KR101447429B1

KR101447429B1 - 업링크 송신 전력을 제어하는 방법

Info

Publication number: KR101447429B1
Application number: KR1020127012026A
Authority: KR
Inventors: 롱젠 양; 후준 인; 아포스톨로스 파파사나시우; 양석 최; 웨이 구안
Original assignee: 인텔 코포레이션
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2014-10-08
Also published as: US9113421B2; KR101524445B1; TW201125401A; WO2011059568A3; US20110111766A1; KR20140084289A; EP2499750A2; RU2524674C2; RU2012123991A; KR20120081201A; JP2013511170A; US8340593B2; EP2499750A4; WO2011059568A2; US20130109432A1; TWI420941B; JP5704468B2; CN102687415A; CN102687415B

Abstract

상이한 업링크 MIMO(multi-input multi-output) 송신 체계들을 지원할 수 있는 업링크 전력 제어 기법들을 제공하는 기법들이 설명된다. 이동국의 전력 레벨을 규정하기 위해 개방 및 폐쇄 루프 전력 제어 체계들이 이용될 수 있다.

Description

업링크 송신 전력을 제어하는 방법{TECHNIQUES TO CONTROL UPLINK POWER}

여기에 개시되는 발명의 대상은 일반적으로 무선 신호의 송신기 전력을 결정하는 기법들에 관한 것이다.

무선 네트워크들에서, MIMO(multi-input multi-output)를 갖는 OFDM/OFDMA는 차세대 모바일 광대역 네트워크를 위한 중요한 기술이다. 업링크 전력 제어는 MIMO OFDM/OFDMA의 매우 중요한 구성요소이다. 업링크 전력 제어는 링크 성능과 단말 배터리 전력의 균형을 맞추고 기지국간 업링크 공동 채널 간섭을 감소시키기 위해 송신 전력 레벨을 제어하는 것을 수반한다. 한 이동국의 송신 전력을 증가시키는 것은 그것의 링크 성능의 향상을 누리게 하지만 이웃하는 기지국들의 다른 이동국들에 대한 간섭을 증가시키는데, 왜냐하면 그들이 동일 채널을 사용하기 때문이다. 이로 인해, 다른 이동국들의 링크 성능이 감소된다. 그러므로, 업링크 전력 레벨을 결정하는 데에 있어서, 특정 링크의 성능과 다른 기지국들에 대한 간섭을 비교 평가하는 것이 중요하다.

현재의 전력 제어 체계들은 업링크 MIMO 동작을 고려하지 않고서, 이동국에서의 단일 송신 안테나를 위한 업링크 전력 제어에 초점을 맞춘다. 업링크 MIMO 동작은 이동국에서 하나보다 많은 송신 안테나를 이용함으로써, 단일 사용자 MIMO(SU-MIMO)로서 구현될 수 있다. 업링크 MIMO 동작은 동일 주파수 및 시간 자원 내에서의 둘 이상의 이동국으로부터의 동시적인 업링크 송신을 허용함으로써 MU-MIMO(협력적 MIMO라고도 알려져 있음)로서도 구현될 수 있으며, 여기에서 각각의 이동국은 하나 이상의 송신 안테나를 이용할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 제한이 아니라 예시로서 도면들에 도시되며, 도면들 내에서 유사한 참조 번호들은 유사한 구성요소들을 지칭한다.
도 1은 실시예에 따라, 개방 루프 전력 제어(OLPC) 모드 동안의 기지국과 이동국 사이의 정보 교환을 블록도 형태로 도시한다.
도 2는 실시예에 따라, 폐쇄 루프 전력 제어(CLPC) 모드 동안의 기지국과 이동국 사이의 정보 교환을 블록도 형태로 도시한다.
도 3은 실시예에 따라, 개방 루프 전력 제어(OLPC) 모드를 이용하여 송신기 전력을 결정하기 위해 이동국에 의해 이용될 수 있는 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 4는 실시예에 따라, 폐쇄 루프 전력 제어(CLPC) 모드를 이용하여 송신기 전력을 결정하기 위해 이동국에 의해 이용될 수 있는 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 5는 실시예에 따른 가상 셀 모델의 예시를 도시한다.
도 6은 사용자 처리량의 누적 밀도 함수(CDF)를 도시한다.
도 7A는 일부 시뮬레이션 결과들에 대한 성능 곡선을 도시한다.
도 7B는 일부 시뮬레이션 결과들에 대한 열 간섭(interference over thermal) 제어 곡선을 도시한다.

