KR20110067086A - 무선통신 시스템 내에서 랜덤 액세스 채널 상에서의 신호검출 장치 - Google Patents

무선통신 시스템 내에서 랜덤 액세스 채널 상에서의 신호검출 장치 Download PDF

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Abstract

SC-FDMA 시스템에서 이동국으로부터 기지국으로의 업링크를 설정하기 위하여 랜덤 액세스 채널이 이용된다. SC-FDMA 시스템은 다수의 이동국 및 다수의 이동국 각각과의 무선 통신을 설정하기 위한 적어도 하나의 기지국을 포함하고, 선정된 범위의 주파수 대역 내에서 동작 가능하다. 기지국은 랜덤 액세스 채널을 통하여 이동국으로부터 프리앰블 및 메시지를 수신한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 이동국 및 제2 이동국 각각은 기지국에 제1 랜덤 액세스 채널과 제2 랜덤 액세스 채널을 통하여 신호를 송신하는데, 제1 및 제2 랜덤 액세스 채널에는 서로 인접한 주파수 대역들이 할당된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 랜덤 액세스 채널 프리앰블은 CAZAC 계열의 코드 시퀀스로 이루어진다.

Description

무선통신 시스템 내에서 랜덤 액세스 채널 상에서의 신호검출 장치{APPARATUS FOR DETECTINGVIA SIGNAL VIA THE RANDOM ACCESS CHANNEL IN WIRELESS TELECOMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 단일 반송파-주파수 분할 다중 접속(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access: SC-FDMA) 시스템에서 무선통신의 업링크를 설정하는 것에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 SC-FDMA 무선통신 시스템에서 업링크를 설정하기 위하여 이동국(단말기)과 기지국 사이에 랜덤 액세스 채널(Random Access CHannel: RACH)을 할당하고, 이를 통하여 이동국 및 기지국 간에 신호를 송수신하고 검출하는 장치에 관한 것이다.
[종래 기술 문헌]
[1] 3GPP TR25.814 v0.4.1, "Physical layer aspects of Evolved UTRA"
[2] K. Fazel 및 S. Keiser, “Multi-carrier and Spread Spectrum Systems," John Willey and Sons, 2003.
[3] A. Milewski, "Periodic Sequences with Optimal Properties for Channel Estimation and Fast Start-Up Equalization," IBM J. RES. DEVELOP, 1983.
종래의 무선통신 시스템에서는, 업링크 설정 시에 이동국으로부터 송신된 신호를 기지국에 대하여 동기화하고 이동국이 기지국으로부터 데이터 전송을 위한 채널을 할당 받기 위하여 공용 채널이 이용되고 있다. 이러한 공용 채널로는, 랜덤 액세스 채널이 정의되어 있다. 이러한 랜덤 액세스 채널은 프리앰블(preamble)과 메세지(message)의 두 부분으로 구성되어 있다. 이러한 프리앰블과 메세지의 구성은 랜덤 액세스 채널이 설정되는 무선통신 시스템의 종류에 따라 달라지게 된다. 즉, 해당 무선통신 시스템이 광대역 코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템과 같은 CDMA 방식을 사용하는 시스템인지 또는 WiMAX(Worldwide interoperability for Microwave ACcess)나 WiBRO(Wireless BROadband internet) 시스템과 같이 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access: OFDMA) 방식을 사용하는 시스템인지에 따라 달라지게 된다. 랜덤 액세스 채널의 구성을 CDMA 시스템의 경우와 OFDMA 시스템의 경우로 나누어 상술하면 다음과 같다.
CDMA 시스템에서의 랜덤 액세스 채널
우선, CDMA 무선통신 시스템에서는, 랜덤 액세스 채널의 프리앰블은 여러 코드로 구성되고, 기지국에서는 수신 받은 프리앰블의 코드 정보에 따라 메세지를 판독하여 이동국을 인지하게 된다. 여기서, 프리앰블이 여러 개의 코드로 구성됨에 따라 프리앰블 간의 충돌 확률이 감소되는 것으로 알려져 있다. 이렇듯 CDMA 무선통신 시스템에서는, 이동국이 기지국에 의하여 인지될 수는 있되, 가능한 한 기지국에 대하여 적은 간섭 영향을 미치도록 전력 제어를 수행하는 것이 바람직하다(이러한 전력 제어는 여러 개의 이동국이 경쟁하여 하나의 기지국과 통신하려고 시도하는 경우에는 필수적이다). 즉, 가능한 적은 신호 세기의 프리앰블을 갖는 랜덤 액세스 채널을 사용하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 CDMA 무선통신 시스템에서는 도 1에서와 같은 프리앰블 전력 램핑(ramping)을 수행한다.
도 1은 CDMA 시스템에서의 랜덤 액세스 채널의 프리앰블 검출 과정을 나타내는 도면이다. 도 1을 살펴보면, 이동국이 우선 적은 신호 세기를 갖는 제1 프리앰블(102)을 기지국으로 전송한 후, 이 프리앰블(102)이 기지국에 의해 검출되지 않으면, 다시 제1 프리앰블(102)보다 Δ만큼 신호 세기가 상승된 제2 프리앰블(104)을 전송하고, 이 프리앰블(104)이 기지국에 의해 검출되지 않으면, 재차 제2 프리앰블(104)보다 Δ만큼 신호 세기가 상승된 제3 프리앰블(106)을 전송하는 구성을 도시하고 있다. 기지국이 비로소 제3 프리앰블(106)을 검출하게 되면, 기지국이 이동국으로 ACK 신호를 전송하게 되고, 이에 따라 제3 프리앰블(106)에 해당하는 메세지(108)가 기지국에 의해 수신되어 판독된다.
위와 같은 과정을 거쳐, 기지국에 의해 판독되는 랜덤 액세스 채널 상의 메시지는, 이동국이 무선통신망에 진입할 수 있도록 하는, 이동국 식별 정보, 망에 진입하는 목적에 관한 정보 및 처리 우선 순위 등을 포함한다. 기지국은 위와 같은 메세지 정보에 기초하여 이동국을 인식하여 이를 해당 무선통신망 내로 편입시킨다.
OFDMA 시스템에서의 랜덤 액세스 채널
한편, 또다른 무선통신 시스템인 OFDMA 시스템에서의 랜덤 액세스 채널을 살펴본다. OFDMA 방식은 대역폭 당 전송 속도의 향상과 다중 경로 간섭의 방지라는 두가지 목표를 갖는 디지털 변조 방식으로서, 1995년 9월부터 영국과 스웨덴에서 실용적 사용이 시도되었다. OFDMA 방식은 지상파를 이용한 차세대 TV 방송을 위한 유럽의 디지털 오디오 방송의 표준 방식이기도 하며, 일본에서도 이 방식을 표준으로서 채택한 바 있다. OFDMA 방식은, 종래의 FDMA 방식과 마찬가지로 주파수 대역 및 시간 영역에 따라 슬롯을 나누어 신호를 할당하는 특징을 갖는다. 그러나, OFDMA 방식에 따르면, OFDMA이라고 하는 명칭이 나타내듯이 각 반송파가 직교 관계에 있기 때문에, 종래의 FDMA 방식과는 달리 각 반송파의 주파수 성분이 서로 일부분 겹쳐 있는 상태에서도 각 주파수 대역에서의 통신 상태가 양호하므로, 일반적인 FDMA 방식보다 동일 대역 내에서 훨씬 많은 반송파를 사용할 수 있게 된다. 즉, 주파수 이용률이 높아진다.
