KR20060001006A

KR20060001006A - 동기식 CDMA시스템에서 Sync 채널 및 Paging 채널전송이 가능한 적응형 파일럿 비콘 장치의 개발

Info

Publication number: KR20060001006A
Application number: KR1020040050011A
Authority: KR
Inventors: 홍동호
Original assignee: 홍동호
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-01-06
Also published as: WO2006004241A1

Abstract

본 발명은 이동통신시스템에 있어서 파일럿 채널뿐 아니라 Sync 채널 및 Paging 채널을 전송하여 하드핸드오프에 도움을 주는 파일럿 비콘 장치의 기술과 직접 무선주파수 변환형 비콘 장치에 있어 디지털적으로 주파수 홉핑을 실시하는 기술에 관한 것이다. 본 장치는, 기지국 순 방향 링크 신호 중 파일럿 채널을 이용하여 초기 동기획득을 수행한 후 DLL루프를 이용하여 파일럿 채널의 시간 변화를 추정하여 기지국 클럭과 장치에서 독립적으로 사용하는 시간옵셋을 보정 하고, Sync채널을 복조하여 Sync채널에서 얻어진 Paging 채널의 롱 코드 상태정보를 이용하여 Paging 채널을 복조한다. 복조된 Sync채널 메시지를 이용하여 장치에서 송출할 Sync채널 메시지를 생성한 후 CDMA변조를 통하여 Sync채널로 송출한다. 또한 Paging 채널에 있어서는 Paging 채널이 방송채널(Broad casting)채널이라는 점을 이용하여 하드핸드오프에 도움을 주는 메시지를 Paging 채널 수신기로부터 획득하여 CDMA변조를 통하여 Paging 채널로 송신한다. 이와 같은 방법을 사용할 경우 SYS_TIME을 얻기 위한 GPS수신기가 불필요하게 되며 모든 메시지를 무선으로 수신된 채널에서 얻어 전송하므로 상기 기지국과의 유선 인터페이스를 필요로 하지 않아 설치 및 유지보수에 장점을 가지게 된다.

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Description

동기식 CDMA시스템에서 Sync 채널 및 Paging 채널전송이 가능한 적응형 파일럿 비콘 장치의 개발{Adaptive Pilot Beacon Capable of Overhead Channel Transmission at IS95 and cdma2000 System}

도1: 오버헤드 채널의 전송이 가능한 파일럿 비콘 장치의 전체 구성도

도2 : 디지털적으로 주파수 홉핑을 수행하는 개념도

도3: 장치에서 사용하는 CDMA송수신기의 구성도

도4 : 동기식 CDMA(IS95A, IS95B, cdma2000)에 정의된 Sync채널의 구조

도5: 장치에서 Sync채널 메시지를 처리할 때 각 단계에 따른 구분

본 명세서에서, 기지국은 가입자국이 통신하는 하드웨어를 말한다. 셀은 이 용어가 사용되는 문맥에 따라, 하드웨어 또는 지리적인 서비스영역을 말한다. 섹터는 셀의 구획이다. CDMA 시스템의 섹터는 셀의 속성을 가지므로, 셀에 관한 설명부는 용이하게 섹터로 확장된다.

현재 상용화된 이동 통신시스템 중에는 퀄컴 인코포레이티드사에 의하여 제안되어 상용화된 통신 시스템인 , 이하 동기식 CDMA시스템이라 칭하는 IS95-A및 IS95-B 그리고 Cdma2000 코드분할 다중접속 시스템이 있다. 동기식 CDMA 시스템에서, 사용자들간의 통신은 하나 이상의 기지국을 통해 이루어진다. 하나의 가입자국의 제 1 이용자는 역방향 링크로 기지국에 데이터를 송신함으로써 제 2 가입자국의 제 2 이용자와 통신한다. 기지국은 그 데이터를 수신하여 그 데이터를 다른 기지국으로 라우팅 할 수 있다. 그 데이터는 동일 기지국 또는 제 2 기지국의 순방향 링크로 제 2가입자국에 송신된다. 순방향 링크는 기지국으로부터 가입자국으로의 송신을 말하고, 역방향 링크는 가입자국으로부터 기지국으로의 송신을 말한다. 동기식 CDMA시스템에서, 순방향 링크와 역방향 링크에는 별도의 주파수를 배정한다. 하나 이상의 기지국의 구별은 PN옵셋에 의하여 구별되는데 이러한 PN옵셋을 구분하기 위하여 GPS를 이용하여 동기식 CDMA시스템의 모든 기지국은 동기화 된다.

동기식 CDMA시스템에서 순방향 링크 중 모든 가입자국에 방송하는 채널로는 Sync 채널과 Paging 채널이 있는데 이러한 채널을 오버헤드채널이라 칭한다. 따라서 본 명세서에서 오버헤드채널이라 함은 동기식 CDMA시스템에서 순방향 링크로 전송되는 Sync 채널과 Paging 채널을 의미한다.

가입자국은 통신 동안 하나 이상의 셀 또는 섹터 그리고 기지국과 통신 할 수 있는데 통신 도중 전파환경이나 가입자국의 이동성에 따라 사용하는 주파수를 변경하는 하드 핸드오프나 FRMAE옵셋의 변화에 따른 하드 핸드오프를 수행 할 수 있다.

이때 서로 다른 주파수를 사용하는 CDMA이동 통신 시스템의 셀과 셀 사이 또는 섹터와 섹터사이에는 하드핸드오프에 도움을 주기 위하여 파일럿 비콘 장치를 사용한다. 파일럿 비콘의 목적은 가입자국이 하드 핸드오프 해야 할 기지국이나 섹터의 주파수 사용정보 및 파일럿 채널의 코드정보 및 시간정보를 알려주어 하드 핸드오프 시 가입자국의 동기 획득시간을 줄여 통화 단절을 막는 것이다. 파일럿 비콘은 전송하는 채널종류 형태에 따라 다음과 같이 네 가지로 분류된다.

