KR100474914B1 - 역방향 링크에서의 외부 루프 전력 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 역방향 링크에서의 외부 루프 전력 제어 방법에 관한 것으로, 단말기가 다중 채널을 지원할 경우 다수 트래픽 채널에 대한 효율적인 외부 루프 전력 제어를 통해 특정 트래픽 채널의 성능 저하를 방지할 수 있는 역방향 링크에서의 외부 루프 전력 제어 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명 역방향 링크에서의 외부 루프 전력 제어 방법은, 역방향 링크의 멀티 트래픽 채널을 통해 수신된 각 트래픽 채널에 대해 목적 프레임 에러율에 따라 각각의 트래픽 채널에 대한 전력제어 임계값들을 계산하는 단계와, 상기 계산된 전력제어 임계값의 차이를 이용하여 단말기의 트래픽 채널과 파일럿 채널의 전송 전력비를 조정하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

역방향 링크에서의 외부 루프 전력 제어 방법{Outer loop power control method in reverse link}

본 발명은 역방향 링크에서의 외부 루프 전력 제어 방법에 관한 것으로, 특히 단말기가 다중 채널을 지원할 경우 다수 트래픽 채널에 대한 효율적인 외부 루프 전력 제어를 통해 특정 트래픽 채널의 성능 저하를 방지할 수 있는 역방향 링크에서의 외부 루프 전력 제어 방법에 관한 것이다.

기존의 국제 표준화 규격인 IS-95A에서는 음성 위주의 8Kbps 또는 13Kbps와 같은 저속 서비스만을 지원하였다. 이 때문에 한 개의 트래픽 채널만을 사용하는 게 일반적이었다.

그러나 현재 서비스 제공 중인 이동 통신 시스템에 대한 표준화 규격인 CDMA2000에서는 IS-95A에서와 같이 한 개의 트래픽 채널만을 사용하는 것이 아니라 음성, 영상 및 데이터와 같은 다양한 멀티미디어 서비스를 64Kbps급 이상으로 제공할 수 있도록 동시에 여러 개의 트래픽 채널을 사용하고 있다.

도 1에는 이러한 여러 트래픽 채널을 사용하여 정보를 송신하는 다중 채널 구조의 송신 장치를 나타내었다.

도 1의 송신 장치에는 보조 채널(Supplement channel)과 기본 채널(Fundamental channel)이 트래픽 채널로 사용되며, 그밖에 '1'의 비트값 만을 전송하는 파일럿 채널(Pilot channel)과 전용 채널(Dedicated channel)의 제어를 위한 전용 제어 채널(Dedicated Control Channel)이 사용된다.

이들 각 채널들은 I채널 지류와 Q채널 지류의 심볼들로 맵핑된 후 각각의 연속된 피엔 코드(PN_I 또는 PN_Q)에 의해 복소 확산(Complex spreading)된다. 즉 각 채널들은 특정한 복소 스크램블 코드(complex scrambling code)에 의해 일정 칩율(chip rate)로 확산되는데, 이 때 사용되는 복소 스크램블 코드로는 긴 스크램블 코드(long code) 또는 짧은 스크램블 코드(short code)가 사용될 수 있으며, 사용되는 스크램블 코드에 따른 칩율(chip rate)로 확산된 후 각 반송파에 실려 전송된다.

단말기에서도 기지국이 트래픽 채널에 대한 코히어런트 복조를 수행하도록 하기 위해서 도 1에 도시된 바와 같이 파일럿 채널을 여러 트래픽 채널과 함께 전송한다.

이 때 전송되는 파일럿 채널에 대한 트래픽 채널의 상대적인 전송 전력비(Traffic-to-power ratio : TP ratio)는 각 트래픽 채널에 대한 부호화 율(coding rate), 요구되는 신호 대 간섭비(SIR : Signal to Interference Ratio) 및 전송율(transmission rate)에 따라 각각 다르게 결정되며, C.S0002(physical layer) 스펙(spec)의 테이블(Table) 2.1.2.3.3.2-1에 정의되어 있다.

도 1에서 파일럿 채널과 트래픽 채널들의 전송 전력은 상기 설명한 복소 확산(complex spreading)과 여파(filtering)를 거친 후 역방향 폐쇄 루프 전력 제어(Closed loop power control)에 의한 이득값(G_P)에 따라 조절된다.

폐쇄 루프 전력 제어는 일반적으로 내부 루프 전력 제어(inner loop power control)와 외부 루프 전력 제어(outer loop power control)로 나눌 수 있다.

