KR20060101040A

KR20060101040A - 이동통신 시스템의 초기동기 검색방법

Info

Publication number: KR20060101040A
Application number: KR1020050022868A
Authority: KR
Inventors: 이용하
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2006-09-22

Abstract

본 발명은 이동통신 단말기의 초기동기 검색방법에 관한 것으로서, 복수의 서브 프레임에 대하여 복수의 기준신호와 계산한 복수의 최대 상관값을 산출하는 단계와; 상기 산출된 복수의 최대 상관값중에서 발생 빈도가 가장 큰 상관값을 갖는 코드를 하향링크 동기 코드로 결정하는 단계와; 상기 결정된 하향링크 동기코드의 빈도수에 대응되는 다수의 타이밍 정보들을 매핑하는 단계와; 상기 매핑된 타이밍 정보중에서 유사위치로부터 멀리 떨어진 소수 타이밍 정보를 제거한 후 남은 타이밍정보들을 평균하여 실제 타이밍 정보를 계산하는 단계를 포함한다.

하향링크 동기코드, 초기동기, 상관, 타이밍 정보

Description

이동통신 시스템의 초기동기 검색방법{METHOD FOR SEARCHING INITIAL SYNCHRONIZATION OF MOBILE CPMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 TD-SCDMA시스템에서 단말의 4단계의 셀 탐색과정을 나타낸 순서도.

도 2는 TD-SCDMA의 일종인 TDD LCR의 물리 채널 구조.

도 3는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 초기동기 검색방법을 나타낸 순서도.

도 4는 동기코드(SYNC_DL)에 대한 상관관계를 나타낸 예시도.

도 5는 프레임 동기 타이밍의 발생분포도를 나타낸 예시도.

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 TD-SCDMA(Time Division -Synchronous Code Division Multiple Access)시스템의 초기동기 검색 방법에 관한 것이다.

TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access 시스템은 NB-TD(Narrow Band Time Division Duplexing) CDMA 통신 시스템과 GSM(Global System for Mobile Communications)시스템을 결합한 통신 시스템이다. 이러한 TD-SCDMA시스템에서 단말은 4단계의 셀 탐색을 수행하여, 하향링크 동기코드 (SYNC_DL), 기본 미드앰블(Basic Midamble) 코드, 스크램블링 (scrambling) 코드, 프레임 동기, BCH(Broadcast Channel) 정보 및 칩 타이밍 (Chip timing) 정보등을 얻을 수 있다.

도 1은 TD-SCDMA 시스템에서 단말의 4단계의 셀 탐색과정을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 첫번째 단계는 단말이 자신이 현재 속해 있는 셀의 기지국 정보에서 DwPTS(Downlink Pilot Time Slot)를 탐색하여 초기동기를 획득하는 단계이고(S10,S11), 두번째 단계는 셀에서 사용된 스크램블링 코드 및 기본 미드앰블 코드를 식별하는 단계이다(S12,S13). 즉, 상기 DwPTS 코드는 4개의 기본 미드앰블을 갖는 하나의 코드 그룹에 해당되기 때문에 단말은 try and error 방법을 사용하여, 4개의 기본 미드앰블중에서 셀에서 사용된 기본 미드앰블을 찾는다. 그리고, 기본 미드앰블 코드는 스크램블링코드와 연관되어 있기 때문에 기본 미드앰블을 찾게 되면 스크램블링코드도 찾을 수 있다.

세번째 단계는 P-CCPCH(Primary-Common Control Physical channel) 미드앰블에 대한 DwPTS의 QPSK 위상변조로부터 BCH의 MIB(Master Indication Block)를 찾는 단계이고(S14), 네번째 단계는 상기 BCH를 통하여 전송되는 정보 즉, 시스템 정보를 포함하고 있는 공통채널에 대한 정보를 억세스하는 단계이다(S15).

상기 초기동기를 획득하는 단계에서, 단말은 한 프레임내에서 수신신호와 기준신호인 동기코드(SYNC_DL)간의 상관관계를 통하여 셀 동기를 추정한다. 이를 위하여 단말은 표준규격에 정의된 32개의 동기코드(SYNC_DL)중에서 하나의 동기코드를 선택한 후 적어도 하나 이상의 정합필터를 이용하여 상기 선택한 동기코드와 수신신호를 상관한다(Correlation). 이와 같은 방법으로 단말은 32개의 각 동기코드를 수신 신호와 차례로 상관하여 상관값이 가장 큰 동기코드를 찾아냄으로써 단말의 초기동기를 탐색한다.

