KR100687155B1 - Ｏｆｄｍ-ｃｄｍａ에 있어서의 송신전력 제어방법 및송신전력 제어장치 - Google Patents

Abstract

복수 심볼에 확산율에 따른 길이의 채널화 코드를 승산하여 다수의 서브 캐리어 성분을 작성하고, 해당 서브 캐리어 성분의 각각을 대응하는 서브 캐리어에 의해 송신하는 OFDM-CDMA 통신 시스템에서의 전력 제어에 있어서, 확산율의 정수배의 수로 서브 캐리어 대역을 분할하고, 각 분할 구간(서브 캐리어 블록) 내에서는 일정한 송신전력을 할당함과 함께, 서브 캐리어 블록마다 송신전력을 제어한다.

심볼, 가중계수, 서브 캐리어, 분할 구간(서브 캐리어 블록), 송신전력, 채널화 코드, 직교성, 채널

Description

ＯＦＤＭ-ＣＤＭＡ에 있어서의 송신전력 제어방법 및 송신전력 제어장치{TRANSMISSION POWER CONTROL METHOD FOR OFDM-CDMA SYSTEM AND TRANSMISSION POWER CONTROLLER}

본 발명은 OFDM-CDMA에 있어서의 송신전력 제어방법 및 송신전력 제어장치에 관한 것으로, 특히, 복수의 심볼에 확산율에 따른 길이의 채널화 코드(channelization code)를 승산하여 다수의 서브 캐리어 성분을 작성하고, 해당 서브 캐리어 성분의 각각을 대응하는 서브 캐리어에 의해 송신하는 OFDM-CDMA 통신 시스템에 있어서의 전력 제어방법 및 송신전력 제어장치에 관한 것이다.

차세대의 이동 통신 방식으로서, 멀티캐리어 변조 방식이 주목받고 있다. 멀티캐리어 변조 방식을 이용함으로써, 광대역의 고속 데이터 전송을 실현할 수 있고, 게다가 각 서브 캐리어를 협대역으로 하여 주파수 선택성 페이징의 영향을 저감할 수 있다. 또한, 직교 주파수 분할 다중 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 이용함으로써, 보다 주파수 이용 효율을 높일 수 있으며, 게다가, OFDM 심볼마다 가드 인터벌을 마련하여 부호간 간섭의 영향을 없앨 수 있다.

또한, 최근에는 멀티캐리어 CDMA 방식(MC-CDMA)의 연구가 왕성하게 행하여지고 있고, 차세대의 광대역 이동 통신 방식에의 적용이 검토되고 있다. MC-CDMA에 서는 송신 데이터의 시리얼 패러랠 변환 및 주파수 영역의 직교 코드 확산을 행함으로써, 복수의 서브 캐리어에 분할하여 송신한다.

또한, MC-CDMA의 일종인 OFDM과 CDMA를 조합한, 직교 주파수 ·부호 분할 다원 접속(OFDM-CDMA)방식의 검토도 행해지고 있다. 이것은 MC-CDMA에 의해 서브 캐리어로 분할된 신호에 IFFT 처리를 실시하여 직교 주파수 다중함으로써 주파수 이용 효율을 높인 방식이다.

● 멀티캐리어 CDMA 방식의 원리

멀티캐리어 CDMA 방식의 원리는, 도 12에 도시한 바와 같이, 주기 Ts의 1 심볼의 송신 데이터 D로부터 N개의 복사 데이터를 작성하고, 채널화 코드인 확산 코드(직교 코드)를 구성하는 각 코드 C₁∼C_N을 개별로 상기 각 복사 데이터에 승산기(1₁∼1_N)에 의해 승산하고, 각 승산 결과 D·C₁∼D·C_N을 도 13의 (a)에 도시하는 주파수 f₁∼f_N의 N개의 서브 캐리어에 의해 멀티캐리어 전송한다. 이상은 1 심볼의 송신 데이터를 멀티캐리어 전송하는 경우이지만, 실제로는 송신 데이터를 M 심볼의 병렬 데이터로 변환하고, M개의 각 심볼에 도 12에 도시하는 처리를 실시하여, M×N개의 승산 결과를 주파수 f₁∼f_NM의 M×N개의 서브 캐리어를 이용하여 멀티캐리어 전송한다. 서브 캐리어의 총수 M×N은 (패러랠 계열 수 M)×(확산율 N)이다. 또한, 도 13의 (b)에 도시하는 주파수 배치의 서브 캐리어를 이용함으로써 직교 주파수 ·부호 분할 다원 접속 방식(OFDM-CDMA)을 실현할 수 있다.

이상에서는 송신 데이터를 복사한 후에 각 복사 데이터에 채널화 코드를 승 산했지만, 도 14에 도시한 바와 같이, 승산기 MP에서 송신 데이터에 심볼마다 채널화 코드 C₁, C₂, …, C_N을 승산하고, 그 후, 시리얼/패러랠 변환기(S/P 변환기) SPC에서 S/P 변환하도록 구성할 수도 있다. 또한 실제로는 M 심볼 분이 S/P 변환된다.

● OFDM-CDMA의 송신측(기지국)의 구성

도 15는 OFDM-CDMA의 송신측(기지국)의 구성도이다. 송신 데이터는 동상(同相) 성분과 직교 성분으로 이루어지는 복소 베이스 밴드 신호(심볼)로 변환되고 있다.

제1 사용자(제1 채널)용의 확산부(10₁)는, 제1 사용자의 송신 데이터 TA1에, 심볼마다 제1 사용자의 채널화 코드 TB1(CH₁₁, C₂₁, …, C_N1)을 승산하고, 코드화된 데이터 TC1을 출력한다. 채널화 코드 TB1은 심볼 레이트의 SF배의 칩 레이트를 갖고 있다. SF는 확산율이며, SF=N으로 하고 있다.