내부 루프 전력 제어는 기지국에서 역방향 링크의 파일럿 채널을 관찰하여 수신된 신호에 대한 신호 대 간섭비(SIR)를 측정한 후 이 측정된 신호 대 간섭비에 상응하는 전력을 예측한다. 이후 상기 예측 전력값과 사전에 이미 지정된 전력 제어 임계값을 비교하여 요구되는 전력 제어를 위한 명령 비트를 순방향 링크로 전송한다.

외부 루프 전력 제어는 무선 채널에 대해 목적하는 프레임 에러율(target FER)을 유지할 수 있도록, 복호(decoding)된 수신 신호의 프레임 에러율(Frame Error Rate)을 근거로 하여 내부 루프 전력 제어에 사용되는 전력 제어 임계값을 주기적으로 조절한다.

이와 같은 외부 루프 전력 제어는 기지국을 제어하는 기지국 제어기(BSC : Base-station Controller)에 구비된 셀렉터(selector)에 의해 독립적으로 수행되는데, 이에 대한 동작 절차를 설명하면 다음과 같다.

우선 기지국은 단말기로부터 신호를 수신하여, 수신된 프레임에 대한 순환 중복 검사(Cyclic Redundancy Check ; 이하, CRC 라 약칭함)를 실시한다.

이후 기지국은 CRC 결과를 셀렉터에 보고하며, 셀렉터는 이전에 수신된 프레임에 대한 CRC 결과의 이력(history)에 따른 프레임 에러율, 즉 이전 CRC 결과에 따른 프레임 에러율과 현재 기지국이 보고한 수신 프레임에 대한 CRC 결과를 근거로 하여, 목적하는 프레임 에러율이 유지되도록 내부 루프 전력 제어에 사용되는 전력 제어 임계값을 주기적으로 조절한다.

이 때 전력 제어 임계값은 일정 스텝 크기 비율로 상승 또는 하강되는데, 전력 제어 임계값의 상승 또는 하강 스텝 크기 비율(K)은 목적하는 프레임 에러율(F)에 따라 결정된다.

예를 들자면, 셀렉터에서 목적하는 프레임 에러율(F)이 1%가 유지되도록 하기 위해서는 크기 비율이 " K =(1/F) - 1 "로 결정되므로, "K=(1/0.01)-1=99"이다.

따라서, 하강 스텝 크기가 Δ라 한다면, 상승 스텝 크기는 99*Δ가 된다. 역으로 상승 스텝 크기가 Δ일 경우에는 하강 스텝 크기는 Δ/99가 된다.

지금까지 설명한 기존 외부 루프 전력 제어는 단말기 1개의 트래픽 채널만을 사용하여 신호를 전송할 경우에는 별 문제가 없었다.

그러나, 여러 트래픽 채널을 사용하여 신호를 전송하는 다중 채널 구조에서는 각 트래픽 채널의 서비스 품질(Quality of Service : QoS)이 서로 다르고, 이에 따라 각 트래픽 채널의 목적 프레임 에러율이 서로 다르기 때문에 각 트래픽 채널에 대한 전력 제어 임계값을 올리는 상승 스텝 크기는 같다 할지라도 하강 스텝 크기가 목적 프레임 에러율에 따라 각각 다르게 된다.

이에 대한 예를 들면, 상승 스텝 크기를 Δ라 할 때, 1%의 목적 프레임 에러율이 요구되는 트래픽 채널에 대해서는 하강 스텝 크기가 Δ/99이고, 5%의 목적 프레임 에러율이 요구되는 트래픽 채널에 대해서는 하강 스텝 크기가 Δ/19(=Δ/[(1/0.05) - 1]이 된다.

따라서 역방향 전력제어비트가 1개의 역방향 트래픽 채널만을 지원하는 다중 채널구조에서는 기지국은 파일럿 채널을 측정하여 추정한 신호대 간섭비(SIR)값을 1개의 전력제어 임계값과 비교(일반적으로 R-FCH)하므로 다수개의 트래픽 채널의 목적하는 프레임 에러율(FER)을 고려한 외부 루프 전력제어를 수행하지 못하고, 1개의 특정 트래픽 채널에 대해서만 외부 루프 전력제어를 수행하므로 다른 트래픽 채널(R-SCH)의 성능이 저하되게 된다.

또한 C.S0002(physical layer) 스펙(spec)의 표(Table) 2.1.2.3.3.2-1에 정의 된 TP 율(ratio)은 멀티 채널에서 항상 최적의 값을 가지고 있는 것은 아니다. 즉 스펙(Spec.)에 있는 노미널(nominal) TP 율(ratio)은 R-FCH의 경우 1% FER을 의미하고, R-SCH의 경우 5%를 의미한다. 그러나 FCH만 가지고 외부 루프 전력 제어(outer Loop power control)를 하다보면 SCH의 경우 데이터 레이트(data rate)와 채널 환경에 따라 심지어 50%의 FER을 갖기도 한다.

