KR100326160B1 - 비동기형 이동통신시스템의 셀탐색 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 비동기형 이동통신 시스템의 셀탐색 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 비동기형 이동통신 시스템의 셀탐색 장치에 있어서, 수신신호와 상기 수신신호를 한 샘플 주기만큼 지연한 신호를 믹싱한 제1신호를 발생하는 제1신호발생부와, 시간옵셋에 따른 동기코드와 상기 동기코드를 한 샘플 주기만큼 지연한 신호를 믹싱한 제2신호를 발생하는 제2신호발생부와, 상기 제1신호를 상기 제2신호와 상관하여 상관치를 검출하는 정합필터와, 상기 정합필터에서 출력하는 상관치가 소정 슬럿 동안 누적되면 그 누적된 상관치들 중 최대상관치를 가지는 동기코드의 시간옵셋을 검출하는 최대 상관치 검출부로 구성된다.

Description

비동기형 이동통신시스템의 셀탐색 장치 및 방법{APPARATUS FOR SEARCHING CELL AND METHOD THEREOF IN ASYNCHRONOUS MOBILE TELECOMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 비동기형 이동통신 시스템의 셀탐색 장치 및 방법에 관한 것이다.

이동통신시스템인 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)는 비동기형 기지국 시스템으로서 기지국간 비동기 동작을 수행한다. UMTS 이동통신시스템을 구성하고 있는 기지국 각각마다 상이한 셀 구분 코드(Cell Specific Code)를 할당하여 사용하고 있다. 예를 들어 상기 이동통신시스템을 구성하는 셀, 즉 기지국이 512개 존재한다고 가정하면 상기 512개의 기지국 각각은 상이한 셀 구분 코드를 각각 할당하여 사용하고 있는 것이다. 그런데, 이동국이 자신이 속한 기지국을 탐색하는데는, 즉 512개의 셀 구분 코드 부호 각각의 위상에 대해서 검사하는 데에는 많은 시간이 소요되기 때문에 일반적인 셀탐색 알고리즘을 적용한다는 것은 비효율적이다. 그래서 상기 이동통신시스템에 속해 있는 다수개의 기지국, 즉 512개의 기지국을 소정 개수의 그룹, 예를 들어 32개의 그룹으로 나누어 그 각각의 그룹에 서로 다른 그룹 구분 코드를 할당하므로 그룹을 구분할 수 있다. 각 그룹은 16개의 기지국을 포함하고 있다. 상기 16개의 기지국은 P-CCPCH(Primary Common Control Physical Channel)채널을 확산하는 코드가 서로 다르므로 그 확산코드를 찾아내므로 최종적으로 원하는 기지국을 찾아낼 수 있다. 이와 같이 UMTS의 셀탐색 과정은 다단계로 구성된다.

여기서 셀탐색 알고리즘을 다단계화하였다는 것은 기지국에서 전송하는 제1동기채널(Primary synchronization channel)신호를 이동국이 최대전력으로 수신되는 슬럿의 타임을 찾아 동기하는 1단계 셀탐색과, 상기 1단계 셀탐색에서 탐색된 슬럿타임 정보를 받아 상기 기지국에서 전송하는 제2동기채널(Secondary synchronization channel)을 통해 프레임 동기 및 자신이 속한 기지국 그룹을 검출하는 제2단계 셀탐색과, 상기 2단계 셀탐색에서 탐색된 프레임 동기 및 기지국 그룹정보를 근거로 하여 상기 기지국에서 전송하는 P-CCPCH(Primary Common ControlPhysical Channel)채널을 가지고 자신이 속한 기지국을 최종적으로 탐색하는 제3단계 셀탐색으로 다단계화함을 의미하는 것이다.

도 1은 종래의 UMTS의 채널구조를 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하여 기지국(BS: Base Station)에서 이동국(MS: Mobile Station)으로 전송하는 채널의 신호 시간축으로 살펴보면, 먼저, 상기 UMTS 프레임(Frame)은 16개의 슬럿(Slot)으로 구성되며, 1개의 프레임은 40960chips으로 구성되므로 각각의 슬럿은 2560chips으로 구성된다.

