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KR100715194B1 - 직교 주파수 분할 다중 접속 이동통신 시스템에서 하향링크신호를 송신하는 기지국 장치 및 사용자 단말기의하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 장치 및 방법 - Google Patents

직교 주파수 분할 다중 접속 이동통신 시스템에서 하향링크신호를 송신하는 기지국 장치 및 사용자 단말기의하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 장치 및 방법 Download PDF

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KR100715194B1
KR100715194B1 KR20050095013A KR20050095013A KR100715194B1 KR 100715194 B1 KR100715194 B1 KR 100715194B1 KR 20050095013 A KR20050095013 A KR 20050095013A KR 20050095013 A KR20050095013 A KR 20050095013A KR 100715194 B1 KR100715194 B1 KR 100715194B1
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KR
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synchronization
channel
signal
downlink
cell
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김남일
김영훈
방승찬
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 기지국 장치 및 사용자 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 장치 및 방법에 관한 것이다. 각 셀의 기지국은 하향링크로 동기화 채널을 통해 동기화 신호를 주기적으로 전송하며 각 사용자 단말기는 동기화 신호를 이용하여 초기 동기 및 셀 탐색을 수행한다. 동기화 채널은 제1 동기화 채널과 제2 동기화 채널로 구성되며, 제1 동기화 채널은 타이밍 동기화 및 주파수 동기화에 사용되고 제2 동기화 채널은 셀 탐색 및 동기 채널 신호의 최대 전력 대 평균 전력비(PAPR) 저감에 사용된다. 하향링크 동기화 채널은 시간 영역에서 CP의 보호 구간과 OFDM 심볼로 구성되며 OFDM 심볼은 2회 반복되는 구조를 갖는다. 따라서, 이동 단말기는 기지국으로부터 하향링크 신호를 수신받아 시간 영역에서의 보호구간 및 2회 반복되는 OFDM 심볼을 이용하여 타이밍 동기, 프레임 동기 및 주파수 동기를 획득하고, 주파수 영역에서 제1 동기화 채널을 이용하여 채널 왜곡 보상을 실시하고, 채널 왜곡이 보상된 제2 동기화 채널을 이용하여 셀 탐색을 수행하는 효과가 있다
직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA), 다중셀, 셀룰러, 동기화, 타이밍 동기, 주파수 동기, 프레임 동기, 셀 탐색, 프리엠블

Description

직교 주파수 분할 다중 접속 이동통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 기지국 장치 및 사용자 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 장치 및 방법{Apparatus and method for downlink initial synchronization and cell search of user terminal, and base station for transmitting downlink signal in OFDMA mobile communication system}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 기반의 이동통신 시스템의 하향링크 프레임 구조도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 시간 영역에서의 하향링크 동기채널의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 주파수 영역에서의 하향링크 동기채널의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초기 동기 획득을 위한 시간영역 신호 처리 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 사용자 단말기의 하향링크 동기화 및 셀탐색 방법에 대한 흐름도이다.
도 6은 도 5에 도시한 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 사용자 단말기의 하향링크 동기화 및 셀탐색 방법의 신호처리 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 OFDMA 방식을 이용하는 이동통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 기지국 장치의 동기화 신호 생성 및 데이터 트래픽 신호 전송을 위한 신호 처리 구성도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 사용자 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 장치와 수신 신호 복조기의 신호 처리 구성도이다.
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 기지국 장치 및 사용자 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 셀을 갖는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 기지국 장치 및 사용자 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 이동통신 시스템은 단일 반송파 시스템이 대부분이었으며, 다중 반송파(multicarrier)를 이용한 시스템은 무선 랜 및 디지털 방송과 같이 다중셀 이동통신 시스템이 아닌 단일 셀 또는 고정 내지 보행수준의 통신시스템이었다. 최근 다중반송파 다중 접속방식을 이용한 다중셀 이동통신 시스템에 대한 하항링크(downlink) 동기화 및 셀 탐색에 대한 기술이 연구되고 있으며 IEEE802.16e등에서 다중반송파 다중접속 방식에서의 하향링크 동기화 및 셀탐색 방법에 대하여 표준 기술을 정의하였다.
IEEE802.16e는 주기적인 프레임의 첫 직교 주파수 다중 분할(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:OFDM) 심볼을 하향링크 동기화 및 셀 탐색용의 프리엠블로 사용하며, 상기 프리엠블은 시간영역에서 근사적으로 3회 반복되며 주파수 영역에서 유효 부반송파와 부반송파간에 2개의 영('0')이 삽입된다. 이러한 프리엠블을 이용하여 하향링크(downlink, 기지국->이동통신 단말기)의 동기화 및 셀 탐색을 구현하는 경우 시간영역에서 3회 반복 특성에 따른 신호 상관도의 특성이 다중셀에서 매우 나빠지는 특징을 갖는다. 따라서, 다중셀의 간섭이 있는 경우 이동통신 단말기는 원활한 하향링크 동기화 및 셀 탐색을 수행하지 못한다.
