KR20000072428A - 비동기식 광대역 코드분할 다중접속 시스템을 위한 셀탐색 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 비동기식 광대역 코드분할 다중접속(W-CDMA) 시스템을 위한 셀 탐색 방법 및 시스템은, 기지국이, 프레임의 각 슬롯에 공통코드, 및 상기 기지국 고유의 M진 도약코드 시퀀스에 대응하여 코드 위치 변조된 동일한 이진코드를 각각 포함하는 코드블록들을 포함하는 코드 시퀀스를 전송하고; 이동국이, 상기 코드 시퀀스를 수신하여, 상기 공통코드를 기준으로 상기 슬롯의 시작점을 판별하고, 상기 슬롯의 코드블록들 내의 이진코드의 위치를 식별하고, 이에 따라 상기 기지국의 M진 도약코드 시퀀스를 재생하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 수신기 하드웨어의 단순화, 수신기의 소형화의 효과를 가져오며, 또한 비용절감의 효과도 기대할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 알고리즘은 기지국으로부터 전송되는 모든 심볼을 수신할 필요없이 선행하는 일부 심볼만을 수신하여 전체 코드 시퀀스를 복원하므로, 수신기의 상관 연산량을 최소화하여, 종래기술의 셀탐색방법보다 셀 탐색시간을 현저하게 감소시킨다.

Description

비동기식 광대역 코드분할 다중접속 시스템을 위한 셀 탐색 방법 및 시스템{METHOD FOR CELL SEARCH FOR ASYNCHRONOUS W-CDMA AND SYSTEM FOR THE SAME}
본 발명은 비동기식 광대역 코드분할 다중접속(Wideband CDMA: W-CDMA) 시스템을 위한 고속 셀 탐색 방법 및 시스템에 관한 것이다. 더 특정하면, 본 발명은 비동기식 W-CDMA 시스템을 위하여 코드블록 내의 코드 위치변조를 이용한 고속 셀 탐색 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근의 통신기술은 무선 디지탈 통신에 초점이 맞추어져 왔으며, 특히 최근의 무선 단말기의 급속한 확산에 따라 음성, 데이터, 비디오, 문서 등을 통합적으로 무선 단말기의 사용자들에게 제공하려는 시도가 활발히 진행되어 왔다. 이러한 시도의 일환으로서 IMT-2000 시스템이 등장하였으며, 하나의 통일된 표준을 제정하려는 노력은 유럽 및 일본을 중심으로한 3GPP 중심의 비동기식 W-CDMA 시스템과 미국을 중심으로한 3GPP2의 동기식 cdma 2000 시스템으로 나뉘어지게 되었다.
차세대 이동통신 시스템의 기본적인 요건은, 대용량 및 고속의 무선통신이 가능해야 한다는 점인데, 이를 위해서 현재 상용화된 협대역 CDMA와 시스템과는 상이한 광대역 CDMA(W-CDMA)가 제시되었다. W-CDMA는 넓은 주파수 대역을 사용함으로써, 대량의 대이터를 고속으로 전송할 수 있고, 또한 사용자를 다중 코드로 분리하여 시스템 용량을 증대시킬 수 있으며, 하나의 주파수 대역을 다수의 직교 코드로 분리할 수 있으므로 주파수 사용 효율이 양호하며 주파수의 재사용도 자유로워서 셀의 설계에 있어서도 유리하다.
W-CDMA 와 같은 CDMA 방식의 이동 통신 시스템에 있어서는 이동국이 통신을 개시할 때에, 또는 이동국이 현재 통신하고 있는 1개의 기지국 영역(cell:셀)으로부터 인접하는 셀로 이동할 때(핸드오버), 기지국(핸드오버의 경우 인접 기지국)과 이동국 사이의 의사잡음(Pseudo Noise: PN) 코드와 프레임/슬롯의 동기화가 필수적이다. 이러한 처리를 셀탐색(cell search)이라고 하며, 셀탐색의 방식은 동기식과 비동기식으로 나뉜다.
도 1을 참조하면, IS-95와 같은 동기식 시스템에서는 셀 간의 코드를 PN코드의 오프셋으로 구별하여 짧은 시간 내에 셀을 탐색할 수 있지만 GPS(Global Positioning System)라는 외부의 타이밍 소스가 필요하다는 단점이 있다.
이에 반하여 3GPP의 W-CDMA가 기반을 두고 있는 비동기식 시스템의 경우에는, GPS가 요구되지 않으므로, 실내의 소형셀 등 다양한 형태의 기지국을 설치할 수 있으며, 실외의 매크로셀(macro cell)로부터 실내의 피코셀(pico cell)로 이동할 경우에도 시스템이 유연하게 대처할 수 있는 장점을 가진다. 그러나, 비동기식의 경우 각 기지국은 서로 다른 PN코드를 가져야 하므로, 이동국의 셀탐색에 많은 시간이 소요되며, 절차가 복잡해지는 단점이 있다. 이와 같은 단점을 극복하기 위하여, 비동기식 시스템에 있어서 셀탐색 시간을 효율적으로 최소화하려는 연구가 활발히 진행되어 왔다.
