KR101337181B1 - Apparatus and method for controlling power of a mobile station in a wireless communication system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동 단말에서 전력을 제어함에 있어서, 기지국으로부터 수신된 데이터에 대한 데이터량 정보를 근거로, 상기 수신된 데이터를 처리하기 위해 필요한 모뎀의 작업량(Workload)을 예측하고, 상기 예측된 작업량에 대한 정보를 근거로 요구되는 전력량을 판단하고, 상기 판단된 전력량에 대응하는 전압 값으로 상기 모뎀의 전압을 제어한다.
WiMax, DVFS, 전압, 프레임, 상향링크, 하향링크, Uplink, Downlink
According to the present invention, in controlling power in a mobile terminal, a workload of a modem required to process the received data is predicted based on data amount information on data received from a base station, The amount of power required is determined based on the information about the controller, and the voltage of the modem is controlled by a voltage value corresponding to the determined amount of power.
WiMax, DVFS, Voltage, Frame, Uplink, Downlink, Uplink, Downlink
Description
본 발명은 동적 전압 주파수 스케일링(Dynamic Voltage Frequency Scaling : 이하 DVFS라 기재함)에 관한 것으로, 특히 이동 단말에서 전압과 주파수를 변환하여 배터리의 전원을 절약하는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to dynamic voltage frequency scaling (hereinafter referred to as DVFS), and more particularly, to an apparatus and method for saving power of a battery by converting a voltage and a frequency in a mobile terminal.
WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access)를 지원하는 이동 단말에서 사용되는 데이터를 포함하는 프레임(Frame)은 하향링크와 상향링크로 구분되며, 다중접속방식인 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)로 지칭되고, 상기OFDMA 심벌은 1024개의 서브채널로 구성되어 있다.A frame including data used in a mobile terminal supporting WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) is divided into downlink and uplink, and is referred to as orthogonal frequency division multiple access (OFDMA), which is a multiple access method. The OFDM symbol consists of 1024 subchannels.
상기의 기술을 채택한 이동 단말이나 노트북에 사용하는 모뎀은 전화통화나 데이터를 다운로드 혹은 업로드 할 때 전력을 소모하게 되는데, 응용프로그램을 구동할 때에는 응용프로그램이 필요로 하는 작업량에 따라서 전원이 소모되며 상기 응용프로그램을 구동하지 않는 대기상태일 때에도 소량의 전원을 소모한다. 노트북의 모뎀카드는 USB dongle type, PC card, Cardbus, PCI express 형태가 모두 가능하다.The modem used in the mobile terminal or laptop adopting the above technology consumes power when downloading or uploading a phone call or data. When the application is run, power is consumed according to the amount of work required by the application. It consumes a small amount of power even when it is in a standby state not running an application. The modem card of the laptop can be USB dongle type, PC card, Cardbus, PCI express type.
따라서, 상기한 바와 같이 동작되는 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 창안된 본 발명은 Mobile WiMax 기술을 채택한 이동 단말 혹은 노트북의 모뎀카드가 기지국으로부터 전송되는 프레임을 가지고 모뎀의 작업량을 예측하여 필요한 전력을 공급하는 장치 및 방법을 제공한다.Therefore, the present invention, which was devised to solve the problems of the prior art operating as described above, has a frame transmitted from a base station to a modem card of a mobile terminal or a notebook computer employing Mobile WiMax technology, and estimates the amount of power required by the modem. Provided are an apparatus and a method for supplying.
따라서 본 발명의 목적은 Mobile WiMax를 채택한 이동 단말 혹은 노트북의 모뎀카드가 모뎀 작업량에 맞는 전력을 공급하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus and method for supplying power for a modem workload of a modem card of a mobile terminal or a notebook computer employing Mobile WiMax.