또한, OFDM 심볼 길이가 길어짐에 따라 단말의 연산 처리 시간이 증가하며, 특히 아이들(idle) 또는 슬립(sleep) 모드의 이동 단말이 저전력으로 하향링크 동기화를 유지하기 어려웠다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다중셀(다중반송파)을 갖는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 각 셀의 기지국으로부터 사용자 단말기로 하향링크 동기화 신호를 주기적으로 전송하며 사용자 단말기에서 하향링크 동기화 및 셀탐색을 위해 연산처리 시간을 줄이도록 가능한 짧은 OFDM 심볼 길이를 가지는 동기화 채널의 구조를 제시하기 위한 OFDMA 이동통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 기지국 장치 및 사용자 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 장치 및 방법을 제공한다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 특징에 따른 다중셀을 갖는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 기지국 장치에 있어서, 주기적인 라디오 프레임(radio frame)에서 프레임 동기, 주파수 동기 및 셀 탐색을 수행하는 동기화 채널 신호를 생성하기 위한 동기화 채널 신호 생성기; 상위 계층으로부터 입력된 데이터 신호(Source Bit Data)를 입력받아 데이터 트래픽을 생성하여 송신 데이터 심볼을 제공하기 위한 데이터 및 제어 채널 신호 생성기; 상기 동기화 채널 신호 생성기의 출력 신호와 상기 데이터 및 제어 채널 신호 생성기의 출력 신호를 타임 멀티플렉싱(Time Multiplexing)하기 위한 타임 멀티플렉서; 상기 타임 멀티플렉서의 출력 신호를 중간 주파수(IF)와 RF 대역으로 변환하여 전송하기 위한 IFU&RFU; 및 상기 IFU&RFU의 RF 대역의 하향링크 출력 신호를 무선 구간으로 송신하기 위한 안테나를 포함한다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 다중 셀(Cell)을 갖는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 이동 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 장치는, 각 셀의 기지국으로부터 무선 채널을 통과하여 하향링크 신호를 수신하기 위한 안테나; 상기 안테나로부터 수신된 RF대역의 하향링크 신호를 중간 주파수(IF) 신호로 변환하기 위한 IFU&RFU; 상기 IFU&RFU로부터 출력된 하향링크 신호에서 수신된 OFDM 심볼을 이용하여 단말기의 초기 동기화 및 셀 탐색을 제공하기 위한 동기화 및 셀탐색기; 및 상기 IFU&RFU로부터 출력된 하향링크 신호에서 수신된 OFDM 심볼을 입력받아 복조하여 복조된 데이타를 제공하기 위한 복조기를 포함한 다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 사용자 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 방법은, 이동 단말기의 동기화 및 셀탐색기에서 각 셀의 기지국으로부터 하향링크 동기화 채널을 통해 순차적으로 입력되는 하향링크 신호로부터 OFDM 심볼의 CP(Cyclic Prefix) 구간을 이용하여 초기 OFDM 심볼 동기를 수행하는 단계; 동기화 채널의 시간 영역에서 하나의 OFDM 심볼에 대한 시간영역 시퀀스의 소정 위상차로 반복되는 특성을 이용하여 프레임 동기를 추정하는 단계; 상기 프레임 동기가 추정되면, 시간영역에서 동기화 채널을 이용한 상기 프레임의 반복된 샘플을 이용하여 주파수 동기를 추정하는 단계; 주파수 동기 추정 후 주파수 옵셋을 보정하고, 주파수 옵셋이 보정된 샘플을 CP를 제거하고 고속푸리에변환(FFT)하여 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계; 주파수 영역에서 제1 동기화 채널을 이용하여 채널 추정기(P-SCH)에 의해 채널 정보를 획득한 후 모든 부반송파에 대한 채널 왜곡을 보상하고, 제2 동기화 채널을 이용하여 채널 보상기(S-SCH)를 통해 셀 인식기에서 셀 정보(Cell ID)를 인식하는 셀 탐색을 수행하는 단계; 및 상기 동기화 채널을 통한 프레임 동기 및 주파수 동기, 셀탐색 과정을 마친 후에 나오는 OFDM 심볼의 CP 및 그 다음에 수신되는 동기화 채널을 이용하여 미세 심볼 동기 추적 및 미세 주파수 동기 추적을 수행하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한 다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 ”포함“한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에서 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색을 위한 동기화 채널은 시간 영역에서 2회 반복되는 구조를 가지며 보호구간이 동기화 채널의 시작부에 위치한다. 상기 동기화 채널은 주파수 영역에서는 제1 동기화 채널 및 제2 동기화 채널로 구성된다. 주파수 영역에서 상기 제1 동기화 채널은 수신된 다중반송파 OFDM 신호의 채널 왜곡에 대한 채널 추정에 사용되며, 상기 제2 동기화 채널은 셀 탐색에 사용된다.
상기 제1 동기화 채널은 모든 셀에 대하여 공통으로 적용되며, 상기 제2 동기화 채널은 각 셀에 대하여 고유한 시퀀스를 갖는다. 따라서, 시간 영역에서 동기화 채널을 이용하여 프레임 동기 및 주파수 동기를 실시하고, 주파수 영역에서 상기 제1 동기화 채널을 이용하여 채널 왜곡을 보상한 후 상기 제2 동기화 채널을 이용하여 셀 탐색을 수행한다.
또한, 상기 제2 동기화 채널은 각 셀에 대하여 고유한 시퀀스를 갖는 동시에 시퀀스 내의 일부 인자는 하향링크 동기채널의 시간 영역에서의 최대 전력 대 평균 전력비(PAPR)를 감소시키기 위하여 사용된다.