도 16에 SF=4인 경우의 입력 심볼 열 TA1과 채널화 코드 패턴 TB1 및 이들 승산 결과 TC1의 관계를 도시한다. 제1 채널의 채널화 코드 TB1은, 다른 채널의 채널화 코드에 대하여 상관이 0으로 되도록, 즉 직교하도록 선택되고 있고, 다른 채널의 채널화 코드 TB2, TB3도 마찬가지로 선택되고 있다. 채널화 코드 TB1∼TB3의 각 1 비트를 칩이라고 부른다. 예로서, TB1, TB2, TB3을 이하와 같이 설정하면,

TB1=1, -1, -1, 1

TB2=1, 1, -1, -1

TB3=1, -1, 1, -1

서로의 상관은,

상관(TB1, TB2)=1×1+(-1)×1+(-1)×(-1)+1×(-1)=0

등과 같이 0으로 되어 있다. 이와 같이 복수의 채널 분리를 위해서 채널화 코드로서 직교하는 코드 패턴을 사용한다.

전력 제어 ·IFFT부(11₁)의 S/P 변환부(21)는 M 심볼 분의 N×M개의 칩 열을 S/P 변환한다. 예를 들면, M=8, N=4로 하면, 도 17에 도시하는 32개의 칩(TD0∼TD31)을 병렬 데이터 S₀∼S_Nc-1(Nc=N×M)로 변환하여 출력한다. 즉, S/P 변환부(21)는 서브 캐리어 f₀∼f_Nc-1에 의해 멀티캐리어 전송하기 위한 서브 캐리어 신호 S₀ ∼S_Nc-1을 출력한다. 이 Nc(=M×N)개의 서브 캐리어 신호 S₁∼S_Nc-1은 OFDM 심볼을 구성한다.

이상으로부터, 확산부(10₁)로부터 출력하는 칩 열은, S/P 변환에 의해, 주파수(서브 캐리어)-시간 상에 도 18에 도시한 바와 같이 배치된다. 또한, chip₀∼chip_Nc-1은 최초의 Nc개의 서브 캐리어 신호 S₀∼S_Nc-1에 상당하고, chip_Nc∼chip_2Nc-1은 다음의 Nc개의 서브 캐리어 신호 S₀∼S_Nc-1에 상당한다.

이어서, 송신전력 제어부(22)를 구성하는 승산부(22₀∼22_Nc-1)는, 가중계수 W1₀∼W1_Nc-1을 Nc개의 서브 캐리어 신호 S₀∼S_Nc-1에 승산한다. 즉, 송신전력 제어부(22)는 가중계수 W1₀∼W1_Nc-1에 의해 각 서브 캐리어를 독립적으로 전력 제어한다. 이 가중계수 W1₀∼W1_Nc-1은 일정 시간마다 전파로나 간섭 잡음의 상태에 따라 값이 갱신된다.

IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)부(23)는, 병렬 입력하는 전력 제어된 서브 캐리어 신호에 IFFT(역 푸리에 변환) 처리를 실시하고, P/S 변환부(24)는 패러랠-시리얼 변환(P/S 변환)에 의해 IFFT 출력을 시간 함수 신호 TF1로 변환하여 출력한다.

다른 사용자 채널도 제1 채널과 마찬가지로, 확산부(10₂, 10₃)에서 서로 다른 채널화 코드 TB2, TB3을 이용하여 송신 데이터 TA2, TA3을 확산 변조하고, 전력 제어 ·IFFT부(11₂∼11₃)에서 가중계수 Wij를 이용하여 송신전력 제어, IFFT 처리를 행하여 시간 함수 신호 TF2, TF3을 출력한다. 또한, 파일럿 채널도 사용자 채널과 마찬가지로, 확산부(10_p)에서 파일럿 확산 코드 TBP를 이용하여 파일럿 심볼 TAP를 확산 변조하고, IFFT부(11_p)에서 IFFT 처리를 행하여(전력 제어는 하지 않음), 시간 함수 신호 TFP를 출력한다.

합성부(12)는 각 채널의 시간 함수 신호 TF1, TF2, TF3, TFP를 코드 다중화 하고, DA 변환부(13)는 코드 다중 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 업 컨버전부(14)는 직교 변조후, 무선 주파수로 업 컨버전함과 함께 고주파 증폭하여 안테나로부터 송신한다.

● OFDM-CDMA의 수신측의 구성

도 19는 OFDM-CDMA의 수신측(이동국)의 구성도이다. 다운 컨버전부(30)는 수신한 멀티캐리어 신호로 주파수 변환 처리를 실시한 후, 직교 복조 처리를 실시하여 베이스 밴드 신호를 출력한다. AD 변환기(31)는 베이스 밴드 신호를 디지털로 변환하여 S/P 변환부(32), 패스 서치부(33)에 입력한다. S/P 변환부(32)는 AD 변환 출력을 병렬 데이터로 변환하여 FFT(Fast Fourier Transform)부(34)에 입력한다. 패스 서치부(33)는 매치 필터 구성으로 되어 있고, 제1 채널의 확산 코드와 수신 신호의 상관을 연산하여 역확산 타이밍을 결정하고, 해당 타이밍 데이터를 사용자 채널 역확산부(38), 파일럿 채널 역확산부(39)에 입력한다.

FFT부(34)는 FFT 윈도우 타이밍에서 FFT 연산 처리를 행하여 시간 영역의 신호를 Nc(=N×M)개의 서브 캐리어 신호 SP₀∼SP_Nc-1로 변환하고, 채널 추정부(35)는 각 서브 캐리어에 다중되어 있는 파일럿을 이용하여 서브 캐리어마다 채널 추정을 행하고, 채널 보상부(36)는 서브 캐리어마다의 채널 추정치 CC₀∼CC_Nc-1을 FFT 출력에 승산하여 채널 보상(페이징의 보상)을 행한다. 즉, 채널 추정부(35)는 파일럿 신호를 이용하여 각 서브 캐리어의 페이징에 의한 영향 Aexp(jφ)를 추정하고, 채널 보상부(36b)는 송신 심볼의 서브 캐리어 신호 성분에 (1/A) ·exp(-jφ)를 승산하여 페이징을 보상한다.

P/S 변환부(37)는 채널 보상된 Nc(=N×M)개의 서브 캐리어 신호를 시리얼 데 이터로 변환하여 사용자 채널 역확산부(38), 파일럿 채널 역확산부(39)에 입력한다.