본 명세서 전반에서 "일 실시예" 또는 "실시예"라는 언급은 그 실시예와 관련되어 설명된 특정한 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반의 다양한 곳에서 문구 "일 실시예" 또는 "실시예"의 출현이 모두 반드시 동일한 실시예를 언급하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징들, 구조들 또는 특성들은 하나 이상의 실시예에서 결합될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 다양한 응용들에서 이용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들은 다양한 장치들 및 시스템들, 예를 들어 송신기, 수신기, 송수신기, 송신기-수신기, 무선 통신국, 무선 통신 장치, 무선 액세스 포인트(AP), 모뎀, 무선 모뎀, 개인용 컴퓨터(PC), 데스크탑 컴퓨터, 모바일 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 핸드핼드형 컴퓨터, 핸드핼드형 장치, PDA(Personal Digital Assistant) 장치, 핸드핼드형 PDA 장치, 네트워크, 무선 네트워크, LAN(Local Area Network), WLAN(Wireless LAN), MAN(Metropolitan Area Network), WMAN(Wireless MAN), WAN(Wide Area Network), WWAN(Wireless WAN), 기존 IEEE 802.11, 802.11a, 802.11b, 802.11e, 802.11g, 802.11h, 802.11i, 802.11n, 802.16, 802.16d, 802.16e, 802.16m 또는 3GPP 표준들 및/또는 장래의 버전들 및/또는 파생물들 및/또는 상기 표준들의 LTE(Long Term Evolution)에 따라 동작하는 장치들 및/또는 네트워크들, PAN(Personal Area Network), WPAN(Wireless PAN), 상기 WLAN 및/또는 PAN 및/또는 WPAN 네트워크들의 일부인 유닛들 및/또는 장치들, 단방향 및/또는 양방향 무선 통신 시스템들, 셀룰러 무선 전화 통신 시스템들, 셀룰러 전화, 무선 전화, PCS(Personal Communication Systems) 장치, 무선 통신 장치를 포함하는 PDA 장치, MIMO(Multiple Input Multiple Output) 송수신기 또는 장치, SIMO(Single Input Multiple Output) 송수신기 또는 장치, MISO(Multiple Input Single Output) 송수신기 또는 장치, MRC(Multi Receiver Chain) 송수신기 또는 장치, "스마트 안테나" 기술 또는 다중 안테나 기술을 갖는 송수신기 또는 장치, 또는 유사한 것과 함께 이용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들은 무선 통신 신호들 및/또는 시스템들, 예를 들어 RF(Radio Frequency), IR(Infra Red), FDM(Frequency-Division Multiplexing), OFDM(Orthogonal FDM), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), TDM(Time-Division Multiplexing), TDMA(Time-Division Multiple Access), E-TDMA(Extended TDMA), GPRS(General Packet Radio Service), 확장된 GPRS, CDMA(Code-Division Multiple Access), WCDMA(Wideband CDMA), CDMA 2000, MDM(Multi-Carrier Modulation), DMT(Discrete Multi-Tone), 블루투스(RTM), ZigBee(TM) 또는 그와 유사한 것 중 하나 이상의 유형과 관련하여 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 다양한 다른 장비들, 장치들, 시스템들 및/또는 네트워크들에서 이용될 수 있다. IEEE 802.11x는 IEEE 802.11a, 802.11b, 802.11e, 802.11g, 802.11h, 802.11i 및 802.11n과, IEEE 802.16e 및 IEEE 802.16m의 임의의 버전 또는 초안을 포함하지만 그에 한정되지는 않는 임의의 기존 IEEE 802.11 규격을 지칭할 수 있다.

일부 실시예들은 개방 및 폐쇄 루프 전력 제어 둘 다를 위해 상이한 업링크 MIMO(multi-input multi-output) 송신 체계들을 지원할 수 있는 업링크 전력 제어(ULPC) 기법들을 제공한다. 일부 실시예들은 최대 업링크 스펙트럼 효율(SE)의 규칙에 기초하여 ULPC 기법들을 제공한다. 일부 실시예들은 상이한 업링크 MIMO(multi-input multi-output) 송신 체계들 및 상이한 송신(Tx) 안테나들을 이용하여 상이한 이동국들의 동작을 지원한다. 실시예들은 한정적인 것은 아니지만 IEEE 802.16e, IEEE 802.16m, 3GPP LTE는 물론 3GPP2 UMB와 같은 차세대 OFDMA 기반 무선 광대역 기술들 및 관련 제품들에 적용되어, 업링크 셀 에지 사용자 스펙트럼 효율과 업링크 평균 스펙트럼 효율 사이의 업링크 간섭 및 트레이드오프를 제어함으로써 업링크 스펙트럼 효율을 상당히 증가시킬 수 있다.

다양한 실시예들에서, MU-SIMO에 대하여, 아래의 목표 신호 대 간섭 및 잡음 비(target signal to interference and noise ratio)가 적용될 수 있다:

변수 γ는 간섭을 제어하기 위해 이용된다. 이웃 섹터들이 더 높은 퍼센티지의 MU-MIMO 선택을 갖는 경우, γ는 네트워크 내의 간섭을 감소시키고 전체적인 스펙트럼 효율을 최대화하기 위해 감소될 수 있다. β는 최대 스펙트럼 효율을 달성하기 위한 오프셋 값이며, 이것은:

로서 적용될 수 있고, 여기에서 N_r은 기지국에서의 수신 안테나의 개수이다. 그러나, β는 다른 값들일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 이동국이 SU-MIMO와 MU-MIMO 사이에서 전환할 때, 동일한 Tx 전력이 이용될 수 있다.

다양한 실시예들은 네트워크 내의 간섭을 제어하고, 전체 시스템 스펙트럼 효율과 셀 에지 사용자 성능 사이의 양호한 트레이드오프를 제공하며, 동일한 제어 체계로 상이한 업링크 SU-MIMO 및 MI-MIMO 사례들을 지원할 수 있다.

도 1은 실시예에 따라, 개방 루프 전력 제어(OLPC) 모드 동안의 기지국과 이동국 사이에서의 정보 교환을 블록도의 형태로 도시한다. 기지국(102)은 제한적인 것은 아니지만 백홀 네트워크와 같은 네트워크(도시되지 않음)를 이용하여 이웃하는 기지국들(도시되지 않음)로부터의 잡음 및 간섭 레벨(NI)과 같은 정보를 수신할 수 있다. 기지국(102)은 이동국(104)에 제어 인자 γ, SINR_MIN은 물론, 이동국이 할당받은 주파수 구획의 NI 정보를 브로드캐스트 또는 유니캐스트할 수 있다. 제어 인자 γ는 공평성(fairness) 및 열 간섭(IoT) 제어 인자를 나타낸다. 제어 인자 γ는 벤더 특유의 방법을 이용하여 기지국에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 이웃 섹터들이 더 높은 퍼센티지의 MU-MIMO 선택을 갖는 경우, 네트워크 내의 간섭을 감소시키고 전체 스펙트럼 효율을 최대화하기 위해 제어 인자 γ가 감소될 수 있다. 예를 들어, 기지국이 이웃하는 기지국들이 높은 업링크 간섭 레벨을 갖는다는 통보를 받으면, 제어 인자 γ가 감소될 수 있다. 그렇지 않으면, 동일한 레벨이 유지되거나 증가될 수 있다.