기지국 실장형 파일럿 채널전송 비콘장치 : 동기식 CDMA시스템에 있어 파일럿 채널만 전송하는 방식으로 파일럿 비콘 장비는 기지국과 같은 장소에 설치되며 기지국으로 코드정보와 시간정보를 유선으로 제공받아 파일럿 채널의 코드정보와 코드 전송시간을 상기 기지국과 동기화 시키는 형태.

기지국 실장형 파일럿 및 오버헤드 채널전송 비콘장치 : 기지국과 같은 장소에 설치되어 동 기지국으로부터 유선을 통하여 Sync 및 Paging 채널 생성에 필요한 정보를 받아, 파일럿채널 및 Sync채널 그리고 Paging 채널을 CDMA변조하여 전송하는 형태.

적응형 파일럿 채널전송 비콘장치 : 기지국과 이격되어 설치되며 파일럿 비콘이 수신한 무선신호를 통하여 파일럿 채널의 시간정보 및 코드정보를 획득하여, 그에 따라 파일럿 채널을 재 생성하여 전송하는 형태로 본 발명의 양수인에게 양도되고 발명의 명칭이 "최소 시간오차를 갖는 적응형 파일럿 비콘장치의 발명" 대한민국 특허 출원번호 10-2004-0044140에 개시되어 있다.

직접 무선주파수 변환형 비콘 장치 : 기지국과 이격되어 설치되며 무선으로 수신한 기지국의 모든 채널을 주파수만 변경하여 다시 무선으로 송출하는 형태로서 일반적인 모든 통화채널을 포함하기 때문에 파일럿 및 Sync 그리고 Paging 채널만을 전송할 때보다 큰 용량의 전력증폭기를 필요로 한다. 이러한 직접 무선주파수 변환형 비콘 장치에 대한 구성방법은 이미 개시되어 있다.

본 발명은 상기한 4가지 방식들의 단점을 보완하고 새로운 방식의 파일럿 비콘장치의 구성방법을 제시하는 것으로 본 발명에서, 오버헤드 채널전송이 가능한 파일럿 비콘 장치는 기지국과 이격 되거나 같은 위치에 설치되어, 두 가지 형태로 동작 할 수 있는데 첫째는 상기한 직접 무선주파수 변환형 비콘 장치와 동일한 기능을 수행하지만 주파수를 홉핑(Hopping) 처리 과정을 기존의 아날로그 PLL을 이용한 방법과는 다르게 디지털적으로 수행하여 신호의 품질 및 생산원가를 절감하는 방식이며, 두 번째로는 CDMA송수신기를 사용하여 파일럿 채널과 Sync채널 그리고 Paging채널을 전송하는 방식이다. 두 번째 방식에 있어 Paging채널의 전송은 반드시 필요한 것은 아니며 사용자의 환경이나 요구사항에 따라 Paging채널은 선택적으로 전송된다.

현재 기지국이 송출하고 있는 무선이나 광 신호를 수신하여 파일럿 탐색기와 DLL루프를 이용하여 장치에서 송출할 파일럿과 Sync 그리고 Paging채널의 CDMA시간정 보를 조절하고, 오버헤드 채널을 수신하여 오버헤드 채널 생성에 필요한 데이터를 추출 한 후, 장치의 송출 시간에 맞게 SYS_TIME과 LC_STATE메시지를 포함한 오버헤드채널 메시지를 생성하여 파일럿 채널과 오버헤드 채널만을 CDMA 변조하여 전송함으로써, 파일럿 채널의 시간정보를 획득하기 위한 기지국과의 시간정보에 대한 유선 인터페이스를 없애고, Sync채널에서 전송해야 할 SYS_TIME과 LC_STATE정보를 기지국과의 유선 인터페이스 또는 GPS수신기로부터 얻는 것이 아니라 Sync채널 수신기 및 Sync채널메시지 생성기에서 얻음으로써 GPS수신기를 사용하지 않게 하며, 파일럿과 오버헤드 채널을 재 생성하여 전송함으로써 신호의 품질이 향상되고, 파일럿과 오버헤드 채널의 전체 전력밀도가 낮아 적은 용량의 전력증폭기를 사용하게 하여 생산비용 및 유지보수비용의 절감 및 신호품질의 향상을 꾀하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 명세서에서, 장치에서 파일럿 채널을 송출할 때의 CDMA시간정보 획득은 본 발명의 양수인에게 양도되고 발명의 명칭이 "최소 시간오차를 갖는 적응형 파일럿 비콘장치의 발명" 대한민국 특허 출원번호 10-2004-0044140에 개시된 방법을 사용하여도 동일한 효과를 얻는다.

직접 무선주파수 변환형 파일럿 비콘의 개선

본 발명에서 두 가지 형태로 동작하는 파일럿 비콘의 형태에 있어 그 첫째로 직접 무선주파수 변환형에서 개선된 형태로 동작하는 파일럿 비콘의 구성 및 실시 예를 설명한다.

이하 디지털방식의 직접 무선주파수 변환형 주파수 홉핑(Hopping) 예는 편의를 위해 4개의 FA에 대해 실시 예를 보이지만 FA는 얼마든지 확장될 수 있다.

도 1에서 기지국 순방향 링크는 장치의 안테나(10)를 통하여 듀플렉서(20)에서 현재 기지국이 서비스하고 있는 FA신호를 통과 시킨 후 믹서(40)와 필터(50)를 거쳐 주파수하향 변환된다. 이때 변환된 주파수 영역의 신호를 이하 수신 IF(중간주파수)신호라 칭한다.