사용자 채널 역확산부(38), 파일럿 채널 역확산부(39)는, 패스 서치부(33)로부터 입력되고 있는 역확산 타이밍에서, 입력 데이터 열에 제1 채널의 채널화 코드 TB1과 파일럿 확산 코드 TBP를 각각 승산하여, 사용자 채널 심볼, 제어 채널 심볼을 복조한다.

● 송신전력 제어

정보 통신의 기본적인 정리(주수 정리(注水定理))에 따르면, 잡음이 비 백색인 경우, 통신에서 정확하게 정보를 전할 수 있는 정보량을 최대로 하는 송신전력의 스펙트럼 분포는, 잡음 스펙트럼을 호저(湖低)의 지형으로 가정했을 때, 총 송신전력을 물을 붓듯이 부었을 때에 생기는 호수의 깊이로 된다는 것이 알려져 있다. 또한, 잡음 스펙트럼이 매우 크고, 수면보다도 잡음의 지형이 높은 주파수에서는, 송신전력=0으로 한다.

도 20은 전파로에 의한 송신파의 감쇠 등이 없고, 수신 전력은 송신전력의 분포와 동일한 전력 분포에서 수신되고, 캐리어마다의 간섭 잡음이 일정하지 않다고 상정한 경우에 있어서의 주수 정리에 기초한 종래의 송신전력 제어의 설명도이며, NP는 잡음 스펙트럼, SP는 주수 정리에 기초한 송신전력 스펙트럼, P는 전력 제어하지 않는 경우의 송신전력이다. 또한, 도 20에 있어서, 송신전력 스펙트럼 SP의 적분치가 총 송신전력으로 되고, TOP가 수면으로 되고, 수면으로부터의 깊이가 송신전력 스펙트럼 SP로 되어 있다.

종래의 OFDM 시스템에서는, 인접하는 서브 캐리어는 상호 독립인 정보를 송수신하고 있다. 이 때문에, 서브 캐리어마다 송신전력을 제어함으로써 서브 캐리어 사이에서의 가중계수 W_ij에 차가 발생하고, 이에 의해 서브 캐리어 사이에서의 전력 분포의 차이가 발생해도 하등 문제로 되지 않았다.

그러나, 이러한 서브 캐리어마다의 송신전력 제어를 OFDM-CDMA 방식의 통신 시스템에 적용하면, 채널화 코드의 직교성이 열화되어, 품질의 열화가 발생한다. 도 21을 참조하여 종래의 전력 제어에 의한 직교성 열화를 설명한다. 전력 제어를 행하지 않으면, (a)에 도시한 바와 같이 각 서브 캐리어의 전력은 동일하기 때문에, 채널화 코드 A, B의 상관은 0으로 되어, 직교성이 유지된다. 실제로, 채널화 코드 A, B가

CODE-A=-1, +1, -1, +1

CODE-B=-1, +1, +1, -1

이라고 하면, 상관은,

(-1)×(-1)+1×1+(-1)×1+1×(-1)=O

으로 된다. 그런데, 종래의 전력 제어와 같이 각 서브 캐리어마다 전력 제어를 행하면, 직교성이 무너진다. 예를 들면, (b)에 도시한 바와 같이 채널화 코드 A, B가

CODE-A=-1, +1, -2, +2

CODE-B=-1, +2, +1, -2

라고 하면, 상관은

(-1)×(-1)+1×2+(-2)×1+2×(-2)=-3

으로 되어, 직교성이 무너진다.

이상과 같이, 종래의 서브 캐리어마다 전력 제어를 행하는 방식을 OFDM-CDMA 시스템에 적용하려고 하면, 채널화 코드의 직교성을 열화시키기 때문에, 통신 품질의 열화를 초래하고 있었다.

이상으로부터, 본 발명의 목적은 OFDM-CDMA 시스템에 적용해도 채널화 코드의 직교성을 유지할 수 있고, 통신 품질의 열화를 방지하는 송신전력 제어방법 및 송신전력 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 복수의 심볼에 확산율에 따른 길이의 채널화 코드를 승산하여 다수의 서브 캐리어 성분을 작성하고, 해당 서브 캐리어 성분의 각각을 대응하는 서브 캐리어에 의해 송신하는 OFDM-CDMA 통신 시스템에 있어서의 전력 제어방법 및 송신전력 제어장치에 있어서, 확산율의 정수배의 수로 서브 캐리어 대역을 분할하고, 각 분할 구간(서브 캐리어 블록) 내에서는 일정한 송신전력을 할당함과 함께, 서브 캐리어 블록마다 송신전력을 제어한다.

송신전력을 제어하는 제1 방법은, 송신 신호 전력이 전파로에서의 감쇠나 위상 변화를 받아 계수 γ가 승산되는 경우, 서브 캐리어마다, 추정한 간섭 전력 N을 전파로의 계수 γ로 나눈 값 N/γ와 송신전력의 합계가 일정해지는 송신전력치를 구하고, 각 서브 캐리어의 상기 송신전력치에 기초하여 서브 캐리어 블록에서의 평 균 송신전력을 산출하고, 해당 평균 송신전력치에 기초하여 서브 캐리어 블록에서의 송신전력을 제어한다.

송신전력을 제어하는 제2 방법은, 서브 캐리어 블록의 송신전력을, 상기 서브 캐리어 블록의 평균 수신 신호 전력 대 간섭 전력비가 일정해지도록 제어한다.

이상과 같이 하면, 채널화 코드의 직교성을 유지할 수 있고, 통신 품질의 열화를 방지할 수 있다.

도 1은 제1 실시예의 OFDM-CDMA 통신 시스템에 있어서의 기지국의 구성도.

도 2는 가중계수 산출부의 구성도.

도 3은 본 발명의 송신전력 제어에 의한 송신전력 설명도.

도 4는 가중계수 산출부의 다른 구성도.

도 5는 제1 실시예의 OFDM-CDMA 통신 시스템에 있어서의 이동국의 구성도.

도 6은 레벨 측정부의 구성도.

도 7은 채널 추정부의 구성도.

도 8은 제2 실시예의 기지국의 구성도.

도 9는 제2 실시예의 이동국의 구성도.

