KR20050117355A

KR20050117355A - Ｏｆｄｍ 무선 통신 시스템에 적용되는 시간 동기 획득 방법

Info

Publication number: KR20050117355A
Application number: KR1020040042649A
Authority: KR
Inventors: 임빈철; 천진영
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2005-12-14
Also published as: US7639767B2; WO2005120182A2; EP1762064B1; CN101099361B; JP2008502273A; WO2005120182A3; CN101099361A; US20080063096A1; KR101065687B1; JP4833977B2; EP1762064A2

Abstract

본 발명은 OFDM 무선 통신 시스템에서 단말기가 기지국과의 시간 동기를 맞추는 경우 또는 신호의 세기를 측정하는 경우에 일정 간격으로 삽입되어 있는 현재의 프리앰블(preamble) 신호를 찾아서 읽기 위해 많은 시간을 소요하는 문제점을 해결하여 단말기가 기지국과 조기에 시간 동기를 맞출 수 있는 시간 동기 획득 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 시간 동기 획득 방법은, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식 무선 통신 시스템에 있어서, 송신측에서 전체 부반송파(subcarrier) 중에서 적어도 하나 이상의 부반송파를 심벌 시간을 알려주는 정보를 포함하고 있는 기준 신호에 할당하여 변조하는 단계; 상기 변조된 신호를 송신하는 단계; 및 수신측에서 상기 변조된 신호를 수신하여 상기 기준 신호로부터 시간 동기를 획득하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

ＯＦＤＭ 무선 통신 시스템에 적용되는 시간 동기 획득 방법{Method of obtaining time synchronization in OFDM mobile communication system}

본 발명은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 또는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, OFDM 또는 OFDMA 무선 통신 시스템에서 수신측이 송신측과의 시간 동기를 맞추는 경우 또는 신호의 세기를 측정하는 경우에 일정 간격으로 삽입되어 있는 현재의 프리앰블(preamble) 신호를 찾아서 읽기 위해 많은 시간을 소요하는 문제점을 해결하여 수신측이 송신측과 조기에 시간 동기를 맞출 수 있는 시간 동기 획득 방법에 관한 것이다.

OFDM 방식은 유무선 채널에서 고속 데이터 전송에 적합한 방식으로 최근 활발히 연구되고 있다. OFDM 방식에서는 상호 직교성을 갖는 다수의 반송파를 사용하므로 주파수 이용 효율이 높아지고, 송수신단에서 이러한 다수의 반송파를 변복조하는 과정은 각각 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)와 DFT(Discrete Fourier Transform)를 수행한 것과 같은 결과가 되어 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)와 FFT(Fast Fourier Transform)를 사용하여 고속으로 구현할 수 있다.

OFDM의 원리는 고속의 데이터 스트림을 다수의 저속 데이터 스트림으로 분할하여 다수의 부반송파(subcarrier)를 사용하여 동시에 전송함으로써 심벌 구간(symbol duration)을 증가시켜 다중 경로 지연 확산(multi-path delay spread)에 의한 시간 영역에서 상대적인 분산(dispersion)을 감소시키는 것이다. OFDM 방식에 의한 데이터의 전송은 전송 심벌을 단위로 한다.

OFDM 방식에 있어서의 변복조는 DFT(Discrete Fourier Transform)를 이용하여 모든 부반송파에 대해 일괄적으로 처리할 수 있기 때문에 개별 부반송파 각각에 대해 변복조기를 설계할 필요가 없다.

도1은 OFDM 방식 변복조기의 개념적 구성을 도시한 것이다. 도1에 도시된 바와 같이, 직렬로 입력되는 데이터 스트림을 부반송파 수 만큼의 병렬 데이터 스트림으로 전환하여 각각의 병렬 데이터 스트림을 역이산 퓨리에 변환한다. 고속의 데이터 처리를 위해 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)가 사용된다. 역이산 퓨리에 변환된 데이터는 다시 직렬 데이터로 전환되어 주파수 변환을 거쳐 송신되고, 수신측에서는 신호를 수신하여 역과정을 거쳐 복조한다.

