KR100964656B1 - 전송전력 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전송 전력 제어에 관한 것으로 특히 가중치를 추가하여 전송전력을 최소화할 수 있는 전송 전력 제어 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명 전송 전력 제어 방법은 송신 다이버시티로 공간시간 확산 방식을 이용하는 경우에 있어서, 수신단에서 수신단에 연결된 수신 안테나와 송신단의 복수개의 송신 안테나 사이의 채널을 추정하여 추정된 채널들의 전력비를 송신단에 피드백함으로써, 공간시간 확산(STS) 방식을 사용하는 전송 시스템에서 효율적인 전송전력 분배가 가능해짐으로써 수신단에서 최대의 신호대 잡음비를 얻을 수 있는 효과가 있다.

전송전력 제어

Description

전송전력 제어 방법{Method for controlling Transmission power}

도 1은 종래 기술에 따른 전송 전력 제어 장치를 설명하기 송수신단을 나타낸 블록 구성도

도 2는 본 발명에 따른 전송 전력 제어 장치를 설명하기 송수신단을 나타낸 블록 구성도

도 3은 도 2에 나타낸 전송 전력 제어 장치의 수신단에 구성된 추정부의 상세 블록 구성도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 송신단 110 : 송신부

120 : 이득 제어부 200 : 수신단

210 : 수신부 220 : 추정부

본 발명은 전송 전력 제어에 관한 것으로 특히 공간시간 확산 방식을 사용하는 전송 시스템에서 송신측으로 채널추정 전력비를 피드백시켜 송신 이득을 최대화할 수 있는 전송 전력 제어 방법에 관한 것이다.

전력제어란 방사되는 전파의 가능한 가장 낮은 전력 레벨로 시스템 성능을 유지할 수 있도록 이동국과 기지국의 송신전력을 알맞은 레벨로 조절하는 기법으로 크게는 순방향 전력제어와 역방향 전력 제어로 나누어진다.

송수신 전력 레벨이 너무 낮으면 비트 에러율(Bit Error Rate)이 높아지고, 전력 레벨이 너무 높으면 다른 이동국에 간섭을 주어 시스템 성능을 저하시킨다. 따라서 이동국의 송신출력을 적당히 조절하여 셀에 도착하는 신호가 최소한의 필요한 신호대 간섭비(Signal-to-Interference Ratio)가 되도록 하여야 한다. 즉 허용 가능한 최소의 Eb/No를 유지하기 위한 전력제어가 필요하다.

CDMA 방식에서는 통화유지를 위한 최소한의 적절한 전력을 보내기 때문에 평균전송 전력이 아날로그 시스템에 비해 낮아 소비전력을 줄일 수 있으며 배터리 수명을 연장시킬 수 있다.

이와 같은 전력제어의 목적은 기지국에 도달하는 모든 이동국으로부터의 전력을 동일하게 하여 근원(Near-Far)간섭 및 셀 외부간섭 문제를 최소로 하는데 있다.

전력제어의 종류는 기지국을 중심으로 볼 때 개방루프 전력제어(Open Loop Power Control), 폐루프 전력제어(Closed Loop Power Control), 외부루프 전력제어(Outer Loop Power Control)가 있다.

그리고 이동통신 환경에서는 경로상의 건물이나 지형 등에 의한 반사파 때문에 다중경로 현상이 생겨 수신 신호의 진폭이 변동하는 페이딩 상태가 나타난다. 페이딩 현상에 의해서 발생되는 수신전력의 크기는 수신기의 열 잡음 크기까지 내 려오는 경우가 많이 발생하기 때문에 전송품질이 만족할 만한 수준 이상으로 유지하기 어렵고, 페이딩이 발생하면 위상도 불규칙하게 변하기 때문에 마치 불규칙한 위상변조를 한 것과 같아서 전송품질에 심각한 영향을 준다.

이러한 페이딩에 의한 전송품질 저하를 방지하기 위하여 다이버시티 방식을 사용한다. 다이버시티란 두 개 이상의 전파를 송신 또는 수신이 가능하도록 안테나를 물리적으로 두 개 이상 설치하여 이용하는 방식으로, 이동 통신에서는 공간 다이버시티(Space Diversity) 방식이 사용되고 있다.

다이버시티 방법은 구현 방법의 용이성 때문에 기지국에 2개 이상의 안테나를 사용하여 구현한다.

이와 같은 다이버시티는 크게 개방루프 전력제어와 폐루프 전력 제어 방법에서의 다이버시티가 있다.

