KR20070078236A - 광대역 코드분할 다중 접속 통신 시스템에서 이동 단말의셀 탐색 시 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

광대역 코드분할 다중 접속 통신 시스템에서 이동 단말의셀 탐색 시 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 셀 탐색을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로 특히 비동기 광대역 코드 분할 다중 접속(W-CDMA)방식의 이동 통신 시스템의 셀 탐색 3단계 중 슬롯 동기 단계에서 메모리 접속을 최소화하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 슬롯 동기 단계는 k 번째 가설 지점에서 정합 필터의 연산을 수행하여 에너지 계산기를 통해 에너지 값을 계산하고, 상기 에너지 값과 미리 정해진 임계 값을 비교하여, 상기 에너지 값이 상기 임계 값보다 클 경우 메모리 제어기로 하여금 k 번째 메모리에 저장된 비동기 누적 결과 값을 읽고(read) 상기 비동기 누적 결과 값과 상기 에너지 값을 더하여 다시 k 번째 메모리에 저장(write)하는 반면에, 상기 에너지 값이 상기 임계 값보다 작을 경우 메모리 제어기로 하여금 메모리 읽기/쓰기 동작을 수행하지 않게 제어함으로써 슬롯 동기 단계에서 메모리 접속 횟수를 줄일 수 있다.
W-CDMA, 셀 탐색, 슬롯 동기 단계, 비동기 누적

Description

광대역 코드분할 다중 접속 통신 시스템에서 이동 단말의 셀 탐색 시 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PERROMING SLOT SYNCHRONIZATION STAGE OF MOBILE TERMINAL IN WIDEBAND - CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 일반적인 W-CDMA 이동 통신 시스템에서 셀 탐색에 이용되는 동기 채널(S-CH)과 공통 파일럿 채널(CPICH)의 구조를 도시하고 있는 도면,
도 2는 일반적인 W-CDMA 이동 통신 시스템 방식의 이동 단말에서 셀 탐색 3단계 중 제1 단계인 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 W-CDMA 이동 통신 시스템 방식의 이동 단말에서 셀 탐색 3단계 중 제1 단계인 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 블록 구성도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 W-CDMA 이동 통신 시스템의 이동 단말에서 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 방법 흐름도,
도 5는 일반적인 슬롯 동기 단계의 성능과 본 발명의 실시 예에 따른 슬롯 동기 단계의 성능을 비교한 그래프,
도 6은 일반적인 슬롯 동기 단계에서 메모리 제어기의 메모리 접속 횟수와 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 제어기의 메모리 접속 횟수의 접속 비율을 비교 한 그래프.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 셀 탐색을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로 특히 비동기 광대역 코드 분할 다중 접속(Wideband-Code Division Multiple Access : W-CDMA)방식의 이동 통신 시스템의 셀 탐색 3단계 중 슬롯 동기 단계에서 메모리 접속을 최소화하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무선 통신 시스템이라 함은, 단말까지 고정적인 유선 네트워크를 연결하여 사용할 수 없는 경우를 위해 개발된 시스템이다. 이러한 무선 통신 시스템의 대표적인 시스템으로는 음성 및 데이터 서비스를 제공하는 일반 이동 통신 시스템은 물론, 무선 랜, 와이브로(Wibro), 이동 애드 혹(Mobile Ad Hoc)네트워크 등 을 들 수 있다.
이동 통신은 넓은 지역에 걸쳐 가입자가 빠른 속도로 이동하는 중에도 통화가 가능하게 하기 위한 것이다. 이러한 이동 통신 시스템의 대표적인 시스템이 셀룰러 방식의 시스템이다. 셀룰러 시스템이란, 종래 이동 통신 시스템의 서비스 지역의 제한과 가입자 수용용량의 한계를 극복하기 위해 제안된 개념으로 서비스 지역을 여러개의 작은 구역, 즉 셀(Cell)로 나누어서 서로 충분히 멀리 떨어진 두 셀에서 동일한 주파수 대역을 사용함으로써 공간적으로 주파수를 재사용 하는 것을 말한다. 그러한 셀룰러 시스템 중 제일 처음 등장한 기술이 AMPS(Advance Mobile Phone System)과 TACS(Total Access Communication Services)와 같은 아날로그 방식이며, 이를 1세대 이동통신이라 칭한다. 1세대의 이동통신 시스템만으로는 급격히 증가하는 이동통신 서비스 가입자를 수용하기가 어려워졌고, 기술의 발전으로 이전의 음성서비스뿐만 아니라, 다양한 서비스에 대한 요구가 증가하게 되었다. 이러한 요구 등으로 인하여 1세대의 이동통신 보다 진보한 디지털 방식의 2세대 이동통신이 등장하게 되었다. 2세대 이동통신 시스템은 아날로그 시스템에서와는 달리, 아날로그인 음성신호를 디지탈화하여 음성 부호화를 실시한 후, 디지탈 변복조 방식으로 사용하며, 800MHz대의 주파수를 사용한다. 다원접속 방식은 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식과 CDMA(Code Division Multiple Access) 방식을 사용한다. 이러한 2세대 이동통신 시스템에서는 음성서비스 및 저속 데이터 서비스를 제공하며, 미국의 IS-95(CDMA 방식), IS-54 (TDMA 방식)과 유럽의 GSM(Global System for Mobile communication) 방식이 있다. 또한, PCS(Personal Communication Services) 시스템은 2.5세대 이동통신 시스템으로 분류되며, 1.8~2GHz 대역의 주파수를 사용한다. 이러한 2세대 이동통신 시스템들은 사용자들에게 음성 서비스를 제공하면서 이동 통신 시스템의 효율을 증가시키기 위한 목적으로 구축되었다. 하지만, 인터넷의 출현 및 사용자들의 고속 데이터 서비스 요구 등은 새로운 무선 플랫폼의 등장을 예고하게 되었으며, 그러한 방식이 IMT-2000(International Mobile Telecommunication - 2000)과 같은 3세대 이동 통신이다. 이러한 3세대 이동 통신 시스템으로는 크게 3GPP2(3rd Generation Partnership Project 2)제안한 동기식기반의 CDMA 2000방식과 3GPP에서 제안한 비동기식 기반의 W-CDMA 방식으로 분류된다.