먼저, 3GPP에서 채택된 컴마 프리 코드(comma free code)를 이용한 초기 코드 동기 획득에 관하여 살펴보면 다음과 같다. 도 2에는 3GPP의 W-CDMA의 순방향 동기채널 구조가 도시되어 있다. 순방향 채널은 1차 채널과 2차 채널로 구분되며, 1차 채널에는 슬롯의 시작점을 지시하기 위한 공통코드가 전송되고, 2차 채널에는 각 기지국의 고유 코드가 전송된다. 여기서, 각 기지국 고유의 코드 시퀀스는 생성행렬(generator matrix) GF(17)에 의하여 정의된 RS 코드에 의하여 결정된 컴마 프리 코드이다(여기서 GF(M)는 갈로이스 필드(Galois Field)를 의미하며, 모든 연산은 모듈 M으로 행해진다). 컴마 프리 코드는 상기 2 차 채널의 각 프레임 내의 각각의 슬롯을 모두 차지한다.
컴마 프리 코드 이용 방식의 초기 코드 동기 획득과정에서는, 우선 1차 채널로 전송되는 공통코드를 이용하여 이동국의 수신단에서 공통 코드 정합필터를 구성하고, 각 슬롯 단위로 공통 코드 정합필터의 출력이 최대가 되는 지점을 이용하여 슬롯의 시작점을 검출한다. 이 슬롯의 시작점을 기준으로 하여 M진(M-ary) 코드에 대한 상관(correlation)을 수행하고, RS 시퀀스를 디코딩하여 기지국을 판별한다. 그런데, 이 방식에서는, 이동국이 기지국을 식별하기 위해서는 하나의 프레임 내의모든 슬롯에 포함된 데이터를 모두 판별하여야 하므로, 셀 탐색 시간이 길고 잡음의 영향이 크며, 또한 한 프레임 내의 모든 데이터를 상관시켜야 하므로 이동국의 수신기의 장치가 다소 복잡하다.
이러한 문제점의 해결을 위하여, 일본의 ARIB(Association of Radio Industries and Business)에서 IMT-2000의 표준으로 제안한 방식은 다음과 같다. 도 3을 참조하면, 하나의 긴(long) PN 코드를 주기적으로 마스킹(masking)하고 마스킹된 부분에 짧은 주기를 갖는 그룹 식별 코드를 삽입한다. 이 때, 마스킹된 부분은, 1) 다른 채널로부터 파일롯 채널을 구분하기 위해 사용되는 짧은 코드(모든 기지국에 공통됨)와 2) 기지국 고유의 긴 코드들을 그룹으로 구분하는 그룹 식별코드(group identity code:GIC)의 합성성분이며, 이동국은 이 마스킹된 부분으로부터 긴 코드의 위상정보 및 그룹 정보를 획득한다. 이 방식에 의한 이동국의 셀탐색은, 먼저 긴 코드의 시작점을 탐색하고, 그룹 식별코드를 식별한 후, 긴 코드를 찾아내는 과정으로 이루어진다. 따라서, 그룹핑이 없는 경우보다는 셀 탐색 시간이 감소되지만, 시스템이 복잡하고, 마스킹된 부분에서는 직교성이 만족되지 않을 가능성이 크다. 또한, 셀 탐색과정이 상기와 같이 3개의 단계로 이루어지기 때문에 셀 탐색 시간의 감소에 한계가 있다.
주식회사 신세기통신에서 제안한 한국특허 제260457호 및 제260458호의 고속 셀 탐색방법은 기존의 셀탐색 방법의 단점들을 극복하기 위한 해결책을 제시하였다. 신세기 통신의 발명에 따르면(도 4 참조), 파일롯 채널을 통하여 전송되는 신호의 프레임내의 각 슬롯에, 공통코드(CC)와 도약코드(hopping code) 시퀀스에 대응하는 이진코드(BC)가 포함된다. 이 방식에서는 각 기지국은 M진 도약코드에 의하여 구분되며, 각 도약코드 시퀀스는 이에 대응하는 이진코드를 갖는다. 특히, 신세기 통신의 발명에서는 M진 도약코드로서는 RS코드, 이진코드로서는 확장된 골드 코드(extended gold code)가 사용되었다. 상기 도약코드는 GF(M)을 이용하여 하기 수학식 1과 같이 형성된다.
(여기서 β는 GF(M)의 기초요소(primitive element)이다)
r=[n0, n1, n2, ... , ni, ... , nk]G
(여기서 ni∈{0, 1, 2, ... , M-1})
상기 알고리즘에 의하면, 생성행렬을 이용하여 도약코드 시퀀스를 형성하기 때문에, 최초의 k개의 비트만을 판별하면, 나머지 전체 코드를 행렬연산을 통하여 알아 낼수 있다.
상기 셀탐색 과정은, 이동국이 공통 코드 정합필터를 사용하여 슬롯의 시작점을 찾는 단계와, 이동국의 수신단에서 상관기를 이용하여 도약코드의 시퀀스를 판별하는 단계로 이루어지는데, 앞서 설명된 바와 같이, 최초 k개의 비트만을 판별하면 나머지의 코드를 알아낼 수 있으므로 셀탐색 시간을 최소화할 수 있고, 또한 잡음의 영향도 최소화할 수 있는 효과를 가져왔다.
