KR100729112B1 - 무선통신시스템에서의 폐루프 전력 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 무선통신시스템에서의 폐루프 전력 제어 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 기존의 폐루프 전력 제어 방식에서 간과한 무선 채널 품질 측정의 부정확성과 전력 제어 신호 전송 오류 및 지연된 전력 제어 명령에 기인하는 불확실성을 인정하고 퍼지 제어기법을 활용하여 새로운 전력 제어 방식을 도출함으로써, 불필요한 제어 메시지 교환의 오버헤드(overhead)를 줄이기 위한 무선통신시스템에서의 폐루프 전력 제어 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 무선통신시스템에서의 역방향 폐루프 전력 제어 방법에 있어서, 기지국에서 프레임 에러율(FER)을 기반으로 각 셀이 유지해야 하는 품질기준값(
Figure 112007022699425-pat00159
)을 설정하는 제 1 단계; 무선품질 측정의 불확실성 요소를 도출하고, 상기 도출한 불확실성 요소의 현재 상태로부터 불가능한 제어 범위를 유도하여, 품질측정의 불확실성의 정도(
Figure 112007022699425-pat00160
,
Figure 112007022699425-pat00161
)를 측정하는 제 2 단계; 상기 품질기준값과 상기 불확실성의 정도를 바탕으로, 역방향 폐루프 전력 제어 임계치(T(t))를 결정하는 제 3 단계; 및 실제 무선 채널의 품질 측정치와 상기 역방향 폐루프 전력 제어 임계치를 비교하여, 상기 비교한 결과에 따라 상기 품질기준값을 만족시킬 수 있는 전력 제어 명령을 단말기로 송출하는 제 4 단계를 포함함.
또한, 본 발명은, 무선통신시스템에서의 순방향 폐루프 전력 제어 방법에 있어서, 단말기가 기지국으로부터 프레임에러율 요구 정보(FERreq)와 불확실성의 정도(
Figure 112007022699425-pat00162
)를 전달받는 제 1 단계; 상기 단말기가 순방향 트래픽 채널의 프레임에러율(FER)을 측정하는 제 2 단계; 및 상기 단말기에서 측정한 프레임에러율(FER)과 상기 기지국으로부터 전달받은 프레임에러율 요구 정보(FERreq)를 비교하여 차이값을 산출하여, 상기 산출한 차이값이 상기 불확실성의 정도(
Figure 112007022699425-pat00163
)를 벗어나는 경우에 상기 기지국으로 상태 갱신 메시지를 전송하는 제 3 단계를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 무선통신시스템 등에 이용됨.
퍼지 로직 제어(Fuzzy Logic Control) 기법, 폐루프 전력 제어, 상태 업데이트 메시지, FER, 오버헤드

Description

무선통신시스템에서의 폐루프 전력 제어 방법{Closed loop power control method for wireless communication system}
도 1 및 도 2 는 본 발명에 따른 기지국과 단말의 역방향 폐루프 전력 제어 방법에 대한 일실시예 설명도.
도 3 및 도 4 는 본 발명에 따른 기지국과 단말의 순방향 폐루프 전력 제어 방법에 대한 일실시예 설명도.
본 발명은 무선통신시스템에서의 폐루프 전력 제어 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 폐루프 전력 제어 방식에서 간과한 무선 채널 품질 측정의 부정확성과 전력 제어 신호 전송 오류 및 지연된 전력 제어 명령에 기인하는 불확실성을 인정하고, 퍼지 제어기법을 활용하여 새로운 전력 제어 방식을 도출함으로써, 불필요한 제어 메시지 교환의 오버헤드를 줄이기 위한 폐루프 전력 제어 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
코드분할다중접속시스템에서 전력 제어는 이동중인 단말들이 고품질의 무선 채널을 유지할 수 있는 환경을 제공하며, 각 셀이 제공할 수 있는 서비스 용량을 향상시킨다.
전력 제어는 정보(신호)가 흐르는 방향에 따라 순방향 전력 제어와 역방향 전력 제어로 분류된다. 순방향 전력 제어 방법은 기지국에서 단말들로 정보를 전송하는 무선 채널들의 전력 세기를 제어하는 방식이며, 역방향 전력 제어 방법은 단말들로부터 기지국으로 정보를 전송하는 무선 채널들의 전력 세기를 제어하는 방식이다.
일반적으로, 전력 제어는 기지국과 관련 기지국이 관리하는 셀에 위치하는 단말들간에 이루어지는 상호작용이다. 순방향 전력 제어는 기지국이 송신한 정보를 관련 셀의 단말들이 위치와 관계없이 같은 품질로 수신할 수 있도록 하며, 역방향 전력 제어는 해당 단말들이 송신한 정보들을 기지국에서 같은 품질로 수신되도록 한다. 예를 들면, 역방향의 무선 통신을 가능하게 하기 위해서 각 단말이 송신한 신호가 기지국의 복조기를 통하여 원래의 정보로 복원될 수 있도록 충분한 세기로 수신되어야 하지만, CDMA 시스템에서 각 단말이 송신한 신호는 다른 단말들이 송신한 신호들에 간섭으로 작용하기 때문에 전체적인 무선자원의 효율을 극대화시키기 위해서는 모든 단말들로부터 수신된 신호들의 세기는 균등해야 한다.