OFDMA 시스템에서는, 각 반송파에 직렬 및 병렬로 변환된 부호화(coded) 데이터를 할당하고 나서 디지털 변조한다. 반송파의 수가 많아지면 대역폭 당 전송 속도를 높일 수 있다. 전송 속도를 일정하게 한 채로 반송파의 수를 늘리면 반송파 1파 당의 심볼 전송 속도가 느려진다. 즉, 이에 따라 심볼 주기가 길어지므로 다중 경로에 의한 신호 지연의 영향을 저감할 수 있다. 이러한 OFDMA 시스템에서는, 송신단에서 각 반송파가 역-고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transformation: IFFT)에 의해 주파수 영역 신호에서 시간 영역 신호로 변환되고, 변환된 신호가 에어(air)를 통하여 수신단에 전송되며, 수신단에서 수신된 신호가 고속 푸리에 변환을 통하여 다시 시간 영역 신호에서 주파수 영역 신호로 변환되는 동작이 수행된다. 따라서, OFDMA 시스템에서는, IFFT 및 FFT 처리 성능에 따라(즉, 주파수 대역의 직교성이 얼마나 양호하게 구현되는가에 따라) 반송파의 수가 결정된다(즉, 대역폭 당 전송 속도가 향상되거나, 다중 경로 간섭이 방지된다).
도 2는 OFDMA 시스템에서의 랜덤 액세스 채널의 프리앰블 검출 과정을 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하여, 앞서 설명된 OFDMA 시스템에서의 랜덤 액세스 채널에 대하여 설명한다. 프리앰블의 검출에 코드 확산 방식을 사용하는 CDMA 시스템과는 달리, OFDMA 시스템에서는 원래 기지국의 하나의 시간 윈도우와 이동국으로부터 수신된 프리앰블의 1 심볼 타이밍이 맞추어져 있어야 기지국에서 프리앰블의 검출이 가능하다. 그러나, 타이밍이 맞지 않는 경우에도 적어도 하나의 시간 윈도우에서는 하나의 심볼의 크기의 프리앰블 정보를 모두 포함하고 있도록 하기 위해서, 도 2에 도시된 바와 같이, OFDMA 시스템에서의 랜덤 액세스 채널의 프리앰블(202)은 동일하게 연속되는 두 개의 심볼로 구성된다. 이에 따라, 기지국의 적어도 하나의 시간 윈도우에 걸쳐 1 심볼에 해당하는 프리앰블 정보가 검출될 수 있다. OFDMA 시스템의 경우에도 프리앰블이 검출되면 기지국이 메세지를 판독할 수 있게 되는 것은 상기 설명된 CDMA 시스템의 경우와 마찬가지이다.
종래의 랜덤 액세스 채널 상의 신호 송수신
랜덤 액세스 채널은 데이터를 전송하기 위한 채널이 설정되기 전에 이용되는 것이다. 랜덤 액세스 채널은 경쟁 기반 채널이므로, 하나의 이동국의 랜덤 액세스 채널 신호는 다른 이동국이 전송하는 다른 랜덤 액세스 채널 신호와 서로 충돌이 발생할 수 있다. 랜덤 액세스 채널의 할당 과정은 다음과 같다. 먼저, 프리앰블을 전송한다. 기지국에서 프리앰블을 수신함으로써 랜덤 액세스 채널의 메세지가 전송될 것이라는 것과 기지국과 이동국 간의 전송 지연(propagation delay)에 관한 정보를 얻을 수 있다. 기지국은 프리앰블의 수신에 대한 ACK를 전송한다. 이에 따라 이동국은 메세지를 전송한다. 또 다른 방법으로는 프리앰블과 메세지를 같이 전송하고 기지국에서는 프리앰블과 메세지의 수신에 따라 ACK를 전송할 수 있다. 상기 과정은 CDMA 방식을 사용하는 경우나 OFDMA 방식을 사용하는 경우에 공통적으로 응용될 수 있다.
CDMA 방식을 사용하는 무선통신 시스템에서는 프리앰블 수신을 위해서 정합 필터(matched filter)를 통해 신호를 수신한다. 한편, OFDMA 방식을 사용하는 무선통신 시스템에서는 주파수 영역의 신호를 시간 영역의 신호로, 다시 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하여야 한다. 이를 위해서는 앞서 설명한 바와 같이 FFT를 행할 타이밍을 잡아야 하는데, OFDMA 시스템에서 CDMA 방식을 사용하는 경우와 같이 모든 가능한 신호에서 FFT를 행하는 것은 복잡도가 매우 높다. 이를 피하기 위해 도 2와 연관하여 설명한 바와 같이, OFDMA 방식에서는 두 심볼을 전송함으로써 적어도 하나의 타임 윈도우에서는 반드시 랜덤 액세스 채널의 프리앰블의 정보가 검출 가능하도록 하여야 한다. 이를 통해 하나의 타임 윈도우에 대하여 FFT된 신호만으로 데이터를 복호화할 수 있다.
도 3은 OFDMA 시스템에서의 랜덤 액세스 채널 상에서 신호를 송수신하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, OFDMA 시스템의 랜덤 액세스 채널 상에서는, 이동국에서 데이터를 주파수 영역 신호로서 부호화한 후(302) 이에 대하여 IFFT를 수행하여 시간 영역 신호로 변환하고(304), 이 신호를 랜덤 액세스 채널을 통하여 송신하고(306), 기지국에서 수신된 시간 영역 신호를 FFT에 의해 주파수 영역 신호로 변환한 후(308) 다시 이를 복호화하여 데이터를 추출하는 과정(310)을 거쳐 신호가 송수신된다.
이상으로, 종래의 무선통신 시스템, 특히 OFDMA 무선통신 시스템에서의 랜덤 액세스 채널의 할당 및 랜덤 액세스 채널 상에서의 신호 송수신 방법에 대하여 살펴 보았다. 그러나, 이러한 종래의 방법을 사용하는 경우, 다음과 같은 몇가지 문제점이 발생할 수 있다.
첫째, 종래에는 랜덤 액세스 채널 할당 시에 OFDMA 무선통신 시스템의 전체 주파수 대역폭 중 임의의 주파수 대역폭에 랜덤 액세스 채널을 할당하였다. 이렇다 보니 랜덤 액세스 채널이 할당된 주파수 대역과 인접하는 대역의 동일 시간 영역(또는 시간 프레임) 상에 할당되는 신호가 데이터 신호인 경우에는 이미 할당된 랜덤 액세스 채널 상의 신호와 서로 간섭을 일으키는 문제점이 생기게 된다. 또한, 이러한 문제점을 방지하기 위하여 각 인접 주파수 대역 간에 일정한 가드 대역(guard band)를 두는 경우에는 주파수 대역의 사용의 효율성이 떨어진다는 문제점이 또한 발생한다.
둘째, 종래의 OFDMA 무선통신 시스템에서는 랜덤 액세스 채널 상의 프리앰블 정보로서 랜덤하게 발생되는 코드 시퀀스(code sequence)를 사용하였다. 이렇듯 랜덤하게 발생되는 코드 시퀀스를 프리앰블 정보로서 사용하는 경우, 비록 그 연산은 간단하지만, 확률적으로 평균 정도의 상호 상관(cross correlation) 특성 및 평균 정도의 피크 대 평균 출력비(Peak-to-Average Power Ration: PAPR) 특성 이상은 기대하기 어렵게 된다.
