KR101244087B1 - 무선 통신 시스템에서의 송신 장치 및 수신 장치 - Google Patents

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Abstract

비교적 단주기의 전파로 이득 변동이 발생한 경우에서도, 평균 송신 전력의 증가를 방지하면서 원하는 수신 품질을 달성하는 송신 전력 제어 방법을 제공한다. 전파로 이득의 변동에 대하여, 통신로 용량을 증대시키도록 송신 전력을 제어하고, 증대한 통신로 용량의 변동에 맞춰 데이터 레이트를 제어한다. 통신로 용량을 증대시키기 위해서는, 송신단에서 환산한 잡음 전력(=수신 잡음 전력/전파로 이득)과 송신 전력의 합이 일정해 지도록 송신 전력을 결정한다. 그 결과, 종래와는 반대로, 전파로 이득이 저하했을 때 감소시키고 전파로 이득이 증대했을 때 증가시키도록 송신 전력을 제어한다.

Description

무선 통신 시스템에서의 송신 장치 및 수신 장치{TRANSMITTING DEVICE AND RECEIVING DEVICE IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은, 무선 통신 시스템의 무선 송신 전력 및 통신로 데이터 레이트의 제어 방법에 관한 것으로, 특히 이동 통신 시스템에 적용하기에 적합한 것이다.
무선 통신 시스템에서, 원하는 수신 품질을 얻기 위해서, 무선 통신기의 송신 전력의 제어를 행하는 기술이 알려져 있다. 예를 들면, USP5,267,262, Qualcomm Inc., "Transmitter Power Control System" 에, CDNLA 이동 통신 시스템에서, 기지국에서 이동국으로부터의 신호 수신 전력을 측정하여, 원하는 값보다 작은 경우에 송신 전력 증가 지시를, 원하는 값보다 큰 경우에 송신 전력 감소 지시를 이동국에 대하여 송신하고, 이동국은 상기 송신 전력 제어 지시에 따라 송신 전력을 제어함으로써, 기지국에서의 수신 전력을 거의 일정하게 유지하는 기술이 게재되어 있다.
또한, USP5,559,790, Hitachi Ltd., "Spread Spectrum Communication System and Transmission Power Control Method therefor"에, 기지국이 기지의 전력으로 송신하는 파일럿 신호의 수신 품질을 이동국이 측정하고, 그 측정 결과에 기초하여 수신 품질이 나쁜 경우에는 수신 품질이 좋은 경우에 비하여 큰 송신 전력을 요구하는 송신 전력 제어 신호를 기지국에 송신하고, 기지국은 해당 송신 전력 제어 신호에 기초하여 상기 이동국을 향한 신호의 송신 전력을 제어함으로써, 이동국에서의 기지국으로부터의 신호 수신 품질을 거의 일정하게 유지하는 기술이 게재되어 있다.
이들 기술은 모두, 수신측에서의 수신 전력이나 품질이 일정해 지도록 제어하는 것을 목적으로 한다. 즉, 이상의 종래의 기술에 따른 송신 전력 제어 방법에서는, 수신 품질을 일정화하고, 전파로의 이득 변동에 기인하는 수신 품질의 열화나 불필요하게 과대한 송신 전력에 의한 시스템 내의 간섭을 방지한다.
그런데, 이동국의 이동에 수반하여 발생하는 비교적 단주기의 전파로 이득 변동인 페이딩이 존재하는 경우, 종래의 기술을 이용하면, 순간적으로 전파로 이득이 작아졌을 때 매우 큰 송신 전력으로 되어, 평균 송신 전력이 증가하게 된다. 평균 송신 전력의 증가는, 시스템 전체에 미치는 상호 간섭을 증가시켜서, 시스템 전체의 통신 처리량의 저하를 초래한다. 또한, 이동국에서는 평균 송신 전력의 증가는 소비 전력을 증가시켜서, 통화 가능 시간이 짧아지게 된다.
따라서, 본 발명의 제1 목적은, 비교적 단주기의 전파로 이득 변동이 발생한 경우에서도, 평균 송신 전력의 증가를 방지하면서 원하는 수신 품질을 달성하는 송신 전력 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한, 평균 송신 전력을 증가시키지 않은 경우에는, 평균 수신 전력이 감소하고, 그것에 수반되는 수신 품질(SN비, SNR)의 열화에 의해 통신로의 용량이 저하한다. 즉, 통신 가능한 최대 데이터 레이트가 저하하게 된다. 따라서, 본 발명의 제2 목적은, 비교적 단주기의 전파로 이득 변동이 발생한 경우에서도, 통신로 용량을 되도록이면 크게 유지하는 것에 있다.
또한, 전파로 이득의 변동에 의해 시간당 통신로 용량이 변동하면, 원하는 정보를 통신하기 위해 요하는 시간이 변동하여, 안정된 통신 품질이 얻어지지 않는다는 문제가 있다. 따라서, 본 발명의 제3 목적은, 시간당 통신로 용량이 변동한 경우에서도, 안정된 통신 품질을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단은, 제1 무선 통신기에 전파로 이득 및 수신 품질을 측정하는 수단과 송신 전력 제어 정보 및 수신 품질 정보를 송신하는 수단을 포함하고, 제2 무선 통신기에 상기 송신 전력 제어 정보 및 상기 수신 품질 정보를 수신하는 수단과 송신 전력 및 데이터 레이트를 제어하는 수단을 포함하며, 제2 무선 통신기의 송신 전력을 전파로 이득이 커졌을 때 증가시키고, 전파로 이득이 작아졌을 때 감소시키도록 제어하는 제어 수단을 설치하며, 또한 제2 무선 통신기는 수신 품질이 양호하면 데이터 레이트를 증가시키고, 수신 품질이 양호하지 않으면 데이터 레이트를 감소시키도록 제어하는 제어 수단을 설치한다. 또한 전파로 이득이 작을 때 송신 전력을 내림으로써 발생하는 수신 데이터의 품질의 변동이나 수신 데이터의 누락을 터보 부호로 대표되는 강력한 오류 정정 부호로 구제한다.
