 변경되게 된다. 제2 수신 안테나(735)는 RF 수신기(739)에서의 제2 수신 신호를 수신한다. 제2 수신 신호는 2개의 송신 안테나(21 및 23)에 의해 송신된 2개 신호의 조합이이며, 여기서 2개 신호 각각이 개별적인 송신 안테나와 제2 수신 안테나(735) 사이의 개별적인 채널에 의해 변경되게 된다. (2개의 송신 안테나 각각과 2개의 수신 안테나 각각 사이의) 4개 채널은 시간 및 주파수에 따라 변경될 수 있으며, 일반적으로 서로 상이하다.
제1 헤더 심볼의 시작 위치의 장소에 대한 개략적인 범위를 결정하기 위해, 제1 수신 안테나(734)에 대한 개략적 동기화가 개략적 동기화기(737)에 의해 수신 신호의 이산적 시간 샘플들에 대해 수행된다. 유사한 프로세스가 개략적 동기화기(741)에 의해 제2 안테나(735)에 대해 수행된다. OFDM 송신기에 반복되는 헤더 심볼을 사용함으로써, 개략적 동기화가 용이해진다. 개략적 동기화기(737)는 계속적인 OFDM 심볼의 시간 영역 신호 샘플들에 대해 상관 측정을 수행한다. 최고의 상관 측정치를 산출하는 시간 영역 신호 샘플이 개략적 동기화 위치(ncoarse)이다. 그 다음, 개략적 동기화 위치(ncoarse)는 미세 동기화에 사용되는 FFT 함수내에 FFT 윈도를 배치하기 위한 위치로서 사용된다.
처음에, 개략적 동기화기(737)는 시간 영역의 개략적 동기화 프로세싱을 시작한다. (나타내지 않은) 러닝 버퍼(running buffer)가 3개의 연속한 OFDM 심볼 주기에 걸쳐 수신 신호의 이산적 시간 샘플들을 버퍼링하는데 사용되며, 다음 식과 같이, 2개의 연속한 OFDM 심볼 구간 동안 수집된 샘플들간의 자기-상관(γt(n))을 계산하는데,
Figure 112010035301793-pat00001
여기서, x(n)은 수신 신호의 시간 영역 샘플들이고, Nheader는 1개의 OFDM 심볼 구간에 걸쳐 취한 샘플들의 수이다.
몇가지 실시예에서는, 가동 상관기(moving correlator)가 계산력을 절감하기 위해 실시간 구현에 적용된다.
일 실시예에서, γt(n) 값은, 상관값이 임계치를 초과할 때까지, n=1에 대해(n=Nheader까지) 순차적으로 계산되며, 그 이후에는 최대값 검색이 인에이블된다. 상관 결과가 다시 임계치 미만이 될 때까지 상관값의 계산은 계속되며 최대값 검색 프로세스는 계속된다. 최대 상관값에 대응되는 샘플 위치가 개략적 동기화 위치이다.
Figure 112010035301793-pat00002
임계치는 통상적으로 한 프레임내의 평균 자기-상관값으로부터 계산된다. 다른 방법으로, 최대값을 찾는 다른 방법은, 예를 들어 길이가 60개 심볼일 수 있는 OFDM 프레임에 걸쳐 각각의 OFDM 심볼에 대한 부분 최대값을 결정하는 것이다. 그 다음, 전체적 최대값은 부분 최대값들 중 최대인 것으로 취한다. 이러한 프로세스는 양쪽의 개략적 동기화기에서 수행된다. 미세 동기화가 공동으로 진행될 경우, 전체적인 개략적 동기화 위치는 2개 동기화 값의 어떠한 조합으로서 취해질 수 있으며, 이렇게 결정된 2개의 개략적 동기화 위치들 중 더 빠른 것을 취하는 것이 바람직하다. 다른 방법으로, (후술하는) 각각의 미세 동기화기는 개별적인 개략적 동기화 위치에서부터 시작할 수 있다. 도 7b를 참조하면, MIMO-OFDM 미세 동기화 기능의 블록도가 도시되어 있다. 일 실시예에서, 미세 동기화 기능은 상술한 바와 같이 공통 동기화 채널 및/또는 전용 파일럿 채널을 사용해 각각의 송신 안테나에 의해 송신된 2개의 반복되는 OFDM 헤더 심볼에 기초하여 미세 동기화를 수행하는데 적합하다. 보다 일반적으로, 미세 동기화 기능은 일부 공지의 트레이닝 시퀀스가 임베드되어 있는 OFDM 프레임에 대한 미세 동기화를 수행할 수 있다. 또한, 미세 동기화 프로세스로의 입력은 개략적 동기화 위치이다. 이러한 개략적 동기화 위치는 상술한 방법을 사용하거나 또는 적당한 임의의 다른 방법을 사용하여 결정될 수 있다. 도 7a의 공통 동기화기가 사용된다면, 도 7a의 컴포넌트와 동일한 컴포넌트에는 유사하게 번호가 붙여지며 실제 구현에서 공유된다. 도 7b의 기능은 하나 이상의 수신 안테나 각각에 대해 반복된다.
