KR101044885B1

KR101044885B1 - 무선 통신 시스템에 액세스하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101044885B1
Application number: KR1020087024189A
Authority: KR
Inventors: 시앙양 후앙
Original assignee: 모토로라 모빌리티, 인크.
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2011-06-28
Anticipated expiration: 2025-06-23
Also published as: PL1762019T3; WO2006012170A2; ES2413431T3; KR100867264B1; KR20080102418A; TW200627838A; CN1985451A; KR20070030288A; EP1762019B1; CN1985451B; WO2006012170A3; US20050286465A1; US7599327B2; EP1762019A2; TWI369090B; EP1762019A4

Abstract

가입자국(101-103)에 의한 무선 통신 시스템(100)의 액세스는 한 세트의 시퀀스들에 의해 생성된 액세스 신호들의 피크 대 평균 전력 비들의 낮은 평균을 갖는 것으로, 또한 액세스 신호들의 양호한 교차 상관에 기초하여 식별된 한 세트의 시퀀스들로부터 하나의 액세스 시퀀스를 선택하고(705), 액세스 시퀀스를 이용하여 액세스 신호를 생성하고 시간 도메인에서 액세스 신호에 주기적 프리픽스를 첨부함으로써 액세스 파형을 형성하고(714), 액세스 파형을 전송(715)함으로써 용이하게 된다. 소정의 구현에서, 액세스 파형은 주기적 프리픽스가 첨부되기 전에 주기적으로 시프트되며(820), 소정의 구현에서 신호는 임의로 선택된 액세스 인터벌의 서브 대역에서 전송된다(710, 810).

무선 통신 시스템, 가입자국, 액세스 시퀀스, 액세스 파형, 상관

Description

무선 통신 시스템에 액세스하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ACCESSING A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 통신 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 가입자국의 업링크 타이밍, 전력 제어, 채널 추정, 및 주파수 정합과 같은 파라미터들을 취득하거나 유지하기 위하여 가입자국에 의해 무선 통신 시스템에 임의로 액세스하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

무선 통신 시스템에서는, 원격 가입자국(SS)이 기지국(BS)에 액세스 신호를 전송함으로써 네트워크에 액세스하는 것을 허용하기 위한 메커니즘을 설계하는 것이 중요하다. 액세스 신호는 BS로부터 자원 할당을 요구하고, 네트워크에 들어가려고 시도하고 있는 SS의 존재를 BS에게 알리고, 업링크 자원의 비간섭 공유를 보장하기 위하여 항상 유지되고 조정되어야 하는 SS의 소정의 파라미터들(예를 들어, 전파에 의해 발생하는 타이밍 오프셋, 송신 전력 등)을 BS가 측정하는 것을 허용하는 프로세스를 개시하는 것과 같은 중요한 기능들을 이행한다. BS에 의해 SS에 할당되는 스케쥴된 자원을 이용하여 전송되는 통상의 데이터 트래픽과 달리, 이러한 액세스 신호는 종종 자발적인 방식으로 전송된다. 따라서, 이 프로세스는 종종 임 의 액세스로서 지칭된다. 때때로, 이 프로세스는 IEEE 802.16 표준에서 사용되는 바와 같이 "레인징(ranging)"으로도 지칭되는데, 이는 액세스 신호가 BS가 SS로부터의 전파 거리(따라서, 그 범위)를 측정하는 것을 도울 수 있기 때문이다. 타이밍 어드밴스 오프셋으로 알려진 파라미터는, 모든 SS로부터의 신호들이 BS에서 동기화되는 것으로 보이도록(즉, 업링크 타이밍 동기화) BS에서의 기준 타이밍에 대해 SS가 그의 전송을 앞당기는 데 이용된다. 업링크 타이밍 동기화가 달성되면, SS 직교성이 보장된다(즉, 각각의 SS는 다른 SS와의 충돌없이 그 자신에 할당된 서브 캐리어를 점유한다). 본 명세서에서, "액세스", "임의 액세스" 및 "레인징"이라는 용어는, 이러한 프로세스들을 기술하기 위하여, 또한 액세스 프로세스를 개시하기 위하여 SS에 의해 전송되는 신호를 기술하기 위하여 호환 가능하게 사용된다.

임의 액세스 또는 레인징 프로세스는 초기 네트워크 진입 또는 재진입 동안, 그리고 셀 핸드오프 동안 SS와 BS를 동기화하기 위한 초기/핸드오버 레인징 기능, SS 동기화를 유지하기 위한 주기적 레인징 기능, 및 각각의 SS가 업링크 대역폭 할당을 요청하는 것을 허용하는 대역폭 요청 기능을 포함한다. 이러한 업링크 레인징 기능들은 사용자 경험에 크게 영향을 줄 수 있는 매우 중요한 태스크를 이행한다. 예를 들어, 대역폭 요청 레인징 성능은, 빠른 응답을 요구하는 산발적인 패킷 트래픽으로 구성되는 통신 세션들(예를 들어, HTTP) 동안에 특히, 사용자에 의해 감지되는 액세스 대기 시간에 직접 영향을 미치는데, 이 경우에는 액세스 요청의 높은 검출 및 낮은 충돌 가능성이 매우 바람직하다. 다른 예에서, 사용자가 네트워크에 빠르게 진입하거나 새로운 서빙 섹터로 핸드오버되는 것을 허용하기 위하여, 초기 레인징 신호의 확실한 검출이 필수적이다. 초기 레인징 신호들로부터의 정확한 타이밍 오프셋들의 신뢰성 있는 추출도 사용자 직교성을 보장하는(즉, 각각의 SS가 다른 SS와 충돌하지 않고 그 자신에 할당된 서브 캐리어를 점유하는 것을 보장하기 위하여) 업링크 동기화를 달성하는 데 중요하다. BS가 레인징으로부터 추출해야 하는 다른 중요한 정보는 전력 측정, 주파수 동기화, 및 채널 임펄스 응답 추정 등을 포함한다. 따라서, 네트워크에 대한 빠르고 신뢰성 있는 사용자 액세스를 가능하게 하는 효율적이고 유연한 에어 인터페이스 메커니즘이 필요하다.

무선 통신 시스템에서 상기 통신 시스템에 액세스하기 위해 가입자국에 의해 이용되는 방법은 한 세트의 N_c 액세스 시퀀스들로부터 하나의 액세스 시퀀스를 선택하는 단계, 상기 선택된 액세스 시퀀스의 고속 푸리에 역변환을 수행함으로써 액세스 신호를 생성하는 단계, 정의된 한 세트의 N_sh 시프트 값들 중 하나인 시프트 값만큼 상기 생성된 액세스 신호를 주기적으로 시간 시프팅하는 단계, 상기 선택된 주기적으로 시프팅된 액세스 신호에 주기적 프리픽스를 첨부함으로써 액세스 파형을 형성하는 단계, 및 상기 액세스 파형을 전송하는 단계를 포함한다.

본원 발명에 따르면, 각각의 레인징 코드에 대해, 시간 도메인 레인징 신호의 N_sh 주기적 시간 시프트들(주파수 도메인에서의 위상 회전)이 레인징 기회들의 수를 더 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 수학적으로, j번째 시프트 후의 주파수 도메인 시퀀스는 다음과 같다.

여기서, s(k)는 최초 (또는 0번째 시프트) 시퀀스이고, L은 CP 길이(레인징의 타입에 따라 정규 또는 연장 CP)이고, N_FFT는 FFT 크기이다. 본질적으로, 코드 분할성은 추정된 채널이 시간 도메인에서 L의 소정의 배수 만큼 시프트된다는 사실에 의해 달성된다. L이 채널 길이의 대부분을 커버할 수 있을 만큼 충분히 큰 경우, 상이한 주기적 시프트들을 이용하는 액세스 신호들은 그들의 대응 채널들이 적 절히 양호하게 분리되는 것을 허용한다.