역방향 전력 제어 방법은 역방향 개루프 전력 제어 및 역방향 폐루프 전력 제어로 이루어진다. 역방향 개루프 전력 제어 방법은 각 단말이 무선망에 접속을 시작할 때 스스로 송신 전력을 결정하는 방법이며, 역방향 폐루프 전력 제어 방법은 기지국이 단말들로부터 수신하는 역방향 무선 트래픽 채널들의 품질을 측정하여 해당 단말들의 송신 출력을 제어하는 방식이다.
기존의 역방향 폐루프 전력 제어 방식에서는 Ⅰ) 후술되는 도 1에서 설명되는 것처럼 기지국제어기가 주기적으로 프레임 에러율(FER : Frame Error Rate)을 측정하여 무선 채널들의 품질이 요구 수준으로 유지되는지를 평가하고, 평가 결과에 따라 역방향 아우터 루프 임계치(Outer Loop Threshold) 조정부를 통하여
Figure 112007022699425-pat00001
기반의 품질기준(Threshold =
Figure 112007022699425-pat00002
)을 새로 설정한다. Ⅱ) 또한, 기지국은 실시간으로 역방향 무선 트래픽 채널의 품질을
Figure 112007022699425-pat00003
기반으로 측정하여 측정치가 설정된 품질기준을 넘으면 관련 무선 채널을 통하여 송신하는 단말에게 송신 전력을 일정량(예 : 1dB)만큼 줄이도록 명령하고 측정치가 품질기준보다 작으면 일정량(예 : 1dB)만큼 증가시키도록 명령한다. 전력 제어 명령은 전력 제어 비트(PCB : Power Control Bit)로 표현되며, 순방향 트래픽 데이터에 멀티플렉싱(Multiplexing)되어 해당 단말로 전송된다. Ⅲ) PCB를 수신한 단말은 후술되는 도 2에서 보이는 것처럼 PCB 값에 따라 자신의 송신 출력을 조정하게 된다.
한편, 기존의 순방향 폐루프 전력 방식에서는 Ⅰ) 후술되는 도 4에서 보이는 것처럼, 단말이 순방향 트래픽 채널의 품질을 FER 기반으로 측정하여 주기적으로 상태 업데이트(state update) 메시지(예 : PMRM(Power Measurement Report Message) 혹은 PCB)를 기지국으로 송신하고, Ⅱ) 후술되는 도 3에서 보이는 것처럼 기지국이 적절한 전력 제어를 수행한다.
즉, 기존의 폐루프 전력 제어 방식에서는 기지국(혹은 단말)이 무선 채널의 품질을 측정하고 설정된 품질기준과 비교하여 역방향(혹은 순방향) 무선 채널의 전력을 제어한다. 그러나 각 셀에서 서비스중인 단말들의 수나 이동 패턴은 예측할 수 없고, 셀의 전파전파환경은 불명확하며, 인접 셀로부터의 간섭 정도는 랜덤(random) 특성을 가지고 있기 때문에 기지국(혹은 단말)이 무선 채널의 품질을 측정하여 전력 제어를 수행할 때 최적의 균등한 전력 분배를 달성하는 것은 사실상 불가능하다.
