KR100837821B1

KR100837821B1 - 전력 절감을 위한 증폭기 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR100837821B1
Application number: KR1020030009390A
Authority: KR
Inventors: 허석균
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2008-06-13
Also published as: US20040185908A1; EP1448003A3; EP1448003A2; CN1723637A; WO2004073211A1; KR20040073715A; JP2006514812A

Abstract

적어도 두 개 이상의 증폭기를 구비하는 기지국에서 이동통신 단말기로의 송신 전력을 조절하기 위해 증폭기를 제어하는 장치 및 방법에 대해 개시한다.

본 발명에 따른 증폭기 제어 방법은 상기 기지국에서 요구되는 전력에 해당하는 증폭기 개수, 현재 운용중인 증폭기 개수, 운용자의 명령에 의해 대기시킬 증폭기 개수와 운영시킬 증폭기 개수, 소정 보충 파라미터, 그리고 증폭기 개수 산정의 측정 주기를 설정하는 과정과, 설정된 증폭기 제어 모드를 판단하는 과정과, 설정된 증폭기 제어 모드가 메뉴얼 모드이면, 운영할 증폭기와 대기할 증폭기를 설정하는 과정과, 운영자에 의해 강제모드가 설정되면, 상기 운영할 증폭기를 운영하고 대기할 증폭기를 대기시키는 과정을 포함한다.

기지국, 증폭기, 전력 제어

Description

전력 절감을 위한 증폭기 제어장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING OF AMPLIFIER TO REDUCE POWER }

도 1은 일반적으로 기지국에서 1일 동안의 평균 트래픽 분포를 도시한 도면,

도 2는 종래기술에 따른 기지국 송신 전력 제어 장치의 내부 블록 구성도,

도 3은 본발명의 실시예에 따른 기지국의 전력 증폭 장치를 보여주는 도면,

도 4는 본발명의 제1 실시 예에 따른 전력 증폭기 제어 방법을 보여주는 흐름도,

도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전력 증폭기 제어 방법을 보여주는 흐름도,

도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력 증폭기 제어 방법을 보여주는 흐름도,

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 장치와 방법을 사용할 시에 증폭기 운영 모드의 기능에 따라 시간에 따른 신뢰도의 증가를 도시한 도면.

본 발명은 이동통신 시스템의 증폭기 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 순방향 링크에 있어서 기지국의 송신 전력을 절감하기 위해 상기 기지국의 증폭기를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상적인 부호분할다중접속(CDMA: Code Division Multiple Acess)방식의 이동 통신시스템은 음성 위주의 서비스를 제공해 왔으나, 제3세대(3rd Generation) 이동 통신시스템은 음성뿐만 아니라 고속 데이터의 전송이 가능한 서비스를 제공한다. 즉, 제3세대 이동 통신시스템에서는 고품질의 음성, 동화상, 인터넷 검색 등의 서비스 제공이 가능하다. 이러한 이동 통신시스템에서 이동국(MS: Mobile Station)(혹은 단말기)과 기지국(BS: Base Station) 사이에 존재하는 무선 통신선로는 크게 기지국에서 이동국으로 향하는 순방향 링크(forward link)와, 이와 반대로 이동국에서 기지국으로 향하는 역방향 링크(reverse link)로 구별된다.

한편, 상기 이동 통신시스템의 순방향 링크를 통해 송신되는 전력은 사용자 수와 서비스에 따라 가변되어야 한다. 그러나 기존의 상기 이동통신 시스템의 순방향 링크를 통해 송신되는 전력은 항상 풀 파워(full power)로 전송된다. 또한, 상기 순방향 링크를 통해 전력을 송신하기 위해 상기 기지국은 적어도 두 개 이상의 증폭기들을 구비하는데, 기존의 이동통신 시스템에서 상기 기지국은 구비되어 있는 증폭기에 대해서 하루 종일 전력을 공급하도록 설계되어 있다.

도 1은 일반적인 기지국에서 1일 동안의 평균 트래픽 분포를 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 기지국에서 소모되는 시간에 따른 소모 전류량을 나타낸 것이다. (a)와 (c)는 1일 중 음성 및 데이터 통신이 거의 없는 시간대로 예를 들어 새벽이나 아침시간을 나타내며, (b)는 낮시간 또는 저녁 시간대로 음성 및 데이터 통신이 활발한 시간대를 나타낸다. 상기 (a)와 (c)시간대는 사용자의 수가 급격히 감소된 시간대로서 상기 순방향 링크를 통해 송신되는 전력이 풀 파워로 공급될 필요가 없다.

도 2는 종래기술에 따른 기지국 송신 전력 제어 장치의 내부 블록 구성도이다.

상기 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 송신 전력 제어 장치의 내부 블록 구성도는 채널 처리부(200), 송신부(210), 하나 이상의 증폭기들로 구성되는 증폭부(220)로 구성된다. 입력 신호는 채널 처리부(200)와 송신부(210)를 거친 후, 증폭부(220)에서 증폭되어 이동통신 단말기로 전송된다.

