KR101269726B1 - 무선 통신 시스템의 전력 제어 - Google Patents

무선 통신 시스템의 전력 제어

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KR101269726B1
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니콜라스 윌리엄 앤더슨
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인텔렉츄얼 벤처스 홀딩 81 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 송신 전력 제어 레벨을 설정하는 방법, 시스템 및 장치가 제공한다. 개방 루프 및 폐쇄 루프 송신 전력 제어 방식 둘 다의 양상을 사용하여 송신 전력 레벨을 결정한다. 본 발명의 방법은 수신 신호의 전력 레벨을 측정하는 단계, 송신 전력 제어(TPC; transmit power control) 명령을 수신하는 단계; 및 상기 수신 신호의 전력 레벨 및 상기 TPC 명령에 기초하여 송신 전력 레벨을 계산하는 단계를 포함한다.

Description

무선 통신 시스템의 전력 제어 {POWER CONTROL IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 모바일 무선 시스템 또는 무선 통신 시스템의 전력 제어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코드 분할 다중 접속(CDMA; code division multiple access) 무선 시스템에서의 수신 전력 레벨을 제어하는 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 고전력으로써 송신된 무선 신호는 저전력으로써 송신된 신호보다 수신될 때 더 적은 에러를 일으킨다. 그러나, 과도한 전력으로써 송신된 신호는 무선 링크를 공유하는 다른 신호의 수신과 간섭이 일어날 수 있다. 무선 통신 시스템은 무선 링크 상에서 수신된 신호의 목표 에러 레이트(error rate)를 유지하기 위한 전력 제어 방식을 채용한다.
수신 신호가 목표 에러 레이트보다 훨씬 높은 에러 레이트를 포함한다면, 수신 신호는 전달되는 서비스에 대해 바람직하지 못한 영향을 야기할 수 있다. 예를 들어, 과도한 에러는 보이스 콜 중의 깨진 음성, 데이터 링크를 통한 낮은 처리율, 및 디스플레이된 비디오 신호의 결함을 야기할 수 있다. 반면, 수신 신호가 목표 에러 레이트보다 훨씬 낮은 에러 레이트를 포함한다면, 모바일 무선 시스템은 그것의 무선 자원을 효율적으로 사용하고 있지 않는 것이다. 매우 낮은 에러 레이트는 신호가 과도한 전력 레벨로써 송신된 것이고, 사용자는 더 높은 데이터 레이트를 제공받을 수 있었다는 것을 의미할 수 있다.
다른 방법으로, 신호의 전력 레벨이 충분히 감소된다면, 부가적인 사용자가 서비스받을 수 있다. 데이터 레이트가 증가되면, 사용자는 보다 높은 레벨의 서비스를 수신할 수 있다. 따라서, 각각의 사용자에 대한 목표 에러 레이트가 허용 임계치 범위를 충족한다면, 무선 자원은 보다 최적으로 사용될 수 있다.
무선 통신 시스템은 주로 개방 루프(open loop) 방식 또는 폐쇄 루프(closed loop) 방식 중의 하나를 채용하여 모바일 무선 장치의 업링크 송신 전력을 제어한다. 업링크는 통상적으로 모바일 무선 장치로부터 기지국으로의 링크를 지칭하고, 다운링크는 통상적으로 기지국으로부터 모바일 무선 장치로의 링크를 지칭한다. 모바일 무선 장치 반드시 이동형인 것은 아니며, 또한 모바일, 사용자, 사용자 기기(UE; user equipment), 단말 또는 단말 기기를 언급하는 것일 수 있다. 기지국은 또한 노드 B(Node-B)를 언급하는 것일 수 있다.
에러 레이트는 수신 SNIR(signal to noise-plus-interference ratio)와 관련되고, SNIR이 높을수록 일반적으로 더 낮은 에러 레이트를 야기하고, 반대로 SNIR이 낮을수록 일반적으로 더 높은 에러 레이트를 야기한다. 그러나, SNIR과 에러 레이트의 정확한 관계는 주로 모바일이 진행하고 있는 무선 채널 유형 및 속도를 포함한 몇몇 인자들의 함수이다.
외부 루프(outer loop) 및 내부 루프(inner loop)를 포함하는 두 단계의 프로세스를 사용하여 대개 목표 에러 레이트에 도달한다. 제1 프로세스는 외부 루프로서 동작할 수 있고, 목표 수신 SNIR(SNIR 목표)을 조정하도록 할당될 수 있다. 이러한 제1 프로세스는 SNIR과 에러 레이트의 관계 변화를 추적한다. 외부 루프는 일반적으로 내부 루프에 의해 여러 번 사용되는 SNIR 목표를 설정한다. 주기적으로, 외부 루프는 내부 루프에 의해 사용되는 이 SNIR 목표를 조정하거나 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 실제 에러 레이트가 원하는 에러 레이트를 초과하는 경우, 외부 루프는 SNIR 목표의 값을 증가시킬 수 있다.
제2 프로세스는 내부 루프로서 동작하고, 링크가 외부 루프에 의해 결정되는 SNIR 목표를 나타내도록 한다. 내부 루프는 폐쇄 루프 또는 개방 루프 수단에 의해 동작할 수 있다.
내부 루프 프로세스의 개방 루프 방법에서, 사용자 기기는, 네트워크에 의해 유도되며 사용자 기기에 시그널링되는 SNIR 목표값을 사용한다. 사용자 기기에서 운영하는 내부 루프는 SNIR 목표를 유지하려고 시도한다. 사용자 기기는 자신에게 시그널링되는 정보를 사용하고 자신이 수신하는 신호의 수신 강도를 모니터하여, 자신이 송신할 전력 레벨을 결정한다. 유리하게는, 이 개방 루프 방법은 매 프레임에 기초하여 경로 손실을 결정하고 그에 따라 송신 전력을 조정함으로써, 빠른 채널 페이딩(fading)을 보상한다. 그러나, 이 개방 루프 방법은 다른 송신기로부터의 신호와의 간섭으로 인한 변화에 대한 보상에 있어서 상대적으로 느리다.
내부 루프 프로세스의 폐쇄 루프 방법에서, 폐쇄 루프 방식은 SNIR 목표를 맞추도록 동작한다. 업링크 신호에 대하여 수신 SNIR 측정이 네트워크에 의해 이루어진다. SNIR 측정은 네트워크 내에서 SNIR 목표 값과 비교된다. 내부 루프는 네트워크로부터 사용자 기기로 송신 전력 제어 명령을 발생시킴으로써, SNIR 목표를 맞추도록 시스템을 구동한다. 명령은 사용자 기기에 그것의 송신된 전력을 사전 결정된 단계 dB 양만큼 증가 또는 감소시키도록 지시한다. 그러나, 그러한 폐쇄 루프 방법은 사용되는 단일 dB 단계 명령 때문에 빠른 채널 페이딩을 적합하게 보상하기 위해 매우 높은 명령 업데이트 레이트를 요구한다. 업데이트 레이트가 느릴수록, 상기 dB 단계 값보다 현저하게 큰 전력 변화를 보상하기 위해서는 다수의 반복과 긴 지연이 필요하기 때문에 빠른 채널 페이딩을 적합하게 추적하지 못한다.
폐쇄 루프 방식 및 개방 루프 방식 모두는 그들 각각의 단점을 갖는다.
따라서, 수신 신호의 에러를 감소시키면서, 다른 수신기에서 수신된 신호에 대해 부과되는 간섭을 감소시킬 수도 있는 상반되는 목적을 보다 균형을 맞추기 위한 개선된 방법 및 시스템이 필요하다. 또한, 수신기에서 각각의 사용자 신호에 의해 경험되는 전반적인 잔류 SNIR 변동을 보다 감소시킬 수 있는 개선된 방법 및 시스템이 필요하다.
