KR100329111B1 - 셀룰러 환경에서 다중반송파 코드분할다중접속시스템의다이버시티 제어방법 - Google Patents

Abstract

다중반송파 코드분할 다중접속 방식은 기존은 단일반송파 코드분할 다중접속 방식에 비해 높은 데이터 전송률을 제공하거나, 주파수 다이버시티를 제공하는 차세대 셀룰러 이동통신 기법으로 각광받고 있다.

다중반송파 기법을 셀룰러 환경에 적용할 때, 전력제어를 정확히 수행하기 위해서는 송신기의 전력을 상황에 맞게 탄력적으로 조절하여야 하는데, 따라서, 동적범위가 큰 송신 증폭기가 요구된다. 이때, 정확한 전력제어를 수행하지 못하면 큰 전력의 다중사용자/셀간 간섭신호가 발생하게 되어 성능이 저하된다.

본 발명에서는 다중반송파 코드분할다중접속방식을 셀룰러 환경하에 적용할 때, 주파수 다이버시티기법을 사용하여 순방향 전력제어를 대신 또는 보완하는 방안을 제시한다. 송신전력을 단말기의 위치(또는 수신전력)에 따라 조절하는 대신, 같은 송신전력의 다중반송파의 개수를 조절하여 복잡한 전력제어의 역할을 수행한다. 이러한 기법은 전력제어 대신에 사용할 수도 있고, 또는 전력제어와 병행하여, 전력제어에 따른 송신 증폭기의 동적범위를 줄이는 방법으로 사용할 수도 있다.

Description

셀룰러 환경에서 다중반송파 코드분할다중접속시스템의 다이버시티 제어방법 { Diversity Control of Multicarrier CDMA Systems in Cellular Environments }

본 발명은 셀룰러 이동통신시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 셀룰러 환경에서 다중반송파 코드분할다중접속시스템의 순방향 전력제어를 위한 다이버시티 제어방법에 관한 것이다.

다중반송파 코드분할다중접속방식은 기존의 단일반송파 코드분할다중접속방식에 비해 높은 데이터전송률을 제공하거나, 주파수 다이버시티를 제공하는 차세대 셀룰러 이동통신기법으로 각광받고 있다. 이러한 다중반송파기법을 셀룰러 환경에 적용할 때, 다중반송파의 개수가 늘어나면, 이에 따라 순방향링크에 할당할 수 있는 직교코드의 수가 제한적이므로 의사직교코드 또는 의사잡음코드를 사용하여야 한다. 직교코드를 사용하더라도 다중경로 간섭이 존재하기 때문에 순방향 링크의 전력제어가 성능에 큰 영향을 미치게 된다. 이러한 전력제어를 정확하게 수행하기 위해서는 송신기의 전력을 상황에 맞게 탄력적으로 조절하여야 한다. 따라서, 동적범위가 큰 송신증폭기가 요구된다. 또한, 정확한 전력제어를 수행하지 못하면 큰 전력의 다중사용자/셀간 간섭신호가 발생하게 되어 성능이 저하된다.

도 1은 셀룰러 환경에서 다중반송파 코드분할다중접속방식을 종래의 일반적인 전력제어기법에 사용할 때, 최대의 성능을 얻기 위한 순방향링크의 송신측의 필요전력을 단말기의 위치에 따라서 도시한 그래프도이다.

앞에서 설명한 바와 같이, 코드분할다중접속 통신시스템에서의 성능은 간섭신호의 크기에 따라 좌우된다. 즉, 간섭신호를 줄이는 것이 곧 성능을 향상시키는 것이라고 할 수 있다. 이를 위하여 순방향링크에서 기지국은 단말기가 기지국에 가까이 있으면 송신전력을 작게 하여 송출함으로써 기지국에서 단말기로의 송신신호가 셀 내의 다른 사용자나 다른 셀에 있는 사용자에게 간섭영향을 줄이도록 한다. 이때 단말기의 수신전력은 기지국과 단말기 사이의 거리에 제곱 내지 4제곱에반비례하는 전파특성 때문에, 기지국에서 가까운 거리의 단말기와 먼 거리의 단말기에게 송신하는 전력의 차이가 상당히 크다.

