KR20010029061A - 부호분할다중접속 통신시스템에서 패킷데이터 충돌감지 장치 및방법 - Google Patents

Abstract

부호분할다중접속 통신시스템에서 패킷 전송을 위한 물리계층의 충돌을 감지하는 부호분할다중접속 통신시스템에서 패킷데이터 충돌 감지 장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 부호분할다중접속 이동통신시스템의 수신기에 있어서, 랜덤 억세스 채널 메시지의 확산 프리엠블의 시작점을 검출하여 제1프리엠블 타이밍 정보를 출력하는 매치필터와, 상기 확산 프리엠블과 미리 알고 있는 확산 프리엠블에 의해 역확산하여 역확산 프리엠블을 출력하는 프리엠블 역확산부와, 소정의 시구간에서 상기 역확산 프리엠블을 누적하여 일정 기준치를 넘는 최대값을 검출하고, 상기 최대값 검출 시마다 제2 프리엠블 타이밍 정보를 출력하고, 상기 시구간 내에 적어도 2개 이상의 최대값이 검출되는 경우 제1충돌정보를 출력하는 최대값 검출부와, 상기 제2 프리엠블 타이밍 정보에 의해 상기 역확산 프리엠블을 검출하여 미리 알고 있는 역확산 프리엠블과 비교하여 제2충돌정보를 구하고, 상기 제1충돌정보와 제2충돌정보에 의해 충돌 여부를 결정하는 충돌 결정부로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

부호분할다중접속 통신시스템에서 패킷데이터 충돌 감지장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING COLLISION OF PACKET DATA IN CDMA SYSTEM}

본 발명은 부호분할다중접속 통신시스템의 억세스채널에서 패킷데이터 수신장치에 관한 것으로, 특히 억세스채널을 통해 수신되는 패킷데이터의 충돌을 감지하는 장치에 관한 것이다.

현재 유럽형 차세대 이동통신시스템(Universal Mobile Telecommunications System: UMTS)과 같은 차세대 부호분할다중접속 이동통신시스템의 경우, 패킷데이터(Packet Data) 서비스를 고려하여 다양한 전송률의 서비스를 제공함으로써 향후 전개될 멀티미디어 전송 시스템으로써의 이용가치를 증가시키고 있다. 이는 동시에 통합 전송 시스템의 구현을 위해서도 좋은 결과를 도출하기 위해서 시스템의 구현 면에서 높은 수준의 패킷 서비스를 제공하려하고 있다. 이러한 면에서 단말에서 RACH채널로 패킷데이터를 전송하는 기술이 연구되었다. 그러나 이러한 패킷 서비스 시 한정된 대역 안에서 여러 사용자가 서비스를 받기 위해서는 할당 채널의 수를 증가시켜야 하는 실정이다. 그러나 기존의 서비스 체제에서 운용되는 서비스 기술을 위한 채널 할당 기술로는 한계가 있는 실정이다. 이러한 이유로 인해 각국에서는 사용 채널의 할당수를 증가시키기 위해서 매체접근제어(Media Access Contol: MAC) 계층에서 채널을 늘리거나, 조정하기 위해서 새로운 방식들이 제안되고 있다. 단말들의 공통채널 접속에 대한 채널 수 조정 방법으로는 순수 알로하(Pure ALOHA: p-ALOHA), 슬롯 알로하(Slotted ALOHA), 캐리어 감지 다중접속(Carrier Sense Multiple Access: CSMA), CSMA/CS 등이 있다. 그리고 이러한 임의 채널의 조정방법들을 수행 시 동일시간에 동일코드를 가지는 패킷이 동시에 접근을 시도하면 두 패킷은 충돌하게 된다. 이러한 충돌을 방지하기 위해서 다양한 방법들이 제안되고 있다. 최근에 제안된 방식으로는 바이너리 백-오프(Binary Back-Off), 바이너리 스택(Binary Stack), 적응 허용 확률(Adaptive Permission Probability), 폴링(Polling) 방식 등이 있다.

일반적으로 각 단말이 패킷을 전송하는 방법은 크게 랜덤 억세스에 의해 코드를 할당받아 전송하는 방법과 랜덤 억세스를 통해 패킷을 전송하는 방법으로 구분할 수 있다. 전자는 예약형 랜덤 억세스 방법이라고 하며, 첫 번째 패킷은 다른 패킷과 경쟁에 참여시키고, 나머지 패킷은 예약을 통해 전송하는 방법이다. 그리고 후자는 반복형 랜덤 억세스 방법이라고 하며, 매 패킷마다 다른 패킷과 경쟁을 통해 전송시키는 방법이다. 후자의 경우 충돌이 발생하면 지연이 발생한다. 그리고 현재 UMTS 시스템의 경우 이러한 방법 중에서 반복형 랜덤 억세스 방법을 이용하여 짧은 패킷(Short Packet)과 긴 패킷(Long Packet)을 구분하여 전송하는 방식을 채택하고 있다.