본 발명의 양상에 따르면, 제1 무선 장치 및 제2 무선 장치를 포함하는 무선 통신 시스템의 전력 제어 방법으로서, 제2 무선 장치에서, 제1 무선 장치 및 제2 무선 장치 사이의 무선 채널의 경로 손실을 결정하는 단계; 제1 무선 장치로부터 송신된 송신 전력 제어(TPC; transmit power control) 명령을 수신하는 단계; 경로 손실 및 TPC 명령에 기초하여 제2 무선 장치에 대한 송신 전력 레벨을 설정하는 단계; 및 설정된 송신 전력 레벨에서 신호를 송신하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 제1 무선 장치 및 제2 무선 장치를 포함하는 무선 통신 시스템의 전력 제어 방법으로서, 제1 무선 장치에서, 제2 무선 장치로부터 송신된 신호를 수신하는 단계; 수신된 신호의 SNIR을 측정하는 단계; 측정된 SNIR과 SNIR 목표를 비교하는 단계; 측정된 SNIR이 SNIR 목표보다 더 크다면 단계 표시자에 제1의 값을 할당하고, 측정된 SNIR이 SNIR 목표보다 더 작다면 단계 표시자에 제2의 값을 할당하는 단계; 및 단계 표시자를 포함한 송신 전력 제어(TPC) 명령을 송신하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 사용자 기기를 포함한 장치로서, 기지국으로부터 송신된 송신 전력 제어(TPC) 명령을 수신하고, 수신 신호의 전력 레벨을 측정하도록 동작 가능한 수신기; 수신기에 연결되고, 기지국과 사용자 기기 사이의 무선 채널의 경로 손실을 결정하도록 동작 가능한 계산 로직; 계산 로직에 연결되고, 경로 손실 및 TPC 명령에 기초하여 송신 전력 레벨을 설정하도록 동작 가능한 전력 레벨 설정 로직; 및 전력 레벨 설정 로직에 연결되고 상기 설정된 송신 전력 레벨에서 신호를 송신하도록 동작 가능한 송신기를 포함하는 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 기지국을 포함하는 시스템으로서, 수신 신호의 SNIR을 측정하도록 동작 가능한 수신기; 수신기에 연결되고, 측정된 SNIR을 위한 입력 및 SNIR 목표을 위한 입력을 갖는 비교 로직으로서, 상기 비교 로직은 측정된 SNIR이 SNIR 목표보다 더 크다면 단계 표시자에 제1의 값을 할당하고, 측정된 SNIR이 SNIR 목표보다 더 작다면 단계 표시자에 제2의 값을 할당하도록 동작 가능한 것인, 비교 로직; 비교 로직에 연결되고, 상기 단계 표시자를 포함한 송신 전력 제어(TPC) 명령 생성하도록 동작 가능한 명령 생성 로직; 및 명령 생성 로직에 연결되고, TPC 명령을 송신하도록 동작 가능한 송신기를 포함하는 시스템이 제공된다.
일부 실시예는 무선 통신 시스템의 전력 제어 방법으로서, 기지국과 원격 트랜시버 사이의 무선 채널의 경로 손실을 결정하는 단계; 기지국으로부터 원격 트랜시버로 송신되는 송신 전력 제어(TPC) 명령을 수신하는 단계; 및 경로 손실 및 TPC 명령에 기초하여 원격 트랜시버에 대한 송신 전력 레벨을 계산하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
일부 실시예는 무선 통신 시스템의 전력 제어 방법으로서, 제2 트랜시버에서 제1 트랜시버로부터 송신되는 신호를 수신하는 단계; 수신된 신호의 전력 레벨을 측정하는 단계; 제2 트랜시버에서 제1 트랜시버로부터 송신된 송신 전력 제어(TPC) 명령을 수신하는 단계; 및 수신된 신호의 전력 레벨 및 TPC 명령에 기초하여 제2 트랜시버에 대한 송신 전력 레벨을 계산하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
일부 실시예는 CDMA 무선 통신 시스템의 업링크 전력 제어 방법으로서, 업링크 신호를 수신하는 단계; 업링크 신호의 에러 메트릭을 결정하는 단계; 에러 메트릭에 기초하여 SNIR 목표를 업데이트하는 단계; 업링크 신호의 수신 SNIR을 측정하는 단계; 측정된 수신 SNIR을 SNIR 목표와 비교하는 단계; 측정된 수신 SNIR이 SNIR 목표보다 더 크다면 단계 표시자에 제1의 값을 할당하고, 측정된 수신 SNIR이 SNIR 목표보다 더 작다면 단계 표시자에 제2의 값을 할당하는 단계; 단계 표시자에 기초하여 업링크 송신 전력 레벨을 조정하도록 송신기에 지시하는 송신 전력 제어(TPC) 명령을 송신하는 단계; 단계 표시자를 포함한 TPC 명령을 수신하는 단계; 단계 표시자 값을 누산하는 단계; 다운링크 전력 레벨의 표시를 포함한 다운링크 신호를 브로드캐스트(broadcast)하는 단계로서, 상기 신호는 다운링크 전력 레벨에서 송신되는 것인, 단계; 다운링크 신호의 수신 전력을 측정하는 단계; 및 수신 전력 레벨, 다운링크 전력 레벨의 표시, 및 누산된 단계 표시자 값에 기초하여 송신 전력 레벨을 설정하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
일부 실시예는 수신 신호의 전력 레벨을 측정하는 단계; 송신 전력 제어(TPC) 명령을 수신하는 단계; 및 수신 신호의 전력 레벨 및 TPC 명령에 기초하여 송신 전력 레벨을 계산하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
일부 실시예는 무선 장치로서, 측정된 수신 전력 레벨을 제공하기 위한 출력을 포함한 수신기; 단계 증가 및 감소 명령을 받아들이기 위한 입력 및 과거 단계 명령의 합을 제공하는 출력을 갖는 누산기; 누산기 출력에 연결되고 수신기 출력에 연결되는 전력 레벨 설정 회로로서, 상기 전력 레벨 설정 회로는 누산기 출력 및 측정된 수신 전력 레벨에 기초한 송신 전력을 설정하는 것인, 전력 레벨 설정 회로; 및 설정 송신 전력으로 신호를 송신하는 송신기를 포함하는 무선 장치를 제공한다.
예로서, 본 발명의 실시예에 따른 특징을 도시한 첨부 도면과 함께 다음의 상세한 설명으로부터, 본 발명의 다른 특징 및 양상이 명백하게 될 것이다. 요약은 본 발명의 범주를 한정하는 것으로 간주되지 않으며, 여기에 첨부된 청구범위에 의해서만 정의된다.
수신 신호의 에러를 감소시키면서, 다른 수신기에서 수신된 신호에 대해 부과되는 간섭을 감소시킬 수도 있는 상반되는 목적을 보다 균형을 맞추기 위한 개선된 방법 및 시스템이 제공된다. 또한, 수신기에서 각각의 사용자 신호에 의해 경험되는 전반적인 잔류 SNIR 변동을 보다 감소시킬 수 있는 개선된 방법 및 시스템이 제공된다.
도면을 참조하여, 본 발명의 실시예가 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 무선 통신 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 개방 루프 방식을 사용한 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 3은 폐쇄 루프 방식을 사용한 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예에 따라, 개방 루프 및 폐쇄 루프 방식 모두의 요소를 사용한 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 5의 (a), (b) 및 (c)는 네트워크에서 수신 SNIR의 모의 실험 확률 밀도 함수를 각각 도시한다.
다음의 설명은, 본 발명의 여러 가지 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하여 이루어진다. 다른 실시예들이 이용될 수 있고, 본 개시의 기술적 사상 및 범주를 벗어나지 않고서 기계적, 구성적, 구조적, 전기적, 및 동작적 변화가 이루어질 수 있음은 물론이다. 다음의 상세한 설명은 한정의 의미로 간주되어서는 안되며, 본 특허의 청구범위에 의해 본 발명의 실시예의 범주가 정의된다.
다음의 상세한 설명의 일부분은 컴퓨터 메모리 상에서 수행될 수 있는 데이터 비트에 대한 동작의 절차, 단계, 로직 블록, 처리, 및 기타 기호 표시의 표현으로 제시된다. 여기서 절차, 컴퓨터 실행 단계, 로직 블록, 처리 등은 원하는 결과로 이끌기 위한 일관성있는 순서의 단계 또는 지시로 간주된다. 단계는 물리량의 물리적 조작을 사용하는 것들이다. 이들 양은 컴퓨터 시스템에서 저장, 전달, 조합, 비교, 또는 조작될 수 있는 전기적, 자기적, 또는 무선 신호의 형태를 취할 수 있다. 이들 신호는 때에 따라 비트, 값, 요소, 기호, 특성, 용어, 수 등으로서 언급될 수 있다. 각각의 단계는 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다.
도 1은 무선 통신 시스템의 블록도를 도시한다. 네트워크(100)는 무선 네트워크 제어기(RNS; radio network controller)와 같은 하나 이상의 기지국 제어기(120), 및 노드 B와 같은 하나 이상의 기지국(120, 130)을 포함할 수 있고, 각각의 노드 B는 RNC에 접속된다. 네트워크(100)는 기지국과 사용자 사이에 생성되는, 무선 링크로도 불려지는 채널(160)을 통해 하나 이상의 사용자(140, 150)와 통신한다.