셋째, 종래의 OFDMA 무선통신 시스템에서는 기지국과 이동국 사이의 최대 거리, 즉 셀 크기에 따라 정해지는 최대의 지연 시간(Round Trip Delay: RTD)에만 의거 일률적으로 시간 프레임 간의 가드 시간 및 프리앰블에서의 심볼 반복 회수(예를 들면, 2회)가 결정되었다. 이 때문에, 랜덤 액세스 채널의 할당 시에 유동적일 수 있는 지연 시간을 고려한 최적화된 주파수 대역 및 시간 영역의 사용이 불가능하였다. 특히, 이러한 고려의 필요성은 제3 세대 파트너십 프로젝트(3rd Generation Partnership Project: 3GPP)에서 논의되는 OFDMA 기반의 장기 진화(Long-Term Evolution; LTE) 시스템에서 더욱 두드러진다.
넷째, 종래의 OFDMA 기반의 무선통신 시스템의 경우, 프리앰블을 전송하고 나서 메세지를 전송하면, 기지국은 최종적으로 메세지를 받기 전에는 이동국의 정보를 알 수 없게 된다. 만약 프리앰블 전송과 메세지 전송 사이에 기지국이 이동국으로 전송해야 하는 데이터가 있다면 기지국은 이동국에 대한 아무런 정보 없이 해당 데이터를 전송할 수 밖에 없다. 이 경우, 기지국은 이동국의 기능이 디폴트인 것으로 가정하여 데이터를 전송할 수 밖에 없으므로 전송 효율이 떨어지는 문제점이 발생할 수 밖에 없다.
다섯째, 전술한 문제점 외에도, 기지국에서 랜덤 액세스 채널의 프리앰블을 검출함에 있어서, 종래의 검출기보다 향상된 성능을 달성하기 위하여 신규한 검출기를 제공할 필요성이 절실하다.
따라서, 본 발명의 목적은 데이터 신호와 랜덤 액세스 채널 상의 신호 간의 간섭을 방지함과 동시에 주파수 대역의 사용의 효율성을 제고할 수 있는 SC-FDMA 시스템에서의 랜덤 액세스 채널의 할당 방법 및 랜덤 액세스 채널 상에서의 신호 송수신 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 랜덤 액세스 채널 상의 프리앰블 정보로서 상호 상관 특성 및 피크 대 평균 출력비 특성을 개선할 수 있는 코드 시퀀스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유동적일 수 있는 지연 시간에 따라 주파수 대역 및 시간 영역을 최적화할 수 있는 SC-FDMA 시스템에서의 랜덤 액세스 채널의 할당 방법 및 랜덤 액세스 채널 상에서의 신호 송수신 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기지국이 이동국으로부터 랜덤 액세스 채널의 프리앰블을 수신한 후 메시지를 수신하기 전에 기지국이 이동국으로 신호를 전송하여야 하는 경우를 보다 효율적인 신호 전송이 가능하도록 하는 SC-FDMA 시스템에서의 랜덤 액세스 채널의 할당 방법 및 랜덤 액세스 채널 상에서의 신호 송수신 방법을 제공하는 것이다.
특히 본 발명의 또 다른 목적은 기지국에서 랜덤 액세스 채널의 프리앰블을 검출함에 있어서 종래의 검출기보다 향상된 성능을 달성하는 신규한 검출기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 의하면, 다수의 이동국 및 상기 다수의 이동국 각각과의 무선통신을 설정하기 위한 적어도 하나의 기지국을 포함하는 SC-FDMA 무선통신 시스템에서 랜덤 액세스 채널을 통해 신호를 송수신하는 방법으로서, 상기 다수의 이동국 중 제1 이동국에서 제1 랜덤 액세스 채널을 통해 제1 신호를 송신하는 단계, 상기 다수의 이동국 중 제2 이동국에서 제2 랜덤 액세스 채널을 통해 제2 신호를 송신하는 단계, 및 상기 기지국에서 상기 제1 및 제2 신호를 수신하는 것에 응답하여 상기 제1 및 제2 랜덤 액세스 채널에 서로 인접한 주파수 대역들을 할당하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
다만, 여기서 또는 후술될 본 발명의 구성에 관한 설명에 있어서 "서로 인접한 주파수 대역들"이란 주파수 대역들 간에 존재할 수 있는 가드 대역을 사이에 두고 인접하는 주파수 대역들도 포함하는 것이라는 점에 유의하여야 할 것이다.
또한, 본 발명의 다른 특징에 의하면, 다수의 이동국 및 상기 다수의 이동국 각각과 다수의 랜덤 액세스 채널을 통해 무선통신을 설정하기 위한 적어도 하나의 기지국을 포함하는 무선통신 시스템에서 상기 다수의 랜덤 액세스 채널에 대역을 할당하는 방법으로서, 상기 다수의 랜덤 액세스 채널 중 적어도 일부의 채널들에 대한 주파수 대역을 할당하되, 상기 할당된 주파수 대역들이 서로 인접하도록 할당하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 특징에 의하면, 이동국 및 상기 이동국과의 무선통신을 설정하기 위한 기지국을 포함하는 무선통신 시스템에서 신호를 송수신하는 방법으로서, 상기 이동국에서 상기 기지국으로 프리앰블 및 메세지를 포함하는 신호를 랜덤 액세스 채널을 통해 전송하는 단계, 상기 기지국에서 상기 전송된 신호로부터 최대 신호지연시간을 결정하고, 상기 결정된 최대 신호지연시간에 기초하여 상기 랜덤 액세스 채널 할당에 필요한 정보를 생성하고, 상기 생성된 정보를 상기 이동국으로 전송하는 단계, 및 상기 이동국에서 상기 전송된 정보를 수신하고 상기 수신된 정보에 따라 상기 랜덤 액세스 채널의 시간 프레임들 간의 가드 시간 및 상기 프리앰블의 심볼 반복 횟수를 결정하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 특징에 의하면, 이동국 및 상기 이동국과의 무선통신을 설정하기 위한 기지국을 포함하는 무선통신 시스템에서 랜덤 액세스 채널을 통해 신호를 송수신하는 방법으로서, 상기 이동국에서 상기 기지국으로 프리앰블 및 메세지를 포함하는 제1 신호를 상기 랜덤 액세스 채널을 통해 전송하는 단계, 상기 제1 신호에 응답하여, 상기 기지국에서 상기 이동국으로 상기 제1 신호의 지연 시간(RTD)에 관한 정보를 상기 랜덤 액세스 채널을 통해 전송하는 단계, 및 상기 제1 신호 전송으로부터 선정된 시간 - 상기 선정된 시간은 상기 지연 시간에 관한 정보에 따라 결정됨 - 이 경과된 후에, 상기 이동국에서 상기 기지국으로 프리앰블 및 메세지를 포함하는 제2 신호를 전송하는 단계를 포함하는 신호 송수신 방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 이동국 및 상기 이동국과 통신하는 기지국을 포함하는 무선통신 시스템에서 랜덤 액세스 채널 및 데이터 채널을 통해 신호를 송수신하는 방법으로서, 상기 랜덤 액세스 채널을 통하여, 상기 이동국에서 상기 기지국으로 프리앰블 및 메세지를 포함하는 제1 신호를 전송하는 단계, 상기 데이터 채널을 통하여, 상기 이동국에서 상기 기지국으로 데이터를 포함하는 제2 신호를 전송하는 단계, 및 상기 기지국에서 상기 랜덤 액세스 채널을 통한 제1 신호 및 상기 데이터 채널을 통한 제2 신호를 수신하고, 상기 수신된 제1 및 제2 신호에 대하여 동일한 시간 주기 