KR100241212B1 - 차분상을 이용한 전력 조절 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 이동 단말기에서의 전력 조절 장치 및 그 방법에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 무선 채널의 진폭 변화가 크면 전력 제어 속도를 증가시키거나 스텝 사이즈를 증가시켜 무선 채널 변화를 따라갈 수 있도록 하고, 무선 채널의 진폭 변화가 작으면 송신 전력 조절량을 가능한 한 줄여 이동단말기의 전력 조절 오차를 줄일 수 있도록 한 전력 조절 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 폐루프 전력 제어 명령의 시간적 변화 특성을 고려할 수 있도록 전력 제어 증감 명령을 저장하여 그 상태를 생성하고, 그 상태에 따라 전력 제어 증감 명령의 2계차 차분상을 구하여 전력 조절량을 가변하므로써, 빠른 변화 환경에서 큰 스텝 사이즈를 사용하여 채널 손실 보정 능력을 개선하고, 종래의 고정 증감량에서 갖게 되는 양자화 잡음을 작은 스텝 사이즈를 사용하여 조절하므로써, 전력 제어 오차를 감소시킬 수 있다.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 이동 단말기 등의 전력 조절 장치에 이용됨.

Description

차분상을 이용한 전력 조절 장치 및 그 방법

본 발명은 이동 단말기 등에서 전력의 변동 범위 및 속도를 조절하기 위한 전력 조절 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

전력 제어란 다중 사용자 환경에서 다수의 이동 단말기로부터 송신되는 송신 전력이 기지국에 동일한 신호 레벨로 수신되도록 하여, 코드분할다중접속(CDMA) 방식에서의 근원 간섭 문제를 해결하여 코드분할다중접속(CDMA) 시스템의 용량을 최대로 하기 위함이다.

도 1 은 일반적인 이동 단말기에서의 전력 조절 장치의 구성도로서, 도면에서 ″11″은 안테나, ″12″는 듀플렉서, ″13″은 저잡음 증폭기, ″14″는 자동 이득 제어기, ″15″는 아날로그/디지털 변환기, ″16″은 복조기, ″17″은 수신 신호 강도 표시(RSSI) 검출기, ″18″은 스텝 사이즈 조절기, ″19″는 적분기, ″20″은 신호 합성기, ″21″은 변조기, ″22″는 디지털/아날로그 변환기, ″23″은 전력 증폭기를 각각 나타낸다.

먼저, 안테나(11)를 통하여 수신된 신호는 듀플렉서(12)를 통해 저잡음 증폭기(LNA : Low Noise Amplifier)(13)로 전송된다. 그러면, 저잡음 증폭기(13)는 수신 신호를 저잡음 증폭하여 자동 이득 제어기(14)로 출력한다. 자동 이득 제어기(14)는 증폭된 수신 신호의 이득을 제어하여 아날로그/디지털 변환기(15)로 출력한다. 아날로그/ 디지털 변환기(15)는 자동 이득 제어기(14)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털로 변환하여 복조기(16)로 출력한다. 복조기(16)는 아날로그/디지털 변환기(16)의 출력 신호를 입력받아 복조하여 외부로 복조 심볼을 출력하고, 1비트 크기의 폐루프 전력 제어 명령을 검출하여 스텝 사이즈 조절기(18)로 출력한다.

그러면, 스텝 사이즈 조절기(18)는 폐루프 전력 제어 명령을 임의의 고정된 스텝 사이즈로 처리하여 전력 증감 신호를 적분기(19)로 출력한다. 적분기(19)는 스텝 사이즈 조절기(18)의 전력 증감 신호를 적분하여 전력 제어 신호를 신호 합성기(20)로 출력한다.