하나 이상의 수신 안테나 각각에 대해 미세 동기화 프로세스를 수행한 다음, 미세 동기화 위치들의 조합에 기초하여 전체적인 동기화 위치가 취해진다. 검토를 위해, 일단 개략적 동기화기가 개략적 동기화 위치(들)(ncoarse)을 결정하고, 각각의 미세 동기화기가 개략적 동기화 위치 양쪽의 신호 샘플들에 대해 FFT를 수행하여, OFDM 서브-캐리어들의 주파수 대역에 걸친 주파수 영역 성분들을 생성한다. 각각의 미세 동기화기는 FFT 윈도의 정확한 위치를 잡기 위해 주파수 영역 성분들을 검색한다. FFT 윈도의 정확한 위치는 주파수 영역에서 OFDM 복조를 수행하는데 필요하다. 미세 동기화기는 공지의 PN 코드들(PNSYNC (1) 및 PNSYNC (2)) 과 개략적 동기화 위치(ncoarse)에 대해 정의된 검색 윈도내의 주파수 성분들간의 상관 측정을 수행함으로써 FFT 윈도의 정확한 위치를 잡는다. 각각의 미세 동기화기에 의해 수행되는 상관 측정은 주파수 영역에서 수행되며, 한 세트의 상관 측정은 공지의 PN 코드(PNSYNC (1) 및 PNSYNC (2)) 각각에 대해, 즉 각각의 송신 안테나(21 및 23)에 대해(또는 존재하는 수만큼의 하나 이상의 송신 안테나에 대해) 수행된다.
각각의 미세 동기화기는 검색 윈도내의 초기 신호 샘플에서 시작하여 Nsymbol개 신호 샘플을 선택하는데, Nsymbol은 OFDM 심볼내의 신호 샘플 수이다. 각각의 송신 안테나에 대해, 각각의 미세 동기화기는 주파수 영역 신호 샘플들과 송신 안테나에 대응되는 PN 코드간의 상관 측정치를 결정한다.
보다 구체적으로, 미세 동기화 검색은 ncoarse 부근에서 수행된다. 검색 윈도가 2N+1이라 가정하면, 검색 범위는 (ncoarse-N)으로부터 (ncoarse+N)까지이다. nstart(i)=ncoarse+N-i(여기서, i=0,..., 2N)로 미세 검색 윈도내의 샘플 인덱스를 나타낸다. 미세 동기화는 i=0으로부터 시작한다. nstart(0)으로부터 Nsymbol개 샘플들을 취한 다음, 프리픽스를 제거하고 FFT를 수행한다. 주파수 영역의 수신 OFDM 심볼은 다음 식과 같이 기록될 수 있으며,
Figure 112010035301793-pat00003
여기서, Nprefix는 프리픽스 샘플의 수이고 NFFT는 FFT 사이즈이다.
공통 동기화 채널들은 MIMO OFDM 시스템의 상이한 송신기들 사이에서 분할되기 때문에, R로부터, 상이한 송신기의 공통 동기화 채널에 의해 전달되는 복소 데이터 R(j,k) SYNC가 추출된다. 보다 일반적으로, 송신된 트레이닝 시퀀스에 대응되는 복소 데이터가 추출된다. R(j,k) SYNC와 PN*(j) SYNC간의 상관값은 다음 식과 같으며,
Figure 112010035301793-pat00004
여기서, j=1, 2,......, NTx는 송신기를 나타내고, k=1, 2,......, NRx는 수신기를 나타내며, PN(j) SYNC는 j번째 송신기에 대한 공통 SYNC PN 코드이고, NSYNC는 공통 PN 코드의 사이즈이다.