동안 고속 푸리에 변환을 수행함으로써 상기 제1 신호의 프리앰블 및 메시지 그리고 상기 제2 신호의 데이터를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 랜덤 액세스 채널 및 상기 데이터 채널은 서로 다른 주파수 대역을 차지하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 무선통신 시스템 내의 기지국에 포함되는 시간영역 신호검출 장치로서, 상기 기지국에 수신된 수신 신호를 직병렬 변환하기 위한 변환기, 상기 변환기에서 변환된 신호에 대해 고속 푸리에 변환을 수행하기 위한 고속 푸리에 변환기, 상기 고속 푸리에 변환기에 의해 변환된 신호로부터 선정된 시간 프레임 및 선정된 주파수 대역에서의 신호를 추출하기 위한 신호 추출기, 상기 추출된 신호 외의 영역에 0을 삽입하기 위한 제로 패딩 장치, 및 상기 제로 패딩 장치의 출력 신호를 시간 영역 신호로 변환하여 검파하고자 하는 신호의 유무를 판별하는 시간 영역 검파기를 구비하는 시간영역 신호검출 장치가 제공된다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 무선통신 시스템 내의 기지국에 포함되는 주파수영역 신호검출 장치로서, 상기 기지국에 수신된 수신 신호를 직병렬 변환하기 위한 변환기, 상기 변환기에서 변환된 신호에 대해 고속 푸리에 변환을 수행하기 위한 고속 푸리에 변환기, 상기 고속 푸리에 변환기에 의해 변환된 신호로부터 선정된 시간 프레임 및 선정된 주파수 대역에서의 신호를 추출하기 위한 신호 추출기, 상기 추출된 신호 외의 영역에 0을 삽입하기 위한 제로 패딩 장치, 및 상기 제로 패딩 장치에서 출력되는 주파수 영역 신호를 검파하기 위한 주파수 영역 검파기를 구비하는 주파수영역 신호검출 장치가 제공된다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 무선통신 시스템 내의 기지국에 포함되는 주파수영역 신호검출 장치로서, 상기 기지국에 수신된 수신 신호를 직병렬 변환하기 위한 변환기 - 상기 수신 신호는 카작 코드 시퀀스를 포함하는 프리앰블 및 메세지를 포함함 -, 상기 변환기에 의해 변환된 신호에 대해 고속 푸리에 변환을 수행하기 위한 고속 푸리에 변환기, 상기 고속 푸리에 변환기에 의해 변환된 신호에서 상기 카작 코드 시퀀스를 추출하기 위한 신호 추출기, 상기 카작 코드 시퀀스에 대하여 차동적 연산을 수행하기 위한 연산기, 상기 연산된 신호에 대하여 역방향 고속 푸리에 변환을 수행하여 역방향 고속 푸리에 변환 출력을 제공하기 위한 역방향 고속 푸리에 변환기, 상기 역방향 고속 푸리에 변환 출력을 소정의 임계치와 비교하여 상기 카작 코드 시퀀스를 판별하기 위한 비교기, 상기 판별된 카작 코드 시퀀스의 인덱스를 측정하기 위한 상관기, 및 상기 카작 코드 시퀀스의 인덱스를 이용하여 상기 카작 코드 시퀀스의 시간 지연을 측정하기 위한 시간 지연 정보 측정기를 포함하는 주파수영역 신호검출 장치가 제공된다.
상술한 본 발명은 다음과 같은 효과를 나타낸다.
첫째, 랜덤 액세스 채널이 무선통신 시스템의 주파수 대역 중 국한된 일부분만을 사용하는 구성을 고안함으로써, 랜덤 액세스 채널이 할당된 주파수 대역과 인접하는 대역의 데이터 신호가 랜덤 액세스 채널 상의 신호와 서로 간섭을 일으키지 않도록 함과 동시에, 이러한 간섭을 방지하기 위하여 각 인접 주파수 대역 간에 일정한 가드 대역(guard band)를 둘 필요가 없어 주파수 대역의 사용의 효율성을 향상시키는 효과를 달성한다.
둘째, 종래의 OFDMA 무선통신 시스템과는 달리 랜덤 액세스 채널의 프리앰블 코드 시퀀스로서 CAZAC 계열의 코드 시퀀스를 채택함으로써, 프리앰블 코드가 양호한 상호 상관 특성 및 피크 대 평균 출력비 특성을 나타내는 효과를 달성한다.
셋째, 랜덤 액세스 채널 할당 시에 유동적일 수 있는 지연 시간에 따라 프리앰블에서의 심볼 반복 회수, 의도적인 임의의 지연값 및 가드 시간을 유동적으로 채택함으로써 최적화된 채널 자원의 활용이 가능하게 되는 효과를 달성한다.
넷째, 랜덤 액세스 채널 설정 과정에서, 프리앰블 전송과 메세지 전송 사이에 기지국이 이동국으로 전송해야 하는 데이터가 있는 경우에도, 기지국이 전송 받은 프리앰블에 부가된 짧은 메세지 정보를 활용하여 이동국에 대한 필요 정보를 보다 빠르게 획득하여 이를 중간 데이터 전송 시에 활용하는 효과를 달성할 수 있다.
다섯째, 기지국에서 랜덤 액세스 채널의 프리앰블을 검출함에 있어서, 종래의 검출기보다 향상된 성능을 달성할 수 있는 여러가지 신규한 검출기가 제공되는 효과가 있다.
도 1은 CDMA 시스템에서의 랜덤 액세스 채널의 프리앰블 검출 과정을 나타내는 도면.
도 2는 OFDMA 시스템에서의 랜덤 액세스 채널의 프리앰블 검출 과정을 나타내는 도면.
도 3은 OFDMA 시스템에서의 랜덤 액세스 채널 상에서 신호를 송수신하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따라 SC-FDMA 시스템에서의 랜덤 액세스 채널 상에서 신호를 송수신하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 따라 시간 영역에서 랜덤 액세스 채널 신호를 수신하는 방법을 채택하는 경우의 랜덤 액세스 채널의 시간 윈도우와 프리앰블 간의 관계를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 따라 주파수 영역에서 랜덤 액세스 채널 신호를 수신하는 방법을 채택하는 경우의 랜덤 액세스 채널의 시간 윈도우와 프리앰블 간의 관계를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 따라 랜덤 액세스 채널 신호가 의도적으로 지연되어 전송되는 경우의 신호 타이밍을 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따라 기지국에서 랜덤 액세스 채널 신호를 주파수 영역에서 검출하는 장치의 구성도.
도 9는 본 발명에 따라 기지국에서 랜덤 액세스 채널 신호를 시간 영역에서 검출하는 장치의 구성도.
도 10은 본 발명에 따라 기지국에서 랜덤 액세스 채널 신호를 시간 영역 신호로 재생하는 장치의 구성도.
도 11은 본 발명에 따라 기지국에서 랜덤 액세스 채널 신호를 순차 정합 필터 방식으로 검출하는 장치의 구성도.
도 12는 본 발명에 따라 기지국에서 랜덤 액세스 채널 신호를 검출하기 위한 간단한 주파수 영역 검출기의 구성도.
도 13은 본 발명에 따라 IFFT를 수행하기 위한 장치의 간략화된 블록도.
도 14는 본 발명에 따른 OFDMA 시스템에서 사용될 수 있는 세밀한 지연 정보 측정기의 구성도.
도 15는 본 발명에 따라 응용된 업링크 랜덤 액세스 채널의 프리앰블 및 메시지의 구성도.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일 또는 유사한 기능을 지칭한다.