한편, 수신 신호 강도 표시(RSSI) 검출기(17)는 자동 이득 조절기(14)로부터 수신 신호 강도 표시(RSSI : Received Signal Strength Indication) 신호를 검출하여 신호 합성기(20)로 출력한다. 그러면, 신호 합성기(20)는 수신 신호 강도 표시 검출기(17)의 수신 신호 강도 표시 신호와 적분기(19)의 전력 제어 신호와 외부로부터 입력되는 초기 전력 설정 신호를 입력받아 합성하여 전력 조절 신호를 전력 증폭기(23)로 출력한다.

한편, 변조기(21)는 외부로부터 변조 심볼을 입력받아 변조한 후에 디지털/아날로그 변환기(22)로 출력한다. 디지털/아날로그 변환기(22)는 변조기(21)로부터 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 전력 증폭기(23)로 출력한다. 그러면, 전력 증폭기(23)는 디지털/아날로그 변환기(22)의 출력 신호를 신호 합성기(20)의 전력 조절 신호에 따라 전력 증폭하여 듀플렉서(12)와 안테나(11)를 통하여 공중으로 방사되도록 한다.

역방향 전력 제어를 위한 이동 단말기의 구성에서, 전력 조절 장치의 구현 방식에는 개루프 전력 제어 방식과 폐루프 전력 제어 방식이 있다.

여기서, 개루프 전력 제어는 경로 손실과 지형 변화에 따른 대략적인 조절을 수행하는데, 도 1 에서 초기 전력 설정 신호와 수신 신호 강도 표시(RSSI) 검출 루프를 통하여 이루어진다. 반면, 폐루프 전력 제어는 다경로 페이딩으로 인한 경로 손실 차이에 대한 세부 조정을 수행하는데, 이는 순방향 링크와 역방향 링크 사이의 듀플렉싱 간격이 채널의 상관 대역폭보다 큼으로 인하여 서로 독립적인 페이딩 특성을 갖기 때문이다.

도 2 는 일반적인 폐루프 전력 조절 시스템의 원리에 대한 설명도로서, 도면에서 ″31″은 폐루프 전력 제어 명령 결정 및 송신부, ″32″는 폐루프 전력 제어 명령 검출부, ″33″은 전력 조절 신호 변환부, ″34″는 송신 전력 조절부, ″35″는 수신 신호에 대한 신호대 간섭비(SIR) 측정부 각각 나타낸다.

폐루프 전력 제어는 역방향 링크의 모든 통화 채널이 임의의 통화 품질을 유지하도록 하기 위해 역방향 셀내의 모든 이동단말기에 대한 역방향 수신 신호대 잡음비(Eb/No)의 기준치를 설정하고, 역방향 링크를 통하여 수신된 각 이동단말기의 송신 출력에 따른 기지국 수신부의 평균 수신 신호 세기 등의 측정을 통하여 수신 신호대 잡음비(Eb/No)를 추정한 후에, 측정한 수신 신호대 잡음비를 설정한 기준치와 비교하여 측정값이 기준값보다 크면 이동단말기의 송신 전력을 감소시키고, 측정값이 기준값보다 작으면 이동단말기의 송신 전력을 증가시키는 기능으로 구성된다. 이를 도 2 를 참조하여 살펴보면 순방향 채널을 통하여 이동단말기로 전송된 폐루프 전력 제어 명령(CLPC)은 1비트의 크기(″0″이면 증가, ″1″이면 감소)로서, 복조기(16)에서 검출되어 임의의 고정된 스텝 사이즈로 처리된 후에 적분된 크기에 따라 전력 조절 신호로 변환된다.

그러나, 상기와 같이 유효한 전력 제어 명령을 수신하여 전력 조절량을 고정값(예를 들면 1dB)으로 조정하여 증가시키거나 감소시키는 종래의 방법은, 고정된 전력 제어 명령 전송 속도를 통하여 충분히 빠르게 채널 손실을 보정하지 못하므로 상대적으로 큰 전력 조절 오차를 발생시키는 문제점이 있었다.