일반적인 직접 무선주파수 변환형의 파일럿 비콘에서 수신 IF신호는 주파수 홉핑이 수행된 후 믹서와 필터를 통하여 상향주파수 변환되고 전력 증폭기를 통한 후 듀플렉서를 거쳐 안테나에서 송출된다. 이때 수신 IF신호를 주파수 홉핑하는 방식으로 지금까지는 아날로그 PLL을 이용하여 홉핑주파수로 도약 시켰는데 본 발명에서는 이러한 과정을 AD변환기(Analog To Digital변환기,도1의 90)와 보간기(도2의 201) 그리고 DA변환기(Digital To Analog변환기,도1의 93) 와 DDS(direct digital synthesizer,도3의 104)를 이용하여 간단하게 구현하는 방법을 제시한다. 이 경우에 CDMA송수신기(도4의100)는 기능이 정지되고 RF DIRECT(91)가 동작되고 MUX(92)는 RF DIRECT(91)에서 오는 신호에 연결된다.

이와 같은 디지털방식의 주파수 홉핑에 대한 원리는 도 2에 나타나 있다. 도 2의 a)는 중심주파수가 frc이며 대역폭이 BW인 수신 IF신호(200)를 나타내며, 도2의 b)는 1/fs1의 rate로 수신 IF신호를 AD변환기(90)를 이용하여 표본화 하고 이 표본화 신호를 다시 1/fs1의 rate로 DA변환기(93)를 통과시킬 때 의 주파수 특성을 나타낸다. 이때 도 2에서 보여 지듯이 DA변환기의 출력신호는 도 2의 a)에 나타나 있는 AD변환기 입력단 신호(201)과 샘플링 주파수 fs1-frc(202)와 fs1+frc(203)에 존재하게 되는데 이는 샘플링 이론에 따라 명확한 사실이다. 디지털방식의 주파수 홉핑은 바로 이러한 샘플링 이론을 응용한 것으로 파일럿 비콘 장치에서 주파수 홉핑이 이루어지는 주파수대역을 FA1(208), FA2(209), FA3(210), FA4(211)라 하고 주파수 도약이 FA1-> FA2 ->FA3->FA4로 순서로 반복되어 진다고 하면 도 2의 d)에서 HBW는 주파수 홉핑이 이루어지는 전대역이라고 할 수 있다.

수신 IF신호를 FA1-> FA2 ->FA3->FA4순서로 도약 시키려면 먼저 FA1 도약을 위해서 AD변환기와 DA변환기의 표본화율을 FA1에 해당하는 1/fs1로 하여 표본화를 수행한다. 상기한 방식처럼 순차적으로 FA2, FA3, FA4에 대해서 각각 표본화율을 1/fs2, 1/fs3, 1/fs4로 순차적으로 변환하여 AD변환기와 DA변환기를 동작시킨다면 도3의 d)에서 상측파대로 표시된 부분의 주파수 홉핑 신호를 얻을수 있게 된다. 이때 샘플링 이론에 따라 AD변환기의 표본화율 1/fs는 엘리어징을 피하기 위해 1/(2*HBW)보다 커야 한다.

디지텅방식의 주파수 홉핑방식에 있어 보간기(Interpolation Filter, 도2의 91A)를 사용한 신호처리 기술을 이용하여 슈피리어스나 image신호를 효과적으로 제거 할 수 있다. 보간기에서 m은 interpolation rate값이며 m은 정수값을 갖는다. 샘플링 이론에서 주지된 바와 같이 m이 2 이상의 값을 가질 때 DA변환과정에서 나타나는 image신호는 m*fs만큼 이동되므로 관심 주차수 영역의 슈피리어스나 image신호는 제거되어 아날로그단에서 사용하는 필터의 구성을 용이하게 한다. AD변환기와 DA변환기 사이에 보간기를 사용하여 표본화된 수신 IF신호를 m배 보간하여 사용할 때, 1/fs를 AD변환기의 표본화율이라 하면 DA변환기는 m/fs의 샘플링 클럭에 의해 동작하여야 한다. 도 1에서 RF DIRECT(91)는 도2의 보간기(91A)를 포함하고 있다.

디지털방식의 직접 무선주파수 변환형 파일럿 비콘 장치에서 표본화 주파수 fs는 다음 식에 의하여 결정된다. 여기서 fs1, fs2,fs3,fs4는 각각 FA1,FA2,FA3,FA4를 발생시키는데 필요한 샘플링주파수이다.

[수학식]

FA1의 주파수도약을 위한 fs1 = FA1중심주파수 - 수신IF신호의 중심주파수

FA2의 주파수도약을 위한 fs2 = FA2중심주파수 - 수신IF신호의 중심주파수

FA3의 주파수도약을 위한 fs3 = FA3중심주파수 - 수신IF신호의 중심주파수

FA4의 주파수도약을 위한 fs4 = FA3중심주파수 - 수신IF신호의 중심주파수

DDS(104)는 AD변환기와 DA변환기에 필요한 클럭을 생성하는 부분으로 기존 아날로그 PLL과 같이 Lock시간이 필요치 않기 때문에 빠른 속도로 클럭을 변환하여 주파수 홉핑이 가능하게 한다.

또한 일반적인 파일럿 비콘은 한 FA에서 다른 FA로 도약할 때 정해진 시간만큼 신호를 출력하지 않는데 본 명세서에서는 이러한 시간을 휴지시간, 이러한 기능을 휴지기능 이라 칭한다. 또한 동일 FA에서 신호를 정해진 시간만큼 계속해서 유지시켜야 하는데 이러한 시간을 지속 시간, 이러한 기능을 지속기능이라 칭한다.

디지털방식의 직접 무선주파수 변환형 파일럿 비콘 장치에서 휴지기능과 지속기능은 간단히 구현되는데 그 방법은 휴지시간동안 AD변환기와 DA변환기의 클럭을 정지시키는 것에 의하여 구현된다. 또한 지속시간동안 FA에 해당하는 클럭을 AD변환기와 DA변환기에 인가하는 것으로써 지속기능을 구현한다.