W-CDMA는 광대역 직접 확산 부호 분할 다중 접속(DS-CDMA)시스템이다. 즉, 사용자의 정보 비트들은 CDMA 확산 코드로부터 유도된 의사 랜덤 비트(Chips)와 곱을 취함으로써 광대역으로 확산된다. W-CDMA 시스템은 3.84Mcps의 칩속도를 사용하므로 반송파 대역폭을 5MHz에 근접하게 해준다. 통상적으로 IS-95와 같이 약 1MHz의 대역폭을 갖는 DS-CDMA 시스템을 협대역 CDMA 시스템이라 한다. 이러한 W-CDMA 이동 통신 시스템은 각 기지국들간에 비동기 동작을 수행하는 비동기식 기지국 시스템으로 구성된다. 따라서, 상기 기지국들을 구분하기 위해 상기 기지국들 각각에 대응하여 서로 다른 스크램블링 코드(Scrambling Code)를 할당하는 방법을 이용한다.
동기식과 비동기식 방식을 구분하는데 있어 가장 중요한 차이점은 이동 단말이 기지국은 어떻게 인식하는가에 달려 있다. 동기식의 경우 GPS(Global Positioning System)을 사용하고, 동일한 PN 코드를 사용하여 오프셋을 조정하는데 비해 비동기식의 경우는 GPS대신에 각기 다른 코드 패턴을 갖는 골드 코드(Gold Code)를 발생시켜 이용하므로 초기동기 기술 등이 동기식에 비해 다소 복잡하다. 비동기 방식에서는 기지국 구분용 PN 코드에 의해 스크램블링되지 않은 동기 채널을 검색하여 자신이 속한 기지국이 어떤 PN코드를 사용하는지 확인한 후 PN 코드에 의해 스크램블링된 물리적 채널들과 동기를 이룬다.
상술한 바와 같이 W-CDMA 이동 통신 시스템은 각 기지국들 간에 비동기 동작 을 수행하는 비동기형 기지국 시스템으로 구성된다. 따라서 상기 기지국들 각각에 대응하여 서로 다른 스크램블링 코드(Scrambling code)를 할당하는 방법을 이용한다. 예를 들어, 상기 비동기형 기지국 시스템을 구성하는 셀들(Cells), 즉 기지국들이 512개 존재할 경우 상기 512개의 기지국들 각각은 512개의 스크램블링 코드들 중 서로 다른 하나의 스크램블링 코드를 할당받아 사용하게 된다.
한편, 상기와 같은 W-CDMA 이동 통신 시스템에서의 이동 단말은 자신이 서비스 받을 기지국에 할당된 스크램블링 코드를 알고 있어야 한다. 따라서, 상기 이동 단말은 주변의 기지국들로부터 수신되는 신호들 중 가장 강하게 수신되는 신호의 스크램블링 코드를 확인하는 동작을 수행하여야 한다. 이를 통상적으로 셀 탐색(Cell Search)과정이라 한다.
상술한 바와 같이 스크램블링 코드들이 할당되는 W-CDMA 이동 통신 시스템의 이동 단말은 W-CDMA 이동 통신 시스템에서 GPS를 사용하지 않기 때문에 셀 탐색을 위해서 상기 할당 가능한 모든 스크램블링 코드들의 위상에 대해서 검사하는 일반적인 셀 탐색 알고리즘을 사용하였다. 하지만, 이러한 일반적인 셀 탐색 알고리즘은 셀 탐색을 위해 상당한 시간이 소요되기 때문에 비효율적이다.
따라서, 새로이 제안된 방법이 3단계 셀 탐색 알고리즘이다. 상기 3단계 셀 탐색 알고리즘을 구현하기 위해서는 우선 512개 스크램블링 코드들을 64개 코드 그룹으로 나누고, 상기 코드 그룹들 각각에는 8개의 스크램블링 코드들을 할당한다. 그리고 셀 탐색을 용이하게 하기 위하여 동기 채널(Synchronous Channel : 이하 "S-SCH"라 함)과 공통 파일럿 채널(Common Pilot Channel : 이하 "CPICH"라 함)을 사용한다. 상기 동기 채널로는 주 동기 채널(Primary Synchronous Channel : 이하 "P-SCH"라 함)과 제2 동기 채널(Secondary Synchronous Channel : 이하 "S-SCH"라 칭함)이 사용된다. 이때, 상기 SCH와 상기 CPICH는 순방향 링크를 통해 기지국으로부터 이동 단말로 제공되는 신호이다.