본 발명의 실시 예에 따른 장치는, 이동 단말에서 전력을 제어하는 장치에 있어서, 기지국으로부터 데이터를 수신하는 수신부와, 상기 수신된 데이터에 대한 데이터량 정보를 출력하는 모뎀과, 상기 출력된 데이터량 정보를 근거로 상기 수신된 데이터를 처리하기 위해 필요한 작업량(Workload)을 예측하는 워크로드 예측기와, 상기 예측된 작업량에 대한 정보를 근거로 요구되는 전력량을 판단하고, 상기 판단된 전력량에 대응하는 전압 값으로 상기 모뎀의 전압을 제어할 것을 지시하는 동적 전압 주파수 스케일링 (Dynamic Voltage Frequency Scaling: DVFS) 드라이버와, 상기 DVFS 드라이버의 지시에 따라 상기 모뎀의 전압을 제어하는 제어기를 포함한다.An apparatus according to an embodiment of the present invention is a device for controlling power in a mobile terminal, comprising: a receiving unit for receiving data from a base station, a modem for outputting data amount information on the received data, and the output data amount A workload predictor for predicting a workload required to process the received data based on the information, and determining a required amount of power based on the information about the estimated workload, and determining a voltage corresponding to the determined amount of power. A dynamic voltage frequency scaling (DVFS) driver instructing to control the voltage of the modem by a value, and a controller that controls the voltage of the modem according to the instruction of the DVFS driver.
본 발명의 실시 예에 따른 방법은, 이동 단말에서 전력을 제어하는 방법에 있어서, 기지국으로부터 수신된 데이터에 대한 데이터량 정보를 근거로, 상기 수신된 데이터를 처리하기 위해 필요한 모뎀의 작업량(Workload)을 예측하는 과정과, 상기 예측된 작업량에 대한 정보를 근거로 요구되는 전력량을 판단하는 과정과, 상기 판단된 전력량에 대응하는 전압 값으로 상기 모뎀의 전압을 제어하는 과정을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, in a method for controlling power in a mobile terminal, a workload of a modem required to process the received data based on data amount information about data received from a base station And a step of determining a required amount of power based on the information on the estimated amount of work, and controlling a voltage of the modem with a voltage value corresponding to the determined amount of power.
본 발명은 기지국으로부터 전송되는 프레임을 분석하여 소모전력을 예측하는 것이 특징이다. 본 발명은 이동 단말이 동작 시에, 수행할 작업을 예측하여 작업량이 적을 경우 전압과 주파수를 낮추고, 작업량이 많을 경우에는 전압과 주파수를 올린다. 이러한 방법으로 동일한 작업을 수행하는 성능에는 영향이 없이도 소모 전력을 줄일 수 있는 이점이 있다.The present invention is characterized by predicting the power consumption by analyzing the frame transmitted from the base station. In the present invention, when the mobile terminal operates, it predicts a task to be performed to lower the voltage and frequency when the workload is small, and raises the voltage and frequency when the workload is large. This approach has the advantage of reducing power consumption without affecting the performance of doing the same.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention.
본 발명에서는 단말 또는 기지국에서 프레임의 데이터를 분석하여 상기 모뎀의 구동을 제어함으로써 소모 전력을 줄이는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The present invention provides an apparatus and method for reducing power consumption by analyzing data of a frame at a terminal or a base station to control driving of the modem.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모뎀에서 전원을 제어하기 위한 장치의 블록 구성도이다.1 is a block diagram of an apparatus for controlling power in a modem according to an exemplary embodiment of the present invention.
