KR101315193B1 - 이동 통신 중계기의 출력 전력 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LTE 신호를 수신하여 재송출하는 이동 통신 중계기의 출력 전력 제어 시스템에 있어서, 무선 신호를 수신하여 상기 수신 신호의 전력 레벨을 검출하는 신호 수신부; 상기 검출된 수신 신호 전력 레벨에 기초하여 출력 신호의 기준 전력 레벨을 제어하는 출력 전력 제어부; 및 상기 출력 신호 기준 전력 레벨을 기초로 상기 수신 신호를 증폭하여 재송출하는 신호 재송출부를 포함하되, 상기 출력 전력 제어부는 기지정된 시간 구간 동안 검출된 상기 수신 신호의 최고점(high peak) 전력값들의 평균을 상기 출력 신호 기준 전력 레벨로 설정하는 것인 출력 전력 제어 시스템을 제공한다.

Description

이동 통신 중계기의 출력 전력 제어 시스템 및 방법{OUTPUT POWER CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR A MOBILE REPEATER}
본 발명은 이동 통신 중계기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이동 통신 중계기의 출력 전력 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이동 통신망에서 중계기의 기본 역할은 신호가 도달하기 어려운 음영 지역을 커버하는 것이다. 예를 들어, 중계기는 기지국으로부터 RF(Radio Frequency) 신호를 수신하고 이를 적절한 전력 이득량(power gain) 만큼 증폭하여 단말기로 재전송하는 역할을 담당한다.
이때 기지국(BS: Base Station)은 고정국(fixed station), 베이스 노드(Node B: base node), eNode B(eNB: evolved base node), 액세스 포인트(AP: Access Point) 등의 용어로, 중계기 또는 리피터(Repeater)는 중계국(RS:Relay Station), 중계 노드 또는 릴레이 노드(RN: Relay Node), 갭 필러(Gap Filler) 등의 용어로, 단말(Terminal)은 사용자 기기(UE:User Equipment), 이동국(MS:Mobile Station), 이동가입자국(MSS:Mobile Subscriber Station), 가입자국(SS:Subscriber Station) 등의 용어로 바꿔쓸 수 있다.
최근 이동 통신 시장에서 LTE(Long Term Evolution) 기술이 각광을 받고 있다. LTE는 3세대 이동 통신 무선 표준화 단체인 3GPP(3rd Generation Partnership Project)가 만든 표준 규격을 바탕으로 하며, 직교 주파수 분할(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing), 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi Input Multi Output)을 기반으로 한다.
즉, LTE는 기지국에서 단말로 전송하는 하향 링크(Down Link)에서 OFDM을 사용하므로, 이에 따라 LTE용 중계기는 수신한 신호를 분석하여 적절한 이득량을 산출하고 이에 따라 출력 전력을 제어하는 자동 출력 제어(ALC: Automatic Level Control)를 주파수 분할 방식(FDD: Frequency Division Duplex)에 적합한 방식으로 변경할 필요가 있다.
시분할 방식(TDD: Time Division Duplex)용 중계기는 RF 신호를 샘플링하여 DC 신호로 변환하고, 좀더 정확한 신호 레벨 검출을 위해 신호 내부의 노이즈 혹은 불요파를 제거하기 위해 평활 회로를 거친다. 이때 검출된 신호가 직류 신호가 아닌 구형파 신호 혹은 삼각파 신호이더라도 규칙성 혹은 선형성을 가진 신호이면 평활 회로에서 직류로 변환하는 것이 가능하다. 예를 들어, CDMA신호는 연속적인 신호를 항상 출력하고 있기 때문에 신호의 레벨 변화에 따라 시간축의 레벨이 직류 파형으로 선형적으로 변화한다.
하지만, LTE 신호는 자원 블럭(RB: Resource Block)의 양에 따라 비선형적으로 변화하는 구형파로 검출되기 때문에 정확한 레벨 검출이 어렵다. 이에 대해 도 2에서 도 5를 통해 알아보자.
도 2는 LTE 신호의 자원 블럭을 도시하고 있다.
LTE 신호에서 하나의 OFDM 심벌은 시간 도메인 상(도면의 가로축)에서 보면, 일반적으로 하나의 서브프레임(subframe) 동안 전송되며, 하나의 서브프레임은 일반적으로 두개의 타임 슬롯(time slot)으로 구성된다. 또한 주파수 도메인 상(도면의 세로축)에서 보면, 여러 개의 부반송파(sub-carrier)로 구성된다. 즉, 변조된 LTE 신호는 시간 및 주파수 자원을 할당받는 것이므로, 도면에서 하나의 격자를 자원 요소(Resource Element)라고 하며, 도면에서 보는 바와 같이, 자원 블럭은 하나의 변조된 LTE 신호가 할당받은 자원 요소들의 그룹이다.
