KR101203862B1 - 셀 검색 신호 전송 방법 및 이를 이용한 셀 검색 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제 1 코드 셋에서 적어도 하나의 코드를 선택하는 단계와, 제 2 코드 셋에서 적어도 하나의 코드를 선택하는 단계와, 상기 선택된 코드들을 조합하여, 제어 신호 및 데이터 신호 전송에 선행하여 전송되는 프리앰블을 구성하는 단계 및 상기 구성된 프리앰블을 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 셀 검색 신호 전송 방법에 관한 것으로써, 다른 셀의 간섭이 있는 경우에도 간단하고 효율적으로 셀 검색을 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

셀 검색, 프리앰블, 코드 조합, CAZAC 시퀀스, 단일 톤 시퀀스

Description

셀 검색 신호 전송 방법 및 이를 이용한 셀 검색 방법{Method for Transmitting Cell Search Signal and Method for Searching Cell Thereby}

도 1 은 셀 검색 과정을 나타낸 일실시예 설명도.

도 2 는 통신 시스템에 적용되는 프레임을 나타낸 일실시예 구조도.

도 3 은 다중 코드 셋을 이용한 프리앰블 생성 및 검출 과정을 나타낸 일실시예 설명도.

본 발명은 셀 검색 신호 전송 방법 및 이를 이용한 셀 검색 방법 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 프리앰블을 통해 전송되는 2 이상의 코드를 이용하여 셀을 검색하는 방법에 관한 것이다.

이동통신 시스템에 있어서, 이동국은 현재 자신이 속해 있는 셀(cell)을 검색하기 위해서 방송(broadcasting) 방식으로 전송되는 프리앰블(preamble)을 사용한다. 상기 프리앰블을 이용하여 주변의 셀들을 효과적으로 검색하기 위해 다양한 코드들이 사용되고, 사용되는 주파수나 확산 코드(spreading code)등에 제한을 두어 구현될 수 있다.

상기 방법들은 시퀀스 자체에 의해 셀 검색 성능이 결정되는데, 좋은 자기상관(autocorrelation) 특성 및 최대 전력 대 평균전력 비(Peak to Average Power Ratio; 이하 'PAPR')를 가지는 시퀀스의 일례로 CAZAC(constant modulus and zero autocorrelation) 시퀀스를 들 수 있다. 이동국은 상기 CAZAC 시퀀스를 이용하여 셀을 효과적으로 검색할 수 있다. 그러나, 셀 경계 지역과 같이 주변에 다른 셀들이 동시에 검출되는 환경에서는, 이동국이 간단한 알고리즘으로 주변 셀을 검색할 수 없고, 모든 셀에 상응하는 시퀀스에 대하여 전체 검색(full search)을 수행할 수 밖에 없다.

도 1 은 셀 검색 과정을 나타낸 일실시예 설명도이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 셀은 데이터나 제어 정보를 전송하기 전에, 이동국들이 셀을 구별할 수 있도록 하기 위해 프리앰블(11)을 전송한다. 이동국이 셀과 통신을 수행하고자 하는 경우, 셀에서 전송된 프리앰블(11)을 수신하고, 이를 이용하여 채널 추정을 수행한다.

프리앰블을 수신하여 셀을 구별하기 위해서, 이동국은 각 셀에 상응하는 코드들로 이루어진 코드 셋(code set)(12)을 구비하며, 상관기(13)(correlator)에서 전송된 신호와 상관값을 이용하여 셀 검색을 수행한다. 상기와 같은 셀 검색 방법에 있어서, 효율적으로 셀 검색을 수행하기 위해서는 셀 검색 알고리즘이 간단해야 한다.

도 2 는 통신 시스템에 적용되는 프레임을 나타낸 일실시예 구조도이다. 먼 저, 셀이 전송할 수 있는 프리앰블 코드 셋을

라 하고, j 번째 셀에 할당되어 있는 프리앰블 코드를

라 하면, 셀은 제어나 데이터 정보를 방송하기 전에, 상기 프리앰블 코드를 전송하고, 그 후에 채널 추정을 정밀하게 하거나 동기를 정밀하게 맞출 수 있는 정보를 추가로 전송한다.

수신측에서는 수신된 프리앰블 부분의 신호를 획득하여 자신이 가지는 프리앰블 코드셋과 상관값을 검사한다. 수학식 1 은 상관값 검사 방법을 나타낸 것이다.

수학식 1 에서,

는 코드셋에 존재하는 임의의 코드, N 은 코드의 길이,

는 자기상관의 지연성분을 나타낸다. 여기서

에 대한 비용

는 수학식 2 와 같이 나타낼 수 있다.