송수신부(RFIC)(170)는 안테나(ANT)를 통해서 수신되는 프레임을 수신하여 대역하강 변환한 후 이를 모뎀으로 전송하거나 모뎀으로부터 전송 받은 프레임을 대역상승 변환한 후 안테나를 통해 기지국으로 전송한다.. 그러면 모뎀(110)은 수신된 데이터를 디지털 변환 후, 복조를 수행하며, 동시에 복조할 양의 정보 또는 그에 상응하는 정보를 워크로드 측정기(120)로 전송한다. 그러면 워크로드 측정기(120)는 모뎀(110)에서 수행해야 하는 동작 양(Workload)을 예측하고, 그 결과를 DVFS 드라이버(150)로 제공한다. 여기서 동작 양의 예측은 WiMax 시스템에서 하향 링크의 경우를 예를 들어 살펴보면, WiMax 시스템에서는 5ms 단위로 프레임을 스케줄링하여 제공하며, 스케줄링 정보는 MAP에 저장되어 전송된다. 따라서 모뎀에서 처리해야 하는 양을 예측하려면 MAP의 정보를 이용할 수 있다. The
또한 상기 워크 로드 측정기(120)는 모뎀(110)의 동작 여부와 그에 따른 동작 상태 등을 추적하고, 그 결과를 DVFS 드라이버(150)로 제공한다. WiMax 시스템을 예로 들어 살펴보면, 하향링크에서 각 정보 요소(Information Element : 이하 IE라 함)의 위치 정보는 앞에서 살핀 MAP의 정보로부터 확인할 수 있으며, 각 IE들에는 CRC를 포함하고 있으므로, Data Burst의 위치 정보와 CRC 결과 등에 따라 모뎀의 동작 상태를 확인하고 그 결과를 DVFS 드라이버(150)로 제공한다.In addition, the
클록 제어기(140)는 모뎀(110)에서 사용되는 모뎀 클럭 또는 WiMax 모뎀 내부의 CPU에 클록을 제공하며, 모뎀(110)은 Data Burst, MAP 및 Preamble 등의 정보를 복조하고, 전송할 신호를 변조하는 동작을 수행한다.The
상기한 정보들을 이용하여 DVFS 드라이버(150)는 모뎀(110) 또는 모뎀 하드웨어(100) 전체에서 필요로 하는 전원을 계산하고, 계산된 값을 바탕으로 전압 승하강 명령을 전원 제어기(160)로 제공한다. 그러면 전원 제어기(160)는 상기 DVFS 드라이버(150)로부터 수신된 정보를 이용하여 모뎀(110) 또는 모뎀 하드웨어(100)로 전압을 높이거나 낮추어 전력을 제공한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기지국에서 전송되는 프레임의 데이터의 구조도이다.Using the above information, the
기지국으로부터 송수신되는 프레임은 가로축에서 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 심벌 구간으로, 세로축에서 서브채널 구간으로 도시할 수 있다. 상기 가로축의 구간은 심벌들로 이루어지며 상기 도 2에서 k, k+1, k+2 형식으로 도시되어 있다. 상기 세로축의 구간은 서브채널들로 이루어지며 상기 도 2에서 s, s+1, s+2 형식으로 도시되어 있다. 상기 가로축을 기준으로 하향링크(Down Link;이하 'DL'이라 한다.)(200)과 상향링크(Up Link; 이하 'UL'이라 한다.)(210)로 나뉘어져 구성되어 있다.The frame transmitted and received from the base station may be illustrated as an Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) symbol period on the horizontal axis and a subchannel period on the vertical axis. The section of the horizontal axis is composed of symbols and is shown in k, k + 1, k + 2 format in FIG. The vertical axis is divided into subchannels and is illustrated in the form of s, s + 1, and s + 2 in FIG. 2. It is divided into a downlink (hereinafter referred to as "DL") 200 and an uplink (hereinafter referred to as "UL") 210 based on the horizontal axis.
상기 하향링크(200)의 구조를 살펴보면, k심벌에는 초기동기, 셀 탐색, 주파 수 오프셋 및 채널추정에 이용하는 프리엠블(Preamble)이 위치하고, k+1심벌에는 DL-MAP과 FCH(Frame Control Header)가 존재한다. 상기 DL-MAP은 상기 프레임에서 DL-burst의 위치정보를 담고 있는데, k+3심벌에 위치하는 DL-burst#1에 대해 CRC 검사를 실시하여 에러가 발생하면, DL-burst#2, DL-burst#3, DL-burst#4, DL-burst#5, DL-burst#6에도 에러가 있다고 판단하여 k+15심벌까지 아무런 작업을 하지 않는 아이들 타임(Idle Time)으로 변환한다. 상기 DL-burst#1에서 에러가 발생하지 않으면 CID(Connection ID)값을 확인하여 유니캐스트(Unicast)인지 브로드캐스트(Broadcast)인지를 판단하고 상기 DL-burst#2에서 상기 DL-burst#6이 지시하는 작업을 수행한다. TTG(Transmit/receive Transition Gap)와 RTG(Receive/transmit Transition Gap)은 프레임 중간과 마지막에서 상기 하향링크(200) 및 상기 상향링크(210) 사이에 삽입된다.Looking at the structure of the
상기 상향링크(210)의 구조를 살펴보면, k+17심벌부터 k+26심벌까지 UL-burst#1, UL-burst#2, UL-burst#3, UL-burst#4, UL-burst#5가 위치하고 있으며, 상기 위치는 DL-burst#1에 포함된 UL-MAP의 위치정보를 확인하여 파악한다. 상기 DL-burst#1에 UL-MAP이 존재하면, 유니캐스트(Unicast) CID가 존재여부를 확인하고 제어영역(Control region)이 있을 경우 상기 UL-burst#2에서 상기 DL-burst#5의 데이터를 복조하는 작업을 수행한다. 상기 UL-burst#1에 UL-MAP이 존재하지 않으면, 아이들 타임(Idle Time)으로 변환한다.Looking at the structure of the
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프레임 데이터 내에서 맵의 세부 구조도이다.3 is a detailed structural diagram of a map in frame data according to an exemplary embodiment of the present invention.