SINR_MIN은 기지국에 의해 기대되는 최소 데이터 레이트에 대한 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR)를 나타내며, 아래에서 수학식 (b)와 관련하여 설명된다.

기지국(102)은 IEEE 802.16m 표준안(D1)(2009)에 정의된 방식으로, 제어 인자 γ, SINR_MIN 및 NI를 이동국(104)에 브로드캐스트 또는 유니캐스트하기로 결정할 수 있다. 브로드캐스트 또는 유니캐스트하기 위한 결정은 임의의 벤더 특유 기법을 이용하여 기지국(102)에 의해 이루어질 수 있다. 기지국(102)은 브로드캐스트 또는 유니캐스트 주기를 결정할 수 있다.

이동국(104)이 기지국(102)으로부터 γ, SINR_MIN 및 NI를 수신한 후, 이동국(104)은 서브캐리어별 및 안테나별 그것의 송신 전력을 결정하기 위해, 수학식 (a)의 OLPC 송신 전력 제어 계산식을 이용할 수 있다.

[수학식 (a)]

여기에서, P는 각각의 송신(Tx) 안테나로부터의 서브캐리어별 Tx 전력 레벨(dBm)이다. 이동국의 Tx 안테나 이득은 P의 결정에서 고려될 수 있다. IEEE 802.16m 표준안(D1)(2009)을 준수하는 이동국들에 대하여, 전력 레벨 P는 각각의 스트림마다 결정된다.

L은 추정된 평균 현재 업링크 전파 손실이고, 이것은 이동국의 Tx 안테나 이득 및 경로 손실을 고려하지만 기지국의 Rx 안테나 이득은 배제할 수 있다. L은 다운링크 시그널링으로부터 이동국에 의해 결정될 수 있다. 채널 상호관계로 인해, 측정된 다운링크 평균 경로 손실은 업링크 평균 경로 손실을 추정하기 위해 이용된다.

SINR_Target은 아래의 수학식 (b)에 기초하여 계산된다.

NI는 기지국에서의 서브캐리어별 잡음 및 간섭의 추정된 평균 전력 레벨(dBm)이고, 기지국의 Rx 안테나 이득을 고려하지 않을 수 있다. 잡음 더하기 간섭 레벨을 결정하기 위한 기법들은 공지되어 있고, 예를 들어 IEEE 802.16 Rev2/D7(2008년 10월)의 섹션들 8.3.7.4.2, 8.4.10.3.2, 8.4.11.3, 8.4.5.3.19 및 8.3.9.3에 기술되어 있다.

다양한 실시예들은 이하의 수학식을 이용하여 IEEE 802.16e 및 IEEE 802.16m 표준의 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR) 목표를 구현한다:

[수학식 (b)]

여기에서, SINR_MIN은 기지국에 의해 기대되는 최소 데이터 레이트에 대한 SINR 요구 조건이다. 다양한 실시예들에서, SINR_MIN은 벤더 특유 기법들을 이용하여 기지국에 의해 결정된다.

N_r은 기지국에서의 수신 안테나의 개수이다.

SINR_DL은 이동국에서 측정된 유효 다운링크 신호 대 다운링크 간섭 전력의 비이다. SINR_DL은 벤더 특유 기법을 이용하여 기지국에 의해 선택될 수 있다.

다양한 실시예들은 IEEE 802.16m 네트워크 통신 및 구형의 IEEE 802.16e 통신을 위한 멀티모드 동작을 지원한다. 이동국의 송신 전력을 제어하기 위해 개방 루프 전력 제어가 이용되는 경우, 업링크 버스트를 위한 업링크 송신에 대한 서브캐리어별 및 송신(Tx) 안테나별 전력은 수학식 (c)에 따라 설정될 수 있다:

[수학식 (c)]

P는 현재 송신을 위한 단일 송신 안테나를 위한 서브캐리어별 Tx 전력 레벨(dBm)이다. IEEE 802.16m 표준안(D1)(2009)을 준수하는 시스템들에 있어서, P는 스트림별 전력 출력이다.

L은 추정된 평균 현재 업링크 전파 손실이며, AMS의 Tx 안테나 이득 및 경로 손실을 포함한다. AMS는 IEEE 802.16m 표준안(D1)(2009)에 기술된 증강된 이동국(Advanced Mobile Station)을 지칭하지만, L은 IEEE 802.16e 표준에 기술된 방식으로 임의의 이동국에 대해 결정될 수 있다. L은 프레임 프리앰블의 활성 서브캐리어들에서 수신된 총 전력에 기초하여, 증강된 기지국에 의해 송신된 BS_EIRP 매개변수를 참조하여 결정될 수 있다. 개방 루프 전력 제어에 대하여, L은 이동국에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, L은 프리앰블로부터 수신되는 총 다운링크 전력을 측정함으로써, 그리고 기지국에 의해 송신된 BS_EIRP 매개변수를 이용하여 이동국에 의해 개방 링크 전력 제어에 대해 결정될 수 있다. 예를 들어, L은 채널 대칭: L = BS_EIRP - RSS에 의해 추정될 수 있으며, 여기에서 RSS는 수신된 프리앰블의 수신 신호 강도이다.