앞서 언급한 바와 같이, (a) 및 (c)시간은 음성 및 데이터 통신이 거의 없으므로 기지국은 이동통신 단말기로 풀 파워의 신호를 전송하지 않아도 된다. 그러나, 종래에는 상기와 같은 풀 파워로 신호를 전송하지 않아도 되는 상황(시간대)에서도 풀 파워로 신호를 전송하였다. 따라서 이는 전력 낭비일 뿐만 아니라 운영자 입장에서는 운용 비용의 낭비가 된다.
또한, 기지국에 구비되어 있는 모든 증폭기는 이동통신 단말기로 신호를 전송함에 있어 하루 종일 풀 파워로 전송할 신호에 대해 증폭 기능을 수행해야 하므로, 하루 종일 상기 증폭기에 전기적 스트레스뿐만 아니라 열적 스트레스가 가해진다. 이는 상기 증폭기 내부의 소자(device)들의 수명을 단축시키는 요인이 된다는 문제점이 있다. 그리고 상기 증폭기 내부 소자의 수명 단축은 상기 증폭기의 평균 무고장 시간(Mean Time Between Failure)을 줄이는 문제를 초래하게 된다.

따라서, 따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은 기지국의 전력소모를 줄이는 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명은 기지국 증폭기의 수명을 연장시키는 방법 및 장치를 제공한다.

상기한 목적들은 전력을 절감하기 위한 증폭기를 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공함으로 인해 수행된다.

상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 제1 실시 예는 이동 통신 단말로의 송신 전력을 증폭하는 적어도 두 개 이상의 증폭기를 구비하는 기지국에서 상기 증폭기를 제어하는 방법에 있어서,

상기 적어도 두 개 이상의 증폭기들 중 운영 또는 대기시킬 증폭기를 결정하는 과정과, 상기 결정된 결과에 따라, 해당 증폭기들을 운영 또는 대기 상태로 동작되도록 설정하는 과정으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 제2실시 예는 이동 통신 단말로의 송신 전력을 증폭하는 적어도 두 개 이상의 증폭기들을 구비하는 기지국에서 상기 증폭기를 제어하는 장치에 있어서, 상기 기지국의 섹터별 합성 전력을 측정하는 채널 합성부와, 상기 채널 합성부로부터 측정된 합성 전력 정보에 근거하여 상기 두 개 이상의 증폭기들의 운용 또는 대기 상태를 결정하는 슬립모드 운용부로 구성되는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 내용은 당해 분야 통상의 지식을 가진 자는 후술되는 본 발명의 구체적인 설명으로 보다 잘 이해할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 특징들 및 기술적인 장점들을 다소 넓게 약술한 것이다.

본 발명의 청구범위의 주제를 형성하는 본 발명의 추가적인 특징들 및 장점들이 후술될 것이다. 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 동일한 목적들을 달성하기 위하여 다른 구조들을 변경하거나 설계하는 기초로서 발명의 개시된 개념 및 구체적인 실시예가 용이하게 사용될 수도 있다는 사실을 인식하여야 한다. 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 또한 발명과 균등한 구조들이 본 발명의 가장 넓은 형태의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 사실을 인식하여야 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 참조번호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명은 기지국에 구비되어 있는 적어도 2개의 증폭기를 제어함으로써 이동통신 단말기로의 송신 전력을 제어하는 장치 및 방법이다.

<본 발명의 원리>

본 발명의 원리는 기지국 내부에 소정 제어부를 구비하고, 상기 제어부가 증폭기들의 전력량을 계산하고 특정 증폭기를 대기(Disable) 및 운영(Enable)하도록 하는 것이다. 즉, 상기 제어부가 요구되는 전력 및 현재 실장된 전력을 비교하여 , 상기 전력 증폭기로부터 현재 실장된 전력의 여유분이 존재할 때에는(즉, 요구되는 전력보다 상기 전력 증폭기로부터 사용가능한 전력이 더 많을 때), 해당 증폭기를 대기상태로 전환시킨다. 상기 대기/운영 제어는 도 3과 같이 각각의 증폭기가 제어되도록 구성한다. 하기의 설명에 있어서, 본 발명의 원리에 따른 증폭기 운용을 슬립모드(Sleep Mode)라 칭하기로 한다.

본 발명의 원리에 따라 전력 증폭기가 운용되는 예를 설명하면 하기와 같다.

먼저, 하나의 안테나에 연결된 증폭기 개수에 따라서 운용 예가 구분되며, 3가지 경우를 예를 들어 설명하기로 한다.

경우 1(Case 1) : 기지국에 2개의 증폭기가 실장되어 부하를 공유하고 있을 경우

트래픽이 적은 시간 때 하나의 증폭기를 슬립모드로 동작하고 나머지 하나의 증폭기는 과부하 채널만 전송하는 정지(Idle) 상태에 있도록 구성.

경우 2(Case 1) : 기지국에 3개의 증폭기가 실장되어 부하를 공유하고 있을 경우

트래픽이 적은 시간 때 두개의 증폭기를 슬립모드로 동작하고, 나머지 하나는 과부하 채널만 전송하는 정지(Idle) 상태에 있도록 구성.

경우 3(Case 3) : 기지국에 4개의 증폭기가 실장되어 부하를 공유하고 있을 경우

트래픽이 적은 시간 때 세 개의 증폭기를 슬립모드로 동작하고, 나머지 하나는 과부하 채널만 전송하는 정지(Idle) 상태에 있도록 구성.

상기 운용예에서, 요구되는 전력량에 따라서 운영(Enable)되는 증폭기의 개 수는 가변적으로 변하게 된다.

<증폭기 슬립 모드>

본 발명에 따른 증폭기 제어에 있어서, 슬립 모드기능은 자동적인 모드 변환을 전제로 하며, 증폭기 슬립 모드는 크게 3가지로 구분하여 운용된다.

