KR100266412B1 - 직접 시퀀스 부호분할 다중 접속 시스템에서의 적응형 스텝 크기 전력제어 방법 - Google Patents

직접 시퀀스 부호분할 다중 접속 시스템에서의 적응형 스텝 크기 전력제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직접 시퀀스 부호분할 다중 접속 시스템에서의 적응형 스텝 크기 전력제어 방법에 관한 것으로 특히, 단말기에 전력제어 명령어(cmd[n])가 수신되면 바로 이전의 수신된 명령어(cmd[n-1])와 비교하여 동일한가를 판단하는 제 1 과정과, 이전의 명령어(cmd[n-1])와 현재의 명령어(cmd[n]) 비교에 따른 제 1 과정의 판단에 따라

Description

직접 시퀀스 부호분할 다중 접속 시스템에서의 적응형 스텝 크기 전력제어 방법(Adaptive step size power control method in Direct Sequence Code Division Multiple Access systems)
본 발명은 직접 시퀀스 부호분할 다중접속(Direct Sequence Code Division Multiple Access) 시스템에서의 전력제어 방법에 관한 것으로 특히, 전력 제어를 위한 고정된 스텝 크기를 사용하던 종래 방식에서 탈피하여 적응형 스텝 크기를 사용할 수 있도록 전력 제어 상수를 유도하는 방법과 동적 변화 영역의 설정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 통신기술의 발전과 더불어 이용자의 편의증대를 위해 개발되어진 이동통신 시스템은, 이동통신 가입자의 수가 급증함에 따라 시분할 다중접속(TDMA) 방식과 주파수분할 다중접속(FDMA) 방식을 사용하던 종래의 아날로그 통신 기술에서 탈피하여 근래들어 부호분할 다중접속(CDMA) 방식을 사용한 디지털 통신 기술을 선호하고 있다.
그 이유는 기존의 시분할 다중접속(TDMA) 방식과 주파수분할 다중접속(FDMA) 방식에서는 사용가능한 대역을 시간 슬롯으로 분할하거나 주파수를 협대역으로 분할하여 이동통신 단말기들과 기지국간의 채널을 형성하는 방식인데 비하여, 부호분할 다중접속(CDMA) 방식은 각각의 이동통신 단말기별로 고유의 코드와 사용가능한 전력을 할당함으로써, 기존의 방식들에 비하여 동일 주파수 대역에서 할당가능한 사용자의 수가 약 5∼10배 증가할 수 있기 때문이다.
또한, 부호분할 다중접속(CDMA) 방식은 기존의 방식에 비하여 주파수 재사용 효율이 높고 도청방지가 용이하며, 저전력화로 인한 밧데리 사용시간 증대 등의 장점을 가진다.
이때, 근래 디지털 통신 기술에 적용되는 부호분할 다중접속(CDMA) 방식에서 통신 효율을 위해 고려해야 할 사항은 임의의 사용자에게 할당되어 있는 사용전력이 다른 사용자가 사용하는 전력과 과도한 간섭을 일으키지 않도록 하는 것이다.
따라서, 시스템의 동작시 최적의 상태로 최대의 용량을 얻기 위해서는 각 사용자 단말기로부터 수신되는 전력이 일정하여야 한다. 인접 셀에 최소의 간섭을 미치고 각 단말기별로 요구되는 링크 품질을 유지하기 위해서는 각 단말기에서 송출되는 전력을 제어하여 일정하게 유지할 수 있도록 하여야 한다.
그러나, 기지국과 단말기 사이의 무선 링크는 채널 상태가 일정치 않고 시간에 따라 변화한다. 즉, 단말기가 이동함에 따라 건물과 지형지물, 산악지대, 삼림 등의 영향으로 인한 음영 페이딩(Shadow Fading)이 발생하여 수신신호의 세기가 최대 80 dB 정도까지 감쇄되는 특성 등도 가지게 된다.
특히, 기지국과 단말기간에 가시선(Line-of-Sight)이 없고 반사파와 산란파들의 벡터합으로 수신되는 신호의 경우는 신호세기의 변화가 빠르다. 신호세기의 변화는 20 dB에서 30 dB 정도이다. 이러한 신호전력의 변화를 추적하여 보정하기 위해서는 기지국으로부터 전달되는 전력제어 명령이 충분히 자주 갱신되어야 한다. 이를 위해서 기지국과 단말기간에서 전력제어를 위한 채널이 무선 링크 채널내에 삽입되어 존재한다.
상술한 전력제어의 필요성에 따라 제안되어진 기존의 전력제어 방식에 대하여 첨부한 도 1 내지 도 3을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 1은 CDMA 통신 방식을 적용한 이동통신 시스템에서 기지국과 단말기간의 연결 개념 예시도이며, 도 2는 도 1에 도시되어 있는 기지국과 단말기간의 오픈 루프 방식의 전력제어 개념을 설명하기 위한 예시도이고, 도 3은 도 1에 도시되어 있는 기지국과 단말기간의 폐루프 방식의 전력제어 개념을 설명하기 위한 예시도이다.