이에 대한 동기화 채널의 구성 및 동기화 및 셀 탐색 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDMA 기반의 이동통신 시스템의 하향링크 프레임의 개략적 구조도를 도시한다.
도 1을 참조하면, 하향링크 프레임은 주기적인 라디오 프레임(radio frame)(1)으로 전송된다. 상기 라디오 프레임(1)은 일정한 시간 길이를 가지며 각각의 라디오 프레임(1)은 M(M은 0이상의 정수)개의 서브프레임(subframe)(10,20)으로 구성된다. 서브프레임(subframe) 또한 일정한 시간 길이를 가지며, 각각의 서브프레임(10,20)은 K(K는 1이상의 자연수)개의 OFDM 심볼(110, 120, 210)로 구성된다.
상기 서브프레임(10, 20)은 매 라디오 프레임(radio frame)(1)의 위치에 따라서 그 구성이 상이하다. 매 라디오 프레임(1)의 첫 번째에 위치한 서브프레임(10)은 하향링크 동기 채널정보를 전송하는 OFDM 심볼(110)과 트래픽 또는 제어 채널 정보를 전송하는 OFDM 심볼(120)로 구성되며, 매 라디오 프레임(radio frame)의 첫번째 이외에 위치하는 서브프레임(20)들은 트래픽 또는 제어 채널 정보를 전송하는 OFDM 심볼(210)로 구성된다. 모든 OFDM 심볼(110, 120, 210)은 주파수 영역의 변조된 신호를 역고속푸리에변환(IFFT) 연산을 취한 시간 영역의 심볼(140, 150)과 이 심볼의 일부를 복사한 CP(Cyclic Prefix)(130)로 구성된다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 시간 영역에서의 하향링크 동기화 채널의 구성도를 도시한다. 시간 영역에서 동기화 채널은 보호구간으로 CP(Cyclic Prefix)를 OFDM 심볼의 앞에 붙인다. 이때, OFDM 심볼은 도 2a에 도시한 바와 같이 동일한 시간영역 시퀀스(T30, T40)가 2회 반복되거나 도 2b에 도시한 바와 같이 뒤에 나오는 시퀀스가 앞에 나오는 시퀀스와 180도 위상 반전되는 시퀀스가 되어 OFDM 심볼을 구성한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 영역에서의 하향링크 동기채널의 구성도를 도시한다. 주파수 영역에서 동기화 채널은 보호 대역(guard band)(F40, F50)과 제1 동기화 채널("제1 동기화 부반송파 V"라고도 함)(F10)(P-SCH) 및 제2 동기화 채널("제2 동기화 부반송파 V"라고도 함)(F20)(S-SCH)로 구성된 동기화 채널과 동기화 채널에 삽입된 '0' 심볼(F30)로 구성된다. 상기 제1 동기화 채널(F10)은 모든 셀에 대하여 공통으로 적용되며, 상기 제2 동기화 채널(F20)은 각 셀에 대하여 고유한 시퀀스를 갖는다. 상기 제2 동기화 채널은 각 셀에 대하여 직교성이 있는 시퀀스 및 동기화 채널의 시간 영역에서 최대 전력 대 평균 전력비 (PAPR)를 저감하기 위한 부반송파를 구성하는 시퀀스로 구성된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초기 동기 획득을 위한 시간 영역에서 프레임의 입력에 따른 동기화 및 셀탐색 절차를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 사용자 단말기의 하향링크 동기화 및 셀탐색 방법에 대한 흐름도이다.
이동 단말기는 하향링크 신호를 송신하는 기지국으로부터 순차적으로 입력되는 OFDM 심볼의 CP(Cyclic Prefix)를 이용한 초기 OFDM 심볼 동기를 수행한다 (S100). 그리고, 하나의 OFDM 심볼내에서 OFDM 심볼의 1/2의 구간의 반복 특성을 이용하여 프레임 동기 및 주파수 동기를 수행하고(S200), 심볼 동기가 수행된 후 수신 신호의 샘플을 고속 푸리에변환(FFT) 연산 후에 셀탐색 과정을 수행한다(S300). 이러한 심볼 동기 및 셀탐색 과정이 수행된 이후에 나오는 OFDM 심볼을 이용하여 주파수 옵셋 추적 및 동기화 채널을 이용하여 심볼 동기 추적 및 미세 주파수 동기 추적을 수행한다(S400).
도 6은 도 5에 도시한 사용자 단말기의 하향링크 동기화 및 셀 탐색 신호처리 과정을 보다 구체적으로 나타낸 도면이다.
이동 단말기는 CP(Cyclic Prefix)를 이용하여 OFDM 심볼 동기를 추정한 후(100) 동기화 채널의 시간 영역에서 하나의 OFDM 심볼의 2회 반복 특성 또는 180도 위상차로 2회 반복되는 프레임 반복 특성을 이용하여 프레임 동기를 추정한다(S210).
프레임 동기가 추정되면, 이 프레임의 반복된 샘플을 이용하여 시간영역에서 동기화 채널을 이용한 주파수 동기를 추정한다(S220).
주파수 동기 추정 후, 주파수 옵셋을 보정하고(S310) 주파수 옵셋이 보정된 샘플에 대하여 CP를 제거하고 고속 푸리에변환(FFT) 연산 처리를 하여 주파수 영역의 신호로 변환한다(S320).