1. 매뉴얼 모드(Manual Mode)

메뉴얼 모드는 운용자의 요구에 의하여 일회성으로 수행되는 기능으로 운용하는 AMP의 개수를 운영자의 판단에 의거하여 설정한다. 이때에 순전히 운영자 판단에 의해 운용하는 앰프의 개수를 강제적으로 결정할 경우, 발생하는 오류를 방지하고자 메뉴얼 모드에 비강제 모드(Notforce Mode) 기능을 더 포함시킨다.
상술한 바와 같이 상기 메뉴얼 모드는 강제 모드와 비강제 모드인 인공지능 모드로 구분할 수 있다.

먼저, 강제모드는 순전히 운영자 판단에 의거하여 증폭기가 운영될 수 있으며, 상기 강제 모드에서 기지국은 언제든 증폭기 식별자(ID)를 입력받아 선택된 특정 증폭기를 운영(Enable)혹은 대기(Disable)로 운영 가능하다.

다음으로, 인공지능 모드는 운영자 판단에 의거하여 증폭기를 운영하나 실제 요구되는 전력에 대비하여 운영자가 설정한 증폭기 개수가 적을 경우는 기지국 자체적으로 판단하여 운영자 오류 메세지를 발생하고 실제로 요구되는 증폭기 개수 이하로 증폭기를 대기 시키지 않는다.

상술한 바와 같이 운영자에 의해 증폭기의 개수를 제어하고 난 후의 증폭기의 제어 기능의 동작은 후술하는 자동 모드(Auto Mode)의 동작과 동일하다. 그러나, 상기 매뉴얼 모드는 일회성 동작인반면, 자동 모드는 일정주기를 기준으로 동작을 반복한다는 차이점이 있다.

2. 자동 모드

자동 모드는 기지국 자체적으로 요구되는 전력 증폭기의 개수를 산출하여서 필요이상의 증폭기가 운용될 시에는 해당 증폭기를 슬립모드로 전환하도록 동작되는 모드이다.

자동 모드에서 기지국은 요구되는 증폭기 개수와 운용중인 증폭기개수를 비교하여 운영되는 AMP의 개수를 조절한다. 이때에 설정되어야 할 변수는 아래와 같다.

Check Time Interval : 이 변수는 요구되는 증폭기 값과 운용중인 증폭기 값을 비교하여 실제 운용하는 증폭기 개수를 조정하는 시간 간격(Time Interval)을 변경하는 변수이다. 이 변수 또한 운용자에 의해 변경이 가능하며, 간격이 작을수록 트래픽 변화량에 따라 유연하게 대처할 수 있으나, 시스템 처리 부하는 커지게 된다.

3. 스케쥴링 모드(Scheduling Mode)

스케쥴링 모드는 운영자가 특정한 시간대를 정해서 그 시간대에 사용 가능한 증폭기의 개수를 조정하도록 동작되는 모드이다. 즉, 상기 스케줄링 모드는 상술할 메뉴얼 모드에 스케쥴링(Scheduling) 개념이 접목된 형태로 보면 된다. 상기 메뉴얼 모드와 스케줄링 모드의 차이점이라면, 상기 메뉴얼 모드에서는 언제나 운용자가 특정 증폭기를 운영/대기로 조정할 수 있었음에 반해 스케줄링 모드에서는 특정 시간 동안 특정 증폭기에 대해 대기/운영으로 설정한다. 인공지능 모드를 위해서는 상기 Check Time Interval을 설정할 수 있다.

도 3은 본발명의 실시예에 따른 기지국의 전력 증폭 장치를 보여주는 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 기지국의 전력 증폭 장치는 채널 처리부(300)와 전송부(310)와 복수의 증폭기를 구비하는 증폭부(330)에 슬립 모드 운용부(340)를 더 포함한다. 또한 상기 채널 처리부(300)는 채널합성부(305)를 구비하며, 상기 슬립모드운용부(320)는 연산부(342), 저장부(344), 제어부(345)를 포함한다. 상기 도 3에 도시된 각 구성요소의 상세 동작은 후술하는 슬립모드 동작과 함께 설명하기로 한다.

<전력 산출 및 증폭기 제어 방법>

하기에서는 설명의 편의를 위해 상기 메뉴얼/자동/스케쥴링 모드를 구분하지 않고 요구되는 전력 산출 및 증폭기 제어에 대해서 설명하기로 한다. 이하 상기 도 3을 참조하여 설명한다.

증폭기 제어 알고리즘은 운용자에 의해 증폭기 슬립 모드가 가동이 되고 기지국은 이때 운용자로부터 보충 요소(compensation factor)를 입력받게 된다. 입력된 보충 요소는 저장부(324)에 저장이 되며, 기지국은 자동으로 현재 운용중인 증폭기의 개수를 파악하여 저장부(324)에 현재 운용중인 증폭기의 개수를 저장한다. 채널 합성부(310)에서는 섹터(Sector)별 합성 전력을 연산부(322) 및 저장부(324)로 보고한다. 상기 채널 합성부(310)는 기지국 각 섹터별로 디지털 이득이 합산되므로, 섹터별로 요구되는 요구 전력 측정이 가능하다. 증폭기 슬립모드가 되면, 상기 연산부(322)는 상기 저장부(324)에 저장된 요구되는 전력과 운용중인 증폭기 개수 그리고 보충 파라미터를 근거로 하여 요구되는 증폭기의 개수 R을 산출하게 된다. 산출 공식은 하기 <수학식 1>과 같다.