그런데, 상기와 같이 하나의 프레임에서, 상관관계의 최대값을 이용하여 셀 동기를 추적하는 방법은 구현은 용이하지만, 낮은 SNR(Signal-to-Noise Ratio)과 다중 경로 페이딩 채널환경하에서는 수신신호의 레벨이 빠르게 변화되어 시간 상관관계에 대한 성능 향상을 얻기가 어려운 단점이 있다. 게다가, 상기 방법은 수신신호의 레벨 변화를 고려하여 수신신호의 샘플링을 적게 할 경우에는 타이밍 에러가 더욱 커지게 된다.

따라서, 상기와 상관관계의 최대값을 이용하여 초기동기를 획득하는 방법의 단점을 보완하기 위하여, 종래에는 상관기 또는 정합 필터(matched filter) 출력들을 여러 프레임에 걸쳐 누적한 후 평균을 취하여 최대값을 추적하는 방식을 사용하고 있다. 이 방법은 여러 프레임에 걸쳐 상관값을 누적한 다음에 평균을 구해 최대값을 찾음으로써 높은 페이딩 주파수 영향에 의한 수신신호의 레벨 변화량을 경감시켜 신뢰도가 높은 타이밍 상관관계를 구할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 상기 방법을 수행하기 위해서는 여러 프레임에 걸쳐 수신되는 각 시간마다 32개 코드에 대한 상관값을 모두 저장하고 있어야 하기 때문에 메모리 용량이 감소되는 결과를 초래할 수 있다. 더욱이 수신 신호를 오버 샘플링 하여 최대의 상관값을 순차적으로 찾아내는 비교기를 구현하였을 경우에는 6400×32×오버샘플링 만큼의 비교 및 저장을 반복해야 하는 부담을 가지게 된다. 또한, 상기 방법은 여러 프레임에 걸쳐 상관값을 누적한 후 평균을 구하기 때문에, 노이즈에 의해 잘못된 상 관 오류값이 누적될 가능성이 있으며, 더욱이 상기 오류값들이 누적된 상관값들의 평균을 취하게 될 경우에는 단말의 성능을 심각하게 저하시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 보다 정확하고 빠른 셀 동기를 획득할 수 있는 이동통신 시스템의 초기동기 검색방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 하향링크 동기코드의 오류 타이밍을 제거할 수 있는 이동통신 시스템의 초기동기 검색방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 초기동기 검색방법은, 복수의 서브 프레임에 대하여 복수의 기준신호와 계산한 복수의 최대 상관값을 산출하는 단계와; 산출된 최대 상관값들중에서 발생빈도가 가장 큰 상관값을 갖는 코드를 하향링크 동기 코드로 결정하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 초기동기 검색방법은 상기 결정된 하향링크 동기코드의 빈도수에 대응되는 다수의 타이밍 정보들을 매핑하는 단계와; 상기 매핑된 타이밍 정보중에서 유사위치로부터 멀리 떨어진 오류 타이밍 정보를 제거하고, 남은 타이밍정보들을 평균하여 실제 타이밍 정보를 계산하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 결정된 하향링크 동기 코드의 타이밍을 선택한 후 해당 타이밍으로부터 소정 칩 이내의 주변 타이밍만을 선택하여, 오류 타이밍 정보를 제거한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 자세히 설명하면 다음과 같다.

3GPP 표준에서는 TD-SCDMA시스템, 더욱 상세하게는 TDD LCR시스템을 위한 64비트의 길이를 갖는 32개의 동기코드(SYNC-DL)를 제시하고 있다. 기지국은 32개의 동기코드들중에서 하나를 선택한 후 단말이 초기동기 동작을 수행하는데 이용할 수 있도록 동기코드를 모든 서브프레임의 특정 위치 즉 DwPTS (Downlink Pilot Time Slot)에 반복적으로 삽입한다.

도 2는 TD-SCDMA의 일종인 TDD LCR의 물리 채널 구조이다.

도 2에 도시한 바와 같이, TDD LCR의 물리채널은 복수의 서브프레임으로 구성되고, 각 서브프레임은 6400 칩들(chips)로 구성된다. 이때, 빗금친 영역은 DwPTS의 위치를 나타내고, 나머지 영역은 가드 영역(Guard Period : GP)과 단말이 송신하는 Uplink Pilot Time Slot(UpPTS)을 나타낸다. 상기 DwPTS는 32칩의 가드영역(GP)과 64칩의 SYNC_DL 코드로 이루어져 있다. 상기 SYNC-DL은 각 서브 프레임의 첫 번째 다운링크 타임슬롯(TS0) 다음에 위치한다.

