KR100955959B1 - 코드 시퀀스와 무선국 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코드 매트릭스의 행에 의해 규정되는 코드 시퀀스에 관한 것으로, 본 발명에 의하여 상기 코드 매트릭스가 하기의 단계들에 의해 획득된다 : 길이(n)를 갖는 아다마르 매트릭스를 생성하는 단계 및 아다마르 매트릭스의 행들을 -1과 곱하는 단계.

Description

코드 시퀀스와 무선국{CODE SEQUENCE AND RADIO STATION}

본 발명은 코드 시퀀스들과 무선국들, 특히 코드 시퀀스들을 이용하기 위해 상응하게 구성되는 이동국들 또는 기지국들 모두에 관한 것이다.

최근 몇 년 사이, 이동 무선 통신 분야의 급속한 기술적 발전은 소위 3세대 이동 무선 시스템들, 특히 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 발전 및 표준화를 이끌어왔으며, 이로써 특히 예를 들면 이동 전화기들과 같은 이동국들의 사용자들을 위해 향상된 데이터 속도를 제공하기 위한 목표가 추구되고 있다.

특히 최근 몇 개월 동안에, 소위 향상된 업-링크가 상기 발전 및 표준화 작업의 초점이 되어 왔다. 상기 향상된 업-링크를 통해, 이동국으로부터 기지국으로의 접속들을 위한 향상된 데이터 속도를 제공하는 것이 의도된다. 이러한 향상된 업-링크를 설정하거나 유지하기 위하여, 시그널링 채널들 E-HICH(enhanced up link dedicated channel hybrid ARQ channel indicator channel) 및 E-RGCH(enhanced up link dedicated channel relative grant channel)가 기지국으로부터 이동국으로의 방향으로 제공된다.

E-HICH를 통해서는, 패킷이 기지국에 의해 정확하게 수신되었는지의 여부에 따라 "ACK : Acknowledge" 또는 "NACK : Not-Acknowledge"가 이동국에 시그널링된다.

E-RGCH를 통해서는, 상기 이동국이 더 높거나, 동일하거나 또는 더 낮은 데이터 속도로 전송할 수 있는지의 여부가 이동국에 시그널링된다.

이러한 상기 시그널링 채널들을 통해, 특히 동일한 무선 채널을 통해 상이한 이동국들에 전송되는 데이터, 특히 데이터 비트들은 가입자들을 구분하기 위하여 서명 시퀀스(signature sequence)로도 불리는 코드 시퀀스에 의해 확산된다.

예를 들면, 동일한 무선 채널 내에서 상이한 데이터가 상이한 이동국들에 송신되기 때문에, 상이한 데이터에 상응하게 상이한 코드 시퀀스들을 중첩(superimposition)시키는 것이 필요한데, 그렇게 함으로써 이동국들이 상기 무선 채널을 통해 수신된 데이터를 다른 데이터로부터 구분하는 것을 가능하게 하고 상기 이동국으로 주소 지정된 데이터만이 이동국에서 추가 처리되도록 하기 위해서이다.

향상된 업-링크 채널이 이동국으로부터 기지국으로의 데이터 전송에 관련되는 반면에, E-HICH 및 E-RGCH로 불리는 시그널링 채널들은 기지국으로부터 상이한 이동국들로의 방향을 기술한다.

이와 관련하여, R1-041421 "E-HICH/E-RGCH Signature Sequence", Ericsson R1-041177 "Downlink Control Signaling", Ericsson All of 3GPP, 3^rd Generation Partnership Program을 참조하라.

이제 세계적인 발전 노력들의 목표는 이러한 상기 시그널링 채널들의 효율적인 구현을 가능하게 할 일련의 코드 시퀀스들 또는 서명 시퀀스들을 제안하는 것이다.

그러므로, 본 발명의 기초는 언급된 시그널링 채널들이 효율적으로 구현되는 것을 가능하게 할 기술적 원칙을 제안하는 문제이다. 본 발명의 목적은 특히 언급된 시그널링 채널들이 효율적으로 구현되는 것을 가능하게 할 코드 시퀀스들을 제안하는 것이다.

상기 목적은 독립항들의 특징들에 의해 달성된다. 본 발명의 적합하고 유용한 개선예들은 종속항들의 특징들에 의해 규정된다.

본 발명은 첫째로 상호 직교인 코드 시퀀스들을 이용하는 아이디어에 기초한다. 이는, 자신의 코드 시퀀스를 이용하여 자신을 위해 의도되지 않은 수신 신호 시퀀스에 상관되는 수신기(예를 들면 이동국)가 어떠한 상관 신호도 가상적으로 포함하지 않는 장점을 갖는다. 그러므로, 아다마르 매트릭스(Hadamard matrix)의 행들을 형성하는 코드 시퀀스들의 이용은 제 1 단계로 유용함이 증명되는데, 그 이유는 아다마르 매트릭스의 행들이 상호 직교이기 때문이다.

아다마르 매트릭스들은 특히 크기(magnitude) 1의 엘리먼트들을 갖는 매트릭스들로서 규정되는데, 상기 매트릭스들의 행들은 상호 직교이고 그 열들은 상호 직교이다. 그러나, 적용 범위 내에서, "아다마르 매트릭스(Hadamard matrix)"란 용어는 더욱 일반적으로 크기 1의 엘리먼트들을 갖고 그 행들이 상호 직교인 모든 매트릭스들을 기술하도록 의도된다.