도 3, 4, 5는 RB량 변화에 따른 LTE 수신 신호의 전력 변화를 도시하고 있다. 스펙트럼 분석기를 이용하여 시간축 검출 파형과 주파수축 신호 검출 파형을 분석한 것이다.
각각 50RB, 10RB, 0RB일 때의 전력이 변화하는 모습을 도시하고 있는 도 3, 4, 5를 비교해보면, LTE신호는 RB량의 변화에 따라 전력량이 비선형적으로 변화한다는 것을 알 수 있다.
시간 영역에 보이는 구형파에서, 신호를 구성하는 물리 계층 채널의 파일럿 신호(pilot signal)라고도 불리는 기준 신호(reference signal)의 레벨은 RB량이 변화에 상관없이 항상 일정하여도, 노이즈 레벨이 RB변화에 따라 비선형적으로 변화함을 알 수 있다.
RB량이 동일할 때 구형파의 최고점(high peak) 전력값과 최저점(low peak) 전력값은 중계기 입력 파워에 따라 함께 증가하고 감소한다.
동일 입력 레벨에서 최저점 전력값은 RB량 변화에 따라 비선형적으로 변화한다. 특히, 0RB 신호의 최저점 전력값은 중계기 노이즈 레벨 아래에 존재한다. 그러므로 중계기 입력 파워를 변화시키면 최고점 전력값은 그 변화량에 따라 선형적으로 변하지만 0RB신호의 최저점 전력값은 변하지 않고 노이즈 레벨 값으로 고정되어버리는 문제가 있다.
RB량은 기지국에 링크된 사용자 접속 수의 변화 및 송수신되는 데이터량에 따라 가변된다. 따라서 각 채널의 파일럿 신호에는 전력 변화가 없는데도 중계기가 수신한 신호의 전력량 평균값은 RB량의 변화에 따라 비선형적으로 변화하게 된다.
즉, LTE 중계기인 경우 수신 신호의 전력이 비선형적으로 변화하는 구형파로 검출되기 때문에, 정확한 레벨 검출이 어려워 출력 신호 제어가 부정확하게 이루어질 수 있다. 이는 중계기의 과출력 커버리지 변화 및 그로 인한 불요파 발생으로 이어질 수 있으므로, LTE 중계기에서 수신 신호의 전력을 정확하게 검출하고 출력 전력 레벨을 제어하는 방법이 필요하다.
수신 전력에 기초한 출력 전력 제어와 관련하여 한국등록특허 제10-0943765호("이동국의 자동 수신 이득 제어 방법 및 장치")에는 기지국과 동기를 확보하지 않은 상태에서는 비동기식 자동 이득 제어 방식을 사용하고, 기지국과 동기를 확보한 상태에서는 동기식 자동 이득 제어 방식을 사용하는 구성이 개시되어 있다.
또한, 한국공개특허 제10-2011-0067146호("혼합된 무선 통신 시스템에서의 전력 제어 및/또는 간섭 관리와 관련된 방법들 및 장치들")는 수신한 신호의 세기를 측정하고, 상기 측정값 정보를 기초로 전송 전력 레벨을 결정하는 구성이 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 LTE 중계기의 전력 제어 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 수신 신호의 전력을 정확하게 검출하여 출력 전력 레벨을 적절하게 제어하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 측면에 따른 LTE 신호를 수신하여 재송출하는 이동 통신 중계기의 출력 전력 제어 시스템은 무선 신호를 수신하여 상기 수신 신호의 전력 레벨을 검출하는 신호 수신부; 상기 검출된 수신 신호 전력 레벨에 기초하여 출력 신호의 기준 전력 레벨을 제어하는 출력 전력 제어부; 및 상기 출력 신호 기준 전력 레벨을 기초로 상기 수신 신호를 증폭하여 재송출하는 신호 재송출부를 포함하되, 상기 출력 전력 제어부는 기지정된 시간 구간 동안 검출된 상기 수신 신호의 최고점(high peak) 전력값들의 평균을 상기 출력 신호 기준 전력 레벨로 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 측면에 따른 이동 통신 중계기에서 LTE 신호의 출력 전력을 제어하는 방법은 (a) 기지정된 시간 구간 동안 수신 신호의 최고점(high peak) 전력값들을 검출하는 단계; (b) 상기 최고점 전력값들의 평균을 산출하는 단계; 및 (c) 상기 최고점 전력값 평균을 기준으로 송출할 신호의 전력 레벨을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 측면에 따른 이동 통신 중계기에서 LTE 신호의 출력 전력을 제어하는 방법은 (a) 기지정된 시간 구간 동안 수신 신호의 최고점(high peak) 전력값들을 검출하는 단계; (b) 상기 최고점 전력값들의 평균을 산출하는 단계; 및 (c) 상기 최고점 전력값 평균을 기준으로 송출할 신호의 전력 레벨을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 LTE 이동 통신 중계기 출력 전력 제어 시스템 및 방법에 있어, 수신 전력을 정확하게 검출하는 효과를 얻는다.
