KR20060010309A - 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 무선 통신 시스템에서프리앰블 생성 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 방식의 무선 통신 시스템에서 기지국 탐색에 이용되는 프리앰블 생성 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 프리앰블을 통해 기지국을 구분함에 있어 고속 셀 탐색이 가능하기 위해서 프리앰블로 이용되는 부반송파를 2 개 이상의 그룹으로 분할하고 이들 부반송파를 통해 전송되는 코드열의 조합으로 기지국을 구분한다.

따라서, 고속 셀 탐색을 위해 단말에서 프리앰블을 통해 셀 ID 정보를 추출하고자 함에 있어서 찾아야 하는 프리앰블 코드의 개수를 줄임으로써 단말의 단순한 구현이 가능하게 한다.

OFDMA, 프리앰블, 푸리에 변환

Description

직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 무선 통신 시스템에서 프리앰블 생성 시스템 및 방법{System and Method For Generating Of Preamble in a Wireless Communication System Using OFDMA}

도 1은 OFDMA 시스템의 송신단에 대한 개략적인 설명에 관한 도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프리앰블 코드의 부반송파 매핑에 관한 예시를 나타낸 도,

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리앰블 코드의 부반송파 매핑에 관한 예시를 나타낸 도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프리앰블 생성 방법을 나타낸 순서도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 프리앰블 수신 방법을 나타낸 순서도.

본 발명은 무선 통신 시스템에서 프리앰블 생성 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 무선 통신 시스템에서 프리앰블 생성 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 무선 통신 시스템의 대표적인 시스템으로 셀룰라 통신 방식을 이용하는 이동통신 시스템이 대표적이다. 이러한 이동통신 시스템은 다수의 사용자들과 동시에 통신하기 위해서 다중 접속 방식을 사용하고 있다. 상기 다중 접속 방식은 시분할 다중 접속(TDMA) 방식과, 코드 분할 다중 접속(CDMA), 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 방식이 대표적으로 사용되고 있다. 이 중에서, 상기 코드 분할 다중 접속 방식의 시스템은 기술의 비약적인 발전에 따라 음성 통신을 주로 제공하는 시스템에서 고속의 패킷 데이터를 전송할 수 있는 형태로 발전하고 있다.

그러나, 최근에 상기 코드 분할 다중 접속 방식에서 자원인 코드의 사용 한계를 극복하기 위해서 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'라 칭함) 방식이 대두되고 있다. 상기 OFDMA는 다수의 직교성을 유지하는 부채널(Subchannel)을 이용하여 사용자를 구분하고 이를 통해서 데이터를 전송하는 방식이다. 즉, OFDMA는 복수 반송파(Multi-Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식을 말한다. 좀더 OFDMA에 대해 설명하면 전송하고자 하는 데이터를 직렬로 입력받아 변조/부호화한 후, 이들을 병렬로 변환 및 출력하여 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 부반송파(sub-carrier)들에 매핑하여 전송하는 방식이다. 따라서, 이는 다중 반송파 변조(MCM : Multi Carrier Modulation) 방식의 일종이다.

상기 OFDMA 통신 방식의 송신기에서 입력 데이터는 스크램블러(scrambler), 인코더(encoder), 인터리버(interleaver)를 통해서 부반송파들로 변조된다. 이때, 상기 송신기는 다양한 가변 데이터 레이트(data rate)를 제공하게 되는데, 상기 데이터 레이트에 따라서 각기 다른 코딩 레이트(coding rate)와 인터리빙 크기(interleaving size) 및 변조 방식을 갖게 된다. 일반적으로, 상기 인코더는 1/2, 3/4 등의 코딩 레이트를 사용하고, 버스트 에러(burst error)를 막기 위한 인터리버의 크기는 OFDM 심볼(symbol)당 코딩된 비트 수(NCBPS : Number of Coded Bits per Symbol)에 따라 결정된다. 상기 변조 방식은 데이터 레이트에 따라 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 8PSK(Phase Shift Keying), 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 등을 사용한다.

한편, 상기한 구성들에 의해 소정 개수의 부반송파들로 변조된 신호는 소정 개수의 파일럿 부반송파들이 가산되고, 이는 IFFT 블록을 통과하여 하나의 OFDMA 심볼을 생성한다. 여기에, 다중 경로(Multi-Path) 채널 환경에서의 심벌간 간섭을 제거하기 위한 보호 구간(guard interval)을 삽입한 후, 심벌 파형 생성기를 통하여 최종적으로 무선 주파수(RF) 처리기로 입력된다. 그리고, 상기 무선 주파수 처리기는 입력된 신호를 무선 주파수 처리하여 에어(air) 상으로 전송한다.

