KR20110123591A - 무선 통신 시스템에서 동기 신호 전송 방법 및 그 상관 값 산출 방법 - Google Patents

Abstract

개시된 기술은 무선 통신 시스템에서 동기 신호 전송 방법 및 그 상관 값 산출 방법에 관한 것이다. 실시예들 중에서, 복수의 동기 신호를 포함하는 동기 신호 그룹으로부터 새로운 동기 신호를 생성하여 전송하는 방법은, 상기 동기 신호 그룹에 속하는 동기 신호의 실수 성분들 및 허수 성분들 중 적어도 하나의 성분을 조합하여 상기 새로운 동기 신호의 실수 성분을 생성하는 단계; 상기 동기 신호 그룹에 속하는 동기 신호의 실수 성분들 및 허수 성분들 중 적어도 하나의 성분을 조합하여 상기 새로운 동기 신호의 허수 성분을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 새로운 동기 신호를 단말에 전송하는 단계를 포함한다. 상기 새로운 동기 신호는 상기 동기 신호 그룹에 속하는 동기 신호들과 다른 신호이다.

Description

무선 통신 시스템에서 동기 신호 전송 방법 및 그 상관 값 산출 방법{METHOD FOR TRANSMITTING SYCHRONIZATION SIGNAL AND CALCULATING CORRELATION VALUE THEREOF IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

개시된 기술은 무선 통신 시스템에서 동기 신호 전송 방법 및 그 상관 값 산출 방법에 관한 것이다.

WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), LTE-Advanced(Long Term Evolution-Advanced) 등의 비동기(asynchronous) 방식 무선 이동 통신 시스템은 기지국 간 서로 다른 패턴의 동기 신호(synchronization signal)를 사용하여, 단말의 기지국 구분, 셀 선택 및 초기 동기를 수행하도록 지원한다. 예컨대, LTE-Advanced 시스템의 경우, 기지국이 단말의 셀 선택 및 초기 동기를 위해 PSS(Primary Synchronization Signal)과 SSS(Secondary Synchronization Signal)을 주기적으로 전송한다. 여기서 PSS 및 SSS의 패턴 수는 각각 3개 및 168개에 해당한다.

한편, LTE-Advanced를 비롯한 최근의 무선 이동 통신 시스템에서는 기지국 셀 커버리지 내에 펨토셀(femto cell)과 같은 저전력 노드를 추가하여 운용하는 이종 네트워크(heterogenous network) 기술의 적용이 고려되고 있다. 펨토셀과 같은 저전력 노드가 설치되어 이종 네트워크 환경이 구현되면, 다수의 펨토셀이 밀집된 펨토 클러스터(femto cluster) 환경이 형성될 수 있다.

개시된 기술이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 통신 시스템에서 동기 신호 전송 방법 및 그 상관 값 산출 방법을 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 개시된 기술의 제1 측면은 복수의 동기 신호를 포함하는 동기 신호 그룹으로부터 새로운 동기 신호를 생성하여 전송하는 방법에 있어서, 상기 동기 신호 그룹에 속하는 동기 신호의 실수 성분들 및 허수 성분들 중 적어도 하나의 성분을 조합하여 상기 새로운 동기 신호의 실수 성분을 생성하는 단계; 상기 동기 신호 그룹에 속하는 동기 신호의 실수 성분들 및 허수 성분들 중 적어도 하나의 성분을 조합하여 상기 새로운 동기 신호의 허수 성분을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 새로운 동기 신호를 단말에 전송하는 단계를 포함하고, 상기 새로운 동기 신호는 상기 동기 신호 그룹에 속하는 동기 신호들과 다른 신호인 동기 신호 전송 방법을 제공한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 개시된 기술의 제2 측면은 복수의 기준 신호를 포함하는 기준 신호 그룹으로부터 생성되는 새로운 기준 신호와, 단말이 기지국으로부터 수신하는 수신 신호의 상관 값을 산출하는 방법에 있어서, 상기 단말이 상기 기지국으로부터 상기 수신 신호를 수신하는 단계; 복수의 상관기가 상기 기준 신호 그룹에 속하는 기준 신호와 상기 수신 신호의 상관 값을 산출하는 단계; 상기 상관 값을 산출하는 단계에서 생성되는 부분 상관 값을 상기 복수의 상관기로부터 제공받는 단계; 및 상기 제공된 부분 상관 값을 조합하여, 상기 새로운 기준 신호와 상기 수신 신호의 상관 값을 산출하는 단계를 포함하고, 상기 새로운 기준 신호는 상기 기준 신호 그룹에 포함된 기준 신호와 다른 신호인 상관 값 산출 방법을 제공한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 개시된 기술의 제3 측면은 복수의 기준 신호를 포함하는 기준 신호 그룹으로부터 생성되는 새로운 기준 신호와, 단말이 기지국으로부터 수신하는 수신 신호의 상관 값을 산출하는 방법에 있어서, 상기 단말이 상기 기지국으로부터 상기 수신 신호를 수신하는 단계; 복수의 상관기(correlator)-상기 복수의 상관기 각각은 상기 기준 신호 그룹에 속한 서로 다른 기준 신호에 대한 상관 연산을 수행함-가 부분 상관 값을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 부분 상관 값을 조합하여, 상기 새로운 기준 신호와 상기 수신 신호의 상관 값을 산출하는 단계를 포함하고, 상기 새로운 기준 신호는 상기 기준 신호 그룹에 포함된 기준 신호와 다른 신호인 상관 값 산출 방법을 제공한다.