코드 셋을 구성하는 모든 코드에 대해 상기 비용을 산출하고, 산출된 비용 중에서 최대 값을 가지는 코드를 선택하면, 선택된 코드에 상응하는 셀을 검색할 수 있다. 상기 셀 비용을 이용한 셀 검색 방법을 나타내면 수학식 3 과 같다.

코드 자체에 아무런 구조를 가지고 있지 않은 경우에는 상기와 같이 코드 셋을 구성하는 모든 코드에 대하여 검색해야 한다. 그러나, 코드 자체가 어떤 특정 패턴을 가지는 경우에는 이를 이용하여 보다 효율적으로 셀을 검색할 수 있다. 예를 들어, CAZAC 시퀀스가 프리앰블(preamble) 코드로 사용되는 경우, CAZAC 시퀀스가 가지는 선형 주파수 증가 특징을 이용할 수 있다. 상기 주파수 증가 특성은 위상의 계차 수열을 계산하여 지수함수 값으로 변환하고, 이를 다시 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform; 이하 'DFT')을 수행하면, 단일한 주파수 성분을 나타낸다. 그러나, CAZAC 시퀀스 가지는 특징은 셀의 주변부로 가면, 주변의 다른 셀에서 오는 CAZAC 시퀀스가 주는 영향에 따라 DFT 결과가 전혀 달라지게 된다. 따라서, CAZAC 과 같은 시퀀스를 사용할 경우, 주변의 간섭신호가 존재하지 않을 경우에는 간단한 알고리즘으로 전송된 프리앰블(preamble) 코드를 알아낼 수 있지만, 간섭신호가 존재하면 CAZAC 시퀀스의 특징이 훼손되기 때문에 간단한 알고리즘으로 검출할 수 없다.

즉, 이동국에서 가능한 모든 코드 조합에 대하여 검색을 수행하는 경우, 효율적으로 셀을 검색할 수 없고, CAZAC 시퀀스와 같이 특징을 가지는 시퀀스의 경우에도, 셀의 주변부와 같이 간섭신호가 많이 존재하는 경우에는 간단한 알고리즘으로 셀을 검색할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은, 셀 기반 통신에 있어서, 이동국이 효율적으로 셀을 검출할 수 있도록 하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제 1 코드 셋에서 적어도 하나의 코드를 선택하는 단계와, 제 2 코드 셋에서 적어도 하나의 코드를 선택하는 단계와, 상기 선택된 코드들을 조합하여, 제어 신호 및 데이터 신호 전송에 선행하여 전송되는 프리앰블을 구성하는 단계 및 상기 구성된 프리앰블을 전송하는 단계를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명은 2 이상의 코드 셋에서 각각 선택된 코드들의 조합을 포함하는 프리앰블을 수신하는 단계 및 상기 조합을 구성하는 각 코드의 특성을 이용하여 셀 검색을 수행하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

본 발명은 이동국에서 보다 효율적으로 셀을 검색할 수 있도록 하는 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예로서, 프리앰블 코드를 이용하여 수신단의 알고리즘을 간단하게 하면서도 효율적으로 셀을 검색할 수 있는 방법을 제공한다. 상기와 같이 효율적으로 셀을 검색하도록 하기 위해서, 셀은 각각의 특성을 가지는 서로 다른 코드를 조합하여 전송하고, 이동국에서는 조합된 코드들의 특정을 이용하여 보다 간단하면서도 신속하고, 정확하게 셀을 검색할 수 있도록 한다.

먼저, 상기와 같이 서로 다른 특성을 가지는 적어도 2 개의 코드를 혼합하여 전송하는 방법의 일례를 설명하면 다음과 같다. 사용하고자 하는 코드 셋이 P 개이고, 이러한 코드 P 개의 코드셋을

로 표시하고, 각 코드 셋을 구성하는 각각의 코드는

로 표시할 수 있다.

는 j번 째 코드 셋에서 k 번째 코드를 의미한다. 그리고,

의 각 성분을

로 표시하면, 조합된 코드는 수학식 4 와 같이 나타낼 수 있다.