그 다음, 시작점 인덱스(nstart)는 1만큼 시프팅되며(nstart(1)=nstart(0)-1), 다른 Nsymbol개 샘플들이 상술한 바와 같이 프로세싱된다. 새로운 주파수 영역 데이터(R(j,k) SYNC(m,i))를 갖기 위해, FFT를 다시 수행해야 한다. 계산 복잡도를 감소시키기 위한 목적으로 다음 식과 같은 반복법을 사용할 수 있는데,
Figure 112010035301793-pat00005
여기서, NFFT는 FFT 사이즈이다. R(j,k) SYNC(m,i)를 추출한 후, 새로운 상관값을 계산한다. nstart가 미세 검색 윈도를 벗어날 때까지 상기 과정이 계속된다.
Figure 112010035301793-pat00006
각각의 수신 안테나에 대해, i=0,......, 2N에 걸친 상이한 안테나들로부터의 상관 결과들의 곱들에 대한 최대값에 대응되는 nstart(i)를 찾음으로써, 개별적인 미세 동기화 위치를 찾아낼 수 있다. 수학적 관점에서, k번째 수신 안테나의 경우, 개별적인 미세 동기화 위치는 다음 식에 따라 선택될 수 있다.
Figure 112010035301793-pat00007
고장 경보(false alarm)의 가능성을 감소시키기 위해, 기준을 설정할 수 있다. 예를 들어, 다음 식과 같은 조건이 만족되면 미세 동기화가 실현된 것으로 간주할 수도 있는데,
Figure 112010035301793-pat00008
여기서, Nthreshold는 사전에 설정된 미세 검색 윈도 사이즈에 의해 결정되는 팩터이다. 가급적이면, 전체적인 미세 동기화 위치는 상이한 수신 안테나에 대해 판정된 미세 동기화 위치들 중 최초의 것으로 취한다.
하나의 수신 안테나에 대한 미세 동기화 프로세스를 도 7b에 개략적으로 나타낸다. 제1 수신기(736)의 출력에서, 블록 D0(738) 내지 D2N(742)은 다양한 후보 미세 동기화 위치들(모두 2N+1)에 대한 FFT 블록들(744,..., 748)의 배열을 나타낸다. FFT 블록들(744,..., 748)은 개별적인 샘플들의 세트 각각에 대한 FFT를 계산한다. 각각의 FFT 출력은 각각의 송신 안테나에 대한 상관기 블록으로 공급된다. 2개의 송신 안테나가 존재한다면, FFT 출력마다 이러한 상관기 블록이 2개 존재하게 된다. 예를 들어, FFT(744)의 출력은, 제1 송신 안테나에 대한 제1 상관기 블록(745)으로 공급되며 제2 송신 안테나용 제2 상관기 블록(755)으로도 공급된다. 이러한 서브-캐리어들간의 간격을 사용하여 트레이닝 시퀀스(상기 예들에서의 공통 동기화 시퀀스 또는 파일럿 채널 시퀀스)를 송신하게 되면, 트레이닝 시퀀스 성분을 복구하기 위해 전체 FFT가 완결될 필요는 없다. 제1 안테나에 대한 상관기 블록(745)은, 승산기(multiplier; 747)에 의해, FFT 출력의 복구된 트레이닝 시퀀스 심볼 위치를 제1 송신 안테나에 대한 공지의 트레이닝 시퀀스에 의해 승산하며, 이들 승산값들은 가산기(751)에서 가산된다. 상관기(755)에서는 제2 송신 안테나에 대한 공지의 트레이닝 시퀀스 및 제2 송신 안테나에 대한 트레이닝 시퀀스 위치에 대해 이와 동일한 계산을 수행한다. 이는, 제1 수신기에서, 각각의 송신 안테나에서의 가능한 서로 상이한 모든 시프트에 대해 수행된다. 가능한 시프트 각각에 대한 상이한 송신 안테나들에 대한 상관 결과는 승산기(753)에서 함께 승산된다. 이들 승산값에 최대값을 발생시키는 시프트는 특정 수신기에 대한 미세 동기화 위치가 되도록 선택된다. 임의의 다른 수신 안테나들에 대해서도 동일한 프로세스가 수반되며, 전체적인 미세 동기화 위치는 이렇게 계산된 미세 동기화 위치들 중 최초의 것으로 취하는 것이 바람직하다.