그러나, 상기 신세기통신의 셀탐색방법에서는, 각 도약코드마다 이에 대응하는 이진코드가 상이하게 설정되기 때문에, 각 코드 사이의 자기 상관 특성 뿐만 아니라 교차 상관 특성도 양호한 코드가 사용되어야 한다. 또한 이동국의 수신단에서 도약코드의 검출을 위하여 여러 종류의 코드에 대한 상관기가 필요하므로 하드웨어가 필연적으로 복잡하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 종래 기술의 비동기 W-CDMA 셀탐색의 탐색시간을 최소화하는 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한 비동기 W-CDMA 셀탐색에 있어서 이동국의 수신장치를 간단화하고 동시에 셀탐색의 신뢰도를 높일 수 있는 방법 및 시스템의 제공을 목적으로 한다.
아울러, 본 발명은 특히 상기 언급된 종래의 도약코드를 이용한 셀탐색의 한계를 극복하여, 양호한 자기상관특성만을 요구하며, 간단한 수신기 장치로도 신뢰도가 높은 셀탐색 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 동기식 및 비동기식 CDMA 시스템에 있어서의 셀 탐색을 비교한 개략도이다.
도 2는 종래기술의 3GPP에서 채택된 채널의 프레임 구조를 도시하는 개략도이다.
도 3은 일본의 ARIB에서 제안한 채널의 프레임 구조를 도시하는 개략도이다.
도 4는 한국특허 제260457호 및 제260458호의 고속 셀 탐색방법에서 제안된 채널의 프레임 구조를 도시하는 개략도이다.
도 5는 본 발명에 있어서, 기지국으로부터 순방향 채널을 통하여 전송되는 코드 시퀀스의 프레임 구조를 도시하는 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 시스템의 기지국 송신단의 전체적인 구성을 도시하는 개략도이다
도 7은 본 발명의 시스템의 파일롯채널의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 시스템의 이동국의 수신단을 도시하는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 셀탐색 방법에 있어서 코드 시퀀스의 코드블록을 형성하는알고리즘을 도시하는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 수신단에서의 셀 탐색 알고리즘을 도시하는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 수신단의 이진코드 위치 검출기의 원리를 도시하는 개략도이다.
도 12는 본 발명의 수신단의 PN 코드 재생수단을 도시하는 개략도이다.
도 13은 종래기술과 본 발명의 효과를 비교한 그래프이다.
본 발명에 따른 비동기식 광대역 코드분할 다중접속(W-CDMA) 시스템을 위한 셀 탐색 방법은, 기지국이, 프레임의 각 슬롯에 공통코드, 및 상기 기지국 고유의 M진 도약코드 시퀀스에 대응하여 코드 위치 변조된 동일한 이진코드를 각각 포함하는 코드블록들을 포함하는 코드 시퀀스를 전송하고; 이동국이, 상기 코드 시퀀스를 수신하여, 상기 공통코드를 기준으로 상기 슬롯의 시작점을 판별하고, 상기 슬롯의 코드블록들 내의 이진코드의 위치를 식별하고, 이에 따라 상기 기지국의 M진 도약코드 시퀀스를 재생하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 특히, 상기 M진 도약코드는 RS 코드이며, 상기 이진코드는 골드코드이며, 1개의 슬롯 내에 상기 코드블록이 M-1개인 것이 바람직하고, 상기 이동국이 상기 슬롯 내의 코드블록들 중 선행하는 일부 코드블록들 만의 이진코드들의 위치를 식별하고, 상기 일부 코드블록들 만의 이진코드들의 위치로부터 M진 도약코드 시퀀스를 재생하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 공통코드의 길이는 상기 이진코드가 포함된 각 코드블록의 길이보다 긴 것이 바람직하다.
그리고, 상기 각 코드블록은, 상기 코드블록의 앞부분 1/2 구간이 M+1개의 세부구간으로 분할되고, 상기 이진코드는 상기 코드블록의 1/2의 길이를 가지며, 상기 각 코드블록 내의 상기 이진코드가 시작되는 세부구간이, 상기 도약코드 시퀀스 중의 각 도약코드 번호에 따라 결정되는 방식으로 위치변조되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 비동기식 광대역 코드분할 다중접속(W-CDMA) 시스템을 위한 셀 탐색 시스템은, 프레임의 각 슬롯에 공통코드, 및 상기 기지국 고유의 M진 도약코드 시퀀스에 대응하여 코드 위치 변조된 동일한 이진코드를 각각 포함하는 코드블록들을 포함하는 코드 시퀀스를 형성하여 전송하는, 기지국의 송신수단; 및 상기 코드 시퀀스를 수신하는 수단, 상기 공통코드를 기준으로 상기 슬롯의 시작점을 판별하는 수단, 상기 슬롯의 코드블록들 내의 이진코드들의 위치를 식별하는 수단, 및 상기 기지국의 M진 도약코드 시퀀스를 재생하는 수단을 포함하는, 이동국의 수신수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 M진 도약코드는 RS 코드이며, 상기 이진코드는 골드코드이며, 1개의 슬롯 내에 상기 코드블록이 M-1개인 것이 바람직하고, 상기 수신수단의 이진코드들의 위치를 식별하는 수단은, 상기 슬롯 내의 코드블록들 중 선행하는 일부 코드블록들 만의 이진코드들의 위치를 식별하고, 상기 수신수단의 M진 도약코드를 재생하는 수단은, 상기 일부 코드블록들 만의 이진코드들의 위치로부터 M진 도약코드 시퀀스를 재생하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 공통코드의 길이는 상기 이진코드가 포함된 각 코드블록의 길이보다 긴 것이 바람직하다.