본 발명에 따르면, 소요의 송신 전력을 저하시켜 상호 간섭이 저감된다. 또한, 본 발명에 따르면 통신로 용량이 증대하고, 증대한 통신로 용량을 적응적으로 이용하여 통신 가능 비트 레이트의 향상이 가능해진다.
도 1은 전파로 이득의 시간 변동의 예를 도시한 그래프.
도 2는 잡음 전력의 시간 변화예를 도시한 그래프.
도 3은 송신단에서의 등가 잡음 전력의 시간 변화예를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 송신 전력 제어예를 도시한 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 수신 전력의 시간 변화예를 도시한 그래프.
도 6은 종래 기술에 따른 송신 전력 제어예를 도시한 그래프.
도 7은 종래 기술에 따른 수신 전력의 시간 변화예를 도시한 그래프.
도 8은 본 발명 및 종래 기술에 따른 송신 전력 제어에 의한 송신 전력 비교를 도시한 그래프.
도 9는 전파로 이득 변동의 제2 예를 도시한 그래프.
도 10의 (a) 내지 (d)는 본 발명에 따른 송신 전력 제어의 제2 예를 도시한 그래프.
도 11은 본 발명에 따른 수신측 무선 통신기의 구성예의 블록도.
도 12의 (a) 내지 도 12의 (c)는 본 발명에 따른 송신측 무선 통신기의 송신 신호 다중 형식의 제1 예의 포맷도.
도 13은 본 발명에 따른 송신측 무선 통신기의 구성의 블록도.
도 14의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 수신측 무선 통신기의 송신 신호 다중 형식의 예의 포맷도.
도 15는 본 발명에 따른 송신 전력 제어 신호 생성부의 제1 구성예의 블록도.
도 16은 본 발명에 따른 송신 전력 제어부의 제1 구성예의 블록도.
도 17은 본 발명에 따른 데이터 레이트 제어 기능을 갖는 부호화기의 제2 구성예의 블록도.
도 18은 본 발명에 따른 데이터 레이트 제어 기능을 갖는 복호기의 제2 구성예의 블록도.
도 19는 본 발명에 따른 송신 전력 제어 신호 생성부의 제2 구성예의 블록도.
도 20은 본 발명에 따른 송신 전력 제어 신호 생성부의 제3 구성예의 블록도.
도 21의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 송신측 무선 통신기의 송신 신호 다중 형식의 제2 예의 포맷도.
도 22는 본 발명에 따른 송신 전력 제어 신호 생성부의 제4 구성예의 블록도.
도 23은 본 발명에 따른 송신 전력 제어부의 제2 구성예의 블록도.
도 24는 본 발명에 따른 송신 전력 제어 신호 생성부의 제5 구성예의 블록도.
도 25는 본 발명에 따른 송신 전력 제어부의 제3 구성예의 블록도.
도 26의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 송신측 무선 통신기의 송신 신호 다중 형식의 제3 예의 포맷도.
도 27은 본 발명에 따른 송신 전력 제어 신호 생성부의 제6 구성예의 블록도.
도 28은 본 발명에 따른 송신 전력 제어 신호 생성부의 제7 구성예의 블록도.
도 29는 본 발명에 따른 송신 전력 제어부의 제4 구성예의 블록도.
도 30은 본 발명의 시스템 구성도.
도 31은 본 발명에 따른 데이터 레이트 제어 수단의 처리 흐름예를 설명하는 흐름도.
도 32는 본 발명에 따른 송신측 무선기의 오류 정정 부호화기의 구성예의 블록도.
도 33은 본 발명에 따른 수신측 무선기의 오류 정정 복호기의 구성예의 블록도.
본 발명의 그 밖의 측면에 대해서는, 본 발명의 실시예에서 명백해진다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
먼저, 본 발명의 전력 제어 알고리즘에 대하여 설명한다.
도 1은 전파로 이득의 시간 변동이 예를 도시한 그래프이다. 우선, 도 1과 같이 전파로 이득이 변동한 경우를 고려해 본다. 즉, 시각 t1, t2, t3, t4에서의 이득이 각각 2, 1, 1/3, 2/3이고, 평균 이득이 1이 되도록 한 전파로를 고려한다.
도 2는 잡음 전력의 시간 변화예를 도시한 그래프이다.
도 3은 송신단에서의 등가 잡음 전력의 시간 변화예를 도시한 그래프이다. 수신측에서 도 2와 같이 전력 1로 일정한 잡음이 가해진다고 하면, 이것은 송신측에서 도 3에 도시한 바와 같이 시각 t1, t2, t3, t4에서 각각 전력 1/2, 1, 3, 3/2의 잡음이 가해진 것과 등가이다. 즉, 전파로 이득의 변동은 등가적으로 잡음 전력의 변동이라고 간주할 수 있다.
한편, 통신로의 용량 C는, 이론적으로는 C=Wlog2(1+S/N)이 되는 것이 알려져 있다. 여기서, C는 1초당 전송 가능한 비트 수, W는 주파수 대역 폭, S는 신호 전력, N은 잡음 전력, log2(x)는 2를 밑으로 하는 x의 대수로 한다. 따라서, 상기한 바와 같이 시간 변동하는 전파로에서의 통신로 용량은, 시각 t에서의 신호 전력 S(t), 잡음 전력을 N(t)로 하면, C=Ave(Wlog2(1+S(t)/N(t)))로 된다. 여기서 Ave(x)는 x의 시간 평균을 나타내는 것으로 한다. 따라서, 전력 제어에 의해 S(t)를 시간적으로 변화시키면, 통신로 용량이 변화하게 된다. 본 발명에서는 통신로 용량을 되도록이면 크게 하도록 송신 전력을 제어한다. 구체적으로는, 이하와 같이 한다.