다수의 셀을 가지는 셀룰라 시스템에서는 단말이 현재 자신이 속한 셀(기지국 및/또는 섹터)의 ID를 알아야 한다. 각 기지국이 셀 ID를 단말에게 알려주는 방법으로 기존 CDMA 시스템에서는 셀 마다의 고유한 PN(pseudo-noise) 코드를 이용하고 있다.

그러나, 다수의 부반송파를 이용하는 OFDMA 시스템에서는 기지국마다 셀 ID 를 알려주는 방법으로, 각 부반송파에 매핑되는 특정 패턴의 코드를 이용하여 프리앰블로 전송한다. 여기서, 프리앰블은 하향 링크 프레임의 맨 처음에 전송되는 OFDMA 심볼이다. 또한, 프리앰블은 각 기지국 및/또는 섹터마다 고유한 주파수 영역 시퀀스를 이용하여 고속 역 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform : IFFT)된 신호를 이용한다. 따라서 단말은 해당 프리앰블 코드 집합에 포함되어 있는 모든 코드들과 자신이 수신한 프리앰블 수신 신호의 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT) 결과와의 상관을 취하여 가장 큰 값이 나오는 코드에 해당하는 셀 ID를 자신이 속한 셀이라고 판단 할 수 있다. 이때, 셀룰라 시스템에서 다수의 셀을 구분하기 위해서는 프리앰블 코드 집합에 많은 수의 코드가 포함되어 있어야 한다.

그러나, 단말이 다수의 셀을 구분하기 위한 셀 ID를 탐색하기 위해 해당 프리앰블 코드 집합에 포함된 모드 코드들과 자신이 수신한 프리앰블 수신 신호의 고속 푸리에 변환 결과와의 상관을 취하게 되면 연산량이 많아져서 단말의 구현이 복잡하게 된다. 따라서, 프리앰블을 통해 셀 탐색을 할 경우, 소수의 프리앰블 코드를 이용하여 모든 셀 ID를 탐색할 수 있는 프리앰블 구성이 필요하다.

따라서 본 발명의 목적은 OFDMA 통신 시스템에서 기지국 및/또는 섹터 구분을 위한 프리앰블 신호를 생성하는 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 OFDMA를 이용하는 셀룰라 시스템에서 다수의 셀을 구분하기 위한 프리앰블 신호를 생성함에 있어서, 소수의 프리앰블 코드를 이용하여 다수의 셀 ID를 탐색하기 위한 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 무선 통신 시스템에서 프리앰블 생성 방법은 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 무선 통신 시스템에서 고속 셀 탐색 대상이 되는 기지국에서 프리앰블을 생성하기 위한 방법에 있어서, 프리앰블 전송에 이용되는 전체 부반송파를 2 개 이상의 그룹으로 분할하는 과정과, 자신이 속한 그룹의 부반송파에 기지국 구분을 위한 서로 다른 프리앰블 코드를 매핑한 후, 이를 고속 역 푸리에 변환하여 각 셀 아이디에 해당하는 프리앰블을 생성하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 OFDMA"이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템(이하 'OFDMA 통신 시스템'이라 칭함)에서 기지국(BS: Base Station) 또는/ 및 섹터(sector) 구분을 위한 프리앰블 생성 방법을 제안한다.

특히, 본 발명에서는 기지국은 소수의 프리앰블 코드를 이용하여 모든 ID를 탐색할 수 있도록 프리앰블 전송에 이용되는 부반송파를 다수의 그룹으로 분할하고, 각 그룹에 속한 부반송파에 기지국을 구분하기 위한 서로 다른 프리앰블 코드를 매핑한 후, 이를 고속 역 푸리에 변환하여 각 셀 ID에 해당하는 프리앰블 신호를 생성하여 송신한다.

또한, 단말은 상기 기지국으로부터 수신된 프리앰블 신호를 고속 푸리에 변환 후, 이를 상기 각 그룹 내의 부반송파에 매핑되는 프리앰블 코드와 상관을 취하여 최대값을 가지는 프리앰블 코드를 검출하고, 각 그룹에서 검출된 프리앰블 코드의 조합으로 기지국 및/또는 섹터를 구분한다.