그리고, 상기 각 코드블록은, 상기 코드블록의 앞부분 1/2 구간이 M+1개의 세부구간으로 분할되고, 상기 이진코드는 상기 코드블록의 1/2의 길이를 가지며, 상기 각 코드블록 내의 상기 이진코드가 시작되는 세부구간이, 상기 도약코드 시퀀스 중의 각 도약코드 번호에 따라 결정되는 방식으로 위치변조되는 것이 바람직하다.
상기 본 발명에 의한 셀 탐색 방법 및 시스템에 적합한 수신기는, 기지국으로부터 상기 코드 시퀀스를 수신하는 수단; 상기 공통코드를 검출하여 슬롯타이밍을 맞추는 수단; 상기 코드블록들 내의 이진코드의 위치를 검출하는 수단; 및 상기 이진코드의 위치로부터 기지국의 M진 도약코드 시퀀스를 재생하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 슬롯타이밍을 맞추는 수단은 공통코드 정합필터를 포함하고, 상기 이진코드의 위치를 검출하는 수단은 이진코드 정합필터를 포함하는 것이 바람직하다.
상기에 설명된 본 발명의 구성과 그에 따른 효과는, 첨부된 도면과 함께, 하기의 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명을 참조하여 명백하고도 용이하게 이해될 것이다.
실시예
도 5는, 본 발명에 있어서, 기지국으로부터 순방향 채널을 통하여 전송되는 코드 시퀀스의 프레임 구조를 도시하는 개략도이다. 순방향 채널은 파일롯(pilot) 채널 및 트래픽(traffic) 채널로 구성되는데, 도 5는 파일롯 채널의 구조를 도시한다. 이 파일롯 채널을 통하여 긴(long) 코드의 동기화를 위한 데이터가 전송된다.
도 5를 참조하면, 하나의 프레임은 10ms의 주기를 가지고 있으며 40960 개의 칩으로 구성된다. 그리고, 하나의 프레임은, 각각 4096 칩으로 이루어진 10개의 슬롯(슬롯#1~슬롯#10)으로 구분된다. 슬롯#1(10)을 예로 들어 슬롯의 구조를 설명하면, 슬롯#1(10)은 공통코드와 30개의 코드블록을 포함하는데, 슬롯의 최초의 위치에 공통코드(11)가 삽입되고, 후속하는 30개의 코드블록(CB#1~CB#29)에는 M진 도약코드(HN#0, HN#5, ..., HN#14)의 시퀀스가 포함되어 있다. 공통코드(11)는 모든 기지국 또는 셀에 공통적으로 적용되는 코드로서, 매 슬롯의 앞부분에 위치하여 슬롯의 시작점을 지시한다. 슬롯의 시작점을 보다 빠르고 신뢰성있게 지시하기 위하여 공통코드(256칩 길이)는 타 코드블록(128칩 길이) 보다 2배의 길이를 가진다. M진 도약코드 시퀀스는 각 기지국을 구분하기 위한 것으로서, 각 기지국마다 고유한 값을 가지며, M진 도약코드를 사용할 경우, 슬롯 내의 M-1개의 코드블록에 포함된다. 상기 M진 도약코드로서는 RS 코드가 사용되었다.
본 발명에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 동일한 이진코드(12a,13a, ..., 16a)가 각 코드블록의 M진 도약코드에 대응하도록 상기 코드블록 내에서 시프트된 위치를 차지하도록 변조된다. 본 실시예에서 상기 이진코드는 자기 상관 특성이 양호한 골드코드가 사용되었지만, 이에 국한되지 않고, m-시퀀스, 카사미코드(Kasami Code)도 사용될 수 있다. 상기 각 코드블록은 M진 도약코드의 경우에 M+1개의 구간으로 구분되며, 각 코드블록에 해당하는 도약코드에 따라서 상기 이진코드의 시작점의 위치가 결정되도록 변조된다. 상기 이진코드는 모든 코드블록에 대하여 동일하며, 각 코드블록의 길이의 절반인 64칩 길이를 가진다. 코드블록 내에서 이진코드가 채워지지 않은 나머지 부분은 '0'으로 채워진다.