오버헤드 채널전송이 가능한 파일럿 비콘 장치

본 발명에서 두 가지 형태로 동작하는 파일럿 비콘의 동작에 있어 이하 그 두 번째인 오버헤드 채널의 전송이 가능한 형태로 동작하는 파일럿 비콘의 구성 및 실시 예를 설명한다.

이 경우에 도4의 CDMA송수신기(도4의100)는 기능이 활성화되고 RF DIRECT의 동작은 정지되며 MUX는 CDMA송수신기에서 오는 신호에 연결된다.

동기식 CDMA시스템에서 Sync채널의 구조

동기식 CDMA 국제표준규격에서 Sync채널의 구조는 도4에 도시 되어있다. 동기식 CDMA 국제표준규격에서 Sync채널 프레임은 26.66ms이며, 3개의 프레임이 1개의 80ms의 super 프레임을 구성한다. Sync채널은 super 프레임의 정수배로 데이터를 전송하게 된다. Sync채널은 1.2kbps로 데이터를 전송하므로 1 프레임에 32비트, 1super 프레임에 96비트의 데이터로 구성되어 진다. 그러나 실제 전송 가능한 데이터는 1프레임에 31비트이며, 나머지 1비트는 SOM(Start Of Message)비트로 Sync Message의 시작과 연속성을 알리게 된다. Sync채널 메시지 캡슐내의 제일 첫 프레임의 SOM 비트는 1로 채워져 Sync채널 메시지 캡슐의 시작점을 알려주며 , 나머지 프레임의 SOM 비트는 Sync채널이 계속됨을 알리기 위해 0으로 채워진다. Sync채널 메시지 캡슐(Sync Channel Message Capsule)은 Sync채널 메시지와 Padding으로 구성되어 전체 93*N개의 Super 프레임의 수에 해당하는 길이를 가진다. 여기서 N은 Sync메시지 전송을 메시지전송을 위해 요구되는 Super Frame의 수 를 나타낸다. Sync채널 메시지는 MSG_LENGTH, MSG_BODY, CRC비트로 구성된다.

동기식 CDMA시스템에서 system time은 GPS가동 시점인 1980년 1월 6일 0시 0분 0초를 시점부터 매 80ms마다 Counter 한 값을 의미한다. 이때, short PN code와 Long code의 시작지점이 일치하며, 다음 일치까지는 37세기의 시간이 필요하게 된다. Sync Message중에서 포함되어 전송되는 SYS_TIME의 정의는 마지막 Sync채널 메시지가 전송된 후, system time에서 pilot offset을 뺀 시간을 80ms단위로 표현한 것이다. 이는 결과적으로 pilot offset이 0인 SYS_TIME에 해당되어 진다. 또한 이 시간에서의 Long Code 의 state값을 계산하여 LC_STATE라는 Sync채널 메시지로 전송한다. 따라서 Sync채널 메시지 중 system time의 값에 따라 영향을 받는 메시지는 SYS_TIME과 LC_STATE값이며 이 두개의 메시지 변화에 따라 Sync채널의 MSG_BODY내용이 바뀌기 때문에 CRC값도 바뀐다.

동기식 CDMA시스템에서 Paging채널의 메시지 구조

Paging채널은 메시지를 통하여 기지국에서 가입자국으로 오버헤드, 호출, 명령 그리고 채널할당 정보를 전달한다. Paging채널에서 하드핸드오프와 관련된 중요한 메시지로는 다음의 4개의 메시지로 구성되어 시스템 구성에 관한 정보를 전달하는 오버헤드관련 메시지이다.

(가) System Parameters Message

(나) Access parameters Message

(다) Neighbor List Message

(라) CDMA Channel List Message

또한 가입자국이 IDLE상태에 있을 때 핸드오프를 지원하기 위하여 Paging채널 메시 지에는 Global Service Redirection Message가 있다.

이하 본 발명의 특징에 따른 오버헤드채널 전송이 가능한 적응형 파일럿 비콘 장치의 실시 예를 상세하게 설명한다.

도1과 도3에서와 같이 오버헤드채널 전송이 가능한 적응형 파일럿 비콘 장치는, 기지국 파일럿 채널로부터 초기동기를 획득하는 파일럿 탐색기(103); 장치에서 송출할 파일럿 채널과 Sync채널 그리고 Paging채널의 상대적인 전력비를 상기 기지국의 하향링크신호에서 취득하기 위한 코드파워 분석기(108); 파일럿 탐색기로부터 얻어진 초기동기정보를 이용하여 장치의 클럭과 기지국 클럭간의 시간오차성분을 보상하고 DLL루프(102), 오버헤드채널을 수신하기 위하여 Sync채널 수신기(110)와 Paging채널 수신기(120)로 구성된 오버헤드채널 수신기; 오버헤드 채널로부터 획득된 메시지를 이용하여 본 장치에서 송출할 오버헤드 채널 메시지를 생성하는 Sync 채널 메시지 생성기(130)와 Paging채널 메시지 생성기(150); 파일럿 탐색기와 DLL루프로부터 얻어진 시간정보를 이용하여 파일럿 채널 PN코드를 생성시키고 , 오버헤드 채널수신기로부터 얻어진 정보를 이용하여 오버헤드 메시지를 생성하고 이를 파일럿채널 변조시간에 정렬시켜 CDMA변조를 수행하는 파일럿(161) 및 오버헤드 채널(162,163)에 대한 CDMA변조기(160); 변조된 CDMA신호를 필터링(107)하고 가입자국의 RF부 위상왜곡을 보상하는 Phase Equalizer(106), Phase Equalizer에서 출력 된 신호를 IF주파수 대역으로 변환하는 Digital Up Converter(105); 순방향 링크의 무선신호를 수신하는 RF수신부(10,20,30,40,50)와 장치에서 CDMA변조된 IF주파수 대역의 파일럿 채널 및 오버헤드채널의 IF대역 신호를 RF신호로 바꾸어 전송하는 RF송신부(10,20,60,70,80)로 구성된다.