도 10은 제3 실시예의 기지국의 구성도.

도 11은 제3 실시예의 이동국의 구성도.

도 12는 멀티캐리어 CDMA 방식의 원리 설명도.

도 13은 멀티캐리어 전송, OFDM 전송의 주파수 배치 설명도.

도 14는 멀티캐리어 CDMA 방식의 다른 원리 설명도.

도 15는 종래의 OFDM-CDMA의 송신측(기지국)의 구성도.

도 16은 SF=4인 경우의 입력 심볼 열 TA1과 채널화 코드 패턴 TB1 및 이들 승산 결과 TC1의 관계 설명도.

도 17은 S/P 변환 설명도.

도 18은 주파수(서브 캐리어)-시간(심볼) 평면 상의 칩 배치도.

도 19는 종래의 OFDM-CDMA의 수신측(이동국)의 구성도.

도 20은 주수 정리에 기초한 종래의 송신전력 제어의 설명도.

도 21은 종래의 전력 제어에 의한 직교성 열화의 설명도.

(A) 제1 실시예

● 기지국의 구성

도 1은 제1 실시예의 OFDM-CDMA 통신 시스템에 있어서의 기지국의 구성도이고, 각 사용자 채널 및 파일럿 채널의 송신 데이터는, 동상 성분과 직교 성분으로 이루어지는 복소 베이스 밴드 신호(심볼)로 변환되고 있다.

제1 사용자(제1 채널)용의 확산부(50₁)는, 제1 사용자의 각 심볼 TA1에, 제1 사용자의 채널화 코드 TB1(C₁₁, C₂₁, …, C_N1)을 승산하고, 코드화된 데이터 TC1을 출력한다. 채널화 코드 TB1은 심볼 레이트의 SF배의 칩 레이트를 갖고 있다. SF는 확산율이며, SF=N으로 하고 있다.

전력 제어 ·IFFT부(51₁)의 S/P 변환부(61)는 M 심볼 분의 N×M개의 칩 열을 S/P 변환한다. 예를 들면, M=8, N=4로 하면, 32(=8×4) 칩을 병렬 데이터 S₀∼S_Nc-1(Nc=N×M)로 변환하여 출력한다. 즉, S/P 변환부(61)는 서브 캐리어 f₀∼f_Nc-1에 의해 멀티캐리어 전송하기 위한 서브 캐리어 신호 S₀∼S_Nc-1을 출력한다. 이 Nc(=M×N)개의 서브 캐리어 신호 S₁∼S_Nc-1은 OFDM 심볼을 구성한다.

가중계수 산출부(52)는 서브 캐리어 대역 f₀∼f_Nc-1을 확산율 N의 정수배(예컨대, 1배)의 수로 M개의 서브 캐리어 블록으로 분할하고, 분할 구간(서브 캐리어 블록)마다 송신전력을 제어함과 함께, 서브 캐리어 블록 내에서는 각 서브 캐리어에 일정한 송신전력을 할당한다. 즉, M개의 각 서브 캐리어 블록의 송신전력 W₁∼W_M으로 하면, 각 서브 캐리어의 가중계수를 이하와 같이

결정한다. 이 가중계수 W₁∼W_M은 일정 시간마다 전파로나 간섭 잡음의 상태에 따라 값이 갱신된다.

송신전력 제어부(62)를 구성하는 승산부(62₀∼62_Nc-1)는, 가중계수 산출부(52)로부터 입력되는 가중계수 W1₀∼W1_Nc-1을 N_c 개의 서브 캐리어 신호 S ₀∼S_Nc-1에 승산한다. 또한, 상기한 바와 같이 가중계수를 결정하고 있기 때문에, 각 서브 캐리어 블록의 채널화 코드 수 N개의 서브 캐리어의 송신전력은 동등하게 되어 있다.

IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)부(63)는, 병렬 입력하는 전력 제어된 서브 캐리어 신호에 IFFT(역 푸리에 변환) 처리를 실시하고, P/S 변환부(64)는 패러랠-시리얼 변환(P/S 변환)에 의해 IFFT 출력을 시간 함수 신호 TF1로 변환하여 출력한다.

다른 사용자 채널도 제1 사용자 채널과 마찬가지로, 확산부(50₂, 50₃)에서 서로 다른 채널화 코드 TB2, TB3을 이용하여 데이터 심볼 TA2, TA3을 확산 변조하고, 전력 제어 ·IFFT부(51₂∼51₃)에서 가중계수 Wij를 이용하여 송신전력 제어, IFFT 처리를 행하여 시간 함수 신호 TF2, TF3을 출력한다. 또한, 파일럿 채널도 사용자 채널과 마찬가지로, 확산부(50_p)에서 파일럿 확산 코드 TBP를 이용하여 파일럿 심볼 TAP를 확산 변조하고, IFFT부(51_p)에서 IFFT 처리를 행하여(전력 제어는 하지 않음), 시간 함수 신호 TFP를 출력한다.

합성부(53)는 각 채널의 시간 함수 신호 TF1, TF2, TF3, TFP를 코드 다중하고, DA 변환부(54)는 코드 다중 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 업 컨버전부(55)는 직교 변조후, 무선 주파수로 업 컨버전함과 함께 고주파 증폭하여 하이브리드(56)를 통하여 안테나로부터 송신한다.

또한, 수신 신호는 하이브리드(56)를 통하여 다운 컨버전부(57)에 입력되고, 다운 컨버전부(57)는 수신한 멀티캐리어 신호로 주파수 변환 처리를 실시한 후, 직교 복조 처리를 실시하여 베이스 밴드 신호를 출력한다. AD 변환기(58)는 베이스 밴드 신호를 디지털로 변환하여 복조부(59)에 입력한다. 복조부(59)는 복조 처리를 실행하여 수신측으로부터 보내져 온 각 서브 캐리어마다의 간섭 전력 Nij와 전파로의 계수 γij를 가중계수 산출부(52)에 입력한다.

● 가중계수 산출부의 구성

도 2는 가중계수 산출부의 구성도이다.