상기 3단계 셀 탐색 알고리즘은, 기지국에서 전송하는 P-SCH를 가지고 최대전력으로 수신되는 슬롯의 슬롯타임을 동기하는 셀 탐색 1단계인 슬롯 동기 단계(Slot Syncronization Stage)와, 상기 슬롯 동기 단계를 통해 타임 슬롯이 동기된 상태에서 상기 기지국에서 전송하는 S-SCH를 통해 프레임 동기(Frame Sybchronization) 및 자신이 속한 기지국의 기지국 그룹 지정코드를 검출하는 셀 탐색 2단계인 그룹 및 프레임 정보 획득 단계와, 상기 그룹 및 프레임 정보 획득 단계에서 탐색된 프레임 동기 및 기지국 그룹 지정코드를 근거로 하여 상기 기지국에서 전송하는 CPICH를 가지고 기지국의 스크램블링 코드를 검출하여 이동 단말이 속한 기지국을 최종적으로 탐색하는 셀 탐색 3단계인 롱 코드(Long code) 탐색 단계로 이루어진다.
상기 셀 탐색 3단계 중 제1 단계인 슬롯 동기 단계는 슬롯의 시작 지점을 파악하기 위해서 사용된다. 기지국은 이러한 슬롯 동기 단계를 수행할 수 있도록 2560칩마다 256칩의 길이를 갖는 주 동기 코드(Primary Synchromization Code)를 전송하게 된다. W-CDMA 이동 통신 시스템에서는 한 슬롯이 총 2560개의 칩으로 구성되어 있다. 그러므로 만일 슬롯 동기 단계에서 칩 단위로 슬롯의 시작지점을 찾고자 할 경우에는 총 2560개의 가설 지점이 생기게 된다. 반면, 슬롯 동기 단계를 반 칩(1/2 칩)단위로 할 경우에는 5120개의 가설 지점이 생기게 된다. 그럼 상술한 W-CDMA 이동 통신 시스템에서 셀 탐색을 위한 과정을 하기 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 W-CDMA 이동 통신 시스템에서 셀 탐색에 이용되는 동기 채널(S-CH)과 공통 파일럿 채널(CPICH)의 구조를 도시하고 있는 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 한 프레임은 15개의 슬롯들(Slots)로 구성되어 있다. 이때 P-SCH와 S-SCH는 매 슬롯들의 시작 부분에서 N(=256) 칩 길이만큼씩 전송되며, 상기 두 채널간에는 직교성이 유지됨에 따라 서로 중첩되어 전송된다. CPICH에는 기지국마다 서로 다른 스크램블링 코드들이 사용되며, 상기 스크램블링 코드의 주기는 한 프레임의 길이와 같다. 상기와 같은 채널 구조를 갖는 W-CDMA 이동 통신 시스템에서는 서로 다른 스크램블링 코드로 218-1 주기의 골드 코드 중 한 프레임 길이 만큼만을 사용하며, 전체 가능한 골드 코드들 중 M(=512)개만을 사용한다.
상기 P-SCH에 사용되는 주 동기 코드 Cp는 모든 셀들이 동일하게 사용하며, 1슬롯의 1/10인 256칩 구간만 매 슬롯마다 반복해서 보낸다. 상기 P-SCH는 이동 단말이 수신 신호의 슬롯 타이밍을 찾는데 이용한다. 즉, 이동 단말은 상기 P-SCH를 수신하여 주 동기코드인 Cp에 의해 타임 슬롯을 동기시킨다.(제1 단계)
상기 S-SCH에는 기지국의 제2 동기 코드, 즉 기지국 그룹 지정 코드(Cs i,1 ~ Cs i,15)가 매핑되어 전송되고, 상기 P-SCH에 의해 타임 슬롯 동기된 이동 단말은 상 기 S-SCH을 통해 기지국 그룹 지정코드의 프레임 동기를 검출한다. 여기서, 상기 기지국 그룹 지정코드는 기지국이 속하는 셀 그룹을 결정하는 정보로서 콤마 프리코드(COMMA FREE CODE)를 사용한다. 상기 콤마 프리 코드는 64개 코드워드들로 구성되어 있고, 하나의 코드워드는 15개의 심볼들로 구성되며, 상기 15개의 심볼들은 매 프레임마다 반복해서 전송된다. 그런데, 상기 15개의 심볼들의 값은 바로 전송되는 것이 아니라, 앞에서도 밝힌바와 같이 상기 제2 동기 코드 Cs i,1, ...Cs i,15 들 중 하나의 제2 동기 코드에 매핑되어 전송된다. 즉, 상기 도 1에 도시된 바와 같이 슬롯마다 심볼 값 i 에 해당되는 i 번째 제2 동기 코드가 전송된다. 상기 콤마 프리코드의 64개의 코드워드는 64개 코드 그룹을 구분한다. 상기 콤마 프리코드의 특징은 각 코드워드들의 사이클릭 시프트가 유일하다는 점이다. 그러므로 여러 슬롯구간동안 제2 동기 채널에 대하여 제2 동기 코드들을 상관시키고, 이를 64개의 코드 워드들과 각각에 대한 15 사이클릭 시프트에 대하여 검사함으로써 코드그룹과 프레임 동기에 대한 정보를 얻을 수 있게 된다. 여기서 상기 프레임 동기라 함은 확산대역시스템의 스크램블링 확산코드의 한 주기내의 타이밍 또는 위상에 대한 동기를 뜻한다. 현재 W-CDMA 이동 통신 시스템에서는 확산코드의 한 주기와 프레임 길이가 10ms이므로, 이를 프레임 동기라 칭하기로 한다.(셀 탐색 2단계)
상술한 셀 탐색 1단계와 셀 탐색 2단계의 수행에 의해 상기 이동 단말은 상기 P-SCH와 S-SCH를 통해 슬롯 동기와 기지국 그룹 지정 코드 및 프레임 동기에 대한 정보를 획득할 수 있다. 하지만, 상기 이동 단말은 아직 획득한 기지국 그룹 지 정코드에 따른 코드 그룹내의 8개의 스크램블링 코드들 중에서 어느것이 자신이 속하는 기지국의 스크램블링 코드인지를 알지 못하므로 부호동기는 완전히 이루어지지 않은 상태이다.