본 발명에 따른 특정 통신 시스템 액세싱 기술을 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 가입자국에 의한 통신 시스템의 액세스에 관련된 방법 단계들 및 장치 컴포넌트들의 조합에 주로 존재한다는 것을 알아야 한다. 따라서, 장치 컴포넌트들 및 방법 단계들은 적절한 경우에, 본 명세서의 설명의 이익을 갖는 이 분야의 통상의 전문가들에게 자명한 상세들로 개시를 불명확하게 하지 않기 위하여 본 발명의 이해에 적절한 특정 상세들만을 보여주는 도면들에서 통상의 심볼들로 표현되었다.

이제, 동일 번호가 동일 컴포넌트를 표시하는 도면들을 참조하면, 도 1은 통신 시스템(100)의 블록도이다. 통신 시스템(100)은 기지국(BS; 104, 105)을 각각 갖춘 복수의 셀(106, 107)(2개만 도시)을 포함한다. BS(104)의 서비스 영역은 복수의 가입자국(SS; 101-103)을 커버하는데, 이들 각각은 동시에, 본 명세서에서 임의 액세스 기능이라고도 하는 소정 타입의 레인징 기능을 수행하고 있을 수 있다. 예를 들어, SS(101)는 BS(104)의 서비스 영역을 벗어나 BS(105)의 서비스 영역으로 들어갈 수 있는데, 이 경우에는 종종 핸드오버 액세스를 수반하는 핸드오버가 발생한다. 다른 예에서, SS(102)는 대역폭 요청을 행하고, 그리고/또는 SS(103)는 통신 시스템 내에서 최초 구동될 때 초기 진입 액세스를 행한다. 본 발명의 일 실시예에서, 통신 시스템(100)은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 변조 또는 멀티 캐리어 CDMA(MC-CDMA), 멀티 캐리어 다이렉트 시퀀스 CDMA(MC-DS-CDMA)와 같은 OFDM의 다른 변형을 이용한다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 멀티 채널 통신 시스 템(100)은 TDMA, FDMA 및 CDMA와 같은 임의의 기술을 이용할 수 있다.

전용 레인징 존의 정의

도 2를 참조하면, 시간 도메인 다이어그램은 본 발명의 소정 실시예들에 따라 OFDM 예시 시스템에 대해 정의된 "기본적" 전용 기본 레인징 존(201)(본 명세서에서 "존"이라는 용어는 도면에서 사용되는 "인터벌"이라는 용어와 호환성이 있다)을 나타낸다. 전용 기본 레인징 인터벌(201)의 지속 기간은 특수 OFDM 심볼(202)("연장 CP" OFDM 심볼로 표시됨)의 인터벌 및 셀에서 수용될 최대 타이밍 지연과 동일한 비전송 인터벌인 "데드 인터벌"(204)로 구성된다. 특수 OFDM 심볼(202)은 특수 고속 푸리에 변환(FFT) 윈도우(209)의 지속 기간과 연장된 주기적 프리픽스(cyclic prifix; CP)(203)의 지속 기간의 합과 동일한 지속 기간을 갖는데, 여기서 CP는 OFDM에서 일반적으로 알려진 바와 같이 신호의 일부의 반복을 나타낸다. 따라서, 특수 OFDM 심볼은 도 2에서 "연장 CP" OFDM 심볼로도 지칭된다. 특수 고속 푸리에 변환(FFT) 윈도우(209)는 OFDM 시스템의 예시적인 전개에서 "정규(regular)" OFDM 심볼 주기와 동일하게 되도록 또는 다른 설계 값(후술함)이 되도록 편리하게 선택될 수 있다. 연장 CP(203)의 지속 기간은 "정규" CP(205)의 지속 기간과 수용될 최대 타이밍 지연(206)의 합과 동일하다. 최대 타이밍 지연은 모든 가능한 가입자 위치 간의 가능한 타이밍 차이들에 기초하여 선택된다. 이 값은 왕복 전파 지연 및 셀 크기와 직접 관련된다. 한편, 연장 CP(203) 내의 "정규" CP(205)의 지속 기간은, 본 발명이 OFDM 시스템에 대해 이용되는 경우에 정규 데이 터 전송에 대해 정의되는 CP 길이와 같다. 다른 시스템에 대해서는, 정규 CP의 지속 기간은 종종, 전개 환경에서 만나는 채널들의 초과 지연 확산에 기초하여 선택되는데, 이는 또한 CP 길이가 OFDM 시스템에 대해 결정되는 방법이다. 마지막으로, 전술한 바와 같이, 부가된 "데드" 인터벌은 최대 타이밍 지연에 따라 선택된다.

정의된 레인징 인터벌에서만 레인징 신호가 전송되는 것이 허용된다. 레인징 파형 자체는 OFDM 심볼로서, 즉 소정 길이의 CP를 레인징 신호에 첨부함으로써 구축된다. 편의를 위해, "파형"이라는 용어는 CP 포함 신호를 지칭하고, "신호"라는 용어는 CP 배제 부분에 대해서만 사용한다. 레인징 파형 전송은 SS가 적절한 타이밍인 것으로 결정한 타이밍에 시작된다. 초기 레인징 사용자에 대해, 그 전송 포인트(즉, 전송 시작 시간)는 기지국 기준 플러스 일 방향 전파 지연에 따른 전용 레인징 인터벌의 시초일 것이다. 초기 레인징 SS는, CP 부분이 연장 CP의 길이를 갖는 파형을 그 시점에서 전송해야 한다. BS와 이미 동기화된 다른 레인징 SS에 대해, SS는 타이밍 어드밴스를 알고 있어야 하며, 모든 SS 신호가 대략 동일한 시간에 BS에 도달하도록 소정의 기준 시점에 앞서 전송하여야 한다. 일 실시예에서, 비초기 레인징 SS는 도 2의 203 내의 205의 시작에 앞선 시점에 정규 CP를 가진 파형을 전송하거나, 203의 시작에 앞선 시점에 연장 CP를 가진 파형을 전송할 수 있다.

레인징 인터벌에 대한 위의 정의와 함께, 모든 타입의 레인징 신호는 OFDM 기반 예시 시스템에서 OFDM 심볼(207, 208)과 같은 레인징 인터벌에 선행하고 뒤따 르는 임의의 전송을 방해하지 않는다. 최대 타이밍 지연은 자신들의 타이밍을 조정하지 않는 SS들(즉, 초기 레인징 사용자들)에 대한 최대 전파 지연을 수용할 만큼 충분히 커야 한다. 최대 타이밍 지연은 셀 크기에 기초하여 결정되는 파라미터이다. BS에서의 수신기 처리를 위해, BS는 최대 타이밍 지연, 따라서 연장 CP 길이를 미리 정의하므로, BS는 특수 FFT 윈도우(209)를 추출하기 위하여 샘플링 위치를 적절히 조정하는 방법을 알아야 한다. 특수 FFT 윈도우는 이론상 임의의 크기일 수 있다. 큰 특수 FFT 윈도우는 특수 FFT 크기에 대한 연장 CP의 비율을 줄여(즉, 오버헤드를 줄여), 충돌을 줄일 더 많은 레인징 기회를 제공할 수 있다. 또한, 동일한 평균 송신 전력에 대해 더 많은 신호 전력이 BS에 도달하도록 전송의 기간도 연장될 수 있다. 그러나, 큰 특수 FFT 윈도우의 경우, 업링크 서브 프레임의 일부로서의 레인징 신호의 전체 오버헤드가 증가하며, 레인징 신호도 채널 시간 변화(예를 들어, 이동성)에 더욱 민감해져서, 도플러 효과에 의한 캐리어간 간섭이 발생하게 된다. 특수 FFT 크기의 선택은 실질적인 구현도 고려해야 한다. 예를 들어, OFDM 시스템에서, 특수 FFT 크기를 정규 FFT 크기의 정수배로 하는 것은 BS 처리를 간략화할 수 있다.

