WO2012043944A1 - 프리앰블 시퀀스 검출 장치 - Google Patents

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WO2012043944A1
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preamble sequence
signal
fourier transform
discrete fourier
unit
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PCT/KR2011/001137
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정진섭
지승환
임용훈
이은진
양승익
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주식회사 이노와이어리스
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Definitions

  • the present invention relates to a scheme for reducing hardware resources in detecting PRACH signal synchronization and preamble sequence in LTE uplink system. More particularly, the present invention relates to hardware resources by using bit shifter and adder instead of multiplier in correlator for preamble detection. To reduce the risk.
  • 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 Upon receiving the preamble transmitted by the terminal, the base station transmits a random access response on the downlink physical channel.
  • 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.
  • the correlator is represented by the product of real and real numbers, and this multiplication of real and real numbers results in the use of a multiplier in terms of hardware. This has the disadvantage of using a lot of hardware resources (especially multipliers).
  • 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 of reducing hardware resources in designing a plurality of correlators required for a base station to detect a preamble sequence used by a terminal among a plurality of preamble sequences.
  • the reference signal generating 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 the second signal received from the preamble sequence generator is discrete.
  • a discrete Fourier transform unit for Fourier transform and a frequency domain signal, a subcarrier mapping unit for subcarrier mapping of the frequency domain signal output from the discrete Fourier transform unit, and an inverse discrete Fourier for inverse discrete Fourier transforming the signal received from the subcarrier mapping unit And a transform unit to enlarge the signal received from the inverse discrete Fourier transform unit at a set ratio, and a quantizer to quantize the signal received from the enlarged unit.
  • the preamble sequence detection apparatus of the present invention receives a first signal having a predetermined value, generates a preamble sequence, and performs a discrete Fourier transform, subcarrier mapping, and inverse discrete Fourier transform on the generated preamble sequence at a set ratio.
  • 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 by using the base station, the base station needs to detect a preamble sequence used by the terminal. Reduce hardware resources.
  • 1 is a view showing a method of performing a random access process in an LTE system
  • FIG. 2 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 3 illustrates an example of a signal of a PRACH transmitted from a terminal to a base station according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a process of quantizing a generated reference signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 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. 6 is a block diagram illustrating a structure of a correlation unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a block of a shift according to an embodiment of the present invention.
  • preamble sequence generation unit 202 DFT unit
  • subcarrier mapping unit 206 IDFT unit
  • quantization unit 500 PRACH receiver
  • the structure of the PRACH consists of a CP and a sequence.
  • Table 1 below shows random access preamble parameters of the PRACH, and table 2 shows LTE specifications defining the size of the ZC sequence.
  • 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 multi-path, and the orthogonality of the subcarriers 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.
  • FIG. 2 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. 2.
  • a block for generating a reference signal includes a preamble sequence generator 200, a discrete Fourier transform (DFT) unit 202, a subcarrier mapping unit 204, and an inverse discrete Fourier transform (Inverse Discrete Fourier). Transform (IDFT) unit 206.
  • DFT discrete Fourier transform
  • IDFT inverse discrete Fourier transform
  • 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.
  • Equation 1 the k-th element c (k) of the primitive ZC sequence having a root index M may be represented by Equation 1 below.
  • 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 2 means that the size of the ZC sequence is always 1
  • Equation 3 means that the auto correlation of the ZC sequence is represented by a Dirac-delta function.
  • the autocorrelation here is based on circular correlation.
  • Equation 4 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 200 shifts the ZC sequence generated by using the CAZAC code to generate 64 preamble sequences.
  • the DFT unit 202 performs Discrete Fourier Transform on the 64 preamble sequences generated by the preamble sequence generator 200.
  • the DTF unit 202 performs an N-DTF to convert the frequency domain. That is, when an input signal having a length of 839 or 139 which is a prime number comes in, a DFT is performed, and a signal having a length of 839 or 139 which is a prime number is output.
  • the subcarrier mapping unit 204 maps the preamble sequence converted into the frequency domain to a desired frequency band.
