WO2012039531A1 - 기준 신호 생성 장치 및 이를 이용한 프리앰블 시퀀스 검출 장치 - Google Patents

기준 신호 생성 장치 및 이를 이용한 프리앰블 시퀀스 검출 장치 Download PDF

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WO2012039531A1
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지승환
임용훈
이은진
양승익
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주식회사 이노와이어리스
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Definitions

  • the present invention relates to a method for shortening a detection time of a PRACH signal synchronization and a preamble sequence of an LTE uplink system. More particularly, the present invention relates to a method for reducing a time for detecting a preamble sequence using an inverse discrete Fourier transform.
  • the LTE system based on the Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) scheme is currently being discussed in the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) as a next generation mobile communication system to replace the Universal Mobile Telecommunication System (UMTS), which is the third generation mobile communication standard.
  • the OFDM method transmits data by using multiple subcarriers in the frequency domain, and maintains orthogonality between subcarriers, thereby increasing frequency efficiency and providing selective frequency fading and multipath fading.
  • Inter-symbol interference can be reduced by using a strong and protected interval (CP).
  • CP strong and protected interval
  • the structure of the equalizer is simple in hardware, it has a strong advantage against impulse noise, and thus an optimum transmission efficiency can be obtained in high-speed data transmission.
  • 3GPP LTE uplink performs a Discrete Fourier Transform (DFT) before subcarrier mapping to solve a Peak to Average Power Ratio (PAPR) problem of OFDM technology.
  • DFT Discrete Fourier Transform
  • PAPR Peak to Average Power Ratio
  • SC-FDMA SC-FDMA in LTE.
  • Zadoff-Chu CAZAC hereinafter referred to as 'Constant Amplitude Zero Auto'
  • CAZAC is a code used to generate a reference signal (RS).
  • the LTE uplink channel includes a physical uplink control channel (PUCCH), a physical uplink shared channel (PUSCH), a physical random access channel (PRACH), and a sounding reference (SRS). Signal) Channel is used.
  • the PRACH is an LTE uplink channel transmitted by the terminal for initial synchronization.
  • the PUCCH is an LTE uplink control channel and includes CQI information and ACK / NACK.
  • PUSCH is an LTE uplink data channel.
  • SRS is one of RS (Reference Signal) of the LTE uplink by periodically transmitting the terminal, thereby maintaining the synchronization of the terminal to the initial synchronization of the uplink using the PRACH.
  • the channel quality of the uplink is notified and used as input information of the base station uplink scheduler.
  • the random access procedure is used for the terminal to synchronize time with the network or to acquire radio resources for transmitting uplink data.
  • a terminal transmits one preamble through a physical random access channel (PRACH), which is an uplink physical channel.
  • PRACH physical random access channel
  • the preamble selects and transmits one of the 64 preambles.
  • the base station When the base station receives the preamble transmitted by the terminal, the base station transmits a random access response on the downlink physical channel when the base station receives the preamble transmitted by the terminal.
  • the base station transmits an acknowledgment (ACK) or a negative response (Not-Acknowledgment (NACK)) to the terminal through the random access response.
  • ACK acknowledgment
  • NACK Neg-Acknowledgment
  • the UE After the UE receives 64 usable preambles (ie, sequences) from the base station, the UE uses one sequence selected from the allocated sequences for the random access procedure.
  • the base station has information about all possible sequences and must calculate the correlations for all sequences simultaneously.
  • the maximum number of preambles allocated to the terminal is 64. In this case, since the base station must detect one sequence selected and transmitted by the terminal, 64 correlators must be simultaneously implemented.
  • An object of the present invention is to propose a method in which a base station uses a small amount of hardware resources with a simple method and detects a preamble sequence used by a terminal among a plurality of preamp sequences.
  • An object of the present invention is to propose a method for reducing the time required for a base station to detect a preamble sequence used in a terminal among a plurality of preamp sequences.
  • the problem to be solved by the present invention is to obtain the synchronization between the terminal and the base station by calculating the starting point of the sequence of the CP and the sequence constituting the PRACH, using this to reduce the time required to detect the preamble sequence used by the terminal It is to suggest a way to make.
  • the reference signal generation apparatus of the present invention receives a first signal having a predetermined value and outputs a plurality of second signals having a length of 839, and a discrete Fourier signal from the second signal received from the preamble sequence generator.
  • the preamble sequence detection apparatus of the present invention receives a first signal having a predetermined value and outputs a plurality of second signals having a length of 839, and a discrete Fourier signal from the second signal received from the preamble sequence generator.
  • a discrete Fourier transform unit for converting a frequency domain signal into a frequency domain signal, a subcarrier mapping unit for subcarrier mapping the frequency domain signal output from the discrete Fourier transform unit, and a signal having a length of 2 n (n: natural number) from the subcarrier mapping unit
  • a reference signal generator including an inverse discrete Fourier transform and an inverse discrete Fourier transform to convert to a time domain signal having a length of 2 n (n: natural number);
  • a PRACH for receiving a physical random access channel (PRACH) signal transmitted from a terminal
  • PRACH physical random access channel
  • the apparatus for detecting a preamble sequence calculates a point at which a sequence starts from a CP and a sequence configuring a PRACH, thereby obtaining synchronization between a terminal and a base station, and using the base station to detect a preamble sequence used by the terminal. Shorten the time required.
  • 1 is a view showing a method of performing a random access process in an LTE system
  • FIG. 2 illustrates a structure of a PRACH transmitted from a terminal to a base station according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a process of generating a reference signal using 64 preamble sequences in a base station according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of detecting a preamble sequence transmitted by a terminal through a PRACH in a base station according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is another block diagram illustrating a configuration of detecting a preamble sequence transmitted by a terminal through a PRACH in a base station according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an operation performed by a divider according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • preamble sequence generator 302 839-DFT unit
  • Subcarrier Mapping Unit 306 2048-IDFT Unit
  • the structure of the PRACH consists of a CP and a sequence.