전용 기본 레인징 인터벌의 지속 기간 대 전체 업링크 서브 프레임의 비인 총 레인징 오버헤드는 업링크 서브 프레임에만 의존한다. 업링크가 길수록 오버헤드는 낮아진다. "데드 인터벌"(204)의 지연에 기인한 오버헤드가 너무 과다해지는 경우, "데드 인터벌"(204)은 다음 심볼에 대한 불가피한 간섭을 생성하는 대가로 생략될 수 있다.

도 3을 참조하면, 시간 도메인 다이어그램은 본 발명의 소정의 실시예들에 따라 "기본" 전용 레인징 인터벌(201) 상에 구축되는 "연장" 전용 레인징 인터벌(303)을 나타낸다. 기본 레인징 인터벌이 제공할 수 있는 것보다 많은 레인징 기회가 필요할 경우, 정규 CP 길이만을 갖는 하나 이상의 정류 OFDM 심볼(301, 302)이 연장 CP 특수 심볼의 앞에 추가될 수 있는 연장 레인징 인터벌(303)이 정의될 수 있다. 초기 레인징 전송은 연장 CP 인터벌 동안에만 허용되지만, 다른 레인징 전송은 어디에서나 허용된다. 이러한 설계는 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 특수 FFT 크기가 확대되는 경우에 대한 대안이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 소정 실시예들에 따른 연장 전용 레인징 인터벌의 변형의 주파수 도메인 다이어그램이 도시되어 있다. 이들 실시예에서, 레인징 신호는 전과 같이 전체 대역폭 대신에 시스템 대역폭의 일부만을 점유하는 것이 허용된다. 예를 들어, 연장 CP 심볼(401)(도 2의 연장 CP 심볼(202)와 동일)에 대해, 대역폭의 일부(402)가 레인징에 전용화되고, 나머지 대역폭(403)은 데이터 트래픽에 이용된다. 실제로, 레인징 및 데이터 트래픽이 다중화되는 이러한 설계는, 추가 정규 OFDM 심볼들(404, 405)이 사용되는 도 4에 도시된 것과 같은 연장 레인징 인터벌 내의 각 심볼에 대한 상이한 데이터/레인징 비를 이용하여 수행될 수 있다. "주파수-시간 레인징 존"이라는 일반 용어는 이러한 경우들에 대해 사용된다.

도 5를 참조하면, 시간 도메인 다이어그램은 IEEE 802.16 표준의 초안 및 공개 버젼에 의해 기술된 OFDM 시스템들과 유사한 OFDM 시스템에 대한 예시적인 레인징 인터벌을 나타낸다. 레인징 인터벌(501)은, 필요에 따라 보다 많은 레인징 기 회를 제공하기 위해 정규 CP를 각각 갖는 최대 4개의 정규 OFDMA 심볼이 선행할 수 있는 연장 CP를 가진 하나의 특수 OFDMA 심볼로 구성된다. 연장 CP의 지속 기간은 정규 CP의 정수배로서 BS로부터 전송된 제어 메시지(예를 들어, IEEE 802.16 표준의 초안 및 공개 버젼에 정의된 UL-MAP 메시지)에서 기지국에 의해 시그널링된다. 마찬가지로, 이 또한 정규 FFT 크기의 정수배일 수 있는 연장 CP 심볼의 특수 FFT 크기도 제어 메시지에서 시그널링된다. 특수 OFDMA 심볼 직후, 가장 큰 최대 타이밍 차이와 동일한 "데드" 인터벌이 존재한다. 그러나, 이것은 성능 저하와 오버헤드 감소를 맞바꾸도록 생략될 수 있다. 제어 메시지는 데드 인터벌이 포함되어 있는지를 표시할 수 있다. 데드 인터벌의 지속 기간은 암시적으로 SS에 알려지며, 연장 CP 심볼 지속기간과 정규 CP 지속기간 사이의 차이와 동일하다.

주파수, 시간 및 코드 도메인에서의 레인징 기회들의 분할

도 6을 참조하면, 블록도는 본 발명의 소정 실시예들에 따른 주파수, 시간 및 코드 도메인에서의 레인징 기회들의 분할을 나타낸다. 각각의 임의 액세스 신호는 섹터에 할당된 코드 그룹(601)(본 명세서에서 코드 그룹의 크기는 정수인 Nc로 표시된다)으로부터 임의의 선택되는 레인징 시퀀스("액세스 시퀀스", "레인징 코드" 및 "액세스 코드"와 호환됨)에 기초하여 생성된다. 코드 그룹에 사용되는 액세스 시퀀스 및 상이한 섹터들에 대한 코드 그룹들의 할당은 후술한다. 레인징 시퀀스는 N_bl 서브 대역들(602) 사이에서 임의로 선택되는 주파수 블록(서브 대역) 내의 연속 서브 캐리어들을 직접 변조함으로써 액세스 신호를 생성하기 위해 사용될 수 있는데, N_bl은 BS 및 SS 양자에 공지된 "1"의 값을 포함하는 정수이다. N_bl은 시스템 대역폭에 기초하여 결정되고, BS 및 SS에 대해 공지될 수 있다. 시간 도메인 액세스 신호는 선택된 서브 대역을 변조한 후 레인징 시퀀스 상에 IFFT를 수행함으로써 생성된다. 완전한 액세스 파형을 형성하기 위하여 CP가 액세스 신호의 앞에 삽입되기 전에, 액세스 신호는 시간 도메인에서 주기적으로(순환적으로) 시프트될 수 있는데, 이 시프트는 BS 및 SS에 대해 공지된 N_sh(정수) 허용 값들(603) 중에서 임의로 선택된다. 마지막으로, 최종 레인징 파형을 형성하기 위하여 CP가 추가되는데, CP의 길이는 초기 레인징에 대해서는 연장 CP의 길이이고, 다른 레인징에 대해서는 전송 시점(후술함)에 따라 연장 CP 또는 정규 CP의 길이이다. 도 3 및 도 5를 참조하여 설명된 것과 같은 실시예들에서, 파형의 지속 기간은 연장 레인징 인터벌 내의 하나의 OFDM 심볼의 지속 기간에 상응한다. 도 5를 참조하며 설명된 것과 같은 실시예들에서, 레인징 시퀀스는, 레인징 시퀀스에 데이터 심볼들을 첨부하고, 첨부된 레인징 시퀀스의 기간들을 이용하여, 임의로 선택된 주파수 블록(서브 대역) 내의 연속 서브 캐리어들을 직접 변조함으로써 액세스 파형을 생성하는 데 사용될 수 있다.

주파수, 시간 및 코드 도메인에서의 레인징 기회들의 분할에 대한 보다 상세한 것은 다음과 같다. 먼저, 주파수 도메인에서, 전체 주파수 대역이 N_bl 주파수 블록들(602)(각각의 서브 대역에서 K 서브 캐리어들을 가진 N_bl서브 대역들)로 분 할된다. 레인징 신호는 하나의 서브 대역만을 점유할 수 있다. 대역폭을 직교 블록들로 분할하는 이유는 보다 양호한 유연성을 위해서이다. 첫째, 레인징 기회들의 수는 대역폭에 대해 조정 가능하게 될 수 있는데, 보다 큰 대역폭의 시스템은 유사한 충돌 레이트에 대해 보다 좁은 대역폭의 시스템보다 많은 기회를 제공해야 한다. 둘째, 협대역 전송이 광대역 전송보다 낮은 타이밍 해상도를 갖지만(대역폭의 1/N_bl만이 활성화될 때, N_bl 채널 탭들은 하나의 채널 탭으로 감소된다), 좁은 서브 대역 상에서의 전송은 상당한 업링크 SNR을 달성하기 위하여 그 대역 상에서의 전력 상승을 허용한다. 한편, 레인징 시퀀스 코드의 길이와 동일한 각 서브 대역 내의 서브 캐리어들의 수는 교차 상관 특성에 영향을 미친다. 예를 들어, 서브 대역 내의 서브 캐리어들의 수를 반감시키는 것은 그 대역 상에서 3 dB의 송신 전력 상승을 허용하지만, 다른 공동 채널 레인징 코드들로부터의 잠재적인 간섭도 3 dB 증가한다. 따라서, 서브 대역 내의 서브 캐리어들의 수는 SNR 상승과 간섭 감소 간의 절충을 수반한다. 요컨대, 파라미터 N_bl은 대역폭(FFT 크기), 업링크 SNR 요건, 타이밍 정확도 요건, 잠재적 공동 채널 간섭에 대한 억제 능력, 및 제공되어야 하는 레인징 기회들의 수에 기초하여 BS에 의해 지정된다. 이것은 또한, 후술하는 다른 2개의 파라미터 Nc 및 N_sh와 함께 지정되어야 한다.

