KR100290925B1 - 씨디엠에이(cdma)방식통신시스템에서의전력제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단말기와 기지국 사이에서 전송된 신호가 있는 구간에서는 그 구간에 해당하는 전력제어 커맨드를 보내고 신호를 보내지 않은 구간에 대해서는 이전의 커맨드를 반복전송 시킴으로써 전력제어 커맨드의 전송에러를 줄일 수 있는 통신 시스템에서의 전력 제어방법에 관한 것으로서, 이상의 본 발명은 다수의 단말기들과 적어도 하나 이상의 기지국간에 신호를 서로 주고받는 통신 시스템에 있어서, 단말기로부터 신호를 수신하여 신호 전송 구간인가 아닌가를 판단하는 제 1 단계와, 신호 전송 구간이면 신호 세기에 따라 전력 제어 커맨드를 단말기로 보내고, 신호가 없는 구간에 대하여서는 이전의 전력 제어 커맨드를 반복하여 단말기로 전송하는 제 2 단계와, 상기 기지국으로부터 신호를 수신하고 전력 제어 커맨드를 추출하여 송신 전력을 증감하는 제 3 단계를 포함하여 이루어진 것이다.

Description

씨디엠에이(ＣＤＭＡ) 방식 통신 시스템에서의 전력 제어 방법{Power control method in CDMA communication system}
본 발명은 코드분할 다중접속(CDMA)방식의 통신 시스템에서의 전력제어 방법에 관한 것으로서, 특히 가변레이트(rate) 전송방식이 적용되는 CDMA통신 시스템에서 전력제어 신호의 전송에러를 줄이기 위한 방법에 관한 것이다.
도1에 도시된 바와 같이 일반적으로 다수의 단말기(10a-10n)와 기지국(20)간에 전송되는 데이터(FD1,RD1,FDn,FDn)는 시간에 따라 가변적인 정보량을 갖는다.
이렇게 시간에 따라 정보의 양이 가변적으로 변하고 또한 주파수 대역이 제한된 상태에서는 시스템의 효율성을 증가시키기 위해 도2 및 도3에 도시된 바와 같은 가변 레이트 전송방식을 이용한다.
즉, 도2a-2d 및 도3a-3d는 "IS-95" 방식 CDMA 셀룰러 전화시스템(US 특허 5,416,797)에서 사용하는 가변 레이트의 신호 전송에 따른 타이밍도의 일례를 나타낸 것으로 도2a-2d는 전송 에너지를 가변시키는 방식에 적용되고, 도 3a-3d는 전송 시간을 가변 시키는 방식에 적용된다. 다시 말하면, 도2a 내지 도2d는 기지국(20)에서 이동단말기(10a-10n)로 전송되는 순방향 링크의 신호 전송 타이밍도이고, 도3a 내지 도3d는 이동단말기(10a-10n)에서 기지국(20)으로 전송되는 역방향 링크의 신호 전송 타이밍도를 나타낸 것이다.
통상적으로 CDMA 통신시스템에서 모든 기지국이 동일한 주파수를 사용하므로 이동단말기는 서로 다른 기지국의 무선신호를 측정하기 위해서는 통화 중에 레이크(rake) 수신기와 서처(searcher)를 이용하여 측정한다.
먼저, 도2a-2d를 참조하면 기지국(20)에서 임의의 단말기(10)로 전송되는 음성정보의 전송 프레임은 16개의 서브 프레임(subframe)으로 분할되고, 풀 레이트(full rate)(도2a), 하프레이트(half rate)(도2b), 쿼터 레이트(quarter rate)(도2c), 에이스 레이트(eighth rate)(도2d)의 4단계의 가변 레이트로 단말기에 전송된다.
여기서 가변 레이트(variable rate)가 n(n은 2, 4, 8)으로 줄어들면 전송 데이터의 프레임당 비트 수도 n으로 줄어들므로, 전송 데이터를 n번 반복 (repetition)하여 보낼 수 있다.