종래 OFDM 무선 통신 시스템은 기지국과 단말기의 시간 동기 및 주파수 동기를 맞추기 위한 수단으로서 데이터 프레임에 일정한 주기로 삽입된 프리앰블 신호를 사용하고 있다.

도2는 종래의 OFDMA 무선 통신 시스템에서의 데이터 프레임의 구성을 도시한 것이다. 도2에서 가로축은 시간 축으로서 심벌 단위로 표시한 것이고, 세로축은 주파수 축으로서 서브채널(subchannel) 단위로 표시한 것이다. 상기 서브채널은 다수의 부반송파의 묶음을 의미한다.

도2에 도시된 것 처럼, 프리앰블(preamble)에는 전체 부반송파가 할당되어 변조되고, 일정 간격으로 삽입되어 있어서 전체 시간의 기준점이 된다. 기지국과 단말기가 주고 받는 모든 신호는 프리앰블을 기준으로 삽입되기 때문에 프리앰블의 획득은 데이터를 주고 받기 위한 가장 기초적이면서도 중요한 작업이다. 예를 들어, 단말기가 기지국과 시간 동기를 맞추기 위해 시도하는 순간이 도1에서 (k+13)번째 심벌이라면, (k+30)번째 심벌이 되기 전까지는 기지국과 시간 동기를 맞추지 못하다가 (k+30)번째 심벌에서 프리앰블을 획득하여 시간 동기를 맞춘다. 일반적으로 한 번의 시도만으로는 만족스러운 정도로 시간 동기를 맞출 수 없기 때문에 다음 프리앰블을 기다려서 다시 좀 더 정밀하게 맞추고 이 과정을 일정한 요건을 충족할 때까지 반복한다.

프리앰블은 일정한 간격으로 삽입되어 있기 때문에 단말기가 시간 동기를 맞추기 위해서는 프리앰블을 읽을 때까지 많은 시간을 소요해야 한다. 또한, 프리앰블을 한 번 획득해서는 시간 동기를 맞추기 어려워 여러 번 반복하는 방식이 사용되기 때문에 프리앰블을 획득하는데 많은 시간을 소모하게 된다. 시간 동기를 맞추는데 시간이 오래 걸리면 단말기의 전력 소모 낭비뿐만 아니라 통신을 위한 준비 작업이 지체되며, 핸드오프 수행 시 이동하려는 인근 기지국과의 연결 지연이 길어져서 통신 품질의 저하를 초래한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 단말기와 기지국의 시간 동기를 맞추기 위한 소요 시간을 단축할 수 있고, 프리앰블을 획득하기 전까지 수행되던 불필요한 심벌 탐색을 줄여 단말기의 전력 소모를 줄일 수 있는 OFDM 또는 OFDMA 무선 통신 시스템에 적용되는 시간 동기 획득 방법을 제공하는 것이다.

발명의 개요

본 발명에 따른 시간 동기 획득 방법은, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 또는 OFDMA 방식 무선 통신 시스템에 있어서, 송신측에서 전체 부반송파(subcarrier) 중에서 적어도 하나 이상의 부반송파를 심벌 시간을 알려주는 정보를 포함하고 있는 기준 신호에 할당하여 변조하는 단계; 상기 변조된 신호를 송신하는 단계; 및 수신측에서 상기 변조된 신호를 수신하여 상기 기준 신호로부터 시간 동기를 획득하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

실시예

이하에서는 본 발명에 따른 OFDM 또는 OFDMA 무선 통신 시스템에 적용되는 시간 동기 획득 방법의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 OFDMA 무선 통신 시스템의 데이터 프레임의 구성을 도시한 것이다. 도3은 데이터 스트림을 OFDMA 변조 방식에 의해 IFFT 변환된 데이터 프레임의 구성으로서, 가로축은 심벌 단위의 시간 축으로 표시한 것이고 세로축은 서브 채널 단위의 부반송파 축으로 표시한 것이다.