가중계수 산출부(52)는, Nc=(M×N)개의 서브 캐리어 f₀∼f_Nc-1로 구성된 서브 캐리어 대역을 확산율의 정수배값(예를 들면 N×1)으로 제산하여 M개의 서브 캐리어 블록으로 분할한다. 도 2에서는 N=4, M=8인 경우를 도시하고 있다. 그리고, 서브 캐리어 블록마다의 송신전력 산출부(52₁∼52₈)는, 우선, 수신측으로부터 보내져 오는 서브 캐리어마다의 간섭 전력 Nij(i는 사용자 채널, j는 서브 캐리어)과 전파로의 계수 γij를 이용하여 서브 캐리어마다의 송신전력을 계산하고, 이어서, 이들 서브 캐리어의 송신전력을 이용하여 서브 캐리어 블록의 평균 송신전력 W₁∼W_M을 계산한다. 이하, 서브 캐리어마다의 송신전력 wij의 계산법을 설명한다.

가중치를 wij로서 송신한 경우, 수신기에서의 수신 전력은 서브 캐리어 j에 대하여, Pj=wij×γij로 된다. 또한, 간섭량은 Nij로 한다. 이 때 Pj, Nij를 채 널 γ에 의해 규격화하여 생각하면, wij=Pj/γij, Nij/γij로 된다. 이것은 마치 간섭이 Nij/γij와 같이 채널에 따라 변동하여 수신되고, 송신전력은 송신측에서의 가중치가 그대로의 값으로 수신되고 있는 것처럼 보인다.

정보 통신의 기본적인 정리(주수 정리)에 따르면, 이러한 잡음이 비 백색인 경우에 통신에 의해 정확하게 전할 수 있는 정보량을 최대로 하는 전력 스펙트럼의 분포는, 잡음 스펙트럼을 지형으로 가정한 경우에, 총 송신전력을, 물을 붓 듯이 부었을 때에 생기는 호수의 깊이로 된다는 것이 알려져 있다.

상기의 경우, 잡음의 지형은 Nij/γij이고, 물(총 송신전력)을 부었을 때의 깊이는 수면이 일정한 높이이기 때문에, 상수 a를 이용하여 송신전력 분포는 다음 식

Nij/γij+송신전력=a=상수

로 표현된다. 여기서의 송신전력은, wij=Pj/γij이므로, 다음 식

Nij/γij+wij=a

가 성립된다. 결국, 가중계수는 다음 수학식

에 의해 결정된다. a는 가중치가 총 송신전력을 변화시키지 않도록

로 하면, 다음 식

에 의해 구할 수 있다.

이상으로부터, 송신전력 산출부(52₁∼52₈)의 서브 캐리어 송신전력 산출부(52a∼52d)는 수학식 2에 따라서 N(=4)개의 서브 캐리어의 송신전력을 산출하고, 평균부(52e)는 N(=4)개의 서브 캐리어의 송신전력의 평균치를 각 서브 캐리어 블록의 송신전력 W₁∼W_M으로서 출력한다. 즉, 제1 서브 캐리어 블록 내의 N개의 서브 캐리어 f₀∼f_Nc-1의 송신전력을 각각 W₁로 하고, 제2 서브 캐리어 블록 내의 N개의 서브 캐리어 f_N∼f_2N-1의 송신전력을 각각 W₂로 하고, 이하 마찬가지로 제M 서브 캐리어 블록 내의 N개의 서브 캐리어 f_(M-1)N∼f_Nc-1의 송신전력을 각각 W_M으로 한다. 그리고, 각 서브 캐리어의 가중계수 W1₁∼W1_Nc-1을 수학식 1에 따라서 결정하여 전력 제어 ·IFFT부(51₁)의 송신전력 제어부(62)에 입력한다.

● 송신전력 제어 결과

이상과 같이 하면, 도 3에 도시한 바와 같이 채널화 코드 수 N(=4)을 단위로 송신전력 제어가 행해지게 되어, 직교성이 유지된다. 예를 들면, 2개의 사용자 채널의 채널화 코드 A, B가 각각 송신전력 제어에서

CODE-A=-1×W₁, +1×W₁, -1×W₁, +1×W₁

CODE-B=-1×W₁′, +1×W₁′, +1×W₁′, -1×W₁′

로 되었다고 해도, 상관은,

W₁×W₁′×{(-1)×(-1)+1×1+(-1)×1+1×(-1)}=0

으로 되어, 직교성이 유지된다.

● 가중계수 산출부의 다른 구성

도 4는 가중계수 산출부의 다른 구성도이며, 서로 다른 점은 서브 캐리어마다의 송신전력 wij의 계산법이고, 송신 신호 전력이 전파로에서의 감쇠나 위상 변화를 받아 계수 γij가 승산되는 경우, 서브 캐리어마다, 수신기가 추정한 간섭 전력 Nij를 전파로의 계수 γij로 나눈 값 Nij/γij와 송신전력의 합계가 일정해지는 송신전력치 wij를 구한다.

즉, 가중치를 wij로서 송신한 경우, 수신기에서의 수신 전력은 서브 캐리어 j에 대하여, Pj=wij×γij로 된다. 또한, 간섭량을 Nij로 하면, 수신 신호 대 잡음비가 일정치 b로 되는 가중치는 다음 식

신호 대 잡음비=wij×γij/Nij=b

로 주어진다. 따라서, 가중계수 wij는

로 된다. b는, 총 송신전력을 Pt로 하여

로 하면,

로부터 구해진다.

이상으로부터, 송신전력 산출부(52₁∼52₈)의 서브 캐리어 송신전력 산출부(52f∼52i)는 수학식 3에 따라서 N(=4)개의 서브 캐리어의 송신전력을 산출하고, 평균부(52j)는 N(=4)개의 서브 캐리어의 송신전력의 평균치를 각 서브 캐리어 블록의 송신전력 W₁∼W_M으로서 출력한다. 그리고, 각 서브 캐리어의 가중계수 W₁∼W1_Nc-1을 수학식 1에 따라서 결정하여 전력 제어 ·IFFT부(51₁)의 송신전력 제어부(62)에 입력한다.

● 이동국의 구성

도 5는 제1 실시예의 OFDM-CDMA 통신 시스템에 있어서의 이동국의 구성도이며, 제1 사용자 채널의 채널화 코드가 할당되어 있다.

