메모리 아키텍처를 사용하여 1차 셀을 검색하기 위한 상관기 document_id A220623107104

UMTS 무선 신호 내의 기본 시간 단위는 10 밀리-초 (ms) 무선 프레임이고, 이것은 각각 2560개 칩의 15개 슬롯으로 나누어진다. 셀(또는 기지국)로부터 UMTS 수신기로의 UMTS 무선 신호는 "다운링크 신호"이며, 반면에 역방향으로의 무선 신호는 "업링크 신호"라고 불린다. 범용 이동 통신 시스템(universal mobile telecommunication system: UMTS) 광대역 코드-분할 다중 액세스(wideband code-division multiple access: WCDMA) 표준은 3.84 Mcps의 칩 속도를 가진 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(direct sequence spread spectrum: DSSS) 변조를 사용한다. 주파수 분할 듀플렉스(FDD) 방식은 각각 5 MHz의 분리된 주파수 대역 상에 업링크와 다운링크 채널을 운반한다. 이 방식은 일반적으로 큰 실외 셀을 위해 사용되는데, 그 이유는 이 방식은 시분할 듀플렉스(TDD) 방식보다 더 많은 사용자를 지원할 수 있기 때문이다. TDD 방식에서, 전송은 다른 시간 슬롯 동안에 동일한 업링크와 다운링크 채널을 공유한다. TDD 방식이 FDD 방식만큼 많은 사용자를 지원하지 않으므로, TDD 방식이 더 작은 셀에 대해 더 적합하다. TDD 방식은 FDD 방식에 비교되는 비대칭 통신량(traffic)을 운반하기 위해 또한 더 적합하다. UMTS 네트워크 내에서 예를 들면 CDMA 이동 수신기와 같은 수신기에 의해 수행되는 중요한 절차는 셀 검색 동작이다. 셀 검색은 일반적으로 수신기의 일부로서 통합되는 셀 검색 시스템에 의해 수행된다. 셀 검색 시스템은 수신기가 위치된 셀에 관련된 동기 정보를 결정하기 위해 수신기가 켜진 후에 작동된다. 셀 검색 동작은 3단계 처리이다. 즉, 셀 검색 시스템은 슬롯 동기 (1차 동기)와, 프레임 동기 및 스크램블링 코드 그룹 결정 (2차 동기), 그리고 스크램블링 코드 결정을 수행한다. 전원이 켜진 후에, 이동 단말기(MT)는 음성/데이터 통신이 시작할 수 있기 전에 다수의 동작을 수행해야 한다. 먼저, 수신기는 수신된 신호 전력을 스케일링(scaling)하고, 아날로그-디지털 변환기에서 클리핑(clipping)을 예방하기 위해 자동적 이득 제어(AGC)를 구현할 필요가 있다. 이 처리는 먼저 동기 채널(SCH) 상에 수행될 수 있고, 그리고 나서, 일단 셀의 스크램블링 코드가 획득되면, 역스크램블링된 공통 파일롯 채널(CPICH)이 사용될 수 있다. 그 다음에, 수신기는 타이밍 동기를 획득할 필요가 있다. 타이밍 동기는 SCH 채널로부터 획득될 수 있다. MT는 자신이 발견할 수 있는 가장 강한 SCH 신호를 검색하고, 이 신호는 MT가 어느 셀과 통신을 시작할지를 결정한다. SCH 채널은 주기적이므로, 수신기는 타이밍 오류를 유도하기 위해 1차 SCH에 대해서 상관시킬 수 있다. 이런 채널에 기초해서, 수신기는 칩, 심볼, 및 슬롯 동기를 달성할 수 있다. 1차 SCH는 시스템 내의 모든 셀에 대해 동일한 신호를 운반한다. 2차 SCH는 각 셀에 대해 다르고, 매 프레임마다 반복되는 제2 동기 코드(SCC)의 패턴을 운반한다. 일단 MT가 이러한 시퀀스를 수신하면, MT는 프레임 동기를 가질 것이다. 