따라서 현재의 폐루프 전력 제어 방식의 기술 분야에서는 기존 CDMA 시스템들의 폐루프 전력 제어 방식이 간과한 "기지국(혹은 단말)이 측정한 무선 채널의 품질은 본래 부정확하며 기지국(혹은 단말)은 부정확한 측정치에 근거하여 불필요한 전력 제어를 수행할 수 있다"는 사실을 고려하여 기존의 방식이 가지고 있는 불필요한 전력 제어 오버헤드(overhead)를 제거하기 위한 방안이 필수적으로 요구되고 있다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하고 상기 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 기존의 폐루프 전력 제어 방식에서 간과한 무선 채널 품질 측정의 부정확성과 전력 제어 신호 전송 오류 및 지연된 전력 제어 명령에 기인하는 불확실성을 인정하고, 퍼지 제어기법을 활용하여 새로운 전력 제어 방식을 도출함으로써, 불필요한 제어 메시지 교환의 오버헤드(overhead)를 줄이기 위한 폐루프 전력 제어 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 무선통신시스템에서의 역방향 폐루프 전력 제어 방법에 있어서, 기지국에서 프레임 에러율(FER)을 기반으로 각 셀이 유지해야 하는 품질기준값(
Figure 112007022699425-pat00164
)을 설정하는 제 1 단계; 무선품질 측정의 불확실성 요소를 도출하고, 상기 도출한 불확실성 요소의 현재 상태로부터 불가능한 제어 범위를 유도하여, 품질측정의 불확실성의 정도(
Figure 112007022699425-pat00165
,
Figure 112007022699425-pat00166
)를 측정하는 제 2 단계; 상기 품질기준값과 상기 불확실성의 정도를 바탕으로, 역방향 폐루프 전력 제어 임계치(T(t))를 결정하는 제 3 단계; 및 실제 무선 채널의 품질 측정치와 상기 역방향 폐루프 전력 제어 임계치를 비교하여, 상기 비교한 결과에 따라 상기 품질기준값을 만족시킬 수 있는 전력 제어 명령을 단말기로 송출하는 제 4 단계를 포함한다. 그리고 상기 본 발명의 방법은, 상기 기지국의 전력 제어 명령에 따라, 상기 단말기가 역방향 트래픽 채널의 송신 전력을 조절하는 제 5 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은, 무선통신시스템에서의 순방향 폐루프 전력 제어 방법에 있어서, 단말기가 기지국으로부터 프레임에러율 요구 정보(FERreq)와 불확실성의 정도(
Figure 112007022699425-pat00167
)를 전달받는 제 1 단계; 상기 단말기가 순방향 트래픽 채널의 프레임에러율(FER)을 측정하는 제 2 단계; 및 상기 단말기에서 측정한 프레임에러율(FER)과 상기 기지국으로부터 전달받은 프레임에러율 요구 정보(FERreq)를 비교하여 차이값을 산출하여, 상기 산출한 차이값이 상기 불확실성의 정도(
Figure 112007022699425-pat00168
)를 벗어나는 경우에 상기 기지국으로 상태 갱신 메시지를 전송하는 제 3 단계를 포함한다. 그리고 상기 본 발명의 다른 방법은, 상기 단말기로부터 수신된 상기 상태 갱신 메시지를 바탕으로, 상기 기지국이 순방향 트래픽 채널의 송신 전력을 조절하는 제 4 단계를 더 포함한다.
한편, 본 발명은, 프로세서를 구비한 역방향 폐루프 전력 제어 장치에, 기지국에서 프레임 에러율(FER)을 기반으로 각 셀이 유지해야 하는 품질기준값(
Figure 112007022699425-pat00169
)을 설정하는 제 1 기능; 무선품질 측정의 불확실성 요소를 도출하고, 상기 도출한 불확실성 요소의 현재 상태로부터 불가능한 제어 범위를 유도하여, 품질측정의 불확실성의 정도(
Figure 112007022699425-pat00170
,
Figure 112007022699425-pat00171
)를 측정하는 제 2 기능; 상기 품질기준값과 상기 불확실성의 정도를 바탕으로, 역방향 폐루프 전력 제어 임계치(T(t))를 결정하는 제 3 기능; 및 실제 무선 채널의 품질 측정치와 상기 역방향 폐루프 전력 제어 임계치를 비교하여, 상기 비교한 결과에 따라 상기 품질기준값을 만족시킬 수 있는 전력 제어 명령을 단말기로 송출하는 제 4 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다. 그리고 상기 본 발명은, 상기 기지국의 전력 제어 명령에 따라, 상기 단말기가 역방향 트래픽 채널의 송신 전력을 조절하는 제 5 기능을 더 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
또한, 본 발명은, 프로세서를 구비한 순방향 폐루프 전력 제어 장치에, 단말기가 기지국으로부터 프레임에러율 요구 정보(FERreq)와 불확실성의 정도(
Figure 112007022699425-pat00172
)를 전달받는 제 1 기능; 상기 단말기가 순방향 트래픽 채널의 프레임에러율(FER)을 측정하는 제 2 기능; 및 상기 단말기에서 측정한 프레임에러율(FER)과 상기 기지국으로부터 전달받은 프레임에러율 요구 정보(FERreq)를 비교하여 차이값을 산출하여, 상기 산출한 차이값이 상기 불확실성의 정도(
Figure 112007022699425-pat00173
)를 벗어나는 경우에 상기 기지국으로 상태 갱신 메시지를 전송하는 제 3 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다. 그리고 상기 본 발명은, 상기 단말기로부터 수신된 상기 상태 갱신 메시지를 바탕으로, 상기 기지국이 순방향 트래픽 채널의 송신 전력을 조절하는 제 4 기능을 더 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
(1) 역방향 폐루프 전력 제어 방법
도 1 및 도 2 는 본 발명에 따른 기지국과 단말의 역방향 폐루프 전력 제어 방법에 대한 일실시예 설명도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 역방향 폐루프 전력 제어를 수행하기 위해서는, 먼저 무선 채널 품질 측정의 불확실성의 정도를 측정하고 전력 제어 의사결정을 수행한다.