도 1은 OFDMA 시스템의 송신단을 개략적으로 설명하기 위한 도이다. 다수의 프리앰블 데이터가 수신되면 상기 프리앰블 데이터(P)에 주파수(f)를 곱하고 이들을 합하여 OFDMA 심볼을 생성한다. 도 1에서 N_FFT는 OFDMA 심볼을 생성하기 위한 FFT 크기를 나타낸다. 일반적으로 OFDMA 시스템에서는 주파수 축에서 좌, 우 일부의 부반송파에서 데이터를 전송하지 않음으로써 이웃한 주파수 대역을 이용하는 타 시스템에 간섭을 최소화하기 위한 가드 밴드를 두게 된다. 또한, OFDMA 시스템에서는 초기 하향 링크 동기를 위해 시간축 상에서 반복되는 패턴을 생성하도록 매 짝수 또는 매 홀수의 부반송파에 '0'을 전송하게 된다. 단말에서는 이러한 시간영역 반복 패턴을 이용하여 셀 탐색에 앞서 초기 프레임 동기를 찾게 된다. 그러나 다른 방식 또는 다른 신호를 이용하여 초기 프레임 동기를 찾을 수 있으면(예를 들어 초 기 프레임 동기를 위한 별도의 신호가 존재하는 경우) 시간 영역에서 반복 패턴을 생성하지 않아도 되므로 이 경우에는 매 짝수 또는 매 홀수의 부반송파에 '0'을 전송하지 않아도 된다. 본 발명에서는 초기 프레임 동기에 관한 내용은 관련이 없는 것으로 이에 대한 설명은 생략한다.

현재까지 제정된 IEEE 802.16d에서는 OFDMA 시스템에 대한 규격에서 114 개의 기지국 또는/및 섹터를 구분할 수 있는 프리앰블 코드 집합을 규정하고 있다. 상기 IEEE 802.16d에서와 마찬가지로 IEEE 802.16e에서도 최소 114 개 이상의 기지국 또는/및 섹터를 구분할 수 있는 프리앰블 코드가 필요하다. 그런데, 114 개의 프리앰블 코드를 이용하여 기지국 또는/및 섹터를 구분한다면 단말에서는 수신된 프리앰블 신호를 고속 푸리에 변환 후 114 가지 각각의 프리앰블 코드와 상관을 취하여 최대값을 갖는 프리앰블 코드의 인덱스를 자신이 속한 기지국 또는/및 섹터라고 인식한다.

그러나 이러한 경우 단말 측면에서는 셀 탐색을 위한 연산량이 크기 때문에 처리 시간 지연 및 전력 소모가 발생하게 되므로 단말의 간단한 구현으로 고속 셀 탐색이 가능하도록 하는 프리앰블 구성이 필요하다.

본 발명에서는 이를 위해 도 2와 같이 기지국에서 프리앰블 전송에 이용되는 전체 부반송파를 2 개의 그룹으로 분할하고 각 그룹에 속한 부반송파에 기지국을 구분하기 위한 서로 다른 프리앰블 코드를 매핑한 후, 이를 고속 역 푸리에 변환하여 각 셀 ID에 해당하는 프리앰블 신호를 생성하여 단말에게 송신한다. 따라서, 단말에서는 상기 기지국으로부터 수신된 프리앰블 신호의 고속 푸리에 변환한 후, 이 를 각 그룹 내의 부반송파에 매핑되는 프리앰블 코드와 상관을 취하여 최대값을 가지는 프리앰블 코드를 검출하고 각 그룹에서 검출된 프리앰블 코드의 조합으로 최종 셀 아이디를 탐색하여 기지국 및/또는 섹터를 구분할 수 있도록 한다. 상기 전체 부반송파를 분할하는 방법은 도 2 및 도 3에 도시하였다. 우선, 도 2에서는 음의 인덱스를 갖는 부반송파 그룹과 양의 인덱스를 갖는 부반송파 그룹으로 전체 부반송파를 2 개의 그룹으로 분할하였다. 그러나, 이는 본 발명의 한가지 실시예에 불과하며, 실제 운용상에 있어 그 이상의 그룹으로 분할하여 사용할 수도 있다.

도 3에서는 도 2와 마찬가지로 프리앰블 전송에 이용되는 전체 부반송파를 2 개의 그룹으로 분할하였다. 그러나, 도 3에서는 도 2와 구별되게 짝수의 인덱스를 갖는 부반송파 그룹과 홀수의 인덱스를 갖는 부반송파 그룹으로 분할하였다. 상기 도 2 및 도 3은 본 발명의 구체적인 설명을 위한 예시에 불과하며, 부반송파를 다수의 그룹으로 분할하는 방법은 다른 방식으로도 가능하며, 그룹의 개수도 달라질 수 있다.

예를 들어, IEEE 802.16e에서와 같이 총 114 개의 기지국 및/또는 섹터를 구분하기 위해서 114 개의 프리앰블 코드를 이용하지 않고, 전체 부반송파를 2개의 그룹으로 분할한 다음 각 그룹마다 11 개의 프리앰블 코드를 할당한다. 그러면 2 개의 그룹을 통해 구분 가능한 최대 기지국 및/또는 섹터의 수는 121 개가 된다. 이 경우 단말에서 셀 탐색을 위해 사용되는 상관기는 22 개만 존재하면 되므로 114 개의 프리앰블 코드를 이용하는 경우에 비해 약 1/5로 그 복잡도가 감소할 수 있다. 즉, 전체 부반송파를 N 개의 그룹으로 나누고 각 그룹마다 M 개의 프리앰블 코 드를 할당하면 단말에서는 수신된 프리앰블 신호를 이용하여 M x N 개에 대한 프리앰블 코드의 상관값만 계산하면 총 개의 셀 및/또는 섹터를 구분할 수 있다. 즉, 상기 예에서, M 은 11이 되고, N 은 2가 되는 것이다. 따라서, 단말 측면에서는 셀 탐색을 위한 연산량을 줄일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 무선 통신 시스템에서 프리앰블 생성 방법은 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