개시된 기술의 실시 예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시 예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

개시된 기술에 따르면, 동기 신호의 패턴 중첩 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 펨토 클러스트 환경에서 동기 신호의 패턴 중첩이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 패턴 중첩 현상으로 인한 단말의 초기 셀 탐색 및 주파수 동기, 타이밍 동기 알고리즘의 성능 열화를 방지할 수 있다.

도 1은 LTE-Advanced 시스템의 PSS를 이용한 초기 셀 탐색 및 타이밍 동기를 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 PSS의 부반송파 할당 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 LTE-Advanced의 이종 네트워크 기술에서 논의되고 있는 저전력 노드를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 3개의 펨토셀이 인접해 있는 환경에서 발생하는 PSS 패턴 중첩 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 동기 신호를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 개시된 기술의 일 실시예에 따라 생성된 동기 신호의 상관 값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 개시된 기술의 일 실시예에 따라 새로운 동기신호를 생성하고, 이에 대한 상관 값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 개시된 기술의 일 실시예에 따라 생성된 5개의 패턴에 대하여 실수부, 허수부 및 패턴 간 상호 상관 출력을 정리한 표이다.
도 9는 기존 세 종류의 PSS 및 개시된 기술의 일 실시예에 따라 생성된 패턴의 자기 상관 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 10은 각 패턴 별 최대 피크 대 최대 인접 피크 비를 나타낸 표이다.
도 11은 차동 상관(differential correlation) 기법 적용 시 SNR(Signal to Noise power Ratio: 신호 대 잡음 전력비)에 따른 패턴 종류별 동기 알고리즘의 검출 오류 확률을 나타낸 그래프이다.
도 12는 부분 상관(partial correlation) 기법 적용 시 SNR에 따른 패턴 종류별 대략적 동기 알고리즘의 검출 오류 확률을 나타낸 것이다.

개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

“제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 1은 LTE-Advanced 시스템의 PSS를 이용한 초기 셀 탐색 및 타이밍 동기를 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. WCDMA, LTE-Advanced 등의 비동기 방식 무선 이동 통신 시스템에서는 기지국 간 서로 다른 패턴의 동기 신호를 사용함으로써 단말의 기지국 구분 및 셀 선택, 초기 동기를 수행하도록 지원하고 있다. 도 1을 참조하여, LTE-Advanced 시스템의 경우를 예로 들어 단말의 초기 셀 탐색 및 동기 수행 과정에 대해 설명한다. 초기 셀 탐색은 각 셀에 할당된 세 종류의 PSS를 이용하여 기지국에서 전송된 프레임의 수신 여부 및 시작 위치를 판단하고 수신된 PSS의 cell ID를 결정하는 과정이다. 수신된 신호는 5 ms 구간 동안 cell ID에 따라 다른 3개의 기준 신호와 상관 연산이 수행된다. 기준 신호로는 각 셀에 할당된 세 종류의 PSS 신호가 사용되며, 기준 신호는 수신 신호와의 상관 값을 기초로 수신 신호의 셀 ID를 결정할 수 있도록 한다. 기준 신호는 참조 신호 등 다른 명칭으로 표현될 수도 있다. 수신 신호 r[n]과 기준 신호 s[n]의 상관 연산 과정은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 1에서

는 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT) 크기를 의미하며, n은 시간 영역 샘플의 인덱스를 의미한다.

는 s[n]의 공액 복소를 나타낸다. 수학식 1과 같은 상관 출력에 대하여, 단말은 임계값을 넘는 출력 중 최대값을 갖는 신호를 cell ID로 판단하며 셀 접속을 수행한다. 또한, 단말은 수학식 2와 같이 상관 출력의 최대값이 검출되는 위치

를 추정하여 해당 위치를 기준으로 프레임 동기를 수행한다.