  • Table 1 below shows random access preamble parameters of the PRACH.
  • the base station determines to use one preamble format among the preamble formats according to the channel environment or the cell radius, and broadcasts information on the preamble format to the terminal located in the cell.
  • the terminal receives the broadcasted preamble format and configures the PRACH using the received information.
  • the LTE system transmits and receives data by inserting a guard interval in which a cyclic prefix (CP) is input to a transmission signal in a symbol unit as a method for reducing the influence of multipath (ghost). That is, by increasing the symbol period of the transmitted signal, by inserting the guard interval inputted by the CP to transmit data, it is possible to reduce the inter-symbol interference that may be caused by the delay of the received symbols through the multipath, It can be maintained to reduce the interference between channels.
  • CP cyclic prefix
  • the terminal selects one preamble sequence among the available preamble sequences and transmits it to the PRACH.
  • the terminal may select one preamble sequence among the 64 available preamble sequences and transmit the selected preamble sequence to the PRACH.
  • the PRACH may know that the same signal as the CP is located at the end of the sequence.
  • the present invention proposes a method of acquiring synchronization using a signal transmitted on a PRACH.
  • the present invention obtains synchronization by using the signal received by the PRACH using Equation 1 below.
  • the present invention calculates a correlation between a signal received from a terminal and a signal shifted at a predetermined interval.
  • the correlation information having the largest value among the calculated correlation values is used to obtain time information that the terminal transmits a signal to the PRACH. That is, the base station should acquire synchronization with the terminal in order to perform smooth communication.
  • the synchronization acquisition is obtained by calculating a correlation between the signal received from the terminal and the signal moving the received signal at regular intervals as described above. do.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a process of generating a reference signal using 64 preamble sequences in a base station according to an embodiment of the present invention.
  • a process of generating a reference signal using 64 preamble sequences according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3.
  • a block for generating a reference signal includes a preamble sequence generator 300, a discrete Fourier transform (DFT) unit 302, a subcarrier mapping unit 304, and an inverse discrete Fourier transform (Inverse Discrete Fourier). Transform (IDFT) unit 306 is included.
  • DFT discrete Fourier transform
  • subcarrier mapping unit 304 subcarrier mapping unit 304
  • IDFT inverse discrete Fourier transform
  • Transform (IDFT) unit 306 is included.
  • Orthogonal sequences may be used for transmission of control information.
  • An orthogonal sequence refers to a sequence having excellent correlation characteristics.
  • An example of an orthogonal sequence is a constant amplitude zero auto-correlation (CAZAC) sequence.
  • the k-th element c (k) of the primitive ZC sequence having a root index M may be expressed as follows.
  • index M is a natural number less than or equal to N, and M and N are relatively prime. If N is a prime number, the number of root indexes of the ZC sequence is N-1.
  • Equation 3 means that the size of the ZC sequence is always 1
  • Equation 4 means that auto correlation of the ZC sequence is represented by a Dirac-delta function.
  • the autocorrelation here is based on circular correlation.
  • Equation 5 means that cross correlation is always constant.
  • the terminal needs to know the raw index or group of raw indexes available in the cell.
  • the base station must broadcast a usable raw index or a group of raw indexes to the terminal.
  • the raw indexes are less than N by the number of relative primes. If N is prime, the number of raw indexes is N-1. In this case, the base station informs the terminal of any one of the N-1 raw indexes.
  • Each cell may use a different number of raw indices depending on the cell radius.
  • Larger cell radius can reduce the number of ZC sequences that can maintain orthogonality through cyclic shifts due to propagation delay or round trip delay and / or delay spread. have. That is, as the cell radius increases, the number of cyclic shifts available in the corresponding raw index may be reduced even if the length of the ZC sequence is constant.
  • sequences generated by cyclic shifts in a raw index are also called zero correlation zone (ZCZ) sequences because they are orthogonal to each other. Since the minimum number of ZC sequences allocated to the UE for each cell must be guaranteed, when the cell radius increases, the minimum number of ZC sequences can be secured by increasing the number of raw indexes used in the cell.
  • the preamble sequence generator 300 shifts the ZC sequence generated using the CAZAC code to generate 64 preamble sequences.
  • the DFT unit 302 performs Discrete Fourier Transform on the 64 preamble sequences generated by the preamble sequence generator 300.
  • the DTF unit 302 performs an 839-DTF to convert to the frequency domain. That is, when an input signal having a length of 839 which is a prime number is input, the 839-DFT is performed, and a signal having a length of 839 which is a prime number is output.
  • the subcarrier mapping unit 304 maps the preamble sequence converted into the frequency domain to a desired frequency band.
  • the IDFT unit 306 performs inverse discrete Fourier transform to convert the preamble sequence signal mapped to the frequency band into the time domain.
  • the IDFT unit performs 2 n (n; natural numbers) -IDFTs. For example, when an input signal having a length of 2048 is input, the IDFT unit performs a 2048-IDFT and outputs a signal having a length of 2048.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of detecting a preamble sequence transmitted by a terminal through a PRACH in a base station according to an embodiment of the present invention.
  • a process of detecting a preamble sequence transmitted from the terminal to the PRACH by the base station will be described in detail with reference to FIG. 4.
  • the detection block diagram includes a PRACH receiver 400, a delay adjuster 402, a first correlation unit 404, a first determiner 406, a downsampling unit 408, and a reference signal generator 410. ), A second correlation unit 412, a second determination unit 414, a preamble sequence, and a time offset detection unit 416.
  • the PRACH receiver 400 receives a signal transmitted from the terminal to the PRACH. As described above, the UE selects one preamble sequence among the available preamble sequences, performs DFT, subcarrier mapping, and inverse DTF, and then adds a CP for guard interval insertion to help improve the performance of the PRACH receiver in the time domain. Transmit to base station.
