KR100322246B1 - 이동 통신 시스템에서의 차단형 전력 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동 통신 시스템에서의 근방 원방 문제(near-far problem)와 채널 이득의 변화를 극복하기 위한 전력 제어 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 전력 제어 방법은, 채널 이득 G가 다경로 페이딩에 의해 빨리 변하는 성분 R과 음영 효과와 경로 손실에 의하여 천천히 변하는 성분 L의 곱으로 구성될 때, 상기 L을 임계값 γ₀(≥0)를 비교하여, L≥γ₀인 경우, 수신 전력이 S_R이 되도록 송신 전력 S(L)을 S_R/L로 조정하고 전송율 R(L)을 R_S/(1-P₀)로 조정하고, L<γ₀인 경우, S(L)과 R(L)을 모두 0으로 조정하는 것임을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 차단형 전력 제어 방법은 종래의 방법에 비하여 전력 이득이 있으므로 평균 송신 전력을 전력 이득만큼 낮출 수 있으므로 시스템 용량이 증가되고, 밧데리 수명이 연장된다.

Description

이동 통신 시스템에서의 차단형 전력 제어 방법 및 그 장치{Truncated Power Controlling Method and Apparatus In Mobile Communication System}

본 발명은 이동 통신 시스템에서의 근방 원방 문제(near-far problem)와 채널 이득의 변화를 극복하기 위한 전력 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

근방 원방 문제는 이동 통신 단말기의 위치에 따라 기지국에서 가까운 곳에위치한 단말기의 신호가 기지국으로부터 먼 곳에 위치한 단말기의 신호보다 커짐으로 인하여, 기지국으로부터 먼 곳에 위치한 단말기가 통화를 못하게 되는 문제이다.

채널 이득 변화는 음영 효과와 다경로에 의한 페이딩에 의하여 발생하고 이에 따라 수신 신호의 세기가 변화하여 일정한 전송 품질을 유지할 수 없게 되는 문제이다.

전력 제어란 각 이동 통신 단말기로부터 전송되어진 신호의 세기가 기지국에 도달시 일정하게 유지되도록 하기 위하여 각 이동 통신 단말기의 송신 전력을 조절하는 것을 말한다.

종래 기술에 의한 전력 제어 방법은, 각 이동 통신 단말기가 채널 이득 G를 추정하여, 송신 전력 S(G)를 다음의 수학식 1과 같이 조절하여 기지국에서의 수신 전력을 S_R로 일정하게 유지시키는 방식이다.

상기 수학식 1에서 S_R은 채널 디코더 출력에서의 비트 오율 또는 프레임 오율을 일정한 수준이 되도록 조정한다.

그러나, 이러한 종래 기술에 의한 전력 제어 방법은 채널 이득이 매우 낮을 때에도 이를 보상하기 위하여 평균 송신 전력이 증가하는 단점이 있다. 특히, 셀 경계 부근에 있는 이동 통신 단말기의 경우, 높은 경로 손실과 음영 효과를 보상하기 위하여 높은 송신 전력으로 송신을 하게 되는데, 이는 인접 셀에 대한 간섭을 증가시키게 되어 결국 시스템의 용량을 감소시키는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 다른 사용자에 대한 간섭을 줄이도록 평균 송신 전력을 낮출 수 있는 이동 통신 시스템에서의 전력 제어 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명에 의한 이동 통신 시스템에서의 차단형 전력 제어 방법의 흐름도,

도2는 본 발명에 의한 이동 통신 시스템에서의 차단형 전력 제어 장치의 블록도,

도3은 채널 이득의 변화 정도와 차단 확률에 따른 전력 이득을 도시한 것,

도4는 경로 손실 계수와 차단 확률에 따른 전력 이득을 도시한 것,

도5는 차단 확률에 따른 시스템 용량 이득(G_C)을 나타낸 것,

도6은 차단 확률에 따른 시스템 용량을 나타낸 것.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1실시예에 의한 차단형 전력 제어 방법은, 다음의 수학식 2에서 보이는 바와 같이, 채널 이득(G)이 입계값 γ₀이상일 때만 보상하고, γ₀이하일 때는 전송을 중지한다.