따라서, 상기 이동 단말은 상기 CPICH에 대한 상기 코드그룹 내에 속한 8개의 스크램블링 코드들의 상관을 취함으로서 상기 8개의 스크램블링 코드들 중 어느 것이 자신이 사용할 스크램블링 코드인지를 식별할 수 있다.(셀 탐색 3단계)
상술한 바와 같이 W-CDMA 이동 통신 시스템의 이동 단말은 상술한 셀 탐색 3단계를 수행하여 동기를 획득하게 되는데, 상술한 3가지 단계들 중 제1 단계인 슬롯 동기 단계가 다른 2가지 단계들보다 더 많은 연산량을 필요로 한다.
도 2는 일반적인 W-CDMA 이동 통신 시스템 방식의 이동 단말에서 셀 탐색 3단계 중 제1 단계인 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 블록 구성도이다.
일반적인 W-CDMA 이동 통신 시스템에서는 상술한 바와 같이 한 슬롯이 총 2560개의 칩으로 구성되어있다. 그러므로, 만일 슬롯 동기 단계에서 칩 단위로 슬롯의 시작지점을 찾고자 할 경우에는 총 2560개의 가설지점이 생기게 된다. 반면, 슬롯 동기 단계를 반 칩단위로 할 경우에는 5120의 가설지점이 생긴다.
첨부된 도 2에서 △는 가설 지점간의 시간차를, Re(r(t))는 수신된 신호의 실수부를 Im(r(t))는 수신된 신호의 허수부를 나타낸다.
도 2를 참조하여 가설지점에서 실제 슬롯 시점을 정하는 과정을 설명하면, 먼저, 정합필터(200)가 각 가설 지점에 수신된 신호 Re(r(t))와 Im(r(t))를 입력받아 정합 필터링을 수행하고, 상기 정합 필터링이 수행되어 계산된 값을 에너지 계 산기(제곱기)(202)가 입력받아 상기 가설 지점에서의 에너지를 계산하게 된다. 그리고, 상기 에너지 계산기(202)에서 계산된 실수부와 허수부의 신호를 제1 가산기(204)가 가산한 뒤 비동기 누적기(206)로 입력하게 된다.
W-CDMA 이동 통신 시스템에서 이동 단말의 슬롯 동기 과정에서는 성능을 향상시키기 위해서 여러 슬롯 구간동안 각 가설지점에 대한 비동기 누적을 실시하게 된다. 이러한 과정이 도 2의 비동기 누적기(206)에 의해서 수행되게 된다. 여기서 비동기 누적 과정이라함은 메모리 제어기(206b)를 통해 각 가설 지점의 에너지를 저장하는 메모리(206c)로부터 현재의 에너지값을 읽어들인 후에 제2 가산기(206a)를 통해 현재 수신된 에너지값과 더하고, 이를 다시 메모리 제어기(206b)를 통해 현재의 가설지점의 에너지를 저장하는 메모리(206c)에 기록하는 작업을 통합해서 일컫는다.
그리고, 슬롯 동기 과정은 독출 제어기(208)가 특정한 슬롯 시간 이후 각 가설지점에 대한 비동기 누적기(206)의 누적 값들을 비교하여 최고의 에너지를 가진 지점을 슬롯의 시작점으로 인식하여 결과 값으로 출력하게 된다.
상술한 과정은 하기의 <수학식 1>내지 <수학식 3>으로 정리할 수 있다.
하기 <수학식 1>은 정합필털링 과정을 나타내며, r(t)는 수신신호를 Cn은 주 동기 코드를 나타낸다. <수학식 1>에서 y(k,m)는 m번째 슬롯 구간에 대한 k번째 가설 지점에 대한 정합 필터 결과를 나타낸다. 참고로, 각 슬롯은 총 2560개의 칩으로 구성되어 있으며, 여기서 칩은 Tc의 주기를 갖는다.(칩은 확산된 데이터의 주기 를 나타낸다.) △는 Tc 구간 안에 존재할 수 있는 가설 지점간의 간격을 의미한다. 즉, △가 1/2일 경우에는 각 가설지점의 시간차는 Tc/2가 된다. 마지막으로, 주 동기 코드의 주기가 256칩이므로 하기 <수학식 1>의 적분주기는 256칩이 된다.
Figure 112006006324634-PAT00001
하기 <수학식 2>는 비동기 누적 과정을 나타내며, <수학식 2>에서 M은 비동기 누적 횟수를 나타낸다. 즉, 가설 지점에서 출력된 정합 필터 결과의 제곱값을 M번 더하는 과정이다. 여기서 M이 클수록 슬롯 동기 단계의 성능은 향상된다.
