KR20070073670A - 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치와 셀 탐색 방법및 장치 - Google Patents

셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치와 셀 탐색 방법및 장치 Download PDF

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Abstract

OFDM 기반의 셀룰러 시스템에서 하향 링크 신호를 생성하고, 이러한 하향 링크 신호로부터 셀을 탐색하는 방법이 제공된다. 이를 위해 하향 링크 신호는 복수의 부프레임으로 생성되는 복수의 동기 블록을 포함하며, 각 동기 블록에는 셀 그룹 구분을 위한 셀 그룹 식별 부호와 프레임 시작점의 정보를 나타내는 프레임 동기 식별 부호의 조합으로 이루어지는 동기 패턴이 생성된다. 그리고 각 동기 블록에는 서로 다른 프레임 동기 식별 부호가 할당된다.
부프레임, 셀, 셀 그룹, 동기, 하향 링크

Description

셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치와 셀 탐색 방법 및 장치 {APPARATUS FOR GENERATING DOWN LINK SIGNAL, AND METHOD AND APPARATUS FOR CELL SEARCH IN CELLULAR SYSTE}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 하향 링크 프레임 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 하향 링크 프레임 구조를 상세히 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 하향 링크 프레임을 시간 영역으로 변환한 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하향 링크 프레임의 대역폭 확장성(scalibility)을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하향 링크 프레임의 대역폭 확장성(scalibility)을 나타낸 도면이다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 셀 탐색 장치의 개략적인 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 셀 탐색 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 동기 추정기의 개략적인 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 셀 그룹 구분 부호와 프레임 동기 식별 부호의 할당 방법을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀 그룹 구분 부호와 프레임 동기 식별 부호의 할당 방법을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 셀 그룹 추정기의 개략적인 블록도이다.
본 발명은 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 방법 및 장치와 셀 탐색 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 직교 주파수 분할 다중(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 방식 기반의 셀룰러 시스템에서 하향 링크 셀을 탐색하는 방법에 관한 것이다.
셀룰러(cellular) 시스템에서는 초기 동기를 위해 단말기가 기지국의 신호를 보고 시간 동기와 주파수 동기를 맞출 수 있어야 하고, 또한 셀 탐색을 수행할 수 있어야 한다. 그리고 단말기가 초기 동기를 잡은 이후에는 시간과 주파수를 추적할 수 있어야 하며, 핸드오버를 위해 인접 셀의 시간, 주파수 동기와 셀 탐색을 수행할 수 있어야 한다.
동기식 셀룰러 시스템은 외부 시스템으로부터의 공통 시간 정보를 이용하여 모든 기지국이 프레임 동기를 맞출 수 있다. 그런데 현재 3GPP(3rd generation partnership project)에서 개발 중인 셀룰러 시스템은 모든 기지국의 프레임 시간 이 독립적인 비동기 시스템이다. 이러한 비동기식 셀룰러 시스템에서는 동기식 셀룰러 시스템과 달리 셀 탐색 과정이 필요하다.
이를 위해 별도의 프리앰블을 사용하여 동기를 획득하고, 셀을 탐색하는 방법이 제안되어 있지만, 이러한 방법은 프리앰블이 존재하지 않는 시스템에는 적용이 불가능하다. 그리고 부프레임의 시작과 끝에 위치하는 파일럿 심볼을 사용하여 동기 획득 및 셀 탐색을 수행하는 방법도 제안되어 있지만, 이 경우에는 파일럿을 많이 사용해야 한다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 OFDM 기반의 셀룰러 시스템에서 한 프레임에 복수의 동기 채널을 형성하여 효율적인 동기 획득 및 셀 탐색을 할 수 있는 셀 탐색 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 직교 주파수 분할 다중(orthogonal freqency division multiplexing, OFDM) 기반의 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치가 제공된다. 이 하향 링크 신호 생성 장치는 패턴 생성기와 시간-주파수 매핑기를 포함한다. 