SINR_Target은 증강된 기지국(ABS)에 의해 수신된 목표 업링크 SINR이며, 아래의 수학식 (d)에 관련하여 설명된다. ABS는 예를 들어 IEEE 802.16m 표준안(D1)(2009)에 기술되어 있다. 그러나, 목표 업링크 SINR은 IEEE 802.16e 기지국들에 의해 수신되는 것일 수 있다.

NI는 ABS에서의 서브캐리어별 잡음 및 간섭의 추정된 평균 전력 레벨(dBm)이되, ABS의 Rx 안테나 이득은 포함하지 않는다.

Offset_AMS_perAMS는 AMS 특유의 전력 오프셋을 위한 보정항이다. 이 값은 AMS에 의해 제어될 수 있으며, 그것의 초기값은 제로로 설정될 수 있다. IEEE 802.16m 표준안(D1)(2009)에서, Offset_AMS_perAMS값의 결정은 "Offset_SSperSS"에 관련하여 기술되어 있으며, 또한 섹션 8.4.10.3.2의 "수동 UL 개방 루프 전력 제어(passive UL open-loop power control)" 및 "능동 UL 개방 루프 전력 제어(active UL open-loop power control)"에도 기술되어 있다.

Offset_ABS_perAMS도 AMS 특유의 전력 오프셋을 위한 보정항이다. 이 값은 전력 제어 메시지를 이용하여 ABS에 의해 제어될 수 있다. Offset_ABS_perAMS의 결정은 ABS에 의해 이루어진다. ABS는 벤더 특유 기법을 이용하여 Offset_ABS_perAMS를 결정할 유연성을 갖는다.

이동국이 네트워크에 접속할 때, 이동국(104)은 어느 SINR_Target 계산식을 지원할지를 협상할 수 있다. 선택된 SINR_Target 계산식은 전력 제어 메시지를 이용하여 시그널링될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 2개의 모드가 선택될 수 있다. 모드 1 및 모드 2에 대하여 SINR_Target은:

[수학식 (d)]

로서 정의된다.

여기에서, C/N은 현재 송신을 위한 변조/FEC 레이트의 정규화된 캐리어-대-잡음 비이다. C/N의 결정은 IEEE 802.16-2009의 섹션 8.4.10.3에서 표 514에 관련하여 기술될 수 있다.

R은 변조/FEC 레이트를 위한 반복 횟수이다. C/N의 결정은 IEEE 802.16-2009의 섹션 8.4.10.3에서 표 514에 관련하여 기술될 수 있다.

SINR_OPT는 IoT 제어를 위한 목표 SINR 값이고, 전체 시스템 처리량과 셀 에지 성능 사이의 트레이드오프를 제공한다. SINR_OPT는 이하의 수학식을 이용하여 결정될 수 있다:

여기에서, SINR_MIN은 ABS에 의해 기대되는 최소 레이트에 대한 SINR 요구조건이고, 전력 제어 메시지를 이용하여 설정될 수 있다. 다양한 실시예들에서, SINR_MIN은 4비트 필드이며, {-3, -2.5, -2, -1.5, -1, 0, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5} 중의 dB 값을 나타낸다. SINR_MIN의 선택은 벤더 특유 기법을 이용하여 이루어질 수 있다.

γ는 공평성 및 IoT 제어 인자를 나타내며, ABS에 의해 결정되고 전력 제어 메시지를 이용하여 설정될 수 있다. 다양한 실시예들에서, γ는 4비트 필드이며, {0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5} 중의 값을 나타낸다. γ의 선택은 벤더 특유 기법을 이용하여 이루어질 수 있다.

SINR_DL은 AMS에 의해 측정된, 다운링크 신호 대 간섭 및 잡음 전력의 비를 나타낸다. SINR_DL의 결정은 IEEE 802.16-2009의 섹션 8.4.11.1에 기술된 CINR을 결정하는 기법을 이용하여 이루어질 수 있다.

Nr은 ABS에서의 수신 안테나의 개수를 나타낸다.

도 2는 실시예에 따라, 폐쇄 루프 전력 제어 모드 동안의 기지국과 이동국 사이에서의 정보 교환을 블록도의 형태로 도시한다. 기지국(202)은 γ, SIRN_MIN 및 NI를 이동국(204)에 브로드캐스트하지 않을 수 있다. 대신에, 이동국(204)은 이동국(204)에서 측정된, 다운링크 유효 신호 대 다운링크 간섭 전력의 비(SIR_DL)를 기지국(202)에 보고하여, 기지국(202)이 이동국(204)의 업링크 송신 전력을 결정할 수 있게 한다. 다양한 실시예들에서, 이동국(204)은 다운링크 프리앰블 신호 강도에 기초하여 SIR_DL을 측정하고, 그 SIR_DL을 기지국(202)에 보고한다. 기지국(202)이 이동국(204)으로부터 경로 손실 정보를 수신한 후, 기지국(202)은 이하의 절차를 이용하여 이동국(204)의 업링크 전력 레벨을 결정한다.

(1) 기지국에 대한 SIR_DL의 이동국의 이전 송신(들)에 기초한 경로 손실을 측정. SIR_DL로부터의 경로 손실의 결정은 메시지의 수신 신호 전력 및 AMS Tx 전력에 기초하여 기지국에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 경로 손실은 이하의 식: P_dB(AMS Tx 전력)-P_dB(수신 전력)을 이용하여 결정될 수 있다. 그에 반하여, 추정된 평균 현재 업링크 전파 손실(L)의 결정은 다운링크 경로 손실값의 측정을 이용하여 이루어진다.