지금, 평균 송신 전력, 즉 S(t)의 시간 평균 Ave(S(t))을 일정하게 한 경우에 통신로 용량 C를 최대화하는 S(t)에 대하여 생각한다. Ave(S(t))가 일정하기 때문에, 임의의 시각의 송신 전력을 증가시키면 다른 시각의 송신 전력은 감소시켜서는 안된다. 여기서, 상기 통신로 용량의 정의식으로부터 S의 미소 증가에 대한 C의 증가율은 dC/dS=W/log(2)/(N+S)이기 때문에, 일정한 전력을 시간 방향으로 분배할 때 N+S가 가장 작은 곳에 송신 전력을 분배하는 것이 통신로 용량을 가장 증가시키는 것으로 된다. 이와 같이 N+S가 가장 작은 곳에 순차적으로 송신 전력을 분배해 가면, 최종적으로 모든 전력의 분배가 끝날 때에는 N+S는 일정, 또는, 달성된 S+N보다도 N이 큰 시간대에는 S는 전혀 분배되지 않게 되어, 이 상태가 가장 통신로 용량이 큰 것으로 된다.
여기서, 수신기가 받는 잡음 전력을 시간의 함수 Nr(t), 전파로 이득을 시간의 함수 g(t)로 두면, 송신측에서 본 등가 잡음 전력 N(t)은,
N(t)=Nr(t)/g(t)
로 된다. 따라서, 상기 통신로 용량을 최대로 하는 송신 전력 S(t)은,
N(t)+S(t)=Nr(t)/g(t)+S(t)=P_const. (일정)
이라는 조건을 충족시킨다. 즉,
S(t)=P_const - Nr(t)/g(t)
가 되도록 제어하면 된다. 단, S(t)≤0으로 되는 경우에는 실제의 송신 전력은 0으로 한다(즉, 송신을 정지한다). 또, P_const를 크게 하면 평균 송신 전력 및 통신로 용량이 증가한다. 반대로, P_const를 작게 하면 평균 송신 전력 및 통신로 용량이 감소한다. 따라서, 원하는 통신로 용량이 얻어지는 값으로 P_const를 결정하면 된다.
도 4는 송신 전력 제어의 개념을 도시한다. 예를 들면, 도 1에 도시한 전파로 이득 변동 하에서 평균 송신 전력을 1로 한 경우, 송신 전력 제어 결과는 도 4에 도시한 바와 같다. 도 4에서, 굵은 선으로 둘러싸인 부분이 신호 전력이고, 가는 선으로 둘러싸인 부분이 잡음 전력이다. 즉, 시각 t1, t2, t3, t4에서의 송신 전력은, 각각 11/6, 4/3, 0, 5/6로 한다. 평균 송신 전력은
(11/6+4/3+0+5/6)/4=1
로 되어 있다.
도 5는 도 4의 송신 전력 제어의 결과를 수신측에서 보았을 때의 수신 전력을 도시한다. 시각 t1, t2, t3, t4에서 각각 11/3, 4/3, 0, 5/9로 된다.
도 6은 수신 전력 혹은 수신 품질을 일정하게 유지하기 위해서, 잡음 전력에 비례한 송신 전력이 되도록 제어하는 비교예이다. 즉, 시각 t1, t2, t3, t4에서의 송신 전력은, 각각 1/3, 2/3, 2, 1로 된다. 평균 송신 전력은,
(1/3+2/3+2+1)/4=1
로 되어 있다.
도 7은 도 6의 비교예에 따른 수신 전력의 시간 변화예를 도시한 그래프이다. 도 6의 전력 분배(송신 전력 제어)의 결과를 수신측에서 보았을 때의 수신 전력은 도 7에 도시한 바와 같이, 시각 t1, t2, t3, t4에서 각각 2/3, 2/3, 2/3, 2/3로 된다.
도 8에 전파로 이득의 변동에 대한 송신 전력의 제어를 비교한다. 횡축이 전파로 이득, 종축이 송신 전력 제어 결과로서의 송신 전력을 나타낸다. 도 8에서 동그라미 표시가 본 발명, 마름모 형상이 종래의 기술이다. 즉, 종래의 송신 전력 제어에서는 통신로 이득과 송신 전력은 반비례의 관계에 있으며, 통신로 이득이 저하하면 송신 전력을 증대시키고, 통신로 이득이 증가하면 송신 전력을 저감하고 있는 데 대하여, 본 발명에서는 반대로, 통신로 이득이 저하하면 송신 전력을 저하시키고, 통신로 이득이 증가하면 송신 전력을 증가시키고 있다.
또한, 본 발명에 따른 송신 전력 제어로 달성되는 통신로 용량은
C=W(log2(1+11/3)+log2(1+4/3)+log2(1+0)+log2(1+5/9))/4=1.02W
로 된다. 한편, 종래의 기술에 따른 송신 전력 제어로 달성되는 통신로 용량은
C=Wlog2(1+2/3)=0.737W
로 된다.
이들에 의해 여기에 설명한 예에서는, 본 발명의 전력 제어에 따르면 종래의 전력 제어 방법에 비하여 통신로 용량이 1.38(=1.02/0.737)배로 증가한다. 한편, 종래의 송신 전력 제어 방식을 이용하여, 상기, 본 발명을 적용한 경우의 통신로 용량과 동일한 통신로 용량을 달성하기 위해서는, 1.02=log2(1+1.028)이기 때문에 S/N=1.028이 필요하고, 상기 종래의 송신 전력 제어에 의해 달성된 S/N=2/3의 1.30(=0.8661/(2/3))배의 평균 송신 전력이 필요해진다. 따라서, 본 발명에 의해, 동일한 통신로 용량을 달성하기 위한 송신 전력은, 종래의 기술을 이용하는 경우의 0.649배로 저감된다.