Figure 112006006324634-PAT00002
그리고, 하기 <수학식 3>은 최대 에너지를 갖는 가설 지점을 찾아내는 과정으로서 독출 제어기(208)에서 수행된다. 나타낸다. 즉, 모든 가설 지점 중에서 최대의 에너지를 갖는 가설 지점
Figure 112006006324634-PAT00003
을 결정하는 과정으로 도 1의 독출 제어기(208)에서 수행되는 과정이다. 즉, M 슬롯 뒤에 독출 제어기(208)를 통해 최고의 에너지를 가진 지점을 슬롯의 시작점으로 판단한다.
도 2에서 제어부(210)는 두 개의 신호(A, B)를 발생하는 데 'A' 신호는 새로운 슬롯 동기 과정의 시작을 알리는 역할을 하며, 제어부(210)가 메모리 제어기(206b)로 전달한다. 만일 이 신호가 '1'이 인가될 경우, 메모리 제어기(206b)가 초기화 되면서 상기 <수학식 1>과 <수학식 2>의 k와 m값이 '0'이 되도록 제어하게 된 다. 따라서, 메모리 제어기(206b)는 '1'인 신호 'A'를 수신하면, 메모리(206c)의 모든 저장값을 '0'으로 초기화 시킨다.
'B' 신호는 독출 제어기(208)로 전달되며, 이 신호는 M슬롯 뒤 즉, 모든 슬롯 동기 과정이 완료되면 신호가 '1'이 되고, 이 때 아래의 <수학식 3>에 나타나있는 과정을 통해 최고의 에너지값을 가진 가설지점을 찾게 된다.
Figure 112006006324634-PAT00004
상술한 바와 같이 일반적인 W-CDMA 이동 통신 시스템의 이동 단말에서 슬롯 동기 단계 과정은 비동기 누적을 위해 매 칩마다 메모리에 접속하는 과정이 필요하다. 이 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저 각 가설에 대한 에너지를 구하고 그 가설 지점에 대한 비동기 누적값이 저장되어 있는 메모리에 접속하여 저장된 값을 먼저 읽어 드린다. 그 이후에, 현재 계산된 에너지 값과 누적된 결과 값을 더하는 과정을 수행하고, 그 결과를 다시 해당 가설지점의 비동기 누적 값을 저장하는 메모리에 다시 쓰게 된다. 그러므로 가설 구간의 간격이 1/2 칩 단위이면, 매 칩마다 2번의 메모리에 대한 읽고 쓰는 과정이 필요하며, 여기에 소모되는 전력은 전체 셀 탐색 과정에서 많은 부분을 차지한다.
본 발명은 W-CDMA 이동 통신 시스템의 이동 단말에서 3단계 셀 탐색 과정을 효율적으로 수행하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 W-CDMA 이동 통신 시스템의 이동 단말에서 3단계 셀 탐색 과정 중 슬롯 동기 과정에서 메모리 접속 횟수를 최소화하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 광대역 코드 분할 다중 접속(W-CDMA) 방식의 이동 통신 시스템에서 이동 단말의 셀 탐색 과정의 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 방법은, 특정 가설 지점에서의 에너지 값을 계산하는 과정과, 상기 특정 가설 지점에서의 에너지 값과 임계 값을 비교하는 과정과, 상기 비교 결과 상기 에너지 값이 상기 임계 값보다 클 경우 메모리로부터 상기 특정 가설 지점에 대한 에너지 값을 읽어들이고, 상기 메모리로부터 읽어들인 에너지 값에 현재 가설 지점에서 계산된 에너지 값과 가산한 뒤, 다시 해당되는 가설 지점의 메모리에 기록하는 과정을 포함한다.
본 발명에 따른 광대역 코드 분할 다중 접속(W-CDMA) 방식의 이동 통신 시스템에서 이동 단말의 셀 탐색 과정의 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 장치는, 가설 지점들에서 계산된 에너지 값들을 저장하는 메모리와, 상기 가설 지점들에서 계산된 상기 에너지 값을 계산하는 에너지 계산기와, 특정 가설 지점의 에너지 값과 임계 값을 비교하여 상기 에너지 값이 상기 임계 값보다 클 경우 메모리 제어기로 하여금 비동기 누적 동작을 수행하게 제어하고, 상기 에너지 값이 상기 임계 값보다 작을 경우 상기 비동기 누적 동작을 수행하지 않게 상기 메모리 제어기를 제어하는 비교 판단기와, 상기 비교 판단기의 제어에 의해 비동기 누적 동작을 수행하는 메모리 제어기를 포함한다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하겠다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의해야 한다. 하기에서 구체적인 특정사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 W-CDMA 이동 통신 시스템 방식의 이동 단말에서 셀 탐색 3단계 중 제1 단계인 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 블록 구성도이다. 첨부된 도 3을 참조하면, 일반적인 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 정합 필터(300), 에너지 계산기(302), 제1 가산기(304) 및 비동기 누적기(306), 독출 제어기(308)에 본 발명의 실시 예에 따라 추가된 정합 필터의 출력값을 정해진 부분동안 누적하여 노이즈 에너지 레벨을 구하는 임계값 계산기(310)와, 상기 임계 값 계산기(310)와 사용자가 설정할 수 있는 임계값(312) 중 외부의 선택 신호에 따라 선택하여 출력하는 선택기(314)와, 상기 선택기(314)의 출력 결과를 임계값으로 하여 에너지 계산기(302)의 출력값과 비교하는 비교 판단기(316), 상기 비교 판단기(316)로부터 출력되는 동작 가능/불가능 신호에 따라 메모리(306c)의 쓰기/읽기 동작을 수행하거나 수행하지 않게 하여 비동기 누적 과정 수행 여부를 결정하는 메모리 제어기(306b)로 구성되어 있다.