상기 연산부(322)에 의해 요구되는 증폭기 개수가 산출되면, 제어부(346)는 상기 산출된 증폭기의 개수를 현재 운용중인 증폭기 수와 비교한다. 상기 비교 결과, 운용중인 증폭기 수가 부족하게 되면 제어부(326)는 필요한 증폭기를 운영시킨다. 그러나, 상기 비교 결과 불필요한 증폭기가 운용중이면, 상기 제어부(326)는 불필요한 증폭기를 대기시킨다. 그리고 매뉴얼 모드 또는 스케줄링 모드에서의 운용자에 의해서 증폭기 운영/대기 명령을 입력받게 되면, 그 명령에 따른 증폭기 개수를 계산하여 운용자 명령을 실행할지 아니면 명령 오류로 처리하고 오류 메시지를 디스플레이(Display)할지를 상기 연산부(322)에서 결정하여 상기 제어부(326)를 통해 증폭기를 제어하게 된다.

상기 연산부(342)에서 요구되는 증폭기수를 계산하기 위한 파라미터는 하기 <표 1>과 같다.

R= Required Min #of PAU(현재 기지국에서 출력되어야 하는 Power에 해당되는 AMP 개수) O= Operating #of PAU( 현재 운용중인 AMP의 개수) D= # of Disable PAU by Force(운영자에 의해 강제적으로 Disable할 AMP 개수) E= # of Enable PAU by Force(운영자에 의해 강제적으로 Enable할 AMP 개수) C= Compensation(AMP를 Disable 혹은 Enable 시킬 때, 원하는 시점보다 Disable을 늦게 하거 나 Enable을 먼저하여 시스템에 안정적인 운영을 도모하기 위한 Parameter임.)

상기 보충 파라미터에 대해 상세히 설명하면 하기와 같다.

가. C<1경우: 도심지와 같이 시스템 안정적인 운용이 필요시 설정, 필요한 증폭기 개수보다 증폭기 개수의 여유분을 갖을 수 있음. 급변하는 트래픽 요구량에 유연히 대처할 수 있음.

나. C=1경우: 정확하게 필요한 증폭기의 개수를 운용토록 설정.

다. C>1경우: 도시 외곽지와 같이 시스템 안정적인 운용보다는 최소비용으로 서비스 영역을 확보하는 지역에서 운용토록 설정. 필요한 증폭기 개수보다 적은 증폭기로 운용될 가능성이 있음.

도 4는 본발명의 제1 실시 예에 따른 전력 증폭기 제어 방법을 보여주는 흐름도이다. 상기 도 4에 도시된 실시 예는 상기 메뉴얼 모드의 동작을 나타낸다.

상기 도 4를 참조하면, 400단계에서 상기 <표 1>에 기재된 파라미터들(R, O, D, E, C)와 파라미터 M이 설정된다. 그리고, M은 자동/스케줄링 모드에서 요구되는 증폭기의 개수가 자동으로 계산된 시간 간격을 나타낸다.

405단계에서 기지국은 설정된 슬립모드가 메뉴얼 모드인지를 판단한다. 상기 슬립 모드의 종류 설정은 운용자에 의해 선택될 수 있다. 상기 405단계의 판단 결과, 슬립 모드가 메뉴얼 모드가 아니면, 415단계에서 스케쥴링 모드인지가 판단된다. 만일 스케줄링 모드일 경우 기지국은 루틴 A로 진행하고, 자동 모드일 경우에는 루틴 B로 진행한다. 상기 415 단계의 판단 결과에 따른 스케쥴링 모드인 경우와 자동 모드인 경우에 대해서는 도 5 및 도 6을 참조하여 후술한다.

한편, 상기 405 단계의 판단 결과, 설정된 슬립 모드가 매뉴얼 모드일 경우, 410단계에서 운영자로부터 운영/대기 명령과 운영/대기할 전력 증폭기 유닛(PAU : Power Amplifier Unit) ID가 입력된다. 이는 메뉴얼 모드는 상술한 바와 같이 단발성 명령이고 반드시 운용자의 명령이 있어야 하기 때문이다. 또한, 상기 410단계에서, 운용자에 의해 강제 모드로 운용될 것인지, 인공지능 모드로 운용될 것인지가 설정된다. 그러면, 420단계에서 기지국은 상기 운용자의 설정에 따라 매뉴얼 모드가 강제 모드인지를 판단한다. 상기 420단계의 판단 결과, 메뉴얼 모드가 강제모드인 경우, 480단계에서 기지국은 운용자가 요구한 증폭기를 대기/운영시키고 407단계에서 메뉴얼 모드 실행은 종료된다.

그러나, 상기 420단계의 판단 결과, 메뉴얼 모드가 강제 모드가 아닌경우, 425단계에서 기지국은 운용자의 명령이 대기 인지 운영인지를 판단한다. 상기 425단계의 판단 결과 운용자의 명령이 대기인 경우, 430단계에서 기지국은 요구되는 증폭기 개수(PAU) R를 상기 <수학식 1>에 의해 산출하고, 운용하게 될 증폭기 개수(PAU)는 'O - D'에 의해 구해진다.

이후, 435단계에서 기지국은 R보다 E가 큰지를 판단한다. 만일 상기 435단계의 판단 결과 (O-D)가 R보다 크다면, 440단계에서 기지국은 요구되는 PAU를 대기 상태로 제어하고, 470단계에서 매뉴얼 모드를 종료한다. 반면에, 425단계의 판단결과, 만일 (O-D)가 R보다 작거나 같을 경우, 445단계에서 상기 기지국은 어떠한 PAU도 대기시키지 않고, 운용자 오류 메시지를 출력하고 470단계에서 매뉴얼 모드 동작을 종료한다.