동기화 위치에 편차(drift) 또는 손실이 있을 경우, 타이밍 동기화는 모든 프레임을 추적할 수 있다. 예를 들어, 상술한 프리앰블을 이용하는 시스템들에서, 프리앰블이 수신기에 도달할 때마다, 개략적 동기화 및 미세 동기화를 위한 동일한 방법을 사용하여, 2-단계의 동기화 프로세스가 반복된다. 이 경우, 동기화 위치의 편차가 현 장소의 근처일 것이라는 가정에 기초하여 더 작은 검색 윈도(N)를 사용할 수도 있다. 포착 후에는, 상이한 BTS용 전용 파일럿 채널을 변조하도록 할당된 전용 파일럿 채널 코드를 상관기에 사용하거나, 공통 동기화 시퀀스 또는 어떤 다른 트레이닝 시퀀스를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 하나 이상의 송신 안테나를 갖는 MIMO-OFDM 송신기에 대해 설명되었다. OFDM 수신기에서 동기화를 수행하는 방법은, 공지의 트레이닝 시퀀스가 OFDM 송신기에 의한 프레임에 삽입되기만 한다면, 하나의 송신 안테나를 갖는 OFDM 송신기로부터 수신된 신호에도 적용될 수 있다.
마지막으로, 지금까지 본 발명의 실시예에서는 복수의 안테나를 갖는 하나의 송신기 및 복수의 안테나를 갖는 하나의 수신기를 설명하였다. 그에 따라, 본 발명의 개념은 많은 MIMO-OFDM 송신기 및 많은 MIMO-OFDM 수신기를 갖는 멀티-셀룰러 환경을 포함하도록 확장될 수 있다.
[멀티-셀룰러 환경에서의 액세스]
멀티-셀룰러 환경에서의 시스템 액세스는, 동일한 공통 파일럿 심볼을 송신 중인 많은 송신기들이 존재하기 때문에, 셀 선택의 새로운 문제를 발생시킨다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 상술한 송신 헤더가 수신기에 의해 시스템 액세스 및 셀 선택을 수행하는데 사용된다.
초기 포착 동안, UE는 개략적 동기화를 수행함으로써 동작을 개시한다. 이는 상술한 방법들 또는 어떠한 다른 방법을 사용해 행해질 수 있다. 한 프레임 구간 후에, 개략적 동기화 위치가 판정된다. 그 후, 공통 동기화 채널에 기초하여 미세 동기화 검색 알고리즘이 수행된다. 공통 동기화 채널에 의해 전달되는 데이터는 모든 BTS에 대해 동일하기 때문에, 수개의 핑거(첨두치)가 멀티-셀 환경 및 다중-경로 페이딩 전파 채널에서 관찰될 수 있다. 이들 핑거는 일반적으로 상이한 BTS 및/또는 상이한 경로에 대응된다. 도 8을 참조하면, 샘플 인덱스의 함수로서 멀티-셀룰러 환경에서 계산된 (공통 동기화 채널에 대한) 미세 동기화 미가공(raw) 출력의 예가 도시되어 있다. 본 예에는, 5개의 주된(significant) 핑거(400, 402, 404, 406 및 408)가 존재한다. M개의 최강 핑거가 선택되며 그에 대응되는 위치를 파악하는데, 여기서 M은 시스템 설계 파라미터이다. 이들 위치는 최종적인 동기화의 후보로서 사용되며, BTS 식별이 행해지는 위치로서도 사용된다.