패턴 생성기는 하향 링크 신호의 한 프레임을 형성하는 복수의 동기 블록-프레임 내의 연속된 복수의 부프레임의 집합- 각각에 대하여 동기 패턴을 생성한다. 이때, 동기 패턴은 셀 그룹 번호와 상기 프레임의 시작점 정보를 포함한다. 그리고 시간-주파수 매핑기는 동기 패턴을 시간-주파수 영역으로 매핑하여 상기 하향 링크 신호를 생성한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 기반의 셀룰러 시스템의 단말의 셀 탐색 장치가 제공되며, 이 셀 탐색 장치는 수신기, 제1 추정기 내지 제3 추정기를 포함한다. 수신기는 한 프레임이 복수의 동기 블록으로 이루어지는 신호를 수신한다. 여기서 각 동기 블록-인접된 복수의 부프레임의 집합-에는 복수의 OFDM 심볼에 셀 그룹을 구별하기 위한 셀 그룹 식별 부호와 상기 프레임의 시작점을 나타내기 위한 프레임 동기 식별 부호의 조합-부호 조합-으로 동기 패턴이 형성되어 있다. 제1 추정기는, 동기 패턴으로부터 동기 블록의 시작점을 추정하고, 제2 추정기는 동기 블록의 시작점을 이용하여 프레임 시작점과 단말이 속한 셀에 해당하는 셀 그룹의 셀 그룹 번호를 추정하며, 제3 추정기는 프레임의 파일럿 심볼에 포함된 셀 구분용 스크램블링 부호를 이용하여 단말이 속한 셀의 번호를 추정한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 기반의 셀룰러 시스템의 단말에서 셀을 탐색하는 방법이 제공된다. 먼저, 단말이 속한 셀 그룹을 식별하기 위한 셀 그룹 식별 부호와 프레임의 시작점을 나타내기 위한 프레임 동기 식별 부호의 조합-부호 조합-으로 형성된 동기 패턴을 갖는 복수의 동기 블록을 포함하는 하향 링크 프레임을 수신하고, 수신된 하향 링크 프레임에서 동기 블록의 시작점을 추정한다. 그리고 추정된 동기 블록의 시작점과 상기 동기 패턴으로부터 셀 그룹 번호와 프레임 동기를 획득하고, 하향 링크 프레임에 포함된 셀 구분용 스크램블링 부호로부터 셀 번호를 획득한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명 이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 방법 및 장치와 셀 탐색 방법 및 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치의 개략적인 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 하향 링크 프레임 구조를 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하향 링크 신호 생성 장치(100)는 패턴 생성기(110), 부호 생성기(120), 시간-주파수 매핑기(130), OFDM 송신기(141) 및 송신 안테나(142)를 포함하며, 이러한 하향 링크 신호 생성 장치는 셀룰러 시스템의 기지국(도시하지 않음)에 형성된다. 그리고 도 2에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 하향 링크 신호 생성 장치(100)에서 생성된 하향 링크 신호는 복수의 동기 블록(210)을 포함하며, 각 동기 블록(210)은 복수의 부프레임(220)의 집합으로 형성된다. 이때, 각 동기블록(210)의 최초 심볼 구간(230a, 230b)에는 셀 그룹 식별을 위한 정보와 프레임 동기를 추정하기 위한 정보가 할당된다. 그리고 각 동기 블록(210)에는 서로 다른 프레임 동기 식별 부호가 할당된다.
패턴 생성기(110)는 셀 번호 정보, 셀 그룹 정보와 프레임 동기를 식별하기위한 정보를 나타내는 직교 부호 집합을 이용하여 하향 링크 신호의 동기 패턴과 파일럿 패턴을 생성한다. 패턴 생성기(110)는 셀 그룹을 인식하기 위한 셀 그룹 번호에 대하여 일련의 직교 부호들을 할당하고, 프레임의 시작점을 인식할 수 있도록 하기 위하여 일련의 직교 부호들을 이용한다. 이하, 설명의 편의를 위하여 셀 그룹 번호에 대하여 할당된 직교 부호들을 "셀 그룹 식별 부호"라 하고, 프레임의 시작점을 인식하기 위하여 사용되는 직교 부호들을 "프레임 동기 식별 부호"라 한다. 패턴 생성기(120)는 셀 그룹 식별 부호와 프레임 동기 식별 부호를 각각 매칭시켜 부호 집합을 생성하고, 이를 하향 링크 신호의 동기 채널 심볼 구간의 주파수 영역에 걸쳐 할당하여 하향 링크 신호의 동기 패턴을 생성한다. 그리고 패턴 생성기(110)는 셀룰러 시스템에서 공통 파일럿 심볼 및 데이터 심볼의 인코딩을 위하여 각 셀별로 할당되는 고유의 스크램블링 부호를 파일럿 채널 심볼 구간에 할당하여 하향 링크 신호의 파일럿 패턴을 생성한다.
부호 생성기(120)는 셀 그룹 식별 부호, 프레임 동기 식별 부호로 이용되는 직교 부호 집합을 각각 생성하여 패턴 생성기(110)로 전송하고, 패턴 생성기(110)는 이들 직교 부호 집합을 이용하여 동기 패턴 및 파일럿 패턴을 생성한다.
시간-주파수 매핑기(130)는 패턴 생성기(110)에서 생성된 동기 패턴 정보 및 파일럿 패턴 정보와, 외부로부터 전송된 프레임 구조 정보 및 전송 트래픽 데이터를 이용하여, 이들 데이터를 시간 및 주파수 영역으로 매핑하여 하향 링크 신호의 프레임(도 2의 200)을 형성한다.
그리고 OFDM 송신기(141)는 시간-주파수 매핑기(130)로부터 하향 링크 신호를 수신하고, 이 신호를 송신 안테나(142)를 통하여 송신한다.