즉 기존의 외부 루프 전력 제어 절차를 사용할 경우에는 여러 트래픽 채널에 대한 전력 제어 임계값의 적절한 조절이 불가능하다는 것이다. 이에 따라 전체 트래픽 채널에 대한 성능 저하를 초래한다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 특히 단말기가 다중 채널을 지원할 경우에 서로 다른 서비스 품질을 갖는 다수 트래픽 채널에 대한 효과적인 외부 루프 전력 제어를 수행하여 특정 트래픽 채널의 성능저하를 방지하여 역방향 링크의 성능을 향상할 수 있는 역방향 링크에서의 외부 루프 전력 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명 역방향 링크에서의 외부 루프 전력 제어 방법은, 역방향 링크의 멀티 트래픽 채널을 통해 수신된 각 트래픽 채널에 대해 목적 프레임 에러율에 따라 각각의 트래픽 채널에 대한 전력제어 임계값들을 계산하는 단계와, 상기 계산된 전력제어 임계값의 차이를 이용하여 단말기의 트래픽 채널과 파일럿 채널의 전송 전력비를 조정하는 단계를 포함하여 이루어진다.

바람직하게, 상기 멀티 트래픽 채널은 단말기의 마스터 채널 및 슬레이브 채널로 구분한다.

그리고 상기 전송 전력비를 조정하는 단계는, 상기 멀티 트래픽 채널에서 마스터 채널의 전력 제어 임계값과 슬레이브 채널의 가상 전력 제어 임계값의 차이를 이용한다.

바람직하게 상기 마스터 채널의 전력 제어 임계값과 슬레이브 채널의 가상 전력 제어 임계값의 차이를 모니터링하는 단계와, 상기 모니터링 결과 상기 마스터 채널의 전력 제어 임계값과 슬레이브 채널의 가상 전력 제어 임계값의 차이가 설정된 임계값의 차이 값에 비례해서 단말기의 트래픽 채널과 파일럿 채널의 송신전력비를 조정하는 메시지를 상기 단말기로 전송하는 단계를 더 포함하여 이루어진다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해 질 것이다.

이하, 본 발명에 따른 이동 통신 시스템의 역방향 링크에서의 외부 루프 전력 제어 방법의 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 역방향 링크 외부 루프 전력 제어 방법을 설명하기 위한 단말기와 기지국 제어기간 흐름도이고, 도 3은 본 발명 제 1 실시예에 따른 외부 루프 전력 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

단말기가 다중 채널 구조이며, 역방향 전력제어비트가 1개의 트래픽 채널만을 지원할 경우의 외부 루프 전력제어 절차는 마스터-슬레이브(master-slave) 모드로 동작되도록 구성되어 있다.

여기서 마스터-슬레이브 모드란 마스터 채널에 대한 외부 루프 전력 제어 결과가 실제 내부 루프 전력 제어를 위한 전력 제어 임계값 조절에 사용되는 모드이다.

마스터 채널(Master channel)은 요구되는 각 트래픽 채널의 서비스 품질(QoS)을 맞추어 주기 위한 외부 루프 전력 제어를 수행하는 트래픽 채널이며, 그 외의 다른 트래픽 채널은 슬레이브 채널이 된다. 이때 마스터 채널을 R-FCH로 하면, 슬레이브 채널은 R-SCH이 된다.

기지국 제어기에서는 기지국의 실제 내부 루프(inner-loop) 전력제어를 위한 외부 루프 전력 제어를 수행해야 하는데, 이것은 마스터 채널(Master channel)로 설정된 채널의 프레임 에러율(FER)에 따라 수행한다. 이외에 실제 내부 루프(inner-loop) 전력제어의 목적하는(target) 값으로 사용되지 않는 채널인 슬레이브 채널도 실제 목적 값으로 사용되지 않더라도 외부 루프(outer-loop) 전력제어를 위한 목적 값은 계산을 한다. 즉 가상(virtual) 전력제어 임계값을 계산하여 가지고 있게 된다.

다시 말해서 마스터 채널은 그 채널에 알맞은 서비스 품질(QoS)을 맞추어 외부 루프 전력제어를 수행하여 목적 값을 계산하고 이를 이용하여 내부 루프 전력 제어를 수행한다

슬레이브 채널도 역시 그 채널에 알맞은 서비스 품질(QoS)을 맞추어 외부 루프 전력 제어를 수행하여 목적 값을 계산하지만 내부 루프 전력 제어에는 사용하지 않는다.