제1동기채널(P-SCH: Primary Synchronization Channel)은 상기 UMTS를 구성하고 있는 기지국마다 동일한 코드를 가지는 채널로서, 제0동기코드(SC 0)로 전송된다. 상기 제1동기채널은 상기 제0동기코드를 각 슬럿의 1/10주기만큼, 즉 256chips만큼 전송하며, 이동국은 상기 기지국에서 전송한 제1동기채널을 수신하여 기지국의 슬럿타임(Slot Time)을 동기한다. (1단계 셀탐색)

상기 제1동기채널과 함께 상기 기지국은 제2동기채널(S-SCH: Secondary Synchronization Channel)을 전송하는데, 상기 제2동기채널은 UMTS 망을 구성하고 있는 기지국들이 32개 기지국이 동일하게 사용하는 코드들중 자신이 속한 그룹의 구분 코드를 전송하며, 그룹을 구분할 수 있는 기지국 그룹 구분 코드는 16심벌(Symbol)로 구성된 코드워드(Codeword)이다. 기지국 그룹 구분 코드는 제1동기코드(SC1)부터 제17동기코드(SC17)중 16개의 동기코드를 선택하여 매 프레임의 16개 슬럿에 하나의 심벌씩 매핑하여 전송된다. 이에 상기 제1동기채널을 통해 슬럿 타임동기된 이동국은 상기 제2동기채널을 수신하여 자신이 속한 기지국 그룹을검출 및 프레임 동기한다.(2단계 셀탐색)

상기 제2동기채널과 함께 P-CCPCH(Primary Common Control Physical Channel)채널을 전송하는데, 상기 P-CCPCH는 각각의 슬럿당 파일럿(Pilot) 심벌과 데이터 심벌로 형성되어 특정 기지국을 나타내는 셀 구분 코드(기지국 구분 코드)로 확산(Spreading)하여 전송한다. 상기 기지국 구분 코드는 제1동기코드(SC1)부터 제16동기코드(SC16)중 하나의 동기코드로 확산하여 전송되며, 이에 이동국은 상기 P-CCPCH신호를 수신하여 상기 16개의 코드 각각을 역확산하여 최대상관치가 검출되는 동기코드를 기지국 구분 코드로 검출해 이동국 자신이 속해 있는 기지국임을 최종적으로 검출한다.(3단계 셀탐색)

도 2는 종래의 1단계 셀탐색 장치의 내부구성을 도시한 블록도이다.

도 3은 도 2의 정합 필터의 출력을 도시한 도면이다.

먼저, 수신된 신호는 정합필터(Matched Filter)(211)로 입력되어, 미리 설정된 동기코드, 즉 제0동기코드(SC 0)를 통해 상관치(Correlation)를 검출하게 된다. 여기서, 상기 제0동기코드에 대한 상관치를 검출하는 과정은 상기 제1동기채널이 수신되는 주기에 대하여 가능한 시간 옵셋(Time Offset)에 대해서 수행되고 그 시간 옵셋에 따른 상관치가 비동기 누적(Asynchronous Accumulation)을 위해 비동기 누적부(213)에 누적 저장된다. 여기서, 비동기 누적이라함은 상기 상관치에서 수신신호의 잡음 및 간섭에 의한 영향을 억제하기 위해 수행되는 과정을 의미하는데, 채널 환경이 열악한 경우, 예를 들어 잡음 및 간섭의 영향이 클 때에는 수신신호의 전력이 미약하므로 비동기 누적횟수를 증가시켜야만 한다.

즉, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 정확한 시간옵셋에 대한 정합필터(211)의 출력이 (311)일 경우, 잡음 및 간섭에 의한 영향으로 (313) 및 (315)와 같은 sidelobe들의 상관치가 정확한 시간 옵셋에 대한 상관치와 유사하게 나타나는 경우가 있었었다.

상기에서 비동기 누적부(213)에 해당하는 슬럿에 대한 상관치 검출이 종료되면 최대 상관치 검출부(215)는 상기 비동기 누적부(213)에 저장되어 있는 상관치중 최대 상관치를 검출하고, 그 검출된 최대상관치에 해당하는 동기코드의 시간 옵셋을 검출하고, 그 검출된 동기코드의 시간옵셋을 가지고 이동국이 속한 기지국과 슬럿 타임 동기한다.

그런데, 이렇게 슬럿 타임 동기를 위한 시간 옵셋을 검출할 때 슬럿당 검출된 시간 옵셋에 따른 동기코드의 상관치를 검출하는 것이 난이할 경우, 즉 상기에서 설명한 바와 같이 최대상관치를 가지는 시간옵셋이 다수개 존재할 경우 다시 최대상관치를 검출하기 위해 다음 슬럿의 상관치 검출을 수행해야만 했고, 그에 따라 비동기 누적횟수가 증가되었었었다.