즉, 무선 채널의 품질은 관련 채널의 FER(Frame Error Rate)로 표현될 수 있다. CDMA 시스템은 전체 무선망의 무선 채널의 품질을 최적으로 유지하기 위하여 FER을 기반으로 각 셀이 유지해야 하는 품질 기준
Figure 112007022699425-pat00004
을 설정한다. 그러나 간섭정도, 전파전파환경, 단말의 이동패턴 등을 포함하는 다양한 불확실성 요인들로 인하여 설정된 품질기준을 유지하기 위한 전력 제어가 정확하게 이루어질 수 없다. 즉, 무선 채널의 품질을 일정하게 유지하기 위한 지나친 노력은 다양한 불확실성 요인들 때문에 전체 무선 채널의 품질 향상에 도움이 되지 않는 오버헤드(Overhead)로 작용할 수 있다. 따라서 무선 채널 품질을 효율적으로 관리하기 위해서는 전력 제어시 다양한 불확실성 요인들의 상태를 고려해야 한다.
본 발명이 제시하는 전력 제어 방식의 기본 아이디어는 불확실성 요인들의 상태에 따라 제어가 불가능한 범위(
Figure 112007022699425-pat00005
)를 도출하고 무선 채널 품질의 측정치와 기준 품질의 차이가 도출된 범위(
Figure 112007022699425-pat00006
) 내에 있을 경우 설정된 무선 채널 품질을 만족시킨 것으로 간주하여 불필요한 전력 제어 노력을 수행하지 않는다는 것이다.
즉, 상기한 바와 같이 제시하는 전력 제어 의사결정은 불확실성 범위를 고려하는 임계치(Threshold)를 기반으로 수행되며, 다음의 [수학식 1]과 같이 표현할 수 있다.
시간 t에서 상위의 경계선 임계치(Threshold Upper Bound at time t)
=
Figure 112001009176536-pat00079
=
Figure 112001009176536-pat00007
+
Figure 112001009176536-pat00008
여기서,
Figure 112001009176536-pat00009
는 측정된 FER의 함수이다.
시간 t에서 하위의 경계선 임계치(Threshold Lower Bound at time t)
=
Figure 112001009176536-pat00080
=
Figure 112001009176536-pat00010
-
Figure 112001009176536-pat00011
여기서,
Figure 112001009176536-pat00012
= 시간 t에서 상위의 경계선(upper bound) 불확실성의 정도
= 시간 t에서 불확실성 요소들의 상태의 함수
Figure 112001009176536-pat00013
= 시간 t에서 하위의 경계선(lower bound) 불확실성의 정도
= 시간 t에서 불확실성 요소들의 상태의 함수
따라서 시간 t에서 임계치(Threshold) T(t)는 다음의 [수학식 3]과 같다.
Figure 112007022699425-pat00014
Figure 112007022699425-pat00015
와
Figure 112007022699425-pat00016
을 계산하는 것은 불확실성 요소들을 도출하고 그들의 현재 상태로부터 불가능한 제어의 범위를 유도하는 것이다. 임의의 시간 t에서 불확실성 요소의 상태를
Figure 112007022699425-pat00017
로 표현하면 불확실성의 정도는 다음의 [수학식 4]와 같다.
Figure 112007022699425-pat00018
Figure 112007022699425-pat00019
상기와 같이, 본 발명이 제시하는
Figure 112007022699425-pat00020
와
Figure 112007022699425-pat00021
을 계산하는 방법은, 퍼지 로직 제어(Fuzzy Logic Control) 기술을 활용하는 것이다. 퍼지 로직 제어 기술은 전문가들의 의견을 반영한다는 면에서 정성적인 접근 방법이다. 퍼지 로직 제어 기법을 활용하는 경우 퍼지 제어 규칙(Fuzzy Control Rule)들을 기반으로 한 지식 데이터베이스로부터 다양한 추론 기법들을 사용하여
Figure 112007022699425-pat00022
와
Figure 112007022699425-pat00023
을 산출할 수 있다.
한가지 예를 들면, 퍼지 제어 규칙들이 작성되어 있다고 가정하였을 때 j번째 규칙
Figure 112007022699425-pat00081
는 다음과 같이 표현될 수 있다.