이때 랜덤 억세스 채널의 상태는 아이들(Idle), 비지(Busy), 충돌(Collision) 3가지의 상태로 구분하며 이 상태의 정보는 브로드캐스팅(Broadcasting) 채널을 통해서 셀 내의 각 단말에 방송한다. 상기 아이들 상태는 랜덤 억세스채널이 사용되고 있지 않음을 나타내고, 비지 상태는 랜덤 억세스채널이 사용되고 있음을 나타낸다. 그리고 충돌 상태는 랜덤 억세스채널에 전송된 패킷간에 충돌이 발생되었음을 나타낸다. MAC 계층 제어기는 이러한 각 상태 정보를 기본으로 하여 단말의 패킷 송수신에 따른 제어과정을 제공한다. 이때 물리계층에서 제공해야 할 정보는 이러한 랜덤 억세스의 효율을 증대시키기 위해서 요구되어지는 충돌 효과에 대한 검출이 필요하다.

MAC 계층에서는 서비스품질(Quality of Service: QoS)에 따라 전체적으로 역방향 억세스채널 수를 유연하게 변화시킨다. 랜덤 억세스채널의 수를 고정시키는 것은 전체적인 효율을 떨어뜨리기 때문에 정해진 시간에 랜덤억세스 채널에 충돌이 기준값 이상으로 발생했을 경우 랜덤 억세스채널을 점차적으로 증가시키므로써 충돌현상을 해결할 수 있다. 전체 충돌횟수를 N, 기준값으로 설정한 충돌횟수를 Nc라하고, 랜덤 억세스채널의 수를 n이라 하면 MAC 계층에서는 이하 ＜수학식 1＞에 의해 랜덤 채널수 n을 계산한다.

MAC 계층이 상기 ＜수학식 1＞에 의해 랜덤 억세스채널을 제어하기 위해서는 물리계층에서 현재 전송되는 패킷데이터의 충돌이 발생할 시에 충돌을 감지하는 충돌 감지회로와 그 횟수를 알아내어 MAC로 정보를 알려주는 장치가 필요하게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 부호분할다중접속 통신시스템에서 억세스채널을 통해 수신되는 패킷데이터의 충돌을 감지하는 부호분할다중접속 통신시스템에서 패킷데이터 충돌 감지장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 부호분할다중접속 이동통신시스템의 수신기에 있어서, 랜덤 억세스 채널 메시지의 확산 프리엠블의 시작점을 검출하여 제1프리엠블 타이밍 정보를 출력하는 매치필터와, 상기 확산 프리엠블과 미리 알고 있는 확산 프리엠블에 의해 역확산하여 역확산 프리엠블을 출력하는 프리엠블 역확산부와, 소정의 시구간에서 상기 역확산 프리엠블을 누적하여 일정 기준치를 넘는 최대값을 검출하고, 상기 최대값 검출 시마다 제2 프리엠블 타이밍 정보를 출력하고, 상기 시구간 내에 적어도 2개 이상의 최대값이 검출되는 경우 제1충돌정보를 출력하는 최대값 검출부와, 상기 제2 프리엠블 타이밍 정보에 의해 상기 역확산 프리엠블을 검출하여 미리 알고 있는 역확산 프리엠블과 비교하여 제2충돌정보를 구하고, 상기 제1충돌정보와 제2충돌정보에 의해 충돌 여부를 결정하는 충돌 결정부로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기한 다른 복적을 달성하기 위해서 본 발명은 부호분할다중접속 이동통신시스템의 랜덤 억세스 채널 수신기의 충돌 감지 방법에 있어서, 랜덤 억세스 채널을 통해 수신되는 메시지의 확산 프리엠블을 검출하는 과정과, 상기 확산 프리엠블을 미리알고 있는 확산 프리엠블 시퀀스로 역확산하는 과정과, 역확산된 프리엠블을 소정의 시구간동안 누적하여 일정 기준치를 넘는 최대값을 검출하는 과정과, 상기 최대값 검출시에 역확산 프리엠블을 검출하여 미리 알고 있는 역확산 프리엠블 코드와 비교하여 충돌워드 수를 구하는 과정과, 상기 최대값이 적어도 2 이상 검출되고 상기 충돌 워드수가 일정값 이상이면 상기 랜덤 억세스 채널 메시지가 충돌되었음을 결정하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