이렇게 기지국(20)에서 신호를 반복하여 전송하면 임의의 단말기(10)의 수신단에서 반복된 신호들을 모아서(combine) 처리함으로써 시간 다이버시티(time diversity)의 효과를 얻을 수 있다. 즉 신호를 시간에 대해 나누어 보냄으로써 반복된 신호 중 일부가 깨져도 나머지 다른 신호에 의해 전송 신호를 어느 정도 복조할 수 있다.
이러한 시간 다이버시트의 효과를 최대화하기 위하여 전송신호가 최대한 멀리 떨어져 전송되도록 1/n 프레임 길이의 신호를 모두 전송한 후 상기 전송과정을 반복 수행한다.
다음 도3a-3b를 참조하면 임의의 단말기(10)에서 송신되는 음성정보의 전송 프레임은 송/수신구간을 정해진 랜덤한 패턴으로 분산하여 전송한다. 예를 들면 도3a의 경우는 전 프레임을 전송하고, 도3b의 1/4 레이트의 경우에는 4개의 서브 프레임중 어느 하나를 전송하고, 도3d의 1/8 레이트의 경우에는 8개의 서브 프레임중 어느 하나를 선택하여 랜덤한 패턴으로 기지국 수신부로 전송한다.
이때, 기지국(20)과 단말기(10a-10n)는 일정한 수신품질을 얻기위하여 송신측(기지국(20)이 될 수도 있고 단말기(10a-10n)가 될 수도 있음.)에 신호의 전력세기를 조정하도록 전력제어 커맨드(command)를 보낸다.
도4는 이러한 종래의 전력제어 동작 흐름을 나타낸 제어 흐름도이다. 도1 및 4를 참조하면, 임의의 단말기(10)에서 기지국(20)으로 전송되는 역방향 링크의 신호의 경우와 그 반대의 경우 즉, 기지국(20)에서 임의의 단말기(10)로 전송되는 순방향 링크의 신호의 경우에 대하여 설명하고 있다.
먼저, 기지국(20)에서는 임의의 단말기(10)에서 전송된 신호를 수신하고 그 신호의 세기를 측정한다(S1). 그 다음에 측정된 값을 미리 저장된 전력제어 임계값과 그 크기를 비교 판단한다(S2). 만일 측정값이 전력제어 임계값 보다 작으면 송신전력을 올리라는 전력제어 비트인 "업(up)" 커맨드를 임의의 단말기(10)로 보내고(S3), 반대로 측정값이 전력제어 임계값 보다 크면 송신전력을 내리라는 전력제어 비트인 "다운(down)" 커맨드를 임의의 단말기(10)로 보낸다(S4). 도 5는 이와 같은 전력제어 커맨드의 동작 타이밍도이다.
그리고, 기지국(20)에서 전송된 순방향 링크의 신호가 임의의 단말기(10)로전송되면, 상기 임의의 단말기(10)에서는 이 수신 신호를 복조하고(S5), 이어 이 복조된 신호가 가변하는 레이트에 따라 각 서브 프레임의 신호가 있거나 없을 수 있으므로, 단말기의 신호 전송 구간인지를 판단한다(S6). 만일, 신호 전송 구간이 아닌 것으로 판단되면 초기화되도록 제어하고, 신호 전송 구간에 해당되는 것으로 판단되면, 전력제어 비트를 추출한다(S7). 이어, 전력제어 비트가 "업" 내지 "다운"커맨드인지를 판단하여(S8), 전력제어 비트가 "업"이면 지정된 크기만큼 송신 전력을 증가시키고(S9), 전력제어 비트가 "다운"이면 지정된 크기만큼 송신전력을 감소시킨다(S10).
따라서, 임의의 단말기(10)는 기지국(20)에서 보내오는 전력제어 커맨드 중 자신이 신호를 보낸 구간에 해당하는 커맨드만 유효(valid)하게 보고 반응한다.
