KR100735401B1

KR100735401B1 - 물리 랜덤 액세스 채널의 전송 전력 제어방법

Info

Publication number: KR100735401B1
Application number: KR1020050097152A
Authority: KR
Inventors: 김노선; 채희준
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2007-07-04
Also published as: US20070115872A1; KR20070041235A; US7865209B2

Abstract

본 발명은 물리 랜덤 액세스 채널(PRACH)의 프리앰블을 이동통신망으로 전송할 경우 초기 전송 전력을 이동통신단말에서 측정되는 수신 신호 코드 전력에 대응되게 결정하는 이동통신단말에서 물리 랜덤 액세스 채널의 전송 전력을 제어하는 방법에 관한 것이다. 이동통신단말은 프리앰블을 재전송해야할 경우 수신 신호 코드 전력값에 근거하여 무선 채널 환경을 확인하고, 이전 프리앰블의 전송 전력을 확인된 무선 채널 환경에 따라 가변적으로 증가시켜 재전송을 위한 전송 전력으로 결정한다. 이에 따라 액세스 성공율을 높임과 아울러 불필요한 액세스 횟수를 줄일 수 있고, 그에 따라 이동통신 단말의 배터리 수명을 증가시킬 수 있으며, 불필요한 전송 전력의 증가로 인한 업 링크의 간섭을 효율적으로 줄일 수 있다.

무선 채널 환경, 물리 랜덤 액세스 채널(PRACH), 전송 전력 램핑

Description

물리 랜덤 액세스 채널의 전송 전력 제어방법{TRANSMISSION POWER CONTROL METHOD FOR PHYSICAL RANDOM ACCESS CHANNEL}

도 1은 UMTS 시스템의 물리 랜덤 액세스 절차를 간략히 보인 도면,

도 2는 통상적인 물리 랜덤 액세스 채널의 전송 전력 램핑을 보인 도면,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 물리 랜덤 액세스 채널의 전송 전력 제어 흐름도,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 물리 랜덤 액세스 채널의 전송 전력 램핑을 보인 도면.

본 발명은 이동통신단말의 물리 랜덤 액세스(physical random access) 절차에 관한 것으로, 특히 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System) 시스템에 있어서 이동통신단말이 물리 랜덤 액세스 채널인 PRACH(Physical Random Access Channel)를 UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network)으로 전송하는 전력을 제어하는 방법에 관한 것이다.

UMTS 시스템에서 사용하는 RACH(Random Access Channel)는 상향 랜덤 액세스 채널로서 단말이 이동통신망인 UTRAN에 접속하기 위한 채널이다. RACH는 주로 단말이 페이징(paging)을 받았거나 호를 시도할 경우 UTRAN에 접속하기 위한 RRC(Radio Resource Control) 컨넥션 메시지 전송을 위해 사용되며, 이외에 UTRAN에 접속되어 있는 경우 셀 업데이트(cell update)나 URA(UTRAN Registration Area) 업데이트 메시지를 전송하는 경우, Cell_FACH(Forward Access Channel) 상태에서 아주 작은 데이터를 전송하는 경우에 사용된다.

이러한 RACH를 전송하기 위한 채널인 PRACH를 사용하는 물리 랜덤 액세스 절차는 잘 알려져 있으므로, 물리 랜덤 액세스 절차에 대한 상세한 설명은 생략한다. 다만, 본 발명을 이해하는데 필요한 PRACH 프리앰블의 전송과 그에 대한 응답인 AICH(Acquisition Indication Channel)를 통한 프리앰블 검출 정보의 전송에 관하여 도 1 및 도 2를 참조하여 간략히 살펴본다. 이동통신 단말인 UE(User Equipment)(100)는 도 1의 (110)단계에서 기지국과 기지국 제어기를 포함하는 UTRAN(102)으로 PRACH를 통해 도 2처럼 첫 번째 프리앰블(preamble)(200)을 전송한 후, UTRAN(102)의 기지국으로부터 AICH로 프리앰블 검출(preamble detect) 정보가 수신될 때까지 기다린다.