또한, 페이딩에 따른 기울기 변화가 스텝 사이즈보다 크면 경사 과부화 잡음(Slope overload Noise)이 발생하고, 기울기 변화가 스텝 사이즈보다 작으면 양자화 잡음(Granular Noise)이 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 종래의 방법에서는, 전력 제어 방법으로 델타 변조(DM : Delta Modulation)의 원리를 이용하므로, 송신 추정 전력값이 이전의 샘플 값과 스텝 사이즈의 크기에 따라 결정되는 양자화 잡음에 의하여 결정됨에 따라, 상기 경사 과부하 잡음과 양자화 잡음은 이동단말기가 불필요하게 큰 전력을 사용하도록 하고, 다른 역방향 통화 링크에 커다란 간섭으로 작용하여 서비스 품질과 수용량을 감소시키는 문제점이 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 빠르게 변화하는 페이딩 상태에서 종래의 전력 조절 장치의 제어 속도가 충분히 그 변화 특성을 따라가지 못하는 것을 극복하기 위하여, 무선 채널의 진폭 변화가 클 경우에는 전력 제어 속도를 증가시키거나 스텝 사이즈를 증가시켜 무선 채널 변화를 따라갈 수 있도록 하고, 무선 채널의 진폭 변화가 작을 경우에는 송신 전력 조절량을 가능한 한 줄여 이동단말기의 전력 조절 오차를 줄일 수 있도록 한 전력 조절 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

즉, 본 발명은, 폐루프 전력 제어 명령의 시간적 변화 특성을 고려할 수 있도록 전력 제어 증감 명령을 저장하여 그 상태를 생성하고, 그 상태에 따라 전력 제어 증감 명령의 2계차 차분상을 구하여 전력 조절량을 가변하므로써, 빠른 변화 환경에서 큰 스텝 사이즈를 사용하여 채널 손실 보정 능력을 개선하고, 종래의 고정 증감량에서 갖게 되는 양자화 잡음을 작은 스텝 사이즈를 사용하여 조절하므로써, 전력 제어 오차를 감소시키기 위한 전력 조절 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 일반적인 이동 단말기에서의 전력 조절 장치의 구성도.

도 2 는 일반적인 폐루프 전력 조절 시스템의 원리에 대한 설명도.

도 3 은 본 발명에 이용되는 2계차 차분값을 추출하는 과정의 일예시도.

도 4 는 본 발명에 따른 2계차 차분상을 이용한 전력 조절 장치의 일실시예 구성도.

도 5 는 본 발명에 따른 2계차 차분상을 이용한 전력 조절 방법의 일실시예 흐름도.

도 6 은 본 발명에 따른 2계차 차분상을 이용한 전력 조절 장치의 시뮬레이션 출력도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

41 : 저장부 42 : 1계차 차분값 계산기

43 : 2계차 차분값 계산기 44 : 절대화기

45 : 스텝 사이즈 결정기 46 : 이득 계수 선택기

47 : 전력 조절 제어 신호 발생부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 외부기기로부터 입력되는 전력 제어 명령의 임의의 비트 수들을 소정의 시간동안 지연시켜 저장하여 시간적 상태값을 생성하는 저장 수단; 상기 저장 수단에서 생성된 상태값에 따라 1계차 차분값을 구하는 제1 연산 수단; 상기 제1 연산 수단에서 구한 1계차 차분값으로부터 2계차 차분값을 구하는 제2 연산 수단; 상기 제2 연산 수단에서 구한 2계차 차분값을 입력받아 절대치를 구하는 절대화 수단; 상기 절대화 수단에서 구한 절대값에 따라 스텝 사이즈를 결정하는 스텝 사이즈 결정 수단; 상기 스텝 사이즈 결정 수단의 출력 신호에 따라 다수의 이득 계수중 하나의 이득 계수를 선택하는 선택 수단; 및 상기 선택 수단의 출력 신호에 따라 전력 조절 제어 신호를 발생하여 외부기기로 출력하는 전력 조절 제어 신호 발생 수단을 포함한다.