개방루프 전력제어에는 직교전송 다이버시티(Orthogonal Transmit Diversity : OTD)와 공간시간 확산(Space time spreading : STS) 방식이 있고, 폐루프 전력 제어에는 전송 안테나 어레이(Transmit Antenna Array : TxAA)방식과 교차전송 다이버시티(Switched Transmit Diversity : STD) 방식이 있다.

우선 폐루프 전력제어를 하는 전송 안테나 어레이(TxAA) 방식은 데이터를 두 개의 안테나로 송신하되, 채널정보를 수신단으로부터 피드백(Feedback) 받아 송신안테나에서 채널보정을 하는 방식이다.

역시 폐루프 전력제어를 하는 교차전송 다이버시티(STD)는 채널 상황이 더 좋은 안테나로만 송신하기 위한 것으로 어느 채널이 더 좋은지는 수신단으로부터 피드백(Feedback) 받는다.

개방루프 전력제어를 하는 직교전송 다이버시티(OTD) 방식은 기지국에 2개의 송신 안테나를 설치하고 2개의 안테나 각각에 직교성을 갖는 왈시 부호를 할당하고, 송신할 신호를 각기 다른 왈시 코드(++,+-)로 확산한다. 이러한 신호를 이동 단말기에서 수신하기 위해서는 2개의 다른 왈시를 사용하여 각기 다른 무선채널을 통과한 신호를 구분해서 복조하여 결합하는 구조를 가짐으로써 순방향 무선 구간의 단순 페이딩에 대한 이득을 갖는다.

직교 전송 다이버시티(OTD)의 목적은 하나의 신호를 2개의 경로로 통과시켜 하나의 신호가 심한 페이딩을 받는 경우 신호 복조과정에서 상대적으로 적은 페이딩 신호를 복조함으로써 양호한 통화를 가능하게 해주는데 비해, 이동 단말기의 구조가 복잡해진다는 문제점과 두 개 중 한 개의 무선(RF) 경로가 이상 발생시 전체 성능이 급격히 저하되는 문제점이 있다.

역시 개방루프 전력제어를 하는 그리고 공간시간 확산(STS) 방식은 도 1에 나타낸 바와 같이, 송신부(기지국)(10)에서 공간상으로 일정간격 떨어진 복수개의 송신 안테나(Tx Ant 1, Tx Ant 2)를 통하여 동일한 신호를 시간지연시켜 수신부(이동단말기)(20)로 반복전송함으로써 전송신호가 각기 다른 루트를 거쳐서 각기 다른 페이딩 환경에서 수신된 신호를 수신부(20)에서 복호화하도록 하는 방식이다. 즉 공간상과 시간상에 있어서 동시에 거리와 시간지연을 적용시켜 송신하여 다이버시티 효과를 얻는 방식이다.

이때 공간시간 확산(STS) 방식이 짝수 데이터와 홀수 데이터를 조합하여 각 각의 안테나로 전송하는 방식이라면, 직교전송 다이버시티(OTD)는 짝수와 홀수로 나눈 데이터에 대하여 짝수 데이터 스트림과 홀수 데이터 스트림을 각각의 서로 다른 안테나로 전송하는 방식이다.

일반적으로 개방루프 형태의 전송전력 제어 방법에서는 공간시간 확산(STS) 방식이 직교전송 다이버시티(OTD)보다 성능이 더 좋은 것으로 알려져 있는데 이는 동일 데이터가 2개의 안테나에서 모두 전송되어 전송 다이버시티를 얻을 수 있기 때문이다.

그러나 기본적으로 개방루프 형태의 전송전력 제어 방법에 있어서는 폐루프 방식에서와 같은 피드백이 없어 채널 상황을 알 수 없기 때문에 복수개의 송신 안테나를 사용하는 경우 각각의 안테나에 적절한 전력분배를 할 수가 없었다. 따라서 최적화한 송신(Maximal Ratio Transmit)이 불가능한 문제점이 있었다.

