KR200318048Y1 - 재구성 가능한 상관기 세트를 이용한 경로 검색기 - Google Patents

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Abstract

노드-B/기지국은 사용자 신호를 수신하기 위한 복수의 안테나와 경로 검색기를 포함한다. 경로 검색기는 상관기의 세트를 포함한다. 상기 상관기 세트의 각 상관기는 입력된 사용자 코드와 입력된 안테나 출력을 상관시킨다. 안테나 제어기는 상기 복수의 안테나를 선택적으로 상기 상관기 세트의 각 상관기에 연결시킨다.

Description

재구성 가능한 상관기 세트를 이용한 경로 검색기 {PATH SEARCHER USING RECONFIGURABLE CORRELATOR SETS}
본 고안은 일반적으로 무선 코드 분할 다중 접속(CDMA) 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 상기 시스템에서 경로 검색에 관한 것이다.
무선 통신 시스템에서, 안테나로부터 전송되는 신호는 일반적으로 목적지까지 다중 경로를 따라 간다. 다수의 통신 시스템에서 이러한 다중 경로를 수신기에서 결합하여, 이들 경로로부터 임의의 한 신호가 제공할 수 있는 것보다 더 나은 신호 품질을 갖는 수신 신호를 생성한다. 이러한 다중 경로를 결합하는 한가지 방법으로 더 강한 경로를 특정된 수만큼 결합시키는 레이크 수신기가 있다. 레이크 수신기는 각각의 강한 경로를 통해 수신 신호를 복구하고, 복구한 각각의 경로 신호의 크기와 위상에 가중치를 주며, 이에 따라 가중된 신호를 결합시킨다.
결합할 경로와 상기의 경로에 사용할 해당 가중치를 결정하기 위해서 일반적으로 경로 검색기(path searcher)가 사용된다. 경로 검색기는 일반적으로 전송된 신호의 다중 경로 성분에 대해서 코드 위상을 검색한다. 가장 강한 수신 성분을 갖는 코드 위상들이 레이크 수신기용으로 선택된다. 이러한 성분들의 수신 에너지에 기초하여 경로 검색기는 레이크에 의하여 각 성분에 주어져야 하는 크기를 결정한다.
도 1a와 도 1b는 경로 검색기가 활용될 수 있는 셀(24A, 24B)을 단순하게 도시한 것이다. 상기 도면은 설명을 위해서 극단적으로 단순화되었다. 도 1a에서 셀(24A)은 섹터화되어 있지 않다. 기지국(20)은 각 사용자(UE 221내지 223)로부터 신호를 수신하기 위해 안테나 소자를 사용한다. 셀(24A)의 경로 겸색기는 불확실성에 대비해서 약간의 여유를 더한 지연 스프레드, 예컨대 100칩의 지연 스프레드를 통해 각 사용자를 분석한다. 따라서, 셀(24A)의 경로 검색기에 의해서 단지 300 칩의 스프레드가 분석된다.
이에 반하여, 도 1b에서 셀(24B)은 6개의 섹터(271내지 276)를 가지고 있다. 셀(24A)의 기지국(20)은 섹터(271내지 276)마다 2개의 안테나 소자(2611내지 2662)를 사용한다. 사용자 장치(UE, 이하 "UE"라 칭함)(222)에 있어서 전송 경로는 자기 섹터(276)의 각 안테나 요소(2661, 2662)에 의하여 예컨대 100 칩 정도되는 UE의 전송에 대한 지연 스프레드를 통해 분석된다. 따라서 UE(222)에 대해서 실질적으로 200 칩(안테나당 100 칩)의 결합 스프레드가 분석된다. UE(221)는 섹터(271)와 섹터(272) 사이를 이동하고 있으며, 소프터 핸드오버(softer handover)를 경험하고 있다. 소프터 핸드오버에서 기지국(20)은 양쪽 섹터의 안테나 소자(2611, 2612, 2661, 2662)를 통해 UE가 전송하는 것을 수신한다. 셀(24B)에서 소프터 핸드오버를 경험하는 UE에 대해서 실질적으로 400 칩(2 섹터에 안테나당 100 칩)의 결합 스프레드가 분석된다. 셀(24B)의 모든 UE(221내지 227)의 경로를 분석하기 위해서 탐색기는 1600 칩(한 섹터에 속하는 6 사용자는 200 칩, 소프터 핸드오버를 경험하는 사용자는 400 칩)의 결합 지연 스프레드를 분석해야 한다.