  • the IDFT unit 206 performs inverse discrete Fourier transform to convert the preamble sequence signal mapped to the frequency band into the time domain.
  • the IDTF unit performs 2 n (n; natural numbers) -IDFTs. For example, when an input signal having a length of 839 or 139 is input, the IDTF unit performs 2 n -IDFT and outputs a signal having a length of 2 n .
  • the IDTF unit may perform a 24576-IDFT instead of a 2 n (n; natural number) -IDFT and output a signal having a length of 24576.
  • the reference signal shows a general sin wave pattern only with a difference in periods within a range between a maximum value and a minimum value. That is, the reference signal has a characteristic of sequentially increasing or decreasing sequentially within the range between the maximum value and the minimum value.
  • the present invention proposes a method of transforming a signal transmitted to a correlator using a pattern of a reference signal.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a process of modifying a reference signal generated in FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.
  • a process of transforming a reference signal according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4.
  • a block for transforming a reference signal includes a reference signal generator 400, an enlarger 402, and a quantizer 404.
  • the reference signal generator 400 generates a plurality of reference signals having a specific length as shown in FIG. 2.
  • the reference signal generated by the reference signal generator 400 is transmitted to the enlarger 402.
  • the enlarger 402 enlarges the reference signal generated by the reference signal generator 400 at a set ratio. As described above, since the reference signal generated by the reference signal generator 400 has a pattern of sequentially increasing or decreasing in sequence, the enlarged signal also has a pattern of sequentially increasing or decreasing in sequence.
  • the enlargement ratio of the enlarger 402 may be set in various ways.
  • the reference signal enlarged by the expansion unit 402 is transmitted to the quantization unit 404.
  • the quantization unit 404 quantizes the received reference signal. That is, the received reference signal is quantized to have a value of 2 m according to a predetermined reference.
  • the reference signal generated by the reference signal generator 400 is enlarged at a predetermined ratio and quantized to have a value of 2 m according to a predetermined reference.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of detecting a preamble sequence transmitted by a terminal through a PRACH 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 detection block diagram includes a PRACH receiver 500, a reference signal generator 400, an enlarger 402, a quantizer 404, a correlator 502, a determiner 504, a preamble sequence, and a time.
  • the PRACH receiver 500 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 500 transmits the signal received by the PRACH to the correlator 5602.
  • the reference signal generator 400 generates a reference signal which performs DFT, subcarrier mapping, and inverse DTF on the preamble sequence generated as described with reference to FIG. 3.
  • the reference signal generator 400 transmits the generated reference signal to the enlarger 402.
  • the enlarger 402 enlarges the reference signal generated by the reference signal generator 400 at a set ratio. As described above, since the reference signal generated by the reference signal generator 400 has a pattern of sequentially increasing or decreasing in sequence, the enlarged signal also has a pattern of sequentially increasing or decreasing in sequence.
  • the enlargement ratio of the enlarger 402 may be set in various ways.
  • the reference signal enlarged by the expansion unit 402 is transmitted to the quantization unit 404.
  • the quantization unit 404 quantizes the received reference signal. That is, the value of the received reference signal is constant
  • the correlator 502 detects a correlation between the signal received from the PRACH receiver 400 and the reference signal received from the quantization unit 440.
  • Equation 5 is a formula for detecting the correlation between the correlation unit 502 and the signal received from the PRACH receiver 400 and the reference signal received from the quantization unit 404.
  • R (i) signal received from PRACH receiver
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a correlation unit according to an embodiment of the present invention.
  • the configuration of the correlation unit according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 6.
  • the correlator 602 adds a plurality of shifts 600-1 to 600-N for shifting the digital signal received from the PARACH receiver and an adder 602 for summing outputs of the shifts 600-1 to 600-N. ).
  • the conventional correlator instead of configuring a plurality of multipliers to calculate a correlation value between a signal received from the PRACH receiver and a signal generated by the reference signal generator, the conventional correlator is configured to convert the signal received from the PRACH receiver to the quantizer.