우선, 첨부한 도 1을 참조하여 기지국과 단말기간의 연결 개념을 살펴보면, 기지국(10)은 하향 링크 전력제어(22)를 수행한다. 또한, 상향 링크 전력제어를 위하여 하향 링크 채널내에 전력제어 명령을 삽입을 하는데 이를 수행하는 것이 선택기(21)이다. 또한, 단말기로부터 수신된 신호는 디지털 복조기(17)에 의해서 처리되고, 디인터리버와 복호기(18)을 거쳐 데이터 패킷이 된다. 각각 수신된 데이터 패킷들의 품질을 결정하기 위한 오류율 결정기(19)가 있고, 여기에서 오류율이 측정된다. 이때 측정된 오류율을 바탕으로 전력제어 신호세기 기준값(8)을 결정한다.
이 값이 복조된 신호세기와 비교에서 사용되는 비교 문턱값이 되고, 이 비교 문턱값과 수신된 복조 신호의 크기와 비교하여 전력제어 명령을 결정하는 기능이 전력제어 명령 결정 블록(20)에서 이루어진다.
단말기에서는 수신된 신호가 전력 증폭기(참조번호 미부여)를 거치는데, 이 신호의 크기가 송출전력 결정을 위한 오픈루프 전력 제어신호를 발생시키는데 쓰인다. 디지털 복조기(13)를 통과한 신호는 복조된 신호세기로 바뀌고, 이 값이 디인터리버와 복호기(14)를 거쳐 데이터 패킷이 되는데 이들의 오류율을 측정하는 오류율 측정기(15)를 거치면 하향링크의 품질을 측정할 수 있다. 이때 이 오류율 값을 데이터 처리기(16)를 통하여 기지국의 하향링크 전력제어기(22)에 알려 주어 하향링크의 전력제어를 수행한다. 전력제어 명령은 전달 및 처리지연을 최소화 하기 위해 인터리버와 복호기(14)를 거치지 않고 복조기(13)의 출력으로부터 추출하여 단말기 송출전력을 결정하는데 쓰인다.
이러한, 연결구조를 갖는 부호분할 다중접속 방식의 통신 시스템에 있어 오픈 루프 방식의 전력제어 개념을 첨부한 도 2를 참조하여 살펴보면, 오픈루프 전력제어 방법은 단말기(11)로부터 송출되는 전력은 기지국(10)으로부터 수신된 전력과 반비례하게 송출하도록 함으로써, 기지국과 단말기간에 신호세기의 감쇄가 거리와 중간에 존재하는 장애물 등에 따라 변화하면 단말기에서는 이러한 감쇄를 보상할 수 있도록 감쇄량에 비례하는 전력을 송출하도록 하는 것이다.
이에 반하여, 폐루프 방식의 전력제어 개념은 첨부한 도 3에 도시되어 있는 바와같이, 평균적인 전력의 변화를 보상하여 기지국에서 수신되는 단말기의 전력이 평균적으로 일정하게 수신되도록 조정하는 것으로써, 이 방법은 하향링크(기지국→이동국)와 상향링크(기지국←단말기)가 서로 대칭적인 특성을 가질 때 유효하다.
그러나, 일반적으로 상향링크와 하향링크가 서로 다른 주파수를 사용하고 주파수 간격이 코히런스 대역(Coherent Bandwidth) 보다 훨씬 크기 때문에 서로 상관성이 낮다. 다시 말해서 하향링크와 상향링크의 신호감쇄 정도가 아주 다르기 때문에 하향링크의 전력이 강하더라도 전력의 세기를 강하게 송출해야 하는 경우가 발생할 수 있다. 이를 위해 하향링크의 전력제어 채널로 전력제어 명령이 전달되고 이에 의해 전력제어 오류가 보정되어야 한다. 이를 폐루프 전력제어라고 부른다.
따라서, 근래의 전력제어는 이와 같이 단말기에서 수신한 신호세기를 기준으로 단말기의 송출전력을 결정하는 것과 기지국에서 수신한 단말기의 신호세기를 바탕으로 신호전력의 세기를 기준이 되는 목표치와 비교한 후 이를 기준으로 전력세기의 증·감을 결정하는 명령을 받은후 보정하는 두가지 방법이 결합되어 전력제어가 이루어진다.
상기 전력 제어 방식중 오픈루프 제어방식은 단말기에서 독단적으로 처리가능하기 때문에 더 이상의 자세한 설명은 생략하고, 기지국에서 수행하는 폐루프 제어방식에 따른 전력제어과정을 첨부한 도 4를 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.
상술한 폐루프 전력제어의 성능은 이동통신 시스템 전체의 용량과 각 링크의 품질에 매우 큰 영향을 미치기 때문에 매우 주요한 요인으로서, 도 4는 기존의 시스템에서의 폐루프 전력제어 개념을 설명하기 위한 예시도이다.