그러나, 이와 같은 종래의 기술에서는 만일 가변레이트가 낮은 경우에 단말기가 송신하는 구간의 수가 적기 때문에 단말기의 전력제어 반응속도가 느려지게 되어 결국 통신 품질이 크게 떨어지는 문제점이 있었다. 더욱이 전력제어 반응속도를 최대한 줄이기 위하여 전력제어 신호는 보통 오류 정정 부호와 같은 방법을 사용하지 않고 전송하는데, 이 때문에 발생할 수 있는 전력 제어 커맨드 에러가 저속 레이트의 품질을 크게 저하시킨다.
본 발명의 목적은 종래의 기술에서 언급된 문제점들을 해소시키기 위해 안출한 것으로서, 기지국은 임의의 단말기에서 수신된 신호 중 신호 전송 구간에서는 그 구간에 해당하는 전력제어 커맨드를 보내고, 신호 전송이 없는 구간에 대해서는이전의 커맨드를 반복전송 시킴으로써 전력제어 커맨드의 전송 에러를 줄일 수 있는 통신 시스템에서의 전력 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 통신 시스템에서의 전력 제어 방법은, 다수의 단말기들과 적어도 하나 이상의 기지국간에 신호를 서로 주고받는 통신 시스템에 있어서, 단말기로부터 신호를 수신하여 신호 전송 구간인가 아닌가를 판단하는 제 1 단계와, 신호 전송 구간이면 신호 세기에 따라 전력 제어 커맨드를 단말기로 보내고, 신호가 없는 구간에 대하여서는 이전의 전력 제어 커맨드를 반복하여 단말기로 전송하는 제 2 단계와, 상기 기지국으로부터 신호를 수신하고 전력 제어 커맨드를 추출하여 송신 전력을 증감하는 제 3 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
도 1은 종래의 CDMA 셀룰라 통신 시스템에서의 통신 개념도.
도 2a 내지 도 2d는 가변 레이트 CDMA 시스템의 순방향 링크에 적용되는 전송 타이밍도.
도 3a 내지 도 3d는 가변 레이트 CDMA 시스템의 역방향 링크에 적용되는 전송 타이밍도.
도 4는 종래의 전력 제어동작을 보인 제어흐름도.
도 5는 도4에 의한 전력제어 동작 타이밍도.
도 6a는 CDMA 통신 시스템에서의 전역제어를 위한 기지국 송수신 장치를 보인 구성 블록도.
도 6b는 CDMA 통신 시스템에서의 전역제어를 위한 단말기 송수신 장치를 보인 구성 블록도.
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 전력 제어 흐름을 보인 제어흐름도.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전력 제어 흐름을 보인 제어흐름도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
A1, A2 : 안테나 110, 210 : 아날로그 수신부
120, 220 : 디지털 복조부 130 : 수신신호 세기 측정부
140, 240 : 디지털 변조부 150, 250 : 아날로그 송신부
230 : 송신 전력 조정부
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 의한 본 발명의 구성, 동작 및 효과를 상세히 설명한다.
도6a 및 6b는 CDMA 통신 시스템에서 전력 제어를 위한 기지국 송수신 장치 및 단말기 송수신 장치의 구성 블록도이다.
도6a 및 6b 참조하면, 본 발명에 따른 기지국 송수신 장치는 안테나(A1)와, 안테나(A1)에서 수신한 신호를 아날로그 처리하여 출력시키는 아날로그 수신부(110)와, 상기 아날로그 수신부(110)에서 출력되는 신호를 디지털 방식으로 복조하여 수신 데이터로서 출력하는 디지털 복조부(120)와, 상기 디지털 복조부(120)에서 출력된 신호의 세기를 측정하고 임계값과 비교하여 전력 제어 커맨드 신호(up, down)를 출력하는 수신 신호 측정부(130)와, 상기 수신 신호 세기 측정부(130)의 출력 신호를 반영시켜 송신 데이터를 디지털 방식으로 변조시키기 위한 디지털 변조부(140)와, 상기 디지털 변조부(140)의 출력신호를 아날로그 처리하여 안테나(A1)로 출력시키는 아날로그 송신부로 구성된다.