  • a plurality of shifts are configured to bit shift according to the size. That is, the signal received from the quantization unit causes the bit shifted signal received from the PRACH receiving unit.
  • the bit shift unit takes a large J value of Q (i) (i.e., sum of a plurality of two multipliers) to minimize quantization error. ) It can be divided into several bit shifts. The larger the value of J, the more bit shifts are required, and the proton and error can be minimized. The smaller the value, the simpler the correlator can be implemented.
  • the correlation unit 502 transfers the correlation degree r F detected using Equation 5 to the determination unit 504.
  • the determination unit 504 detects the correlation having the largest value by using the correlation received from the correlation unit and transmits the information about the correlation to the preamble sequence and the time offset detection unit 506.
  • the preamble sequence and time offset detection unit 506 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 500 and the signal received by the PRACH receiver 500 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.

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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 소정값을 갖는 제1신호를 입력받아 프리앰블 시퀀스를 생성하고, 생성한 프리앰플 시퀀스를 이산 푸리에 변환, 부반송파 매핑, 역 이산 푸리에 변환을 수행한 후 설정된 비율로 확대하여 양자화하는 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 상관부를 포함한다.

Description

프리앰블 시퀀스 검출 장치
본 발명은 LTE 업링크 시스템의 PRACH 신호 동기 및 프리앰블 시퀀스를 검출 함에 있어 하드웨어 자원을 줄이기 위한 방안에 관한 것으로 더욱 상세하게는 프리앰블 검출을 위한 상관기 구현에 있어 곱셈기 대신 비트쉬프트와 가산기를 이용함으로써 하드웨어 자원을 줄이는 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 하향링크 물리채널로 랜덤 엑세스 응답(Random Access Response)을 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.
구체적으로 설명하면, 상관기는 실수와 실수의 곱으로 나타나게 되며, 이와 같이 실수와 실수의 곱은 하드웨어 기준으로 보면 곱셈기를 사용하는 결과를 초래하게 된다. 이는 하드웨어 자원(특히 곱셈기)을 많이 사용한다는 단점이 있다.
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 필요한 복수개의 상관기 설계에 있어 하드웨어 자원을 줄이는 방안을 제안함에 있다.
이를 위해 본 발명의 기준 신호 생성 장치는 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 전달받은 신호를 역 이산 푸리에 변환하는 역 이산 푸리에 변환부, 상기 역 이산 푸리에 변환부로부터 전달받은 신호를 설정된 비율로 확대하는 확대부, 상기 확대부로부터 전달받은 신호를 양자화하는 양자화부를 포함한다.
이를 위해 본 발명의 프리앰블 시퀀스 검출 장치는 소정값을 갖는 제1신호를 입력받아 프리앰블 시퀀스를 생성하고, 생성한 프리앰플 시퀀스를 이산 푸리에 변환, 부반송파 매핑, 역 이산 푸리에 변환을 수행한 후 설정된 비율로 확대하여 양자화하는 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 상관부를 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 필요한 하드웨어 자원을 줄일 수 있다.
도 1은 LTE 시스템에서 랜덤 액세스 과정을 수행하는 방법을 나타낸 도면이며,
도 2은 본 발명의 일실시 예에 따른 기지국에서 64개의 프리앰블 시퀀스를 이용하여 기준신호를 생성하는 과정을 도시한 블록도이며,
도 3는 본 발명의 일실시 예에 따른 단말에서 기지국으로 전송하는 PRACH의 신호의 예를 도시하고 있으며,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 생성된 기준신호를 양자화하는 과정을 도시한 블럭도이며,
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 기지국에서 단말이 PRACH로 전송한 프리앰블 시퀀스를 검출하는 구성을 도시한 블록도이며,
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 상관부의 구조를 도시한 블럭도이며,
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 쉬프트의 블럭을 도시한 블럭도이다.
[부호의 설명]
200: 프리앰블 시퀀스 생성부 202:DFT부
204: 부반송파 매핑부 206: IDFT부
400: 기준신호 생성부 402: 확대부
404: 양자화부 500: PRACH 수신부
502: 상관부 504: 결정부
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 있있으며, 표 2는 ZC 시퀀스의 크기를 정의한 LTE 스펙을 나타내고 있다.