폐루프 전력제어의 중요성을 오픈루프 전력제어와 비교하여 살펴보면, 오픈루프 전력제어는 단말기로부터 수신되는 평균전력에 기반을 두어 전력을 보정하므로 전력을 측정하여 평균을 구하는 구간내에서 전력의 변화가 기준 전력보다 낮아지는 부분과 높아지는 부분이 존재한다.
따라서, 평균전력보다 낮은 부분에서는 링크품질이 열화되고 높은 부분에서는 다른 사용중인 단말기들에게 필요 이상의 간섭전력이 되어 다른 사용중인 단말기의 링크품질을 저하시킴으로 평균전력 측정 구간내에서 기준 평균전력에서 벗어나는 정도가 최소가 되도록 하여야 이동통신 시스템의 무선 접속부의 성능과 용량을 최상으로 유지할 수가 있다.
도 4에 나타난 바와같이 단말기에서 송출된 전력을 기지국이 수신하고 이를 기준전력과 비교한다(25). 비교결과가 기준전력보다 크면 "감소명령"이 발생하고, 기준전력보다 작으면 "증가명령"이 발생한다. 이 명령은 인코딩되어 하향링크 채널로 전달되고 이 명령을 수신한 단말기는 일정한 스텝 크기(26)만큼 전력을 증가시키거나 감소시킨다.
그러나, 상술한 방법은 기지국으로부터 전력제어 명령을 수신하고 일정하게 정해진 스텝 크기 만큼의 전력이득을 조정하기 때문에 단말기가 페이딩 상태에 들어갈 경우 신호전력의 열화에 따른 단말기의 송출전력을 충분히 증가시켜 주지 못하므로 기준전력보다 작은 전력이 기지국에 수신된다는 기술적 한계가 발생되었다.
더욱이, 통상 전력은 링크의 품질을 만족시켜 주지 못하므로 이러한 품질열화를 보상하기 위해서는 다소 큰 페이딩 마진(Fading Margin)을 두어야 하는데, 이는 평균적으로 전체 전력을 증가시켜 간섭전력의 증대로 용량의 감소를 가져온다.
따라서, 상술한 종래의 폐루프 전력제어 방법은 고정된 전력 스텝 크기(약 1dB)를 사용하기 때문에, 기지국으로부터 동일한 증가나 감소의 명령으로 지속되어도 고정된 전력세기 만큼만 변화시킬 수 있어 전력세기의 조정이 신속하지 못하여 사용자에게 우수한 통화품질을 제공하기 어려우며 호접속율이 떨어진다는 문제점이 발생되었다.
상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 직접 시퀀스 부호분할 다중접속 시스템에서의 전력제어 방법중 폐루프 방식을 적용하여 전력 제어를 위해 고정된 스텝 크기를 사용하던 종래 방식에서 탈피하여 적응형 스텝 크기를 사용할 수 있도록 전력 제어 상수를 유도하는 방법과 동적 변화 영역의 설정 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 CDMA 통신 방식을 적용한 이동통신 시스템에서 기지국과 단말기간의 연결 개념 예시도
도 2는 도 1에 도시되어 있는 기지국과 단말기간의 오픈 루프 방식의 전력제어 개념을 설명하기 위한 예시도
도 3은 도 1에 도시되어 있는 기지국과 단말기간의 폐루프 방식의 전력제어 개념을 설명하기 위한 예시도
도 4는 기존의 폐루프 전력제어 모델의 예시도
도 5는 본 발명에 따른 전력제어 방법을 적용하기 위해 개량된 이동통신 시스템에서 기지국과 단말기간의 연결 개념 예시도
도 6은 본 발명에 따른 전력제어 방법의 전력제어 과정 예시도
도 7a와 도 7b는 본 발명에 따른 기지국에서의 전력제어 상수 결정 과정 예시도
도 8은 전형적인 페이딩 채널과 본 발명에 따른 전력제어 간격 결정 과정을 설명하기 위한 예시도
도 9는 본 발명에 따른 전력제어 방법을 적용한 경우 이동 단말기에서의 전력제어 흐름을 설명하기 위한 블록 구성 예시도
상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 특징은, 상향 링크 전력제어를 위하여 단말기로부터 수신된 신호가 복조되면 이를 입력받아 형성한 데이터 패킷상의 오류율을 측정한 후, 이를 기준으로 전력제어 신호세기 기준값를 생성한 후 단말기로 부터 수신된 신호의 세기를 기준값과 비교하여 전력제어 명령이 발생되면, 이때 발생되는 전력제어 명령을 하향 링크 채널내에 삽입하는 선택기를 구비하는 기지국과; 수신된 신호가 전력 증폭기를 통해 증폭되어진 후 검출된 전력제어 명령과 복조기의 출력신호의 세기를 바탕으로 송출전력을 결정하는 단말기를 포함하는 직접 시퀀스 부호분할 다중 접속 시스템에서의 적응형 스텝 크기 전력제어 방법에 있어서:
단말기에 전력제어 명령어(cmd[n])가 수신되면 바로 이전의 수신된 명령어(cmd[n-1])와 비교하여 동일한가를 판단하는 제 1 과정과, 이전의 명령어(cmd[n-1])와 현재의 명령어(cmd[n]) 비교에 따른 상기 제 1 과정의 판단에 따라에 준하여 전력제어 스텝(Δ[n])의 크기를 증감시켜 재설정하는 제 2 과정, 및 상기 제 2 과정을 통해 전력제어 스텝의 크기가 재 설정되면 현재 수신되어진 명령어에 따라 송출전력(P[n])을 재설정된 스텝 크기만큼 증감시키는 제 3 과정을 포함하여 각 단말기별로 적응적으로 송출전력 증감 스텝의 크기를 변화시키는 데 있다.