(
Figure 112007022699425-pat00082
) if (
Figure 112007022699425-pat00083
is
Figure 112007022699425-pat00084
) and (
Figure 112007022699425-pat00085
is
Figure 112007022699425-pat00086
) and …and (
Figure 112007022699425-pat00087
is
Figure 112007022699425-pat00088
), then (
Figure 112007022699425-pat00024
is
Figure 112007022699425-pat00089
), 여기서
Figure 112007022699425-pat00090
는
Figure 112007022699425-pat00091
에서 입력변수(i.e. 불확실성 요소의 상태)
Figure 112007022699425-pat00092
의 "linguistic value"이고
Figure 112007022699425-pat00093
는
Figure 112007022699425-pat00094
에서 출력변수(i.e. 허용치)
Figure 112007022699425-pat00025
의 "linguistic value"이다. 한 "linguistic value"는 한 퍼지 셋(fuzzy set)이다. 임의의 시간 t=o에서 입력변수들의 값이 (
Figure 112007022699425-pat00095
)로 측정되었을 때
Figure 112007022699425-pat00096
의 "If-part" 진리값
Figure 112007022699425-pat00097
는 다음의 [수학식 5]와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112001009176536-pat00098
Figure 112001009176536-pat00099
Figure 112001009176536-pat00100
여기서,
Figure 112007022699425-pat00101
는 퍼지 셋
Figure 112007022699425-pat00102
에서
Figure 112007022699425-pat00103
의 "grade of membership"을 표현한다. 이때, "If-part"의 진리값은
Figure 112007022699425-pat00104
의 "Then-part"의 진리값에
Figure 112007022699425-pat00105
.
Figure 112007022699425-pat00027
으로 반영된다. 여기서,
Figure 112007022699425-pat00106
.
Figure 112007022699425-pat00028
은 상기의 입력값들이 측정되었을 때 최종 퍼지 출력에 대한
Figure 112007022699425-pat00107
의 기여 부분을 표현한다. 따라서 최종 퍼지 출력
Figure 112007022699425-pat00029
은 다음의 [수학식 6]과 같이 모든 퍼지 제어 규칙들의 기여 부분의 유니온(Union)으로 계산될 수 있다.
Figure 112007022699425-pat00030
Figure 112007022699425-pat00031
Figure 112007022699425-pat00108
Figure 112007022699425-pat00032
={.}
여기서, q는 퍼지 제어 규칙들의 총 수이다. 최종 퍼지 출력이 산출되면 하기의 [수학식 7]과 같이 산출된 최종 퍼지 출력의 "center of area"로서 최종 제어 출력값
Figure 112007022699425-pat00033
이 계산될 수 있다.
Figure 112001009176536-pat00035
여기서, 주목할 점은 퍼지 제어 규칙들이 작성되었을 때 (
Figure 112007022699425-pat00109
,
Figure 112007022699425-pat00110
, …,
Figure 112007022699425-pat00111
)와
Figure 112007022699425-pat00036
의 관계를 테이블화하는 경우 입력변수들의 값이 측정되었을 때 단순히 테이블 룩-업(look-up)을 통하여 허용 오차의 값을 구할 수 있다는 것이다.
임의의 시간 t에, 임의의 셀
Figure 112007022699425-pat00112
에서 무선 채널의 품질 제어에 영향을 줄 수 있는 불확실성 요소들은 다음과 같은 요소들을 포함한다.
- 해당 셀에서 사용중인 무선 채널들의 수
- 인접 셀들로부터의 간섭정도, 즉, 로딩 요소(loading factor)
- 해당 셀의 전파전파환경(예 : 경로 손실(path loss))
- 해당 셀에서 기지국과 단말간 전력 제어신호의 평균 지연시간
- 해당 셀에서 단말들의 평균 이동 속도
퍼지 제어 기술에 근거하여 불확실성 요소들의 상태로부터
Figure 112007022699425-pat00037
와
Figure 112007022699425-pat00038
을 계산하면 상기의 [수학식 3]의 임계치 T(t)의 범위를 결정할 수 있다. 본 발명에서 제시하는 역방향 폐루프 전력 제어 의사결정 방법은 T(t)를 기반으로 수행된다.
다음으로, 본 발명에서 제시하는 역방향 폐루프 전력 제어 의사결정 방법은, 기지국 자신이 제어하는 무선 채널의 품질을 측정하고, 측정치가 T(t)의 범위에 해당되면 "No action"을 취한다. 한편, 측정치가 T(t)의 상위의 경계선(upper bound)을 초과하였을 때는 관련 무선 채널의 품질이 요구품질인
Figure 112007022699425-pat00039
까지 낮아질 수 있도록 관련 채널을 사용하는 단말에 K[dB] 만큼 출력을 줄일 것을 명령하고 측정치가 T(t)의 하위의 경계선(lower bound)보다 작을 때는 관련 무선 채널의 품질이 요구품질인
Figure 112007022699425-pat00040
까지 높아질 수 있도록 관련 채널을 사용하는 단말에 M[dB] 만큼 출력을 높일 것을 명령한다.