앞에서 설명한 바와같이 셀 탐색시 단말은 수신신호와 하향 링크 동기코드 간의 상관관계를 구하여 동기코드를 추적하는데, 이 경우 채널의 영향으로 오류 판정이 높아지게 된다. 그러나, 여러 프레임에 걸쳐 판단되는 확률을 살펴 보면 본래의 동기코드에서 상관값이 최대가되는 빈도수가 높아진다. 본 발명은 이러한 발생 빈도를 이용하여 동기코드를 결정하며, 그 결정된 동기코드의 타이밍을 결정하는 방법을 제안한다.

도 3는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 초기동기 검색방법을 나타낸 순서도이다. 도 3에 도시된 바와같이, 본 발명은 크게 4가지의 단계를 수행한다. 먼저 여러 서브 프레임에서 각각 최대 상관값을 갖는 동기코드를 구하고(S20), 둘째로 각 최대 상관관계에서 획득한 동기코드의 빈도수를 체크하여 최대로 많이 발생한 동기 코드를 하향링크 동기코드로 선택한다(S21). 셋째로 하향링크 동기코드를 가지고 있는 상관관계에는 타이밍 정보를 가지고 있다. 따라서, 각 동기코드의 빈도수에 따른 타이밍 정보들을 분석하여 최대 유사점이 없는 타이밍 정보를 제거하여 후보 타이밍 정보를 선별한다(S22). 넷째로 선별된 후보 타이밍 정보들의 평균을 취하여 상기 선택된 하향링크 동기코드의 타이밍 정보로 사용한다(S23).

이하, 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 초기동기 검색방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3에서 첫단계(S20)는 H개의 각 서브 프레임에서 최대 상관관계를 갖는 동기코드(SYNC-DL)를 찾는 단계이다. 셀 탐색 초기단계에서, 단말은 32가지의 시퀀스를 갖는 SYNC-DL 코드들와 수신신호를 상관(correlation)하여 동기를 찾아낼 수 있다. 즉, 탐색하고자 하는 셀에 대한 정보와 타이밍 정보가 없는 상태에서, 도 2에 도시된 서브프레임에서 DwPTS를 찾는다. 상기 DwPTS는 32칩의 가드영역(GP)과 64칩의 SYNC_DL 코드로 이루어져 있으며, 상기 SYNC_DL은 32개의 값들이 정의되어 있다.

따라서, 단말은 셀 탐색 초기 단계에서 수신신호의 한 프레임(6400 칩) 내에서 32개의 SYNC-DL중에서 하나의 동기코드를 획득해야 한다. 이는 32개의 동기코드 (SYNC_DL)중에서 교차 상관관계 (cross-correlation)를 취하였을 때 가장 큰 에너지를 가진 SYNC-DL 코드를 찾으면 된다.

도 4는 SYNC-DL코드에 대한 자기 상관관계(auto-correlation) 및 교차 상관관계 (cross-correlation)의 일 예이다. 도 4에서, 상관 출력이 최대가 되는 지점이 수신신호에서 상관관계가 높은 부분이 된다. 이때 SYNC-DL 코드 정보와 타이밍 정보를 획득하게 된다. 이에 관해서 수식적으로 살펴보면 다음과 같다.

수신 신호

는 일반적으로 칩 레이트(chip rate)의 오버 샘플링 (over sampling) 되어 수신되는데, 본 발명은 1배 오버 샘플링한 값들에 대해 설명한다.

번째 SYNC-DL 코드는

로 표현하며,

는 QPSK 심볼이고

는 SYNC-DL 코드들에 대한 인덱스(index)이다. 먼저, 수신신호와

번째의 SYNC-DL 코드의 상관관계를 다음 식(1)과 같이 정의할 수 있다.

따라서, 상기 식(1)에 최대 유사도(Maximum Likelihood Detection) 방법을 적용하여, 다음 식(2)와 같이 SYNC-DL에 대한 동기정보(

)를 구할 수 있다. 여기서,

는 최대의 상관값을 갖는 SYNC-DL 코드와 시작 위치에 대한 추정 값을 의미한다.