도 2를 보면, 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호의 한 프레임(200)은 Nsync개의 동기 블록(210)으로 이루어지며, 각 동기 블록(210)은 Nsub개의 부프레임(220)으로 이루어진다. 그리고 하향 링크 신호의 한 OFDM 심볼(230a)은 Δf의 주파수 폭을 가지는 Nt개의 부반송파를 사용한다. 하나의 동기 블록(210)을 구성하는 각 부프레임(220)의 첫 부분에는 파일롯 데이터가 위치되는 파일롯 심볼 구간(240a~240e)이 형성된다. 그리고 하나의 동기 블록(210)의 첫번째 부프레임에는 셀 그룹 식별 부호와 프레임 동기 식별 부호를 포함하는 데이터가 위치되는 동기 심볼 구간(230a, 230b)이 형성된다. 이때, 동기 심볼 구간(230a, 230b)은 첫번째 부프레임의 첫번째 OFDM 심볼 구간에 위치할 수도 있고, 첫번째 부프레임의 마지막 OFDM 심볼 구간에 위치할 수도 있다. 동기 심볼 구간(230a, 230b)은 주파수 영역에 걸쳐 두 개의 주파수 밴드(250, 260)로 나누어지며, 이들 밴드(250, 260)에는 셀 그룹 식별 부호와 동기 식별 부호가 각각 삽입된다. 그리고 도 2에 나타낸 바와 같이, 패턴 생성기(110)는 동기 심볼 구간(230a, 230b)의 주파수 영역 전체에 걸쳐 형성되지 않고, DC 부반송파를 제외한 중앙의 일부 주파 수 대역에만 부호들을 할당하여 동기 패턴을 생성한다. 3GPP 시스템에서는 하향 링크 프레임(200)은 20개의 부프레임(220)으로 구성되며, 하나의 부프레임(220)은 0.5msec의 시간에 해당하고 Unicast 전송의 경우에는 7개, Multicast 전송의 경우에는 6개의 OFDM 심볼 구간을 갖도록 구성된다. 이러한 3GPP 시스템의 하향 링크 프레임에서는 예를 들어, 동기 블록(210)은 5개의 부프레임(220)을 포함하여 구성될 수 있으며, 이 경우에는 한 프레임 내 동기 채널 심볼 구간의 반복 주기는 4(개)가 된다.
다음, 도 1의 패턴 생성기(110)에서 동기 패턴 및 파일럿 패턴을 생성하는 방법에 대해서 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 동기 패턴이 생성되는 동기 채널 심볼 구간의 OFDM 심볼들을 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 동기 채널 심볼 구간을 시간 영역으로 변환한 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 패턴 생성기(110)는 동기 채널 심볼 구간(230a)의 전체 주파수 대역에서 중앙의 부반송파를 중심으로 하여 일정 대역폭만을 셀 그룹 식별 부호의 삽입을 위한 주파수 밴드(250), 프레임 동기 식별 부호의 삽입을 위한 주파수 밴드(260)로 분할하여, 각 직교 부호들을 순차적으로 삽입하여 동기 패턴을 생성한다.
패턴 생성기(110)는 부호 생성기(120)로부터 전송된 두 개의 서로 독립적인 직교 부호 집합 내의 직교 부호들을 주파수 밴드(250, 260)에 할당한다. 도 3을 보면, 패턴 생성기(110)는 셀 그룹 식별을 위한 주파수 밴드(250)에는
Figure 112007037807949-PAT00001
의 직교 부호 집합을 할당하고, 프레임 동기 식별을 위한 주파수 밴드(260)에는
Figure 112007037807949-PAT00002
의 직교 부호 집합을 할당하여 동기 패턴을 형성한다. 여기서, k는 셀 그룹 번호, u는 프레임 동기 식별 부호의 번호, NG는 셀 그룹 식별 부호의 길이, NF는 프레임 동기 식별 부호의 길이를 의미한다. 본 발명의 실시예에 따른 패턴 생성기(110)는 셀 그룹 식별 부호와 프레임 동기 식별 부호로 GCL(generalized chirp like) 코드를 이용할 수 있으며, 이들 부호는 수학식 1 및 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007037807949-PAT00003
Figure 112007037807949-PAT00004
수학식 1과 수학식 2에 나타낸 바와 같은 직교 부호들을 도 3과 같은 위치에 할당하여 동기 패턴을 생성한다. 즉, 패턴 생성기(110)는 수학식 1 및 수학식 2로부터 얻어지는 직교 부호들을 인접한 부반송파에 순차적으로 할당하지 않고, 주파수 밴드(250, 260) 내의 매 짝수번째 또는 매 홀수번째 부반송파에 할당한다. 그리고 직교 부호가 할당된 부반송파 사이의 부반송파들에는 시퀀스가 할당되지 않은 널링 부반송파로 운용한다. 그러므로, 동기 패턴이 형성되는 동기 채널 심볼 구간 의 부반송파는 널링 부반송파를 포함하여 대략 2*[(NG + NF) + NB] (이하, NS라 한다)개의 부반송파 대역을 점유하게 된다. 여기서, NB는 보호대역의 부반송파 수를 의미한다.
