KR100238401B1 - 이동통신 시스템의 순방향 전력 제어방법 - Google Patents

이동통신 시스템의 순방향 전력 제어방법 Download PDF

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Abstract

역방향 통화채널 프레임의 소거 인디케이터 비트에 순방향 전력에 관한 정보를 표시한다. 제어국은 이동국에서 송신한 역방향 통화채널 프레임의 소거 인디케이터 비트를 검색하여 순방향 전력제어 여부를 판단한다. 이동국은 소거 인디케이터 비트 검색결과 순방향 전력을 제어해야 한다고 판단되면 저장된 이전의 송신 속도에 따라 제어한다. 전력 제어후 역방향 통화채널 프레임의 소거 인디케이터 비트를 검색하여 순방향 전력에 관한 정보에 따라 상기 송신 속도를 가변시켜 최적의 순방향 전력제어를 행한다.

Description

이동통신 시스템의 순방향 전력 제어방법
본 발명은 이동통신 시스템의 전력제어에 관한 것으로, 특히 역방향 통화채널 프레임의 소거 인디케이터(Erasure Indicator)비트를 이용하여 기지국에서 단말기로 송신하는 순방향 전력을 제어하는 이동통신 시스템의 순방향 전력 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, CDMA시스템에서는 주어진 대역폭 내에서 동시에 통화할 수 있는 사용자의 수를 최대화하고, 통화용량, 양질의 통화품질 및 기타 장점들을 얻기위하여 순방향(기지국에서 이동국방향) 및 역방향(이동국에서 기지국방향) 전력 제어를 사용한다. 각 이동국의 송신전력이 최소한의 신호대 간섭비를 가지고 기지국에 도달하도록 제어되면 시스템의 용량이 최대가 된다. 이동국 송신전력 제어의 목적은 권역내의 모든 이동국의 전송신호가 기지국 수신기에 규준(nominal) 강도로 수신되도록 이동국 송신전력을 제어하여 보다 많은 이동국이 기지국과 보다 좋은 통화품질로 통신할 수 있게 하는데 있다. 기지국에 수신되는 이동국의 송신전력이 너무 낮으면 비트 오차율이 너무 높아 좋은 품질의 통화를 기대할 수 없다. 또한, 기지국에서의 수신전력이 너무 높으면 이 이동국의 통화품질은 좋아지지만 같은 채널을 사용하고 있는 다른 이동국들에 대한 간섭이 증가하여 전체 가입자를 줄이지 않는한 통화품질이 나빠진다.
기지국은 이동국에서 측정된 전력에 상응하게 순방향 전력을 조절함으로써 순방향 전력제어를 지원한다. 순방향 전력제어의 목적은 통화를 안하고 있거나 상대적으로 기지국에 근접해 있거나 또는 다중경로 페이딩 및 전파음영현상의 영향이 작거나 다른 기지국의 간섭이 미미한 이동국의 손실전력을 감소시키는데 있으며, 수신 곤란 지역 또는 먼거리에 위치하여 오차율이 높은 이동국의 경우에는 추가적인 지원전력이 제공된다.
800㎒ CDMA시스템에서 순방향 전력 제어는 PMRM(Power Measurement Report Message)메시지를 이용한다. 단말에게 PMRM을 언제 송신하게 할것인가를 3가지 동작모드(1. 단말이 수신한 BAD-FRAME 개수가 임계값 이상이면 송신, 2. 주기적으로 송신, 3. 임계값 이상이어도 주기적으로 송신)중 1개를 택하여 알려주면, 단말은 동작모드에 따라 PMRM을 송신한다. 그러면 제어국에서 이를 수신해 전력을 제어한 뒤 기지국으로 알려주면 기지국은 수정된 전력으로 단말에게 송신한다.