그러나, 본 발명에 기초한 조사들은 언급된 적용의 경우에 데이터, 특히 데이터 비트들에 중첩시키기 위한 코드 시퀀스들로서 아다마르 매트릭스의 행들의 이용이 항상 원하는 결과들을 유도하지는 않는다는 것을 보였다.

고가의 조사들 및 관찰들은, 모든 이동국들을 위해 동일한 값이 E-HICH 또는 E-RGCH를 통해 시그널링된다면(모든 ACK 또는 모든 속도(Rate) 다운) 불리한(unfavorable) 코드 시퀀스의 이용이 때때로 기지국의 향상된 전송 전력을 유도한다는 인식을 유도했다.

이를 위한 기초들은 다음과 같다 : E-HICH 및 E-RGCH의 경우, 비트-레벨 직교 시퀀스들이 상이한 사용자들을 위한 방출들을 다른 사용자들로부터 지속적으로 구분하기 위하여 이용된다. 그러나, 직교성 요구사항들을 충족시키는 공지된 시퀀스들은 예를 들면 동일한 값이 다중 사용자들(가입자들)에 동시에 전송되는 경우에 기지국의 피크 전력에 있어서 높은 요구를 유도할 수 있다. 이것은 예를 들면 각 E-RGCH 채널들을 통해 데이터 속도를 감소시키기 위한 명령이 상기 시퀀스들에 의해 구분되는 모든 사용자들(또는 많은 사용자들)에 전송되는 경우에 일어난다.

UMTS를 위해 본래 제안된 아다마르 매트릭스는 표준으로서 이용되는 아다마르 매트릭스이다. 상기 아다마르 매트릭스는 제1 열이 1들만을 포함하는 특성을 갖는다. 이제는 동일한 신호가 모든(또는 거의 모든) 이동국들(가입자들 또는 가입자국들)에 전송되는 것이 발생할 수 있다. 이동국들은 E-HICH를 통해 그들이 그들의 데이터 속도를 높일 수 있는지 또는 더 낮추어야만 하는지의 여부를 통보받는다. 기지국이 갑자기 너무 많은 부피의 데이터에 의해 과부하되는 경우(예를 들면, 우연히 상대적으로 많은 수의 이동국들이 데이터를 전송하길 원하므로), 기지국은 상기 과부하를 최대한 빨리 감소시키기 위하여 일반적으로 모든(또는 적어도 상당한 수의) 이동국들에게 데이터 속도를 낮추도록 명령할 것이다. 그런 다음, (거의) 모든 시퀀스들(코드 시퀀스들)이 엘리먼트 레벨에서 동일한 값에 의해 곱해지고 더해지며, 그런 다음에 전송된다(UMTS에서는, 확산 팩터(128)를 이용한 추가 확산이 사전에 수행되지만, 본 발명에 관련된 것은 아니다). 이것은 제1 열에서 합산된 엘리먼트들의 매우 높은 값을 발생시키고, 결과적으로 상기 합들의 방출 지속기간을 위하여 상응하게 높은 전송 진폭과 상응하게 높은 전송 전력을 야기한다. 상기 높은 전송 전력 또는 열의 합(column sum)은 상응하게 강력한 송신기 증폭기들을 요구하지만, 이들은 짧은 기간들 동안에만 요구된다. 상기 결과는 비효율적이고 불필요하게 고가의 구현일 수도 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은 특히, 상기 상황에서 최대한 낮은 최대 전력 요구사항을 야기하는 코드 시퀀스들을 제안하는 것이다. 특히, 평균 전력이 선택된 코드 시퀀스들과 무관하기 때문에, 최대 전력을 최소화하는 것이 목표이다.

또한, 주파수 에러들, 특히 전송 주파수와 수신 주파수의 차이가 도플러 시프트(Doppler shift)에 기인하여 실제적 애플리케이션에서 코드 시퀀스들의 직교성을 감소시키거나 악화시키는 것이 증명되었다. 주파수 에러에 기인한 코드 시퀀스들의 직교성의 상기 감소 또는 악화는 공지된 아다마르 매트릭스들의 행들이 코드 시퀀스들로서 이용될 때 특히 정확하게 선언됨이 증명되었다.

그러므로, 본 발명의 다른 측면은 상기에서 언급된 시그널링 채널들의 구현을 위해 그 상호 직교성이 가능하다면 심지어 주파수 에러의 존재에 의해서도 침식되지 않는 코드 시퀀스들을 이용하기 위한 결정이다. 그러므로, 특히 길이 40을 갖는 일련의 코드 시퀀스들이 하기가 적용되는 점에 있어서 지시될 것이다 : 코드 시퀀스들은 상호 직교이고,

의 최대치는 작은데, 상기 최대치는 모든 가능한 쌍들(s 및 e)을 위해 형성되며, 이때 s는 e와 동일하지 않고, C(s, i)는 코드 매트릭스의 행(s) 및 열(i)의 엘리먼트이며, 코드 매트릭스의 모든 열들에 걸쳐 상기 합산이 실행된다.