정리하여 살펴보면, 임의의 시간 t에 임의의 기지국
Figure 112007022699425-pat00113
에서 자신이 제어하는 무선 채널
Figure 112007022699425-pat00114
의 품질을 Q(
Figure 112007022699425-pat00115
)로 측정하고 전력 제어를 수행할 때,
If (
Figure 112001009176536-pat00041
-
Figure 112001009176536-pat00042
) = Q(
Figure 112001009176536-pat00116
) = (
Figure 112001009176536-pat00043
+
Figure 112001009176536-pat00044
),
Figure 112001009176536-pat00117
makes no action,
Else If (
Figure 112001009176536-pat00045
+
Figure 112001009176536-pat00046
) < Q(
Figure 112001009176536-pat00118
),
Figure 112001009176536-pat00119
requests the mobile using
Figure 112001009176536-pat00120
to decrease its power by K dB,
Else ( Q(
Figure 112001009176536-pat00121
) <
Figure 112001009176536-pat00047
-
Figure 112001009176536-pat00048
),
Figure 112001009176536-pat00122
requests the mobile using
Figure 112001009176536-pat00123
to increase its power by M dB.
여기서, K와 M값은
Figure 112007022699425-pat00049
와 Q(
Figure 112007022699425-pat00124
)의 차이의 함수 F(|
Figure 112007022699425-pat00050
- Q(
Figure 112007022699425-pat00125
)|)이며
Figure 112007022699425-pat00126
의 품질이
Figure 112007022699425-pat00051
로 빠르고 안정적으로 조정될 수 있도록 결정된다. 그러나 K와 M 값이 크면 급격한 송신전력 변화로 인하여 시스템의 안정된 운용에 악영향을 줄 수 있고, 표현될 PCB 수의 증가를 초래할 수 있다. 따라서 가장 단순한 방법은 K와 M을 1dB로 설정하는 것이다.
도 2에서 보이는 것처럼 기지국의 전력 제어 명령을 수신한 단말은 요구에 따라 자신의 송신 전력을 조절하게 된다.
이와 같이, 역방향 전력 제어 방법은 IMT(International Mobile Telecommunication)-2000 시스템 등과 같이 버스티(bursty)한 무선 데이터 트래픽이 지배적인 무선망 환경에서 특히 시스템 성능을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 그 이유는 대부분의 무선데이터 트랜잭션들은 관련된 무선 채널 점유시간이 짧고 빈번히 불규칙적으로 발생하는 특성을 가지고 있기 때문에 무선망의 무선 채널 품질을 균일하게 유지할 수 있는 방법이 존재하지 않는다는 것이다. 이런 환경에서 전력 제어 주기를 줄여 더욱 자주 전력 제어를 수행하면 시스템 성능의 향상없이 기지국의 컴퓨팅 오버헤드(computing overhead)만을 증가시켜 셀 용량을 역으로 감소시키게 된다.
(2) 순방향 폐루프 전력 제어 방법
도 3 및 도 4 는 본 발명에 따른 기지국과 단말의 순방향 폐루프 전력 제어 방법에 대한 일실시예 설명도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 순방향 폐루프 전력 제어를 위해서는, 기지국이 FERreq와 불확실성의 정도를 단말에게 알리고, 단말이 상태 업데이트(state update) 메시지를 송신하도록 한다.
먼저,
Figure 112007022699425-pat00055
와
Figure 112007022699425-pat00056
정보는 기지국에서 주기적으로 망 운용자의 품질 관리 전략을 기반으로 계산되며 단말과 무선 채널을 설정할 때 단말로 전달된다. 즉, 제시하는 순방향 폐루프 전력 제어 방법은 네트워크에서
Figure 112007022699425-pat00057
을 계산하는 아우터 루프 전력 제어(outer loop power control) 모듈을 갖고 있다고 가정한다. 간단한 정보 전달 방법은 기지국이 페이징(Paging)할 때
Figure 112007022699425-pat00058
와
Figure 112007022699425-pat00059
정보를 함께 전달하는 방식이다. 이 방법은 불확실성의 정도가 빠르게 변화하지 않는 환경에서 유리하다.
다른 방법은 기지국이 트래픽 채널을 통하여
Figure 112007022699425-pat00060
와
Figure 112007022699425-pat00061
정보를 해당 단말에 전송하는 방식이다. 물론 관련 정보는 기지국이 단말로 전송하는 상태 업데이트(state update) 메시지에 포함될 것이다. 이 방법은 불확실성의 정도가 빠르게 변화하는 환경에서 유리하다.