수학식 4 에서,

는 k 번째 셀에 상응하는 프리앰블 코드이고,

는 각 코드 셋에 대한 가중치이다. 따라서, k 번째 셀에서

를 전송할 때, 매 전송시마다 가중치

를 변경하여 전송할 수 있다. 즉, 각 전송 시기마다 서로 다른 프리앰블 코드 셋을 사용할 수 있다. 또한, 여러개의 프리앰블 코드 셋을 사용하되, 서로 다른 가중치를 적용하여 전송함으로써, 수신단에서 특정한 시간에 수신하는 특정한 코드의 특징이 보다 드러나도록 할 수 있다. 예를 들어, 프리앰블 코 드에 쉽게 검출할 수 있는 코드를 조합하여 전송하면, 이동국은 모든 코드 셋에 대한 검색을 수행하지 않고도 특정 시간에 전송되는 코드 셋 신호만을 검출하여 셀을 검색할 수 있다. 그리고, 실제 코드나 동기 정보는 다른 코드셋 정보를 이용하여 획득할 수 있다.

도 3 은 다중 코드 셋을 이용한 프리앰블 생성 및 검출 과정을 나타낸 일실시예 설명도이다. 도 3 을 참조하면, 전송단에서는 서로 다른 특성을 가지는 P 개의 코드 셋에서 각각 선택된 코드(31-1~31-p)를 조합하여(33) 전송한다. 이때, 각 코드 셋에 상응하는 가중치를 부여함으로써(32), 특정한 성질을 가지는 코드의 성질이 더욱 잘 드러나도록 할 수 있다. 상기 조합된 코드들을 수신한 수신단에서는 첫번째 코드 인덱스 검출을 수행한다(34). 예를 들어, DFT 와 상관을 이용한 라인 서치(line search)를 이용하여 코드 인덱스를 검출할 수 있다. 그리고, 두번째 코드를 이용하여 코드 재검출을 수행한다(35). 상기 검출된 코드 인덱스를 이용하여 프리앰블을 이용한 신호 처리를 수행한다(36). 예를 들어, 셀 검색, 시간 및 주파수 동기 획득을 수행할 수 있다.

이하에서는 상기 코드 결합 조합의 일례로, CAZAC 시퀀스와 단일 톤 시퀀스의 조합을 설명한다.

을 CAZAC 시퀀스 코드 셋이라고 하면,

수학식 5 와 같은 코드들로 이루진다.

수학식 5 에서,

에 속하는 첫번째 코드

은

이고,

에 속하는 두번째 코

는

이며,

에 속하는 마지막 코드

은

이다. 여기서 M 은 코드의 길이를 나타낸다.

을 단일 톤 시퀀스 코드 셋이라고 하면,

는 수학식 6 과 같은 코드들로 이루진다.

수학식 5 에서,

에 속하는 첫번째 코드

은

이고,

에 속하는 두번째 코

는

이며,

에 속하는 마지막 코드

는

이다. 여기서 M 은 코드의 길이를 나타낸다.

수신단에서 수신된 신호를 주파수 영역에서 분석하면 다음과 같이 주어진다.

수학식 7 에서, F 는 푸리에 변환 행렬이고, a 는 노이즈 벡터이다.

CAZAC 시퀀스는 수학식 8 에 나타낸 특징을 가진다.

한편, 단일 톤 시퀀스는 수학식 9 에 나타낸 특징을 가진다.

수학식 8 및 수학식 9 에 있어서,

과

는 각각 CAZAC 과 단일 톤 시퀀스를 주파수 영역으로 변환한 것이다. 즉, CAZAC 시퀀스는 시간 영역과 주파수 영역에서 크기가 일정한 상수이고, 단일 톤(single tone) 시퀀스는 시간영역에서는 상수이나, 주파수 영역에서는 임펄스(Dirac Delta) 함수 형태를 가진다. 따라서, 수신신호의 주파수 영역 신호의 크기는 수학식 10 으로 나타낼 수 있다.

그런데,

이면,

이고,

이면,

이며,

는 매우 작은 값이므로 수학식 10 은 수학식 11 과 같이 나타낼 수 있다.

따라서, 수신된 프리앰블(preamble) 코드를 찾기 위해서 주파수 영역에서의 신호를 나타내는 수학식 11 을 참조하면, 단일 톤으로부터 획득되는 정보를 통해 전송된 코드가 무엇인지 파악할 수 있게 된다. 즉,

일 때와, 그렇지 않을 때 값이 매우 많은 차이를 가지기 때문에, 최대값을 이용하여 전송된 코드를 찾을 수 있다. 단일 코드를 사용하여 전송된 코드의 인덱스를 찾는 방법은 수학식 12 에 나타낸 바와 같다.