(2) SIR_DL 및 경로 손실 정보에 기초하여, 수학식 (a) 또는 (c)에 따라 이동국의 송신 전력을 계산. 경로 손실 정보는 수학식 (a) 및 (c)의 L값을 치환한다.

(3) 전력 레벨을 이동국(204)에 유니캐스트. 다양한 실시예들에서, IEEE 802.16-2009의 섹션 8.4.11.1에 관련하여 기술되는 메시지들은 SIR_DL 및 전력 레벨을 송신하기 위해 이용될 수 있다.

도 3은 실시예에 따라, 개방 루프 전력 제어(OLPC) 모드를 이용하여 송신기 전력을 결정하기 위해 이동국에 의해 이용될 수 있는 예시적인 프로세스를 도시한다.

블록(302)은 이웃하는 기지국들이 잡음 및 간섭 레벨과 같은 정보를 교환하는 것을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 무선 서비스 운영자는 기지국들의 레이아웃 및 위치들에 부분적으로 기초하여 어느 기지국들이 이웃하고 있는지를 결정한다. 예를 들어, 백홀 네트워크와 같은 네트워크가 정보를 교환하기 위해 이용될 수 있다.

블록(304)은 기지국이 제어 인자 γ 및 SIR_MIN은 물론, 이동국이 할당받은 주파수 구획의 잡음 및 간섭을 이동국에 송신하는 것을 포함한다. 예를 들어, 기지국은 브로드캐스트 또는 유니캐스트에 의해 제어 인자 γ, SINR_MIN, 및 잡음 및 간섭을 송신할 수 있다. 기지국은 브로드캐스트 또는 유니캐스트 주기를 결정할 수 있다. 기지국은 벤더 특유 기법들을 이용하여 제어 인자 γ 및 SINR_MIN을 결정할 수 있다.

블록(306)은 이동국이 송신 전력 레벨을 결정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 송신 전력 레벨을 결정하는 기법들은 수학식 (a) 또는 (c)에 관련하여 설명된다.

블록(308)은 이동국이 결정된 송신 전력 레벨에서 업링크 신호를 기지국에 송신하는 것을 포함한다.

도 4는 실시예에 따라, 폐쇄 루프 전력 제어(CLPC)를 이용하여 송신기 전력을 결정하기 위해 이동국에 의해 이용될 수 있는 예시적인 프로세스를 도시한다.

블록(402)은 이동국이 다운링크 프리앰블 신호 강도에 기초하여 SIR_DL을 측정하고, 그 SIR_DL을 이동국에 연관된 기지국에 보고하는 것을 포함한다.

블록(404)은 기지국이 SIR_DL의 이동국의 이전 송신(들)에 기초한 경로 손실을 측정하는 것을 포함한다. SIR_DL로부터의 경로 손실의 결정은 수신된 신호 전력 메시지 및 AMS Tx 전력에 기초하여 기지국에 의해 이루어질 수 있다.

블록(406)은 기지국이 SIR_DL 및 경로 손실 정보에 기초하여 수학식 (a) 또는 (c)에 따라 이동국의 송신 전력을 결정하는 것을 포함한다. 경로 손실 정보는 수학식 (a) 및 (c)에서 L값을 치환한다.

블록(408)은 기지국이 전력 레벨을 이동국에 송신하는 것을 포함한다. 그 다음, 이동국은 지정된 전력 레벨에서 송신할 수 있다.

다양한 실시예들은 스펙트럼 효율(SE) 변화가 네거티브일 때까지, 단차 ΔPSD만큼 Tx PSD를 증가시키고 Tx 전력 스펙트럼 밀도 PSD_TX를 결정하는 것을 포함한다. 예를 들어, SE 변화는 홈(또는 서빙) 섹터에서의 SE 이득과 이웃하는 섹터들에서의 SE 손실의 차이로서 정의될 수 있다.

i번째 이웃하는 섹터에서의 SE 손실을 예측하기 위해, 다음의 정보: (a) 이동국으로부터 i번째 이웃하는 기지국으로의 채널 손실 CL_i, (b) i번째 이웃하는 섹터에서의 잡음 더하기 간섭 레벨 NI_i, 및 (c) i번째 이웃하는 섹터 내에서의 동일 채널 상에서 동작하는 이동국의 송신 전력 밀도 PSD_TX _,i가 먼저 획득될 수 있다.

이동국이 네트워크에 진입할 때, 이동국으로부터 홈 기지국 및 i번째 이웃하는 기지국(i=1, 2,...,N)으로의 채널 손실 CL_H 및 CL_i는 다운링크 프리앰블(동기화 채널)을 이용하여 추정될 수 있다. 이러한 매개변수들 중에서, CL_i는 i번째 기지국으로부터 송신된 다운링크 프리앰블을 이용하여 이동국에서 추정될 수 있고, NI_i는 먼저 기지국들 사이에서 교환된 다음에 브로드캐스트되어야 한다. 그러나, 그러한 정보를 획득하는 것은 높은 피드백 오버헤드 및 복잡한 하드웨어 실현이라는 대가를 치른다.