그리고, 도 3에서 제어부(320)는 두 개의 신호(A, B)를 발생하는 데 'A' 신 호는 새로운 슬롯 동기 과정의 시작을 알리는 역할을 하며, 제어부(320)가 메모리 제어기(306b)로 전달한다. 만일 이 신호가 '1'이 인가될 경우, 메모리 제어기(306b)가 초기화 되면서 상기 <수학식 1>과 <수학식 2>의 k와 m값이 '0'이 되도록 제어하게 된다. 따라서, 메모리 제어기(306b)는 '1'인 신호 'A'를 수신하면, 메모리(306c)의 모든 저장값을 '0'으로 초기화 시킨다.
'B' 신호는 독출 제어기(308)로 전달되며, 이 신호는 M슬롯 뒤 즉, 모든 슬롯 동기 과정이 완료되면 신호가 '1'이 되고, 이 때 상기 <수학식 3>에 나타나있는 과정을 통해 최고의 에너지값을 가진 가설지점을 찾게 된다.
첨부된 도 3을 설명하면, 먼저, 정합필터(300)가 각 가설 지점에 수신된 신호 Re(r(t))와 Im(r(t))를 입력받아 정합 필터링을 수행하고, 상기 정합 필터링이 수행되어 계산된 값을 에너지 계산기(제곱기)(302)가 입력받아 상기 가설 지점에서의 에너지를 계산하게 된다. 그리고, 상기 에너지 계산기(302)에서 계산된 실수부와 허수부의 신호를 제1 가산기(304)가 가산한 뒤 비동기 누적기(306)로 입력하게 된다.
이미 앞서 설명했던 바와 같이 W-CDMA 이동 통신 시스템에서 이동 단말의 슬롯 동기 과정에서는 성능을 향상시키기 위해서 여러 슬롯 구간동안 각 가설지점에 대한 비동기 누적을 실시하게 된다. 이러한 과정이 비동기 누적기(306)에 의해서 수행되게 된다. 여기서 비동기 누적 과정이라함은 메모리 제어기(306b)를 통해 각 가설 지점의 에너지를 저장하는 메모리(306c)로부터 현재의 에너지값을 읽어들인 후에 제2 가산기(306a)를 통해 현재 수신된 에너지값과 더하고, 이를 다시 메모리 제어기(306b)를 통해 현재의 가설지점의 에너지를 저장하는 메모리(306c)에 기록하는 작업을 통합해서 일컫는다.
그리고, 슬롯 동기 과정은 독출 제어기(208)가 특정한 슬롯 시간 이후 각 가설지점에 대한 비동기 누적기(206)의 누적 값들을 비교하여 최고의 에너지를 가진 지점을 슬롯의 시작점으로 인식하여 결과 값으로 출력하게 된다.
이러한 과정들은 이미 앞서 설명한 바와 같으며, 본 발명에서는 비교 판단기(316)가 상기 에너지 계산 값과 선택기(314)로부터 입력된 소정 임계 값을 비교하여 상기 에너지 계산 값이 상기 임계 값보다 높으면, 상기 메모리 제어기(306b)를 제어하여 상기 <수학식 2>의 비동기 누적 과정을 수행하고, 상기 에너지 계산 값이 상기 임계 값보다 낮으면 비동기 누적 과정을 수행하지 않게 제어한다. 따라서, 메모리 제어기(306b)의 메모리 접속 횟수를 종래 기술보다 줄일 수 있게 된다.
임계 값 계산기(310)는 하기 <수학식 4>와 같이 상기 에너지 계산기(302)로부터 출력된 에너지 계산 값을 근거로 m-1번째 슬롯 구간동안 P개의 가설 지점에 대한 에너지를 모두 더하여 노이즈 에너지 레벨을 정하고 이를 임계 값으로 정한다. 여기서 정해진 임계 값은 m번째 슬롯 구간동안의 임계 값으로 이용된다.
즉, 현재 슬롯 구간(m)동안 필요한 임계 값(Thres(m))은 하기 <수학식 4>와 같이 이전의 슬롯 동안(m-1) 존재하는 가설 지점의 에너지 평균 값을 구하고 구해진 에너지 평균 값에 특정한 이득을 곱하여 계산한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 슬롯 동기 단계의 블록도를 보여주고 있다. 본 발명은 특정한 임계값을 사용자 설정등과 같은 방식으로 외부의 입력을 통 해 설정하거나, 또는 이동 단말 제조 업체에서 미리 필드 테스트 등과 같은 실험을 통해 계산하여 미리 설정할 수 있다. 그리고 비교 판단기(316)에서 임계 값과 상기 에너지 계산값을 비교한 다음, 상기 에너지 계산 값이 상기 임계값보다 높은 값이면 메모리 접속과정을 통해 상기 <수학식 2>의 비동기 누적을 수행하고, 만일 임계치보다 낮으면, 상기 <수학식 2>의 비동기 누적을 수행하지 않는다. 이동 단말의 내부에서 계산되는 임계 값은 임계 값 계산기(310)에 의해 계산되며, 하기 <수학식 4>에 정해진 방식으로 동작하게 된다.
Figure 112006006324634-PAT00005
상기 <수학식 4>에서 P는 누적 횟수, y(k, m-1)은 m-1번째 슬롯의 k번째 가설 지점에서 정합 필터 출력이며, Wm은 사용자 지정 가중치이다. 사용자 지정 가중치란 임계 값 계산 시 계산된 임계 값의 신뢰성을 얼마로 할 것인가를 결정하는 것이다. 즉, '0'이라면 계산된 임계 값을 사용하지 않겠다는 의미이며, 이 값이 '1'이면 계산된 임계 값을 그대로 사용하겠다는 의미이다.