SC - FDMA 시스템의 기본 구성
위에서 언급한 바 있는 3GPP LTE에서 업링크 설정을 위한 기본적인 데이터 변복조 구성으로서 사용되는 SC-FDMA 시스템에서의 기본적인 송수신 동작은 도 4와 같이 나타낼 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 SC-FDMA 시스템에서의 랜덤 액세스 채널 상에서 신호를 송수신하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에서 도시된 바와 같이, SC-FDMA 시스템에서는, 송신될 데이터를 부호화하고(402), 이를 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transformation; DFT)을 거치게 한 후(404) 부반송파 맵핑(sub-carrier mapping)을 통해 이를 주파수 영역에 할당하고(406), 이를 다시 IFFT를 통해 시간 영역 신호로 변환하여(408) 전송하고, CP 삽입 과정(410), 무선 인터페이스 중에서의 전송 과정, CP 삭제 과정을 거쳐(412), 전송 과정과는 역으로 FFT를 통해 주파수 영역 신호로 변환하고(414), 부반송파 디맵핑(또는 맵핑 해제)(416)한 후 DFT를 수행하는(418) 과정을 거쳐 데이터를 송수신한다. 랜덤 액세스 채널 신호도 기본적으로 이와 같은 구성을 이용하여 송수신된다. 이러한 SC-FDMA 시스템의 기본적인 송수신 과정에 대한 더 자세한 설명은 위에서 기재된 종래 기술 문헌 [1]에 개시되어 있다(종래 기술 문헌 [1]의 내용은 그 전체가 본 명세서 병합되어 있는 것으로 고려되어야 한다).
전술한 과정을 거쳐 랜덤 액세스 채널 신호를 송수신하기 위해서는, 랜덤 액세스 채널을 통하여 업링크 동기를 얻기 위한 프리앰블을 할당하여야 하는데, 이때 랜덤 액세스 채널과 다른 주파수 대역에 할당되어 있는 다른 데이터 신호와 해당 프리앰블이 서로 멀티플렉싱될 수 있다. 이와 같은 경우에, 랜덤 액세스 채널은 아직 기지국에 대하여 동기화되어 있지 않은 상태이기 때문에 데이터 신호와 프리앰블 사이에 간섭이 발생할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 이러한 간섭의 최소화를 위해 각 랜덤 액세스 채널의 여러 프리앰블들을 전체 주파수 대역의 일부분인 연속된 주파수 대역에 할당하고, 데이터 신호(또는 경우에 따라 다른 연속된 주파수 대역 상에 할당된 다른 프리앰블들)와 상기 연속된 주파수 대역에 할당된 프리앰블들 간에 가드 대역을 할당함으로써 데이터 신호와 프리앰블들 간의 간섭을 최소화할 수 있다.
프리앰블 시퀀스
앞서 설명한 바와 같이, 프리앰블 정보로서 랜덤하게 발생된 코드 시퀀스를 사용하는 경우, 평균 이상의 상호 상관 특성 및 PAPR 특성을 기대하기는 어렵게 된다. 본 발명의 발명자들이 코드 시퀀스가 낮은 상호 상관 특성 및 높은 PAPR 특성을 갖도록 설계하기 위하여 연구한 결과, 이러한 특성을 갖는 코드 시퀀스의 대표적인 예인 Zadoff-Chu CAZAC 시퀀스를 사용하면 우수한 특성을 얻을 수 있음을 발견하였다. 이러한 Zadoff-Chu CAZAC 시퀀스에 대한 더 자세한 설명은 종래 기술 문헌 [2] 및 [3]에 개시되어 있다(종래 기술 문헌 [2] 및 [3]의 내용은 그 전체가 본 명세서 병합되어 있는 것으로 고려되어야 한다). 상기 Zadoff-Chu CAZAC 시퀀스는 그 상호 상관 특성이 뛰어나고 시간 영역 및 주파수 영역에서 모두 뛰어난 PAPR 특성을 갖는다는 점이 상기 종래 기술 문헌을 통하여 알려져 있다. 또한 Zadoff-Chu CAZAC 시퀀스는 시간 영역과 주파수 영역에서 같은 특성을 가지므로 Zadoff-Chu CAZAC 시퀀스는 SC-FDMA 시스템뿐 아니라 OFDMA 시스템에서도 사용이 가능하다.
랜덤 액세스 채널에서의 프리앰블의 전송 및 이를 위한 프레임 구조
앞서 논의된 바와 같이, OFDMA 시스템에서 랜덤 액세스 채널의 프리앰블을 전송함에 있어서 영향을 미치는 것은 셀 크기에 따라 결정되는 최대 지연 시간이다. 예를 들어, 랜덤 액세스 채널 설정 전에는 이동국이 기지국 정보를 갖고 있지 않으므로, 미처 예상치 못한 큰 지연 시간이 발생하는 경우가 있을 수 있다. 이때에, 랜덤 액세스 채널이 할당되는 영역의 인접한 영역에 데이터 신호가 할당된다면 심볼간 간섭이 발생될 가능성이 높다.
이와 같이, 랜덤 액세스 채널 신호가 얼마만큼의 지연 시간을 두고 수신되는지 알지 못하므로, 기지국의 수신기에서는 시간 영역에서 순차 정합 필터(sliding matched filter)를 사용하는 방법이나, 랜덤 액세스 채널의 신호를 시간 영역으로부터 주파수 영역으로 변환한 뒤에 한번에 수신하는 방법을 사용할 수 있다. 이 중, 순차 정합 필터를 사용하는 방법은 하나의 심볼으로 된 프리앰블의 전송만으로도 기지국이 이를 수신할 수 있다는 장점이 있지만 수신기의 하드웨어의 복잡도가 상당히 커진다는 단점을 갖고 있다. 주파수 영역에서 수신하는 방법을 사용하는 경우에는, 수신기의 하드웨어의 복잡도가 낮지만 프리앰블을 반복되는 두 심볼로 전송해야 하는 문제점이 있다(기지국 수신기의 수신 성능에 따라 상기 프리앰블의 반복 회수가 더 늘어날 수 있다).
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예가 도 5를 참조하여 아래에서 설명된다. 도 5는 위에서 설명된 시간 영역에서 랜덤 액세스 채널 신호를 수신하는 방법을 채택하는 경우의 랜덤 액세스 채널의 시간 윈도우와 프리앰블 간의 관계를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 반복되는 두번째 프리앰블 심볼의 전송 여부는 수신 성능에 따라 변경될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 상기 설명된 바와 같은 심볼간 간섭을 피하기 위하여 지연 시간에 따라 랜덤 액세스 채널의 타임 윈도우의 크기를 수신기에서 바람직하게 조정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이때의 CP 부분은 0으로만 채워서 전송하거나 아예 제거하고 운용하는 것도 가능하다. 상기와 같은 순차 정합 필터링 방법을 사용하는 경우에는, 하나의 프리앰블 심볼이 여타 심볼과는 다르게 된다는 점에 유의하여야 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 주파수 영역에서 랜덤 액세스 채널 신호를 수신하는 방법을 채택하는 경우의 랜덤 액세스 채널의 시간 윈도우와 프리앰블 간의 관계를 나타내는 도면이다. 도 6에서의 RACH#2(두번째 심볼)는 RACH#1(첫번째 심볼)의 반복이다. 이러한 방법을 사용하는 이유는 랜덤 액세스 채널의 프리앰블에 대한 FFT 수행의 타이밍을 기지국의 여타 데이터 신호에 대한 FFT 수행 타이밍에 맞추어 처리함으로써 임의의 지연 시간을 두고 수신되는 프리앰블을 한번에 FFT 처리하여 하드웨어 복잡도를 감소시키기 위해서이다. 이 경우, 바람직하게는 수신기에서는 셀의 크기에 따라 랜덤 액세스 채널을 수신하기 위한 타임 윈도우의 개수를 미리 정하여 수신하는 방법을 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 CP 부분은 역시 제거하여 운용하는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 셀의 크기가 작아 지연 시간이 작게 되는 경우, 지연 시간에 더하여 임의의 지연을 더 부가하여 랜덤 액세스 채널을 할당하는 것이 허용되는 경우를 상정할 수 있다. 본 발명에서는, 이러한 경우에, 같은 시간 영역에서 데이터 신호와 프리앰블 사이에 심볼간 간섭이 생기는 것을 막기 위해, 이동국에서 랜덤 액세스 채널을 할당할 때에, 의도적으로 임의의 지연(1 심볼, 2 심볼, 3 심볼 등)을 상정하여 랜덤 액세스 채널 신호를 전송하여 같은 시간 영역에서 사용되는 데이터 신호와 랜덤 액세스 채널 신호들 간의 간섭을 줄일 수도 있다.