둘째로, 각각의 서브 대역에서, 다수의 레인징 코드(601)(즉, Nc 시퀀스들)가 허용될 수 있다. 이 레인징 코드들은 동일 대역을 점유하므로, 어떠한 코드 충돌 없이도 서로 간섭할 수 있다. 양호한 교차 상관을 갖는 시퀀스들은 보다 양호 한 코드 검출 및 채널 추정을 위해 더욱 바람직하다. 또한, 업링크 SNR을 개선할 수 있도록 송신 전력을 상승시킬 수 있기 위하여 시간 도메인 레인징 파형의 낮은 PAPR도 더욱 바람직하다. 이러한 바람직한 특성을 갖는 시퀀스들의 상세는 다음 장에서 설명된다. 또한, 셀룰러 전개를 위해, 상이한 이웃 섹터들에 할당할 다수의 시퀀스 그룹(각각 Nc 액세스 시퀀스들을 가짐)도 필요하다. 따라서, 이 코드들이 생성되고 그룹화될 때, 상이한 그룹들로부터의 임의의 코드 쌍은 동일 그룹 내의 임의의 코드 쌍과 꼭 같이 양호한 교차 상관을 가져야 한다. 요컨대, 파라미터 Nc는 액세스 요구, 및 성공적 검출 레이트가 여전히 양호한 최대 허용 가능 간섭 레벨에 기초하여 BS에 의해 결정된다.

셋째로, 각각의 레인징 코드에 대해, 시간 도메인 레인징 신호의 N_sh 주기적 시간 시프트들(603)(주파수 도메인에서의 위상 회전)이 레인징 기회들의 수를 더 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 수학적으로, j번째 시프트 후의 주파수 도메인 시퀀스는 다음과 같다.

여기서, s(k)는 최초 (또는 0번째 시프트) 시퀀스이고, L은 CP 길이(레인징의 타입에 따라 정규 또는 연장 CP)이고, N_FFT는 FFT 크기이다. 본질적으로, 코드 분할성은 추정된 채널이 시간 도메인에서 L의 소정의 배수 만큼 시프트된다는 사실에 의해 달성된다. L이 채널 길이의 대부분을 커버할 수 있을 만큼 충분히 큰 경 우, 상이한 주기적 시프트들을 이용하는 액세스 신호들은 그들의 대응 채널들이 적절히 양호하게 분리되는 것을 허용한다.

초기 레인징 전송은 처음 시스템 채널에 동기화하기를 원하는 임의의 SS에 의해 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, BS로부터의 제어 메시지는 초기 레인징 신호가 사용할 수 있는 서브 대역들을 지정할 수 있다. 모든 서브 대역, 또는 예를 들어 가장 낮은 주파수 오프셋에서 시작하는 지정된 수의 서브 대역들이 초기 레인징을 위해 허용될 수 있다. 최대로, 레인징 신호의 상이한 시프트들 중에서 N_sh=

시프트들만이 간섭 없는 코드 분할을 위해 선호되는데, 여기서

는 플로어링 함수(flooring function)(즉, x보다 크지 않은 최대 정수)를 나타내고, L_CPe는 연장 CP의 길이이고, N_sp는 정규 FFT 크기 N의 배수일 수 있는 특수 FFT 심볼(도 2의 209)의 FFT 크기이다. 추정된 채널들 간에 소정의 간섭이 허용될 수 있는 경우, 그 최대 수는 증가할 수도 있다. 일반적으로, 증가된 간섭의 대가로 보다 많은 시프트가 사용될 수 있다. 그러나, 양호한 관례는 시프트들의 수를

로 설정하고 있으며, 따라서 양호한 잡음 및 간섭 레벨의 추정은 "채널 프리" IFFT 샘플들로부터 얻어질 수 있다. L_CPe는 OFDM 시스템에서 사용되는 정규 CP 길이(L_CP로 표시됨)보다 상당히 클 수 있으므로(CP 길이를 정의하지 않는 비 OFDM에 대해, 정규 CP의 지속 기간 또는 L_CP는 종종 전술한 바와 같이 배치시에 만나는 채널들의 초과 지연 확산에 기초하여 선택된다), 허용되는 N_sh는 상당히 감소할 수 있다. 다른 비 초기 레인징 함수들에 대해 이용 가능한 시프트들의 수를 증가시키기 위하여, 초기 레인징은 허용되는 시프트들의 수가 단지 예로서

이 되는 소정 수(즉, N_bl')의 서브 대역들로 한정될 수 있다. 그러나, 비 초기 레인징만이 허용되는 나머지 N_bl-N_bl' 서브 대역들 상에서, 시프트들의 수는

로 증가할 수 있다. 종종, 총 레인징 기회는 증가한다. 초기 레인징이 N_bl'(<N_bl) 서브 대역들 상에서만 허용되는 경우, 초기 레인징 기회의 수는

이다. 초기 레인징이 모든 서브 대역에서 허용되는 경우, 모든 레인징 기회의 총 수는

인데, 그 일부는 초기 레인징에 할당될 수 있다.

주기적 레인징 전송은 시스템 주기적 레인징을 위해 주기적으로 전송된다. 대역폭 요청 전송은 BS로부터 업링크 할당을 요청하기 위한 것이다. 이러한 비 초기 레인징 전송은 시스템에 이미 동기화된 SS들에 의해서만 전송될 수 있다. 이러한 전송은, 추가 OFDM 심볼들이 BS로부터의 제어 메시지에서 레인징을 위해 할당되는 경우에 이 추가 OFDM 심볼들도 이용할 수 있다.

레인징 코드

낮은 PAPR(피크 대 평균 전력 비) 및 양호한 교차 상관을 갖는 레인징 시퀀스를 이용하는 것이 바람직하다. 큰 PAPR은 신호 왜곡을 피하기 위하여 보다 큰 전력 백오프를 필요로 한다. 이러한 전력 백오프를 이용함으로써 발생하는 감소된 평균 송신 전력은 업링크 SNR의 감소를 유발하는데, 이는 BS가 제한된 전력을 가진 이동 장치들로부터 레인징 신호를 검출하는 데 문제가 될 수 있다. OFDM에서, PAPR은 대개, OFDM 서브 캐리어들이 랜덤 PSK/QAM 심볼들로 변조될 때 통상의 "단일 캐리어" 전송에서의 PAPR보다 훨씬 더 높다. 예를 들어, IEEE 802.16 표준의 초안 및 공개 버젼에 기술된 액세스 신호에 대한 PAPR은 6.5 내지 12 dB의 범위이다.

다른 중요한 시퀀스 특성-교차 상관-과 관련하여, 상이한 레인징 신호들은 서로 간섭하므로, 이들 사이의 양호한 교차 상관은 간섭을 완화할 수 있으며, 결과적으로 검출 레이트를 향상시키고 거짓 알람을 감소시킨다. 동일한 서브 캐리어 세트 상에서, 그리고 동일한 주기적 시프트에서의 다른 레인징 코드들의 존재는, 교차 상관 특성이 만족스럽지 못한 경우에 원하는 채널의 추정을 심하게 왜곡시킬 수 있다. 이것은 정확한 채널 지식을 얻는 목표는 물론, 레인징 코드의 존재를 검출하는 목적을 위해서조차 낮은 검출 레이트 및 높은 거짓 알람 레이트를 유발한다. 채널 조건이 더 나빠지거나(예를 들어, 보다 큰 지연 확산 하에서), 레인징 사용자의 수가 증가함에 따라, 성능은 더더욱 수용하기 어려워진다.