또한 폐루프 형태의 전송전력 제어 방법에 있어서, 전송 안테나 어레이(TxAA) 방식은 수신단에서 채널 정보를 송신단으로 피드백(Feedback)을 해주어야 하는데, 1,2,4 비트(bits)만을 사용하도록 되어 있어 분해능(resolution) 정도가 낮아 풍부한 정보를 제공할 수 없다는 문제점이 있고, 교차전송 다이버시티(STD)는 2개의 안테나 중에서 채널 상황이 좋은 하나의 안테나로만 전송을 하게 되는데, 안테나의 선택은 수신단으로부터 받은 피드백(Feedback) 정보에 의지하게 되나, 피드백(Feedback)의 시간지연과 수신단에서의 채널 추정으로 인한 시간지연 등으로 인하여, 측정 당시 가장 좋은 채널환경의 안테나와 적용 당시 가장 좋은 채널환경의 안테나가 상이할 경우, 오히려 성능이 나빠지게 된다는 문제점 이 있다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 공간시간 확산 방식에서 송신안테나와 수신안테나 사이의 채널을 추정한 후 추정된 채널 전력비를 송신단에 피드백시킴으로써 전송 전력의 분배 비율을 알려 전송시스템에서 효율적인 전송전력 분배가 가능하도록 한 전송전력 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명 전송 전력 제어 방법은 송신 다이버시티로 공간시간 확산 방식을 이용하는 경우에 있어서, 수신단에서 수신단에 연결된 수신 안테나와 송신단의 복수개의 송신 안테나 사이의 채널을 추정하여 추정된 채널들의 전력비를 송신단에 피드백한다.

바람직하게, 상기 피드백된 전력비에 따라 상기 송신단에서 상기 복수개의 송신 안테나들의 신호대 잡음비가 최대화하도록 상기 복수개의 송신 안테나에 대한 전력 제어를 실시한다.

바람직하게, 상기 추정된 채널들의 전력비를 a라 하고, 채널들을 h_i라 하면,

를 이용하여 구한다.

바람직하게, 상기 전력비 a가 0 에서 1 사이의 값인 경우 이를 양자화하여 전송한다.

그리고, 상기 수신단으로부터 상기 전력비에 대한 정보가 피드백되지 않으면 상기 각 전송 안테나에 동일한 전송 전력을 분배한다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해 질 것이다.

이하, 본 발명에 따른 전송 전력 제어 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 전송 전력 제어 장치를 설명하기 위한 송수신 장치를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에 나타낸 전송 전력 제어 장치의 수신단에 구성된 추정기의 상세 블록 구성도이다.

본 발명에 따른 전송 전력 제어 장치는 도 2에 나타낸 바와 같이, 복수개의 송신 안테나(예를 들면, 2개(Tx Ant1, Tx Ant2))와 연결된 송신단(100)과, 하나의 수신 안테나(Rx Ant)와 연결된 수신단(200)으로 구성된 송수신장치에서, 수신단(200)에는 수신부(210)에 수신된 신호에서 송신 안테나(Tx Ant1, Tx Ant2)와 수신 안테나(Rx Ant) 사이의 채널을 추정한 후 추정된 채널의 전력비를 송신단(100)으로 피드백시키는 추정부(220)가 구성되고, 송신단(100)에는 수신단(200)의 추정부(220)로부터 피드백된 채널의 전력비에 따라 송신부(100)에 연결된 각각의 송신 안테나(Tx Ant1, Tx Ant2)의 전송 전력 이득을 제어하는 이득 제어부(120)가 구성된다.

이와 같은 본 발명 전송 전력 제어 장치에서의 송신단(100)과 수신단(200)간 데이터 송수신 방법을 설명하면, 송신단(100)의 송신부(110)에서는 우선, 송신 데이터를 짝수 데이터(Even data)와 홀수 데이터(Odd data)로 나눈다. 이때 짝수 데 이터를 Se, 홀수 데이터를 So라하고, 송신 안테나(i)에서 전송하는 신호를 xi 라 할때, 도 2에 나타낸 바와 같은 송신 안테나에서의 송신신호를 아래와 같은 식으로으로 구성한다.

여기서 p는 전송 전력이고,

는 왈쉬코드(walsh code)로써 서로 직교해야 한다. 이와 같은 [수학식 1]은 본 발명 도 1에 나타낸 바와 같은 종래 공간시간 확산 방식에서의 짝수 데이터와 홀수 데이터의 조합 방식과 동일한 방식으로 조합한 것이다.

[수학식 1]에서와 같은 조합 방식에 따라 송신 안테나(Tx Ant1, Tx Ant2)를 통해 송신된 신호는 수신부(210)에 연결된 수신 안테나(Rx Ant)에 수신되어 추정부(220)로 전송된다.

그리고 추정부(220)에서 이득 제어부(120)로 전송되는 α는 송신단(100)에서의 전송전력을 분배하는 비율로써, 예를 들어 2개의 송신 안테나와 1개의 수신 안테나 사이의 채널에 따라 변하는 값이며, 수신단에서 측정하여 예를 들면, n 비트로 양자화한 후 송신단(100)에 알려주는 값이다.