주파수 영역의 신호에서 상기 제1 동기화 채널(Primary Sync Channel)을 이용하여 채널 정보를 획득한 후, 모든 부반송파에 대한 채널 추정 탐색에 의해 채널 왜곡을 보상하고(S330), 상기 제2 동기화 채널(Secondary Sync Channel)을 이용하 여 셀 탐색을 수행한다(S340).
상기 제2 동기화 채널은 각 셀에 대하여 고유하며 또한 각 시퀀스가 서로에 대하여 직교성을 가지며 시퀀스간 상관값이 기준치에 비해 매우 작고 자기상관값이 매우 큰 시퀀스를 이용한다.
따라서, 이동통신 단말기는 수신된 제2 동기화 채널의 신호를 적용가능한 후보 셀 ID에 따른 제2 동기화 채널 시퀀스와의 상관 값을 계산하여 상관값이 제일 큰 시퀀스를 홈셀의 시퀀스로 인식하며, 점차적으로 상관값이 작은 시퀀스를 인접셀의 제2 동기화 채널 시퀀스로 인식한다.
이와 같은 동기화 채널을 통한 프레임 동기 및 주파수 동기, 셀탐색 절차를 마친 후, 동기화 채널 인지를 판단하여(S410) 동기화 채널이 아니면 상기 프레임 동기 과정(S210)부터 다시 동작되고, 상기 동기화 채널이면 OFDM 심볼의 CP(Cyclic Prefix) 및 그 다음에 수신되는 동기화 채널을 이용하여 미세 심볼 동기 추적(S420) 및 미세 주파수 동기 추적을 수행한다(S430).
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 OFDMA 방식을 이용하는 이동통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 기지국 장치의 동기화 신호 생성 및 데이터 트래픽 신호 전송을 위한 신호 처리 구성도를 도시한다.
상기 기지국 장치는 동기화 채널 신호 생성기(100), 데이터 및 제어 채널 신호 생성기(200), 타임 멀티플렉서(300), IFU&RFU(400) 및 안테나(500)를 포함한다.
상기 동기화 채널 신호 생성기(100)는 하향링크 동기화를 위해 주기적인 라디오 프레임(radio frame)에서 프레임 동기, 주파수 동기 및 셀 탐색을 수행하는 동기화 채널 신호를 생성한다.
상기 데이터 및 제어 채널 신호 생성기(200)는 상위 계층으로부터 입력된 데이터 신호(Source Bit Data)를 입력받아 데이터 트래픽을 생성하여 송신 데이터 심볼을 제공한다.
상기 타임 멀티플렉서(300)는 상기 동기화 채널 신호 생성기(100)의 출력 신호와 상기 데이터 및 제어 채널 신호 생성기(200)의 출력 신호를 타임 멀티플렉싱(Time Multiplexing)한다.
상기 IFU&RFU(400)는 상기 타임 멀티플렉서(300)의 출력 신호를 중간 주파수(IF)와 RF 대역으로 변환하여 전송한다.
상기 안테나(500)는 RF 대역의 하향링크 신호를 무선 구간으로 송신한다.
상기 동기화 채널 신호 생성기(100)는 제1 동기 채널 시퀀스 생성기(110), 제2 동기 채널 시퀀스 생성기(120), 멀티플렉서(130), 심볼 매핑기(140), 심볼-부반송파 할당기(Symbol-to-Subcarrier allocation)(150), 제1 IFFT부(160), 및 제1 ADD CP(170)를 포함한다.
상기 제1 동기 채널 시퀀스 생성기(110)는 상기 하향링크 동기화를 위해 동기화 채널을 생성한다.
상기 제2 동기 채널 시퀀스 생성기(120)는 고유 셀 인식을 위해 셀 번호 및 최대 전력 대 평균 전력비(PAPR) 저감을 위한 부반송파 톤에 대응되는 동기채널 시퀀스를 생성한다.
상기 멀티플렉서(130)는 상기 제1 동기 채널 시퀀스 생성기(110) 및 상기 제 2 동기 채널 시퀀스 생성기(120)로부터 생성된 동기채널 시퀀스를 멀티플렉싱한다.
상기 심볼 매핑기(140)는 멀티플렉싱된 신호를 심볼 매핑(Symbol Mapping)한다.
상기 심볼-부반송파 할당기(150)는 상기 심볼 매핑기(140)의 출력 신호를 각각의 부반송파(Subcarrier)로 할당한다.
상기 제1 IFFT부(160)는 상기 심볼-부반송파 할당기(150)의 출력 신호를 역고속푸리에변환(IFFT) 연산한다.
상기 제1 ADD CP(170)는 상기 제1 IFFT부(160)의 출력 신호에 CP(Cyclic Prefix)를 부가한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면 상기 동기화 채널 신호 생성기(100)는 하향링크 동기화를 위하여 상기 제1 동기 채널 시퀀스 생성기(110)에서 동기화 채널을 생성하고, 고유 셀 인식을 위하여 상기 제2 동기 채널 시퀀스 생성기(120)에서 셀 번호 및 최대 전력 대 평균 전력비(PAPR) 저감을 위한 부반송파 톤에 대응되는 동기채널 시퀀스를 생성한다. 생성된 동기채널 시퀀스는 상기 멀티플렉서(130)에서 멀티플렉싱되고, 상기 심볼 매핑기(140)에서 심볼 매핑 후, 상기 심볼-부반송파 할당기(150)에서 각각의 부반송파로 할당된다. 이 신호는 상기 제1 IFFT부(160)에서 역고속푸리에변환(IFFT) 연산된 후, 상기 제1 ADD CP(170)에서 CP(Cyclic Prefix)가 부가하여 상기 동기화 채널 신호 생성기(100)의 출력 신호를 생성한다.