본 발명의 소정 실시예들에서, 레인징 신호는 양호한 PAPR 및 교차 상관을 갖는 액세스 시퀀스들을 이용한다. 본 발명의 일 실시예에서, 시퀀스들의 세트는 랜덤 PSK 또는 골래이 PSK 시퀀스들과 같은 특수 타입 시퀀스들의 검색으로부터 나올 수 있으며, 따라서 그 결과 세트는 양호한 PAPR 및 교차 상관을 갖게 된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 시퀀스는 비 2진 단위 진폭 시퀀스인 일반 처프형(GCL) 시퀀스들로부터 보다 체계적으로 구축될 수 있다. 레인징에 사용되는 GCL 시퀀스는 다음과 같이 표현된다.

여기서, N_G는 GCL 시퀀스의 길이(후술하는 바와 같이 소수가 선호된다)이고, u는 1과 N_G-1 사이에서 선택된 0이 아닌 정수인 클래스 인덱스로 지칭된다. GCL 시퀀스는 다음과 같은 중요한 특성을 갖는다.

특성 1: GCL 시퀀스는 일정한 진폭을 가지며, 그의 N_G-포인트 이산 푸리에 변환(DFT)도 일정한 진폭을 갖는다.

특성 2: 임의 길이의 GCL 시퀀스들은 "이상적인" 주기적 자기 상관을 갖는다(즉, 그 자신의 순환적으로 시프트된 버젼과의 상관이 델타 함수이다).

특성 3: 임의의 두 GCL 시퀀스들 간의 주기적 교차 상관 함수의 절대값은 일정하며, |u1-u2|, u1 및 u2 모두가 N_G에 상대적으로 소수일 때(N_G가 소수일 경우에 쉽게 보증될 수 있는 조건)

와 동일하다.

여기서 언급되는 교차 상관은, 둘 중 하나가 원소들의 정수만큼("지연"으로 지칭됨) 시프트되는 2개의 시퀀스 사이의 상관에 대응하는 각각의 값을 갖는 시퀀 스이다. 모든 지연(특성 3)에서의 교차 상관 1/

은 실제로 이상적인 자기 상관 특성을 갖는 임의의 2개의 시퀀스에 대한 최적의 교차 상관값을 달성한다(이는 모든 지연에 대한 교차 상관의 최대값의 이론적 최소가 달성됨을 의미한다). 최소는 모든 지연에서의 교차 상관이

과 동일할 때 달성된다. 이러한 특성은, 여러 간섭 시퀀스들이 각각의 서브 대역에서, 그리고 각각의 섹터에서 사용되므로 중요하다(멀티 섹터 환경의 경우 간섭자들이 더 많다). 교차 상관 특성은, 간섭 신호가 수신 신호와 원하는 시퀀스를 상관시킨 후에 시간 도메인에서 균일하게 확산되는 것을 허용한다. 따라서, 적어도 원하는 채널의 상당한 탭들이 더 신뢰성 있게 검출될 수 있다.

또한, GCL 시퀀스에 적용되는 임의의 스칼라 위상 시프트도 GCL 시퀀스가 최적의 주기적 교차 상관 및 이상적인 자기 상관을 갖게 한다는 점에 유의해야 한다. 또한, N_G-포인트 DFT(이산 푸리에 변환) 또는 IDFT(역 DFT)가 각각의 GCL 시퀀스 상에 취해지는 경우, 새로운 세트의 멤버 시퀀스들도, 새로운 세트가 수학식 2의 형태로 표현될 수 있는지의 여부에 관계없이, 최적의 주기적 교차 상관 및 이상적 자기 상관을 갖는다. 실제로, GCL 시퀀스 상에 행렬 변환을 적용함으로써 형성되는 시퀀스들도, 행렬 변환이 단위적인 한은 최적의 주기적 교차 상관 및 이상적 자기 상관을 갖는다. 예를 들어, N_G-포인트 DFT/IDFT 연산은 행렬이 N_G×N_G 단위 행렬인 크기-N_G 행렬 변환에 등가이다. 결과적으로, GCL 시퀀스 상에 수행되는 단위 변환에 기초하여 형성되는 시퀀스는 여전히 본 발명의 범위에 속하는데, 이는 최종 시 퀀스들이 여전히 GCL 시퀀스들로부터 구축되기 때문이다. 즉, 최종 시퀀스들은 실질적으로 GCL 시퀀스들에 기초한다(그러나 반드시 동일하지는 않다). 일반적으로, 서브 대역 내의 서브 캐리어들의 수는 종종 소수가 아니다. 이 경우, 일 실시예에서, 원하는 길이보다 큰 가장 작은 소수가 선택되며, GCL 시퀀스는 원하는 길이로 절단된다. 대안으로, 다른 실시예에서, 원하는 길이보다 작은 가장 큰 소수가 선택되며, GCL 시퀀스는 원하는 길이로 주기적으로 연장된다. 가능한 한 많이 양호한 특성들을 근사화하기 위하여 GCL 시퀀스의 다른 변형도 동일한 사상으로 허용될 수 있다. 이러한 변형이 수행될 때, 전술한 3가지 특성은 근사적으로만 유지되지만, 이들은 여전히, 특히 시퀀스가 적절히 길 때, 매우 양호하게 유지되는 것이 발견된다. 예를 들어, 임의의 시퀀스 쌍 간의 교차 상관의 모든 지연에 대한 절대 상관값들은 여전히 매우 균일하게 분포되며, 따라서 모든 지연에 대한 최대 절대 상관값은 교차 상관의 절대 상관값들의 평균의 2배 이하가 된다. 이것은 양호한 교차 상관이다.

특성 3에서의 일정한 진폭은, 서브 캐리어들이 균일한 채널 추정을 허용하도록 균일하게 활성화된다는 것을 의미한다. GCL 시퀀스가 모든 OFDM 서브 캐리어 상에(또는 균일하게 이격된 서브 캐리어들 상에) 적용될 때, 시간 도메인 신호들도 일정한 진폭을 갖게 된다. 그러나, 모든 실제 OFDM 시스템에 사용되는 가드 서브 캐리어들 및 가능한 서브 대역 활성화로 인하여, 시간 도메인 파형은 "싱크(sinc)" 펄스 쉐이핑 필터를 통과한 후 오버샘플링된 이산 시간 시퀀스에 등가이다. 결과적인 PAPR은 정확하게 일정한 진폭을 갖지 않지만, 많은 수의 GCL 시퀀스는 여전히 낮은 PAPR을 가진 파형을 생성한다. 임의의 특정 시퀀스 길이 N_G에 대해, 다수(N_G-1)의 GCL 시퀀스가 존재하며, 따라서 양호한 PAPR을 제공하는 GCL 시퀀스 클래스가 레인징 코드로서 선택될 수 있으며, 이들 사이의 양호한 교차 상관이 거의 유지된다. 이러한 방법을 이용하여, IEEE 802.16 표준의 초안 및 공개 버젼에 현재 기술된 레인징 파형의 PAPT보다 실질적으로 낮은 평균 PAPR이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 약 100의 시퀀스 길이를 갖는 본 발명의 양태들에 의해 (IEEE 802.16-2004에서의 6.5-12 dB에 비해) 2.5-5 dB의 평균 PAPR 범위가 달성될 수 있다. 본 발명은 많은 상황에서 6 dB 미만의 평균 PAPR을 갖는 충분한 시퀀스를 제공할 수 있다.

