KR101314314B1 - 시간 분할 송수신 방식의 이동통신 시스템에서 레인징신호를 이용한 상향 링크 시간 동기 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시간 분할 송수신 방식의 이동통신 시스템에서 레인징 신호를 이용한 상향 링크 시간 동기 방법 및 장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 가입자 단말로부터 초기 레인징 요청 신호를 수신하면, 응답으로써 지연 시간 정보가 포함되어 있는 초기 레인징 정보를 생성하여 가입자 단말로 전송하고, 가입자 단말로부터 지연 시간을 이용하여 지연 전송되는 상향 링크 데이터를 수신하는 기지국에서의 상향 링크 시간 동기화 방법을 제공한다. 또한, 기지국으로 초기 레인징 요청 신호를 송신하여, 기지국으로부터 지연 시간의 정보가 포함되어 있는 초기 레인징 정보를 수신하면, 초기 레인징 정보에 포함된 전송 파라미터 값을 이용하여 전송 파라미터 값을 설정하고, 설정된 지연 시간을 이용하여 상향 링크 데이터를 전송하는 가입자 단말에서의 상향 링크 시간 동기화 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 가입자 단말의 이동, 특히 기지국에 가까이 이동하는 경우에, 효율적으로 주기적인 레인징 신호의 검출 및 전송되는 상향 링크 데이터의 신뢰성을 유지할 수 있게 된다.

TDD, 레인징, Ranging, OFDMA, 상향 링크 데이터, 지연, 동기

Description

시간 분할 송수신 방식의 이동통신 시스템에서 레인징 신호를 이용한 상향 링크 시간 동기 방법 및 장치{Method and Apparatus for Uplink Timing Synchronization with Ranging Signal in TDD Mobile Communication System}

도 1은 OFDMA 시스템에서 초기 동기 후 가입자 단말의 이동에 따라 송수신되는 TDD 프레임의 구조도,

도 2는 초기 동기 후 가입자 단말이 기지국으로 가까이 이동함에 따른 간섭 발생을 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 가입자 단말의 이동성을 고려하여 지연 시간을 반영한 상향 링크 동기 방법을 설명하기 위한 도면,

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 가입자 단말에서 기지국으로 심벌을 전송하기 위한 FFT 구간 설정 방법을 표시한 도면,

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 상향 링크 시간을 동기화하여 레인징을 수행하는 방법을 설명하기 위한 신호 흐름도이다.

본 발명은 시간 분할 송수신 방식의 이동통신 시스템에서 레인징 신호를 이 용한 상향 링크 시간 동기 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'라 칭함) 시간 분할 송수신 방식의 이동통신 시스템에서 이동성을 가지는 가입자 단말과 기지국 간의 상향 링크의 동기 방법 및 장치에 관한 것이다.

전자, 통신 기술이 비약적으로 발전함에 따라 무선 통신망(Wireless Network)을 이용한 무선 음성 통화 서비스 및 무선 인터넷 서비스가 제공되고 있다. 최근, 이동통신의 주요 서비스의 방향이 일정한 전송률의 음성 서비스에서 가변 전송률을 가지는 패킷 서비스로 전환됨에 따라, 간섭 평균화를 통해 적당한 간섭을 유지하는 CDMA 방식을 대신하여 간섭 회피에 용이한 OFDMA 방식이 사용되고 있다.

이와 같은 OFDMA 방식을 이용하는 이동통신 시스템(이하, 'OFDMA 시스템'이라 칭함)에서는 가입자 단말과 기지국 사이에서 신호를 송수신하기 위하여, 주파수 분할 방식(FDD: Frequency Division Duplex) 및 시간 분할 송수신 방식(TDD: Time Division Duplex, 이하, 'TDD'라 칭함)이 사용되고 있다.

OFDMA 시스템의 TDD 방식은 프레임 구조 내에서 하향 링크와 상향 링크가 공존하게 되며, 상하향 전송 시간을 구분하기 위한 보호 시간인 TTG(TX/RX Transition Gap) 및 RTG(RX/TX Transition Gap)이 하향 링크와 상향 링크, 상향 링크와 하향 링크 사이에 삽입된다. OFDMA 시스템에서 하향 링크의 시간 동기 방법은 가입자 단말이 기지국으로부터 수신된 하향 링크의 프리앰블 신호를 측정하여, 하향 링크의 시간 동기를 보정하게 된다.

한편, OFDMA TDD 방식의 상향 링크의 시간 동기 방법도 가입자 단말이 기지국에 시간 동기를 맞추어야 한다. 이것은 OFDMA 라는 변복조 방식에서 각각의 가입자들은 할당된 다른 부 채널을 통해 상향 링크를 전송하게 되는데, OFDMA의 심벌 처리 특성상 상향 동기가 정확해야 하기 때문이다. 만일 각각의 가입자들의 OFDMA 상향 링크 심벌 동기가 정확히 맞지 않으면, 다른 가입자에게 간섭을 일으키며, 기지국에서 신호를 정확히 검출할 수 없는 상황이 발생한다.