이때, 기준 신호로 사용되는 세 종류의 PSS 신호는 각각 25, 29, 34의 루트 인덱스(root index)를 가지는 Zadoff Chu(ZC) 시퀀스로 구성되며, 주파수 영역에서 direct current(DC) 부반송파를 기준으로 63개의 부반송파에 할당된다. ZC 시퀀스는 종래의 CAZAC 시퀀스의 한 종류로써 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio) 및 자기상관(autocorrelation) 특성이 우수한 특징을 가지고 있다. 따라서, ZC 시퀀스는 직교 주파수 분할 다중 전송뿐만 아니라 SC-FDE(Single Carrier Frequency Domain Equalization), UWB(Ultra Wide Band) 등 다양한 시스템에서 동기용 기준 신호로 적용되고 있다. 루트 인덱스를 d로 표현할 때, 63 길이를 가지는 ZC 시퀀스는 수학식 3과 같이 정의된다.

도 2는 PSS의 부반송파 할당 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 수학식 3의 63 길이 ZC 시퀀스가 DC 인덱스를 기준으로 63개의 부반송파에 할당되며, DC 인덱스에는 0이 할당된다. DC 인덱스를

라 할 때 이와 같은 할당 구조는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

시간 영역 PSS 신호는 수학식 4의 주파수 영역 PSS 신호에 대한 역고속푸리에변환(Inverse Fourier Transform, IFFT) 출력으로 정의되며 이는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

기지국은 시간 영역 PSS 신호를 단말에 전송하여 단말과의 동기를 수행한다. 한편, 최근의 무선 이동 통신 시스템에서는 기지국 셀 커버리지 내에 다양한 저전력 노드를 추가하여 운용하는 이종 네트워크 기술의 적용을 고려하고 있다.

도 3은 LTE-Advanced의 이종 네트워크 기술에서 논의되고 있는 저전력 노드를 설명하기 위한 도면이다. 저전력 노드의 예로는, Hot zone cell(310), Relay node(320), Femto cell(330) 등이 있다. Hot zone cell(310)은 인구 밀집 지역에서의 충분한 성능 보장을 목적으로 망 사업자가 설치하는 노드로, 피코셀(pico cell)이라고도 표현된다. Hot zone cell(310)은 기지국과의 유선 인터페이스를 가진다. Relay node(320)은 셀 커버리지 확장 및 음영 지역 해소를 목적으로 망 사업자가 설치하는 노드로서 eNB(evolved NodeB)와의 무선 인터페이스를 가진다. Femto cell(330)은 특정 사용자 집단(CSG: Closed Subscriber Group)만을 서비스 대상으로 하는 실내용 저전력 노드로 주로 개인이 필요에 의해 구입하여 설치, 운용한다. Femto cell(330)의 기지국 인터페이스의 유, 무선 여부는 LTE-Advanced 표준 상에서 아직 결정되지 않은 상태이다.

펨토셀(330)과 같은 저전력 노드가 설치되어 이종 네트워크 환경이 구현됨에 따라 다수의 펨토셀이 밀집된 펨토 클러스터(femto cluster) 환경이 형성될 수 있다. 다수의 펨토셀이 인접해 있는 펨토 클러스터 환경에서는, 단말의 셀 선택 및 초기 동기를 위한 동기 신호 패턴의 중첩이 발생할 수 있다. 특히, LTE-Advanced의 PSS의 경우 인접 노드 간 동일한 패턴의 동기 신호를 사용하게 되는 패턴 중첩 현상이 더욱 빈번하게 발생할 것으로 예상된다.

도 4는 3개의 펨토셀이 인접해 있는 환경에서 발생하는 PSS 패턴 중첩 현상을 설명하기 위한 도면이다. 펨토셀이 3개 이상 밀집하는 경우 단말이 원활하게 셀 탐색을 하기 위해서는 기지국을 포함하여, 4개 이상의 노드를 구분할 수 있어야 한다. 그러나, 현재 LTE-Advanced 표준 상 PSS 패턴의 수는 3개이므로, 펨토셀이 3개 이상 밀집하고 있다면 4개의 노드 중 적어도 두 개의 노드는 동일한 PSS 패턴을 사용하는 패턴 중첩 현상이 발생한다. 도 4를 참조하면, 펨토셀 1, 펨토셀 2 및 펨토셀 3은 서로 다른 PSS 패턴을 사용하고 있으나, 기지국과 펨토셀 2의 PSS 패턴이 충돌하는 것을 확인할 수 있다. 즉, PSS 패턴의 수보다 더 많은 펨토셀이 밀집하는 환경에서는 패턴의 중첩이 발생하게 된다. 패턴 중첩 현상이 발생하면, 단말의 초기 셀 탐색 및 주파수 동기, 타이밍 동기 알고리즘의 성능 열화가 발생한다.