셀 검색을 수행하는데 있어서, 셀 검색 시스템은 동기 채널(SCH)과 수신된 무선 신호의 공통 파일롯 채널(CPICH)을 액세스한다. SCH는 1차 SCH와 2차 SCH로부터 형성된 합성 채널이다. 각 슬롯 내에서, 1차 SCH는 1차 동기 코드(PSC)를 지정한다. 하지만, 제1 SCH는 각각의 2560개의 칩 슬롯 중에 처음 256개의 칩 동안에만 데이터를 포함할 뿐이다. 알려진 것처럼, "칩" 또는 "칩 속도"는 CDMA 통신 시스템 내에서 확산 코드의 속도를 지칭한다. 또한, 패턴은 현재 셀의 스크램블링 코드가 어느 스크램블링 코드 그룹에 속하는지를 식별한다. 64개의 스크램블링 코드 그룹이 존재하고, 각 그룹은 8개의 스크램블링 코드를 포함한다. 일단 MT가 현재 셀의 스크램블링 코드 그룹을 결정했다면, 현재 셀의 스크램블링 코드에 대한 검색은 이 그룹 내의 8개의 코드로 좁혀진다. 캐리어 기반 수신기를 위한 일반적인 획득 프로세스는 다음과 같다: 1. 1차 셀 검색 2. 2차 셀 검색 3. 스크램블링 코드 결정 4. 다중 경로 검색 5. 핑거(finger) 할당 6. 코드 추적 및 자동적 주파수 제어(AFC) 루프의 잠금 7. 핑거 출력의 최대 비율 결합(MRC) 8. 수신기 록(lock)이 획득되고, 데이터는 상위 층으로 송신될 수 있다. 이러한 획득 프로세스는 길고 복잡하며(involved), 완료하기 위해 대략 수 초(the order of several seconds)가 걸릴 수 있다. 다루어지는 문제점은 3G WCDMA 수신기에서 1차 셀 검색 처리의 제2 스테이지에 대한 영역-효율적인 상관 블록을 구현하는 방법이다. 1차 셀 검색 처리의 제1 스테이지는 하나에 행에서 16개의 연속적인 샘플을 상관시키는 것과, 16개의 칩마다 상관 출력을 생성하는 것을 포함한다. 따라서, 제1 저장 상관기에 대한 저장 요구 사항은 이러한 상관기는 주어진 상관에 대해 한 번에 16개의 칩만을 저장할 필요가 있다는 것인데, 이러한 동작은 수행하기가 비교적 간단하다. 심지어 칩 당 4개의 샘플을 사용하고 있는 수신기에 대해서, 저장 요구 사항은 여전히 단지 256개의 샘플이며, 이 샘플은 연속적인 샘플이다. 이것은 제1 스테이지 상관기가 도착하는 연속적인 그룹의 샘플을 처리한다는 것을 의미한다. 처리의 제2 스테이지에서의 각각의 상관은 또한 16개의 칩을 요구한다. 하지만, 3G WCDMA 표준에서 사용되는 계층적인 골레이(Golay) 코드의 특성 때문에, 이러한 16개의 칩의 각각은 16개의 칩이 서로 이격되어 위치된다. 따라서, 칩 당 4개의 샘플을 사용하는 수신기에 대해서, 256개의 칩이 여전히 처리될 필요가 있지만, 이러한 칩들은 연속적으로 위치되지 않는다. 대신에, 주어진 상관은 16*4=64개의 샘플이 서로 이격되어 위치된 256개의 칩을 필요로 한다. 주어진 제2 스테이지 상관에 대해 필요한 모든 샘플을 저장하기 위해, 수신기는 1024개의 위치를 가진 탭으로 연결된(tapped) 지연 라인을 요구할 것이다(16개의 칩이 서로 이격되어 위치되어 있는 16개의 칩은 256개의 칩이고, 칩 당 4개의 샘플은 1024개의 샘플이다). 종래 기술은 제2 단계 상관을 구현하기 위해 레지스터-기반의 설계를 사용했다. 이러한 개수의(예, 1024) 레지스터는 ASIC 설계에서는 실용적이지 못한데, 그 이유는 이러한 개수의 레지스터는 ASIC 상에서 많은 양의 다이(die) 공간을 소모하기 때문이다. 따라서, 보다 영역-효율적인 접근법이 이로울 것이다.