BTS는 동일한 공통 동기화 시퀀스를 송신하기 때문에, 도 8의 결과가 BTS 식별을 허용하지는 않는다. 각각의 후보 동기화 위치에서, 수신된 전용 파일럿 채널 서브-캐리어들과 상이한 BTS에 할당된 가능한 모든 복소 시퀀스들(전용 파일럿 PN 시퀀스)의 상관값을 계산하여 가능한 모든 인접 BTS의 존재를 스캔한다. 복수의 송신 안테나의 경우, 이러한 상관은, 각각의 인덱스에 대한 하나의 상관 결과를 생성하기 위해 모든 전용 파일럿 서브-캐리어들에 대해 조합된 전용 파일럿 PN 시퀀스에 기초하여 행해지는 것이 바람직하다. 도 9는 BTS 스캐닝 결과와 검사점(checking point; 후보 동기화 위치)간의 관계에 대한 일례를 나타낸다. BTS 식별은, 각각의 후보 동기화 위치에서 최대 상관값에 대응되는 PN 코드를 검출하는 것에 의해 실현된다. C/I는 각각의 검사 위치에서의 모든 상관 결과에 기초하여 계산될 수 있다. 초기 포착 단계에서, 셀 선택은 최고 C/I 비를 갖는 BTS를 선택함으로써 결정된다. 본 예에서는, 제1 BTS(BTS1)와 제2 BTS(BTS2)의 2개 BTS가 식별된다. 다중-안테나 수신기 다이버시티의 경우, 셀 선택의 최종 판정은 수신기내의 상이한 수신기 안테나들에 의해 획득된 최고 C/I의 비교에 기초해야 한다.
최종적인 동기화 위치를 획득하기 위해, 전용 파일럿 채널 및 BTS 식별을 통해 찾아낸 전용 복소 시퀀스를 사용하여, 미세 동기화를 다시 수행한다. 미세 동기화 위치 근처의 더 작은 검색 윈도가 사용된다. 상이한 수신기들로부터의 최종적인 동기화 결과가 비교된다. 시간적으로 가장 빠른 샘플에 대응되는 위치가 최종적인 동기화 위치로서 사용된다. 이 단계는, 단기 페이딩(short-term fading)으로 인해 약한 경로(다중-경로)가 선택될 가능성을 감소시키기 위한 것이다. 고장 경보의 가능성을 감소시키기 위해, 임계치가 설정된다. 이 임계치는 최종적인 동기화 위치에 대한 핑거 강도의 비 및 검색 윈도내의 상관 평균치일 수 있다.
통상적인 데이터 프로세싱 단계에서, 미세 동기화와 BTS 식별 단계는 새로운 프리앰블이 수신될 경우 매 프레임마다 반복되지만, BTS 스캔에는 작은 세트의 후보 PN 코드가 적용된다. BTS 식별 후, 강한 간섭 검색을 통해 BTS 후보 리스트가 생성될 수 있다. 이 리스트는 주기적으로, 예를 들어 10ms마다 업데이트되며, BTS 스위칭 및 소프트 핸드오프에 대한 정보를 제공한다. BTS 스위칭 및 소프트 핸드오프를 트리거하기 위해 소정 기준이 설정될 수 있다. 페이딩으로부터의 충격을 평균화하기 위해, BTS 스위칭 및 소프트 핸드오프를 위한 판정은 소정 주기 동안의 관찰에 기초할 수 있다. 이 기준은 C로 표현되는 최대 상관값과 최강의 I와의 비교일 수 있다. 또한, 셀 스위칭 및 소프트 핸드오프 후, 초기 액세스에서의 마지막 단계에 의해 동기화가 조정될 수 있다. 전체적인 셀 선택 및 재선택 방법이 도 10에 도시되어 있다.
제1 단계 600에서는, 예를 들어 시간 영역에서의 프리앰블 헤더에 기초하여 개략적 동기화가 수행된다. 이는, 2개의 동일한 심볼을 찾는 것에 의해 각 프레임 사이의 개략적인 경계를 찾는 것과 관련이 있다. 이는, 첨두치가 발견될 때까지의 인접 심볼 구간에 걸쳐 샘플들을 상관시킨다. 단계 600은 2개의 인접한 동일 심볼로 시작하는 프레임에 대한 프리앰블에 의존한다.
다음으로, 단계 602 동안에는, 개략적 동기화 상관 첨두치에서, FFT가 계산되며, 주파수 영역에서의 공통 동기화 채널에 대한 프로세싱으로의 스위칭이 이루어진다. 검색 윈도의 중심은 [동기화 위치 +/- 소정수의 샘플들]에 있다. 단계 604에서는, M개의 최강 상관 첨두치가 선택된다. 이때, 각각의 첨두치가 어떤 BTS와 관련되어 있는지는 알 수 없다. BTS 식별은 아직 결정되지 않았다.
