KR20000003009A

KR20000003009A - 셀룰러 시스템에서 이동 단말기의 탐색 범위설정 방법

Info

Publication number: KR20000003009A
Application number: KR1019980024069A
Authority: KR
Inventors: 변성일
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2000-01-15
Also published as: CN1139277C; KR100277761B1; CN1248137A; US6445728B1; RU2157059C1

Abstract

셀룰러 시스템에서 이동 단말기의 탐색 범위 설정 방법에 대하여 개시한다. 본 방법은, 기지국의 파일럿 신호를 탐색하는 이동 단말기에 있어서, 이동 단말기의 탐색기에서 출력되는 기 설정된 탐색 범위에서 강한 신호가 검출된 인덱스의 번호, 즉 최대 인덱스 정보를 수집한다. 수집된 최대 인덱스들에 대해, 신뢰도를 설정하고, 평균치를 계산한 다음, 설정된 신뢰도와 계산된 평균치를 사용하여, 수집된 최대 인덱스들에 대한 신뢰구간을 계산한다. 계산된 신뢰 구간을 탐색 범위의 최대 이탈값으로 하여, 탐색 범위를 예측한다. 이동 단말기로부터 수집된 탐색 결과 데이터를 사용하여 탐색 범위를 예측함으로써, 이동 단말기의 특성과 무선 환경을 적용할 수 있다.

Description

셀룰러 시스템에서 이동 단말기의 탐색 범위 설정 방법

본 발명은 셀룰러 시스템에서 이동 단말기의 탐색 범위 설정 방법에 관한 것으로서, 특히 코드분할 다중접속(Code Division Multiple Access: CDMA) 기술을 사용하는 셀룰러 시스템에서 이동 단말기가 기지국으로부터 전해진 파일럿 신호를 탐색하는 탐색 범위(Searching Window Size)를 예측하는 방법에 관한 것이다.

셀룰러 이동 통신 시스템은 전체 서비스지역을 다수의 무선 기지국 영역으로 분할하여 소규모의 서비스영역인 셀(cell)들로 구성하고, 이러한 무선 기지국들을 교환 시스템으로 집중 제어하여 가입자가 셀 간을 이동하면서도 통화를 계속할 수 있도록 한다. 셀룰러 시스템에서 이동 단말기가 한 기지국의 셀을 벗어나서 새로운 셀로 진입할 때 핸드오프 기능에 의해 통화가 지속될 수 있도록 한다.

도 1 은 통상적인 코드분할 다중접속(Code Division Multiple Access: CDMA) 기술을 사용하는 셀룰러 시스템의 구성도를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 이동 통신 서비스를 제공받는 이동 단말기(Mobile Station: MS)(40)와, 상기 이동 단말기(40)에게 서비스를 제공하는 기지국(Base station Transceiver Subsystem: BTS)(30)(31), 상기 기지국(30)(31)을 제어하는 기지국 제어기(Base Station Controller: BSC)(20) 및 상기 기지국 제어기를 일반 공중 교환 전화 네트워크(Public Switched Telephone Network: PSTN)(11)로 연결하는 이동 교환기(Mobile Switching Center: MSC)(10)로 구성된다. 상기 이동 교환기(10)는 홈 위치등록 시스템(Home Location Register: HLR)(12)과 방문자 위치등록 시스템(Visitor Location Register: VLR)(13)으로부터 이동 단말기(40)에 대한 정보를 얻어서 서비스를 제공한다.

상기와 같이 구성된 코드분할 다중접속 시스템에서, 기지국에서 이동 단말기의 방향으로 향하는 링크를 순방향 링크(Forward Link)라 하고, 이동 단말기에서 기지국의 방향으로 향하는 링크를 역방향 링크(Reverse Link)라 한다. 한 기지국 안의 모든 순방향 채널은 같은 의사잡음(Pseudorandom Noise: PN) 시퀀스(PN Sequence) 시간 옵셋(Time Offset)을 가진다. PN 옵셋은 순방향 채널 중의 하나인 파일럿 채널(Pilot Channel)을 통해 전송되므로 파일럿 신호라고 불리며, 코드분할 다중접속 시스템에서 여러 기지국을 구분하는 식별 신호가 된다.