두 개의 메커니즘이 주로 무선 링크를 통한 신호 진행의 SNIR에 있어서 변화의 원인이 된다.
첫 번째로, 채널에서의 변화가 SNIR에 영향을 미친다. 사용자가 위치를 변경하거나 사용자 환경이 변할 때 기지국과 사용자 사이의 순간적인 경로 손실은 변할 수 있다. 신호가 기지국으로부터의 그리고 사용자로의 다중 경로를 따라 진행할 때, 건설적으로 및 파괴적으로 조합하는 송신 신호의 결과로서 급속한 변화가 발생할 수 있다. 또한, 기지국과 사용자 사이의 증가된 거리에 의한 무선파의 감쇄로 인해 느린 변화가 발생할 수 있다. 또한 빌딩, 자동차, 및 언덕에 의한 신호 차단으로 인해 더 느린 변화가 발생할 수 있다.
두 번째로, 다른 송신기로부터의 신호가 SNIR에 영향을 미친다. 예를 들어, 다른 모바일 무선 장치 또는 다른 기지국을 위해 의도된 신호가 무선 링크의 간섭을 증가시킬 수 있고, 그에 따라 수신 신호의 SNIR을 감소시킬 수 있다.
시분할 듀플렉스(TDD; Time Division Duplex) 시스템에서는, 업링크 및 다운링크 모두가 동일한 캐리어 주파수를 공유한다. 링크의 이러한 상호성으로 인해, 모바일 무선 장치에 의해 다운링크에 대해 이루어진 경로 손실 측정이 업링크에 대한 경로 손실을 산출하는 데 사용될 수 있다. 즉, 측정된 다운링크 경로 손실을 사용하여 업링크 경로 손실을 산출할 수 있다. 산출된 업링크 경로 손실은 시간 경과에 따라 신뢰성이 덜할 것이나, 프레임 주기 내에서는 적합할 수 있다. 따라서, 모바일 무선 장치는 산출된 업링크 경로 손실을 보상하는 업링크 전이를 위한 송신 전력 레벨을 결정함으로써, 기대하는 입력 전력 레벨에서 기지국에 수신 신호를 제공할 수 있다.
다운링크 경로 손실 측정은 기준 전력 레벨에서 기지국으로부터 송신되는 비컨(beacon) 채널에 의해 용이할 수 있다. 비컨 채널에 대하여 기지국에 의해 사용되고 있는 실제의 송신 전력 레벨이 모바일 무선 장치에 알려진다. 비컨 채널의 실제의 송신 전력 레벨을 알 수 있을 뿐 아니라, 모바일 무선 장치는 수신 신호 전력 레벨을 측정할 수 있다. 수신 신호 전력 레벨을 측정함으로써, 모바일 무선 장치는 실제의 송신 전력 레벨과 수신 신호 전력 레벨 간의 차이로서 다운링크 경로 손실을 계산할 수 있다. 따라서, 모바일 무선 장치는 기지국과 모바일 무선 장치 사이의 채널에서 업링크 경로 손실을 산출할 수 있고, 그것의 업링크 송신 전력 레벨을 적합하게 설정할 수 있다.
경로 손실 계산은 비컨 신호가 송신 및 수신될 때마다 업데이트될 수 있다. 제3세대 파트너쉽 프로젝트(3GPP) 명세서에 따른 UTRA TDD 시스템에서는, 비컨 신호가 10ms마다 한번이나 두 번 송신된다. 비교적 짧은 시간 주기 내에 비컨 송신에 이어 업링크 송신이 따르면, 모바일 무선 장치는 무선 채널에서의 빠른 변동(빠른 페이딩)을 보상할 수 있다. 그러한 경우로, 비컨 신호가 10ms마다 한번이나 두 번 송신되고 업링크 송신이 중간 기간 내에 발생하면, 느리게 진행하는 모바일이 속도를 적당하게 조정한다.
또한, 무선 채널은 시간에 따라 간섭 레벨의 변화에 의해 반대로 영향을 받을 수 있다. 이들 일시적 간섭 변화는 각각의 업링크 타임슬롯에서 보여지는 간섭 레벨을 측정 및 통신하는 기지국에 의해 적응될 수 있다. UTRA TDD 시스템에서는, 각각의 타임슬롯마다 측정된 간섭의 값을 갖는 테이블이 브로드캐스트 채널(BCH; Broadcast Channel)을 통해 모든 사용자에게 브로드캐스트(broadcast)될 수 있다. 브로드캐스트된 정보는 시스템 구성에 따라 약 16 프레임(160ms)마다 업데이트될 수 있다. 다른 실시예에서는, 모바일 무선 장치는 시그널링되는 메시지가 개별 모바일 무선 장치로 향할 때 이 간섭 테이블을 수신할 수 있다.
3GPP 명세서는 업링크 채널의 전력 제어를 위해 두 개의 개별적인 방식, 즉 개방 루프 방식 및 폐쇄 루프 방식을 기술한다. 예를 들어, 3GPP 3.84 Mcps(Megachips per second) TDD 시스템에서는, 개발 루프 전력 제어가 모든 업링크 채널에 대해 명기된다. 3GPP 1.28 Mcps TDD 시스템에서는, 개발 루프 전력 제어는 물리적 랜덤 엑세스 채널(PRACH; physical random access channel)에 대해서만 명기된다. 또한, 3GPP에 의해 정의된 것은 폐쇄 루프 전력 제어 방식의 구현이다. 예를 들어, 비PRACH(non-PRACH) 업링크 채널에 대해 1.28 Mcps에서 동작하는 UTRA TDD 시스템을 위한 3GPP 권장을 참조한다.
개방 루프 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서는, 네트워크 및 사용자 기기는 외부 루프를 사용하여 SNIR 목표 값을 업데이트하고 사용자 기기에 신호 전송함으로써, 사용자 기기의 송신 전력에 영향을 미친다. 네트워크는 업링크 상에서 관찰된 에러 레이트에 기초하여 시그널링되는 SNIR 목표 값을 업데이트한다. 일단 수신되면, 모바일 무선 장치는 다음의 업링크 신호 송신에 적용될 송신 전력 레벨을 유도할 때 시그널링되는 SNIR 목표 값을 고려한다.
개방 루프 방식을 통합한 3GPP 3.84 Mcps 시스템에서는, 네트워크는 SNIR 목표 값과 함께 사용자 기기에 지시한다. 네트워크는 그것의 비컨 송신 전력 레벨도 신호 전송하고, 또한 네트워크에 의해 측정되는 바와 같이 각각의 타임슬롯마다 업링크 간섭의 측정을 제공할 수 있다. 사용자 기기는 다른 송신기로부터의 간섭 신호와 함께, 무선 채널을 통해 통과되는 네트워크 신호의 통상적으로 감쇄 버전의 조합인 입력 신호를 수신한다. 사용자 기기는 감쇄된 네트워크 신호의 수신 전력 레벨을 측정하고, 무선 채널의 경로 손실을 결정한다. 또한 사용자 기기는 네트워크 신호로부터 시그널링되는 SNIR 목표 값을 디코딩한다. 사용자 기기는 SNIR 목표 값과, 결정된 경로 손실과, 가능하다면 업링크 간섭 측정에 기초하여 송신 전력 레벨을 계산한다.
도 2는 개방 루프 방식을 사용한 무선 통신 시스템을 도시한다. 사용자 기기는 결정된 송신 전력 레벨에서 사용자 데이터를 송신한다(200). 사용자 데이터(204)를 포함한 업링크 신호(202)는 무선 링크를 통해 전파한다. 네트워크는 송신된 신호의 감쇄 버전을 수신한다. 네트워크는 업링크 간섭 값을 측정하고(207), 업링크 신호의 에러 메트릭을 결정한다(206). 네트워크는 측정된 업링크 간섭 값을 사용하여 간섭 측정 테이블을 업데이트할 수 있다(208). 간섭 측정 테이블은 각각의 업링크 타임 슬롯마다 평균 측정된 간섭 레벨을 포함할 수 있다.