이때 UE(100)는 첫 번째 PRACH 프리앰블 전송을 위한 초기 전송 전력을 하기 수학식 1에 따라 결정한다.

Preamble_Initial_Power = Primary CPICH TX power - CPICH_RSCP + UL interference + Constant Value

상기 수학식 1에서 Preamble_Initial_Power는 PRACH 프리앰블을 전송하기 위한 초기 전송 전력값을 의미하고, Primary CPICH TX power는 1차 CPICH(Common Pilot Channel)의 송신 전력값을 의미하며, CPICH_RSCP는 CPICH의 수신 신호 코드 전력(Received Signal Code Power: RSCP)값을 의미하며, UL interference는 UL(Uplink) 간섭값을 의미하며, Constant Value는 상수값을 의미한다.

상기 Primary CPICH TX power, CPICH_RSCP, UL interference, Constant Value는 UTRAN(102)으로부터 전송되는 시스템 정보에 포함되어 있는 값이고, CPICH_RSCP는 UE(100)에서 측정하는 값이다.

그러므로 UE(100)는 CPICH_RSCP를 측정하고 상기 수학식 1을 이용하여 초기 전송 전력값을 획득한 후, 상기한 (110)단계에서 첫 번째 PRACH 프리앰블(200)을 초기 전송 전력으로 UTRAN(102)의 기지국으로 전송하는 것이다.

이후 일정 시간이 경과할 때까지 UTRAN(102)의 기지국으로부터 AICH로 프리앰블 검출 정보를 수신하지 못하면, UE(100)는 전송 전력을 이전 프리앰블의 전송 전력보다 미리 설정된 전력 램핑 스텝(power ramping step)만큼 증가시켜 두 번째 프리앰블(202)을 전송한다.

두 번째 프리앰블(202)에 대하여도 UTRAN(102)의 기지국으로부터 AICH로 프리앰블 검출 정보를 수신하지 못하면, UTRAN(102)의 기지국으로부터 AICH로 프리앰블 검출 정보를 수신할 때까지, UE(100)는 전송 전력을 전력 램핑 스텝만큼씩 증가시켜가면서 미리 설정된 최대 재전송 횟수까지 프리앰블을 재전송한다. 즉, 세 번 째 프리앰블(204), ..., N 번째 프리앰블(206)을 전송한다.

그러므로 UE(100)가 n번째 프리앰블을 송신할 때의 전송 전력값은 하기 수학식 2와 같이 된다.

상기 수학식 2에서 P(n)은 n번째 프리앰블을 송신할 때의 전송 전력값을 의미하고, Preamble_Initial_Power은 상기 수학식 1에 의해 얻어지는 초기 전송 전력값이며, Power_Ramping_Step는 전력 램핑 스텝값을 의미하며, n은 프리앰블의 전송횟수를 의미한다. 상기 n은 1보다는 크고 최대 재전송 횟수보다는 작은 범위를 가진다. 최대 재전송 횟수는 UTRAN(102)으로부터 받는 값이다. 전력 램핑 스텝값 역시 UTRAN(102)으로부터 받는 값으로, 현재 권고안에는 최소 1㏈에서 최대 8㏈까지 ㏈단위로 정의되어 있다.

이처럼 전송 전력을 전력 램핑 스텝만큼씩 증가시켜가면서 프리앰블을 최대 재전송 횟수만큼 전송하고도 UTRAN(102)의 기지국으로부터 ACK(Acknowledge)를 수신하지 못하면, 즉 AICH로 프리앰블 검출 정보를 수신하지 못하면 UE(100)는 랜덤 액세스 절차를 중지한다. UE(100)가 ACK를 받지 못하는 경우는 기지국으로부터 아무런 응답을 못받는 'NO ACK(Acknowledge)'의 경우, "NACK(Negative Acknowledge)"를 받는 경우가 있다.