  • the PRACH receiver 400 transmits the signal received by the PRACH to the delay unit.
  • the delay adjuster 402 delays the signal having a plurality of signals having an integer multiple of the unit length from the signal received from the PRACH receiver 400 by a predetermined length unit of the received signal. That is, the R (i) signal and R (m + i) described in Equation 1 are generated.
  • the generated signal is transmitted to the first correlation part 404.
  • the first correlation unit 404 measures the correlation between the R (i) signal and R (m + i) transmitted according to the equation described in Equation 1, and measures the result of the first determination unit 406. To pass.
  • the first determination unit 406 determines the signal having the largest correlation according to the received correlation, and obtains the time information that the terminal transmits the signal to the PRACH based on the determined correlation.
  • the down sampling unit 408 performs down sampling on the signal having a length of 24576 to have a length of 2 n (n; natural number), and then transfers the signal to the second correlation unit 412.
  • the down sampling unit may perform down sampling on a signal having a length of 24576 to have a length of 2 n (n: natural number), and then transfer the signal to the second correlation unit 412.
  • the reference signal generator 410 generates 64 reference signals which have been subjected to DFT, subcarrier mapping, and inverse DTF with respect to the 64 preamble sequences generated as described with reference to FIG. 3.
  • the reference signal generator 410 transmits the generated reference signal to the second correlation unit 412.
  • the second correlation unit 412 detects a correlation between the signal received from the down sampling unit 408 and the reference signal received from the reference signal generator 410.
  • Equation 6 is a formula for detecting the correlation between the signal received from the down sampling unit 408 and the reference signal received from the reference signal generator 412.
  • the second correlation unit 412 transfers the correlation r F detected using Equation 6 to the second determination unit 414.
  • the second determination unit 414 detects the correlation having the largest value by using the correlation received from the correlation unit and transfers the information about the correlation to the preamble sequence and the time offset detection unit 416.
  • the preamble sequence and time offset detection unit 416 may determine the preamble sequence used by the terminal by checking the corresponding reference signal based on the received correlation. That is, the correlation between the reference signal using the same preamble sequence as the preamble sequence used for the signal received by the PRACH receiver 400 and the signal received by the PRACH receiver 400 has the largest value.
  • the base station can detect a time offset associated with the preamble sequence used by the terminal and the time information transmitted by the PRACH.
  • the present invention has an advantage that the detection time can be shortened by detecting the preamble sequence using 2 n (n: natural number) -IDFT instead of detecting the preamble sequence using the existing 24576-IDFT.
  • FIG. 5 is another block diagram illustrating a configuration of detecting a preamble sequence transmitted by a terminal through a PRACH in a base station according to an embodiment of the present invention.
  • a process of detecting a preamble sequence transmitted from the terminal to the PRACH by the base station will be described in detail with reference to FIG. 5.
  • a splitter 500 and a signal length adjuster 502 are added to the detection block diagram in comparison with FIG. 4.
  • the division unit and the signal length adjusting unit 502 will be described with reference to FIG. 5.
  • the divider 500 receives a plurality of reference signals generated by the reference signal generator. As illustrated in FIG. 6, the divider 500 generates a new reference signal by combining a signal located in an odd register of the first reference signal and an even register of the second reference signal among the input reference signals. . That is, the divider 500 generates one new reference signal by combining two reference signals among the received reference signals. As described above, the dividing unit 500 generates the first generation reference signal by combining the first reference signal and the second reference signal, and generates the second generation reference signal by combining the third reference signal and the fourth reference signal. do. Of course, the divider 500 may generate one new reference signal by combining at least two reference signals among the received reference signals. For example, the divider 500 may generate one new reference signal by combining three reference signals among the received reference signals. The dividing unit 500 transmits the generated generation reference signal to the signal length adjusting unit 502.
  • the signal length adjustment part 502 adjusts the signal length to something less than 2 n to further reduce operation and length value of the 2 n.
  • the signal length adjusting unit 502 transmits the adjusted signal to the second correlator 412.
  • the down-sampled signal from the down sampling unit 408 is also transmitted to the signal length adjusting unit 504, and the signal length adjusting unit 504 also signals with a value less than 2 n to further reduce arithmetic at a value of 2 n lengths. Adjust the length.
  • the second correlation unit 412 detects a correlation between the signal received from the down sampling unit 408 and the reference signal received from the division unit 500.
  • Equation 7 is a formula for detecting a correlation between the signal received from the downsampling unit 408 and the reference signal received from the divider 412 by the second correlation unit 412.
  • the second correlation unit 412 transmits the correlation r F detected using Equation 7 to the determination unit. Subsequently, operations of the second determiner, the preamble sequence, and the time offset detector are the same as in FIG. 4.

Abstract

본 발명은 LTE 업링크 시스템의 PRACH 신호 동기 및 프리앰블 시퀀스를 검출 시간을 단축시키기 위한 방안에 관한 것으로 더욱 상세하게는 역이산 푸리에 변환을 이용하여 프리앰블 시퀀스를 검출하는 시간을 단축시키는 방안에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명의 프리앰블 시퀀스 검출 장치는 소정 길이의 제1신호를 입력받아 839 길이를 갖는 복수 개의 제 2신호를 출력하는 프리앰블 시퀀스 생성부와 상기 프리앰블 시퀀스 생성부로부터 전달받은 제2신호를 이산 푸리에 변환하여 주파수 영역 신호로 변환하는 이산 푸리에 변환부와 상기 이산 푸리에 변환부에서 출력된 주파수 영역 신호를 부반송파 매핑하는 부반송파 매핑부와 상기 부반송파 매핑부로부터 2n길이를 갖는 신호를 입력받아 역 이산 푸리에 변환하여 2n길이를 갖는 시간 영역 신호로 변환하는 역 이산 푸리에 변환부를 포함하는 기준신호 생성부, 단말로부터 전송된 물리 랜덤 접속 채널(PRACH) 신호를 수신하는 PRACH 수신부, 상기 기준신호 생성부로부터 수신한 기준신호와 상기 PRACH 수신부로부터 수신한 신호의 상관도를 검출하는 제2상관부를 포함한다.