이상, 이론적으로 통신로 용량을 최대화하는 송신 전력 제어 알고리즘에 대하여 설명하였지만, 엄밀히 상기 알고리즘에 따르지 않더라도 거의 동등한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 도 8에 도시한 전파로 이득과 송신 전력의 관계를 근사하는 함수를 이용하여 송신 전력을 행하는 것도 가능하다. 해당 함수는 전체적으로 양의 기울기를 갖고 있는 것이 바람직하며, 예를 들면, 송신 전력을 전파로 이득에 비례시키도록 한 단순한 것이어도 거의 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
도 9는 전파로 이득 변동의 제2 예를 도시한 그래프이다.
도 10의 (a) 내지 도 10의 (d)는 본 발명에 따른 송신 전력 제어의 제2 예를 도시한 그래프이다.
상기 송신 전력을 결정하는 알고리즘
S(t)=P_const - Nr(t)/g(t)
에 따르면, 전파로 이득이 도 9에 도시한 바와 같이 시각 t0에서 계단 형상으로 증가한 경우, 송신 전력은 도 10의 (a)와 같이 역시 계단 형상으로 변화한다. 또한, 제어 지연이 발생한 경우 등에는 도 10의 (b)와 같이 임의의 상승 시간을 갖고 변화한다.
도 10의 (a), (b)의 제어에서는, 전파로 이득이 큰 기지국에 가까운 장소에 이동국이 위치할 때 통신로 용량이 크고, 반대로 기지국으로부터 먼 장소에 이동국이 위치할 때 통신로 용량이 작아진다. 이 차가 시스템 설계상 바람직하지 않은 경우에는, 예를 들면
P_const=C0 Ave(Nr(t))/Ave(g(t))
와 같이 현재의 통신로 상황의 평균적인 이득과 잡음 전력을 이용하여 P_const를 비교적 천천히 제어하는 것이 실제적이다. 여기서, C0은 상수로 한다. 이에 따라, 기지국으로부터의 거리에 의하지 않고 거의 일정한 통신로 용량을 얻으면서 통신로의 단시간적인 변동에 대하여 상기 전력 제어가 적용된다.
이 경우, 상기 도 9에 도시한 전파로 이득 변동에 대하여, 도 10의 (c), (d)에 도시한 바와 같이, 단시간적으로는 도 10의 (a), (b)와 마찬가지인 송신 전력으로 되고, 그 후, 종래의 전력 제어와 마찬가지로 전파로 이득 변동을 상쇄하는 송신 전력에 서서히 근접하게 되는 응답을 보인다.
이상의 전력 제어에 따르면, 통신로 용량이 시간적으로 변동하게 된다.
이 때문에, 어느 정도의 시간에 걸쳐 수신 품질이 좋아 통신로 용량이 평균 이상일 때는, 비트 레이트를 제어하여 높은 비트 레이트로 통신을 행하고, 반대로 수신 품질이 나빠 통신로 용량이 평균 이하일 때에는 낮은 비트 레이트로 통신을 행하는 것이 바람직하다.
또한, P_const의 산출에 이용하는 Ave(Nr(t)), Ave(g(t))의 평균 시간을 통신로 부호화를 행하는 단위에 일치시킴으로써 명시적인 비트 레이트의 제어를 행하지 않더라도 평균적인 비트 레이트를 향상시키는 것이 가능하게 되어, 일정한 비트 레이트가 요구되는 시스템에 적합하다.
종래의 전력 제어에서는 수신 품질을 일정화함으로써 통신로 용량을 일정화하고 있었기 때문에, 통신로는 AWGN(Additive White Gaussian Noise, 가법성 백색 잡음)에 가까운 특성으로 되기 때문에, AWGN 통신로에 적합한 오류 정정 부호가 적합하였다.
이것에 대하여, 상기한 전력 제어에서는 수신 품질이 크게 변동되어, 일부의 수신 데이터는 누락에 가까운 상태로 된다.
따라서, 비교적 짧은 시간 주기의 변동에 대해서는, 인터리브에 의해 수신 품질의 변동의 시간 상관성을 배제하고, 또한 터보 부호 등의 강력한 오류 정정 부호를 적용하여, 그 용장성을 이용하여 수신 품질이 나쁜 수신 데이터를 수신 품질이 좋은 수신 데이터로 구제하는 것이 바람직하다.
터보 부호 대신에 LDPC(Low Density Parity Check) 부호나 곱 부호 등을 적용하는 것도 바람직하다.
보다 일반적으로는 부호어를 구성하는 다수의 비트가 복잡하게 연쇄된 의존 관계를 갖고, 복호의 도중 결과를 이용하여 재차 복호를 행하는 반복 복호의 적용에 의해서 높은 오류 정정 능력이 얻어지는 것이 알려져 있는 오류 정정 부호를 적용하는 것이 바람직하다.
또한, 어느 정도의 시간(예를 들면 오류 정정 부호의 부호화 단위나 인터리브 단위에 상당하는 시간)에 걸쳐 수신 품질이 나쁜 상태가 계속되면 오류 정정에 의한 구제는 불가능하다.
이후, 상기 알고리즘을 실시하기 위한 시스템 및 장치 구성에 대하여 설명한다.