UTRAN(102)의 기지국은 UE(100)로부터 전송된 프리앰블을 인식하면, (112)단계에서 프리앰블 검출 정보를 AICH(208)를 통해 UE(100)로 전송한다. 이에 따라 UE(100)가 프리앰블 검출 정보를 수신하면, UE(100)는 물리 랜덤 액세스 절차를 마친다. 이처럼 물리 랜덤 액세스 절차를 완료하면, UE(100)는 (114)단계에서 PRACH 메시지(210)를 UTRAN(102)으로 보내게 된다.

한편 이동통신 단말이 중계기 근처나 기지국 근처에 위치함으로써 채널 환경이 좋은 경우에는 CPICH_RSCP를 측정한 값이 채널 환경이 나쁜 경우에 비해 크게 된다. 이러한 경우 이동통신 단말은 상기한 수학식 1에 따라 초기 전송 전력값을 작은 값으로 결정하게 될 것이다. 이 경우 프리앰블을 최대 재전송 횟수만큼 전송하더라도 UTRAN(102)의 기지국으로부터 AICH로 프리앰블 검출 정보, 즉 ACK(Acknowledge)를 수신할 확률이 낮게 된다.

예를 들어 2005년 5월 현재, 독일 voda 네트워크에서 전송받는 시스템 정보를 고려하면, 이동통신 단말은 하기 표 1과 같은 파라미터를 이동통신망으로부터 받게 된다.

Primary CPICH TX power	29dBm
UL interference	-110dBm
Constant Value	-27dBm
Power_Ramping_Step	3dBm
Preamble_Retrans_Max	8

상기 표 1에서 Primary CPICH TX power, UL interference, Constant Value, Power_Ramping_Step는 상기 수학식 1,2에서와 같으며, Preamble_Retrans_Max는 상기한 최대 재전송 횟수이다.

만일 이동통신 단말이 중계기 근처나 기지국 근처에 위치함으로써 CPICH_RSCP가 -49dBm이라면, 상기 수학식 1에 따라 얻어지는 초기 전송 전력값은 29dBm - (-49dBm) + (-110dBm) + (-27dBm) = -59dBm이 된다. 그러면 전송 전력을 상기 수학식 2에 따라 전력 램핑 스텝 Power_Ramping_Step인 3dBm씩 증가시켜가면서 최대 전송 횟수 Preamble_Retrans_Max인 8회까지 프리앰블을 전송하더라도 -59dBm + 3dBm×(8-1) = -38dBm이 된다.

이러한 경우 실험 결과, 이동통신 단말은 기지국으로부터 ACK를 받지 못하여 이동통신망에 대한 액세스를 실패함으로써 호 실패(call fail) 현상이 발생하였다.

따라서 본 발명은 이동통신망에 대한 이동통신 단말의 액세스 성공율을 향상시킬 수 있는 PRACH 전송 전력 제어방법을 제공한다.

또한 본 발명은 이동통신단말이 처한 무선 채널 환경에 적응적으로 PRACH 전송 전력을 제어할 수 있는 PRACH 전송 전력 제어방법을 제공한다.

이를 위해 본 발명은, PRACH의 프리앰블을 이동통신망으로 전송할 경우 초기 전송 전력을 이동통신단말에서 측정되는 CPICH_RSCP에 대응되게 결정하는 이동통신단말에서 PRACH의 전송 전력을 제어하는 방법에 있어서, 프리앰블을 재전송해야할 경우 CPICH_RSCP에 근거하여 무선 채널 환경을 확인하고, 이전 프리앰블의 전송 전력을 확인된 무선 채널 환경에 따라 가변적으로 증가시켜 재전송을 위한 전송 전력으로 결정함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 PRACH의 전송 전력 제어 흐름도로서, 물리 랜덤 액세스 절차에 있어서 UE(100)가 PRACH 프리앰블을 재전송해야할 경우 전송 전력을 결정하는 과정을 (300)∼(310)단계로 보인 것이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 물리 랜덤 액세스 채널의 전송 전력 램핑을 보인 도면이다.