도 1a와 도 1b에 도시된 바와 같이, 셀(24A)의 노드-B/기지국용 경로 검색기는 셀(24B)용 경로 탐색기보다 훨씬 적은 경로의 검색을 요한다. 양 셀을 처리하기 위해 경로 검색기를 설계하는 한가지 방법은 셀(24B)과 같은 최악의 경우의 부하에 대해서 경로 검색기를 설계하는 것이다. 이러한 경로 검색기의 한가지 문제점은셀(24A)과 같이 부하가 적은 셀에서 사용될 경우 자원(resource) 중 상당량이 활용되지 않는다는 것이다. 따라서 셀(24A)의 운영자는 필요한 것보다 더 많은 비용으로 비효율적인 경로 검색기에 투자하는 것일 수 있다.
또 다른 방법은 각 셀에 최적화된 경로 검색기를 설계하는 것이다. 하나의 경로 검색기 설계는 셀(24A)과 같이 부하가 적은 셀을 처리한다. 또 다른 경로 검색기 설계는 셀(24B)과 같이 부하가 많은 셀을 처리한다. 이러한 설계가 부하가 적은 셀에서 유휴 자원의 양을 최소화하지만, 이는 둘 또는 다수의 상이한 설계를 요구하게 되므로 바람직하지 않다. 게다가 셀의 부하는 시간에 따라 변할 수 있다. 셀(24A)의 부하는 셀(24B)의 부하 수준까지 증가할 수 있다. 이러한 상황에서 부하가 적은 경로 검색기는 부하가 많은 셀을 위한 경로 검색기로 대체될 것이다. 이러한 장비 갱신은 비용이 많이 들며 바람직하지 않다.
따라서, 변화하는 셀 상태에 적용될 수 있는 노드-B/기지국 경로 검색기를 구비하는 것이 바람직하다.
도 1a는 전방향성 안테나를 사용한 기지국이 있는 셀을 도시한 것이다.
도 1b는 6개의 섹트를 가지고, 각 섹터당 2개의 안테나 소자를 사용하는 기지국이 있는 셀을 도시한 것이다.
도 2는 경로 검색기를 단순화시킨 다이어그램이다.
도 3은 상관기 세트를 단순화시킨 다이어그램이다.
도 4는 ASIC을 추가하여 경로 검색기를 스케일링(scaling)하는 것을 도시한 것이다.
도 5는 선호되는 3GPP 상관기 세트에 대한 다이어그램이다.
노드-B/기지국은 사용자 신호를 수신하기 위한 복수의 안테나와 경로 검색기를 포함한다. 상기 경로 검색기는 상관기 세트를 포함한다. 상기 상관기 세트의 각 상관기는 입력된 사용자 코드를 입력된 안테나 출력과 상관시킨다. 안테나 제어기는 상기 복수의 안테나중 하나의 출력을 상기 상관기 세트의 각 상관기에 연결시킨다.
도 2는 선호되는 기지국/노드-B 경로 검색기를 단순화시킨 블록다이어그램이다. 기지국/노드-B의 각 안테나(281내지 28M)는 안테나 제어기(30)에 연결된다. 안테나의 수, M은 가변적이다. 하나의 전방향 안테나를 사용하는 기지국/노드-B에 있어서 상기 안테나 수는 1이다(M=1). 각 섹터별로 하나의 안테나를 사용하는 섹터화된 셀에 있어서는 안테나 소자의 수가 클 수 있다. 도 1b에 나타난 것을 설명하자면, 섹터 별로 2개의 안테나 소자를 구비한 6 섹터의 셀은 총 12개의 안테나 소자를 구비할 것이다(M=12). 안테나 제어기(30)는 상기 안테나의 출력을 상관기 세트(341내지 340)(34)와 연결시키는 것을 실질적으로 제어한다.
경로 검색기가 추적하는 각 UE(22)는 자신에게 할당된 코드를 가지고 있다. 제안된 3GPP(third generation partnership project: 3세대 비동기 이동통신 표준화 기구) 광대역 코드 분할 다중 접속(W-CDMA: wideband code division multiple access) 통신 시스템에서 각 UE의 코드는 확산 코드와 스크램블 코드의 조합일 것이다. 코드 제어기(32)는 각 상관기 세트(34)로 입력되는 UE 코드를 제어한다.