다운 컨버전부(71)는 하이브리드(70)를 통하여 수신한 멀티캐리어 신호로 주파수 변환 처리를 실시한 후, 직교 복조 처리를 실시하여 베이스 밴드 신호를 출력한다. AD 변환기(72)는 베이스 밴드 신호를 디지털로 변환하여 S/P 변환부(73)와 패스 서치부(74)에 입력한다. S/P 변환부(73)는 AD 변환 출력을 병렬 데이터로 변환하여 FFT(Fast Fourier Transform)부(75)에 입력한다. 패스 서치부(74)는 매치 필터 구성으로 되어 있고, 제1 채널의 확산 코드와 수신 신호의 상관을 연산하여 역확산 타이밍을 결정하고, 해당 타이밍 데이터를 사용자 채널 역확산부(80), 파일럿 채널 역확산부(81)에 입력한다.

FFT부(75)는 FFT 윈도우 타이밍에서 FFT 연산 처리를 행하여 시간 영역의 신호를 Nc(=N×M)개의 서브 캐리어 신호 SP₀∼SP_Nc-1로 변환하고, 레벨 측정부(76)는 각 서브 캐리어에 다중되어 있는 파일럿 신호를 이용하여 각 서브 캐리어의 희망 신호 전력 및 간섭 전력 Nij를 산출한다.

또한, 채널 추정부(77)는 각 서브 캐리어에 다중되어 있는 파일럿을 이용하여 서브 캐리어마다 채널 추정을 행하고, 채널 보상부(78)는 서브 캐리어마다의 채널 추정치 γij(i=1, j=0∼Nc-1)를 FFT 출력에 승산하여 채널 보상을 행한다.

P/S 변환부(79)는 채널 보상된 Nc(=N×M)개의 서브 캐리어 신호를 시리얼 데이터로 변환하여 사용자 채널 역확산부(80), 파일럿 채널 역확산부(81)에 입력한다.

사용자 채널 역확산부(80), 파일럿 채널 역확산부(81)는, 패스 서치부(74)로부터 입력되고 있는 역확산 타이밍에서, 입력 데이터 열에 제1 채널의 채널화 코드 TB1과 파일럿 확산 코드 TBP를 각각 승산하고, 사용자 채널 심볼, 제어 채널 심볼을 복조한다.

전력 제어용의 제어 정보 생성부(82)는 레벨 측정부(76), 채널 추정부(77)로부터 입력되는 각 서브 캐리어의 채널 추정치 γij와 간섭 전력 Nij를 송신에 적합한 형태로 출력한다. 이동국으로부터 기지국으로의 업 링크에는 2 종류의 채널(개별 물리 데이터 채널 DPDCH와 개별 물리 제어 채널 DPCCH)이 준비되어 있기 때문에, 시간 다중부(83)는 해당 제어 채널 DPCCH에 시간 분할로 파일럿 심볼, 전력 제어용의 제어 정보(채널 추정치 γij와 간섭 전력 Nij), 그 밖의 제어 정보를 매립한다.

제1 데이터 변조부(84)는 제어 채널 DPCCH의 데이터에 BPSK 변조를 실시하고, 제2 데이터 변조부(85)는 데이터 채널 DPDCH의 데이터에 BPSK 변조를 실시한다. 데이터 채널 DPDCH에는 음성 등의 사용자 데이터가 매립되어 있다.

제어 채널의 제1 확산부(86)는 데이터 채널과는 상관이 낮은 확산 코드를 이용하여 제어 정보를 확산하고, 데이터 채널의 제2 확산부(87)는 제어 채널과는 상관이 낮은 확산 코드로 사용자 데이터를 확산한다. 합성부(88)는 확산된 데이터 채널 및 제어 채널을 다중하고, 업 컨버전부(89)는 RF 처리(대역 제한, 전력 증폭, 업 컨버전)를 하여 송신한다.

도 6은 레벨 측정부(76)의 구성도이며, 1 서브 캐리어에 대해서만 도시하고 있다.

신호점 위치 변경부(76a)는 I-jQ 복소 평면에 있어서의 수신 파일럿 신호의 I 성분, Q 성분의 절대치를 취하여 해당 수신 파일럿 신호를 I-jQ 복소 평면의 제1 상(象) 신호로 변환한다. 블록 평균부(76b)는 N 심볼 분의 수신 파일럿 신호의 평 균을 연산하고, 전력화부(76c)는 평균치의 I, Q 축 성분을 자승하여 가산함으로써 소정 서브 캐리어의 희망 신호 전력을 출력한다.

한편, 파일럿 심볼 패턴 생성부(76d)는, I-jQ 복소 좌표계에 있어서의 이상 파일럿 심볼점의 위치 벡터(기지)를 출력하고, 복소 공액부(76e)는 해당 위치 벡터의 복소 공액을 출력하고, 승산부(오차 벡터부)(76f)는 실제의 수신 파일럿 심볼의 위치 벡터와 이상 파일럿 심볼의 복소 공액을 연산하고, 실제의 파일럿 심볼의 위치 벡터와 이상 파일럿 심볼의 위치 벡터의 오차 벡터를 연산한다. 오차 전력 연산부(76g)는 오차 벡터의 각 축 성분의 자승을 연산하여 수신 전력의 분산(오차 벡터 전력)을 연산하고, 평균치 연산부(76h)는 N 심볼 분의 오차 전력의 평균치를 연산하여 간섭 전력 Nij를 출력한다.

도 7은 채널 추정부(77)의 구성도이며, 1 서브 캐리어에 대해서만 도시하고 있다.

파일럿 심볼 패턴 생성부(77a)는 I-jQ 복소 좌표계에서의 이상 파일럿 심볼점의 위치 벡터(기지)를 출력하고, 복소 공액부(77b)는 해당 위치 벡터의 복소 공액을 출력하고, 승산부(77c)는 실제의 수신 파일럿 심볼의 위치 벡터와 이상 파일럿 심볼의 복소 공액을 연산하고, 블록 평균부(77d)는 승산부(77c)의 출력을 N 심볼 분 평균화하여 채널 추정치 γij를 출력한다.