이러한 종래의 전력제어 방식은 단말이 PMRM을 송신했을때는 이미 상당한 시간이 지났을 때이므로, 전파(傳播) 환경이 급변하는 상황에서는 신속하게 전력을 제어할 수 없다. BAD-FRAME이 발생했을때는 무조건 PMRM을 송신하게 임계값을 정할수는 있지만 PMRM은 멧세지이므로 신속한 전력 제어가 이루어지기 위해서는 단말이 BAD-FRAME을 수신했을 때 즉시 제어국으로 알려주어야 하고, 알려줄때는 메시지가 아닌 방법이어야 한다.
미국특허 제 5,629,934호에 3개의 전력제어비트(Power Control Bits)를 이용하여 전력을 제어하는 방법이 개시된다. 또한, CDMA를 이용한 개인휴대통신(PCS) 표준의 일부인 J-STD-008에는 PMRM을 이용한 순방향 통화채널 전력제어 방법이 있으며, 즉 멀티플렉스 옵션2의 역방향 통화 프레임(도4참조)에 소거 인디케이터(Erasure Indicator; 이하 "EI"라 약칭함) 비트를 두어 단말이 BAD-FRAME을 수신했을 때는 바로 2프레임 뒤 EI비트를 1로 세트하여 송신한다는 내용이 있지만, 그 EI비트를 어떻게 사용하는지에 대한 구체적인 내용은 없다.
따라서 상기와 같은 종래의 순방향 전력제어 방식은 단말이 PMRM을 송신했을 때는 이미 상당한 시간이 지난뒤이므로 전파 환경이 급변하는 상황에서는 신속한 전력 제어를 할 수 없다는 문제점을 초래 하였다.
또한, 기존의 전력 제어시 BAD-FRAME이 발생했을때는 무조건 PMRM을 송신하게 임계값을 정할 수는 있지만 PMRM은 메시지이므로 Pasing후 호처리에서 전력 제어 루틴을 이용하려면 시간이 필요하다는 제반 문제점도 있었으며, 특히, 연속적인 BAD-FRAME이 발생하게 되면 8개 단말기와 동시에 상대하는 제어국 트래픽 채널 처리부는 실행이 어려운 문제점도 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 역방향 통화채널 프레임의 소거 인디케이터(Erasure Indicator) 비트를 이용하여 제어국에서 순방향 전력을 제어하는 이동통신 시스템의 순방향 전력 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 급변하는 전파 환경이나 단말기가 급히 이동하는 핸드오프 상황에서 통화에 안정화를 도모하도록 하는 이동통신 시스템의 순방향 전력제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 역방향 통화채널 프레임의 소거 인디케이터(Erasure Indicator) 비트를 이용하여 전력 제어정보를 기지국으로 송신하여 제어국에서 순방향전력을 제어하도록 하는 이동통신 시스템의 순방향 전력 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적들을 달성하기 위한 방법은 이동국으로부터 송신되는 역방향 통화채널 프레임의 소거 인디케이터 비트를 검색하는 제1과정과; 상기 소거 인디케이터 비트 검색결과에 따라 순방향 전력을 제어해야 한다고 판단되면 저장된 이전의 송신 레이트에 따라 순방향 전력을 제어하는 제2과정과; 상기 순방향 전력 제어후 역방향 통화 채널의 소거 인디케이터 비트를 검색하여 그 검색결과에 따라 상기 송신 속도를 가변시키는 제3과정을 포함한다.
이동국은 역방향 통화채널 프레임의 소거 인디케이터 비트에 순방향 전력에 대한 정보를 표시한다. 제어국은 이 소거인디케이터 비트를 검색하여 순방향 전력제어 여부를 판단한다. 소거 인디케이터 비트 검색결과 순방향 전력을 제어해야 한다고 판단되면 전속(FULL_RATE)으로 송신하고 있을때는 순방향 전력을 고전력 증가치(BIG_UP)및 고전력 감소치(BIG-DOWN)으로 제어하고, 전속 이하로 송신하고 있을때는 순방향 전력을 저전력 증가치(SMALL-UP)및 저전력 감소치(SMALL-DOWN)으로 제어한다. 전력 제어후 역방향 통화채널 프레임의 소거 인디케이터 비트를 검색하여 순방향 전력에 관한 정보에 따라 상기 송신 속도를 가변시켜 최적의 순방향 전력제어를 행한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 작용,효과를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명이 적용되는 CDMA 이동통신 시스템의 전력 제어장치의 일실시예를 보이는 블록 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 이동통신 시스템의 순방향 전력 제어 상태 천이도.
