KR20080005041A - 하향링크 송신단에서의 동기채널 생성 방법 및 동기 채널을이용한 하향링크 수신단에서의 셀 탐색 방법 - Google Patents

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한승희
노민석
권영현
박현화
이현우
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 계층적 구조의 동기채널과 비계층적 구조의 동기채널의 특징을 함께 가지는 복합 구조의 동기채널(Hybrid SCH)에 관한 것으로서, 구체적으로는 하향링크의 송신단에서 상기 복합 구조의 동기채널을 생성하는 방법 및 하향링크의 수신단에서 상기 동기채널을 이용하여 셀 탐색을 수행하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 복합 구조 동기채널은 주 동기채널과 부 동기채널로 구성된다는 점에서 계층적 구조의 동기채널과 유사하고, 주 동기채널 및 부 동기채널 중 적어도 하나는 해당 OFDM 심볼의 시간 영역에서 반복 구조의 신호 파형을 가진다는 점에서 비계층적 구조의 동기채널과 유사하다. 본 발명의 복합 구조 동기채널에 의하면 동기식/비동기식 네트워크 모두에서 셀 탐색 시간 및 주파수 옵셋 추정 능력이 향상되며, 종래의 계층적 구조보다 구현 복잡도를 낮출 수 있다.
OFDM, SCH, P-SCH, S-SCH, hybrid SCH, hierarchical, non- hierarchical

Description

하향링크 송신단에서의 동기채널 생성 방법 및 동기 채널을 이용한 하향링크 수신단에서의 셀 탐색 방법 {Method of composing Syncronization Channel in downlink transmitter and method of searching cell using the Syncronization Channel in downlink receiver}
도 1은 이동통신 시스템에서의 기본적인 셀 탐색 절차를 도시한 플로우챠트.
도 2는 계층적 구조의 동기채널이 TDM 방식으로 다중화된 경우를 도시한 것.
도 3은 비계층적 구조의 동기채널이 TDM 방식으로 다중화된 경우를 도시한 것.
도 4는 도 1의 셀 탐색 절차를 좀 더 상세하게 도시한 것.
도 5는 동기식 네트워크에서 셀 탐색 시간 측정 결과를 도시한 것.
도 6은 비동기식 네트워크에서 셀 탐색 시간 측정 결과를 도시한 것.
도 7a 및 도 7b는 동기식 네트워크에서 주파수 옵셋 추정 후의 잔여 주파수 옵셋 에러 측정 결과를 도시한 것.
도 8a 및 도 8b는 비동기식 네트워크에서 주파수 옵셋 추정 후의 잔여 주파수 옵셋 에러 측정 결과를 도시한 것.
도 9는 본 발명에 의한 동기채널이 TDM 방식으로 다중화된 경우를 도시한 것.
도 10은 본 발명에 의한 동기채널이 TDM 방식으로 다중화된 다른 경우를 도시한 것.
도 11은 본 발명에 의한 동기채널이 CDM 방식으로 다중화된 경우를 도시한 것.
도 12는 본 발명에 의한 동기채널이 FDM 방식으로 다중화된 경우를 도시한 것.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 동기채널이 CDM 방식으로 다중화된 경우를 도시한 것.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 의한 동기채널이 TDM 방식으로 다중화된 경우를 도시한 것.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 의한 동기채널이 FDM 방식으로 다중화된 경우를 도시한 것.
본 발명은 계층적 구조의 동기채널과 비계층적 구조의 동기채널의 특징을 함께 가지는 복합 구조의 동기채널(Hybrid SCH)에 관한 것으로서, 구체적으로는 하향링크의 송신단에서 상기 복합 구조의 동기채널을 생성하는 방법 및 하향링크의 수신단에서 상기 동기채널을 이용하여 셀 탐색을 수행하는 방법에 관한 것이다.
이동통신 시스템에서 사용자 단말은 기지국과 통신을 수행하기 위하여 가장 먼저 동기채널(Synchronization Channel: SCH)을 통해 기지국과 동기를 맞추고, 셀 탐색을 수행한다. 이와 같이 기지국과 동기를 수행하고 사용자 단말이 속한 셀의 ID를 획득하는 일련의 과정을 셀 탐색(cell search)이라 하는데, 셀 탐색은 크게 사용자 단말이 파워 온(power-on) 하였을 때 수행하는 초기 셀 탐색(initial cell search)과, 연결(connection) 혹은 휴지 모드(idle mode)에서 인접한 기지국을 탐색하는 주변 셀 탐색(neighbor cell search)으로 분류될 수 있다.
도 1은 이동통신 시스템에서의 기본적인 셀 탐색 절차를 도시하고 있다.