한편, 상기 425단계의 판단 결과, 운용자의 명령이 운영인경우, 450단계에서, 기지국은 상기 <수학식 1>에 의해 요구되는 증폭기 개수(R)를 구하고, 운용하게될 증폭기 개수는 'O+E'로 구한다. 그런 후, 455단계에서, 기지국은 운용될 증폭기의 수(E)가 요구되는 증폭기 수(R)보다 적은지를 판단한다. 상기 455단계의 판단 결과, 운용될 증폭기의 수(O+E)가 요구되는 증포기의 수(R)보다 적으면, 460단계에서 기지국은 운용자가 요구한 증폭기를 운영시킨다. 상기 455단계의 판단 결과, 운용될 증폭기의 수가 요구되는 증폭기의 수보다 같거나 크다면, 기지국은 상기 445단계를 수행한다. 여기서 슬립모드 종료시에는 인터럽트 신호가 발생된다. 그리고 증폭기를 대기 상태로 할 때에는 증폭기에 대해 고루 대기 상태로 둔다. 이는 다른 모드에서도 동일하다.

도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전력 증폭기 제어 방법을 보여주는 흐름도이다. 상기 도 5에 도시된 실시 예는 상기 자동 모드의 동작을 도시한 흐름도로써, 상기 도 4의 415 단계에서 슬립모드가 스케줄링 모드가 아닐 경우에 수행되는 동작이 된다.

운용자의 명령에 의해 자동 모드로 동작을 시작 하게 되면, 500단계에서, 운영되는 증폭기 개수를 조정하는 측정 및 판단 주기(M : Check_Time_Interval)와 보충 파라미터(C：Compensate)가 설정된다. 이때 기지국은 510단계에서, 상기 두개의 파라미터를 이용하여 자동으로 증폭기를 대기/운영을 설정 하게 되며, 요구되는 증폭기의 개수(R)는 상기 <수학식 1>을 이용하여 산출된다.

이후, 520 단계에서 기지국은 현재 운용중인 증폭기의 개수(O)와 요구되는 증폭기의 개수(R)를 비교한다. 상기 520 단계의 비교 결과, 두 개수가 같을 경우, 상기 510단계로 되돌아가 반복 수행된다. 그러나, 상기 520 단계의 비교 결과, 두 개수가 같지 않은 경우, 530단계에서 기지국은 운용중인 증폭기의 개수(O)가 요구되는 증폭기의 개수(R)보다 많은지를 판단한다. 상기 530 단계의 판단 결과, 운용중인 증폭기의 개수(O)가 요구되는 증폭기의 개수(R)보다 많은 경우는 증폭기가 불필요한 동작을 하고 있는 것이므로, 540 단계에서 기지국은 불필요한 증폭기를 대기로 전환시킨다. 그러나, 상기 530 단계의 판단 결과, 운용중인 증폭기의 개수(O)가 요구되는 증폭기 개수(R)보다 적을 경우에는 550단계에서 기지국은 현재 실장은 되었으나, 미 운용중인 증폭기를 운영상태로 전환하게 된다. 이후, 555단계에서 M이 종료되었을 시에, 기지국은 운용자에 의해서 상기 500단계에서 입력된 타이머(Timer)에 의해 상기 510 단계에서 550 단계의 동작을 반복 수행한다. 자동 모드는 운영자 명령에 종료된다. 예로서, 인터럽트 신호를 발생시키는 알고리즘으로 자동 모드 운영에 인터럽트 신호를 발생시키는 알고리즘으로 수행될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력 증폭기 제어 방법을 보여주는 흐름도이다. 상기 도 6에 도시된 실시 예는 스케쥴링 모드에서의 동작을 도시한 흐름도로써, 상기 도 4의 415 단계에서 슬립모드가 스케줄링 모드일 경우에 수행되는 동작이 된다.

운용자의 명령에 의해 스케쥴링 모드로 동작을 시작하게 되면, 600단계에서, 정해진 시간동안 슬립 모드가 동작되도록 시작 및 종료 시간이 설정된다. 또한 운용자의 선택에 의해 대기/운영 명령과 대기/운영 할 전력 증폭기 ID가 입력되고, M(Check_Time_Interval)과 C(보충 파라미터)가 입력된다. 그리고, 강제 모드 또는 인공지능 모드로 운영할 것인지가 설정된다.

610 단계에서 기지국은 종료시간이 끝났는지 여부를 판단한다. 상기 610 단계의 판단 결과, 종료 시간이 끝나지 않았다면, 620단계에서, 기지국은 슬립 모드가 강제 모드인지를 판단한다. 상기 620 단계의 판단 결과, 슬립 모드가 강제 모드인 경우, 690단계에서 기지국은 운용자가 요구한 증폭기를 대기/운용하고, 610 단계로 회귀한다.