도1은 본 발명이 적용되는 부호분할다중접속 통신시스템에서 랜덤 억세스채널을 통해 패킷데이터 전송 방법을 도시한 도면

도2는 본 발명이 적용되는 랜덤 억세스채널 구조를 도시한 도면

도3은 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 억세스채널의 충돌을 도시한 도면

도4는 본 발명의 실시 예에 따른 부호분할다중접속 통신시스템의 충돌 감지장치를 도시한 도면.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도1은 본 발명이 적용되는 부호분할다중접속 이동통신시스템에서 랜덤 억세스채널을 통해 패킷데이터 전송 방법을 도시한 도면이다.

도1에서 10ms 내에 2ms의 슬롯 5개를 가지는 경우를 나타내고 있다. 이는 한 프레임에 5개의 타임옵셋(Time Offset)을 두어 랜덤 억세스채널의 수용정도를 높히고, 각각의 슬롯에 걸쳐서 기지국간의 랜덤 억세스채널을 구분함을 나타내는 것이다.

그리고 도2는 본 발명이 적용되는 랜덤 억세스채널 구조를 도시한 도면으로서, 프리엠블(Preamble)과 데이터로 구성됨을 나타내고 있다. 상기 프리엠블은 16개의 코드워드심볼로 구성되어 있고, 각각의 심볼들은 256 길이의 직교 골드 코드(Orthogonal Gold Code)로 확산되어 있다. 상기 프리엠블 심볼의 셋(Set)인 16길이의 코드워드는 기지국마다 각각 다른 패턴을 가진다.

도3은 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 억세스채널의 충돌을 도시한 도면으로, 두 개의 패킷데이터가 동일시간에 동일 코드로 확산되었을 경우를 도시한 도면이다.

이하 도3을 참조하여 설명하면, 부호분할다중접속 통신시스템, 예를 들면, UMTS 전송 시스템의 경우, 패킷 서비스를 위해 랜덤 억세스채널을 두어 사용하고 있는데, 이때 서로 다른 기지국으로 접속을 시도하는 경우에 패킷데이터의 프리엠블은 서로 다르다. 이는 각 패킷데이터가 접속하고자 하는 기지국 구분을 위해 사용되어 진다. 그리고 랜덤 억세스채널은 10ms의 레디오 프레임을 2ms의 타임밍 옵셋으로 나누고, 동일한 256골드코드로 확산되고 다른 데이터 확산코드를 가지는 패킷데이터를 일정 타이밍 옵셋을 두어 이동국이 기지국으로 접속하는 채널이다. 이때 2개 이상의 단말이 각각의 패킷데이터를 같은 코드로 확산하여, 즉 동일 기지국에 동일시간에 기지국으로 접속을 시도하는 경우 기지국에서는 두 패킷데이터가 충돌을 일으킨다. 이로 인해 두 단말기는 정보를 손실하게 된다. 비록 상기 패킷데이터 중 어느 하나가 우선순위가 있는 단말의 정보라 할지라도 정보는 손실된다. 이를 방지하기 위해 MAC 계층에서는 다양한 충돌 방지 방법들을 제안되어 정보의 손실을 줄이거나 없애고자 하고 있다. 상기 방법들은 패킷데이터의 충돌을 감지하여 수행된다. 예를 들면, MAC 계층에서는 상기 ＜수학식 1＞에 의해 채널 수를 증가하여 충돌을 줄이는 방법을 사용한다. 따라서 본 발명에서는 랜덤 억세스채널에서 발생하는 패킷데이터의 충돌을 감지하는 구체적인 장치를 도4에서 도시하였다. 이하 도4를 설명함에 있어서, 확산된 프리엠블을 확산 프리엠블이라 하고, 역확산된 프리엠블, 즉 16코드워드의 프리엠블을 역확산 프리엠블이라 한다.