이렇게 비동기 누적횟수를 증가시킬 경우 1단계 셀탐색에 소요되는 시간이 증가하게 되며, 또한 비동기 누적 횟수 증가로 인한 하드웨어적인 로드를 가져오며, 이에 따라 전력소모를 증가시켜 한정된 전력을 사용하고 있는 이동국의 전력소모를 더욱 증가시킨다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 1단계 셀탐색시 슬럿타임 동기하는 시간을 단축시키기 위한 비동기형 이동통신시스템의 셀탐색 장치 및 밥법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 1단계 셀탐색시 슬럿 타임 동기하는 전력소모를 감소시키기 위한 비동기형 이동통신 시스템의 셀탐색 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 비동기형 이동통신 시스템의 셀탐색 장치에 있어서, 수신신호와 상기 수신신호를 한 샘플 주기만큼 지연한 신호를 믹싱한 제1신호를 발생하는 제1신호발생부와, 시간옵셋에 따른 동기코드와 상기 동기코드를 상기 한 샘플 주기만큼 지연한 신호를 믹싱한 제2신호를 발생하는 제2신호발생부와, 상기 제1신호를 상기 제2신호와 상관하여 상관치를 검출하는 정합필터와, 상기 정합필터에서 출력하는 상관치가 소정 슬럿 동안 누적되면 그 누적된 상관치들 중 최대상관치를 가지는 동기코드의 시간옵셋을 검출하는 최대 상관치 검출부로 구성됨을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 비동기형 이동통신 시스템의 셀탐색 방법에 있어서, 수신신호와 상기 수신신호를 한 샘플 주기만큼 지연한 신호를 믹싱한 제1신호를 발생하는 과정과, 시간옵셋에 따른 동기코드와 상기 동기코드를 한 샘플 주기만큼 지연한 신호를 믹싱한 제2신호를 발생하는 과정과, 상기 제1신호를 상기 제2신호와 상관하여 상관치를 검출하는 과정과, 상기 검출한 상관치가 소정 슬럿 동안 누적되면 그 누적된 상관치들 중 최대상관치를 가지는 동기코드의 시간옵셋을 검출하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 UMTS의 채널구조를 도시한 도면

도 2는 종래의 1단계 셀탐색 장치의 내부구성을 도시한 블록도

도 3은 도 2의 정합 필터의 출력을 도시한 도면

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 1단계 셀탐색 장치의 내부 구성을 도시한 블록도

도 5는 도 4의 정합 필터의 출력을 도시한 도면

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여설명될 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의내려진 용어들로서 이는 사용자 또는 칩설계자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 1단계 셀탐색 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.

도 5는 도 4의 정합 필터의 출력을 도시한 도면이다.

먼저, 신호가 수신되면, 즉 수신신호(Rx)가 입력되면 상기 수신신호는 수신신호 지연기(411)와 제1믹서(413)로 출력된다. 상기 수신신호 지연기(411)는 상기 수신 신호를 상기 수신신호의 샘플링 레이트(Sampling Rate)에 상응하는 한 샘플(Sample) 지연하여 상기 제1믹서(413)로 출력한다. 상기 제1믹서(413)는 상기 수신신호와 상기 수신신호 지연기(411)에서 출력한 상기 수신신호가 한 샘플 지연된 신호를 믹싱하여 제1신호를 출력하고, 상기 제1신호는 정합필터(421)로 입력된다.

한편, 상기 수신신호가 입력됨을 감지하면 P-SCH 동기코드 발생기(415)는 제1동기채널(P-SCH: Primary Synchronization CHannel)에 해당하는 동기코드, 즉 제0동기코드(SC 0)를 상기 수신신호의 샘플링 레이트에 따라 발생하고, 그 발생된 제0동기코드는 제2믹서(419)와 동기 코드 지연기(417)로 출력된다. 상기 동기코드 지연기(417)는 상기 P-SCH 동기 코드 발생기(415)에서 발생한 동기코드, 즉 제0동기코드를 한 샘플 지연하여 상기 제2믹서(419)로 출력한다. 상기 제2믹서(419)는 상기 동기코드와 상기 한 샘플 지연된 동기코드를 믹싱한 제2신호를 출력하고, 상기 제2신호는 상기 정합필터(421)로 입력된다.