즉 G≥γ₀인 경우는 수신 전력이 요구되는 전송 오율을 만족할 수 있는 S_R이 되도록 송신 전력을 조절하고, G<γ₀인 경우는 전송을 중지한다. 따라서, 본 발명의 방법과 비교하면, 종래의 전력 제어 방법은 임계값 γ₀가 0인 경우에 해당된다.

이와 같은 본 발명에 의한 전력 제어 방법은 깊은 페이딩 상태에 있을 때, 낮은 채널 이득을 보상하기 위하여 송신 전력을 높임으로써 다른 사용자에게 커다란 간섭을 주기보다는, 전송을 중지하고 있다가 채널 이득이 임계값 γ₀이상이 될 경우 수신 전력이 S_R이 되도록 송신 전력을 조절함으로써 원하는 전송 오율을 만족시키는데 필요한 평균 송신 전력을 낮출 수 있다. 셀 경계 부근에 있는 이동 통신 단말기는 대부분 경로 손실과 음영 효과에 의한 채널 이득이 낮기 때문에, 본 발명에 의한 차단형 전력 제어 방법의 전력 차단 효과에 의하여, 인접 셀에 미치는 간섭 효과를 상당히 줄일 수 있으므로 시스템의 용량이 증가하는 효과가 있다.

한편 전송율을 γ₀에 상관없이 일정하기 유지하기 위해서 G≥γ₀인 경우 γ₀에 따라 전송률을 조정하여야 한다.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 의한 차단형 전력 제어 방법을 설명한다.

상기한 제1실시예에서의 채널 이득 G는 다경로 페이딩에 의하여 빨리 변하는 성분 R과 음영 효과와 경로 손실에 의하여 천천히 변하는 성분 L의 곱으로 구성된다. 본 발명의 제2실시예에 의한 전력 제어 방법은 이중 L이 임계값 γ₀보다 클 경우, L을 보상하여 수신 전력을 일정하게 유지시키고, γ₀이하에서는 송신하지 않도록 하는 것이다. 즉, 송신 전력이 다음의 수학식 2와 같이 제어된다.

이 때 채널 이득에 관계없이 평균 전송율을 일정하게 유지하기 위해서는 차단 상태가 아닐 때의 전송율을 높여야한다. 즉, 평균 전송률이 R_S이고 차단 확률(L이 γ₀보다 작을 확률)이 P₀라고 하면, 차단 상태가 아닐 때의 전송률은 R_S/(1-P₀)로 조절되어야 한다. 여기에서 예를 들어, P₀가 0.01 이하라 함은 전체 데이터 전송 시간 중 1% 동안은 데이터 전송을 중지함을 의미한다. 따라서 본 발명은 데이터와 같이 시간 지연에 민감하지 않은 매체 전송에 응용될 수 있다.

임계값 γ₀는 차단 확률과 수신 전력에 영향을 준다. γ₀가 커질수록 차단 확률은 증가하는 반면, 평균 송신 전력이 일정할 때, 수신 전력이 증가하기 때문에 전송 오율이 낮아지게 된다. 따라서 일정한 전송 오율을 유지하는데 필요한 평균 송신 전력이 낮아지게 되어 종래의 전력 제어 방법(γ₀=0)에 비하여 전력 이득을 얻게 되고 이러한 전력 이득은 시스템 용량의 증가로 이어진다.

도1은 본 발명에 의한 이동 통신 시스템에서의 차단형 전력 제어 방법의 흐름도이다. 도1을 참조하면서 본 발명에 의한 차단형 전력 제어 방법을 설명한다.

기지국은 역방향 링크 전력 제어를 위한 임계값 γ₀, 타겟 (E_b/I₀)_T, 타겟 R_S를 설정한다(S1,S6,S10). 임계값 γ₀에 의한 차단 확률 P₀와 수신 전력 S_R을 계산한다(S2,S7). 채널 이득 L (slow pading 성분)을 계산하고(S3), 임계값 γ₀와 비교하여(S4), L이 γ₀보다 크거나 같으면 송신 전력 S(L)을 S_R/L로 설정하고 전송 속도 R(L)을 R_S/(1-P₀)로 설정한다(S8). L이 γ₀보다 작으면 S(L)과 R(L)을 0으로 설정한다(S5). 최종적으로 S(L)과 R(L)을 단말기로 전송하여 단말기에서 송신 전력과 전송 속도를 조정한다(S9).