도 3은 본 발명에서 단말기(이동국)의 송/수신 프레임 포맷도.
도 4는 CDMA를 이용한 PCS의 역방향 통화채널 프레임 포맷도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 기지국 처리부 200 : 단말기 처리부
도1은 본 발명이 적용되는 이동통신 시스템의 전력 제어장치 개략 구성도이다. 도시된 바와 같이, 크게 기지국 처리부(100)와 단말기 처리부(200)로 대별되며, 기지국 처리부(100)는 순방향 전력를 제어하는 전송전력 제어부(101)와, 증폭기(102)와, 그 증폭기(102)를 통한 신호를 복조하는 복조기(103)와, 상기 복조기(103)를 통한 신호를 역 인터리빙 및 복호하는 역 인터리빙 및 복호기(104)와, 상기 역 인터리빙 및 복호기(104)의 출력신호로부터 오차율을 결정하는 오차율 결정부(105)와, 상기 오차율 결정부(105) 및 복조기(103)의 출력신호로부터 신호 대 잡음비를 검출하는 신호대잡음비 센서(106)와, 상기 신호대잡음비 센서(106)의 출력신호와 전송데이타중 하나를 선택하는 선택기(107)와, 상기 전송전력 제어부(101)의 제어에 따라 상기 선택기(107)의 출력신호의 전송율을 변화시키는 가변 전송율 고출력 증폭기(108)로 이루어진다.
단말기 처리부(200)는 기지국에서 전송된 신호의 이득을 제어하는 자동이득 제어 앰프(201)와, 상기 자동이득제어 앰프(201)를 통한 신호를 복조하는 복조기(202)와, 상기 복조기(202)의 출력신호와 상기 자동이득제어 앰프(201)의 출력신호를 가산하는 가산기(203)와, 상기 복조기(202)를 통한 신호를 역 인터리빙 및 복호하는 역 인터리빙 및 복호기(204)와, 상기 역 인터리빙 및 복호기(204)의 출력신호로부터 오차율을 결정하는 오차율 결정부(205)와, 상기 오차율 결정부(205)의 출력신호에 따라 전송할 데이터를 처리하는 전송 데이터 처리부(206)와, 상기 가산기(203)의 출력신호에 따라 상기 전송 데이터 처리부(206)에서 출력되는 전송 데이터의 전력을 가변시켜 출력하는 가변 전송율 고출력 증폭기(207)로 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명이 적용되는 CDMA 이동통신 시스템의 전력 제어장치는, 역방향 개방루프 전력제어, 역방향 폐쇄루프 전력제어, 순방향 전력제어 방식에 의해 각각의 전력을 제어한다.
여기서, 역방향 개방루프 전력제어 방식은 1차적으로 이동국의 수행 기능이며, 이동국은 기지국으로부터의 수신전력 변동에 상응하여 신속히 송신전력을 조정한다. 이동국은 기지국으로부터 수신한 전력을 측정하고, 그 크기에 반비례적으로 송신전력을 조절한다. 개방루프 전력제어 방식은 모든 이동국 송신신호가 동일한 규준으로 기지국에 수신되도록 한다. 기지국은 상대 이동국별로 교정정수를 이동국에 제공함으로써 개방루프 제어기능을 지원한다. 여기서 교정 정수는 기지국의 부하, 기지국의 잡음지수, 안테나 이득 및 전력증폭기와 밀접한 관계가 있다. 이 정수는 방송 메시지의 일부로서 기지국에서 이동국으로 송신된다.