이와 같이 생성된 동기 패턴을 시간 영역으로 변환하면, 도 4에 나타낸 바와 같은 신호 파형을 얻을 수 있다. 도 4는 OFDM 심볼의 주기적 전치 부호(cyclic prefix)를 제외한 부분의 신호 파형을 나타낸 것으로서, 삽입된 두 종류의 직교 코드로 인하여 시간 영역 상에서 두 개의 반복 패턴이 발생되는 것을 알 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하향 링크 신호 생성 장치(100)는 셀 그룹 구분 부호와 동기 식별 부호가 할당되는 동기 채널 심볼 구간의 주파수 영역에 걸쳐서 각 시퀀스가 할당되는 부반송파 사이에 하나씩의 널링 부반송파가 존재하도록 동기 패턴을 형성하여 신호를 생성한다. 그러므로, 이와 같이 생성되어 전송된 수신 신호는 도 4에 나타낸 바와 같은 반복 패턴을 갖게 되고, 하향 링크 프레임을 수신한 단말은 도 4의 신호 패턴을 이용하여 초기 심볼 동기를 획득하고, 주파수 오프셋을 추정한다.
여기서, 하향 링크 프레임의 각 동기 채널 심볼 구간에 삽입된 셀 그룹 식별 부호의 길이(NG)와 프레임 동기 식별 부호의 길이(NF)는 서로 다르게 설정될 수 있으며, 이들 식별 부호의 길이 정보와 동기 패턴 정보는 단말과 기지국이 공유한다.
도 3에 나타낸 바와 같은 동기 패턴을 갖는 하향 링크 프레임(200)을 수신한 단말은 매 동기블록마다 두 개의 주파수 밴드(250, 260)를 순차적으로 복조함으로 써, 셀 그룹 번호와 프레임 시작점의 정보를 알 수 있으므로, 신속하고 효율적인 셀 탐색이 가능해진다. 그리고 동기 채널 심볼 구간의 주파수 영역을 두 개의 주파수 밴드로 분할하여, 같거나 서로 다른 종류의 시퀀스를 할당하여 사용함으로써 주파수 선택적 페이딩에 의한 상관 성능의 저하를 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 동기 채널 심볼 구간의 주파수 축 상에서, 셀 그룹 식별 부호가 프레임 동기 식별 부호의 이전에 삽입되는 것으로 설명하였지만, 이들 부호의 위치를 바꾸어 삽입하여 동기 패턴을 생성할 수 있다. 그리고 본 발명의 실시예에서는 셀 그룹 식별 부호와 프레임 동기 식별 부호로 동일한 종류의 직교 부호를 이용하는 것으로 설명하였지만, 서로 다른 종류의 직교 코드를 이용할 수 있으며, 식별 부호로는 하다마드(Hadamard) 코드, KAZAC 코드, 골드 코드, 골레이(Golay) 코드, 의사 잡음(pseudo-noise, PN) 코드를 비롯한 일반적인 직교 부호들에서 선택될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하향 링크 프레임의 대역폭 확장성(scalibility)을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하향 링크 프레임의 대역폭 확장성(scalibility)을 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 3에 나타낸 동기 채널 심볼 구간의 대역폭을 셀룰러 시스템이 지원하는 총 대역폭과 비교하여 나타낸 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 하향 링크 신호 생성 장치(100)는 도 2와 도 3에 나타낸 바와 같이 주파수 대역의 중앙 부분에 직교 부호들을 삽입하여 동기 패턴을 생성한다. 셀룰러 시스템에서 단말은 각 단말의 등급에 따라 지원 가능한 대역폭이 상이하므로, 이러한 프레임 구성을 통하여 단말의 대역폭 확장성(scalability)를 지원할 수 있다. 도 5는 동기 패턴이 주파수 대역 중 1.25MHz 대역에 할당되는 경우를 나타낸다. 동기 채널 심볼 구간 중 동기 패턴이 생성되지 않은 OFDM 심볼에는 트래픽 데이터가 할당되어 전송될 수 있다. 그리고 도 6은 동기 패턴이 주파수 대역 중 1.25MHz 대역 또는 5MHz 대역에 할당되는 경우를 나타낸 것으로서, 5MHz 이상의 대역폭을 지원하는 단말에서는 전송되는 동기 패턴이 모두 수용될 수 있지만, 1.25MHz 대역폭과 2.5MHz 대역폭을 지원하는 단말에서는 중앙 부분의 일부의 동기 패턴만이 수용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 하향 링크 프레임은 수용되는 일부 동기 패턴만으로도 셀 그룹 번호와 프레임 동기의 시작점 정보를 추출할 수 있으며, 이로 인하여 대역폭 확장성이 지원된다.
다음, 이와 같이 생성된 하향 링크 신호를 이용하여 단말이 셀을 탐색하는 방법에 대해서 도 7 내지 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 셀 탐색 장치의 개략적인 블록도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 셀 탐색 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 셀 탐색 장치(400)는 수신기(410), 심볼 동기 추정기(420), 푸리에 변환기(430), 셀 그룹 추정기(440) 및 셀 번호 추정기(450)를 포함하며, 푸리에 변환기(430)는 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)을 할 수 있다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 수신기(410)는 기지국에서 송신되는 신호를 수신하고, 심볼 동기 추정기(420)는 수신 신호를 동기 채널에 할당된 대역폭만큼 필터 링하고 보호구간을 제거한 후 차등 상관을 수행하여 심볼 동기 또는 부프레임 동기를 획득하고 주파수 오프셋을 추정한다(S110). 다음, 푸리에 변환기(430)는 심볼 동기 추정기(420)에서 추정된 심볼 동기를 기준으로 해서 수신 신호를 푸리에 변환한다(S120). 셀 그룹 추정기(440)는 푸리에 변환된 수신 신호에 포함된 동기 채널 심볼 구간의 시퀀스로부터 프레임 시작점을 추정하여 프레임 동기를 획득하고, 동시에 셀 그룹 번호를 추정한다(S130). 그리고 셀 번호 추정기(440)는 파일럿 심볼 구간에 포함된 스크램블링 부호 정보를 이용하여 셀 번호를 추정한다(S140).