사용자 단말은 셀 탐색을 개시하면서 먼저, 동기채널 심볼 타이밍과 주파수 동기를 획득하여 동기를 수행한다(S101). 그리고, 상기 동기채널 심볼 타이밍에 의해 프레임 타이밍이 직접 주어지지 않는 경우에는 프레임 동기를 수행한 후에(S103) 셀 ID를 탐색하지만(S105), 그렇지 않은 경우라면 곧바로 셀 ID를 탐색(S105)한다. 상기 S103 단계는 라디오 프레임마다 두 번 이상의 동기채널이 전송되는 경우에 주로 수행된다. 여기서, 3GPP LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 시스템에서는 상기 동기채널 타이밍의 탐색 방법 및 셀 ID 탐색 방법에 따라 동기채널 신호의 구조를 두 가지로 구분하고 있는데, 동기채널을 통해 셀 그룹(cell group) 혹은 최종 셀 ID를 탐색하는 계층적 구조(hierarchical structure)와,동기채널을 통해 직접 셀 ID를 획득하는 비계층적 구조(non-hierarchical structure)가 그것이다. 이하, 계층적 구조의 동기채널과 비계층적 구조의 동기채널을 살펴보면 다음과 같다.
계층적 구조의 동기채널은 종래 WCDMA 시스템에서와 같이 주 동기채널(primary SCH; P-SCH)와 부 동기채널(secondary SCH; S-SCH)로 구분할 수 있다. 주 동기채널은 모든 셀(혹은 섹터)이 동일한 신호를 사용하는 채널로서, 이를 이용하여 상기 S101 단계의 초기 심볼 타이밍 동기 및 주파수 동기를 수행한다. 또한, 주 동기채널로 획득된 시간 동기 정보를 통해 미리 약속된 부 동기채널의 위치에서 상기 S105 단계의 셀 ID 혹은 셀 그룹 ID 검출을 수행한다. 상기 주 동기채널 및 부 동기채널은 TDM, FDM, CDM 등의 방식으로 다중화(multiplexing)될 수 있으며, 여기서는 TDM 방식으로 다중화된 경우를 살펴본다.
도 2는 계층적 구조의 동기채널이 TDM 방식으로 다중화된 경우를 도시한 것이다.
1개의 라디오 프레임(10ms)에는 20개의 서브 프레임(0.5ms)이 포함되고, 특정 인덱스의 서브 프레임에 속한 OFDM 심벌 중 특정 인덱스의 심볼에 각각 주 동기채널 및 부 동기채널이 할당된다. 또한, 주 동기채널 및 부 동기채널의 시퀀스는 해당 OFDM 심볼에 연속적으로 할당된다.
여기서, 주 동기채널의 신호 값은 모든 단말이 미리 알고 있는 값으로서, 기지국으로부터 수신된 신호와 상호 상관(cross-correlation)을 수행하고 최대 피크(peak)를 검출함으로써 초기 시간 심볼 동기를 수행할 수 있다. 이러한 일련의 절차를 상호 상관 기반의 검출(cross-correlation based detection)이라 한다.
다음으로, 비계층적 구조의 동기채널 신호에 대해 살펴본다.
도 3은 비계층적 구조의 동기채널이 TDM 방식으로 다중화된 경우를 도시한 것이다.
도 3에서 보듯, 9번 인덱스의 서브 프레임에 포함된 OFDM 심볼 중 0번 및 1번 인덱스의 심볼에 동기채널이 할당될 수 있으며, 해당 OFDM 심볼에는 동기채널의 시퀀스가 부반송파에 일정 간격을 가지고 간헐적으로 할당된다. 여기서, 동기채널을 포함하는 서브 프레임의 위치 및 해당 서브 프레임에서 동기채널을 포함하는 OFDM 심볼의 위치 및 개수는 도 3에 국한되지 않으며, 도 3에서 두 개의 OFDM 심볼에 동기채널을 할당한 이유는 상기 도 2와의 비교 설명을 용이하게 하기 위함이다.
전술한 바와 같이 주파수 영역에서 OFDM 심볼에 일정 간격으로 배치되는 비계층적 구조의 동기채널은 시간 영역에서 한 OFDM 심볼 내에 반복적인 파형 특성을 보인다. 이것은 사용자 단말이 신호의 반복 특성을 이용하여 수신된 신호의 자기 상관(auto-correlation)을 통한 초기 시간 심볼 동기의 블라인드 검출(blind detection)을 가능하게 한다. 이러한 검출을 자기 상관 기반의 검출(auto-correlation based detection)이라 한다.
여기서, 계층적 구조에서 상호 상관 기반의 검출(cross-correlation based detection) 과정과, 비계층적 구조에서 자기 상관 기반의 검출(auto-correlation based detection) 과정을 수학식으로 표현해 보면 다음과 같다. 수학식 1은 상호 상관 기반의 검출 방법을 수식으로 표현한 것이다.
Figure 112006067980101-PAT00001
상기 수학식 1에서, R(d)은 동기 획득을 위한 시작점을 찾기 위한 비용 함수이며,
Figure 112006067980101-PAT00002
은 상기 R(d)를 최대화하는 값이고, Nf는 무선 프레임(radio frame)의 길이를 의미한다. 또한, P은 각각 averaging을 위해 사용된 주 동기채널 심볼 수의 개수를 나타낸다. 또한, Q는 단말의 수신안테나 수를 나타낸다. 또한, L은 M-partial correlation을 하는 part 수를 나타낸다. 또한, N은 FFT 크기를 나타낸다. 그리고,
Figure 112006067980101-PAT00003
은 p번째 주 동기채널 심볼에서 q 번째 수신 안테나에서 수신되는 신호를 나타낸다. 또한, s(n)은 주 동기채널에 삽입된 알려진 시퀀스(known sequence)를 의미한다. 여기서, 주파수 옵셋이 존재하는 환경에서, 단순히 상호 상관 기반의 검출(cross-correlation based detection)을 통한 심볼 동기를 수행하면 성능이 열화될 수 있으므로 M-partial correlation 방법이 적용된다. [Y.-P.E. Wang and T. Ottosson, “Cell search in W-CDMA”, Selected Areas in Communications, IEEE Journal on, vol. 18, pp. 1470-1482, Aug. 2000.]