코드분할 다중접속 시스템의 이동 단말기는 순방향 채널에서 좋은 신호 품질을 얻기 위해, 파일럿 신호를 항상 검색(Monitor)한다. 기지국의 서비스영역 내에 위치하는 이동 단말기는 동기를 위해 파일럿 신호를 사용한다. 이동 단말기는 파일럿 신호로부터 순방향 코드분할 다중접속 채널의 타이밍을 획득하며, 코히런트 복조(coherent demodulation)를 위한 위상 기준(phase reference)을 얻을 수 있다.

코드분할 다중접속 이동 단말기는 코드를 달리하여 동시에 여러 기지국과 통화를 연결할 수 있다. 이러한 기능을 소프트 핸드오프라고 하며, 다수의 기지국으로부터의 경로 중 가장 품질이 양호한 경로를 선택하기 위해 탐색기(Searcher)가 사용된다.

이동 단말기가 기지국으로부터의 파일럿 신호를 획득한 후에, 그 기지국은 이동 단말기에게 현재 기지국과 다른 기지국으로부터 전해진 파일럿 신호를 각 기지국별로 특별한 시간 위치에서 찾을 것을 계속해서 지시한다. 코드분할 다중접속 시스템은 하나의 기지국으로부터 다중 경로를 통해 전해진 반사신호들을 다중 디지털 수신기(Multiple digital receivers)를 사용하여 다이버시티 조합(Diversity Combine)한다. 이 다중 디지털 수신기는 핑거(Finger)라고 불린다.

기지국은 페이징 채널(Paging Channel)을 통해 이동 단말기에게 각각의 파일럿 신호에 대한 특별한 시간 위치, 즉 탐색 범위(Window size)를 제공한다. 이동 단말기는 기지국과 최초로 연결될 때, 활성 조합(Active Set)/인접 조합(Neighbor Set)/후보지 조합(Candidate Set)/예비 조합(Remain Set) 별로, 각각의 조합에 대한 탐색 범위를 이동 단말기에게 전송한다. 기지국으로부터 전해진 탐색 범위는 해당 기지국에 대해 고정된다.

이동 단말기의 탐색기는 이 탐색 범위 동안에, 현재 연결된 여러 파일럿 신호들 중 가장 신호가 강한 파일럿 신호를 연속적으로 검출(Detection)한다. 탐색 범위가 너무 넓으면 가장 강한 파일럿 신호를 탐색하는데 시간이 너무 많이 걸리게 되며, 탐색 범위가 너무 좁으면 정확한 탐색 결과를 얻기 어렵다. 그러므로 적절한 색 범위의 설정은 순방향 채널에서 좋은 신호 품질을 얻기 위해 매우 중요하다.

종래 기술에 의한 탐색 범위 설정 방법은, 모델링 접근 방법과 측정 방법을 통해 수행된다. 모델링 접근 방법은 다중경로 모델(Multipath model)을 통해 탐색 범위를 예측한다. 그러나 이 방법은 모델에 따라 탐색 범위가 가변적이므로, 실제 필드 환경에 적용되는 데에는 한계가 있다. 또한 측정 방법은 연속파(Continuous Wave: CW)를 출력하여 수신기(Receiver)가 전력 프로파일(Power Profile)을 통해 지연 확산(Delay Spread)을 측정함으로써, 탐색 범위를 측정한다. 이 방법은 모델링 방법보다는 신뢰성이 있지만, 이동 단말기 자체의 특성을 고려하지 않는다는 문제점이 있다.

미국특허 제 5,726,982 호, "ARTIFICIAL WINDOW SIZE INTERRUPT REDUCTION SYSTEM FOR CDMA RECEIVER"에는, 코드분할 다중접속 시스템에서 PN 시퀀스의 위상 정보를 얻기 위해 사전에 탐색 범위(windows size)를 설정하여 획득하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 활성/후보/인접/예비 조합 별로 탐색 범위 중심값(Search window center)을 설정하고, 기지국으로부터 주어진 상/하위 범위를 중심값에 더하여 탐색 범위를 설정한다.

그러나 상기의 방법도 마찬가지로, 이동 단말기의 특성이나 실제 무선 환경의 특성을 고려하지 않았다는 문제점을 가진다.

본 발명은 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 이동 단말기의 특성을 고려하기 위하여, 이동 단말기로부터 탐색기 관련 데이터를 직접 수집하고 그것을 분석함으로써 탐색 범위를 예측하는, 코드분할 다중접속 이동 단말기의 탐색 범위 설정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적과 장점은 하기된 발명의 상세한 설명을 읽고 첨부된 도면을 참조하면 보다 명백해질 것이다.