[표 1]
Figure PCTKR2011001137-appb-I000001
Ts = 1(15000*2048)sec
[표 2]
Figure PCTKR2011001137-appb-I000002
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 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 기지국에서 64개의 프리앰블 시퀀스를 이용하여 기준신호를 생성하는 과정을 도시한 블록도이다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 64개의 프리앰블 시퀀스를 이용하여 기준신호를 생성하는 과정에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 2에 의하면, 기준 신호를 생성하는 블록은 프리앰블 시퀀스 생성부(200), 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform; DFT)부(202), 부반송파 매핑부(204), 역 이산 푸리에 변환(Inverse Discrete Fourier Transform; IDFT)부(206)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 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2011001137-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 2]
[수학식 3]
Figure PCTKR2011001137-appb-I000005
[수학식 4]
Figure PCTKR2011001137-appb-I000006
수학식 2는 ZC 시퀀스의 크기가 항상 1임을 의미하고, 수학식 3은 ZC 시퀀스의 자동 상관(auto correlation)은 Dirac-delta 함수로 표시됨을 의미한다. 여기서 자동 상관은 원형 상관(circular correlation)에 기반한다. 수학식 4는 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(200)는 CAZAC 코드를 이용하여 생성한 ZC 시퀀스를 쉬프트시켜 64개의 프리앰블 시퀀스를 생성한다.
DFT부(202)는 프리앰블 시퀀스 생성부(200)에서 생성한 64개의 프리앰블 시퀀스에 대해 이산 푸리에 변환을 수행한다. 본 발명과 관련하여 DTF부(202)는 ZC 시퀀스의 길이를 N(839,139)이라고 할 때, N-DTF를 수행하여 주파수 영역으로 변환한다. 즉, 소수인 839 또는 139의 길이를 갖는 입력신호가 들어오면 DFT를 수행하고, 소수인 839 또는 139의 길이를 갖는 신호를 출력한다.
부반송파 매핑부(204)는 주파수 영역으로 변환된 프리앰블 시퀀스를 원하는 주파수 대역으로 매핑한다. IDFT부(206)는 역 이산 푸리에 변환을 수행하여 주파수 대역으로 매핑된 프리앰블 시퀀스 신호를 시간 영역으로 변환한다. 본 발명과 관련하여 IDTF부는 2n(n;자연수)-IDFT를 수행한다. 일예로 IDTF부는 839 또는 139의 길이를 갖는 입력신호가 들어오면 2n-IDFT를 수행하고, 2n의 길이를 갖는 신호를 출력한다. 물론 IDTF부는 2n(n;자연수)-IDFT가 아닌 24576-IDFT를 수행하고, 24576의 길이를 갖는 신호를 출력할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 기준신호의 신호 패턴을 도시하고 있다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 기준신호는 최대값과 최소값의 범위 내에서 주기만 차이가 있을 뿐 일반적인 사인(sin)파의 패턴을 나타낸다. 즉, 기준신호는 최대값과 최소값의 범위 내에서 순차 증가하거나 순차 감소하는 특성을 나타낸다. 본 발명은 기준신호의 패턴을 이용하여 상관부로 전달되는 신호의 변형하는 방안을 제안한다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 도 2에서 생성한 기준신호를 변형하는 과정을 도시한 블록도이다. 이하 도 4를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 기준신호를 변형하는 과정에 대해 알아보기로 한다.
도 4에 의하면, 기준신호를 변형하는 블록은 기준신호 생성부(400), 확대부(402), 양자화부(404)로 구성된다. 기준신호 생성부(400)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 특정 길이를 갖는 복수 개의 기준신호를 생성한다. 기준신호 생성부(400)에서 생성된 기준신호는 확대부(402)로 전달된다.