도 5에 도시된 본 실시예에서는 해당 기지국의 도약코드 시퀀스가 (0,5,...,14)인 경우를 예시한 것이다. 제1 코드블록(CB#0) 내에서는 이진코드가 전체 M+1구간 중 첫번째 위치에 놓이고, 제 2 코드블록(CB#1) 내에서는 이진코드가 전체 구간 중 5번째 위치에 놓이도록, 그리고, 제 30 코드블록(CB#29) 내에서는 이진코드가 14번째 위치에 놓이도록 변조된다. 이러한 방식으로, M-1개의 도약코드 시퀀스에 대하여 M-1개의 코드블록 내에 이진코드의 위치가 결정된다.
상기에서는 슬롯#1에 대하여만 설명되었으나 프레임 내의 나머지 슬롯(슬롯#2~슬롯#10)도 슬롯#1과 동일한 구성을 가진다.
이하에서는, 본 발명에서 채용된 도약코드인 (n,k) RS코드에 대하여 상세히설명한다. 생성행렬(generator matrix)은 하기 수학식2와 같이 정의된다.
여기서 α는 G(M)의 기초 요소(primitive element)이며, 도약코드 시퀀스는 하기 수학식 3과 같이 표현된다.
그리고, 상기 수학식 3의 행렬의 각 요소를 나열하면 다음과 같다.
RS 코드를 도약코드로서 사용할 경우에는 수학식 4에서 (n0, n1, ..., nk) 만을 찾아내면, 수학식 3의 행렬연산을 통하여 M-1 개의 도약코드 시퀀스 (r0, r1, ..., rM-2)를 알 수 있다. 그러므로, 기지국으로부터 데이터를 수신하는 경우에, M-1개의 심볼을 모두 수신할 필요가 없이, 최초의 k개의 심볼만을 수신하면, M-1개의 모든 심볼을 복원할 수 있다. 따라서, M-1개의 상관기 세트를 구성할 필요없이 k개의 상관기만을 구성하면 되기 때문에 하드웨어의 복잡도를 크게 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
슬롯 내에 포함되는 공통코드와 이진코드로는 확장된 골드코드가 사용된다. 골드 코드는 두 개의 m-시퀀스를 이용하여 획득한다. n단의 레지스터를 사용하여 형성된 길이가 2n-1인 m-시퀀스를 {an} 이라하고, 길이가 2n'-1인 m-시퀀스를 {an'}라고 할 때 얻어지는 골드 코드는 하기 수학식 5와 같이 표현된다.
그리고, 본 실시예에서는 코드블록의 주기를 맞추기 위하여, 이진코드로서 확장된 골드코드가 사용되었다. 확장된 골드코드는 주기가 2n-1인 골드코드에 '0'을 추가하여 주기가 2n인 시퀀스로 형성된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 셀 탐색방법을 구현하기 위한 시스템의 구성에 관하여 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 임의의 기지국의 송신단의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 것이다. 송신단(1)은, 파일롯채널(2)과 트래픽채널(3)로 구성되어 있다. 본 실시예에서는 QPSK(Quadriphase-shift keying) 방식을 이용하였다. 파일롯채널(2)로는 모두 '0'인 테이터가 전송되며, 월시(Walsh)코드와 각 셀에 해당되는 PN 코드가 곱해져서 전송된다. 트래픽채널(3)에서는 각 이동국이 사용하는 각각의 채널을 분리하기 위하여 월시코드가 곱해지며, 이 정보를 PN 코드에 실어서 전송한다. 이와 같은 구성에 따라서, 이동국의 수신단에서는 파일롯 채널의 PN 코드 정보를 이용하여, 셀을 찾고, 트래픽 채널에서 전송된 데이터를 복원할 수 있다. 송신단의 구체적인 구성은 이미 공지된 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
도 7은 상기 송신단(1)의 파일롯채널(2)의 구성을 보다 상세히 도시한 개략도이다. 기지국 고유의 고유번호(21)와 생성행렬 G(M)(22)을 사용하여, 기지국 고유의 M진 도약코드 시퀀스(23)가 형성되고, 이 M진 도약코드 시퀀스(23)는 파일롯 PN 코드 발생기(24)로 입력된다. 한편, 한쌍의 공통코드(25)와 한쌍의 이진코드(26)도 상기 파일롯 PN 코드 발생기(24)로 입력되며, 상기 파일롯 PN 코드 발생기(24)에서 이들 입력된 신호들을 이용하여 앞서 설명된 본 발명의 코드시퀀스를 가진 PN 코드를 발생시킨다. 상기 출력된 PN 코드는 파일롯 월시 코드 발생기(27)로부터의 I,Q 시퀀스와 각각 곱해진 후, 필터(28)와 증폭기(29)를 거쳐서 전송된다.
도 8을 참조하여, 본 발명의 시스템에 있어서의 이동국의 수신단(4)의 구성을 설명한다. 수신단(4)은 상단의 슬롯 타이밍 검출기(41), 슬롯타이밍 보상기(45), 및 하단의 이진코드 위치 검출기(42)으로 구성되어 있다. 수신단(4)의 동작을 간략히 살펴보면 다음과 같다. 우선 4개의 공통 코드 정합필터(43)을 포함하는 슬롯 타이밍 검출기(41)를 사용하여 수신된 신호의 슬롯 타이밍을 검출한다. 그리고, 슬롯 타이밍 검출기(41)에서 검출된 슬롯의 타이밍 정보와 수신 시퀀스를 슬롯 타이밍 보상기(45)에 입력하여, 수신 시퀀스를 코드블록 시작위치로 맞춘다. 이와 같이 슬롯 타이밍이 맞추어진 신호는, 이진코드 위치 검출기(42)로 입력되고, 슬롯의 코드블록 내의 이진코드의 위치가 검출된다.