다음으로, 단계 606에서는, 각각의 상관 첨두치에 대해, FFT가 다시 계산되며, 기지국 특정 복소 시퀀스를 포함한 전용 파일럿 채널을 사용해 미세 동기화 과정과 관련된 상관값이 계산된다. 그 다음에는 바로, 관련 기지국에 대한 식별을 허용하기 위해 BTS 식별 복소 시퀀스와의 상관이 수행되는 단계 608이 수반된다. 단계 610에서는, 이렇게 식별된 각각의 BTS에 대해 C/I 비가 계산된다. BTS 선택과 BTS 스위칭은 이들 C/I 비에 기초하여 단계 612에서 수행된다. 상술한 바와 같이, BTS 스위칭은 어느 정도의 시구간에 걸쳐 평균된 이들 C/I 비에 기초하여 수행된다.
마지막으로, 액세스를 위해, 단계 614에 따라, FFT가 계산되며 최고의 C/I 비를 갖는 BTS의 전용 파일럿 채널에 미세 동기화가 적용된다.
BTS 초기 동기화는 공통 동기화 채널에 대해 수행되었다. BTS 특정 시퀀스는 주파수 영역에 임베드되며 BTS 식별 프로세싱은 MIMO-OFDM 채널간 간섭의 제거를 가능하게 하면서 주파수 영역에서 수행된다. BTS 전력 추정은 각각의 MIMO-OFDM BTS에 대한 파일럿 채널에 기초하여 수행된다. BTS 선택은 C/I 비 측정에 기초하여 수행된다.
결과는, BTS 동기화와 셀 선택의 연계(joint)에 의한, 강한(severe) 다중-경로 채널 및 고간섭 환경에서의 서빙 BTS의 동기화 및 식별의 향상이다. 채널 추정은 공통 동기화 채널과 전용 파일럿 채널의 결합에 기초하여 수행될 수도 있다. C/I 추정에 의해 셀 스위칭 및 소프트 핸드오프에 대한 기준이 제공된다.
상기 예에서, 액세스는 그에 앞서 설명한 프리앰블에 임베드되어 있는 동기화 채널과 파일럿 채널에 기초하여 수행된다. 보다 일반적으로, 액세스는 OFDM 심볼 스트림내에 적당한 방식으로 임베드되어 있는 채널들로 수행될 수 있다.
상술한 것들은 본 발명의 원리를 응용하는 것에 대한 예일 뿐이다. 당업자는, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 다른 구성 및 방법을 구현할 수 있다.
10: MIMO-OFDM 송신기
21: 제1 송신 안테나
23: 제2 송신 안테나
23: 디멀티플렉서
24: 제1 OFDM 컴포넌트
26: 제2 OFDM 컴포넌트
29: 헤더 삽입기
300: 프리앰블
302: 분산 파일럿
304: 트래픽 데이터 심볼
500: 수퍼프레임
502: OFDM 프레임
504: TPS 프레임
506: 슬롯
508, 510: OFDM 심볼

Claims (18)

  1. 적어도 하나의 수신 안테나를 포함하는 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 수신기에서 동기화를 수행하는 방법으로서,
    상기 OFDM 수신기는 적어도 하나의 송신 안테나를 포함하는 송신기와 통신하도록 구성되며,
    상기 방법은,
    상기 적어도 하나의 수신 안테나 각각에서, 수신된 신호를 샘플링하여 시간 영역 샘플들의 각각의 세트를 생성하는 단계;
    적어도 하나의 개략적 동기화(coarse synchronization) 위치를 판정하는 단계;
    상기 적어도 하나의 수신 안테나 각각에서,
    a) 상기 적어도 하나의 개략적 동기화 위치 중 하나에 관한 복수의 후보 미세 동기화 위치들 각각에 대해,
    ⅰ) 각각의 수신 안테나에 대해, 상기 후보 미세 동기화 위치에 고속 푸리에 변환 (Fast Fourier Transform;FFT) 윈도(window)의 위치를 정하고 FFT에 의해 상기 시간 영역 샘플들을 주파수 영역 성분들의 각각의 세트로 변경하고,
    ⅱ) 적어도 하나의 송신 안테나 각각에 대해, 상기 주파수 영역 성분들의 세트들로부터 상기 송신 안테나에 대응하는 각각의 수신된 트레이닝 시퀀스를 추출하고,
    ⅲ) 상기 적어도 하나의 송신 안테나 각각에 대해, 각각의 개별적인 수신된 트레이닝 시퀀스와 각각의 공지된 송신 트레이닝 시퀀스 간의 상관을 계산하고,
    ⅳ) 상기 적어도 하나의 송신 안테나에 대한 상관들을 조합하여 각각의 후보 미세 동기화 위치에 대해 전체적 상관 결과를 생성하는 단계,