그러므로, 특히 본 발명의 다른 목적은 우수한 주파수-에러 특성들과 낮은 열의 합들을 모두 갖고, 결과적으로 낮은 전력 최대치들에서 상기 언급된 목적을 야기하는 코드 매트릭스들을 형성하기 위한 원칙을 제안하는 것이다.

그래서, 본 발명의 목적은 첫째로, 상기 언급된 목적들을 위해 상응하는 매트릭스의 행들이 이용되는 경우에 낮은 전력 최대치들을 야기하는 코드 매트릭스들을 제안하는 것이다. 또한, 코드 매트릭스의 행들은 코드 시퀀스들(서명 시퀀스들)로서 이용될 때, 주파수 에러들이 발생하는 경우에도 우수한 직교성을 나타내야 한다.

상기 제1 목적은 (초기) 아다마르 매트릭스의 개별 행들이 -1에 의해 곱해짐으로써 달성될 수 있다. 여기서, 행에 대한 곱셈은 상기 행의 각 엘리먼트가 -1에 의해 곱해진다는 것을 의미한다. 직교성 특성들은 결과적으로 변하지 않는다 : 임의의 매트릭스의 행들은 모든 쌍들의 행들의 스칼라 곱이 0과 동일할 때 직교이다. -1에 의해 곱해진 임의의 행의 스칼라 곱은 본래 스칼라 곱 및 -1의 곱과 동일하고, 따라서 본래 스칼라 곱이 0일 경우에는 단지 0이다. 그러므로, 임의의 매트릭스는 또한 하나 이상의 행들이 -1에 의해 곱해질 때 직교이다.

그러나, 열의 합들은 완벽하게 변한다. 이에 대해서, 예시로서 표준 4×4 아다마르 매트릭스를 이용하여 여기에 묘사될 것이다 :

상기 매트릭스는 제1 열에서 4의 열의 합을 갖고, 그렇지 않은 경우에는 0을 갖는다.

비교해 보면, 아래의 매트릭스는 행(Z1)(Z1*로 라벨링됨)을 -1과 곱함으로써 상기 매트릭스로부터 도출되는 매트릭스이다.

상기 수정된 매트릭스는 모든 열들에서 합(2)을 갖는다. 따라서, 상기 매트릭스는 시그널링을 위해 이상적인데, 그 이유는 방출시 최대 진폭이 2배수(by factor of 2)(4로부터 2까지) 감소하기 때문이다. 결과적으로, 전송 전력은 4배수 또는 6dB만큼 감소한다. 상기 감소한 전송 전력이 더욱 자주 일어난다는 사실은 불리하지 않다 : 송신기는 임의의 경우 최대 전력을 위해 설계되어야만 하고, 얼마나 자주 상기 전력이 발생하는지는 중요하지 않다. 또한, 냉각을 위해서만 평균 전력이 관련된다. 그러나, 상기 평균 전력은 양쪽 매트릭스들 모두에서 동일하다. 에너지의 저장에 기인하여, 모든 행들의 (평균) 전력들의 합에 동일하다. 행들이 1에 정규화되기 때문에(또는 보편성의 손실 없이 상기 행들이 1에 정규화되는 것이 추정될 수 있기 때문에), 따라서 평균 전력은 4=2＾2이다. 방사되는 (정규화된) 에너지는 4 행들 곱하기 4 열들 곱하기 1 = 16이다. 결과적으로, 열의 합들에 대한 제곱들의 합은 매트릭스 엘리먼트들의 제곱들의 합과 항상 동일해야만 하고, 이 경우 16과 동일하다. 이것은, 상기 수정된 매트릭스가 4의 사이즈를 갖는 모든 매트릭스들을 위해 최적의 열의 합 특성들을 갖는다는 것을 증명한다.

그러므로, 본 발명의 목적은 40의 사이즈를 갖는 매트릭스들을 포함하여 우수한 열의 합들을 갖는 매트릭스들을 결정하는 것이다; 더욱 정확하게 표현하면, 열의 합들의 총계들의 최대치(the maximum of the amounts of the column sums)는 작아야하는데, 특히 최소치여야 한다.

이를 위해, 고가의 컴퓨터-지원 검색들이 수행되어왔다. 여기서 문제점은 매트릭스의 40 열들의 선택과 -1의 곱을 위해 2＾40 가능성들이 존재한다는 것이다. 이것은 값(-1 또는 1)과 모든 행들을 곱하는 것과 동등하다. 각 선택을 위해, 40 곱셈들 및 덧셈들이 40 열들에 대하여 수행되어야만 하고, 총 3.5*10＾15 동작들이다. 이것은 심지어 오늘날 강력한 워크스테이션에 의해서도 단시간에 완료될 수 없다. 그러므로 허용될 수 있는 한계 내에서 검색 시간을 갖기 위하여, 컴퓨터 검색에 대한 여러 최적화들이 구현되어왔다.