(B) 제2 실시예

제1 실시예에서는 기지국에서 서브 캐리어 블록의 가중계수 W₁∼W_M을 연산했 지만, 제2 실시예에서는 이동국 측에서 가중계수 W₁∼W_M을 연산하여 기지국 측에 보내 서브 캐리어 블록마다의 송신전력 제어를 행한다.

도 8은 제2 실시예의 기지국의 구성도이고, 제1 실시예와 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 놓았다. 제1 실시예와 다른 점은 가중계수 산출부(52) 대신에, 가중계수 배포부(91)가 마련되어 있는 점이다. 가중계수 배포부(91)는 수신측으로부터 보내져 온 가중계수 W₁∼W_M을 이용하여 수학식 1에 따라서 각 서브 캐리어의 가중계수 Wij(j=0∼Nc-1)를 결정하여 전력 제어 ·IFFT부(51₁)의 송신전력 제어부(62)에 입력한다. 다른 사용자 채널에 대해서도 마찬가지이다.

도 9는 제2 실시예의 이동국의 구성도이고, 제1 실시예와 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 놓았다. 제1 실시예와 다른 점은 가중계수 산출부(92)가 마련되어 있는 점이다. 이 가중계수 산출부(92)는 도 2 혹은 도 4에 도시한 가중계수 산출부와 동일한 구성을 구비하고, 제1 사용자 채널의 각 서브 캐리어 블록의 가중계수 W₁∼W_M을 연산하고, 제어 채널로 기지국에 송신한다.

(C) 제3 실시예

제1 실시예에서는 기지국에서 서브 캐리어 블록의 가중계수 W₁∼W_M을 연산했지만, 제3 실시예에서는 이동국 측에서 가중계수 W₁∼W_M을 연산하고, 연산한 가중계수 W₁∼W_M과 현재의 가중계수 W₁∼W_M을 비교하여 가중계수의 증감을 결정하고, 증감 지시를 기지국 측에 보내 서브 캐리어 블록마다의 송신전력 제어를 행한다.

도 10은 제3 실시예의 기지국의 구성도이고, 제1 실시예와 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 놓았다. 제1 실시예와 다른 점은 가중계수 산출부(52) 대신에, 가중계수 증감부(100)를 마련한 점이다. 가중계수 증감부(100)는, 이동국으로부터 서브 캐리어 블록마다 가중계수의 증감 UP/DN이 지시되기 때문에, 증가 UP가 지시된 서브 캐리어 블록의 송신전력(가중계수)을 소정량 증가하고, 감소 DN이 지시된 서브 캐리어 블록의 송신전력(가중계수)을 소정량 감소하여, 각 서브 캐리어 블록의 가중계수 W₁∼W_M을 연산하고, 그런 후, 해당 가중계수 W₁∼W_M 을 이용하여 수학식 1에 따라서 각 서브 캐리어의 가중계수 Wij(j=0∼Nc-1)를 결정하여 전력 제어 ·IFFT부(51₁)의 송신전력 제어부(62)에 입력한다. 다른 사용자 채널에 대해서도 마찬가지이다.

도 11은 제3 실시예의 이동국의 구성도이고, 제1 실시예와 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 놓았다. 제1 실시예와 다른 점은 가중계수의 증감을 결정하여 기지국에 지시하는 구성을 갖고 있는 점이다.

가중계수 산출부(92)는 도 2 또는 도 4에 도시한 가중계수 산출부와 동일한 구성을 구비하고, 제1 사용자 채널의 각 서브 캐리어 블록의 가중계수 W₁∼W_M(송신전력 분포)를 연산하여 가중계수 보존부(93)에 기억함과 함께 감산부(94)에 입력한다. 감산부(94)는 금회 연산된 가중계수 W₁∼W_M(송신전력 분포)과 보존부(93)에 기억되어 있는 현재의 송신전력 W₁∼W_M(송신전력 분포)을 서브 캐리어 블록마다 비교 하고, 증감 비트 작성부(95)는 서브 캐리어 블록마다 금회의 가중계수가 크면 증가를 지시하고, 작으면 감소를 지시하는 비트 데이터를 작성하고, 제어 채널로 기지국에 송신한다.

이상 본 발명에 따르면, 채널화 코드의 직교성을 유지할 수 있고, 통신 품질의 열화를 방지할 수 있다.

이상에서는 주수 정리에 기초하여 전력 제어를 행하는 경우에 대해 설명했지만 일례이며, 그 밖의 송신전력 제어를 행하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있는 것은 물론이다.

또한 이상에서는, 확산율의 정수배의 수로서, 1배의 수(=N)의 경우에 대하여 설명했지만, 2 이상의 정수배이더라도 채널화 코드의 직교성을 유지할 수 있고, 통신 품질의 열화를 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, OFDM-CDMA 시스템에 적용해도 채널화 코드의 직교성을 유지할 수 있고, 통신 품질의 열화를 방지하는 송신전력 제어방법 및 송신전력 제어장치를 제공할 수 있다.

Claims (12)

1. 삭제
2. 복수의 심볼에 확산율에 따른 길이의 채널화 코드를 승산하여 다수의 서브 캐리어 성분을 작성하고, 해당 서브 캐리어 성분의 각각을 대응하는 서브 캐리어에 의해 송신하는 OFDM-CDMA통신 시스템에 있어서의 전력 제어방법에 있어서,

   상기 확산율의 정수배의 수로 서브 캐리어 대역을 분할하고,

   각 분할 구간(서브 캐리어 블록)마다 전파로의 상태를 취득하고,

   서브 캐리어 블록 내에서는 일정한 송신 전력을 할당함과 함께, 서브 캐리어 블록마다 상기 전파로의 상태에 기초해서 송신 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 제어방법.
3. 제2항에 있어서,