네트워크는 에러 메트릭을 사용하여 SNIR 목표 값을 업데이트할 수 있다(210). 네트워크는 다운링크(214) 상에서 SNIR 목표(216)를 포함한 SNIR 목표를 시그널링 메시지에 송신한다(212). 사용자 기기는 SNIR 목표를 수신하고 저장한다(220). 또한 네트워크는 다운링크(224) 상에서 비컨 신호를 브로드캐스트한다(222). 다운링크(224)는 무선 링크를 통해 비컨 전력 레벨(226)의 표시를 포함하는 신호를 전파한다. 네트워크는 또한 간섭 측정(228)을 브로드캐스트할 수 있다. 사용자 기기는 수신된 전력 레벨을 측정하고(230), 추후의 처리를 위해 간섭 측정을 저장한다(232).
측정된 전력 레벨 및 시그널링되는 비컨 전력 레벨로써, 사용자 기기는 경로 손실을 결정할 수 있다. 사용자 기기는 수신된 SNIR 목표(216), 저장된 수신 간섭 측정(228) 및 계산된 경로 손실을 사용하여 송신 전력 레벨을 설정할 수 있다(234). 이 송신 전력 레벨은 업링크(202) 상에서 송신되는 사용자 데이터(204)의 전력 레벨을 설정하도록 송신기(200)에 의해 사용될 수 있다.
3GPP 명세서는 폐쇄 루프 방식에 대해서도 정의한다. 예를 들어, 3GPP 1.28Mcps 시스템은 외부 루프 및 내부 루프를 사용한 폐쇄 루프 방식을 채용한다. 폐쇄 루프 TPC 방식은 1.28 Mcps TDD 시스템에서 모든 비PRACH 채널에 대해 사용되는 주요 전력 제어 메커니즘이다. 폐쇄 루프 TPC 방식은 현행 3.84 Mcps TDD 시스템의 업링크에 대해서는 채용되지 않는다.
외부 루프는 SNIR 목표 값을 결정하고, 내부 루프는 SNIR 목표 값을 사용한다. 외부 루프는 사용자 기기로부터의 업링크 트래픽 상에서 비트 에러 레이트, 블록 에러 레이트, 또는 CRC 에러 수와 같은 에러 메트릭을 결정하는 네트워크 컴포넌트를 포함한다. 이 에러 메트릭은 SNIR 목표 값을 설정하고 업데이트 하는 데 사용된다. 내부 루프는, 외부 루프에 의해 계산 및 설정되는 SNIR 목표 값을 사용하는 네트워크 컴포넌트를 포함한다. 네트워크는 업링크 신호의 수신 SNIR 값을 측정한다.
다음으로, 비교기는 측정된 SNIR 값이 SNIR 목표 값보다 더 큰지 아니면 작은지 결정한다. 측정된 SNIR 값이 SNIR 목표 값보다 더 크다면, 네트워크는 다운링크 상에서 사용자 기기에 그것의 현재 송신기 전력을 단계 값(예컨대, 1dB) 만큼 감소시키도록 지시하는 송신 전력 제어(TPC) 명령을 신호한다. 반면에, 측정된 SNIR 값이 SNIR 목표 값보다 더 작다면, 네트워크는 사용자 기기에 그것의 현재 송신기 전력을 단계 dB 값만큼 증가시키도록 지시하는 TPC 명령을 신호한다.
폐쇄 루프 전력 제어 방식만 채용하는 시스템에서는, SNIR 목표 값에 따라 사용자 기기의 송신 전력을 적합하게 가져오도록 여러 가지 TPC 명령이 필요할 수 있다. 예를 들어, 일 프레임으로부터 다음으로 경로 손실이 15dB 만큼 증가한다면, 시스템은 15 dB 페이드를 보상하기 위해 15 TPC 명령을 행할 것이다. 사용자 기기는 증가 및 감소 TPC 명령을 누산하여 적합한 업링크 송신 전력 레벨을 결정한다. 각각의 사용자 기기의 업링크 전력 레벨을 증가 및 감소시킴으로써, 네트워크는 송신 비트 당 수신된 업링크 에너지 레벨 대 잡음 및 간섭 신호의 스펙트럼 밀도의 비가 상수 값이 되도록 각각의 사용자 기기의 전력 레벨을 제어하는 시도를 한다. 이 TPC 명령 조정 프로세스는 셀에서 각각의 사용자 기기에 대하여 수행된다. 그러나, 시스템의 구성에 따라 상수 값이 사용자 기기 중에서 불균일할 수 있다.
폐쇄 루프 TPC 방식에서는, 내부 루프 SNIR은 이진 피드백을 사용한 폐쇄 루프 방법을 통해 유지된다. 피드백은 전력 업이나 전력 다운을 지시한다. TPC 명령이 수신될 때마다, 사용자 기기의 적분기가 내부 루프 내에서 사용되어 사용자 송신 전력을 단계 값 +/-△dB 만큼 업데이트한다. TPC 명령 자체는 네트워크에 의해 유도되고, 다운링크 채널을 통해 사용자 기기에 시그널링된다. 송신할 적합한 TPC 명령을 계산할 때, 네트워크는 수신 SNIR을 측정하고, 이 측정된 값을 SNIR 목표 값과 비교한다. SNIR이 너무 낮으면, 업 명령이 송신된다. SNIR이 너무 높으면, 다운 명령이 송신된다. 링크의 관찰된 에러 성능에 기초하여 목표 SNIR 값이 외부 루프에 의해 업데이트된다. 이 방법으로, 내부 및 외부 피드백 루프 모두 TPC 시그널링에 의해 폐쇄된다.
도 3은 폐쇄 루프 방식을 사용한 무선 통신 시스템을 도시한다. 폐쇄 루프 방식은 사용자 기기가 사용자 데이터(304)를 포함한 업링크 신호(302)에서 무선 링크를 통해 사용자 데이터를 송신하는(300) 외부 루프를 포함한다. 네트워크는 수신된 업링크 신호의 에러 메트릭을 결정한다(306). 에러 메트릭을 사용하여, 네트워크는 SNIR 목표 값을 계산하고 업데이트한다(308).
또한 폐쇄 루프 방식은 네트워크가 업링크 신호(302)의 수신 SNIR을 측정하는(310) 내부 루프를 포함한다. 네트워크는 측정된 SNIR를 외부 루프에서 결정된 SNIR 목표와 비교한다(312). 내부 루프는 비교(312)에 기초한 TPC 명령을 생성하고 송신한다(314). 다운링크 신호(316)는 무선 링크를 통해 TPC 명령(318)을 전송한다. 사용자 기기는 TPC 명령을 누산하고(320), 누산된 TPC 명령을 사용하여 미래의 업링크 송신(300)을 위한 송신 전력을 설정한다(322).
개방 루프 방식이나 폐쇄 루프 방식을 채용하는 모바일 무선 시스템은 그 각각의 이점 및 단점을 갖는다.
개방 루프 방식은 유리하게는 경로 손실 변화에 빠르게 적응한다. 예를 들어 일 10 ms 간격당 15 dB 만큼, 경로 손실이 악화된 것으로 관찰되면, 송신 전력은 그에 따라 조정될 수 있다. 더 나아간 이점으로는 사용자 특정 피드백 시그널링의 부재시 개방 루프는 계속하여 부분적으로 업데이트될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 사용자 기기가 업데이트된 SNIR 목표 값을 수신하지 않을 때, 외부 루프는 중단되지만 경로 손실 변화는 계속하여 추적될 수 있다.
그러나, 개방 루프 시스템에서의 타임슬롯 간섭 레벨 업데이트 레이트는 비교적 느리다. 따라서, 개방 루프 방식을 사용한 시스템은 폐쇄 루프 방식을 사용한 시스템보다 간섭 변화에 적응하는 것이 더 느리다. 개방 루프 방식의 더 나아간 단점으로는, 특정 업링크 타임슬롯에서 모든 사용자 기기에 대해 간섭이 동일한 것으로 간주된다는 것이다. 즉, 타임슬롯에 할당된 각각의 사용자 기기는 BCH 상에서 기지국에 의해 시그널링되는 동일한 간섭 측정을 사용한다. 공통으로 사용되는 간섭 측정 테이블은 간섭의 통계적 특성에 대한 가정을 이루고, 업링크 채널화 코드의 개별적인 상호 상관 특성을 고려하지 않는다. 따라서, 외부 루프에서 이들 영향을 보상해야 하지만, 불행하게도 기본적으로 느리다.