이와 같은 상황의 발생을 방지하기 위하여, 가입자가 임의의 부호(PRBS: Pseudo Random Binary Sequence)를 전송하면 기지국에서 검출하고, 이 때 발생되는 지연 거리를 예측하여 기지국의 동기 시점에 각각의 단말이 시간 동기를 맞추는 레인징(Ranging)이라는 방식을 사용한다. 레인징 방식에서, 가입자 단말은 기지국으로 접속할 때, 시간 오차를 보정하기 위한 레인징 신호를 전송하게 된다.

현재 OFDMA 시스템에서의 레인징은 초기 레인징, 핸드오프 레인징, 대역 요구 레인징 및 주기적 레인징으로 구분된다.

초기 레인징은 가입자 단말이 기지국으로 초기 접속할 때, 가입자 단말의 전송 전력, 시간 및 주파수 오프셋을 조정하고, 초기 신호 접속 절차를 개시하기 위하여 수행된다.

핸드오프 레인징은 가입자 단말이 다른 기지국으로 핸드오프할 때, 새로운 기지국으로의 접속을 위한 전송 전력, 시간 및 주파수 오프셋을 조정을 위하여 수행된다.

대역 요구 레인징은 가입자 단말에 상향 링크 트래픽이 발생한 경우, 이를 전송하기 위한 대역폭 요청을 위하여 수행된다.

주기적 레인징은 가입자 단말이 이동함에 따라 지연 거리의 변화가 생기므로, 이에 따라 변화하는 전력, 시간 및 주파수 오프셋 등을 정확히 측정하고, 이에 대한 보정을 하기 위하여 일정 시간 단위로 수행된다.

먼저, 초기 레인징은 가입자 단말이 해당 기지국과 최초로 타이밍 동기를 맞추기 위한 것으로, 하향 링크를 수신한 후 레인징 신호를 전송하게 된다. TDD 방식에서는 하향 링크와 상향 링크 사이에 TTG가 존재하며, TTG는 기지국의 셀 반경과 관계되는 것으로, 기지국과 가입자 단말 사이의 최대 전달 지연(Maximum Propagation Delay)의 2배, 즉 라운드 트립 딜레이(Round Trip Delay)보다 큰 값을 갖는다. 이에 따라서, TTG 구간 안에 초기 레인징 신호가 수신된다.

이와 같은 초기 레인징을 위하여, 두 심벌 구간을 통하여 OFDM 심벌이 전송된다. OFDM 심벌이 송신 신호 전송 구간 또는 수신 신호 전송 구간 내에 도달되게 되면, 기지국에서 유효 심벌을 잃게 되므로, 연속되는 두 심벌 구간을 통하여 OFDM 심벌을 전송하게 된다.

초기 레인징이 수행된 후, 주기적인 레인징과 대역폭 요구 레인징이 수행되는 경우에는, 하나의 OFDM 심벌 구간을 통하여 레인징 신호를 전송하게 되므로, 시간 오차가 보호 구간 내에 존재하게 된다.

이 때, 가입자 단말이 이동함에 따라 기지국으로 가까워지거나, 기지국으로부터 멀어지면, 가입자 단말의 하향 링크 수신 시점과 기지국의 상향 링크 수신 시점의 변화가 발생한다.

도 1은 OFDMA 시스템에서 초기 동기 후 가입자 단말의 이동에 따라 송수신되는 TDD 프레임의 구조도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 초기 동기 후의 가입자 단말과 기지국 사이에 송수신되는 신호는 (a)와 같다. 그러나, (b)와 같이 가입자 단말이 기지국으로 접근하는 경우, 가입자 단말의 하향 링크 수신 시점과 기지국에서 상향 링크 수신 시점이 이전보다 빨라지는 현상이 발생한다. 한편, (c)와 같이 가입자 단말이 기지국으로부터 멀어지는 경우, 가입자 단말의 하향 링크 수신 시점과 기지국에서 상향 링크 수신 시점이 이전보다 늦어지는 현상이 발생한다.

즉, 기지국과 가입자 단말 사이의 전달 지연(Propagation Delay)이 가입자 단말의 위치 이동에 따라 달라진다. 이와 같은 문제는 주기적인 레인징으로 보정해야하지만, 초기 레인징 후 가입자 단말이 상향 링크의 시간 동기를 정확히 맞추고, 가입자 단말이 기지국으로 근접하게 되면, 전달 지연의 감소로 기지국 복조기에서 FFT를 취하는 구간에 다음 심벌의 간섭이 발생하게 된다.

도 2는 초기 동기 후 가입자 단말이 기지국으로 가까이 이동함에 따른 간섭 발생을 설명하기 위한 도면이다.

가입자 단말이 상향 링크로 기지국과 접속하기 위하여, 주어진 시간 슬롯 동안 OFDM 심벌을 전송해야 하는데, 가입자 단말이 할당된 부 반송파를 이용하여 상향 링크의 데이터를 전송하는 경우, 가입자 단말이 이동하여 기지국과 가까워지거나 멀어짐에 따라, 다수의 가입자 단말 사이의 타이밍 동기가 맞지 않으면, 부반송파 사이의 직교성을 잃어버리게 되어 간섭을 일으키게 된다.

