복합 동기 채널 구조, 이를 이용한 신호 전송, 시퀀스적용, 시퀀스 분석 방법 및 장치 document_id A220623019057

본 발명은 통신 시스템에 대한 것으로, 더 상세하게는 복합 동기 채널 구조와 이를 이용한 신호 전송, 시퀀스 적용, 시퀀스 분석 방법 및 장치에 관한 것이다. 통신 시스템에서, 특히 무선 통신 시스템에서 단말이 서비스를 제공하는 기지국과 통신하기 위해서 단말과 기지국 간에 동기를 맞추어야 한다. 이 동기를 맞추기 위한 방법은 두 가지로 분류되는데, 하나는 기지국이 가지고 있는 시계에 단말이 동기를 늘 맞추는 방법이고, 다른 하나는 기지국과 단말 간에 임의 접속(random access)을 통해 동기를 맞추는 방법이다. 상술한 기지국이 가지고 있는 시계에 단말이 동기를 늘 맞추는 방법은 기지국이 일정하게 전송해주는 신호를 가지고 단말이 기지국과 동기를 맞추는 경우로서 이동통신 시스템과 같이 항상 존재하는 시스템에서 단말이 임의 시간에 기지국과 동기를 맞추기 위한 방법이다. 반면, 기지국과 단말이 임의 접속을 통해 동기를 획득함으로써 통신 기반을 확보하는 방법은, 서로 간에 항상 동기를 맞출 필요가 없으며, 통신하고자 하는 패킷단위의 좁은 시간단위에서만 동기가 이루어져 있으면 된다. 이런 방식의 시스템은 무선랜(WLAN)이나 무선팬(WPAN)과 같이 저렴하게 구현되어야 하는 시스템에서 사용하기 적합하다. 일반적으로 이동통신 시스템에서는 시스템 구성을 셀 기반으로 구현하는데, 각 특정 위치의 단말이 이동통신 서비스에 접근하기 위해서는 자기와 신호 특성상 가장 강한 세기의 신호로 수신되는 기지국과 동기를 맞춰야 한다. 이와 같이 동기를 맞추고 나면, 기지국으로부터 다양한 신호 포맷 정보를 얻어내고, 다시 임의 접속 채널(random access channel)과 같이 상향 링크 동기를 맞출 수 있는 수단을 이용하여 자신의 존재를 알리게 된다. 또한, 통상적으로 이동통신 기지국은 일정한 시간 프레임을 가지고 신호를 전송한다. 상기 이동통신 기지국은 특정 위치에 자신에게 동기를 맞출 수 있는 신호를 전송하는데 이를 동기채널(Synchronization channel = SCH)이라고 하며, 이 동기채널에 특정한 시퀀스를 삽입하여 전송하면, 단말은 이 시퀀스를 검출해서 그 기지국의 시간 및 주파수에 대해 동기를 맞출 수 있다. 현재 3GPP LTE 에서 논의되고 있는 동기채널에 대한 예는 다음과 같다. 도 1a 및 도 1b 는 각각 계층적 동기채널 구조(hierarchical SCH structure) 및 비계층적 동기채널 구조(non-hierarchical SCH structure)를 개념적으로 나타낸 개념도이다. 도 1a 의 경우 동기채널이 두 가지로 구분되는데 주 동기 채널(primary SCH : P-SCH)과 부 동기 채널(secondary SCH : S-SCH)이다. 이 중에서 P-SCH는 단말이 초기에 기지국의 시간 동기 및 주파수 동기를 찾기 위한 용도로 사용되며, S-SCH는 검출된 시간 동기 및 주파수 동기에 맞춰서 기지국의 ID 및 부가정보를 알아내기 위한 채널로 사용된다. 일반적으로, P-SCH 신호는 모든 기지국이 동일한 신호로 전송하고 단말은 이미 그 신호를 알고 있으며, S-SCH 신호는 각 기지국에 특화된 신호정보를 전송하고 단말은 그 특화된 신호정보를 검출해야 한다. 이와 같이 P-SCH에서 먼저 시간 동기를 찾아내고 그 다음 S-SCH에서 기지국 정보를 얻어내는 형태의 계층을 가지기 때문에 계층적 동기채널 구조하고 하며, 이를 이용하는 셀 검색을 계층적 셀 검색 방식이라고 한다. 여기서, 기지국에 특화된 신호 정보의 예를 들면, 셀 ID, 셀 그룹 ID, 다른 채널의 대역폭 정보, CP 길이, 송신 안테나 개수 등의 정보를 들 수가 있다. 반면 도 1b 의 경우는 하나의 동기채널(SCH)만이 존재하며 이 채널의 구조는 시간 영역에서 반복되는 패턴을 가지는 것을 특징으로 한다. 이를 이용하여 시간 동기를 찾기 위해 단말은 기지국이 생성한 이 반복패턴을 자기상관(Auto-Correlation)을 통해서 검출해야 하며, 이 자기상관 값이 최대가 되는 위치가 시간 동기가 된다. 