그러나, 하나의 서브 프레임만 가지고 동기코드와 타이밍 정보를 추적하면, 잘못된 정보를 추적할 확률이 높아지게 된다. 따라서 여러 프레임에 걸쳐 프레임 동기를 관찰할 필요가 있다. 예를들어, H개의 서브 프레임을 수신하였을 때 앞에서 설명한 상관관계에 대한 식(1)과 (2)를 다음 식(3) 및 (4)와 같이 재정의 할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기 식(3) 및 (4)에서와 같이, 각 프레임에서 상관관계가 가장 큰 값을 찾아내어, 그 때의

수집한다.

상기 첫번째 단계(S20)에서, H개의 각 서브 프레임에서 최대 상관관계를 갖는 동기코드(SYNC-DL)가 탐색되면, 본 발명은 수집된 H개의 하향링크 동기코드들 중에서 가장 많이 반복적으로 발생된 동기코드를 하향링크 동기코드로 선택하는 두 번째 단계를 수행한다(S21). 즉, H개의 각 서브 프레임에서 찾아낸 SYNC-DL 코드를

하고, H구간에서 해당 코드의 발생 빈도를

할 때, 최대의 발생 빈도를 다음 식(5)를 이용하여 찾아낸다.

따라서, 본 발명은 제한된 개수(H개의)의 서브 프레임들에 대하여 32개의 기준신호(SYNC_DL)와 계산한 H개의 최대 상관값들 중에서 최대값의 발생빈도가 최대인 코드를 동기코드로 결정한다. 이 경우 최대 빈도수는 일정한 문턱값 이상이어야 하며, 만약 낮은 발생 빈도를 갖는 값이 최대일 경우에는 식(1) ~식(4)의 동작을 다시 반복적으로 수행한다.

상기 두번째 단계(S21)에서 하향링크 동기코드가 결정되면, 본 발명은 상기 결정된 하향링크 동기코드의 타이밍 정보들중에서 오류 타이밍을 제거하는 세번째 단계를 수행한다(S23).

즉, 도 5에 도시된 바와같이, 획득한 동기코드의 타이밍 정보를 하나의 서브 프레임내의 타이밍 영역에 그리고, 동기위치에서 벗어나는 타이밍 정보는 채널의 노이즈에 의한 오류이므로 제거시킨다. 예를 들어 앞에서 획득한 동기코드가 3번 SYNC-DL이고 발생 횟수는 12회라고 가정해 보자. 상기 12회의 동기코드는 12개의 타이밍 정보를 갖게 되기 때문에 상기 12개의 타이밍 정보들을 도 5와 같이 하나의 서브 프레임에 매핑시키면 각 타이밍의 분포도가 생기게 된다.

만약, 1개의 타이밍은 1000번째이고 다른 11개의 타이밍 정보들은 500~503번째 이내에 분포하면 상기 1000번째의 타이밍 정보는 에러인 것이다. 따라서, 상기 1000번째의 오류값은 제거하고 500~503 칩 이내의 정보를 이용하면 훨씬 정확한 동기코드의 타이밍 정보를 획득할 수 있다.

그런데, 상기 동기코드에 대한 타이밍의 분포도를 분석하기 위해서는 많은 연산량이 필요할 수도 있다. 하지만 실험에 의해 살펴본 결과, 프레임 동기가 일치하는 위치에서 타이밍의 최대 발생빈도가 높으며 그 주변으로 유사 타이밍들이 분포하고 있었다. 따라서, 다음 식(6)을 이용하여 최대 발생 빈도의 타이밍 정보를 획득한 다음 소정 칩(1~2칩)이내의 주변 타이밍 정보만을 선택하면 오류 타이밍을 쉽게 제거할 수 있게 된다.

여기서, 상기

는 타이밍

에서의 발생 빈도를 의미한다. 따라서, 이러한 대략적인 타이밍 정보를 시간 동기 추적기(timing tracker)에 알려주어 정확한 정보를 분석한다.

상기 세번째 단계(S22)에서 하향링크 동기코드의 타이밍 정보중에서 오류 타이밍이 제거되면, 본 발명은 남은 타이밍정보들을 평균함으로써 상기 하향링크 동기코드의 실제 타이밍 정보를 계산한다(S23). 앞에서 대략적인 최대 발생 빈도가 높은 타이밍 정보를 얻었지만 주변에는 산재한 타이밍 정보들이 있다. 그런데, 각 프레임에서 발생빈도의 최대값을 찾은 것은 단지 오류 타이밍 정보들을 효율적으로 제거하기 위한 것이다. 따라서, 본 발명은 오류 타이밍을 제거하고 남은 다수의 타이밍의 평균적 위치를 찾음으로써 시간 동기 추적기에게 신뢰성 있는 타이밍 정보를 알려줄 수 있게 된다.