본 발명에서 사용된 상기 이진코드는, 하나의 동일한 이진코드이며, 각 코드블록 내의 위치만이 변조된 것이므로, 이진코드의 검출에 있어서, 종래기술과 같이 복수의 상관기를 구성할 필요없이 동일한 4개의 이진코드 정합필터(46)들이 도 8에 도시된 바와 같이 사용되었다.
이하에서는, 본 발명에 따른 셀 탐색방법의 알고리즘을 구체적으로 설명한다.
도 9는, 도 7에 도시된 파일롯 채널(2)의 파일롯 PN코드 발생기(24)에서 코드 시퀀스의 코드블록을 형성하는 알고리즘(S1)을 도시하고 있다. 우선, 각 기지국 또는 셀에 고유한 고유번호를 입력하고(S11), 이 고유번호에 따라서, 앞서 설명된 수학식 2의 생성행렬 G(M)을 이용하여 도약 코드 시퀀스를 발생시킨다(S12). 그리고, 파일롯 PN 코드 발생기(24)에 입력된 이진코드(26)를 이용하여 코드블록의 1/2 길이를 갖는 이진코드를 형성한다(S13). 그 후, 코드블록의 앞쪽 1/2 부분을 (M+1) 개의 구간으로 분할한다(S14). 단계(S12)에서 발생된 도약코드 시퀀스에 따라서 코드블록 내에 이진코드(26)의 시작점을 결정하고(S15), 이진코드를 실어서 코드블록을 완성한다(S16). 이와 같은 과정에 따라 완성된 코드블록을 포함하는 코드시퀀스는 앞서 설명된 도 5에 도시된 바와 같다. 상기 코드 시퀀스는 도 7에 도시된 파일롯 채널(2) 및 도 6에 도시된 바와 같은 송신단(1)을 통하여 일련의 처리가 행하여진 후에, 전송된다.
도 10을 참조하여, 본 발명의 수신단(4)에서의 셀 탐색 알고리즘(S2)을 설명한다. 우선, 도 8에 도시된 바와 같은 슬롯 타이밍 검출기(41)에서 슬롯 타이밍을 검출한다(S21). 그후, 이진코드 검출기(42)에서 코드블록 내의 이진코드의 위치를 식별하여 이들 이진코드의 위치로 부터 도약 코드 시퀀스를 재생한다(S22). 재생된 도약 코드 시퀀스를 이용하여, PN 코드 시퀀스를 재생한다(S23). 그리고, 인증(S24)단계에서 도약 코드 시퀀스가 제대로 재생되지 않은 경우에는 초기 단계로 되돌리고, 도약 코드 시퀀스가 올바르게 재생된 경우에는, 프레임 동기화 단계(S25)로 이어지고, 셀 탐색이 종료된다. 도 10에는 도시되어 있지 않으나, 이후, PN 디스크램블링(descrambling)과 월시코드 디스프레딩(despreading)을 수행한 후, 복조과정을 통하여 데이터를 복원한다.
이하에서는, 본 실시예의 이동국의 수신단에서의 도약코드 시퀀스 재생단계(S22)에 대하여 예를 들어 상세히 설명한다.
도약 코드로서는 (31,3)인 RS 코드가 사용되고, 수학식 3에서 n1이 1로 가정되었다. 이 때 도약 코드 시퀀스는 수학식 6과 같다.
이 때, 수신된 신호 x를 단순화하여 나타내면, 수학식 7과 같이, 송신된 신호에 잡음이 합하여진 형태로 표시될 수 있다.
단, 상기 수학식 7에서 n은 잡음을 나타낸다.
그리고, (31,3) RS 코드 생성행렬인 수학식 6에서 n1을 1로 가정하였으므로, 하기 수학식 8에 의하여, 수신된 심볼 중 초기의 두 개의 심볼 (x0,x1) 만을 이용하여 (n0,n2)을 구할 수 있다.
그리고, 이와 같이 얻어진 (n0,n2)값을 다시 수학식 6에 대입하여 수신된 전체의 도약코드 시퀀스를 구할 수 있다. 상기 예에서는, n1=1인 (31,3)인 RS 도약코드가 사용되었으므로, 수신된 신호 중 선행하는 2개의 코드블록의 이진코드의 위치만을 식별하면, 전체 도약코드 시퀀스를 재생할 수 있다.