상기 620단계의 판단 결과, 슬립 모드가 인공지능 모드인 경우, 630단계에서 기지국은 상기 <수학식 1>에 따라 요구되는 증폭기 수(R)를 산출하고, 운영하게될 증폭기 개수는 'O-D+F'에 의해 구한다. 이후, 640단계에서, 기지국은 (O-D+E)와 R를 비교한다. 상기 640단계의 비교 결과, 두 개의 개수가 같으면, 680단계를 거쳐, 610단계부터 반복 수행한다. 상기 640단계의 비교 결과, 두 개의 개수가 같지 않으면, 650단계에서 기지국은 R보다 (O-D+E)가 더 큰지를 판단한다. 상기 650 단계의 판단 결과, (O-D+E)가 R보다 크다면, 증폭기가 불필요한 동작을 하게 되므로 660단계에서 운영자에 의해서 기지국은 불필요한 증폭기를 대기상태로 조정한다. 그러나, 상기 650 단계의 판단 결과, (O-D+E)이 R보다 작다면, 670단계에서 기지국은 상기 요구되는 증폭기를 운영시킨다. 이후, 680단계에서, 시간이 종료되면, 기지국은 상기 610단계부터 반복 수행한다. 상기 610단계에서, 종료시간이 되면, 스케쥴링 모드는 종료된다.

<본 발명의 적용결과>

이하, 본 발명에 따른 슬립 모드 적용시 소모 전력 효율 및 금전적 효과를 살펴본다.

1. 효율 예측을 위한 증폭 장치 모델

하기 <표 2>는 모델이 되는 증폭 장치의 상태별 전류 소모를 나타내고 있으며, 현재 기지국에 운용중인 증폭기를 기준으로 작성되었다. 여기서, 2FA에 해당되는 OVHD출력을 35dBm으로 가정한다.

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증폭장치-C(PAU-C)에 대한 절감효율은 하기 <표 3>과 같다. 이는 과부하(Overhead)만 출력되는 유휴(Idle)상태에서, 일반모드(Normal Mode) 대비 슬립모드의 소모 전력의 절감효율을 비교한 것이다.

PAU-K에 대한 절감효율은 <표 4>와 같다. 이는 과부하만 출력되는 유휴 상태에서 일반모드 대비 슬립 모드의 소모전력의 절감효율을 비교한 것이다.

절감효율 산출 공식은 하기와 같다.

상기 PAU-K에서 경우 1의 절감효과 산출은 하기 <수학식 3>에 의해 산출 될 수 있다.

2. 슬립 모드 적용시 경우별 전력요금 절감 효과

여기서는 절약 전력 및 절약 금액의 관점에서 PAU-K, C와 각 경우를 비교해보기로 한다.

하기 <표 5>는 한국전력공사의 사정기준인 계절에 따른 저압전력의 요금표이다.

하기 <표 6>은 각 경우별로 분석한 것으로 부하를 공유하는 증폭기 개수가 증가 할 수록 절약 금액이 증가함을 알 수 있다. 4000개의 기지국 운영시에 절약되는 금액을 보여주고 있다.

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3. 슬립 모드 적용시 신뢰성 상승 효과 예측

본 발명에 따른 슬립 모드를 적용하면, 증폭기내 전력 트랜스에 대해서 전기 적, 열적 Stress를 덜 가하게 되므로 결과적으로, 증폭기에 대한 신뢰도를 상승시키는 결과를 갖는다.

그에 따른 효과를 다음과 같이 분석한다.

비교 Device 선정 :

PAU 내 Power MOSFET의 신뢰도를 비교키 위한 Device는 MRF9180으로 선정한다.

Normal Mode와 Sleep Mode의 운영 환경 설정 :

Normal Mode와 Sleep Mode에서 MOSFET의 운영시 환경은 아래와 같이 가정한다.

1) normal mode

- 조건 : operating temp. = 80 ℃

Pout = 17 W

Power ratio = 10 %

하루 24시간을 위의 조건으로 운영.

2) Sleep mode

- 조건 : operating temp. = 25 ℃ (상온 기준)

Pout = 0 W

Power ratio = 0 %

하루 8시간을 위의 조건으로 운영.

하루 16시간은 normal mode로 운영

MTBF 산출 결과 :

- 각각의 Mode에 대해서 MTBF를 산출하기 위해 아래와 같은 규격 조건을 사용한다.

: Telcordia TR-000332 규격중 Method I의 Case 3

- 산출시 사용된 Simulation Tool은 Relex 7.3를 사용하였다.

하기 <표 7>은 MRF9180의 모드별 MTBF 산출결과를 비교하는 것이다.

상기 <표 7>에서, MTBF 산출은 시스템 레벨 및 PAU 레벨 산출이 아닌 Power MOSFET 1EA의 Component에 대해서만 산출된 것이다. 상기 <표 7>에서 보는 바와 같이 약 1.3배정도의 수명이 증가하게 된다.

MRF9180의 모드별 신뢰도 곡선은 도 7과 같다. 상기 도 7은 시간에 따른 신뢰도 함수를 나타내고 있다. 일반 모드에 대비해서 슬립모드가 시간에 따라 신뢰도 가 높게 나타나고 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은 기지국의 전력소모를 줄이는 방법 및 장치를 제공하는 이점이 있다. 따라서, 증폭기에 가해지는 전기적인 부하와 열적인 부하가 종래기술과 대비하여 상대적으로 적어지므로, 증폭기의 수명을 연장시키는 효과가 있다.

또한, 증폭기 설계 및 기지국 설계에 있어서 쿨링(Cooling)의 문제는 상당히 중요한데, 여기서 트래픽양이 적은 비번시에 발열량을 감소시킨다면 증폭기 슬립모드 시간대에는 쿨링시스템(Cooling System)에 부하를 줄일 수 있는 효과도 있다.

그리고 본 발명의 실시예인 메뉴얼 모드 적용시 운영자의 오판에 의한 시스템 전반에 걸친 치명적인 오류도 미연에 방지해 주는 안전대책도 제공해 주게 된다.