상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 특징은, 기지국에서 각 단말기별로 채널상태의 동적 변화에 따른 송출전력의 전력제어 상수(K)를 결정하여 상기 선택기를 통해 하향 링크 채널측으로 전송하면, 단말기에서 이를 입력받아 이전과 현재의 전력제어 명령어(cmd[n])을 비교한 후에 준하여 새로운 전력제어 스텝(Δ[n])의 크기를 결정한 후 현재 수신되어진 명령어에 따라 송출전력(P[n])을 재설정된 스텝 크기만큼 증감시키도록 하는 직접 시퀀스 부호분할 다중 접속 시스템에서의 적응형 스텝 크기 전력제어 방법에 있어서:
전력제어 상수 유도과정은 상향링크의 신호세기 측정 시간간격(TG)이 경과하면 관측시간(TR) 동안에 측정 시간간격(TP)마다 오픈루프 전력 제어만이 수행되는 상황에서 수신된 복조 신호의 세기(dB)를 측정하는 제 1 과정과, 상기 제 1 과정을 통해 측정된 신호세기 값의 최대값과 최소값을 구한 후 그 값의 차이를 변수 Mdepth(dB)로 하고, 그 시점간의 차이를 변수 Nδ로 설정하는 제 2 과정과, 상기 제 2 과정을 통해 산출되어진 데이터를 기준으로 으로 상수 K를 산출하고 산출된 상수K을 기준으로 상수 L값을 결정하는 제 3과정, 및 상기 제 3 과정을 통해 결정되어진 상수 K값을 하향링크 트래픽 채널을 통해 단말기측으로 전송하는 제 4 과정을 포함하는 데 있다.
상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 부가적인 특징으로 상기 변수 Nδ는 표본으로 추출된 구간의 페이딩 구간의 절반의 시간을 전력제어 간격 TP로 정규화한 값을 사용하는 데 있다.
상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 부가적인 특징으로 상기 변수 Nδ는 단말기의 이동속도가 10 km/h 이하인 경우 실제의 Nδ×TP의 값이 관측시간 TR보다 크게 되므로, 이때는 측정구간에서의 정확한 Nδ를 구할 수 없어 Nδ,max로 설정하는 데 있다.
상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 부가적인 특징으로 상기 상수 K는 단말기의 이동속도가 80 km/h를 넘는 경우는 Nδ의 값이 임의의 임계치 이하가 되어K값이 매우 커져서 전력의 과보상이 발생할 수 있으므로 임의의 상한치 Kmax로 결정하는 데 있다.
상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 부가적인 특징으로 상기 변수 Mdepth는 페이딩 깊이로서 10 dB에서 20 dB 범위의 값을 갖고, Δ는 시스템의 정밀도가 지원할 수 있는 가능한 작은 값으로 미리 설정되는 데 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
우선, 본 발명에서 적용되는 기술적 배경을 부연하여 설명하면, 통상적인 폐루프 전력제어 시스템 즉, 도 4에 도시되어 있는 모델의 경우 상기 전력제어 스텝 크기(26)를 채널의 상태에 따라 적응적으로 변화시켜 전력의 세기를 보정하는 방법을 새로이 적용하고자 하는 것이다.
기존의 방법은 기지국으로부터 전력제어 명령을 수신하고 일정하게 정해진 스텝 크기 만큼의 전력이득을 조정한다. 이 스텝의 크기는 고정되어 있어 단말기가 페이딩 상태에 들어갈 경우 신호전력의 열화에 따른 단말기의 송출전력을 충분히 증가시켜 주지 못하므로 기준전력보다 작은 전력이 기지국에 수신된다. 이 전력은 링크의 품질을 만족시켜 주지 못하므로 이러한 품질열화를 보상하기 위해서는 다소 큰 페이딩 마진(Fading Margin)을 두어야 한다. 이는 평균적으로 전체 전력을 증가시켜 간섭전력의 증대로 용량의 감소를 가져온다.
이러한 문제를 완화하기 위해 채널의 상태에 따라 스텝 크기를 조정하도록 하여 페이딩 마진을 보다 낮은 값으로 설정할 수 있다. 도 4의 스텝 크기(Δ[n])(26)를 다음과 같이K와L의 전력상수를 사용하여 그 크기를 아래의 수학식 1과 같이 결정하도록 한다.
상기 수학식 1에서 cmd[n] 은 시간 n 에서의 전력제어 명령을 의미한다.