놀랍게도, 20 열의 합들이 총계(8)에 의해 그리고 20 열의 합들이 총계(4)에 의해 생성되도록 하기 위한 것이 최적 솔루션들임이 제시되었다. 따라서, 4×4 매트릭스의 경우와 달리, 완벽하게 균형잡힌 솔루션은 달성되지 않는다. 한 솔루션도 될 수 없다 : 40×40 매트릭스의 제곱들의 합은 40*40*1=1600이다. 이것은 또한 이러한 솔루션의 열의 합들에 대한 제곱들의 합이어야 했고, 결과적으로 열의 합들의 총계는 1600/40의 루트와 동일할 것이다 : sqrt(1600/40)=sqrt(40)=6.3245. 그러나, 열들의 엘리먼트들 모두가 값(+1 또는 -1)을 갖기 때문에, 합은 홀수일 수 없다. 엘리먼트의 부호(sign)를 변경하는 것은 2(+1 대신에 -1)에 의한 열의 합을 항상 변경시키기 때문에, 그리고 본래 매트릭스가 짝수 열의 합들만을 포함하기 때문에, 본래 매트릭스의 행들과 -1을 곱함으로써 생성되는 임의의 다른 매트릭스는 또한 짝수의 열의 합들만을 가질 수 있다. 또한, 컴퓨터 검색의 분석은, 제곱들의 합 기준(the sum-of-the-squares criterion)에 따라 이것이 명확하게 경우일 경우에도, 열의 합(8)이 20배보다 더 적게 발생하는 솔루션은 존재하지 않는다는 것을 보였다. 예를 들면, 열의 합들로서 18 곱하기 8, 6 곱하기 6, 14 곱하기 4 그리고 2 곱하기 2를 포함하는 솔루션이 예상될 수 있는데, 왜냐하면 18*8*8 + 6*6*6 + 14*4*4 + 2*2*2 = 1600이기 때문이다. 그러나, 보여진 컴퓨터 검색과 같이, 이러한 솔루션, 또는 합(8)을 갖는 더 적은 수의 열들을 이용한 상이한 솔루션은 존재하지 않는다.

초기(아다마르 매트릭스)로서 윌리엄슨(Williamson) 아다마르 매트릭스의 설계가 하기에 기술된다 :

- 소위 윌리엄슨 매트릭스로서 20의 길이를 갖는 아다마르 매트릭스(C20)의 생성, 이것은 하기와 같이 생성될 수 있다 :

또는 또한 :

여기서, A와 C는 각각 D=2I-C 그리고 시퀀스들 [-1 1 1 1 1] 및 [1 -1 1 1 -1]의 순환적 순열들로 구성되는 행들을 갖는 5×5 매트릭스들이고, 이때 I는 5×5 단일 매트릭스를 나타내며, 결과적으로 D는 시퀀스 [1 1 -1 -1 1]의 순환적 순열들을 포함한다.

본 발명의 범위 내에서 윌리엄슨 매트릭스는 폭넓게 기본 매트릭스들의 블록들로 구성되고, 상기 기본 매트릭스들은 순환적 순열을 갖는 행들을 포함한다.

윌리엄슨 매트릭스는 결과적으로 하기의 매트릭스이며, 5의 개별 블록들이 강조되어 있다 :

윌리엄슨 매트릭스를 생성하기 위한 다른 가능성은 하기의 설계 요구사항이다 :

상기는 하기의 매트릭스(C'₂₀)를 야기하는데, 그로부터 마찬가지로 40*40 매트릭스가 법 관리 형성(law governing formation)에 따라 생성될 수 있다 :

상기 두 매트릭스들로부터, 40의 길이를 갖는 아다마르 매트릭스는 표준 설계에 따라 하기와 같이 형성된다 :

또는

여기서, 열들의 합은 본래 제안된 매트릭스의 경우와 같이 더 이상 40이 아니고 12일뿐이다. 이것은 상당한 향상을 구성한다. 문헌으로부터 여전히 다른, 상이한 설계 요구사항들을 갖는 아다마르 매트릭스들이 공지되어 있으나, 이들도 더 우수한 특성들을 갖지 않는다.

윌리엄슨 아다마르 매트릭스들의 설계로부터 볼 수 있는 바와 같이, 상기 매트릭스는 5개의 엘리먼트들을 포함하는 순환적 순열들의 시퀀스들인 5×5 매트릭스들의 블록들로 구성된다. 상기 특성을 유지하면서 여전히 열의 합의 최적화를 달성하는 것이 바람직하다. 순환적 블록들로부터 구성되고 있는 상기 특성은 -1과의 곱셈들이 또한 이러한 블록들에 항상 적용된다면 보존될 수 있다.

솔루션들의 존재는 순환적 5×5 매트릭스들의 하기 특성들에 의해 가능해진다 : 상기 매트릭스들의 모든 5개의 행들 및 모든 5개의 열들이 순환적 순열들이므로, 상기 매트릭스들의 모든 열들은 동일한 열의 합을 갖는데, 그 이유는 순환적 순열들에 의해 합이 불변하기 때문이다. 개별적인 블록 매트릭스들은 하기의 열의 합들을 갖는다 :

행들의 전체 블록들이 각각 이제 -1에 의해 곱해지는 경우(즉, 항상 5 연속적인 행들이 블록들(A, C 또는 D에 속함), 상기 블록 구조는 유지된다. 하기에서는, 상기 동작을 "행들의 블록을 -1로 곱셈"이라고 부른다. 하기의 더 간단히 문제점을 해결하는 것까지 문제점이 감소할 수 있다 :

상기 테이블은 먼저 블록 열의 합의 매트릭스에서 8개의 열들을 나타낸다. 총 열의 합들은 상기 블록 열의 합들의 합들이되고, 행들의 블록이 -1에 의해 곱해졌을 경우 선택적으로 -1에 의해 곱해진다. 행들의 어떠한 블록도 -1에 의해 곱해지지 않는 경우에 생성되는 열의 합들이 상기 테이블의 마지막 행에서 기록된다.