기지국은 이렇게 가까운 거리의 단말기와 먼 거리의 단말기를 모두 수용하기 위하여 동적범위가 넓은 송신 증폭기를 사용하여야 하며, 효율적인 증폭기의 사용이 어려워지고 가격도 상승한다. 또한, 이러한 전력제어에 오류가 발생할 때에는 다른 사용자에게 간섭신호로서 큰 영향을 미치게 된다.

앞서 설명한 내용을 요약하면, 다중반송파 코드분할다중접속방식을 셀룰러 환경에 적용할 때, 기존의 전력제어기법은 복잡한 구현방식과 동적범위가 큰 송신기 증폭기를 요구한다. 이는 단말기 및 기지국의 가격을 높이고, 전력소모를 크게 만드는 요인으로 작용하는 문제점이 있었다.

다중반송파 코드분할다중접속시스템은 넓은 대역을 통하여 여러 개의 반송파를 통해 동시에 전송하는 시스템이다. 반송파의 개수가 늘어날수록 다중반송파 시스템은 다이버시티를 얻게 되는 정도가 커지며 이에 따라서 성능이 향상되게 된다. 즉, 다중반송파 시스템에서는 다이버시티의 정도가 하나의 중요한 자원으로 활용되는 것이다. 기지국으로부터 가까운 거리에 있는 사용자에게 전력이라는 자원을 적게 배분하고 멀리 있는 사용자에게는 많이 배분하는 시스템을 전력제어라고 한다면, 전력이라는 자원대신에 다중반송파 시스템에서는 주파수 다이버시티라는 자원을 가지고 있으므로 전력제어를 대신하거나 또는 보완하기 위하여 다이버시티 제어기법을 사용할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 기존의 전력제어의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다중반송파 시스템이 가지고 있는 다이버시티라는 자원을 효과적으로 배분하여 기존의 전력제어를 대체 또는 보완하여, 송신기의 출력을 고정시키거나 동적범위를 대폭 줄이면서도 전력제어와 상응하는 성능을 얻을 수 있는 다이버시티 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 일반적인 다중반송파 코드분할다중접속방식에서 전력제어시 최적 순방향 전력을 도시한 그래프도,

도 2a 내지 도 2b는 셀룰러 환경하의 다중반송파 시스템에서 다이버시티 할당방식을 도시한 도면,

도 3은 다중반송파 코드분할다중접속방식에서 다이버시티 제어시 최적 순방향 전력을 도시한 그래프도,

도 4는 종래의 전력제어기법과 본 발명에서 제안된 다이버시티 제어기법을 비교하기 위하여 도시한 그래프도이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 셀룰러 환경의 다중반송파 코드분할다중접속시스템에서, 기지국과 단말기 사이의 거리와 신호의 세기에 따라 순방향 및 역방향 링크의 반송파 개수를 조정하여 주파수 다이버시티를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 기지국과 단말기 사이의 거리에 따라 반송파 개수를 조정하는 주파수 다이버시티 제어기법과, 동일한 반송파 개수를 사용하는 구간에서는 부분적으로 거리에 따라 송신전력을 제어하는 전력제어기법을 병행하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 "셀룰러 환경에서 다중반송파 코드분할다중접속시스템의 다이버시티 제어방법"을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 다이버시티 제어기법에 대한 두 가지의 적용방법을 제시한다.

첫 번째 적용방법은 각 반송파의 출력전력을 고정시킨 상태에서 전체 다중반송파의 개수(M^*)에서 실제 신호를 보내는 반송파의 개수(M)를 기지국과 단말기의 거리에 따라 배분하는 순수 다이버시티 제어기법(Diversity Control: DC)이다. 이러한 다이버시티 제어방법을 사용하면 송신기의 동적범위가 고정되기 때문에 송신기의 구현이 기존의 전력제어기법(Power Control: PC)에 비하여 매우 수월하다. 물론, 연속적인 전력레벨의 변화와 오류가 없다고 가정하는 이상적인 전력제어기법과 비교하면 선택하는 다중반송파의 개수가 불연속적이고 1∼M^*까지의 값으로 제한되어 있으므로 성능은 다소 저하된다. 하지만, 기존의 전력제어기법은 실제로 출력전력을 불연속적으로 제어하고, 증폭기의 비선형 특성에도 영향을 많이 받으며, 오류발생시에 큰 간섭신호를 만들기 때문에 실제 성능은 매우 저하된다. 이에 반해, 다이버시티 제어기법은 구현이 훨씬 간단하고, 제어 오류에 따른 간섭신호 영향도 전력제어보다 훨씬 작다는 잇점이 있다.