또한, 상기 수학식 1에서 알 수 있는 바와같이 전력제어 명령이 계속해서 "증가" 또는 "감소"하도록 반복적으로 수신되면 스텝 크기 Δ[n] 는 지수함수적으로 증가한다. 또한, 상기 스텝 크기 Δ[n] 는 시스템의 정밀도에 따라 하한값(Δl)을 두고, Δ[n]＜Δ1 인 경우 Δ[n] 을 Δ1 값으로 치환한다. 또한, 과도한 전력보상을 막기 위해 Δ[n] 을 Δu (10 dB 정도)로 제한한다.
또한, 다른 셀에 미치는 간섭을 제한하기 위하여 단말기가 송출하는 전력 P[n]의 최대 송출 전력을 Pupper(상한값)로 제한한다. 신호전력이 급격히 감소하거나 급격히 증가할 경우, 스텝 크기가 지수함수로 커져서 채널에서 발생하는 전력의 감쇄나 증가를 적응적으로 보상할 수 있다. 또한 전력제어 명령이 "증가"와 "감소"가 반복적으로 일어날 경우 스텝 크기가 지수 함수적으로 감소하여 보다 정밀한 전력제어가 이루어질 수 있다.
따라서, 첨부한 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 첨부한 도 1에 도시되어 있는 종래의 이동통신 시스템에서 기지국과 단말기간의 연결 구성에 전력제어 상수 결정부(9)를 추가하게 된다.
상기 전력제어 상수 결정부(9)의 동작과 위와같은 본 발명에 따른 기술적 사상을 적용한 전력제어 흐름은 첨부한 도 6에 도시되어 있는 바와같이, 먼저 스텝 S101에서 단말기에 전력제어 명령어가 수신되면, 스텝 S102로 진행하여 바로 이전의 수신된 명령어와 비교한다.
상기 스텝 S102에서 이전에 수신된 명령어와 현재 스텝 S101을 통해 수신된 명령어가 동일하다고 판단되는 경우 스텝 S103으로 진행하여 스텝 크기를 증가시키고, 반면에 종전의 명령어와 현재의 명령어가 동일하지 않다고 판단되면 스텝 S104로 진행하여 스텝 크기를 감소시킨다. 이때, 상기 스텝 S103과 스텝 S104에서의 스텝 크기 증감은 상기 수학식 1에 따라 이루어진다.
이후, 상기 스텝 S103 또는 스텝 S104의 과정중 어느 한 과정을 통해 스텝 크기의 증감이 이루어지면 스텝 S105로 진행하여 상기 스텝 S101을 통해 수신되어진 명령어이 "증가"인지를 판단한다.
상기 스텝 S105에서 전력증가 명령이 아니라고 판단되면, 스텝 S106으로 진행하여 송출 전력(P[n])을 상기 스텝 S103 또는 스텝 S104의 과정을 통해 결정된 스텝 크기 만큼 감소시키고, 반면에 상기 스텝 S105에서의 명령어 판단이 전력증가일 경우 스텝 S107로 진행하여 송출 전력(P[n])을 상기 스텝 S103 또는 스텝 S104의 과정을 통해 결정된 스텝 크기 만큼 증가시킨다.
위에서 언급한 전력제어 상수K를 결정하기 위해서는 도 5에서와 같이 전력제어 상수 결정부(9)에서 일정한 시간 간격마다 상향링크 신호세기를 측정하여 처리해 주어야 한다.
따라서, 상술한 상향링크 신호세기를 측정과정을 첨부한 도 7a와 도 7b를 참조하여 살펴보면, 스텝 S201에서 상향링크의 신호세기 측정간격(TG: 첨부한 도 7a참조)을 측정하기 위한 타이머(통상적으로 3-4초)를 세팅한다.
이후, 스텝 S202로 진행하여 상기 타이머의 동작이 종료되었는 가를 판단하여 종료되었다면, 스텝 S203으로 진행하여 관측시간(TR:예, 10 ms) 동안에 측정간격(TP:예, 1-1.25 ms)의 관측구간(전력제어 간격과 동일)마다 복조기 출력의 신호세기(dB)를 측정한다. 채널을 통해 수신된 신호세기의 변화를 보다 정확히 측정하기 위해 관측시간(TR)동안 단말기는 기지국으로부터 전달되는 폐루프 전력제어 명령을 무시하며, 오픈루프 전력 제어만이 수행되는 상황에서 수신된 신호세기를 측정한다.
이후, 스텝 S204에서는 관측시간(TR)동안에 측정간격(TP)으로 측정된 신호세기 값의 최대값과 최소값을 구한 후 그 값의 차이를 변수 Mdepth(dB)로 하고, 그 시점간의 차이를 변수 Nδ로 한다. 여기서 Nδ는 표본으로 추출된 구간의 페이딩 구간의 절반의 시간을 전력제어 간격 TP로 정규화한 값이다. 단말기의 이동속도가 10 km/h 이하인 경우(신호세기의 레벨 교차가 일어나지 않는 경우에 해당)는 실제의 Nδ×TP의 값이 관측시간 TR보다 크게 되므로, 이때는 측정구간에서의 정확한 Nδ를 구할 수 없다. 이 경우에는 Nδ를 Nδ,max(예, 10)로 설정하고, 이 값을 사용하여 전력상수K를 구한다. 만일 단말기의 이동속도가 80 km/h를 넘는 경우는 Nδ의 값이 "3" 이하가 되므로K값이 매우 커져서 전력의 과보상이 발생할 수 있으므로K의 값을 상한치 Kmax(예, 2)로 둔다.