한편, 상기 데이터 및 제어채널 생성기(200)는 QAM 심볼 매핑기(QAM Symbol Mapper)(210), QAM 심볼-부반송파 할당기(QAM Symbol-to-Subcarrier allocator)(220), 파일롯 생성기(Pilot Generator)(230), 파일롯-부반송파 할당기(240), 부반송파 멀티플렉서(250), 제2 IFFT부(260), 및 제2 ADD CP(270)를 포함한다.
상기 QAM 심볼 매핑기(210)는 상위 계층으로부터 입력된 데이터(Source Bit Data)를 QAM 심볼 매핑(QAM Symbol Mapping)한다.
상기 QAM 심볼-부반송파 할당기(220)는 상기 QAM 심볼 매핑기(210)의 출력 신호를 부반송파(Subcarrier)로 할당한다.
상기 파일롯 생성기(230)는 파일롯 신호(Pilot Signal)를 생성한다.
상기 파일롯-부반송파 할당기(240)는 상기 파일롯 신호 생성 후, 파일롯-부반송파를 할당한다.
상기 부반송파 멀티플렉서(250)는 상기 QAM 심볼-부반송파 할당기(220)의 신호와 상기 파일롯-부반송파 할당기(240)의 신호를 부반송파 멀티플렉싱(Subcarrier Multiplexing)한다.
상기 제2 FFT부(260)는 부반송파 멀티플렉싱된 신호를 역고속푸리에변환(IFFT)한다.
상기 제2 ADD CP(270)는 상기 제2 IFFT부(260)의 신호에 CP(Cyclic Prefix)를 추가하여 상기 데이터 및 제어 채널 신호 생성기(200)의 출력 신호를 생성한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 상위계층으로부터 입력된 데이터(Source Bit Data)는 상기 데이터 및 제어채널 생성기(200)를 거쳐 송신 데이터 심볼로 된다.
상위 계층으로부터 입력된 데이터(Source Bit Data)는 상기 QAM 심볼 매핑기(210)를 통과한 후 상기 QAM 심볼-부반송파 할당기(220)를 거치고, 또한 상기 파일롯 생성기(230)에서 파일롯 신호를 생성하여 상기 파일롯-부반송파 할당기(240)를 거친 후 부반송파 멀티플렉서(250)에서 부반송파 멀티플렉싱(Subcarrier Multiplexing)한다.
부반송파 멀티플렉싱된 신호를 상기 제2 IFFT부(260)를 거쳐 역고속푸리에변환(IFFT)한 후, 상기 제2 ADD CP(270)에서 CP(Cyclic Prefix)를 추가하여 상기 데이터 및 제어채널 신호 생성기(200)의 출력 신호를 생성한다.
상기 동기화 채널 신호 생성기(100)의 출력 신호 및 상기 데이터/제어채널 신호 생성기(200)의 출력 신호를 입력받아 상기 타임 멀티플렉서(300)에서 타임 멀티플렉싱(Time Multiplexing)된 후, 중간 주파수(IF)와 RF 대역으로 변환하여 전송하는 상기 IFU&RFU(400)와 상기 안테나(500)를 통해 무선 구간으로 송신된다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 사용자 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 장치와 수신 신호 복조기의 신호처리 구성도를 도시한다.
OFDMA 이동통신 시스템에서 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색을 위한 사용자 단말기는 안테나(600), IFU&RFU(700), 동기화 및 셀탐색기(800) 및 복조기(900)를 포함한다.
상기 안테나(600)는 OFDMA 이동통신 시스템에서 하향링크로 기지국으로부터 무선 채널을 통과하여 하향링크 신호를 수신한다.
상기 IFU&RFU(700)는 안테나로 수신된 RF 신호를 중간 주파수(IF) 신호로 변 환한다.
상기 동기화 및 셀탐색기(800)는 상기 하향링크 신호에서 수신된 OFDM 심볼을 이용하여 셀 탐색이 원할하게 이루어지도록 동기화 채널에 의해 단말기의 초기 동기화 및 셀 탐색을 제공한다.
상기 복조기(900)는 수신된 OFDM 신호를 입력받아 복조하여 복조된 데이타를 제공한다.
상기 동기화 및 셀탐색기(800)는 동기 검출기(810), 주파수 에러 추정기(820), 곱셈기(830), CP 제거기(840), 제1 FFT부(850), 채널 추정기(P-SCH)(860), 채널 보상기(S-SCH)(870), 및 셀 인식기(880)를 포함한다.
상기 동기 검출기(810)는 입력된 OFDM 신호에서 동기 타이밍(Sync Timing)을 검출한다.
상기 주파수 에러 추정기(820)는 상기 입력된 OFDM 신호의 주파수 옵셋(Freq. offset)을 추정한다.
상기 곱셈기(830)는 추정된 주파수 옵셋 값을 상기 동기화 검출기의 출력 신호와 곱셈 연산 한다.
상기 CP 제거기(840)는 상기 주파수 옵셋이 보상된 후, 프레임의 CP(Cyclic Prefix)를 제거한다.