또한, 이 시퀀스들은 셀/섹터에 각각 할당되는 다수(Ngr로 표시)의 동일 크기 코드 그룹으로 분할될 수 있다. 각 코드 그룹 내의 시퀀스들의 수는 Nc이며, 그룹들의 수(Ngr)는 Nc 및 양호한 PAPR을 가진 시퀀스들의 총 수에 따라 미리 결정될 수 있다. 셀/섹터에 코드 그룹을 할당하는 한 예는 아래의 간단한 맵핑을 이용한다.

그룹 인덱스=mod(셀 ID의 최종 5비트에 대응하는 십진수, Ngr)

이웃 셀/섹터로부터의 가능한 간섭을 최소화하도록 그룹을 할당하는 것을 목표로 다른 보다 정교한 셀 설계가 가능하다.

본 발명의 다른 실시예들에서, 액세스 시퀀스는 임의의 시퀀스(예를 들어, PRBS(의사 랜덤 이진 시퀀스) 생성자로부터 생성된 시퀀스, 랜덤 PSK, 골래이 PSK 시퀀스, 또는 임의의 배열로부터의 시퀀스)에 기초할 수 있다. 임의의 시퀀스에 기초한 액세스 시퀀스는 반드시 양호한 PAPR 및 교차 상관 특성을 가질 필요가 없을 수 있지만, 소정의 경우(예를 들어, 2진 시퀀스)에는 보다 간단한 시퀀스 생성/저장/처리를 제공할 수 있다.

도 7을 참조하면, 흐름도는 본 발명의 소정의 실시예들에 따라 본 명세서에 설명된 바와 같이 동작할 때 임의의 가입자국(101, 102, 103)(도 1)과 같은 가입자국에서 사용되는 방법들의 소정의 단계들을 나타낸다. 단계 705에서, 한 세트의 Nc 액세스 시퀀스들에 의해 생성된 액세스 신호들의 피크 대 평균 전력 비들의 낮은 평균을 갖고, 한 세트의 Nc 액세스 시퀀스들에 의해 생성된 액세스 신호들의 양호한 교차 상관을 갖는 것으로 식별된 한 세트의 Nc 액세스 시퀀스들로부터 하나의 액세스 시퀀스가 선택되는데, 한 세트의 Nc 액세스 시퀀스들은 대응하는 한 세트의 길이 K의 시퀀스들에 의해 생성되었으며, 여기서 K는 액세스 신호를 전송하기 위해 식별된 서브 캐리어들의 수량이다. 단계 710에서, 소정의 구현에서, 신호가 전송되는 서브 대역이 임의로 선택된다. 단계 714에서, 액세스 시퀀스를 이용하여 액세스 신호를 생성하고, 시간 도메인에서 액세스 신호에 주기적 프리픽스를 첨부함으로써 액세스 파형이 형성된다. 액세스 시퀀스는 선택된 서브 대역 내의 서브 캐리어들을 변조하는 데 사용되므로, 일 실시예에서 시간 도메인 액세스 신호는 주파수 도메인 시퀀스의 고속 푸리에 역변환(IFFT)을 취함으로써 편리하게 생성될 수 있다. 길이가 서브 캐리어들의 총 수와 동일한 주파수 도메인 시퀀스는 바람직하게는 제로 패딩된 레인징 시퀀스(즉, 선택된 서브 대역의 서브 캐리어 위치들 및 그 밖에 제로들에서의 레인징 시퀀스)이다. 데이터 트래픽으로 레인징을 주파수 다중화하는 경우(도 4), 주파수 도메인 시퀀스는 바람직하게는 액세스 시퀀스, 필요에 따라 제로, 및 데이터 시퀀스를 포함한다. 단계 715에서, 액세스 파형이 전송된다.

도 8을 참조하면, 흐름도는 본 발명의 소정 실시예들에 따라 본 명세서의 다른 곳에서 기술되는 바와 같이 동작할 때 임의의 가입자국(101, 102, 103)(도 1)과 같은 가입자국에서 이용되는 방법들의 소정의 단계들을 나타낸다. 단계 805에서, 한 세트의 Nc 액세스 시퀀스들로부터 하나의 액세스 시퀀스가 선택된다. 단계 810에서, 소정의 구현에서 레인징 신호가 전송되려고 하는 K 서브 캐리어들의 서브 대역이 임의로 선택된다. 단계 815에서, 선택된 액세스 시퀀스를 이용하여 액세스 신호가 생성된다. 단계 820에서, 생성된 액세스 신호가 정의된 한 세트의 N_sh 시프트 값들 중 하나인 시프트 값만큼 주기적으로 시간 시프트된다. 단계 824에서, 생성된 액세스 신호의 앞에 주기적 프리픽스를 첨부하여 액세스 파형이 형성된다. 단계 825에서, 액세스 파형이 K 서브 캐리어들의 서브 대역을 이용하여 전송된다.

제어 시그널링

BS는 레인징 존의 정의, 주파수, 시간 및 코드 도메인의 분할, 및 코드 그룹핑 정보를 모든 SS로 시그널링할 수 있다. 이러한 시그널링 메카니즘은 전개 시스템 파라미터(예를 들어, 대역폭, 셀 크기 등) 및 액세스 트래픽 요구에 따라 오버 헤드 및 성능을 조정할 수 있는 유연한 레인징 스킴을 허용하기 위해 필수적이다.

IEEE 802.16 표준에 대해 설계된 시스템을 특히 목표로 하는 본 발명의 일례에서, 제어 메시지가 아래 형태의 UL-MAP 메시지 내에 포함된다.

신택스	크기	비고
OFDMA Symbol Offset	8 비트
No. Additional OFDMA Symbols	2 비트	연장 CP를 가진 최종 특수 OFMDA 외에, BW 요청 및 주기적 레인징에 사용되는 정규 OFDMA 심볼의 수(최대 3)
Extended CP Length	3 비트	정규 CP 길이의 배수(최대 정규 CP 길이의 8배)
FFT size of the extended CP symbol	2 비트	연장 CP를 가진 특수 심볼의 FFT 크기는 정규 FFT 크기의 배수(최대 4배)일 수 있다.
Dead Interval Flag	1 비트	1: 연장 CP 후에 "데드" 인터벌 포함; 0: 오버헤드 감소를 위해 포함하지 않음
Num Sub-bands	5 비트	전체 대역을 최대 32 서브 대역으로 나눈다.
Num Sub-bands for Initial Ranging	3 비트	"000": 초기 레인징이 모든 서브 대역을 사용할 수 있다. "001": 제1 서브 대역을 사용한다. "010": 최초 두 서브 대역 등을 사용한다. "111": 최초 7개의 서브 대역을 사용한다.
}

도 9를 참조하면, 흐름도는 본 발명의 소정 실시예들에 따라 가입자국에 의한 무선 멀티 캐리어 통신 시스템의 액세스를 용이하게 하기 위해 무선 멀티 캐리어 통신 시스템에서 가입자국에 의해 이용되는 방법을 나타낸다. 단계 905에서, BS로부터 전송된 제어 신호가 액세스 인터벌 내의 하나 이상의 서브 대역을 식별하는데, 이들 각각은 K개의 서브 캐리어를 포함하고, 이들에 대해 서브 대역 각각은 가입자국이 액세스 신호를 전송하는 데 이용할 수 있다. 단계 910에서, 액세스 인 터벌 동안에 하나 이상의 서브 대역 중 하나의 서브 대역에서 SS로부터 액세스 신호가 수신된다. 단계 915에서 액세스 신호가 디코딩된다.

기지국에서의 수신 처리

교차 상관 특성이 어떻게 이용될 수 있는지를 설명하기 위하여 업링크 처리가 설명된다. 기본적으로, 각각의 레인징 사용자(즉, 액세스 기능을 수행하는 가입자국)에 대응하는 시간 도메인 채널이 주파수 도메인에서 효율적으로 수행될 수 있는 상관 프로세스를 통해 검출된다. 초기 레인징 사용자들에 대해, 타이밍 오프셋도 추출될 필요가 있는데, 이는 프로세스에서 채널이 추정된 직후이다. 신호 및 간섭 전력도 프로세스에서 추정될 수 있다.