   송신 신호전력이 전파로에서의 감쇠나 위상 변화를 받아 계수γ가 승산되는 경우,

   서브 캐리어마다, 간섭 전력 N을 전파로의 계수γ로 나눈 값 N/γ와 송신 전력의 합계가 일정해지는 송신전력치를 구하고,

   각 서브 캐리어의 상기 송신전력치에 기초해서 서브 캐리어 블록에서의 평균 송신 전력을 산출하고,

   해당 평균 송신전력치에 기초해서 서브 캐리어 블록에서의 송신 전력을 제어 하는 것을 특징으로 하는 전력 제어방법.
4. 제2항에 있어서,

   서브 캐리어 블록의 송신 전력을, 해당 서브 캐리어 블록의 평균 수신 신호전력 대 간섭 전력비가 일정해지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 제어방법.
5. 제2항에 있어서,

   제1 송수신 장치는 서브 캐리어 블록마다의 송신전력 제어를 행하여 송신 신호를 제2 송수신 장치를 향하여 송신하고,

   제2 송수신 장치는 간섭 전력 레벨 및 전파로 상태를 추정하여, 이들 정보를 제1 송수신 장치에 통지하고,

   제1 송수신 장치는 제2 송수신 장치로부터 수취한 상기 정보에 기초하여 서브 캐리어 블록마다의 송신전력 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 전력 제어방법.
6. 제2항에 있어서,

   제1 송수신 장치는 서브 캐리어 블록마다의 송신전력 제어를 행하여 송신 신호를 제2 송수신 장치를 향하여 송신하고,

   제2 송수신 장치는 서브 캐리어마다, 간섭 전력 레벨 및 전파로 상태를 추정하고, 이들 추정치를 이용하여 서브 캐리어 블록마다의 송신전력의 가중계수를 결정하여 제1 송수신 장치에 송신하고,

   제1 송수신 장치는, 제2 송수신 장치로부터 수취한 상기 가중계수에 기초하여 서브 캐리어 블록마다의 송신전력 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 전력 제어방법.
7. 제2항에 있어서,

   제1 송수신 장치는 서브 캐리어 블록마다의 송신전력 제어를 행하여 송신 신호를 제2 송수신 장치를 향하여 송신하고,

   제2 송수신 장치는 서브 캐리어마다, 간섭 전력 레벨 및 전파로 상태를 추정하고, 이들 추정치를 이용하여 서브 캐리어에 대한 송신전력 분포를 결정하고, 해당 송신전력 분포와 현재의 송신전력 분포를 비교하여 서브 캐리어 블록마다 송신전력을 증가해야 할지, 또는 감소해야 할지를 송신 정보에 포함시켜 제1 송수신 장치에 통지하고,

   제1 송수신 장치는 제2 송수신 장치로부터 수취한 상기 증감 정보에 기초하여 서브 캐리어 블록마다 송신전력을 일정량 증감하는 것을 특징으로 하는 전력 제 어방법.
8. 복수의 심볼에 확산율에 따른 길이의 채널화 코드를 승산하여 다수의 서브 캐리어 성분을 작성하고, 해당 서브 캐리어 성분의 각각을 대응하는 서브 캐리어에 의해 송신하는 OFDM-CDMA 통신 시스템에서의 송신전력 제어장치에 있어서,

   상기 확산율의 정수배의 수로 서브 캐리어 대역을 분할하는 수단과,

   각 분할 구간(서브 캐리어 블록)마다 전파로의 상태를 취득하는 수단과,

   각 서브 캐리어 블록 내에서는 일정한 송신 전력을 할당함과 함께, 서브 캐리어 블록마다 상기 전파로의 상태에 기초해서 송신전력을 제어하는 송신전력 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 송신전력 제어장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 전파로 상태 취득 수단은,

   서브 캐리어마다 산출된 간섭 전력 레벨 및 전파로 상태를 나타내는 전파로 계수 γ를 수신 장치로부터 수신하는 수단을 포함하고,

   상기 송신전력 제어부는,

   서브 캐리어마다, 간섭 전력 N을 전파로 계수 γ로 나눈 값 N/γ과 송신전력의 합계가 일정해지는 송신전력치를 구하고, 상기 송신전력치의 서브 캐리어 블록에 있어서의 평균치를 산출하는 평균 전력 산출부와,

   해당 평균치를 서브 캐리어 블록의 각 서브 캐리어 성분에 승산하는 승산부를 구비한 것을 특징으로 하는 송신전력 제어장치.
10. 제8항에 있어서,

    상기 전파로 상태 취득 수단은,

    서브 캐리어마다 산출된 수신 신호 전력 레벨, 간섭 전력 레벨 및 전파로 상태를 나타내는 전파로 계수 γ를 수신 장치로부터 수신하는 수단을 포함하고,

    상기 송신전력 제어부는,

    서브 캐리어마다, 수신 신호 전력 대 간섭 전력비가 일정해지는 송신전력치를 구하고, 서브 캐리어 블록에 있어서의 상기 송신전력치의 평균치를 산출하는 평균 전력 산출부와,

    해당 평균치를 서브 캐리어 블록의 각 서브 캐리어 성분에 승산하는 승산부를 구비한 것을 특징으로 하는 송신전력 제어장치.
11. 제8항에 있어서,

    상기 전파로 상태 취득 수단은,

    서브 캐리어마다 추정된 간섭 전력 레벨 및 전파로 상태를 나타내는 전파로 계수 γ를 이용해서 결정된 서브 캐리어에 대한 송신전력 분포와 현재의 송신전력 분포를 비교하여 서브 캐리어 블록마다 송신전력을 증가해야할지, 또는 감소해야할지를 지시하는 증감 정보를 수신 장치로부터 수신하는 수단을 포함하고，

    상기 송신전력 제어부는,

    해당 증감 정보에 기초하여 서브 캐리어 블록마다 송신전력을 일정량 증감하는 증감 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 송신전력 제어장치.
12. 제8항에 있어서,

    상기 전파로 상태 취득 수단은,

    서브 캐리어마다 추정된 수신 신호 전력 레벨, 간섭 전력 레벨 및 전파로의 상태를 나타내는 전파로 계수 γ를 이용하여 산출된 각 서브 캐리어 블록의 송신전력치를 수신 장치로부터 수신하는 수단을 포함하고,

    상기 송신전력 제어부는,

    해당 송신전력치를 서브 캐리어 블록의 각 서브 캐리어 성분에 승산하는 승산부를 구비한 것을 특징으로 하는 송신전력 제어장치.

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