여기서, 8 열들을 +1 또는 -1과 곱하기 위해서는 상이한 2＾8=256 옵션들만이 존재하는데, 그들 모두는 용이하게, 심지어 수동으로 조사될 수 있다. 명백하게, 열의 합들의 총계들은 모든 행들 또는 모든 블록들과 같은, 매트릭스의 엘리먼트들 모두가 -1에 의해 곱해지는 경우 변화하지 않는다. 이것은 보편성의 손실 없이 최종 블록이 -1에 의해 곱해지지 않는 것으로 추정되도록 이용될 수 있다.

이제는 하기의 테이블에 열거되는 32개의 솔루션들이 있다. 상응하는 블록들의 행들이 곱해져야만 하도록 하는 값들이 여기에서 열들에 있다. 제1(왼쪽) 열은 제1(상부) 블록의 행들을 나타낸다. 최종 열에는 인덱스가 나타난다. 이진수로서 리드되는 경우, 1을 갖는 아이템은 -1에 의해 곱해지는 블록들의 행들에 상응한다.

또한, 인덱스들(6, 24, 96)을 갖는 솔루션들은 두 블록들의 행들만이 -1에 의해 곱해져야 하고 이러한 블록들의 행들은 또한 인접한다는 것으로 특징지어진다. 그래서, 한 블록의 10 행들만이 -1에 의해 곱해져야 한다. 인덱스(6)를 갖는 솔루션의 경우, 예를 들어 행들(5 내지 14)은 -1에 의해 곱해져야 한다(여기서, 상기 매트릭스의 행들이 0부터 39까지 순차적으로 넘버링되는 규정이 적용된다).

따라서, 지금까지 존재하는 최적화들은 모든 행들이 또한 실제로 이용되는 경우, 즉 매트릭스의 확산 시퀀스들을 적용함으로써 달성될 수 있는 최대 개수의 연결들이 존재하는 경우들에 매트릭스를 최적화하는 목적을 갖는다. 그러나, 종종 시스템은 최대로 부하되지 않는다. 이 경우, 행들의 부분 집합만이 상기 이용되는 행들의 열의 합들만이 관련되도록 실제로 이용된다. 매트릭스들은 이제 심지어 매트릭스가 부분적으로만 이용되는 경우에도 열의 합들의 최대치가 가능한 한 작도록 최적화될 수 있다. 이러한 솔루션을 찾기 위하여 행들을 -1과 곱하는 것 외에, 행들은 또한 순열화될 수 있다. 그러나, 행 순열화는 매트릭스의 정의에 필수적으로 고려되어야만 하는 것은 아니다 : 행 순열화는 행들이 상이한 순서로 연결들에 할당됨을 의미한다. 그러나, 개별 연결들에 대한 행들의 상기 할당 그리고 특히 시스템의 소정의 설비가동률에서 이용되는 행들의 선택은 임의의 경우에 네트워크에 의한 연결들의 구성에서 자유롭게 선택될 수 있다.

열의 합들에 영향을 끼치는 행들을 -1과 곱하는 동안에 그러나 여전히 열의 합들에 어떠한 영향도 주지 않고 또한 직교성 특성들에 악영향을 끼치지 않는 다른 동작들이 존재한다는 것이 지적되어야 한다. 그러므로, 본 발명에 따른 코드 매트릭스는 이러한 동작들에 의해 또한 본 발명의 특성들을 갖게 될 다양한 다른 매트릭스들로 전환될 수 있다. 이러한 동작들은 :

- 매트릭스의 행들의 순열화

- 매트릭스의 열들의 순열화

- 전체 매트릭스의 열들 또는 행들의 순서 반전

- 상수 값(-1 등)과 열들의 선택의 곱셈을 포함한다.

이러한 이유로, 하나 이상의 이러한 동작들의 적용에 의해 본 발명의 코드 매트릭스들로부터 생성되는 코드 매트릭스들과 본 발명에 따른 그들의 이용은 또한 자연스레 본 발명의 범위 내에 존재한다.

상기 동작들은 특히 매트릭스들의 추가 특성들을 최적화하기 위하여 적용될 수 있다. 열 순열들이 열의 합들의 분포에 악영향을 주지 않기 때문에, 열 합들의 분포는 또한 동일한 열들을 -1과 곱함으로써, 주파수 에러들에 대하여 최적화되지 않은 매트릭스에 대해서와 같이, 주파수 에러들에 대하여 최적화된 상기 매트릭스들에 대하여 향상될 수 있다. 따라서, 두 최적화들이 결합될 수 있다.