레인징 코드 검출

레인징 코드의 존재의 검출은 종종 사전 설정 임계치와 추정 채널의 피크 대 추정 잡음 플로어 비를 비교함으로써 수행된다.

BS에서, 적절한 FFT 윈도우에서 수신된 신호의 N-포인트 FFT가 바람직하게 먼저 수행된다. 적절한 윈도우의 개시는 특수 FFT 윈도우(도 2의 209) 및 연장 CP 길이(도 2의 203)가 설계된 후에 BS에 공지된다. 이어서, 모든 서브 대역 상에서 수신된 데이터가 얻어진다. 일련의 Nc 검출기/추정기들이 적절한 FFT 윈도우에서 수신된 신호의 N-포인트 FFT를 취함으로써 발생되는 데이터를 이용하여 N_bl 서브 대 역들 각각에 대해 병렬로 실행된다. 후술하는 처리는 다수의 BS 안테나 사례에 대해 일반화된다. 수신 안테나 m(m=1...M)에 대한 주파수 도메인 데이터를 Ym(k)(k는 서브 대역 내의 데이터 서브 캐리어)라고 하자. Ym(k)는 아마도 둘 이상의 레인징 코드로 구성된다는 점에 유의한다. Ym(k)는 모든 Nc 레인징 시퀀스 후보와 상관된다. 상관은 주파수 도메인에서 수행된 후, 시간 도메인으로 변환된다. 즉, 아래와 같이, 먼저 Ym(k)에 GCL 후보들 각각의 켤레를 곱한다.

이어서, 잡음 추정치들이 다음과 같이 P-포인트 IFFT를 통해 시간 도메인으로 변환된다.

여기서, K는 서브 대역 내의 서브 캐리어들의 수이고, IFFT 크기 P는 K보다 큰 최소 2의 거듭 제곱 정수로서 선택될 수 있다. w(k)는 잡음 주파수 응답에 적용되는 옵션 가중 윈도우이다. 윈도우 적용은 대역의 에지에서 널 서브 캐리어들까지의 불연속(IFFT 전에 널 서브 캐리어들 대신에 제로들이 삽입되기 때문)에 의해 발생하는 전력 누설 문제를 줄이기 위한 것이다. 이것은 균일 가중치가 적용되는 경우에 "싱크" 함수인 인공 펄스 쉐이핑 필터로서 생각될 수 있다. 펄스 쉐이핑 필터는 테일(tail) 효과를 줄일 수 있으며, 따라서 진정한 다중 경로에 의해서 가 아니라 "싱크" 펄스 쉐이핑에 의해 도입되는

내의 보다 적은 탭들이 존재할 것이다. 일례는 테일들이 "싱크" 함수 사례에서보다 훨씬 빠르게 감소되는 통상의 레이즈드 코사인 펄스 쉐이핑(raised cosine pulse shaping)이다. 레이즈드 코사인 함수와 유사하게, "해닝(Hanning)" 윈도우가 이용될 수 있다. 즉,

여기서, 파라미터

는 윈도우의 형상을 제어한다(무한

는 균일 윈도우를 의미한다).

는 K보다 커야 한다.

수학식 1에서와 같이, 주기적 시간 도메인 시프트가 레인징 코드에 대해 사용되는 경우, 레인징 사용자의 채널들은 수학식 5에서

로부터 시간 도메인에서 분리될 수 있다. 이것은 n번째 사용자 채널의 추정치가 수학식 5의 샘플들 (n-1)L 내지 nL-1에서 단순히 제한된다는 것을 의미하는데, 여기서 L은 수학식 1에서의 동일한 CP 길이이다. 기본적으로, 수신기는 액세스 신호를 처리하여, IFFT 크기 P와 동일한 길이의 시간 도메인 값들의 시퀀스(즉,

)를 얻는다. 이어서, 허용된 주기적 시프트 각각에 대해(즉, "n"), 수신기는 n에 따라 시간 도메인 샘플들의 서브세트, 즉 수학식 5에서 (n-1)L 내지 nL-1로 인덱스된 샘플들을 분석한다. 모든 허용된 주기적 시프트는 임의 액세스 사례에서 검사된다.

최종 L_CPe가 "채널 프리"인 경우, M개의 안테나 각각에 대한 잡음 플러스 간 섭 레벨(소정 스케일링 내)의 추정치가

에 대한

를 평균함으로써 얻어질 수 있다. 즉,

이어서, n번째 시프트 레인징 사용자에 대한 검출 변수는 다음과 같이 계산된다.

이러한 검출 변수는 임계치와 비교된다. z_n이 임계치보다 큰 경우, 검출이 선언된다. 보다 큰 임계치는 거짓 알람 가능성을 줄이지만, 또한 "누락"의 가능성을 증가시킨다.

또 하나의 타입의 검출 변수는 피크와 평균 전력 값 사이의 비이다. 즉,

이 검출 값은 잡음 플로어를 추정할 "채널 프리" 영역이 존재하지 않을 때 사용될 수 있다.

타이밍 오프셋 추정

타이밍 오프셋은 다음 방식으로 추정될 수 있다. 먼저, 연장 CP(L_CPe)의 영역에 대해, 폭(L_CP)의 사각 윈도우가 이 연장 CP 윈도우를 통해 슬라이딩한다. 추정된 신호 전력은 다음과 같이 반복적으로 계산된다.

여기서, x_n(i)는 "유효" 타이밍 보상 값들의 수에 의존하는 폭을 갖는 평탄역을 나타낸다. 이상적으로는, 평탄역의 우측 에지는 올바른 타이밍 오프셋 추정치에 대응한다. 그러나, 채널 길이(L)가 정규 CP 길이(L_CP)보다 작은 경우, 올바른 타이밍 포인트 이전의 L_CP-L 샘플링 포인트들은 모두, 어떠한 SNR 저하를 유발하지 않는다는 의미에서 "유효" 선택이다. 평탄역 내의 타이밍 포인트를 선택하기 위한 하나의 보수적인 방법은 평탄역의 피크와 우측 에지 사이의 중간 포인트(x_n(i)가 피크의 소정 백분율(예를 들어, 95%) 이하로 처음 떨어지는 포인트로서 정의)를 선택하는 것이다. 진정한 타이밍 오프셋을 추정하려고 시도하고, 추정치가 바로 진정한 타이밍보다 늦은 소수의 탭일 때에도 발생하는 상당한 SNR의 저하를 감수하는 대신에, 이 접근법은, 종종 진정한 타이밍 오프셋보다 이를 수 있는 보수적인 타이 밍 어드밴스 보상 포인트를 선택하지만, SNR의 저하는 최소로 보장된다.

채널 추정

레인징 사용자의 채널은 필요한 경우에 적절히 양호하게 추정될 수 있다. 이 정보는 폐루프 안테나 처리에 도움을 줄 수 있다. 낮은 SINR 하에서 채널 추정을 향상시키기 위하여, 탭 선택 또는 "잡음 제거" 전략이 중요하다. 탭 선택은 단순히, 소정의 임계치(

) 이하의 채널 탭들이 제로로 설정되는 것을 의미한다. 따라서, 탭 선택은, 각 사용자에 대한 순간 전력 지연 프로파일에 채널 추정기를 매칭시키려고 시도함으로써 비교적 밀도가 낮은 채널들에 대한 채널 추정을 개선한다. 추정된

보다 강한

=3dB의 임계치가 적절한 선택의 일례이다.

탭 선택후 레인징 사용자에 대한 시간 도메인 채널 추정치를

에 대해

로 표시하자. 그러면, 그 서브 대역에 대한 주파수 도메인 채널 추정치는

의 P-포인트 FFT이다.