이 시간 동기로부터 SCH의 위치를 알아내고 SCH 채널 신호를 추출하여 그 안에 들어있는 기지국 특정 정보를 획득하는 형태이다. 도 1b 에서 SCH에 전송되는 신호는 시간 영역에서 반복구조를 가지고 있어야 하는 조건을 만족하고, 특정 기지국에 특화된 신호를 전송하게 된다. 즉 도 1a 의 계층적 구조의 P-SCH와 S-SCH를 한꺼번에 합해놓은 형태이다. 한편, 단말이 동기채널을 통해서 신호를 검출하기 위해서는, 어떤 신호를 검출해야 하는지가 사전에 결정되어야 한다. 이 동기채널에 사용될 신호, 즉 특정 시퀀스들은 구현된 이동통신 시스템이나 개발 중인 시스템 모두에서 다를 수 있다. 3GPP LTE 의 경우에는 CAZAC 시퀀스가 가장 막강한 후보이고, WCDMA의 경우에는 골드 코드(Gold Code)를 기반으로 하고 있다. 상기 CAZAC 시퀀스는 두 종류가 많이 사용되고 있으며, 이는 GCL CAZAC와 Zadoff-Chu CAZAC이다. 이 두 종류 사이의 관계는 서로 공액복소수 관계로 묶이며, 따라서 Zadoff-Chu CAZAC는 GCL CAZAC에 공액복소수 연산을 적용하면 얻어진다. Zadoff-Chu CAZAC은 다음과 같이 주어진다. 여기서, k 는 시퀀스 인덱스를, N 은 생성될 CAZAC 시퀀스의 길이를, M은 시퀀스 ID를 나타낸다. 상기 수학식 1 및 수학식 2와 같이 주어지는 Zadoff-Chu CAZAC 시퀀스 및 이의 공액복소수 관계에 있는 GCL CAZAC 시퀀스를 c(k;N,M) 로 나타낼 때, 모두 다음과 같은 세 가지 특징을 가진다. 상기 수학식 3 은 CAZAC 시퀀스는 언제나 그 크기가 1을 의미하고, 수학식 4 는 CAZAC 시퀀스의 자기상관(Auto-Correlation) 함수가 델타 함수로 표시됨을 보여준다. 여기에서 자기상관은 순환 상관(circular correlation)에 기반한다. 또한, 수학식 5 는 교차상관함수(Cross-Correlation)가 언제나 상수임을 보여준다. 상기 수학식 3에 나타난 바와 같은 특징은 SCH로 전송되는 신호의 크기가 일정해서 PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)가 낮으므로, 전송단에서 시간 영역 신호를 충분히 부스팅(boosting)시킬 수 있는 장점을 제공한다. 또한 상기 수학식 4에 나타난 바와 같은 특징은 단말이 동기채널로부터 시퀀스를 검출할 때, 정확한 시간 동기를 찾을 수 있게 하는 근거를 제시하며, 마지막 수학식 5의 특징은 여러 기지국의 동기채널이 섞여서 들어올 경우에 각 기지국을 구분하는데 있어서 효과적으로 처리할 수 있게 해준다. 상술한 바와 같은 CAZAC 시퀀스를 도 1a 및 도 1b에서와 같이 계층적 또는 비계층적인 구조를 가지는 동기 채널에 삽입하여 전달하고, 이를 통해 동기 획득 및 셀 검색을 수행하는 방식은 이동통신 시스템의 셀들이 어떻게 배치되고 동기화되는가에 따라서 민감하게 성능이 변화한다. 계층적 구조의 경우 비계층적 구조에 비해 주파수 옵셋(off set)에 의해 시간 심볼 동기 성능에 더 큰 영향을 받는 단점이 있다. 반면에 비계층적 구조는 주파수 옵셋과 무관하게 시간 심볼 동기를 획득할 수 있지만, 간섭(interference), 즉 다른 셀로부터 신호가 겹쳐서 수신되는 경우 시간 영역에서 반복되는 특성이 파괴되어 타이밍 동기를 획득하기 어렵다. 또한, 비계층적 구조는 기지국간 전송 시점이 동일한 동기 네트워크(synchronous network)에서는 일반적으로 우수한 성능을 보이지만, 기지국간 전송 시점이 랜덤한 비동기 네트워크(asynchronous network)에서는 열악한 성능을 보인다. 반대로 계층적 구조는 비동기 네트워크에서 상대적으로 우수한 성능을 나타내나, 동기 네트워크에서는 그 성능이 열악하다. 아울러, 상술한 바와 같은 동기 채널을 통해 전송되는 시퀀스로서 CAZAC 시퀀스나 이외 특정 시퀀스를 사용할 경우, 이들이 제공하는 시퀀스 종류로써 부가정보를 전달하는 방안은 총 코드의 종류가 길이 N의 시퀀스에 대해서 N개 이상을 제공해주지 못하기 때문에 정보 전달에 한계가 있다.