또한, 본 발명의 방법은, 전력 조절 장치에 적용되는 전력 조절 방법에 있어서, 외부로부터 수신한 전력 제어 명령의 임의의 비트 수들을 소정의 시간동안 지연시켜 저장하여 시간적 상태값을 생성한 후에 상기 상태값을 지연 소자별로 감하여 1계차 차분값을 구하는 제 1 단계; 상기 1계차 차분값의 두값을 감하여 2계차 차분값을 구한 후에 상기 2계차 차분값을 입력받아 절대치를 구하는 제 2 단계; 상기 절대값에 따라 스텝 사이즈를 결정한 후에 상기 스텝 사이즈에 따라 다수의 이득 계수중 하나의 이득 계수를 선택하는 제 3 단계; 및 상기 선택된 이득 계수에 따라 전력 조절 제어 신호를 발생시켜 외부로 출력하는 제 4 단계를 포함한다.

이하, 첨부된 도 3 내지 도 6 을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명한다.

도 3 은 본 발명에 이용되는 2계차 차분값을 추출하는 과정의 일예시도이다.

본 발명은, 빠르게 변화하는 페이딩 상태에서 전술한 종래의 전력 조절 장치의 제어 속도가 충분히 그 변화 특성을 따라가지 못하는 것을 극복하기 위하여, 폐루프 전력 제어 방법에서 기지국이 송신한 전력 제어 명령이 이동단말기에 도달했을 때, 송신 전력 증감 제어 명령을 저장하여 그 상태를 구하고, 각 상태로부터 2차 차분상을 구하여 그 절대값에 따라 조절 스텝 크기를 가변 조절한다.

이때, 차분상 기법으로 2계차 차분 특성을 적용한 전력 조절 방식을 구현하므로써, 송신 전력 증감 제어 명령의 실시간성을 그대로 유지하면서도 제어 이득의 시간적 상관 특성을 동시에 이용하여 송신 전력의 변동 범위 및 속도를 조절하여 다경로 페이딩으로 인한 경로 손실의 차이를 극복한다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 2계차 차분값을 추출하는 과정은, 복조된 폐루프 전력 제어 명령을 소정의 주기 동안 지연시켜 저장한 후에 전력 제어 명령의 변화 특성을 얻기 위하여 각 지연값 사이의 편차를 구하고 그 편차 값의 2계차 차분량을 구하여 그 값의 크기에 따라 스텝 사이즈의 크기를 조절한다.

도 3 은 전력 제어 명령으로 ″1 0 1″이 입력될 때, 입력값의 1, 2계차 차분값을 구하고 그 값의 절대값을 구하여 이득 계수 0.5dB/1dB/1.5dB중 어느 하나를 선택하도록 하는 과정을 나타내고 있다.

도 4 는 본 발명에 따른 2계차 차분상을 이용한 전력 조절 장치의 일실시예 구성도로서, 도면에서 ″41″은 저장부, ″42″는 1계차 차분값 계산기, ″43″은 2계차 차분값 계산기, ″44″는 절대화기, ″45″는 스텝 사이즈 결정기, ″46″은 이득 계수 선택기, ″47″은 전력 조절 제어 신호 발생부를 각각 나타낸다.

전력 제어 조절을 위한 전력 조절 장치는 전력 제어 명령을 입력받아 선택된 스텝 사이즈 크기를 갖는 전력 조절 제어 신호를 출력한다.