다음으로, 역방향 폐쇄루프 전력제어 기능에서 기지국은 능동적인 기능을 수행한다. 폐쇄 루프의 역할은 기지국으로 하여금 이동국의 개방루프 추정전력을 신속히 고정하도록하여 이동국이 최적의 송신전력을 유지하게 한다. 기지국은 관련된 각 이동국의 신호를 수신하여 이를 가변 임계값에 비교하고 그 결과값에 의해 매 1.25㎳마다 전력 증강 또는 감소 명령을 이동국에 내린다. 개방루프의 추정값을 보정하는 폐쇄루프값의 교정은 이득공차 및 순방향과 역방향 링크상의 상이한 전파손실을 보완한다.
상기와 같은 기능을 수행하는 전력 제어장치를 참조하여 본 발명인 순방향 전력제어 방법을 첨부한 도면 도2 및 도3에 의거 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기본호가 시작되면 순방향 전력 제어가 시작되며 초기화 루틴(SR20)에서 대기 횟수 플래그(WAIT_CNT)를 0, 대기설정 플래그(FULL_WAIT)를 2로, 전속송신 플래그(FULL_SUM)를 -2로, 가변송신 플래그(VARI_SUM)를 -2로 설정한다. 호가 시작된 직후에는 전속(예를들면, 9600bps)으로 통화가 되지 않으므로, 2/1,1/4,1/8의 속도로 통화가 이루어져 시작상태에 머물게 되며, 통화가 충분히 확립되면(establish), 전속전송루틴(SR21)으로 진행한다.
전속전송루틴(SR21)에 진입하여 제어국은 이동국에서 송신하는 역방향 통화 채널에서 EI비트를 검사하여 EI비트가 "0"으로 수신되면 단계 S21로 진행한다. 여기서 제어국 트래픽 처리부는 20㎳마다 프레임을 순방향으로 전송하면서 전송 속도를 2개까지 저장한다. 이동국이 수신한 프레임을 수신불량상태(BAD-FRAME)로 인식하면 도3에서 처럼 40㎳뒤에 EI비트를 세트하여 보내기 때문에 순방향 전송 레이트 저장은 i+1과 i+2를 2개 하였다가 i+3에서 EI가 1로 수신되면 그 기억하고 있던 i+1를 확인한 후 그 전송속도에 따라 제어를 달리하는데, 여기서 전송속도가 전속(full)이면 고전력 증가치(BIG-UP) 및 고전력 감소치(BIG-DOWN)를 사용하고, 전속이하이면 저전력 증가치(SMALL-UP) 및 저전력 감소치(SMALL-DOWN)를 사용한다.
전속(풀-레이트-런)상태에서는 순방향 프레임을 계속 전속으로 보내고 있는데, EI가 0으로 계속 수신되면 다음과 같이 제어값을 고전력 감소치(BIG-DOWN)로 감소시키고, EI가 1로 수신되면 고전력 증가치(BIG-UP)로 올려준다. 이때 제어값을 올려주면(전력을 높임) 올려준 효과를 확인하기 위해서(FULL-WAIT+1)만큼 기다린다(S21-S25). 일예로써, EI가 1로 i+3에서 수신했다면 i+4에서 전력제어값을 상향시키고, 그후 효과는 i+6에서 알 수 있다.
단계 S21에서 전속상태가 몇프레임 계속되었는지를 표시하는 전속 횟수 플래그(FULL_SUM)가 0보다 작은지를 판단한다. 전속 횟수 플래그(FULL_SUM)가 0보다 작은 경우, 단계 S22에서 전속 횟수 플래그(FULL_SUM)를 1증가시키고 전속전송루틴(SR21)을 수행한다. 전속 횟수 플래그(FULL_SUM)는 초기값이 -2로 설정되어 있기 때문에 계속하여 전속상태가 2번 반복되면 전속 횟수 플래그(FULL_SUM)가 0보다 커지게 된다. 전속 횟수 플래그(SULL_SUM)가 0보다 작지않은 경우, 단계 S23에서 순방향 송신전력을 고전력 감소치(BIG_DOWN)만큼 감소시키고 전속전송루틴(SR21)을 수행한다. 전속전송루틴(SR21)에서 제어국이 역방향 통화채널에서 EI비트를 검사하여 EI비트가 "1"로 수신되면 단계 S24로 진행한다. EI비트가 "1"로 수신되었다는 것은 이동국이 수신한 프레임이 BAD-FRAME(수신불량 상태)상태라는 것을 표시한다. 단계 S24에서 대기 횟수 플래그(WAIT_CNT)가 0보다 작거나 같은지를 판단한다. 대기 횟수 플래그(WAIT_CNT)가 0보다 작거나 같다는 것은 한프레임의 시간이 지나지않았다는 것을 표시하므로 단계 24를 반복한다. 대기 횟수 플래그(WAIT_CNT)가 0이상인 경우, 대기 횟수 플래그(WAIT_CNT)를 대기설정 플래그(FULL_WAIT)+1로 설정하고, 순방향 송신전력을 고전력 증가치(BIG_UP)만큼 증가시켜 순방향 송신전력을 증가시킨다.