이하 도4를 참조하여 설명하면, 매치필터(101)는 256 직교 골드 코드에 대한 정합필터로서, 랜덤 억세스 채널 메시지를 수신하여 확산된 골드 코드의 에너지량을 계산하여 확산 프리엠블 시점을 검출한다. 상기 매치필터(101)는 상기 확산 프리엠블 시점이 검출되면 확산 프리엠블의 시작을 알리는 제1 프리엠블 타이밍 정보를 출력하고, 랜덤 억세스 채널 메시지를 역확산기(103)으로 출력한다. 프리엠블 시퀀스 발생기(123)는 상기 매치필터(101)로부터 제1 프리엠블 타이밍 정보를 입력받아 미리 알고 있는 256골드코드인 프리엠블 시퀀스를 생성하여 출력한다. 역확산기(103)는 상기 매치필터(101)로부터 입력되는 랜덤 억세스 채널 메시지의 확산 프리엠블을 입력받고, 상기 랜덤 억세스 채널 메시지의 확산 프리엠블 시작 시점에서 상기 프리엠블 시퀀스 발생기(123)로부터 출력되는 256골드 코드인 프리엠블 시퀀스를 입력받아 상기 억세스 채널 메시지의 확산 프리엠블을 역확산하여 가산기(105)로 출력한다. 상기 역확산 프리엠블은 16코드워드로 구성된다. 가산기(105)와 누적버퍼(107)는 누적기를 구성하며, 상기 역확산기(103)에서 출력되는 16코드워드의 에너지를 일정 시간 Ts 구간동안 누적하여 출력한다. 상기 Ts는 한 시간 슬롯의 구간(2ms)이다. 제1최대값 검출기(109)는 상기 가산기(105)로부터 누적되어 입력되는 누적값을 입력받고, 상기 누적값의 최대값을 검출하여 출력한다. 여기서 최대값이란 일정 기준값을 초과하는 값으로 정의한다. 이때 상기 랜덤 억세스 채널 데이터가 충돌된 데이터라면 동일한 시간 슬롯 구간에서 두 개의 최대값이 검출된다. 제2최대값 검출기(113)는 상기 제1최대값 검출기(109)에서 출력되는 최대값을 카운팅한다. 제2최대값 검출기(113)는 상기 제1최대값 검출기(109)로부터 최대값이 입력될 때마다 프리엠블 타이밍 정보를 출력하고, 1슬롯 구간(=2ms) 내에서 상기 제1최대값 검출기(109)로부터 γ(지연 문턱값)을 가지고 두 개 이상의 최대값이 입력되면 제1충돌정보를 출력한다. 프리엠블 검출기(115)는 자신의 16코드워드로 구성되는 프리엠블 코드를 가지고 있으며, 상기 제2최대값 검출기(113)로부터 제2 프리엠블 타이밍 정보 입력 시 상기 역확산기(103)로부터 출력되는 랜덤 억세스 채널 메시지로부터 해당 역확산 프리엠블을 검출한다. 상기 랜덤 억세스 채널 메시지로부터 역확산 프리엠블이 검출되면 프리엠블 검출기(115)는 검출된 프리엠블의 코드워드와 자신이 가지고 있는 프리엠블 코드를 순차적으로 비교하여 서로 다른 코드워드가 있는 경우 충돌 워드 신호를 출력한다. 충돌 워드수 검출기(117)는 상기 프리엠블 검출기(115)로부터 입력되는 충돌 워드 신호를 입력받아 카운트하여 1슬롯 내에서의 충돌 워드수를 검출하고, 검출된 충돌 워드수가 일정 기준값 이상이면 제2충돌정보를 출력한다. 상기 충돌 감지를 위한 수식과 조건은 이하 ＜수학식 2＞와 같다.

상기 max_peak(t1)와 max_peak(t2)는 각각 정합 필터의 출력 값중에서 가장 큰 최대값과 두 번째로 큰 최대값을 나타내고, γ는 두 개의 최대값 사이의 타임 옵셋을 나타내는데, γ_th는 타임 옵셋의 임계값을 나타낸다. 그리고 det_wrong number(preamble)는 역확산된 프리엠블 값으로 가장 근접한 코드 워드를 택한 후에 정합되지 않는 코드워드의 수를 나타낸다.

충돌 결정기(119)는 상기 제2최대값 검출기(113)와 충돌 워드수 검출기(117)에 연결되어 있으며, 상기 제2최대값 검출기(113)에서 출력되는 제1충돌정보와 충돌 워드수 검출기(117)에서 출력되는 제2충돌정보가 모두 입력할 경우에만 충돌이 발생한 것으로 간주하여 매체제어접근계층(Medium Access Control Layer: MAC 계층)으로 출력한다.

판정된 충돌 결정값은 그림에서와 같이 MAC 계층으로 전송하게 되고, 패킷 전송 채널 할당에 따른 제어정보의 근간으로 사용된다.

타이밍 추정기(111)는 최대값 검출기(109)에서 출력되는 상관값의 최대값을 입력받아 다중 경로에 따른 지연 시간을 계산하고, 상기 지연 시간에 의해 타이밍을 추정하여 타이밍 정보를 출력한다.