반대로, 폐쇄 루프는 각각의 업데이트 동안 단계 △dB 만큼만 이동할 수 있기 때문에, 폐쇄 루프만의 방식은 빠른 경로 손실 변화에 잘 적응할 수 없다. 따라서, 업데이트 사이에서 경로 손실이 15dB 만큼 변화하고, 단계 △dB 값이 단지 1dB일 때, 폐쇄 루프는 각각의 주기 동안 1dB 만큼만 이동할 수 있기 때문에 빠르게 조정할 수 없다. 따라서, 동일한 업데이트 레이트에 대하여(예컨대, 10ms 마다 한 번), 폐쇄 루프 TPC 방식은 공통의 모바일 무선 채널에서 관찰되는 빠른 페이딩을 잘 추적할 수 없다. 게다가, 폐쇄 루프는 TPC 명령의 송신 중단 동안 업데이트될 수 없다.
유리하게는, 폐쇄 루프는 경로 손실과 간섭 둘 다 동일한 루프에 의해 조정되기 때문에, 업링크 간섭 변화에 응답하는 것이 비교적 빠르다. TPC 명령을 사용한 폐쇄 루프 방식은 개방 루프 방식과는 대조적으로, 각각의 타임슬롯마다 평균 간섭 테이블을 브로드캐스트하는 사용자마다의 간섭 적응을 가능하게 한다는 점에서, 더 나아간 이점을 갖는다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 개방 루프 방식과 폐쇄 루프 방식의 양상이 전략적으로 조합되어 전력 제어 방법을 형성한다. 본 발명의 일부 실시예는 개방 루프 및 폐쇄 루프 방식 모두의 요소를 유리하게 조합하여 전력 레벨을 제어함으로써, 단독으로 사용된 방식과 연관되는 하나 이상의 단점들을 피한다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 사용자 기기는 폐쇄 루프 방식의 TPC 구조와 개방 루프 방식의 경로 손실 산출 구조를 통합한다. 본 발명의 일부 실시예는 빠른 페이딩에 대해 상대적으로 신속한 적응을 가능하게 하고, 또한 사용자마다의 간섭 적응도 가능하게 하며, TPC 명령의 일시적인 부재시에도 전력 제어 루프를 부분적으로 업데이트하는 능력을 보유한다.
본 발명의 일부 실시예는 표준 모바일 무선 시스템의 하나 이상의 요소에 대한 수정을 필요로 한다. 예를 들어, 일부 실시예는 사용자 기기만 변경하는 것을 요구하는 반면에, 다른 실시예는 네트워크만 수정할 것을 요구한다. 사용자 기기만 수정하고 네트워크는 수정하지 않은 실시예는, 본 발명의 사용자 기기가 레가시 기지국으로써 동작할 수 있게 한다. 마찬가지로, 네트워크는 수정하고 사용자 기기는 수정하지 않은 실시예는, 본 발명의 네트워크가 레가시 사용자 기기로써 동작하도록 한다. 본 발명의 또 다른 실시예는 네트워크와 사용자 기기 모두의 수정을 요구한다. 표준 네트워크 요소를 수정한 실시예는, 기지국만 변경하고 무선 네트워크 제어기(RNC)는 변경하지 않은 것을 포함할 수 있다. 다른 실시예는 기지국과 RNC 모두를 수정한다.
본 발명의 일부 실시예는, 세 개의 컴포넌트, 즉 사용자 기기에 위치된 개방 루프 컴포넌트, 네트워크에 위치된 SNIR 비교 루프, 및 네트워크에 또한 위치된 SNIR 업데이트 컴포넌트를 갖는 루프를 내포한다.
첫째로, 개방 루프 컴포넌트는 사용자 기기에 위치될 수 있고, 측정된 비컨 수신 전력 레벨과 경로 손실 계산에 의해 구동될 수 있다. 이 루프는 매 비컨 송신에 기초하여 모든 순간 경로 손실 변화에 적응하려고 한다. 이 루프에 의해 계산된 부분 전력은 비컨 신호 송신 전력(P Tx )과, 비컨 수신 신호 코드 전력(RSCP)의 함수이고, P open (k)으로 표시된다. 여기서, k는 현재 프레임 넘버를 나타낸다. P Tx 가 사용자 기기에 알려지고, 기지국으로부터 시그널링되는 전력 레벨을 유도하고(428, 도 4), 프레임 k당 측정된 전력 레벨, RSCP(k)은 사용자 기기 수신기에 의해 결정될 수 있다(432, 도 4). P open (k)은 또한 송신이 적합한 전력 레벨에서 도달하는 것을 보증하기 위해 상수 값(C)의 함수일 수 있다.
P open (k) = P Tx - RSCP(k) + C
두 번째로, SNIR 비교 루프는 노드 B와 같은 네트워크에 위치된다. SNIR 비교 루프는 수신된 SNIR 메트릭에 의해 구동된다. 수신 SNIR은 외부 루프에 의해 설정되는 SNIR 목표 값과 비교된다. 비교 결과는, 사용자 기기에 시그널링되어 그것의 송신 전력을 변화시키는 TPC 명령의 시그널링을 야기한다. TPC 명령이 송신 전력을 고정량만큼 업이나 다운시키는 변화를 지시하도록, 이진 시그널링이 사용될 수 있다. 다른 방법으로, 다중 레벨 TPC 명령이 사용될 수 있다.
세 번째로, 외부 루프는 노드 B 또는 RNC와 같은 네트워크에 위치된다. 위부 루프는 업링크 송신 상에서 관찰되는 데이터 에러 통계에 의해 구동된다. 외부 루프는 SNIR 비교 루프에 대하여 SNIR 목표 레벨을 설정할 책임이 있다.
사용자 기기에서의 선택적인 보조 프로세스는 (a) γ SF , 물리적 채널의 확산 인자(SF; spreading factor), 및 (b) β TFC , 선택된 전송 포맷(TFC; transport format)에 기초하여, 송신 전력을 조정한다.
따라서, 현재 프레임 k에 대하여, 사용자 기기는 하기 나타낸 바와 같이 송신 전력 P Tx (k)을 계산할 수 있고, 여기서 K는 전력 제어 프로세스가 시작될 때 결정된 초기 프레임 넘버이고, TPCi는 다운 TPC 명령에 대해서는 -1, 업 TPC 명령에 대해서는 +1, 아무런 TPC 명령이 수신되지 않으면 0이고, step는 각각의 TPC 명령의 수신시 누산기에 부가되는 양의 크기이다. 송신 전력 P Tx (k)는 매 프레임 주기 마다 업데이트될 수 있다. 다른 방법으로, 송신 전력 P Tx (k)은 새로운 TPC 명령이 수신될 때마다 업데이트될 수 있다. 다른 방법으로, 송신 전력 P Tx (k)은 TPC 명령 또는 새로운 전력 레벨이 네트워크로부터 수신될 때에만 업데이트될 수 있다.
Figure 112012013960871-pat00001
본 발명에 따른 전력 제어 방식의 실시예가 도 4에 개략적으로 도시된다. γSF 및 βTFC 조정 인자는 개략적인 명료화를 위해 도시하지 않는다.
도 4는 본 발명에 따라 개방 루프 및 폐쇄 루프 방식 모두의 요소를 사용한 무선 통신 시스템을 도시한다. 사용자 기기는 결정된 송신 전력 레벨에서 사용자 데이터를 송신한다(400). 사용자 데이터(404)를 포함한 업링크 신호(402)는 무선 링크를 통해 전파한다. 네트워크는 송신 신호의 감쇄 버전을 수신한다.
네트워크는 업링크 신호(402)의 에러 메트릭을 결정한다(406). 선택적으로, 네트워크는 업링크 간섭 레벨을 측정하고, 간섭 측정 테이블을 업데이트할 수 있다(422). 업링크 측정으로부터 측정 또는 계산된 데이터는 간섭 측정 테이블에 도입될 수 있다. 간섭 측정 테이블은 각각의 업링크 타임슬롯마다 평균 측정된 간섭 레벨을 포함할 수 있다. 네트워크 내에서, 에러 메트릭을 사용하여 SNIR 목표 값을 업데이트할 수 있다(408).
네트워크는 또한 비컨 신호를 송신한다(424). 비컨 송신 전력 레벨(428)의 표시를 포함하는 다운링크 신호(426)는 무선 링크를 통해 전파한다. 선택적으로, 네트워크는 간섭 측정(430)을 브로드캐스트할 수 있다. 사용자 기기는 시그널링되는 전력 레벨을 저장하고(432), 수신 전력 레벨을 측정하고, 가능하다면 추후의 처리를 위해 간섭 측정을 저장한다(434).