이렇게 상기 수신신호를 한 샘플지연한 수신신호와 다시 믹싱하고, 동기코드를 한 샘플 지연된 동기코드와 믹싱하는 것은 페이딩(Fading)이나 삽입된 잡음으로 인해 작아진 상기 수신 신호의 전력을 보상한다.

여기서, 상기 P-SCH 동기코드 발생기(415)는 제0동기코드에 대해 한 슬럿 동안 발생가능한 시간 옵셋을 모두 고려하여, 그 발생가능한 시간옵셋을 가진 동기코드를 발생하게 된다.

상기 정합필터(421)는 상기 제1믹서(413)와 제2믹서(419)에서 출력한 제1신호와 제2신호를 입력하여 상관치를 검출한다. 즉 상기 비동기식 이동통신시스템의 기지국에서 전송한 제1동기채널(P-SCH)에 대해서 슬럿 타임을 동기하기 위하여 한 슬럿 동안 발생가능한 모든 시간 옵셋에 따라 발생된 동기코드와 상기 한 샘플 지연된 동기 코드가 믹싱된 제2신호와 제1신호를 상호상관하여 상관치를 검출하는 것이다.

이렇게 상기 정합필터(421)를 통해 검출된 상관치는 비동기 누적부(423)에 저장한다. 여기서, 상기 비동기 누적부(423)에 저장되는 상관치의 개수는 제1동기채널의 상관치를 검출하기 위한 슬럿의 개수에 비례한다. 예를 들어, 상기 제1동기 채널의 상관치를 검출하기 위한 슬럿의 개수가 N개라면 상기 비동기 누적부(423)에서는 N개의 슬럿 동안 상기 정합 필터(421)에서 출력된 상관치들이 누적되는 것이다.

최대 상관치 검출기(425)는 상기 비동기 누적부(423)에 저장된 상관치중 최대 상관치를 검출하여, 그 최대상관치를 가지는 동기코드의 시간 옵셋을 검출한다.

여기서, 상기 도 5에 도시되어 있는 상기 정합필터(421)의 출력을 살펴보면, 정확한 시간 옵셋을 가지는 동기코드에 대한 상관치는 (511)와 같이 다른 sidelobe와 전력상에서 현저한 차이를 나타내어 최대상관치를 검출하는 것이 용이하다. 이렇게 검출된 최대 상관치를 가지는 동기코드 시간옵셋에 따라서 상기 이동국은 자신이 속한 기지국의 슬럿 타임에 동기된다.

한편, 상기에서 설명한 수신신호 지연기(411)와, 믹서(413)을 제1신호 발생부라 칭하고, 제1동기채널 동기코드 발생기(415)와, 동기코드 지연기(417)와, 믹서(419)를 제2신호 발생부로 칭하기로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 비동기식 이동통신 시스템의 이동국에서 셀탐색을 수행할 때 기지국에서 전송한 제1동기채널의 간섭 및 잡음으로 인한 신호전력 열화를 동기코드 시간옵셋을 검출하기 이전에 미리 보상해 줌으로써 1단계 셀탐색시 슬럿 타임 동기를 위한 비동기 누적 횟수를 감소시키는 것이 가능하며, 비동기 누적 횟수 감소로 인한 하드웨어적인 로드를 감소시키는 것이 가능하다는 이점을 갖는다.

또한 미리 신호전력 열화를 보상해줌으로써 1단계 셀탐색의 동기코드의 시간옵셋이 정확할 경우 상관치 전력을 검출하는 것이 용이하여, 동기코드 시간옵셋을 검출하기 위해 수행하는 슬럿의 수가 감소함으로 인해 전력소모의 감소를 가져온다는 이점을 갖는다.

Claims (10)

1. 비동기식 이동통신시스템의 셀탐색 장치에 있어서,

   수신신호와 상기 수신신호를 설정주기만큼 지연한 신호를 믹싱한 제1신호와, 제1동기채널의 동기코드와 상기 동기코드를 설정주기만큼 지연한 신호를 믹싱한 제2신호를 입력하여 상관치를 검출하는 상관치 검출부와,

   상기 검출한 상관치를 소정 슬럿들 동안 누적하고 그 누적한 상관치들중 최대 상관치를 가지는 동기코드의 시간 옵셋을 검출하는 시간 옵셋 검출부로 구성됨을 특징으로 하는 비동기식 이동통신 시스템의 셀탐색 장치.
2. 비동기형 이동통신시스템의 셀탐색 방법에 있어서,