이 때, 주기적인 레인징을 빠른 시간 안에 처리하여도 보호 구간 안에서 레인징을 이용한 타이밍 오차를 측정해야 하므로, 발생되는 심벌의 간섭에 관한 문제를 해결할 수 없게 된다. 또한, 주기적인 레인징 신호를 초기 레인징과 같이 두 심벌 구간을 통하여 전송한다고 하더라도, 주기적인 레인징의 주기에 따라 시스템 처리 능력 및 성능 저하를 가져올 수 있는 문제점이 발생할 수 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 TDD 방식의 이동통신 시스템에서 이동성을 가지는 가입자 단말과 기지국 사이의 정확한 시간 동기를 위해 레인징을 이용한 시간 오차 및 신호 세기를 검출하고, 다중 가입자들의 주기적인 시간 오차 보정을 위하여 OFDM 신호의 주어진 보호 구간 안에서 상향 링크 신호를 수신하기 위하여, 상향 링크 신호의 직교성을 유지시키는 레인징 신호를 이용한 상향 링크 시간 동기 방법 및 이를 위한 기지국 장치와 가입자 단말 장치를 제공한다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 상향 링크 시간 동기화 방법은 시간 분할 송수신 방식을 사용하는 이동통신 시스템의 기지국에서 가입자 단말과 상향 링크 시간을 동기화하는 방법으로서, 가입자 단말로부터 초기 레인징을 위한 초기 레인징 요청 신호를 수신하는 초기 레인징 요청 수신 단계; 초기 레인징 요청 신호에 대한 응답으로써, 상향 링크 데이터의 지연 전송을 위한 지연 시간의 정보가 포함되어 있는 초기 레인징 정보를 생성하여, 가입자 단말로 전송하는 초기 레인징 정보 전송 단계; 및 가입자 단말로부터 지연 시 간을 이용하여 지연 전송되는 상향 링크 데이터를 수신하는 상향 링크 데이터 수신 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 가입자 단말의 상향 링크 시간 동기화 방법은 시간 분할 송수신 방식을 사용하는 이동통신 시스템의 가입자 단말이 기지국과 상향 링크 시간을 동기화하는 방법으로서, 기지국으로 초기 레인징을 위한 초기 레인징 요청 신호를 송신하는 초기 레인징 요청 단계; 기지국으로부터 상향 링크 데이터의 지연 전송을 위하여 사전에 설정된 지연 시간의 정보가 포함되어 있는 초기 레인징 정보를 수신하는 초기 레인징 정보 수신 단계; 초기 레인징 정보에 포함된 전송 파라미터 값을 이용하여 초기 레인징을 수행하는 전송 파라미터 값 설정 단계; 및 주기적 레인징 또는 대역 요청 레인징이 요구되면, 초기 레인징을 통해 설정된 지연 시간을 이용하여, 상향 링크 데이터를 전송하는 상향 링크 데이터 전송 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 기지국 장치는 시간 분할 송수신 방식을 사용하는 이동통신 시스템에서, 지연 시간을 이용하여 가입자 단말과 상향 링크 시간을 동기화하는 기지국 장치로서, 가입자 단말로부터 초기 레인징을 위한 초기 레인징 요청 신호를 수신하는 레인징 요청 수신 모듈; 초기 레인징 요청 신호에 대한 응답으로써, 상향 링크 데이터의 지연 전송을 위하여 사전에 설정된 지연 시간의 정보가 포함되어 있는 초기 레인징 정보를 생성하는 레인징 정보 생성 모듈; 생성된 초기 레인징 정보를 가입자 단말로 전송하는 레인징 정보 전송 모듈; 및 가입자 단말로부터 지연 시간을 이용하여 지연 전송되는 상향 링크 데이터를 수신하는 상 향 링크 데이터 수신 모듈을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 가입자 단말은 시간 분할 송수신 방식을 사용하는 이동통신 시스템의 기지국과 상향 링크 시간을 동기화하는 가입자 단말로서, 기지국으로 초기 레인징을 위한 초기 레인징 요청 신호를 송신하는 초기 레인징 요청 송신 모듈; 기지국으로부터 상향 링크 데이터의 지연 전송을 위한 지연 시간의 정보가 포함되어 있는 초기 레인징 정보를 수신하는 레인징 정보 수신 모듈; 초기 레인징 정보에 포함된 전송 파라미터 값을 이용하여 초기 레인징을 수행하는 초기 레인징 수행 모듈; 및 주기적 레인징 또는 대역 요청 레인징이 요구되면, 초기 레인징을 통해 설정된 지연 시간을 이용하여, 상향 링크 데이터를 전송하는 상향 링크 데이터 전송 모듈을 포함한다.

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.

또한, 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.

또한, 본 명세서에서 기재한 모듈(module)이란 용어는 특정한 기능이나 동작 을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현할 수 있다.

본 발명은 TDD 방식의 OFDMA 시스템에서 가입자 단말과 기지국 사이의 시간 오차 및 신호 크기를 검출하여 보정하고, 이동성을 갖는 가입자 단말의 주기적인 시간 오차 및 신호 크기에 대한 추적과 보정을 통해 상향 링크의 전송 품질을 유지하는데 있다.

여기서, OFDMA 방식의 전송 신호, 즉 가입자 단말의 전송 신호는 수학식 1과 같이 표현된다.