잡음 더하기 간섭 레벨(NI)은 각각의 기지국에서 추정될 수 있는 잡음 및 간섭의 전력 밀도의 합산이다. 이웃하는 NI(NI₁, NI₂,..., NI_N)는 네트워크 백홀을 통해 기지국들 사이에서 정보를 교환함으로써 또는 다른 방식들에 의해 획득될 수 있다. 홈 NI(NI_H)는 기지국에 의해 브로드캐스트될 수 있다. NI와 IoT 사이의 관계는 아래와 같이 표현될 수 있다:

여기에서 P_Noise는 열 잡음 전력 밀도이다.

가상 셀 모델은 모든 이웃하는 섹터들 내에서의 SE 손실을 예측하기 위해 이용될 수 있다. 도 5는 실시예에 따라 가상 셀 모델의 예를 도시하고 있다. 이웃하는 섹터들 1∼N에 대하여 현재의 이동국에 의해 유발되는 결합된 간섭으로 인해 어려움을 겪는 가상 이웃 기지국이 존재한다고 가정한다. 이동국으로부터 이러한 가상 기지국으로의 채널 손실은 CL_i로서 정의된다. 그러면, 이하의 수학식이 성립한다.

[수학식 2]

이러한 등가의 채널 손실을 이용하는 것은, 각각의 개별 CL_i가 아니라 업링크 전력 제어를 위한 다운링크 프리앰블의 SINR의 추정을 허용한다.

일반적으로, 각각의 셀은 단일 사용자 MIMO(SU-MIMO) 또는 MU-MIMO를 이용할 수 있다. 따라서, 최소 SINR(SINR_MIN)은 4가지 조합: (1) 홈 셀 SU-MIMO 및 가상 셀 SU-MIMO, (2) 홈 셀 MU-MIMO 및 가상 셀 SU-MIMO, (3) 홈 셀 SU-MIMO 및 가상 셀 MU-MIMO, 및 (4) 홈 셀 MU-MIMO 및 가상 셀 MU-MIMO에 대해 결정된다. 위의 개념에 기초한 전력 제어식은 수학식 (b)의 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR)에 통합될 수 있음이 보여질 수 있다.

홈 셀 SU-MIMO 및 가상 셀 SU-MIMO의 경우에서, 각각의 이동국을 위한 홈 섹터 내의 SE 이득은 이하의 방식으로 모델링될 수 있다. 현재의 전력 스펙트럼 밀도가 PSD_TX _, _Ant이고, Tx 전력 밀도가 작은 단차 ΔPSD만큼 증가한다고 하자. 그러면, 새로운 전력 밀도는

이고 결과적인 SE 개선은 다음과 같다:

여기에서, SINR은 신호 대 간섭 더하기 잡음 비이고,

은 ΔPSD만큼 전력 스펙트럼 밀도를 증가시킨 후의 수신 안테나별 새로운 SINR이고,

은 수신 안테나별 원래의 SINR이고,

N_r은 수신 안테나의 개수이다.

일반적으로, 순간 채널 실현은 정확한 SINR을 계산하도록 미리 추정된다. 그러나, 이것은 큰 계산 오버헤드를 필요로 하며, 긴 처리 지연을 유발한다. SINR을 계산하기 위해 느린 페이딩 추정을 이용하면, 결과적인 SE 이득은 추계적 평균에 관하여 의미가 있다. 그러한 가정들에 기초하여, 아래의 계산들이 이루어진다:

이 이동국의 전력 스펙트럼 밀도를 증가시킨 후의 SE 이득은 다음과 같게 된다:

가상 섹터 내에서의 SE 손실은 아래와 같이 표현될 수 있다:

이미 언급된 바와 같이, SE 변화는 모든 이웃하는 섹터들 내에서의 SE 손실에 대한 홈 섹터 내에서의 SE 이득의 개선으로서 정의되며,

로서 근사될 수 있다. Tx 전력 스펙트럼 밀도를 증가시키는 것이 포지티브의 SE 변화로 이어진다면, 모든 섹터들에서의 전체 처리량도 물론 증가할 것이고, 또한 더 높은 Tx 전력 스펙트럼 밀도를 탐색할 것이다. 반대로, 네거티브의 SE 변화가 계산된다면, Tx 전력 스펙트럼 밀도를 증가시키는 것이 이롭지 않고, 원래의 전력 밀도가 획득가능한 최상의 레벨이다.

이러한 관점으로부터, 최상의 Tx 전력 스펙트럼 밀도는 ΔPSD→0일 때 SE 변화가 0과 동일해지도록 하는 레벨이고, 수학식 (b)의 신호 대 간섭 및 잡음 비로 이어진다:

셀 에지 사용자들의 처리량을 보증하기 위해, 수학식 (b)의 신호 대 간섭 및 잡음 비로 이어지는 최소 SINR(SINR_MIN)을 제한하는 것이 항상 이로울 것이다.

홈 셀 MU 및 가상 셀 SU의 경우에서, SE 이득은 2명의 사용자로부터의 이득에 대응하고, 아래와 같이 표현될 수 있다:

MU-MIMO가 홈 셀 내에서 이용되므로, 가상 셀에 대한 간섭 전력도 배가된다:

그 다음, 도출된 최적 Tx 전력 스펙트럼 밀도는 수학식 (b)의 신호 대 간섭 및 잡음 비로 이어진다.