이를 위해 특별히 제작된 시뮬레이션 도구들을 이용한 고가의 시뮬레이션들은 이러한 방식으로 최적화된 코드 매트릭스의 행들에 의해 규정되는 코드 시퀀스들이 또한 그들의 직교성을 유지할 뿐만 아니라 주파수 에러가 있는 경우에도 가능함을 보였고, 이러한 방식으로 이동국들이 상기 코드 시퀀스들을 이용한 확산에 기초한 신호들을 용이하게 구분하도록 한다.

주파수 에러들이 발생하는 경우에 직교성 특성들에 있어서 그리고 열-합들 기준(상기 참조)에 있어서 모두 최적화된 하기의 코드 매트릭스는 특히 적합할 수 있음을 증명하였다 :

200 Hz의 주파수 에러에서, 상기 코드 매트릭스는 종래 코드 매트릭스가 이용되는 경우에 달성되는 8.3의 값 대신에 2.7의 최대 제2 상관들을 갖는다. 상기는 방출물들의 수신을 위해 다른 이동국들에 대하여 약 9.5 dB의 억제를 알린다. 최대 제2 상관은 코드 매트릭스의 최악 시퀀스 쌍(들)(코드 시퀀스 쌍(들))에 의해 생성되고, 한 시퀀스는 코드 매트릭스의 한 행에 상응한다. i가 행 인덱스이고 k가 열 인덱스인 경우에 매트릭스의 엘리먼트들이 x(i, k)로 지시되면, 두 행들(코드 시퀀스들(a 및 b, a≠b))의 제2 상관 값들(NC)은 하기와 같이 주파수 에러를 고려하여 그들의 스칼라 곱에 의해 계산된다 :

상기 코드 매트릭스의 행들이 전송될 데이터를 구분하기 위한 코드 시퀀스들로서 이용되는 경우, 따라서 전송되는 데이터가 주파수 에러가 존재하더라도 수신기 단말에서 특히 잘 구분될 수 있다는 것이 보증된다. 이것은 특히 데이터가 상기 언급된 시그널링 채널들을 통해 기지국으로부터 다양한 이동국들에 전송될 때 적용된다.

본 발명에 따른 코드 시퀀스들을 이용하기 위하여, 특히 상기 언급된 시그널링 채널들을 구현하고 전송하기 위하여 적합하게 구성되는 무선국들, 특히 기지국들과 이동국들은 또한 자연스레 본 발명의 범위에 있게 된다. 송신기 단말에서, 상기 시그널링 채널들을 통해 전송될 데이터 비트들은 향상된 구분가능성을 위해 본 발명에 따른 코드 시퀀스들에 의해 곱해진다(확산된다). 수신기 단말에서, 수신된 신호들을 구분하기 위하여 수신기는 본 발명에 따른 코드 시퀀스를 상기 수신된 신호들과 상관시킬 수 있고, 즉 상관 합들을 형성하여 이들을 따라서 추가 처리할 수 있다. 상관 합들의 형성은 예를 들면 하기에 더 기술되는 바와 같이 수신 신호(E)를 계산함으로써 수행된다. 예를 들면, 하나의 추가 프로세싱 옵션은 임계치와 신호 세기를 비교하는 것이다. 상기 임계치가 초과되면, 수신기는 자신에 할당된 시퀀스(코드 시퀀스)가 수신되었음을 알게 되고 정보를 평가한다. UMTS E-HICH 채널의 예시에 기초하여, 수신된 신호의 정보 콘텐트는 E-DCH를 통해 이동국에 의해 기지국에 전송된 데이터 패킷에 대한 응답으로서 이동국으로의 기지국의 ACK 또는 NACK이다. 정보(ACK 또는 NACK)는 수신된 신호(E)의 부호에 의해 시그널링될 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 도면들을 참조하여 하기에 상세히 기술될 것이다.

도 1은 업-링크와 다운-링크 연결에 대한 단순화된 도면,

도 2는 코드 매트릭스에 대한 도면, 및

도 3은 시뮬레이션 결과에 대한 도면.

도 1은 두 개의 이동국들(MS0, MS1)로부터 UMTS 시스템의 기지국(BS)까지의 두 개의 (향상된 업-링크) 데이터 채널들(EU0, EU1)을 나타낸다.
이러한 향상된 업-링크를 설정하고 유지하기 위하여, 시그널링 채널들(E-HICH0 및 E-HICH1(향상된 업 링크 전용 채널 혼합 ARQ 지시자 채널) 그리고 E-RGCH0 및 E-RGCH1(향상된 업 링크 전용 채널 상대 허가 채널))이 기지국(BS)으로부터 이동국들(MS0, MS1)의 방향에 제공된다.

상이한 이동국들(MS0, MS1)을 위해 수신기 단말에서 구분될 수 있는 무선 채널(동일한 시간 및 주파수 자원) 내에서 기지국(BS)으로부터 이동국들(MS0, MS1)로 구현되는 시그널링 채널들을 생성하기 위하여, 송신기 단말(기지국 단말)에서 상기 시그널링 채널들을 통해 전송될 데이터 비트들에 상이한 코드 시퀀스들이 중첩된다.

무선국들(이동국들, 기지국들)은 예를 들면 적합한 수신기 및/또는 송신기 장치들을 통해 또는 적합한 프로세서 장치들을 통해 하드웨어로 구성되고, 및/또는 본 발명에 따른 코드 시퀀스들이 데이터를 전송하기 위해 이용되도록 하는 소프트웨어로 구성되고, 특히 상기 전송되는 데이터는 본 발명에 따른 코드 시퀀스에 의해 곱해지거나(확산되거나) 또는 수신된 신호들이 본 발명에 따른 코드 시퀀스와 상관된다.