기지국은 401단계에서 소수의 프리앰블 코드를 이용하여 모든 ID를 탐색할 수 있도록 프리앰블 전송에 이용되는 부반송파를 다수의 그룹으로 분할한다. 이러한 분할 기준은 도 2 및 도 3에서 도시하였으므로 이를 참조한다. 이후, 기지국은 402단계에서 자신이 속한 그룹의 부반송파에 기지국을 구분하기 위한 서로 다른 프리앰블 코드를 매핑한다. 그런 후, 기지국은 403단계에서 이를 고속 역 푸리에 변환하여 각 셀 ID에 해당하는 프리앰블 신호를 생성한다. 이후, 기지국은 404단계에서 생성된 프리앰블 신호를 이동 단말로 전송한다.

본 발명의 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 무선 통신 시스템에서 프리앰블 수신 방법은 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

단말은 501단계에서 상기 기지국으로부터 수신된 프리앰블 신호를 고속 푸리에 변환한다. 이후, 단말은 고속 푸리에 변환한 출력을 502단계에서 각 그룹 내의 부반송파에 매핑되는 프리앰블 코드와 상관을 취하여 최대값을 가지는 프리앰블 코드를 검출한다. 그런 후, 503단계에서 단말은 각 그룹에서 검출된 프리앰블 코드의 조합으로 기지국 및/또는 섹터를 구분한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 고속 셀 탐색을 위해 단말에서 프리앰블을 통해 셀 ID 정보를 탐색함에 있어서 찾아야 하는 프리앰블 코드의 개수를 줄임으로써 단말의 단순한 구현이 가능하다.

또한, 단말 측면에서는 셀 탐색을 위한 연산량을 줄일 수 있으므로 시간 지연 및 전력 소모를 줄일 수 있다.

Claims (5)

1. 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 무선 통신 시스템에서 고속 셀 탐색 대상이 되는 기지국에서 프리앰블을 생성하기 위한 방법에 있어서,

   프리앰블 전송에 이용되는 전체 부반송파를 2 개 이상의 그룹으로 분할하는 과정과,

   자신이 속한 그룹의 부반송파에 기지국 구분을 위한 서로 다른 프리앰블 코드를 매핑한 후, 이를 고속 역 푸리에 변환하여 각 셀 아이디에 해당하는 프리앰블을 생성하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전체 부반송파를 2 개 이상의 그룹으로 분할하는 과정은,

   상기 전체 부반송파를 짝수의 인덱스를 갖는 부반송파 그룹과 홀수의 인덱스를 갖는 부반송파로 분할함을 특징으로 하는 상기 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 전체 부반송파를 2 개 이상의 그룹으로 분할하는 과정은,

   상기 전체 부반송파를 음의 인덱스를 갖는 부반송파 그룹과 양의 인덱스를 갖는 부반송파 그룹으로 분할함을 특징으로 하는 상기 방법.
4. 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 무선 통신 시스템에서 프리앰블을 수신하기 위한 방법에 있어서,

   기지국으로부터 수신된 프리앰블 신호를 고속 푸리에 변환하는 과정과,

   상기 각 그룹 내의 부반송파에 매핑되는 프리앰블 코드와 상관을 취하여 최대값을 가지는 프리앰블 코드를 검출하는 과정과,

   각 그룹에서 검출된 프리앰블 코드의 조합으로 기지국 및/또는 섹터를 구분하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
5. 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 무선 통신 시스템에서 프리앰블을 생성하기 위한 시스템에 있어서,

   고속 셀을 탐색하기 위해서 프리앰블 전송에 이용되는 전체 부반송파를 2 개 이상의 그룹으로 분할하고, 자신이 속한 부반송파에 기지국 구분을 위한 서로 다른 프리앰블 코드를 매핑한 후, 이를 고속 역 푸리에 변환하여 각 셀 아이디에 해당하는 프리앰블 신호를 생성하는 기지국과,

   상기 기지국으로부터 수신된 프리앰블 신호를 고속 푸리에 변환 후, 이를 각 그룹 내 부반송파에 매핑되는 프리앰블 코드와 상관을 취하여 최대값을 가지는 프리앰블 코드를 검출하고, 각 그룹에서 검출된 프리앰블 코드의 조합으로 기지국 및/또는 섹터를 구분하는 단말을 포함함을 특징으로 하는 상기 시스템.

Images