KR100524733B1

KR100524733B1 - 이동통신기지국의 전력제어방법

Info

Publication number: KR100524733B1
Application number: KR10-2002-0071309A
Authority: KR
Inventors: 이경섭
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2005-10-31
Also published as: KR20040042721A

Abstract

본 발명은 이동통신기지국의 전력제어방법에 관한 것으로, WCDMA기지국에서 기준 전력 레벨에 다운 링크 전력 레벨을 적응시켜, Convergence와 Robustness를 보장하도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 매 슬롯마다 기지국의 전력을 변화하기 위한 전력제어값( )과 기지국들의 다운링크 전력을 조정하기 위한 기준 전력()및 전 슬롯에서 설정된 전력세기()를 로드하는 제1 과정과; 상기 기준 전력()에서 전력세기()을 감산하여 시스템 동적 모델()을 연산하는 제2 과정과; 상기 시스템 동적 모델()과 전력제어값()을, 존재 조건 및 수렴 조건을 고려한 조건에 적용하여, 기지국 전력을 기준 전력()으로 조정하기 위하여 투입되는 추가 전력치인 전력 밸런싱값()을 연산하는 제3 과정과; 상기 전력 밸런싱값(

Description

이동통신기지국의 전력제어방법{POWER CONTROL METHOD OF MOBILE COMMUNICATION BASESTATION}

본 발명은 이동통신기지국의 전력제어방법에 관한 것으로, 특히 WCDMA기지국에서 기준 전력 레벨에 다운 링크 전력 레벨을 적응시켜, 공분산(Convergence)과 견고성(Robustness)을 보장하도록 한 이동통신기지국의 전력제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 상기 소프트 핸드오버(SHO : Soft Handover - 이하 'SHO'라 칭함)는 이동중인 이동국이 기존에 통신중인 기지국에서 점점 멀어져 다른 기지국으로부터 신호를 받을 수 있는 지역까지 이동하였을 경우에 발생한다.

이와 같이 SHO 지역에서는 다른 기지국에서도 신호를 수신하여 일정시간 동안 양 기지국과 통신을 수행하게 된다.

그러는 중 이동국이 특정 기지국의 방향으로 이동하면 다른 기지국으로부터 수신되는 신호의 품질이 적정 수준에 이르지 못하게 된다.

이때 이동국은 기지국과의 채널은 해제하고, 수신 신호의 품질이 좋은 기지국으로의 통화를 설정하여 끊이지 않고 통신을 계속하게 되는데, 이러한 일련의 과정을 SHO라 한다.

여기서, 이동국은 소프트 핸드오버 영역에 도달하면, 그 이동국은 다운 링크 전력제어를 위하여 각각의 기지국에 대한 별도의 제어신호를 송신하지 않고 동일한 신호를 보낸다.

따라서, 이동국에서 송신한 전력신호에 따라 두 기지국이 동시에 전력을 높이거나 낮추게 된다.

만일, 핸드오버중인 두 기지국의 송신전력에 큰 차이가 있고 이동국으로부터 연속하여 송신전력을 낮추라는 제어신호를 수신하게 되면, 이동국에서 송신전력이 낮은 기지국의 신호는 품질이 더욱 악화되어 호를 유지할 수 없게 된다.

그러므로, 두 기지국의 송신전력의 차이를 줄이는 기능이 필요하게 된다.

기존 기지국에서의 송신전력과 새로이 신호가 수신되는 상대편 기지국에서의 송신전력을 기준전력(Reference Power)으로 조정하여야 한다.

즉, 상기 소프트 핸드오버 상태에서, 이동국에서 기지국로 전송하는 싱글 다운링크 전력 제어 커맨드는 RNC 지연과 시그날링 로드를 증가시키므로 결합되지 않고 각각의 기지국로 전송되며, 이로 인해 기지국에서 전력 제어 시그날링 에러가 발생하게 되고, 이에 의해 일부 셀이 전력을 낮추는 반면 나머지 액티브 셋은 다운링크 전송 전력을 높이는 전력 드리프팅(power drifting) 현상이 발생된다.