또한, 임의의 단말기 송수신 장치는 안테나(A2)와, 안테나(A2)에서 수신한 신호를 아날로그 처리하여 출력시키는 아날로그 수신부(210)와, 상기 아날로그 수신부(210)에서 출력되는 신호를 디지털 방식으로 복조하여 수신 데이터로서 출력하는 디지털 복조부(220)와, 상기 아날로그 수신부(210) 및 디지털 복조부(220)의 출력신호로부터 전력 제어 커맨드 신호를 추출하고 신호 전송 구간인가를 판단하여 송신 전력을 조정하는 송신전력 조정부(230)와, 송신 데이터를 디지털 방식으로 변조하여 출력시키는 디지털 변조부(240)와, 상기 송신전력 조정부(230)의 출력 신호를 상기 디지털 변조부(240)에서 출력된 신호에 반영시켜 아날로그 처리하여 상기 안테나(A2)로 출력시키는 아날로그 송신부(250)로 구성된다.
이와 같은 구성을 갖는 CDMA 통신 시스템에서의 기지국 송수신 장치와 임의의 어느 하나의 단말기 송수신 장치간의 전력제어 방법의 일 실시 예를 도7을 참조하여 설명하면 아래와 같다.
임의의 단말기(100)에서 기지국(200)로 역방향 링크로 전송하면, 상기 기지국(200)의 수신 신호 세기 측정부(13)에서는, 신호 전송 구간인가 아닌가를 판단하기 위하여 상기 단말기(100)에서 전송된 신호의 세기를 측정한다 (ST1).
즉, 기지국(200)은 신호 전송 구간인가 아닌가를 판단하기 위한 신호 유무임계값과 송신 신호의 크기를 판단하기 위한 임계값을 각각 비교한다.
따라서, 상기 측정값이 미리 설정된 신호 유무 임계값보다 큰지를 판단하여(ST2), 만일 그렇지 않으면 이전의 전력 제어 비트를 재전송한다(ST3).
만일 측정값이 신호 유무 임계값 보다 크면 신호 전송 구간으로 판단하여 측정값과 전력 제어 임계값을 비교한다(ST4).
만일 측정값이 전력제어 임계값보다 작으면 송신전력을 올리라는 전력 제어 비트인 "업"커맨드를 임의의 단말기(100)로 보내고(ST5), 반대로 측정값이 전력제어 임계값보다 크면 송신 전력을 내리라는 전력 제어 비트인 "다운" 커맨드를 임의의 단말기(100)으로 보낸다(ST6).
이와 같이, 순방향 링크에 의해 기지국(200)에서 임의의 단말기(100)로 전송되면, 단말기의 디지탈 복조부(220)에서 디지털 방식으로 복조된 신호를 출력하고(ST7), 이어 출력 신호에서 전력 제어 비트를 추출하고(SP8), 단말기(100)에서 신호를 전송한 구간에 해당되는지 판단한다(ST9).
해당되지 않으면 신호 전송 구간부터 현재까지 수신된 전력 제어 비트에 다수원칙을 적용하여(ST10), "업"과 "다운"의 비트 수가 같은지를 판단한다(ST11).