    b) 복수의 전체적 상관 결과로부터 미세 동기화 위치를 판정하는 단계; 및
    전체적인 미세 동기화 위치를 결정하는데 있어서, 상기 적어도 하나의 수신 안테나 각각으로부터의 상기 미세 동기화 위치를 사용하는 단계
    를 포함하는 동기화 수행 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    개략적 동기화 위치는, 각각의 수신 안테나에 대해 판정되며 상기 각각의 수신 안테나에 대한 각각의 미세 동기화 위치를 판정하는데 사용되는 동기화 수행 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    개략적 동기화 위치는 각각의 수신 안테나에 대해 판정되며, 모든 수신 안테나에 대한 개략적 동기화 위치들 중 최초의 것이 모든 수신 안테나에 대한 미세 동기화 위치들을 판정하는데 사용되는 동기화 수행 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 개략적 동기화 위치는, 2개의 OFDM 심볼 구간들에 걸쳐 시간 영역 샘플들간의 상관 첨두치(correlation peak)를 찾음으로써, 적어도 하나의 수신 안테나에 대해 시간 영역에서 판정되는 동기화 수행 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방법이 적어도 2개의 수신 안테나를 갖는 OFDM 수신기에 적용되는 경우에는, 전체적인 미세 동기화 위치를 결정하는데 있어서, 상기 적어도 2개의 수신 안테나로부터의 상기 미세 동기화 위치를 사용하는 단계는 상기 미세 동기화 위치들 중에서 최초의 것을 선택하는 단계를 포함하는 동기화 수행 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    수신된 신호를 샘플링하여 시간 영역 샘플들의 세트를 생성하는 단계는 적어도 3개의 OFDM 심볼 구간 동안 행해지며;
    적어도 하나의 개략적 동기화 위치를 판정하는 단계는,
    a) 제1 주기에 대한 복수의 시작 시간 각각에 대해 복수의 상관값을 계산하는 단계 - 각각의 상관값은 하나의 OFDM 심볼 구간을 갖는 상기 제1 주기 동안 수신된 시간 영역 샘플들의 제1 세트와, 하나의 OFDM 심볼 구간을 갖고 상기 제1 주기에 바로 후속하는 제2 주기 동안 수신된 시간 영역 샘플들의 제2 세트 사이에서 계산된 상관임 -, 및
    b) 상기 복수의 상관값 중 최대값이 되는 개략적 동기화 위치를 식별하는 단계에 의해,
    2개의 OFDM 심볼 구간에 걸쳐 수신된 상기 시간 영역 샘플들간의 상관 첨두치를 찾음으로써 시간 영역에서 개략적 동기화를 수행하여 상기 개략적 동기화 위치를 식별하는 단계를 포함하는 동기화 수행 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 송신 안테나에 대한 상관들을 조합하여 각각의 후보 미세 동기화 위치에 대한 전체적 상관 결과를 생성하는 단계는, 각각의 후보 미세 동기화 위치에 대해 상기 적어도 하나의 송신 안테나에 대한 상관들을 함께 승산하는 단계를 포함하는 동기화 수행 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    단일 송신 안테나 단일 수신 안테나 시스템에 적용되는 동기화 수행 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수신된 트레이닝 시퀀스는 공통 동기화 채널 서브-캐리어들 상에 수신되는 동기화 수행 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 수신된 트레이닝 시퀀스는 OFDM 프레임 프리앰블 동안 수신되는 동기화 수행 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 수신된 트레이닝 시퀀스는 전용 파일럿 채널 서브-캐리어들 상에 수신되는 동기화 수행 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수신된 트레이닝 시퀀스는 OFDM 프레임 프리앰블 동안 수신되는 동기화 수행 방법.