도 3은 상관기 세트(34)를 도시한 것이다. 각 상관기 세트(34)는 고정된 수(P)의 상관기(421내지 42P)(42)를 구비한다. 상관기(42)는 정합 필터(matched filter)와 같이 임의의 코드 상관 장치일 수 있다. 상관기(42)의 수는 불확실성에 대비해서 추가적인 마진을 더한 각 사용자로부터의 예상 지연 스프레드, 예를 들어 100 칩의 스프레드를 커버하기에 충분한 것이 바람직하다. 그러나 상관기(42)의 수는 복수의 상관기 세트(42)가 한 사용자의 지연 스프레드를 처리하도록 사용됨으로써 지연 스프레드보다는 적을 수 있다. 이러한 구현은 경로 검색기가 상이한 지연스프레드를 경험하는 시스템에 적용될 경우에 바람직할 것이다.
안테나 제어기(30)로부터의 출력이 상관기 세트(34)의 각 상관기(42)에 입력된다. 실질적으로 각 상관기 세트(34)는 특정 시간에 있어서 안테나 제어기(30)를 통해 하나의 기지국/노드-B 안테나 소자와 연결된다. 또한 특정 사용자의 코드가 각 상관기에 입력된다. 각 상관기(42)는 사용자 코드들 중에서 임의의 하나를 상관시키기 위해 재구성될 수 있다. 각 상관기 코드 입력 사이에는 지연 장치(401내지 40P-1)(40)가 존재한다. 따라서, 각 상관기(42)는 특정의 안테나 소자(28)로부터 수신된 신호를 코드 위상이 지연된 버전의 특정 사용자 코드와 상관시킨다.
각 지연 장치(40)는 사용자 코드를 미리 지정된 양만큼, 예를 들어 1 칩씩 지연시키는 것이 바람직하다. 따라서 상관기(42)의 세트(34)는 지연 스프레드의 윈도우를 고르게 스팬(span)할 것이다. 설명을 하자면, 만약 100개의 상관기(42)가 한 세트(34)에 할당되고 각 지연 장치(40)는 코드를 1 칩씩 지연시킨다고 할 때, 상관기 표본이 각 칩 지연에서 만들어 지면서 상관기 세트(34)는 100 칩의 윈도우를 스팬할 것이다. 각 상관기 출력은 분류기/후처리기(36)에 입력된다.
상관기 세트(34)는 재구성 가능한 상관기 풀(pool)을 실질적으로 형성한다. 각 세트는 임의 사용자 코드에 대하여 임의의 안테나 출력을 처리할 수 있다. 각 세트(34)의 균일한 재구성 가능성(uniform reconfigurability)은 소형의 스케일 가능한 설계를 사용하여 상관기를 구현하는 것을 가능하게 하며, 상기 소형의 스케일 가능한 설계는 주문형 반도체(ASIC: application specific integrated circuit) 상에서 사용하는 데 있어 매우 유리하다. 칩 속도를 넘어서는 클록 속도를 구비한 ASIC에 있어 각 재구성 가능한 상관기 세트(34)는 복수의 안테나/코드 조합을 처리하기 위해 사용될 수 있다. 칩 속도의 48배속 클록에 관하여 설명하자면, 각 상관기 세트(34)는 48개의 안테나/코드 조합을 처리할 수 있다.
각 상관기(42)의 출력은 분류기/후처리기(36)에 의해 처리된다. 분류기/후처리기(36)는 가장 높은 에너지 레벨을 갖는 각 사용자에 대한 경로를 확인한다. 경로 선택기(38)는 각 사용자에 대한 경로 프로파일, 즉 UE 1 경로 프로파일부터 UE N 경로 프로파일까지를 생성한다. 각 사용자에 대한 경로 프로파일은 코드 위상과 가중치를 레이크 수신기의 핑거(finger)에 적용시키든지 하여 상기 사용자의 신호 데이터를 복구하는데 사용된다. 사용자가 복수의 안테나 및/또는 섹터로부터 수신된다면, 프로파일은 각 안테나/섹터에 대해서 생성되거나 전체 안테나/섹터에 대한 결합 프로파일로 생성된다.