상술한 스텝 S204의 과정을 통하여 산출되어진 데이터를 기준으로 즉, 각 단말기의 속도에 따른 관측시간(TR)내의 수신된 신호세기의 측정값에 따라 변수 Nδ와 Mdepth(dB)의 두가지 값을 구하고 이로부터 다음에 언급될 방법으로 전력제어 상수K와L값을 결정한다.
이후, 상기 스텝 S205의 과정으로 산출되어진 상수K값을 스텝 S206에서는 하향링크 트래픽 채널을 통해 단말기측으로 전송한다. 이때, 단말기는 일정 시간간격(TG+TR: 예, 3-4초)마다 전력제어 상수K와L을 갱신하고, 전력제어 스텝 크기를 결정한다. 이때, 전력제어상수K는 단말기와 기지국간의 채널특성을 반영하여 결정한다. 또한 상기 K 값을 바탕으로 L 값을 결정한다.
이를 위해 전력제어 상수 K를 결정하기 위한 첫 번째 방법을 첨부한 도 8을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 8는 전형적인 페이딩 채널을 나타내며, 평균 페이딩 구간 2Nδ·TP(42)와 전력제어 명령에 의해 보상되어야 하는 페이딩의 깊이 Mdepth(43)를 나타낸다.
따라서, 기지국과 단말기간의 채널은 첨부한 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 기억성을 갖는 채널(Memory Channel)이다. 특정한 시간상의 위치에서 비트 에러가 발생하면 인접한 비트열도 에러가 발생할 확률이 매우 높은 특성을 갖는다. 이러한 연집에러를 줄이기 위해서는 빠른 전력제어를 통해 페이딩을 보상해 주어야 한다.
그러나, 빠른 전력제어 명령의 갱신은 그 만큼 하향링크의 전송용량을 소모하므로 바람직하지 못하다. 이를 개선하기 위해 전력제어 스텝 크기를 동적으로 변화시키면 하향링크의 용량을 최소한으로 사용하면서도 상향링크의 품질을 적절히 유지해 줄 수 있다.
즉, 도 8에 나타난 바와같이 평균 페이딩 시간의 절반에 해당하는 구간동안 Mdepth만큼 페이딩된 전력이 보상되어야 한다. 방정식의 유도를 위해 Nδ가 전력제어 간격(44)으로 정규화한 페이딩 구간의 약 절반이고, Δ는 초기의 스텝 크기라고 하자, 그러면, Nδ개의 전력제어 구간동안 증가되는 전력은 아래의 수학식 2와 같이 정의할 수 있다.
상기 수학식 2를 정리하여 변수 K에 대한 등비수열의 대표값으로 표현하면 아래의 수학식 3과 같이 된다.
상기 수학식 2와 3에서와 같이 변수 Nδ, Δ, Mdepth가 주어지면K값을 구할 수 있다. 이때, Mdepth는 페이딩 깊이로서 10 dB에서 20 dB 범위의 값을 갖고, Δ는 시스템의 정밀도가 지원할 수 있는 가능한 작은 값으로 미리 설정한다.
이후,L값을 결정하는 과정을 살펴보기로 한다.
전력제어에 의해 기지국의 수신신호가 전력제어 목표값을 레벨 교차하는 경우, 전력제어 스텝 크기를 페이딩 보상을 시작하는 시점의 스텝 크기로 복원하여 주는 것이 보다 정밀한 전력제어를 수행하는데 요구된다. 페이딩이 보상되는 동안 스텝 크기가 KNδ배 만큼 커지므로, 레벨 교차가 이루어지는 시점에서 스텝 크기를 줄이기 위해 L=KNδ값으로 정한다. 즉, 페이딩이 보상된 직후, 현재의 전력제어 명령어가 이전의 명령어와 다르면 스텝 크기가 1/KNδ배 만큼 줄어들게 된다.
따라서, 단말기와 기지국 사이의 링크가 페이딩 상태에 있고, 그 페이딩 구간의 평균 시간이 주어져 있다면 "증가명령"이 평균 페이딩 구간의 절반의 시간까지 발생될 것이다. 이 평균 페이딩 구간의 절반의 시간동안 페이딩에 의해 감쇄된 전력을 보상하여야 한다. 나머지 절반 구간의 시간에서는 이전에 증가된 전력을 감소시키기 위한 "감소명령"이 반복되면서 전력세기가 일정한 기준값을 중심으로 조금의 변화를 유지하면서 수신될 것이다. 상기한 전력제어 방법으로 고정 스텝 크기 전력제어 방법에 비해 적은 페이딩 마진으로 링크의 품질을 유지할 수 있다.