Description

기준 신호 생성 장치 및 이를 이용한 프리앰블 시퀀스 검출 장치
본 발명은 LTE 업링크 시스템의 PRACH 신호 동기 및 프리앰블 시퀀스를 검출 시간을 단축시키기 위한 방안에 관한 것으로 더욱 상세하게는 역이산 푸리에 변환을 이용하여 프리앰블 시퀀스를 검출하는 시간을 단축시키는 방안에 관한 것이다.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 기반한 LTE 시스템은 제3세대 이동통신 표준인 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)를 대신할 차세대 이동통신 시스템으로서 현재 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 논의되고 있다. OFDM 방식은 주파수 영역에서 다중의 부반송파(Subcarrier)를 이용하여 데이터를 전송하는 방식으로 부반송파들 간의 직교성(Orthogonality)을 유지하여 전송하기 때문에 주파수 효율이 높고 선택적 페이딩(Frequency Selective Fading)과 다중경로 페이딩에 강하고 보호구간(CP : Cyclic Prefix)을 이용하여 심볼간 간섭을 줄일 수 있다. 또한, 하드웨어적으로는 등화기 구조가 간단하여 임펄스(Impulse) 잡음에 강한 장점이 있어 고속 데이터 전송시 최적의 전송효율을 얻을 수 있다.
3GPP LTE 상향링크는 OFDM 기술의 PAPR(Peak to Average Power Ratio) 문제를 해결하기 위하여 부반송파 매핑(Mapping) 전에 이산 푸리에 변환(DFT : Discrete Fourier Transform)을 수행한다. 이러한 기술을 LTE에서는 SC-FDMA라 한다. LTE 상향링크에서는 PRACH를 이용한 초기 동기 설정과 SRS를 이용한 동기 유지를 위하여 자기상관(Auto-correlation) 및 교차상관(Cross-correlation) 특성이 좋은 Zadoff-Chu CAZAC(이하, 'CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto Correlation) 코드'라 칭함)를 사용한다. CAZAC은 RS(Reference Signal) 생성에 사용되는 코드이다.
LTE 상향링크 채널에는 PUCCH(Physical Uplink Control Channel; 물리 업링크 제어 채널), PUSCH(Physical Uplink Shared Channel; 물리 업링크 분할 채널), PRACH(Physical Random Access Channel; 물리 랜덤 억세스 채널), SRS(Sounding Reference Signal) Channel이 사용된다. PRACH는 초기 동기를 맞추기 위하여 단말이 전송하는 LTE 상향링크 채널이다. PUCCH는 LTE 상향링크 제어 채널로서, CQI 정보 및 ACK/NACK 등을 포함한다. PUSCH는 LTE 상향링크 데이터 채널이다. SRS는 LTE 상향링크의 RS(Reference Signal) 중 하나로 단말이 주기적으로 전송함으로써, PRACH를 이용하여 상향링크의 초기 동기를 맞춘 단말의 동기를 유지하게 한다. 또한, 상향링크의 채널 품질을 알려주어 기지국 상향링크 스케쥴러의 입력 정보로 이용한다.
도 1은 LTE 시스템에서 랜덤 액세스 과정을 수행하는 방법을 나타낸 도면이다. 랜덤 액세스 과정은 단말이 네트워크와 시간 동기를 맞추거나, 상향링크 데이터를 전송하기 위한 무선자원을 획득하기 위해 사용된다.
도 1을 참조하면, 단말은 하나의 프리앰블을 상향링크 물리채널인 PRACH(physical random access channel)을 통해 전송한다. 상기 프리앰블은 64개의 프리앰블들 중 하나를 선택하여 전송한다.
단말이 전송한 프리앰블을 수신하면 기지국은 단말이 전송한 프리앰블을 수신하면 기지국은 하향링크 물리채널로 랜덤 엑세스 응답(Random Access Response)을 전송한다. 기지국은 상기 랜덤 엑세스 응답을 통해 긍정적인 응답(Acknowledgment; ACK) 또는 부정적인 응답(Not-Acknowledgment; NACK)을 단말에게 전송한다.
단말은 자신이 사용가능한 64개의 프리앰블들(즉, 시퀀스들)을 기지국으로부터 할당받은 후, 할당된 시퀀스들 중에서 선택한 하나의 시퀀스를 프리앰블로 랜덤 액세스 과정에 사용한다. 기지국은 가능한 모든 시퀀스들에 관한 정보를 있으며, 모든 시퀀스에 대한 상관관계를 동시에 계산을 해야 한다. 단말이 할당받는 최대 프리앰블 개수는 64개이며, 이 경우 기지국은 단말이 선택하여 전송한 하나의 시퀀스를 검출해야 하므로 64개의 상관기를 동시에 구현해야 한다.
본 발명이 해결하려는 과제는 기지국이 복수 개의 프리앰플 시퀀스 중에서 단말에서 사용하는 프리앰블 시퀀스를 간단한 방법으로 하드웨어 자원을 적게 사용하며 검출하는 방안을 제안함에 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 기지국이 복수 개의 프리앰플 시퀀스 중에서 단말에서 사용하는 프리앰블 시퀀스를 검출하는데 소요되는 시간을 단축시키는 방안을 제안함에 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 PRACH을 구성하고 있는 CP와 시퀀스 중에서 시퀀스가 시작되는 지점을 계산하여 단말과 기지국간의 동기를 획득하고, 이를 이용하여 단말에서 사용하는 프리앰블 시퀀스를 검출하는데 소요되는 시간을 단축시키는 방안을 제안함에 있다.