도 1 은 통상적인 코드분할 다중접속 기술을 사용하는 셀룰러 시스템의 구성도를 나타낸 것이다.

도 2 는 본 발명이 적용되는 코드분할 다중접속 이동 단말기의 수신부 구조도를 나타낸 것이다.

도 3 은 본 발명에 의한 이동 단말기의 탐색 범위 설정 방법을 나타낸 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 이동 교환기

11 : 공중 교환 전화 네트워크

12 : 홈 위치 등록기

13 : 방문자 위치 등록기

20 : 기지국 제어기

30,31 : 기지국

40 : 이동 단말기

120 : 안테나

130 : 수신부

140,142,144 : 디지털 수신기

134 : 탐색기

146 : 제어 로직

150 : 다이버시티 조합기

152 : 역-삽입기

154 : 디코더

160 : 중앙 처리 장치

170 : 보코더

172 : D/A 스피커

190 : 메모리

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명에 따른 셀룰러 시스템에서 이동 단말기의 탐색 범위 설정 방법의 바람직한 실시예는, 기지국의 파일럿 신호를 탐색하는 이동 단말기에 있어서,

이동 단말기의 탐색기(Searcher)에서 출력되는 탐색 결과를 수집하는 과정과;

수집된 탐색 결과로부터 탐색 범위(Searching Window size)를 예측하는 과정을 포함한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수집하는 과정은, 기 설정된 탐색 범위에서 강한 신호가 검출된 인덱스의 번호, 즉 최대 인덱스를 수집하는 것이 바람직하며,

상기 예측하는 과정은, 샘플 평균에 대한 분포를 고려하여 최대 이탈값(offset)을 구하는 단계와;

상기 최대 이탈값을 2배하여 탐색 범위를 구하는 단계를 포함하는 것이 바람직하며,

상기 최대 이탈값을 구하는 단계는, 수집된 최대 인덱스들의 분포를 정규화된 로그 분포(Log-normal distribution)로 가정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 셀룰러 시스템에서 이동 단말기의 탐색 범위 설정 방법의 바람직한 다른 실시예는, 기지국의 파일럿 신호를 탐색하는 이동 단말기에 있어서,

이동 단말기의 탐색기(Searcher)에서 출력되는 기 설정된 탐색 범위에서 강한 신호가 검출된 인덱스의 번호, 즉 최대 인덱스 정보를 수집하는 과정과;

수집된 최대 인덱스들에 대한 신뢰도를 설정하는 과정;

수집된 최대 인덱스들에 대한 평균치를 계산하는 과정;

설정된 신뢰도와 계산된 평균치를 사용하여, 수집된 최대 인덱스들에 대한 신뢰구간을 계산하는 과정; 및

계산된 신뢰구간으로부터 탐색 범위(Searching Window size)를 예측하는 과정을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 신뢰구간은, 수집된 최대 인덱스들의 분포를 정규화된 로그 분포(Log-normal distribution)로 가정하고,

m

이 수집된 최대 인덱스들의 평균이고,

k

는 신뢰도에 의한 값이고,

σ

는 수집된 최대 인덱스들의 표준 편차이고,

x

는 수집된 최대 인덱스 샘플일 때,

m-kσ ≤ x ≤ m+kσ

에 의해 계산되는 것이 바람직하며,

상기 신뢰 구간

S′

는,

S′=|m|+MAX(|m-kσ |, |m+kσ |)

에 의해 계산되는 것이 바람직하며,

상기 탐색 범위

S

는,

S = 2S′

에 의해 계산되는 것이 바람직하다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 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.

본 발명은 이동 단말기가 탐색기로부터 탐색 결과 데이터(searching result data)를 직접 수집(Logging)하고, 그 데이터로부터 탐색 범위를 예측한다.

도 2 는 본 발명이 적용되는 코드분할 다중접속 이동 단말기의 수신부 구조도를 나타낸 것이다. 안테나(120)로 수신된 셀룰러 무선 신호는 수신부(130)로 입력된다. 입력된 신호는 다수의 디지털 수신기(핑거)(140)(142)(144)로 입력되며, 또한 탐색기(134)로 입력된다. 3 개의 디지털 수신기(140)(142)(144)와 제어 로직(Control Logic)(146)은 복조 핑거(demodulation finger)를 구성하며, 다중 경로 정보를 복조하여, 다이버시티 조합기(Diversity Combiner)(150)로 보낸다. 조합된 신호는 역-삽입기(De-Interleaver)(152)와 디코더(154)를 통해 중앙 처리 장치(Central Processing Unit: CPU)(160)로 입력된다. CPU(160)는 디코더(154)로부터 입력된 신호를 보코더(Vocoder)(170)로 보내어, D/A 스피커(Digital-to-Analog Speaker)(172)에서 출력하도록 한다.