만일 "업"과 "다운"의 비트 수가 같으면 초기화 과정으로 되돌아가고, 그 수가 같지 않으면 수가 많은 비트를 선택하여 신호 전송 구간부터 이전까지 수신된 전력 제어 반응의 총합과 비교한다(ST12, 13). 이와 같이 비교하여 상기 총합과 다수원칙에 의한 전력 제어 비트의 수가 같으면, 초기화 단계로 되돌아가고, 다르면 판단 과정(ST9)에서 신호를 전송한 구간에 해당되는 경우와 마찬가지로 다수 원칙에 의한 전력 제어 비트에 따라 전력 제어 비트가 "업" 또는 "다운" 커맨드 인지를 판단한다(ST14). 만일, 전력 제어 비트가 "업" 커맨드이면 지정된 크기만큼 송신전력을 증가시키고(ST15), 전력제어 비트가 "다운" 커맨드이면 지정된 크기만큼 송신전력을 감소시킨다(ST16).
따라서, 본 발명의 일 실시 예에서는 유효한 전력제어 커맨드를 생성하기 위해 전력 제어 임계값을 이용하고, 추가로 전송되는 신호의 존재 유무를 구별하고 유효를 판정하기 위해 전력제어 임계값 보다 낮은 신호 유무 임계값을 이용하였다.
때문에 기지국(200)에서 단말기로부터 수신된 신호가 유효 판정 임계값 보다 높으면 종래와 같이 전력 제어 임계값에 의한 전력 제어 커맨드를 전송한다. 그러나, 수신 신호가 유효 판정 임계값 보다 낮으면 이전의 전력제어 커맨드를 재전송한다.
또한, 단말기(100)는 자신이 신호를 보낸 신호 전송 구간에 해당하지 않는 전력 제어 커맨드에 대해서 이전에 수신한 커맨드와 다른 경우 기존의 전력 제어 동작을 수정하는 역할을 한다. 즉, 신호 전송 구간의 커맨드로 부터 신호 전송 구간이 아닌 현재 구간까지의 커맨드에 대해 다수 원칙(Majority Rule)을 적용한다. 다시 말해 업 커맨드와 다운 커맨드 중 많은 쪽으로 반응하며, 그 수가 같은 경우에는 반응하지 않는다. 이때 이미 "업" 이나 "다운" 커맨드로 반응하였는데 새로 수신한 커맨드가 반응한 커맨드와 다를 경우 "다운" 이나 "업" 커맨드로 반응하여 반응한 커맨드를 수정할 수 있다.
즉, 신호 전송 구간에서 에러에 의해 단말기에서 커맨드 신호가 잘못 수신되더라도 신호 전송 구간이 아닐 때 송신된 커맨드 신호에 의해 커맨드 전송 에러를 바로 잡을 수 있다.
도 8은 도 7과 같이 CDMA 통신 시스템에서의 기지국과 단말기간의 전력제어 방법의 또 다른 일 실시 예를 보이고 있다.
도 8은 참조하면 임의의 단말기에서 기지국으로 신호를 전송하면, 상기 기지국(200)에서는 임의의 단말기(100)로부터 전송된 역방향 링크의 신호를 수신할 경우 첫 번째 실시 예와 같은 방법이므로 SP1 내지 SP6 단계의 설명은 생략하겠다.
여기서는 기지국(200)에서 임의의 단말기(100)로 전송되는 순방향 링크의 신호의 경우에 대해 설명하기로 하겠다.
임의의 단말기(100)는 기지국으로부터 신호를 수신하여, 디지탈 복조부(220)에서 디지털 방식으로 복조된 신호를 출력하고(SP7), 이어 출력 신호에서 전력 제어 비트를 추출한다(SP8). 그리고 신호를 전송한 구간에 해당되는지 판단하여(SP9), 해당되지 않으면 신호를 전송하지 않은 마지막 구간 인지를 판단한다(SP10). 이때, 만일 신호를 전송하지 않은 마지막 구간이 아니면 초기화 과정으로 되돌아가고, 맞으면 신호 전송 구간부터 현재까지 수신된 전력 제어 비트에 다수 원칙을 적용하여(SP11), "업"과 "다운"의 비트 수가 같은지를 판단한다(SP12). 만일 "업"과 "다운"의 비트 수가 같으면 초기화 과정으로 되돌아가고, 그 수가 같지 않으면 많은 수의 비트를 선택하여 전력 제어 비트가 "업" 또는 "다운" 커맨드 인지를 판단한다.