이하에서는, 상기 코드블록의 이진코드의 위치 검출의 원리에 관하여 도 11을 참조하여 간략히 설명한다. 도 8에 도시된 수신기(4)의 슬롯 타이밍 검출기(41)에 의하여 슬롯 타이밍을 맞춘 후, 슬롯 내의 코드블록 시작 타이밍에 바로 뒤따르는 2개의 코드블록에 대해서만, 이진코드 위치 검출기(42) 내의 이진코드 정합필터(46)를 사용하여, 이진 코드의 위치를 검출한다. 이진코드 정합필터링의 동작원리는 코드블록(CB#0, CB#1, ..., CB#29)의 앞부분 1/2 구간을 (M+1)개의 세부구간으로 분할하고, 하나의 세부구간을 단위로 이진코드를 시간지연시키면서 각 구간에서의 출력값을 구한다. 이 때, 정합필터의 출력이 최대가 되는 위치를 검출하여 이를 코드블록 내의 이진코드의 위치, 즉, 도약 코드 번호로 결정한다. 이와 같은 이진코드 정합필터링은 선행하는 두개의 코드블록에 대하여 수행되며, 이 때 얻어진 두 값(x0,x1)을 이용하여 상기 수학식 8에 의하여, (n0,n2)값을 계산하고, 이로부터 수학식 6을 이용하여 전체 도약코드 시퀀스를 재생하고, 또한 이 도약코드 시퀀스를 사용하여 PN코드 시퀀스를 재생한다.
도 12는 상기와 같이 선행하는 두 개의 코드블록의 도약코드 번호만으로 도약코드 시퀀스 및 PN 코드 시퀀스를 재생하는 PN 코드 재생수단(5)을 도시하고 있다. 도약코드 시퀀스 재생기(53)에 첫번째 코드블록의 도약코드 번호(51)와 두번째 코드블록의 도약코드 번호(52)가 입력되면, 이로부터 상기 수학식 6 및 8의 연산을 행하여 도약코드 시퀀스를 재생한다. 그리고, 그 출력값인 도약코드 시퀀스를 PN 코드 재생기에 입력하여 PN 코드 시퀀스를 재생해낸다. 이후, 도 10에 도시된 바와 같이 인증 단계(S24)를 거쳐서 프레임 동기화 단계(S25)로 이어진다.
이상에서 설명된 본 발명의 효과를 도 13을 참조하여 설명한다. 도 13은 종래기술과 본 발명의 실시예의 셀탐색 방법에 의한 셀 탐색시간을 비교한 그래프이다. 셀 탐색시간 비교를 위한 시뮬레이션의 조건은 다음과 같다. 시뮬레이션에서 사용된 무선링크 파라미터는 칩전송률 4.096Mcps, 데이터 전송률 64kbps, 프레임길이 40960 칩(10ms), 프레임당 슬롯수 10개이고, 변조방식은 본 시뮬레이션에서는 데이터 및 확산코드에 대하여 BPSK를 사용되었다. 그리고, 확산코드로서는 도약코드는 RS코드, 이진코드는 골드코드가 사용되었다. 무선채널 모델 파라미터는 거리에 따른 감쇄율(n)이 3.8 이며, 다중경로 페이딩은 2경로 레일리 페이딩 fD=64Hz였으며, 다중경로 페이딩에서 경로간의 상대적 전력비는 7:3이었다. 셀 모델로는 간섭셀이 6개 존재하는 7셀 구조를 사용하였고, 송신 채널에서 파일롯 채널의 전력은 트래픽 채널의 전력에 비하여 3dB 작다고 가정하였다. 그리고, Eb/No는 7dB로 설정하였으며, 트래픽 채널에서의 비트 전송율은 64kbps로, 사용자수는 10명으로 설정하였다.
상기의 조건하에서, 주식회사 신세기통신에서 제안한 한국특허 제260457호 및 제260458호의 고속 셀 탐색방법에 따른 종래기술의 경우에는, 셀의 90% 영역 내에서 셀탐색시간이 약 160ms가 소요되었다(도 13 참조). 이에 대하여, 본 발명의 경우, 셀의 90%의 영역 내에서 셀탐색시간이 약 90ms 였다. 이와 같이, 본 발명은 종래기술보다도 셀탐색시간을 획기적으로 단축시키는 효과를 가져왔다.
본 발명은, 상기에서 특정한 실시예를 특별히 참조하여 설명되었지만, 다양한 변경이 본 발명의 범위와 취지를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 제한되지 않고, 다양한 변형물이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주되어야 한다.
종래기술의 도약코드를 이용한 셀 탐색방법에서는 각 도약 코드의 번호마다 이에 대응하는 이진코드가 상이하게 때문에 각 코드 사이의 자기 상관특성 뿐만 아니라 교차 상관 특성도 좋은 코드를 사용해야 했고, 또한 여러가지 종류의 코드에 대한 상관기가 필수적으로 요구되었으므로, 하드웨어가 복잡하였다.
이에 대하여, 본 발명에 따르면, 수신기에서 하나의 동일한 이진코드에 대한 상관기를 사용하여 코드블록 내에서 이진코드가 시작되는 위치를 식별하며, 이 때 상관기의 출력값이 최대가 되는 곳의 구간값이 그 코드블록의 도약 코드 번호가 된다. 따라서, 본 발명에서는 양호한 자기상관 특성만을 가진 이진코드로도 신뢰도가 높은 셀탐색이 가능하며, 또한 하나의 이진코드에 대한 상관기만이 요구되므로, 수신기 하드웨어의 단순화, 수신기의 소형화의 효과를 가져오며, 또한 비용절감의 효과도 기대할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 알고리즘은 기지국으로부터 전송되는 모든 심볼을 수신할 필요없이 선행하는 일부 심볼만을 수신하여 전체 코드 시퀀스를 복원하므로, 수신기의 상관 연산량을 최소화하여, 종래기술의 셀탐색방법보다 셀 탐색시간을 현저하게 감소시킨다.