확대부(402)는 기준신호 생성부(400)에서 생성된 기준신호를 설정된 비율로 확대한다. 상술한 바와 같이 기준신호 생성부(400)에서 생성된 기준신호는 순차증가하거나 순차감소하는 패턴을 가지므로 확대된 신호 역시 순차증가하거나 순차감소하는 패턴을 가지게 된다. 확대부(402)에서 확대되는 비율은 다양하게 설정할 수 있다.
확대부(402)에서 확대된 기준신호는 양자화부(404)로 전달된다. 양자화부(404)는 전달받은 기준신호를 양자화한다. 즉, 전달받은 기준신호의 값이 일정한 기준에 따라 2m의 값을 갖도록 양자화한다. 이와 같이 본 발명은 기준신호 생성부(400)에서 생성한 기준 신호를 설정된 비율로 확대한 후 일정한 기준에 따라 2m의 값을 갖도록 양자화한다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 기지국에서 단말이 PRACH로 전송한 프리앰블 시퀀스를 검출하는 구성을 도시한 블록도이다. 이하 도 5를 이용하여 기지국에서 단말이 PRACH로 전송한 프리앰블 시퀀스를 검출하는 과정에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 5에 의하면 검출 블록도는 PRACH 수신부(500), 기준 신호 생성부(400), 확대부(402), 양자화부(404), 상관부(502), 결정부(504), 프리앰블 시퀀스 및 타임오프셋 검출부(506)를 포함한다.
PRACH 수신부(500)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(500)는 PRACH로 수신한 신호를 상관부(5602)로 전달한다.
기준신호 생성부(400)는 도 3에서 설명한 바와 같이 생성한 프리앰블 시퀀스에 대해 DFT 수행, 부반송파 매핑, 역 DTF 수행한 기준 신호를 생성한다. 기준신호 생성부(400)는 생성한 기준 신호를 확대부(402)로 전달한다.
확대부(402)는 기준신호 생성부(400)에서 생성된 기준신호를 설정된 비율로 확대한다. 상술한 바와 같이 기준신호 생성부(400)에서 생성된 기준신호는 순차증가하거나 순차감소하는 패턴을 가지므로 확대된 신호 역시 순차증가하거나 순차감소하는 패턴을 가지게 된다. 확대부(402)에서 확대되는 비율은 다양하게 설정할 수 있다.
확대부(402)에서 확대된 기준신호는 양자화부(404)로 전달된다. 양자화부(404)는 전달받은 기준신호를 양자화한다. 즉, 전달받은 기준신호의 값이 일정한
기준에 따라
Figure PCTKR2011001137-appb-I000007
값을 갖도록 양자화한다. J는 자연수의 값을 갖는다. 결국 2의 승수의 합으로 양자화를 하는 것이다. J의 값을 크게 가져갈수록 양자화 오류를 줄일 수 있다. 하지만 하드웨어 자원을 보다 더 줄이기 위해서는 J=0으로 할 수 있다.
상관부(502)는 PRACH 수신부(400)로부터 전달받은 신호와 양자화부(440)로부터 전달받은 기준신호에 상관도를 검출한다.
수학식 5는 상관부(502)가 PRACH 수신부(400)로부터 전달받은 신호와 양자화부(404)로부터 전달받은 기준신호에 상관도를 검출하는 수식이다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2011001137-appb-I000008
R(i)= PRACH 수신부로부터 전달받은 신호
Figure PCTKR2011001137-appb-I000009
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 상관부의 구성을 도시한 도면이다. 이하 도 6을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 상관부의 구성에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 6에 의하면, 상관부는 PARACH 수신부로부터 수신된 디지털 신호를 쉬프트하는 복수 개의 쉬프트(600-1 부터 600-N)와 쉬프트(600-1 부터 600-N)의 출력을 합산하기 위한 가산부(602)를 포함한다. 본 발명에 의하면 종래 상관부는 PRACH 수신부로부터 수신된 신호와 기준신호 생성부에서 생성한 신호의 상관값을 산출하기 위해 복수 개의 승산부를 구성하는 대신 PRACH 수신부로부터 수신된 신호를 양자화부에서 수신된 신호의 크기에 따라 비트 쉬프트하는 복수 개의 쉬프트를 구성한다. 즉, 양자화부로부터 수신된 신호는 PRACH 수신부로부터 수신된 신호를 비트 쉬프트하도록 한다.비트 쉬프트부는 양자화 오류를 최소화하기 위해 Q(i)의 J값을 크게 가져가고(즉 복수개의 2의 승수들의 합) 여러 개의 비트쉬프트로 나누어 구성할 수 있다.