폐쇄 루프 방식에서와 같이, 사용자 기기는 사용자 데이터(404)를 포함한 업링크 신호(402)에서 무선 링크를 통해 사용자 데이터를 송신한다(400). 네트워크는 수신된 업링크 신호의 에러 메트릭을 결정한다(406). 에러 메트릭을 사용하여, 네트워크는 SNIR 목표 값을 계산하고 업데이트한다(408).
네트워크는 또한 업링크 신호(402)의 수신 SNIR을 측정한다(410). 네트워크는 측정된 SNIR을 결정된 SNIR 목표와 비교한다(412). 네트워크는 비교(412)에 기초하여 TPC 명령을 생성하고 송신한다(414). 다운링크 신호(416)는 무선 링크를 통해 TPC 명령(418)을 전송한다. 사용자 기기는 TPC 명령을 누산하고(420), 누산된 TPC 명령을 일부 사용하여 미래의 업링크 송신(400)을 위한 송신 전력 레벨을 설정한다(436).
개방 루프 방식에서와 같이, 측정된 전력 레벨 및 시그널링되는 비컨 전력 레벨로써, 사용자 기기는 경로 손실 P open (k)을 결정할 수 있다. 사용자 기기는 저장된 수신 간섭 측정 I(k)을 사용하여, 송신 중단 후의, 또는 TPC 명령의 수신 중단 후의 송신 전력을 조정할 수 있다. 사용자 기기는 누산된 TPC 명령,
Figure 112012013960871-pat00002
, 계산된 경로 손실 P open (k), 조정 인자 γ SF 및 β TFC 과, 선택적으로 I(k)에 기초한 조정을 사용하여, 송신 전력 레벨을 설정할 수 있다(436). 이 송신 전력 레벨 P Tx (k)은 업링크(402)를 통해 송신된 사용자 데이터(400)의 업링크 전력 레벨을 설정하는 데 사용될 수 있다.
전력 레벨(428)을 포함하고 간섭 측정(430)을 포함할 수 있는 다운링크 신호(426)는, 셀에서 브로드캐스트된다. 폐쇄 루프 방식을 사용한 이전의 사용자 기기는 업링크 송신 전력을 설정하기 위해 비컨 브로드캐스트에서 전력 레벨 시그널링을 모니터하면서 다운링크 수신 전력의 측정을 사용하지 않는다. 마찬가지로, 폐쇄 루프 방식을 사용한 이전의 사용자 기기는 TPC 명령을 처리하면서, 다운링크 경로 손실을 계산하지 않거나 계산을 사용하지 않는다. 이전의 사용자 기기는 그것의 송신 전력 레벨을 설정하도록 지시되는 바와 같이, 단순히 TPC 명령에 따른다. 네트워크가 알려진 사용자 기기에 그것의 송신 전력을 한 단계의 양만큼 증가시키도록 지시하면, 이전의 사용자 기기는 그것의 전력 레벨을 한 단계의 양만큼 증가시켜야 한다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 사용자 기기는 그것의 송신 전력을 특정 방향으로 한 단계 레벨만큼 변경하도록 지시하는 TPC 명령을 수신할 수 있으나, 사용자 기기는 실제로 그것의 송신 전력 레벨을 상이한 양만큼 변경할 수 있거나, 반대 방향으로 실제 양만큼 변경할 수 있다. 사용자 기기는 단지 송신 전력 레벨을 증가시킬지, 송신 전력 레벨을 감소시킬지, 또는 송신 전력 레벨을 변경하지 않은 채 둘 건지 결정하기 위한 인자로서 TPC를 사용한다.
예를 들어, 사용자 기기는 110 dB의 경로 손실로써 무선 링크를 통해 20 dBm에서 노드 B에 버스트를 단지 송신한다고 가정하자. 노드 B 수신기에서 수신 전력은 20 dBm과 110 dB의 손실 간의 차이인 -90 dBm일 것이다. 다음으로, 노드 B는 -89 dBm에서 사용자 기기로부터 업링크 신호를 수신하기 원하는 것으로 가정하자. 노드 B는 신호할 것이고, 사용자 기기는 업링크 송신 전력 레벨을 1dB 만큼 증가시키도록 사용자 기기에 지시하는 TPC 명령을 수신할 것이다. 또한, 이전 프레임으로부터 이 프레임으로 경로 손실이 +10 dB 만큼 개선되는 것으로 가정하자(예컨대, 110 dB에서 100 dB으로).
이전의 사용자 기기는 이전의 레벨(+20 dBm)과 단계 증가(1 dB)의 합인 +21 dBm에서 다음의 버스트를 송신할 것이다. 송신된 +21 dBm 신호는, 채널 개선이 고려되지 않기 때문에, 아마 +10 dB이나 큰 신호 레벨인 -79 dBm에서 노드 B에 도달할 것이다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 사용자 기기는 새로운 경로 손실을 감안할 것이다. 이전의 +20 dBm의 송신 전력 레벨은 +10 dB의 개선된 채널 경로 손실을 감안하여 +10 dB만큼 감소될 것이다. 그 다음 결과적인 송신 전력 레벨은 +10 dBm일 것이다. 사용자 기기는 또한 +1 dB의 원하는 단계만큼 송신 전력 레벨을 조정함으로써 TPC 명령을 감안하여, 개선된 채널(+10 dB)도 감안하고 단계 증가(+1 dB)된 수신 신호를 가지려는 노드 B의 희망도 수용한, +11 dBm의 새로운 송신 전력 레벨이 된다. 채널 경로 손실 산출이 정확하다면, +11 dBm은 노드 B에 -89 dBm의 희망 레벨에서 도달할 것이다. 이 예에 나타낸 바와 같이, 노드 B TPC 명령이 1 dB의 증가를 지시한다 해도, 송신 전력 레벨은 9 dB 하락한다(+20 dBm에서 +11 dBm으로).
따라서, 사용자 기기가 그것의 업링크 송신 전력을 1 dB 만큼 단계 업 또는 다운시키도록 사용자 기기에 지시하는 네트워크 TPC 명령을 수신한다 해도, 사용자 기기는 실제로 송신 전력 레벨을 상이한 양만큼 변경할 수 있다. 사실, 상기 예시한 바와 같이, TPC 명령의 반대 방향으로 사용자 기기 송신 전력 레벨이 변할 수 있다.
업링크(402) 상에서 비활동 주기 동안, TPC 명령(418)은 사용자 기기에 의해 수신되지 않을 수 있다. 다음의 초기 송신(400)을 위한 사용자 기기 송신 전력 레벨은 개방 루프 컴포넌트의 현재 업데이트를 사용하여 결정될 수 있다. 즉, 초기 송신 전력 레벨은 비컨 전력 레벨(428)과, 측정된(432) 수신 전력 레벨과, 선택적으로 간섭 측정(430)에 기초하여 결정될 수 있다. 개방 루프 컴포넌트는 피드백을 필요로 하지 않고, 그에 따라 업링크 송신이 중단된 동안에도 매 비컨 송신마다 계속하여 업데이트될 수 있다.
TPC 누산기에 저장된 히스토리는 실효될 수 있다. 일부 환경에서는, 히스토리가 유용한 것으로 간주될 수 있고, 리셋(reset)되지 않는다. 다른 방법으로, 누산된 TPC 히스토리는 업링크 송신 전력 레벨을 설정하는 데 사용될 수 있으나, 루프에 새로운 시작을 보증하기 위해 일부 과도한 전력 마진이 부가될 수 있다. 다른 방법으로, 사용자 기기는 누산된 TPC 히스토리를 버리고, 그것을 디폴트 또는 초기 값으로 리셋할 것을 결정할 수 있다. 디폴트 또는 초기 값은 선택적으로 수신 간섭 측정 테이블(430)에 기초할 수 있다.
개방 루프 컴포넌트의 빠른 페이딩을 보상하는 능력은 채널 속도와, 비컨 타임슬롯 및 업링크 타임슬롯 간의 지연의 함수이다. 개방 루프 제어는 업링크 슬롯이 비컨에 맞추어 밀접하게 배치된다면, 더 높은 속도 뿐 아니라 주로 보행 속도에서 효과적이다. 높은 모바일 속도에서, 비컨 RSCP 필터링이 사용자 기기에 가능하다면 전력 제어 성능은 개선될 것이다. 사용자 기기는 필터링이 개방 루프 컴포넌트에 적용되어야 하는지 아닌지 검출할 책임이 있다. 채널 속도의 자동 검출은 RSCP 필터링의 가능성을 제어하기 위해 사용자 기기에 의해 수행될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서는, 사용자 기기가 모바일 속도를 나타내는 임계값을 지날 때, 사용자 기기는 본 발명에 따라 동작하는 조합된 개발 루프/폐쇄 루프 방식을 억제한다.