중계기의 출력 전력을 적절하게 설정할 수 있어, 망 안정성을 향상시킨다.
RB변화에 따른 평균 전력을 관리자가 한눈에 볼 수 있기 때문에 정확한 장비 설정 및 운용이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 LTE 이동 통신 중계기 출력 전력 제어 시스템의 구조를 도시함.
도 2는 LTE 신호를 구성하는 자원 블럭(RB: Resource Block)을 도시함.
도 3, 4, 5는 RB량 변화에 따른 LTE 수신 신호의 전력 변화를 도시함.
도 6은 본 발명에 따른 실시예를 도시함.
도 7은 본 발명에 따른 평균 전력 검출 방법의 흐름을 도시함.
도 8은 본 발명에 따른 출력 전력 제어 방법의 흐름을 도시함.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 출력 전력 제어 시스템을 갖는 중계기(10)를 나타낸 블록도이다.
중계기(10)는 이동 통신망을 통해 기지국(20) 및 단말(30)과 연결되어 있으며, 무선 신호를 수신하여 수신 신호의 전력 레벨을 검출하는 신호 수신부(100), 검출된 수신 신호 전력 레벨에 기초하여 출력 신호의 기준 전력 레벨을 제어하는 출력 전력 제어부(200) 및 출력 신호 기준 전력 레벨을 기초로 수신 신호를 증폭하여 재송출하는 신호 재송출부(300)를 포함한다.
전술한 바와 같이 중계기(10)가 수신하는 LTE 신호는 RB량의 변화에 따라 비선형적으로 변화하므로, 본 발명에 따른 출력 전력 제어 시스템을 갖는 중계기(10)는 이에 맞는 전력 검출 방법을 사용한다. 도 6을 살펴보자.
도 6은 본 발명에 따른 실시예를 도시하고 있다.
신호 수신부(100)가 수신하는 LTE 신호는 도면과 같이 시간 영역에서 구형파의 파형을 그린다. 기지정된 일정 시간 구간 동안 구형파의 최고점 전력값(610)과 최저점 전력값(620)들을 검출하고 각각 평균을 구한다. 도면에 도시된 실시예에서는 각각 3개씩의 최고점 전력값(610)들과 최저점 전력값(620)들이 검출되었고, 이들을 바탕으로 최고점 전력값 평균과 최저점 전력값 평균이 각각 구해졌다.
출력 전력 제어부(200)는 최고점 전력값 평균에 기지정된 최고점 가중치를 곱한 값과 상기 최저점 전력값 평균에 기지정된 최저점 가중치를 곱한 값을 합하여 전술한 시간 구간의 동안의 수신 신호의 전력 평균은 도출할 수 있다.
즉, 최고점 전력값 평균을 PH_avg, 최저점 전력값 평균을 PL_avg, 최고점 가중치를 A, 최저점 가중치를 B, 전력 평균을 Pmean라고 했을 때, 다음과 같다.
Pmean = PH_avg*A + PL_Avg*B
이때, 최고점 전력값 평균과 최저점 전력값 평균의 편차 P_diff를 추가로 구한다.
P_diff= PH_avg - PL_avg
최대 RB일 때는 최고점 전력값 평균과 최저점 전력값 평균이 거의 동일하므로 P_diff 값이 기지정된 임계값 이하이면 최대 RB수로 인식하여 PH_avg값을 그대로 출력한다.
PL_avg 값이 기지정된 임계값 이하가 되면 0RB로 인식하여, 최저점 가중치 B를 0으로 둔다. 즉, 전력 평균은 다음과 같은 수식으로 구할 수 있다.
Pmean = PH_avg*A + PL_avg*0
이때 중계기의 입력 신호가 낮을 경우 검출회로의 선형성이 저하되므로 0RB에서 발생하는 검출 오차를 보정하기 위해 다시 보정 변수 C를 빼주어 정확도를 높인다.
Pmean_0RB= PH_avg*A - C
최대 RB와 최소 RB를 제외한 나머지 변화에 대해서는 Pmean = PH_avg*A + PL_avg*B의 수식을 그대로 적용한다.