상기 제1 FFT부(850)는 상기 CP 제거기(840)에 의해 CP가 제거된 하향링크 프레임을 고속푸리에변환(FFT) 한다.
상기 채널 추정기(P-SCH)(860)는 고속푸리에변환(FFT) 후의 신호를 제1 동기 화 채널을 이용한 채널 추정을 한다.
상기 채널 보상기(S-SCH)(870)는 상기 채널 추정기(860)의 추정 채널을 이용하여 제2 동기화 채널에 대한 채널 보상을 한다.
상기 셀 인식기(880)는 상기 채널 보상기(870)의 출력 신호로부터 셀을 인식하여 인식된 셀 정보(Cell ID)를 출력한다.
상기 복조기(900)는 주파수 옵셋 보상기(910), CP 제거기(920), 제2 FFT부(930), 채널 보상기(traffic)(940), 채널 추정기(pilot)(950), 및 QAM 디매퍼(QAM demapper)(960)를 포함한다.
상기 주파수 옵셋 보상기(910)는 상기 동기화 및 셀탐색기(800)로부터 동기 타이밍(Sync Timing) 정보와 주파수 옵셋(Freq. offset) 정보를 입력받아 IFU&RFU(700)로부터 입력된 OFDM 신호의 주파수 옵셋을 보상한다.
상기 CP 제거기(920)는 상기 OFDM 신호의 CP(Cyclic Prefix)를 제거한다.
상기 제2 FFT부(930)는 CP가 제거된 OFDM 신호를 고속푸리에변환(FFT) 한다.
상기 채널 추정기(950)는 파일롯(pilot)을 이용한 채널을 추정한다.
상기 채널 보상기(traffic)(940)는 상기 채널 추정기(950)의 추정 채널을 이용하여 채널을 보상한다.
상기 QAM 디매퍼(960)는 상기 채널 보상기로부터 수신 신호를 복조하여 복조 데이타를 출력한다.
다음은, 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 신호 처리 과정을 상세하게 설명한다.
무선 채널을 통과하여 수신된 신호는 상기 안테나(600)와 상기 IFU&RFU(700)을 거쳐 상기 동기화기 및 셀탐색기(800)와 상기 복조기(900)에 입력된다.
상기 동기화 및 셀탐색기(800)에 입력된 OFDM 신호는 상기 동기 검출기(810)에 입력되어 동기 타이밍(Sync Timing)을 검출하며, 상기 주파수 에러 추정기(Frequency error estimator)(820)에서 입력된 OFDM 신호의 주파수 옵셋(Freq. offset)을 추정한다. 상기 주파수 에러 추정기(820)에서 추정된 주파수 옵셋 값은 상기 동기 검출기(810)의 출력 신호와 상기 곱셈기(830)에서 곱해지고, 주파수 옵셋이 보상된 후 상기 CP 제거기(840)에서 수신된 프레임의 CP(Cyclic Prefix)를 제거한 후 상기 제1 FFT(850)부에서 고속푸리에변환(FFT)을 실시한다. 고속푸리에변환(FFT) 후의 신호는 제1 동기화 채널을 이용한 상기 채널 추정기(P-SCH)(860)에서 채널 추정이 된 후, 상기 채널 추정기(860)의 추정 채널을 이용하여 상기 채널 보상기(S-SCH)(870)에서 제2 동기화 채널에 대한 채널 보상이 된 후 상기 셀 인식기(Cell Identifier)(880)에서 셀을 인식하여 상기 동기화 및 셀 탐색기(800)의 인식된 셀의 정보(Cell ID)를 출력한다.
상기 복조기(900)는, 상기 동기화 및 셀탐색기(800)로부터 동기 타이밍(Sync Timing) 정보와 주파수 옵셋(Freq. offset) 정보를 입력받아, 이 정보를 이용하여 상기 주파수 옵셋 보상기(910)에서 상기 IFU&RFU(700)로부터 입력된 OFDM 신호의 주파수 옵셋을 보상하고, 상기 CP 제거기(920)에서 OFDM 신호의 CP(Cyclic Prefix)를 제거한 후, 상기 제2 FFT부(930)에서 고속푸리에변환(FFT) 후 파일롯(pilot)을 이용한 상기 채널 추정기(950)의 추정 채널을 이용하여 상기 채널 보상기 (traffic)(940)에서 채널 보상 후, 상기 QAM 디매퍼(QAM demapper)(960)을 통해 수신된 신호를 복조하여 복조 데이타를 출력한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 기반의 이동통신 시스템에서 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색, 인접셀 탐색에 적합한 동기화 채널과 프레임 구조를 제공하여, 각 셀의 기지국은 사용자 단말기의 초기 동기 및 셀 탐색을 위하여 하향링크로 동기 채널을 통하여 동기화 신호를 주기적으로 전송하여 각 사용자 단말기에서 동기화 신호를 이용하여 초기 동기 및 셀 탐색을 제공하는 효과가 있다. 또한, 하향링크 동기화 채널이 낮은 PAPR을 갖도록 하고, 이로 인하여 동기화 채널의 HPA 비 선형성에 따른 신호 왜곡을 감소시킨다.