이를 위해 본 발명의 기준 신호 생성 장치는 소정값의 제1신호를 입력받아 839 길이를 갖는 복수 개의 제 2신호를 출력하는 프리앰블 시퀀스 생성부, 상기 프리앰블 시퀀스 생성부로부터 전달받은 제2신호를 이산 푸리에 변환하여 주파수 영역 신호로 변환하는 이산 푸리에 변환부, 상기 이산 푸리에 변환부에서 출력된 주파수 영역 신호를 부반송파 매핑하는 부반송파 매핑부, 상기 부반송파 매핑부로부터 2n(n:자연수)길이를 갖는 신호를 입력받아 역 이산 푸리에 변환하여 2n(n:자연수)길이를 갖는 시간 영역 신호로 변환하는 역 이산 푸리에 변환부를 포함한다.
이를 위해 본 발명의 프리앰블 시퀀스 검출 장치는 소정값의 제1신호를 입력받아 839 길이를 갖는 복수 개의 제 2신호를 출력하는 프리앰블 시퀀스 생성부와 상기 프리앰블 시퀀스 생성부로부터 전달받은 제2신호를 이산 푸리에 변환하여 주파수 영역 신호로 변환하는 이산 푸리에 변환부와 상기 이산 푸리에 변환부에서 출력된 주파수 영역 신호를 부반송파 매핑하는 부반송파 매핑부와 상기 부반송파 매핑부로부터 2n(n:자연수)길이를 갖는 신호를 입력받아 역 이산 푸리에 변환하여 2n(n:자연수)길이를 갖는 시간 영역 신호로 변환하는 역 이산 푸리에 변환부를 포함하는 기준신호 생성부, 단말로부터 전송된 물리 랜덤 접속 채널(PRACH) 신호를 수신하는 PRACH 수신부, 상기 기준신호 생성부로부터 수신한 기준신호와 상기 PRACH 수신부로부터 수신한 신호의 상관도를 검출하는 제2상관부를 포함한다.
본 발명에 따른 프리앰블 시퀀스 검출 장치는 PRACH을 구성하고 있는 CP와 시퀀스 중에서 시퀀스가 시작되는 지점을 계산하여 단말과 기지국간의 동기를 획득하고, 이를 이용하여 기지국은 단말에서 사용하는 프리앰블 시퀀스를 검출하는데 소요되는 시간을 단축시킨다.
도 1은 LTE 시스템에서 랜덤 액세스 과정을 수행하는 방법을 나타낸 도면이며,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 단말에서 기지국으로 전송하는 PRACH의 구조를 도시하고 있으며,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 기지국에서 64개의 프리앰블 시퀀스를 이용하여 기준신호를 생성하는 과정을 도시한 블록도이며,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 기지국에서 단말이 PRACH로 전송한 프리앰블 시퀀스를 검출하는 구성을 도시한 블록도이며,
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 기지국에서 단말이 PRACH로 전송한 프리앰블 시퀀스를 검출하는 구성을 도시한 다른 블록도이며,
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 분할부에서 수행되는 동작을 도시한 도면이다.
[부호의 설명]
300: 프리앰블 시퀀스 생성부 302:839-DFT부
304; 부반송파 매핑부 306: 2048-IDFT부
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 단말에서 기지국으로 전송하는 PRACH의 구조를 도시하고 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 PRACH의 구조는 CP와 시퀀스로 구성된다. 하기 표 1은 PRACH의 랜덤 접속(Random Access) 프리앰블 파라미터를 나타내고 있다.
[표 1]
Figure PCTKR2011001136-appb-I000001
Ts = 1(15000*2048)sec
기지국은 채널 환경이나 셀 반경 등에 따른 프리앰블 포맷 중 하나의 프리앰블 포맷을 사용하도록 결정하고, 이에 대한 정보를 셀에 위치하고 있는 단말로 브로드캐스팅한다. 단말은 브로드캐스팅된 프리앰블 포맷을 수신하고, 수신된 정보를 이용하여 PRACH을 구성한다.
상술한 바와 같이 LTE 시스템은 멀티 패스(고스트)의 영향을 줄이기 위한 방안으로 순환 전치(Cyclic Prefix: CP)가 입력된 보호 구간을 전송 신호에 심볼 단위로 삽입하여 데이터를 송수신한다. 즉, 전송되는 신호의 심볼 주기를 늘려서 CP가 입력된 보호구간을 삽입하여 데이터를 전송함으로써 멀티 패스를 통과하여 수신된 심볼들의 지연 때문에 발생될 수 있는 심볼 간 간섭을 줄일 수 있으며, 부반송파의 직교성이 유지되어 채널 간 간섭도 줄일 수 있다.
단말은 사용 가능한 프리앰블 시퀀스들 중 하나의 프리앰블 시퀀스를 선택하여 PRACH로 전송한다. 일예로 단말은 사용 가능한 64개의 프리앰블 시퀀스들 중 하나의 프리앰블 시퀀스를 선택하여 PRACH로 전송할 수 있다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이 PRACH은 CP와 동일한 신호가 시퀀스의 마지막에 위치하고 있음을 알 수 있다. 본 발명은 PRACH로 전송된 신호를 이용하여 동기를 획득하는 방안을 제안한다.
본 발명은 하기 수학식1을 이용하여 PRACH로 수신된 신호를 이용하여 동기를 획득한다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2011001136-appb-I000002
m=sequence length
R(i)= 단말로부터 수신한 신호
상기 수학식 1에서 제안하고 있는 바와 같이 본 발명은 단말로부터 수신한 신호와 수신한 신호를 일정한 간격으로 이동한 신호와의 상관도를 계산한다. 계산한 상관도 중 가장 큰 값을 가지는 상관도를 이용하여 단말이 PRACH로 신호를 전송한 시각 정보인 획득한다. 즉, 기지국은 원활한 통신을 수행하기 위해서는 단말과 동기를 획득하여야 하여야 하며, 동기 획득은 상술한 바와 같이 단말로부터 수신한 신호와 수신한 신호를 일정한 간격으로 이동한 신호와의 상관도를 계산함으로써 획득한다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 기지국에서 64개의 프리앰블 시퀀스를 이용하여 기준신호를 생성하는 과정을 도시한 블록도이다. 이하 도 3을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 64개의 프리앰블 시퀀스를 이용하여 기준신호를 생성하는 과정에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 3에 의하면, 기준 신호를 생성하는 블록은 프리앰블 시퀀스 생성부(300), 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform; DFT)부(302), 부반송파 매핑부(304), 역 이산 푸리에 변환(Inverse Discrete Fourier Transform; IDFT)부(306)를 포함한다.