도 5는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 동기 신호를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 개시된 기술은 도 4를 참조하여 설명한, 이종 네트워크 환경에서 발생할 수 있는 동기 신호 패턴 중첩 현상을 방지하기 할 수 있도록 한다. 동기 신호 중첩 현상은 단말의 cell ID 검출 성능 열화 및 주파수, 타이밍 동기 성능의 열화를 야기할 수 있다. 개시된 기술에서는 동기 신호 패턴 중첩을 방지하기 위하여, 기존 동기 신호 패턴의 실수부 및 허수부 조합을 통해 펨토셀을 위한 새로운 동기 신호를 생성한다. 개시된 기술에 따라 새로운 동기 신호를 생성하는 경우, 기존 단말에 탑재된 상관기 내에서 연산되는 값들의 조합을 통해 새로운 동기 신호에 대한 상관 값을 산출할 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 새로운 동기 신호를 사용하더라도, 하드웨어의 증가가 필요하지 않다. 도 5에서는 LTE-Advanced의 PSS 신호 패턴 생성을 예로 들어 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 개시된 기술은 동일 시스템의 SSS 생성 및 타 시스템의 동기 신호 생성에도 동일하게 적용될 수 있다.

개시된 기술에 따른 새로운 동기 신호 생성 방법은, 기존의 동기 신호 패턴의 실수 성분들과 허수 성분들을 조합하여 새로운 동기 신호의 실수 성분과 허수 성분을 생성한다. 본 명세서에 실수 성분들과 허수 성분들을 조합한다는 것은, 상기 실수 성분들과 허수 성분들의 선형 연산을 포함할 수 있다. 즉, 실수 성분들과 허수 성분들을 서로 더하거나, 빼는 연산, 또는, 상기 실수 성분들과 허수 성분들의 크기를 변화 시키거나 이를 반전하여 더하는 연산이 포함될 수 있다. LTE-Advanced의 경우 PSS의 3개 패턴 중 root index가 29인 패턴

및 34인 패턴

이 수학식 6과 같은 관계를 가진다.

수학식 6과 같은 특성으로 인해

의 실수 성분 및 허수 성분로부터

의 실수 성분 및 허수 성분을 유도할 수 있다. 따라서, 개시된 기술을 LTE-Advanced에 적용하는 경우는

및

의 실수 성분 및 허수 성분만을 고려해도 된다. 이러한 경우, 조합 가능한 신호 성분은 다음의 수학식 7과 같이 8개가 있다.

수학식 7의 8개의 신호 성분을 조합해 새로운 실수 성분 및 허수 성분을 구성함으로써 새로운 동기 신호가 생성 될 수 있다.

도 5에서는 LTE-Advanced의 PSS 패턴 중 루트 인덱스(root index)가 25인 패턴

과 29인 패턴

을 기초로 새로운 PSS 동기 신호 패턴

을 생성한다. 도 5의

의 실수 성분은

의 실수 성분과

의 허수 성분을 더하여 생성되며,

의 허수 성분은

의 허수 성분과

의 실수 성분을 반전한 것을 더하여 생성된다. 수학식 8은 도 5에 도시된 바와 같이 생성된 새로운 동기 신호를 수학식 7에서 정의한 8개 신호의 조합으로 나타낸 것이다.

여기서

은 새로운 동기 신호의 부반송파 별 평균 전력이 기존 패턴과 동일한 값을 가지도록 하는 전력 표준화 상수이다.

도 6은 개시된 기술의 일 실시예에 따라 생성된 동기 신호의 상관 값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 일반적으로 단말의 셀 탐색을 위해서는 사용되는 동기 신호의 패턴 개수만큼의 상관기가 필요하며, 동기 신호의 패턴 수를 증가시키는 경우 단말에 추가적인 상관기 설치가 필요하다. 그러나, 개시된 기술에 따라 생성되는 새로운 동기 신호의 경우 별도의 상관기를 추가하지 않고 기존 단말에 탑재되는 상관기 내에서 계산되는 값을 조합하여 새로운 동기 신호의 상관 출력을 획득하는 것이 가능하다.

수학식 8과 같이 생성된 새로운 동기 신호가 전송되었을 때, 이에 대한 상관 값은 수학식 9와 같다.

수학식 7을 참고하면,참고하면,

및

은 루트 인덱스가 25인 PSS로부터 파생된 신호이며,

및

은 루트 인덱스가 29인 PSS로부터 파생된 신호이다. 수학식 9의 상관 값은 수학식 10과 같이 정리할 수 있다.