수학식 1은 역 푸리에 변환으로 구현되는 것으로서, X(k)는 입력 신호이고, x(n)은 출력 신호이다. 수학식 1은 수신기에서 푸리에 변환을 통해 구현되는데, 기지국과 가입자 간의 타이밍 동기가 정확하게 맞지 않으면 수학식 2와 같은 결과를 얻을 수 있다.

수학식 2를 기지국 복조기에서 푸리에 변환하게 되면, 수학식 3과 같이 복소 지수 형태의 곱이 남게 된다.

수학식 3과 같이 발생되는 오차를 제거하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 방식에서는, 초기 레인징을 수행하여 가입자 단말의 기지국 수신 신호를 상향 링크에 정확히 맞추지 않고, 지연을 고려하여 약간 늦게 동기화한다. 이 때, 동기를 위하여 고려되는 지연은 사전에 기지국이 지원하는 가입자 단말의 속도와 관련된다.

기지국에는 사전에 지원 가능한 가입자 단말의 이동 속도가 설정되어 있다. 예로써, 휴대 인터넷 서비스를 제공하는 기지국은 60 ㎞/h 이내의 속도로 이동하는 가입자 단말의 데이터 서비스를 지원하도록 설정되어 있다. 그리고, 사전에 가입자 단말에도 기지국과 동일한 값의 지연 시간이 설정되어 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 가입자 단말의 이동성을 고려하여 지연 시간을 반영한 상향 링크 동기 방법을 설명하기 위한 도면이다.

지연 시간이 설정된 기지국과 가입자 단말 사이의 OFDM 심벌 수신은 도 2에 도시된 종래의 OFDM 심벌 수신에 비하여 사전에 설정된 지연 시간만큼 지연되어서 수신한다.

이에 따라, 기지국과의 거리 변화가 없는 가입자 단말에서는 (a)와 같이 사전에 설정된 지연 시간만큼 지연된 OFDM 심벌을 송신하게 된다. 즉, OFDM 심벌에서 상향 링크 데이터의 앞단에 추가되는 CP(Cyclic Prefix)가 지연 시간만큼 OFDM 심벌 보호 구간(CP 구간, 이하 'CP 구간'이라 칭함)을 벗어나게 된다. 이와 같은 경우, 기지국의 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform, 이하 'FFT'라 칭함) 구간에 CP를 제외한 OFDM 심벌 즉, 상향 링크 데이터만이 포함되며, 이에 따라 간섭이 발생하지 않은 신호를 송신할 수 있다.

한편, 기지국으로부터 멀어지는 가입자 단말에서는 (b)와 같이 사전에 설정된 지연 시간과, 가입자 단말의 이동 거리에 따른 지연 시간의 합만큼 지연된 OFDM 심벌을 송신하게 된다. 이에 따라, 상향 링크 데이터의 앞단에 추가되는 CP는 상향 링크에서 OFDM 심벌 구간의 FFT 구간으로 설정된 영역에서 송신되며, OFDM 심벌의 뒷단에 추가되는 CP는 다음 OFDM 심벌 구간의 CP 구간에서 송신된다. 이 때에도 가입자 단말은 간섭이 발생하지 않은 신호를 송신할 수 있다.

그리고, 기지국으로 가까워지는 가입자 단말에서는 (c)와 같이 사전에 설정된 지연 시간에서, 가입자 단말의 이동 거리에 따라 축소되는 지연 시간이 차감된 시간만큼 지연된 OFDM 심벌을 송신하게 된다. 이에 따라, 상향 링크 데이터의 앞단에 추가되는 CP가 해당 OFDM 심벌 구간의 CP 구간에 위치하고, 상향 링크 데이터는 OFDM 심벌 구간의 FFT 구간에 위치하게 된다. 즉, 하나의 OFDM 심벌이 하나의 OFDM 심벌 구간에 정확하게 위치하게 된다. 이에 따라서, 기지국으로부터의 거리가 가까워지는 가입자 단말에서의 OFDM 심벌 송신에 있어서, 간섭이 발생하지 않는다.

여기서, 도 3에 따른 가입자 단말에서 송신되는 다수의 OFDM 심벌 구간을 포함하는 상향 링크의 구조에서, 이동하는 가입자 단말은 상향 링크 데이터를 전송하 기 위한 FFT 구간을 설정해야 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 가입자 단말에서 기지국으로 심벌을 전송하기 위한 FFT 구간 설정 방법을 표시한 도면이다.

가입자 단말이 하나의 심벌(심벌 #n)을 기지국으로 전송하기 위하여, 보호 구간인 CP 구간과 실질적인 상향 링크 데이터를 포함하는 데이터 구간을 이용한다. 여기서, CP 구간에는 이전의 심벌(심벌 #n-1)로 인하여 간섭이 발생하는 구역이 존재한다. 또한, 다음의 심벌(심벌 #n+1)의 앞단에 위치한 CP 구간에서는 OFDM 심벌(심벌 #n)에 의한 간섭이 발생한다.

기존의 가입자 단말은 이동성을 고려하지 않은 상태에서 상향 링크 데이터 전송을 위한 기지국의 FFT 구간을 설정하였다. 이에 따라, 가입자 단말에서의 상향 링크 데이터 전송을 위하여 설정되는 이상적인 FFT 구간(410)은 데이터 구간과 동일하였다.