상기 도 2에서 DL-burst의 정보를 담고 있는 DL-MAP과 UL-burst의 정보를 담고 있는 UL-MAP을 언급하였다. 이에 상기 DL-MAP과 UL-MAP의 구조를 하기에서 설명한다.In FIG. 2, the DL-MAP containing the information of the DL-burst and the UL-MAP containing the information of the UL-burst are mentioned. The structure of the DL-MAP and UL-MAP will be described below.
상기 DL-MAP과 상기 UL-MAP은 TYPE=2와 TYPE=3으로 나뉘며, GMH(Generic MAC header)에 포함 된 Type에 의하여 DL-MAP과 UL-MAP으로 구분된다. 상기 TYPE=2에는 DL-burst들의 위치를 가지는 DL-MAP IE(Information Element)들과 DL-MAP의 에러를 체크하는 CRC(Cyclic Redundancy Check)가 탑재된다. 상기 TYPE=3에는 UL-burst들의 위치를 가지는 UL-MAP IE(Information Element)들과 상기 UL-MAP의 에러를 체크하는 CRC(Cyclic Redundancy Check)가 탑재된다.The DL-MAP and the UL-MAP are divided into TYPE = 2 and TYPE = 3, and are classified into DL-MAP and UL-MAP by types included in a GMH (Generic MAC header). The TYPE = 2 includes DL-MAP Information Elements (DL-MAPs) having locations of DL-bursts and a cyclic redundancy check (CRC) for checking errors of the DL-MAP. The TYPE = 3 includes UL-MAP Information Elements (IEs) having positions of UL-bursts and a cyclic redundancy check (CRC) for checking an error of the UL-MAP.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프레임 데이터의 매핑 구조도이다.4 is a mapping structure diagram of frame data according to an embodiment of the present invention.
상기 도 3에서 프레임 데이터 내에서 맵의 세부 구조도를 나타내었는데 상기 맵이 가지는 상기 DL-MAP과 상기 UL-MAP이 DL-burst 및 UL-burst와 매핑(Mapping), 즉, DL-MAP IE와 DL-burst가 이어지는 것을 도시하였다.In FIG. 3, a detailed structural diagram of the map in the frame data is shown. The DL-MAP and the UL-MAP of the map are mapped with DL-burst and UL-burst, that is, DL-MAP IE and DL. -burst is shown following.
첫번째 DL-MAP IE는 DL-burst#1의 위치정보를 나타내는 Connection ID(이하 CID라 한다.)를 가지고 있으며 상기 CID는 16비트로 구성된다. 두번째 DL-MAP IE는 DL-burst#2의 위치정보를 가지며, 상기 DL-burst#1의 위치를 찾는 것과 같다. 나머지 세번째, 네번째 DL-burst를 찾는 것 또한 같다.The first DL-MAP IE has a Connection ID (hereinafter referred to as CID) indicating location information of DL-
그리고, UL-MAP IE들도 마찬가지로 첫번째서부터 차례대로 UL-burst의 위치정보를 포함한다..The UL-MAP IEs also include the location information of the UL-burst in order from the first.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프레임에서 하향링크의 흐름도이다.5 is a flowchart of downlink in a frame according to an embodiment of the present invention.