Claims

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이동 통신 단말로의 송신 전력을 증폭하는 적어도 두 개 이상의 증폭기들을 구비하는 기지국에서 상기 증폭기를 제어하는 방법에 있어서,

상기 적어도 두 개 이상의 증폭기들 중 운영 또는 대기시킬 증폭기를 결정하는 과정과,

상기 결정된 증폭기를 운영 또는 대기시키는 과정을 포함하고,

상기 운영 또는 대기시킬 증폭기를 결정하는 과정은,

상기 증폭기들 중 운영 또는 대기시킬 증폭기의 식별자와 운영 또는 대기 명령을 운영자로부터 입력받는 과정과,

상기 운영자의 입력에 따라 상기 운영 또는 대기시킬 증폭기를 결정하는 과정과,

요구되는 전력 증폭기의 개수와 상기 증폭기를 운영 또는 대기시키는 결정에 따라 계산되는 운영될 전력 증폭기의 총 개수를 비교하여, 상기 운영자로부터 입력된 입력에 따라 운영 또는 대기시킬 증폭기를 결정하는 과정의 오류여부를 판단하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 방법.
제14항에 있어서, 상기 요구되는 전력 증폭기의 개수는,

요구 전력량과 증폭기 특성에 따라 계산됨을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 방법.
제15항에 있어서,

상기 운영시킬 증폭기 총 개수가 상기 요구된 증폭기 개수 보다 많으면, 요구되는 증폭기 수만큼 증폭기를 운영하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 방법.
제15항에 있어서,

운용시킬 증폭기 개수가 요구되는 증폭기 개수 보다 적으면, 상기 운영자로부터의 입력에 따라 운영시키거나 대기시킬 증폭기의 결정이 잘못된 결정임을 지시하는 오류메시지를 출력하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 방법.
이동 통신 단말로의 송신 전력을 증폭하는 적어도 두 개 이상의 증폭기들을 구비하는 기지국에서 상기 증폭기를 제어하는 방법에 있어서,

상기 적어도 두 개 이상의 증폭기들 중 운영 또는 대기시킬 증폭기를 결정하는 과정과,

상기 결정된 증폭기를 운영 또는 대기시키는 과정을 포함하고,

상기 운영 또는 대기시킬 증폭기를 결정하는 과정은,

요구된 전력량과 증폭기에 따라 상기 요구된 증폭기들의 개수를 계산함에 의해 증폭기를 운영 또는 대기시킴을 자동적으로 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 방법.
제18항에 있어서, 상기 계산은 미리 설정된 시간 간격마다 수행됨을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 방법.
청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제19항에 있어서, 상기 시간 간격은 운영자로부터의 설정됨을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 방법.
제20항에 있어서, 운영 또는 대기시킬 증폭기를 결정하는 과정은,

현재 운용중인 증폭기의 개수와 상기 요구되는 증폭기 개수를 비교하는 과정과,

상기 현재 운용중인 증폭기의 개수가 상기 요구되는 증폭기의 개수보다 많으면, 상기 요구되는 증폭기 개수 이외의 증폭기를 대기시키는 과정을 포함함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 방법.
제21항에 있어서,

상기 현재 운용중인 증폭기의 개수가 상기 요구되는 증폭기 개수보다 적으면, 필요한 수 만큼 미운용중인 증폭기를 운용시키는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 방법.
이동 통신 단말로의 송신 전력을 증폭하는 적어도 두 개 이상의 증폭기들을 구비하는 기지국에서 상기 증폭기를 제어하는 방법에 있어서,

상기 적어도 두 개 이상의 증폭기들 중 운영 또는 대기시킬 증폭기를 결정하는 과정과,

상기 결정된 증폭기를 운영 또는 대기시키는 과정을 포함하고,

상기 운영 또는 대기시킬 상기 증폭기를 결정하는 과정은,

운영자에 의해 시간 간격을 설정하는 과정과,

상기 시간 간격동안 상기 운영자로부터의 입력에 따라 상기 증폭기를 운영 또는 대기상태로 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 방법.
제23항에 있어서, 증폭기를 운영 또는 대기 상태로 설정하는 과정은,

상기 운영자에의해 입력된 증폭기 식별자(ID)에 따라 상기 증폭기를 운영 또는 대기상태로 결정하는 과정을 포함하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 방법.
제24항에 있어서,

운영 또는 대기시킬 상기 증폭기 결정의 오류 유무를 판단하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 방법.
제25항에 있어서, 상기 운영 또는 대기시킬 증폭기 결정의 오류 유무를 결정하는 과정은,

요구 전력량과 증폭기 특성에 따라 계산되는 전력 증폭기의 개수와 상기 증폭기를 운영 또는 대기시키는 상기 결정에 따라 계산되는 운영될 전력 증폭기의 총 개수를 비교하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 방법.
제26항에 있어서,

상기 운영시킬 증폭기의 총 개수가 상기 요구된 증폭기 개수보다 많으면, 요구되는 증폭기 수 만큼 운영하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 방법.
제26항에 있어서,

상기 운용시킬 증폭기의 총 개수가 상기 요구된 증폭기 개수보다 적으면, 운영 또는 대기시킬 증폭기의 결정이 잘못되었음을 지시하는 오류 메시지를 출력하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 방법.
제23항에 있어서, 상기 운영 또는 대기시킬 증폭기를 결정하는 과정은,