이러한 상기 전력 드리프팅은 다운링크 소프트 핸드오버 동작을 악화시키므로 RNC에서 전력 밸런싱방법을 이용하여 제어하게 되는데, 즉 RNC가 기지국에서 계산한 기준 값을 알려주어 전력 밸런싱 방법으로 전력 드리프팅을 보상한다.

이때, 소정 주기 간격으로 전력 밸런싱이 인에이블되면, 전력 밸런싱값을 하기의 수학식으로 연산하는데, 주기에 따라 평균화된 전력 밸런싱값() 이나 가중치화된 밸런싱값()을 계산하여 적용한다.

[수학식]

그러나, 상술한 방법으로 전력 밸런싱값을 구하는 경우에, 공분산(Convergence)이 보장되지 않으므로 조정 비율(Adjustment Ratio(r))을 적용해야 하고, 이로 인하여 계산의 복잡도가 증가되어, 전력 밸런싱값을 도출하는 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, WCDMA기지국에서 기준 전력 레벨에 다운 링크 전력 레벨을 적응시켜, 수렴성(Convergence)과 견고성(Robustness)를 보장하도록 한 이동통신기지국의 전력제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 소프트 핸드오버를 수행하는 이동통신기지국의 다운링크 전력제어방법에 있어서, 매 슬롯마다 기지국의 전력을 변화하기 위한 전력제어값( )과 다운링크 전력 조정의 기준인 기준 전력() 및 한 주기 이전의 슬롯에서 설정된 전력세기()를 로드하는 제1 과정과; 상기 기준 전력()과 전력세기()를 이용하여 시스템 동적 모델()을 연산하는 제2 과정과; 상기 시스템 동적 모델()을 전력제어값()과 비교하는 제3 과정과; 상기 비교결과에 따라, 전력 밸런싱값()을 연산하는 제4 과정과; 상기 전력 밸런싱값()을 이용하여 기지국의 전력을 제어하는 제5 과정으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 이동통신기지국의 전력제어방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명 이동통신기지국의 전력제어방법에 대한 실시예의 동작흐름도로서, 이에 도시한 바와같이, 소프트 핸드오버를 수행하는 이동통신기지국의 다운링크 전력제어방법에 있어서, 매 슬롯마다 기지국의 전력을 변화하기 위한 전력제어값( )과 다운링크 전력 조정의 기준인 기준 전력() 및 한 주기 이전의 슬롯에서 설정된 전력세기()를 로드하는 제1 과정과; 상기 기준 전력()과 전력세기()를 이용하여 시스템 동적 모델()을 연산하는 제2 과정과; 상기 시스템 동적 모델()을 전력제어값()과 비교하는 제3 과정과; 상기 비교결과에 따라, 전력 밸런싱값()을 연산하는 제4 과정과; 상기 전력 밸런싱값()을 이용하여 기지국의 전력을 제어하는 제5 과정으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 다운링크 전력제어와 병행하여 설명한다.

먼저, 하나 이상의 기지국/하나 이상의 섹터가, 이동국으로부터 정보신호를 수신한 다음, 그 수신된 정보신호에 의해, 신호대 간섭비를 결정한다.

그 다음, 상기 신호대 간섭비와 전력제어명령을 이용하여, 이동국으로의 기지국/섹터 송신전력을 제어하는데, 즉 무선망 제어기(RNC)에서 설정한 신호대 간섭비와 측정된 신호대 간섭비를 비교하여 전력제어 신호를 결정하게 된다.

이때, 기지국의 전력 분배 밸런싱 조정시점이면, 전력 분배 밸런싱값()을 연산한후, 그 전력 분배 밸런싱값()을 적용하여 다운링크 전력제어를 수행한다.