도 30은 본 발명의 시스템 구성을 도시한다. 복수의 이동국(3, 4, 5)이 무선을 통해 기지국(1, 2)과 통신을 행하고, 기지국(1, 2)은 기지국 제어국(6)의 제어 하에, 상기 이동국끼리, 또는, 고정망에 속하는 통신 기기와 통신을 확립한다.
도 11은 본 발명의 수신측 무선 통신기의 구성을 도시한다.
도 12의 (a) 내지 도 12의 (c)는 본 발명에 따른 송신측 무선 통신기의 송신 신호 다중 형식의 예의 포맷도를 도시한다.
도 13은 본 발명의 송신측 무선 통신기의 구성을 도시한다.
도 14의 (a) 및 도 14의 (b)는 본 발명에 따른 수신측 무선 통신기의 송신 신호 다중 형식의 예의 포맷도를 도시한다.
여기서, 본 발명에 의해 그 송신 전력 및 데이터 레이트가 제어되는 무선 통신기를 송신측 무선 통신기, 다른 쪽을 수신측 무선 통신기로 하고 있다. 도 30에 도시한 시스템 구성 상, 이동국, 기지국 중 어느쪽의 국이 어느쪽의 무선 통신기이어도 되고, 기지국을 송신측 무선 통신기로 하면 다운링크 신호의 송신 전력 및 데이터 레이트의 제어를 행하게 되고, 반대로 이동국을 송신측 무선 통신기로 하면 업링크 신호의 송신 전력 및 데이터 레이트의 제어를 행하게 된다.
도 11에서 안테나에 의해 수신된 신호는 무선 주파수 회로(101)에서 기저 대역의 신호로 변환된다. 이러한 기저 대역의 신호는, 복조기(102)에 의해 검파 등의 복조 처리가 실시되고, 부호화 단위마다 통신로 복호화기(121)에 의해 오류 정정된다.
또, 통신로 복호화기(121)에 의해 복호할 때에는, 부호화 단위분의 모든 데이터의 축적을 대기하지 않고 부족 데이터에 대해서는 전력 제로의 신호를 수신한 것이라고 가정하여 복호함으로써 부호화 단위분의 모든 데이터의 축적을 대기하지 않고 복호를 행하는 것이 가능하며, 부호화 단위분의 데이터를 축적하는 과정에서 수시로 복호를 행한다. 통신로 복호화기(121)에 의해 오류 정정된 결과는 수신 품질판정부(140)에 입력되고, 오류 검출부(115)에서 오류를 검출하고, 오류의 유무를 수신 품질 정보로서 작성한다. 한편, 상기 기저 대역의 신호는 전력 신호 생성부(105)에 입력되고, 상기 전력 제어 알고리즘에 따른 송신 전력 제어 신호를 생성한다. 이러한 수신 품질 정보 및 송신 전력 제어 신호는, 제3 파일럿 신호 생성부(130)에서 생성되는 제3 파일럿 신호, 및 오류 정정 부호화기(106), 인터리버(107)에 의해 통신로 부호화를 받은 데이터 신호와 다중화기(109)에 의해 다중화된다. 이 다중화된 신호는, 예를 들면 도 14와 같은 형식으로 된다. 참조 부호(303)가 데이터 신호, 참조 부호(304)가 전력 제어 신호, 참조 부호(305)가 제3 파일럿 신호, 참조 부호(306)가 수신 품질 정보 신호이며, 도 14에서 가로 방향이 시간, 세로 방향이 부호 분할에 이용되는 부호를 나타내며, 시간 다중, 부호 분할 다중 등의 다중 방법으로 다중되어 있다. 상기 다중된 신호는 변조기(110)에 의해 변조되고, 무선 주파수 회로(101)를 통해 무선 전파로로 송출된다.
이 수신측 무선 통신기로부터 송출된 신호는, 도 13에 도시한 송신측 무선 통신기에 의해 수신된다. 참조 부호(101, 102, 103, 104)의 동작은 수신측 무선 통신기와 마찬가지이다. 송신 전력 제어부(111)는 상기 전력 제어 신호(304)를 추출하고, 이 추출된 송신 전력 제어 신호(304)에 따른 송신 전력을 산출한다. 수신 품질 신호 추출부(141)는 상기 수신 품질 정보 신호(306)를 추출하고, 오류 검출부(115)에서 검출된 오류의 유무를 데이터 레이트 제어 수단(142)에 통지한다. 이 데이터 레이트 제어 수단(142)에서는, 통신로 부호화부(122)에 의해 부호화된 송신 데이터를 부호화 단위마다 축적하고, 상기 수신 품질 신호 추출부(141)로부터 통지된 오류의 유무의 정보를 기초로 데이터 레이트를 변경하여 부호화 단위를 식별하는 데이터를 부가하여 다중화부(112)로 출력한다.
도 31은 데이터 레이트 제어 수단(142)에서 행하는 처리 흐름의 예를 설명한다. 도 31의 처리의 흐름에서는, 데이터 레이트 제어 수단(142)은 부호화된 송신 데이터를 부호화 단위마다 복수의 블록으로 분할하여 블록마다 송신하고, 오류 없음이 통지되면 송신을 종료한다. 오류 없음이 통지되지 않으면 앞서 송신한 블록의 다음의 블록을 송신하고, 모든 블록의 송신 종료 후에도 오류 없음이 통지되지 않으면 다시 선두의 블록부터 송신을 반복한다. 이에 따라, 데이터 레이트 제어 수단으로부터 출력되는 송신 데이터는 변동하는 통신로 용량에 맞춘 필요 충분한 데이터 레이트로 된다. 데이터 레이트 제어 수단(142)으로부터 출력된 송신 데이터는 제2 파일럿 신호 생성 수단(108)에서 생성되는 제2 파일럿 신호와 다중화기(112)에 의해 다중되어, 송신 전력 가변 수단(113)에 입력된다. 송신 전력 가변 수단(113)은 상기 송신 전력 제어부(111)로부터 지정된 송신 전력이 되도록 신호 진폭을 가변한다. 이 송신 전력 가변 수단(113)의 출력은 제1 파일럿 신호 생성 수단(114)에서 소정의 전력으로 설정된 제1 파일럿 신호와 다중화기(115)에 의해 다중화되어, 도 12에 도시한 바와 같은 형식의 신호로 된다.