선호되는 상관기 세트(34)는 노드-B/기지국 경로 검색기 하드웨어의 활용에 있어서 유연성을 허용한다. 상관기 세트의 재구성 가능성으로 인하여 셀 상태가 변화됨에 따라 소프트웨어에 의해 하드웨어를 변경할 수 있다. 일반적으로 경로 검색기 하드웨어는 예상 최대 셀 부하에 있어서 경로 프로파일을 준비하기에 충분할 필요가 있다. 변경 불가능한 구현에서 최대 부하가 아닌 기간 동안에는 하드웨어가 유휴(idle) 상태로 남아 있는다. 재구성 가능한 상관기 세트(34)의 유연성으로 인하여 잠재적으로 유휴 상태인 하드웨어가 현재 사용자에 대한 서비스를 향상시키기 위해 적용될 수 있다. 설명하자면 한 셀이 낮은 사용자 부하를 경험하고 있다. 소프트웨어에 의하여 현재 서비스중인 사용자의 경로 프로파일을 좀더 자주 업데이트하도록 하드웨어를 재구성한다. 따라서 경로 프로파일의 품질은 증가하여 각 사용자에 대한 수신 품질을 향상시킨다.
게다가 재구성 가능성에는 다른 장점이 있다. 더 높은 서비스 품질(QOS: quality of service)을 요구하는 사용자에 대해서는 경로 프로파일이 더 낮은 QOS를 요구하는 사용자보다 더 빈번한 주기로 업데이트될 수 있다. 따라서 재구성 가능한 상관기 세트(34)의 유연성은 더 높은 QOS의 사용자에 있어서 QOS 기대치를 만족시키는데 일조한다.
도 4는 ASIC 상에서 구현된 경우에 경로 검색기의 스케일링(scaling) 가능성을 도시한 것이다. 처음에 노드-B/기지국은 최대 N 개의 사용자/안테나 조합을 서비스한다. ASIC(461)은 N 개의 사용자/안테나 조합을 처리할 수 있다. 안테나 제어기(30)와 코드 제어기(32)는 셀의 섹터 및 안테나의 수, 그리고 사용자 코드 등에 관하여 소프트웨어(44)에 의해 구성된다. 셀의 부하가 증가함에 따라, 추가적인 ASIC(462내지 46M)이 첨가된다. 각 상관기 세트(34)가 임의의 안테나/사용자 코드 조합에 대하여 구성 가능하기 때문에 소프트웨어(44)는 안테나/사용자 조합을 ASIC(461내지 46M) 전체로 배분한다.
복수의 ASIC(461내지 46M)을 구비한 수신기에 있어서 소프트웨어(44)에 의해 각 사용자가 특정의 ASIC에 할당되어, 복수의 안테나 소자(28)와 섹터(27)를 통해경로 프로파일이 개발되도록 할 수 있다. 대안으로서 ASIC(461내지 46M)은 각 섹터에 할당될 수도 있으며, 또는 별도의 할당 방법이 사용될 수 있다.
도 5는 3GPP 경로 검색기에 대하여 선호되는 상관기 세트(68)의 다이어그램이다. 상관기 세트(90)는 안테나(28)로부터의 출력을 수신한다. 3GPP 시스템에서 통신은 직교 위상 편이 변조(QPSK: quadrature phase shift keying)를 사용하여 전송된다. 동상 표본화(sampling) 장치(48)와 직교 표본화 장치(50)는 선택된 안테나의 출력에 대한 동상(I) 및 직교(Q) 표본을 생성한다. 상기 샘플은 멀티플렉서(52)에 의해 처리되어 복소(complex) 결과를 생성한다.
48개의 스크램블 코드 발생기(56)에 의하여 48개의 코드가 생성되는 것이 바람직하다. 선호되는 구현에서 48배 칩 속도 클록이 사용된다. 주어진 칩 주기에 있어서 상관기(541내지 54100)(54)는 각 클록 주기 동안에 48개의 액세스 코드 각각을 순차적으로 상관시킨다.
각 상관기(54)는 액세스 코드중 하나를 복소 샘플과 효과적으로 믹싱하기 위해 멀티플렉서 (581내지 58100)(58)를 구비한다. 버퍼(601내지 60100)(60)는 믹싱된 결과를 저장한다. 상관된 결과를 생성하기 위해서 합(sum) 및 덤프(dump) 회로가 사용된다. 48개 코드중 하나에 대하여 믹싱된 결과가 버퍼(601내지 60100)에 저장된다. 버퍼링된 결과는 48개 레지스터(681내지 68100)중 하나에 저장된다. 레지스터는 합 및 덤프 회로가 복수의 칩을 통해 값을 축적할 수 있게 해준다. MUX 701내지70100은 상기 코드중 하나에 대하여 축적된 결과를 선택한다, 버퍼(801내지 80100)는 상기 선택된 결과를 버퍼링한다. 복수의 칩을 통해 결과를 축적하기 위해서 하나의 코드에 대해 이전에 축적된 결과는 MUX(621내지 62100)를 통해 전달되며, 가산기(641내지 64100)는 이전에 축적된 결과를 다음의 믹싱된 표본과 합산한다.