Figure PCTKR2011001137-appb-I000010
에서 J의 값이 클수록 복수개의 비트 쉬프트가 필요로 하며 양자와 오류를 최소화 할 수 잇고 값의 작을수록 보다 간단히 상관기를 구현 할 수 있다.
도 7 은 J>=1 인 경우 의 예를 도시한 블럭도이다.
이와 같이 함으로써 승산기를 사용함으로써 발생하는 계산 시간의 증가 및 하드웨어 자원의 낭비를 막을 수 있게 된다.
상관부(502)는 수학식 5를 이용하여 검출한 상관도(rF)를 결정부(504)로 전달한다. 결정부(504)는 상관부로부터 전달받은 상관도를 이용하여 가장 큰 값을 갖는 상관도를 검출하고 이에 대한 정보를 프리앰블 시퀀스 및 타임오프셋 검출부(506)로 전달한다.
프리앰블 시퀀스 및 타임오프셋 검출부(506)는 전달받은 상관도를 대응되는 기준신호를 확인함으로써, 단말에서 사용한 프리앰블 시퀀스를 알 수 있게 된다. 즉, PRACH 수신부(500)에서 수신한 신호에 사용된 프리앰블 시퀀스와 동일한 프리앰블 시퀀스를 사용한 기준신호와 PRACH 수신부(500)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.
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 (9)

  1. 소정값을 갖는 제1신호를 입력받아 839 또는 139의 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 전달받은 신호를 역 이산 푸리에 변환하는 역 이산 푸리에 변환부;
    상기 역 이산 푸리에 변환부로부터 전달받은 신호를 설정된 비율로 확대하는 확대부;
    상기 확대부로부터 전달받은 신호를 양자화하는 양자화부를 포함함을 특징으로 하는 기준 신호 생성 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 역이산 푸리에 변환부는,
    상기 부반송파 매핑부로부터 2n(n:자연수) 길이를 갖는 신호를 입력받아 역 이산 푸리에 변환하여 2n(n:자연수) 길이를 갖는 시간 영역 신호로 변환함을 특징으로 하는 기준신호 생성 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 프리앰블 시퀀스 생성부는,
    상기 839 또는 139길이를 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 프리앰블 시퀀스를 생성하고, 생성한 프리앰플 시퀀스를 이산 푸리에 변환, 부반송파 매핑, 역 이산 푸리에 변환을 수행한 후 설정된 비율로 확대하여 양자화하는 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 상관부를 포함함을 특징으로 하는 프리앰블 시퀀스 검출 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 기준 신호 생성부는,
    소정값을 갖는 제1신호를 입력받아 839 또는 139의 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 전달받은 신호를 역 이산 푸리에 변환하는 역 이산 푸리에 변환부;
    상기 역 이산 푸리에 변환부로부터 전달받은 신호를 설정된 비율로 확대하는 확대부;
    상기 확대부로부터 전달받은 신호를 양자화하는 양자화부를 포함함을 특징으로 하는 프리앰블 시퀀스 검출 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 상관부는 하기 수학식을 수행함을 특징으로 하는 프리앰블 시퀀스 검출 장치.
    Figure PCTKR2011001137-appb-I000011
    R(i)= PRACH 수신부로부터 전달받은 신호
    Figure PCTKR2011001137-appb-I000012
  8. 제 7항에 있어서, 상기 상관부로부터 전달받은 상관도 중 최대값을 갖는 상관도를 결정하는 결정부를 포함함을 특징으로 하는 프리앰블 시퀀스 검출 장치.
  9. 제 8항에 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.
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