기지국 제어기에서는 두개의 채널에서 모두 목적 값을 계산하고 있으므로 그 값을 이용할 수 있다.

단말기는 스펙(Spec.)에 따라 여러 트래픽 채널의 상대적인 전력비(TP ratio)를 고정해서 쏘아 준다. 그러므로 기지국에서 수신되는 채널들의 전력비는 단말기에서 쏘아 주는 전력비와 같이 수신이 된다. 기지국 제어기에서 계산되는 외부 루프 전력제어 목적 값은 초기에는 단말기에서 쏘아주는 전력비와 비슷할 것이다. 하지만 위에서 지적하였듯이 채널환경과 서로 다른 서비스 품질(QoS)을 요구함에 따라 그리고 시간이 지남에 따라 두개의 채널 사이의 계산된 목적 값은 계속해서 달라 질 것이다.

이때 단말기에서 마스터 채널 및 슬레이브 채널(FCH, SCH)를 통해 기지국으로 데이터가 전송되고, 기지국에서는 기지국 제어기로 마스터 채널과 슬레이브 채널(FCH, SCH)의 채널 품질을 보고하면 기지국 제어기는 기지국으로부터 수신되는 각 트래픽 채널(마스터 채널과 슬레이브 채널(FCH, SCH))의 목적하는 프레임 에러율(target FER)에 따라서 멀티 수신 트래픽 채널 즉 FCH와 SCH에 대해 외부 루프를 계산하여 둘 사이의 차이값을 모니터링한다(S11).

마스터 채널로 선택된 채널은 내부 루프 전력 제어를 위해 기지국으로 보내지고, 그에 따라 기지국에서는 내부루프 전력 제어(power control)를 하게 된다.

기지국 제어기에서는 마스터 채널(master channel)의 전력제어 임계값과 슬레이브 채널(slave channel)의 가상(virtual) 전력제어 임계값 차이를 모니터링(monitoring) 결과에 따라 X를 계산한다. 이때, "X"는 마스터 채널의 전력제어 임계값과 슬레이브 채널(slave channel)의 가상 (virtual) 전력제어 임계값의 차이를 X로 정의한다. 즉, X = 마스터 채널의 전력제어 임계값- 슬레이브 채널의 가상 전력제어 임계값이다(S12).

그 다음 X를 설정된 기준치 δ1와 비교한다(S13).

비교(S13) 결과 X의 값이 커지면(마스터 채널의 전력제어 임계값과 슬레이브 채널의 가상 전력제어 임계값의 차이가 δ1 보다 커지면) 지금 수신되는 슬레이브 채널의 에너지가 적어 프레임 에러(Frame error)가 많이 나는 상황이다. 만약 FCH가 마스터 채널이고 SCH가 슬레이브 채널이면 FCH는 1% FER를 위해 외부 루프 전력 제어 동작하므로 품질 유지가 되나, SCH는 요구하는 품질을 맞추기 못하는 상황이다. 그러므로 X의 값이 기준치 δ1의 값 이상이 되면 기지국 제어기는 기지국을 통해 단말기에게 슬레이브 채널(slave channel)에 대한 트래픽 채널의 상대적인 전력비(traffic pilot ratio)를 수정하도록 명령을 내리지 않으면 계속해서 슬레이브 채널은 원하는 서비스 품질을 얻지 못하므로, 기지국 제어기는 단말기에게 슬레이브 채널에 대한 트래픽 채널의 상대적인 전력비를 수정하도록 명령하는 메시지를 전송한다(S15). 이때 메시지에는 마스터 채널의 전력제어 임계값과 슬레이브 채널의 가상 전력제어 임계값의 차이에 비례해서 단말기의 트래픽 채널과 파일럿 채널의 송신전력비를 조정하도록 하는 제어명령을 포함한다.

그러나 비교(S13) 결과 X의 값이 작아지면(마스터 채널(master channel)의 전력제어 임계값과 슬레이브 채널(slave channel)의 가상 전력제어 임계값의 차이 δ1가 보다 작아지면) 지금 수신되는 슬레이브 채널의 에너지가 요구되는 것 이상 높은 전력으로 송신을 하고 있어 다른 채널에 간섭(interference)을 발생하고 시스템 용량을 줄이는 결과를 얻는다. 만약 FCH가 마스터 채널(master channel)이고, SCH가 슬레이브(slave)채널이면 FCH는 1% 프레임 에러율(FER)를 위해 외부 루프 전력 제어 동작하므로 품질 유지가 되나, SCH는 요구하는 품질 이상으로 좋게 수신되고 있는 상황이다. 그러므로 X의 값이 기준치 δ2의 값 이하인가를 판단한다(S14).