장치에서 수신된 기지국 순 방향링크 무선신호는 RF수신부를 지나 IF대역신호로 변환된다. IF대역 신호로 변환된 기지국 순 방향링크 신호는 AD변환기(Analog to Digital 변환기,90)에서 디지털 신호로 표본화 된 QPSK복조기(101)를 통하여 기저대역 I,Q 신호로 변환되며, 파일럿 탐색기(103)는 기저대역 I,Q신호로부터 파일럿 채널의 에너지 검색을 통하여 수신된 기지국 순 방향링크신호에 포함된 파일럿 채널에 대한 코드정보 및 시간정보를 획득한다. DLL루프(102)는 파일럿 탐색기에서 획득된 코드정보와 시간정보를 이용하여 독립적인 클럭 성분을 사용하는 본 장치와 상기 기지국 클럭사이의 시간에 따른 드리프트를 보상하면서 지속적으로 파일롯 채널을 시간에 대해 트래킹 한다. DLL루프의 트래킹 과정에서 얻어진 시간정보는 본 장치에서 송출할 파일롯 채널과 오버헤드 채널의 CDMA변조시간을 조정하는데 사용되어 본 장치의 안테나에 수신된 파일럿 채널의 신호와 안테나로부터 송출될 파일럿 신호의 time offset을 제거 시킨다.

코드파워 분석기(108)는 장치에서 송출할 파일럿 채널과 Sync채널 그리고 Paging채널의 상대적인 전력비를 상기 기지국의 순방향 링크에서 사용한 것과 같은 비율로 설정하기 위하여 장치에 입력되는 순방향 링크의 파일럿 채널과 Sync채널 그리고 Paging채널간의 상대적인 전력비를 측정한다. 코드파워 분석기에서 취득된 파일럿 채널과 Sync채널 그리고 Paging채널간의 상대적인 전력비는 CDMA변조기(160)로 보내져 장치에서 송출하는 채널들간의 전력비를 설정하는데 이용한다.

오버헤드 채널수신기(110,120)는 파일럿 탐색기와 DLL루프에서 얻어진 코드정보 및 시간정보를 이용하여 수신되는 순방향 신호로부터 오버헤드 채널을 수신한다.

오버헤드 채널 수신기는 동기식CDMA 방식에 있어 Sync채널(Sync Channel)수신기(110) 및 Paging 채널(Paging Channel)수신기(120)로 구성되며 Sync채널과 Paging채널의 메시지를 복조하기 위하여 사용한다. 오버헤드채널 수신기는 Demodulator부(111,121)에서 기저대역 I 및 Q 신호에 대해 PN De-spreading및 Walsh De-covering의 수행과 Sync 채널과 Paging 채널에 남아있는 주파수 및 시간 그리고 위상오차를 제거하고, 디인터리빙(112,122) 및 비터비 디코더(113,123)의 복호 과정을 수행하여 Sync채널과 Paging 채널 메시지를 복조 한다.

도4는 국제 표준 규격인 IS95A및 IS95B그리고 cdma2000에서 정의한 기지국이 송출하는 Sync채널의 구조를 도시한 것으로, Sync채널메시지 몸체(Sync Channel Message Body,312)의 Field는 P_REV, MIN_P_REV, SID, NID, PILOT_PN, LC_STATE, SYS_TIME, LP_SEC, LTM_OFF, DAYLT, PRAT, CDMA_FREQ, EXT_CDMA_FREQ로 정의 되는 데, 본 명세서에서는 이것을 장치에서 송수신하는 메시지와 구분하기 위하여 기지국이 송출한 Sync채널메시지 몸체(312)라고 규정한다. Sync채널 수신기를 통하여 복조되는 Sync채널메시지 몸체(322)는 Sync채널 수신과정에서 CRC(323)에러가 발생하지 않은 경우라면 기지국에서 송출한 Sync채널메시지 몸체의 Field동일한 값을 갖는다. 본 장치에서 사용하는 수신 Sync채널메시지는 CRC에러가 발생하지 않은 경우에 한하여 사용하므로 이하 기지국에서 송출한 Sync채널메시지 몸체(312)와 장치에서 수신하여 복조된 Sync채널메시지 몸체(322)는 동일하다고 규정한다.

본 장치에서 송출하는 오버헤드 채널은, 수신된 오버헤드 채널 메시지를 CDMA변조를 통하여 다시 전송하는 것이므로 오버헤드 채널 메시지들은 장치의 수신과 송신에 있어 시간차를 갖게 된다. 장치에서 송출하는 오버헤드 채널 메시지중에서 장치의 수신과 송신의 시간차에 의하여 변화하는 메시지는 Sync채널메시지 몸체(332) Field중에서 TX_SYS_TIME, TX_LC_STATE Field 이며 그에 따라 장치에서 송출해야 하는 Sync채널메시지의 CRC(333)값이 변하게 된다. 이와 같이 수신과 송신시간의 차이에 따라 변화하는 SSync채널메시지 몸체 Field에서 장치가 송출 할 TX_SYS_TIME, TX_LC_STATE값은 실시간 Sync채널 메시지 생성기(132)에서 생성된다.

본 장치에서 송출해야 할 Sync채널과 Paging채널의 메시지 중에서 실시간 Sync채널 메시지 생성기(132)에서 생성되는 메시지를 제외한 나머지 메시지들은 Sync채널의 경우에는 고정 Sync채널 메시지 생성기(131)에서 생성되며 Paging채널의 경우에는 Paging채널 메시지 생성기(150)에서 생성된다.

고정 Sync채널 생성기에서 얻어지는 메시지 Field(324)는 P_REV, MIN_P_REV, SID, NID, PILOT_PN, LP_SEC, LTM_OFF, DAYLT, PRAT, CDMA_FREQ, EXT_CDMA_FREQ로 구성되어 있으며 실시간 Sync채널 생성기에서 얻어지는 메시지 Field는 TX_SYS_TIME(327)과 TX_LC_STATE(328)으로 구성되어 있다.