한편, 계층적 구조에서 주파수 영역의 주파수 이동(frequency shift)을 보정하기 위해 주파수 옵셋(frequency offset)을 추정하는 방법을 수식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112006067980101-PAT00004
상기 수식에서 fs는 샘플링 주파수(sampling frequency)를 의미하고, arg{}는 복소수에 대한 위상 성분을 의미한다. 상기 주파수 옵셋은 기지국과 단말 각각에 구비된 발진기가 발생시키는 주파수 차이에 의해 발생한다.
다음으로, 비계층적 구조에서의 자기 상관 기반의 검출(auto-correlation based detection) 방법을 수식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112006067980101-PAT00005
또한, 비계층적 구조에서의 주파수 옵셋 추정 방법을 수식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112006067980101-PAT00006
한편, 동기채널의 검출 방법 및 주파수 옵셋 추정 방법이 상이함에도 불구하고 그 결과값을 이용한 셀 탐색 방법은 계층적 구조 및 비계층적 구조 모두에서 전술한 도 1의 방법과 동일하며, 도 1의 셀 탐색 절차를 도 4를 참고로 좀 더 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
사용자 단말은 FFT 윈도우 타이밍(Fast Fourier Transform window timing)의 검출을 통해 동기채널 심볼 타이밍 동기를 획득하고(S401), 주파수 옵셋 추정 및 보정을 통해 주파수 동기를 획득한다(S403). 이후, 필요한 경우 프레임 타이밍 동기를 획득하지만, 그렇지 않은 경우라면 곧바로 셀 그룹 ID(계층적 구조) 또는 셀 ID(계층적 및 비계층적 구조)를 검출한다(S405). 만약, 검출된 셀로부터 수신되는 신호의 수신 전력(power)이 최대 전력의 3 dB 이내로 수신되고(조건 1), 검출된 셀로부터 수신되는 신호에 대해 동기채널 심볼 타이밍 동기가 ±10 샘플(CP duration) 이내로 수신된 경우라면(조건 2) (S407), 셀 탐색이 정상적으로 수행된 것으로 볼 수 있다.
한편, 통신 시스템은 동기식 네트워크(synchronous network) 및 비동기식 네트워크(asynchronous network)로 구분할 수 있으며, 3GPP LTE에서는 양자를 모두 지원할 것을 권고하고 있다. 다만, 동기식 네트워크 및 비동기식 네트워크에서 각각 셀 탐색을 수행함에 있어서 계층적 구조의 동기채널을 사용하는 경우와 비계층적 구조의 동기채널을 사용하는 경우의 셀 탐색 관련 성능은 상이하게 나타날 수 있는바, 각각의 경우에 대해 시뮬레이션(3GPP, R1-061752, LGE, "Performance Comparison of Hierarchical and Non-hierarchical SCH Structures")을 수행한 결과를 비교하면 다음과 같다.
도 5는 동기식 네트워크에서 셀 탐색 시간을 측정한 결과이고, 도 6은 비 동기식 네트워크에서 셀 탐색 시간을 측정한 결과이다.
도 5에서 보듯, 동기 시스템에서 계층적 동기채널 구조를 이용한 경우와 비계층적 동기채널 구조를 이용한 경우의 90% 셀 탐색 시간은 각각 20ms, 10ms로서, 비계층적 구조가 더 우수함을 알 수 있다. 셀 탐색 시간의 성능은 셀의 경계에 위치한 사용자 단말에 의해 크게 좌우되는데, 해당 위치의 사용자 단말은 인접한 기지국들로부터 동기채널을 겹쳐서 수신하게 된다. 이때, 비계층적 구조에서는 시간 영역에서 반복되는 신호를 이용한 자기 상관 기반의 검출을 수행하므로 오히려 반복 패턴이 더해지는 효과로 인해 SINR 이득을 얻게 된다.
이에 비해, 도 6에서 보듯 비동기 시스템에서 계층적 동기채널 구조를 이용한 경우와 비계층적 동기채널 구조를 이용한 경우의 90% 셀 탐색 시간은 각각 40ms, 140ms로서, 비계층적 구조의 성능이 매우 열화됨을 알 수 있다. 이는 비동기 네트워크에서는 비상관 간섭(uncorrelated interference)들이 더해지므로 비계층적 구조의 경우 시간 영역에서의 반복 신호 구조가 파괴되어 자기 상관을 통한 정확하고 신속한 타이밍 동기가 어려워지기 때문이다.