특정된 수의 칩 이후에 크기(magnitude) 장치(821내지 82100)는 복소 결과의 크기를 결정한다. 48개 코드 각각에 대한 크기가 개별적인 레지스터(841내지 84100)에 저장된다. MUX(861내지 86100)는 각 상관기(541내지 54100)에 있어 개별적 코드에 대한 결과를 출력한다.
도 5의 구현을 이용하여 하나의 상관기 세트(90)는 100 칩의 지연 스프레드를 통해 48개의 코드를 처리할 수 있다. 노드-B의 범위를 확장하기 위해서 생성된 코드의 절반은 나머지 코드의 100 칩 지연된 버전일 수 있다. 따라서 상관기 뱅크(68)는 200칩의 지연을 통해 한 칩 주기에 24개의 코드를 처리할 수 있다.
대안적 구현에 있어서 상관기(54)를 상관기 세트(90)에 추가함으로써 상기 세트(90)의 칩 범위가 확장될 수 있다. 또한 생성된 코드와 클록 속도를 변화시킴으로써 생성된 코드의 수를 변경시킬 수 있다.
상관기 세트(34)는 재구성 가능한 상관기 풀(pool)을 실질적으로 형성한다. 각 세트는 임의 사용자 코드에 대하여 임의의 안테나 출력을 처리할 수 있다. 각세트(34)의 균일한 재구성 가능성(uniform reconfigurability)은 소형의 스케일 가능한 설계를 사용하여 상관기를 구현하는 것을 가능하게 하며, 상기 소형의 스케일 가능한 설계는 주문형 반도체(ASIC: application specific integrated circuit) 상에서 사용하는 데 있어 매우 유리하다.
선호되는 상관기 세트(34)는 노드-B/기지국 경로 검색기 하드웨어의 활용에 있어서 유연성을 허용한다. 상관기 세트의 재구성 가능성으로 인하여 셀 상태가 변화됨에 따라 소프트웨어에 의해 하드웨어를 변경할 수 있다.
게다가 재구성 가능성에는 다른 장점이 있다. 더 높은 서비스 품질(QOS: quality of service)을 요구하는 사용자에 대해서는 경로 프로파일이 더 낮은 QOS를 요구하는 사용자보다 더 빈번한 주기로 업데이트될 수 있다. 따라서 재구성 가능한 상관기 세트(34)의 유연성은 더 높은 QOS의 사용자에 있어서 QOS 기대치를 만족시키는데 일조한다.

Claims (1)

  1. 사용자로부터 신호를 수신하기 위한 복수의 안테나와 경로 검색기를 구비한 노드-B/기지국에 있어서, 상기 경로 검색기는
    상관기의 세트로서, 각 상관기는 입력된 사용자 코드를 상기 복수의 안테나로부터 입력되는 안테나 출력과 상관시키기 위한 것인 상관기의 세트와;
    상기 복수의 안테나중 하나의 출력을 선택적으로 상기 상관기 세트의 각 상관기의 입력으로 연결시키기 위한 안테나 제어기와;
    복수의 사용자 코드를 생성하기 위한 복수의 사용자 코드 발생기와;
    일련의 지연 장치로서, 각 지연 장치는 선택된 사용자 코드를 미리 정의된 양만큼 지연시키고, 상기 상관기 세트의 각 상관기는 상기 선택된 사용자 코드의 상이한 코드 위상 지연을 수신하는 것인 일련의 지연 장치와,
    상기 상관기 세트의 각 상관기의 출력 에너지 레벨을 분류하고, 상기 분류된 출력 에너지 레벨에 기초하여 경로 프로파일을 생성하기 위한 분류기와 경로 선택기를 포함하며,
    상기 상관기 세트의 각 상관기는 상기 복수의 사용자 코드중 선택된 하나의 코드를 선택적으로 연결된 하나의 안테나로부터의 출력과 믹싱(mixing)하기 위한 멀티플렉서를 구비하는 것인 노드-B/기지국.
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