한편, 통화중에 전파환경이 바뀌거나 통화음이 작아지는 경우, 1/2, 2/4, 1/8송신상태가 되어 전속 이하로 순방향 프레임을 전송하기 시작하면 가변-레이트-런루틴으로 진입하며(SR22), 이 상태에서 전속으로 전송을 시작하면 상기한 풀-레이트-런 루틴으로 돌아가며, EI가 0으로 수신되기 시작하면 저전력 감소치(SMALL-DOWN)로 순방향 전력값을 내려주고(S26-S28), EI가 1로 수신되면 가변-소거-런 루틴으로 진입한다(SR23).
통화중에 전파환경이 바뀌거나 통화음이 작아지는 경우, 1/2,2/4,1/8 송신상태가 되며 가변전송루틴(SR22)으로 진행한다. 가변전송루틴(SR22) 상태에서 제어국이 역방향 통화채널에서 EI비트를 검사하여 EI비트가 "0"로 수신되면 단계 S26로 진행한다. EI비트가 "0"로 수신되었다는 것은 이동국이 수신한 프레임이 수신불량 상태가 아니라는 것을 표시한다. 단계 S26에서 가변송신 횟수 플래그(VARI_SUM)가 0보다 작거나 같은지를 판단한다. 가변송신 횟수 플래그(VARI_SUM)가 0보다 작거나 같은 경우 단계 S28에서 가변송신 횟수 플래그(VARI_SUM)를 1 증가시키고 가변송신루틴(S22)을 수행한다. 가변송신 횟수 플래그(VARI_SUM)는 초기값이 -2로 설정되어 있기 때문에 계속하여 전속상태가 2번 반복되면 가변송신 횟수 플래그(VARI_SUM)가 0보다 커지게 된다. 가변송신 횟수 플래그(VARI_SUM)가 0보다 작지 않은 경우, 단계 S27에서 순방향 송신전력을 저전력 감소한계치(SMALL_DOWN)만큼 감소시키고 가변전송루틴(SR22)을 수행한다.
가변전송루틴(SR22)에서 제어국이 역방향 통화채널의 EI비트를 검사하여 EI 비트가 "1"로 수신되면 가변소거 전송루틴(SR23)으로 진행한다. 이 가변소거전송루틴(SR23)에서 전속으로 송신이 시작되면 전속송신루틴(SR21) 상태로 되돌아가고, EI가 0이고 전속 이하로 전송이 시작되면 가변전송루틴(SR22)으로 되돌아가며, 이와는 달리 EI가 1로 수신되면 저전력 증가치(SMALL-UP)으로 순방향 전력을 올려주고 FULL-WAIT+1만큼 기다린다(S29)(230).