실시간 Sync채널 메시지 생성기의 동작

이하 실시간 Sync채널 메시지 생성기(132)에서 사용하는 용어를 정의하고 그 구성방법에 대해 상세하게 설명한다.

SYS_TIME : 동기식 CDMA시스템에서 있어 기지국의 Sync채널을 통하여 전송되는 메시지로서 GPS가동 시점인 1980년 1월 6일 0시 0분 0초를 시점으로부터 매 80ms마다 count한 값

TX_SYS_TIME : 장치에서 송신해야 할 SYS_TIME메시지(327)

SYNC_PROCESSING_TIME : Sync채널 수신기로부터 유효한 SYS_TIME 메시지를 얻은 후부터 그 메시지를 이용하여 계산되는 TX_LC_STATE값이 CDMA변조기(160)에 적용될 때까지 소요되는 시간으로 80ms의 정수배 값이다.

LC_STATE : 동기식 CDMA시스템에서 있어 기지국의 Sync채널을 통하여 전송되는 긴 코드 상태값

TX_LC_STATE : 장치에서 송신해야 할 LC_STATE값(328)

SOM_START_TIME : Sync채널 수신기에서 Sync 메시지를 복조할 때 Sync채널 SOM이 1의 값을 갖는 지점에서의 80ms_Timer값으로, Sync채널의 메시지가 시작하는 Sync채널의 첫 번째 Super프레임에서의 80ms_Timer에 대한 timer값이다.

SYNC_GET_TIME : CRC오류가 없는 Sync채널 메시지 복조에 대하여, SOM_START_TIME으로부터 메시지 복조 완료에 소요된 시간으로 80ms의 정수배 값을 가지며 만약 Sync채널을 실시간으로 복조 한다면 이때 얻어진 SYNC_GET_TIME값은 SYNC_CAPSULE_TIME 값과 같은 값을 갖는다. 만약 실시간 복조가 아니고 지연을 갖는다면 SYNC_CAPSULE_TIME값보다 큰 값을 갖는다.

SYNC_CAPSULE_TIME: 유효하게 수신된 Sync채널 메시지 캡슐에서 캡슐의 시작으로부터 캡슐의 끝까지의 시간으로 80ms의 정수배 값을 갖는다.

SYS_TIME_UPDATE : 80ms_Timer를 갱신할 값

[수학식]

SYS_TIME_UPDAT= SYS_TIME + SYNC_CAPSULE_TIME - SYNC_PROCESSING_TIME - SYNC_GET_TIME

80ms_Timer(140)는 80ms마다 count되는 실시간 counter로서 counter에 사용되는 클럭은 기지국 클럭과 동기된 클럭이거나, 만약 장치에서 사용하는 클럭이 기지국과 동기 되지 않을 경우는 SYNC_PROCESSING_TIME값 동안 기지국 클럭과 비교하여 최대 옵셋값이 ±40ms를 넘지 않는 클럭 성분에 의하여 동작하는 Counter이다. 80ms_Timer는 유효한 Sync채널 메시지를 수신하기 전까지는 그 시작점이 랜덤하게 시작되지만 Sync채널 수신기로부터 유효한 Sync채널 메시지가 복조되어 SYS_TIME이 얻어지면 그 정보를 이용하여 80ms_Timer값이 갱신되어 동작한다.

Sync채널 수신기는 수신된 신호에서 SOM정보가 1의 값을 갖는 지를 판별하여, SOM정보가 1의 값을 갖는 시점에서의 80ms_Timer값인 SOM_START_TIME을 읽어 온다. Sync채널 수신기에서 SOM이 1로 수신되면 Sync채널 수신기는 디인터리빙과 비터비 복호를 수행하여 Sync채널 메시지를 복조하고 메시지의 오류여부를 판단하기 위하여 CRC검사를 수행한다. CRC검사에서 오류가 발생되면 그때 얻어진 Sync채널의 메시지는 버린다. 만약 CRC검사에서 오류가 없으면 그때 얻어진 SYS_TIME_UPDATE값으로 80ms_Timer 초기화 시킨다.

80ms_Timer가 유효한 SYS_TIME_UPDATE값으로 지속적으로 초기화되면 파일럿 비콘 장치의 클럭성분과 기지국의 클럭 성분 사이의 오차성분은 보상 되어 진다. 상기한 바와 같이 80ms_Timer가 유효한 SYS_TIME_UPDATE값으로 초기화되어 동작하게 되면 이후부터 얻어지는 80ms_Timer값은 현재 상기 기지국에서 Sync채널로 전송하는 System time과 동일한 값으로 매 80ms마다 갱신되게 되며 이후 80ms_Timer값은 TX_SYS_TIME값(327)으로 사용하게 된다.

동기식 CDMA시스템에 있어 상기 기지국에서 송출하는 Sync채널 메시지 중 LC_STATE는 SYS_TIME에 해당하는 시스템 긴 코드 상태와 같다. 동기식 CDMA시스템에서 사용하는 긴 코드는 데이터 스크램블링을 위하여 사용되는데 42개의 위상 쉬프트 레지스터를 이용하여 1.2288MHz의 칩 레이트로 생성되며 동기식 CDMA System Time과 동기 되어 있다. 긴 코드 발생기는 m-시퀀스특성을 갖으며 특정한 시간에 대응하는 쉬프트값을 얻기 위해서는 쉬프트 레지스터의 mask vector를 사용함으로써 출력을 조합해 원하는 쉬프트 만큼의 시퀀스에 해당하는 긴 코드의 상태값을 얻을 수 있다. 이와 같이 긴 코드 발생기에서 특정한 시간에 대응하는 쉬프트레지스터의 상태값 값을 얻을 때 사용하는 방법에 대해서는 그 기술이 이미 퀄컴 인코포레이티드사에 의해 개시되어 사용되고 있다.