또한, 간섭이 발생하는 구역의 크기 이상으로 길게 설정된 CP 구간에는 간섭이 존재하지 않는 구역이 위치한다. 이에 따라서, 가입자 단말에서는 데이터 손실이나 간섭이 존재하지 않는 상향 링크 데이터의 전송을 위하여 이상적인 FFT 구간(410)에 전송하거나, 이전 심벌의 간섭이 발생하지 않는 FFT 구간(420) 내에 전송하여야 한다. 즉, 가입자 단말은 간섭이 없는 FFT 구간(420) 내에 상향 링크 전송을 위한 FFT 구간을 설정함으로써, 간섭이나 데이터 손실이 존재하지 않는 상향 링크 데이터를 전송할 수 있다.

종래의 가입자 단말이 기지국으로 가까워지도록 이동함에 따라 원래의 수신 위치보다 앞당겨진 시간에 상향 링크 데이터를 전송하는 경우, 가입자 단말에 설정되는 FFT 구간(430)은 이전의 심벌(심벌 #n-1)로 인하여 발생된 간섭이 존재하는 구간을 포함하여 설정된다. 이에 따라서, 심벌을 수신한 기지국에서는 FFT 구간(430)에 포함된 간섭으로 인하여 정확한 상향 링크 데이터를 수신 및 복조할 수 없었다.

또한, 가입자 단말이 기지국으로부터 멀어지도록 이동함에 따라 원래의 수신 위치보다 지연된 시간에 상향 링크 데이터를 전송하는 경우, 가입자 단말에 설정되는 FFT 구간(440)은 이상적인 FFT 구간(410)보다 뒤로 밀리게 되며, 이에 따라서 상향 링크 데이터의 일부가 다음의 심벌(심벌 #n+1)의 CP 구간에 위치하게 된다. 이 경우, 기지국에서는 가입자 단말로부터 전달되는 상향 링크 데이터의 일부를 확인할 수 없었다.

반면, 본 발명에서는 가입자 단말은 기지국으로 가깝게 이동함에 따라 FFT 구간이 앞당겨지거나, 기지국으로부터 멀어짐에 따라 FFT 구간이 지연되는 변화가 있더라도, 사전에 설정된 간섭이 없는 FFT 구간(420) 내에 위치하도록, 초기 레인징시 설정되는 FFT 구간(450)을 이상적인 FFT 구간(410)보다 약간 앞당겨서 설정한다. 이 때, 앞당겨지는 간격은 사전에 기지국과 가입자 단말 사이에 설정된 지연 시간을 기초로 하여 산출된다.

또한, CP 구간 내의 간섭이 발생하지 않는 구역의 크기를, 설정된 지연 시간의 2배 이상으로 길게 설정함으로써, 초기 레인징시 설정되는 FFT 구간(450)이 간섭이 발생하지 않는 구역의 중앙 부근에 위치하도록 조절한다.

이에 따라, 초기 레인징시 가입자 단말의 이동성을 고려하여 설정되는 FFT 구간(450)은, 이후에 발생되는 대역 요구 레인징 또는 주기적 레인징을 수행하는 경우, 가입자 단말이 기지국으로부터 멀어지면 사전에 설정된 지연 시간만큼 지연되므로, 이상적인 최적의 FFT 구간(410)과 유사하게 된다. 한편, 가입자 단말이 기지국으로 가까워지면, 사전에 설정된 지연 시간만큼 앞당겨진다. 이 때, CP 구간 내 간섭이 발생하지 않는 구역을 지연 시간보다 크도록 설정하였으므로, 앞당겨지는 FFT 구간의 시작 부분은 사전에 설정된 간섭이 발생하지 않는 구역 내에 위치한다. 이에 따라서, 기지국에서 상향 링크 데이터를 수신함에 있어서, 간섭이 발생하지 않은 상향 링크 데이터를 수신하게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 상향 링크 시간을 동기화하여 레인징을 수행하는 방법을 설명하기 위한 신호 흐름도이다.

가입자 단말에 전원이 인가되어 이동 통신망의 기지국으로 접속을 시도하거나, 다른 기지국으로부터 특정 기지국으로 핸드오프되면(S510), 가입자 단말은 기지국으로 접속 요청 신호 또는 핸드오프 요청 신호를 전송한다(S520).

접속 요청 신호 또는 핸드오프 요청 신호를 수신한 기지국에서는 전송 전력, 타이밍 및 주파수 오프셋 등을 포함하는 초기 레인징 정보를 가입자 단말로 전송한다. 이 때, 초기 레인징 정보에 포함되는 타이밍 정보에는 본 발명의 실시예에 따른 트래픽 전송을 위한 지연 시간 정보가 포함되어 있다(S530).

가입자 단말은 수신되는 초기 레인징 정보에 포함된 전송 파라미터 조정 값을 이용하여 전력, 타이밍 및 주파수 오프셋을 조정한다. 그리고, 초기 레인징 정 보에 포함된 지연 시간 정보를 확인하여, 기지국과의 OFDM 심벌 송수신을 위하여 사용되는 지연 시간을 설정한다(S540).

이와 같이 가입자 단말에서의 전력, 타이밍, 주파수 오프셋 및 지연 시간의 설정이 완료되면, 가입자 단말과 기지국 사이의 초기 레인징 작업이 완료된다.