도 6의 PSS #0 correlator는 기존의 동기 신호

에 대한 상관 연산을 수행하는 상관기 이고, PSS #1 correlator는 기존의 동기 신호

에 대한 상관 연산을 수행하는 상관기이다. 도 6을 참조하면, 수학식 10의 상관 값은 기존의 상관기 PSS #0 correlator 및 PSS #1 correlator의 내부 연산에서 생성되는 값들의 조합으로 얻어질 수 있음을 확인할 수 있다. 본 명세서에서는 기존의 상관기의 내부 연산에서 생성되는 값을 부분 상관 값으로 정의한다. 예컨대, 수신 신호 r[n]과 기존의 기준 신호 S[n]과의 상관 연산 시에 생성되는 Re{r[n]}Re{s[n]}, Re{r[n]}Im{s[n]}, Im{r[n]}Re{s[n]}, Im{r[n]}Im{s[n]}이 부분 상관 값에 포함된다. 보다 구체적으로, 수학식 10의 각 항과 도 6에서 생성되는 부분 상관 값과의 관계를 살펴보면, 수학식 10의 (1) 항은 도 6의 610에서 연산되는 값, 수학식 10의 (2) 항은 도 6의 620에서 연산되는 값, 수학식 10의 (3) 항은 도 6의 630에서 연산되는 값, 수학식 10의 (4) 항은 도 6의 640에서 연산되는 값을 부호 반전한 값, 수학식 10의 (5) 항은 도 6의 680에서 연산되는 값, 수학식 10의 (6) 항은 도 6의 670에서 연산되는 값을 부호 반전한 값, 수학식 10의 (7) 항은 도 6의 660에서 연산되는 값, 수학식 10의 (8) 항은 도 6의 650에서 연산되는 값과 같다.

이와 같은 연관 관계에 의해 기존 상관기 내부에서 연산되는 값들의 조합으로 수학식 10의 상관 값을 얻을 수 있다. 또한, 설명을 위해 예로 든 동기 신호의 조합 방식 외에 다른 형태의 조합을 통해 동기 신호를 생성한 경우에도 이와 유사한 과정을 통해 상관 값을 얻을 수 있다.

도 7은 개시된 기술의 일 실시예에 따라 새로운 동기신호를 생성하고, 이에 대한 상관 값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 5 내지 도 6을 참조하여 설명한 부분은 본 실시 예에도 동일하게 적용될 수 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다. 도 7을 참조하여, 복수의 동기 신호를 포함하는 동기 신호 그룹으로부터 새로운 동기 신호를 생성하여 전송하는 방법을 설명한다. 상기 동기 신호 그룹은 예컨대, LTE-Advanced의 PSS(Primary Synchronization Signal) 신호 그룹을 포함할 수 있고, 상기 동기 신호 그룹에 속하는 동기 신호는

,

,

인 세가지 PSS 신호일 수 있다.

S710 단계에서, 기지국은 상기 동기 신호 그룹에 속하는 동기 신호의 실수 성분들 및 허수 성분들 중 적어도 하나의 성분을 조합하여 새로운 동기 신호의 실수 성분을 생성한다. 일 실시예에 따라, 상기 새로운 동기 신호의 실수 성분은 상기 적어도 하나의 성분에 대한 선형 연산을 통하여 생성될 수 있다. S720 단계에서, 기지국은 상기 동기 신호 그룹에 속하는 동기 신호의 실수 성분들 및 허수 성분들 중 적어도 하나의 성분을 조합하여 새로운 동기 신호의 허수 성분을 생성한다. 일 실시예에 따라, 상기 새로운 동기 신호의 허수 성분은 상기 적어도 하나의 성분에 대한 선형 연산을 통하여 생성될 수 있다. 상기 새로운 동기 신호는 상기 동기 신호 그룹에 속하는 동기 신호들과 다른 신호이다. 예컨대, 상기 새로운 동기 신호는 수학식 8의

일 수 있다.

S730 단계에서, 기지국은 상기 생성된 새로운 동기 신호를 단말에 전송한다. 전송된 동기 신호는 기준 신호와 상관 값을 산출하여 단말이 해당 셀과 동기화하는데 사용된다. 본 실시예에서는, 복수의 기준 신호를 포함하는 기준 신호 그룹으로부터 생성되는 새로운 기준 신호가 상기 상관 값을 산출하는데 사용된다. 상기 새로운 기준 신호는 상기 기준 신호 그룹에 포함된 기준 신호와 다른 신호이다. 예컨대, 상기 새로운 기준 신호는 상기 기준 신호 그룹에 속한 기준 신호들의 실수 성분들과 허수 성분들의 조합으로 표현될 수 있다. 상기 기준 신호 그룹은 상기 동기 신호 그룹과 마찬가지로, LTE-Advanced의 PSS(Primary Synchronization Signal) 신호 그룹을 포함할 수 있고, 상기 기준 신호 그룹에 속하는 기준 신호는

,

,

인 세가지 PSS 신호일 수 있다. 새로이 생성된 기준 신호는 수학식 8의

일 수 있다.