규정된 코드 시퀀스들에 의한 확산에 부가하여, UMTS가 CDMA 시스템이므로 추가 확산이 소위 OVSF(orthogonal variable spreading factor) 시퀀스들을 이용하여 수행될 수 있다. 그러나, 상기 확산은 심볼 레벨에서만, 즉 매우 짧은 시간 간격으로만 이루어지고, 그 결과로 상기 확산은 주파수 특성들에 무시할 수 있는 영향만을 끼치며 따라서 완성도를 위해서만 이 시점에서 언급된다.

예를 들면, 기지국은 데이터를 상이한 가입자들에 전송하기 위한 송신기 장치 그리고 상이한 가입자들로 주소 지정된 데이터에 코드 시퀀스들이 중첩되도록 구성되는 프로세서 장치를 갖는데, 상기 코드 시퀀스들은 하기의 단계들에 의해 획득될 수 있는 코드 매트릭스로부터 취해진다 :

- n의 길이를 갖는 아다마르 매트릭스를 형성하는 단계;

- 아다마르 매트릭스의 행들을 -1과 곱하는 단계;

- 아다마르 매트릭스의 열들을 순열화하는 단계.

예를 들면, 이동국은 수신 신호 시퀀스를 수신하기 위한 수신기 장치 그리고 수신 신호 시퀀스가 상기 언급된 코드 시퀀스들 중의 하나와 적합하게 상관되도록 구성되는 프로세서 장치를 갖는다.

향상된 구분 가능성을 위해, 이러한 코드 시퀀스들은 상호 직교이어야 한다. 이는, 하나의 행(코드 시퀀스)에 상관된 수신기(예를 들면 이동국)가 다른 행(코드 시퀀스)이 전송된 경우 아무런 신호를 수신하지 않음을 의미한다 :

송신기가 시퀀스(코드 시퀀스)(s)를 전송하고 수신기가 시퀀스(코드 시퀀스)(e)에 상관될 때, 수신된 신호(E)는 하기와 같다 :

여기서, C(s, i)는 송신기에서 이용되는 코드 시퀀스의 i번째 엘리먼트를 나타내고, C(e, i)는 수신기 단말에서 이용되는 코드 시퀀스의 i번째 엘리먼트를 나타낸다.

결과적으로(코드 시퀀스들을 위해 이용되는 아다마르 매트릭스의 행들이 상호 직교이므로), 코드 시퀀스(s)에 기초한 다른 사용자들을 위한 방출들은 코드 시퀀스(e)에 기초한 데이터를 기대하고 있는 미리 결정된 사용자를 위한 방출들을 방해하지 않을 것이다. 그러나, 상기 완벽한 직교성은 신호들이 주파수 에러를 가질 때 손실된다. 그러면, 하기가 적용된다 :

여기서, f는 주파수 에러의 값을 나타내고, t(i)=Ti는 i번째 비트가 전송되는 시각이고, T는 임의 비트의 지속기간이다. 신호 프로세싱에서는 복잡한 계산이 이용되는 것이 일반적이다. 여기서는 i번째 심볼이 시간(T) 곱하기 i에 전송되는 것으로 가정된다. 엄격하게 이것은 비트들이 계속하여 순차적으로 전송되는 경우만을 말한다. 또한, 예를 들면 소위 I-Q 다중 방법을 이용함으로써 동시에 병렬로 두 비트들을 예를 들면 전송하는 것이 가능하고, 즉 복잡한 전송 신호에서 한 비트가 실제 부분으로서 전송되고 다른 하나가 가상 부분으로서 전송된다. 이 경우, 두 비트들이

가 되도록 동시에 각각 전송된다. 여기서, int()는 정수 성분을 나타낸다. 그러나, 상기 두 경우들 사이의 차이는 단지 0.5T에 해당하고 일반적으로 무시될 수 있으며, 결과적으로 상기 세밀한 구분은 이하에서 더 이상 논의되지 않을 것이다. 심볼(i/2)의 두 비트들(i, i+1)이 시간(i*T)에 전송되는 것이 동등한 형성이다. 두 명칭들 사이의 차이는 단지 0.5*T의 스큐(skew)이다. 그러나, 상기 스큐는 부적절하고, 모든 심볼들의 방출만을 시프트할 것이나, 문제점은 시간-시프트와 비교되는 불변식이다.

결과적으로 방출들은 서로에 대하여 상호 영향을 끼친다, 즉, 데이터가 코드 시퀀스(s)에 기초하여 이동국에 전송되는 경우, 이것은 코드 시퀀스(e)에 기초하여 데이터를 기대하고 있는 이동국에서의 수신을 방해할 것이다. 상기 방해는 본 발명에 의해 낮은 수준으로 유지된다.