   수신신호와 상기 수신신호를 설정주기만큼 지연한 신호를 믹싱한 제1신호와, 제1동기채널의 동기코드와 상기 동기코드를 설정주기만큼 지연한 신호를 믹싱한 제2신호를 입력하여 상관치를 검출하는 과정과,

   상기 검출한 상관치를 소정 슬럿들 동안 누적하고 그 누적된 상관치들중 최대 상관치를 가지는 동기코드의 시간 옵셋을 검출하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 비동기형 이동통신 시스템의 셀탐색 방법.
3. 비동기형 이동통신 시스템의 셀탐색 장치에 있어서,

   수신신호와 상기 수신신호를 한 샘플 주기만큼 지연한 신호를 믹싱한 제1신호를 발생하는 제1신호발생부와,

   시간옵셋에 따른 동기코드와 상기 동기코드를 상기 한 샘플 주기만큼 지연한 신호를 믹싱한 제2신호를 발생하는 제2신호발생부와,

   상기 제1신호를 상기 제2신호와 상관하여 상관치를 검출하는 정합필터와,

   상기 정합필터에서 출력하는 상관치가 소정 슬럿들 동안 누적되면 그 누적된 상관치들 중 최대상관치를 가지는 동기코드의 시간옵셋을 검출하는 최대 상관치 검출부로 구성됨을 특징으로 하는 비동기형 이동통신 시스템의 셀탐색 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1신호 발생부는;

   상기 수신신호를 상기 수신신호의 한 샘플 주기만큼 지연하는 수신신호 지연기와,

   상기 수신신호와 상기 수신신호 지연기에서 발생한 신호를 믹싱하는 믹서로 구성됨을 특징으로 하는 비동기형 이동통신 시스템의 셀탐색 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제2신호발생부는;

   상기 시간옵셋에 따른 동기코드를 발생하는 제1동기채널 동기코드 발생기와,

   상기 발생한 동기코드를 상기 수신신호의 한 샘플 주기만큼 지연하는 동기코드 지연기와,

   상기 동기코드와 상기 한 샘플 주기만큼 지연된 동기코드를 믹싱하는 믹서로 구성됨을 특징으로 하는 비동기형 이동통신 시스템의 셀탐색 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 최대상관치 검출부는;

   상기 정합필터에서 출력하는 상관치를 소정 슬럿들 동안 누적 저장하는 비동기 누적기와,

   상기 소정 슬럿들 동안 누적 저장되어 있는 상관치중 최대상관치를 가지는 동기코드의 시간옵셋을 검출하는 최대상관치 검출기로 구성됨을 특징으로 하는 비동기형 이동통신 시스템의 셀탐색 장치.
7. 비동기형 이동통신 시스템의 셀탐색 방법에 있어서,

   수신신호와 상기 수신신호를 한 샘플 주기만큼 지연한 신호를 믹싱한 제1신호와, 시간옵셋에 따른 동기코드와 상기 동기코드를 상기 한 샘플 주기만큼 지연한 신호를 믹싱한 제2신호를 발생하는 과정과,

   상기 제1신호를 상기 제2신호와 상관하여 상관치를 검출하는 과정과,

   상기 검출한 상관치가 소정 슬럿들 동안 누적되면 그 누적된 상관치들 중 최대상관치를 가지는 동기코드의 시간옵셋을 검출하는 과정으로 이루어짐을 징으로 하는 비동기형 이동통신 시스템의 셀탐색 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 제1신호를 발생하는 과정은;

   상기 수신신호를 상기 수신신호의 한 샘플 주기만큼 지연하는 과정과,

   상기 수신신호와 상기 수신 신호를 한 샘플 주기만큼 지연된 수신신호를 믹싱하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 비동기형 이동통신 시스템의 셀탐색 방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 제2신호를 발생하는 과정은;

   상기 시간옵셋에 따른 동기코드를 발생하는 과정과,

   상기 발생한 동기코드를 상기 수신신호의 한 샘플 주기만큼 지연하는 과정과,

   상기 동기코드와 상기 한 샘플 주기만큼 지연된 동기코드를 믹싱하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 비동기형 이동통신 시스템의 셀탐색 방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 최대 상관치를 가지는 동기 코드의 시간옵셋을 검출하는 과정은;

    상기 검출한 상관치를 소정 슬럿들 동안 누적 저장하는 과정과,

    상기 누적 저장되어 있는 상관치들중 최대상관치를 가지는 동기코드의 시간옵셋을 검출하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 비동기형 이동통신 시스템의 셀탐색 방법.