이와 관련된 본 발명의 바람직한 일 실시예를 도 7을 참조하여 살펴본다. 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 랜덤 액세스 채널 신호가 의도적으로 지연되어 전송되는 경우의 신호 타이밍을 도시한 도면이다. 도 7에서는 기지국에서 설정한 전송 타이밍에 이동국이 의도적으로 설정한 전송 타이밍을 포함시켜 기준 타이밍 오프셋을 조정하는 것이 도시되어 있다. 도 7에서 PD는 전송 지연을 의미한다.
위와 같은 의도적 지연을 개입시키는 구성 외에도, 지연 시간에 따라 랜덤 액세스 채널의 프리앰블에 할당되는 심볼의 반복 회수 및 가드 시간의 길이를 조절할 수 있다. 지연 시간이 큰 경우에는 심볼의 반복 회수 및 가드 시간이 길어지는 것이 바람직하고, 지연 시간이 적은 경우에는 심볼의 반복 회수 및 가드 시간이 작아지는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하자면, 종래의 OFDMA 시스템에서와 같이 최대의 셀 크기에 대하여 고정된 설정을 채택하는 것은 채널 자원의 효율적인 사용 측면에서 바람직하지 않다고 할 수 있다.
본 발명에서는, 위와 같은 종래의 OFDMA 시스템의 문제점을 해결하기 위하여, 유동적으로 변경되는 지연 시간에 따라 심볼의 반복 회수 및 가드 시간을 선택적으로 채택할 수 있도록 기지국에서 지연 시간에 대한 정보나 지연 시간에 따른 여러가지 선택 사항에 관한 정보를 이동국에 전송할 수 있다. 이때, 이동국은 이러한 선택 사항에 관한 정보에 따라 심볼 반복 회수 및 가드 시간의 위치와 길이 등을 채널 자원의 효율적인 사용을 위하여 조정할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 여러가지 지연 시간이 적용되는 경우에는 이를 카테고리화하여 랜덤 액세스 채널의 전송 구간을 여러가지로 설정함으로써 랜덤 액세스 채널의 충돌 가능성도 감소시킬 수 있다. 이 경우 각각의 랜덤 액세스 채널의 전송 구간에서는 수신되는 각각의 프리앰블에 대한 ACK를 전송하는 것이 바람직하다.
멀티플렉싱
랜덤 액세스 채널은 데이터 신호 채널 혹은 다른 랜덤 액세스 채널과 시간 및 주파수 영역에서 멀티플렉싱될 수 있다. 하지만, 랜덤 액세스 채널은 데이터 신호와는 다르게 수신되는 심볼의 타이밍이 기지국의 수신기의 시간 윈도우에 동기화되지 않은 상태이므로, 다른 슬롯의 심볼에게 간섭을 초래할 수 있다. 그러므로, 본 발명에서는 이를 최소화하기 위해 랜덤 액세스 채널은 주파수 영역의 일부분에 국한되게끔 할당되도록 하고, 랜덤 액세스 채널과 데이터 신호 채널 사이에 가드 대역을 설정하여 심볼간 간섭을 줄일 수 있다.
기지국 수신기의 구성
(1) 주파수 영역 검출기
주파수 영역 검출기는 수신 신호를 주파수 영역 신호로 변환한 후 송신 신호가 차지하는 영역에 해당하는 신호만을 추출해 주파수 영역에서 처리하여 검출하는 장치이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 기지국에서 랜덤 액세스 채널 신호를 주파수 영역에서 검출하는 장치의 구성도이다. 도 8에서, 수신 신호는 표본화를 거쳐 수신기에 입력된다. 도 8의 802는 수신 신호를 직병렬 변환하는 장치, 804는 신호를 주파수 영역으로 변환하기 위한 n=N의 FFT 장치, 806은 검출하고자 하는 신호가 포함되어 있는 주파수 영역만을 취하기 위한 신호 추출기(디맵핑 장치), 808은 검출하고자 하는 신호가 없는 영역에 0을 삽입하는 장치(제로 패딩 장치), 810은 신호가 수신기에 도달하기까지 걸린 지연값에서 신호의 유무를 판별하기 위한 n=N의 IFFT 장치, 812는 최대값 추출 장치, 814는 신호의 유무를 판별하기 위해 정해진 임계치와 비교하는 장치를 가리킨다. 도 8의 816은 기지국에서 사용하고 있는 랜덤 액세스 채널의 코드 중 검출을 원하는 코드의 켤레 복소수를 취하여 수신 신호의 위상을 보상해주는 장치이다.
랜덤 액세스 채널 신호를 수신하는 수신기의 역할은 주어진 시간에 랜덤 액세스 채널의 존재 유무와 함께 기지국과 이동국 간의 동기화를 위해 신호가 이동국으로부터 기지국에 도달하기까지 걸린 시간 지연 정보를 추출하는 것이다. 도 8의 주파수 영역 검출기에서는 도 8의 814에서 임계치를 넘을 경우 도 8의 812에서 찾은 최대값의 위치가 지연 정보를 나타낸다.
주파수 영역 검출기의 장점은 기존의 OFDMA 시스템에 포함되어 있는 수신기가 가지고 있는 FFT 장치를 재사용할 수 있고, 이미 구현되어 있는 IFFT 장치를 이용하여 검출와 지연 정보 추출을 동시에 수행하므로 수신기의 구성이 간단하다는 것이다. 단점은 기지국은 랜덤 액세스 채널 신호의 수신 확률을 높이기 위하여 여러 개의 랜덤 액세스 채널의 프리앰블 코드를 사용하게 되고 검출기가 코드의 수만큼 필요하다는 것이다. 또한, 프리앰블이 2 심볼의 크기를 가져야 한다.
(2) 시간 영역 검출기
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 기지국에서 랜덤 액세스 채널 신호를 시간 영역에서 검출하는 장치의 구성도이다. 본 발명에 따른 시간 영역 검출기는 수신 신호를 우선 주파수 영역 신호로 변환하여 원하는 신호가 있는 영역만을 취하고 다시 이를 시간 영역 신호로 변환하여 검출하고자 하는 신호의 유무를 판별하는 방법을 사용한다.