초기 레인징 작업이 완료된 후, 가입자 단말에서 상향 링크 트래픽이 발생하여 대역 요구 레인징이 요구되거나, 사전에 설정된 T4 타이머의 만료에 따라 주기적인 레인징이 요구되는 경우, 대역폭 요청 코드(Bandwidth Request Code) 또는 주기적 레인징 코드(Period Ranging Code)를 기지국으로 전송한다. 이 때, 대역폭 요청 코드 또는 주기적 레인징 코드를 기지국으로 전송함에 있어서, S540 단계에서 설정된 지연 시간을 이용하여 기지국으로 전송하게 된다.

이 때, 지연 시간을 이용하여 대역폭 요청 코드 또는 주기적 레인징 코드를 전송함에 따라, 기지국은 셀 내에 위치하여 기지국에서 멀어지는 가입자 단말기 및 기지국으로 가까워지는 가입자 단말기로부터 수신되는 대역폭 요청 코드 또는 주기적 레인징 코드를 간섭없이 정확하게 검출할 수 있다(S550).

기지국은 대역폭 요청 코드 또는 주기적 레인징 코드를 수신하면, 측정된 주파수 오프셋, 전력, 타이밍 등을 포함하는 전송 파라미터를 조정하고(S560), 조정된 전송 파라미터 값을 포함하는 레인징 응답 신호(RNG_RSP: Ranging_Response, 이하 'RNG_RSP'라 칭함)를 생성한다.

여기서, 생성되는 RNG_RSP에는 상향 링크 구간의 사용 코드를 나타내는 UIUC(Uplink Interval Usage Code), 트래픽 송수신에 사용되는 반복 코드를 나타내 는 반복 코드 지시자(Repetition Code Indication), 트래픽 전송을 위하여 사용될 프레임 수를 표시하는 프레임 수 인덱스(Frame Number Index), 레인징 코드(Ranging Code), 레인징 심벌(Ranging Symbol), 레인징 서브 채널(Ranging Subchannel), 대역폭 요청을 위한 식별자를 나타내는 대폭 요청 지시자(BW Request Mandatory) 등의 상향 링크 무선 자원 정보가 포함된다.

그리고, 기지국은 조정된 전송 파라미터 값 및 상향 링크 무선 자원 정보가 포함된 RNG_RSP는 가입자 단말로 전송한다(S570).

가입자 단말은 수신된 RNG_RSP 내의 전송 파라미터 조정 값을 이용하여 전력, 타이밍 및 주파수 오프셋을 조정하고, 조정된 전송 파라미터를 이용하여 기지국과의 데이터 송수신을 수행한다. 이 때, 가입자 단말이 기지국으로 상향 링크 데이터를 전송함에 있어서도, S530 단계를 통하여 설정된 지연 시간을 이용하여 상향 링크 데이터를 전송한다(S580).

이와 같은 방법을 통하여, OFDMA 시스템에서 이동하는 가입자 단말은 기지국과의 상향 링크 동기를 설정하고, 상향 링크 데이터를 송수신할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 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.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, OFDMA 시스템에서 CP 구간 내 이전 심벌로 발생되는 간섭 영역보다 크게 동기를 맞추고 상향 링크 데이터 전송함으로써, 가입자 단말의 이동, 특히 기지국에 가까이 이동하는 경우에, 효율적으로 주기적인 레인징 신호의 검출 및 전송되는 상향 링크 데이터의 신뢰성을 유지할 수 있게 된다.

또한, 주기적인 레인징을 수행하면서도 초기 레인징을 수행한 것과 같이 상향 링크 동기를 CP 내에서 간섭이 없도록 설정하여, 이동성을 갖는 가입자 단말의 상향 링크의 시간 동기 문제를 효율적으로 처리함으로써, OFDMA 시스템에서 송수신되는 상향 링크 데이터의 신뢰성을 유지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (20)

1. 시간 분할 송수신 방식을 사용하는 이동통신 시스템의 기지국에서 가입자 단말과 상향 링크 시간을 동기화하는 방법에 있어서,

   상기 가입자 단말로부터 초기 레인징을 위한 초기 레인징 요청 신호를 수신하는 초기 레인징 요청 수신 단계;

   상기 초기 레인징 요청 신호에 대한 응답으로써, 상향 링크 데이터의 지연 전송을 위한 지연 시간의 정보가 포함되어 있는 초기 레인징 정보를 생성하여, 상기 가입자 단말로 전송하는 초기 레인징 정보 전송 단계; 및

   상기 가입자 단말로부터 상기 지연 시간을 이용하여 조정된 데이터 구간을 통하여 전송되는 상향 링크 데이터를 수신하는 상향 링크 데이터 수신 단계

   를 포함하며,

   상기 초기 레인징 정보에 포함된 지연 시간은 상기 기지국과 상기 가입자 단말 사이에 사전에 설정된 시간인, 기지국의 상향 링크 시간 동기화 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 초기 레인징 요청 수신 단계는,

   전원이 인가되어 상기 기지국으로 초기 접속한 가입자 단말 또는 다른 기지국으로부터 핸드오프된 가입자 단말로부터 상기 초기 레인징을 위한 초기 레인징 요청 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 기지국의 상향 링크 시간 동기화 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 초기 레인징 정보 전송 단계에서,