제어정보의 전송을 위해 직교 시퀀스(orthogonal sequence)를 사용할 수 있다. 직교 시퀀스는 상관(correlation) 특성이 우수한 시퀀스를 말한다. 직교 시퀀스의 일례로 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 시퀀스가 있다.
CAZAC 시퀀스 중 하나인 ZC(Zadoff-Chu) 시퀀스에 대해 살펴보면, 원시 인덱스(root index) M인 원시 ZC 시퀀스의 k번째 요소(element) c(k)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2011001136-appb-I000003
여기서, N은 ZC 시퀀스의 길이로, 인덱스 M은 N이하의 자연수이고, M과 N은 서로(relatively) 소수(prime)이다. N이 소수라면, ZC 시퀀스의 원시 인덱스(root index)의 개수는 N-1이 된다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2011001136-appb-I000004
[수학식 4]
Figure PCTKR2011001136-appb-I000005
[수학식 5]
Figure PCTKR2011001136-appb-I000006
수학식 3은 ZC 시퀀스의 크기가 항상 1임을 의미하고, 수학식 4는 ZC 시퀀스의 자동 상관(auto correlation)은 Dirac-delta 함수로 표시됨을 의미한다. 여기서 자동 상관은 원형 상관(circular correlation)에 기반한다. 수학식 5는 교차 상관(cross correlation)이 언제나 상수임을 의미한다.
무선통신 시스템에서 ZC 시퀀스의 원시 인덱스(root index)를 통해 셀을 구분한다고 하자. 단말은 셀 내에서 사용 가능한 원시 인덱스 또는 원시 인덱스의 그룹을 알아야 할 필요가 있다. 기지국은 사용가능한 원시 인덱스 또는 원시 인덱스의 그룹을 단말로 브로드캐스트(broadcast) 해야 한다.
ZC 시퀀스의 길이가 N이라고 할 때, 원시 인덱스는 N보다 작은 서로 소(relative prime)의 개수만큼 있게 된다. N이 소수(prime)일 경우는 원시 인덱스의 수는 N-1이 된다. 이 경우 기지국은 단말로 N-1개의 원시 인덱스 중 어느 하나를 단말로 알려준다.
각 셀들은 셀 반경(cell radius)에 따라서 다양한 개수의 원시 인덱스를 사용할 수 있다. 셀 반경이 커지면 전파 지연(propagation delay) 또는 라운드 트립 지연(round trip delay) 및/또는 지연 확산(delay spread)의 영향으로 순환 쉬프트(cyclic shift)를 통해 직교성을 유지할 수 있는 ZC 시퀀스의 수가 줄어들 수 있다. 즉, 셀 반경이 커지면 ZC 시퀀스의 길이가 일정하더라도 해당하는 원시 인덱스에서 이용가능한 순환 쉬프트의 수가 작아질 수 있다. 이와 같이 원시 인덱스에서 순환 쉬프트에 의해 만들어진 시퀀스들은 서로 직교성을 가지므로 ZCZ(zero correlation zone) 시퀀스라고도 한다. 셀 마다 단말에 할당되는 최소한의 ZC 시퀀스의 수는 보장되어야 하므로, 셀 반경이 커지면 셀에서 사용하는 원시 인덱스의 수를 늘림으로써 최소 ZC 시퀀스의 수를 확보할 수 있다.
프리앰블 시퀀스 생성부(300)는 CAZAC 코드를 이용하여 생성한 ZC 시퀀스를 쉬프트시켜 64개의 프리앰블 시퀀스를 생성한다.
DFT부(302)는 프리앰블 시퀀스 생성부(300)에서 생성한 64개의 프리앰블 시퀀스에 대해 이산 푸리에 변환을 수행한다. 본 발명과 관련하여 DTF부(302)는 839-DTF를 수행하여 주파수 영역으로 변환한다. 즉, 소수인 839의 길이를 갖는 입력신호가 들어오면 839-DFT를 수행하고, 소수인 839의 길이를 갖는 신호를 출력한다.
부반송파 매핑부(304)는 주파수 영역으로 변환된 프리앰블 시퀀스를 원하는 주파수 대역으로 매핑한다. IDFT부(306)는 역 이산 푸리에 변환을 수행하여 주파수 대역으로 매핑된 프리앰블 시퀀스 신호를 시간 영역으로 변환한다. 본 발명과 관련하여 IDFT부는 2n(n;자연수)-IDFT를 수행한다. 일예로 IDFT부는 2048의 길이를 갖는 입력신호가 들어오면 2048-IDFT를 수행하고, 2048의 길이를 갖는 신호를 출력한다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 기지국에서 단말이 PRACH로 전송한 프리앰블 시퀀스를 검출하는 구성을 도시한 블록도이다. 이하 도 4를 이용하여 기지국에서 단말이 PRACH로 전송한 프리앰블 시퀀스를 검출하는 과정에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 4에 의하면 검출 블록도는 PRACH 수신부(400), 지연 조절부(402), 제1상관부(404), 제1결정부(406), 다운샘플링부(408), 기준 신호 생성부(410), 제2상관부(412), 제2결정부(414), 프리앰블 시퀀스 및 타임오프셋 검출부(416)를 포함한다.