다음으로, 단말이 상태 업데이트 메시지를 송신하기 위해서는(도 4 참조) 기지국이 전송한
Figure 112007022699425-pat00062
와 불확실성 정보를 기반으로 단말 자신과 연결된 순방향 트래픽 채널의 FER 측정하여, 측정치와
Figure 112007022699425-pat00063
사이의 차이가 수신된 불확실성 정도 내에 있으면 상태 업데이트 메시지를 송신하지 않고, 그 차이가 수신된 불확실성 정도를 넘는 경우에만 상태 업데이트 메시지를 송신한다. 여기서, 상태 업데이트 메시지는 PMRM과 같은 메시지이거나 PCB 같은 비트 포맷(bit format)을 가질 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 다양한 불확실성 요인들이 존재하는 무선 환경에서 정확한 무선 채널의 품질제어가 불가능하다는 사실에 기반을 두고 불필요한 제어 노력을 제거함으로써, CDMA 시스템과 같은 무선통신 시스템의 성능향상 및 셀 용량 증대에 기여할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 전력 제어 방법은 IMT(International Mobile Telecommunication)-2000 시스템 등과 같이 버스티(bursty)한 무선 데이터 트래픽이 지배적인 무선망 환경에서 특히 시스템 성능을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 무선통신시스템에서의 역방향 폐루프 전력 제어 방법에 있어서,
    기지국에서 프레임 에러율(FER)을 기반으로 각 셀이 유지해야 하는 품질기준값(
    Figure 112007022699425-pat00127
    )을 설정하는 제 1 단계;
    무선품질 측정의 불확실성 요소를 도출하고, 상기 도출한 불확실성 요소의 현재 상태로부터 불가능한 제어 범위를 유도하여, 품질측정의 불확실성의 정도(
    Figure 112007022699425-pat00128
    ,
    Figure 112007022699425-pat00129
    )를 측정하는 제 2 단계;
    상기 품질기준값과 상기 불확실성의 정도를 바탕으로, 역방향 폐루프 전력 제어 임계치(T(t))를 결정하는 제 3 단계; 및
    실제 무선 채널의 품질 측정치와 상기 역방향 폐루프 전력 제어 임계치를 비교하여, 상기 비교한 결과에 따라 상기 품질기준값을 만족시킬 수 있는 전력 제어 명령을 단말기로 송출하는 제 4 단계
    를 포함하는 무선통신시스템에서의 역방향 폐루프 전력 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국의 전력 제어 명령에 따라, 상기 단말기가 역방향 트래픽 채널의 송신 전력을 조절하는 제 5 단계
    를 더 포함하는 무선통신시스템에서의 역방향 폐루프 전력 제어 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 불확실성의 정도는,
    무선품질 측정의 불확실성 요소를 도출하고, 상기 도출한 불확실성 요소의 현재 상태로부터 불가능한 제어 범위를 유도하여 시간 t에서 상위 경계선(upper bound)의 불확실성의 정도(
    Figure 112007022699425-pat00130
    )와 시간 t에서 하위 경계선(lower bound)의 불확실성의 정도(
    Figure 112007022699425-pat00131
    )를 계산하고, 임의의 시간(t)에서 상기 불확실성 요소의 상태를
    Figure 112007022699425-pat00132
    로 표현하면 하기의 수식과 같이 나타나는 것을 특징으로 하는 무선통신시스템에서의 역방향 폐루프 전력 제어 방법.
    [수식]
    Figure 112007022699425-pat00133
    Figure 112007022699425-pat00134
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기
    Figure 112007022699425-pat00135
    와
    Figure 112007022699425-pat00136
    을 계산하는 과정은,
    퍼지 로직 제어(Fuzzy Logic Control) 기법을 기반으로 불확실성의 정도를 추론하여
    Figure 112007022699425-pat00137
    와
    Figure 112007022699425-pat00138
    을 산출하는 것을 특징으로 하는 무선통신시스템에서의 역방향 폐루프 전력 제어 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 4 단계는,
    실제 무선 채널의 품질 측정치와 상기 역방향 폐루프 전력 제어 임계치를 비교하여, 상기 품질 측정치가 상기 역방향 폐루프 전력 제어 임계치 T(t)의 범위에 해당되면 노 액션(No action)을 취하고, 상기 품질 측정치가 상기 역방향 폐루프 전력 제어 임계치 T(t)의 상위의 경계선(upper bound)을 초과하였을 경우 해당 무선 채널의 품질이 요구품질인
    Figure 112007022699425-pat00139
    까지 낮아질 수 있도록 해당 채널을 사용하는 상기 단말기의 출력을 줄일 것을 명령하고, 상기 품질 측정치가 상기 역방향 폐루프 전력 제어 임계치 T(t)의 하위의 경계선(lower bound)보다 작을 경우 해당 무선 채널의 품질이 요구품질인
    Figure 112007022699425-pat00140
    까지 높아질 수 있도록 해당 채널을 사용하는 상기 단말기의 출력을 높일 것을 명령하는 것을 특징으로 하는 무선통신시스템에서의 역방향 폐루프 전력 제어 방법.