홈 셀 SU 및 가상 셀 MU의 경우에서, SE 이득은 홈 셀 SU-MIMO 및 가상 셀 SU-MIMO에 대하여 도출되는 것과 동일하다. 그러나, SE 손실은 배가되어야 하는데, 즉 아래와 같다:

이 경우, 최적 Tx 전력 스펙트럼 밀도는 수학식 (b)의 신호 대 간섭 및 잡음 비로 이어진다:

홈 셀 MU 및 가상 셀 MU의 경우에서, SE 이득은 2명의 사용자에 대응하고, 아래와 같이 모델링된다:

MU-MIMO가 홈 셀에서 이용되므로, 가상 셀에 대한 간섭 전력은 배가된다. 따라서, SE 손실도 배가된다:

그러므로, 최적의 Tx 전력 스펙트럼 밀도는 수학식 (b)의 신호 대 간섭 및 잡음 비로 이어진다:

시뮬레이션 결과들을 이용하는 업링크 전력 제어 기법들의 다양한 실시예들의 평가가 다음에 설명된다. 시뮬레이션 세팅은 표 1에 나열된다.

표 2는 표 1의 세팅들에 기초한 시뮬레이션 결과들을 요약한 것이다.

도 6은 사용자 처리량의 누적 밀도 함수(CDF)를 도시한다. 도 7A 및 도 7B는 표 2의 시뮬레이션 결과들에 대한 일부 시뮬레이션 결과들을 위한 성능 곡선 및 열 간섭 제어 곡선을 도시한다.

제공된 시뮬레이션 결과들에 기초하여, 다양한 실시예들은 (1) 간섭 제어 및 (2) 전체 시스템 처리량과 셀 에지 성능 사이의 트레이드오프라는 업링크에 대한 혜택을 제공한다.

다양한 실시예들의 전력 제어 체계는 평균 스펙트럼 효율의 주목할만한 열화없이, 셀 에지 사용자 성능에 대한 802.16m 요구조건들을 만족시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들은 마더보드를 이용하여 상호접속된 하나 이상의 마이크로칩 또는 집적 회로, 하드와이어드 로직, 메모리 장치에 의해 저장되고 마이크로프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어, 펌웨어, ASIC(application specific integrated circuit) 및/또는 FPGA(field programmable gate array) 중 임의의 것 또는 그들의 조합으로서 구현될 수 있다. 용어 "로직"은 예시로서 소프트웨어 또는 하드웨어, 및/또는 소프트웨어 및 하드웨어의 조합들을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 예를 들어 컴퓨터, 컴퓨터들의 네트워크 또는 다른 전자 장치들과 같은 하나 이상의 머신에 의해 실행될 때, 그 하나 이상의 머신이 본 발명의 실시예들에 따른 동작들을 수행하게 할 수 있는 머신 실행가능한 명령어들이 저장되어 있는 하나 이상의 머신 판독가능한 매체를 포함할 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 제공될 수 있다. 머신 판독가능한 매체는 플로피 디스켓, 광학 디스크, CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory) 및 광자기 디스크, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 자기 또는 광학 카드, 플래시 메모리, 또는 머신 실행가능한 명령어들을 저장하는 데에 적합한 다른 유형의 매체/머신 판독가능한 매체를 포함할 수 있지만 그에 한정되지 않는다.

도면들 및 상기 설명은 본 발명의 예시들을 제공한다. 다수의 별개의 기능 항목들로서 도시되었지만, 본 기술분야의 숙련된 자들은 그러한 요소들 중 하나 이상이 단일 기능 요소들로 양호하게 결합될 수 있음을 알 것이다. 대안적으로, 일부 요소들은 다수의 기능 요소로 분할될 수 있다. 일 실시예로부터의 구성요소들은 다른 실시예에 추가될 수 있다. 예를 들어, 여기에 설명된 프로세스들의 순서들은 변경될 수 있고, 여기에 설명된 방식으로 제한되지 않는다. 더욱이, 임의의 흐름도의 동작들은 도시된 순서로 구현될 필요가 없으며, 동작들 모두가 반드시 수행되어야 하는 것도 아니다. 또한, 다른 동작들에 의존하지 않는 동작들은 다른 동작들과 병렬로 수행될 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위는 이러한 특정한 예시들에 의해 결코 한정되지 않는다. 명세서 내에 명시적으로 주어지거나 아니거나 간에, 구조, 치수 및 재료의 사용에 있어서의 차이와 같은 다수의 변형이 가능하다. 본 발명의 범위는 적어도 이하의 청구범위에 의해 제공되는 만큼 넓다.

Claims

적어도 하나의 이웃하는 기지국으로부터 잡음 더하기 간섭 레벨 정보(noise plus interference level information)(NI)를 서빙 기지국(serving base station)에서 수신하는 단계와,
목표 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR_Target)를 결정하기 위한 계산식의 식별을 위한 이동국으로부터의 요청을 상기 서빙 기지국에서 수신하는 단계와,
상기 서빙 기지국에 의해, 제어 인자를 결정하는 단계 - 상기 제어 인자는 상기 SINR_Target, 상기 서빙 기지국에 의해 기대되는 최소 데이터 레이트를 위한 신호 대 간섭 및 잡음 비(signal to interference and noise ratio: SINR) 요구 조건(SINR_MIN) 및 상기 NI를 결정하기 위한 계산식의 식별을 포함함 - 와,
상기 서빙 기지국에 의해, 상기 제어 인자를 상기 이동국으로 송신하는 단계와,
상기 이동국의 적어도 하나의 안테나로부터의 신호를 상기 서빙 기지국에서 수신하는 단계 - 상기 적어도 하나의 안테나로부터의 신호의 업링크 송신 전력은, 상기 서빙 기지국에 의해 상기 이동국으로 송신된 상기 제어 인자에 의해 제공된, 상기 SINR_Target, 상기 SINR_MIN 및 상기 NI를 결정하기 위한 상기 식별된 계산식을 사용하여, 상기 이동국에 의해 계산됨 - 를 포함하는
방법.
제1항에 있어서,
안테나별 상기 업링크 송신 전력은