이동 단말의 워크로드(Workload)는 채널의 특성에 따라 변하게 되어 균일하지가 않다. 따라서 상기 워크로드의 상태를 예측하기 위해 500단계에서 송수신부(170)는 기지국으로부터 프레임을 수신하고 상기 프레임의 워크로드를 파악하기 위해 디지털 데이터로 변환한다. 상기 변환된 디지털 데이터는 모뎀(110)에서 복조를 실시하고 워크로드 예측기(120)로 전송되어 DVFS 드라이버(150)로 전송된다.The workload of the mobile terminal varies according to the characteristics of the channel and is not uniform. Accordingly, in order to predict the state of the workload, the
510단계에서 상기 워크로드 측정기(120)는 DL-MAP에 CRC 에러가 존재하는지를 검사하여 상기 에러가 존재하면 550단계로 진행하고, 상기 에러가 존재하지 않으면 520단계로 진행한다.In
상기 520단계에서 상기 워크로드 측정기(120)는 CID의 첫 번째 비트(Most Significant Bit), 즉 CID prefix가 1일 경우 브로드캐스트(Broadcast) 혹은 멀티캐스트(Multicast)로로 판단하여 상기(550)단계로 진행하고, CID의 prefix가 0일 경우 유니캐스트(Unicast)로 판단하여 530단계로 진행한다.In
상기 530단계에서 상기 워크로드 측정기(120는 DL-burst#1에서 DL-burst#6에 이르는 DL-burst들에 대해서 CRC 검사를 실시하여 에러가 존재하면 상기 550단계로 진행하고, 상기 에러가 없다면 540단계로 진행한다.In
상기 540단계에서 상기 DVFS 드라이버(150)는 상기 DL-burst#1부터 상기 DL-burst#6이 지시하는 작업을 수행하기 때문에, 다음 프레임을 수신하기 전까지 클록과 전압을 증가시켜서 모뎀(110)에 공급한 후, 560 단계로 진행한다.Since the
상기 550단계에서 상기 DVFS 드라이버(150)는 상기 모뎀(110)에 클록과 전압을 감소시켜 공급하여, 상기 모뎀(110)이 아이들 타임(Idle Time)으로 변환되도록 한 후, 560 단계로 진행한다.. In
상기 560 단계에서 상기 DVFS 드라이버(150)는 다음 프레임을 처리한다.In
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프레임에서 상향링크의 흐름도이다.6 is a flowchart of an uplink in a frame according to an embodiment of the present invention.
600단계에서 수신부(170)는 기지국으로부터 프레임을 수신하여 상기 프레임의 워크로드를 알기위해 디지털 데이터로 변환한다. 상기 변환된 디지털 데이터는 모뎀(110)에서 복조를 실시하고 워크로드 측정기(120)로 전송되어 DVFS 드라이버(150)로 전송된다. In
610단계에서 상기 DVFS 드라이버(150)는 상기 DL-burst#1에 UL-MAP의 위치정보가 존재하는지 확인하여, 상기 위치정보가 존재하면 620단계로 진행하고 존재하지 않으면 650단계로 진행한다.In
상기 620단계에서 상기 DVFS 드라이버(150)는 상기 UL-MAP에 유니캐스트(Unicast) CID가 존재하는지 검사하여 상기 유니캐스트 CID가 존재하면, 630단계로 진행하고 존재하지 않으면 상기 650단계로 진행한다.In
상기 630단계에서 상기 DVFS 드라이버(150)는 UL-burst#1부터 UL-burst#5까지의 각 UL-burst에서 작업을 지시하는 제어영역이 존재하는지 검사하여 상기 제어영역이 존재하면 640단계로 진행하고, 상기 제어영역이 존재하지 않으면 상기 650단계로 진행한다.In
상기 640단계에서 상기 DVFS 드라이버(150)는 상기 UL-burst#1부터 상기 UL-burst#5가 지시하는 작업을 수행하기 때문에, 다음 프레임을 수신하기 전까지 클록과 전압을 상기 각 UL-burst들에 맞도록 증가시켜서 모뎀(110)에 공급한 후, 660 단계로 진행한다.Since the
상기 650단계에서 상기 DVFS 드라이버(150)는 상기 모뎀(110)에 클록과 전압을 감소시켜 공급하여, 상기 모뎀(110)이 아이들 타임(Idle Time)으로 변환되도록 한 후, 660 단계로 진행한다.In
상기 660 단계에서 상기 DVFS 드라이버(150)는 다음 프레임을 처리한다.In
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모뎀에서 전압과 클록을 제어하기 위한 장치의 블록 구성도.1 is a block diagram of an apparatus for controlling a voltage and a clock in a modem according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기지국에서 전송되는 프레임의 데이터의 구조도.2 is a structural diagram of data of a frame transmitted from a base station according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프레임 데이터 내에서 맵의 세부 구조도.3 is a detailed structural diagram of a map in frame data according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프레임 데이터의 매핑 구조도.4 is a mapping structure diagram of frame data according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프레임에서 하향링크의 흐름도.5 is a flowchart of a downlink in a frame according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프레임에서 상향링크의 흐름도.6 is a flowchart of an uplink in a frame according to an embodiment of the present invention.
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