이와 같은 추정부(220)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 수신신호에서 수신한 수신신호 중 제 1 송신안테나(Tx Ant 1)와 수신 안테나(Rx Ant)사이의 무선채널을 h₁이라 하고, 제 2 송신안테나(Tx Ant 2)와 수신 안테나(Rx Ant)사이의 무선채널을 h₂ 라 할 때, 각각의 무선 채널(h_1,h₂)의 채널을 추정하는 제 1, 제 2 추정부(221,222)와, 제 1, 제 2 추정부(221,222)에서 추정된 채널을 각각 제곱하는 제 1, 제 2 제곱기(223,224)와, 제 1, 제 2 제곱기(223,224)의 출력값을 가산하는 가산기(225)와, 가산기(225)의 출력값을 역수로 취급하여 출력하는 역수기(226)와, 상기 역수기(226)의 출력값과 제 1, 제 2 제곱기(223,224) 중 하나의 제곱값과, 역수기(226)의 출력값을 곱하여 출력하는 곱셈기(227)로 구성된다. 이때, 도 3 및 식 2에서는 제 2 제곱기(224)의 출력값을 역수기(226)의 출력값과 곱한 값을 출력한 것으로 나타내고 있지만, 제 1 제곱기(223)의 출력값으로 할 수 있다.

예를 들어, 송신 안테나(i)(Tx Ant1, Tx Ant2)와 수신 안테나(Rx Ant) 사이의 채널을 h_i라 하면, 추정부(220)의 추정값은 다음 식과 같이 정의할 수 있다.

이때 는 h_i를 수신단(200)에서 추정한 값이다.

여기서 수신안테나(Rx Ant)로 받게 되는 신호를 y(t)라 하면, y(t) = x₁(t) + x₂(t) + v(t)와 같이 표현할 수 있다. 이때 v(t)는 부가 잡음이다.

수신안테나(Rx Ant)에서 수신한 데이터 중 짝수 데이터와 홀수 데이터를 복원하기 위해서는 다음과 같은 식 3의 과정을 거친다. 이후 수식에서는 편의를 위하여 시간인자(t)를 생략한다.

위의 복원과정을 거치고 나면 짝수 데이터와 홀수 데이터를 다음과 같은 식 4로 표현할 수 있다. 단,

=h_i라 가정한다.

여기에서 n_i는 부가잡음 v를 왈쉬 코드 w와

로 역확산하고 난 후의 잡음이고, λ는

이다.

짝수 데이터와 홀수 데이터를 먹스를 통과시켜 데이터를 재구성한다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 공간시간 확산(STS) 방식을 사용하는 전송 시스템에서 효율적인 전송전력 분배가 가능하므로 수신단에서 최대의 신호대 잡음비를 얻을 수 있는 효과가 있다.

특히 폐루프(Closed Loop)형태인 TxAA에서 피드백(Feedback) 하는 정보는 4비트(bit)를 사용할 경우, 1비트(bit)는 크기 정보, 3비트(bit)는 위상정보를 담게 되는데, 본 발명에서 제안한 가중치 공간시간 확산(Weighted STS)에 필요한 피드백(Feedback) 정보는 4비트(bit)를 사용하는 경우 크기정보에 4비트(bit)를 모두 할당할 수 있어서 더 세밀한 정보를 얻을 수 있는 효과가 있다. 또한 세밀함을 요구하는 시스템이라면 피드백(Feedback)에 소요되는 비트(bit)수를 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (5)

1. 무선 통신 시스템에서 신호를 전송하는 방법에 있어서,

   시공간 확산 방식을 통해 전송된 각 송신 안테나의 송신 신호 간의 전력비에 대하여 생성된 피드백 정보를 수신단으로부터 수신하는 단계;

   상기 수신한 피드백 정보를 이용하여 상기 각 송신 안테나 별로 대응하는 전력 레벨을 결정하는 단계; 및

   상기 각 송신 안테나 별로 결정된 전력 레벨 값을 적용하여 수신단으로 신호를 전송하는 단계를 포함하되,상기 생성된 각각의 피드백 정보는 소정의 비트 크기로 양자화된 정보로서 크기 정보만으로 구성되며, 상기 전력 레벨은 상기 수신한 각각의 피드백 정보 별로 산출된 값인 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 수신한 피드백 정보에 상기 각 송신 안테나 및 수신 안테나 간의 채널 전력비에 관한 정보가 없으면, 상기 각 송신 안테나에 동일한 가중치를 적용하여 송신할 전력 레벨을 제어하는 것을 특징을 하는 신호 전송 방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

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