   상기 초기 레인징 정보는 전송 전력, 시간, 주파수 오프셋 및 상기 지연 시간을 포함하여 생성되는 것을 특징으로 하는 기지국의 상향 링크 시간 동기화 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 지연 시간은 상기 기지국에서 지원하는 이동통신 서비스의 종류에 따라 사전에 상기 기지국과 상기 가입자 단말 사이에 설정되는 것을 특징으로 하는 기지국의 상향 링크 시간 동기화 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 상향 링크 데이터 수신 단계는,

   상기 가입자 단말로부터 상기 지연 시간을 이용하여, 주기적 레인징을 위한 주기적 레인징 코드 또는 대역폭 요구 레인징을 위한 대역폭 요청 코드를 수신하는 것을 특징으로 하는 기지국의 상향 링크 시간 동기화 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 상향 링크 데이터 수신 단계는,

   상기 가입자 단말 사이의 상기 대역폭 요구 레인징이 수행된 후, 상기 지연 시간을 이용하여 전송되는 상기 상향 링크 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 기지국의 상향 링크 시간 동기화 방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 상향 링크 데이터 수신 단계는,

   상기 상향 링크 트래픽이 탑재되는 데이터 구간이 상기 사전에 설정된 지연 시간만큼 앞당겨져서 조정되고, 조정된 데이터 구간을 통하여 상기 상향링크 데이터를 수신하며,

   상기 기지국으로 가까워지는 가입자 단말로부터 전달되는 상향 링크 데이터는 이동하지 않는 가입자 단말로부터 전달되는 상향 링크 데이터보다 상기 지연 시간의 범위 내에서 빨리 전달되고, 상기 기지국으로부터 멀어지는 가입자 단말로부터 전달되는 상향 링크 데이터는 상기 이동하지 않는 가입자 단말로부터 전달되는 상향 링크 데이터보다 늦게 전달되는 것을 특징으로 하는 기지국의 상향 링크 시간 동기화 방법.
8. 시간 분할 송수신 방식을 사용하는 이동통신 시스템의 가입자 단말이 기지국과 상향 링크 시간을 동기화하는 방법에 있어서,

   상기 기지국으로 초기 레인징을 위한 초기 레인징 요청 신호를 송신하는 초기 레인징 요청 단계;

   상기 기지국으로부터 상향 링크 데이터의 지연 전송을 위한 지연 시간의 정보가 포함되어 있는 초기 레인징 정보를 수신하는 초기 레인징 정보 수신 단계;

   상기 초기 레인징 정보에 포함된 전송 파라미터 값을 이용하여 초기 레인징을 수행하는 전송 파라미터 값 설정 단계; 및

   주기적 레인징 또는 대역 요청 레인징이 요구되면, 상기 초기 레인징을 통해 설정된 지연 시간을 이용하여 데이터 전송을 위한 데이터 구간을 조정하고, 조정된 데이터 구간을 통하여 상기 상향 링크 데이터를 전송하는 상향 링크 데이터 전송 단계

   를 포함하며,

   상기 초기 레인징 정보에 포함된 지연 시간은 상기 기지국과 상기 가입자 단말 사이에 사전에 설정된 시간인, 가입자 단말의 상향 링크 시간 동기화 방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 전송 파라미터 값 설정 단계는,

   상기 초기 레인징 정보로부터 전송 전력, 시간, 주파수 오프셋 및 상기 지연 시간을 확인하고, 상기 확인된 전송 전력, 시간, 주파수 오프셋 및 상기 지연 시간을 설정함으로써 상기 초기 레인징을 수행하는 것을 특징으로 하는 가입자 단말의 상향 링크 시간 동기화 방법.
10. 제8항에 있어서,

    상기 상향 링크 데이터 전송 단계는,

    상기 주기적 레인징을 위하여 사전에 설정된 타이머가 만료되면, 상기 주기적 레인징의 수행을 요청하는 주기적 레인징 코드를 사전에 설정된 지연 시간만큼 지연시켜 상기 기지국으로 전송하는 것을 특징으로 하는 가입자 단말의 상향 링크 시간 동기화 방법.
11. 제8항에 있어서,

    상기 상향 링크 데이터 전송 단계는,

    상기 기지국으로 전송할 상향 링크 트래픽이 발생하면, 상기 상향 링크 트래픽의 전송을 위한 대역폭 요청 코드를 사전에 설정된 지연 시간만큼 지연시켜 상기 기지국으로 전송하는 것을 특징으로 하는 가입자 단말의 상향 링크 시간 동기화 방법.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,

    상기 상향 링크 데이터 전송 단계 이후에,

    상기 기지국으로부터 상기 주기적 레인징 코드 또는 상기 대역폭 요청 코드에 대한 레인징 응답 신호를 수신하고, 상기 레인징 응답 신호에 포함된 전송 파라미터 조정 값을 이용하여 상기 전송 파라미터 값 설정 단계에서 설정된 초기 레인징 값을 조정하는 단계