여기서, 상기 전력 분배 밸런싱값()의 연산 동작을 첨부한 도1을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, RNC로부터 전력제어값(),기준전력()와 전력세기()를 로드한 다음, 상기 기준 전력()에서 전력세기()를 감산하여 시스템 동적 모델()을 연산하는데, 이때, 전력 밸런싱 제어를 위한 조건식은, 액티브 셋에 포함된 기지국 기준 전력 레벨에 수렴하게 하기 위한 하기의 수학식1과 같다.

[수학식1]

상기 수학식1에서 서브 스크립트 k, k=0,1,2....는 최소 1슬롯 단위의 샘플링 주기(Period)를 나타내므로, 과 는 각각 다음(Next)-단계(Step) 전력 레벨과 현 단계의 전력을 가리킨다.

또한, 내부-루프(Inner-loop) 전력 제어 와 전력 밸런싱 제어 는 다음 단계의 전력 레벨을 계산하기 위하여 적용되며 서로 영향을 끼치지 않는다.

그러므로, 내부-루프 전력 제어에 의해 유발되는 TPC Error()는 제어하지 못하여 전류 단계에서 제어하지 못하는 제약이 따른다.

따라서, 상기 기지국간의 시스템 동적 모델()은, 하기의 수학식2와 같다.

[수학식2]

여기서, 전력 밸런싱 제어는 또는 로 집중되도록 유도하고, 정상(Steady) 상태에서의 공분산(Covariance)을 최소화하도록 한다.

상기 기준 전력()으로 P를 집중시키기 위한 알고리즘은 이산-시간(Discrete-time) 가변 구조 시스템(Variable Structure System, VSS)에서 찾을 수 있고, 이 VSS는 에 대하여 스위칭하도록 디자인하는 것으로, 를 에 유지시키도록 제어하는데,이를 위하여 가변 구조 모델(Variable Structure Model)의 주요특성인 슬라이딩 모드를 이용하여 제어의 상한값을 슬라이딩 모드의 존재 조건(Existence Condition)과 수렴 조건(수렴 조건)을 고려하여 얻을 수 있다.

이에 따라, 상기 시스템 동적 모델()과 전력제어값()을, 존재 조건 및 수렴 조건을 고려한 조건에 적용하여 전력 밸런싱값 ()을 연산한다.

상기 상기 존재 조건을 만족하는 제어는 시스템 다이나믹스(System Dynamics)가 업데이트됨에 따라, 를 감소시켜야 하므로, 존재 조건은 하기의 수학식으로 정의된다.

[수학식3]

상기 수학식 3에 수학식 1을 대입하여 정리하면 하기의 수학식으로 표현된다.

[수학식4]

따라서, 에 따른 는 하기의 수학식과 같다.

[수학식5]

, 만약

상기 수학식5에서, 이며, 전력 밸런싱 모듈에게는 제어불가능한 서브시스템(Uncontrollable Subsystem)의 출력이다.

이에 따라, 의 TPC에러의 발생을 고려하여, 에 대한 엄격한 조건(Strict Condition)을 적용하는 것이 적절한데, 이를 수학식으로 표현하면 하기와 같다.

[수학식6]

, 만약

따라서, 상기 수학식6을 만족하는 전력 밸런싱 제어 는 각 기지국의 다운링크 전력 레벨을 로 제어한다.

그리고, 수렴 조건(Convergence Condition)은 Lyapunov 안정성 기준(Stability Criterion)에서 유도할 수 있는데, 우선 Lyapunov 함수를 라고 정의한다.

이때, 상기 수렴 조건은 Lyapunov 안정성 기준에 의하여 하기의 조건을 만족하여야 한다.

이때, 존재 조건에 의하여 이므로, 수렴 조건은 하기의 수학식7과 같이 정의된다.

[수학식7]

여기서, 상기 수학식7에 수학식1을 대입하여 정리하면 하기의 수학식8로 표현된다.

[수학식8]

따라서, 에 따른 는 하기의 수학식9로 표현된다.