전술한 바와 같이, UE(100)가 상기한 (110)단계에서 첫 번째 PRACH 프리앰블(400)을 초기 전송 전력으로 UTRAN(102)의 기지국으로 전송한 후, 일정 시간이 경과할 때까지 UTRAN(102)의 기지국으로부터 AICH로 프리앰블 검출 정보를 수신하지 못하면, 프리앰블을 재전송하게 된다.

이때 UE(100)는 도 3의 (300)∼(302)단계에서 CPICH_RSCP에 근거하여 무선 채널 환경을 확인한 후, 이전 프리앰블의 전송 전력을 확인된 채널 환경에 따라 (304)∼(310)단계에서 하기 수학식 3에 의해 가변적으로 증가시켜 프리앰블을 재전송하기 위한 전송 전력을 결정한다.

상기 수학식 3에서 n은 프리앰블의 전송 횟수이고, P(n)은 n번째 프리앰블을 전송하기 위한 전송 전력값이고, Preamble_Initial_Power는 초기 전송 전력값이며, Power_Ramping_Step은 전력 램핑 스텝이며,

는

에 관한 가우스 함수이며, α는 CPICH_RSCP를 미리 설정된 기준 범위와 비교한 결과에 따라 선택되는 상수이다.

상기한 기준 범위와 α는 실험에 의해 최적화하여 설정한다. 예를 들어, 기준 범위가 P1 ≥ CPICH_RSCP ≥ P2라고 할 때, α는 CPICH_RSCP에 따라 하기 표 2와 같이 설정될 수 있다.

CPICH_RSCP	α
CPICH_RSCP > P1	1/2
P1 ≥ CPICH_RSCP ≥ P2	1
P2 > CPICH_RSCP	2

먼저 UE(100)는 (300)∼(302)단계에서 UE(100)는 CPICH_RSCP를 기준 범위에 포함되는지 아니면 기준범위의 상한값 P1보다 큰지 또는 하한값 P2보다 작은지를 검사함으로써 CPICH_RSCP에 근거하여 무선 채널 환경을 확인한다.

상기 (300)단계에서 UE(100)는 CPICH_RSCP가 기준범위의 상한값 P1보다 큰가를 검사한다. 만일 CPICH_RSCP가 기준범위의 상한값 P1보다 크다면, UE(100)는 무선 채널 환경이 상대적으로 좋은 것으로 판단하여, 상기 표 2에 따라 (304)단계에서 α를 1/2로 결정한 다음에 (310)단계에서 상기 수학식 3에 따라 전송 전력을 결정한다. 이에 따라 P(n)은 이전 프리앰블의 전송전력으로부터 전력 램핑 스텝보다 크게 증가된다.

이와 달리 상기 (300)단계의 검사 결과, CPICH_RSCP가 기준범위의 상한값 P1보다 작다면, UE(100)는 (302)단계에서 CPICH_RSCP가 기준범위에 포함되는지 검사한다. 만일 CPICH_RSCP가 기준범위에 포함된다면, UE(100)는 상기 표 2에 따라 (306)단계에서 α를 1로 결정한 다음에 (310)단계에서 상기 수학식 3에 따라 전송 전력을 결정한다. 이에 따라 P(n)은 이전 프리앰블의 전송 전력으로부터 전력 램핑 스텝만큼 증가된다.

만일 상기 (302)단계의 검사 결과, CPICH_RSCP가 기준범위에 포함되지 않는다면, CPICH_RSCP가 하한값 P2보다 작은 것이므로, UE(100)는 무선 채널 환경이 상대적으로 나쁜 것으로 판단하여, 상기 표 2에 따라 (308)단계에서 α를 2로 결정한 다음에 (310)단계에서 상기 수학식 3에 따라 전송 전력을 결정한다. 이에 따라 P(n)은 이전 프리앰블의 전송전력으로부터 전력 램핑 스텝보다 작게 증가된다.