    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가입자 단말의 상향 링크 시간 동기화 방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 대역폭 요청 코드에 대하여 수신된 레인징 응답 신호를 통하여, 상기 초기 레인징 값의 조정이 완료되면, 상기 조정된 초기 레인징 값을 이용하여 상기 상향 링크 트래픽을 사전에 설정된 지연 시간만큼 지연시켜 상기 기지국으로 전송하는 것을 특징으로 하는 가입자 단말의 상향 링크 시간 동기화 방법.
14. 제8항에 있어서,

    상기 상향 링크 데이터 전송 단계는,

    상기 가입자 단말에서 상기 상향 링크 데이터를 전송하기 위하여, 상기 상향 링크 트래픽이 탑재되는 데이터 구간인 FFT(Fast Fourier Transform) 구간을 사전에 설정된 지연 시간만큼 앞당겨서 설정하는 것을 특징으로 하는 가입자 단말의 상향 링크 시간 동기화 방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 기지국으로 가까워지는 가입자 단말에서 설정하는 상기 FFT 구간은, 상기 설정된 FFT 구간보다 상기 지연 시간만큼 앞당겨지고, 상기 기지국으로부터 멀어지는 가입자 단말에서 설정하는 상기 FFT 구간은, 상기 설정된 FFT 구간보다 상기 지연 시간만큼 지연되는 것을 특징으로 하는 가입자 단말의 상향 링크 시간 동기화 방법.
16. 시간 분할 송수신 방식을 사용하는 이동통신 시스템에서, 지연 시간을 이용하여 가입자 단말과 상향 링크 시간을 동기화하는 기지국 장치에 있어서,

    상기 가입자 단말로부터 초기 레인징을 위한 초기 레인징 요청 신호를 수신하는 레인징 요청 수신 모듈;

    상기 초기 레인징 요청 신호에 대한 응답으로써, 상향 링크 데이터의 지연 전송을 위하여 사전에 설정된 지연 시간의 정보가 포함되어 있는 초기 레인징 정보를 생성하는 레인징 정보 생성 모듈;

    상기 생성된 초기 레인징 정보를 상기 가입자 단말로 전송하는 레인징 정보 전송 모듈; 및

    상기 가입자 단말로부터 상기 지연 시간을 이용하여 조정된 데이터 구간을 통하여 상향 링크 데이터를 수신하는 상향 링크 데이터 수신 모듈

    을 포함하며,

    상기 초기 레인징 정보에 포함된 지연 시간은 상기 기지국과 상기 가입자 단말 사이에 사전에 설정된 시간인, 기지국 장치.
17. 제16항에 있어서,

    상기 상향 링크 데이터 수신 모듈은,

    상기 기지국으로 가까워지는 가입자 단말로부터 전달되는 상향 링크 데이터는 이동하지 않는 가입자 단말로부터 전달되는 상향 링크 데이터보다 상기 지연 시간의 범위 내에서 빨리 수신하고, 상기 기지국으로부터 멀어지는 가입자 단말로부터 전달되는 상향 링크 데이터는 상기 이동하지 않는 가입자 단말로부터 전달되는 상향 링크 데이터보다 늦게 수신하는 것을 특징으로 하는 기지국 장치.
18. 시간 분할 송수신 방식을 사용하는 이동통신 시스템의 기지국과 상향 링크 시간을 동기화하는 가입자 단말에 있어서,

    상기 기지국으로 초기 레인징을 위한 초기 레인징 요청 신호를 송신하는 초기 레인징 요청 송신 모듈;

    상기 기지국으로부터 상향 링크 데이터의 지연 전송을 위하여 사전에 설정된 지연 시간의 정보가 포함되어 있는 초기 레인징 정보를 수신하는 레인징 정보 수신 모듈;

    상기 초기 레인징 정보에 포함된 전송 파라미터 값을 이용하여 초기 레인징을 수행하는 초기 레인징 수행 모듈; 및

    주기적 레인징 또는 대역 요청 레인징이 요구되면, 상기 초기 레인징을 통해 설정된 지연 시간을 이용하여 데이터 전송을 위한 데이터 구간을 조정하고, 조정된 데이터 구간을 통하여 상기 상향 링크 데이터를 전송하는 상향 링크 데이터 전송 모듈

    을 포함하며,

    상기 초기 레인징 정보에 포함된 지연 시간은 상기 기지국과 상기 가입자 단말 사이에 사전에 설정된 시간인, 가입자 단말.
19. 제18항에 있어서,

    상기 주기적 레인징을 위하여 전송한 주기적 레인징 코드 또는 상기 대역 요청 레인징을 위하여 전송한 대역폭 요청 코드에 대한 응답으로써, 상기 기지국으로부터 수신되는 레인징 응답 신호―여기서, 상기 레인징 응답 신호에는 전송 파라미터의 조정값이 포함되어 있음―에 따라 상기 초기 레인징을 통해 설정된 전송 파라미터 값을 조정하는 주기적 레인징 또는 대역 요청 레인징 수행 모듈

    을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가입자 단말.
20. 제18항에 있어서,

    상기 상향 링크 데이터 전송 모듈은,

    상기 상향 링크 트래픽이 탑재되는 데이터 구간인 FFT(Fast Fourier Transform) 구간을 사전에 설정된 지연 시간만큼 앞당겨서 설정하고, 상기 설정된 FFT 구간을 이용하여 상기 상향 링크 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 가입자 단말.

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