KR100454937B1 - 이동통신 시스템의 전력 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

기지국이 이동국의 송신 전력을 제어하는 이동통신 시스템의 전력 제어방법이, 이동국에 출력되는 데이터로부터 신호대잡음비 및 프레임 에러레이트를 검출하는 과정과, 신호대잡음비 및 프레임 에러레이트로부터 모드정보를 결정하는 과정과, 채널변화가 빠른 모드일 시 모드 비트 이외의 나머지 비트들을 파워 레벨 조정용 비트로 결정하며, 그렇지 않으면 모드비트 이외의 나머지 비트들을 단일 파워 레벨 용으로 결정하는 전력 제어비트를 발생하는 과정과, 전력제어비트를 송신 프레임 데이터에 삽입하여 이동국에 전송하는 과정으로 이루어진다.

Description

이동통신시스템의 전력 제어장치 및 방법

본 발명은 이동통신 시스템의 전력 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 이동통신 시스템의 기지국에서 이동국의 전력을 제어할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신 시스템은 기지국들과 이동국들 간에 RF 링크를 형성하여 통신 기능을 수행하며, 이때 두 장치들은 적정 감도를 유지할 수 있어야 한다. 이를 위하여 이동통신 시스템은 이동국의 출력 세기를 검출 및 측정하고, 그 결과에 따라 상기 이동국이 적정 출력을 항상 유지할 수 있도록 이동국의 출력 전력을 제어한다. 즉, 이동통신 시스템에서 특정 기지국의 셀 내에 위치되는 이동국 들은 동일한 위치에서 있지 않게되며, 이로인해 각 이동국 들의 송신 전력이 동일한 세기로 기지국에 도달할 수 없게 된다. 이런 문제점을 해결하기 위한 기지국은 해당 셀 내에 위치된 이동국들의 전력 제어를 수행한다.

종래의 이동통신 시스템의 전력 제어 방법은 퀄컴(Qualcomm)사에서 제어안 고정 전력 조절 간격 알고리즘(Fixed Step Algorithm Power Control: 이하 FS-PC라 칭한다)이 IS-95에서 표준으로 채택되어 사용되고 있다. 이런 전력 제어 방법은 역방향 폐쇄루프 전력제어라 한다. 상기와 같은 전력 제어 알고리즘의 동작은 기지국에서 800Hz(1.25ms) 마다 수신된 신호의 Eb/No의 평균을 측정하고, 측정 값과 기준 Eb/No를 비교한 후 그 결과에 따라 이동국의 출력 전력을 제어하기 위한 전력 제어비트를 생성하여 이동국에 출력한다. 여기서 Eb/No는 신호대잡음비를 나타내는 신호로서, 상기 Eb/No가 크다는 것은 수신 감도가 양호함을 의미하며 Eb/No가 작다는 것은 수신감도가 불량하다는 것을 의미한다.

종래에는 상기 기지국에서 이동국의 출력 전력을 제어할 시, 1.25ms의 24 변조 심볼(modulation symbol) 중에 2개의 심볼을 전력제어비트로 할당하였다. 즉, 상기와 같이 기지국이 이동국에서 출력되는 Eb/No를 측정한 후 기준 Eb/No와 비교한 후, 측정 Eb/No가 기준 Eb/No 보다 작으면 설정된 2개의 심볼을 “0”로 설정하고, 측정 Eb/No가 기준 Eb/No 보다 크면 설정된 2개의 심볼을 “1”로 설정하여 출력하였다. 그리고 이동국은 상기 전력제어 심볼의 값에 따라 출력되는 신호의 전력을 제어하였다.

그러나 상기 FS-PC의 전력 제어 방법은 한 비트만 사용하므로, 전력제어시 전력을 올리거나 내리는 두가지 옵션만이 가능하다. 이때 계속하여 이동국의 송신 전력을 변경하여야 하는 환경에서는 문제가 없지만, 전력을 조정할 필요가 없는 안정된 환경에서는 현재의 전력을 그대로 유지하기 위한 옵션이 없으므로, 이동국의 송신 전력이 안정된 상태에서도 불필요하게 송신 전력을 업/다운시키는 동작을 반복하여야 했으며, 이로인해 불필요한 전력 손실을 야기시켰다. 또한 종래의 이동국 전력 제어 방법은 한가지 레벨로만 전력을 제어하므로써, 채널 환경이 빨리 바뀌는 상황에서는 적절하게 대응할 수 없었다. 즉, 수신감도 크게 불량하여 이동국의 출력 전력을 크게 상승시켜야 하는 경우에도 한 스텝씩 송신 전력을 증가시키게 되어 이동국의 출력전력을 안정화시키는데 많은 시간이 필요하게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같이 종래의 고정 전력 간격 알고리즘은 불필요하게 이동국의 전력을 낭비하거나, 빠르게 변하는 페이딩(fading) 현상에 신속하게 대처할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 이동통신 시스템에서 기지국이 이동국의 출력 전력을 제어할 시 다수의 전력 제어비트를 조합하여 이동국의 출력 상태에 신속하게 대응할 수 있는 전력제어장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 이동통신시스템에서 기지국의 이동국의 출력 전력을 분석하여 상기 이동국의 출력전력이 안정된 상태일 시 현재의 출력 전력을 유지하고, 출력 전력이 이상 상태일 시 해당하는 상황에 신속하게 대응할 수 있는 전력 제어장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템의 전력 제어방법이, 이동국에 출력되는 데이터로부터 신호대잡음비 및 프레임 에러레이트를 검출하는 과정과, 상기 신호대잡음비 및 프레임 에러레이트로부터 모드정보를 결정하는 과정과, 상기 과정에서 채널변화가 빠른 모드일 시 모드 비트 이외의 나머지 비트들을 파워 레벨 조정용 비트로 결정하며, 그렇지 않으면 모드비트 이외의 나머지 비트들을 단일 파워 레벨 용으로 결정하는 전력 제어비트를 발생하는 과정과, 상기 전력제어비트를 송신 프레임 데이터에 삽입하여 이동국에 전송하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템의 전력제어장치 구성을 도시하는 도면