도 9에서 902-908 및 912-914는 도 8의 802-808 및 812-814와 동일한 구성 요소이다. 즉, 902는 수신 신호를 직병렬 변환하는 장치, 904는 신호를 주파수 영역으로 변환하기 위한 n=N의 FFT 장치, 906은 검출하고자 하는 신호가 포함되어 있는 주파수 영역만을 취하기 위한 신호 추출기(디맵핑 장치), 908은 검출하고자 하는 신호가 없는 영역에 0을 삽입하는 장치(제로 패딩 장치)이다. 도 9의 910은 주파수 영역의 신호를 시간 영역 신호로 변환하기 위한 IFFT 장치이다. 그리고, 도 9의 912는 최대값 추출 장치, 914는 신호의 유무를 판별하기 위해 정해진 임계치와 비교하는 장치를 가리킨다. 도 9의 916은 검출하고자 하는 신호의 유무를 판별하기 위해 검출하고자 하는 코드로부터 재생성된 신호와의 상관값을 취하는 장치이다. 918은 원하는 코드의 재생성을 수행하는 장치로 이 값은 기지국에서 매번 계산할 필요 없이 기지국에서 미리 계산해 두고 저장한 뒤 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 재생성된 코드 시퀀스는 랜덤 액세스 채널 신호에 포함되어 있는 프리앰블을 기초로 보간된 코드 시퀀스일 수 있다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 기지국에서 랜덤 액세스 채널 신호를 시간 영역 신호로 재생하는 장치의 구성도이다. 도 10의 1002는 SC-FDMA 시스템의 송신기에서 사용하는 DFT 장치, 1004는 DFT 수행 결과를 n=N인 FFT에 적용하기 위해 신호를 적절한 위치에 삽입하는 장치(맵핑 장치), 1006은 신호를 시간 영역 신호로 변환하기 위한 장치이며, 신호가 없는 곳은 0을 삽입하여 IFFT를 수행한다.
이러한 시간 영역 검출기는 SC-FDMA 시스템의 랜덤 액세스 채널 신호를 수신하기 위한 장치이며, 기존의 OFDMA 시스템의 수신기가 가지고 있는 FFT 장치를 재사용할 수 있다.
(3) 순차 정합 필터 방식 검출기
순차 정합 필터 방식 검출기는 기존의 CDMA 시스템에서의 랜덤 액세스 채널 신호검출기와 유사한 구성을 가지고 있다. 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 기지국에서 랜덤 액세스 채널 신호를 순차 정합 필터 방식으로 검출하는 장치의 구성을 나타내고 있다.
도 11의 1102는 하나의 샘플마다 이동하면서 랜덤 액세스 채널의 프리앰블 코드 길이만큼 상관을 수행하는 장치, 1104는 도 10의 신호 재생기와 같으며 1106은 임계치와 비교하여 랜덤 액세스 채널 신호의 수신 여부를 판별하는 장치이다. 지연 정보는 랜덤 액세스 채널 신호가 검출된다고 판단되었을 때의 시간으로부터 추출할 수 있다.
본 발명에 따른 순차 정합 필터 방식 검출기는 주파수 영역으로의 신호 변환 없이 검출을 수행하고 샘플값의 입력속도에 맞춰 상관기가 동작해야 하므로 수신기 구성이 복잡해지게 된다. 반면에 FFT 타이밍을 얻기 위한 2 심볼의 프리앰블의 전송은 필요하지 않다. 즉, 수신 신호가 굳이 주파수 영역 신호로 변환될 필요 없이 정합 필터를 통하여 랜덤 액세스 신호가 검출될 수 있다.
(4) 간단한 주파수 영역 검출기
랜덤 액세스 채널의 프리앰블 코드로서 CAZAC 코드 계열을 사용할 경우 코드가 가지고 있는 성질을 이용하여 주파수 영역에서의 수신기 구성을 간략화하여 구현의 복잡도를 줄일 수 있다.
도 12는 이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 기지국에서 랜덤 액세스 채널 신호를 검출하기 위한 간단한 주파수 영역 검출기의 구성을 나타낸다. 도 12의 1202-1206은 도 8의 802-806과 같은 기능을 수행한다. 1208은 추출된 CAZAC 코드에 대해 다음 수학식과 같이 차동식을 연산하는 장치를 나타낸다.
Figure pat00001
여기서 Rn은 도 12의 1206 출력 벡터의 n번째 값, m은 전송된 CAZAC 코드 인덱스, d는 시간 지연을 나타낸다. 도 12의 1210는 랜덤 액세스 채널이 사용할 수 있는 전체 CAZAC 코드 집합에 있는 각각의 코드에 대해 검출된 코드의 유무를 판별하기 위한 판정값을 계산하기 위한 IFFT를 수행하는 장치, 1212는 임계치와 비교하여 전송된 코드를 판별해 내는 장치, 1214는 검출된 랜덤 액세스 채널의 프리앰블 코드에 대해 시간 지연을 예측하기 위한 상관 코드 재생기, 1214는 시간 지연 정보를 추출해 내는 장치로서 수학식 1을 이용하여 검출된 랜덤 액세스 채널의 프리앰블 코드 인덱스 m으로부터 d를 계산해는 장치이다.
도 12의 1210의 복잡도를 줄임으로써, 기지국에서 사용하고 있는 코드만을 이용하여 신호의 유무를 판별할 수 있다. 도 12의 1210 대신 도 13의 블록을 이용하여 간략하게 IFFT를 수행할 수 있다. 도 13에서 m1, m2, ... mM은 기지국에서 사용하는 코드 인덱스를 나타낸다.
일반적으로 수학식 1로부터 계산해 낸 시간 지연 정보는 정확도가 떨어지는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 도 14에 도시된 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 OFDMA 시스템에서 사용될 수 있는 세밀한 지연 정보 측정기의 구성을 이용할 수 있다. 도 14의 1402-1404는 도 9의 902-904와 같은 기능을 수행하며 1406은 검출된 신호가 없는 영역에 0을 삽입하는 장치이다. 1402-1406 과정은 기존의 OFDMA 수신기가 이미 가지고 있는 블록들이므로 재사용 가능하다. 1408은 도 12에서 계산된 지연값에 대해 주어진 탐색창 주변에서 지연값을 측정하기 위한 장치이다. 1410은 세밀한 지연값을 판별해 내기 위해 최대값을 찾는 장치이다.
본 발명에 따른 간단한 주파수 영역 검출기는 기지국에서 사용하는 랜덤 액세스 채널의 프리앰블의 코드 개수 만큼의 검출기가 필요하지 않아 수신기 구조가 간단하며, 지연 정보를 추정하기 위해 조악한 지연 측정 및 미세 조정 과정을 거쳐 복잡도를 줄이면서 지연 정보를 측정해 낼 수 있다.
랜덤 액세스 채널의 운용( 프리앰블 및 메세지의 운용)
무선통신망에 접속하고자 하는 이동국은 시스템에 대한 타이밍 정보가 없기 때문에 프리앰블을 전송하여 기지국에 대하여 동기화에 필요한 정보를 제공한다. 그러나, 프리앰블을 전송하고 나서 메세지를 전송하는 경우, 기지국은 최종적으로 메세지를 받기 전에는 이동국의 정보를 알 수 없게 되므로, 프리앰블 전송과 메세지 전송 사이에 기지국이 이동국으로 전송해야 하는 데이터가 있는 경우를 대비할 필요가 있다. 이러한 필요에 따라 하기와 같은 본 발명의 실시예가 채택될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 응용된 업링크 랜덤 액세스 채널의 프리앰블 및 메시지의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 이동국은 프리앰블에 더하여 짧은 메세지 정보를 함께 기지국으로 전송한다. 추가되는 신호는 초기 동기를 위한 정보 외의 다른 정보를 추가하여 기지국에서 이동국으로의 데이터 전송을 효율적이도록 한다.