요구된 전력량과 증폭기 특성들을 고려하여 상기 요구되는 증폭기들의 개수를 계산하여 자동적으로 운영 또는 대기시킬 증폭기를 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 방법.
이동 통신 단말로의 송신 전력을 증폭하는 적어도 두 개 이상의 증폭기들을 구비하는 기지국에서 상기 증폭기를 제어하는 장치에 있어서,

상기 기지국의 섹터 별 합성 전력을 측정하는 채널 합성부와,

상기 채널 합성부로부터 상기 측정된 합성 전력 정보에 근거하여 상기 두 개 이상의 증폭기들의 운용 또는 대기 상태를 결정하는 슬립모드 운용부를 포함하고,

상기 슬립모드 운용부는,

상기 증폭기 제어에 필요한 파라미터, 현재 운용중인 증폭기의 개수를 포함하는 정보를 저장하는 저장부와,

요구되는 전력, 운용중인 증폭기 개수, 상기 증폭기를 운영 혹은 대기시킬 때 원하는 시점보다 대기를 늦게 하거나 운영을 먼저하여 시스템에 안정적인 운영을 도모하기 위한 보충 파라미터에 따라 요구되는 증폭기 개수를 산출하는 연산부와,

상기 요구되는 증폭기 개수와 운영시킬 증폭기의 개수의 비교 결과에 따라, 상기 적어도 두 개 이상의 증폭기들의 운용 또는 대기상태를 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 장치.
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제30항에 있어서, 상기 슬립 모드 운영부는,

상기 운영자로부터의 입력에 따라 운영 또는 대기시킬 증폭기를 결정하고,

상기 운영자의 입력에 따라 운영 또는 대기시킬 증폭기의 결정의 오류 여부를 판단함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 장치.
제32항에 있어서, 상기 슬립 모드 운영부는,

요구 전력량과 증폭기 특성에 따라 결정되는 전려 증폭기의 개수와 상기 증폭기를 운영 또는 대기시키는 결정에 따라 계산되는 운영될 전력 증폭기의 총 개수를 비교함으로 인해 상기 운영부로부터 입력에 따라 상기 증폭기를 운영 또는 대기시킬 결정의 오류여부를 판단함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 장치.
제33항에 있어서, 상기 슬립 모드 운영부는,

상기 요구된 증폭기의 개수가 상기 운영시킬 증폭기의 개수보다 많으면, 요구되는 증폭기의 수만큼 증폭기들을 운영함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 장치.
제33항에 있어서, 상기 슬립 모드 운영부는,

요구된 증폭기의 개수가 운영시킬 증폭기의 총 개수보다 적다면, 상기 운영자의 입력이 잘못되었다는 결정에 따라 운영 또는 대기시킬 증폭기의 결정을 지시하는 오류메시지를 출력함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 장치.
제30항에 있어서, 상기 슬립 모드 운영부는,

요구된 증력량과 증폭기들의 특성들을 고려하여 요구되는 증폭기들의 개수를 계산하여 자동적으로 운영 또는 대기시킬 증폭기를 결정함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 장치.
제36항에 있어서, 상기 슬립 모드 운영부는,

상기 계산을 미리 설정된 시간마다 수행함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 장치.
청구항 38은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제37항에 있어서, 상기 시간 간격은 상기 운영자에 의해 설정됨을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 장치.
제36항에 있어서, 상기 슬립 모드 운영부는,

현재 운용중인 증폭기의 개수와 요구되는 증폭기의 개수를 비교하고,

상기 현재 운용중인 증폭기 개수와 요구되는 증폭기들의 개수보다 많다면,

상기 요구되는 증폭기 개수 이외의 증폭기를 대기시킴을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 장치.
제39항에 있어서, 상기 슬립 모드 운영부는,

상기 현재 운용중인 증폭기의 개수가 상기 요구된 증폭기의 개수보다 적으면,

필요한 수만큼 미운용중인 증폭기를 운영시킴을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 장치.
제30항에 있어서, 상기 슬립 모드 운영부는,

상기 운용자에 의해 시간 간격을 설정받고, 상기 시간 간격 동안 상기 운영자로부터의 입력에 따라 운영 또는 대기시킬 증폭기를 결정함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 장치.
제41항에 있어서, 상기 슬립 모드 운영부는,

상기 운영자에 의해 입력된 증폭기 식별자에 따라 운영 또는 대기시킬 증폭기를 결정함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 장치.
제42항에 있어서, 상기 슬립 모드 운영부는,

운영 또는 대기시킬 증폭기의 결정의 오류 유무를 검사함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 장치.
제43항에 있어서, 상기 슬립 모드 운영부는,

요구 전력량과 증폭기 특성에 따라 계산되는 요구된 증폭기의 개수와 운영 또는 대기시킬 증폭기의 결정에 따라 계산된 운영될 증폭기의 총 개수를 비교함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 장치.
제44항에 있어서, 상기 슬립 모드 운영부는,

요구된 증폭기의 개수보다 운용시킬 증폭기의 개수가 많다면, 요구된 증폭기 수만큼 증폭기를 운영시킴을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 장치.
제44항에 있어서, 상기 슬립 모드 운영부는,

요구된 증폭기 개수보다 운영시킬 증폭기 총 개수가 적다면, 운영 또는 대기시킬 증폭기의 결정이 잘못되었음을 지시하는 오류메시지를 출력함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 장치.
청구항 47은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제41항에 있어서, 상기 슬립 모드 운영부는,

요구된 전력량과 증폭기 특성들에 따라 요구된 증폭기의 개수의 계산에 따라 운영 또는 대기시킬 증폭기를 자동적으로 결정함을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 증폭기 제어 장치.