도 12의 (a) 내지 도 12의 (c)에서 참조 부호(301)는 제1 파일럿 신호, 참조 부호(302)는 제2 파일럿 신호, 참조 부호(303)는 데이터 신호이다.
도 12의 (a) 내지 도 12의 (c)에 도시한 바와 같이, 다양한 다중 형식이 가능하다. 또한, 제1 파일럿 신호(301)(P0)는 상기 송신 전력 제어부(111)에 의한 전력 제어를 받지 않고, 소정의 전력으로 송신된다. 한편, 제2 파일럿 신호(302)는 데이터 신호(303)와 함께 상기 전력 제어를 받아 송신된다. 도 12의 (a) 내지 도 12의 (c)의 형식으로 다중된 신호는, 변조기(110)에 의해 변조되고, 무선으로 주파수 회로(101)를 통해 무선 전파로로 송출된다.
도 15는 본 발명에 따른 송신 전력 제어 신호 생성부의 제1 구성예의 블록도를 도시한다.
도 16은 본 발명에 따른 송신 전력 제어부의 제1 구성예의 블록도를 도시한다.
상기 수신측 무선 통신기에서의 송신 전력 신호 생성부(105), 및 상기 송신측 무선 통신기에서의 송신 전력 생성부(111)는, 예를 들면 각각 도 15, 도 16과 같이 구성된다. 도 15의 송신 전력 신호 생성부는, 제1 파일럿 신호 분리 수단(201), 제2 파일럿 신호 분리 수단(205)에서 각각 제1 파일럿 신호, 제2 파일럿 신호를 분리하고, 상기
S(t)=P_const - Nr(t)/g(t)
에서,
P_const=C0 Ave(Nr(t))/Ave(g(t))
로 되는 송신 전력에 대하여, 현재의 송신 전력이 큰지 작은지를 비교기(211)에 의해 판정하고, 큰 경우에 송신 전력의 감소, 작은 경우에 송신 전력의 증가를 지시하는 송신 전력 제어 신호(304)를 생성한다. 따라서, 도 16의 송신 전력 제어부는 상기 송신 전력 제어 신호(304)를 추출하고, 그 송신 전력 제어 신호에 따라서 현재의 송신 전력을 증감한다. 또, 도 15에서 잡음 전력은 제2 파일럿 신호로부터 구하고 있지만, 제1 파일럿 신호로부터 구하는 것도 가능하다(점선).
도 32에 오류 정정 부호화기(106)의 구성예의 블록도를 도시한다.
도 32는 터보 부호의 부호화를 행함으로써, 입력된 송신 데이터를 데이터 레이트의 정보에 따라서 부호화를 행하여, 부호화 결과를 출력한다.
입력된 송신 데이터는 재귀적 컨볼루션 부호기 E1(231)에 의해 컨볼루션 부호화되어, 신호 Y1로 된다.
또한, 상기 송신 데이터는, 인터리버(230)에 의해 데이터 순서를 교체한 후, 다른 재귀적 컨볼루션 부호기 E2(232)에 의해 컨볼루션 부호화되어, 신호 Y2로 된다.
그 후, 원래의 송신 데이터 X(혹은 U), Y1, Y2를 병렬/직렬(P/S) 변환기(233)에 의해 하나의 신호로 통합하여, 부호화 결과를 출력한다.
도 33은 오류 정정 복호기(104)의 구성예의 블록도를 도시한다.
도 33은 도 32의 터보 부호기에 의해 부호화된 신호에 대응하는 오류 정정 복호기이며, 수신 신호와 데이터 레이트의 정보에 따라서 반복 복호에 의해 오류 정정 복호를 행하여, 복호 결과 U''를 출력한다.
입력된 수신 신호는, 직렬/병렬(S/P) 변환기(234)에 의해 상기 병렬/직렬(P/S) 변환기(233)와 반대의 동작에 의해, U', Y1', Y2'로 분리된다.
연판정 복호기 D1(235)는, 분리된 U', Y1'을 이용하여 상기 재귀적 컨볼루션 부호기 E1(231)에 대응한 연판정 복호 처리를 행한다.
연판정 복호기 D1(235)에 의한 복호 결과는, 인터리버(237)를 통해 연판정 복호기 D2(238)에 입력된다.
한편, 상기 직렬/병렬(S/P) 변환기(234)의 출력 U'을 인터리버(236)에 의해 데이터 순서를 교체하고, 상기 연판정 복호기 D2(238)에 입력된다.
여기서, 인터리버(236, 237)는 도 32 내의 인터리버(230)와 동일한 순서로 교체 규칙에 따른다.
연판정 복호기 D2(238)는, 상기 직렬/병렬(S/P) 변환기(234)의 출력 Y2', 상기 인터리버(236)의 출력, 상기 인터리버(237)의 출력을 이용하여 연판정 복호를 행하여, 복호 결과를 출력한다.
연판정 복호기 D2(238)의 복호 결과는 디인터리버(239)에 입력되고, 데이터의 순서를 교체한다.
디인터리버(239)는 상기 인터리버(230, 236, 237)와 반대의 동작에 의해 데이터의 순서를 복귀시키는 기능을 한다.
디인터리버(239)의 출력은 상기 연판정 복호기 D1(235)에 입력되고, 재차 복호 처리가 실시된다.