Claims (16)

  1. 다중셀을 갖는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 기지국 장치에 있어서,
    시간 영역에서 반복되는 구조를 갖는 프레임을 이용하여 프레임 동기, 주파수 동기 및 셀 탐색을 수행하는 동기화 채널 신호를 생성하기 위한 동기화 채널 신호 생성기;
    상위 계층으로부터 입력된 데이터 신호(Source Bit Data)를 입력받아 데이터 트래픽을 생성하여 송신 데이터 심볼을 제공하기 위한 데이터 및 제어 채널 신호 생성기;
    상기 동기화 채널 신호 생성기의 출력 신호와 상기 데이터 및 제어 채널 신호 생성기의 출력 신호를 타임 멀티플렉싱(Time Multiplexing)하기 위한 타임 멀티플렉서;
    상기 타임 멀티플렉서의 출력 신호를 중간 주파수(IF)와 RF 대역으로 변환하여 전송하기 위한 IFU&RFU; 및
    상기 IFU&RFU의 RF 대역의 하향링크 출력 신호를 무선 구간으로 송신하기 위한 안테나를 포함하며,
    상기 동기화 채널 신호는 주파수 영역에서 직교 주파수 분할 다중 접속 신호의 타이밍 동기화 및 주파수 동기화에 사용되는 제1 동기화 채널과 셀 탐색에 사용되는 제2 동기화 채널의 반복되는 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 기지국 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 동기화 채널 신호 생성기는,
    상기 하향링크 동기화를 위해 동기화 채널을 생성하기 위한 제1 동기 채널 시퀀스 생성기;
    고유 셀 인식을 위해 셀 번호 및 최대 전력 대 평균 전력비(PAPR) 저감을 위한 부반송파 톤에 대응되는 동기채널 시퀀스를 생성하기 위한 제2 동기 채널 시퀀스 생성기;
    생성된 동기채널 시퀀스를 멀티플렉싱하기 위한 멀티플렉서;
    멀티플렉싱된 신호를 심볼 매핑(Symbol Mapping)하기 위한 심볼 매핑기;
    상기 심볼 매핑기의 출력 신호를 각각의 부반송파(Subcarrier)로 할당하기 위한 심볼-부반송파 할당기;
    상기 심볼-부반송파 할당기의 출력 신호를 역고속푸리에변환(IFFT) 하기 위한 제1 IFFT부; 및
    상기 제1 IFFT부의 출력 신호에 CP(Cyclic Prefix)가 부가하기 위한 제1 ADD CP
    를 포함하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 기지국 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 및 제어 채널 신호 생성기는,
    상위 계층으로부터 입력된 데이터(Source Bit Data)를 QAM 심볼 매핑(QAM Symbol Mapping)하기 위한 QAM 심볼 매핑기;
    상기 QAM 심볼 매핑기의 출력 신호를 부반송파(Subcarrier)로 할당하기 위한 QAM 심볼-부반송파 할당기;
    파일롯 신호를 생성하기 위한 파일롯 생성기;
    상기 파일롯 신호 생성 후, 파일롯-부반송파를 할당하기 위한 파일롯-부반송파 할당기;
    상기 QAM 심볼-부반송파 할당기의 신호와 상기 파일롯-부반송파 할당기의 신호를 부반송파 멀티플렉싱(Subcarrier Multiplexing)하기 위한 부반송파 멀티플렉서;
    부반송파 멀티플렉싱된 신호를 역고속푸리에변환(IFFT)하기 위한 제2 FFT부; 및
    상기 제2 IFFT부의 신호에 CP(Cyclic Prefix)를 추가하기 위한 제2 ADD CP
    를 포함하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 기지국 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 동기화 채널 신호는 시간 영역에서 하나의 OFDM 심볼을 사용하고, 상기 OFDM 심볼은 심볼의 시작 부분에 위치하는 CP(Cyclic Prefix), 제1 시간영역 시퀀스, 상기 제1 시간영역 시퀀스와 소정 위상차를 가지는 제2 시간영역 시퀀스 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시 스템에서 하향링크 신호를 송신하는 기지국 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 시간영역 시퀀스 영역은 상기 제1 시간영역 시퀀스와 크기는 동일하고 위상차는 0도 또는 180도인 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 기지국 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 동기화 채널(P-SCH)은 채널 왜곡에 대한 채널 추정에 사용되고, 모든 셀에 대하여 공통으로 사용되는 시퀀스에 의하여 생성되는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 기지국 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 동기화 채널(S-SCH)은 동기화 채널 신호의 시간 영역에서 최대 전력 대 평균 전력비(PAPR)를 최소화하는데 사용되며, 각각의 셀에 대하여 고유하게 사용되는 시퀀스에 의하여 생성되는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 하향링크 신호를 송신하는 기지국 장치.