S740 단계에서, 단말에 포함된 복수의 상관기가 상기 기준 신호 그룹에 속하는 기준 신호와 상기 수신 신호의 상관 값을 산출한다. 상기 복수의 상관기 각각은 상관 연산을 수행하는 과정에서, 부분 상관 값을 생성한다. S750 단계에서, 단말은 상기 부분 상관 값을 조합하여, 상기 새로운 기준 신호와 상기 수신 신호의 상관 값을 산출한다. 이때, 상관 값은 예컨대, 수학식 9 또는 10에 기재된 바와 같이 계산될 수 있다. 단말은 상기 부분 상관 값을 더하거나 빼는 방법으로 수학식 9또는 10의 상관 값을 산출할 수 있다.

S760 단계에서, 단말은 상기 산출된 상관 값을 기초로 기지국과의 동기화를 수행한다. 일 실시예에 따라, 단말은 S750 단계에서 복수의 서로 다른 새로운 동기 신호(

)에 대하여 산출된 각각의 상관 값 중 최대 값을 갖는

신호와 주파수 동기를 수행할 수 있다. 또한, 단말은 상기 주파수 동기를 수행하는

신호에 대하여, 수학식 2과 같이 상관 값이 최대가 되는 위치(

)를 추정하여 상기 위치를 기준으로 프레임 동기를 수행할 수 있다.

개시된 기술에 따른 동기 신호 생성 기법은 상기 수학식 7의 8개의 신호 성분을 어떻게 조합하여 실수 성분 및 허수 성분을 구성하느냐에 따라 다양한 종류의 새로운 동기 신호를 생성할 수 있다. 다만, 새로이 생성된 신호가 현실적으로 적용되기 위해서는, 새롭게 생성된 동기 신호가 다음과 같은 조건을 만족할 필요가 있다. 제1 조건은 기존 세 종류의 PSS와의 상호 상관도가 충분히 낮아야 한다는 것이다. 제2 조건은 개시된 기술에 따른 동기 신호 생성 방법을 통해 생성되는 새로운 동기 신호들 간의 상호 상관도 역시 충분히 낮아야 한다는 것이다. 제3 조건은 동일한 타이밍 동기 알고리즘을 적용할 때, 새로운 동기 신호를 이용하는 경우, 기존 세 종류의 PSS를 이용하여 타이밍 동기를 수행하는 경우와 유사하거나 더 우수한 성능을 보여야 한다는 것이다. 제4 조건은 동일한 주파수 동기 알고리즘을 적용할 때 기존 세 종류의 PSS를 이용하여 주파수 동기를 수행하는 경우와 유사하거나 더 우수한 성능을 보여야 한다는 것이다. 도 8 내지 도 12는 새로운 동기 신호가 상기 네 가지 조건을 만족하는지 여부를 확인하기 위한 실험에 대한 결과를 보여준다.

도 8은 개시된 기술의 일 실시예에 따라 생성된 5개의 패턴에 대하여 실수부, 허수부 및 패턴 간 상호 상관 출력을 정리한 표이다. 제1 조건과 제2 조건을 만족하는지 여부를 확인하기 위하여, 기존 세 종류의 PSS 및 개시된 기술에 따른 방법으로 생성된 5개의 패턴 간 온타임(on-time) 위치에서의 상호 상관도 비교를 수행하였다. 패턴의 우수성 평가를 위해 적용된 상호 상관도의 허용 수치는 기존 패턴 간 상호 상관도가 0.2 이내임을 고려하여 0.2 내외로 규정하였다. 도 8에 개시된 새로이 생성된 5개의 패턴은 기존 세 종류의 PSS와의 상호 상관도 및 다른 새로이 생성된 패턴과의 상호 상관도가 모두 0.2 내외로 안정적이다. 따라서, 도 8의 다섯 개의 패턴은 제1 조건 및 제2 조건을 만족함을 확인할 수 있다.

도 9는 기존 세 종류의 PSS 및 개시된 기술의 일 실시예에 따라 생성된 패턴의 자기 상관 패턴을 나타낸 그래프이다. 새로이 생성된 패턴이 제3 조건을 만족하는 것을 확인하기 위하여, 기존 세 종류의 PSS 및 새로이 생성된 5개의 패턴 각각의 자기 상관 출력에 대한 최대 피크(maximum peak) 대 최대 인접 피크(maximum side peak) 비율 비교를 수행하였다. 도 9를 참조하면, 자기 상관 패턴은 동기 신호의 종류에 무관하게 유사한 형태로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 9를 참조하면, 샘플 인덱스(sample index)가 0인 온타임 위치에서 최대 피크가 발생하는 한편, 최대 피크의 바로 이전 또는 이후 위치에서 최대 인접 피크가 발생하는 것을 확인할 수 있다.