단계 S29에서 대기 횟수 플래그(WAIT_CNT)가 0보다 작거나 같은지를 판단한다. 대기 횟수 플래그(WAIT_CNT)가 0보다 작거나 같다는 것은 한프레임의 시간이 지나지않았다는 것을 표시하므로 가변전송루틴(SR23)으로 되돌아가 대기한다. 대기 횟수 플래그(WAIT_CNT)가 0 이상인 경우, 단계 S30에서 대기 횟수 플래그(WAIT_CNT)를 대기설정 플래그(FULL_WAIT)+1로 설정하고, 순방향 송신전력을 고전력 증가치(BIG_UP) 만큼 증가시켜 순방향 송신전력을 증가시킨다. 대기설정 플래그(FULL_WAIT)는 초기값이 2로 설정되어 있기 때문에 대기설정 플래그(FULL_WAIT)+1=3 프레임의 시간이 지나야 다시 0이 된다.
결론적으로, 제어국 트래픽 채널 처리부에서 전속으로 송신하고 있을때는 순방향 전력을 고전력 증가치(BIG-UP)및 고전력 감소치(BIG-DOWN)으로 제어하고, 전속 이하로 송신하고 있을때는 순방향 전력을 저전력 증가치(SMALL-UP) 및 저전력 감소치(SMALL-DOWN)으로 제어하게 되는 것이다.
참고적으로, 상기 BIG-UP,BIG-DOWN,SMALL-UP,SMALL-DOWN등의 제어값은 정확한 기준이 없기 때문에 기존의 800㎒ CDMA시스템에서 사용하는 값을 수정해 많은 테스트를 거쳐 최적의 값을 찾아내서 사용한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 이동국에서 송신하는 역방향 트래픽 채널의 EI비트를 이용하여 순방향 전력 제어를 함으로써 급변하는 전파 환경이나 단말기가 급히 이동하는 핸드오프 상황에서도 통화 안정화를 도모해주는 효과가 있다. 또한, 필요한 만큼만 전력을 사용하므로 전력 제어값이 항상 최적으로 동작하여 다른 달말기에 간섭을 배제시킬 수 있어 셀당 가입자 수용 용량도 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

  1. 이동통신 시스템의 순방향 전력 제어에 있어서, 제어국이 이동국으로부터 송신되는 역방향 통화채널 프레임의 소거 인디케이터 비트를 검색하여 순방향 전력제어 여부를 판단하는 제1과정과, 상기 소거 인디케이터 비트 검색결과에 따라 순방향 전력을 제어해야 한다고 판단되면 저장된 이전의 송신 레이트에 따라 순방향 전력을 제어하는 제2과정과, 상기 순방향 전력 제어후 역방향 통화채널 프레임의 소거 인디케이터 비트를 검색하여 순방향 전력에 관한 정보에 따라 상기 송신 속도를 가변시키는 제3과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 순방향 전력 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수신되는 역방향 통화채널 프레임의 소거 인디케이터 비트가 "1"이면 순방향 전력 제어로 판단하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 순방향 전력 제어방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 순방향 전력제어는 상기 제어국의 트래픽 채널 처리부에서 전속(FULL_RATE)으로 송신 중에 전력을 제어할 때는 고전력 증가치(BIG_UP), 고전력 감소치(BIG-DOWN)로 순방향 전력을 제어하고, 상기 제어국 트래픽 채널 처리부가 전속 이하로 송신 중에 전력을 제어할 때는 저전력 증가치(SMALL-UP), 저전력 감소치(SMALL-DOWN)로 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 순방향 전력 제어방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 순방향 전력 제어를 위해 전속전송(FULL-RATE-RUN)상태와 가변전송(VARIABLE-RATE-RUN)상태와 가변소거전송(VARIABLE-ERASURE-RUN)상태를 선택적으로 천이하면서 순방향 전력 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 순방향 전력 제어방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전속전송 상태에서 역방향 통화채널의 소거 인디케이터 비트가 0으로 계속 수신되면 제어값을 고전력 감소치(BIG-DOWN)로 감소시키고, 상기 소거 인디케이터 비트가 1로 수신되면 소정 프레임 기간동안 대기한 후에 고전력 증가치(BIG-UP)로 전력 제어값을 상승시키는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 순방향 전력 제어방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전력 제어값 상승 후 효과를 확인하기 위해서 소정 시간(FULL-WAIT+1)만큼 기다린 후 다시 전력제어 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 순방향 전력 제어방법.
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