  13. 적어도 하나의 송신 안테나를 포함하는 송신기와 통신하도록 구성되는 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 수신기로서,
    적어도 하나의 수신 안테나;
    상기 적어도 하나의 수신 안테나 각각에 대해, 수신된 신호를 샘플링하여 시간 영역 샘플들의 각각의 세트를 생성하도록 구성된 수신 회로;
    적어도 하나의 개략적 동기화 위치를 판정하도록 구성된 개략적 동기화기; 및
    적어도 하나의 고속 푸리에 (Fast Fourier Transform;FFT) 변환기, 적어도 하나의 상관기 및 적어도 하나의 조합기를 구비하며, 상기 적어도 하나의 수신 안테나의 각각에서,
    a) 상기 적어도 하나의 개략적 동기화 위치 중 하나에 관한 복수의 후보 미세 동기화 위치 각각에 대해,
    ⅰ) 각각의 수신 안테나에 대해, 상기 후보 미세 동기화 위치에 FFT 윈도의 위치를 정하고, FFT에 의해 상기 시간 영역 샘플들을 주파수 영역 성분들의 각각의 세트로 변경하며,
    ⅱ) 상기 적어도 하나의 송신 안테나 각각에 대해, 상기 주파수 영역 성분들의 세트들로부터 상기 송신 안테나에 대응하는 각각의 수신된 트레이닝 시퀀스를 추출하고,
    ⅲ) 각각의 송신 안테나에 대해, 각각의 개별적인 수신된 트레이닝 시퀀스와 각각의 공지된 송신 트레이닝 시퀀스간의 상관을 계산하며,
    ⅳ) 상기 적어도 하나의 송신 안테나에 대한 상관들을 조합하여 각각의 후보 미세 동기화 위치에 대해 전체적 상관 결과를 생성하고,
    b) 복수의 전체적 상관 결과로부터 미세 동기화 위치를 판정하도록 구성된 미세 동기화기
    를 구비하고,
    상기 수신기는 상기 적어도 하나의 수신 안테나로부터의 미세 동기화 위치들을 전체적 미세 동기화 위치로 조합하도록 더 구성되는 OFDM 수신기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 수신 안테나는 적어도 2개의 수신 안테나를 가지며,
    상기 수신기는 상기 미세 동기화 위치들 중 최초의 것을 선택함으로써, 상기 적어도 2개의 수신 안테나로부터의 미세 동기화 위치들을 전체적 미세 동기화 위치로 조합하도록 구성되는 OFDM 수신기.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 송신 안테나에 대한 상관들을 조합하여, 상기 적어도 하나의 송신 안테나에 대한 상관들을 각각의 후보 미세 동기화 위치에 대해 함께 승산함으로써, 각각의 후보 미세 동기화 위치에 대한 전체적 상관 결과를 생성하도록 구성된 OFDM 수신기.
  16. 제13항에 있어서,
    공통 동기화 채널 서브-캐리어들 상에 상기 수신된 트레이닝 시퀀스를 수신하도록 구성된 OFDM 수신기.
  17. 제13항에 있어서,
    전용 파일럿 채널 서브-캐리어들 상에 상기 수신된 트레이닝 시퀀스를 수신하도록 구성된 OFDM 수신기.
  18. 적어도 하나의 수신 안테나를 포함하는 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 수신기에서 미세 동기화를 수행하는 방법으로서,
    상기 OFDM 수신기는 적어도 하나의 송신 안테나를 포함하는 송신기와 통신하도록 구성되며,
    상기 방법은,
    상기 적어도 하나의 수신 안테나 각각에서, 상기 적어도 하나의 송신 안테나 각각에 대해 각각의 수신된 주파수 영역 트레이닝 시퀀스를 포함하는 OFDM 심볼들을 수신하는 단계; 및
    하나의 송신 안테나가 있는 경우에는 공지된 주파수 영역 트레이닝 시퀀스들과 상기 수신된 주파수 영역 트레이닝 시퀀스들 간의 최대 상관 결과에 대응하는 위치를 찾음으로써, 그리고 둘 이상의 송신 안테나가 있는 경우에는 공지된 주파수 영역 트레이닝 시퀀스들과 상기 둘 이상의 송신 안테나들에 대해 수신된 상기 주파수 영역 트레이닝 시퀀스들 간의 상관 결과들의 곱들 중 최대값에 대응되는 위치를 찾음으로써, 주파수 영역에서 미세 동기화를 수행하는 단계
    를 포함하는 미세 동기화 수행 방법.
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