PRACH 수신부(400)는 단말이 PRACH로 전송한 신호를 수신한다. 상술한 바와 같이 단말은 사용 가능한 프리앰블 시퀀스들 중 하나의 프리앰블 시퀀스를 선택하여 DFT 수행, 부반송파 매핑, 역 DTF 수행한 후 시간 영역에서 PRACH 수신기의 성능 향상을 돕기 위해 보호 구간 삽입을 위한 CP 추가한 후 기지국으로 전송한다. PRACH 수신부(400)는 PRACH로 수신한 신호를 지연부로 전달한다. 지연 조절부(402)는 PRACH 수신부(400)로부터 전달받은 신호로부터 단위 길이의 정수배를 갖는 복수 개의 신호를 갖는 신호를 생성하기 수신된 신호의 일정한 길이 단위로 지연한다. 즉, 상기 수학식 1에 기재되어 있는 R(i) 신호와 R(m+i)를 생성한다.
생성된 신호는 제1상관부(404)로 전달된다. 제1상관부(404)는 수학식 1에 기재되어 있는 수식에 따라 전달받은 R(i) 신호와 R(m+i)의 상관도를 측정하고, 측정한 결과를 제1결정부(406)로 전달한다.
제1결정부(406)는 전달받은 상관도에 따라 가장 큰 상관도를 갖는 신호를 결정하고, 결정된 상관도에 의해 단말이 PRACH로 신호를 전송한 시각 정보인 획득한다.
이후 다운 샘플링부(408)는 24576의 길이를 갖는 신호를 2n(n;자연수)의 길이를 갖도록 다운 샘플링을 수행한 후 제2상관부(412)로 전달한다. 상술한 바와 같이 다운 샘플링부는 24576의 길이를 갖는 신호를 2n(n:자연수)의 길이를 갖도록 다운 샘플링을 수행한 후 제2상관부(412)로 전달할 수 있다.
기준신호 생성부(410)는 도 3에서 설명한 바와 같이 생성한 64개의 프리앰블 시퀀스에 대해 DFT 수행, 부반송파 매핑, 역 DTF 수행한 64개의 기준 신호를 생성한다. 기준신호 생성부(410)는 생성한 기준 신호를 제2상관부(412)로 전달한다.
제2상관부(412)는 다운 샘플링부(408)로부터 전달받은 신호와 기준신호 생성부(410)로부터 전달받은 기준신호에 상관도를 검출한다.
수학식 6은 제2상관부(412)가 다운 샘플링부(408)로부터 전달받은 신호와 기준신호 생성부(412)로부터 전달받은 기준신호에 상관도를 검출하는 수식이다.
[수학식 6]
Figure PCTKR2011001136-appb-I000007
제2상관부(412)는 수학식 6을 이용하여 검출한 상관도(rF)를 제2결정부(414)로 전달한다. 제2결정부(414)는 상관부로부터 전달받은 상관도를 이용하여 가장 큰 값을 갖는 상관도를 검출하고 이에 대한 정보를 프리앰블 시퀀스 및 타임오프셋 검출부(416)로 전달한다.
프리앰블 시퀀스 및 타임오프셋 검출부(416)는 전달받은 상관도를 대응되는 기준신호를 확인함으로써, 단말에서 사용한 프리앰블 시퀀스를 알 수 있게 된다. 즉, PRACH 수신부(400)에서 수신한 신호에 사용된 프리앰블 시퀀스와 동일한 프리앰블 시퀀스를 사용한 기준신호와 PRACH 수신부(400)에서 수신한 신호의 상관도가 가장 큰 값을 가지게 된다. 상술한 과정들을 수행함으로써 기지국은 단말이 사용한 프리앰블 시퀀스와 PRACH로 신호를 전송한 시간 정보와 관련된 타임 오프셋을 검출할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 기존 24576-IDFT를 사용하여 프리앰블 시퀀스를 검출하는 대신 2n(n:자연수)-IDFT를 사용하여 프리앰블 시퀀스를 검출함으로써 검출 시간을 단축할 수 있다는 장점을 가지게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 기지국에서 단말이 PRACH로 전송한 프리앰블 시퀀스를 검출하는 구성을 도시한 다른 블록도이다. 이하 도 5를 이용하여 기지국에서 단말이 PRACH로 전송한 프리앰블 시퀀스를 검출하는 과정에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 5에 의하면 검출 블록도는 도 4와 대비하여 분할부(500)와 신호길이 조절부(502)가 추가되어 있다. 이하 분할부와 신호길이 조절부(502)를 중심으로 도 5를 설명하기로 한다.
분할부(500)는 기준신호 생성부에서 생성된 복수 개의 기준신호들을 입력받는다. 분할부(500)는 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 입력받은 기준신호들 중 제1기준신호의 홀수번째 레지스터와 제2기준신호의 짝수번째 레지스터에 위치하고 있는 신호를 조합하여 새로운 기준 신호를 생성한다. 즉, 분할부(500)는 전달받은 기준신호들 중 두 개의 기준 신호를 조합하여 하나의 새로운 기준 신호를 생성한다. 상술한 바와 같이 분할부(500)는 제1기준신호와 제2기준신호를 조합하여 제1생성 기준신호를 생성하며, 제3기준신호와 제4기준신호를 조합하여 제2생성 기준신호를 생성한다. 물론 분할부(500)는 전달받은 기준 신호들 중 적어도 두 개의 기준 신호를 조합하여 하나의 새로운 기준신호를 생성할 수 있다. 일 예로 분할부(500)는 전달받은 기준신호들 중 3개의 기준 신호를 조합하여 하나의 새로운 기준 신호를 생성할 수 있다. 분할부(500)는 생성한 생성 기준신호를 신호길이 조절부(502)로 전달한다.