다음으로, 도 7a 및 도 7b는 동기식 네트워크에서 주파수 옵셋 추정 후의 잔여 주파수 옵셋 에러(실제 주파수 옵셋 - 추정된 주파수 옵셋)를 측정한 것이고, 도 8a 및 도 8b는 비동기식 네트워크에서의 잔여 주파수 옵셋 에러를 측정한 것이다. 도면에서 보듯, 동기식 네트워크 및 비동기식 네트워크 모두에서 비계층적 구조의 주파수 옵셋 추정 성능이 우수하게 나타남을 할 수 있다.
마지막으로, 실제 구현시 사용자 단말의 복잡도(complexity)는 비계층적 구조의 경우가 상대적으로 낮다. 계층적 구조의 상호 상관 기반 검출 방법에서는 매 샘플에 대한 비용 함수 계산에 있어서, 해당 윈도우 크기 만큼의 복소 곱셈 연산이 필요하지만, 비 계층적 구조의 자기 상관 기반 검출 방법에서는 n번째 샘플에 대한 비용 함수를 계산할 때, n-1 번째 샘플에 대한 비용 함수 값을 이용하는 것이 가능하기 때문이다.
이상 살펴본 바와 같이, 주파수 옵셋 추정 능력, 구현 복잡도 및 동기식 네트워크에서의 셀 탐색 성능은 비계층적 구조가 우수한 반면, 비동기식 네트워크에서의 셀 탐색 성능은 계층적 구조가 더 우수하다는 것을 알 수 있다. 그러나, 향후의 통신 시스템에서 사용자 단말은 동기식 및 비동기식 네트워크 모두를 지원해야 하므로 셀 탐색 시간, 주파수 옵셋 추정 능력 및 구현 복잡도 중 어느 하나에 치우침 없이 모든 부문에서 우수한 성능을 발휘할 필요가 있다.
본 발명은 위와 같은 필요에 의해 제안된 것으로서, 동기채널을 포함하는 OFDM 심볼이 시간 영역에서 반복 특성을 갖도록 함으로써 셀 탐색 시간 및 주파수 옵셋 추정 능력을 향상시키는 한편, 동기채널을 주 동기화 채널과 부 동기화 채널로 분리함으로써 비동기식 네트워크에서 셀 탐색 시간을 단축시키는 방법 및 이를 지원하는 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 다수의 부반송파를 이용하는 통신 시스템의 하향링크 송신단에서 동기채널을 생성하는 방법에 관한 것으로 서, 시간 동기 및 주파수 동기 획득을 위한 제1 동기채널을 생성하는 단계와, 셀 탐색 관련 정보를 포함하는 제2 동기채널을 생성하는 단계 및 상기 제1 동기채널과 제2 동기채널을 다중화하는 단계를 포함하며, 상기 제1 동기채널은 해당 OFDM 심볼의 시간 영역에서 반복 패턴을 형성한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 양태는 다수의 부반송파를 이용하는 통신 시스템의 하향링크 수신단에서 동기채널을 통해 셀 탐색을 수행하는 방법에 관한 것으로서, 제1 동기채널을 통해 시간 동기를 획득하는 단계와, 제1 동기채널을 통해 및 주파수 동기를 획득하는 단계 및 제2 동기채널을 통해 셀 탐색 관련 정보를 획득하는 단계를 포함하며, 상기 제1 동기채널은 해당 OFDM 심볼의 시간 영역에서 반복 패턴을 형성한다.
상기 2가지 양태에 있어서, 상기 제1 동기채널은 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 일정 간격으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성될 수도 있고, 특정 시퀀스를 시간 영역에서 소정 횟수 반복하여 생성될 수도 있다.
여기서, 상기 제2 동기채널은 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 일정 간격으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성되며, 상기 제1 동기채널과 제2 동기채널은 코드분할 방식(Code Division Multiplexing)으로 다중화될 수 있다.
또한, 상기 제2 동기채널은 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 순차적으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성될 수도 있고, 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 일정 간격으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성될 수도 있으며, 이때 상기 제1 동기채널과 제2 동기채널은 시간분할 방식(Time Division Multiplexing) 으로 다중화될 수 있다.
또한, 상기 제2 동기채널은 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 일정 간격으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성되고, 상기 제1 동기채널과 제2 동기채널은 각각의 시퀀스가 일정 간격으로 번갈아가며 맵핑되는 주파수 분할 방식(Frequency Division Multiplexing)으로 다중화될 수 있다.
또한, 상기 제2 동기채널은 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 순차적으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성되며, 상기 제1 동기채널과 제2 동기채널은 주파수 분할 방식(Frequency Division Multiplexing)으로 다중화될 수 있다.
한편, 상기 두 가지 양태에 있어서 상기 제1 동기채널은 종래의 계층적 구조의 동기채널에 있어서 주 동기채널(Primary SCH)에 상응하는 것일 수 있고, 상기 제2 동기채널은 종래 계층적 구조의 동기채널에 있어서 부 동기채널(Secondary SCH)에 상응하는 것일 수 있다. 따라서, 제1 동기채널 및 제2 동기채널을 이용하여 셀 탐색을 수행하는 방법은 종래의 계층적 구조에서 두 단계로 이를 수행하는 방식과 동일하며, 다만 제1 동기채널을 통해 시간 동기 및 주파수 동기를 획득하는 방법이 상이하다. 이하, 본 발명에서 제안하는 구조의 동기채널을 복합 구조의 동기채널(Hybrid SCH)이라 명하기로 한다.