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력제어장치에서 출력되는 전력제어데이타의 포맷을 도시하는 도면

본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템의 전력 제어 방법은 기지국에서 이동국의 출력을 제어하는 전력제어데이타를 다수의 비트로 구성한다. 그리고 상기 전력 제어비트에서 첫번째 비트는 전력 제어비트의 모드 정보로 사용한다. 여기서 상기 모드정보란 이어지는 전력제어비트의 구성 모드를 표시하는 정보를 의미한다. 그리고 상기 모드정보 뒤에 이어지는 전력제어비트는 송신할 전력의 레벨을 결정하는 정보이다.

이때 상기 모드를 결정하기 위해서는 FER(Frame Error Rate)와 수신 신호의 Eb/No가 필요하다. 상기 이동국으로부터 수신된 수신신호의 Eb/No와 기준 Eb/No의 차이로부터 이동국이 채널 환경이 자주 변하지 않는 안정된 지역에 위치되었는지, 아니면 채널 환경의 변화가 빠른 고속 페이딩의 경우에 있는지 알 수 있다. 그리고 상기 FER로부터 필요한

Eb/No의 적당한 레벨을 조정할 수 있다. 그러므로 이들 값으로부터 모드와 파워 레벨을 결정할 수 있다.

도 1은 이동통신 시스템에서 본 발명의 실시예에 따라 기지국의 이동국의 전력을 제어하는 장치의 구성을 도시하는 도면으로서, 이동국으로 출력되는 데이터를 수신하여 Eb/No를 검출하는 제1검출기111과, 상기 이동국으로부터 출력되는 데이터를 수신하여 프레임 에러 레이트 FER을 결정하는 제2검출기112와, 상기 제1검출기111 및 제2검출기112에서 출력되는 Eb/No 및 FER을 분석하여 이동국의 출력 전력을 제어하기 위한 모드 정보를 결정하고, 결정된 모드 정보에 따라 이동국의 출력 전력을 제어하기 위한 레벨을 결정하는 결정기113과, 상기 결정기113의 출력에 따른 전력제어비트를 생성하며, 송신 프레임 데이타를 분석하여 전력제어비트의 삽입 위치를 확인한 후 해당 위치에서 출력하는 생성기114와, 송신 프레임 데이터를 입력하며 상기 생성기114에서 출력되는 전력제어비트를 송신 프레임 데이터의 해당 위치에 삽입하여 이동국에 출력하는 멀티플렉서115로 구성된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 전력 제어비트가 송신 데이터에 삽입되는 송신 프레임 데이터의 구성을 도시하는 도면이다. 상기 전력제어비트의 삽입 과정을 살펴보면, 먼저 송신되는 송신 프레임 데이터에서 마지막 4비트 데이터의 값을 확인하고, 이어지는 다음 송신 프레임 데이터에서 이전 상태에서 확인한 마지막 4비트 데이터 값에 대응되는 위치에 생성된 전력제어비트를 삽입한다. 따라서 상기 전력 제어비트의 삽입 위치는 도 2에 도시된 바와 같이 이전 프레임 데이터에서 마지막 4비트 데이터의 값에 의해 결정된다.

상기 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전력 제어 과정을 살펴보면, 먼저 기지국은 이동국으로부터 수신되는 신호를 분석하여 FER과 Eb/No를 측정한다. 먼저 상기 제2검출기(error rate determination part)112는 수신되는 데이터로부터 프레임 에러 레이트를 분석하여 상기 결정기113에 FER신호를 출력한다. 그리고 제1검출기111(Eb/No detection part)은 일정 시간 간격으로 수신되는 데이터의 Eb/No를 측정하여 기준 Eb/No와 수신된 Eb/No를 비교하며, 그 비교 결과에 따른 신호를 출력한다. 그러면 상기 결정기113은 상기 Eb/No 및 FER을 수신하여 출력할 제어비트의 모드 정보를 결정하고, 결정된 모드로부터 사용할 전력제어 비트 수 와 사용할 파워레벨을 결정한다. 이때 상기 모드 정보는 현재 이동국이 위치한 지역의 채널 환경의 변화에 따라 결정된다. 즉, 상기 채널 환경이 빨리 바뀌는 지역에 이동국이 위치된 경우, 상기 모드 정보는 단일의 심볼 비트를 이용하여 전력을 제어하도록 설정한다.