도3에서 FCH(Frame Control Header)는 헤더이고, DL-MAP은 하향 링크(down link)로 전송되는 데이터들(DL bursts)에 관한 변조 방식 등에 관한 정보를 포함하고 있고, UL-MAP은 상향 링크(up link)로 전송할 데이터들(UL bursts)에 관한 정보를 포함한다. TTG(Transmit/Receive Transition Gap) 및 RTG(Receive/Transmit Transition Gap)은 각각 하향링크 데이터 전송에서 상향링크 데이터 전송 및 상향링크 데이터 전송에서 하향링크 데이터 전송으로 전환될 때의 간격을 말한다.

도3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 OFDMA 시스템에서 가용할 수 있는 서브 채널(Sub-channel) 일부(도3에서는 (s+L)-1 및 (s+L) 서브 채널에 속하는 부반송파들)를 새로운 기준 신호(reference signal) 할당을 위해 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기 기준 신호는 해당 심벌이 전송 프레임에서 몇 번째 심벌인지에 대한 정보를 포함하고 있다. 또한, 종래의 OFDMA 방식에서 프리앰블은 일정 간격으로 삽입되어 있었지만, 본 발명에서는 새로운 기준 신호를 하향 링크의 일정 시간에 걸쳐 여러 심벌 시간 동안(도3에서는 (k+1)번째 심벌에서 (k+15)번째 심벌까지) 삽입하는 것이 바람직하다.

하향링크 시간에 프리앰블을 제외한 심벌 개수를 N_DLS라 하면, 그 심벌들의 인덱스는 N_DLS≤2^M인 최소 M 비트로 표현될 수 있다. 상기 M 비트들은 M 개의 부반송파들을 이용해서 표현할 수 있고, R은 코딩률이나 반복 회수라고 정의하면 결국 R*M개의 부반송파를 기준 신호로 할당할 수 있다. 그러므로, 상기 기준 신호는 0 ~ N_DLS의 심벌의 순서를 표현하는 인덱스로 구성되어 있어서 어떤 심벌이 프리앰블로부터 몇 번째 심벌인지를 알 수 있도록 해준다. 여기서 사용하는 인덱스는 심벌 넘버를 알려주는 어떤 순열을 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 숫자 0 ~ N_DLS를 그대로 사용할 수도 있고 PN 코드 등을 사용할 수도 있다.

상기 기준 신호는 전체 시간 중 심벌 시간을 나타낼 수 있도록 일정한 수열로 정의될 수 있다. 예를 들어, 프리앰블의 다음 심벌부터 1,2,3,...... 같은 순서를 부여할 수 있다.

단말기가 기지국과 동기를 맞추기 위해 우선 OFDM 심벌의 주요 특징인 싸이클릭 프리픽스(cyclic prefix)를 이용해서 하향링크의 임의의 심벌에 대해 동기를 맞출 수 있다.

상기 기준 신호의 서브 채널 축에서의 위치는 기지국과 단말기 사이에서 사전에 정의되어 있다. 시간 동기를 맞춘 심벌에서 기준 신호가 삽입되어 있는 서브 채널을 읽으면 해당 심벌이 전송 프레임에서 몇 번째 심벌인지에 대한 정보가 담겨 있으므로 프리앰블로부터 몇 번째 심벌인지 알 수 있어 시간 동기를 맞출 수 있다. 보다 정확한 시간 동기를 얻기 위해서 이러한 심벌 동기 획득 과정을 다수 회 반복하는 것이 바람직하다.

도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 OFDMA 무선 통신 시스템의 데이터 프레임의 구성을 도시한 것이다. 상기 기준 신호는, 도3에 도시된 바와 같이, 인접한 서브채널에 할당할 수도 있고, 도4에 도시된 바와 같이, 서로 떨어져 있는 서브채널에 나누어 삽입할 수도 있다. 상기 기준 신호에 할당되는 서브채널은 여러 개일 수 있다.