이하에서는 상술한 하향링크 송신단에서의 동기채널 생성 방법 및 하향링크 수신단에서의 셀 탐색 방법에 이용되는 복합 구조의 동기채널에 대한 바람직한 실시예들을 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 복합 구조 동기채널은 비동기식 네트워크에서 상호 상관 기반의 검출(cross-correlation based detection)이 가능하고, 동기식 네트워크에서 자기 상관 기반의 검출(auto-correlation based detection)이 가능하도록 종래의 계층적 구조의 동기채널과 비계층적 구조의 동기채널의 특성을 결합한 것이다. 이를 위해, 본 발명은 복합 구조 동기채널을 제1 동기채널(또는, 주 동기채널. 일 예로, P-SCH)과 제2 동기채널(또는, 부 동기채널. 일 예로, S-SCH)로 구분하여 계층적 구조의 동기채널과 마찬가지로 2단계로 셀 탐색을 수행하는 한편, 상기 주 동기채널 및/또는 부 동기채널은 비계층적 구조의 동기채널과 마찬가지로 시간 영역에서 반복 파형 특성을 가지도록 한다.
특히, 주 동기채널 및/또는 부 동기채널이 시간 영역에서 반복 파형 특성을 갖도록 하기 위해 본 발명에서는 크게 3가지 방법을 제안한다. 첫째는 주 동기채널 및 부 동기채널을 주파수 영역에서 특정 패턴으로 생성하는 방법이고, 둘째는 주 동기채널은 시간 영역에서 생성하고 부 동기채널은 주파수 영역에서 생성하는 방법이며, 셋째는 주 동기채널 및 부 동기채널을 시간 영역에서 생성하는 방법이다.
한편, 본 발명의 주 동기채널은 사용자 단말이 이미 알고 있는 시퀀스로서 통상 모든 기지국 또는 섹터에서 동일하게 제공되며(cell common sequence), 초기 심볼 타이밍 및 주파수 동기 획득에 이용된다. 이와 같은 주 동기채널로 CAZAC 시퀀스, Zadoff-Chu 시퀀스, Baker 시퀀스 등의 다양한 시퀀스가 사용될 수 있다.
한편, 셀 그룹 ID 또는 셀 ID 등과 같은 셀 특정을 위한 정보들은 본 발명 의 부 동기채널 또는 각종 참조 채널(reference channel. 일 예로, BCH)를 통해 획득할 수 있다.
이하에서 제안하는 실시예에서는 1개의 라디오 프레임(10ms) 내에 20개의 서브 프레임(0.5ms)이 포함되고, 특정 인덱스의 서브 프레임에 속한 OFDM 심벌 중 특정 인덱스의 심볼에 주 동기채널 및 부 동기채널이 할당된다고 가정한다. 여기서, 동기채널을 포함하는 서브 프레임은 라디오 프레임의 중간 지점에 위치하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 라디오 프레임의 시작 지점 또는 마지막 지점 등에 위치할 수 있다. 또한, 주 동기채널과 부 동기채널을 포함하는 각 OFMD 심볼 역시 해당 서브 프레임의 시작 부분 또는 마지막 부분에 위치하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 다만, 상기 동기채널을 포함하는 서브 프레임의 인덱스 및 해당 서브 프레임의 특정 OFDM 심볼의 인덱스는 고정되어야 한다.
또한, 이하에서 제안하는 실시예에서 서브 프레임을 구성하는 OFDM 심볼 중 동기채널을 포함하는 심볼의 개수는 반드시 1개(0번 심볼) 또는 2개(0번 및 1번 심볼)에 한정하는 것은 아니며, 통신 시스템의 특성 또는 채널 특성에 따라 그 이상이 될 수도 있다. 그리고, 매 라디오 프레임마다 동기채널이 포함되어야 하는 것은 아니며 일정 개수의 라디오 프레임 간격으로 포함될 수도 있다.
이하, 본 발명에 의한 복합 구조 동기채널의 다양한 구현 예를 도면을 참고하여 살펴보기로 한다. 여기서, 실시예 1 ~ 4는 주 동기채널 및 부 동기채널을 주파수 영역에서 생성하는 방법에 관한 것이고, 실시예 5 ~ 7은 주 동기채널은 시간 영역에서 생성하고 부 동기채널은 주파수 영역에서 생성하는 방법에 관한 것이며, 실시예 8은 주 동기채널 및 부 동기채널 모두를 시간 영역에서 생성하는 방법에 관한 것이다.
먼저, 본 발명에 의한 복합 구조 동기채널이 TDM(Time Division Multiplexing) 방식으로 다중화되는 경우를 살펴보면, 부 동기채널이 시간 영역에서 반복 패턴을 갖도록 맵핑되는지 여부에 따라 두 가지 실시예로 구분할 수 있다.
<실시예 1>
도 9는 복합 구조 동기채널이 TDM 방식으로 다중화된 경우 주 동기채널만이 시간 영역에서 반복 패턴을 가지도록 맵핑한 실시예를 도시한 것이다.