다음, 심볼 동기 추정기(420)의 부프레임 동기 획득 및 주파수 오프셋 추정에 대해서 도 9를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 심볼 동기 추정기(420)의 개략적인 블록도이다.
도 9를 보면, 본 발명의 실시예에 따른 심볼 동기 추정기(420)는 필터부(421), 지연부(422), 상관부(423), 전력 검출부(424), 비교부(425) 및 주파수 오프셋 검출부(426)를 포함한다.
심볼 동기 추정기(420)는 도 4에 나타낸 바와 같은 시간 영역 신호 파형을 갖는 동기 채널 심볼 구간의 수신 신호로부터 부프레임 동기와 주파수 오프셋을 추정한다. 이때, 심볼 동기 추정기(420)는 동기 패턴이 형성되어 있는 부프레임의 마지막 OFDM 심볼구간점과 그 시점에서의 주파수 오프셋을 추정할 수 있다.
필터부(421)는 시간 영역 수신 신호를 동기 채널에 할당된 대역폭만큼 필터링하고 보호구간을 제거하여 동기 채널 심볼 구간에 해당하는 전체 주파수 대역 중 동기 패턴이 형성된 중앙의 NS개의 부반송파 대역의 신호(
Figure 112007037807949-PAT00005
)만을 추출한다. 필터부(421)는 대역 통과 필터링(bandpass filtering)을 할 수 있다. 이때, 필터부(421)의 출력 신호
Figure 112007037807949-PAT00006
의 길이는 NS에 해당한다.
지연부(422)는 필터링된 수신 신호(
Figure 112007037807949-PAT00007
)를 유효 심볼 길이(NS)의 1/2에 해당하는 시간만큼 지연시킨다. 상관부(423)는 현재 입력된 수신 신호(
Figure 112007037807949-PAT00008
)와 지연부(422)의 출력 신호(
Figure 112007037807949-PAT00009
)에 대하여 유효 심볼 길이의 1/2에 해당하는 샘플 구간 동안 차등 상관을 수행한다. 이때, 상관부(423)에서 이루어지는 차등 상관은 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112007037807949-PAT00010
수학식 3의 상관 결과(Y)를 수신한 전력 검출부(424)는 수신한 신호의 차등 상관값의 크기 즉, 수신 신호의 전력을 계산한다. 비교부(425)는 전력 검출부(424)의 출력값이 최대가 되는 시점(
Figure 112007037807949-PAT00011
)을 선택하여, 이를 초기 심볼 동기로 설정한다.
Figure 112007037807949-PAT00012
그리고 주파수 오프셋 검출부(426)는 초기 주파수 오프셋(
Figure 112007037807949-PAT00013
)을 추정한다.
본 발명의 실시예에서는, 하나의 동기 채널 심볼 구간에 해당하는 시간 영역 신호에 대해서만 영역에서 차등 상관을 수행하여 초기 심볼 동기 및 주파수 오프셋을 검출하는 것으로 설명하였지만, 하나의 하향 링크 프레임 내의 다른 동기 채널 심볼 구간의 시간 영역 신호들을 누적하여 차등 상관을 수행할 수 있다. 또한, 추정 성능을 향상시키기 위하여 복수의 프레임들의 동기 패턴으로부터 얻어지는 데이터들을 누적하여 차등 상관한 값을 이용할 수 있다.
푸리에 변환기(430)는 심볼 동기 추정기(420)에서 추정된 부프레임 동기를 기준으로 해서 수신 신호를 푸리에 변환한다.
다음, 셀 그룹 추정기(440)에서 수행되는, 푸리에 변환된 수신 신호의 동기 패턴으로부터 프레임 동기와 셀 그룹 번호를 추정에 대해서 도 10 내지 도 12를 참조하여 상세하게 설명한다. 우선, 도 10과 도 11을 참조하여 하향 링크 프레임의 동기 패턴 생성에 대해 설명하고, 생성된 동기 패턴으로부터 셀 그룹 번호와 프레임 동기를 추정하는 방법에 대하여 도 12를 참조하여 설명한다.
도 10과 도 11은 도 3에 나타낸 동기 패턴의 할당 방법을 나타낸 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 하향 링크 생성 장치는 셀 그룹 식별 부호 C(k)와 프레임 동기 식별 부호 C(u)를 조합하여 동기 패턴을 생성한다. 도 10과 도 11은 이들 셀 그룹 식별 부호와 프레임 동기 식별 부호의 조합을 (k, u)(도 10의 A, 도 11의 A')의 형태로 나타내어 설명한 것으로, 하향 링크 신호의 프레임(200)은 4개의 동기 블록(210)으로 구성되는 경우를 가정한 것이다.