본 발명의 일부 실시예의 성능 이점을 나타내기 위해 모의 실험이 수행되었다. 여기서 모의 실험된 무선 채널은 IMT-2000용 Evaluation of Radio Transmission Technologies을 위한 ITU-R M.1225 가이드라인에 기술된 바와 같이, ITU 실내 내지 실외, 및 보행 모델 B 채널을 나타낸다. 기지국에서 관찰된 잔류 SNIR 에러 항목이 모니터된다.
도 5의 (a), (b) 및 (c)는 네트워크에서 수신 SNIR의 모의 실험 확률 밀도 함수를 각각 도시한다. 각각의 모의 실험에서, 약 10,000개의 수신 SNIR 값이 샘플링된다. 각각의 시나리오에 대한 모의 실험 결과가 그룹화되어 빈(bin)으로 수집된다. 수직축은 수신 SNIR 값의 특정 범위(bin)에 대한 발생수를 나타낸다. 빈에 의해 정의된 범위 내에 속하는 샘플링된 수신 SNIR 값은 그 빈에 대한 발생으로서 카운트된다.
도 5의 (a)는 개방 루프 방식만 사용한 시스템에 대한 모의 실험 결과를 도시한다. 이 도면에서는, 반 너비가 대략 0.42 dB이다. 모의 실험 결과는 채널에서의 빠른 페이딩을 추적하는 데 우수한 시스템을 나타내나, 모의 실험에 포함된 간섭 변동을 추적할 수는 없다. 이들 값은 160 ms마다 시그널링을 통해 사용자 기기에서 단지 업데이트된다. 그러한 것으로서, 에러 항목은 수신기에서 상당한 편차를 나타낸다.
도 5의 (b)는 폐쇄 루프 방식만 사용한 시스템에 대한 모의 실험 결과를 도시한다. 이 도면에서는, 빈 너비가 대략 0.48 dB이다. 모의 실험 결과는 간섭 변동을 보다 잘 추적할 수 있는 시스템을 나타내나, TPC 명령에 대한 응답으로 +/-1 dB 단계 크기에 한정되는 것으로 인해 경로 손실을 추적할 수는 없다.
도 5의 (c)는 (도 4에 도시된 바와 같이) 개방 및 폐쇄 루프 방식 모두의 양상을 조합한 시스템에 대한 모의 실험 결과를 도시한다. 이 도면에서는, 빈 너비가 대략 0.24 dB이다. 모의 실험 결과는 경로 손실 및 간섭 변동 둘 다에 응답할 수 있는 시스템을 나타낸다. 또한, 잔류 SNIR 에러 항목은 보다 작은 편차를 나타낸다. 도면은 조합된 전력 제어 방식에 대하여 이 분포의 편차가 현저하게 감소되었음을 보여준다.
(각각의 루프 방법에 대해 동일한 페이딩 및 간섭 프로파일을 사용한) 상기의 모의 실험에 대하여, 다음의 평균 송신 전력이 얻어진다.
Figure 112012013960871-pat00003
모의 실험된 채널 및 간섭 시나리오에 대하여, 조합 방식은 개방 루프 방식보다는 2.17 dB 적고, 폐쇄 루프 방식보다는 1.89 dB 적은 전력을 사용하여 1% 블록 에러 레이트(BLER; block error rate)를 유지할 수 있다. 실제 시스템에서, 이 전력 절약은 더 큰 셀 커버리지, 더 높은 업링크 커패시티 및 처리율, 및 증가된 배터리 수명과 동등하게 여겨질 수 있다. 이득의 크기는 상이한 채널 속도, 유형, 및 간섭 프로파일에 따라 변할 수 있으나, 조합 방식의 성능은 개방 루프 및 폐쇄 루프 방식 둘 다가 개별적으로 사용될 때보다 우수할 것이다.
시그널링 부하에 관하여, 조합 방식은 다운링크 채널 상에서 신호 SNIR 목표 및 간섭 레벨에 대한 필요성을 피하는 것을 돕고, 폐쇄 루프 방식과 유사한 시그널링 효율을 갖는다. 일부 실시예에서, 시그널링 효율은 업데이트당 1비트이다.
조합 전력 제어 방식을 사용한 시스템에서는, 다운링크 상에서 새로운 물리적 채널을 사용하여 사용자에게 빠른 할당 및 스케쥴링 정보를 전송할 수 있고, 그에 따라 사용자 기기에 그것이 사용할 수 있는 업링크 자원을 알릴 수 있다. 이 새로운 물리적 채널은 또한 조합 전력 제어 방식에 대한 피드백 채널로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 할당/스케쥴링 채널은 TPC 명령을 전송할 수 있다. 다른 방법으로, 조합 방식은 UTRA TDD 뿐 아니라 다른 TDD 시스템을 위한 기존의 채널 유형(전용 또는 공유 업링크 물리적 채널)에 적용될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예는 업링크 전력 레벨을 제어하고, 기지국 내에 통합된 지원 사양으로써 사용자 기기 내에 통합될 수 있다. 예를 들어, 노드 B 또는 RNC는 시그널링 명령이나 브로드캐스트 메시지에 포함되는 새로운 파라미터로써 구현될 수 있고, 여기에서 새로운 파라미터는 사용자 기기에 경로 손실 산출 및 TPC 명령 둘 다에 기초하여 업링크 송신 전력 레벨의 설정을 가능 또는 불가능하도록 지시한다. 파라미터는 사용자 기기가 개방 루프 전력 제어, 폐쇄 루프 전력 제어, 또는 조합 방식을 사용할 것인지 지시할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예는 TPC 명령 및 다운링크 송신 전력 레벨의 표시 모두를 포함하는 다운링크 신호로써 동작한다. 이들 실시예에서는, 다운링크 신호는 하나의 신호에서 둘 다의 다운링크(416 및 430, 도 4)를 제공한다. 사용자 기기는 TPC 명령에 대해 디코딩하고, 다운링크 전력 레벨 표시에 대해 디코딩하고, 수신 전력 레벨에 대해 측정하는 하나의 물리적 채널을 수신할 수 있다. 이들 실시예에서는, 사용자 기기는 수신 신호의 전력 레벨을 측정하고, TPC 명령을 수신하고, 수신 신호의 전력 레벨 및 TPC 명령에 기초하여 송신 전력 레벨을 계산한다.
특정 실시예 및 예시적인 도면과 관련하여 본 발명을 설명하였으나, 당 기술 분야에 통상적인 기술을 가진 자라면 본 발명이 설명된 실시예 또는 도면에 한정되지 않음을 인지할 것이다. 예를 들어, 상기 설명된 조합 업링크 전력 제어 방식은 다운링크 전력을 제어하기 위한 미러 이미지로 구현될 수 있다. 이 경우, 조합 업링크 방식을 위해 사용자 기기에 의해 수행되는 기능은 네트워크에 의해 수행될 수 있다. 마찬가지로, 조합 업링크 방식을 위해 네트워크에 의해 수행되는 기능은 사용자 기기에 의해 수행될 수 있다.
또한, 개별적으로 나열되었으나, 예를 들어 단일 유닛 또는 프로세서에 의해 복수의 수단, 요소 또는 방법 단계들이 구현될 수 있다. 또한, 개별적인 특징이 상이한 청구범위에 포함될 수 있으나, 이들은 유리하게 조합되는 것이 가능하고, 상이한 청구범위에 포함된다는 것이 특징 조합이 실행 가능하지 않거나, 그리고/또는 유리하지 않다는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 청구범위의 하나의 카테고리에서 특징 포함은 이 카테고리에 한정되는 것을 의미하지 않고, 그 특징이 타당하게 다른 청구범위 카테고리에 동일하게 적용될 수 있음을 나타낸다. 또한, 청구범위에서 특징의 순서는 특징이 수행되어야 할 임의의 특정 순서를 의미하는 것이 아니고, 특히 방법 청구범위에서 개별 단계의 순서가 이 순서대로 수행되어야함을 의미하는 것이 아니다. 단계는 임의의 적합한 순서에 따라 수행될 수 있다.