본 실시예에서는 특정 서브 프레임을 구성하는 OFDM 심볼 중 0번 심볼에 주 동기채널이 할당되고 1번 심볼에 부 동기채널이 할당된다고 가정한다.
주 동기채널의 시퀀스(P0, P1, P2, ..., PN-2, PN-1)는 OFDM 심볼을 구성하는 부반송파에 일정한 간격을 두고 맵핑되며, 부 동기채널은 종래의 계층적 구조의 그것과 동일하다. 따라서, 0번 인덱스의 OFDM 심볼만이 시간 영역에서 반복 파형을 가진다(0번 심볼에서 ±A 파형의 반복). 본 실시예에서는 시간 영역에서 동일한 신호가 2번 반복되도록 하기 위해 주 동기채널이 주파수 영역에서 각 부반송파에 2칸 간격으로 맵핑되도록 하였으나, 반드시 이에 한하는 것은 아니며 3칸, 4칸 또는 그 이상의 간격으로 맵핑되는 것도 가능하다. 이와 같은 맵핑 방법은 이하의 실시예에서 OFDM 심볼이 시간 영역에서 반복 신호 파형을 갖도록 하기 위해 주 동 기채널 또는 부 동기채널을 맵핑하는 경우에 대하여 동일하게 적용될 수 있다.
본 실시예서, 사용자 단말은 심볼 타이밍을 검출하기 위해 다음과 같은 수식을 이용할 수 있다.
Figure 112006067980101-PAT00007
여기서, R(d)은 동기 획득을 위한 시작점을 찾기 위한 비용 함수이며,
Figure 112006067980101-PAT00008
은 상기 R(d)를 최대화하는 값이고, Nf는 무선 프레임(radio frame)의 길이를 의미한다. 또한, P는 평균화(averaging)을 위해 사용된 주 동기채널의 심볼 개수를 의미하고, Q는 사용자 단말의 수신 안테나 수를 의미한다. 또한, L은 M-partial correlation을 수행하는 part 수를 나타내고, N은 FFT 크기를 나타낸다.
한편, 사용자 단말은 다음과 같은 수식을 이용하여 주파수 옵셋을 추정할 수 있다.
Figure 112006067980101-PAT00009
여기서,
Figure 112006067980101-PAT00010
/
Figure 112006067980101-PAT00011
/
Figure 112006067980101-PAT00012
/
Figure 112006067980101-PAT00013
/
Figure 112006067980101-PAT00014
/
Figure 112006067980101-PAT00015
은 시간 영역에서의 주 동기채널 시퀀스 / 수신된 신호 / M-partial correlation 에서의 M 값 / FFT 크기 / 검출 시간 /
Figure 112006067980101-PAT00016
간격의 부반송파에 의해 정규화된 추정 주파수 옵셋을 각각 나타낸다.
<실시예 2>
도 10은 복합 구조 동기채널이 TDM 방식으로 다중화된 경우 주 동기채널 및 부 동기채널 모두가 시간 영역에서 반복 패턴을 가지도록 맵핑된 실시예를 도시한 것이다.
본 실시예에서는 특정 서브 프레임을 구성하는 OFDM 심볼 중 0번 심볼에 주 동기채널이 할당되고 1번 심볼에 부 동기채널이 할당되며, 주 동기채널의 시퀀스(P0, P1, P2, ..., PN-2, PN-1) 및 부 동기채널의 시퀀스(S0, S1, S2, ..., SN-2, SN-1)는 주파수 영역에서 해당 OFDM 심볼을 구성하는 각 부반송파에 일정한 간격을 두고 맵핑된다. 따라서, 0번 인덱스 및 1번 인덱스의 OFDM 심볼은 각각 시간 영역에서 반복 파형을 가진다(0번 심볼에서 ±A 파형의 반복, 1번 심볼에서 ±B 파형의 반복).
<실시예 3>
도 11은 본 발명에 의한 복합 구조 동기채널이 CDM(Code Division Multiplexing) 방식으로 다중화된 경우를 도시한 것이다.
본 실시예에서 주 동기채널의 시퀀스(P0, P1, P2, ..., PN-2, PN-1) 및 부 동기채널의 시퀀스(S0, S1, S2, ..., SN-2, SN-1)는 주파수 영역에서 OFDM 심볼을 구성하는 부반송파에 일정한 간격을 두고 맵핑되며, 이로 인해 주 동기채널과 부 동기채널이 다중화된 OFDM 심볼은 시간 영역에서 반복 신호 파형을 가진다(0번 심볼에서 ±C 파형의 반복).
<실시예 4>
도 12는 복합 구조 동기채널이 FDM 방식으로 다중화된 경우 주 동기채널 및 부 동기채널이 시간 영역에서 반복 패턴을 가지도록 한 실시예를 도시한 것이다.
본 실시예에서는 주파수 영역에서 주 동기채널의 시퀀스(P0, P1, P2, ..., PN-2, PN-1)와 부 동기채널의 시퀀스(S0, S1, S2, ..., SN-2, SN-1)를 OFDM 심볼의 각 부반송파에 일정 간격으로 번갈아 가며 삽입한다. 여기서, 일정한 패턴에 의해 소정의 간격으로 삽입되기만 하면 될 뿐 간격의 크기나 시퀀스 삽입 패턴을 달리 해도 무방하다. 이에 의해, 0번 OFDM 심볼은 시간 영역에서 주 동기채널의 신호(±A)와 부 동기채널의 신호(±B)가 결합된 신호(±C)의 반복 파형을 가진다.