파일럿 비콘 장치에서 송출할 Sync채널 MSG_BODY Filed중에서 TX_LC_STATE는 상기한 긴 코드 발생기술에 근거하여, 80ms_Timer의 현재 timer값을 이용하여 긴 코드 상태값 연산기(133)에서 연산 되어 진다.

고정 Sync채널 메시지 생성기의 동작

고정 Sync채널 메시지 생성기(131)는 장치에서 송출할 Sync채널 메시지 중 TX_SYS_TIME과 TX_LC_STATE를 제외한 나머지 메시지들(324)을 발생시키는 부분으로 실제적으로는 Sync채널 수신기에서 취득한 수신Sync채널 메시지 중에서 SYS_TIME과 LC_STATE를 제외한 나머지 수신 Sync채널 메시지를 그대로 사용하여 고정 Sync채널 메시지를 생성한다.

장치에서 송출할 Sync채널 메시지 캡슐의 구성

도 5는 기지국에서 송출한 Sync채널 메시지(311,312,313)와 장치에서 수신한 Sync채널 메시지(321,322,323) 그리고 장치에서 송출되는 Sync채널 메시지(331,332,333)의 구성에 대한 도면이다.

파일럿 비콘 장치에서 송출할 Sync채널 메시지 캡슐은 Sync채널 메시지와 Padding으로 이루어져 있으며, 고정 Sync채널메시지 생성기에서 생성된 Sync채널 메시지에 실시간 Sync채널 메시지 생성기에서 생성된 TX_SYS_TIME과 TX_LC_STATE를 채워 송출할 Sync채널 메시지를 구성하고 변화한 Sync채널 메시지에 해당하는 TX_CRC값을 구한 후 Sync채널의 CRC Field에 위에서 계산된 TX_CRC값(333)을 채우며 나머지 사용하지 않는 Field는 Zero padding을 하여 완전한 Sync채널 메시지 캡슐을 구성한다.

이에 따라 파일럿 비콘 장치에서 송출하는 Sync채널 메시지 Field(332)는 상기에서 얻어진 P_REV, MIN_P_REV, SID, NID, PILOT_PN, TX_LC_STATE, TX_SYS_TIME, LP_SEC, LTM_OFF, DAYLT, PRAT, CDMA_FREQ, EXT_CDMA_FREQ로 구성된다.

장치에서 송출할 Paging채널 메시지의 구성

장치에서 Paging채널을 통하여 송출하는 하드핸드오프와 관련된 중요한 메시지로는 시스템 구성에 관한 정보를 전달하는 4개의 System Parameters Message , Access parameters Message , Neighbor List Message, CDMA Channel List Message 오버헤드관련 메시지와 가입자국이 IDLE상태에 있을 때 핸드오프에 도움을 주는 Global Service Redirection Message가 있으며 상기된 5개의 메시지는 반드시 장치의 Paging채널을 통하여 송출되어야 한다. Paging채널 메시지 중에서 상기한 5개의 메시지 외의 나머지 Paging채널 메시지들은 사용자의 설정에 따라 선택적으로 보내질 수 있다.

장치가 송출해야 할 Paging채널메시지에서 상기한 5개의 메시지 및 사용자의 설정에 따라 선택적으로 보내지는 메시지는 Paging채널수신기에서 Paging채널 메시지를 복조하여 획득한다.

CDMA변조기의 동작

CDMA변조기는 상기한 과정들에서 얻은 장치가 송출해야 할 Sync채널 메시지캡슐과 페이징 채널 메시지를 CDMA변조하는 기능을 수행한다. 장치에서의 수신된 Sync채널 과 Paging채널은 수신한 파일럿 채널과 시간 정렬되어 있는 상태이므로 이러한 채널들을 전송할 경우 CDMA변조와 관련된 시간정보는 동기식 CDMA시스템의 국제표준 규격에 따른다.

CDMA변조기에서 Sync채널, Paging채널의 각 메시지 시작점은 수신한 파일럿 신호의 시작점과 일치 하게 변조되며, 파일럿 탐색기에서 얻은 파일럿 채널의 시간정보를 이용하여 파일럿 비콘 장치에서의 송출되는 파일럿 채널의 시간이 장치의 수신 안테나 단에서 수신한 파일럿 채널의 시간과 일치되도록 지연을 주어 CDMA변조를 수행한다.

본 발명에서 제시한 알고리즘에 따라 구현되는 파일럿 비콘장치는 , 직접 무선주파수 변환형 비콘 장치로 구성할 경우 기존의 아날로그 PLL을 이용하여 주파수 홉핑 하던 방식을 디지털적으로 처리하여 신호의 품질 및 생산원가의 절감 및 제어의 용이성을 이룰 수 있으며,

파일럿 채널 뿐만 아니라 오버헤드 채널을 전송하는 파일럿 비콘으로 구성할 경우 , 파일럿 채널뿐만 아니라 하드핸드오프에 도움을 주는 Sync채널과 Paging채널을 전송함으로써 가입자국이 빠른 하드핸드오프를 수행하게 하여 호 절단을 방지하며, 장치의 설치에 있어 Sync채널과 Paging채널의 메시지를 광이나 RF무선 신호로 부터 수신하여 메시지를 재구성하여 Sync채널과 Paging채널을 전송함으로 GPS나 기지국과의 유선 인터페이스를 위한 부가장치를 없애 장치의 생산비용이 현저하게 감소하고 장비의 설치 및 유지 보수가 용이하게 되며, 통화채널을 제외한 하드핸프 에 필요한 채널만을 송출함으로써 전력증폭기를 낮은 전력으로 구동할 수 있게 되어 장치의 생산비용이 절감되며 장치에서 발생하는 열을 감소시키는 장점이 있다.