이때 상기한 바와 같이 상기 전력제어비트는 모드 정보를 포함하여 다수의 비트들로 구성할 수 있다. 이때 상기 전력 제어비트는 모드 정보에 의해 현재의 전력을 그대로 유지할 수 있는 옵션과, 다단계의 레벨로 전력을 제어할 수 있어야 한다. 하기에서 <표 1>은 상기 전력제어비트가 3비트로 이루어진 경우의 예를 표시하고 있다.

전력제어비트	기능	비고
000	1 level up	모드심볼: 0모드심볼 뒤에 이어지는 두 개의 심볼을 각각 다른파워레벨 조정용 심볼로 사용
001	2 level up
010	1 level down
011	2 level down
100	1 level up	모드심볼: 1모드심볼 뒤에 이어지는 두 개의 심볼을 묶어 1비트로 사용. 두 개의 심볼 값이 다르면 전력 조정 중단
101	level 조정중단
110
111	1 level down

상기와 같이 결정되는 전력 제어비트는 생성기114에 입력되어 전송 데이터에 삽입할 전력 제어 비트열로 생성된다. 즉, 상기 생성기114는 상기 기지국에서 이동국으로 송신되는 데이터의 프레임을 입력하며, 입력된 송신 프레임 데이터에서 마지막 위치의 4비트 데이터를 읽어 다음 송신 프레임 데이터에 삽입된 전력 제어비트의 위치를 결정한다. 즉, 상기 전력 제어비트는 도 2에 도시된 바와 같이 이전 프레임의 마지막 4비트 데이터 값이 다음 프레임에서 삽입될 전력 제어비트의 위치 정보가 된다. 따라서 상기 생성기114는 상기 결정기113의 출력에 의해 전력 제어비트 열을 생성하고, 상기 송신 프레임 데이터의 삽입 위치에서 생성된 전력 제어비트열을 출력한다. 그러면 멀티플렉서115는 상기 송신되는 프레임 데이터의 해당 위치에 상기 전력 제어비트 열을 삽입하여 출력하며, 이 송신 프레임 데이터는 이동국에 인가된다.

그러면 상기 이동국은 수신되는 전력 제어비트 값에 따라 자신의 출력 전력을 제어하여 기지국과 안정된 통화 감도를 유지하게 된다.

상술한 바와 같이 이동통신 시스템에서 기지국이 이동국의 전력을 제어할 시, 이동국이 위치된 지역이 채널 변화가 느린 안정된 환경이면 상기 기지국이 현재의 출력 상태를 유지시킬 수 있도록 전력을 제어하여 불필요한 전력 소모를 방지할 수 있으며, 이로인해 이동국의 통신 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한 현재 이동국이 위치된 지역이 변화가 빠른 고속 페이딩이 발생하는 환경이면, 상기 이동국의 전력을 제어하기 위한 레벨을 다단계로 조정하며, 이로인해 상기 이동국이 해당 지역의 환경에 빠르게 적응할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 이동통신 시스템의 전력 제어장치에 있어서,

   이동국의 출력 데이터를 수신하여 신호대잡음비를 검출하는 제1검출기와,

   상기 이동국의 출력 데이터를 수신하여 프레임 에러 레이트를 결정하는 제2검출기와,

   상기 제1검출기 및 제2검출기의 출력을 분석하여 이동국의 출력 전력을 제어하기 위한 모드 정보를 결정하고, 결정된 모드 정보에 따라 출력 전력을 제어하기 위한 데이터의 비트 수 및 레벨을 결정하는 결정기와,

   상기 결정기 출력에 따른 전력제어비트를 생성하며 송신 프레임 데이타를 분석하여 전력제어비트의 삽입 위치를 확인한 후 해당 위치에서 출력하는 생성기와,

   상기 생성기에서 출력되는 전력제어비트를 송신 프레임 데이터의 해당 위치에 삽입하여 이동국에 출력하는 멀티플렉서를 구비하여,

   상기 전력제어비트가 채널변화가 빠른 상태일 시 모드 비트 이외의 나머지 비트들을 송신 파워레벨 조정용으로 사용하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 전력 제어장치.
2. 기지국이 이동국의 송신 전력을 제어하는 이동통신 시스템의 전력 제어방법에 있어서,

   이동국에 출력되는 데이터로부터 신호대잡음비 및 프레임 에러레이트를 검출하는 과정과,

   상기 신호대잡음비 및 프레임 에러레이트로부터 모드정보를 결정하는 과정과,

   상기 과정에서 채널변화가 빠른 모드일 시 모드 비트 이외의 나머지 비트들을 파워 레벨 조정용 비트로 결정하며, 그렇지 않으면 모드비트 이외의 나머지 비트들을 단일 파워 레벨 용으로 결정하는 전력 제어비트를 발생하는 과정과,

   상기 전력제어비트를 송신 프레임 데이터에 삽입하여 이동국에 전송하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 전력 제어방법.

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