판단결과(S14) X의 값이 기준치 δ2의 값 이하이면 기지국 제어기는 단말기에게 슬레이브 채널에 대한 트래픽 채널의 상대적인 전력비(traffic pilot ratio)를 수정하도록 명령을 내리지 않으면 계속해서 슬레이브의 채널은 원하는 서비스 품질(QoS) 이상으로 전송하므로 결과적으로 시스템 용량을 줄이게 된다. 따라서 기지국 제어기는 단말기에게 슬레이브 채널에 대한 트래픽채널의 상대적인 전력비를 수정하도록 명령하는 메시지를 전송한다(S15).

즉 X와 δ1 또는 δ2의 결과에 따라 단말기의 파일럿 채널에 대한 트래픽채널의 상대적인 전력비(traffic to pilot ratio)가 잘못 설정(setting) 된 것으로 판단하여 단말기에 파일럿 채널에 대한 트래픽채널의 상대적인 전력비(traffic to pilot ratio)를 변경하라는 수정 명령 메시지를 전송한다.

이때, 단말기로 파일럿 채널에 대한 트래픽 채널의 상대적인 전력비(T/P Ratio) 수정 메시지 전송(S15) 단계에서, 메시지의 생성은 현재의 FCH에 대한 목적하는 프레임 에러율(FER)과 SCH에 대한 목적하는 프레임 에러율(FER)을 그대로 사용하거나, 이전의 누적된 목적 프레임 에러율(FER)의 평균값을 이용해 수정 명령 메시지를 생성한다. 따라서 여러 번의 실험 또는 현장 경험(Field test)을 이용하여 정확한 값을 지정하는 것이 가능하다.

그러나 판단결과(S14) X의 값이 기준치 δ2 이하가 아니면 다음 프레임에 대한 외부루프 계산을 한다(S11).

도 4는 본 발명 제 2 실시예에 따른 외부 루프 전력 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트로써, 도 3의 본 발명 제 1 실시예에서 δ1, δ2와 X와의 비교순서를 바꾼 것을 나타내고 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명 외부 루프 전력 제어 방법은 단말기가 다중 채널(multi-channel) 구조이며, 역방향 전력제어비트가 1개의 트래픽 채널(traffic channel)만을 지원할 경우에도 다수개의 수신 트래픽 채널(traffic channel)에 대한 가상(virtual) 전력제어 임계값을 이용하여 실제 내부 루프(inner-loop) 전력제어에 사용되는 프라이머리(primary) 전력제어 임계값을 조절함으로써 특정 트래픽 채널(traffic channel)의 성능 저하를 방지하여 역방향 링크의 성능을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 다중 채널 구조의 송신 장치를 나타낸 도면

도 2는 본 발명에 따른 역방향 링크 외부 루프 전력 제어 방법을 설명하기 위한 단말기와 기지국 제어기간 흐름도

도 3은 본 발명 제 1 실시예에 따른 외부 루프 전력 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트

도 4는 본 발명 제 2 실시예에 따른 외부 루프 전력 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트

Claims (4)

1. 이동통신 단말기로부터 기지국으로 전송된 역방향 링크의 멀티 트래픽 채널에 대해 기지국 제어기에서 목적 프레임 에러율에 따라 각 트래픽 채널에 대한 전력제어 임계값들을 계산하는 단계와;

   계산된 전력제어 임계값의 차이를 이용하여 단말기의 트래픽 채널과 파일럿 채널의 전송 전력비를 조정하기 위한 제어신호를 단말기로 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 역방향 링크에서의 외부루프 전력 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 멀티 트래픽 채널은 단말기의 마스터 채널 및 슬레이브 채널로 구분하는 것을 특징으로 하는 역방향 링크의 외부 루프 전력 제어 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어신호는,

   마스터 채널의 전력 제어 임계값과 슬레이브 채널의 가상 전력 제어 임계값의 차이값과 기준치의 비교에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 역방향 링크의 외부 루프 전력 제어 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어신호는,

   단말기로부터 기지국에 전송되는 멀티 트래픽 채널 중 슬레이브 채널에 대한 트래픽 채널과 파일럿 채널의 송신전력비를 조정하기 위한 신호인 것을 특징으로 역방향 링크의 외부 루프 전력 제어 방법.