도2는 본 발명에 의한 이동 통신 시스템에서의 차단형 전력 제어 장치의 블록도이다. 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 차단형 전력 제어 방법을 구현한 장치는, 전력_제어_파라메타_결정부(10), 전력/전송율_명령_결정부(20) 및 송신전력/송신율_변경부(30)로 구성된다.

전력_제어_파라메타_결정부(10)에서 임계값 γ₀, 평균 전송율 R_S, 타겟 (E_b/I₀)_T를 설정하고(11), 타겟 수신 전력 S_R과 차단 확률 P₀를 계산한 다음 채널 이득 L을 계산한다(12).

전력/전송율_명령_결정부(20)에서는 L와 γ₀를 비교하여(21), L이 γ₀보다 크거나 같으면 송신 전력 S(L)을 S_R/L로, 전송율 R(L)을 R_S/(1-P₀)로 설정하고(22), L이 γ₀보다 작으면, S(L)과 R(L)을 0으로 설정한다(23).

최종적으로 단말기내의 송신전력/송신율_변경부(30)에서 설정된 S(L)과 R(L)에 따라서 송신전력과 전송율을 변경한다.

본 발명에 의한 이동 통신 시스템의 차단형 전력 제어 방법의 효과를 세가지로 구분하여 설명한다.

본 발명에 의한 차단형 전력 제어 방법의 첫 번째 효과는 전력 이득이 생기는 점이다.

종래의 전력 제어 방법에서는 낮은 채널 이득을 보상하기 위하여 높은 송신 전력을 사용하기 때문에 평균 송신 전력이 커지는 반면에, 본 발명에 의한 전력 제어 방법은 채널 이득이 낮을 때에는 채널 이득을 보상하지 않고 전송을 중지하기 때문에 평균 송신 전력이 일정한 상황에서 수신 전력을 높일 수 있다.

도3과 도4는 이러한 전력 이득을 여러 가지 채널 환경하에서 그린 것으로서, 도3은 채널 이득의 변화 정도와 차단 확률에 따른 전력 이득을 도시한 것이고, 도4는 경로 손실 계수와 차단 확률에 따른 전력 이득을 도시한 것이다. 도3과 도4에서 G_P는 전력 이득 즉, 종래의 전력 제어 방법에 의한 수신 전력에 대한 본 발명의 전력 제어 방법에 의한 수신 전력의 비(G_P=본 발명의 전력 제어 방법에 의한 수신 전력/종래의 전력 제어 방법에 의한 수신 전력)이고, P₀는 차단 확률, σ는 지수 정규 분포를 가지는 채널 이득의 표준 편차이고, m은 경로 손실 계수이다. 도3은 m=4인 경우이고, 도4는 σ가 8dB인 경우이다.

도3에서 볼 수 있듯이 차단 확률(P₀)이 높을수록 채널 이득의 변화(σ)가 클수록 전력 이득(G_P)이 증가함을 알 수 있다. 도4에서는 경로 손실 계수(m)가 클수록 전력 이득(G_P)이 증가함을 볼 수 있다. 도3으로부터 σ=8dB이고, P₀가 0.01∼0.1인 경우 전력 이득은 1.3∼4.5 dB가 됨을 알 수 있다. 이동 통신 시스템에서 σ와 m의 대표적인 값은 각각 8dB와 4이다.

본 발명에 의한 차단형 전력 제어 방법의 두 번째 효과는 시스템의 용량이 증가하는 점이다.

위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 차단형 전력 제어 방법은 종래의 전력 제어 방법에 비하여 전력 이득이 있으므로 낮은 평균 송신 전력으로 수신 전력을 같게 유지할 수 있다. 따라서, 이동 통신 단말기에서의 평균 송신 전력이 감소하기 때문에 인접 셀에 대한 간섭 효과가 약해지게 되고 시스템의 용량이 증가하게 된다. 도5와 도6은 각각 차단 확률에 따른 시스템 용량 이득(G_C)과 시스템 용량을 나타낸 것이다. 도5와 도6에서 각 이동체들은 셀 내에 균일한 분포를 갖는다고 가정하였다. 도5로부터 채널 이득의 변화(σ)가 클수록 시스템 용량 이득이 커짐을 알 수 있고, σ=8dB이고 P₀가 0.01∼0.1인 경우 시스템 용량 이득이 1.2∼1.8, 즉 시스템 용량이 20∼80 % 증가됨을 알 수 있다.