도 10을 참조하면, 흐름도는 본 발명의 소정의 실시예들에 따라, 가입자국에 의한 무선 통신 시스템의 액세스를 용이하게 하기 위해 무선 통신 시스템에서 가입자국에 의해 이용되는 방법을 나타낸다. 단계 1005에서, 액세스 인터벌 동안 가입 자국으로부터 액세스 신호가 수신된다. 단계 1010에서, 정의된 한 세트의 주기적 시프트들 중 하나의 주기적 시프트 및 한 세트의 액세스 시퀀스들 중 하나의 액세스 시퀀스 중 적어도 하나를 식별하기 위하여 액세스 신호가 분석된다. 이 방법은 단계 1015에서 액세스 신호를 처리하여 가입자국 동기화 정보를 추출하는 단계를 포함할 수 있다. 가입자국 동기화 정보는 타이밍, 전력, 주파수 오프셋, 및 채널 임펄스 응답과 같은 특성들을 포함할 수 있지만, 이에 한하지 않는다.

본 발명은 임의 액세스 및 업링크 타이밍 동기화를 위한 방법이지만, 업링크 전송이 SS에 의해 임의로 선택되는 대신에 BS에 의해 할당되고 예측되는 응용예들에 대해 약간의 수정과 함께 적용될 수도 있다. 이러한 한 가지 사례는 BS에서 SS로 이전에 전송된 메시지의 성공적인 또는 성공적이지 못한 수신을 확인하는 SS의 기능을 구현하기 위하여 본 명세서에서 설명되는 방법을 이용하는 것이다. 이 경우, 할당된 시퀀스의 검출이 소정의 정보, 예를 들어 성공적인 수신의 지시자에 대응한다.

본 명세서에 설명된 기지국 및 가입자국은 하나 이상의 통상의 프로세스, 및 소정의 프로세서 아닌 회로들과 함께 본 명세서에서 설명된 기지국 및 가입자국의 기능들의 일부, 대부분 또는 모두를 구현하기 위하여 하나 이상의 프로세서를 제어하는 저장된 고유 프로그램 명령들을 포함할 수 있다는 것을 알 것이다. 프로세서 아닌 회로들은 무선 수신기, 무선 송신기, 신호 드라이버, 클럭 회로, 전력 소스 회로, 및 사용자 입력 장치를 포함할 수 있지만, 이에 한하지 않는다. 따라서, 이들 기능은 통신 시스템의 액세스를 수행하기 위한 방법의 단계들로서 변환될 수 있 다. 대안으로, 일부 또는 모든 기능은 저장된 프로그램 명령을 갖지 않는 상태 머신에 의해 구현될 수 있는데, 상태 머신에서는 각각의 기능 또는 소정 기능들의 소정의 조합이 커스텀 로직으로 구현된다. 물론, 두가지 접근법의 조합이 이용될 수 있다. 따라서, 이들 기능을 위한 방법 및 수단이 본 명세서에서 설명되어 있다.

전술한 명세서에서, 본 발명 및 그 이익 및 이점은 특정 실시예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 아래의 청구범위에서 설명되는 바와 같이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이 분야의 전문가는 이해한다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 그러한 모든 변형은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 이익, 이점, 문제에 대한 해결책, 및 임의의 이익, 이점 또는 해결책이 발생하거나 보다 분명해지도록 하는 임의의 요소(들)은 임의 또는 모든 청구범위의 중요한, 필요한 또는 필수적인 특징 또는 요소로 해석되지 않아야 한다.

존재할 경우, 제1 및 제2, 상부 및 하부 등과 같은 관련 용어의 사용은 단지, 하나의 엔티티 또는 동작을 다른 엔티티 또는 동작과 구별하기 위해서 그러한 엔티티들 또는 동작들 간의 임의의 실체적인 그러한 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 의미하지 않고 사용될 수 있다는 것을 또한 이해한다.

본 명세서에서 사용되는 용어들 "포함한다", "포함하는" 또는 이들의 임의의 다른 변형은 배타적이지 않은 포함을 커버하는 것을 의도하며, 따라서 요소들의 리스트를 포함하는 프로세스, 방법, 물건, 또는 장치는 이들 요소들을 포함할 뿐만 아니라, 명시적으로 열거되지 않았거나 그러한 프로세스, 방법, 물건 또는 장치에 고유한 다른 요소들도 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "세트"는 비어 있지 않은 세트(즉, 본 명세서에서 정의된 세트에 대해, 적어도 하나의 멤버를 포함)를 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 "또 하나"라는 용어는 적어도 두 번째 이상으로서 정의된다. 본 명세서에서 사용되는 "포함" 및/또는 "구비"라는 용어는 포함으로서 정의된다. 전기 광학 기술을 참조하여 본 명세서에서 사용되는 "결합"이라는 용어는 반드시 직접이거나, 반드시 기계적일 필요는 없지만 연결되는 것으로 정의된다.

본 명세서에서 사용되는 "프로그램"이라는 용어는 컴퓨터 시스템 상에서 실행하기 위해 설계된 명령들의 시퀀스로서 정의된다. "프로그램" 또는 "컴퓨터 프로그램"은 서브루틴, 함수, 프로시져, 객체 메소드, 객체 구현, 실행 가능 애플리케이션, 애플릿, 서블렛, 소스 코드, 객체 코드, 공유 라이브러리/동적 로드 라이브러리, 및/또는 컴퓨터 시스템 상에서 실행하기 위해 설계된 다른 명령들의 시퀀스를 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 소정 실시예들에 따른 통신 시스템의 블록도이다.

도 2는 본 발명의 소정 실시예들에 따른 "기본적" 전용 기본 레인징 인터벌의 시간 도메인 다이어그램이다.

도 3은 본 발명의 소정 실시예들에 따른 연장된 전용 레인징 인터벌(extended dedicated ranging interval)의 시간 도메인 다이어그램이다.

도 4는 본 발명의 소정 실시예들에 따른 연장된 전용 레인징 인터벌의 변형의 주파수 도메인 다이어그램이다.

도 5는 IEEE 802.16 표준에 의해 정의된 것과 같은 OFDM 시스템에 대한 예시적인 설계의 시간 도메인 다이어그램이다.

도 6은 본 발명의 소정 실시예들에 따른 주파수, 시간 및 코드 도메인들에서의 레인징 기회들의 분할의 블록도이다.

도 7 및 8은 본 발명의 소정 실시예들에 따른 통신 시스템에 액세스하는 방법의 흐름도이다.

도 9 및 10은 본 발명의 소정 실시예들에 따라, 무선 통신 시스템에서 가입자국에 의한 통신 시스템의 액세스를 용이하게 하기 위하여 기지국에 의해 이용되는 방법을 나타내는 도면이다.

Claims

무선 통신 시스템에서 상기 통신 시스템에 액세스하기 위해 가입자국에 의해 이용되는 방법으로서,

한 세트의 N_c 액세스 시퀀스들로부터 하나의 액세스 시퀀스를 선택하는 단계;

상기 선택된 액세스 시퀀스의 고속 푸리에 역변환을 수행함으로써 액세스 신호를 생성하는 단계;

정의된 한 세트의 N_sh 시프트 값들 중 하나인 시프트 값만큼 상기 생성된 액세스 신호를 주기적으로 시간 시프팅하는 단계;

상기 선택된 주기적으로 시프팅된 액세스 신호에 주기적 프리픽스를 첨부함으로써 액세스 파형을 형성하는 단계; 및

상기 액세스 파형을 전송하는 단계

를 포함하고,

시프트 값들 N_sh의 수는
에 기초하여 결정되고, N_sp는 특수 고속 푸리에 변환 윈도우의 고속 푸리에 변환 크기이며, L_CPe는 특수 직교 주파수 분할 다중화 심볼의 연장된 주기적 프리픽스의 길이인,

방법.