  6. 무선통신시스템에서의 순방향 폐루프 전력 제어 방법에 있어서,
    단말기가 기지국으로부터 프레임에러율 요구 정보(FERreq)와 불확실성의 정도(
    Figure 112007022699425-pat00141
    )를 전달받는 제 1 단계;
    상기 단말기가 순방향 트래픽 채널의 프레임에러율(FER)을 측정하는 제 2 단계; 및
    상기 단말기에서 측정한 프레임에러율(FER)과 상기 기지국으로부터 전달받은 프레임에러율 요구 정보(FERreq)를 비교하여 차이값을 산출하여, 상기 산출한 차이값이 상기 불확실성의 정도(
    Figure 112007022699425-pat00142
    )를 벗어나는 경우에 상기 기지국으로 상태 갱신 메시지를 전송하는 제 3 단계
    를 포함하는 무선통신시스템에서의 순방향 폐루프 전력 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 단말기로부터 수신된 상기 상태 갱신 메시지를 바탕으로, 상기 기지국이 순방향 트래픽 채널의 송신 전력을 조절하는 제 4 단계
    를 더 포함하는 무선통신시스템에서의 순방향 폐루프 전력 제어 방법.
  8. 상기 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 불확실성의 정도는,
    무선품질 측정의 불확실성 요소를 도출하고, 상기 도출한 불확실성 요소의 현재 상태로부터 불가능한 제어 범위를 유도하여 시간 t에서 상위 경계선(upper bound)의 불확실성의 정도(
    Figure 112007022699425-pat00174
    )와 시간 t에서 하위 경계선(lower bound)의 불확실성의 정도(
    Figure 112007022699425-pat00175
    )를 계산하고, 임의의 시간(t)에서 상기 불확실성 요소의 상태를
    Figure 112007022699425-pat00176
    로 표현하면 하기의 수식과 같이 나타나는 것을 특징으로 하는 무선통신시스템에서의 순방향 폐루프 전력 제어 방법.
    [수식]
    Figure 112007022699425-pat00177
    Figure 112007022699425-pat00178
  9. 상기 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 상태 갱신 메시지는,
    PMRM(Power Measurement Report Message)과 같은 메시지이거나 전력 제어 비트(PCB) 명령인 것을 특징으로 하는 무선통신시스템에서의 순방향 폐루프 전력 제어 방법.
  10. 상기 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 단계는,
    상기 단말기가 상기 기지국에서 계산한 프레임에러율 요구 정보(FERreq)와 불확실성의 정도(
    Figure 112007022699425-pat00148
    )를 페이징 시에 상기 기지국으로부터 전달받는 것을 특징으로 하는 무선통신시스템에서의 순방향 폐루프 전력 제어 방법.
  11. 상기 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 단계는,
    상기 단말기가 상기 기지국에서 계산한 프레임에러율 요구 정보(FERreq)와 불확실성의 정도(
    Figure 112007022699425-pat00149
    )를 트래픽 채널을 통하여 상기 기지국으로부터 전달받는 것을 특징으로 하는 무선통신시스템에서의 순방향 폐루프 전력 제어 방법.
  12. 프로세서를 구비한 역방향 폐루프 전력 제어 장치에,
    기지국에서 프레임 에러율(FER)을 기반으로 각 셀이 유지해야 하는 품질기준값(
    Figure 112007022699425-pat00179
    )을 설정하는 제 1 기능;
    무선품질 측정의 불확실성 요소를 도출하고, 상기 도출한 불확실성 요소의 현재 상태로부터 불가능한 제어 범위를 유도하여, 품질측정의 불확실성의 정도(
    Figure 112007022699425-pat00180
    ,
    Figure 112007022699425-pat00181
    )를 측정하는 제 2 기능;
    상기 품질기준값과 상기 불확실성의 정도를 바탕으로, 역방향 폐루프 전력 제어 임계치(T(t))를 결정하는 제 3 기능; 및
    실제 무선 채널의 품질 측정치와 상기 역방향 폐루프 전력 제어 임계치를 비교하여, 상기 비교한 결과에 따라 상기 품질기준값을 만족시킬 수 있는 전력 제어 명령을 단말기로 송출하는 제 4 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 기지국의 전력 제어 명령에 따라, 상기 단말기가 역방향 트래픽 채널의 송신 전력을 조절하는 제 5 기능
    을 더 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  14. 프로세서를 구비한 순방향 폐루프 전력 제어 장치에,
    단말기가 기지국으로부터 프레임에러율 요구 정보(FERreq)와 불확실성의 정도(
    Figure 112007022699425-pat00182
    )를 전달받는 제 1 기능;
    상기 단말기가 순방향 트래픽 채널의 프레임에러율(FER)을 측정하는 제 2 기능; 및
    상기 단말기에서 측정한 프레임에러율(FER)과 상기 기지국으로부터 전달받은 프레임에러율 요구 정보(FERreq)를 비교하여 차이값을 산출하여, 상기 산출한 차이값이 상기 불확실성의 정도(
    Figure 112007022699425-pat00183
    )를 벗어나는 경우에 상기 기지국으로 상태 갱신 메시지를 전송하는 제 3 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 단말기로부터 수신된 상기 상태 갱신 메시지를 바탕으로, 상기 기지국이 순방향 트래픽 채널의 송신 전력을 조절하는 제 4 기능
    을 더 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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