위와 같이 일정 시간 구간 동안의 전력 평균이 구해지면, 출력 전력 제어부(200)는 최고점 전력값 평균을 출력 신호 기준 전력 레벨로 설정한다. 이렇게 최고점 전력값 평균(PH_avg)만을 가지고 출력 전력을 제어하면, 장비의 출력 신호 전력 레벨 변화는 동일 입력 값에서 RB 변화에 따라서는 ALC가 동작하지 않고 단지 물리 계층의 파일럿 체널의 레벨의 변화만을 주목하여 구동하기 때문에 항상 일정한 출력 레벨로 서비스가 가능하게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 출력 전력 제어 방법의 흐름을 도시하고 있다.
일정 시간 구간 동안 최고점 전력값들을 검출하고(S710), 최고점 전력값 평균을 산출한다(S720).
다음, 산출된 최고점 전력값 평균을 기준으로 송출 신호 전력 레벨 제어한다(S730).
도 8은 본 발명에 따른 평균 전력 검출 방법의 흐름을 도시하고 있다.
일정 시간 구간 동안 최고점 전력값 평균 및 최저점 전력값 평균을 산출한다(S810).
최고점 전력값 평균과 최저점 전력값 평균의 차가 임계값 이하이면(S820), 최고점 가중치는 1, 최저점 가중치는 0으로 설정한다(S830).
최저점 전력값 평균이 임계값 이하이면(S840), 최저점 가중치는 0으로 설정한다(S850).
이렇게 설정된 가중치들을 이용하여, 최고점 전력값 평균에 기지정된 최고점 가중치를 곱한 값과 최저점 전력값 평균에 기지정된 최저점 가중치를 곱한 값을 합하여, 전력 평균을 산출한다(S860).
이때 상기 단계(S850)에서 중계기의 입력 신호가 낮을 경우 검출 오차를 보정하기 위한 보정 변수를 설정할 수도 있다. 그럴 경우 상기 단계(S860)에서 이 값을 추가로 빼준다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 중계기
100: 신호 수신부
200: 출력 전력 제어부
300: 신호 재송출부

Claims (6)

  1. LTE(Long Term Evolution) 신호를 수신하여 재송출하는 이동 통신 중계기의 출력 전력 제어 시스템에 있어서,
    무선 신호를 수신하고 수신 신호의 전력 레벨을 검출하는 신호 수신부;
    상기 신호 수신부에서 검출된 수신 신호 전력 레벨에 기초하여 출력 신호의 기준 전력 레벨을 제어하는 출력 전력 제어부; 및
    상기 출력 신호 기준 전력 레벨을 기초로 상기 수신 신호를 증폭하여 재송출하는 신호 재송출부를 포함하되,
    상기 출력 전력 제어부는
    기지정된 시간 구간 동안 검출된 상기 수신 신호의 최고점(high peak) 전력값들의 평균을 상기 출력 신호 기준 전력 레벨로 설정하는 것인 출력 전력 제어 시스템.
  2. 이동 통신 중계기에서 LTE(Long Term Evolution) 신호의 출력 전력을 제어하는 방법에 있어서,
    (a) 기지정된 시간 구간 동안 수신 신호의 최고점(high peak) 전력값들을 검출하는 단계;
    (b) 상기 최고점 전력값들의 평균을 산출하는 단계; 및
    (c) 상기 최고점 전력값 평균을 기준으로 송출할 신호의 전력 레벨을 제어하는 단계;를 포함하는 출력 전력 제어 방법.
  3. 이동 통신 중계기에서 수신한 LTE(Long Term Evolution) 신호의 평균 전력을 검출하는 방법에 있어서,
    (a) 기지정된 시간 구간 동안 수신 신호 중 하나 이상의 최고점(high peak) 전력값 및 하나 이상의 최저점(low peak) 전력값을 검출하는 단계;
    (b) 상기 최고점 전력값들의 평균 및 상기 최저점 전력값들의 평균을 산출하는 단계;
    (c) 상기 최고점 전력값 평균에 기지정된 최고점 가중치를 곱한 값과 상기 최저점 전력값 평균에 기지정된 최저점 가중치를 곱한 값을 합산하여, 상기 시간 구간 동안의 전력 평균을 산출하는 단계;를 포함하는 평균 전력 검출 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    상기 최고점 전력값 평균과 상기 최저점 전력값 평균의 차이가 기지정된 임계값 이하이면 상기 최고점 가중치를 1, 상기 최저점 가중치를 0으로 설정하는 평균 전력 검출 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    상기 최저점 전력값 평균이 기지정된 임계값 이하이면 상기 최저점 가중치를 0으로 설정하는 평균 전력 검출 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    상기 전력 평균에서 오차 보정값을 추가로 빼는 평균 전력 검출 방법.
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