먼저, 본 발명에 따른 2계차 차분상을 이용한 전력 조절 장치의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 전력 조절 장치는 외부의 폐루프 전력 제어 명령 결정 및 송신부(31)로부터 변조기(16)를 통하여 입력되는 전력 제어 명령의 임의의 비트 수들을 소정의 시간동안 지연시켜 저장하여 시간적 상태값을 생성하는 저장부(41), 상기 저장부(41)에서 생성된 상태값을 지연 소자별로 감하여 1계차 차분값을 구하는 1계차 차분값 계산기(42), 상기 1계차 차분값 계산기(42)에서 구한 1계차 차분값의 두값을 서로 감하여 2계차 차분값을 구하는 2계차 차분값 계산기(43), 상기 2계차 차분값 계산기(43)에서 구한 2계차 차분값을 입력받아 절대치를 구하는 절대화기(44), 상기 절대화기(44)에서 구한 절대값에 따라 각기 다른 전력 증감 스텝 사이즈를 결정하여 출력하는 스텝 사이즈 결정기(45), 상기 스텝 사이즈 결정기(45)의 출력 신호에 따라 다수의 이득 계수중 하나의 이득 계수를 선택하여 출력하는 이득 계수 선택기(46), 및 상기 이득 계수 선택기(46)의 출력 신호를 입력받아 이전 신호의 전력 제어 주기와 합성하여 전력 조절 제어 신호를 외부의 제2 신호 합성기(전력 조절 신호 발생기)로 발생시키는 전력 조절 제어 신호 발생부(47)를 포함한다.

다음으로, 본 발명에 따른 2계차 차분상을 이용한 전력 조절 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 폐루프 전력 제어 명령 결정 및 송신부(31)로부터 입력되는 전력 제어 명령을 검출한 후에 소정의 주기동안 지연시켜 저장한 다음에 각각의 지연 출력 값을 지연소자별로 뺀 1계차 차분값을 구한다. 이때, 1차 차분값은 전력 제어 명령의 증분으로 채널 상태의 기울기가 된다. 그 기울기의 2차 증분을 추출하여 이 값의 절대치를 구한 후에 더하면 변화량의 크기에 따라 각각 다른 값을 갖는 상태 특성을 갖게 된다.

아래의 [표 1]은 2차 차분값을 이용하여 스텝 사이즈를 결정하는 예를 나타낸다.

[표 1]2차 차분량을 이용한 스텝사이즈 결정표 (″0″증가, ″1″감소)

상태 입력	1차 차분치	2차 차분치	절대화기 출력	결정값
111	0 0	0	0	1.5dB
110	0 1	-1	1	1dB
101	1 -1	2	2	0.5dB
100	1 0	1	1	1dB
11	-1 0	-1	1	1dB
10	-1 1	-2	2	0.5dB
1	0 -1	1	1	1dB
0	0 0	0	0	1.5dB

상기 [표 1]에서는 결정값에 따라 소정의 이득 계수, 예를 들어 0.5dB/1dB/1.5dB로 나뉘어 처리된다. 이때, 지연 주기에 따라 전력 조절 제어 신호가 지연 성분을 포함하게 되는데, 이는 이득 계수의 다이내믹이 충분히 극복한다고 가정한다.

도 5 는 본 발명에 따른 2계차 차분상을 이용한 전력 조절 방법의 일실시예 흐름도이다.

먼저, 외부의 폐루프 전력 제어 명령 결정 및 송신부(31)로부터 변조기(16)를 통하여 전력 제어 명령을 입력받아(51) 전력 제어 명령의 임의의 비트 수들을 소정의 시간동안 지연시켜 저장하여 시간적 상태값을 생성한 후에(52), 생성된 상태값을 지연 소자별로 감하여 1계차 차분값을 구한 다음에(53) 구한 1계차 차분값의 두값을 감하여 2계차 차분값을 구한다(54).

이후, 구한 2계차 차분값을 입력받아 절대치를 구한 후에(55) 구한 절대값에 따라 각기 다른 전력 증감 스텝 사이즈를 결정한 다음에(56) 결정한 스텝 사이즈에 따라 다수의 이득 계수중 하나의 이득 계수를 선택한다(57).