주파수 에러가 있는 경우에도 우수한 특성들을 갖는 직교 시퀀스들(코드 시퀀스들)의 집합들(코드 매트릭스들)이 발견되는 것이 최적일 것이다. 특히, 최악의 경우 상기 언급된 효과가 최악 쌍의 시퀀스들에 대하여 가능한 한 낮아야 한다. 그러므로, 본 발명의 목적은 또한 이러한 시퀀스들을 생성하기 위한 방법과 전송을 위해 이러한 시퀀스들의 적용을 제안하는 것이다.

n개의 직교 행들을 포함하는 2차 매트릭스들은 또한 아다마르 매트릭스들로 불린다. 길이 n의 매트릭스로부터 길이 2n의 아다마르 매트릭스를 설계하기 위한 하기의 형성적 법이 일반적으로 공지되어 있으며, 많이 적용된다 :

길이 2의 아다마르 매트릭스(H2)에 기초하여, 따라서 그 길이가 2의 거듭제곱인 매트릭스들이 생성될 수 있다 :

또한, 길이 20의 아다마르 매트릭스들이 공지되어 있으며, 상기 매트릭스들로부터 40, 80, 160...의 길이를 갖는 매트릭스들이 상기 규칙을 이용하여 생성될 수 있다.

종래 기술(UMTS)과 위에서 도시된 향상된 열 순열(opt)을 이용한 제안된 방법을 위해, 주파수 에러가 존재하는 경우에 상관들의 분포가 도 3에 도시된다(그룹 짝수 및 홀수 열들). 주파수 에러와 같이, 200 Hz가 추정되었다. y 축 상에서, 상호-상관들의 사이즈가 도시되고, 그들은 사이즈에 의해 정렬된다. 따라서, x 축은 상호-상관이 계속된 것에 있어서 쌍의 개수에 상응하고, 상기 개수는 쌍들이 그들의 상호-상관의 총계에 따라 정렬되도록 임의의 쌍에 할당된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 도 2에 도시된 바와 같은 이러한 방식으로 최적화된 코드 매트릭스의 이용시 상관 합들의 분포(ann.)는 이제 극도로 균형잡혀지고, 특히 최대치에서 피크를 포함하지 않는다. 분포는 모든 제2 곡선들이 동일한 값을 갖게 되는 이론적인 가상 커브(Theo.)에 근접한다. 이 경우, 각 상관 합은 값 1.53일 수 있다. 그러나, 이론적으로 가능한 많은 개수의 상관 쌍들 때문에, 상기 가상 경우는 실제로는 달성될 수 없다. 그러나, 실제적 적용을 위해 상기 값에 매우 가깝게 근접하는 값이 달성될 수 있다.

볼 수 있는 바와 같이, 종래 기술에 따르면 40개의 제2 라인들이 8보다 더 큰 값에 의해 생성된다. 향상 이후, 최대치는 단지 약 6이고, 부가하여 더욱 드물게 이루어진다.

모든 제2 라인들의 제곱들의 합이 일정함을 볼 수 있다. 그러므로 최대치들이 더 낮아지는 경우, 더 작은 제2 라인들의 경우에 값들은 필수적으로 증가할 것이다. 그러나, 시스템의 용량을 결정하는 최대치들은 본질적이다. 이것은 수신 값이 상호-상관의 단절에 의해 변조될 때 에러가 정확하게 발생하는 사실에 기인한다. 이것은 큰 제2 최대치들에 의해 주로, 작은 최대치들에 의해 더 적게 생성된다. 결과적으로, 더 작은 제2 라인들(상호-상관들)을 증가시키는 것을 회피할 수 없을 뿐만 아니라 해롭지 않다.

Claims (17)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 무선국으로서,

    데이터를 상이한 가입자국들로 전송하기 위한 송신기 장치; 및

    상이한 가입자국들로 주소 지정된 데이터에 상이한 코드 시퀀스들이 포함되도록 구성되는 프로세서 장치를 포함하고,

    상기 코드 시퀀스들은 아래의 코드 매트릭스로부터 취해지며,

    

    상기 코드 매트릭스의 하나 또는 다수의 행이 -1과 곱해질 수 있는,

    무선국.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 무선국은 기지국으로서 형성되는,

    무선국.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

    상기 코드 매트릭스는 아다마르 매트릭스인,

    무선국.
13. 제 10 항에 있어서,

    상기 프로세서 장치는, 상기 코드 시퀀스가 전송될 데이터에 포함되도록 구성되는,

    무선국.
14. 수신 신호 시퀀스를 수신하기 위한 수신기 장치, 및

    상기 수신 신호 시퀀스가 아래의 코드 매트릭스의 코드 시퀀스와 상관 관계를 갖도록 구성되는 프로세서 장치를 포함하며,

    

    상기 코드 매트릭스의 하나 또는 다수의 행이 -1과 곱해질 수 있는,

    무선국.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 무선국은 가입자국으로서 형성되는,

    무선국.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 가입자국은 이동국으로서 형성되는,

    무선국.
17. 무선국으로부터 상이한 가입자국들로 데이터를 전송하기 위한 방법으로서,

    상이한 가입자국들로 주소 지정된 데이터에 상이한 코드 시퀀스들을 포함시키고,

    상기 코드 시퀀스들을 아래의 코드 매트릭스로부터 취하며,

    

    상기 코드 매트릭스의 하나 또는 다수의 행을 -1과 곱할 수 있는,

    데이터를 전송하기 위한 방법.

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