이상에서는 복합 구조 동기채널을 구성하는 주 동기채널 및/또는 부 동기채널을 주파수 영역에서 생성하는 방법에 대해 설명하였지만, 주 동기채널과 부 동기채널 중 적어도 하나를 시간 영역에서 생성하는 방법도 고려해 볼 수 있다. 특히, 주 동기채널을 시간 영역에서 생성하는 경우 OFDM 시스템의 특성상 주파수 영역에서 신호 특성이 다소 부정확해지는 단점이 있으나, PAPR이 낮아지고 상호 상관 기반의 검출을 위한 연산 과정이 주파수 영역에 비해 상대적으로 간단해진다는 점에서 장점이 더 크다고 할 수 있다. 이하에서는 실시예 5 ~ 7을 통해 주 동기 채널 만이 시간 영역에서 생성되는 경우를 살펴보고, 실시예 8을 통해 주 동기 채널 및 부 동기 채널 모두가 시간 영역에서 생성되는 경우를 살펴보기로 한다.
<실시예 5>
도 13은 주 동기채널을 시간 영역에서 생성하고 주 동기채널과 부 동기채널을 CDM 방식으로 다중화하는 경우를 도시한 것이다.
본 실시예에서 주 동기채널의 시퀀스는시간 영역에서 반복 특성을 갖도록 OFDM 심볼에 맵핑되고(±P | ±P), 부 동기채널의 시퀀스(S0, S1, S2, ..., SN-2, SN-1)는 주파수 영역에서 OFDM 심볼을 구성하는 각 부반송파에 일정한 간격을 두고 맵핑된다. 이후, 주 동기 채널은 FFT를 통해 주파수 영역으로 변환된 후 부 동기채널과 다중화되거나, 부 동기 채널이 IFFT를 통해 시간 영역으로 변환된 후 주 동기채널과 다중화된다. 이 경우, 주 동기 채널과 부 동기 채널의 다중화는 코드분할 방식에 의한다.
<실시예 6>
도 14는 주 동기채널을 시간 영역에서 생성하고 주 동기채널과 부 동기채널을 TDM 방식으로 다중화하는 경우를 도시한 것이다.
본 실시예에서 주 동기채널의 시퀀스는 시간 영역에서 반복 특성을 갖도록 OFDM 심볼에 맵핑되고(±P | ±P), 부 동기채널의 시퀀스(S0, S1, S2, ..., SN-2, SN-1)는 주파수 영역에서 제2 OFDM 심볼을 구성하는 각 부반송파에 일정한 간격을 두고 맵핑되거나 일정한 간격 없이 순차적으로 맵핑된다. 상기 제1 OFDM 심볼과 제2 OFDM 심볼은 동일한 서브 프레임에 속하지만 서로 다른 시간에 전송되는 별개의 심볼이다.
<실시예 7>
도 15는 주 동기채널을 시간 영역에서 생성하고 주 동기채널과 부 동기채널을 FDM 방식으로 다중화하는 경우를 도시한 것이다.
본 실시예에서 주 동기채널의 시퀀스는 시간 영역에서 반복 특성을 갖도록 OFDM 심볼에 맵핑되고, 부 동기채널의 시퀀스(S0, S1, S2, ..., SN-2, SN-1)는 주파수 영역에서 OFDM 심볼을 구성하는 각 부반송파에 일정한 간격을 두고 맵핑되거나 일정한 간격 없이 순차적으로 맵핑된다. 이 경우, 주 동기채널의 시퀀스는 (+P | +P) 또는 (-P | -P)와 같이 부호와 값이 함께 반복되도록 맵핑되어야 하며, 해당 OFDM 심볼을 주파수 영역에서 보면 0번 인덱스의 부반송파로부터 일정 간격을 두고 맵핑되는 모습으로 나타난다.
이후, 주 동기 채널은 FFT를 통해 주파수 영역으로 변환된 후 부 동기채널과 다중화되거나, 부 동기 채널이 IFFT를 통해 시간 영역으로 변환된 후 주 동기채널과 다중화된다. 이때, 주 동기 채널과 부 동기 채널의 다중화는 주파수 분할 방식에 의하며, 전자의 경우는 주파수 영역에서 상기 도 12와 같은 패턴으로 나타나고, 후자의 경우는 시간 영역에서 도 15와 같은 패턴으로 나타난다.
<실시예 8>
본 실시예에서 주 동기채널의 시퀀스는 시간 영역에서 반복 특성을 갖도록 OFDM 심볼에 샘플 단위로 맵핑되고(±P | ±P), 부 동기채널의 시퀀스 역시 시간 영역에서 반복 특성을 갖도록 OFDM 심볼에 샘플 단위로 맵핑된다(±S | ±S).