위에서 언급한 방정식의 해를 실시간으로 구하지 않고, 미리 구한 전력제어 상수K값의 데이터 테이블을 근거로 하여, 근사값K를 결정하도록 하는 방법을 제안하고자 한다.
상기 전력제어 상수K값의 데이터 테이블은 아래의 표 1과 같다.
Nδ＼Mdepth(dB) Mdepth1(0＜Mdepth＜M1) Mdepth2(M1＜Mdepth＜M2) ... MdepthK(MK-1＜Mdepth＜MK)
Nδ1(0＜Nδ·TP≤T1) K11 K12 ... K1k
Nδ2(T1＜Nδ·TP≤T2) K21 K22 ... K2k
Nδ3(T2＜Nδ·TP≤T3) K31 K32 ... K3k
Nδ4(T3＜Nδ·TP≤T4) K41 K42 ... K4k
··· ··· ··· ··· ···
Nδm(Tm-1＜Nδ·TP≤Tm) Km1 Km2 ... Kmk
즉, 기지국에서 측정한 상향링크 신호전력의 최대와 최소값으로부터 페이딩의 깊이 Mdepth를 구하고, 그리고 최대와 최소값 사이의 시간간격(Nδ×TP)를 계산한 뒤 표에서 가장 근사적으로 가까운K값을 선정하고 윗절에서 언급한 방법과 동일하게 L 값을 구하여,K값과L값을 하향링크 트래픽 채널을 통하여 각 단말기에 일정시간마다(예, 3-4초) 알려준다.
이 방법은 상향링크 채널의 상황 변화에 따른K와L값을 실시간으로 계산할 필요가 없으므로 구현이 간단해진다.
따라서, 상기 표 1에 나타나 있는 내용은 기언급한 전력제어 상수를 구하기 위해 Nδ와, Mdepth의 값이 갖는 영역의 대표값에 대하여 전력상수K를 도표화한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 전력제어 시스템의 단말기에서의 전력제어 흐름을 설명하기 위한 블록 구성 예시도이다.
기지국으로부터 송출된 신호는 듀플렉서(45)를 통과하여 저잡음 전력증폭기(46)을 통과하고, 자동이득조절기(47)를 거친 후, 수신 신호의 세기가 RSSI(50)에서 측정된다. 이 값이 오픈루프 전력제어 입력으로 사용된다. 또한 수신된 신호는 아날로그/디지털 변환기(48)에서 표본화된 후 복조기(49)를 거쳐 전력제어 명령이 디코드된 후 이 값을 토대로 이전의 전력제어 명령과 비교하여 스텝 크기(51)가 결정된다. 이상의 두가지 전력제어를 위한 요소가 결합되어 단말기의 송출전력을 결정하는 전력증폭기(55)의 이득제어(54)가 이루어진다. 각 단말기의 이동하는 속도가 다르고 페이딩을 겪고 있는 상태가 다르므로 각 단말기는 기지국의 전력제어 상수 결정기(9)에서 결정된 전력제어 상수를 하향링크 트래픽 채널을 통해 전달 받는다. 도 9에서와 같이 전력제어 상수는 디인터리버와 복호기(53)에서 처리되고, 전력제어 상수 처리기(52)에서 추출되어 전력제어 스텝 크기를 제어하는 블록(51)에 보내어진다. 그리고 이 값을 토대로 전력제어 스텝 크기가 결정된다. 본 발명에서는 도 5에서와 같이 상향링크로부터 수신된 신호를 기반으로 하여 기지국에서 전력제어 상수를 결정한다(전력제어 상수 결정부(9)). 그리고 이 값을 하향링크 트래픽 채널을 통하여 스텝 크기 제어블럭(51)에 전달하여 보다 엄밀한 전력제어를 행할 수 있고, 개선된 성능과 용량의 증대를 기대할 수 있다.
이상과 같은 전력제어 방법은 기존의 시그널링 방식을 바꿀 필요가 없고, 단말기 내부에 논리회로를 첨가하여 구현하거나, 디지털 신호처리기의 기능을 이용하여 전력제어 스텝 크기를 결정하는 기능을 추가하면 되므로 구현을 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.
상술한 바와같이 본 발명은 각 단말기별로 이동하는 속도와 현재의 채널 상태에 적합한 전력제어 상수를 기지국에서 결정하고 이를 기반으로 단말기가 송출하는 전력을 정밀하게 그리고 채널환경의 변화에 적응적으로 조정함으로서 간섭전력을 최소로 함과 동시에 각 무선 링크의 품질이 요구되는 수준에 적합하도록 일정하게 유지할 수 있는 개선된 장점을 가지고 있다.