레이크 수신기(121)는 매치필터(101)로부터 랜덤 억세스 메시지의 제1 프리엠블 타이밍 정보를 입력받고 타이밍 추정기(111)로부터 타이밍 정보를 입력받아 다중 경로로 수신되는 랜덤 억세스 채널 메시지의 수신경로를 선택한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 랜덤 억세스 채널의 패킷 충돌 감지를 물리계층에서 수행하여 매체접근채널 계층으로 전송해 줌으로써, 물리적으로 충돌 방지 장치를 구현할 수 있으며, 패킷 전송의 효율을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 부호분할다중접속 이동통신시스템의 수신기에 있어서,

   랜덤 억세스 채널 메시지의 확산 프리엠블의 시작점을 검출하여 제1프리엠블 타이밍 정보를 출력하는 매치필터와,

   상기 확산 프리엠블과 미리 알고 있는 확산 프리엠블에 의해 역확산하여 역확산 프리엠블을 출력하는 프리엠블 역확산부와,

   소정의 시구간에서 상기 역확산 프리엠블을 누적하여 일정 기준치를 넘는 최대값을 검출하고, 상기 최대값 검출 시마다 제2 프리엠블 타이밍 정보를 출력하고, 상기 시구간 내에 적어도 2개 이상의 최대값이 검출되는 경우 제1충돌정보를 출력하는 최대값 검출부와,

   상기 제2 프리엠블 타이밍 정보에 의해 상기 역확산 프리엠블을 검출하여 미리 알고 있는 역확산 프리엠블과 비교하여 제2충돌정보를 구하고, 상기 제1충돌정보와 제2충돌정보에 의해 충돌 여부를 결정하는 충돌 결정부로 이루어짐을 특징으로 하는 부호분할다중접속 이동통신시스템의 랜덤 억세스 채널 수신기의 충돌 감지 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 프리엠블 역확산부가,

   상기 제1 프리엠블 타이밍 정보를 입력받아 미리 알고 있는 확산 프리엠블 시퀀스를 생성하여 출력하는 프리엠블 시퀀스 발생기와,

   상기 확산 프리엠블을 상기 확산 프리엠블 시퀀스에 의해 역확산하는 역확산기로 구성됨을 특징으로 하는 부호분할다중접속 이동통신시스템의 랜덤 억세스 채널 수신기의 충돌 감지 장치.
3. 제1항에 있어서, 최대값 검출부가,

   상기 역확산 프리엠블을 소정의 시구간동안 누적하여 출력하는 누적기와,

   상기 소정의 시구간에서 일정 기준치를 넘는 최대값을 검출하는 제1최대값 검출기와,

   상기 제1최대값 검출기에서 출력되는 최대값 검출 횟수를 카운트하고, 상기 최대값이 검출될 때마다 제2 프리엠블 타이밍 정보를 출력하고, 상기 횟수가 2 이상 카운트되면 제1충돌정보를 출력하는 제2최대값 검출기로 이루어짐을 특징으로 하는 부호분할다중접속 이동통신시스템의 랜덤 억세스 채널 수신기의 충돌 감지 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 충돌 결정부가,

   상기 제2 프리엠블 타이밈 정보를 입력받아 상기 역확산기에서 출력되는 역확산 프리엠블을 검출하고, 미리 알고 있는 역확산 프리엠블 코드를 비교하여 충돌워드를 검출하면 충돌워드 신호를 출력하는 프리엠블 검출부와,

   상기 충돌워드 신호의 입력을 카운팅하고, 카운팅 횟수가 일정치 이상이면 제2충돌정보를 출력하는 충돌워드수 검출기와,

   상기 제1충돌정보와 제2충돌정보를 입력받아 충돌 여부를 판단하는 충돌 결정기로 이루어짐을 특징으로 하는 부호분할다중접속 이동통신시스템의 랜덤 억세스 채널 수신기의 충돌 감지 장치.
5. 부호분할다중접속 이동통신시스템의 랜덤 억세스 채널 수신기의 충돌 감지 방법에 있어서,

   랜덤 억세스 채널을 통해 수신되는 메시지의 확산 프리엠블을 검출하는 과정과,

   상기 확산 프리엠블을 미리알고 있는 확산 프리엠블 시퀀스로 역확산하는 과정과,

   역확산된 프리엠블을 소정의 시구간동안 누적하여 일정 기준치를 넘는 최대값을 검출하는 과정과,

   상기 최대값 검출시에 역확산 프리엠블을 검출하여 미리 알고 있는 역확산 프리엠블 코드와 비교하여 충돌워드 수를 구하는 과정과,

   상기 최대값이 적어도 2 이상 검출되고 상기 충돌 워드수가 일정값 이상이면 상기 랜덤 억세스 채널 메시지가 충돌되었음을 결정하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.