두 번째 적용방법은 전력제어와 다이버시티 제어기법을 병행하여 사용하는 전력/다이버시티 제어기법(Power and Diversity Control: PDC)이다. 이는 다이버시티 제어기법과 동일하게 송신 반송파의 개수를 도 2b에 도시된 바와 같이 조절하되, 같은 개수의 반송파를 사용하는 구간에서의 거리변화에 따라 전력제어를 보완적으로 사용하는 방법이다. 이러한 전력/다이버시티 제어기법을 사용하였을 때의 필요 송신전력을 도 3에 도시하였다. 도 3에 도시된 바와 같이, 다중반송파 시스템의 송신 가능 반송파의 개수(M^*)가 늘어날수록 송신전력의 동적범위가 급격히 감소하여 M^*가 16인 경우를 보면 송신전력이 변화가 10%폭 내에 들어감을 알 수 있다. 이러한, 전력/다이버시티 기법은 두 가지의 제어기법을 병행 사용하지만, 전력측정 등 필요한 상태정보가 전력제어만을 사용하는 시스템과 같기 때문에, 복잡도가 전력제어와 비교하여 거의 증가하지 않는다. 위에서도 언급한 바와 같이 전력/다이버시티 기법을 사용하면 첫 번째 방법에서보다 성능을 향상시킬 수 있고, 송신증폭기의 동적범위를 전력제어의 경우와 비교하여 대폭 줄일 수 있다.

하나의 기지국이 사용하는 최대의 반송파 개수가 M^*개라고 할 때, 기지국으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 단말기의 경우 1∼M^*개의 반송파의 개수 중에서 최대 개수인 M^*개를 사용한다. 또한, 기지국의 신호 전송율이 높거나 신호가 페이딩 등을 겪게 되어 상태가 좋지 않을 때에는 인접기지국으로부터 추가 반송파를 할당받는다. 도 2a 와 도 2b에 도시된 바와 같이 육각셀의 경우 세 개의 인접 기지국으로부터 각각 M^*개의 반송파를 할당받아 반송파의 개수를 최대 세배(3M^*)까지 늘려서 성능을 향상시킬 수 있다.

도 4는 종래의 전력제어기법과 본 발명의 다이버시티 제어기법의 성능을 비교하기 위하여 도시한 그래프도이다. 전력제어기법과 전력/다이버시티 제어기법은 거의 같은 성능을 보임을 알 수 있고, 다이버시티 제어기법은 다소 성능저하가 있지만, 다중반송파의 개수(M^*)가 늘어남에 따라 폭이 줄어듦을 알 수 있다. 이러한결과를 바탕으로 다중반송파의 개수가 비교적 적은 시스템에는 전력/다이버시티 제어기법을 적용하고, 다중반송파의 개수가 많은 시스템에는 다이버시티 제어기법을 적용하면, 기존의 전력제어기법과 상응하는 성능을 보이면서 송신 증폭기의 출력을 고정 또는 동적범위를 대폭 줄일 수 있고, 제어 오류에 따른 영향도 줄이는 효과를 가져올 수 있다.

위에서 양호한 실시 예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시 예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위의 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 기존의 전력제어기법과 상응하는 성능을 보이면서 송신 증폭기의 출력을 고정시키거나 동적 범위를 대폭 줄일 수 있고, 제어 오류에 따른 영향도 줄일 수 있다.

Claims (3)

1. 셀룰러 환경의 다중반송파 코드분할다중접속시스템에서, 기지국과 단말기 사이의 거리와 신호의 세기에 따라 순방향 및 역방향 링크의 반송파 개수를 조정하여 주파수 다이버시티를 제어하는 것을 특징으로 하는 다이버시티 제어방법
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기지국과 단말기 사이의 거리에 따라 반송파 개수를 조정하는 주파수 다이버시티 제어기법과, 동일한 반송파 개수를 사용하는 구간에서는 상기 거리에 따라 송신전력을 제어하는 전력제어기법을 병행하여 사용하는 것을 특징으로 하는 다이버시티 제어방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 기지국의 신호 전송율이 높거나 신호 상태가 좋지 않으면 인접기지국으로부터 추가 반송파를 할당받아 성능을 향상시키는 것을 특징으로 하는 다이버시티 제어방법.