  10. 다중 셀(Cell)을 갖는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 이동 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 장치에 있어서,
    각 셀의 기지국으로부터 무선 채널을 통과하여 하향링크 신호를 수신하기 위한 안테나;
    상기 안테나로부터 수신된 RF대역의 하향링크 신호를 중간 주파수(IF) 신호로 변환하기 위한 IFU&RFU;
    기지국으로부터 하향링크로 동기화 채널을 통해 동기화 신호를 주기적으로 수신하여 초기 동기 및 셀 탐색을 수행하고, 상기 동기화 채널은 제1 동기화 채널와 제2 동기화 채널로 구성하며, 상기 제1 동기화 채널을 이용하여 채널 왜곡을 보상한 후 상기 제2 동기화 채널을 이용하여 셀 탐색을 제공하기 위한 동기화 및 셀탐색기; 및
    상기 IFU&RFU로부터 출력된 하향링크 신호에서 수신된 OFDM 심볼을 입력받아 복조하여 복조된 데이타를 제공하기 위한 복조기
    를 포함하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 사용자 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 동기화 및 셀탐색기는,
    입력된 OFDM 신호에서 동기 타이밍(Sync Timing)을 검출하기 위한 동기 검출기;
    상기 입력된 OFDM 신호의 주파수 옵셋(Freq. offset)을 추정하기 위한 주파수 에러 추정기;
    추정된 주파수 옵셋 값을 상기 동기화 검출기의 출력 신호와 곱하기 위한 곱셈기;
    상기 주파수 옵셋이 보상된 후, 프레임의 CP(Cyclic Prefix)를 제거하기 위한 CP 제거기;
    CP가 제거된 하향링크 프레임을 고속푸리에변환(FFT) 하기 위한 제1 FFT부;
    고속푸리에변환(FFT) 후의 신호를 상기 제1 동기화 채널을 이용한 채널 추정을 위한 채널 추정기(P-SCH);
    상기 채널 추정기의 추정 채널을 이용하여 상기 제2 동기화 채널에 대한 채널 보상을 위한 채널 보상기(S-SCH); 및
    상기 채널 보상기의 출력 신호로부터 셀을 인식하여 인식된 셀 정보(Cell ID)를 출력하기 위한 셀 인식기
    를 포함하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 사용자 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 복조기는,
    상기 동기화 및 셀탐색기로부터 동기 타이밍(Sync Timing) 정보와 주파수 옵셋(Freq. offset) 정보를 입력받아 IFU&RFU로부터 입력된 OFDM 신호의 주파수 옵셋을 보상하기 위한 주파수 옵셋 보상기;
    상기 OFDM 심볼의 CP(Cyclic Prefix)를 제거하기 위한 CP 제거기;
    CP가 제거된 OFDM 신호의 고속푸리에변환(FFT)하기 위한 제2 FFT부;
    파일롯(pilot)을 이용한 채널을 추정하기 위한 채널 추정기;
    상기 채널 추정기의 추정 채널을 이용하여 채널 보상하기 위한 채널 보상기(traffic); 및
    상기 채널 보상기로부터 수신 신호를 복조하여 복조 데이타를 출력하기 위한 QAM 디매퍼(QAM demapper)
    를 포함하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 사용자 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 하향링크 신호는 각각 제1 서브프레임과 제2 서브프레임을 포함하는 다수의 서브프레임을 가지는 주기적인 라디오 프레임으로 수신되며, 매 라디오 프레임의 제1 위치에 상기 제1 서브프레임은 하향링크 동기화 채널 정보를 전송하는 OFDM 심볼과 트래픽/제어 채널 정보를 전송하는 OFDM 심볼로 구성되며, 매 라디오 프레임의 제2 위치 이후에 상기 제2 서브프레임과 다수의 서브프레임들은 트래픽/제어 채널 정보를 전송하는 OFDM 심볼로 구성되는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 사용자 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 서브프레임은, 매 라디오 프레임의 첫번째 서브프레임에 위치하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 사용자 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 장치.
  15. 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 사용자 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 방법에 있어서,
    이동 단말기의 동기화 및 셀탐색기에서 각 셀의 기지국으로부터 하향링크 동기화 채널을 통해 순차적으로 입력되는 하향링크 신호로부터 OFDM 심볼의 CP(Cyclic Prefix) 구간을 이용하여 초기 OFDM 심볼 동기를 수행하는 단계;
    동기화 채널의 시간 영역에서 하나의 OFDM 심볼에 대한 시간영역 시퀀스의 소정 위상차로 반복되는 특성을 이용하여 프레임 동기를 추정하는 단계;
    상기 프레임 동기가 추정되면, 시간영역에서 동기화 채널을 이용한 상기 프레임의 반복된 샘플을 이용하여 주파수 동기를 추정하는 단계;
    주파수 동기 추정 후 주파수 옵셋을 보정하고, 주파수 옵셋이 보정된 샘플을 CP를 제거하고 고속푸리에변환(FFT)하여 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계;
    주파수 영역에서 제1 동기화 채널을 이용하여 채널 추정기(P-SCH)에 의해 채널 정보를 획득한 후 모든 부반송파에 대한 채널 왜곡을 보상하고, 제2 동기화 채널을 이용하여 채널 보상기(S-SCH)를 통해 셀 인식기에서 셀 정보(Cell ID)를 인식하는 셀 탐색을 수행하는 단계; 및
    상기 동기화 채널을 통한 프레임 동기 및 주파수 동기, 셀탐색 과정을 마친 후에 나오는 OFDM 심볼의 CP 및 그 다음에 수신되는 동기화 채널을 이용하여 미세 심볼 동기 추적 및 미세 주파수 동기 추적을 수행하는 단계
    를 포함하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 사용자 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제2 동기화 채널에서, 주파수 영역의 서로 직교성을 가지는 셀 ID를 적용하여 기준치보다 가장 큰 상관값을 가지는 시퀀스에 해당하는 ID를 홈 셀 ID로 인식하고, 상기 기준치 보다 작은 상관값을 갖는 시퀀스에 대항하는 ID들을 인접셀 ID로 인식하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 사용자 단말기의 하향링크 초기 동기화 및 셀탐색 방법.
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