따라서, 상기와 같은 방법으로 검색된 값을 이용하여 전송된 CAZAC 시퀀스의 인덱스 K^* 을 알아내고, 이를 이용하여 시간 및 주파수 동기를 획득할 수 있다. 그러나, 실제로는 전송된 신호에 왜곡이 발생하고, 전송필터가 부가되는 것과 동시에 송수신간에 주파수 동기가 맞지 않는 경우도 존재하므로, 수신된 신호는 단순히 한 곳에서 펄스가 검출되지 않는다. 따라서, 코드를 검색할 경우에는 식 12 에서 검출한 피크(peak)의 위치 근처의 다른 코드에 대해서도 검출을 시도하는 것이 타당하다.

여러 위치에서 펄스를 검출하기 위해서는 비용함수는 수학식 13 내지 수학식 15 에 나타낸 바와 같다. 먼저, 수학식 13 과 같은 방법으로 식 12 에서 검출한 피크(peak) 위치 근처의 다른 코드들에 대해서도 수신된 신호와 상관값을 산출한다.

수학식 13 에서

는 q 번째 코드와의 상관값이다. q 는 수학식 12 에서 결정된 K^* 값 및 K^* 값 근처의 다수의 다른 값이 될 수 있다.

수학식 14 와 같이, 상기 상관값의 최대값을 이용하여 식 12 에서 검출한 피 크(peak) 위치 근처의 피크들을 검색한다.

그리고, 수학식 15 와 같이, 수학식 14 를 통해 검색된 피크값들과 수학식 12 에서 검출한 피크 값들을 곱셈한 값 중에서 최대 피크값을 찾는다.

상기 최대 피크값에 상응하는 코드를 이용하여 프리앰블 코드의 인덱스 K^** 을 알 수 있고, 이를 이용하여 주변 셀을 검색할 수 있다.

이때, 상기 수학식 15 와 같이, 수학식 14 를 통해 검색된 피크값들과 수학식 12 에서 검출한 피크값을 곱하는 대신, 덧셈이나 기타 연산을 수행하고, 최대 값을 이용하여 전송된 프리앰블 코드를 찾아낼 수도 있다.

한편, 수학식 4 와 같이, 가중치

에 의해서 전력이 분산되어 있으므로, 시간 및 주파수 동기 계산할 때 분배 전력을 고려하여, 두 코드를 모두 이용해서 알고리즘이 수행되어야 동기 성능이 유지될 수 있다.

또한, 상기와 같이 다른 종류의 코드 조합을 전송하는 이외에, 서로 다른 가중치 전송(독립된 코드를 이용한 시간차 전송)을 수행함으로써 보다 간단하고 효율적으로 셀 검색을 수행할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

본 발명은 다른 셀의 간섭이 있는 경우에도 간단하고 효율적으로 셀 검색을 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (13)

1. 복수의 셀 환경의 무선통신시스템에서 셀 검색을 위한 신호를 전송하는 방법에 있어서,

   셀 내 하나 이상의 수신단에 상기 신호를 전송하는 단계;

   를 포함하며,

   상기 신호는 상기 셀 내 장치들이 동기를 획득하기 위한 것이며,

   상기 신호는 제1 인덱스로부터 유도된 제1 코드 시퀀스 및 제2 인덱스로부터 유도된 제2 코드 시퀀스의 조합으로 정의되며,

   상기 제1 인덱스와 상기 제2 인덱스의 조합은 상기 셀의 식별정보에 연관되며,

   상기 제1 코드 시퀀스 및 상기 제2 코드 시퀀스의 길이는 동일한 것인, 셀 검색 신호 전송 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 코드 시퀀스 및 상기 제2 코드 시퀀스 각각에 가중치가 부여되어 전송되는 것을 특징으로 하는 셀 검색 신호 전송 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 코드 시퀀스는 CAZAC(constant modulus and zero autocorrelation) 시퀀스인 것을 특징으로 하는 셀 검색 신호 전송 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 코드 시퀀스는 단일 톤(single tone) 시퀀스인 것을 특징으로 하는 셀 검색 신호 전송 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 조합은,

   

   를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 셀 검색 신호 전송 방법(

   

   는 k 번째 셀에 상응하는 프리앰블 코드,

   

   는 각 코드 셋에 대한 가중치,

   

   는 j번 째 코드 셋에서 k 번째 코드,

   

   의 각 성분은

   

   ).
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 제1항에 있어서,

    상기 신호는 주파수 영역에서, 상기 제1 코드 시퀀스와 상기 제2 코드 시퀀스의 연쇄인, 셀 검색 신호 전송 방법.
13. 제1항에 있어서,

    상기 제1 코드 시퀀스 및 상기 제2 코드 시퀀스는 상기 셀의 식별에 사용되는 것인, 셀 검색 신호 전송 방법.

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