이와 같이 연판정 복호기 D1(235), D2(238)를 각각 반복하여 교대로 통과하여 복호 정밀도를 향상시킨다.
충분한 횟수의 복호를 행한 후, 연판정 복호기 D1(235), D2(238) 중 어느 하나의 복호 결과를 최종적인 복호 결과로서 출력한다.
도 32, 도 33은 터보 부호를 이용한 예이지만, 상술한 바와 같이, 반복 복호 처리에 의해 높은 오류 정정 능력을 발휘할 수 있는 LDPC 부호나 곱 부호 등의 오류 정정 부호에 대응한 오류 정정 부호화기, 오류 정정 복호기이어도 된다.
도 17은 본 발명에 따른 데이터 레이트 제어 기능을 갖는 부호화기의 제2 구성예의 블록도를 도시한다.
도 18은 본 발명에 따른 데이터 레이트 제어 기능을 갖는 복호기의 제2 구성예의 블록도를 도시한다.
이상의 실시예에서, 상술한 바와 같이 어느 정도의 시간에 걸쳐 통신로 용량이 평균 이상일 때는, 비트 레이트를 제어하여 평균적으로 높은 비트 레이트로 통신을 행하고, 반대로 통신로 용량이 평균 이하일 때에는 평균적으로 낮은 비트 레이트로 통신을 행하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 도 13의 통신로 부호화기(122)와 도 11의 통신로 복호화기(121) 대신에 각각 도 17, 도 18에 도시한 바와 같은 통신로 부호화기 및 통신로 복호기를 이용하면 된다. 도 17에 도시한 통신로 부호화기는, 데이터 레이트 지시에 의해 지정된 데이터 레이트로 부호화를 행하는 오류 정정 부호화기(106)와, 데이터 레이트 지시에 의해 지정된 데이터 레이트에 관한 정보인 데이터 레이트 정보를 생성하고, 그 정보를 출력하는 레이트 정보 생성부(123)와, 오류 정정 부호화기(106)의 출력을 인터리브 처리하는 인터리브부(107)와, 인터리브부(107)의 출력과 레이트 정보 생성부(123)의 출력을 다중화하는 다중화부(124)를 갖는다.
또한, 도 18에 도시한 통신로 복호화기는, 수신한 신호로부터 데이터 레이트 정보를 분리하는 레이트 정보 분리부(125)와, 데이터 레이트 정보가 분리된 남은 데이터를 디인터리브하는 디인터리브부(103)와, 분리된 데이터 레이트 정보에 기초하여, 디인터리브부의 출력을 복호화하는 오류 정정 복호기(104)를 갖는다.
도 19는 상기 송신 전력 제어부(105)의 구성의 일례이다. 도 19에서, 함수 연산부(214)는 입력 신호의 증가에 대하여 출력이 증가하는 함수 f(x)의 연산을 행한다. 이에 따라, 전파로 이득이 평균값보다 증가하면, 송신 전력의 증가를 지시하는 송신 전력 제어 신호를 생성한다.
도 20은, 잡음 전력이 시간에 상관없이 일정하다고 가정할 수 있는 경우에 간단화한 구성예이다.
도 21 내지 도 29는 본 발명의 다른 변형예를 도시한 도면이다.
도 21에 도시한 바와 같이, 송신측 무선 통신기가 송출하는 신호에 제2 파일럿 신호(302)가 포함되지 않은 경우에도, 예를 들면 도 22에 도시한 구성으로 규격화 송신 전력 S(t)/P0을 구하고, 이것을 송신 전력 제어 신호로 하며, 도 23에 도시한 송신 전력 제어부에서 S(t)를 구하는 것이 가능하다. 보다 단순하게는, 도 22 대신에 도 24의 구성, 도 23 대신에 도 25의 구성을 이용하는 것도 가능하다.
도 26의 (a) 및 도 26의 (b)에 도시한 바와 같이, 송신측 무선 통신기가 송출하는 신호에 제1 파일럿 신호(301)가 포함되지 않은 경우에도, 예를 들면 도 27에 도시한 송신 전력 제어 신호 생성부와, 도 16에 도시한 송신 전력 제어부에서 S(t)를 구하는 것이 가능하다. 보다 단순하게는, 도 27 대신에 도 28의 구성, 도 16 대신에 도 29의 구성을 이용하는 것도 가능하다.
이상, 상술한 본 발명의 실시예에 따르면, 비교적 단주기의 전파로 이득 변동이 발생한 경우에서도, 평균 송신 전력의 증가를 방지하면서 원하는 수신 품질을 달성하는 송신 전력 제어 방법을 제공할 수 있으며, 또한, 비교적 단주기의 전파로 이득 변동이 발생한 경우에서도, 통신로 용량을 크게 유지할 수 있다.