즉, m-1번째 슬롯 구간동안 P개의 가설 지점에 대한 에너지를 모두 더하여 노이즈 에너지 레벨을 정하고, 이를 임계치로 정한다. 여기서 정해진 임계치는 m번째 슬롯 구간동안의 임계치로 이용된다. 슬롯 동기 단계의 성능 저하 및 메모리 접속 감소 효과는 역의 관계에 있으며, Wm과 P에 의해서 정해진다. 만일, P값이 크고, Wm가 적은 값이면, 슬롯 동기 단계의 성능 저하는 적지만, 메모리 접속 감소 효과는 그 만큼 줄어들게 된다.
선택기(314)는 외부의 제어 신호에 의해 임계 값 계산기(310) 및 사용자가 설정한 임계 값(312) 중 어느 하나를 선택하여 비교 판단기(316)로 출력한다.
메모리 제어기(306b)는 비교 판단기(316)의 제어에 의해 메모리(306c)에 접속하여 메모리(306c)에 읽기/쓰기 동작을 수행한다.
독출 제어기(308)는 상술한 바와 같이 상기 <수학식 3>을 이용하여 특정한 슬롯 시간 이후 각 가설지점에 대한 비동기 누적기(206)의 누적 값들을 비교하여 최고의 에너지를 가진 가설 지점
Figure 112006006324634-PAT00006
을 슬롯의 시작점으로 인식하여 결과 값으로 출력하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 W-CDMA 이동 통신 시스템의 이동 단말에서 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 방법 흐름도이다.
첨부된 도 4를 참조하면, k는 k번째 가설 지점을 나타내며, m은 m번째 슬롯 구간을 나타내며, M은 미리 정해진 슬롯 구간(비동기 누적 횟수), △는 Tc 구간 안에 존재할 수 있는 가설 지점간의 간격을 나타낸다.
먼저, 400단계에서 가설 지점(k)은 0이고, 슬롯 구간(m)은 0이다. 402단계에서 정합 필터(300)는 k 번째 가설 지점에 대한 정합 필터링을 수행하며, 404단계에서 비교 판단기(316)는 에너지 계산기(302)의 출력 값과 선택기(314)로부터 출력된 임계 값을 비교한다. 상기 404단계의 비교 결과 상기 에너지 계산기(302)의 출력 값이 상기 임계 값보다 크다면, 406단계내지 408단계에서 메모리 제어기(306b)로 하여금 비동기 누적 과정을 수행하도록 소정의 제어 신호를 인가한다. 그리고, 상기 제어 신호를 수신한 메모리 제어기(306b)는 406단계에서 메모리(306c)들 중 k번째 메모리에 저장된 k번째 비동기 누적 결과 값을 읽고(read), 408단계에서 제2 가산기(306a)가 가산한 에너지 계산기(302)의 출력 값과 상기 k번째 비동기 누적 결과 값을 더한 후 다시 k번째 메모리에 저장한다(write). 상기 비동기 누적 결과 값은 이전 m 슬롯 동안의 k번째 가설 지점에 대한 에너지 값의 누적 값이다.
반면, 상기 404단계의 비교 결과 만일 에너지 계산기(302) 출력 값이 상기 임계 값 보다 작다면, 410단계에서 비교 판단기(316)는 메모리 제어기(306b)로 메모리 읽기/쓰기(read/write)동작을 수행을 중지할 것을 명령하기 위한 소정의 제어 신호를 전송한다. 상기 410단계에서 상기 비교 판단기(316)로부터 메모리 읽기/쓰기 동작 중지 신호를 수신한 메모리 제어기(306b)는 읽기/쓰기 동작을 수행하지 않는다. 즉, 비동기 누적기(306)는 다음 가설 지점에 대한 정합 필터 연산을 수행한다.
412단계에서 제어부(320)는 가설 지점 k가 2560/△ 까지 계수된다면, 414단계로 진행하여 가설 지점을 다시 0으로 설정하고, 슬롯 m은 "1"을 더 계수한다.
반면, 상기 412단계에서 가설 지점 k가 2560/△ 까지 계수되지 않았다면, 제어부(320)는 418단계로 진행하여 가설 지점 k는 '1'을 더 계수하고, 슬롯 m은 계수하지 않는다,
제어부(320)는 상기 414단계 내지 418단계에서 가설 지점과 슬롯 구간에 대 한 계수를 한 후, 416단계에서 슬롯 구간이 미리 정해진 슬롯 구간인 M-1 보다 큰지를 검사한다.
제어부(320)는 상기 416단계의 검사 결과 슬롯 구간 m이 M-1 이하이면, 제어부(320)는 상기 402단계 내지 418단계를 반복 수행하고, 슬롯 구간 m이 M-1 보다 크다면, 420단계로 진행하여 독출 제어기(308)로 하여금, 상기 <수학식 3>과 같은 연산을 통하여 2560/△의 가설 지점 중 최대의 에너지 값을 갖는 가설 지점 k를 찾게 제어한다. 그리고, 독출 제어기(308)는 상기 가설 지점 k를 슬롯의 시작 점으로 판단하게 되며, 슬롯 동기 과정을 완료하게 된다.
도 5는 일반적인 슬롯 동기 단계의 성능과 본 발명의 실시 예에 따른 슬롯 동기 단계의 성능을 비교한 그래프이다.