Claims

동기식 cdma시스템의 오버헤드 채널전송이 가능한 파일럿 비콘 장치에 있어,

안테나단을 통해 입력되는 기지국 순방향 링크 신호 중 특정 FA신호를 선택하는 듀플렉서(20);

상기 듀플렉서에서 RF수신부로 입력되는 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭기(30);

상기 저잡음 증폭기의 출력에 대해 IF대역으로 주파수 변환을 수행하는 믹서(40);

상기 믹서(도 1의 40)에서 출력되는 신호의 슈피리어스나 image성분을 제거하기 위한 필터(도1의 41);

상기 필터(도1의 41)에서 출력된 IF대역 신호를 디지털 신호로 표본화하는 AD변환기(90);

장치에 입력되는 순방향 링크 신호에 대한 채널추정과 동기획득을 위한 파일럿 탐색기(103);

상기 파일럿 탐색기에서 획득된 코드정보와 시간정보를 이용하여 정교하게 장치의 수신과 송신 시간을 정렬시키고 상기 기지국과 장치에서 사용하는 독립적인 클럭의 드리프트를 보상하는 DLL루프(102);

상기 장치에 입력된 순방향링크 신호에서 파일럿 채널과 Sync채널 그리고 Paging채널들간의 상대적인 코드전력을 측정하는 코드파워 분석기(108);

상기 장치에 입력된 순방향링크 신호에서 Sync채널을 수신하여 Sync메시지를 복조하는 Sync채널 수신기(110);

상기 장치에 입력된 순방향링크 신호에서 Paging채널을 수신하여 Paging메시지를 복조하는 Paging채널 수신기(120);

상기 Sync채널 수신기에서 얻어진 Sync채널 메시지를 이용하여 장치에서 송출할 Sync채널 메시지를 생성하는 Sync채널메시지 생성기(130);

상기 Sync채널메시지 생성기에서 얻어진 SYS_TIME메시지를 이용하여 초기화되는 80ms단위로 동작하는 80ms_Timer(140);

상기 Paging채널 수신기에서 얻어진 Paging채널 메시지를 이용하여 장치에서 송출할 Paging채널 메시지를 생성하는 Paging채널메시지 생성기(150);

상기 DLL루프에서 장치의 수신과 송신 시간을 정렬시키기 위하여 얻어진 시간정보와 Sync채널 메시지 생성기와 Paging채널 메시지 생성기에서 생성된 Sync채널 메시지와 Paging채널 메시지를 이용하여 CDMA변조를 수행하는 CDMA변조기(160);

상기 CDMA변조기에서 만들어진 CDMA신호를 필터링 하는 FIR펄스 성형기(107);

상기 FIR펄스 성형기의 출력을 신호처리하여 가입자국의 무선부 설계를 용이하게 하는 Phase Equalizer(106);

상기 Phase Equalizer에서 출력된 신호를 디지털적으로 IF대역으로 변환하는 Digital Mixer(105);

직접 무선주파수 변환형 파일럿 비콘구성에 있어 상기 AD변환기의 출력을 보간(Interpolation)하여 MUX로 전달하는 RF DIRECT(91);

상기 Digital Mixer의 출력을 아날로그로 변환하는 DA변환기(93);

상기 DA변환기의 출력을 RF대역 주파수로 변환하는 믹서(도1의 80);

상기 믹서(도1의 80)의 출력에서 발생할 수 있는 슈피리어스와 image신호를 제거하는 필터(도1의 70);

상기 필터(도1의 70)의 신호를 증폭시키는 전력증폭기; 및 상기 전력증폭기의 출력신호 대역만을 선택적으로 통과시키는 듀플렉서(도1의 20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 Pilot채널 및 Sync채널 그리고 Paging채널 전송이 가능한 파일럿 비콘 장치
청구항 1에 있어서,

보간기(91A)를 사용하고 AD변환기(90)의 샘플링 주파수 fs와 DA변환기(93)의 클럭을 변화시켜 수신 IF대역의 주파수에 대해 주파수 홉핑을 디지털적으로 실시하는 방법
청구항 1에 있어서,

파일럿 비콘 장치에서 송출할 Sync메시지를 실시간 Sync채널 메시지 생성기(132)와 고정Sync채널 메시지 생성기(131)를 이용하여 생성하는 방법
청구항 3에 있어서,

Sync채널 수신기에서 SYS_TIME메시지를 취득하여 80ms단위로 동작하는 timer(140)를 초기화 시켜 장치에서 송출할 SYS_TIME인 TX_SYS_TIME을 구하고(327) 그에 따른 TX_LC_STATE를 취득(328)하여 전송하는 방법
청구항 1에 있어서,

Paging채널 수신기를 이용하여 파일럿 비콘 장치에서 송출할 Paging메시지를 생성하는 방법
청구항 5에 있어서,

송출할 Paging메시지에 시스템 구성에 관한 오버헤드관련 메시지인 System Parameters Message, Access parameters Message , Neighbor List Message , CDMA Channel List Message과 가입자국의 IDLE상태에서의 핸드오프를 돕는 Global Service Redirection Message를 포함시키는 방안
청구항 1에 있어서,

장치에서 송출할 파일럿 채널과 Sync채널 그리고 Paging채널들간의 상대적인 코드파워를 장치에 입력된 순방향링크 신호에서 파일럿 채널과 Sync채널 그리고 Paging채널들간의 상대적인 코드파워를 취득하여 각각 해당 채널에 적용하는 방법
청구항 1에 있어서,

상기 DLL루프에서 장치의 수신과 송신 시간을 정렬시키기 위하여 얻어진 시 간정보와 Sync채널 메시지 생성기와 Paging채널 메시지 생성기에서 생성된 Sync채널 메시지와 Paging채널 메시지를 이용하여 동기식 CDMA의 국제표준규격에 맞게 CDMA변조를 수행하는 방법