다음으로, 선택된 이득 계수를 입력받아 이전 신호의 전력 제어 주기와 합성하여 전력 조절 제어 신호를 외부의 제2 신호 합성기(전력 조절 신호 발생기)로 출력한다(58).

도 6 은 본 발명에 따른 2계차 차분상을 이용한 전력 조절 장치의 시뮬레이션 출력도로서, ″자케스(JAKES)″ 페이딩 채널 환경에서 페이팅 특성과 종래의 전력 조절 방식을 이용할 경우와 본 발명에 따른 방법을 이용할 경우에 대한 전력 조절 과정을 통하여 얻어진 동적 특성의 모의 실험 결과를 보여준다. 여기서, 사용된 상태 비트수는 3개를 사용한 경우의 전력 제어 보정 기능을 보여주고 있다.

이때, 종래의 방법을 사용한 경우의 제곱 에러는 3.319022이고, 본 발명에 따른 방법을 사용한 경우의 제곱 에러는 3.179217이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같은 본 발명은, 2차 차분상 기법을 이용하여 채널 손실 특성이 큰 진폭으로 변화할 경우에 변화 속도의 페이딩 특성 보정 능력을 개선하고, 종래의 고정 증감량에서 갖게 되는 양자화 잡음을 작은 스텝 사이즈를 사용하여 조절하므로써 전력 제어 오차를 줄일 수 있으며, 이와 같은 2계차 차분상을 이용한 조절 기능은 하드웨어의 복잡도를 전혀 요구하지 않으면서도 전력 제어 효과를 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 외부기기로부터 입력되는 전력 제어 명령의 임의의 비트 수들을 소정의 시간동안 지연시켜 저장하여 시간적 상태값을 생성하는 저장 수단;

   상기 저장 수단에서 생성된 상태값에 따라 1계차 차분값을 구하는 제1 연산 수단;

   상기 제1 연산 수단에서 구한 1계차 차분값으로부터 2계차 차분값을 구하는 제2 연산 수단;

   상기 제2 연산 수단에서 구한 2계차 차분값을 입력받아 절대치를 구하는 절대화 수단;

   상기 절대화 수단에서 구한 절대값에 따라 스텝 사이즈를 결정하는 스텝 사이즈 결정 수단;

   상기 스텝 사이즈 결정 수단의 출력 신호에 따라 다수의 이득 계수중 하나의 이득 계수를 선택하는 선택 수단; 및

   상기 선택 수단의 출력 신호에 따라 전력 조절 제어 신호를 발생하여 외부기기로 출력하는 전력 조절 제어 신호 발생 수단

   을 포함하여 이루어진 전력 조절 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 연산 수단은,

   상기 저장 수단에서 생성된 상태값들중 소정의 두값들의 편차를 구하여 1계차 차분값으로 하는 것을 특징으로 하는 전력 조절 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제2 연산 수단은,

   상기 제1 연산 수단에서 구한 1계차 차분값들중 소정의 두값들의 편차를 구하여 2계차 차분값으로 하는 것을 특징으로 하는 전력 조절 장치.
4. 전력 조절 장치에 적용되는 전력 조절 방법에 있어서,

   외부로부터 수신한 전력 제어 명령의 임의의 비트 수들을 소정의 시간동안 지연시켜 저장하여 시간적 상태값을 생성한 후에 상기 상태값을 지연 소자별로 감하여 1계차 차분값을 구하는 제 1 단계;

   상기 1계차 차분값의 두값을 감하여 2계차 차분값을 구한 후에 상기 2계차 차분값을 입력받아 절대치를 구하는 제 2 단계;

   상기 절대값에 따라 스텝 사이즈를 결정한 후에 상기 스텝 사이즈에 따라 다수의 이득 계수중 하나의 이득 계수를 선택하는 제 3 단계; 및

   상기 선택된 이득 계수에 따라 전력 조절 제어 신호를 발생시켜 외부로 출력하는 제 4 단계

   를 포함하여 이루어진 전력 조절 방법.

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