도 10은 셀룰러 시스템 내의 모든 셀 그룹에 동일한 프레임 동기 식별 부호(C(1), C(2), C(3), C(4))만으로 직교 부호를 조합하여 동기 패턴을 생성한 경우를 나타낸 것이다. 그리고 도 10은 1번 셀부터 4번 셀이 셀 그룹 1을, 5번 셀부터 8번 셀이 셀 그룹 2을, 9번 셀부터 12번 셀이 셀 그룹 3를 형성하도록 분류되어 있는 경우로서, 셀 그룹 식별 부호로 C(k)(k는 셀 그룹 번호, k= 1, 2, 3, ...)를 이용한 경우의 코드 조합을 나타낸 것이다. 도 10에 나타낸 바와 같이 동기 패턴이 형성된 경우에는 모든 셀에서 동일한 프레임 동기 식별 부호가 전송되므로, 매크로 다이버시티 이득을 얻을 수 있게 된다. 즉, 하향 링크 프레임을 수신한 단말은 프레임 동기를 획득하기 위해 동기 채널 심볼 구간에 대해서 상관을 수행하여 프레임 동기 식별 부호를 검출하게 되는데, 모든 셀들에서 동일한 부호를 사용하기 때문에 상관 특성이 향상되어 프레임 동기 획득 성능이 향상될 수 있다. 그리고 이 경우에는 분류 가능한 셀 그룹의 수는 셀 그룹의 식별을 위해 설정된 부호의 길이와 동일하게 설정할 수 있으며, 다이버시티 이득으로 인하여 프레임 동기 식별 부호는 셀 그룹 구별 부호의 길이보다 짧게 설정하여 이용할 수 있다.
도 11은 각 셀 그룹에 대하여 서로 다른 프레임 동기 식별 부호가 할당되어 형성된 부호 조합을 이용하여 하향 링크 신호의 프레임(200)을 형성하는 경우를 나타낸 것이다. 이와 같은 경우에는 셀룰러 시스템에서 이용 가능한 프레임 동기 식별 부호의 수는 부호의 길이와 동일하다. 도 11에 나타낸 바와 같이 동기 패턴이 형성되는 경우에는, 다양한 프레임 동기 식별 부호를 이용하므로, 셀 그룹 번호와 프레임 동기 식별 부호들 사이의 조합 가능한 경우의 수가 증가하게 되므로, 도 10에 도시된 경우에 비하여 식별 가능한 셀 그룹의 수를 증가시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 코드 조합 정보는 기지국과 단말이 공유하며, 단말의 셀 탐색에 이용된다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 셀 그룹 추정기(440)의 개략적인 블록도이다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 셀 그룹 추정기(440)는 코드 저장부(441), 상관부(442), 역푸리에 변환부(443) 및 비교부(444)를 포함한다.
코드 저장부(441)는 동기 채널 심볼 구간에 할당되는 셀 그룹 식별 부호와 프레임 동기 식별 부호로 이용되는 직교 코드들을 저장하고, 동기 패턴을 형성하는 부호 조합의 정보를 저장한다. 한편, 단말이 현재 속한 셀 및 그 주변의 셀에 대한 정보(셀 번호 및 셀 그룹 정보)를 미리 알고 있는 경우(즉, 단말이 통화 상태이거나 통화 대기 중인 경우)에는, 후보 코드 조합을 추출하여 두고, 이를 이용하여 셀 탐색을 수행할 수 있다.
상관부(442)는 푸리에 변환된 동기 채널 심볼 구간의 신호를 전송받아 추정된 동기 블록 시작점을 기준으로 하여 코드 저장부(441)에 저장된 부호 조합에 포함된 직교 부호들 각각에 대하여 공액(conjugate)을 취하여, 푸리에 변환된 수신 신호와의 곱셈 연산을 수행한다.
즉, 상관부(442)는 수신된 하향 링크 프레임의 동기 채널 구간의 시퀀스들에 대하여 주파수 영역에 걸쳐 순차적으로 공액 연산을 수행하면, 셀 그룹 인식을 위한 연산과 프레임 동기 추정을 위한 연산이 순차적으로 수행되므로, 셀 탐색에 소요되는 시간이 단축될 수 있다.
역푸리에 변환부(443)는 상관부(442)에서 출력된 신호 중에서 셀 그룹 식별용 밴드와 프레임 동기 식별용 밴드 각각에 대해 역푸리에 변환(inverse Fourier transform)을 수행하여, 시간 영역 신호들을 각각 생성한다. 이때, 역푸리에 변환부(443)는 역고속 푸리에 변환(IFFT)를 할 수 있다. 그리고 비교부(444)는 역푸리에 변환부(443)에서 출력되는 시간 영역 신호 중 최대값을 선택하고, 코드 저장부(441)로부터 최대값을 갖도록 하는 코드 조합 정보를 추출하여, 셀 그룹 번호 및 프레임 동기를 식별할 수 있다. 도 10에 나타낸 경우의 예를 들면, 비교부(444)가 추출한 코드 조합 정보가 (1,2)이라면, 현재 단말이 속한 셀 그룹은 1번 셀 그룹이고, 단말이 프레임 동기의 추정을 개시한 시점은 하향 링크 프레임의 2번째 동기블록에 해당하는 것을 알 수 있으므로, 프레임의 시작점을 추정할 수 있다.