본 발명에 의한 차단형 전력 제어 방법의 세 번째 효과는 이동 통신 단말기의 밧데리 수명이 연장되는 점이다. 본 발명에 의한 차단형 전력 제어 방법은, 종래의 방법에 비하여 전력 이득이 있으므로 평균 송신 전력을 전력 이득만큼 낮출 수 있으므로 밧데리 수명이 연장된다.

Claims (4)

1. 이동 통신 단말기의 전력 제어 방법에 있어서,

   채널 이득 G가 다경로 페이딩에 의해 빨리 변하는 성분의 채널이득 R과 음영 효과와 경로 손실에 의하여 천천히 변하는 성분의 채널이득 L의 곱으로 구성될 때,

   상기 L을 임계값 γ₀(≥0)와 비교하여,

   L≥γ₀인 경우, 수신 전력이 S_R이 되도록 송신 전력 S(L)을 S_R/L로 조정하고 전송율 R(L)을 R_S/(1-P₀)로 조정하고,

   Lγ₀인 경우, S(L)과 R(L)을 모두 0으로 조정하는 것임을 특징으로 하는 이동 통신 시스템에서의 차단형 전력 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,

   실내와 같이 이동이 제한된 환경하에서 다경로 페이딩에 의한 채널 이득 성분인 상기 R이 천천히 변화하므로, 상기 L을 상기 채널 이득 G로 대체하여,

   상기 G을 상기 임계값 γ₀(≥0)를 비교하여,

   G≥γ₀인 경우, 수신 전력이 S_R이 되도록 송신 전력 S(G)을 S_R/G로 조정하고 전송율 R(G)을 R_S/(1-P₀)로 조정하고,

   Gγ₀인 경우, S(G)과 R(G)을 모두 0으로 조정하는 것임을 특징으로 하는 이동 통신 시스템에서의 차단형 전력 제어 방법.
3. 이동 통신 단말기의 전력 제어 장치에 있어서,

   임계값 γ₀, 평균 전송율 R_S, 타겟 (E_b/I₀)_T를 설정하고, 타겟 수신 전력 S_R과 차단 확률 P₀를 계산한 다음 음영효과와 경로 손실에 의해 천천히 변하는 성분의 채널 이득 L을 계산하는 전력_제어_파라메타_결정부;

   L와 γ₀를 비교하여, L이 γ₀보다 크거나 같으면 송신 전력 S(L)을 S_R/L로, 전송율 R(L)을 R_S/(1-P₀)로 설정하고, L이 γ₀보다 작으면, S(L)과 R(L)을 0으로 설정하는 전력/전송율_명령_결정부; 및

   설정된 S(L)과 R(L)에 따라서 송신전력과 전송율을 변경하는 송신전력/송신율_변경부를 포함하는 것임을 특징으로 하는 이동 통신 시스템에서의 차단형 전력 제어 장치.
4. 제3항에 있어서,

   채널 이득 G가 다경로 페이딩에 의해 빨리 변하는 성분의 채널이득 R과 상기 L의 곱으로 구성될 때,

   실내와 같이 이동이 제한된 환경 하에서는 상기 R이 천천히 변화하므로 상기 L을 상기 채널 이득 G로 대체하여,

   임계값 γ₀, 평균 전송율 R_S, 타겟 (E_b/I₀)_T를 설정하고, 타겟 수신 전력 S_R과 차단 확률 P₀를 계산한 다음 채널 이득 G를 계산하는 전력_제어_파라메타_결정부;

   상기 G와 상기 γ₀를 비교하여, 상기 G가 상기 γ₀보다 크거나 같으면 송신 전력 S(G)을 S_R/G로, 전송율 R(G)을 R_S/(1-P₀)로 설정하고, 상기 G가 상기 γ₀보다 작으면, S(G)과 R(G)을 0으로 설정하는 전력/전송율_명령_결정부; 및

   설정된 S(G)과 R(G)에 따라서 송신전력과 전송율을 변경하는 송신전력/송신율_변경부를 포함하는 것임을 특징으로 하는 이동 통신 시스템에서의 차단형 젼력 제어 장치.