도 10은 각 패턴 별 최대 피크 대 최대 인접 피크 비를 나타낸 표이다. 일반적으로 최대 피크와 최대 인접 피크의 차이가 클수록 온타임 지점의 검출이 용이하므로 타이밍 동기 시 우수한 성능을 보인다. 도 10을 참조하면, 기존 세 종류의 PSS는 최대 피크 대 최대 인접 피크 비가 약 0.4 내외의 값을 보이는 한편, 개시된 기술의 일 실시예에 따라 생성된 패턴의 경우도 이와 유사한 값을 나타냄을 확인할 수 있다. 따라서 개시된 기술에 따라 생성된 패턴을 이용한 타이밍 동기 시 기존 세 종류의 PSS의 경우와 유사한 성능을 보일 것을 예측할 수 있다. 즉, 다섯 개의 새로이 생성된 패턴은 제3 조건을 만족하는 것을 확인할 수 있다.

도 11은 차동 상관(differential correlation) 기법 적용 시 SNR(Signal to Noise power Ratio: 신호 대 잡음 전력비)에 따른 패턴 종류별 동기 알고리즘의 검출 오류 확률을 나타낸 그래프이다. 상기 제4 조건을 만족하는지 여부를 확인하기 위하여, 기존 세 종류의 PSS 및 새로이 생성된 5개의 패턴 각각의 대략적 주파수 동기 성능을 검증하였다. 성능 검증을 위한 모의실험은 도심지 환경을 모델링한 채널환경인 COST207 TU 모델을 통해 수행되었다. 모의실험 주요 파라미터로써 FFT 크기 NFFT=128, 반송파 주파수 2.6GHz, 대역폭 1.25MHz, 이동체 속도 60km/h, 정규화된 주파수 오프셋 1.25를 적용하였다. 주파수 동기 알고리즘은 주파수 선택적 채널 환경에서 일반적으로 가장 우수하다고 알려져 있는 differential correlation 기법 및 LTE-Advanced 시스템에 가장 적합하다고 알려진 partial correlation 기법을 적용하였다. 성능 평가 방법으로서 각 알고리즘에 대한 검출 오류 확률을 비교하였다. 검출 오류 확률은 대략적인 동기 알고리즘을 통해 추정된 정수배 주파수 오프셋 값이 발생된 실제 정수배 오프셋 값과 일치하지 않을 확률을 의미한다.

Differential correlation 기법 및 partial correlation 기법은 일반적으로 잘 알려진 대략적 주파수 오프셋 추정 기법에 해당하므로 이하에서는 수학식으로 추정 과정만을 간략히 설명한다. differential correlation 기법은 차동 상관된 수신 신호 및 PSS 기준 신호 간의 상관을 이용한다. 주파수 영역 수신 신호를 R(k), 주파수 영역 PSS 기준 신호를 S(k)라 할 때 추정 과정은 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.

또한, partial correlation 기법은 전체 상관 구간을

개 부반송파 단위의 블록으로 나누어 상관을 취하는 방법으로 추정 과정은 수학식 12와 같다.

differential correlation 기법 적용 시 기존 세 종류의 PSS 중 루트 인덱스가 25인 패턴의 경우가 가장 열악한 검출 오류 확률을 보이는 한편, 개시된 기술의 일 실시예에 따라 새로이 생성된 5개의 패턴은 모두 그보다 우수한 성능을 보임을 확인할 수 있다.

도 12는 partial correlation 기법 적용 시 SNR에 따른 패턴 종류별 대략적 동기 알고리즘의 검출 오류 확률을 나타낸 것이다. 도 12를 참조하면, partial correlation 기법 적용 시 기존 세 종류의 PSS 중 루트 인덱스가 34인 패턴의 경우가 가장 열악한 검출 오류 확률을 보이는 한편, 개시된 기술을 통해 새로이 생성된 5개의 패턴은 모두 그보다 우수한 성능을 보임을 확인할 수 있다. 도 11 및 도 12의 결과를 종합할 때 새로이 생성된 다섯 개의 패턴은 제4 조건을 만족함을 인할 수 있다.