제어 로직(146)의 정보는 탐색기(134)가 파일럿 신호를 탐색하기 위해 사용된다. 탐색기(134)에서 탐색이 완료되면, 탐색 결과 정보를 CPU(160)로 출력한다. CPU(160)는 탐색 결과를 메모리(190)에 저장한다.

상기된 바와 같이 메모리에 저장되는 탐색 결과 정보로는 최대 인덱스(Search_Max_Index)와, 최대 에너지(Search_Max_Energy) 및 위치(Search_Position)가 있다. 최대 인덱스는 탐색 결과 강한 에너지가 발견된 탐색 위치를 말하며, 최대 에너지는 검출된 에너지의 값을 말하고, 위치는 탐색기가 탐색하는 위치를 말한다. 본 발명에서 사용하는 정보는 최대 인덱스이다.

본 발명에 의한 코드분할 다중접속 이동 단말기는 탐색기에서 출력되는 최대 인덱스를 참조하여 탐색 범위를 설정한다. 최대 인덱스는 반칩(1/2chip) 단위로 출력되며, 탐색 범위와 밀접한 관계를 가진다. 이 값은 기지국으로부터 수신되어 초기 설정된 탐색 범위 내에서, 해당 PN 옵셋에 대해 최대 에너지를 가지는 PN 위상, τ에 대한 정보를 의미한다.

예를 들어, 기지국으로부터 수신된 활성 조합에 대한 탐색 범위가 ±14 칩이고, 이동 단말기에서 설정된 메모리의 크기가 ±12 칩이라고 할 때, 탐색 범위 중심값은 0이다. 이때, 탐색기는 ±12 칩의 범위 내에서 검출된 PN 위상을 반칩 단위로 출력한다. 최대 인덱스는 검출된 PN 위상이 몇 번째 인덱스에 속하는지에 대한 정보이다. 최대 인덱스가 작다면 탐색 범위는 더 작아질 수 있다. 반대로 최대 인덱스가 크다면, 더 정확한 탐색 결과를 얻기 위해서, 탐색 범위는 더 커져야 할 것이다.

본 발명은 수집된 최대 인덱스 정보로부터 탐색 범위를 예측하기 위해 신뢰 구간(Confidence interval)의 개념을 사용한다. 이것은 PN 시퀀스가, 자기 상관(Auto-correlation) 특성의 직교성(Orthogonality)에 기인하여 로그 정규화 분포(Log-normal distribution)를 나타내기 때문이다.

도 3 은 본 발명에 의한 이동 단말기의 탐색 범위 설정 방법을 나타낸 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 탐색기 데이터를 수집하는 과정(210)과, 수집된 데이터를 통해 최대 인덱스들에 대한 신뢰도(Confidence Level)를 설정하는 과정(220), 최대 인덱스들에 대한 평균(mean)을 계산하는 과정(230), 최대 인덱스들에 대한 신뢰 구간을 계산하는 과정(240) 및 계산된 신뢰 구간으로부터 탐색 범위를 설정하는 과정(250)을 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다.

먼저 이동 단말기로부터 탐색 결과 데이터, 특히 최대 인덱스 값을 수집(Logging)한다.(210) 수집된 최대 인덱스로부터 원하는 신뢰도를 설정한다.(220) 이때 설정된 신뢰도

p

에 의해

k

값을 계산한다.

2Q(k ) = 1-p

여기서

Q(k )

는 잘 알려진 Q-함수(Q-function)로서, 근사적으로 로 표현된다. 상기

k

는 최대 인덱스 샘플의 개수

N

에 따라 변화된다.

k

를 결정하고 나면, 최대 인덱스에 대한 평균

m

을 구하고, 이 값에 대한 표준편차

σ

를 구한다.(230) 상기

m

과

σ

를 사용하여 최대 인덱스에 대한 통계적 분포를 구한다. 그리고 나면 샘플

x

의 개수

N

을 고려하여, 샘플 평균에 대한 데이터의 신뢰 구간을 수학식 2와 같이 계산한다.(240)

m-kσ ≤ x ≤ m+kσ

위와 같이 계산된 신뢰구간을 통해 탐색 범위

S

는 수학식 3과 같이 예측된다.(250)

S′=|m|+MAX(|m-kσ |, |m+kσ |)

S = 2S′

최대 인덱스의 샘플 평균

m

은 양(+) 또는 음(-)의 값을 가지므로 절대치를 고려해야 한다. 최대 중심값에서 이탈하여 들어오는 가능성을 고려하여, 최대 이탈값(offset)

S′

를 신뢰도에 따라 설정한다. 그러므로 최종 탐색 범위

S

는 중심값으로부터 이탈되는 이탈값

S′

을 2배하여 구한다.