마지막으로, 단말은 파일럿 심볼 구간에 포함된 스크램블링 정보를 이용하여 셀 번호를 추정한다. 이때, 단말은 셀 그룹 정보를 알고 있으므로, 해당 셀 그룹에 속하는 셀들의 스크램블링 정보를 기초로 하여 셀 번호를 추정한다. 여기서, 셀 번호 추정은 파일럿 심볼의 부반송파 집합의 전력합을 이용하는 방법 등 일반적인 셀 번호 추정 방법이 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 파일럿 심볼 구간의 스크램블링 정보로부터 셀 번호 를 추정하는 것으로 설명하였지만, 기지국의 시스템 정보(system information)을 포함하는 공통 채널 구간의 심볼을 이용하여 셀 번호를 추정할 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에서는 셀 그룹 식별 부호를 동기 패턴에 할당하였으나, 동기 심볼 구간의 두 밴드 중 한 밴드를 셀 그룹 식별용 부호 대신 셀 식별용 부호를 할당하여 하향 링크 프레임을 생성할 수 있다. 이 경우에는 스크램블링 부호를 이용하는 셀 번호 추정은 동기 패턴으로부터 얻은 셀 번호 정보의 검증을 위한 과정으로 이용될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에서 설명한 구성요소는 적어도 하나의 DSP(digital signal process) 프로세서, 컨트롤러, ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 프로그램 가능한 논리 소자, 기타 전자 장치 또는 이들의 결합으로 이루어지는 하드웨어로 구현될 수 있다. 그리고 본 발명의 실시예에서 설명한 기능이나 처리 절차 중 적어도 일부는 소프트웨어로 구현될 수 있으며, 이러한 소프트웨어는 기록 매체에 기록되어 있을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 설명한 구성요소, 기능 및 처리 절차는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로도 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 한 프레임 내에 형성된 복수의 동기 패턴을 이용하여 셀 그룹 탐색 및 프레임 동기를 추정할 수 있다. 그리고 동기 패턴을 이용하여 부프레임 동기를 추정할 수도 있다.

Claims (21)

  1. 직교 주파수 분할 다중(orthogonal freqency division multiplexing, OFDM) 기반의 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치에 있어서,
    하향 링크 신호의 한 프레임을 형성하는 복수의 동기 블록-프레임 내의 연속된 복수의 부프레임의 집합- 각각에 대하여 동기 패턴을 생성하고, 상기 동기 패턴은 셀 그룹 번호와 상기 프레임의 시작점 정보를 포함하는 패턴 생성기; 및
    상기 동기 패턴을 시간-주파수 영역으로 매핑하여 상기 하향 링크 신호를 생성하는 시간-주파수 매핑기
    를 포함하는 하향 링크 신호 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 생성기는,
    상기 셀 그룹을 구분하기 위한 셀 그룹 식별 부호와 상기 프레임의 시작점을 나타내기 위한 프레임 동기 식별 부호의 조합-부호 조합-으로 상기 동기 패턴을 생성하고,
    상기 복수의 동기 블록 각각에는 서로 다른 부호 조합으로 생성된 상기 동기 패턴을 할당하는 하향 링크 신호 생성 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 패턴 생성기는,
    상기 하나의 하향 링크 프레임 내의 복수의 동기 블록 각각에 서로 다른 프레임 동기 식별 부호가 위치되도록 상기 부호 조합을 생성하는 하향 링크 신호 생성 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 패턴 생성기는,
    상기 복수의 셀 그룹에 속하는 모든 셀에 전송되는 상기 하향 링크 프레임에 동일한 프레임 동기 식별 부호로 생성된 상기 부호 조합으로 상기 동기 패턴을 생성하는 하향 링크 신호 생성 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 셀 그룹 식별 부호와 상기 프레임 동기 식별 부호는 각각 직교 코드의 집합인 하향 링크 신호 생성 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 패턴 생성기는,
    상기 동기 패턴을 상기 복수의 동기 블록 내의 동일한 OFDM 심볼 구간에 위치하도록 생성하는 하향 링크 신호 생성 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 패턴 생성기는,
    상기 동기 패턴을 상기 동기 블록 내의 최초 OFDM 심볼 구간에 생성하는 하향 링크 신호 생성 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 패턴 생성기는,
    상기 OFDM 심볼 구간에 할당된 부반송파 대역 중 미리 설정된 대역폭에 동기 패턴을 생성하는 하향 링크 신호 생성 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 패턴 생성기는,
    상기 설정된 대역폭을 이분하여 두 개의 주파수 밴드로 나누고, 각각의 주파수 밴드에 상기 셀 그룹 식별 부호와 상기 프레임 동기 식별 부호를 삽입하여 동기 패턴을 생성하는 하향 링크 신호 생성 장치.