즉, UE(100)는 재전송을 위한 전송 전력 P(n)을, CPICH_RSCP가 상대적으로 클수록 상대적으로 크게 증가시키고, CPICH_RSCP가 상대적으로 작을수록 상대적으로 작게 증가시키는 것이다.

이에 관하여 상세히 살피면 다음과 같다. CPICH_RSCP가 상대적으로 크면, 전술한 수학식 1에 따라 초기 전송 전력값이 상대적으로 작게 결정되게 된다. 그러면 PRACH 프리앰블의 전송 횟수에 비해 UTRAN(102)의 기지국으로부터 AICH로 프리앰블 검출 정보를 수신할 확률이 낮게 된다. 이에 따라 UE(100)는 재전송을 위한 전송 전력을 전력 램핑 스텝보다 크게 증가시킴으로써 UTRAN(102)의 기지국으로부터 AICH로 프리앰블 검출 정보를 수신할 확률을 높이는 것이다. 또한 불필요한 액세스 횟수를 줄임으로써 이동통신 단말의 배터리 수명을 증가시킬 수 있다.

이와 달리 CPICH_RSCP가 상대적으로 작으면, 전술한 수학식 1에 따라 초기 전송 전력값이 상대적으로 크게 결정되게 된다. 그러면 PRACH 프리앰블의 전송 횟수에 비해 UTRAN(102)의 기지국으로부터 AICH로 프리앰블 검출 정보를 수신할 확률이 높게 된다. 이에 따라 UE(100)는 재전송을 위한 전송 전력을 전력 램핑 스텝보다 작게 증가시킴으로써 프리앰블의 전송 전력이 불필요하게 높아져 업 링크의 간섭을 일으키게 되는 것을 줄이게 되는 것이다.

UE(100)는 상기한 바와 같이 결정된 전송 전력으로 두 번째 프리앰블(402)을 전송한다. 두 번째 프리앰블(402)에 대하여도 UTRAN(102)의 기지국으로부터 AICH로 프리앰블 검출 정보를 수신하지 못하면, UE(100)는 UTRAN(102)의 기지국으로부터 AICH로 프리앰블 검출 정보를 수신할 때까지, 전송 전력을

에 따라 증가시켜가면서 미리 설정된 프리앰블 최대 재전송 횟수까지 프리앰블을 재전송한다. 즉, 세 번째 프리앰블(404), ..., N 번째 프리앰블(406)을 전송한다.

만일 UTRAN(102)의 기지국이 UE(100)로부터 전송된 프리앰블을 인식하고, 프리앰블 검출 정보를 AICH(408)를 통해 UE(100)로 전송하면, UE(100)는 물리 랜덤 액세스 절차를 완료하고, PRACH 메시지(410)를 UTRAN(102)으로 보내게 된다.

참고로 본 발명의 적용 전과 적용 후의 호 성공율을 실험한 결과를 하기 표 3에 보였다.

장소	적용 전(성공 횟수/시도 횟수)	적용 후(성공 횟수/시도 횟수)
A	18/20	20/20
B	17/20	20/20
C	13/20	20/20
계	48/60	60/60

상기 표 3에서 보는 바와 같이 본 발명을 적용 전에는 80%의 호 성공율을 나타낸 반면에 동일한 조건에서 본 발명을 적용한 후에는 100%의 호 성공율을 나타내었다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있다.

특히 본 발명의 실시 예에서는 본 발명을 UMTS 시스템에 적용하는 예를 들었으나, 미리 설정된 전력 램핑 스텝에 따라 전송 전력을 증가시켜가면서 물리 랜덤 액세스 절차를 실행하는 경우에는 마찬가지로 적용된다.