Claims (16)

  1. 기지국과 원격 트랜시버 사이의 무선 통신 시스템에서의 전력 제어 방법에 있어서, 상기 기지국에서,
    상기 원격 트랜시버로부터 송신된 업링크 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 업링크 신호의 간섭값을 측정하는 단계;
    상기 측정된 수신 간섭값을 목표 간섭값과 비교하는 단계;
    상기 측정된 수신 간섭값이 상기 목표 간섭값보다 큰 경우 단계 표시자에게 제1 값을 할당하거나, 상기 측정된 수신 간섭값이 상기 목표 간섭값보다 작은 경우 단계 표시자에 제2 값을 할당하는 단계;
    상기 단계 표시자를 포함하는 송신 전력 제어(TPC) 명령을 생성하는 단계; 및
    상기 TPC 명령을 운반하는 신호를 원격 트랜시버에게 송신하는 단계
    를 포함하는 무선 통신 시스템에서의 전력 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신된 업링크 신호의 에러 메트릭(metric)을 결정하는 단계; 및
    상기 에러 메트릭에 기초하여 상기 목표 간섭값을 업데이트하는 단계
    를 더 포함하는 무선 통신 시스템에서의 전력 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수신된 업링크 신호의 간섭값을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 간섭값을 이용하여 간섭값 측정 테이블(table)을 업데이트하는 단계
    를 더 포함하는 무선 통신 시스템에서의 전력 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 TPC 명령을 운반하는 신호를 송신하는 단계는, 상기 간섭 측정 테이블 및 시그널링된 전력 레벨을 포함하는 시그널링을 송신하는 단계를 포함하고, 상기 시그널링은 상기 시그널링된 전력 레벨로 송신되는 것인 무선 통신 시스템에서의 전력 제어 방법.
  5. 기지국과 원격 트랜시버 사이의 무선 통신 시스템에서의 전력 제어 방법에 있어서, 상기 원격 트랜시버에서,
    다운링크 전력 레벨의 표시를 포함하는 다운링크 신호를 수신하는 단계로서, 상기 다운링크 신호는 상기 다운링크 전력 레벨로 송신된 것인, 수신하는 단계;
    상기 다운링크 신호의 수신 전력 레벨을 측정하는 단계;
    상기 기지국과 상기 원격 트랜시버 사이의 무선 채널의 경로 손실을 결정하는 단계;
    단계 표시자 값을 포함하는 적어도 하나의 송신 전력 제어(TPC) 명령을 수신하는 단계로서, 상기 단계 표시자 값은 상기 기지국에서 측정된 수신 간섭값이 목표 간섭값보다 큰지 또는 작은지 여부에 기초하는 것인, 수신하는 단계;
    상기 결정된 경로 손실 및 상기 단계 표시자 값에 기초하여, 상기 원격 트랜시버에 대한 송신 전력 레벨을 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 송신 전력 레벨로 상기 기지국에 신호를 송신하는 단계
    를 포함하는 무선 통신 시스템에서의 전력 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    다수의 TPC 명령들을 수신하는 단계;
    누산된 단계 표시자 값을 얻기 위하여 단계 표시자 값들을 누산하는 단계; 및
    상기 결정된 경로 손실 및 상기 누산된 단계 표시자 값에 기초하여 상기 원격 트랜시버에 대한 송신 전력 레벨을 설정하는 단계
    를 더 포함하는 무선 통신 시스템에서의 전력 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 누산된 단계 표시자 값을 포함하는 신호를 상기 설정된 송신 전력 레벨로 상기 기지국에 송신하는 단계
    를 더 포함하는 무선 통신 시스템에서의 전력 제어 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 송신 전력 레벨을 계산할 때 누산된 TPC 명령만을 이용하도록 상기 원격 트랜시버에 명령하는 신호를 상기 기지국으로부터 수신함으로써, 개방 루프 전력 제어의 사용을 디스에이블(disable)하고 폐쇄 루프 전력 제어의 사용만을 인에이블(enabling)하는 단계
    를 더 포함하는 무선 통신 시스템에서의 전력 제어 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 송신 전력 레벨을 계산할 때 누산된 TPC 명령을 무시하도록 상기 원격 트랜시버에 명령하는 신호를 상기 기지국으로부터 수신함으로써, 개방 루프 전력 제어의 사용만을 인에이블(enabling)하고 폐쇄 루프 전력 제어의 사용을 디스에이블(disable)하는 단계
    를 더 포함하는 무선 통신 시스템에서의 전력 제어 방법.
  10. 제1항 내지 제3항이나 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 제어 방법은 공유 업링크 물리 채널 상에서 적용되는 것인 무선 통신 시스템에서의 전력 제어 방법.
  11. 기지국에 있어서,
    수신된 신호의 수신 간섭값을 측정하도록 동작가능한 수신기;
    상기 수신기에 연결되고, 상기 측정된 수신 간섭 값에 관한 입력 및 목표 간섭값에 관한 입력을 갖는 비교 로직으로서, 상기 측정된 수신 간섭 값이 상기 목표 간섭 값보다 큰 경우 단계 표시자에 제1 값을 할당하도록 동작가능하고, 상기 측정된 수신 간섭값이 상기 목표 간섭값보다 작은 경우 상기 단계 표시자에 제2 값을 할당하도록 동작가능한 것인, 비교 로직;
    상기 비교 로직에 연결되고, 상기 단계 표시자를 포함하는 송신 전력 제어(TPC) 명령을 생성하도록 동작가능한 명령 생성 로직; 및
    상기 명령 생성 로직에 연결되고, 상기 단계 표시자를 포함하는 상기 TPC 명령을 송신하도록 동작가능한 송신기
    를 포함하는 기지국.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수신기에 결합되고, 상기 수신된 신호의 에러 메트릭을 결정하도록 동작가능한 에러 메트릭 로직; 및
    상기 에러 메트릭 로직에 결합되고, 상기 에러 메트릭에 응답하여 상기 목표 간섭값을 업데이트하도록 동작가능한 업데이트 로직;
    을 더 포함하는 기지국.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 수신기에 결합되고, 간섭 레벨을 측정하도록 동작가능한 측정 로직; 및
    상기 측정 로직에 결합되고, 상기 측정된 간섭 레벨을 사용하여 간섭 측정값 테이블을 업데이트하도록 동작가능한 업데이트 로직
    을 더 포함하고,
    상기 송신기는 또한, 상기 간섭 측정 테이블 및 시그널링된 전력 레벨을 포함한 시그널링을 송신하도록 동작가능한 것인 기지국.
  14. 기지국과 원격 트랜시버 사이의 무선 통신 시스템에서의 전력 제어를 위한 원격 트랜시버에 있어서,
    상기 기지국으로부터 다운링크 신호를 수신하도록 동작가능한 수신기로서, 상기 다운링크 신호는 다운링크 전력 레벨의 표시를 포함하고 상기 다운링크 전력 레벨로 송신되는 것인, 수신기 - 이 수신기는, 측정된 수신 간섭값과 목표 간섭값 사이의 비교에 기초한 단계 표시자 값을 포함하는 적어도 하나의 송신 전력 제어(TPC) 명령을 수신하도록 동작가능함 - ;
    상기 수신기에 연결되고, 상기 기지국과 상기 원격 트랜시버 사이의 무선 채널의 경로 손실을 결정하도록 동작가능한 계산 로직;
    상기 계산 로직에 결합되고, 상기 결정된 경로 손실 및 상기 단계 표시자 값에 기초하여 송신 전력 레벨을 설정하도록 동작가능한 전력 설정 로직; 및
    상기 전력 레벨 설정 로직에 연결되고, 상기 설정된 송신 전력 레벨로 상기 기지국에 신호를 송신하도록 동작가능한 송신기
    를 포함하는 원격 트랜시버.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 원격 트랜시버는, 상기 전력 레벨 설정 로직에 연결된 누산기를 더 포함하고,
    상기 누산기는,
    상기 수신된 TPC 명령에 의해 제공되는 단계 표시자를 받아들이도록 동작가능한 입력부;
    상기 단계 표시자를 과거의 누산값과 합산하여, 현재의 누산값을 얻도록 동작가능한 합산 로직;
    상기 현재의 누산값을 보유(hold)하도록 동작가능한 메모리; 및
    상기 현재의 누산값을 제공하도록 동작가능한 출력부
    를 포함하고,
    상기 전력 레벨 설정 로직은 상기 결정된 경로 손실 및 상기 현재의 누산값에 기초하여 상기 송신 전력 레벨을 설정하도록 동작가능한 것인 원격 트랜시버.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 단계 표시자 값은, 상기 기지국에서 측정된 수신 간섭값이 목표 간섭값보다 큰지 또는 작은지 여부에 기초하는 것인 원격 트랜시버.
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