  10. 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 기반의 셀룰러 시스템의 단말의 셀 탐색 장치에 있어서,
    한 프레임이 복수의 동기 블록-인접된 복수의 부프레임의 집합-으로 이루어지는 신호를 수신하며, 각 동기 블록에서 복수의 OFDM 심볼에 셀 그룹을 구별하기 위한 셀 그룹 식별 부호와 상기 프레임의 시작점을 나타내기 위한 프레임 동기 식별 부호의 조합-부호 조합-으로 동기 패턴이 형성되어 있는 수신기;
    상기 동기 패턴으로부터 상기 동기 블록의 시작점을 추정하는 제1 추정기;
    상기 동기 블록의 시작점을 이용하여 프레임 시작점과 상기 단말이 속한 셀에 해당하는 셀 그룹의 셀 그룹 번호를 추정하는 제2 추정기; 및
    상기 프레임의 파일럿 심볼에 포함된 셀 구분용 스크램블링 부호를 이용하여 상기 단말이 속한 셀의 번호를 추정하는 제3 추정기
    를 포함하는 셀 탐색 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수신기는,
    상기 프레임에 형성된 동기 패턴은 복수의 직교 코드를 포함하는 셀 탐색 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제1 추정기는,
    상기 수신된 프레임의 상기 동기 패턴이 형성된 신호를 추출하는 필터부;
    상기 추출된 신호를 상기 OFDM 심볼 구간의 1/2에 해당하는 시간만큼 지연시켜 출력하는 지연부;
    상기 필터부의 출력 신호와 상기 지연부의 출력 신호에 대하여 상기 OFDM 심 볼 구간의 1/2에 해당하는 시간만큼 상관을 수행하는 상관부; 및
    상기 상관부의 출력 신호 중 절대치의 제곱이 최대가 되는 타이밍을 동기 블록의 시작점으로 추정하는 비교부
    를 포함하는 셀 탐색 장치.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제2 추정기는,
    상기 동기 패턴을 형성하는 복수의 부호 조합을 저장하고, 상기 저장된 부호 조합의 각각의 부호에 대하여 공액을 취한 후, 상기 동기 패턴과의 곱셈 연산을 통하여 상기 수신된 프레임의 시작점을 추정하는 셀 탐색 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 추정기는,
    상기 곱셈 연산의 결과값을 역푸리에 변환하여 최대값을 선택하고, 상기 최대값에 해당하는 부호 조합을 추출하여 상기 프레임의 시작점과 셀 그룹 번호를 추정하는 셀 탐색 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 단말이 현재 속한 셀 및 그 주변 셀에 대한 정보를 미리 알고 있는 경우,
    상기 동기 패턴을 형성하는 것으로 추정되는 복수의 부호 조합을 미리 추출하여 두고, 상기 추출된 부호 조합을 이용하여 프레임의 시작점과 셀 그룹 번호를 추정하는 셀 탐색 장치.
  16. 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 기반의 셀룰러 시스템의 단말에서 셀을 탐색하는 방법에 있어서,
    상기 단말이 속한 셀 그룹을 식별하기 위한 셀 그룹 식별 부호와 프레임의 시작점을 나타내기 위한 프레임 동기 식별 부호의 조합-부호 조합-으로 형성된 동기 패턴을 갖는 복수의 동기 블록을 포함하는 하향 링크 프레임을 수신하는 단계;
    상기 수신된 하향 링크 프레임에서 상기 동기 블록의 시작점을 추정하는 단계;
    상기 추정된 동기 블록의 시작점과 상기 동기 패턴으로부터 셀 그룹 번호와 프레임 동기를 획득하는 단계; 및
    상기 하향 링크 프레임에 포함된 셀 구분용 스크램블링 부호로부터 셀 번호를 획득하는 단계
    를 포함하는 셀 탐색 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 하향 링크 프레임의 동기 블록의 시작 위치에 상기 동기 패턴이 형성되는 셀 탐색 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 동기 블록의 시작점 추정 단계는,
    상기 동기 패턴이 형성된 복수의 부반송파 신호와 상기 복수의 부반송파 신호를 미리 설정된 시간만큼 지연시킨 신호의 상관값을 계산하는 단계; 및
    상기 상관값의 절대치의 제곱이 최대가 되는 타이밍을 동기 블록의 시작점으로 추정하는 단계
    를 포함하는 셀 탐색 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 부반송파 신호의 지연 시간은 상기 하향 링크 프레임의 OFDM 심볼 길이의 1/2에 해당하는 시간인 셀 탐색 방법.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 부호 조합은 복수의 직교 코드를 포함하는 셀 탐색 방법.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 프레임 동기 획득 단계는,
    상기 부호 조합의 직교 코드 각각의 공액을 취하여, 상기 동기 패턴의 부반송파 신호와의 곱셈 연산을 수행하는 단계;
    상기 곱셈 연산의 결과값을 역푸리에 변환한 후 최대값을 추출하는 단계; 및
    상기 최대값에 해당하는 부호 조합으로부터 프레임 동기 정보와 셀 그룹 번호를 획득하는 단계
    를 포함하는 셀 탐색 방법.
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