Claims (6)

  1. 상향 링크 전력제어를 위하여 단말기로부터 수신된 신호가 복조되면 이를 입력받아 형성한 데이터 패킷상의 오류율을 측정한 후, 이를 기준으로 전력제어 신호세기 기준값를 생성한 후 단말기로 부터 수신된 신호의 세기를 이 기준값과 비교하여 전력제어 명령이 발생되면, 이때 발생되는 전력제어 명령을 하향 링크 채널내에 삽입하는 선택기를 구비하는 기지국과; 수신된 신호가 전력 증폭기를 통해 증폭되어진 후 검출된 전력제어 명령과 복조기의 출력신호의 세기를 바탕으로 송출전력을 결정하는 단말기를 포함하는 직접 시퀀스 부호분할 다중 접속 시스템에서의 적응형 스텝 크기 전력제어 방법에 있어서:
    기지국에서 각 단말기별로 채널상태의 동적 변화에 따른 송출전력의 전력제어 상수를 결정하여 상기 선택기를 통해 하향 링크 채널측으로 전송하면, 단말기에서는 전력제어 명령어(cmd[n])가 수신되면 바로 이전의 수신된 명령어(cmd[n-1])와 비교하여 동일한가를 판단하는 제 1 과정과;
    이전의 명령어(cmd[n-1])와 현재의 명령어(cmd[n]) 비교에 따른 상기 제 1 과정의 판단에 따라에 준하여 전력제어 스텝(Δ[n])의 크기를 증감시켜 재설정하는 제 2 과정; 및
    상기 제 2 과정을 통해 전력제어 스텝의 크기가 재 설정되면 현재 수신되어진 명령어에 따라 송출전력(P[n])을 재설정된 스텝 크기만큼 증감시키는 제 3 과정을 포함하여 각 단말기별로 적응적으로 송출전력 증감 스텝의 크기를 변화시키는 것을 특징으로 하는 직접 시퀀스 부호분할 다중 접속 시스템에서의 적응형 스텝 크기 전력제어 방법.
  2. 기지국에서 각 단말기별로 채널상태의 동적 변화에 따른 송출전력의 전력제어 상수(K)를 결정하여 상기 선택기를 통해 하향 링크 채널측으로 전송하면, 단말기에서 이를 입력받아 이전과 현재의 전력제어 명령어(cmd[n])을 비교한 후에 준하여 새로운 전력제어 스텝(Δ[n])의 크기를 결정한 후 현재 수신되어진 명령어에 따라 송출전력(P[n])을 재설정된 스텝 크기만큼 증감시키도록 하는 직접 시퀀스 부호분할 다중 접속 시스템에서의 적응형 스텝 크기 전력제어 방법에 있어서:
    상향링크의 신호세기 측정 시간간격(TG)이 경과하면 관측시간(TR) 동안에 측정 시간간격(TP)마다 오픈루프 전력 제어만이 수행되는 상황에서 수신된 복조 신호의 세기(dB)를 측정하는 제 1 과정과;
    상기 제 1 과정을 통해 측정된 신호세기 값의 최대값과 최소값을 구한 후 그 값의 차이를 변수 Mdepth(dB)로 하고, 그 시점간의 차이를 변수 Nδ로 설정하는 제 2 과정과;
    상기 제 2 과정을 통해 산출되어진 데이터를 기준으로 으로 상수 K를 산출하고 산출된 상수K을 기준으로 상수 L값을 결정하는 제 3과정; 및
    상기 제 3 과정을 통해 결정되어진 상수 K값을 하향링크 트래픽 채널을 통해 단말기측으로 전송하는 제 4 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 시퀀스 부호분할 다중 접속 시스템에서의 적응형 스텝 크기 전력제어 방법에서의 전력제어 상수 유도 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 변수 Nδ는 표본으로 추출된 구간의 페이딩 구간의 절반의 시간을 전력제어 간격 TP로 정규화한 값인 것을 특징으로 하는 직접 시퀀스 부호분할 다중 접속 시스템에서의 적응형 스텝 크기 전력제어 방법에서의 전력제어 상수 유도 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 변수 Nδ는 단말기의 이동속도가 10 km/h 이하인 경우 실제의 Nδ×TP의 값이 관측시간 TR보다 크게 되므로, 이때는 측정구간에서의 정확한 Nδ를 구할 수 없어 Nδ,max로 설정하는 것을 특징으로 하는 직접 시퀀스 부호분할 다중 접속 시스템에서의 적응형 스텝 크기 전력제어 방법에서의 전력제어 상수 유도 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 상수 K는 단말기의 이동속도가 80 km/h를 넘는 경우는 Nδ의 값이 임의의 임계치 이하가 되어K값이 매우 커져서 전력의 과보상이 발생할 수 있으므로 임의의 상한치 Kmax로 결정하는 것을 특징으로 하는 직접 시퀀스 부호분할 다중 접속 시스템에서의 적응형 스텝 크기 전력제어 방법에서의 전력제어 상수 유도 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 변수 Mdepth는 페이딩 깊이로서 10 dB에서 20 dB 범위의 값을 갖고, Δ는 시스템의 정밀도가 지원할 수 있는 가능한 작은 값으로 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 직접 시퀀스 부호분할 다중 접속 시스템에서의 적응형 스텝 크기 전력제어 방법에서의 전력제어 상수 유도 방법.
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