이후, 주 동기 채널 및 부 동기 채널은 시간 영역에서 CDM, TDM, FDM 중 어느 하나를 통해 다중화될 수도 있고, 각각 FFT를 통해 주파수 영역으로 변환된 후에 다중화될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
본 발명의 복합 구조 동기채널에 의하면, 동기채널을 포함하는 OFDM 심볼의 신호가 시간 영역에서 반복 특성을 가지므로 셀 탐색 시간 및 주파수 옵셋 추정 능력이 향상되는 한편, 동기식 네트워크와 비동기식 네트워크에서 모두 우수한 셀 탐색 성능을 보인다.

Claims (16)

  1. 다수의 부반송파를 이용하는 통신 시스템의 하향링크 송신단에서 동기채널을 생성하는 방법에 있어서,
    시간 동기 및 주파수 동기 획득을 위한 제1 동기채널을 생성하는 단계;
    셀 탐색 관련 정보를 포함하는 제2 동기채널을 생성하는 단계; 및
    상기 제1 동기채널과 제2 동기채널을 다중화하는 단계
    를 포함하며,
    상기 제1 동기채널은 해당 OFDM 심볼의 시간 영역에서 반복 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 하향링크 송신단에서의 동기채널 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 동기채널은 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 일정 간격으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성되는 것을 특징으로 하는 하향링크 송신단에서의 동기채널 생성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 동기채널은 특정 시퀀스를 시간 영역에서 소정 횟수 반복하여 생성되는 것을 특징으로 하는 하향링크 송신단에서의 동기채널 생성 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 동기채널은 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 일정 간격으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성되며,
    상기 제1 동기채널과 제2 동기채널은 코드분할 방식(Code Division Multiplexing)으로 다중화되는 것을 특징으로 하는 하향링크 송신단에서의 동기채널 생성 방법.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 동기채널은 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 순차적으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성되며,
    상기 제1 동기채널과 제2 동기채널은 시간분할 방식(Time Division Multiplexing)으로 다중화되는 것을 특징으로 하는 하향링크 송신단에서의 동기채널 생성 방법.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 동기채널은 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 일정 간격으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성되며,
    상기 제1 동기채널과 제2 동기채널은 시간분할 방식(Time Division Multiplexing)으로 다중화되는 것을 특징으로 하는 하향링크 송신단에서의 동기채널 생성 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제2 동기채널은 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 일정 간격으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성되며,
    상기 제1 동기채널과 제2 동기채널은 각각의 시퀀스가 일정 간격으로 번갈아가며 맵핑되는 주파수 분할 방식(Frequency Division Multiplexing)으로 다중화되는 것을 특징으로 하는 하향링크 송신단에서의 동기채널 생성 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제2 동기채널은 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 순차적으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성되며,
    상기 제1 동기채널과 제2 동기채널은 주파수 분할 방식(Frequency Division Multiplexing)으로 다중화되는 것을 특징으로 하는 하향링크 송신단에서의 동기채널 생성 방법.
  9. 다수의 부반송파를 이용하는 통신 시스템의 하향링크 수신단에서 동기채널을 통해 셀 탐색을 수행하는 방법에 있어서,
    제1 동기채널을 통해 시간 동기를 획득하는 단계;
    제1 동기채널을 통해 및 주파수 동기를 획득하는 단계; 및
    제2 동기채널을 통해 셀 탐색 관련 정보를 획득하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 동기채널은 해당 OFDM 심볼의 시간 영역에서 반복 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 하향링크 수신단에서의 채널 탐색 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 동기채널은 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 일정 간격으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성된 것임을 특징으로 하는 하향링크 수신단에서의 채널 탐색 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 동기채널은 특정 시퀀스를 시간 영역에서 소정 횟수 반복하여 생성되는 것임을 특징으로 하는 하향링크 수신단에서의 채널 탐색 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제2 동기채널은 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 일정 간격으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성되며,
    상기 제1 동기채널과 제2 동기채널은 코드분할 방식(Code Division Multiplexing)으로 다중화되는 것을 특징으로 하는 하향링크 수신단에서의 채널 탐색 방법.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제2 동기채널은 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 순차적으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성되며,
    상기 제1 동기채널과 제2 동기채널은 시간분할 방식(Time Division Multiplexing)으로 다중화되는 것을 특징으로 하는는 것을 특징으로 하는 하향링크 수신단에서의 채널 탐색 방법.
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제2 동기채널은 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 일정 간격으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성되며,
    상기 제1 동기채널과 제2 동기채널은 시간분할 방식(Time Division Multiplexing)으로 다중화되는 것을 특징으로 하는는 것을 특징으로 하는 하향링크 수신단에서의 채널 탐색 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제2 동기채널은 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 일정 간격으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성되며,
    상기 제1 동기채널과 제2 동기채널은 각각의 시퀀스가 일정 간격으로 번갈아가며 맵핑되는 주파수 분할 방식(Frequency Division Multiplexing)으로 다중화되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 하향링크 수신단에서의 채널 탐색 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제2 동기채널은 해당 시퀀스가 OFDM 심볼의 부반송파에 순차적으로 맵핑되도록 주파수 영역에서 생성되며,
    상기 제1 동기채널과 제2 동기채널은 주파수 분할 방식(Frequency Division Multiplexing)으로 다중화되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 하향링크 수신단에서의 채널 탐색 방법.
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