이러한 개시된 기술인 시스템 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 기술의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

1. 복수의 동기 신호를 포함하는 동기 신호 그룹으로부터 새로운 동기 신호를 생성하여 전송하는 방법에 있어서,
   상기 동기 신호 그룹에 속하는 동기 신호의 실수 성분들 및 허수 성분들 중 적어도 하나의 성분을 조합하여 상기 새로운 동기 신호의 실수 성분을 생성하는 단계;
   상기 동기 신호 그룹에 속하는 동기 신호의 실수 성분들 및 허수 성분들 중 적어도 하나의 성분을 조합하여 상기 새로운 동기 신호의 허수 성분을 생성하는 단계; 및
   상기 생성된 새로운 동기 신호를 단말에 전송하는 단계를 포함하고,
   상기 새로운 동기 신호는 상기 동기 신호 그룹에 속하는 동기 신호들과 다른 신호인 동기 신호 전송 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 실수 성분을 생성하는 단계는, 상기 적어도 하나의 성분에 대한 선형 연산을 통하여 새로운 동기 신호의 실수 성분을 생성하는 단계를 포함하고,
   상기 허수 성분을 생성하는 단계는, 상기 적어도 하나의 성분에 대한 선형 연산을 통하여 새로운 동기 신호의 허수 성분을 생성하는 단계를 포함하는 동기 신호 전송 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 동기 신호 그룹은 LTE-Advanced의 PSS(Primary Synchronization Signal) 신호 그룹을 포함하는 동기 신호 전송 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 동기 신호는 Zadoff Chu(ZC) 시퀀스를 기반으로 얻어지는 동기 신호 전송 방법.
5. 복수의 기준 신호를 포함하는 기준 신호 그룹으로부터 생성되는 새로운 기준 신호와, 단말이 기지국으로부터 수신하는 수신 신호의 상관 값을 산출하는 방법에 있어서,
   상기 단말이 상기 기지국으로부터 상기 수신 신호를 수신하는 단계;
   복수의 상관기가 상기 기준 신호 그룹에 속하는 기준 신호와 상기 수신 신호의 상관 값을 산출하는 단계;
   상기 상관 값을 산출하는 단계에서 생성되는 부분 상관 값을 상기 복수의 상관기로부터 제공받는 단계; 및
   상기 제공된 부분 상관 값을 조합하여, 상기 새로운 기준 신호와 상기 수신 신호의 상관 값을 산출하는 단계를 포함하고,
   상기 새로운 기준 신호는 상기 기준 신호 그룹에 포함된 기준 신호와 다른 신호인 상관 값 산출 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 새로운 기준 신호는 상기 기준 신호 그룹에 속한 기준 신호들의 실수 성분들과 허수 성분들의 조합으로 표현될 수 있는 상관 값 산출 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 부분 상관 값은,
   

   

   
   (여기서,

   

   은 수신신호, s[n]는 상기 기준 신호 그룹에 속하는 기준 신호를 나타냄)을 포함하는 상관 값 산출 방법.
8. 제5항에 있어서,
   상기 산출된 상관 값을 기초로 기지국과의 동기화를 수행하는 단계를 더 포함하는 상관 값 산출 방법.
9. 제5항에 있어서,
   상기 상관 값을 산출하는 단계는, 복수의 서로 다른 새로운 기준 신호

   

   에 대하여,
   

   

   
   (여기서,

   

   은 수신신호,

   

   는

   

   의 공액 복소를 나타냄)에 따라 각각의 상관 값을 산출하는 단계를 포함하고,
   상기 산출된 각각의 상관 값 중 최대 값을 갖는 새로운 기준 신호와 주파수 동기를 수행하는 단계를 더 포함하는 동기 수행 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 동기를 수행하는 단계는, 상기 각각의 상관 값 중 최대 값을 갖는 새로운 기준 신호에 대하여,
    

    

    
    인, 상관 값이 최대가 되는 위치(

    

    )를 추정하여 상기 위치를 기준으로 프레임 동기를 수행하는 단계를 더 포함하는 동기 수행 방법.
11. 복수의 기준 신호를 포함하는 기준 신호 그룹으로부터 생성되는 새로운 기준 신호와, 단말이 기지국으로부터 수신하는 수신 신호의 상관 값을 산출하는 방법에 있어서,
    상기 단말이 상기 기지국으로부터 상기 수신 신호를 수신하는 단계;
    복수의 상관기(correlator)-상기 복수의 상관기 각각은 상기 기준 신호 그룹에 속한 서로 다른 기준 신호에 대한 상관 연산을 수행함-가 부분 상관 값을 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 부분 상관 값을 조합하여, 상기 새로운 기준 신호와 상기 수신 신호의 상관 값을 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 새로운 기준 신호는 상기 기준 신호 그룹에 포함된 기준 신호와 다른 신호인 상관 값 산출 방법.

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