그리고, 선택된 비트와 이전에 반응한 전력 제어 비트를 비교하여 같으면 초기화되고, 다르면 상기 선택된 비트에 따라 송신 전력을 조절한다(ST13, 14). 즉, 선택된 전력 제어 비트가 "업" 커맨드이면 지정된 크기만큼 송신전력을 증가시키고(SP15), 전력제어 비트가 "다운" 커맨드이면 지정된 크기만큼 송신전력을 감소시킨다 (SP16).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 전력 제어 방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 저속 가변 레이트 전송 방식의 CDMA 통신 시스템에서, 전력 제어 반응속도가 떨어지더라도 다수 원칙에 의한 전력 제어 오차 정정을 통하여 전력 제어 커맨드 에러의 발생을 크게 줄일 수 있기 때문에 고품질의 통화서비스를 제공 할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (6)

  1. 다수의 단말기들과 적어도 하나 이상의 기지국간에 신호를 서로 주고받는 통신 시스템에 있어서,
    단말기로부터 신호를 수신하여 신호 전송 구간인가 아닌가를 판단하는 제 1 단계와,
    신호 전송 구간이면 신호 세기에 따라 전력 제어 커맨드를 단말기로 보내고, 신호가 없는 구간에 대하여서는 이전의 전력 제어 커맨드를 반복하여 단말기로 전송하는 제 2 단계와,
    상기 기지국으로부터 신호를 수신하고 전력 제어 커맨드를 추출하여 송신 전력을 증감하는 제 3 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 통신 시스템에서의 전력 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신 시스템은 송신 신호의 전송 프레임을 복수개의 서브 프레임으로 나누고, 가변하는 레이트(rate)에 따라 각 서브 프레임 구간 상기 신호를 전송 내지 중단하는 코드분할 다중 접속(CDMA)방식의 통신 시스템인 것을 특징으로 하는 통신 시스템에서의 전력제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단계의 신호 전송 구간을 판단하는 방법은 단말기로부터 수신된 신호의 세기를 측정하여 상기 측정값이 제 1 임계값보다 크면 신호 전송 구간으로 판단하고, 상기 측정값이 제 1 임계값보다 작으면 신호 전송이 없는 구간으로 판단함을 특징으로 하는 통신 시스템에서의 전력 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제 3 단계는 기지국으로부터 수신된 신호를 복조하여 전력 제어 비트를 추출하는 단계와,
    신호 전송 구간인지 아닌지를 판단하여 신호 전송 구간이면 해당 전력 제어 비트에 따라 송신 전력을 증감하는 단계와,
    신호 전송 구간이 아니면 다수 원칙으로 전력 제어 비트를 수정하여 송신 전력을 증감하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 통신 시스템에서의 전력 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 수정 방법은 신호 전송 구간의 커맨드부터 현재 구간까지의 커맨드에 대해 다수원칙(majority rule)을 적용하여 업 커맨드와 다운 커맨드중 많은쪽을 선택하며, 만일 그 수가 같으면 초기화하는 단계와,
    이전에 반응한 커맨드와 선택된 커맨드를 비교하여 같으면 초기화하고 다르면 선택된 커맨드로 송신 전력을 증감하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 통신 시스템에서의 전력 제어 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 수정 방법은 신호를 전송하지 않은 마지막 구간일 때 신호 전송 구간부터 현재까지 수신된 전력 제어 비트에 다수원칙을 적용하여 많은쪽의 커맨드를 선택하는 단계와,
    이전에 반응한 커맨드와 선택된 커맨드를 비교하여 같으면 초기화하고 다르면 선택된 커맨드로 송신 전력을 증감하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 통신 시스템에서의 전력 제어 방법.
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