짧은 메세지에 추가될 수 있는 정보는 예를 들어 다음과 같은 정보를 포함할 수 있다.
(1) 우선 순위
우선 순위는 기지국이 프리앰블을 수신하였을 경우 처리되는 우선 순위를 의미한다. 만약 응급호와 같이 우선 순위가 높은 호가 접속하려고 하는 경우 우선적으로 처리해 준다.
(2) 송신 전력
송신 전력은 이동국이 개루프 전력 제어를 하고 전력 램핑을 사용하면 수신되는 신호를 통해서는 이동국의 송신 전력을 알 수가 없게 된다. 이러한 경우를 대비하여 이동국의 송신 전력을 전송하여 기지국의 스케줄링에 도움을 줄 수 있다.
(3) 이동국의 성능
하나의 시스템인 경우라 해도 여러가지 성능을 갖는 이동국이 존재할 수 있다. 예를 들어, 5MHz의 대역폭을 갖는 시스템에 1.25, 2.5, 5MHz의 대역폭을 갖는 이동국이 있으면 프리앰블만 이용해서는 이동국의 대역폭을 알 수 없다. 이러한 경우 이동국 성능에 대한 정보가 있으면 기지국은 그에 대한 대비를 할 수 있게 된다.
(4) 채널 상태
채널 상태에 따라 변조 방법과 채널 코딩을 변경할 수 있는 시스템에서 채널 상태를 보고 받으면 적당한 변조와 채널 코딩을 수행할 수 있게 된다.
(5) 접속 목적
착신에 의해 접속하는지, 발신에 의해 접속하는지, 또는 기타 목적을 위해 접속하는지를 기지국에 알려 준다.
(6) 이동국 식별 번호
프리앰블을 전송하는 이동국의 식별 번호를 전송한다.
(7) 프리앰블 시도 횟수
기지국이 수신한 프리앰블이 이동국이 몇번째 전송한 프리앰블인지를 알려 준다.
비록 본 발명이 상술된 바와 같은 여러 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 다른 변형예 및 변경예가 구현될 수 있다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 고려되어야 할 것이다.
102-106 : 프리앰블, 108 : 메시지
302 : 데이터 부호화 304 : IFFT
306 : 채널 308 : FFT
310 : 데이터 복호화

Claims (12)

  1. 무선통신 시스템 내의 기지국에 포함되는 신호검출 장치로서,
    이동국으로부터 랜덤 액세스 채널(RACH)을 통해 수신된 신호로부터 프리앰블 및 지연 시간을 검출하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    시간영역 신호검출시에,
    상기 기지국에 수신된 수신 신호를 직병렬 변환하기 위한 변환기;
    상기 변환기에서 변환된 신호에 대해 고속 푸리에 변환을 수행하기 위한 고속 푸리에 변환기;
    상기 고속 푸리에 변환기에 의해 변환된 신호로부터 선정된 시간 프레임 및 선정된 주파수 대역에서의 신호를 추출하기 위한 신호 추출기;
    상기 추출된 신호 외의 영역에 0을 삽입하기 위한 제로 패딩 장치; 및
    상기 제로 패딩 장치의 출력 신호를 시간 영역 신호로 변환하여 검파하고자 하는 신호의 유무를 판별하는 시간 영역 검파기를 포함하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수신 신호는 프리앰블 및 메시지를 포함하는 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 시간 영역 검파기는,
    상기 추출된 신호에 대하여 역방향 고속 푸리에 변환을 수행하여 역방향 고속 푸리에 변환 출력을 제공하기 위한 역방향 고속 푸리에 변환기;
    상기 역방향 고속 푸리에 변환 출력에 대하여 순환 시프트 상관을 수행하여 상기 선정된 시간 프레임 및 선정된 주파수 대역에서의 신호를 판별하기 위한 상관기;
    상기 판별된 신호의 최대값을 추출하는 최대값 추출기; 및
    상기 추출된 최대값을 소정의 임계치와 비교하기 위한 비교기를 포함하는 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상관기는, 상기 고속 푸리에 변환에 해당하는 길이를 갖는 코드 시퀀스를 갖고, 상기 코드 시퀀스는 상기 프리앰블을 기초로 보간된 코드 시퀀스를 포함하는 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 수신 신호를 주파수 영역 신호로 변환하지 않고 정합 필터를 통과시켜 랜덤 액세스 신호를 수신하는 순차 정합 필터 방식 검파기를 더 포함하는 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 검파기는 랜덤 액세스 채널의 프리앰블이 상기 무선통신 시스템의 일부 주파수 대역에 있는 경우, 나머지 주파수 대역에 0을 채워 생성한 시간축 신호를 사용하여 상기 순차 정합 상관을 수행하는 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    주파수영역 신호검출시에,
    상기 기지국에 수신된 수신 신호를 직병렬 변환하기 위한 변환기;
    상기 변환기에서 변환된 신호에 대해 고속 푸리에 변환을 수행하기 위한 고속 푸리에 변환기;
    상기 고속 푸리에 변환기에 의해 변환된 신호로부터 선정된 시간 프레임 및 선정된 주파수 대역에서의 신호를 추출하기 위한 신호 추출기;
    상기 추출된 신호 외의 영역에 0을 삽입하기 위한 제로 패딩 장치; 및
    상기 제로 패딩 장치에서 출력되는 주파수 영역 신호를 검파하기 위한 주파수 영역 검파기를 포함하는 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수신 신호는 프리앰블 및 메시지를 포함하는 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 주파수 영역 검파기는,
    상기 추출된 신호에 대하여 역방향 고속 푸리에 변환을 수행하여 역방향 고속 푸리에 변환 출력을 제공하기 위한 역방향 고속 푸리에 변환기;
    상기 역방향 고속 푸리에 변환 출력 신호의 최대값을 추출하는 최대값 추출기; 및
    상기 추출된 최대값을 소정의 임계치와 비교하기 위한 비교기를 포함하는 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    주파수영역 신호검출시에,
    상기 기지국에 수신된 수신 신호를 직병렬 변환하기 위한 변환기 - 상기 수신 신호는 카작 코드 시퀀스를 포함하는 프리앰블 및 메세지를 포함함 -;
    상기 변환기에 의해 변환된 신호에 대해 고속 푸리에 변환을 수행하기 위한 고속 푸리에 변환기;
    상기 고속 푸리에 변환기에 의해 변환된 신호에서 상기 카작 코드 시퀀스를 추출하기 위한 신호 추출기;
    상기 카작 코드 시퀀스에 대하여 차동적 연산을 수행하기 위한 연산기;
    상기 연산된 신호에 대하여 역방향 고속 푸리에 변환을 수행하여 역방향 고속 푸리에 변환 출력을 제공하기 위한 역방향 고속 푸리에 변환기;
    상기 역방향 고속 푸리에 변환 출력을 소정의 임계치와 비교하여 상기 카작 코드 시퀀스를 판별하기 위한 비교기;
    상기 판별된 카작 코드 시퀀스의 인덱스를 측정하기 위한 상관기; 및
    상기 카작 코드 시퀀스의 인덱스를 이용하여 상기 카작 코드 시퀀스의 시간 지연을 측정하기 위한 시간 지연 정보 측정기를 포함하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    세밀한 시간 지연 정보 측정기를 더 포함하고, 상기 세밀한 시간 지연 정보 측정기는 상기 시간 지연 보다 더 세밀한 시간 지연을 측정하는 장치.
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