또한 CPICH_RSCP에 따라 α를 3가지 단계로 변경하는 예를 들었으나, 기준 범위들과 α의 단계들을 더 많게 정할 수도 있을 것이다. 아울러 α도 1/2, 1, 2로 설정하는 예를 들었으나, 필요에 따라 얼마든지 다르게 정할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 한정되는 것이 아니며 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 물리 랜덤 액세스 절차에 있어서 프리앰블을 재전송해야 할 경우 CPICH_RSCP에 근거하여 해당 사용자의 무선 채널 환경에 따라 적응적으로 전송 전력을 가변적으로 증가시킴으로써, 액세스 성공율을 높임과 아울러 불필요한 액세스 횟수를 줄일 수 있으며, 그에 따라 이동통신 단말의 배터리 수명을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

또한 불필요하게 전송 전력을 증가시키는 것을 방지함으로써 업 링크의 간섭을 효율적으로 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims

물리 랜덤 액세스 채널의 프리앰블을 이동통신망으로 전송할 경우 초기 전송 전력을 이동통신단말에서 측정되는 수신 신호 코드 전력에 대응되게 결정하는 상기 이동통신단말에서 상기 물리 랜덤 액세스 채널의 전송 전력을 제어하는 방법에 있어서,

상기 프리앰블을 재전송해야할 경우 수신 신호 코드 전력값에 근거하여 무선 채널 환경을 확인하는 단계와,

이전 프리앰블의 전송 전력을 상기 확인된 무선 채널 환경에 따라 가변적으로 증가시켜 상기 재전송을 위한 전송 전력으로 결정하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 물리 랜덤 액세스 채널의 전송 전력 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 결정 단계가, 상기 재전송을 위한 전송 전력을, 상기 수신 신호 코드 전력값이 상대적으로 클수록 상대적으로 크게 증가시키고, 상기 수신 신호 코드 전력값이 상대적으로 작을수록 상대적으로 작게 증가시킴을 특징으로 하는 물리 랜덤 액세스 채널의 전송 전력 제어방법.
제2항에 있어서,

상기 확인 단계가, 상기 수신 신호 코드 전력값을 미리 정해진 기준 범위와 비교하는 단계이고,

상기 결정 단계가, 상기 재전송을 위한 전송 전력을, 상기 수신 신호 코드 전력값이 상기 기준 범위의 상한값보다 크면 미리 정해진 전력 램핑 스텝보다 크게 증가시키고, 상기 수신 신호 코드 전력값이 상기 기준 범위의 하한값보다 작으면 상기 전력 램핑 스텝보다 작게 증가시키며, 상기 수신 신호 코드 전력값이 상기 기준 범위에 포함되면 상기 전력 램핑 스텝만큼 증가시키는 단계임을 특징으로 하는 물리 랜덤 액세스 채널의 전송 전력 제어방법.
제3항에 있어서, 상기 재전송을 위한 전송 전력이, 하기 수학식에 따라 결정됨을 특징으로 하는 물리 랜덤 액세스 채널의 전송 전력 제어방법.

상기 n은 상기 프리앰블의 전송 횟수이고, 상기 P(n)은 n번째 프리앰블을 전송하기 위한 전송 전력값이고, 상기 Preamble_Initial_Power는 초기 전송 전력값이며, 상기 Power_Ramping_Step은 상기 전력 램핑 스텝이며, 상기
는
에 관한 가우스 함수이며, 상기 α는 상기 수신 신호 코드 전력값을 상기 기준 범위와 비교한 결과에 따라 선택되는 상수임.
제4항에 있어서, 상기 α가, 상기 수신 신호 코드 전력값이 상기 기준 범위의 상한값보다 큰 경우에 대하여는 1보다 작은 값으로 설정되고, 상기 수신 신호 코드 전력값이 상기 기준 범위의 하한값보다 작은 경우에 대하여는 1보다 큰 값으로 설정되며, 상기 수신 신호 코드 전력값이 상기 기준 범위에 포함되는 경우에 대하여는 1로 설정됨을 특징으로 하는 물리 랜덤 액세스 채널의 전송 전력 제어방법.