신호길이 조절부(502)는 2n의 길이의 값에서 연산을 더 줄이기 위해 2n보다 적은 값으로 신호길이를 조절한다. 신호길이 조절부(502)는 조절한 신호를 제2상관부(412)로 전달한다. 다운 샘플링부(408)에서 다운 샘플링된 신호 역시 신호길이 조절부(504)로 전달되며, 신호길이 조절부(504) 역시 2n의 길이의 값에서 연산을 더 줄이기 위해 2n보다 적은 값으로 신호길이를 조절한다.
제2상관부(412)는 다운 샘플링부(408)로부터 전달받은 신호와 분할부(500)로부터 전달받은 기준신호에 상관도를 검출한다.
수학식 7은 제2상관부(412)가 다운샘플링부(408)로부터 전달받은 신호와 분할부(412)로부터 전달받은 기준신호에 상관도를 검출하는 수식이다.
[수학식 7]
Figure PCTKR2011001136-appb-I000008
d는 기준신호의 길이를 의미한다. 제2상관부(412)는 수학식 7을 이용하여 검출한 상관도(rF)를 결정부로 전달한다. 이후 제2결정부 및 프리앰블 시퀀스 및 타임오프셋 검출부의 동작은 도 4와 동일하다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (11)

  1. 소정값을 갖는 제1신호를 입력받아 839 길이를 갖는 복수 개의 제 2신호를 출력하는 프리앰블 시퀀스 생성부;
    상기 프리앰블 시퀀스 생성부로부터 전달받은 제2신호를 이산 푸리에 변환하여 주파수 영역 신호로 변환하는 이산 푸리에 변환부;
    상기 이산 푸리에 변환부에서 출력된 주파수 영역 신호를 부반송파 매핑하는 부반송파 매핑부;
    상기 부반송파 매핑부로부터 2n(n:자연수) 길이를 갖는 신호를 입력받아 역 이산 푸리에 변환하여 2n(n:자연수) 길이를 갖는 시간 영역 신호로 변환하는 역 이산 푸리에 변환부를 포함하는 기준 신호 생성 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 n은 11임을 특징으로 하는 기준신호 생성 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 프리앰블 시퀀스 생성부는,
    상기 839 길이를 갖는 64개의 프리앰블 시퀀스 신호를 생성함을 특징으로 하는 기준 신호 생성 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 프리앰블 시퀀스 생성부는,
    자기상관 또는 상호 상관 특성이 우수한 카작(CAZAC) 코드를 이용함을 특징으로 하는 기준 신호 생성 장치.
  5. 소정값을 갖는 제1신호를 입력받아 839 길이를 갖는 복수 개의 제 2신호를 출력하는 프리앰블 시퀀스 생성부와 상기 프리앰블 시퀀스 생성부로부터 전달받은 제2신호를 이산 푸리에 변환하여 주파수 영역 신호로 변환하는 이산 푸리에 변환부와 상기 이산 푸리에 변환부에서 출력된 주파수 영역 신호를 부반송파 매핑하는 부반송파 매핑부와 상기 부반송파 매핑부로부터 2n(n:자연수)길이를 갖는 신호를 입력받아 역 이산 푸리에 변환하여 2n(n:자연수)길이를 갖는 시간 영역 신호로 변환하는 역 이산 푸리에 변환부를 포함하는 기준신호 생성부;
    단말로부터 전송된 물리 랜덤 접속 채널(PRACH) 신호를 수신하는 PRACH 수신부;
    상기 기준신호 생성부로부터 수신한 기준신호와 상기 PRACH 수신부로부터 수신한 신호의 상관도를 검출하는 제2상관부를 포함함을 특징으로 하는 프리앰블 시퀀스 검출 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제2상관부로부터 전달받은 상관도 중 최대값을 갖는 상관도를 결정하는 제2결정부를 포함함을 특징으로 하는 프리앰블 시퀀스 검출 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 결정부로부터 전달받은 상관도를 이용하여 상기 PRACH 수신부로부터 수신한 신호에 포함된 프리앰블 시퀀스를 검출하는 프리앰블 시퀀스 및 타임오프셋 검출부를 포함함을 특징으로 하는 프리앰블 시퀀스 검출 장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 PRACH 수신부로부터 수신한 신호를 단위 길이의 정수배를 갖는 복수 개의 신호를 생성하기 위해 일정한 길이 시간 단위로 수신된 상기 신호를 지연시키는 지연 조절부;
    상기 지연 조절부로부터 전달받은 두 개의 신호의 상관도를 측정하는 제1상관부;
    상기 제1상관부로부터 전달받은 상관도 중 가장 큰 값을 갖는 상관도를 결정하는 제1결정부;
    상기 PRACH 수신부로부터 수신한 24576의 길이를 갖는 신호를 2n(n:자연수)의 길이를 갖도록 다운 샘플링을 수행한 후 제2상관부로 전달하는 다운 샘플링부를 포함함을 특징으로 하는 프리앰블 시퀀스 검출 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제1상관부는,
    하기 수학식에 의해 상관도(p)를 산출함을 특징으로 하는 프리앰블 시퀀스 검출 장치.
    Figure PCTKR2011001136-appb-I000009
  10. 제 5항에 있어서, 상기 기준신호 생성부로부터 입력된 적어도 두 개의 기준신호들을 조합하여 하나의 생성 기준신호를 생성하는 분할부를 포함함을 특징으로 하는 프리앰블 시퀀스 검출 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 제2상관부는 하기 수학식에 의해 상관도를 산출함을 특징으로 하는 프리앰블 시퀀스 검출 장치.
    Figure PCTKR2011001136-appb-I000010
    d는 기준신호의 길이
    R(i)는 다운 샘플링부로부터 수신한 신호
    S(i)는 분할부로부터 수신한 신호.
PCT/KR2011/001136 2010-09-20 2011-02-22 기준 신호 생성 장치 및 이를 이용한 프리앰블 시퀀스 검출 장치 WO2012039531A1 (ko)

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