1, 2 : 기지국
3, 4, 5 : 이동국
6 : 기지국 제어국
7 : 고정망
101 : 무선 주파수 회로
102 : 복조기
103 : 디인터리버
104 : 오류 정정 복호기
107 : 인터리버
109, 112, 115, 124 : 신호 다중기
115 : 오류 검출부
121 : 통신로 복호화기
122 : 통신로 부호화기

Claims (10)

  1. 무선 통신 시스템에서의 송신 장치로서,
    송신 신호의 데이터 레이트를 제어하는 데이터 레이트 제어부와,
    상기 데이터 레이트 제어부로부터 출력되는 송신 신호의 송신 전력을 제어하는 송신 전력 제어부와,
    상기 송신 전력이 제어된 송신 신호의 송신과, 상기 송신 신호의 송신처인 수신 장치로부터의 신호의 수신을 행하는 무선부
    를 갖고,
    상기 무선부는, 상기 수신 장치로부터 수신 성공 여부 정보를 포함하는 신호를 수신하고,
    상기 데이터 레이트 제어부는, 송신 신호를 부호화한 부호화 단위를 생성하고, 상기 부호화 단위에 대한 상기 무선부에서 수신되는 수신 성공 여부 정보에 기초하여 상기 부호화 단위의 일부를 송신한 시점, 전부를 송신한 시점, 또는 부호화 단위의 일부 또는 전부를 반복하여 송신한 시점 중 하나 이상의 시점에서의 부호화 단위의 송신을 종료하는 지의 여부를 제어함으로써 데이터 레이트를 제어하고,
    상기 송신 전력 제어부는, 상기 송신 장치로부터 상기 수신 장치로 송신하는 신호의 송신 전력을, 상기 수신 장치와의 사이의 전파로 상태와 플러스의 상관으로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 레이트 제어부는, 송신 신호를 부호화한 부호화 단위를 분할하여 복수의 송신 블록을 생성하고, 상기 부호화 단위에 대한 상기 무선부에서 수신되는 수신 성공 여부 정보에 기초하여 상기 부호화 단위의 송신 블록의 송신 제어를 행함으로써 데이터 레이트를 제어하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 데이터 레이트 제어부는, 상기 무선부에서 상기 부호화 단위가 올바르게 수신된 것을 통지하는 수신 성공 여부 정보가 수신된 경우는, 상기 부호화 단위의 송신 블록의 송신을 종료하고 다음의 부호화 단위의 송신을 개시하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  4. 무선 통신 시스템에서의 수신 장치로서,
    송신 장치로부터의 신호를 수신하는 무선부와,
    상기 무선부에서 수신한 수신 신호를 부호화 단위로 복호하고, 상기 복호의 성공 여부를 상기 송신 장치에 통지하는 제1 제어 신호를 생성하는 데이터 레이트 제어부와,
    상기 수신 신호에 기초하여 판단한 전파로 상태와 플러스의 상관이 되도록, 상기 송신 장치로부터의 신호 송신을 행하기 위한 송신 전력을 지시하는 제2 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부
    를 갖고,
    상기 무선부는, 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 상기 송신 장치에 송신하는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 데이터 레이트 제어부는, 상기 송신 장치로부터, 상기 부호화 단위를 복수로 분할하여 생성되는 송신 블록을 부호화 단위마다 축적한 것을 이용하여 상기 복호를 행하는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 데이터 레이트 제어부는, 상기 복호가 올바르게 행해진 것을 나타내는 상기 제1 제어 신호가 상기 송신 장치에 통지된 후에, 다음 부호화 단위의 복호를 개시하는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
  7. 무선 통신 시스템에서의 송신 장치로서,
    송신 신호의 데이터 레이트를 제어하는 데이터 레이트 제어부와,
    상기 데이터 레이트 제어부로부터 출력되는 송신 신호의 송신 전력을 제어하는 송신 전력 제어부와,
    상기 송신 전력이 제어된 송신 신호의 송신과, 상기 송신 신호의 송신처인 수신 장치로부터의 신호의 수신을 행하는 무선부
    를 갖고,
    상기 무선부는, 상기 수신 장치로부터 수신 성공 여부 정보를 포함하는 신호를 수신하고,
    상기 데이터 레이트 제어부는, 부호화 단위마다 송신 신호를 부호화하고, 상기 부호화한 송신 신호를 복수의 송신 블록으로 분할하고, 상기 무선부에서 수신되는 수신 성공 여부 정보에 기초하여 상기 복수의 송신 블록의 일부를 송신한 시점에서, 상기 송신 신호의 송신을 종료하는 지의 여부를 제어함으로써 데이터 레이트를 제어하고,
    상기 송신 전력 제어부는, 상기 송신 장치로부터 상기 수신 장치로 송신하는 송신 신호의 송신 전력을, 상기 수신 장치와의 사이의 전파로 상태와 플러스의 상관으로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 데이터 레이트 제어부는, 복수의 부호화 단위 각각에 대하여, 상기 복수의 송신 블록의 일부를 송신한 시점에서, 상기 송신 신호의 송신을 종료하는 지의 여부를 제어함으로써 데이터 레이트를 제어하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  9. 무선 통신 시스템에서의 송신 장치로서,
    송신 신호의 데이터 레이트를 제어하는 데이터 레이트 제어부와,
    상기 데이터 레이트 제어부로부터 출력되는 송신 신호의 송신 전력을 제어하는 송신 전력 제어부와,
    상기 송신 전력이 제어된 송신 신호의 송신과, 상기 송신 신호의 송신처인 수신 장치로부터의 신호의 수신을 행하는 무선부
    를 갖고,
    상기 무선부는, 상기 수신 장치로부터 수신 성공 여부 정보를 포함하는 신호를 수신하고,
    상기 데이터 레이트 제어부는, 부호화 단위마다 송신 신호를 부호화하고, 상기 부호화한 송신 신호를 복수의 송신 블록으로 분할하고, 상기 무선부에서 수신되는 수신 성공 여부 정보에 기초하여 상기 복수의 송신 블록의 전부를 송신한 시점에서, 상기 송신 신호의 송신을 종료하는 지의 여부를 제어함으로써 데이터 레이트를 제어하고,
    상기 송신 전력 제어부는, 상기 송신 장치로부터 상기 수신 장치로 송신하는 송신 신호의 송신 전력을, 상기 수신 장치와의 사이의 전파로 상태와 플러스의 상관으로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 데이터 레이트 제어부는, 복수의 부호화 단위 각각에 대하여, 상기 복수의 송신 블록의 전부를 송신한 시점에서, 상기 송신 신호의 송신을 종료하는 지의 여부를 제어함으로써 데이터 레이트를 제어하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.

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