도5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 OFDMA 무선 통신 시스템의 데이터 프레임의 구성을 도시한 것이다. 도5에 도시된 바와 같이, 한 기지국이 멀티 섹터를 지원하는 등의 이유로 전체 대역을 나누어 사용하는 경우에 나뉘어진 대역 각 부분에 상기 기준 신호를 삽입할 수 있다. 삽입하는 위치는 각 부분마다 다를 수 있다. 상기 기준 신호의 삽입 위치는 심벌 번호 축, 서브채널 축에 따라 달라질 수 있으며 프레임마다 다를 수 있다.

상기 기준 신호는 심벌 위치를 알려주는 정보를 담고 있어야 하며, 이 정보는, 도6a에 도시된 바와 같이, 임의의 기준이 되는 시간으로부터의 절대적인 누적 심벌 시간을 알려 주거나, 도6b에 도시된 바와 같이, 각 프레임별로 독립적인 심벌 시간을 알려 줄 수 있다.

도7은 본 발명의 실제적인 구현예를 도시한 것이다. 20MHz의 채널 대역폭과 5ms의 프레임 구간의 환경에서, 2048개의 부반송파 중 기준 신호에 사용되는 부반송파는 36개 6그룹으로 나누어 141~146, 147~152, 153~158, 1890~1895, 1896~1901, 1902~1907 와 같이 할당할 수 있다. 이 기준 신호는 BPSK 변조 방식을 사용하며, 한 그룹당 부반송파 6개를 이용하여 이진수 000000~111111을 순차적으로 표현한 후 모든 그룹은 그 값을 반복해서 사용한다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명에 의한 OFDM 또는 OFDMA 무선 통신 시스템에 적용되는 시간 동기 획득 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 단말기와 기지국의 시간 동기를 맞추기 위한 소요 시간을 단축할 수 있다.

둘째, 프리앰블을 획득하기 전까지 수행되던 불필요한 심벌 탐색이 줄어들어 단말기의 전력 소모를 줄일 수 있다.

셋째, 핸드오프 등의 동작에 필요한 인근 기지국의 시간 동기 및 파라미터 획득에 필요한 소요 시간이 줄어든다.

넷째, 새로운 기준 신호를 기존 시스템에서 사용하지 않는 보호 대역 등에 삽입하면 기존 시스템의 구조 및 형태에 영향을 주지 않는다.

도1은 OFDM 방식 변복조기의 개념적 구성도임.

도2는 종래의 OFDM 무선 통신 시스템에서의 데이터 프레임의 구성을 도시한 것임.

도3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 OFDM 무선 통신 시스템의 데이터 프레임의 구성을 도시한 것임.

도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 OFDM 무선 통신 시스템의 데이터 프레임의 구성을 도시한 것임.

도5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 OFDM 무선 통신 시스템의 데이터 프레임의 구성을 도시한 것임.

도6a 및 도6b는 본 발명에 따라 기준 신호가 포함되는 심벌 시간에 대한 구성예들을 도시한 것임.

도7은 본 발명에 따라 기준 신호를 할당하는 구체적인 적용예를 도시한 것임.

Claims

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) OFDMA 방식 무선 통신 시스템에 있어서,

송신측에서 전체 부반송파(subcarrier) 중에서 적어도 하나 이상의 부반송파를 심벌 시간을 알려주는 정보를 포함하고 있는 기준 신호에 할당하여 변조하는 단계;

상기 변조된 신호를 송신하는 단계; 및

수신측에서 상기 변조된 신호를 수신하여 상기 기준 신호로부터 시간 동기를 획득하는 단계를 포함하는 시간 동기 획득 방법.
제1항에 있어서,

인접한 다수의 부반송파가 상기 기준 신호에 할당되는 것을 특징으로 하는 시간 동기 획득 방법.
제1항에 있어서,

서로 분리된 다수의 부반송파가 상기 기준 신호에 할당되는 것을 특징으로 하는 시간 동기 획득 방법.
제1항에 있어서,

상기 기준 신호에 할당되는 다수의 부반송파는 상기 송신측과 상기 수신측에 사전에 정의되는 것을 특징으로 하는 시간 동기 획득 방법.
제1항에 있어서,

상기 기준 신호는 적어도 둘 이상의 심벌 시간 동안 삽입되는 것을 특징으로 하는 시간 동기 획득 방법.