Claims (12)

  1. 비동기식 광대역 코드분할 다중접속(W-CDMA) 시스템을 위한 셀 탐색 방법에 있어서,
    기지국이, 프레임의 각 슬롯에 공통코드, 및 상기 기지국 고유의 M진 도약코드 시퀀스에 대응하여 코드 위치 변조된 동일한 이진코드를 각각 포함하는 코드블록들을 포함하는 코드 시퀀스를 전송하고;
    이동국이, 상기 코드 시퀀스를 수신하여, 상기 공통코드를 기준으로 상기 슬롯의 시작점을 판별하고, 상기 슬롯의 코드블록들 내의 이진코드의 위치를 식별하고, 이에 따라 상기 기지국의 M진 도약코드 시퀀스를 재생하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 M진 도약코드는 RS 코드이며, 상기 이진코드는 골드코드이며, 1개의 슬롯 내에 상기 코드블록이 M-1개인 것을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이동국이 상기 슬롯 내의 코드블록들 중 선행하는 일부 코드블록들 만의 이진코드들의 위치를 식별하고, 상기 일부 코드블록들 만의 이진코드들의 위치로부터 M진 도약코드 시퀀스를 재생하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 공통코드의 길이는 상기 이진코드가 포함된 각 코드블록의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 각 코드블록은, 상기 코드블록의 앞부분 1/2 구간이 M+1개의 세부구간으로 분할되고, 상기 이진코드는 상기 코드블록의 1/2의 길이를 가지며, 상기 각 코드블록 내의 상기 이진코드가 시작되는 세부구간이, 상기 도약코드 시퀀스 중의 각 도약코드 번호에 따라 결정되는 방식으로 위치변조되는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  6. 비동기식 광대역 코드분할 다중접속(W-CDMA) 시스템을 위한 셀 탐색 시스템에 있어서,
    프레임의 각 슬롯에 공통코드, 및 기지국 고유의 M진 도약코드 시퀀스에 대응하여 코드 위치 변조된 동일한 이진코드를 각각 포함하는 코드블록들을 포함하는 코드 시퀀스를 형성하여 전송하는, 기지국의 송신수단; 및
    상기 코드 시퀀스를 수신하는 수단, 상기 공통코드를 기준으로 상기 슬롯의 시작점을 판별하는 수단, 상기 슬롯의 코드블록들 내의 이진코드들의 위치를 식별하는 수단, 및 상기 기지국의 M진 도약코드 시퀀스를 재생하는 수단을 포함하는, 이동국의 수신수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 M진 도약코드는 RS 코드이며, 상기 이진코드는 골드코드이며, 1개의 슬롯 내에 상기 코드블록이 M-1개인 것을 특징으로 하는 셀 탐색 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 수신수단의 이진코드들의 위치를 식별하는 수단은, 상기 슬롯 내의 코드블록들 중 선행하는 일부 코드블록들 만의 이진코드들의 위치를 식별하고,
    상기 수신수단의 M진 도약코드 시퀀스를 재생하는 수단은, 상기 일부 코드블록들 만의 이진코드들의 위치로부터 M진 도약코드 시퀀스를 재생하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 공통코드의 길이는 상기 이진코드가 포함된 각 코드블록의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 셀 탐색 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 각 코드블록은, 상기 코드블록의 앞부분 1/2 구간이 M+1개의 세부구간으로 분할되고, 상기 이진코드는 상기 코드블록의 1/2의 길이를 가지며, 상기 각 코드블록 내의 상기 이진코드가 시작되는 세부구간이, 상기 도약코드 시퀀스 중의 각 도약코드 번호에 따라 결정되는 방식으로 위치변조되는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 시스템.
  11. 비동기식 광대역 코드분할 다중접속(W-CDMA) 시스템을 위한 셀 탐색 시스템으로서, 프레임의 각 슬롯에 공통코드, 및 기지국 고유의 M진 도약코드 시퀀스에 대응하여 코드 위치 변조된 동일한 이진코드를 각각 포함하는 코드블록들을 포함하는 코드 시퀀스를 이용하는 셀 탐색 시스템용 수신기에 있어서,
    기지국으로부터 상기 코드 시퀀스를 수신하는 수단;
    상기 공통코드를 검출하여 슬롯타이밍을 맞추는 수단;
    상기 코드블록들 내의 이진코드의 위치를 검출하는 수단; 및
    상기 이진코드의 위치로부터 기지국의 M진 도약코드 시퀀스를 재생하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 시스템용 수신기.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 슬롯타이밍을 맞추는 수단은 공통코드 정합필터를 포함하고, 상기 이진코드의 위치를 검출하는 수단은 이진코드 정합필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 시스템용 수신기.
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