그리고, 본 발명은 설명의 편의를 위하여 동작을 크게 4단계로 구분하였지만 필요에 따라 각 단계는 통합되거나 더욱 세분하여 분리될 수 있을 것이다.

상술한 바와같이, 본 발명은 각 서브 프레임에서 각각 결정된 복수의 최대 상관값들 중에서 최대값의 발생빈도가 최대인 하나의 동기코드를 획득함으로써 셀 동기 탐색에 있어서 신뢰할 수 있는 하향동기 코드를 추적할 수 있게 된다.

본 발명은 획득한 동기코드의 발생빈도에 따른 타이밍정보를 하나의 서브 프레임 타이밍 정보에 매핑하여 유사위치로부터 멀리 떨어진 소수의 타이밍 정보를 제거하 고, 남은 타이밍 정보들을 평균하여 이를 상기 획득한 동기코드의 타이밍 정보로 이용한다. 이러한 작업으로 인하여 본 발명은 오류가 발생되는 프레임 동기의 타이밍 오류를 제거함으로써 타이밍 트랙커의 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 종래에는 수신되는 매 샘플마다 신호와 하향동기 코드들의 상관관계를 구하여 여러 프레임에 걸쳐 저장할 경우 메모리 요구량이 증가되지만 본 발명은 서브 프레임 사이즈 단위로 제한된(H개) 각 프레임에서 최대 상관관계 값들을 발생시키는 H개의 하향링크 동기코드와 타이밍 정보만을 저장함으로써 하드웨어 비용을 감소시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

단말이 기지국과 초기동기를 수행하는 이동통신 시스템에 있어서,

복수의 서브 프레임에 대하여 복수의 기준신호와 계산한 복수의 최대 상관값을 산출하는 단계; 및

상기 산출된 복수의 최대 상관값중에서 발생 빈도가 가장 큰 상관값을 갖는 코드를 하향링크 동기 코드로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초기동기 검색방법.
제1항에 있어서,

상기 결정된 하향링크 동기 코드가 가지고 있는 다수의 타이밍 정보들을 하나의 서브 프레임 타이밍 정보에 매핑하는 단계; 및

상기 매핑된 타이밍 정보중에서 유사위치로부터 멀리 떨어진 오류 타이밍 정보를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초기동기 검색방법.
제2항에 있어서,

상기 매핑 되는 타이밍 정보들은

상기 결정된 하향링크 동기코드의 빈도수와 동일한 수인 것을 특징으로 하는 초기동기 검색방법.
제2항에 있어서,

상기 결정된 하향링크 동기 코드의 타이밍을 선택한 후 그 타이밍으로부터 소정 칩 이후의 주변 타이밍을 제거하는 것을 특징으로 하는 초기동기 검색방법.
제4항에 있어서,

발생빈도가 가장 높은 타이밍을 하나 선택한 후 1~칩 이내의 주변 타이밍을 선택하는 것을 특징으로 하는 초기동기 검색방법.
제2항에 있어서,

남은 타이밍 정보들을 평균하여 하향링크 동기코드의 실제 타이밍 정보를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초기동기 검색방법.
단말이 기지국과 초기동기를 수행하는 이동통신 시스템에 있어서,

복수의 서브 프레임에 대하여 복수의 기준신호와 계산한 복수의 최대 상관값을 산출하는 단계와;

상기 산출된 복수의 최대 상관값중에서 발생 빈도가 가장 큰 상관값을 갖는 코드를 하향링크 동기 코드로 결정하는 단계와;

상기 결정된 하향링크 동기코드의 빈도수에 대응되는 다수의 타이밍 정보들을 매핑하는 단계와; 및

상기 매핑된 타이밍 정보들중에서 오류 타이밍 정보를 제거하고, 남은 타이밍 정보 들을 평균하여 실제 타이밍 정보를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초기동기 검색방법.
제7항에 있어서, 상기 오류 타이밍정보는

유사위치로부터 멀리 떨어진 소수의 타이밍 정보를 의미하는 것을 특징으로 하는 초기동기 검색방법.
제7항에 있어서,

발생빈도가 가장 높은 타이밍을 하나 선택한 후 1~칩 이내의 주변 타이밍을 선택함에 의해 오류 타이밍 정보를 제거하는 것을 특징으로 하는 초기동기 검색방법.