에 기초하고,
여기서 L은 추정된 평균 업링크 전파 손실을 포함하는
방법.
제2항에 있어서,
상기 SINR_Target은

에 적어도 부분적으로 기초하고, 여기서
γ는 공평성 및 열 간섭(fairness and interference over thermal)(IoT) 제어 인자를 나타내고,
SINR_DL은 상기 이동국에서 측정된 유효 다운링크 신호 대 다운링크 간섭 전력의 비를 포함하며,
N_r은 상기 이동국과 통신하는 기지국에서의 수신 안테나의 개수를 포함하는
방법.
제3항에 있어서,
상기 IoT 제어 인자는 이웃하는 기지국들의 업링크 간섭 레벨에 적어도 부분적으로 기초하는
방법.
제1항에 있어서,
안테나별 상기 업링크 송신 전력 전력은

에 기초하고, 여기서
L은 추정된 평균 현재 업링크 전파 손실을 포함하고,

는 적응형 MIMO 스위칭(Adaptive MIMO Switching: AMS) 특유 전력 오프셋(AMS-specific power offset)을 위한 보정항을 포함하며,

는 AMS 특유 전력 오프셋을 위한 보정항을 포함하는
방법.
제5항에 있어서,
상기 SINR_Target은

에 적어도 부분적으로 기초하고, 여기서
C/N은 현재 송신을 위한 변조/FEC 레이트의 정규화된 캐리어-대-잡음 비를 포함하고,
R은 변조/FEC 레이트를 위한 반복 횟수를 포함하며,
SINR_OPT는 열 간섭 제어를 위한 목표 SINR 값을 포함하고,
상기 제어 인자는 상기 SINR_Target을 계산하는데 사용되는 모드 1 또는 모드 2를 식별하는
방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
적어도 하나의 이웃하는 기지국으로부터 잡음 더하기 간섭 레벨 정보(NI)를 수신하는 로직과,
목표 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR_Target)를 결정하기 위한 계산식의 식별을 위한 이동국으로부터의 요청을 수신하는 로직과,
제어 인자를 결정하는 로직 - 상기 제어 인자는 상기 SINR_Target, 상기 기지국에 의해 기대되는 최소 데이터 레이트를 위한 신호 대 간섭 및 잡음 비 요구 조건(SINR_MIN) 및 상기 NI를 결정하기 위한 계산식의 식별을 포함함 - 과,
상기 제어 인자를 상기 이동국으로 송신하는 로직과,
상기 이동국의 적어도 하나의 안테나로부터의 신호를 수신하는 로직 - 상기 적어도 하나의 안테나로부터의 신호의 업링크 송신 전력은, 상기 이동국으로 송신된 상기 제어 인자에 의해 제공된 상기 SINR_Target, 상기 SINR_MIN 및 상기 NI를 결정하기 위한 상기 식별된 계산식을 사용하여 상기 이동국에 의해 계산됨 - 을 포함하는
기지국.
제15항에 있어서,
상기 업링크 송신 전력의 레벨은

에 기초하고,
여기서 L은 추정된 평균 업링크 전파 손실을 포함하는
기지국.
제15항에 있어서,
안테나별 상기 업링크 송신 전력은

에 기초하고, 여기서
L은 추정된 평균 현재 업링크 전파 손실을 포함하고,

는 적응형 MIMO 스위칭(AMS) 특유 전력 오프셋을 위한 보정항을 포함하며,

는 AMS 특유 전력 오프셋을 위한 보정항을 포함하는
기지국.
적어도 하나의 안테나와,
상기 적어도 하나의 안테나에 통신 가능하게 연결된 컴퓨터 시스템을 포함하고, 상기 컴퓨터 시스템은
적어도 하나의 안테나를 위한 송신 전력을 결정하는 로직 - 상기 송신 전력을 결정하는 로직은 목표 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR_Target)를 결정하기 위한 계산식의 식별을 위한 요청을 서빙 기지국으로 송신하는 로직과, 상기 서빙 기지국으로부터 제어 인자를 수신하는 로직을 포함하고, 상기 제어 인자는 상기 SINR_Target, 기지국에 의해 기대되는 최소 데이터 레이트를 위한 신호 대 간섭 및 잡음 비 요구 조건(SINR_MIN) 및 적어도 하나의 이웃하는 기지국으로부터 획득된 NI를 결정하기 위한 계산식의 식별을 포함함 - 과,
상기 결정된 송신 전력에 기초하여 적어도 하나의 안테나로부터 신호를 송신하는 로직을 포함하며,
상기 송신 전력을 결정하는 로직은
상기 제어 인자에 의해 제공된 상기 SINR_Target, 상기 SINR_MIN 및 상기 NI를 결정하기 위한 상기 식별된 계산식을 사용하여 상기 적어도 하나의 안테나로부터의 업링크 송신 전력을 계산하는 로직을 더 포함하는
시스템.
삭제
제18항에 있어서,
상기 적어도 하나의 안테나를 위한 송신 전력을 결정하는 로직은

를 결정하며,
여기에서 L은 추정된 평균 업링크 전파 손실을 포함하는
시스템.
제18항에 있어서,
상기 적어도 하나의 안테나를 위한 송신 전력을 결정하는 로직은

을 결정하고, 여기서
L은 추정된 평균 현재 업링크 전파 손실을 포함하고,

는 적응형 MIMO 스위칭(AMS) 특유 전력 오프셋을 위한 보정항을 포함하며,

는 AMS 특유 전력 오프셋을 위한 보정항을 포함하는
시스템.