상기된 바와 같이, 이동 단말기가 출력하는 탐색 결과로부터 신뢰구간을 설정하고, 탐색 범위를 예측할 수 있다. 그러므로 이동 단말기의 특성이나 현재 전파 환경을 충분히 고려할 수 있게 되며, 변화되는 전파 환경에 대처할 수 있게 된다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상기 발명의 상세한 설명에서 언급된 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상기한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

이동 단말기의 탐색기로부터 탐색기 관련 데이터를 직접 수집하여, 그것을 분석하여 탐색 범위를 예측한다. 그러므로 전파 환경(Mophology)별 탐색 범위를 설정할 수 있으며, 적정한 탐색 범위를 통해 이동 단말기의 과부하를 줄이고, 평균 획득 시간(Acquisition time)과 검출 확률(Detection Probability)을 향상시켜 호 품질(Call Quality)을 개선한다.

Claims

기지국의 파일럿 신호를 탐색하는 이동 단말기에 있어서,

이동 단말기의 탐색기(Searcher)에서 출력되는 탐색 결과를 수집하는 과정과;

수집된 탐색 결과로부터 탐색 범위(Searching Window size)를 예측하는 과정을 포함하는, 셀룰러 시스템에서 이동 단말기의 탐색 범위 설정 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 수집하는 과정은, 기 설정된 탐색 범위에서 강한 신호가 검출된 인덱스의 번호, 즉 최대 인덱스를 수집하는, 셀룰러 시스템에서 이동 단말기의 탐색 범위 설정 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 예측하는 과정은,

샘플 평균에 대한 분포를 고려하여 최대 이탈값(offset)을 구하는 단계와;

상기 최대 이탈값을 2배하여 탐색 범위를 구하는 단계를 포함하는, 셀룰러 시스템에서 이동 단말기의 탐색 범위 설정 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 최대 이탈값을 구하는 단계는, 수집된 최대 인덱스들의 분포를 정규화된 로그 분포(Log-normal distribution)로 가정하는, 셀룰러 시스템에서 이동 단말기의 탐색 범위 설정 방법.
기지국의 파일럿 신호를 탐색하는 이동 단말기에 있어서,

이동 단말기의 탐색기(Searcher)에서 출력되는 기 설정된 탐색 범위에서 강한 신호가 검출된 인덱스의 번호, 즉 최대 인덱스 정보를 수집하는 과정과;

수집된 최대 인덱스들에 대한 신뢰도를 설정하는 과정;

수집된 최대 인덱스들에 대한 평균치를 계산하는 과정;

설정된 신뢰도와 계산된 평균치를 사용하여, 수집된 최대 인덱스들에 대한 신뢰구간을 계산하는 과정; 및

계산된 신뢰구간으로부터 탐색 범위(Searching Window size)를 예측하는 과정을 포함하는, 셀룰러 시스템에서 이동 단말기의 탐색 범위 설정 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 신뢰구간은,

수집된 최대 인덱스들의 분포를 정규화된 로그 분포(Log-normal distribution)로 가정하고,

m 이 수집된 최대 인덱스들의 평균이고,

k 는 신뢰도에 의한 값이고,

σ 는 수집된 최대 인덱스들의 표준 편차이고,

x 는 수집된 최대 인덱스 샘플일 때,

m-kσ ≤ x ≤ m+kσ 에 의해 계산되는, 셀룰러 시스템에서 이동 단말기의 탐색 범위 설정 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 신뢰 구간 S′ 는,

S′=|m|+MAX(|m-kσ |, |m+kσ |) 에 의해 계산되는, 셀룰러 시스템에서 이동 단말기의 탐색 범위 설정 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 탐색 범위 S 는,

S = 2S′ 에 의해 계산되는, 셀룰러 시스템에서 이동 단말기의 탐색 범위 설정 방법.