도 6은 일반적인 슬롯 동기 단계에서 메모리 제어기(206b)의 메모리 접속 횟수와 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 제어기(306b)의 메모리 접속 횟수의 접속 비율을 비교한 그래프이다.
첨부된 도 5 및 도 6에서 PA/PN은 전체 기지국 송신 전력(PA) 대 노이즈 전력(PN)의 비이며, 전제 기지국 송신 전력에서 주 동기 코드가 차지하는 비율은 10%이다. 또한, 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 슬롯 동기 단계는 성능의 열화없이 기존 보다 약 70%의 메모리 접속 횟수 감소 효과를 보임을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명을 적용하면, W-CDMA 이동 통신 시스템의 이동 단말에서 슬롯 동기 단계의 성능 저하 없이 슬롯 동기 단계에서 요구되는 메모리 접속 횟수를 줄여서 이동 단말의 셀 탐색 시 전력 소모를 줄일 수 있다.

Claims (8)

  1. 광대역 코드 분할 다중 접속(W-CDMA) 방식의 이동 통신 시스템에서 이동 단말의 셀 탐색 과정의 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 방법에 있어서,
    특정 가설 지점에서의 에너지 값을 계산하는 과정과,
    상기 특정 가설 지점에서의 에너지 값과 임계 값을 비교하는 과정과,
    상기 비교 결과 상기 에너지 값이 상기 임계 값보다 클 경우 메모리로부터 상기 특정 가설 지점에 대한 에너지 값을 읽어들이고, 상기 메모리로부터 읽어들인 에너지 값에 현재 가설 지점에서 계산된 에너지 값과 가산한 뒤, 다시 해당되는 가설 지점의 메모리에 기록하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 광대역 코드분할 다중 접속 통신 시스템에서 이동 단말의 셀 탐색 시 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    이전의 슬롯 동안 존재하는 가설 지점의 에너지 평균 값을 구하고, 구해진 에너지 평균 값에 특정한 이득을 곱하여 상기 임계 값을 계산하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 광대역 코드분할 다중 접속 통신 시스템에서 이동 단말의 셀 탐색 시 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 임계 값을 계산하는 과정은,
    하기 <수학식 5>를 이용함을 특징으로 하는 광대역 코드분할 다중 접속 통신 시스템에서 이동 단말의 셀 탐색 시 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 방법,
    Figure 112006006324634-PAT00007
    P는 누적 횟수, y(k, m-1)은 m-1번째 슬롯의 k번째 가설 지점에서 정합 필터 출력이며, Wm은 사용자 지정 가중치를 의미함.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 임계 값은 사용자에 의해 설정되는 값임을 특징으로 하는 광대역 코드분할 다중 접속 통신 시스템에서 이동 단말의 셀 탐색 시 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 방법.
  5. 광대역 코드 분할 다중 접속(W-CDMA) 방식의 이동 통신 시스템에서 이동 단말의 셀 탐색 과정의 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 장치에 있어서,
    가설 지점들에서 계산된 에너지 값들을 저장하는 메모리와,
    상기 가설 지점들에서 계산된 상기 에너지 값을 계산하는 에너지 계산기와,
    특정 가설 지점의 에너지 값과 임계 값을 비교하여 상기 에너지 값이 상기 임계 값보다 클 경우 메모리 제어기로 하여금 비동기 누적 동작을 수행하게 제어하고, 상기 에너지 값이 상기 임계 값보다 작을 경우 상기 비동기 누적 동작을 수행하지 않게 상기 메모리 제어기를 제어하는 비교 판단기와,
    상기 비교 판단기의 제어에 의해 비동기 누적 동작을 수행하는 메모리 제어기를 포함함을 특징으로 하는 광대역 코드분할 다중 접속 통신 시스템에서 이동 단말의 셀 탐색 시 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 메모리 제어기는 상기 메모리로부터 상기 특정 가설 지점에 대한 에너지 계산 값을 읽어들이고, 상기 읽어들인 에너지 계산 값과 상기 특정 가설 지점에서 계산된 에너지 값과 더한 가산한 다음, 다시 상기 특정 가설 지점의 상기 메모리에 상기 가산한 에너지 값을 기록하여 비동기 누적 동작을 수행함을 특징으로 하는 광대역 코드분할 다중 접속 통신 시스템에서 이동 단말의 셀 탐색 시 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 비교 판단기는, 이전의 슬롯 동안 존재하는 가설 지점의 에너지 평균 값을 구하고, 구해진 에너지 평균 값에 특정한 이득을 곱하여 상기 임계 값을 계산하는 임계 값 계산기로부터 상기 임계 값을 입력받음을 특징으로 하는 광대역 코드분할 다중 접속 통신 시스템에서 이동 단말의 셀 탐색 시 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 비교 판단기는 하기 <수학식 6>을 사용하여 상기 임계 값을 생성함을 특징으로 하는 광대역 코드분할 다중 접속 통신 시스템에서 이동 단말의 셀 탐색 시 슬롯 동기 단계를 수행하기 위한 장치,
    Figure 112006006324634-PAT00008
    P는 누적 횟수, y(k, m-1)은 m-1번째 슬롯의 k번째 가설 지점에서 정합 필터 출력이며, Wm은 사용자 지정 가중치를 의미함.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101052975B1 (ko) * 2006-11-06 2011-07-29 모토로라 모빌리티, 인크. 고속 셀 검색을 위한 방법 및 장치

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