[수학식9]

만약,

만약

상기 존재 조건에서와 같이 엄격한 조건을 적용하면, 하기의 수학식10과 같이 의 경계(Bound)를 구할 수 있다.

[수학식10]

만약,

만약

따라서, 상기 수학식 6과 수학식10의 교집합에 의해, 존재 조건 및 수렴 조건을 고려한 전력 밸런싱값()에 대한 조건은, 아래의 수학식 11과 같이 갖는다.

[수학식11]

만약,

상술한 수학식11에 의해, 전력 밸런싱 제어(Power Balancing Control)의 동적 범위(dynamic range)가 로 제한됨을 알 수 있고, 각 기지국의 전력 레벨과 기준 전력()의 차이가 내부-루프 전력 제어 단계 크기(Power Control Step Size)인 전력제어값()보다 작은 영역에서 전력 밸런싱 제어 를 Cut-Off시키도록 되어 있다.

즉, 기지국에서의 밸런싱 제어의 동적 범위는 이면 컷-오프 제어(Cut-Off(Zero Control)Control)를 적용한다.

이후, 상기에서 연산된 전력 밸런싱값()은, 하기의 수학식12에 의해 적용되어 다운링크 전력제어를 수행한다.

[수학식12]

상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 가변 구조 모델(Variable Structure Model)을 적용한 전력 레벨 범위를 제안함으로써, 변동이 심한 채널환경에서 기준 전력과 다운링크 전력의 차이를 지속적으로 줄이고 한계 오차 범위내에서 유지하는 효과가 있다.

도1은 본 발명 이동통신기지국의 전력제어방법에 대한 동작 흐름도.

Claims

소프트 핸드오버를 수행하는 이동통신기지국의 다운링크 전력제어방법에 있어서,

매 슬롯마다 기지국의 전력을 변화하기 위한 전력제어값( )과 다운링크 전력 조정의 기준인 기준 전력() 및 한 주기 이전의 슬롯에서 설정된 전력세기()를 로드하는 제1 과정과;

상기 기준 전력()과 전력세기()를 이용하여 시스템 동적 모델()을 연산하는 제2 과정과;

상기 시스템 동적 모델()을 전력제어값()과 비교하는 제3 과정과;

상기 비교결과에 따라, 전력 밸런싱값()을 연산하는 제4 과정과;

상기 전력 밸런싱값()을 이용하여 기지국의 전력을 제어하는 제5 과정으로 수행함을 특징으로 하는 이동통신기지국의 전력제어방법.
제1 항에 있어서, 시스템 동적 모델()은, 하기의 수학식과 같이, 상기 기준 전력()에서 전력세기()를 감산하여 구하는 것을 특징으로 하는 이동통신기지국의 전력제어방법.

[수학식]
제1 항에 있어서, 제4 과정은, 시스템 동적 모델()의 절대값이 전력제어값( )과 크기가 같거나 작으면(), 전력 밸런싱값()을 '0'으로 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신기지국의 전력제어방법.
제1 항에 있어서, 제4 과정은,

시스템 동적 모델()의 절대값이 전력 제어값( )보다 큰 상태에서,시스템 동적 모델()의 크기가 전력 제어값( ) 보다 크면, 하기의 수학식으로 전력 밸런싱값()을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신기지국의 전력제어방법.

[수학식]
제1 항에 있어서, 제4 과정은,

시스템 동적 모델()의 절대값이 전력 제어값( ) 보다 큰 상태에서,시스템 동적 모델()의 크기가 전력 제어값( ) 보다 작으면, 하기의 수학식으로 전력 밸런싱값()을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신기지국의 전력제어방법.

[수학식]
제1 항에 있어서, 제5 과정은, 상기 전력 밸런싱값()을 적용하여 기지국간의 송신 전력의 차이를 줄이는 것을 특징으로 하는 이동통신기지국의 전력제어방법.
제 6항에 있어서, 전력 밸런싱값()은, 하기의 수학식에 의해 적용되어 다운링크 전력제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 이동통신기지국의 전력제어방법.

[수학식]